KR101970714B1 - 정착 장치 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치 - Google Patents

Abstract

개시된 정착 장치는, 닙 형성 부재와 백업 부재에 의하여 형성되는 정착 닙을 통과하는 회전가능한 유연한 무단 벨트와, 벨트의 내측에 위치되어 정착 닙으로 들어가는 벨트를 안내하는 제1가이드를 포함한다. 제1 가이드는, 정착 닙의 상류측에 위치되어 벨트를 지지하는 제1굴곡부와, 제1굴곡부의 상류측에 위치되어 벨트를 지지하는 제2굴곡부를 구비하며, 정착 닙을 기준으로 하여 벨트의 자유 변형 시의 높이를 H, 제2굴곡부의 정착 닙으로부터의 높이를 h라 하면, h는 H의 4~10% 이다.

Description

정착 장치 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치{Devoloping device and image forming apparatus using the same}

회전되는 무단 벨트를 채용한 정착 장치 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것이다.

전자사진방식을 이용하는 화상형성장치는, 화상수용체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 화상수용체 상에 가시적인 토너화상을 형성하고, 이 토너화상을 기록매체로 전사한 후, 전사된 토너화상을 기록매체에 정착시킨다. 토너는 베이스 레진에 착색제를 비롯한 다양한 기능성 첨가물을 첨가하여 제조된다. 정착과정은 토너에 열과 압력을 가하는 과정을 수반한다.

일반적으로 정착 장치는 서로 맞물려 정착닙을 형성하는 가열롤러와 가압롤러를 구비한다. 가열롤러는 할로겐 램프 등의 열원에 의하여 가열된다. 토너가 전사된 기록매체가 정착닙을 통과하는 동안에 열과 압력에 토너에 가해진다. 이러한 정착 장치에서는, 열원이 가열롤러를 가열하고, 다시 이 열이 기록매체를 거쳐 토너로 전달되므로 높은 열전달 효율을 기대하기 어렵다. 또, 피가열부재인 가열롤러의 열용량이 커서 빠른 승온에 불리하다.

무단 벨트를 채용하며, 무단 벨트의 안정적인 주행이 가능한 정착 장치 및 이를 채용한 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

무단 벨트의 파손 위험을 줄일 수 있는 정착 장치 및 이를 채용한 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 측면에 따른 정착 장치는, 회전가능한 유연한 무단 벨트; 상기 벨트의 외측에 배치되어 상기 벨트를 주행시키는 백업 부재; 상기 벨트의 내측에 위치되고 상기 백업 부재와 대향되어 정착 닙을 형성하는 닙 형성 부재; 상기 벨트의 내측에 위치되어 상기 정착 닙으로 들어가는 벨트를 안내하는 제1가이드;를 포함하며, 상기 제1 가이드는, 상기 벨트의 주행방향을 기준으로 하여 상기 정착 닙의 상류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제1굴곡부와, 상기 제1굴곡부의 상류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제2굴곡부를 구비하며, 상기 정착 닙을 기준으로 하여 상기 벨트의 자유 변형 시의 높이를 H, 상기 제2굴곡부의 상기 정착 닙으로부터의 높이를 h라 하면, h는 H의 4~10% 이다.

상기 제2굴곡부에서의 상기 벨트에 작용되는 비틀림 힘과 그 법선 방향의 분력을 Fn이라 하면, Fn/F < 0.5 일 수 있다.

상기 정착 장치는, 상기 벨트의 내측에 위치되며, 상기 정착 닙으로부터 나오는 벨트를 안내하는 제2가이드;를 더 포함하며, 상기 제2가이드는, 상기 정착 닙의 하류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제3굴곡부를 더 구비할 수 있다.

상기 제1굴곡부와 상기 제3굴곡부의 상기 장착 닙으로부터의 높이는 동일할 수 있다.

상기 제3굴곡부와 상기 정착 닙 사이에 상기 정착 닙에 대하여 하방으로 돌출된 돌출부가 더 마련될 수 있다.

상기 제2가이드는 상기 제3굴곡부의 하류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제4굴곡부를 더 구비할 수 있다.

상기 제1가이드는 상기 벨트의 주행방향과 직교하는 폭방향으로 연장되고 상기 정착 닙을 기준으로 하여 외측으로 볼록한 곡선 형상일 수 있다.

상기 제2가이드는 상기 벨트의 주행방향과 직교하는 폭방향으로 연장되고 상기 정착 닙을 기준으로 하여 외측으로 볼록한 곡선 형상일 수 있다.

다른 측면에 따른 정착 장치는, 회전가능한 유연한 무단 벨트; 상기 벨트의 외측에 배치되어 상기 벨트를 주행시키는 백업 부재; 상기 벨트의 내측에 위치되고 상기 백업 부재와 대향되어 정착 닙을 형성하는 닙 형성 부재; 상기 벨트의 내측에 위치되어 상기 정착 닙으로 들어가는 벨트를 안내하는 제1가이드;를 포함하며, 상기 제1가이드는 상기 벨트의 주행방향과 직교하는 폭방향으로 연장되고 상기 정착 닙을 기준으로 하여 외측으로 볼록한 곡선 형상이다.

상기 제1 가이드는, 상기 벨트의 주행방향을 기준으로 하여 상기 정착 닙의 상류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제1굴곡부와, 상기 제1굴곡부의 상류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제2굴곡부를 구비할 수 있다.

상기 정착 닙을 기준으로 하여 상기 벨트의 자유 변형 시의 높이를 H, 상기 제2굴곡부의 상기 정착 닙으로부터의 높이를 h라 하면, h는 H의 4~10% 일 수 있다.

상기 제2굴곡부에서의 상기 벨트에 작용되는 비틀림 힘과 그 법선 방향의 분력을 Fn이라 하면, Fn/F < 0.5 일 수 있다.

상기 정착 장치는, 상기 벨트의 내측에 위치되며, 상기 정착 닙으로부터 나오는 벨트를 안내하는 제2가이드;를 더 포함할 수 있다.

상기 제2가이드는 상기 벨트의 주행방향과 직교하는 폭방향으로 연장되고 상기 정착 닙을 기준으로 하여 외측으로 볼록한 곡선 형상일 수 있다.

상기 제2가이드는, 상기 정착 닙의 하류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제3굴곡부를 더 구비할 수 있다.

상기 제3굴곡부와 상기 정착 닙 사이에 상기 정착 닙에 대하여 하방으로 돌출된 돌출부가 더 마련될 수 있다.

일 측면에 따른 화상형성장치는, 기록 매체에 가시적인 토너 화상을 형성하는 인쇄유닛; 전술한 정착 장치;를 포함한다.

상술한 정착 장치 및 이를 채용한 화상형성장치에 따르면, 무단 벨트의 안정적인 주행이 가능하며, 파손 위험을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예에 적용되는 정착 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 3은 무단 벨트의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 제1가이드의 일 실시예를 도시한 부분 단면도이다.
도 5는 제2굴곡부의 위치를 보여주는 도면이다.
도 6은 정착 닙의 크기에 따른 벨트의 자유 변형 형태의 예들을 보여주는 도면이다.
도 7은 정착 닙의 크기에 따른 벨트의 높이의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 8은 정착 장치의 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는 벨트의 축선이 기울어진 경우의 일 예를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 10은 외측으로 볼록한 곡선 형상의 제1가이드와 제2가이드의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 11은 면상 발열체를 채용한 정착 장치의 일 실시예의 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 정착 장치 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치의 실시예들에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 1을 보면, 기록 매체(P), 예를 들어 용지에 가시적인 토너 화상을 형성하는 인쇄유닛(100)과, 토너 화상을 기록 매체(P)에 정착시키는 정착 장치(200)가 도시되어 있다. 본 실시예의 인쇄유닛(100)은 전자사진방식에 의하여 칼라토너화상을 형형성한다.

인쇄유닛(100)은 복수의 감광드럼(1)과, 복수의 현상기(10), 및 용지이송벨트(30)를 포함할 수 있다. 감광드럼(1)은 그 표면에 정전잠상이 형성되는 감광체의 일 예로서, 도전성 금속 파이프와 그 외주에 형성되는 감광층을 포함할 수 있다. 복수의 현상기(10)는 복수의 감광드럼(1)에 각각 대응되며, 복수의 감광드럼(1)에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시킴으로써 복수의 감광드럼(1)의 표면에 토너화상을 형성하는 것이다. 복수의 현상기(10) 각각은 복수의 감광드럼(1)과 별도로 교체될 수 있다. 또한, 복수의 현상기(10) 각각은 감광드럼(1)을 포함하는 카트리지의 형태일 수 있다.

칼라 인쇄를 위하여, 복수의 현상기(10)는 옐로우(Y:yellow), 마젠타(M:magenta), 시안(C:cyan), 블랙(K:black) 색상의 토너를 수용하는 복수의 현상기(10Y)(10M)(10C)(10K)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 상술한 색상 이외에도 라이트 마젠타(light magenta), 백색(white) 등의 다양한 색상의 토너를 수용하는 현상기가 더 마련될 수 있다. 이하에서는 복수의 현상기(10Y)(10M)(10C)(10K)를 구비하는 화상형성장치에 대하여 설명하며, 특별히 다른 언급이 없는 한 참조부호에 Y, M, C, K가 붙은 경우에는 각각 옐로우(Y:yellow), 마젠타(M:magenta), 시안(C:cyan), 블랙(K:black) 색상의 토너를 이용하여 화상을 인쇄하기 위한 구성요소를 지칭하는 것이다.

현상기(10)는 그 내부에 수용된 토너를 감광드럼(1)에 형성된 정전 잠상에 공급하여 정전 잠상을 가시적인 토너 화상으로 현상시킨다. 현상기(10)는 현상롤러(5)를 구비할 수 있다. 현상롤러(5)는 현상기(10)내의 토너를 감광드럼(1)으로 공급하기 위한 것이다. 현상롤러(5)에는 현상바이어스전압이 인가될 수 있다. 도시되지 않은 규제부재는 현상롤러(5)에 의하여 감광드럼(1)과 현상롤러(5)가 대면된 현상영역으로 공급되는 토너의 양을 규제한다.

이성분 현상방식을 채용하는 경우에, 현상기(10) 내에는 자성 캐리어가 수용되어 있고, 현상롤러(5)는 감광드럼(1)으로부터 수십 내지 수백 미크론 이격되게 위치된다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 현상롤러(5)는 중공 원통형 슬리브 내에 자기롤러가 배치된 형태일 수도 있다. 토너는 자성 캐리어의 표면에 부착된다. 자성 캐리어는 현상롤러(5)의 표면에 부착되어 감광드럼(1)과 현상롤러(5)가 대면된 현상영역으로 운반된다. 현상롤러(5)와 감광드럼(1) 사이에 인가되는 현상바이어스전압에 의하여 토너만이 감광드럼(1)으로 공급되어 감광드럼(1)의 표면에 형성된 정전잠상을 가시적인 토너화상으로 현상시킨다. 이성분 현상방식을 채용하는 경우에, 현상기(10)는 토너를 캐리어와 혼합, 교반하여, 이들을 현상롤러(5)로 운반하는 교반기(미도시)를 구비할 수 있다. 교반기는 예를 들어 오거(auger)일 수 있으며, 현상기(10)에는 복수의 교반기가 마련될 수 있다.

캐리어를 사용하지 않는 일성분 현상방식을 채용하는 경우에, 현상롤러(5)는 감광드럼(1)과 접촉되어 회전될 수 있으며, 감광드럼(1)으로부터 수십 내지 수백 미크론 이격되게 위치되어 회전될 수 있다. 현상기(10)는 토너를 현상롤러(5)의 표면으로 부착시키는 공급롤러(미도시)를 더 구비할 수 있다. 공급롤러에는 공급바이어스전압이 인가될 수 있다. 현상기(10)는 교반기(agitator)(미도시)를 더 구비할 수 있다. 교반기는 토너를 교반하여 마찰대전시킬 수 있다. 교반기는 예를 들어 오거(auger)일 수 있다.

대전롤러(2)는 감광드럼(1)이 균일한 표면전위를 갖도록 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전롤러(2) 대신에 대전 브러쉬, 코로나 대전기 등이 채용될 수도 있다.

클리닝 블레이드(6)는 전사과정 후에 감광드럼(1)의 표면에 잔류되는 토너와 이물질을 제거하는 클리닝 수단의 일 예이다. 클리닝 블레이드(6) 대신에 회전되는 브러쉬 등의 다른 형태의 클리닝 장치가 채용될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성장치의 현상방식의 일 예에 대하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 현상방식에 대하여는 다양한 변형 및 변경이 가능하다.

노광기(20)는 화상정보에 대응되어 변조된 광을 후술하는 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K)에 조사하여 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K)에 각각 옐로우(Y:yellow), 마젠타(M:magenta), 시안(C:cyan), 블랙(K:black) 색상의 화상에 대응되는 정전잠상을 형성하는 것으로서, 대표적인 예로서는 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit), LED(light emitting diode)를 광원으로 사용하는 LED노광기 등이 있다.

용지이송벨트(30)는 기록 매체(P)를 지지하고 이송시킨다. 용지이송벨트(30)는 예를 들어 지지롤러(31)(32)에 의하여 지지되어 순환주행될 수 있다. 용지이송벨트(30)를 사이에 두고 복수의 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K)과 대면되는 위치에 복수의 전사롤러(40)가 배치된다. 복수의 전사롤러(40)에는 복수의 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K)으로부터 용지이송벨트(30)에 지지된 기록 매체(P)로 토너화상을 전사시키는 전사기의 일 예이다. 복수의 전사롤러(40)에는 기록 매체(P)로 토너화상을 전사시키기 위한 전사바이어스전압이 인가된다. 전사롤러(40) 대신에 코로나 전사기나 핀 스코로트론(pin scorotron)방식의 전사기가 채용될 수도 있다.

기록매체(P)는 픽업롤러(21)에 의하여 적재대(50)로부터 한 장씩 픽업되고, 이송롤러(51)에 의하여 이송되어 용지이송벨트(30)에 예를 들어 정전력에 의하여 부착될 수 있다.

정착 장치(200)는 기록매체(P)로 전사된 화상에 열 및/또는 압력을 가하여 기록매체(P)에 정착시킨다. 정착 장치(200)를 통과한 기록매체(P)는 배출롤러(23)에 의하여 배출된다.

상기한 구성에 의하여, 노광기(20)는 각 색상의 화상정보에 대등하여 변조된 복수의 광을 복수의 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K)에 각각 주사하여 정전잠상을 형성시킨다. 복수의 현상기(10Y)(10M)(10C)(10K)는 복수의 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K)에 형성된 정전잠상에 Y, M, C, K 색상의 토너를 각각 공급하여 복수의 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K)의 표면에 각각 Y, M, C, K 색상의 가시적인 토너화상을 형성한다. 적재대(50)에 적재된 기록매체(P)는 픽업롤러(51)와 이송롤러(52)에 의하여 용지이송벨트(30)로 공급되며, 용지이송벨트(30) 상에 예를 들어 정전기력에 의하여 유지된다. Y, M, C, K 색상의 토너화상들은 전사롤러(40)에 인가되는 전사바어스전압에 의하여 용지이송벨트(30)에 의하여 이송되는 기록 매체(P) 상으로 순차로 전사된다. 기록매체(P)가 정착 장치(200)를 통과하면, 토너화상은 열과 압력에 의하여 기록매체(P)에 정착된다. 정착이 완료된 기록매체(P)는 배출롤러(53)에 의하여 배출된다.

도 1에 도시된 화상형성장치는 복수의 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K) 상에 현상된 토너화상을 용지이송벨트(30)에 지지된 기록 매체(P)로 직접 전사하는 방식을 채용하고 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 감광드럼(1Y)(1M)(1C)(1K) 상에 현상된 토너화상을 중간전사벨트로 중간전사하고 그 후에 다시 기록 매체(P)로 전사하는 방식이 채용될 수도 있다. 중간전사방식은 당업계에서 잘 알려진 방식이므로 상세한 설명은 생략한다.

정착 장치(200)는 토너 화상에 열과 압력을 가하여 기록 매체(P)에 정착시킨다. 인쇄 속도를 향상시키고 에너지 소모를 줄이기 위하여 정착 장치(200)의 피가열부의 열용량은 작을수록 좋다. 이를 위하여, 피가열부로서 얇은 필름 형태의 무단 벨트를 채용한 정착 장치(200)가 채용된다. 도 2에는 정착 장치(200)의 일 실시예의 단면도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 정착 장치(200)는 회전되는 무단 벨트(210)와, 벨트(210)의 내측에 위치되는 닙형성부재(220)와, 벨트(210)의 외측에 닙형성부재(220)와 대향되게 위치되어 정착 닙(201)을 형성하는 백업 부재(230)를 구비한다. 백업 부재(230)는 벨트(210)를 사이에 두고 닙형성부재(220)와 상호 가압되어 회전됨으로써 벨트(210)를 주행시킬 수 있다.

도 3은 벨트(210)의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 벨트(210)는 필름 형태의 기재(substrate)(211)를 포함할 수 있다. 기재(211)는 금속 박막이나, 폴리이미드(polyimide) 필름, 폴리아미드(polyamide) 필름 등의 정착 온도, 예를 들어 120℃ 내지 200℃ 정도의 온도에서 견딜 수 있는 내열성과 내마모성을 가진 폴리머 필름일 수 있다. 기재(211)의 두께는 벨트(210)가 정착 닙(201)에서 유연하게 변형되고 정착 닙(201)을 벗어난 후에는 원래 상태로 회복될 수 있는 정도의 유연성과 탄성을 가질 수 있도록 선정될 수 있다. 예를 들어, 기재(211)로서 두께 약 35미크론 정도의 스테인레스 스틸 박막이 채용될 수 있다.

벨트(210)의 최외곽층은 이형층(213)일 수 있다. 정착 과정에서 기록매체(P) 상의 토너가 용융되면서 벨트(210)에 부착되는 오프셋(offset) 현상이 발생될 수 있다. 오프셋 현상은 기록매체(P) 상의 인쇄 화상의 일부가 누락되는 인쇄 불량과, 정착 닙을 벗어난 기록매체(P)가 벨트(210)로부터 분리되지 않고 벨트(210)의 외표면에 부착되는 잼(jam)의 원인이 될 수 있다. 이형층(213)은 분리성이 우수한 폴리머층으로 형성될 수 있다. 이형층(213)은 예를 들어 실리콘 폴리머(silicone polymer), PFA(perfluoroalkoxy), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylenes), 불화폴리에테르케톤(PEEK: flurinated polyetherketones), FEP(fluorinated ethylene prophylene) 등의 중 하나, 또는 둘 이상의 혼합체(blend) 또는 이들의 복합체(copolymer)일 수 있다.

벨트(210)는 탄성층(212)을 더 포함할 수 있다. 탄성층(212)은 기재(211)와 이형층(213) 사이에 개재될 수 있다. 탄성층(212)은 정착 닙(201)을 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 정착 온도에서 견딜 수 있는 내열성을 가진 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어 탄성층(212)은 예를 들어, 실리콘 폴리머(silicone polymer)일 수 있다. 탄성층(212)의 두께는 예를 들어 약 200㎛ 정도일 수 있다.

벨트(210)의 내측에는 닙형성부재(220)가 배치된다. 벨트(210)의 외측에는 닙형성부재(220)와 대향되는 백업 부재(230)가 배치된다. 닙형성부재(220)와 백업 부재(230)는 벨트(210)를 사이에 두고 상호 가압된다. 예를 들어, 닙형성부재(220)의 주행방향과 직교하는 폭 방향의 양단부에는 가압수단, 예를 들어 스프링(240)에 의하여 백업 부재(230)를 향하여 미는 가압력이 인가될 수 있다. 백업 부재(230)에도 가압수단, 예를 들어 스프링(250)에 의하여 닙형성부재(220)를 향하여 미는 가압력이 인가될 수 있다. 백업 부재(230)는 벨트(210)를 주행시킬 수 있다. 예를 들어, 백업 부재(230)는 금속제 코어의 외주에 탄성층이 마련된 가압 롤러일 수 있다. 백업 부재(230)는 닙형성부재(220)와의 사이에 벨트(210)를 개재하고 가압된 상태에서 회전됨으로써 벨트(210)를 주행시킬 수 있다.

닙형성부재(220)는 백업 부재(230)와 함께 정착 닙(201)을 형성하는 한편, 벨트(210)가 주행될 수 있도록 안내하는 가이드 부재이다. 닙 형성 부재(220)는 예를 들어, 벨트(210)의 내측에 접촉되는 가이드 플레이트(310)를 포함할 수 있다. 가이드 플레이트(310)의 벨트(210)의 반대쪽은 하나 이상의 지지부재, 예를 들어 제1, 제2지지부재(321)(322)에 의하여 지지될 수 있다. 제1, 제2지지부재(321)(322)는 가이드 플레이트(310)의 강성을 보강하여, 가압력에 의한 가이드 플레이트(310)의 변형을 방지한다. 가이드 플레이트(310)는 정착 닙(201)에 대응되는 닙형성부(221)를 포함할 수 있다. 닙형성부(221)의 기록 매체(P)의 주행방향의 길이는 정착 닙(201)의 길이(N) 이상일 수 있다.

벨트(210)의 주행방향을 기준으로 하여 정착 닙(201)의 상류측에는 정착 닙(201)으로 들어가는 벨트(210)를 가이드 하기 위한 제1가이드(410)가 마련될 수 있다. 제1가이드(410)는 벨트(210)의 내측에 배치된다. 본 실시예의 제1가이드(410)는 정착 닙(201)의 상류측에 배치되는 제1굴곡부(411)와, 제1굴곡부(411)의 상류측에 배치되는 제2굴곡부(412)를 포함한다. 제2굴곡부(412)는 제2굴곡부(411)보다 정착 닙(201)으로부터 백업 부재(230)의 반대 방향으로 더 이격되게 위치된다. 예를 들어, 제1굴곡부(411)는 가이드 플레이트(310)가 닙형성부(221)로부터 백업 부재(230)의 반대쪽으로 구부러져서 연장됨으로써 형성될 수 있다. 제2굴곡부(412)는 가이드 플레이트(310)가 제1굴곡부(411)로부터 다시 백업 부재(230)의 반대쪽으로 구부러져서 연장됨으로써 형성될 수 있다. 도 2에는 제1굴곡부(411)와 제2굴곡부(412)가 계단식으로 형성되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1굴곡부(411)와 제2굴곡부(412)는 경사진 연결부(413)에 의하여 연결될 수도 있다. 제2굴곡부(412)는 하나일 수 있으며, 둘 이상의 제2굴곡부(412)가 벨트(210)의 주행방향의 반대 방향으로 순차로 배치될 수도 있다. 제1굴곡부(411)와 제2굴곡부(412)에 의하여 벨트(210)는 다점 지지되어 정착 닙(201)으로 안내된다.

상술한 구성에 위하면, 벨트(210)는 정착 닙(201) 부근에서만 국부적으로 구속되고 그 이외의 영역에서는 자체의 강성에 의하여 자유 변형된 자유 곡선 형태가 된다. 벨트(210)는 백업 부재(230)로부터 구동력을 받아 주행된다. 그러면, 벨트(210)의 정착 닙(201)을 기준으로 하여 상류측은 긴장상태가 되고 하류측은 이완상태가 된다.

벨트(210)의 상류측에서 단일의 지지점(예를 들어 제1굴곡부(411)만)에 의하여 벨트(210)를 가이드하게 되면 단일의 지지점에 응력이 집중되어 벨트(210)가 파손될 위험이 있다. 또한, 벨트(210)와 기록 매체(P) 상의 용융된 토너와의 접착력에 의하여 벨트(210)가 기록 매체(P)의 주행방향으로 당겨질 경우, 벨트(210)가 주행되는 동안에 자유 상태를 유지하지 못하고 기록 매체(P)의 주행방향으로 당겨진 상태와 자유 상태를 반복할 수 있다. 벨트(210)의 형상을 유지하기 위하여, 벨트(210)의 주행방향과 직교하는 폭 방향의 양단부는 가이드 부시(260)에 의하여 가이드될 수 있다. 가이드 부시(260)는 벨트(210)의 내주면으로부터 내측으로 이격된 내측가이드부(261)와 벨트(210)의 길이 방향의 양단부를 가이드하는 단부 가이드부(262)를 포함할 수 있다. 가이드 부시(260)는 벨트(210)의 폭방향의 양단부측에만 배치된다. 이 경우, 벨트(210)와 가이드 부시(261)는 지속적으로 접촉되거나 또는 접촉과 이격을 반복할 수 있다. 이 과정에서의 충격은 벨트(210)의 파손이나 수명 단축의 원인이 될 수 있다. 또한, 정착 닙(201)에서의 마찰, 닙형성부재(220)와 백업 부재(230)에 인가되는 가압력의 좌우 불균형, 백업 부재(230)와 벨트(210)의 축선의 경사 등으로 인하여 벨트(210)가 주행 중에 비틀림 힘에 의하여 흔들릴 수 있다. 벨트(210)의 주행 중의 흔들림으로 인하여 벨트(210)는 가이드 부시(260)와 충돌할 수 있다. 이 충돌 또한 벨트(210)의 파손, 수명의 단축의 원인이 될 수 있다.

긴장상태에서 벨트(210)의 내주면은 제1, 제2굴곡부(411)(412)에 접촉되는데, 제2굴곡부(412)의 위치는 벨트(210)가 자유 곡선 형태를 유지하면서 안정적으로 주행될 수 있도록 결정될 수 있다. 도 5를 참조하면, 벨트(210)가 정착 닙(201)을 형성한 상태에서 자유 변형된 때의 높이를 H라 한다. 높이(H)는 가령 정착 닙(201)으로부터 벨트(210)의 최상측까지의 거리로 표시될 수 있다. 높이(H)는 벨트(210)의 직경(D), 벨트(210)의 물성, 정착 닙(201)의 길이 등에 의하여 결정될 수 있다. 도 6에는 벨트(210)의 직경(D)에 대한 정착 닙(201)의 길이(N)의 비(N/D)에 따른 벨트(210)의 자유 변형 후의 형상의 예가 도시되어 있다. N/D가 클수록 벨트(210)의 높이(H)는 작아진다. 예를 들어, 벨트(210)의 직경(D)에 대한 높이(H)의 비(H/D)와 벨트(210)의 직경(D)에 대한 정착 닙(201)의 길이(N)의 비(N/D)의 관계는 아래의 식

과 같이 일반화될 수 있다. 여기서 Y = H/D, X = N/D 이다. 주어진 조건에서 계수 A, B, C를 구함으로써 N/D에 대한 H/D를 구할 수 있으며, 이로부터 H를 구할 수 있다. 도 7에는 일반화된 식으로부터 N/D에 대한 H/D를 구한 예의 그래프가 도시되어 있다. 양호한 정착성을 얻을 수 있는 정착 닙(201)의 길이를 결정하고, 도 7로부터 이때의 높이(H)를 구할 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 벨트(210)에는 비틀림 힘(F)가 작용되는데, 제2굴곡부(412)에서의 비틀림 힘(F)의 법선 방향(normal)의 분력(Fn)보다 벨트(210)의 주행방향, 즉 접선 방향(tangential)의 분력(Ft)이 더 크게 함으로써 벨트(210)의 주행 안정성을 확보할 수 있다. 다시 말하면, Fn/F < 0.5 또는 Fn < Ft가 되도록 제2굴곡부(412)의 위치를 결정할 수 있다. 제2굴곡부(412)의 정착 닙(201)으로부터의 높이(h)가 벨트(210)의 자유 변형 시의 높이(H)의 4~10% 범위일 때에 상술한 조건이 만족될 수 있다.

상술한 구성에 따르면, 정착 닙(201)의 상류 측에서 벨트(210)는 제1, 제2굴곡부(411)(412)에 의하여 다점 지지되므로, 응력의 집중을 완화하여 벨트(210) 수명을 유지할 수 있다. 또한, 벨트(210)에 기록 매체(P)의 주행 방향으로 당겨지는 비틀림 힘(F)이 작용될 때에, 제1굴곡부(411)와, 이에 비하여 상대적으로 상류측에 위치되는 제2굴곡부(412)에 의하여 벨트(210)가 지지된다. 그러면, 벨트(210)의 접선 방향의 분력(Ft)이 법선 방향의 분력(Fn)에 비하여 크기 때문에 벨트(210)의 흔들림, 비틀림이 억제되어 벨트(210)는 거의 설계에 의하여 예측되는 자유 상태로 유지되면서 안정적으로 주행될 수 있다. 그러므로, 가이드 부시(260)가 생략되어도 안정적으로 주행이 가능하다. 또한, 가이드 부시(260)를 배치하는 경우에, 내측 가이드부(261)를 벨트(210)의 내측면으로부터 예를 들어 1mm 이상 이격되게 배치할 수 있어서, 내측 가이드부(261)와 벨트(210)와의 간섭을 줄여, 벨트(210) 파손 위험을 줄일 수 있다. 또한, 법선 방향의 분력(Fn)이 작아지므로 벨트(210)와 제2굴곡부(412)와의 마찰력 또한 작아진다. 따라서, 마찰에 의한 벨트(210) 파손 위험 역시 줄일 수 있다.

도 2를 참조하면, 벨트(210)의 주행방향을 기준으로 하여 정착 닙(201)의 하류측에는 정착 닙(201)으로부터 나오는 벨트(210)를 가이드 하기 위한 제2가이드(420)가 마련될 수 있다. 제2가이드(420)는 벨트(210)의 내측에 배치된다. 제2가이드(420)는 정착 닙(201)의 하류측에 배치되는 제3굴곡부(423)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3굴곡부(423)는 가이드 플레이트(310)가 닙형성부(221)로부터 백업 부재(230)의 반대쪽으로 구부러져서 연장됨으로써 형성될 수 있다. 제3굴곡부(423)는 정착 닙(201)을 통과한 벨트(210)가 안정적으로 구부러지면서 자유 곡선 형상을 유지하도록 안내한다. 또한, 가이드 부시(260)가 마련되는경우 제3굴곡부(423)는 벨트(210)와 가이드 부시(260)와의 간섭을 줄이는 역할을 할 수 있다. 제3굴곡부(423)와 제1굴곡부(411)의 정착 닙(201)으로부터의 높이는 동일할 수 있다.

정착 닙(201)과 제3굴곡부(423)와의 사이에는 장착 닙(201)을 기준으로 하여 백업 부재(230) 방향으로 돌출된 돌출부(421)가 마련될 수 있다. 정착 닙(201)을 벗어난 후에도 기록 매체(P) 상의 용융된 토너와 벨트(210)와의 접착력에 의하여 기록 매체(P)가 벨트(210)로부터 분리되지 않고 벨트(210)가 기록 매체(P)의 주행방향으로 당겨질 수 있음은 전술한 바와 같다. 돌출부(421)에 의하여 정착 닙(201)을 벗어난 벨트(210)의 곡률이 급격하게 변하게 되는데, 이에 의하여 기록 매체(P)의 강성에 의하여 기록 매체(P)가 벨트(210)로부터 용이하게 분리될 수 있다. 따라서, 벨트(210)에 가해지는 비틀림 힘을 줄일 수 있으며 나아가서 정착 닙(201)을 통과한 기록 매체(P)가 벨트(210)에 감김으로써 발생되는 잼(jam), 즉 랩-잼(wrap-jam)을 줄일 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제2가이드(420)는 제3굴곡부(423)의 하류측에 위치되는 제4굴곡부(424)를 더 구비할 수도 있다. 제4굴곡부(424)는 예를 들어, 가이드 플레이트(310)가 제3굴곡부(423)로부터 백업 부재(230)의 반대쪽으로 구부러져서 연장됨으로써 형성될 수 있다. 제4굴곡부(424)의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제4굴곡부(424)는 정착 닙(201)을 기준으로 하여 제2굴곡부(412)와 대칭되는 위치에 위치될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여 벨트(210)를 정착 닙(201)을 기준으로 하여 대칭적인 형상이 되도록 안정적으로 안내할 수 있다. 또한, 벨트(210)의 흔들림을 줄여 가이드 부시(260)와의 간섭 가능성을 줄일 수 있다.

정착 닙(201)에서의 마찰, 닙형성부재(220)와 백업 부재(230)에 인가되는 가압력의 좌우 불균형, 백업 부재(230)와 벨트(210)의 축선(ax1)(ax2)의 경사 등으로 인하여 벨트(210)가 주행 중에 비틀림 힘이 작용될 수 있다. 그러면, 도 9에 도시된 바와 같이 벨트(210)가 기울어지면서 벨트(210)가 제1, 제2가이드(410)(420)와의 선접촉을 유지하지 못하고 단부(E)에서 점접촉되어, 벨트(210)에 응력이 집중될 수 있다. 응력 집중을 완화하기 위하여는 벨트(210)와 제1, 제2가이드(410)(420)가 가능한 한 선접촉되도록 할 필요가 있다. 도 10을 참조하면, 제1가이드(410)와 벨트(210)와의 선접촉을 유지하기 위하여, 적어도 제2굴곡부(412)는 벨트(210)의 주행방향에 수직한 폭방향으로 연장되고, 외측으로 볼록한 곡선 형태일 수 있다. 이 경우 제1굴곡부(411)는 제2굴곡부(412)와 동일한 형태일 수 있으며, 도면으로 도시되지는 않았지만, 제1굴곡부(411)는 직선 형태일 수도 있다. 다수의 제2굴곡부(412)를 구비하는 제1가이드(410)가 적용된 경우에는 적어도 최외곽에 위치되는 제2굴곡부(412)는 외측으로 볼록한 형태이다. 이러한 볼록한 형태의 제1가이드(410)는 제1굴곡부(411)만을 구비하는 경우에도 적용될 수 있다. 제1가이드(410)의 볼록한 정도 즉 G1은 예를 들어 1mm 이내일 수 있다.

제2가이드(420)와 벨트(210)와의 선접촉을 유지하기 위하여, 적어도 제4굴곡부(424)는 벨트(210)의 주행방향에 수직한 폭방향으로 연장되고, 외측으로 볼록한 곡선형태일 수 있다. 이 경우 제3굴곡부(423)는 제4굴곡부(424)와 동일한 형태일 수 있으며, 직선 형태일 수도 있다. 이러한 볼록한 형태의 제2가이드(420)는 제3굴곡부(411)만을 구비하는 경우에도 적용될 수 있다. 제2가이드(420)의 볼록한 정도 즉 G2는 G1과 동일할 수 있으며, 예를 들어 1mm 이내일 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 벨트(210)가 백업 부재(230)의 축선에 대하여 기울어지더라도 벨트(210)와 제1가이드(410) 및/또는 제2가이드(420)와의 선접촉을 어느 정도 유지할 수 있어, 벨트(210)의 국부적인 응력 집중을 완화할 수 있다.

벨트(210)의 내측에는 벨트(210)를 가열하기 위한 가열수단이 배치될 수 있다. 가열수단은 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 할로겐 램프(500)일 수 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 면상 발열체(510)일 수도 있다. 면상 발열체(510)는 예를 들어, 세라믹 히터일 수 있다. 면상 발열체(510)는 도 11에 도시된 바와 같이 가이드 플레이트(310)를 거쳐 벨트(210)를 가열할 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 면상 발열체(510)는 가이드 플레이트(310)의 저면, 즉 정착 닙(201) 측 면에 배치되어 벨트(210)를 직접 가열할 수도 있다. 이 외에도 벨트(210)를 가열하기 위한 다양한 가열수단이 마련될 수 있으며, 가열수단에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1...감광드럼 2...대전롤러
3...대전롤러 클리너 4...클리닝부재
5...현상롤러 6...규제부재
7...공급롤러 8...교반기
10......현상기 11......광통로
12...광 20...노광기
30...용지이송벨트 40...제1전사롤러
50...제2전사롤러 60...정착 장치
50...적재대 51...픽업롤로
52...이송롤러 53...배출롤러
80...양면인쇄경로 101...제1현상기
102...제2현상기 200...현상부
300...폐토너수용부 400...제2토너수용부
401...제2토너수용부의 바닥 410...연결부
510...제1교반부재 520...제2교반부재

Claims (18)

1. 회전가능한 유연한 무단 벨트;
   상기 벨트의 외측에 배치되어 상기 벨트를 주행시키는 백업 부재;
   상기 벨트의 내측에 위치되고 상기 백업 부재와 대향되어 정착 닙을 형성하는 닙 형성 부재;
   상기 벨트의 내측에 위치되어 상기 정착 닙으로 들어가는 벨트를 안내하는 제1가이드;를 포함하며,
   상기 제1 가이드는, 상기 벨트의 주행방향을 기준으로 하여 상기 정착 닙의 상류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제1굴곡부와, 상기 제1굴곡부의 상류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제2굴곡부를 구비하며,
   상기 제2굴곡부에서의 상기 벨트에 작용되는 비틀림 힘과 그 법선 방향의 분력을 각각 F, Fn이라 하면, Fn/F < 0.5 가 되도록, 상기 정착 닙을 기준으로 하여 상기 벨트의 자유 변형 시의 높이를 H, 상기 제2굴곡부의 상기 정착 닙으로부터의 높이를 h라 하면, h는 H의 4~10% 인 정착 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 벨트의 내측에 위치되며, 상기 정착 닙으로부터 나오는 벨트를 안내하는 제2가이드;를 포함하며,
   상기 제2가이드는, 상기 정착 닙의 하류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제3굴곡부를 더 구비하는 정착 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1굴곡부와 상기 제3굴곡부의 상기 정착 닙으로부터의 높이는 동일한 정착 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제3굴곡부와 상기 정착 닙 사이에 상기 정착 닙에 대하여 하방으로 돌출된 돌출부가 더 마련된 정착 장치.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제2가이드는 상기 제3굴곡부의 하류측에 위치되어 상기 벨트를 지지하는 제4굴곡부를 더 구비하는 정착 장치.
7. 제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1가이드는 상기 벨트의 주행방향과 직교하는 폭방향으로 연장되고 상기 정착 닙을 기준으로 하여 외측으로 볼록한 곡선 형상인 정착 장치.
8. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2가이드는 상기 벨트의 주행방향과 직교하는 폭방향으로 연장되고 상기 정착 닙을 기준으로 하여 외측으로 볼록한 곡선 형상인 정착 장치.
9. 기록 매체에 가시적인 토너 화상을 형성하는 인쇄유닛;
   상기 토너 화상을 상기 기록 매체에 정착시키는 것으로서, 제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 정착 장치;를 포함하는 화상형성장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1가이드는 상기 벨트의 주행방향과 직교하는 폭방향으로 연장되고 상기 정착 닙을 기준으로 하여 외측으로 볼록한 곡선 형상인 화상형성장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
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