KR20060018157A

KR20060018157A - 화상형성기기에서의 정착장치

Info

Publication number: KR20060018157A
Application number: KR1020040066515A
Authority: KR
Inventors: 김환겸; 한상용; 권중기; 채영민; 조덕현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2006-02-28

Abstract

본 발명은 화상형성기기의 정착장치에 관한 것으로서, 가열부에 발생된 소정 극성의 정전기력에 의해 발생되는 오프셋 현상과 토너의 비산 현상을 방지하고, 오프셋 현상이 발생된 상태에서 발생되는 인쇄매체의 잼 현상을 방지하고, 가열롤러를 유도코일에 의한 저항발열과 금속코어에 발생된 유도전류의 주울 열에 가열시킴으로써, 인쇄매체에 부착된 토너 화상을 정착시키기 위한 소정 정착온도에 이르는 시간 측면에서, 종래 유도코일을 가열부인 가열롤러의 내부나 가열롤러의 외주면에 배치하여 가열롤러만을 가열한 유도가열방식보다 소정 정착온도에 이르는 시간이 단축시키는 것이다.

유도가열, 정착

Description

화상형성기기에서의 정착장치{A FUSING ROLLER APPARATUS IN IMAGE FORMING EQUIPMENT}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치에서 가열부의 가열 메카니즘을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치에 인쇄매체가 진입되고 있는 상태를 도시하는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 전원공급부 110 : 정전기 제거부

200 : 가열부 220 : 가열롤러

300 :가압부 312 : 가압롤러

본 발명은 화상형성기기의 정착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인쇄매체에 부착된 토너화상을 정착시키기 위한 소정 정착온도에 이르는 시간을 단축시키고, 가열롤러에 발생된 소정 극성의 정전기력에 의해 발생되는 오프셋 현상과 토너의 비산 현상을 방지하고, 오프셋 현상이 발생된 상태에서 발생되는 인쇄매체의 잼 현상을 방지하는 전자사진방식 화상형성기기의 정착장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 프린터(Laser printer)나 팩시밀리(Facsimile) 또는 복사기와 같은 전자사진방식의 화상형성기기는 감광체에 형성된 전기적인 잠상을 토너로써 가시적인 화상으로 현상하고, 이 토너에 의한 가시적인 화상을 급지 카세트(Cassette)로부터 공급되는 인쇄매체에 전사한 다음, 전사된 토너 화상을 인쇄매체에 정착시킴으로써 화상형성작업을 수행한다.

이와 같은 전자사진방식의 화상형성기기에 있어서, 전사된 토너 화상의 정착은 대부분 인쇄매체에 열과 압력을 동시에 가함으로써 구현된다. 이를 위해서, 인쇄매체에 토너 화상을 정착시키기 위한 화상형성기기의 정착장치에는 인쇄매체에 열을 가하는 가열부와 이러한 가열부에 접촉되어 인쇄매체에 소정 압력을 가하는 가압부가 필수적으로 구비되고 있다. 따라서, 토너 화상이 전사된 인쇄매체가 정착장치로 이송될 경우, 정착장치는 이 인쇄매체를 가열부와 가압부의 사이로 통과시킴으로써 인쇄매체에 토너 화상을 정착하게 된다. 그러므로, 인쇄매체 위에 단순히 부착되어 있던 토너 화상은 이러한 가열부와 가압부에 의해 인쇄매체에 반영구적으로 정착되는 것이다.

이러한 가열부의 가열방식에는 할로겐 램프(Halogen lamp)의 복사열을 이용한 램프가열방식과 유도코일의 저항발열을 이용한 유도가열방식 등이 있다. 그런데 공급되는 에너지(Energy) 대비 정착에 사용되는 열에너지 비율로 열효율을 비교해보면 할로겐 램프 가열방식은 약 60%의 효율을 나타내고 있는 반면, 유도가열방식은 약 85%의 효율을 나타내고 있다. 따라서, 최근에는 가열부의 가열방식으로 유도가열방식이 주로 채용되고 있는 추세이다.

유도가열방식을 이용한 정착장치의 일예로는 미국특허 5,552,582호에 개시된 '화상가열장치'(등록일:1996년 9월 3일)와, 일본특허 특개 2000-214702호에 개시된 '정착장치 및 화상형성장치'(공개일:2000년 8월 4일) 등이 있다.

개시된 정착장치들은 가열부의 가열방식으로 유도가열방식을 채용하고 있으며, 유도전류가 발생되도록 하는 유도코일(coil)을 가열부인 가열롤러(Roller)의 내부나 가열롤러의 외주면에 배치하여 가열롤러만을 가열하고 있다.

따라서 종래 정착장치들의 유도코일에 전류를 흘러보내면, 유도코일의 주위에는 자기장이 형성되고, 이 자기장의 내부에 들어있는 금속제의 가열롤러에는 유도전류가 발생되게 된다. 이에 가열롤러에는 이러한 유도전류에 의한 저항발열이 발생된다. 가열롤러는 이러한 저항발열에 의해 가열되어 인쇄매체에 부착된 토너 화상을 정착시키게 되는 것이다.

그런데, 유도코일은 가열롤러의 내부나 가열롤러의 외주면에 고정되어 있어서 가열롤러가 회전하기 위해서는 물리적으로 유도코일과 가열롤러간에 일정한 거리와 간극을 두어야 한다. 이는 유도코일과 가열롤러간의 유도결합계수를 작아지게 하고, 결국에는 가열롤러에 발생되는 유도전류의 양을 작게 한다. 가열롤러에 발생되는 유도전류의 양이 작아지게 됨으로써, 가열롤러에서는 유도전류에 의한 저항발열량이 작아지게 된다. 따라서, 인쇄매체에 부착된 토너화상을 정착시키기 위한 소정 정착온도에 이르기까지는 많은 시간이 소요되는 문제점이 발생하게 된다.

한편, 정착장치로 이송되는 인쇄매체 상의 토너 화상은 통상 (-)극성 또는 (+)극성상태로 대전되어 있다. 이에 토너 화상의 정착 작업시 토너 화상을 정착시켜주는 가열부에 소정 극성의 정전기력이 발생되면, 인쇄매체에 부착되어 있던 토너 화상 중 일부는 이러한 전기적 극성의 인력에 의해 가열부로 전이되어지는 오프셋(Offset) 현상과 인쇄매체에 부착되어 있던 토너의 비산(飛散) 현상 등이 발생되는 문제점이 발생된다.

그리고, 이와 같은 오프셋 현상이 발생된 상태로 화상형성작업을 계속 진행할 경우, 가열부에 전이된 토너는 가열부의 열에 의해 가열부의 외주면에 달라붙어서 뒤를 이어 계속 이송되는 인쇄매체를 오염시키거나 뒤를 이어 이송되는 인쇄매체의 잼(Jam)을 유발하게 되는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 인쇄매체에 부착된 토너화상을 정착시키기 위한 소정 정착온도에 이르는 시간을 단축시키는 화상형성기기의 정착장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 가열부에 발생된 소정 극성의 정전기력에 의해 발생 되는 오프셋 현상과 토너의 비산 현상을 방지하고, 오프셋 현상이 발생된 상태에서 발생되는 인쇄매체의 잼 현상을 방지하는 화상형성기기의 정착장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 화상형성기기의 정착장치는, 인쇄매체에 접촉되어 상기 인쇄매체에 부착된 토너를 용융시키는 가열부, 상기 인쇄매체를 상기 가열부 측으로 가압하는 가압부, 상기 가열롤러에 부착된 정전기를 제거하는 정전기 제거부를 포함한다.

상기 가열부는, 상기 가열부의 내부에 구비되며 소정 전류에 의해 저항 발열하는 유도코일유닛, 상기 유도코일유닛에 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장을 상쇄시키기 위한 역기전력에 의해 발생되는 유도전류에 따른 열을 발생하는 중공의 코어, 상기 토너의 오프셋을 방지하기 위해 상기 코어의 외주면을 감싸도록 배치된 이형층, 상기 유도코일유닛과 상기 코어의 절연을 위해서 상기 유도코일유닛과 상기 코어의 사이에 형성된 절연층을 포함하여 구성됨이 바람직하다.

상기 유도코일유닛은 상기 코어의 원주방향을 따라 코일 스프링 방식으로 감겨진 유도코일로 형성됨이 바람직하다.

상기 정전기 제거부는, 상기 이형층에 부착된 정전기를 제거하기 위한 제너 다이오드와, 상기 제너 다이오드에 직렬 연결되고, 상기 코어에 형성된 유도전류의 손실을 방지하는 저항과, 상기 인쇄매체에 토너가 정착된 후에 잔류하는 토너의 극 성을 제거하기 위한 잔류 토너극성 제거부를 포함한다.

상기 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치는, 상기 인쇄매체에 부착된 토너의 극성과 반대의 극성을 가지는 전원을 상기 가압부에 제공하는 극성전원 공급부를 포함함이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 화상형성기기에서의 정착장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

또한, 이해의 편의를 위하여 비록 다른 도면에 속하더라도 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하였음을 주의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치는, 종이나 OHP 필름(OverHead Projector film)과 같은 인쇄매체에 부착된 토너를 용융하기 위해 열을 가하는 가열부(200)와, 가열부(200)에 대응되도록 설치되며 인쇄매체에 부착된 토너가 인쇄매체에 반영구적으로 정착되도록 인쇄매체를 가열부(200) 측으로 가압하는 가압부(300)와, 가열부(200)와 가압부(300)에 전원을 공급하는 전원공급부(100)와, 가열부(200)에 발생된 정전기를 제거하고, 가열부(200)에 생성된 유도전류의 손실을 방지하는 정전기 제거부(110)를 포함하고 있다.

이에 대해서 보다 구체적으로 살펴보면, 가열부(200)는 소정 회전속도로 회전 가능하게 설치된 가열롤러(220)와 가열롤러(220)를 회전되게 하는 롤러회전수단(도시하지 않음)을 포함한다.

가열롤러(220)는 스틸(Steel), 알루미늄(Aluminum), 구리(Copper) 중 어느 하나로 형성된 중공의 금속코어(212)와, PFA(Perfluoroalkoxy), PTFE (Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 형성되어 금속코어(212)의 외주면을 감싸도록 마련된 이형층(210)과, 구리, 니켈-크롬 합금, 철-크롬 합금 중 어느 하나로 형성되어 금속코어(212)의 내부의 원주방향을 따라 코일 스프링방식으로 감겨진 유도코일(216)과, 금속코어(212)와 유도코일(216)간의 절연을 위해서 금속코어(212)의 내부면에 에나멜(Enamel), 유리(Glass), Al₂O₃와 같은 세라믹 재료 또는 실리콘 고무(Silicon Rubber) 중 어느 하나로 형성된 절연층(214)과, 금속코어(212)에 연결된 회전축(202)과, 회전축(202)을 미끄럼 지지하는 베어링(Bearing, 204)으로 구성된다.

한편, 가압부(300)는 소정 회전속도로 회전 가능하게 설치되고, 가열롤러(220)에 구름접촉 하도록 설치된 가압롤러(312)와 가압롤러(312)를 회전되게 하는 롤러회전수단(도시하지 않음)을 포함한다.

여기에서, 가압롤러(312)는 알루미늄(Aluminum), 구리(Copper) 중 어느 하나로 형성된 중공의 금속코어(308)와, PFA(Perfluoroalkoxy), PTFE (Polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 형성되어 금속코어(308)의 외주면을 감싸도록 마련된 이형층(310)과, 금속코어(308)에 연결된 회전축(304)과, 회전축(304)을 미끄럼 지지하는 베어링(302)으로 구성된다.

전원공급부(100)는 고주파로 스위칭하는 전류를 발생한 후 회전 전원공급수 단을 통하여 유도코일(216)에 제공한다.

그리고, 회전 전원공급수단은 고주파로 스위칭하는 전류를 회전하는 가열롤러(220) 내부의 유도코일(216)에 공급할 수 있도록 카본, 구리, 은 등의 성분을 함유하여 소결된 원판 타입의 전원공급전극(208)과, 이 전원공급전극(208)에 연결되는 전원공급 브러쉬(206)로 구성된다. 여기에서, 전원공급전극(208)과 전원공급 브러쉬(206)는 카본, 구리, 은 등의 성분을 함유하여 소결되기 때문에 습동성 및 자기윤활성이 대폭 증가되어 회전하는 가열롤러(220)의 회전축(202)에 접촉되어 고주파의 전류를 유도코일(216)에 인가할 수 있게 된다. 이때, 전원공급 브러쉬(206)의 일측은 전원공급전극(208)에 연결하고, 전원공급 브러쉬(206)의 타측은 전원공급부(100)에 연결함이 바람직하다.

또한, 전원공급부(100)는 가압롤러(312)의 이형층(308)에 접촉된 바이어스 전압공급수단(306)을 통하여 소정 극성의 전압을 가압롤러(312)에 공급한다. 여기에서 바이어스 전압공급수단(306)에 대해서는 후술하기로 한다.

정전기 제거부(110)는 가압롤러(220)에 발생된 정전기를 정전기 수집수단(218)을 통하여 수집한다. 여기에서 정전기 수집수단(218)에 대해서는 후술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치에서 가열부의 가열 메카니즘을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전원공급부(100)에서 발생된 고주파 전류는 전원 공급 브러쉬(206) 및 전원공급전극(208)을 통하여 유도코일(216)에 제공된다. 이에 유도코일(216)에 고주파 전류가 흐름으로써 유도코일(216)에는 저항발열(232)이 발생되고, 이 저항발열(232)은 금속코어(212)를 가열시킨다.

한편, 유도코일(216)에 전류가 흐름으로써 유도코일 주변에는 자기장(도시하지 않음)이 형성되고, 이 자기장을 상쇄시키기 위한 역기전력(도시하지 않음)이 발생하게 된다. 이 역기전력에 의해 금속코어(212)에는 유도전류(Eddy current)(230)가 발생하게 된다 . 이에 금속코어(212)는 금속코어(212)에 발생된 유도전류(230)의 주울(Joule) 열에 의해 가열되게 된다.

따라서, 가열롤러(220)는 유도코일(216)에 의한 저항발열과 금속코어(212)에 발생된 유도전류(230)의 주울 열에 가열된다. 결국, 본 발명에 따른 유도가열방식은 기존 유도코일(coil)을 가열부인 가열롤러(Roller)의 내부나 가열롤러의 외주면에 배치하여 가열롤러만을 가열한 유도가열방식보다 소정 정착온도에 이르는 시간이 단축된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성기기의 정착장치에 인쇄매체가 진입되고 있는 상태를 도시하는 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 가열롤러(220)는 유도코일(216)에 의한 저항발열과 금속코어(212)에 발생된 유기전류에 의한 주울 열에 의해 발생된 열을 인쇄매체(430)에 가하면서 회전하게 되고, 가압롤러(312)는 열을 가하는 가열롤러(220)에 구름 접촉되어 가열롤러(220)와 가압롤러(312) 사이로 통과되는 인쇄매체(432)에 소정 압력을 가하면서 회전하게 된다. 이에 가열롤러(220)와 가압롤러(312)의 사이로 통과되는 인쇄매체(432)에는 두 롤러(220, 312)의 열과 압력에 의해 토너 화상(430)이 정착되는 것이다.

한편, 토너 화상(430)의 정착 작업시 토너 화상(430)을 정착시켜주는 가열롤러(220)에 소정 극성의 정전기력이 발생되는 경우, 인쇄매체(432)에 부착되어 있던 토너 화상(430) 중 일부의 토너(420a, 420b)는 이러한 전기적 극성의 인력에 의해 가열롤러(220)의 이형층(210)에 부착되는 오프셋 현상이 발생된다. 이를 방지하기 위해 정전기 제거부(400)가 개시된다.

정전기 제거부(400)는 정전기 수집수단(410)을 통하여 수집된 가열롤러(220)의 이형층(210) 표면에 부착된 토너(420a, 420b)를 제거하기 위한 제너 다이오드(ZD)와, 제너 다이오드(ZD)와 직렬 연결되어 가열롤러(220)의 금속코어(212)에 발생된 유도전류의 손실을 방지하기 위한 고저항(R)과, 가열롤러(220)와 가압롤러(312)를 통과하면서 토너화상(430)의 정착이 이루어진 후 인쇄매체(432)에 잔존하는 잔존 정전기(434)를 제거하기 위한 잔존 토너 제거부(406)를 포함한다.

여기에서, 정전기 수집수단(410)은 가열롤러(220)의 이형층(210) 표면에 부착된 정전기(420a, 420b)를 수집하기 위해서, 표면직접접촉 브러쉬나 도전성 부싱(Bushing) 등의 장치로 형성될 수 있다.

또한, 고저항(R)은 프레임 그라운드로 유도전류가 흐르지 않도록 하기 위한 것이며, 10 내지 100[MΩ] 용량의 저항이 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 제너다이오드(ZD)는 가열롤러(220)의 이형층(210) 표면에 부착된 토너의 정전기를 제거 하기 위한 것이며, 항복전압 범위가 10 내지 500[V]인 제너 다이오드가 사용되는 것이 바람직하다. 이는 가열롤러(220)의 이형층(210) 표면에 부착된 토너의 정전기는 대략 수 백 내지 수 천[V]가 되기 때문이다.

잔존 토너 제거부(406)는 토너화상(430)의 정착이 이루어진 후 인쇄매체(432)에 잔존하는 잔존 토너(434)를 제거하기 위해서 톱니 모양의 금속판 또는 도전성 브러쉬로 형성될 수 있다.

한편, 바이어스 전원공급수단(460)은 전원공급부(100)로부터 공급되는 전원을 인쇄매체에 부착된 토너 화상의 극성과 반대의 극성을 가지는 전원을 가압롤러(312)의 이형층(308)에 제공함으로써 토너화상의 인쇄매체에 부착되는 힘을 증가시키며, SUS 브러쉬로 구성될 수 있다. 여기에서, 인쇄매체(432)에 부착된 토너 화상(430)은 (-)극성을 가지므로 바이어스 전원공급수단(460)에서는 전원공급부(100)에서 제공되는 전원을 가압롤러(312)에 (+) 전원으로 변환하여 공급한다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치에 따르면, 가열 부에 발생된 소정 극성의 정전기력에 의해 발생되는 오프셋 현상과 토너의 비산 현상을 방지하고, 오프셋 현상이 발생된 상태에서 발생되는 인쇄매체의 잼 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 화상형성기기의 정착장치는 가열롤러를 유도코일에 의한 저항발열과 금속코어에 발생된 유도전류의 주울 열에 가열시킴으로써, 인쇄매체에 부착된 토너 화상을 정착시키기 위한 소정 정착온도에 이르는 시간 측면에서, 종래 유도코일을 가열부인 가열롤러의 내부나 가열롤러의 외주면에 배치하여 가열롤러만을 가열한 유도가열방식보다 소정 정착온도에 이르는 시간이 단축된다는 장점이 있다.

Claims

화상형성기기의 정착장치에 있어서,

인쇄매체에 접촉되어 상기 인쇄매체에 부착된 토너를 용융시키는 가열부,

상기 인쇄매체를 상기 가열부 측으로 가압하는 가압부,

상기 가열롤러에 부착된 정전기를 제거하는 정전기 제거부를 포함하는 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 가열부는,

상기 가열부의 내부에 구비되며 소정 전류에 의해 저항 발열하는 유도코일유닛,

상기 유도코일유닛에 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장을 상쇄시키기 위한 역기전력에 의해 발생되는 유도전류에 따른 열을 발생하는 중공의 코어,

상기 토너의 오프셋을 방지하기 위해 상기 코어의 외주면을 감싸도록 배치된 이형층,

상기 유도코일유닛과 상기 코어의 절연을 위해서 상기 유도코일유닛과 상기 코어의 사이에 형성된 절연층을 포함하여 구성된 화상형성기기의 정착장치.
제2항에 있어서,

상기 유도코일유닛은,

상기 코어의 원주방향을 따라 코일 스프링 방식으로 감겨진 유도코일로 형성되는 화상형성기기의 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 정전기 제거부는,

상기 이형층에 부착된 정전기를 제거하기 위한 제너 다이오드와,

상기 제너 다이오드에 직렬 연결되고, 상기 코어에 형성된 유도전류의 손실을 방지하는 저항과,

상기 인쇄매체에 토너가 정착된 후에 잔류하는 토너의 극성을 제거하기 위한 잔류 토너극성 제거부를 포함하는 화상형성기기의 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 인쇄매체에 부착된 토너의 극성과 반대의 극성을 가지는 전원을 상기 가압부에 제공하는 극성전원 공급부를 더 포함하는 화상형성기기의 정착장치.