KR100913444B1 - 화상 가열 장치 - Google Patents

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Abstract

화상 가열 장치는, 기록 재료 상의 화상을 닙부에서 가열하기 위한 가열 회전 부재와, 상기 가열 회전 부재와 협동하여 상기 닙부를 형성하는 닙부 형성 부재와, 상기 가열 회전 부재를 마찰시키기 위한 마찰 재료를 구비한 마찰 회전 부재를 포함하고, 이하를 만족시킨다.
7 × 10-3 ≤ (P/πHtanθ)·(|V-v|/V) ≤ 68×10-3
여기서,
P : 상기 가열 회전 부재에 대한 상기 마찰 부재의 하중 [N]
V : 상기 가열 회전 부재의 외주 속도 [mm/sec]
v : 상기 마찰 부재의 외주 속도 [mm/sec]
H : 상기 가열 회전 부재의 미소 경도 [GPa]
θ : 상기 마찰 부재의 반꼭지각[°]
정착 롤러, 가압 롤러, 리프레쉬 롤러, 화상 형성 장치, 정착 장치

Description

화상 가열 장치 {IMAGE HEATING APPARATUS}
본 발명은 기록 재료 상의 토너 화상을 가열하기 위한 화상 가열 장치에 관한 것이다. 이러한 화상 가열 장치로서, 기록 재료 상에 정착되지 않은 토너 화상을 가열함으로써 정착시키기 위한 정착 장치, 기록 재료 상에 정착된 토너 화상을 가열함으로써 화상의 광택도를 향상시키기 위한 광택도 향상 장치 등이 있다. 이러한 화상 가열 장치는 복사기, 프린터 및 팩시밀리 기기와 같은 전자사진방식 프로세스를 이용하는 화상 형성 장치용으로 이용될 수 있다.
전자사진방식 등을 이용하는 화상 형성 장치에서, 정착 장치는 기록 재료 상의 토너에 의해 기록 재료에 형성된 화상을 정착시키기 위해 이용된다. 이러한 정착 장치로써, 정착 롤러와 가압 롤러를 이용하는 롤러 쌍 방식 정착 장치가 널리 이용된다.
최근, 이형제를 함유한 토너를 화상 형성용으로 이용되는 오일레스 정착 장치가 널리 이용되었다. 이러한 오일레스 정착 장치는 코어 금속 상에 적층된 탄성층과 이형층을 갖는 정착 롤러를 포함한다. 이형층은 플루오르네이티드화 수지 재료와 같은 가장 우수한 이형 특성을 갖는 재료를 포함하고, 이러한 표면에 가장 우 수한 이형 특성을 갖는 튜브를 제조하여 이용한다.
최근에, 광택 불균일성을 갖지 않는 고광택 화상 형성의 요구가 증가하였고 이를 얻기 위해, 전술한 오일레스 정착 장치가 바람직하다.
그러나, 광택 비균일성을 갖지 않는 고광택 화상을 형성하기 위해서는 과거에는 중요치 않았던 문제점이 중요하다. 달리 말하면, 정착 롤러의 표면의 사용에 의해 제공된 비평탄함이 큰 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 이는 이하에서 상세히 설명된다.
정착 롤러의 표면의 상태에 영향을 주는 계수 중 가장 주목할 만한 것은 기록 재료의 제조 동안 수행되는 재단 단계에 의해 기록 재료 주위의 에지에 형성된 플래쉬이다. 플래쉬의 크기는 기록 재료의 종류에 따라 상이하지만, 큰 플래쉬의 크기는 수 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터이다.
도11에 도시된 바와 같이, 이러한 플래쉬를 갖는 기록 재료가 정착 롤러(1)와 가압 롤러(2)에 의해 협지 반송될 때, 이러한 플래쉬는 정착 롤러의 표면에 미소한 리세스를 제공한다.
특히, 동일한 폭의 기록 재료가 정착 장치에 연속적으로 공급될 때, 정착 롤러의 손상은 최대가 된다.
그 결과, 깊고 큰 스크래치(매끄럽지 않음 또는 피트 및 돌출부)가 기록 재료와 접촉하는 정착 롤러의 부분[도9의 a에서 영역(III)]에 형성된다. 한편, 기록 재료의 플래쉬와는 접촉하지 않는 정착 롤러의 부분[도9의 a의 영역(Ⅰ), (Ⅱ)]에는 이러한 플래쉬에 기인한 깊은 스크래치가 형성되지 않는다. 도9는 작은 크 기(A4 크기의 용지를 종방향 이송하는 경우)의 기록 재료에 정착 처리를 연속적으로 실시한 후에, 정착 롤러의 표면 거칠기(Rz)를 나타낸다.
도면에 도시된 바와 같이, 정착 처리가 국부적인 깊은 스크래치를 갖는 상태로 큰 크기의 기록 재료에 가해질 때, 정착 화상의 광택도는 불균일하고 따라서, 화상 품질은 저하된다. 보다 상세히는, 플래쉬에 기인한 깊은 스크래치는 정착 화상에서 나타나고, 정착 화상의 일부는 평활하지 않게 된다. 그 결과, 정착 화상의 광택도는 큰 면적에 대해 부분적으로 저하된다.
도12에 도시된 바와 같이, 깊은 스크래치는 정착 롤러의 전체 외주에 걸쳐 연장되는 이러한 플래쉬에 기인하고, 따라서, 낮은 광택도를 갖는 부분이 화상에 연속적으로 형성된다.
이러한 방식으로, 정착 롤러의 표면의 불균일 상태가 국부적으로 상이할 때, 이러한 정착 롤러의 불균일 상태는 토너층에 반영된다.
달리 말하면, 고광택이고 고화질인 화상을 형성하기 위해, 정착 롤러의 표면의 상태를 안정적으로 유지하는 것이 바람직하다.
일본 특허 출원 공개 평7-89257호, 일본 특허 출원 공개 평2-266383호 및 일본 특허 출원 공개 평4-213482호는 세척 웨브(니켈 도금 웨브)에 의해 정착 롤러가 연마되는 정착 장치가 개시된다. 여기서, 이러한 세척 웨브에 의한 연마에 의해 정착 롤러의 표면으로부터 오물을 제거하는 의도가 있다.
그렇지만, 전술한 문헌에서, 정착 롤러의 표면은 마모되고 새로운 표면이 노출되므로, 정착 롤러의 수명 감소는 피할 수 없다. 특히, 플루오르네이티드 수지 재료와 같은 이형층을 표면에 구비한 정착 롤러가 이러한 방법에 의해 연마되면, 이형 기능은 손상되고, 그 후의 정착 처리 시에 토너가 정착 롤러에 대해 오프셋되고, 정착 불량이 발생된다. 그 결과, 정착 롤러의 빈번한 교환이 요구된다.
본 발명의 목적은, 가열 회전 부재의 수명 저하를 억제하면서, 화상에 광택 불균일의 발생을 억제 할 수 있는 정착 장치와 같은 화상 가열 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따라, 화상 가열 장치는 기록 재료 상의 화상을 닙부에서 가열하기 위한 가열 회전 부재와, 상기 가열 회전 부재와 협동하여 상기 닙부를 형성하는 닙부 형성 부재와, 상기 가열 회전 부재를 마찰시키기 위한 마찰 재료를 구비한 마찰 회전 부재를 포함하고, 이하를 만족시킨다.
7 × 10-3 ≤ (P/πHtanθ)·(|V-v|/V) ≤ 68×10-3
여기서,
P : 상기 가열 회전 부재에 대한 상기 마찰 부재의 하중 [N]
V : 상기 가열 회전 부재의 외주 속도 [mm/sec]
v : 상기 마찰 부재의 외주 속도 [mm/sec]
H : 상기 가열 회전 부재의 미소 경도 [GPa]
θ : 상기 마찰 재료의 반꼭지각[°]
본 발명은 본원에 개시된 구성을 참조하여 설명되지만, 본 출원은 그 세부 사항에 한정되지 않고 본 출원은 이하의 청구의 범위의 범주 또는 그 개성의 목적 내에서 이루어질 수 있는 이러한 변경 또는 변화를 포함하도록 의도된다.
이러한 구성에 의해, 가열 회전 부재의 수명 저하를 억제하면서, 화상에 광택 불균일의 발생을 억제 할 수 있는 정착 장치와 같은 화상 가열 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 화상 가열 장치가 도면을 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.
실시예1
본 예에서, 화상 가열 장치는 기록 재료에 형성된 정착되지 않은 토너 화상을 위한 정착 장치이다. 이러한 정착 장치의 설명에 앞서, 우선 화상 형성 장치의 화상 형성부에 관하여 설명한다.
(화상 형성 장치)
도1은 화상 형성 장치의 개략 단면도이다. 본 실시예에 따른 화상 형성 장치(100)는 전자 사진 방식의 총천연색 레이저 비임 프린터이다. 이러한 장치 내에는 제1, 제2, 제3 및 제4 화상 형성부(110a 내지 110d)가 병렬로 설치된다. 각 화상 형성부(110a내지 110d)에서는, 각각 다른 색의 토너 화상이 잠상 형성, 현상, 전사 처리를 거쳐서 형성된다.
각각의 화상 형성부(110a 내지 110d)는 화상 담지 부재로서, 드럼형의 전자사진 감광 부재, 즉 감광 드럼(111a 내지 111d)을 구비한다. 각각의 감광 드럼(111a 내지 111d)은 도면에서 화살표(R1) 방향으로 소정의 표면 이동 속도(원주 속도)로 회전된다. 감광 드럼(111a 내지 111d) 상에 각 컬러의 토너 화상이 형성된다. 중간 전사 부재로서의 중간 전사 벨트(120)가 각 감광 드럼(111a 내지 111d)에 인접하여 제공된다. 각 감광 드럼(111a 내지 111d) 상에 형성된 각 컬러의 토너 화상은 1차 전사부(N1a 내지 N1d)에서 중간 전사 벨트(120) 상에 1차 전사되고, 2차 전사부(N2)에서 기록 재료(S) 상으로 2차로 전사된다. 토너 화상이 전사된 기록 재료(S)는 정착 장치(130)로 반송된다. 정착 장치(130)에서 기록 재료(S)를 가열 및 가압함으로써, 기록 재료(S)에 토너 화상이 정착된다. 그 후에, 기록 재료(S)는 기록 화상으로서 장치 외부로 배출된다.
각 화상 형성부(110a 내지 110d)에서, 감광 드럼(111a 내지 111d)의 주위에는, 대전 수단으로서의 대전 롤러(112a 내지 112d) 및 현상 수단으로서의 현상 장치(114a 내지 114d)가 배치된다. 각 감광 드럼(111a 내지 111d)의 주위에는, 1차 대전 수단으로서의 1차 전사 롤러(115a 내지 115d) 및 세척 수단으로서의 세척기(116a 내지 116d)가 제공된다. 또한, 도면에서 각 감광 드럼(111a 내지 111d)의 위에는, 광원 장치 및 폴리곤 미러를 구비한 노광 수단으로서의 레이저 스캐너(113a 내지 113d)가 제공된다.
감광 드럼(111a 내지 111d)은 대전 롤러(112a 내지 112d)에 의해 사실상 균일하게 대전된다. 레이저 스캐너(113a 내지 113d)에서, 드럼은 광원 장치로부터 발생한 레이저 비임이 회전하는 폴리곤 미러에 의해 주사된다. 주사 광의 비임은 반사 미러에 의해 편향되어, fθ렌즈에 의해 감광 드럼(111a 내지 111d)의 외주 표면 상에서 집광된다. 이러한 방식으로, 감광 드럼(111a 내지 111d)이 노광됨으로써, 감광 드럼(111a 내지 111d) 상에 화상 신호에 따른 정전 화상(잠상)이 형성된다.
각 현상 장치(114a 내지 114d)에는, 현상제로서 각각 옐로우, 마젠타, 시안, 블랙의 토너가 소정량 충전되어 있다. 공급장치(117a 내지 117d)에 의해 각 현상 장치(114a 내지 114d)로 토너가 적당하게 보급된다. 각 현상 장치(114a 내지 114d)는, 각각 감광 드럼(111a 내지 111d) 상의 잠상을 옐로우 토너 화상, 마젠타 토너 화상, 시안 토너 화상 및 블랙 토너 화상으로 가시화한다.
중간 전사 벨트(120)는 도면에서 화살표(R2)방향으로 감광 드럼(111a 내지 111d)과 동일한 표면 이동 속도(원주 속도)로 회전 구동된다.
예를 들어, 총천연색 화상 형성시에, 감광 드럼(111a) 상에 제1 컬러의 (옐로우) 토너 화상이 형성되고, 드럼 표면에 담지된다. 감광 드럼(111a)과 중간 전사 벨트(120)는 서로 접촉하여 닙부(1차 전사부)(N1a)를 형성한다. 옐로우 토너 화상이 이러한 닙부(N1a)를 통과할 때, 중간 전사 벨트(120)의 외부 표면에 전사(1차 전사)된다. 이 때, 1차 전사 롤러(115a)를 거쳐서 중간 전사 벨트(120)에 1차 전사 바이어스 전압이 인가되고, 이러한 1차 전사 바이어스 전압에 의해 형성되는 전계와 압력에 의해서, 감광 드럼(111a)으로부터 중간 전사 벨트(120)로 토너 화상이 전사된다.
유사하게, 제2 컬러의 마젠타 토너 화상, 제3 컬러의 시안 토너 화상 및 제4 컬러의 블랙 토너 화상이 순차적으로 중간 전사 벨트(120) 상에 중첩해서 전사되어, 의도된 컬러 화상에 대응한 합성 컬러 토너 화상이 형성된다.
2차 전사부(N2)에는, 2차 전사 수단으로서의 2차 전사 롤러(121)가 중간 전사 벨트(120)에 평행하게 지지된다. 도면에서, 2차 전사 롤러(121)는 중간 전사 벨트(120)의 하부 표면부에 접촉한다. 2차 전사 롤러(121)에서, 2차 전사 바이어스 전압 공급원에 의해 소정의 2차 전사 바이어스 전압이 인가된다.
한편, 기록 재료 공급 수단(140)에서, 급지 카세트(141)로부터 정합 롤러(142), 전사 전 가이드(도시 생략) 등을 통과하여 기록 재료(S)가 공급된다. 중간 전사 벨트(120)와 2차 전사 롤러(121)는 닙부(2차 전사부)(N2)를 형성하도록 서로 접촉한다. 기록 재료(S)는 소정의 타이밍에서 닙부를 통해 급송된다. 이와 동시에, 2차 전사 바이어스 전압이 2차 전사 바이어스 전압 공급원으로부터 2차 전사 롤러(121)에 인가된다. 이러한 2차 전사 바이어스 전압에 의해, 중간 전사 벨트(120) 상에 중첩 전사된 합성 컬러 토너 화상은 중간 전사 부재(130)로부터 기록 재료(S)에 전사(2차 전사)된다.
1차 전사가 종료한 후, 각 감광 드럼(111a 내지 111d) 상에 잔류하는 토너(전사 잔류 토너)는 세척기(116a 내지 116d)에 의해 제거, 수집된다. 이러한 방식으로 각 감광 드럼(111a 내지 111d)은 세척되고, 다음 잠상의 형성을 위해 준비된다. 중간 전사 벨트(120) 상에 잔류된 토너 및 다른 이물질은 중간 전사 벨트(120)의 표면에 접촉된 세척 웨브(부직포)(122)에 의해, 닦여진다.
토너 화상을 담지한 기록 재료(S)는 2차 전사부(N2)로부터 후술하는 정착 장치(130) 내로 도입된다. 정착 장치(130)에서, 토너 화상은 기록 재료(S)에 가해진 열과 압력에 의해 전사 재료(S) 상에 정착된다.
(정착 장치)
도2는 본 발명에 따른 화상 가열 장치인 정착 장치(130)의 일 실시예의 개략단면도이다. 정착 장치(130)는 기록 재료(S) 상의 화상을 가열하기 위한 가열 회전 부재로서의 정착 롤러(정착부재)(1)와, 정착 롤러(1)에 접촉하여 닙부(정착 닙부)(N3)를 형성하기 위한 회전 가능한 가압 회전 부재로서의 가압 롤러(가압 부재)(2)를 갖는다. 정착 롤러(1)는 그 내부에 제공된 가열원(15)으로 가열하고, 토너 화상을 담지한 기록 재료(S)는 정착 닙부(N3)로 협지 반송되어, 토너 화상은 기록 재료(S)에 정착된다. 본 실시예에서, 정착 장치(130)는 정착 롤러(1)의 표면을 마찰시킴으로써 표면 특성을 회복시키는 마찰 부재로서 회전 가능한 리프레쉬 롤러(3)를 구비한다.
이하에 설명되는 바와 같이, 리프레쉬 롤러(3)는 기록 재료(S)의 통과에 의해 거칠어진 정착 롤러(1)의 표면과, 손상되지 않은 표면 모두에 마찰 스크래치를 추가한다. 이에 의해, 화상의 광택도의 차이는 이러한 차이가 관찰되지 않는 정도로 감소된다. 리프레쉬 롤러(3)는 정착 롤러(1)의 표면을 사실상 깎여지지 않고, 스크래치를 마찰시킨다. 달리 말하면, 리프레쉬 롤러(3)는 정착 롤러(1)의 표면을 거칠게 함으로써 표면 상태를 바람직한 수준까지 불균일하게 한다. 이에 의해, 바람직하지 않은 화상의 광택도의 차이가 억제된다.
(1) 정착 롤러
정착 롤러(1)는 금속 코어 샤프트(기층)(11)와, 고무층을 포함하는 탄성층(12)과 표면층으로서의 이형층(13)을 포함한다. 본 실시예에서는, 코어 샤프트는 외부 직경이 68mm인 알루미늄으로부터 이루어지는 중공 코어 금속이다. 탄성층은 고무 경도 20도(JIS-A 1kg 하중)의 실리콘 고무층이고, 두께 1.0 mm로 성형한다. 표면 이형층은 두께 30 ㎛의 플루오르네이티드 수지 재료의 코팅층이다. 정착 롤러의 외부 직경은 70 mm이다. 정착 롤러(1)는 종방향(회전축 방향)에 대해 코어 금속(11)의 대향 단부에 제공된 지지 부재에 의해 회전 가능하게 지지된다. 이는 구동 수단으로써 도시되지 않은 모터에 의해 도면에서 화살표 방향으로 회전된다.
이형층(13)은 가장 우수한 이형성을 갖는 플루오르네이티드 수지 재료로 형성된 플루오르네이티드 수지 재료 튜브이다. 플루오르네이티드 수지 재료로서, PFA 수지 재료(테트라플루오리네이트 에틸렌 수지 재료와 퍼플루오르알콕시에틸렌 수지 재료의 공중합체 수지 재료), PTFE(테트라플루오리네이티드 에틸렌 수지 재료) 등이 이용 가능하다. 본 실시예에서, 이형층(13)의 재료는 PFA 수지 재료 튜브이다. 정착 롤러(1)의 표면층으로써의 이형층(13)의 두께는, 바람직하게는 10 ㎛ 이상이고 60 ㎛이하이다. 특히, 본 실시예에서, 정착 롤러(1)의 표면층의 미소 경도는 본 실시예에서는 1.0 GPa이다. 미소 경도의 세부 사항에 관해서는 후술한다.
정착 롤러(1)는 내부에 가열원으로서 할로겐 히터(15)를 포함한다. 도시되 지 않은 온도 센서와 도시되지 않은 온도 제어 회로에 의해 160도를 제공하도록 온도 조절된다.
(2) 가압 롤러
가압 롤러(2)는 금속 코어 샤프트(기층)(21)와, 고무층을 포함하는 그 위의 탄성층(22)과, 그 위에 표면층으로서 이형층(23)을 포함한다. 본 실시예에서, 코어 샤프트는 외부 직경 48 mm의 알루미늄의 중공 코어 금속이다. 탄성층은 고무 경도 20 도(JIS-A 1kg 하중)이고 1.0 mm 두께인 실리콘 고무이다. 이형층은 두께 30 ㎛의 플루오르네이티드 수지 재료의 코팅층이다. 가압 롤러의 외부 직경은 50 mm이다. 가압 롤러(2)는 종방향(회전축 방향)에 대해 코어 금속(21)의 대향 단부에 제공된 지지 부재에 의해 회전하도록 지지된다. 가압 롤러(2)의 종방향 대향 단부에서 지지 부재는 압박 수단으로서의 가압 스프링(도시 안함)에 의해 압박됨으로써, 가압 롤러(2)는 소정의 압력으로 정착 롤러(1)에 대해 가압된다. 이에 의해, 정착 롤러(1)와 가압 롤러(2) 사이의 외주 이동 방향으로 측정된 소정폭을 갖는 정착 닙부(N3)가 형성된다. 본 실시예에서, 가압 롤러(2)는 정착 롤러(1)에 대하여 총 압력 800 N으로 가압된다.
본 실시예에서는, 정착 롤러(1)의 표면 이동 속도(외주 속도)는 220 mm/sec이다. 이러한 정착 롤러(1)의 외주 속도는 화상 형성 장치(100)의 처리 속도(화상 출력 속도)에 상당한다.
(3) 리프레쉬 롤러
도3을 또한 참조하면, 마찰 부재로서의 리프레쉬 롤러(3)는 외부 직경 12 mm 의 SUS304(스테인리스 스틸)의 코어 금속(기재)(31)과, 고밀도로 제공된 연마 입자에 의해 구성된 마찰 재료로써의 마찰층(표면층)(33) 및 그 사이의 바인딩층(중간층)(32)을 포함한다.
도4는 리프레쉬 롤러(3)의 개략 단면도이다. 리프레쉬 롤러(3)의 표면층의 마찰층(33)을 구성하는 마찰 재료(33A)로서, 사용 가능한 재료는 바인딩층(32)에 의해 접착된 연마 입자의 형태인 알루미늄 옥사이드, 알루미늄 하이드록사이드, 실리콘 옥사이드, 세륨 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 지르코니아, 리튬 실리케이트, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 철 옥사이드, 크롬 옥사이드, 안티몬 옥사이드, 다이아몬드 및 이들 재료의 혼합물을 포함한다.
본 실시예에서는, 마찰 재료(33A)는 알루미나 재료(알루미늄 옥사이드)["알런덤(Alundum)" 또는 "몰런덤(Molundum)"이라고 지칭됨]이다. 알루미나 재료는 가장 폭넓게 이용되는 연마 입자이다. 재료는 정착 롤러(1)와 비교해서 충분히 높은 경도를 갖고, 예각 형상을 가져서 기계 가공성이 우수하고, 이러한 이유로 본 실시예의 마찰 재료(33A)로서 바람직하다.
리프레쉬 롤러(3)는 코어 금속(31)의 종방향(회전축 방향)에 대해 대향 단부에 제공된 지지 부재에 의해 회전하도록 지지된다. 리프레쉬 롤러(3)는 구동 수단으로서의 모터(34)에 의해 회전 가능하다. 리프레쉬 롤러(3)의 종방향 대향 단부의 지지 부재는 압박 수단으로서의 가압 스프링(도시 안함)에 의해 압박됨으로써, 리프레쉬 롤러(3)는 정착 롤러(1)에 대해 소정의 압력으로 가압된다. 이에 의해, 리프레쉬 롤러(3)와 정착 롤러(1) 사이의 각각의 표면 이동 방향에 대해서 소정의 폭을 갖는 마찰 닙부(N4)가 형성된다. 리프레쉬 롤러(3)는, 리프레쉬 롤러(3)와 정착 롤러(1) 사이의 접촉부(마찰부)에서 롤러의 표면 이동 방향에 대해 순방향 또는 역방향으로 회전될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 바람직하게는 정착 롤러(1)와 리프레쉬 롤러(3) 사이에 외주 속도 차가 있다.
가압력, 회전 방향, 표면 이동 속도(외주 속도)와 같은 리프레쉬 롤러(3)의 구조 및 작동이 후술된다.
(4) 정착 롤러의 표면 상태
여기서, 기록 재료(S)의 통과에 의한 정착 롤러의 표면 상태의 변화에 관하여 설명한다.
본 발명자는 정착 롤러(1)의 표면이, 시트 통과에 의한 어택, 종이 먼지, 오프셋 토너 등의 오염으로 점진적으로 손상되는 문제, 특히 시트 통과에 의한 어택의 문제를 검토하였고, 이하와 같은 사실을 발견하였다.
많은 기록 시트가 일정한 위치에서 정착 롤러(1)로 공급되면, 정착 롤러(1)의 거칠기는 불균일하게 된다. 상세히는 도9의 (a)에 도시한 바와 같이 정착 롤러(1)의 표면의 거칠기 및 기타 사항은 (I) 시트 통과 영역, (II) 시트 비통과 영역 및 (III) 시트 통과 영역과 시트 비통과 영역 사이의 경계의 에지부에 대응하는 영역에서 서로 상이하다.
플루오리네이티드 수지 재료와 같은 표면 이형층을 구비한 정착 롤러(1)의 표면은 경면 상태이며, 사용 초기의 상태에서는, 표면 거칠기(Rz)(JIS 10점의 평균 거칠기)는 약 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛이다. 정착 롤러(1)의 기록 용지 통과 영역(i)에 서, 정착 롤러(1)의 표면은 종이 섬유 및 토너의 외부적으로 첨가된 재료에 의한 어택에 의해 점진적으로 고르게 된다. 이러한 영역의 정착 롤러(1)의 표면 거칠기(Rz)는 약 1.0 ㎛까지 서서히 증가된다(도10).
표면 거칠기(Rz)는, 가부시끼가이샤 고사까 겐뀨쇼로부터 입수 가능한 표면 거칠기 측정기 SE-3400을 사용한다. 측정 조건으로써, 전송 속도는 0.5 mm/s, 컷오프는 0.8 mm, 측정 길이는 2.5 mm이다.
전술한 바와 같이, 기록 용지의 주변 에지(이하, 에지부라고 지칭함)에는 용지를 절단할 때에 발생하는 플래쉬가 있다(도11). 이러한 이유로, 에지부에 대응하는 영역(III)에서, 정착 롤러(1)에 대한 어택이 비교적 크고, 이러한 영역의 정착 롤러(1)의 표면 거칠기(Rz)는 약 1.0 ㎛ 내지 2.0 ㎛로 점진적으로 증가된다(도10). 큰 크기의 용지로부터 재단 단계에서 재단 블레이드가 마모되고 예리함이 손상될 때, 플래쉬가 발생하기 쉽다.
기록 용지가 통과하지 않는 영역(II)에서는, 정착 롤러(1)의 표면은, 대향하는 가압 롤러(2)에 접촉한다. 이러한 영역의 정착 롤러(1)의 표면 거칠기(Rz)는 약 1.0 ㎛까지 용지 통과 영역(I)에 비해 점진적으로 느리게 증가된다.
그 결과, 연속 용지 통과 후의 정착 롤러의 표면 거칠기는 다음과 같이 변화된다.
에지부와의 접촉부(III) > 용지 통과 영역(I) > 용지 비통과 영역(II) >초기 상태
이러한 이유로, 정착 롤러(1)의 표면 상태는 종방향 위치에 따라 다르다.
정착 롤러(1)의 표면 상태와 화상의 광택 불균일에 관해서 설명한다.
정착되지 않은 토너 화상이 기록 재료(S) 상에 정착할 때, 정착 장치(130)는 기록 재료(S)에 압력 및 열을 가한다. 이 때, 정착 롤러(1)의 미소한 표면 상태가 정착 후의 토너 화상의 표면에 각인된다. 정착 롤러(1)상의 표면 상태가 변화하면, 이에 대응해서 토너 화상 위로 표면 상태의 차이가 나타난다. 그 결과, 화상에 광택 불균일(광택도의 불균일)이 발생한다(도12).
특히 이러한 현상은 높은 표면 평활도를 갖는 고광택 코팅 용지에서 현저하다. 사무실에서 사용하는 고품질 용지의 경우에, 이는 일반적으로 보이지 않는 수준이다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 시트의 에지부에 의한 스크래치의 발생은 용지 종류에 의존하지만, 용지 재단시의 플래쉬가 많이 발생하는 용지의 경우에, 스크래치는 비교적 크다. 다른 두꺼운 용지, 코팅 용지 등의 에지부에 따른 스크래치는 비교적 적다.
일반적으로, 정 반사된 광 화상이 높은 재현성을 갖는 경우에, 광택도는 높다. 재현성이 낮거나 또는 없을 때 광택도는 낮다. 예를 들면, 형광등 조명 하에서 필름 사진 화상을 보면, 형광등의 광뿐만 아니라, 형광등의 형상까지 반사된다. 이러한 경우, 의식하지 않더라도 고광택이라고 인식한다. 이는 사진 화상의 표면 상태가 평활하고 경면이기 때문이다. 한편, 저광택의 경우, 역으로 적용된다. 화상 표면이 평활하지 않은 상태에서, 형광등의 광은 확산되어, 그 형상은 화상에 반사되지 않는다. 이렇게, 화상의 표면 상태의 평활도와 광택 사이에는 상관이 있다.
이러한 이유로, 특히 고품질 화상을 요구하는 고광택의 코팅 용지에 화상을 정착하는 경우에는, 정착 롤러(1)의 에지부에 대응하는 위치(거친 위치)에 저광택의 스트립이 나타나거나, 또는 용지 통과 영역과 용지 비통과 영역 사이에 광택도 차가 발생한다. 이러한 방식으로, 화상에 불균일한 광택이 발생된다.
(5) 리프레쉬 롤러에 의한 마찰 동작(리프레쉬 동작)
본 실시예에서는, 전술한 바와 같이 기록 재료(S)의 통과에 의해 손상된 정착 롤러(1)의 표면에 의한 화상의 광택 불균일을 리프레쉬 롤러(3)를 이용해서 제거한다. 보다 상세히는, 표면 상태의 비평활도의 차이는 리프래쉬 롤러(3)에 의해 정착 롤러(1)의 종방향(용지 통과 영역, 용지 비통과 영역 및 에지부와의 접촉 영역)을 통해 미세한 마찰 스크래치를 부과함으로써 제거된다. 이러한 방식으로, 리프레쉬 롤러(3)에 의해 정착 롤러(1)의 표면 상태를 변경시킬 수 있다. 이에 의해, 화상의 에지부에 대응하는 부분에서 저광택 스트립이나 용지 통과 영역과 용지 비통과 영역 사이의 광택도의 차를 해소한다. 달리 말하면, 정착 롤러의 표면 상태는 개선될 수 있다. 이러한 다수의 미세한 마찰 스크래치를 부과하는 리프레쉬 롤러(1)에 의해 정착 롤러(1)에 제공된 스크래치는 화상에서는 보이지 않는다. 달리 말하면, 이러한 실시예에서, 정착 롤러(1)의 표면의 스크래치는 미세한 마찰 스크래치가 중첩되어 기록 재료(S)에서는 보이지 않는다[도9의 (b)].
보다 구체적으로는, 예를 들면 플루오르네이티드 수지 재료층과 같은 표면 이형층을 구비한 정착 롤러(1)의 경우, 거칠어지지 않은 정착 롤러(1) 표면의 표면 거칠기(Rz)는 약 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛이고, 롤러의 거칠어진 표면(방향성이 없는 리 세스)의 표면 거칠기(Rz)는 약 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛이다. 한편, 후술하는 바와 같이, 본 실시예에서 정착 롤러(1)는 표면 거칠기(Rz)가 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛에 대응하는 마찰 스크래치(방향성이 있는 가는 리세스)를 갖는 리프레쉬 롤러(3)의 마찰 동작에 의해 정착 롤러(1)의 회전 방향을 따라 긁혀진다. 게다가, 마찰 재료(33A)에 의한 폭이 10 ㎛ 이하인 마찰 스크래치(리세스)는 100 ㎛ 당 10개 이상의 비율로 회전축 방향으로 형성된다. 이에 의해, 정착 롤러(1)의 표면은 재생되거나 복구된다.
여기에서, 리프레쉬 롤러(3)에 의한 마찰 동작은 정착 롤러(1)의 표면에 의도적으로 양각인 미세한 마찰 스크래치를 부과한다. 이는 정착 롤러(1)의 표면을 깍아냄으로써 그 아래의 부분을 노출시키는 것을 의미하거나 의도하지는 않는다. 즉, 리프레쉬 롤러(3)에 의한 정착 롤러(1)의 마찰 수준은 종래의 정착 롤러(1)를 연마하는 수준이 아니고, 정착 롤러(1)의 표면의 불균일 상태를 초기 상태로 복귀하기 위한 수준(부조 또는 각인 수준)이다. 달리 말하면, 정착 롤러(1)의 표면 상태는 리프레쉬 롤러(3)를 이용하여 정착 롤러(1)를 마찰시킴으로써 복귀된다. 이러한 이유로, 리프레쉬 롤러(3)에 의한 정착 롤러(1)의 이형층(13)의 마모량은 정착 롤러(1)의 수명 이후에도 측정 불가능한 수준이거나 또는 측정 오차 수준 내이 있다. 그러나, 정착 롤러(1)는 리프레쉬 롤러(3)에 의해 손상되기 때문에, 이러한 깎임량은 정착 롤러(1)의 표면이 전혀 깍이지 않는 것을 의미하지는 않는다.
(6) 마찰 동작의 실행
리프레쉬 롤러(3)는 화상 형성 동안 항상 정착 롤러(1)를 마찰시킬 필요는 없다. 예를 들면, 시트 처리 카운터가 제공되고, 시트 처리 매수에 따라 정기적으로 또는 자동적으로 마찰 동작이 수행될 수 있다. 선택적으로는, 사용자가 화상의 광택 불균일이 우려될 때 마찰 작동이 수행된다. 이를 달성하기 위해, 작동 버튼이 사용자 선택 모드로써 화상 형성 장치(100)의 작동부에 제공될 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 정착 장치(130)에서, 정착 롤러(1)쪽으로 또는 정착 롤러(1)로부터 리프레쉬 롤러(3)를 이동시킬 수 있는 분리/접촉 수단이 제공된다.
본 실시예에서, 분리/접촉 기구와 회전 기구를 갖는 리프레쉬 롤러(3)는 적절한 타이밍에서 정착 롤러(1)에 접촉된다. 분리/접촉 기구(16)에 의해 정착 롤러(1)에 대한 리프레쉬 롤러(3)의 분리/접촉 동작은, 제어 수단으로서의 콘트롤러(37)와 모터(34)에 의해 제어된다. 또한, 본 실시예에서는, 콘트롤러(37)는 리프레쉬 롤러(3)에 구동력을 전달하는 모터(34)의 동작을 제어한다. 리프레쉬 롤러(3)의 정착 롤러(1)에 대한 가압은 전술된 바와 같이, 리프레쉬 롤러(3)의 양단부를 스프링에 의해 가압함으로써 수행된다.
이러한 방식으로, 본 실시예에서 리프레쉬 롤러(3)는 분리/접촉 기구에 의해 정착 롤러(1)쪽으로 또는 정착 롤러(1)로부터 이동 가능하고, 일반적으로 화상 형성시의 이격 상태로부터, 원하는 타이밍에서 원하는 시간만큼 접촉 상태를 수행함으로써 정착 롤러의 표면이 변경될 수 있다.
특정예에서, 리프레쉬 롤러(3)는 다음 조건 하에서 정착 롤러(1)에 접촉할 수 있다. 즉, 화상 형성 장치(100)에서, 예를 들면 A3보다 폭의 작은 크기의 기록 재료(S)가 공급될 때, 그 누적 용지 통과 매수를 카운트한다. 누적 매수가 소정의 값을 초과했을 때(일반적으로 100매 내지 1000매, 예를 들면 500매), 화상 형성 장치(100)는 정착 롤러(1)의 마찰 모드를 수행한다. 마찰 모드에서, 화상 형성 동작이 일시적으로 정지된 상태에서, 리프레쉬 롤러(3)의 접촉/분리 기구(36)가 동작하고, 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)에 접촉하는 동작이 수행된다. 예를 들면, 가압 롤러(2)를 정착 롤러(1)로부터 이격시키는 기구가 제공되는 경우에, 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)에 접촉하는 동시에, 가압 롤러(2)를 정착 롤러(1)로부터 이격시킨다. 가압 롤러(2)의 분리 동작이 종료될 때, 정착 롤러(1)는 소정의 외주 속도(통상적으로, 화상 형성시의 외주 속도와 동일)로 회전 동작을 시작한다. 소정의 외주 속도 차가 있을 때 리프레쉬 롤러(3)는 회전 동작을 시작하고, 설정된 시간 동안 동작한다. 그 다음에, 정착 롤러(1)와 리프레쉬 롤러(3)가 동작을 종료하면 정상 화상 형성 상태로 복귀한다.
이러한 방식으로, 리프레쉬 롤러(3)의 접촉/분리 기구가 제공될 수 있다. 용지의 에지에 의해 발생하는 정착 롤러(1)상의 스크래치는 통상적으로는, 용지보다 큰 크기의 용지에 화상이 형성될 때 화상에 나타날 수 있다. 이러한 관점에서, 정착 롤러(1)에 리프레쉬 롤러(3)를 접촉시키는 동작은 이러한 용지 종류의 변경시에만 수행될 수 있다. 이에 의해, 정착 롤러(1)와 리프레쉬 롤러(3)의 수명은 바람직하게는 연장될 수 있다.
다른 예에서, 리프레쉬 롤러(3)는 다음 조건 하에서 정착 롤러(1)에 접촉할 수 있다. 즉, 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)에 대해 가압되는 타이밍은, 기록 용지의 에지나 이물질에 의해 정착 롤러(1)의 표면에 상처나 거칠기의 불균일이 발 생되고 화상에 상처 및 광택 불균일과 같은 화상 결함이 나타날 때 수행될 수 있다. 이러한 경우에, 사용자가 화상 형성 장치(100)의 조작부에서 정착 롤러(1)의 마찰 동작(균질화 처리)을 선택할 때, 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)에 대해 가압되고, 원하는 시간 동안 회전된다.
본 실시예에서는, 리프레쉬 롤러(3)는 전용의 구동 수단에 의해 구동되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 구동 기어에 의해 정착 롤러(1)에 대하여 외주 속도 차를 갖고 회전 구동되도록 정착 롤러(1)의 구동 수단으로부터 구동력이 전달될 수 있다. 예를 들어, 정착 롤러(1)와 리프레쉬 롤러(3)의 기어들은 1 대 2의 기어비로 연결되어, 정착 롤러(1)의 표면 속도의 2배의 표면 속도로 리프레쉬 롤러(3)를 구동할 수 있다.
(7) 시험
정착 롤러에 미세한 마찰 스크래치를 부여함으로써, 에지부에 의해 발생된 정착 롤러 상의 스크래치에 기인하는 광택 불균일을 제거하기 위한 정착 장치의 바람직한 설정에 대해서 자세하게 설명한다. 여기에서는, 마찰 부재와 마찰 동작의 상태를 변경함으로써, 정착 롤러에 상이한 수준의 스크래치가 주어지고, 화상의 광택 불균일을 제거하기 위한 능력을 조사하였다. 부가로, 손상 스크래치가 발생되는지 여부를 조사하였다.
(특정예 및 비교예)
표1은 후술되는 바람직한 장치 상태를 만족시키는 설정의 특정예와 비교예를 도시한다.
여기에서, 비교예로서는 오일 도포 형식의 정착 장치를 이용한다. 정착 장치의 정착 롤러는 외부 직경 68 mm의 알루미늄으로부터 이루어지는 중공 코어 금속과, 탄성층으로서 고무 경도 20 도(JIS-A 1kg 하중)의 실리콘 고무를 포함한다. 실리콘 고무는 1.0 mm 두께이고 외부 직경은 70 mm이다. 정착 롤러의 외주는 오일 도포 롤러가 접촉된다. 또한, 이러한 오일 도포 형식의 정착 장치의 정착 롤러의 표면층의 미소 경도는 0.02 GPa이다. 정착 장치의 가압 롤러는 외부 직경 48 mm의 알루미늄 중공 코어 금속과, 탄성층으로서 고무 경도 20 도(JIS-A 1kg 하중)의 실리콘 고무를 포함한다. 실리콘 고무는 1.0 mm 두께이고 외부 직경은 50 mm이다. 이러한 가압 롤러는 정착 롤러에 대하여 800 N의 총압력으로 가압된다.
오일레스 형식의 정착 장치는 표1에 도시된 다양한 상태 설정을 제외하고 본 실시예의 정착 장치와 유사한 구조이다.
정착 롤러 마찰 부재 속도(mm/sec) 압력(N) 시간
비교예1 오일 세척 웨브 ≒0 20 5초
비교예2 오일레스 세척 웨브 ≒0 20 5초
비교예3 오일레스 리프레쉬 롤러#4000 0 20 5초
비교예4 오일레스 리프레쉬 롤러#1000 220 회전 20 5초
비교예5 오일레스 리프레쉬 롤러#1000 220 회전 20 50초
비교예6 오일레스 리프레쉬 롤러#800 -110 20 5초
예1 오일레스 리프레쉬 롤러#1000 -110 20 5초
예2 오일레스 리프레쉬 롤러#4000 -110 20 5초
비교예7 오일레스 리프레쉬 롤러#6000 -110 20 5초
예3 오일레스 리프레쉬 롤러#4000 -110 10 5초
예4 오일레스 리프레쉬 롤러#4000 -110 100 5초
비교예8 오일레스 리프레쉬 롤러#4000 -110 150 5초
예5 오일레스 리프레쉬 롤러#4000 440 20 5초
비교예9 오일 리프레쉬 롤러#4000 -110 20 5초
도8에 도시된 바와 같이, 비교예1 및 2에서 정착 롤러(1)를 마찰시키기 위한 마찰 부재는 리프레쉬 롤러(3)가 아니고 세척 웨브(200)이다. 이러한 세척 웨브(200)는 일반적으로 내열성 섬유[노멕스(상표명)]로 제조된다. 세척 웨브(200)로써, 탄성층에 제공된 웨브 롤러(210)가 대향 종방향 양단부에서 20 N의 총압력으로 스프링에 의해 정착 롤러(1)에 대해 가압된다. 세척 웨브(200)는 권취 해제측(권취 해제 롤러)(211)으로부터 권취측(권취 롤러)(212)으로 기록 재료(S)의 1매 당 약 0.5 mm로 간헐적으로 이동한다. 그러나, 정착 롤러(1)의 외주 속도 220 mm/sec에 대해서는 사실상 정지하고 있다.
마찰 시간(마찰 동작 기간)은 마찰 부재에 의해 정착 롤러(1)의 표면을 스크래치 동작하는 기간이다. 정착 롤러(1)의 외부 직경은 70 mm이고 따라서, 외주 길이는 220 mm(70πmm)이며, 마찰 동작 시간 5초는 정착 롤러(1)의 5회전에 대응한다.
비교예3 내지 9 및 특정예1 내지 5에서는, 리프레쉬 롤러(3)가 사용된다. 전술된 바와 같이, 리프레쉬 롤러(3)는 외부 직경 12 mm의 SUS의 코어 금속(31)과 그 위의 바인딩층(32)을 갖는다. 바인딩층(32)에서, 연마 그레인(33A)은 조밀하게 접착된다(도4). 표1의 #800, #1000, #4000, #6000은 리프레쉬 롤러(3)의 연마 그레인(33A)의 입자 크기이다. 연마 그레인(33A)의 입자 크기는 소정의 분포 범위를 갖지만, 평균 입자 크기 #800은 약 20 ㎛에 대응하고, #1000 은 약 16 ㎛에 대응하고, #4000은 약 3 ㎛에 대응하고, #6000은 약 2 ㎛에 대응한다. 연마 그레인(33A)은 전술한 알루미나 형식이다.
연마 그레인의 평균 입자 크기는 전술한 연마 그레인의 그리트(grit) 번호에 대응하여 5 ㎛ 이상이고 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
여기서, 연마 그레인의 입자 크기는 주사형 전자 현미경 S-4500(일본의 가부시키가이샤 히타치 세이사꾸쇼로부터 입수 가능)을 이용하여 결정한다. 무작위로 100 개 이상의 연마 그레인을 추출하고, 화상 처리 해석 장치 Luzex3 (일본 고사까 가부시키가이샤오부터 입수 가능)을 이용해서 이러한 수의 평균 입자 크기가 계산된다.
롤러에 대한 압력(총 압력)(N)은 표면 압력 측정 분포 시스템 I-SCAN(일본의 닛따 가부시끼가이샤로부터 입수 가능)에 의해 측정된다. 측정은 정착 롤러와 가압 롤러가 정지된 상태에서 행해진다.
각각의 예에서, 리프레쉬 롤러(3)는 정착 롤러(1)에 대하여 10 N 내지 150 N의 총 압력으로 대향 종방향 단부의 스프링에 의해 가압된다.
비교예3에서 외주 속도 0 mm/sec는, 리프레쉬 롤러(3)가 정지되어 있는 것을 의미한다. 또한, 비교예4 및 5의 외주 속도 220 mm/sec는, 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)에 의해 구동된다는 것을 의미한다. 또한, 비교예6 내지 9 및 특정예 1 내지 4의 외주 속도 110 mm/sec는 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)에 대하여 접촉부에서 반대 방향으로 이동하는 바와 같이 110 mm/sec로 회전 구동되는 것을 의미한다. 또한, 특정예(5)의 외주 속도 440 mm/sec는 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)에 대하여 접촉부에서 같은 방향으로 접촉부에서 440 mm/sec로 회전 구동된다.
(시험 방법)
비교예 및 특정예의 시험 방법에 관하여 설명한다. 우선, 컬러 레이저 복사기(등록 상표)로 공급된 1000장의 시트(일본의 캐논 가부시끼 가이샤로부터 입수 가능한 고품질 용지 A4R)가 종방향으로 전술한 정착 장치 내로 공급된다. 용지의 측방향 단부(반송 방향에 대해 직각인 방향)의 에지부에 의해 정착 롤러의 표면에 스크래치가 형성된다. 이러한 시트의 기본 중량은 80 g/m2이다. 코팅된 시트 즉, O.K. 탑 코트 128 g/m2(시노지 가부시끼 가이샤로부터 입수 가능한 A4)가 폭방향으로 반송되어 균일한 시안 하프톤 명암의 균일한 화상이 형성된다. 이러한 화상의 A4R 폭의 측방향 단부에 대응하는 위치에서, 에지부에 의한 정착 롤러상의 스크래치(에지부 스크래치)에 기인하는 광택 불균일이 발견된다. 전술한 마찰 부재에 의한 제거로써 이용되는 스크래치(손상 스크래치)와 이러한 광택 불균일을 발생시키는지 여부에 대해 실험하였다. 정착 롤러(1)의 에지 스크래치부의 표면 거칠기(Rz)는 0.5 ㎛ 내지 2.0 ㎛이고, 100000매의 시트에 시트 처리 동작을 계속하더라도 표면 거칠기는 증가되지 않는다. 이러한 이유로, 1000매 처리 후에 평가가 수행된다. 유해한 효과를 확인하기 위해, 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향에 대해 닙부의 상류에 먼지와 같은 이물질이 체류하는지 여부를 확인하였다.
(시험 결과)
표2에 전술한 시험 결과를 도시한다.
광택 불균일 결함 손상 이물질 체류
비교예1 × × ×
비교예2 × × ×
비교예3 ○ × ×
비교예4 × ○ ○
비교예5 ○ ○ ○
비교예6 ○ × ○
예1 ○ ○ ○
예2 ○ ○ ○
비교예7 × ○ ○
예3 ○ ○ ○
예4 ○ ○ ○
비교예8 ○ × ○
예 ○ ○ ○
비교예9 ○ × ○
광택 불균일 ○: 아니오 ×: 예
결함 손상 ○: 아니오 ×: 예
이물질 체류 ○: 아니오 ×: 예
도13의 (a) 내지 (e)에서, 에지부에 대응하는 위치 근방의 정착 롤러(1)의 표면이 개략적으로 도시된다. 도13의 (a)는 마찰 동작을 수행하기 전의 정착 롤러(1)의 표면 상태이다. 이러한 상태에서, 화상에 광택 불균일이 발생한다. 도13의 (b)는 마찰 동작에 의해 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향을 따라 화상에서 보이는 정도의 스크래치가 형성되고, 에지 스크래치 부분과 다른 부분과의 사이에서의 거칠기의 차가 유지된 상태를 도시한다. 이러한 상태에서, 화상에 광택 불균일과 손상 스크래치가 발생한다. 도13의 (c)는 마찰 동작에 의해 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향을 따라 화상에서 보이는 정도의 스크래치가 형성되고, 에지부 스크래치 부분과 다른 부분과의 사이에서 거칠기의 차가 지워진 상태를 도시한다. 이러한 상태에서, 화상에 광택 불균일은 발생하지 않지만, 손상 스크래치가 발생한다. 도13의 (d)는 마찰 동작에 의해 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향을 따라 화상에서 보이지 않는 정도의 미세한 스크래치가 형성되지만, 에지부 스크래치 부분과 다른 부분과의 사이에서의 거칠기의 차가 남아 있는 상태를 도시한다. 이러한 상태에서, 화상의 광택 불균일은 발생하지만, 손상 스크래치는 발생하지 않는다. 도13의 (e)는 마찰 동작에 의해 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향을 따라 화상에서는 보이지 않는 정도의 미세한 스크래치가 형성되고, 에지부 스크래치 부분과 다른 부분과의 사이에서거칠기의 차가 지워진 상태를 도시한다. 이러한 상태에서, 화상 광택 불균일이나 손상 스크래치는 발생하지 않는다.
비교예1 및 2는 에지부 스크래치가 세척 웨브(200)에 의해 사라지는지 여부를 실험하기 위한 예이다. 오일 도포 형식 및 오일레스 형식에서, 에지부 스크래치에 의한 화상의 광택 불균일은 사라지지 않고, 게다가, 손상 스크래치가 형성된다. 마찰 동작 중에, 외부로부터의 이물질이 체류한다.
비교예3의 결과로부터, 리프레쉬 롤러(3)를 정착 롤러(1)에 접촉시키는 것 만으로(회전 없음), 에지부 스크래치에 의한 화상의 광택 불균일이 사라지지만, 이물질이 체류하고 손상 스크래치가 발생한다.
비교예4에서, 손상 스크래치를 방지하기 위해, 리프레쉬 롤러(3)는 정착 롤러(1)에 접촉하고 정착 롤러(1)에 의해 회전되지만, 에지 스크래치는 사라지지 않았다. 손상 스크래치는 발생하지 않았다. 마찰 동작 중에 외부로부터의 이물질은 체류하지 않았다.
비교예5에서, 비교예4의 마찰 시간은 연장된다. 즉, 비교예에서 스크래치는 비교예4의 회전 구동시에 정착 롤러에 가해지지 않고, 따라서 비교예5에서는 마찰 시간을 연장함으로써 에지 스크래치를 지우도록 시도했지만, 에지 스크래치에 의한 화상의 광택 불균일은 사라지지 않았다. 그러나, 이물질이 체류하지 않았고, 손상 스크래치도 발생하지 않았다.
전술한 바와 같이, 비교예1 내지 5에서, 세척 웨브(200)의 접촉, 리프레쉬 롤러(3)의 회전없이 접촉 및 리프레쉬 롤러(3)의 회전 구동에 의한 접촉이 시도되었지만, 광택 불균일을 억제하는 효과와 유해한 효과의 발생의 억제하는 효과 모두를 만족하는 결과를 얻지는 못했다.
비교예6 내지 9와 특정예1 내지 5에서는, 리프레쉬 롤러(3)가 회전되는 경우에 대해 조사하였다.
비교예6 및 7과 특정예1 및 2에서, 리프레쉬 롤러(3)는 그 표면이 접촉부에서 정착 롤러(1)에 대해 반대 방향으로 이동하도록 회전된다(반대 방향 구동). 리프레쉬 롤러(3)의 연마 그레인(33A)의 그리트는 #800(거침)으로부터, #1000, #4000, #6000(미세함)까지 변경된다.
그 결과, 에지부 스크래치에 의한 화상의 광택 불균일은 비교예6, 특정예1 및 2에서 지워질 수 있다. 그러나, 비교예7에서는, 연마 그레인(33A)의 그리트가 너무 미세하기 때문에, 화상의 광택 불균일은 소정의 경우 지워지지 않는다. 비교예6에서는, 연마 그레인(33A)의 그리트가 너무 거칠기 때문에, 소정의 경우에 정착 롤러(1)에 손상 스크래치가 발생하였다. 특정예1, 2 및 비교예7에서는 손상 스크래치가 발생하지 않았다. 리프레쉬 롤러(3)를 회전시킴으로써, 이물질은 체류하지 않았다. 이는 리프레쉬 롤러(3)를 회전시킴으로써 외부로부터 리프레쉬 롤러(3)와 정착 롤러(1)의 닙부 내로 진입한 이물질이 배출되는 것으로 생각된다.
특정예3, 4 및 비교예8에서, 리프레쉬 롤러(3)의 정착 롤러(1)의 가압력이 변경된다. 비교예1 내지 7 및 특정예1, 2에서는 총 압력은 20 N이지만, 특정예3, 4 및 비교예8에서, 총 압력은 10 N, 100 N, 150 N으로 변경된다. 그 결과, 특정예3 및 4에서, 광택 불균일의 억제와 유해한 효과의 방지의 관점에서 그 결과는 만족스러웠다. 비교예8에서, 광택 불균일의 억제 효과는 인정되었다. 그러나, 압력이 너무 크기 때문에, 정착 롤러(1) 상에 손상 스크래치가 발생하였다.
특정예5에서, 리프레쉬 롤러(3)의 회전 구동 방향은, 그 표면의 이동 방향이 접촉부에서 정착 롤러(1)와 같은 방향이 되도록 변경된다. 그 다음에, 정착 롤러(1)의 외주 속도의 2배의 외주 속도로 리프레쉬 롤러(3)를 회전시킨다. 그 결과, 전술한 동일 방향 구동의 경우와 유사하게, 광택 불균일을 억제하는 효과와 유해한 영향을 방지하는 효과 모두가 만족되었다.
비교예9에서, 오일 도포 형식의 정착 롤러를 이용하여 리프레쉬 롤러(3)를 반대 방향으로 구동하는 경우에 조사가 수행된다. 그 결과, 광택 불균일의 억제 효과는 인정되었지만, 정착 롤러의 표면층이 너무 연성이어서, 정착 롤러가 과도하게 마모되거나 지나치게 깎여질 수 있고 손상 스크래치가 생성된다.
전술한 바와 같이, 표면의 거칠기 상태에 따라 정착 롤러(1)에 미세한 마찰 스크래치를 가함으로써 이러한 에지부에 의한 스크래치에 기인하는 광택 불균일을 보이지 않는 정도로 제거할 수 있고, 화상 상의 손상 스크래치는 방지될 수 있다.
(정착 롤러 표면)
이러한 바람직한 스크래치에 대해서 조사하였다. 그 결과는 표3에 도시된다.
손상 특성 표면 거칠기 폭 밀도[수/100 ㎛]
비교예1 긴 형상 2 - 5 ㎛ < 50 ㎛ 1 <
비교예2 긴 형상 1 - 3 ㎛ < 50 ㎛ 1 <
비교예3 긴 형상 1 - 3 ㎛ < 50 ㎛ 1 <
비교예4 구멍 0.5 - 1.0 ㎛ < 1 ㎛ -
비교예5 구멍 0.5 - 1.0 ㎛ < 1 ㎛ -
비교예6 긴 형상 1.5 - 4 ㎛ < 20 ㎛ 5 <
예1 긴 형상 1 - 2 ㎛ < 10 ㎛ 10 <
예2 긴 형상 0.5 - 1.5 ㎛ < 2 ㎛ 50 <
비교예7 긴 형상 0.5 - 1.0 ㎛ < 1 ㎛ 100 <
예3 긴 형상 0.5 - 1.0 ㎛ < 10 ㎛ 10 <
예4 긴 형상 1 - 2 ㎛ < 10 ㎛ 10 <
비교예8 긴 형상 1.5 - 4 ㎛ < 20 ㎛ 5 <
예5 긴 형상 0.5 - 1.5 ㎛ < 2 ㎛ 50 <
비교예9 긴 형상 2 - 5 ㎛ < 5 ㎛ 50 <
비교예1 내지 3에서, 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향에 다수의 스크래치(종방향 스크래치)가 발생하고, 오일 도포 형식의 정착 롤러(1)의 표면 거칠기(Rz)는 2 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 오일레스 형식의 정착 롤러(1)의 표면 거칠기(Rz)는 1 ㎛ 내지 3 ㎛이다. 오일 도포 형식과 오일레스 형식의 스크래치의 폭은 약 50 ㎛ 이하이다. 스크래치는 산재해있고, 그 개수는 정착 롤러(1)의 축방향으로 약 100 ㎛ 당 1개 이상이다. 스크래치는 이물질이 체류한 위치 부근에 발생한다. 세척 웨브(200) 또는 리프레쉬 롤러(3)가 정지하기 때문에 이물질이 체류하고 정착 롤러(1)가 손상되는 것으로 생각된다. 세척 웨브(200)와 리프레쉬 롤러(3) 모두에서 발생하기 때문에, 마찰 부재에 의존하지 않고, 마찰 부재가 정지하기 때문에 손상 스크래치가 발생되는 것으로 생각된다.
다수의 구멍 형태의 리세스가 비교예4 및 5의 정착 롤러(1)에 생성된다. 표면 거칠기(Rz)는 0.5 ㎛ 내지 1.0 ㎛이고, 스크래치의 폭은 약 1 ㎛ 이하이다. 이들 예에서, 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러(1)의 회전에 따라 구동되고, 따라서 연마 그레인(33A)의 자유 단부 정점 형상은 정착 롤러(1)의 표면층에 각인된다. 이러한 이유로, 에지 스크래치가 보이지 않게 하는 효과는 없다. 마찰 시간을 50초로 증가시키더라도 이러한 효과는 제공되지 않지만, 구멍의 수는 약간 증가된다. 스크래치는 얕고, 따라서 가압력을 증가시킴으로써 또는 마찰 시간을 연장시킴으로써 전술의 효과를 얻을 수 있는 가능성이 있다. 그러나, 마찰 시간이 증가되는 것을 피할 수 없다.
비교예6 및 8에서, 다수의 스크래치가 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향에서 발생된다. 표면 거칠기(Rz)는 1.5 ㎛ 내지 4 ㎛이고, 스크래치의 폭은 약 20 ㎛ 이하이다. 스크래치의 수는 정착 롤러(1)의 축방향으로 100 ㎛ 당 약 5개 이상이다. 에지부 스크래치를 보이지 않게 하는 효과는 확인하였지만, 스크래치는 넓고 깊고 따라서, 소정의 경우에 손상 스크래치가 발생한다. 이러한 예에서, 스크래치는 과도하게 제공될 수 있다.
비교예7에서, 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향으로 다수의 스크래치가 발생한다. 표면 거칠기(Rz)는 0.5 ㎛ 내지 1 ㎛이고, 스크래치의 폭은 약 1 ㎛ 이하이다. 스크래치의 개수는 정착 롤러(1)의 축방향으로 100 ㎛ 당 약 100개 이상이다. 소정의 경우에 에지부 스크래치를 보이지 않게 하는 효과는 없다. 그러나, 스크래치는 가늘고 얕고, 따라서 손상 스크래치가 발생되지 않는다. 이러한 예에서, 스크래치의 등급은 매우 낮다.
특정예1 및 4에서 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향으로 다수의 스크래치가 발생한다. 표면 거칠기(Rz)는 1 ㎛ 내지 2 ㎛이고, 스크래치의 폭은 약 10 ㎛ 이하이다. 스크래치의 개수는 정착 롤러(1)의 축방향으로 100 ㎛ 당 약 10개 이상이다. 에지부 스크래치를 보이지 않게 하는 효과가 제공되고, 손상 스크래치도 발생하지 않는다.
특정예2 및 5에서 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향으로 다수의 스크래치가 발생한다. 표면 거칠기(Rz)는 0.5 ㎛ 내지 1.5 ㎛이고, 스크래치의 폭 약 2 ㎛ 이하이다. 스크래치의 개수는 정착 롤러(1)의 축방향으로 100 ㎛ 당 약 50개 이상이다. 이들 예에서도 또한 에지 스크래치가 보이지 않게 하는 효과가 제공되고, 손상 스크래치도 발생되지 않는다.
특정예3에서, 정착 롤러(1)의 표면 이동 방향으로 다수의 스크래치가 발생한다. 표면 거칠기(Rz)는 0.5 ㎛ 내지 1.0 ㎛이고, 스크래치의 폭은 약 10 ㎛ 이하이다. 스크래치의 개수는 정착 롤러(1)의 축방향으로 100 ㎛ 당 약 10개 이상이다. 에지부 스크래치를 보이지 않게 하는 효과가 확인되고, 손상 스크래치도 발생되지 않는다.
전술한 바와 같이, 에지부 스크래치가 화상에서 관찰되지 않고, 에지부 스크래치가 보여지지 않는 바람직한 스크래치의 상태는 다음과 같다. 마찰 작동에 의한 정착 롤러의 표면 거칠기는 0.5 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이고, 연마 그레인에 의해 제공되는 스크래치의 폭은 10 ㎛ 미하이고, 이러한 스크래치의 밀도는 정착 롤러의 회전축 방향으로 100 ㎛ 당 10개 이상이다. 이러한 마찰 스크래치는 마찰 스크래치의 수가 많은 화상에서는 잘 보이지 않지만, 리프레쉬 롤러의 비용이나 내구성을 고려하면, 정착 롤러의 회전축 방향으로 100 ㎛ 당 100개 이하의 밀도가 바람직하게 고려된다.
이러한 경우, 화상[기록 재료(S)의 토너부]의 표면 거칠기(Rz)는 약 0.5 이하이고, 이러한 수준의 표면 거칠기는 광택도 차이를 시인할 수 없는 것으로 확인되었다. 또한, 스크래치의 밀도에 대해서는, 몇 개의 스크래치가 드문드문하게 제공되면, 광택 줄무늬로써 관찰되기 쉽지만, 고밀도(고주파)로 제공될 때에는 스크래치는 광택도 차이로써 보여지지 않는다.
(내구시험)
특정예1 및 2의 구성에서, 정착 롤러의 표면층의 내구성을 확인하기 위한 내구 시험이 수행된다. 또한, 오일 도포 형식의 정착 롤러의 실리콘 고무 표면층의 내구성을 확인하기 위해, 비교예9에 대해서도 유사한 내구 시험을 수행한다.
정착 롤러의 수명은 300000매이다. 마찰 동작은 매 1000매의 용지 처리 시에 5초 동안 수행한다. 이러한 경우, 정착 롤러의 수명 종료까지의 마찰 동작의 횟수(Nt)는,
Nt = 300000매 / 1000매 = 300
정착 롤러의 수명 종료까지의 총 마찰 시간(T)은,
T = 5 초 × 300회
= 1500초
= 25분.
정착 롤러의 표면층인 초기의 PFA 튜브의 두께는 30 ㎛(특정예1 및 2)이다. 실리콘 고무의 두께는 1 mm(비교예9)이다. 정착 롤러의 사실상의 수명 종료까지 30분의 연속 마찰 시험이 수행된다. 또한, 매 1000매의 용지 처리가 수행될 때마다 5초간 마찰 동작이 수행되는 실제 기계 시험이 수행된다. 이는 각각 3회 수행된다. 결과는 표4에 도시된다. 표4는 초기의 두께에 대한 차이를 나타낸다. PFA 튜브의 두께는 가부시끼가이샤 기엔스(Kabushiki Kaisha KEYENCE)로부터 입수 가능한 레이저 현미경 VK8500을 이용하여 측정한다. 한편, 실리콘 고무의 두께는 레이저 현미경에서 측정할 수 없으므로, 정착 롤러의 고무의 일부를 제거하여 고무와 코어 금속과의 단차를 측정한다.
제1 제2 제3
예1 연속 마찰 시험 30분 ±0 ㎛ +1 ㎛ -3 ㎛
실제 기계 시험 300000매 -3 ㎛ ±0 ㎛ +2 ㎛
예2 연속 마찰 시험 30분 -1 ㎛ +1 ㎛- -2 ㎛
실제 기계 시험 300000매 -3 ㎛ ±0 ㎛ +1 ㎛
비교예9 연속 마찰 시험 30분 -72 ㎛ -90 ㎛ -98 ㎛
실제 기계 시험 300000매 -93 ㎛ -85 ㎛ -72 ㎛
특정예1 및 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 연속 마찰 시험 및 실제 기계 시험에서, PFA 튜브의 두께가 감소되는 경향은 없다. PFA 튜브의 깎임량은 측정 불가능한 수준이나 또는 측정 오차 수준일 뿐이다. 또한, 특정예1과 특정예2 사이에 깎임량의 큰 차이는 없고, 모두 깎여나간 파우더도 관찰되지 않는다.
비교예9에서, 표면 실리콘 고무의 두께는 약 70 ㎛ 내지 100 ㎛로 감소되고, 실리콘 고무의 깎여나간 파우더는 리프레쉬 롤러(3)의 주위에서 관찰된다.
이러한 결과는 특정예1 및 2에서 리프레쉬 롤러(3)가 정착 롤러의 표면층의 PFA 튜브를 관측할 수 없는 정도의 양을 깎아내거나 또는 PFA 튜브의 표면을 거칠게 한다. 한편, 비교예9의 정착 롤러의 표면층의 실리콘 고무는 분명히 리프레쉬 롤러(3)에 의해 깎여나간다. 이는 특허 문헌1에서와 같은 종래의 연마 작용과 동일하다. 특정예1 및 2와 비교예9와의 정착 롤러의 표면층의 차이는 그 표면층의 경도의 차이에 의해 나타내어진다.
또한, 300000매까지의 실제 기계 시험에서, 에지부 스크래치에 의한 광택도 불균일의 제거 능력의 내구성 시험에 의한 열화는 없었다. 그러나, 500000매까지의 실제 기계 시험의 결과는 광택도 불균일의 제거 능력의 소정의 열화를 도시한다. 이는 PFA 튜브의 내구성이 감소되기 때문으로 고려된다. 그러나, 정착 롤러로서의 실용상 충분한 수명을 갖는다.
(정착 장치의 설정)
전술의 시험 결과에 기초하여, 광택도 불균일 억제를 위한 바람직한 정착 장치의 설정이 설명된다.
우선, 정착 롤러의 표면층의 미소 경도에 관하여 설명한다.
통상적으로, 정착 롤러의 표면의 경도는, 예를 들어 ASKER-C와 같은 경도계를 이용해서 측정한다. 이는 정착 롤러의 표면층의 스크래치에 대한 경도의 지표로서는 부적절하다. 오히려, 충분한 경질의 쐐기가 샘플 내로 가압되고, 경도는 깊이와 압력 등으로써 정의된 빅커스(Vickers) 경도계에 의해 측정된 경도가 적합하다. 이는 스크래치에 저항하는 경도의 지표로써 적절하다.
정착 롤러의 표면층의 미소 경도의 측정에는, 도5에서 도시된 바와 같은 히시트론(HYSITRON)사로부터 입수 가능한 TriboScope가 이용된다. 미소 경도를 측정하는 측정 프로브는 Berkovich 칩(142.3도)을 이용한다. 일반적인 경도계를 이용하는 것과 비교하면, 저하중, 저변위량이고 따라서, 종종 "나노 경도"라고 지칭된다. 측정시의 하중은 10 μN 내지 2000 μN의 제한 내에 있고, 바람직하게는 20 μN 내지 600 μN이다. 여기에서, 측정의 하중은 200 μN이다. 5초간 특정 하중까지 압력이 증가하고, 5초간 압력이 해제된다. 도6에는 하중이 200 μN일 때 하중 곡선을 도시한다. 이 때의 경도(H)는 아래와 같이 계산된다.
H = Pmax / A
여기서, Pmax는 프로브에 인가되는 최대 응력이고, A는 프로브의 접촉 면적(각인 영역)이다. 프로브를 이용하는 경우, 접촉 면적(A)은 다음과 같다.
A = 24.5hc2이다.
여기서, hc은 프로브의 리프레쉬 롤러 내측으로의 진입량이다.
전술한 2종류의 정착 롤러의 표면층의 미소경도가 측정된다. 하중이 200 μN일 때에, 표면 PFA 튜브의 경도는 H = 1.0 Gpa이고, 표면 실리콘 고무의 경도는 H = 0.02 Gpa이다.
도7을 참조하면, 전술한 미세 경도 측정 방법에 기초하여, 발명자들에 의해 고안된 연마 모델이 설명된다.
정착 롤러의 직경은 리프레쉬 롤러의 연마 그레인(마찰 재료)과 비교해서 충분히 크고, 따라서 정착 롤러의 표면층을 평활면으로 간주한다. 리프레쉬 롤러의 연마 그레인의 돌출부를 반꼭지각(θ°)의 원추라고 간주하고, 이러한 하나의 연마 그레인(1)에 인가된 하중은 p N이라고 한다. 연마 그레인은 연마 그레인에 비교해서 연성인 정착 롤러의 표면층에 하중(p)으로 깊이(d mm)로 압입되고, 이 때의 압입 반경은 r mm이다. 정착 롤러의 미소 경도(H GPa)는 다음과 같다.
p = H·πr2
압입되어 있는 연마 그레인의 전면 투영 면적(rd mm2)에 의해 마찰 거리(m mm)에 걸쳐 제거되는 체적(w mm3)은 다음과 같다.
w = rd·m
tanθ = r / d이기 때문에,
w = r·(r/tanθ)·m
= r2·(m/tanθ)
= (p/πH)·(m/tanθ)
정착 롤러의 외주 속도는 V mm/sec이고, 리프레쉬 롤러의 외주 속도는 v mm/sec이다. 정착 롤러와 리프레쉬 롤러 사이에 형성된 회전 방향의 닙부 폭은 n mm이다. 또한, 정착 롤러의 외주 속도(V)가 양의 값일 때, 리프레쉬 롤러의 외주 속도(v)의 부호는 다음과 같다. 정착 롤러와의 접촉부(마찰부)에서의 표면 이동 방향이 정착 롤러와 같은 방향인 경우에는 양의 값, 역방향의 경우에는 음의 값이다.
본 실시예에 따른 구성인 경우, 마찰 거리(m)는, 정착 롤러의 한 지점이 닙부를 통과하는 시간(n/V)에서, 외주 속도 차이(|V-v|)의 비율로 1개의 연마 그레인이 통과는 거리이며, 따라서,
m = (n/V) ·|V-v|이다.
그 다음에, 마모량(w)은,
w = (p/πH)·(n/tanθ) ·(|V-v|/V)이다.
여기서 w는 연마 그레인 1개 당 마모량이다.
리프레쉬 롤러와 정착 롤러 사이의 닙부 내측에서 총마모량(W mm3)이 고려된다. 총하중이 P N이고, 리프레쉬 롤러와 정착 롤러 사이의 접촉부(닙부)에 의해 접촉되는 연마 그레인수가 N이면,
W = w·N
P = p·N이다.
이로부터, 리프레쉬 롤러와 정착 롤러 사이의 접촉부(닙부)내의 총마모량(W)은 다음과 같다.
W = (p/πH)·(n/tanθ)·(|V-v|/V)·N
= (P/πH)·(n/tanθ) ·(|V-v|/V)
단위 길이당 정착 롤러의 외주상의 마모량은 ω이다. W는 리프레쉬 롤러와 정착 롤러 사이의 접촉부(닙부) 내측의 마모량이고 따라서, 접촉(닙부) 폭(n)으로 이를 나눔으로써 ω가 얻어진다. 즉,
ω = W/n
= (P/πHtanθ)·(|V-v|/V) [mm3/mm]이다.
정착 롤러의 외부 직경은 R이고, 외주는 πR이다. 정착 롤러의 전체 주면에서의 총마모량(Wtotal)은,
Wtotal = ω·πR
= (PR/Htanθ)·(|V-v|/V)이다.
단위 길이당 마모량(ω)은 리프레쉬 롤러와 정착 롤러 사이의 총하중(압력)(P)과, 외주 속도 비율(|V-v|/V)에 비례하고, 정착 롤러의 미소 경도(H)와 연마 그레인의 자유 단부의 각도(반꼭지각)(θ)에 반비례한다.
에지 스크래치를 감소시키기 위해 정착 롤러 상에 미세 마찰 스크래치가 주어질 때, 스크래치의 길이는 외주 속도 비율(|V-v|/V)의 파라미터이다. 또한, 스크래치의 종방향의 밀도는 연마 그레인의 수와 연마 그레인의 그리트(입경)의 함수이다. 스크래치의 깊이는 총하중(P), 정착 롤러의 미소 경도(H) 및 연마 그레인의 수의 함수이다. 표5는 정착 롤러 상에 형성하는 스크래치(리세스)의 특징 및 파라미터를 도시한다.
손상 특성 파라미터
길이 닙부의 폭, 외주 속도 차
종방향 밀도 입자의 개수, 그리트(입경)
깊이 리프레쉬 롤러 하중, 정착 롤러의 미소 경도, 입자의 갯수
단위 길이당 마모량(ω)은 연마 그레인의 수와 연마 그레인의 그리트(입경)의 파라미터는 아니지만, 이는 오히려 정착 롤러의 마찰 스크래치의 특성에 대한 파라미터이다.
정착 롤러 상에 미세한 마찰 스크래치가 주어질 경우, 리프레쉬 롤러의 연마 그레인은 바람직하게는 갭이 없이 균일하게 접착된다. 이러한 이유로, 연마 그레인의 수와 연마 그레인의 입경(그리트)은 유일하게 정해질 수 있다. 예를 들면, 리프레쉬 롤러의 길이가 L이고 각인 직경(r)의 연마 그레인이 리프레쉬 롤러 상에 갭 없이 접착되어 있을 때, 종방향의 연마 그레인의 갯수는 L/2r이다. 이러한 예의 경우, 정착 롤러의 표면층의 스크래치가 화상에서 관찰되지 않도록 하기 위해 연마 그레인의 바람직한 그리트는 #1000 내지 #4000이다. 즉, 평균 입경에서, 이는 바람직하게는 약 3 ㎛ 내지 16 ㎛이다.
연마 그레인의 자유 단부의 각도는 소정량의 분포 변화를 갖는다. 이러한 예에서 사용되는 알루미나 연마 그레인에서, 반꼭지각은 약 30°(전꼭지각으로 60°)이다.
이러한 모델에 따른 정착 롤러의 외주의 단위 길이당 마모량(ω)을 전술한 시험 조건마다 계산된다. 표6은 이러한 계산 결과를 도시한다.
여기에서, 계산시 θ=30°이고 tan30°=0.7이다.
압력(N) 외주 속도 비율 (|V-v|/V) 미소 경도 (H)(GPa) 단위 길이당 마모 (ω)(10-3mm3/mm)
비교예3 20 1 1 9
비교예4 20 0 1 0
비교예5 20 0 1 0
비교예6 20 1.5 1 14
예1 20 1.5 1 14
예2 20 1.5 1 14
비교예7 20 1.5 1 14
예3 10 1.5 1 7
예4 100 1.5 1 68
비교예8 150 1.5 1 102
예5 20 1 1 9
비교예9 20 1.5 0.02 682
비교예1 및 2에서, 세척 웨브가 마찰부재로서 사용되고 따라서, 이러한 모델은 적용되지 않고, 이러한 이유로 계산이 수행되지 않았다.
전술한 결과로부터, 화상에 발생하는 광택 불균일을 억제하면서, 정착 롤러의 내구성 저하가 억제될 수 있고, 마모량의 범위는 다음과 같다.
7×10-3 mm3/mm ≤ ω ≤ 68×10-3 mm3/mm
즉, 정착 롤러에 대한 리프레쉬 롤러의 하중이 P N이고, 정착 롤러의 외주 속도가 V mm/sec이고, 리프레쉬 롤러의 외주 속도가 v mm/sec이고, 정착 롤러의 미소 경도가 H GPa이고, 연마 그레인의 반꼭지각은 θ°이다. 이 때, 7×10-3 mm3/mm ≤ ω ≤ 68×10-3 mm3/mm을 만족시키는 것이 바람직하다.
이에 기초하여, 정착 롤러의 표면에서의 리프레쉬 롤러의 마찰 동작에 의해, 회전축 방향으로 100 ㎛ 당 10개 이상의 비율로 리세스가 형성되고, 표면 거칠기(Rz)는 0.5 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이고, 연마 그레인에 의한 리세스는 10 ㎛ 이하의 폭을 갖는다.
이는 리프레쉬 롤러(3)가 회전될 때 바람직하다. 이는 연마 그레인의 그리트가 #1000 내지 #4000인 것이 바람직하고, 즉 연마 그레인의 입경이 #4000의 그리트의 입경 이상이고, #1000 그리트의 입경 이하인 것이 바람직하다 .
전술한 바와 같이, 연마 그레인의 그리트(입경)는 정착 롤러에 주어진 마찰 스크래치의 특성과 관련된 파라미터이다. 본 발명자들의 조사에 따르면, 에지부의 스크래치 상태, 즉, 기록 시트의 플래쉬 상태나, 화상에 광택 불균일을 억제하도록 요구되는 기록 재료의 종류(예를 들어 고품질 용지 또는 코팅 용지)와 같은 조건에 따라 정착 롤러 상에 바람직한 마찰 스크래치가 달라질 수 있다. 안정된 광택 불균일의 억제 효과와 손상 스크래치의 안정된 억제 효과를 제공하기 위해, 리프레쉬 롤러의 연마 그레인의 그리트는 전술한 바와 같이 #1000 내지 #4000인 것이 바람직하다. 그러나, 경우에 따라서는 리프레쉬 롤러의 연마 그레인의 그리트가 #800 내지 #6000일 때(즉, 평균 입경이 약 2 ㎛ 내지 20 ㎛일 때), 만족하는 결과가 얻어질 수 있다.
전술한 시험의 예의 조건 하에서, 비교예3에서는 ω=9로 상기 범위 내에서 만족하지만, 리프레쉬 롤러(3)는 회전하지 않고, 따라서 이물질 체류에 의한 스크래치가 발생할 수 있다.
상기 시험의 예의 조건 하에서, 비교예6 및 7에서는 ω=14로 상기 범위 내에서 만족하지만, 연마 그레인의 그리트가 과도하게 작거나(과도하게 거칠거나) 또는 과도하게 커서(과도하게 미세하여), 원하는 스크래치가 정착 롤러에 가해질 수 없다.
내구 시험의 결과로부터, 제거된 파우더는 관찰되지 않고, 정착 롤러의 표면층의 PFA 튜브의 두께는 내구 시험에 의해 감소하지 않는다는 것이 이해된다. 이러한 이유로, 본 실시예에서, 마모량은 깎임량이 아니며, 마모량은 거칠기 정도 또는 거칠기량이다. 전술한 모델에서, 정착 롤러의 표면층의 PFA 튜브의 표면은 예각의 연마 그레인 단면에 의해서만 절단되고, 연마 그레인 단면의 튜브를 깎아내는 것은 아니다.
이러한 방식으로, 가압력(P), 외주 속도 비율(|V-v|/V), 정착 롤러 미소 경도(H), 연마 그레인의 반꼭지각(θ)의 함수로서, 정착 롤러의 거칠기 정도와 거칠기량을 한정하며, 원하는 상태로 정착 롤러 표면의 거칠기를 증가시키거나 매끄럽게 하기 용이하다.
본 발명자들의 검토에 의해, 전술한 연마 그레인의 번호에 대응하여, 리프레쉬 롤러의 평균 입경은 5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 정착 롤러에 미세한 마찰 스크래치가 주어짐으로써, 에지부 등에 의한 정착 롤러의 스크래치에 기인하는 화상의 광택 불균일을 시인 불가능한 정도로 억제할 수 있다. 이러한 이유로, 본 실시예에 따르면, 정착 롤러(1)의 수명 감소와 같은 악영향을 억제하면서, 가열 회전 부재 상의 기록 재료의 통과 흔적에 의한 화상의 광택 불균일을 억제할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 제한되지는 않는다. 예를 들면, 화상 가열 장치의 이용은 기록 재료 상의 정착되지 않은 토너 화상을 기록 재료에 정착시키는 정착 장치에 제한되지는 않는다. 예를 들면 본 발명은 기록 재료에 토너 화상을 정착한 후에 재가열함으로써, 화상의 평활도나 광택도를 증가시키기 위한 평활도 증대 장치 또는 광택도 증대 장치용으로도 사용 가능하다. 이러한 경우, 상술한 바와 유사한 효과가 제공된다.
이상, 정착 롤러 또는 가압 롤러 등의 롤러형 부재에 의해 화상을 정착하는 예가 설명되었지만, 벨트형 부재(정착 벨트 또는 가압 벨트)에 의해 정착 처리를 수행할 때에도 본 발명은 유사하게 적용될 수 있다.
본 발명은 본원에 개시된 구조를 참조하여 설명되었지만, 상술한 세부 사항에 한정되지 않고, 본 출원은 첨부된 청구의 범위의 범주 또는 개선의 목적 내에서 이루어질 수 있는 소정의 변경 또는 변화를 포함하도록 의도된다.
도1은 본 발명에 따른 화상 가열 장치에 활용 가능한 화상 형성 장치의 개략 단면도.
도2는 본 발명에 따른 화상 가열 장치의 실시예의 정착 장치의 개략 단면도.
도3은 리프레쉬 롤러의 층의 구조를 도시하는 개략도.
도4는 리프레쉬 롤러의 개략 확대 단면도.
도5는 미소 경도 측정을 도시하는 도면.
도6은 미소 경도 강도 측정을 도시하는 그래프.
도7은 리프레쉬 롤러에 의한 연마 모델의 도면.
도8은 비교예의 정착 장치의 예의 개략 단면도.
도9는 정착 롤러의 표면 상태를 도시하는 도면.
도10은 정착 롤러의 표면 상태의 변화를 도시하는 그래프.
도11은 기록 시트의 플래쉬의 개략도.
도12는 에지 스크래치의 도면.
도13은 연마 작업 전의 정착 롤러의 표면 상태와 다양한 상태의 연마 작업 후의 정착 롤러의 표면 상태를 도시하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 정착 롤러
2: 가압 롤러
3: 리프레쉬 롤러
100: 화상 형성 장치
130: 정착 장치

Claims (6)

  1. 화상 가열 장치이며,
    기록 재료 상의 화상을 닙부에서 가열하기 위한 가열 회전 부재와,
    상기 가열 회전 부재와 협동하여 상기 닙부를 형성하는 닙부 형성 부재와,
    상기 가열 회전 부재를 마찰시키기 위한 마찰 재료를 구비한 마찰 회전 부재를 포함하고,
    이하를 만족하고,
    7 × 10-3 ≤ (P/πHtanθ)·(|V-v|/V) ≤ 68×10-3
    여기서,
    P : 상기 가열 회전 부재에 대한 상기 마찰 회전 부재의 하중 [N]
    V : 상기 가열 회전 부재의 외주 속도 [mm/sec]
    v : 상기 마찰 회전 부재의 외주 속도 [mm/sec]
    H : 상기 가열 회전 부재의 미소 경도 [GPa]
    θ : 상기 마찰 재료의 반꼭지각[°]
    상기 마찰 회전 부재는 마찰 동작에 의해, 상기 가열 회전 부재에 대해 0.5 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Rz)를 제공하고 회전축 방향으로 100 ㎛ 당 10 ㎛ 이하의 폭을 갖는 10개 이상 100개 이하의 리세스를 제공하는 화상 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마찰 재료의 입경은 5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 화상 가열 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열 회전 부재는 표면 이형층을 포함하는 화상 가열 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마찰 재료는 알루미나계의 연마 그레인인 화상 가열 장치.
  6. 화상 가열 장치이며,
    기록 재료 상의 화상을 닙부에서 가열하기 위한 가열 회전 부재와,
    상기 가열 회전 부재와 협동하여 상기 닙부를 형성하는 닙부 형성 부재와,
    상기 가열 회전 부재를 마찰시키기 위한 마찰 재료를 구비한 마찰 회전 부재를 포함하고,
    상기 마찰 회전 부재는 마찰 동작에 의해, 상기 가열 회전 부재에 대해 0.5 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하의 표면 거칠기(Rz)를 제공하고 회전축 방향으로 100 ㎛ 당 10 ㎛ 이하의 폭을 갖는 10개 이상 100개 이하의 리세스를 제공하는 화상 가열 장치.
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