KR20200052657A - 비접촉 공기 덕트를 구비하는 고광택 화상 처리 장치 - Google Patents

비접촉 공기 덕트를 구비하는 고광택 화상 처리 장치 Download PDF

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KR20200052657A
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이승준
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Abstract

개시된 고광택 화상 처리 장치는, 가열 롤러에 가압되어 인쇄 매체가 통과되는 가열 닙을 형성하는 가압 롤러와, 가열 닙을 통과하도록 가열 롤러에 지지되고 가열 닙의 하류측으로 연장되어 인쇄 매체를 지지하는 벨트와, 가열 롤러와 함께 벨트를 지지하고 주행시키는 하나 이상의 지지 롤러와, 벨트와 이격되게 배치되는 것으로서기 벨트의 주행 방향의 길이와 주행 방향과 직교하는 방향의 폭을 가지며 폭 방향의 일단부에 공기 유입구가 마련되고 반대쪽의 타단부는 막힌 중공 덕트와,공기 유입구를 통하여 덕트 내부로 공기를 공급하는 송풍기를 포함한다. 덕트에는 벨트를 향하여 개구된 공기 토출구가 마련된다.

Description

비접촉 공기 덕트를 구비하는 고광택 화상 처리 장치{Photo finisher with non-contact type air duct}
전자사진방식 화상 형성 장치는, 균일한 전위로 대전된 감광체에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하고, 정전잠상에 토너(toner)를 공급하여 감광체 상에 토너 화상을 형성한다. 토너 화상은 중간전사벨트를 거치거나 또는 직접 인쇄매체로 전사된다. 인쇄매체에 전사된 토너화상은 정전기적인 힘에 의하여 인쇄매체에 부착되어 있다. 정착기는 토너화상에 열과 압력을 가하여 인쇄매체에 영구적인 화상으로 정착시킨다.
고광택 화상 처리 장치(Photo finisher)는 인쇄매체에 정착된 화상 또는 인쇄매체에 정착되기 전의 화상에 열과 압력을 가하여 용융시킨 후에 급격하게 냉각시켜, 인쇄매체 상에 높은 광택도를 가지는 화상을 형성하는 장치이다.
도 1은 고광택 화상 처리 장치의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 3은 고광택 화상 처리 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 고광택 화상 처리 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 5는 고광택 화상 처리 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 토출 유속에 영향을 미치는 요인를 확인하기 위하여 사용된 덕트의 일 예이다.
도 7은 폭방향의 위치에 따라 공기 토출구로부터 토출되는 공기의 토출 유속을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 3개의 슬릿 개방한 경우와 1개의 슬릿을 개방한 경우에, 폭방향의 위치에 따라 공기 토출구로부터 토출되는 공기의 토출 유속을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9a와 도 9b는 송풍기의 최대 유량을 변화시키면서, 폭방향의 위치에 따라 공기 토출구로부터 토출되는 공기의 토출 유속을 측정한 결과를 보여주는 그래프로서, 도 9a는 3개의 슬릿을 개방한 경우이며, 도 9b는 4개의 슬릿을 개방한 경우이다.
도 10a와 도 10b는 원심 송풍기를 채용한 경우 개방되는 슬릿의 갯수를 변화시키면서 폭방향의 위치에 따라 토출 유속을 측정한 결과를 보여주는 그래프로서, 도 10a는 7개의 슬릿과 4개의 슬릿을 개방한 경우이며, 도 10b는 5개의 슬릿과 3개의 슬릿을 개방한 경우이다.
도 11은 공기 토출구와 벨트와의 간격과 토출 유속과의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 12는 화상 형성 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다
도 13은 화상 형성 장치의 일 실시예의 블록도이다.
도 1은 고광택 화상 처리 장치의 일 실시예의 개략적인 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A' 단면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 고광택 화상 처리 장치(200)는 가열 롤러(가열 부재)(210), 가압 롤러(가압 부재)(220), 벨트(230), 중공 덕트(250), 및 송풍기(260)를 포함할 수 있다. 덕트(250)에는 벨트(230)를 향하여 개구된 공기 토출구(270)가 마련된다.
가열 롤러(210)는 열을 발생시킨다. 가열롤러(210)는 인쇄매체(P)의 화상면과 대향되며, 화상면에 정착된 또는 화상 면에 정전기적 인력에 의하여 유지되는 토너화상에 열을 가한다. 이를 위하여, 가열롤러(210)는 열원(211)에 의하여 가열된다. 열원(211)으로서는 예를 들면, 할로겐 램프, 발열저항코일, 유도가열기, 세라믹 히터 등이 채용될 수 있다. 가열 롤러(210)의 표면에는 토너 화상과의 분리성을 향상시키기 위한 이형층(미도시)이 마련될 수 있다.
가압 롤러(220)는 가열 롤러(210)에 가압되어 인쇄 매체(P)가 통과되는 가열 닙(N)을 형성한다. 가압 롤러(220)는 벨트(230)를 사이에 두고 가열 롤러(210)와 함께 가열 닙(N)을 형성하며, 가열 닙(N)을 통과하는 인쇄 매체(P)를 가압하여 토너 화상(T)이 형성된 화상면(P1)을 벨트(230)에 밀착시킨다. 안정적인 가열 닙(N)을 형성하기 위하여 가압 롤러(220)의 외주에는 탄성층(미도시)이 마련될 수 있다.
벨트(230)는 가열 닙(N)을 통과하도록 가열 롤러(210)에 지지되고 가열 닙(N)의 하류측으로 연장되어 인쇄 매체(P)를 지지한다. 고광택 화상 처리 장치(200)는, 가열 롤러(210)와 함께 벨트(230)를 지지하고 주행시키는 하나 이상의 지지 롤러(241, 242)를 구비할 수 있다. 벨트(230)는 가열롤러(210)와 지지롤러들(241, 242)에 지지되어 순환주행되며, 인쇄매체(P)는 가열 닙(N)을 통과한 후에 벨트(230)에 의하여 지지된다. 벨트(230)는 벨트(230)의 주행 방향(A), 예를 들어 인쇄매체(P)의 이동 방향으로 가열 닙(N)의 하류측으로 연장된 제1구간(231)과, 제1구간(231)으로부터 가열 닙(N)의 상류측으로 연장된 제2구간(232)을 구비할 수 있다. 지지 롤러(241)는 가열 롤러(210)로부터 벨트(230)의 주행 방향(230A), 예를 들어 인쇄매체(P)의 이동 방향으로 이격되게 위치는 텐션 롤러일 수 있다. 제1구간(231)은 가열 롤러(210)와 지지 롤러(241) 사이의 구간일 수 있다. 제2구간(232)은 지지 롤러(242)와 가열 롤러(210)에 의하여 정의될 수 있다. 벨트(230)는 예를 들어, 폴리이미드, 스테인레스 스틸, 니켈 등으로 형성될 수 있다. 벨트(230)는 가열 롤러(210)와 지지 롤러들(241, 242)에 의하여 순환주행될 수 있는 유연성을 가지는 두께를 가질 수 있다. 벨트(230)의 외측 표면은 매끈한 표면일 수 있다.
덕트(250)는 벨트(230)로부터 이격되게 위치된다. 덕트(250)는 벨트(230)의 제1구간(231)으로부터 이격되게 위치될 수 있다. 덕트(250)는 벨트(230)의 주행 방향(230A)의 길이(L)와 주행 방향(230A)과 직교하는 방향(폭방향)(230W) 폭(W)을 가진다. 덕트(250)는 폭 방향(230W)의 일단부(251)에 공기 유입구(252)가 마련되고, 폭 방향(230W)으로 일단부(251)의 반대쪽인 타단부(253)는 막힌 중공 덕트이다.
송풍기(260)는 공기 유입구(252)를 통하여 덕트(250) 내부로 공기를 공급한다. 송풍기(260)는 축류 송풍기(axial fan)일 수 있으며, 비교적 높고 안정적인 정압(static pressure)를 제공할 수 있는 원심 송풍기(centrifugal blower)일 수도 있다.
공기 토출구(270)는 송풍기(260)에 의하여 공급된 공기가 인쇄 매체(P)의 화상면(P1)을 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 벨트(230)의 제1구간(231)과 대향된다. 본 실시예의 덕트(250)는 벨트(230)의 내측에 위치되는 내측 덕트이다. 공기 토출구(270)는 벨트(230)의 내표면과 대향된다. 공기 토출구(270)는 폭방향(230W)으로 연장된 슬릿, 폭방향(230W)으로 배열된 다수의 구멍들, 및 이들 각각 또는 이들의 조합이 주행 방향(230A)으로 복수개 배열된 구조 등 다양할 수 있다.
화상면(P1)에 토너 화상 또는 인쇄된 화상이 형성된 인쇄 매체(P)가 가열 닙(N)으로 통과된다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여, 별도의 언급이 없는 한, 토너 화상(T)은 토너 화상과 인쇄된 화상을 통칭하는 의미로 사용된다.
가열 닙(N)을 통과할 때에, 인쇄 매체(P)의 화상면(P1)은 벨트(230)의 외표면과 대향된다. 가압 롤러(220)에 의하여 제공되는 가압력에 의하여, 인쇄 매체(P)가 벨트(230)의 외표면에 가압된다. 가열 닙(N)을 통과하면서 가열 롤러(210)에 의하여 제공되는 열 에너지를 받아 인쇄 매체(P)의 화상면(P1)에 있는 토너 화상(T)이 가열되어 용융된다. 예를 들어, 토너 화상(T)은 유리 전이 온도 이상으로 가열될 수 있다. 벨트(230)의 외표면은 표면 조도가 매우 낮은 매끈한 면이며, 토너 화상(T)은 전술한 바와 같이 가열 닙(N)에서 열 에너지와 압력을 받아서 벨트(230)의 외표면에 압착되고, 화상면(P1)의 조도가 낮아진다. 화상면(P1)의 표면 조도가 낮아지면 화상면(P1)으로부터 반사되는 광 중에서 난반사광의 비중이 줄어들고 전반사광의 비중이 높아지며, 이에 의하여 인쇄 화상의 광택도(glossiness)가 높아질 수 있다.
가열 닙(N)을 통과한 인쇄 매체(P)는 화상면(P1)이 벨트(230)의 외표면을 향하도록 벨트(230)의 제1구간(231)에 지지된다. 인쇄 매체(P)의 급격한 냉각은 광택도 향상에 효과적이다. 송풍기(260)에 의하여 덕트(250) 내부로 공급된 공기는 공기 토출구(270)를 통하여 벨트(230)의 제1구간(231)을 향하여 토출된다. 토출된 공기에 의하여 인쇄 매체(P)는 급격히 냉각되며, 토너 화상(T)과 벨트(230)의 외표면과의 부착력이 약화될 수 있다. 인쇄 매체(P)가 제1구간(231)의 단부, 예를 들어 지지 롤러(241)에 도달되면, 인쇄 매체(P)의 강성에 의하여 인쇄 매체(P)가 벨트(230)로부터 분리될 수 있다.
이와 같이, 토너 화상(T)이 형성된 인쇄매체(P)를 벨트(230)에 가열, 압착한 후에 냉각시키면, 인쇄 화상의 광택도가 증가되어 사진 이미지와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 인쇄매체(P)에 축적된 열 스트레스를 해소하여 인쇄 매체(P)의 커얼(curl)을 개선할 수도 있다.
냉각을 위한 구조체가 벨트(230)와 접촉되는 방식에 의하면, 벨트(230)와 냉각 구조체와의 지속적인 마찰로 인하여 다양한 문제점들을 유발할 수 있다. 예를 들어, 냉각 구조체와 벨트(230)와의 마찰은 벨트(230)의 사행(skew)를 유발할 수 있다. 벨트(230)의 사행은 벨트(230)의 폭방향(230W)의 양단부를 가이드하는 폭 가이드 부재(미도시)와 벨트(230)의 양단부와의 마찰을 유발하며, 벨트(230) 손상을 초래할 수 있다. 균일한 광택도를 가지는 인쇄 화상을 얻기 위하여는, 벨트(230)와 냉각 구조체와의 접촉 상태가 균일하여야 한다. 이를 위하여, 벨트(230)에 강한 장력(tension)을 인가하여 벨트(230)를 평탄하게 유지하여야 한다. 강한 장력은 벨트(230)의 마모, 사행 등에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 냉각 구조체와 벨트(230)와의 접촉 저항을 줄이면서 냉각 성능을 유지하기 위하여, 벨트(230)와 냉각 구조체 사이에 열전도 페이스트를 개재시키는 방안이 고려될 수 있으나, 이 경우에는 열전도 페이스트에 의하여 인쇄 화상이 오염될 수 있으며, 벨트(230) 및 벨트(230)를 구동하는 부품들이 오염되어 벨트(230)의 슬립(slip)이 발생될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 냉각 구조체인 덕트(250)가 벨트(230)와 이격된 비접촉 공랭식 냉각 구조가 채용된다. 따라서, 전술한 벨트(230)와 냉각 구조체의 마찰로 인한 문제점들이 방지될 수 있다. 또한, 냉각 구조체가 벨트(230)와 접촉되지 않으므로, 고광택 화상 처리 장치(200)의 조립성이 향상되어 제조 비용의 절감이 가능하다.
덕트(250)의 배치 위치는 다양할 수 있다. 도 3은 고광택 화상 처리 장치(200a)의 일 실시예의 단면도이다. 도 4는 고광택 화상 처리 장치(200b)의 일 실시예의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 덕트는 벨트(230)의 외측에 위치되는 외측 덕트(250a)일 수 있다. 공기 토출구(270)는 벨트(230)의 외측에서 벨트(230)의 제1구간(231)과 대향된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 덕트(250)는 벨트(230)의 외측에 위치되는 외측 덕트(250a)와 벨트(230)의 내측에 위치되는 내측 덕트(250b)를 포함할 수 있다. 외측 덕트(250a)와 내측 덕트(250b) 각각의 공기 토출구(270)는 벨트(230)의 제1구간(231)과 대향된다. 이 경우, 송풍기(260)는 외측 덕트(250a) 및 내측 덕트(250b)로 공기를 공급할 수 있다. 외측 덕트(250a)와 내측 덕트(250b)로 각각 공기를 공급하는 두 개의 송풍기(260)가 채용될 수도 있다.
도 5는 고광택 화상 처리 장치(200c)의 일 실시예의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 고광택 화상 처리 장치(200c)는 내측 덕트(250b)와 가열 롤러(210) 사이에 위치되어 공기 토출구(270)를 통하여 토출된 공기가 가열 롤러로 향하지 않도록 차단하는 차단 부재(280)를 구비한다.
고광택 화상 처리 과정에서 가열 롤러(210)는 적정 온도로 유지되어야 한다. 가열 롤러(210)가 공기 토출구(270)로부터 토출된 공기에 의하여 냉각되면, 가열 롤러(210)를 적정 온도로 유지하기 위하여 전력 소모량이 증가될 수 있다. 공기 토출구(270)로부터 토출된 공기가 가열 롤러(210) 쪽으로 전달되면서 가열 롤러(210)를 폭방향(230W)의 불균일하게 냉각시킬 수 있으며, 이에 의하여 가열 롤러(210)의 온도가 폭방향(230W)으로 불균일해질 수 있다. 이는 광택도의 폭방향(230W)의 불균일의 원인이 될 수 있다.
차단 부재(280)를 채용하여 공기 토출구(270)를 통하여 배출된 공기가 가열 롤러(210) 쪽으로 향하지 않도록 차단함으로써, 가열 롤러(210)의 냉각 및 이로 인한 전력 소모량의 증가와 광택도 불균일을 방지할 수 있다.
또한, 가열 롤러(210)에서 발생된 열이 복사, 대류에 의하여 덕트(250)로 전달되면 덕트(250)의 내부 온도가 상승될 수 있으며, 이는 냉각 효율을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 차단 부재(280)는 가열 롤러(210)의 열 에너지가 덕트(250)로 전달되지 않도록 하는 열 차단 부재로서도 기능할 수 있다.
차단 부재(280)는, 벨트(230)와의 접촉 마찰로 인한 전술한 문제들을 방지하기 위하여, 벨트(230)와 접촉되지 않도록 설치될 수 있다. 차단 부재(280)는 벨트(230)의 제1, 제2구간(231)(232)을 각각 향하는 제1, 제2단부(281)(282)를 구비할 수 있다. 제1, 제2단부(281)(282)는 벨트(230)로부터 이격되게 위치된다. 공기 토출구(270)로부터 토출된 공기가 벨트(230)의 제1구간(231)에 접촉한 후에 가열 롤러(210) 쪽으로 흐르지 않도록 하기 위하여, 제1단부(281)는 제2단부(282)보다 벨트(230)에 더 가깝게 위치된다. 즉, 벨트(230), 다시 말하면 벨트(230)의 제1구간(231)과 제1단부(281)와의 간격(G1)은 벨트(230), 다시 말하면 벨트(230)의 제2구간(232)과 제2단부(282)와의 간격(G2)보다 작다.
제1단부(281)는 벨트(230)와 최대한 가깝게 위치시키는 것이 공기를 차단하는 데에 효과적이다. 이 경우, 주행 과정에서 벨트(230)의 흔들림 등으로 인하여 제1단부(281)와 벨트(230)가 간헐적으로 접촉될 가능성이 있다. 이러한 점을 감안하여, 제1단부(281)는 가열 롤러(210)의 반대 방향으로 구부러진 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제1단부(281)의 연장 방향이 벨트(230)의 주행 방향(230A)과 동일하게 되어 설령 벨트(230)와 제1단부(281)가 접촉되더라도 벨트(230)의 손상 위험을 줄일 수 있다. 또한 제1단부(281)의 가장자리는 벨트(230)와의 접촉에 의한 벨트(230)의 손상 위험을 더욱 줄이기 위하여 해밍(hamming), 절삭, 연마 등의 공정에 의하여 거친 부분(burr)을 제거하도록 후처리될 수 있다.
차단 부재(280)는 제1단부(281)로부터 제2단부(282)를 향하여 가열 롤러(210)의 반대 방향으로 경사진 형태일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 공기 토출구(270)로부터 토출되어 벨트(230)에 접촉된 공기가 가열 롤러(210) 쪽이 아닌 덕트(250)의 아래쪽으로 효과적으로 유도될 수 있다.
균일한 광택도를 얻기 위하여 인쇄 매체(P)는 폭방향(230W)으로 균일하게 냉각될 필요가 있다. 이를 위하여, 폭방향(230W)으로의 균일한 냉각은 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기의 토출 유속의 폭방향(230W)의 균일성에 의존된다. 실험에 따르면, 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기의 토출 유속의 폭방향(230W)의 균일성은 공기 토출구(270)의 총 개구 면적에 의존된다. 실험에 따르면, 공기 토출구(270)의 총 개구 면적이 500mm2~1200mm2인 때에 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기의 토출 유속의 폭방향(230W)의 균일성이 확보될 수 있다.
도 6은 토출 유속에 영향을 미치는 요인(parameter)를 확인하기 위하여 사용된 덕트(250)의 일 예이다. 도 6을 참조하면, 공기 토출구(270)로서, 7개의 슬릿들(S1~S7)이 마련된다. 공기 유입구(252)를 통하여 덕트(250) 내부로 유입된 공기는 슬릿들(S1~S7)을 통하여 토출된다. 각 슬릿들(S1~S7)의 치수는 230mm×1.3mm 이다. 슬릿들(S1~S7) 사이의 간격은 10mm 이다.
정압 0.17 inH2O, 정격 유량 56 CFM(cubic feet per minute)의 축류 송풍기(260)를 사용하여 폭방향(230W)을 따라 8-위치에서 각 슬릿(S1~S7)으로부터 토출되는 공기의 토출 유속을 측정하였다. 공기의 토출 유속은 공기 토출구(270)로부터 10mm 이격된 위치에서 측정되었다.
도 7은 폭방향(230W)의 위치(X)에 따라 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기의 토출 유속(V)을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 7을 보면, 폭방향(230W), 다시 말하면 덕트(250) 내부로 공급되는 공기의 흐름 방향을 기준으로 하여, 상류측에서 하류측으로 갈수록 토출 유속이 커진다. 이는 덕트(250) 내부로 유입되는 공기의 초기 유속으로 인하여 공기가 상류측에서는 공기 토출구(270)로 토출되려는 경향보다는 하류측으로 밀려나가는 경향을 가지기 때문이다. 슬릿의 위치에 따라 토출 유속이 달라진다. 슬릿과 덕트(250)의 벽과 가까울수록 토출되는 공기의 토출 유속이 작아진다. 이는, 덕트(250)의 벽에 가까운 위치에서는 공기와 벽과의 마찰 효과에 의하여 덕트(250) 내부에서의 공기 유속이 느려지기 때문이다.
도 7의 그래프에서와 같이 폭방향(230W)으로 토출 유속이 불균일하면 인쇄 화상의 광택도도 불균일하게 될 수 있다. 토출 유속을 폭방향(230W)으로 균일하게 하기 위하여 슬릿의 갯수를 조절하면서 토출 유속을 측정하였다. 도 8은 3개의 슬릿(S2, S4, S6) 개방한 경우와 1개의 슬릿(S4)을 개방한 경우에, 폭방향(230W)의 위치(X)에 따라 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기의 토출 유속(V)을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 개방되는 슬릿의 갯수가 줄어들수록 폭방향(230W)의 토출 유속의 편차가 줄어든다. 이는, 공기 토출구(270)의 개방 면적이 일정 수준 이하가 되면, 공기가 덕트(250) 내부를 채워서 덕트(250) 내부의 공기 압력이 포화가 되어 덕트(250) 내부의 압력분포가 균일하게 되고, 그 후에 송풍기(260)에 의하여 가해지는 정압에 의하여 공기가 공기 토출구(270)를 통하여 토출되기 때문이다. 이와 같이 덕트(250) 내부의 공기 압력이 포화가 되면, 덕트(250)의 상류측과 하류측에서의 공기 유속의 편차가 없어지고, 벽과의 마찰 효과도 없어져서 공기 토출구(270)로 토출되는 공기의 토출 유속이 폭방향(230W)으로 균일하게 될 수 있다는 것을 의미한다.
다음으로, 전술한 토출 유속의 폭방향(230W)의 균일성이 송풍기(260)의 최대 유량 또는 최대 정압에 영향을 받는지 확인하였다. 표 1은 실험에 사용된 송풍기(260)의 사양을 보여준다. 표 1에 개시된 송풍기는 모두 축류 송풍기이다.
최대 유량 최대 정압 평균 토출 유속
(슬릿 3개 개방)
(m3/min) CFM Pa inH2O
AX1 2.05 72.4 920 3.69 4.84 m/s
AX2 3 105.9 360 1.45 4.53 m/s
AX3 4.32 152.6 300 1.20 4.34 m/s
표 1의 3개의 송풍기를 각각 적용하여, 3개의 슬릿(S2, S4, S6)을 개방한 경우와 4개의 슬릿(S1, S2, S4, S6)을 개방한 경우에 토출 유속의 폭방향 분포를 측정하였다. 도 9a와 도 9b는 송풍기의 최대 유량을 변화시키면서, 폭방향(230W)의 위치(X)에 따라 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기의 토출 유속(V)을 측정한 결과를 보여주는 그래프로서, 도 9a는 3개의 슬릿(S2, S4, S6)을 개방한 경우이며, 도 9b는 4개의 슬릿(S1, S2, S4, S6)을 개방한 경우이다.
도 9a와 도 9b를 참조하면, 송풍기(260)의 사양과 관계없이 개방되는 슬릿의 갯수가 많아질수록 덕트(250)의 상류측과 하류측에서의 토출 유속의 편차가 커지고, 덕트(250)의 벽에 가까운 슬릿과 먼 슬릿의 토출 유속의 편차가 커진다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 실험 결과는 송풍기(260)의 사양과 관계 없이 공기 토출구(270)의 총 개구 면적에 따라서 토출 유속의 폭방향(230W)의 균일성이 정해진다는 것을 의미한다. 또한, 토출 유속의 크기는 송풍기(260)의 최대 유량이 아니라 최대 정압에 비례한다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 전술한 토출 유속의 폭방향(230W)의 균일성이 송풍기(260)의 종류에 영향을 받는지 확인하였다. 실험에 사용된 송풍기(260)는 정압 0.9 inH2O, 최대 유량 24.7 CFM인 원심 송풍기(blower fan)이다. 측정은 7개의 슬릿(S1~S7)을 모두 개방한 경우, 5개의 슬릿(S2~S6)을 개방한 경우, 4개의 슬릿(S2, S4, S5, S6)을 개방한 경우, 3개의 슬릿(S2, S4, S6)을 개방한 경우에 대하여 각각 수행되었다. 도 10a와 도 10b는 원심 송풍기를 채용한 경우 개방되는 슬릿의 갯수를 변화시키면서 폭방향(230W)의 위치(X)에 따라 토출 유속(V)을 측정한 결과를 보여주는 그래프로서, 도 10a는 7개의 슬릿(S1~S7), 4개의 슬릿(S2, S4~S6)을 개방한 경우이며, 도 10b는 5개의 슬릿(S2~S6), 3개의 슬릿(S2, S4, S6)을 개방한 경우이다. 도 10a와 도 10b를 참조하면, 원심 송풍기의 경우에도, 개방되는 슬릿의 갯수가 일정한 갯수로 줄어들면 폭방향(230W)으로 균일한 토출 유속 분포를 보인다. 실험 결과에서는 3개의 슬릿을 개방한 경우에 토출 유속의 분포가 가장 균일하나, 4개의 슬릿을 개방한 경우에도 사용 가능한 정도의 균일성을 보인다. 4개의 슬릿을 개방한 경우, 공기 토출구(270)의 총 개구 면적은 4×(230mm×1.3mm)=1196mm2이 된다.
공기 토출구(270)의 총 개구 면적이 작아지면 덕트(250) 내부의 포화 압력이 상승된다. 그러면, 축류 송풍기의 경우 공기가 송풍기의 후방으로 누출되어 유량 손실과 소음이 발생될 수 있다. 원심 송풍기의 경우에는 공기가 역류하여 송풍기의 회전수가 줄어들게 되어 유량 손실이 발생되며 송풍기에 과부하가 걸릴 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 공기 토출구(270)의 총 개구 면적의 최소값은 500mm2 이상으로 할 수 있다.
따라서, 공기 토출구(270)의 총 개구 면적을 500mm2~1200mm2로 함으로써, 송풍기(260)의 유량 손실을 줄이고 송풍기(260)에 과부하가 걸리지 않도록 하면서, 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기의 토출 유속의 폭방향(230W)의 균일성이 확보될 수 있다.
도 11은 공기 토출구(270)와 벨트(230)와의 간격과 토출 유속과의 관계를 보여주는 그래프이다. 공기 토출구(270)로부터 각각 0mm, 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm 떨어진 위치에서 토출 유속이 측정되었다. 송풍기(260)로서는 정압 0.9 inH2O, 최대 유량 24.7 CFM인 원심 송풍기(blower fan)가 사용되었다. 도 11을 참조하면, 공기 토출구(270)와 벨트(230)와의 간격이 약 5mm에 도달되면서 토출 유속이 폭방향(230W)으로 균일해진다. 공기 토출구(270)와 벨트(230)와의 간격이 커질수록 토출 유속이 감소하며, 공기 토출구(270)와 벨트(230)와의 간격이 약 20mm를 넘어서면 토출 유속이 급격하게 저하된다. 따라서, 토출 유속의 크기와 폭방향(230W)의 균일성을 감안할 때에, 공기 토출구(270)와 벨트(230)와의 간격은 약5~ 20mm 로 할 수 있다.
또한, 전술한 실험 예들을 보면, 덕트(250) 내부의 공기 흐름 방향을 기준으로 하여, 공기 토출구(270)의 상류측에서는 토출 유속이 하류측에서보다 상대적으로 작다. 이러한 점을 감안하여, 도 6에 도시된 바와 같이 공기 토출구(270)의 상류측 단부(271)는 적어도 인쇄 매체(P)의 대응되는 단부(P2)보다 외측에 위치된다. 공기 토출구(270)의 하류측 단부(272)는 인쇄 매체(P)의 대응되는 단부(단부(P2)의 반대쪽 단부)보다 외측에 위치될 수 있다.
전술한 고광택 화상 처리 장치들(200, 200a, 200b, 200c)은 독립형(stand-alone) 장치로서 사용될 수 있다. 고광택 화상 처리 장치들(200, 200a, 200b, 200c)은 화상 형성 장치에 결합가능한 모듈 형태일 수도 있다. 또한, 고광택 화상 처리 장치들(200, 200a, 200b, 200c)은 화상 형성 장치의 일부일 수도 있다.
도 12는 화상 형성 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 화상 형성 장치는 멀티 패스-전자 사진방식에 의하여 인쇄 매체(P)에 화상을 형성한다. 도 12를 참조하면, 화상 형성 장치는 인쇄매체(P)에 토너 화상을 형성하는 인쇄부(100), 인쇄부(100)로부터 인쇄 매체(P)를 받는 고광택 화상 처리 장치(110)를 구비할 수 있다. 고광택 화상 처리 장치(110)는 도 1 내지 도 10에서 설명된 구조를 가질 수 있다. 고광택 화상 처리 장치(110)는 토너 화상을 인쇄 매체(P)에 정착시키는 동시에 광택도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예로서, 인쇄부(100)는 감광드럼(1), 대전롤러(2), 노광기(3), 현상기(4), 중간전사벨트(6), 중간전사롤러(7), 전사롤러(8)를 구비할 수 있다.
감광드럼(1)은 그 표면에 정전잠상이 형성되는 감광체의 일 예로서, 도전성 금속 파이프와 그 외주에 형성되는 감광층을 포함할 수 있다. 대전롤러(2)는 감광드럼(1)의 외주면과 접촉 또는 비접촉 상태로 회전하면서 전하를 공급하여 감광드럼(1)의 외주면을 균일한 전위로 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전롤러(2) 대신에 코로나 방전기(미도시)가 채용될 수도 있다. 노광기(3)는 균일한 전위를 가지도록 대전된 감광드럼(1)에 화상정보에 해당되는 광을 주사하여 정전잠상을 형성한다. 노광기(3)로서, 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit), LED(light emitting diode)를 광원으로 사용하는 LED노광기 등이 채용될 수 있다.
본 실시예의 인쇄부(100)는 칼라 화상을 인쇄하기 위하여 시안(C:cyan), 마젠타(M:magenta), 옐로우(Y:yellow), 블랙(K:black) 색상의 토너를 사용한다. 이하에서는 색상에 따라 각 구성요소를 구분할 필요가 있을 때에는 각 구성요소를 지칭하는 참조부호의 뒤에 Y, M, C, K를 붙여 구분한다.
현상기(4)는 옐로우(Y:yellow), 마젠타(M:magenta), 시안(C:cyan), 블랙(K:black) 색상의 토너를 감광드럼(1)에 형성된 정전잠상에 공급하여 현상시키는 4개의 현상기(4Y, 4M, 4C, 4K)를 포함할 수 있다. 각각의 현상기(4Y, 4M, 4C, 4K)는 현상롤러(5)를 구비한다. 현상기(4Y, 4M, 4C, 4K)는 현상롤러(5)가 감광드럼(1)과 현상갭만큼 이격되도록 위치될 수 있다. 현상갭은 수십 내지 수백 마이크로미터 정도일 수 있다. 멀티패스방식 칼라 프린터는 복수의 현상기(4)가 순차적으로 작동된다. 선택된 하나의 현상기(예를 들면, 4Y)의 현상롤러(5)에는 현상바이어스전압이 인가되고 나머지 현상기(예를 들면 4M, 4C, 4K)의 현상롤러(5)에는 현상바이어스전압이 인가되지 않거나 또는 토너의 현상을 방지하기 위한 현상방지바이어스전압이 인가될 수 있다. 또, 선택된 현상기(예를 들면, 4Y)의 현상롤러(5)만이 회전되고 나머지 현상기(예를 들면 4M, 4C, 4K)의 현상롤러(5)는 회전되지 않을 수도 있다.
중간전사벨트(6)는 지지롤러(61)(62)들에 의하여 지지되어 감광드럼(1)의 회전 선속도와 동일한 선속도로 주행된다. 중간전사벨트(6)의 길이는 화상형성장치에 사용되는 최대 크기의 인쇄매체(P)의 길이와 같거나 적어도 그보다 긴 것이 바람직하다. 중간전사롤러(7)는 감광드럼(1)과 대면되며, 감광드럼(1)에 현상된 토너화상을 중간전사벨트(6)로 전사시키기 위한 중간전사바이어스전압이 인가된다. 전사롤러(8)는 중간전사벨트(6)와 대면되도록 설치된다. 전사롤러(8)는 감광드럼(1)으로부터 중간전사벨트(6)에 토너화상이 전사되는 동안에는 중간전사벨트(6)로부터 이격되어 있다가, 중간전사벨트(6)에 토너화상이 완전히 전사되면 중간전사벨트(6)와 소정 압력으로 접촉된다. 전사롤러(8)에는 토너화상을 인쇄매체로 전사시키기 위한 전사바이어스전입이 인가된다. 클리닝수단(10)은 전사 후에 감광드럼(1)에 잔류되는 토너를 제거한다.
이와 같은 구성에 의한 화상형성과정을 간략하게 설명한다.
대전롤러(2)에 의하여 균일한 전위로 대전된 감광드럼(1)에 노광기(3)로부터 예를 들면 옐로우(Y)색상의 화상정보에 대응되는 광이 조사된다. 감광드럼(1)에는 옐로우(Y) 색상의 화상에 대응되는 정전잠상이 형성된다. 옐로우 현상기(4Y)의 현상롤러(5)에는 현상바이어스전압이 인가된다. 그러면, 옐로우(Y) 색상의 토너가 정전잠상으로 부착되어 감광드럼(1)에는 옐로우(Y)색상의 토너화상이 현상된다. 옐로우(Y)색상의 토너화상은 중간전사롤러(7)에 인가되는 중간전사바이어스전압에 의하여 중간전사벨트(6)로 전사된다. 한 페이지 분량의 옐로우(Y) 색상의 토너화상의 전사가 완료되면, 노광기(3)는 예를 들면 마젠타(M) 색상의 화상정보에 대응되는 광을 대전롤러(2)에 의하여 균일한 전위로 재대전된 감광드럼(1)에 주사하여 마젠타(M) 색상의 화상에 대응되는 정전잠상을 형성시킨다. 마젠타 현상기(4M)는 정전잠상에 마젠타(M) 색상의 토너를 공급하여 현상시킨다. 감광드럼(1)에 형성된 마젠타(M) 색상의 토너화상은 먼저 전사되어 있던 옐로우(Y) 색상의 토너화상 위에 중첩되도록 중간전사벨트(6)로 전사된다. 시안(C) 및 블랙(K) 색상에 관하여도 상술한 과정을 수행하면, 중간전사벨트(6)에는 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(B) 색상의 토너화상이 중첩된 칼라토너화상이 형성된다.
전사롤러(8)는 중간전사벨트(6)에 접촉된다. 픽업롤러(11 또는 11a)는 급지카세트(103)(또는 다목적 트레이(104))로부터 인쇄매체(P)를 픽업한다. 이송유닛(12)은 인쇄매체(P)를 중간전사벨트(6)와 전사롤러(8)가 대면된 전사닙으로 이송시킨다. 칼라토너화상은 전사바이어스전압에 의하여 전사닙을 통과하는 인쇄매체(P)로 전사된다.
인쇄 매체(P)가 고광택 화상 처리 장치(110)의 가열 닙(N)을 통과하면 칼라토너화상은 열과 압력에 의하여 인쇄매체(P)에 정착되며, 동시에 벨트(230)의 표면에 가압된다. 덕트(250)의 공기 토출구(270)로부터 토출되는 공기에 의하여 인쇄매체(P)를 냉각시키면, 정착된 칼라 토너 화상의 광택도(glossiness)가 증가되어 사진 이미지와 같은 효과가 얻어질 수 있다. 인쇄매체(P)에 축적된 열스트레스를 해소하여 커얼(curl)을 개선할 수도 있다. 인쇄가 완료된 인쇄매체(P)는 배출롤러(13)에 의하여 배지트레이(101)로 배출된다.
도 13은 화상 형성 장치의 일 실시예의 블록도이다. 도 13을 참조하면, 인쇄부(100)의 구조는 도 12에 도시된 구조와 동일하나, 토너 화상을 인쇄 매체(P)에 정착시키는 정착기(120)를 구비하는 점에서 차이가 있다. 정착기(120)는 알려진 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도면으로 도시되지는 않았지만, 정착기(120)는 서로 가압되어 장착닙을 형성하는 가열 롤러와 가압 롤러를 구비할 수 있다. 가열 롤러는 열원에 의하여 가열될 수 있다.
토너 화상이 형성된 인쇄 매체(P)가 정착 닙을 통과하면, 토너 화상이 열에 의하여 용융되고, 압력에 의하여 인쇄 매체(P)에 정착된다. 고광택 화상 처리 장치(110)는 정착기(120)로부터 나오는 인쇄 매체(P)를 받는다. 고광택 화상 처리 장치(110)는 인쇄 매체(P) 상에 인쇄된 토너 화상을 가열하여 용융시키고 벨트(230)에 압착시킨다. 그 후에 덕트(250)의 공기 토출구(270)를 통하여 토출되는 공기를 이용하여 인쇄 매체(P)를 냉각시킴으로써, 토너 화상의 광택도(glossiness)가 증가되어 사진 이미지와 같은 효과가 얻어질 수 있다. 인쇄매체(P)에 축적된 열스트레스를 해소하여 커얼(curl)을 개선할 수도 있다.
정착기(120)로부터 배출되는 인쇄 매체(P)는 배출 롤러(13)에 의하여 배출될 수도 있다. 화상 형성 장치는, 정착기(120)로부터 배출되는 인쇄 매체(P)를 고광택 화상 처리 장치(110)와 배출 롤러(13)로 선택적으로 안내하는 선택기(130)를 구비할 수도 있다. 이때, 고광택 화상 처리 장치(110)는 화상 형성 장치에 모듈방식으로 결합될 수 있으며, 화상 형성 장치와 일체일 수도 있다.
본 개시는 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 열을 발생시키는 가열 롤러;
    상기 가열 롤러에 가압되어 인쇄 매체가 통과되는 가열 닙을 형성하는 가압 롤러;
    상기 가열 닙을 통과하도록 상기 가열 롤러에 지지되고 상기 가열 닙의 하류측으로 연장되어 상기 인쇄 매체를 지지하는 벨트;
    상기 가열 롤러와 함께 상기 벨트를 지지하고 주행시키는 하나 이상의 지지 롤러;
    상기 벨트와 이격되게 배치되는 것으로서, 상기 벨트의 주행 방향의 길이와 상기 주행 방향과 직교하는 방향의 폭을 가지며, 폭 방향의 일단부에 공기 유입구가 마련되고 반대쪽의 타단부는 막힌 중공 덕트;
    상기 공기 유입구를 통하여 상기 덕트 내부로 공기를 공급하는 송풍기;를 포함하며,
    상기 덕트에는 상기 벨트를 향하여 개구된 공기 토출구가 마련된 고광택 화상 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벨트는 상기 가열 닙의 하류측으로 연장된 제1구간과, 상기 제1구간으로부터 상기 가열 닙의 상류측으로 연장된 제2구간을 구비하며,
    상기 공기 토출구는 상기 제1구간과 대향되는 고광택 화상 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 덕트는, 상기 벨트의 내측에 위치되는 내측 덕트와 상기 벨트의 외측에 위치되는 외측 덕트 중 적어도 하나를 포함하는 고광택 화상 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내측 덕트와 상기 가열 롤러 사이에 위치되어 상기 공기 토출구를 통하여 토출된 공기가 상기 가열 롤러로 향하지 않도록 차단하는 차단 부재;를 포함하는 고광택 화상 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차단 부재는 상기 벨트의 상기 제1, 제2구간을 각각 향하는 제1, 제2단부를 구비하며,
    상기 제1단부와 상기 제1구간과의 간격은 상기 제2단부와 상기 제2구간과의 간격보다 작은 고광택 화상 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1단부는 상기 가열 롤러의 반대 방향으로 구부러진 고광택 화상 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 차단 부재는, 제1단부로부터 상기 제2단부를 향하여 상기 가열 롤러의 반대 방향으로 경사진 고광택 화상 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 공기 토출구의 총 개구 면적은 500mm2~1200mm2인 고광택 화상 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 공기 토출구와 상기 벨트의 상기 제1구간 사이의 간격은 5~20mm인 고광택 화상 처리 장치.
  10. 벨트;
    상기 벨트를 지지하고 주행시키며, 열을 발생시키는 가열 롤러;
    상기 벨트를 사이에 두고 상기 가열 롤러와 함께 가열 닙을 형성하며, 상기 가열 닙을 통과하는 인쇄 매체를 가압하여 화상면을 상기 벨트에 밀착시키는 가압 롤러;
    상기 가열 롤러와 함께 상기 벨트를 지지하고 주행시키는 하나 이상의 지지 롤러;
    상기 가열 닙의 하류측에서 상기 벨트의 내측에 위치되며, 상기 벨트의 주행 방향의 길이와 상기 주행 방향과 직교하는 방향의 폭을 가지며, 폭 방향의 일단부에 공기 유입구가 마련되고 타단부는 막힌 중공 덕트;
    상기 공기 유입구를 통하여 상기 덕트 내부로 공기를 공급하는 송풍기;를 포함하며,
    상기 덕트에는 상기 가열 닙을 통과한 상기 벨트를 향하여 개구된 공기 토출구가 마련된 고광택 화상 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공기 토출구의 총 개구 면적은 500mm2~1200mm2인 고광택 화상 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공기 토출구와 상기 가열 닙을 통과한 상기 벨트 사이의 간격은 5~20mm인 고광택 화상 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 덕트와 상기 가열 롤러 사이에 위치되어 상기 공기 토출구를 통하여 토출된 공기가 상기 가열 롤러로 향하지 않도록 차단하는 차단 부재;를 포함하는 고광택 화상 처리 장치.
  14. 인쇄매체에 가시적인 토너화상을 형성하는 인쇄부;
    상기 인쇄부로부터 출력되는 상기 인쇄 매체를 받는 상기 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 고광택 화상 처리 장치;를 포함하는 화상 형성 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인쇄부는 상기 토너 화상을 상기 인쇄 매체에 정착시키는 정착기;를 포함하는 화상 형성장치.
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