KR20080059005A

KR20080059005A - 정착 장치

Info

Publication number: KR20080059005A
Application number: KR1020070036178A
Authority: KR
Inventors: 오사무 와타나베; 타카시 안도
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-06-26
Also published as: JP2008158146A

Abstract

정착 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 정착 장치는, 정착 벨트의 내부에 설치되고, 정착 벨트를 구동하는 제1 롤러, 제1 롤러와 평행하게 설치되고, 정착 벨트를 통해서 제1 롤러와 압압 접촉하는 영역으로 반송되는 기록 매체에 토너 상을 정착시키는 가압 롤러, 정착 벨트의 내부에 설치되고, 정착 벨트를 제1 롤러와 함께 현가하는 제2 롤러 및 내부에 열원을 구비하고 정착 벨트의 외주면을 가열하며, 제2 롤러에서 제1 롤러로 진행하는 영역에서, 정착 벨트를 통해서 제2 롤러에 압압 접촉하고, 정착 벨트의 외주면을 그 정착 벨트의 내측을 향해서 압압하는 외부 가열 롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 정착 벨트로의 기계적 및 열적 부하를 경감시킬 수 있는 정착 장치를 제공할 수 있다.

Description

정착 장치{Fusing apparatus}

도 1은 종래의 다축 현가 벨트 가열 방식의 정착 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 2는 종래의 벨트 외부 가열 방식의 정착 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 정착 장치를 구비하는 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 정착 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 정착 장치를 나타내는 개략 사시도이다.

도 6은 제2 롤러의 이동에 의한 가열 닙폭의 변화를 나타내는 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 화상 형성 장치

110 용지 공급 유닛

120 화상형성 유닛

130 정착 닙(정착 장치)

131 제1 롤러

132 가압 롤러

133 외부 가열 롤러

134 제2 롤러

135 정착 벨트

본 발명은 정착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정착 벨트를 이용하여 외부에서 정착 롤러를 가열하는 외부 가열 방식의 정착 장치에 관한 것이다.

레이저 프린터나 복사기, 팩시밀리 등의 전자 사진 화상 형성 방식을 이용하여 기록 매체 상에 화상을 형성하는 화상 형성 장치에서, 기록 매체 상에 전사된 토너 상을 정착시켜 영구적인 화상으로 할 필요가 있다. 토너 상의 정착 방법으로는, 크게 분류하면, 열에 의해 토너를 녹이고 압력에 의해 기록 매체에 침투시키는 방법, 토너 및 기록 매체에 큰 압력을 가하여 토너를 으깨어 기록 매체에 부착시키는 방법, 용제에 의해 토너를 녹여 기록 매체에 침투시키는 방법 등이 있다.

현재, 화상 형성 장치에서는 열과 압력을 이용한 정착 방식이 가장 많이 이용되고 있다. 그 이유는, 비교적 구성이 간단하며, 저속에서 고속까지 폭넓은 범위에서 안정적으로 양호한 정착성을 얻을 수 있기 때문이다.

예를 들면, 히트 롤 방식의 정착 장치는, 열원을 내포한 가열(정착) 롤러와, 가열 롤러에 압압 접촉하는 가압 롤러로 구성된다. 가열 롤러는, 예를 들면 알루미늄이나 철 등의 금속을 사용한 원통으로 이루어지고, 그 둘레면에는 예를 들면 실리콘 고무로 이루어진 탄성층이, 가장 외주면에는 예를 들면 PFA등으로 이루어진 이형층(離型層)이 형성된다. 금속제의 원통의 내부에는 예를 들면 할로겐 램프 등의 복사 열원이 설치된다. 이러한 정착 장치에서는, 복사 열원에 의해 가열 롤러의 내부에서 가열 롤러 전체를 가열하여, 가압 롤러와의 사이에 생기는 정착 닙에 토너 상이 전사된 기록 매체를 통과시켜 토너를 용융 고착시킨다.

상술한 바와 같은 구성 정착 장치에서, 가열 롤러는 높은 정착 압력에 견디기 위하여 두께가 두꺼운 금속제의 원통으로 형성되어 있고, 그 둘레면에는 열전도성이 수십 내지 수백 W/mㅇK인 금속과 비교하여 약 0.5∼0.8 W/mㅇK로 매우 작은 실리콘 고무로 이루어진 탄성층이나 PFA 층 등이 설치되어 있기 때문에, 일반적으로 열용량이 크고, 특히 컬러 정착의 경우에는 워밍업에 수분의 시간이 걸린다. 이 때문에 프린트 대기시에는 정착 장치를 일정 온도로 유지함으로써, 프린트 대기시부터의 복귀 시간을 단축시켰다. 그러나 이와 같이 함으로써 항상 에너지를 소비하게 된다.

이러한 문제에 대해서, 가열 효율을 향상시키기 위해서 벨트를 이용한 정착 방식이 제안되었다. 예를 들면, 도 1에 도시하는 다축 현가 벨트 가열 방식의 정착 장치(10)는, 가열원(12a)을 가지는 정착 롤러(12)와, 정착 롤러(12)에 압접하는 가압 롤러(11)와, 현가 롤러(13) 및 가열원(14a)를 가지는 현가 롤러(14)에 의해 길게 걸쳐진 무단 벨트(15)로 이루어진다.

또한, 도 2에 도시하는 벨트 외부 가열 방식의 정착 장치(20)는, 정착 롤러(22)와 내부에 열원(23a)를 가지는 가열 롤러(23)에 정착 벨트(25)를 현가하고, 정착 롤러(22)와 가압 롤러(21)를 정착 벨트(25)를 통해서 압접함으로써 구성되어 있다. 정착 벨트(25)는 열원(24a)을 가지는 외부 가열 롤러(24)와 접촉하는 텐션 롤러(26)에 의해 뻗어 있다.

일반적으로 벨트를 다축 현가하는 구성에서는 벨트의 길이 방향, 즉 이동 방향의 치우침이 커진다. 벨트에 치우침이 생기면 벨트가 파괴될 수 있게 때문에, 벨트의 치우침 방지가 필요하다. 그러나 이를 위한 제어는 복잡하면서도 어려우며, 또 추가 기구가 필요할 수도 있다.

또한, 다축 현가 벨트 가열 방식의 정착 장치는, 기구가 복잡하기 때문에 제조 비용이 비싸고, 현가 롤러를 포함한 가열부 전체의 열용량이 크다. 이 때문에, 가열 효율이 나쁘고, 워밍업 타임이 길어진다는 문제가 있다. 이에 대해, 열용량이 작은 금속이나 예를 들면 PI(Polyimide) 등으로 이루어진 두께가 얇은 벨트를 이용한 정착 방식도 제안되어 있는데, 정착 균일성을 만족시키기 위해서, 벨트에 약 0.2 내지 0.3mm의 실리콘 고무층과 PFA 등으로 이루어진 이형층을 설치할 필요가 있다. 또한, 벨트를 이용한 정착 방식의 경우에는 종래의 롤러 가열 방식과는 달리, 벨트 전체가 아닌 부분적으로 벨트를 가열하는 경우가 많다. 이 때문에, 금속에 비해 열전도율이 매우 낮은 실리콘 고무층이 큰 열저항의 요인이 되고, 결과적으로 종이를 통과시킬 때 벨트 한 바퀴마다의 벨트 표면 온도의 변화로 이어진다. 특히 고속 컬러 정착에서는 토너 용융도에 차이가 발생하여 정착 광택도에 차이가 나타나게 된다.

본 발명은 상기된 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정착 벨트로의 기계적 및 열적 부하를 경감시킬 수 있는 정착 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 정착 장치는, 정착 벨트의 내부에 설치되고, 상기 정착 벨트를 구동하는 제1 롤러; 상기 제1 롤러와 평행하게 설치되고, 상기 정착 벨트를 통해서 상기 제1 롤러와 압압 접촉하는 영역으로 반송되는 기록 매체에 토너 상을 정착시키는 가압 롤러; 상기 정착 벨트의 내부에 설치되고, 상기 정착 벨트를 상기 제1 롤러와 함께 현가하는 제2 롤러; 및 내부에 열원을 구비하고 상기 정착 벨트의 외주면을 가열하며, 상기 제2 롤러에서 상기 제1 롤러로 진행하는 영역에서, 상기 정착 벨트를 통해서 상기 제2 롤러에 압압 접촉하고, 상기 정착 벨트의 외주면을 그 정착 벨트의 내측을 향해서 압압하는 외부 가열 롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 정착 벨트가 제2 롤러에서 제1 롤러로 진행하는 영역에서 외부 가열 롤러를 제2 롤러에 압압 접촉시킴으로써, 상기 정착 벨트의 진행과 반대 방향으로 백 텐션이 걸린다. 이로써, 제2 롤러와 외부 가열 롤러의 압접부에서 제1 롤러와 가압 롤러의 압접부(정착 닙)의 끝단에, 정착 벨트에 텐션이 걸리는 텐션 구간이 형성된다. 한편, 정착 벨트가 제1 롤러에서 제2 롤러로 진행하는 영역에서 는, 정착 벨트에 텐션이 걸리지 않는 텐션 프리(free) 구간이 형성된다. 이로써, 정착 벨트에 치우침이 발생하는 것을 줄일 수 있고, 정착 벨트와 외부 가열 롤러의 압접부(가열 닙)를 크게 형성할 수 있기 때문에, 정착 벨트의 기계적 및 열적 부하를 경감시킬 수 있다.

또한, 상기 정착 장치는, 상기 외부 가열 롤러의 중심을 회전 중심으로 하여 상기 제2 롤러를 이동시키는 롤러 이동 부재를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 제2 롤러는 롤러 이동 부재에 의해 외부 가열 롤러의 둘레면을 따라서 이동한다. 이로써, 정착 벨트와 외부 가열 롤러의 원주 방향에서의 압접부의 폭(가열 닙폭)의 크기를 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 제2 롤러는 구동 롤러이고, 상기 제2 롤러의 둘레면에서의 속도는 상기 외부 가열 롤러와의 접점에서의 상기 정착 벨트의 이동 속도보다 느리도록 설정될 수 있다. 이와 같이 제2 롤러와 정착 벨트 사이에 속도 차이를 마련함으로써 정착 벨트에 백 텐션을 걸 수 있다.

또한, 상기 제1 롤러와 상기 가압 롤러의 원주 방향으로의 압접부의 폭(정착 닙폭)은, 상기 제1 롤러의 회전 중심과, 상기 제1 롤러와 상기 가압 롤러의 원주 방향으로의 압접부의 폭(접촉 닙폭)의 양단을 연결하는 상기 제1 롤러의 중심각이 30도 이상이 되도록 형성될 수 있다. 이로써, 제1 롤러와 가압 롤러와의 원주 방향의 압접부의 폭이 커지므로, 정착 시간이 길어져 토너의 정착 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 외부 가열 롤러의 내면은 흑색으로 내열 도장되어 있는 등의 복 사율 향상 처리를 할 수 있다. 외부 가열 롤러의 내부에는 열원이 설치되어 있는데, 외부 가열 롤러의 내면에 복사율 향상 처리를 함으로써 열원의 복사율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 외부 가열 롤러의 가장 바깥 둘레면에는 토너에 대한 이형성을 가지는 이형층을 형성할 수도 있다.

또한, 상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러는 단열성을 갖는 내열 부재로 이루어질 수 있다. 제1 롤러 및 제2 롤러는 정착 벨트로부터의 열에 견딜 수 있도록 내열성 부재로 형성되고, 또한 정착 벨트가 정착 온도까지 가열되는데 걸리는 시간, 즉 워밍업 시간을 단축시키기 위해서, 단열성을 갖는 부재로 형성될 수 있다.

또한, 상기 가압 롤러 역시 단열성을 갖는 내열 부재로 이루어질 수 있고, 그 가장 바깥 둘레면에는 이형층을 형성할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다.

먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 정착 장치를 구비하는 화상 형성 장치에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 정착 장치를 구비하는 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

본 실시형태에 따른 정착 장치는, 예를 들면 레이저 프린터나 복사기, 팩시밀리 등의 화상 형성 장치(100)에 구비될 수 있다. 그 일 예로, 도 1은 4개의 롤러(107a, 107b, 107c, 107d)에 의해 현가되는 전사 벨트(105) 위에 반송되는 용 지(P)에 대해서 토너 상을 다단으로 전사하여 화상을 얻는 방식의 화상 형성 장치(100)를 나타낸다. 이러한 화상 형성 장치(100)는 용지 공급 유닛(110)과, 화상 형성 유닛(120)과, 정착 장치(130) 등을 구비한다.

용지 공급 유닛(110)은 후술하는 화상 형성 유닛(120)에 의해 형성된 토너 상을 전사시키는 용지(P)를 적재하고, 용지(P)를 화상 형성 유닛(120)에 공급하는 유닛이다.

화상 형성 유닛(120)은 용지(P)에 전사할 토너 상을 형성하는 유닛이고, 본 실시형태에서는 4색(블랙, 시안, 옐로우, 마젠타)의 토너 상을 형성하기 때문에 4개의 화상 형성부(120B, 120C, 120Y, 120M)를 가진다. 화상 형성부(120B, 120C, 120Y, 120M)는 각각 정전 잠상이 형성되는 감광체 드럼(121)과, 감광체 드럼(121)의 둘레면을 대전하는 대전 롤러(122)와, 대전된 감광체 드럼(121)의 둘레면을 노광하여 정전 잠상을 형성하는 노광 장치(123)와, 현상제인 토너를 교반하는 교반기(124)와, 교반기(124)로부터 공급된 토너를 감광체 드럼(121)에 형성된 정전 잠상에 부착시켜, 토너 상을 형성하는 현상 롤러(125)와, 토너 상을 용지(P)에 전사한 후, 감광체 드럼(121) 상에 남은 토너를 제거하는 클리닝 롤러(126)로 이루어진다. 또한, 토너 상을 용지(P)에 전사시키기 위한 전사 롤러(127)가 전사 벨트(105)를 통해서 감광체 드럼(121)과 대향되어 배치된다.

정착 장치(130)는 용지(P)에 전사된 토너 상을 정착시키는 장치이다. 정착 장치(130)의 상세한 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

화상 형성 장치(100)에서는, 용지 공급 유닛(110)으로부터 반출된 용지(P)가 전사 벨트(105)에 의해 화상 형성 유닛(120)으로 반송된다. 용지(P)는 감광체 드럼(121)과 전사 롤러(127)의 사이를 전사 벨트(105)와 함께 통과하면서, 각 화상 형성부(120B, 120C, 120Y, 120M)에서 형성된 토너 상이 순차적으로 전사된다. 이렇게 화상 형성 유닛(120)을 통과함으로써 4개의 토너 상이 전사된 용지(P)는 정착 장치(130)에 반송되고, 용지(P)에 토너 상이 정착된다.

이상, 본 실시형태에 따른 화상 형성 장치(100)의 구성에 대해서 설명했다. 다음으로, 도 4 및 도 5을 참조하여 본 실시형태에 따른 정착 장치(130)의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 정착 장치(130)의 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 도 5은 본 실시형태에 따른 정착 장치(130)를 나타내는 개략 사시도이다. 이하에서, 정착 벨트 회전 방향 하류측이란, 기준 위치에서 볼 때 정착 벨트(135)의 진행 방향쪽을 말하고, 정착 벨트 회전 방향 상류측이란, 기준 위치에서 볼 때 정착 벨트(135)의 진행 방향과 반대쪽을 말하는 것으로 한다.

본 실시형태에 따른 정착 장치(130)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 롤러(131)와, 가압 롤러(132)와, 외부 가열 롤러(133)와, 제2 롤러(134)와, 정착 벨트(135)로 이루어진다.

제1 롤러(131)는 후술하는 정착 벨트(135)를 회전 구동하는 구동 롤러이고, 정착 벨트(135)의 내부에 설치된다. 제1 롤러(131)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 롤러 회전축(131a)과, 탄성층(131b)으로 이루어진다. 제1 롤러 회전축(131a)은, 예를 들면 금속제의 심금(芯金, mandrel)으로서, 외부의 구동부(미도시)와 접속되 어 있고, 탄성층(131b)과 함께 반시계 방향으로 회전한다. 탄성층(131b)은 제1 롤러 회전축(131a)의 주위에 설치되고, 그 둘레면의 일부가 정착 벨트(135)의 안쪽 둘레면의 일부와 접해 있다. 탄성층(131b)은 가열된 정착 벨트(135)와 접하기 때문에 내열성을 가지며, 또한 정착 벨트(135)를 단시간에 정착 온도까지 가열하기 위해서 단열성을 갖는 재질로 형성되어 있다. 탄성층(131b)은, 예를 들면 내열성을 갖는 발포성 실리콘 고무 등으로 형성할 수 있다.

가압 롤러(132)는 용지(P)에 전사된 토너 상을 정착시키기 위한 압력을 가하는 롤러이고, 정착 벨트(135)를 통해서 제1 롤러(131)에 압접하도록 설치된다. 가압 롤러(132)와 제1 롤러(131)의 압접부(이하, 정착 닙이라 하기로 함)에 미정착 토너 상이 형성된 용지(P)를 통과시킴으로써 토너 상이 용지(P)에 정착된다

가압 롤러(132)는 도 5에 도시된 바와 같이, 가압 롤러 회전축(132a)과, 탄성층(132b)과, 이형층(132c)으로 이루어진다. 가압 롤러 회전축(132a)은 가압 롤러(132)의 회전 중심이 되는 축이고, 예를 들면 금속제의 심금으로서, 지지 부재(미도시)에 의해 회전 가능하도록 지지되어 있다. 가압 롤러 회전축(132a)의 주위에는 탄성층(132b), 이형층(132c)이 순서대로 형성되어 있다. 탄성층(132b)은 정착 벨트(135)로부터 열을 뺏지 않도록 하기 위해서 단열성을 갖는 재질의 부재로 형성되어 있고, 예를 들면 발포성 실리콘 고무 등으로 이루어진다. 가장 바깥층의 이형층(132c)은, 이형층(132c)과 접하는 정착 벨트(135) 또는 용지(P)로부터 분리하기 쉽도록 하기 위해서 이형성을 갖는 재질로 생성되어 있고, 예를 들면 PFA나 PTFE 등의 불소 수지 필름 또는 이 재질들의 코팅이 행해져 형성되어 있다.

가압 롤러(132)는 제1 롤러(131)에 압접됨으로써, 압접부가 탄성 변형되고 제1 롤러(131)와의 사이에 폭(W1)의 정착 닙을 형성한다. 원주 방향으로의 정착 닙의 폭(이하, 정착 닙폭이라 하기로 함)(W1)의 크기는 토너의 가열 시간, 즉 토너가 정착 닙을 통과하는 시간과 관계가 있다. 토너의 정착 강도를 높이기 위해서, 정착 닙폭(W1)은 제1 롤러(131)의 회전 중심과 정착 닙의 양단을 연결해서 생기는 중심각(θ)이 약 30도 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

외부 가열 롤러(133)는 정착 벨트(135)에 외부에서 접촉하여 가열하는 부재로서, 열원(133a)과, 내부에 열원(133a)을 갖는 원통부(133b)로 이루어진다. 열원(133a)은 예를 들면 할로겐 램프를 사용할 수 있다. 원통부(133b)는 정착 벨트(135)에 열을 전단하기 쉽도록, 예를 들면 알루미늄이나 철 등의 금속으로 이루어지고, 두께가 약 0.2∼0.3mm의 얇은 금속관을 사용할 수 있다. 원통부(133b)의 외주면은, 정착 벨트(135)에 부착한 토너가 원통부(133b)로 이동하지 않도록 이형성을 갖는 재질로 덮혀 있고, 예를 들면, PFA나 PTFE 등의 불소 수지 코팅이 행해지거나, 이러한 재질의 튜브가 장착되어 있다. 원통부(133b)의 내주면에는 열원(133a)의 복사율을 향상시키기 위해서 흑색으로 내열 도장되어 있는 등의 복사율 향상 처리가 행해져 있다. 외부 가열 롤러(133)는 외부의 구동부(미도시)에 의해, 접촉되는 정착 벨트(135)의 이동 속도와 대략 동일한 속도로 회전된다.

제2 롤러(134)는 정착 벨트(135)의 내부에 설치되고, 제1 롤러(131)와 함께 정착 벨트(135)를 현가하는 롤러이다. 또 제2 롤러(134)는 정착 벨트(135)를 통해서 외부 가열 롤러(133)와 압압 접촉되어 있다. 이 제2 롤러(134)는 도 5에 도시하 는 바와 같이, 제2 롤러 회전축(134a)과, 탄성층(134b)으로 이루어진다. 제2 롤러 회전축(134a)은 제2 롤러(134)의 회전 중심이 되는 축이고, 예를 들면 금속제의 심금으로서, 지지 부재(미도시)에 의해 회전 가능하도록 지지되어 있다. 탄성층(134b)은 제2 롤러 회전축(134a)의 주위에 설치되고, 그 둘레면의 일부가 정착 벨트(135)의 내주면의 일부와 접해 있다. 탄성층(134b)은 제1 롤러(131)의 탄성층(131b)과 마찬가지로, 내열성 및 단열성을 갖는 재질의 부재로 형성되어 있고, 예를 들면 내열성을 갖는 발포성 실리콘 고무 등으로 이루어진다. 본 실시형태에서, 제2 롤러(134)는 정착 벨트(135)의 내주면과의 마찰력에 의해 종동 구동된다.

정착 벨트(135)는 용지(P)에 전사된 토너를 용융하기 위한 열을 공급하는 부재로서, 예를 들면 약 100μm의 두께를 갖는 열용량이 작은 스테인레스나 니켈 등의 금속이나 PI 등의 내열 수지로 이루어진 얇은 두께의 무단 벨트이다. 정착 벨트(135)의 외주측에는 정착 균일성을 만족시키기 위해서, 두께가 약 200∼300μm인 실리콘 고무층이 설치되고, 또한, 정착 닙에서 토너 상과 접촉할 때 토너가 부착되지 않도록 두께가 약 30∼50μm인, 예를 들면 PFA 등으로 이루어진 이형층이 가장 바깥층에 설치된다.

정착 벨트(135)는 그 내부에 설치된 제1 롤러(131)와 제2 롤러(134)에 의해 현가되는데, 상술한 바와 같이, 정착 벨트(135) 전체에 텐션을 걸면, 특히 롤러의 접촉부에서 정착 벨트(135)에 치우침이 발생하기 쉬워진다. 이 치우침의 발생을 방지하기 위해서, 본 실시형태에서는, 정착 벨트(135)에 텐션이 걸리는 구간과 걸리지 않은 텐션 프리 구간을 형성하도록 정착 벨트(135)를 현가하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상태를 형성하기 위해서, 외부 가열 롤러(133)를 제2 롤러(134)를 기준으로 하여 정착 벨트 회전 방향 하류측에서, 제2 롤러(134)에 정착 벨트(135)를 통해서 접촉시킨다. 이로써, 제2 롤러(134)와 외부 가열 롤러(133)의 압접부에서 제1 롤러(131)와 가압 롤러(132)에 의해 형성되는 정착 닙의 종단부까지의 구간, 즉 정착 벨트(135)가 제2 롤러(134)에서 제1 롤러(131)로 진행하는 영역에서는 정착 벨트(135)에 텐션이 걸리게 된다. 한편, 제1 롤러(131)를 기준으로 하여 정착 벨트 회전 방향 하류측에서 제2 롤러(134)와 접촉할 때까지의 구간, 즉 정착 벨트(135)가 제1 롤러(131)에서 제2 롤러(134)로 진행하는 영역에서는 텐션이 걸리지 않게 된다.

정착 벨트(135)의 동작을 따라서 상세하게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 롤러(131)가 반시계 방향으로 회전 구동되면, 제1 롤러(131)와 정착 닙을 형성하는 가압 롤러(132)가 종동하여 시계 방향으로 회전한다. 또 제1 롤러(131)와 제2 롤러(134)에 의해 현가된 정착 벨트(135)도 제1 롤러(131)의 회전에 따라서 반시계 방향으로 회전한다. 이 때, 제2 롤러(134)도 반시계 방향으로 종동 회전하지만, 정착 벨트(135)의 내주면과의 마찰과, 제2 롤러 회전축(134a)을 지지하는 베어링부(미도시)와의 마찰에 의해 제2 롤러(134)의 회전과 역방향으로 토오크가 발생한다. 이 때문에, 제2 롤러(134)와 외부 가열 롤러(133)의 접촉부에서 백 텐션이 발생한다. 이로써, 제2 롤러(134)와 외부 가열 롤러(133)의 접촉부에서, 제1 롤러(131)와 가압 롤러(132)로 형성되는 정착 닙의 종단부까지의 구간에서는 정착 벨 트(135)에 텐션이 걸리게 된다.

한편, 정착 벨트(135)에 텐션이 걸리는 부분 이외의 구간(제1 롤러(131)를 기준으로 하여 정착 벨트 회전 방향의 하류측에서 제2 롤러(134)와 접촉할 때까지의 구간)에서는 정착 벨트(135)에 텐션을 거는 힘이 작용하지 않기 때문에, 텐션 프리인 상태가 유지된다. 이와 같이 정착 벨트(135) 전체에 텐션을 걸지 않고, 일부의 구간에서 정착 벨트(135)에 텐션이 걸리지 않도록 구성함으로써, 정착 벨트(135)에 치우침이 발생하는 것을 줄일 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 정착 장치(130)에서는, 외부 가열 롤러(133)를 정착 벨트(135)에 압압되도록 설치하기 때문에, 정착 벨트(135)가 외부 가열 롤러(133)를 따라서 접촉하는 접촉부가 가열 닙이 된다. 이와 같이 형성되는 가열 닙폭은, 제1 롤러(131)와 가압 롤러(132)를 압압 접촉하여 형성되는 정착 닙폭(W1)에 비해 크다. 따라서 정착 벨트(135)의 둘레면에 대한 열 부하가 저감된다. 또한, 정착 벨트(135)를 외부 가열 롤러(133)에 의해 가열하는 가열 시간을 충분히 확보할 수 있기 때문에 정착 벨트(135)가 정착 온도가 될 때까지의 가열 시간, 즉 워밍업 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 정착 벨트(135)의 열용량이 매우 작고, 제1 롤러(131), 가압 롤러(132) 및 제2 롤러(134)를 단열성이 높은 재질(예를 들면 발포 실리콘 고무 등)로 형성하고 있기 때문에, 워밍업 시간이 보다 단축된다.

또한, 본 실시형태에 따른 정착 장치(130)에서는, 제2 롤러(134)를 외부 가열 롤러(133)의 회전 중심 주위로 이동시키는 롤러 이동 부재(미도시)를 구비할 수 도 있다. 롤러 이동 부재에 의해 제2 롤러(134)를 외부 가열 롤러(133)의 둘레면을 따라서 이동시킴으로써 가열 닙폭의 크기를 변경할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 롤러 이동 부재에 의해 제2 롤러(134)를 2점 쇄선으로 나타내는 당초의 위치에서 외부 가열 롤러(133)의 중심을 회전 중심으로 하여 반시계 방향으로 이동시키면, 정착 벨트(135)가 외부 가열 롤러(133)의 둘레면을 따라서 접촉하는 부분이 증가한다. 즉, 가열 닙폭이 W2만큼 증가하게 된다.

이와 같이 롤러 이동 부재를 구비하고, 가열 닙폭의 크기를 변화시킴으로써, 예를 들면 환경 온도나 용지의 품질, 용지의 두께, 토너량, 필요한 광택도 등의 정착 상황에 따라서 정착 벨트(135)에 대한 가열 시간을 변화시킬 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 따른 정착 장치(130)에 대해서 설명했다. 이러한 정착 장치(130)는, 정착 벨트(135)에 텐션이 걸리는 구간과 텐션 프리 구간이 형성되도록, 외부 가열 롤러(133)를 정착 벨트(135)의 외부에서 제2 롤러(134)에 접촉시켜 구성된다. 이로써, 정착 벨트(135)에 치우침이 발생하는 것을 줄일 수 있으며, 정착 벨트(135)의 파손을 방지할 수 있다.

또한 외부 가열 롤러(133)를 정착 벨트(135)의 내측을 향해서 압압함으로써 가열 닙폭을 증대시킬 수 있다. 이로써, 가열 닙을 정착 닙에 비해 크게 설치할 수 있기 때문에, 정착 벨트로의 열적 및 기계적 부담을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 정착 벨트(135)의 워밍업 시간이 단축되고, 내구성을 갖는 정착 장치를 제공할 수 있다. 또한 구성 부품수도 적어지므로, 비용 역시 저감시킬 수 있다. 또한, 롤러 이동 부재를 구비함으로써 가열 닙폭을 변화시킬 수 있고, 정착 상황에 따른 토너 정착 처리를 할 수 있게 된다.

이상, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명했으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않음은 당연하다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해 낼 수 있음은 분명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해될 수 있다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 제2 롤러(134)는 정착 벨트(135)에 종동하여 회전하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않으며, 외부의 구동부에 의해 회전하는 구동 롤러일 수도 있다. 제2 롤러(134)를 회전 구동하는 경우에는, 제2 롤러(134)의 둘레면에서의 속도를 외부 가열 롤러(133)와의 접점에서의 정착 벨트(135)의 이동 속도보다 늦춘다. 이와 같이 제2 롤러(134)와 정착 벨트(135)의 사이에 속도 차이를 마련함으로써, 백 텐션을 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 회전 구동된 외부 가열 롤러(133)를 정착 벨트(135)의 회전에 종동 구동시킬 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정착 벨트로의 기계적 및 열적 부하를 경감시킬 수 있는 정착 장치를 제공할 수 있다.

Claims

정착 벨트의 내부에 설치되고, 상기 정착 벨트를 구동하는 제1 롤러;

상기 제1 롤러와 평행하게 설치되고, 상기 정착 벨트를 통해서 상기 제1 롤러와 압압 접촉하는 영역으로 반송되는 기록 매체에 토너 상을 정착시키는 가압 롤러;

상기 정착 벨트의 내부에 설치되고, 상기 정착 벨트를 상기 제1 롤러와 함께 현가하는 제2 롤러; 및

내부에 열원을 구비하고 상기 정착 벨트의 외주면을 가열하며, 상기 제2 롤러에서 상기 제1 롤러로 진행하는 영역에서, 상기 정착 벨트를 통해서 상기 제2 롤러에 압압 접촉하고, 상기 정착 벨트의 외주면을 그 정착 벨트의 내측을 향해서 압압하는 외부 가열 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
제1항에 있어서,

상기 외부 가열 롤러의 중심을 회전 중심으로 하여 상기 제2 롤러를 이동시키는 롤러 이동 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 롤러는 구동 롤러이고, 상기 제2 롤러의 둘레면에서의 속도는 상기 외부 가열 롤러와의 접점에서의 상기 정착 벨트의 이동 속도보다 느린 것을 특징으 로 하는 정착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 외부 가열 롤러의 내면은 흑색으로 내열 도장되어 있는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 롤러, 상기 제2 롤러 및 상기 가압 롤러 중 적어도 하나는 단열성을 갖는 내열 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정착 장치.