KR100688377B1

KR100688377B1 - 화상 가열 장치

Info

Publication number: KR100688377B1
Application number: KR1020040053524A
Authority: KR
Inventors: 후끼따다꾸; 나나따끼히데오; 사노데쯔야; 홋따요조; 겜모찌가즈히사; 후까쯔마꼬또; 아베게이스께
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2007-03-02
Also published as: US7206541B2; JP4612812B2; JP2005049839A; CN100565378C; CN1577167A; US20050036809A1; KR20050007191A; EP1496406B1; EP1496406A1

Abstract

기록재 상에 형성된 화상을 가열하는 화상 가열 장치는 가열 부재와, 가열 부재와 접촉하여 이동 가능한 가요성 부재와, 가요성 부재가 사이에 개재되면서 가열 부재와 닙부를 형성하는 탄성 롤러를 포함하고, 닙부에서의 압력은 기록재의 이동 방향에 대하여 실질적으로 감소되지 않으면서 하류쪽으로 최대 피크부까지 증가되고, 가열 부재는 기록재의 이동 방향에 대하여 최대 피크부의 상류에 배치된다.

화상 가열 장치, 가열 부재, 가요성 부재, 정착 닙부, 토너층, 가압 롤러, 발열 저항체, 탄성 롤러

Description

화상 가열 장치{IMAGE HEATING APPARATUS}

도1은 그 전체적인 구조를 도시한 본 발명의 제1 실시예에서의 화상 형성 장치의 개략 단면도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에서의 정착 장치의 확대 개략 단면도.

도3은 히터의 구조를 도시한 개략도.

도4는 정착 닙부의 확대 개략 단면도.

도5는 정착 닙부의 온도 및 압력 분포를 도시한 그래프.

도6a는 정착 닙부(제1)의 압력 분포를 도시한 개략도.

도6b는 정착 닙부(제2)의 압력 분포를 도시한 개략도.

도6c는 정착 닙부(제3)의 압력 분포를 도시한 개략도.

도7은 토너층의 소정 부분이 가열된 정착 닙부를 통해 이동됨에 따라 토너층의 소정 부분에 발생하는 변화를 도시하는 정착 닙부의 확대 개략 단면도.

도8은 상세하게 도시한 정착 닙부 및 그 인접부의 개략 단면도.

도9는 정착 닙부의 기록 매체 가압 미끄럼 영역의 구조를 도시한 정착 장치의 정착 닙부 및 그 인접부의 개략 단면도.

도10은 변형된 미끄럼 영역의 개략 단면도.

도11은 다른 변형된 미끄럼 영역의 개략 단면도.

도12는 토너층의 소정 부분이 도10에 도시된 정착 닙부의 미끄럼부를 통해 이동됨에 따라 토너층의 소정 부분에 발생하는 변화를 도시한, 정착 닙부 및 그 인접부의 확대 개략 단면도.

도13은 그 구조를 도시한 제1 실시예에서의 정착 장치에 대응하는 정착 장치의 제1 일예의 개략 단면도.

도14는 제1 실시예에서의 정착 장치에 대응하는 정착 장치의 제1 일예의 가열 부재의 개략 사시도.

도15는 그 구조를 도시한 정착 장치에 대응하는 정착 장치의 제2 일예의 개략 단면도.

도16은 제1 실시예에서의 정착 장치에 대응하는 정착 장치의 제2 일예의 문제점을 설명하기 위한 개략도.

도17은 제1 실시예의 정착 장치에 대응하는 정착 장치의 제2 일예의 정착 닙부의 온도 및 압력 분포를 도시한 그래프.

도18은 그 구조를 도시한 제1 실시예의 정착 장치에 대응하는 정착 장치의 제2 일예의 개략 단면도.

도19a는 그 구조(제1)를 도시한 본 발명의 제2 실시예에서의 정착 장치의 개략 단면도.

도19b는 그 구조(제2)를 도시한 본 발명의 제2 실시예에서의 정착 장치의 개략 단면도.

도19c는 그 구조(제3)를 도시한 본 발명의 제2 실시예에서의 정착 장치의 개 략 단면도.

도20은 그 구조를 도시한 본 발명의 제3 실시예에서의 정착 장치의 개략 단면도.

도21은 그 구조를 도시한 종래 기술에 따른 열 정착 장치의 개략도.

도22는 소정 부분이 정착 중에 토너 화상(층)에 가해지는 가압량이 불충분한 정착 닙부를 통해 이동됨에 따라 토너층의 소정 부분에 발생하는 변화를 도시한 개략도.

도23은 소정 부분이 정착 중에 토너 화상(층)에 가해지는 가압량이 불충분한 정착 닙부를 통해 이동됨에 따라 토너층의 소정 부분에 발생하는 정착 상태에 있어서의 변화를 도시한 개략도.

도24는 그 실제 구조를 도시한 본 발명의 제1 실시예에서의 정착 장치의 단면 개략도.

도25는 소정 부분이 본 발명의 제1 실시예에서의 정착 장치의 정착 닙부를 통해 이동됨에 따라 토너층의 소정 부분에서 발생하는 정착 상태에 있어서의 변화를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1a 내지 1d: 감광 드럼

10: 정착 장치

13: 배출 트레이

20: 가압 롤러

22: 탄성층

23: 이형성층

30: 가열 유닛

31: 정착 필름

32: 홀더

본 발명은 기록 매체(보통의 용지, OHP 시트와 같은 수지 시트 등) 상에 형성되어 담지되는 화상을 가열하기 위한 화상 가열 장치에 관한 것이다. 특히, 토너를 사용하여 전컬러 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치에 장착되는 양호한 화상 가열 장치로서의 열 정착 장치에 관한 것이다.

최근 몇 년간, 화상 형성 장치 분야에 있어서, 전자사진 기록 기술 또는 정전 기록 기술 중 하나를 채용하고 고광택 전컬러 화상을 출력할 수 있는 복사기, 프린터 등과 같은 전컬러 화상 형성 장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 고광택 화상을 출력할 수 있는 화상 형성 장치의 설계 시, 형성되는 화상의 광택 레벨을 제어하기 위해 정착 장치에 의존하는 것은 통상의 실시 형태이다.

일본 특개평 11-133776호에 고광택 화상을 생성할 수 있는 정착 장치로서 개시된 정착 장치는 정착 롤러, 무단 벨트 및 가압 패드를 포함한다. 정착 롤러는 금속 코어 및 금속 코어의 주연면을 피복하는 탄성층을 포함한다. 가압 패드는 정 착 롤러의 주연면에 대해 가압되어 유지되고, 정착 롤러와 가압 패드 사이에 끼워지는 무단 벨트와 함께 닙부를 형성한다. 본 명세서의 도2는 기록 매체의 분리를 용이하게 하기 위해 정착 롤러를 국부적으로 변형시키는 부재가 구비된 정착 장치를 도시한다. 이러한 부재는 기록 매체의 이송 방향에 대해 닙부의 출구 또는 하류측 에지에 위치된다.

그러나, 일본 특개평 133776호에 개시된 것과 같이 구성된 정착 장치의 경우에 있어서, 할로겐 히터에 의해 발생된 열이 공기체를 통해 금속 코어로 전달된다. 따라서, 정착 장치를 가동시키는데 상당한 시간이 요구된다. 또한, 그 구조적 배열은 정착 롤러 전체가 가열되기 위한 것이다. 따라서, 정착에 관여하지 않고 방출되는 열량이 상당하여, 이는 에너지 사용 효율의 관점에서 문제가 된다.

비정착 화상, 즉 토너층은 다수의 공기 포켓을 포함한다. 따라서, 비정착 전컬러 화상에 있어서 공기 포켓의 개수는 비정착 단색 화상의 개수에 수배에 이른다. 또한, 다수의 공기 포켓을 포함하는 비정착 토너 화상이 가열됨에 따라, 토너층 내의 공기 포켓은 토너가 용융되는 동안 팽창한다. 공기 포켓이 팽창됨에 따라, 때때로 토너층과 기록 매체 사이에 들어가서 정착에 악영향을 주고 그리고/또는 토너층을 통해 터짐으로써, 이중 몇몇이 화상의 외향 표면으로부터 기록 매체로 연장하는 다수의 미세 구멍이 남겨진다. 미세학적으로, 이들 구멍은 미세 기포로서 보여지고, 미세학적으로 이들은 화상의 표면을 불균일하게 함으로써, 화상이 낮은 광택으로 보여지게 한다.

전술된 이유로 화상이 낮은 광택으로 보여지게 되는 것을 방지하기 위한 방 법으로서, 정착 롤러의 탄성층에 의해 토너를 덮어 싸는 방식으로 토너층을 정착 롤러로서 가압하여서, 정착 스테이션에서 정착 롤러의 탄성층이 토너층(비정착 화상) 표면의 미세한 마루부 및 골부에 순응하는 방식으로 변형하는 동안 토너층을 가열하는 것이 효과적이다. 탄성층이 비정착 화상 표면의 마루부 및 골부에 순응한 상태에서, 토너층은 균일하게 가열됨으로써, 탄성층에 의해 균일하게 용융된다. 게다가, 정착 롤러의 탄성층이 토너층에 대해 회전함에 따라, 이는 공기 포켓을 토너층 밖으로 압착시킨다. 즉, 탄성층은 공기 포켓이 정착되는 비정착 화상의 광택 레벨을 감소시키는 것을 방지할 뿐만 아니라, 또한 정착되는 비정착 화상의 균일성 레벨을 향상시킨다. 그러나, 정착 장치의 정착 롤러의 탄성층이 두꺼워 짐에 따라, 탄성층의 열용량이 더 커지고, 따라서 정착 장치를 가동시키는데 더 긴 시간이 걸린다.

일본 공개평10-198200호는 전술된 것과는 다른 두 개의 정착 장치를 개시한다. 그 하나는 무단 필름, 무단 필름의 내향 표면과 접촉하여 무단 필름의 루프 내부에 견고하게 고정되는 일편의 미끄럼판 및 미끄럼판에 대해 가압 유지되는 가압 롤러를 포함하고, 가압 롤러는 미끄럼판과 가압 롤러 사이에 끼워지는 무단 필름과 함께 닙부를 형성한다. 작동에 있어, 전자기 유도에 의해 열이 무단 필름에서 발생된다. 다른 하나는 미끄럼판도 히터로서 작동하는 점을 제외하고는 그 구조에 있어 유사하다. 양 정착 장치에 있어서, 미끄럼판에는 리브가 제공되어서 형성되는 화상의 광택의 레벨을 향상시키도록 닙부의 내부 압력이 국부적으로 증가된다.

이러한 특허 출원에 개시된 제1 구조 배열의 경우에 있어서, 열은 그 원주 방향에 대해 회전 부재(무단 필름) 자체의 일부분을 가로질러서만 발생된다(제2 구조 배열에 있어서는 닙부는 히터에 의해 형성됨). 따라서, 에너지 사용에 있어 매우 효율적이며, 가동 시간을 줄인다. 또한, 정착 닙부의 내부 압력이 국부적으로만 증가됨으로써, 정착 닙부가 공기 포켓을 압착시키는 것을 가능하게 한다.

그러나, 이러한 구조 배열, 즉 정착 닙부의 내부 압력을 국부적으로 증가시키는 단계를 채용하는 것이 기록 매체가 이송되는 방향의 수직 방향에 대해 광택이 비균일한 화상이 출력되는 현상을 야기하는 것으로 발견되었다. 또한, 그러한 현상은 다음과 같은 이유로 발생되는 것으로 밝혀졌다. 즉, 도21의 (b)를 참조하면, 일본 특개평 10-198200호에 개시된 구조 배열의 경우에 있어서, 정착 닙부의 영역(P), 즉 기록 매체 이송 방향에 대해 전술된 미끄럼판의 리브의 하류측 에지 바로 다음 영역의 내부 압력은 정착 닙부의 최대 내부 압력보다 상당히 낮다. 이러한 영역(P) 또는 낮은 압력 영역의 존재는 무단 필름 형태의 회전 부재와 토너층 사이의 접촉을 허용하여서 미끄럼판의 길이 방향에 대해 비균일성을 낳는다. 그 결과로서, 정착 장치는 공기 포켓을 압착시키는 능력 관점에서, 리브의 길이 방향(기록 매체 이송 방향의 수직 방향)에 대해 비균일하게 된다. 결과적으로, 미끄럼판의 리브의 길이 방향에 대해 광택이 비균일한 화상이 출력된다.

도16은 닙부의 길이 방향에 대해 정착 압력이 비균일, 즉 무단 필름 형태의 환상 이동 가능 부재와 토너층 사이의 접촉부가 비균일한 정착 닙부의 상태를 설명한다. 도22 및 도23은 정착 중에 토너 화상에 가해지는 압력이 불충분한 경우 토 너층이 어떻게 용융되는지를 설명한다. 부수적으로, 도22는 히터 및 무단 필름 형태의 환상 회전 가능 부재를 도시하지 않았다.

도22 및 도23을 참조하면, 정착 중에 토너 화상에 가해지는 가압량이 불충분한 영역이 정착 장치의 정착 닙부에 존재하는 경우, 정착 장치에 의해 화상이 정착되는 광택의 레벨이 다음과 같은 이유로 떨어진다. 즉, 높은 압력이 토너 화상이 낮은 압력 영역을 지나 이동된 이후에 가해지는 경우에도, 토너는 더 높은 압력이 가해지는 시간까지는 전체적으로 용융되지 않을 것이다. 따라서, 낮은 압력 영역을 지나 이동된 이후에 토너가 용융됨에 따라, 토너층의 공기 포켓은 토너층으로부터 빠져 나와서, 토너층 표면에 구멍을 남긴다. 이러한 구멍의 존재는 토너층 표면의 편평도의 레벨을 저하시키고, 따라서 토너층(토너 화상) 표면의 광택의 레벨을 저하시킨다.

본 발명은 전술된 문제들을 고려하여 이루어졌으며, 본 발명의 주요 목적은 종래 기술에 따른 화상 가열 장치와 비교하여 광택 및 외관의 균일성에 있어서 더 높은 화상을 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 사용 효율에 있어 우수한 화상 가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 가열 부재, 상기 가열 부재와 접촉하여 이동 가능한 가용성 부재, 상기 가요성 부재가 그 사이에 개재되면서 상기 가열 부재와 함께 닙부를 형성하는 탄성 롤러를 포함하고, 닙부의 압력이 기록 매체의 이동 방향에 대해 실질적으로 감소되지 않고 하류측을 향해 최대 피크까지 증가하고, 상기 가열 부재가 기록 매체의 이동 방향에 대해 최대 피크부의 상류측에 배치되는, 기록 매체 상에 형성되는 화상을 가열하기 위한 화상 가열 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 가열 부재, 상기 가열 부재와 접촉하여 이동 가능한 가요성 부재, 상기 가요성 부재가 그 사이에 개재되면서 상기 가열 부재와 함께 닙부를 형성하는 탄성 롤러를 포함하고, 이동 방향에 대한 상기 가열 부재의 하류 단부는 상류 단부보다 더 상기 탄성 롤러 내로 진입하고, 상기 가열 부재는 이동 방향에 대해 닙부 내의 압력의 최대 피크부의 상류측에 배치되는, 기록 매체 상에 형성되는 화상을 가열하기 위한 화상 가열 장치가 제공된다. 본 발명의 이들 목적, 특징 및 장점 그리고 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 연계된 본 발명의 양호한 실시예의 다음 설명을 고려함으로써 더 명백해 질 것이다.

(실시예1)

(1) 화상 형성 장치 예

도1은 정착 장치로서 본 발명에 따른 화상 가열 장치를 포함하는 전형적인 화상 형성 장치의 개략도로서, 그 일반적인 구조를 도시하고 있다. 본 실시예의 화상 형성 장치는 전자 사진 프로세스 중 하나를 채용하는 직렬식 컬러 레이저 비임 프린터이다.

의도된 화상의 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 컬러 구성 성분 각각에 대응하는 토너 화상을 형성하고, 바닥에서부터 기재된 순서로 평행하게 수직으로 적층되는 4개의 화상 형성 스테이션(제1 내지 제4 스테이션)이 참조 부호 Y, M, C, Bk로 표시된다.

제1 내지 제4 화상 형성 스테이션(Y, M, C, Bk)은 도면에서 화살표로 표시된 방향으로 미리 정해진 공정 속도로 회전하는 잠상 담지 부재로서의 (이하, 간단하게 감광 드럼으로 참조되는) 전자 사진 감광 부재(1a, 1b, 1c, 1d)와, 1차 대전 수단(2a, 2b, 2c, 2d)과, (이하, 스캐너로 참조되는) 레이저 비임 계열 노광 수단(3a, 3b, 3c, 3d)과, 현상부(4a, 4b, 4c, 4d)와, 세척 수단(6a, 6b, 6c, 6d) 등을 각각 포함한다.

기록 매체를 이송하는 부재로서의 무단 이송 벨트(9a)는 정전식으로 기록 매체를 보유한다. 무단 정전 흡착 이송 벨트(9a)는 제1 화상 형성 스테이션에서부터 제4 화상 형성 스테이션까지 수직으로 연장된 수직으로 적층된 제1 내지 제4 화상 형성 스테이션(Y, M, C, Bk) 세트의 감광 드럼측(프린터의 전방측) 상에 위치한다. 정전 흡착 이송 벨트(9a)가 롤러(9b, 9c, 9d, 9e) 둘레에서 신장 및 일시 정지한다. 롤러(9b)는 구동 롤러이고, 롤러(9c, 9d)는 지지 롤러이다. 롤러(9d)는 인장 롤러이다. 정전 흡착 이송 벨트(9a)는 감광 드럼(1a 내지 1d)의 주연 속도와 정합하는 주연 속도로 도면에 화살표로 도시된 방향(시계 방향)으로 구동 롤러(9b)에 의해 환상으로 구동된다.

4개의 (제1 내지 제4) 전사 롤러(5a, 5b, 5c, 5d)는 정전 흡착 이송 벨트(9a)가 전사 롤러(5a, 5b, 5c, 5d)와 감광 드럼(1a 내지 1d) 사이에 각각 개재된 채로 제1 내지 제4 화상 형성 스테이션(Y, M, C, Bk)의 감광 드럼(1a 내지 1d)에 대항하여 가압 유지된다.

제1 내지 제4 화상 형성 스테이션(Y, N, C, Bk)에서, 감광 드럼(1a 내지 1d)은 회전식으로 구동된다. 이 감광 드럼들은 도시되지 않은 드럼 모터 (DC 서보 모터)에 의해 회전식으로 구동된다. 그러나, 각각의 감광 드럼에는 자체 구동력원이 마련될 수 있다. 드럼 모터의 회전은 DSP(디지털 신호 프로세서)로 제어되지만, 도시되지 않은 CPU에 의해 다른 제어가 실행될 수 있다.

제1 내지 제4 화상 형성 스테이션(Y, M, C, Bk)에서, 감광 드럼(1a 내지 1d)은 회전함에 따라 각각 1차 대전 수단(2a 내지 2d)에 의해 미리 정해진 극성과 전위 레벨로 균일하게 대전된다. 그 후, 감광 드럼(1a 내지 1d)의 대전된 주연면은 일 대 일로 스캐너(3a 내지 3d)에 의해 각각 4개의 광학 화상으로 노광된다. 결과적으로, 정전 잠상이 각각의 감광 드럼(1a 내지 1d) 상에 형성된다. 감광 드럼(1a 내지 1d) 상에 정전 잠상은 현상 스테이션(4a 내지 4d)에 의해 의도된 전컬러 화상이 전자 사진 프로세스에 의해 분리되는 4개의 컬러 구성 성분에 컬러로 대응하는 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 토너로 형성된 화상(이하, 토너로 형성된 화상은 간단히 토너 화상이라 한다)으로 현상된다. 결과적으로, 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 토너 화상이 각각 감광 드럼(1a 내지 1d) 상에 형성된다.

한편, 화상 형성 장치의 주 조립체의 바닥부 내에 위치된 시트 공급 카세트(8a) 내에 적재된 여러 장의 기록 매체(S, 전사 시트)는 분리되면서 미리 정해진 화상 형성 순서 제어 타이밍에 따라 시트 공급 롤러(8b)에 의해 주 조립체로 연속적으로 공급되고, 기록 매체(S)를 대기 상태로 유지하고 화상 형성 작업의 진행과 동시에, 이송 벨트(9a)의 바닥측으로부터 정전 흡착 이송 벨트(9a)로 더욱 이송되는 것을 허용하는 레지스트 롤러로 이송된다. 각각의 기록 매체(S)가 정전 흡착 이송 벨트(9a)에 전달됨에 따라, 정전 흡착 이송 벨트(9a)의 표면에 정전식으로 흡착되고, 그로 인해 확실하게 거기에 유지되고, 벨트(9a)가 환상으로 구동되기 때문에 상향으로 이송된다. 기록 매체(S)가 상향으로 반송됨에 따라, 제1 내지 제4 화상 형성 스테이션(Y, M, C, Bk) 내의 감광 드럼(1a 내지 1d)의 주연면 상에 형성된 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 토너 화상은 제1 내지 제4 전사 스테이션 내의 기록 매체(S), 즉 감광 드럼(1a 내지 1d)과 정전 흡착 이송 벨트(9a) 사이의 접촉 영역 상에 각각 층으로 전사된다. 결과적으로, 정착되지 않은 단일 전컬러 토너 화상이 통합적으로 형성된다.

제1 내지 제4 화상 형성 스테이션(Y, M, C, Bk) 내에 기록 매체(S) 상에 토너 화상의 전사 후에, 감광 드럼(1a 내지 1d)의 주연면에 흡착되어 남아 있는 토너와 같은 잔류물이 세척 수단(6a 내지 6d)에 의해 제거되고, 그후 감광 드럼(1a 내지 1d)은 후속하는 화상 형성 주기에 사용된다.

토너 화상이 기록 매체(S) 상에 4개의 감광 드럼(1a 내지 1d)으로부터 층으로 전사되면서 정전 흡착 이송 벨트(9a)의 상단부로 이송된 후에, 기록 매체(S)는 구동 롤러(9b)의 위치에서 이송 벨트(9a)의 표면으로부터 분리되고, 정착 장치(10, 정착 장비)로 더욱 이송되어, 토너 화상이 열적으로 정착된다. 그 후, 기록 매체(S)는 한 쌍의 배출 롤러(10c)에 의해 배출 트레이(13)로 배출된다.

단면 인쇄 모드 내의 화상 형성 장치의 화상 형성 작업이 전술되었다. 화상 형성 장치가 양면 인쇄 모드에 있으면, 작업은 아래와 같이 된다. 일면 상에 화상 이 전사된 기록 매체의 분리 후에, 배출 롤러(10c)의 쌍에 의해 완전히 배출되지 않고, 즉 기록 매체(S)는 기록 매체(S)의 후단부가 양면 인쇄 모드 시트 안내부(10d)를 통과하여 이동할 지점까지 장치 주 조립체의 밖으로 부분적으로 이동한다. 그후, 배출 롤러(10c) 쌍은 역으로 회전하여 기록 매체(S)를 양면 인쇄 모드 시트 안내부(10d) 내로 안내한다. 더 자세하게는, 배출 롤러(10c) 쌍이 역으로 회전함에 따라, 기록 매체(S)는 더 앞에 있는 후단부가 선단부가 되면서 시트 안내부(10d) 내로 이동하고, 안내부(10d)의 상부측에 의해 안내된다. 그후, 기록 매체(S)는 공기 덕트(11) 아래에 위치한 안내부 리브(11a)와 제어 패널(12) 아래에 위치한 안내 리브(12a)에 의해 양면 인쇄 모드 롤러(14) 쌍으로 안내된다. 그 후, 롤러(14) 쌍에 의해 한 쌍의 양면 인쇄 모드 롤러(15)로 하향 이송되고, 롤러(15) 쌍에 의해 한 쌍의 양면 인쇄 모드 롤러(16)로 더욱 하향 이송되고, 롤러(16) 쌍에 의해 U턴 안내부(17)를 따라 레지스트 롤러(8a) 쌍으로 더욱 이송된다. 그후, 양면 인쇄 모드로 화상 형성 작업이 진행됨과 동시에, 감광 드럼(1a 내지 1d)과 정전 흡착 이송 벨트(9a) 사이에 전사 닙부로 전달되도록 한 쌍의 레지스트 롤러(8c)에 의해 배출된다. 그 후 순서는 단면 인쇄 모드와 정확하게 동일하다.

(2) 정착 장치(10)

도2는 정착 장치(10)의 주요부의 개략적인 확대 단면도이다. 이 정착 장치(10)는 (인장없는) 필름 가열 및 압력 롤러 구동 형태의 가열 장치이다. 환상 정착 필름(환상 벨트 형태의 정착 필름), 즉 가요성 부재를 채용한다.

가열 유닛(30)은 환상 회전 가열 부재를 포함하고, 가압 롤러(20)는 탄성 롤 러이다. 2개는 서로 대항하여 가압 유지되고, 정착 닙부(N)을 형성한다.

1) 가압 롤러

가압 롤러(20)는 알루미늄이나 철로 형성된 금속 코어(21)와, 금속 코어(21)의 주연면을 피복하는 탄성층(22)과, 탄성층(22)의 주연면을 피복하는 이형성층(mold release layer; 23)을 포함한다. 이것은 한 쌍의 베어링의 삽입에 의해 금속 코어(21)의 세로 단부에서 장치 주 프레임의 도시되지 않은 측면판 쌍에 의해 그 사이에 회전식으로 지지된다. 도면에 화살표로 표시된 방향(시계 방향)으로 미리 정해진 속도로 도시되지 않은 구동 시스템에 의해 회전식으로 구동된다.

탄성층(22)은 고체 실리콘 고무, 열적으로 절연된 실리콘 고무를 만드는 실리콘 고무를 발포함으로써 만들어진 스폰지 고무, 열적으로 절연된 실리콘 고무를 만드는 실리콘 고무 내에 중공 충전재 입자를 분산시킴으로써 만들어진 발포된 고무 등으로 형성된다.

이형성층(23)은 탄성층(22)의 주연면을 퍼플루오로알킬 수지(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 수지(FEP) 또는 (다이킨 코포레이션 리미티드의 이름으로 등록된) GLS 라텍스와 같은 플루오르화 수지로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 탄성층(22) 상에 끼워 맞춤된 튜브의 형태일 수 있다. 이형성 페인트로 탄성층(22)의 주연면을 코팅함으로써 형성될 수 있다.

2) 가열 유닛(30)

가열 유닛(30)은 가열 부재 홀더(32), 가열 부재(33), 강성 압력 인가 스테 이(34), 정착 필름(31, 가요성 슬리브) 등을 포함한다. 가열 부재 홀더(32)는 도면에 수직 방향(기록 매체 이송 방향과 교차하는 방향)으로 연장되며, 열 저항성, 열 절연성 및 강성이다. 가열 부재(33)는 홀더(32)의 세로 방향으로 홀더(32)의 외향으로 대면하는 표면 내에 절단된 홀더(32)의 홈 내에 끼워 맞춤으로써 홀더(32)에 고정식으로 부착된다. 강성 스테이(34)는 U형상 단면이며, 금속 물질로 형성된다. 이는 홀더의 내향측 상에 배치되어 홀더(32)를 지지한다. 정착 필름(31)은 가열 부재 홀더(32), 가열 부재(33) 및 강성 스테이(34)의 조립체 둘레에 느슨하게 끼워 맞춤된다.

본 실시예의 정착 장치(10)의 경우에, 가압 롤러(20)의 금속 코어(21)의 세로 단부는 베어링 쌍을 개재한 채로 장치 주 조립체 프레임의 측면판 쌍에 의해 회전식으로 지지되어, 가압 롤러(20)는 측면판 쌍 사이에 회전식으로 지지된다. 가열 유닛(30)은 가압 롤러(20)에 평행하게 도2에서 가압 롤러(20) 좌측 상에 배치되어, 가열 유닛(30)의 가열 부재(33)는 가압 롤러(20)와 대면한다. 강성 압력 인가 스테이(34)의 세로 단부는 한 쌍의 스프링과 같은 도시되지 않은 압력 인가 수단에 의해 가압 롤러(2)쪽으로 가압 유지되어, 강성 압력 인가 스테이(34)는 미리 정해진 크기의 압력(F)으로 가압 롤러(20)의 탄성층(22)에 대항하여 가압 유지된다. 결과적으로, 정착 필름(31)이 가열 부재(33)와 가열 부재 홀더(32)의 조합과 가압 롤러(22) 사이에 조여서 정착 닙부(N)를 형성한 채로, 가압 롤러(20)의 탄성층(22)은 가열 부재(33)와 가열 부재 홀더(32)의 조합에 의해 가압 롤러(20)의 방사상 방향으로 미리 정해진 두께만큼 좌측으로 압축 유지된다.

가압 롤러20)가 회전식으로 구동됨에 따라, 가압 롤러(20)의 회전 구동으로부터의 토크는 환상 정착 필름(31)에 전달된다. 결과적으로, 정착 필름(31)의 내향면이 가열 부재 홀더(32)와 가열 부재(33)의 외향으로 대면하는 표면과 완전하게 접촉하는 방식으로 정착 필름(31)이 가열 부재 홀더(32)와 가열 부재(33) 상에서 활주하는 채로, 정착 필름(31)이 도면에 화살표로 표시된 방향(시계 방향)으로 가열 부재 홀더(32), 가열 부재(33) 및 강성 압력 인가 스테이(34)의 조립체 둘레로 회전한다.

가압 롤러(20)가 회전식으로 구동되고 환상 정착 필름(31)이 가압 롤러(20)에 의해 회전식으로 구동됨에 따라, 힘이 가열 부재(33)에 제공되어 가열 부재(33)를 미리 정해진 온도 레벨까지 상승시키고 그것을 미리 정해진 온도 레벨에 유지시킨다. 가열 부재(33)의 온도가 미리 정해진 온도 레벨에 유지됨에 따라, 정착되지 않은 토너 화상(T)을 담지한 기록 매체(S)는 정착 닙부(N), 즉 가열 유닛[30, 정착 필름(31)]과 가압 롤러(20) 사이의 경계면 내로 도입되고, 기록 매체(S)가 정착 필름(31)과 가압 롤러(20) 사이에서 조여진 채로 정착 닙부(N)를 통해 이송되어, 기록 매체(S)의 토너 화상 담지면이 정착 필름(31)의 외향 대면과 완전하게 접촉하여 유지된다. 기록 매체(S)가 전술한 바와 같이 정착 닙부(N)를 통해 이송되면서, 가열 부재(33)로부터의 열이 정착 필름(31)을 통해 기록 매체(S)에 주어진다. 결과적으로, 기록 매체(S) 상에 정착되지 않은 토너 화상(T)은 열과 압력에 의해 기록 매체(S)로 결합(정착)된다. 정착 닙부(N)를 통해 이송된 후에, 기록 매체(S)는 환상 정착 필름(31)의 곡률로 인해 정착 필름(31)으로부터 분리된다.

정착 필름(31, 가요성 부재)은 폴리아미드, 폴리아미드-이미드, PEEK, PES, PPS, PFA, PTFE, FEP 등과 같은 수지의 열 절연 필름 및 열 저항 필름으로 형성된 기재판층과, 이형성이 우수한 PFA, PTFE, FEP, 실리콘 수지 등과 같은 열 저항 수지의 단일 또는 혼합물로 형성된 표면층을 포함한다.

가열 부재 홀더(32)는 가열 저항성이며 변하기 쉬운 액체 폴리머, 페놀 수지, PPS, PEEK 등으로 형성된다.

도3은 본 실시예의 가열 부재(33)의 개략도로, 그 구조를 도시하고 있다. 이 가열 부재(33)는 상면에서 발열하는 저열용량 세라믹 히터이다. 이것은 기본적으로 기재판, 발열 저항층, 유전층 및 전원 공급 전극을 포함한다.

기재판은 알루미나 또는 질화 알루미늄과 같은 유전체 세라믹 또는 폴리이미드, PPS 또는 액체 폴리머와 같은 내열성 수지로 형성된다. 발열 저항층은 기재판의 표면 상에 형성된 Ag/Pd, RuO₂, Ta₂N 등의 선 또는 좁은 스트립이다. 이를 통해 전류가 흐를 때, 열이 발생된다. 이는 스크린 인쇄 등과 같은 수단을 사용하여 기재판의 표면 상에 코팅되고 구워진다. 유전체층은 기재판 및 발열 저항층의 조합체 상에 코팅된 유리 등의 층이다. 전원 공급 전극은 발열 저항층에 전기적으로 연결되고, 전원 공급 회로로부터 전원 공급 커넥터를 통해 전원 공급 전극으로 전압이 인가된다.

보다 구체적으로, 가열 부재(33)는 이하를 포함한다.

1. Al₂O₃, ATN 등의 얇고, 좁고, 편평한 판 부재이고, 정착 닙부(N)를 통과 해서 기록 매체(S)가 이송되는 방향에 대해 횡단(수직)하는 방향에 평행한 방향으로 연장하는 기재판(33a)과,

2. 대략 10 ㎛의 두께와 1 내지 5 mm의 폭을 가지며, 기재판(33b)의 길이 방향에 평행한 방향으로 연장하고, 스크린 인쇄 등에 의해 기재판(33b)상에 소정의 패턴으로 전기 저항 물질이 코팅되고 구워지는 방법을 사용하여 기재판(33a)의 상단 표면 상에 Ag/Pd와 같은 전기 저항 물질로 형성된 발열 저항층(33b)의 2 개의 평행 스트립과,

3. 기재판 상에 형성되고, 기재판(33a)의 길이방향 단부 중 하나에서 발열 저항층(33b)의 2 개의 평행 스트립과 하나에 하나씩 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전원 공급 전극(33d, 33e)과,

4. 기재판(33a)의 다른 길이방향 단부에서, 발열 저항층(33b)의 2개의 평행 스트립과 직렬로 전기적으로 연결하기 위해 패터닝에 의해 기재판(33a) 상에 형성되는 전기 도전성부(33f)와,

5. 기재판(33a)의 길이방향에 대하여 전기 도전성부(33f)의 외향 측에 위치되며 패터닝에 의해 기재판(33a) 상에 형성되는 제1 및 제2 온도 제어 출력 전극(33g 및 33h)과,

6. 기재판(33a)의 표면을 따라서 발열 저항층과 전기 도전성부(33f)의 조합체를 덮는 방식으로 패터닝에 의해 기재판(33a) 상에 형성된 박형(대략 10 ㎛ 두께) 보호층(33c)과,

7. 기재판의 길이방향에 대하여 중앙부와 접촉하며, 기재판(33a)의 후방(배 면)측 상에 배치된, 서미스터와 같은 온도 검출 소자(51)와,

8. 온도 검출 소자(51)에 전기적으로 연결되며, 패터닝에 의해 기재판(33a)의 후방(배면) 표면 상에 형성된 제1 및 제2 전기 도전성부(33i 및 33j)와,

9. 기재판(33a)의 후방(배면) 표면 상의 제1 및 제2 전기 도전성부(33i 및 33j)가 기재판(33a)의 외향 표면 상에서, 각각 제1 및 제2 온도 제어 출력 전극(33g 및 33h)에 전기적으로 연결될 수 있도록 기재판(33a)을 통해 형성된 관통 구멍(33k 및 33l)과,

10. 기타

이러한 가열 부재(33)는 가열 부재(33)의 상단 표면(발열 저항층(33b) 및 보호 유리층(33c)을 지지하는 기재판(33a)의 상단 표면)이 정착 필름(31)의 내향 표면과 접촉하여 배치되도록 외향으로 대면하도록 가열 부재 홀더(32)의 외향 표면 내에 형성된 홈 내에 상감식으로 견고하게 매립된다.

도면 부호 52가 지시하는 것은 그 열 수집판(52a)이 가열 부재(33)의 후방 표면의 소정 부분과 접촉하게 배치되는 상태로, 기재판(33a)의 후방(배면)측 상에 배치된 열 퓨즈, 열 스위치 등과 같은 열 보호기이다.

도면 부호 52가 지시하는 것은 전원 공급 전극(33d 및 33e)을 전원 공급 커넥터(53)의 전기 접촉부에 전기적으로 연결하면서, 가열 부재 홀더(32)에 견고하게 유지되는 가열 부재(33)의 제1 및 제2 전원 공급 전극(33d 및 33e)을 가지는 기재판(33a)의 길이 방향 단부 중 하나에 부착되는 전원 공급 커넥터이다.

도면 부호 54가 지시하는 것은 온도 제어 출력 전극(33g 및 33h)을 온도 제 어 커넥터(54)의 전기 접촉부에 전기적으로 연결하면서, 제1 및 제2 온도 제어 출력 전극(33g 및 33h)을 가지는 가열 부재(33)의 다른 길이 방향 단부에 부착되는 온도 제어 커넥터이다.

도면 부호 55, 56 및 57은 AC 전원, 제어 회로(CPU) 및 TRIAC(3극 AC 스위치)를 지시한다. 가열 부재(33)에는 전원 공급 커넥터(53), 제1 및 제2 전원 공급 전극(33d 및 33e)을 통해서 AC 전원(55)에 의해 전원이 공급되며, 보다 구체적으로, 전원은 발열 저항층(33b)으로 공급된다. 결과적으로, 열은 발열 저항층(33b)의 전체를 가로질러서 발생되며, 가열 부재(33)의 온도를 매우 신속하게 상승시킨다. 가열 부재(33)의 온도 증가는 온도 검출 소자(51)에 의해 검출되며, 검출된 온도에 관한, 전기 신호 형태의 정보는 제1 및 제2 전기 도전성부(33i 및 33j), 관통 구멍(33k 및 33l)의 전기 도전성벽, 제1 및 제2 온도 제어 출력 전극(33g 및 33h) 및 온도 제어 커넥터를 통하여 제어 회로(56) 내로 입력된다. 제어 회로(56)는 가열 부재(33)의 검출된 온도에 관하여 입력된 정보에 대한 응답으로 TRIAC(57)을 제어하며, 이는 AC 전원(55)으로부터 가열 부재의 발열층(33b)에 공급된 전원의 위상, 주파수 등을 제어함으로써 가열 부재(33)의 온도를 소정 정착 온도로 유지한다.

가열 부재(33)의 후방 측과 접촉된 상태로 유지되는 열 수집판(52a)을 구비한, 가열 부재(33)의 후방측 상에 위치된 열 보호기(52)는 전원을 가열 부재(33)의 발열 저항층(33b)에 공급하기 위해 회로 내에 직렬로 삽입된다. 따라서, 만일 가열 부재가 과열된다면, 즉, 가열 부재(33)의 온도가 허용 수준을 초과한다면, 전원 (55)으로부터 가열 부재(33)의 발열 저항층(33b)으로의 전원 공급이 제어 불가능하게 되기 때문에, 따라서, 발열층은 계속해서 전원을 공급받게 되고, 제어 회로(56), TRIAC(57) 등에 발생하는 소정 문제로 인해서, 열 보호기는 가열 부재(33)로부터의 열에 의해 용융되고, 이로 인해 전원 공급 회로가 파단되고, 따라서, 안전을 위해 발열 저항층(33b)으로의 전원 공급이 강력하게 차단된다.

가열 부재(33)의 온도를 제어하기 위한 구조적 배열은 전술된 것에 한정될 필요가 없다. 예컨대, 정착 필름(31)의 표면 온도가 정착 닙부(N) 내에서 토너 화상(T)을 기록 매체(S)상에 정착하기 위해 필요한 온도 수준이 정착 필름(31)의 표면에 대한 목표 온도로서 설정되고, 전원이 가열 부재(33)의 발열 저항층(33b)에 공급되는 양은 정착 필름(31)의 표면 온도를 목표 온도로 유지하기 위해 정착 닙부(N)의 범위 내의 선택적인 지점에서 정착 필름(31)의 내향 표면과 접촉된 상태로 유지되도록 배치된 서미스터와 같은 도시 안된 온도 검출 수단에 의해 검출된 정착 필름(31)의 표면 온도 수준에 따라서 제어된다.

가열 부재(33)의 기재판은 알루미나 또는 질화 알루미늄 과 같은 유전체 세라믹과 폴리이미드, PPS, 또는 액체 폴리머 등과 같은 내열성 수지로 형성된다. 따라서, 가열 부재(33)는 형태 면에서 단순화될 수 있는데, 예컨대, 이는 박형으로 편평하게 만들어 질 수 있다.

3) 정착 닙부(N)에 대한 상세한 설명

도4는 본 실시예에서 정착 장치(10)의 정착 닙부(N)의 구조를 도시한 개략 단면도이다. 또한, 도2에서, 정착 장치의 정착 닙부(N)는 기록 매체가 정착 닙부 (N) 내로 수직으로 공급되도록 배향된다. 그렇지만, 도4에서, 설명의 편의를 위해, 정착 닙부(N)는 기록 매체(S)가 정착 닙부(N) 내로 수평으로 공급되도록 배향된다.

본 발명의 요지는 다음과 같다. 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송될 때, 정착 닙부(N)의 기록 매체 진입부(기록 매체 이송 방향에 대하여 상류)와 정착 닙부(N) 내의 피크 압력 지점, 즉, 정착 닙부(N) 내에서 기록 매체(S)에 가해지는 가압량이 최고가 되는 지점 사이에 사실상 경사지지 않으면서 기록 매체(S)의 소정 지점에 가해지는 가압량은 피크에 도달하도록 구성된다. 또한, 가열 부재는 기록 매체 이송 방향에 대하여, 정착 닙부(N)의 피크 압력 지점의 상류측 상에 위치된다. 정착 닙부(N)의 길이 방향에 평행한 방향으로부터 본 실시예의 정착 닙부(N)와 그 인접부를 보면, 가열 유닛(30)의 정착 필름 안내(접촉) 미끄럼면의 기록 매체 가압부의 편평부(A)에 수직이며, (이하의 명세서에서 가열판(33)이라고 지칭할) 박형판의 부분의 형상을 하는 가열 부재(33)의 외향 대면 표면과 가열 부재 홀더(32)로 이루어지며, 기록 매체 이송 방향에 대하여 부분(A)의 중심을 지나가는 선(C1)은 가압 롤러의 회전축을 지나가는 (선(C1)과 평행한 가상선인) 선(C2)의 상류측에 있으며, 즉, 이는 선(C2)의 기록 매체 진입측 상에 있다. 다시 말해서, 가열 부재, 가열 부재 홀더, 및 가압 롤러는 가열 부재의 표면에 수직이고, 정착 필름과 접촉하며 기록 매체 이송 방향에 대하여 가열 부재의 중심을 지나가는 가상선이 기록 매체 이송 방향에 대하여 가압 롤러의 회전축의 상류측 상에 있도록 배치된다. 본 구조적 배열의 채택으로써, 가열판(33)의 외향 표면 및 가열 부재 홀더 (32)의 외향 표면으로 이루어진, 가열 유닛의 정착 필름 안내 미끄럼면의 편평부(A)의 상류 단부(J)는 정착 닙부(N)의 기록 매체 진입부의 상류측에 있고, 가열판(33)의 외향 표면으로 이루어지는, 가열 유닛(30)의 정착 필름 안내 미끄럼면의 편평부(A)의 하류 단부(K)는 정착 닙부(N)의 내부에 있다. 가열 유닛(30)은 정착 필름(31)이 가열 유닛(30)과 가압 롤러(20) 사이에 압착된 상태로 가압 롤러(20)에 대향하여 가압되어 유지된다. 또한, 전술된 바와 같이, 가압 롤러(20)와 가열 부재 홀더(32) 및 가열판(33)의 조합체에 의해 압착된 정착 필름(31)은 가압 롤러(20)의 회전으로 인해 가열 부재 홀더(32)와 강성 압력 인가 스테이(34)의 조합체 둘레로 환상으로 이동된다.

또한, 전술된 구조적 배열의 채택으로써, 정착 닙부(N)의 일부로서, 기록 매체 가압 편평부(A)의 하류 단부(K)로부터 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구까지 연장하며, 정착 닙부(N)의 내부 압력이 기록 매체 출구를 향해 급격하게 감소되는 부분(B)이 생성된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에서의 정착 장치의 단면도에서, 가열 유닛(30)의 회전축에 수직하며, 전술된 편평부(A)에 수직하고 기록 매체 이송 방향(SF)에 대하여 편평부(A)의 중심을 지나가는 선(C1)은 편평부(A)에 수직하며 가압 롤러(20)의 회전축을 지나가는 선(C2)의 기록 매체 이송 방향(SF)에 대하여 상류측, 즉, 기록 매체 진입부 측에 있다. 또한, 가열판(33)의 외향 대면 표면과 가열판 유지 부재(32)로 이루어진 기록 매체 가압 미끄럼면의 상류 단부(J)는 정착 닙부(N)의 기록 매체 진입부의 외측에 있다. 이러한 구조적 배열의 제공으로써, 정착 닙 부(N) 내부의 압력 분포는 가열 유닛(30)의 기록 매체 안내 (가압) 표면의 부분(A)의 하류 단부(K)에 근접할수록, 기록 매체(S)가 가열판(33)에 의해 가열되면서 정착 닙부(N)를 통해 이송될 때 기록 매체(S)에 인가되는 가압량이 높아지게 된다.

이 때, 본 실시예에서 정착 닙부(N) 내에서 발생하는 다양한 현상이 설명될 것이다.

먼저, 도5의(b)를 참조하여, 정착 닙부(N) 내의 압력 분포가 설명될 것이다. 도5의 (b)로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서 정착 닙부(N) 내의 압력 분포는 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송될 때, 기록 매체(S)에 가해지는 가압량이 기록 매체(S)가 정착 닙부(N) 내로 이동되자마자 증가되기 시작하여, 사실상 아무 감소 없이 그 피크까지 연속적으로 증가하는 것이다. 이후, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N) 내의 피크 압력 지점(K)을 지나서 이동될 때, 기록 매체(S)에 가해지는 압력은 감소하기 시작해서, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구에 도달하는 시점에는 사실상 영으로 급격하게 감소한다. 이러한 압력 분포를 이해하기 위해, 본 실시예에서의 정착 장치는, 가열 유닛(30)의 기록 매체 가압 표면의 부분(A)의 상류 단부(J)가 정착 닙부(N)의 기록 매체 진입부의 상류(정착 닙부(N)의 외측)에 있고, 정착 필름과 접촉하고 기록 매체 이송 방향에 대하여 편평면의 중심을 지나가는 가열 부재 기재판의 편평면에 수직한 가상선(도4에서 C1)이 기록 매체 이송 방향에 대하여 가압 롤러의 회전축의 상류에 있도록, 그 가열 부재, 가열 부재 홀더 및 가압 롤러를 위치설정하도록 구조화된다. 보다 상세하게 설명하기 위해, 도6a에 도시된 바와 같이, 가열 유닛의 기록 매체 가압 표면 의 부분(A)의 상류 단부(J)는 정착 닙부(N)의 기록 매체 진입부의 상류(정착 닙부의 외측)에 위치되고, 하류 단부(K)는 가열 유닛의 기록 매체 가압 표면의 부분(A)의 상류와 하류 단부(J 및 K)를 연결하는 가상 평면(H)과, 가상 평면(H)에 수직하고 가압 롤러(20)의 회전축을 지나가는 가상 평면(V)의 교차부를 대략 지나간다(가상 평면(V)으로부터 하류 단부(K)까지의 거리는 사실상 영이다).

상술된 위치적 배열을 구비하여, 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구와 가열 유닛의 기록 매체 가압면의 부분(A)의 하류 단부(K) 사이에 가압 롤러(20)로 가열 유닛의 기록 매체 가압면의 부분(A)의 침입량은 지점(K)에 더 근접할수록 침입량이 더 커지는 것과 같고, 다시 말해서, 침입량과 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구로부터의 거리 사이의 관계는 대략 선형이고 지점(K)에서 최대이다.

따라서, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송될 때, 정착 닙부(N)에 의해 기록 매체(S)에 가해진 가압량은 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구에서 증가하기 시작하고 기록 매체(S)가 지점(K)에서 그 최고치에 도달하는 정착 닙부(N)의 중심(기록 매체 입구에서 출구 사이의 중심)을 지나 가열 유닛의 정착 필름 가압면의 부분(A)의 하류 단부(K)에 도달할 때까지 대략 선형으로 증가한다.

또한, 본 실시예에서, 가열 유닛(가열 부재)의 정착 필름 가압면은 부분(A)의 하류 단부(K)와 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구 사이의 부분이고 사실상 편평한 제2 부분(B)을 구비한다. 따라서, 부분(A)의 하류 단부(K)와 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구 사이에 가압 롤러(20) 안으로 가열 유닛의 침입량은 출구에 더 근접할수록 침입량은 더 작아지는 것과 같고, 지점(K)에서 이 범위의 소정 지점까지의 거리 와 침입량 사이의 관계는 대략 선형이다.

따라서, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송될 때, 정착 닙부(N)에 의해 기록 매체(S)에 가해진 가압량은 부분(A)의 하류 단부(K)에서 감소하기 시작하고 그것이 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구에서 사실상 제로로 떨어질 때까지 급격히 감소한다.

더욱이, 정착 닙부(N)의 온도 분포는 도5의 (a)의 라인(1)에 의해 나타나는 바와 같다.

정착 닙부(N)의 온도 분포에 대해서, 기록 매체 입구로부터 정착 닙부(N)의 중심을 경유하여 부분(A)의 하류 단부(K) 바로 전 영역까지 연장되는 정착 닙부(N)의 부분은 가열판(33)에 의해 가열되고, 정착 닙부(N)의 내부 온도는 하류 단부(K) 바로 전 영역을 향해 선형으로 증가한다. 가열판(33)이 정착 닙부(N)의 기록 매체 이송 방향으로 부분(A)의 하류 단부(K)의 상류에 있으므로, 정착 닙부(N)의 내부 온도는 지점(K) 전에 소정의 온도 수준에 도달한다. 더욱이, 기록 매체 이송 방향으로 지점(K)의 하류측에 어떤 열원(가열판(33))도 없다. 따라서, 하류 단부(K) 뒤, 정착 닙부(N)의 내부 온도는 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구를 향해 대략 동일하게 유지된다.

압력과 열이 상술된 바와 같이 토너에 가해지는 동안 기록 매체(S)와 기록 매체의 비정착 토너 화상의 조합이 정착 닙부(N)를 통해 이동될 때, 기록 매체(S) 상의 토너 화상은 본 실시예의 정착 닙부(N)에서 토너의 물리적 형상 변화를 도시하는 도7, 도24 및 도25를 참조하여 다음에 설명되는 바와 같이 용융된다. 도24는 본 실시예의 정착 장치의 필수 부분의 실제 구조를 상세히 도시하고, 도25는 도24에 도시된 정착 장치에서 토너의 물리적 형상 면에서 정착 프로세스의 공정을 도시한다. 도25에서, 종이 두께, 토너 입자 직경 등이 과장되어 있다.

먼저, 정착 장치(10)의 정착 닙부(N) 내로 진입 이전에 기록 매체(S)의 토너층(토너 화상(T))의 상태는 도7의 영역에서 도시된 바와 같거나 도25에 도시된 바와 같다고 여겨진다. 다시 말해서, 네 개의 감광 드럼(1a 내지 1d)으로부터 기록 매체(S) 위의 층으로 연속적으로 전사되는 네 개 층의 토너 화상(T)이 있다. 토너 화상(T)이 기록 매체(S) 위로 전사될 때, 근접한 두 개의 토너층(토너 화상(T)) 사이에 어떤 간극도 남지 않도록 전사되지 않는다. 다시 말해서, 근접한 두 개의 토너층(토너 화상(T)) 사이에 임의 수의 미세한 공기 포켓이 있다.

기록 매체(S)가 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구에서 가열 유닛의 정착 필름 가압면의 부분(A)의 하류 단부(K)까지 이송되는 동안, 정착 닙부(N)에 의해 기록 매체(S) 위의 토너층에 가해진 가열량은 도5의 라인(1)에 의해 나타내어진 바와 같이 선형으로 증가하고, 정착 닙부(N)에 의해 기록 매체(S)에 가해진 가압량은 도5의 (b)에 도시된 바와 같이 대략 선형으로 증가한다. 따라서, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구로부터 가열 유닛의 정착 필름 가압면의 부분(A)의 하류 단부(K)까지 이송되는 동안, 기록 매체(S)의 토너층은 도7 및 도25의 영역(2)에 도시된 바와 같이 정착 필름(31)과 접촉을 유지한 채로 점차 용융된다. 토너층이 용융되는 동안, 토너층 공기의 미세한 포켓은 용융 토너층에서 점차 팽창된다. 기록 매체(S)의 소정부가 하류 단부(K)에 도달할 때까지 그 위의 토너층은 가열판 (33)으로부터의 열에 의해 완전히 용융된다.

도5의 (b)를 참조하면, 정착 닙부(N)에 의해 기록 매체(S) 위의 토너층에 가해진 가압량은 하류 단부(K)에서 가장 높다. 더욱이, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구로부터 지점(K) 또는 정착 닙부 압력이 가장 높은 지점까지 이송되는 동안 기록 매체(S)의 토너층에 가해진 가압량은 연속적으로 증가하고, 즉, 사실상 감소하지 않아서 기록 매체(S) 위의 토너층이 정착 닙부(N)의 길이방향으로 정착 필름과 완전히 접촉된다. 따라서, 기록 매체(S)가 지점(K) 또는 정착 닙부(N)의 내부 압력이 가장 높은 지점까지 이송될 때까지, 토너층은 완전히 용융된다. 그 후, 기록 매체(S)가 하류 단부(K)를 지나 이동될 때 용융된 토너층은 하류 단부(K)의 길이방향으로 균일하게 압착된다. 결과적으로, 토너층의 공기 포켓은 도7 및 도25의 영역(3)에 도시된 바와 같이 하류 단부(K)의 압착 기능에 의해 토너층으로부터 완전히 압착된다. 다시 말해서, 하류 단부(K)를 지나 이동되는 토너층의 부분에 공기 포켓이 잔류하지 않는다. 비교하면, 만약 기록 매체(S)에 가해진 가압량이 그의 인접한 상류 영역에 가해진 것보다 작고 최대 압력 지점(K)의 상류측 위에 위치되는 영역을 정착 닙부(N)가 가지면, 이 영역은 토너층이 만족스럽게 용융되는 것을 방지한다. 결과적으로, 토너층은 가열 유닛의 정착 필름 가압면의 부분(A)의 하류 단부(K)에서 내부의 공기 포켓을 세척하도록 만족스럽게 압착되지 않는다.

기록 매체(S)가 하류 단부(K)로부터 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구까지 이송되는 동안, 토너층의 온도 레벨은 도5의 (a)의 라인(1)에 의해 나타나는 바와 같 이 대략 동일하게 유지되지만, 토너층에 가해진 가압량은 도5의 (b)에 도시된 바와 같이 급력히 떨어진다. 따라서, 토너층은 임의 정도의 탄성을 유지하고 도25의 영역(4)에 도시된 바와 같이 작은 가압량에 놓이면서 더욱 균일하게 용융된다.

기록 매체(S)가 하류 단부(K)로부터 정착 닙부(N)가 기록 매체 출구까지 이송되는 동안 토너층의 온도가 대략 동일하게 유지되기 때문에, 토너층은 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구에서 탄성의 일정 수준을 여전히 유지한다. 따라서, 토너층은 정착 필름(31)으로부터 완만히 분리될 수 있다. 또한, 기록 매체(S)가 하류 단부(K)로부터 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구까지 이송되는 동안, 하류 단부(K)의 하류측의 가열 유닛의 정착 필름 가압면의 제2 부분(B)에 대해 정착 필름(31)과 함께 가압되어 유지된다. 따라서, 정착 닙부(N)의 하류 단부(K)에 기록 매체(S)에 주어진 곡률이 적절하게 제거된다. 더욱이, 정착 필름(31)은 환상으로 이동되는 방향으로 당겨진다. 따라서, 기록 매체(S)는 정착 필름(31)으로부터 깨끗이 분리되고, 정착 필름(31) 둘레를 감싸 잔류하지 않는다.

상술된 프로세스를 통해, 기록 매체(S) 위의 토너층은 기록 매체(S)에 정착되고, 높은 광택 및 또한 다른 표면 특성에서 균일한 화상으로 변한다. 그 후, 기록 매체(S)는 화상 형성 장치의 주조립체로부터 출력된다.

본 실시예의 정착 장치의 구조의 설명으로부터 명백하듯이, 정착 장치에 대한 상술된 구조적 장치의 채용은 핫 오프셋을 당하지 않는 의도된 화상의 영구 복사물을 출력할 수 있게 하면서 핫 오프셋(hot offset)과 관련된 정착 장치의 설정에 더 넓은 폭을 제공하고, 광택이 우수하고, 표면 특성이 균일하고, 정착 필름에 부착되어 잔류하거나 또는 비틀리지 않는다.

또한, 본 발명의 적용은 가열판(33)의 정착 필름 가압 미끄럼면과 가열판 홀더(32)의 정착 필름 가압 미끄럼면 사이의 높이에서 차이가 없는 본 실시예의 정착 장치와 같은 정착 장치에 제한되지 않는다. 다시 말해, 필요한 것은 정착 닙부(N)의 내부 압력량이 그 인접한 상류 영역의 것보다 작은 (정착 닙부의 내부 압력이 가장 높은) 지점(K)과 가열판(33)의 정착 필름 가압 미끄럼면 사이에 사실상 영역이 없는 것이다. 다시 말해서, 정착 장치에 대한 구조는 기록 매체 이송 방향으로 가열판(33)의 정착 필름 가압 미끄럼면의 하류 단부가 기록 매체 이송 방향으로 가열판(33)의 하류 단부 다음에 가열 부재 홀더의 정착 필름 가압면의 부분보다 높이에서 다소 더 낮아질 수 있다. 본 발명의 발명가에 의해 이루어진 연구는 가열판(33)의 정착 필름 가압 미끄럼면의 하류 단부와 가열판(33)의 하류 단부 다음에 가열판 홀더의 정착 필름 가압면의 상류 단부 사이에 높이에서의 차가 100 ㎛이하이면, 높이의 이러한 차에 의해 야기된 정착 닙부(N)의 내부 압력의 감소 효과는 무시할 수 있다는 것을 발견했다.

더욱이, 정착 장치의 구조는 기록 매체 이송 방향으로 가열판(33)의 정착 필름 가압 미끄럼면의 하류 단부가 기록 매체 이송 방향으로 가열판(33) 바로 뒤 가열판 홀더의 정착 필름 가압면의 상류 단부보다 높이에서 다소 더 높을 수 있다. 이러한 경우, 기록 매체 이송 방향으로 가열판(33)의 정착 필름 가압 미끄럼면의 하류 단부는 정착 닙부(N)의 내부 압력이 가장 높은 곳이다. 그러나, 만약 정착 닙부(N)의 내부 압력이 가장 높은 지점이 기록 매체 이송 방향으로 가열판(33)의 정착 필름 가압 미끄럼면의 하류 단부와 일치하면, 정착 필름의 내향 표면은 가열판(33)의 엣지에 의해 깍여진다. 따라서, 정착 장치의 구조는 정착 닙부(N)의 내부 압력이 가장 높은 지점이 히터 홀더(32)에 의해 생성되는 것이 바람직하다.

더욱이, 가열판(33)의 하류 단부와 가열판(33)이 끼워진 히터 홀더(32)의 리세스의 상류 벽 사이에 (기록 매체 이송 방향으로) 작은 간극이 있더라도, 문제가 되지 않는다. 본 발명의 발명가에 의해 이루어진 연구는 이 간극이 300㎛이하면, 이 간극에 의해 야기된 압력 감소는 사실상 무시할 수 있다는 것을 발견했다.

본 실시예의 정착 장치의 상술된 구조에 따르면, 가열 유닛의 정착 필름 가압 미끄럼면의 기록 매체 가압부(A)의 상류 단부(J)는 기록 매체 이송 방향으로 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구의 상류측에 있다. 그러나, 가열판 홀더(32)와 가열판(33)의 외향 표면으로 형성된 기록 매체 가압부(A)의 상류 단부(J)는 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구 상류측 또는 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구와 단지 일치해야 한다.

단부(J)를 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구와 일치시키거나 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구의 상류측에 있게 하는 상술된 구조의 채용은 정착 닙부(N)의 내부 압력이 가장 높은 정착 닙부(N)의 지점과 다른 단부(K)가 일치할 수 있게 하고, 또한 정착 닙부(N)의 내부 압력이 하류 단부(K)의 상류측보다 하류 단부(K)의 상류측에서 상당히 낮게 한다. 따라서, 토너층은 하류 단부(K)에서 매우 효과적으로 압착되고, 다시 말해, 본 발명의 효과가 완전히 실현된다.

만약 가열판 홀더(32)와 가열판(33)의 외향 표면으로 형성된 기록 매체 가압 부(A)의 단부(J)가 정착 닙부(N)에 있으면, 정착 닙부(N)의 내부 압력은 단부(K)의 바로 상류측의 정착 닙부(N)의 부분과 단부(K)의 바로 하류측의 정착 닙부(N)의 부분 사이의 내부 압력의 차를 덜 크게 하는 그 지점의 인접부의 것보다 부분(A)의 상류 단부(J)와 일치하는 지점에서 더 높다. 따라서, 기록 매체 가압부(A)의 하류 단부(K)의 위치에 대응하는 정착 닙부(N)의 부분은 토너가 완전히 용융 상태에 있는 동안 고압을 가할 수 없고, 다시 말해서, 본 발명의 효과가 실현될 수 없다. 그러나, 정착 장치는 정착 닙부(N)의 상류 단부(J)가 위치되는 구조적 장치에 의해 야기된 하류 단부(K)의 바로 하류측의 정착 닙부(N)의 부분과 하류 단부(K)의 바로 상류측의 정착 닙부(N)의 부분 사이에 내부 압력의 차에서의 감소량이 사실상 무시될 수 있으면 상류 단부(J)가 정착 닙부(N)의 내향으로 위치되도록 구성될 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 도6a에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 정착 장치는, 하류 단부(K)가 가열 유닛의 정착 필름 가압 표면의 기록 매체 가압부(A)의 상류 및 하류 단부(J, K)를 연결하는 가상 평면(H)과, 가상 평면(H)에 직각이고 가압 롤러(20)의 회전축과 일치하는 가상 평면(V)의 교점과 대략 일치하도록 된 구조를 갖는다(가상 평면(V)에서 하류 단부(K)까지의 거리는 실질적으로 0이다). 이 위치적인 배열의 제공으로, 정착 닙부(A)의 기록 매체 입구와 가열 유닛의 정착 필름 가압 표면의 부분(A)의 하류 단부(K) 사이에서 가압 롤러(20)로의 가열 유닛의 정착 필름 가압 표면의 기록 매체 가압부(A)의 침입의 양은 지점(K)에 가까워질수록 침입량은 커지도록 된다. 다시 말해, 침입량과 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구로 부터 거리 사이의 관계는 대략 선형이고, 정착 닙부(N)의 내부 압력은 지점(K)에서 최대이다. 그러나, 이 실시예에서 정착 장치를 위한 구조적인 배열은 채용은 정착 닙부(N)의 내부 압력을 하류 단부(K)에서 최대로 만드는 데 있어 필수적인 것은 아니다. 다시 말해, 본 발명의 필수적인 측면 중 하나는 가열 유닛, 특히 하류 단부(K)가 가압 롤러(20) 내부로 침입하게 되는 방식 및 침입하는 거리이다.

만일 정착 장치가, 하류 단부(K)가 기록 매체 이송 방향으로 이 실시예의 하류 단부(K)의 정상 위치(도6a의 위치)로부터 상당한 거리만큼 벗어난다면, 정착 닙부(N)의 내부 압력의 분포는 도6b에 도시된 것과 같이 된다. 즉, 정착 닙부(N)의 내부 압력의 분포 곡선은 확실하게 날카롭게 남아있지만, 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구로부터, 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최대가 되는 정착 닙부(N)의 지점(하류 단부(K))까지의 거리는 짧아져서, 정착 닙부(N)의 가열부의 크기를 감소시킨다.

한편, 만일 정착 장치가, 하류 단부(K)가 기록 매체 이송 방향으로 이 실시예에서 하류 단부(K)의 정상 위치로부터 상당한 거리만큼 하류로 벗어나도록 된 구조를 갖는다면, 정착 닙부(N)의 내부 압력의 분포는 도6c에 도시된 것과 같이 된다. 즉, 정착 닙부(N)의 내부 압력의 분포 곡선은 완만하게 되어, 본 발명을 덜 효율적으로 만든다.

따라서, 본 발명은, 참조 기호 H가 가열판(33)의 미끄러운 외측 표면과 일치하는 가상 평면을 가리키고, 참조 부호 V가 평면(H)에 직각이고 가압 롤러의 회전 축과 일치하는 가상 평면을 가리키고, 참조 부호 L이 평면(H)에 직각이고 평면(H)의 교점과 일치하는 라인과 가압 롤러(20)의 주연 표면 사이의 거리를 의미하는 도 8을 참조하여 설명될 다음의 조건을 만족하도록 정착 장치가 구성되는 것을 요구한다[도8은 기록 매체 이송 방향으로의 평면(V)의 상류측의 거리(L)만을 도시하고, 거리(L)는 평면(V)의 하류측에 존재한다]. 본 발명이 효율적으로 되기 위해서 필요한 모든 것은 정착 장치가, 하류 단부(K)가 도8에서 빗금친 영역(M) 내에 위치설정되도록 된 구조를 갖는 것이다. 다시 말해, 이는 기록 매체 이송 방향으로 평면(V)의 상류에 위치설정되고, 하류 단부(K)와 평면(V) 사이의 거리가 "거리(L)의 절반"보다 크지 않고, 바람직하게는 "거리(L)의 3분의 1"보다 크지 않고, 더욱 바람직하게는 "거리(L)의 4분의 1"보다 크지 않다. 도8의 빗금친 부분(M)은 하류 단부(K)와 평면(V) 사이의 거리가 "평면(V)의 하류측에서 길이(L)의 3분의 1"보다 크지 않은 영역과, 하류 단부(K)와 평면(V) 사이의 거리가 기록 매체 이송 방향으로 "평면(V)의 하류측에서 길이(L)의 4분의 1"보다 크지 않은 영역을 나타낸다.

도8을 참조하여 전술된 조건을 보다 상세하게 설명하면, 참조 부호 L은 평면(H)에서 정착 닙부(N)의 단면도에서 평면(V)에서 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구까지의 거리를 나타낸다. 평면(V)의 상류측에서 빗금친 영역(M)의 경계선의 부분은 평면(V)으로부터의 거리가 대략 L의 3분의 1이 되는 곳이고, 빗금친 영역(M)의 경계선의 부분은 평면(V)으로부터의 거리가 대략 L의 4분의 1이 되는 곳이다. 다시 말해, 가열 유닛이 가압 롤러 내로 침입하게 되는 양이 감소됨에 따라(도8에서 평면(H)이 상향으로 이동됨에 따라), 거리(L)는 감소되어, 그에 의해 빗금친 영역(M)의 크기를 감소시킨다. 한편, 가열 유닛이 가압 롤러 내부로 침입하게 되는 양이 증가됨에 따라(도8에서 평면(H)이 하향으로 이동됨에 따라), 거리(L)는 증가되어, 그에 의해 빗금친 영역(M)의 크기를 증가시킨다. 따라서 빗금친 영역(M)의 경계선은 굽어진다. 더욱이, 도8에서 평면(V)의 하류측에서 하류 단부(K)의 위치에 대한 적절한 범위가 평면(V)으로부터 거리(L)의 4분의 1보다 크지 않아서, 상류측에서의 거리 즉, 거리(L)의 3분의 1와 상이하게 된다. 따라서, 평면(V)의 상류측에서 영역(M)의 굽어진 경계선의 부분은 평면(V)의 하류측의 것과는 약간 상이하게 된다. 그러나, 평면(V)의 하류측에서 하류 단부(K)의 위치에 대한 적절한 범위가 전술한 바와 같이 거리(L)의 절반까지 연장될 수도 있다. 빗금친 부분(M)의 경계선의 바닥부의 내향 만곡에 대한 이유는 다음과 같다. 즉, 만일 가열 유닛이 일정 값보다 큰 양만큼 가압 롤러 내부로 침입한다면, 비록 하류 단부(K)의 위치가 여전히 평면(V)으로부터의 하류 단부(K)의 거리가 평면(V)의 상류측 및 하류측에서 각각 길이(L)의 1/3 및 1/4보다 크지 않아야 한다는 조건을 만족하더라도, 기록 매체 가압부(A)의 상류 단부(J) 조차도 가압 롤러 내부로 침입하게 된다. 따라서, 이러한 영역은 하류 단부(K)의 위치 설정을 위한 적절한 영역으로부터 제거되어야 하고, 이러한 영역의 제거는 빗금친 영역(M)의 경계선이 내향으로 만곡되게 한다.

더욱이, 본 발명의 전술된 실시예에서, 제1 기록 매체 가압부(A), 즉 가열판(33) 및 가열판 홀더(32)의 외향 표면으로 구성된 정착 필름 가압 미끄럼면의 기록 매체 가압부의 상류 단부(J)로부터 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최대가 되는 지점(제1 부분(A)의 하류 단부(K))까지의 가열 부재의 정착 필름 가압 미끄럼면의 부분은 편평면으로 한정되었다. 그러나, 필요한 모든 것은 제1 기록 매체 가압 미끄럼 부분(A)은 하류 단부(K)에 근접할수록 정착 압력이 높아지도록 구성되는 것이다. 다시 말해, 필요한 모든 것은 부분(A)이 가열판(33) 및 가열 부재 홀더(32)의 외향 표면으로 형성된 정착 필름 가압 미끄럼면의 기록 매체 가압부의 상류 단부(J)와 일치하는 평면(H) 및 정착 닙부(N)의 내부 압력이 가장 높은 라인(하류 단부(K))에 대하여 상향으로 만곡되지 않는 것이다. 부분(A)은 약간 아래로 만곡될 수도 있다.

도9의 (1) 및 (2)에 도시된 바와 같이 제1 기록 매체 가압부(A)가 편평하거나 아래로 만곡되어 있는 한, 제1 부분(A)을 가로지르는 정착 닙부(N)의 내부 압력의 분포는 제1 부분(A)의 하류 단부에 근접할수록, 내부 압력이 높아지도록 된다. 따라서, 기록 매체(S)로 인가되는 가압량이 기록 매체 이송 방향으로 바로 앞선 영역에 있는 기록 매체(S)에 인가되는 것보다 작은 제1 부분(A)에 대응하는 정착 닙부(M)의 부분의 영역은 없다. 따라서, 기록 매체(S) 및 그 상의 토너 화상의 조합이 정착 닙부(N)의 이 부분을 통해 이송됨에 따라서, 정착 닙부(N)의 길이 방향으로 정착 필름에 완전하게 접촉되어 유지되어, 정착 닙부(N)의 길이 방향으로 균일하게 압착되게 된다. 그 결과, 표면 특성, 특히 화상이 출력되는 광택의 균일성의 수준이 향상된다.

만일 제1 기록 매체 가압부(A)가 도9의 (3)에 도시된 것처럼 가열 유닛을 향해 만곡된다면, 정착 닙부(N)의 정착 압력은 영역(P)에서 낮다. 따라서 기록 매체(S)가 이 영역(P)을 통해 이송됨에 따라, 기록 매체(S) 및 그 상의 토너 화상의 조합은 정착 필름과 완전하게 접촉될 수 없어서, 따라서 정착 닙부(N)의 길이 방향으로 불균일하게 압착되게 된다. 그 결과, 표면 특성, 특히 화상이 출력되는 광택의 균일성의 수준이 떨어진다.

또한, 본 발명의 전술한 실시예에서, 기록 매체 이송 방향으로 정착 닙부(N)의 내부 압력이 가장 높은 하류 단부(K) 후의 정착 닙부(N)의 부분의 구조, 다시 말해 기록 매체 가압부(B)의 구조는 부분(B)의 전체가 편평하도록 된다. 그러나, 부분(B)의 전체가 편평한 것은 필수적인 것은 아니다. 예를 들면, 부분(B)은 다음의 이유 때문에 도10 내지 도12, 도24 및 도25에 도시된 바와 같이 가열 유닛의 내향으로 만곡될 수도 있다. 즉, 부분(B)이 가열 유닛의 내향으로 만곡되더라도, 기록 매체(S)는 가압 롤러(20)에 의해 부분(B)에 대해서 정착 필름(S)를 따라 계속 가압되어, 부분(B)의 내향 만곡에 일치하게 되어, 정착 필름을 향해 만곡되는 것이 방지된다. 부가적으로, 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구는 기록 매체 가압부(B)의 내향 만곡에 의해서 기록 매체 이송 방향으로 앞선다. 따라서, 정착 필름(31)이 가열 유닛을 중심으로 환상으로 회전되도록 당겨짐에 따라, 기록 매체(S)는 정착 필름(S)으로부터 보다 매끄럽게 분리된다. 다시 말해, 기록 매체 가압부(B)를 내향으로 약간 만곡되게 하는 것은 본 발명에 악영향을 주지 않는다. 부수적으로, 도10 내지 도12의 정착 닙부(N)는 기록 매체 가압부(B)의 내향 만곡을 제외하고는 도4, 도9, 도7의 것과 동일하고, 따라서 여기서는 설명되지 않을 것이다.

이의 외향으로 대면하는 표면이 가열 유닛의 정착 필름 가압 표면을 구성하는 가열판(33) 및 가열 부재 홀더(32)는 강성 부재이어서, 이들에 의해 인가되는 가압력(F)의 양을 구조적으로 제어하기가 더 용이하게 된다.

(제1 실시예에 비교되는 예 1)

도13은 제1 실시예의 것과 비교될 수 있는 정착 장치의 제1 예의 주요부의 개략 단면도이다. 도14는 제1 실시예의 것과 비교될 만한 정착 장치의 제1 예의 가열 부재의 외측 사시도이다. 제1 실시예의 것과 동일한 이 정착 장치의 구조적인 부재 및 부분은 제1 실시예에서의 것과 동일한 참조 부호가 주어지고, 여기서 설명되지 않을 것이다.

제1 실시예의 정착 장치에 비교될 수 있는 정착 장치의 제1 예와 제1 실시예의 정착 장치 사이의 차이점은 정착 장치의 이 예의 가열 부재가 기록 매체 이송 방향으로 충분히 넓어서, 정착 닙부(K)의 정착 압력이 최대가 되는 하류 단부(K)를 지나서 하류로 연장한다는 것이다. 다른 점에서는, 2개의 정착 장치는 구조에서 동일하다.

여기서, 도5의 정착 닙부(N)의 온도 및 압력 분포를 참조하여, 제1 실시예의 정착 장치에 비교될 수 있는 정착 장치의 제1 예와 제1 실시예의 정착 장치 사이의 차이점이 설명될 것이다.

제1 비교예와 제1 실시예 사이의 차이점은 정착 장치의 이 예의 가열 부재가 기록 매체 이송 방향으로 충분히 넓어서, 정착 닙부(N)의 정착 압력이 최대가 되는 하류 단부(K)를 지나서 하류로 연장한다는 점이다. 다른 점에서는, 2개의 정착 장치는 구조에서 동일하다. 따라서, 이 예에서 정착 닙부(N)의 내부 압력의 분포는 도5의 (b)에 도시된 제1 실시예의 것과 동일하다.

이 비교예에서는, 그러나 가열 부재(33)가 기록 매체 이송 방향으로 충분히 넓어서, 기록 매체 이송 방향으로 정착 닙부(N)의 실질적으로 전체 범위를 가로질 러서 정착 필름(31)과 접촉한다. 따라서, 기록 매체 이송 방향으로 정착 닙부(N)의 실질적으로 전체 범위를 가로질러서 열이 발생된다. 따라서, 정착 닙부(N)의 온도 곡선(분포)은, 정착 닙부(N)의 내부 온도(정착 온도)가 정착에 최적이 되는 지점이 정착 닙부(N)의 내부 압력(정착 압력)이 가장 높은 지점(기록 매체 가압부(A)의 하류 단부(K))의 바로 상류측에 있는 도5의 (a)의 라인 1로 표시된 제1 실시예의 것과 같은 것이 되지 못한다.

이 제1 비교예에서는, 따라서 그 이상에서 가열 부재의 목표 온도(정착 온도)가 핫 오프셋(hot offset)이 일어나는 레벨보다 약간 아래의 레벨로 설정되는 경우에서도, 정착 닙부(N)의 내부 온도는 정착 닙부(N)의 내부 압력이 기록 매체 이송 방향으로 최대가 되는 하류 단부(K)(도5의 (a)의 라인 2)의 하류측에서 최대가 된다. 따라서, 기록 매체(S) 상의 토너는 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최대가 되는 지점(K)에 도달할 때까지 완전하게 용융되지 못한다. 따라서, 공기의 미세한 포켓이 토너층 밖으로 효과적으로 압착되지 못한다. 그 결과, 토너층(토너 화상)은 토너 특성, 특히 광택의 측면에서 균일하게 정착되지 못한다. 출력된 화상은 제1 실시예의 화상 형성 장치로부터 출력되는 것만큼 광택을 내지 못한다.

한편, 본 예의 정착 장치의 목표 온도 레벨이, 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최고가 되는 지점(K)에서 그의 정착 닙부(N)의 내부 온도가 제1 실시예의 온도[도5의 (a)의 라인 3]와 동일하게 되도록 설정되면, 기록 매체(S) 상의 토너는 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구의 인접부에 도달할 때까지는 과열되어 있게 되는데, 이는 본 비교예의 정착 장치 구조의 경우, 기록 매체와 그 상부의 토너 화상의 조합체는 이 조합체가 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최고인 지점(K)을 지나 이송된 후에도 가열 부재(33)에 의해 계속 가열되기 때문이다. 따라서, 본 비교예에서의 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구에서의 토너층의 탄성은 제1 실시예에서의 탄성보다 낮다. 그 결과, 핫 오프셋이 발생한다.

달리 말하면, 제1 비교예에서 수행된 바와 같이 가열이 정착 닙부(N)의 전체에 걸쳐 수행되도록 정착 장치가 구성되면, 본 발명의 효과를 실현하는 것이 불가능해 진다. 이는 제1 실시예에서, 기록 매체 이송 방향에서 가열 부재의 하류 단부가 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최고가 되는 지점의 상류측 상에 위치 설정되도록 가열 부재가 배치되기 때문이다.

(제1 실시예에 대응하는 예 2)

도15는 제1 실시예의 장치에 대응하는 제2 정착 장치의 개략 단면도이다. 제1 실시예의 것들과 동일한 상기 정착 장치의 구조 부재 및 부분은 제1 실시예에서와 동일한 도면 부호로 나타내고 그 설명은 생략한다.

본 정착 장치의 제2 비교예와 제1 실시예의 정착 장치 사이의 차이점은, 정착 장치의 본 예에서 가열 부재 홀더의 부분이 가열 부재의 하류측에서 가압 롤러의 내향으로 상당히(100 ㎛ 이상) 돌출되도록 형성된다는 것이다. 그 이외에는, 제1 실시예의 구조에 대응하는 정착 장치의 본 예의 구조는 제1 실시예의 정착 장치의 구조와 동일하다.

다음, 도15를 참조하여, 제1 실시예의 정착 장치와 제1 실시예의 정착 장치 에 대응하는 정착 장치의 본 예 사이의 차이점을 설명한다. 공기의 포켓이 정착 닙부(N)의 토너층으로부터 압착되는 본 발명의 효과를 향상시키기 위해 정착 닙부(N)의 내부 압력을 국부적으로 증가시키도록 정착 닙부(N)에 리브 형상 부재를 배치하는 것이 가능하다. 명확하게, 정착 닙부(N)의 내부 압력이 그의 인접부보다 높은 지점에 정착 닙부(N)를 제공하는 것은 광택이 우수한 화상을 산출한다. 그러나, 정착 닙부(N)의 내부 압력이 기록 매체 이송 방향에서의 직전의 영역보다 낮은 도15의 영역(P)과 같은 영역의 존재에 의해, 정착 닙부(N)에 의해 기록 매체 및 그 상부의 토너층에 일시적으로 인가된 가압량이 최고가 되기 직전에 감소된다. 따라서, 기록 매체 및 그 상부의 토너층의 조합체가 영역(P)과 같은 상기 영역을 통해 이송되는 동안, 정착 닙부(N)의 길이 방향에서의 기록 매체(S) 및 그 상부의 토너층의 조합체와 정착 필름 사이의 접촉이 불균일해진다. 따라서 정착 필름으로부터 기록 매체(S) 상의 토너로의 열 전달이 불충분해진다. 따라서, 토너는 공기의 포켓이 토너로부터 압착되도록 하는데 필요한 점도의 레벨을 성취하도록 충분히 용융되지 않는다. 그 결과, 상당한 양의 공기의 포켓이 토너에 잔류한다. 게다가, 정착 닙부(N)에 있어서 정착 닙부(N)의 내부 압력이 기록 매체 이송 방향에서의 영역의 직전보다 낮은 영역의 존재는 정착 닙부(N)의 길이 방향에서 기록 매체(S) 상의 토너(T)와 정착 필름(31) 사이의 접촉을 불균일하게 한다. 그 결과, 정착 닙부(N)가 그의 길이 방향에서 불균일해지고, 토너(T)로부터의 공기의 포켓의 압착 효과에 의해, 정착 장치로부터 출력된 화상의 표면 특성, 특히 광택의 불균일성에 있어서 정착 장치를 열화시킨다, 즉 정착 닙부(N)의 길이 방향에서의 광택이 불균일한 화 상이 산출된다.

다음, 도17을 참조하여, 정착 필름과 기록 매체(S)와 그 상부의 토너의 조합체 사이의 접촉 상태 사이의 관계 및 정착 닙부(N)의 온도 분포 및 압력 분포를 설명한다. 본 정착 장치의 제2 예의 정착 닙부(N)에서의 압력 분포는 도17의 (b)에 도시된 바와 같다. 즉, 정착 닙부(N)에 있어서, 내부 압력이 기록 매체 이송 방향에서의 영역의 직전의 내부 압력보다 낮은 영역이 존재한다. 따라서, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송됨에 따라, 정착 필름과 기록 매체(S) 상의 토너 사이의 접촉이 정착 닙부(N)의 길이 방향에서 불균일해진다. 기록 매체 이송 방향에서, 접촉이 상술한 저압 영역에서 만족스러운(정착 필름과 기록 매체 상의 토너가 서로 완전히 접촉함), 그의 길이 방향에서의 정착 닙부(N)의 부분에 대응하는 정착 닙부(N)의 온도 분포는 도17의 (a)에 라인 1에 의해 나타낸 바와 같다. 즉, 정착 닙부(N)의 내부 온도는, 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최고가 되는 지점(K)의 상류부의 지점에서 최적 레벨에 도달하여, 정착 닙부(N)가 지점(K)에서 토너로부터 공기의 포켓을 만족스럽게 압착하도록 한다. 이에 비교하여, 접촉이 상술한 저압 영역에서 불만족스러운(정착 필름과 기록 매체 상의 토너가 서로 불완전하게 접촉함), 그의 길이 방향에서의 정착 닙부(N)의 부분에 대응하는 정착 닙부(N)의 온도 분포는 도17의 (a)의 라인 2에 나타낸 바와 같다. 즉, 온도 분포의 상향 변화의 속도가 압력 강하가 시작되는 지점에서 감소되기 시작한다. 따라서, 정착 닙부(N)의 내부 온도는 지점(K)의 상류측에서 최적 레벨에 도달하지 않고, 이에 의해 공기의 포켓이 토너로부터 효과적으로 압착되는 것을 방해한다. 명백하게, 접촉의 상 태가 도17의 (a)의 라인 3에 의해 나타낸 바와 같이 불만족스러운 정착 닙부(N)의 부분의 내부 온도조차 가열 부재(33)가 열을 발생시키는 양을 증가시킴으로써 최적 레벨로 증가될 수 있다. 그러나, 이러한 대책은 접촉 상태가 만족스러운 정착 닙부(N)의 부분의 온도가 도17의 (a)의 라인 4에 의해 지시된 바와 같이 너무 높아지게 하여, 토너의 탄성을 너무 낮아지게 한다. 그 결과, 핫 오프셋이 발생한다. 달리 말하면, 정착 닙부(N)의 내부 압력이 그의 직상류측보다 낮은 영역이 정착 닙부(N)에 생성되는 제1 실시예의 장치에 대응하는 정착 장치의 제2 예에서와 같이 정착 장치가 구성되면, 표면 균일성의 소정 레벨이 성취되는 범위가 제공되지 않으며, 달리 말하면 본 발명의 효과를 실현하는 것이 불가능하다. 따라서, 기록 매체 이송 방향에서의 가열 부재 홀더의 하류측이 가열 부재의 하류측의 외향 지향 미끄럼면을 지나 가압 롤러를 향해 돌출되도록 형성되는 거리는 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

부수적으로, 제1 실시예의 정착 장치에 대응하는 정착 장치의 본 예가, 수평 방향에서의 가열 유닛과 가압 롤러 사이의 접촉 영역[정착 닙부(N): 정착 압력 발생 영역]의 위치를 변화시키기 위해, 더 구체적으로는 가열 부재 홀더(32) 및 가열 부재(33)의 외향 지향 미끄럼면을 구성하는 정착 필름 안내 표면의 기록 매체 가압 편평부에 수직이며 기록 매체 이송 방향에서의 그의 중심과 일치하는 라인(C1)이 가압 롤러(20)의 회전축과 일치되도록 하기 위해 구조를 수정하는 경우에도, 기록 매체 이송 방향에서의 직전의 영역에서의 압력보다 낮은 내부 압력의 영역이 정착 닙부(N)에 잔류하며, 따라서 본 발명의 효과가 실현될 수 없다.

(제2 실시예)

도19a 내지 도19b는 본 실시예의 정착 장치의 주요부의 개략 단면도이다. 제1 실시예의 것들과 동일한 본 실시예의 정착 장치의 구조 부재 및 부분은 제1 실시예에서와 동일한 도면 부호로 나타내고, 그 설명은 생략한다.

본질적으로, 본 실시예의 정착 장치(10)는 가압 롤러(20) 및 가열 유닛(40)을 포함한다. 가압 롤러(20)는 직경이 20mm이고, 탄성층을 구비하며, 그 경도는 Asker-C 경도 스케일로 60°이다. 가열 유닛(40)은 가압 롤러(20)에 대해 가압 유지되어, 정착 닙부(N)를 형성하고, 정착 닙부(N)를 가열하기 위한 가열 수단을 구비한다.

가압 롤러(20)는 알루미늄 또는 철로 형성된 금속 코어(21)와, 금속 코어(21)의 주위에 끼워 맞춰진 탄성층(22)과, 탄성층(22)의 주연면 상에 코팅된 이형성층(23)을 포함한다.

탄성층(22)은 실리콘 고무 등으로 형성된 중실 고무층과, 실리콘 고무를 단열성이 되게 하기 위해 실리콘 고무를 발포함으로써 형성되는 발포 실리콘 고무로 형성된 스폰지 고무층과, 실리콘 고무를 단열성이 되게 하도록 실리콘 고무에 중공 충전재 입자를 분산시킴으로써 발포 실리콘 고무로 형성된 발포 고무층 등이다.

이형성층(23)은 퍼플루오로알콕실 수지(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(PTFE) 및 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 수지(FEP)와 같은 플루오로화 수지 또는 GLS 라텍스로 탄성층(22)의 주연면을 코팅함으로써 형성될 수도 있다. 이는 탄성층(22)의 상부에 끼워 맞춰진 튜브일 수도 있다. 이는 이형성 페인 트로 탄성층(22)의 주연면을 코팅함으로써 형성될 수도 있다.

가열 유닛(40)은, 직경이 18mm이고 두께가 64㎛인 내열성 환상 정착 필름(41)과, 정착 필름(41)을 환상으로 유지하기 위한 가열 부재 홀더(42)와, 가열 부재 홀더(42)를 유지하기 위한 강성 금속 압력 인가 스테이(44)를 포함한다. 정착 필름(44)은 가열 부재 홀더(42)와 스테이(44)의 조합체 주위에 느슨하게 끼워 맞춰진다. 가열 유닛(40)은 또한 폭이 5.83mm이고 홀더(42)의 길이 방향으로 연장되는 가열 부재 홀더(42)에 유지되는 단일판(이하, 가열판이라 칭할 수도 있음)의 형태의 가열 부재(43)를 포함한다. 가열 유닛(40)은 가열판(43)과 가압 롤러(20) 사이에 정착 필름(41)이 개재된 상태로 압력(F)(=20kgf)을 발생시키는 도시되지 않은 가압 수단에 의해 가압 롤러(20)에 대해 가압 유지되어, 도19b에 도시된 정착 닙부(N)를 형성한다. 그의 평면이 가압 롤러(20)의 회전축에 수직인 도19c를 참조하면, 가열 유닛(40)은 힘(F)에 의해 가압 롤러(20)의 회전축을 향해 가압 유지된다. 가열 부재 홀더(42)의 기록 매체 가압 표면의 편평부에 대한 법선의 방향(U)은, 가압 롤러(20)에 대해 가열 유닛(40)을 가압 유지하도록 가열 유닛(40)에 힘(F)이 인가되는 방향에 평행하지 않다. 달리 말하면, 가열판(43) 및 가열 부재 홀더(42)의 외향 지향 표면으로 구성된 가열 유닛(40)의 기록 매체 가압 미끄럼면의 편평부는 수평 평면에 대해 4.4°의 각도를 형성하여, 가압 롤러(20)의 주연면에 대한 가압 롤러(20) 내로의 편평부에 의한 침입량이 기록 매체 이송 방향에서 편평부의 하류 단부를 향해 점진적으로 증가하게 한다. 부수적으로, 힘이 가열 부재 홀더(43)에 인가되는 방향은, 가열 부재(43)의 외향 지향 미끄럼면에 대한 법선[가열 부재(43) 의 외향 지향 표면에 수직인 가상선]의 방향에 대해 가열 부재 홀더(43)에 힘이 인가되는 각도가 0 내지 30°의 범위에 있도록 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 구조적 배열의 채용에 의해, 가열 유닛(40)의 정착 필름 가압 표면의 기록 매체 가압부의 편평부의 상류 단부(J)는 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구의 외부에 배치되고, 그의 하류 단부(K)는 정착 닙부(N)에 배치된다. 이 제2 실시예에서, 부분(A), 즉 상술한 편평부의 하류 단부(K)와 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구 사이의 부분은 7.7mm이고, 편평부의 하류 단부(K)가 가압 롤러(20) 내로 침입하는 거리는 1.09mm이다. 또한, 본 실시예에서, 가열 부재의 정착 필름 접촉 표면에 수직이고 그의 중심과 일치하는 가상선은 가압 롤러(20)의 회전축과 일치하는 법선의 상류측에 위치된다.

가열 유닛(40)은 정착 필름(44)의 개재로 가압 롤러(20)에 대해 가압 유지된다. 가열 부재(42)와 가열판(43) 사이에 조여 유지된 정착 필름(44)은 가압 롤러(20)의 회전에 의해 가열 부재 홀더(42)와 강성 압력 인가 스테이(44)의 조합체 주위에 환상으로 회전된다.

가열 부재 홀더(42)의 부분은 부분(A)의 하류 단부(K)의 하류측에서 가열 유닛(40)의 내향으로 만곡되도록 형성되어, 하류 단부(K)로부터 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구로 연장하는 가열 유닛(40)의 기록 매체 가압 미끄럼면의 제2 부분(B)을 형성하고, 기록 매체 이송 방향에서 폭이 3mm이다.

정착 필름(41)은 폴리아미드, 폴리아미드-이미드, PEEK, PES, PPS, PFA, PTFE, FEP 등과 같은 수지의 내열성 및 단열성 필름으로 형성된 기재판층과, 이형 성이 우수한 PFA, PTFE, FEP, 실리콘 수지 등과 같은 단일의 내열성 수지 또는 그 혼합물로 형성된 표면층을 포함하는 수지 필름이다.

가열 부재 홀더(42)는 내열성 및 미끄럼 특성이 있는 액상 폴리머, 페놀 수지, PPS, PEEK 등과 같은 수지로 형성된다.

가열판(43), 즉 편평판의 형태의 가열 부재는, 가열 롤러(20)의 표면 온도 또는 가열판(43)의 내향 표면의 온도가 정착 닙부(N)의 범위 내에서 정착 필름(44)의 부분의 내향 표면의 다음의 최적 위치에 배치된 서미스터와 같은 도시되지 않은 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도와 같은 정보에 기초하여 목표 온도로 유지되는 방식으로 제어된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서, 가열판(43)과 가열 부재 홀더(42)의 외향 대면 표면으로 제조된 가열 유닛(40)의 정착 필름 가압 미끄럼면의 기록 매체 가압부의 편평부에 대한 법선의 방향(U)은 가압 롤러(20)에 대해 가열 유닛(40)의 가압을 유지하도록 인가되는 힘(F)이 인가되는 방향과 평행하지 않다. 따라서, 기록 매체 가압 편평부는 수평면(도19c 참조)에 대해 각도를 갖는다. 또한, 편평부의 상류 단부(J)는 정착 닙부(N)의 외측에 있고, 편평부의 하류 단부(K)는 정착 닙부(F)에 있다.(도19b 참조) 따라서, 정착 닙부(N)의 내부 압력의 분포는 내부 압력이 정착 닙부(N)에서 최고가 되는 지점(K) 쪽으로 점진적으로 증가하도록 된다. 따라서, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송됨에 따라, 가열판(43)에 의해 연속적으로 가열될 뿐만 아니라 기록 매체(S)에 인가되는 압력이 기록 매체(S)가 지점(K)에 도달할 때까지 사실상 감소하지 않는다. 또한, 가열 부재는 정착 닙부 (N)의 내부 압력이 최고가 되는 가열 부재 홀더(42)의 지점(K)의 상류측에 위치된다. 따라서, 부분(A)을 포함하고 기록 매체(S)와 정착되지 않은 토너 화상의 조합이 임의의 온도 저하없이 연속적으로 가열되고 이러한 조합에 인가되는 압력이 연속적이고 점진적으로 증가하는 정착 닙부(N)의 일부는 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최고가 되는 정착 닙부(N)의 일부로부터 분리될 수 있다. 본 실시예의 정착 장치의 정착 닙부(N)의 압력 분포는 도5의 (a)에서 선(1)으로 지시된 제1 실시예의 정착 장치와 동일하고, 그 온도 분포는 도5의 (b)에 도시된 제1 실시예의 정착 장치와 동일하다. 따라서, 토너가 정착 닙부(N)의 내부 압력이 최고가 되는 지점(K)[편평부(A)의 하류 단부(K)]에 도달하기 전에, 토너는 용융되어 토너로부터 공기 포켓을 효율적으로 압착하도록 한다. 또한, 토너는 지점(K)을 통과하여 이동한 후에 불필요하게 가열되지 않고, 지점(K)의 하류측에서 정착 닙부(N)의 일부의 온도는 목표 온도 레벨으로 잔류한다. 따라서, 표면 특성, 특히 광택의 균일성을 바람직한 레벨으로 달성하는 것이 가능하고, 핫 오프셋을 방지하기 위해 정착 온도를 더 넓은 범위로 제어할 수 있다.

게다가, 가열판(43)과 가열 부재 홀더(42)의 외향 대면 표면으로 제조된 정착 필름 가압 미끄럼면의 편평부(A)에 대한 법선의 방향(U)은 가열 유닛(40)이 가압 롤러 쪽으로 가압이 유지되는 방향(F)과 평행하지 않다. 따라서, 편평부(A)는 가압 롤러(20)의 외주 표면에 수평면 접선에 대해 경사진다. 따라서, 편평부(A)에 직각인 방향으로 발생되는 힘(F1)뿐만 아니라, 정착 필름과 가압 롤러가 적층되면서 편평부(A)에 평행한 방향과 기록 매체(S)가 이송되는 방향(SF)으로 발생되고, 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송되는 안정성 레벨을 상승시킨다. 따라서, 정착 필름(41)을 통해 가열판(43)과 가열 부재 홀더(42)의 기록 매체 가압 미끄럼면들에 의해 기록 매체(S)에 인가되는 가압량이 정착 닙부(N) 내에서 국부적으로 감소될 가능성이 있어서 정착 닙부(N)가 공기 포켓을 신뢰성있게 압착할 수 있게 한다. 따라서, 표면 특성, 특히 광택 레벨을 더 상승시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 가열 유닛(40)의 정착 필름 가압 미끄럼면으로 제조된 가열판(43)과 가열 부재 홀더(42)들은 제1 실시예와 같이 강성 부재이어서, 압력(F)을 제어하기 쉽게 제조된다.

또한, 본 실시예의 정착 장치는 제1 실시예의 정착 장치로서 부분(B)을 구비된다. 따라서, 제1 실시예와 동일하게 실시할 수 있기 때문에, 핫 오프셋의 발생없이 광택 레벨을 상승시킬 수 있다. 또한, 부분(B)이 제공은 기록 매체(S)가 말리는 것을 방지한다. 따라서, 기록 매체(S)는 정착 닙부(N)의 기록 매체 출구에서 정착 필름(41)으로부터 부드럽게 분리되고, 정착 필름(41) 주위에 둘러싸여 잔류하는 것이 방지된다.

본 실시예의 정착 장치의 부재의 형상과 재료 및 그 특성을 나타내는 값들은 필수적인 것은 아니다. 도5에 도시된(각각 도5의 (a) 및 도5의 (b)의 라인1) 압력과 온도 분포에서 알 수 있는 한, 본 발명의 효과에 대한 악영향은 없다.

제3 실시예

도20은 본 실시예의 정착 장치의 주요부의 개략 단면도이다. 제1 실시예와 동일한 본 실시예의 정착 장치의 구조 부재와 부분은 제1 실시예와 동일한 도면 부 호로 지시되고 이후에 설명하지 않는다. 본 실시예와 제2 실시예의 차이는 제2 실시예에서 가열 부재 홀더(42)로부터 힘(F)을 포획하는 표면은 힘(F)의 방향에 대략 직각인 반면[가열 부재 홀더의 힘(F)을 포획하는 표면은 가열 부재(43)의 매끄러운 표면에 외향으로 대향하여 평행하지 않음], 본 실시예에서 가열 부재 홀더(42)로부터의 힘(F)을 포획하는 표면은 직각이 아닌 점이다[가열 부재 홀더의 힘(F)을 포획하는 표면은 가열 부재(43)의 매끄러운 표면에 외향으로 대향하여 대략 평행함].

도20을 참조하여, 본 실시예의 정착 장치의 경우에 가열 유닛(30)이 가압 롤러(20)쪽으로 가압이 유지되는 힘(F)의 방향[가열 부재 홀더(42)에 인가되는 방향]과 평행한 방향으로 가열 유닛(30)의 정착 필름의 회전축에 직각인 평면이 기록 매체 이송 방향(SF)에 대해 상류로 경사지고, 즉, 정착 닙부(N)의 범위에서 가열 부재 홀더(42)의 기록 매체 가압 표면의 편평부의 법선 방향(U)에 대해 30도 이하의 각도(D)에서 정착 닙부(N)의 기록 매체 입구 쪽으로 경사진다. 달리 말하면, 0°< D ≤ 30 °이다.

제1 실시예에서 실현된 도5(각각 도5의 (a) 및 도5의 (b)의 라인1)에 도시된 것과 유사한 압력 및 온도 분포들이 본 실시예의 정착 장치용의 전술한 구조적 배열의 채용으로 또한 실현될 수 있다. 따라서, 제1 실시예에 의해 실현되는 효과, 즉 편평한 미끄럼부(A)에 의해 달성되는 광택, 핫 오프셋을 방지하는 더 넓은 범위, 미끄럼부(B)에 의한 기록 매체(S)의 말림 방지, 미끄럼부(B)에 의한 정착 필름 둘레에 기록 매체가 둘러싸이는 것의 방지를 달성하는 표면 특성의 균일성 레벨의 개선이 본 실시예의 구조적 배열에 의해 또한 실현될 수 있다.

본 실시예의 전술한 구조적 배열의 경우에, 힘(F)의 방향은 각도(D)를 갖고 상류로 경사진다. 따라서, 매끄러운 표면에 직각인 방향으로 힘(F1)이 발생될 뿐만 아니라, 매끄러운 표면에 평행한 방향 및 정착 필름과 가압 롤러 사이에 적층되는 기록 매체(S)가 이송되는 방향으로의 힘(F2)이 발생되어 기록 매체(S)가 정착 닙부(N)를 통해 이송되는 안정성의 레벨이 상승된다. 따라서, 정착 필름(41)을 통해 가열판(43)과 가열 부재 홀더(42)의 기록 매체를 가압하는 매끄러운 표면에 의해 기록 매체(S)에 인가되는 가압량이 정착 닙부(N) 내에서 국부적으로 감소될 가능성이 감소되어 정착 닙부(N)가 공기 포켓을 신뢰성있게 압착하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 토너 화상이 정착되는 표면 특성, 특히 광택의 균일성 레벨을 더 상승시킬 수 있다.

각도(D)가 30°이상이면, 매끄러운 표면에 직각인 방향으로의 힘(F)은 기록 매체(S)를 이송하는 방향으로 기록 매체(S)에 작용하는 힘(F2)의 초과량을 발생시키고 기록 매체(S)가 이송되는 안정성 레벨을 상승시킨다. 그러나, 기록 매체(S)의 토너 화상과 접촉하는 정착 필름 만족도를 유지시키기 위한 압력은 감소하거나 또는 불안정하게 된다. 따라서, 공기 포켓은 효율적으로 압착될 수 없어서, 토너 화상이 정착되는 표면 특성의 균일성 레벨이 저하된다. 이는 힘(F)의 각도(D)가 전술한 범위의 값으로 설정되어야 하는 이유이다. 각도(D)가 전술한 범위 내의 값으로 설정됨으로써, 공기 포켓은 정착되지 않은 토너 화상이 정착 장치에 의해 정착되는 표면 특성, 즉 광택 균일성의 레벨을 상승시키도록 신뢰성있게 더 압착될 수 있다. 미끄럼면의 법선 방향(U)에 대한 힘(F)의 방향 사이의 각도(D)를 고려하 여, 값이 기록 매체(S)와 매끄러운 표면 사이의 마찰 계수 또는 다른 변수에 따라 선택될 수 있다. 그러나, 값이 30°이하로 설정되는 한 본 발명의 효과가 만족하게 실현되기 때문에, 값은 30°이하로 설정된다. 본 실시예의 정착 장치로서 가열 유닛을 가압 롤러 쪽으로 가압을 유지하도록 힘(F)이 인가되는 방향이 미끄럼면의 법선(U)에 대해 각도(D)로 경사지도록 정착 장치를 구성함으로써, 제1 실시예에 의해 실현되는 효과뿐만 아니라, 제2 실시예에 의해 실현되는 효과도 실현될 수 있다.

(제4 실시예)

본 실시예는 가열 부재 주위를 정착 필름이 회전하고, 정착 필름 또는 가열 부재 홀더 전체를 활주함으로써 정착 필름(제1 실시예 내지 제3 실시예에서 도면부호 32, 42)의 내향 표면과 접촉을 유지하는 가열 부재 홀더(제1 실시예 내지 제3 실시예에서 도면부호 32, 42)의 부분이 PTFE 또는 내열성 또는 미끄럼성이 필적하는 기재판으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

가열 부재 주위를 정착 필름이 환상으로 회전하고, 정착 필름 또는 가열 부재 홀더 전체를 활주함으로써 정착 필름의 내향 표면과 접촉을 유지하는 가열 부재 홀더(32, 42)의 부분을 내열성뿐만 아니라 미끄럼성이 있는 PTFE와 같은 기재판으로 형성하는 것은 정착 필름이 가열 부재 홀더 주위에서 환상으로 이동하는 안정성 레벨과 정착 필름의 내구성을 개선시킨다. 따라서, 정착 장치는 가열 부재 홀더와 정착 필름 사이에서 접촉된 상태와 가열판(제1 실시예 내지 제3 실시예에서 도면부호 33)과 정착 필름 사이에서 접촉된 상태에서 정착되지 않은 토너 화상을 더 신뢰 성 있게 개선시킬 수 있게 제조하는 것뿐만 아니라 정착되지 않은 토너 화상이 정착되는 표면 특성, 더 상세히는 광택 균일성 레벨을 상승시키는 것이 개선된다.

(제5 실시예)

본 실시예는 가열 부재 주위를 정착 필름이 환상으로 회전하고, 정착 필름 또는 가열 부재 홀더 전체를 활주함으로써 가열 부재 홀더(제1 내지 제3 실시예에서 도면부호 32 및 42)가 정착 닙부(N)에서 정착 필름(제1 내지 제3 실시예에서 도면부호 32 및 42)의 내향 표면과 접촉된 상태로 잔류하는 부분이 내열성 및 미끄럼성을 갖는 불소 첨가 기재판으로 코팅되는 것을 특징으로 한다.

가열 부재 주위를 정착 필름이 회전하고, 정착 필름 또는 가열 부재 홀더 전체를 활주하기 때문에 가열 부재 홀더(32, 42)가 정착 닙부(N)에서 정착 필름(32, 42)의 내향 표면과 접촉된 상태로 잔류하는 부분이 내열성뿐만 아니라 미끄럼성을 갖는 제4 실시예에서 전술한 PTFE 등의 기재판으로 형성하는 것은 정착 필름이 가열 부재 홀더 주위로 환상으로 이동하는 안정성 레벨과, 또한 정착 필름의 내구성을 상승시킨다. 따라서, 정착 장치는 가열 부재 홀더와 정착 필름 사이의 접촉 상태를 개선시키고, 가열판(제1 내지 제3 실시예에서 도면부호 33)과 정착 필름 사이에서 정착 닙부(N)의 접촉 상태는 정착되지 않은 토너 화상을 보다 신뢰성있게 정착시킬 수 있도록 제조할 뿐 아니라 정착되지 않은 토너 화상이 정착되는 표면 특성, 즉 광택의 균일성 레벨이 상승한다.

(기타)

1) 본 발명에 따른 정착 장치는 정착되지 않은 화상을 기록 매체에 일시적으 로 정착시키기 위한 화상 정착 장치로서 화상 가열 장치와, 광택과 같은 표면 특성을 개선시키기 위해 정착된 화상을 담지하는 기록 매체를 재가열하기 위한 표면 특성 개선 장치 등의 장치를 포함한다.

2) 본 발명의 전술한 실시예들에서, 도3에 도시된 바와 같이 구성된 세라믹 히터가 가열 부재로서 채용된다. 명백하게, 가열 부재로서 채용된 세라믹 히터는 도3에 도시된 것과 상이한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 발열 저항층(33b)이 가요성 부재가 활주하는 표면으로부터 기재판(33a)의 대향 표면에 위치되는 소위 후방 표면 가열식 세라믹 히터일 수 있다. 또한, 니크롬선 등의 일편을 채용한 가열 장치 또는 전자기 유도에 의해 열이 발생되는 금속판 등의 일편을 포함하는 가열 장치일 수 있다.

3) 전술한 실시예에서, 접촉식 서미스터가 가열 부재의 온도를 검출하기 위한 수단으로서 채용될 수 있다. 그러나, 온도 검출 수단은 비접촉식일 수 있고, 이러한 온도 검출 수단의 채용은 전혀 문제를 발생시키지 않는다. 또한, 온도 검출 수단의 위치는 전술한 실시예들에 제한될 필요가 없고, 온도 검출 수단이 전술한 실시예들과 상이한 위치에 배치되더라도 온도 제어가 가능하다.

4) 가요성 부재용 재료는 내열성 수지의 필름에 제한될 필요가 없다. 이는 금속 필름 또는 합성 필름일 수 있다.

5) 전술한 실시예에서, 가요성 부재는 원통형 부재(가요성 슬리브)이고, 구동 수단에 의해 구동되는 가압 롤러의 회전에 의해 회전된다. 그러나, 가요성 부재를 회전시키기 위한 수단은 선택적이다. 예를 들어, 구동 롤러를 회전식으로 구 동함으로써 무한 필름을 회전식으로 구동하도록 구동 롤러가 무한 필름(가요성 부재)의 루프 내에 배치될 수 있다.

6) 가요성 부재는 회전하면서 풀려나가고 가열 부재와 접촉하여 이동하는 롤 또는 웨브의 긴 일편 형상일 수 있다.

상세히 전술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 정착 닙부의 압력 및 온도 분포가 최적화될 수 있다. 따라서, 필름 가열식 정착 장치의 이득 즉, 열 효율, 신속한 시동, 저비용 등을 희생하지 않고 고광택이고 불균일한 가열로 인한 결함이 없는 화상이 출력될 수 있다.

본 발명은 전술한 구조를 참조하여 설명되었으나, 전술한 세부 사항에 한정되지 않고, 본 출원은 첨부된 청구범위의 범주 또는 개선의 목적 내에서 변경 또는 변형이 의도된다.

본 발명은 종래 기술에 따른 화상 가열 장치와 비교하여 광택 및 외관의 균일성에 있어서 더 높은 화상을 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 사용 효율에 있어 우수한 화상 가열 장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims

기록재 상에 형성된 화상을 가열하는 화상 가열 장치이며,

가열 부재와,

상기 가열 부재와 접촉하여 이동 가능한 가요성 부재와,

상기 가요성 부재가 사이에 개재되면서 상기 가열 부재와 닙부를 형성하는 탄성 롤러를 포함하고,

상기 닙부에서의 압력은 상기 닙부의 입구에서 압력의 최대 피크부까지 감소하지 않으면서 상기 기록재의 이동 방향에 대하여 하류쪽으로 증가하며, 상기 최대 피크부에서 상기 닙부의 출구까지 감소하고,

상기 가열 부재는 상기 기록재의 이동 방향에 대하여 상기 최대 피크부의 상류측에 배치되고,

상기 가열 부재 및 상기 가요성 부재는 상기 최대 피크부에서 닙부의 출구까지의 범위 내에서 서로 접촉되지 않는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 최대 피크부는 상기 가열 부재를 보유하는 홀더에 의해 제공되는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 최대 피크부는 이동 방향에 대하여 상기 가열 부재의 하류측 단부에 제공되는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 가열 부재는 발열 저항체와 상기 발열 저항체를 지지하는 편평한 기재판을 구비하고, 상기 기재판과 상기 탄성 롤러는 이동 방향에 대하여 상기 기재판의 상기 가요성 부재에 접촉된 편평면의 중심부에서의 법선이 이 동 방향에 대하여 상기 탄성 롤러의 회전 중심의 상류측에 있도록 위치설정되는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 가열 부재는 발열 저항체와 상기 발열 저항체를 지지하는 편평한 기재판을 구비하고, 이동 방향에 대하여 상기 기재판의 하류측 단부는 상류측 단부보다 상기 탄성 롤러를 향하여 더 경사지는 화상 가열 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 가열 부재는 발열 저항체, 상기 발열 저항체를 지지하는 편평한 기재판 및 상기 기재판을 보유하는 홀더를 구비하고, 상기 홀더로의 가압 방향은 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면에 대한 법선에 대하여 반송 방향 상류측으로 경사지는 화상 가열 장치.
제7항에 있어서, 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면에 대한 법선과 상기 홀더로의 가압 방향 사이에 형성된 각도(D)가 0°< D ≤30°인 화상 가열 장치.
제7항에 있어서, 상기 홀더로부터의 가압력을 수용하는 표면은 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면에 대하여 비평행한 화상 가열 장치.
제7항에 있어서, 상기 홀더로부터의 가압력을 수용하는 표면은 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면과 실질적으로 평행한 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 가요성 부재에 대한 상기 가열 부재의 활주면의 확장된 표면(H)과 상기 탄성 롤러의 표면 사이의 교차 라인과, 상기 확장된 표면(H)에 수직하고 상기 탄성 롤러의 회전축을 통과하는 평면(V) 사이의 거리를 L로 하면, 상기 최대 피크부는 상기 평면(V)으로부터 이동 방향에 대하여 상류측으로 (1/3)L 미만인 위치에 배치되거나 또는 상기 평면(V)으로부터 이동 방향에 대하여 하류측으로 (1/2)L 미만인 위치에 배치되는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 가요성 부재는 회전 가능한 부재인 화상 가열 장치.
기록재 상에 형성된 화상을 가열하는 화상 가열 장치이며,

가열 부재와,

상기 가열 부재와 접촉하여 이동 가능한 가요성 부재와,

상기 가요성 부재가 사이에 개재되면서 상기 가열 부재와 닙부를 형성하는 탄성 롤러를 포함하고,

기록재의 이동 방향에 대하여 상기 가열 부재의 하류 단부는 상기 가열 부재의 상류측 단부보다 더 많이 상기 탄성 롤러로 진입하고, 상기 가열 부재는 이동 방향에 대하여 닙부에서의 압력의 최대 피크부의 상류측에 배치되고,

상기 가요성 부재에 대한 상기 가열 부재의 활주면의 확장된 표면(H)과 상기 탄성 롤러의 표면 사이의 교차 라인과, 상기 확장된 표면(H)에 수직하고 상기 탄성 롤러의 회전축을 통과하는 평면(V) 사이의 거리를 L로 하면, 상기 최대 피크부는 상기 평면(V)으로부터 이동 방향에 대하여 상류측으로 (1/3)L 미만인 위치에 배치되거나 또는 상기 평면(V)으로부터 이동 방향에 대하여 하류측으로 (1/2)L 미만인 위치에 배치되고,

상기 가열 부재 및 상기 가요성 부재는 최대 피크부에서 닙부의 출구까지의 범위 내에서 서로 접촉되지 않는 화상 가열 장치.
제13항에 있어서, 상기 최대 피크부는 상기 가열 부재를 보유하는 홀더에 의해 제공되는 화상 가열 장치.
제13항에 있어서, 상기 최대 피크부는 이동 방향에 대하여 상기 가열 부재의 하류측 단부에 제공되는 화상 가열 장치.
제13항에 있어서, 상기 가열 부재는 발열 저항체와 상기 발열 저항체를 지지하는 편평한 기재판을 구비하고, 상기 기재판과 상기 탄성 롤러는 이동 방향에 대하여 상기 기재판의 상기 가요성 부재에 접촉된 편평면의 중심부에서의 법선이 이동 방향에 대하여 상기 탄성 롤러의 회전 중심의 상류측에 있도록 위치되는 화상 가열 장치.
제13항에 있어서, 이동 방향에 대하여 상기 최대 피크부의 하류측 구역에서의 닙부의 압력은 상기 닙부의 기록재 출구로 갈수록 점차적으로 감소되는 화상 가열 장치.
제13항에 있어서, 상기 가열 부재는 발열 저항체, 상기 발열 저항체를 지지하는 편평한 기재판 및 상기 기재판을 보유하는 홀더를 구비하고, 상기 홀더로의 가압 방향은 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면에 대한 법선에 대하여 반송 방향 상류측으로 경사지는 화상 가열 장치.
제18항에 있어서, 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면에 대한 법선과 상기 홀더로의 가압 방향 사이에 형성된 각도(D)가 0°< D ≤30°인 화상 가열 장치.
제18항에 있어서, 상기 홀더로부터의 가압력을 수용하는 표면은 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면에 대하여 비평행한 화상 가열 장치.
제18항에 있어서, 상기 홀더로부터의 가압력을 수용하는 표면은 상기 기재판과 상기 가요성 부재 사이의 활주면과 실질적으로 평행한 화상 가열 장치.
삭제
제13항에 있어서, 상기 가요성 부재는 회전 가능한 부재인 화상 가열 장치.