KR101038216B1 - 발열 정착 롤러 - Google Patents

Abstract

발열 정찰롤러가 개시되어 있다..
개시된 발열 정착롤러는,
회전축(s)이 관통설치될 수 있도록 축방향으로 보어(411)가 형성된 원통형의 제1 기재층(410), 상기 제1 기재층(410)의 표면에 적층되는 제2 기재층(420), 상기 제2 기재층(420)의 표면에 적층되는 이형층(430) 및 상기 제2 기재층(420)과 이형층(430) 사이에 배치된 채 외부 전원에 의해 발열되는 전열층(440)을 포함하는 발열 정착 롤러에 있어서,
상기 제1 기재층(410)은 기포층을 포함하고 있는 발포 실리콘으로 구성되며,
상기 제2 기재층(420)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나로 되고,
상기 전열층(440)은 상기 제2 기재층(420)과 동일재질로 된 표피(442)에 의해 피복되어 상기 제2 기재층(420)의 표면에 나선형으로 권선되는 10 ~ 1000㎛ 직경의 저항발열코일로 되되, 상기 저항발열코일은 상기 제2 기재층(420)을 원형 지그에 의해 원형의 형태로 고정시킨 상태에서 자동권선장치에 의해 상기 제2 기재층(420) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선하며, 상기 저항발열코일의 권선시 저항발열코일의 표면에 피복된 표피(442)가 완전히 응고되기 전에 권선하여 상기 제2 기재층(420)과 자연 접착되도록 하며,
상기 이형층(430)과 전열층(440) 사이에는 탄성층(450)이 적층되되, 상기 탄성층(450)은 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무, 플루오르 실리콘 고무 중 어느 하나로 이루어진 실리콘 고무 또는 불소 고무로 된 것이다.

Description

발열 정착 롤러{Exothermic fixing roller}

본 발명은 발열 정착 롤러에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 화상형성장치에 적용되는 것으로서, 발열층을 표층에 최대한 가깝게 배치하여, 발열층에서 기인되는 정착열이 표층으로 신속하게 도달할 수 있어서 정착 열손실을 최소화할 수 있는 발열 정착 롤러에 관한 것이다.

화상형성장치는 입력된 화상신호에 따라 인쇄매체인 용지에 화상을 인쇄하는 장치를 말하는 것으로서, 화상형성장치의 일 종류인 전자사진방식은 소정 전위로 대전된 감광체에 광을 주사하여 그 외주면에 정전잠상을 형성하고, 정전잠상에 현상제인 토너를 투입하여 가시화상으로 현상한 후, 이를 용지에 전사 및 정착시켜서 화상을 인쇄한다.

도 1은 통상의 화상형성장치의 일예를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 화상형성장치(1)는 용지(p)를 공급하기 위한 급지유닛(2)과, 용지에 화상을 현상하기 위한 화상형성유닛(3)과, 용지에 열과 압력을 가하여 현상된 용지에 고착시키기 위한 정착유닛(4)과, 인쇄과정을 마친 용지(p)를 외부로 배출하기 위한 배지유닛(5)을 포함한다.

이중에서 상기 정착유닛(4)은 열과 압력을 가하여 용지에 전사되어 있는 가시화상을 정착시키는 것으로서, 토너가 전사된 용지에 열을 가해주기 위한 정착롤러(40)와, 상기 정착롤러(40)에 대향되게 설치되어 정착롤러와의 사이에 일정한 정착압력이 가해지도록 하는 가압롤러(41)로 이루어진다.

도 2는 종래 정착롤러의 일예를 도시한 종단면도이고, 도 3은 도 2의 I-I선 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 정착롤러(40)는 알루미늄으로 이루어진 원통체(40a)의 양단이 베어링(40b)에 의해 지지된 구성을 갖는다.

또한, 상기 정착롤러(40)의 표면에는 화상으로의 열전달이 이루어지는 접촉면인 닙(nip)을 형성하기 위할 뿐만 아니라 화상과의 이형성을 좋게 하기 위해 코팅층(40c)이 형성되어 있다.

또한, 상기 정착롤러(40)의 내부에는 외부전원(도시하지 않음)에 연결되어 열을 발생하는 열원으로 바(bar) 형태의 할로겐램프가 채용된 발열부(40d)가 설치되어 있다. 상기 발열부(40d)와 원통체(40a)의 내벽 사이에는 서로 이격되어 있으며 그 사이는 공기로 채워져 있다.

이러한 구성에 따라 외부전원으로부터 공급된 전류가 발열부의 양단에 인가되면 발열부(40d)에서 복사에너지가 발생된다. 발생된 복사에너지는 공기를 매개로 원통체(40a)의 내벽에 전달되고, 흑체로 이루어진 광열변화층에서 열에너지로 변환되어 전도에 의해 원통체(40a)와 코팅층(40c)을 거쳐 정착롤러(40)의 접촉부인 닙(nip)을 통과하여 용지(p) 위의 화상(토너:t)에 전달된다. 따라서, 화상(t)은 열에너지에 의해 용융되어 용지(p) 위에 고착되는 것이다.

위와 같이, 할로겐램프를 열원으로 사용하는 정착롤러(40)는 할로겐램프의 열효율이 낮은 관계로 인쇄작업을 위해 전원을 인가하였을 때 상온으로부터 정착온도에 도달할 때까지 상당한 웜-업시간(warm-up time)이 필요하다. 따라서, 사용자는 정착롤러(40)의 온도가 정착목표온도까지 올라가 인쇄가능해 질 때까지 기다려야 한다.

또한, 할로겐램프와 원통체(40a)는 서로 이격되어 있고 그 사이에 공기가 채워져 있기 때문에 할로겐램프로부터 발생된 열은 복사에 의해 정착롤러(40)를 가열하고, 전도에 의해 정착롤러(40)를 통과하기 때문에 열전달속도가 느리며, 기록매체에 접촉되어 열이 기록매체에 전달되면서 화상(t)이 있는 부분과 없는 부분 사이에 발생되는 온도편차의 보상이 늦으므로 인하여 온도산포의 조절이 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 발열층을 표층인 이형층 바로 안쪽에 배치함으로써 발열층에서 기인되는 정착열이 표층으로 신속하게 도달할 수 있도록 함에 따라 정착수율을 향상시킬 수 있는 발열 정착롤러를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발열 정착롤러는,
회전축(s)이 관통설치될 수 있도록 축방향으로 보어(411)가 형성된 원통형의 제1 기재층(410), 상기 제1 기재층(410)의 표면에 적층되는 제2 기재층(420), 상기 제2 기재층(420)의 표면에 적층되는 이형층(430) 및 상기 제2 기재층(420)과 이형층(430) 사이에 배치된 채 외부 전원에 의해 발열되는 전열층(440)을 포함하는 발열 정착 롤러에 있어서,
상기 제1 기재층(410)은 기포층을 포함하고 있는 발포 실리콘으로 구성되며,
상기 제2 기재층(420)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나로 되고,
상기 전열층(440)은 상기 제2 기재층(420)과 동일재질로 된 표피(442)에 의해 피복되어 상기 제2 기재층(420)의 표면에 나선형으로 권선되는 10 ~ 1000㎛ 직경의 저항발열코일로 되되, 상기 저항발열코일은 상기 제2 기재층(420)을 원형 지그에 의해 원형의 형태로 고정시킨 상태에서 자동권선장치에 의해 상기 제2 기재층(420) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선하며, 상기 저항발열코일의 권선시 저항발열코일의 표면에 피복된 표피(442)가 완전히 응고되기 전에 권선하여 상기 제2 기재층(420)과 자연 접착되도록 하며,
상기 이형층(430)과 전열층(440) 사이에는 탄성층(450)이 적층되되, 상기 탄성층(450)은 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무, 플루오르 실리콘 고무 중 어느 하나로 이루어진 실리콘 고무 또는 불소 고무로 된 것이다.

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이상의 본 발명은, 발열층(저항발열코일)을 표층인 이형층 바로 안쪽에 배치함으로써, 발열층으로 부터 발현되는 발열온도가 신속하게 표층으로 전달되어 인쇄작업을 위한 웜-업시간을 단축할 수 있고, 열전달 거리가 짧아짐에 따라 열손실을 최소화할 수 있어서 소비전력을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 화상형성장치의 일예를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 정착롤러의 일예를 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 2의 I-I선 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 발열 정착롤러의 제1 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 발열 정착롤러에 있어서, 전열층의 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 발열 정착롤러의 제2 실시예이다.

이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 발열 정착롤러가 설명된다.

설명되는 실시예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제 3의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

앞선 배경기술에서 설명하였듯이 정착장치는 발열 정착롤러 및 이와 선접촉되는 가압롤러로 구성되며, 본 발명은 상기 발열 정착롤러(400)의 세부 구성에 특징을 갖는다.

이러한 발열 정착롤러(400)는 기록매체인 용지의 이동을 유도함과 아울러 종이 위에 토너가 고착될 수 있도록 열을 가하는 기능을 하는 것으로서, 열을 가할 때 열전달의 신속성 및 열전달의 균일성이 중요하며, 더불어 열손실을 최소화하여 소비전력을 저감시키는 것도 중요한 과제이다.

도 3은 본 발명에 따른 발열 정착롤러의 제1 실시예이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제1 실시예의 발열 정착롤러(400)는 전술한 과제를 해소하기 위해, 제1 기재층(410), 제2 기재층(420), 이형층(430) 및 전열층(440)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 기재층(410)은 그 중심부위에 회전축(s:shaft)이 결합될 수 있도록 보어(411)가 형성되어 있어서 전체적으로 원통형을 이루고 있다.

상기 제1 기재층(410)은 전열층(440)에서 기인되는 발열온도가 외부로 빨리 전도되는 것을 방지할 수 있도록 되도록 열전도도가 낮은 재질로 됨이 바람직하다. 열전도도가 낮은 재질로는 발포 실리콘을 일 예로 들 수 있다.

발포 실리콘은 실리콘 컴파운드에 일정량의 발포제를 첨가하여 가류와 동시에 셀을 형성하는 것으로서, 발포량에 따라 기포 및 이에 충진되는 공기량을 조절할 수 있다. 발포량이 많으면 기포 및 이에 충진되는 공기량이 증가하여 열전도도를 더욱 낮출 수 있고, 반대로 발포량이 적으면 기포 및 이에 충진되는 공기량이 감소하여 열전도도는 약간 높아지게 된다. 열전도도의 조절은 전열층(440)의 발열온도를 적절히 감안하여 발포량을 선정하면 될 것이다.

다만, 제1 기재층(410)은 회전축(s)에 직접 결합되어 발열 정착롤러(400)를 전체적으로 지지해주는 심재 역할을 해야하기 때문에 강도의 문제도 고려되어야 하므로 과다 발포는 지양해야 한다.

상기 제2 기재층(420)은 상기 제1 기재층(410)의 표면에 적층된다.

후술되겠지만, 상기 제2 기재층(410)의 표면에는 전열층(440)이 배치되므로 상기 전열층(440)에 유도되는 교류전류에 의해 전연파괴가 발생되지 않으며, 누설전류가 다른 부분으로 전도되는 것을 방지해야 한다.

따라서, 상기 제2 기재층(420)은 소정의 내전압 특성과 내절연 파괴특성을 지니고 있어야 한다. 내전압 특성은 외부전원이 인가되어도 이를 견뎌낼 수 있는 특성을 나타내는 것이고, 내절연 파괴특성은 최대 내전압 하에서 1분 동안 누설전류가 10㎃이상이 발생하지 않고 절연파괴가 일어나지 않는 특성을 나타낸다.

이러한 조건을 만족시키기 위해, 상기 제2 기재층(420)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나로 될 수 있다.

이중, 폴리이미드(PI)는 이미드 고리를 가지는 고분자 물질로, 주로 방향족의 무수물 및 디아민을 이용하여 합성한다. 이러한 폴리이미드는 이미드 고리의 화학적 안정성을 기초로 하여 우수한 내열성, 내화학성, 내마모성과 내후성을 보이며, 그외에도 낮은 열팽창율, 저통기성 및 뛰어난 전기적 특성 등을 나타낸다.

이와는 다르게, 상기 제2 기재층(420)은 소성 가능한 금속재, 예컨대, 스테인레스(sus)나 니켈(Ni)을 적용할 수도 있다.

특히, 제2 기재층(420)은 발열체인 전열층(440)이 직접적으로 적층되기 때문에 낮은 열팽창율 및 전기적 특성이 좋다는 점에서 후한 점수를 줄 수 있다. 또한, 폴리이미드는 강철이나 유리를 대체할 수 있을 정도로 기계적 강도가 우수하기 때문에 앞선 제1 기재층(410)과 함께 발열 정착롤러(400)를 견고하게 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

상기 이형층(430)은 상기 제2 기재층(420)의 표면에 적층된다.

상기 이형층(430)은 프라이머(미도시)에 의해 상기 제2 기재층(420)의 표면에 접착될 수 있다.

상기 이형층(430)은 발열 정착롤러(400)를 정착장치에 채용시 가열 대상물인 토너 및 용지가 달라붙는 것을 방지함으로써 랩 잼(wrap jam)을 방지할 수 있게 된다.

상기 전열층(440)은 상기 제2 기재층(420)과 이형층(430) 사이에 배치된다.

상기 전열층(440)은 발열 정착롤러(400)를 발열시키는 역할을 함으로써 화상(이하 "토너"라 함)를 고착시키는 역할을 하는 본 발명 발열 정착롤러(400)의 핵심부품이다.

상기 전열층(440)은 이형층(430)을 적층하기 이전에 상기 제2 기재층(420)의 표면에 설치되는 것으로서, 설치방법은 도 5에 도시된 바와 같이 권선방법이 권장된다.

즉, 상기 전열층(440)은 도전성 히팅선(441)을 자동권선장치(미도시)에 의해 상기 제2 기재층(420) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선한 것으로서, 이러한 히팅선(441)은 전기저항에 의한 저항발열을 이용하는 저항발열코일을 이용하거나, 이와는 다르게 히팅선에 교류를 인가하여 유도전류에 의한 유도발열을 이용한 것일 수도 있다.

상기 전열층(440)인 저항발열코일은 밀접하게 권취되므로 권선된 전열층 간 절연을 위해 그 표면에 절연성 표피(442)로 피복되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 표피(442)는 권선하기 전에 미리 피복작업을 하되, 권선 작업 직전에 자동피복장치(미도시)를 마련하여 이에 의해 자동으로 피복한 후 바로 권선하는 것이 바람직하다.

그리고, 표피 작업된 저항발열코일은 제2 기재층(420)에 권선될 때 별도의 접착제에 의해 제2 기재층(420)에 접착할 수도 있으나, 이와는 다르게 접착제를 사용하지 않는 경우, 상기 표피(442)는 상기 제2 기재층(420)에 자연 접착을 위해 완전히 응고되기 전에 권선하되, 상기 표피(442)의 재질은 자연 접착성을 높이기 위해 제2 기재층(420)과 동일한 소재로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제2 기재층(420)이 폴리이미드인 경우 상기 표피(442)도 폴리이미드로 채택하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 저항발열코일은 용이한 권선을 가능케하면서 권선시 쉽게 단락되지 않도록 그 직경을 10 ~ 1000㎛ 범위내에서 결정하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ~ 50㎛ 범위 내에서 결정하는 것이 좋다.

도 6은 본 발명에 따른 발열 정착롤러의 제2 실시예이다.

도 6에 따르면, 본 발명 발열 정착롤러(400)의 제2 실시예는, 여타 구성은 상기한 제1 실시예와 동일하되, 다만 상기 이형층(430)과 전열층(440) 사이에 탄성층(450)을 더 형성한 것에 차이가 있다.

상기 탄성층(450)은 웜-업시간의 단축, 정착성 확보 및 랩 잼 방지를 위한 마진을 동시에 만족하기 위해 저경도 고무로 될 수 있다. 예컨대, 상기 탄성층(450)은 그 경도값을 H라 할 때, 상기 H는 하기의 수학식 1의 조건을 만족한다.

수학식 1 : 2°≤ H ≤ 10°

여기서, 경도값 H는 JIS-A 규격에 따른 값이다.

또한, 상기 탄성층(450)은 본 발명에 따른 발열 정착롤러(400)를 정착장치에 채용시, 도 1에 도시된 가압롤러(41)와의 사이에 형성되는 정착 닙의 폭 설정 및 정착온도설정 등을 고려하여, 실리콘 고무 또는 불소 고무를 포함할 수 있다. 여기서, 실리콘 고무의 예로는 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 패닐 실리콘 고무 또는 플루오르 실리콘 고무 등이 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

400 : 발열 정착롤러 410 : 제1 기재층
420 : 제2 기재층 430 : 이형층
440 : 전열층 441 : 히팅선
442 : 표피 450 : 탄성층

Claims (10)

1. 삭제
2. 회전축(s)이 관통설치될 수 있도록 축방향으로 보어(411)가 형성된 원통형의 제1 기재층(410), 상기 제1 기재층(410)의 표면에 적층되는 제2 기재층(420), 상기 제2 기재층(420)의 표면에 적층되는 이형층(430) 및 상기 제2 기재층(420)과 이형층(430) 사이에 배치된 채 외부 전원에 의해 발열되는 전열층(440)을 포함하는 발열 정착 롤러에 있어서,
   상기 제1 기재층(410)은 기포층을 포함하고 있는 발포 실리콘으로 구성되며,
   상기 제2 기재층(420)은 폴리이미드(polyimide), 마이카(mica), 세라믹(ceramic), 실리콘(silicon), 폴리우레탄(polyurethan) 중 선택된 어느 하나로 되고,
   상기 전열층(440)은 상기 제2 기재층(420)과 동일재질로 된 표피(442)에 의해 피복되어 상기 제2 기재층(420)의 표면에 나선형으로 권선되는 10 ~ 1000㎛ 직경의 저항발열코일로 되되, 상기 저항발열코일은 상기 제2 기재층(420)을 원형 지그에 의해 원형의 형태로 고정시킨 상태에서 자동권선장치에 의해 상기 제2 기재층(420) 표면의 원주방향을 따라 나선형으로 긴밀하게 권선하며, 상기 저항발열코일의 권선시 저항발열코일의 표면에 피복된 표피(442)가 완전히 응고되기 전에 권선하여 상기 제2 기재층(420)과 자연 접착되도록 하며,
   상기 이형층(430)과 전열층(440) 사이에는 탄성층(450)이 적층되되, 상기 탄성층(450)은 폴리 디메틸 실리콘 고무, 메탈 비닐 실리콘 고무, 메탈 페닐 실리콘 고무, 플루오르 실리콘 고무 중 어느 하나로 이루어진 실리콘 고무 또는 불소 고무로 된 것을 특징으로 하는 발열 정착롤러.
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