KR20020037080A - 히트파이프식 히터와 이것을 이용한 이미지 정착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 컨테이너의 표면 온도가 일정 수준에 도달할 때까지 상기 컨테이너 내에 설치한 주가열원으로 급속 가열을 한 다음 상기 컨테이너의 외측에 설치한 보조가열원으로 상기 표면온도를 목표온도로 계속해서 유지시키는 히트파이프식 히터와 이것을 이용한 이미지 정착장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프식 히터는 금속제의 컨테이너와, 상기 컨테이너에 부압(負壓)상태로 충전되는 작동유체와, 상기 컨테이너에 내장되어 작동유체의 귀환로 역할을 수행함과 동시에 작동유체의 상변화를 통해서 상기 컨테이너의 표면온도를 일정온도까지 급속하게 승온시키기 위해 작동유체를 가열하게 되는 주가열원과, 상기 컨테이너에서 방열된 만큼의 열량을 보상하여 표면의 온도를 일정온도로 지속해서 유지시키게 되는 보조가열원 및 상기 컨테이너의 내부압력의 변화에 응동하여 작동되는 온도조절부로 구성된다.

Description

히트파이프식 히터와 이것을 이용한 이미지 정착장치{Industrial heater and heating roll for image formating device}

본 발명은 보일러나 제설장치, 자동초오크와 같은 산업용 설비에서 사용되는히트파이프식 히터와 이것을 이용한 이미지 정착장치에 관한 것이다.

더욱 구체적으로는, 금속용기(이하 컨테이너라 함)의 표면 온도가 일정 수준에 도달할 때까지 상기 컨테이너내에 설치한 작은 저항의 주가열원으로 컨테이너의 표면온도를 시동초기에 급속히 승온하여 목표온도에 도달시킨 다음, 상기 컨테이너의 표면으로부터 방열되는 열량만큼만 컨테이너의 외측에 설치한 큰 저항의 보조가열원으로 보상해 주므로써, 상기 컨테이너의 표면온도를 일정수준의 목표온도로 지속해서 유지시켜 주는 히트파이프식 히터에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 최초의 승온동작시 상기 주가열원과 함께 작동유체를 가열하므로써 컨테이너의 표면온도를 급속히 승온시킴과 동시에, 상기 작동유체의 귀환수단(위크)으로도 작용하는 금속망(스크린)을 상기 컨테이너 내에 설치한 히트파이프식 히터에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 컨테이너의 내부압력에 따라서 작동하는 압력응동형의 온도조절부를 컨테이너의 일측단부에 설치하므로써 상기 컨테이너의 표면온도가 목표온도에 도달한 경우, 상기 주가열원과 금속망으로의 전원 공급이 차단되도록 한 히트파이프식 히터에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 컨테이너의 내벽에 바람직하게는 스파이럴 형상으로 설치되는 주가열원이 히트파이프의 위크와 같은 기능을 수행하는 히트파이프식 히터에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 복사기, 팩시밀리, 또는 프린터 등에서 사용하는 이미지 정착장치의 히팅롤로서, 상기의 히트파이프식 히터를 채용한 이미지 정착장치에 관한것이다.

복사기, 프린터, 팩시밀리 등과 같이 기록용지 위에 이미지를 형성하는 장치는, 토너가 입혀진 드럼쪽으로 기록용지를 피드시켜 상기 기록용지 위로 토너를 옮긴 다음, 도3에 도시된 히팅롤(900)과 밀착롤(800)을 포함하는 이미지 정착장치 안으로 상기 기록용지를 밀어 넣어서 상기 토너를 기록용지상에 정착시키게 된다.

보급형 복사기에서는 상기의 히팅롤로서 보통 외표면이 테프론으로 코팅된 얇은 두께의 알루미늄 원통관 내에 전열 코일이나 할로겐램프가 설치된 것을 사용하고 있다.

그런데, 상기의 히팅롤(900)은 전열 코일이나 할로겐램프(950)의 발열에 의해서 알루미늄 원통관의 표면온도가 승온될 때, 원통관의 길이방향 및 반경방향에서의 온도가 일정치 않은 단점이 있었다. 또한, 기록용지와 맞닿게 되는 상기 히팅롤의 중앙부분은 양측부보다 열손실이 많기 때문에-즉, 기록용지가 히팅롤의 표면열을 빼앗아 가기 때문에-모든 부위에서 일정온도를 유지한다는 것은 거의 불가능하였다. 이처럼, 히팅롤의 표면온도가 구간별로 다르게 되면, 출력물의 인쇄 상태가 불량해진다.

이러한 문제점은 기록용지의 길이가 길거나 또는 인쇄속도가 빠를수록 심화되는데, 이는 히팅롤의 표면으로부터 기록용지쪽으로 전달되는(손실되는) 단위시간당의 열량이 전열코일이나 할로겐램프로부터 공급되는 단위시간당의 보상 열량보다 커서 그 효과가 누적되기 때문이다.

이런 문제점을 개선하기 위해, 최근 히트파이프의 원리를 이용한 히팅롤에대해서 다수의 국내외 특허가 제안된 바 있다.

상술한 히트파이프의 원리를 이용한 히팅롤에 대한 국내 문헌으로서, 예를 들면 공개특허공보 공개번호 제2000-30160호, 제2000-12446호, 제2000-30111호 등이 있다.

상기 문헌들에 기재되어 있는 각 히팅롤은, 세부 구성에서 약간의 차이는 있지만, 공통적으로 양단부가 막혀 있는 이중관 형태의 컨테이너 내에 소정의 작동유체를 부압(진공압)상태로 충전하고, 양단부가 개방되어 있는 이중관 형태의 컨테이너의 중공부에 할로겐램프를 삽입한 구성으로 되어 있다.

그런데, 이러한 히트파이프식 히팅롤은, 상기 할로겐램프로 컨테이너의 내피를 가열한 다음 상기 가열된 내피가 작동유체를 가열하고, 상기 가열작용에 의해서 기체상태로 상변화한 작동유체가 상기 컨테이너의 외피 쪽으로 다시 열을 전달하여 표면온도가 원하는 목표온도까지 승온되도록 하고 있어서, 상기 컨테이너의 표면온도를 목표온도까지 승온시키는데 시간이 많이 걸리고, 또한 3회에 걸친 열전달과정을 통해서 발열수단(할로겐램프)으로부터 컨테이너의 외피까지 열이 전달되기 때문에 열효율이 떨어지는 단점이 있었다.

또한, 상술한 기능상의 단점 외에도 상기 컨테이너의 축심부분에 할로겐램프를 끼워 넣기 위한 중공부를 형성하므로써, 상기 히팅롤의 크기가 커진다는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 최초의 승온동작시 주가열원 또는 주가열원과 함께 제공되는 금속망에 의하여 컨테이너의 표면온도를 급속히 승온시킬 수 있으며, 상기 컨테이너의 표면온도가 목표 온도에 도달한 후에는 표면에서 손실되는 열량만큼만 보조가열원으로 보상해 줌으로써 상기 컨테이너의 표면온도를 일정 수준으로 지속해서 유지할 수 있고, 특히 정상상태 운전시에는 주가열원과 금속망이 작동유체의 귀환로(위크라고도 함)로 작용하는 히트파이프식 히터(이하, 히터라 함)를 제공함에 목적이 있다. 또한, 상기 히터를 토너 정착용의 히팅롤로 채용한 이미지 정착장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 중공형 금속관으로 상기 컨테이너를 제작하므로써, 무게를 줄임과 동시에 작은 열부하로도 컨테이너의 표면온도를 큰 폭으로 조절할 수 있게 한 히터와 이것을 이용한 이미지 정착장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 작동유체와 주가열원을 컨테이너의 충전공간에 내장시키므로써 전체를 슬림하게 만든 히터 또는 이미지 정착장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 주가열원과 금속망, 그리고 보조가열원으로의 전원공급 및 전원차단 시점을 컨테이너의 내부압력으로 제어할 수 있도록, 압력응동형 온도조절부를 전원공급회로와 연계시킨 히터나 이미지 정착장치를 제공함에 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따른 일 실시예의 히트파이프식 히터를 축방향으로 단면한 단면도이다.

도2는 본 발명에 따른 일 실시예의 히트파이프식 히터를 직경방향으로 단면한 단면도이다.

도3은 종래의 이미지 정착장치를 나타낸 개략 구성도이다.

[도면 부호의 설명]

100...컨테이너, 200...주가열원,

300...금속망, 400...보조가열원,

500...온도조절부, 600...충전공간,

700...푸울, 800...밀착롤,

900...히팅롤.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 전에, 본 발명의 히터와 이미지 정착장치(특히, 히팅롤)에서 응용되고 있는 히트파이프의 원리에 대해 설명함으로써, 본 발명에 대한 이해를 돕고자 한다.

주지하다시피, 히트파이프(heat pipe)는 컨테이너 내부에 포화상태로 충전시킨 작동유체가 연속적으로 기체-액체로 상변화 하는 과정을 통하여, 컨테이너의 일단부에서 타단부 쪽으로 즉 상대적으로 온도가 높은 증발부에서 온도가 낮은 응축부 쪽으로 열(또는 열량)을 전달하는 장치로서, 작동유체의 잠열(latent heat)을 이용하여 열을 이동시키는 열 수송장치이다. 이러한 히트파이프는 단일상(phase)의 작동유체를 이용하는 통상의 열전달 기기에 비해 매우 큰 열전달 성능을 발휘한다.

상술한 히트파이프는 크게 컨테이너, 작동유체, 그리고 모세관 구조물로 이루어진다.

상기의 모세관 구조물은 형태에 따라서 스크린 위크(wick)와 그루브 위크, 아이드롭(eye-drop)형으로 나뉘어지며, 상대적으로 온도가 낮은 컨테이너의 응축부 쪽에서 증발부 쪽으로 포화액체를 귀환시킬 때 귀환로의 역할을 수행한다.

정확하게는 상기 작동유체의 귀환이 위크에 의해서 이루어지는 경우를 "히트파이프"라 명명하지만, 중력이나 원심력 등으로도 작동유체를 귀환시킬 수 있기 때문에 통칭하여 "히트파이프"라 부른다.

여기서, 작동유체의 귀환이란, 포화액체 상태의 작동유체를 발열부(증발부) 쪽으로 이동(펌핑)시키는 작용을 의미한다. 일반적으로, 상기 작동유체로는 밀도, 표면장력, 증발잠열이 크고 액체의 점도가 작은 것이 선호된다.

상기 히트파이프의 작동온도(설정온도, 목표온도)는 컨테이너 내에 충전되는 작동유체의 종류와 봉입량, 그리고 충전압력에 따라 정해지게 되지만, 대개의 경우 3중점(triple point)과 임계점(critical point) 사이의 온도로 정해진다. 이에 대해서는 다수의 문헌에 상세히 기재되어 있다.

일반적으로, 위크와 컨테이너의 구성재료로는 작동유체와 친화성이 없는 것을 사용하도록 권장하고 있는데, 이는 작동유체와의 화학반응에 의해서 컨테이너 등이 부식이나 침식되지 않도록 하기 위해서이다.

위에서 언급한 각 사항들은, 본 발명의 히터와 이미지 정착장치를 구성할 때 충분히 고려되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명에서는 기록용지상의 토너를 히팅롤로 녹여 정착시키는 이미지 정착장치에 있어서, 상기 히팅롤이 원통형의 컨테이너와, 상기 컨테이너에 부압상태로 충전되는 작동유체와, 상기 컨테이너에 내장되어서 작동유체의 귀환로 역할을 수행함과 동시에 작동유체의 상변화(phase change)를 통해서 상기 컨테이너의 표면온도를 일정 온도까지 급속하게 승온시키기 위해 작동유체를 가열하게 되는 주가열원과, 상기 컨테이너에서 기록용지쪽으로 방열된 만큼의 열량을 보상하여 표면의 온도를 일정 온도로 유지시키게 되는 보조가열원으로 구성되는 이미지 정착장치를 제안한다.

여기서, 부압상태란 컨테이너의 내부가 진공상태 또는 산소가 없거나 대단히 희박하게 남아 있는 낮은 압력 상태인 것으로 정의한다.

기록용지상에 정착시키는 토너의 종류에 따라 히팅롤에 요구되는 최적의 표면온도는 달라지게 되지만, 대개의 경우, 상기 히팅롤은 표면온도가 180℃에 도달될 때까지 가열된다. 이때, 상기 히팅롤의 승온은 주가열원의 발열에 의해 이루어진다. 즉, 상기 주가열원로부터 열역학적 포화상태에 있는 작동유체로 열전달이 이루어지고, 그 열에 의하여 상기 작동유체의 상(phase)이 달라지게 된다.

상기 작동유체의 포화기체부분은 컨테이이너의 내면에 닿아서 일정 열량을 컨테이너의 벽면에 제공하게 되고 자신은 포화액체로 응축된다. 상기 작동유체의 상변화 과정중에서 컨테이너의 벽면쪽으로 전달되는 열량은 액체상태에 있는 작동유체의 일정량을 기체상태로 변화시키기 위해 공급한 전력량 또는 상변태 열량(잠열;latent heat)만큼이다. 이와 같이 하여, 상기 컨테이너로부터 기록용지상의 토너(toner)로 열전달이 이루어지며, 전달된 열량에 의하여 상기 토너가 녹아서 기록용지에 정착된다. 한편, 상기 컨테이너의 표면으로부터 토너쪽으로 전달된 열량만큼 컨테이너의 표면온도는 낮아지게 되지만, 보조가열원이 손실된 열량만큼 계속해서 보상을 해줌으로 인쇄량에 상관없이 표면온도가 일정하게 유지된다.

또한, 본 발명에서는 바람직하게는 상기 컨테이너 내에 금속망을 설치하여, 상기 금속망이 작동유체의 귀환로 역할을 수행함과 동시에 최초의 승온동작시 주가열원과 함꼐 작동유체를 가열하는 부차적 가열원으로서의 역할을 수행하도록 한 이미지 정착장치를 제안한다.

최초의 승온동작시 상기 금속망에 전원이 인가되고, 공급된 전력량만큼 상기 금속망으로부터 작동유체쪽으로 줄열(joule's heat)이 전달된다. 따라서, 상기 작동유체를 더욱 급속하게 가열할 수 있으며, 짧은 시간내에 목표온도에 도달할 수 있다. 또한, 상기 금속망은 기록용지 쪽으로의 열전달이 일어나고 있는 부분(응축부)에서 포화기체가 포화액체로 상변화한 경우, 그 포화액체를 가장 근접해 있는 망목(메쉬)에 고정시켜서 상기 망목에 가장 가깝게 인접해 있는 주가열원이 다시포화기체로 상변화시키게 하는 히트파이프의 위크와 같은 기능을 수행한다. 상기 금속망은 바람직하게는 컨테이너의 내표면과 주가열원 사이에 설치되는 것이 좋지만, 경우에 따라서는 주가열원을 내측에서 감싸는 형태로 설치될 수도 있다.

또한, 본 발명에서는, 더욱 바람직하게는 상기 컨테이너의 일측단부에 컨테이너의 내부압력에 따라 작동하는 온도조절부를 설치함으로써, 컨테이너의 표면온도가 목표온도에 도달한 경우 주가열원과 금속망으로의 전원공급이 차단되게 한 이미지 정착장치를 제안한다. 최초의 승온동작시, 주가열원과 금속망에 전원이 공급되어 발열이 시작된다. 이때의 열로 상기 컨테이너 내에 포화상태로 충전된 작동유체가 가열된다. 가열에 의해서 상기 작동유체의 상(phase)이 변하게 되며 컨테이너의 내부압력은 올라가게 된다. 즉, 컨테이너의 표면온도 및 내부압력은 비례관계에 있는 것이다. 따라서, 컨테이너의 표면온도가 올라가면 컨테이너의 내부압력도 올라가게 되고, 내부압력에 응동하는 온도조절부가 작동하여 전원공급회로를 개방시키게 된다.

또한, 본 발명에서는, 예를 들면 적설량이 많거나 빙결이 자주 일어나는 지역의 비상활주로나 간선도로와 같은 노면 밑에 매설하여, 비상시에 많은 열을 한꺼번에 노면쪽으로 방열하여 짧은 시간 동안에 제설 또는 제빙할 수 있도록 하는 히트파이프식의 산업용 히터로서, 컨테이너와; 상기 컨테이너에 부압상태로 충전되는 작동유체와; 상기 컨테이너에 내장되어 작동유체의 귀환로 역할을 수행함과 동시에 작동유체의 상변화를 통해서 상기 컨테이너의 표면온도를 일정 온도까지 급속하게 승온시키기 위해 작동유체를 가열하게 되는 주가열원으로 구성된 것을 제안한다.

또한, 본 발명에서는 앞서 언급한 이미지 정착장치의 히팅롤에 적용되고 있는 각각의 특징적 구성요건들이 취사 선택된 히터를 제안한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 히터와 이것을 이용한 이미지 정착장치의 바람직한 실시예를 설명한다. 먼저, 본 발명의 각 실시예에 대한 설명부분에서 사용되는 용어중 응축부는 주변보다 상대적으로 온도가 낮아서 포화기체가 포화액체로 상변화 하게 되는 영역을 의미하고, 증발부는 포화액체가 포화기체로 상변화 하는 영역인 것으로 정의한다.

도1은 본 발명에 따른 일 실시예의 히터를 축방향으로 단면한 단면도이고, 도2는 본 발명에 따른 일 실시예의 히터를 직경방향으로 단면한 단면도이다.

도면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터는 컨테이너, 주가열원, 금속망, 보조가열원, 작동유체, 그리고 온도조절부를 포함하는 구성으로 되어 있다.

이중에서, 가열대상(예를 들면, 기록용지나 노면)쪽으로 외표면을 통해 열을 전달하게 되는 컨테이너와, 전원 공급시 발열작용을 수행하게 되는 주가열원, 그리고 상기 주가열원(증발부)으로부터 전달되는 열에 의하여 포화액체에서 포화기체로 상변화를 한 후 상기 컨테이너(응축부)에 열을 전달하고 자신은 다시 포화액체로 응축하게 되는 작동유체는, 필수 구성요건이다.

본 실시예에서 중공형의 원통관으로 도시되고 있는 컨테이너(100)는, 예를 들면 재질이 알루미늄인 것이 바람직하지만, 작동유체와 친화성이 없는 금속이라면 재질이 다른 금속으로 대체될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 컨테이너의 외표면에 코팅이 될 수도 있다.

상기 컨테이너(container)의 두께는, 컨테이너(100)내에 충전되는 작동유체의 최대 팽창압력을 견딜 수 있는 두께 이상의 범위에서 가급적이면 얇은 것이 좋은데, 그 이유는 두께가 얇을수록 컨테이너의 열용량이 작아지게 되므로 작은 열부하로도 급속히 히터의 표면온도를 낮추거나 올릴 수 있고, 또 히터의 전체 중량을 줄여 운반과 취급에 편리성을 제공할 수 있기 때문이다.

상기 컨테이너 내에 설치되는 주가열원(200)으로서 본 실시예에서는 스파이럴(spiral) 형태의 전기저항선(열선;이하 제1가열선이라 함)이 사용되고 있는데, 상기 제1가열선은 스파이럴 이외의 형태, 예를 들면 지그재그 형태로 설치될 수도 있다.

본 발명에서는 상기 컨테이너의 표면온도를 시동 초기(최초의 승온동작시)에 급속히 상승시키기 위하여, 컨테이너의 내표면상에 스파이럴 형태로 밀착 설치한 제1가열선에 큰 전력(P)을 공급하게 된다. 이때, 제1가열선에서 발생되는 열량(H;단위는 cal)은, 0.24×P×t(전력공급시간)이다. 한편, 상기 컨테이너의 표면온도를 급속하게 승온시키기 위해서는, 상기 제1가열선의 저항은 가급적이면 작은 것이 바람직한데 그 이유는 제1저항선에서 발생되는 열량(H)이 저항값에 반비례하기 때문이다. 초기 승온동작시 공급되는 전력의 크기는, 예를 들면 히터에 요구되는 목표온도와 작동유체의 증발잠열 등을 고려하여 결정하게 된다.

상기 제1가열선의 발열작용에 의하여 컨테이너의 표면온도가 목표온도에 도달한 후에는 전원공급이 중단되어 발열수단으로서의 기능은 상실하게 된다.

그러나, 예를 들면 본 실시예의 히터가 이미지 정착장치에 적용된 경우에는,작동유체에 대하여 상대적인 회전운동을 하게 되므로써 포화액체 상태로 응축된 작동유체를 증발부쪽으로 귀환시키는 펌핑력을 가지게 되어 히트파이프의 위크와 같은 기능을 수행하게 된다.

도시된 금속망(300)은, 통상 구조의 히트파이프에서 사용되는 스크린 위크와 형상 및 기능이 동일하지만, 최초의 승온동작시, 직접적인 전기 저항체가 되어 제1가열선과 함께 발열하게 되는 점에서 특징이 있는 구성요건이다. 상기의 금속망에 의하면, 주가열원(제1가열선)만으로 컨테이너의 표면온도를 승온시킬 때보다 급속히 표면온도를 승온시킬 수 있다.

컨테이너의 외측에 설치되는 보조가열원(400)으로서, 본 실시예에서는 상기 컨테이너의 적어도 일측단부의 외표면에 밀착 설치된 전기저항선(이하, 제2가열선이라 함)이 이용되고 있다.

상기 제2가열선은, 최초의 승온동작시 제1가열선의 부하를 일부 감당하게 되며, 또 컨테이너의 축방향에 따른 온도 강하도 방지하게 된다. 그리고, 본 실시예의 히터가 정상상태로 작동할 때는, 발열하여 컨테이너의 외표면을 가열하게 된다.

도시된 온도조절부(500)는, 본 실시예에서는 내부에 불활성가스가 충전된 벨로우즈(belows)로 나타나 있다. 이 벨로우즈는 컨테이너의 일측단부에 설치되며, 컨테이너의 내부압력에 응동하여 수축과 팽창을 반복하게 된다.

즉, 컨테이너의 표면온도가 낮은 경우(저온상태) 작동유체의 대부분이 포화액체 상태로 있으므로 내부의 압력은 낮아지게 되며, 따라서 일정 압력의 불활성가스로 충전된 벨로우즈가 팽창하게 된다. 반대로, 컨테이너의 표면온도가 높은 경우에는 벨로우즈가 수축하게 된다. 그러므로, 제1가열선이나 금속망 또는 제2가열선의 전원공급회로 스위치를 벨로우즈의 체적변화에 연계시켜 놓으면, 컨테이너의 표면온도를 제어할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예의 히터에 요구되는 작동온도(목표온도) 값은, 상기 벨로우즈의 내부충전압력을 압력조절기(550)를 이용하여 조절함으로써 쉽게 설정할 수 있다.

여기서, 상술한 구성요건중 보조가열원과 금속망, 온도조절부는 반드시 필요한 것은 아니지만, 바람직하게는 본 실시예의 히터나 이미지 정착장치를 구성할 때 이들 구성요건을 모두 채택하는 것이 좋다. 또한, 너무도 당연한 기술적 사항은, 예를 들면 컨테이너의 양단부가 엔드캡이나 마감판 등으로 밀봉되어 있다는 등의 일반적인 사항들은 개시하지 않았으나, 본 발명의 각 실시예에 이들이 반영되고 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 기술적 사상이 이미지 정착장치에 적용되는 경우, 앞서 설명한 종래 문헌상의 구성요건중 필요한 것은 채택될 수 있음도 간과해서는 아니될 것이다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터가 이미지 정착장치의 히팅롤로 채용된 경우에 있어서의 작용 및 기능에 대하여 설명한다.

먼저, 복사기 등과 같이 기록용지상에 이미지를 형성하는 장치를 작동시키기 위하여 스위치를 ON 하면, 본 실시예에서 주가열원(200)으로 작용하는 제1가열선에 전원이 공급되어서 발열하기 시작하며, 거의 동시에 히팅롤이 회전하기 시작한다.

이때, 상기의 히팅롤이 부차적인 가열원으로서 금속망을 채용하고 있는 경우, 금속망(300)에도 전원이 공급되어 발열하게 된다. 따라서, 주가열원만으로 컨테이너의 표면온도를 승온시킬 때보다 빠른 속도로, 즉 짧은 시간에 표면온도를 목표온도로 승온시킬 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 상기 주가열원과 금속망(300)에서 발생된 열은, 인접해 있는 포화액체 상태의 작동유체와 컨테이너의 벽면쪽으로 전달된다. 상기 컨테이너의 내부공간 즉 충전공간(600)의 저부에 고여 있는 작동유체의 푸울(700)로 전달된 열은, 포화액체 상태의 작동유체를 포화기체로 상변화시키거나 또는 상변화에 필요한 잠열로써 흡수된다. 이에 반해서, 표면장력에 의하여 상기 금속망의 메쉬 사이나 주가열원으로 작용하는 제1가열선의 표면, 또는 상기 제1가열선과 컨테이너의 내표면 사이에 얇은 막 형태로 고정되어 있는 작동유체는, 전달된 열에 의하여 포화액체 상태로부터 포화기체 상태로 상변화를 하게 된다. 이처럼, 포화기체 상태로 상변화를 한 작동유체는, 컨테이너의 벽면에 맞닿아서 잠열의 형태로 저장된 열을 벽면쪽으로 전달하고 자신은 포화액체로 응축된다. 그리고, 포화액체로 응축된 상기의 작동유체는 다시 푸울(700)로 흘러 내리거나 또는 금속망의 메쉬 등에 얇은 막의 형태로 고정되고, 다시 가열되어 포화기체로 상변화를 하게 된다.

이러한 작동유체의 상변화 과정이 연속적으로 일어나면, 컨테이너의 표면온도가 예를 들면 180℃로 올라가게 된다.

한편, 상기 컨테이너의 표면온도가 목표온도에 도달되면 더이상 온도가 올라가지 않도록, 주가열원이나 금속망으로의 전원공급을 중단한다.

상기 주가열원이나 금속망으로의 전원공급중단은 종래의 온도검출수단에 의해서 달성될 수도 있지만, 본 실시예에서 제공하는 벨로우즈 형태의 압력응동형 온도조절부(500)에 의해 달성될 수도 있다. 오히려, 다음과 같은 점에서 압력응동형 온도조절부(500)를 채택하는 것이 바람직하다.

즉, 종래에는 히팅롤의 표면온도를 검출하기 위해서 외표면의 일측단부에 온도검출수단을 설치하였었는데, 앞에서도 언급한 것처럼, 기록용지와 맞닿게 되는 중앙부의 표면온도가 양측부의 표면온도보다 낮기 때문에 축방향으로의 온도분포가 불균일할 수 밖에 없었다. 따라서, 컨테이너 양측부의 표면온도를 검출하여 전원의 공급 및 중단을 결정하는 경우, 작업영역인 중앙부의 표면온도를 최적으로 유지하기 어려워 출력물(인쇄물)의 품질이 나빠지는 경우가 더러 있었다.

이에 반해, 본 실시예의 온도조절부(500)는 강도성 상태량인 컨테이너의 내부압력에 응동하는 것이기 때문에, 전원의 공급 및 중단시점을 정밀하게 측정할 수 있다. 따라서, 작업영역인 중앙부의 표면온도를 최적으로 유지할 수 있으므로 인쇄물의 품질이 양호해지게 된다.

한편, 전원공급이 중단된 상태로 가만히 있으면 컨테이너(또는 히팅롤)의 표면으로부터 주변 공기로의 방열이 일어나서 표면온도가 떨어지게 되는데, 복사작업이나 프린팅작업과 같은 이미지 정착작업 중에는 표면온도의 강하가 휠씬 빨리 일어나게 된다. 왜냐하면, 이미지 정착작업 도중에, 상기 컨테이너의 표면으로부터 기록용지나 토너로 열전달이 일어나 순간적으로 많은 열이 손실되기 때문이다.

이러한 컨테이너의 표면온도 강하에 대하여, 종래에는 할로겐램프가 발열하여 3단계의 전열과정 통해 보상하기 때문에 전력이 불필요하게 많이 소모되는 단점이 있었다. 그러나, 본 발명에서는 제2가열선으로 컨테이너의 표면을 직접 가열함으로써, 작은 전력으로도 충분히 온도 보상을 할 수 있게 되어 전력낭비를 예방하고 있다. 이러한 효과는, 이전의 히트파이프나 이미지 정착장치에서는 볼 수 없었던 것으로서, 고온단에서 저온단으로 열을 전달할 때 중간의 전열단계가 적을수록 전열량이 커진다는 사실을 반영한 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 히터 또는 이미지 정착장치는, 다음과 같은 특유의 효과를 나타낸다.

첫째, 본 발명에 의하면 최초 승온시의 발열과정에서 발생된 열이 컨테이너의 벽면에 직접 전달되거나 또는 작동유체에 바로 전달되기 때문에, 종래의 열전달과정보다 적어도 1단계이상 단축되어 컨테이너의 표면온도를 빠른 시간내에 목표온도로 급속히 승온시킬 수 있다는 장점이 있다.

둘째, 컨테이너의 표면온도가 목표 온도에 도달한 후에는 표면에서 손실되는 열량만큼만 보조가열원으로 직접 보상해 줌으로써, 작은 전력으로도 상기 컨테이너의 표면온도를 항상 일정 수준으로 유지할 수 있다는 장점이 있다.

세째, 본 발명에서는 주가열원 또는 금속망이 최초 승온시에는 발열수단(가열원)으로 작용하다가 컨테이너의 표면온도가 목표온도에 도달하여 전원공급이 중단된 이후에는 컨테이너와 함께 회전하면서 응축된 작동유체를 증발부쪽으로 펌핑하는 위크의 기능을 수행하므로써 종래의 히트파이프보다 포화액체의 귀환경로를 짧아지게 한다는 장점이 있다.

네째, 본 발명에서는 주가열원과 금속망, 그리고 보조가열원으로의 전원공급및 전원차단 시점을 컨테이너의 내부 압력에 응동하는 온도조절부와 연계시켜 놓으므로써, 컨테이너의 표면온도를 정확히 제어할 수 있다는 장점이 있다.

다섯째, 본 발명에서는 바람직하게는 중공형 금속관으로 컨테이너를 제작하므로써, 무게를 줄임과 동시에 작은 열 부하로도 컨테이너의 표면온도를 큰 폭으로 조절할 수 있다는 장점이 있다.

여섯째, 본 발명에서는 작동유체와 주가열원을 컨테이너의 충전공간에 내장시키므로써, 전체를 슬림하게 만들 수 있다는 장점이 있다.

그 외에도, 작동유체를 부압상태로 충전하므로써 주가열원으로 작용하는 제1가열선의 산화를 방지하여, 수명을 연장시킬 수 있다는 장점 등이 있다.

Claims (7)

1. 기록용지상의 토너를 히팅롤로 녹여 정착시키는 이미지 정착장치에 있어서,

   상기 히팅롤이

   원통형의 컨테이너와;

   상기 컨테이너에 부압상태로 충전되는 작동유체와;

   상기 컨테이너에 내장되어서 작동유체의 귀환로 역할을 수행함과 동시에 작동유체의 상변화를 통해서 상기 컨테이너의 표면 온도를 일정 온도까지 급속하게 승온시키기 위해 작동유체를 가열하게 되는 주가열원과;

   상기 컨테이너에서 방열된 만큼의 열량을 보상하여 표면의 온도를 일정 온도로 유지시키게 되는 보조가열원으로 구성된 것을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 작동유체의 귀환로 역할을 수행함과 동시에 최초의 승온동작시 주가열원과 함꼐 작동유체를 가열하는 부차적 가열원으로서의 역할을 수행하도록, 상기 컨테이너 내에 금속망이 설치됨을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 작동유체의 상변화에 따른 컨테이너의 내부압력의 변화를 감지하여 주가열원으로의 전원공급을 개페하도록, 상기 컨테이너의 일측단부에 온도조절부가설치됨을 특징으로 하는 이미지 정착장치.
4. 컨테이너와;

   상기 컨테이너에 부압상태로 충전되는 작동유체와;

   상기 컨테이너에 내장되어서 작동유체의 귀환로 역할을 수행함과 동시에 작동유체의 상변화를 통해서 상기 컨테이너의 표면온도를 일정 온도까지 급속하게 승온시키기 위해 작동유체를 가열하게 되는 주가열원으로 구성된 것을 특징으로 하는 히트파이프식 히터.
5. 제4항에 있어서,

   상기 컨테이너의 외측에, 표면으로부터 방열된 만큼의 열량을 보상하여 표면의 온도를 일정 온도로 지속해서 유지시키는 보조가열원이 설치된 것을 특징으로 하는 히트파이프식 히터.
6. 제4항 또는 제5에 있어서,

   상기 작동유체의 귀환로의 역할을 수행함과 동시에 최초의 승온동작시 주가열원과 함꼐 작동유체를 가열하는 부차적 가열원으로서의 역할을 수행하도록, 상기 컨테이너 내에 금속망이 설치됨을 특징으로 하는 히트파이프식 히터.
7. 제6항에 있어서,

   상기 작동유체의 상변화에 따른 컨테이너의 내부 압력의 변화를 감지하여 주가열원으로의 전원공급을 개페하도록, 상기 컨테이너의 일측단부에 온도조절부가 설치됨을 특징으로 하는 히트파이프식 히터.