KR20020064194A

KR20020064194A - 화상 가열 장치

Info

Publication number: KR20020064194A
Application number: KR1020020005512A
Authority: KR
Inventors: 다께우찌아끼히꼬; 스즈끼마사히로; 하야까와다쯔로; 미야모또다까유끼
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2002-08-07
Also published as: CN1369749A; US6937837B2; EP1229405A3; DE60234545D1; EP1229405B1; CN1239966C; US20020110394A1; EP1229405A2; JP4474056B2; JP2002231419A; KR100458880B1

Abstract

본 발명에 따른 화상 가열 장치는 화상을 운반하는 기록 재료에 접촉 가능한 회전 부재와 상기 회전 부재의 발생 라인의 방향으로 회전 부재의 이동을 제한하기 위한 제한 부재를 포함하고, 제한 부재는 회전 부재의 일 단부에서 외주연에 대향하는 표면을 구비한다.

Description

화상 가열 장치 {Image Heating Apparatus}

본 발명은 복사기, 프린터 등의 화상 형성 장치 내에 장착된 열 정착 장치와 같은 화상 가열 장치에 관한 것이다. 특히, 화상이 그 위에 발생되고 기록 매체에 접촉하게 되는 회전 부재와, 상기 회전 부재의 모선에 평행한 방향으로 회전 부재의 이동을 조절하는 조절 부재를 포함하는 화상 가열 장치에 관한 것이다.

우선, 화상 가열 장치에 관한 종래의 기술은 전자사진 복사기, 프린터 등의 화상 형성 장치용 정착 장치를 참조하여 설명한다.

화상 형성 장치에서, 토너 화상은 광학 화상 형성 프로세스 예로써, 전자사진 프로세스를 사용함으로써 기록 매체(종이) 상에 간접적(전사) 또는 직접적으로 형성된다. 기록 매체 상에 토너 화상이 형성된 후, 토너 화상 또는 비정착 토너 화상은 기록 매체의 표면에 영구적으로 정착되어야 한다. 비정착 토너 화상을 기록 매체에 정착시키기 위한 수단으로는 비정착 토너 화상을 기록 매체에 열적으로정착시키는 다양한 정착 장치 (정착 기구)가 있다. 다양한 정착 장치 중에, 가열 롤러형 가열 장치가 널리 사용되어 왔다.

최근에, "신속 개시(quick start)" 또는 "에너지 보호(energy conservation)"를 고려하여, 필름 가열형 가열 장치가 실질적으로 사용되어 왔다. 또한, 열이 전자기 유도를 통해 열이 금속 필름 내에 직접적으로 발생되는 전자기 유도형 가열 장치가 제안되어 왔다.

a) 필름 가열형 정착 장치

필름 가열형 정착 장치는 일본 공개 특허 출원 제63-313182호, 제2-157878호, 제4-44075호, 제4-204980호 등에서 제안되어 왔다.

필름 가열형 정착 장치는 가열 부재로서의 세라믹 가열기와, 압력 인가 부재로써 상기 세라믹 가열기 상에서 가압되고 (이후에 정착 닙으로서 인용되는) 압축 닙을 형성하는 가압 롤러와, 상기 정착 닙 내에 존재하고 상기 세라믹 가열기 및 가압 롤러에 의해 개재된 (이후에 정착 필름으로서 인용되는) 내열 필름을 포함한다. 작동 중에, 그 위에 비정착 토너 화상이 발생되는 기록 매체는 정착 닙 내에서 정착 필름과 가압 롤러 사이에 도입되고 정착 닙을 통해 정착 필름과 함께 반송된다. 기록 매체가 가압 롤러에 의해 정착 필름 상에 가압되면서 반송되기 때문에, 상기 세라믹 가열기로부터의 열은 기록 매체와 그 위의 비정착 토너 화상에 영향을 미친다. 결국, 기록 매체 상의 비정착 토너 화상은 세라믹 가열기로부터의 열에 의해 기록 매체의 표면에 정착되고 상기 압력은 가압 롤러에 의해 인가된다.

낮은 열용량의 세라믹 가열기와 낮은 열용량의 필름의 조합을 사용함으로써,필름 가열형 정착 장치는 온-디멘드(on-demand)형 정착 장치 즉, 열원으로서 전력이 세라믹 가열기에 제공될 필요가 있는 정착 장치로 제조될 수 있어 화상이 실제 형성될 때에만 설정된 정착 온도를 실현시킨다. 따라서, 필름형 정착 장치는 화상 형성 장치에 다음의 이점을 제공할 수 있다. 상기 이점은 화상 형성 장치에서 턴 온(turn on)된 후 화상 형성을 준비하는 데 소요되는 시간을 짧아지는 점(신속 개시)과, 준비 기간 중에 화상 형성 장치의 전력 소비량이 필름형 정착 장치를 사용하지 않는 화상 형성 장치에 비해 현저하게 감소된다는 점(에너지 보호)이다.

b) 전자기 유도 가열형 정착 장치

일본 공개 실용신안 출원 제51-109739호에는 자기 플럭스를 사용하여 와전류를 유도함으로써 정착 필름의 금속층(발열층)에 발생된 열[주울(Joule)열]로 정착 필름이 가열되는 유도 가열형 정착 장치가 개시되어 있다. 다시 말해서, 정착 장치에서, 정착 필름은 정착 필름에 전기 전류를 유도함으로써 직접 가열된다. 따라서, 본 정착 장치는 열원으로서 할로겐 램프를 사용하는 가열 롤러형 장치에 비해 보다 높은 열효율 또는 고효율의 정착 프로세스를 달성할 수 있다.

도20에는 전자기 유도 가열형 정착 장치의 일 예의 전체 구조를 도시한다.

도면에서, 참조 부호 10은 전자기 유도형 발열층(전기 도전층, 자기층, 전기 저항층)을 포함하는 (이하에 슬리브로서 인용하는) 정착 필름을 나타낸다. 정착 필름(10)은 원통형이고, 가요성이고 회전식으로 구동될 수 있다.

참조 부호 16c는 단면이 대략 반원형이고, 홈형상의 (이하에 슬리브 안내 부재로서 인용되는) 필름 안내 부재를 나타낸다. 슬리브(10)는 슬리브 안내부재(16c) 주위에 느슨하게 끼워진다.

참조 부호 15는 슬리브 안내 부재(16c) 내에 배치된 자기장 발생 수단을 표시한다. 자기장 발생 수단은 여자 코일(18)과, E형 단면을 갖는 자기 코어(17)를 포함한다.

참조 부호 30은 슬리브 안내 부재(16c)의 바닥면 상에 가압되어 유지되는 것으로, 슬리브(10)의 개재와 설정된 레벨의 인가에 의해 설정된 폭을 갖는 정착 닙(N)을 형성하는 탄성 가압 롤러를 표시한다.

자기장 발생 수단(15)의 자기 코어(17)는 그 위치가 정착 닙(N)의 위치에 대응하도록 배치된다.

가압 롤러(30)는 구동 수단(M)에 의해 도면에서 화살표로 표시된 반시계 방향으로 회전 구동된다. 가압 롤러(30)는 회전식으로 구동되기 때문에, 정착 닙(N) 내에서 가압 롤러의 외주면과 슬리브(10)의 외향 인접면 사이에 마찰력이 발생한다. 결국, 슬리브(10)는 슬리브 안내 부재(16c) 주위에서 가압 롤러(30)에 의해 도면에서 화살표로 도시된 시계 방향으로 가압 롤러(30)의 주연 속도와 사실상 동일한 주연 속도로 회전되고, 이때 슬리브(10)의 내향 인접 표면은 정착 닙(N)에서 슬리브 안내 부재(16c)의 바닥면 상을 활주한다.(가압 롤러 구동 방법)

상기 슬리브 안내 부재(16c)는 정착 닙(N) 내에서 정착 압력을 유지하는 역할과, 여자 코일과 자기 코어(17)의 조합을 포함하는 상기 자기장 발생 수단(15)을 지지하는 역할과, 슬리브(10)를 지지하는 역할과, 슬리브(10)가 회전식으로 구동되는 동안 슬리브(10)를 안정적으로 유지하는 역할을 한다. 상기 슬리브 안내부재(16c)는 슬리브 안내 부재(16c)를 통해 자기 플럭스가 통과하는 것을 방지하지 않는 재료로 형성되고 큰 로드를 견딜 수 있다.

여자 코일(18)은 교류가 도시되지 않은 여자 회로로부터 여자 코일(18)로 공급될 때 교류 자기 플럭스를 발생한다. 여자 코일(18)에 의해 발생된 교류 자기 플럭스는 그 위치가 정착 닙(N)에 대응하도록 E형 단면을 갖는 자기 코어(17)에 의해 정착 닙(N)에 집중된다. 정착 닙(N)에 집중된 자기 플럭스는 슬리브(10)의 전자기 유도형 발열층에 와전류를 발생시킨다. 이러한 와전류 및 전자기 유도형 발열층의 특정 저항은 전자기 유도형 발열층에 열[주울(Joule)열]을 발생시킨다. 교류 자기장을 정착 닙(N)에 집중시키는 E형 단면을 갖는 자기 코어(17)를 구비함으로써 발열은 정착 닙(N) 내의 슬리브(10)의 일부에 집중된다. 따라서, 정착 닙(N)은 고효율로 가열된다.

정착 닙(N)의 온도는 여자 코일(18)로 공급되는 전류를 제어하는 것으로, 도시되지 않은 온도 검출 수단을 제외한 온도 제어 시스템에 의해 설정된 레벨로 유지된다.

따라서, 가압 롤러(30)가 회전식으로 구동될 때, 슬리브(10)는 전류가 여자 회로로부터 여자 코일(18)로 제공되는 중에 슬리브 안내 부재(16)를 중심으로 회전된다. 결국, 열은 전자기 유도를 통해 슬리브(10) 내에 발생되고 설정된 레벨로 정착 닙(N)의 온도를 증가시켜 유지된다. 이러한 단계에서, 비정착 토너 화상(t)이 그 위에 형성된 기록 매체(P)는 정착 닙(N)에 반송되거나 또는 기록 매체(P)의 화상 담지면이 상향 대면하면서 즉, 정착 슬리브의 표면에 대면하면서 슬리브(10)와 가압 롤러(30) 사이의 경계면에 반송된다. 상기 정착 닙(N)에서, 기록 매체(P)는 슬리브(10)와 가압 롤러(30) 사이에 개재된 슬리브(10)에 의해 반송되고, 기록 매체(P)의 화상 담지면은 슬리브(10)의 외향 인접면에 평평하게 접촉한 상태로 유지된다. 기록 매체(P)가 정착 닙(N)을 통해 반송되는 중에, 기록 매체(P) 및 비정착 토너 화상(t)은 전자기 유도에 의해 슬리브(10) 내에서 발생된 열로 가열된다. 결국, 비정착 토너 화상(t)은 기록 매체(P)에 영국적으로 정착된다. 정착 닙(N)을 통과한 후, 기록 매체(P)는 회전 슬리브(10)의 주연면으로부터 분리된 뒤, 화상 형성 장치로부터 토출되도록 반송된다.

전자기 유도 가열형 정착 장치는 슬리브(10)용 재료로서 (Ni 필름, SUS 필름 등의) 얇은 금속 필름 또는 약 50 마이크로미터(㎛)의 얇은 금속 필름을 채용한다. 따라서, 슬리브(10)는 비교적 강성이다. 따라서, 전자기 유도 가열형 정착 장치는 다음의 문제로부터 영향을 받는다. 즉, 슬리브(10)가 슬리브 안내 부재(16) 주위를 회전식으로 구동하기 때문에, 슬리브(10)의 길이방향 단부는 정착 장치의 측판 등에 접촉하게 되고 때때로 상기 접촉에 의해 비틀어진다. 결국, 비교적 높은 레벨의 강성으로 인해 슬리브(10)의 길이방향 단부는 크랙(crack)되고, 종종 슬리브(10)가 파손된다.

또한, 이러한 현상은 필름 가열형 정착 장치의 정착 필름의 영구성을 개선시키기 위해 PI[폴리이미드(polyimide)]와 같은 내열 수지로 형성된 통상의 정착 필름을 대신하여 전술된 금속 슬리브가 정착 필름으로서 사용될 때 상기 설명한 것과 같은 필름 가열형 정착 장치의 영구성을 감소시킨다.

상기 설명한 문제점의 대응책 즉, 슬리브(10)의 에지가 슬리브(10)의 에지에 인접한 정착 장치의 부재에 대해 마찰되는 것을 방지하기 위한 수단으로는, 에지 방지 부재로서 도21에 도시된 것처럼 슬리브(10)의 에지에 배치되어 회전시키는 플랜지(201)를 갖춘 정착 장치를 제공할 수 있다.

그러나, 플랜지(201)의 제공은 다음과 같은 새로운 문제를 야기한다. 즉, 압력이 가압 롤러(30)에 의해 도22에서 화살표(A)로 표시된 방향으로 슬리브(10)에 인가됨에 따라, 플랜지(201)의 존재가 슬리브(10)의 단부의 내부 직경이 변화하는 것을 방지하기 때문에, 가압 롤러(30)와 접촉하는 슬리브(10)의 일부가 가압 롤러(30) 범위의 외측으로 (슬리브(10)의 일부가 가압 롤러(30)와 접촉하지 않도록) 굴곡되도록 슬리브(10)의 내측에 배치된다. 슬리브(10)의 굴곡에 의한 응력은 지점(B), 즉 가압 롤러(30)와 접촉하는 슬리브(10)의 일부와 가압 롤러(30)와 접촉하지 않는 슬리브(10)의 일부 사이의 가장자리에서 최대이다. 그러므로, 슬리브 처리 누적량이 증가함에 따라, 슬리브(10)는 지점(B)에서 피로에 의해 파단된다.

본 발명은 전술한 문제를 고려하여 고안되었다. 본 발명의 주된 목적은 화상 가열 장치와, 종래의 것보다 더 내구성이 있는 회전 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 화상을 담지하는 기록 매체와 접촉하는 회전 부재와, 상기 회전 부재의 모선과 평행한 방향으로 회전 부재의 이동을 조절하기 위한 조절 부재를 포함하고, 상기 조절 부재는 상기 회전 부재의 에지와 대면하는 표면을 제공하는 화상 가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 본 발명의 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 형성 장치와 그 일반적인 구조를 도시한 개략 단면도.

도2는 정착 장치의 가압 롤러의 축선에 직각인 면에서 본 발명의 제1 실시예의 정착 장치의 중요 부분을 도시한 개략 단면도.

도3은 제1 실시예의 정착 장치의 중요 부분을 장치의 정면에서 도시한 개략도.

도4는 제1 실시예의 정착 장치의 중요 부분을 정착 장치의 가압 롤러의 축선을 포함하는 수직 평면에서 도시한 수직 단면도.

도5는 제1 실시예의 정착 장치의 자기장 발생부를 도시한 개략 사시도.

도6은 제1 실시예의 정착 장치의 자기장 발생부에 의해 발생된 대체 자기장의 특징을 도시한 개략도.

도7은 안전 회로의 다이어그램.

도8은 제1 실시예의 정착 장치의 슬리브와 그 구조를 도시한 개략 단면도.

도9는 발열층의 두께와 전자기파의 강도 사이의 관계를 도시한 그래프.

도10은 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(1)를 도시한 개략도.

도11은 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(2)를 도시한 개략도.

도12는 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(3)를 도시한 개략도.

도13은 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(4)를 도시한 개략도.

도14는 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(5)를 도시한 개략도.

도15는 본 발명의 제2 실시예의 정착 장치에서 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계를 도시한 개략도.

도16은 본 발명의 제3 실시예의 정착 장치에서 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(1)를 도시한 개략도.

도17은 본 발명의 제3 실시예의 정착 장치에서 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(2)를 도시한 개략도.

도18은 본 발명의 제4 실시예에서 정착 장치의 중요 부분을 정착 장치의 가압 롤러의 축선과 직각인 평면에서 도시한 개략 단면도.

도19는 슬리브와 그 구조를 도시한 개략 단면도.

도20은 종래 기술에 따른 정착 장치의 중요 부분을 도시한 개략 단면도.

도21은 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(1)를 도시한 개략도.

도22는 슬리브와 슬리브 단부 플랜지 사이의 관계(2)를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 슬리브

16a, 16b : 슬리브 안내 부재

17a, 17b, 17c : 자기 코어

18 : 여자 코일

22 : 강성 압력 적용 지주

23a, 23b : 플랜지

25a, 25b : 가압 스프링

30 : 가압 롤러

40 : 고온 전도성 부재

41 : 윤활 부재

〈제1 실시예〉

(1) 화상 형성 장치

도1은 본 발명에 따라 정착 장치(100)로서 가열 장치를 채용하는 것이 가능한 화상 형성 장치 예의 개략 단면도이다. 본 실시예에서, 화상 형성 장치는 컬러 레이저 프린터이다.

참조 부호 101는 감광 드럼(화상 담지 부재)을 나타내고, 그 감광부는 유기 감광체 또는 비결정 실리콘으로 형성된다. 감광 드럼(101)은 소정의 처리 속도(주연 속도)로 화살표에 의해 표시된 시계 방향으로 회전 구동된다.

감광 드럼(101)이 회전식으로 구동될 때, 그 주연면은 대전 롤러와 같은 대전 장치(102)에 의해 소정의 극성과 전위차 수준으로 대전된다.

레이저 광 박스(110)(레이저 스캐너)로부터 의도된 화상의 화상 형성 데이터로 가감되는 동안 감광 드럼(101)의 일정하게 대전된 표면은 출력된 레이저 광의 비임에 의해 주사되고, 의도된 화상의 화상 형성 데이터에 따라 순차적인 전자 디지털 영상 요소로 가감(켬 또는 끔)되는 동안 레이저 광 박스(110)는 화상 판독 장치와 같은 도시되지 않은 화상 신호 발생 장치로부터 레이저 비임(103)을 출력한다. 그 결과, 의도된 화상의 화상 형성 데이터에 따른 정전 잠상은 감광 드럼(101)의 주사된 주연면상에 형성된다. 참조 부호 109는 레이저 광 박스(110)로부터 출력된 레이저 비임(103)을 노출되는 감광 드럼(101)의 주연면 상의 특정 지점 쪽으로 편향시키기 위한 거울을 표시한다.

컬러 화상이 형성될 때, 의도된 컬러 화상의 제1 색상 구성요소에 상응하는, 예컨대 옐로우 색상과 같은 잠상은 의도된 컬러 화상의 제1 색상(옐로우 색상)에 상응하는 화상 형성 데이터로 가감된 레이저 비임을 감광 드럼(101)의 주연면에 주사하는 것에 의해 감광 드럼(101)의 일정하게 대전된 주연면상에 형성된다. 그 다음에, 잠상은 옐로우 색상 현상 장치(104Y) 또는 4색 현상 장치(104) 중의 하나의 활성화에 의해 옐로우 색상 토너 화상으로 현상된다. 그 다음에, 옐로우 색상 토너 화상은 중간 전사 드럼(105)의 표면상에 주 전사부(T1) 내에, 즉 감광 드럼(101)과 중간 전사 드럼(105) 사이의 (그 인접부를 포함하는) 접촉면에 전사된다. 중간 전사 드럼(105)의 표면상에 옐로우 색상 토너 화상이 전사된 후에, 감광 드럼(101)의 주연면은 세척기(107)로 세척되고, 잔여물, 예를 들어 토너 입자, 감광 드럼(101)의 주연면상의 잔류물은 세척기(107)에 의해 제거된다.

대전, 주사/노출, 현상, 주 전사, 세척 공정을 포함하는 전술한 공정은 의도된 천연색 화상의 제2(예를 들어 심홍색, 심홍색 현상 장치(104M)의 활성화), 제3(예를 들어 청록색, 청록색 현상 장치(104C)의 활성화), 제4(예를 들어 흑색, 흑색 현상 장치(104BK)의 활성화) 색상 구성 요소용으로 연속적으로 수행된다. 그 결과, 4색 토너 화상, 즉 옐로우 색상 토너 화상, 심홍색 토너 화상, 청록색 토너 화상 및 흑색 토너 화상은 의도된 천연색 화상에 거의 동일한 색상 토너 화상을 생성하는 중간 전사 드럼(105)의 표면상의 층에 위치된다.

중간 전사 드럼(105)은 금속성 드럼, 금속성 드럼의 주연면에 코팅된 탄성 층 및 탄성층 위에 코팅된 표면층을 포함한다. 탄성층과 표면층의 전기 저항은 각각 중간 범위와 높은 범위 내에 있다. 중간 전사 드럼(105)은 그 주연면이 감광 드럼(101)의 주연면과 접촉하거나 또는 인접하도록 배치된다. 감광 드럼(101)의 속도와 대략 동일하게 화살표로 표시된 바와 같이 시계 방향으로 회전식으로 구동된다. 감광 드럼(101)의 주연면의 토너 화상은 중간 전사 드럼(105)과 광전도 드럼(101)의 표면들 사이의 다른 전위차 수준의 생성에 의해 중간 전사 드럼(105)의 주연면으로 전사된다. 이러한 전위차 수준 차이를 생성시키는 방법으로서, 바이어스 전압이 중간 전사 드럼(105)의 금속성 드럼에 인가된다.

중간 전사 드럼(105)의 색상 토너 화상은 (다음부터 전사 매체 또는 종이라 하는) 기록 매체(P) 상에 2차 전사부(T2), 즉 중간 전사 드럼(105)과 감광 드럼(101)의 주연면 사이의 접촉면 또는 닙(nip)에 전사된다. 더 구체적으로, 기록 매체(P)는 도시되지 않은 시트 이송부로부터 2차 전사부(T2)로 운반된다. 기록 매체(P)가 2차 전사부(T2)를 통해 운반됨에 따라, 토너의 극성과 대향된 전기 대전은 전사 매체(P)의 후면측으로부터 전사 매체(P)로 공급된다. 그 결과, 4색 토너 화상 또는 합성 천연색 화상의 4개의 구성요소는 중간 전사 드럼(105)의 표면으로부터 전사 매체(P) 상에 한번에 모두 전사된다.

제2 전사부(T2)를 통과한 후, 전사 매체(P)는 중간 전사 드럼(105)의 주연면으로부터 분리되어 정착되지 않은 색상 토너 화상이 전사 매체(P)에 열로 정착되는 정착 장치(100)(화상 가열 장치)로 유도된다. 그후, 전사 매체(P)는 도시되지 않은 외부 배출 트레이로 배출된다.

전사 매체(P) 상으로 색상 토너 화상의 전사후, 중간 전사 드럼(105)은 세척기(108)에 의해 세척되어, 중간 전사 드럼(105)의 주연면 상에 존재하는 토너 입자들 또는 종이 먼지와 같은 잔여물들은 세척기(108)에 의해 제거된다.

일반적으로, 세척기(108)는 중간 전사 드럼(105)과 접촉하여 유지되지는 않고, 색상 토너 화상이 중간 전사 드럼(105)으로부터 전사 매체(P) 상으로 전사(제2 전사)되는 동안에만 중간 전사 드럼(105)과 접촉하여 유지된다.

일반적으로, 전사 롤러(107)는 중간 전사 드럼(105)과 접촉하여 유지되지는 않고, 색상 토너 화상이 중간 전사 드럼(105)으로부터 전사 매체(P) 상으로 전사(제2 전사)되는 동안에만 전사 매체(P)의 개재와 함께 중간 전사 드럼에 대해 가압 유지된다.

본 실시예의 화상 형성 장치는 예를 들어, 흑백 화상을 인쇄하는 단색 인쇄 모드를 수행할 수 있다. 또한, 상기 장치는 양면 인쇄 모드를 수행할 수 있다.

양면 인쇄 모드에서, 전사 매체(P)의 양면 중 한 면에 화상을 형성한 후, 전사 매체(P)는 정착 장치(100)에 의해 견인된다. 그후, 전사 매체(P)는 도시되지 않은 재순환/운송 기구에 의해 회전되어, 단일 또는 복수의 토너 화상이 전사 매체(P)의 다른 면 상으로 전사되는 제2 전사부(T2) 안으로 다시 보내진다. 그후, 전사 매체(P)는 제2 면 상의 정착되지 않은 토너 화상 또는 화상들이 제2 면에 정착되는 정착 장치(100) 안으로 제2의 시간동안 유도된다. 그후, 전사 매체(P)는 양면 인쇄로서 배출된다.

(2) 정착 장치(100)

A) 정착 장치의 일반적 구조

본 실시예에서 정착 장치(100)는 전자기 유도 가열형이다. 도2는 정착 장치(100)의 가압 롤러의 축선에 수직인 수직 평면에서의 본 실시예의 정착 장치(100)의 주요부의 개략적인 단면도이다. 도3은 정착 장치(100)의 주요부의 개략적인 정면도이다. 도4는 정착 장치(100)의 가압 롤러의 축선을 포함하는 수직 평면(도2에서 평면 (4)-(4))에서의 정착 장치(100)의 주요부의 개략적인 단면도이다.

본 장치(100)는 도20에 도시된 정착 장치와 유사하다. 다시 말하면, 본 장치는 가압 롤러 구동 타입이고, 또한 전자기 유도 가열 타입이고, 회전 정착 부재(정착 슬리브)로서 필름으로 형성된 원통형 전자기 유도 가열 슬리브를 사용한다. 도20에 도시된 장치와 기능이 동일한 본 정착 장치(100)의 구성 부재 및 구성부는 동일한 설명이 반복되는 것을 피하기 위해 도20에 도시된 장치에 주어진 참조 부호와 동일한 참조 부호로 주어진다.

자기장 수단(15)은 자기 코어(17a, 17b, 17c)와 여자 코일(18)을 포함한다.

자기 코어(17a, 17b, 17c)는 높은 투자율을 필요로 한다. 따라서, 자기 코어는 변압기 코어용 재료로 사용되는 페라이트(ferrite) 또는 퍼멀로이(permalloy)와 같은 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 바람직하게는 이러한 페라이트는 100 kHz 만큼의 주파수 범위에서 손실이 비교적 적다.

여자 코일(18)의 전원 공급부(18a, 18b)(도5 참조)는 주파수 범위가 절환 전원의 사용으로 20 내지 500kHz인 높은 주파수의 교류 전류를 발생하게 하는 여자 회로(27)에 연결된다.

교류 전류(높은 주파수 전류)가 여자 회로(27)로부터 여자 코일(18)로 공급됨에 따라, 여자 코일(18)은 교류 자속을 발생시킨다.

슬리브 안내 부재(16a, 16b)는 반원 단면부를 갖는 구유 형태이다. 슬리브 안내 부재는 연결되어, 양 슬리브 안내 부재(16a, 16b)의 개방 측면은 사실상 원통형 안내 부재를 형성하면서 서로 대면한다. 형성된 원통형 안내 부재 주위로, 길이(Lf)가 283mm이고 외경(a)이 34mm인 원통형 및 회전 전자기 유도 가열 슬리브(10)가 헐겁게 끼워진다.

슬리브 안내 부재(16a)는 자기장 발생 수단(15) 요소로서의, 자기 코어(17a, 17b, 17c)와 여자 코일(18)을 내부에 유지시킨다.

슬리브 안내 부재(16a)는 열 전도성이 비교적 높은 고온 전도성 부재(40)(이하, 고온 전도성 부재(40)라 함)를 내부에 유지시킨다. 고온 전도성 부재(40)는 슬리브(10)의 루프(loop) 내에 배치되고, 정착 닙부(N)의 가압 롤러(30)의 부분과 정면으로 대면한다. 고온 전도성 부재(40)는 슬리브(10)의 루프 내로부터 슬리브(10)를 지지하는 부재로서 기능한다.

본 실시예에서, 두께가 1mm인 알루미늄 플레이트가 고온 전도성 부재(40)용 재료로 사용된다.

고온 전도성 부재(40)가 여자 코일(18) 및 자기 코어(17a, 17b, 17c)을 포함하는 자기장 발생 수단에 의해 발생되는 자기장에 의해 영향을 받는 것을 방지하기위해, 고온 전도성 부재(40)는 자기장의 외부에 배치된다.

강성 압력 적용 지주(stay)(22)는 또한 슬리브 안내 부재(16a, 16b)로 구성되는 사실상 원통형 슬리브 안내 부재 내에 배치된다. 강성 압력 적용 지주(22)는 닙부(N)에 대응하는 내부면의 일부와 접촉하는 면과 대향되는 면 상에서 고온 전도성 부재(40)와 접촉하여 위치되고, 또한 슬리브 안내 부재(16b)의 내향 편평 면과도 접촉한다. 강성 압력 적용 지주(22)는 슬리브(10)의 길이방향과 평행한 방향으로 연장된다.

절연 부재(19)는 자기 코어(17a, 17b, 17c)와 여자 코일(18)의 결합체와 적용 지주(22) 사이를 절연시킨다.

플랜지(23a, 23b)(도3 및 도4 참조)는 슬리브 안내 부재(16a, 16b)로 구성되는 조립체의 길이방향 단부에 일대일로 회전식으로 부착되어, 슬리브(10)의 길이방향에서 운동이 조절된다. 슬리브(10)가 회전하는 동안, 플랜지(23a, 23b)는 그 에지에 의해 슬리브(10)를 파지하여, 슬리브(10)의 길이방향에 평행한 방향에서 슬리브(10)의 운동을 조절한다. 플랜지(23a, 23b)는 섹션 D에서 더 상세히 기술하기로 한다.

압력 적용 부재로서의 가압 롤러(30)는 금속 코어(30a), 금속 코어 주위로 동축으로 형성된 내열 탄성층(30b), 표면층으로서의 배출층(release layer)(대략 10 내지 100 m 두께)을 포함한다. 탄성층은 실리콘 고무, 플루오르화 고무, 플루오르화 수지 등과 같은 내열 물질로 형성되고, 배출층은 PFA, PTFE, FEP 등과 같은 플루오르화 수지로 형성된다. 가압 롤러(30)는 도시되지 않은 정착 장치의 섀시의측면 플레이트들 사이에서 회전가능하게 지지하고, 금속 코어(30a)의 길이방향 단부는 도시되지 않은 정착 장치의 섀시의 측면 플레이트에 부착되는 베어링에 의해 지지된다. 본 실시예에서는, 압력 적용 범위의 길이(LR)가 250mm이고 외경이 20mm인 가압 롤러(30)가 사용된다. 슬리브(10)의 전체 길이(LF)는 가압 롤러(30)의 압력 적용 범위의 길이(LR) 보다 크다.

강성 압력 적용 지주(22)는 상기 강성 압력 적용 지주(22)의 길이방향 단부와 정착 장치 섀시의 스프링 안착부(29a, 29b) 사이에서 압축되는 가압 스프링(25a, 25b)을 일대일로 위치시킴으로써 하부로 가압 유지된다. 이러한 구조적 배열의 제공으로, 닙부(N)에 대응하는 고온 전도성 부재(40)의 일부의 하향 대면은 정착 슬리브(10)의 개재로 소정의 폭을 갖는 정착 닙부(N)를 형성하면서 가압 롤러(30)의 주연면의 상향 대면 상에 가압된다.

본 실시예에서, 가압 롤러(30)에 의해 닙부(N)에 발생되는 압력(선형 압력)은 대략 7.8 N/cm(800g/cm)로 설정되었다.

일정값에서 닙부(N)의 폭을 유지하기 위해서는, 가압 롤러(30)의 경도가 일정값보다 큰 것은 바람직하지 않다. 보다 구체적으로는, 원하는 값에서 닙부(N)의 폭을 유지하기 위해서는 가압 롤러(30)의 경도는 대략 45 등급(가압 롤러의 표면층에 대해 9.8N(1kg)을 적용하여 측정되는 에스커(Asker) 경도 등급표C) 정도가 바람직하다.

본 실시예에서, 가압 롤러(30)의 경도는 전사 매체 이송 방향의 관점에서 대략 7mm의 폭을 가진 정착 닙부(N)를 형성하면서, 대략 56 등급으로 설정되었다.

가압 롤러(30)는 화살표에 의해 표시된 반시계방향으로 구동 수단(M)에 의해 회전 구동된다. 가압 롤러(30)가 회전 구동됨에 따라, 슬리브(10)는 가압 롤러(30)의 주연부 속도와 사실상 동일한 주연부 속도로 화살표에 의해 표시된 시계방향으로 가압 롤러(30)의 주연면 및 슬리브(10) 사이에서 마찰력에 의해 슬리브 안내 부재(16a, 16b) 주위로 회전되고, 슬리브(10)의 내향 대면은 정착 닙부(N)에서 고온 전도성 부재(40)의 바닥면 상에서 활주한다.

고온 전도성 부재(40)의 바닥면과 슬리브(10)의 내부면 사이의 마찰을 감소시키기 위해, 내열 그리스(grease)와 같은 윤활제가 고온 전도성 부재(40)의 바닥면과 슬리브(10)의 내부면 사이에 위치될 수 있고, 또는 고온 전도성 부재(40)의 바닥면이 윤활 부재(41)로 덮여져서, 슬리브(10)가 닙부(N)의 고온 전도성 부재(40) 상에서 더욱 원활하게 활주하게 할 수 있다. 이는 이하의 문제점을 방지하기 위해 행해진다. 표면이 매끄럽지 않은 알루미늄과 같은 물질이 고온 전도성 부재(40)용 재료로 사용되거나, 또는 고온 전도성 부재(40)를 마감하는 공정이 간소화될 때는, 슬리브(10)가 고온 전도성 부재(40) 상에서 활주함에 따라, 고온 전도성 부재(40)는 슬리브(10)를 손상시켜 슬리브(10)의 내구성에 나쁜 영향을 줄 수 있다.

고열 전도성 부재(40)는 길이 방향에 대하여 균일한 열 분포를 만들기에 효과적이다. 예컨대, 전사 매체(P)(기록 매체)로서 작은 낱장의 용지가 정착 장치를 통해 지나갈 때, 작은 낱장의 용지가 정착 장치를 통해 지나갈 때 소모되는 전기 전력을 감소시키기 위해 작은 낱장의 용지의 경로 외부의 슬리브(10)의 부분 내의열이 전도성 부재(40)의 길이 방향으로 작은 낱장의 용지의 경로에 대응하는 전도성 부재(40)의 부분을 향해 효과적으로 전도된다.

도5를 참조하여, 슬리브(10)가 회전하면서 슬리브(10)에 가해지는 하중을 감소시키기 위하여, 슬리브(10)가 슬리브 안내 부재(16a) 상을 활주할 때, 슬리브 안내 부재(16a)의 주연면과 슬리브(10)의 내부 표면 사이에서 발생하는 마찰을 감소시키기 위해 슬리브 안내 부재(16a)의 주연면에는 그 곡률을 따라 슬리브 안내 부재(16a)의 길이 방향에 수직으로 연장되고 슬리브 안내 부재(16a)의 길이 방향으로 제공된 소정 간격으로 균일하게 분포된 복수개의 리브(16e)가 제공된다. 또한 슬리브 안내 부재(16b)에도 슬리브 안내 부재(16a)의 주연면 상에 제공된 것과 같은 복수개의 리브가 제공될 수 있다.

도6은 교번 자속의 특징을 도시하기 위한 개략도이다. 도면에서 자속(C)은 자기장 발생 수단에 의해 발생된 교번 자속의 일부를 나타낸다.

자기 코어(17a, 17b 및 17c)에 의해 안내되면서, 교번 자속(C)은 슬리브(10)의 발열층(1)에 기초한 자기 코어들(17a 및 17b) 사이 및 자기 코어들(17a 및 17c) 사이의 전자 유도 내의 와전류를 포함한다. 이러한 와전류는 발열층(1)에 기초한 전자 유도의 특정 저항과 협력하여 발열층(1)에 기초한 전자 유도 내에 열(주울 열 또는 와전류 손실)을 발생시킨다.

발열층(1)에 기초한 전자 유도 내에서 발생된 열량(Q)은 전자 유도 발열층(1)을 통과해 지나가는 자속 밀도에 의해 결정되며, 열 분포는 도6의 그래프에 의해 묘사된 바와 같다. 그래프에서, 수평 좌표축은 슬리브(10)의 주어진 지점과 자기 코어(17a)의 내향 표면의 중앙을 연결하는 선과 자기 코어의 내향 및 외향 중앙을 연결하는 선 사이의 각으로서 표시되는 슬리브(10)의 주어진 지점의 위치를 나타내며, 수직 좌표축은 슬리브(10)의 전자 유도 발열층(1) 내에서 발생된 열량을 나타낸다. 그래프에서 열 발생 영역(H)은 전자 유도 발열층(1) 내에서 Q/e 이상의 열이 발생된 영역, 즉, 전자 유도 발열층(1) 내에서 화상 정착에 충분한 양의 열이 발생되는 영역이다.

정착 닙(N)의 온도는 소정 수준으로 유지되고, 여자 코일(18)로 공급되는 전기 전류는 온도 검출 수단(26)(도2)을 포함하는 온도 제어 시스템에 의해 제어된다.

온도 검출 수단(26)은 슬리브(10)의 온도를 검출하기 위한 서미스터와 같은 온도 감지기이다. 본 실시예에서, 정착 닙부(N)의 온도는 온도 감지기(26)에 의해 측정된 온도를 기초로 하여 제어된다.

화상 형성 장치가 켜지면서, 슬리브(10)가 회전하기 시작하고, 전기 전력이 여자 회로(27)로부터 여자 코일(18)로 공급된다. 그 결과로, 정착 닙부(N)의 온도가 슬리브(10) 내에서 전자기적으로 생성된 열에 의해 소정 수준으로 상승한다. 이러한 상태에서, 전사 매체(P)상에 정착되지 않은 토너 화상(t)이 형성된 후에 화상 형성부로부터 이송된 전사 매체(P)는 전사 매체(P)의 화상 담지면이 상방을 향한 상태, 즉, 슬리브(10)를 향한 상태로 정착 닙부(N), 즉, 슬리브(10)와 가압 롤러(30) 사이의 간격 내로 유도된다. 그 후, 전사 매체(P)의 화상 담지면이 가압 롤러(30)에 의해 슬리브(10)의 주연면과 완전히 접촉된 상태로, 전사 매체(P)는 슬리브(10)와 함께 정착 닙부(N)를 통해 이송된다.

전사 매체(P)가 슬리브(10)와 가압 롤러(30)에 개재되어 슬리브(10)와 함께 정착 닙부(N)를 통해 이송되는 동안, 전사 매체(P) 상의 정착되지 않은 토너 화상(t)은 전사 매체(P)에 열적으로 정착된다.

정착 닙부(N)를 통해 지나간 후에, 전사 매체(P)는 슬리브(10)의 주연면으로부터 해제되고, 화상 형성 장치로부터 배출되기 위해 계속 이송된다.

전사 매체(P)가 정착 닙부(N)를 통해 지나가는 동안 전사 매체(P)에 열적으로 정착된 후에, 토너 화상은 냉각되어 영구 토너 화상이 된다.

본 실시예에서, 정착 장치에는 만약에 정착 장치가 제어할 수 없게 된다면 여자 코일(18)로의 전력 공급을 차단하기 위한 온도 검출 요소로서 열 스위치(60)가 제공된다. 도2에 도시된 바와 같이, 열 스위치(60)는 열 발생 영역(H) 중 하나의 슬리브(10)의 부분에 인접하게 배치된다.

도7은 본 실시예에서 사용된 안전 회로에 대한 다이어그램이다. 온도 검출 요소로서의 열 스위치(60)가 24V 직류 전원 및 계전기 스위치(61)와 직렬로 연결된다. 열 스위치(60)를 끄면 계전 스위치(61)가 꺼지도록, 즉각 계전 스위치(61)로 공급되는 전력이 차단된다. 계전 스위치(61)가 꺼지면 여자 회로(27)로 공급되는 전력이 차단되는데, 이로써 여자 코일(18)로 공급되는 전력을 차단된다. 본 실시예에서의 열 스위치(60)는 220℃에서 꺼지도록 설정되었다.

상기 기술된 바와 같이, 열 스위치(60)는 하나의 열 발생 영역(H) 내의 슬리브(10)의 부분과 인접하면서 열 스위치(60)와 슬리브(10)의 주연면 사이에 아무 접촉도 없도록 배치된다. 본 실시예에서 열 스위치(60)와 슬리브(10) 사이의 거리는 대략 2 mm로 설정되었다. 이러한 설비는 슬리브(10)와 열 스위치(60) 사이의 접촉으로 인해 열 스위치가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 이것은 정착 장치의 정착 성능이 시간이 경과함에 따라 현저하게 열화되는 것을 방지할 수 있다.

도20에 도시된 정착 장치의 상기 기술된 경우에서, 열은 정착 닙(N)에서 발생된다. 비교해 보면, 도20에 도시된 정착 장치와 구조적으로 상이한 본 실시예의 정착 장치의 경우에는, 열은 정착 닙(N)에서 발생하지 않는다. 따라서, 정착 장치가 정착 닙부(N)에 물린 채 남아 있는 낱장의 용지(P)(전사 매체)에 의해 접촉되는 동안 본 실시예의 정착 장치가 고장나서 여자 코일(18)에 계속 전력을 공급하여, 슬리브(10)내에 열을 발생시킨다 하더라도, 낱장의 용지(P)가 접촉된 정착 닙부(N)에서는 열이 발생되지 않기 때문에 정착 닙부(N) 내에 접촉된 낱장의 용지(P)가 직접적으로 가열되는 일은 발생하지 않는다. 또한, 열 스위치(60)가 상대적으로 많은 양의 열이 발생되는 하나의 영역(H) 내의 슬리브(10)의 부분과 인접하게 배치된다. 그러므로, 열 발생 영역(H) 내의 슬리브의 부분의 온도가 220℃에 도달하자마자, 이 온도는 열 스위치(60)에 의해 감지되고, 열 스위치(60)는 계전 스위치(61)를 통해 여자 코일(18)로 공급되기 위한 전력 공급을 차단하기 위해 자동으로 꺼진다. 용지의 발화 온도는 대략 400℃이기 때문에, 본 실시예에서 열 스위치(60)는 정착 닙부(N) 내 낱장의 용지가 발화되지 않게 하도록 슬리브(10) 내의 열 발생을 중지할 수 있다. 또한, 열 검출 요소로서 열 스위치(60) 대신 열 퓨즈가 사용될 수도 있다.

본 실시예에서, 상대적으로 낮은 온도에서 부드러워지는 물질을 함유하는 토너(t)가 현상제로서 사용되었다. 그러므로, 정착 장치에는 오프셋을 방지하기 위한 오일 코팅 기구가 제공되지 않는다.

B) 여자 코일(18)

여자 코일(18)의 조립체에 대해서는 먼저, 개별적으로 절연 물질로 코팅된 복수개의 미세 구리선이 다발로 묶였다. 그후에, 여자 코일(18)은 절연 물질로 코팅된 복수개의 미세 구리선의 다발을 소정 횟수로 권취하여 형성된다. 본 실시예에서는, 여자 코일(18)을 형성하기 위하여 다발이 10회 권취되었다.

슬리브(10) 및 열 전도체에서 발생되는 열을 고려하여, 아미드-이미드, 폴리이미드 등과 같은 열 저항 물질이 미세 구리선의 절연을 위한 물질로서 사용되야 한다.

여자 코일(18)의 선 밀도는 외부 압력의 인가에 의해 증가될 수 있다.

도2 및 도6을 참조하여, 여자 코일은 그 형태가 슬리브(10)의 발열층(1)의 곡률과 일치하도록 권취된다. 본 실시예에서, 구조적 배열은 슬리브(10)의 발열층(1)과 여자 코일(18) 사이의 거리가 대략 2 mm가 되도록 이루어진다.

슬리브 안내 부재(16a 및 16b)(여자 코일 유지 부재)를 위한 재료로는 예컨대, 페놀 수지, 플루오르화 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-이미드 수지, PEEK 수지, PES 수지, PPS 수지, PFA 수지, PTFE 수지, FEP 수지, LCP 수지 등과 같이 절연 물성치 및 열 저항에서 월등한 것이 바람직하다.

자기 코어(17a, 17b 및 17c)와 슬리브(10)사이의 고리 및 여자 코일(18)과슬리브(10) 사이의 거리가 작을수록, 자속 흡수 효율이 높아진다. 만약 상기 거리들이 5 mm를 초과한다면, 효율은 현저하게 떨어진다. 그러므로, 구조적 배열은 거리가 5 mm를 넘지 않도록 이루어 져야 한다. 또한, 슬리브(10)와 여자 코일(18) 사이의 거리는 5 mm를 넘지 않는 한 균일할 필요는 없다.

슬리브 안내 부재(16a)를 통해 연장된 여자 코일(18)의 각각의 리드선 또는 전력 공급부(18a 및 18b)(도5)는 절연 코팅으로 덮혀있고, 미세 구리선의 다발은 단일 편의 코팅으로 덮혀있다.

C) 슬리브(10)

도8a는 본 실시예의 슬리브의 개략 단면도이며, 그 층 구조를 도시한다. 본 실시예의 슬리브(10)는 발열층(1), 탄성층(2) 및 해제층(3)으로 이루어진 복합 슬리브이다. 발열층(1)은 또한 전자 유도 열 발생에 기초한 슬리브(10)의 기부층으로서 기능하며, 금속 재료로 형성된다. 탄성층(2)은 발열층(1)의 외향 표면 상에 적층되고, 해제층(3)은 탄성층(2)의 외향 표면 상에 적층된다.

발열층(1)과 탄성층(2)을 서로에 대해 그리고 탄성층(2)과 해제층(3)을 서로에 대해 부착하기 위해, (도시되지 않은) 프리머층은 발열층(1)과 탄성층(2) 사이와 탄성층(2)과 해제층(3) 사이에 위치될 수 있다.

실제로 원통형인 슬리브(10)의 발열층(1)은 최내부층이며, 해제층(3)은 최외부층이다. 전술된 바와 같이, 교번 자속이 발열층(1)에 작용하는 것과 같이, 와전류는 발열층(1)에 유도되며, 이 와전류는 발열층(1)에서 열을 발생시켜 슬리브(10)를 가열한다. 이 열은 탄성층(2)과 해제층(3)을 통해 슬리브(10)의 외향 표면에전도되며, 고정 닙부(N)를 통과하는, 가열될 매체로서 전사 매체(P)를 가열한다. 그 결과, 비고정 토너 화상은 전사 매체(P)에 고정된다.

a. 발열층(1)

발열층(1)의 재료에는 니켈, 철, 강자성 SUS, 또는 니켈-코발트 합금과 같은 강자성체가 바람직하다.

비자성체도 발열층(1)의 재료로서 사용될 수 있지만, 자속 흡수성이 우수한 니켈, 철, 자성 스텐레스 강, 또는 니켈-코발트 합금과 같은 재료가 바람직하다.

발열층(1)의 두께는 이하의 방정식에서 구해진 침투 깊이[σ(mm)] 이상으로 요구되며, 200 ㎛이상으로 요구된다.

σ = 503 × (ρ/fμ)1/2

f : 여자 회로(27)의 주파수 (Hz)

μ : 자기 투과율

ρ : 비저항

이는 전자기 유도에 이용된 전자기파가 도달하는 깊이 레벨을 보여준다. 상기 방정식에서 얻어진 깊이 레벨보다 깊은 지점에서, 전자기파의 강도는 1/e 이하이다. 반대로, 전자기파의 에너지의 대부분은 자기파가 이러한 깊이 레벨(도9)에 도달하기 전에 흡수된다.

발열층(1)의 두께는 1 내지 100 ㎛로 요구되며, 양호하게는 20 내지 100 ㎛로 요구된다. 발열층(1)의 두께가 1 ㎛이하이면, 전자기 에너지의 대부분은 발열층(1)에 의해 흡수되지 않으며, 효율이 낮다. 또한, 기계적 강도의 관점에서 발열층(1)의 두께는 20 ㎛ 이상으로 요구된다.

한편, 발열층(1)의 두께가 100 ㎛ 보다 크면, 발열층(1)은 매우 강성으로 되어, 즉 가요성이 낮아져서, 이는 발열층(1)이 가요성 회전 부재의 일부인 것을 불가능하게 한다. 따라서, 발열층(1)의 두께는 기계적 강도를 고려하면 1 내지 100 ㎛로 요구되며, 양호하게는 20 내지 100 ㎛의 범위로 요구된다. 이 실시예에서는 전기 도금으로 형성된 50 ㎛의 니켈 필름은 발열층(1)의 재료로 이용된다.

b. 탄성층(2)

탄성층(2)의 재료는 실리콘 고무, 플루오르화 고무, 플루오르-실리콘 고무 등의 물질이며, 이들은 열 저항과 열전도성이 우수하다.

탄성층(2)은 미세한 모자이크 결함이 고정 중에 화상에 형성되는 것을 방지하는 것이 중요하다. 즉, 탄성층(2)을 제공하여, 슬리브(10)의 해제층(3), 즉 표면층은 전사 매체(P) 상에 토너 입자를 가압할 수 있으며, 적어도 교란 방식으로 슬리브(10)가 고정 중에 화상에 이형을 일으키는 것을 방지한다.

따라서, JIS-A의 경도, 즉 A-형 경도 게이지(JIS-K6301)를 사용하여 측정된 경도에 의해, 탄성층(2)의 재료(고무)는 30도 이하, 양호하게는 25도 이하일 필요가 있다. 두께에 있어서는 탄성층(2)이 50 ㎛이상, 양호하게는 100 ㎛ 이상일 필요가 있다.

탄성층(2)의 두께가 500 ㎛ 보다 크면, 탄성층(2)는 열 저항이 과도하게 되어, 고정 장치에 (두께가 1000 ㎛ 이상인 경우에 거의 불가능한) "신속 개시(quick start)" 능력을 제공하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 탄성층(2)의 두께는 500 ㎛이하로 요구된다.

탄성층(2)의 열 전도율(λ)은 2.5 ×10-1 내지 8.4 ×10-1 [W/m/℃] (6×10-4 내지 2 ×10-3 [㎈/㎝.sec.deg])의 범위 내로 요구된다.

열 전도율(λ)이 2.5 ×10-1 [W/m/℃]보다 작으면, 탄성층(2)은 열 저항이 과도하게 커져서, 슬리브(10)의 표면층[해제층(3)]의 온도 증가는 지연된다.

한편, 열 전도율(λ)이 8.4 ×10-1 [W/m/℃]보다 크면, 탄성층(2)은 과도하게 경질로 되고 그리고/또는 탄성층(2)의 압축 세트는 악화된다.

따라서, 열 전도율(λ)은 2.5 ×10-1 내지 8.4 ×10-1 [W/m/℃], 양호하게는 3.3 ×10-1 내지 6.3 ×10-1 [W/m/℃] (8×10-4 내지 1.5 ×10-3 [㎈/㎝.sec.deg])의 범위로 요구된다.

이 실시예에서, (JIS-A) 경도가 10도이고 열 전도율이 4.2 ×10-1 [W/m/℃] (1 ×10-3 [㎈/㎝.sec.deg])인 실리콘 고무는 두께가 300 ㎛인 탄성층(2)을 형성하는 데 이용되었다.

c. 해제층(3)

해제층(3)용 재료로서, 예컨대 플루오르화 수지, 실리콘 수지, 플루오르-실리콘 수지, 플루오르화 고무, 실리콘 고무, PFA, PTFE, FEP 등의 방출 성능과 열저항이 우수한 재료를 선택하는 것이 가능하다. 해제층(3)은 일 편의 튜브의 형태로 상기 플루오르화 수지 중 하나로 형성될 수 있거나, 상기 재료 중 하나를 탄성층(2)에 직접 코팅(도장)하여 형성될 수 있다.

탄성층(2)의 연성을 슬리브(10)의 표면으로 충분히 전달하기 위해,해제층(3)의 두께는 100 ㎛ 이하, 양호하게는 80 ㎛ 이하여야 한다. 해제층(3)의 두께가 100 ㎛을 넘으면, 슬리브(10)는 최소한의 방해하는 방식으로 전사 매개체(P) 상의 토너 입자를 가압하지 못하여 그 고체 영역을 가로질러 이형(anomaly)을 갖는 화상을 형성한다.

또한, 탄성층(2)이 얇을수록 해제층(3)의 두께의 최대값은 작아져야만 한다. 본 발명의 출원인에 의해 수행된 연구 결과에 따르면, 해제층(3)의 두께는 탄성층(2) 두께의 1/3을 넘지 않아야 한다. 그것보다 크게 되면, 탄성층(2)의 연성은 슬리브(10)의 표면에 의해 충분히 반영될 수 없을 것이다.

다른 한편으로, 해제층(3)의 두께가 5 ㎛ 이하이면, 탄성층(2)이 받게 되는 기계적 응력도 해제층(3)에 의해 완화될 수 없으므로, 탄성층 및/또는 방출층 자체의 악화를 유발한다. 따라서, 해제층(3)의 두께는 5㎛ 이상, 양호하게는 10㎛ 이상일 필요가 있다.

이러한 실시예에서, 30㎛의 두께를 갖는 PFA 일 편의 튜브는 해제층(3)으로 사용된다.

탄성층(2)과 해제층(3)의 두께 사이의 관계를 요약하면, 탄성층(2)과 해제층(3)의 두께 사이에는 다음과 같은 관계가 있는 것이 바람직하다.

50㎛ ≤t1 ≤500㎛

5㎛ ≤t2 ≤100㎛, 그리고

t1 ≥3 ×t2

여기서, t1은 탄성층(2)의 두께이고, t2는 해제층(3)의 두께이다.

d. 단열층(4)

슬리브(10)의 구조를 고려하면, 도8b에 도시된 바와 같이, 발열층(1)의 슬리브 안내 부재측(탄성층(2)이 적층된 곳의 반대측)에 적층된 단열층(4)이 슬리브(10)에 제공될 수 있다.

단열층(4)에 대한 재료로서, 예컨대 플루오르화 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-이미드 수지, PEEK 수지, PES 수지, PPS 수지, PFA 수지, PTFE 수지 또는 FFP 수지와 같은 열저항 재료가 바람직하다.

단열층(4)의 두께는 10 내지 1,000 ㎛인 것이 바람직하다. 10 ㎛ 이하이면, 단열층(4)은 단열층으로서 효과적이지 못하고 내구성도 없다. 한편, 단열층(4)의 두께가 1,000㎛ 이상이면, 자기 코어(17a, 17b, 17c)로부터 발열층(1)까지의 거리와 여자 코일(18)로부터 발열층(1)까지의 거리는 너무 커서 충분한 양의 자속이 발열층(1)에 의해 흡수되지 못한다.

단열층(4)의 제공으로, 발열층(1)에서 생성된 열이 슬리브(10) 내향으로 전도되는 것이 방지된다. 따라서, 발열층(1)에서 생성된 열은 단열층(4)이 없을 때보다 더 높은 비율로 전사 매개체(P)로 전도되므로, 소비 전력을 감소시킨다.

D) 슬리브 단부 플랜지(23a, 23b)

다음으로 슬리브 단부 플랜지(23a, 23b)가 기술될 것이다. 도10 내지 도14는 슬리브(10)가 가압될 때 일어나는 슬리브(10) 변형을 도시한다.

본 실시예의 슬리브 단부 플랜지(23)는, 슬리브(10)의 단부의 사실상 전체 주연 표면이 슬리브 단부 플랜지(23)와 접촉(고착이 아님)을 유지하면서,슬리브(10)와 함께 회전함으로써 슬리브(10) 에지를 보호하는 기능뿐만 아니라, 슬리브(10)의 길이 방향(모선)에 평행한 방향으로 슬리브(10)의 이동을 조절하는 기능을 갖는다. 슬리브 단부 플랜지(23)는 도시되지 않은 홀더에 의해 슬리브(10)의 전술한 길이 방향에 대하여 조절된다.

도10은 가압 롤러(30)가 슬리브(10)를 가압하지 않을 때, 슬리브(10)의 단면과 슬리브(10)를 잡는 플랜지(23) 부분의 단면을 도시한다. 도면으로부터 명백하듯이, 슬리브(10)가 응력을 받지 않을 때, 슬리브(10)의 외경(a)은 34㎜이다. 도면 부호 b는 슬리브(10)의 단부 부분 주위에 끼워맞춤되는 플랜지(23) 부분(슬리브(10)의 단부의 주연 표면과 대면하는 플랜지(23)의 내부 표면 부분)의 내경을 나타낸다.

비교적으로, 도11 내지 도14는 슬리브(10)가 가압 롤러(30)로부터 직접적으로 가압될 때 슬리브(10)와 가압 롤러(3)의 상태를 도시한다.

도11을 참조하면, 슬리브(10)의 단부 부분 주위에 끼워맞춤되는 플랜지(23) 부분의 내경(b; b＞a)이 너무 작으면, 가압 롤러(30)와 접촉하는 슬리브(10) 부분 즉, 닙에 끼워진 슬리브(10) 부분이 변형된다 하더라도, 슬리브(10)의 단부 부분은 플랜지(23)에서 변형되지 않는다. 따라서, 플랜지(23) 내의 슬리브(10)의 단부 부분의 단면은 사실상 플랜지(23)의 단면의 모양과 동일하게, 즉 원형으로 유지된다. 다시 말해, 닙(N)에 끼워진 슬리브(10) 부분은 플랜지(23a, 23b) 각각에 의해 덮인 슬리브(10)의 양 단부 부분과 단면이 다르게 된다. 결과적으로, 슬리브(10)는 변형된다.

다른 한편으로는, 전술한 내경(b)이 도12에 도시된 것처럼 너무 크면, 슬리브(10)와 플랜지(23) 사이의 마찰량은 슬리브가 플랜지(23)를 마찰에 의하여 회전시키게 하기에 너무 작다.

전자의 경우(도11)에서, 플랜지(23) 내에 끼워진 슬리브(10)의 부분과 가압롤러(30)와 접촉하는 슬리브의 부분(닙(N) 내의 부분) 사이의 경계 부분이 종래 기술(도22)에 기초한 고정 장치의 설명과 관련하여 주어진 것과 동일한 이유로 구속된다. 결과적으로, 슬리브(10)의 이러한 경계 부분(10)은 열과 압력에 의하여 슬리브(10) 내에서 발생된 응력에 의하여 심하게 영향을 받는다. 그러므로, 누적 사용량이 증가하면, 슬리브(10)가 피로에 의하여 파손된다.

이와 비교하여, 후자의 경우(도12)에서, 다음과 같은 문제가 발생한다. 즉, 슬리브(10)와 플랜지(23)가 서로에 대하여 미끄러지고, (PPS, LCP, PI와 같은 열저항성 수지로 형성된) 플랜지(23)가 슬리브(10)에 의하여 마모되어 결국 파손되고, 슬리브(10)의 단부는 좌굴되어 결국 단부의 균열로 이어진다.

도13은 플랜지(23)의 외경(a)과 내경(b) 사이의 관계가 적절할 때의 플랜지(23) 내의 슬리브(10) 부분의 단면 형상을 도시한다.

본 발명의 발명자에 의해 수행된 연구는 다음과 같은 발견을 하였다. 플랜지(23)의 내경(b)과 슬리브(10)의 외경(a)의 확정값의 관점에서, 슬리브(10)와 플랜지(23) 사이의 갭(Δt, b-a)이 0.3mm 이하일 때, 슬리브(10)의 단부는 충분히 변형되지 않았다. 갭(Δt)이 1.0mm 이상일 때, 슬리브(10)의 단부는 충분히 변형되었지만, 슬리브(10)와 플랜지(23) 사이의 접촉 영역이 감소하여 도12에 도시된 것처럼 슬리브(10)의 변형의 발생 후에 슬리브(10)와 플랜지(23) 사이의 마찰을 감소시켰다. 따라서, 슬리브(10)와 플랜지(23)가 서로에 대해 미끄러졌다.

다른 한편으로, 갭(Δt)이 0.3mm 내지 1.0mm의 범위 내에 있으면, 슬리브(10)가 플랜지(23) 내에서 충분히 변형되었고, 또한 슬리브(10)의 탄성이 슬리브(10)와 플랜지(23) 사이에 충분한 량의 마찰을 발생시켰다 (도13).

갭(Δt)의 최적값이 슬리브(10)의 외경 및 두께에 의존한다는 것을 알 수 있다. 20㎛ 내지 100㎛의 두께 및 25mm 내지 50mm의 외경을 갖는 금속 슬리브(니켈, 코발트-니켈, 철, 스테인리스강)가 슬리브(10)로서 채용되었고, 최적 갭(Δt)은 다음의 공식을 만족시키는 범위 내에 있었다.

0.009 ≤ Δt/a ≤ 0.03

요약하자면, 슬리브(10)의 외경보다 소정량만큼 더 큰 내경을 갖는 플랜지(23a, 23b)들이 하나씩 슬리브(10)의 단부 둘레에 끼워졌다. 그러므로, 닙 부분에 인접한 슬리브(10) 부분 내에서 발생한 응력은 압력 드럼(30)의 길이 방향에서 슬리브(10)가 회전할 때 더 작았다. 결과적으로, 슬리브(10)의 내구성이 현저하게 증가하였다. 또한, 슬리브(10)의 회전이 플랜지(23a, 23b)에 의하여 안정되게 유지되었다. 따라서, 고정 장치의 성능이 안정되게 유지되었다.

본 발명의 발명자가 외경(a)이 34mm인 슬리브(10)와 슬리브 포착 부분의 내경(b)이 34.7mm인 플랜지(23)를 포함하는 고정 장치를 시험하였을 때, 대략 300,00회의 완전 컬러 인쇄를 제작한 후에도 슬리브(10) 내에서 파손이 발견되지 않았다.

비교하자면, 플랜지(23)의 슬리브 포착 부분의 내경(b)은 34.1mm로 감소하였다. 결과적으로, 대략 50,000회의 완전 컬러 인쇄의 제작이 가압 롤러(30)의 길이 방향으로 가압 롤러(30)에 의하여 형성된 닙의 범위 외부의 슬리브(10) 표면의 부분, 다시 말하면, 가압 롤러(30)의 길이 방향으로 플랜지(23) 내에 끼워진 슬리브(10) 부분의 바로 내측의 슬리브(10) 부분의 표면 내에 균열을 발생시켰다.

<제2 실시예>

다음으로, 플랜지(23a, 23b)가 더욱 개선된 본 발명의 제2 실시예가 도15를 참조하여 설명된다.

도15의 플랜지(23b)는 주연 표면에 의하여 슬리브(10)의 단부를 포착하여 지지하기 위한 지지부(50), 즉 슬리브(10)의 단부의 주연 표면과 대향하는 내부 표면을 갖는 부분과, 슬리브(10)의 실제 에지를 포착하기 위한 지지부(51)를 구비한다. 슬리브(10)는 고정 장치 내에서 일정량의 길이방향 유격을 갖고, 좌측 또는 우측 플랜지(23a, 23b)를 향하여 이동하여 그와 접촉하게 되는 데 실패하지 않는다. 그러므로, 슬리브(10)는 좌측 또는 우측 플랜지(23a, 23b)의 에지 포착부(51)로부터 반작용력을 받는다. 슬리브(10)가 이동하는 방향은 슬리브(10) 및 가압 롤러(30)의 원형도, 압력 균형, 슬리브(10)와 가압 롤러(30) 사이의 정렬 등에 의하여 결정된다. 도15는 슬리브(10)가 우측으로 이동하여 우측 플랜지(23b)와 접촉하는 경우를 도시한다.

도13과 도14를 참조하면, 슬리브(10)의 주연 방향에 관한 슬리브(10)의 단부의 소정 부분이 슬리브(10)의 회전에 의해 닙 부분에 대응하는 회전 범위의 일부분으로 이동된 때 플랜지(23)의 내부면으로부터 분리되는 반면, 닙 부분에 대향하는회전 범위의 일부분으로 이동된 때에는 플랜지(23)의 내부면에 대항하여 가압되어 제1 실시예의 슬리브(10)의 설명으로부터 명확한 바와 같이 플랜지(23)의 내부면과의 사이에서 상당한 양의 마찰이 발생한다. 슬리브(10)의 단부의 소정 부분의 이러한 거동은 슬리브(10)가 연속적으로 회전함에 따라 반복된다. 그러므로, 에지 포획 부분(51)의 치수 범위(W)(플랜지의 직경 방향으로의 폭)는 슬리브(10)의 두께(S)보다 커야 한다. 그렇지 않다면, 에지 포획 부분(51)은 슬리브(10)를 적절하게 포획할 수 없으며, 에지 포획 부분(51)으로부터의 반응력은 슬리브(10)의 중심으로 슬리브(10)를 가압하여 후퇴시키도록 슬리브(10) 상에서 적절하게 작용하지 않는다.

또한, 본 실시예에서, 플랜지[23b(23a)]의 에지 포획 부분(51)은 플랜지[23b(23a)]의 외주연 표면 포획 부분(50)에 대해 각도(θ)로 경사져, 에지 포획 부분(51)으로부터의 반응력이 슬리브(10)의 중심으로 슬리브(10)를 가압하여 후퇴시키도록 슬리브(10) 상에서 보다 효과적으로 작용하게 한다.

특히, 각도(θ)는 90°보다 커야한다(θ〉90°). 이에 의해, 슬리브(10)의 에지 표면은 플랜지(23)의 에지 포획 부분(51)과 정면으로 접촉하지 않는데, 바꿔 말하며 슬리브(10)의 에지 표면의 모서리(E)만이 경사진 에지 포획 부분(51)과 접촉한다. 그러므로, 슬리브(10)는 중심 방향으로 부드럽게 가압되어 후퇴된다.

각도(θ)가 90°로 설정된 때(θ=90°), 슬리브(10)의 에지와 플랜지(23)의 에지 포획 부분(51) 사이에 발생되는 마찰은 슬리브(10)가 회전됨에 따라 비교적 커진다. 그러므로, 슬리브(10)의 주연 방향에 관한 슬리브(10)의 단부의 소정 부분은 종종 닙 부분에 대응하는 범위로 이동된 때에 플랜지(23) 내에서 부드럽게 변형되는 것이 억제된다. 이러한 문제는 각도(θ)를 90°보다 크게 설정함으로써 해결되어(θ〉90°), 슬리브(10)가 항상 부드럽게 회전되도록 한다.

부수적으로, 각도(θ)가 90°보다 작을 때(θ<90°), 슬리브(10)의 에지는 플랜지(23)의 외주면 표면 포획 부분(50)과 외주연 표면 포획 부분(50)에 대해 직각으로 경사진 플랜지(23)의 에지 포획 부분(51) 사이에서 쐐기 결합된다. 결과적으로, 슬리브(10)가 회전되는 동안, 슬리브(10)의 단부는 도13에 도시된 바와 같은 방식으로 변형되는 것이 억제된다.

본 실시예에서, 외주연 표면 포획 부분(50)의 폭, 에지 포획 부분(51)의 폭, 및 각도(θ)는 예컨대 5 mm, 1.5 mm 및 120°로 제조된다. 결과적으로, 슬리브(10)는 내구성면에서 매우 만족스럽게 된다.

요약하면, 본 실시예에서, 슬리브(10)의 전체 길이는 슬리브(10)와 접촉하는 가압 롤러(30)의 일부분의 길이보다 크게 제조되고, 고정 장치는 슬리브(10)의 단부가 외주연 표면과 에지 자체에 의해 슬리브(10)의 대응 단부를 각각 포획하는 플랜지(23a, 23b)에 하나씩 고정되도록 구성된다. 또한, 각각의 플랜지(23a, 23b)에는 외주연 표면에 의해 슬리브(10)의 단부를 포획하기 위한 부분(50)과, 슬리브(10)의 에지를 포획하기 위하여 플랜지(23)의 외부 측면 상에 위치된 부분(51)이 제공되어, 슬리브(10)의 에지는 슬리브(10)가 길이 방향으로 이동함에 따라 플랜지(23)의 에지 포획 부분에 의해 포획된다. 더욱이, 플랜지(23)의 직경 방향에 관한 플랜지(23)의 에지 포획 부분(51)의 치수 범위(W)는 슬리브(10)의 두께(S)보다 크게 제조된다. 그러므로, 슬리브(10)의 길이 방향에 관한 닙 부분의 인접한 외측에서 슬리브(10)의 일부분에 발생되는 응력의 양은 제1 실시예보다 매우 작다. 결과적으로, 슬리브(10)는 제1 실시예와 비교하여 더욱 장기간 견뎌냈다. 동시에, 슬리브(10)는 플랜지(23a, 23b)에 의해 적절한 위치에서 유지되었다. 그러므로, 고정 장치의 성능은 그 사용 수명 전체에 걸쳐 안정하게 유지되었다.

<제3 실시예>

제1 및 제2 실시예는 장기간 견뎌내는 슬리브(10)를 제조하기 위한 구조적 배열에 관한 것이다. 즉, 길이 방향으로의 슬리브(10)의 이동은 전술된 바와 같은 플랜지(23)의 제공에 의해 조절된다. 그러나, 슬리브(10)를 슬리브(10)의 길이 방향에 대해 수직한 방향에 관하여 정확하게 위치시키는 것은 어렵다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 슬리브(10)는 슬리브(10)의 루프 내에 배치된 슬리브 안내 부재(16a, 16b)에 의해 내부 측면으로부터 안내된다. 그러나, 슬리브(10)의 소정의 위치는 슬리브가 슬리브(10)의 회전 경로에 있는 지의 여부, 예컨대 슬리브(10)의 회전 방향에 관하여 가압 롤러(30)와 접촉 상태로 유지되는 닙 부분의 후단 측면 상에 있는 지의 여부, 닙 부분 내에 있는 지의 여부, 또는 닙 부분의 선단 측면 상에 있는 지의 여부에 의존하여 다양하게 변형된다. 그러므로, 슬리브(10)가 부드럽게 회전되도록 작은 간극이 슬리브 안내 부재(16a, 16b)와 슬리브(10)의 내부 표면 사이에 제공되고, 이 간극은 슬리브(10)의 길이 방향에 수직한 방향에 관하여 슬리브(10)를 정확히 위치시키는 것에 대한 전술된 곤란함의 원인이다.

이러한 간극을 제공함으로써, 하나의 고정 장치 내의 슬리브(10)는 도16의선 10-A와 10-B에 의해 도시된 바와 같이 다른 고정 장치의 슬리브(10)와 상이한 단면 형상을 갖게 된다.

따라서, 슬리브(10)의 소정의 부분이 입구 및 고정 닙의 출구에서 소정의 회전 주기 동안 페이퍼(P)와 접촉하는 방식은 다른 회전 주기 동안의 방식과 다르다. 이것은 종종 페이퍼(P)가 고정 성능과, 슬리브(10)로부터 해제되는 방식과, 페이퍼(P)가 통과되는 방식에 영향을 미친다.

이 실시예에서 비교해 볼 때, 고정 장치는 도17에 도시된 바와 같이 플랜지(23b)와 결합된 단부 홀더(42b, 42a)를 구비한다. 도17이 단지 우측 플랜지(23b)에 대한 홀더(42b)만을 도시하고 있지만, 고정 장치는 좌측 플랜지(23a)에 대한 홀더(42a) 역시 구비한다. 단부 홀더(42b)는 도16에 도시된 바와 같이 슬리브 안내 부재(16a, 16b)에 직접적으로 고정되거나 높은 고온 전도성 부재(40)를 삽입하여 간접적으로 슬리브 안내 부재(16a, 16b)에 고정되는 강체 압력 인가 스테이(stay, 22)에 작은 나사 등을 사용하여 견고하게 고정된다. 즉, 슬리브 안내 부재(16a, 16b)와 단부 홀더(42a, 42b)는 서로에 대해 강체 압력 인가 스테이(22)를 삽입하여 견고하게 고정된다. 따라서, 슬리브(10)의 위치가 슬리브 안내 부재(16a, 16b)에 의해 조절될 뿐만 아니라 세로 단부에 플랜지(23a, 23b)를 삽입하여 단부 홀더(42a, 42b)에 의해 조절된다. 도16에 도시된 구조의 경우, 슬리브 안내 부재(16a, 16b)의 외부 표면 부분은 슬리브(10)가 닙 부분 내에서 활주하는 표면의 두배이다. 이 경우, 슬리브(10)와 플랜지(23a, 23b)가 함께 회전하는데 반해, 단부 홀더(42b)는 정지한다. 또한, 단부 홀더(42a, 42b)의 부분이 끼워진, 플랜지(23a, 23b)의 부분의 내부 표면과 플랜지(23a, 23b) 내에 끼워진 단부 홀더(42a, 42b)의 부분의 주연 표면은 서로에 대해 각각 활주한다. 따라서, 적당한 양의 간격이 전술된 단부 홀더(42a, 42b)와 플랜지(23a, 23b)의 주연 및 내부 표면 사이에 필요하다. 적당한 양의 차이가 단부 홀더(42a)의 일부가 끼워진 플랜지(23a, 23b)의 부분의 내부 직경(c)과 플랜지(23a, 23b) 내로 끼워진 단부 홀더(42a, 42b)의 부분의 외부 직경(d) 사이에 필요하다.

도17을 참조하면, 이 실시예에서, 직경(c, d)은 단부 홀더(42a, 42b)와 플랜지(23a, 23b)의 전술된 주연 및 내부 표면 사이에 간격 0.4mm를 제공하도록 각각 32.4mm와 32.0mm로 이루어진다. 그 결과, 슬리브(10)는 플랜지(23a, 23b)가 단부 홀더(42a, 42b)의 주연 표면상에서 회전식으로 활주하는 것을 허용하는 반면에, 세로 방향에 수직인 방향에 대해서 소정의 위치에서 고정될 수 있다.

단부 홀더(42a, 42b)의 재료에 대해, 예를 들어, PPS, LCP, PI 등과 같은, 플랜지(23a, 23b)를 위한 재료와 동일한 열 저항 재료가 사용될 수 있다. 또한, (황동 등의) 소정의 금속 기판이 사용될 수도 있다.

또한, 이 실시예에서, 강체 압력 인가 스테이(22)는, 도16에 도시되고 제1 실시예를 고려하여 설명된 바와 같이 슬리브 안내 부재(16b)의 내부 표면의 편평한 부분에 직접적으로 고정되거나, 고온 전도성 부재(40)를 삽입하여 간접적으로 고정되며, 이들 구성 요소의 조합은 단부 홀더(42a, 42b)를 삽입하여 스프링(25a, 25b)에 의해 가압 롤러(30)에 가압을 유지한다. 또한, 슬리브 안내 부재(16a, 16b)들이 서로에 대해 결합된다.

즉, 슬리브(10)의 단부 부분과 그 인접물들은 도17에 도시된 바와 같이 구성된다. 따라서, 스프링(25a, 25b)의 탄성에 의해 발생된 힘이 슬리브(10)와 가압 롤러(30)가 닙 부분에서 서로에 대해 접촉하는 방식에 직접적으로 영향을 미친다. 또한, 슬리브 안내 부재(16a, 16b)와 단부 홀더(42a, 42b)는 적당한 크기를 가지며, 그들의 위치 관계에 대해 각각이 서로에 대해 정확하게 고정된다. 따라서, 정확한 위치 관계가 상술된 구성 요소들 사이에서 유지된다.

또한, 서미스터(26)가 도2에 도시된 바와 같이 슬리브 안내 부재(16a, 16b)에 부착된다. 따라서, 슬리브(10)와 서미스터(26) 사이의 위치 관계가 안정되게 유지되고, 이것이 슬리브(10)의 온도를 정확하게 제어하는 것을 가능하게 한다.

명백하게, 이 실시예는 보다 나은 성능을 위해 고안되었다. 예를 들어, 강체 압력 인가 스테이(22)와 슬리브 안내 부재(16a, 16b)의 조합 또는 이들 구성 요소들과 단부 홀더(42a, 42b)의 조합은 일체식으로 형성될 수도 있다.

<제4 실시예>

이 실시예의 고정 장치는 가열 부재로 세라믹 가열기를 사용하는 슬리브 가열형 고정 장치이다. 도18은 고정 장치(100)의 이 실시예의 개략적인 단면도이다.

대략 반원형 단면을 갖는 홈통(trough)의 형태인 열 저항 및 열 절연 슬리브 안내부(필름 안내부)가 참조 부호 16c로 표시된다. 슬리브 안내 부재(16c)의 홈에 끼워져 슬리브 안내 부재(16c)에 부착되고, 슬리브 안내 부재(16c)의 중심 부분의 바닥 표면에서 슬리브 안내 부재(16c)의 세로 방향으로 연장된, 가열 부재인 세라믹 가열기가 참조 부호 12로 표시된다.

참조 부호 11는 열 저항 필름으로 형성된 가요성 원통형 슬리브(무한 필름)를 나타낸다. 이 슬리브(11)는 슬리브 안내부(16c) 주위에 헐겁게 끼워진다.

관련 코드(12)는 슬리브(11)를 통과하여 슬리브 안내 부재(16c)의 내표면과 접촉하여 위치된 고정압 인가 스테이를 나타낸다.

관련 코드(13)는 본 실시예에서는 금속 코어(30a) 및 탄성층(30b)을 포함하는 탄성 가압 롤러인 가압 부재를 나타낸다. 탄성층(30b)은 실리콘 고무 등으로 형성되어, 가압 롤러의 경도를 감소시키도록 금속 코어(30a)의 주연 표면 상에 코팅된다. 가압 롤러(30)는 고정 장치 새시의 도시되지 않은 전방 판과 후방 판 사이에 위치되어, 베어링을 내재한 도시되지 않은 전방 판 및 후방 판과 금속 코어(30a)의 길이방향 단부에 의해 회전식으로 지지된다. 표면 특성을 개선시키기 위해, 탄성층(30b)의 주연 표면이, 예컨대 PTFE, PFA 또는 FEP와 같은 플루오르 처리된 수지 층(30c)으로 덮일 수 있다.

가압 수단의 구조 및 슬리브(11)의 단부 부분을 유지하는 수단(슬리브 또는 플랜지)의 구조는 제1 실시예의 구조와 유사하며, 따라서 여기서는 이들의 설명은 하지 않을 것이다.

본 실시예에서 가압 롤러(30)는 제1 실시예의 롤러와 동일할 수 있다. 가압 롤러(30)는 구동 수단(M)에 의해 도면에 화살표로 도시된 시계 반대 방향으로 회전 구동된다. 가압 롤러(30)가 회전 구동되기 때문에, 가압 롤러(30)의 주연 표면과 고정 닙(N) 내의 슬리브(10)의 외향 대면 표면 사이에 마찰이 발생한다. 결과적으로, 세라믹 히터(12)의 저표면 위를 활주하는 슬리브(10)의 내향 대면 표면을 갖는슬리브(10)가 가압 롤러(30)에 의해 고정 닙(N) 내에서 가압 롤러(30)의 주연 속도와 대체로 동일한 주연 속도로 도면에 화살표로 도시된 시계방향으로 슬리브 안내 부재(16c) 주위를 회전한다.

세라믹 히터(12)의 저표면과 고정 닙(N) 내의 슬리브(10)의 내표면 사이의 마찰을 감소시키기 위해, 세라믹 히터(12)의 저표면이 매끈한 부재(40)로 덮이거나, 열 저항 그리스와 같은 윤활유가 세라믹 히터(12)의 저표면과 슬리브의 내표면 사이에 위치된다.

인쇄 개시 신호에 응답하여, 가압 롤러(30)가 회전을 시작하고, 세라믹 히터(12)가 열을 발생시키기 시작한다. 그 후에, 가압 롤러(30)의 회전과 세라믹 히터(12)의 온도에 의해 회전되는 슬리브의 주연 속도가 소정의 레벨로 안정될 때, 토너 화상(t)을 담지하는 가열될 전사 매체(P)는 슬리브(11)와 대면하는 전사 매체(P)의 토너 화상 담지 표면을 갖고 고정 닙부(N) 내에서 슬리브(11)와 가압 롤러(30) 사이로 안내된다. 그 후에, 전사 매체(P)는 고정 닙부(N)를 통해 슬리브(11)를 통과하며, 슬리브(11)에 개재됨과 동시에 세라믹 히터(12)의 저표면에 대해 가압된다.

전사 매체(P)가 고정 닙부(N)를 관통하는 동안, 세라믹 히터(12)로부터의 열은 슬리브(11)를 통과하는 전사 매체(P)로 전달된다. 결과적으로, 토너 화상(t)은 전사 매체(P)의 표면에 열적으로 고정된다. 고정 닙부(N)를 관통한 후에, 전사 매체(P)는 슬리브(11)의 표면으로부터 분리되어 계속 이송된다.

도19를 참조하면, 슬리브(11)는 기부(201), 탄성층(202) 및 해제층(203)으로구성된다. 슬리브(11)의 내구성을 위해, 기부(201)가 통상 사용되어 왔던 두께 60㎛의 스테인레스 강 필름으로 형성된다.

탄성층(202)은 슬리브(11)의 색채 화상 고정 성능을 개선하기 위해 제공된다. 따라서, 흑백 프린터의 경우에 탄성층(202)의 설비는 필수 요소는 아니다. 다시 말하면, 탄성층(202)의 설비는 선택적이다. 본 실시예에서, 경도가 10도(JIS-A)인 실리콘 고무와, 4.18606 10-1 [W/m/℃] (1×10-3 [㎈/㎝.sec.deg.])의 열전도율이 200㎛의 두께를 갖는 탄성층(2)을 형성하기 위해 사용된다. 해제층(203)은 제1 실시예에서 사용된 것과 유사한 PFA 튜브편일 수 있지만, 두께 20㎛로 페인팅된 PFA 층이다. 탄성층(2) 의에 PFA를 페인팅함으로써 해제층(3)을 형성하는 방법은 더 얇은 해제층(3)을 형성할 수 있다는 점에서 PFA 튜브를 이용하여 형성된 해제층보다 우수하고, 페인팅에 의해 형성된 해제층이 토너 입자들을 교란시키지 않고 전사 매체(P) 상에 토너 입자들을 압착시킬 수 있다는 점에서 PFA 튜브를 이용하여 형성된 해제층보다 우수하다. 반대로, PFA 튜브로 형성된 해제층은 페인팅된 PFA로 구성된 해제층보다 기계적 및 전기적 강도가 우수하다. 따라서, 상황에 따라 2개의 방법 사이의 선택이 이루어질 수 있다.

가열 부재로서의 세라믹 히터(12)는 슬리브(11)와 전사 매체(P) 이동 방향과 수직한 방향으로 연장하는 작은 열용량의 선형 가열 부재이다. 기본적으로, 이는 알루미늄 질화물 등으로 형성된 기판(12a)과, 기판(12a)의 길이 방향 내의 기판(12a) 표면 상에서 연장되는 발열층(12b)과, 기판(12a) 및 발열층(12b)을 가로지르게 위치된 보호층(12c)을 포함한다. 발열층(12b)은 스크린 인쇄 등에 의해 대략 10㎛의 두께와 1 내지 5㎜의 폭을 갖는 Ag/Pd (은-팔라듐 합금)와 같은 전기 저항 물질로 기판(12a)의 표면을 페인팅함으로써 형성된다. 보호층(12c)은 유리, 플루오르 처리된 수지 등으로 형성된다.

전류가 세라믹 가열기(12)의 발열층(12b)의 일단부로부터 타단부까지 유동함에 따라, 발열층(12b)은 열을 발생시키고 가열기(12)의 온도를 급속히 상승한다. 가열기(12)의 온도는 도시되지 않은 온도 센서에 의해 검출되고, 가열기(12)는 가열기(12)의 온도를 소정 수준으로 유지하기 위해 도시되지 않은 온도 센서에 의해 검출된 온도에 반응하여 발열층(12b)으로의 전류를 제어하는 도시되지 않은 제어 회로에 의해 제어된다.

세라믹 가열기는 보호층(12c)이 상부측 상에 있는 슬리브 안내 부재(16c)의 홈 내에 끼워 맞춤된다. 홈은 슬리브 안내 부재(16c)의 세로 단부로부터 타단부까지 연장하는 슬리브 안내 부재(16c)의 하향 접합면 내에 대략 중간에 위치한다. 고정 닙부(N)에서, 슬리브(11)는 내향 접합면에 의해 세라믹 가열기(12)의 매끄러운 부재(40)의 표면 상에서 활주한다.

전술한 바와 같이 구성된 고정 장치 내에서, 슬리브(11)의 개재물을 가지고 세라믹 가열기(12)에 인접한 슬리브 안내 부재(16c)의 부분을 포함하여 가압 롤러(30)에 총 15kg(147.1N)의 압력을 인가함으로써 세라믹 가열기(12) 사이에 약 8mm 폭의 닙이 형성된다.

본 실시예에서 고정 장치 내의 슬리브 안내 부재(16c)와 슬리브(11) 사이의 관계는 제1 내지 제3 실시예와 동일하다. 슬리브(11)의 세로 단부가 제1 실시예에서와 같은 구조를 갖는 플랜지(23a, 23b)에 끼워 맞춤되고 슬리브(11)와 플랜지 사이의 간격(Δt)이 0.6mm로 정해질 때, 예컨대 약 300,000 정도의 복사물을 인쇄하더라도 슬리브(11)에 손상을 주지 않는다.

제2 및 제3 실시예의 구조적 배열은 제4 실시예의 고정 장치와 또한 양립되고, 본 실시예에서 고정 장치에 이러한 구조적 배열을 적용하는 것은 선행 실시예들과 관련하여 설명된 것과 동일한 효과를 제공한다는 것은 명백하다. 상세한 설명은 생략한다.

또한 본 실시예에서는, 슬리브(10)가 회전함에 따라 슬리브(10)의 세로 방향에 대해 닙에 인접한 슬리브(10)의 일부에서 발생하는 변형 응력을 감소시키기 위해, 슬리브(10)의 세로 단부들 각각은 플랜지(23a, 23b)로 산만하게 덮여진다. 제1 실시예에서와 같이, 플랜지(23b, 23a)의 내경은 슬리브(10)의 외경보다 소정의 크기만큼 더 크게 제조되고, 그리고/또는 플랜지(23b, 23a)는 제2 실시예에서와 동일한 형상으로 된다. 결과적으로, 슬리브(10)의 내구성은 대단히 향상된다. 더욱이, 플랜지(23b, 23a)의 위치는 홀더(42b, 42a)에 의해 조정되어, 플랜지(23b, 23a)에 의해 슬리브가 적절히 고정되는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 이 방법에서 슬리브(10)는 안정적인 닙에 인접하여 변형되고 안정적인 고정을 실행한다.

<채움감(Miscellanies)>

제1 내지 제4 실시예의 고정 장치에서, 열 발생부는 고정 닙에 근접하게 위치하여 고정 장치가 열반응에 있어서 우수하게 하였다. 따라서, 도1에 도시된 제1 실시예의 인쇄 장치를 위한 고정 장치로서 사용 가능할 뿐만 아니라, 4개의 감광부재를 사용하여 4색상 인쇄를 형성하는 경사형 프린터(incline type printer)와도 양립될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 적용은 반복된 고속 인쇄 작업의 무리함을 견딜수 있는 높은 내구성의 고정 장치를 제공하는 것이 가능하게 한다.

본 발명에 따른 가열 장치가 화상 고정 열 장치로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 화상이 존재하는 기록 매체를 가열하기 위한 화상 가열 장치로서도 사용될 수 있어서, 광택과 같은 화상의 표면 특성, 화상을 일시적으로 고정시키기 위한 화상 가열 장치, 건조 또는 시트의 형태로 대상물을 적층시키기 위한 가열 장치(대상물은 가열 장치를 통해 이송됨) 등을 향상시킨다. 즉, 본 발명에 따른 가열 장치는 광범위의 대상물을 가열하기 위한 장치로서 사용될 수 있다.

본 발명은 여기에 개시된 구성을 참조하여 설명되었지만, 전술된 상세에 제한되지 않으며, 후속의 청구범위의 범주 또는 개량의 목적 내에서 변형 및 수정될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 화상 가열 장치와, 종래의 것보다 더 내구성이 있는 회전 부재를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 화상을 담지하는 기록 매체와 접촉하는 회전 부재와, 상기 회전 부재의 모선과 평행한 방향으로 회전 부재의 이동을 조절하기 위한 조절 부재를 포함하고, 상기 조절 부재는 상기 회전 부재의 에지와 대면하는 표면을 제공하는 화상 가열 장치를 제공하는 것이다.

Claims

화상을 운반하는 기록 재료와 접촉가능한 회전 부재와,

상기 회전 부재의 발생 라인 방향으로 회전 부재의 운동을 제한하기 위한 제한 부재를 포함하고,

상기 제한 부재는 상기 회전 부재의 단부에서 외주면에 대향되는 일표면을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 센드(send) 회전 부재와 함께 기록 재료를 개재하는 닙의 성형을 위해 센드 회전 부재와 접촉하는 롤러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제2항에 있어서, 회전 부재는 닙이 성형될 때 회전 부재가 성형되도록 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제3항에 있어서, 닙이 성형될 때 회전 부재의 주연면 내에 제한 부재의 대향면과 접촉하는 표면부와 제한 부재의 대향면과 접촉하지 않는 표면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제4항에 있어서, 제한 부재는 제한 부재의 대향면과 접촉하는 표면부에서 마찰에 의해 회전 부재와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제2항에 있어서, 회전 부재와 롤러는 서로 이격되어 있고, 제한 부재의 주연면에 대향되는 표면의 직경은 회전 부재의 주연면의 직경 보다 큰 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제6항에 있어서, 회전 부재의 외경과, 제한 부재의 주연면에 대향되는 제한 부재의 표면의 직경과 상기 회전 부재의 주연면의 직경 간의 차이(δt)는 0.009는 0.03과 같거나 그 보다 작은 δt/a와 같거나 그 보다 작은 것을 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제7항에 있어서, δt는 0.3mm 내지 1.0mm인 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 제한 부재는 회전 부재의 단부면을 수용하기 위한 제2 표면을 추가로 포함하고, 외주면에 대향되는 표면과 제2 표면 사이에 형성된 각은 90°보다 큰 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제2항에 있어서, 제한 부재를 회전식으로 유지시키기 위한 홀더를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제10항에 있어서, 홀더는 발생 라인 방향으로의 제한 부재의 운동을 제한하기에 효과적인 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제10항에 있어서, 회전 부재 내부의 회전 부재를 안내하기 위한 안내 부재를 추가로 포함하고, 홀더는 센드 안내 부재에 직접 또는 간접적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 제한 부재는 내열성 수지 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 회전 부재는 금속층을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제14항에 있어서, 금속층 내에 와전류를 유도하기 위한 자장을 발생시키기 위한 코일을 추가로 포함하고, 기록 재료 상의 화상은 열이 와전류에 의해 생성되는 금속층으로부터의 열에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
제1항에 있어서, 회전 부재의 내주면에 접촉하는 히터를 추가로 포함하고, 기록 재료 상의 화상은 상기 회전 부재를 통해 상기 히터로부터의 열에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.