KR100560716B1

KR100560716B1 - 화상형성기기의 정착장치

Info

Publication number: KR100560716B1
Application number: KR1020030092120A
Authority: KR
Inventors: 조덕현; 안병선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2006-03-16
Also published as: KR20050060488A

Abstract

화상형성기기의 정착장치를 제공한다. 제공된 화상형성기기의 정착장치는 인쇄매체에 부착된 토너를 용융하기 위하여 열을 발생하는 가열부와, 인쇄매체를 가열부 측으로 가압하는 가압부와, 가압부 내부에 구비되며 가열부가 저항발열에 의해 가열되도록 가열부 측으로 유도전류를 발생시켜주는 유도가열유닛과, 유도가열유닛에 전원을 공급해주는 전원공급부 및, 상기 가열부가 가열되도록 상기 유도가열유닛과는 별도로 상기 가압부 내부에 더 구비된 히팅수단을 포함한다.

유도가열, 정착

Description

화상형성기기의 정착장치{Fixing apparatus of image forming equipment}

도 1은 본 발명에 따른 정착장치의 제1실시예를 도시한 구성도,

도 2는 도 1에 도시한 정착장치에서 유도전류가 발생된 상태를 도시한 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 정착장치의 제2실시예를 도시한 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 정착장치의 제3실시예를 도시한 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 정착장치의 제4실시예를 도시한 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

120 : 가열부 122 : 가열롤러

140 : 가압부 141 : 가압롤러

145 : 유도코일 146 : 회전 전원공급수단

147 : 전원공급 전극 148 : 전원공급 브러쉬

160 : 전원공급부 180 : 중앙제어부

본 발명은 화상형성기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄매체에 부착된 토너(Toner)를 반영구적으로 정착시켜주는 전자사진방식 화상형성기기의 정착장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 프린터(Laser printer)나 팩시밀리(Facsimile) 또는 복사기와 같은 전자사진방식의 화상형성기기는 감광체에 형성된 전기적인 잠상을 토너로써 가시적인 화상으로 현상하고, 이 토너에 의한 가시적인 화상을 급지카세트(Cassette)로부터 공급되는 인쇄매체에 전사한 다음, 전사된 토너 화상을 인쇄매체에 정착시킴으로 화상형성작업을 수행한다.

이와 같은 전자사진방식의 화상형성기기에 있어서, 전사된 토너 화상의 정착은 대부분 인쇄매체에 열과 압력을 동시에 가함으로써 구현된다. 이에, 인쇄매체에 토너 화상을 정착시키기 위한 화상형성기기의 정착장치에는 인쇄매체에 열을 가하는 가열부와 이러한 가열부에 접촉되되 인쇄매체에 소정 압력을 가하는 가압부가 필수적으로 구비되고 있다. 따라서, 토너 화상이 전사된 인쇄매체가 정착장치로 이송될 경우, 정착장치는 이 인쇄매체를 가열부와 가압부의 사이로 통과시킴으로써 인쇄매체에 토너 화상을 정착하게 된다. 그러므로, 인쇄매체 위에 단순히 부착되어있던 토너 화상은 이러한 가열부와 가압부에 의해 인쇄매체에 반영구적으로 정착되는 것이다.

한편, 가열부의 가열방식에는 할로겐램프(Hologen lamp)의 복사열을 이용한 램프가열방식과 유도코일의 저항발열을 이용한 유도가열방식 등이 있다. 그런데, 공급되는 에너지(Energy) 대비 정착에 사용되는 열에너지의 비율로 열효율을 비교해보면 램프가열방식은 약 0.6%의 효율을 나타내고 있는 반면에 유도가열방식은 약 0.85%의 효율을 나타내고 있다. 따라서, 최근에는 가열부의 가열방식으로 유도가열방식이 주로 채용되고 있는 추세이다.

이러한 유도가열방식을 이용한 정착장치의 일예로는 미국특허 5,552,582호에 개시된 '화상가열장치'(등록일:1996년 9월 3일)와, 일본특허 특개2000-214702호에 개시된 '정착장치 및 화상형성장치'(공개일:2000년 8월 4일) 등이 있다.

개시된 정착장치들은 가열부의 가열방식으로 유도가열방식을 채용하되, 유도전류가 발생되도록 하는 유도코일(Coil)을 가열부인 가열롤러(Roller)의 내부나 가열롤러의 외주면에 배치하여 가열롤러만을 가열하고 있다.

따라서, 종래 정착장치들의 유도코일에 전류를 흘러보내면, 유도코일의 주위에는 전자기장이 형성되는 바, 이 전자기장의 내부에 들어있는 금속제의 가열롤러에는 유도전류가 발생하게 된다. 이에 가열롤러에는 이러한 유도전류에 의한 저항발열이 발생하게 되는데, 가열롤러는 이러한 저항발열에 의해 가열되어 인쇄매체에 부착된 토너 화상을 정착시키게 되는 것이다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래 정착장치들은 다음과 같은 문제점을 갖게 된다.

즉, 종래 정착장치들은 가열부의 가열을 위한 유도코일을 가열롤러의 내부나 가열롤러의 외주면에 배치하고 있기 때문에 정착장치의 전체 사이즈(Size)가 커지게 되는 문제점이 발생된다.

그리고, 종래 정착장치들은 소정온도로 가열된 가열롤러가 상대적으로 온도가 낮고 열용량이 매우 큰 가압롤러에 접촉되면서 정착을 수행하기 때문에 가열롤 러를 가열할 시 가열롤러의 열이 가압롤러로 일정부분 전달되어지게 되는 바, 가열롤러를 토너화상을 정착하는데 필요한 일정온도로 가열시키기까지는 시간이 장시간이 소요되어지는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 유도가열방식으로 가열부를 가열하되, 그 전체 사이즈를 최소화할 수 있는 화상형성기기의 정착장치를 제공하는데 있다.

그리고, 본 발명의 다른목적은 가열부의 온도를 토너화상을 정착하는데 필요한 일정온도로 가열시키기까지의 시간 즉, 가열부의 가열시간을 최소로 단축할 수 있는 화상형성기기의 정착장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 화상형성기기의 정착장치는 인쇄매체에 부착된 토너를 용융하기 위하여 열을 발생하는 가열부와, 인쇄매체를 가열부 측으로 가압하는 가압부와, 가압부 내부에 구비되며 가열부가 저항발열에 의해 가열되도록 가열부 측으로 유도전류를 발생시켜주는 유도가열유닛(Unit)과, 유도가열유닛에 전원을 공급해주는 전원공급부 및, 상기 가열부가 가열되도록 상기 유도가열유닛과는 별도로 상기 가압부 내부에 더 구비된 히팅수단을 포함한다.

이때, 상기 가압부는 중공의 코어(Core)와 코어의 외주면을 감싸도록 배치된 탄성층을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 유도가열유닛은 코어의 내부에 감겨진 유도코일을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유도코일은 코어의 축방향을 따라 레이스 트랙(Race track) 방식으로 감겨지거나 코어의 원주방향을 따라 코일 스프링(Coil spring) 방식으로 감겨지는 것이 바람직하다. 또, 상기 코어는 자성코어로 형성되거나 금속코어로 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기 전원공급부에는 유도코일의 양단에 고주파로 스윗칭되는 전류를 공급할 수 있도록 카본(Carbon), 구리, 은과 같은 성분을 함유하여 소결된 전원공급 전극과 전원공급 브러쉬(Brush)를 포함하는 회전 전원공급수단이 구비됨이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 정착장치(100)의 제1실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 정착장치의 제1실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 정착장치에서 유도전류가 발생된 상태를 도시한 개념도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정착장치(100)는 종이나 OHP 필름(OverHead Projector film)과 같은 인쇄매체에 부착된 토너를 용융하기 위해 열을 발생하는 가열부(120)와, 가열부(120)에 대응되도록 설치되며 인쇄매체에 부착된 토너가 인쇄매체에 반영구적으로 정착되도록 인쇄매체를 가열부(120) 측으로 가압하는 가압부(140)와, 가열부(120)가 저항발열(80)에 의해 일정온도로 가열되도록 유도전류(90)를 발생시켜주는 유도가열유닛과, 유도가열유닛 및 정착장치(100) 전반에 전원을 공급해주는 전원공급부(160)와, 정착장치(100)를 전반적으로 제어해주는 중앙제어부(180)로 구성된다. 이때, 가열부(120)와 가압부(140)는 다양한 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명에서는 일실시예로 롤러 타입(Roller type)을 예로들어 설명하기로 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 가열부(120)는 소정 회전속도로 회전가능하게 설치된 가열롤러(122)와, 가열롤러(122)의 온도를 감지해주는 온도감지수단 및, 가열롤러(122)를 회전되게 하는 롤러회전수단(미도시)을 포함한다. 이때, 가열롤러(122)는 알루미늄(Aluminium)이나 스테인리스(Stainless)나 탄소강 또는 구리 등으로 형성된 중공의 금속코어(123)와, 금속코어(123)의 외주면을 감싸도록 마련된 피복층(124)과, 금속코어(123)에 연결된 회전축(126) 및, 회전축(126)을 미끄럼지지하는 베어링(Bearing,125)으로 구성된다. 그리고, 온도감지수단은 미세한 온도변화까지 감지할 수 있는 서미스터(thermistor,121)로 구현되고, 가열롤러(122)의 온도를 소정 시그날(Signal)로 변환하여 중앙제어부(180)에 전달하는 역할을 한다.

또한, 가압부(140)는 소정 회전속도로 회전가능하게 설치되되 가열롤러(122)에 구름접촉하도록 설치된 가압롤러(141)와, 가압롤러(141)를 가열롤러(122) 측으로 가압해주는 가압수단(149) 및, 가압롤러(141)를 회전되게 하는 롤러회전수단(미도시)을 포함한다. 여기서, 가압롤러(141)는 페라이트(Ferrite) 등의 자성체나 스테인리스 등의 금속으로 형성된 중공의 코어(142)와, 코어(142)의 외주면을 감싸도록 마련된 탄성체층(143)과, 코어(142)에 연결된 회전축(153) 및, 회전축(153)을 미끄럼지지하는 베어링(154)으로 구성된다. 이때, 탄성체층(143)은 300㎛∼5mm 이내의 실리콘 고무(Sillicon rubber) 재질로 형성되거나 우레탄(Urethane) 등으로 형성됨이 바람직하다.

한편, 가열부(120)가 저항발열(80)에 의해 일정온도로 가열되도록 유도전류(90)를 발생시켜주는 유도가열유닛은 가압롤러(141)의 코어(142) 내부에 구비되는 유도코일(145)로 구현된다. 이때, 유도코일(145)은 저항열에 의한 발열을 억제하기 위해 리츠(Litz)선이 사용되며, 절연등급이 높은 폴리이미드나 폴리아미드(Polyamide)와 같은 레진(Resin)으로 코팅(Coating)되고, 코어(142) 내부의 원주방향을 따라 코일 스프링 방식으로 감겨짐으로써 구현된다.

그리고, 전원공급부(160)는 유도가열유닛에 고주파로 스윗칭되는 전류가 공급되도록 소정 주파수의 전류를 만들어 발진해주는 고주파발진 AC전원회로(미도시)와, 이러한 고주파의 전류를 회전하는 가압롤러(141) 내부의 유도가열유닛에 인가하기 위한 회전 전원공급수단(146)을 구비한다. 이때, 고주파발진 AC전원회로는 상용 주파수 50∼60Hz를 수십에서 수백 kHz로 높게 만들어서 발진할 수 있도록 FET나 IGBT 등의 다수의 고주파 스윗칭 소자들을 포함한다. 그리고, 회전 전원공급수단(146)은 고주파의 전류를 회전하는 가열롤러(122) 내부의 유도가열유닛에 공급할 수 있도록 카본, 구리 , 은 등의 성분을 함유하여 소결된 볼 타입의 전원공급 전극(147)과, 이 전원공급전극(147)에 연결되는 전원공급 브러쉬(148)로 구성된다. 여기서, 전원공급 전극(147) 및 전원공급 브러쉬(148)는 카본, 구리, 은 등의 성분을 함유하여 소결되기 때문에 습동성 및 자기윤활성이 대폭 증가되어 회 전하는 가압롤러(141)의 회전축(153)에 접촉되어 고주파의 전류를 인가할 수 있게 된다. 이때, 전원공급 브러쉬(148)의 일측은 전원공급 전극(147)에 연결되는 바, 전원공급 브러쉬(148)의 타측은 전원 공급부(160)에 연결됨이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 정착장치(100)는 도 1과 도 2와 같은 일실시예(100) 외에 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 다른 실시예(100a,100b,100c)로도 구성될 수 있다. 이때, 다른 실시예들(100a,100b,100c)은 일실시예(100)와 대부분 유사한 바, 이하에서는 동일부분에 대한 설명은 생략하기로 하고, 다른부분만을 집중 설명하기로 하며, 동일부분에 대한 번호는 동일번호를 지칭하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 정착장치의 제2실시예를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 정착장치의 제3실시예를 도시한 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 정착장치의 제4실시예를 도시한 구성도이다.

즉, 본 발명에 따른 제2실시예의 정착장치(100a)의 유도코일(145')은 도 3에 도시된 바와 같이 가압롤러(141)의 코어(142) 축방향을 따라 레이스 트랙 방식으로 감겨질 수 있다. 이 경우, 유도코일(145')에 의해 발생되는 유도전류(90)가 도 3에 도시된 바와 같이 가열롤러(122)와 가압롤러(141)의 맞물리는 부분(이하, '정착 닙(Nip)'이라 칭함)에 집중적으로 발생되기 때문에 정착 닙부의 국부적인 열발생 등으로 인해 가열롤러(122)의 가열시간을 더 단축할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 제3실시예의 정착장치(100b)는 회전 전원공급수단(146')을 도 4와 같이 배치하여 유도코일(145)에 고주파 전류를 공급할 수 있다. 이 경우, 회전 전원공급수단(146')의 전원공급 브러쉬(148')는 가압롤 러(141)의 회전축(153) 중 각속도가 제로(Zero)에 가까운 회전축(153)의 양끝단 중심에 접촉되기 때문에 배치된 전원공급 브러쉬(146') 및 이에 대응되는 전극의 마모량을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 제4실시예의 정착장치(100c)는 가압부(140)에 구비된 가압롤러(141)의 코어(142) 내부에 할로겐램프와 같은 히팅수단(155)을 더 구비함으로 구현될 수 있다. 이 경우, 가열롤러(122)의 가열시간을 대폭 단축할 수 있는 효과가 있다.

이하, 도 1과 도 2를 대표적으로 참조하여, 본 발명에 따른 정착장치(100)의 작용 및 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

통상, 전자사진방식의 화상형성기기는 인쇄(Print), 스탠바이(Stand-by), 레디(Ready), 웜업(Warm up) 등의 여러가지 상태에 있게 되는 바, 본 발명 정착장치(100)의 서미스터(121)는 먼저 가열롤러(122)의 표면온도를 감지하여 이 데이타(Data)를 중앙제어부(180)에 소정 시그날의 형태로 전송하게 된다.

이에 중앙제어부(180)는 서미스터(121)로부터 전송된 데이타에 의해 가열롤러(122)의 표면온도를 감지한 다음, 화상형성기기의 상태에 따라 가압롤러(122) 내부의 유도코일(145)에 얼마의 시간동안 어느 정도의 주파수 대역의 스위칭 전원을 인가할 것인가를 판단하게 된다.

이후, 중앙제어부(180)의 판단이 완료되면, 중앙제어부(180)는 고주파발진 AC전원회로와 회전 전원공급수단(146) 등을 이용하여 유도코일(145)에 소정 주파수의 전원을 인가하게 된다.

이에 유도코일(145) 주위에는 전자기장이 발생되는 바, 이 전자기장 내의 가 열롤러(122)에는 유도전류(90)가 흐르게 된다. 따라서, 가열롤러(122)에는 이러한 유도전류(90)로 인하여 소정 저항발열(80)이 발생된다. 그러므로, 가열롤러(122)는 이러한 저항발열(80)에 의해 일정온도로 가열되어 인쇄매체에 부착된 토너 화상을 정착시키게 되는 것이다.

여기서, 유도코일(145)에 인가되는 AC전원의 주파수가 높을수록 가열롤러(122)에 발생하는 유도전류(90)가 가열롤러(122)의 표면에서 낮게 흐르게 되는 스킨 이펙트(Skin effect) 효과가 증가될 뿐만 아니라 표면에서 낮은 깊이로 전류가 흐를수록 토너정착에 사용되는 열량이 증가되고 가열롤러(122)의 온도증가에 사용되는 열량이 감소되어 전체 열효율이 향상될 수 있기 때문에 중앙제어부(180)는 고주파발진 AC전원회로를 이용하여 이와 같은 AC전원의 주파수를 적절하게 제어하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 정착장치(100)의 토너정착에 따른 열효율은 극대화되므로 에너지는 대폭절감된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치에 따르면, 가압롤러의 내부에 유도코일과 코어를 배치하여 가열롤러를 가열하기 때문에 종래에 비하여 컴팩트한 크기로 정착장치를 구현할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치에 따르면, 가열롤러 뿐만 아니라 열용량이 높아 가열 초기 많은 양의 열량 공급이 필요한 가압롤러까지도 유도코일의 저항열을 이용하여 가열하기 때문에 가열롤러를 토너화상을 정착하는데 필요한 일정온도로 가열하기까지의 시간은 대폭 단축되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치에 주파수 조절로 가열롤러에서 흐르는 유도전류의 깊이를 조절할 수 있기 때문에 가열롤러를 토너화상을 정착하는데 필요한 일정온도까지 빠른시간 안에 승온시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치에 따르면, 가압롤러의 내부에 추가 가열원을 더 구비시킬 경우 보다 빠른시간 안에 가열롤러를 승온시킬수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

인쇄매체에 부착된 토너를 용융하기 위하여 열을 발생하는 가열부;

상기 인쇄매체를 상기 가열부 측으로 가압하는 가압부;

상기 가압부 내부에 구비되며 상기 가열부가 저항발열에 의해 가열되도록 상기 가열부 측으로 유도전류를 발생시켜주는 유도가열유닛;

상기 유도가열유닛에 전원을 공급해주는 전원공급부; 및,

상기 가열부가 가열되도록 상기 유도가열유닛과는 별도로 상기 가압부 내부에 더 구비된 히팅수단을 포함한 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제 1항에 있어서, 상기 가압부는 중공의 코어와 상기 코어의 외주면을 감싸도록 배치된 탄성층을 포함하고,

상기 유도가열유닛은 상기 코어의 내부에 감겨진 유도코일을 포함한 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제 2항에 있어서, 상기 유도코일은 상기 코어의 축방향을 따라 레이스 트랙 방식으로 감겨지거나 상기 코어의 원주방향을 따라 코일 스프링 방식으로 감겨진 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제 2항에 있어서, 상기 코어는 자성코어로 형성되거나 금속코어로 형성된 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.
제 2항에 있어서, 상기 전원공급부에는 상기 유도코일의 양단에 고주파로 스윗칭되는 전류를 공급할 수 있도록 카본, 구리, 은과 같은 성분을 함유하여 소결된 전원공급 전극과 전원공급 브러쉬를 포함하는 회전전원공급수단이 구비된 것을 특징으로 하는 화상형성기기의 정착장치.