DE69518588T2

DE69518588T2 - Bildheizgerät

Info

Publication number: DE69518588T2
Application number: DE69518588T
Authority: DE
Inventors: Atsuyoshi Abe; Daizo Fukuzawa; Kenichi Ogawa; Yasumasa Ohtsuka; Manabu Takano; Yohji Tomoyuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2015-06-24
Also published as: US5552582A; DE69518588D1; JP3491973B2; CN1115431A; EP0689107B1; JPH0816005A; CN1064144C; EP0689107A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND ZUGRUNDEGELEGTER STAND DER TECHNIK

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildheizgerät, das für ein Bilderzeugungsgerät, wie z. B. ein Kopiergerät, einen Drucker oder dergleichen anwendbar ist, genauer auf ein Gerät zum Bewirken eines Heizens durch elektromagnetische Induktion. Für ein Bildfixiergerät als ein Beispiel eines Bildheizgerätes ist eine Heizwalzenbauart weithin bekannt. Dieses System weist als Basiselemente eine Metallfixierwalze mit einer Heizeinrichtung darin und eine elastische Druckwalze auf, die damit in Druckkontakt gebracht ist, um einen Bildfixierspalt dazwischen auszubilden. Ein Aufzeichnungsträger wird durch den Spalt geführt, um das Tonerbild durch Wärme und Druck auf dem Aufzeichnungsträger zu fixieren.
Mit einer derartigen Heizwalzenbauart wird jedoch eine lange Zeitdauer erforderlich, damit die Oberfläche der Fixierwalze eine Fixiertemperatür erreicht, weil die Wärmekapazität der Fixierwalze groß ist. Um einen Schnellstart des Bilderzeugungsbetriebs zuzulassen, muß die Temperatur der Walzenoberfläche auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden, selbst wenn das Gerät nicht in Betrieb ist. Vor kurzem wurde daher ein Heizgerät der Filmheizbauart in die Praxis umgesetzt, das eine befestigte Heizeinrichtung (thermische Heizeinrichtung), einen wärmebeständigen Film, der beweglich und in Druckkontakt mit der Heizeinrichtung gebracht ist, und ein Druckbauteil zum Herstellen des Druckkontakts zwischen dem zu heizenden Bauteil und der Heizeinrichtung über den Film aufweist, wodurch das zu heizende Bauteil durch die Heizeinrichtung über den Film geheizt wird. Mit dem Heizgerät der Filmbauart ist eine Heizeinrichtung mit einer niedrigen Wärmekapazität verwendbar. Es ist daher verglichen mit der Heizwalzenbauart zum Energiesparen und zum Verringern der Wartezeit (Schnellstart) vorteilhaft. Weil der Schnellstart möglich ist, besteht kein Bedarf, das Vorheizen während des Nicht-Druckbetriebs (Standby- Heizen) auszuführen, so daß die Gesamtenergieersparnis erfüllt ist.
Jedoch bringt die Filmheizbauart die folgenden Probleme mit sich.
(1) Wenn ein dicker Film mit einer hohen Steifigkeit zu dem Zweck verwendet wird, die Lebensdauer und die Betriebsgeschwindigkeit oder dergleichen zu erhöhen, wird die Wärmeleitung schwach und die Wärmekapazität des Films vergrößert sich, wodurch das Schnellheizvermögen verhindert wird. Mit anderen Worten hat der dicke Film einen thermischen Widerstand zur Folge, der die Wärmeübertragung von der Heizeinrichtung zum Aufzeichnungsträger behindert, wodurch das Energiesparen und die Schnellstartfähigkeiten verschlechtert werden.
(2) Wenn jedoch der Film dünn ist, wird die Steifigkeit mit dem Ergebnis unzureichend, daß die Filmlaufregelung nötig ist, und das Gerät daher mit einem komplizierten Aufbau sperrig ist.
(3) Die Auswahl des Werkstoffs für den Film ist begrenzt, weil die Wärmebeständigkeit nötig ist. Wegen des relativ hohen Wärmeisoliervermögens des Harzfilms mit dem Ergebnis eines Ansammelns der Wärme innerhalb des Films, ist es folglich erforderlich, daß die Teile innerhalb des Films eine hohe Wärmebeständigkeit haben. Daher sind die zu verwendenden Werkstoffe eingeschränkt und teuer.
Folglich haben die Erfinder ein Filmheizgerät der elektromagnetischen Induktionsbauart entwickelt, bei dem der Film selbst Wärme erzeugt, so daß der Film die Wärmeübertragung nicht behindert, wodurch der thermische Wirkungsgrad verbessert wird, wie in der Druckschrift US-A-5 568 240 vorgeschlagen ist.
In diesem System erzeugt eine magnetfelderzeugende Einrichtung mit z. B. einem magnetischen Kernmetall und einer Erregerspule durch Verwenden eines Erregerkreises ein Wechselmagnetfeld. Eine hohe Frequenz wird an die Spule angelegt, um das Magnetfeld zu erzeugen, bei dem ein elektrisch leitfähiges Bauteil (ein induktionsmagnetischer Werkstoff, ein magnetfeldabsorbierender leitfähiger Werkstoff) in Form eines Films bewegt wird, so daß das Magnetfeld wiederholt erzeugt und gelöscht wird. Dadurch werden Wirbelströme in der leitfähigen Schicht im Film erzeugt. Der Wirbelstrom wird durch den elektrischen Widerstand der leitfähigen Schicht in thermische Energie (Joule'sche Wärme) umgewandelt, so daß der in engen Kontakt mit dem zu heizenden Bauteil gebrachte Film Wärme erzeugt. Daher ist der thermische Wirkungsgrad groß.
Das heißt, wenn das Wechselmagnetfeld die leitfähige Schicht durchquert, werden Wirbelströme in der leitfähigen Schicht des Films erzeugt, so daß ein Magnetfeld erzeugt wird, das den Wechsel des Magnetfelds behindert. Die Wirbelströme erzeugen das Heizen der leitfähigen Schicht des Films durch den Oberflächenwiderstand der leitfähigen Schicht des Films, und die Wärmemenge ist proportional zum Oberflächenwiderstand.
Dadurch wird die Wärme neben der Filmoberfläche direkt erzeugt, und daher ist das Schnellheizen ungeachtet der Wärmekapazität oder der Wärmeleitfähigkeit der Grundschicht des Films möglich. Zusätzlich wird das Schnelheizen ungeachtet der Dicke des Films erfüllt.
Daher ist es zulässig, daß die Steifigkeit und die Dicke der Filmgrundschicht vergrößert werden, um die Lebensdauer und die Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern, ohne die Energieeinsparung und die Schnellstartfähigkeiten zu verschlechtern.
Jedoch bringt das Heizsystem der elektromagnetischen Induktionsbauart nach dem Stand der Technik die folgenden Probleme mit sich.
(1) weil der Metallkern, um den die Erregerspule gewickelt ist, einstückig geformt ist, ist folglich eine Anpassung der Wärmeerzeugung in der Längsrichtung schwierig.
(2) Wenn ein Thermoschalter, eine Temperatursicherung oder ein anderes Temperaturerfassungselement in dem Spalt (wärmeerzeugungsbereich) zum Zweck der Sicherheit angeordnet ist, fließt daher die Wärme zu einem derartigen Temperaturerfassungselement ab, und daher, durch den örtlichen Wärmemangel, tritt fehlerhaftes Fixieren bei der Position des Temperaturerfassungselements im Spalt auf.
(3) Die Menge der Wärmestrahlung ist im Spalt an den Endabschnitten größer als im Mittelabschnitt, und daher ist die Menge der auf das zu ladende Bauteil aufgebrachten Wärme ungleichmäßig, woraus ein unzureichendes Heizen oder ein unzureichendes Fixieren an den Endabschnitten und das Tonerversetzen am Mittelabschnitt auf den Film resultiert.
Die Druckschrift JP -62-150371 offenbart einen Erregerkern, um den eine Erregerspule gewickelt ist.
Die Druckschrift WO 85/01532 offenbart eine Anordnung, deren Kerne mit Abstand voneinander angeordnet sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, ein Bildheizgerät vorzusehen, bei dem die Wärmeerzeugungsverteilung in einer zu einer Bewegungsrichtung des leitfähigen Bauteils senkrechten Richtung gleichmäßig gemacht wird, um einen örtlichen Wärmemangel zu verhindern.
Die obige Aufgabe wird durch ein Bildheizgerät nach Patentanspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Entwicklungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser ersichtlich bei einer Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beifügten Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Geräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Magnetspule als magnetfelderzeugende Einrichtung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht der in Fig. 2 gezeigten Elemente.
Fig. 4 (a) zeigt ein Diagramm einer erzeugten Wärmemenge über einer Längsrichtung eines Spalts (Wärmeerzeugungsbereich), wenn das Kernmetall keinen Übergang hat, und (b) zeigt ein Diagramm einer erzeugten Wärmemenge über einer Längsrichtung eines Spalts, wenn das Kernmetall einen Übergang hat.
Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht einer Erregerspule und eines Kernbauteils in einem anderen Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 (a) zeigt eine schematische Draufsicht einer Erregerspule und eines Kernbauteils in einem Gerät gemäß Ausführungsbeispiel 2, (b) stellt ein U-förmiges Kernbauteil dar, und (c) stellt ein E-förmiges Kernbauteil dar.
Fig. 7 (a) und (b) zeigen auseinandergezogene perspektivische Ansichten von magnetfelderzeugenden Einrichtungen eines Geräts gemäß Ausführungsbeispiel 3.
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Heizgeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Fig. 9 (a), (b) und (c) sind schematische Ansichten von Heizgeräten gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
Fig. 10 stellt ein Bilderzeugungsgerät dar.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Zuerst ist mit Bezug auf Fig. 10 ein Bilderzeugungsgerät gezeigt, das ein Bildheizgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet.
Zuerst wird der allgemeine Aufbau des Bilderzeugungsgeräts in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Bilderzeugungsgerät ein Laserstrahldrucker, der einen elektrophotographischen Prozeß verwendet.
Durch Bezugszeichen 21 ist ein elektrophotographisches photoempfindliches Bauteil (photoempfindliche Trommel) einer Bauart mit drehbarer Trommel bezeichnet, das als ein Bildtragebauteil (erstes Bildtragebauteil) wirkt. Die photoempfindliche Trommel 21 wird so angetrieben, daß sie bei einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit (Prozeßgeschwindigkeit) in der angezeigten Richtung im Uhrzeigersinn gedreht wird. Während der Drehung wird seine Oberfläche durch einen Primärlader 22 auf ein Dunkelpotential VD eines vorbestimmten negativen Niveaus geladen.
Ein Laserstrahlscanner 23 erzeugt einen Laserstrahl L, der gemäß zeitseriellen elektrischen digitalen Pixelsignalen moduliert ist, die von einem Hostgerät wie z. B. einer Bildleseeinrichtung (wordprozessor, Computer oder dergleichen, die nicht gezeigt sind) zugeführte beabsichtigte Bildinformationen anzeigen. Die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 21, die durch den Primärlader 22 gleichförmig auf die negative Polarität aufgeladen ist, wird dem Scannerlaserstrahl ausgesetzt, so daß sich der Absolutwert des Potentials in dem ausgesetzten Bereich auf ein Hellpotential VL verringert, und daher wird ein elektrostatisches latentes Bild gemäß den beabsichtigten Bildinformationen auf der drehenden photoempfindlichen Trommel 21 ausgebildet.
Nachfolgend wird das latente Bild über eine Umkehrentwicklung mit Tonerpulver entwickelt, das durch eine Entwicklungsvorrichtung 24 auf die negative Polarität geladen wurde (der Toner wird auf die Bereiche, die dem Laserstrahl ausgesetzt waren, abgesetzt).
Die Entwicklungsvorrichtung 24 weist eine drehbare Entwicklungshülse 24a auf, auf die auf die äußere Randfläche der Hülse eine dünne Schicht des auf eine negative Polarität geladenen Toners aufgebracht wird. Die Tonerschicht liegt der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 21 gegenüber. Die Hülse 24a ist mit einer Entwicklungsvorspannung VDC versorgt, die in den absoluten Werten kleiner als das Dunkelpotential VD und größer als das Hellpotential VL ist, und daher wird der Toner von der Hülse 24a nur zum Hellpotential-VL- Abschnitt der photoempfindlichen Trommel 21 übertragen, so daß das latente Bild visualisiert wird (umkehrentwickelt).
Andererseits wird der Aufzeichnungsträger (zweites Bildtragebauteil, übertragungswerkstoff) P, der auf einem Blattzufuhrfach 25 gestapelt ist, durch eine Aufnahmewalze 26 stückweise ausgebracht. Er wird entlang einer Zufuhrführung 27 durch ein Paar Positionierwalzen 28 und entlang einer Vorübertragungsführung 29 einem Bildübertragungsspaltabschnitt, der zwischen einer mit einer Übertragungsvorspannung von einer Spannungsquelle 31 versorgten Übertragungswalze 30 (Übertragungsbauteil) und einer photoempfindlichen Trommel 21 ausgebildet ist, zu einer geeigneten Zeitsteuerung synchron mit der Drehung der photoempfindlichen Trommel 21 zugeführt. Somit wird das Tonerbild sequentiell von der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 21 auf den Aufzeichnungsträger P übertragen. Der Widerstand des Übertragungsbauteils, d. h. der Übertragungswalze 30, ist vorzugsweise 10&sup8; - 10&sup9; ohm.cm. Der durch die Übertragungsposition 32 geführte Aufzeichnungsträger P wird von der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 21 getrennt und entlang einer Zufuhrführung 34 in das Bildfixiergerät 35 (Bildheizgerät) eingeführt. Im Fixiergerät 35 wird das übertragene Tonerbild fixiert und als ein Druck auf ein Ausgabefach 36 ausgegeben.
Die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 21 wird, nachdem der Aufzeichnungsträger von ihr getrennt wurde, durch eine Reinigungsvorrichtung 33 gereinigt, so daß der verbleibende Toner oder dergleichen davon entfernt wird, so daß sie für den nächsten Bilderzeugungsbetrieb vorbereitet ist.
Das Bildheizgerät wird beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1-5)

(1) Allgemeine Anordnung

Fig. 1 zeigt ein Bildheizgerät einer elektromagnetischen Induktionsbauart gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung.
Durch Bezugszeichen 1 ist ein Film innerhalb eines Führungsständers mit einem nach oben weisenden, im wesentlichen kanalartigen Querschnitt bestimmt. Der Ständer 1 ist aus flüssigkristallinem Polymer, Phenolharz oder dergleichen. Seine Innenseite nimmt eine um ein Kernbauteil (Eisenkernmetall) 2 gewickelte Erregerspule 3 als eine ein Magnetfeld (magnetischen Fluß) erzeugende Einrichtung auf. Der Ständer 1 hat eine Gleitplatte, die an einem Abschnitt an ihn gebunden ist, der mit einem im folgenden beschriebenen Film 4 in Kontakt zu bringen ist.
Die durch den Ständer 1, das Kernmetall 2 und die Erregerspule 3 aufgebaute elektromagnetische Induktionsheizbaugruppe ist ein verlängertes Bauteil, das sich in einer Richtung erstreckt, die sich mit der Bewegungsrichtung des zu heizenden Bauteils P oder des Films 4 kreuzt (senkrecht dazu ist). Das Kernmetall 2 ist in eine Mehrzahl von Teilen geteilt, die in zumindest einer Richtung angeordnet sind.
Außerhalb der Baugruppen 1, 2 und 3 ist in abgelöster Weise ein wärmebeständiger Endlosfilm 4 (zylindrisch, nahtlos) erstreckt, der als ein leitfähiges Bauteil (Heizbauteil) wirkt.
Durch ein Bezugszeichen 5 ist eine Druckwalze bestimmt, und diese weist einen Überzug aus Silikongummi, Fluorgummi oder dergleichen darauf auf. Die Druckwalze 5 wird zur Unterseitenfläche des Ständers 1 mit dem Film 4 dazwischen durch eine nicht gezeigte Lagereinrichtung und eine Druckeinrichtung mit einem vorbestimmten Druck gedrückt.
Die Druckwalze 5 wird durch eine Antriebseinrichtung in der angezeigten Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht.
Mittels der Reibung zwischen dem Film und der Außenfläche der Walze wird durch die Drehung der Druckwalze 5 eine Drehkraft auf den Film aufgebracht, so daß sich der Film 4 außerhalb des Ständers 1 dreht, während er in Kontakt mit der Unterseitenfläche des Ständers 1 ist.
Es ist vorzuziehen, daß ein Gleitmittel, wie z. B. Fett oder Öl oder dergleichen, zwischen die Unterseitenfläche des Ständers 1 und die Innenseite des Films aufgebracht wird. Der Film 4 (das leitfähige Bauteil) weist eine Grundschicht 4a eines Endlosfilms aus wärmebeständigem Harz, wie z. B. Polyimid, Polyamidimid, PEEK, PES, PPS, PEA, PTFE, FEP oder dergleichen mit einer Dicke von 10 - 100 um, und eine äußere leitfähige Schicht 4b (an der Seite, die mit dem zu heizenden Bauteil in Kontakt gebracht werden kann) auf, die eine Eisen- oder Kobaltschicht, oder eine solche mit einer Beschichtung von 1 bis 100 um aus Nickel, Kupfer, Chrom oder einem anderen Metall darauf ist. Auf der freien Seitenfläche der elektrisch leitfähigen Schicht 4b ist die äußere Schicht (Oberflächenschicht) aus PFA, PTFE, FEP, Silikonharz oder dergleichen mit einer hohen Wärmebeständigkeit und einem hohen Tonerabscheidevermögen (sie können gemischt sein, oder ein einzelner Werkstoff ist verwendbar) als eine Abscheideschicht 4c vorgesehen. Daher ist er von einem Dreischichtenaufbau. In diesem Beispiel sind der Grundkörper 4a des Films und die leitfähige Schicht 4b verschiedene Schichten, aber die Filmgrundschicht 4a kann selbst eine elektrisch leitfähige Schicht sein.
Die elektrisch leitfähige Schicht 4b des Films erzeugt Wärme durch elektromagnetisches Induktionsheizen durch die Anwendung des elektrischen Stroms von einem nicht gezeigten Erregerkreis zur Erregerspule 3.
Ein Thermistor 6 ist als ein Temperaturfühlelement vorgesehen, um die Oberflächentemperatur der Druckwalze 5 zu erfassen. Der an die Erregerspule 3 angelegte elektrische Strom wird auf der Basis der vom Thermistor 6 erfaßten Temperatur geregelt. Wenn die Temperatur der Druckwalze 5 niedrig ist und daher der Thermistor 6 folglich eine niedrige Temperatur erfaßt, wird die Nutzrate der Erregung erhöht, und andererseits, wenn die erfaßte Temperatur hoch ist, die Nutzrate der Erregung verringert. Der Thermistor 6 kann auf der rutschfreien Oberfläche des Films 1 (relativ zum Film) oder auf dem Kernbauteil 2 angeordnet sein.
Ein Sicherungselement, wie z. B. eine Temperatursicherung, ein Thermoschalter oder dergleichen 7 ist vorgesehen, um beim Auftreten einer Überhitzung die Zufuhr elektrischer Energie zur Erregerspule 3 zu stoppen.
Durch Drehen der Druckwalze 5 wird der Film 4 gedreht, wodurch der elektrische Strom vom Erregerkreis zur Erregerspule 3 zugeführt wird. Dadurch wird die Wärme durch die elektrisch leitfähige Schicht 4b des Films 4 erzeugt. Dann wird der Aufzeichnungsträger P (zu heizendes Bauteil) in den Spalt N eingeführt. Der Aufzeichnungsträger wird mit der Oberfläche des Films 4 in Kontakt gebracht, und sie werden miteinander zusammen durch den Spalt N geführt. Dadurch wird die durch die elektromagnetische Induktion erzeugte Wärme des Films 4 auf den Aufzeichnungsträger P aufgebracht, um das nicht fixierte Tonerbild T zu einem fixierten Bild T' zu fixieren. Der durch den Spalt N geführte Aufzeichnungsträger wird von der Oberfläche des Films 4 abgetrennt.

(2) Heizprinzip

Ein Wechselstrom wird von einem Erregerkreis der Erregerspule 3 zugeführt, durch die der elektromagnetische Fluß wiederholt erzeugt und gelöscht wird, was durch H um die Spule 3 angezeigt ist. Der Kern 2 ist so aufgebaut, daß der magnetische Fluß H die leitfähige Schicht 4b des Films 4 durchquert.
Wenn das Wechselmagnetfeld das leitfähige Bauteil durchquert, wird der Wirbelstrom in der leitfähigen Schicht derart erzeugt, daß der Wechsel des Magnetfelds verhindert wird. Der Wirbelstrom wird durch einen Pfeil A angezeigt. Der größte Teil des Wirbelstroms fließt aufgrund der Oberflächenwirkung in konzentrierter Weise in die der Spule 3 zugewendete Seitenfläche der leitfähigen Schicht 4b und daher wird die Wärme proportional zum Oberflächenwiderstand Rs der leitfähigen Schicht 4b des Films erzeugt.
Der von der Oberflächentiefe abhängige Oberflächenwiderstand Rs, der durch die Winkelgeschwindigkeit 2o, die magnetische Permeabilität u, den spezifischen Widerstand p vorgesehen ist, ist:
Die in der leitfähigen Schicht 4b des Films 4 erzeugte elektrische Leistung P:
If: Strom durch den Film
Dadurch kann die elektrische Energie durch Vergrößern von Rs oder If vergrößert werden, so daß die wärmeerzeugungsmenge vergrößert werden kann. Um Rs zu vergrößern, wird die Frequenz ω erhöht, oder ein Werkstoff mit einer hohen magnetischen Permeabilität u oder einem hohen spezifischen Widerstand ρ verwendet.
Damit wird vorhergesagt, daß das Heizen schwierig wird, wenn ein unmagnetischer Werkstoff für die leitfähige Schicht 4b verwendet ist. Wenn jedoch die Dicke t der leitfähigen Schicht 4b kleiner als die Oberflächenhauttiefe δ ist, ist
Es ~ ρ/t
Daher wird das Heizen möglich.
Die Frequenz des an die Erregerspule 3 angelegten Wechselstroms ist vorzugsweise 10-500 kHz. Wenn sie höher als 10 kHz ist, wird der Absorptionswirkungsgrad in der leitfähigen Schicht 4b vergrößert, und ein kostengünstiges Element ist für die Erregerspule verwendbar, wenn die Frequenz nicht höher als 500 kHz ist.
Wenn sie nicht niedriger als 20 kHz ist, ist sie höher als der hörbare Bereich, und daher wird kein Geräusch während der Zufuhr der elektrischen Energie erzeugt, und der Verlust im Erregerkreis ist gering, wenn sie nicht höher als 200 kHz ist, und daher ist das zur Außenseite dringende Strahlungsgeräusch gering.
Wenn ein Wechselstrom mit 10-500 kHz an die leitfähige Schicht 4b angelegt wird, ist die
Oberflächen-(haut-)Dicke ungefähr einige um bis einige hundert um.
Wenn die Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht 4b kleiner als 1 um gemacht wird, wird durch die leitfähige Schicht 4b eine sehr kleine Menge der elektromagnetischen Energie mit dem Ergebnis geringen energetischen Wirkungsgrads absorbiert.
Ein zusätzliches Problem ist, daß das gestreute Magnetfeld den anderen Metallteil heizt.
Im Fall, daß die leitfähige Schicht 4b 100 um überschreitet, wird andererseits die Steifigkeit des Films 4 zu hoch und die Wärme wird in der leitfähigen Schicht 4b mit dem Ergebnis einer Schwierigkeit beim Wärmen der Abscheideschicht 4c geleitet.
Aus diesen Gründen ist die Dicke der leitfähigen Schicht 4b 1-100 um.
Um die Wärmeerzeugung der leitfähigen Schicht 4b zu erhöhen, wird If erhöht. Zu diesem Zweck wird der durch die Spule 3 erzeugte magnetische Fluß vergrößert, oder der Wechsel des magnetischen Flusses wird erhöht. Um dies zu erreichen, wird die Anzahl der Windungen der Spule 3 vergrößert, oder der Werkstoff des Kernmetalls 2 der Spule 3 ist von hoher magnetischer Permeabilität mit einer niedrigen magnetischen Restflußdichte, wie z. B. Ferrit, Permalloy oder dergleichen. Wenn der Widerstand der leitfähigen Schicht des Films zu niedrig ist, wird der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung durch den Wirbelstrom verschlechtert, und daher wird der spezifische Volumenwiderstand der elektrisch leitfähigen Schicht 4b vorzugsweise nicht weniger als 1,5.10&supmin;&sup8;ohm.m bei 20ºC.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die leitfähige Schicht 4b des Films 4 durch Plattieren ausgebildet, sie kann aber auch durch Vakuumverdampfen, Sputtern oder dergleichen ausgebildet sein. Somit kann die leitfähige Schicht 4b aus Aluminium oder einer Metalloxidlegierung angefertigt sein, die nicht durch Plattieren ausgebildet werden kann. Das Plattieren ist jedoch geeignet, um eine ausreichende Filmdicke zu erhalten, und daher ist das Plattierverfahren vorzuziehen, wenn eine Schichtdicke von 2-200 um gewünscht ist.
Falls der ferromagnetische Werkstoff verwendet wird, wie z. B. Eisen, Kobalt, Nickel oder dergleichen mit einer hohen magnetischen Permeabilität, wird die durch die Erregerspule 3 erzeugte elektromagnetische Energie leicht absorbiert, so daß der Heizwirkungsgrad verbessert wird, und zusätzlich wird die nach außen streuende magnetische Energie vermindert, so daß der Einfluß auf die externe Vorrichtung verringert wird. Unter diesen Werkstoffe sind weiterhin die mit hohem spezifischen Widerstand vorzuziehen.
Die leitfähige Schicht des Films 4 ist nicht auf ein Metall beschränkt, sondern kann auch durch Dispergieren von elektrisch leitfähigen Whiskerkristallpartikeln mit einer hohen magnetischen Permeabilität in einem Bindemittel zum Binden der Oberflächenabscheideschicht an einen gering thermisch leitfähigen und elektrisch leitfähigen Grundwerkstoff vorgesehen sein.
Die leitfähige Schicht kann z. B. vorgesehen werden, indem in ein Bindemittel eine Mischung von elektrisch leitfähigen Partikeln, wie z. B. Kohlefaser oder dergleichen und Partikeln aus Mangan, Titan, Chrom, Eisen, Kupfer, Kobalt, Nickel oder dergleichen oder Partikeln oder Whiskerkristallen aus Ferrit (eine Legierung der obigen Werkstoffe) oder einem Oxid davon dispergiert werden.
Weil die Wärme direkt durch die Nachbarschaft der Oberflächenschicht des Films 4 erzeugt wird, wird daher wie vorgehend beschrieben das Schnellheizen ohne Einfluß der Wärmeleitfähigkeit oder der Wärmekapazität der Filmgrundschicht 4a möglich.
Weil das Heizen nicht von der Dicke des Films 4 abhängig ist, wird zusätzlich die schnelle Temperaturerhöhung auf die Fixiertemperatur möglich, selbst wenn der Grundwerkstoff 4a zum Zweck einer Verbesserung der Steifigkeit des Films verdickt wird, um die Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Weil das Grundbauteil 4a aus einem Harzwerkstoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit besteht, ist das wärmeisoliervermögen hoch, so daß die thermische Isolierung von einem Bauteil mit großer Wärmekapazität, wie z. B. einer Spule oder dergleichen innerhalb des Films, vorgesehen wird, und daher ist der Wärmeverlust gering und der energetische Wirkungsgrad hoch, selbst wenn ein fortlaufendes Drucken durchgeführt wird.
Zusätzlich wird die Wärme nicht zur Spule 3 übertragen, und die Leistungsfähigkeit der Spule wird nicht verschlechtert.
Die Temperaturerhöhung in dem Gerät wird entsprechend der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads unterdrückt, und daher der Einfluß auf die Bilderzeugungsstation verringert, wenn das Heizgerät in einer Bildheizfixiervorrichtung in einem
elektrophotographischen Gerät oder einem anderen Bilderzeugungsgerät verwendet wird.
(3) Magnetfelderzeugungseinrichtungen 2 und 3 und Kernmetall 2 (Fig. 2 bis 4)
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist das Kernmetall (Eisenkern) 2 der
Magnetfelderzeugungseinrichtungen 2 oder 3 in diesem Ausführungsbeispiel in einer Richtung, die die Zufuhrrichtung des Films 4 und des Aufzeichnungsträgers (zu heizenden Bauteils) P kreuzt (senkrecht dazu verläuft), in ein erstes und ein zweites Kernbauteil 2a und 2b geteilt. Zwischen den geteilten Kernbauteilen 2a und 2b sind Außenflächen I vorgesehen, die miteinander in Kontakt gebracht sind.
Der Aufzeichnungsträger P wird in diesem Ausführungsbeispiel entlang einer einseitigen Bezugslinie 0-0 zugeführt. Durch P1 und P2 sind Blattdurchtrittsbereiche eines Aufzeichnungsträgers mit großer Breite und eines Aufzeichnungsträgers mit kleiner Breite bezeichnet. P3 zeigt einen führungsfreien Bereich, wenn das Blatt mit kleiner Abmessung verwendet wird. Der Übergang I zwischen den geteilten Kernbauteilen 2a und 2b ist im wesentlichen in Bezug auf ein Blattende eines Blatts mit kleiner Abmessung der Bezugslinie 0-0 entgegengesetzt gelegen.
Durch das Vorsehen des Übergangs I zwischen den geteilten Kernbauteilen 2a und 2b wird der thermische Leitwert zwischen den Kernbauteilen 2a und 2b verglichen mit dem Fall ohne einen Übergang I (ohne Teilung) schlechter. Daher wird der Wärmeleitwert vom dem dem zweiten Kernmetall 2b entsprechenden führungsfreien Bereich P3 zum dem ersten geteilten Kernmetall 2a entsprechenden Blattdurchtrittsbereich P2 schlechter.
Der Werkstoff der Kernbauteile 2a und 2b ist ein ferromagnetischer Werkstoff, und daher vermindert sich die spontane Magnetisierung des zweiten Kernbauteils 2b mit der Temperaturerhöhung mit dem Ergebnis der Verringerung des durch das Kernmetall 2b erzeugten magnetischen Flusses H.
Daher werden die in die leitfähige Schicht 4b eingeführten Wirbelsträme mit dem Ergebnis einer Verringerung der Wärmeerzeugung verringert. Das heißt, ohne den Übergang I wird die Wärme im führungsfreien Bereich P3 in Fig. 4 (a) leicht zum
Blattdurchtrittsbereich P2 für das Blatt mit einer kurzen Abmessung geleitet, woraus die Temperaturerhöhung des Kernmetalls im Blattdurchtrittsbereich P3, der Bezugslinie 0-0 entgegengesetzt resultiert. Dies hat die Verminderung der Wärmeerzeugung im der Bezugslinie 0-0 entgegengesetzten Bereich zur Folge, und daher wird im Fall einer Verarbeitung eines Blattes mit einer kleinen Abmessung eine ungeeignete Bildfixierung im der Bezugslinie entgegengesetzten Bereich bewirkt.
Durch das Vorsehen des Übergangs I, wobei die Wärmeleitfähigkeit bei dem Übergang I gering ist, wird die Wärmeisolierwirkung vorgesehen. Wie in Fig. 4 (b) gezeigt ist, kann die Verminderung der Wärmeerzeugung im Bereich, der der Bezugslinie im Durchführungsgebiet P2 des Blattes mit geringer Abmessung entgegengesetzt ist, verhindert werden. Durch das Vorsehen des Übergangs I zwischen den Kernmetallen 2a und 2b ergibt sich dadurch kein Einfluß der Temperaturerhöhung in der führungsfreien Spanne P3 auf die Blattführungsspanne P2 aufgrund der durch ein Fehlen des Blatts hervorgerufenen Temperaturerhöhung, wodurch die Menge der Wärmeerzeugung im Blattdurchtrittsbereich P2 für das Blatt mit kleiner Abmessung gleichförmig gemacht wird.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann das Kernmetall 2 in drei oder mehr Teile 2&sub1; - 2n geteilt werden.
In Fig. 5 haben die geteilten Kernbauteile 2&sub1; - 2n im wesentlichen dieselbe Größe, aber die Größe und/oder der Aufbau können entsprechend der beabsichtigten Verwendung unterschiedlich sein.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Bezug für die Blattführung an einer Seitenkante angeordnet, aber der Bezug kann auch in der Mitte der seitlichen Breite gemacht werden. Kurz gesagt, kann/können der Übergang oder die Übergänge I entsprechend der Kante des Blattes mit einer kleinen Abmessung vorgesehen sein, und daher ist die Anzahl oder Position der Positionen des Übergangs oder der Übergänge I nicht beschränkt.

Ausführungsbeispiel 2 (Fig. 6)

Fig. 6 (a) ist eine Draufsicht auf eine Spule und ein Kernmetall.
Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel hat das Kernmetall 2 einen "I"-Aufbau, es kann aber ein "U"- oder "E"- Kernmetall sein. Sie können kombiniert sein, und der gleiche Aufbau ist mit unterschiedlicher Größe oder mit unterschiedlichem Werkstoff verwendbar. Fig. 6 zeigt ein derartiges Beispiel, (b) zeigt ein Beispiel eines Kernbauteils 2 mit kombinierten Kernbauteilen 2 der U- Bauart, der E-Bauart, wie sie in Fig. 6 (c) gezeigt sind, und der I-Bauart. Im Fall der Bauteile der U- oder der E- Bauart, wird die Spule durch die Kernmetalle schichtweise angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kernbauteile 2 der U-Bauart und der E-Bauart, wie in Fig. 6 (a) gezeigt ist, relativ zum Spalt N angeordnet, aber die Menge der Wärmeerzeugung im Spalt ist durch ein Verschieben der Kernbauteile 2 der U-Bauart oder der E-Bauart im Spalt in der Blattzufuhrrichtung veränderbar.

Ausführungsbeispiel 3 (Fig. 7)

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Kernbauteile 2 (2&sub1; - 2n) der geteilten Bauart in einen Halter 8 eingefügt, um das Positionieren der Kernbauteile 2&sub1; - 2n zu erfüllen. Im Beispiel (a) der Fig. 7 ist der obere Teil offen und die Kernbauteile 2&sub1; - 2n der geteilten Bauart werden in den durch eine Erregerspule 3 umwickelten Halter 8 fallen gelassen. Im Beispiel (b) werden die Kernbauteile 2&sub1; - 2n der geteilten Bauart über ein offenes Ende in einen quadratischen zylindrischen Halter 8 eingefügt, und er wird durch eine blattartige Erregerspule 3 bedeckt, die durch Ausbilden einer Spule mit Sputtern mit Ag, Pt oder einem anderen leitfähigen Bauteil über Siebdruck, CVD, Sputtern oder dergleichen auf einer Blattspulenfläche hergestellt ist.
Der Ständer 1 in Fig. 1 ist als ein Halter für das Kernbauteil verwendbar.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erzeugt der Film die Wärme, aber die Erfindung ist auch für das in Fig. 8 gezeigte Gerät anwendbar.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung eine elektromagnetische Induktionsheizungsbaugruppe mit, gegenüberliegend oder in Kontakt miteinander, einer Feldspulenplatte 9 und einem magnetischen Metall 10 als dem magnetischen Induktionswerkstoff. Die Baugruppen 9 und 10 sind längsseitig im wesentlichen an der Mitte der Unterseitenfläche des filminneren Führungsständers 1 montiert, der einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt und ausreichende Steifigkeit und Wärmebeständigkeit aufweist und aus warmhärtendem Harz oder dergleichen gefertigt ist, während das magnetische Metall 10 nach unten weisend ist.
Durch Bezugszeichen 11 ist ein wärmebeständiger Endlosfilm bezeichnet und in abgelöster Weise um den filminneren Führungsständer 1 mit den elektromagnetischen Induktionsheizungsbaugruppen 9 und 10 erstreckt, und der Film 11 ist durch eine Druckwalze in Druckkontakt mit der Unterseitenfläche des magnetischen Metalls 10 der elektromagnetischen Induktionsheizungsbaugruppen 9 und 10 gebracht. Der Film 11 kann mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen sein.
Die Druckwalze 5 wird durch eine Antriebseinrichtung M in der angezeigten Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so daß der Film 11 durch die Reibung zwischen der Walze und der Filmaußenfläche und die Drehung der Druckwalze eine Drehantriebskraft aufnimmt, und daher gleitet der Film 11 auf der Unterseitenfläche des magnetischen Metallbauteils 10.
Das durch die Magnetfeldspule der Feldspulenplatte 9 erzeugte hochfrequente Magnetfeld wird magnetisch mit dem magnetischen Metallbauteil 10 verbunden, und der Verlust des durch das Magnetfeld hervorgebrachten Wirbelstroms erzeugt Wärme im magnetischen Metallbauteil 10. Durch die Wärmeerzeugung des Metallbauteils 10 wird der wärmebeständige Film 11 durch den Kontakt mit dem magnetischen Metallbauteil 10 geheizt.
Der dem Bildfixierbetrieb zu unterwerfende Aufzeichnungsträger 6 wird an dem durch die Druckwalze 5 und das magnetische Metallbauteil 10 mit dem Film 11 dazwischen ausgebildeten Spalt zwischen die Druckwalze 5 und den Film 11 eingeführt. Der Aufzeichnungsträger wird zusammen mit dem Film 11 durch den Spalt zugeführt, so daß die Wärme des magnetischen Metalls 10 über den Film 11 auf den Aufzeichnungsträger P aufgebracht wird, so daß das nicht fixierte Tonerbild T auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers P fixiert wird. Der durch den Spalt N geführte Aufzeichnungsträger P wird von der Oberfläche des Films 11 abgetrennt, wie in der Figur gezeigt ist.
In einem derartigen Gerät kann das magnetische Metallbauteil 10 in der Längsrichtung geteilt sein, oder sein Werkstoff kann teilweise gewechselt werden, so daß dieselben vorteilhaften Wirkungen vorgesehen werden können wie im Ausführungsbeispiel 9.
Die Fig. 9 (a), (b) und (c) zeigen andere Beispiele der Heizgeräte der elektromagnetischen Induktionsheizbauart, für die die Erfindung anwendbar ist.
In Fig. 9 (a) ist ein Film 4 als das leitfähige Endlosbandbauteil um die drei Bauteile, nämlich die Unterseitenfläche des Ständers 1 der Heizungsbaugruppen 1, 2 und 3, die Antriebswalze 12 und die Mitnehmerwalze (Spannwalze) 13, erstreckt, bei denen der Film 6 durch die Antriebswalze 12 angetrieben ist. Eine Druckwalze 14 wird in Druckkontakt mit der Unterseitenfläche des Ständers mit dem Film 4 dazwischen gebracht, und durch den drehenden Film 4 gedreht.
In Fig. 9 (b) ist der Film 4 als das leitfähige Endlosbandbauteil um zwei Bauteile, die Unterseitenfläche des Ständers 1 für die Heizungsbaugruppen 1, 2 und 3 und die Antriebswalze 12, erstreckt.
In Fig. 9 (c) ist der Film 4 (leitfähiges Bauteil) kein Endlosband, sondern ein gewalzter langer nicht endloser Film. Dieser wird von einer Zufuhrwelle 15 zugeführt und unter der Unterseitenfläche des Ständers für die Heizungsbaugruppen 1, 2 und 3 erstreckt, und wird bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch ein Aufnahmerad 16 aufgenommen.

Claims

1. Bildheizgerät mit:

einem elektrisch leitfähigen Bauteil (4), das mit einem ein Bild tragenden Aufzeichnungsträger (P) beweglich ist;

einer Erregerspule (3) zum Erzeugen eines magnetischen Flußes;

einem Kernbauteil (2), um das die Erregerspule (3) gewickelt ist;

wobei das elektrisch leitfähige Bauteil (4) Wärme durch Wirbelstrom erzeugt, der darin durch den durch die Erregerspule (3) erzeugten magnetischen Fluß erzeugt ist, wobei das Bild durch die Wärme geheizt wird;

wobei das Kernbauteil (2) in einer im wesentlichen zur Bewegungsrichtung des elektrisch leitfähigen Bauteils senkrechten Richtung in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt (2a, 2b; 21-2n) geteilt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (2a, 2b; 21-2n) der Grenze zwischen einem Durchtrittsbereich für den Aufzeichnungsträger und einem durchtrittsfreien Bereich für den Aufzeichnungsträger entspricht.

2. Gerät nach Patentanspruch 1, wobei das Kernbauteil (2) in einem Halter aufgenommen ist.

3. Gerät nach Patentanspruch 1, wobei das elektrisch leitfähige Bauteil (4) ein Film mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (4b) ist.

4. Gerät nach Patentanspruch 3, wobei der Film ein Endlosfilm ist.

5. Gerät nach Patentanspruch 1, weiterhin mit einem Druckbauteil, das mit dem elektrisch leitfähigen Bauteil zusammenwirkt, um dazwischen einen Spalt auszubilden.

6. Gerät nach Patentanspruch 5, wobei das Druckbauteil ein drehbares Bauteil zum Antreiben des elektrisch leitfähigen Bauteils umfaßt.

7. Gerät nach Patentanspruch 1, wobei der erste und zweite Abschnitt aus verschiedenen Werkstoffen sind.

3. Gerät nach Patentanspruch 7, wobei eine magnetische Flußdichte im zweiten Abschnitt (2b) größer als im ersten Abschnitt (2a) ist.

9. Gerät nach Patentanspruch 8, wobei der Werkstoff des zweiten Abschnitts (2b) Eisen, Ferrit oder Permalloy ist.