KR101101825B1 - 정착롤러 및 그 제조방법, 정착롤러를 채용한 정착유니트및 화상형성장치 - Google Patents

정착롤러 및 그 제조방법, 정착롤러를 채용한 정착유니트및 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

랩 잼(Wrap Jam)을 방지하고, 고속 인쇄시 정착에 필요한 열량을 확보함과 아울러 안정적인 수명을 확보할 수 있도록 된 구조의 정착롤러 및 그 제조방법, 이 정착롤러를 채용한 정착유니트 및 화상형성장치가 개시되어 있다.
이 개시된 정착롤러는 열원에 의해 가열되는 것으로, 코어부재와; 코어부재의 외주에 형성된 제1프라이머와; 제1프라이머의 외주에 형성되며, 제1프라이머에 의해 코어부재의 외주에 접착되는 탄성층과; 코어부재와 제1프라이머 사이에 개재되며, 제1프라이머와 화학결합되는 염코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

정착롤러 및 그 제조방법, 정착롤러를 채용한 정착유니트 및 화상형성장치{Fusing roller and method for manufacturing the same, fusing unit employing the fusing roller and image forming apparatus employing the fusing unit}
도 1은 종래의 램프 가열방식의 정착유니트를 보인 개략적인 단면도.
도 2는 도 1의 정착롤러의 층구조를 보인 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정착롤러의 층구조를 보인 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정착롤러의 층구조를 보인 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 정착롤러 제조공정을 보인 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 정착롤러 제조공정을 보인 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 정착롤러 제조공정을 보인 개략적인 단면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착롤러의 프라이머와 염코팅층 사이의 화학결합 관계를 보인 화학 결합 구조도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정착롤러의 프라이머와 염코팅층 사이의 화학결합 관계를 보인 화학 결합 구조도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 정착유니트를 보인 개략적인 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 화상형성장치를 보인 개략적인 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
30, 50, 110, 251 : 정착롤러 31, 51 : 코어부재
33, 55 : 염코팅층 35, 57 : 제1프라이머
37, 59 : 탄성층 39, 61 : 제2프라이머
41, 63 : 이형층 53 : 도금층
101, 251a : 발열램프 105, 257 : 탄성부재
107 : 온도감지센서 111 : 제1코어부재
112 : 염코팅층 113 : 제1프라이머
115 : 제1탄성층 117 : 제2프라이머
119 : 제1이형층 120, 255 : 가압롤러
121 : 제2코어부재 125 : 제2탄성층
210 : 감광매체 220 : 광주사유니트
230 : 현상유니트 240 : 전사유니트
250 : 정착유니트
본 발명은 기록재에 전사된 미정착 화상을 가열하는 정착롤러 및 그 제조방법, 정착롤러를 채용한 정착유니트 및 화상형성장치에 관한 것으로서, 상세하게는 랩 잼(Wrap Jam)을 방지하고, 고속 인쇄시 정착에 필요한 열량을 확보함과 아울러 안정적인 수명을 확보할 수 있도록 된 구조의 정착롤러 및 그 제조방법, 이 정착롤러를 채용한 정착유니트 및 화상형성장치에 관한 것이다.
일반적으로 전자사진방식 화상형성장치는 소정 전위로 대전된 감광매체에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하고, 소정 색상의 토너로 현상한 후 이를 기록재에 전사 및 정착시켜 화상을 인쇄하는 기기이다. 이 전자사진 화상형성장치는 전사된 화상을 기록재에 정착시키기 위하여, 인쇄 경로 상에 정착유니트를 구비한다.
도 1은 종래의 램프 가열방식의 정착유니트를 보인 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 정착롤러의 층구조를 개략적으로 보인 도면이다.
도면들을 참조하면, 종래의 정착유니트는 기록재(M)에 형성된 미정착 토너 화상(T)을 정착하기 위한 것으로서, 정착유니트는 내부에 발열램프(1)가 내장된 정착롤러(10)와, 이 정착롤러(10)에 마주하게 배치되는 것으로 탄성부재(5)에 의해 상기 정착롤러(10) 쪽으로 탄성 바이어스 되어 정착 닙(nip)을 형성하는 가압롤러(20) 및, 강기 정착롤러(10)의 표면 온도를 감지하는 온도감지센서(7)를 포함한다.
상기 정착롤러(3)는 금속재로 된 제1코어파이프(11)와, 그 표면층에 순차로 형성되며 프라이머(13)(17)에 의해 접합된 제1탄성층(15) 및 제1이형층(19)을 포함 한다.
그러므로, 상기 발열램프(1)에 의하여 상기 제1코어파이프(11)가 가열되고, 열전도에 의하여, 상기 제1탄성층(15)이 가열되어 소정 정착온도로 상승하고 유지된다.
상기 온도감지센서(7)는 상기 정착롤러(10)에 접촉 또는 비접촉되어, 상기 제1탄성층(15)의 표면온도를 측정한다. 따라서, 상기 온도감지센서(7)에서 측정된 표면 온도 값을 근거로 상기 발열램프(1)에 공급되는 전력을 조절할 수 있다.
상기 가압롤러(20)는 금속재로 된 제2코어파이프(21)와, 그 표면에 마련된 제2탄성층(25) 및 제2이형층(미도시)을 포함한다.
따라서, 미정착 토너 화상(T)을 담지한 기록재(M)가 상기 정착유니트로 이송되어 오면, 회전하는 상기 정착롤러(10)와 가압롤러(20) 사이에 형성된 정착 닙을 통과하면서, 상기 토너 화상이 가열 및 가압되어 상기 기록재(M)에 융착됨으로써, 정착이 완료된다.
상기한 정착유니트를 채용한 칼라 전자사진 화상형성장치는 웜업(warm-up) 성능 개선을 위하여, 상기 정착롤러를 구성함에 있어서, 제1탄성층 두께를 더욱 얇게 할 것이 요구된다. 한편, 제1탄성층의 두께를 얇게하는 경우는 정착 닙 폭의 감소로 정착성이 저하되는 문제점이 있다.
그러므로, 웜업 시간의 단축과 정착성 확보 뿐만 아니라 랩 잼(wrap jam) 방지를 위한 마진(margin)을 동시에 만족하기 위해서는 제1탄성층을 구성하는 고무의 경도를 저경도화할 것이 요구된다.
한편, 상기한 바와 같이 제1탄성층을 저경도화하는 경우 제1탄성층이 제1코어파이프에서 쉽게 박리는 현상이 발생될 수 있다. 이와 같은 박리 경향은 정착온도 및 압력이 고온 고압이 될수록 심화된다.
상기한 박리 현상의 주된 원인은 저경도 고무의 화학적 성질에 의한 것이다. 즉, 저경도 고무의 경우 화학적으로 교차 결합(cross-link)되는 가교점이 적고, 이에 따른 이질적인 물질과의 접합이 가교점이 많은 고경도에 비하여 용이하지 않음으로써 야기되는 것이다. 특히, 상대적으로 안정하고 반응기를 갖지 못한 표면일 경우 접합에 필요한 화학반응이 충분하지 못하거나 취약하게 되는 경향이 있다.
또한, 상대적으로 고온/고변형의 환경인 고무 소재의 탄성층과 금속 코어파이프 사이의 접합면에서는 불균일한 접합에 의한 취약점에서 박리가 진행되는 문제점이 있다.
따라서, 고온/고압의 정착 환경 하에서 제1탄성층이 제1코어파이프로부터 박리되어 정착롤러의 내구성이 저하되는 문제가 초래될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 정착롤러의 탄성층을 저경도화하면서도 탄성층의 박리를 방지할 수 있도록 된 구조의 정착롤러, 정착롤러 제조방법, 정착유니트 및 이를 채용한 화상형성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 열원에 의해 가열되는 정착롤러에 있어서,
코어부재와; 상기 코어부재의 외주에 형성된 제1프라이머와; 상기 제1프라이머의 외주에 형성되며, 상기 제1프라이머에 의해 상기 코어부재의 외주에 접착되는 탄성층과; 상기 코어부재와 상기 제1프라이머 사이에 개재되며, 상기 제1프라이머와 화학결합되는 염코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 코어부재와, 상기 코어부재의 외주에 형성되는 탄성층을 포함하는 정착롤러 제조방법에 있어서,
상기 코어부재의 외주에 염 물질을 코팅하여 염코팅층을 형성하는 단계와; 상기 염코팅층 상에 제1프라이머를 도포하여, 상기 염코팅층과 상기 제1프라이머가 화학결합 되도록 하는 단계와; 상기 제1프라이머의 외주에 상기 탄성층을 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 화상형성장치의 인쇄경로 상에 마련되어, 기록재에 전사된 화상을 정착시키는 정착유니트에 있어서,
상기한 정착롤러와; 상기 정착롤러에 대향되게 배치되며, 상기 기록재를 상기 정착롤러와 함께 가압하는 가압롤러와; 상기 가압롤러를 상기 정착롤러 쪽으로 탄성 바이어스시켜 상기 정착롤러와 상기 가압롤러 사이에 소정 폭의 정착 닙이 형성되도록 하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상형성장치는,
감광매체와; 상기 감광매체에 빔을 주사하여 정전잠상을 형성하는 광주사유니트와; 상기 감광매체에 형성된 정전잠상에 대해 토너 화상을 현상하는 현상유니 트와; 상기 현상유니트에서 형성된 토너 화상을 기록재에 전사하는 전사유니트와;
상기 기록재에 전사된 미정착 토너 화상을 정착시키는 것으로, 상기한 구성을 가지는 정착유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정착롤러, 정착유니트 및 이를 채용한 화상형성장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정착롤러의 층구조를 보인 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정착롤러(30)는 열원에 의해 가열되는 것으로, 코어부재(31)와, 이 코어부재(31)의 외주에 형성된 순차로 형성된 염코팅층(33), 제1프라이머(35) 및 탄성층(37)을 포함한다.
상기 코어부재(31)는 본 발명에 따른 정착롤러(30)의 형상을 유지하는 것으로, 강도 및 열전도효율이 좋은 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다. 여기서, 상기 염코팅층(33)이 상기 코어부재(31)의 외표면에 고르게 코팅 형성될 수 있도록, 상기 코어부재(31)의 표면은 샌드블라스트(sand blast) 처리된 것이 바람직하다.
상기 제1프라이머(35)는 상기 탄성층(37)을 상기 코어부재(31) 상에 접합하기 위하여 사용되는 층으로서, 고분자 화합물을 포함한다.
상기 탄성층(37)은 상기한 종래기술에서 언급한 바와 같이, 웜업 시간의 단축, 정착성 확보 및 랩 잼 방지를 위한 마진을 동시에 만족하기 위해서는 저경도 고무로 구성된다. 예컨대, 상기 탄성층(37)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(37)은 본 발명에 따른 정착롤러를 후술하는 정착유니트에 채용시, 가압롤러(도 10의 120 참조)와의 사이에 형성되는 정착 닙의 폭 설정 및 정착 온도 설정 등을 고려하여, 실리콘 고무 또는 불소 고무를 포함할 수 있다. 여기서, 실리콘 고무의 예로는, 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무 또는 플루오르 실리콘 고무 등이 있다.
한편, 상기한 바와 같이 탄성층(37)을 구성함에 의하여 야기될 수 있는 탄성층(37)의 박리 진행 문제는 상기 코어부재(31)와 상기 제1프라이머(35) 사이에 염코팅층(33)을 더 포함하고, 상기 염코팅층(33)과 제1프라이머(35) 사이의 화학결합을 통하여 해결할 수 있다.
상기 염코팅층(33)은 상기 제1프라이머(35)와 화학 결합되어, 상기 탄성층(37)이 상기 코어부재(31)에서 박리되는 것을 방지한다.
이를 위하여, 상기 염코팅층(33)은 상기 코어부재(31)의 외표면 상에 염코팅 처리에 의해 형성되는 것으로, 소정 관능기(functional group)를 형성하게 된다. 즉, 상기 염코팅층(33)은 하이드록실기(-OH) 또는 카르복실기(-COOH)를 포함하여, 상기 제1프라이머(35)와 탈수 반응하여 제1프라이머(35)와의 사이에 화학결합하게 된다.
여기서, 상기 염코팅층(33)을 구성함에 있어서, 하이드록실기(-OH)를 포함하 는 경우, 상기 염코팅층(33)은 인산 망간[Mn5H2(PO4)4·4H20 / FeHPO4·2H2O] 또는 인산 아연[Zn3(PO4)2·4H2O/FeHPO4·2H2O] 및 인산 철[FeHPO4·2H2O/γFe2O3]을 포함하는 하이드록실기 화합물로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 염코팅층(33)과 제1프라이머(35)가 화학결합함으로써, 고경도 탄성층의 경우와 같이 코어부재(31)와 탄성층(37) 사이의 가교점을 증가시킬 수 있다. 따라서, 탄성층(37)의 박리를 방지할 수 있고, 제1프라이머(35)를 통하여 탄성층(37)을 균일하게 형성할 수 있다. 여기서, 상기 염코팅층(33)의 관능기와 상기 제1프라이머(35)의 관능기 사이의 자세한 화학 결합은 후술하기로 한다.
또한, 본 실시예에 따른 정착롤러(30)는 상기 탄성층(37) 상에 순차로 형성된 제2프라이머(39)와 이형층(41)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2프라이머(39)는 상기 탄성층(37)과 상기 이형층(41) 사이에 개재되어 상기 이형층(41)을 상기 탄성층(37)의 외주에 접합한다. 상기 이형층(41)은 그 외표면에 가열 대상물(미도시)이 달라붙지 않도록 하는 역할을 한다. 따라서, 상기 정착롤러(30)를 화상형성장치의 정착 유니트에 채용시 가열 대상물인 기록재(도 10의 M)가 상기 정착롤러(30)에 달라붙는 것을 방지함으로써, 램 잼(wrap jam)을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정착롤러의 층구조를 보인 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정착롤러(50)는 열원에 의 해 가열되는 것으로, 코어부재(51)와, 이 코어부재(35)의 외주에 형성된 순차로 형성된 도금층(53), 염코팅층(55), 제1프라이머(57) 및 탄성층(59)을 포함한다.
본 실시예에 있어서, 상기 코어부재(51), 염코팅층(55), 제1프라이머(57) 및 탄성층(59) 각각의 구성은 일 실시예에 따른 정착롤러(도 3의 30)의 동일 부재 명의 구성요소와 실질상 동일 기능을 수행하는 것으로, 중복 설명을 회피하기 위하여 그 자세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 본 실시예에 따른 정착롤러(50)는 상기 코어부재(51)와 상기 염코팅층(55) 사이에 도금층(53)을 더 포함하는 점에서 일 실시예에 따른 정착롤러(도 3의 30)와 구별된다.
상기 도금층(53)은 상기 코어부재(51)가 내식성이 취약한 금속으로 구성된 경우, 상기한 염코팅 처리를 통하여 상기 코어부재(51)가 부식되는 것을 방지하기 위한 층이다. 여기서, 상기 도금층(53)의 형성은 전기도금, 진공증착, 진공합금법, 이온도금, 용융도금, 음극 스퍼터링, 기상도금 등의 도금 처리 공정으로 수행될 수 있다.
이와 같이, 상기 코어부재(51) 상에 도금층(53)을 형성한 경우, 상기 코어부재(51)의 외주에 형성되는 염코팅층(55)에 의하여 상기 코어부재(51)가 부식되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 코어부재(51) 상에 도금층(53)이 고르게 코팅 형성될 수 있도록, 상기 코어부재(51)의 표면은 샌드블라스트 처리된 것이 바람직하다.
또한, 상기 도금층(53) 상에 상기 염코팅층(55)이 고르게 코팅 형성될 수 있도록, 상기 도금층(53)의 표면이 샌드블라스트 처리될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 정착롤러(50)는 상기 탄성층(59) 상에 순차로 형성된 제2프라이머(61)와 이형층(63)을 더 포함할 수 있다. 이 제2프라이머(61) 및 이형층(63)의 구성 및 역할은 일 실시예에 따른 동일 부재명의 구성요소와 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하면서, 본 발명의 실시예들에 따른 정착롤러 제조 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 7 각각은 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 정착롤러 제조공정을 보인 개략적인 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 정착롤러 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같은 구조의 정착롤러를 제조하기 위한 것으로, 도 3 및 도 5를 참조하면, 코어부재(31)의 외주에 염코팅층(33)을 형성하는 단계(S13), 제1프라이머(35) 도포단계(S15), 탄성층 형성단계(S17)를 포함한다.
상기 염코팅층(33) 형성단계(S13)는 코어부재(31)의 외주에 하이드록실기(OH-) 또는 카르복실기(COOH-)를 포함하는 염 물질을 코팅함으로써, 염코팅층을 형성하는 단계이다. 여기서, 상기 염코팅층(33)이 상기 코어부재(31)의 표면에 고르게 코팅 형성될 수 있도록, 단계 S13에 앞서, 상기 코어부재(31)의 표면을 샌드블라스트 처리하는 단계(S11)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1프라이머(35) 도포 단계(S15)는 상기 염코팅층(33)과 상기 제1프라이머(35)가 화학결합되도록 하는 단계로서, 상기 탄성층(37)을 저경도화하더라도 상기 탄성층(37)이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 탄성층(37) 상에 제2프라이머(39)를 도포하는 단계와, 상기 탄성층(37)의 외표면에 가열 대상물이 붙지 않도록 하는 이형층(41)을 상기 제2프라이머(39)의 외부에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 정착롤러 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같은 구조의 정착롤러를 제조하기 위한 것으로, 도 4 및 도 6을 참조하면, 코어부재(51)의 외주에 도금층(53)을 형성하는 단계(S21), 염코팅층(55)을 형성하는 단계(S25), 제1프라이머(57) 도포단계(S27), 탄성층 형성단계(S29)를 포함한다.
상기 도금층(53)은 상기 코어부재(51)가 상기 염코팅층(55)과의 화학적 반응에 의하여 부식되는 것을 방지할 수 있도록 형성되는 것으로, 상기 단계 21을 통하여 상기 코어부재의 외주면에 도금 형성된다. 여기서, 상기 도금층(53)의 형성은 전기도금, 진공증착, 진공합금법, 이온도금, 용융도금, 음극 스퍼터링, 기상도금 등의 도금 처리 공정으로 수행될 수 있다.
상기 염코팅층(55) 형성단계(S25)는 코어부재(51)의 외주에 하이드록실기(OH-) 또는 카르복실기(COOH-)를 포함하는 염 물질을 코팅함으로써, 염코팅층을 형성하는 단계이다. 여기서, 상기 염코팅층(55)이 상기 도금층(53)의 표면에 고르게 코팅 형성될 수 있도록, 단계 S25에 앞서, 상기 도금층(53)의 표면을 샌드블라스트 처리하는 단계(S23)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1프라이머(57) 도포 단계(S27)는 상기 염코팅층(55)과 상기 제1프라이머(57)가 화학결합되도록 하는 단계로서, 상기 탄성층(59)을 저경도화하더라도 염물질과 제1프라이머(57) 사이의 화학결합함으로써 상기 탄성층(59)이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 탄성층(59) 상에 제2프라이머(61)를 도포하는 단계와, 상기 탄성층(59)의 외표면에 가열 대상물이 붙지 않도록 하는 이형층(63)을 상기 제2프라이머(61)의 외부에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 정착롤러 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같은 구조의 정착롤러를 제조하기 위한 것으로, 도 4 및 도 7을 참조하면, 코어부재(51)의 외주에 도금층(53)을 형성하는 단계(S33), 염코팅층(55)을 형성하는 단계(S35), 제1프라이머(57) 도포단계(S37), 탄성층 형성단계(S39)를 포함한다.
또한, 상기 도금층(53)이 상기 코어부재(51)의 표면에 고르게 코팅 형성될 수 있도록, 단계 S33에 앞서, 상기 코어부재(51)의 표면을 샌드블라스트 처리하는 단계(S31)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 이에 더하여 상기 단계 S35에 앞서 상기 도금층(53)의 표면을 샌드블라스트 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 공정은 제2실시예에 따른 정착롤러 제조공정과 실질상 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 상기한 실시예들에 따른 정착롤러를 구성하는 염코팅층(33)(55)과 상기 제1프라이머(35)(57) 사이의 화학결합을 살펴보기로 한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착롤러의 프라이머와 염코팅층 사이의 화학결합 관계를 보인 화학 결합 구조도이다. 도 8a를 참조하면, 제1프라이머(35)(57)는 고분자 화합물로서, 하이드록실기(OH-)를 가진다. 또한, 상기 코어부재(31)(51) 표면에 코팅 형성된 염코팅층(33)(55)도 하이드록실기(OH-)를 포 함한다. 따라서, A영역으로 나타낸 바와 같이 상기 염코팅층(33)(55)과 상기 제1프라이머(35)(57) 각각의 하이드록실기가 관능기를 형성하게 된다.
이어서, 상기 염코팅층(33)(55)의 관능기가 상기 제1프라이머(35)(57)의 관능기와 탈수 반응을 하여, H2O는 빠져 나가게되고, B영역으로 나타낸 바와 같이 상기 염코팅층(33)(55)과 상기 제1프라이머(35)(57)가 화학결합을 하게 된다. 이와 같이, 화학결합하여 제1프라이머(35)(57)를 코어부재(31)(51)에 부착하고, 제1프라이머(35)(57)를 통하여 저경도의 탄성층(37)(59)을 형성함으로써, 접합 취약점을 없앨 수 있다는 이점이 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착롤러의 프라이머와 염코팅층 사이의 화학결합 관계를 보인 화학 결합 구조도.
도 9a를 참조하면, 제1프라이머(35)(57)는 고분자 화합물로서, 하이드록실기(OH-)를 가진다. 한편, 상기 염코팅층(33)(55)은 카르복실기(COOH-)를 포함한다.
따라서, C영역으로 나타낸 바와 같이 상기 염코팅층(33)(55)의 카르복실기와 상기 제1프라이머(35)(57)의 하이드록실기가 관능기를 형성하게 된다.
이어서, 상기 염코팅층(33)(55)의 관능기가 상기 제1프라이머(35)(57)의 관능기와 탈수 반응을 하여, H2O는 빠져 나가게되고, D영역으로 나타낸 바와 같이 상기 염코팅층(33)(55)과 상기 제1프라이머(35)(57)가 화학결합을 하게 된다. 이와 같이, 화학결합하여 제1프라이머(35)(57)를 코어부재(31)(51)에 부착하고, 제1프라이머(35)(57)를 통하여 저경도의 탄성층(37)(59)을 형성함으로써, 접합 취약점을 없앨 수 있다는 이점이 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 정착유니트를 보인 개략적인 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정착유니트는 화상형성장치의 인쇄경로 상에 마련되어 기록재(M)에 전사된 화상(T)을 정착하기 위한 것으로서, 내부에 발열램프(101)가 내장된 정착롤러(110)와, 이 정착롤러(110)에 마주하게 배치되는 것으로 탄성부재(105)에 의해 상기 정착롤러(110) 쪽으로 탄성 바이어스 되어 정착 닙을 형성하는 가압롤러(120) 및, 정착롤러(110)의 표면 온도를 감지하는 온도감지센서(107)를 포함한다.
상기 정착롤러(110)는 금속 물질로 된 제1코어부재(111)와, 그 표면에 순차로 형성된 염코팅층(112), 제1프라이머(113), 제1탄성층(115), 제2프라이머(117) 및 제1이형층(119)을 포함한다. 그러므로, 상기 발열램프(101)에 의하여 상기 코어부재(111)가 가열되고, 열전도에 의하여, 상기 제1탄성층(115)이 가열되어 소정 정착온도로 상승하고 유지된다.
여기서, 상기 정착롤러(110)는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 따른 정착롤러(110)와 실질상 동일한 구성을 가지는 것으로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 온도감지센서(107)는 상기 정착롤러(10)에 접촉 또는 비접촉되어, 상기 제1탄성층(115)의 표면온도를 측정한다. 따라서, 상기 온도감지센서(107)에서 측정된 표면 온도 값을 근거로 상기 발열램프(101)에 공급되는 전력을 조절할 수 있다.
상기 가압롤러(120)는 금속재로 된 제2코어부재(121)와, 그 표면에 마련된 제2탄성층(125) 및 제2이형층(미도시)을 포함한다.
따라서, 미정착 토너 화상(T)을 담지한 기록재(M)가 상기 정착유니트로 이송되어 오면, 회전하는 상기 정착롤러(110)와 가압롤러(120) 사이에 형성된 정착 닙을 통과하면서, 상기 토너 화상이 가열 및 가압되어 상기 기록재(M)에 융착됨으로써, 정착이 완료된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 화상형성장치를 보인 개략적인 단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화상형성장치는 감광매체(210)와, 감광매체(210)에 빔을 주사하여 정전잠상을 형성하는 광주사유니트(LSU; 220)와, 상기 감광매체(210)에 형성된 정전잠상에 대해 토너 화상을 현상하는 현상유니트(230)와, 상기 현상유니트(230)에서 형성된 토너 화상을 기록재에 전사하는 전사유니트(240) 및, 상기 기록재(M)에 전사된 미정착 토너 화상을 정착시키는 정착유니트(250)를 포함한다.
여기서, 도 11은 탠덤(tandem)형 칼라 화상형성장치를 예로 들어 나타낸 것으로서, 상기 감광매체(210), 광주사유니트(220) 및 현상유니트(230)는 기록재의 급송 경로를 따라 각 칼라별로 구비되어 있다.
상기 전사유니트(240)는 이송경로를 통하여 이송되는 기록재(M)를 사이에 두고 상기 복수의 감광매체(210)에 마주하게 배치되는 것으로, 상기 감광매체(210)에 형성된 토너 화상을 공급되는 기록재(M)에 전사하는 역할을 한다. 이를 위하여 상기 전사유니트(240)는 복수의 감광매체(210)와 마주하게 배치된 전사벨트(241)를 포함한다.
상기 정착유니트(250)는 발열램프(251a)을 내장한 정착롤러(251)와, 미정착 토너 화상이 형성된 기록재(M)를 상기 정착롤러(251)와 함께 가압하는 가압롤러(255) 및, 상기 가압롤러(255)를 상기 정착롤러(251) 방향으로 탄성 바이어스 시키는 탄성부재(257)를 포함한다. 따라서, 상기 정착롤러(251)는 상기 발열램프(251a)에서 발생된 열에 의해 표면이 가열되며, 상기 가압롤러(255) 사이의 상호 압착에 의하여 상기 기록재(M)에 전사된 미정착 토너 화상을 정착시킨다. 여기서, 정착유니트(250)의 구성 및 작용원리는 앞서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 정착유니트의 구성과 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 정착롤러, 이를 채용한 정착유니트 는 탄성층을 저경도화하여, 웜업 시간의 단축, 정착성 확보 및 랩 잼 방지를 위한 마진을 만족할 수 있다. 또한, 염코팅층과 프라이머 사이에 탈수반응에 의한 화학결합을 통하여 탄성층의 가교점을 증가시킴으로써, 고온 고압의 정착 조건에서도 상기 탄성층이 박리되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 정착롤러의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있어서, 정착롤러 및 이를 채용한 정착유니트의 수명을 늘릴 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 정착롤러 제조방법은 정착롤러에 염코팅층 형성시 야기될 수 있는 코어부재의 부식을 방지함과 아울러, 샌드블라스트 처리를 통하여 코어부재의 표면에 고르게 도금층 및 염코팅층이 접착되도록 할 수 있어서, 정착롤러의 내구성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 화상형성장치는 상기한 구성의 정착유니트를 채용함으로써, 정착롤러의 탄성층을 저경도화함으로써 웜업 시간단축, 정착 불량 및 램 잼을 방지할 수 있고, 정착유니트의 내구성을 높임으로써 화상형성장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (22)

  1. 열원에 의해 가열되는 정착롤러에 있어서,
    코어부재와;
    상기 코어부재의 외주에 형성된 제1프라이머와;
    상기 제1프라이머의 외주에 형성되며, 상기 제1프라이머에 의해 상기 코어부재의 외주에 접착되는 탄성층과;
    상기 코어부재와 상기 제1프라이머 사이에 개재되며, 상기 제1프라이머와 화학결합되는 염코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성층은,
    하기의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 정착롤러.
    <조건식 1>
    2°≤ H ≤ 10°
    여기서, H는 상기 탄성층의 경도값을 나타낸다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄성층은,
    폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무 및 플루오르 실리콘 고무로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나의 실리콘 고무 또는 불소 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 염코팅층은,
    하이드록실기 또는 카르복시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 염코팅층은,
    인산 망간, 인산 아연 및 인산 철로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나의 하이드록실기 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 정착롤러.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부재와 상기 염코팅층 사이에 개재된 도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성층의 외표면에 형성되어, 그 외표면에 가열 대상물이 붙지 않도록 하는 이형층과;
    상기 탄성층과 상기 이형층 사이에 개재되어 상기 이형층을 상기 탄성층 외 주에 접합하는 제2프라이머;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성층의 외표면에 형성되어, 그 외표면에 가열 대상물이 붙지 않도록 하는 이형층과;
    상기 탄성층과 상기 이형층 사이에 개재되어 상기 이형층을 상기 탄성층 외주에 접합하는 제2프라이머;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러.
  9. 코어부재와, 상기 코어부재의 외주에 형성되는 탄성층을 포함하는 정착롤러 제조방법에 있어서,
    상기 코어부재의 외주에 염 물질을 코팅하여 염코팅층을 형성하는 단계와;
    상기 염코팅층 상에 제1프라이머를 도포하여, 상기 염코팅층과 상기 제1프라이머가 화학결합 되도록 하는 단계와;
    상기 제1프라이머의 외주에 상기 탄성층을 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코어부재의 외주면을 도금하여 도금층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도금층의 외주면을 샌드블라스트 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러 제조방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부재의 외주면을 샌드블라스트 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러 제조방법.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성층 상에 제2프라이머를 도포하는 단계와;
    상기 탄성층의 외표면에 가열 대상물이 붙지 않도록 하는 이형층을 상기 제2프라이머의 외부에 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러 제조방법.
  14. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 염코팅층은,
    하이드록실기 또는 카르복시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착롤러 제조방법.
  15. 화상형성장치의 인쇄경로 상에 마련되어, 기록재에 전사된 화상을 정착시키 는 정착유니트에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 정착롤러와;
    상기 정착롤러에 대향되게 배치되며, 상기 기록재를 상기 정착롤러와 함께 가압하는 가압롤러와;
    상기 가압롤러를 상기 정착롤러 쪽으로 탄성 바이어스시켜 상기 정착롤러와 상기 가압롤러 사이에 소정 폭의 정착 닙이 형성되도록 하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착유니트.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 코어부재와 상기 염코팅층 사이에 개재되어, 상기 코어부재의 부식을 방지하는 도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착유니트.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 탄성층의 외표면에 형성되어, 그 외표면에 가열 대상물이 붙지 않도록 하는 이형층과;
    상기 탄성층과 상기 이형층 사이에 개재되어 상기 이형층을 상기 탄성층 외주에 접합하는 제2프라이머;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착유니트.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 염코팅층은,
    하이드록실기 또는 카르복시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착유니트.
  19. 감광매체와;
    상기 감광매체에 빔을 주사하여 정전잠상을 형성하는 광주사유니트와;
    상기 감광매체에 형성된 정전잠상에 대해 토너 화상을 현상하는 현상유니트와;
    상기 현상유니트에서 형성된 토너 화상을 기록재에 전사하는 전사유니트와;
    상기 기록재에 전사된 미정착 토너 화상을 정착시키는 것으로, 제15항에 따른 정착유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 코어부재와 상기 염코팅층 사이에 개재되어, 상기 코어부재의 부식을 방지하는 도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 탄성층의 외표면에 형성되어, 그 외표면에 가열 대상물이 붙지 않도록 하는 이형층과;
    상기 탄성층과 상기 이형층 사이에 개재되어 상기 이형층을 상기 탄성층 외주에 접합하는 제2프라이머;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 염코팅층은,
    하이드록실기 또는 카르복시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
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