KR20030030368A

KR20030030368A - 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 장치

Info

Publication number: KR20030030368A
Application number: KR1020010062359A
Authority: KR
Inventors: 이경우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-18
Also published as: US6690907B2; KR100416550B1; US20030095819A1; JP2003208054A

Abstract

전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치가 개시된다. 개시된 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치는 관상의 몸통부와, 몸통부의 양단에 위치하는 것으로 몸통부에 의하여 형성되는 내부공간을 밀폐시키는 밀폐부 및 밀폐부와 몸통부가 연결되는 부분에 위치되는 만곡부로 이루어진 양단부를 구비하는 내부관과, 양단부를 제외한 몸통부를 감싸도록 설치되어 열을 발생하는 발열부와, 발열부와 전기적으로 연결되어 전류를 전달하는 전원공급부와, 발열부를 감싸도록 설치되는 정착롤러를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 발열부와 내부관을 완전하게 밀착시켜 열전달 효율을 높여 정착롤러의 표면 전체에 걸쳐 온도를 균일하게 유지시킴으로써 최적의 정착성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자사진 화상형성장치의 정착롤러 장치{Fusing roller apparatus of electrophotographic image forming apparatus}

본 발명은 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정착롤러의 표면온도가 온도편차 없이 균일하게 가열되도록 하기 위한 내부관을 포함하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 전자사진 화상형성장치의 외부구조의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래 전자사진 화상형성장치는 인쇄지인출부(1), 조작부(2), 컨트롤 보드덮개(3), 윗 덮게 열림버튼(4), 인쇄지 표시창(5), 다용도 급지창(6), 인쇄지카세트(7), 옵션 카세트(8), 보조 받침대(9)등을 구비한다.

도 2는 할로겐 램프가 열원으로 적용된 종래 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 장치의 개략적인 횡 단면도이다.

도 2를 참조하면, 종래 정착롤러 장치(10)는 원통상의 정착롤러(11)와 그 내부 중앙에 설치되는 할로겐램프 등의 발열부(12)를 구비한다. 상기 정착롤러(11)의표면은 테프론 등에 의한 코팅층(11a)이 형성되어 있다. 상기 발열부(12)가 정착롤러(11)의 내부에서 열을 발생하고, 상기 정착롤러(11)는 그 내면으로부터 발열부(12)로부터의 복사열에 의해 가열된다.

도 3은 도 2에 도시된 할로겐 램프를 열원으로 적용한 종래 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 장치 및 가압롤러의 관계를 나타낸 종단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 정착롤러장치(10)의 하부에는 인쇄지(14)를 사이에 두고 대향되게 가압롤러(13)가 위치한다. 상기 가압롤러(13)는 스프링장치(13a)에 의해 탄력적으로 지지되어 정착롤러(11)와 가압롤러(13)사이를 통과하는 인쇄지(14)를 정착롤러(11)에 소정의 압력으로 가압한다. 이때, 인쇄지(14)에는 분말상태의 토너화상(14a)이 형성되어 있고, 상기 정착롤러장치(10)와 가압롤러(13)사이를 통과하면서 소정의 압력과 열에 의해 가압 및 가열된다. 즉, 토너화상(14a)은 상기 정착롤러장치(10)및 가압롤러(13)에 의한 소정온도의 열과 압력에 의해 상기 인쇄지(14)에 융착된다.

상기 정착롤러(11)의 일측에는 정착롤러(11)의 표면온도를 전기적 신호로 검출하는 써미스터(Thermistor, 15)및 정착롤러(11)의 표면온도가 주어진 임계값을 넘었을 때에는 할로겐 램프 등의 발열부에 대한 전원을 차단하는 써머스탯(Thermostat, 16)이 설치되어 있다. 상기 써미스터(15)는 정착롤러(11)의 표면온도를 검출하여 프린터의 제어부로 전송하며, 제어부는 검출온도에 따라 할로겐 램프(12)에 대한 전원을 제어하여 정착롤러(11)의 표면온도를 주어진 범위 내에서 유지시킨다. 또한, 상기 써머스탯(16)은 상기 써미스터(15) 및 제어부에 위한상기 정착롤러(11)의 온도조절이 실패하였을 때에 정착롤러(11)및 인접요소들을 보호하기 위한 방지수단이다.

상기와 같이 할로겐램프를 열원으로 적용하는 종래 정착롤러장치는 불필요한 전력소모가 많으며, 특히 전원을 껐다가 화상형성을 위해 전원을 다시 켰을 때 상당히 긴 웜-업시간(Warm-up Time)을 요구한다. 즉, 전원을 인가한 후 정착롤러(11)가 원하는 목표온도에 도달할 때까지 일정시간을 기다려야만 한다. 이러한 시간은 짧게는 수 십초에서 길게는 수분이 소요되는 경우가 있다. 특히, 종래 정착롤러장치는 열원으로부터의 복사열에 의해 정착롤러가 가열되기 때문에 열 전달 속도가 느리며, 인쇄지에 접촉하면서 발생되는 온도저하에 따른 온도편차의 보상이 늦으므로 인해서 온도산포의 조절이 어렵다. 또한, 프린트의 동작이 휴지상태인 대기모드에서도 정착롤러의 온도를 일정하게 유지시켜주기 위하여 전력을 열원에 일정한 주기로 인가해야 하기 때문에 불필요한 전력소모가 발생되고, 대기상태에서 화상출력을 위한 동작모드로 전환되는 데에도 상당한 시간이 소요됨으로써 빠른 화상출력을 달성하지 못하는 문제점이 있다.

도 4는 전자사진 화상형성장치에 적용되는 종래 정착롤러장치의 개략적인 종 단면도이다.

도 4를 참조하면, 가요성의 원통형 필름튜브(21)의 내부 하부측에 가열 플레이트(22)가 마련되고, 상기 가열플레이트(22)의 하부측에 인쇄지(14)를 사이에 두고 가압롤러(23)가 대향되게 설치되어 있다.

상기 가열튜브(21)는 별도의 회전장치에 의해 회전되며, 상기 가열플레이트(22)와 가압롤러(23)의 사이의 부분에서 국부적으로 가열하는 방식은 소비전력이 낮은 장점은 있으나, 고속프린트에는 적용하기 어려운 단점을 가진다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 열전도성이 높아 순간 가열이 가능할 뿐만 아니라 저소비전력 특성을 가지는 히트파이프를 적용한 정착롤러장치가 일본 특허출원번호 평5-135656호, 평 10-84137호, 평6-29663호, 및 평10-208635호에 개시되어 있다.

이러한 히트파이프(Heat Pipe)를 적용한 정착롤러장치들은 정착영역을 벗어난 정착롤러의 일 측단부에 서로 다른 형태의 열원이 마련되어 있는 구조를 가진다. 이러한 열원의 배치구조에 따르면 정착롤러장치의 전체크기의 비대화가 초래될 수 있으므로, 구조적인 복잡성이 개선될 필요가 있다.

또한, 소58-163836호, 평3-107438호, 평3-136478호, 평6-316435호, 평7-65878호, 평7-105780호 및 평7-244029호에 개시된 정착롤러 장치는 열원이 정착롤러의 내부에 마련되어 있는 구조를 가지기 때문에, 상기에서 언급한 바와 같은 전체크기의 비대화는 크게 문제되지 않으나, 정착롤러에 대해 국부적인 히트파이프가 다수 마련되어 있는 구조를 가지기 때문에 가공 및 제조가 매우 복잡한 결점을 가진다. 또한, 히트파이프가 국부적으로 배치되어 있는 구조를 가지기 때문에 히트파이프들 사이의 부분이 히트파이프에 접해 있는 부분에서의 온도편차가 발생하는 결점을 가진다.

뿐만 아니라, 상기 히트파이프의 전체에 온도편차가 발생되는 경우에는 토너 등 잉크가 제대로 인쇄지에 전사되지 않게 되어 인쇄품질이 나빠지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로, 정착롤러의 표면전체에 걸쳐 온도편차 없이 표면온도를 균일하게 하여 정착성을 향상시킨 개선된 내부관을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 전자사진 화상형성장치의 외부구조의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 2는 할로겐 램프가 열원으로 적용된 종래 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 장치의 개략적인 횡 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 할로겐 램프를 열원으로 적용한 종래 전자사진 화상형성장치의 정착롤러 장치 및 가압롤러의 관계를 나타낸 종단면도,

도 4는 전자사진 화상형성장치에 적용되는 종래 정착롤러장치의 개략적인 종 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 정착롤러장치가 적용된 전자사진 화상형성장치의 정착부의 개략적인 종단면도,

도 6은 도 5에 도시된 정착롤러장치의 구조를 나타낸 횡단면도,

도 7은 본 발명에 따른 내부관을 도시한 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 내부관의 중앙부와 양끝단의 온도를 측정한 값을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200...정착부211...보호층

212...정착롤러213...발열부

214...내부관214a...몸통부

214b...양단부214c...만곡부

214d...밀폐부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 전자사진 화상형성장치의 정착롤러는 관상의 몸통부와, 상기 몸통부의 양단에 위치하는 것으로 상기 몸통부에 의하여 형성되는 내부공간을 밀폐시키는 밀폐부 및 상기 밀폐부와 몸통부가 연결되는 부분에 위치되는 만곡부로 이루어진 양단부를 구비하는 내부관과, 상기 양단부를 제외한 몸통부를 감싸도록 설치되어 열을 발생하는 발열부와, 상기 발열부와 전기적으로 연결되어 전류를 전달하는 전원공급부와, 상기 발열부를 감싸도록 설치되는 정착롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 발열부는 상기 정착롤러의 내면과 상기 몸통부의 외면의 사이에 위치되어 상호 이격됨이 없이 밀착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 양단부는 단조가공에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 양단부는 스웨이징에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 정착롤러장치가 적용된 전자사진 화상형성장치의 정착부의 개략적인 종단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 정착롤러장치의 구조를 나타낸 횡단면도이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전자사진 화상형성장치의 정착부(200)는 토너화상(251)이 형성된 인쇄지(250)가 배출되는 방향, 즉 화살표 A방향으로 회전하는 정착롤러장치(210)와, 상기 인쇄지(250)를 사이에 두고 대향되게 설치되어 상기 정착롤러장치(210)에 접촉하면서 화살표 B방향으로 회전하는 가압롤러(220)를 구비한다.

상기 정착롤러장치(210)는 표면에 테프론 코팅 등에 의한 보호층(211)이 형성된 원통형의 정착롤러(212)와, 상기 정착롤러(212)의 내부에 설치되어 전원공급부(300)로부터 전류를 공급받아 열을 발생시키는 발열부(213)와, 상기 발열부(213)의 내부에 설치되며, 그 내부공간이 밀폐되어 있으며 소정압력을 유지하는 내부관(214)을 포함한다.

상기 내부관(214)과 상기 발열부(213)사이에는 제1절연층(216a)이 개재되어 있고, 상기 발열부(213)와 상기 정착롤러(212)의 사이에는 제2절연층(216b)이 개재되어 있다. 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1절연층(216a)과 제2절연층(216b)은 운모(mica)인 것이 바람직하다. 상기 발열부(213)는 저항발열코일인 것이 바람직하다.

상기 내부관(214)내에는 소정의 체적비로 수용되는 작동유체(215)가 수용되어 있다. 또한, 상기 정착롤러(212)의 양단에 인접하게 설치되는 프레임(400)에는 외부전원에 연결되어 상기 발열부(213)에 전류를 공급하는 전원공급부(300)가 설치된다.

한편, 상기 정착롤러(212)의 상부에는 상기 보호층(211)에 접촉되어 정착롤러(212) 및 보호층(211)이 표면온도를 검지하는 써미스터(230)와, 상기 정착롤러(212) 및 보호층(211)의 표면온도가 급격하게 상승하는 경우에 전원공급부(300)의 전원을 차단하여 상기 정착롤러(212)의 과열을 방지하는 써머스텟(240)이 설치되어 있다.

상기 정착롤러(212)의 양단에는 엔드캡(217)과 동력전달 엔드캡(218)이 설치된다. 상기 동력전달 엔드캡(218)에는 동력전달기구(219)가 마련되어 있어, 별도의 동력전달장치(미도시)에 연결되어 상기 정착롤러(212)를 회전시킨다.

상기 엔드캡(217)과 동력전달 엔드캡(218)의 일측은 리드부(213a)에 의하여 상기 발열부(213)와 전기적으로 연결되며, 타측은 상기 전원공급부(300)와 전기적으로 연결되는 전극(220)에 연결된다. 따라서, 상기 전원공급부(300)로부터 공급된 전류는 상기 전극(220)과 상기 리드부(213a)를 통하여 상기 발열부(213)에 전달된다.

도 7은 본 발명에 따른 내부관을 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 상기 내부관(214)은 몸통부(214a)와 양단부(214b)로 구성되어 있다.

상기 몸통부(214a)와 양단부(214b)는 일체로 형성되어 상기 내부관(214)을구성하는 것으로, 설명의 편의를 위하여 상기와 같은 3부분으로 나눈 것이다.

상기 몸통부(214a)는 상기 발열부(213)에 둘러싸여 접촉되며, 상기 발열부(213)로부터 발생된 열을 전달받는 부분이다.

상기 몸통부(214a)는 상기 발열부(213)로부터 발생된 열을 상기 작동유체(215)에 전달하고, 그 열에 의하여 상기 작동유체(215)가 증발된다. 상기 작동유체(215)의 증발열은 상기 몸통부(214a)를 통하여 상기 정착롤러(212)에 전달되어 토너(251)를 상기 인쇄지(250)(도 5참조)에 정착시킨다.

상기와 같이 정착롤러(212)가 상기 토너(251)를 인쇄지(250)에 안정적으로 정착시키기 위해서는, 상기 정착롤러(212)의 표면전체에 걸쳐 상기 토너(251)를 상기 인쇄지(250)에 정착시킬 수 있도록 소정의 정착온도가 균일하여야 한다.

따라서, 상기 정착롤러(212)의 중앙부와 양끝단에서 정착온도가 온도 편차없이 균일하여야 하므로, 상기 정착롤러(212)와 상기 발열부(213) 및 상기 몸통부(214a)의 접촉은 상호 이격되는 공간이 없이 밀착 접촉되어 상기 발열부(213)로부터 발생된 열 및 상기 몸통부(214a)로부터 전달된 열이 열 손실 없이 상기 인쇄지(250)에 전달되어야 한다.

도 8은 본 발명에 따른 내부관의 중앙부와 양끝단의 온도를 측정한 값을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 참조부호 C는 상기 내부관(214)의 중앙부의 온도를 시간에 따라 측정한 값을 도시한 그래프이며, 참조부호 D는 상기 내부관(214)의 양끝의 온도를 시간에 따라 측정한 값을 도시한 그래프이다.

그래프의 수평축은 시간(t)을 나타내며, 왼쪽은 가열초기를 나타낸다. 그리고, 수직축은 온도(T)를 나타낸다. 가열초기에 상기 발열부(213)에 짧은 시간에 전원이 공급되며, 중앙부의 온도와 양 끝단의 온도는 온도편차가 발생되지만, 시간이 지남에 따라 온도편차는 점차 줄어드는 것을 볼 수 있다. 상기 중앙부의 온도와 양 끝단과의 온도의 편차는 대체로 3℃ 이내로 측정되었다.

이는 상기 정착롤러(212)의 표면전체에 걸쳐 정착온도가 균일하다고 할 수 있으므로 상기 토너(251)를 인쇄지(250)에 정착하기에 최적의 정착성을 확보할 수 있다.

상기 발열부(213)로부터 발생된 열 및 상기 작동유체(215)의 증발에 의한 열은 상기 인쇄지(250) 전체에 전달되어 상기 토너(251)가 상기 인쇄지(250)에 정착된다.

상기 몸통부(214a)는 원칙적으로 기계적가공을 통하여 관상으로 형성되지만, 상기 내부관(214)을 형성하기 위하여 단조가공(forging)등 제2차 기계적가공이 이루어지지 않아 가공경화 등이 이루어지지 않는다.

따라서, 상기 몸통부(214a)는 연성(ductile)을 가지고 있어, 상기 내부관(214)을 확관시키면 소정량 늘어나며서 상기 발열부(213)와 상호 이격되는 공간 없이 밀착된다. 이때, 상기 몸통부(214a)가 용이하게 확관되어 상기 발열부(213)에 밀착될 수 있도록 500℃ 내지 900℃로 열처리하는 것이 바람직하다.

만일, 상기 몸통부(214a)와 발열부(213)의 양 끝단이 밀착되지 않고 이격되면, 이격된 부분에 공기가 개재되어 상기 정착롤러(212)로 전달되는 열효율이 떨어지게 된다. 따라서, 상기 몸통부(214a)와 발열부(213)가 완전하게 밀착되는 경우보다 상기 정착롤러(212)의 중앙부와 양끝단에서 온도편차가 발생되어 상기 토너(251)가 인쇄지(250)에 정착되는 정착성이 떨어지게 된다.

상기와 같이 상기 양단부(214b)를 제외한 상기 몸통부(214a)와 정착롤러(212)가 이격됨이 없이 완전하게 밀착되어, 상기 정착롤러(212)의 표면전체에 걸쳐 온도편차 없이 균일하게 정착온도를 유지하도록 구성된 것이 본 발명의 특징이다.

상기 양단부(214b)는 상기 몸통부(214a)에 연결되는 만곡부(214c)와 상기 만곡부(214c)와 연결되어 형성되는 내부공간을 밀폐시키는 밀폐부(214d)로 이루어져 있다.

상기 양단부(214b)는 단조가공(forging) 등 기계적가공을 통하여 형성되는 부분으로 가공경화현상이 발생되어 연성이 없어 단단해진다. 기계적가공은 스웨이징(swaging) 가공인 것이 바람직하다.

따라서, 상기 내부관(214)을 상기 발열부(213)의 내부에 위치시킨 다음에 상기 내부관(214)내에 소정압력을 가하여 상기 내부관(214)을 확관시키면 상기 양단부(214b)는 확관되는 것이 어렵다.

상기 양단부(214b)의 형상은 본 실시예에 한정되는 것이 아니고, 기계적가공에 따라 다양한 변용예가 가능하다.

상기 내부관(214)은 원통형 관의 양단을 기계적가공을 통하여 형성한다. 이때, 기계적가공된 부분은 가공경화현상이 발생되며, 가공경화된 조직은연성(ductile)이 없어져서 단단해지므로 확관되는 것이 어렵다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치는 발열부와 내부관을 완전하게 밀착시켜 열전달 효율을 높여 정착롤러의 표면 전체에 걸쳐 온도편차없이 온도를 균일하게 유지시킴으로써 토너를 인쇄기에 정착시키기 위한 최적의 정착성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

관상의 몸통부와, 상기 몸통부의 양단에 위치하는 것으로 상기 몸통부에 의하여 형성되는 내부공간을 밀폐시키는 밀폐부 및 상기 밀폐부와 몸통부가 연결되는 부분에 위치되는 만곡부로 이루어진 양단부를 구비하는 내부관과;

상기 양단부를 제외한 몸통부를 감싸도록 설치되어 열을 발생하는 발열부와;

상기 발열부와 전기적으로 연결되어 전류를 전달하는 전원공급부와;

상기 발열부를 감싸도록 설치되는 정착롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치.
제 1항에 있어서,

상기 발열부는 상기 정착롤러의 내면과 상기 몸통부의 외면의 사이에 위치되어 상호 이격됨이 없이 밀착되는 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치.
제 1항에 있어서,

상기 양단부는 단조가공에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치.
제 3항에 있어서,

상기 양단부는 스웨이징에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전자사진 화상형성장치의 정착롤러장치.