KR101873033B1

KR101873033B1 - 전압 공용화 화상 형성 장치 및 이의 정착 온도 제어 방법

Info

Publication number: KR101873033B1
Application number: KR1020110127856A
Authority: KR
Inventors: 김용근; 정안식
Original assignee: 에이치피프린팅코리아 주식회사
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2018-07-03
Also published as: US8953964B2; EP2600209A3; EP2600209B8; US20130142535A1; EP2600209B1; EP2600209A2; KR20130061508A

Abstract

본 발명에 의한 서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화 화상 형성 장치는, 외부로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 전압 검출부; 상기 검출된 전압 레벨에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부; 상기 제어 신호에 따라 상기 교류 전원의 파형수 및 위상을 제어하여 정착 전원으로 출력하는 정착 구동 회로; 및 상기 정착 전원을 공급받아 저항 발열하는 하나의 NTC(Negative Temperature Coefficient) 특성의 발열체 및 상기 발열체가 생성하는 열에 의해 가열되어 인쇄 매체상에 형성된 화상을 정착시키는 가열 부재를 포함하는 정착부를 포함한다.

Description

전압 공용화 화상 형성 장치 및 이의 정착 온도 제어 방법{free voltage image forming apparatus and method of controlling fusing temperature thereof}

서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화 정착기를 포함하는 화상 형성 장치 및 그것의 정착 온도를 제어하는 방법에 관한 것이다.

화상 형성 장치에서 인쇄매체에 화상을 형성하는 과정은 다음과 같이 설명할 수 있다. 우선 감광체에 노광하여 정전 잠상(electrostatic latent image)을 형성한 후 여기에 토너를 공급하여 화상을 현상한다. 즉, 감광체의 표면에 대전된 토너 입자가 정전 잠상의 형태에 따라 분포한다. 그리고 감광체에 형성된 화상을 인쇄 매체에 전사한다. 즉, 감광체 표면의 토너 입자들을 인쇄 매체로 전사시킨다. 마지막으로, 인쇄 매체상에 형성된 토너상을 가열 및 가압하여 인쇄 매체에 정착시킴으로써 화상 형성 프로세스는 종료된다.

상기 화상 형성 프로세스 중에서 인쇄 매체상에 형성된 토너상을 정착시키는 프로세스에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다. 토너상이 형성된 인쇄 매체는 가열 롤러 및 가압 롤러로 구성된 정착기에 인입되어 정착이 수행된단. 가열 롤러는 그 내부에 발열체를 포함함으로써 발열체가 생성하는 열에 의해 가열될 수 있으며, 가압 롤러는 가열 롤러에 가압 접촉하여 정착 닙을 형성한다. 인쇄 매체는 정착기의 정착 닙을 통과하면서 가열 롤러 및 가압 롤러에 의해 가열 및 가압되어 토너상이 정착된다. 발열체는 전원을 공급받아 저항 발열하는 것으로 일반적으로 할로겐 램프 등을 발열체로 사용한다.

최근에는 서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화(free voltage) 화상 형성 장치가 제조되는 것이 일반적이다. 전압 공용화 화상 형성 장치를 구현하기 위해서는 화상 형성 장치에 포함되는 정착기 또한 전압 공용화되어야 한다. 그런데 정착기에 포함되는 발열체는 입력되는 전압에 대하여 원하는 전력을 공급받기 위해 설정된 저항값을 가진다. 따라서, 전압 공용화를 구현하기 위해서는 각각의 정격 전압에 대응되는 저항값을 갖는 발열체를 복수개 구비하거나, 또는 하나의 발열체만을 구비하고 정착 전원의 공급을 제어함으로써 원하는 전력을 얻을 수 있다.

각각의 정격 전압에 대응되는 발열체를 복수개 구비하는 경우 제조 비용의 증가, 제품의 크기 및 무게가 증가하는 문제점 등이 있으며, 하나의 발열체만을 구비하고 이에 공급되는 정착 전원의 제어를 통해 전압 공용화를 구현하는 경우에는 화상 형성 장치가 가지는 복수의 정격 전압 중에서 높은 값 인가시에 돌입 전류(inrush current) 및 플리커(flicker)가 심각하게 발생하는 문제점이 있다. 이와 같은 돌입 전류와 플리커가 발생하는 현상은 정착기의 발열체로 사용되는 할로겐 램프가 갖는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 특성이 주 원인이다. 할로겐 램프는 PTC 특성 때문에 저온에서는 낮은 저항값을 가지고, 온도가 올라갈 수록 저항값이 증가하므로 초기 구동시에 낮은 저항값에서 정착 전원을 입력받아 돌입 전류 및 플리커가 심하게 발생하는 문제점이 있다.

전압 공용화 정착기를 포함하는 화상 형성 장치 및 그것의 정착 온도 제어 방법을 제공하고자 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화 화상 형성 장치는, 외부로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 전압 검출부; 상기 검출된 전압 레벨에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부; 상기 제어 신호에 따라 상기 교류 전원의 파형수 및 위상을 제어하여 정착 전원으로 출력하는 정착 구동 회로; 및 상기 정착 전원을 공급받아 저항 발열하는 하나의 NTC(Negative Temperature Coefficient) 특성의 발열체 및 상기 발열체가 생성하는 열에 의해 가열되어 인쇄 매체상에 형성된 화상을 정착시키는 가열 부재를 포함하는 정착부를 포함할 수 있다.

또는, 상기 가열 부재의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도 측정부에서 측정한 상기 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도가 되도록 상기 제어 신호를 출력할 수 있다.

이때, 상기 제어부는 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서는 상기 정착 구동 회로부가 상기 교류 전원을 파형수 제어하여 상기 정착 전원으로 출력하고, 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도에 도달한 이후의 정착 수행 구간에서는 상기 정착 구동 회로부가 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 정착 전원으로 출력하도록 상기 제어 신호를 출력할 수 있다.

또는 이때, 상기 제어부는 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도 미만의 기 설정된 온도에 도달하기 전까지는 상기 교류 전원을 파형수 제어하여 상기 정착 전원으로 출력하고, 상기 기 설정된 온도에 도달하면 상기 정착 구동 회로부가 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 정착 전원으로 출력하도록 상기 제어 신호를 출력할 수 있다.

한편, 상기 제어부는 상기 정착 구동 회로부가 상기 검출된 전압 레벨에 따라 점호각을 달리하여 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 정착 전원으로 출력하도록 상기 제어 신호를 출력할 수 있다.

또는, 상기 발열체는 카본 발열체 또는 카본 나노 발열체 중 어느 하나일 수 있다.

또는, 상기 전압 검출부는 전압 변성기 또는 포토 커플러 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또는, 상기 전압 검출부는 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서의 상기 가열 부재의 온도 변화량에 기초하여 상기 교류 전원의 전압 레벨을 산출할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 정착 전원을 공급받아 저항 발열하는 하나의 NTC 특성의 발열체 및 상기 발열체가 생성하는 열에 의해 가열되어 인쇄 매체상에 형성된 화상을 정착시키는 가열 부재를 포함하는 정착부를 포함하며, 서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화 화상 형성 장치의 정착 온도 제어 방법은 외부로부터 공급받은 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 단계; 및 상기 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도를 유지하도록 상기 검출된 전압 레벨에 따라 전압 레벨에 따라 상기 교류 전원의 파형수 및 위상을 제어하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 교류 전원의 듀티비를 조절하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계는, 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서 상기 교류 전원을 파형수 제어하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계; 및 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도에 도달한 이후의 정착 수행 구간에서는 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 발열체에 정착 전원으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

또는, 상기 교류 전원의 듀티비를 조절하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계는, 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도 미만의 기 설정된 온도에 도달하기 전까지는 상기 교류 전원을 파형수 제어하여 상기 발열체에 정착 전원으로 공급하고, 상기 기 설정된 온도에 도달하면 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 발열체에 정착 전원으로 공급할 수 있다.

또는, 상기 교류 전원의 듀티비를 조절하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계는, 상기 교류 전원의 전압 레벨에 따라 점호각을 달리하여 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 발열체에 정착 전원으로 공급할 수 있다.

또는, 상기 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 단계는, 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서의 상기 가열 부재의 온도 변화량에 기초하여 상기 교류 전원의 전압 레벨을 산출할 수 있다.

상기된 바에 따르면, 정착기에서 하나의 NTC(Negative Temperature Coefficient) 특성의 발열체를 사용하여 가열 부재를 가열시킴으로써 제조 비용을 절감하고 제품의 소형화 및 경량화를 가능하게 하면서도 다양한 값의 전압이 정착 전원으로서 입력되었을 때 돌입 전류 및 플리커가 발생하는 것을 억제할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 정착 구동 회로부의 상세 회로도를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치의 정착 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 화상 형성 장치의 정착 온도 제어 방법을 설명하기 위한 순서도들이다.
도 10은 온도 변화량 측정을 통해 검출한 교류 전원의 전압 레벨에 따라 위상 제어의 점호각(firing angle)을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 실시예들의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여 이하의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치의 상세 구성을 도시한 도면이다. 도 1에서는 정착에 필요한 필수 구성들만을 도시하였고, 도 2에서는 여기에 현상부(110) 및 전사부(120)와 같이 화상 형성 장치에 일반적으로 포함되는 구성들까지 도시하였다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치(100)는 현상부(development unit)(110), 전사부(transfer unit)(120), 정착부(130), 정착 구동 회로부(140), 전압 검출부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다. 그리고 정착부(130)는 부 온도 계수(Negative Temperature Coefficient, 이하 NTC) 특성의 발열체(133) 및 가열 부재(132)를 포함할 수 있다. NTC 특성이란 온도가 증가할 수록 저항값이 작아지는 특성을 의미한다. 이러한 NTC 특성을 갖는 발열체로는 카본 발열체 또는 카본 나노 발열체 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치의 화상 형성 프로세스에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다. 화상 형성 장치는 외부로부터 화상 데이터를 수신하면 현상부(110)에서 화상을 현상한다. 구체적으로 노광부(111~114)에서 감광체(115~118)에 광을 주사하면 감광체(115~118)에는 정전 잠상(electrostatic latent image)이 형성되고 여기에 토너(toner)를 함유한 현상제(developer)를 공급하면 현상제 입자가 감광체(115~118)의 표면에 대전되어 달라붙어 화상을 형성한다. 도 2에서는 노광부(111~114) 및 감광체(115-118)를 각각 4개씩 도시하였는데 이는 일반적으로 컬러 화상을 형성하는 화상 형성 장치에서 CMYK, 즉 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow) 및 블랙(Black) 4가지 색상에 대하여 각각 감광체 및 노광부를 구비하는 것을 나타낸 것으로 이에 한정되지는 않는다.

감광체(115~118)에 형성된 화상은 1차 전사부(120a)에서 중간 전사 벨트(127)에 전사된다. 중간 전사 롤러(125, 126)에 의해 순환되는 중간 전사 벨트(127)에 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙 각각의 색상에 대한 화상이 순서대로 전사되어 하나의 컬러 화상이 완성될 수 있다. 그리고 중간 전사 벨트(127)에 형성된 컬러 화상은 2차 전사부(120b)에서 공급되는 인쇄 매체(102)에 다시 전사된다. 본 도면에서는 화상이 감광체(115~118)로부터 중간 전사 벨트(127)에 1차 전사된 후, 중간전사벨트(127)에서 다시 인쇄 매체(102)에 2차 전사되는 간접 전사 방식을 예로 들었으나, 감광체로부터 직접 인쇄 매체로 화상이 전사되는 직접 전사 방식으로 구현하는 것도 가능하다. 또한, 화상을 전사하는 대상이 되는 중간 전사 벨트(127) 및 인쇄 매체(102)를 통틀어 전사 매체라고 할 수 있다.

화상이 전사된 인쇄 매체(102)는 인쇄 매체 이송 경로(106)를 따라 정착부(130)로 이송되어 정착 롤러들(131, 132)에 의해 가열 및 가압된다. 상기 정착 롤러들(131, 132) 중에서 하나는 그 내부에 NTC 특성의 발열체(133)를 포함함으로써 정착 전원을 공급받은 상기 발열체(133)가 생성하는 열에 의해 가열되는 가열 롤러(132)이고, 나머지 하나는 상기 가열 롤러(132)에 가압 접촉하여 정착 닙을 형성하는 가압 롤러(131)일 수 있다. 상기 발열체(133)는 정착 구동 회로부(140)로부터 정착 전원을 공급받아 저항 발열하여 상기 가열 롤러(132)를 가열시킨다. 종래에 일반적으로 발열체로서 사용하던 할로겐 램프 등은 정 온도 계수(Positive Temperature Coefficient, 이하 PTC) 특성을 가지므로 정착 구동 회로부(140)로부터 정착 전원을 공급받기 시작하는 순간에 낮은 온도에 따른 낮은 저항값을 가져 돌입 전류(inrush current) 및 플리커(flicker)가 발생하는 문제점이 있었다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치에 포함된 NTC 특성의 발열체(133)는 정착 전원을 공급받기 시작하는 순간에 낮은 온도에 따른 높은 저항값을 가지므로 돌입 전류 및 플리커가 발생하는 것을 억제하는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치는 서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화 화상 형성 장치로서 외부의 교류 전원부(10)로부터 공급받은 교류 전원의 전압 레벨을 전압 검출부(150)에서 검출하고, 제어부(160)는 전압 검출부(150)에서 검출한 전압 레벨에 따라 정착 구동 회로부(140)에 제어 신호를 인가하여 정착부(130)로의 정착 전원의 공급을 제어하여 정착부(130)의 가열 롤러(132)의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도가 되도록 한다.

만약 하나의 PTC 특성의 발열체만을 포함하도록 하고 정착 전원의 공급 제어를 통해 전압 공용화 화상 형성 장치를 구현한다면 서로 다른 복수의 정격 전압 중에서 높은 값 인가시에 돌입 전류 및 플리커의 문제가 더욱 심각하게 발생한다. 따라서, 화상 형성 장치를 전압 공용화하기 위해서는 서로 다른 저항값을 갖는 발열체들을 복수개 구비하고 외부로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨에 따라 복수개의 발열체들 중에서 어느 하나를 선택하여 전원을 공급해야 하는데, 이 경우 복수개의 발열체를 구비하여야만 하므로 제조 비용의 상승, 제품의 크기 및 무게의 증가 등의 단점이 존재한다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치(100)는 NTC 특성의 발열체(133)를 포함함으로써 정착 전원의 공급 시작시에 돌입 전류 및 플리커의 발생을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 하나의 발열체만을 포함하고 여기에 공급되는 정착 전원의 제어만을 통해 전압 공용화가 가능하다. 정착 전원의 제어는 구체적으로 외부로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨에 따라 교류 전원의 듀티비를 조절하여 정착 전원으로 출력하는 방식으로 수행된다. 교류 전원의 전압 레벨이 높으면 듀티비를 작게 하고, 교류 전원의 전압 레벨이 낮다면 듀티비를 크게 하도록 교류 전원의 위상을 제어하여 정착 전원으로 출력한다. 이러한 방식으로 정착부(130)에 공급하는 정착 전원을 제어하는 자세한 방법은 이하의 도면 및 순서도의 설명 부분에서 설명하도록 한다.

도 3은 도 1의 정착 구동 회로부(140)의 상세 회로도를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 외부의 교류 전원부(10)로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨을 전압 검출부(150)에서 검출하고, 제어부(160)는 검출된 전압 레벨에 따른 제어 신호를 정착 구동 회로부(140)의 트라이악(T)에 인가함으로써 교류 전원부(10)로부터 공급되는 교류 전원의 듀티비를 조절하여 NTC 특성의 발열체(132)에 정착 전원으로 공급할 수 있다. 제어부(160)는 교류 전원부(10)로부터 공급받는 교류 전원의 전압 레벨에 따라 펄스 폭 변조를 수행하여 제어 신호를 출력함으로써 정착부(130)의 가열 롤러(132)가 정착에 필요한 목표 온도를 유지할 수 있도록 한다. 제어부(160)가 펄스 폭 변조를 수행하여 제어 신호를 출력하는 상세한 내용은 아래의 도 4 및 도 5의 설명 부분에서 설명하도록 한다.

정착 구동 회로부(140)는 또한, EMI(Electromagnetic Interference) 필터(142)를 포함함으로써 위상 제어에 수반하는 EMI 노이즈를 차폐하고, 초크 코일(choke coil)(L3)을 포함함으로써 위상 제어시 고조파를 감소시킬 수 있다. EMI 필터(142)의 제 1 코일(L1) 및 제 2 코일(L2)은 커먼 모드 필터(common mode filter)로서 노이즈를 제거하는 역할을 수행한다.

또한, 도면에 도시하지는 아니하였으나 전압 검출부(150)는 전압 변성기(potential transformer) 또는 포토 커플러(photo coupler) 등을 포함하도록 구성되어 교류 전원부(10)로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨을 검출할 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치의 정착 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프를 도시한 도면이다. 도 4 및 도 5에 도시된 시간에 대한 온도 그래프는 시간에 대한 정착부(130)의 가열 롤러(132)의 온도를 나타낸 것이고, CS는 제어부(160)가 정착 구동 회로부(140)에 인가하는 제어 신호이며, V1 및 V2는 각각 외부의 교류 전원부(10)로부터 공급받는 교류 전원 및 정착 구동 회로부(140)가 정착부(130)의 발열체(133)에 공급하는 정착 전원이다. 도 4를 참조하면, t1에서부터 가열 롤러(132)의 온도가 상승하기 시작하여 t2에서 정착 수행에 필요한 목표 온도에 도달하게 된다. t1에서 t2 까지의 구간을 웜업 구간이라고 한다. 웜업 구간에서는 교류 전원(V1)을 파형수 제어하여 정착 전원(V2)으로서 공급한다. 파형수 제어란 정착 전원(V2)으로서 인가할 교류 전원(V1)의 파형의 개수를 결정하는 것으로, 다시 말해 한 주기의 정현파를 한 개의 파형이라고 한다면 몇 개의 파형만큼의 교류 전원(V1)을 정착 전원(V2)으로서 인가할 지를 의미한다. 도 4를 예로 들면, t1 내지 t2의 구간에서 3개의 파형이 정착 전원(V2)으로서 인가되도록 제어되었다. 이러한 파형수 제어는 현재 가열 롤러(132)의 온도, 인가되는 교류 전원(V1)의 전압 레벨 등에 기초하여 가열 롤러(132)가 정착 온도에 도달하기 위해서 몇 개의 파형을 정착 전원(V2)으로서 공급할지를 결정하는 것이다.

그리고 가열 롤러(132)의 온도가 목표 온도에 도달한 이후인 t2부터의 구간에서 정착 작업이 수행되므로 정착 수행 구간이라고 한다. 정착 수행 구간에서는 가열 롤러(132)의 온도가 오차 범위 내에서 목표 온도를 유지하도록 제어된다. 이와 같이 정착 수행 구간에서 가열 롤러(132)의 온도를 목표 온도로 유지하기 위해 교류 전원(V1)의 위상을 제어하여 정착 전원(V2)을 출력한다. 도 4의 t2 이후의 구간에서 제어 신호(CS)의 펄스 폭 변조를 통해 교류 전원(V1)의 위상을 제어한 정착 전원(V2)이 출력됨을 알 수 있다. 도 3의 회로도를 참고하여 설명하면, 제어부(160)는 펄스 폭 변조 제어를 수행한 제어 신호(CS)를 정착 구동 회로부(140)의 트라이악(T)에 인가하므로 외부의 교류 전원부(10)에서 출력되는 교류 전원(V1)의 위상이 제어된 정착 전원(V2)이 발열체(133)에 공급됨으로써 가열 롤러(132)의 온도가 목표 온도를 유지한다.

도 4에 따르면 t1에서 t2까지의 웜업 구간에서는 교류 전원(V1)의 위상 제어 없이 파형수 제어만을 수행하여 교류 전원(V1)과 동일한 정착 전원(V2)을 정착부(130)에 출력하지만, 도 5에서는 t1에서 t3까지의 웜업 구간 내에서도 제어 신호(CS)의 펄스 폭 변조 제어를 통해 교류 전원(V1)의 위상을 제어한 정착 전원(V2)을 출력하는 실시예를 나타낸다. 구체적으로, 가열 롤러(132)의 온도가 상승하기 시작하는 t1에서 가열 부재(132)의 온도가 목표 온도에 도달하는 t3에 이르는 웜웝 구간에 있어서 t1에서 t2까지는 교류 전원(V1)의 파형수를 제어하여 정착 전원(V2)으로서 출력하지만, t2 이후의 구간에서는 교류 전원(V1)의 위상이 제어된 정착 전원(V2)이 공급된다. 이와 같이 웜업 구간 내에서 위상 제어를 실시하는 이유는 웜업 시간의 단축을 위해 발열체(133)의 초기 저항값을 작게 설정하였다면 발열체(133)의 온도가 상승함에 따라 발열체(133)의 저항값이 감소하여 과전력에 따른 플리커가 발생하는 것을 방지하기 위해서이다. 따라서, 더욱 안정적으로 가열 롤러(132)의 온도를 목표 온도까지 상승시킬 수 있으며, 이때 위상 제어를 시작하는 시점(t2)은 사용 환경에 따라 자유롭게 설정할 수 있다. 예를 들어, 가열 롤러(132)의 온도가 목표 온도의 50 내지 90%가 되는 시점과 같이 설정할 수 있다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 화상 형성 장치의 정착 온도 제어 방법을 설명하기 위한 순서도들이다. 이하에서는 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 화상 형성 장치의 정착 온도 제어 방법을 자세하게 설명한다.

도 6을 참조하면, 우선 S601 단계에서 화상 형성 장치의 외부로부터 공급받은 교류 전원의 전압 레벨을 검출하고, S603 단계에서 검출된 전압 레벨에 따라 제어 신호를 생성한다. 그리고, S605 단계에서는 생성된 제어 신호에 따라 교류 전원의 듀티비를 조절하여 발열체에 정착 전원으로서 공급한다. 이와 같이 외부로부터 입력되는 교류 전원의 전압 레벨에 따라 정착 전원의 공급을 제어함으로써 화상 형성 장치의 전압 공용화가 가능하다. 또한, 앞서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치는 NTC 특성의 발열체(133)를 구비하므로 하나의 발열체 구비만으로 정착 전원의 제어를 통해 전압 공용화를 구현하면서도 돌입 전류 및 플리커의 발생을 억제할 수 있는 장점을 갖는다.

도 6의 S605 단계를 도 7 및 도 8에서 세부적인 순서도로 도시하였다. 또한, 도 7 및 도 8의 순서도에 의한 정착 온도 제어 방법은 각각 상기 도 4 및 도 5에 대응된다.

도 7을 참조하면, S701 단계에서는 외부로부터 공급받은 교류 전원을 파형수 제어하여 정착 전원으로서 발열체에 공급하여 웜업을 시작한다. 웜업이 어느 정도 진행된 후에 S702 단계에서 발열체가 생성한 열에 의해 가열된 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도에 도달하였는지 여부를 판단한 후 도달했다고 판단되면 S703 단계로 진행하여 발열체에 정착 전원의 공급을 중지하고, 도달하지 않았다면 다시 S701 단계로 진행한다. 한편, S703 단계에서 정착 전원의 공급을 중단한 이후에 일정 시간 경과 후 가열 부재의 온도가 목표 온도 미만이 되었는지를 판단하고 목표 온도 미만이라면 S705 단계에서 교류 전원의 위상을 제어하여 정착 전원으로 발열체에 공급한다. S706 단계에서는 정착 작업이 완료되었는지 여부를 판단하여 완료되었다면 작업을 종료하고, 완료되지 않았다면 S704 단계로 진행함으로써 가열 부재의 온도가 목표 온도를 유지하도록 제어가 가능하다.

도 8의 순서도에 의한 정착 온도 제어 방법은 도 7의 순서도에 의한 정착 온도 제어 방법과 비교할 때 S802 단계 및 S803 단계만이 추가되었다. 즉, 도 7에 따르면 S702 단계에서 웜업 구간이 종료되는 시점까지 교류 전원을 정착 전원으로 공급하지만, 도 8에 따르는 경우 S804 단계에서 웜업 구간이 종료되기 이전이라도 가열 부재의 온도가 기 설정된 일정값에 도달하면 교류 전원의 위상을 제어하여 정착 전원으로 공급하는 차이점이 있다. 본 실시예에서는 가열 부재의 온도가 목표 온도의 70%에 도달하는 시점 이후부터는 교류 전원의 위상을 제어하여 정착 전원으로 공급하는 것으로 하였지만 이 수치는 상황에 따라 변경이 가능하며, 목표 온도 미만의 값이기만 하면 된다. 도 8의 순서도의 나머지 모든 단계들은 도 7에서 설명한 바와 동일하다. 이와 같이 웜업 구간 이내라도 일정 시점 이후부터는 교류 전원의 위상을 제어하여 정착 전원으로 공급함으로써 발열체의 초기 저항값이 작은 경우 발열체에 과전력이 공급되어 플리커가 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 9는 도 6의 S601 단계에 대한 세부적인 순서도를 도시한 도면이다. 다시 말해, 도 9의 순서도는 웜업 구간에서 가열 부재의 온도 변화량을 이용해서 외부로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨을 측정하는 방법을 나타낸다. 구체적으로, S901 단계에서 외부로부터 공급받은 교류 전원을 정착 전원으로서 발열체에 공급하고, S902 단계에서 가열 부재의 온도 변화량을 측정한다. 외부로부터 공급받은 교류 전원이 위상 제어 없이 그대로 정착 전원으로서 발열체에 공급되므로 S903 단계에서 측정된 가열 부재의 온도 변화량은 교류 전원의 전압 레벨에 비례하게 된다. 따라서, S905 단계에서는 측정된 온도 변화량에 기초하여 교류 전원의 전압 레벨을 구할 수 있으며, 예를 들어 온도 변화량에 대응되는 전압 레벨을 미리 입력해 놓은 룩업 테이블을 사용하여 전압 레벨을 구할 수 있다.

도 9의 순서도에서 처럼 가열 부재의 온도 변화량에 기초하여 교류 전원의 전압 레벨을 검출할 수도 있지만, 교류 전원을 공급받아 정착 전원을 공급하는 정착 구동 회로부 내에 전압 변성기(potential transformer) 또는 포토 커플러(photo coupler)를 구비함으로써 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 것도 가능하다.

도 10은 온도 변화량 측정을 통해 검출한 교류 전원의 전압 레벨에 따라 위상 제어의 점호각(firing angle)을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 10의 상위 그래프의 (a) 내지 (e)로 표시된 직선들은 입력되는 교류 전원의 전압 레벨이 각기 다른 경우의 가열 부재의 시간에 대한 온도 변화량을 표시한 것이다. 입력되는 교류 전원의 전압 레벨이 클수록 온도가 상승하는 속도도 증가하므로 (a)에서 (e)로 갈수록 점점 전압 레벨이 큰 교류 전원이 입력된 것을 알 수 있다. 교류 전원의 전압 레벨이 큰 경우에는 가열 부재의 온도 변화 곡선에 리플(ripple)이 생길 가능성이 있으므로 점호각을 크게 하여 공급되는 정착 전원이 작아지도록 한다. 도 10을 참조하면, (a)에서 (e)로 갈수록 전압 레벨이 증가하므로 (a)에서 (e)로 갈수록 점호각을 증가시켜가며 위상 제어를 수행함으로써 리플 현상을 방지할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

10: 교류 전원부 100: 화상 형성 장치
110: 현상부 120: 전사부
130: 정착부 140: 정착 구동 회로부
150: 전압 검출부 160: 제어부

Claims

서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화 화상 형성 장치에 있어서,
외부로부터 공급되는 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 전압 검출부;
상기 검출된 전압 레벨에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부;
상기 제어 신호에 따라 상기 교류 전원의 파형수 및 위상을 제어하여 정착 전원으로 출력하는 정착 구동 회로; 및
상기 정착 전원을 공급받아 저항 발열하는 하나의 NTC(Negative Temperature Coefficient) 특성의 발열체 및 상기 발열체가 생성하는 열에 의해 가열되어 인쇄 매체상에 형성된 화상을 정착시키는 가열 부재를 포함하는 정착부를 포함하고,
상기 제어부는 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 정착을 수행하는 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서, 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도 미만의 기 설정된 온도에 도달하기 전까지는 상기 교류 전원을 파형수 제어하여 상기 정착 전원으로 출력하고, 상기 기 설정된 온도에 도달하면 상기 정착 구동 회로부가 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 정착 전원으로 출력하도록, 상기 제어 신호를 출력하는 화상 형성 장치.
제1항에 있어서,
상기 가열 부재의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 온도 측정부에서 측정한 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도가 되도록 상기 제어 신호를 출력하는 화상 형성 장치.
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제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 정착 구동 회로부가 상기 검출된 전압 레벨에 따라 점호각을 달리하여 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 정착 전원으로 출력하도록 상기 제어 신호를 출력하는 화상 형성 장치.
제1항에 있어서,
상기 발열체는 카본 발열체 또는 카본 나노 발열체 중 어느 하나인 화상 형성 장치.
제1항에 있어서,
상기 전압 검출부는 전압 변성기 또는 포토 커플러 중 어느 하나를 포함하는 화상 형성 장치.
제2항에 있어서,
상기 전압 검출부는 정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서의 상기 가열 부재의 온도 변화량에 기초하여 상기 교류 전원의 전압 레벨을 산출하는 화상 형성 장치.
정착 전원을 공급받아 저항 발열하는 하나의 NTC 특성의 발열체 및 상기 발열체가 생성하는 열에 의해 가열되어 인쇄 매체상에 형성된 화상을 정착시키는 가열 부재를 포함하는 정착부를 포함하며, 서로 다른 둘 이상의 정격 전압을 갖는 전압 공용화 화상 형성 장치의 정착 온도 제어 방법에 있어서,
외부로부터 공급받은 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 단계; 및
상기 가열 부재의 온도가 정착 수행에 필요한 목표 온도를 유지하도록 상기 검출된 전압 레벨에 따라 전압 레벨에 따라 상기 교류 전원의 파형수 및 위상을 제어하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계를 포함하고,
상기 교류 전원의 듀티비를 조절하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계는,
정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 정착을 수행하는 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서, 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도 미만의 기 설정된 온도에 도달하기 전까지는 상기 교류 전원을 파형수 제어하여 상기 발열체에 정착 전원으로 공급하고, 상기 기 설정된 온도에 도달하면 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 발열체에 정착 전원으로 공급하는 정착 온도 제어 방법.
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제9항에 있어서,
상기 교류 전원의 듀티비를 조절하여 정착 전원으로 상기 발열체에 공급하는 단계는,
상기 교류 전원의 전압 레벨에 따라 점호각을 달리하여 상기 교류 전원의 위상 제어를 수행하여 상기 발열체에 정착 전원으로 공급하는 정착 온도 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 교류 전원의 전압 레벨을 검출하는 단계는,
정착 수행 전 상기 가열 부재의 온도가 상기 목표 온도에 도달할 때까지의 웜업 구간에서의 상기 가열 부재의 온도 변화량에 기초하여 상기 교류 전원의 전압 레벨을 산출하는 정착 온도 제어 방법.
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