KR20060132276A - 정착기, 이를 구비한 화상형성장치, 및 정착기의온도제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정착기와 이를 구비한 화상형성장치를 제공한다. 상기 정착기는, 내부에 열원이 포함된 히트롤러; 상기 히트롤러에 밀착되어 정착닙을 형성하는 가압롤러; 상기 히트롤러 외주면의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 상기 가압롤러 외주면의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및, 상기 제1 및 제2 온도센서의 측정값에 기초하여 히트롤러의 온도 또는 발열량을 제어하는 콘트롤러;를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 정착 대기 상태에 있는 히트롤러의 대기온도와 가압롤러의 정착대기온도를 측정하여 양 자의 온도 차이를 계산하는 단계; 및, 상기 온도 차이가 특정값보다 크면 상기 히트롤러의 정착대기온도를 상승시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착기의 온도제어방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 정착 대기 상태에 있는 히트롤러의 정착대기온도와 가압롤러의 정착대기온도를 측정하여 양 자의 온도 차이를 계산하는 단계; 및, 상기 온도 차이가 특정값보다 크면 상기 히트롤러와 가압롤러의 회전 시작 시기에 히트롤러의 발열량을 크게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착기의 온도제어방법을 제공한다.

Description

정착기, 이를 구비한 화상형성장치, 및 정착기의 온도제어방법{Fixing unit, image forming apparatus with the same, and method for controlling temperature of fixing unit}

도 1은 종래의 정착기의 일 예를 도시한 단면도이다.

도 2는 종래의 정착기의 온도특성을 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화상형성장치를 도시한 사시도이다.

도 4은 도 3의 정착기를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 ...화상형성장치 105 ...광주사기

110 ...현상기 115 ...감광매체

130 ...전사롤러 140 ...정착기

141 ...히트롤러 142 ...히터

145 ...가압롤러 147, 148 ...제1, 제2 온도센서

150 ...콘트롤러 152 ...전원공급기

본 발명은 화상형성장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 화상이 형성된 용지를 열압착하여 그 화상을 용지에 정착시키는 정착기와, 이를 구비한 화상형성장치와, 상기 정착기의 온도제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 화상형성장치는 프린터, 복사기 등과 같이 용지에 소정의 화상을 인쇄하는 장치를 말하는 것으로, 화상이 형성된 용지를 열압착하여 그 화상을 용지에 정착시키는 정착기를 구비할 수 있다.

도 1은 종래의 정착기의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 2는 종래의 정착기의 온도특성을 도시한 그래프이다.

종래의 정착기(10)는 내부에 히터(13)를 포함하여 발열하는 히트롤러(12)와, 상기 히트롤러(12)에 밀착되어 정착닙(Nf)을 형성하는 가압롤러(14)를 구비한다. 상기 히트롤러(12)의 외주부에는 히트롤러(12)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(16)가 마련되고, 상기 온도센서(16)는 콘트롤러(17)와 전기적으로 연결된다. 상기 콘트롤러(17)는 상기 온도센서(16)에서 측정된 온도 신호에 기초하여 전원 공급기(18)에 제어신호를 송신하여 상기 히터(13)에 공급되는 전원을 제어함으로써 상기 히트롤러(12)의 온도를 제어한다.

정착 작업시에 정착기(10)의 정착온도는 섭씨 200도 내외로 설정되고, 전력소모를 줄이기 위해 정착 작업을 대기하는 동안의 정착대기온도는 섭씨 170도 내외로 설정된다. 도 2를 참조하면, 정착대기구간(A)에는 정착기(10)의 대기온도가 섭씨 170도 정도로 일정하게 유지되고, 정착작업구간(C)에는 정착기(10)의 정착온도 가 섭씨 200도 정도로 유지된다. 상기 정착대기구간(A)과 정착작업구간(C) 사이에는 대기온도에서 정착온도로 온도가 상승하는 온도상승구간(B)이 존재한다.

그런데, 화상형성장치(미도시)에 지시된 인쇄명령에 의해 정착대기구간(A)이 끝나고 히트롤러(12)와 가압롤러(14)가 회전하기 시작할 때에 히트롤러(12)로부터 상대적으로 온도가 낮은 가압롤러(14)로 큰 열전달이 일어나 히트롤러(12)의 온도가 정착대기온도보다 낮아지는 부분적 온도함몰구간(B1)이 형성된다. 종래의 정착기(10)는 상기 온도함몰구간(B1)에 의해 온도상승구간(B)이 길어지므로 정착 작업의 지연을 야기할 수 있다. 또한, 정착온도에 도달하기 전에 정착작업을 개시하여 인쇄물의 초기 정착불량을 야기할 수도 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인쇄지시 후 첫 페이지의 인쇄까지 소요되는 시간(FPOT; First Page Out Time)을 줄일 수 있는 정착기와, 이를 구비한 화상형성장치와, 정착기의 온도제어방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

또한, 인쇄물의 초기 정착불량을 방지할 수 있는 정착기와, 이를 구비한 화상형성장치와, 정착기의 온도제어방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 내부에 열원이 포함된 히트롤러; 상기 히트롤러에 밀착되어 정착닙을 형성하는 가압롤러; 상기 히트롤러 외주면의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 상기 가압롤러 외주면의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및, 상기 제1 및 제2 온도센서의 측정값에 기초하여 히트롤러의 온도 또는 발열량을 제어하는 콘트롤러;를 구비한 것을 특징으로 하는 정착기를 제공한다.

또한, 본 발명은, 용지에 화상을 형성하는 화상형성유닛과, 상기 용지를 열압착하여 화상을 용지에 정착시키는 정착기를 구비한 화상형성장치에 있어서,

상기 정착기는, 내부에 열원이 포함된 히트롤러; 상기 히트롤러에 밀착되어 정착닙을 형성하는 가압롤러; 상기 히트롤러 외주면의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 상기 가압롤러 외주면의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및, 상기 제1 및 제2 온도센서의 측정값에 기초하여 히트롤러의 온도 또는 발열량을 제어하는 콘트롤러;를 구비한 것을 특징으로 하는 화상형성장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 정착 대기 상태에 있는 히트롤러의 대기온도와 가압롤러의 정착대기온도를 측정하여 양 자의 온도 차이를 계산하는 단계; 및, 상기 온도 차이가 특정값보다 크면 상기 히트롤러의 정착대기온도를 상승시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착기의 온도제어방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 온도 차이가 클수록 상기 히트롤러의 정착대기온도를 더 높게 설정할 수 있다.

또한, 본 발명은, 정착 대기 상태에 있는 히트롤러의 정착대기온도와 가압롤러의 정착대기온도를 측정하여 양 자의 온도 차이를 계산하는 단계; 및, 상기 온도 차이가 특정값보다 크면 상기 히트롤러와 가압롤러의 회전 시작 시기에 히트롤러의 발열량을 크게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착기의 온도제어방법 을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정착기, 이를 구비한 화상형성장치, 및 정착기의 온도제어방법을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화상형성장치를 도시한 사시도이고, 도 4은 도 3의 정착기를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화상형성장치(100)는, 소위 전자사진방식 화상형성장치로, 케이스(101) 내부에 화상형성유닛으로서 광주사기(105), 현상기(110), 및 전사롤러(130)를 구비하며, 화상을 용지(P)에 정착시키는 정착기(140)를 구비한다.

상기 현상기(110)는 케이스(101) 내부에 착탈 가능하게 장착되는 카트리지 형식으로, 현상기 하우징(112)의 내부에는, 감광매체(115), 대전롤러(116), 폐토너 클리너(117), 현상롤러(118), 닥터 블레이드(119), 공급롤러(120), 및 애지테이터(121)가 설치되어 있다. 또한, 상기 현상기 하우징(112) 내부에는 상기 폐토너 클리너(117)가 감광매체(115) 외주면에서 긁어낸 폐토너가 저장되는 폐토너 보관공간(123)과, 현상제인 토너를 수용하는 토너 저장공간(125)이 마련된다. 상기 현상기(110)는 토너 저장공간(125)에 수용된 토너가 모두 소모되면 새 것으로 교체된다.

상기 감광매체(115)는 원통형상의 금속제 드럼의 외주면에 증착 등의 방법에 의해 광도전 물질층이 형성된 것이다. 상기 감광매체(115)는 대전롤러(116)를 통하여 소정 전위로 대전되고, 그 외주면에 광주사기(105)에서 주사된 광에 의해 인쇄하고자 하는 화상에 대응하는 정전잠상이 형성된다. 상기 현상롤러(118)는 정전잠 상이 형성된 감광매체(115)에 현상제인 토너를 전송(傳送)하여 상기 정전잠상을 가시(可視)화상으로 현상하는 것이고, 상기 공급롤러(120)는 현상롤러(118)에 토너를 공급해주는 것이며, 상기 애지테이터(121)는 토너 저장공간(125) 내의 토너가 굳지 않도록 요동시켜 주는 것이다. 한편, 상기 닥터 블레이드(119)는 공급롤러(120)로부터 공급되어 현상롤러(118)의 외주면에 부착되는 토너의 두께를 규제하는 것이며, 상기 폐토너 클리너(117)는 용지(P)에 전사되지 못하고 감광매체(115) 외주면에 잔류한 폐토너를 긁어내 제거하는 것으로, 이에 의해 제거된 폐토너는 상기 폐토너 보관공간(123)에 쌓이게 된다.

전사롤러(130)는 상기 감광매체(115)의 외주면에 대면하도록 설치된다. 상기 감광매체(115)의 외주면에 현상된 가시화상은 전사 바이어스 또는 감광매체(115)와 전사롤러(130) 사이의 접촉 압력에 의해 전사롤러(130)와 감광매체(115) 사이를 통과하는 용지(P)에 전사된다.

정착기(140)는, 히터(142)가 내장된 히트롤러(141), 및 상기 히트롤러(141)에 밀착되어 정착닙(Nf)을 형성하는 가압롤러(145)를 구비한다. 가시화상이 전사된 용지(P)가 상기 전사닙(Nf)을 통과하면 열과 압력에 의해 상기 화상이 용지(P)에 정착된다.

또한, 상기 화상형성장치(100)는, 케이스(101) 하측부에 급지 트레이(133)와 급지 카세트(134)를 구비하고, 상기 급지 트레이(133)와 급지 카세트(134)에 적재된 용지(P)를 한 장씩 픽업(pick-up)하는 픽업롤러(131, 132)를 각각 구비하며, 픽업된 용지(P)에 이송력을 제공함과 아울러, 용지(P)가 감광매체(115)와 전사롤러 (130) 사이를 통과하기에 앞서 용지(P)의 원하는 부분에 화상이 전사될 수 있도록 용지(P)를 가지런히 정렬하는 용지정렬기(135)를 구비한다. 또한, 정착기(140)를 통과하여 소정의 화상이 인쇄된 용지(P)를 케이스(101) 외부의 배지대(102)로 배출하기 위한 배지롤러(137)를 구비한다.

상기한 구성을 갖는 전자사진방식 화상형성장치(100)의 작동을 살펴보면 다음과 같다. 상기 감광매체(115)는 상기 대전롤러(116)를 통해 소정 전위로 대전되고, 상기 광주사기(105)에서 주사된 광(L)에 감응하여 그 외주면에 인쇄하고자 하는 화상에 대응되는 정전잠상이 형성된다. 현상기(110)의 토너 저장공간(125) 내부의 토너는 애지테이터(121)에 의해 교반되고, 공급롤러(120) 및 현상롤러(118)를 통하여 정전잠상이 형성된 감광매체(115)에 공급되어, 상기 감광매체(115)의 외주면에 가시화상이 현상된다. 한편, 상기 급지 트레이(133) 또는 급지 카세트(134)의 가장 위에 적재되어 있던 용지(P)는 픽업롤러(131 또는 132)에 의해 픽업되고, 용지정렬기(135)에 의해 급지 및 정렬되어 상기 감광매체(115)와 전사롤러(130) 사이를 통과하며, 이 때 상기 용지(P)의 감광매체(115) 대향면에 상기 감광매체(115) 외주면에 현상되었던 가시화상이 전사된다. 상기 용지(P)에 전사된 가시화상은, 정착기(140)를 통과하며 열압착에 의해 상기 용지(P) 위에 정착되며, 배지롤러(137)에 의해 이송되어 배지대(102)에 적재된다.

상기 정착기(140)는 상기 히트롤러(141) 외주면의 온도를 측정하는 제1 온도센서(147)와, 상기 가압롤러(145) 외주면의 온도를 측정하는 제2 온도센서(148)와, 상기 온도센서들(147, 148)의 온도 측정값에 기초하여 히트롤러(141)의 온도 또는 발열량을 제어하는 콘트롤러(150)를 구비한다.

상기 히터(142)로는 할로겐램프, 열선, 또는 인덕션 히터(IH) 등이 채용될 수 있다. 상기 히터(142)는 전원공급기(152)로부터 전력을 공급받아 발열한다. 상기 전원공급기(152)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 히터(142)에 전력을 공급하여 히터(142)의 발열량을 제어한다. 상기 콘트롤러(150)는 전원공급기(152)에 전기적으로 연결되어 상기 전원공급기(152)에 제어신호를 송신한다.

상기 제1 및 제2 온도센서(147, 148)는 서미스터(thermister)를 포함할 수 있다. 서미스터는 작은 온도 변화에도 비교적 큰 저항 변화의 특성을 가져 온도 측정에 사용되는 반도체소자로서, 일반적인 금속과 달리 온도가 높아지면 저항값이 감소하는 부저항온도계수(負抵抗溫度係數)를 가진 부특성 서미스터(negative temperature coefficient thermistor;NTC)와, 정저항온도계수(正抵抗溫度係數)를 가진 정특성 서미스터(positive temperature coefficient thermistor;PTC)로 분류할 수 있다. 상기 제1 온도센서(147)와 제2 온도센서(148)는 주기적으로 히트롤러(141)와 가압롤러(145)의 현재온도를 감지하여, 그 온도 측정값에 대응하는 신호를 상기 콘트롤러(150)에 송신한다.

이하, 상기 정착기(140)의 온도제어방법의 제1 실시예와 제2 실시예를 설명한다.

제1 실시예에 따르면, 히트롤러(141)와 가압롤러(145)가 회전하지 않는 정착 대기 상태에서 제1 온도센서(147)와 제2 온도센서(148)가 주기적으로 히트롤러(141)와 가압롤러(145)의 온도를 측정하여 그 측정값에 대응하는 신호를 콘트롤러 (150)로 송신한다. 상기 콘트롤러(150)는 상기 양 측정값의 온도 차이를 계산하여, 그 온도 차이가 특정값보다 크면 히트롤러(141)의 정착대기온도가 상승되도록 전원공급기(152)에 제어신호를 송신한다.

종래의 정착기(10, 도 1 참조)에서 히트롤러(12)와 가압롤러(14)의 온도차이가 섭씨 100도 정도임을 감안하면, FPOT를 줄이기 위해서 상기 특정값은 100도보다 작고 50도 이상인 값으로 특정됨이 바람직하다. 상승된 정착대기온도의 목표값은 종래의 정착대기온도와 정착온도 사이의 값인 섭씨 170도 내지 200도 사이의 온도로 설정되는 것이 바람직하고, 히트롤러(141)와 가압롤러(145)의 온도 차이가 클수록 정착대기온도의 목표값을 더 높게 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

정착대기온도가 종래보다 높게 설정되면 정착대기온도에서 정착온도까지 온도상승폭이 작아지므로 온도상승구간(도 2의 B 참조)이 짧아져 FPOT가 단축된다.

제2 실시예에 따르면, 히트롤러(141)와 가압롤러(145)가 회전하지 않는 정착 대기 상태에서 제1 온도센서(147)와 제2 온도센서(148)가 주기적으로 히트롤러(141)와 가압롤러(145)의 온도를 측정하여 그 측정값에 대응하는 신호를 콘트롤러(150)로 송신한다. 상기 콘트롤러(150)는 상기 양 측정값의 온도 차이를 계산하여, 그 온도 차이가 특정값보다 크면 상기 히트롤러(141)와 가압롤러(145)의 회전이 시작되는 시기에 히트롤러(141)의 발열량이 커지도록 전원공급기(152)에 제어신호를 송신한다. 예컨데, PWM 방식으로 전력을 공급하여 히터(142)의 발열량을 제어하는 전원공급기(152)라면 상기 롤러들(141, 145)이 회전을 시작하는 시기에 펄스의 폭(duty)을 정착 동작중일때보다 크게 하여 히트롤러(141)의 발열량을 급격히 커지게 할 수 있다. 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 상기 특정값은 100보다 작고 50도 이상인 값으로 특정됨이 바람직하다.

이와 같이 롤러들(141, 145)의 회전 시작 시기에 히트롤러(141)의 발열량을 증대시키면, 히트롤러(141)로부터 가압롤러(145)로 전달되는 열전달량이 증대되어 온도함몰구간(도 2의 B1 참조)이 없어지거나 짧아지게 되고, 따라서 FPOT가 단축된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명의 정착기와 그 온도제어방법은 FPOT를 종래의 경우보다 줄일 수 있어 인쇄속도를 향상시킨다. 또한, 정착기가 정착온도에 도달하지 못하고 정착을 수행하여 야기되는 초기 정착불량을 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 내부에 열원이 포함된 히트롤러;

   상기 히트롤러에 밀착되어 정착닙을 형성하는 가압롤러;

   상기 히트롤러 외주면의 온도를 측정하는 제1 온도센서;

   상기 가압롤러 외주면의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및,

   상기 제1 및 제2 온도센서의 측정값에 기초하여 히트롤러의 온도 또는 발열량을 제어하는 콘트롤러;를 구비한 것을 특징으로 하는 정착기.
2. 용지에 화상을 형성하는 화상형성유닛과, 상기 용지를 열압착하여 화상을 용지에 정착시키는 정착기를 구비한 화상형성장치에 있어서, 상기 정착기는,

   내부에 열원이 포함된 히트롤러;

   상기 히트롤러에 밀착되어 정착닙을 형성하는 가압롤러;

   상기 히트롤러 외주면의 온도를 측정하는 제1 온도센서;

   상기 가압롤러 외주면의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 및,

   상기 제1 및 제2 온도센서의 측정값에 기초하여 히트롤러의 온도 또는 발열량을 제어하는 콘트롤러;를 구비한 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
3. 정착 대기 상태에 있는 히트롤러의 대기온도와 가압롤러의 정착대기온도를 측정하여 양 자의 온도 차이를 계산하는 단계; 및,

   상기 온도 차이가 특정값보다 크면 상기 히트롤러의 정착대기온도를 상승시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착기의 온도제어방법.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 온도 차이가 클수록 상기 히트롤러의 정착대기온도를 더 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 정착기의 온도제어방법.
5. 정착 대기 상태에 있는 히트롤러의 정착대기온도와 가압롤러의 정착대기온도를 측정하여 양 자의 온도 차이를 계산하는 단계; 및,

   상기 온도 차이가 특정값보다 크면 상기 히트롤러와 가압롤러의 회전 시작 시기에 히트롤러의 발열량을 크게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착기의 온도제어방법.

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