KR102002537B1 - 정착기 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치 - Google Patents

정착기 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 정착기는, 가압부; 상기 가압부와 외접하며 회전 주행하는 발열 정착벨트; 상기 정착벨트와 내접하며 상기 가압부와 상기 정착벨트의 접촉 부위에 닙을 형성하는 닙형성부; 상기 정착벨트의 주행을 가이드하기 위해 상기 정착벨트의 양단부에 각각 배치되는 제 1 가이드부; 및 상기 제 1 가이드부 사이에 배치되며, 상기 정착벨트의 중앙부 주행을 가이드하기 위해 상기 정착벨트의 회전 방향을 따라 이격 배열된 복수의 립(rib)이 형성된 제 2 가이드부;를 포함한다.

Description

정착기 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치{Fusing device and eletrophotographic image forming apparatus using the same}
본 발명은 기록매체에 전사된 토너화상을 열과 압력을 이용하여 정착시키는 정착기 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치에 관한 것이다.
전자사진 화상형성장치는 화상정보에 대응되어 변조된 광을 감광체에 조사하여 감광체의 표면에 정전잠상을 형성하고, 이 정전잠상에 토너를 공급하여 가시적인 토너화상을 형성한다. 이 토너화상은 기록매체에 전사되고, 기록매체에 전사된 토너화상은 정착기를 지나면서 기록매체에 정착된다.
정착기는 기록매체에 전사된 토너화상에 열과 압력을 가하여 기록매체에 정착시키는 장치로서, 가열유닛과 이에 맞물려 정착 닙을 형성하는 가압롤러를 구비한다. 가열유닛은 일반적으로 가압롤러에 종동하여 회전하는 정착벨트와, 정착벨트의 내측에 배치된 할로겐 램프 등의 열원을 포함한다. 열원은 공기를 매개로 하는 대류 및 복사에 의하여 정착벨트를 가열한다. 이러한 정착기에서는, 공기를 매개로 하여 열원으로부터 정착벨트로 열이 전달되기 때문에 높은 열효율을 기대하기 어렵다. 또한, 이러한 형태의 정착기는 자체의 열용량이 커서 빠른 승온에 불리하다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방식 중 하나로서, 정착벨트 자체가 발열하는 표면 발열방식을 고려할 수 있다.
본 발명의 일 측면은 정착벨트의 내구성을 향상시키고, 화상품질 저하를 방지할 수 있는 정착기를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 상술한 정착기를 채용한 전자사진방식 화상형성장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정착기는,
가압부;
상기 가압부와 외접하며 회전 주행하는 발열 정착벨트;
상기 정착벨트와 내접하며 상기 가압부와 상기 정착벨트의 접촉부위에 닙을 형성하는 닙형성부;
상기 정착벨트의 주행을 가이드하기 위해 상기 정착벨트의 양단부에 각각 배치되는 제 1 가이드부; 및
상기 제 1 가이드부 사이에 배치되며, 상기 정착벨트의 중앙부 주행을 가이드하기 위해 상기 정착벨트의 회전 방향을 따라 이격 배열된 복수의 립(rib)이 형성된 제 2 가이드부;를 포함할 수 있다.
상기 립은 상기 정착벨트의 회전 방향과 교차하는 방향으로 연장 형성될 수 있다.
상기 립의 적어도 일부는, 상기 정착벨트의 회전 방향과 수직인 방향으로 연장 형성될 수 있다. 또는 상기 립의 적어도 일부는 상기 정착벨트의 회전 방향과 예각인 방향으로 연장 형성될 수 있다.
상기 립은 상기 정착벨트의 길이 방향으로의 중심선을 기준으로 대칭으로 형성될 수 있다.
상기 정착벨트는, 상기 가압부와 밀착되는 닙 구간과, 장력이 해제된 무장력 구간을 가질 수 있다.
상기 정착벨트는, 기재층과, 상기 기재층 상에 형성된 저항 발열층과, 상기 저항 발열층 상에 형성된 이형층을 포함할 수 있다.
저항 발열층은 탄소 나노튜브(Carbon Nano Tube)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 립의 적어도 일부는 외측에 배치된 상기 정착벨트와의 사이에 간격을 가질 수 있다. 상기 간격은 0.3 mm 이하일 수 있다.
상기 복수의 립을 연결하는 가상선은 상기 제1 가이드부의 외곽선의 적어도 일부와 일치할 수 있다.
상기 립은 상기 제 2 가이드부의 길이 방향 전체에 형성될 수 있다.
상기 립은 상기 제 2 가이드부의 길이 방향에 따라 간헐적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자사진방식 화상형성장치는,
정전잠상이 형성되는 감광체;
상기 정전잠상에 토너를 공급하여 기록매체에 가시적인 토너화상을 형성하는 현상유닛; 및
상기 기록매체에 전사된 상기 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 것으로서, 상술한 실시예들에 따른 정착기;를 포함할 수 있다.
상술한 정착기 및 이를 채용한 전자사진방식 화상형성장치에 따르면, 정착벨트의 회전시, 정착벨트와 이를 가이드하는 가이드부가 특정 영역에서 반복적으로 접촉되는 것을 방지함으로써, 화상품질의 저하 및 정착벨트의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 개시된 정착기의 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 정착벨트를 길이방향으로 절단한 단면도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착기의 구성을 도시한 조립도 및 분해사시도이다.
도 5는 제2 가이드부를 포함하지 않는 경우, 정착벨트의 단부와 중앙부의 형상을 나타낸 단면도이며,
도 6a 및 도 6b는 제2 가이드부를 포함하지 않는 경우, 정착벨트의 파손상태를 나타낸 것이다.
도 7a 및 7b는 도 4b에 개시된 정착벨트 및 정착벨트의 형상을 유지하는 제2 가이드부를 나타낸 사시도 및 정면도이다.
도 8은 정착벨트의 회전방향과 평행하게 형성된 립을 가지는 센터 가이드를 장시간 사용함에 따라 정착벨트가 파손된 모습을 나타낸 것이다.
도 9 및 10은 본 발명의 제2 가이드부의 다른 실시예들을 나타낸 정면도이다.
도 11은 도 2에 개시된 가열유닛을 확대 도시한 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 실시예에 따른 전자사진방식 화상형성장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자사진방식 화상형성장치(1; 이하 '화상형성장치'라 한다)는 본체(10), 기록매체 공급유닛(20), 광주사유닛(30), 복수의 감광체(40Y, 40M, 40C, 40K), 현상유닛(50), 전사유닛(60), 정착기(70)와, 기록매체 배출유닛(80)를 포함하여 구성된다.
본체(10)는 화상형성장치(1)의 외관을 형성하는 한편, 그 내부에 설치되는 각종 부품들을 지지한다. 본체(10)의 일부분은 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 사용자는 본체(10)의 개방된 부분을 통해 각종 부품을 교체, 수리하거나 본체(10) 내부에 걸린 기록매체(S)를 제거할 수 있다.
기록매체 공급유닛(20)는 기록매체(S)를 전사유닛(60) 쪽으로 공급한다. 기록매체 공급유닛(20)는 기록매체(S)가 보관되는 카세트(22)와, 카세트(22)에 보관된 기록매체(S)를 한 장씩 픽업하는 픽업롤러(24)와, 픽업된 기록매체(S)를 전사유닛(60) 쪽으로 이송하는 이송롤러들(26)을 포함하여 구성된다.
광주사유닛(30)은 화상 정보에 상응하는 광을 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)에 조사하여 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)의 표면에 정전잠상을 형성한다. 도면에 도시되지는 않았으나, 광주사유닛(30)는 광빔을 출사하는 광원, 모터에 의해 회전하는 폴리곤 미러를 통해 출사된 광빔을 편향시키는 편향장치, 편향된 광빔을 감광체들에 수렴시키는 에프세타 렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
현상유닛(50)은 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)에 형성된 정전잠상에 현상제인 토너를 공급하여 가시적인 토너화상을 형성한다. 현상유닛(50)은 서로 다른 색상의 현상제, 예를 들면 블랙(K), 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y) 색상의 현상제가 각각 수용되는 4개의 현상기(50Y, 50M, 50C, 50K)로 구성될 수 있다.
각각의 현상기(50Y, 50M, 50C, 50K)는 대전기(52), 현상제저장부(54), 현상제이송부재(56)와 현상부재(58)를 가진다. 각 대전기(52)는 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)에 정전잠상을 형성하기에 앞서, 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)의 표면을 대전시킨다. 현상제저장부(54)에 저장된 현상제는 현상제이송부재(56)에 의해 현상부재(58) 쪽으로 이송되며, 현상부재(58)는 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)에 형성된 정전잠상에 현상제를 공급하여 가시화상을 형성한다.
도 1에서는 4개의 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)이 각각의 현상기(50Y, 50M, 50C, 50K)에 포함된 예를 도시하였으나, 이와는 달리 4개의 현상기가 하나의 감광체에 가시화상을 형성하도록 구성하는 것도 가능하다.
전사유닛(60)은 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)에 형성된 가시화상을 전달받아 기록매체(S)로 전사한다. 전사유닛(60)는 전사벨트(61), 구동롤러(62), 지지롤러(63), 텐션롤러들(64)(65)과 전사롤러들(66Y, 66M, 66C, 66K)을 포함한다.
전사벨트(61)는 구동롤러(62)와 지지롤러(63)에 회전 가능하도록 지지된다. 구동롤러(62)는 본체(10) 내부에 장착된 구동원(미도시)로부터 동력을 전달받아 회전한다. 지지롤러(63)는 구동롤러(62)의 반대편에서 전사벨트(61)의 내면을 지지하도록 배치된다.
전사벨트(61)의 외주면은 각 감광체(40Y, 40M, 40C, 40K)와 마주한다. 전사롤러들(66Y, 66M, 66C, 66K)은 각 감광체(40Y, 40M, 40C, 40K)에 대응하여 배치되고, 전사벨트(61)의 내주면을 지지한다.
화상형성장치(1)가 컬러 인쇄 동작을 수행할 때 전사롤러들(66Y, 66M, 66C, 66K)은 각 감광체(40Y, 40M, 40C, 40K) 쪽으로 가압된다. 그러면 감광체들(40Y, 40M, 40C, 40K)에 형성된 각각의 가시화상은 전사롤러들(66Y, 66M, 66C, 66K)에 의해 전사벨트(61)로 전사되어 중첩되고, 전사벨트(61)의 화상은 기록매체 공급유닛(20)로부터 공급되어 전사롤러(67)와 전사벨트(61) 사이를 통과하는 기록매체(S)에 전사된다.
한편, 화상형성장치(1)가 흑백 인쇄 동작을 수행할 때 감광체(40K)에 대응하는 전사롤러(66K)는 대응되는 감광체(40K) 쪽으로 가압되며, 나머지 전사롤러들(66Y, 66M, 66C)은 대응되는 감광체들(40Y, 40M, 40C)로부터 이격된다.
전사유닛(60)를 통과한 기록매체(S)는 정착기(70)로 진입한다. 정착기(70)는 기록매체(S)에 열과 압력을 가하도록 구성되어 기록매체(S) 상의 미정착 토너화상을 기록매체(S)에 고정시킨다.
정착기(70)를 통과한 기록매체(S)는 기록매체 배출유닛(80)로 안내되고, 기록매체 배출유닛(80)는 기록매체(S)를 화상형성장치(1)의 외부로 배출한다. 기록매체 배출유닛(80)는 배출롤러(82)와, 배출롤러(82)에 대향하여 설치되는 배출백업롤러(84)를 포함하여 구성된다.
도 2는 도 1에 개시된 정착기의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 정착기(70)는 회전되는 가압부(100), 예를 들어 가압롤러와, 열을 전달하는 가열유닛(200)을 포함할 수 있다.
가열유닛(200)과 가압부(100)는 서로 마주하도록 배치되어 기록매체(S)가 통과하는 정착 닙(N)을 형성한다. 가열유닛(200)은 미정착 토너화상이 형성된 기록매체(S)의 표면에 열을 전달하도록 배치된다.
가압부(100)는 가열유닛(200)에 압접되도록 배치된다. 가압부(100)는 가열유닛(200)과 마주하여 배치되고, 소정 압력으로 가열유닛(200)을 밀착하여 정착 닙(N)을 형성한다. 가압부(100)는 화상형성장치 본체에 장착되는 구동원(미도시)으로부터 동력을 전달받아 회전한다. 토너화상이 전사되어 있는 기록매체(S)는 가압부(100)와 정착벨트(210) 사이의 정착 닙(N)을 통과하는 과정에서, 열과 압력에 의해 토너화상이 기록매체(S)에 고정된다.
가압부(100)는 샤프트(101)와 탄성층(103)을 포함한다. 샤프트(101)는 가압부(100)의 중심부에 배치되어 회전축으로서 기능한다. 샤프트(101)는 알루미늄이나 스틸과 같은 금속재료로 형성될 수 있다. 탄성층(103)은 샤프트(101)의 주위를 덮도록 배치되며, 가압부(100)와 정착벨트(210)의 압접 시에 탄성 변형하면서 정착벨트(210)와의 사이에 정착 닙(N)을 형성한다. 탄성층(103)은 내열 엘라스토머층일 수 있다. 내열성 엘라스토머는 예를 들어 실리콘 엘라스토머, 불소 엘라스토머 등일 수 있다. 탄성층(103)의 표면에는 기록매체(S)가 가압부(100)에 붙는 것을 방지하는 이형층(105)이 형성될 수 있다. 이형층(105)은 예를 들어 PFA(perfluoroalkoxy), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylenes), FEP(fluorinated ethylene prophylene) 등 중 하나, 또는 둘 이상의 혼합체(blend) 또는 이들의 복합체(copolymer)일 수 있다.
가열유닛(200)은 무단 형상의 정착벨트(210)와, 정착벨트(210)의 내측에 배치된 닙형성부(220)를 포함한다. 정착벨트(210)는 가압부(100)와 외접하며, 가압부에 종동하여 회전 주행한다. 정착벨트(210)는 가압부(100)와 밀착되는 닙 구간(210A)과, 장력이 해제된 무장력 구간(210B)을 가지는 무장력 정착벨트(210)일 수 있다.
닙형성부(220)는 정착벨트(210)의 내면에 접촉하여, 가압부(100)와 정착벨트(210) 사이에 정착 닙(N)을 형성한다. 닙형성부(220)는 지지부재(230)에 결합된다. 닙형성부(220)는 정착벨트(210)의 외주면을 가압하는 가압부(100)에 대향하여 정착벨트(210)의 내주면을 가압하는데, 정착벨트(210)와 닙형성부(220) 사이에 마찰력이 크게 작용하면 정착벨트(210)가 손상되거나 정착벨트(210)가 원활하게 회전하지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 정착벨트(210)와 닙형성부(220) 간에 작용하는 마찰력을 저감할 수 있도록 정착벨트(210)의 내면에는 그리스(grease)와 같은 윤활제(미도시)가 도포될 수 있다.
도 3은 도 2의 정착벨트를 길이방향으로 절단한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 정착벨트(210)는 발열 정착벨트로서, 복수의 층들이 적층된 적층 구조를 가질 수 있다. 정착벨트(210)는 기재층(211), 기재층(211) 상에 형성된 저항 발열층(212) 및 이형층(214)을 포함한다.
기재층(211)은 저항 발열층(212)을 지지하는 층으로서 기능한다. 기재층(211)은 내열성 수지 등의 플라스틱 재료이거나, 금속 재료일 수 있다. 내열성 수지는 폴리 이미드(Polyimide), 폴리이미드아미드(polyimideamide) 등일 수 있다.
저항 발열층(212)은 전원 공급부(253; 도 4b 참조)를 통해 전원을 공급받아 발열하는 층으로서, 가열유닛(200)의 열원으로서 기능한다. 저항 발열층(212)이 가열유닛(200)의 열원으로서 기능함으로써, 정착벨트(210)를 가열하는 과정에서 발생되는 열손실을 최소화할 수 있으며, 대기 상태에서 인쇄 상태로의 전환에 걸리는 시간을 줄일 수 있다.
저항 발열층(212)은 베이스 폴리머와, 그 내부에 분산된 전기 전도성 필러를 포함할 수 있다. 베이스 폴리머는 정착 온도에서 견딜 수 있는 내열성을 가지는 재료라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 베이스 폴리머는 내열성 수지 또는 내열성 엘라스토머일 수 있다. 내열성 수지는 폴리 이미드(polyimide), 폴리이미드아미드(polyimideamide) 등일 수 있다. 내열성 엘라스토머는 실리콘 엘라스토머, 불소 엘라스토머 등일 수 있다. 베이스 폴리머는 상술한 재료 중 어느 하나, 또는 상술한 재료 중 둘 이상의 혼합체(blend) 또는 복합체(copolymer)일 수 있다.
한 종류 또는 그 이상의 전기 전도성 필러가 베이스 폴리머에 분산될 수 있다. 전기 전도성 필러로서는 금속 입자 등의 금속계 필러와 탄소계 필러가 채용될 수 있다. 탄소계 필러는 예를 들어, 카본 블랙(carbon black), 탄소나노튜브(CNT: carbon nanotube), 컵-스택 탄소나노 튜브(cup-stacked carbon nanotube), 탄소파이버(carbon fiber), 탄소나노파이버(carbon nanofiber), 탄소나노코일(carbon nanocoil), 플러렌(fullerene), 그래파이트(graphite), 익스팬디드 그래파이트(expanded grahite), 그래파이트 나노 입자(graphite nano platelet), 그래파이트 옥사이드(GO: graphite oxide) 등을 포함할 수 있다. 전기 전도성 필러는 이들 중 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다. 일 실시예로서, 전기 전도성 필러로서 다층탄소나노튜브(Multi-walled carbon nanotube, MWNT)가 채용된 경우, 전기 전도성 필러의 함량은 약 10~40 wt%일 수 있다.
전기 전도성 필러는 베이스 폴리머 내부에 분산되어 전기 전도성 네트워크를 형성한다. 이에 의하여, 저항 발열층(212)은 전기 전도체 또는 저항체가 될 수 있다. 예를 들어, 탄소나노튜브는 금속에 버금가는 전도도를 가지면서 밀도가 매우 낮아서 단위 부피당의 열용량이 일반적인 저항재료보다 3 내지 4배 정도 낮다. 이는 탄소나노튜브를 전기 전도성 필러로 채용하는 저항 발열층(212)은 매우 빠른 온도변화가 가능하다는 것을 의미한다. 따라서, 저항 발열층(212)을 채용한 정착벨트(210)에 의하면, 대기 상태에서 인쇄 상태로의 전환에 걸리는 시간을 줄일 수 있어 신속한 첫번째 인쇄가 가능하다.
다만, 저항 발열층(212)은 이에 한정되는 것은 아니며, Ag-Pd합금층, Ag-Pt합금층, Ni-Sn합금층 등의 금속 발열층일 수 있다. 기재층(211)과 저항 발열층(212) 사이에는 도면상 도시되어 있지 않지만, 전기 절연층이 개재될 수 있다.
정착벨트(210)의 길이방향(X)의 양 단부에는 저항 발열층(212)에 전류를 공급하기 위한 전극(215)이 배치된다. 전극(215)은 저저항 금속으로 형성될 수 있으며, 저항 발열층(212)과 연결된다. 전극(215)과 저항 발열층(212)의 연결시 접촉 저항을 감소시키기 위하여, 전도성 페이스트(216)가 전극(215)과 저항 발열층(212) 사이에 배치될 수 있다. 전도성 페이스트(216)의 재질로서, 은 페이스트(Ag paste) 등이 이용될 수 있다. 전극(215)은 전원을 공급하는 전원 공급부(253; 도 4b 참조)와 연결될 수 있도록 노출된다.
이형층(214)은 정착벨트(210)의 최외곽층을 형성한다. 이를 통해, 정착벨트(210)와 기록매체(S)와의 분리성을 향상시킬 수 있다. 정착 과정에서 기록매체(S) 상의 토너가 용융되면서 정착벨트(210)의 표면에 부착되는 오프셋(offset) 현상이 발생될 수 있다. 오프셋 현상은 기록매체(S) 상의 인쇄 화상의 일부가 누락되는 인쇄 불량과, 정착 닙(N)을 벗어난 기록매체(S)가 정착벨트(210)로부터 분리되지 않고, 정착벨트(210)의 표면에 부착되는 잼(jam)의 원인이 될 수 있다. 이형층(214)은 분리성이 우수한 수지층, 예를 들어 불소 수지층일 수 있다. 불소 수지는 예를 들어, PFA(perfluoroalkoxy), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylenes), FEP(fluorinated ethylene prophylene) 등 중 하나, 또는 둘 이상의 혼합체(blend) 또는 이들의 복합체(copolymer)일 수 있다.
정착벨트(210)는 이형층(214)의 내측, 즉 이형층(214)과 저항 발열층(212) 사이에 절연 탄성층(213)을 더 구비할 수 있다. 절연 탄성층(213)은 정착벨트(210)에 탄성을 부여하여 정착 닙(N)을 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 전기 절연성과 정착 온도에서 견딜 수 있는 내열성을 가진 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어 절연 탄성층(213)은 불소 고무, 실리콘 고무, 천연 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 브틸 고무, 아크릴 고무, 히드린 고무, 우레렌 고무 등의 고무 재료로 형성될 수 있으며, 스틸렌계, 폴리올레핀계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리부타디엔계, 트랜스폴리이소프렌계, 염소화폴리에틸렌계 등의 각종 열가소성 엘라스토머 중 어느 하나 또는 이들의 혼합체 또는 이들의 복합체로 형성될 수 있다.
상기와 같이, 본 실시예에서는 저항 발열층(212)을 포함하여 정착벨트(210) 자체가 발열하기 때문에, 신속한 첫번째 인쇄가 가능하다. 다만, 정착벨트(210) 내부에 저항 발열층(212)이 포함되기 때문에, 정착벨트(210)의 국부적인 파손은 자칫 발화로 이어질 수 있다. 따라서, 저항 발열층(212)을 포함하는 정착벨트(210)에 있어서, 정착벨트(210)의 파손 방지는 더욱 중요한 이슈일 수 있다. 이하에서는, 정착벨트(210)의 파손 방지를 위한 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착기의 구성을 도시한 조립도 및 분해사시도이다.
앞서 도 2와, 도 4a 및 4b를 참조하면, 정착기(70)는 가열유닛(200)과 가압부(100)를 포함하여 구성된다. 아래의 설명에서 정착기(70)의 길이방향(X)은 가압부(100)의 축방향에 대응하는 방향으로 정의한다. 정착기(70)의 길이방향(X)은 정착기(70)의 가열유닛(200)을 구성하는 부품, 예를 들면 정착벨트(210), 닙형성부(220) 또는 제2 가이드부(240)의 길이방향(X)으로 표현될 수 있다.
정착벨트(210)는 무단(endless) 형상으로서, 길이방향(X)으로 연장 형성된다. 정착벨트(210)는 기록매체(S)가 통과하는 통지 영역(A)과, 기록매체(S)가 통과하지 않는 비통지 영역(B)을 가진다. 정착벨트(210)의 양 단부는 비통지 영역(B)에 포함되며, 정착벨트(210)의 중앙부는 통지 영역(A)에 포함될 수 있다.
한 쌍의 사이드 프레임(250A, 250B)은 정착벨트(210)의 양측 단부에 배치된다. 사이드 프레임(250A, 250B) 각각은 정착벨트(210)의 길이방향(X) 이동을 제한하는 규제벽(251)과, 정착벨트(210)의 단부의 내면을 지지하는 제1 가이드부(252)과, 정착벨트(210)의 저항 발열층(212)에 전원을 공급하는 전원 공급부(253)를 가진다.
제1 가이드부(252)는 규제벽(251)으로부터 돌출되어 정착벨트(210)의 내부로 삽입된다. 제1 가이드부(252)는 호 형상으로 형성될 수 있다. 제1 가이드부(252)의 외주면은 정착벨트(210)의 단부의 내주면을 지지하여 정착벨트(210)의 양 단부의 회전 주행을 가이드한다. 전원 공급부(253)는 정착벨트(210)와의 안정적인 전기 접촉을 위하여 2점 이상의 지점에서 접촉할 수 있다. 상기 도면에서는, 제1 가이드부(252)가 정착벨트(210)의 양단부의 내주면을 지지하는 예를 중심으로 도시되었으나, 제1 가이드부(252)는 정착벨트(210)의 양단부의 형상을 유지하는 역할을 수행하기 위한 것이라면, 그 형상이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도면상 도시되어 있지는 않으나, 제1 가이드부(252)는 정착벨트(210)의 외주면을 지지하거나, 내주면과 외주면을 동시에 지지하는 형상을 가질 수 있다.
한 쌍의 사이드 프레임(250A, 250B) 사이에는 지지부재(230) 및 닙형성부(220)가 배치된다. 지지부재(230)는 가열유닛(200)을 구성하는 부품들을 지지하는 기본 골격으로 기능하므로, 외력에 의해 쉽게 변형되지 않도록 강성이 큰 재질로 형성될 수 있다. 지지부재(230)는 한 쌍의 사이드 프레임(250A, 250B) 사이에서 정착기(70)의 길이방향(X)으로 연장되며, 단부가 사이드 프레임(250A, 250B)에 결합된다. 지지부재(230)는 사이드 프레임(250A, 250B)과 함께 가열유닛(200)의 골격구조를 형성한다.
닙형성부(220)는 정착벨트(210)의 내측에 배치되며, 길이방향(X)을 따라 연장된다. 닙형성부(220)는 정착벨트(210)의 내면에 접촉하여, 가압부(100)와 정착벨트(210)의 접촉부위에 정착 닙(N)을 형성한다. 닙형성부(220)는 지지부재(230)에 결합되며, 지지부재(230)와 함께 단부가 사이드 프레임(250A, 250B)에 결합된다.
제2 가이드부(240)는 한 쌍의 제1 가이드부(252) 사이에 배치되며, 정착벨트(210)의 중앙부의 형상을 유지하며, 중앙부의 회전 주행을 가이드한다. 제2 가이드부(240)는 정착벨트(210)의 길이방향(X)을 따라 연장된다. 제2 가이드부(240)는 제1 가이드부(252)와 함께 정착벨트(210)의 내측에 배치되어, 정착벨트(210)의 형상을 유지 또는 가이드하는 가이드유닛으로서 기능한다.
제2 가이드부(240)를 설치하여 정착벨트(210)의 중앙부의 형상을 유지하도록 함으로써, 정착벨트(210)의 단부와 중앙부 사이에 비틀림이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이는 가압부(100)에 의해 정착벨트(210)가 종동 회전할 때, 제1 가이드부(252)가 정착벨트(210)의 양 단부의 형상을 유지하고, 제2 가이드부(240)가 정착벨트(210)의 중앙부의 형상을 유지하기 때문이다.
도 5의 (a), (b)는 제2 가이드부를 포함하지 않는 경우, 정착벨트의 단부와 중앙부의 형상을 나타낸 단면도이며, 도 6a 및 도 6b는 제2 가이드부를 포함하지 않는 경우, 정착벨트의 파손상태를 나타낸 것이다. 참고로, 도 6b는 도 6a의 파손된 일부를 확대한 것이다. 만일 본 실시예와 같이 제2 가이드부(240)를 포함하지 않을 경우, 정착벨트(210)의 양 단부는 제1 가이드부(252)에 의해 도 5의 (a)와 같이 소정의 벨트 궤적을 유지한 상태로 회전하지만, 중앙부는 소정의 벨트 궤적을 유지하지 못하고 도 5의 (b)와 같이 변형된 상태로 회전하기 때문에, 정착벨트(210)의 양 단부와 중앙부 사이에 비틀림이 발생할 수 있다. 그에 따라, 심할 경우, 도 6b와 같이 정착벨트(210)가 파손될 수 있다. 특히, 정착벨트(210) 내부에 상술한 저항 발열층(212)을 포함하는 경우는, 그렇지 않은 경우에 비해, 재질 특성상 정착벨트(210)가 인쇄 초기에 변형된 상태를 유지하려는 경향이 강하게 나타나며, 그에 따라 중앙부와 단부의 비틀림에 의한 파손에 더욱 취약하다.
그러나, 본 실시예에서는 제2 가이드부(240)를 제1 가이드부(252) 사이에 배치함으로써, 정착벨트(210)의 중앙부의 형상을 유지할 수 있으며, 그에 따라 단부와 중앙부 사이에 비틀림이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 7a 및 7b는 도 4b에 개시된 정착벨트 및 정착벨트의 형상을 유지하는 제2 가이드부를 나타낸 사시도 및 정면도이다. 설명의 편의상, 도 7a 및 도 7b에서는 정착벨트(210)의 일부를 생략하여 도시하였다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 제2 가이드부(240)의 외측에는 정착벨트(210)가 배치된다. 제2 가이드부(240)의 외주면에는 외측으로 돌출된 복수의 립(241)을 포함한다.
외주면에 복수의 립(241)을 돌출 형성함으로써, 정착벨트(210)와의 접촉을 최소화할 수 있다. 도 3과 같이 정착벨트(210)가 저항 발열층(212)을 포함하는 경우, 승온 속도를 향상시키기 위하여, 정착벨트(210)의 재질은 열용량이 작은 재질이 이용된다. 이와 같이 열용량이 작은 정착벨트(210)에 제2 가이드부(240)가 접촉할 경우, 접촉 면적의 증가는 정착벨트(210)의 승온 속도 저하로 이어진다. 따라서, 제2 가이드부(240)는 돌출된 복수의 립(241)을 통해서 제한된 면적으로 정착벨트(210)와 접촉됨으로써, 정착벨트(210)의 승온 속도의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 제2 가이드부(240)는 복수의 립(241)을 통해서 제한된 면적으로 정착벨트(210)와 접촉됨으로써, 인쇄 초기에 소요되는 토크 구동력을 감소시킬 수 있다. 이는 제2 가이드부(240)와 정착벨트(210)와의 접촉면적이 넓어질수록, 제2 가이드부(240)와 정착벨트(210) 사이에 작용하는 마찰력이 커지게 되고, 그로 인해 정착벨트(210)를 회전시키는 가압부(100)에서 소요되는 토크 구동력이 커질 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같이 정착벨트(210)와의 접촉을 최소화하기 위하여 제2 가이드부(240)는 외주면에 돌출된 복수의 립(241)이 형성된다. 그러나, 정착벨트(210)에서 립(241)과 접촉하는 영역은 국부적으로 온도가 달라질 수 있으며, 립(241)과의 반복적인 마찰이 진행될 수 있다. 이는 단기적으로는 화상품질에 영향을 미칠 수 있으며, 장기적으로는 정착벨트(210)의 내구성에 영향을 미칠 수 있다.
본 실시예에서는 복수의 립(241)에 의한 화상품질 및 파손을 고려하여, 복수의 립(241)이 정착벨트(210)의 회전 방향(R)을 따라 이격되도록 배열된다. 각각의 립(241)은 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 교차하는 방향으로 연장 형성될 수 있다.
일 예로서, 립(241)은 도면과 같이 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 수직인 방향으로 연장 형성될 수 있다. 이러한 립(241)은 정착벨트(210)의 길이방향(X)을 따라 연속적으로 연장 형성되기 때문에, 립(241)과 정착벨트(210)는 길이방향(X)으로 연속해서 접촉할 수 있다. 만일 립(241)과 정착벨트(210)가 길이방향(X)으로 연속해서 접촉하지 않을 경우, 정착벨트(210)는 길이방향(X)으로 특정 영역에서만 립(241)과 반복적으로 접촉하게 된다. 예를 들어, 복수의 립(241')이 도 7a에서 이점 쇄선으로 표시된 것처럼 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 평행하게 연장 형성되고, 길이방향(X)으로 이격되도록 배열될 경우, 립(241')에 대응하는 정착벨트(210)의 특정 영역에서만 립(241')과 반복적으로 접촉하게 된다. 도 8은 정착벨트의 회전방향(R)과 평행하게 형성된 립(241')을 가지는 제2 가이드부(240)를 장시간 사용함에 따라 정착벨트(210)가 파손된 모습을 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 정착벨트(210)가 립(241')과 특정 영역에서 반복적인 마찰로 인해 립(241')과 접촉하는 부분이 국부적으로 파손되었고, 그에 따라 내부에 포함된 저항 발열층(212)에 의해 국부적인 발화가 발생하였다.
그러나, 본 실시예에서는 립(241)이 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 교차하는 방향으로 연장 형성되기 때문에, 정착벨트(210)와 길이방향(X)을 따라 연속적으로 접촉할 수 있다. 그에 따라, 립(241)이 정착벨트(210)의 길이방향(X)으로 특정 영역에서만 지속적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있으며, 그로 인한 정착벨트(210)의 파손을 방지할 수 있다. 복수의 립(241) 각각은 제2 가이드(240)의 길이방향(X) 전체에 형성될 수 있다.
상술한 실시예에서는 립(241)이 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 교차하는 방향으로 연장 형성된 예로서, 회전방향(R)과 수직으로 연장 형성된 경우를 예시하였다. 그러나, 립(241)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 도 9와 같이 립(241A)은 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 예각인 방향으로 연장 형성될 수도 있다. 립(241A)이 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 예각인 방향으로 연장 형성됨으로써, 립(241A)이 정착벨트(210)의 특정 영역에서 반복적으로 마찰 접촉하는 것을 피할 수 있을 뿐만 아니라, 정착벨트(210)와 제2 가이드부(240) 사이에 배치된 윤활제가 양 단부 밖으로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 립(241A)은 정착벨트(210)의 길이방향(X)으로의 중심선(C)을 기준으로 대칭으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 정착벨트(210)의 사행을 방지할 수 있다.
또한, 립(241B, 241C, 241D)의 형상은 정착벨트(210)의 회전방향(R)과 교차하는 방향으로 연속된 형상이라면 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 립(241B, 241C, 241D)은 길이방향(X)을 따라 도 10(a)와 같이 지그재그 형태이거나, 10(b)와 같이 회전방향(R)과 수직인 구간과 예각인 구간이 혼합된 형태이거나, 10(c)와 같이 곡선 구간이 반복된 형태일 수 있다.
한편, 복수의 립(241A, 241B, 241C, 241D)은 제2 가이드부(240)의 길이방향(X) 전체에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 복수의 립(241) 중 적어도 일부는 제2 가이드부(240)의 길이방향(X)을 따라 간헐적으로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 9, 10(a) 및 10(c)에 개시된 것처럼, 복수의 립(241) 중 상부에 배치된 립(241)은 길이방향(X) 전체에 형성되며, 하부에 배치된 립(241)은 길이방향(X)을 따라 간헐적으로 형성될 수 있다.
도 11은 도 2의 가열유닛을 확대 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 복수의 립(241)의 적어도 일부는 외측에 배치된 정착벨트(210)와의 사이에 간격(G)을 가질 수 있다. 복수의 립(241) 중 일부는 정착벨트(210)와 접촉하고, 나머지 일부는 정착벨트(210)와 소정의 간격(G)을 가지도록 이격될 수 있다. 이와 같이 복수의 립(241) 중 일부가 정착벨트(210) 사이에 간격(G)을 가지도록 설계함으로써, 정착 가열 과정에서 정착벨트(210)에 비해 내부에 배치된 부품인 닙형성부(220) 및 제2 가이드부(240)가 팽창하더라도, 정착벨트(210)가 제2 가이드부(240)와 밀착되어 끼인 상태로 회전되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 정착벨트(210)의 마모나 파손을 최소화할 수 있다.
립(241)과 정착벨트(210) 사이의 간격(G)은 0.3 mm 이하일 수 있다. 간격(G)이 0.3 mm 를 초과할 경우, 립(241)과 정착벨트(210)가 접촉하지 못하게 되어 정착벨트(210)의 내부 형상을 유지하는 립(241)의 본래 기능을 수행하기 어려울 수 있다.
복수의 립(241)을 연결하는 가상선(VL)은 제1 가이드부(252)의 외곽선(L; 도 4b 참조)의 적어도 일부와 일치할 수 있다. 이를 통해, 한 쌍의 제1 가이드부(252) 사이에 길이방향(X)으로 연장 형성된 정착벨트(210)는 소정의 형상을 유지한 상태에서 회전할 수 있다.
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 화상형성장치(1)에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 화상형성장치(1)는 단색의 토너를 사용하는 화상형성장치(1) 등 다양한 방식을 사용하여 기록매체(S)에 화상을 형성하는 화상형성장치(1)에도 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 : 본체 20 : 기록매체 공급유닛
30 : 광주사유닛 40 : 감광체
50 : 현상유닛 60 : 전사유닛
70 : 정착기 100 : 가압부
101 : 샤프트 103 : 탄성층
200 : 가열유닛 210 : 정착벨트
211 : 기재층 212 : 저항 발열층
213 : 절연 탄성층 214 : 이형층
215 : 전극 216 : 전도성 페이스트
220 : 닙형성부 230 : 지지부재
240 : 제2 가이드부
241, 241A, 241B, 241C, 241D : 립
250A, 250B : 사이드 프레임
251 : 규제벽 252 : 제1 가이드부

Claims (14)

  1. 가압부;
    상기 가압부와 외접하며 회전 주행하는 발열 정착벨트;
    상기 정착벨트와 내접하며 상기 가압부와 상기 정착벨트의 접촉 부위에 닙을 형성하는 닙형성부;
    상기 정착벨트의 주행을 가이드하기 위해 상기 정착벨트의 양단부에 각각 배치되는 제 1 가이드부; 및
    상기 제 1 가이드부 사이에 배치되며, 상기 정착벨트의 중앙부 주행을 가이드하기 위해 상기 정착벨트의 회전 방향을 따라 이격 배열되고 상기 정착벨트의 회전 방향과 교차하는 방향으로 연장 형성된 복수의 립(rib)이 형성된 제 2 가이드부;를 포함하며,
    상기 복수의 립 중 적어도 일부는 상기 제2가이드부의 길이방향의 전체에 형성된 정착기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 립의 적어도 일부는,
    상기 정착벨트의 회전 방향과 수직인 방향으로 연장 형성된 정착기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 립의 적어도 일부는
    상기 정착벨트의 회전 방향과 예각인 방향으로 연장 형성된 정착기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 립은 상기 정착벨트의 길이 방향으로의 중심선을 기준으로 대칭으로 형성된 정착기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정착벨트는,
    상기 가압부와 밀착되는 닙 구간과, 장력이 해제된 무장력 구간을 가지는 정착기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정착벨트는,
    기재층과,
    상기 기재층 상에 형성된 저항 발열층과,
    상기 저항 발열층 상에 형성된 이형층을 포함하는 정착기.
  8. 제7항에 있어서,
    저항 발열층은 탄소 나노튜브(Carbon Nano Tube)를 포함하는 정착기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 립의 적어도 일부는 외측에 배치된 상기 정착벨트와의 사이에 간격을 가지는 정착기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 간격은 0.3 mm 이하인 정착기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 립을 연결하는 가상선은 상기 제 1 가이드부의 외곽선의 적어도 일부와 일치하는 정착기.
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 립 중 적어도 일부는 상기 제 2 가이드부의 길이 방향에 따라 간헐적으로 형성되는 정착기.
  14. 정전잠상이 형성되는 감광체;
    상기 정전잠상에 토너를 공급하여 기록매체에 가시적인 토너화상을 형성하는 현상유닛; 및
    상기 기록매체에 전사된 상기 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 것으로서, 제1항 또는 제3항 내지 제11항 또는 제13항 중 어느 한 항에 따른 정착기;를 포함하는 전자사진방식 화상형성장치.

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