KR20100019223A

KR20100019223A - 흡광 코팅 부재, 가열 장치, 정착 유닛 및 정착 유닛을 이용한 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR20100019223A
Application number: KR1020080078144A
Authority: KR
Inventors: 김대환; 김주호; 오승진; 최선락; 김우규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-18
Also published as: JP2010044383A; EP2151721A1; US20100034566A1; CN101644787A

Abstract

흡광 코팅 부재, 가열 장치, 정착 유닛 및 정착 유닛을 채용한 화상 형성 장치가 개시되어 있다. 개시된 흡광 코팅 부재는 나노-로드가 분산된 것으로, 나노-로드의 종횡비에 대응되는 소정 파장의 광의 표면 플라즈면 공진에 의해, 열 복사하는 광을 열원으로 삼는 정착 유닛과 같은 가열 장치의 흡광 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

흡광 코팅 부재, 가열 장치, 정착 유닛 및 정착 유닛을 이용한 화상 형성 장치{Absorptive coating member, heating device, fixing device and image forming apparatus employing the fixing device}

본 발명은 열효율을 향상시킨 흡광 코팅 부재, 가열 장치, 정착 유닛 및 정착 유닛을 이용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.

가열 장치는 열을 소정 영역에 가하는 장치로서, 열복사하는 광을 열원으로 삼는 전자사진방식의 화상 형성 장치의 정착 유닛 등에 널리 사용되고 있다.

예를 들어, 전자 사진 방식의 화상 형성 장치에서는, 감광체 드럼을 거의 균일하게 대전시킨 후, 상기 감광체 드럼을 광주사장치(laser scanning unit; LSU) 등으로 노광하여 화상 신호에 따른 정전잠상(electrostatic latent image)을 형성한 후, 현상기에 의해 대전된 토너를 상기 감광체 드럼 상에 공급하여 토너상(toner image)을 형성하고, 상기 토너상을 기록매체에 전사한다. 기록매체에 전사된 토너상은, 상기 기록매체 상에 담지(擔持)되어 있을 뿐이며 고정되어 있지 않기 때문에, 화상 형성 장치에 구비된 정착 유닛으로 상기 토너상을 가열 가압함으로써, 토너상을 열용융 정착시켜 기록매체 상에 고정된 화상을 형성한다. 예를 들 어, 롤러 방식의 정착 유닛에 의하면, 가열롤러와 가압롤러가 서로 압접되어 형성된 닙부에 토너상을 담지하는 기록매체를 반송시킴으로써, 기록매체 위의 토너상이 가열롤러의 열에 의해 가열됨과 동시에, 가열롤러와 가압롤러의 압접에 의해 가압되어 기록매체에 정착된다. 여기서, 가열롤러는 통 형상의 금속제 롤러와, 금속제 롤러 내에 삽입 장착된 할로겐 램프(즉, 열원)를 포함하는 가열 장치이다.

본 발명은, 열효율을 향상시킨 흡광 코팅 부재, 가열 장치, 정착 유닛 및 정착 유닛을 이용한 화상 형성 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의한 흡광 코팅 부재는 기판 위에 마련되는 것으로, 나노-로드(nano-rod)가 분산되어 있다. 이러한 나노-로드는 Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Al, Sb, W, Tb, Dy, Gd, Eu, Nd, Pr, Sr, Mg, Cu, Zn, Co, Mn, Cr, V, Mo, Zr, Ba와 같은 금속으로 이루어진 것으로, 자신의 종횡비(aspect ratio)에 대응되는 소정 파장의 광에 대한 표면 플라즈몬 공진(surface Plasmon resonance) 현상에 의하여, 광흡수 효율이 비약적으로 증가시킨다.

본 발명의 일 측면에 의한 가열 장치는 광원과; 상기 광원에서 방출된 광을 흡수하는 것으로, 나노-로드가 분산된 흡광 코팅층을 구비하는 흡광 부재;를 포함한다.

상기 흡광 코팅층은 단층 내지 복수의 층으로 형성될 수 있다.

상기 광원은 단일 파장의 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 흡광 코팅층의 나노-로드는 상기 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원에서 방출되는 광의 파장이 되는 종횡비를 가질 수 있다.

상기 광원은 다파장의 광을 방출하는 다파장 광원일 수 있다. 이 경우, 상기 나노-로드는 복수의 종횡비를 가지며, 상기 나노-로드의 복수의 종횡비들은 상기 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원에서 방출되는 광의 파장 영역대에 속하도록 설정될 수 있다. 한편, 상기 복수의 종횡비를 갖는 나노-로드는 단 일층으로 된 흡광 코팅층에 섞여 있을 수 있다. 또 다른 예로, 상기 복수의 종횡비를 갖는 나노-로드는 복수층으로 된 흡광 코팅층의 각 층마다 각각 분산되어 있을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의한 정착 유닛은 광원과; 상기 광원에서 방출된 광을 흡수하여 기록매체에 토너화상을 융착시키는 열을 발생하는 것으로, 나노-로드가 분산된 흡광 코팅층을 구비하는 가열부재와; 상기 가열부재와 대면되어 정착닙을 형성하는 가압부재;를 포함한다.

상기 가열부재는 롤러 또는 벨트 타입일 수 있다.

상기 광원은 상기 가열부재의 외부에 배치되며, 상기 흡광 코팅층은 상기 가열부재의 외주면에 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 흡광 코팅층은 이형제 매질 내에 나노-로드가 분산되어 형성될 수 있다. 또는, 상기 흡광 코팅층 외주면에 이형층이 마련될 수 있다.

상기 광원은 상기 가열부재의 내부에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 흡광 코팅층은 상기 가열부재의 내주면에 마련될 수 있다. 또는 상기 광원의 적어도 일부를 둘러싸고, 상기 광원에서 방출되는 광을 흡수하여 생성된 열을 상기 가열부재에 전달하는 열가이드부재가 더 포함되고, 상기 흡광 코팅층은 상기 광가이드부재의 상기 광원에 대면되는 면에 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 화상 형성 장치는 전자사진방식에 의해 기록매체에 토너화상을 전사시키는 인쇄 유닛과; 전술한 정착 유닛을 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 장치의 개략적인 구성을 도시하는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 가열 장치는 흡광 부재(100)와 광원(150)을 포함한다.

광원(150)은 흡광 부재(100)에 광(L)을 조사하는 것으로서, 예를 들어 할로겐 램프이나 반도체 레이저 다이오드 등이 채용될 수 있다. 이러한 광원(150)의 구체적 예들은 본 실시예를 제한하지 않는다. 광원(150) 주위에는 흡광 부재(100)로 집광을 유도할 수 있는 반사부재(190)가 더 마련될 수 있다.

흡광 부재(100)는 기판(130)과 기판 위에 마련된 흡광 코팅층(110)을 포함한다.

기판(130)은 흡광 코팅층(110)이 도포된 층으로, 피가열체가 될 수도 있고, 열을 전달하는 부재가 될 수도 있다.

흡광 코팅층(110)은 입사되는 광(L)의 에너지를 흡수하여, 열 에너지로 변환하는 층으로, 다수의 나노-로드가 분산되어 있다. 흡광 코팅층(110)은 다수의 나노 -로드를 수지와 같은 결합제(binder)와 혼합하여 형성할 수 있다. 결합제는 나노-로드가 분산 고정될 수 있는 코팅제이면 사용가능하며, 그 구체적인 예들은 본 실시예를 제한하지 않는다. 예를 들어, 결합제로 테프론과 같은 불소계 수지가 사용될 수 있다.

나노-로드는 나노 사이즈의 막대로, 수 nm 내지 수백 nm의 크기를 가질 수 있다. 표면 플라즈몬 공진 현상은, 양의 유전 특성을 갖는 통상의 유전물질과 음의 유전특성을 갖는 물질이 접촉시, 그 경계면에서 발생된다는 것이 알려져 있다. 이러한 표면 플라즈몬 공진 현상은, 특히 음 유전(negative dielectric) 특성이 큰 금속에 잘 알어난다는 것이 알려져 있다. 본 실시예에 사용되는 나노-로드는 이러한 표면 플라즈몬 공진 현상을 갖는 금속으로 형성된다. 예를 들어 나노-로드는 Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Al, Sb, W, Tb, Dy, Gd, Eu, Nd, Pr, Sr, Mg, Cu, Zn, Co, Mn, Cr, V, Mo, Zr, Ba 중 적어도 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 이러한 금속 나노-로드에 대한 표면 플라즈몬 공진 현상은 당해 분야에 이미 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

나노-로드에 표면 플라즈몬 공진 현상이 발생하면, 나노-로드에 입사되는 광의 반사나 산란은 억제되고, 나노-로드의 광에너지 흡수율이 피크를 이루게 되며, 이에 따라 광-열 에너지 변환(photothermal energy conversion)이 효율적으로 이루어지게 된다. 이러한 나노-로드는 종횡비에 따라 표면 플라즈몬 공진 현상을 일으키는 광의 파장이 달라진다. 즉 나노-로드의 종횡비를 달리함으로써, 나노-로드의 광에너지 흡수율이 최대가 되는 파장을 변경할 수 있다.

도 2는 동일 직경을 갖는 나노-로드에 대해 길이를 달리함에 따라 광에너지 흡수율의 피크에 해당되는 파장이 달라지는 것을 정성적으로 보여준다. 도 2를 참조하면, 나노-로드(NR)의 종횡비가 커짐에 따라 광에너지 흡수율의 피크에 해당되는 파장이 점차 길어짐을 볼 수 있다. 이러한 나노-로드(NR)의 종횡비와 표면 플라즈몬 공진 현상을 일으키는 광의 파장의 구체적인 수치는, 나노-로드(NR)를 이루는 금속의 구체적인 재질에 따라 달라질 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 만일 광원(150)이 반도체 레이저 다이오드와 같은 소정 파장대의 광(L)을 집중적으로 방출한다면, 상기 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원(150)에서 방출되는 광(L)의 파장이 되는 종횡비를 갖는 나노-로드가 사용될 수 있다.

만일 광원(150)으로 할로겐 램프와 같은 방출되는 광(L)의 파장대가 넓은 브로드 밴드 광원을 사용한다면, 나노-로드는 다양한 종횡비를 가는 것이 바람직하다. 이때, 나노-로드의 종횡비는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원에서 방출되는 광(L)의 파장 영역대에 속하도록 설정된다. 즉, 광원(150)에서 방출되는 광(L)이 f1, f2, f3를 포함하여 넓은 파장대를 갖는다면, 상기 파장대에 포함되는 f1, f2, f3 각각에 대응되는 종횡비를 갖는 나노-로드(NR1,NR2,NR3)가 선정될 수 있다. 상기 파장 f1, f2, f3은 광원(150)에서 방출되는 광(L)의 중심 파장대 근방에서 선정할 수 있으며, 도 3은 3개의 파장에 대한 나노-로드만을 도시하고 있으나, 보다 조밀한 파장들 각각에 대응되는 나노-로드를 선정하여, 방출되는 광의 파장 대역을 보다 조밀하게 커버할 수도 있다. 이와 같이 나노-로드(NR1,NR2,NR3)가 다양한 종횡비들을 가짐으로써, 입사되는 광(L)의 파장 대역을 조밀하게 커버하여, 광에너지 흡수율을 효과적으로 높일 수 있다.

도 4는 본 실시예의 변형예를 도시한다. 도 4를 참조하면, 본 변형예는, 흡광 부재(100a)가 다층(111,112,113)의 흡광 코팅층(110a)을 갖는 점을 제외하고는 도 1을 참조한 실시예와 실질적으로 동일하므로 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

표면 플라즈몬 공진은 입사되는 광(L)의 파장과 편광에 의존하며, 횡 표면 플라즈몬 공진(transverse surface Plasmon resonance)과 종 표면 플라즈몬 공진(longitudinal surface Plasmon resonance)이 존재하여 나노-노드의 축 방향에 따라 흡수 스펙트럼의 피크가 달라질 수 있다. 따라서, 흡광 코팅층(110a)을 다층으로 형성함으로써, 입사되는 광이 표면 플라즈몬 공진을 일으킬 수 있는 가능성을 더욱 증진시킬 수 있다. 나아가, 광원(150)이 넓은 파장대의 광(L)을 방출하는 경우, 상기 흡광 코팅층(110a)의 각 층(111,112,113)마다 서로 다른 종횡비를 갖는 나노-로드가 각각 분산되어 있을 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착기를 채용한 화상 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 화상 형성 장치(200)는, 광 주사 유닛(210), 현상 유닛(220), 감광 드럼(230), 대전 롤러(231), 중간 전사 벨트(240), 전사 롤러(245) 및 정착 유닛(250)을 포함할 수 있다.

광 주사 유닛(210)은 화상정보에 따라 변조된 광을 감광 드럼(230)에 주사하 는 장치이다. 감광 드럼(230)은 감광체의 일 예로서, 원통형 금속 파이프의 외주면에 소정 두께의 감광층이 형성된 것이다. 감광 드럼(230)의 외주면은 광 주사 유닛(230)에서 주사되는 광이 결상되는 피주사면에 해당된다. 감광체로서, 벨트 형태의 감광 벨트가 적용될 수도 있다. 대전 롤러(231)는 감광 드럼(230)에 접촉되어 회전되면서 그 표면을 균일한 전위로 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전 롤러(231)에는 대전 바이어스(Vc)가 인가된다. 대전 롤러(231) 대신에 코로나 대전기(미도시)가 사용될 수도 있다. 현상 유닛(220) 내부에는 토너가 수용된다. 토너는 현상 유닛(220)과 감광 드럼(230) 사이에 인가되는 현상 바이어스에 의하여 감광 드럼(230)으로 이동되어, 정전 잠상을 가시적인 토너 화상으로 현상시킨다. 감광 드럼(230)에 형성된 토너 화상은 중간 전사 벨트(240)로 전사된다. 토너 화상은 전사 롤러(245)에 인가되는 전사 바이어스에 의하여 전사 롤러(245)와 중간 전사 벨트(240) 사이로 이송되는 기록매체(P)로 전사된다. 기록매체(P)로 전사된 토너 화상은 정착 유닛(250)로부터 열과 압력을 받아 기록매체(P)에 정착됨으로써 화상 형성이 완료된다.

칼라화상을 인쇄하기 위하여, 광 주사 유닛(210), 현상 유닛(220) 및 감광 드럼(230)은 각 칼라별로 마련된다. 광 주사 유닛(210)은 4개의 광을 4개의 감광 드럼(220)에 각각 주사한다. 4개의 감광 드럼(220)에는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C) 색상의 화상정보에 대응되는 정전 잠상이 형성된다. 4개의 현상 유닛(200)은 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너를 감광 드럼(230)에 공급하여 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너 화상을 형성시킨다. 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너 화상은 중간 전사 벨트(240)로 중첩 전사된 후에 다시 기록매체(P)로 전사된다.

도 6은 도 5에 도시된 화상 형성 장치에 채용될 수 있는 일 실시예에 따른 정착 유닛을 도시한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 정착 유닛(250)은 가열 롤러(260), 가압 롤러(270) 및 광원(280)을 포함한다.

가열 롤러(260)는 일방향으로 축 회전 가능한 원주 형상의 부재로서, 내부관(261)과, 탄성층(262)과, 흡열 코팅층(263)을 포함한다.

상기 내부관(261)은 가열 롤러(260)의 외형을 지지하며, 회전축이 되는 것으로, 예를 들어 철이나 강, 스테인레스강, 알루미늄, 동 등의 금속 및 합금, 세라믹스, FRM등으로 된 코어파이프가 채용될 수 있다. 이러한 내부관(261)은 일례이고 본 실시예를 제한하지 않는다. 가령, 상기 내부관(261)을 대신하여 봉 형상의 샤프트가 사용될 수도 있다.

상기 내부관(261)의 외주면에는 탄성층(262)이 마련되어 있다. 이러한 탄성층(262)의 재료로는 실리콘고무, 불소고무 등이 사용될 수 있다. 실리콘고무는 RTV 실리콘고무, HTV실리콘고무 등을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 폴리 디메틸 실리콘고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘고무, 플루오르 실리콘고무 등을 사용할 수 있다.

상기 흡열 코팅층(263)은 다수의 나노-로드가 분산되어 있는 것으로, 가령 다수의 나노-로드를 수지와 같은 결합제(binder)와 혼합하여 형성할 수 있다. 이러 한 흡열 코팅층(263)은 도 1을 참조하여 설명한 흡열 코팅층(110)과 실질적으로 동일하므로, 중복적인 설명은 생략하기로 한다.

나노-로드의 결합제로 불소고무, 실리콘고무, 불소수지와 같은 이형성 수지가 사용될 수 있다. 가령, 테프론(Teflon^TM)에 나노-로드를 혼합하여 흡열 코팅층(263)을 형성할 수 있다. 이와 같이 이형성 수지가 사용되는 경우, 정착 과정에서 가열 롤러(260)가 기록매체(P)로부터 용이하게 분리될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이, 나노-로드는 입사되는 광에 대해 표면 플라즈몬 공진 현상을 갖는 것으로서, 이러한 표면 플라즈몬 공진 현상에 의해 광-열 에너지 변환(photothermal energy conversion)이 효율적으로 이루어지게 된다.

가압 롤러(270)은 일방향으로 축 회전 가능한 원주 형상의 부재로서, 금속제의 심재(芯材)(271)에 실리콘 고무 등의 내열 탄성층(273)이 둘러싸인 구조로 이루어진다. 상기 가압 롤러(270)와 가열 롤러 (260) 사이에는 정착닙부가 형성된다. 가령 롤러(260)에서 제공되는 열과 가압 롤러(270)와 가열 롤러 (260) 사이의 압력은, 정착닙부를 지나는 기록매체(P)에 형성된 토너 화상(T)이 기록매체(P)에 고정될 수 있도록 한다.

광원(280)은 복사열을 방출하는 것으로서, 예를 들어 할로겐 램프가 채용될 수 있다. 참조번호 290은 광원(280)에서 방출되는 광을 가열 롤러(260)쪽으로 집광시키는 반사 부재이다.

상기 광원(280)은 가열 벨트(260)의 바깥에 위치하여, 가열 롤러(260)의 외 주면에 직접 복사열을 조사한다. 이와 같이 가열 롤러(260)의 외주면에 직접 복사열을 조사하고, 나아가 가열 롤러(260)의 외주면에 흡광 코팅층(263)을 마련함으로써, 가열 롤러(260) 표면의 온도를 보다 빠르게 상승시킬 수 있다. 이와 같이 가열 롤러(260)의 표면 온도를 예를 들어 180 내지 200도의 정착 온도까지 빠른 시간안에 상승시킴으로써, 인쇄과정에서 첫 인쇄매체가 출력되는 시간(First Page Out Time; FPOT)를 단축시킬 수 있으며, 나아가 인쇄속도를 향상시킬 수 있다.

할로겐 램프의 경우, 방출되는 광의 파장대가 다소 넓은 편이다. 따라서, 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 전술한 바와 같이 할로겐 램프에서 방출되는 광의 파장대에 속할 수 있도록, 복수의 종횡비들을 갖는 나노-로드를 흡광 코팅층(263)에 포함시켜, 방출되는 광의 파장대에 걸쳐 표면 플라즈몬 공진을 일으킴으로써, 광에너지 흡수율을 효과적으로 높일 수 있다.

본 실시예의 경우, 복수의 종횡비들을 갖는 나노-로드가 단일 흡광 코팅층(263)에 분산된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7에 도시된 변형예와 같이, 흡광 코팅층(110a)은 복수의 층으로 이루어져 있을 수도 있다. 이와 같이 흡광 코팅층(263a)을 다층으로 형성함으로써, 입사되는 광이 표면 플라즈몬 공진을 일으킬 수 있는 가능성을 더욱 증진시킬 수 있다. 나아가, 흡광 코팅층(263a)의 각 층(263-1,263-2,263-3)마다 서로 다른 종횡비를 갖는 나노-로드가 각각 분산되도록 흡광 코팅층(263a)을 형성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 테프론과 같은 이형성 수지를 결합제로 사용하여 흡광 코팅층(263a)을 형성한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 8에 도시된 변형예에 따르는 가열 롤러(260b)의 경우, 통상적인 결합제를 이용하여 흡광 코팅층(263b)을 형성하고, 흡광 코팅층(263b)의 외주면에 이형층(264)을 별도로 마련한다. 이때, 이형층(260)은 테프론과 같은 투명성이 좋은 이형성 수지로 형성될 수 있다.

나아가, 본 실시예에서는 할로겐 램프와 같은 방출되는 광의 파장대가 넓은 브로드 밴드 광원을 채용한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예로 들어, 도 9에 도시된 변형예에 따르는 정착 유닛(250a)의 경우, 광원(280a)으로 반도체 레이저 다이오드와 같은 단파장 광원을 채용한다. 이 경우, 흡광 코팅층(261)은 상기 방출되는 광의 파장에 대응되는 단일 종횡비를 갖는 나노-로드가 분산될 수 있다.

도 10은 도 5에 도시된 화상 형성 장치에 채용될 수 있는 정착 유닛의 다른 실시예를 보여준다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 정착 유닛(250b)은 가열 롤러(260c), 가압 롤러(270) 및 광원(280)을 포함한다. 도 6을 참조하여 설명한 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 광원(280)은 가열 롤러(260c)의 내부에 장착된다.

이를 위해 가열 롤러(260c)의 내부관(261)은 관상의 코어파이프가 채용된다. 한편, 광원(280)이 내부관(261) 내부에 장착되므로, 흡열 코팅층(265)는 내부관(261)의 내주면에 마련되어, 광원(280)에서 방출된 광을 직접적으로 흡수할 수 있도록 한다.

상기 흡열 코팅층(265)은 단층 또는 다층으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 흡열 코팅층(265) 내에 분산되는 다수의 나노-로드는, 광원(280)이 단파장 광원이냐 다파장 광원이냐에 따라 단일 종횡비를 가질 수도 있고 복수의 종횡비를 가질 수도 있다.

도 11은 도 10에 도시된 정착 유닛의 일 변형예이다. 도 11을 참조하면, 본 변형예의 정착 유닛(250c)은 가열 롤러(260d) 내부에 광원(280)의 일부를 감싸는 열가이드 부재(291)를 포함한다.

상기 가열 롤러(260d)는 내부관(261)과 탄성부(22)와 이형층(264)를 포함한다. 이와 같은 가열 롤러(260d)는 도 11을 참조하여 설명한 가열 롤러(260c)에서 흡열 코팅층(265)이 빠져 있다는 점을 제외하고는 실질적으로 동일하다.

상기 열 가이드 부재(291)는 지지대(292)와 상기 지지대(292)의 광원(280)에 대면되는 면에 마련된 흡광 코팅층(293)을 포함한다. 상기 흡광 코팅층(293)은 다수의 나노-로드가 분산되어 있는 것으로, 가령 다수의 나노-로드를 수지와 같은 결합제(binder)와 혼합하여 형성할 수 있다. 이러한 흡열 코팅층(293)은 도 1을 참조하여 설명한 흡열 코팅층(110)과 실질적으로 동일하므로, 중복적인 설명은 생략하기로 한다. 상기 지지대(292)는 흡광 코팅층(293)에서 흡수된 광에너지, 즉 열을 전달하기 위해서 열도전성이 좋은 금속과 같은 물질로 형성할 수 있다. 상기 광가이드 부재(291)의 일 끝단은 가열 롤러(260)의 내주면에 맞닿아 있어, 광원(280)으로부터 열을 전달한다. 광가이드 부재(291)와 가열 롤러(260)의 내주면이 맞닿은 위치는 정착닙부가 형성되는 근방일 수 있다.

상기 광가이드 부재(291)는 광원(280)의 전부 또는 일부를 감쌀 수 있다. 본 실시예는, 기록매체(P)가 진입하는 상류측 부위의 내측이 광원(280)에 의해 직접적으로 가열될 수 있도록, 상기 광가이드 부재(291)가 광원(280)의 기록매체(P)가 진입하는 상류측 쪽이 오픈되어 있다. 이와 같이 가열 롤러(260)의 기록매체(P)가 진입하는 상류측 부위는 광원(280)의 직접적 조사에 의해 예비적으로 가열되고, 가열 롤러(260)의 정착 닙부 근방은 광가이드 부재(291)에 의해 집중적으로 가열됨으로써, 열효율을 향상시킬 수 있다.

본 변형예에서 가열 롤러(260d)의 내주면에는 흡열 코팅층이 마련되지 않고 있으나, 흡열 코팅층을 추가적으로 마련하여 흡열 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다.

도 12는 도 10에 도시된 정착 유닛의 다른 변형예이다. 도 12를 참조하면, 본 변형예의 정착 유닛(250d)은 열가이드 부재(291a,291b)가 한 쌍으로 마련된다는 점을 제외하고는 도 11의 변형예와 실질적으로 동일하다.

한 쌍의 열가이드 부재(291a,291b)는 각각 지지부(292a,292b)와 각 지지부(292a,292b)의 광원(280)에 대면되는 면에 마련되는 흡열 코팅층(293a,293b)을 포함한다. 한 쌍의 열가이드 부재(291a,291b)는 각각 가열 롤러(260d)의 내측, 정착닙부 근방에 마련되어, 가열 롤러(260d)의 정착닙부 근방에 보다 집중적으로 열을 가할 수 있다.

도 13은 도 5에 도시된 화상 형성 장치에 채용될 수 있는 정착 유닛의 또 다 른 실시예를 보여준다.

본 실시예의 정착 유닛(250e)은 가열 벨트(266), 가압 롤러(270) 및 광원(280)을 포함한다.

전술한 실시예들에서는 가열 부재로 가열 롤러가 채용된 경우를 설명하고 있으나, 본 실시예는 가열 벨트(266)를 가열 부재로 채용하고 있다.

가열 벨트(266)는 길이 방향이 기록매체(P)의 폭보다 길며, 외력을 받지 않은 상태에서 대략 원통 형상의 얇은 두께를 갖는 부재이다. 상기 가열 벨트(266)의 내부에는 구동 롤러(276)와 가이드 롤러(277)가 마련되어 있으며, 가열 벨트(266)의 외부에는 핀치 롤러(278)가 마련되어 있다. 상기 구동 롤러(276) 및 가이드 롤러(277)는 각각 핀치롤러(278)와 함께 가열 벨트(266)를 협지하고 있다.

상기 가열 벨트(266)는, 예컨대, 수십㎛~150㎛ 정도의 두께를 가진 금속 또는 내열 수지 필름으로 이루어진 기층(基層)(267) 내주면에 흡열 코팅층(268)이 마련되어 있다. 상기 흡광 코팅층(268)은 다수의 나노-로드를 수지와 같은 결합제(binder)와 혼합하여 형성한 것으로, 이러한 흡열 코팅층(268)은 도 1을 참조하여 설명한 흡열 코팅층(110)과 실질적으로 동일하므로, 중복적인 설명은 생략하기로 한다. 상기 기주(267) 외주면에는, 실리콘 등의 내열 고무로 이루어진 탄성층(미도시)을 추가적으로 적층시킬 수 있다. 나아가, 상기 탄성층의 표면에 테프론 등으로 형성되는 이형층을 더 적층시킬 수도 있다.

가열 벨트(266)는, 내측면이 구동 롤러(276)에 마찰 접촉되어 있고, 축 방향으로 회전하는 구동 롤러(276)에 종동하여 둘레 방향으로 이동된다. 또한, 가이드 롤러(277)(상류측의 지지부재)는 둘레 방향 이동에 대한 저항을 상기 가열 벨트(266)에 부여하기 있기 때문에, 정착 벨트(272)의 정착닙부 근방은 인장 상태로 가설되어 있다.

정착 유닛(250e)은 반사부재(294)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사부재(294)는 광원(280)에 방출된 광, 즉 복사열이 가열 벨트(266)의 정착닙부 근방에 집중될 수 있도록 한다.

본 실시예는 광원(280)이 가열 벨트(266) 안쪽에 마련된 경우를 설명하고 있으나, 도 6을 참조하여 설명한 실시예와 유사하게, 광원(280)이 가열 벨트(266)의 바깥쪽에 설치될 수도 있다. 이 경우, 흡열 코팅층은 가열 벨트(266)의 외주면에 마련될 것이다. 또한, 본 실시예는 반사부재(294)를 구비한 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 도 11 및 도 12에서 설명한 실시예와 같이 광가이드 부재를 마련할 수도 있다.

나아가, 전술된 도 5 내지 도 13을 참조한 실시예에서 다양한 형태의 정착 유닛 및 정착 유닛을 채용한 화상 형성 장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복사열을 이용하는 정착 유닛에 있어서, 본 발명에 따른 흡열 코팅층을 마련함으로써 열효율을 향상시키고, 나아가 빠르게 승온시킴으로써 FPOT를 줄이고, 인쇄속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 흡열 코팅 부재 및 이를 이용한 가열 장치는 정착 장치외에도 복사열을 열원으로 삼는 다양한 기구에 사용될 수 있다. 가령, 복사열을 이용한 난방장치에 사용될 수 있다. 그밖에, 나노-로드를 포함된 표식자에 광을 집 중 조명함으로써 열을 국소적으로 가열할 수 있는 장치에도 적용될 수 있다. 이러한 국소적 가열 장치로, 인쇄회로기판에 전자부품을 실장하는 장치부터 인체 내부의 종양에 표식자를 심어 국소적으로 열을 가함으로써 종양을 파괴하는 치료기기에 이르기까지 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다.

전술한 본 발명인 흡열 코팅 부재, 가열 장치, 정착 유닛 및 정착 유닛을 채용한 화상 형성 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 2는 동일 직경을 갖는 나노-로드에 대해 길이를 달리함에 따라 광에너지 흡수율의 피크에 해당되는 파장이 달라지는 것을 정성적으로 보여주는 그래프이다

도 3은 도 1의 가열 장치의 변형예이다.

도 4는 넓은 파장대에 대한, 서로 다른 종횡비를 나노-로드의 대응 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치의 개략적인 구성을 도시하는 구성도이다.

도 6는 도 5에 도시된 화상 형성 장치의 정착 유닛을 도시한 구성도이다.

도 7은 도 6에 도시된 정착 유닛의 일 변형예이다.

도 8은 도 6에 도시된 정착 유닛의 다른 변형예이다.

도 9는 도 6에 도시된 정착 유닛의 또다른 변형예이다.

도 11은 도 10에 도시된 정착 유닛의 일 변형예이다.

도 12는 도 10에 도시된 정착 유닛의 다른 변형예이다.

도 13은 도 5에 도시된 화상 형성 장치에 채용될 수 있는 정착 유닛의 또 다른 실시예를 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...흡열 부재 110...흡열 코팅층

150...광원 200...화상 형성 장치

210...광 주사 유닛 220...현상 유닛

230...감광 드럼 240...중간 전사 벨트

250...정착 유닛 260...가열 롤러

261...내부관 262...탄성층

263,265,268,293...흡열 코팅층 264...이형층

266...가열 벨트 280...광원

290,294...반사부재 291...광가이드 부재

Claims

기판 위에 마련되는 것으로, 나노-로드가 분산된 흡광 코팅 부재.
제1 항에 있어서,

상기 나노-로드는 Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Al, Sb, W, Tb, Dy, Gd, Eu, Nd, Pr, Sr, Mg, Cu, Zn, Co, Mn, Cr, V, Mo, Zr, Ba 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡광 코팅 부재.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 나노-로드는 단일 내지 복수의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 흡광 코팅 부재.
광원과;

상기 광원에서 방출된 광을 흡수하는 것으로, 나노-로드가 분산된 흡광 코팅층을 구비하는 흡광 부재;를 포함하는 가열 장치.
제4 항에 있어서,

상기 나노-로드는 Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Al, Sb, W, Tb, Dy, Gd, Eu, Nd, Pr, Sr, Mg, Cu, Zn, Co, Mn, Cr, V, Mo, Zr, Ba 중 적어도 하나의 금속을 포함하 는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제4 항 또는 제5 항에 있어서,

상기 흡광 코팅층은 단층 내지 복수의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제4 항 또는 제5 항에 있어서,

상기 광원은 단일 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제7 항에 있어서,

상기 나노-로드는 상기 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원에서 방출되는 광의 파장이 되는 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제4 항 또는 제5 항에 있어서,

상기 광원은 다파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제8 항에 있어서,

상기 나노-로드는 복수의 종횡비를 가지며, 상기 나노-로드의 복수의 종횡비들은 상기 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원에서 방출되는 광의 파장 영역대에 속하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
광원과;

상기 광원에서 방출된 광을 흡수하여 기록매체에 토너화상을 융착시키는 열을 발생하는 것으로, 나노-로드가 분산된 흡광 코팅층을 구비하는 가열부재와;

상기 가열부재와 대면되어 정착닙을 형성하는 가압부재;를 포함하는 정착 유닛.
제11 항에 있어서,

상기 나노-로드는 Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Ni, Al, Sb, W, Tb, Dy, Gd, Eu, Nd, Pr, Sr, Mg, Cu, Zn, Co, Mn, Cr, V, Mo, Zr, Ba 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제11 항에 있어서,

상기 흡광 코팅층은 단층 내지 복수의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제11 항에 있어서,

상기 광원은 단일 파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제14 항에 있어서,

상기 나노-로드는 상기 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원에서 방출되는 광의 파장이 되는 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제11 항에 있어서,

상기 광원은 다파장의 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제16 항에 있어서,

상기 나노-로드는 복수의 종횡비를 가지며, 상기 나노-로드의 복수의 종횡비들은 상기 나노-로드의 흡수 스펙트럼의 피크 파장이 상기 광원에서 방출되는 광의 파장 영역대에 속하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제11 항에 있어서,

상기 가열부재는 롤러 또는 벨트 타입인 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제18 항에 있어서,

상기 광원은 상기 가열부재의 외부에 배치되며,

상기 흡광 코팅층은 상기 가열부재의 외주면에 마련된 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제19 항에 있어서,

상기 흡광 코팅층은 이형제 매질 내에 나노-로드가 분산되어 형성된 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제19 항에 있어서,

상기 흡광 코팅층 외주면에 이형층이 마련된 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제18 항에 있어서,

상기 광원은 상기 가열부재의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제22 항에 있어서,

상기 흡광 코팅층은 상기 가열부재의 내주면에 마련된 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
제22 항에 있어서,

상기 광원의 적어도 일부를 둘러싸고, 상기 광원에서 방출되는 광을 흡수하여 생성된 열을 상기 가열부재에 전달하는 열가이드 부재를 더 포함하며,

상기 흡광 코팅층은 상기 광가이드부재의 상기 광원에 대면되는 면에 마련된 것을 특징으로 하는 정착 유닛.
전자사진방식에 의해 기록매체에 토너화상을 전사시키는 인쇄 유닛과;

제11 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 정착 유닛를 포함하는 화상 형성 장치.