KR20110075350A

KR20110075350A - 정착장치와 이를 가지는 화상형성장치

Info

Publication number: KR20110075350A
Application number: KR1020090131783A
Authority: KR
Inventors: 이진성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-06
Also published as: US20110158720A1; US8396407B2

Abstract

기록매체에 충분한 열량을 공급할 수 있도록 개선된 정착장치와 이를 가지는 화상형성장치를 개시한다. 정착장치는 열원을 가지는 가열유닛과, 가열유닛의 외주면에 압접되도록 배치되어 정착닙을 형성하는 가압롤러를 구비한다. 가압롤러는 탄성층과, 탄성층의 내부로부터 열이 발생되도록 탄성층의 내부에 수용되는 적어도 하나의 발열요소를 포함한다. 발열요소는 탄성층 내에 분산 분포된 발열입자들로 구성될 수 있다. 발열요소는 탄성층 내에 삽입된 면상발열체로 구성될 수 있다.

Description

정착장치와 이를 가지는 화상형성장치{FUSING DEVICE AND IMAGE FORMING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 열을 가해 화상을 기록매체에 고정시키는 정착장치와 이를 가지는 화상형성장치에 관한 것이다.

화상형성장치는 기록매체에 화상을 인쇄하는 장치로, 프린터, 복사기, 팩스 및 이들의 기능을 통합하여 구현한 복합기 등이 이에 해당한다.

전자사진방식을 채택한 화상형성장치는 소정 전위로 대전된 감광체에 광을 주사하여 감광체의 표면에 정전잠상을 형성한 후, 이 정전잠상에 현상제를 공급하여 가시화상을 형성한다. 감광체에 형성된 가시화상은 기록매체로 전사되고, 기록매체에 전사된 가시화상은 정착장치를 지나면서 기록매체에 고정된다.

일반적으로 널리 사용되는 정착장치는 내부에 열원을 가지는 가열롤러와, 이 가열롤러에 밀착되어 정착닙을 형성하는 가압롤러를 구비한다. 화상이 전사되어 있는 기록매체가 가열롤러와 가압롤러 사이의 정착닙으로 진입하면, 정착닙에서 작용하는 열과 압력에 의해 화상이 기록매체에 고정된다.

근래에는 화상형성장치의 인쇄 속도가 고속화되고 있으며, 이에 따라 보다 효과적인 방법으로 기록매체에 열을 전달하여 정착성능을 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명의 일 측면은 기록매체에 충분한 열량을 공급할 수 있도록 개선된 정착장치와 이를 가지는 화상형성장치를 개시한다.

본 발명의 사상에 따른 정착장치는 정착닙을 통과하는 기록매체에 열과 압력을 가하도록 구성되는 화상형성장치용 정착장치에 있어서, 열을 발생시키도록 구성되는 열원을 가지는 가열유닛;과 상기 가열유닛에 압접되도록 배치되는 가압롤러;를 포함하고, 상기 가압롤러는 샤프트;와 상기 샤프트의 주위를 덮도록 배치되고, 상기 가압롤러가 상기 가열유닛에 압접될 때 상기 정착닙을 형성하도록 탄성을 가지는 탄성층;과 상기 탄성층의 내부로부터 열이 발생되도록 상기 탄성층의 내부에 분산된 발열입자들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 발열입자들은 탄소입자를 포함할 수 있다.

상기 정착장치는 상기 탄성층에 대해 상기 샤프트를 전기적으로 절연시키도록 상기 샤프트와 상기 탄성층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.

상기 정착장치는 상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 배치되고, 상기 탄성층에 전기적으로 연결되는 환형단자를 더 포함할 수 있다.

상기 정착장치는 전기절연성을 가지는 재질로 형성되고, 상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 결합되며, 상기 환형단자를 수용하도록 구성되는 롤러캡;과 상기 롤러캡을 관통하도록 배치되어 상기 탄성층과 상기 환형단자를 연결하는 연결단자;를 더 포함할 수 있다.

상기 가열유닛은 상기 열원의 주위를 회전하도록 배치되는 정착벨트;와 상기 정착벨트의 내주면의 일부분을 지지하고, 상기 열원에 의해 발생된 열이 상기 정착벨트로 직접 조사되도록 개구부를 가지는 지지부재;와 상기 정착벨트의 내주면을 지지하도록 배치되고 상기 가압롤러와 마주하여 상기 정착벨트의 외주면과 상기 가압롤러 사이에 상기 정착닙을 형성하는 가압부를 가지는 닙형성부재;를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 사상에 따른 정착장치는 정착닙을 통과하는 기록매체에 열과 압력을 가하도록 구성되는 화상형성장치용 정착장치에 있어서, 열을 발생시키도록 구성되는 열원을 가지는 가열유닛;과 상기 가열유닛에 압접되도록 배치되는 가압롤러;를 포함하고, 상기 가압롤러는 샤프트;와 상기 샤프트의 주위를 덮도록 배치되고, 상기 가압롤러가 상기 가열유닛에 압접될 때 상기 정착닙을 형성하도록 탄성을 가지는 탄성층;과 상기 탄성층의 내부로부터 열이 발생되도록 상기 탄성층의 내부에 삽입된 적어도 하나의 면상발열체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 적어도 하나의 면상발열체는 상기 가압롤러의 원주방향을 따라 연장되는 단위패턴들을 포함하고, 상기 단위패턴들은 상기 가압롤러의 축방향을 따라 간격을 두고 배열될 수 있다.

상기 가압롤러의 축방향 외측에 배치되는 단위패턴들의 간격은 상기 가압롤러의 축방향 내측에 배치되는 단위패턴들의 간격보다 좁게 형성될 수 있다.

상기 가압롤러의 축방향 외측에 배치되는 단위패턴들의 폭은 상기 가압롤러의 축방향 내측에 배치되는 단위패턴들의 폭보다 좁게 형성될 수 있다.

상기 적어도 하나의 면상발열체는 상기 가압롤러의 축방향을 따라 연장되는 단위패턴들을 포함하고, 상기 단위패턴들은 상기 가압롤러의 원주방향을 따라 간격을 두고 배열될 수 있다.

상기 탄성층은 상기 가압롤러의 반경방향에 대해 상기 적어도 하나의 면상발열체의 내측과 외측에 각각 배치되는 내층부와 외층부를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 면상발열체는 서로 독립적인 발열량 제어가 가능하도록 상기 가압롤러의 축방향을 따라 배치되는 복수의 면상발열체로 구성될 수 있다.

상기 적어도 하나의 면상발열체는 30㎛ ~ 100㎛의 두께를 가지는 금속으로 형성될 수 있다.

상기 정착장치는 전기절연성을 가지는 재질로 형성되고, 상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 결합되는 롤러 캡;과 상기 적어도 하나의 면상발열체에 전기적으로 연결되도록 상기 롤러 캡에 배치되는 적어도 하나의 단자;를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 사상에 따른 화상형성장치는 정착닙을 통과하는 기록매체에 열과 압력을 가하도록 구성되어 미정착 화상을 기록매체에 고정시키는 정착장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서, 상기 정착장치는 미정착 화상이 형성된 기록매체의 표면에 접촉하여 열을 전달하도록 배치되는 정착벨트;와 열을 발생시키도록 구성되고, 상기 정착벨트의 내주면의 적어도 일부분에 열을 직접적으로 조사하도록 배치되는 열원;과 상기 정착벨트의 외주면에 압접되도록 배치되는 가압롤러;와 상기 정착벨트의 내주면을 지지하도록 배치되고, 상기 가압롤러와 마주하여 상기 정 착벨트의 외주면과 상기 가압롤러 사이에 상기 정착닙을 형성하는 닙형성부재;를 포함하고, 상기 가압롤러는 샤프트와, 상기 샤프트의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 가압롤러가 상기 정착벨트에 압접될 때 상기 정착닙을 형성하도록 탄성을 가지는 탄성층과, 상기 탄성층의 내부로부터 열이 발생되도록 상기 탄성층의 내부에 수용된 적어도 하나의 발열요소;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 적어도 하나의 발열요소는 상기 탄성층의 내부에 분산 분포되고 상기 탄성층에 공급되는 전력에 의해 발열하는 발열입자들을 포함할 수 있다.

상기 발열입자들은 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 발열요소는 상기 탄성층의 내부에 삽입된 적어도 하나의 면상발열체를 포함할 수 있다.

상기 화상형성장치는 전원;과 상기 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 가압롤러의 외부에 배치되는 전력공급단자;를 더 포함하고, 상기 정착장치는, 전기절연성을 가지는 재질로 형성되고 상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 결합되는 롤러 캡과, 상기 전력공급단자에 접촉하도록 상기 롤러 캡에 배치되고 상기 발열요소에 전기적으로 연결되는 단자를 더 포함할 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 정착닙을 통과하는 기록매체에 충분한 열량을 공급할 수 있다. 따라서 화상형성장치의 인쇄 속도를 높이면서도 정착 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 정착닙을 통과할 때 기록매체에 발생하는 컬을 저감할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세 히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 화상형성장치(1)는 본체(5), 기록매체 공급장치(10), 광주사장치(20), 현상장치(30), 전사장치(40), 정착장치(100) 및 기록매체 배출장치(50)를 포함하여 구성된다.

본체(5)는 화상형성장치(1)의 전체적인 외관을 형성하는 한편, 그 내부에 장착되는 각종 부품들을 지지한다. 본체(5)의 일부분은 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 사용자는 본체(5)의 개방된 부분을 통해 각종 부품을 교체, 수리하거나 본체(5) 내부에 걸린 용지를 제거할 수 있다.

기록매체 공급장치(10)는 기록매체(S)를 현상장치(30)로 공급한다. 기록매체 공급장치(10)는 본체(5)에 착탈 가능하게 장착되는 카세트(11)를 포함한다. 기록매체(S)는 카세트(11)에 적재되고, 인쇄 동작 시에 카세트(11)의 기록매체는 픽업롤러(12)에 의해 한 장씩 픽업된다. 픽업롤러(12)에 의해 픽업된 기록매체는 이송롤러(13)에 의해 현상장치(30) 쪽으로 이송된다.

광주사장치(20)는 컴퓨터 등과 같은 외부 기기로부터 입력되는 화상 정보에 대응하는 광을 감광체(31)에 조사하여 정전잠상을 형성한다. 도 1과 같은 컬러 화상형성장치의 경우, 광주사장치(20)는 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상에 대응하는 광을 감광체(31)에 조사하도록 구성된다.

현상장치(30)는 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K) 색상의 현상제가 각각 수용되는 4개의 현상기(30Y, 30M, 30C, 30K)로 구성될 수 있다. 감광체(31)는 각각의 현상기(30Y, 30M, 30C, 30K)에 구비될 수 있다. 그러나 감광체(31)는 현상기로부터 분리된 형태로 배치되는 것도 가능하다.

각각의 현상기(30Y, 30M, 30C, 30K)는 감광체(31)를 대전시키는 대전롤러(32), 각 감광체(31)에 형성된 정전잠상에 현상제를 공급하여 가시화상을 형성하는 현상롤러(33) 및 현상롤러(33)에 현상제를 공급하는 공급롤러(34)를 구비한다.

전사장치(40)는 감광체(31) 상에 형성된 현상제화상을 기록매체에 전사시킨다. 전사장치(40)는 각 감광체(31)에 접촉되어 순환 주행하는 전사벨트(41)와, 전사벨트(41)를 구동시키는 전사벨트 구동롤러(42)와, 전사벨트(41)의 장력을 유지시키는 텐션롤러(43)와, 감광체(31) 상의 현상제화상을 기록매체로 전사시키기 위한 4개의 전사롤러(44)를 포함하여 구성된다.

기록매체는 전사벨트(41)에 부착되어 이송된다. 이 때 각 전사롤러(44)에는 각 감광체(31)에 부착된 현상제의 극성과 반대되는 극성의 전압이 인가되고, 이에 따라 감광체(31) 상의 현상제화상은 기록매체로 전사된다.

정착장치(100)는 기록매체에 열과 압력을 가하도록 구성되어 기록매체 상의 미정착 화상을 기록매체에 고정시킨다. 정착장치(100)에 관한 자세한 설명은 후술한다.

기록매체 배출장치(50)는 정착장치(100)를 통과한 기록매체를 화상형성장치(1)의 외부로 배출한다. 기록매체 배출장치(50)는 배출롤러(51)와, 배출롤러(51)에 대향하여 설치되는 배출백업롤러(52)를 포함하여 구성된다.

도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 분해 사시도와 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착장치에서 가압롤러의 구성과 가압롤러에 전력을 공급하기 위한 구성을 도시한 도면이다. 도 2에서는 일부 구성을 생략하고 도시하였다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 정착장치(100)는 가열유닛(102)과 가압롤러(104)를 포함하여 구성된다.

가열유닛(102)과 가압롤러(104)는 서로 마주하도록 배치되어 기록매체(S)가 통과하는 정착닙(N)을 형성한다. 가열유닛(102)은 미정착 화상이 형성된 기록매체(S)의 표면에 접촉하여 열을 전달하도록 배치될 수 있다. 가압롤러(104)는 가열유닛(102)에 압접되도록 배치된다.

가열유닛(102)은 정착벨트(120), 열원(130), 지지부재(150), 닙형성부재(170)와 벨트 가이드부재(180)를 구비한다. 현상제화상이 전사되어 있는 기록매체(S)는 가압롤러(104)와 정착벨트(120) 사이의 정착닙(N)을 통과하는데, 이 때 열과 압력에 의해 현상제화상이 기록매체에 고정된다.

정착벨트(120)는 지지부재(150)에 회전 가능하게 지지되고, 가압롤러(104)에 맞물려 회전하도록 배치된다. 정착벨트(120)는 열원(130)에 의해 가열되어 정착닙(N)을 지나는 기록매체(S)에 열을 전달한다.

열원(130)은 정착벨트(120)의 내부에 배치된다. 열원(130)의 양단은 측면커버(160)에 각각 결합되고, 측면커버(160)는 지지부재(150)에 고정됨으로써 열원(130)은 지지부재(150)에 의해 지지된다. 열원(130)으로는 적어도 하나의 할로겐 램프가 사용될 수 있다.

지지부재(150)는 열원(130)의 주위를 둘러싸는 형태로 배치되며, 외력에 의해 쉽게 변형되지 않도록 강성이 큰 재질로 형성된다. 지지부재(150)는 사이드부들(151)과, 지지플레이트들(152)과, 벤딩플레이트들(153)을 포함하여 구성될 수 있다.

사이드부들(151)은 지지부재(150)의 양측에 각각 배치되고, 사이드부들(151)의 내측면에는 정착벨트(120)의 단부를 지지하는 벨트지지부(151a)가 돌출 형성된다.

지지플레이트들(152)은 사이드부들(151)의 사이에서 폭 방향으로 연장되어 사이드부들(151)을 연결한다. 지지플레이트들(152)은 서로 이격된 상태에서 나란히 배치된다.

벤딩플레이트들(153)은 각각의 지지플레이트(152)에서 내측으로 절곡된다. 벤딩플레이트들(153)의 사이에는 제1개구부(154)가 정의된다. 열원(130)에서 방사되는 열 중 일부는 상기 제1개구부(154)를 통과하여 정착닙(N) 쪽으로 전달된다.

지지부재(150)는 제1개구부(154)의 반대측에 형성되는 제2개구부(155)를 가진다. 제2개구부(155)는 열원(130)의 복사열이 지지부재(150)를 그대로 통과하여 정착벨트(120)에 직접적으로 도달할 수 있도록 한다.

지지부재(150)는 정착벨트(120)의 외부에서 사이드부들(151)을 연결하는 보강플레이트(156)를 더 구비할 수 있다. 보강플레이트(156)는 지지부재(150)의 강도를 보강하여 지지부재(150)가 변형되는 것을 방지한다.

닙형성부재(170)는 가압롤러(104)와 정착벨트(120) 사이에 정착닙(N)이 형성 되도록 정착벨트(120)의 내면을 지지한다.

닙형성부재(170)는 몸체부(170a)와 닙형성부(170b)를 구비한다. 닙형성부(170b)는 몸체부(170a)의 일단에서 정착벨트(120)를 향해 연장되는 제1연장부(171)와, 몸체부(170a)의 타단에서 정착벨트(120)를 향해 연장되는 제2연장부(172)와, 제1연장부(171)와 제2연장부(172)의 단부에 마련되는 가압부(173)를 가진다. 가압부(173)는 정착벨트(120)의 내면을 지지하여 정착닙(N)이 형성될 수 있도록 한다.

제1연장부(171)와 제2연장부(172) 사이에는 닙가열부(174)가 정의된다. 열원(130)은 닙형성부재(170)의 닙가열부(174)를 통해 가압부(173)를 직접적으로 복사 가열하고, 가열된 가압부(173)는 정착벨트(120)에 열을 전달한다.

닙형성부재(170)는 온도가 빠르게 상승하여 정착벨트(120)와 기록매체(S)에 효과적으로 열을 전달할 수 있도록 비열이 작고 열전도도가 좋은 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.

닙형성부재(170)의 몸체부(170a)는 닙가열부(174)의 반대측에 형성되는 개구부(175)를 구비한다. 열원(130)은 닙형성부재(170)의 개구부(175)와 지지부재(150)의 제2개구부(155)를 통해 정착벨트(120)를 직접적으로 복사 가열할 수 있다. 이에 따라 정착벨트(120)의 온도를 한층 더 빠르게 상승시킬 수 있으며, 정착벨트(120)가 회전하는 도중에 정착벨트(120)의 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

벨트 가이드부재(180)는 정착닙(N) 근처에서 정착벨트(120)의 내면을 지지하여 정착벨트(120)를 가이드한다. 벨트 가이드부재(180)의 상부는 지지부재(150)에 의해 지지되고, 벨트 가이드부재(180)의 중앙부에는 닙형성부재(170)의 닙가열부(174)에 대응하는 개구부(181)가 형성된다.

벨트 가이드부재(180)의 하면은 가압롤러(104)로부터 작용하는 가압력에 대항하여 닙형성부재(170)의 가압부(173)를 지지한다. 또 벨트 가이드부재(180)의 개구부(181)의 내측면은 닙형성부재(170)의 닙가열부(174)의 간격이 확대되지 않도록 닙형성부재(170)의 제1연장부(171)와 제2연장부(172)의 외측을 지지한다.

가압롤러(104)는 정착벨트(120)에 마주하여 배치되고, 스프링과 같은 가압수단(미도시)에 의해 정착벨트(120) 쪽으로 가압되어 정착닙(N)을 형성한다. 가압롤러(104)는 화상형성장치 본체(5)에 장착되는 구동원(미도시)으로부터 동력을 전달받아 회전한다.

가압롤러(104)는 샤프트(141)와 탄성층(142)을 포함하여 구성된다. 샤프트(141)는 가압롤러(104)의 중심부에 배치되어 회전축으로서 기능하며, 그 위에 적층되는 소재들을 지지한다. 샤프트(141)는 알루미늄이나 스틸과 같은 금속재로 형성될 수 있다. 탄성층(142)은 샤프트(141)의 주위를 덮도록 배치되며, 가압롤러(104)가 정착벨트(120) 쪽으로 가압됨에 따라 탄성 변형하면서 정착벨트(120)와의 사이에 정착닙(N)을 형성한다. 탄성층(142)은 통상적으로 실리콘 고무로 형성될 수 있다.

탄성층(142)의 표면에는 기록매체가 가압롤러(104)에 붙는 것을 방지하는 이형층(143)이 배치된다. 이형층(143)은 불소 수지, 예를 들면 PFA(Perfluoroalkoxy)로 형성되는 튜브로 구성될 수 있다.

정착장치의 성능은 정착닙에서 기록매체와 현상제에 전달되는 열량에 영향을 받는다. 화상형성장치가 고속화됨에 따라 기록매체가 정착닙을 빠른 속도로 통과하게 되면, 가열유닛을 통해 기록매체의 한쪽 면만을 가열하는 것만으로는 기록매체에 충분한 열량을 공급할 수 없게 된다. 정착장치의 웜업 시간을 단축하기 위해 열용량이 작은 벨트를 적용한 가열유닛의 경우에는 정착닙에서 충분한 열량을 공급할 수 있도록 하기 위한 보완 대책의 필요성이 더욱 크다.

이러한 점을 고려하여 종래에는 파이프 형상을 가지는 가압롤러의 내부에 램프를 설치하여 가압롤러를 통해서도 기록매체에 열을 전달하도록 정착장치를 구성하였다. 그러나 가압롤러의 내부에 램프를 설치하여 가압롤러를 전체적으로 가열하기 위해서는 램프와 가압롤러의 외주면 사이에 열전달률이 높은 재질이 배치되어 하므로 가압롤러에 적정 두께의 탄성층을 형성할 수 없게 된다. 가압롤러에 적정 두께의 탄성층을 형성하지 못하면, 정착닙의 폭이 줄어들게 되며 이는 다시 정착성능의 저하를 야기한다.

또한 종래에는 정착닙의 폭을 확보하기 위해 적정 두께의 탄성층을 적용하면서 가압롤러의 중심부에 램프를 배치하여 탄성층의 내측 표면을 가열하는 방법(가압롤러의 내부에서 탄성층의 외부에 램프를 배치하는 방법)을 사용하기도 하였다. 그러나 이러한 방법은 탄성층의 높은 열저항으로 인해 가압롤러의 표면 온도를 요구되는 온도까지 상승시키는데 불필요하게 많은 전력이 소모되며, 탄성층의 과열로 인해 탄성층이 손상될 가능성이 크다.

또한 종래에는 가압롤러의 외부에 열원을 배치하여 가압롤러의 표면을 가열 하는 방법을 적용하기도 하였다. 그러나 이러한 방법은 가압롤러의 표면을 국부적으로 가열할 수 밖에 없다는 한계가 있으며, 가압롤러의 외부에 부가적인 가열수단이 배치됨에 따라 정착장치가 대형화되는 문제점을 야기한다.

도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정착장치(100)에서 가압롤러(104)의 탄성층(142)의 내부에는 적어도 하나의 발열요소(heating element)(200)가 수용된다. 이러한 구성에 의하면, 탄성층(142)을 적정 두께로 형성하여 정착닙(N)의 폭을 확보하면서도 탄성층(142)의 내부로부터 발생되는 열을 통해 기록매체(S)에 충분한 열량을 효과적으로 공급할 수 있게 된다.

적어도 하나의 발열요소(200)는 탄성층(142)의 내부에 분산 분포되는 발열입자들(210)로 구성될 수 있다. 발열입자들(210)은 탄성층(142)에 공급되는 전기에너지를 열에너지를 변환하여 탄성층(142)의 내부로부터 열이 발생되도록 한다.

발열입자들(210)은 도전성이 있는 탄소입자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 발열입자들(210)은 흑연, 카본블랙, 활성탄소와 탄소나노튜브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소나노튜브는 전기전도도와 열전도율이 우수하므로 상대적으로 적은 양의 입자들로도 충분한 발열효과를 발휘할 수 있다.

발열입자들(210)이 분산된 탄성층(142)은 액상의 실리콘 고무에 발열입자를 분산시킨 후 이를 샤프트(141)와 PFA 튜브(143) 사이에 주입하여 경화시키는 방법으로 제작할 수 있다. 또는 발열입자가 분산된 액상의 실리콘 고무를 다양한 코팅 방법(예를 들면, 스핀코팅, 슬릿코팅 또는 스프레이코팅)을 통해 판상으로 제작한 후 이를 샤프트(141)에 부착하는 방법으로 제작할 수 있다.

샤프트(141)와 탄성층(142) 사이에는 절연층(144)이 배치될 수 있다. 절연층(144)은 전력이 인가되는 탄성층(142)에 대해 샤프트(141)를 전기적으로 절연시킨다. 절연층(144)은 고무나 폴리이미드와 같이 전기저항이 큰 재질로 형성될 수 있다. 절연층(144)은 탄성층(142)과 접하는 샤프트(141)의 표면에 산화피막 코팅을 하여 형성될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가압롤러(104)의 축방향 양측 단부에는 롤러캡(145)이 결합될 수 있다. 롤러캡(145)은 가압롤러(104)와 함께 회전하도록 샤프트(141)의 양단에 결합될 수 있다.

롤러캡(145)의 외면에는 환형의 홈(145a)이 형성되고, 이 홈(145a)에는 단자(146)가 배치된다. 화상형성장치 본체(5)에는 롤러캡(145)의 단자(146)에 대응하는 전력공급단자(6)가 배치된다. 전력공급단자(6)는 본체(5) 내부의 전원(7)과 탄성층(142)에 전기적으로 연결되어 탄성층(142)으로 전력을 공급한다. 본체(5)측의 전력공급단자(6)는 탄성부재(8)에 의해 롤러캡의 단자(146) 쪽으로 바이어스된다.

정착장치(100)가 화상형성장치 본체(5)에 장착되었을 때 롤러캡의 단자(146)는 전력공급단자(6)에 접촉된다. 가압롤러(104)의 회전 시에 롤러캡의 단자(146)가 전력공급단자(6)에 지속적으로 접촉할 수 있도록 롤러캡의 단자(146)는 환형으로 형성될 수 있다.

롤러캡의 단자(146)는 연결단자(147)를 통해 탄성층(142)과 전기적으로 연결될 수 있다. 연결단자(147)는 가압롤러(104)의 축방향으로 롤러캡(145)을 관통하도 록 배치된다. 연결단자(147)의 일단은 롤러캡의 단자(146)와 접촉하도록 배치되고, 연결단자(147)의 타단은 탄성층(142)의 내부에 삽입된다.

롤러캡(145)을 통해 샤프트(141) 쪽으로 전류가 흐르는 것을 방지하도록 롤러캡(145)은 전기절연성을 가지는 재질로 형성될 수 있다.

전력공급단자(6), 롤러캡의 단자(146), 연결단자(147)를 통해 탄성층(142)에 전력이 공급되면, 탄성층(142)의 내부에 분산 분포되어 있는 발열입자들(210)이 열을 발생시켜 탄성층(142)의 온도를 전체적으로 상승시킨다.

가열된 가압롤러(104)는 가열유닛(102)과 함께 정착닙(N)을 통과하는 기록매체에 충분한 열을 전달한다. 따라서 고속 인쇄시에도 정착성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

가열유닛(102)이 기록매체의 일측 표면만을 가열하도록 구성하는 경우에는 기록매체의 양측 표면 간의 온도 차이로 인해 기록매체에 컬이 많이 발생하지만, 본 발명의 실시예와 같이 기록매체의 양측 표면으로 열이 전달되도록 하면 기록매체에 발생하는 컬을 저감할 수 있다.

도 5와 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 단면도이고, 도 7은 도 5와 도 6의 가압롤러에 삽입된 면상발열체를 도시한 평면도이다. 이하에서는 도 3과 도 4에 도시된 정착장치와 공통되는 구성에 대한 중복되는 설명은 생략한다. 도 5와 도 6에서는 도 3과 도 4와 공통되는 구성에 대해 같은 참조부호를 사용하여 표시한다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 정착장치(100a)는 가열유닛(102)과 가 압롤러(104a)를 포함한다. 가압롤러(104a)는 탄성층(142)의 내부로부터 열이 발생되도록 탄성층(142)의 내부에 삽입된 적어도 하나의 면상발열체(220)를 포함한다.

면상발열체(220)가 탄성층(142)의 내부에 수용됨에 따라 탄성층(142)은 가압롤러(104a)의 반경방향에 대해 면상발열체(220)의 내측과 외측에 각각 배치되는 내층부(142a)와 외층부(142b)로 구분될 수 있다.

탄성층(142)의 내층부(142a)와 외층부(142b)는 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성층(142)의 외층부(142b)는 내층부(142a)보다 열전도도가 우수한 재질로 형성될 수 있다. 물론 내층부(142a)와 외층부(142b)는 같은 재질로 형성될 수도 있다.

면상발열체(220)는 가압롤러(104a)의 원주방향으로 내층부(142a)의 둘레를 덮도록 배치될 수 있다. 면상발열체(220)는 정착닙(N)을 통과하는 기록매체의 최대 폭에 상응하는 길이(가압롤러의 축방향으로의 길이)를 가질 수 있다.

면상발열체(220)는 판상으로 제작된 후 가압롤러(104a)의 제조 공정에서 가압롤러(104a)의 탄성층(142)의 내부에 원통 형태로 삽입될 수 있다. 이를 위해 면상발열체(220)는 형상 변형이 가능하도록 구성될 수 있다. 면상발열체(220)는 30㎛~100㎛의 두께를 가지는 금속판을 패터닝하여 형성될 수 있다. 금속판을 패터닝하는 방법으로 에칭이 적용될 수 있다.

가압롤러(104a)는 샤프트(141) 상에 1차 탄성층(내층부)(142a)을 형성하고, 1차 탄성층(142) 상에 면상발열체(220)를 고정시킨 후, 1차 탄성층(142)과 튜 브(143) 사이에 액상의 실리콘 고무를 주입하여 2차 탄성층(외층부)(142b)를 형성하는 과정을 통해 제작할 수 있다.

면상발열체(220)는 가압롤러(104a)의 축방향(X)을 따라 간격을 두고 배열되는 단위패턴들(222)을 포함할 수 있다.

단위패턴들(222)은 가압롤러(104a)의 원주방향(C)을 따라 연장되고, 서로 인접한 두 단위패턴들(222)은 연결패턴들(224)에 의해 연결된다. 도 7에서 C로 표시된 방향은 엄밀하게 가압롤러(104a)의 원주방향은 아니나, 면상발열체(220)가 가압롤러(104a)의 내부에서 원통형으로 감겼을 때 가압롤러(104a)의 원주방향에 상응한다.

어느 한 단위패턴(222)에 연결된 두 연결패턴들(224)은 단위패턴(222)의 양측 단부에 각각 연결됨으로써 면상발열체(220)는 지그재그 형상으로 연장되는 구조를 가진다.

면상발열체(220)에는 단자(226)가 일체로 형성된다. 단자(226)는 면상발열체(220)에 전력이 공급될 수 있도록 가압롤러(104a) 외부의 전원과 전기적으로 연결된다.

도 6과 같이, 가압롤러(104a)의 축방향 양측 단부에는 롤러캡(145)이 결합된다. 롤러캡(145)에는 단자(146)가 배치되며, 단자(146)는 본체(5)측에 설치된 전력공급단자(6)에 접속된다. 가압롤러(104a)의 회전 시에 롤러캡의 단자(146)가 전력공급단자(6)에 지속적으로 접촉할 수 있도록 롤러캡의 단자(146)는 환형으로 형성될 수 있다.

면상발열체(220)의 단자(226)는 롤러캡(145)을 관통하여 롤러캡(145)의 단자(146)에 접속되다. 전력공급단자(6), 롤러캡의 단자(146)를 통해 면상발열체(220)에 전력이 공급되면, 발열패턴들(222)(224)에서 열이 발생된다.

도 7과 같이, 단위패턴들(222) 간의 간격(G)은 균일하게 형성될 수 있다. 그러나 다른 실시예로서, 단위패턴들 간의 간격은 변화될 수 있다.

도 8과 같이, 면상발열체(230)에서 가압롤러의 축방향(X) 외측에 배치되는 단위패턴들(232a)의 간격(Gs)은 가압롤러의 축방향(X) 내측에 배치되는 단위패턴들(232b)의 간격(Gc)보다 좁게 형성될 수 있다. 이러한 구성은 가압롤러(104a)가 기록매체에 열을 전달할 때 중앙부보다는 양측 단부에서 온도가 더 많이 하강한다는 점을 고려하여 가압롤러(104a)의 외측에서 단위패턴들의 밀도를 높여 상대적으로 많은 양의 열이 발생되도록 한 것이다.

또한 도 9와 같이, 면상발열체(240)에서 가압롤러의 축방향(X) 외측에 배치되는 단위패턴들(242a)의 폭(Ws)은 가압롤러의 축방향(X) 내측에 배치되는 단위패턴들(242b)의 폭(Wc)보다 좁게 형성될 수 있다. 이러한 구성은 가압롤러(104a)의 외측에서 단위패턴들의 저항을 크게 하여 상대적으로 많은 양이 발생되도록 한 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에 따른 면상발열체(250)는 가압롤러(104a)의 원주방향(C)을 따라 간격을 두고 배열되는 단위패턴(252)들을 포함할 수 있다. 단위패턴들(252)은 가압롤러의 축방향(X)을 따라 연장되고, 서로 인접한 두 단위패턴들(252)은 연결패턴들(254)에 의해 연결된다. 어느 한 단위패턴(252)에 연결된 두 연결패턴들(254)은 단위패턴(252)의 양측 단부에 각각 연결됨으로써 면상발열체(250)는 지그재그 형상으로 연장되는 구조를 가진다. 이러한 구조의 면상발열체(250)는 도 7 내지 도 9에 도시된 면상발열체와 비교하여 보다 쉽게 원통형으로 변형시킬 수 있는 이점을 가진다.

도 11은 도 5의 정착장치에서 면상발열체를 복수로 구성한 예를 도시한 도면이다. 도 11에서는 가압롤러만을 개략적으로 도시하였다.

도 11에 도시된 바와 같이, 탄성층(142)에는 복수의 면상발열체(260)(270)(280)가 삽입될 수 있다. 면상발열체들(260)(270)(280)는 가압롤러(104a)의 축방향(X)을 따라 배열될 수 있다. 제1면상발열체(270)는 가압롤러(104a)의 축방향 중앙부에 배치되고, 제2면상발열체(260)와 제3면상발열체(280)는 제1면상발열체(270)의 양측 가에 배치된다. 면상발열체들(260)(270)(280)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.

예를 들어, 제2, 제3면상발열체(260)(280)는 제1면상발열체(270)보다 많은 열량을 발생시키도록 제어될 수 있다. 그러면 가압롤러(104a)가 기록매체에 열을 전달할 때 양측 가장자리 부근에서 발생하는 온도 저하를 방지하여 정착 성능을 향상시킬 수 있다.

또 다른 예로서, 면상발열체들(260)(270)(280) 중 중앙부에 배치되는 제1면상발열체(270)만 발열하도록 제어될 수 있다. 화상형성장치(1)가 작은 크기의 기록매체(예를 들면, 봉투)에 인쇄 동작을 수행할 때는 기록매체가 가압롤러(104a)의 중앙부에만 접촉한다. 이러한 경우에 가압롤러(104a)의 중앙부에서만 열이 발생되 도록 하면, 기록매체와 접촉하지 않는 부분에서 가압롤러(104a)가 불필요하게 발열하여 에너지를 낭비하는 것을 방지할 수 있다. 또한 연속적인 인쇄 동작 시에 가압롤러(104a)가 과열되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성장치의 구성을 도시한 도면

도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 분해사시도와 단면도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정착장치에서 가압롤러의 구성과 가압롤러에 전력을 공급하기 위한 구성을 도시한 도면

도 5와 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 단면도

도 7은 도 5와 도 6의 가압롤러에 삽입된 면상발열체를 도시한 평면도

도 8 내지 도 10은 도 5에 따른 정착장치에서 면상발열체의 변형 실시예를 도시한 도면

도 11은 도 5의 정착장치에서 면상발열체를 복수로 구성한 예를 도시한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1 : 화상형성장치 100, 100a : 정착장치

102 : 가열유닛 104, 104a : 가압롤러

120 : 정착벨트 130 : 열원

141 : 샤프트 142 : 탄성층

145 : 롤러캡 146 : 단자

147 : 연결단자 200 : 발열요소

210 : 발열입자들 220 : 면상발열체

222 : 단위패턴들

Claims

정착닙을 통과하는 기록매체에 열과 압력을 가하도록 구성되는 화상형성장치용 정착장치에 있어서,

열을 발생시키도록 구성되는 열원을 가지는 가열유닛;과

상기 가열유닛에 압접되도록 배치되는 가압롤러;를 포함하고, 상기 가압롤러는

샤프트;

상기 샤프트의 주위를 덮도록 배치되고, 상기 가압롤러가 상기 가열유닛에 압접될 때 상기 정착닙을 형성하도록 탄성을 가지는 탄성층;과

상기 탄성층의 내부로부터 열이 발생되도록 상기 탄성층의 내부에 분산된 발열입자들;을

포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 발열입자들은 탄소입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 탄성층에 대해 상기 샤프트를 전기적으로 절연시키도록 상기 샤프트와 상기 탄성층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제1항에 있어서,

상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 배치되고, 상기 탄성층에 전기적으로 연결되는 환형단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제4항에 있어서,

전기절연성을 가지는 재질로 형성되고, 상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 결합되며, 상기 환형단자를 수용하도록 구성되는 롤러캡;과

상기 롤러캡을 관통하도록 배치되어 상기 탄성층과 상기 환형단자를 연결하는 연결단자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제1항에 있어서, 상기 가열유닛은

상기 열원의 주위를 회전하도록 배치되는 정착벨트;

상기 정착벨트의 내주면의 일부분을 지지하고, 상기 열원에 의해 발생된 열이 상기 정착벨트로 직접 조사되도록 개구부를 가지는 지지부재;와

상기 정착벨트의 내주면을 지지하도록 배치되고 상기 가압롤러와 마주하여 상기 정착벨트의 외주면과 상기 가압롤러 사이에 상기 정착닙을 형성하는 가압부를 가지는 닙형성부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
정착닙을 통과하는 기록매체에 열과 압력을 가하도록 구성되는 화상형성장치용 정착장치에 있어서,

열을 발생시키도록 구성되는 열원을 가지는 가열유닛;

상기 가열유닛에 압접되도록 배치되는 가압롤러;를 포함하고, 상기 가압롤러는

샤프트;

상기 샤프트의 주위를 덮도록 배치되고, 상기 가압롤러가 상기 가열유닛에 압접될 때 상기 정착닙을 형성하도록 탄성을 가지는 탄성층;

상기 탄성층의 내부로부터 열이 발생되도록 상기 탄성층의 내부에 삽입된 적어도 하나의 면상발열체;를

포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제7항에 있어서,

상기 적어도 하나의 면상발열체는 상기 가압롤러의 원주방향을 따라 연장되는 단위패턴들을 포함하고,

상기 단위패턴들은 상기 가압롤러의 축방향을 따라 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 가압롤러의 축방향 외측에 배치되는 단위패턴들의 간격은 상기 가압롤러의 축방향 내측에 배치되는 단위패턴들의 간격보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제8항에 있어서,

상기 가압롤러의 축방향 외측에 배치되는 단위패턴들의 폭은 상기 가압롤러의 축방향 내측에 배치되는 단위패턴들의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제7항에 있어서,

상기 적어도 하나의 면상발열체는 상기 가압롤러의 축방향을 따라 연장되는 단위패턴들을 포함하고,

상기 단위패턴들은 상기 가압롤러의 원주방향을 따라 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제7항에 있어서,

상기 탄성층은 상기 가압롤러의 반경방향에 대해 상기 적어도 하나의 면상발열체의 내측과 외측에 각각 배치되는 내층부와 외층부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제7항에 있어서,

상기 적어도 하나의 면상발열체는 서로 독립적인 발열량 제어가 가능하도록 상기 가압롤러의 축방향을 따라 배치되는 복수의 면상발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제7항에 있어서,

상기 적어도 하나의 면상발열체는 30㎛ ~ 100㎛의 두께를 가지는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
제7항에 있어서,

전기절연성을 가지는 재질로 형성되고, 상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 결합되는 롤러 캡;과

상기 적어도 하나의 면상발열체에 전기적으로 연결되도록 상기 롤러 캡에 배치되는 적어도 하나의 단자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
정착닙을 통과하는 기록매체에 열과 압력을 가하도록 구성되어 미정착 화상을 기록매체에 고정시키는 정착장치를 포함하는 화상형성장치에 있어서, 상기 정착장치는

미정착 화상이 형성된 기록매체의 표면에 접촉하여 열을 전달하도록 배치되는 정착벨트;

열을 발생시키도록 구성되고, 상기 정착벨트의 내주면의 적어도 일부분에 열을 직접적으로 조사하도록 배치되는 열원;

상기 정착벨트의 외주면에 압접되도록 배치되는 가압롤러;

상기 정착벨트의 내주면을 지지하도록 배치되고, 상기 가압롤러와 마주하여 상기 정착벨트의 외주면과 상기 가압롤러 사이에 상기 정착닙을 형성하는 닙형성부재;를 포함하고,

상기 가압롤러는 샤프트와, 상기 샤프트의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 가압롤러가 상기 정착벨트에 압접될 때 상기 정착닙을 형성하도록 탄성을 가지는 탄성층과, 상기 탄성층의 내부로부터 열이 발생되도록 상기 탄성층의 내부에 수용된 적어도 하나의 발열요소;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제16항에 있어서,

상기 적어도 하나의 발열요소는 상기 탄성층의 내부에 분산 분포되고 상기 탄성층에 공급되는 전력에 의해 발열하는 발열입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제17항에 있어서,

상기 발열입자들은 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제16항에 있어서,

상기 적어도 하나의 발열요소는 상기 탄성층의 내부에 삽입된 적어도 하나의 면상발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
제16항에 있어서,

전원;과

상기 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 가압롤러의 외부에 배치되는 전력공급단자;를 더 포함하고,

상기 정착장치는, 전기절연성을 가지는 재질로 형성되고 상기 가압롤러와 함께 회전하도록 상기 가압롤러의 축방향 단부에 결합되는 롤러 캡과, 상기 전력공급단자에 접촉하도록 상기 롤러 캡에 배치되고 상기 발열요소에 전기적으로 연결되는 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.