KR100739685B1 - Image fixing unit, fuser unit, fever unit and power supply unit for fixing toner on printing paper - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인쇄 토너를 인쇄 용지에 정착시키기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 변압기로부터 생성된 유도 전류를 이용하여 발열체를 발열함으로써, 발열체를 전원부로부터 전기적으로 분리할 수 있는 정착 장치에 관한 것이다. 본 발명의 이미지 정착 장치는 소정의 교류 전류를 입력받아 상기 교류 전류에 상응하는 유도 전류를 생성하는 절연부, 상기 생성된 유도 전류에 의해 발열되는 발열체, 상기 발열체에서 생성된 열을 전달받아 상기 이미지의 인쇄 토너를 인쇄 용지에 정착하는 토너 정착부 및 소정 크기의 확관압에 의해 상기 발열체를 상기 토너 정착부 안쪽에 고정 밀착하는 확관 밀착부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 이미지 정착 장치는 전원부와 발열체를 절연부에 의해 전기적으로 분리함으로써, 토너 정착부와 발열체 사이에 토너 정착부와 발열체의 단락만을 방지하기 위한 얇은 절연층을 가진다. 따라서, 상기 발열체에서 발생한 열은 효율적으로 상기 토너 정착부에 전달되며, 상기 정착부를 상온에서 목표 정착 온도까지 빠르게 가열할 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for fixing a printing toner to a printing paper, and more particularly, to a fixing apparatus capable of electrically separating a heating element from a power supply unit by generating a heating element using an induced current generated from a transformer. The image fixing apparatus according to the present invention receives an alternating current and generates an induction current corresponding to the alternating current, a heating element generated by the generated induction current, and receiving heat generated from the heating element. A toner fixing unit for fixing the printing toner to a printing paper and an expansion tube sealing unit for fixing the heating element to the inside of the toner fixing unit by a predetermined size of pressure. The image fixing apparatus according to the present invention has a thin insulating layer for preventing only a short circuit of the toner fixing unit and the heating element between the toner fixing unit and the heating element by electrically separating the power supply unit and the heating element by the insulating unit. Therefore, heat generated in the heating element is efficiently transferred to the toner fixing unit, and the fixing unit can be quickly heated from the normal temperature to the target fixing temperature.
Description
도 1은 할로겐 램프를 열원으로 사용하는 이미지 정착 장치의 정착기를 개략적으로 도시하고 있는 횡 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a fixing unit of an image fixing apparatus using a halogen lamp as a heat source.
도 2는 정착기를 발열시키기 위한 이미지 정착 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.2 shows a functional block diagram of an image fixing apparatus for generating heat to a fixing apparatus.
도 3은 도 2의 이미지 정착 장치에서 사용되는 정착기를 도시하고 있는데, 도 3a는 정착기의 발열부가 정착 롤러부에 밀착 고정된 이미지 정착 장치에서 정착기의 횡 단면도를 도시하고 있으며, 도 3b는 도 3a에 도시된 정착기의 발열부를 세부적으로 도시하고 있다.FIG. 3 illustrates a fuser used in the image fixing device of FIG. 2. FIG. 3A illustrates a cross-sectional view of the fuser in the image fixing device in which the heat generating portion of the fuser is tightly fixed to the fixing roller. FIG. The heat generating portion of the fixing unit shown in FIG. Is shown in detail.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 상응하는 이미지 정착 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.4 shows a functional block diagram of an image fixing device corresponding to one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 상응하는 이미지 정착 장치의 기능 블록도를 도시하고 있다.Fig. 5 shows a functional block diagram of an image fixing device corresponding to another embodiment of the present invention.
도 6a는 도 4 또는 도 5의 이미지 정착 장치에서 사용되는 정착기의 횡 단면도를 도시하고 있으며, 6b는 도 6a에 도시된 정착기의 발열부를 세부적으로 도시하고 있다.FIG. 6A shows a cross-sectional view of a fixing unit used in the image fixing apparatus of FIG. 4 or 5, and FIG. 6B shows a heating part of the fixing unit shown in FIG. 6A in detail.
도 7은 도 4 또는 도 5의 이미지 정착 장치에서 사용되는 정착기를 보다 상세히 도시하고 있다.FIG. 7 shows in more detail the fuser used in the image fixing device of FIG. 4 or 5.
도 8은 도 4 또는 도 5의 이미지 정착 장치에서 사용되는 정착기의 발열부, 정착 롤러부 및 확관 밀착부의 밀착 상태를 도시하고 있다.FIG. 8 illustrates a close state of the heat generating portion, the fixing roller portion, and the expansion-contacting portion of the fixing unit used in the image fixing apparatus of FIG. 4 or FIG. 5.
도 9는 할로겐 램프를 열원으로 사용하는 정착기 및 정착 롤러부와 발열부가 서로 밀착 고정되어 있는 정착기의 웜-업(warm-up) 시간을 비교한 데이터이다.FIG. 9 is data comparing warm-up times of a fuser using a halogen lamp as a heat source, and a fuser in which a fixing roller unit and a heat generating unit are tightly fixed to each other.
본 발명은 소정 이미지에 대해 전사된 인쇄 토너를 인쇄 용지에 정착시키기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 변압기로부터 생성된 유도 전류를 이용하여 정착기의 발열체를 발열함으로써, 발열체를 전원부로부터 전기적으로 분리할 수 있는 정착 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
통상의 이미지 인쇄 장치는 소정 이미지에 대해 전사된 토너를 인쇄 용지에 정착시키기 위해 인쇄 토너에 일정한 압력과 열을 가해 주는 정착 장치를 구비하고 있다. 상기 정착 장치는 인쇄 토너에 일정한 열을 가해주기 위한 정착기와 일정한 압력을 가해주기 위한 가압기를 구비하고 있으며, 상기 정착기는 인쇄 용지에 토너를 정착시키기 위한 열을 발생하는 발열체 및 상기 발열체에서 발생한 열을 전달받아 인쇄 용지에 전달하는 정착 롤러부를 포함한다.Conventional image printing apparatuses are provided with a fixing apparatus for applying a constant pressure and heat to the printing toner in order to fix the toner transferred to a predetermined image onto the printing paper. The fixing apparatus includes a fixing unit for applying a constant heat to the printing toner, and a pressurizer for applying a constant pressure, wherein the fixing unit generates a heat generating element for generating heat for fixing the toner on the printing paper and heat generated from the heating element. It includes a fixing roller unit for receiving and transferring to the printing paper.
도 1은 할로겐 램프를 열원으로 사용하는 이미지 정착 장치의 정착기를 개략 적으로 도시한 횡 단면도이다. 도 1을 참조하면, 정착기(10)는 정착 롤러부(11)와 그 내부 중앙에 설치되는 할로겐 램프로 이루어진 발열체(12)를 구비한다. 정착 롤러부(11)의 표면에는 테프론(Teflon)으로 이루어진 코팅층(11a)이 형성되어 있다. 발열체(12)는 정착 롤러부(11)의 내부에서 열을 발생하며, 정착 롤러부(11)는 발열체(12)로부터 전달되는 복사열에 의해 가열된다.1 is a lateral cross-sectional view schematically showing a fixing unit of an image fixing apparatus using a halogen lamp as a heat source. Referring to FIG. 1, the
할로겐 램프를 열원으로 사용하는 종래의 정착기는 전원을 입력시키고 정착 롤러부를 목표 정착온도에 도달할 때까지 가열시키기 위해, 짧게는 수십 초에서 길게는 수 분의 웜-업(Warm-up) 시간을 요구한다. 따라서, 사용자는 이미지를 인쇄하기 위해 긴 워-엄 시간을 기다려야 하는 불편함이 있었다.Conventional fusers using halogen lamps as a heat source have a warm-up time of several tens of seconds to several minutes to heat up the fixing roller unit until the target fixing temperature is reached. Require. Thus, the user was inconvenient to wait long long-ham time to print the image.
한편, 할로겐 램프를 열원으로 사용하는 종래의 정착기에서는 상기 웜-업 시간을 줄이기 위해, 인쇄 작업을 하지 않는 경우에도 정착 롤러부의 온도를 일정 시간 동안 일정 온도로 유지시키며, 따라서 많은 전력 소모가 있었다.On the other hand, in the conventional fuser using a halogen lamp as a heat source, in order to reduce the warm-up time, the temperature of the fixing roller portion is maintained at a constant temperature for a predetermined time even when no printing operation is performed, and thus there is a lot of power consumption.
본 발명이 이루고자 하는 제1의 기술적 과제는 소정 이미지에 대해 전사된 토너를 인쇄 용지에 정착하기 위해 절연부에서 생성된 유도 전류를 통해 발열체를 발열하는 장치를 제공하는 것이다.A first technical problem to be achieved by the present invention is to provide an apparatus for generating a heating element through an induced current generated in an insulating portion for fixing a toner transferred to a predetermined image on a printing sheet.
본 발명이 이루고자 하는 제2의 기술적 과제는 절연부에서 생성된 유도 전류을 정착기에 공급하기 위한 전원공급장치를 제공하는 것이다.The second technical problem to be achieved by the present invention is to provide a power supply for supplying the induced current generated in the insulation to the fuser.
본 발명이 이루고자 하는 제3의 기술적 과제는 전원부와 발열체를 전기적으로 분리함으로써 얇은 절연층을 구비하는 정착기를 제공하는 것이다. The third technical problem to be achieved by the present invention is to provide a fixing unit having a thin insulating layer by electrically separating the power supply unit and the heating element.
본 발명이 이루고자 하는 제4의 기술적 과제는 정착기를 빠른 시간에 웜-업할 수 있는 정착 장치를 제공하는 것이다. The fourth technical problem to be achieved by the present invention is to provide a fixing apparatus capable of warming up the fixing apparatus in a short time.
본 발명의 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 토너 정착 발열 장치는 소정의 교류 전류를 입력받아 상기 교류 전류에 상응하는 유도 전류를 생성하는 절연부 및 상기 생성된 유도 전류에 의해 저항 발열되는 발열체를 포함하는 것을 특징으로 한다.The toner fixing heating apparatus for achieving the first technical problem of the present invention includes an insulation unit which receives a predetermined alternating current and generates an induction current corresponding to the alternating current, and a heating element that is resistively generated by the generated induction current. Characterized in that.
바람직하게, 상기 절연부는 교류 전류를 입력받아 상기 교류 전류에 상응하는 유도 전류를 생성하는 변압기인 것을 특징으로 한다.Preferably, the insulator is a transformer that receives an alternating current and generates an induced current corresponding to the alternating current.
본 발명의 제2 기술적 과제를 달성하기 위한 정착기의 전원공급장치는 소정의 교류 전류를 입력받아 상기 입력된 교류 전류에 상응하는 유도 전류를 생성하고, 상기 생성된 유도 전류를 상기 정착기에 제공하는 절연부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power supply of the fuser for achieving the second technical problem of the present invention is to receive a predetermined alternating current to generate an induction current corresponding to the input alternating current, the insulation for providing the generated induction current to the fuser It is characterized by including a wealth.
바람직하게, 상기 절연부는 상기 교류 전류를 입력받아 상응하는 유도 전류를 생성하는 변압기인 것을 특징으로 한다.Preferably, the insulation unit is characterized in that the transformer receives the alternating current to generate a corresponding induced current.
바람직하게, 상기 정착기의 전원공급장치는 상기 교류 전류를 정류하여 직류 전류를 생성하는 정류부 및 상기 직류 전류를 이용하여 교류 전류를 생성하고, 상기 생성된 교류 전류를 상기 절연부로 제공하는 교류 전류 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the power supply unit of the fuser rectifies the alternating current to generate a direct current and an alternating current using the direct current to generate an alternating current, the alternating current generating unit for providing the generated alternating current to the insulation unit It further comprises.
본 발명의 제3 기술적 과제를 달성하기 위한 정착기는 소정의 유도 전류가 입력되어 발열되는 발열체 및 상기 발열체에서 생성된 열을 전달받아 상기 토너를 인쇄 용지에 정착하는 토너 정착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fuser for achieving the third technical problem of the present invention is characterized in that it comprises a heating element for generating a heat generated by a predetermined induction current and a toner fixing unit for fixing the toner on the printing paper by receiving the heat generated from the heating element. .
바람직하게, 상기 정착기는 상기 발열체와 상기 토너 정착부 사이에 상기 발열체와 상기 토너 정착부를 절연하기 위한 절연층을 더 구비하며, 상기 절연층의 내전압은 1kv이하인 것을 특징으로 한다.Preferably, the fixing unit further comprises an insulating layer between the heating element and the toner fixing unit to insulate the heating element and the toner fixing unit, wherein the withstanding voltage of the insulating layer is 1 kv or less.
본 발명의 제4 기술적 과제를 달성하기 위한 정착 장치는 소정의 교류 전류를 입력받아 상응하는 제1 유도 전류를 생성하는 전원공급부 및 상기 생성된 제1 유도 전류에 의해 발열되고 상기 생성된 열을 이용하여 상기 토너를 인쇄 용지에 정착하는 정착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fixing device for achieving the fourth technical problem of the present invention is a power supply unit for receiving a predetermined alternating current and generating a corresponding first induced current, and generates heat by the generated first induced current and uses the generated heat. And a fixing unit for fixing the toner to a printing sheet.
바람직하게, 상기 정착부는 상기 생성된 제1 유도 전류에 의해 저항 발열되는 발열체 및 상기 발열체에서 생성된 열을 전달받아 상기 토너를 인쇄 용지에 정착하는 토너 정착부를 포함하며, 상기 발열체와 상기 토너 정착부 사이의 내전압은 1kv 이하인 것을 특징으로 한다.Preferably, the fixing unit includes a heating element that generates resistance heat by the generated first induced current and a toner fixing unit which receives the heat generated by the heating element and fixes the toner on a printing paper, wherein the heating element and the toner fixing unit The breakdown voltage is characterized in that less than 1kv.
바람직하게, 상기 발열체는 상기 제1 유도 전류에 의해 상기 토너 정착부에 제2의 유도 전류를 생성하며, 상기 토너 정착부는 상기 제1 유도 전류에 의한 상기 발열체의 저항 발열과 상기 제2 유도 전류에 의한 상기 토너 정착부의 유도 발열에 의해 가열되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the heating element generates a second induction current in the toner fixing unit by the first induction current, and the toner fixing unit is adapted to the resistance heating of the heating element caused by the first induction current and the second induction current. Heated by induction heat generation of the toner fixing unit.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 정착 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an image fixing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 정착 롤러를 발열시키기 위한 이미지 정착 장치의 기능 블록도를 도 시하고 있는데, 상기 도 2의 이미지 정착 장치는 전원부(210), 라인 필터부(220), 도통 스위치(230) 및 정착기(240)를 포함하고 있다. 상기 전원부(210)는 교류 전류를 제공하며, 라인 필터부(220)는 상기 교류 전류에서 잡음으로 작용하는 고주파 성분을 제거한다. 상기 도통 스위치(230)는 상기 라인필터부(220)에서 고주파 성분이 제거된 전류를 상기 도통 스위치(230)의 개폐에 의해 상기 정착기(240)에 제공하거나 차단한다. 상기 정착기(240)는 발열부(250)와 정착 롤러부(미도시)를 구비하고 있으며, 상기 발열부(250)는 발열 코일(미도시)과 상기 정착 롤러부를 절연하기 위한 절연층(미도시)을 구비한다. 이하 도 3에서, 상기 정착기(240)에 대해 보다 자세히 설명한다. 상기 발열 코일은 라인 필터부(220)에서 제공된 교류 전류에 의해 저항 발열된다. 상기 발열 코일에서 생성된 열은 상기 절연층을 거쳐 상기 정착 롤러부로 전달되며, 인쇄 용지가 상기 정착 롤러부를 통과할 때 상기 정착 롤러부는 인쇄 용지에 인쇄 토너를 녹여 인쇄 용지에 정착시킨다.2 illustrates a functional block diagram of an image fixing apparatus for generating heat of a fixing roller. The image fixing apparatus of FIG. 2 includes a
도 3은 도 2의 정착기를 보다 상세히 도시하고 있는데, 도 3a는 발열부(250)가 상기 정착 롤러부에 고정 밀착된 정착기(240)의 종 단면도를 도시하고 있으며, 도 3b는 도 3a에 도시된 정착기(240)의 발열부(250)를 세부적으로 도시하고 있다. 상기 정착기(240)는 표면에 테프론(Teflon) 등으로 코팅된 보호층(310)이 형성된 원통형의 정착 롤러부(320), 상기 정착 롤러부(320)의 내부에 설치되어 양단이 개방된 관상의 확관 밀착부(350), 상기 정착 롤러부(320)와 상기 확관 밀착부(350)의 사이에 설치되는 발열부(250)를 포함한다. 상기 발열부(250)는 상기 확관 밀착부(350)를 나선형으로 감싸도록 설치되어 외부전원으로부터 전류를 입력받아 열을 발 생하는 발열 코일(360) 및 상기 발열 코일(360)을 감싸도록 설치되어 상기 발열 코일(360)에 전류를 입력시 절연파괴가 일어나지 않으며 누설전류가 흐르지 않도록 상기 확관 밀착부(350) 및 상기 정착 롤러부(320)를 절연시키는 절연층(330, 340)을 구비한다.3 illustrates the fixing unit of FIG. 2 in more detail. FIG. 3A illustrates a longitudinal cross-sectional view of the
상기 정착 롤러부(320)는 상기 발열 코일(360)로부터 전달된 열에 의하여 가열되어 인쇄 용지에 인쇄 토너를 융착시킨다. 바람직하게, 상기 정착 롤러부(320)의 재질은 스테인레스 스틸(Stainless Steel), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어질 수 있다.The fixing
상기 절연층(330, 340)은 상기 정착 롤러부(320)와 상기 발열 코일(360)사이에 설치되는 제1절연층(330)과 상기 발열 코일(360)과 상기 확관 밀착부(350)사이에 설치되는 제2절연층(340)으로 이루어져 있다.The insulating
상기 제1 및 제2 절연층(330, 340)은 산화마그네슘(MgO)시트(sheet) 또는 유리(Glass)시트로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 상기 발열 코일(360)에서 발생되는 열은 상기 제 1절연층(330) 및 제 2절연층(340)을 지나서 상기 정착 롤러부(320)와 상기 확관 밀착부(350)로 각각 전달된다.The first and second insulating
상기 절연층(330, 340)에 사용되는 절연재는 내전압 특성과 내절연 파괴특성을 지니고 있어야 한다. 내전압 특성은 소정 외부전원이 걸려도 이를 견뎌낼 수 있는 특성을 나타내는 것이고, 내절연 파괴특성은 최대 내전압 하에서 1분 동안 누설전류가 10㎃이상이 발생하지 않고 절연파괴가 되지 않는 특성을 나타낸다. 각국은 상기 정착 롤러부(320)과 발열 코일(360) 사이에 일정 크기의 내전압을 요구한다. 상기 요구되는 내전압 크기를 만족하기 위해, 상기 제1 절연층(330)과 제 2 절연층(340)을 상기 정착 롤러부(320)와 상기 확관 밀착부(350)사이에 삽입하여야 한다.The insulating material used for the insulating
도 3b는 도 3a의 A부분, 즉 장착기(240)의 발열부(250)를 보다 세부적으로 도시하고 있다. 예를 들어, 상기 정착 롤러부(320)와 상기 발열 코일(360) 사이에 요구되는 내전압이 6kv인 경우, 제1 절연층(330)은 두께가 0.18mm인 마이카 시트 3장(330a, 330b 및 330c)이 사용되어야 한다. 상기 정착 롤러부(320)와 상기 발열 코일(360) 사이에 삽입되는 절연층의 두께가 두꺼워질수록 상기 발열 코일(360)에서 발생된 열이 상기 정착 롤러부(320)에 전달되는 양은 적어진다.FIG. 3B illustrates a portion A of FIG. 3A, that is, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 상응하는 이미지 정착 장치의 기능 블록도를 도시하고 있는데, 도 4의 이미지 정착 장치는 전원부(410), 라인 필터부(420), 정류부(430), 교류 전류 생성부(440), 절연부(450) 및 발열부(470)를 구비한 정착기(460)를 포함한다. 이하에서, 도 6을 참고하여 도4의 정착기(460)를 보다 상세히 설명한다. 상기 전원부(410)는 소정 크기와 주파수를 가지는 교류 전류를 제공한다. 상기 라인 필터부(420)는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)로 구성되어 있으며, 전원부(410)로부터 교류 전원을 입력 받아 교류 전류에서 포함되어 있는 고주파 성분을 제거한다. 상기 라인 필터부(420)는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예로서, 다른 종류의 라인 필터부(420)가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 포함된다.4 is a functional block diagram of an image fixing apparatus according to an embodiment of the present invention. The image fixing apparatus of FIG. 4 includes a
정류부(430)는 라인 필터(420)에서 제공된 교류 전류를 정류하여 직류 성분의 전류를 생성하는 역할을 한다. 도 4에 도시되어 있는 정류기는 4개의 다이오드 (D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 정류기이며, 4개의 다이오드 극성에 따라 교류 전류를 직류 성분의 전류로 정류한다. 상기 교류 전류를 정류하여 직류 성분의 전류를 생성하기 위해 다른 종류의 정류기가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.The
교류 전류 생성부(440)는 정류부(430)에서 제공된 직류 성분의 전류를 입력받아 교류 전류를 생성한다. 도 4에서 도시되어 있는 교류 전류 생성부(440)는 2개의 커패시터(C2, C3)와 2개의 스위치(SW1, SW2)로 구성되어 있으며, 스위치의 개폐에 의해 정류부(430)에서 정류된 직류 전류를 교류 전류로 변환시켜 준다. 상기 교류 전류 생성부(440)는 본 발명이 적용되는 분야에 따라 상기 정류부(430)에서 생성된 직류 전류를 입력받아 고주파 또는 저주파 교류 전류를 생성한다. 직류 전류를 교류 전류로 변화시키기 위해, 다른 종류의 교류 전류 생성부가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.The AC
절연부(450)는 교류 전류 생성부(440)에서 생성된 교류 전류를 이용하여 유도 전류를 생성한다. 상기 절연부(450)는 전원부(410)로부터 입력된 전류를 이용하여 유도 전류를 생성하며, 상기 생성된 유도 전류를 발열부(470)에 제공한다. 상기 발열부(470)는 상기 유도 전류를 이용하여 저항 발열되는 발열체(미도시) 및 상기 발열체와 상기 정착기(460)의 토너 정착부(미도시)가 단락되는 것을 방지하기 위한 얇은 절연층(미도시)으로 구성되어 있다. 상기 전원부(410)의 전류를 바로 발열체로 제공하는 것이 아니라, 절연부(450)를 이용하여 생성된 유도 전류를 상기 발열체에 제공함으로써, 상기 절연부(450)는 상기 전원부(410)와 상기 발열체를 전 기적으로 절연하는 역할을 수행한다. 이하에서 상기 절연부(450)의 일 예로서 변압기를 설명하며, 바람직하게 상기 변압기는 저주파 변압기에 비해 부피가 작은 고주파 변압기인 것을 특징으로 한다.The
변압기(450)의 1차측 코일(452)에 교류 전류가 흐르면, 2차측 코일(454) 주위에서는 자기장의 변화가 발생하며, 2차측 코일(454)에는 변화하는 자기장에 의해 유도 전류가 발생한다. 변압기(450)에 의해 생성된 유도 전류를 이하 제1 유도 전류라 한다. 상기 변압기(450)에 의해 발생된 제1 유도 전류는 정착기(460)의 발열부(470)에 제공된다. 상기 제1 유도 전류의 크기는 1차측 코일(452)과 2차측 코일(454)의 권선비에 의해 제어할 수 있다. 상기 변압기(450)의 1차 코일(452)에 흐르는 전원부(410)의 전류는 전자기 유도에 의해 상기 변압기(450)의 2차 코일(454)에 유도 전류를 생성하며, 상기 생성된 유도 전류가 정착부(460)의 발열부(470)에 제공된다. 상기 2차 코일(454)에는 전원부(410)의 전류가 제공되는 대신 변압기(450)에서 발생된 제1 유도 전류가 제공되기 때문에, 전원부(410)와 상기 발열부(470)의 발열체는 전기적으로 분리된다.When an alternating current flows through the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 상응하는 이미지 정착 장치를 도시하고 있는데, 도 5의 이미지 정착 장치는 전원부(510), 라인 필터부(520), 변압기(530), 도통스위치(540) 및 발열부(560)를 구비한 정착기(550)를 포함한다. 전원부(510), 라인 필터부(520) 및 정착롤러(540)는 상기 도 4에서 설명한 전원부(410), 라인 필터부(420) 및 정착기(460)와 동일하다. 다만, 도 5에 설명되어 있는 본 발명의 다른 실시예에 상응하는 이미지 정착 장치는 정류부(430) 및 교류 전류 생성부(440) 를 구비하고 있지 않다. 상기 도통 스위치(540)는 상기 라인필터부(520)에서 고주파 성분이 제거된 전류를 상기 스위치(5400)의 개폐에 의해 상기 정착부(550)에 제공하거나 차단한다. 상기 변압기(530)의 1차 코일(532)에 흐르는 전원부(510)의 전류는 전자기 유도에 의해 상기 변압기(530)의 2차 코일(534)에 제1 유도 전류를 생성하며, 상기 생성된 제1 유도 전류가 정착기(550)의 발열부(560)에 제공된다. 상기 발열부(560)의 발열체(미도시)에 전원부(510)의 전류가 제공되는 대신 변압기(530)에서 발생된 제1 유도 전류가 제공되기 때문에, 전원부(510)와 상기 발열부(560)의 발열체는 전기적으로 서로 분리된다.FIG. 5 illustrates an image fixing apparatus according to another embodiment of the present invention. The image fixing apparatus of FIG. 5 includes a
도 4와 도 5의 이미지 정착 회로에서 정착기(460, 550)의 발열부(470, 560)는 변압기(450, 530)에 의해 전원부(410, 510)와 전기적으로 분리되어 있다. 따라서, 도 4와 도 5의 이미지 정착 회로에서 정착기(460, 550)의 발열부(470, 560)는 도 3에 도시되어 있는 정착기에서와 같이 두꺼운 절연층(330a 내지 330c)을 필요로 하지 않으며 발열부(470, 550)의 발열체와 토너 정착부가 서로 단락되지 않을 정도의, 바람직하게는 상기 절연층(630)의 내전압이 1kv이하인 얇은 절연층을 필요로 한다.In the image fixing circuits of FIGS. 4 and 5, the
본 발명의 도 6을 참고로, 도 4와 도5의 정착기(460, 550)를 보다 상세히 설명한다. 도 6a는 도 4 또는 도 5의 이미지 정착 장치에서 사용되는 정착기(460, 550)의 횡 단면도를 도시하고 있으며, 6b는 도 6a에 도시된 정착기(460, 550)의 발열부(470, 560)를 세부적으로 도시하고 있다.Referring to FIG. 6 of the present invention, the fixing
먼저, 도 6a를 참고로 정착기(460, 550)의 횡 단면도를 살펴보면, 상기 정착 기(460, 550)는 표면에 테프론(Teflon) 등으로 코팅된 보호층(610)이 형성된 원통형의 토너 정착부(620), 상기 토너 정착부(620)의 내부에 설치되어 양단이 개방된 관상의 확관 밀착부(650), 상기 토너 정착부(620)와 상기 확관 밀착부(650)의 사이에 설치되어 있는 발열부(470, 560)를 구비한다. 상기 발열부(470, 560)는 상기 확관 밀착부(650)를 나선형으로 감싸도록 설치되어 외부전원으로부터 전류를 공급받아 열을 발생하는 발열체(660) 및 상기 발열체(660)를 감싸도록 설치되어 상기 발열 체(660)가 상기 토너 정착부(620) 및 확관 밀착부(650)와 단락되지 않도록 절연시키는 절연층(630, 640)을 구비한다.First, referring to the side cross-sectional view of the fixing unit (460, 550) with reference to Figure 6a, the fixing unit (460, 550) is a cylindrical toner fixing unit formed with a
도 6a에 도시되어 있는 정착기(460, 550)에서 상기 토너 정착부(620)의 일 예로 정착 롤러부가 예시되어 있지만, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다른 종류의 토너 정착부(620)가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. 이하에서는 상기 토너 정착부(620)를 정착 롤러부로 설명한다.Although the fixing roller unit is illustrated as an example of the
한편, 바람직하게 상기 발열체(660)는 코일인 것을 특징으로 한다. 본 발명이 적용되는 분야에 따른 다른 종류의 발열체가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.On the other hand, preferably, the
상기 코일은 상기 변압기(450, 530)에서 생성된 제1 유도 전류에 의해 저항 발열을 한다. 또한, 상기 변압기(450, 530)에서 생성된 상기 제1 유도 전류는 상기 변압기(450, 530)에 입력된 교류 전류에 상응하는 교류 전류이다. 교류 전류인 상기 제1 유도 전류가 상기 코일에 입력되면, 코일 주위에서는 상기 제1 유도 전류에 상응하여 변화하는 교번 자속(360)이 생성된다. 상기 생성된 교번 자속(360)은 정착 롤러부(620)에 쇄교되고 정착 롤러부(620)에서는 상기 쇄교되는 교번 자속(360)의 변화를 방해하려는 방향으로 유도 전류(eddy current)가 발생한다. 상기 쇄교하는 교번 자속에 의해 상기 정착 롤러부(620)에서 생성되는 유도 전류를 제2 유도 전류라 한다. 상기 정착 롤러부(620)의 재질은 구리 합금, 알루미늄 합금, 니켈 합금, 철 합금, 크롬 합금, 마그네슘 합금 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 정착 롤러부(620)는 자체 고유 저항을 가지고 있으므로, 상기 제2 유도 전류에 의해 저항 발열된다. 이하, 상기 제2 유도 전류에 의해 상기 정착 롤러부(620)가 발열되는 것을 유도 발열이라 한다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다른 재질로 상기 정착 롤러부(620)를 제작할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. The coil generates resistance heat by the first induced current generated by the
상기 발열체(660)는 전류가 입력시 발열체(660)의 저항 손실에 의해 저항 발열이 이루어지도록 하기 위해, 발열체(660)의 양단 저항이 100옴(Ohm)이하인 구리 합금, 알루미늄 합금, 니켈 합금, 철 합금, 크롬 합금이 사용될 수 있다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다른 재질로 상기 발열체(660)를 제작할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.The
상기 절연층(630, 640)은 상기 정착 롤러부(620)와 상기 발열체(660) 사이에 설치되는 제 1절연층(630)과 상기 발열체(660)과 상기 확관 밀착부(650) 사이에 설치되는 제 2절연층(640)으로 이루어져 있다. 상기 제1 및 제 2 절연층(630, 640)은 마이카(mica), 폴리이미드(polyimide), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon),폴리우레탄(polyurethane),유리(glass), PTFE(polytetrafluoruethylene)로 제작될 수 있다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다른 재질로 상기 절연층(630, 640)을 제 작할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.The insulating
도 6b는 도 6a의 B부분, 즉 장착기의 발열부(470, 560)를 보다 세부적으로 도시하고 있다. 상기 발열부(470, 560)는 상기 발열체(660)와 정착 롤러부(620) 사이에 절연층을 구비하고 있다. 상기 절연층(630)은 발열체(660)가 정착 롤러부(620)에 단락되는 것을 방지하기 위한 것으로, 단락만을 방지하는 얇은 절연층이 상기 발열체(660)와 정착 롤러부(620)에 삽입된다. 바람직하게, 상기 절연층(630)의 내전압은 1kv이하인 것을 특징으로 한다. 상기 1kv 이하의 내전압 요건을 만족하기 위해, 예를 들어 상기 발열부(470, 560)의 절연층(630)은 발열체(660)과 정착 롤러부(620)의 단락을 방지하기 위해 0.1mm 마이카 시트 1장이 사용된다. 바람직하게, 상기 0.1mm 마이카 시트 1장이 파손되는 경우, 상기 정착 롤러부(620)와 상기 발열체(660)가 단락되는 것을 방지하기 위해, 0.1mm의 마이카 시트 2장을 사용할 수 있다.FIG. 6B illustrates in detail the portion B of FIG. 6A, that is, the
상기 정착 롤러부(620)와 상기 발열체(660) 사이에 삽입되는 제1 절연층(630)의 두께가 두꺼워질수록 상기 발열체(660)에서 발생된 열이 상기 정착 롤러부(620)에 효율적으로 전달되는 않는다. 따라서, 상기 제1 절연층(630)의 두께가 얇을수록 상기 발열체(660)에서 발생된 열이 효율적으로 상기 정착 롤러부(620)에 전달될 수 있다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 다른 재질, 다른 두께의 제1 절연층(630)이 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다.As the thickness of the first insulating
도 7은 도 4 또는 도 5의 이미지 정착 장치에서 사용되는 정착기(460, 550)를 보다 상세히 도시하고 있다. 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 정착기 (460, 550)는 코팅부(610), 정착 롤러부(620), 제1 및 제2 절연층(630, 640), 발열체(660) 및 확관 밀착부(650)를 포함한다. 정착기(460, 550)의 양단에는 엔드캡(724)과 동력전달 엔드캡(730)이 각각 설치되어 있다. 상기 동력 전달 엔드캡(730)은 상기 엔드캡(724)과 구성은 유사하며 다만 상기 정착기(460, 550)를 지지하는 프레임(732)에 설치되는 구동부(738)에 연결되어 상기 정착기(460, 550)를 회전시키는 기어(740) 등 동력전달수단이 마련되어 있다.FIG. 7 shows the fixing
상기 엔드캡(724)에는 숨구멍(air vent, 726)이 형성되어 있다. 상기 숨구멍(726)은 상기 엔드캡(724)이 상기 정착기(460, 550)에 설치된 후 상기 정착기의 내부공간(728)과 외부를 공기가 통하도록 하여 상기 정착기의 내부공간(728)의 압력이 대기압으로 유지되도록 한다.The
따라서, 상기 발열체(660)로부터 전달된 열에 의하여 상기 확관 밀착부(650)가 가열되더라도 상기 내부공간(728)은 상기 숨구멍(726)을 통하여 외부공기가 통하므로 대기압이 유지된다. 상기 숨구멍(726)은 상기 동력전달 엔드캡(730)에 마련될 수 있다. 또한, 상기 숨구멍(726)은 상기 엔드캡(724)과 동력전달 엔드캡(730)에 모두 마련될 수도 있다.Therefore, even when the expansion
상기 엔드캡(724)과 동력전달 엔드캡(730)에는 전극(722)이 각각 설치된다. 상기 전극(722)은 상기 리드부(734)와 전기적으로 연결되어 있다. 외부전원부(742)로부터 공급된 전류는 브러쉬(736), 전극(722) 및 리드부(734)를 거쳐 상기 발열체(660)에 공급된다.The
도 8은 도 4 또는 도 5의 이미지 정착 장치에서 사용되는 정착기(460, 550) 의 발열부(470, 560), 정착 롤러부(620) 및 확관 밀착부(650)의 밀착 상태를 도시하고 있다. 도 8에 도시되어 있는 정착기(460, 550)에서 발열 코일을 상기 발열체(660)의 예로 도시하고 있다.FIG. 8 illustrates a close contact state of the
상기 발열부(470, 560)의 발열 코일(660)로부터 발생된 열을 정착 롤러부(620)로 효율적으로 전달하기 위해 상기 발열부(470, 560)의 제1 및 제 2 절연층(630, 640)과 상기 발열 코일(660) 사이에 공기 층(air gap)이 존재하지 않아야 한다. 본 발명에서 정착기(460, 550)의 발열 코일(660)과 제1 및 제2 절연층(630, 640)은 확관 밀착부(650)로부터 가해지는 확관압에 의해 소성 변형되며, 소성 변형된 발열부(470, 560)는 정착 롤러부(620) 및 확관 밀착부(650)와 서로 밀착 고정된다. 바람직하게, 상기 확관 밀착부는 비자성 물질로 구성되거나 폐루프를 형성하지 않는 형태의 파이프로 구성된다. 예를 들어, 금속 파이프, 코일 스프링, 발포 우레탄, 플라스틱 파이프 등이 상기 확관 밀착부(650)로 사용될 수 있다.In order to efficiently transfer heat generated from the
상기 확관 밀착부(650)에 가해지는 적정 확관압은 확관 밀착부(650)의 원주 방향 확관압이 확관 밀착부(650) 재질의 응력 분포(σ)까지 도달하여 영구 소성 변형이 발생하는 수준에서 결정된다. 확관 밀착부에 가해지는 확관압은 아래의 수식(1)에 의해 결정된다. The proper expansion pressure applied to the expansion
[수학식1][Equation 1]
P= σ×t/rP = σ × t / r
여기서 P는 확관압, σ는 응력분포, t는 확관 밀착부의 두께 및 r은 확관 밀착부의 반경을 나타낸다.Where P is the expansion pressure, sigma is the stress distribution, t is the thickness of the expansion tube, and r is the radius of the expansion tube.
도 8a는 정착 롤러부(620), 발열 코일(660) 및 절연층(630, 640) 사이에 공기 층이 존재하는 경우를 도시하고 있으며, 도 8b는 정착 롤러부(620), 발열 코일(660) 및 절연층(630, 640) 사이에 공기 층이 존재하지 않는 경우를 도시하고 있다. 상기 발열부(470, 560)에 공기 층이 존재하는지 여부에 따라, 즉 정착 롤러부(620), 발열 코일(660) 및 절연층(630, 640)의 밀착 정도에 따라 상기 정착기(460, 550)의 정착 롤러부(620)를 목표 정착 온도로까지 가열하는데 약 4초에서 5초 차이가 발생한다.8A illustrates a case where an air layer exists between the fixing
도 9는 할로겐 램프를 열원으로 사용하는 정착기 및 정착 롤러부(620)와 발열부(470, 560)가 서로 밀착 고정되어 있는 정착기(이하 이-코일(e-coil) 방식의 정착기라 한다)에서 정착부의 정착 롤러부를 목표 정착 온도까지 가열하는데 소요되는 시간을 비교한 실험 데이터이다. 본 실험에서, 상기 이-코일 방식 정착기의 제1 및 제2 절연층은 마이카 시트를 사용하고 있으며, 정착 롤러부의 반경은 32mm이고, 정착 롤러부의 재질은 알루미늄이다. 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 할로겐 램프를 열원으로 사용하는 정착기에서 상기 정착 롤러부를 20℃의 상온에서 180℃의 목표 정착 온도까지 가열하는데 75초가 소요된다.FIG. 9 illustrates a fixing apparatus using a halogen lamp as a heat source, and a fixing apparatus in which the fixing
한편, 이-코일 방식의 정착기에서 0.18mm의 마이카 시트를 3장 또는 2장 사용하여 절연층을 형성하는 경우 정착 롤러부(620)와 발열체(660) 사이의 내전압은 각각 6kv, 4.2kv이며, 이 경우 상기 정착기의 정착 롤러부(620)를 20℃의 상온에서 180℃의 목표 정착 온도까지 가열하는데 각각 34초와 24초가 소요된다. 이-코일 방식의 정착기에서 0.15mm의 마이카 시트를 3장 또는 2장 사용하여 절연층을 형성 하는 경우 정착 롤러부(620)와 발열체(660) 사이의 내전압은 각각 4.8kv, 3kv이며, 이 경우 상기 정착 롤러부(620)를 20℃의 상온에서 180℃의 목표 정착 온도까지 가열하는데 각각 27초와 14초가 소요된다. 이-코일 방식의 정착기에서 0.1mm의 마이카 시트를 3장, 2장 또는 1장 사용하여 절연층을 형성하는 경우 정착 롤러부(620)와 발열체(660) 사이의 내전압은 각각 3.3kv, 2.3kv, 1.4kv이며, 이 경우 상기 정착 롤러부(620)를 20℃의 상온에서 180℃의 목표 정착 온도까지 가열하는데 각각 16초, 10초, 6초가 소요된다.On the other hand, in the case of forming an insulating layer using three or two 0.18 mm mica sheets in an e-coil fixing unit, the breakdown voltages between the fixing
도 9에서 살펴본 것과 같이, 할로겐을 열원으로 사용하는 정착기에서 정착 롤러부를 목표 정착 온도까지 가열하기 위한 웜-업 시간은, 이-코일 방식 정착기에서 정착 롤러부를 목표 정착 온도까지 가열하기 위한 웜-엄 시간에 비해 상당히 길다. 한편, 이-코일 방식의 정착기에서 상기 절연층의 두께가 두꺼워질수록 상온에서 정착 목표 온도까지 정착 롤러부를 가열하는데 오랜 시간이 소요된다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, the warm-up time for heating the fixing roller part to a target fixing temperature in a fuser using halogen as a heat source is a warm-ham for heating the fixing roller part to a target fixing temperature in an e-coil type fixing machine. Considerably longer than time. On the other hand, it can be seen that the longer the thickness of the insulating layer in the e-coil fixing device, the longer it takes to heat the fixing roller from the room temperature to the fixing target temperature.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해진다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention is defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명에 의한 이미지 정착 장치는 전원부와 발열 코일을 변압기에 의해 전기적으로 분리함으로써, 정착 롤러부와 발열 코일 사이에 정착 롤러부가 발열 코일 에 단락되는 것을 방지하기 위한 얇은 절연층을 가진다. 얇은 절연층을 가짐으로써, 상기 발열 코일에서 발생한 열은 효율적으로 상기 정착 롤러부에 전달되며, 따라서 상기 정착 롤러부를 상온에서 목표 정착 온도까지 빠르게 가열할 수 있다.The image fixing device according to the present invention has a thin insulating layer for preventing the fixing roller portion from being short-circuited to the heating coil by electrically separating the power supply portion and the heating coil by the transformer. By having a thin insulating layer, heat generated in the heat generating coil is efficiently transferred to the fixing roller portion, and thus, the fixing roller portion can be quickly heated from the normal temperature to the target fixing temperature.
또한, 상기 정착 롤러부를 상온에서 목표 정착 온도까지 빠르게 가열할 수 있기 때문에, 인쇄 작업이 없는 동안에도 상기 정착 롤러부의 온도를 일정 시간 일정 온도 이상으로 유지할 필요가 없으며, 따라서 불필요한 전력 낭비를 막을 수 있다.In addition, since the fixing roller portion can be quickly heated from the normal temperature to the target fixing temperature, it is not necessary to maintain the temperature of the fixing roller portion above a certain temperature for a predetermined time even when there is no printing operation, thus preventing unnecessary power waste. .
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