KR20040021518A - 정착 장치 및 화상 형성 장치 - Google Patents
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Abstract
정착 부재로서 탄성 층을 갖는 정착 벨트를 이용하는 정착 장치와, 이러한 정착 장치를 장착한 화상 형성 장치에서, 온도 검지 유닛이 기록재 돌입시에 초래되는 온도 변동를 검지하기 이전에, 가열 요소를 가열하기 위해 가열 요소에 인가되도록 요구되는 전력이 소정 전력으로 보정되며, 정착 장치가 소정 타이밍에서 인쇄 개시시에 작동될 때, 가열 요소를 가열하기 위해 가열 요소에 인가되도록 요구되는 전력은 소정의 전력으로 보정되며 소정 전력의 값은 정착 장치를 소정 전력에 도달하기 위해 요구되는 전력 수치와 실질적으로 동일하다. 소정 전력의 값은 요구에 따라 정착 장치의 축열 정도 또는 기록재의 열 용량에 따라 결정된다.
Description
본 발명은 정착 장치 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 적어도 가열 요소와, 상기 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부(가열 수단)와, 적어도 하나 이상의 온도 검지 수단과, 기록재와 함께 이동되는 제1 회전 부재와, 사이에 압접부를 한정하도록 기록재와 협동 작용하기 위한 제2 회전 부재를 포함하며, 제1 회전 부재의 온도는 온도 검지 수단에 의해 검지된 온도를 기초로 하여 전력 공급부로부터 가열 요소에 공급되는 전력의 피드백 제어를 수행함으로써 제어되며, 화상을 담지한 기록재는 압접부에서 협지되고 반송되어서 가열시키는 정착 장치에 관한 것이며, 예를 들면 전자사진 복사기, 프린터, 팩시밀리 등과 같은 화상 형성 장치에 관한 것이다.
최근에, 프린터, 복사기 등과 같은 화상 형성 장치에 있어서 컬러화가 증가되어 왔다. 화상 형성 장치에서 사용되는 정착 장치로서, 탄성층을 갖는 정착 부재를 포함하는 열 롤러형의 정착 장치가 공지된다.
그러나, 탄성층을 갖는 열 롤러형의 정착 장치에 있어서, 열 롤러 자체의 열용량이 커지고, 정착 롤러의 온도를 토너 화상 정착에 적절한 온도까지 상승시키는 데 필요한 시간(예열 시간)은 길어지며, 또한 정착 장치의 비용이 증가되는 문제가 있었다.
짧은 예열 시간을 갖는 정착 장치로서, 흑백 화상 형성 장치에 널리 사용되는 벨트 정착 시간의 정착 장치가 잘 공지되어 있다. 이러한 정착 장치의 일례의 도시하는 개략적인 구성도는 도24에 도시된다.
정착 장치는 통상 도면 부호 201로써 표시된다. 정착 벨트 유닛(202)은 반원 버킷형 단면을 갖는 히터 홀더(207)와, (도24의 평면에 대해 직각인) 히터 홀더의 종방향을 따라 히터 홀더(207)의 하부 표면에 정착되는 정착 히터(204)와, 무한한 얇은 막을 갖고 정착 히터를 갖는 히터 홀더(207) 주위에 느슨하게 장착되는 정착 벨트(203)를 포함하는 조립체이다.
탄성 가압 롤러(205)는 양 단부가 정착 장치의 측부 판들 사이에서 회전 가능하게 지지되는 금속 코어를 갖는다.
정착 벨트 유닛(202)은 정착 히터(204)가 하향한 상태로 가압 롤러(207)와 평행하게 탄성 가압 롤러(205) 상에 배치되며, 히터 홀더(207)의 양 단부는 편의 수단(도시되지 않음)에 의해 소정의 가압력으로 상향 가압된다. 이러한 배열로 인해, 소정의 폭을 갖는 정착 닙부(206)는 가압 롤러의 탄성에 반대하여 정착 벨트(203)가 개재된 상태로 탄성 가압 롤러(205)의 상부 표면에 대항하여 정착 히터(204)의 하부 표면에 인접함으로써 형성된다.
탄성 가압 롤러(205)는 화살표로 표시된 방향으로 구동 기구(도시되지 않음)에 의해 소정의 주연 속도로 회전식으로 구동된다. 탄성 가압 롤러(205)의 이러한 회전에 의해, 회전력은, 정착 벨트의 내부 표면이 정착 닙부(206)에서 정착 히터(204)의 하부 표면과 밀접하게 접촉되고 그 표면 상에서 활주되는 상태로 화살표로 표시된 방향으로 탄성 가압 롤러(205)의 주연 속도와 사실상 대응하는 주연 속도로 히터 홀더(207) 주위에서 정착 벨트(203)가 회전식으로 구동되면서, 탄성 가압 롤러(205)와 정착 벨트(203)의 외주연 표면 사이의 마찰력에 의해 정착 닙부(206)에서 정착 벨트(203)에 인가된다.
정착 벨트(203)는 두께가 약 50 ㎛인 내열성 수지 무단 벨트와, 무단 벨트 상에 형성되고 두께가 10 ㎛인 이형층(플루오르-수지 등으로 이루어진 코팅층)으로 구성된다. 또한, 정착 벨트(203)의 열 용량을 감소시키기 위해, 어떠한 탄성층도 정착 벨트(203) 상에 제공되지 않는다.
정착 히터(204)는 세라믹 기판 상에 형성된 내열 소자로 구성된다. 온도 검지 수단(209)은 정착 히터(204)의 온도를 검지하기 위해 정착 히터(204)의 후방 표면과 접촉되며, 온도 제어는 정착 히터(204)의 온도가 원하는 온도가 되도록 정착 히터(204)에 공급된 전력을 제어함으로써 제어 수단(도시되지 않음)에 의해 수행된다.
탄성 가압 롤러(205)가 회전식으로 구동되고 정착 벨트(203)가 회전식으로 구동되고 정착 히터(204)가 온도 제어될 소정의 온도로 시동되는 상태에서, 미정착 토너 화상(t)을 담지한 기록재(P)는 정착 닙부(206)에서 정착 벨트(203)와 탄성 가압 롤러(205) 사이로 도입된다. 미정착 토너 화상을 담지한 기록재의 표면이 정착 벨트(203)의 외표면과 밀접하게 접촉하면서, 정착 벨트(203)와 함께 기록재(P)는 정착 닙부(206)에서 협지되고 반송된다. 이러한 협지 반송 동안에, 정착 히터(204)로부터의 열은 정착 벨트(203)에 의해 기록재(P)에 인가되며, 기록재는정착 닙부(206)로부터 가압되는 상태에 있게 되며, 그 결과 비정착 토너 화상(t)은 영구 정착 화상으로서 열과 압력에 의해 기록재(P) 상에 정착된다. 정착 닙부(206)를 통과한 후, 기록재(P)는 만곡에 의해 정착 벨트(203)의 표면으로부터 자기 해제(self-stripped)되어서, 배출된다.
상기 구조를 갖는 정착 장치(201)에서, 정착 벨트(203)의 열 용량이 매우 작으므로, 전력이 정착 히터(204)에 인가된 후에, 정착 닙부(206)의 온도는 단시간 동안 토너 화상을 정착할 수 있는 온도까지 증가될 수 있다.
그러나, 탄성층을 갖지 않는 정착 벨트(203)를 사용하는 벨트형 정착 장치(201)가 컬러 화상 형성 장치의 정착 장치로서 이용되는 경우에, 정착 부재로서의 정착 벨트(203)가 탄성층을 갖지 않으므로, 정착 벨트(203)의 표면은 기록재의 표면의 불균일성, 토너층의 존재/부재에 의해 야기되는 불균일성, 토너층 자체의 불균일성을 가져올 수 없으며, 이에 의해 만입부와 돌출부 사이에서 정착 벨트(203)로부터 공급된 열량에서 차이가 나게 된다. 정착 벨트(203)와 적절하게 접촉된 돌출부에서는 정착 벨트(203)로부터의 열이 잘 전달되므로, 많은 열량이 주어지며, 반면에, 정착 벨트(203)와 접촉되지 않는 만입부에서는 정착 벨트(203)로부터의 열이 돌출부에 비해 전달되기 어려우므로, 주어진 열량은 작다. 이러한 것으로서, 열량이 토너층의 불균일성으로 인해 구별되므로, 토너의 용해 상태는 불균일해지고, 이에 의해 정착 화상에 영향을 미치는 그로스 불규칙성을 발생시킨다.
특히, 컬러 화상에 있어서, 복수의 컬러 토너 화상은 중첩되고 컬러 혼합되므로, 토너층의 불균일성은 단색 화상보다 크며, 따라서, 정착 벨트(203)가 탄성층을 갖지 않는 경우에 정착 화상의 그로스 불규칙성이 커져서 화질을 악화시킨다. 또한, 기록재(P)가 OHP 시트인 경우에, 정착 화상이 투사될 때, 정착 화상의 표면이 미세하게 균일하지 않다는 사실로 인해 광 산란이 발생되어서, 그 결과 투과율이 감소된다.
탄성층을 갖지 않는 정착 벨트(203)가 사용되고 실리콘 오일이 정착 벨트(203) 상에 피복되어서 비정착 토너 화상(t)과 기록재(P)의 비균일성으로 열이 잘 전달된다는 것을 고려할 수 있지만, 비용이 증가되고 정착 화상 및 기록재(P)가 오일에 의해 오염되는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해, 벨트 정착 장치에 탄성층을 갖는 정착 벨트를 사용함으로써 저비용 컬러 온 디맨드 정착 장치를 구성하는 정착 장치가 제안되었다(예를 들면, 일본 특허 공개 제11-15303호).
도25는 정착 부재로서 탄성층을 갖는 정착 벨트(203)를 사용하는 벨트 정착 장치의 개략적인 구성도이다. 도24에서와 공통인 구성 부재 및 부품들은 동일한 도면 부호로 표시되며, 그 설명은 생략하기로 한다.
이러한 정착 장치가 사용되는 경우에, 정착 벨트(203)의 탄성층에 사용되는 실리콘 고무의 열 전달 특성은 작으므로, 정착 벨트(203)의 온도 응답은 나쁘며, 정착 슬리브의 온도 증가 속도는 정착 히터(204)의 온도 증가 속도에 비해 매우 느리다. 또한, 정착 히터(204)의 온도와 정착 벨트(203)의 온도 사이의 차는 최대 수십 ℃에 이르며, 이러한 온도 차는 공회전(idle-rotation)과 통지(sheet passing) 사이에서 크게 구별된다. 따라서, 종래의 경우에 있어서와 같이, 온도검지 소자(209)가 정착 히터(204)의 후방 표면 상에 배치되는 시스템에서는, 정착 벨트(203)의 온도를 제어하는 것이 매우 어렵다.
이를 방지하기 위해, 도25에 도시된 장치에서, 온도 검지 소자(209)는 정착 벨트(203) 자체의 온도를 검지하기 위해 정착 히터(204) 보다는 오히려 정착 벨트(203)의 전방 표면 또는 내부 표면 상에 배치되며, 정착 벨트(203)의 온도 제어는 PID 제어와 같은 피드벡 제어에 의해 정착 히터(204)의 온도를 제어함으로써 실행된다.
이러한 구성을 사용함으로써, 정착 벨트(203)의 온도는 더욱 정확하게 제어될 수 있다.
그러나, 정착 작동이 정착 장치를 사용함으로써 실행되는 결과로서, 이하의 2가지 문제점이 발생된다.
(1) 문제점 1
일정한 온도 제어가 온도를 안정화하기 위해 실행되는 상태로부터, 기록재(P)가 지나갈 때, 기록재(P)가 정착 닙부(206)내로 돌입된 직후에, 정착 벨트(203)의 온도가 갑자기 감소되고, 그 후에 온도가 상승하더라도, 오버슈트가 발생되어서, 그 결과 큰 온도 변동이 발생된다.
이제 이러한 현상이 설명될 것이다.
종래의 정착 장치에서, PID 제어가 공회전 상태에서 계속된 후에, 기록재(P)는 지나간다. 이러한 경우에, 도5에 도시된 바와 같이, 기록재(P)가 정착 닙부(206) 내로 돌입된 직후에, 정착 벨트(203)의 내부 표면의 온도는 갑자기 감소되고, 그 후에 온도가 상승하더라도, 오버슈트가 발생된다. 구체적으로, 도5에 도시된 바와 같이, 통지 전의 공회전에 있어서, 정착 슬리브(203)의 내부 표면의 온도가 안정화되더라도, 기록재(P)가 정착 닙부(206) 내로 돌입된 직후에, 정착 벨트(203)의 내부 표면의 온도가 약 10 ℃ 정도의 타겟 온도보다 낮은 온도까지 감소되고 그 후에 약 7 ℃ 정도의 타겟 온도보다 높은 온도까지 증가되고 그 후에 안정화될 때까지 약 10초가 소요된다. 기록재(P)가 정착 닙부(206) 내로 돌입된 직후로부터 정착 슬리브(203)의 내부 표면의 온도가 안정화될 때까지의 기간 동안에, 온도 리플(소정 시간 내의 최소 온도값과 최대 온도값 사이의 차)은 약 17 ℃이다. 후속해서 연속으로 통지될 때, 안정된 온도 제어(약 6 ℃의 온도 리플)가 달성된다.
공회전 중에 정착 슬리브(203)의 내부 표면의 온도가 안정화되는 상태에서는 정착 히터(204)에 인가된 전력이 약 80 W이며, 후속해서 연속으로 통지될 때 정착 슬리브(203)의 내부 표면의 온도가 안정화되는 상태에서는 정착 히터(204)에 인가된 전력이 사실상 일정한 약 300 W이다.
다른 한편, 기록재(P)가 정착 닙부(206) 안쪽으로 돌입한 직후, 전력은 온도 저감에 따라 약 500W까지 증가하고 약 20초 동안 변동한 다음 약 300W에서 안정되는 거동을 보인다. 이러한 현상은 PID 제어에서 각각의 이득이 조절될 때 조차도 해결될 수 없으며, 온도 변동을 더 억제하기 어려웠다.
이러한 방식으로, 시험에서 사용된 전자사진 형식의 컬러 화상 형성 장치에서 약 17℃의 온도 변동이 일어날 때, 출력된 인쇄물의 정착 성능은 크게 떨어지고그로스(gloss) 특성은 매우 변동되어 화질을 악화시킨다. 또한, 기록재 및/또는 인쇄 패턴에 따라, 큰 온도 변동으로 인해 불량 정착이 발생한다.
또한, 이러한 현상은 공정 속도가 증가하면서 더욱 더 두드러지고, 도6의 측정에서 공정 속도는 87 ㎜/s 이지만, 공정 속도가 190 ㎜/s 일 때, 기록재(P)가 정착 닙부(206) 안쪽으로 돌입한 직후 정착 벨트(203)의 내면 온도는 타겟 온도보다 약 20℃ 낮게 감소한 다음, 온도는 타겟 온도보다 약 8℃ 높게 증가되어 약 28℃ 의 온도 니플을 제공한다. 이러한 경우에, 그로스 특성의 변동 범위는 더 증가하고 부분적인 불량 정착도 악화된다.
(2) 문제점 2
개시시에, 오버슈트는 크다. 또한, 개시시에 온도 니플은 크고, 개시 후 그리고 기록재 돌입 시에 온도 분산은 커지게 된다.
이제 이러한 현상이 설명될 것이다.
이러한 정착 장치에서, 시동 온도 제어 시퀀스는 후속하는 2개의 단계(a, b)에 의해 구성된다.
a. "시동 (정착) 전력 제어" 및
b. "PID 제어"
a 단계의 "시동 전력 제어"는 정착 장치의 온도를 신속히 개시하고 본 실시예에서 요구되는 1000W의 전력이 정착 히터(204)로 공급되는 것을 보장하기 위해 일정한 전력이 인가되는 제어이다. 이러한 경우에, 정착 벨트(203)는 정착 히터(204)에 의해 가열되는 한편, 압력 롤러(205)의 회전에 의해 구동된다. 온도검지 수단(209)의 검지 온도가 소정의 온도(타겟 온도 - 20℃ : 즉, 예컨대, 타겟 온도가 190℃이면, 190℃ - 20℃ = 170℃)에 이를 때, 시퀀스는 정착 히터(204)로 인가되는 전력이 제어되는 b 단계의 "PID 제어"로 가서 정착 벨트(203)의 배면 온도는 PID 제어에 의해 타겟 온도에 이른다.
도21에서 도시된 바와 같이 전술한 제어가 사용될 때, 오버슈트가 발생하고 그 오버슈트로 인한 온도 파동이 커진다.
오버슈트 및 온도 파동이 개시시에 커지게 되면, 후속하는 2가지 문제점이 발생한다.
Ⅰ. 개시시에 오버슈트로 인한 고온에서의 작동이 반복되면, 정착 장치의 많은 부품들의 손상이 커지게 됨으로써, 정착 장치의 수명이 단축된다.
Ⅱ. 온도 니플이 개시시에 커지기 때문에 기록재(P)가 닙부 안쪽으로 진입하는 순간에, 온도는 안정되지 못하고, 기록재(P)가 정착 닙부(206)를 통과하는 동안 온도 변동이 커지게 되므로, 각각의 출력된 인쇄물에서 그로스 변동이 커지게 되어 바람직하지 못한 화상으로 결과된다. 또한, 기록재(P)의 종류 및/또는 인쇄 패턴에 따라, 온도가 감소하는 장소에서 불량 정착이 발생한다.
다른 한편, 작은 전력으로 온도를 완만하게 개시하여 오버슈트를 다소 억제하는 것은 가능하다. 그러나, 이러한 경우에, 정착 장치가 소정의 온도로 시동될 때까지 긴 시간이 걸리므로 요구에 따른 특성을 악화시킨다.
이러한 방식으로, 종래의 정착 장치 제어 방법이 사용될 때, 요구에 따른 특성과 온도 제어의 안정성 사이에는 교환(trade-off) 관계가 있다.
발명자는 열성적으로 이러한 현상을 연구하였고, 이러한 문제점들은 후속하는 2가지 이유에 기인한다는 것이 발견되었다.
1) 탄성층인 정착 벨트(203)에서 사용되는 실리콘 고무의 열전달 특성은 작고 열용량은 크므로, 전력이 정착 히터(204)에 인가될 때부터 정착 벨트(203)의 온도가 증가될 때까지의 기간 동안 반응은 악화된다.
2) 정착 벨트(203)의 배면 온도를 검지하기 위한 온도 검지 요소(209)의 위치는 가열 부재로서 정착 히터(204)로부터 이격되어 있으므로, 검지 타이밍은 지체된다.
다시 말해, PID 제어에 의해 대표되는 피드백 제어에서, 제어량의 변동는 검지되고 그에 따른 작동량이 부가되므로, 온도 제어가 PID 제어에 기초하여 수행되려면, 상기 2가지 이유[1) 및 2)]에 기인한 시간 지연이 커지게 되고, 개시시 및 기록재의 돌입과 같이 온도 변동이 크다면, 온도 검지 요소(209)의 검지 결과가 전력 제어에 반영된다 하더라도, 정착 히터(204) 및 정착 닙부(206)의 실제 온도는 항상 다른 값을 가지므로, 정확한 온도 제어는 오버슈트 및 헌팅(온도 파동)이 일어나기 쉬운 결과로 성취될 수 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 고려하여 제작되었으며, 본 발명의 목적은 탄성 층을 갖는 정착 벨트가 정착 장치에서 정착 부재로 사용될 때에도 정착 장치의 수명은 길고, 양호한 정착 성능을 제공하기 위해 정착 부재의 올바른 온도 제어가 수행될 수 있으며, 정착 온도 제어 온도가 부적절하다면, 불량 화상이 발생하지 않으며, 그로스와 같은 인쇄 품질에서 불균형을 갖지 않는 고화질이 달성될 수 있는 정착 장치와, 이러한 정착 장치가 장착되는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 후속하는 정착 장치와 화상 형성 장치를 제공한다.
정착 장치는 가열 요소와, 상기 가열 요소에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 적어도 하나 이상의 온도 검지 수단과, 기록재와 함께 이동하는 제1 회전체와, 상기 기록재와의 사이에 압접부를 형성하도록 상기 기록재와 협력하는 제2 회전체를 적어도 포함하고, 상기 제1 회전체의 온도는 상기 온도 검지 수단에 의해서 검지된 온도를 기초로 상기 전력 공급부로부터 상기 가열 요소로 공급되는 전력의 피드백 제어에 의해 제어되며, 화상을 담지한 기록재는 상기 압접부에서 협지되고 반송되어 가열되며, 상기 온도 검지 수단이 상기 압접부로의 기록재의 돌입시 발생하는 온도 변동을 검지하기 전에, 상기 가열 요소에 공급되어 상기 가열 요소를 가열하는데 필요한 전력이 소정 전력으로 보정된다.
이러한 장치에서, 오버슈트와 온도 파동은 억제되므로 정착 장치의 수명은 연장될 수 있으며, 양호한 정착능을 제공하기 위해 정착 부재의 올바른 온도 제어가 수행될 수 있으며, 정착 온도 제어 온도가 부적절하다면, 불량 화상이 발생하지 않으며, 그로스와 같은 인쇄 품질에서 불균형을 갖지 않는 고화질이 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄성층을 갖는 정착 벨트가 정착 장치에서 정착 부재로 사용될 때에도, 그로스와 같은 인쇄 품질에서 불균형을 갖지 않는 고화질이 달성될 수 있도록 정착 부재의 올바른 온도 제어가 수행될 수 있으며, 높은 내구성과 긴수명을 가지는 정착 장치와, 이러한 정착 장치가 장착되는 화상 형성 장치가 제공된다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 화상 형성 장치의 개략적 구성도.
도2는 본 발명의 제1 내지 제7 실시예에 따른 정착 장치를 도시하는 개략적 단면도.
도3은 본 발명의 제1 내지 제7 실시예의 메인 서미스터 및 서브 서미스터와 정착 히터 사이의 위치적 관계를 도시하는 개략적 사시도.
도4a, 도4b 및 도4c는 가열 요소로서의 세라믹 히터의 개략적 구성도.
도5는 본 발명의 정착 장치의 정착 히터 구동 회로부와 제어 회로부(CPU)를 도시하는 블록선도.
도6은 종래의 정착 장치에서 매개체가 통과하기 전과 후에 인가된 전력과 온도 변동을 도시하는 그래프.
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정착 장치에서 매개체가 통과하기 전과 후에 인가된 전력과 온도 변동을 도시하는 그래프.
도8은 매체 센서를 도시하는 개략적인 구성도.
도9는 다양한 환경에서의 연속 통지시 요구되는 전력을 도시하는 그래프.
도10은 본 발명의 제1 실시예에서, 기록재(P)의 기본 하중으로 인한 열량 차이를 고려하여 정착 히터(16)에 요구되는 필수 전력과 사실상 동일하게 전력을 보정하는 방법을 도시하는 흐름도.
도11은 정착 장치로부터의 기록재의 열전달 성능이 특수한 매체 센서를 사용하여 검지된 특정 기록재(P)의 열전달 성능을 고려하여 정착 히터(16)에 요구되는 필수 전력과 사실상 동일하게 전력을 보정하는 방법을 도시하는 흐름도.
도12는 정착 장치의 축열도를 고려하여 정착 히터(16)에 요구되는 필수 전력과 사실상 동일하게 전력을 보정하는 방법을 도시하는 흐름도.
도13은 환경 센서를 사용하여 측정된 기록재(P)의 환경 잔존 조건의 차이를 고려하여 정착 히터(16)에 요구되는 필수 전력과 사실상 동일하게 전력을 보정하는 방법을 도시하는 흐름도.
도14는 종래 정착 장치의 시동 온도 제어에서 정착 벨트의 온도와 정착 히터에 인가된 전력을 도시하는 도면.
도15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 정착 장치의 시동 온도 제어에서 정착 벨트의 온도와 정착 히터에 인가된 전력을 도시하는 도면.
도16은 소정의 전력 값과 히터 홀더 온도 사이의 관계를 플롯팅하여 얻어진 도면.
도17은 본 발명의 제7 실시예에 따른 정착 장치의 개략적 단면도.
도18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 정착 장치의 시동 전력 제어를 도시하는 도면.
도19는 본 발명의 실시예에 따른 정착 장치의 시동 온도 프로파일을 도시하는 도면.
도20은 종래 정착 장치의 시동 전력 제어를 도시하는 도면.
도21은 종래 정착 장치의 시동 온도 프로파일을 도시하는 도면.
도22는 환경 센서를 사용하여 측정된 기록재(P)의 환경 방치 상태의 차이를 고려하여 전력을 사실상 정착 히터(16)에 대해 요구된 필수 전력치와 동일하게 되도록 보정하는 방법을 도시한 흐름도로서, 통지시 기록재(P)가 돌입하는 것과 맞춰 소정 시간에 PID 제어가 실행되지 않고, 정착 히터에 인가될 전력이 소정치로 보정되고 그 이후에 인가되는 것을 도시한 도면.
도23은 환경 센서를 사용하여 측정된 기록재(P)의 환경 방치 상태의 차이를 고려하여 전력을 사실상 정착 히터(16)에 대해 요구된 필수 전력치와 동일하게 되도록 보정하는 방법을 도시한 흐름도.
도24는 종래의 벨트 정착형 정착 장치의 개략도.
도25는 정착 벨트 내부 표면 부착식의 서미스터를 사용하는 종래의 벨트 정착형 정착 장치의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 정착 장치
16 : 정착 히터
17 : 히터 홀더
18 : 메인 서미스터
19 : 서브 서미스터
20 : 정착 벨트
본 발명은 실시예들을 참조하여 설명될 것이다.
이하, 본 발명의 양호한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 그러나, 실시예들에 설명된 구성 부품 또는 성분들의 크기, 재료, 형상 및 상대적인 위치 관계는 본 발명이 적용되는 장치의 구성 및/또는 다양한 상태에 따라 적절하게 변경될 수 있으며, 본 발명은 이러한 실시예들에 제한되지 않는다.
<제1 실시예>
(1) 화상 형성 장치의 예
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러 화상 형성 장치를 도시한 개략적인 구조도이다. 본 실시예에 따른 화상 형성 장치는 전자 사진형 탠덤(tandem)식 풀컬러 프린터이다.
화상 형성 장치는 4개의 화상 형성부(화상 형성 유닛), 즉 옐로우 화상 형성용 화상 형성부(1Y)와 마젠타 화상 형성용 화상 형성부(1M)와 시안 화상 형성용 화상 형성부(1C)와 블랙 화상 형성용 화상 형성부(1Bk)를 포함하고, 이들 4개의 화상 형성부는 그 사이에 소정의 거리를 갖고 일렬로 배열된다.
각각의 화상 형성부(1Y, 1M, 1C, 1Bk)는 각각 감광 드럼(2a, 2b, 2c, 2d)을 포함한다. 각각의 감광 드럼(2a, 2b, 2c, 2d) 둘레에는, 대전 롤러(3a, 3b, 3c, 3d), 현상 장치(4a, 4b, 4c, 4d), 전사 롤러(5a, 5b, 5c, 5d) 및 드럼 세척장치(6a, 6b, 6c, 6d)가 배치되고, 노광 장치(7a, 7b, 7c, 7d)는 대전 롤러(3a, 3b, 3c, 3d)와 현상 장치(4a, 4b, 4c, 4d) 사이의 위쪽에 각각 배치된다. 현상 장치(4a, 4b, 4c, 4d)는 각각 옐로우 토너, 마젠타 토너, 시안 토너 및 블랙 토너를 저장한다.
화상 형성부(1Y, 1M, 1C, 1Bk)의 각 감광 드럼(2a, 2b, 2c, 2d)의 각 1차 전사부(N)에 전사 매체로서 무단 벨트형의 중간 전사체(40)가 접촉하고 있다. 중간 전사 벨트(40)는 구동 롤러(41), 지지 롤러(42) 및 2차 전사 대향 롤러(43) 사이에 장착되고, 구동 롤러(41)에 의해서 화살표 방향(시계 방향)으로 회전(이동)된다.
1차 전사용 전사 롤러(5a, 5b, 5c, 5d) 각각은 1차 전사 닙부(N) 각각에서 중간 전사 벨트(40)를 거쳐서 각 감광 드럼(2a, 2b, 2c, 2d)에 접촉하고 있다.
2차 전사 대향 롤러(43)는 중간 전사 벨트(40)를 거쳐서 2차 전사 롤러(44)와 접촉하여 2차 전사부(M)를 한정하고 있다. 2차 전사 롤러(44)는 중간 전사 벨트(40)에 접촉 및 이격 가능하게 설치되어 있다.
중간 전사 벨트(40)의 외측의 구동 롤러(41) 근방에는, 중간 전사 벨트(40) 표면에 남은 전사 잔류 토너를 제거하여 회수하는 벨트 세척 장치(45)가 설치되어 있다.
또한, 2차 전사부(M)의 기록재(P)의 반송 방향 하류측으로는 정착 장치(12)가 설치되어 있다.
또한, 이 화상 형성 장치 내에는 환경 센서(50)와 매체 센서(51)가 설치되어 있다.
화상 형성 동작 개시 신호(인쇄 개시 신호)가 발생하면, 소정의 공정 속도로 회전 구동되는 화상 형성부(1Y, 1M, 1C, 1Bk)의 각 감광 드럼(2a, 2b, 2c, 2d)은 각각 대전 롤러(3a, 3b, 3c, 3d)에 의해서 균일하게 (본 실시예에서는 음극성으로) 대전된다.
그리고, 노광 장치(7a, 7b, 7c, 7d)는 입력되는 컬러 분해 화상 신호를 레이저 출력부(도면에 도시 안됨) 내에 광신호로 각각 변환하며, 변환된 광신호에 대응하는 레이저광을 대전된 각 감광 드럼(2a, 2b, 2c, 2d) 상에 각각 주사 후 노광하여 정전 잠상을 형성한다.
우선, 정전 잠상이 형성된 감광 드럼(2a)상에, 감광 드럼(2a)의 대전 극성(음극성)과 동일한 극성의 현상 바이어스가 인가된 현상 장치(4a)에 의해 옐로우의 토너를 감광체 표면의 대전 전위에 따라서 정전 흡착시키는 것으로 정전 잠상을 현상화함으로써, 정전 잠상을 현상된 화상으로 시각화한다. 이 옐로우의 토너 화상은 1차 전사부(N)에서 1차 전사 바이어스[토너와 반대 극성(양극성)]가 인가된 전사 롤러(5a)에 의해, 회전하고 있는 중간 전사 벨트(40) 상에 1차 전사된다. 옐로우의 토너 화상이 전사된 중간 전사 벨트(40)는 화상 형성부(1M) 측으로 회전된다. 화상 형성부(1M)에서도, 마찬가지로 감광 드럼(2b)에 형성된 마젠타의 토너 화상이 중간 전사 벨트(40) 상의 옐로우의 토너 화상에 중첩되도록 1차 전사부(N)에서 전사된다.
마찬가지로 하여 중간 전사 벨트(40) 상에 중첩 전사된 옐로우와 마젠타 토너 화상에, 화상 형성부(1C)의 감광 드럼(2C) 상에 형성된 시안 토너 화상과 화상형성부(1Bk)의 감광 드럼(2d)상에 형성된 블랙의 토너 화상을 각각의 1차 전사부(N)에서 차례로 중첩시켜, 풀컬러의 토너 화상을 중간 전사 벨트(40) 상에 형성한다.
중간 전사 벨트(40) 상의 풀컬러의 토너 화상의 선단이 2차 전사부(M)에 이동되는 타이밍에 맞춰, 레지스트 롤러(46)에 의해 기록재(전사재, P)를 2차 전사부 (M)에 반송하여, 이 기록재(P)에 2차 전사 바이어스[토너와 반대 극성(양극성)]가 인가된 2차 전사 롤러(44)에 의해 풀컬러의 토너 화상이 일괄적으로 2차 전사된다. 풀컬러의 토너 화상이 형성된 기록재(P)는 정착 장치(12)로 반송되어, 정착 벨트(20)와 가압 롤러(22) 사이의 정착 닙부에서 풀컬러의 토너 화상을 가열 및 가압하여 기록재(P) 표면에 용융 정착한다. 그 후에 기록재는 화상 형성 장치의 외부로 배출되어, 화상 형성 장치의 출력 화상이 된다. 그리고, 일련의 화상 형성 동작을 종료한다.
또한, 화상 형성 장치 내에는 환경 센서(50)가 마련되어, 대전, 현상, 1차 전사 및 2차 전사의 바이어스나 정착 조건이 화상 형성 장치 내의 분위기 환경(온도, 습도 등)에 따라서 변경 가능하고, 환경 센서는 기록재(P)에 형성되는 토너 화상의 농도를 조정하고, 알맞은 전사 및 정착 조건을 달성하기 위해서 이용된다. 또한, 화상 형성 장치 내에는 매체 센서(51)가 마련되어, 기록재(P)의 판별을 하는 것에 따라 전사 바이어스나 정착 조건은 기록재에 따라서 변경 가능하고, 기록재(P)에 대한 알맞은 전사 및 정착 조건을 달성하도록 이용된다.
전술한 1차 전사시에, 감광 드럼(2a, 2b, 2c, 2d) 상에 잔류하고 있는 1차전사 잔류 토너는 드럼 세척 장치(6a, 6b, 6c, 6d)에 의해서 제거 및 회수된다. 또한, 2차 전사후에 중간 전사 벨트(40) 상에 남은 2차 전사 잔류 토너는 벨트 세척 장치(45)에 의해서 제거 및 회수된다.
(2) 정착 장치(12)
도2는 정착 장치(12)의 개략적인 구조도이다. 본 실시예의 정착 장치(12)는 정착 벨트 가열 방식 및 가압용 회전체 구동 방식(무장력 타입)의 정착 장치이다.
1) 장치(12)의 전체적 구성
도면 부호 20은 제1 회전체(제1 정착 부재)로서의 정착 벨트를 나타내며, 벨트형 부재 상에 탄성층이 설치된 원통형(엔드레스 및 슬리브형) 부재이다. 이 정착 벨트(20)는 후술하는 6)항에서 자세히 설명될 것이다.
도면 부호 22는 제2 회전체(제2 정착 부재)로서의 가압 롤러를 나타낸다. 도면 부호 17은 가열 요소 유지 부재로서 대략 반원호형인 횡단면 홈통형 단면을 갖는 내열성 및 강성 히터 홀더를 나타내며, 도면 부호 16은 가열 요소(열원)로서의 정착 히터이며, 히터 홀더(17)의 하부 표면 상에 히터 홀더의 길이에 따라서 제공된다. 정착 벨트(20)는 히터 홀더(17) 주위에 헐겁게 장착된다. 본 실시예에서는, 정착 히터(16)는 6)항에서 자세히 설명되는 것처럼 세라믹 히터이다.
히터 홀더(17)는 내열성이 높은 액정 폴리머 수지로 형성되며, 정착 히터(16)를 유지하고 정착 벨트(20)를 안내하는 역학을 한다. 본 실시예에서는, 액정 폴리머로서, 듀퐁사의 제나이트 7755(상품명)가 사용되었다. 제나이트 7755의 최대 사용가능 온도는 약 270 ℃이다.
가압 롤러(22)는 스테인레스 스틸 코어에 사출 성형에 의해 두께 약 3mm의 실리콘 고무층을 형성하여, 그 위에 두께 약 40 m의 PFA 수지 튜브를 피복함으로써 구성된다. 이 가압 롤러(22)는 베어링에 의해 장치의 프레임(24)의 (도시되지 않는)전방 및 후방 측면 플레이트 사이에 롤러의 양단부를 지지시킴으로써 회전 가능하게 장착된다. 정착 히터(16), 히터 홀더(17) 및 정착 벨트(20)를 포함하는 정착 벨트 유닛이 가압 롤러(22)의 상측에 히터(16)가 하향으로 면한채로 가압 롤러(22)에 평행에 배치되어, 히터 홀더(17)의 양단부를 (도시되지 않는) 가압 기구에 의해 총압 196 N (20kgf)[일측: 98N (10kgf)]로 가압 롤러(22)의 축을 향해 편의시킴으로써, 정착 히터(16)의 하부 표면은 정착 벨트(20)를 거쳐서 가압 롤러(22)의 탄성층에 탄성층의 탄성에 대항하여 압접되고, 그로 인해 가열 정착에 필요한 소정폭을 갖는 정착 닙부(27)를 형성한다. 가압 기구는 압력 해제 기구를 포함하고, 예컨대 기록재가 잼되면 가압을 해제하여 기록재(P)의 제거를 용이하게 한다.
제1 온도 검지 수단으로서의 메인 서미스터(18)와 제2 온도 검지 수단으로서의 서브 서미스터(19)가 제공된다. 제1 온도 검지 수단으로서의 메인 서미스터(18)는 가열 요소로서의 정착 히터(16)에 접촉되지 않고, 본 실시예에서는 메인 서미스터는 히터 홀더(17)의 위에 정착 벨트(20)의 내부 표면에 탄성적으로 접촉하여 정착 벨트(20)의 내부면의 온도를 검지한다. 제2 온도 검지 수단으로서의 서브 서미스터(19)는 메인 서미스터(18)보다 열원인 정착 히터(16)에 가까운 장소에 배치되며, 본 실시예에서는 정착 히터(16)의 후방 표면에 접촉하여 정착히터(16)의 후방면의 온도를 검지한다.
메인 서미스터(18)의 서미스터 소자는 아암(25)을 탄성적으로 로킹함으로써 정착 벨트(20)의 내표면의 이동이 불안정할 때에도 정착 벨트(20)의 내표면에 접촉되도록 히터 홀더(17)에 의해 정착되어 지지된 스테인레스 강의 팁단부에 부착된다.
도3은 도시된 실시예에 따른 정착 장치의 정착 히터와 메인 서미스터(18) 및 서브 서미스터(19) 사이의 위치 관계를 도시하는 개략적인 사시도이다. 메인 서미스터(18)는 정착 벨트(20) 내표면에 접촉하기 위해 정착 벨트(20)의 종방향 중심의 간극 내에 배치되고, 서브 서미스터(19)는 정착 히터(16) 후면에 접촉하기 위해 정착 히터(16)의 단부의 간극 내에 배치된다.
메인 서미스터(19) 및 서브 서미스터(19)의 출구는 각각 A/D 컨버터(64, 65)를 거쳐 제어 회로부(CPU)에 연결되고, 제어 회로부(21)는 메인 서미스터(18) 및 서브 서미스터(19)의 출구 온도에 기초하여 정착 히터(16)의 온도 제어 내용을 결정하고, 전력 공급부(가열 수단)인 히터 구동 회로부(28; 도2, 도3 및 도4a 내지 도4c)에 의해 정착 히터(16)에 전기 접속을 제어하는 역할을 한다.
여기에 장치 프레임(24)에 조립된 쌍을 이룬 배출 롤러(26) 및 입구 안내부(23)가 추가로 제공된다. 입구 안내부(23)는 제2 전송 닙부에 놓여진 기록 재료가 정착 히터(16)에서 정착 벨트(20)와 가압 롤러(22) 사이의 접합 부재인 정착 닙부(27)로 정확하게 안내될 수 있도록 기록 재료를 안내하는 역할을 한다. 도시된 실시예에서, 입구 안내부(23)는 폴리페닐렌 황화물(PPS) 수지로 제조된다.
가압 롤러(22)는 화살표로 도시된 방향으로 소정의 주연 속도를 가지고 (도시되지 않은) 구동 수단에 의해 회전적으로 구동된다. 가압 롤러(22)의 회전 시에, 정착 벨트의 내부면이 인접하게 접촉하여 정착 히터의 하부면 상에서 활주하면서 정착 벨트(20)가 화살표로 도시된 방향으로 히터 홀더(17)를 중심으로 회전 구동되어 정착 닙부(27)에서의 외부면과 정착 벨트(20) 사이의 접촉 마찰력에 의해, 회전력이 원통형 장착 벨트(20) 상에 작용한다. 히터 홀더와 정착 벨트(20)의 내부면 사이의 부드러운 활주 이동을 보장하기 위해 정착 벨트(20)의 내부면 상에 그리스가 코팅된다.
가압 롤러(22)가 회전 구동되고 원통형 정착 벨트(20)가 따라서 회전되며 정착 히터(16)의 온도를 소정의 온도로 증가시키기 위한 시동 온도 제어를 위해 전력이 공급되는 상태에서, 정착되지 않은 토너 화상을 담지하는 기록 재료(P)는 입구 안내부(23)에 의해 안내되면서 정착 닙부(27)의 가압 롤러(22)와 정착 벨트(20) 사이로 안내되고, 정착 닙부(27)에서 토너 화상을 담지한 기록 재료(P)는 정착 벨트(20)의 외부면과 인접하게 접촉하며 정착 벨트(20)와 함께 정착 닙부(27)에 의해 핀칭되어 이송된다. 그러한 핀칭 및 이송 중에, 정착 히터로부터의 열이 정착 벨트(20)를 거쳐 기록 재료(P)로 인가되어, 기록 재료(P) 상의 정착되지 않은 토너 화상(t)이 열과 압력에 의해 기록 재료(P) 상에 용화되어 정착된다. 정착 닙부(27)를 관통하는 기록 재료(P)는 곡률에 의해 정착 벨트(20)로부터 자체 제거되고, 쌍을 이룬 배출 롤러(26)에 의해 배출된다.
2) 메인 서미스터(18)
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 메인 서미스터(18)는 정착 벨트(20)의 내부면과 접촉하는 정착 벨트(20)의 종방향 중심의 간극 내에 배치된다. 메인 서미스터(18)는 정착 닙부의 온도와 유사한 온도인 정착 벨트(20)의 온도를 검지하는 수단으로 사용된다. 따라서, 정상 작동에서, 온도 제어는 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 타겟 온도가 되도록 수행된다.
3) 서브 서미스터(19)
도3에 도시된 바와 같이, 서브 서미스터(19)는 정착 히터(16)의 후면에 접촉하도록 정착 히터(16)의 간극 내에 배치된다. 서브 서미스터(19)는 정착 히터(16)의 온도를 검지하는 가열 소자의 역할을 하고, 정착 히터의 온도가 소정의 온도 이상으로 과열되지 않도록 관측하는 안전 장치로 작용한다. 또한, 개시 시에 정착 히터(16)의 온도 과열 및 단부 온도 증가는 서브 서미스터(19)에 의해 관측되며, 예컨대 단부 온도가 증가함에 기인하여 정착 히터(16)의 단부 온도가 소정의 온도 이상으로 과열될 경우 단부 온도 증가가 심화되지 않도록 전체 가열량을 감소시키는 제어를 수행하는 데 사용된다.
4) 정착 히터(16)
도시된 실시예에서, 열원으로서의 정착 히터(16)는 은/팔라듐 합금을 포함하는 도전성 페이스트가 스크린 프린팅에 의해 알루미늄 질화물로 제조된 기판(a) 상에 내열 소자를 형성하도록 균일한 두께를 갖는 필름으로 코팅되고, 기밀 유리 코팅이 필름 상에 제공된다.
도4는 그러한 세라믹 히터의 예시를 도시하는 개략적인 구조도이며, (a)섹션은 세라믹 히터의 개략적인 부분 단면도, (b)섹션은 개략적인 배면도, (c)섹션은 확대된 개략적인 단면도이다.
정착 히터(16)는,
Ⅰ. 통지 방향에 수직한 종방향을 갖는 신장된 알루미늄 질화물 기판(a)과,
Ⅱ. 약 10 ㎛의 두께와 약 1 내지 5 ㎜의 폭을 갖고, 스크린 프린팅에 의해 라인형 또는 스트립형으로 알루미늄 질화물 기판(a)의 종방향을 따라 전방면 상에 코팅된 은/팔라듐(Ag/Pd) 합금을 포함하는 도전성 페이스트로 제조되며, 전류가 층을 통과하여 흐를 때 열을 발생시키는 내열 소자층(b)과,
Ⅲ. 은 페이스트를 사용하는 스크린 인쇄에 의해 내열 소자층(b)을 위한 전력 송신 패턴으로 알루미늄 질화물 기판(a)의 전방면 상에 패턴 형성된 제1 및 제2 전극부(c, d) 및 신장된 전기 경로부(e, f)와,
Ⅳ. 약 10 ㎛의 두께를 갖고 정착 벨트(20)에 대한 활주 마찰을 보장할 수 있으며, 내열 소자층과 신장된 전기 경로부의 보호 및 절연을 보장하기 위한 내열 소자층(b) 및 신장된 전기 경로부(e, f) 상에 형성된 얇은 유리 코팅(g)과,
Ⅴ. 알루미늄 질화물 기판(a)의 후방면 상에 제공된 서브 서미스터(19)로 구성된다.
정착 히터(16)는 전방면이 하향 지향되어 노출되도록 히터 홀더(17)에 의해 정착식으로 지지된다.
전력 전송 커넥터(30)는 제1 및 제2 전극부(c, d)에 연결된다. 전력이 히터 구동 회로(28)로부터 전력 전송 커넥터(30)를 거쳐 제1 및 제2 전극부(c, d)에 인가될 때, 내열 소자층(b)은 열을 발생시키며, 이에 의해 정착 히터(16)의 온도를 신속하게 증가시킨다. 히터 구동 회로(28)는 제어 회로부(CPU; 21)에 의해 제어된다.
정상적인 사용에서, 가압 롤러(22)의 회전이 개시될 때, 정착 벨트(20)의 회전 구동이 개시되고, 정착 히터(16)의 온도가 증가되기 때문에 정착 벨트(20)의 내부면의 온도가 증가된다. 전력을 정착 히터(16)로 공급하는 것은 PID 제어에 의해 제어되고, 인가된 전력이 제어되어 정착 벨트(20)의 내부면의 온도 및 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 190℃가 되게 한다.
5) 정착 히터 구동 회로부(28)
도5는 정착 수단 및 정착 히터 구동 회로부(28)의 온도 제어 수단인 제어 회로부(CPU)의 블록선도이다. 정착 히터(16)의 전력 발송 전극부(c, d)는 (도시되지 않은) 전력 발송 커넥터를 거쳐 정착 히터 구동 회로부(28)에 연결된다.
정착 히터 구동 회로부(28)는 AC 동력 공급원(60), 트라이액(61) 및 제로 크로스(zero-cross) 검지 회로(62)를 포함한다. 트라이액(61)은 제어 회로부(CPU; 21)에 의해 제어된다. 트라이액(61)은 정착 히터(16)의 내열 소자층(b)에 대해 전력 공급/전력 차단을 수행한다.
AC 동력 공급원(60)은 제로 크로스 검지 회로(62)를 통해 제어 회로부(21)로 제로 크로스 신호를 송신한다. 제어 회로부(21)는 제로 크로스 신호에 기초하여 트라이액(61)을 제어한다. 이러한 방식으로 정착 히터 구동 회로부(28)로부터 정착 히터(16)의 내열 소자층(b)으로 전력을 공급함으로써, 전체 정착 히터(16)의 온도가 신속하게 증가된다.
정착 벨트(20)의 온도를 검지하는 메인 서미스터(18) 및 정착 히터(16)의 온도를 검지하는 서브 서미스터(19)의 출력은 각각 A/D 컨버터(64, 65)를 통해 제어 회로부(CPU; 21)에 의해 수용된다.
제어 회로부(21)는 메인 서미스터(18)로부터의 정착 히터(16) 온도 정보에 기초하여 트라이액(61)에 의해 정착 히터(16)로 인가된 AC 전압의 위상 및 파장 개수 제어에 의해 히터에 공급되는 전력을 제어하여, 정착 히터(16)의 온도가 소정의 타겟 온도(설정 온도)로 유지되게 제어한다.
다시 말하면, 메인 서미스터(18) 및 서브 서미스터(19)의 온도는 제어 회로부(21)에 의한 전압값으로 관측되며, 정착 히터(16)에 인가된 전력은 정착 벨트(20)가 온도 제어에 의해 소정의 설정 온도로 유지되게 제어하고, 정착 히터(16)는 소정의 온도 범위에서 구동된다.
표시된 온도 제어 시스템으로 PID 제어가 사용된다. 또한, 전력 제어 방법으로 파장 개수 제어, 위상 제어 등이 언급되었지만, 위상 제어를 사용하여 설명한다.
다시 말해서, 제어 회로부(21)는 매 2 마이크로초마다 메인 서미스터(18)의 온도를 검지하고, 정착 히터(16)에 공급된 전력량은 제어 회로부(21) 내의 소정의 온도 제어 온도로 제어하도록 PID 제어에 의해 결정된다. 예컨대, 전력을 5% 피치로 지정하여 수행하기 위해, 일반적으로 동력 공급부로부터 공급된 AC 파장 형태의 3/2 파장에 대해 5%의 피치를 갖는 연통각이 사용된다. 연통각은 제로 크로스 신호가 제로 크로스 발생 회로(62)에 의해 검지될 때의 시간에 기초하여 트라이액(61)을 켜는 시간을 계산한다.
6) 정착 벨트(20)
도시된 실시예에서, 정착 벨트(20)는 벨트형 부재 상에 제공된 탄성층을 갖는 (연속적인)원통형 부재이다.
구체적으로, 약 300 ㎛의 두께를 갖는 실리콘 고무층(탄성층)은 SUS로 제조되고 링 코팅 방법에 의해 30 ㎛의 두께를 가지는 연속적인 원통형 벨트(벨트 기판) 상에 형성되고, 30 ㎛의 두께를 가지는 PFA 수지 튜브(최외각면층)는 탄성층 상에 코팅된다. 전술된 구조를 갖는 정착 벨트(20)의 열용량은 12.2 10-2 J/㎝2 ℃(정착 벨트 1㎠ 당 열용량)로 측정된다.
Ⅰ. 정착 벨트의 기층
정착 벨트(20)의 기층이 폴리이미드와 같은 수지로부터 형성될 수도 있지만, SUS 또는 니켈과 같은 금속이 폴리이미드보다 대략 10배 정도 더 큰 열전도율을 갖고 보다 높은 수요성(on-demand property)을 제공할 수 있기 때문에, 예시된 실시예에서, 정착 벨트(20)의 기층은 SUS 금속으로 제작된다.
Ⅱ. 정착 벨트의 탄성층
정착 벨트(20)의 탄성층으로, 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 고무층이 이용된다. 그 이유는 보다 높은 수요성을 제공하기 때문이다. 예시된 실시예에 이용된 재질은 약 12.2 ×10-l J/g·℃의 비열을 갖는다.
Ⅲ. 정착 벨트의 이형층(mold releasing layer)
정착 벨트(20)의 표면상에 불소 수지층을 제공함으로써, 표면의 이형성이 향상되어, 정착 벨트(20) 표면에 토너가 일단 부착되어, 재차 기록재(P)에 이동함으로써 발생하는 오프셋 현상이 방지될 수 있다. 또한, PFA 튜브에 의해 정착 벨트(20) 표면상에 불소 수지층을 형성함으로써, 보다 간편히 균일한 불소 수지층을 형성하는 것이 가능하다.
Ⅳ. 정착 벨트의 열용량
일반적으로, 정착 벨트(20)의 열용량이 커지면, 온도 상승이 지연되고 수요성이 손상된다. 예를 들면, 정착 장치의 구성에 따라, 대기(stand-by) 온도 조절 없이 1분 이내에 상승이 설정된다고 가정할 때, 정착 벨트(20)의 열용량은 약 4.2 J/㎠·℃ 또는 그 이하일 필요가 있는 것으로 알려져 있다.
예시된 실시예에서, 실온으로부터 상승이 이루어질 때, 약 1000W의 전력이 정착 히터(16)에 인가되어 정착 히터(16)가 20초 이내에 190℃까지 상승하도록 설계된다. 실리콘 고무층은 약 12.2 ×10-1 J/g·℃의 비열을 갖는 재질로부터 형성되고, 이러한 경우, 실리콘 고무의 두께는 500㎛ 이하이어야 하고, 정착 벨트(20)의 열용량은 약 18.9 ×10-2 J/㎠ ℃ 이하일 필요가 있다. 또한, 반대로, 열용량이 4.2 ×10-2 J/㎠·℃ 이하로 하고자 하면, 정착 벨트(20)의 고무층이 극단적으로 두꺼워지고, 그 결과 OHT 투과성 및 그로스 비균일성과 같은 화상 품질이 탄성층을 갖지 않는 수요 장치와 동등하게 된다.
예시된 실시예에서, OHT 투과성 및 그로스를 설정함으로써 고 품질 화상을 얻기 위해서 필요한 실리콘 고무의 두께는 200㎛ 이상이었다. 이러한 경우, 열용량은 8.8 ×10-2 J/㎠·℃이다.
즉, 예시된 실시예와 같은 정착 장치의 구성에서, 정착 벨트(20)의 열용량은 4.2 ×10-2 J/㎠·℃ 이상 4.2 ×J/㎠·℃ 이하가 일반적으로 대상이 된다. 이 가운데, 보다 양호한 수요성과 고 품질간의 양립을 도모하는, 8.8 ×10-2 J/㎠·℃ 이상 18.9 ×10-2 J/㎠·℃ 이하의 열용량을 갖는 정착 벨트가 이용되었다.
(3) 통지 개시시 정착 장치의 온도 제어
예시된 실시예에서, 정착 히터(16)에 인가된 전력이 보정될 때, 정착 히터에 대해 요구되는 필요 전력값과 대략 같은 전력이 기록재(P)의 평량에 의한 열용량의 차이를 고려하여 기록재(P)가 정착 닙부내로 돌입되는 타이밍과 맞춰 인가된다. 그 이유는, 같은 조건하에 연속해서 통지되는 경우에, 필요 전력값이 기록재(P)의 평량에 의해 변동된다는 것이 실험적으로 발견되었다.
예시된 실시예에서, 정착 히터(16)에 인가되는 전력은, 몇몇의 경우가 용지 모드에 기초하여 실험에 의해 구해진 필요 전력값으로부터 결정된 표를 사용함으로써 보정된다. 실제로, 사용자가 인쇄 모드를 지정할 때, 제어 회로부(21)는 인쇄 신호와 함께 호스트 컴퓨터(70)로부터 인쇄 모드 정보를 수신하고 통지지 인가 전력을 결정한다.
예시된 실시예에서 용지 모드와 통지시 인가 전력의 관계가 아래 표1에 도시된다.
| 평량(g/㎡) | 용지 모드 | 통지시 인가 전력 E2 (W) |
| 50 내지 60 | 얇은 용지 | 230 |
| 61 내지 105 | 일반 용지 | 275 |
| 106 내지 128 | 두꺼운 용지1 | 300 |
| 129 내지 176 | 두꺼운 용지2 | 310 |
용지 모드와 통지시 인가 전력의 관계
PID 제어를 하지 않고 소정의 전력을 인가하는 시간은 정착 벨트(20)의 온도 리플(ripple)이 최소화 되도록 선택된다. 통지 개시시 기록재(P)가 돌입되기 전으로부터, 보정된 전력이 인가된다. 그 이유는, 기록재(P)가 정착 닙부내로 돌입되는 때와 동시에 보정된 전력이 인가되면, 정착 벨트(20)의 온도 감소가 증가될 수 있다. 보정된 전력을 인가하는 타이밍이 너무 빠르면, 정착 벨트(20)의 온도 증가는 커지게 된다. 반면, 너무 느리면, 상술한 바와 같이, 정착 벨트(20)의 온도는 기록재(P)가 정착 닙부내로 돌입된 후 감소된다. 예시된 실시예에서, 약 0.5초의 적당한 타이밍이 사용되었다. 또한, PID 제어를 하지 않고 소정의 전력을 인가하는 시간이 너무 짧으면, 보통 PID 제어에 근접하기 때문에, 소정의 전력 인가의 효과가 감소된다. 상기 시간이 너무 길면, 통지중 정착 벨트의 온도의 변동이 커지게 되고, 그 결과 온도 리플은 PID 제어로 복귀될 때 커지게 된다. 따라서, 예시된 실시예에서, 소정의 전력 인가 제어가 약 0.5초까지 통지 개시전에 약 1초 동안 실행되었다.
도10은 예시된 실시예에서 전력 제어 방법의 흐름도를 도시한다.
이제, 실제 보정 작동이 흐름도와 관련하여 설명된다.
도10에서, 전력 공급이 작동된 후, 화상 형성 장치가 인쇄 신호를 수신할 수있는 상태로 개시된다(단계(a1)). 호스트 컴퓨터로부터 인쇄 신호를 수신할 때(도시되지 않음) (단계(a3)), 용지 모드가 인쇄 신호로부터 판독된다(단계(a3)). 프린터의 제어 회로부(CPU)(21)는 표1에 도시된 용지 모드에 상응하는 통지시 인가 전력(E2(W))을 결정한다(단계(a4)). 그 후, 제어 회로부(21)는 히터(21)의 상승 온도 제어를 시동함으로써 소정의 온도로 정착 벨트(20)를 온도 제어하도록 히터 구동 회로(28)를 구동한다(단계(a5)). 정착 벨트(20)가 소정의 온도에 근접하고 상승 온도 제어가 완료될 때(단계(a6)), 인쇄 온도 제어 온도로서 190℃가 타겟 온도로 설정되고 타겟 온도를 달성하도록 온도 제어가 PID 제어에 의해 실행된다(단계(a7)). 그 후, 기록재 돌입까지의 약 0.5초까지 PID 제어를 실행하며 타겟 온도에서 대기한다(단계(a8)).
기록재 돌입이 도달될 때까지 약 0.5초일 때, PID 제어는 정지되고, 단계(a4)에서 결정된 소정의 전력(E2(W))이 통지를 인가 전력으로서 출력되며(단계(a9)), 전력(E2(W))은 기록재 돌입 후 약 0.5초까지 계속해서 인가된다(단계(a10)). 그 후, 인쇄 온도 제어 온도로서의 190℃가 타겟 온도로서 설정되고 PID 제어가 다시 개시된다(단계(a11)).
상술된 작동은 인쇄가 완료될 때까지 계속되고(단계(a12)), 인쇄 작업의 종료 시 온도 제어가 완료된다(단계(a13)). 이 보정은 프린터의 제어 회로부(CPU)(21)에 제공된, 통지시 인가 전력(E2(W))과 용지 모드 사이의 관계를 도시하는 표(표1)를 기초로 실행된다.
상술된 바와 같이, 기록재(P) 돌입 타이밍 이전 및 이후 소정의 시간 동안PID 제어를 정지함으로써 그리고 정착 히터에 인가되는 전력을 소정의 값으로 보정하고 보정된 값을 인가함으로써, 온도 검출 소비 시간으로 인해 통지 개시시 기록재(P) 돌입과 관련된 온도 변동가 발생되지 않고, 이를 통해 보다 안정된 온도 제어를 가능케 한다.
또한, 기록재(P)의 평량으로 인한 열용량 차이를 고려하여 소정의 전력을 보정함으로써, 안정된 온도 제어가 기록재(P)의 열용량에 관계 없이 실행될 수 있다.
(4) 예시된 실시예를 사용할 때 온도 측정 결과 및 화상 출력 시험 결과
예시된 실시예에서, PID 제어는 통지 개시시 기록재 돌입까지의 약 0.5초로부터 약 1초 동안 금지되고, 고정된 전력이 표1을 기초로 인가되며, 그 후, PID 제어가 다시 개시된다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에 인가된 전력은 용지의 평량에 따라 결정된다. PID 제어가 금지되고 소정의 전력이 인가되는 동안의 시간은, 상기 이유로, 기록재 돌입까지의 약 0.5초로부터 약 1초로 선택된다.
1) 시험 방법
정착 장치는 87㎜/sec의 공정 속도로 회전되고 메인 서미스터(18)의 검출 온도가 190℃가 되도록 온도 제어되고 적당한 시간이 경과된다.
이 상태에서, 128g/㎡의 평량을 갖는 New NPI 고 품질 용지 128 g(상품명; 일본 제지에 의해 제조) 기록재는 계속해서 통과된다(분당 16 시트).
이러한 경우, 정착 슬리브(20)의 내부 표면의 온도로서, 메인 서미스터(18)의 온도 측정값이 기록되었다. 또한, 전력에 관하여는, PC 온도 기록기 NR250(기엔스 제작)에 의해 WT 200 디지털 전력 미터(요꼬가와 제작)를 거쳐 전력값의 출력을 A/D 변환하여 PC에 전환된 값을 취득함으로써 측정된다.
정착된 화상의 그로스에 관하여는, 일본 전색 공업 주식 회사에 의해 제작된 그로스계 PG-3D가 측정 장치로서 사용되었고, JIS Z 8741에 기초한 75 등급 경면 그로스 측정 방법에 의해 측정되었다.
기록재상의 토너량에 관하여는, 옐로우, 마젠타(magenta), 시안(cyan) 및 블랙 색상과 같은 소위 일차 색상의 농담 없는(solid) 화상부의 토너량이 약 0.5 내지 0.6 mg/㎠이고, 레드, 그린, 블랙 색상과 같은 소위 2차색의 농담 없는 화상부(두 개의 색상을 첨가함으로써 얻어진 화상)의 토너량은 약 1.0 내지 1.2 mg/㎠인 상태에서 정착이 실행되었고, 정착된 화상의 그로스가 측정되었다.
정착력을 평가하는 마찰 시험에서, 5 mm ×5 mm의 치수를 갖는 블랙 농담 없는 화상이 기록재(P)상에 형성되었고, 50 시트에 대해 계속적으로 예시된 실시예에 따른 정착 장치를 사용함으로써 16 rpm의 속도로 정착이 실행되었으며, 그 후, 소정의 중량(200 g)을 갖는 중량이 개제된 실본(C)을 갖는 화상 형성된 표면 상에 놓인 상태에서, 화상 형성된 표면이 5번 왕복적으로 마찰 활주되고, 반사 농도 감소율(%)이 마찰 활주 이전 및 이후에 구해졌다. 반사 농도(농도 감소율)의 변동율이 더 작을수록, 정착력은 더 좋아진다고 말해진다. 반사 농도가 그레탁 맥베드 RD918(상품명)을 사용하여 측정되었다. 측정시, 정착이 실행된 50 기록재 중, 제1, 제2, 제3, 제5, 제10, 제20, 제30, 제40 및 제50 기록재에 관하여는, 농도 감소율이 각 기록재상의 9 지점에서 측정되어 가장 나쁜 값이 사용되었다.
2) 시험 결과
도7은 기술된 실시예에 따른 정착 장치에서 통지 전후에, 정착 히트(16)에 인가된 전력과 정착 벨트(20)의 내부면의 온도의 변동들을 기록하는 그래프를 도시하고 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하기 전후에, 안정적인 온도 제어[약 7℃의 온도 리플(ripple)]가 나타나고 있다.
이 경우, 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하기 전후에 정착 히터(16)에 인가된 전력에 있어서, 전력은 공회전 상태에서는 약 80W 이지만, 기록재(P)가 정착 닙부로 들어가기 0.5초 전에 약 300W의 전력이 강제로 인가되고, 그 결과 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입한 후 큰 전력 변동없이 안정적인 온도 제어가 달성된다.
이와 같이, 온도 리플이 약 7℃ 내에서 유지되는 한, 단일 출력 인쇄에서의 그로스 변동은 단색에서 약 4이고 2차색에서 약 6이다. 이하의 표2는 기술된 실시예에서, 단일 기록재의 각각의 색상의 그로스의 평균값과 그로스의 변동 폭을 도시하고 있다. 이런 식으로, 본 발명을 적용함으로써, 평균값이 비교적 크고 단색 재료의 변동 폭이 작은 안정적인 그로스가 얻어지게 된다.
| 그로스 평균 | 변동폭 | ||
| 단색 | 옐로우 | 13 | 4 |
| 마젠타 | 13 | 4 | |
| 시안 | 12 | 4 | |
| 블랙 | 9 | 4 | |
| 2차색 | 레드 | 19 | 6 |
| 그린 | 18 | 6 | |
| 블루 | 18 | 6 |
본 실시예에 있어서의 각 색들의 그로스와 그 변동 폭
또한, 정착 성능 시험에서 밀도 감소율의 가장 나쁜 값은 15% 이었으며, 양호한 정착 성능이 얻어졌다.
(5) 비교예1
종래의 정착 장치는, 기록재(P)가 돌입하기 전에는 소정의 전력이 인가되지 않았으며, 온도 제어는 모든 PID 제어에 의해 수행되었다.
1) 시험 방법
시험은 제1 실시예와 동일하게 정착 장치 구성 및 측정 방법을 사용하여 수행되었으므로, 여기서 설명은 생략하기로 한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 종래의 정착 장치에서의 제어는 소정의 전력이 인가되지 않고, 온도 제어가 모든 PID 제어로 수행된다는 점에서 제1 실시예와 다르다.
2) 시험 결과
도6은 비교예 1에 따른 정착 장치에서 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하기 전후에 정착 히터에 인가된 전력과, 정착 벨트(20)의 내부면의 온도 변동을 기록한 그래프를 도시하고 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하기 전의 공회전 동안에, 정착 슬리브(20)의 내부면의 온도는 안정적 거동을 보이지만, 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입한 직후, 정착 슬리브(20)의 내부면의 온도는 일단 약 10℃ 만큼 타겟 온도보다 작게 감소한 후, 약 7℃ 만큼 타겟 온도보다 크게 증가된다. 그후, 정착 슬리브(20)의 내부면의 온도가 안정될 때까지 약 10초가 걸리고, 온도 리플은 약 17℃였다. 기록재(P)의 잇따른 연속적인 통지시, 안정적인 온도 제어(약 6℃의온도 리플)가 나타난다.
이와 같이, 약 17℃의 온도 리플이 발생될 때, 시험에서 사용된 인-라인(in-line) 타입의 전자사진 컬러 화상 형성 장치에서, 출력된 인쇄의 그로스는 단색에서 약 9만큼, 2차색에서 약 14만큼 변동되고, 그 결과 화질은 악화된다(표3 참조).
| 그로스 평균 | 변동 폭 | ||
| 단색 | 옐로우 | 13 | 9 |
| 마젠타 | 13 | 9 | |
| 시안 | 12 | 9 | |
| 블랙 | 9 | 7 | |
| 2차색 | 레드 | 19 | 14 |
| 그린 | 18 | 14 | |
| 블루 | 18 | 14 |
종래예에 있어서 각 색의 그로스 및 그 변동 폭
또한, 정착 성능 시험에서 밀도 감소율의 가장 나쁜 값은 28%였다. 정착 성능이 20%를 초과할 경우, 사용자가 화상을 사용할 때 화상이 벗겨지거나 또는 하프 톤(half tone) 화상이 희미해질뿐만 아니라, 사용자의 손 및/또는 옷 및/또는 다른 용지가 오염되는 문제가 발생한다.
밀도 감소율이 큰 기록재(P) 상의 영역은 정착 단색(20)의 내부면의 온도가 감소되는 영역에 대응하고, 온도 리플에 의한 부분적인 온도 감소는 정착 성능에 영향을 미치는 것이 발견되었다. 이와 같이, 이러한 비교예에서, 측정 지점에서의 정착 능력의 분포도가 크고, 정착 장치의 적절한 성능이 얻어지지 않는다.
6) 고찰
기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하기 전후에 소정의 고정값을 갖는 전력을 인가하는 효과는 이하와 같이 고려된다.
공회전 및 통지의 안정된 상태에서, 정착 히터(16)에 인가된 전력은 사실상 일정하다. 정상 상태에서 예비 회전을 위해 필요한 전력값이 E1(W)이고, 정상 상태에서 통과하는 기록재를 위해 필요한 전력값은 E2(W)라고 가정한다.
기록재(P)가 정착 닙부로 돌입할 때, 정착 벨트(20)의 온도는 기록재의 존재로 인해 갑자기 감소된다. 정상적인 PID 제어에서, 온도 변동는 메인 서미스터(18)로 검출되고, 그후 전력 제어가 수행된다. 따라서, 메인 서미스터(18)가 발열부로부터 이격되어 위치될 경우, 갑작스런 온도 변동가 발생될 때, 메인 서미스터(18)의 검출 온도가 정착 히터(16) 및 정착 닙부의 실제적인 온도와 다른 값을 나타내므로, 과도한 전력이 인가되거나 또는 인가된 전력이 불충분할 수 있다. 그 결과, 온도 리플이 발생되고, 정착 슬리브(20)의 내부면의 온도가 불안정하게 된다.
이에 반해, 기술된 실시예에서, 미리 필요한 전력값[E2(W)]이 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하는 시간과 동시에 고정값으로 인가되므로, 전력의 초과 및 부족이 발생되지 않는다. 따라서, 정상적인 PID 제어와 비교하여 온도 리플이 감소될 수 있다.
소정의 전력이 인가되는 것이 오랜 시간동안 계속될 필요는 없지만, 정착 벨트(20)의 내부면의 온도가 일정 범위로 안정화될 때까지 전력이 인가되는 한, 정상적인 PID 제어가 될 경우에도, 매우 안정적인 온도 제어가 얻어진다.
또한, 통지에 의해 정착 벨트(20)로부터 제거된 열이 기록재(P)의 성질에 따라 차이가 생기므로, 기술된 실시예에서, 특히 기록재(P)의 평량(basic weight)이 인지되어, 열 용량의 차이를 고려하여 사실상 필요한 전력에 대한 보정이 수행된다.
이런 식으로, 안정적인 온도 제어(약 7℃의 온도 리플)가 달성된다.
7) 소정의 전력에 대해
또한, 통지 개시와 동시에 인가된 소정의 전력값이 사실상 E2(W)와 동일하고, E2(W)와의 차이는 원하는 온도 리플을 달성하기 위한 범위 내일 수 있다.
즉, 기술된 실시예에서, 기록재가 정착 닙부로 돌입하기 전후에 인가된 소정의 전력(통지시 오프셋 전력)이 용지 모드에 기초하여 결정된다. 이러한 경우, 용지 모드에 대한 매체에서 필요한 전력은 정확히 일치하지 않고 사실상 동일할 수 있다. 그 이유는 소정 시간 주기 동안 소정의 전력이 인가된 후, PID 제어가 타겟 온도에 접근하기 위한 제어를 위해 다시 회복되기 때문이다. 즉, 정확히 일치하지는 않을 경우, 온도가 타겟 온도로부터 벗어난다 해도, PID 제어를 다시 수행함으로써, 온도는 타겟 온도에 접근하도록 제어된다. 이러한 경우의 온도 변동는 원하는 온도 리플 내일 수 있다.
일반적으로, 인쇄 속도가 빠를 경우, 기록재(P)의 평량의 차이로 발생된 통지시 적절한 오프셋 전력의 차이는 더 증가하므로, 통지시 오프셋 전력이 기술된 실시예에서 더욱 세분화된 케이스로 나누어질 필요가 있다. 이러한 경우, 용지 모드를 더욱 세분화하거나 또는 용지 두께 센서를 사용하여 평량에 따라 더욱 세분화함으로써, 평량과 통지시 오프셋 전력 사이의 더욱 정교한 대응이 얻어져, 원하는온도 리플 내에서 온도 제어를 가능하게 한다.
8) 결론
상술한 바와 같이, 제1 실시예에서, 소정의 시간 주기 동안 PID 제어를 방해함으로써, 그리고 소정값에 대해 정착 히터(16)에 인가된 전력을 보정함으로써, 그리고 통지와 동시에 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하는 시간 전후에 보정된 전력을 인가함으로써, 온도 검출의 경과 시간에 의한 통지 개시와 동시에 기록재(P)의 돌입에 의해 유발되는 온도 변동없이 더욱 안정된 온도 제어가 달성된다.
또한, 인가된 전력이 결정될 때, 기록재(P)의 평량에 의한 열 용량의 차이를 고려하여 보정을 수행함으로써, 더욱 정확하고 안정적인 온도 제어가 달성된다.
온도 리플을 감소시킴으로써, 정착 부재의 정확한 온도 제어가 수행되고, 그 결과 양호한 정착 성능이 얻어져서, 정착 온도 제어 온도가 부적절할 경우에 발생될 수 있는 조잡한 화상을 발생시키지 않고 그로스와 같은 인쇄 품질의 불균일성이 없는 고품질의 화상이 얻어지게 된다.
<제2 실시예>
본 발명의 제2 실시예에서, PID 제어가 소정의 시간 동안 억제되고, 정착 히터(16)에 인가된 전력이 소정의 전력으로 보정되고, 통지 개시와 동시에 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하는 시간 전후에 보정된 전력이 인가될 때, 정착 장치로부터의 특정 열 전달 특성과 특정 열 용량을 갖는 기록재(P)가 매체 센서에 의해 검출되고, 이러한 열 전달 특성 및 열 용량을 고려하여 사실상 필요한 전력값으로 전력을 보정함으로써, 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입할 때 온도 검출의 경과 시간에 의한 온도 변동를 유발하지 않고 더욱 안정된 온도 제어가 달성되는 방법에 관해 설명된다.
본 실시예에서, 정착 장치의 일반적인 구성과 제어는 제1 실시예와 유사하다. 그러나, 정착 히터(16)에 인가된 전력이 소정의 전력으로 보정될 때, 정착 장치로부터의 특정 열 전달 특성과 특정 열 용량을 갖는 특정 기록재의 열 전달 특성과 열 용량을 고려하여 인가된 전력이 사실상 필요한 전력값으로 보정된다는 점에서, 제2 실시예는 제1 실시예와 다르다.
화상 형성 장치의 구성은 제1 실시예의 것과 유사하고 이는 도1에 도시된 바와 같다. 또한, 정착 장치의 구성은 제1 실시 형태의 것과 유사하고 도2, 도3 및 도4a 내지 도4b에 도시한 바와 같아서, 중복하는 설명은 생략한다.
기록재(P)의 표면의 평탄성이 불량한 소위 거친 용지와 같은 기록재 및 OHP와 같은 필름 형태의 기록재에서, 정착 장치로부터 기록재(P)로의 열 전달 특성 및 열 용량이 구별되기 때문에, 정착 조건이 동일한 경우라 하더라도, 소정의 전력으로 수정할 때 요구되는 전력은 구별된다.
그 이유는, 실질적으로 동일한 평량을 가지는 기록재에 대하여, 거친 용지는 일반적으로 평탄한 용지 내의 열 전도성과 비교하여 불량한 표면 평탄성으로 인해 보다 낮은 열 전달 특성을 가지고, OHP와 같은 필름 형태의 기록재는 양호한 표면 능력 및 상이한 재료로 인해 월등한 열 용량을 가지기 때문에, 정착에 보다 많은 열량이 필요하기 때문이다.
보다 정확한 온도 제어를 수행하기 위해서, 정착 히터에 인가된 전력이 소정의 전력으로 수정될 때, 열 전달 특성 및 정착 장치로부터의 고유 열 전달 특성 및 고유 열 용량을 가지는 기록재의 열 용량을 고려하여 실질적으로 필요한 전력 값으로 전력을 수정하는 것이 효과적이다. 따라서, 매체 센서(51)를 사용하여 매체 상의 상이점을 식별함으로써, 전력은 열 전달 특성 및 열 용량을 고려한 실질적으로 필요한 전력값으로 수정된다.
도8은 매체 센서(51)의 개략 구성도이다. 매체 센서(51)는 광원으로서 LED(33), 판독 수단으로서 CMOS 센서(34) 및 포커싱 렌즈 시스템으로서 렌즈(35 및 36)를 포함한다. 광원으로서의 LED(33)로부터의 광은 기록재 이송 가이드(31) 또는 기록재 이송 가이드(31) 상의 기록재(P)의 표면상으로 렌즈(35)를 통과하여 조사된다. 반사광은 렌즈(36)에 의하여 수집되고 CMOS 센서(34) 상에 포커싱된다. 이런 방식으로, 기록재 이송 가이드(31) 또는 기록재(P)의 표면의 화상이 판독된다. 이로 인하여, 기록재(P)의 용지 섬유의 표면 조건이 판독되고 이로부터의 아날로그 신호가 디지털 데이터를 얻기 위하여 A/D 변환된다. 디지털 데이터의 획득 작동 및 여과 작동은 프로그램 가능한 방식으로 제어 프로세서(도시 안됨)에 의해 처리된다. 그후, 화상 비교 작동이 수행되고, 용지 종류가 화상 비교 작동 결과에 의거하여 판단된다.
본 실시예에서, 정착 히터(16)에 인가된 전력이 수정될 때, 기록재가 거친 용지 또는 OHP와 같은 필름형 기록재라는 사실을, 매체 센서(51)를 사용하여, 검지함으로써, 전력은 열 전달 특성 및 기록재(P)의 열 용량을 고려한 실질적으로 필요한 전력으로 수정된다. 여기서, 제1 실시예에서의 소정의 전력값에 관하여, 심지어 동일한 용지 모드에서도, 만약 기록재가 거친 용지 또는 OHP와 같은 필름형의 기록재라면 상이한 수정 값이 사용된다.
본 실시예에서 지나가는 용기에 대한 용지 모드와 인가된 전력 사이의 관계는 이하의 표4에 도시된다.
| 인가 전력 E2 (W) | ||||
| 용지 모드 | 평량(g/㎡) | 매끄러운 용지 | 거친 용지 | 필름 매체 |
| 얇은 용지 | 50 내지 60 | 230 | 200 | 250 |
| 일반 용지 | 61 내지 105 | 275 | 240 | 300 |
| 두꺼운 용지 1 | 106 내지 128 | 300 | 260 | 330 |
| 두꺼운 용지 2 | 129 내지 176 | 310 | 265 | 340 |
본 실시예에 있어서의 용지 모드와 통지시 인가 전력의 관계
기록재가 일반적인 열 전달 특성 및 열 용량을 가지는 매체일 경우, 표4의 "매끄러운 용지" 난에 보이는 값이 사용된다.
기록재가 거친 용지인 경우, 표4에 도시된 바와 같이, 수정 값은 일반적인 매끄러운 용지에 비교하여 보다 작게 만들어지고, 기록재가 OHP와 같은 필름형(필름 매체)의 기록재인 경우, 수정 값은 일반적인 매끄러운 용지에 비교하여 보다 크게 만들어진다.
다음에, 본 실시예의 실제 수정 작동이 설명될 것이다.
도11은 제2 실시예에서, PID 제어가 소정 시간 주기 동안 억제되고, 정착 히터(16)에 인가된 전력이 소정 전력으로 수정되며, 통지가 개시되면서 정착 닙부 내로 기록재(P)를 급행시키기 위한 시기의 전후에 수정된 전력이 인가될 때, 정착 장치로부터의 고유 열 전달 특성 및 고유 열 용량을 가지는 기록재(P)가 매체 센서에 의해 검지되고 그러한 열 전달 특성 및 열 용량을 고려한 정착 히터(16)를 위해 필요한 필수 전력값이 인가되는, 방법의 흐름도를 도시한다.
이제, 이러한 흐름도에 따라서 실제 수정 작동이 설명될 것이다.
도11에서, 전원이 ON된 후에, 화상 형성 장치는 인쇄 신호를 수신할 수 있는 상태로 시동된다(스텝 b1). 호스트 컴퓨터(도시 안됨)로부터 인쇄 신호를 수신할 때(스텝 b2), 용지 모드는 인쇄 신호로부터 판독된다(스텝 b3). 그후, 제어 회로부(21)는 히터(21)의 시동 온도 제어를 개시하여 정착 벨트(20)를 소정 온도까지 온도 제어하기 위해 히터 구동 회로(28)를 구동한다(스텝 b4). 그후, 매체 센서(51)는 기록재가 정상 용지인지, 거친 용지(낮은 열 전달 특성 및 작은 열 용량을 가지는 기록재)인지 또는 필름 매체(높은 열 전달 특성 및 큰 열 용량을 가지는 기록재)인지 여부를 판단한다(스텝 b5). 그후, 표1 및 표4에 도시된 바와 같이 프린터 내의 제어 회로부(CPU)(21)는 대응 용지 모드를 통과하는 용지 및 기록재의 특성( 정상 용지, 거친 용지 또는 매체 필름인지의 여부)에 대하여 인가된 전력(E2)(W)을 결정한다(스텝 b6). 정착 벨트(20)가 소정 온도에 접근하고 시동 온도 제어가 종료될 때(스텝 b7), 인쇄 온도 제어 온도로서 190 ℃가 타겟 온도로서 설정되고 온도 제어는 타겟 온도를 달성하기 위해 PID 제어에 의해 수행된다(스텝b8). 그후, 정착 장치를 구동 및 온도 제어하는 동안 기록재가 정착 닙부 내로 급행하기 전에 대략 0.5 초까지 대기한다. 기록재가 정착 닙부 내로 급행하기 전의 대략 0.5 초가 검지될 때(스텝 b9), PID 제어는 억제되고 스텝 b6에서 결정된통지시 전력(E2)(W)이 출력되며(스텝 b10), 기록 용지가 정착 닙부 내로 급행한 후로 대략 0.5초가 경과될 때까지 전력(E2)(W)은 계속해서 인가된다.(스텝 b11). 그후, 인쇄 온도 제어 온도로서 190 ℃가 타겟 온도로서 설정되고 PID 제어가 다시 개시된다(스텝 b12).
전술된 작동은 인쇄가 종료될 때까지 계속되고(스텝 b13), 인쇄 작업이 종료되는 동시에 온도 제어는 종료된다(스텝 b14).
전술된 바와 같이, PID 제어가 소정 시간 주기 동안 억제되고 정착 히터에 인가된 전력이 소정 값으로 수정된 후 수정된 값이 기록재(P)가 정착 닙부 내로 급행하는 시기 전후에 인가될 때, 정착 장치로부터 고유 열 전달 특성 및 고유 열 용량을 가지는 기록재(P)를 매체 센서를 사용하여 검지하고, 열 전달 특성 및 열 용량을 고려한 실질적으로 필요한 전력값으로 전력을 수정함으로써, 온도 검지의 시간의 소비에 기인한 기록 용지(P) 급행과 관련된 정착 벨트의 온도 변동는 발생하지 않으며, 이로 인해 보다 안정적인 온도 제어가 허용된다.
다음에, 제2 실시예에서 온도 거동의 안정성 및 화질 개선 효과를 지시하기 위해 종래 예 및 제1 실시예와 비교하면서, 정착 장치의 온도 거동이 이하의 조건하에서 측정되고 정착 화상이 확인된다.
정착 장치는 87 mm/sec의 프로세스 속도로 회전되고 주 온도계의 검지 온도는 190 ℃의 일정 온도로 온도 제어되며 충분한 시간이 경과된다. 이러한 조건에서, 75 g/㎡의 평량을 가지는 거친 매체(폭스 리버 본드(폭스 리버: 상표명)) 및 166 g/㎡의 평량을 가지는 필름 매체(컬러 레이저 그로스 필름 GF-2(캐논 매장에서판매됨: 상표명))가 연속적으로 통과되었다(분당 16 매).
이러한 경우에, 정착 슬리브(20)의 내부 표면의 온도로서, 주 온도계(18)의 온도 측정값이 기록되었다.
또한, 전력에 관하여, PC온도 기록기(NR250)(케이언스 인크.(Keyence Inc.)에 의해 제조됨)를 사용하여 WT 200 디지털 전력 측정기(요꼬가와(YOKOGAWA)에 의해 제조됨)를 통한 전력값의 출력을 A/D 변환기에 의해 측정이 수행된다.
통지 전에 인가된 전력은 실질적으로 각각의 조건에서 동일하고 대략 80 W이다.
비교예 1의 정착 장치에서와 제1 실시예 및 제2 실시예에서의 정착 장치 내의 통지 전후의 온도 리플이 이하의 표5에 도시된다.
| 온도 리플(℃) | ||
| 폭스 리버 본드 | GF-2 | |
| 비교예1 | 16 | 19 |
| 제1 실시예 | 9 | 9 |
| 제2 실시예 | 6 | 7 |
종래예와 제1 및 제2 실시예에 있어서의 통지 전후의 온도 리플
표5로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예를 수행함으로써, 보다 안정적인 온도 제어(대략 7 ℃의 온도 리플)가 달성될 수 있다.
그 이유는 이하의 근거에 의거한다.
양호하게 온열된 정착 장치에서, 폭스 리버 본드(75 g/㎡)에 대하여, 평량에 대응하는 용지 모드에서 정착 히터(16)에 인가된 전력은 제1 실시예에서 275 W이다. 그렇지만, 이러한 기록재는 낮은 열 전달 특성 및 작은 열 용량을 가지는 소위 거친 용지라고 하는 기록재이고, 기록재에 주어진 열량이 정상 매끄러운 용지와 비교해서 작아지기 때문에, 소정 전력이 인가될 때 상대적인 과잉 전력 조건이 발생된다. 따라서, 기록재(P)가 정착 닙부 내로 급행할 때, 온도 증가가 야기되고 온도 리플이 일반 매끄러운 용지와 비교해서 보다 커진다.
제2 실시예에서, 거친 용지를 식별함으로써, 기록재가 정착 닙부 내로 급행한 전후에 인가된 전력은 낮은 열 전달 특성 및 작은 열 용량과 같은 거친 용지의 특성을 고려해서 작은 값으로 설정되고, 기록재(P)의 급행에 따른 온도 증가가 억제되며, 이로 인해 온도 리플이 감소된다.
OHP와 같은 필름형의 기록재에서, 거친 용지의 대향 방향으로의 수정에 의해 동일한 효과가 달성될 수 있다.
그와 같이, 도시된 실시예에서, 기록재가 거친 용지 및 OHP와 같은 매체 필름인 경우에, 매체 센서의 검지 결과에 따라서 기록재가 정착 닙부 내로 급행할 때 인가된 소정의 전력값을 수정함으로써 안정적인 온도 제어(대략 7℃의 온도 리플)가 달성될 수 있다.
덧붙여서, 도시된 실시예에서, 인가된 전력이 거친 용지와 OHP와 같은 필름형 기록재의 식별에 따라서 대체되는 예가 설명된 반면에, 또한 정착 장치로부터 고유 열 전달 특성 및 고유 열 용량을 가지는, 거친 용지가 아닌 기록재에 관하여, 유사한 수정에 의해 통지시 오프셋 전력을 결정하는 것이 가능하다.
<제3 실시예>
본 발명의 제3 실시예에서, PID 제어가 소정 기간 동안 억제되고 정착 히터(16)에 인가된 전력이 소정의 전력으로 보정될 때와 정착 닙부 내로 기록재(P)가 돌입하는 타이밍 전후에 전력이 인가될 때, 정착 장치의 축열 정도에 기초하여 소정의 전력을 보정함으로써 기록재(P)가 정착 닙부 내로 돌입할 때 야기되는 온도 변동가 억제되어 더 안정적인 온도 제어를 달성하는 방법에 대해 설명한다.
제3 실시예에서, 정착 장치의 제어와 일반적인 구조는 제1 및 제2 실시예들과 유사하다. 그러나, 제3 실시예는, 정착 닙부 내로 기록재(P)가 돌입하는 타이밍 전후에 정착 히터(16)에 인가된 전력이 소정의 전력으로 보정될 때 소정의 전력이 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 얻어진 값으로 보정된다는 점에서 제1 및 제2 실시예와 상이하다.
화상 형성 장치의 구조는 제1 실시예와 유사하고 도1에 도시된 바와 같다. 게다가, 정착 장치의 구조는 제1 및 제2 실시예의 것과 유사하고 도2, 3 및 4a 내지 4c와 같고, 중복된 설명은 생략한다.
정착 닙부 내로 기록재(P)가 돌입하는 타이밍 전후에 정착 히터(16)에 인가된 전력이 소정의 전력으로 보정될 때, 소정의 전력은 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 사실상 필요 전력으로 보정된다.
즉, 공회전 동안 안정된 온도 제어를 수행하도록 요구되는 전력은 소위 "공회전 오프셋 전력"이라 하고, 기록재(P)의 통지를 위한 안정된 온도 제어를 수행하기 위해 요구되는 전력은 소위 "통지시 인가된 소정의 전력"이라 한다.
이러한 경우, "통지시 오프셋 전력"은 "통지시 인가된 소정 전력"이 "공회전오프셋 전력"과 "통지시 오프셋 전력"의 합과 동일하도록 한정된다. 게다가, 본 실시예에서, 공회전 오프셋 전력은 정착 장치의 축열 정도에 따라 변동한다.
공회전 오프셋 전력과 통지시 오프셋 전력의 최적값은 정착 장치의 축열 정도에 따라 변동한다. 예를 들어, 정착 장치가 실온에서 동작을 개시한 직후, 최적 공회전 오프셋 전력은 대략 200 W이고, 충분히 가열된 정착 장치에서, 최적 공회전 오프셋 전력은 대략 80 W이다.
게다가, 용지 모드가 두꺼운 용지(1)인 경우에, 최적의 통지시 오프셋 전력은 실온에서 동작을 개시한 직후에 420 W이고 충분히 가열된 상태에서 300 W이다.
게다가, 도시된 실시예에서, 정착 장치에 인가되는 전력이 정착 장치의 축열 정도에 따라 상이한 경우에서도, 소정의 전력으로 보정함으로써 더 정밀한 온도 제어가 달성될 수 있다.
도시된 실시예에서 정착 장치가 충분히 가열된 상태의 상응하는 용지 모드에서 통지시 오프셋 전력은 다음의 표6에 도시된다. 전술한 제1 실시예에서, 정착 장치는 충분히 가열된 상태이고 이러한 경우의 공회전 오프셋 전력은 80 W에 상응한다. 표6에 도시된 통지시 오프셋 전력으로 이러한 전력을 추가함으로써 얻어진 값은 제1 실시예의 표1에 도시된 통지시 전력과 동일하다.
| 평량(g/㎡) | 용지 모드 | 통지시 오프셋 전력(W) |
| 50 내지 60 | 얇은 용지 | 150 |
| 61 내지 105 | 일반 용지 | 195 |
| 106 내지 128 | 두꺼운 용지1 | 220 |
| 129 내지 176 | 두꺼운 용지2 | 230 |
용지 모드와 통지시 오프셋 전력 사이의 관계(일반 용지에서만)
게다가, 정착 장치의 축열 정도가 실온에서 동작을 개시한 정착 히터에 전력을 투입한 기간에 종속되는 것이 공지되어 있기 때문에, 도시된 실시예에서, 공회전 오프셋 전력은 인쇄 매수에 따라 변동한다. 인쇄 매수는 실온에서 작동을 개시한 후 연속적인 인쇄가 수행되는 경우의 정착 장치에서 A4 크기 용지의 인쇄 용지 수에 상응하는 매수이다. 인쇄 매수, 히터 홀더 온도 및 공회전 오프셋 전력은 우수한 재현 방식에서 다음의 표7에 도시된 관계를 갖는다는 것을 알게된다.
| 인쇄 매수 | 히터 홀더(℃) | 공회전 오프셋 전력 |
| 1 | 55 미만 | 202 |
| 2 | 56 내지 69 | 180 |
| 3 | 70 내지 89 | 158 |
| 4,5 | 90 내지 119 | 137 |
| 6 내지 9 | 120 내지 139 | 115 |
| 10 내지 25 | 140 내지 159 | 104 |
| 35 내지 50 | 160 내지 179 | 86 |
| 50 초과 | 180 초과 | 80 |
인쇄 용지 매수와 공회전 오프셋 전력과의 관계
게다가, 도시된 실시예에서, 인쇄 작업이 종료된 후, 작동 시동 제어가 정착 장치에 열이 축적된 상태에서 다시 수행될 때, 정착 장치의 축열 정도는 전력이 히터(16)에 급송되고 정착 장치의 축열 정도에 상응하는 인쇄 매수가 계산되기 직전에 서브 서미스터(19)의 검지 온도에 따라 추정되어 공회전 오프셋 전력을 결정한다. 구체적으로, 전력 급송을 개시할 때의 서브 서미스터(19)의 검지 온도가 40℃ 이하일 때, 동작 개시 후의 히터 홀더의 온도가 55℃ 이하로 추정되기 때문에, 인쇄 매수는 1로 설정되고 하나의 용지가 통과할 때는 매수는 1씩 증가하고 공회전 오프셋 전력은 따라서 감소한다. 유사하게, 동작 개시 전의 검지 온도가 41 내지 55℃일 때, 히터 홀더의 온도가 대략 60℃로 추정되기 때문에, 인쇄 매수는 2로 설정된다. 유사하게, 검지 온도가 56 내지 75℃일 때 인쇄 매수는 3으로 설정되고, 검지 온도가 76 내지 95℃일 때 인쇄 매수는 4로 설정되고 검지 온도가 96 내지 125℃일 때 인쇄 매수는 6으로 설정되고 검지 온도가 126℃를 초과할 때 인쇄 매수는 10으로 설정되어 공회전 오프셋 전력을 결정한다.
도12는 PID 제어가 소정 기간동안 억제되고 정착 히터에 인가된 전력이 소정 값으로 보정될 때, 그리고 보정 값이 기록재(P)가 정착 닙부 내로 돌입하는 타이밍 전후에 인가될 때, 도시된 실시예에서 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 필요 전력 값과 사실상 동일하게 보정되는 방법의 흐름도를 도시한다.
이제, 실제 보정 작동이 흐름도를 참조하여 설명된다.
도12에서, 전원 공급기가 온으로 된 후에, 화상 형성 장치는 인쇄 신호를 수신할 수 있도록 동작 개시된다(단계 c1). 호스트 컴퓨터(도시 안됨)로부터 인쇄 신호를 수용할 때(단계 c2), 용지 모드가 인쇄 신호로부터 판독된다(단계 c3). 다음에, 서브 서미스터(19)의 온도(Ta)가 검지된다(단계 c4). 공회전 오프셋 전력(W)은 표7에 따라 이러한 검지 온도(Ta)로부터 결정된다(단계 c5). 그 다음에, 제어 회로부(21)는 히터(21)의 동작 시동 온도 제어를 개시하여 소정의 온도로 정착 벨트를 온도 제어하도록 히터 구동 회로(28)를 구동한다(단계 c6). 그 다음에, 매체 센서(51)는 기록재(P)가 일반 용지, 거친 용지(낮은 열 전도 특성과 작은열 용량을 갖는 기록재) 또는 필름 매체(높은 열 전도 특성과 큰 열 용량을 갖는 기록재)인지 판단한다(단계 c7). 그 다음에, 프린터의 제어 회로부(CPU)(21)는 표6에 도시된 바와 같이 용지 모드와 기록재의 특성(일반 용지, 거친 용지 또는 매체 필름인지)에 상응하는 통지시 인가 전력(W)을 결정한다(단계 c8). 정착 벨트(20)의 온도가 소정의 온도에 접근하고 동작 시동 온도 제어가 종료될 때(단계 c9), 타겟 온도뿐만 아니라 인쇄 온도 제어도 190℃로 설정되고 타겟 온도를 달성하기 위해 PID 제어에 의해 온도 제어가 수행된다(단계 c10). 그 다음에, 기록재가 정착 닙부 내로 돌입하기 전에 정착 장치가 대략 0.5초간 구동되는 반면, 온도 제어 상태에서 대기된다(단계 c11).
기록재가 정착 닙부 내로 돌입하기 전에 약 0.5초가 검지되면, PID 제어가 억제되고 단계 c8에서 검지된 통지시 인가 전력(W)에 단계 c5에서 검지된 공회전 오프셋 전력(W)을 추가함으로써 얻어진 전력(W)이 출력되고(단계 c12), 전력 E2(W)는 기록재가 정착 닙부로 돌입한 후에 약 0.5초 동안 연속적으로 인가된다(단계 c13). 그 다음에, 타겟 온도뿐만 아니라 인쇄 온도 제어 온도도 190℃가 설정되고 PID 제어는 재시작된다(단계 c14).
전술한 작동은 인쇄가 종료될 때까지 계속되고(단계 c15), 인쇄 작업이 종료됨과 동시에 온도 제어가 종료된다(단계 c16).
전술한 바와 같이, PID 제어가 소정 기간 억제되고 정착 장치에 인가되는 전력이 소정의 값으로 보정될 때, 그리고 보정된 값이 기록재(P)가 정착 닙부 내로 돌입하는 타이밍 전후에 인가될 때, 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 사실상 필요 전력값으로 전력을 보정함으로써, 온도 검지의 시간 소모로 인해 돌입하는 기록재(P)와 관련된 정착 벨트의 온도 변동가 발생되지 않고 보다 안정적인 온도 제어가 허용된다.
도시된 실시예에서, 지속하는 동안 정착 장치의 실온 상태로부터 고온 상태까지 광범위한 상태에서 통지시 인가 전력이 정확하게 결정될 수 있기 때문에, 더 안정적인 온도 제어가 수행될 수 있다.
이러한 방식으로, 안정적인 온도 제어(약 7℃의 온도 리플)가 정착 장치의 축열 정도에 관계없이 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도시된 실시예에서, PID 제어가 소정 기간 억제되고 정착 장치에 인가되는 전력이 소정의 값으로 보정될 때, 그리고 보정된 값이 기록재(P)가 정착 닙부 내로 돌입하는 타이밍 전후에 인가될 때, 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 사실상 필요 전력값으로 전력을 보정함으로써 온도 검지의 시간 소모로 인해 돌입하는 기록재(P)와 관련된 정착 벨트의 온도 변동가 발생되지 않고 보다 안정적인 온도 제어가 허용된다.
이러한 방식으로, 온도 리플을 감소시킴으로써, 우수한 정착력을 달성할 수 있는 결과와 함께 정착 부재의 정확한 온도 제어가 수행되어서 만약 정착 온도 제어가 부적절하면 야기되는 나쁜 화상을 발생시키지 않고 그로스(gloss)와 같은 인쇄 화질의 비균일성이 없는 우수한 화질이 달성될 수 있다.
<제4 실시예>
본 발명의 제4 실시예에서, 환경 센서를 사용함으로써 측정된 기록재(P)의수분 함유량의 차를 고려하여 사실상 필요한 전력으로 전력을 보정함으로써 PID 제어가 소정 시간의 기간동안 금지되고 전력이 소정 전력으로 보정되고 그 보정된 전력이 기록재(P)를 정착 닙부 안으로 돌입시키는 시간 전후에 인가될 때, 정착 벨트의 온도 변경은 기록재(P)가 정착 닙부 안으로 돌입 시 발생되지 않아서 더욱 안정된 온도 제어를 허용하는 방법에 관하여 설명된다.
이러한 실시예에서, 정착 장치의 일반적 구조 및 제어는 제3 실시예와 유사하다. 그러나, 제4 실시예는 정착 히터(16)에 인가된 전력이 보정될 때 전력은 기록재(P)의 환경 방치 조건으로 인해 열용량의 차를 고려하여 사실상 필요한 전력으로 보정된다는 점에서 제3 실시예와 상이하다.
화상 형성 장치의 구조는 제1 실시예와 유사하고 도1에 도시된 바와 같다. 더욱이, 정착 장치의 구조는 제1 내지 제3 실시예와 유사하고 도2, 도3 및 도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같아서 중복 설명은 생략된다.
이러한 실시예에서, 정착 히터(16)에 인가된 전력이 환경 센서의 수단에 의해 환경을 검지하여 보정될 때, 기록재(P)가 방치된 환경으로 인한 열용량의 차를 고려하여 전력은 사실상 필요한 전력으로 보정된다. 보정 전력에 관해서, 공회전 오프셋 전력 요소와 통지시 오프셋 전력 요소의 합계는 보정 전력으로 간주되고, 통지시 오프셋 전력은 기록재(P)의 흡습도에 따라 변경되어 더 큰 전력이 고함수량 환경[예를 들어, H/H(30℃/80%Rh)환경]에 인가된다고 간주된다.
도9는 세 종류의 환경에서 다양한 평량을 갖는 방치지가 연속 통지될 때 필요한 전력을 도시한다. 조건들은 다음과 같다. 처리 속도는 87mm/sec 이고 190℃의 일정 온도 제어 하에 충분한 시간이 경과되는 조건에서 측정이 수행되었다. 도9에 도시된 바와 같이, H/H 환경에서, 다양한 평량을 갖는 환경 방치지의 연속 통지(분당 16 시트) 시에 정착 히터(16)로 인가되고 온도를 유지하는데 요구되는 전력은 L/L(15℃, 10%) 환경 방지지 또는 J/J(24.5℃, 45%) 환경 방치지와 비교하여 대략 30W 만큼 더 크게 되는 경향이 있었다.
전력이 H/H 환경에서 연속 통지(분당 16 시트) 시에 정착 히터(16)에 인가된 이유는 용지가 습기를 흡수하여서 용지의 열용량이 증가되기 때문이다.
이러한 실시예는 고 습도 환경 방치지를 사용함으로써 수행되는 연속 통지 시에 정착 히터(16)에 인가된 온도를 유지하는데 요구되는 전력이 정상 환경 방치지 또는 저습도 환경 방치지가 사용되는 경우와 비교하여 더 큰 사실에 부합하기 위해 수행된다.
용지 모드와 이러한 실시예에서 통지시 오프셋 전력 사이의 관계는 다음 표8에 도시된다.
| 통지시 오프셋 전력(W) | |||
| 용지 모드 | 평량(g/㎡) | 정상 환경 방치지 | 고습도 환경 방치지 |
| 얇은 용지 | 50 내지 60 | 150 | 165 |
| 일반 용지 | 61 내지 105 | 195 | 210 |
| 두꺼운 용지1 | 106 내지 128 | 220 | 235 |
| 두꺼운 용지2 | 129 내지 176 | 230 | 245 |
고함수량 환경을 고려하여 통지(단지 일반 용지)시 오프셋 전력의 관계
도13은 PID 제어가 소정 시간의 기간동안 금지되고 정착 히터(16)에 인가된전력이 소정 값으로 보정되고 그 보정 값이 기록재(P)를 정착 닙부 안으로 돌입시키는 타이밍 전후에 인가될 때, 인가된 전력은 환경 센서를 사용하여 측정된 기록재(P)의 환경 방치 조건의 차를 고려하여 정착 히터(16)에 요구되는 필요한 전력 값과 사실상 동일하게 되도록 보정된다.
지금, 실제 보정 작업이 흐름도를 참조하여 설명된다.
도13에서, 전력 공급부가 켜진 후 화상 형성 장치는 인쇄 신호를 수신할 수 있는 조건으로 개시된다(단계 d1). (도시되지 않은) 호스트 컴퓨터로부터 인쇄 신호가 수신될 때(단계 d2), 용지 모드는 인쇄 신호로부터 판독된다(단계 d3). 다음에, 서브 서미스터(19)의 온도(Ta)가 검지된다(단계 d4). 공회전 오프셋 전력(W)은 표7에 따라 이러한 검지 온도(Ta)로부터 결정된다(단계 d5). 이후, 화상 형성 장치의 대기 환경의 절대 수분량 X (g/kg: 1kg의 건조 공기에서의 수분량)은 환경 센서(50)에 의해 계산되고, 만약 절대 수분량이 21(g/kg) 이상이면, 그 환경은 고함수량 환경으로 판단되며, 반면, 그렇지 않으면, 그 환경은 일반 환경으로 판단된다(단계 d6). 이후, 제어 회로부(21)는 히터 구동 회로(28)가 히터(21)의 시동 온도 제어를 시작하도록 하여 정착 벨트(20)를 소정의 온도로 온도 제어하도록 한다(단계 d7). 이후, 매체 센서(51)는 기록재(P)가 일반 용지, 거친 용지(저열 전사 특성 및 작은 열용량을 가진 기록재) 또는 필름 매체(고열 전사 특성 및 큰 열용량을 가진 기록재)인지에 대해 판단한다(단계 d8). 이후, 프린터의 제어 회로부[(CPU), 21]는 용지 모드, 표6 및 표8에 도시된 바와 같이 기록재의 특성(일반 용지, 거친 용지 또는 매체 필름인지) 및 대기 환경(고함수량 환경 또는 일반환경인지)에 상응하는 통지시 오프셋 전력(W)을 결정한다(단계 d9). 정착 벨트(20)의 온도가 소정 온도에 도달하고 시동 온도 제어가 종료될 때(단계 d10), 인쇄 온도 제어 온도로서 190℃는 타겟 온도로서 설정되고 그 온도 제어는 타겟 온도를 달성하도록 PID 제어에 의해 수행된다(단계 d11). 이후, 정착 장치는 기록재가 정착 닙부 안으로 돌입되기 전 대략 0.5초가 검지될 때까지 구동되고 온도 제어되면서 휴지된다(단계 d12).
기록재가 정착 닙부 안으로 돌입되기 전 대략 0.5초가 검지될 때, PID 제어는 금지되고 단계 d5에서 결정된 공회전 오프셋 전력(W)을 단계 d8에서 결정된 통지시 오프셋 전력(W)에 추가함으로써 얻어진 전력(W)이 인가되고(단계 d13), 그 전력은 기록지가 정착 닙부 안으로 돌입된 후 대략 0.5초 경과할 때까지 계속 인가된다(단계 d14). 이후, 인쇄 제어 온도로서 190℃는 타겟 온도로서 설정되고 PID 제어는 다시 개시되어 정착 벨트(20)의 온도가 타겟 온도로 온도 제어된다(단계 d15).
PID 제어는 인쇄가 종료될 때까지 계속되고(단계 d16), 인쇄 작업이 종료될 때와 동시에 온도 제어가 종료된다(단계 d17). 이 보정에서, 프린터의 제어 회로부[(CPU), 21]는 서브 서미스터(19)의 검지 온도(Ta) 및 공회전 오프셋 전력(W)에 대한 표(표7), 및 용지 모드를 구비한 통지시 오프셋 전력(E2)을 결정하도록 형성된 표(표6 및 표8)가 구비되고, 인자로서 대기 환경(고함수량 환경 또는 일반 환경인지) 및 매체 센서(51)의 판단된 결과에 기초하여 기록재(일반 용지, 거친 용지 또는 필름 매체)의 특성 및 그 보정은 표들에 기초로 하여 수행된다.
상술된 바와 같이, 환경 센서에 의해 측정된 기록재(P)의 환경 방치 조건의 차를 고려하여 사실상 필요한 전력 값으로 전력을 보정함으로써, PID 제어가 소정 시간의 기간동안 금지되고 정착 히터에 인가된 전력이 소정 값으로 보정되고 그 보정된 값이 기록재(P)를 정착 닙부 안으로 돌입시키는 타이밍 전후에 인가될 때, 온도 검지가 낭비 시간으로 인해 돌입된 기록재(P)와 관련된 정착 벨트의 온도 변경이 발생되지 않아서 더욱 안정된 온도 제어를 허용한다.
다음, 정착 벨트(20)의 온도 작용(behavior) 및 화질에 대한 효과가 종래 예와 제3 실시예를 비교하여 설명된다.
실험 조건은 다음과 같다.
정착 장치는 87mm/sec의 처리 속도로 회전되고 메인 서미스터(18)의 검지 온도는 190℃에서 일정하게 온도 제어되고 충분한 시간이 경과된다. 이러한 조건에서, 보통 부드러운 용지로, 64g/㎡의 평량을 가진 (캐논 세일즈에서 판매된; 상품 이름) 사무실 플래너 및 105g/㎡의 평량을 가진 (니폰 세이시 씨오. 엘티디; 상품 이름) 뉴 엔피아이(New NPI) 우수 재질의 용지 105g 인 매체의 H/H(30℃, 80%) 환경 방치지 및 J/J(24.5℃/45%Rh) 환경 방치지가 연속(분당 16 시트) 통지된다.
이러한 경우, 정착 슬리브의 내부 온도, 메인 서미스터(18)의 출력이 모니터링된다.
더욱이, 전력과 관련해, (케엔스 잉크.에 의해 제조된) PC 온도 기록기 NR250에 의해 PC 안으로 변환된 값을 취함으로써 WT 200 디지탈 파우워 미터(WT 200 DIGITAL POWER METER)를 통한 전력 값의 A/D 변환 출력에 의해 수행되었다.
통지 전 인가된 전력은 각각의 조건에 사실상 동일하고 대략 80W이다.
종래 장치 및 제3 실시예 및 제4 실시예의 통지 전후 온도 리플이 다음의 표9에 도시된다.
| 온도 리플(℃) | ||||
| J/J 환경 방치지 | H/H 환경 방치지 | |||
| 사무실 플랜 | NPI 우수 재질 용지 | 사무실 플랜 | NPI 우수 재질 용지 | |
| 비교예1 | 17 | 20 | 18 | 21 |
| 제3 실시예 | 6 | 7 | 7 | 9 |
| 제4 실시예 | 7 | 7 | 7 | 7 |
종래 정착 장치 및 제3 실시예 및 제4 실시예의 통지 전후 온도 리플
표9에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예를 수행함으로써, 더욱 안정적인 온도 제어(대략 7℃의 온도 리플)가 달성될 수 있다.
그 이유는 다음의 이유를 기초로 한다.
통지 전 잘 예열된 정착 장치의 공회전에서, 온도를 유지하는데 요구되는 전력은 대략 80W이고, J/J(24.5℃, 45%)에서, 용지 모드가 일반 용지(61 내지 105 g/㎡)인 경우, 전력 보정이 이러한 용지 모드에서 통지시 오프셋 전력을 사용하여 수행될 때, 인가 전력은 275W(80+195W)이다. 반면, 연속 통지(분당 16시트)가 H/H(30℃, 80%) 환경 방치지인 NPIs(105g/㎡)로 수행될 때, 기록재의 열용량이 크기 때문에 정착 장치의 온도를 유지하는 전력은 J/J 환경 방치지가 사용되는 경우와 비교하여 더 크게 되고, 그 사이의 차로 인해 온도 리플이 발생된다.
도시된 실시예에서, 인가된 전력은 고함수량 환경이 아닌 환경에서 275 W인 반면에, 고함수량 환경인 H/H 환경에서는 290 W(80 + 210 W)의 전력이 인가된다.
상기 제어에 의해, 적절한 전력 보정은 기록재의 방치 환경에 무관하게 항상 수행될 수 있기 때문에, 소정의 온도 리플(대략 7℃)로 온도 제어가 달성될 수 있다.
상기와 같이, 도시된 실시예에서, 기록재(P)의 방치 상태에서의 차이를 고려하여, 기록재가 정착 닙부 내로 돌입할 때 인가된 전력을 보정함으로써 안정적인 온도 제어(대략 7℃의 온도 리플)가 달성될 수 있다.
부수적으로, H/H 환경과 같은 고함수량 환경에서는 용지 모드에서 통과하는 시트에 대한 오프셋 전력이 변동된다. 이러한 경우에, 용지 모드에 상응하는 매체에 요구되는 전력이 정확하게 일치하지 않고 실질적으로 동일할 수 있을 지라도, 이러한 경우에서 온도 변동는 소정 온도 리플내에 있을 수 있다.
대체적으로, 인쇄 속도가 고속일 경우에, 기록재(P)의 수분 흡수량에서의 차이로 인해 시트 통과를 위한 적절한 오프셋 전력에서의 차이가 훨씬 크기 때문에, 고함수량 환경에서는 새롭게 개방된 종이와 방치지는 구별될 필요가 있다. 이러한 경우에, 기록재(P) 상으로의 전사시 전사 바이어스 정보를 이용함으로써 새롭게 개방된 종이와 방치지를 구별함으로써 소정의 온도 리플 내에서 온도 제어가 달성될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 도시된 실시예에서, PID 제어가 소정의 시간 간격동안 억제되고, 정착 히터(16)에 인가된 전력이 소정의 전력으로 보정되고, 정착 닙부내로 기록재(P)가 돌입하기 위한 타이밍 전후로 보정된 전력이 인가될 때, 환경 센서에 의해 측정된 기록재(P)의 환경 방치 상태에서의 차이를 고려하여 전력을 실질적으로 필요한 전력으로 보정함으로써, 돌입하는 기록재(P)와 관련된 정착 벨트의 온도에서의 변동는 발생하지 않고, 이에 따라 더 안정적인 온도 제어가 허용될 수 있다.
이러한 방식으로, 온도 리플을 감소시킴으로써, 양호한 정착 능력이 얻어질 수 있는 결과로 정착 부재의 정확한 온도 제어가 달성되어서, 정착 온도 제어 온도가 부적당하면 발생하는 불량 화상을 발생시키지 않고, 그로스와 같은 인쇄 질의 불균일성이 없는 고화질 화상이 얻어질 수 있다.
<제5 실시예>
본 발명의 제5 실시예에서, 시트 돌입시 뿐만 아니라 예회전시에서의 방법에 대해 설명되고, 예회전시 온도 리플이 감소되게 정착 전력을 인가하기 위한 기간이 제공되어 더 안정적인 정착 성능을 보장할 수 있게 된다.
(1) 화상 형성 장치의 예
제5 실시예에서, 화상 형성 장치의 구성은 제1 실시예에서의 구성과 유사하고, 도1에 도시된 바와 같으며, 중복 설명은 생략된다.
(2) 정착 장치(12)
본 실시예에서, 정착 장치의 구성은 제1 내지 제3 실시예의 구성과 유사하고, 도2, 도3 및 도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같으며, 중복 설명은 생략된다.
(3) 정착 장치의 시동 온도 제어
본 실시예에 따른 정착 장치의 제어 시퀀스는 도18을 참조하여 설명될 것이다. 도시된 실시예에서, 시동 온도 제어는 다음과 같이 실행된다.
다시 말해, "시동 전력(제1 전력 레벨) 출력" →"소정 온도 검출" →"일정 전력(제2 전력 레벨) 인가" →"PID 제어".
"시동 전력(제1 전력 레벨)"에서, 온-디맨드 특성을 보장하도록 1000 W의 전력이 정착 히터(16)에 인가된다. 가압 롤러(22)가 회전될 때, 정착 벨트(20)는 회전식 구동하는 동안 정착 히터(16)에 의해 가열된다. 도시된 실시예에서, "시동 전력(1000 W)"이 인가된 후, "PID 제어"는 즉시 실행되지 않지만, 메인 서미스터(18)의 검출 온도가 소정의 온도(타겟 온도 - 20 ℃: 도시된 실시예에서는 타겟 온도가 190 ℃이므로, 소정의 온도는 190 ℃ - 20 ℃ = 170 ℃가 된다)에 도달할 때, "제2 전력 레벨로서의 소정의 전력(대략 200 W)"이 대략 1.5초동안 인가되고, 이후에 "PID 제어"가 실행되고, 이후부터는 정착 히터(16)에 인가된 전력은 "PID 제어"에 의해 제어된다.
도22는 피드백 제어가 시동 온도 제어동안 억제되는 구역이 제공되고, 이러한 구역에서 2단계 전력 레벨, 즉 정착 장치의 온도를 신속하게 개시하기 위한 제1 전력 레벨 및 정착 장치의 온도를 안정화시키기 위한 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 인가된 전력으로서 사용되고, 전력 레벨은 시동 온도 제어동안 소정의 온도가 검출된 후 변동된다.
이제, 실제적인 보정 작동이 이러한 흐름도를 참조하여 설명될 것이다.
도22에서, 전원 장치가 켜진 후, 화상 형성 장치는 인쇄 신호를 수신할 수 있는 상태(스텝 e1)로 개시된다. 호스트 컴퓨터(도시 안됨)로부터의 인쇄 신호를 수신(스텝 e2)할 때, 제어 회로부(21)는 히터(21)의 시동 온도 제어를 시작하도록히터 구동 회로(28)를 구동시키고, 이에 따라 소정의 온도로 정착 벨트(20)를 온도제어하게 된다(스텝 e3). 먼저, 시동 전력(제1 전력 레벨)으로서, 1000 W의 전력이 인가된다(스텝 e4). 이후부터, 메인 서미스터(18)의 온도가 모니터되고(스텝 e5), 정착 장치는 메인 서미스터(18)의 온도 검출이 소정의 온도(타겟 온도 - 20 ℃: 도시된 실시예에서는 타겟 온도가 190 ℃이므로, 소정의 온도는 190 ℃ - 20 ℃ = 170 ℃가 된다)에 도달할 때까지 구동되는 동안 대기된다(스텝 e6).
소정의 온도가 메인 서미스터(18)에 의해 검출될 때에, 제2 전력 레벨인 소정의 전력으로서의 200 W의 전력이 정착 히터(16)에 인가된다(스텝 e7). 이러한 전력은 대략 1.5초동안 인가되도록 계속되고(스텝 e8), 1.5초가 경과한 후에 시동 온도 제어가 종료되고(스텝 e9), PID 제어가 실행된다(스텝 e10). 이후부터는, 제4 실시예에서와 유사한 (도13에서의 스텝 d11 내지 d17과 동일한)제어가 실행된다. 상기 설명된 작동들은 인쇄가 종료될 때까지(스텝 e11) 계속되고, 인쇄 작업이 종료될 때 온도 제어는 종료된다(스텝 e12).
상기 설명된 바와 같이, 피드백 제어가 시동 온도 제어동안 억제되는 구역이 제공되고, 이러한 구역에서 2단계 전력 레벨, 즉 정착 장치의 온도를 신속하게 개시하기 위한 제1 전력 레벨 및 정착 장치의 온도를 안정화시키기 위한 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 인가된 전력으로서 사용되고, 제1 전력 레벨은 시동 온도 제어동안 소정의 온도가 검출된 후 제2 전력 레벨로 변동되고, 더 안정적인 온도 제어는 오버슈트 및 온도 리플없이 달성될 수 있다.
다음으로, 정착 장치의 온도 프로파일 및 도시된 실시예에서의 정착 능력 및그로스의 측정 결과가 설명된다.
시험의 내용물은 다음과 같다.
1) 시험 방법
정착 벨트(20)의 내부면의 온도로서, 메인 서미스터(18)의 출력이 모니터된다.
더 나아가, 전력에 대해서는 (게엔스 인코포레이션에 의해 제조된)PC 온도 기록기 NR250에 의하여 전력치의 출력을 (요꼬가와에 의해 제조된) WT 200 디지털 파워미터를 통해 아날로그-디지털 변환하고, 변환된 수치를 PC로 수용시킴으로써 측정된다.
정착 화상의 그로스에 관해서는, 니뽄 덴소꾸 고교 컴파니 리미티드에 의해 제조된 그로스계 PG-3D가 측정 장치로서 사용되고, JIS Z 8741에 기초한 75도 거울면 그로스 측정 방법에 의해 측정된다. 기록재상의 토너량에 대해서는, 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙 컬러들과 같은 소위 제1 색상들의 고체 화상의 토너량이 대략 0.5 내지 0.6 mg/㎠이고, 레드, 그린 및 블루 색상과 같은 소위 제2 색상들의 고체 화상의 토너량이 1.0 내지 1.2 mg/㎠인 상태로 정착이 실행되고, 정착된 화상의 그로스가 측정된다.
정착 능력을 평가하기 위한 마찰 시험에서, 5 mm ×5 mm의 치수를 갖는 블랙 고체 화상은 기록재(P) 상에 형성되고, 정착은 연속적으로 50 시트에 대하여 도시된 실시예에 따른 정착 장치를 사용함으로써 16 rpm의 속도로 실행되고, 이후부터는 200 g의 중량이 실본 C(상표명:Sylbon C)의 중첩과 함께 화상 표면에 유지된 상태에서, 화상 표면은 5회까지 왕복하여 마찰 활주되고, 반사 밀도 감소율(%)은 마찰 활주 전후에 얻어진다. 반사 밀도(밀도 감소율)가 작을수록 정착 능력은 향상된다고 할 수 있다. 측정에서, 정착 상태에 놓여져 있는 50개의 기록재들 중에서, 제1, 제2, 제3, 제5 및 제10 기록재들에 관하여 밀도 감소율들은 각각의 기록재 상에서 9개의 점들에서 측정되고 최악의 수치들이 사용된다.
2) 시험 상태
시험에서, 정착 장치가 실온으로부터 개시된다. 정착 장치에서, 작동 개시될 때 실질적으로 동시에 제1 전력(1000 W)이 정착 히터(16)에 인가되고, 메인 서미스터(18)의 검출 온도가 170 ℃[타겟 온도는 (190 ℃ - 20 ℃)]의 타겟 온도에 도달할 때 전력이 계속하여 인가된다.
메인 서미스터의 검출 온도가 170 ℃에 도달될 때, PID 제어는 대략 1.5초동안 억제되고 제2 전력(대략 200 W)이 인가된다. 제2 전력이 인가된 후 1.5초가 경과될 때, 전력이 타겟 온도에서 일정하게 되도록 온도 제어하도록 PID 제어는 190 ℃의 시동 타겟 온도로 다시 개시된다. 이후부터는, 75 g/㎡의 평량을 갖고 제록스 4024(상표명)으로 불려지는 기록재들이 연속적으로 통과된다.
부수적으로, 대략 200 W의 인가 전력은 공회전 상태에서 190 ℃ 온도 제어를 수행하도록 요구되는 전력, 즉 타겟 온도에서 온도를 유지하도록 요구되는 전력치이다.
또한 내구성 시험으로서, 본 실시예에 따른 정착 장치를 사용함으로써, 2개의 시트 단속 연속 인쇄가 150,000 시트들에 대하여 실행되고, 연속 인쇄후 가압롤러의 토크가 측정된다.
3) 시험 결과
도19는 본 실시예에 따른 정착 장치에서의 시동 온도 제어에서 정착 히터(16)에 인가된 전력에 대하여 정착 벨트(20)의 내부면의 온도의 거동을 도시하는 그래프이다.
도19에 도시된 바와 같이, 개시로 인한 오버슈트를 포함하는 안정된 온도 제어(약 7 ℃의 온도 리플, 즉 타겟 온도에 대해 ±3.5 ℃)가 설명된다.
시험에 사용되는 인라인(in-line) 형태의 전자 사진식 컬러 화상 형성 장치에서, 온도 리플이 약 7 ℃인 경우, 출력된 인쇄의 그로스는 단색에 대해 약 4 및 2차색에 대해 약 6의 작은 변동폭을 갖는다(표10).
| 그로스 평균 | 변동 폭 | ||
| 단색 | 옐로우 | 13 | 4 |
| 마젠타 | 13 | 4 | |
| 시안 | 12 | 4 | |
| 블랙 | 9 | 4 | |
| 2차색 | 레드 | 19 | 6 |
| 그린 | 18 | 6 | |
| 블루 | 18 | 6 |
본 실시예에 있어서의 각 색의 그로스 및 그 변동 폭
또한, 내구성 시험과 같이, 두 시트 간헐적 연속 인쇄는 75 g/㎡의 평량을 갖는 레터 크기 제록스(Xerox) 4024 용지를 사용함으로써 150,000 시트에 대해 수행된다. 정착력의 밀도 감소율의 최악치는 13 %이고 다양한 측정점에서 산란은 작고, 안정적이고 양호한 정착력이 얻어질 수 있다.
또한, 정착이 타겟 온도 부근에서 실행되므로, 기록재 및 인쇄 패턴과 관계없이, 핫 오프셋(hot offset)과 같은 양호하지 못한 정착을 일으키지 않고 고화질이 얻어질 수 있다.
또한, 내구성 시험 후 구동 토크는 약 3.0 kgfㆍcm로 측정된다. 이러한 경우에, 정착 장치의 비편의성이 발견될 수 없다.
(4) 비교예2
비교예2에 따른 정착 장치에서 시동 제어 순서는 도20을 참조하여 설명된다.
이러한 비교예에서, "시동 전력(1000 W) 출력", "소정 온도(170 ℃) 검지" 및 "PID 제어"가 연속적으로 실행되는 시동 제어가 수행된다. 즉, 제1 전력(1000 W)이 정착 헤드(16)에 적용되고, 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 170 ℃에 이름과 동시에, PID 제어는 190 ℃의 시동 타겟 온도로 수행된다. 그러므로, 제2 전력이 적용되기 위한 기간이 없다.
이러한 경우, 도21에 도시된 바와 같이, PID 제어 중 오버슈트가 발생하고 오버슈트에 의해 생긴 온도 리플은 커진다.
다음에, 정착 벨트의 온도 거동 측정, 비교예에 따른 정착 장치에 관한 정착력의 전개 및 내구 시험 결과가 도시된다.
1) 시험 방법
시험 방법은 제5 실시예와 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
2) 시험 조건
여유 온도에 정착 장치에서, 장치가 작동됨과 실질적으로 동시에, 제1전력(1000 W)이 정착 헤드(16)에 적용되었고 제1 전력은 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 170 ℃에 이를 때까지 연속적으로 적용된다. 그 후, 제2 전력은 적용되지 않고 PID 제어는 190 ℃의 타겟 온도로 실행된다. 그 후, 연속 통지(분 당 16시트)는 75 g/㎡의 평량을 갖는 매체[제록스 4024(상품명) 용지]를 사용함으로써 수행된다.
또한, 제5 실시예에 설명된 바와 같은 동일 내구성 시험이 수행된다.
3) 시험 결과
도21은 통상적인 실시예에서, 시동 온도 제어에서 정착 헤드(16)에 적용된 전력과 관련한 정착 벨트(20)의 후방 표면의 온도 거동을 나타낸 그래프이다.
도21에 도시된 바와 같이, 정착 벨트(20)의 후방 표면의 온도가 약 9초씩 원하는 온도에 대해 개시됨에도 불구하고, 그 후 오버슈트는 약 210 ℃에 이르는 온도를 증가를 발생시켰다. 그 후, 정착 벨트(20)의 후방 표면의 온도는 반복적으로 증가 감소되고 190 ℃의 타겟 온도에 관해 7 ℃의 온도 리플 내에서 안정화될 때까지 약 10초가 소요되었다.
이러한 오버슈트가 생길 경우, 시험에서 사용되는 인 라인형의 전자 사진식 컬러 화상 형성 장치 내에서, 출력된 프린터의 그로스는 단일 출력된 용지 내에서 단색에 대해 약 8 및 2차색에 대해 약 13으로 변동됨으로써, 화질을 나쁘게 한다(표11).
| 그로스 평균 | 변동 폭 | ||
| 단색 | 옐로우 | 13 | 8 |
| 마젠타 | 13 | 8 | |
| 시안 | 12 | 8 | |
| 블랙 | 9 | 6 | |
| 2차색 | 레드 | 19 | 13 |
| 그린 | 18 | 13 | |
| 블루 | 18 | 13 |
비교예2에 있어서의 각 색의 그로스 및 그 변동 폭
또한, 밀도 감소율의 최악치는 22 %였다. 사용자가 화상을 사용할 경우, 밀도 감소율이 20 %를 넘는다면, 화상이 벗겨지거나 하프 톤 화상이 흐려질 뿐만 아니라 사용자의 손 및/또는 옷 및/또는 다른 용지가 오염되는 문제점이 발생한다.
또한, 용지가 오버슈트 중 패스될 경우, 기록재 및 인쇄 패턴과 관계없이 핫 오프셋과 같은 양호하지 못한 정착이 발생한다.
또한, 내구성 시험 후 정착 장치의 구동 토크는 약 4.5 kgfㆍcm로 측정되었다. 이러한 경우, 조건에 따라, 정착 장치의 작동 중 정착 벨트의 슬리핑이 발생할 수도 있다.
(5) 고찰
첫번째로, 오버슈트 및 온도 리플이 설명된다.
도시된 실시예에서 효과가 얻어질 수 있는 이유는 다음과 같다.
통상적인 정착 장치에서, 정착 벨트(20)의 탄성층 내에 사용되는 실리콘 고무의 열 전달 특성은 낮고 열 용량은 크므로, 정착 히터(16)의 온도 증가에 대한 정착 벨트(20)의 온도 반응이 나쁘다. 또한, 메인 서미스터(18)의 위치가 검지 시간 내 지연을 일으키는 열 발생부로서 정착 히터(16)로부터 떨어져 이격되므로, 온도가 개시에서와 같이 빨리 증가하는 경우, 메인 서미스터(18)의 검지 온도는 정착 닙부의 온도에 매우 낮은 값을 나타낸다. 그러므로, 정착 히터(16)의 온도가 실제적으로 충분히 증가할 경우조차, 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 충분히 증가하지 못하므로, 큰 전력이 연속적으로 적용됨으로써, 오버슈트를 발생시킨다.
또한, 한번 오버슈트가 발생하면, 소정 시간 지체 후, 메인 서미스터(18)는 온도가 원하는 온도보다 높은 사실을 검지하고, 전력을 봉쇄하기 위한 제어가 수행된다. 이러한 경우, 다량의 정착 히터(16)에서 발생시키는 열을 감소시킴으로써 정착 닙부의 적절한 온도를 제공하도록 전력이 봉쇄되는 경우에조차, 메인 서미스터(18)는 검지 온도가 높다고 인지한다. 그러므로, 전력은 필요치 이상으로 봉쇄되고, 이로써 언더슈트를 발생시킨다. 오버슈트와 언더슈트의 반복은 온도 리플을 일으킨다.
또한, 정착 장치에서, 큰 시동 전력(1000 W)은 보다 열등한 온도 반응을 갖는 정착 벨트(20)가 사용되는 조건에서 요구에 따른 특성을 보장하기 위해 사용되므로, PID 제어와 같은 피드백 제어가 복귀된다면, 바로 그 후, 전력의 변동폭이 보다 커지고, 큰 온도 변동을 갖는 불안정한 제어를 제공한다.
여기서, 시동 전력이 적용된 후, 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 소정 온도(타겟 온도 -20 ℃)에 이른 경우, 약 1.5초 동안 소정 전력(약 200 W)을 적용시킴으로써, 제어가 PID 제어로 이동할 때 전력에의 변동은 상대적으로 완화되고, 오버슈트가 감소될 수 있고 오버슈트로 인한 온도 리플이 또한 감소될 수 있는 결과를 갖는다.
다음에, 정착 부재의 내구성이 설명된다.
통상적인 예와 같이, 개시에서, 정착 슬리브(20)의 내부 표면의 온도는 약 210 ℃까지 이르는 경우, 정착 히터(16)와 정착 벨트(20)의 내부 표면사이에 존재하는 그리스는 급속히 나빠진다. 정착 벨트(20)와 정착 벨트 내부에 제공된 정착 히터(16)와 같은 부품 또는 요소사이의 운동 마찰력은 그리스의 조건에 의해 특히 큰 영향을 받고, 그러므로, 다른 장소로 이동함으로써 그리스의 양이 감소할 경우 또는 그리스 자체가 나빠질 경우, 운동 마찰력은 증가한다.
그러므로, 정착 장치의 내구성이 강화되는 경우, 정착 장치의 토크가 증가하고, 최악의 경우, 정착 벨트와 정착 벨트의 내부에 제공된 정착 히터(16)와 같은 요소 사이의 운동 마찰력이 정착 벨트와 압력 롤러(22) 또는 기록재(P) 사이의 최고 정지 마찰력을 넘으므로써, 정착 벨트(20)의 슬립을 일으킨다.
정착 벨트(20)와 정착 벨트 내부에 제공된 정착 히터(16)와 같은 요소 사이의 운동 마찰력은 정착 장치의 작동에서 구동 수단 상에 작용하는 부하 중 최대 인자이다. 즉, 측정된 값은 정착 장치의 구동 토크를 대신할 수 있다.
정착 장치의 초기 조건에서 구동 토크는 약 1.5 kgfㆍcm이고 정착 벨트(20)의 슬립은 구동 토크가 약 4.0 kgfㆍcm를 넘을 경우 발생하는 것을 알 수 있다.
제5 실시예 및 비교예 2에서, 내구성 사용 기간의 감소에 대한 대표적인 예로서, 정착 벨트(20)의 슬립이 도시된다. 정착 장치의 오버슈트가 큰 경우, 과도한 부하가 정착 장치 내부에 배치된 요소에 작용하므로, 도시된 실시예를 사용에 의해 오버슈트를 막음으로써, 정착 장치 내부에 배치된 요소의 사용 기간이 연장된다.
또한, 제5 실시예에서 설명된 제2 전력(200 W) 값은 190 ℃ 온도 제어를 정착 장치의 공회전 조건에서 안정되게 유지하기 위해 요구되는 전력이고 실험적으로 구해진다. 그러나, 여기서 적용된 전력은 필요한 전력과 일치하지 않고 실질적으로 일치하지 않을 수도 있다. 즉, 제2 전력이 적용되고 정착 장치의 온도가 안정화된 후, 전력의 큰 변동은 PID 제어에 의해 일어나지 않으므로, 온도 리플은 감소될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 도시된 실시예에서, 피드백 제어가 시동 온도 제어 중 금지되는 영역이 제공되고, 그러한 영역에서, 2 단계 전력 레벨, 즉 정착 장치의 온도를 빠르게 개시하기 위한 제1 전력 레벨 및 정착 장치의 온도를 안정화시키기 위한 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 적용된 전력으로서 사용되고, 소정 온도가 제1 전력이 적용된 시동 온도 제어 중 검지된 경우 제1 전력 레벨은 제2 전력 레벨에 대해 변동되고, 피드백 제어는 정착 장치의 온도가 안정화되는 조건에 복귀되고, 더욱 안정된 온도 제어가 오버슈트 발생 없이 달성될 수 있다.
그와 같이, 오버슈트 및 오버슈트로 인한 온도 리플을 봉쇄함으로써, 정착 장치의 사용 기간이 연장될 수 있고, 정착 부재의 보정 온도 제어가 수행되어 양호한 화상이 얻어질 수 있는 결과를 가짐으로써, 정착 온도 제어 온도가 부적절한 경우 일어나는 양호하지 못한 화상을 발생시키지 않고 그로스와 같은 인쇄 질의 불균형이 없는 고화상을 얻을 수 있다.
<제6 실시예>
본 발명의 제6 실시예에서, 시동 전에 서브 서미스터(19)의 온도 검지를 기초로 하여 제2 전력 레벨을 보정함으로써 오버슈트의 발생없이 더욱 안정적인 온도 제어가 달성될 수 있고, 시동 온도 제어 중에 피드백 제어가 억제되는 영역이 제공된 정착 장치 내에서 그리고 그러한 영역 내에서, 2단계의 전력 레벨, 즉 정착 장치의 온도 제어의 신속한 시동을 위한 제1 전력 레벨과 정착 장치의 온도를 안정화하기 위한 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 인가된 전력으로서 사용되며 제1 전력을 사용하여 시동 온도 제어 중에 소정의 온도가 검지될 때 제1 전력 레벨이 제2 전력 레벨으로 변하는 방법에 관해 설명된다.
이 실시예에서, 정착 장치의 일반적인 구성 및 제어는 제5 실시예와 유사하다. 그러나, 제6 실시예는 정착 히터(16)에 인가된 전력이 보정될 때 전력이 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 사실상 필요한 전력으로 보정된다는 점에서 제5 실시예와 다르다.
화상 형성 장치의 구성은 제1 실시예와 유사하고 도1에 도시된 바와 같다. 더욱이, 정착 장치의 구성은 제1 실시예와 유사하고 도2, 도3 및 도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같으며, 중복 설명은 생략될 것이다.
이 실시예에서, 시동 온도 제어 중에 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 인가될 때, 전력은 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 사실상 필요한 전력으로 보정된다.
즉, 시동 온도 제어 중에 소정 온도가 검지된 후, 타겟 온도에서 정착 장치의 온도를 유지하는데 요구되는 제2 전력 레벨은 정착 장치의 축열 정도에 따라 변한다. 예컨대, 시동 전력이 실온으로부터 정착 장치에 인가된 후, 소정 온도가 검지될 때 타겟 온도에서 정착 장치의 온도를 유지하는데 요구되는 제2 전력 레벨이 약 200 W이기 때문에, 그리고 잘 예열된 정착 장치가 시동될 때 타겟 온도에서 정착 장치의 온도를 유지하는데 요구되는 제2 전력 레벨이 약 80 W이기 때문에, 정착 장치의 축열 정도를 고려하여, 본 발명은 정착 히터(16)에 인가된 전력이 정착 장치의 축열 정도에 따라 구별되는 상황을 극복할 수 있다.
이 실시예에서, 정착 장치의 축열 정도는 전력 전송이 개시될 때 서브 서미스터(19)의 온도를 검지하여 추정된다.
도16은 히터 홀더(17)의 온도와 정착 장치의 온도를 소정값으로 유지하는데 요구되는 전력 값 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 이와 같이, 히터 홀더(17)의 온도와 정착 장치의 온도를 소정값으로 유지하는데 요구되는 전력값은 재현할 수 있는 방식으로 도16에 도시된 바와 같은 관계를 나타낸다.
| 시동 | 시동 전 서브 서미스터 온도(℃) | 히터 홀더 온도(℃) | 제2 전력 레벨(W) |
| 1 | 40 이하 | 55 이하 | 202 |
| 2 | 41 내지 55 | 56 내지 69 | 180 |
| 3 | 56 내지 75 | 70 내지 89 | 158 |
| 4 | 76 내지 95 | 90 내지 119 | 137 |
| 5 | 96 내지 125 | 120 내지 139 | 115 |
| 6 | 126 이상 | 140 내지 159 | 104 |
시동 전의 서브 서미스터의 온도, 히터 홀더 온도, 및 소정의 전력값 사이의 관계
실시예에서, 인쇄 작업이 종료된 후, 폐열이 정착 장치 내에 유지되면서 정착 장치가 다시 시동될 때, 시동 후의 히터 홀더(17)의 온도는 표12에 도시된 바와 같이 서브 서미스터(19)의 온도 검지에 따라 추정되어 제2 전력 레벨의 값을 결정한다.
더욱 구체적으로는, 전력 전송의 개시 시에 서브 서미스터(19)의 검지 온도가 40 ℃ 이하인 경우, "시동 1"에서 시동 후의 히터 홀더의 온도가 55 ℃ 이하라고 추측되기 때문에, 200 가 제2 전력 레벨의 값으로 사용된다.
유사하게, 시동 전의 서브 서미스터의 검지 온도가 41 내지 55 ℃, 56 내지 75 ℃, 76 내지 95 ℃, 및 96 내지 125 ℃인 경우 "시동 2", "시동 3", "시동 4" 및 "시동 5"가 각각 사용되고, 검지 온도가 126 ℃ 이상인 경우 "시동 6"이 사용되어 제2 전력 레벨을 결정한다.
도23은 시동 온도 제어 중에 피드백 제어가 억제되는 영역이 제공되며, 그러한 영역 내에서, 2단계의 전력 레벨, 즉 정착 장치의 온도 제어의 신속한 시동을 위한 제1 전력 레벨과 정착 장치의 온도를 안정화하기 위한 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 인가된 전력으로서 사용되며, 시동 온도 제어 중에 소정의 온도가 검출될 때 제1 전력 레벨이 제2 전력 레벨으로 변할 때, 제2 전력 레벨이 시동 전에 서브 서미스터(19)의 검지 온도를 기초로 하여 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 필요한 전력으로 보정되는 방법의 흐름도를 도시한다.
이제, 실제 보정 작동이 이러한 흐름도를 참조하여 설명될 것이다.
도23에서, 전원이 ON으로 된 후, 화상 형성 장치는 인쇄 신호를 수신할 수 있는 조건으로 시동된다(스텝 f1). (도시되지 않은) 호스트 컴퓨터로부터 인쇄 신호를 수신할 때(스텝 f2), 먼저 서브 서미스터의 온도(Ta)가 검지되고(스텝 F3), 소정의 전력(제2 전력 레벨)(W)이 표12에 따라 서브 서미스터의 검지 온도의 결과로부터 결정된다(스텝 f4). 그 다음, 제어 회로부(21)는 히터(21)의 시동 온도 제어를 개시하도록 히터 구동 회로(28)를 구동하여 정착 벨트(20)를 소정의 온도로 온도-제어한다(스텝 f5). 우선, 시동 전력(제1 전력 레벨)으로서, 1000 W의 전력이 인가된다(스텝 f6). 그 다음, 메인 서미스터(18)의 온도가 감시되고(스텝 f7), 정착 장치는 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 소정의 온도(타겟 온도 - 20 ℃: 도시된 실시예에서는 타겟 온도가 190 ℃이므로, 소정의 온도는 190 ℃ - 20 ℃ = 170 ℃가 된다)에 도달할 때까지 구동되는 동안 대기한다(스텝 f8).
메인 서미스터(18)의 검지 온도가 소정의 온도에 도달할 때, 스텝 f4에서 결정된 제2 전력 레벨이 출력된다(스텝 f9). 이러한 전력이 약 1.5초 동안 계속 인가된 후(스텝 f10), 시동 온도 제어는 종료되고(스텝 f11), PID 제어는 타겟 온도로 온도 제어를 수행함으로써 복원된다(스텝 f12). 그 다음, 인쇄가 종료될 때까지 (도13의 스텝 d11 내지 d17과 유사한) 정상 온도 제어가 계속되고(스텝 f13), 인쇄 작업이 종료되면 온도 제어가 종료된다(스텝 f14).
전술된 바와 같이, 시동 온도 제어 중에 피드백 제어가 억제되는 영역이 제공되기 때문에, 그러한 영역 내에서, 2단계의 전력 레벨, 즉 정착 장치의 온도 제어의 신속한 시동을 위한 제1 전력 레벨과 정착 장치의 온도를 안정화하기 위한 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 인가된 전력으로서 사용되며, 시동 온도 제어 중에 소정의 온도가 검출될 때 제1 전력 레벨이 제2 전력 레벨으로 변할 때, 제2 전력 레벨이 시동 전에 서브 서미스터(19)의 검지 온도를 기초로 하여 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 필요한 전력으로 보정되며, 더욱 안정한 온도 제어가 오버슈트의 발생없이 달성될 수 있다.
이 실시예를 사용함으로써 얻어지는 효과는 대체로 제1 실시예와 동일하므로, 그 설명은 생략될 것이다. 그러나, 이 실시예에서, 시동 시에 인가된 전력이 실온의 정착 장치로부터 잘 예열된 정착 장치로의 다양한 조건을 갖는 정착 장치에 서 고정밀도로 결정될 수 있기 때문에, 더욱 안정한 온도 제어가 달성될 수 있다.
이러한 방식으로, 안정한 온도 제어(온도 리플은 약 7 ℃ 이내이다)가 달성될 수 있다.
이와 같이, 오버슈트와 오버슈트로 인한 온도 리플을 억제함으로써, 정착 장치의 사용 기간이 연장될 수 있고 정착 부재의 온도 제어 보정이 수행되며, 그 결과 양호한 정착 능력이 얻어질 수 있어서, 정착 온도 제어 온도가 부적절할 경우 유발되는 불량한 화상을 발생시키지 않는 그리고 그로스와 같은 인쇄 품질의 불균일함이 없는 고품질의 화상이 얻어질 수 있다.
더욱이, 여기에서 소정의 전력을 결정하도록 서브 서미스터(19)의 검지 온도를 사용함으로써 히터 홀더의 온도가 추정되는 예가 설명되더라도, 서브 서미스터가 사용되지 않을 수 있고 히터 홀더의 온도가 인쇄된 용지의 수로부터 추정될 수 있어서 소정의 전력을 결정한다.
<제7 실시예>
본 발명의 제7 실시예에서, 시동 온도 제어 중에 피드백 제어가 억제되는 영역이 제공되며, 그러한 영역 내에서, 2단계의 전력 레벨, 즉 정착 장치의 온도 제어의 신속한 시동을 위한 제1 전력 레벨과 정착 장치의 온도를 안정화하기 위한 제2 전력 레벨이 정착 히터(16)에 인가된 전력으로서 사용되며, 시동 온도 제어 중에 소정의 온도가 검출된 후 제1 전력 레벨이 제2 전력 레벨으로 변할 때, 제2 전력 레벨이 히터 홀더(17)에 대해 인접하는 서미스터의 검지 온도를 기초로 하여 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 필요한 전력으로 보정되어, 오버슈트의 발생없이 더욱 안정한 온도 제어가 달성될 수 있는 방법에 관해 설명된다.
이 실시예에서, 정착 장치의 전체 구조 및 제어는 제5 실시예의 것과 유사하다. 그러나, 도17에 도시된 바와 같이, 제3 온도 검지 수단으로서 제3 서미스터(79)는 히터 홀더(17) 내부에 배치된다. 제7 실시예는 정착 히터(16)로 인가되는 전력이 보정될 때 전력이 제3 서미스터(70)를 이용함에 의해서 정착 장치의 축열 정도를 고려하여 실질적으로 필요한 전력으로 보정된다는 점에서 제1 실시예와 다르다.
화상 형성 장치의 구조는 제1 실시예의 것과 유사하고 도1에 도시된 것이다. 또한, 정착 장치의 구조는 도2, 도3, 도4a 내지 도4c에 도시된 것과 같으며, 중복되는 설명은 생략될 것이다.
이 실시예에서, 정착 장치의 축열 정도가 고려될 때, 축열 정도는 히터 홀더(17)에 대해 인접하는 제3 서미스터(70)를 이용하여 직접 측정된다.
이렇게 함으로써, 정착 장치의 축열 정도는 더욱 정밀하게 구해질 수 있다.
도16은 히터 홀더(17)의 온도와 정착 장치의 온도를 유지하기 위해 요구되는전력값 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 이와 같이, 히터 홀더 및 정착 장치의 온도를 유지하기 위해 요구되는 전력값은 재현할 수 있는 방식으로 도7에 도시된 바와 같은 관계를 나타낸다.
선형 보간법에 의해 제3 서미스터(70)의 검지 온도로부터 결정된 소정의 전력을 사용함으로써, 필요한 전력이 보다 정확하게 구해질 수 있다.
이 실시예를 사용하여 얻어진 효과가 원칙적으로 제6 실시예의 것과 동일하기 때문에, 이의 설명은 생략된다. 그러나, 이 실시예에서 시동 시에 인가된 제2 전력 레벨의 값이 실온에서의 정착 장치로부터 잘 가열된 정착 장치까지 다양한 조건을 갖춘 정착 장치에서 보다 정확하게 결정될 수 있기 때문에, 아주 안정한 시동 온도 제어가 달성될 수 있다.
이 방식으로, 안정한 시동 온도 제어(온도 리플이 7℃ 이내)가 정착 장치의 축열 정도에 관계없이 달성될 수 있다.
이와 같이, 오버슈트(overshoot)와 오버슈트에 기인한 온도 리플을 억제함으로써, 정착 장치의 수명이 연장되고, 그리고 정착 부재의 정확한 온도 제어가 수행되고, 그 결과 양호한 정착 능력이 얻어질 수 있어, 그로 인해 정착 온도 제어 온도가 부적절할 경우 유발되는 불량한 화상을 발생시키지 않는, 그리고 그로스 등과 같은 인쇄 품질의 불균일함이 없는 고품질 화상이 얻어질 수 있다.
<기타>
1) 이 방식으로, 전술된 제1 내지 제4 실시예에서, 프로세스 속도가 87 ㎜/sec, 인쇄 속도가 분당 16 매, 온도 제어 온도가 190 ℃ 및 소정의 전력을 인가하는 시간이 통지 개시시 기록재의 돌입전 약 1.5 내지 약 0.5 초인 예가 설명되었다. 그러나, 기록재의 종류 및/또는 얻고 싶은 화상의 화질에 따라서 또는 더 양호한 정착 능력을 얻기 위한 조건에 따라서, 프로세스 속도, 인쇄 속도 및/또는 온도 제어 온도가 다른 값으로 설정될 수도 있다. 또한, 이 경우, 본 발명을 적용함에 의해서, 온도 변동이 적은 높은 정확도의 온도 제어가 달성될 수 있고, 동일한 효과가 달성될 수 있다. 이 경우, 보정된 소정의 전력의 값과 소정의 전력을 인가하기 위한 시간이 프로세스 속도, 인쇄 속도 및/또는 온도 제어 온도에 따라 변한다는 것을 알아야 한다.
2) 또한, 전술된 실시예에서, PID 제어가 온도 제어를 수행하기 위한 전력 제어로서 기본적으로 이용된 예가 설명되었다. 이 제어는 온도가 타겟 온도에 신속하게 접근하고 외부 교란에 강한 제어 방법으로 이용되었다. 따라서, P 제어, PI 제어 또는 다른 피드백 제어가 온도 제어를 수행하기 위해 이용될 수 있고 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
3) 또한, 전술한 제1 내지 제7 실시예에서, 종이 종류, 매체 센서 또는 환경 센서가 기록재의 열 용량 및 정착 장치로부터의 열 전달 특성의 차이를 고려한 소정의 전력의 값을 결정하기 위해서 사용된 예가 설명되었다. 그러나, 기록재가 정착 장치로 실제로 돌입하기 전에 기록재의 열 용량 및 정착 장치로부터의 열 전달 특성의 차이를 직접 측정하는 방법을 이용함으로써 그리고 소정의 전력의 값에 측정된 결과를 반영함으로써 본 발명은 (온도 제어에 관하여) 동일한 또는 더 정확한 온도 제어가 달성되도록 적용될 수 있다.
4) 또한, 전술한 제1 내지 제4 실시예에서, 정착 장치의 인쇄 매수 또는 전력 공급의 개시 시의 서브 서미스터(19)의 온도가 정착 장치의 축열 정도를 고려한 소정의 전력의 값을 결정하기 위해서 이용되는 예가 설명되었다. 그러나, 정착 장치 내부에, 예컨대 히터 홀더(17) 또는 가압 롤러(22) 상에 새로운 서미스터를 실제로 부가함에 의해서 정착 장치의 축열 정도를 직접적으로 측정하는 방법을 또한 사용함으로써, 본 발명은 (온도 제어에 관하여) 동일한 또는 더 정확한 온도 제어가 달성되도록 적용될 수 있다.
5) 또한, 전술된 제5 내지 제7 실시예에서, 프로세스 속도가 87 ㎜/sec, 온도 제어 온도가 190 ℃ 및 소정의 전력을 인가하는 시간이 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 170 ℃(타겟 온도 - 20℃)가 되기 전에 약 1.5초인 예가 설명되었다. 그러나, 기록재의 종류 및/또는 얻고 싶은 화상의 화질에 따라서 또는 더 양호한 정착 능력을 얻기 위한 조건에 따라, 프로세스 속도, 인쇄 속도 및/또는 온도 제어 온도가 다른 값으로 설정되는 경우에서도 본 발명을 적용함에 의해서 온도 변동이 적은 높은 정확도의 온도 제어가 달성될 수 있고, 동일한 효과가 달성될 수 있다. 이 경우, 보정된 소정의 전력의 값 및 소정의 전력을 인가하는 시간은 프로세스 속도, 인쇄 속도 및/또는 온도 제어 온도에 따라 변동한다는 것을 알아야 한다.
6) 또한, 전술된 제5 내지 제7 실시예에서, 시동 제어가 2단계 제어로 설명되었지만, 3 이상의 단계 제어가 이용될 수 있다. 이 경우, 전력값의 설정과 같은 보다 정확한 제어가 달성될 수 있고 보다 안정한 온도 제어가 달성될 수 있다.
7) 또한, 전술된 실시예에서 비록 특정 조건에 적절한 정착 장치(16)에 필요한 소정의 전력으로 정착 히터(16)로 인가되는 전력을 보정하기 위한 제어가, 이 제어를 가상 달성하기 위한 방법으로서 설명되었지만, 온도 제어의 타겟 온도는 임시로 변경될 수 있으며 타겟 온도는 정착 장치(16)에 인가되는 전력이 결국 정착 장치에 요구되는 소정의 전력이 되도록 변경될 수 있다. 즉, 전술된 제1 내지 제4 실시예에서, 메인 서미스터(18) 또는 서브 서미스터(19)의 타겟 온도가 기록재(P)가 정착 닙부로 돌입하기 전 약 0.5 초전에 약 1초 동안 기록재(P)가 돌입하기 전의 온도보다 높은 온도로 설정되어, 소정의 온도로 정착 장치를 유지하기 위해 요구되는 전력이 최종적으로 인가되는 제어 방법 또는 전술한 제5 내지 제7 실시예에서 메인 서미스터(18)의 검지 온도가 170 ℃(타겟 온도 - 20 ℃)에 도달한 후, 타겟 온도는 약 1.5 초동안 더 높은 값으로 설정되어, 정착 장치를 소정의 온도로 유지하기 위해 요구되는 전력이 최종적으로 인가되는 제어 방법이 이용될 수 있고 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
8) 또한, 전술된 실시예에서, 정착 장치의 제1 온도 검지 수단이 가열 요소와 상이한 위치에 배치된 예가 설명되었다. 그러나, 제1 온도 검지 수단이 가열 요소 상에 배치된 때, 예를 들면 제1 온도 검지 요소가 열 발생 구역과 다른 위치에 위치된 경우 또는 온도 검지 수단의 응답이 느린 경우에서도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
9) 또한, 전술된 실시예에서, 정착 벨트(20)의 열 용량이 적어도 4.2 ×10-2 J/㎠·℃ 내지 4.2 J/㎠·℃인 정착 장치가 설명되었다. 만일 정착 벨트(20)의 열 용량이 4.2 ×10-2 J/㎠·℃ 이하라면, 온-디멘드(on-demand) 특성이 악화되고, 만일 정착 벨트(20)의 열 용량이 4.2 J/㎠·℃ 이상이 된다면 정착 벨트(20)의 탄성층의 두께가 충분하게 유지될 수 없어 그 결과 그로스 불균일과 같은 불량한 화상이 생성되기 때문이다. 그러나, 본 발명은 전술된 열 용량과 다른 열 용량을 갖는 정착 벨트를 포함하는 정착 장치에 적용될 수 있고, 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
10) 또한, 본 발명의 실시예에서, 정착 벨트(20)가 탄성층을 갖는 정착 장치가 설명되었다. 그러나, 정착 부재가 실시예에서 설명된 것과 같은 열 용량을 갖는다면, 탄성층은 제공되거나 또는 제공되지 않을 수 있다.
11) 또한, 가열 부재로서 세라믹 기판 상에 형성된 저항성 가열 요소에 의해 구성된 세라믹 히터가 사용되는 정착 장치가 설명되었다. 세라믹 히터가 저비용 컬러 온-디멘드 정착 장치에 이용되는 가열 부재로서 이용되기 때문이다. 할로겐 램프 또는 전자 유도 가열 부재가 가열 부재로서 이용될 수 있고 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
12) 또한, 그들 사이에 정착 닙부를 한정하는 제1 정착 부재 및 제2 정착 부재는 제1 내지 제7 실시예에 도시된 정착 벨트 및 가압 롤러로 제한되지 않는다. 제1 정착 부재 및 제2 정착 부재 모두가 가열 부재(열원)를 포함하고 있는 장치가 사용될 수 있다.
13) 또한, 가열 부재는 정착 닙부(27)에 배치될 필요는 없다. 예컨대, 열원은 정착 벨트의 이동 방향으로 정착 닙부(27)의 상류측 또는 하류측에 배치될 수 있다.
14) 또한, 실시예에서, 비록 정착 장치가 가압 회전 부재 구동 형태의 것일지라도, 정착 벨트 상에 장력을 가하면서 구동 롤러가 정착 벨트를 구동시키기 위해 무한 정착 벨트의 내주연 표면 상에 제공되는 정착 장치가 사용될 수 있다.
15) 또한, 본 발명에 따른 정착 장치는 기록재 상으로 미정착 화상을 영구 화상으로 열적으로 정착시키기 위한 정착 장치 뿐만 아니라 기록재 상의 미정착 화상을 가상 정착시키기 위한 화상 가열 장치 또는 화상을 담지하고 있는 기록재를 재가열함으로써 그로스와 같은 화상면 특성을 개선시키는 화상 가열 장치를 포함할 수 있다.
16) 또한, 화상 형성 장치의 화상 형성 시스템은 전자사진 시스템으로 제한되지 않으며, 정전 기록 시스템 또는 자기 기록 시스템이 이용될 수 있고 화상 형성 시스템은 전사 방식 또는 직접 방식일 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄성 층을 갖는 정착 벨트가 정착 장치에서 정착 부재로 사용될 때에도 정착 장치의 수명은 길고, 양호한 정착 성능을 제공하기 위해 정착 부재의 올바른 온도 제어가 수행될 수 있으며, 정착 온도 제어 온도가 부적절하다면, 불량 화상이 발생하지 않으며, 그로스와 같은 인쇄 품질에서 불균형을 갖지 않는 고화질이 달성될 수 있는 정착 장치와, 이러한 정착 장치가 장착되는 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.
Claims (36)
- 가열 요소와,상기 가열 요소에 전력을 공급하는 전력 공급부와,적어도 하나 이상의 온도 검지 수단과,기록재와 함께 이동하는 제1 회전체와,상기 기록재와의 사이에 압접부를 형성하도록 상기 기록재와 협력하는 제2 회전체를 적어도 포함하고,상기 제1 회전체의 온도는 상기 온도 검지 수단에 의해서 검지된 온도를 기초로 상기 전력 공급부로부터 상기 가열 요소로 공급되는 전력의 피드백 제어에 의해 제어되며, 화상을 담지한 기록재는 상기 압접부에서 협지되고 반송되어 가열되며,상기 온도 검지 수단이 상기 압접부로의 기록재의 돌입시 발생하는 온도 변동을 검지하기 전에, 상기 가열 요소에 공급되어 상기 가열 요소를 가열하는데 필요한 전력이 소정 전력으로 보정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 온도 검지 수단의 온도 검지가 수행되는 장소는 상기 가열 요소의 가열 영역과 다른 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 값은 상기 정착 장치로의 기록재의 돌입 후에요구되는 전력 값과 대략 동일한 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 인가 동안에는 피드백 제어가 수행되지 않는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 값의 출력은 상기 온도 검지 수단의 타겟 온도를 변경시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 온도 검지 수단이 제1 온도 검지 수단으로 사용될 때 상기 제1 온도 검지 수단 이외에 제2 온도 검지 수단이 더 구비되고, 상기 제2 온도 검지 수단의 온도 검지가 수행되는 장소는 상기 제1 온도 검지 수단보다 상기 가열 요소의 가열 영역에 가까운 장소이거나 상기 가열 영역 내부이며, 소정 전력의 값의 출력은 상기 제2 온도 검지 수단의 타겟 온도를 변경시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 값은 상기 정착 장치의 축열 정도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 온도 검지 수단이 제1 온도 검지 수단으로 사용될 때 상기 제1 온도 검지 수단 이외에 제2 온도 검지 수단이 더 구비되고, 상기 제2 온도 검지 수단의 온도 검지가 수행되는 장소는 상기 제1 온도 검지 수단보다 상기 가열 요소의 가열 영역에 가까운 장소이거나 상기 가열 영역 내부이며, 화상 형성 동작의 개시시 상기 정착 장치가 시동되기 전에 소정 전력의 값은 상기 제2 온도 검지 수단의 검지 온도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 값은 상기 정착 장치의 인쇄 시트 매수로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 값은 기록재의 열용량으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 값은 기록재의 평량으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제10항에 있어서, 소정 전력의 값은 기록재가 속하는 용지 모드로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제10항에 있어서, 소정 전력의 값은 기록재의 흡습 정도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 소정 전력의 값은 상기 정착 장치로부터 기록재로의 전열성의 좋고 나쁨에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제14항에 있어서, 소정 전력의 값은 기록재가 거친 용지인 경우에 상기 정착 장치로부터의 전열성을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제14항에 있어서, 소정 전력의 값은 기록재가 필름인 경우에 상기 정착 장치로부터의 전열성을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 가열 요소와,상기 가열 요소에 전력을 공급하는 전력 공급부와,적어도 하나 이상의 온도 검지 수단과,기록재와 함께 이동하는 제1 회전체와,상기 기록재와의 사이에 압접부를 형성하도록 상기 기록재와 협력하는 제2 회전체를 적어도 포함하고,상기 제1 회전체의 온도는 상기 온도 검지 수단에 의해서 검지된 온도를 기초로 상기 전력 공급부로부터 상기 가열 요소로 공급되는 전력의 피드백 제어에 의해 제어되며, 화상을 담지한 기록재는 상기 압접부에서 협지되고 반송되어 가열되며,인쇄의 개시시 정착 장치가 시동될 때 피드백 제어가 금지되는 기간이 제공되고,상기 기간 중, 정착 장치의 온도를 급속하게 상승시키기 위한 제1 전력 레벨 및 정착 장치의 온도를 안정시키기 위한 제2 전력 레벨을 포함하는 2단계 이상의 전력 레벨이 사용되며, 그 후에 피드백 제어가 재 시행되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 온도 검지 수단의 온도 검지가 수행되는 위치는 상기 가열 요소의 가열 영역과는 상이한 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 소정 전력의 값의 출력은 상기 온도 검지 수단의 타켓 온도를 변경함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 온도 검지 수단이 제1 온도 검지 수단으로 이용될 때, 제2 온도 검지 수단은 상기 제1 온도 검지 수단 이외에 별도로 제공되며, 상기 제2 온도 검지 수단의 온도 검지가 수행되는 위치는 상기 제1 온도 검지 수단보다 상기 가열 요소의 가열 영역에 보다 근접하거나 상기 가열 영역 내의 위치이며, 상기 소정 전력의 값의 출력은 상기 제2 온도 검지 수단의 타겟 온도를 변경함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제2 전력 레벨 위 또는 이후의 전력 레벨의 값은 상기 정착 장치의 축열 정도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 온도 검지 수단이 제1 온도 검지 수단으로 이용될 때, 제2 온도 검지 수단은 상기 제1 온도 검지 수단 이외에 별도로 제공되며, 상기 제2 온도 검지 수단의 온도 검지가 수행되는 위치는 상기 제1 온도 검지 수단보다 상기 가열 요소의 가열 영역에 보다 근접하거나 상기 가열 영역 내에 위치되며, 상기 정착 장치가 화상 형성 작동의 개시시에 작동되기 이전에, 제2 전력 레벨 위 또는 이후의 전력 레벨의 값은 상기 제2 온도 검지 수단의 검지 온도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제21항에 있어서, 상기 제2 전력 레벨 위 또는 이후의 전력 레벨의 값은 상기 정착 장치의 인쇄 시트 수로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제21항에 있어서, 제3 온도 검지 수단은 상기 제1 온도 검지 수단 및 제2 온도 검지 수단 이외에 추가로 제공되며, 상기 제3 온도 검지 수단의 온도 검지가 수행되는 위치는 상기 제1 회전 부재 이외의 상기 정착 장치의 구성부 또는 상기 가열 요소의 가열 영역 내에 있으며, 상기 제2 전력 레벨 위 또는 이후의 전력 레벨의 값은 상기 제3 온도 검지 수단의 검지 온도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 회전 부재의 열 용량은 4.2 x 10-2 J/cm2·℃ 내지 4.2 J/cm2·℃인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 회전 부재의 열 용량은 8.82 x 10-2 J/cm2·℃ 내지 18.9 x 10-2 J/cm2·℃인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 벨트형 부재 상에 탄성 층을 제공함으로써 구성된 정착 벨트는 상기 제1 회전 부재로서 이용되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 정착 벨트의 기저 재료는 열 저항 수지인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 정착 벨트의 기저재는 금속인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제27항에 있어서, 상기 정착 벨트의 최외곽 표면 층으로서 몰드 해제 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 요소로서 라인 형상의 가열 요소가 이용되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 세라믹 기판 상에 저항 가열 요소를 형성함으로써 구성된 세라믹 히터는 상기 가열 요소로서 이용되는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 요소를 보유하는 가열 요소 보유 부재는 수지 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제33항에 있어서, 상기 가열 요소 보유 부재는 액정 폴리머로 제조된 것을 특징으로 하는 정착 장치.
- 제1항에 따른 정착 장치를 장착하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
- 제35항에 있어서, 상기 화상 형성 장치는 복수개의 컬러 토너 화상을 중첩함으로써 컬러 화상을 형성하기 위한 컬러 화상 형성 장치인 것을 특징으로 하는 정착 장치.
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