KR100400006B1 - 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치 - Google Patents
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Abstract
전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치가 개시된다. 개시된 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치는 정착롤러의 양단에 장착되는 엔드캡의 회전 중심 축 상에 설치되어 발열부와 전기적으로 접속하는 연결부와, 정착롤러가 장착되는 프레임에 마련되며 연결부와 접속하는 지지대와, 지지대를 연결부 쪽으로 탄성바이어스 시킴으로써 연결부와 접촉되게 하는 탄성수단을 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면, 전기적인 전류응력, 기계적인 잔류 열 응력 및 사용환경에 따른 열적 충격등 반복적으로 받게 되는 지속적인 응력에 대하여 내구성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내구성 및 안전성을 확보할 수 있도록 개선된 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전자사진 현상방식을 이용하는 전자사진 화상형성장치 예를 들어 복사기, 레이저빔 프린터 등은 감광드럼에 인접해 있는 대전롤러(Electrostatic Charging Roller)가 회전하면서 감광드럼의 외주면상에 형성된 감광체를 고루 대전시킨다. 감광체는 노광주사부 (LSU: Laser Scanning Unit)로부터의 레이저 빔에 의해 주어진 패턴으로 노광되고, 이에 의해 감광체의 표면에 원하는 정전잠상(Electrostatic Latent Image)이 형성된다. 현상기는 감광체에 토너를 공급하여 감광체에 형성된 정전잠상을 가시상(Visible Image)인 분말상태의 토너화상(Toner Image)으로 현상한다. 그리고, 감광드럼에 소정의 압력으로 접촉되는 전사롤러(Transferring Roller)와 토너화상이 형성된 감광드럼에 소정의 전사전압이 인가된다. 이 상태에서, 이들 사이를 통과하는 기록매체인 용지가 통과하면 감광체에 형성되어 있는 토너화상이 용지로 전사된다. 정착롤러를 포함하는 정착부는 토너화상이 전사된 용지를 가열하여 분말상태의 토너화상을 일시적인 용융에 의해 용지에 융착시킨다. 상기 정착부의 열원에서 발생된 복사열(Radiant Heat)에 의해 정착롤러의 표면을 정해진 온도로 가열한다.
상기 열원은 외부전원으로부터 전원을 공급받아 복사열을 발생하는데, 상기 열원과 외부전원은 전원공급부에 의하여 연결되어 전류를 공급받는다.
도 1은 종래의 표면 직접 가열롤러장치를 나타낸 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 가열롤러장치(100)는 롤러(101)와, 상기 롤러(101)위에 마련되는 절연층(102)과, 상기 절연층(102)위에 설치되어 열을 발생시키는 발열층(103)과, 상기 발열층(103)위에 설치되는 보호층(104)과, 전원공급부(106)를 구비한다.
상기 전원공급부(106)는 상기 발열층(103)위에 도전성접착제(105)를 도포하고 그 위에 설치되는 슬립링(Slip Ring)으로 구성된다. 상기 슬립링은 외부전원으로부터 전원을 공급받아 전류를 상기 발열층(103)에 전달하는 것으로, 상기 롤러(101)가 회전하면 일체로 함께 회전된다.
상기와 같은 종래의 표면 직접 가열롤러방식에서 사용되는 전원공급부(106)는 상기 롤러(101)의 표면에 저항 발열층(103)을 직접 설치하고, 그 위에 도전성 접착제(105)로 상기 슬립링을 고정시켜서 전원을 공급한다.
따라서, 상기 전원공급부(106)에는 전기적인 전류 응력, 기계적인 잔류 열 응력 및 사용 환경에 따른 열적충격 등 많은 응력을 반복적이고, 지속적으로 받게 되는 문제점이 있다.
단시간내에 상온에서 정착온도까지 상승시켜야 하기 때문에, 초기 및 사용 중에도 상기 전원공급부(106)는 반복적으로 많은 충격을 받게 되어 내구성 및 안전성에 큰 취약점이 있으며, 전기적인 스파크발생의 위험성을 가지고 있다. 또한, 도전성 접착제를 사용하므로 전류가 발열층이 아닌 다른 구성부품에 흐를 수 가 있어 사용자가 감전의 위험에 노출될 수 있는 문제점이 있다.
특히, 히트파이프(Heat Pipe)를 이용하는 정착롤러장치를 사용함에 따라 정착롤러 전원공급장치를 종래의 직접 가열식 정착롤러장치에 사용되는 것과는 다르게 안전성을 확보할 수 있게 구성되도록 할 필요가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로서, 내구성 및 안전성이 향상되도록 구조가 개선된 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 표면 직접 가열롤러장치를 나타낸 종단면도,
도 2는 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치를 적용한 전자사진 화상형성장치의 정착부의 개략적인 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치를 적용한 정착롤러장치를 도시한 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 정착롤러 전원공급장치를 도시한 분리 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치의 변용예를 적용한 정착롤러장치를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치의 변용예를 도시한 분리사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
210...정착롤러장치 213...발열부
217...엔드캡 300...정착롤러전원공급장치
310...연결부 320,420...지지대
330,430...탄성수단
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치는 분말상의 토너를 용지에 융착시키기 적당한 온도로 올리기 위하여 정착롤러에 열을 공급하는 발열부와 전기적으로 연결되어 전류를 전달하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치에 있어서,상기 정착롤러의 양단에 장착되는 엔드캡의 회전 중심 축 상에 설치되어 상기 발열부와 전기적으로 접속하는 연결부와, 상기 정착롤러가 장착되는 프레임에 마련되며, 상기 연결부와 접속하는 지지대와, 상기 지지대를 상기 연결부 쪽으로 탄성바이어스 시킴으로써 상기 연결부와 접촉되게 하는 탄성수단;을 구비하여, 상기 정착롤러와 함께 회전도는 상기 연결부에 상기 지지대를 상기 탄성수단의 탄성력에 의하여 접촉시킴으로써 외부전원으로부터 전류가 단속되지 않고 지속적으로 흐르는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 연결부는 대략적으로 원통형이며, 상기 엔드캡에 설치되어 고정될 수 있도록 플랜지부가 마련되어 있고, 그 일단에는 상기 지지대와 접속되는 제 1접속부가 마련되어 있으며, 그 타단에는 상기 발열부와 전기적으로 접속하는 제 2접속부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1접속부는 볼록 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 지지대에는 상기 제 1접속부와 접속될 수 있도록 중앙에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 지지대는 바닥면을 가지는 원통형이며, 바닥면의 중앙에는 제 1접속부에 접속 될 수 있도록 오목부가 형성되어 있고, 타단에는 탄성수단이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 탄성수단은 압축코일 스프링인 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치를 적용한 전자사진 화상형성장치의 정착부를 개략적인 도시한 종단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치를 적용한 정착롤러장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 정착롤러 전원공급장치를 도시한 분리사시도 이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전자사진 화상형성장치의 정착부(200)는 토너화상(251)이 형성된 용지(250)가 배출되는 방향, 즉 도면에서 시계방향으로 회전하는 정착롤러장치(210)와, 상기 용지(250)를 사이에 두고 대향되게 설치되어 상기 정착롤러장치(210)에 접촉하면서 반 시계방향으로 회전하는 가압롤러(220)를 구비한다.
상기 정착롤러장치(210)는 표면에 테프론(teflon)코팅 등에 의한 보호층(211)이 형성된 원통형의 정착롤러(212)와, 상기 정착롤러(212)의 내부에 설치되어 후술하는 정착롤러 전원공급장치(300)에 의해서 전달된 전류에 의하여 열을 발생시키는 발열부(213)와, 상기 발열부(213)의 내부에 설치되는 것으로, 그 양단이 밀폐되어 있으며 그 내부를 소정압력으로 유지하는 내부관(214)을 포함한다. 상기 내부관(213)내에는 소정의 체적비로 수용되는 작동유체(215)가 수용되어 있다.
또한, 상기 정착롤러(212)의 상부에는 상기 보호층(211)에 접촉되어 정착롤러(212) 및 보호층(211)의 표면온도를 검지하는 써미스터(230)와, 상기 써미스터(230)가 온도 검지를 실패하여, 상기 정착롤러(212) 및 보호층(211)의 표면온도가 급격하게 상승하는 경우에 정착롤러 전원공급장치(300)의 전원을 차단하여 과열을 방지하는 써머스텟(240)이 설치되어 있다.
상기 발열부(213)는 정착롤러 전원공급장치(300)로부터 전류를 공급받아 열을 발생시키는 것으로, 상기 정착롤러(212)의 내면 및 내부관(214)의 외면에 접촉되도록 나선형의 저항 발열코일로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 저항 발열코일은 니켈-크롬(Ni-Cr) 등에 의해 이루어진 발열선(미도시)과 상기 발열선을 보호하기 위하여 그 둘레를 둘러싸도록 마련되는 피복층(미도시)으로 구성된다. 상기 발열선과 피복층사이에는 절연층이 개재되어 있다. 상기 절연층은산화마그네슘(MgO)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 나선형의 저항 발열코일 사이에는 매개부(213a)가 더 구비되어 있다. 상기 매개부(213a)는 상기 발열부(213)에서 발생된 열을 직접 전달받거나 상기 내부관(214)으로부터 열을 전달받아 상기 정착롤러(212)로 전달하는 역할을 한다. 상기 매개부(213a)는 상기 발열부(213)만에 의해서 열을 전달하는 것보다 열 전달능력이 탁월하며, 또한 상기 정착롤러(212)전체의 온도를 균일하게 목표온도로 올린다. 따라서, 상기 매개부(213a)는 열전도성이 좋은 재료를 사용하며 특히, 알루미늄(Al)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 내부관(214)은 관형으로 이루어져 있으며, 그 양단은 밀폐되어 있다. 그 내부에는 작동유체(215)가 소정량 수용되어 있다. 상기 내부관(214)의 내면에는 그물모양의 윅(Wick)구조가 마련되는 것이 바람직하다. 이는 상기 발열부(213)로부터 전달된 열이 상기 내부관(214)의 전체에 빠른 시간 내에 균일하게 전달되도록 하기 위함이다. 물론, 상기 내부관(214)의 전체에 균일하게 열을 전달할 수 있는 다양한 변용 예가 가능하다.
상기 작동유체(215)는 상기 발열부(213)에서 발생된 열을 전달받아 기화되어 그 열을 상기 정착롤러(212)에 전달하여 상기 정착롤러(212)의 표면의 온도편차를 방지하고 빠른 시간 내에 정착롤러(212)전체가 가열되게 하는 열적매체의 역할을 한다. 이러한 기능을 수행하기 위하여 상기 작동유체(215)는 상기 내부관(214)의 체적에 대하여 5 내지 50 %의 체적비를 차지하며, 특히, 5 내지 15 % 체적비를 차지하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 체적비가 약 5% 이하인 경우에는 드라이 아웃(Dry Out)현상이 발생될 가능성이 매우 높으므로 이를 피하는 것이 바람직하다.
상기 정착롤러(212)의 양단에는 엔드캡(217)이 설치되어 있다. 상기 엔드캡(217)중 어느 하나에는 상기 정착롤러장치(210)를 지지하는 프레임(340)에 설치되는 전동장치(미도시)에 연결되어 상기 정착롤러장치(210)를 회전시키도록 동력전달기구가 마련된다. 상기 동력전달기구는 상기 엔드캡(217)의 외주면을 따라 치(tooth)를 형성하여 전동장치와 상호 맞물려 회전되도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 엔드캡(217)의 외주면에 치(217a)를 형성하고, 상기 프레임(340)에 설치되는 전동장치와 연결되어 맞물려 회전되면서 상기 정착롤러장치(210)를 회전시킨다.
상기 정착롤러 전원공급장치(300)는 상기 정착롤러(212)의 양단에 설치되어, 외부전원으로부터 전류를 공급받아 상기 발열부(213)에 전달하는 것으로, 연결부(310)및 지지대(320)와 탄성수단(330)을 구비한다.
상기 연결부(310)는 상기 엔드캡(217)의 중앙부 즉, 정착롤러장치(210)의 회전 중심축상에 위치된 관통홀(217b)에 삽입 관통되어 설치되며, 그 외주면에는 상기 관통홀(217b)을 둘러싸도록 형성되어 있는 인입부(217c)에 삽입되어 고정되는 플랜지부(313)가 마련되어 있다. 그 일단에는 상기 지지대(320)와 접촉 연결되도록 볼록 형상으로 이루어진 제 1접속부(311)가 마련되어 있다. 또한, 그 타단에는 상기 발열부(213)의 저항 발열코일선의 리드가 연결되는 제 2접속부(315)가 마련되어 있다. 도 4에서는 상기 제 2접촉부(315)와 저항 발열코일선의 리드의 연결관계는 도시하지는 않았지만, 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 구현할 수 있다.
상기 플랜지부(313)는 인입부(217c)에 억지 끼워 맞춤으로 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 탄성수단(330)에 의하여 상기 지지대(320)가 탄성력을 받아 연결부(310)를 내부관(214)쪽으로 밀리는 경우에도 상기 연결부(310)가 인입부(217c)에 억지 끼워 맞춰져 있어 상기 연결부(310)가 내부관(214)쪽으로 밀리는 것이 방지된다.
상기 지지대(320)는 상기 정착롤러장치(210)가 설치되는 프레임(340)에 설치되어, 상기 연결부(310)의 제 1접속부(311)와 연결되어 전류를 전달하는 것으로, 플레이트(321)와 상기 플레이트(321)의 중앙부 즉, 상기 정착롤러장치(210)의 회전 중심 축 상에 형성된 오목부(323)를 포함한다. 상기 오목부(323)에는 상기 연결부(310)의 제1접속부(311)가 접촉된다.
상기 프레임(340)에는 상기 정착롤러장치(210) 쪽으로 개구되어 소정의 바닥을 가지는 홀(341)이 형성되어 있으며, 개구된 부분에는 복수개의 멈춤대(342)가 마련되어 있다. 상기 홀(341)에는 상기 지지대(320)가 삽입되어 설치되고, 상기 멈춤대(342)에 의하여 고정 지지된다. 상기 지지대(342)는 전도성 있는 재료로 형성되며, 외부전원과 연결되어 전류가 흐르도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치의 다른 변용예를 적용한 정착롤러장치를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치의 다른 변용예를 도시한 분리 사시도이다. 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일부재를 나타낸다.
도 5와 도 6을 참조하면, 정착롤러장치(210)는 도 3에 도시된 것과 그 구성에 있어서는 동일하며, 상기 프레임(340)에 설치되는 지지대(420)의 형상이 다르다.
상기 지지대(420)는 소정 깊이의 바닥면을 가지는 원통형 몸체(421)로 형성되어 있으며, 바닥면의 중앙부 즉, 상기 정착롤러장치(210)의 회전 중심 축 상에는 상기 연결부(310)의 제 1접속부(311)와 접촉 연결될 수 있도록 오목부(423)가 마련되어 있고, 타단에는 상기 탄성수단(430)이 삽입 설치된다.
도 4 및 도 6에 도시된 상기 탄성수단(330)(430)은 상기 지지대(320)를 상기 정착롤러장치(210)쪽으로 밀어붙여서 상기 지지대(320)가 상기 연결부(310)의 제1접속부(311)에 접촉 연결되도록 하는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서는 압축스프링을 사용하였다. 물론, 동일한 기능을 하는 것이라면, 다양한 변용예가 가능하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 정착롤러 전원공급장치가 적용된 정착롤러장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 프레임(340)에 설치되는 동력장치가 상기 엔드캡(217)의 외주면에 마련된 치(217a)와 치합되어 회전하면, 상기 엔드캡(217)에 결합되어 있는 상기 정착롤러(212)도 회전한다. 그러면, 상기 용지(250)를 사이에 두고 상기 정착롤러장치(210)에 대향되게 설치되는 상기 가압롤러(220)는 상기 정착롤러장치(210)의 회전방향에 대하여 반대방향으로 회전을 한다.
상기 엔드캡(217)에 설치되는 상기 연결부(310)는 상기 엔드캡(217)이 회전함에 따라 함께 회전하며, 상기 제 1접속부(311)는 상기 지지대(320)에 접촉되어있는 상태를 유지하면서 회전한다. 이때, 상기 지지대(320)는 상기 탄성수단(330)에 의하여 항상 상기 제 1접속부(311)쪽으로 밀어 붙여지게 되므로, 상기 제 1접속부(311)는 항상 상기 지지대(320)와 접촉되므로 전류공급이 차단되지 않는다.
상기 용지(250)에 형성되어 있는 분말상의 토너(251)를 상기 용지(250)에 융착 시키기 위해서는 상기 정착롤러(212)를 적정한 온도로 올려야 한다. 따라서, 외부전원으로부터 전류가 상기 지지대(320)를 통하여 이에 접촉되어 있는 상기 연결부(310)에 흐르며, 또한, 상기 연결부(310)에 연결되어 있는 상기 발열부(213)에 흐르게 된다.
전류를 공급받은 상기 발열부(213)는 저항열을 발생한다. 발생된 열의 일부는 상기 정착롤러(212)에 전달되고, 나머지 열은 상기 내부관(214)에 전달되게 되는데, 상기 내부관(214)의 내면에는 그물모양의 윅(Wick)구조가 설치되어 있으므로 빠른 시간 내에 열을 전체에 전달된다. 상기 내부관(214)에 수용되어 있는 상기 작동유체(215)는 전달된 열에 의하여 가열되어 기화되며, 기체상의 작동유체가 가지는 열은 상기 내부관(214)의 표면에 설치되어 있는 상기 매개부(213a)를 통하여 상기 정착롤러(212)에 전달된다.
그러므로, 상기 정착롤러(212)는 상기 발열부(213)에서 발생된 열이 전달되고, 동시에 상기 작동유체(215)의 열이 상기 매개부(213a)를 통하여 전달되어 그 표면온도가 상기 용지(250)에 형성되어 있는 분말상의 토너(251)를 융착 하기에 필요한 목표온도까지 빠른 시간 내에 전체에 고르게 도달하게 된다.
따라서, 상기 정착롤러장치(210)와 이에 대향되게 설치되어 있는가압롤러(220)사이를 통과하는 용지(250)에 형성되어 있는 분말상의 토너(251)는 가열되어 일정한 온도를 가지고 있는 정착롤러(210)에 의하여 용지(250)에 융착 된다.
한편, 상기 정착롤러(210)가 상기 토너(251)를 융착 함에 따라 열을 빼앗기게 되면, 상기 내부관(214)내에 수용되어 있는 상기 작동유체(215)는 열을 빼앗기게 되어 다시 액화된다. 그러면, 다시 상기 발열부(213)에 의해 열을 전달받은 상기 작동유체(215)는 기화되면서 상기 정착롤러(212)의 표면온도를 상기 토너(251)를 융착 하기에 적당한 목표온도로 유지할 수 있게 하여 계속적인 작업을 할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치는 회전 구동하는 정착롤러 전원공급장치의 전기적인 전류응력, 기계적인 잔류 열 응력 및 사용환경에 따른 열적 충격등 반복적으로 받게 되는 지속적인 응력에 대하여 내구성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
Claims (7)
- 분말상의 토너를 용지에 융착시키기 적당한 온도로 올리기 위하여 정착롤러에 열을 공급하는 발열부와 전기적으로 연결되어 전류를 전달하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치에 있어서,상기 정착롤러의 양단에 장착되는 엔드캡의 회전 중심 축 상에 설치되어 상기 발열부와 전기적으로 접속하는 연결부와;상기 정착롤러가 장착되는 프레임에 마련되며, 상기 연결부와 접속하는 지지대와;상기 지지대를 상기 연결부 쪽으로 탄성바이어스 시킴으로써 상기 연결부와 접촉되게 하는 탄성수단;을 구비하여,상기 정착롤러와 함께 회전도는 상기 연결부에 상기 지지대를 상기 탄성수단의 탄성력에 의하여 접촉시킴으로써 외부전원으로부터 전류가 단속되지 않고 지속적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 연결부는 원통형이며, 상기 엔드캡에 설치되어 고정될 수 있도록 플랜지부가 마련되어 있고, 그 일단에는 상기 지지대와 접속되는 제 1접속부가 마련되어 있으며, 그 타단에는 상기 발열부와 전기적으로 접속하는 제 2접속부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치.
- 제 3항에 있어서,상기 제 1접속부는 볼록 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 지지대는 판상이며, 상기 제 1접속부와 접속될 수 있도록 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 지지대는 바닥면을 가지는 원통형이며, 바닥면에는 제 1접속부에 접속 될 수 있도록 오목부가 형성되어 있고, 타단에는 탄성수단이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 탄성수단은 압축코일 스프링인 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 전원공급장치.
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