KR100619011B1

KR100619011B1 - 정착롤러 및 이를 구비하는 전자사진방식 화상형성장치

Info

Publication number: KR100619011B1
Application number: KR1020030091176A
Authority: KR
Inventors: 김환겸
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2006-08-31
Also published as: KR20050059546A; JP2005182024A; US20050129434A1

Abstract

전자사진방식 화상형성장치의 정착장치가 개시된다. 개시된 정착장치는 외부로 공기가 통하도록 마련되는 내부파이프와, 내부파이프를 감싸도록 설치되는 정착부와, 정착부와 내부파이프 사이에 설치되어 열을 발생하는 발열부와, 발열부와 정착부 사이에 설치되는 제1절연층과 발열부와 내부파이프 사이에 설치되며 제1절연층보다 더 두껍게 설치되는 제2절연층을 구비하는 절연층을 포함한다.

Description

정착롤러 및 이를 구비하는 전자사진방식 화상형성장치{Fusing roller and electro-photographic image forming apparatus having the same}

도 1은 할로겐 램프가 열원으로 적용된 종래 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치를 개략적으로 도시한 횡 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 할로겐 램프를 열원으로 적용한 종래 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치 및 가압롤러의 관계를 도시한 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치를 개략적인 도시한 종단면도,

도 4는 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치를 개략적으로 도시한 횡단면도,

도 5는 도 4에 도시된 Ｃ부분을 확대하여 도시한 부분확대도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200...정착장치 210...정착롤러

211...보호층 212...정착부

213...발열부 214...내부파이프

216...절연층 216a...제1절연층

216b...제2절연층 217...엔드캡

218...동력전달엔드캡

본 발명은 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토너화상에 열과 압력을 가하여 인쇄지에 융착시키는 정착롤러 및 이를 구비하는 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전자사진방식 화상형성장치는 인쇄매체에 전사된 토너화상에 열 및 압력을 가하여 토너화상을 인쇄매체에 고정시키는 정착장치를 포함한다.

도 1은 할로겐 램프가 열원으로 적용된 종래 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치를 개략적으로 도시한 횡 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 할로겐 램프를 열원으로 적용한 종래 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치 및 가압롤러의 관계를 도시한 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 정착장치(10)는 관상의 정착롤러(11)와 그 내부 중앙에 설치되는 할로겐 램프로 이루어진 발열부(12)를 구비한다. 정착롤러(11)의 표면에는 테프론(Teflon)으로 이루어진 코팅층(11a)이 형성되어 있다. 발열부(12)는 정착롤러(11)의 내부에서 열을 발생하며, 정착롤러(11)는 발열부(12)로부터 전달되는 복사열에 의해 가열된다.

도 2를 참조하면, 정착장치(10)의 하부에는 인쇄지(14)를 사이에 두고 대향되게 가압롤러(13)가 위치한다. 가압롤러(13)는 스프링장치(13a)에 의해 탄력적으 로 지지되어 정착장치(10)와 가압롤러(13)사이를 통과하는 인쇄지(14)를 정착장치(10)쪽으로 소정의 압력으로 가압한다.

이때, 인쇄지(14)위에 형성되어 있는 분말상태의 토너화상(14a)은 인쇄지(14)가 정착장치(10)와 가압롤러(13)사이를 통과하면서 소정의 압력과 열에 의해 가압 및 가열된다. 즉, 토너화상(14a)은 정착장치(10) 및 가압롤러(13)에 의한 소정온도의 열과 압력에 의해 인쇄지(14)에 융착된다.

위와 같은 할로겐 램프를 열원으로 적용하는 종래의 정착장치는 불필요한 전력소모가 많으므로 인쇄작업이 없는 경우에는 전력을 차단하여 온도를 낮출 필요가 있다. 특히, 종래의 정착장치는 인쇄작업을 위해 전원을 켰을 때 정착온도에 도달할 때까지 상단한 긴 웜-업시간(Warm-up Time)을 요구한다.

전원을 인가한 후 정착장치가 원하는 정착온도에 도달할 때까지 일정시간을 첫 장 인쇄시간(First-Print-Out-Time, 이하 FPOT라 한다)라 하는데, 종래의 정착장치는 이러한 첫 장시간이 짧게는 수 십 초에서 길게는 수 분 이 소요되는 경우가 있다.

특히, 종래의 정착장치는 열원으로부터의 복사열에 의해 정착롤러가 가열되기 때문에 열 전달속도가 느리며, 인쇄지에 접촉되어 열이 인쇄지에 전달되면서 온도저하에 따른 온도편차의 보상이 늦으므로 인해서 온도산포의 조절이 어렵다.

또한, 프린트의 동작이 휴지상태인 대기모드에서도 정착롤러(11)의 온도를 일정하게 유지시켜주기 위하여 전력을 열원에 일정한 주기로 인가해야하기 때문에 불필요한 전력소모가 발생되고, 대기상태에서 화상출력을 위한 동작모드로 전환되 는 데에도 상당한 시간이 소요됨으로써 빠른 화상출력을 달성하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로, 저 전류 및 저 전력을 소모하면서 짧은 시간에 정착롤러의 온도를 정착온도로 상승시킬 수 있으며, 높은 내절연성을 가지는 정착롤러 및 이를 구비하는 전자사진방식 화상형성장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 전자사진방식 화상형성장치의 정착롤러는 외부로 공기가 통하도록 마련되는 내부파이프와,

상기 내부파이프를 감싸도록 설치되는 정착부와,

상기 정착부와 내부파이프 사이에 설치되어 열을 발생하는 발열부와,

상기 발열부와 상기 정착부 사이에 설치되는 제1절연층과 상기 발열부와 상기 내부파이프 사이에 설치되며 상기 제1절연층보다 더 두껍게 설치되는 제2절연층을 구비하는 절연층을 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 제 1절연층은 두 겹으로 이루어져 있으며, 제 2절연층은 세 겹으로 이루어져 있다.

본 발명에 따르면, 상기 제1절연층및 제2절연층은 산화마그네슘(MgO)시트로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 상기 제1절연층 및제2절연층은(Glass)시트로 이루어진다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 내부에 열을 발생하는 열원이 마련되어 있는 정착롤러와 상기 정착롤러와 대면하며 상기 정착롤러쪽으로 탄성력이 가해지는 가압롤러를 구비하는 정착장치를 포함하는 전자사진방식 화상화상형성장치에 있어서,
상기 정착롤러는
외부로 공기가 통하도록 마련되는 내부파이프와,
상기 내부파이프를 감싸도록 설치되는 정착부와,
상기 정착부와 내부파이프 사이에 설치되어 열을 발생하는 발열부와,
상기 발열부와 상기 정착부 사이에 설치되는 제1절연층과 상기 발열부와 상기 내부파이프 사이에 설치되며 상기 제1절연층보다 더 두껍게 설치되는 제2절연층을 구비하는 절연층을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치를 개략적인 도시한 종단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치를 개략적으로 도시한 횡단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 Ｃ부분을 확대하여 도시한 부분확대도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치(200)는 토너화상(251)에 열과 압력을 가하여 토너화상(251)을 인쇄지(250)에 융착시키기 위한 것으로, 화살표 A 방향으로 회전되도록 설치되어 상기 토너화상(251)에 열을 가하는 정착롤러(210)와, 상기 인쇄지(250)를 사이에 두고 대향되게 설치되어 상기 토너화상(251)을 상기 정착롤러(210)쪽으로 밀어 부치는 가압롤러(220)를 구비한다.

상기 정착롤러(210)는 표면에 테프론(Teflon) 등으로 코팅된 보호층(211)이 형성된 원통형의 정착부(212)와, 상기 정착부(212)의 내부에 설치되어 양단이 개방된 관상의 내부파이프(214)와, 상기 정착부(212)와 상기 내부파이프(214)의 사이에 설치되어 상기 내부파이프(214)를 나선형으로 감싸도록 설치되어 외부전원으로부터 전류를 공급받아 열을 발생하는 발열부(213)와, 상기 발열부(213)를 감싸도록 설치되어 상기 발열부(213)에 전류를 인가 시 절연파괴가 일어나지 않으며 누설전류가 흐르지 않도록 상기 내부파이프(214) 및 상기 정착부(212)를 절연시키는 절연층(216)을 구비한다.

상기 정착부(212) 및 상기 내부파이프(214)는 상기 발열부(213)로부터 전달된 열에 의하여 가열되어 상기 인쇄지(250)에 상기 토너화상(251)을 융착시키는 것으로, 그 재질은 스테인레스 스틸(Stainless Steel), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등으로 이루어질 수 있다.

상기 발열부(213)는 외부전원으로부터 공급된 전류에 의하여 열을 발생시키는 저항발열코일로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 양단에는 상기 발열부(213)로부터 연장되어 외부전원으로부터 전류를 공급받도록 연결되는 리드부(213a)가 마련되어 있다.

상기 절연층(216)은 상기 정착부(212)와 상기 발열부(213)사이에 설치되는 제1절연층(216a)과 상기 발열부(213)와 상기 내부파이프(214)사이에 설치되는 제2절연층(216b)으로 이루어져 있다.

상기 절연층(216)은 산화마그네슘(MgO)시트 또는 유리(Glass)시트로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 상기 발열부(213)에서 발생되는 열은 상기 제 1절연층(216a) 및 제 2절연층(216b)을 지나서 상기 정착부(212)와 상기 내부파이프(214)로 각각 전달된다.

이때, 상기 내부파이프(214)로 전달되는 열은 상기 정착부(212)의 온도를 상승시키는데 사용되지 않은 것이므로, 첫 장 인쇄시간을 단축시키기 위해서는 열이 상기 내부파이프(214)쪽으로 덜 전달되도록 하는 대신 상기 정착부(212)쪽으로 많이 전달되도록 할 필요가 있다.

따라서, 상기 제 2절연층(216b)은 상기 제 1절연층(216a)보다 그 두께가 두 껍게 마련되는 것이 바람직하다. 상기 제 1절연층(216a)은 두 겹의 산화마그네슘(MgO)시트 또는 유리(Glass)시트로 이루어지고, 상기 제 2절연층(216b)은 세 겹의 산화마그네슘(MgO)시트 또는 유리(Glass)시트로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 산화마그네슘(MgO)시트 또는 유리(Glass)시트는 그 두께가 0.1㎜ 이하이므로, 상기 제 1절연층(216a)의 두께는 0.2㎜이하이고, 상기 제 2절연층(216b)의 두께는 0.3㎜이하인 것이 바람직하다.

상기 절연층(216)에 사용되는 절연재는 내전압특성과 내절연파괴특성을 지니고 있어야 한다. 내전압특성은 소정 외부전원이 걸려도 이를 견뎌낼 수 있는 특성을 나타내는 것이고, 내절연파괴특성은 최대 내전압 하에서 1분 동안 누설전류가 10㎃이상이 발생하지 않고 절연파괴가 되지 않는 특성을 나타낸다.

회 수	제 작 사 양	내 전 압(㎸)
1	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.57
2	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.41
3	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.38
4	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.67
5	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.75
6	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.83
7	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.73
8	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.32
9	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.63
10	MgO(0.1t×40㎜×40㎜)	3.56

표 1은 두께가 0.1t인 산화마그네슘 박판에 전압을 인가하여 내전압 실험을 한 결과를 도시한 것으로, 산화마그네슘 박판은 최소 3.32㎸에서 최대 3.83㎸로 나타나 정격내전압인 3㎸이상으로 내전압규정을 만족하는 것으로 나타났다.

그리고, 산화마그네슘에 내전압규정인 3㎸을 인가하고 1분 동안 누설전류가 발생하는 여부를 실험한 결과 1분 동안에 5㎃가 발생되고 절연파괴가 일어나지 않아 내절연파괴특성을 만족하는 것으로 나타났다.

상기 정착롤러(210)의 양단에는 엔드캡(217)과 동력전달 엔드캡(218)이 각각 설치되어 있다. 상기 동력전달 엔드캡(218)은 상기 엔드캡(217)과 구성은 유사하며 다만 상기 정착롤러(210)를 지지하는 프레임(400)에 설치되는 전동장치(미도시)에 연결되어 상기 정착롤러(210)를 회전시키기 위해서 기어 등 동력전달수단(218a)이 마련되어 있다.

상기 엔드캡(217)에는 숨구멍(air vent, 219)이 형성되어 있다. 상기 숨구멍(219)은 상기 엔드캡(217)이 상기 정착롤러(210)에 설치된 후 상기 정착롤러(210)의 내부공간(230)과 외부를 공기가 통하도록 하여 상기 정착롤러(210)의 내부공간(230)의 압력이 대기압으로 유지되도록 한다.

따라서, 상기 발열부(213)로부터 전달된 열에 의하여 상기 내부파이프(214)이 가열되더라도 상기 내부공간(230)은 상기 숨구멍(219)을 통하여 외부공기가 통하므로 대기압이 유지된다. 상기 숨구멍(219)은 상기 동력전달 엔드캡(218)에 마련될 수 있다. 또한, 상기 숨구멍(219)은 상기 엔드캡(217)과 동력전달 엔드캡(218)에 모두 마련될 수도 있다.

상기 엔드캡(217)과 동력전달 엔드캡(218)에는 전극(220)이 각각 설치된다. 상기 전극(220)은 상기 리드부(213a)와 전기적으로 연결되어 있다. 외부전원으로부터 공급된 전류는 상기 전원공급장치(300), 전극(220), 리드부(213a)를 거쳐 상기 발열부(213)에 공급된다.

상기 정착롤러(210)의 상부에는 상기 정착부(212) 및 보호층(211)의 표면온도가 급격하게 상승하는 경우에 전원을 차단하여 과열을 방지하는 써머스탯(240)과, 상기 정착부(212) 및 보호층(211)의 표면온도를 측정하는 서미스터(250)가 설치되어 있다.

상기 정착롤러(210)의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.

상기 제 2절연층(216b)가 상기 내부파이프(214)의 외주면을 감싸도록 설치된다. 상기 제 2절연층(216b)를 감싸도록 상기 발열부(213)가 나선형으로 설치된다. 그 다음으로, 상기 발열부(213)를 감싸도록 상기 제 1절연층(216a)가 설치된다.

상기와 같이 상기 발열부(213), 제 1절연층(216a) 및 제2절연층(216b)가 마련된 상기 내부파이프(214)를 그 외주면에 테프론(Teflon)등으로 코팅된 상기 정착부(212)의 내부에 삽입한다.

그 다음으로, 상기 내부파이프(214)를 확관하는 장치를 이용하여 상기 내부파이프(214)의 양단을 막고 상기 내부공간(230)에 소정 압력을 가하여 상기 내부파이프(214)를 확관 시킨다. 이때, 압력은 140기압 이상인 것이 바람직하다.

상기 내부파이프(214)는 확관되고 상기 정착부(212)는 원형을 유지하고 있으며, 상기 발열부(213)와 절연층(216)는 소성 변형된다. 따라서, 상기 발열부(213), 내부파이프(214), 제 1절연층(216a), 제 2절연층(216b)은 상기 정착부(212)의 내표면에 밀착된다.

즉, 상기 발열부(213)는 도 5에 도시된 바와 같이, 저항발열코일로 이루어져 있으므로 인접하는 코일사이의 공간은 상기 내부파이프(214)가 확장될 때 상기 제 1절연층(216a)과 제 2절연층(216b)으로 채워서 완전히 밀착된다.

그런데, 압력이 140기압 미만인 경우에는 상기 내부파이프(214)가 확관될 때 상기 제 1절연층(216a)과 제 2절연층(216b)이 상기 발열부(213)의 인접하는 코일사이의 공간을 완전하게 채우지 못하게 된다. 따라서 상기 발열부(213)의 인접하는 코일사이의 공간에는 공기층(air gap)이 형성된다. 또한, 상기 정착부(212), 발열부(213) 및 내부파이프(214)가 접촉하는 부분도 완전하게 밀착되지 않음으로 인하여 공기층(air gap)이 형성될 수 있다. 공기층은 상기 발열부(213)로부터 상기 정착롤러(212)로의 열전달 효율을 저하시키므로 첫 장 인쇄시간을 늘어나게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 정착롤러는 내전압특성 및 내절연파괴특성이 우수한 절연체를 이용하여 절연층의 두께를 최소화하고 정착부로 열이 더 전달되도록 하여 첫 장 인쇄시간을 단축시키는 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

외부로 공기가 통하도록 마련되는 내부파이프와,

상기 내부파이프를 감싸도록 설치되는 정착부와,

상기 정착부와 내부파이프 사이에 설치되어 열을 발생하는 발열부와,

상기 발열부와 상기 정착부 사이에 설치되는 제1절연층과 상기 발열부와 상기 내부파이프 사이에 설치되며 상기 제1절연층보다 더 두껍게 설치되는 제2절연층을 구비하는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치의 정착롤러.
제 1항에 있어서,

상기 제 1절연층은 두 겹으로 이루어져 있으며, 제 2절연층은 세 겹으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치의 정착롤러.
제 1항에 있어서,

상기 제1절연층과 제2절연층은 산화마그네슘(MgO)시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치의 정착롤러.
제 1항에 있어서,

상기 제1절연층과 제2절연층은 유리(Glass)시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치의 정착롤러.
삭제
내부에 열을 발생하는 열원이 마련되어 있는 정착롤러와 상기 정착롤러와 대면하며 상기 정착롤러쪽으로 탄성력이 가해지는 가압롤러를 구비하는 정착장치를 포함하는 전자사진방식 화상화상형성장치에 있어서,

상기 정착롤러는

외부로 공기가 통하도록 마련되는 내부파이프와,

상기 내부파이프를 감싸도록 설치되는 정착부와,

상기 정착부와 내부파이프 사이에 설치되어 열을 발생하는 발열부와,

상기 발열부와 상기 정착부 사이에 설치되는 제1절연층과 상기 발열부와 상기 내부파이프 사이에 설치되며 상기 제1절연층보다 더 두껍게 설치되는 제2절연층을 구비하는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제 6항에 있어서,

상기 제 1절연층은 두 겹으로 이루어져 있으며, 제 2절연층은 세 겹으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제 6항에 있어서,

상기 제1절연층과 제2절연층은 산화마그네슘(MgO)시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.
제 6항에 있어서,

상기 제1절연층과 제2절연층은 유리(Glass)시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자사진방식 화상형성장치.