KR101368752B1

KR101368752B1 - 이미지 정착장치 및 정착방법

Info

Publication number: KR101368752B1
Application number: KR1020070021860A
Authority: KR
Inventors: 이동우; 신수호; 김환겸; 김태규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2014-03-14
Also published as: US7664448B2; JP4742092B2; CN101261481B; KR20080081600A; US20080219723A1; CN101261481A; EP1967916A1; EP1967916B1; JP2008216977A

Abstract

이미지 정착장치는 가압 롤러, 가압 롤러와 부분적으로 접하며 순환하는 벨트형 필름, 벨트형 필름 내부에 제공되어 그 순환을 안내하는 가이드를 포함하는 지지부재, 벨트형 필름과 가압 롤러 사이에 닙을 형성하는 닙부 및 지지부재에 대해 닙부를 지지하는 지지부를 포함하는 닙 스프링, 및 닙 스프링에 인접하게 장착되어 벨트형 필름을 통해 이미지로 열을 제공하는 히터를 구비한다. 히터는 닙 스프링에 의해서 제공되는 닙에 열을 전달하기 때문에 초기 예열을 빠른 시간에 완료할 수 있으며, 닙 스프링의 특성을 조절하여 원하는 특성의 닙을 용이하게 제공할 수가 있다.

Description

이미지 정착장치 및 정착방법 {APPARATUS AND METHOD OF HEATING IMAGE ON RECORDABLE MATERIAL}

도 1은 종래의 프린터를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 도 1의 프린터에서 종래의 이미지 정착장치를 설명하기 위한 확대 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 정착장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 도 3의 이미지 정착장치를 설명하기 위한 분해도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 정착장치와 가열 롤러를 사용하는 종래의 이미지 정착장치의 예열 과정을 비교하기 위한 그래프이다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 정착장치에서의 닙 및 그 압력 분포를 설명하기 위한 부분 확대도이다.

도 6b는 종래의 이미지 정착장치에서의 닙 및 그 압력 분포를 설명하기 위한 부분 확대도이다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 닙 스프링 및 히터를 설명하기 위한 부분 확대도들이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 닙 스프링을 설명하기 위한 부분 확대도이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 닙 스프링을 설명하기 위한 부분 확대도이다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 닙 스프링을 설명하기 위한 부분 확대도들이다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 닙 스프링을 설명하기 위한 부분 확대도이다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 닙 스프링을 설명하기 위한 저면 사시도이다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 정착장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 정착장치를 설명하기 위한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100：이미지 정착장치 110：가압 롤러

120：벨트형 필름 130：지지부재

140：닙 스프링 142：닙부

146：지지부 160：히터

본 발명은 이미지 정착장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 예열(warm-up) 시간을 단축하고 정착 품질을 향상시킬 수 있는 이미지 정착장치 및 정착방법에 관한 것이다.

일반적으로 이미지 정착장치는 가열 롤러 및 가압 롤러를 포함하며, 이미지가 형성된 종이를 가열 롤러 및 가압 롤러 사이로 통과시켜 이미지를 종이 상에 정착시킬 수가 있다. 이미지 정착장치는 복사기, 프린터 및 팩시밀리 등에 사용될 수 있으며, 문자나 화상 정보를 종이 상에 이미지를 정착하기 위한 용도로 사용될 수가 있다.

이미지 정착장치에서 원래 이미지와 동일하게 이미지를 정착하는 것이 가장 중요한 목적이 될 수 있으며, 그 외에도 초기 예열 시간이 짧고 전력 소모가 적은 것 역시 중요한 목적이 아니라 할 수 없다.

도 1은 종래의 프린터를 설명하기 위한 단면도이며, 도 2는 도 1의 프린터에서 종래의 이미지 정착장치를 설명하기 위한 확대 단면도이다. 참고로, 도 1 및 도 2의 이미지 정착장치는 미국특허 제5,148,226호(1992.9.15.공개)에 개시되어 있다.

도 1을 참조하면, 일종의 레이저 빔 프린터는 처리 카트리지(60)를 포함하며, 처리 카트리지(60)는 회전 드럼(61), 차져(62), 현상 장치(developing device) 및 세정 장치(cleaning device)를 포함한다. 처리 카트리지(60)는 커버(65)가 열렸을 때 프린터로부터 분리 가능하도록 장착된다.

프린터 작동 시, 회전 드럼(61)은 화살표 방향 즉, 시계 방향으로 회전하며, 차져(62)에 의해서 회전 드럼(61)의 표면은 균일하게 대전(charged)되고, 스캐닝 레이저 빔(67)에 노출된다. 여기서 스캐닝 레이저 빔(67)은 레이저 스캐너(66)로부터 발사되며, 기록되어야 하는 이미지 정보에 대응하여 제어되어 회전 드럼(61)에는 정전기력에 의한 잔류 이미지(electrostatic latent image)가 정의된다. 잔류 이미지는 토너 저장부(63)를 통과하면서 토너 이미지로 현상된다.

반면 종이(P)는 카세트(68)로부터 한 장씩 공급되며, 종이(P)가 회전 드럼(61)과 이미지 전이 롤러(72)를 통과하면서 토너 이미지는 회전 드럼(61)에서 종이(P)로 전이된다. 회전 드럼(61)의 표면은 세정부재(64)를 통과하면서 세정되며, 이때 회전 드럼(61) 표면에 잔류하는 오염물은 제거될 수 있다. 토너 이미지가 전이된 종이는 이미지 정착장치로 전달된다.

도 2를 참조하면, 이미지 정착장치는 가압 롤러(10), 고정 구조(13), 절연 부재(20), 히터(19) 및 필름(21)을 포함한다. 고정 구조(13)는 이미지 정착장치에서 고정된 위치에 있으며, 전후 벽(15, 16)이 형성되어 필름의 이동을 가이드할 수 있다. 고정 구조(13)의 하부에는 절연 부재(20) 및 히터(19)가 장착된다. 필름(21)은 벨트 형으로 형성되며, 히터(19) 및 고정 구조(13)를 수용하며 회전한다.

고정 구조(13) 및 히터(19)는 단단한 몸체로 형성되며, 가압 롤러(10) 상에서 동시에 상하로 움직일 수 있어 고정 구조(13) 및 히터(19)는 항상 동일한 평면에서만 종이와 접할 수 있다.

또한, 고정 구조(13)와 히터(19)가 길이 방향으로 동일한 조건으로 접촉할 수 있기 때문에, 가압 롤러(10)의 길이 방향에 따라 닙 특성을 변화시킬 수가 없다. 참고로, 가압 롤러가 단순한 원통형이면 가압 롤러와 필름 사이의 닙(nip)에서의 압력 분포가 균일하지 않으며, 가압 롤러를 기준으로 중앙부에서의 압력이 양 단에 위치한 마진부에서의 압력보다 상대적으로 높다. 따라서 상기 미국특허 제5,148,226호에서 가압 롤러(10)는 역-크라운(reverse-crown) 형상으로 형성되며, 이러한 형상 조정을 통해 중앙부의 압력이 양 마진부와 실질적으로 동일하게 형성되도록 할 수 있다.

또한, 히터(19)의 저면이 표면 보호층으로 보호되어 있지만, 히터(19)가 필름(21)을 통해 직접 노출되며, 히터(19)가 고정된 고정 구조(13)에서 히터(19)는 가압 롤러(10) 및 종이(P)로부터의 압력을 거의 직접 전달을 수 있다. 만약, 히터(19)에 큰 압력이 부가되면, 히터(19)의 표면이 손상될 수가 있다.

본 발명은 가압 롤러의 변형된 형상 외에도 필름과 가압 롤러 간의 압력 분포를 조절할 수 있는 이미지 정착장치를 제공한다.

본 발명은 필름과 가압 롤러 간에 제공되는 닙의 유효 폭을 증가시킬 수 있는 이미지 정착장치를 제공한다.

본 발명은 필름과 가압 롤러 간의 압력 분포를 거의 균일하게 형성할 수 잇는 이미지 정착장치를 제공한다.

본 발명은 닙의 초기 예열이 신속히 진행되며, 압력 조절이나 압력 분포를 용이하게 제어할 수 있는 이미지 정착장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 이미지 정착장치는 가압 부재, 가압 부재와 닙(nip)을 형성하는 필름, 닙에 인접하게 위치한 히터 및 닙에 대응하여 필름을 탄성적으로 지지하는 닙 스프링을 포함한다. 닙 스프링이 필름을 국부적으로 지지하여 필름과 가압 부재 간에 닙이 형성될 수 있으며, 히터는 닙 스프링에 이동 가능하게 장착되거나 그 주변에 고정적으로 장착되어 닙에 열을 전달할 수 있다. 닙 스프링이 탄성적으로 변형하면서 닙에서는 전체적으로 균일한 압력 분포를 형성할 수 있으며, 닙 스프링의 특성을 조절하여 닙의 폭, 압력 분포, 형상 등을 종래보다 더 용이하게 조절할 수가 있다.

필름으로는 무한궤도를 형성하는 벨트형 필름이 사용될 수 있으며, 이 벨트형 필름은 히터 및 닙 스프링 주변을 계속적으로 순환할 수 있다. 또한, 닙 스프링에서 히터가 장착되어 탄성 변형과 함께 히터도 함께 움직일 수가 있다. 여기서 히터가 닙 스프링의 안쪽에 장착되면, 닙 스프링과 가압 롤러 간의 압력이 히터로 전달되지 않아 닙에서 보다 높은 압력이 형성되도록 할 수 있으며, 압력이 증가하는 만큼 닙에서의 온도를 더 낮게 유지할 수도 있다. 또한, 히터가 닙 스프링 안쪽에 위치하기 때문에 히터가 닙에서의 압력에 의해 파손되거나 훼손되는 것을 예방할 수가 있다.

여기서 히터는 이미지 정착을 위해 충분한 열을 제공할 수 있는 발열수단으로서, 할로겐 램프 또는 전열선과 같은 발열체가 사용될 수 있으며, 상술한 바와 같이, 닙 스프링에 장착될 수도 있지만, 경우에 따라서는 닙 스프링이 장착되는 지 지부재에 장착될 수도 있다.

본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 기록 매체에 이미지를 정착하기 위한 이미지 정착장치는 가압 롤러, 가압 롤러와 부분적으로 접하며 순환하는 벨트형 필름(belting film), 벨트형 필름 내부에 제공되어 벨트형 필름의 순환을 안내하는 가이드를 포함하는 지지부재, 벨트형 필름의 내면을 지지하여 벨트형 필름과 가압 롤러 사이에 닙을 형성하는 닙부 및 지지부재에 대해 닙부를 지지하는 지지부를 포함하는 닙 스프링, 그리고 닙 스프링에 인접하게 장착되어 벨트형 필름을 통해 이미지로 열을 제공하는 히터를 포함한다.

닙 스프링은 닙부(nip portion) 및 지지부(support portion)를 포함하며, 닙부 및 지지부에 의해서 닙 스프링은 대략 상 모서리(top)가 개방된 사각형 또는 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 닙부 및 지지부는 일반적으로 동일한 재질로 형성될 수 있지만, 다르게는 다른 재질을 이용하여 형성할 수도 있다.

히터는 닙부 또는 지지부에 장착될 수 있으며, 지지 부재에서 고정된 위치를 유지하며 장착될 수도 있다. 히터는 할로겐 램프나 발열선 등과 같이 다양한 발열 수단을 이용할 수 있으며, 닙부의 상하면 등에 장착될 수 있다.

닙 스프링에서 닙부는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 일반적으로 금속 판재로 이루어지기 때문에 원하는 형상으로 용이하게 가공할 수 있다. 예를 들어, 가압 롤러와 접하는 닙부를 가압 롤러와 동일한 또는 유사한 곡률로 가공하여 닙의 폭을 증가시킬 수 있으며, 닙 스프링의 길이 방향에 따른 닙부의 폭 또는 두께 등을 다양하게 하여 하나의 닙 스프링에서 다른 탄성 특성을 갖도록 닙 구성을 다양하게 조정할 수가 있다. 또한, 지지부의 형상으로 절곡된 구조로 형성하여 탄성을 조절할 수 있으며, 지지부에 홀을 형성하거나 보강재를 덧대어 다른 탄성 특성을 갖도록 할 수가 있다.

또한, 닙 스프링의 단면이 대칭을 이루어 정착 전 이미지가 들어오는 입구측 및 정착된 이미지가 나가는 출구측에서의 탄성 특성을 동일하게 할 수 있으며, 닙 스프링의 단면이 비대칭을 이루어 입구측 및 출구측 탄성 특성을 달리할 수도 있다. 이때 닙 스프링의 단면을 대칭 또는 비대칭적으로 형성하기 위해, 지지부의 형상, 두께 등을 달리할 수가 있다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 기록 매체에 이미지를 정착하기 위한 이미지 정착방법은, 가압 롤러 및 필름을 이용하여 닙을 형성하는 단계, 닙 스프링을 이용하여 닙에 대응하여 필름을 탄성적으로 지지하는 단계, 가압 롤러를 구동하여 닙을 통해 이미지가 형성된 기록 매체를 통과시키는 단계, 및 닙에 인접하게 위치한 히터를 이용하여 닙을 통과하는 이미지에 열을 전달하는 단계를 포함한다.

닙을 형성하기 위해 닙 스프링을 이용한 구조가 사용될 수 있다. 닙 스프링에 의해서 국부적으로 접하는 좁은 면적에서 닙이 탄성적으로 지지되며, 닙 스프링이 변형을 통해 닙 전체적으로 균일한 압력 분포를 형성할 수가 있다.

또한, 닙 스프링을 이용하여 닙의 압력을 증가시키는 것이 가능하며, 히터의 손상을 방지할 수 있어 정착에 필요한 온도를 상대적으로 낮출 수 있고, 정착 속도를 증가시켜 프린터 또는 복사기의 성능을 향상시킬 수도 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 정착장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 4는 도 3의 이미지 정착장치를 설명하기 위한 분해도이다.

본 실시예에 따른 이미지 정착장치(100)는 복사기, 프린터, 팩시밀리 등과 같이 인쇄기능을 포함하는 장치에 장착될 수 있으며, 토너 등에 의해서 표현된 토너 이미지를 종이 또는 기타 기록 매체에 정착할 수 있다. 구체적인 설치 위치 등은 도 1에서 이미지 정착장치의 내용 또는 기타 다른 정착장치를 참조할 수도 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 이미지 정착장치(100)는 가압 롤러(110), 벨트형 필름(120), 지지부재(130), 닙 스프링(140) 및 히터(160)를 포함한다. 가압 롤러(110)의 상부에 지지부재(130)가 배치되며, 지지부재(130)에는 닙 스프링(140)이 지지되고, 닙 스프링(140)에는 히터(160)가 장착된다. 벨트형 필름(120)은 지지부재(130), 닙 스프링(140) 및 히터(160)를 수용하며, 가압 롤러(110)와 닙 스프링(140) 사이를 통과할 수 있다. 벨트형 필름(120)은 가압 롤러(110)의 회전에 대응하여 이동하며, 닫힌 궤도를 그리며 수용된 부품들(130, 140, 160) 주변을 순환할 수 있다. 닙 스프링(140)은 벨트형 필름(120)을 탄성적으로 지지하며, 닙 스프링(140) 및 가압 롤러(110) 사이에는 닙(N)이 형성될 수 있다.

가압 롤러(110)는 실질적으로 고정된 축에 장착되며, 축과 함께 회전할 수 있다. 가압 롤러(110)는 고무 또는 탄성 재질의 표면층을 포함할 수 있으며, 정착 이전의 토너 이미지가 형성된 기록 매체를 이송하여 닙(N)을 통과하도록 할 수가 있다. 본 실시예에서 지지부재(130) 및 가압 롤러(110)가 상하로 수직하게 배치되어 있지만, 경우에 따라서는 수직하지 않고 약간 경사지게 배치될 수 있으며, 가압 롤러가 위에 위치하도록 가압 롤러와 지지부재의 위치가 상하 반전될 수도 있다.

지지부재(130)는 가압 롤러(110) 상부에서 역시 실질적으로 고정된 위치에 배치된다. 지지부재(130)는 지지몸체(132) 및 가이드(134)를 포함한다. 지지몸체(132)는 닙 스프링(140)을 고정 및 지지하며, 가이드(134)는 벨트형 필름(120)의 순환을 안내할 수 있다. 지지몸체(132)에는 닙 스프링(140) 및 히터(160)를 수용하기 위한 공간이 형성될 수 있으며, 그 공간에는 히터(160)가 부착된 닙 스프링(140)이 장착된다. 지지부재(130)에서 가이드(134)는 벨트형 필름(120)의 순환을 보조하기 위한 것으로서, 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있으며, 가이드(134)는 연속된 일체형 또는 분리된 분리형으로 형성될 수가 있다.

지지부재(130)는 가압 롤러(110)를 따라 길게 연장되며, 이 경우 지지부재(130)는 가압 롤러(110)와 마찬가지로 처리 가능한 기록 매체의 폭보다 넓은 폭을 가진다. 또한, 지지부재(130)는 고정된 위치에 유지될 수 있지만, 경우에 따라서는 탄성적으로 지지되어 작은 범위 내에서 움직일 수도 있다.

벨트형 필름(120)은 내열성 재질로 형성되며, 히터(160)로부터 발생한 열을 국부적으로 토너 이미지에 전달할 수 있다. 벨트형 필름(120)은 지지몸체(132) 및 가이드(134)에 의해서 정의되는 원주보다 긴 원주를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 벨트형 필름(120)이 기록 매체 또는 가압 롤러(110)와 맞물려 수동적으로 회전하지만, 다른 실시예에서는 벨트형 필름(120)을 구동하기 위한 별도의 구동장치가 적용될 수도 있다.

닙 스프링(140)은 닙부(142) 및 지지부(146)를 포함하며, 지지부재(130)의 지지몸체(132)에 장착된다. 닙부(142)는 필름(120)의 내면과 면접하며 실질적으로 필름(120)과 가압 롤러(110) 사이에 압력에 의해서 접촉하는(press-contacting) 닙(N)을 형성할 수 있다. 닙부(142)의 양단은 각각 지지부(146)와 연결되며, 지지부(146)는 마치 테이블 형상과 같이 닙부(142)를 지지한다. 닙부(142)는 가압 롤러(110) 또는 기록 매체와의 접촉에서 부분적으로 탄성 변형될 수 있으며, 지지부(146) 역시 부분적으로 탄성 변형하여 필름(120)을 탄성적으로 지지할 수 있다.

닙부(142)의 내면으로 히터(160)가 장착된다. 히터(160)는 기판(162), 발열패턴(164) 및 보호층(166)을 포함하며, 닙 스프링(140)의 닙부(142) 안쪽에서 닙 스프링(140)에 인접한 필름(120)을 국부적으로 가열할 수 있다. 따라서, 히터(160)는 닙(N) 및 그 주변을 집중적으로 가열할 수 있으며, 국부적인 가열을 통해 초기 예열 시간을 단축시킬 수가 있다. 명확히 도시되지는 않았지만, 히터(160) 또는 그 주변으로 온도 센서가 더 장착될 수 있다.

참고로, 도 5의 온도 비교는 수치해석에 의해서 얻어진 결과이다. 종래의 이미지 정착장치는 약 21.8mm의 외경을 가진 가열 롤러 및 약 1300W의 발열량을 가진 히터를 적용하였으며, 본 발명에 따른 이미지 정착장치는 약 24mm의 외경을 가 진 벨트형 필름과 약 250W의 발열량을 가진 히터를 적용하였다.

도 5를 참조하면, 종래의 이미지 정착장치가 상대적으로 더 큰 발열량의 히터를 사용하였다 하더라도, 종래 장치의 온도 상승 속도가 본 발명에 따른 장치의 온도 상승 속도보다 작은 것을 알 수 있다. 종래의 이미지 정착장치는 가열 롤러 전체를 가열해야 하기 때문에 온도 상승이 늦지만, 본 발명의 이미지 정착장치는 얇은 필름을 국부적으로 가열하기 때문에 온도 상승이 상대적으로 빠르다. 일 예로, 일반적으로 예열에 필요한 온도가 약 160?라 가정할 때, 본 발명에 따른 이미지 정착장치는 약 5-6초에 예열이 완료되지만, 종래의 이미지 정착장치는 약 25-27초에 예열이 완료되는 것을 알 수 있다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 정착장치에서의 닙 및 그 압력 분포를 설명하기 위한 부분 확대도이며, 도 6b는 종래의 이미지 정착장치에서의 닙 및 그 압력 분포를 설명하기 위한 부분 확대도이다. 참고로, 도 6a 및 도 6b에서 이미지 정착장치는 각각 도 3 및 도 2에 도시된 이미지 정착장치를 참고할 수 있다.

도 6a를 참조하면, 닙 스프링(140)의 닙부(142)와 가압 롤러(110) 사이로 필름(120) 및 기록 매체(P)가 통과한다. 닙 스프링(140)의 탄성 변형에 의해서 닙부(142)는 가압 롤러(110)의 형상에 따라 부분적으로 곡면을 갖도록 변형될 수 있다. 따라서, 닙(N)의 중심부에서 상대적으로 넓은 폭의 압력 분포가 형성되며, 상대적으로 균일한 압력 분포가 형성된다.

하지만, 도 6b를 참조하면, 종래의 이미지 정착장치에서는 닙 스프링 없이 히터(19) 및 가압 롤러(10) 사이에 닙이 형성된다. 히터(19)는 전혀 변형을 하지 않기 때문에 종래의 닙에서는 좁은 압력 분포가 형성되며, 중심부에서 압력이 가장 크고 그 주변에서 압력이 급격하게 감소하는 압력 분포가 형성된다.

다시 도 6a를 참조하면, 히터(160)가 닙부(142)의 상면에 장착되기 때문에 닙(N)에서의 압력은 히터(160)에 직접적으로 전달되지 않는다. 따라서 본 실시예에서는 닙(N)에서의 압력을 임의적으로 증가시킬 수가 있으며, 히터(160)가 파손될 염려가 없다.

일반적으로 정상적인 정착을 기준으로 닙에서의 압력을 높이면, 닙에서의 정착 온도를 더 낮출 수 있으며, 저용량의 히터를 사용하거나 예열 시간을 단축하는 것이 가능할 수 있다.

또한, 닙(N)에서의 정착효율을 증가시킬 수 있기 때문에, 기록 매체(P)의 통과 속도를 증가시킬 수 있다. 닙에서의 통과 속도를 증가시키는 것은 이미지 정착장치가 설치된 복사기, 프린터의 인쇄 속도 향상을 의미할 수 있다.

하지만, 도 6b에 도시된 바와 같이, 종래의 이미지 정착장치에서 히터(19)가 직접 압력을 전달 받기 때문에 닙의 압력 증가는 히터(19)의 파손을 가져올 수 있다. 따라서 종래의 이미지 정착장치에서는 닙의 압력을 임의적으로 증가시킬 수 있으며, 정착 시 기록 매체의 통과 속도를 향상시키는 것이 어렵다.

도 7a를 참조하면, 본 실시예에 따른 히터(161)는, 도 3에 도시된 히 터(160)와 마찬가지로, 기판(162), 발열패턴(164) 및 보호층(166)을 포함하며, 닙 스프링(140)의 닙부(142) 안쪽에 위치한다. 다만, 닙부(142) 상에 기판(162)이 접하며, 발열패턴(164)과 보호층(166)이 차례로 형성될 수가 있다.

도 7b를 참조하면, 본 실시예에 따른 히터(160)는 닙 스프링(140)의 바깥쪽 즉, 닙부(142)의 저면에 형성된다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 히터(160)가 닙(N)에서의 압력을 직접적으로 전달받기 때문에, 히터의 파손을 막기 위해 닙의 압력을 일정 한도 이상 증가시키는 것이 제한될 수 있다.

도 7c를 참조하면, 본 실시예에 따른 히터(160)는 닙 스프링(141)의 바깥쪽에 형성되지만, 닙 스프링(141)이 히터(160)를 부분적으로 수용할 수 있도록 평면이 아닌 다른 형태로 형성될 수가 있다. 닙 스프링(141)의 저면은 히터(160)의 저면보다 같거나 낮은 높이에 형성되도록 할 수 있으며, 닙 스프링의 닙부가 부분적으로 변형하면서 히터로 가해지는 압력을 분산시킬 수가 있다.

도 8을 참조하면, 닙 스프링(240)은 닙부(242) 및 지지부(246)를 포함하며, 닙 스프링(240)에서 닙부(242)와 지지부(246)의 경계가 라운드 처리될 수 있다. 닙부(242)와 지지부(246)의 입구측 경계(243)는 라운드 처리되어 필름과 기록 매체가 용이하게 닙 안으로 진입할 수 있게 할 수 있다. 또한, 닙부(242)와 지지부(246)의 출구측 경계(244)는 라운드 처리되어 필름(220)과 정착된 기록 매체가 큰 각도로 벌어지도록 할 수가 있다.

이렇게 라운드 처리된 양 경계(243, 244)는 중점적으로 서로 다른 기능을 할 수 있으며, 서로 다른 형상 및 크기로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 양 경계들 중 입구측 경계(243)의 곡률은 클수록 기록 매체 및 필름의 진입을 용이하게 할 수 있으며, 출구측 경계(244)의 곡률은 상대적으로 작을수록 기록 매체와 필름의 분리를 용이하게 할 수가 있다.

도 9를 참조하면, 닙 스프링(241)은 닙부(242)에 형성된 돌기(245)를 포함할 수 있다. 돌기(245)를 형성함으로써, 기록 매체(P)의 진입 및 배출을 용이하게 할 수 있으며, 기록 매체(P)가 말리거나 잼(jam)되는 것을 방지할 수가 있다.

도시된 바와 같이, 돌기(245)는 닙부(242)의 저면 양 단에서 닙부(242)의 길이 방향을 따라 길게 형성되지만, 경우에 따라서는, 돌기가 어느 일 단에만 형성될 수 있고, 돌기 역시 닙부를 따라 연속적 또는 비연속적으로 형성될 수가 있다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 닙 스프링(340)은 중심 수직축을 기준으로 전후 대칭 또는 비대칭으로 형성될 수 있다. 이 경우 닙 스프링(340)의 단면이 전후 대칭 또는 비대칭으로 형성되는 것을 확인할 수 있다.

예를 들어, 도 10을 참조하면, 닙 스프링(340)에서 입구측 지지부(346)보다 출구측 지지부(348)가 더 두껍게 형성될 수가 있다. 입구측 지지부(346) 및 출 구측 지지부(348)가 서로 비대칭으로 형성되며, 출구측 지지부(348)가 상대적으로 더 큰 탄성계수를 가질 수 있다. 이를 위해서, 출구측 지지부(348)를 상대적으로 두껍게 형성할 수 있으며, 다르게는 출구측 지지부에 보강 판재를 덧붙여 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 할 수가 있다.

상기와 같이, 입구측 지지부(346)를 상대적으로 얇게 형성함으로써 기록 매체의 유입을 용이하게 할 수 있다. 이 외에도, 지지부의 두께를 전후 대칭 또는 비대칭으로 다양하게 조절함으로써 닙의 압력 분포를 다양하게 조절할 수 있으며, 정착성을 향상시키기 위해 지지부 또는 닙부의 형상 또는 기타 조건을 다양하게 변경할 수가 있다.

종래의 정착장치에서는 닙에서의 압력 분포를 조절하는 것이 매우 어렵다. 가압 롤러의 길이 방향에 따라 그 원주를 달리하여 길이 방향에 따른 압력 분포를 조절하기 것이 종래에는 가능하였지만, 기록 매체의 통과 방향에 따른 닙에서의 압력 분포를 조절하는 것은 거의 불가능하다고 할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 기록 매체의 통과 방향에 따른 닙의 압력 분포를 달리하는 것이 가능하며, 이러한 압력 분포를 넓은 폭에서 균일하게 형성시킬 수도 있다. 정착 특성에 따라 닙의 압력 분포를 다양하게 조절하는 것도 가능하다.

지지부의 두께 외에도 다른 방법으로 닙 스프링에 의한 닙에서의 압력 분포를 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참조하면, 출구측 지지부보다 입구측 지지부(347)를 더 많이 절곡하여 다른 탄성계수를 갖도록 할 수가 있다. 절곡 회수를 달리함으로써, 같은 재질 및 같은 두께로 형성된 지지부는 비대칭적으로 형성 되어 다른 탄성 계수를 가질 수가 있다. 물론, 도 12에 도시된 바와 같이, 입구측 지지부(347)과 출구측 지지부(349)를 동일한 회수로 절곡하여 원하는 탄성 계수를 갖도록 할 수 있으며, 전후 대칭을 이루도록 할 수 있다. 즉, 지지부는 벨로우즈(bellows) 형상과 같이 다단으로 형성할 수도 있다.

도 13을 참조하면, 닙 스프링(440)에서 닙부(442) 및 지지부(446)는 서로 다른 재질을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 닙부(442)를 상대적으로 열전도가 우수한 재질을 이용하여 형성할 수 있으며, 지지부(446)를 별도로 제작한 후 닙부(442)와 지지부(446)를 일체로 연결할 수가 있다. 이 경우 히터(460)에서 발생한 열이 필름에 잘 전달될 수 있다.

도 14를 참조하면, 닙 스프링(540)은 닙부(542) 및 지지부(546)를 포함하며, 지지부(546)에는 복수개의 홀(548)이 형성된다. 상기 홀(548)은 지지부(546)의 탄성 계수를 조절하기 위한 것으로서, 홀(548) 간의 간격이 중앙부에서 가장 가깝고, 끝으로 갈수록 점점 멀어지도록 형성되어 있다. 따라서 지지부(546)에서 중앙부는 상대적으로 낮은 탄성 계수를 가지며, 양 단부는 상대적으로 높은 탄성 계수를 가질 수 있다.

이 외에도 홀의 형상을 달리함으로써 지지부(546)의 탄성 계수를 조절할 수 있으며, 홀의 크기 또는 위치를 달리함으로써 탄성 계수를 조절할 수가 있다. 또한, 홀을 형성하지 않고서도 보강재를 적절히 덧붙힘으로써 탄성 계수를 조절할 수가 있다.

예를 들어, 도 15를 참조하면, 지지부(646)의 외벽에 보강 판재(648, 649)가 부착될 수 있다. 중앙부에서 지지부(646)는 대략 1겹으로 형성되지만, 양 단부로 이동할수록 지지부(646)에 보강 판재(648, 649)를 차례로 덧붙임으로써 벽체를 2겹 또는 3겹으로 증가시킬 수 있으며 이로써 겹쳐진 부분은 상대적으로 높은 탄성 계수를 가질 수 있다.

도 16을 참조하면, 이미지 정착장치(700)는 가압 롤러(710), 벨트형 필름(720), 지지부재(730), 닙 스프링(740) 및 히터(760)를 포함한다. 가압 롤러(710)의 상부에 지지부재(730)가 배치되며, 지지부재(730)에는 닙 스프링(740) 및 히터(760)가 장착된다. 벨트형 필름(720)은 지지부재(730), 닙 스프링(740) 및 히터(760)를 수용하며, 가압 롤러(710)와 닙 스프링(740) 사이를 통과할 수 있다. 닙 스프링(740)은 벨트형 필름(720)을 탄성적으로 지지하며, 닙 스프링(740) 및 가압 롤러(710) 사이에는 닙이 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 이미지 정착장치(100)와는 다르게, 본 실시예에서는 히터(760)가 닙 스프링(740)의 닙부(742)에 장착된 것이 아니라, 지지부재(730)에 거의 고정된 위치에 장착될 수 있다. 히터(760)로는 할로겐 램프가 사용될 수 있다.

가압 롤러(710)는 실질적으로 고정된 축에 장착되며, 고무 또는 탄성 재질의 표면층을 포함한다. 지지부재(730)는 가압 롤러(710) 상부에서 역시 실질적으로 고정된 위치에 배치된다. 지지부재(730)에는 히터(760)를 고정하기 위한 히터 클램프(736)를 포함하며, 히터(760)를 닙 스프링(740)에 대해 상대적으로 고정된 위치에 형성할 수가 있다. 벨트형 필름(720)은 내열성 재질로 형성되며, 히터(760)로부터 발생한 열을 국부적으로 토너 이미지에 전달할 수 있다.

도 17을 참조하면, 이미지 정착장치(800)는 가압 롤러(810), 벨트형 필름(820), 지지부재(830), 닙 스프링(840) 및 히터(860)를 포함한다. 가압 롤러(810)의 상부에 지지부재(830)가 배치되며, 지지부재(830)에는 닙 스프링(840) 및 히터(860)가 장착된다. 벨트형 필름(820)은 지지부재(830), 닙 스프링(840) 및 히터(860)를 수용하며, 가압 롤러(810)와 닙 스프링(840) 사이를 통과할 수 있다. 닙 스프링(840)은 벨트형 필름(820)을 탄성적으로 지지하며, 닙 스프링(840) 및 가압 롤러(810) 사이에는 닙이 형성될 수 있다.

본 실시예에서는 히터(860)가 닙 스프링(840)의 닙부(842)에 장착된 것이 아니라, 지지부(846)에 의해서 부분적으로 수용되면서 장착된다. 지지부(846)의 구조에 의해서 히터(860)가 고정될 수 있으며, 히터(860)는 복사 및 전도를 통해 닙 스프링(840) 및 필름(820)의 일부를 가열할 수가 있다.

본 발명에서는 닙 스프링이 가압 롤러 또는 기록 매체의 형상에 대응하여 탄성적으로 변형되기 때문에 닙 내에서의 압력 분포를 균일하게 형성할 수 있으며, 정착에 필요한 압력을 충분히 제공할 수 있다.

또한, 닙 스프링의 형상 또는 재질 특성에 변화를 주어 탄성 특성을 다양하게 변경하는 것이 가능하기 때문에, 제작자는 원하는 닙의 조건에 맞게 닙 스프링을 다양하게 설계하여 제작할 수가 있다. 일 예로, 닙 스프링에 홀을 형성하여 탄성 계수를 조절할 수 있으며, 입구측 및 출구측 지지부의 형상을 달리하여 기록 매체의 진입 및 배출을 용이하게 하도록 할 수가 있다.

또한, 닙 스프링에 의해서 넓은 닙을 형성하는 것이 가능하기 때문에, 닙의 유효 폭을 증가시킬 수 있으며, 닙에서의 기록 매체의 통과시간을 더욱 증가시켜 정착성능을 높일 수 있다. 더 나아가, 기록 매체의 통과 속도를 좀 더 증가시키는 것도 가능하다.

또한, 국부적인 가열을 통해 닙의 초기 예열이 신속히 완료될 수 있으며, 정상적인 정착을 기준으로 닙에서의 압력을 더 높일 수 있기 때문에 닙에서의 정착 온도를 더 낮출 수 있으며, 저용량의 히터를 사용할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

가압 부재;

상기 가압 부재와 닙을 형성하는 필름;

상기 닙에 인접하게 위치한 히터; 및

상기 닙에 대응하여 상기 필름을 탄성적으로 지지하는 닙 스프링;

을 구비하는 이미지 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 닙 스프링을 지지하기 위한 지지부재를 더 구비하며, 상기 닙 스프링은 상기 닙을 형성하기 위한 닙부 및 상기 지지부재에 대해 상기 닙부를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제2항에 있어서,

상기 히터는 상기 지지부재에 대해 상대적으로 움직일 수 있도록 장착된 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제3항에 있어서,

상기 히터는 상기 닙부의 양면 중 일면에 제공되는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제2항에 있어서,

상기 히터는 상기 지지부재에 대해 고정된 상태로 장착된 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제5항에 있어서,

상기 히터는 상기 닙부에 인접하게 제공되는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 필름은 벨트형으로 형성되어 상기 히터 및 상기 닙 스프링 주변을 순환하는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
기록 매체의 이미지를 가열하여 정착하기 위한 장치에 있어서,

가압 롤러;

상기 가압 롤러와 부분적으로 접하며 순환하는 벨트형 필름(belting film);

상기 벨트형 필름 내부에 제공되어 상기 벨트형 필름의 순환을 안내하는 가이드를 포함하는 지지부재;

상기 벨트형 필름의 내면을 지지하여 상기 벨트형 필름과 상기 가압 롤러 사이에 닙을 형성하는 닙부 및 상기 지지부재에 대해 상기 닙부를 지지하는 지지부를 포함하는 닙 스프링; 및

상기 닙 스프링에 인접하게 장착되어 상기 벨트형 필름을 통해 상기 이미지로 열을 제공하는 히터;를 구비하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 히터는 상기 닙부에 장착된 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제9항에 있어서,

상기 히터는 상기 닙부의 내면에 장착된 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 히터는 상기 지지부재에 대해 고정된 상태로 장착되는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 닙 스프링에는 상기 닙부는 상기 닙 형상에 따라 적응할 수 있는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 닙 스프링은 대칭 또는 비대칭 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 닙 스프링은 균일 또는 불균일한 두께의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 닙 스프링에서 상기 지지부는 1회 이상 절곡된 구조로 제공되는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 닙 스프링에서 상기 닙부와 상기 지지부의 경계는 라운드 처리된 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제16항에 있어서,

상기 닙부와 상기 지지부의 경계들 중 입구측 곡률이 출구측 곡률보다 큰 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 닙부의 저면에는 상기 가압 롤러를 향해 돌출된 적어도 하나의 돌기가 형성된 것을 특징으로 이미지 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 닙 스프링의 상기 지지부에는 길이 방향을 따라 다른 탄성 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
제19항에 있어서,

상기 지지부는 홀 형성, 두께 조절, 보강재 부착 또는 형상 차별을 통해 길이 방향을 따라 다른 탄성 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
가압 롤러 및 상기 가압 롤러와 부부적으로 접하는 필름을 이용하여 닙을 형성하는 단계;

닙 스프링을 이용하여 상기 닙에 대응하여 상기 필름을 탄성적으로 지지하는 단계;

상기 가압 롤러를 구동하여 상기 닙을 통해 이미지가 형성된 기록 매체를 통과시키는 단계; 및

상기 닙에 인접하게 위치한 히터를 이용하여 상기 닙을 통과하는 이미지에 열을 전달하는 단계;

를 구비하는 이미지 정착방법.
제21항에 있어서,

상기 필름은 벨트형으로 제공되어 상기 히터 및 상기 닙 스프링 주변을 순환하는 것을 특징으로 하는 이미지 정착방법.
제21항에 있어서,

상기 히터를 상기 닙 스프링에 장착하여 상기 히터가 상기 닙 스프링과 함께 움직이도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지 정착방법.
제23항에 있어서,

상기 히터를 상기 닙 스프링의 내측에 위치시켜 상기 히터와 상기 필름을 간접적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 이미지 정착방법.
제21항에 있어서,

상기 닙 스프링은 상기 필름을 지지하는 닙부 및 지지부재에 대해 상기 닙부를 지지하는 지지부를 포함하며, 상기 닙 스프링은 탄성 재질을 이용하여 형성되어 상기 닙 스프링의 상기 닙부가 상기 닙의 형상에 따라 적응하도록 하는 것을 특징으로 하는 이미지 정착방법.
제25항에 있어서,

상기 닙 스프링은 대칭 또는 비대칭 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 정착방법.
제25항에 있어서,

상기 닙 스프링은 균일 또는 불균일한 두께의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 정착방법.
제25항에 있어서,

상기 닙 스프링의 상기 지지부에는 길이 방향을 따라 다른 탄성 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 정착방법.