KR101038217B1 - 발열 정착 벨트 - Google Patents

Abstract

발열 정착벨트가 개시되어 있다.
개시된 발열 정착벨트는, 이음매 없는 폐곡선 형태의 기재층(60), 상기 기재층(60)의 표면에 적층되는 이형층(61) 및 상기 기재층(60)과 이형층(61) 사이에 기재층(60)의 원주방향을 따라 나선형으로 권선된 채, 외부 전원에 의해 발열되는 권선형 발열부재(62)로 이루어진 발열 정착벨트에 있어서,
상기 기재층(60)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나의 재질로 되며,
상기 권선형 발열부재(62)는 상기 기재층(60)과 동일재질의 표피(621)로 피복된 저항발열코일이며, 상기 저항발열코일의 직경은 10 ~ 1000㎛로 하되, 상기 저항발열코일은 상기 기재층(60)을 원형 지그에 의해 원형의 형태로 고정시킨 상태에서 자동권선장치에 의해 상기 기재층(60) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선하며, 상기 저항발열코일의 권선시 저항발열코일의 표면에 피복된 표피(621)가 완전히 응고되기 전에 권선하여 상기 기재층(60)과 자연 접착되도록 하며,
상기 이형층(61)과 권선형 발열부재(62) 사이에는 탄성층(63)이 적층되되, 상기 탄성층(63)은 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무, 플루오르 실리콘 고무 중 어느 하나로 이루어진 실리콘 고무 또는 불소 고무로 되며,
상기 권선형 발열부재(62)와 이형층(61)은 프라이머에 의해 접착된 것을 포함하는 것이다.

Description

발열 정착 벨트{Exothermic fixing belt}

본 발명은 발열 정착 벨트에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 화상형성장치에 적용되는 것으로서, 발열부재를 표층에 최대한 가깝게 배치하여, 발열부재에서 기인되는 정착열이 표층으로 신속하게 도달할 수 있어서 정착 열손실을 최소화할 수 있는 발열 정착 벨트에 관한 것이다.

폴리이미드(polyimide)는 뛰어난 내열성, 치수 안정성, 기계적 특성 및 화학적 특성을 갖고 있어서 복사기나 레이저 빔 프린터 등의 열정착 벨트나 토너 화상의 중간전사벨트 등에 폭넓게 사용되고 있다.

종전의 전자 사진 기술을 이용한 복사기나 레이저 빔 프린터는, 복사지나 전사용지 위에 형성한 토너상을 정착시키기 위한 정착장치로 열롤러 방식, 즉 가열기구를 갖는 정착롤러와 이것에 압접된 가압롤러 사이로 토너상이 형성된 복사지를 통과시켜, 토너를 가열 용해시켜서 토너상이 복사지 상에 정착되도록 하는 방식이 채용되어 왔다.

그러나, 열롤러 방식은 열효율이 낮은 관계로 인쇄작업을 위해 전원을 인가하였을 때 상온으로부터 정착온도에 도달할 때까지 상당한 웜-업시간(warm-up time)이 필요하므로 사용자가 정착롤러(열롤러)의 온도가 정착목표온도로 도달할 때까지 대기해야 하는 문제점이 있었다.

근래에는 정착시 전기에너지를 줄이고, 전원을 인가한 후 복사할 때까지의 대기시간을 단축하기 위하여 폴리이미드 수지 관상물을 사용한 벨트 정착 방식이 활용되고 있다.

특히, 일본공개특허 제2000-188177호(전자 유도 가열 장치 및 이것을 이용한 화상기록장치)에서는, 에너지 절약, 인쇄속도의 고속화, 대기시간의 최소화에 대한 요구가 높아짐에 따라 폴리이미드 수지 필름 표면에 금속 박막층을 마련하여 금속층을 전자 유도 작용에 의해 발열시켜, 토너상을 복사지에 열정착시키는 방법들이 개시된 바 있다.

그러나, 폴리이미드 수지 필름 표면에 금속 박막층을 마련하여 금속층을 전자 유도 작용에 의해 발열시킬 경우, 금속층만이 급격하게 발열 되어, 팽창율이 다른 폴리이미드 필름층과 금속층간 접착력이 약해져 이들 층이 박리되는 문제가 지적된다.

상기 문제를 해결하기 위해, 일본특개평07-216225호(폴리이미드 선구 체계 조성물, 폴리이미드막 및 그것들을 이용한 적층체의 제조 방법)에서는 폴리이미드에 금속분말을 혼입시켜 이미드화 한 후, 필름 표면에 형성된 금속분핵에 무전해도금 및 전해도금을 실시하여 폴리이미드 필름과 금속층을 적층하는 방법 등이 제시되었다.

그러나, 상기의 폴리이미드수지 벨트는 상온과 200℃의 정착 온도 사이를 오르내리는 온도사이클 조건하에서 수십만 매의 복사 내구성 및 고속회전에 필요한 충분한 기계적 강도를 갖추지 못하였다.

한편, 일본공개특허 제2007-272223호(발열 정착벨트 및 그 제조 방법 및 화상 정착 장치)에서는, 폴리이미드 수지 절연층, 금속입자 및 카본입자를 분산시킨 발열층을 포함하여 인가 전압에 의해 발열층이 발열하는 발열 정착벨트가 제안되어 있었다.

그러나, 위의 발열 정착벨트는 정착온도까지 온도를 올리기 위해서 금속입자와 카본입자의 수지내 중량%를 높여야 하고, 비중이 높은 금속입자가 사용되기 때문에 균일한 분산 및 박막수지막을 형성하기 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 전극층 형성과정에서 접착력의 저하 및 단락의 문제점이 있어서 복사 내구성 및 고속회전에 필요한 충분한 기계적 강도가 실현되고 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 정착벨트에 저항 발열 히팅선을 나선형으로 권선하여 구성하되, 상기 저항 발열 히팅선을 표층의 바로 안쪽에 배치함으로써, 저항 발열 히팅선에서 발현되는 정착열이 표층으로 신속하게 도달할 수 있어서 정착 열손실의 최소화 및 부위별 균일한 발열을 유도할 수 있다는 장점과, 각 층간의 안정된 접합성을 제공하여 박리를 방지함으로써 내구성 및 고속회전에 필요한 충분한 기계적 강도가 보장된 발열 정착벨트를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발열 정착벨트는,
이음매 없는 폐곡선 형태의 기재층(60), 상기 기재층(60)의 표면에 적층되는 이형층(61) 및 상기 기재층(60)과 이형층(61) 사이에 기재층(60)의 원주방향을 따라 나선형으로 권선된 채, 외부 전원에 의해 발열되는 권선형 발열부재(62)로 이루어진 발열 정착벨트에 있어서,
상기 기재층(60)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나의 재질로 되며,
상기 권선형 발열부재(62)는 상기 기재층(60)과 동일재질의 표피(621)로 피복된 저항발열코일이며, 상기 저항발열코일의 직경은 10 ~ 1000㎛로 하되, 상기 저항발열코일은 상기 기재층(60)을 원형 지그에 의해 원형의 형태로 고정시킨 상태에서 자동권선장치에 의해 상기 기재층(60) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선하며, 상기 저항발열코일의 권선시 저항발열코일의 표면에 피복된 표피(621)가 완전히 응고되기 전에 권선하여 상기 기재층(60)과 자연 접착되도록 하며,
상기 이형층(61)과 권선형 발열부재(62) 사이에는 탄성층(63)이 적층되되, 상기 탄성층(63)은 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무, 플루오르 실리콘 고무 중 어느 하나로 이루어진 실리콘 고무 또는 불소 고무로 되며,
상기 권선형 발열부재(62)와 이형층(61)은 프라이머에 의해 접착된 것을 포함하는 것이다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

이상의 본 발명은, 발열부재를 표층인 이형층 바로 아래에 배치함으로써, 발열부재로 부터 발현되는 발열온도가 신속하게 표층으로 전달되어 인쇄작업을 위한 웜-업시간을 단축할 수 있고, 열전달 거리가 짧아짐에 따라 열손실을 최소화할 수 있어서 소비전력을 감쇠시킬 수 있다.

또한, 각 층간 접합력을 안정화시켜서 층간 박리를 방지함으로써 내구성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발열 정착벨트가 적용되는 정착장치의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발열 정착벨트의 제1 실시예를 도시한 것으로서, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발열 정착벨트의 권선과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3을 A방향에서 바라본 도면이다.
도 5는 도 3에서 기재층 및 발열 정착벨트 만을 단면한 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 발열 정착벨트의 제2 실시예를 나타낸 A부 확대 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 발열 정착벨트가 설명된다.

설명되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제 3의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발열 정착벨트가 적용되는 정착장치의 일 예시도이다.

도 1에 도시된 정착장치(1)는 정착롤러(2)와, 상기 정착롤러(2)에 대향되게 설치되어 정착롤러(2)와의 사이에 일정한 정착압력이 가해지도록 하는 가압롤러(3)로 이루어지며, 상기 가압롤러(3)는 지지롤러(4) 및 구동롤러(5)와 함께 삼각형 형태로 배치되고, 이들 삼각형태로 배치된 롤러들 주변에는 본 발명의 발열 정착벨트(6)가 감겨져 있다.

도 2는 본 발명에 따른 발열 정착벨트의 제1 실시예를 도시한 것으로서, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제1 실시예의 정착벨트(6)는 기재층(60), 이형층(61) 및 권선형 발열부재(62)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 기재층(61)은 이음매 없는 폐곡선 형태로 되며, 발열 정착벨트(6)의 최하층에 배치된다.

이러한 기재층(61)은 후술되겠지만, 그 표면으로 권선형 발열부재(62)가 배치되므로 상기 권선형 발열부재(62)에 유도되는 교류전류에 의해 절연파괴가 발생되지 않으며, 누설전류가 다른 부분으로 전도되는 것을 방지해야 한다.

따라서, 상기 기재층(60)은 소정의 내전압 특성과 내절연 파괴특성을 가지고 있어야 한다. 내전압 특성은 외부전원이 인가되어도 이를 견뎌낼 수 있는 특성을 나타내는 것이고, 내절연 파괴특성은 최대 내전압 하에서 1분 동안 누설전류가 10㎃ 이상이 발생되지 않고 절연파괴가 일어나지 않는 특성을 나타낸다.

이러한 조건을 만족하기 위해, 상기 기재층(60)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나로 될 수 있다.

이중, 폴리이미드(PI)는 이미드 고리를 가지는 고분자 물질로, 주로 방향족의 무수물 및 디아민을 이용하여 합성한다. 이러한 폴리이미드는 이미드 고리의 화학적 안정성을 기초로 하여 우수한 내열성, 내화학성, 내마모성과 내후성을 보이며, 그외에도 낮은 열팽창율, 저통기성 및 뛰어난 전기적 특성 등을 나타낸다.

이와는 다르게 상기 기재층(60)은 소성 가능한 금속재, 예컨대 스테인레스(sus)나 니켈(Ni)을 적용할 수도 있다.

특히, 상기 기재층(60)은 발열체인 권선형 발열부재(62)가 직접적으로 적층되기 때문에 낮은 열팽창율 및 전기적 특성이 좋다는 점에서 후한 점수를 줄 수 있다. 또한, 폴리이미드는 강철이나 유리를 대체할 수 있을 정도로 기계적 강도가 우수하기 때문에 발열 정착벨트(6)를 견고하게 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

상기 이형층(61)은 상기 기재층(60)의 표면에 적층된다.

상기 이형층(61)은 프라이머(미도시)에 의해 상기 기재층(60)의 표면에 접착될 수 있다.

상기 이형층(61)은 정착장치에 채용시 가열 대상물인 토너 및 용지가 달라붙는 것을 방지함으로써 랩 잼(wrap jam)을 방지할 수 있게 된다.

상기 권선형 발열부재(62)는 상기 기재층(60)과 이형층(61) 사이에 배치된다.

상기 권선형 발열부재(62)는 발열 정착벨트(6)를 발열시키는 역할을 함으로써 화상(이하 "토너"라 함)을 고착시키는 역할을 한다.

상기 권선형 발열부재(62)는 도 5에서와 같이 이형층(61)을 적층하기 이전에 상기 기재층(60)의 표면에 설치되는 것으로서, 설치방법은 권선방법이 권장된다.

즉, 상기 권선형 발열부재(62)는 도 3 및 도 4에서와 같이, 상기 기재층(60)을 원형 지그(J)에 의해 원형의 형태로 고정시킨 상태에서 도전성 히팅선(620)을 자동권선장치(미도시)에 의해 상기 기재층(60) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선한 것으로서, 이러한 히팅선(620)은 전기저항에 의한 저항발열을 이용하는 저항발열코일을 이용하거나, 이와는 다르게 히팅선(620)에 교류를 인가하여 유도전류에 의한 유도발열을 이용한 것일 수도 있다.

상기 권선형 발열부재(62)인 저항발열코일은 밀접하게 권취되므로 권선된 히팅선 간의 절연을 위해 그 표면에 절연성 표피(621)로 피복되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 표피(621)는 권선하기 전에 미리 피복작업을 하되, 권선 작업 직전에 자동피복장치(미도시)를 마련하여 이에 의해 자동으로 피복한 후 바로 권선하는 것이 바람직하다.

그리고, 표피 작업된 저항발열코일은 기재층(60)에 권선될 때 별도의 접착제에 의해 기재층(60)에 접착할 수도 있으나, 이와는 다르게 접착제를 사용하지 않는 경우, 상기 표피(621)는 상기 기재층(60)에 자연 접착을 위해 완전히 응고되기 전에 권선하되, 상기 표피(621)의 재질은 자연 접착성을 높이기 위해 기재층(60)과 동일한 소재로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 기재층(60)이 폴리이미드인 경우 상기 표피(621)도 폴리이미드로 채택하는 것이 바람직하다.

상기 표피(621)는 상기 기재층(60)과 동일하게 폴리아미드로 할 경우, 앞서와 같이 자연 접착성을 높일 수 있으므로 권선형 발열부재(62)와 기재층(60) 사이의 박리현상을 억제할 수 있다.

더욱이, 권선형 발열부재(62) 및 표피(621)는 기재층(60) 상에 기계적인 힘에 의해 나선형으로 감겨져 있으므로 패드형상의 층과는 달리 박리현상의 발생 가능성이 매우 낮다. 따라서, 발열 정착벨트(6)의 내구성 및 기계적 강도를 향상시키는 조건을 만족하게 된다.

또한, 상기 저항발열코일은 용이한 권선을 가능케하면서 권선시 쉽게 단락되지 않도록 그 직경을 10 ~ 1000㎛ 범위내에서 결정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ~ 50㎛ 범위내에서 결정하는 것이 좋다.

도 6은 본 발명에 따른 발열 정착벨트의 제2 실시예를 나타낸 A부 확대 단면도이다.

도 6에 따르면, 본 발명 발열 정착벨트(6)의 제2 실시예는, 여타 구성은 상기한 제1 실시예와 동일하되, 다만 상기 이형층(61)과 권선형 발열부재(62) 사이에 탄성층(63)을 더 형성한 것에 차이가 있다.

상기 탄성층(63)은 웜-업시간의 단축, 정착성 확보 및 랩 잼 방지를 위한 마진을 동시에 만족하기 위해 저경도 고무로 될 수 있다. 예컨대, 상기 탄성층(63)은 그 경도값을 H라 할 때, 상기 H는 하기의 수학식 1의 조건을 만족한다.

수학식 1 : 2°≤ H ≤ 10°

여기서, 경도값 H는 JIS-A 규격에 따른 값이다.

또한, 상기 탄성층(63)은 본 발명에 따른 발열 정착벨트(6)를 정착장치에 채용시, 도 1에 도시된 가압롤러(3)와의 사이에 형성되는 정착 닙의 폭 설정 및 정착온도설정 등을 고려하여, 실리콘 고무 또는 불소 고무를 포함할 수 있다. 여기서, 실리콘 고무의 예로는 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 패닐 실리콘 고무 또는 플루오르 실리콘 고무 등이 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

6 : 발열 정착벨트 60 : 기재층
61 : 이형층 62 : 권선형 발열부재
63 : 탄성층 620 : 히팅선
621 : 표피

Claims (10)

1. 삭제
2. 이음매 없는 폐곡선 형태의 기재층(60), 상기 기재층(60)의 표면에 적층되는 이형층(61) 및 상기 기재층(60)과 이형층(61) 사이에 기재층(60)의 원주방향을 따라 나선형으로 권선된 채, 외부 전원에 의해 발열되는 권선형 발열부재(62)로 이루어진 발열 정착벨트에 있어서,
   상기 기재층(60)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나의 재질로 되며,
   상기 권선형 발열부재(62)는 상기 기재층(60)과 동일재질의 표피(621)로 피복된 저항발열코일이며, 상기 저항발열코일의 직경은 10 ~ 1000㎛로 하되, 상기 저항발열코일은 상기 기재층(60)을 원형 지그에 의해 원형의 형태로 고정시킨 상태에서 자동권선장치에 의해 상기 기재층(60) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선하며, 상기 저항발열코일의 권선시 저항발열코일의 표면에 피복된 표피(621)가 완전히 응고되기 전에 권선하여 상기 기재층(60)과 자연 접착되도록 하며,
   상기 이형층(61)과 권선형 발열부재(62) 사이에는 탄성층(63)이 적층되되, 상기 탄성층(63)은 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무, 플루오르 실리콘 고무 중 어느 하나로 이루어진 실리콘 고무 또는 불소 고무로 되며,
   상기 권선형 발열부재(62)와 이형층(61)은 프라이머에 의해 접착된 것을 포함하는 발열 정착벨트.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images