KR20040026681A - 전자유도발열롤러, 가열장치, 및 화상형성장치 - Google Patents

Abstract

전자유도발열롤러(21)는 내측으로부터 외측을 향하여, 심재(24)와 탄성층(23)과 유도발열층(22)과 이형층을 이 순서로 구비한다. 또한 유도발열층(22)과 심재(24)와의 사이에, 심재(24)로의 자속의 진입을 방지하는 자기 실드층을 구비한다. 자장발생수단으로부터의 교번자계 중 유도발열층(22)을 관통한 누설자속은 자기 실드층에 포착된다. 이 결과, 인가된 교번자속의 대부분은 발열층(22)의 발열을 위해 소비되어 발열효율이 향상한다. 또한 심재(24)의 베어링이 가열됨으로써 발생하는 트러블을 방지할 수 있다.

Description

전자유도발열롤러, 가열장치, 및 화상형성장치{ELECTROMAGNETIC INDUCED HEATING ROLLER, HEATING APPARATUS, AND IMAGE FORMING APPARATUS}

전자사진복사기나 프린터 등의 화상형성장치에서의 정착장치(가열장치)를 예로 들어 설명한다. 화상형성장치에 이용되는 정착장치는, 전자사진이나 정전기록 등의 적절한 화상형성프로세스수단에 의해, 가열용융성의 수지 등으로 이루어지는 토너를 이용하여 피기록재 상에 형성한 미정착 토너 화상을, 열에 의해 피기록재면 상에 영구 고착하는 장치이다.

이들 정착장치에 가장 자주 이용되는 방식으로는, 소정의 정착온도로 가열·온도조절(溫調)한 가열롤러와 이에 대향하여 압접되는 가압롤러가 형성하는 닙(nip)부에 피기록재를 도입하여 협지(挾持) 반송시킴으로써 미정착 토너 화상을피기록재면 상에 가열정착시키는 롤러정착방식이 있다. 그리고 이 롤러정착방식의 가열롤러의 열원으로는 할로겐램프가 많이 이용되고 있다.

한편 근년 전력 절약화 및 웜업시간 단축의 요구로부터, 전자유도가열방식을 채용한 롤러가열방식이 제안되고 있다. 도 11에 전자유도에 의해 가열되는 발열롤러를 구비하는 종래의 유도가열정착장치의 일례를 도시한다(예컨대, 일본국 특개평 11-288190호 공보 참조).

도 11 중, 820은 발열롤러이며, 내측으로부터 외측을 향하여, 금속제의 심재(824), 심재(824)의 외측에 일체로 성형된 내열성 발포고무로 이루어지는 탄성층(823), 금속제 튜브로 이루어지는 발열층(821), 및 발열층(821)의 외측에 설치된 이형층(822)을 구비한다. 827은 내열성 수지로 이루어지는 중공원통 형상의 가압 롤러이고, 그 내측에 여자 코일(825)이 권회된 페라이트 코어(826)가 설치되어 있다. 페라이트 코어(826)가 가압롤러(827)를 통하여 발열롤러(820)를 가압함으로써 닙부(829)가 형성된다. 발열롤러(820) 및 가압롤러(827)가 각각 화살표 방향으로 회전하면서 여자코일(825)에 고주파 전류가 흐르면, 교번자계 H가 발생하여, 발열롤러(820)의 발열층(821)이 전자유도가열되어 급속히 승온하여 소정의 온도에 도달한다. 이 상태에서 소정의 가열을 계속하면서 피기록재(840)를 닙부(829)에 삽입하여 통과시킴으로써, 피기록재(840) 상에 형성된 토너상(842)을 피기록재(840) 상에 정착시킨다.

또한 상기 도 11과 같이 유도발열층(821)을 갖는 발열롤러(820)를 이용한 롤러가열방식 외에, 유도발열층을 구비한 엔드리스 벨트를 이용한 벨트가열방식이 제안되고 있다. 도 12에 전자유도에 의해 가열되는 엔드리스 벨트를 이용한 종래의 유도가열 정착장치의 일례를 도시한다(예컨대 일본국 특개평 10-74007호 공보 참조).

도 12에서 960은 고주파 자계를 발생시키는 여자 수단으로서의 코일 어셈블리이다. 910은 코일 어셈블리(960)가 발생하는 고주파 자계에 의해서 발열하는 금속 슬리브(발열 벨트)이고, 니켈이나 스테인리스의 박층으로 이루어지는 엔드리스 튜브의 표면에 불소수지가 코팅된 것이다. 금속 슬리브(910)의 내측에 내부 가압롤러(920)가 삽입되고, 금속 슬리브(910)의 외측에 외부 가압롤러(930)가 설치되며, 외부 가압롤러(930)가 금속 슬리브(910)를 끼고 내부 가압롤러(920)에 가압됨으로써 닙부(950)가 형성된다. 금속 슬리브(910), 내부 가압롤러(920), 외부 가압롤러(930)가 각각 화살표 방향으로 회전하면서 코일 어셈블리(960)에 고주파 전류가 흐르면, 금속 슬리브(910)가 전자유도가열되어 급속히 승온하여 소정의 온도에 도달한다. 이 상태에서 소정의 가열을 계속하면서 피기록재(940)를 닙부(950)에 삽입하여 통과시킴으로써, 피기록재(940) 상에 형성된 토너상을 피기록재(940) 상에 정착시킨다.

상기 도 11에 도시한 종래의 롤러가열방식의 유도가열 정착장치에서는, 발열롤러(820)의 심재(824)에 통상 이용되는 철, 알루미늄, 스테인리스재 등의 금속 재료를 이용하면, 교번자계 H가 통과함으로써 심재(824) 자신이 유도가열에 의해 발열하여, 전력의 로스가 발생하고 있었다. 또한 심재(824)가 발열함으로써, 이를 지지하는 베어링이 고온에 의해 손상하는 등의 트러블이 발생한다는 문제가 있었다.

마찬가지로 도 12에 도시한 종래의 벨트가열방식의 유도가열정착장치에서도, 내부 가압롤러(920)가 철, 알루미늄, 스테인리스재 등의 금속 재료로 이루어지는 경우에는, 코일 어셈블리(960)가 발생하는 고주파 자계가 내부 가압롤러(920)에 도달하여, 내부 가압롤러(920)가 발열하여, 전력의 로스가 발생하고 있었다. 또한 내부 가압롤러(920)가 발열함으로써, 이를 지지하는 베어링이 고온에 의하여 손상하는 등의 트러블이 발생한다는 문제가 있었다.

본 발명은 전자유도가열에 의해 발열 승온하여, 시트 형상의 피가열재와 연속적으로 접촉하여 피가열재를 가열 승온시키기 위한 전자유도발열롤러에 관한 것이다. 또한 본 발명은 복사기, 프린터 등에 이용되는 전자사진방식, 또는 이와 유사한 방식에 의해 토너를 이용하여 화상을 형성하는 화상형성장치에서, 토너상을 피기록재 상에 가열 정착시키기 위한 가열장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 가열장치를 정착장치로서 구비한 화상형성장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 가열장치의 단면도,

도 2는 도 1의 화살표 II 방향으로부터 본 자장발생수단의 구성도,

도 3은 도 2의 III-III선에서의 본 발명의 실시형태 1에 관한 가열장치의 단면도,

도 4a는 도 1의 정착장치에 이용되는 본 발명의 실시형태 1에 관한 발열롤러의 단면도, 도 4b는 도 4a에서의 부분 4b의 확대단면도,

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 화상형성장치의 개략 구성을 도시한 단면도,

도 6a는 도 1의 정착장치에 이용되는 본 발명의 실시형태 2에 관한 발열롤러의 단면도, 도 6b는 도 6a에서의 부분 6b의 확대단면도,

도 7a는 본 발명의 실시형태 3의 전자유도발열롤러의, 자기 실드층을 구비한 심재의 개략사시도, 도 7b는 도 7a의 전자유도발열롤러의 자기 실드층을 구성하는 링의 개략사시도, 도 7c는 도 7a의 전자유도발열롤러의 자기 실드층을 구성하는 원호 형상 부재의 개략사시도,

도 8은 본 발명의 다른 일 실시형태에 관한 화상형성장치의 개략 구성을 도시한 단면도,

도 9는 본 발명의 실시형태 5에 관한 가열장치의 단면도,

도 10은 본 발명의 실시형태 6에 관한 가열장치의 단면도,

도 11은 전자유도에 의해 가열되는 발열롤러를 구비하는 종래의 유도가열정착장치의 개략 구성을 도시한 단면도,

도 12는 전자유도에 의해 가열되는 발열 벨트를 구비하는 종래의 유도가열 정착장치의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

본 발명은 종래의 문제를 해결하여, 발열효율이 향상하고 베어링의 손상 등이 발생하지 않는 유도가열방식의 발열롤러 및 이를 이용한 가열장치와, 동일하게 전자유도 벨트가열방식의 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 에너지 효율이 양호하고, 베어링 트러블이 적은 화상형성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전자유도발열롤러는, 내측으로부터 외측을 향하여 심재와 탄성층과 유도발열층과 이형층을 이 순서로 구비하는 전자유도발열롤러로서, 상기 유도발열층과 상기 심재와의 사이에, 상기 심재로의 자속의 침입을 방지하는 자기 실드층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 제1 가열장치는, 상기 본 발명의 전자유도발열롤러와, 상기 전자유도발열롤러가 압접되어 닙(nip)부를 형성하는 가압롤러와, 자장을 작용시켜 상기 전자유도발열롤러의 상기 유도발열층을 유도발열시키는 자장발생수단을 가지며, 상기 닙부에 도입된 피가열재를 상기 전자유도발열롤러와 상기 가압롤러로 가압 반송함으로써 상기 피가열재를 연속적으로 가열하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 제2 가열장치는, 유도발열층을 갖는 전자유도발열벨트와 상기 전자유도발열벨트에 내접하여, 상기 전자유도발열벨트를 회전 가능하게 지지하는, 심재 및 그 외측의 단열층으로 이루어지는 지지롤러와, 상기 전자유도발열벨트에 외접하여, 상기 전자유도발열벨트와의 사이에 닙부를 형성하는 가압롤러와, 상기 전자유도발열벨트의 외측에 배치되어, 자장을 작용시켜 상기 유도발열층을 유도발열시키는 자장발생수단을 가지고, 상기 닙부에 도입된 피가열재를 상기 전자유도발열벨트와 상기 가압롤러로 가압 반송함으로써 상기 피가열재를 연속적으로 가열하는 가열장치로서, 상기 지지롤러는 상기 심재보다도 외측에 상기 심재로의 자속의 진입을 방지하는 자기 실드층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

더욱이 본 발명의 화상형성장치는, 피기록재 상에 토너상을 형성하는 화상형성수단과, 상기의 본 발명의 제1 또는 제2 가열장치를 구비하고, 상기 화상형성수단이 상기 피기록재 상에 형성한 미정착의 토너상을 상기 가열장치가 상기 피기록재 상에 정착시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전자유도발열롤러는, 심재와 이보다 외측의 유도발열층을 구비한다. 그리고 상기 유도발열층과 상기 심재와의 사이에, 상기 심재로의 자속의 진입을 방지하는 자기 실드층을 구비한다.

이에 의해 외부로부터 유도발열층을 관통한 누설자속은 자기 실드층에 의해 심재에 도달하는 것이 방지되므로 심재의 발열이 억제된다. 그 결과 투입 에너지의 로스가 감소하여, 유도발열층의 발열효율이 향상한다. 또한 심재를 지지하는 베어링이 고온으로 가열됨에 따라 손상하는 등의 트러블의 발생을 방지할 수 있다.

상기 자기 실드층의 고유저항은 1O^-3Ωcm 이상인 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 자기 실드층 내에 맴돌이전류가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 자기 실드층의 발열이 억제된다. 그 결과 투입 에너지의 로스가 감소하여, 유도발열층의 발열효율이 향상한다.

상기 자기 실드층의 비투자율이 10이상인 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 자속이 자기 실드층을 관통하여 심재에 도달하는 것을 방지할 수 있으므로, 심재의 발열을 보다 더 억제할 수 있다.

상기 자기 실드층의 두께가 0.2mm 이상인 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 자속이 자기 실드층을 관통하여 심재에 도달하는 것을 방지할 수 있으므로, 심재의 발열을 보다 더 억제할 수 있다.

상기 자기 실드층은 상기 심재의 표면에 형성된 절연성 자성 재료로 이루어지는 층인 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 자기 실드층의 재료가 절연성을 가짐으로써, 자기 실드층 내에 맴돌이전류가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 자기 실드층의 발열이 억제된다. 또한 자기 실드층의 재료가 자성을 가짐으로써, 자속이 자기 실드층을 관통하여 심재에 도달하는 것을 방지할 수 있으므로 심재의 발열을 보다 더 억제할 수 있다.

상기 자기 실드층은 상기 심재의 표면에 나열하여 배치된 다수의 링 또는 원호 형상 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 자기 실드층의 형성이 용이해진다.

상기 자기 실드층은 자성체 필러가 분산된 상기 탄성층이라도 무방하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 탄성층이 자기 실드층으로서도 기능하므로, 층 구성이 간략화되어 전자유도발열롤러의 제조가 용이해져 비용 절감에 공헌한다.

상기 심재가 비자성 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 자기 실드층을 관통하여 심재 내에 자속이 침입하는 것을 보다 방지할 수 있으므로, 심재의 발열을 보다 더 억제할 수 있다. 또한 심재의 강도의 확보가 용이해진다.

상기 유도발열층의 두께가 표피깊이 이하인 것이 바람직하다.

이러한 바람직한 실시형태에 의하면, 유도발열층의 열 용량이 작고 또한 유연성이 높으므로, 웜업 시간이 짧고 정착성이 양호한 전자유도발열롤러를 얻을 수 있다.

다음으로 본 발명의 제1 가열장치는, 롤러가열방식의 가열장치로서, 상기 본발명의 전자유도발열롤러와, 상기 전자유도발열롤러가 압접되어 닙부를 형성하는 가압롤러와, 자장을 작용시켜 상기 전자유도발열롤러의 상기 유도발열층을 유도발열시키는 자장발생수단을 갖는다.

이러한 제1 가열장치는 본 발명의 전자유도발열롤러를 구비하므로, 자장발생수단으로부터 유도발열층을 관통한 누설자속은 자기 실드층에 의해 심재에 도달하는 것이 방지되므로, 심재의 발열이 억제된다. 그 결과 투입 에너지의 로스가 감소하여, 유도발열층의 발열효율이 향상한다. 또한 심재를 지지하는 베어링이 고온으로 가열됨에 따라 손상하는 등의 트러블의 발생을 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 제2 가열장치는 벨트가열방식의 가열장치로서, 유도발열층을 갖는 전자유도발열벨트와, 상기 전자유도발열벨트에 내접하여, 상기 전자유도발열벨트를 회전 가능하게 지지하는, 심재 및 그 외측의 단열층으로 이루어지는 지지롤러와, 상기 전자유도발열벨트에 외접하여, 상기 전자유도발열벨트와의 사이에 닙부를 형성하는 가압롤러와, 상기 전자유도발열벨트의 외측에 배치되어, 자장을 작용시켜 상기 유도발열층을 유도발열시키는 자장발생수단을 갖는다. 그리고 상기 지지롤러는 상기 심재보다도 외측에 상기 심재로의 자속의 진입을 방지하는 자기 실드층을 구비한다.

이에 의해 자장발생수단으로부터 유도발열층을 관통하여 지지롤러에 도달한 누설자속은 자기 실드층에 의해 심재에 도달하는 것이 방지되므로 심재의 발열이 억제된다. 그 결과 투입 에너지의 로스가 감소하여, 유도발열층의 발열 효율이 향상한다. 또한 심재를 지지하는 베어링이 고온으로 가열됨에 따라 손상하는 등의트러블의 발생을 방지할 수 있다.

상기 제2 가열장치에서, 상기 자기 실드층이 상기 지지롤러의 표면에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 지지롤러의 층 구성의 간소화와 저비용화를 실현할 수 있다.

다음으로 본 발명의 화상형성장치는, 피기록재 상에 토너상을 형성하는 화상형성수단과, 상기 본 발명의 제1 또는 제2 가열장치를 구비한다.

이에 의해 소비전력이 적고, 베어링 트러블이 생기기 어려운 화상형성장치를 얻을 수 있다.

이하에 본 발명을 도면을 참조하면서 더욱 상세히 설명한다.

(실시형태 1)

도 5는 본 발명의 일 실시형태의 가열장치를 정착장치로서 이용한 화상형성장치의 단면도이다. 본 실시형태의 가열장치는 롤러가열방식의 전자유도가열장치이다. 이하에 이 장치의 구성과 동작을 설명한다.

1은 전자사진감광체(이하, '감광드럼'이라 한다)이다. 감광드럼(1)은 화살표 방향으로 소정의 주속도로 회전 구동되면서, 그 표면이 대전기(2)에 의해 소정의 전위로 동일하게 대전된다. 3은 레이저빔 스캐너이고, 도시하지 않은 화상독취장치나 컴퓨터 등의 호스트 장치로부터 입력되는 화상 정보의 시계열 전기 디지털 화소신호에 대응하여 변조된 레이저빔을 출력한다. 상기와 같이 동일 대전된 감광드럼(1)의 표면이, 이 레이저빔으로 선택적으로 주사 노광됨에 의해, 감광드럼(1)면 상에 화상정보에 따른 정전잠상이 형성된다. 이어서 이 정전잠상은 회전 구동되는 현상롤러(4a)를 갖는 현상기(4)에 의해 대전한 분체 토너를 공급받아, 토너상으로서 현상화(顯像化)된다.

한편 급지부(10)로부터는 피기록재(11)가 1매씩 급송되어, 레지스트 롤러 쌍(12, 13)을 거쳐, 감광드럼(1)과 이에 당접시킨 전사롤러(14)로 이루어지는 닙부에, 감광체 드럼(1)의 회전과 동기한 적절한 타이밍으로 보내어진다. 전사 바이어스가 인가된 전사롤러(14)의 작용에 의해서, 감광드럼(1) 상의 토너상은 피기록재(11)에 순차 전사된다. 닙부(전사부)를 통과한 피기록재(11)는 감광드럼(1)으로부터 분리되어, 정착장치(15)로 도입되어, 전사 토너상의 정착이 이루어진다. 정착되어 상이 고정된 피기록재(11)는 배지 트레이(16)로 출력된다. 피기록재가 분리된 후의 감광드럼(1)면은 클리닝 장치(17)에서 전사 잔여토너 등의 잔류물이 제거되어 청정해지고, 반복하여 다음 작상(作像)에 제공된다.

다음으로 상기 정착장치(15)로서 사용가능한 본 발명의 가열장치의 실시형태를 실시예와 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 상기 화상형성장치에 이용되는, 본 발명의 실시형태 1의 가열장치로서의 정착장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 화살표 II 방향으로부터 본 자장 발생 수단의 구성도, 도 3은 도 2의 III-III선(발열롤러(21)의 회전 중심축과 여자코일(36)의 권회 중심축(36a)을 포함하는 면)에서의 화살표 방향으로 본 단면도이다. 도 4a는 도 1의 정착장치에 이용되는 본 발명의 발열롤러(21)의 단면구성도, 도 4b는 도 4a에서의 부분 4b의 확대단면도이다. 이하 도 1∼도 4b를 참조하여 본 실시형태의 정착장치와 발열롤러를 설명한다.

도 4a, 도 4b에서 발열롤러(21)는 표면 측으로부터 순서대로 이형(離型; mold release)층(27), 박육의 탄성층(제2 탄성층)(26), 박육의 도전재로 이루어지는 유도발열층(이하, 간단히 '발열층'이라 한다)(22), 단열성이 양호한 탄성층(23), 자기 실드층으로서의 자성체층(19), 및 회전축이 되는 심재(24)로 구성되어 있다.

도 3은 도 2의 III-III선에서의 화살표 방향으로 본 단면도로, 정착장치 전체를 횡방향으로부터 본 단면구성을 나타내고 있다. 발열롤러(21)는 외경이 30mm이고, 그 최하층인 심재(24)의 양단에서 베어링(28, 28’)에 의해 측판(29, 29’)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 발열롤러(21)는 도시하지 않은 장치 본체의 구동수단에 의해서 심재(24)에 일체적으로 고정된 톱니바퀴(30)를 통하여 회전 구동된다.

36은 자장발생수단으로서의 여자코일이고, 발열롤러(21)의 외주의 원통면에 대향하여 배치되어, 표면을 절연한 외경 0.15mm의 동선으로 이루어지는 선재를 60개 묶은 선속을 9회 주회하여 형성되어 있다.

여자코일(36)의 선속은, 발열롤러(21)의 원통면의 회전 중심축(도시하지 않음) 방향의 단부에서는 그 외주면을 따라 원호 형상으로 배치되고, 그 이외의 부분에서는 상기 원통면의 모선방향을 따라서 배치되어 있다. 또한 발열롤러(21)의 회전 중심축과 직교하는 단면도인 도 1에 도시하는 바와 같이, 여자코일(36)의 선속은 발열롤러(21)의 원통면을 덮도록, 발열롤러(21)의 회전 중심축을 중심축으로 하는 가상의 원통면 상에, 겹치는 일 없이(단, 발열롤러의 단부를 제외한다) 밀착하여 배치되어 있다. 또한 발열롤러(21)의 회전 중심축을 포함하는 단면도인 도 3에 도시하는 바와 같이, 발열롤러(21)의 단부에 대향하는 부분에서는, 여자코일(36)의 선속을 2열로 나열하여 겹쳐 쌓아 올려져 있다. 따라서 여자코일(36)은 전체로서 안장과 같은 형상으로 형성되어 있다. 여기서 여자코일(36)의 권회 중심축(36a)는, 발열롤러(21)의 회전 중심축과 대략 직교하고, 발열롤러(21)의 회전 중심축 방향의 대략 중심점을 지나는 직선이며, 여자코일(36)은 상기 권회 중심축(36a)에 대하여 거의 대칭으로 형성되어 있다. 선속은 표면의 접착제에 의해 서로 접착되어, 도시한 형상을 유지하고 있다. 여자코일(36)은 발열롤러(21)의 외주면으로부터 약 2mm의 간격을 두고 대향하고 있다. 도 1의 단면도에서 여자코일(36)이 발열롤러(21)의 외주면과 대향하는 각도범위는, 발열롤러(21)의 회전 중심축에 대하여 약 180도로 넓은 범위이다.

37은 상기 여자코일(36)과 함께 자장 발생 수단을 구성하는 배면코어이며 여자코일(36)의 권회 중심축(36a)를 통하여, 발열롤러(21)의 회전 중심축과 평행하게 배치된 봉 형상의 중심코어(38)와, 여자코일(36)에 대하여 발열롤러(21)와는 반대 측에, 여자코일(36)과 이간하여 배치된 대략 U자 형상의 U자코어(39)로 이루어진다. 중심코어(38)와 U자코어(39)는 자기적으로 접속되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, U자코어(39)는 발열롤러(21)의 회전 중심축과 여자코일(36)의 권회 중심축(36a)을 포함하는 면에 대하여 대략 대칭인 U자 형상이다. 이러한 U자코어(39)는 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 발열롤러(21)의 회전 중심축 방향으로 이간하여 다수 개 배치되어 있다. 본 실시예에서는 U자코어(39)의, 발열롤러(21)의 회전 중심축 방향의 폭은 10mm이며, 이러한 U자코어(39)가 26mm 간격으로 합계 7개 배치되어 있다. U자코어(39)는 여자코일(3)로부터의 외부로 새는 자속을 포착한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 각 U자코어(39)의 양 선단은, 여자코일(36)과 대향하지 않는 범위까지 연장되고, 여자코일(36)을 통하지 않고 발열롤러(21)와 대향하는 대향부(F)가 형성되어 있다. 또한 중심코어(38)는 여자코일(36)을 통하지 않고 발열롤러(21)와 대향하고 또한 U자코어(39)보다도 발열롤러(21) 측에 돌출하여 대향부(N)을 형성하고 있다. 돌출한 중심코어(38)의 대향부(N)는, 여자코일(36)의 권회 중심의 중공부(中空部) 내에 삽입되어 있다. 중심코어(38)의 단면형상은 4mm×10mm이다.

본 실시예에서는 배면코어(37)의 재료로는 페라이트를 이용하였다. 배면코어(37)의 재료로는, 페라이트나 퍼멀로이 등의 고투자율이고 고유저항이 높은 재료가 바람직하나, 투자율이 다소 낮더라도 자성재이면 이용할 수 있다.

40은 두께가 1mm이며, PEEK(폴리에테르에테르케톤)나 PPS(폴리페닐렌설파이드) 등의 내열온도가 높은 수지로 이루어지는 단열 부재이다.

도 1에서 가압 부재로서의 가압롤러(31)는, 금속축(32)의 표면에 실리콘고무로 이루어지는 탄성층(33)을 피복하여 이루어진다. 탄성층은 경도 50도(JIS-A)이다. 가압롤러(31)는 발열롤러(21)에 대하여 전체로 약 200N의 힘으로 압접되어 닙부(34)를 형성하고 있다. 가압롤러(31)의 외경은 30mm이고, 길이는 발열롤러(21)와 거의 동일하며, 그 유효 길이는 발열층(22)보다 약간 길다.

닙부(34)에서는 발열롤러(21)의 탄성층(23)이 압축 변형하고, 발열층(22)이 폭 방향(발열롤러(21)의 회전 중심축 방향)에서 대략 균일한 압력으로 가압되어 있다. 닙부(34)의 피기록재(11)의 주행방향 C를 따른 폭 W는 약 5.5mm이다. 발열롤러(21)에는 매우 큰 힘이 가해지고 있으며, 그 표면의 발열층(22)의 두께는 얇으나, 탄성층(23)을 통하여 견고한(solid) 심재(24)가 그 압력을 지탱하고 있기 때문에, 회전 중심축에 대한 휨량은 약간 억제되고, 회전 중심축 방향에서 폭 W가 대략 균일한 닙부(34)가 형성되어 있다. 또한 닙부(34)에서는 발열층(22) 및 탄성층(23)이 가압롤러(31)의 외주면을 따라서 오목형상으로 변형되어 있기 때문에, 피기록재(11)가 이 닙부(34)를 통과하여 나올 때, 피기록재(11)의 진행방향이 발열롤러(21)의 외표면과 이루는 각도가 커져, 피기록재(11)의 박리성이 매우 좋다.

가압롤러(31)는 이 상태에서 금속축(32)의 양단을 종동(從動) 베어링(35, 35')에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 가압롤러(31)의 탄성층(33)의 재질은 상기 실리콘고무 외에, 불소고무, 불소수지 등의 내열성수지나 내열성고무로 구성하여도 된다. 또한 가압롤러(31)의 표면에는 내마모성이나 이형성(離型性)을 높이기 위해서, PFA(테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체), PTFE(테트라플루오로에틸렌), FEP(테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌공중합체) 등의 수지 또는 고무를 단독 또는 혼합으로 피복하여도 된다. 열의 방산을 방지하기 위해, 가압롤러(31)는 열전도성이 작은 재료로 구성되는 것이 바람직하다.

도 1에서 41은 온도검지센서이며, 발열롤러(21)의 표면에 접촉하여 닙부(34)에 도달하기 직전의 발열롤러(21)의 표면의 온도를 검지하여, 도시하지 않은 제어회로에 피드백 한다. 동작 시는 이에 의해 여자회로(42)의 여자전력을 조절함으로써, 발열롤러(21)의 닙부(34) 직전의 표면온도를 섭씨 170도로 컨트롤한다. 본 실시예에서는 웜업시간을 단축한다는 목적을 달성하기 위해서, 발열층(22) 및 이보다 외측에 설치한 탄성층(26) 및 이형층(27)의 열 용량을 가능한 작게 설정하고 있다.

이상의 구성으로 발열롤러(21)와 가압롤러(31)를 회전시키면서 여자회로(42)에 의해 여자코일(36)에 20∼50kHz의 고주파 전류를 흘린다. 이에 의해서 교번자속이 여자코일(36)을 둘러싸는 중심코어(38), U자코어(39) 및 여자코일(36)에 대향하는 발열롤러(21)의 발열층(22)을 경유하여 흐르고, 이 교번자속에 의해 발열층(22)에 맴돌이전류(eddy current)가 발생하여 발열롤러(21)의 표면온도가 급속히 상승을 시작한다. 발열롤러(21)의 표면 온도는 온도검지센서(41)에서 검지되어, 소정의 170℃로 온도조절된다. 그리고 미정착의 토너상(9)을 담지한 피기록재(11)가 닙부(34)에 삽입되어, 닙부(34)에서 토너상(9)과 피기록재(11)는 순차 가열되어 토너상(9)이 피기록재(11) 상에 정착된다.

다음으로 발열롤러(21)의 구성에 관해서 상세히 서술한다.

본 실시예에서는 심재(24)는 지름 20mm의 비자성의 스테인리스재(SUS304)로 이루어지며, 그 표면에 자기 실드층으로서 실리콘고무를 기재로 하여, 이것에 페라이트 분말을 분산한 두께 약 500㎛의 절연성의 자성체층(19)이 코팅되어 있다. 심재(24)는 스테인리스재에 한정되지 않고, 알루미늄 등을 사용하는 것도 가능하다. 또한 자성체층(19)에 함유시키는 자성체 분말은 페라이트 분말에 한정되지 않고,센더스트 분말 등을 이용할 수 있다.

탄성층(23)은 저 열전도성의 실리콘고무의 발포체로 이루어지며, 본 실시예에서는 두께 5mm, 경도 45도(ASKER-C)인 것을 이용하고 있다. 탄성층(23)은 발포실리콘고무에 한정되는 것이 아니지만, 적당한 탄력성을 가짐으로써 닙부(34)의 폭 W를 확보하고, 또한 발열층(22)으로부터의 열의 확산을 줄이기 위해서는 경도는 20∼55도(ASKER-C)인 것이 바람직하다. 또한 발포체가 아닌 경우는 경도 50도(JIS-A) 이하의 실리콘고무를 이용하는 것이 내열성, 유연성이라는 점에서 바람직하다.

본 실시예의 발열층(22)은 실리콘고무를 기재로 하고 이 속에 인편 형상의 니켈편을 분산한 것을 탄성층(23) 상에 60㎛의 두께로 도포 형성한 것이다. 여자코일(36)에 의해서 발생된 교번자속은 이 발열층(22)내의 니켈편을 통해 흘러 발열층(22) 내를 통과하고, 그에 의해 니켈편에 맴돌이전류가 발생하여 발열층(22)은 급속히 가열된다. 또 본 실시예에서는 발열층(22)의 기재로서 실리콘고무를 이용하였으나, 이를 대신하여 폴리이미드수지, 불소수지, 불소고무와 같이 유연성이 있는 내열성수지 또는 내열성고무를 이용할 수도 있다. 또한 기재 중에 분산시키는 필러로는, 상기 니켈편에 한정되지 않고, 자성 금속의 분체나 비자성 금속의 분체를 이용하여, 이들을 혼합 또는 적층하여 기재 중에 분산시켜도 된다. 분체의 형상은 파이버 형상, 구 형상, 인편 형상 등 어느 것이든 무방하다. 분산시키는 필러로는 교번자속에 의해 맴돌이전류가 흐르는 도전성을 가진 재료이면 되는 것은 말할 필요도 없지만, 본 실시예에서는 필러로서 자성 금속인 니켈을 이용하였다. 이에 의해 여자코일(36)에 의해서 발생되는 교번자속을 발열층(22)내로 이끌고, 여자코일(36)을 주회하는 자기회로의 자기저항을 저감하며, 발열층(22)을 관통하여 타층으로 새는 자속(누설자속)을 저감할 수 있기 때문에, 효율적인 가열이 가능해진다. 또 발열층(22)의 두께는 10∼200㎛가 바람직하다.

탄성층(제2 탄성층)(26)은 피기록재(11)와의 밀착을 향상시키기 위해 설치되어 있으며, 본 실시예에서는 실리콘고무로 이루어지는 두께 200㎛, 경도 20도(JIS-A)의 층이다. 탄성층(26)의 두께는 200㎛에 한정되는 것이 아니라, 50∼500㎛의 범위가 바람직하다. 지나치게 두꺼우면 열 용량이 지나치게 커져 웜업시간이 늦어지며, 지나치게 얇으면 피기록재(11)와의 밀착성의 효과가 저감한다. 탄성층(26)의 재질은 실리콘 고무에 한정되지 않고, 다른 내열성고무나 내열성수지를 사용할 수도 있다. 또 이 탄성층(26)은 반드시 설치하지 않더라도 지장은 없으나, 토너상이 컬러 화상인 경우에는 설치하는 것이 바람직하다.

이형층(27)으로는 PTFE(테트라플루오로에틸렌)이나 PFA(테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체), FEP(테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌공중합체) 등의 불소계의 수지를 이용할 수 있으며, 본 실시예에서는 두께 30㎛로 하였다.

본 실시예에 이용한 발열롤러(21)는 하기의 제조방법에 의해서 형성한다. 탄성층(23)을 발포성형(표면에 스킨층을 갖는 것이 바람직하다)한 후, 이 탄성층(23) 상에 도전체 필러를 분산한 실리콘고무의 원액을 스프레이법 또는 디핑법 등에 의해 소정의 두께로 부여한다. 그 후 이를 가황(vulcanization)하여 탄성층(23) 상에 발열층(22)을 형성한다. 또한 이 때 자성체층(19)을 구비한 심재(24)는 발열층(22)을 형성하기 전에 탄성층(23)과 접착 고정되어 있어도 되고, 또 발열층(22)의 형성 후에 자성체층(19)을 구비한 심재(24)를 삽입 접착하여도 무방하다. 또한 심재(24)의 자성체층(19) 상에 탄성층(23)을 직접 성형할 수도 있다. 또 발열층(22)은 다수 회 덧칠하여 형성하여도 된다. 탄성층(23) 상에 발열층(22)을 형성한 뒤에 탄성층(제2 탄성층)(26)의 실리콘고무를 발열층(22)과 마찬가지로, 발열층(22) 상에 덧칠하여 가황한다. 그 후 이형층(27)을 PFA튜브를 씌워 프라이머층을 통하여 접착, 또는 PTFE를 코팅하여 소성하는 등의 방법으로 형성한다. 또 각각의 층 사이에는 각각의 재료에 맞춘 프라이머층을 개재시켜도 된다. 또한 발열층(22)의 기재로 폴리이미드수지를 이용하는 경우에도 상기와 같이 폴리이미드 니스를 탄성층(23) 상에 도공(塗工) 형성한다.

이상으로 서술한 실시형태 1의 가열장치의 동작을 설명한다. 여자코일(36)의 동작 시에 여자코일(36)을 주회하여 발생한 교번자속 D 중, 대부분은 도 4b의 파선 H로 도시하는 바와 같이 발열층(22) 내를 흐르고, 나머지의 일부가 파선 E로 도시하는 바와 같이 발열층(22)을 관통한다. 발열층(22) 내를 흐르는 자속 H에 의해서 발열층(22)에 맴돌이전류가 발생하여 발열한다. 한편 발열층(22)을 관통한 누설자속 E는 심재(24) 쪽을 향한다. 그러나 심재(24)의 표면에 약 500㎛의 두께로 페라이트를 갖는 절연성의 자성체층(19)가 코팅되어 있기 때문에, 누설자속 E는 이 자성체층(19)에 포착되어, 심재(24) 내로 진입하는 자속의 양이 대폭 저감된다. 또한 자성체층(19)은 절연성이기 때문에, 자성체층(19) 내를 통과하는 자속 F에 의해 자성체층(19)이 발열하는 경우는 없다. 따라서 인가된 교번자속 D의 대부분은발열층(22)의 발열을 위해 소비되어, 발열의 효율이 향상한다. 또한 심재(24)에 맴돌이전류가 발생하여 발열하는 일이 없기 때문에, 심재(24)의 베어링이 가열되어 손상하는 등의 트러블 등도 없앨 수 있다.

자기 실드층으로서의 자성체층(19)의 비투자율은, 심재(24)의 비투자율에 비하여 가능한 한 큰 것이 바람직하다. 심재(24)의 재료로서 비자성금속을 이용한 본 실시예의 경우, 자성체층(19)의 비투자율은 약 20이상이고, 그 두께가 0.3mm이상이면 충분한 자기 실드 효과를 얻을 수 있었다. 일반적으로는 자성체층(19)의 비투자율은 10이상, 나아가 15이상인 것이 바람직하다. 또한 자성체층(19)의 두께는 0.2mm이상, 나아가 0.5mm이상인 것이 바람직하다.

또한 자성체층(19)은 교번자속 F가 통과하였을 때에 맴돌이전류가 발생하여 발열하지 않는 것이 필요하고, 이를 위해서는 절연성인 것이 바람직하나, 그 고유저항값은 도체영역을 넘는 1O^-3Ωcm 이상이면 실질상 발열은 거의 없고 유효하다.

또한 자성체층(19)을 구비하는 경우이더라도, 심재(24)의 재료가 자성금속인 경우는, 누설자속 E의 일부가 심재(24) 내에 침입하기 쉬워진다. 따라서 이를 방지하기 위해서는, 심재(24)의 재료로는 철 등의 자성금속이 아니라, 비자성금속인 것이 바람직하다. 여기서 비자성금속으로는, 스테인리스재, 황동, 알루미늄 등을 예시할 수 있으나, 이들 중에서는 강도라는 점에서 특히 스테인리스재가 바람직하다.

또 상기 실시형태에서는 발열롤러(21)는 심재(24) 상에 자성체층(19), 탄성층(23), 발열층(22), 제2 탄성층(26), 이형층(27)을 순서대로 구비한 층 구성으로 되어 있으나, 본 발명은 반드시 이 층 구성에 한정되는 것이 아니라, 각 층을 다층의 구성으로 하거나 또한 각 층 사이에 접착층을 설치하거나, 각 층 사이에 보조적인 층을 형성하는 것은 지장 없다.

(실시형태 2)

본 실시형태 2가 실시형태 1과 다른 것은 전자유도발열롤러(21)의 구성뿐이다. 도 6a는 도 5의 화상형성장치에 이용되는, 본 발명의 실시형태 2의 전자유도발열롤러의 단면도, 도 6b는 도 6a에서의 부분 6b의 확대단면도이다. 도 6a, 도 6b에서 실시형태 1과 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.

본 실시형태의 발열롤러(21)는 내측으로부터 외측을 향하여, 심재(24), 탄성층(23), 발열층(22), 제2 탄성층(26) 및 이형층(27)을 갖는다. 실시형태 1의 경우와 같이, 심재(24)는 비자성의 스테인리스재로 이루어진다. 실시형태 1과 달리, 발열층(22)은 실리콘고무로 이루어지는 기재 중에 도전성의 필러로서 인편 형상의 은분을 분산시켜서 이루어진다. 또한 탄성층(23)이 자성분인 페라이트 분체를 내부에 분산한 발포실리콘고무로 이루어진다. 실시형태 1에서의 자성체층(19)은 본 실시형태에서는 존재하지 않는다.

여자코일(36)이 발생하는 교번자속 D는 발열층(22)을 관통하여 탄성층(23)의 내부에 들어간다. 탄성층(23)은 자성분인 페라이트 분체를 함유하므로, 교번자계 D는 탄성층(23) 내를 통과한 후 U자코어(39) 및 중심코어(38)에 되돌아가여자코일(36)을 주회한다. 이 교번자속 D에 의해서 발열층(22)에는 맴돌이전류가 발생하여, 발열층(22)이 발열한다. 심재(24)는 도전성재료로 이루어지지만, 탄성층(23) 내의 자성분에 자속 D가 붙잡혀, 심재(24) 내에는 미량의 자속 밖에 통과하지 않는다. 따라서 심재(24)는 거의 발열하지 않는다. 또한 탄성층(23) 내의 자성분은 절연성이기 때문에 발열하는 경우는 없다.

이와 같이 본 실시형태에서는, 자성분이 분산된 탄성층(23)이 자기 실드층으로서 기능한다. 그 결과 실시형태 1에서의 자성층(19)이 불필요하다.

(실시형태 3)

본 실시형태 3이 실시형태 1과 다른 것은 전자유도발열롤러(21)의 자기 실드층의 구성뿐이다. 도 7a는 본 발명의 실시형태 3의 전자유도발열롤러의, 자기 실드층을 구비한 심재(24)의 개략사시도이다.

본 실시형태에서는 자기 실드층으로서 심재(24)에 외삽하여 고정된, 도 7b에 도시하는 바와 같은 다수의 링(중공 원통형상 부재)(51)으로 이루어진다. 링(51)은 페라이트와 같은 자성재료를 포함한다. 서로 이웃하는 링(51)은 서로 밀착하고 있는 것이 바람직하나, 다소의 틈이 있어도 무방하다.

링(51)을 대신하여 도 7b에 도시하는 것과 같은, 자성재료를 포함하는 원호형상의 부재(52)를 심재(24)의 외표면에 부착하여도 된다. 부재(52)는 링(51)을 둘레방향으로 다수로 분할한 것과 같은 형상을 갖고 있다.

이러한 링(51) 및 원호 형상 부재(52)는 자성체 분말을 포함하는 재료를 소정 형상으로 성형한 뒤, 소결하는 등으로 하여 제조할 수 있다.

또한 링(51) 및 원호 형상 부재(52)를 대신하여, 자성재료를 포함하는 시트 형상물을 심재(24)의 주위에 감아 두르거나, 유연한 자성재료의 튜브를 만들어, 이를 심재(24)에 씌워도 된다. 이러한 가요성의 시트 또는 튜브는, 자성재료분말을 수지 또는 고무로 이루어지는 기재 중에 분산시킴으로써 얻을 수 있다.

이러한 자기 실드층의 외측에, 실시형태 1과 같이 탄성층(23), 발열층(22), 제2 탄성층(26) 및 이형층(27)이 형성되어, 본 실시형태의 발열롤러(21)를 얻을 수 있다.

본 실시형태에 의하면 실시형태 1의 효과에 더하여, 자기 실드층의 제조가 용이해진다는 효과를 갖는다.

(실시형태 4)

본 실시형태 4가 실시형태 1과 다른 것은, 전자유도발열롤러(21)의 발열층(22)의 구성뿐이다. 본 실시형태의 발열층(22)은 예컨대 일본국 특개평 11-288190호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, Ni, Fe, Co, Cu, Cr, 스테인리스강 등의 금속으로 이루어진다. 이러한 금속재료를 박육(예컨대 두께 40㎛)의 엔드리스 벨트 형상(튜브 형상)으로 성형하여, 탄성층(23)의 외주에 씌운다. 이 경우 발열층(22)은 탄성층(23)에 접착하여도 되고, 서로 끼워두기만 해도 된다.

자장발생수단으로부터의 교번자속 D는 실시형태 1과 같이 발열층(22) 내에 맴돌이전류를 발생시켜, 실시형태 1과 같이 발열시킬 수 있다.

본 실시형태에 의하면 실시형태 1의 효과에 더하여, 발열층(22)의 두께를 얇게 하는 것이 비교적 용이하므로, 발열층(22)의 열 용량을 줄여, 웜업시간을 단축화할 수 있다는 효과를 갖는다.

본 실시형태와 같이 발열층(22)으로서 금속의 엔드리스 벨트를 이용하면, 발열층(22)의 두께를 줄여, 웜업시간을 단축화하는 것이 비교적 용이해진다. 그런데 발열층(22)의 두께가 표피깊이(skin depth) 이하인 경우에는 자장발생수단이 인가하는 교번자속 D에 대한 발열층(22)을 관통하는 누설자속 E의 비율이 특히 많아진다. 따라서 자성체층(19)이 없는 경우에는 심재(24)가 발열하여, 발열층(22)의 발열 효율이 크게 저하한다. 그러나 발열층(22)과 심재(24)와의 사이에 자기 실드층으로서의 자성체층(19)을 설치하면, 발열효율의 저하를 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 자기 실드층에 의한 효과는 발열층(22)의 두께가 표피깊이 이하인 경우에 특히 효과적으로 작용한다. 또 발열층(22)의 표피깊이(δ)는, 고유저항(ρ), 투자율(μ), 구동주파수(f)로 결정되는 값이며, δ=1/(πfμρ)^1/2로 나타내어진다.

본 실시형태에 설명한 금속재료로 이루어지는 발열층은, 상기 예와 같이 실시형태 1에 한정되지 않고, 실시형태 2, 3에도 적용할 수 있으며, 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(실시형태 5)

도 8은 본 발명의 일 실시형태의 가열장치를 정착장치로서 이용한 화상형성장치의 단면도이다. 본 실시형태의 가열장치는 벨트가열방식의 전자유도가열장치이다. 이하에 이 장치의 구성과 동작을 설명한다.

도 8에서 115는 전자사진감광체(이하, '감광드럼'이라 한다)이다. 감광드럼(115)은 화살표 방향으로 소정의 주속도로 회전 구동되면서, 그 표면이 대전기(116)에 의해 마이너스의 암전위 V0으로 동일하게 대전된다. 117은 레이저빔 스캐너이고, 화상정보의 신호에 대응한 레이저 빔(118)을 출력한다. 대전된 감광드럼(115)의 표면을, 이 레이저 빔(118)이 주사하여 노광한다. 이에 의해 감광드럼(115)의 노광 부분은 전위절대값이 저하하여 명전위 VL이 되어 정전잠상이 형성된다. 이 잠상은 현상기(119)의 음대전의 토너에 의해 현상되어 현상화된다.

현상기(119)는 회전 구동되는 현상롤러(120)를 갖는다. 현상롤러(120)는 그 외주면에 토너의 박층이 형성되고, 감광드럼(115)과 대향하고 있다. 현상롤러(120)에는 그 절대값이 감광드럼(115)의 암전위 V0보다 작고, 명전위 VL보다 큰 현상 바이어스 전압이 인가되어 있다.

한편 급지부(121)로부터는 피기록재(11)가 1매씩 급송되어, 한 쌍의 레지스트롤러(122)의 사이를 통과하여, 감광드럼(115)과 전사롤러(123)로 이루어지는 닙부에, 감광드럼(115)의 회전과 동기한 적절한 타이밍으로 보내어진다. 전사 바이어스 전압이 인가된 전사롤러(123)에 의해서, 감광드럼(115) 상의 토너상은 피기록재(11)에 순차 전사된다. 피기록재(11)와 분리 후의 감광드럼(115)의 외주면은, 클리닝장치(124)에서 전사잔여토너 등의 잔류물이 제거되고, 반복하여 다음 작상에 제공된다.

125는 정착 가이드이며, 전사 후의 피기록재(11)를 정착장치(126)로 안내한다. 피기록재(11)는 감광드럼(115)으로부터 분리되어, 정착장치(126)로 반송되어,전사 토너상의 정착이 이루어진다. 127은 배지 가이드이며, 정착장치(126)를 통과한 피기록재(11)를 장치 외부로 안내한다. 피기록재(11)를 안내하는 정착 가이드(125) 및 배지 가이드(127)는 ABS 등의 수지 또는 알루미늄 등의 비자성의 금속재료로 구성되어 있다. 정착되어 상이 고정된 피기록재(11)는 배지 트레이(128)로 배출된다.

129는 장치 본체의 바닥판이고, 130은 장치 본체의 위판, 131은 본체 섀시이며, 이들은 일체로서 장치 본체의 강도를 담당하는 것이다. 이들 강도 부재는, 자성 재료인 강철을 기재로 하여 아연도금을 실시한 재료로 구성되어 있다.

132는 냉각팬이며, 장치 내에 기류를 발생시킨다. 133은 알루미늄 등의 비자성의 재료로 이루어지는 코일 커버이며, 정착장치(126)를 구성하는 여자코일(36) 및 배면코어(37)를 덮도록 구성되어 있다.

다음으로 상기 정착장치(126)로서 사용되는 본 발명의 실시형태 5의 가열장치를 실시예와 함께 상세히 설명한다.

도 9는 상기 화상형성장치에 이용되는, 실시형태 5의 가열장치로서의 정착장치의 단면도이다. 본 실시형태에서 실시형태 1의 가열장치와 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 그에 관한 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는 여자코일(36), 배면코어(37) 및 단열 부재(40)를 포함하는 자장발생수단, 가압롤러(31)의 구성은 실시형태 1과 동일하다.

도 9에서 박육의 전자유도발열벨트(이하, 간단히 '발열 벨트'라 한다)(140)는, Ni를 전주(電鑄; electroforming)에 의해서 벨트 형상으로 작성한 두께 40㎛의유도발열층(이하, 간단히 '발열층'이라 한다)을 구비한 엔드리스 벨트이다. 발열 벨트의 외측의 표면에는 이형성을 부여하기 위해서, 불소수지로 이루어지는 두께 20㎛의 이형층(도시하지 않음)이 피복되어 있다. 이형층으로는 PTFE, PFA, FEP, 실리콘고무, 불소고무 등의 이형성이 양호한 수지나 고무를 단독 또는 혼합하여 이용해도 된다. 발열 벨트(140)를 흑백화상의 정착용으로서 이용하는 경우에는 이형성만을 확보하면 되나, 발열벨트(14O)를 컬러화상의 정착용으로서 이용하는 경우에는 탄성을 부여하는 것이 바람직하고, 그 경우에는 더 두꺼운 탄성층을 발열층과 이형층의 사이에 형성하는 것이 바람직하다.

150은 직경 20mm의 지지롤러, 160은 표면이 저경도(JIS A30도)의 탄력성을 갖는 발포체인 실리콘고무에 의해 피복된 지름 20mm의 저 열전도성의 정착롤러이다. 발열 벨트(140)는 지지롤러(150)와 정착롤러(160)와의 사이에 소정의 장력이 부여되어 현가되어 있고, 화살표(14Oa) 방향으로 회전 이동한다. 지지롤러(150)의 양단에는 발열 벨트(140)의 사행을 방지하기 위한 리브(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

가압 부재로서의 가압롤러(31)는 발열 벨트(140)을 통하여 정착롤러(160)에 대하여 압접되어 있으며, 이에 의해 발열 벨트(140)와 가압롤러(31)와의 사이에서 닙부(34)가 형성되어 있다.

지지롤러(150)는 외측으로부터 탄성층(단열층)(153)과 자성체층(152)과 심재(151)로 이루어진다. 심재(151)는 비자성의 스테인리스재로 이루어진다. 자기 실드층으로서의 자성체층(152)은 페라이트 분말을 분산한 실리콘고무를 코팅한두께 약 500㎛의 절연성의 층이다. 탄성층(153)은 저 열전도성의 실리콘고무의 발포체로 이루어지며, 본 실시예에서는 두께 2mm, 경도 45도(ASKER-C)인 것을 이용하고 있다. 발열 벨트(14O)의 발열층으로부터의 열의 확산을 줄이기 위해서는, 탄성층(153)의 표면에 요철을 설치하여 발열 벨트(140)와의 접촉면적을 줄이는 것도 효과적이다.

본 실시형태에 의하면 자장발생수단으로부터의 교번자속이 발열 벨트(140)의 발열층 내에 맴돌이전류를 생기게 하여 발열층을 유도발열시킨다. 발열한 발열 벨트(140)는 닙부(34)에서 피기록재(11) 및 이 위에 형성된 토너상(9)을 가열하여, 토너상(9)을 피기록재(11) 상에 정착시킨다.

자장발생수단으로부터의 교번자속 중, 발열 벨트(14O)의 발열층을 관통하여 지지롤러(150) 내에 들어간 누설자속의 대부분은 심재(151)의 외표면에 형성된 자성체층(152)에 포착되기 때문에, 심재(151) 내에 진입하는 자속의 양이 대폭 저감된다. 또한 자성체층(152) 내를 통과하는 자속에 의해 자성체층(152)이 발열하는 경우는 없다. 따라서 자장발생수단이 인가한 교번자속의 대부분은 발열층의 발열을 위해 소비되어, 발열의 효율이 향상한다. 또한 심재(151)의 베어링이 가열되어 손상하는 등의 트러블 등도 없앨 수 있다.

또한 본 실시형태의 발열 벨트(14O)의 발열층으로는, 상기한 실시형태 1∼4에서 발열롤러(21)의 발열층(22)으로서 설명한 구성을 적용할 수 있어, 그에 의해 실시형태 1∼4에 설명한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시형태의 지지롤러(150)의 심재(151), 자기 실드층, 탄성층(153)으로는, 상기한 실시형태 1∼4에서 발열롤러(21)의 심재(24), 자기 실드층, 탄성층(23)으로서 설명한 구성을 적용할 수가 있어, 그에 의해 실시형태 1∼4에 설명한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 발열 벨트(140)에 발열층을 설치하여, 발열 벨트(14O)만을 유도발열시키는 구성을 설명하였지만, 발열 벨트(140)와 지지롤러(150) 양쪽을 유도발열시키는 구성으로 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉 지지롤러(150)의 표층 또는 표층 근방에 유도발열층을 설치하고, 이 유도발열층과 심재(151)와의 사이에 자기 실드층을 형성한다. 예컨대 지지롤러(150)의 유도발열층을 탄소강 등의 철계합금으로 이루어지는 박육의 파이프로 구성하면, 발열 벨트(140) 및 지지롤러(150)의 양쪽이 유도발열된다. 이 경우 지지롤러(150)의 열 용량에 의해, 웜업시간은 조금 늦어지지만, 발열 벨트(140)의 폭보다 좁은 폭의 피기록재(11)를 연속 통지(通紙)한 경우에, 발열 벨트(140)의 일부분만이 피기록재(11)에 의해서 열을 빼앗김으로써 생기는 발열 벨트(140)의 폭 방향의 온도 불균일이, 지지롤러(150)를 통한 폭 방향의 열 전달에 의해 경감된다. 또 이 경우도 지지롤러(150)의 유도발열층과 심재와의 사이에 자기 실드층이 설치되어 있기 때문에, 심재가 발열하는 것이 방지된다.

또한 본 실시형태에서는 지지롤러(150)는 닙부(34)의 형성에 기여하지 않는다. 따라서 탄성층(153)을 생략할 수 있다. 즉 자성체층(152)을 지지롤러(150)의 표면에 설치할 수 있다. 이에 의해 지지롤러(150)의 층 구성의 간소화와 저비용화를 실현할 수 있다.

(실시형태 6)

도 8에 도시한 화상형성장치의 정착장치(126)로서 사용되는 본 발명의 실시형태 6의 가열장치를 실시예와 함께 상세히 설명한다.

도 10은 실시형태 6의 가열장치로서의 정착장치의 단면도이다. 본 실시형태에서 실시형태 1의 가열장치와 같은 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고 그에 관한 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는 여자코일(36), 배면코어(37) 및 단열 부재(40)를 포함하는 자장발생수단, 가압롤러(31)의 구성은 실시형태 1과 동일하다. 또한 전자유도발열벨트(이하, 간단히 '발열 벨트'라 한다)(14O) 및 지지롤러(150)는 실시형태 5와 동일하다.

본 실시형태는, 발열 벨트(140)를 지지롤러(150)와 벨트가이드(170)에 의해 회전 가능하게 현가하고 있는 점, 및 지지롤러(150)가 발열 벨트(140)를 통하여 가압롤러(31)에 압접하고 있는 점에서, 실시형태 5와 상이하다. 벨트 가이드(170)는 접동성(摺動性)이 양호한 수지재료 등으로 이루어진다.

본 실시형태 6에 의하면, 실시형태 5와 같이 자장발생수단으로부터의 교번자속이 발열 벨트(14O)의 발열층 내에 맴돌이전류를 발생시켜 발열층을 유도발열시킨다. 발열한 발열 벨트(140)는 닙부(34)에서 피기록재(11) 및 이 위에 형성된 토너상(9)을 가열하여, 토너상(9)을 피기록재(11) 상에 정착시킨다.

자장발생수단으로부터의 교번자속 중, 발열 벨트(140)의 발열층을 관통한 누설자속은 벨트 가이드(170)를 관통하여 지지롤러(150)에 도달한다. 그러나 지지롤러(150) 내에 들어간 누설자속의 대부분은 심재(151)의 외표면에 형성된 자성체층(152)에 포착되므로, 심재(151) 내에 진입하는 자속의 양이 대폭 저감된다. 또한 자성체층(152) 내를 통과하는 자속에 의해 자성체층(152)이 발열하는 경우는 없다. 따라서 자장발생수단이 인가한 교번자속의 대부분은 발열층의 발열을 위해 소비되어, 발열의 효율이 향상한다. 또한 심재(151)의 베어링이 가열되어 손상하는 등의 트러블 등도 없앨 수 있다.

또 본 실시형태의 발열 벨트(140)의 발열층으로는, 상기한 실시형태 1∼4에서 발열롤러(21)의 발열층(22)으로서 설명한 구성을 적용할 수 있어, 그에 의해 실시형태 1∼4에 설명한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시형태의 지지롤러(150)의 심재(151), 자기 실드층, 탄성층(153)으로는, 상기한 실시형태 1∼4에서 발열롤러(21)의 심재(24), 자기 실드층, 탄성층(23)으로서 설명한 구성을 적용할 수 있어, 그에 의해 실시형태 1∼4에 설명한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상으로 설명한 실시형태는, 모두 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 밝히는 의도의 것으로서, 본 발명은 이러한 구체예에만 한정하여 해석되는 것이 아니라, 그 발명의 정신과 청구범위에 기재하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있어, 본 발명을 광의로 해석하여야 한다.

Claims (13)

1. 내측으로부터 외측을 향하여, 심재와 탄성층과 유도발열층과 이형층을 이 순서로 구비하는 전자유도발열롤러로서,

   상기 유도발열층과 상기 심재와의 사이에, 상기 심재로의 자속의 진입을 방지하는 자기 실드층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자기 실드층의 고유저항이 1O^-3Ωcm 이상인 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
3. 제1항에 있어서,

   상기 자기 실드층의 비투자율이 10이상인 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
4. 제1항에 있어서,

   상기 자기 실드층의 두께가 0.2mm 이상인 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
5. 제1항에 있어서,

   상기 자기 실드층은 상기 심재의 표면에 형성된 절연성 자성재료로 이루어지는 층인 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
6. 제1항에 있어서,

   상기 자기 실드층은 상기 심재의 표면에 나열하여 배치된 다수의 링 또는 원호 형상 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
7. 제1항에 있어서,

   상기 자기 실드층은 자성체 필러가 분산된 상기 탄성층인 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
8. 제1항에 있어서,

   상기 심재가 비자성 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
9. 제1항에 있어서,

   상기 유도발열층의 두께가 표피깊이 이하인 것을 특징으로 하는 전자유도발열롤러.
10. 제1항에 기재된 전자유도발열롤러와,

    상기 전자유도발열롤러가 압접되어 닙부를 형성하는 가압롤러와,

    자장을 작용시켜 상기 전자유도발열롤러의 상기 유도발열층을 유도발열시키는 자장발생수단을 갖고,

    상기 닙부에 도입된 피가열재를 상기 전자유도발열롤러와 상기 가압롤러로 가압 반송함으로써 상기 피가열재를 연속적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
11. 유도발열층을 갖는 전자유도발열벨트와,

    상기 전자유도발열벨트에 내접하여, 상기 전자유도발열벨트를 회전 가능하게 지지하는, 심재 및 그 외측의 단열층으로 이루어지는 지지롤러와,

    상기 전자유도발열벨트에 외접하여, 상기 전자유도발열벨트와의 사이에 닙부를 형성하는 가압롤러와,

    상기 전자유도발열벨트의 외측에 배치되어, 자장을 작용시켜 상기 유도발열층을 유도발열시키는 자장발생수단을 갖고,

    상기 닙부에 도입된 피가열재를 상기 전자유도발열벨트와 상기 가압롤러로 가압 반송함으로써 상기 피가열재를 연속적으로 가열하는 가열장치로서,

    상기 지지롤러는 상기 심재보다도 외측에 상기 심재로의 자속의 진입을 방지하는 자기 실드층을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 자기 실드층이 상기 지지롤러의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가열장치.
13. 피기록재 상에 토너상을 형성하는 화상형성수단과,

    제10항 또는 제11항에 기재된 가열장치를 구비하고,

    상기 화상형성수단이 상기 피기록재 상에 형성한 미정착의 토너상을 상기 가열장치가 상기 피기록재 상에 정착시키는 것을 특징으로 하는 화상형성장치.