KR20110042953A

KR20110042953A - 저항 발열층을 채용한 가열롤러 및 이를 채용한 정착장치

Info

Publication number: KR20110042953A
Application number: KR1020090099834A
Authority: KR
Inventors: 김진한; 윤병상; 김경환; 김준오; 고영대
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2011-04-27
Also published as: US8687995B2; US20130259549A1; KR101705117B1; US20110091251A1; US8467696B2

Abstract

저항 발열층을 채용한 가열롤러 및 이를 채용한 정착장치가 개시되어 있다. 개시된 가열롤러는 가열롤러의 축방향으로 여러 개의 전극을 분할 배치하고 각각의 전극을 독립적으로 제어하여 용지 폭 사이즈가 다른 경우에 대응할 수 있고, 가열롤러 온도 제어의 안정성을 높인다.

Description

저항 발열층을 채용한 가열롤러 및 이를 채용한 정착장치{Heating roller having resistive heating element and fusing device using the same}

저항 발열층을 채용한 가열롤러 및 이를 채용한 정착장치의 실시예들이 개시된다.

전자사진방식을 이용하는 화상형성장치는, 화상수용체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 화상수용체 상에 가시적인 토너화상을 형성하고, 이 토너화상을 용지로 전사한 후, 전사된 토너화상을 용지에 정착시킨다. 토너는 베이스 레진에 착색제를 비롯한 다양한 기능성 첨가물을 첨가하여 제조된다. 정착과정은 주로 열과 압력을 통하여 종이와 같은 용지 위에 있는 토너를 영구적으로 고착시킨다. 전자사진방식 화상형성장치에서 소비되는 에너지 중 상당한 에너지가 정착과정에서 소비된다.

일반적으로 정착장치는 열을 발생시키는 가열벨트와 가압롤러로 이루어진 구조로 정착 닙(Fixing Nip)을 형성하는 방식, 가열롤러와 가압롤러가 서로 맞물려 정착 닙을 형성하는 방식 등을 채용한다. 토너가 전사된 용지가 정착 닙을 통과하는 동안에 열과 압력이 토너에 가해진다. 열을 발생시키는 방법으로는, 내부에 마 련된 할로겐 램프를 통한 복사가열로 가열벨트나 가열롤러를 가열시키는 방법, 세라믹 히터와 같은 저항 가열체를 정착 닙 부근에 국부적으로 부착하여 저항가열방식으로 국부적으로 열을 발생시키는 방법, 저항 가열체를 가열벨트나 가열롤러의 표면에 형성하여 가열벨트나 가열롤러의 표면 전체에 열을 발생시키는 방법 등이 있다.

본 발명의 실시예들은 저항 발열층을 구비하는 가열롤러 및 저항 발열층에 전압을 인가하기 위한 복수 개의 전극구조와 이를 적용한 정착장치를 제공한다. 본 발명의 실시예들은, 여러 개의 전극을 통해 다양한 용지의 정착에 대응하도록 정착온도의 제어가 가능하고, 종래의 저열용량 플레이트 형상의 가열 히터 대비 고속 연속 인쇄 시 온도 저하에 따른 정착성 문제를 개선할 수 있는 정착장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 가열롤러는 원통형의 외주를 가지는 하중 지지체; 전기 전도에 의해 저항 발열되는 것으로, 하중 지지체의 외주면에 형성되는 저항 발열층; 및 하중 지지체와 저항 발열층 사이에 위치하고, 저항 발열층과 전기적으로 접촉하여 전원을 공급하는 것으로, 하중 지지체의 축방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 전극;을 포함한다.

복수의 전극은 세 개 이상일 수 있다.

복수의 전극은 하중 지지체를 외주방향으로 감싸는 링 형상을 가질 수 있다.

복수의 전극은 서로 다른 규격의 용지의 크기에 대응하는 배치 간격을 가질 수 있다.

하중 지지체 외주면에는 복수의 전극의 적어도 일부가 수용되는 홈이 형성될 수 있다.

저항 발열층의 외주면에 마련된 이형층을 더 포함할 수 있다.

저항 발열층과 이형층 사이에 마련된 탄성층을 더 포함할 수 있다.

저항 발열층과 탄성층 사이에 마련되어 절연 기능을 하는 보호층을 더 포함할 수 있다.

복수의 전극과 하중 지지체 사이에 마련된 절연층을 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 전극과 상기 하중 지지체 사이에 마련된 단열층을 더 포함할 수 있다.하주 지지체의 양단부에 마련되어, 복수의 전극에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 전극 단자를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 정착 장치는, 열을 방출하는 가열롤러; 및 가열롤러와 대면되어 정착 닙을 형성하는 가압부재;를 포함하여, 정착 닙을 통과하는 매체 상의 토너를 가열, 가압하여 매체 상에 정착시킬 수 있다.

가압부재는 롤러 형상 또는 벨트 형상을 가질 수 있다.

가압부재는, 가열롤러의 저항발열층이 마련된 영역 이외의 영역에 대응되는 영역에 마련되는 저항발열층을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 정착 장치는, 열을 방출하는 가열롤러; 가열롤러의 외주면을 감싸고 회전하는 벨트; 및 외주면이 벨트에 감싸여 있고, 벨트에 장력을 가하는 텐션롤러; 및 텐션롤러와 벨트를 사이에 두고 대면되어 정착 닙을 형성하는 가압부재;를 포함하며, 정착 닙을 통과하는 매체 상의 토너를 가열, 가압하여 매체 상에 정착시킬 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 가열롤러의 축방향으로 여러 개의 전극을 분할 배치하고 각각의 전극을 독립적으로 제어하여 저항 발열층의 가열범위를 조정할 수 있으므로 용지 폭 사이즈가 다른 경우에 대응할 수 있고 가열롤러 온도 제어의 안정성을 높여서 양호한 정착성을 얻을 수 있다. 저항 발열층을 분할하지 않고 전극을 분할 배치하여 용지 폭 사이즈에 대응하므로 저항 발열층을 분할함에 따라 발생할 수 있는 온도 불균일성의 문제도 발생하지 않는다.

또한, 저항 발열층이 가열롤러 전체를 감싸고 있는 구조이므로 고속의 정착시스템에 있어서 연속 인쇄 시 온도 저하의 문제가 발생하지 않으며 플레이트 형상에 비해 마찰에 의한 마모의 영향이 작으므로 장수명에 유리하다. 한편, 저항 발열층이 하중 지지체의 외부에 형성되므로 하중 지지체 내부에 발열체와 전극을 생성하는 방법보다 제작이 쉽고 여러 개의 전극 설치가 가능하며 승온 속도가 빠른 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 가열롤러 및 정착장치의 실시예들에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 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 발명에 따른 가열롤러 및 정착장치의 일 실시예가 채용되는 전자 사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 보면, 전자사진 프로세스에 의하여 용지에 화상을 인쇄하는 인쇄유닛과 정착장치가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 화상형성장치는 건식 현상제(이하, 토너라 한다)를 사용하여 컬러화상을 인쇄하는 건식 전자사진방식 화상형성장치이다.

인쇄유닛은 현상유닛(10), 노광유닛(30), 및 전사유닛을 구비한다. 본 실시예의 현상유닛(10)은 컬러 화상을 인쇄하기 위하여 서로 다른 색상의 토너, 예를 들면 시안(C:cyab), 마젠타(M:magenta), 옐로우(Y:yellow), 블랙(K:black) 색상의 토너가 각각 수용된 4개의 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)를 구비한다. 또한, 노광유닛(30)은 각 현상기에 대응되는 4개의 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)를 구비한다.

현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)는 정전잠상이 형성되는 화상수용체인 감광드럼(11)과 정전잠상을 현상시키기 위한 현상롤러(12)를 각각 구비한다. 감광드럼(11)의 외주에는 대전을 위한 대전롤러(13)가 마련된다. 대전롤러(13)에는 감광드럼의 외주를 균일한 전위로　대전시키기 위하여 대전바이어스가 인가된다. 대전롤러(13) 대신에 코로나 방전기(미도시)가 채용될 수도 있다. 현상롤러(12)는 그 외주에 토너를 부착시켜 감광드럼(11)으로 공급한다. 현상롤러(12)에는 토너를 감광드럼(11)으로 공급하기 위한 현상바이어스가 인가된다. 도시되지는 않았지만, 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에는 그 내부에 수용된 토너를 현상롤러(12)로 부착시키는 공급롤러, 현상롤러(12)에 부착된 토너의 양을 규제하는 규제수단, 그 내부에 수용된 토너를 공급롤러 및/또는 현상롤러(12) 쪽을 이송시키는 교반기(미도시) 등을 더 설치될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에는 대전 전에 감광드럼(11)의 외주에 묻은 토너를 제거하는 클리닝 블레이드와, 제거된 토너를 수용하기 위한 수용공간에 마련될 수 있다.

일 예로서, 전사유닛은 용지반송벨트(20)와 4개의 전사롤러(40)를 포함할 수 있다. 용지반송롤러(20)는 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 외부로 노출된 감광드럼(11)의 외주면과 대면된다. 용지반송벨트(20)는 다수의 지지롤러들(21, 22, 23, 24)에 의해 지지되어 순환주행된다. 4개의 전사롤러(40)는 용지반송벨트(20)를 사이에 두고 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)과 대면되는 위치에 배치된다. 전사롤러(40)에는 전사바이어스가 인가된다. 각 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)는 시안(C:cyab), 마젠타(M:magenta), 옐로우(Y:yellow), 블랙(K:black) 색상의 화상정보에 대응되는 광을 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)으로 주사한다. 본 실시예에서는 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)로서 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit)가 채용될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 컬러화상형성과정을 설명한다.

각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(12)은 대전롤러(13)에 인가된 대전바이어스에 의하여 균일한 전위로 대전된다. 4개의 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)은 각각 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 색상의 화상정보에 대응되는 광을 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)으로 주사하여 정전잠상을 형성시킨다. 현상롤러(12)에는 현상바이어스가 인가된다. 그러면 현상롤러(12)의 외주에 부착된 토너가 정전잠상으로 부착되어 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)에 각각 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 색상의 토너화상이 형성된다.

토너를 최종적으로 수용하는 매체, 예를 들면 용지(P)는 픽업롤러(121)에 의하여 카세트(120)로부터 인출된다. 용지는 이송롤러(122)에 의하여 용지반송벨트(20)로 인입된다. 용지(P)는 정전기적인 힘에 의하여 용지반송벨트(20)의 표면에 부착되어 용지반송벨트(20)의 주행 선속도와 동일한 속도로 이송된다.

예를 들면, 현상기(10C)의 감광드럼(11)의 외주면에 형성된 시안(C)색상의 토너화상의 선단이 전사롤러(40)와 대면된 전사닙으로 도달되는 시점에 맞추어 용지(P)의 선단이 전사닙에 도달된다. 전사롤러(40)에 전사바이어스가 인가되면 감광드럼(11)에 형성된 토너화상은 용지(P)로 전사된다. 용지(P)가 이송됨에 따라 현상기(10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)들에 형성된 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(K) 색상의 토너화상은 순차적으로 용지(P)에 중첩 전사되어, 용지(P)에는 컬러 토너화상이 형성된다.

용지(P)에 전사된 컬러 토너화상은 정전기적인 힘에 의하여 용지(P)의 표면에 유지된다. 정착장치(300)는 열과 압력을 이용하여 컬러토너화상을 용지(P)에 정착시킨다. 정착이 완료된 용지(P)는 배출롤러(123)에 의하여 화상형성장치 밖으로 배출된다.

도 2는 도 1에 도시된 화상형성장치에 채용된 정착장치(300)에서 가열롤러(310)의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 가열롤러(310)는 하중 지지체(320)와, 하중 지지체(320)의 외주에 형성되는 저항 발열층(330), 및 저항 발열층(330)에 전기를 공급하기 전극부(340)를 구비한다. 가열롤러(310)는 이외에도 절연층, 탄성층, 이 형층 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 층들의 구성 자체에 대해서는 후술하기로 한다.

하중 지지체(320)는 원통형 구조를 지녀 가열롤러(310)의 외형을 유지하며, 회전축이 된다.

저항 발열층(330)은 하중 지지체(320)의 외주면을 따라 마련된 것으로, 인쇄하고자 하는 용지의 최대 사이즈의 폭과 같거나 그보다 클 수 있다. 저항 발열층(330)은 공급되는 전기에 의해 주울 열(Joule heat)이 발생된다.

전극부(340)는 하중 지지체(320)와 저항 발열층(330) 사이에 배치되며, 하중 지지체(320)의 축방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1 내지 제4 전극(341, 342, 343, 344)과, 제1 내지 제4 전극(341, 342, 343, 344)마다 외부로 전기적 연결을 위한 제1 내지 제4 전극 단자(341a, 342a, 343a, 344a)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 전극(341, 342, 343, 344)은 하중 지지체에 균일하게 전류가 흐를 수 있도록, 하중 지지체(320)를 외주방향으로 감싸는 링 형상을 가질 수 있다.

제1 내지 제4 전극(341, 342, 343, 344)은 서로 다른 사이즈의 용지들의 폭에 대응하도록 배치된다. 본 실시예의 전극 배치는, 용지가 가열롤러(310)의 중앙을 지나는 방식(중앙 급지(Center feeding) 방식)에 대응하여 배치된다. 즉, 가열롤러(310)의 축방향에서 볼 때, 중앙부를 기준으로 대칭적으로 제1 내지 제4 전극(341, 342, 343, 344)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 내측에 배치된 제2 및 제3 전극(342, 343)의 간격 X는 A4 사이즈 용지의 폭에 해당되는 210mm일 수 있으며, 외측에 배치된 제1 및 제4 전극(341, 344)의 간격 Y는 A3 사이즈 용지의 폭에 해당 되는 297mm일 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 가열롤러에서 전원 공급 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 내측에 배치된 제2 및 제3 전극(342, 343)과 외측에 배치된 제1 및 제4 전극(341, 344)은 각각 별개의 전원(V3, V4)이 연결된다. 본 실시예의 가열롤러(310)는, 작은 사이즈의 용지(예를 들어 A4용지)인 경우에는 중앙부의 저항 발열층(330)만 가열되도록 내측에 배치된 두 전극(342, 343)에만 전원을 인가하고, 큰 사이즈의 용지(예를 들어 A3 용지)인 경우에는 양단부의 전극에 전원을 인가하여 저항 발열층 전체가 가열되어 용지 폭 사이즈에 대응이 가능한 구조를 갖는다. 경우에 따라서는, 제1 및 제2 전극(341, 342) 사이에 전원이 인가되도록 하거나, 제3 및 제4 전극(343, 344) 사이에 전원이 인가되도록 전원 공급 구조가 마련될 수도 있을 것이다.

종래의 정착장치에서 열이 발생되는 발열부, 즉 가열롤러의 저항 발열층의 폭과 인쇄매체의 폭이 상응되지 않는 경우, 정착성능의 저하, 인쇄매체의 손상, 정착장치의 파손 등의 문제점이 발생할 수 있다. 종래의 발열부는 대개 통과하는 인쇄매체의 최대 사이즈 폭과 비슷하게 설정된다. 그러나, 이러한 종래의 발열부를 갖는 정착장치의 경우, 웜업 시나 에너지 절약 모드로부터 작동 시에 발열부의 양단부에 온도 저하가 발생하고, 최대 사이즈 폭의 인쇄매체의 경우 인쇄매체 양단부의 정착 불량이 발생한다. 한편, 발열부의 양단부의 발열량을 중앙부에 비교하여 크게 설정한다면, 양단부의 온도 저하가 적어지고, 최대 사이즈 폭의 인쇄매체에 대해서도 양단부의 정착 불량을 방지할 수 있으나, 폭이 좁은 인쇄매체를 연속 정 착할 때에는 비통지부의 온도 상승 폭이 커지고 고온 오프셋(hot offset)에 의하여 인쇄매체의 양단부에서 정착 불량을 초래하게 된다. 본 실시예의 가열롤러(310)는, 발열부인 저항 발열층(330)을 축방향으로 독립적으로 제어하므로써, 정착성능의 저하, 인쇄매체의 손상, 정착장치의 파손 등의 문제점을 해결할 수 있다.

본 실시예와 같이 복수의 전극(341, 342, 343, 344)을 사용하여 용지 폭 사이즈에 대응하여 발열하는 구조에 있어서, 전원(V3, V4)이 인가되는 전극(342, 343)(341, 344)의 위치가 바뀌면 저항 발열층(330)에서 발열하는 영역의 변화에 따라 저항값이 달라진다. 용지의 사이즈가 달라지더라도 동일한 전력으로 정착 장치를 구동시키기 위해서는, 발열되는 저항 발열층(330)의 면적이 달라지면, 인가되는 전극(342, 343)(341, 344)에 공급되는 전원(V3, V4)의 전압도 바뀐다. 예를 들어 저항 발열층(330)에 있어서, 양측의 저항값이 R1이고 중앙부의 저항값이 R2인 경우에 저항 발열층(330) 전체 저항 R은 하기의 수학식 1과 같다.

용지 폭 사이즈가 큰 용지(예를 들어 A3 용지)에 대응하기 위해 공급되는 전압이 V3이고, 용지 폭 사이즈가 작은 용지(예를 들어 A4용지)에 대응하기 위해 공급되는 전압이 V4라고 한다면 A3 용지에 대응하여 소비되는 전력 P3와 A4 용지에 대응하여 소비되는 전력 P4는 하기의 수학식 2와 같다.

,

저항 발열층(330)에서 소비되는 전력 P3와 P4가 동일하므로 A4에 공급되는 전압 V4는 하기의 수학식 3과 같이 표현된다.

또한 저항 발열층(330)의 저항이 전면에 걸쳐 고르게 분포되어 있다고 가정하게 되면, 저항 발열층(330)의 길이를 사용하여 하기의 수학식 4와 같이 표현할 수도 있다. 여기서 L1은 제1 및 제2 전극(341, 342) 사이의 길이 또는 제3 및 제4 전극(343, 344) 사이의 길이이고, L2는 제2 및 제3 전극(342, 343) 사이의 길이이다.

V3, V4 전압을 동일하게 사용하고자 할 경우에는, 저항 발열층(330) 중 2R1 크기의 저항값을 갖는 영역을 가열롤러(310) 대신에 가압롤러(도 10의 370) 쪽에 구성하여, A3 용지 대응 시에 가열롤러(310)와 가압롤러(370)의 저항 발열층(330) 모두에 V3 전압을 인가하고, A3 용지 대응 시에는 가열롤러(310)의 A4 용지에 대응하는 제2 및 제3 전극(342, 343)에만 V3 전압을 인가하도록 할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 가열롤러의 다른 실시예의 전극 배치를 보인 사시도 이며, 도 5는 도 4에 도시된 가열롤러의 전원 공급 구성을 도시한 도면이다.

도 4 및 5를 참조하면, 본 실시예의 가열롤러(310')는 하중 지지체(320)와, 하중 지지체(320)의 외주에 형성되는 저항 발열층(330), 및 저항 발열층(330)에 전기를 공급하기 전극부(340')를 구비한다. 본 실시예는 전극부(340')의 배치 구성을 제외한 나머지는 전술한 실시예와 같으므로, 전극 배치를 중심으로 설명하기로 한다. 본 실시예의 전극 배치는, 용지가 가열롤러(310')의 일 단부측에 치우쳐서 지나가도록 설계한 정착장치 구조(사이드 급지(Side feeding) 방식)에 대응된다. 이러한 전극부(340')는 하중 지지체(320)의 축방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1 내지 제3 전극(341', 342', 343')과, 제1 내지 제3 전극(341, 342, 343, 344)마다 외부로 전기적 연결을 위한 제1 내지 제3 전극 단자(341a', 342a', 343a', 344a')를 포함할 수 있다. 여기서 제1 및 제2 전극(341', 342')들은 용지 사이즈에 대응되어 배치되고, 제3 전극(343')은 가열롤러(310')의 일 단부측에 배치되어 공통 전극으로 기능한다. 예를 들어, 가열롤러(330')의 타 단부쪽에 배치된 제1 전극(341')은 제2 전극(343')과의 거리 Y가 큰 용지(예를 들면 A3 용지)의 폭이 되도록 배치되며, 가열롤러(330')의 내측에 배치된 제2 전극(342')은 제3 전극(343')과의 거리 X가 작은 용지(예를 들면 A4 용지)의 폭이 되도록 배치된다.

용지 폭 사이즈가 X 미만일 경우(예를 들면 A4 용지)에는 제2 및 제3 전극(342', 343')에 전원을 인가하여 저항 발열층(330)의 중앙부만을 가열하고, 용지 폭 사이즈가 X이상이고 Y 이하인 경우(예를 들면 A3 용지)에는 양단부의 전극인 제1 및 제2 전극(341', 344')에 전원을 인가하여 저항 발열층(330) 전체를 가열하여 다양한 용지 폭 사이즈에 대응되도록 한다.

앞의 실시예들에서는 A3, A4 사이즈의 용지에 상응하는 전극 구조를 대해 예를 들어 설명했지만, 아래의 표 1 내지 도 3과 같은 다양한 용지 사이즈에 대해서도 전극을 생성 가능함은 물론이다. 나아가, 앞의 실시예들은 두 종류의 서로 다른 사이즈의 용지에 대해서 설명하고 있으나, 당해 분야의 기술자라면, 독립적으로 전원이 인가될 수 있는 보다 많은 전극들을 배치하여, 셋 이상의 서로 다른 사이즈의 용지에 대해 적용될 수 있도록 할 수 있을 것이다.

A판	사이즈	B판	사이즈
A0	841x1,189mm	B0	1,030x1,456mm
A1	594x841mm	B1	728x1,030mm
A2	420x594mm	B2	515x728mm
A3	297x420mm	B3	364x515mm
A4	210x297mm	B4	257x364mm
A5	148x210mm	B5	182x257mm
A6	105x148mm	B6	128x182mm
A7	74x105mm	B7	91x128mm
A8	52x74mm	B8	64x91mm
A9	37x52mm	B9	45x64mm
A10	26x37mm	B10	32x45mm

구분(봉투)	사이즈
레터(letter)	215.9x297.4mm (구미의 편지지 사이즈)
법률(legal)	215.9x355.6mm (미국 정부의 공문서 사이즈)
타블로이드(tabloid)	279.4x431.8mm (구미의 석간지 사이즈)

구분(연속 용지)	사이즈
10" (10인치)	254.0x297.4mm
15" (15인치)	381.0x279.4mm

도 6은 도 2에 도시된 가열롤러에 있어서, 저항 발열층 및 전극의 전개도이다. 편의상, 제1 및 제2 전극(341, 342) 부분만을 도시한다. 도 7a 내지 도 7c는 도 2의 가열롤러의 적층 구조의 일 예로서, 각각 도 6의 전개도에서 A-A', B-B', C-C'를 따라 본 횡단면도이다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 하중 지지체(320)의 외주면에 다층의 절연층(350), 저항 발열층(330), 보호층(361), 탄성층(363) 및 이형층(365)이 순차적으로 형성된다. 다층의 절연층(350)은 예를 들어 4층 구조(351, 352, 353, 354)로 형성될 수 있다. 먼저, 하중 지지체(320)의 외주면 전체를 덮도록 절연층(350)의 제1 층(351)을 형성한다. 다음으로, 제1 전극단자(341a) 및 제2 전극단자(342a)와 이들을 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)에 잇는 배선 구조를 절연층(350)의 제1 층(351) 위에 형성한다. 다음으로, 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)의 배선을 위한 영역을 제외한 나머지 영역에, 절연층(350)의 제2층(352) 및 제3층(352)을 형성한다. 다음으로, 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)의 링 형상을 형성한다. 다음으로, 링 형상의 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)의 영역을 제외한 나머지 영역에, 절연층(350)의 제4층(354)을 형성한다. 다음으로, 저항 발열층(330), 보호층(361), 탄성층(363) 및 이형층(365)을 순차적으로 형성한다. 각 공정중에 외주면을 평탄화시키는 공정이 추가될 수 있으며, 미도시된 제3 및 제4 전극 영역도 동일한 방식으로 형성될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 도 2의 가열롤러의 적층 구조의 다른 예로서, 각각 도 6의 전개도에서 A-A', B-B', C-C'를 따라 본 횡단면도이다.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 본 예의 가열롤러는, 하중 지지체(320')의 외주면에 다층의 절연층(350'), 저항 발열층(330), 보호층(361), 탄성층(363) 및 이형층(365)이 순차적으로 형성된다. 하중 지지체(320')의 외주면에서 제1 전극단자(341a) 및 제2 전극단자(342a)와 이들을 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)에 잇는 배선 구조가 마련되는 영역이 단차되도록 하중 지지체(320')의 외주면을 가공한다. 다음으로, 하중 지지체(320')의 외주면 전체를 덮도록 절연층(350')의 제1 층(351')을 형성하고, 제1 전극단자(341a) 및 제2 전극단자(342a)와 이들을 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)에 잇는 배선 구조를 절연층(350')의 제1 층(351') 위에 형성한다. 다음으로, 전술한 예와 비슷하게 절연층(350')의 제2 내지 제4층(352', 352', 354')과, 제1 전극(341) 및 제2 전극(342), 저항 발열층(330), 보호층(361), 탄성층(363) 및 이형층(365)을 순차적으로 형성한다.

도면에서는, 하중 지지체(320')의 외주면에서 제2 전극(342)이 마련되는 영역을 포함하는 외곽의 전체가 단차된 예가 도시되고 있으나, 제1 전극단자(341a) 및 제2 전극단자(342a)와 이들을 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)에 잇는 배선 구조가 마련되는 영역만이 단차될 수도 있을 것이다.

도 9a 내지 도 9c는 도 2의 가열롤러의 적층 구조의 또 다른 예로서, 각각 도 6의 전개도에서 A-A', B-B', C-C'를 따라 본 횡단면도이다.

본 예는, 하중 지지체(320")가 내측 공간을 갖는 관상의 파이프 형상을 지닌 경우이다. 참조번호 321은 하중 지지체(320')의 내주면을 가르킨다. 제1 전극단자(341a') 및 제2 전극단자(342a')는 하중 지지체(320')의 내측 공간을 통해 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)에 연결된다. 이를 위하여, 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)을 형성하기 전에 하중 지지체(320")에 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)의 배선을 위한 구멍(320a", 320b")을 뚫는다. 이에 따라, 하중 지지체(320")의 외주면 상에 별도의 배선구조를 형성할 필요가 없으므로, 하중 지지체(320")와 저항 발열층(330) 사이에 위치하는 절연층(350")은 단층으로 형성할 수 있다. 절연층(350")을 형성한 뒤, 링 형상의 제1 전극(341) 및 제2 전극(342)을 형성하고, 저항 발열층(330), 보호층(361), 탄성층(363) 및 이형층(365)을 순차적으로 형성한다.

도 10은 본 발명에 따른 정착장치의 일 실시예의 종단면도이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 정착장치(300)는 가열롤러(310)와, 이와 맞물려 정착 닙(fixing nip)을 형성하는 가압롤러(370)를 포함한다.

가열롤러(310)는 전술한 바와 같이, 원통형의 하중 지지체(320)의 외주면에 절연층(350), 저항 발열층(330), 보호층(361), 탄성층(363) 및 이형층(365)를 포함한다. 또한, 저항 발열층(330)에 전원을 인가하는 전극부(340)가 하중 지지체(320)와 저항 발열층(330) 사이에 마련되며, 절연층(350)에 의하여 전극부(340)의 각 전극들은 절연된다.

하중 지지체(320)는 철이나 강, 스테인레스강, 알루미늄, 동 등의 금속 또는, PPS(polyphenylene sulfide), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리이미드(polyimide), 폴리케톤(polyketone), PPA(polyphthalamide), PEEK(polyether-ether-ketone), PES(polythersulfone), PEI(polyetherimide)등의 고온에서도 기계적 특성이 우수한 고내열성 플라스틱, 세라믹, 유리 등으로 제조될 수 있다. 이 외에도 하중 지지체(320)의 재료로서는 정착장치의 통상적인 사용온도에서 기계적 특성이 유지되는 어떤 재료라도 사용이 가능하다. 저항 발열층(330)의 승온 속도를 높이기 위해서는 하중 지지체(320)의 두께가 얇을 수록 좋지만 정착 닙을 확보하기 위한 압력에 대해 가열롤러(310)를 지지하고 변형을 방지하기 위해서는 적당한 두께가 확보되어야 한다. 하중 지지체(320)의 재료로 steel을 사용할 경우에는 SUS 430, 444, 303등이 사용되고 두께는 0.5 ~ 2mm가 사용될 수 있다.

저항 발열층(330)은 높은 전력밀도(1~ 60W/㎠)를 가지고 주울열을 방출할 수 있도록 백금이나 루테늄 등을 함유한 저항체로 형성될 수 있다. 저항 발열층(3230)의 두께는 예를 들어 10 ~ 100μm 정도로 형성할 수 있다. 저항 발열층(330)은, 예를 들어 베이스 물질에 전도성 필러를 분산된 층일 수도 있다. 이 경우, 베이스 물질은 실리콘 고무와 같은 고내열성 탄성재질인 엘라스토머로 형성되어, 저항 발열층(330)이 탄성층으로서의 기능을 수행할 수도 있다. 전도성 필러로는 철, 니켈, 알루미늄, 금, 은 등의 금속계 필러 및/또는 카본블랙, 탄소단섬유, 탄소 필라멘트, 탄소 코일 등의 탄소계 필러가 채용될 수 있다.

전극부(340)는 은, Cu-Sn sinter　등의 전도성이 좋은 금속 재질로 형성될 수 있다.

절연층(350) 및 보호층(361)은 전기적인 절연성능과 물리적인 외력에 의한 외관 손상 및 공기와의 접촉을 차단하여 산화방지 역할을 한다. 이러한 절연층(350) 및 보호층(361)은 무기 바인더에 기타 첨가물을 혼합하여 형성할 수 있다. 절연층(350) 및 보호층(361)은, 예를 들어 무기 바인더의 한 종류인 glass를 사용하고 그 비율이 30~70%정도가 되도록 하고 4기타 첨가물은 Al₂O₃분말 등을 함유하도록 형성할 수 있다. 내전압을 견디기 위해 두께는 50~500μm 정도가 될 수 있다. 보호층(외부 절연층)(361)은 저항 발열층(330)를 보호하고 외부의 충격과 같은 물리적인 외력을 방지하고 전류 누설에 의한 사용자 보호를 위해 사용한다. 절연층(350)은, 하중 지지체(320)가 도전성 물질로 형성된 경우, 하중 지지체(320)로 전류가 흐르는 것을 방지하여 누전이 발생하지 않도록 한다.

탄성층(363)은 용지와 가열롤러(310) 표면과의 밀착성을 높이고 정착닙을 확보하기 위해 사용된다. 컬러 인쇄시에 용지(P)에 적층되는 토너(T)의 두께가 두꺼워지게 되는데, 탄성층(363)은, 컬러 토너의 정착성을 향상시킬 수 있다. 탄성층(363)의 두께가 얇으면 탄력성을 얻는 것이 어려워지고 두께가 두꺼우면 열효율이 악화되는 경향이 있다. 탄성층(363)은 내열성 및 탄성을 갖는 실리콘 고무, 불소 고무 등이 사용되며 통상 50~800μm 정도의 두께로 형성될 수 있다.

이형층(365)은 가열롤러(310)의 최외곽층으로서, 용지(P)위의 토너가 가열롤러(310)의 표면으로 옮겨붙는 오프셋(offset)을 방지하기 위한 것이다. 이형층(365)으로서는 PFA (tetrafluoroethylene/perfluoroalkylvinyl ether copolymer), PTFE (polytetrafluorethylene), FEP (tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymer) 등의 플루오로 폴리머(fluoropolymer) 계통의 재료가 채용될 수 있다. 이형층(365)은 본 실시예의 필수적 구성요소는 아니며 생략될 수 있다. 이형층(365)은 예를 들어 10~50μm 정도의 두께로 형성될 수 있다.

가압롤러(370)는, 가압부재의 일 예로서 금속 심재(371)에 탄성층(373)이 형성된 롤러 형태를 가질 수 있다. 탄성층(373)의 외곽에는 이형층(375)이 더 마련될 수도 있다.

탄성층(373)은 용지(P)와 가열롤러(310) 표면과의 밀착성을 높이고 정착닙을 확보하기 위한 것으로, 실리콘 고무, 솔리드 고무, 불소 고무 등으로 형성될 수 있다. 탄성층(373)의 두께는, 예를 들어 3 ~ 11mm 범위 내에서 사용조건을 고려하여 설계될 수 있다. 탄성층(373)은 고무층 대신에 고무층과 스펀지 층의 2중 구조를 사용하여 내구성의 향상을 도모할 수도 있다.

이형층(375)은 내마모성을 가지며 표면의 이형성을 높이게 하며 실리콘 고무, 불소 고무, PFA, PTFE, FEP, PFEP 등의 불소 수지가 사용된다. 이형층(375)은 10 ~ 100μm 정도의 두께로 형성될 수 있다.

가열롤러(310)와 가압롤러(370)는 도시되지 않은 탄성 바이어스 수단, 예를 들면 스프링에 의하여 서로 맞물리는 방향으로 탄성 바이어스된다. 가압롤러(370)의 탄성층(373)이 일부 변형됨으로써 가열롤러(310)로부터 용지(P) 상의 토너로의 열전달이 이루어지는 정착 닙이 형성된다.

종래의 가열롤러는, 사진 에칭 기술에 의하여 형성되는 니켈 합금박막으로 생성된 특정한 패턴으로 인해 면상발열체가 불균일하게 가열되므로, 가열롤러 표면의 균일한 온도 보상을 위해 알루미늄 파이프 등의 전도성 지지체가 사용되어야 한다. 하지만 본 실시예의 가열롤러(310)는, 전극부(340)가 전면 발열체로 구성된 저항 발열층(330)의 내측에 마련되므로, 저항 발열층(330)에 특정한 패턴이 생성되지 않아, 종래 발명과는 달리 균일한 온도 보상을 위한 알루미늄 파이프 등의 전도성 지지체가 필요 없으며 승온 시간이 빠르고, 제작공정 및 구조의 단순화로 재료비가 절감되는 효과가 있다.

경우에 따라서는, 가압롤러(370)는 가열롤러(310)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 가압롤러(370) 쪽에 마련된 저항 발열층의 발열영역은 가열롤러(310) 쪽의 발열영역과 겹치지 않도록 형성할 수도 있다. 가령, 작은 사이즈의 용지에는 가열롤러(310)만으로 가열하고, 큰 사이즈의 용지에는 가압롤러(370) 쪽도 함께 가열하도록 구성할 수 있으며, 가열롤러(310)쪽과 가압롤러(370)쪽을 동일한 전압으로 인가하도록 할 수도 있을 것이다.

도 11은 도 10의 정착장치에 채용되는 가열롤러의 다른 예의 종단면도이다.

도 11을 참조하면, 가열롤러(315)는 원통형의 하중 지지체(320)의 외주면에 단열층(325), 절연층(350), 저항 발열층(330), 보호층(361), 탄성층(363) 및 이형층(365)를 포함한다. 하중 지지체(320)와 저항 발열층(330) 사이에는 절연층(350)과 함게 전극부(340)가 마련된다. 본 예의 가열롤러(315)는 단열층(325)이 하중 지지체(320)와 절연층(350) 사이에 더 개재되었다는 점을 제외하고는 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.

단열층(325)은 발포 실리콘 고무, 발포 불소 고무 등으로 형성되며, 저항 발열층(330)에서 발열된 열이 하중 지지층(320)으로 확산되는 것을 방지하고 열이 가열롤러(315)의 표면으로 전달되도록 하여, 열효율을 향상시킨다.

도 12는 본 발명에 따른 정착장치의 다른 실시예의 종단면도이다.

도 12를 참조하면, 정착장치(400)는 전술한 실시예들의 가열롤러(310)와, 정착롤러(410)와, 가열롤러(310)와 정착롤러(410)를 내측에 두고 폐루프를 형성하는 벨트(430)와, 정착롤러(410)와 맞물려 정착 닙을 형성하는 가압롤러(450)를 포함한다. 가압롤러(450)는 벨트(430)의 외측에 위치된다. 정착 닙을 형성하기 위하여, 정착롤러(410)와 가압롤러(450)는 벨트(430)를 사이에 두고 상호 맞물려 회전된다. 도시되지 않은 바이어스 수단은 정착롤러(410) 및/또는 가압롤러(450)에 정착롤러(410)와 가압롤러(450)가 서로 맞물리는 방향으로 탄성력을 가한다. 가압롤러(450)는, 가압부재의 일 예로서 금속 심재(451)의 외주면에 탄성층(453) 및 이형층(455)이 형성된 롤러일 수 있다. 또한, 정착롤러(410)는 탄성을 가진 롤러 형태로서, 가압롤러(450)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 정착장치의 또 다른 실시예의 종단면도이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예의 정착장치(500)는 전술한 실시예들의 가열롤러(310)와, 제1 및 제2 텐션롤러(510, 520)와, 제1 및 제2 텐션롤러(510, 520)를 내측에 두고 폐루프를 형성하는 벨트(530)를 포함한다. 제1 및 제2 텐션롤러(510, 520)는 예를 들어, 전술한 실시예의 가압롤러와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 있다. 제1 및 제2 텐션롤러(510, 520)는 벨트(530)에 장력을 주어 가열롤러(310)와 벨트(530)가 맞닿는 영역에 정착닙이 형성되도록 한다. 본 실시예의 가압부재는 제1 및 제2 텐션롤러(510, 520)와 벨트(530)로 형성된다는 점을 제외하고는 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.

전술한 실시예에서, 본 실시예들의 가열장치 및 정착장치가 채용되는 화상형성장치로서 컬러화상을 형성하는 화상형성장치를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 당해 분야의 기술자라면, 단색화상을 형성하는 화상형성장치나, 그밖의 가열, 가압을 통해 화상을 정착시키는 다양한 장치에 본 실시예들의 가열롤러 및 정착장치를 사용할 수 있을 것이다.

전술한 본 발명인 저항 발열층을 채용한 가열롤러 및 이를 채용한 정착장치는 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 1은 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 가열롤러의 일 실시예의 전극 배치를 보인 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 가열롤러의 전원 공급 구성을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 가열롤러의 다른 실시예의 전극 배치를 보인 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 가열롤러의 전원 공급 구성을 도시한 도면이다.

도 6은 도 2의 가열롤러의 저항 발열층 및 전극의 전개도이다.

도 7a 내지 도 7c는 도 2의 가열롤러의 적층 구조의 일 예로서, 각각 도 6의 전개도에서 A-A', B-B', C-C'를 따라 본 횡단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...현상기 11...감광드럼

20...용지이송벨트 30...노광기

40...전사롤러 100...인쇄유닛

300, 400, 500...정착장치 310, 310', 315...가열롤러

320,320'...하중 지지체 330...저항 발열층

340, 340'...전극부 361...보호층

363...탄성층 365...이형층

430...벨트 370, 450, 530...가압 부재

410...정착롤러 510, 520...텐션롤러

Claims

원통형의 외주를 가지는 하중 지지체;

전기 전도에 의해 저항 발열되는 것으로, 상기 하중 지지체의 외주면에 형성되는 저항 발열층; 및

상기 하중 지지체와 상기 저항 발열층 사이에 위치하고, 상기 저항 발열층과 전기적으로 접촉하여 전원을 공급하는 것으로, 상기 하중 지지체의 축방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 전극;을 포함하는 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 복수의 전극은 세 개 이상인 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 복수의 전극은 상기 하중 지지체를 외주방향으로 감싸는 링 형상을 갖는 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 복수의 전극은 서로 다른 규격의 용지의 크기에 대응하는 배치 간격을 갖는 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 하중 지지체 외주면에는 상기 복수의 전극의 적어도 일부가 수용되는 홈이 형성된 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 저항 발열층의 외주면에 마련된 이형층을 더 포함하는 가열롤러.
제6 항에 있어서,

상기 저항 발열층과 상기 이형층 사이에 마련된 탄성층을 더 포함하는 가열롤러.
제7 항에 있어서,

상기 저항 발열층과 상기 탄성층 사이에 마련되어 절연 기능을 하는 보호층을 더 포함하는 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 복수의 전극과 상기 하중 지지체 사이에 마련된 절연층을 더 포함하는 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 복수의 전극과 상기 하중 지지체 사이에 마련된 단열층을 더 포함하는 가열롤러.
제1 항에 있어서,

상기 하주 지지체의 양단부에 마련되어, 상기 복수의 전극에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 전극 단자를 더 포함하는 가열롤러.
제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 기재된 것으로, 열을 방출하는 가열롤러; 및

상기 가열롤러와 대면되어 정착 닙을 형성하는 가압부재;를 포함하여,

상기 정착 닙을 통과하는 매체 상의 토너를 가열, 가압하여 상기 매체 상에 정착시키는 정착장치.
제12 항에 있어서,

상기 가압부재는 롤러 형상 또는 벨트 형상을 가지는 정착장치.
제12 항에 있어서,

상기 가압부재는, 상기 가열롤러의 저항발열층이 마련된 영역 이외의 영역에 대응되는 영역에 마련되는 저항발열층을 포함하는 정착장치.
제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 기재된 것으로, 열을 방출하는 가열롤러;

상기 가열롤러의 외주면을 감싸고 회전하는 벨트;

외주면이 상기 벨트에 감싸여 있고, 상기 벨트에 장력을 가하는 텐션롤러; 및

상기 텐션롤러와 상기 벨트를 사이에 두고 대면되어 정착 닙을 형성하는 가압부재;를 포함하며,

상기 정착 닙을 통과하는 매체 상의 토너를 가열, 가압하여 상기 매체 상에 정착시키는 정착장치.