KR20150064696A - 정착 장치 및 화상 형성 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 정착 장치는 자계를 발생시키는 자계 발생 장치와, 자계에 의하여 발열되는 정착 벨트와, 정착 벨트의 내측에 배치되는 제1, 제2 감온 자성 합금을 구비한다. 제1 감온 자성 합금의 제1 퀴리점과 제2 감온 자성 합금의 제2 퀴리점은 서로 다르다.

Description

정착 장치 및 화상 형성 장치{fusing device and image forming apparatus}

본 발명은, 정착 롤과 가압 롤의 사이를 통과하는 매체를 가열 및 가압하여 토너상을 정착시키는 정착 장치 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.

정착 장치는 이송된 용지에 열 및 압력으로 토너상을 정착시키는 장치이다. 예를 들어, 전자 유도 가열(IH: Induction Heating) 방식을 이용한 정착 장치에서는, 과도한 온도 상승을 억제하기 위해 정착 벨트를 개재하여 자계 발생 장치와 대향하는 위치에 감온(感溫) 자성 합금이 배치된다. 감온 자성 합금의 온도가 퀴리점을 넘으면 감온 자성 합금이 자성을 잃고 자속을 소거하게 된다. 따라서, 정착 벨트에서의 과승온이 억제된다. 또한, 감온 자성 합금은 축열 기능과 열보급 기능을 가지며, 정착 벨트와 감온 자성 합금을 접촉시킨 경우에는 기록 매체를 연속적으로 통과시키는 등의 경우에 정착 벨트의 온도 저하를 회피하는 것이 가능하게 되고 매체로의 안정된 열 공급도 가능하게 된다.

(특허문헌 1) JP2008-152247 A

(특허문헌 2) JP2001-188430 A

승온 성능을 높일 수 있는 정착 장치 및 화상 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

정착 장치의 대형화나 비용 상승을 초래하지 않고 회전체의 온도 균일성을 확보할 수 있는 정착 장치 및 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 측면에 따른 정착 장치는, 자계를 발생시키는 자계 발생 수단; 상기 자계에 의하여 발열되는 회전체; 상기 회전체의 내측에 위치되는 제1, 제2 감온 자성 합금;을 구비하며, 상기 제1 감온 자성 합금의 퀴리점인 제1 퀴리점과 상기 제2 감온 자성 합금의 퀴리점인 제2 퀴리점이 다르다.

상기 자계 발생 수단은 상기 회전체의 외측에 위치되며, 상기 제1, 제2 감온 자성 합금은 상기 회전체를 기준으로 하여 상기 자계 발생 수단의 반대쪽에 상기 회전체의 반경 방향으로 순차로 위치될 수 있다.

상기 회전체와 상기 제1 감온 자성 합금과 상기 제2 감온 자성 합금은 순차로 겹쳐져서 접촉될 수 있다.

상기 제1 퀴리점은 상기 제2 퀴리점보다 높을 수 있다.

상기 제2 퀴리점은, 통상의 인쇄시에서의 상기 회전체의 온도보다 낮을 수 있다.

상기 제2 감온 자성 합금의 두께는 상기 제1 감온 자성 합금의 두께보다 두꺼울 수 있다.

상기 자계 발생 수단은, 자속을 발생하는 자속 발생 수단과 상기 자속 발생 수단을 덮도록 배치되어 상기 자속의 자로를 형성하는 자로 형성 수단을 구비하고, 상기 자속 발생 수단은, 서로 나란하게 상기 회전체의 축방향으로 연장된 제1 자속 발생부 및 제2 자속 발생부를 가지며, 상기 자로 형성 수단은, 상기 제1 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제1 자로부와 상기 제2 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제2 자로부를 가지며, 상기 제1 자로부와 상기 제2 자로부는 상기 축방향으로 교대로 위치되고, 상기 제1 자속 발생부 및 상기 제2 자속 발생부의 상기 축방향 길이를 d, 상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부의 상기 축방향 길이를 a, 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격 및 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격을 b라고 하면, b/d≤0.2, 0.5≤b/a≤2 의 관계가 성립될 수 있다.

상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부는 서로 동일 형상일 수 있다.

상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 좁아지고, 상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 좁아질 수 있다.

상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지고, 상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아질 수 있다.

일 측면에 따른 정착 장치는, 자속에 의하여 발열되는 회전체; 상기 회전체의 외측에 배치되어 자속을 발생하는 자속 발생 수단; 상기 자속 발생 수단을 덮도록 배치되어 상기 자속의 자로를 형성하는 자로 형성 수단;을 구비하고, 상기 자속 발생 수단은, 서로 나란하게 배치되며 상기 회전체의 축방향으로 연장된 제1 자속 발생부 및 제2 자속 발생부를 가지며, 상기 자로 형성 수단은, 상기 제1 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제1 자로부와 상기 제2 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제2 자로부를 가지며, 상기 제1 자로부와 상기 제2 자로부는 상기 축방향으로 교대로 설치되고, 상기 제1 자속 발생부 및 상기 제2 자속 발생부의 상기 축방향 길이를 d, 상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부의 상기 축방향 길이를 a, 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격 및 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격을 b라고 하면, b/d≤0.2, 0.5≤b/a≤2의 관계가 성립된다.

상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부는 서로 동일 형상일 수 있다.

상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 좁아지고, 상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 좁아질 수 있다.

상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지고, 상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아질 수 있다.

일 측면에 따른 화상 형성 장치는, 전술한 정착 장치를 포함한다.

본 발명의 일 형태에 의하면, 승온 성능을 높일 수 있다.

본 발명의 일 형태에 의하면, 회전체의 온도 균일성을 확보할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 관한 정착 장치를 구비한 화상 형성 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 정착 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 전원 투입시부터의 경과 시간과 정착 장치의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 제2 실시형태에 관한 화상 형성 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 정착 장치의 모식도이다.
도 6은 도 4의 정착 장치의 여자 코일 및 자성체 코어를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 비교예에 관한 정착 장치의 여자 코일 및 자성체 코어를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 4의 정착 장치 및 비교예에 관한 정착 장치의 온도 균일성에 관한 비교 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 코어 간격 및 코일 폭과 온도 편차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 코어 간격 및 코어 폭과 온도 편차의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시형태)

제1 실시형태에 관한 화상 형성 장치(1)는 마젠타, 옐로우, 시안, 블랙의 각 색을 이용하여 컬러 화상을 형성하는 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 화상 형성 장치(1)는 용지(P)를 이송하는 기록 매체 이송 유닛(10)과, 정전 잠상을 현상하는 현상 장치(20)와, 토너상을 용지(P)에 2차 전사하는 전사 유닛(30)과, 둘레면에 화상이 형성되는 정전 잠상 담지체인 감광체 드럼(40)과, 토너상을 용지(P)에 정착시키는 정착 장치(50)를 구비한다.

기록 매체 이송 유닛(10)은, 화상이 형성되는 기록 매체로서의 용지(P)를 수용함과 동시에 용지(P)를 이송 경로(R1)로 반송한다. 용지(P)는 카세트(K)에 적층되어 수용된다. 기록 매체 이송 유닛(10)은, 용지(P)에 전사될 토너상이 2차 전사 영역(R2)에 도달하는 타이밍에서 낮추어 용지(P)를 이송 경로(R1)를 통해 2차 전사 영역(R2)에 도달시킨다.

현상 장치(20)는, 각 색에 대응되도록 4개가 구비된다. 각 현상 장치(20)는, 토너를 감광체 드럼(40)에 담지시키는 현상 롤러(21)를 구비한다. 현상 장치(20)에서, 토너와 캐리어가 혼합 교반되어 충분히 대전된 후, 토너와 캐리어의 혼합에 의해 생성되는 현상제가 현상 롤러(21)에 담지된다. 그리고, 현상 롤러(21)의 회전에 의해 현상제가 감광체 드럼(40)과 대향하는 영역까지 운반되면, 현상 롤러(21)에 담지된 현상제 중의 토너가 감광체 드럼(40)의 둘레면 상에 형성된 정전 잠상으로 이동하여 정전 잠상이 현상된다.

전사 유닛(30)은 현상 장치(20)에 의하여 형성된 토너상을 용지(P)에 2차 전사하기 위하여 2차 전사 영역(R2)으로 운반한다. 전사 유닛(30)은 전사 벨트(31), 전사 벨트(31)를 현가(suspend)하는 현가 롤러(31a, 31b, 31c, 31d), 감광체 드럼(40)과의 사이에 전사 벨트(31)를 개재하는 1차 전사 롤러(32), 및 현가 롤러(31d)와의 사이에 전사 벨트(31)를 개재하는 2차 전사 롤러(33)를 구비한다.

전사 벨트(31)는 현가 롤러(31a, 31b, 31c, 31d)에 의해 순환 이동하는 무단상의 벨트이다. 1차 전사 롤러(32)는 전사 벨트(31)의 내주측으로부터 감광체 드럼(40)을 가압하도록 설치된다. 2차 전사 롤러(33)는 전사 벨트(31)의 외주측으로부터 현가 롤러(31d)를 가압하도록 설치된다.

감광체 드럼(40)은 각 색에 대응되도록 4개가 구비된다. 각 감광체 드럼(40)은 전사 벨트(31)의 이동 방향을 따라 배치된다. 감광체 드럼(40)의 둘레에는 현상 장치(20), 대전 롤러(41), 노광 유닛(42), 및 클리닝 유닛(43)이 배치된다.

대전 롤러(41)는 감광체 드럼(40)의 표면을 소정의 전위로 균일하게 대전시킨다. 노광 유닛(42)은 대전 롤러(41)에 의해 대전된 감광체 드럼(40)의 표면을 용지(P)에 형성될 화상 정보에 따라 노광한다. 이에 따라, 감광체 드럼(40)의 표면 중 노광 유닛(42)에 의해 노광된 부분의 전위가 변화되어 정전 잠상이 형성된다. 4개의 현상 장치(20)는 각각의 현상 장치(20)에 대응되는 토너 탱크(N)로부터 공급된 토너를 이용하여 감광체 드럼(40)에 형성된 정전 잠상을 현상하여 토너상을 생성한다. 각 토너 탱크(22) 내에는 각각 마젠타, 옐로우, 시안 및 블랙의 토너 및 캐리어가 충전되어 있다. 클리닝 유닛(43)은 1차 전사 후에 감광체 드럼(40) 상에 잔존하는 토너를 회수한다.

정착 장치(50)는, 전사 벨트(31)로부터 용지(P)에 2차 전사된 토너상을 용지(P)에 정착시킨다. 정착 장치(50)는, 용지(P)를 가열하는 무단형상의 정착 벨트(51)와, 정착 벨트(51)를 가압하는 가압 롤(52)을 구비한다. 정착 벨트(51) 및 가압 롤(52)은 원통형상으로 형성되어 있다. 정착 벨트(51)와 가압 롤(52)의 사이에는 접촉 영역인 닙부(N)(도 2 참조)가 형성되고, 닙부(N)에 용지(P)를 예를 들어 이송 방향(D1)으로 통과시킴으로써 토너상을 용지(P)에 용융 정착시킨다.

정착 벨트(51)는, 발열층을 가지는 회전체로서 기능한다. 정착 벨트(51)는, 예를 들어 내주면에 형성된 발열층과 외주면에 형성된 표면 이형층을 구비한다. 정착 벨트(51)의 발열층은 예를 들어 두께가 10~100㎛인 Ni-Cu 복합층을 포함하는 금속층이며, 정착 벨트(51)의 표면 이형층은 예를 들어 두께가 10~100㎛인 PFA(tetrafluoroethylene perfluoroalkylvinyl copolymers)를 포함할 수 있다.

또한, 화상 형성 장치(1)에는, 정착 장치(50)에 의해 토너상이 정착된 용지(P)를 장치 외부로 배출하기 위한 배출 롤러(61 및 62)가 마련된다.

다음에, 화상 형성 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 화상 형성 장치(1)에 피기록 화상의 화상 신호가 입력되면, 화상 형성 장치(1)의 제어부(미도시)는 대전 롤러(41)를 이용하여 감광체 드럼(40)의 표면을 소정의 전위로 균일하게 대전시키고, 노광 유닛(42)을 이용하여 감광체 드럼(40)의 표면에 수신한 화상 신호에 따라 레이저광을 조사하여 정전 잠상을 형성한다.

한편, 현상 장치(20)는 정전 잠상을 현상하여 토너상을 형성한다. 이와 같이 형성된 토너상은 감광체 드럼(40)과 전사 벨트(31)가 대향된 영역에서 감광체 드럼(40)으로부터 전사 벨트(31)로 1차 전사된다. 전사 벨트(31)에는 4개의 감광체 드럼(40)으로부터 전사된 토너상이 차례로 적층되어 하나의 적층 토너상이 형성된다. 그리고, 적층 토너상은 현가 롤러(31d)와 2차 전사 롤러(33)가 대향된 2차 전사 영역에서 기록 매체 이송 유닛(10)으로부터 이송된 용지(P)로 2차 전사된다.

적층 토너상이 2차 전사된 용지(P)는 정착 장치(50)로 이송된다. 용지(P)를 정착 벨트(51)와 가압 롤(52)의 사이에서 열 및 압력을 가하면서 통과시킴으로써, 적층 토너상을 용지(P)에 용융 정착시킨다. 그 후, 용지(P)는 배출 롤러(61 및 62)에 의해 화상 형성 장치(1)의 외부로 배출된다.

여기서, 정착 장치(50)에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 정착 장치(50)는 상술한 정착 벨트(51) 및 가압 롤(52)과, 정착 벨트(51)의 내부에 설치되는 정착 롤(53)과, 정착 벨트(51)를 가열하는 자계 발생 장치(자계 발생 수단)(56)와, 정착 벨트(51)의 내측에 배치되는 제1 감온 자성 합금(54) 및 제2 감온 자성 합금(55)을 구비한다. 외측부터 차례대로 자계 발생 장치(56), 정착 벨트(51), 제1 감온 자성 합금(54) 및 제2 감온 자성 합금(55)이 배치된다. 정착 벨트(51)는, 자계 발생 장치(56)가 발생시킨 자계에 의하여 가열되는 피가열 회전체이다. 정착 롤(53)에는 정착 벨트(51)가 감겨져 있다. 정착 롤(53)과 정착 벨트(51)의 사이에는 접촉압이 작용되며, 이 접촉압에 의해 상술한 닙부(N)가 형성된다. 또한, 정착 롤(53)의 회전이 정착 벨트(51)에 전달됨으로써 정착 벨트(51)가 회전된다.

자계 발생 수단(56)은 정착 벨트(51)의 외측에 위치되며, 제1, 제2 감온 자성 합금(54)(55)은 정착 벨트(51)를 기준으로 하여 자계 발생 수단(56)의 반대쪽에 정착 벨트(51)의 반경 방향으로 순차로 위치된다.

자계 발생 장치(56)는, 정착 벨트(51)의 상방(외측)에서 자계를 발생시킨다. 자계 발생 장치(56)는, 정착 벨트(51)를 가열하는 코일부(56A)와, 코일부(56A)를 덮는 자기장 차폐부(56B)를 구비한다. 코일부(56A)는 정착 벨트(51)의 상방에 한 쌍이 설치되고, 정착 벨트(51)의 회전 경로에서의 상방측 부분을 덮도록 위치된다. 자기장 차폐부(56B)는, 코일부(56A)에서 발생된 자기장을 차폐하기 위해 설치된다. 자계 발생 장치(56)의 출력 주파수는 예를 들어 20kHz~100kHz이다.

제1 감온 자성 합금(54)은 정착 벨트(51)의 내측에 배치된다. 제1 감온 자성 합금(54)은 정착 벨트(51)를 사이에 두고 자계 발생 장치(56)와 대향되게 위치된다. 제1 감온 자성 합금(54)은, 자계 발생 장치(56)에 의한 자계의 발생 위치에서 정착 벨트(51)와 접촉하고 있다. 제1 감온 자성 합금(54)은 정착 벨트(51)의 내측에서의 상부 위치에 설치되고, 정착 벨트(51)의 내주에서의 상방측 부분에 접촉된다. 제1 감온 자성 합금(54)의 단면은 원호형상이다. 제1 감온 자성 합금(54)의 외주면이 정착 벨트(51)의 내주면에 접촉된다. 제1 감온 자성 합금(54)은, 퀴리 온도에서 자성이 변화하는 재료로 형성된다. 제1 감온 자성 합금(54)은, 제1 감온 자성 합금(54)의 퀴리 온도인 제1 퀴리점(T1) 미만일 때에 강자성체가 되고, 제1 퀴리점(T1) 이상일 때에 비자성체가 된다. 제1 감온 자성 합금(54)의 두께는 예를 들어 0.3mm이다.

제2 감온 자성 합금(55)은 제1 감온 자성 합금(54)의 내측에 배치된다. 제2 감온 자성 합금(55)의 단면은 원호형상이다. 제2 감온 자성 합금(55)의 외주면은 제1 감온 자성 합금(54)의 내주면에 접촉된다. 제2 감온 자성 합금(55)도, 제1 감온 자성 합금(54)과 마찬가지로 퀴리 온도에서 자성이 변화하는 재료로 형성된다. 제2 감온 자성 합금(55)은, 제2 감온 자성 합금(55)의 퀴리 온도인 제2 퀴리점(T2) 미만일 때에 강자성체가 되고, 제2 퀴리점(T2) 이상일 때에 비자성체가 된다. 제2 감온 자성 합금(55)의 두께는 제1 감온 자성 합금(54)의 두께보다 두꺼우며, 예를 들어 0.6mm이다.

정착 장치(50)에 있어서, 환상의 정착 벨트(51)의 직경은 정착 롤(53)의 직경보다 크다. 예를 들어, 정착 벨트(51)의 직경을 40mm, 정착 롤(53)의 직경을 35mm로 할 수 있다. 또한, 가압 롤(52)의 직경은 정착 롤(53)의 직경보다 작게 할 수 있고, 예를 들어 30mm이다.

제1 감온 자성 합금(54)의 제1 퀴리점(T1)은 제2 감온 자성 합금(55)의 제2 퀴리점(T2)보다 높다. 예를 들어, 제1 퀴리점(T1)은 180℃ 이상 240℃ 이하이며, 제2 퀴리점(T2)은 40℃ 이상 170℃ 이하이다. 또한, 정착 벨트(51)가 정착시에 통상으로 제어될 때의 정착 벨트(51)의 표면 온도, 즉 통상의 인쇄시에서의 정착 벨트(51)의 온도(T)는 제1 퀴리점(T1)보다 낮고 제2 퀴리점(T2)보다 높다. 이 온도(T)는 예를 들어 140℃ 이상 200℃ 이하이다.

이상과 같이, 정착 장치(50) 및 정착 장치(50)를 구비한 화상 형성 장치(1)에서는, 자계 발생 장치(56)에 의해 정착 벨트(51)와 제1 감온 자성 합금(54)과 제2 감온 자성 합금(55) 모두가 자기 발열하기 때문에 승온을 빨리 행할 수 있고, 프린트 개시시에서의 승온 성능을 높일 수 있다.

또한, 제1 감온 자성 합금(54)의 제1 퀴리점(T1)과 제2 감온 자성 합금(55)의 제2 퀴리점(T2)이 다르다. 따라서, 제1 퀴리점(T1)과 제2 퀴리점(T2)에 따른 각 감온 자성 합금(54, 55)의 자성화 및 비자성화를 이용하여 소정의 온도까지는 자기 발열을 촉진시킴으로써 승온 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 소정의 온도가 된 경우에는 비자성체로서 자속을 소거하게 되므로, 과승온을 억제할 수 있다. 이와 같이, 정착 벨트(51)에 효율적으로 열을 공급함과 동시에 온도 제어를 정밀도 높일 수 있다.

또한, 정착 벨트(51)와 제1 감온 자성 합금(54)과 제2 감온 자성 합금(55)은 접촉하고 있으므로, 정착 벨트(51)와 제1 감온 자성 합금(54)과 제2 감온 자성 합금(55)의 사이에서의 열 전달이 신속하게 행해진다. 따라서, 정착 벨트(51)의 승온을 보다 빨리 할 수 있다.

또한, 제2 감온 자성 합금(55)의 제2 퀴리점(T2)은 제1 감온 자성 합금(54)의 제1 퀴리점(T1)보다 낮다. 이에 따라, 온도가 제2 퀴리점(T2)에 도달하였을 때에 제2 감온 자성 합금(55)을 비자성체로서 기능시킬 수 있고, 온도가 제1 퀴리점(T1)에 도달하였을 때에는 제1 감온 자성 합금(54)도 비자성체로서 기능시킬 수 있다. 따라서, 온도가 제1 퀴리점(T1)에 도달하였을 때에 제1 감온 자성 합금(54) 및 제2 감온 자성 합금(55)이 자기 발열하지 않게 되므로, 과승온을 억제할 수 있다.

또한, 제1 감온 자성 합금(54)과 접촉하고 있는 제2 감온 자성 합금(55)의 제2 퀴리점(T2)은, 통상의 인쇄시에서의 정착 벨트(51)의 온도(T)보다 낮다. 이와 같이 제2 퀴리점(T2)을 통상의 인쇄시에서의 정착 벨트(51)의 온도(T)보다 낮게 설정하고 있으므로, 통상의 인쇄시에 제2 감온 자성 합금(55)은 비자성체가 되어 발열하지 않는다. 따라서, 제2 감온 자성 합금(55)에 의한 발열이 억제되므로, 소비전력 억제에도 기여한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서는 제1 감온 자성 합금(54)의 제1 퀴리점(T1)은 통상의 인쇄시에서의 온도(T)보다 높고, 제2 감온 자성 합금(55)의 제2 퀴리점(T2)은 통상의 인쇄시에서의 온도(T)보다 낮다. 따라서, 온도가 제2 퀴리점(T2) 미만인 경우에는 제1 감온 자성 합금(54) 및 제2 감온 자성 합금(55)이 모두 자성체로서 기능하므로, 종래의 경우와 비교하여 승온을 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 온도가 제2 퀴리점(T2) 이상인 경우에는 제2 감온 자성 합금(55)은 비자성체가 되지만, 자성체로서 기능하는 제1 감온 자성 합금(54)과 정착 벨트(51)는 접촉하고 있어 제1 감온 자성 합금(54)과 정착 벨트(51)의 사이에서의 열 전달을 효율적으로 행할 수 있다. 따라서, 종래의 경우보다 승온 효율이 좋다. 이와 같이, 본 실시형태에서는 통상의 인쇄시에서의 온도(T)에 도달하기까지의 시간(t1)을 종래의 경우에서의 시간(t2)보다 짧게 할 수 있다. 여기서, 예를 들어 시간(t1)은 10초이며 시간(t2)은 12초이다.

또, 제2 감온 자성 합금(55)의 두께는 제1 감온 자성 합금(54)의 두께보다 두껍다. 따라서, 온도가 제1 퀴리점(T1)에 가까워졌을 때에 비자성체인 제2 감온 자성 합금(55)이 승온을 보다 확실히 억제하므로, 과승온을 한층 더 확실히 억제할 수 있다.

이상, 상술한 제1 실시형태에 있어서 발열층을 가지는 회전체가 정착 벨트(51)인 예에 대해 설명하였지만, 이 회전체로서는 정착 벨트 이외의 것을 이용하는 것도 가능하다. 즉, 정착 벨트(51) 대신에 예를 들어 원통형의 강체인 롤러를 이용해도 된다.

또한, 제1 실시형태에서는, 제1 퀴리점(T1)이 통상의 인쇄시에서의 온도(T)보다 높고 제2 퀴리점(T2)이 통상의 인쇄시에서의 온도(T)보다 낮다. 그러나, 제1 퀴리점(T1), 제2 퀴리점(T2) 및 온도(T)의 관계는 상기의 예에 한정되지 않고, 제1 퀴리점(T1)과 제2 퀴리점(T2)이 다르면 된다.

또한, 제1 실시형태에서는, 가압 롤(52)의 직경이 정착 롤(53)의 직경보다 작지만, 가압 롤의 직경은 정착 롤의 직경과 동일한 정도이어도 되고 정착 롤의 직경보다 커도 된다. 이와 같이, 가압 롤 및 정착 롤의 직경은 적절히 변경 가능하다.

또한, 제1 실시형태에서는, 자계 발생 장치(56)의 출력 주파수가 20kHz~100kHz이지만, 이 출력 주파수는 적절히 변경 가능하다. 나아가 자계 발생 장치의 구조도 적절히 변경 가능하다.

(제2 실시형태)

다음에, 제2 실시형태에 관한 화상 형성 장치(101)에 대해 설명한다.

(화상 형성 장치의 전체 구성)

도 4에 도시된 바와 같이, 화상 형성 장치(101)는 이송 유닛(110), 전사 유닛(120), 감광체 드럼(130), 4개의 현상 유닛(200) 및 정착 장치(140)를 포함하는 전자사진방식을 이용한 화상 형성 장치이다.

이송 유닛(110)은, 최종적으로 화상이 형성되는 기록 매체로서의 용지(P)를 수용함과 동시에 용지(P)를 기록 매체 이송로로 이송한다. 용지(P)는 카세트(C)에 적층하여 수용된다. 이송 유닛(110)은, 용지(P)에 전사되는 토너상이 2차 전사 영역(R)에 도달하는 타이밍에서 맞추어 용지(P)를 2차 전사 영역(R)에 도달시킨다.

전사 유닛(120)은, 4개의 현상 유닛(200)에 의해 형성된 토너상을 용지(P)에 2차 전사하기 위하여 2차 전사 영역(R)으로 반송한다. 전사 유닛(120)은 전사 벨트(121)와, 전사 벨트(121)를 현가하는 현가 롤러(121a, 121b, 121c 및 121d)와, 감광체 드럼(130)와의 사이에 전사 벨트(121)를 개재하는 1차 전사 롤러(122)와, 현가 롤러(121d)와의 사이에 전사 벨트(121)를 개재하는 2차 전사 롤러(124)를 포함한다.

전사 벨트(121)는, 현가 롤러(121a, 121b, 121c 및 121d)에 의해 순환 이동되는 무단형상의 벨트이다. 1차 전사 롤러(122)는, 전사 벨트(121)의 내주측으로부터 감광체 드럼(130)을 가압하도록 설치된다. 한편, 2차 전사 롤러(124)는, 전사 벨트(121)의 외주측으로부터 현가 롤러(121d)를 가압하도록 설치된다. 또한, 전사 유닛(120)은, 전사 벨트(121)에 부착된 토너를 제거하는 벨트 클리닝 장치 등을 더 구비할 수도 있다.

감광체 드럼(130)은 둘레면에 화상이 형성되는 드럼형상의 정전 잠상 담지체로서, 예를 들어 OPC(Organic Photo Conductor)를 포함할 수 있다. 본 실시형태에 관한 화상 형성 장치(101)는 컬러 화상을 형성 가능한 장치로서, 예를 들어 마젠타, 옐로우, 시안, 블랙의 각 색에 대응하여 4개의 감광체 드럼(130)이 전사 벨트(121)의 이동 방향에 따라 설치되어 있다. 각 감광체 드럼(130)은 드럼 모터(135)에 의해 동작된다. 각 감광체 드럼(130)의 둘레 상에는 도 4에 도시된 바와 같이 대전 롤러(132), 노광 유닛(134), 드럼 모터(135), 클리닝 유닛(138) 및 현상 유닛(200)이 각각 설치되어 있다.

대전 롤러(132)는, 대전 전압의 인가에 의해 감광체 드럼(130)의 표면을 소정의 전위로 균일하게 대전시킨다. 대전 롤러(132)는 감광체 드럼(130)에 근접 혹은 접촉되며, 미소 갭(GAP) 방전을 이용하여 상술한 균일 대전을 행한다. 노광 유닛(134)은, 대전 롤러(132)에 의해 대전된 감광체 드럼(130)의 표면을 용지(P)에 형성될 화상에 따라 노광한다. 이에 의해, 감광체 드럼(130)의 표면 중에서 노광 유닛(134)에 의해 노광된 부분의 전위가 변화하여 정전 잠상이 형성된다. 4개의 현상 유닛(200)은, 현상 롤러(210)에 현상 전압이 인가되면, 각 현상 유닛(200)에 대응하여 설치된 토너 탱크(136)로부터 공급된 토너를 감광체 드럼(130)에 묘화된 정전 잠상에 부착시켜 토너상을 생성한다. 4개의 토너 탱크(136) 내에는 각각 마젠타, 옐로우, 시안 및 블랙 토너가 충진되어 있다.

클리닝 유닛(138)은, 감광체 드럼(130) 상에 형성된 토너상이 전사 벨트(121)에 1차 전사된 후에 감광체 드럼(130) 상에 잔존하는 토너를 회수한다. 클리닝 유닛(138)은, 예를 들어 클리닝 블레이드를 마련하고 감광체 드럼(130)의 둘레면에 클리닝 블레이드를 접촉시킴으로써 감광체 드럼(130) 상의 잔토너를 떼어내는 구조를 가질 수 있다. 또한, 클리닝 유닛(138)은, 감광체 드럼(130)의 둘레에 위치되어 감광체 드럼(130)의 표면 전위를 제어하는 제전 램프(139)를 구비할 수 있다. 제전 램프(139)는 점등함으로써 감광체 드럼(130)의 표면을 제전한다. 제전 램프(139)는, 화상 형성시(프린트시)에 동작함으로써 감광체 드럼(130)의 표면 전위를 원하는 값으로 함과 동시에, 전사 후 등의 비화상 형성시에 동작함으로써 화상 형성 후의 감광체 드럼(130)의 잔류 전하를 감광체 드럼(130)의 광 감쇠 전압 이하로 하고 표면 전위를 리셋한다. 제전 램프(139)에 의해 잔류 전하에 의한 대전 전위의 불안정을 해소할 수 있으며 화상에서의 고스트 발생이 억제된다. 또, 비화상 형성시는 프린트 동작 전이나 프린트 동작 후뿐만 아니라 여러 페이지에 걸쳐 화상 형성이 행해지는 경우의 페이지 사이도 포함한다.

정착 장치(140)는 가압 회전체(142)와 발열 회전체(144)를 구비하며, 전사 벨트(121)로부터 용지(P)에 2차 전사된 토너상을 용지(P)에 부착시켜 정착시킨다. 정착 장치(140)에 관한 자세한 것은 후술한다.

또한, 화상 형성 장치(101)에는, 정착 장치(140)에 의해 토너상이 정착된 용지(P)를 장치 외부로 배출하기 위한 배출 롤러(152 및 154)가 설치되어 있다.

다음에, 화상 형성 장치(101)의 동작에 대해 설명한다. 화상 형성 장치(101)에 피기록 화상의 화상 신호가 입력되면, 화상 형성 장치(101)의 제어부는 대전 롤러(132)를 이용하여 감광체 드럼(130)의 표면을 소정의 전위로 균일하게 대전시킨 후, 노광 유닛(134)을 이용하여 감광체 드럼(130)의 표면에 수신한 화상 신호에 기초하여 레이저 광을 조사하여 정전 잠상을 형성한다.

한편, 현상 유닛(200)은 토너와 캐리어를 혼합 교반하여 충분히 대전시킨 후 토너와 캐리어가 혼합된 2성분 현상 방식에서의 현상제를 현상 롤러(210)에 담지시킨다. 그리고, 현상 롤러(210)의 회전에 의해 현상제가 감광체 드럼(130)과 대향하는 영역까지 운반되면, 현상 롤러(210)에 담지된 현상제 중의 토너가 감광체 드럼(130)의 둘레면 상에 형성된 정전 잠상으로 이동하여 정전 잠상이 현상된다. 이렇게 하여 형성된 토너상은, 감광체 드럼(130)과 전사 벨트(121)가 대향하는 영역에서 감광체 드럼(130)으로부터 전사 벨트(121)에 1차 전사된다. 전사 벨트(121)에는 4개의 감광체 드럼(130) 상에 형성된 토너상이 순차적으로 적층되어 하나의 적층 토너상이 형성된다. 그리고, 적층 토너상은 현가 롤러(121d)와 2차 전사 롤러(124)가 대향하는 2차 전사 영역(R)에서 이송 유닛(110)으로부터 이송된 용지(P)에 2차 전사된다.

적층 토너상이 2차 전사된 용지(P)는 정착 장치(140)로 이송된다. 용지(P)를 발열 회전체(144)와 가압 회전체(142)의 사이에서 열 및 압력을 가하면서 통과시킴으로써, 적층 토너상을 용지(P)에 용융 정착시킨다. 그 후, 용지(P)는 배출 롤러(152 및 154)에 의해 화상 형성 장치(101)의 외부로 배출된다. 한편, 벨트 클리닝 장치가 구비된 경우, 적층 토너상이 용지(P)에 2차 전사된 후, 전사 벨트(121)에 잔존하는 토너는 벨트 클리닝 장치에 의해 제거될 수 있다.

(정착 장치의 구성)

다음에, 정착 장치(140)의 상세한 구성에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정착 장치(140)는 회전축 둘레로 회전 가능한 원통형 부재인 가압 회전체(142) 및 발열 회전체(144)와, 발열 회전체(144)의 외측에 배치된 여자 코일(145)과, 여자 코일(145)을 덮도록 배치된 자성체 코어(146)를 구비한다. 자계 발생 수단은 자속을 발생하는 여자 코일(145)과 자속의 자로를 형성하는 자성체 코어(146)를 포함한다.

가압 회전체(142)는 발열 회전체(144)를 가압하도록 설치된 회전체로서, 예를 들어 경도 JISA65도의 실리콘 고무를 포함할 수 있다. 가압 회전체(142)는 내마모성이나 이형성을 높이기 위해 그 표면이 불소 수지 등으로 코팅되어 있어도 된다. 또한, 가압 회전체(142)는 이른바 스펀지 타입의 발포체이어도 된다. 또한, 가압 회전체(142)는 열의 확산을 방지하기 위해 열전도성이 작은 재료로 형성될 수 도 있다. 가압 회전체(142)의 축방향 길이는 예를 들어 210~370mm이며, 그 외경은 예를 들어 20~60mm이다.

발열 회전체(144)는 발열층을 가지는 회전체로서, 예를 들어 철이나 니켈, 크롬, 구리 등의 자성 재료인 금속 도전체를 포함할 수 있다. 발열 회전체(144)는, 내마모성이나 이형성을 높이기 위해 그 표면이 불소 수지 등으로 코팅되어 있어도 된다. 발열 회전체(144)의 축방향 길이는 예를 들어 210~370mm이며, 그 외경은 예를 들어 20~200mm이다. 발열 회전체(144)는, 여자 코일(145)이 발생시킨 자속의 영향을 받아 발열한다. 즉, 여자 코일(145)이 발생시킨 자속이 자성체 코어(146)에 의해 발열 회전체(144)의 표면에 유도되고, 그 자속이 와전류를 발생시킴으로써 발열 회전체(144)의 표면에 주울 열(Joule's heat)이 발생하여 발열 회전체(144)가 발열한다. 발열 회전체(144)는 정착 처리시에 있어서 그 표면 온도가 140~200℃가 된다.

발열 회전체(144)는 구동 모터에 의해 일방향(회전 방향(T3))으로 회전하고, 가압 회전체(142)는 이에 따라 회전 방향(T3)과는 반대 방향인 회전 방향(T4)으로 회전한다. 그리고, 가압 회전체(142) 및 발열 회전체(144)는, 서로의 접촉 영역인 정착 닙부(N)에 용지(P)(도 4 참조)를 통과시킴으로써 토너상을 용지(P)(도 4 참조)에 용융 정착시킨다.

여자 코일(145)은, 발열 회전체(144)의 외측에 배치되어 고주파 전류가 인가됨으로써 전자 유도에 의해 자속을 발생하는 자속 발생 수단이다. 여자 코일(145)의 출력 주파수는 20kHz~100kHz이다. 또한, 여자 코일(145)은 발열 회전체(144)에 대한 가압 회전체(142)의 반대측에 배치되어 있고, 발열 회전체(144)의 외주의 거의 절반을 덮도록 배치될 수 있다. 여자 코일(145)은 발열 회전체(144)에 접촉하지 않지만 근접한 위치에 배치되며, 발열 회전체(144)와의 이격 거리는 예를 들어 1~10mm이다.

여자 코일(145)은 도 6에 도시된 바와 같이 레이스 트랙(race track)형 코일로서, 표면이 절연된 구리제의 선재를 다수 묶은 도선 다발을 포함한다. 여자 코일(145)은 인가되는 고주파 전류의 왕로(往路)측인 왕로 직선부(145a)와, 복로(復路)측인 복로 직선부(145b)와, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)를 접속하는 원호부(145c)를 포함한다.

왕로 직선부(145a)(제1 자속 발생부) 및 복로 직선부(145b)(제2 자속 발생부)는, 발열 회전체(144)의 축방향(이하, 단지 「축방향」이라고 기재하는 경우가 있음)으로 병렬하여 연장되어 있다. 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 축방향 길이 d(즉, 여자 코일(145)의 전체폭)는 발열 회전체(144)의 축방향 길이와 거의 동일하며, 예를 들어 220~400mm이다. 또한, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 발열 회전체(144)의 둘레방향(이하, 단지 「둘레방향」이라고 기재하는 경우가 있음) 길이 e는 예를 들어 10~30mm이다. 또한, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 이격 거리 f는 예를 들어 10~30mm이다. 원호부(145c)는 발열 회전체(144)의 둘레방향을 따라 연장되어 있다.

자성체 코어(146)는, 여자 코일(145)을 덮도록 배치되어 여자 코일(145)이 발생한 자속의 자로를 형성하는 자로 형성 수단이다. 자성체 코어(146)는 여자 코일(145)이 발생한 자속이 누출되지 않도록 받아서, 그 자속을 발열 회전체(144)로 유도한다. 자성체 코어(146)는, 여자 코일(145)에 대한 발열 회전체(144)의 반대측에 배치되어 있다. 자성체 코어(146)는 여자 코일(145)에 접하지 않지만 근접한 위치에 배치되어 있고, 여자 코일(145)과의 이격 거리는 예를 들어 1~10mm이다.

또한, 자성체 코어(146)는 고투자율 및 저손실의 자성 재료, 예를 들어 페라이트로 형성될 수 있다. 자성체 코어(146)는, 왕로 직선부(145a)를 덮도록 배치된 복수의 왕로 자로부(146a)(제1 자로부)와, 복로 직선부(145b)를 덮도록 배치된 복수의 복로 자로부(146b)(제2 자로부)를 구비한다. 왕로 자로부(146a)와 복로 자로부(146b)는 서로 동일한 형상일 수 있다. 왕로 자로부(146a)는 여자 코일(145) 중에서 왕로 직선부(145a)만을, 복로 자로부(146b)는 여자 코일(145) 중에서 복로 직선부(145b)만을 각각 덮도록 배치된다.

복수의 왕로 자로부(146a)는, 발열 회전체(144)의 축방향으로 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 복수의 복로 자로부(146b)는, 발열 회전체(144)의 축방향으로 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)의 축방향 길이 a는 예를 들어 8mm~12mm이다. 또한, 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)의 둘레방향 길이 g는, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 둘레방향 길이 e보다 길며, 예를 들어 20~40mm이다. 또, 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)의 둘레방향 길이 g는, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 둘레방향 길이 e와 동일한 정도나 그보다 짧을 수도 있다. 즉, 예를 들어 왕로 자로부(146a)가 왕로 직선부(145a)를 덮는다는 것은, 왕로 자로부(146a)가 왕로 직선부(145a)의 둘레방향 전부를 덮는 형태뿐만 아니라 왕로 자로부(146a)가 왕로 직선부(145a)의 둘레방향 일부를 덮는 형태도 포함된다.

인접하는 왕로 자로부(146a) 사이의 간격 b 및 인접하는 복로 자로부(146b) 사이의 간격 b는 예를 들어 10mm~16mm이다. 또한, 간격 b는 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 서서히 좁아질 수 있다. 구체적으로 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 간격 b는 5% 이하의 비율씩 좁아질 수 있다. 예를 들어, 축방향 중앙에서 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이의 간격 b1이 15mm라면, 축방향 단부측에서 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이의 간격 b2는 간격 b1의 5% 비율만큼 좁아져 14.3mm가 된다(반올림으로 소수 첫째까지 도출). 이하 마찬가지로 하여 간격 b는 축방향 단부로 향함에 따라 5% 이하의 비율씩 좁아져 간다.

또한, 축방향으로 왕로 자로부(146a)와 복로 자로부(146b)는 교대로 배치더될 수 있다. 즉, 축방향으로 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이에는 반드시 하나의 복로 자로부(146b)가 배치되고, 인접하는 복로 자로부(146b) 사이에는 반드시 하나의 왕로 자로부(146a)가 배치된다. 또, 축방향으로 왕로 자로부(146a)가 배치된 영역과 복로 자로부(146b)가 배치된 영역은 일부 중복될 수도 있고 중복되지 않을 수도 있다. 다만, 온도 균일성의 관점에서는 중복되지 않는 것이 보다 바람직하다.

여기서, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 축방향 길이 d, 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)의 축방향 길이 a 및 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이 및 인접하는 복로 자로부(146b) 사이의 간격 b는 서로 이하의 (1) 및 (2)식을 만족시키는 관계에 있다.

b/d ≤ 0.2 ‥(1)

0.5 ≤ b/a ≤ 2 ‥(2)

다음에, 본 실시형태에 관한 정착 장치(140)의 작용 효과에 대해, 도 7에 나타낸 비교예에 관한 정착 장치(240A, 240B)와 비교하면서 도 8~도 10도 참조하여 설명한다. 또, 도 7에서 발열 회전체는 생략되어 있다.

도 7의 (a)에 도시된 비교예 1에 관한 정착 장치(240A)에서는, 본 실시형태에 관한 정착 장치(140)와 마찬가지로 발열 회전체의 외측에 여자 코일(145)이 배치된다. 그리고, 그 여자 코일(145)은 축방향으로 병렬하여 연장되는 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)를 구비한다. 한편, 정착 장치(240A)에서는, 여자 코일(145)을 덮도록 배치된 자성체 코어(346)의 구성이 본 실시형태에 관한 정착 장치(140)와 다르다.

즉, 자성체 코어(346)는, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)를 횡단하도록 덮는 횡단 자로부(346c)를 구비한다. 이 경우, 축방향으로 여자 코일(145)의 영역은, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)가 모두 횡단 자로부(346c)로 덮이는 영역이거나 또는 횡단 자로부(346c)에 전혀 덮이지 않는 영역 중 어느 하나가 된다. 그 때문에, 발열 회전체에 대해 자속이 부여되기 쉬운 영역과 부여되기 어려운 영역이 명확하게 나누어져 발열 회전체의 축방향 온도를 균일화하기가 어렵다.

발열 회전체의 축방향 온도를 균일화하기 위해, 도 7의 (b)에 도시된 비교예 2에 관한 정착 장치(240B)와 같이, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b) 사이에서 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)와 병렬하여 축방향으로 연장되는 센터 코어(346d)와, 횡단 자로부(346c)의 둘레방향 양단부에서 센터 코어(346d)와 병렬하여 축방향으로 연장되는 한 쌍의 사이드 코어(346e)를 더 구비한 구조를 생각할 수 있다. 이 경우에는 횡단 자로부(346c)에 모아진 자속이 센터 코어(346d) 및 사이드 코어(346e)에 의해 축방향으로 균등하게 분산되기 때문에, 발열 회전체의 축방향 온도가 균일화된다. 그러나, 센터 코어(346d) 및 사이드 코어(346e)가 구비됨으로써 정착 장치(240B)가 대형화되고 비용 상승도 문제가 된다.

이 점에서, 본 실시형태에 관한 정착 장치(140)에서는, 왕로 직선부(145a)를 덮도록 배치된 복수의 왕로 자로부(146a)와 복로 직선부(145b)를 덮도록 배치된 복수의 복로 자로부(146b)가 발열 회전체(144)의 축방향으로 교대로 배치된다. 이로써, 왕로 직선부(145a)를 덮는 복수의 왕로 자로부(146a)가 설치된 영역과 복로 직선부(145b)를 덮는 복수의 복로 자로부(146b)가 설치된 영역이 발열 회전체(144)의 축방향으로 분산되어 발열 회전체(144)에 균형 있게 자속을 부여할 수 있다.

또, 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 축방향 길이 d, 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)의 축방향 길이 a 및 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이 및 인접하는 복로 자로부(146b) 사이의 간격 b를 적정화함으로써, 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)가 설치되지 않은 부분(자로부 간격)에 대응되는 발열 회전체(144)의 영역에도 자속을 적절히 부여하여 축방향으로 온도 균일성을 확보할 수 있다. 구체적으로 도 8에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 관한 정착 장치(240A)에서는, 횡단 자로부(346c)가 설치되어 있는 부분과 설치되지 않은 부분에서 발열 회전체의 온도가 크게 다르고 축방향 위치에 따라 온도의 편차가 있는 데에 대해, 본 실시형태에 관한 정착 장치(140)에서는 축방향 위치에 무관하게 거의 온도를 균일하게 할 수 있다. 이상으로부터, 본 실시형태에 관한 정착 장치(140)에서는, 자속을 균일화하기 위한 다른 형상의 자로부인 센터 코어나 사이드 코어를 마련하지 않고, 즉 정착 장치의 대형화나 비용 상승 없이 온도 균일성을 확보할 수 있다.

여기서, 용지에의 토너 정착을 안정하게 행할 수 있는 한계의 온도 편차는 15℃ 정도이다. 그래서, 15℃의 온도 편차를 목표 온도 편차로 하여 왕로 직선부(145a) 및 복로 직선부(145b)의 축방향 길이(코일 폭) d에 대한 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이 및 인접하는 복로 자로부(146b) 사이의 간격(코어 간격) b를 변화시키면서 온도 편차의 값을 측정한 결과가 도 9에 도시되어 있다. 또, 도 9는 코일 폭 d의 값이 다른 2개의 정착 장치(S3, S4)에 대한 측정 결과이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이 및 인접하는 복로 자로부(146b) 사이의 간격(코어 간격) b를 코일 폭 d로 나눗셈한 b/d의 값이 0.2보다 큰 경우에는, 자속을 충분히 모을 수 없어 목표 온도 편차의 조건이 만족되지 않는다. 따라서,

b/d ≤ 0.2 ‥(1)

의 관계를 만족시킴으로써, 축방향으로의 온도 균일성을 확보할 수 있다.

또, 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)의 축방향 길이(코어 폭) a에 대한 코어 간격 b의 값을 변화시키면서 정착 장치(S5)의 온도 편차의 값을 측정한 결과가 도 10에 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 코어 간격 b를 코어 폭 a로 나눈 b/a의 값이 2보다 큰 경우에는, 자속을 충분히 모을 수 없어 목표 온도 편차의 조건이 만족되지 않는다. 또한, b/a의 값이 0.5보다 작은 경우에는 임피던스가 너무 높아져서 출력 효율이 악화된다. 따라서,

0.5 ≤ b/a ≤ 2 ‥(2)

의 관계를 만족시킴으로써, 축방향으로의 온도 균일성을 확보하면서 출력 효율이 악화되는 것을 회피하여 정착 장치의 기능을 안정적으로 제공할 수 있다.

또한, 왕로 자로부(146a)와 복로 자로부(146b)가 그 축방향 길이 a가 동일할 뿐만 아니라 서로 동일 형상이 됨으로써, 각 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)에 의해 발열 회전체(144)에 부여되는 자속의 영향을 보다 균일화할 수 있다. 이로써, 발열 회전체(144)의 축방향 온도 균일성이 보다 향상된다. 또한, 동일 형상임으로써 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)의 제조비용이 저감됨과 동시에 조립성이 향상된다.

또한, 일반적으로 발열 회전체의 온도는 축방향 단부로 향함에 따라 내려가는 경향이 있는 바, 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이 및 인접하는 복로 자로부(146b) 사이의 간격 b가 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 좁아짐으로써, 축방향 단부의 발열 회전체(144)일수록 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)로부터 부여되는 자속의 영향을 크게 할 수 있다. 이로써, 축방향 단부의 온도가 올라가기 쉬워지고 축방향 단부의 온도가 내려가기 쉬운 것을 고려한 경우에도 발열 회전체(144)의 온도 균일성을 확보할 수 있다. 구체적으로 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 간격 b를 5% 이하의 비율씩 좁게 함으로써 발열 회전체(144)의 온도 균일성을 확실히 확보할 수 있다.

이상, 상술한 제2 실시형태에 있어서, 예를 들어 왕로 자로부(146a) 및 복로 자로부(146b)가 서로 동일 형상이지만, 이에 한정되지 않고, 각 자로 형성 수단의 축방향 길이(코어 폭)가 일정하면 각 자로 형성 수단은 다른 형상이어도 된다.

또한, 전술한 실시예에서, 발열 회전체(144)의 축방향 길이나 외경, 여자 코일(145)과 발열 회전체(144)의 이격 거리 및 여자 코일(145)과 자성체 코어(146)의 이격 거리 등은 일례로서, 용지의 크기나 정착 장치에 요구되는 기능 등에 따라 적절한 값이 될 수 있다.

또한, 전술한 실시예에서 인접하는 왕로 자로부(146a) 사이 및 인접하는 복로 자로부(146b) 사이의 간격 b가 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 좁아지지만, 각 간격을 동일한 간격으로 해도 되고, 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 간격을 넓게 해도 된다. 또한, 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 간격 b가 좁아지는 비율 역시 반드시 5% 일 필요는 없으며, 축방향의 온도 균일성을 확보하기 위하여 다른 값을 가질 수도 있다.

나아가 제2 실시형태에 관한 화상 형성 장치(101)는, 상술한 제1 실시형태의 특징을 구비하고 있어도 되고 제1 실시형태의 특징을 구비하지 않아도 된다.

전자 유도 가열 방식을 채용한 정착 장치에서는 에너지 절약성을 더욱 향상시키기 위해 발열 회전체의 온도를 축방향으로 균일하게 하여 쓸데없는 발열을 감소시킬 필요가 있다. 정착 장치의 대형화나 비용 상승을 초래하지 않고 회전체의 온도 균일성을 확보할 수 있는 방안이 요구된다.

이러한 형태에 관한 정착 장치는, 발열층을 가지는 회전체와, 회전체의 외측에 배치되어 자속을 발생하는 자속 발생 수단과, 자속 발생 수단을 덮도록 배치되어 자속의 자로를 형성하는 자로 형성 수단을 구비한다. 자속 발생 수단은 회전체의 축방향으로 병렬하여 연장되는 제1 자속 발생부 및 제2 자속 발생부를 구비하며, 자로 형성 수단은 제1 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제1 자로부와 제2 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제2 자로부를 구비한다. 축방향으로 제1 자로부와 제2 자로부는 교대로 설치되고, 제1 자속 발생부 및 제2 자속 발생부의 축방향 길이를 d, 제1 자로부 및 제2 자로부의 축방향 길이를 a, 인접하는 제1 자로부 사이의 간격 및 인접하는 제2 자로부 사이의 간격을 b라고 하면,

b/d ≤ 0.2

0.5 ≤ b/a ≤ 2

의 관계가 성립된다.

또한, 제1 자로부 및 제2 자로부는 서로 동일 형상일 수 있다.

또한, 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 제1 자로부 사이의 간격은 좁아지고, 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 제2 자로부 사이의 간격은 좁아질 수 있다.

또한, 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 제1 자로부 사이의 간격은 5% 이하의 비율씩 좁아지고, 축방향 중앙 부근에서 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 제2 자로부 사이의 간격은 5% 이하의 비율씩 좁아질 수 있다.

이상, 본 발명의 정착 장치 및 화상 형성 장치는 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

1, 101...화상형성장치 50, 140...정착 장치
51...정착 벨트(회전체) 52...가압 롤
53...정착 롤 54...제1 감온 자성 합금
55...제2 감온 자성 합금 56...자계 발생 장치
144...발열 회전체 145...여자 코일
145a...왕로 직선부 145b...복로 직선부
146...자성체 코어 146a...왕로 자로부
146b...복로 자로부 T...온도
T1...제1 퀴리점 T2...제2 퀴리점

Claims (17)

1. 자계를 발생시키는 자계 발생 수단;
   상기 자계에 의하여 발열되는 회전체;
   상기 회전체의 내측에 위치되는 제1, 제2 감온 자성 합금;을 구비하며,
   상기 제1 감온 자성 합금의 퀴리점인 제1 퀴리점과 상기 제2 감온 자성 합금의 퀴리점인 제2 퀴리점이 다른 정착 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자계 발생 수단은 상기 회전체의 외측에 위치되며,
   상기 제1, 제2 감온 자성 합금은 상기 회전체를 기준으로 하여 상기 자계 발생 수단의 반대쪽에 상기 회전체의 반경 방향으로 순차로 위치되는 정착 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전체와 상기 제1 감온 자성 합금과 상기 제2 감온 자성 합금은 순차로 겹쳐져서 접촉되는 정착 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 퀴리점은 상기 제2 퀴리점보다 높은 정착 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 퀴리점은, 통상의 인쇄시에서의 상기 회전체의 온도보다 낮은 정착 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 감온 자성 합금의 두께는 상기 제1 감온 자성 합금의 두께보다 두꺼운 정착 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 자계 발생 수단은, 자속을 발생하는 자속 발생 수단과 상기 자속 발생 수단을 덮도록 배치되어 상기 자속의 자로를 형성하는 자로 형성 수단을 구비하고,
   상기 자속 발생 수단은, 서로 나란하게 상기 회전체의 축방향으로 연장된 제1 자속 발생부 및 제2 자속 발생부를 가지며,
   상기 자로 형성 수단은, 상기 제1 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제1 자로부와 상기 제2 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제2 자로부를 가지며,
   상기 제1 자로부와 상기 제2 자로부는 상기 축방향으로 교대로 위치되고,
   상기 제1 자속 발생부 및 상기 제2 자속 발생부의 상기 축방향 길이를 d, 상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부의 상기 축방향 길이를 a, 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격 및 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격을 b라고 하면,
   b/d≤0.2
   0.5≤b/a≤2
   의 관계가 성립되는 정착 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부는 서로 동일 형상인 정착 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 좁아지고,
   상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 좁아지는 정착 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지고,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지는 정착 장치.
11. 제7항에 있어서,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지고,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지는 정착 장치.
12. 자속에 의하여 발열되는 회전체;
    상기 회전체의 외측에 배치되어 자속을 발생하는 자속 발생 수단;
    상기 자속 발생 수단을 덮도록 배치되어 상기 자속의 자로를 형성하는 자로 형성 수단;을 구비하고,
    상기 자속 발생 수단은, 서로 나란하게 배치되며 상기 회전체의 축방향으로 연장된 제1 자속 발생부 및 제2 자속 발생부를 가지며,
    상기 자로 형성 수단은, 상기 제1 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제1 자로부와 상기 제2 자속 발생부를 덮도록 배치된 복수의 제2 자로부를 가지며,
    상기 제1 자로부와 상기 제2 자로부는 상기 축방향으로 교대로 설치되,
    상기 제1 자속 발생부 및 상기 제2 자속 발생부의 상기 축방향 길이를 d, 상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부의 상기 축방향 길이를 a, 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격 및 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격을 b라고 하면,
    b/d≤0.2
    0.5≤b/a≤2
    의 관계가 성립되는 정착 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 자로부 및 상기 제2 자로부는 서로 동일 형상인 정착 장치.
14. 제12항에 있어서,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 좁아지고,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 좁아지는 정착 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지고,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지는 정착 장치.
16. 제12항에 있어서,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제1 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지고,
    상기 축방향 중앙 부근에서 상기 축방향 단부로 향함에 따라 인접하는 상기 제2 자로부 사이의 간격은 5%이하의 비율씩 좁아지는 정착 장치.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 정착 장치를 구비한 화상 형성 장치.

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