KR20080013584A

KR20080013584A - 가열롤러 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080013584A
Application number: KR1020060075281A
Authority: KR
Inventors: 강동주; 백정기; 임근민; 박용환
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-13

Abstract

본 발명은 화상형성장치에 사용되는 가열롤러 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 가열롤러는, 내부에 발열코일이 설치되며 샌딩 처리된 알루미늄 파이프와, 알루미늄 파이프의 외부 표면에만 형성한 아노다이징층과, 아노다이징층의 상부에 알루미늄 성분을 포함하지 않는 프라이머를 2회 도포하여 형성한 2개 층의 프라이머층, 및 상기 프라이머층의 외주에 형성된 절연층;을 포함한다.

가열롤러코팅, 아노다이징, 절연성, 화상터짐, 고속이송

Description

가열롤러 및 그 제조방법{Heating roller and Manufacturing method for the same}

도 1은 종래 기술에 의한 가열롤러를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가열롤러를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가열롤러의 제조방법을 나타내는 순서도,

도 4는 본 발명에 의한 가열롤러가 사용된 정착유닛을 나타낸 정면도,

도 5는 도 4의 정착유닛을 사용한 화상형성장치의 일 예를 나타낸 개략 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10; 가열롤러 11; 알루미늄 파이프

13; 아노다이징층 15; 프라이머층

17; 절연층 20; 내부 알루미늄 파이프

22; 발열코일 24; 내부 절연층

30; 정착유닛 31; 가압롤러

33; 전압인가수단 40; 급지유닛

50; 화상형성유닛 60; 전사유닛

본 발명은 화상형성장치에 사용되는 가열롤러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화상형성장치, 특히 전자사진방식 화상형성장치는 감광체 상에 토너 화상을 형성하고, 이 토너 화상을 종이와 같은 인쇄매체로 전사한 후, 토너 화상이 전사된 인쇄매체가 정착유닛의 가압롤러 및 가열롤러 사이를 통과하도록 함으로써 토너 화상이 인쇄매체에 고정되도록 하여 인쇄를 하게 된다.

토너 화상을 정착하기 위해 사용되는 가열롤러의 일 예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 가열롤러(1)는 내측에 열원이 설치되는 알루미늄 파이프(3)로 구성되어 있다. 내부의 열원(9)은 화상형성장치의 제어에 의해 순간적으로 열을 낼 수 있는 열발생수단이 사용되며, 통상 히트롤러 방식이 널리 사용되고 있다.

알루미늄 파이프(3)의 외면에는 순차적으로 프라이머층(5), 절연층(7)이 형성되어 있다. 프라이머층(5)은 절연층(7)을 접착하기 위한 것으로서, 통상 알루미늄 성분이 포함된 프라이머를 도포하여 형성한다. 절연층(7)은 가열롤러(1)의 절연성을 위해 비도전성 재질을 코팅하여 형성한다. 통상 절연층(7)은 비도전성 테프론을 주로 사용한다.

이와 같은 구조를 갖는 가열롤러(1)를 인쇄속도가 40PPM(Paper Per Minute) 이하인 저속 또는 중속의 화상형성장치의 정착유닛에 사용할 경우에는 토너 이탈 등의 문제 없이 토너 화상의 정착이 이루어진다.

그러나, 상기의 가열롤러(1)를 인쇄속도가 40PPM을 넘는 고속 화상형성장치의 정착유닛에 사용할 경우에는 인쇄매체가 정착유닛에 고속으로 진입하기 때문에 그때 발생하는 풍압에 의한 토너 이탈이나, 고속 진입시 수분 증발에 의한 폭풍발생에 의해 토너가 인쇄매체로부터 이탈하는 현상이 발생한다. 정착유닛으로 진입하는 인쇄매체의 토너 화상을 이루는 토너가 이탈되면, 인쇄된 화상에 라인 버스트(line burst), 오프셋(offset) 등의 문제를 일으킨다.

따라서, 이를 방지하기 위해 정착유닛을 형성하며 가열롤러(1)와 대향하도록 설치된 가압롤러에 토너와 반대 극성을 갖는 고압의 전압을 인가하게 된다. 그런데, 가압롤러에 고전압을 인가하면, 상기의 구조로 형성된 가열롤러(1)는 절연성이 약해 고압 누설(Leakage)이 발생하게 된다. 고압 누설이 발생하면, 가압롤러(1)에 고전압을 인가하여도 인쇄매체의 고속진입에 의해 발생하는 라인 버스트, 오프셋, 가로 밴드(band) 등의 화상결함을 막을 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 가압롤러에 고전압을 인가하여도 고압 누설이 발생하지 않는 절연성을 갖는 가열롤러 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 내부에 발열코일이 설치되며, 샌딩 처리된 알루미늄 파이프; 상기 알루미늄 파이프의 외부 표면에만 형성한 아노다이징층; 상기 아노다이징층의 상부에 알루미늄 성분을 포함하지 않는 프라이머를 2회 도포하여 형성한 2개 층의 프라이머층; 및 상기 프라이머층의 외주에 형성된 절연층;을 포함하는 가열롤러를 제공함으로써 달성된다.

이때, 상기 아노다이징층의 두께는 15~20 ㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 알루미늄 파이프를 샌딩(sanding)하는 단계; 샌딩된 상기 알루미늄 파이프의 외부 표면에 아노다이징(anodizing)하는 단계; 상기 아노다이징 처리에 의해 형성된 아노다이징층의 표면을 봉공하는 단계; 상기 봉공이 완료된 아노다이징층의 표면에 프라이머를 2회 도포하는 단계; 및 상기 프라이머층 외주에 절연층을 코팅하는 단계;를 포함하는 가열롤러 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.

이때, 상기 아노다이징 처리 단계 전에 상기 샌딩된 알루미늄 파이프를 에칭 처리하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프라이머는 알루미늄 성분을 포함하지 않는 것이 좋다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 가열롤러에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 가열롤러(10)는 알루미늄 파이프(11), 아노다이징층(13), 프라이머층(15), 절연층(17)을 포함하여 구성된다. 도 2에서 설명의 편의를 위해 알루미늄 파이프(11)의 두께에 비해 아노다이징층(13), 프라이머 층(15), 절연층(17)의 두께를 상대적으로 크게 표시하였다.

알루미늄 파이프(11)는 가열롤러(10)의 몸체를 형성하는 것으로서, 내측에는 열원이 설치된다. 본 발명의 경우에는 가압롤러(31, 도 4 참조)와 가열롤러(10) 사이를 지나는 인쇄매체 위의 토너 화상을 순간적으로 용융시켜 정착하기 위해 코일 가열 방식을 사용한다. 즉, 알루미늄 파이프(11)의 내측에는 내부 알루미늄 파이프(20)가 설치되며, 내부 알루미늄 파이프(20)의 외면에는 코일 상으로 발열코일(22)이 감겨 있다. 또한, 발열코일(22)의 상하에는 발열코일(22)을 내부 알루미늄 파이프(20) 및 가열롤러(10)의 외면을 형성하는 외측의 알루미늄 파이프(11)와 절연시키는 내부 절연층(24)이 마련된다. 그리고, 내부 알루미늄 파이프(20)는 발열코일(22)과 내부 절연층(24)이 최대한 외측의 알루미늄 파이프(11)의 내면에 밀착되도록 확관 방식에 의해 외측 알루미늄 파이프(11)에 조립된다. 따라서, 발열코일(22)에 전기가 인가되면, 발열코일(22)의 저항에 의해 저항열이 발생하고 이것이 외측 알루미늄 파이프(11)를 통해 가열롤러(10)에 접촉하는 인쇄매체로 전달된다. 따라서, 가열롤러(10)와 가압롤러(31) 사이를 접촉하며 통과하는 인쇄매체 위의 토너 화상은 가열롤러(10)의 열과 가압롤러(31)의 압력에 의해 인쇄매체에 정착된다. 한편, 알루미늄 파이프(11)는 절연성을 더욱 안정화시키기 위해서 양질의 산화 알루미늄 피막을 형성할 수 있는 알루미늄 재질로 제작한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우는 AL5052 재질을 사용하였다.

아노다이징층(13)은 알루미늄 파이프(11)를 아노다이징 처리(anodizing process)하여 형성한다. 이때, 프라이머 도포를 안정적으로 할 수 있도록 아노다이 징 처리 전에 알루미늄 파이프(11)를 샌딩(sanding) 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 샌딩 처리 후에는 샌딩 처리 시 알루미늄 파이프(11)의 표면에 생성된 산화 피막 및 이물질을 제거하기 위해 에칭 처리를 하는 것이 바람직하다.

아노다이징 처리는 알루미늄 부품을 전해액에서 양극으로 하고 통전하면 양극에 발생하는 산소에 의해서 알루미늄 면이 산화되어 산화 알루미늄(Al₂O₃)의 피막이 생기게 되는 것으로서 양극산화법이라고도 불린다. 현재 산업화되어 있는 아노다이징 처리 방법으로는 수산법, 황산법, 크롬산법이 있다. 본 실시예의 경우에는 황산법을 사용하여 알루미늄 파이프(11)의 표면에 산화 알루미늄 피막을 형성한다. 이 산화 알루미늄 피막이 절연층으로서의 역할을 하게 된다. 이와 같은 아노다이징 처리 공정은 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 가열롤러(10)에 접촉하는 가압롤러(31)에 고전압을 인가할 경우에 인가되는 고전압이 누설되는 것을 방지하기 위해서는 아노다이징층(13)의 두께는 연질 15~20 ㎛로 형성하는 것이 바람직하다. 이 정도의 두께는 통상 35~40분 정도의 아노다이징 처리를 통해 얻을 수 있다. 이때, 아노다이징 처리는 알루미늄 파이프(11)의 외부 표면에만 제한적으로 하여 아노다이징층(13)이 알루미늄 파이프(11)의 내면에는 형성되지 않도록 하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 아노다이징 처리를 알루미늄 파이프(11)의 내면에 하게 되면, 발열코일(22)이 감겨 있는 내부 알루미늄 파이프(20)를 가열롤러(10)의 외면을 형성하는 알루미늄 파이프(11)에 삽입한 후 확관시켜 조립할 때, 알루미늄 파이프(11)의 외면에 형성된 크라운(CROWN)이 손상될 수 있기 때문이다. 가열롤러(10) 외면의 크라운이 파괴되면 인쇄 시에 용지 주름이 발생한다. 따라서, 아노다이징 처리시에는 알루미늄 파이프(11)의 양단을 캡(미도시)으로 막아, 아노다이징층(13)이 알루미늄 파이프(11)의 외부 표면에만 생성되도록 한다.

아노다이징 처리를 통해 아노다이징층(13)이 형성되면, 아노다이징층(13)을 봉공(sealing) 처리하는 것이 바람직하다. 이와 같이 봉공 처리를 하면 아노다이징층(13)에 형성된 많은 구멍이 메워지기 때문에 아노다이징층(13) 위에 도포되는 프라이머층(15)이 더욱 평활하게 형성된다.

프라이머층(15)은 아노다이징층(13)에 절연층(17)을 코팅하기 위한 접착제인 프라이머(primer)를 도포한 층이다. 본 발명에서는 프라이머층(15)의 표면을 더욱 균일하게 하고, 아노다이징층(13)의 손상를 막고, 내전압 증가를 위해 프라이머를 2회 도포한다. 즉, 프라이머층(15)이 2개 층으로 형성된다. 프라이머로는 절연성의 향상을 위해 알루미늄 성분이 포함되지 않은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 902BN과 같은 종류를 사용한다.

절연층(17)은 가압롤러(31) 및 인쇄매체와 직접 접촉되는 부분으로 가압롤러(31)에 인가되는 전압과 가열롤러(10)를 절연시킨다. 절연층(17)은 고속으로 인쇄를 하는 화상형성장치에서는 내마모성 및 절연성이 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우에는 비도전 테프론인 MP531(제조회사-듀퐁)을 코팅하여 절연층(17)을 형성하였다. 이때, 가압롤러(31)에 고전압을 인가하여 고속으로 진입되는 인쇄매체의 토너가 날리는 것을 방지하기 위해서 가열롤러(10)에 최적의 절연성을 줄 수 있는 전체 코팅 두께는 37±6 ㎛이다. 여기서, 전체 코팅두께는 알 루미늄 파이프(11)의 외부 표면으로부터 절연층(17) 표면까지의 두께를 의미한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 가열롤러(10)의 제조방법을 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 알루미늄 파이프(11)를 준비한다(S10). 이때, 알루미늄 파이프(11)는 AL5052와 같이 절연성이 높은 재질로 제작된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이어서, 알루미늄 파이프를 샌딩 처리한다(S20). 샌딩 처리를 하면, 프라이머 도포를 안정화시킬 수 있다.

샌딩 처리 후에는 샌딩에 의해 발생한 산화 피막 및 이물질 제거를 위해 에칭 처리를 한다(S30). 이때, 에칭 처리는 대략 4분 정도 수행한다.

에칭 처리 후에는 알루미늄 파이프(11)의 외부 표면에 아노다이징 처리를 한다(S40). 아노다이징 처리는 황산을 사용하며, 대략 35~40분 정도 처리하면, 15~20㎛ 정도 두께의 아노다이징층(13)이 형성된다. 이때, 알루미늄 파이프(11)의 내면에는 아노다이징 처리가 되지 않도록 알루미늄 파이프(11)의 양단을 캡 등으로 막는다.

알루미늄 파이프(11)의 외부 표면에 대한 아노다이징 처리가 완료되면, 아노다이징층(13)에 대해 봉공 처리를 한다(S50). 봉공 처리를 하면, 아노다이징층(13)에 형성된 많은 구멍이 메워지기 때문에 아노다이징층(13) 상부에 도포되는 프라이머층(15)이 평활하게 된다.

봉공 처리가 완료되면, 아노다이징층(13) 위에 프라이머를 도포하여 프라이머층(15)을 형성한다(S60). 이때, 프라이머를 2회 도포함으로써 2개의 프라이머 층(15)을 만드는 것이 바람직하다. 그러면, 아노다이징층(13)이 손상되는 것을 방지하고, 표면이 더욱 균일해지며, 내전압이 증가되는 효과가 있다.

프라이머 도포가 완료되면, 프라이머층(15) 상부에 절연층(17)을 코팅한다(S70). 이때, 절연층(17)의 재료로는 내마모성이 좋은 비도전성 테프론을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 절연층(17)의 두께는 전체 코팅 두께가 37±6 ㎛의 범위 내에 있도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 의한 가열롤러(10)가 적용된 정착유닛(30)을 개략적으로 나타낸 정면도이다.

가열롤러(10)는 가압롤러(31)와 서로 접촉하며 회전하도록 설치되며, 가압롤러(31)에는 전압인가수단(33)이 연결되어 고전압이 인가된다. 통상 가압롤러(31)와 가열롤러(10) 사이로 진입하는 인쇄매체에 전사된 토너는 음(-) 전위를 띠므로, 인쇄매체가 고속으로 가압롤러(31)와 가열롤러(10) 사이로 진입할 때 토너가 날리는 것을 방지하기 위해 가압롤러(31)에는 양(+)의 고전압을 인가하게 된다. 가압롤러(31)에 인가되는 전압은 대략 300~350V로 하는 것이 바람직하다.

도 4와 같은 본 발명에 의한 가열롤러(10)를 적용한 정착유닛(30)이 사용된 인쇄속도가 40PPM 이상인 고속 전자사진방식 화상형성장치(100)의 일 예가 도 5에 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 고속 전자사진방식 화상형성장치(100)는 급지유닛(40), 화상형성유닛(50), 전사유닛(60), 및 정착유닛(30)을 포함한다.

급지유닛(40)은 급지카세트(41)에 적재된 인쇄매체를 픽업롤러(43)로 한 장 씩 픽업하여 화상형성유닛(50) 쪽으로 이송시킨다. 화상형성유닛(50)은 컬러 화상을 형성할 수 있도록 4개가 일렬로 설치되며, 각각 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙의 화상을 형성한다. 각각의 화상형성유닛(50)은 노광기(54)에서 인쇄 데이터에 대응되는 레이저빔을 발광하여 감광드럼(51)에 정전잠상을 형성하고, 현상롤러(52)는 소정 색상의 토너를 공급하여 정전잠상을 현상한다. 전사유닛(60)은 4개의 화상형성유닛(50)의 감광드럼(51)과 접촉하며 무한궤도운동을 하는 용지이송벨트(61)와 용지이송벨트(61)의 내측에 각각의 감광드럼(51)과 대응되는 위치에 설치된 4개의 전사롤러(63)를 포함한다.

인쇄가 개시되면, 급지유닛(40)의 픽업롤러(43)에 의해 공급된 인쇄매체(P)는 용지이송벨트(61)에 부착되어 감광드럼(51)과 전사롤러(63) 사이로 진입된다. 인쇄매체(P)가 감광드럼(51)과 전사롤러(63) 사이로 진입되면, 감광드럼(51)에 형성된 토너 화상이 인쇄매체(P)로 전사된다. 인쇄매체(P)가 용지이송벨트(61)에 의해 4개의 감광드럼(51)과 전사롤러(63) 사이를 순차적으로 통과하면, 인쇄매체(P)에는 완전한 컬러 화상이 형성된다. 이때, 컬러 화상을 이루는 토너는 인쇄매체(P)에 완전히 정착된 상태가 아니다. 토너가 전사된 인쇄매체(P)는 정착유닛(30)으로 이송된다. 이때, 정착유닛(30)의 가압롤러(31)에는 컬러 화상을 이루는 토너와 반대 극성의 전압이 인가되어 있다. 즉, 토너가 음(-) 전위를 가지면, 가압롤러(31)에는 양(+)의 전압이 인가된다. 또한, 가압롤러(31)는 본 발명에 의한 절연성이 좋은 가열롤러(10)와 접촉하며 회전하고 있기 때문에 가압롤러(31)에 인가되는 전압이 누설되지 않는다. 따라서, 고속으로 회전하는 용지이송벨트(61)에 의해 인쇄매 체(P)가 가압롤러(31)와 가열롤러(10) 사이로 고속으로 진입하여도 컬러 화상을 형성하는 토너가 인쇄매체(P)로부터 날리지 않게 된다. 이와 같이 본 발명에 의한 가열롤러(10)를 사용하면, 인쇄매체(P)가 고속으로 진입하여도 토너가 날리지 않기 때문에 토너의 날림에 의해 발생하는 여러 화상결함, 즉 화상의 라인이 터지는 라인 버스트(line burst), 가열롤러 주기로 발생하는 잔 화상 겹침인 오프셋(offset), 가열롤러 주기의 화상 뜯김 현상인 가로 밴드(band) 등이 발생하지 않게 된다.

상기와 같이 본 발명에 의한 가열롤러 및 그 제조방법에 의하면, 가열롤러의 표면에 절연성이 좋으며 안정적인 절연층이 형성되기 때문에 가열롤러와 접하도록 설치된 가압롤러에 고전압을 인가하여도, 가압롤러의 전압이 누설되는 일은 발생하지 않는다. 따라서, 인쇄매체가 고속으로 정착유닛으로 진입하여도 인쇄매체에 전사된 토너가 날리지 않으므로, 라인 버스트, 오프셋, 가로 밴드 등과 같은 화상결함이 발생하지 않는다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 행할 수 있는 단순한 구성요소의 치환, 부가, 삭제, 변경은 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 속하게 된다.

Claims

내부에 발열코일이 설치되며, 샌딩 처리된 알루미늄 파이프;

상기 알루미늄 파이프의 외부 표면에만 형성한 아노다이징층;

상기 아노다이징층의 상부에 알루미늄 성분을 포함하지 않는 프라이머를 2회 도포하여 형성한 2개 층의 프라이머층; 및

상기 프라이머층의 외주에 형성된 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열롤러.
제 1 항에 있어서,

상기 아노다이징층의 두께는 15~20 ㎛인 것을 특징으로 하는 가열롤러.
알루미늄 파이프를 샌딩(sanding)하는 단계;

샌딩된 상기 알루미늄 파이프의 외부 표면에 아노다이징(anodizing)하는 단계;

상기 아노다이징 처리에 의해 형성된 아노다이징층의 표면을 봉공하는 단계;

상기 봉공이 완료된 아노다이징층의 표면에 프라이머를 2회 도포하는 단계; 및

상기 프라이머층 외주에 절연층을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열롤러 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 아노다이징 처리 단계 전에 상기 샌딩된 알루미늄 파이프를 에칭 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열롤러 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 프라이머는 알루미늄 성분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 가열롤러 제조방법.