KR100452551B1 - 화상형성장치의 정착장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명의 화상형성장치의 직접가열 정착장치는, 정착롤러 내부에 설치된 지지층, 정착롤러의 최외각 표면을 형성하는 분리층, 상기 지지층과 상기 분리층 사이에 설치되며 열을 공급하는 발열층으로 구성된 정착롤러와; 상기 정착롤러 최외각 표면에 접촉되어 온도를 측정하는 더어미스터와; 상기 정착롤러 하단에서, 상기 정착롤러와 맞물려 회전하며 인쇄용지를 가압하는 압력롤러를 포함한다. 본 발명에 의한 상기 발열층은, 상기 지지층의 외경에 감아진 열선; 상기 지지층과 상기 열선 사이에 설치되는 절연물질; 상기 열선과 열선 사이 및 상기 열선과 상기 분리층 사이에 충진되며, 탄성과 절연성을 가진 절연탄성층;으로 구성하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 화상형성장치의 웜업(warmup) 시간이 단축되어 프린팅 정착온도까지 빠른 시간내에 도달이 가능하므로 인쇄출력 대기시간을 대폭 줄일 수 있다. 또한, 고속인쇄 상황에서도 충분한 열량을 공급할 수 있고, 정착롤러의 가열효율을 높일 수 있다.

Description

화상형성장치의 정착장치{A Fusing Equipment of a Image Forming Apparatus}

본 발명은 화상형성장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 전자사진 인쇄방식 화상형성장치에서 인쇄용지 상에 전사된 화상을 정착시키는 정착장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자사진 인쇄방식 화상형성장치는, 노광부에 의해 디지털 화상신호를 받아 정전잠상을 형성하는 감광드럼과, 상기 감광드럼의 정전잠상을 현상제(이하 "토너"라 한다)로 현상하는 현상유닛과, 현상된 감광드럼상의 화상을 기록용지에 전사시키는 전사유닛 등을 구비한다.

상기 전사유닛은 정착장치를 포함하며, 정착장치란, 인쇄매체 위에 화상형태로 형성된 토너에 열과 압력을 가하여 토너를 종이에 고착하는 장치를 말한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 화상형성장치의 정착장치는, 상부에 정착롤러(80), 하부에 압력롤러(96), 상기 정착롤러(80)의 표면온도를 측정하는 더어미스터(thermister)(82)를 포함한다.

상기 정착롤러(80)는, 중심에 발열램프(86), 상기 발열램프(86)를 둘러싸는 공기층(88), 정착롤러(80)를 지탱하는 지지층(90), 상기 지지층을 감싸고 있으며 탄성부재로 구성된 탄성층(92), 상기 탄성층(92)을 감싸고 있는 분리층(94)으로 구성되어 있다. 여기서, 상기의 발열램프(86)는 일반적으로 할로겐 램프를 사용한다.

또한, 상기 압력롤러(96)는, 인쇄용지(99)를 사이에 두고 상기 분리층(94)과 맞대어 회전하며, 가압스프링(98)에 의해 상방향으로 압력을 받고 있다.

또한, 상기 더어미스터(82)는 회전하는 정착롤러(80)의 표면에 접촉되어 미끄러지면서 정착롤러 표면온도를 측정한다. 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 95는 토너를 나타낸다.

이러한 종래의 정착장치는, 정착롤러(80) 중앙에 있는 발열램프(86)에서 발산되는 복사열이 공기층(88)을 통해 지지층(90)에 전달되고, 탄성층(92)을 거쳐 비로소 인쇄용지(99)에 열을 전달하는 분리층(94)에 전달된다.

이러한 구성을 가진 종래의 정착롤러는 상온에서 토너를 녹일 수 있는 정착온도로 짧은 시간에 도달하지 못하고, 토너의 용융온도 및 장치의 구조에 따라 약간의 차이는 있을 수 있으나 통상 상당한 시간이 소요된다. 즉 전원이 인가되거나 슬립(sleep)상태에서 스텐바이(stanby)상태의 온도상승까지 기간인 웜업(warm-up) 상태에 이르기 까지 상당한 시간이 소요되어 사용자가 인쇄를 하고자 하는 경우에는 Mono LBP의 경우에는 30초 내지 1분, CLBP의 경우에는 3 내지 5분까지 시간이 소요된다.

여기서, 슬립(Sleep) 상태란, 장기간 인쇄 하지 않을 경우에 에너지 절감을 위하여 발열원에 인가되는 전력을 차단하여 정착온도를 상온으로 유지하는 상태를 말하며, 스텐바이(standby) 상태란, 최대 인쇄 속도로 인쇄용지를 공급해서 전자사진 형성과정을 거쳐 인쇄하는데에 차질이 없도록 프린팅 상태까지 상승이 가능한 최저 온도 상태를 말한다.

이와같이 종래 정착장치는 할로겐 램프를 발열원으로 사용하고, 이 발열램프가 정착롤러의 지지층 내부에서 발열하여 공기층을 매개하여 정착롤러를 가열하는구성이기 때문에 웜업상태에 이르기 까지 시간이 많이 걸린다.

또한, 지지층이 발열원에 의해 가열되더라도, 지지층을 감싸고 있는 탄성층의 재질이 열전도도가 낮은 고무로 되어 있어, 열이 정착롤러의 최외각층인 분리층까지 전달되는데는 상당한 시간이 소요될 수 밖에 없다.

또한, 더어미스터(thermister)가 정착롤러 외부에서 분리층 표면과 접촉되어 있는 구성이므로, 장기간 사용시 더어미스터에 먼지등 이물질등이 달라붙어 장착롤러 표면온도를 부정확하게 감지하는 경우가 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 정착장치는, 정착롤러를 직접 가열함으로써 웜업시간이 짧은 화상형성장치의 정착장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 정착롤러 표면에 충분한 열량을 공급하여 고속인쇄 상태에서도 충분한 열량을 공급할 수 있는 화상형성장치의 정착롤러를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 가열효율이 향상된 화상형성장치의 정착롤러를 제공하는데 있다.

도 1은 종래기술의 화상형성장치의 정착장치를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 화상형성장치의 직접가열 정착장치를 나타내는 단면도,

도 3은 도2에 나타낸 정착장치의 내부 구성을 보여주는 횡단면도,

도 4는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 단면도,

도 6는 본 발명의 또다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10:정착롤러 20:분리층

12:지지층 21;더어미스터(thermister)

13:발열층 22:압력롤러

14:절연물질 24:압력스프링

16:열선 26;인쇄용지

18:절연탄성층 28:토너

상기 목적을 달성하기 위하여 본발명의 화상형성장치의 정착장치는, 정착롤러 내부에 설치된 지지층, 정착롤러의 최외각 표면을 형성하는 분리층, 상기 지지층과 상기 분리층 사이에 설치되며 열을 공급하는 발열층으로 구성된 정착롤러, 상기 정착롤러 최외각 표면에 접촉되어 온도를 측정하는 더어미스터, 상기 정착롤러 하단에서, 상기 정착롤러와 맞물려 회전하며 인쇄용지를 가압하는 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압수단은 상기 정착롤러와 동일하게 구성하여, 상기 압력롤러가 압력 뿐 아니라 가열까지 할 수 있도록 구성 할 수 있다.

또한, 상기 더어미스터를 상기 정착롤러에 내장시켜 구성 할 수도 있다.

본 발명은 상기 지지층을 알루미늄 또는 철 성분을 포함하는 금속재질로 구성된 파이프로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발열층을 상기 지지층의 외경에 감아진 열선, 상기 지지층과 상기 열선 사이에 설치되는 절연물질, 상기 열선과 열선 사이 및 상기 열선과 상기 분리층 사이에 충진되며, 탄성과 절연성을 가진 절연탄성층으로 구성하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 열선은 적절한 전기적인 저항을 가진 텅스텐 또는 니크롬선으로 구성하고, 상기 절연탄성층은 전기적 절연성,내열성 및 탄성을 갖는 실리콘 또는 고무 성분을 갖는 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 또는, 상기 절연탄성층을 내열성이 우수한 세라믹 또는 운모로 구성할 수도 있다.

또한, 상기 분리층의 표면에 분리특성이 우수한 테프론 소재 코팅이나 테프론 튜브를 씌운것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 화상형성장치의 정착장치는, 정착롤러 내부에 설치되는 지지층, 상기 지지층 내부에 설치되며 열을 공급하는 발열층, 정착롤러의 최외각 표면을 형성하는 분리층, 상기 지지층과 상기 분리층 사이에 설치된 탄성층으로 구성된 정착롤러; 상기 정착롤러 최외각 표면에 접촉되어 온도를 측정하는 더어미스터; 상기 정착롤러 하단에서, 상기 정착롤러와 맞물려 회전하며 인쇄용지를 가압하는 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 발열층은 상기 지지층 내경을 둘러싸는 열선과, 상기 열선과 열선 사이 및 상기 열선과 지지층 사이에 충진되는 내열성 절연물질로 구성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 지지층은 알루미늄 또는 철 성분을 포함하는 금속재질로 구성된 파이프로 구성하고, 상기 열선은 적절한 전기적인 저항을 가진 텅스텐 또는 니크롬선으로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탄성층은 실리콘 또는 고무 성분을 갖는 재질로 구성하고, 상기 분리층의 표면에 분리특성이 우수한 테프론 소재 코팅이나 테프론 튜브를 씌워 구성하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 정착장치의 바람직한 실시예를 나타내는 종단면도와 횡단면도이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 정착장치는, 상부에 정착롤러(10)와 하부에 압력롤러(22), 상기 정착롤러(10)의 표면온도를 측정하는 더어미스터(21)를 포함한다.

상기 정착롤러(10)는 정착롤러를 지탱하는 지지층(12)이 내부에 구비되고, 정착롤러의 최외각 표면을 형성하는 분리층(20), 상기 지지층(12)과 분리층(20) 사이에 형성되어 있는 발열층(13)으로 구성된다.

상기 발열층(13)은 지지층(12)의 외경을 둘러감는 열선(16)과, 지지층(12)과 열선(16) 사이에 설치되는 절연물질(14)과, 상기 열선(16)과 열선 사이 및 상기 열선(16)과 분리층(20) 사이에 충진되는 절연탄성층(18)으로 구성된다.

여기서, 상기 열선(16)은 발열 및 수명을 고려하여 전기적인 저항을 가진 텅스텐, 니크롬선 등으로 구성된다. 또한 절연탄성층(16)은 정착롤러(10)의 탄성력을 좋게 하기 위해서는 실리콘(Si), 고무 성분을 갖는 전기적 절연성, 내열성 및 탄성을 가진 소재를 사용하고, 탄성력이 필요 없는 경우에는 고열 및 전기적인 절연성이 좋은 세라믹, 운모 등과 같은 소재를 사용한다.

또한,상기 분리층(20)의 표면에는 분리특성이 우수한 테프론 소재로 코팅을 하거나 테프론 튜브를 씌워 구성한다. 상기 지지층(12)은 기계적인 강도를 가진 Al 이나 Fe 성분을 포함하는 금속재질로 된 파이프 등이 사용된다. 이 지지층(12)은 발열층(13)에 의해 가열되어 열을 축적하고 있다가 정착시에 발열층(13)에서 발열하는 열과 함께 지지층(12)에 축적된 열을 분리층(20)으로 전달한다.

이와같이 지지층(12)과 분리층(20) 사이에 발열층(13)을 구성함으로써, 발열층이 직접 정착롤러의 최외각층인 분리층(20)을 가열함으로써, 화상형성장치의 웜업(warmup)시간이 단축되고, 충분한 열량이 정착롤러의 표면으로 공급되어 가열효율이 증대된다.

도4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도로써, 기본적인 구조는 앞서 설명한 경우와 크게 다르지 않다. 그러므로, 도 2와 동일한 부호를 부여하고구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예에서는 도면에서 볼 수 있듯이, 정착롤러(10)의 표면온도를 측정하는 더어미스터(21a)를 발열층(13) 내부에 삽입하여 정착장치를 구성하였다.

즉, 상기 더어미스터(21s)는 발열층(13) 내부 절연탄성층(18)에서 정착롤러와 함께 회전하면서 정착롤러(10) 내부에서 분리층(20)과 접촉되어 분리층의 표면온도를 측정한다.

이와같이 본 발명의 정착장치를 구성함으써, 장기간 사용하더라도 더어미스터에 먼지등 이물질이 끼는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명에 의한 정착장치의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 즉, 압력롤러(23)를 정착롤러(10)와 동일한 구성으로 한 정착장치를 나타낸다. 또한, 더어미스터(21a)는 발열층(20) 내부에 삽입되어 있다. 그외 기본적인 구성은 앞서 설명한 경우와 동일하다.

이렇게 정착롤러(10)와 압력롤러(23)를 동일하게 구성함으로써, 상하 롤러에서 인쇄용지에 직접 압력을 가하면서 열을 전달할 수 있다. 그러므로, 본 실시예의 정착장치는 슬립상태에서 프린팅 정착온도까지 최단시간내에 도달할 수 있고, 고속인쇄에서도 충분한 열량을 공급할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 의한 정착장치 역시 정착롤러(30)와, 더어미스터(42) 및 압력롤러(44) 등으로 구성된다.

다만, 상기 정착롤러(30)의 구성은, 지지층(34) 내표면에 열선(32)이 감아져 있고, 상기 열선(32)과 열선 사이 및 열선(32)과 지지층(34) 내경 사이에절연물질(31)이 설치되어 있으며, 정착롤러(30)의 탄성력을 위해 탄성층(36)이 상기 지지층(34)과 분리층(38) 사이에 형성되어 있다. 또한, 더어미스터(42)는 정착롤러 외부에서 분리층(38) 표면과 접촉되어 있는 구성이다.

상기 지지층(34)은 Al 또는 Fe 성분을 포함하는 금속재질인 파이프로 구성되고, 상기 열선(32)은 적절한 전기적인 저항을 가진 텅스텐 또는 니크롬선으로 구성된다. 또한, 상기 탄성층(36)은 실리콘 또는 고무 성분을 갖는 재질로 구성하고, 상기 분리층(38)은 표면에 테프론 코팅이나 테프론 튜브를 씌운다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 정착장치는, 종래기술과 같은 할로겐 램프 발열원을 사용하여 공기층으로 복사열을 방출하는 간접방식을 사용하지 않고, 정착롤러 내부구성을 지지층과 분리층 사이에 발열층을 두거나, 지지층 내부표면에 접하도록 발열층을 두어 정착롤러 표면을 직접가열함으로써, 화상형성장치의 프린팅 정착온도까지 빠른 시간내에 도달이 가능하므로 웜업(warmup) 시간이 단축되고, 인쇄출력 대기시간을 대폭 줄일 수 있다. 또한, 고속인쇄 상황에서도 충분한 열량을 공급할 수 있고, 정착롤러의 가열효율을 높일 수 있다.

또한, 더어미스터(thermister)를 정착롤러 내부에 설치함으로써, 더어미스터에 먼지나 이물질 등이 끼어 온도측정이 부정확해지는 현상을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (14)

1. 내부에 위치한 지지층, 최외각 표면을 형성하는 분리층, 상기 지지층과 상기 분리층 사이에 설치되며 열을 공급하는 발열층으로 구성된 정착롤러;

   상기 정착롤러의 온도를 측정하는 더어미스터;

   상기 정착롤러 하단에서, 상기 정착롤러와 맞물려 회전하며 인쇄용지를 가압하는 가압수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가압수단은 상기 정착롤러와 동일한 구성인 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 더어미스터가 상기 정착롤러에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 발열층은 상기 지지층의 외경에 감아진 열선; 상기 지지층과 상기 열선 사이에 설치되는 절연물질; 상기 열선과 열선 사이 및 상기 열선과 상기 분리층 사이에 충진되며, 탄성과 절연성을 가진 절연탄성층;으로 구성하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 열선은 적절한 전기적인 저항을 가진 텅스텐 또는 니크롬선으로 구성하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 절연탄성층은 전기적 절연성,내열성 및 탄성을 갖는 실리콘 또는 고무 성분을 갖는 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 분리층의 표면에 분리특성이 우수한 테프론 소재 코팅이나 테프론 튜브를 씌운것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
8. 제 4항에 있어서,

   상기 지지층은 알루미늄 또는 철 성분을 포함하는 금속재질로 구성된 파이프인 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
9. 내부에 설치되는 지지층, 상기 지지층 내부표면과 접촉되어 설치되며 열을 공급하는 발열층, 최외각 표면을 형성하는 분리층, 상기 지지층과 상기 분리층 사이에 설치된 탄성층으로 구성된 정착롤러;

   상기 정착롤러의 온도를 측정하는 더어미스터;

   상기 정착롤러 하단에서, 상기 정착롤러와 맞물려 회전하며 인쇄용지를 가압하는 가압수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 발열층은 상기 지지층 내경을 둘러싸는 열선과, 상기 열선과 열선 사이 및 상기 열선과 지지층 사이에 충진되는 내열성 절연물질로 구성된 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 지지층은 알루미늄 또는 철 성분을 포함하는 금속재질로 구성된 파이프인 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 열선은 적절한 전기적인 저항을 가진 텅스텐 또는 니크롬선으로 구성하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 탄성층은 실리콘 또는 고무 성분을 갖는 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.
14. 제 9항에 있어서,

    상기 분리층의 표면에 분리특성이 우수한 테프론 소재 코팅이나 테프론 튜브를 씌운것을 특징으로 하는 화상형성장치의 정착장치.