KR100516165B1

KR100516165B1 - 화상형성기기의 정착장치

Info

Publication number: KR100516165B1
Application number: KR10-2003-0066169A
Authority: KR
Inventors: 조덕현; 김환겸
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US20050063743A1; KR20050029900A; JP2005099799A; CN1601396A

Abstract

지지프레임에 회전 가능하게 설치되는 가열롤러와; 가열롤러와의 사이에 소정 정착닙을 가지도록 가열롤러에 접촉 회전되는 가압롤러와; 지지프레임에 회동 가능하게 설치되며, 가압롤러와 가열롤러 중 어느 하나의 롤러를 나머지 롤러에 접촉 회전되게 지지하는 회동브라켓과; 회동브라켓을 사이에 두고 서로 마주하는 방향으로 회동브라켓을 각각 탄성가압하는 제1 및 제2압축스프링; 및 제1 및 제2압축스프링 각각을 지지한 채, 회동브라켓의 움직임을 가이드하는 가이드부재;를 포함하여, 제1 및 제2압축스프링의 상보적인 압축 및 팽창동작에 의해 가압롤러 및 가열롤러 사이의 정착닙은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치가 개시된다.

Description

화상형성기기의 정착장치{Fusing apparatus for image forming apparatus}

본 발명은 토너화상이 옮겨진 용지를 소정 온도 및 압력으로 정착시키는 화상형성기기의 정착장치에 관한 것이다.

전자사진 현상 방식을 이용하는 일반적인 전자사진 화상형성기기, 예를 들어 복사기, 레이저 프린터 등은 감광드럼에 인접된 대전유닛에 의해 상기 감광드럼이 대전된다. 대전된 감광드럼의 표면은 레이저 주사유닛으로부터 주사된 레이저광에 의해 원하는 화상에 대응되는 패턴으로 노광되어, 감광드럼에는 정전잠상이 형성된다. 현상기는 감광드럼에 토너를 공급하여 감광드럼에 형성된 정전잠상을 가시상인 분말상태의 토너화상으로 현상한다. 그리고, 감광드럼과 그 감광드럼와 접촉회전되는 전사롤러 사이로 인쇄용지가 통과하면, 감광드럼 상의 토너화상은 인쇄용지로 전사된다. 이와 같이 토너화상이 전사된 인쇄용지는 정착장치를 통과하면서, 고온 고압으로 정착됨으로써, 인쇄용지 상에 토너화상이 고착된다. 정착장치를 통과한 인쇄용지는 외부로 배출된다.

여기서, 상기 정착장치는, 통상적으로 서로 마주하여 회전되는 가압롤러 및 가열롤러를 포함하여 구성된다. 도 1에는 일본 특개평 2002-139948호에 개시된 정착장치가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 정착장치는, 내부에 히터(11)가 마련된 가열롤러(12)와, 가열롤러(12)에 접촉회전되는 가압롤러(13)를 구비한다. 가열롤러(12)는 지지프레임(10)에 회전가능하게 설치되어 있으며, 가압롤러(13)는 회동축(14a)을 중심으로 회동가능한 회동프레임(14)에 회전가능하게 설치된다. 상기 회동프레임(14)은 스프링(15)에 의해 가열롤러(12) 쪽으로 가압됨으로써, 가열롤러(12)와 가압롤러(13) 사이에 소정 닙(nip)이 발생하도록 한다. 상기 롤러들(12,13) 사이에서 발생되는 닙(nip)의 크기는 프레임(10)에 설치된 작동레버(16)를 회전시켜서 회동프레임(14)을 강제하강시키거나 해제시켜서 스프링(15)의 탄성력을 가감함으로서 변형 가능하게 된다. 따라서, 봉투와 같이 두꺼운 인쇄용지에 인쇄할 경우에는 상기 작동레버(16)를 도 1에 도시된 바와 같은 상태로 세워서 회동프레임(14)을 하강시키면, 롤러(12,13) 사이의 닙(nip)이 줄어들어 봉투의 구겨짐을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 정상적인 A4 용지 등의 인쇄용지에 인쇄할 경우에는, 다시 상기 작동레버(16)를 회전시켜서 회동프레임(14)을 상승시켜서 롤러들(12,13) 사이의 닙(nip)을 키운 상태에서 인쇄동작을 수행하도록 한다.

그런데, 상기와 같은 종래의 구성에 의하면, 롤러들 사이의 정착닙의 크기 즉, 가압력의 크기를 두 가지 모드로밖에 선택할 수 없게 된다. 따라서, 사용이 불편하고 다양한 두께의 용지를 모두 적용할 수 없게된다.

또한, 가압롤러는 열팽창 계수가 큰 실리콘 고무나 발포 실리콘 고무로 제작되므로, 열에 의해 외형 변화가 크므로, 인쇄초기와 인쇄후의 정착 닙(nip)의 크기가 변하게 된다. 이에 반해 종래의 정착장치는 정착닙의 크기를 2가지밖에 선택할 수 없으므로, 롤러의 팽창에 따른 정착닙 크기의 변화에 적극적으로 대응할 수 없게 된다. 그리고, 가압력이 커질 경우, 용지에 주름이 발생하게 되고, 가압력이 작아질 경우 정착성이 불량해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 롤러 사이의 정착닙을 일정하게 유지할 수 있도록 구조가 개선된 화상형성기기의 정착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치는, 지지프레임에 회전 가능하게 설치되는 가열롤러와; 상기 가열롤러와의 사이에 소정 정착닙을 가지도록 가열롤러에 접촉 회전되는 가압롤러와; 상기 지지프레임에 회동 가능하게 설치되며, 상기 가압롤러와 상기 가열롤러 중 어느 하나의 롤러를 나머지 롤러에 접촉 회전되게 지지하는 회동브라켓과; 상기 회동브라켓을 사이에 두고 서로 마주하는 방향으로 상기 회동브라켓을 각각 탄성가압하는 제1 및 제2탄성부재; 및 상기 제1 및 제2탄성부재 각각을 지지한 채, 상기 회동브라켓의 움직임을 가이드하는 가이드부재;를 포함하여, 상기 제1 및 제2탄성부재는 상보적인 압축 및 팽창동작[에 의해 상기 가압롤러 및 가열롤러 사이의 정착닙은 일정하게 유지되는]을 수행하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 회동브라켓의 일단은 상기 지지프레임에 회동 가능하게 연결되고, 타단은 상기 가이드부재에 움직임 가능하게 연결된 채 상기 가압롤러를 회전 가능하게 지지하도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회동브라켓의 일단에는 회동축이 결합되는 축공이 형성되고, 타단에는 상기 가이드부재가 슬라이딩되는 가이드홀이 형성된 것이 좋다.

또한, 상기 회동브라켓은, 상기 축공과 가이드홀 사이에 마련되어 상기 가압롤러를 회전가능하게 지지하도록 형성된 원호형 축받이부를 가지는 것이 좋다.

또한, 상기 가압롤러는 상기 가열롤러의 상부에 설치되며, 상기 회동브라켓은 상기 가압롤러의 상부에 설치되어 그 가압롤러를 상기 가열롤러에 접촉 회전되게 지지하는 것이 좋다.

또한, 상기 제1탄성부재는 상기 회동브라켓을 상기 가열롤러쪽으로 하향 탄성가압하고, 상기 제2탄성부재는 상기 회동브라켓을 상기 가열롤러에서 이격되는 쪽으로 상향 탄성가압하도록 설치되는 것이 좋다.

또한, 상기 가이드부재는 상기 가이드홀을 통해 상기 지지프레임에 고정되는 볼트를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 제1 및 제2탄성부재는 가이드홀을 사이에 두고 상기 볼트에 끼워져 압축된 상태로 지지되는 것이 좋다.

또한, 상기 제1 및 제2탄성부재는 압축코일스프링인 것이 좋으며, 서로의 탄성력을 동일한 것이 좋다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치를 자세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치는, 지지프레임(20)에 회전가능하게 설치되는 가열롤러(30)와, 상기 가열롤러(30)에 접촉회전되는 가압롤러(40)와, 가압롤러(40)를 회전가능하게 지지하는 회동브라켓(50)과, 회동브라켓(50)을 사이에 두고 대응되게 설치되는 제1 및 제2탄성부재(61,63)과, 가이드부재(70)를 구비한다.

상기 가열롤러(30)의 내부에는 히터(31)가 설치된다. 이 가열롤러(30)는 가압롤러(40)와 접촉회전되면서, 그 사이로 통과하는 인쇄용지를 소정 온도 및 압력으로 정착한다.

상기 가압롤러(40)는 가열롤러(30)를 소정 압력으로 가압하면서 접촉회전되게 설치된다. 이 가압롤러(40)는 샤프트(41)를 중심으로 하여 소정두께의 가압층(42)을 가진다. 이 가압층(42)은 실리콘 고무나 발포 실리콘 고무로 형성된다. 이러한 가압층(42)은 가열롤러(30)에 접촉되어 열을 받게 되면, 열팽창될 수 있다.

그리고, 상기 가압롤러(40)와 가열롤러(30)의 접촉에 의해 그 롤러들(30,40) 사이에는 소위 정착 닙(nip)이 형성된다. 이 정착 닙(nip)의 크기에 따라서, 그 롤러들(30,40) 사이를 통과하는 인쇄용지를 정착하는 시간, 온도 및 압력이 결정된다.

따라서, 상기 정착 닙(niP)의 가변을 위해서, 상기 가압롤러(40)는 지지프레임(20) 상에서 미세하게 상하 방향으로 이동될 수 있도록 설치된다. 그리고, 상기 가압롤러(40)와 가열롤러(30) 중 어느 하나는 소정의 구동모터(미도시)에 의해 구동회전되며, 나머지 롤러는 피동회전된다. 바람직하게는, 상기 가열롤러(30)가 구동회전되고, 움직임 가능한 가압롤러(40)가 피동회전되는 것이 좋다.

상기 가압롤러(40)의 샤프트(41)에는 베어링(43)이 설치되며, 상기 베어링(43)을 사이에 두고 가압롤러(40)는 회동브라켓(50)에 회전가능하게 지지된다.

상기 회동브라켓(50)은 지지프레임(20)에 회동가능하게 설치되어, 가압롤러(40)가 가열롤러(30) 쪽으로 접촉회전되게 지지한다. 이 회동브라켓(50)은 일단에 회동축(51)이 결합되는 축공(52)과, 타단에 상기 가이드부재(70)가 슬라이딩 가능하게 끼워지는 가이드홀(53)을 가진다. 그리고, 가이드부재(70)는 가압롤러(40)의 베어링(43)을 지지하도록 원호형으로 형성된 원호형 축받이부(55)를 가진다. 상기 축받이부(55)는 축공(52)과 가이드홀(53) 사이에 즉, 회동브라켓(50)의 중앙부위에 마련되어, 가압롤러(40)를 하방향으로 지지한다. 즉, 회동브라켓(50)은 가압롤러(40)의 상방향에 설치되어, 자중에 의해서도 상기 가압롤러(40)를 가열롤러(30) 쪽으로 가압 지지한다.

상기 제1 및 제2탄성부재(61,63)는 회동브라켓(50)을 사이에 두고, 서로 대향되게 설치된다. 각 탄성부재(61,63)는 서로 상하방향을 일직선상에 설치되어, 서로 마주하는 방향으로 탄성가압력을 회동브라켓(50)에 제공하는 압축코일스프링인 것이 바람직하다(이하 제1, 제2압축스프링이라 함)[게 된다]. 바람직하게는, 상기 회동축(51)에서 가장먼 반대쪽의 회동브라켓(50) 단부에 탄성가압력을 제공하도록 배치된다. 각 압축스프링(61,63)은 상기 가이드부재(70)에 끼워져 지지된다. 또한, 상기 제1 및 제2압축스프링(61,63)은 서로 동일한 탄성력을 가진다. 따라서, 회동브라켓(50)을 사이에 두고 각 압축스프링(61,63)에서 서로 반대방향으로 작용하는 탄성력은 동일하게 된다.

상기 가이드부재(70)는 지지프레임(20)에 설치되는 지지블럭(21)에 나사 결합되는 볼트를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 볼트는 회동브라켓(50)의 가이드홀(53)을 통과하도록 지지블록(21)에 결합되어, 회동브라켓(50)의 상하움직임을 가이드하는 동시에, 제1 및 제2압축스프링(61,63)을 압축된 상태로 지지한다. 이를 위해, 볼트의 외경은 가이드홀(53)의 내경보다는 작고, 상기 압축스프링들(61,63)의 내경보다도 작게 형성된다.

상기 구성에 의하면, 상기 제1압축스프링(61)은 회동브라켓(50)의 상부에 위치되게 볼트에 압축된 상태로 끼워져 회동브라켓(50)을 가열롤러(30) 쪽으로 가압한다. 제2압축스프링(63)은 회동브라켓(50)과 지지블럭(21) 사이에 위치되게 볼트에 압축된 상태로 끼워져, 회동브라켓(50)을 상방향으로 즉, 가열롤러(31)에서 이격되는 방향으로 탄성 가압한다.

또한, 상기 각 압축스프링(61,63)에 의해 회동브라켓(50)에 가해지는 힘과 압축량은 소정 값으로 설계되어 결정될 수 있다.

상기 구성에 의하면, 가압롤러(40)가 열팽창하여 정착 닙(nip)이 증가하면, 회동브라켓(50)에 가해지는 압력(P)이 증가한다. 그러면, 제1코일스프링(61)이 압축되어 가압력 F1의 값이 증가하고, 제2압축스프링(63)은 팽창하여 가압력 F2의 값은 감소한다. 따라서, 결과적으로 가압롤러(40)와 가열롤러(30) 사이의 가압력은 일정하게 유지되고, 정착 닙(nip)도 재조정되어 일정하게 유지된다. 정착 닙(nip)이 일정하게 유지가능한 것은, 회동브라켓(50)이 상방향으로 소정 거리 이동하게 되어 가압롤러(40)의 팽창량을 보상하기 때문이다.

도 3에는 상기 구성을 가지는 정착장치에 있어서 회동브라켓에 작용하는 힘을 나타내 보인 자유도(degrees of freedom)가 도시되어 있다.

자유도에 따르면, 회동브라켓(50)에 작용하는 y축 방향으로의 힘의 합은 제로이며, 회동브라켓(50)의 회동중심을 기준으로 하는 모멘트(M)의 합도 제로이다.

이를 수학식1 및 수학식2로 나타내면 다음과 같다.

+↑∑Fy = 0 ; -F1 + F2 + P - R= 0

+ccc∑M = 0 ; (F1 -F2)×L1 - P×L2 = 0

∴P = [(F1 -F2)×L1]/L2

여기서, F1은 제1압축스프링(61)에 의해 회동브라켓(50)에 가해지는 힘이고, F2는 제2압축스프링(63)에 의해 회동브라켓(50)에 가해지는 힘을 나타낸다.

또한, P 는 가압롤러(40)와 가열롤러(30) 사이의 정착 닙(nip)에 의해 가압롤러(40)의 베어링(43)을 통해 회동브라켓(50)에 가해지는 힘을 나타낸다. R은 회동브라켓(50)의 회전중심(샤프트;51)에 발생하는 반력을 나타낸다.

또한, 상기 제1 및 제2스프링(61,63)에 의해 회동브라켓(50)에 가해지는 힘(F1,F2)은 코일 압축스프링의 힘과 압축량에 관한 다음의 수학식3을 이용하여 계산이 가능하다.

δ = [(8nD³/Gd⁴)]×P

여기서, δ는 압축량을, n은 스프링의 턴(turn)수를, d는 코일선경을, D는 스프링 평균경을, G는 전단계수를, P는 가압력을 각각 나타낸다.

상기 구성에 있어서, 인쇄용지의 매수가 증가하게 되면, 가압롤러(40)가 고온에 의해 열팽창하게 된다. 이 경우, 만일 회동브라켓(50)이 위치고정되어 구속되어 있다면, 가압력 P가 증가되어 정착닙이 증가하게 되고, 두꺼운 용지나 봉투를 인쇄하면 주름 발생 가능성이 높아진다.

그러나, 본 발명에서와 같이 회동브라켓(50)이 구속되어 있지 않고, 회동축(51)을 중심으로 회동될 수 있기 때문에, 가압력 P가 변경되면, 제1 및 제2압축스프링(61,63)의 상호 보완적인 압축 및 팽창에 의해 회동브라켓(50)의 위치이동이 가능하게 되므로, 정착닙을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

즉, 정착닙을 일정하게 유지하기 위해서 가압력 P가 P + ΔP으로 변화하면, 제1압축스프링(61)의 압축력(F1)은 F1 + ΔF1으로 변경되고, 제2압축스프링(63)의 압축력(F2)은 F2 - ΔF2 로 각각 자동적으로 변경된다.

더욱 구체적인 예를 들어 설명하면, 가압롤러(40)의 팽창전에, P=6㎏f, F1=5㎏f, L1=40mm, L2=20mm 의 조건일 때, 정착 닙(nip)=8mm이며,

가압롤러(40)의 팽창후, P=8㎏f, F1=5.5㎏f, F2=1.5㎏f로 변경되어, 정착 닙(nip)=8mm로 그대로 유지된다.

도 2의 상태는 가압롤러(40)가 열팽창되기 전의 상태를 나타낸 것으로서, 제2압축스프링(63)의 높이 즉, 회동브라켓(50)과 지지블럭(21) 사이의 높이(H1)가, 도 3에 도시된 바와 같이, 가압롤러(40)가 열팽창된 뒤에는 H2로 증가하게 된다. 이는, 가압력(P)이 증가한 만큼, 가압력(F1)도 증가하므로 상대적으로 제2압축스프링(63)의 가압력(F2)이 자동적으로 감소되도록 제2압축스프링(63)이 팽창되면서 회동브라켓(50)을 상승시키기 때문이다. 따라서, 가압롤러(40)가 팽창된만큼, 회동브라켓(50)이 상승하여 각 롤러들(30,40) 사이의 정착닙은 일정하되, 그들 사이의 가압력은 일정하게 유지될 수 있게 되는 것이다.

반대로, 상기 가압롤러(40)가 냉각되어 수축될 경우에는, 팽창시의 반대로 가압력(P)은 감소하고, 제1압축스프링(61)은 팽창되어 압축력(F1)은 감소하고, 제2압축스프링(63)의 압축력(F2)은 증가하게 됨으로써, 역시 정착닙은 일정하게 유지될 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 정착장치는, 인쇄초기 또는 인쇄진행중에 가압롤러의 온도 변화에 따라서 변하는 정착닙이 변형량을 제1 및 제2압축스프링의 상보적인 변형에 의해 연속적으로 변화시켜서 일정한 정착닙이 유지될 수 있도록 한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는, 가압롤러(40)가 가열롤러(30)의 상방향에 설치된 구성을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하면, 서로의 위치가 바뀌어도 동일한 효과를 기대할 수 있다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 화상형성기기의 정착장치에 따르면, 가압롤러의 열팽창에 의해 정착닙이 변하더라도, 제1 및 제2압축스프링의 압축력이 자동으로 변함으로서 정차닙이 일정하게 유지될 수 있게 된다.

따라서, 두꺼운 인쇄용지나 봉투 등에 인쇄할 경우에도, 인쇄용지가 구겨지는 것을 방지하여 고품질의 인쇄화상을 얻을 수 있게 된다.

또한, 다양한 두께의 인쇄용지에 대해 모두 능동적으로 대처하여 일정한 정착닙을 유지하면서 정착동작을 수행할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 화상형성기기의 정착장치를 나타내 보인 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치를 나타내 보인 개략적인 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 정착장치의 회동브라켓에 작용하는 힘을 나타내 보인 자유도.

도 4는 도 2의 상태에서 가압롤러가 열팽창될 경우의 상태를 나타내 보인 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20..지지프레임 30..가열롤러

40..가압롤러 50..회동브라켓

61..제1압축스프링 63..제2압축스프링

70..가이드부재

Claims

지지프레임에 회전 가능하게 설치되는 가열롤러와;

상기 가열롤러와의 사이에 소정 정착닙을 가지도록 가열롤러에 접촉 회전되는 가압롤러와;

상기 지지프레임에 회동 가능하게 설치되며, 상기 가압롤러와 상기 가열롤러 중 어느 하나의 롤러를 나머지 롤러에 접촉 회전되게 지지하는 회동브라켓과;

상기 회동브라켓을 사이에 두고 서로 마주하는 방향으로 상기 회동브라켓을 각각 탄성가압하는 제1 및 제2탄성부재; 및

상기 제1 및 제2탄성부재 각각을 지지한 채, 상기 회동브라켓의 움직임을 가이드하는 가이드부재;를 포함하며,

상기 제1 및 제2탄성부재는 상보적인 압축 및 팽창동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제1항에 있어서, 상기 회동브라켓의 일단은 상기 지지프레임에 회동 가능하게 연결되고, 타단은 상기 가이드부재에 움직임 가능하게 연결된 채 상기 가압롤러를 회전 가능하게 지지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제2항에 있어서, 상기 회동브라켓의 일단에는 회동축이 결합되는 축공이 형성되고, 타단에는 상기 가이드부재가 슬라이딩되는 가이드홀이 형성된 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제3항에 있어서, 상기 회동브라켓은, 상기 축공과 가이드홀 사이에 마련되어 상기 가압롤러를 회전가능하게 지지하도록 형성된 원호형 축받이부를 가지는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 장착장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압롤러는 상기 가열롤러의 상부에 설치되며, 상기 회동브라켓은 상기 가압롤러의 상부에 설치되어 그 가압롤러를 상기 가열롤러에 접촉 회전되게 지지하는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제5항에 있어서, 상기 제1탄성부재는 상기 회동브라켓을 상기 가열롤러쪽으로 하향 탄성가압하고, 상기 제2탄성부재는 상기 회동브라켓을 상기 가열롤러에서 이격되는 쪽으로 상향 탄성가압하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제4항에 있어서, 상기 가이드부재는 상기 가이드홀을 통해 상기 지지프레임에 고정되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2탄성부재는 가이드홀을 사이에 두고 상기 볼트에 끼워져 압축된 상태로 지지되는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2탄성부재는 압축코일스프링인 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2탄성부재는 동일한 탄성력을 가지는 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.