KR100694129B1 - 정착장치 및 이를 채용한 화상형성장치 - Google Patents

Abstract

정착장치와 이를 채용한 화상형성장치가 개시된다. 개시된 정착장치는 발열부를 구비하는 정착롤러와, 가압부재에 의하여 지지되어 순환되면서, 가압부재에 의하여 정착롤러와 접촉하는 정착벨트를 구비하는 가압유닛을 구비하며, 가압부재는 소정직경인 가압롤러와, 정착벨트와 접촉하도록 마련되어 정착벨트가 안정적으로 순환되도록 지지하는 복수의 지지롤러를 구비하는 지지부와, 지지부에 지지되어 정착벨트를 정착롤러 쪽으로 밀착시키는 제1탄성부를 구비하는 지지부를 구비한다.

Description

정착장치 및 이를 채용한 화상형성장치{Fusing unit and image forming apparatus using the same}

도 1은 정착롤러와 가압롤러를 채용한 2롤러방식의 정착장치를 도시한 종단면도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정착장치가 채용된 싱글패스 칼라화상형성장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 종단면도,

도 4는 도 3에 도시된 지지부를 도시한 부분사시도,

도 5는 지지롤러의 다른 실시예를 도시한 사시도,

도 6은 본 발명의 2실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100.....노광기 121.....감광드럼

130.....현상기 150.....전사수단

160.....반송벨트 170.....정착장치

171.....정착롤러 172.....금속 코어 파이프

173.....이형층 174.....발열부

175.....가압유닛 176.....가압부재

177...가압롤러 178.....지지부

1781...제1지지부 1782...제2지지부

179....지지롤러 180....제1탄성부

181....정착벨트 190....제2탄성부

본 발명은 화상형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화상을 용지에 융착시키기 위하여 정착벨트를 사용하는 정착유닛을 구비하는 화상형성장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화상형성장치는 원하는 화상에 대응하는 디지털화상신호를 받아 레이저스캐닝유닛(LSU)과 같은 노광유닛에 의하여 감광체에 정전잠상을 형성하고, 이 정전잠상을 토너를 이용하여 토너화상으로 현상하고, 이 토너화상을 기록매체에 전사시키고 토너화상에 열과 압력을 가하여 기록매체에 융착시킴으로써 원하는 화상을 형성하는 장치이다.

싱글패스방식(single pass type) 칼라화상형성장치는 일반적으로 4개의 감광드럼과 4개의 감광드럼에 정전잠상을 형성시키는 4개의 노광기와, 4개의 감광드럼에 형성된 정전잠상에 각각 블랙(K), 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y) 색상의 토너를 공급하여 현상시키는 4개의 현상기를 구비한다. 4개의 감광드럼은 중간전사벨 트에 접촉된다. 4개의 감광드럼에 현상된 K, C, M, Y 토너화상을 중간전사벨트에 중첩 전사하여 칼라토너화상을 형성한다. 칼라토너화상을 용지로 전사, 정착시킴으로써 칼라화상이 인쇄된다.

도 1은 정착롤러와 가압롤러를 채용한 2롤러방식의 정착장치를 도시한 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 정착유닛은 관상의 금속파이로 이루어진 정착롤러(10)와 정착롤러(10)의 하부에 용지(30)를 사이에 두고 대향되게 설치된 가압롤러(20)를 구비한다.

정착롤러(10)의 내부 중앙에는 할로겐 램프로 이루어진 발열부(12)가 설치되어 있다. 정착롤러(10)의 표면에는 테프론(Teflon)등으로 이루어진 이형층(13)이 형성되어 있다. 발열부(12)는 정착롤러(10)의 내부에서 열을 발생하며, 정착롤러(10)는 발열부(12)로부터 전달되는 복사에너지를 전달받아 그 내표면층에 마련된 광열변환층에 의해 열에너지로 변환되어 가열된다. 정착롤러(10)에 전달된 열에너지는 열전도에 의해 이형층(13)까지 가열되어 소정 정착온도로 승온된다.

가압롤러(20)는 축(23)에 의하여 회전 가능하게 마련된 금속파이프(21)와 금속파이프(21)의 외주면에 마련된 탄성고무층(22)과 축(23)을 정착롤러(10)쪽으로 가압하는 스프링유닛(24)을 구비한다.

정착롤러(10)와 가압롤러(20)가 서로 접촉되는 접촉면적인 닙(N)을 형성한다. 정착롤러(10)와 가압롤러(20)사이의 닙을 통과하는 용지(30)는 스프링유닛(24)에 의한 탄성력에 의하여 소정 압력으로 가압된다.

이때, 용지(30)위에 형성되어 있는 분말상태의 토너화상(31)은 가압롤러(20)로부터 가해지는 압력과 정착롤러(10)로부터 전달되는 열에 의해 가압 및 가열된다. 즉, 토너화상(31)은 정착롤러(10) 및 가압롤러(20)에 의한 열과 압력에 의해 용지(14)에 융착된다.

위와 같은 할로겐램프를 열원으로 사용하는 종래의 정착유닛은 불필요한 전력소모가 많으므로 인쇄작업이 없는 경우에는 전력을 차단하여 온도를 낮출 필요가 있다. 종래의 정착유닛은 인쇄작업을 위해 전원을 켰을 때 정착온도에 도달할 때까지 상단한 긴 웜-업시간(Warm-up Time)을 요구한다.

종래의 정착유닛은 열원으로부터의 복사에너지에 의해 정착롤러가 가열되기 때문에 열 전달속도가 느리며, 용지에 접촉되어 열이 용지에 전달되면서 온도저하에 따른 온도편차의 보상이 늦으므로 인해서 온도산포의 조절이 어렵다.

최근에는, 화상형성장치의 인쇄속도가 고속화되고 있어 용지가 정착유닛을 통과하는 시간이 짧아지고 있다. 하지만, 정착롤러와 가압롤러의 접촉면적인 닙의 폭이 좁기 때문에 고속으로 화상을 형성하는 데에는 한계가 있다. 용지가 정착유닛을 통과하는 시간을 짧게 하면서 고속인쇄가 가능하도록 하기 위해서는 닙을 크게 하여야 한다.

닙(Nip)을 크게 하는 방법은 정착롤러 또는 가압롤러의 직경을 크게 하는 방법과 각 롤러의 최외주면에 형성되어 있는 이형층 또는 고무탄성층의 두께를 두껍게 하는 방법과 닙 가압력을 높이는 방법이 있다.

첫 번째 방법은 각 롤러의 직경이 확대되므로 전체적인 부피가 커지며, 웜업 이 느려지는 문제가 있다.

두 번째 방법은 웜업이 느려지며, 최외곽층인 이형층 또는 고무탄성층의 온도를 정착온도로 유지하기 위해 정착롤러의 온도를 더욱 높여야 할 필요가 있다. 이로 인하여, 접착부나 이형층 또는 고무탄성층 자체의 고온 열화 및 내구성이 나빠지는 문제가 있다.

세 번째 방법은 가압롤러의 가압성을 향상시켜 정착성을 확보할 수 있으나, 닙의 압력이 높아지면 이형층 또는 고무탄성층의 왜곡이 심해져 내구성에 문제가 발생되며, 용지의 이송성이 나빠져 잼이 발생될 가능성이 높을 뿐만 아니라 구동토오크가 커져 장치에 무리가 발생될 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로, 정착롤러와의 사이에 닙면적을 크게 하기 위하여 정착벨트를 이용하는 가압유닛을 구비하는정착장치와 이를 채용한 화상형성장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 정착장치는 발열부를 구비하는 정착롤러와;
가압부재에 의하여 지지되어 순환되면서, 상기 가압부재에 의하여 상기 정착롤러와 접촉하는 정착벨트를 구비하는 가압유닛을 구비하며,
상기 가압부재는
소정직경인 가압롤러와
상기 정착벨트와 접촉하도록 마련되어 상기 정착벨트가 안정적으로 순환되도록 지지하는 복수의 지지롤러를 구비하는 지지부와, 상기 지지부에 지지되어 상기 정착벨트를 상기 정착롤러 쪽으로 밀착시키는 제1탄성부를 구비하는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정착장치.

삭제

삭제

삭제

본 발명에 따르면, 상기 지지롤러는 십자형 단면을 가지는 복수의 리브를 구비하여, 상기 정착벨트와 접촉하는 전체접촉면적을 줄 인다.
본 발명에 따르면, 상기 제1탄성부의 두께가 두꺼운 부분에 다른 탄성계수를 가지는 제2탄성부를 더 마련하여, 상기 정착벨트와 접촉하는 면을 따라 일정한 탄성변형이 일어나도록 한다.

삭제

본 발명에 따른 화상형성장치는, 상기 제2탄성부는 상기 탄성부와 지지부의 사이에 설치된다.서로 다른 색상의 토너화상이 각각 형성되는 복수의 감광체를 구비하는 현상기와, 상기 복수의 감광체와 대면되어 순환주행하면서 서로 다른 색상의 토너화상이 전사될 용지를 지지하는 반송벨트와, 토너화상을 용지에 융착시키는 정착장치를 구비하는 화상형성장치에 있어서,
상기 정착장치는
발열부를 구비하는 정착롤러와, 가압부재에 의하여 지지되어 순환되면서, 상기 가압부재에 의하여 상기 정착롤러와 접촉하는 정착벨트를 구비하는 가압유닛을 구비하며,
상기 가압부재는
소정직경인 가압롤러와, 상기 정착벨트와 접촉하도록 마련되어 상기 정착벨트가 안정적으로 순환되도록 지지하는 복수의 지지롤러를 구비하는 지지부와, 상기 지지부에 지지되어 상기 정착벨트를 상기 정착롤러 쪽으로 밀착시키는 제1탄성부를 구비하는 지지부를 구비한다.

삭제

삭제

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정착장치가 채용된 싱글패스 칼라화상형 성장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 종단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 지지부를 도시한 부분사시도이고, 도 5는 지지롤러의 다른 실시예를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 2실시예에 따른 정착장치의 구성을 도시한 종단면도이다.

도 2를 참조하면, 칼라화상형성장치는 4개의 노광기(100K, 100C, 100M, 100Y), 각각 감광드럼(121K, 121C, 121M, 121Y)을 구비하는 4개의 현상기(130K, 130C, 130M, 130Y), 4개의 전사수단(150K, 150C, 150M, 150Y), 반송벨트(160)와 정착장치(170)를 구비한다.

상기 노광기(100K, 100C, 100M, 100Y)는 상기 감광드럼(121)에 각각 블랙(K), 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y) 색상의 화상정보에 대응되는 광을 주사하여 정전잠상을 형성한다.

상기 현상기(130K, 130C, 130M, 130Y)는 상기 감광드럼(121)의 정전잠상에 각각 블랙(K), 시안(C), 마젠타(M), 옐로우(Y) 색상의 토너를 공급하여 현상시킨다.

상기 반송벨트(160)는 상기 감광드럼(121K, 121C, 121M, 121Y)과 대면되며 용지(P)를 이송시킨다. 상기 감광드럼(121K, 121C, 121M, 121Y)은 용지(S) 또는 상기 반송벨트(160)에 접촉된다. 용지(S)는 정전기력에 의하여 상기 반송벨트(160)에 흡착된다.

상기 전사수단(150K, 150C, 150M, 150Y)은 상기 감광드럼(121K, 121C, 121M, 121Y)과 대면하는 전사롤러(151K, 151C, 151M, 151Y)와 상기 전사롤러(151K, 151C, 151M, 151Y)에 전압을 인가하는 전압인가부(152K, 152C, 152M, 152Y)를 포함한다.

상기 전압인가부(152K, 152C, 152M, 152Y)는 상기 전사롤러(151K, 151C, 151M, 151Y)에 토너화상의 극성과 반대극성의 전사전압을 인가하면, 상기 반송벨트(160)의 배면에 전사전계가 제공된다. 상기 감광드럼(121K, 121C, 121M, 121Y)에 형성된 K, C, M, Y 색상의 토너화상이 용지(P)로 중첩 전사되어, 용지(S) 위에는 칼라토너화상이 형성된다.

상기 정착기(170)는 도 3에 도시된 바와 같이, 칼라토너화상에 열과 압력을 가하여 용지에 융착시키는 것으로, 정착롤러(171)와 가압유닛(175)을 구비한다.

상기 정착롤러(171)는 칼라토너화상에 열을 가하는 것으로, 관상의 원통형 금속코어 파이프(172)와 상기 금속 코어 파이프(172)의 내측에 마련되어 외부전원(미도시)으로부터 전달된 전류를 이용하여 열을 발생하는 발열부(174)를 구비한다. 상기 금속 코어 파이프(172)의 외주면에는 탄성물질로 이루어져 토너화상과의 이격성을 좋게 하는 이형층(173)이 마련되어 있다.

상기 발열부(174)로부터 발생된 복사에너지(열)는 상기 금속 코어 파이프(172)의 내측에 충전되어 있는 공기를 통하여 상기 금속 코어 파이프(172)로 전달되며, 상기 금속 코어 파이프(172)의 내측면에 도포된 광열변환층(미도시)에 의해 열에너지로 변환되어 상기 금속 코터 파이프(172)를 가열하고, 열전도에 의해 상기 이형층(173)을 가열시켜 소정 정착온도로 승온시킨다.

상기 가압유닛(175)은 토너화상(T)이 전사된 용지(S)를 상기 정착롤러(171)쪽으로 소정압력으로 가압하는 것으로, 가압부재(176)와 정착벨트(181)를 구비한 다.

상기 가압부재(176)는 상기 정착벨트(181)가 순환 가능하도록 그 내측에서 지지하는 것으로, 가압롤러(176)와 지지부(177)를 구비한다.

상기 가압롤러(177)는 소정직경을 가지는 원통형상으로, 상기 정착벨트(181)의 일측을 회전가능하도록 지지하면서 상기 정착벨트(181)가 상기 정착롤러(171)와 접촉하도록 가압한다.

상기 지지부(178)는 상기 정착벨트(181)의 타측을 회전 가능하도록 지지하는 것으로, 소정간격을 두고 마련된 제1지지부(1781)와 제2지지부(1782)를 구비하고 있다. 상기 제1지지부(1781)와 제2지지부(1782)는 그 끝단에 각각 회전 가능하도록 지지되어 있으며, 순환하는 상기 정착벨트(181)와 접촉하면서 상기 정착벨트(181)를 지지하는 지지롤러(179)를 구비한다.

상기 지지롤러(179)는 도 4에 도시된 바와 같이, 원통형상으로 이루어져 있다. 도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 상기 지지롤러(279)는 원통형상에 소정간격으로 복수개의 십자형리브(280)가 마련되어 있으며, 상기 십자형리브(280)의 끝단은 원호형상으로 라운딩되어 있어 상기 정착벨트(181)와 접촉하여 지지할 수 있도록 되어 있다. 상기 지지롤러(279)에 상기 십자형리브(280)를 마련함으로써 상기 정착벨트(181)와 접촉하는 면적을 줄일 수 있는 이점이 있다.

상기와 같이 접촉면적을 줄일 수 있는 구조라면 십자형리브 이외에 다른 구조들도 적용될 수 있다.

상기 지지부(178)는 상기 정착롤러(171)와 대면하는 측에 상기 정착벨트 (181)를 순환할 수 있도록 지지하면서, 상기 정착롤러(171)쪽으로 가압하는 제1탄성부(180)가 마련되어 있다. 상기 제1탄성부(180)는 상기 정착롤러(171)의 외주형상과 형합할 수 있도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이는 상기 정착벨트(181)와 정착롤러(171)사이의 가압력을 유지할 수 있도록 하기 위해서이다.

상기 제1탄성부(180)는 용지(S)의 진행방향을 따라 갈수록 그 두께가 점차 두꺼워지도록 마련되어 있다.

상기 가압롤러(177)와 지지부(178)는 소정간격 이격되어 있으며, 상기 정착롤러(171)와 각각 접촉하는 부분사이의 닙각(σ)을 이룬다. 상기 가압롤러(177)와 지지부(178)에 의하여 상기 정착벨트(181)가 상기 정착롤러(171)와 접촉하면서 이루는 닙(N)은 상기 닙각(σ)에 대응하여 크기가 결정된다.

즉, 닙각(σ)이 작으면 닙(N)도 작아지고, 닙각(σ)이 커지면 닙(N)도 커진다. 그러므로, 상기 가압롤러(177)와 지지부(178)는 상기 정착벨트(181)를 순환 가능하도록 지지하면서, 상기 정착벨트(181)가 상기 정착롤러(171)와 접촉하는 닙(N)을 최대한 크게 할 수 있도록 상기 정착벨트(181)의 내측에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 정착벨트(181)는 기층 또는 기층 위에 이형층을 형성시키거나 기층에 탄성층을 형성시키고 그 위에 이형층을 형성시킬 수 있다. 기층재료는 PI(polyimide)와 같은 고분자재료나 니켈(Ni) 및 그 합금, 스테인레스강(Stainless Steel), 알루미늄(Al) 및 그 합금, 구리(Cu) 및 그 합금 등의 금속재료로 이루어질 수 있다.

상기 제 1탄성부(180)는 Si 고무, 우레탄 및 발포수지 등으로 이루어질 수 있다. 이형층은 불소계수지로 이루어질 수 있다.

상기 가압롤러(177)는 별도의 동력에 의하여 구동될 수 있으며, 이에 의하여 상기 정착벨트(181)도 순환될 수 있다. 상기 정착벨트(181)는 상기 정착롤러(171)에 접촉하면서 피동적으로 순환될 수도 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 2실시예에 따른 정착장치는 도 3에 도시된 일실시예에 따른 정착장치와 제1탄성부(180)의 구성을 제외하고는 구성이 동일하다. 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일부재를 나타내므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 3에 도시된 일실시예에 따른 상기 제1탄성부(180)는 용지(S)의 진행방향으로 따라 갈수록 그 두께가 두꺼워지도록 마련되어 있어, 동일한 탄성계수를 가지고 있지만 두께가 두꺼운 부분이 얇은 부분에 비하여 탄성변형이 더 일어날 수 있다.

상기 제1탄성부(180)가 용지(S)의 진행방향을 따라 가며 탄성변형이 달라지면서 상기 정착벨트(181)를 상기 정착롤러(171)쪽으로 가압하는 압력이 차이가 발생된다. 즉, 탄성변형이 많은 부분이 탄성변형이 적은 부분에 비하여, 상기 정착벨트(181)를 상기 정착롤러(171)쪽으로 가압하는 압력이 작게 된다.

따라서, 상기 제1탄성부(180)의 탄성변형을 동일하게 하기 위하여 두께가 두꺼운 부분에 상기 제1탄성부(180)의 탄성계수와 다른 탄성계수를 가지는 제2탄성부(190)를 설치한다. 이를 위하여, 상기 제2탄성부(190)의 탄성계수는 상기 제1탄성 부(180)의 탄성계수보다 큰 것이 바람직하다.

상기 제2탄성부(190)는 상기 제1탄성부(180)와 상기 지지부(178)사이에 마련되어 있다.

위에서, 본 발명에 따른 상기 정착장치(170)를 싱글패스방식 칼라화상형성장치에 적용하는 예를 설명하였으나, 화상형성장치는 싱글패스방식에 한정되는 것은 아니면 전자사진방식 화상형성장치의 경우에는 모두 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정착장치는

첫째, 정착벨트를 이용하여 닙 폭을 확대시킴으로써 인쇄속도 대비하여 토너화상이 전사된 용지의 닙체류 시간을 증가시킬 수 있으며,

둘째, 닙 가압력의 감소가 가능하여 부품수명의 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 발열부를 구비하는 정착롤러와;

   가압부재에 의하여 지지되어 순환되면서, 상기 가압부재에 의하여 상기 정착롤러와 접촉하는 정착벨트를 구비하는 가압유닛을 구비하며,

   상기 가압부재는

   소정직경인 가압롤러와

   상기 정착벨트와 접촉하도록 마련되어 상기 정착벨트가 안정적으로 순환되도록 지지하는 복수의 지지롤러를 구비하는 지지부와, 상기 지지부에 지지되어 상기 정착벨트를 상기 정착롤러 쪽으로 밀착시키는 제1탄성부를 구비하는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 지지롤러는

   십자형 단면을 가지는 복수의 리브를 구비하여, 상기 정착벨트와 접촉하는 전체접촉면적을 줄 인 것을 특징으로 하는 정착장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 제1탄성부의 두께가 두꺼운 부분에 다른 탄성계수를 가지는 제2탄성부를 더 마련하여, 상기 정착벨트와 접촉하는 면을 따라 일정한 탄성변형이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 정착장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제2탄성부는 상기 탄성부와 지지부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 정착장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 서로 다른 색상의 토너화상이 각각 형성되는 복수의 감광체를 구비하는 현상기와, 상기 복수의 감광체와 대면되어 순환주행하면서 서로 다른 색상의 토너화상이 전사될 용지를 지지하는 반송벨트와, 토너화상을 용지에 융착시키는 정착장치를 구비하는 화상형성장치에 있어서,

   상기 정착장치는

   발열부를 구비하는 정착롤러와;

   가압부재에 의하여 지지되어 순환되면서, 상기 가압부재에 의하여 상기 정착롤러와 접촉하는 정착벨트를 구비하는 가압유닛을 구비하며,

   상기 가압부재는

   소정직경인 가압롤러와

   상기 정착벨트와 접촉하도록 마련되어 상기 정착벨트가 안정적으로 순환되도록 지지하는 복수의 지지롤러를 구비하는 지지부와, 상기 지지부에 지지되어 상기 정착벨트를 상기 정착롤러 쪽으로 밀착시키는 제1탄성부를 구비하는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 지지롤러는

    십자형 단면을 가지는 복수의 리브를 구비하여, 상기 정착벨트와 접촉하는 전체접촉면적을 줄 인 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 제1탄성부의 두께가 두꺼운 부분에 다른 탄성계수를 가지는 제2탄성부를 더 마련하여, 상기 정착벨트와 접촉하는 면을 따라 일정한 탄성변형이 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제2탄성부는 상기 탄성부와 지지부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.

Images