KR102002534B1 - 정착유닛 및 이를 채용한 화상형성장치 - Google Patents

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Abstract

정착유닛 및 이를 채용한 화상형성장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 정착유닛은 기록매체에 전사된 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 것으로서, 정착 닙(Nip)을 형성하며, 이송경로를 따라 상기 정착 닙을 통과하는 상기 기록매체에 열과 압력을 가하여 상기 토너화상을 정착시키는 정착 부재; 내부에 상기 정착 부재를 수납하며, 상기 기록매체가 진입되는 진입부와 상기 기록매체가 배출되는 배출부가 마련된 하우징; 및 상기 토너화상이 전사된 상기 기록매체의 화상면을 향하도록 상기 하우징에 설치되며, 상기 토너화상이 상기 기록매체에 정착되는 과정에서 발생한 나노 더스트(nano dust)가 상기 하우징의 외부로 배출되는 것을 차단하는 차단부;를 포함할 수 있다.

Description

정착유닛 및 이를 채용한 화상형성장치{Fusing unit and image forming apparatus using the same}
정착유닛 및 이를 채용한 화상형성장치에 관한 것이다.
화상형성장치는 화상정보에 대응하여 변조된 광을 감광체에 조사하여 감광체의 표면에 정전잠상을 형성하고, 이러한 정전잠상에 토너를 공급하여 감광체의 표면에 가시적인 토너화상을 형성한다. 이러한 가시화상을 기록매체에 전사한 후 열과 압력을 이용하여 정착하는 방식으로 인쇄를 수행한다.
그러나, 화상형성장치에 의한 화상형성 과정에서 의도하지 않은 수십~ 수백 nm 크기의 나노 더스트(nanodust)가 발생할 수 있다. 이러한 나노 더스트는 인간의 세포막을 투과하는 것이 가능하기 때문에, 인체의 호흡기나 피부를 통해 인체에 쉽게 유입될 수 있다. 인체에 유입된 나노 더스트는 각종 질병을 일으킬 수 있다는 연구 결과가 보고되고 있으며, 그에 따라 최근 유럽 등지에서는 나노 더스트의 배출량에 대한 각종 환경 규제 항목이 신설되고 있는 실정이다.
화상형성장치의 외부로 배출되는 나노 더스트의 배출량을 저감할 수 있는 정착유닛을 제공한다.
상기 정착유닛을 채용한 화상형성장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 기록매체에 전사된 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 정착유닛으로서,
정착 닙(Nip)을 형성하며, 이송경로를 따라 상기 정착 닙을 통과하는 상기 기록매체에 열과 압력을 가하여 상기 토너화상을 정착시키는 정착 부재;
내부에 상기 정착 부재를 수납하며, 상기 기록매체가 진입되는 진입부와 상기 기록매체가 배출되는 배출부가 마련된 하우징; 및
상기 토너화상이 전사된 상기 기록매체의 화상면을 향하도록 상기 하우징에 설치되며, 상기 토너화상이 상기 기록매체에 정착되는 과정에서 발생한 나노 더스트(nano dust)가 상기 하우징의 외부로 배출되는 것을 차단하는 차단부;를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 기록매체의 화상면 측에 배치된 제1 커버와, 상기 기록매체의 화상면의 반대면 측에 배치된 제2 커버를 포함하며, 상기 차단부는 상기 제1 커버에서 상기 기록매체의 이송방향의 상류 측에 설치되어, 상기 나노 더스트를 저장하는 저장 공간을 형성할 수 있다.
상기 차단부는 상기 기록매체의 이송방향과 교차하는 방향으로 형성된 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트로부터 상기 정착 닙 방향으로 연장 형성된 제2 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 제2 플레이트는 상기 나노 더스트가 상기 저장 공간으로 이동하도록 상기 정착 닙과 이격될 수 있다.
상기 제2 플레이트과 상기 정착 닙 사이의 이격 거리는 0.5 ~ 1 cm일 수 있다.
상기 차단부와 상기 정착 부재 사이의 상기 기록매체의 이송방향으로의 이격 거리는, 상기 제2 커버와 상기 정착 부재 사이의 상기 기록매체의 이송방향으로의 이격 거리보다 클 수 있다.
상기 차단부는 상기 나노 더스트를 포집하는 더스트 포집부를 포함할 수 있다.
상기 더스트 포집부는 복수의 미세 구멍을 가지는 다공성 필터일 수 있다. 상기 미세 구멍의 크기가 0.2 ~ 0.45 um일 수 있다.
상기 더스트 포집부는 난연성(fire retardant) 섬유를 재질로 할 수 있다.
상기 더스트 포집부는 금속을 재질로 할 수 있다.
상기 차단부는 상기 제1 커버로부터 탈착될 수 있다.
상기 차단부는 상기 진입부로 진입하는 상기 기록매체에 의해 유도된 유체 경계층(boundary layer)의 일부를 차단할 수 있다.
상기 차단부는 상기 진입부로 진입되는 상기 기록매체의 잼 발생을 방지하도록 상기 기록매체의 이송 경로로부터 이격될 수 있다.
상기 기록매체와 상기 차단부 사이의 이격 거리는 0.5 ~ 1 cm일 수 있다.
상기 나노 더스트가 상기 정착 부재와 상기 제1 커버 사이를 통과하여 상기 배출부를 통해 배출되는 것을 차단하는 제2 차단부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 차단부는 상기 제1 커버로부터 상기 정착 부재 방향으로 연장 형성될 수 있다.
상기 제2 차단부와 상기 정착 부재 사이의 이격 거리는 5mm 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 측면(aspect)에 따르면, 기록매체에 화상을 형성하는 화상형성장치로서,
정전잠상이 형성되는 감광체;
상기 정전잠상에 토너를 공급하여 가시적인 토너화상을 형성하는 현상기; 및
상기 기록매체에 전사된 상기 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 것으로서, 상술한 정착유닛;를 포함할 수 있다.
화상형성과정에서 나노 더스트가 발생하는 지점에 나노 더스트의 배출을 차단할수 있는 차단부를 설치함으로써, 나노 더스트가 외부로 배출되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 차단부는 나노 더스트를 포집하는 더스트 포집부를 포함함으로써, 화상 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정착유닛을 채용되는 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 화상형성장치에 의한 화상형성 과정에서 위치 별 나노 더스트의 발생양을 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 정착 닙의 상류 영역에서 포집된 나노 더스트의 성분을 분석한 결과를 보여주는 것이다.
도 4는 도 1의 화상형성장치에 따른 정착유닛의 일 구성도이다.
도 5는 도 1의 화상형성장치에 따른 정착유닛의 다른 구성도이다.
도 6은 도 1의 화상형성장치에 따른 정착유닛의 또 다른 구성도이다.
도 7은 도 1의 화상형성장치에 따른 정착유닛의 또 다른 구성도이다.
도 8은 도 4의 정착유닛에서 차단부가 설치된 진입부로 진입하는 기록매체의 화상면 주변의 유동 상태를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 1과 비교예 1에 의한 나노 더스트의 발생양을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 정착기 및 이를 채용한 화상형성장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 정착유닛을 채용되는 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 전자사진 프로세스에 의하여 기록매체에 화상을 인쇄하는 인쇄유닛(100)과 정착유닛(300)이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 화상형성장치는 현상제(이하, 토너라 한다.)를 사용하여 칼라화상을 인쇄하는 전자사진방식 화상형성장치이다.
인쇄유닛(100)은 노광기(30), 현상기(10), 전사유닛을 구비한다. 본 실시예의 인쇄유닛(100)은 칼라 화상을 인쇄하기 위하여 서로 다른 색상의 토너, 예를 들면 시안(C:cyan), 마젠타(M:magenta), 옐로우(Y:yellow), 블랙(K:black) 색상의 토너가 각각 수용된 4개의 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)와, 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에 대응되는 4개의 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)를 구비한다.
현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)는 정전잠상이 형성되는 화상수용체인 감광드럼(11)과 정전잠상을 현상시키기 위한 현상롤러(12)를 각각 구비한다. 대전롤러(13)에는 감광드럼(11)의 외주를 균일한 전위로　대전시키기 위하여 대전바이어스가 인가된다. 대전롤러(13) 대신에 코로나 방전기(미도시)가 채용될 수도 있다. 현상롤러(12)는 그 외주에 토너를 부착시켜 감광드럼(11)으로 공급한다. 현상롤러(12)에는 토너를 감광드럼(11)으로 공급하기 위한 현상바이어스가 인가된다. 도시되지는 않았지만, 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에는 그 내부에 수용된 토너를 현상롤러(12)로 부착시키는 공급롤러, 현상롤러(12)에 부착된 토너의 양을 규제하는 규제수단, 그 내부에 수용된 토너를 공급롤러 및/또는 현상롤러(12) 쪽을 이송시키는 교반기(미도시) 등을 더 설치될 수 있다. 또한, 역시 도시되지는 않았지만, 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에는 대전 전에 감광드럼(11)의 외주에 묻은 토너를 제거하는 클리닝 블레이드와, 제거된 토너를 수용하기 위한 수용공간에 마련될 수 있다.
일 예로서, 전사유닛은 기록매체반송벨트(20)와 4개의 전사롤러(40)를 포함할 수 있다. 기록매체반송롤러(20)는 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 외부로 노출된 감광드럼(11)의 외주면과 대면된다. 기록매체반송벨트(20)는 다수의 지지롤러들(21)(22)(23)(24)에 의해 지지되어 순환주행된다. 본 실시예의 기록매체반송벨트(20)는 수직방향으로 설치된다. 4개의 전사롤러(40)는 기록매체반송벨트(20)를 사이에 두고 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)과 대면되는 위치에 배치된다. 전사롤러(40)에는 전사바이어스가 인가된다. 전사롤러(40)는 감광드럼(11)과의 사이에서 전사 닙(N2)을 형성한다. 각 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)는 시안(C:cyan), 마젠타(M:magenta), 옐로우(Y:yellow), 블랙(K:black) 색상의 화상정보에 대응되는 광을 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)으로 주사한다. 본 실시예에서는 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)로서 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit)가 채용된다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 칼라화상형성과정을 설명한다.
각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(12)은 대전롤러(13)에 인가된 대전바이어스에 의하여 균일한 전위로 대전된다. 4개의 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)은 각각 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 색상의 화상정보에 대응되는 광을 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)으로 주사하여 정전잠상을 형성시킨다. 현상롤러(12)에는 현상바이어스가 인가된다. 그러면 현상롤러(12)의 외주에 부착된 토너가 정전잠상으로 부착되어 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)에 각각 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 색상의 토너화상(T)이 형성된다.
토너를 최종적으로 수용하는 매체, 예를 들면 기록매체(P)는 픽업롤러(121)에 의하여 카세트(120)로부터 인출된다. 기록매체(P)는 이송롤러(122)에 의하여 기록매체반송벨트(20)로 인입된다. 기록매체(P)는 정전기적인 힘에 의하여 기록매체반송벨트(20)의 표면에 부착되어 기록매체반송벨트(20)의 주행선속도와 동일한 속도로 이송된다.
예를 들면, 현상기(10C)의 감광드럼(11)의 외주면에 형성된 시안(C)색상의 토너화상(T)의 선단이 전사롤러(40)와 대면된 전사 닙(N2)으로 도달되는 시점에 맞추어 기록매체(P)의 선단이 전사 닙(N2)에 도달된다. 전사롤러(40)에 전사바이어스가 인가되면 감광드럼(11)에 형성된 토너화상(T)은 기록매체(P)로 전사된다. 기록매체(P)가 이송됨에 따라 현상기(10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)들에 형성된 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(K) 색상의 토너화상(T)은 순차적으로 기록매체(P)에 중첩 전사되어, 기록매체(P)에는 칼라 토너화상(T)이 형성된다.
기록매체(P)에 전사된 칼라 토너화상(T)은 정전기적인 힘에 의하여 기록매체(P)의 표면에 유지된다. 정착유닛(300)은 기록매체(P)에 열과 압력을 제공하기 위한 정착 닙(N1)을 통해 칼라토너화상(T)을 기록매체(P)에 정착시킨다. 정착이 완료된 기록매체(P)는 배출롤러(123)에 의하여 화상형성장치 밖으로 배출된다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 화상형성장치에 의한 화상형성 과정에서 위치 별 나노 더스트의 발생양을 나타낸 것이다. 도 2a는 도 1의 화상형성장치에서 나노 더스트의 측정위치를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 2b는 도 2a의 측정위치에서 측정한 나노 더스트의 발생양을 나타낸 것이다. 여기서, 나노 더스트(D1,D2; nanodust)는 화상형성과정에서 발생한 직경이 약 10 ~ 300 nm인 입자를 의미하며, 나노 입자(nano particle), 미세 입자(fine particle) 및 초미세 입자(ultrafine particle)를 포함한다.
도 2a를 참조하면, 나노 더스트(D1,D2)의 발생양의 측정시, 측정위치를 전사 닙(N2)의 하류 영역(#1), 정착 닙(N1)의 상류 영역(#2), 정착 닙(N1)의 하류 영역(#3)으로 선정하였다. 도 2b를 참조하면, 위치별 나노 더스트(D1, D2)의 발생양을 측정한 결과, 나노 더스트(D1, D2)의 발생양은 정착 닙(N1)의 상류 영역(#2)에서 가장 많게 나타났으며, 그 다음으로 정착 닙(N1)의 하류 영역(#3)에서 많게 나타났다. 전사 닙(N2)의 상류 영역(#1)에서 가장 적게 나타났다. 또한, 정착 닙(N1)의 상류 영역(#2)에서는 약 10nm 크기의 나노 더스트(D1)가 가장 많이 검출되었으며, 정착 닙(N1)의 하류 영역(#3)에서는 약 30 nm 크기의 나노 더스터(D2)가 가장 많이 검출되었다.
이러한 결과로부터, 화상형성 과정 중 정착 닙(N1) 부근에서 나노 더스트(D1, D2)가 주로 발생하며 이러한 나노 더스트(D1, D2)는 정착 닙(N1)의 상류 방향으로 이동되는 것을 추정할 수 있었다. 그리고, 정착 닙(N1)의 상류 영역(#2)에서 검출된 나노 더스트(D1)의 크기보다 정착 닙(N1)의 하류 영역(#3)에서 검출된 나노 더스트(D2)의 크기가 크게 나타나는 것으로부터, 정착 닙(N1) 부근에서 발생한 나노 더스트(D1)의 일부가 정착 부재(310)를 우회하는 과정에서 크기가 커지는 것을 추정할 수 있었다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 정착 닙의 상류 영역에서 포집된 나노 더스트의 성분을 분석한 결과를 보여주는 것이다.
도 3a는 도 2a의 정착 닙(N1)의 상류 영역에서 포집한 나노 더스트(D1)를 투과전자현미경(TEM; Transmission Electron Micrscope)으로 관찰한 것으로서, 나노 더스트(D1)에는 금속 성분인 Sn, Fe이 일부 포함된 것으로 나타났다. 이러한 금속 성분은 본 실험에서 사용한 토너의 내첨제의 성분과 동일한 성분으로서, 이를 통해 나노 더스트(D1)는 정착 닙(N1)을 통과하면서 열에 의해 토너를 구성하는 물질이 분해나 휘발하게 되면서 발생하는 결과임을 알 수 있었다.
또한, 도 3b는 도 2a의 정착 닙(N1)의 상류 영역에서 포집한 나노 더스트(D1)를 기체크로마트그래피-질량분석법(GC-MS: Gas Chromatography-mass spectrometry)으로 분석한 것이다. 도 3b를 참조하면, 나노 더스트(D1)에 대한 성분 분석 결과, 아래 (1), (2)와 같은 구조식의 성분이 검출되었다.
Figure 112013001657782-pat00001
...(1)
Figure 112013001657782-pat00002
...(2)
본 실시예에서 토너의 왁스로서 아래 (3)과 같은 구조식의 성분을 사용한 점을 고려할 때, 나노 더스트(D1)의 일부는 토너의 왁스가 이온화된 상태에서 열분해되면서 발생된 것으로 분석된다.
Figure 112013001657782-pat00003
...(3)
상술한 나노 더스트(D1, D2)의 발생 위치 및 성분을 분석한 결과로부터, 나노 더스트(D1, D2)는 정착 닙(N1) 부근 특히, 정착 닙(N1)의 상류 측에서 주로 발생하며, 그 발생원인은 토너화상(T)이 정착 닙(N1)에서 가열, 가압되는 정착 과정에서 분해나 휘발되면서 발생하는 것으로 추정할 수 있었다.
본 실시예에 따른 정착유닛(300)은 이러한 결과를 바탕으로 차단부(330; 도 4 참조)를 배치함으로써, 정착 닙(N1)에서 발생한 나노 더스트(D1, D2)가 외부로 배출되는 것을 차단할 수 있다. 이에 대해서는, 이하에서 구체적으로 살펴본다.
도 4는 도 1의 화상형성장치에 따른 정착유닛의 일 구성도이다. 도 4에 도시된 정착유닛(300)은 롤러 형태의 가열 부재(311)를 채용하는 롤러 방식의 정착유닛(300)을 예시하였다.
도 4를 참조하면, 정착유닛(300)은 정착 부재(310), 정착 부재(310)를 수납하는 하우징(320) 및 하우징(320)에 설치된 차단부(330)를 포함할 수 있다.
정착 부재(310)는 정착 닙(N1)을 형성하며, 이송경로를 따라 정착 닙(N1)을 통과하는 기록매체(P)에 열과 압력을 가한다. 이를 통해, 기록매체(P)에 전사된 토너화상(T)을 정착시킨다. 정착 부재(310)는 가열 부재(311)와 가압 부재(313)를 포함할 수 있다. 가열 부재(311)와 가압 부재(313)는 서로 대면되어 정착 닙(N1)을 형성한다. 일 예로서, 가압 부재(313)는 금속 지지체에 탄성층이 형성된 롤러 형태일 수 있다. 가열 부재(311)와 가압 부재(313)는 도시되어 있지 않은 바이어스 수단, 예를 들면 스프링에 의하여 서로 맞물리는 방향으로 바이어스된다. 가압 부재(313)의 탄성층이 일부 변형됨으로써 가열 부재(311)로부터 기록매체(P) 상의 토너화상(T)으로의 열전달이 이루어지는 정착 닙(N1)이 형성된다.
하우징(320)은 가열 부재(311)와 가압 부재(313)를 내부에 수납하며, 기록매체(P)가 내부에 진입되는 진입부(320a)와, 기록매체(P)가 배출되는 배출부(320b)를 포함한다. 하우징(320)은 기록매체(P)의 화상면(P1) 측에 배치된 제1 커버(321)와, 화상면(P1)의 반대면(P2) 측에 배치된 제2 커버(322)를 포함한다. 제1 커버(321)는 가열 부재(311)를 커버하며, 제2 커버(322)는 가압 부재(313)를 커버한다.
차단부(330)는 토너화상(T)이 전사된 기록매체(P)의 화상면(P1)을 향하도록 상기 하우징(320)에 설치된다. 토너화상(T)이 기록매체(P)에 정착되는 과정, 특히 정착 닙(N1)에 기록매체(P)가 진입하는 과정에서, 토너화상(T)의 일부가 정착 닙(N1)의 열과 압력에 의해 분해되어 나노 더스트(D1, D2)가 발생될 수 있다. 차단부(330)는 이러한 나노 더스트(D1, D2)가 하우징(320) 외부로 배출되는 것을 차단한다.
구체적으로 설명하면, 정착 닙(N1) 부근에서 발생한 나노 더스트(D1, D2)는, 정착 닙(N1)을 기준으로 기록매체(P)의 이송방향의 상류 측으로 이동하게 된다. 이 때, 나노 더스트(D1, D2)의 기록매체(P)의 이송방향의 하류 측 방향으로의 이동은 정착 부재(310)에 의해 차단된 상태이다. 나노 더스트(D1, D2)는 이송방향의 상류 측 중에서, 하우징(320)의 제1 커버(321) 방향으로 이동하게 된다. 나노 더스트(D1, D2)는 정착 닙(N1)으로 진입하는 기록매체(P)에 의해 제2 커버(322) 방향으로의 이동이 차단된다. 그에 따라 기록매체(P)와 제2 커버(322) 사이의 이격 거리는 나노 더스트(D1, D2)의 배출에 직접적인 영향을 미치지 못한다. 차단부(330)는 제1 커버(321)에서 정착 닙(N1)을 기준으로 이송방향의 상류 측에 설치될 수 있다. 이를 통해, 하우징(320)의 제1 커버(321) 방향으로 이동하는 나노 더스트(D1, D2)의 배출을 방지할 수 있다.
차단부(330)는 제1 커버(321)에 설치되어, 나노 더스트(D1, D2)를 저장(또는 축적)하는 저장 공간(S)을 형성한다. 나노 더스트(D1, D2)는 저장 공간(S)에 저장되며, 저장 공간(S)에 저장된 나노 더스트(D1, D2)는 인접한 다른 나노 더스트(D1, D2)와 결합될 수 있다. 결합에 의해 나노 더스트(D1, D2)는 그 크기가 점차 증가하게 되고, 인체에 대한 유해성이 낮은 크기까지 커질 수 있다. 여기서, 인체에 대한 유해성이 낮은 크기란 300nm를 초과하는 크기를 의미한다.
도 5 내지 도 7은 도 1의 화상형성장치에 따른 정착 유닛의 다른 구성도들이다. 도 5 내지 7에서는, 도 4의 정착 유닛과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하였으며, 그에 대한 중복설명은 생략한다. 이하에서는, 도 4와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 차단부(330A)는 기록매체(P)의 이송방향과 교차하는 방향으로 형성된 제1 플레이트(3301)와, 제1 플레이트(3301)의 단부로부터 정착 닙(N1) 방향으로 연장 형성된 제2 플레이트(3302)를 포함할 수 있다.
제2 플레이트(3302)는 정착 닙(N1) 부근에 발생한 나노 더스트(D1, D2)가 저장 공간(S)으로 이동하도록 가이드하는 한편, 저장 공간(S)에 저장된 나노 더스트(D1, D2)가 진입부(320a)로 이동하는 것을 방지한다.
제2 플레이트(3302)는 정착 닙(N1) 부근에 발생한 나노 더스트(D1, D2)가 저장 공간(S)으로 이동 가능하도록 정착 닙(N1)과 이격될 수 있다. 제2 플레이트(3302)의 선단과 정착 닙(N1) 사이의 이격 거리(G2)는 0.5 ~ 1 cm 일 수 있다. 이격 거리(G2)가 0.5 cm 미만일 경우, 정착 닙(N1) 부근에 발생한 나노 더스트(D1, D2)는 제2 플레이트(3302)와 정착 닙(N1) 사이를 통과하지 못하고, 오히려 제2 플레이트(3302)에 의해 저장 공간(S)으로 이동되는 것이 차단될 수 있다. 그로 인해, 외부로 배출되는 나노 더스트(D1, D2)의 양이 증가할 수 있다. 반대로, 이격 거리(G2)가 1 cm를 초과할 경우, 저장 공간(S)에 저장된 나노 더스트(D1, D2)가 제2 플레이트(3302)와 정착 닙(N1) 사이를 통과하게 되고, 그에 따라 진입부(320a)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 6을 참조하면, 차단부(330B)는 제1 플레이트(3301)과 정착 부재(310) 사이의 이격 거리(H1)가 제2 커버(322)와 정착 부재(310) 사이의 이격 거리(H2)보다 크도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 제1 커버(321) 측에 나노 더스트(D1, D2)를 저장하기 위한 충분한 저장 공간(S)을 확보함과 동시에, 제2 커버(322)의 크기를 작게 할 수 있다. 여기서 차단부(330A)와 정착 부재(310) 사이의 이격 거리(H1) 및 제2 커버(322)와 정착 부재(310) 사이의 이격 거리(H2)는 기록매체(P)의 이송방향으로의 거리를 의미한다.
도 7을 참조하면, 차단부(330)는 나노 더스트(D1, D2)를 포집하는 더스트 포집부(335)를 포함할 수 있다. 도 7에서는 더스트 포집부(335)가 차단부(330)와 별도의 구성인 예를 중심으로 설명하겠으나, 더스트 포집부(335)는 이에 한정되지 않으며, 차단부(330)와 더스트 포집부(335)가 일체로 구성될 수 있으며, 그에 따라 차단부(330)가 더스트 포집부(335)로서의 역할을 동시에 수행할 수도 있다.
더스트 포집부(335)는 저장 공간(S)에 저장된 나노 더스트(D1, D2)를 포집할 수 있다. 이를 통해, 기록매체(P)의 이송 등에 의해 하우징(320) 내부에 유동이 발생하더라도, 나노 더스트(D1, D2)가 비산하여 하우징(320) 내부에 부유하는 것을 방지할 수 있다. 나노 더스트(D1, D2)의 부유를 방지함으로써, 나노 더스트(D1, D2)로 인해 정착 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 더스트 포집부(335)는 반복되는 정착 과정에서 나노 더스트(D1, D2)의 양이 증가하더라도, 나노 더스트(D1, D2)에 의한 화상 품질의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
더스트 포집부(335)는 나노 더스트(D1, D2)를 포집하기 위하여, 복수의 미세 구멍을 가지는 다공성 필터일 수 있다. 미세 구멍의 크기(l)가 0.2 ~ 0.45 um일 수 있다. 미세 구멍의 크기(l)가 0.2 um 미만일 경우, 하우징(320) 내부에 발생하는 유동 흐름이 미세 구멍을 통과하기 어려워지기 때문에, 그로 인해 하우징(320) 내부가 과열될 수 있다. 반면에, 미세 구멍의 크기(l)가 0.45 um 초과일 경우, 나노 더스트(D1, D2)가 더스트 포집부(335)에 포집되지 않아, 더스트 포집부(335)를 통과한 나노 더스트(D1, D2)에 의해 화상 품질이 저하될 수 있다. 도면에서는 설명의 편의상 미세 구멍이 사각형인 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며 다각형, 원일 수 있다. 미세 구멍의 크기는, 미세 구멍이 원 형상인 경우 최대 직경을 의미하며, 미세 구멍이 다각형 형상인 경우 변과 변 사이의 최대 거리를 의미한다.
한편, 토너화상(T)은 정착 닙(N1)을 통과하는 과정에서 140 ~ 170 ℃의 온도에서 정착된다. 토너화상(T)에 열을 가하기 위한 가열 부재(311)는 적어도 토너화상(T)의 정착 온도 이상의 열을 기록매체(P)에 가하게 된다. 더스트 포집부(335)는 차단부(330)의 내면에 설치 또는 형성되는 것으로서, 가열 부재(311)에 인접 배치된다. 그에 따라, 더스트 포집부(335)는 가열 부재(311)로부터 방출되는 열에 의한 파손 방지를 고려할 필요가 있다. 이를 위해, 더스트 포집부(335)는 난연성 섬유를 재질로 사용할 수 있다. 더스트 포집부(335)는 난연성 섬유를 재질로 사용함으로써, 고온의 가열 부재(311)에 인접 배치되더라도 열에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다. 난연성 섬유의 예로서, PTFE(polytetrafluoro ehylene)가 사용될 수 있다.
더스트 포집부(335)로는 도면상 도시되어 있지 않지만, 금속이 재질로 사용될 수 있다. 더스트 포집부(335)의 재질로 금속이 사용됨으로써, 나노 더스트(D1, D2) 중 약 40% 정도에 해당하는 전자기(electromagnetic) 물질이 흡착될 수 있다. 보다 흡착 효율을 높이기 위해, 금속을 재질로 하는 더스트 포집부(335)에 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 금속을 재질로 하는 더스트 포집부(335)의 예로서, 알루미늄 박(Al foil)이 이용될 수 있다.
한편, 차단부(330)는 도시되어 있지 않지만, 제1 커버(321)로부터 탈착될 수 있다. 차단부(330)는 제1 커버(321)로부터 탈착 가능하기 때문에, 차단부(330)를 제1 커버(321)로부터 분리하여 내부에 저장된 나노 더스트(D1, D2)를 제거할 수 있다. 이를 통해, 차단부(330) 내부에 저장된 나노 더스트(D1, D2)를 용이하게 제거할 수 있다. 차단부(330)에 저장된 나노 더스트(D1, D2)는 정착 닙(N1)에서 발생한 나노 더스트(D1, D2)보다 그 크기가 커진 상태이기 때문에, 나노 더스트(D1, D2)를 제거하는 과정에서 인체에 대한 유해성은 감소될 수 있다. 나노 더스트(D1, D2)의 크기가 커진 이유는, 차단부(330)에 저장된 나노 더스트(D1, D2)는 시간이 경과함에 따라 인접 나노 더스트(D1, D2)와 결합하여 그 크기가 증가하기 때문이다.
도 4를 다시 참조하면, 차단부(330)는 기록매체(P)와 이격될 수 있다. 차단부(330)와 기록매체(P) 사이의 이격 거리(G1)는 나노 더스트(D1, D2)의 외부 배출량이 40,000 개/cm3 이하가 되도록 설정할 수 있다.
일 예로서, 차단부(330)는 진입부(320a)로 진입하는 기록매체(P)에 의해 유도된 유체 경계층(BL, boundary layer)의 일부를 차단할 수 있다. 도 8은 도 4의 정착유닛에서 차단부(330)가 설치된 진입부(320a)로 진입하는 기록매체(P)의 화상면(P1) 주변의 유동 상태를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 기록매체(P)의 이송에 의해 기록매체(P) 주변에 위치한 유체 중 일부는 기록매체(P)의 이송방향과 같은 방향으로 이동하게 된다. 이러한 유체의 이동은 기록매체(P)에 가까울수록 그 속도가 빨라지며, 멀어질수록 그 속도가 작아지며, 기록매체(P)와의 소정의 이격거리에서 그 속도는 0이 된다. 유체 경계층(BL)은 이와 같이 기록매체(P)의 이송에 의해 유도된 유체의 층으로서, 유체의 이동속도가 0이 되는 지점까지의 층을 의미한다. 유체 경계층의 높이(y)는 기록매체(P)로부터 기록매체(P)의 이송에 의해 유도된 유체의 이동속도가 0이 되는 지점까지의 거리를 의미한다. 차단부(330)는 이러한 유체 경계층(BL)의 일부를 차단하도록 배치된다. 차단부(330)가 유체 경계층(BL)의 일부를 차단하기 때문에, 기록매체(P)가 진입부(320a)로 이송될 때, 진입부(320a)에는 기록매체(P)의 이송방향과 동일한 방향으로 이동하는 유동만이 이동한다. 이러한 유동으로 인해, 이송방향과 반대 방향으로 이동하려는 나노 더스트(D1)는 진입부(320a)를 통과하지 못하고 차단부(330)에 의해 형성된 저장 공간(S)으로 이동하게 된다. 만일, 차단부(330)와 기록매체(P) 사이의 이격 거리(G1)가 유체 경계층의 높이(y)보다 클 경우, 나노 더스트(D1)는 차단부(330)와 유체 경계층(BL) 사이로 이동 가능하기 때문에, 나노 더스트(D1)의 배출량이 증가할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 차단부(330)가 유체 경계층(BL)의 일부를 차단할 수 있도록 차단부(330)와 기록매체(P) 사이의 이격 거리(G1)를 유체 경계층(BL)의 높이(y)보다 작게 설정하기 때문에, 기록매체(P)의 이송방향과 반대 방향으로 이동하려는 나노 더스트(D1)의 배출을 방지할 수 있다. 차단부(330)가 유체 경계층(BL)의 일부를 차단하기 위한 거리의 예로서, 차단부(330)와 기록매체(P) 사이의 이격 거리(G1)는 1 cm 이하일 수 있다.
한편, 차단부(330)와 기록매체(P) 사이의 이격 거리(G1)는 0.5 cm 이상일 수 있다. 이격 거리(G1)가 0.5 cm 미만일 경우, 기록매체(P)가 진입부(320a)를 통과하는 과정에서 차단부(330)에 걸리는 잼 현상이 발생하거나, 차단부(330)에 의해 기록매체(P)에 전사된 토너화상(T)에 스크래치가 발생하여 화상품질이 저하될 수 있기 때문이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 정착유닛(300)은 제2 차단부(340)를 더 포함할 수 있다. 제2 차단부(340)는 정착 닙(N1) 부근에서 발생한 나노 더스트(D1, D2)가 가열 부재(311)와 제1 커버(321) 사이를 통과하여 외부로 배출되는 것을 차단할 수 있다. 상기 도 2a 및 도 2b에 대한 설명에서 살펴본 바와 같이, 나노 더스트(D1, D2)는 가열 부재(311)를 우회할 수 있다. 따라서, 제2 차단부(340)는 제1 커버(321)에서 정착 닙(N1)을 기준으로 상기 기록매체(P)의 이송방향의 하류 측에 배치될 수 있다. 제2 차단부(340)는 제1 커버(321)로부터 가열 부재(311) 방향으로 연장 형성될 수 있다. 제2 차단부(340)는 가열 부재(311)의 회전에 영향을 미치지 않도록 이격된다. 제2 차단부(340)와 가열 부재(311) 사이의 이격 거리(G3)는 5 mm 이하일 수 있다. 이를 통해, 크기가 커진 나노 더스트(D2)의 배출을 방지할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
본 발명의 실시예로서, 도 4와 같이 정착 닙(N1)을 기준으로 기록매체(P)의 이송방향의 상류 측에 차단부(330)가 설치된 정착유닛(300)을 포함하는 화상형성장치를 사용하였다. 차단부(330)와 기록매체(P) 사이의 이격 거리(G1)는 약 5 mm이며, 차단부(330)의 재질로서 알루미늄 박을 이용하였다.
비교예 1
비교예로서, 도 4에 개시된 정착유닛(300)에서 차단부(330)를 제거한 정착유닛(300)을 포함하는 화상형성장치를 사용하였다.
실험조건
실시예 1의 화상형성장치와, 비교예 1의 화상형성장치를 챔버(미도시) 내부에 배치하고, 20분간 화상형성을 진행하는 동안 발생하는 나노 더스트(D1,D2)의 배출량을 연속적으로 측정하였다. 나노 더스트(D1,D2)의 배출량 측정을 위하여, CPC(Condensation Particle Counter)를 이용하였다.
도 9는 실시예 1과 비교예 1에 의한 나노 더스트의 발생양을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 비교예 1에 의한 화상형성장치에서는 외부로 배출된 나노 더스트(D1,D2)의 양이 측정이 진행되는 대부분의 시간 동안 4x104 개/cm3을 초과하였으며, 화상형성 과정의 초반에는 60x104 개/cm3을 초과하는 것으로 나타났다. 그에 반해, 실시예 1에 의한 화상형성장치에서는 외부로 배출된 나노 더스트(D1,D2)의 양이 시간 경과에 관계 없이 4x104 개/cm3 이하로 나타났다.
이로부터, 실시예 1과 같이 차단부(330)를 정착 닙(N1)을 기준으로 기록매체(P)의 이송방향의 상류 측에 설치할 경우, 나노 더스트(D1,D2)의 양을 현저하게 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 예를 들어, 상술한 실시예에서는 시안(C: cyan), 마젠타(M: magenta), 옐로우(Y: yellow), 블랙(K: black) 색상의 토너를 사용하여 칼라화상을 형성하는 화상형성장치에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 화상형성장치는 단색의 토너를 사용하는 화상형성장치 등 다양한 방식을 사용하여 기록매체(P)에 화상을 형성하는 화상형성장치에도 적용될 수 있다. 더불어, 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.
10...현상기 11...감광드럼
20...용지이송벨트 30...노광기
40...전사롤러 100...인쇄유닛
300...정착유닛 310...정착 부재
311...가열 부재 313...가압 부재
320...하우징 320a...진입부
320b...배출부 321...제1 커버
322...제2 커버 330, 330A, 330B...차단부
3301...제1 플레이트 3302...제2 플레이트
335...포집수단 340...제2 차단부
S...저장 공간 P1...화상면
P2...반대면 P...기록매체
N1...정착 닙 N2...전사 닙
D1, D2...나노 더스트

Claims (19)

  1. 기록매체에 전사된 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 정착유닛으로서,
    정착 닙(Nip)을 형성하며, 이송경로를 따라 상기 정착 닙을 통과하는 상기 기록매체에 열과 압력을 가하여 상기 토너화상을 정착시키는 정착 부재;
    내부에 상기 정착 부재를 수납하며, 상기 기록매체가 진입되는 진입부와 상기 기록매체가 배출되는 배출부가 마련된 하우징; 및
    상기 토너화상이 전사된 상기 기록매체의 화상면을 향하도록 상기 하우징에 설치되며, 상기 토너화상이 상기 기록매체에 정착되는 과정에서 발생한 나노 더스트(nano dust)가 상기 하우징의 외부로 배출되는 것을 차단하는 차단부;를 포함하며,
    상기 하우징은 상기 기록매체의 화상면 측에 배치된 제1 커버와, 상기 기록매체의 화상면의 반대면 측에 배치된 제2 커버를 포함하며,
    상기 차단부는 상기 제1 커버에서 상기 기록매체의 이송방향의 상류 측에 설치되어, 상기 나노 더스트를 저장하는 저장 공간을 형성하며,
    상기 차단부는,
    상기 기록매체의 이송방향과 교차하는 방향으로 형성된 제1 플레이트와,
    상기 제1 플레이트로부터 상기 정착 닙 방향으로 연장 형성된 제2 플레이트를 포함하며,
    상기 제2 플레이트는 상기 나노 더스트가 상기 저장 공간으로 이동하도록 상기 정착 닙과 이격되며,
    상기 제2 플레이트과 상기 정착 닙 사이의 이격 거리는 0.5 ~ 1 cm인 정착유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단부와 상기 정착 부재 사이의 상기 기록매체의 이송방향으로의 이격 거리는, 상기 제2 커버와 상기 정착 부재 사이의 상기 기록매체의 이송방향으로의 이격 거리보다 큰 정착유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단부는,
    상기 나노 더스트를 포집하는 더스트 포집부를 포함하는 정착유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 더스트 포집부는 복수의 미세 구멍을 가지는 다공성 필터인 정착유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 미세 구멍의 크기가 0.2 ~ 0.45 um인 정착유닛.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 더스트 포집부는 난연성(fire retardant) 섬유를 재질로 하는 정착유닛.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 더스트 포집부는 금속을 재질로 하는 정착유닛.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단부는 상기 제1 커버로부터 탈착이 가능한 정착유닛.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단부는,
    상기 진입부로 진입하는 상기 기록매체에 의해 유도된 유체 경계층(boundary layer)의 일부를 차단하는 정착유닛.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 차단부는,
    상기 진입부로 진입되는 상기 기록매체의 잼 발생을 방지하도록 상기 기록매체의 이송 경로로부터 이격된 정착유닛.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기록매체와 상기 차단부 사이의 이격 거리는 0.5 ~ 1 cm 인 정착유닛.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 더스트가 상기 정착 부재와 상기 제1 커버 사이를 통과하여 상기 배출부를 통해 배출되는 것을 차단하는 제2 차단부;를 더 포함하는 정착유닛.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 차단부는 상기 제1 커버로부터 상기 정착 부재 방향으로 연장 형성된 정착유닛.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 차단부와 상기 정착 부재 사이의 이격 거리는 5mm 이하인 정착유닛.
  19. 정전잠상이 형성되는 감광체;
    상기 정전잠상에 토너를 공급하여 가시적인 토너화상을 형성하는 현상기; 및
    상기 기록매체에 전사된 상기 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 것으로서, 제1항 또는 제6항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 정착유닛;를 포함하는 화상형성장치.
KR1020130001791A 2013-01-07 2013-01-07 정착유닛 및 이를 채용한 화상형성장치 KR102002534B1 (ko)

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