KR100301566B1 - 열정착장치 - Google Patents

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KR100301566B1 KR1019930015059A KR930015059A KR100301566B1 KR 100301566 B1 KR100301566 B1 KR 100301566B1 KR 1019930015059 A KR1019930015059 A KR 1019930015059A KR 930015059 A KR930015059 A KR 930015059A KR 100301566 B1 KR100301566 B1 KR 100301566B1
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Abstract

본 발명은 수평의 용지콘베이어 통로 양측으로 연장된 방열박판(15,16)으로 용지에 분말상을 정착시키는 열 정착장치이다. 방열박판(15,16)은 용지가 하우징(1)에 공급되고 이로부터 방출되는 슬로트형 개방부(7,8)를 갖는 하우징(1)내에 배치된다. 공기유동 통공(30,31)이 용지가 하우징을 통하여 이동하는 인접영역에서 자연대류 현상으로 하우징(1)을 통하여 공기흐름을 자동적으로 활성화시키기 위하여 하우징(1)의 기부에 형성되어 있다.

Description

열 정착장치
제1도는 본 발명에 따른 열 정착장치의 제 1 실시형태를 보인 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 열 정착장치의 제 2 실시형태를 보인 단면도.
제3도는 열정착장치를 통하여 지지체가 이동하는 방향에 대하여 횡방향으로 제 2 실시형태의 제 1 변형형태로 얻는 온도특성을 보인 그래프.
제4도는 열 정착장치를 통하여 지지체가 이동하는 방향에 대하여 횡방향으로 제 2 실시형태의 제 2 변형형태로 얻는 온도특성을 보인 그래프.
본 발명은 수평방향으로 연장된 콘베이어통로를 통하여 이동중에 방사열에 의하여 지지체상에 분말상(扮末像)을 정착시키는 정착장치에 관한 것으로, 방열체가 수용되고 대향된 위치에 배치된 두개의 슬로트형 개방부를 가지며 이들 개방부 사이에 콘베이어 통로가 연장된 하우징과, 하우징내에 형성되고 콘베이어통로의 폭을 가로질러 연장되어 공기흐름으로 하우징으로부터 열을 제어하도록 작용하는 공기도관으로 구성되는 복사기용 열 정착장치에 관한 것이다.
이러한 형태의 정착장치가 미국특허 제4 088 868 호에 기술되어 있는 바, 이 특허문헌은 열 정착장치가 콘베이어 통로의 상부에 방열에너지원과 콘베이어 통로의 하측에 공기도관을 갖는 것으로 기술되어 있다. 강제성 공기흐름이 도관내에서 연속작동 공기추출기에 의하여 국부적으로 작동될 수 있다. 이를 위하여 온도감지기가 하우징내에 여러 위치에 배치되고 각 온도감지기에 상응하는 지점의 공기도관 내에 배치된 공기밸브에 연결되어 온도감지기에 의하여 감지된 온도에 응답하여 공기도관과 공기추출기 사이가 연결될 수 있게 되어있다. 연속작동형 공기추출기를 갖도록 하기 위하여 공지된 장치는 또한 보다 여러 지점에서 온도의 조절이 이루어지도록 하는 보다 많은 온도감지기와 공기밸브 조합이 필요하게 되는 바, 이는 구조가 복잡하고 제조비용이 많이 소요되게 하는 결점을 갖는다.
본 발명의 목적은 상기한 결점이 없는 서두에 정의된 정착장치를 제공하는데 있다. 본 발명에 따라서 이러한 목적은 한편으로는 하우징내에 형성되고 적어도 하나의 슬로트형 개방부보다 낮은 위치에 놓은 공기유입개방부와, 다른 한편으로는 높은 위치에 놓인 슬로트형 개방부 사이에 공기도관이 개방 연결부를 형성토록 하여 달성될 수 있다. 따라서 공기흐름이 자연적인 대류현상으로 이루어져 공기추출기나 기타 기계적인 공기이동장치가 필요없도록 한다. 아울러, 정착장치를 통하여 이동하는 지지체가 공기흐름을 차단하여 공기흐름을 통한 열방출이 거의 지지체에 인접한 영역에서만 이루어지고 지지체를 통한 열방출의 결핍으로 이들 영역에서는 보다 많은 열이 보유된다.
본 발명에 따른 장치의 우선실시형태에서, 적어도 하나의 방열체가 공기도관내에 배치되어 유동하는 공기로 둘러싸이게 된다. 따라서, 정착장치를 통하여 이동하는 지지체측으로 이러한 방열체의 열전달은 방열에 의한 열전달에 부가하여 열전달이 대류에 의하여서도 일어나므로 보다 효과적으로 이루어진다. 이와같이, 저온의 방열체라도 지지체상에 분말상을 정착시키는데 충분하다.
본 발명에 따른 정착장치의 다른 실시형태에 있어서, 공기도관내에 배치된 방열체가 외부에너지원에 연결된다. 따라서 이 방열체로부터의 유효열출력은 정착장치를 통한 지지체의 이송중에 연속하여 억제상태에 놓이지 아니한다. 콘베이어 통로상부의 방열체가 외부에너지원에 연결되는 경우에만 열출력의 억제가 이루어질 것이다.
본 발명에 따른 장치의 다른 실시형태에서, 공기도관내에 배치된 방열체는 근접 배치되고 콘베이어 통로로부터 상이한 거리에 놓인 두 평면에 교호로 연장되어 있는 다수의 방열박판으로 구성된다. 따라서 하우징을 통하여 흐르는 공기에 의한 자연적인 대류현상에 의하여 하우징을 통하여 이동하는 지지체에 인접하여 매우 효과적인 열추출이 이루어질 수 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도에서 보인 열 정착장치는 수평하측부(3), 수평상측부(4)와 4개의 수직측벽을 갖는 보호갑체(2)를 구성하는 외벽으로 된 상자형의 하우징(1)으로 구성된다. 보호갑체(2)의 두 대향된 측벽(5)(6)에는 이들 측벽(5)(6)의 중간에서 전폭을 가로질러 연장되어 폭이 6mm이고 길이가 900mm인 스로트형 개방부(7)(8)가 형성되어 있다. 하우징(1)의 외측에서 슬로트형 개방부(7)(8)에 근접하여 전자사진 분말상극 실린 용지를 하우징(1)내의 콘베이어 통로를 통하여 공급하기 위한 콘베이어 로울러(10)(11)가 착설되어 있다. 하우징(1)내의 콘베이어 통로는 하우징(1)을 통한 용지의 이동방향에 대하여 예각을 이루는 방향으로 측벽(5)(6)사이에서 콘베이어의 통로의 상하에 각각 연장된 용지안내 와이어(13)(14)로 구성된다. 와이어(13)(14) 사이의 간격은 용지가 하우징(1)으로 공급되는 슬로트형 개방부(7)에서의 간격이 용지가 하우징을 떠나는 슬로트형 개방부(8)에서의 간격보다 넓다. 용지안내 와이어(13)(14)는 0.4mm 두께의 스텐레스 스틸이다. 박판(15)이 용지안내 와이어(13)의 하측에 배치되어 용지콘베이어 통로의 하측부를 형성하고 하부방열체를 형성하며, 박판(16)은 용지안내 와이어(14)상에 착설되어 용지콘베이어 통로의 상측부를 형성하고 상부방열체를 형성한다. 박판(15)(16)은 폭이 9mm 이고 두께가 0.05mm인 스텐레스 Cr-Ni 스틸로 구성되고 폭 1mm의 요구가 형성되어 있다. 박판(15)(16)의 대향측부에는 흑색의 내열성 와니스가 도층되어 있다.
박판에 인접하여 하부 및 상부방열체에는 양단에 각각 세라믹 블럭(17)(18)(19)(20)이 고정되며 이들은 측벽(5)(6)이 내측에 위치한다. 직경이 6mm인 유리봉(21)(22)이 하부방열기의 박판사이에서 이들의 단부부근에 배치되어 용지콘베이어 통로로부터 상이한 거리에 놓이는 두 평면에, 하부방열체의 박판이 놓이도록 한다. 하부 및 상부방열체 사이의 거리는 약 25mm이다. 박판(15)(16)은 하부 및 상부방열체의 전기저항이 추울 때에는 20옴이 되고 더울 때에는 25옴이 되도록 직렬로 연결된다. 각박판에는 온도상승으로 팽창되어 구부러지지 않도록 하는 기계적인 강도가 유지되도록 하는 두개의 “V”자형 요입부(23)(24)를 갖는다. 보호갑체(2)의 내부에는 단열재층(26)이 착설되어 있다. 1mm 두께의 반사성 알루미늄으로 되어 있는 열반사판(27)(28)이 하부방열체의 하측과 상부방열체의 상측에 착설된다.
직경이 40mm인 20개의 원형공(30)이 하우징(1)의 하측부에서 용지가 공급되는 슬로트형 개방부(7)에 인접하여 일렬로 형성되어 있으며, 이들 원형공은 일정한 간격을 두고 배치되어 있다. 한변이 32mm인 23개의 사각공(31)이 측벽(5)(6) 사이의 중간에서 일정한 간격을 두고 열반사판(27)에 일렬로 형성되어 있다.
하우징의 중앙에서 콘베이어 통로로부터 멀리 떨어져 있는 쪽의 하부방열체의 박판에 고정된 Ni-CrNi 서머커플러 형태인 온도검출기(32)는 방열체에 공급되는 에너지 공급을 조절하도록 작용한다. 하우징(1)의 중앙에, 즉 모든 용지가 지나는 지점에 단 하나의 온도검출기(32)가 배치되므로 중앙으로 용지가 공급될 때에 방열체의 온도조절은 열정착장치를 통하여 공급되는 용지의 폭에 관계없이 이루어진다. 열정착장치의 폭보다 좁은 용지가 장치의 중앙을 통하여 공급될때에 온도조절은 열정착장치의 폭과 같은 폭을 통하여 용지가 공급될때와 동일하게 이루어진다. 동일 속도로 공급되는 폭이 넓은 용지는 폭이 좁은 용지보다 많은 열을 흡수하고 열정착장치로부터 보다 많은 열을 빼앗으므로 방열체에 동일한 에너지가 공급된다고 할때에 폭이 좁은 용지가 공급시 하우징내에는 보다 많은 열이 남아있게 될 것이다. 이러한 과잉의 열은 폭이 좁은 용지의 양측에 작용하여 하우징(1)의 중앙에서 온도검출기(32)에 의하여 기록된 온도보다 높은 온도로 온도가 올라갈 것이다.
통공(30)(31)이 형성되어 있으므로 용지가 슬로트형 개방부(7)(8)를 폐쇄하지 않는 지점에서 비교적 따뜻한 공기가 대류현상으로 하우징으로 부터 방출되고 통공(30)(31)을 통하여 비교적 차가운 공기가 유입된다.
제1도에서 보인 열정착장치에 있어서, 방열체의 온도는 분말상이 통상 사용되는 수상물질에 정착되는 레벨, 예를 들어 270℃로 조절될 수 있으며, 용지가 접촉하는 정착장치의 영역밖의 온도가 발화방지의 이유로 예를 들어 325℃의 온도 이하인 레벨로 조절될 수 있다.
방열체의 출력이 1500W이고 용지이송 속도가 3m/분인 경우에 제1도에서 보인 열정착장치를 스위치-온 시킨후 방열체온도가 250℃에 이르는데 15초가 걸리며 공급되는 수상물질인 용지가 75g/㎡ 용지인 경우에 이 정도의 시간이면 분말상이 충분히 정착되는 온도에 이른다.
통공(30)을 폐쇄하므로서 하우징(1)의 하측에서 통공(30)(31)과 슬로트형 개방부(8)(7)를 통한 자연적인 대류현상이 일어나지 않고 420mm 폭의 용지가 중앙으로 공급된다고 가정할 때에 하우징(1)의 양측 온도는 약 400℃가 되어 용지의 연소 온도인 375℃보다 높게 된다.
통공(30)(31)과 특히 슬로트(8)를 통한 자연대류 현상이 이루어지고 다른 모든 조건이 일치할 때에 대류현상 없이는 방열체 온도가 250℃에 이르렀으나 방열체의 온도가 220℃에 이르러 동일한 정착이 이루어질 수 있다. 명백한 것은 대류에 의하여 열이 정착에 필요한 온도로 용지를 가열시킨다. 110g/㎡의 용지인 경우 대류없이 방열체의 온도는 300℃이고 대류현상이 있는 경우에는 260℃이다. 아울러, 하우징(1)의 양측에서 방열체의 온도는 폭이 좁은 75g/㎡이 용지가 공급되고 방열체의 온도가 250℃로 조절될때에 335℃ 이하로 유지되고, 폭이 좁은 100g/㎡의 용지가 공급되고 방열체의 온도가 270℃로 조절될때에는 400℃ 이하로 유지된다. 통공(30)을 통하여 공기를 취입하는 송풍기를 이용하여 강제대류가 이루어지도록 할 때에는 자연대류가 이루어질 때보다 하우징(1)의 양측에서 보다 높은 최대방열체 온도가 측정된다. 강제대류시에 420mm 폭의 110g/㎡ 용지가 공급되고 온도가 275℃로 조절될때에 양측에서 380℃ 이상의 최대방열체 온도가 측정된 반면에 동일조건의 자연대류시에는 하우징의 양측부에서 20℃ 낮은 최대방열체 온도가 측정되었다.
아울러, 하측방열체 박판사이에 유리봉(21)(22)이 없을 때에 양측부에서 보다 높은 최대방열체 온도가 측정되었다. 용지가 접촉치 않는 본 발명에 따른 열정착장치의 부위에서는 박판(15)이 교대로 배열되어 있으므로 방출면이 넓어 열방출이 보다 양호하게 이루어진다. 방열체가 가열된 정착장치의 온도검출기(32)의 도움으로 조절된 온도는 상대습도가 20%인 경우 110g/㎡의 용지일때에 약 250℃이고, 상대습도가 80%인 경우에는 약 300℃이다. 용지가 접촉하지 않는 정착장치 부분의 최대온도는 320℃이다.
제1도에서 보인 열정착장치가 냉각상태에서 스위치-온 될때에 상대 습도 20%에서 110g/㎡의 용지에 대하여 방열체가 조절될 온도는 약 275℃로서 정착장치가 예열된 경우보다 약 25℃가 높다. 이와같은 경우에 용지가 접촉하지 않는 정착장치 부분이 최대온도는 약 360℃로서 용지가 연소되는 최소온도 375℃보다 낮다.
제2도에서 보인 본 발명에 따른 열 정착장치의 실시형태는 용지이송 방향에서 보았을때에 제1도에서 보인 열장착장치의 유효길이 140mm 보다 긴 약 200mm의 유효길이를 갖는다.
제1도에서와 제2도에서 보인 열 정착장치에서 동일부분에 대하여서는 동일부호로 표시하였다.
이들 두 열정착장치 사이의 중요한 차잇점은 제2도에서 보인 장치의 방열체박판(15)(16)이 용지이송 방향에 대하여 횡방향으로 연장되고 박판이 용지이송 방향에서 적절한 길이의 열 정착장치를 얻을 수 있도록 용지 콘베이어 통로의 양측부에 놓이는 것이다.
박판(15)(16)은 하우징(1)을 통하여 파상통로를 형성하는 9.6mm 폭의 스텐레스 스틸제의 스트립으로 구성되고, 하측방열체는 0.05mm 두께의 스트립이고 상측방열체는 길이가 동일한 0.04mm 두께의 스트립이다. 220V에 연결되었을때에 하측방열체는 970W의 전력을 공급하고 상측방열체는 780W의 전력을 공급한다. 이들 스트립은 측벽(5)(6)에서 처음 3개의 스트립이 2mm의 간격을 두고 상하 교열된 것을 제외하고는 용지콘베이어 통로에 대하여 수직방향으로 4mm의 간격을 두고 상하 교열되어 있다.
용지이송 방향에서 두 인접한 스트립 사이의 간격은 9.2mm이고 측벽(5)(6)의 처음 3개의 스트립의 피치는 9.8mm이다. 방열체 스트립은 제1도에서 보인 바와같이 방열체박판의 두 “V”자형 요입부(23)(24)를 달리 구성할 수 있도록 두개의 기어 휠 사이로 스트립을 통과시켜 형성된 톱니부를 갖는다.
슬로트형 개방부(7)(8)에 인접한 스트립부분의 편중구조는 효과적인 자연대류현상이 증가할 수 있도록 최고온도에 이르는 하우징(1)의 중앙부를 통하여 하우징(1)내에서 공기의 대류가 이루어질 수 있도록 하기 위하여 용지 콘베이어 통로에 수직인 방향으로 국부적인 공기유동저항을 높이도록 한다.
박판을 상하로 교열 배치하는 대신에 박판을 슬로트형 개방부(7)를 향하는 박판의 평면상 측부에 대하여 콘베이어 통로에 동일한 예각의 각도로 한 열을 배치하여도 효과적인 공기의 대류가 이루어질 수 있다.
자연대류가 이루어지도록 하기 위하여 27.5 × 50mm의 크기이고 간격이 65mm인 두 열의 횡방향 통공(36)이 제2도에서 보인 정착장치의 하측부(3)에 형성되며, 30 × 50mm의 크기이고 간격이 65mm인 한 열의 통공(37)이 반사판(27)에 형성되고 양측부에는 15 × 15mm의 크기인 한 열의 통공(38)이 65/3mm의 간격으로 형성되어 있다.
제2도에 따른 기다란 정착장치는 제1도에 따른 장치에서 필요한 방열체 온도보다 20-30℃ 낮은 방열온도에서 작동될 수 있다. 75g/㎡의 용지인 경우에 용지이송 시간중에 상기 용지에 분말상을 정착시키는데 필요한 약 100℃의 용지온도에 이르는 데에는 200℃보다 약간 낮은 방열체 온도이면 충분하다. 110g/㎡의 용지인 경우에 방열체 온도가 200℃보다 약간 높으면 충분하다. 제3도와 제4도에서, 제2도에 따른 정착장치의 상하측 반부분에서 측정된 온도가 관련온도가 측정된 정착장치의 중앙으로부터의 거리를 mm 단위로 측정된 것에 대하여 작동된 그래프이다. 측정값은 420mm 폭의 110g/㎡ 용지를 중앙으로 공급하고 방열체가 각각 200℃, 225℃및 250℃로 조절된 온도에서 얻었다. 200℃로 조절된 온도에서 정착장치의 하측반부분에 대한 측정값은 라인(40)으로 보이고 정착장치의 상측반부분에 대한 측정값은 라인(41)으로 보이고 있다. 225℃로 조절된 온도에서 정착장치의 하측반부분에 대한 측정값은 라인(42)으로 보이고 정착장치의 상측반부분에 대한 측정값은 라인(43)으로 보이고 있다. 250℃로 조절된 온도에서 정착장치의 하측반부분에 대한 측정값은 라인(44)으로 보이고 정착장치의 상측반부분에 대한 측정값은 라인(45)으로 보이고 있다. 제3도의 측정값은 슬로트형 개방부(7)(8)의 폭이 6mm인 경우에 얻은 것이며 제4도의 측정값은 14mm의 슬로트 폭에서 얻은 것이다. 6mm의 슬로트폭에서 측정된 최고온도는 하우징(1)의 양측부에서 약 340℃였고(제3도), 슬로트폭 14mm에서는 약 300℃였다(제4도).
자연대류에 의하여 이루어지는 열 정착장치 양측부의 온도조절은 열정착장치의 분야에서 매우 적합하며, 전원은 열 정착장치의 중앙에서 방열체의 온도검출에 의한 것만으로 방열체의 작동폭과 온도조절에 동일하게 분배된다. 자연대류에 의하여 공기의 흐름은 공급용지에 인접한 영역에서 유지되며, 공기의 흐름은 방열체 박판을 통하여 제1도에서 보인 통공(30)(31)로부터, 그리고 제2도에서 보인 통공(35)(37)(38)로부터 슬로트형 개방부(7)(8)측으로 이루어진다. 공기의 상승유동으로 주위로 부터 비교적 찬 공기가 정착장치의 하측부에 형성된 통공을 통하여 장치내로 충분히 유입되므로서 정착장치에서는 통상 사용되는 용지의 자연연소 온도이하로 온도가 유지될 수 있다.
이와같은 방법으로 정착장치 양측부의 온도조절은 공급되는 용지의 형태에 관계없이 용지의 공급을 통하여 자동적으로 조절된다.
하우징(1)이 중앙부분 온도가 예를들어 240℃로 고정되게 조절하는 안전장치가 구비된 것에 더불어, 제2도에서 보인 열 정착장치에는 하우징(1)의 양측부 온도가 지나치게 상승하는 것을 방지하기 위하여 320℃로 고정된 안정장치가 구비될 수 있다.

Claims (6)

  1. 수평방향으로 연장되고 사전에 결정된 폭을 갖는 콘베이어 통로를 통하여 이동중에 방사열에 의하여 용지에 분말상을 정착시키기 위하여, 열방사체(15,16)가 수용되어 있으며 콘베이어 통로의 폭을 따라 연장되고 대항되게 배치되어 중간에 콘베이어 통로가 연장된 두개의 슬로트형 개방부(7,8)를 갖는 하우징(1)과, 이 하우징내에 형성되고 콘베이어 통로의 폭을 가로질러 연장되어 있으며 공기흐름으로 하우징으로부터 열을 방출시킬 수 있게 된 공기도관으로 구성된 열 정착장치에 있어서, 공기도관이 한편으로는 하우징내에 형성되고 슬로트형 개방부(7,8)의 하나보다 낮은 위치에 배치된 공기유입공(30,31; 36,37,38)과, 다른 한편으로는 상기 높은 위치에 배치된 슬로트형 개방부(7 또는 8)사이에 중단되지 않은 개방연결부를 형성하여 공기도관내에서 공기의 흐름이 자연대류에 의하여 이루어짐을 특징으로 하는 열 정착장치.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 열방사체(15,16)가 공기도관내에 배치되고 유입공기로 둘러싸임을 특징으로 하는 열 정착장치.
  3. 제2항에 있어서, 열방사체(15,16)가 공기도관내에 배치되고 외부에너지원에 연결됨을 특징으로 하는 열 정착장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 공기도관내에 배치된 열방사체가 상호 근접 배치되고 콘베이어 통로로부터 상이한 거리에 있는 두 평면에 교대로 연장된 다수이 방열박판으로 구성됨을 특징으로 하는 열 정착장치.
  5. 제4항에 있어서, 방열박판이 상기 슬로트형 개방부(7,8)로 부터 멀리 떨어져 있는 영역보다 하나 이상의 슬로트형 개방부(7,8)에 근접한 영역에서 더 근접하여 배치됨을 특징으로 하는 열 정착장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 공기도관내에 배치된 방열체(15,16)가 콘베이어 통로로부터 동일거리에 위치하고 이에 예각의 각도를 이루는 다수의 근접배치된 방열박판으로 구성됨을 특징으로 하는 열 정착장치.
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