KR102177997B1 - 정착기 및 이를 구비한 화상형성장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 정착기는 정착 벨트와 닙 형성부재 사이에 윤활제를 공급하는 것으로서, 윤활제를 저장하는 윤활제 저장부와, 상기 윤활제 저장부로부터 배출된 윤활제를 함침(impregnation)하여 상기 정착 벨트의 내면에 공급하는 함침부재를 구비하는 윤활제 공급유닛;을 포함하며, 상기 윤활제 저장부에 저장된 윤활제는 베이스 오일(base oil)와 증주제(thickener)를 포함하되, 상기 증주제의 중량은 상기 윤활제의 중량의 20% 이하일 수 있다.

Description

정착기 및 이를 구비한 화상형성장치{Fusing device and image forming apparatus having the same}
정착벨트와 닙 형성부재 사이의 마모를 저감하는 정착기 및 이를 구비하는 화상형성장치에 관한 것이다.
전자사진방식을 이용하는 화상형성장치는, 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 감광체 상에 가시적인 토너화상을 형성하고, 이 토너화상을 기록매체로 전사한 후, 전사된 토너화상을 기록매체에 정착시켜 기록 매체에 화상을 인쇄한다.
이와 같이 기록매체에 화상을 인쇄하는 과정에서 기록매체에 전사된 토너화상을 정착시키기 위하여, 화상형성장치는 토너화상이 전사된 기록매체를 가열 및 가압하는 정착기를 포함할 수 있다.
정착기는 기록매체를 가압하는 가압롤러와, 가압롤러와 외접하여 회전하며 기록매체를 가열하는 정착벨트를 포함할 수 있다. 정착벨트의 내면에는 가압롤러와 정착벨트의 접촉부위에 정착 닙을 형성하는 닙 형성부재가 배치될 수 있다.
이러한 정착기에서는, 정착벨트가 닙 형성부재에 대하여 회전하는 구조를 가지기 때문에, 정착벨트와 닙 형성부재가 접촉하는 부분에서 마찰이 발생한다. 이러한 마찰로 인해 정착벨트와 가압롤러 사이에 속도 차이가 발생할 수 있으며, 가압롤러에 소정 크기 이상의 토크가 걸리게 될 수 있다. 이로 인해, 기록매체 상에 미정착 토너 화상이 미끄러지는 슬립 현상이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 마찰로 인해, 닙 형성부재 또는 정착벨트에 마모가 발생할 수 있으며, 이러한 마모가 심해질 경우 정착벨트가 파손될 수도 있다. 이러한 슬립 현상 및 정착벨트의 파손을 방지하기 위하여, 정착벨트와 닙 형성부재 사이에 윤활제를 도포하여 이들 사이의 마찰을 저감할 수 있다.
이러한 윤활제는 안정적인 정착을 위하여 정착벨트와 닙 형성부재 사이에 장시간 머무르는 것이 바람직하다. 그러나, 닙 형성부재와 정착벨트 사이에 도포된 윤활제는 정착벨트가 회전함에 따라 이동하여 외부로 누설될 수 있다. 이는 닙 형성부재와 정착벨트 사이에 많은 양의 윤활제를 한번에 도포하더라도 유사한 결과가 나타난다.
닙 형성부재와 정착벨트 사이에 지속적으로 윤활제를 공급하는 구조를 통해, 장수명을 가진 정착기 및 이를 구비한 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 정착기는,
회전 가능한 회전유닛;
상기 회전유닛과 외접하며 상기 회전유닛에 종동 회전하는 정착 벨트;
상기 정착 벨트와 내접하며, 상기 회전유닛과 상기 정착벨트의 접촉 부위에 정착 닙을 형성하는 닙 형성부재; 및
상기 정착 벨트와 상기 닙 형성부재 사이에 윤활제를 공급하는 것으로서, 윤활제를 저장하는 윤활제 저장부와, 상기 윤활제 저장부로부터 배출된 윤활제를 함침(impregnation)하여 상기 정착 벨트의 내면에 공급하는 함침부재를 구비하는 윤활제 공급유닛;을 포함하며,
상기 윤활제 저장부에 저장된 윤활제는 베이스 오일(base oil)와 증주제(thickener)를 포함하되, 상기 증주제의 중량은 상기 윤활제의 중량의 20% 이하일 수 있다.
상기 베이스 오일은 내열성 불소 수지를 포함할 수 있다. 상기 내열성 불소 수지는 퍼플루오르 폴리에테르(Perfluoro polyether; PFPE)를 포함할 수 있다.
상기 증주제는 내열성 불소 수지를 포함할 수 있다. 상기 내열성 불소 수지는 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluoroethylene; PTFE)를 포함할 수 있다.
상기 베이스 오일의 점도지수는 50 ~ 800 일 수 있다. 상기 윤활제 공급유닛은 상기 정착벨트의 회전 방향으로 상기 닙 형성부재의 상류 또는 하류에 배치될 수 있다.
상기 함침부재는, 펠트(felt), 패브릭(fabric) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 함침부재는 두께 1mm 기준으로 중량 50 g/m2 ~ 600g/m2일 수 있다.
상기 닙 형성부재에서 상기 정착 벨트의 내면과 접촉하는 접촉부는 펠트, 패브릭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 닙 형성부재의 상기 접촉부는 상기 함침부재보다 내마모성이 클 수 있다.
상기 윤활제 저장부는 상기 정착벨트의 길이 방향으로 연속적으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 윤활제 저장부는 상기 정착벨트의 길이 방향으로 단속적(intermittent)으로 형성될 수 있다.
상기 정착벨트의 외부에 배치되며, 상기 윤활제 저장부에 윤활제를 공급하는 외부 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 정착벨트를 가열하는 가열 원을 더 포함할 수 있다.
상기 회전유닛은 상기 정착닙을 통과하는 기록매체를 가압하는 가압롤러일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 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 정착기;를 포함할 수 있다.
상술한 정착기 및 화상형성장치에 따르면, 닙 형성부재와 정착벨트 사이에 윤활제를 지속적으로 공급하면서도 고온 및 고압 환경에서 윤활제 공급유닛에 저장된 윤활제가 단시간 내에 외부로 유출되는 것을 방지함으로써, 정착벨트의 사행 또는 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화상형성장치(1)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 개시된 정착기(70)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 개시된 정착기(70a, 70b)의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2의 윤활제 공급유닛(240)을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 윤활제 공급유닛(240)를 우측에서 바라본 측면도이다.
도 6은 도 5의 윤활제 공급유닛(240)의 변형 실시예이다.
도 7은 도 4의 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)의 이동 경로를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 윤활제 공급유닛(240)의 일 예를 나타낸 것이다.
도 9는 도 8의 윤활제 공급유닛(240)의 단면을 나타낸 것이다.
도 10은 표 1에 개시된 시간 경과에 따른 이탈 비율을 윤활제(G1)의 점도지수 별로 나타낸 것이다.
도 11은 표 2에 개시된 시간 경과에 따른 이탈 비율을 윤활제(G1)에 포함된 증주제의 중량 비율에 따라 나타낸 것이다.
도 12는 비교예 5-1 내지 5-3과 실시예 5-1 내지 5-3에 따른 정착기의 수명을 나타낸 그래프이다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가진 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화상형성장치(1)의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 화상형성장치(1)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 정착기(70)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 도 2를 참조하면, 정착기(70)는 서로 마주하도록 배치되어 기록매체(S)가 통과하는 정착 닙(N)을 형성하는 가압유닛(100)과 가열유닛(200)을 포함한다.
가압유닛(100)은 회전 가능한 회전유닛의 예로써, 정착 닙(N)을 통과하는 기록매체(S)를 가압한다. 가압유닛(100)은 화상형성장치(1)의 본체(10)에 장착되는 구동원(미도시)으로부터 동력을 전달받아 회전한다. 기록매체(S)가 가압유닛(100)과 정착벨트(210) 사이의 정착 닙(N)을 통과하는 과정에서, 기록매체(S)에 전사된 토너화상은 열과 압력에 의해 기록매체(S)에 고정된다.
가압유닛(100)은 가압롤러일 수 있다. 가압유닛(100)은 샤프트(101)와 탄성층(103)을 포함한다. 샤프트(101)는 가압유닛(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, 가압유닛(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 가압유닛(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 기록매체(S)에 열을 제공하기 위한 것으로서, 가열 원(heat source, 201), 정착벨트(210) 및 정착벨트(210)의 내측에 배치된 닙 형성부재(220)를 포함할 수 있다.
가열 원(201)은 정착벨트(210)를 가열하는 것으로서, 정착벨트(210)의 내부에 배치될 수 있다. 가열 원(201)은 정착벨트(210)와 이격되어 복사 가열에 의해 정착벨트(210)를 가열할 수 있다. 가열 원(201)의 예로서 할로겐 램프, 유도 가열 코일이 사용될 수 있다. 다만, 가열 원(201)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 가열 원(201)은 정착벨트(210)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 가열 원(201)은 정착벨트(210)와 접촉하도록 배치되어 정착벨트(210)를 가열할 수도 있다. 한편, 가열 원(201)은 정착벨트(210)와 별개의 구성일 수도 있으나, 정착벨트(210)에 포함된 발열층일 수도 있다.
정착벨트(210)는 가압유닛(100)과 외접하며, 가압유닛(100)에 종동하여 회전 주행한다. 정착벨트(210)는 무단(endless) 형상일 수 있다. 그러나, 정착벨트(210)의 구조는 반드시 이에 한정되지 않으며, 단부를 가지는 필름 형상으로 한 쌍의 롤러에 의해 감겨지는 구조일 수도 있다.
정착벨트(210)는 가열 원(201)에 의해 가열된다. 가열된 정착벨트(210)는 정착 닙(N)을 통과하는 기록매체(S)와 접촉함으로써, 기록매체(S)를 가열하여, 기록매체(S)에 전사된 토너 화상을 기록매체(S)에 고정한다.
정착벨트(210)는 도면상 도시되어 있지 않지만, 기재층, 탄성층 및 이형층을 포함할 수 있다. 기재층은 내열성 수지 등의 플라스틱 재료 또는 금속 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 내열성 수지는 폴리 이미드(Polyimide), 폴리이미드아미드(polyimideamide), 폴리에텔에텔케톤(polyetherether ketone) 등일 수 있으며, 금속 재료는 니켈(Ni), 스테인리스강(stainless steel), 구리(Cu) 및 그 합금 등일 수 있다. 탄성층은 내열 엘라스토머층일 수 있다. 내열성 엘라스토머는 예를 들어 실리콘 엘라스토머, 불소 엘라스토머 등일 수 있다. 이형층은 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)의 두께는 약 30 ㎛ ~ 약 500 ㎛일 수 있다. 이를 통해, 정착벨트(210)의 빠른 승온 성능을 확보할 수 있다.
닙 형성부재(220)은 정착벨트(210)의 내면(211)에 접촉하여, 가압유닛(100)에 의해 가압되는 정착벨트(210)를 지지한다. 이를 통해, 가압유닛(100)과 정착벨트(210) 사이에 정착 닙(N)이 형성된다. 닙 형성부재(220)은 지지부재(230)에 결합되어 고정 지지된다. 닙 형성부재(220)의 열전달율은 지지부재(230)의 열전달율보다 작을 수 있다. 이를 통해, 닙 형성부재(220)로 전달되는 열이 지지부재(230)에 의해 손실되는 것을 방지할 수 있다.
닙 형성부재(220)은 정착벨트(210)의 외주면을 가압하는 가압유닛(100)에 대향하여 배치된다. 그에 따라, 닙 형성부재(220)은 정착벨트(210)의 내면(211)을 가압하게 된다.
닙 형성부재(220)는 지지부재(230)에 의해 고정된 상태이기 때문에, 정착벨트(210)가 회전할 때, 정착벨트(210)과 닙 형성부재(220)가 접촉하는 영역에는 마찰력이 작용하게 된다. 마찰력은 가압유닛(100)에 작용하는 토크를 증가시키거나, 정착 닙에서 기록매체(S)와 정착벨트(210)의 슬립을 유발할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 정착벨트(210)과 닙 형성부재(220)의 직접적인 접촉을 방지하도록 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215; 도 4 참조)에는 윤활제가 공급될 수 있다.
다만, 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)에 공급된 윤활제는 그 특성상 쉽게 이탈되거나 소멸되는 경향이 있다. 예를 들어, 윤활제의 유동성으로 인해, 정착벨트(210)의 회전시 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)로부터 이탈될 수 있다. 또한, 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)는 가열 원(201) 및 가압유닛(100)에 의해 고온 및 고압이 걸려있는 상태이기 때문에, 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)에 공급된 윤활제는 이러한 고온 및 고압 환경에서 기화될 수 있다.
본 실시예에서는, 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)에 공급된 윤활제가 이탈 또는 소멸되더라도, 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)에 윤활제가 장시간 동안 공급될 수 있는 정착기(70)를 제공하고자 한다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 정착기(70)는 소정 구조의 윤활제 공급유닛(240)과, 윤활제 공급유닛(240)에 사용되는 소정의 윤활제(G1)를 더 포함한다. 이하에서 본 실시예에 따른 구체적인 윤활제 공급유닛(240)과 윤활제(G1)에 대하여 상세하게 설명한다.
[윤활제 공급유닛]
윤활제 공급유닛(240)은 정착벨트(210) 내부에 배치되며, 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)에 윤활제를 공급하는 기능을 수행한다. 예로서, 윤활제 공급유닛(240)은 정착벨트(210)의 내면(211)에 윤활제를 공급할 수 있다. 정착벨트(210)의 내면(211)에 공급된 윤활제는 정착벨트(210)가 회전함에 따라 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)로 이동될 수 있다. 가열 원(201)과 윤활제 공급유닛(240)의 사이에는 열 차단 부재(203)가 배치될 수 있다. 열 차단 부재(203)를 통해, 정착벨트(210)의 내면(211)에 공급된 윤활제(G3)가 정착벨트(210)의 회전에 따라 이동하는 과정에서 가열 원(201)에 의해 기화되는 것을 방지할 수 있다.
윤활제 공급유닛(240)은 정착벨트(210)의 회전 방향(R)으로 닙 형성부재(220)의 상류에 배치될 수 있다. 닙 형성부재(220)의 상류에서 윤활제를 공급함으로써, 윤활제가 가열 원(201)에 노출되는 것을 최소화하고, 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)로 안정적으로 윤활제를 공급할 수 있다.
다만, 윤활제 공급유닛(240)의 위치는 닙 형성부재(220)의 상류에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 일 예로서, 윤활제 공급유닛(240a)은 도 3a와 같이 정착벨트(210)의 회전 방향(R)으로 닙 형성부재(220)의 하류에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 윤활제 공급유닛(240b)은 도 3b와 같이 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)가 접촉하는 영역과 이격되도록 배치될 수도 있다. 도 3b에 따른 정착기(70b)에서는 가열 원(201b)이 정착 닙(N)에 대향하도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 윤활제 공급유닛(240b)에 의해 공급된 윤활제가 정착벨트(210)를 따라 이동하는 과정에서 가열 원(201b)에 의해 기화되는 것을 최소화할 수 있다. 가열 원(201b)의 배치를 위하여, 닙 형성부재(220b) 및 지지부재(230b)의 형상은 변형될 수 있다.
도 4는 도 2의 윤활제 공급유닛(240)을 확대 도시한 도면이다. 도 5는 도 4의 윤활제 공급유닛(240)을 우측에서 바라본 측면도이다.
도 4를 참조하면, 윤활제 공급유닛(240)은 윤활제(G1)를 저장하는 윤활제 저장부(250)와, 윤활제 저장부(250)로부터 배출된 윤활제(G2)를 함침(inpregnation)하여 정착벨트(210)의 내면(211)에 공급하는 함침부재(260)를 포함할 수 있다.
윤활제 저장부(250)는 윤활제(G1)가 저장될 수 있는 캐비티 또는 공간을 포함한다. 윤활제 저장부(250)의 적어도 일측에는 내부에 저장된 윤활제(G1)가 배출될 수 있는 배출구(251)가 형성된다.
윤활제 저장부(250)의 적어도 일면에는 경사면(252)을 가질 수 있다. 이러한 경사면(252)은 배출구(251)를 향해 하향 경사지도록 설치한다. 여기서 하향은 중력 방향(A)과 평행할 수 있다. 이를 통해, 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 중력에 의해 경사면(252)을 따라 배출구(251)를 통해 배출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 윤활제 저장부(250)는 길이 방향(L)으로 연속적으로 형성될 수 있다. 윤활제 저장부(250)의 길이는 기록매체(S)의 폭에 대응할 수 있다. 여기서, 길이 방향(L)이란 기록매체(S)의 폭 방향과 평행하며, 정착벨트(210)의 회전 방향(R)과 수직인 방향일 수 있다. 다만, 윤활제 저장부(250)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 6과 같이 윤활제 공급유닛(240')의 윤활제 저장부(250a)는 길이 방향(L)으로 단속적으로 형성될 수 있다. 윤활제 저장부(250a)는 복수 개로서, 길이 방향(L)으로 이격될 수 있다. 이 때, 함침부재(260, 260a)는 도 5, 6과 같이 길이 방향(L)으로 윤활제 저장부(250, 250a)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 다만, 함침부재(260, 260a)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 도면상 도시되어 있지 않지만, 윤활제 저장부(250a)가 길이방향(L)으로 단속적으로 형성되더라도, 함침부재(260, 260a)는 길이 방향으로 연속적으로 형성되어, 윤활제 저장부(250a)의 길이보다 길게 형성될 수도 있다.
다시 도 4를 참조하면, 함침부재(260)는 윤활제 저장부(250)의 배출구(251)에 배치되어, 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)가 배출구(251)를 통해 단시간 내에 배출되는 것을 방지한다. 또한, 함침부재(260)는 배출구(251)로부터 배출되는 윤활제(G2)를 함침한다. 윤활제 저장부(250)의 배출구(251) 주변에는 함침부재(260)가 안착될 수 있는 안착홈(253)이 형성될 수 있다.
함침부재(260)의 일면은 윤활제 저장부(250)의 배출구(251)에 향하도록 배치되며, 다른 일면은 정착벨트(210)의 내면(211)에 접촉하도록 배치된다. 함침부재(260)는 배출구(251)를 통해 공급된 윤활제(G2)를 함침 또는 담지하며, 정착벨트(210)의 내면(211)과 접촉함으로써 함침된 윤활제(G2)를 정착벨트(210)의 내면(211)으로 전달한다.
함침부재(260)는 펠트(felt), 패브릭(fabric)을 포함할 수 있다. 펠트는 섬유들이 압축에 의해 엉켜있는 것으로서, 섬유의 예로서 나일론(Nylon or Polyamide) 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유, 아라미드 섬유, 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene;PTFE) 섬유, 사전 산화된(Preoxidized) 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile;PAN) 섬유 또는 양모(Wool) 섬유가 사용될 수 있다. 다만, 펠트의 정의 및 섬유의 재질은 이에 한정되지 않으며 공지의 것이 이용될 수 있다. 패브릭은 섬유들이 격자 구조로 짜여져 있는 것으로서, 섬유의 예로서 유리(glass) 섬유, 아라미드(Aramid) 섬유가 사용될 수 있다. 다만, 패브릭의 정의 및 섬유의 재질은 이에 한정되지 않으며 공지의 것이 이용될 수 있다. 함침부재(260)는 필요에 따라 복수의 층이 적층된 구조일 수 있다. 함침부재(260)는 두께 1mm 기준으로 단위 면적당 중량은 50 g/m2 ~ 600g/m2일 수 있다.
함침부재(260)는 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)의 성분 중 일부를 함침할 수 있다. 예를 들어, 윤활제(G1)가 후술할 베이스 오일과 증주제를 포함할 경우, 베이스 오일을 함침하고 증주제를 함침하지 않을 수 있다.
닙 형성부재(220)는 정착벨트(210)의 내면(211)과 접촉하는 접촉부(221)가 금속, 펠트, 패브릭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속의 예로서, 니켈(Ni), 스테인리스강(stainless steel), 구리(Cu) 및 그 합금 등일 수 있다. 펠트는 섬유들이 압축에 의해 엉켜있는 것으로서, 섬유의 예로서 나일론(Nylon or Polyamide) 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유, 아라미드 섬유 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene;PTFE) 섬유, 사전 산화된(Preoxidized) 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile;PAN) 섬유 또는 양모(Wool) 섬유가 사용될 수 있다. 다만, 펠트의 정의 및 섬유의 재질은 이에 한정되지 않으며 공지의 것이 이용될 수 있다. 패브릭은 섬유들이 격자 구조로 짜여져 있는 것으로서, 섬유의 예로서 유리(glass) 섬유, 아라미드(Aramid)) 섬유가 사용될 수 있다. 다만, 패브릭의 정의 및 섬유의 재질은 이에 한정되지 않으며 공지의 것이 이용될 수 있다.
닙 형성부재(220)의 접촉부(221)은 함침부재(260)와 동일한 재질일 수 있다. 이를 통해, 닙 형성부재(220)의 접촉부(221)와 함침부재(260)를 간단하게 제조될 수 있다. 일 예로서, 함침부재(260)가 아라미드 섬유를 재질로 하는 펠트일 경우, 닙 형성부재(220)의 접촉부(221)는 아마리드 섬유를 재질로 하는 펠트일 수 있다. 닙 형성부재(220)의 접촉부(221)는 함침부재(260)보다 내마모성이 클 수 있다. 이를 통해, 닙 형성부재(220)는 함침부재(260)에 비해 고압이 작용하더라도 마모가 방지하면서, 윤활제(G3)를 함침할 수 있다. 닙 형성부재(220)의 접촉부(221)는 함침부재(260)와 동일한 재질을 가지되, 함침부재(260)보다 단위 면적당 섬유 조직이 더 치밀하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 닙 형성부재(220)의 접촉부(221)는 함침부재(260)보다 두께 1mm 기준으로 단위 면적당 중량이 클 수 있다.
[윤활제]
윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 베이스 오일(base oil)과 증주제(thickener or gelling agent)를 포함할 수 있다.
베이스 오일은 고온에서 변형되지 않도록 내열성 불소수지를 포함할 수 있다. 내열성 불소수지의 예로서, 퍼플루오르 폴리에테르(Perfluoro polyether; PFPE)를 포함할 수 있다. 다만, 베이스 오일의 재질은 이에 한정되지 않으며, 다른 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 오일은 광유(mineral oil), 에스테르(ester) 오일, 폴리글리콜(polyglycol) 오일, 폴리페닐 에테르(polyphenyl ether) 오일, 실리콘(silicone) 오일, 퍼플루오루알킬 에테르(perfluoroalkyl ether)오일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 베이스 오일의 점도지수는 50 ~ 800일 수 있다. 점도지수(viscosity index)는 온도에 따라 점도가 변화하는 정도를 나타낸 척도로서, 점도지수가 높은 파라핀계 표준유(H), 예를 들어 펜실베니아계 기름의 점도지수를 100, 점도지수가 낮은 나프텐계 표준유(L), 예를 들어 걸프 코스트계 기름의 점도지수를 0으로 정의하고, 이들과 비교하여 온도에 따른 점도 변화의 정도를 나타낸 것이다. 점도지수는 널리 알려진 용어로서, 구체적인 산정방식은 생략한다.
증주제는 고온에서 변형되지 않도록 내열성 불소수지를 포함할 수 있다. 내열성 불소수지의 예로서, 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluoroethylene; PTFE)를 포함할 수 있다. 다만, 증주제의 재질은 이에 한정되지 않으며, 비누기(soap) 또는 비(非)비누기(Non-soap)일 수 있다. 비누기는 금속 비누기(Metallic soap)와 복합 비누기(Complex soap)로 분류될 수 있다. 금속 비누기는 알루미늄(Al) 비누기, 나트륨(Na) 비누기, 칼슘(Ca)-우지(牛脂;beer tallow)계 비누기, 칼슘-피마자유(castor oil)계, 리튬-우지계, 리튬-피마자유계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 복합 비누기는 칼슘 복합 비누기(Calcium complex soap), 알루미늄 복합 비누기(aluminium complex soap), 리튬 복합 비누기(Lithium complex soap) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비비누계는, 실리카겔(silica gel), 클레이(clay), 우레아(urea) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 7은 도 4의 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)의 이동 경로를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 4 및 도 7을 참조하여, 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)의 이동 경로 및 상태 변화를 살펴본다.
윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 상술한 것처럼 베이스 오일과 증주제를 포함한다. 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 배출구(251)를 통해 함침부재(260)로 배출된다. 함침부재(260)는, 증주제와 분리된 베이스 오일은 함침하지만, 베이스 오일 중에서 증주제와 분리되지 않은 베이스 오일은 함침하지 못할 수 있다. 함침부재(260)는 펠트 또는 패브릭일 수 있다. 윤활제(G1)는 고온 환경, 예를 들어 150 ~ 230℃에서 적어도 일부가 증주제와 베이스 오일로 분리될 수 있다. 증주제와 분리된 베이스 오일은 함침부재(260)에 함침된다. 그리하여, 함침부재(260)에 함침된 윤활제(G2)는 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)보다 증주제의 중량 비율이 현저히 작아질 수 있다.
함침부재(260)에 함침된 윤활제(G2)는 정착벨트(210)와의 접촉에 의해 정착벨트(210)의 내면(211)에 전달된다. 정착벨트(210)의 내면(211)에 전달된 윤활제(G3)는 함침부재(260)로부터 전달받은 것이기 때문에, 정착벨트(210)의 내면(211)에 전달된 윤활제(G3)의 증주제의 중량 비율 역시 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)의 증주제의 중량 비율보다 현저히 작아질 수 있다.
정착벨트(210)의 내면에 전달된 윤활제(G3)는 정착벨트(210)의 회전에 의해, 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)로 이동된다. 이와 같이 증주제의 중량 비율이 작아진 윤활제(G3)가 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)로 이동되기 때문에, 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)에 고압이 작용하더라도, 증주제에 의한 마찰 문제를 방지할 수 있다. 만일 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)에 공급되는 윤활제(G3)가, 본 발명과 달리, 증주제를 소정 비율, 예를 들어 윤활제 전체 중량의 30% 이상을 포함할 경우, 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)에 작용하는 고압 및 고온에 의해 윤활제(G3)는 베이스 오일과 증주제로 분리되고, 액체 상태의 베이스 오일만이 외부로 이탈하거나 기화될 수 있다. 그로 인해, 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)에는 증주제만이 남게 되고, 이는 오히려 마찰을 증가시키는 원인으로 작용할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)에 공급된 윤활제(G3)가 증주제를 거의 포함하지 않기 때문에, 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)에 고온 및 고압이 걸리더라도, 닙 형성부재(220)와 정착벨트(210)의 사이(215)에 증주제만 남게 되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)에 소정 비율의 증주제를 포함함으로써, 윤활제 저장부(250)로부터 배출되는 윤활제(G1)의 배출량을 제어할 수 있다.
함침부재(260)가 윤활제(G1)의 베이스 오일만을 함침하는 부재일 경우, 함침부재(260)에 함침되는 윤활제(G2)의 양은 윤활제 저장부(240)에 저장된 윤활제(G1)에 포함된 증주제의 비율에 따라 달라질 수 있다. 함침부재(260)는 펠트 또는 패브릭 중 적어도 하나를 재질로 할 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 증주제의 중량은 윤활제(G1)의 전체 중량의 0% 초과이며 20% 이하일 수 있다. 여기서, 윤활제(G1) 및 증주제의 중량은 윤활제(G1)가 함침부재(260)로 배출되기 전 상태에서 측정될 수 있으며, 윤활제(G1)의 전체 중량은 베이스 오일과 증주제의 중량을 합산한 값일 수 있다.
증주제의 중량 비율이 윤활제(G1)의 전체 중량의 0%일 경우, 즉, 윤활제(G1)가 증주제를 포함하지 않을 경우, 고온 및 고압 환경에 의해 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 함침부재(260)로 단시간 내에 공급된다. 증주제를 포함하지 않는 윤활제(G1)는 증주제에 의해 함침부재(260)로 공급이 제한되지 않기 때문에, 그 전부가 함침부재(260)로 공급될 수 있는 상태이다. 그로 인해, 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 단시간 내에 배출되게 된다.
그러나, 증주제의 중량 비율이 윤활제(G1)의 전체 중량의 0%를 초과할 경우, 증주제에 의해 윤활제(G1) 중 일부는 함침부재(260)로 공급이 제한된다. 소정의 온도 조건, 예를 들어 약 150 ℃ ~ 230 ℃에서, 베이스 오일 중 일부는 증주제와 분리되지만, 다른 일부는 증주제와 분리되지 못한다. 그에 따라, 증주제와 분리된 베이스 오일만이 함침부재(260)로 공급되며, 증주제와 분리되지 못한 베이스 오일은 함침부재(260)로 공급되지 않는다. 이를 통해, 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 함침부재(260)로 단시간 내에 공급되지 않고 서서히 공급되게 된다.
다만, 증주제의 중량 비율이 윤활제(G1)의 전체 중량의 20%를 초과할 경우, 베이스 오일과 증주제의 분리가 거의 발생하지 않는다. 그에 따라, 함침부재(260)로 공급되는 윤활제(G2)는 현저히 감소한다. 이 경우, 함침부재(260)는 정착벨트(210)의 내면(211)에 윤활제(G3)를 공급하는 기능을 수행하기 어려워진다.
한편, 베이스 오일과 증주제를 포함하는 윤활제(G1)는 온도 조건에 따라 상태가 달라질 수 있다. 예를 들어, 윤활제(G1)가 소정 온도를 만족할 경우, 베이스 오일과 증주제는 분리될 수 있다. 소정 온도는 정착이 진행되는 동안 윤활제 저장부(250)의 내부 온도인 약 150 ℃ ~ 230 ℃일 수 있다. 윤활제(G1)가 소정 온도를 만족하지 못할 경우, 예를 들어, 약 150 ℃ 미만일 경우에는 베이스 오일과 증주제는 분리되지 않아 반고체 상태를 유지할 수 있다. 이를 통해, 정착이 진행되지 않는 동안, 윤활제 저장부(250)의 윤활제(G1)가 함침부재(260)로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 윤활제 공급유닛(240)을 나타낸 것이다. 도 9는 도 8의 윤활제 공급유닛(240)의 단면을 나타낸 것이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 윤활제 공급유닛(240)은 윤활제 저장부(250), 함침부재(260) 및 외부 공급부(270)를 포함한다. 도 4와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복 설명은 생략하기로 한다.
윤활제 공급유닛(240)은 도 4와 달리, 외부에 설치된 외부 공급부(270)를 포함한다. 외부 공급부(270)는 정착벨트(210)의 외부로부터 윤활제 저장부(250)로 윤활제(G1)를 공급한다. 외부 공급부(270)와 윤활제 저장부(250) 사이에는 연결관(271)이 포함될 수 있다. 연결관(271)을 통해 외부 공급부(270)로부터 윤활제 저장부(250)로 윤활제(G1)가 공급될 수 있다. 외부 공급부(270)의 윤활제(G1)는 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)와 동일한 성분비를 가질 수 있다. 예를 들어, 외부 공급부(270)의 윤활제(G1)는 베이스 오일과 증주제를 포함하되, 증주제의 중량 비율이 윤활제(G1)의 중량의 20% 이하일 수 있다.
<윤활제 공급유닛으로부터 윤활제의 이탈 비율 평가>
윤활제 공급유닛(240)의 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)의 성분비에 따라, 윤활제 공급유닛(240)으로부터 이탈되는 윤활제의 비율을 관찰하였다.
비교예 1~4 및 실시예 1~4에 따른 정착기(70)는 공통적으로 도 2 및 도 4에 개시된 가압유닛(100)과 가열유닛(200)을 포함한다. 가열유닛(200)에는 가열 원(201), 정착벨트(210), 닙 형성부재(220), 지지부재(230) 및 윤활제 공급유닛(240)을 포함한다. 윤활제 공급유닛(240)은 동일한 크기의 윤활제 저장부(250)와, 펠트를 재질로 하는 함침부재(260)를 사용하였다.
비교예 1, 2, 3, 4와 실시예 1, 2, 3, 4는 윤활제 공급유닛(240)에 사용되는 윤활제(G1)의 성분비를 달리한다. 비교예 1, 2, 3은 증주제를 포함하지 않은 윤활제(G1)를 사용하였으며, 비교예 4는 증주제의 중량 비율이 20%를 초과하는 윤활제(G1)를 사용하였다. 비교예 1, 2, 3은 베이스 오일의 점도지수를 달리한다. 실시예 1, 2, 3, 4는 증주제의 중량 비율을 20% 이하 범위에서 달리하였다. 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 4에서는 베이스 오일의 재질로서 PFPE을 사용하였으며, 실시예 1 내지 4 및 비교예 4에서는 증주제의 재질로서 PTFE를 사용하였다. 실시예 1 내지 4 및 비교예 4의 베이스 오일은 점도지수가 160인 것을 공통으로 이용하였다.
아래 표 1은 비교예 1, 2, 3에 따른 정착기(70)의 윤활제 공급유닛(240)에서 시간 경과에 따른 윤활제의 중량 변화 및 이탈 비율을 나타낸 것이다. 고온 조건은 200℃로 설정된 상태이다. 도 10은 표 1에 개시된 시간 경과에 따른 이탈 비율을 윤활제(G1)의 점도지수 별로 나타낸 것이다.
베이스 오일 점도지수 구분 윤활제 중량(mg)
0 hr 6 hr 24 hr 48 hr 72 hr 216 hr
비교예
1		 160 중량 4677.48 1563.24 1552.22 1542.61 1545.71 1511.45
이탈 비율(%) 0.00 66.58 66.82 67.02 66.95 67.69
비교예
2		 320 중량 4598.22 1742.19 1740.40 1721.19 17.7.28 1658.87
이탈 비율(%) 0.00 62.11 62.15 62.57 62.22 63.92
비교예
3		 700 중량 4311.05 1713.67 1701.84 1699.74 1702.82 1692.95
이탈 비율(%) 0.00 60.25 60.52 60.57 60.50 60.73
상기 표 1 및 도 10을 참조하면, 비교예 1, 2, 3과 같이 증주제가 포함되지 않는 윤활제(G1)를 이용할 경우, 6시간 이내에 윤활제 공급유닛(240)에 저장된 윤활제(G1)의 약 60~ 70 % 가 윤활제 공급유닛(240)으로부터 이탈되는 것을 알 수 있었다. 이탈되지 않은 윤활제(G1)는 대부분 함침부재(260)에 함침되었으며, 윤활제 저장부(250)에는 거의 남아있지 않은 상태였다. 즉, 윤활제(G1)에 증주제가 포함되지 않을 경우, 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)는 함침부재(260)로 단시간 내에 공급되며, 함침부재(260)로 공급된 윤활제(G1)가 함침부재(260)에 함침되는 양을 초과할 경우에는 윤활제 공급유닛(240)으로부터 이탈되는 것을 알 수 있었다.
베이스 오일의 점도지수가 높을수록 이탈되는 양이 다소 줄어드는 경향이 있었으나, 여전히 단시간 내에 윤활제(G1)가 윤활제 공급유닛(240)으로부터 이탈되는 것을 알 수 있었다.
아래 표 2는 실시예 1, 2, 3, 4 및 비교예 4에 따른 정착기(70)의 윤활제 공급 유닛(240)에서, 시간 경과에 따른 윤활제 중량 변화 및 이탈 비율의 변화를 나타낸 것이다. 온도 조건은 비교예 1, 2, 3과 마찬가지로 200℃로 설정된 상태이다. 도 11은 표 2에 개시된 시간 경과에 따른 이탈 비율을 윤활제(G1)에 포함된 증주제의 중량 비율에 따라 나타낸 것이다.
증주제
비율
(%)		 구분 윤활제 중량(mg)
0 hr 6 hr 24 hr 48 hr 72 hr 216 hr 360 hr
실시예1 5 중량 4847.08 3643.60 3610.85 3525.73 3421.86 3237.62 3320.57
이탈 비율(%) 0.00 24.83 25.50 27.26 29.40 33.20 31.49
실시예2 10 중량 4792.65 4598.79 4578.35 4559.37 4435.62 4326.15 3883.63
이탈 비율(%) 0.00 4.05 4.47 4.87 7.45 9.73 18.80
실시예3 15 중량 4834.56 4735.62 4685.32 4656.32 4556.36 4326.35 4295.36
이탈 비율(%) 0.00 2.05 3.09 3.69 5.75 10.51 11.15

실시예4		 20 중량 4814.92 4762.36 4760.32 4632.68 4532.65 4486.39 4521.36
이탈 비율(%) 0.00 1.09 1.13 3.78 5.86 6.82 6.10
비교예4 25 중량 4808.98 4795.15 4765.16 4760.65 4759.65 4759.56 4759.57
이탈 비율(%) 0.00 0.29 0.91 1.00 1.03 1.03 1.03
상기 표 2 및 도 11을 참조하면, 증주제가 20% 이하로 포함된 윤활제(G1)는 360시간이 경과하더라도 약 35% 미만의 이탈 비율을 보였다. 즉, 실시예 1 내지 4와 같이 윤활제(G1)에 증주제가 20% 이하로 포함될 경우, 윤활제(G1)는 장시간 동안 윤활제 공급유닛(240)의 윤활제 저장부(250)에 유지될 수 있음을 알 수 있다. 증주제의 중량이 증가할수록 이탈 비율은 더 낮아진다.
그러나, 증주제의 중량이 비교예 4와 같이 20%를 초과하는 경우에는, 시간이 경과하더라도 이탈 비율이 약 1 % 정도에 불과하였다. 이는 윤활제(G1)가 베이스 오일과 증주제가 거의 분리되지 않아, 함침부재(260)에 거의 함침되지 않는 것을 알 수 있었다.
다시 말해서, 본 실시예에 따른 윤활제 공급유닛(240)은 윤활제 저장부(250)에 저장된 윤활제(G1)의 증주제의 중량 비율이 윤활제 중량의 20% 이하가 되도록 설정함으로써, 윤활제 공급유닛(240)에 저장된 윤활제(G1)가 단시간 내에 윤활제 공급유닛(240)으로부터 이탈하는 것을 방지하면서도 정착벨트(210)의 내면(211)에 안정적으로 윤활제(G3)를 공급할 수 있다.
<정착기의 수명 평가>
윤활제 공급유닛 없이 윤활제(G1)를 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)의 사이(215)에 직접 공급할 경우(비교예 5-1 내지 5-3)와, 증주제를 포함하는 윤활제(G1)를 윤활제 저장부(250)에 저장하여 함침부재(260)를 통해 정착벨트(210)와 닙 형성부재(220)에 공급할 경우(실시예 5-1 내지 5-3), 가압유닛(100)에 걸리는 토크량을 관찰하였다.
실시예 5-1 내지 5-3은 도 2 및 도 4에 개시된 가압유닛(100)과 가열유닛(200)을 포함한다. 비교예 5-1 니재 5-3에 따른 정착기(70)는 윤활제 공급유닛이 없는 점을 제외하고 실시예 5-1 내지 5-3과 동일한 구조를 이용하였다. 실시예 5-1 내지 5-3에 따른 윤활제(G1)에 포함된 증주제는 그 재질이 PTFE이며, 중량은 윤활제(G1) 중량의 10%이며, 비교예 5-1 내지 5-3에 따른 윤활제(G1)에 포함된 증주제는 그 재질이 PTFE이며, 윤활제(G1) 중량의 45%이다. 비교예 5-1 내지 5-3은 서로 동일한 조건이며, 실시예 5-1 내지 5-3은 서로 동일한 조건이다. 이를 통해, 동일한 조건의 실시예 및 비교예를 3회 반복적으로 실험한 결과를 도출하였다.
비교예 5-1 내지 5-3에 따른 정착기(70)와, 실시예 5-1 내지 5-3에 따른 정착기(70)에 반복적으로 열을 가하고, 가압유닛(100)을 구동시켰다. 정착기(70)에 의해 정착되는 기록매체(S)에 따른 가압유닛(100)에 걸리는 토크 값을 관찰하였다.
도 12는 비교예 5-1 내지 5-3과 실시예 5-1 내지 5-3에 따른 정착기의 수명을 나타낸 그래프이다. 도 12를 참조하면, 비교예 5-1의 경우에는 정착된 기록매체(S)의 매수가 300,000장에 도달하기 전에 가압유닛(100)에 걸리는 토크가 소정의 토크 한계 값, 예를 들어 9 kgf·cm를 초과하였다. 비교예 5-2, 5-3은 가압유닛(100)에 걸리는 토크가 9 kgf·cm을 초과하지 않았지만 정착된 기록매체(S)의 매수가 300,000장에 도달하기 전에 정착벨트(210)가 파손되었다. 그에 반해, 실시예 5-1, 5-2, 5-3은 정착된 기록매체(S) 매수가 약 600,000 장을 초과하더라도 토크 값이 토크 한계 값인 9 kgf·cm을 초과하거나 정착벨트(210)가 파손되지 않았다. 실시예 5-1은 정착된 기록매체(S)의 매수가 1,000,000장에 도달할 때까지 파손되거나 소정의 토크 값을 초과하지 않았다.
다시 말해서, 본원발명과 같이 증주제의 중량 비가 20% 이하를 포함하는 윤활제(G1)가 저장된 윤활제 공급유닛(240)을 포함한 경우에는, 윤활제 공급유닛을 포함하지 않은 경우에 비해, 적어도 2배 이상 수명이 증가하는 것을 알 수 있었다.
한편, 상술한 실시예에서는 회전유닛이 가압유닛(100)이며, 회전유닛에 종동 회전하는 정착벨트(210)가 가열유닛(200)에 포함된 예를 중심으로 설명하였다. 그러나, 이러한 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 회전유닛이 가열유닛(200)이며, 회전유닛에 종동 회전하는 정착벨트(210)가 가압유닛(100)에 포함될 수 있다. 이 경우, 닙 형성부재(220) 및 윤활제 공급유닛(240)은 가압유닛(100)에 포함될 수 있다.
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.
10 : 본체 20 : 기록매체 공급유닛
30 : 광주사유닛 40 : 감광체
50 : 현상유닛 60 : 전사유닛
70 : 정착기 100 : 가압유닛
101 : 샤프트 103 : 탄성층
200 : 가열유닛 201 : 가열 원
203 : 열 차단 부재 210 : 정착벨트
220 : 닙 형성부재 221 : 접촉면
230 : 지지부재 240 : 윤활제 공급유닛
250, 250a : 윤활제 저장부 251 : 배출구
252 : 경사면 253 : 안착홈
260 : 함침부재 270 : 외부 공급부

Claims (17)

  1. 회전 가능한 회전유닛;
    상기 회전유닛과 외접하며 상기 회전유닛에 종동 회전하는 정착 벨트;
    상기 정착 벨트와 내접하며, 상기 회전유닛과 상기 정착벨트의 접촉 부위에 정착 닙을 형성하는 닙 형성부재; 및
    상기 정착벨트의 회전 방향으로 상기 닙 형성부재의 상류에 배치되어 상기 정착 벨트와 상기 닙 형성부재 사이에 윤활제를 공급하는 것으로서, 윤활제를 저장하는 윤활제 저장부와, 상기 윤활제 저장부로부터 배출된 윤활제를 함침(impregnation)하여 상기 정착 벨트의 내면에 공급하는 함침부재를 구비하는 윤활제 공급유닛;
    상기 정착벨트를 가열하는 가열 원;
    상기 가열 원과 상기 윤활제 공급유닛 사이에 위치되어 열을 차단하는 열 차단 부재;를 포함하며,
    상기 윤활제 저장부에 저장된 윤활제는 베이스 오일(base oil)와 증주제(thickener)를 포함하되, 상기 증주제의 중량은 상기 윤활제의 중량의 20% 이하이며,
    상기 닙 형성부재에서 상기 정착 벨트의 내면과 접촉하는 접촉부는 상기 함침부재와 동일한 섬유 재질로 형성되며,
    상기 접촉부는 상기 함침부재보다 두께 1mm 기준으로 단위 면적당 중량이 큰 것을 특징으로 하는 정착기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 오일은 내열성 불소 수지를 포함하는 정착기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내열성 불소 수지는 퍼플루오르 폴리에테르(Perfluoro polyether; PFPE)를 포함하는 정착기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증주제는 내열성 불소 수지를 포함하는 정착기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내열성 불소 수지는 폴리테트라 플루오르에틸렌(Polytetra fluoroethylene; PTFE)를 포함하는 정착기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 오일의 점도지수는 50 ~ 800 인 정착기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 함침부재는,
    펠트(felt), 패브릭(fabric) 중 적어도 하나를 포함하는 정착기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 함침부재는 두께 1mm 기준으로 중량 50 g/m2 ~ 600g/m2인 정착기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 닙 형성부재에서 상기 정착 벨트의 내면과 접촉하는 상기 접촉부는 펠트, 패브릭 중 적어도 하나를 포함하는 정착기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 닙 형성부재의 상기 접촉부는 상기 함침부재보다 내마모성이 큰 정착기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 윤활제 저장부는 상기 정착벨트의 길이 방향으로 연속적으로 형성된 정착기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 윤활제 저장부는 상기 정착벨트의 길이 방향으로 단속적(intermittent)으로 형성된 정착기
  14. 제1항에 있어서,
    상기 정착벨트의 외부에 배치되며, 상기 윤활제 저장부에 윤활제를 공급하는 외부 공급부를 더 포함하는 정착기.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 회전유닛은 상기 정착 닙을 통과하는 기록매체를 가압하는 가압롤러인 정착기.
  17. 정전잠상이 형성되는 감광체;
    상기 정전잠상에 토너를 공급하여 기록매체에 가시적인 토너화상을 형성하는 현상유닛; 및
    상기 기록매체에 전사된 상기 토너화상에 열과 압력을 가하여 정착시키는 것으로서, 제1항 내지 제6항 또는 제8항 내지 제14항 또는 제16항 중 어느 한 항에 따른 정착기;를 포함하는 화상형성장치.
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