KR101511499B1

KR101511499B1 - 정착장치 및 이를 구비한 화상형성장치

Info

Publication number: KR101511499B1
Application number: KR1020070107223A
Authority: KR
Inventors: 정창훈; 이동우; 김태규; 신수호; 설동진; 김환희
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2015-04-16
Also published as: JP5441379B2; US20090110451A1; KR20090041615A; EP2053472A1; JP2009104114A; US7773931B2

Abstract

본 발명에 의한 정착장치는 가압유닛; 상기 가압유닛과 외접하며 회전 주행하는 벨트유닛; 상기 가압유닛과 상기 벨트유닛의 접촉부위에 닙을 형성하는 닙형성유닛; 상기 닙형성유닛과 상기 벨트유닛을 가열하는 가열유닛; 및 상기 닙형성유닛을 일정하게 가압 지지하며, 상기 벨트유닛의 주행방향에 대하여 사선방향으로 형성된 다수의 열투과부를 갖춘 지지유닛;을 포함한다. 상기 지지유닛은 강성 보강을 위한 아치형 보강부재를 구비하며, 상기 보강부재에 상기 열투과부가 1열 또는 2열 이상으로 배치된다. 따라서, 기록매체의 폭방향으로 일정한 닙을 확보할 수 있으며, 또 벨트유닛이 기록매체의 폭방향으로 균일하게 가열될 수 있다.

화상, 정착, 벨트, 가압, 가열, 롤러, 닙, 발열체, 히터, 필름, 복사열

Description

정착장치 및 이를 구비한 화상형성장치{FUSING DEVICE AND IMAGE FORMING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 화상형성장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 현상제 화상을 기록매체에 정착시키는 개선된 구조의 벨트형 정착장치 및 이를 구비한 화상형성장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자사진 프로세스를 이용하는 프린터, 복사기, 복합기 등과 같은 화상형성장치는 전사장치에 의해 기록매체에 전사된 현상제 화상을 가열·가압하여 반영구적으로 고착시키는 정착장치를 구비한다. 이와 같은 정착장치로는 롤러형 정착장치와 벨트형 정착장치가 알려져 있다.

정착장치에서 요구되는 주요 기술적 사항으로는 승온 성능과 정착 성능 등이 있다. 고속 승온을 위해서는 가열부의 열용량을 작게 해야 한다. 토너 정착성에 영향을 주는 주요 인자로는 온도, 가압력, 닙(nip) 폭 등이 있다. 정착온도는 cold offset과 hot offset 온도 범위 내에서 높을수록 정착성이 우수하고, 가압력과 닙 폭은 클수록 정착성에 도움이 된다.

도 1은 일반적인 롤러형 정착장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 일반적인 롤러형 정착장치는 서로 밀착되어 회전하는 가압롤러(10) 및 가열롤러(20)와, 가열롤러(20)의 내부에 설치된 가열부재(30) 등을 구비한다. 이러한 정착장치는 가열부재(30)의 열용량이 크고, 가열부재가 가열롤러(20) 전체를 가열하므로 승온 시간이 길어지며, 가압롤러(10)와 가열롤러(20)가 접하는 면에서 닙부(N)가 형성되므로 닙의 폭이 작은 단점이 있다.

도 2는 승온 속도를 개선하기 위해 제안된 종래의 벨트형 정착장치를 개략적으로 나타낸다. 이 정착장치는 가압롤러(10), 가압롤러(10)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 정착벨트(40), 정착벨트(40)의 회전을 안내하도록 정착벨트(40)의 내부에 설치된 가이드부재(50) 및 가이드부재(50)에 설치되어 정착벨트(40)의 닙부(N)를 가열하는 가열부재(60) 등을 구비한다.

이와 같은 벨트형 정착장치는 가열부재(60)의 열용량이 적고 닙부(N)만을 가열하는 국부 가열방식이므로, 도 1의 롤러형 정착장치에 비해서 승온 대기 시간을 단축시킬 수 있으며, 닙부(N)의 폭을 넓힐 수 있는 장점이 있다. 그러나, 가열부재(60)가 닙부(N)에 설치되어 가압롤러(10)에 의해 가압 받는 구조이므로 가압롤러(10)의 가압력이 가열부재(60)의 내구 강도 이내로 제한되는 단점이 있다. 이에 따라 닙부(N)에서의 가압력을 크게 하지 못함으로써 가압력 부족에 의한 정착 불량이 발생될 수 있다. 한편, 정착성 향상을 위해 닙부(N)에서의 가압력을 크게 하는 경우, 가압 및 열변형에 의한 가열부재(60)의 파손이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 고속 승온 및 기록매체의 폭방향으로 안정적인 닙을 확보하면서도 벨트유닛을 기록매체의 폭방향으로 균일하게 가열할 수 있는 정착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 정착장치를 구비함으로써 고속 승온 및 열적 안정성을 확보하여 고속 인쇄가 가능한 화상형성장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 정착장치는, 가압유닛; 상기 가압유닛과 외접하며 회전 주행하는 벨트유닛; 상기 가압유닛과 상기 벨트유닛의 접촉부위에 닙을 형성하는 닙형성유닛; 상기 닙형성유닛과 상기 벨트유닛을 가열하는 가열유닛; 및 상기 닙형성유닛을 일정하게 가압 지지하며, 상기 벨트유닛의 주행방향에 대하여 사선방향으로 형성된 다수의 열투과부를 갖춘 지지유닛;을 포함한다.

또, 본 발명의 정착장치는, 상기 가압유닛이 회전 가능한 롤러부재로 구성될 수 있으며, 상기 벨트유닛이 상기 롤러부재로부터 회전력을 전달받아 회전 주행하는 벨트부재로 구성될 수 있다.

또, 본 발명의 정착장치는, 상기 지지유닛이 상기 닙형성유닛의 양단에 대응하는 양측 지지부재; 및 상기 양측 지지부재를 연결하는 보강부재;를 포함할 수 있다. 상기 보강부재는 상기 다수의 열투과부를 제공하기 위하여 보강부재의 길이방 향을 따라 일정간격을 두고 배열된 다수의 사선형 보강리브를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 보강부재는 아치형으로 형성될 수 있으며, 상기 양측 지지부재와 상기 보강부재는 일체로 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 정착장치는, 상기 열투과부의 폭을 w, 높이를 h, 보강리브의 두께를 t, 상기 벨트유닛의 주행방향과 보강리브가 이루는 각도를 θ라고 할 때, 상기 지지유닛이 다음 식 (1)을 만족하도록 구성되는 것이 바람직하다. tanθ = (w+t)/h ------ 식 (1)

또, 본 발명의 정착장치는, 상기 지지유닛의 열투과부가 2열 또는 그 이상의 열로 배치될 수 있다.

또, 본 발명의 정착장치는, 상기 닙형성유닛이 상기 가열유닛의 복사열을 집열하는 구조의 몸체부; 및 상기 몸체부에 연결되며 상기 벨트유닛과 접촉하는 닙부;를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 몸체부는 상기 지지유닛의 열투과부에 대응하는 부분이 개방될 수 있다. 대안적으로 상기 몸체부는 닙형성유닛의 강성 보강을 위한 아치형 보강부를 구비할 수 있다. 이 때, 상기 보강부에는 상기 지지유닛의 열투과부에 대응하는 다수의 제 2 열투과부가 형성될 수 있다. 상기 제 2 열투과부는 2열 또는 그 이상의 열로 배치될 수 있다.

또, 본 발명의 정착장치는, 상기 닙형성유닛의 닙부와 상기 지지유닛의 양측 지지부재 사이에 개재되어 상기 닙형성유닛의 열이 상기 지지유닛으로 전달되는 것을 억제하는 단열부재를 더 포함할 수 있으며, 상기 단열부재는 상기 벨트유닛과의 접촉면이 곡면 처리되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 정착장치는, 회전 가능한 가압롤러; 상기 가압롤러로부터 회전력을 전달받아 회전 주행하는 정착벨트; 상기 가압롤러와 상기 정착벨트의 접촉부위에 닙을 형성하기 위하여 상기 정착벨트와 내접하는 닙부를 구비한 닙형성부재; 상기 정착벨트의 내부 대략 중앙부에 위치하며, 상기 닙형성부재와 상기 정착벨트를 가열하는 가열부재; 상기 정착벨트의 내측에 위치하며, 상기 닙형성부재의 닙부 양측을 상기 가압롤러 측으로 가압 지지하는 양측 지지부재; 및 상기 양측 지지부재의 강성 보강을 위하여 양측 지지부재를 연결하는 아치형 부재로써, 상기 가열부재의 복사열이 상기 정착벨트로 균일하게 전달되도록 하기 위하여, 상기 벨트유닛의 진행방향에 대하여 사선방향으로 형성된 다수의 열투과부를 구비한 보강부재;를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 화상형성장치는, 정전잠상이 형성되는 감광매체; 상기 감광매체의 정전잠상을 현상제로 현상하는 현상장치; 상기 감광매체의 현상제 화상을 기록매체로 전사하는 전사장치; 및 상기 기록매체에 전사된 현상제 화상을 정착하는 상술한 바와 같은 특징을 가지는 정착장치;를 포함한다.

본 발명의 정착장치 및 화상형성장치에 의하면, 닙 이외의 부분에서는 가열유닛에서 방사된 열이 벨트유닛을 직접 가열하고, 닙형성유닛에 집열된 열에 의해 닙를 가열함으로써, 가열유닛의 열용량을 적게 하면서도 가열유닛에서 방사된 열을 효율적으로 이용할 수 있으므로 고속 승온 및 열적 안정성을 확보하여 고속 인쇄가 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 지지유닛이 닙형성유닛의 닙부를 축방향을 따라서 균일하게 지지하는 동시에 가압유닛과 대응하는 방향으로 가압함으로써, 안정된 닙 폭을 확보하여 정착성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 닙형성유닛으로부터 지지유닛으로 전달되는 열을 차단하는 단열부재를 구비함으로써 닙부에서 벨트유닛의 승온 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 지지유닛이 보강부재를 구비함으로써 닙형성유닛을 일정하게 가압할 수 있음과 아울러 상기 보강부재에 형성된 다수의 사선형 열투과부에 의해 가열유닛의 복사열이 벨트유닛으로 균일하게 전달됨으로써 벨트유닛에 기록매체의 폭방향으로 온도 편차가 발생하지 않아 정착성을 향상시킬 수 있다. 즉 벨트유닛이 회전하면서 가열유닛에 의해 가열되는 시간이 벨트유닛의 폭방향으로 균일하므로 벨트유닛의 온도 편차가 감소하고 따라서 균일한 정착이 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 정착장치 및 이를 구비하는 화상형성장치의 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 정착장치의 단면도, 도 4는 도 3에서 벨트유닛을 제거한 상태의 정면도, 그리고, 도 5는 도 4의 평면도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 정착장치 는, 가압유닛(100), 상기 가압유닛(100)과 외접한 상태로 회전 주행하는 벨트유닛(200), 상기 가압유닛(100)과 상기 벨트유닛(200)의 접촉부위에 닙(N)을 형성하도록 상기 벨트유닛(200)과 내접한 상태로 설치되는 닙형성유닛(300), 상기 벨트유닛(200)의 내부에서 상기 닙형성유닛(300)과 상기 벨트유닛(200)을 가열하는 가열유닛(400) 및 상기 닙형성유닛(300)을 상기 가압유닛(100) 측으로 가압, 지지하여 기록매체(P)의 폭방향으로 일정한 닙을 형성하도록 하는 지지유닛(500) 등을 구비한다.

상기 가압유닛(100)은 상기 벨트유닛(200)과 함께 닙(N)을 형성하고 기록매체(P)를 벨트유닛(200)에 압접시키는 긴 원통형 롤러부재이다. 도시예에서는 가압유닛(100)으로서 롤러부재가 도시되어 있으나, 이 롤러부재는 가압유닛(100)의 한 예에 불과하며, 가압유닛(100)으로서 상기한 롤러형 이외에도 벨트형이나 패드형 등이 사용 가능하다. 그러나, 기록매체(P)의 이송시 슬립 발생 등을 고려하면 본 실시예와 같은 회전하는 롤러형 가압유닛(100)의 경우가 기록매체 이송시의 슬립이 거의 발생하지 않으므로 적합하다. 한편, 상기 가압유닛(100)의 회전축(100a)과 정착장치 프레임(도시되지 않음) 사이에는 가압유닛(100)을 벨트유닛(200) 측으로 탄성 지지하는 탄성부재가 구비되나 도면에서는 도시를 생략하였다.

상기 벨트유닛(200)은 상기 가압유닛(100)로부터 회전력을 전달받아 회전 주행하는 벨트부재('정착벨트'라고도 함)를 포함한다. 상기 벨트유닛(200)은 가압유닛(100)의 길에 대응되는 폭을 가지며, 내열성 재질로 이루어진다. 보다 구체적으로는 모노 화상형성장치의 경우, 상기 벨트유닛(200)은 금속 또는 내열성 폴리머로 이루어진 단층 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 금속은 SUS나 니켈 등이며, 내열성 폴리머는 폴리이미드 등일 수 있다. 대안적으로, 상기 벨트유닛(200)은 다층 구조로 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 벨트유닛(200)의 내주면에 테프론 수지를 코팅하여 내마모층을 형성하고, 외주면에는 컬러 인쇄의 경우에 대응하기 위해 실리콘이나 고무 등의 탄성층을 형성한 다층 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 벨트유닛(200)의 주행을 원할하게 하기 위해 내면에 윤활제를 도포할 수도 있다.

또한, 상기 벨트유닛(200)은 원활한 회전 주행을 위하여 일정한 텐션을 가지며, 가압유닛(100)과 벨트유닛(200) 사이에는 기록매체(P)에 전사된 현상제 화상의 정착에 필요한 일정한 가압력이 존재한다. 상기 가압력은 후술되는 지지유닛(500)에 의해 벨트유닛(200)의 폭 전면에서 균일하게 작용한다. 본 실시예에서는 벨트유닛(200)이 가압유닛(100)의 구동에 의해 피동되는 구성을 예시하였으나, 벨트유닛(200)을 구동하기 위한 별도의 구동장치를 구비할 수도 있다. 또한, 벨트유닛(200)을 회전 구동시키고 상기 가압유닛(100)을 상기 벨트유닛(200)의 회전에 피동하도록 구성할 수도 있다.

상기 닙형성유닛(300)은 상기 가열유닛(400)으로부터의 복사열을 집열할 수 있도록 형성된 몸체부(310) 및 가압유닛(100)과 벨트유닛(200)의 접촉부위에 닙(N)을 형성하도록 마련된 닙부(320)를 포함한다. 또한, 상기 몸체부(310)는 닙형성유닛(300)의 강성 보강을 위한 아치형 보강부(330)를 구비한다. 상기 보강부(330)에 의해 닙형성유닛(300)의 강도가 보강됨으로써, 기록매체(P)의 폭방향으로 일정한 닙(N)이 형성될 수 있다.

상기 보강부(330)에는 도 6b에 도시된 바와 같이, 보강부(330)의 내부에 위치한 가열유닛(400)의 복사열이 벨트유닛(200)으로 직접 전달되도록 하기 위한 다수의 제 2 열투과부(330a)가 형성된다. 상기 다수의 제 2 열투과부(330a)는 가열유닛(400)의 복사열이 벨트유닛(200)을 가열할 때, 폭방향으로 균일하게 가열되도록 사선형으로 형성된다. 이러한 사선형 제 2 열투과부(330a)을 형성하기 의해 보강부(330)는 벨트유닛(200)의 주행방향에 대하여 사선방향으로 배치된 다수의 보강리브(330b)를 구비한다. 이러한 제 2 열투과부(330a)는 후술되는 지지유닛(500)에 구비되는 제 1 열투과부과 동일한 구조 및 작용을 하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

상기 몸체부(310)는 가열유닛(400)에서 방사되는 복사열을 집열할 수 있도록 구성되며, 이렇게 집열한 열에너지를 상기 닙부(320)로 전달한다. 또한, 상기 몸체부(310)에는 하나 이상의 슬릿이 형성되어 가열유닛(400)으로부터 닙부(320)로 직접 복사열이 전달될 수 있도록 되어 있다. 이러한 닙형성유닛(300)은 열전도율이 우수한 알루미늄, 구리 등의 금속재질 또는 그 합금으로 형성된다.

한편, 도 3의 실시예에서는 설치의 편의를 위하여 닙부(320)와 몸체부(310)를 별도로 구성하여 결합한 닙형성유닛(300)을 예시하고 있으나, 부재간의 접촉 열저항을 감소시키기 위하여, 몸체부(310)와 닙부(320)를 일체로 형성할 수도 있다. 또한, 도면에는 나타내지 않았으나, 상기 닙부(320)의 가압유닛(100)과 대향하는 면을 가압유닛(100)의 외주면과 대응하는 곡면으로 형성함으로써 기록매체(P)와의 밀착성을 높여 정착성을 향상시키도록 구성할 수도 있다.

상기 가열유닛(400)은 상기 벨트유닛(200) 내부의 대략 중앙부에 위치하도록 설치된다. 즉, 가열유닛(400)은 벨트유닛(200) 내면의 적어도 일부와 닙형성유닛(300)의 적어도 일부면에 복사열이 직접 전달될 수 있는 위치에 설치된다. 상기 가열유닛(400)은 외부에서 전원을 인가받아 열을 발생시켜 닙형성유닛(300)을 가열함과 동시에 벨트유닛(200)을 가열한다. 이러한 가열유닛(400)으로는 램프 히터, 전열선 또는 저항 패턴이 구비된 면상발열체 등이 이용될 수 있으며, 원통형의 할로겐 램프가 바람직하게 이용된다. 한편, 정착장치는 상기 가열유닛(400)의 혹은 벨트유닛(200)의 온도를 감지하기 위한 온도 센서와 온도 센서에 의해 감지된 가열유닛(400) 혹은 벨트유닛(200)의 온도 제어를 위한 온도 제어부 등을 구비할 수 있으나, 도면에서는 도시를 생략하였다.

상기 지지유닛(500)은 상기 닙형성유닛(300)의 닙부(320)를 지지 및 가압하도록 소정의 강성을 가지는 구조물이다. 이러한 지지유닛(500)은 스테인레스나 스프링 강 등과 같은 강도가 우수한 금속재질로 형성된다. 상기 지지유닛(500)의 역할은 닙형성유닛(300), 특히 닙부(320)를 양측면에서 지지하는 동시에 가압유닛(100)과 대응되는 방향으로 가압함으로써 축방향으로 균일한 닙이 형성되도록 하는 것이다.

보다 구체적으로, 상기 지지유닛(500)은 화상형성장치의 정착장치 프레임(도시되지 않음)에 설치되며, 지지유닛(500)과 정착장치 프레임 사이에 개재된 스프링(도시되지 않음)에 의해 지지유닛(500)의 양단에 집중 하중이 발생된다. 그런데, 지지유닛(500)이 소정의 강성을 가지기 때문에 닙형성유닛(300)의 축방향을 따라 고르게 가압됨으로써 균일한 닙 폭과 가압력을 유지하여 양호한 정착성을 확보할 수 있다.

한편, 상기 지지유닛(500)의 강성이 적은 경우에는 휨이 발생하여 닙형성유닛(300)을 고르게 가압할 수 없다. 즉, 지지유닛(500)의 양단에 작용하는 힘에 의한 벤딩 변형(bending deflection)을 억제할 수 있도록 지지유닛(500)은 벤딩 강도(bending strength)가 요구되며, 이를 위해서는 단면 관성 모멘트(moment of inertia of cross sectional area)가 커야한다.

상기와 같은 점을 감안하여, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 지지유닛(500)을 도 6a에 나타낸 바와 같이, 닙형성유닛(300)의 닙부(320) 양측에 대응되는 양측 지지부재(510,520)와 상기 양측 지지부재(510,520)를 연결하여 강성을 보강하는 보강부재(530)를 구비하도록 구성한다.

상기 보강부재(530)는 아치형으로 형성될 수 있으며, 이 보강부재(530)에 의해 지지유닛(500)의 강성이 증대됨으로써 휨이 발생되지 않아 닙형성유닛(300)의 가압시 그 길이방향으로 일정한 힘이 작용하여 벨트유닛(200)과 가압유닛(100) 사이에는 기록매체(P)의 폭방향으로 일정하고 균일한 닙(N)이 형성될 수 있다.

상기와 같은 보강부재(530)를 구비한 지지유닛(500)의 경우, 지지유닛의 강성 증대에는 효과적이나, 보강부재(530)가 가열유닛(400)과 벨트유닛(200) 사이에 위치됨으로써 가열유닛(400)의 복사열이 벨트유닛(200)으로 전달되는 것을 방해한다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 정착장치에서는, 상기 보강부재(530)에 다수의 열투과부(530a)를 형성하여 가열유닛(400)의 복사열이 벨트유 닛(200)으로 균일하게 전달되도록 하고 있다.

본 실시예에서는, 상기 다수의 열투과부(530a)가 벨트유닛(200)의 주행방향에 대하여 사선방향으로 형성되어 있으며, 이를 위하여 상기 보강부재(530)는 도 6a에 도시된 바와 같이, 보강부재(530)의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 배치된 다수의 사선형 보강리브(530b)를 구비하고 있다.

상기 보강부재(530)의 열투과부(530a)를 사선형으로 형성하지 않고, 예컨대, 도 7에 나타낸 바와 같이, 다수의 사각형으로 형성하는 경우, 벨트유닛(200)이 균일하게 가열되지 못한다. 즉, 사각형 열투과부(530a')를 형성하기 위해 제공된 벨트유닛(200)의 주행방향과 같은 방향의 보강리브(530b')가 위치하는 곳은 복사열이 전달되지 않음으로써, 벨트유닛(200)의 폭방향으로 온도편차가 존재하게 되고, 이러한 벨트유닛(200)의 온도 편차에 따라, 기록매체(P)의 정착도도 차이가 나게 된다. 도 7에서 기록매체(P)에 현상제 화상이 정착된 상태를 보면, 열투과부(530a')에 해당하는 부분과 보강리브(530b')에 해당하는 부분의 정착된 상태가 다름을 알 수 있다(도면에서 회색과 하얀색으로 구분됨).

한편, 열투과부(530a)를 본 실시예와 같이 사선형으로 마련하는 경우, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 벨트유닛(200)의 폭방향 전체에 결쳐 가열유닛(400)의 복사열이 균일하게 전달될 수 있다. 물론, 보강리브(530b)가 전혀 없는 것에 비하여, 벨트유닛(200)이 1회전 할 때의 가열온도는 낮으나, 적어도 벨트유닛(200)의 폭방향으로의 온도 편차는 없어지게 된다. 따라서, 벨트유닛(200)의 온도 편차에 의해 발생되는 정착불량을 해소할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 지지유닛(500)이 안정적 인 닙 확보를 위한 보강부재(530)를 구비하면서도 상기 보강부재(530)에 의해 발생될 수 있는 정착 불량을 사선형 열투과부(530a)라는 구조를 채용하여 해소하는 것이다.

벨트유닛(200)을 균일하게 가열할 수 있는 가장 바람직한 보강부재(530)의 열투과부(530a) 구조를 도 8a를 참조하여 설명한다. 도 8a는 벨트유닛의 주행 방향을 따라서 보강부재(530)를 펼친 상태를 부분적으로 확대하여 나타낸 것이다.

도면에서 첨자 n 및 n+1은 보강부재(530)의 전체 열투과부 중에서 서로 인접하는 열투과부들(530a)이다. n번째 열투과부(530a)는 An-Bn-Cn-Dn으로 구성되고, n+1번째 열투과부(530a)는 An+1-Bn+1-Cn+1-Dn+1로 구성된다. 보강리브(530b)는 서로 평행하게 배열되어 있으며, 펼쳐진 열투과부(530a)의 형태는 평행사변형이다. 열투과부(530a)는 폭이 w, 높이가 h이다. 보강리브(530b)의 두께는 t이고, 벨트유닛(200)의 주행방향으로 가열유닛(400)의 복사열을 차단하는 길이는 d이다. 상기 t,d는 보강리브(530b)가 벨트유닛(200)의 주행방향과 이루는 각도가 θ인 경우, 다음과 같은 관계를 갖는다.

tanθ = t/d

n번째 열투과부의 모서리 Dn과 n+1번째 열투과부의 모서리 An+1이 벨트유닛(200)의 주행방향으로 동일선상에 위치하는 조건일 경우에 벨트유닛(200)의 한 지점이 1회전하면서 열투과부를 지나가는 시간은 일정하다. 이러한 조건을 θ, w, t로 나타내면 다음 식 (1)과 같다.

tanθ = (w+t)/h -----식 (1)

열투과부(530a)의 폭 w는 0보다 크다. 위의 조건을 만족하는 경우, 벨트유닛(200)이 복사열을 받는 열투과부(530a)의 길이는 (h-d)로서 모두 동일하다. 즉, 벨트유닛(200)의 내면이 회전하면서 가열유닛(400)에 노출되는 시간은 (h-d)를 통과하는 시간으로서, 모든 영역에서 동일하므로, 닙에 진입하기 전에 벨트유닛이 받는 복사열은 동일하고, 따라서, 온도가 균일하다.

위의 조건을 만족하는 경우가 가장 바람직한 경우이며, 열투과부의 형상을 벨트유닛의 주행방향에 대하여 사선형으로 배치하는 경우, w, h, θ의 조건에 따라 다소의 차이는 있으나, 벨트유닛의 모든 영역을 가열할 수 있음을 도 8b 내지 도 8f를 통하여 확인할 수 있었다.

도 8b는 w/h < tanθ < (w+t)/h의 조건에서 열투과부의 길이의 변화를, 도 8c는 tanθ = w/h의 조건에서 열투과부의 길이의 변화를, 도 8d는 tanθ < w/h의 조건에서 열투과부의 길이의 변화를, 도 8e는 (w+t)/h < tanθ < (w+2t)/h의 조건에서 열투과부의 길이의 변화를, 그리고, 도 8f는 tanθ = (w+2t)/h의 조건에서 열투과부의 길이의 변화를 각각 나타낸 것이다. 도 8a 내지 도 8f에서 굵은 화살표는 벨트유닛의 주행방향을 나타낸다.

상기 도 8a 내지 8f에 도시된 바와 같이, 열투과부의 높이 h가 크고, 가열유닛의 복사열을 차단하는 길이 d가 작을수록 편차가 감소함을 알 수 있다. 상기 d는 t가 작고 θ가 클수록 작아진다.

한편, 앞에서 언급한 닙형성유닛(300)의 보강부(330)에 구비된 제 2 열투과부(330a)의 구조도 상술한 지지유닛(500)에 마련된 보강부재(530)의 열투과 부(530a)의 구조와 같으며, 닙형성유닛(300)의 제 2 열투과부(330a)는 상기 지지유닛(500)의 열투과부(530a)에 대응하는 위치에 각각 존재한다.

도 9a 및 도 9b는 지지유닛(500A) 및 닙형성유닛(300A)의 변형예를 각각 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 지지유닛(500A)은 열투과부(530aA)가 2열로 배치되어 있으며, 닙형성유닛(300A)도 제 2 열투과부(330aA)가 2열로 배치되어 있다. 상기와 같은 열투과부의 2열 배치를 제외한 다른 구성은 앞서 설명한 지지유닛(500) 및 닙형성유닛(300)과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 상기 열투과부들은 본 변형예와 같은 2열 이외에도 3열 또는 4열로 배치될 수도 있다.

다시 도 3 및 4를 참조하면, 본 발명의 정착장치는 닙형성유닛(300)의 닙부(320)와 지지유닛(500)의 양측 지지부재(510)(520) 사이에 개재되어 상기 닙부(320)의 열이 지지부재(510)(520)로 전달되는 것을 억제하는 단열부재(600)를 구비한다. 상기 단열부재(600)는 열전도율이 낮은 고무, 내열성 수지, 세라믹 또는 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 이러한 단열부재(600)를 설치하면, 초기 승온시 닙형성유닛(300)의 닙부(320)로부터 지지부재(510)(520)로의 방열이 억제됨으로써 승온 시간이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 단열부재(600)가 설치되는 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 단열부재(600)가 상기 닙형성유닛(300)의 닙부(320)와 접촉하고, 그 단열부재(600)를 양측 지지부재(510)(520)가 가압하는 구조로 된다. 한편, 상기 단열부재(600)는 상기 벨트유닛(200)과 접촉하는 면이 곡면으로 형성됨으로써 벨트유닛(200)이 원활히 주행할 수 있도록 한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정착장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 11a 및 11b는 도 10에서 지지유닛 및 닙형성유닛을 발췌하여 나타낸 도면이다.

도 10 및 11a,b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 정착장치는, 닙형성유닛(300)의 몸체부(310)가 보강부를 구비하지 않고 그 부분이 완전히 개방되어 있다는 점이 상술한 일 실시예와 다른 점이다. 이와 같은 본 실시예의 정착장치는, 앞서 설명한 일 실시예와 비교하여 닙형성유닛(300)의 제작이 용이하다는 장점이 있다. 그외 다른 구성 및 작용효과는 앞서 설명한 일 실시예와 동일하므로 여기서는 구체적인 설명은 생략한다.

도 12a 및 12b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 정착장치의 지지유닛(500A)의 변형예로서, 그 구체적인 구성은 도 9a와 동일하다. 즉, 도 11a와 비교하여 다수의 열투과부(500aA)가 2열로 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도시하지는 않았으나, 본 실시예에서도 열투과부(500aA)는 2열 이상으로 배치될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 정착장치는, 벨트유닛(200)의 내부에 위치하여 닙형성유닛(300)을 가압 지지하는 지지유닛(500)이, 강성 증대를 위한 보강부재(530)를 구비함으로써 기록매체(P)의 폭방향으로 일정한 닙을 확보할 수 있으며, 또한, 상기 보강부재(530)에 다수의 사선형 열투과부(530a)가 배치됨으로써 벨트유닛(200)이 기록매체의 폭방향으로 균일하게 가열될 수 있다. 따라서, 가압유닛(100)과 벨트유닛(200)의 닙를 통과하는 기록매체(P)에 전사된 현상제 화상을 보다 효과적으로 열압착하여 정착시킬 수 있다.

도 13은 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 여러 실시예들 중 하나의 정착장치가 채용된 화상형성장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 화상형성장치는 급지장치(1), 소정의 정전잠상이 형성되는 감광매체(2), 감광매체(2)의 정전잠상을 현상제로 현상하는 현상장치(3), 현상장치(3)에 의해 현상된 감광매체(2)상의 현상제 화상을 기록매체(P)로 전사시키는 전사장치(4), 기록매체(P)에 전사된 현상제 화상을 정착시키는 정착장치(5) 및 배지장치(6) 등을 구비한다.

상기 급지장치(1), 감광매체(2), 현상장치(3), 전사장치(4) 및 배지장치(6)의 구성 및 작용은 이미 공지된 기술로 이해 가능하므로 여기서는 구체적인 설명은 생략한다. 상기 정착장치(5)는 도 3 내지 도 12에 도시하고 설명한 바와 같은 특징을 가진다. 따라서, 본 발명에 의한 화상형성장치는 최근의 고속화 요구에 부응하여 사용자 선호도 측면에서 만족스러운 제품을 제공할 수 있다.

본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 롤러형 정착장치의 개략적인 단면도,

도 2는 일반적인 벨트형 정착장치의 개략적인 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 정착장치의 개략적인 단면도,

도 4는 도 3의 정착장치에서 벨트유닛을 제거한 상태의 정면 사시도,

도 5는 도 4의 평면도,

도 6a 및 6b는 도 3의 정착장치에 적용된 지지유닛 및 닙형성유닛의 구조를 설명하기 위한 도면,

도 7은 본 발명에 의한 사선형 열투과부를 가지는 보강부재의 작용을 설명하기 위하여 인용한 사각형 열투과부가 형성된 보강부재를 가지는 지지유닛을 채용한 정착장치의 개략적인 도면,

도 8a 내지 8f는 벨트유닛이 균일하게 가열되는 지지유닛의 최적 조건을 설명하기 위하여 나타낸 도면들,

도 9a 및 9b는 지지유닛 및 닙형성유닛의 변형예를 설명하기 위한 도면,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정착장치의 개략적인 단면도,

도 11a 및 11b는 도 10의 정착장치에 적용된 지지유닛 및 닙형성유닛의 구조를 설명하기 위한 도면,

도 12a 및 12b는 지지유닛 및 닙형성유닛의 변형예를 설명하기 위한 도면, 그리고,

도 13은 본 발명의 정착장치를 채용한 화상형성장치를 개략적으로 나타낸 단 면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1;급지장치 2;감광매체

3;현상장치 4;전사장치

5;정착장치 6;배지장치

100;가압유닛 200;벨트유닛

300;닙형성유닛 310;몸체부

320;닙부 330;보강부

330a;제 2 열투과부 330b,530b;보강리브

400;가열유닛 500;지지유닛

510,520;양측 지지부재 530;보강부재

530a;열투과부 600;단열부재

Claims

가압유닛;

상기 가압유닛과 외접하며 회전 주행하는 벨트유닛;

상기 가압유닛과 상기 벨트유닛의 접촉부위에 닙을 형성하는 닙형성유닛;

상기 닙형성유닛과 상기 벨트유닛을 가열하는 가열유닛; 및

상기 닙형성유닛을 일정하게 가압 지지하며, 상기 벨트유닛의 주행방향에 대하여 사선방향으로 형성된 다수의 열투과부를 갖춘 지지유닛;을 포함하며,

상기 닙형성유닛은,

상기 가열유닛의 복사열을 집열하는 구조의 몸체부; 및

상기 몸체부에 연결되며 상기 벨트유닛과 접촉하는 닙부;를 포함하는 정착장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가압유닛은 회전 가능한 롤러부재를 포함하며, 상기 벨트유닛은 상기 롤러부재로부터 회전력을 전달받아 회전 주행하는 벨트부재를 포함하는 정착장치.
제 1 항에 있어서, 상기 지지유닛은,

상기 닙형성유닛의 양단에 대응하는 양측 지지부재; 및

상기 양측 지지부재를 연결하는 보강부재;를 포함하며,

상기 보강부재는 상기 다수의 열투과부를 제공하기 위하여 보강부재의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 배열된 다수의 사선형 보강리브를 포함하는 정착장치.
제 3 항에 있어서,

상기 보강부재는 아치형이며, 상기 양측 지지부재와 상기 보강부재는 일체로 형성된 정착장치.
제 3 항에 있어서,

상기 열투과부의 폭을 w, 높이를 h, 보강리브의 두께를 t, 상기 벨트유닛의 주행방향과 보강리브가 이루는 각도를 θ라고 할 때, 상기 지지유닛이 다음 식 (1)을 만족하도록 구성된 정착장치.

tanθ = (w+t)/h ------ 식 (1)
제 1 항에 있어서,

상기 지지유닛의 열투과부가 2열 또는 그 이상의 열로 배치된 정착장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 몸체부는 상기 지지유닛의 열투과부에 대응하는 부분이 개방된 구조인 정착장치.
제 1 항에 있어서,

상기 몸체부는 닙형성유닛의 강성 보강을 위한 아치형 보강부를 구비하며, 상기 보강부에는 상기 지지유닛의 열투과부에 대응하는 다수의 제 2 열투과부가 형성된 정착장치.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 열투과부가 2열 또는 그 이상의 열로 배치된 정착장치.
제 1 항에 있어서,

상기 닙형성유닛의 닙부와 상기 지지유닛의 양측 지지부재 사이에 개재되어 상기 닙형성유닛의 열이 상기 지지유닛으로 전달되는 것을 억제하는 단열부재를 더 포함하는 정착장치.
제 11 항에 있어서,

상기 단열부재는 상기 벨트유닛과의 접촉면이 곡면 처리된 정착장치.
회전 가능한 가압롤러;

상기 가압롤러로부터 회전력을 전달받아 회전 주행하는 정착벨트;

상기 가압롤러와 상기 정착벨트의 접촉부위에 닙을 형성하기 위하여 상기 정착벨트와 내접하는 닙부를 구비한 닙형성부재;

상기 정착벨트의 내부의 중앙부에 위치하며, 상기 닙형성부재와 상기 정착벨트를 가열하는 가열부재;

상기 정착벨트의 내측에 위치하며, 상기 닙형성부재의 닙부 양측을 상기 가압롤러 측으로 가압 지지하는 양측 지지부재; 및

상기 양측 지지부재의 강성 보강을 위하여 양측 지지부재를 연결하는 아치형 부재로써, 상기 가열부재의 복사열이 상기 정착벨트로 균일하게 전달되도록 하기 위하여, 상기 정착벨트의 진행방향에 대하여 사선방향으로 형성된 다수의 열투과부를 구비한 보강부재;를 포함하며,

상기 닙형성부재는 상기 가열부재의 복사열을 집열하여 상기 닙부로 전달하는 몸체부를 구비하는 정착장치.
제 13 항에 있어서,

상기 보강부재는 상기 다수의 열투과부를 제공하기 위하여 보강부재의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 배열된 다수의 사선형 보강리브를 포함하는 정착장치.
제 14 항에 있어서,

상기 열투과부의 폭을 w, 높이를 h, 보강리브의 두께를 t, 상기 정착벨트의 주행방향과 보강리브가 이루는 각도를 θ라고 할 때, 상기 보강부재가 다음 식 (1) 을 만족하도록 구성된 정착장치.

tanθ = (w+t)/h ------ 식 (1)
제 13 항에 있어서,

상기 몸체부는 강성 보강을 위한 아치형 보강부를 포함하고, 상기 보강부에는 상기 다수의 열투과부에 대응하는 구조의 제 2 열투과부가 형성된 정착장치.
제 16 항에 있어서,

상기 양측 지지부재와 상기 보강부재가 일체로 형성된 정착장치.
제 17 항에 있어서,

상기 닙형성부재의 닙부, 몸체부 및 보강부는 일체로 형성된 정착장치.
제 13 항에 있어서,

상기 양측 지지부재와 상기 닙형성부재의 닙부 사이에 개재되어 상기 닙부의 열이 상기 양측 지지부재로 전달되는 것을 억제하는 단열부재를 더 포함하며,

상기 단열부재는 상기 정착벨트와의 접촉면이 곡면 처리된 정착장치.
정전잠상이 형성되는 감광매체;

상기 감광매체의 정전잠상을 현상제로 현상하는 현상장치;

상기 감광매체의 현상제 화상을 기록매체로 전사하는 전사장치; 및

상기 기록매체에 전사된 현상제 화상을 정착하는 청구항 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 기재된 정착장치;를 포함하는 화상형성장치.