KR100741687B1 - 정착 장치 및 화상 형성 장치 - Google Patents

Abstract

탄성층 및 열원을 가지는 가열 수단과, 무단 형상 부재 및 가압 부재를 가지는 가압 수단을 포함하여, 미정착의 토너 화상을 부착한 채로 커트 용지 형상의 기록 매체를 반송하여서 무단 형상 부재와 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착시키는 정착 장치에 있어서, 상기 정착 장치는 기록 매체상의 토너 화상과 가열 수단의 표면 사이의 공간이 기록 매체가 닙부의 출구로부터 돌출된 직후에 넓어지는 구성을 갖는다.

정착 장치, 화상 형성 장치

Description

정착 장치 및 화상 형성 장치{FIXING APPARATUS AND IMAGE FORMING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 정착 장치의 개략도이다.

도 2는 패드 최적 구성의 과정을 도시하는 플로우차트이다.

도 3은 상기 실시예에 의한 닙부에서 가열 롤러의 주변 방향으로의 압력 분포를 도시하는 그래프이다.

도 4는 닙 출구부의 변형과 박리 성능의 관계를 나타내는 계산값의 예를 도시한다.

도 5는 도 1의 정착 장치에 의해 실행한 박리 실험 결과를 도시한다.

도 6은 다른 실시예에 의한 정착 장치의 개략도이다.

도 7은 다른 실시예에 의한 정착 장치의 개략도이다.

도 8은 다른 실시예에 의한 닙부에서 가열 롤러의 주변 방향으로의 압력 분포를 도시하는 그래프이다.

도 9는 박리력을 측정하는 방법을 도시하는 개략도이다.

도 10은 도 9의 실험 장치에 의해 실행한 박리 실험 결과를 도시한다.

도 11은 박리력을 산출하기 위한 계산 모델이다.

도 12는 도 7의 정착 장치에 의해 실행한 박리 실험 결과이다.

도 13은 화상 형성 장치의 전체를 도시하는 개략도이다.

도 14는 도 1의 정착 장치에 의해 실행한 박리 실험 결과를 도시한다.

본 출원은 2005년 3월 15일에 출원된 일본 특허출원 제 2005-72599와 2005년 3월 15일에 출원된 일본 특허출원 제 2005-72607을 기초로 하여 우선권을 주장하고, 상기 출원의 모든 내용이 본 명세서에서 참조로 포함된다.

본 발명은 정착 장치 및 그것을 사용하는 화상 형성 장치에 관한 것이다.

관련 분야에 있어서, 기록 매체상에 토너 화상을 정착시키는 장치로서 가열 롤러를 롤러 내부에 배치된 할로겐 히터로 가열하고, 그 가열 롤러에 압력 롤러를 코일스프링 등으로 가압하여 롤러 사이에 닙부(nip portion)를 형성하고, 토너가 부착된 기록 매체가 상기 닙부를 통과하도록 하여서 가압 및 가열하여 정착시키는 것이다. 그러나, 고속화, 소형화, 고 신뢰성, 에너지 절감화, 및 저 비용화를 얻기 위해 상기 롤러들을 서로 접촉시키는 방식에서는 이하의 문제가 제기된다.

우선, 고속화에 따라서 기록 매체상의 토너를 가열하는 거리를 길게 할 필요가 있다. 속도를 증가시키기 이전과 동일한 가열 시간이 확보된다. 닙부의 길이를 연장하기 위해 롤러 표면을 탄성 변형 가능하게 하고 하중값을 증가시키거나, 또는 롤러 지름을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 롤러 지름의 증가는 소형화와 상반된다. 다음으로, 롤러 표면 탄성계수를 감소시키고 하중값을 증가시키는 방법이 고려 될 수 있다. 롤러 표면의 탄성계수를 감소시키기 위해 롤러 표면층의 두께를 증가시키거나, 부재의 영률(Young's modulus)을 감소시킬 필요가 있다. 그러나, 롤러 표면층의 두께가 증가될 경우, 가열 롤러 전체의 열용량이 증가되고, 가열 롤러의 표면온도를 어떤 일정한 온도까지 승온시키기 위해 필요한 가열 시간이 길어져, 결과적으로 인쇄 시간이 길어진다. 인쇄 대기시에 열을 항상 공급하여 가열 롤러의 온도를 유지하는 방법이 있지만, 이 방법은 에너지 절감화와 상반된다. 한편, 롤러끼리를 압접시키는 하중값이 증가될 경우, 롤러 축방향의 중앙부와 단부 사이에서 닙부의 압력차가 생기고, 토너를 정착하는 특성이 불균일해진다는 것이 생각될 수 있다. 또한, 압력 분포의 불균일함이 종이 구김을 발생시킬 우려가 있어 결과적으로 장치의 신뢰성이 떨어지게 된다. 굽힘량이 감소될 경우, 롤러의 강성이 증가되거나 롤러가 크라운(crown) 형상으로 형성된다. 그러나, 롤러의 강성이 증가될 경우, 롤러의 열용량이 증가되고, 가열 시간이 길어져 에너지 절감화와 상반된다. 크라운 형상을 가지는 롤러에 의하면, 롤러 작성 공정수가 증가되고, 저 비용화가 어려워진다. 또한, 축방향의 압력 분포가 롤러의 가공 정밀도에 의존하여 결과적으로 신뢰성을 떨어뜨릴 가능성이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 다양한 제안이 있다(예를 들면, 일본 특허 제 3298354). 관련 분야에 의하면, 정착 장치의 방식으로서 가열 롤러의 출구부를 국소적으로 탄성 변형시키는 가압부재가 표면이 탄성 변형되는 회전 가능한 가열 롤러와 압접하여 닙부를 형성하고, 그 사이로 이송되는 기록 매체상의 토너 화상이 가압 및 가열되어 정착되는 벨트 닙 방식(belt nip type)이 있다. 이 방식에 의하 면, 무단 벨트의 내측으로부터 접촉면을 형성하도록 가압부재를 설치함으로써 닙 폭을 길게 형성할 수 있고, 토너에 충분한 열이 가해질 수 있으며 인쇄 속도의 고속화에 쉽게 대응될 수 있다. 또한, 장치 전체를 확대하지 않고 닙 폭을 길게 형성할 수 있어 장치 전체의 소형화에 대응할 수 있다. 또한, 낮은 압력으로 긴 닙 폭을 형성할 수 있고, 가열 롤러의 박육화가 용이해지며, 정착 적정 온도까지의 가열 시간을 단축할 수 있어, 신속하게 인쇄를 개시할 수 있으므로 에너지 절감 효과를 촉진시킬 수 있다. 또한, 가열 롤러의 탄성층을 경질(硬質) 부재로 가압함으로써 탄성층이 닙 출구부에서 국소적으로 휘어지고, 셀프 스트립핑(self stripping) 성능이 촉진되어, 그 신뢰성이 높다.

그러나, 벨트 닙 방식의 정착 장치에 의하면 상기 출구부의 국소적인 변형에 의한 속도차에 기인하여 화상 시프트(image shift)가 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 경질 부재로 가열 롤러의 탄성층을 가압함으로써 탄성층이 국소적으로 휘어져 곡률이 작은 닙 형상을 생성하므로, 용지에 가해지는 부하[컬 량(curl amount)]가 증가된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 가열 수단, 가압 부재, 및 무단 형상 부재를 적어도 포함하는 정착 장치로서, 장치의 구성을 단순화하고, 기록 매체에 큰 부하를 가하지 않고 가열 수단으로부터 기록 부재를 박리시키는 성능을 향상시키며, 또한 기록 매체상에 형성되는 화질도 향상시키는 정착 장치 또는 화상 형성 장치를 제공한다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 미정착의 토너 화상을 부착한 채로 기록 매체를 반송하여 가압 수단에 포함되는 무단 형상 부재와 탄성층 및 열원을 포함하는 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜, 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착하는 정착 장치가 제공된다. 상기 가압 수단은 기록 매체를 반송하는 방향으로의 가압 부재의 폭이 무한 평판을 사용하여 상기 가열 수단이 압접될 때 형성된 닙 폭과 동일하거나 그 보다 작다.

상기 과제를 해결하기 위해, 미정착 토너 화상을 부착한 채로 기록 매체를 반송하여 가압 수단에 포함되는 무단 형상 부재와 탄성층 및 열원을 포함하는 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜, 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착하는 정착 장치에 의해 상기 문제가 또한 해결된다. 상기 정착 장치에 있어서, 닙부에서 상기 기록 매체의 표면과 가열 수단의 표면을 분리하는 점으로부터 기록 매체 표면을 따라 3.5㎜ 까지 분리된 점에서의 박리력은 0.04kgf/㎜ 이상으로 설정된다.

본 발명의 상기 목적과 이점은 첨부되는 도면과 함께 이루어진 아래의 상세한 설명으로부터 더욱 더 명백해질 것이다.

본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 설명되겠지만, 본 발명은 당연히 그 상세한 구성에 제한되지 않는다.

(실시예 1)

본 발명의 실시예가 도 1 ~ 도 5를 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 실시예에 의한 정착 장치의 개략도이다. 도 1에서, 참조 부호(1) 은 가열 롤러를 나타내고, 가열 롤러(1)는 표면 코팅층(2), 탄성층(3), 맨드릴(4), 및 열원(6)을 포함한다. 참조 부호(32)는 기록 매체를 나타내고, 참조 부호(31)는 상기 기록 매체(32)의 표면에 부착된 미 정착 토너를 나타낸다. 기록 매체(32)는 도 1의 화살표 방향으로 반송된다. 상기 가열 롤러(1)와 가압 수단 사이에 기록 매체(32)를 개재하여 가압 수단이 설치된다. 가압 수단은 가압 부재(21), 상기 가압 부재를 지지하기 위한 지지 부재(22), 상기 가압 부재(21)와 상기 지지 부재(22)를 상기 기록 매체(32)측으로 가압하기 위한 가압 스프링(11), 종동하는 무단 형상 부재(23), 상기 무단 형상 부재(23)와 상기 가압 부재(21) 사이의 마찰을 감소시키기 위한 저 마찰 부재(25), 및 상기 무단 형상 부재(23)의 반송 경로를 수정하는 가이드(24)를 포함한다. 참조 부호(27)는 무단 형상 부재(23)와 가압 부재(21) 사이의 마찰을 더욱 감소시키기 위한 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 부재를 나타낸다. 일반적으로, 실리콘 오일 또는 불소 오일 등을 포함하는 윤활유가 사용된다. 참조 부호(33)는 가열 롤러(1)와 무단 형상 부재(23) 사이의 닙부를 통과한 후의 기록 매체(32)상의 정착 화상을 나타낸다. 가열 롤러(1)의 표면 코팅층(2)으로서, 미정착 토너(31)가 부착되기 어렵도록 PFA층 등이 사용된다. 또한, 탄성층(3)으로서 실리콘 고무가 사용된다. 무단 형상 부재(23)는 PFA와 폴리이미드로 이루어진다. 가압 부재(21)로서, 실리콘 또는 불소 고무의 고무층을 포함하며 가압 방향의 면이 편평한 가압 패드가 사용된다. 여기에서, 기록 매체(32)로서, 커트 페이퍼(cut paper) 등의 용지가 지정된다.

도 2는 최적의 패드 구성을 제공하기 위한 플로우차트이다. 우선, 닙부가 충 분히 넓은 패드에 의해 형성된다. 이 때, 주의해야 할 것은 탄성층을 가지는 가압 부재(21)의 경우에 가압된 후의 패드의 폭이 하중값 및 부재의 치수, 영률, 포아송 비에 의해 다르다는 것이다. 즉, 패드의 변형이 미치지 않는 영역까지 충분한 폭을 가지는 패드로 가압할 필요가 있다. 이어서, 닙 폭이 측정되고, 그 닙 폭이 필요로 하는 폭 이하인 경우, 패드 재질, 패드 형상, 또는 하중값 등이 변경되어 다시 닙 폭이 측정된다. 일반적으로, 솔리드 인쇄 화상을 측정하려는 닙부에 수 초 동안 끼운 채 가열함으로써 닙 폭의 그로스(gross) 값이 변경되고, 고 그로스 영역을 측정함으로써 닙 폭을 확인할 수 있다. 또는, 박형 압력 센서 시트를 닙핑(nipping)시키고, 전압의 변화에 의해 닙 폭을 측정하는 방법도 있다. 이어서, 측정한 닙 폭이 필요로 하는 닙 폭보다도 충분히 넓은 경우, 패드 폭은 점차적으로 좁아지고, 닙 폭이 다시 측정된다. 패드 폭을 좁힘으로써, 임의의 닙 폭을 얻을 수 없을 경우, 다시 충분히 넓은 폭을 가지는 패드에 의해 패드의 물성값 등이 변경되고 임의의 닙 폭을 얻을 때까지 일련의 작업을 반복한다. 필요로 하는 닙 폭이 얻어진 경우, 박리 성능이 평가된다. 일반적으로, 박리 성능은 용지를 닙부에 통과시켜 닙 출구부에서 용지와 가열 롤러 사이의 상대적인 거리를 측정함으로써 확인될 수 있다. 또는, 미정착 화상을 정착하여 미정착 화상이 롤 상에 감싸졌는지를 평가하는 방법도 있다. 상기 방법에 의해 박리 특성이 평가되고, 용지가 스스로 박리될 수 있는 박리 성능을 얻을 때까지 패드 폭이 조정된다. 마지막으로, 박리 성능을 얻은 후, 정착 성능이 평가된다. 이 때, 용지 또는 토너로부터 에어나 수증기가 팽창되지 않고 증발하는 기포에 의해 미정착 토너가 교란되지 않도록 평균 압력(0.010kgf/㎟ 이상)을 충분히 증가시킬 필요가 있다. 또한, 정착 불량을 초래하기 쉬운 불연속적인 압력 분포 또는 압력의 국소적인 밸리(valley)가 생기기 않는 구성으로 하여 가능한 한 매끄러운 압력 분포를 설정할 필요가 있다.

도 3은 가압면이 편평하고 탄성층을 포함하는 패드에 의해 가열 롤러(1)가 가압될 때 얻어진 닙부의 가열 롤러(1)의 주변 방향으로의 압력 분포의 예와, 비교예의 압력 분포를 도시한다. 도 3의 그래프에 있어서, 종축은 압력을 나타내고, 횡축은 가열 롤러의 주변 방향을 나타낸다. 기록 매체(32)가 좌측(종축이라고 써 있는 측)으로부터 가열 롤러와 가압 부재 사이의 닙부로 진입한다. 분포선의 좌측을 닙부로의 입구, 그 우측을 닙 영역으로부터의 출구로서 이하에서 설명될 것이다. 닙 폭은 기록 매체(32)를 반송하는 방향의 닙 폭이다.

가는 실선은 비교예를 나타내고, 출구부가 경질 부재에 의해 가압되어 국소적으로 변형되고, 입구로부터 중앙부까지의 영역이 탄성층을 가지는 패드에 의해 가압되는 구성으로 얻어진 압력 분포의 예이다. 비교를 위해 가는 실선이 간단하게 표현된다. 파선은 상기 닙 폭보다도 충분히 더 넓은 패드 폭으로 이루어진 패드(B)에 의해 가압되었을 때 얻어지는 압력 분포(B)를 나타낸다. 무한 평판을 가정해서 사용해도 유사한 압력 분포가 얻어지는 것으로 가정한다. 굵은 실선은 패드(B)에 의해 가압되었을 때에 얻어지는 닙 폭보다도 좁은 패드 폭을 가지는 패드(A)에 의해 얻어지는 압력 분포(A)의 예를 나타낸다. 패드(A)는 균일한 분포의 탄성층을 포함하는 것으로 가정한다. 예를 들면, 패드(A)에 의한 압력 분포는 도 1 또는 도 4와 같은 구성에 의해 도 2의 플로우차트에 따라 패드 구성을 조정한 후의 압력 분 포이다. 도 3에 도시된 바와 같이 패드(A)의 하중값이 패드(B)의 하중값으로부터 변경되지 않을 경우, 패드 폭을 좁힘으로써 닙 폭이 좁아지고, 압력 분포(A)의 피크 압력(peak pressure)(A)이 압력 분포(B)의 피크 압력(B)보다도 더 커진다. 또한, 압력 분포(A)의 닙 출구부에서의 압력의 기울기가 압력 분포(B)보다도 더 커지게 된다. 압력 분포(A)의 닙 출구부의 압력 기울기가 비교예의 닙 출구부에서의 압력 기울기와 거의 동일하다. 이러한 압력 분포는 가열 롤러(1)의 탄성층(3)의 닙 출구부를 변형시키는 양을 증가시키고, 기록 매체(32)를 돌출시키는 각도를 가열 롤러(1)의 표면으로부터 분리되는 방향으로 증가시키는 작용을 한다. 즉, 기록 매체(32)의 선단을 닙 영역의 출구부로부터 돌출시킨 직후에 기록 매체(32)의 표면에 부착된 정착 후의 토너 화상과 가열 롤러(1)의 표면 사이의 공간을 증가시킴으로써, 가열 롤러(1)로부터 박리되는 기록 매체(32)의 특성을 촉진시키는 효과가 얻어진다고 판단된다. 즉, 이것이 기록 매체(32)의 강성을 이용하는 곡률 박리 작용이다.

도 4는 상기 효과의 대표적인 예를 기하학적인 계산에 의해 구한 결과를 도시한다. 가열 롤러(1)와 가압 부재(21)가 가압 스프링(11)에 의해 서로 압접되고, 가열 롤러(1)와 가압 부재(21) 사이에 기록 매체(32)를 화살표 방향으로 통과시킨 상태에서, 닙 영역으로부터의 출구부를 변형시키는 형상을 기하학적인 계산으로 구한다. ○마크는 가열 롤러(1)가 직경 50㎜로 설치되고 탄성층이 변형되지 않는 경우의 출구부 변형 형상을 나타낸다. △마크는 가열 롤러(1)가 직경 50㎜로 설치되고 탄성층의 표면이 0.1㎜까지 편평하게 변형된 경우의 출구부 변형 형상을 도시한 다. 2개의 변형된 형상을 비교함으로써, 변형되지 않은 경우 출구부에서의 기록 매체(32)의 화상면과 가열 롤러(1) 표면 사이의 공간[클리어런스(clearance)]은 좁고, 기록 매체(32)의 선단을 돌출시키는 양이 3㎜인 경우 약 0.20㎜의 클리어런스 밖에 없다. 한편, 변형된 경우 출구부에서의 기록 매체(32)의 화상면과 가열 롤러(1)의 표면 사이의 공간(클리어런스)은 넓고, 기록 매체(32)의 선단을 돌출시키는 양이 3㎜인 경우 약 0.45㎜의 클리어런스가 얻어진다. 예를 들면, 단순한 빔 모델(beam model)을 사용하여 보통 종이로 언급되는 보통 용지의 영률과 관성 모멘트로부터 기록 매체(32)의 선단을 가열 롤러(1)의 표면에 접촉시키기 위해 필요한 하중값으로 곡률 박리력이 구해질 수 있다.

비교예가 사용된 경우, 박리 성능은 도 3에서 도시된 닙 영역의 출구부에서의 압력 분포 기울기를 파악함으로써 쉽게 얻어질 수 있다. 그러나, 경질 부재를 사용하여 국소적으로 닙 영역의 출구부에서 가열 롤러(1)를 탄성 변형시킴으로써 닙 영역내에서 속도차가 생기고, 결과적으로 화상 시프트가 야기되게 된다. 비교예에 의하면 이러한 문제는 출구부에서 하중을 설정함으로써 해결되지만, 가열 롤러(1)의 탄성층을 국소적으로 변형시킴으로써 기록 매체(32)에 가해지는 부하[페이퍼 데미지(paper damage)]를 감소시키기가 곤란하다. 이것에 따르면, 경질 부재를 사용함으로써 닙 형상의 곡률이 감소되고, 작은 곡률에 의해 기록 매체상의 부하가 증가된다. 한편, 본 실시예에 의하면 작은 곡률에 의한 닙 변형 부분을 생성하지 않고 가열 롤러(1)로부터 기록 매체(32)를 박리시키는 성능이 촉진될 수 있어, 기록 매체(32)로의 데미지가 작게 억제될 수 있다. 또한, 처음부터 얻어진 닙 폭보다 도 좁은 닙 폭을 제공하는 패드로 가압함으로써 축 방향의 닙 형상이 가압 부재의 형상을 따르고, 비교예와 같이 하중값의 변동에 의해 닙 폭과 압력이 변화되는 구조에 비해서 하중값에 대해 낮은 감도(感度)를 가지는 로버스트 닙(robust nib) 형상을 설계하기에 적합한 정착 장치가 제공될 수 있다. 더욱 중요한 점으로서, 본 실시예는 비교예의 가압 부재보다도 더 단순한 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가지는 가압 부재(21)에 의해 구성될 수 있다. 가압 부재(21)의 부품 작성 공정수가 감소된다. 가압 부재(21)의 부품 작성 비용이 감소될 수 있다. 단순한 구성을 가지는 가압 부재(21)를 사용함으로써 배경기술 분야에서 과제로 되어있었던 극도로 낮은 압력을 국소적으로 생성시키거나, 불연속적인 압력 분포 또는 압력의 밸리를 생성시키는 구성에 의해 야기된 특유의 과제(용지나 토너로부터 공기나 수증기가 팽창되어 미정착 토너가 증발하는 기포에 의해 교란된다)를 회피할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 정착 장치에 의해 박리 실험을 실행한 결과를 도시한다. 후술되는 모든 실험에 대해 같은 조건을 설정함으로써 패드 폭만을 변경해서 박리 실험을 실행한다. 기록 매체로서 커트 용지가 사용된다. 상기 실험에 의하면, 풀 컬러 화상(full color image)이 기본 무게가 5.5g/㎠인 일반적인 용지상에 부착되고, 도 1에 도시된 정착 장치에 의해 상기 실험이 실행된다. 결과로서, 패드 폭이 8㎜인 경우 미정착 토너 화상은 가열 롤러(1)상에 감싸지고, 용지는 박리되지 않는다. 레이저 깊이 측정기를 사용함으로써, 용지의 돌출 각도와, 닙 출구부에서의 용지 화상면과 가열 롤러(1)의 표면 사이의 공간(클리어런스)이 측정된다. 용지 돌출량의 3㎜인 점에서, 클리어런스 양은 0.408㎜이다. 패드 폭을 6㎜로 좁힘으로 써 박리 성능이 다소 증가되지만, 클리어런스 양은 0.421㎜로 의미있는 차이는 관찰되지 않는다. 그러나, 패드 폭이 4㎜로 좁혀질 경우 박리 성능은 현저하게 향상되고, 측정된 클리어런스 양은 0.648㎜가 되며, 셀프 스트립핑 수행이 확인된다. 클리어런스 양은 박리 성능에 영향을 끼친다. 또한, 4㎜의 패드 폭에 의해서도 충분한 정착 에너지가 얻어진다는 것이 확인된다.

상기 시험에 있어서, 예를 들면 가압 스프링(11)에 의한 가압 부재(21)의 하중은 35kgf, 고무 경도 50Hs, 두께 4㎜, 축 방향의 폭 230㎜을 가지는 가압 패드가 사용된다. 이 때, 기록 매체를 반송하는 방향으로 패드 폭이 8㎜인 경우에 있어서는 최대 압력 0.040kgf/㎟, 평균 압력 0.023kgf/㎟이 되고, 패드 폭이 6㎜인 경우에 있어서는 최대 압력 0.048kgf/㎟, 평균 압력 0.026kgf/㎟이 되며, 패드 폭이 4㎜인 경우에 있어서는 최대 압력 0.052kgf/㎟, 평균 압력 0.030kgf/㎟가 된다.

또한, 본 발명의 발명자는 하중 35∼40kgf, 고무 경도 30Hs에 의해서도 유사한 효과가 얻어진다는 것을 알고 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 1과 동일한 부분은 동일 부호로 설명될 것이다. 미정착 토너(31)가 부착된 기록 매체(32)의 화상면측에 설치된 참조 부호(5)로 나타낸 부재는 무단 형상 가열 부재이다. 참조 부호(8)은 탄성층을 가지는 가압 부재를 나타낸다. 참조 부호(9)는 가압 부재(8)을 지지하기 위한 가압 지지 부재를 나타낸다. 참조 부호(6)는 열원을 나타낸다. 참조 부호(7)는 무단 형상 가열 부재(5)를 걸거나 동시에 가열하기 위한 가열 롤러를 나타낸다. 열량이 충분하지 않을 경우, 가열 롤러(71 또는 73)를 접촉시킴으로써 무단 형상 가열 부재 (5)를 외측으로부터 가열하는 방법도 있다. 참조 부호(72)는 그 내부에 열원을 가지지 않고 회전되는 종동 롤러를 나타낸다. 무단 형상 가열 부재를 구동시키기 위한 구동원은 가열 롤러(7)에 배치되지만, 상기 구동원이 종동 롤러(72)에 설치되어도 좋다. 도 1과 같은 가열 롤러(1)를 사용하는 구성과 비교하여 상기 구성은 무단 형상 가열 부재를 사용하므로, 장치 전체의 크기에 크게 영향을 주지 않고 닙 폭이나 닙 출구부의 변형 형상을 조정할 수 있다는 특성을 가지고 있다. 상기 구성의 경우에 있어서, 가압 부재(21)의 폭을 가압 부재(8)의 폭과 동등하거나 또는 더 작게 설정할 필요가 있다.

(실시예 3)

본 발명의 다른 실시예가 도 7 ~ 도 12를 참조하여 이하에서 설명될 것이다.

도 7에서 도 1과 동일한 구성은 동일한 부호를 붙였으므로 그 설명은 생략될 것이다. 참조 부호(51)는 가열 롤러의 회전축을 통과하는 중심선을 나타낸다. 가압 부재(21)는 기록 매체(32)의 입구측에 근접한 위치에 설치된다. 특히, 기록 매체(32)를 반송하는 방향의 폭 중심이 상기 중심선(51)의 입구측에 근접한 위치에 배치된다. 도 1의 경우와 마찬가지로 가압 패드가 가압 부재(21)로서 사용된다. 도 1과 마찬가지로 윤활유 공급 부재(27)를 설치해도 좋다.

계속해서, 압력 분포가 도 8을 참조하여 설명될 것이다. 도 3과 마찬가지로, 종축이 압력을 나타내고, 횡축이 가열 롤러의 주변 방향을 나타낸다. 기록 매체가 좌측(종축이라고 써 있는 측)으로부터 닙부로 진입하는 것으로 가정한다. 충분히 넓은 폭을 가지는 무한 평판 가압 부재(도시되지 않음)를 가정하여, 무한 평판 가 압 부재를 가열 롤러(1)에 가압함으로써 얻어지는 압력 분포(파선)에 의해 형성된 닙 폭을 최대의 닙 폭으로 정의한다. 참조 부호(52)는 최대의 닙 출구점을 나타낸다. 참조 부호(53)는 최대의 닙 개시점을 나타낸다. 이어서, 최대 닙 폭을 제공하는 평판 가압 부재가 준비된다. 상기 닙 폭과 상기 평판 가압 부재의 폭은 동일하다고 가정한다. 최대 닙 폭을 얻기 위한 하중 등의 조건을 고정하고, 평판 가압 부재를 사용하며, 평판 가압 부재의 반송 방향 위치를 기록 매체의 반송 방향 상류측으로 이동시킴으로써, 굵은 선으로 표시된 압력 분포가 얻어진다. 참조 부호(54)는 패드 위치를 변경한 후의 닙 출구점을 나타낸다. 참조 부호(55)는 패드 위치 변경 이동량을 나타낸다. 최대 닙 폭을 얻기 위한 압력 분포(파선)의 닙 출구부에서의 압력 기울기와 비교해서, 패드 위치를 변경한 후(굵은 선)의 압력 분포의 닙 출구부에서의 압력 기울기는 크고, 비교예(가는 선)의 닙 출구부에서의 압력 기울기에 근접한다. 이러한 압력 분포는 가열 롤러(1)의 탄성층의 닙 출구부 변형량을 증가시키고, 닙 출구부에서의 기록 매체의 표면과 가열 롤러(1)의 표면 사이의 공간을 넓히는 효과가 있다. 비교예에 대해서는, 도 3과 동일한 모델이 사용된다.

박리력을 측정하는 방법이 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 참조 부호(41)는 레이저 깊이 측정기를 나타낸다. 참조 부호(42)는 레이저 깊이 측정기(41)에 의해 깊이를 측정하기 위한 레이저 깊이 측정라인을 나타낸다. 참조 부호(43)는 레이저 깊이 측정라인(42)과 교차하는 점을 나타낸다. 기록 매체(32)를 닙부에 통과시키기 전 가열 롤러(1)의 표면상에 교점(43b)이 존재하고, 상기 교점(43b)까지의 깊이가 측정된다. 기록 매체(32)를 닙부에 통과시킨 후 기록 매체(32)의 배면상에 교점 (43a)이 존재하고, 상기 교점(43a)까지의 깊이가 측정된다. 참조 부호(44)는 닙 영역을 나타내고, 참조 부호(45)는 닙 개시점을 나타내며, 참조 부호(45)는 닙 출구점을 나타낸다. 참조 부호(47)는 기록 매체의 비 화상 영역을 나타낸다. 참조 부호(48)는 화상 영역 개시점을 나타낸다. 참조 부호(49)는 기록 매체의 선단점을 나타낸다. 도 9는 박리 성능 평가 시스템을 도시한다. 일반적으로, 박리 성능은 기록 매체인 용지를 닙부에 통과시키고, 닙 출구부에서의 용지와 가열 롤러(1) 표면 사이의 상대적인 거리를 측정함으로써 확인될 수 있다. 또는, 미정착 토너 화상을 정착함으로써 박리 성능을 평가하고 상기 화상이 롤에 감싸지는지의 여부를 평가하는 방법도 있다. 상기 방법에 의해 박리 특성이 평가되고, 스스로 용지를 스트립핑할 수 있는 박리 성능을 얻을 때까지 가압 패드에 의한 평판의 가압 위치가 용지를 반송하는 방향의 상류측으로 이동된다. 이 때, 주의할 것은 용지나 토너로부터 공기나 수증기가 팽창되어 증발하는 기포에 의해 미정착 토너(31)가 교란되지 않도록 평균 압력(0.010kgf/㎟ 또는 그 이상)을 충분히 증가시킬 필요가 있다는 것이다. 또한, 불연속적인 압력 분포 또는 정착에 있어서 결함을 야기시키기 쉬운 압력의 국소적인 밸리가 발생되지 않는 구성을 설정할 필요가 있다.

도 10은 도 9에 도시된 박리 측정 시스템에 의한 측정 결과의 예를 도시한다. □마크는 기록 매체(32)가 가열 롤러(1)에 감싸져서 반송된 때의 측정 결과를 나타낸다. 가열 롤러(1) 표면의 깊이가 0㎜로 설정되고, 기록 매체 선단점(49)이 깊이 측정라인과 교차하는 순간에, 깊이(클리어런스)가 0.4㎜로 된다. 기록 매체(32)의 배면이 측정되므로, 측정된 수치로부터 기록 매체(32)의 두께(0.1㎜)를 감 산함으로써 실제 클리어런스가 설정된다. 기록 매체 비 화상 영역(47)의 간극에서 기록 매체(32)가 가열 롤러(1)에 접착되지 않으므로, 기록 매체(32)는 초기 클리어런스를 유지하면서 반송된다. 그러나, 화상 영역 개시점(48) 이후에는 용해된 토너에 의한 접착력에 의해 기록 매체(32)가 가열 롤러(1)에 감싸지면서 반송되고, 클리어런스가 점차적으로 감소된다. 이 때에 측정된 곡선은 가열 롤러 외경에 기록 매체 두께를 더함으로써 설정된 수치와 일치한다는 것이 확인된다. 기록 매체 비 화상 영역(47)이 완전히 통과하면 기록 매체(32)의 두께량에 의해 클리어런스가 측정된다. 기록 매체(32)가 스스로 스트립핑되면서 반송될 때의 측정 결과는 △마크로 표시된다. 셀프 스트립핑이 가능한 상태를 설정함으로써, 화상 영역 개시점(48) 이후라도 클리어런스는 초기값을 유지하면서 기록 매체가 반송된다는 것이 확인될 수 있다. 평판 가압 부재를 기록 매체(32)의 반송 방향 상류측으로 이동시킴으로써, 기록 매체(32)의 선단이 출구부로부터 돌출한 직후에 기록 매체(32)의 표면에 부착된 토너와 가열 롤러(1) 표면 사이의 공간이 증가됨으로써 박리 특성을 촉진시키는 효과가 얻어진다고 판단된다. 즉, 이것이 기록 매체의 강성을 이용하는 곡률 박리 작용이다.

도 11은 박리력을 계산하기 위한 2차원 캔틸레버 계산 모델을 도시한다. 커트 용지가 기록 매체(32)로서 사용된다. 참조 부호(46)는 닙 출구점을 나타내고, 참조 부호(49a, 49b)는 기록 용지의 선단점을 나타낸다. 참조 부호(32a)는 가열 롤러(1)의 표면에 접촉되어 있지 않은 상태의 용지를 나타내고, 참조 부호(32b)는 가열 롤러(1)와 접촉되어있는 상태의 용지를 나타낸다. 우선, 관성 모멘트를 계산하 기 위해 용지의 두께, 폭이 측정된다. 용지의 면적당 질량(균일하게 분포된 하중), 캔틸레버식 지지에 있어서 용지의 돌출 길이, 및 중력 방향으로의 용지 선단 변위량을 측정함으로써 용지의 영률을 계산한다. 이어서, 상기 용지 물성값과 측정된 클리어런스 값을 사용함으로써 용지 돌출량이 3.5㎜로 설정되고, 용지 선단이 가열 롤러(1)의 표면에 접촉하기 위해 필요한 균일 분포 하중을 계산함으로써 박리력을 설정한다.

도 14는 상기 효과의 예를 도시한다. 조합(A) ~ (E)은 가열 롤러 탄성층 두께, 가열 롤러 탄성층 경도, 가열 롤러 외경, 무단 벨트 재료, 무단 벨트 두께, 슬라이딩 부재 탄성 계수, 슬라이딩 부재 두께, 슬라이딩 부재 재료, 패드 폭, 패드 두께, 패드 탄성 계수, 패드 홀더 형상 등을 변화시킬 수 있게 설정된다. 상기 조합의 조건하에서, 170℃로 가열된 닙부에 흰색 종이 용지가 통과되어 박리력이 계산된다. 박리 특성을 평가할 때에, 평당 센티미터 당 1.6㎎의 토너가 부착된 용지가 170℃로 가열된 닙부에 통과되어 상기 용지가 롤에 감싸지는지의 여부가 확인된다. 결과적으로, 셀프 스트립핑이 0.04kgf/㎜ 이상의 박리력에 의해 확인될 수 있고, 용지에 대한 데미지(컬 문제, 종이 구겨짐 문제)를 최소화할 수 있다.

닙부의 출구 부근에 경질 부재가 사용된 경우, 박리 성능이 쉽게 얻어질 수 있다. 그러나, 작은 곡률 경질 부재를 사용하여 국소적으로 출구부를 탄성 변형시킴으로써 닙부 내에 속도차가 야기되고, 결과적으로 화상 시프트가 발생된다. 비록 상기 문제는 출구부의 하중을 설정함으로써 해결되지만, 국소적인 변형(페이퍼 데미지)에 의해 용지상에 가해지는 부하를 감소시키기는 어렵다. 이것은 경질 부재를 사용함으로써 닙 형상의 곡률이 감소되고, 작은 곡률에 의해 용지의 부하가 증가되기 때문이다. 한편, 본 실시예에 의하면 작은 곡률 닙 변형 부분을 생성하지 않고 박리 성능이 향상될 수 있으므로, 용지상의 데미지가 작게 억제될 수 있다. 또한 중요한 점으로서, 본 실시예는 도 1에 도시된 바와 같은 단순한 구성을 가지는 평판 가압 부재에 의해 구성될 수 있다. 따라서, 결과적으로 부품 작성 공정수가 감소되고, 비용이 감소될 수 있다. 단순한 구성을 가지는 평판 가압 부재를 사용함으로써, 압력이 국소적으로 극도로 낮거나 불연속적인 압력 분포 또는 압력의 밸리가 생성되는 구성에 의해 야기된 특유의 문제(용지나 토너로부터 공기나 수증기가 팽창하여 미정착 토너가 증발하는 기포에 의해 교란된다)를 회피할 수 있다. 단순한 평판 가압 부재를 사용함으로써 압력 분포에서 불연속성, 국소적으로 낮은 부분, 또는 밸리가 생성되는 문제를 야기시키기 어렵기 때문이다.

도 12는 상기 효과의 다른 예를 도시한다. 최대 닙 출구점으로부터의 이동량은 평판 가압 부재의 반송 방향으로 도 8에 도시된 최대 닙 폭의 닙 출구점으로부터 이동한 이동량이다(마이너스 값은 상류측을 표시하고, 플러스 값은 하류측을 표시한다). 평판 가압 부재를 상류측으로 1.2㎜ 이동시킴으로써, 0.065kgf/㎜의 박리력이 얻어질 수 있다. 상기 설정 조건하에서, 평방 센티미터 당 1.6㎎의 토너가 부착된 용지가 170℃로 가열된 닙부에 통과되고, 상기 용지가 롤에 감싸지는지의 여부가 평가된다. 결과적으로, 상기 설정하에서 용지는 스스로 박리된다는 것이 확인된다. 그러나, 평판 가압 부재가 하류측으로 0.7㎜ 이동된 경우 박리력은 0.038kgf/㎜로 감소되고, 용지가 롤에 감싸지는지의 여부를 평가함에 있어서, 상기 용지는 스스로 박리되지 않는다는 것이 확인된다. 따라서, 평판 가압 부재를 최대 닙 폭의 닙 출구점으로 또는 그 상류측에 이동시킬 필요가 있다. 또한, 상기 설정하에서 용지의 데미지(컬 문제, 종이 구겨짐 문제)가 최소화된다는 것이 확인된다.

본 실시예에 의하면, 작은 곡률의 닙 변형 부분을 생성하지 않고 박리 성능이 향상될 수 있으므로 기록 매체상의 데미지가 작게 억제될 수 있다. 또한, 가압 부재가 단순한 구성을 가지는 가압 부재에 의해 구성될 수 있으므로 부품 작성 공정수가 감소되고, 비용이 감소될 수 있다. 본 실시예의 정착 부재는 도 6에 도시된 무단 형상 가열 부재를 사용하는 정착 장치에 당연히 적용가능하다.

이어서, 도 13은 상기에서 설명된 정착 장치가 탑재된 화상 형성 장치의 예를 도시한다. 도 13에 있어서, 참조 부호(101)는 화살표(d) 방향으로 무단 이동가능하게 지지된 감광 벨트를 나타낸다. 참조 부호(102)는 대전(帶電) 브러시를 나타내고, 참조 부호(103)는 대전 롤러를 나타내며, 대전 브러시(102)와 대전 롤러(103)는 감광 벨트(101)의 표면에 접촉시켜 설치되고, 감광 벨트(101)의 표면을 균일하게 대전시킨다. 균일하게 대전된 감광 벨트(101)의 표면에 빛을 조사하는 노광 장치(104)는 퍼스널 컴퓨터, 이미지 스캐너 등에 의한 화상, 문자의 정보에 따라 도트의 단위로 감광 벨트(101)를 노광하여 감광 벨트(101)의 표면에 정전 잠상(潛像)을 형성한다.

감광 벨트(101)상에 형성된 정전 잠상에서는 블랙(black) 토너 현상기(105K), 옐로우(yellow) 토너 현상기(105Y), 마젠타(magenta) 토너 현상기(105M), 및 시안(cyan) 토너 현상기(105C) 중 어느 하나에 의해 토너가 공급되어, 토너 화 상으로서 현상화(顯像化)되고 제 1 전사 위치(T1)로 반송된다. 제 1 전사 위치(T1)에서 감광 벨트(101)와 중간 전사체(106) 사이의 전위차에 의해 감광 벨트(101)상의 토너 화상이 중간 전사체(106)의 표면으로 전사된다.

제 1 전사 위치(T1)를 통과하는 감광 벨트(101) 표면의 전위가 잔상(殘像) 제거기(107)로부터 빛을 조사함으로써 일정값 이하로 감소되어 정전 잠상을 소거하며, 계속해서 제 1 전사 위치(T1)에서 전사되지 않고 감광 벨트(101)상에 잔류하는 토너가 청소 장치(108)에 의해 제거되어 다음 화상을 형성할 수 있는 상태로 만든다.

상기 공정을 각각의 현상기(105K, 105Y, 105M, 105C)로 필요한 수까지 반복함으로써, 중간 전사체(106)의 표면에는 화상, 문자의 정보에 맞는 토너 화상이 형성된다.

그 후, 중간 전사체(106)상에 전사된 토너 화상은 기록 매체 공급 장치(110)에 의해 카세트(111)로부터 공급된 기록 매체(32)로 제 2 전사 위치(T2)에서 전사기(109)에 의해 전사된다. 토너 화상이 전사된 기록 매체(32)는 중간 전사체(106)로부터 박리되고 정착 장치(112)로 이송되어, 토너 화상을 기록 매체(32)에 정착시키고 기록 매체 배출 장치(113)로 배출된다. 또한, 참조 부호(114)는 중간 전사체(106)의 표면을 청소하는 청소 장치를 나타낸다.

본 발명의 정착 장치가 화상 형성 장치에 적용될 경우, 정착 장치의 박리 성능이 향상되므로 고 신뢰성이 얻어질 수 있다. 또한, 정착 장치의 소형화, 저 비용화, 에너지 절감화가 달성될 수 있으므로 화상 형성 장치의 소형화, 저 비용화, 에 너지 절감화가 달성될 수 있다. 또한, 박리 성능을 촉진시킴으로써 화상 형성 장치의 고속화가 달성될 수 있고, 용지에 큰 부하가 가해지지 않으므로, 정착시에 화상의 교란이 감소되어 고 화질화로 이어진다.

상기 실시예에 의하면, 셀프 스트립핑 기능을 유지하면서 화질을 향상시킬 수 있고, 용지에 가해지는 부하를 감소시키면서 하중값에 대해 낮은 감도를 가지는 로버스트 닙 폭을 설계하기에 적합한 정착 장치 및 화상 형성 장치가 제공될 수 있다.

Claims (12)

1. 미정착의 토너 화상을 부착한 채로 기록 매체를 반송하여 가압 수단에 포함되는 무단 형상 부재와 탄성층 및 열원을 포함하는 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜, 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착하는 정착 장치에 있어서;

   상기 가압 수단은 기록 매체를 반송하는 방향으로의 가압 부재의 폭이 무한 평판을 사용하여 상기 가열 수단이 압접될 때 형성된 닙 폭과 동일하거나 그 보다 작게 되는 가압 부재인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열 수단은 그 내부에 탄성층과 열원으로 이루어지는 회전가능한 가열 롤러인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열 수단은 탄성층, 열원, 무단 형상 가열 부재, 및 상기 무단 형상 가열 부재를 유지하는 복수의 회전가능한 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
4. 상이한 컬러의 토너 화상을 형성하기 위한 복수의 현상 수단;

   상기 현상 수단의 토너 화상을 그 표면에 부착시키는 감광 수단;

   상기 감광 수단의 토너 화상을 전사하는 중간 전사 수단;

   상기 중간 전사 수단의 토너 화상을 기록 매체에 전사하는 전사 수단; 및

   미정착의 토너 화상을 부착한 채로 기록 매체를 반송하여 가압 수단에 포함되는 무단 형상 부재와 탄성층 및 열원을 포함하는 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜, 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착하는 정착 장치로 이루어지는 화상 형성 장치에 있어서:

   상기 가압 수단은 기록 매체를 반송하는 방향으로의 가압 부재의 폭이 무한 평판을 사용하여 상기 가열 수단이 압접될 때 형성된 닙 폭과 동일하거나 그 보다 작게 되는 가압 부재인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
5. 미정착의 토너 화상을 부착한 채로 기록 매체를 반송하여 가압 수단에 포함되는 무단 형상 부재와 탄성층 및 열원을 포함하는 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜, 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착하는 정착 장치에 있어서;

   상기 가압 수단의 단부면은 무한 평판을 사용하여 상기 가열 수단이 압접될 때 형성된 닙부에서 상기 기록 매체의 표면과 상기 가열 수단의 표면이 분리되는 점의 상기 기록 매체 반송 방향의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 가열 수단은 그 내부에 탄성층과 열원으로 이루어지는 회전가능한 가열 롤러인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 가열 수단은 탄성층, 열원, 무단 형상 가열 부재, 및 상기 무단 형상 가열 부재를 유지하는 복수의 회전가능한 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
8. 상이한 컬러의 토너 화상을 형성하기 위한 복수의 현상 수단;

   상기 현상 수단의 토너 화상을 그 표면에 부착시키는 감광 수단;

   상기 감광 수단의 토너 화상을 전사하는 중간 전사 수단;

   상기 중간 전사 수단의 토너 화상을 기록 매체에 전사하는 전사 수단; 및

   미정착의 토너 화상을 부착한 채로 기록 매체를 반송하여 가압 수단에 포함되는 무단 형상 부재와 탄성층 및 열원을 포함하는 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜, 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착하는 정착 장치로 이루어지는 화상 형성 장치에 있어서:

   상기 가압 수단의 단부면은 무한 평판을 사용하여 상기 가열 수단이 압접될 때 형성된 닙부에서 상기 기록 매체의 표면과 상기 가열 수단의 표면이 분리되는 점의 상기 기록 매체 반송 방향의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
9. 미정착의 토너 화상을 부착한 채로 기록 매체를 반송하여 가압 수단에 포함되는 무단 형상 부재와 탄성층 및 열원을 포함하는 가열 수단에 의해 형성되는 닙부를 통과시켜, 기록 매체상의 미정착 토너 화상을 정착하는 정착 장치에 있어서;

   닙부에서 상기 기록 매체의 표면과 가열 수단의 표면을 분리하는 점으로부터 기록 매체 표면을 따라 3.5㎜까지 분리된 점에서의 박리력은 0.04kgf/㎜ 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 가열 수단은 그 내부에 탄성층과 열원으로 이루어지는 회전가능한 가열 롤러인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 가열 수단은 탄성층, 열원, 무단 형상 가열 부재, 및 상기 무단 형상 가열 부재를 유지하는 복수의 회전가능한 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
12. 제 9 항에 기재된 정착 장치를 사용하여 기록 매체상에 정착을 수행하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.

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