KR100536814B1

KR100536814B1 - 자기 코어, 자계 차폐 부재 및 이들을 사용하는 전자 사진장치

Info

Publication number: KR100536814B1
Application number: KR10-2002-0010962A
Authority: KR
Inventors: 우에하라야스히로; 오카간지; 하세바시게히코
Original assignee: 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: US6668151B2; CN1400509A; US20030020586A1; TWI285799B; JP4186457B2; KR20030012800A; JP2003115410A; CN1264071C

Abstract

본 발명에 따르면, (1) 자성 입자(14)가 집합체를 형성하며 이 자성 입자가 입자 상태를 유지한 채로 상기 자성 입자의 집합체가 용기(12)에 충전된 자기 코어, (2) 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계를 차폐하기 위한 자계 차폐 부재로서, 자성 입자가 집합체를 형성하고 이 자성 입자의 집합체는 상기 자성 입자가 입자 상태를 유지한 채로 용기(12)에 충전된 자계 차폐 부재, 및 (3) 이들을 사용하는 전자 사진 장치가 제공된다.

Description

자기 코어, 자계 차폐 부재 및 이들을 사용하는 전자 사진 장치{MAGNETIC CORE, MAGNETIC FIELD SHIELD MEMBER AND ELECTROPHOTOGRAPHIC APPARATUS USING THEM}

본 발명은 자기 코어, 자계 차폐 부재 및 이들을 사용한 전자 사진 장치에 관한 것으로, 특히 전자기 특성을 발생하도록 설치된 자성체를 갖는 코일이나 변압기와 같은 인덕턴스 소자에 적합하게 사용되는 자기 코어, 자계 차폐 부재 및 이들을 사용한 전자 사진 장치에 관한 것이다.

인덕턴스 소자인 코일이나 변압기는 인덕턴스를 갖는 부품으로서 전자기기 및 전기기구의 중요한 부품 중 하나이다. 최근에, 이동 전화, PHS, 휴대용 컴퓨터 등의 전자기기는 고성능화, 소형화 및 저비용화의 추세에 있고, 전자기기에 사용되는 부품의 코일 및 변압기에도 고성능화, 소형화 및 저비용화가 요구되어 왔다.

코일이나 변압기의 크기, 성능 및 비용의 대부분은 이 코일이나 변압기에 사용되는 자기 코어에 의해 결정된다. 큰 유효 투자율을 갖는 재료가 자기 코어 재료로서 사용되면, 코일이나 변압기의 자기 인덕턴스 및 상호 인덕턴스가 증가하고 부품이 소형화될 수 있다. 코일이나 변압기에서, 인덕턴스의 Q값으로 나타나는 손실량이 코일이나 변압기의 에너지 효율에 직접 관련된 파라미터이고, 큰 Q값, 즉 작은 손실량을 갖는 코일 또는 변압기가 양호한 성능을 갖는 것이다.

지금까지, 실리콘 강판 및 페라이트 소결체가 코일과 변압기의 자기 코어로서 사용되어 왔다. 실리콘 강판 등의 금속 재료는 일반적으로 큰 도전성을 갖기 때문에, 금속 재료가 변하는 자속에 위치하면, 와전류(eddy current)가 생겨서 열이 발생한다. 즉, 와전류 손실이 생긴다. 따라서, 자기 코어로서 금속 재료를 사용하기 위하여는, 얇은 금속 재료로 이루어진 수개의 실리콘 강판의 적층 구조로 자기 코어를 형성함으로써, 와전류 손실을 방지한다.

이러한 실리콘 강판으로는, 고주파 대역에서 손실이 증가한다. 따라서, 고주파 대역에서, 실리콘 강판 대신에 금속 산화물인 페라이트 소결체가 사용된다.

그러나, 페라이트 소결체는 원하는 형상으로 가공하기가 쉽지 않고, 유연성이 부족하며 고비용이라는 문제점을 갖는다. 그래서, 수지에 분산된 페라이트 입자를 포함하는 복합 재료의 사용이 제안되어 왔다. 복합 재료는 유연하고 비교적 손실이 작은 재료로서 제공될 수 있지만, 투자율이 작고 따라서 자기 코어 재료로서는 만족스럽지 못하다.

코일 또는 변압기의 자기 코어로서, E자형 코어와 I자형 코어 등의 여러 부분들이 연결되어 하나의 자기 코어를 형성할 수도 있다. 이 경우에, 미세한 갭이 존재하면 자기 회로가 크게 절단되어 있는 것에 상당한다. 갭이 존재함에 따라, 자기 코어의 자기 특성이 악화되고 자계 누설이 발생하여 불필요한 전자계 누설이 일어나게 된다. 코일 또는 변압기가 다양한 전기기구에 설치된다. 최근에는, 다양한 전기기구를 설계할 때, 이러한 전기기구로부터 누설된 자속이 인체에 미치는 영향을 고려하는 것이 필수적으로 되었다.

그런데, 화상 형성 기술로서, 고속 인쇄, 매번 인쇄판을 제공할 필요가 없다는 편리성, 다양한 화상 정보로부터 직접 화상을 제공할 수 있는 능력, 비교적 작은 크기의 장치, 풀컬러 화상을 제공하기 용이함 등의 많은 장점 때문에 전자 사진술이 널리 확산되어 왔다.

전자 사진술을 채용하는 화상 형성 장치(전자 사진 장치)는 일반적으로 정전 잠성 수용체의 표면에 정전 잠상을 형성하고 대전된 토너를 정전 잠상 수용체의 표면에 접촉시켜 토너를 선택적으로 증착함으로써 토너 화상을 형성하고, 이 토너 화상을 중간 전사체를 통하거나 통하지 않고 기록 매체에 전사한 후에 열 및/또는 압력에 의해 기록 매체의 표면에 토너를 정착시키며, 이로써 화상을 제공한다.

이러한 전자 사진 장치에서, 일반적으로 서로 인접한 가열 롤 및 가압 롤을 구비하는 정착 장치가 정착에 사용된다. 미정착 토너 화상이 형성된 기록 매체가 서로 인접한 가열 롤과 가압 롤에 의해 형성된 닙(nip)부에 삽입됨으로써, 열 및 압력에 의해 토너가 정착되어 영구 화상으로서 기록 매체의 표면에 고정된다. 가열 롤 및/또는 가압 롤 대신에 무단 벨트 형상의 가압 부재 및 가열 부재가 사용될 수도 있다. 가열 롤은 할로겐 램프와 같은 열원을 포함하는 금속 코어를 구비하며, 금속 코어에는 탄성층 및 이형층(mold release layer)이 형성되어 있고, 가열 롤 표면이 열원에 의하여 내부적으로 가열된다.

정착 장치에서, 화상 형성 장치를 사용할 때 에너지 절감의 관점 및 사용자의 대기 시간을 줄인다는 관점에서 가열 롤 등의 가열 부재를 순간적으로 가열하여 가능한 한 대기 시간(워밍업 시간)을 줄이는 것이 바람직하다. 그러나, 할로겐 램프 등의 열원을 포함하는 가열 롤을 채용하는 정착장치에서는, 할로겐 램프를 가열하는데 상당한 시간이 걸리고, 열이 가열 롤의 내부에서 발생하기 때문에 표면으로 전파되기까지 시간이 걸리고, 상당한 열용량을 갖는 가열 롤 코어가 선택되어야 하기 때문에 전체를 가열하는데 시간이 걸린다는 등의 이유 때문에, 워밍업 시간을 줄이는 것에 한계가 있다. 열원으로서 할로겐 램프를 사용하면, 할로겐 램프가 턴온 또는 턴오프될 때 통전 전류가 과도적으로 흐르는 소위 플리커(flicker) 현상이 생기는데 이 또한 문제가 된다.

최근에, 정착 장치에 사용되는 가열부로서, 할로겐 램프와 같은 열원 대신에 전자기 유도 가열 방식을 사용하는 수단이 연구되어 오고 있다(JP-A-2000-242108). 이 기술에서, 자계 발생 수단에 의해 발생된 자계는 도전층을 갖는 가열 부재에 작용하게 됨으로써, 가열 부재가 전자기 유도 작용에 의해 가열된다. 플리커 문제는 관련되지 않으며, 가열 대상만이 순간적으로 가열되어 워밍업 시간을 줄일 수 있다.

전자기 유도 가열 기술은 가열 부재로서 가열 롤이나 가압 롤과 같은 롤 형상 부재 또는 이 가열 롤 및 가압 롤의 어느 한쪽 또는 양쪽을 대신하여 무단 벨트 형상의 부재의 어느 쪽에도 적용될 수 있다. 롤 형상 부재에서는, 정착에 기여하는 표면의 근방만을 가열할 수도 있고 코어는 가열할 필요가 없어서, 에너지 절감이 달성될 수 있다. 한편, 무단 벨트 형상의 부재는 얇고 따라서 작은 열용량을 가져서 훨씬 더 큰 정도로 에너지 절감을 달성할 수 있다.

전자 사진 장치는, 전술한 바와 같이 정전 잠상 수용체 또는 중간 전사체로부터 미정착 토너 화상이 전사된 기록 매체를 별도의 정착장치에 의해 정착하는 기술 뿐만 아니라, 중간 전사체 상에 형성된 미정착 토너 화상을 가열 및 가압하면서 기록 매체에 접촉시킴으로써 전사 및 정착을 동시에 수행하는 전사 정착 동시 방식을 채용할 수 있다(JP-A-49-78559 등). 전사 정착 동시 방식에서, 전사 및 정착에 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 것도 또한 전사 정착 독립 방식에서와 유사한 이유로 제안되고 있다(JP-A-8-76620, JP-A-2000-188177, JP-A-2000-268952 등).

전술한 바와 같이, 전자 사진 장치에 전자기 유도 가열 방식의 채용이 검토되었지만, 전자기 유도 가열 방식은 가열을 위한 주요 요소로서 자계 발생 수단과 연관되어 있다. 따라서, 전자 사진 장치의 자계 발생 수단에서도, 물론 와전류 손실을 억제하여 저비용으로 에너지 절감을 훨씬 더 달성할 수 있을 것이 요망된다. 최근에, 전자 사진 장치의 소형화가 진행중에 있으며, 정착 또는 전사 정착을 위하여 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 전자 사진 장치에서는, 자기 코어의 형상의 유연성을 증대하여 장치 설계 시에 자유도를 확장하고, 또 장치를 더욱 소형화할 것이 요망된다.

또한, 전자 사진 장치는 사무실 등에 설치되기 때문에, 자계 발생 수단으로부터의 자계의 누설을 방지하여 전자 사진 장치 근방에 설치된 여러 기기들에 영향을 주지 않고 자계의 영향으로부터 인체를 보호하는 것이 요망된다. 따라서, 자계 발생 수단으로부터의 자계를 더욱 효과적으로 차폐할 수 있는 부재를 자계 발생 수단 주변에 설치된 자계 차폐 부재로서 채용하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 자기 코어를 코일 또는 변압기에 설치할 때 저비용으로 용이하게 인덕턴스를 설정할 수 있게 하는 자기 코어, 및 전자계 누설을 효과적으로 억제할 수 있는 자계 차폐 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 정착 또는 전사 정착을 위하여 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 전자 사진 장치를 제공하는 것으로, 여기서 와전류 손실을 억제하고 형상에 있어서 큰 유연성을 갖는 자기 코어를 자계 발생 수단에 사용하여, 저비용으로 에너지 절감을 더욱 달성할 수 있고 장치 설계 시의 자유도를 확장할 수 있으며 전자 사진 장치를 더욱 소형화할 수 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 정착 또는 전사 정착을 위하여 전자기 유도 가열 방식을 채용하고 자계 발생 수단으로부터의 자계 누설을 효과적으로 차폐할 수 있는 전자 사진 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 코일이나 변압기 등의 인덕턴스 소자를 구성하는 자기 코어 및 인덕턴스 소자에 작용하는 자성 재료의 부품에 자성 입자의 집합체를 사용하여, 코일이나 변압기의 전자기 특성을 향상시키고 전자계 누설을 억제하고 있다.

특히, 본 발명의 자기 코어는, 자계를 공급하는 자계 발생 수단, 용기 및 자성 입자를 갖는데, 상기 자성 입자가 집합체를 형성하고 상기 자성 입자의 집합체는 상기 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 용기에 충전된다.

자기 코어를 구성하는 자성 재료로서 자성 입자의 집합체를 사용하며, 자성 입자의 입자 상태를 유지하면서 상기 자성 입자로 용기를 채워서, 자기 코어의 형상을 원하는 대로 설정할 수 있고 단지 용기의 모양을 적절하게 선택함으로써 임의의 소망 형상의 자기 코어를 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 자기 코어는 자기 코어 재료로서 자성 입자를 채용하며, 자성 입자를 입자 상태로 변하지 않고 유지하여, 자기 코어에서의 와전류의 발생을 해소할 수 있다. 따라서, 와전류의 열손실을 해소할 수 있다.

자성 입자의 입자 상태를 유지하기 위하여는, 사용되는 자성 입자의 집합체 전체로서의 형상을 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 용기를 사용하며 자성 입자로 채워서, 입자 상태를 유지하면서 사용되는 자성 입자의 집합체 전체로서의 형상을 유지할 수 있다.

본 발명의 자기 코어가 배치되는 자계 발생 수단은 코일이나 변압기 등의 인덕턴스 소자를 채용할 수도 있다. 자계를 발생시키는 대부분의 소자들은 코일이나 변압기와 같은 인덕턴스 소자이며 자기 코어를 임의의 소명 형상으로 설정함으로써, 인덕턴스 소자의 형상을 원하는 대로 설계할 수 있게 된다.

자성 입자는 철 분말, 페라이트 분말 및 마그네타이트 분말 중 적어도 하나를 포함한다.

자성 입자가 입자 상태를 유지할 수 있기만 하다면 자성 입자의 종류는 제한되지 않는다. 적어도 철 분말, 페라이트 분말 및 마그네타이트 분말, 즉 자성 입자의 분말을 한 종류 또는 조합하여 채용하면, 자성 입자의 특성을 원하는 대로 설정할 수 있다.

용기는 자성 입자에 작용하는 전자기에 의해 생긴 온도 특성에 따른 형상을 갖는다.

어떤 경우에는 자성 재료를 통과하는 전자기에 의해 생긴 열을 사용할 수도 있다. 예컨대, 이 열을 화상 형성 장치의 정착 장치 등의 열원으로서 사용할 수도 있다. 이 경우에, 발생된 열의 특성, 즉 온도 특성을 고려한다면, 이 온도 특성에 일치하는 특성의 자기 코어를 형성하는 것이 바람직하다. 다음에, 자성 입자의 형상을 발생한 온도 특성에 따른 형상으로 만들어서, 발생된 온도를 고려하여 자기 코어를 형성할 수 있게 된다.

용기를 비자성 재료로 만들 수도 있다. 비자성 재료로 이루어진 용기를 채용하여, 전자기 특성 및 용기에 충전되는 자성 입자의 집합체의 특성에 영향을 주지 않고 필요에 따라 용기내에 배치된 조정 소자를 최적화하여 임의의 소망하는 자기 코어를 제공할 수 있다.

용기는 자성 입자가 용기에 출입할 수 있게 하는 덮개를 가지며 이 덮개는 용기를 밀봉하는 것이 발람직하다.

용기는 자성 입자가 용기에 출입할 수 있게 하는 덮개가 설치되고 밀봉되어, 자성 입자 또는 용기의 사용에 의해 자성 입자 또는 용기가 열화되면, 자성 입자 및 용기를 별개로 교체할 수 있어 우수한 재활용성을 제공한다.

자성 입자의 충전량을 조정하는 조정 소자를 용기에 포함시킬 수도 있다.

자성 입자는 입자 상태이며 따라서 그 모양이 쉽게 변할 수 있다. 용기에 수용된 자성 입자의 양에 따라 과잉 공간이 생길 수도 있다. 과잉 공간에 필적하는 용량의 조정 소자를 용기에 수용하면, 일정한 용량을 갖는 용기를 사용하여 용기에 수용된 자성 입자의 양을 조정할 수 있다. 조정 소자의 형상을 변화시킴으로써, 필요할 때는 언제나 용기내에서의 자성 입자의 분포를 제어하게 할 수 있다.

이 때에, 조정 소자는 고형 상태의 자성체일 수도 있다. 조정 소자는 또한 고형 상태의 비자성체일 수도 있다.

자기 코어는 또한 자성 입자로만 형성될 수도 있다. 그러나, 소정 특성을 갖는 고형 상태의 자성체가 존재하는 경우에, 본 발명의 자성 입자를 사용하여 자성체에 대한 조정을 행할 수도 있다.

본 발명의 자계 차폐 부재는 자계를 발생시키는 자계 발생 수단의 주변에 배치되어 자계 발생 수단에 의해 발생된 자계를 차폐하며, 자성 입자의 집합체로 이루어지고, 자성 입자의 입자 상태를 유지하면서 자성 입자가 용기에 채워진다.

코일이나 변압기 등의 인덕턴스 소자는 자계를 외부로 누설할 수도 있다. 외부로 누설된 자계는 인덕턴스 소자의 형상이나 설치 장소에 따라 변한다. 따라서, 자계 차폐 부재를 자성 입자의 집합체로 형성하여, 자계 발생 수단에 의해 발생된 자계를 효과적으로 차폐할 수 있다.

자계 발생 수단은 코일이나 변압기인 것이 바람직하다.

본 발명의 자계 차폐 부재내의 자성 입자는 철 분말, 페라이트 분말 및 마그네타이트 분말 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

용기는 자성 입자가 용기에 출입할 수 있게 하는 덮개를 가지며 덮개가 용기를 밀봉하는 것이 바람직하다.

용기에는 자성 입자가 용기에 출입할 수 있게 하는 덮개가 설치되어 용기를 밀봉함으로써, 자성 입자 또는 용기가 그 사용에 따라 열화되면, 자성 입자 및 용기를 별도로 교체할 수 있어서 우수한 재활용성을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 자기 코어 및/또는 자계 차폐 부재는 정착 또는 전사 정착을 위하여 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 전자 사진 장치에 사용되는 것이 바람직하다. 전자 사진 장치의 세부 구성은 이하의 (1) 및 (2)와 같다. (1) 전자 사진 장치는, 전자 사진술을 사용하여 기록 매체의 표면에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛; 정착용 회전체와, 상기 정착용 회전체를 가압하도록 배치되어 그와의 사이에서 닙부를 형성하는 가압용 회전체를 갖는 정착 유닛; 및 자계를 발생시키는 자계 발생 수단을 가지며, 상기 기록 매체가 상기 닙부에 삽입되어 미정착 토너 화상이 형성된 상기 기록 매체의 표면이 상기 정착용 회전체와 접촉하게 함으로써 상기 미정착 토너 화상을 상기 기록 매체의 표면에 정착하고, 상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 중 하나의 주위 면 근방에 도전층이 형성되고, 상기 자계 발생 수단은 상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 중 상기 하나에 근접하여 배치된다.

이 경우에, 본 발명의 자기 코어가 상기 자계 발생 수단에 사용되는 것이 바람직하다. 상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하기 위하여, 본 발명의 자계 차폐 부재가 상기 자계 발생 수단의 주변에 배치되는 것이 바람직하다. 물론, 본 발명의 자기 코어는 자계 발생 수단에 사용되며 본 발명의 자계 차폐 부재는 상기 자계 발생 수단의 주변에 배치되는 것이 바람직하다.

정착용 회전체와 가압용 회전체로서, 롤 형상의 몸체 및 무단 벨트 형상의 몸체가 임의의 소망하는 조합으로 선택될 수도 있다.

(2) 전자 사진 장치는, 화상 담지 회전체; 전자 사진술을 사용하여 상기 화상 담지 회전체의 주위 면상에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛; (필요하다면) 상기 화상 담지 회전체에 인접하여 상기 화상 담지 회전체에 배치된 가열 부재; 상기 화상 담지 회전체와의 사이에 닙부를 형성하도록 상기 화상 담지 회전체를 통하여 상기 가열 부재에 대향하여 배치된 가압 부재; 및 자계를 발생시키는 자계 발생 수단을 가지며, 기록 매체가 상기 닙부에 삽입됨으로써 상기 미정착 토너 화상이 열 및 압력에 의하여 상기 기록 매체의 표면에 전사 정착되고, 상기 화상 담지 회전체의 상기 주위 면 근방의 장소 및 상기 화상 담지 회전체에 대한 상기 가열 부재의 인접부 근방의 장소 중 하나에 도전층이 형성되고, 상기 도전층이 상기 화상 담지 회전체에 형성되는 경우에는 상기 자계 발생 수단이 상기 화상 담지 회전체의 상기 닙부 및 상기 닙부에 대한 상류측의 상기 화상 담지 회전체상의 장소 중 하나에 근접하여 배치되며, 상기 도전층이 상기 가열 부재에 형성되는 경우에는 상기 자계 발생 수단이 상기 가열 부재에 근접하여 배치된다.

이 경우에도, 본 발명의 자기 코어는 상기 자계 발생 수단에 사용되는 것이 바람직하다. 상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하기 위하여, 본 발명의 자계 차폐 부재는 상기 자계 발생 수단의 주변에 배치되는 것이 바람직하다. 물론, 본 발명의 자기 코어가 상기 자계 발생 수단에 사용되고, 본 발명의 자계 차폐 부재는 상기 자계 발생 수단의 주변에 배치되는 것이 바람직하다.

화상 담지 회전체는 롤 형상이나 무단 벨트 형상일 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

[제 1 실시예]

먼저, 인덕턴스 소자로서 사용될 수 있고 저비용으로 용이하게 조정 가능한 투자율을 갖는 본 발명의 자기 코어에 관한 제 1 실시예를 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 자기 코어(10)는 원통형 용기(12)와 자성 입자(14)의 집합체를 포함한다. 용기(12)는 입자 상태가 유지된 채로 상기 자성 입자의 집합체로 채워진다. 용기(12)는 플라스틱과 같은 비자성 재료를 가지며, 코일과 같은 도전성 재료가 상기 용기(12) 둘레에 감김으로써, 용기(12)는 인덕턴스 소자로서 작용할 수 있다.

용기(12)와 자성 입자(14)의 집합체로 이루어진 자기 코어(10)는 자성 입자(14)가 용기(12)에 출입할 수 있게 하는 덮개(18)로 밀봉되어 자성 입자(14)가 용기(12)의 외부로 흘러나오지 않게 한다. 용기(12)는 자성 입자(14)가 용기(12)에 출입할 수 있게 하는 덮개(18)가 설치되고 밀봉되어, 자성 입자(14) 또는 용기(12)가 그 사용에 의해 열화되면 자성 입자(14) 및 용기(12)는 별도로 교체될 수 있게 된다. 또한, 이들을 사용하는 장치를 버리는 경우에도, 자성 입자(14)와 용기(12)는 별도로 꺼낼 수 있어서, 우수한 재활용성을 제공할 수 있다. 덮개(18)의 밀봉 부재는 특히 제한되는 것은 아니며, 단순한 끼움, 나사 고정으로부터 특별한 이음 부재에 이르는 모든 방식을 채용할 수 있다. 덮개(18)는 용기(12)의 단부 이외의 임의의 장소에 배치될 수 있으며, 덮개(18)의 배치 장소는 용기(12)의 형상에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

용기(12)의 적어도 한쪽이 덮개(18)로 밀봉될 수 있다. 용기(12) 한쪽에만 덮개를 설치한 경우에, 용기(12)는 다른 쪽을 관통하지 않도록 형성된다.

자성 입자(14)를 용기(12)에 수용하는 경우에, 자성 입자(14)의 부피는 용기(12)의 용량보다 작을 수 있다. 이 경우에, 용기(12) 내에서의 자성 입자(14)의 균일성을 확보하기 위하여, 비자성체가 조정 소자로서 용기(12)에 생긴 공간(16)에 수용될 수 있다. 공간(16)에 수용된 비자성체는 자성 입자(14)가 용기(12)내에서 유동하는 것을 방지하기 위한 것이며, 미세 구조가 요구되는 것은 아니다.

인덕턴스 소자의 자기 코어로서 요구되는 투자율에 적합한 자성 입자(14)의 양만큼만 용기(12)에 수용되어, 요구되는 투자율을 갖는 인덕턴스 소자를 형성할 수 있는 자기 코어를 제조할 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 자성 입자가 자기 코어에 사용되어 원하는 투자율을 제공하며, 따라서 자기 코어는 다양한 형상으로 쉽게 성형되고 용이하게 제조할 수 있다.

인덕턴스 소자로서의 제품에 자기 코어를 부가하는 경우에, 용기만을 설치하여 조립하고 최종적으로 자성 입자로 채울 수도 있다. 이렇게 함으로써, 인덕턴스 소자는 제품 제조시에 형성할 수 있고 설계 값의 조정을 쉽게 행할 수 있다.

또한, 자기 코어 재료로서 실리콘 강판이나 페라이트 소결체와 같은 금속 재료를 사용하면, 큰 도전성 때문에 와전류가 발생하고 열손실(소위 와전류 손실)이 발생한다. 따라서, 금속 재료를 얇게 형성하고 금속 재료의 다층 구조로 성형하는 회피책이 요구된다. 그러나, 자기 코어 재료로서 자성 입자를 채용하고 자성 재료를 입자 상태로 변함없이 유지하여, 자기 코어에서의 와전류의 발생을 해소할 수 있다. 따라서, 와전류로 인한 열손실을 해소할 수 있다. 따라서, 자성 입자를 사용하는 자기 코어 재료를 이용하여, 고주파 대역에서의 손실을 감소시킬 수 있다.

본 발명에서의 특성 소자인 자성 입자를 설명한다.

자성 입자는 미세 분말 이외에도 어느 정도의 입경을 갖는 입상체를 포함하고 있다. 즉, 극히 미세한 입경으로부터 철 부스러기 등의 큰 입경까지의 넓은 범위에서 입경을 선택할 수 있다. 구체적으로는, 0.1㎛ 내지 1㎜에 이르는 넓은 범위의 입경을 갖는 입자로부터 임의로 선택할 수 있다. 그러나, 입수성, 유동성, 취급성 등의 관점에서 입경의 하한은 1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 5㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 마찬가지로, 입경의 상한은 500㎛ 이하인 것이 바람직하고 200㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

입자의 형상은 제한되지 않으며 임의의 형상이 선택될 수 있다. 예컨대, 구 형상, 침 형상, 덩어리 형상, 편평한 형상, 다공질 형상, 부정형 등이나 이 형상들의 혼합물을 들 수 있다. 이들 중에서, 입수성 및 유동성의 관점에서 구 형상이 바람직하다.

자성 입자로서, 구체적으로는 철 분말, 페라이트 분말 및 마그네타이트 분말을 바람직한 입자로서 들 수 있으며, 이들 중 하나만을 사용하거나 또는 이들 중 여럿을 혼합하여 사용할 수도 있다.

예컨대, 자성 입자로서 산업상 이용되는 자성 입자를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 파우더텍(Powdertech)사에 의해 상업적으로 입수 가능하게 제조된 철 분말 캐리어 및 페라이트 캐리어가 바람직하다. 철 분말 캐리어로서는, 환원철 분말, 분쇄된 철 분말, 절삭 부스러기 등이나, 이것을 절삭 분쇄하여 입도 조정한 철 분말 또는 철의 극히 얇은 산화막으로 피복된 산화막 철 분말을 들 수 있다. 전기 저항을 조정하기 위하여 수지로 피복된 수지 피복 철 분말도 알려져 있다. 페라이트 캐리어로서는, MO_aㆍM'O_b(Fe₂O₃)_x(M과 M'은 금속 원소이고 a, b 및 x는 정수를 나타냄)로 대표되는 소프트 페라이트, 예컨대 Ni-Zn 페라이트, Mn-Zn 페라이트, Cu-Zn 페라이트 등의 분말 형상 페라이트 등을 들 수 있다.

다른 자성 입자로서는, 분말 야금용 철 분말, 숏트(shot)용 철 분말, 탈산소제용 철 분말, 보디 워머(body warmer)용 철 분말, 화학 환원용 철분말, 용접봉용 철분말, 분말 절단용 철 분말, 탈산소제, 그외의 고무나 플라스틱 등에 충전된 철 분말을 들 수 있다.

본 발명에서, 용기에는 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 집합체 상태로 채워진다. 자성 입자의 집합체로서의 체적 밀도는 대략 1.0 내지 약 6.0 g/㎤의 범위에 있고, 대략 1.5 내지 5.0 g/㎤의 범위에 있는 것이 바람직하다.

"입자 상태를 유지한다"라는 표현은 자성 입자가 입자로서 서로 물리적으로 독립적인 상태를 의미하기 위하여 사용되는 것이며, 가열 등에 의하여 자성 입자가 용융되어 각각의 입자 상태를 잃는 상태를 포함하지는 않는다. 그러나, 입자가 압축되어 용기를 채우는 경우 또는 입자 압축이나 시간의 경과에 의해 입자끼리 결합되어 덩어리를 형성하는 경우에는, 입자로서의 유동성만을 잃더라도 각 입자의 물리적인 상태가 유지되며, 이러한 상태는 "입자 상태를 유지한다"라는 개념에 포함된다.

본 발명의 자성 입자가 자기 코어의 재료에 사용될 때, 다음과 같은 자기 특성 및 전기 특성을 갖는 자성 입자를 선택할 것이 요망된다.

<자기 특성>

ㆍ포화 자화가 10 내지 500 emu/g의 범위에 있고;

ㆍ잔류 자화가 15 emu/g 이하이고;

ㆍ보자력이 500 e 이하이며;

ㆍ비투자율이 2 내지 100이다.

<전기 특성>

ㆍ전기 저항이 10⁸Ωㆍ㎝ 이상이다(250V의 전압 인가시)

이들 사양을 갖는 자성 입자를 사용하여 자기 코어를 형성함으로써, 자기 코어는 인덕턴스 소자로서의 코일이나 변압기의 일부에 설치되어 자기 특성 및 전기 특성을 목표 범위로 조정할 수 있다.

본 실시예에서, 용기(12)는 원통 형상이지만, 본 발명은 원통 형상에 제한되는 것은 아니며 다양한 형상이 목적에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 타원통 형상, 직육면체 형상, 삼각 기둥이나 육각 기둥 등의 각기둥 형상, 원뿔 형상, 원뿔대 형상, 사각뿔 형상, 사각뿔대 형상, 또는 임의의 형상이 작동 조건, 설치 장소, 요구되는 자기 특성 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 자성 입자에 작용하는 전자기에 의해 생긴 온도 특성에 따른 모양도 또한 후술하는 바와 같이 선택될 수 있다.

여기에서, 도 2를 참조하여, 자기 코어에 자성 입자(14)를 사용하는 경우에, 용기(12)의 형상 등에 따른 자성 입자(14)의 수용량을 조정하는 방식을 설명한다.

도 2의 (a)는 도 1에 나타낸 원통형 용기(12)에 자성 입자(14)를 수용하는 예를 나타낸다. 도 2의 (b)는 도 1에 나타낸 원통형 용기(12)의 직경을 조정함으로써 자성 입자(14)의 수용량을 조정할 수 있게 하는 예를 나타낸다. 도 2의 (b)의 예에서, 자기 코어(10) 등을 사용하여 설치 공간에 따라 용기의 외경(ra)이 설정된다. 외경(ra)보다 작은 내경(rb)을 변화시킴으로써, 자기 코어(10)에 수용된 자성 입자(14)의 양을 조정할 수 있다.

도 2의 (c)는 자기 코어(10)에 수용된 자성 입자(14)의 양이 자기 코어(10)의 축 방향을 따라 경사를 갖는 예를 나타낸다. 이 예에서, 동일한 내경을 갖는 용기(12)와는 달리, 다른 내경(rc 및 rd: rc<rd)을 갖는 용기(22)가 사용된다. 이렇게 함으로써, 자성 입자(14)의 양이 도면의 좌측으로부터 우측으로 자기 코어(10)의 축 방향을 따라 점점 증가한다. 용기(22)의 내경의 경사는 선형이거나 또는 비선형일 수도 있다. 예컨대, 내경은, 자성 입자(14)의 일정량이 구조적으로 요구되는 부분에서 일정하게 유지되는 계단 형상으로 형성될 수도 있고, 용기(22)의 내측에서 내경이 변하고 양측에서는 거의 동일한 직경을 갖도록 용기(22)를 형성할 수도 있다.

도 2의 (d)는 고형 상태의 자성체 또는 고형 상태의 비자성체로 이루어진 조정 소자(24)를 용기(12)내에 설치하여 조정 소자(24)의 크기에 따라 자성 입자(14)의 수용량을 조정할 수 있게 하는 예를 나타낸다. 도 2의 (d)의 예에서는, 원통형이며 용기(12)의 외경(re)보다 작은 내경(rf)을 갖는 조정 소자(24)를 사용한다. 이 예에서, 동일 형상의 용기(12)를 사용하며, 조정 소자(24)의 직경(rf)을 변화시킴으로써, 다른 양의 자성 입자(14)가 수용될 수 있지만, 자기 코어(10)는 동일한 외경을 갖는다.

"고형 상태"라는 표현은, 일정 형상이 일정한 체적을 차지하는 덩어리 상태로 유지되는 상태를 의미하기 위하여 사용되며, 액체나 입자와 같은 유동성을 갖고 전체로서 어떠한 형상 유지 특성도 갖지 않는 상태는 포함하지 않는다.

조정 소자(24)의 재료로서 비자성 재료를 사용함으로써, 자성 입자(14)의 수용량을 조정할 수 있게 하는 물리적인 장점이 생길 수 있다. 일정 형상의 페라이트 코어나 소프트 페라이트와 같은 고형 상태의 자성 재료를 사용함으로써, 본 발명의 자성 입자의 충전량을 조정하여, 고형 상태의 자성 재료의 전자기적 성질의 효과를 조정할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 예컨대 전술한 바와 같이 용기의 두께를 변화시킴으로써 자성 입자(14)의 양 분포가 용기의 형상에 따라 적절하게 조정되며, 이에 의해 자성 입자에 작용하는 전자기에 의해 생긴 온도 특성에 따른 형상도 제공될 수 있다. 자성 입자에 작용하는 전자기에 의해 생긴 온도 특성에 따라 용기 자체의 형상을 변화시킴으로써 발생된 온도를 고려한 자기 코어를 형성할 수 있게 된다.

다음에, 자성 입자의 충전량에 따른 전자기적 성질의 영향에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서, 도 1에 나타낸 자기 코어(10)를 사용하고 75㎛(40 내지 105㎛의 범위에 분포됨)의 체적 평균 입경을 갖는 구형상의 입자를 자성 입자(14)로서 사용한 경우를 예로 든다. 폴리페닐렌술파이드 재료로 이루어지고 14㎜의 내경, 17㎜의 외경 및 350㎜의 총 길이를 갖는 원통형 용기를 용기(12)로서 사용하였다.

도 3 및 4는 자성 입자(14)의 충전량이 변할 때 전자기 특성의 특성 값의 변화를 나타내는 실험 결과를 나타낸다. 여기에서, 코일 코어로서의 도 1에 나타낸 자기 코어(10)에서, 코일이 코일 코어(리드 와이어의 재료: 구리, 두께: 2.5㎜, 권선 수: 125)에 감겨서 인덕턴스 소자를 형성한다. 신호가 코일에 소정 주파수(본 실시예에서는 3종류의 주파수: 25㎑, 30㎑, 35㎑)로 인가되었을 때의 특성 값을 구했다. 자성 입자(14)의 집합체의 총 질량으로서 48.4g, 77.8g 및 166.3g의 3종류에 대한 측정을 수행하였다. 용기(12)가 자성 입자(14)로 채워지고 공간(16)이 생겼을 때, 자성 입자(14)를 용기(12)의 축 방향으로 균일하게 배치한 상태에서 특성을 측정하였다.

도 3a는 자성 입자(14)의 충전량에 대한 인덕턴스 L(μH)의 변동을 나타내고, 도 3b는 자성 입자(14)의 충전량에 대한 임피던스 Z(Ω)를 나타낸다. 도 4a는 코일 저항 성분 R(Ω)을 나타내고, 도 4b는 회로의 위상각 θ(cosθ는 역률)를 나타낸다.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 인덕턴스 소자의 인덕턴스 L(μH)의 변동은 인가 신호 주파수의 범위의 주파수(각 인가 주파수에 대한 선분 및 플롯이 중첩함)에 의해서는 거의 영향을 받지 않고, 인덕턴스는 또한 자성 입자(14)의 수용량의 증가에 따라 증가하는 경향이 있다. 인가 신호 주파수와 인덕턴스 간의 관계는 나중에 상세하게 설명한다.

도 3b에 나타낸 바와 같이, 자성 입자(14)의 충전량에 대한 임피던스 Z(Ω)는 자성 입자(14)의 수용량의 증가에 따라 증가하는 경향이 있다. 임피던스 특성은 인가 신호 주파수에 좌우된다. 즉, 임피던스 Z(Ω)는 인가 신호 주파수가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있다. 25㎑ 주파수가 인가될 때 특성 Za가 제공되고, 30㎑ 주파수가 인가될 때 특성 Zb가 제공되며, 35㎑ 주파수가 인가될 때 특성 Zc가 제공된다.

도 4a에 나타낸 바와 같이, 자성 입자(14)의 충전량에 대한 코일 저항 성분 R(Ω)은 거의 편평한 특성의 경향이 있거나, 또는 인가 신호 주파수의 범위 내에서 다소 증가하는 경향이 있다. 따라서, 코일 저항 성분은 자성 입자(14)의 충전량에 대한 낮은 의존성을 갖는다.

도 4b에 나타낸 바와 같이, 자성 입자(14)의 충전량에 대한 회로의 위상각 θ(cosθ는 역률)은 인가 신호 주파수의 범위 내의 주파수에 의하여는 거의 영향을 받지 않고, 위상각 θ는 자성 입자(14)의 충전량이 증가함에 따라 다소 증가하는 경향이 있다.

다음에, 자성 입자(14)의 충전량에 따른 전자기 특성의 특성 값의 변화를 분명하게 하기 위하여, 코일 코어(자기 코어)가 인덕턴스 소자로서 포함된 경우 및 코일 코어가 포함되지 않은 경우 양측의 경우에 대하여 인가 신호 주파수와 인덕턴스간의 관계를 확인하였다. 도 5는 실험 결과를 나타낸다. 소정 주파수(본 실시예에서는 1㎑, 15㎑, 25㎑, 50㎑ 및 100㎑의 5종류의 주파수)의 신호를 코일에 인가했을 때의 인덕턴스를 구하고, 최소 자승법 등으로 보완한 특성을 도 5에 나타내고 있다. 코일 코어(자기 코어)가 포함된 경우의 특성 Lb와 코일 코어(자기 코어)가 포함되지 않은 경우의 특성 La도 도 5에 나타내고 있다.

도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 양 특성 La 및 Lb에서, 인덕턴스는 인가 신호 주파수의 증가에 따라 감소하는 경향이 있다. 코일 코어가 포함되지 않은 경우의 특성 La에서, 인덕턴스는 다소 감소하는 경향이 있고, 코일 코어가 포함된 경우의 특성 Lb에서는 특성 La에 비하여 인덕턴스 변동 경향이 뚜렷하게 나타난다.

전술한 자기 코어를 갖는 인덕턴스 소자의 예인 코일이나 변압기가 적용될 수 있는 기기는 전자기 코일을 사용하는 기기, 고주파 회로나 인버터 회로를 사용하는 기기 및 모터 등의 전기기기를 포함한다.

예컨대, 전자기 코일을 각각 사용하는 기기는 TV, 비디오카세트 레코더, 전기 면도기, 전동 치솔, 화장실 변기, 냉장고, 팩시밀리, 핸드 믹서, 환기 팬, 전기 재봉틀, 전기 연필깍기, CD 플레이어, 세탁기, 드라이어, 팬, 주스 믹서, 에어콘, 공기 청정기, 전자사진 복사기, 자동 판매기, 전자 밸브 등을 포함한다.

예컨대, 고주파 회로나 인버터 회로를 각각 사용하는 기기는 전자 요리기, 마이크로웨이브 오븐, PHS, 무선 페이저, 이동 전화, 무선 전화, 데스크탑 PC, 노트북 PC, 워드 프로세서, 비디오 게임기, 가습기, 형광 램프, 앰프와 튜너 등의 오디오 기기를 포함한다.

모터는 서보모터(servomotor), 펄스 모터(pulse motor) 및 스테핑 모터(stepping motor)를 포함한다. 예컨대, 상기 모터 중 하나를 각각 포함하는 기기는, 손목 시계, 탁상 시계, 벽시계 및 스톱와치와 같은 수정 발진형 시계, 페이스메이커(pacemaker), 카메라, 비디오카세트 레코더, 비디오 카메라, MD, CD, CD-R, CD-RW, FD, PD와 같은 회전형 기록 매체를 취급하기 위한 기기, 정량 펌프 등을 포함한다.

또한, 예컨대 전술한 자기 코어를 갖는 인덕턴스 소자의 예인 코일이나 변압기가 적용될 수 있는 다른 전기기기는, 전기기기 AC 아답터, 레이저 프린터, 열전사 프린터, 도트임팩트 프린터, CRT 표시장치, 액정표시장치, 플라즈마 표시장치, GPS 운항장치, 자기검출 센서, 보청기, 대전 장치 등을 포함한다.

본 실시예에서는, 자성 입자가 입자상이기 때문에 자성 입자의 집합체의 부피 및 형상을 원하는 대로 변화시킬 수 있고, 집합체는 요구된 크기 및 형상으로 용이하게 형성될 수 있다. 그러므로, 코일이나 변압기의 일부를 구성하는 자기 코어의 부품으로서 자성 입자를 사용함으로써, 인덕턴스 소자를 사용하는 회로 설계의 자유도를 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 실시예에서, 인덕턴스 소자에 자성 입자를 적용함으로써, 인덕턴스 소자를 임의의 다양한 형상으로 용이하게 성형할 수 있다. 자성 입자의 집합체는 코일이나 변압기의 자기 코어의 일부에 설치될 뿐이어서, 코일이나 변압기의 인덕턴스가 넓은 범위에 걸쳐서 유연하게 설계될 수 있다. 또한, 자성 입자 자체는 적절한 전기 저항을 가지며, 따라서 고주파 대역에서도 소위 유도 가열에 의해 생긴 자기 가열의 문제가 극히 작아서 손실이 작으며, 고주파 대역에서도 유효 투자율이 향상될 수 있다.

[제 2 실시예]

다음에, 전자계 누설을 저비용으로 용이하게 억제할 수 있는 본 발명의 자계 차폐 부재에 관한 제 2 실시예를 설명한다.

제 1 실시예에서는, 자성 입자의 집합체가 코일이나 변압기와 같은 인덕턴스 소자의 일부를 구성하는 자기 코어의 일부에 설치되어 코일이나 변압기의 전자기 특성을 향상시키는 예를 설명하였다. 그러나, 자성 입자의 집합체는 또한 전자계 누설을 억제하는 기능을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 자기 코어를 갖는 코일이나 변압기 뿐만 아니라 권선만을 갖는 공기 코어 코일이나 변압기와 영구 자석과 같은 자계 발생 수단의 주변에서 전자계 누설을 차폐하는 자계 차폐 부재로서 자성 입자의 집합체를 사용할 수 있다.

인덕턴스 소자 등의 자계 발생 수단은 전자계 누설을 초래할 수도 있다. 그러나, 인덕턴스 소자가 설치된 부분은 극히 작은 공간이나 작은 형상 자유도를 가질 수도 있다. 그래서, 전자계 누설을 차폐하는 자계 차폐 부재로서 자성 입자의 집합체를 사용하여, 필요할 때는 언제나 부피와 형상을 조정할 수 있는 높은 유연성의 자계 차폐 부재를 제공할 수 있다.

예컨대, 코일이나 변압기가 자기 코어를 갖고 권선이 조립되는 경우에, 전자계 누설을 차폐하기 위하여, 자성 입자를 수용할 수 있는 공간(용기)을 전자계 누설을 차폐할 부분에 미리 설치하고, 필요한 양의 자성 입자를 충전함으로써, 전자계 누설을 차폐하는 자계 차폐 부재를 형성할 수 있다.

도 6은 본 실시예에 따른 자계 차폐 부재가 자계 발생 수단의 주변에 배치된 상태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 6에서, 도면 부호 100은 자계 발생 수단(92)으로부터 생긴 누설 자계(96)를 차폐하는 기능을 갖는 자계 차폐 부재를 나타낸다. 자계 발생 수단(92)으로서, 코일, 변압기 등의 인덕턴스 소자 이외에도 영구 자석 등을 들 수 있다. 또한, 이들을 구비하는 다양한 전기 전자 기기들이 모두 포함될 수 있다. 자계 발생 수단(92)은 물론 자계를 발생시켜서 그 기능을 수행할 필요가 있지만, 자계는 또한 기기 설계로 인하여 자계 발생 수단(92)의 기능을 수행하는데 영향을 주지 않는 부분으로 쉽게 누설한다. 본 실시예의 자계 차폐 부재(100)는 이러한 누설 자계(96)를 차폐하는 기능을 제공한다.

자계 차폐 부재(100)는 곡면 형상이며 그 안에 자성 입자를 수용할 수 있는 박판 용기(90)와 상기 용기(90)를 충전하는 자성 입자(14)의 집합체를 갖는다. 자계 차폐 부재(100)의 자계 발생 수단(92)과 대향하는 면은 자계 발생 수단(92)을 둘러싸는 곡면 형상이어서 자계 발생 수단(92)으로부터 생긴 누설 자계(96)를 효과적으로 차폐할 수 있게 한다. 물론, 본 발명에서는, 용기(90)의 형상을 곡면 형상으로만 제한하지는 않는다. 누설 자계를 차폐하는 방식, 기기의 과도한 공간, 자계 발생 수단의 형상 등을 적절하게 고려하여 평판 형상, 상자 형상, 배 형상, 역디귿자 형상, 산 형상, 돔 형상, 지붕 형상, 또는 이들의 조합을 선택할 수 있다.

제 1 실시예에서와 같이, 용기(90)는 자성 입자(14)가 용기(90)에 출입할 수 있게 하는 덮개(도시되지 않음)가 설치되어 밀봉되는 것이 바람직하다. 이러한 덮개를 설치함으로써, 자성 입자(14) 또는 용기(90)가 그 사용에 따라 열화되면 자성 입자(14) 및 용기(90)를 분리하여 교체할 수 있다. 또한, 이들을 사용하는 장치를 버리는 경우에도, 자성 입자(14)와 용기(90)를 분리하여 꺼낼 수 있어서, 우수한 재활용성을 제공할 수 있다. 덮개의 밀봉 부재는 특히 제한되는 것은 아니며, 단순한 끼움, 나사 고정으로부터 특별한 이음 부재에 이르는 모든 방식을 채용할 수 있다. 덮개의 배치 장소는 용기의 형상에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

본 실시예에 사용될 수 있는 자성 입자의 종류 및 특성(형상, 체적 밀도, 자기 특성 및 전기 특성)은 제 1 실시예에서 기술한 것과 유사하다. 충전되어 성형되는 자성 입자의 집합의 두께는 누설 자계의 강도에 따라 적절하게 조정될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 전자계 누설을 억제하고 효과적으로 차폐할 수 있고, 장치(기기) 전체로서의 소형화를 악화시키지 않고도 장치(기기)의 성능을 저비용으로 용이하게 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 자계 차폐 부재를 사용하는 자속 누설을 억제하는 방법을 여러가지 전기기기에 적용함으로써, 누설 자속 밀도를 저비용으로 용이하게 감소시킬 수 있다.

[제 3 실시예]

다음에, 전기기기로서 전자 사진 장치에 본 발명의 자기 코어를 사용하는 인덕턴스 소자를 적용하는 제 3 실시예를 설명한다. 제 3 실시예에서는, 특히 본 발명의 자기 코어를 전자 사진 장치의 정착 장치에 적용하는 것을 설명한다. 본 실시예는 전술한 실시예와 거의 유사한 구성을 가지며, 그러므로 전술한 것과 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

일반적으로, 전자 사진 장치는, 전자 사진술을 사용하여 미정착 토너 화상을 기록 매체의 표면에 형성하는 화상 형성 유닛과, 미정착 토너 화상이 형성된 기록 매체의 표면에 토너 화상을 정착시키는 정착 유닛을 구비한다.

지금까지, 토너로 대표되는 재료를 기록 매체에 가열 정착하는 정착 유닛으로서의 정착 장치가 복사기, 프린터 등의 가열 정착형 기록장치에 사용되어 왔다. 정착 장치의 가열 방법으로서, 할로겐 램프로 가열하는 램프 방식과 자기 도체로 교류 자계를 연결하고 와전류를 발생시킴으로써 가열하는 전자기 유도 가열 방식을 사용할 수 있다.

전자기 유도 가열 방식을 채용하는 정착 장치는, 와전류에 의해 생긴 줄열(Joule heat)을 사용하여 가열 롤과 같은 피가열 재료를 직접 가열할 수 있고, 따라서 램프 방식에 비하여 매우 효율적인 가열을 수행할 수 있는 이점을 갖는다.

본 실시예에서, 정착 장치로서 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 정착 장치를 사용하는 예를 나타낸다. 본 실시예에서, 정착 장치로서 정착용 회전체와 가압용 회전체 양자에 롤과 같은 부재를 사용하는 소위 롤-롤 닙형(roll-roll nip type)의 정착 장치를 예로서 적용한다. 정착 장치 이외의 다른 구성요소는 본 발명에서 제한적인 것은 아니며, 따라서 본 실시예에서는 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 정착 장치(30)만을 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 실시예에 따른 정착 장치(30)를 나타내는 개략도이다. 정착 장치(30)는 자성 금속(예컨대, 철)로 형성된 가열 롤(정착용 회전체)(32)과 열에너지를 공급하도록 가열 롤(32)내에 배치되는 유도 가열 코일(자계 발생 수단)(34)을 구비한다.

본 실시예에서, 열을 발생시키기 위하여 전자기 유도에 의해 와전류를 발생시키는 도전층은 자성 금속으로 형성된 가열 롤(32)이다. 본 발명에서, 정착용 회전체의 주위 면 근방에 도전층을 형성하는 것은 필수불가결하다. 정착용 회전체로서의 기초 재료의 주위 면에 또다른 도전층이 형성될 수도 있고, 한편 기초 재료 자체가 본 실시예에서와 같이 도전층을 구성할 수도 있다. 물론, 어느 경우에도, 탄성층이나 이형층과 같은 다른 층이 도전층의 표면 상에 더 형성될 수도 있다. 또다른 도전층으로서의 도전층과 다른 층들은 나중에 설명할 실시예에 기재된 것과 유사하다.

기초 재료는 가열에 기여하지 않으므로 제한적이지 않으며, 여러 플라스틱 재료, 금속, 세라믹 재료, 유리 재료 등의 임의의 것을 아무 문제 없이 사용할 수 있다.

본 발명에서 정의하는 "주위 면 근방"이라는 표현은, 도전층이 전자기 유도에 의해 열을 발생시킬 때 또다른 층이 주위 면상에 형성되어 있더라도 열이 상기 주위 면으로 전파되고 주위 면의 온도가 정착(또는 전사 정착)에 충분한 온도로 될 수 있을 정도의 범위 근방이라는 것을 의미한다. 그러므로, "주위 면 근방"을 정의하는 주위 면으로부터의 깊이는 여러가지 조건에 따라 크게 변하며, 특정한 수치를 나타낼 수는 없다. 기초 재료 자체가 도전층을 형성하고 또다른 층이 상기 주위 면상에 형성되는 경우에, 도전층은 노출된다. 또한, 이 경우에, "주위 면 근방"이 적용되는지 여부는 상기 주위 면으로부터의 상태에만 주목함으로써 판단된다.

유도 가열 효율을 향상시키고 안정화시키기 위하여 자성 입자(14)로 충전되는 절연성 보빈(bobbin)(36)에 의해 유도 가열 코일(34)이 유지된다. 본 실시예에서, 파우더텍(Powdertech)사에 의해 제조된 철 분말 캐리어 TSV-35를 자성 입자(14)로서 사용한다. 가열 롤(32)과 유도 가열 코일(34)간의 갭은 작게 만들어진다(본 실시예에서는 1.0㎜). 한편, 보빈(36)은 두껍게 만들어져서(본 실시예에서는 1.5㎜), 보빈(36)의 외면과 보빈(36)이 충전되는 자성 입자(14)간의 간격이 커진다.

유도 가열 코일(34)을 형성하기 위하여, 와이어 재료가, 보빈(36)의 일단부로부터 나선상으로 감기며 보빈(36)의 타단부에 이르러 권선이 종단되고, 다음에 가열 롤(32)과 유도 가열 코일(34)간의 갭을 통과하여 권선 시작 단부에 이른다. 따라서, 유도 가열 코일(34)을 구성하는 와이어 재료의 권선 시작 단부의 도입단(34a)과 권선 종단부의 도출단(34b)은 가열 롤(32)에 대하여 동일한 쪽에 배치된다.

가압 롤(38)이 가열 롤(32)에 대하여 가압되고, 미정착 토너 화상이 형성되는 기록지(기록 매체)가 가압 롤(38)과 가열 롤(32) 사이에 형성된 닙부에 삽입되어, 미정착 토너 화상이 형성된 쪽이 가열롤(32)에 접촉하게 됨으로써, 토너 화상이 정착된다. 유도 가열 코일(34)의 도입단(34a)과 도출단(34b)은 고주파 전류를 유도 가열 코일(34)에 공급하는 고주파 전원(42)에 접속되어 있다. 즉, 고주파 전원(42)이 고주파 전류를 유도 가열 코일(34)에 공급하도록 설치된다.

도시하지는 않았지만, 본 실시예의 전자 사진 장치는, 정착 장치(30) 이외에도 기록지를 정착 장치로 반송하는 반송 롤을 갖는 화상 형성 유닛, 감광 드럼, 전자 사진술을 사용하여 미정착 토너 화상을 감광 드럼상에 형성하는 현상 유닛, 감광 드럼상에 형성된 미정착 토너 화상을 기록지로 전사하는 전사 유닛 등을 구비한다.

본 실시예에 따른 정착 장치(30)의 동작은 다음과 같다. 스위치(도시되지 않음)가 조작되면, 고주파 전원(42)은 고주파 전류를, 공급된 고주파 전류에 따라 고주파 자계를 발생시키는 유도 가열 코일(34)에 공급한다. 따라서, 자성 금속으로 이루어진 가열 롤(32)은 반복적으로 생성 및 소멸하는 교류 자속내에 배치되고, 따라서 가열 롤(32)에서의 자계 변화를 방지하는 자계를 발생시키도록 와전류가 생긴다. 가열 롤(32)의 와전류 및 전기 저항은 줄열(Joule heat)을 발생시켜서 가열 롤(32)을 가열한다.

따라서, 본 실시예의 정착 장치(30)에서, 보빈(36)의 외면과 자성 입자(14)간의 갭이 크고 유도 가열 코일(34)이 보빈(36) 주위에 감겨서, 가열 롤(32)과 유도 가열 코일(34)간의 갭이 줄어들어 유도 가열 코일에 대한 전자기 유도 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

여기에서, 본 실시예에서는, 정착 장치(30)에서 정착용 열(줄열)은 고주파 전류를 유도 가열 코일(34)로 공급함으로써 발생된다. 그러나, 유출 열량은 정착 장치(30)가 고정되는 부분에 따라 변한다. 즉, 화상을 기록지(40)에 정착하는 정착 장치(30)를 위하여, 정착 장치(30)를 외부에 고정하는 기구는 기록지(40)가 가열 롤(32)에 접촉하게 되는 부분에는 배치되지 않는다. 그러므로, 보빈(36)의 양단부 근처에 이 기구가 배치되며, 이 기구로의 열 유출이 일어난다. 따라서, 발생된 줄열은 가열 롤(32) 상에서 균일하지 않게 되기 쉽다. 줄열은 균일하게 발생되는 것이 바람직하다.

다음에, 본 실시예에서, 보빈(36)에 수용된 자성 입자(14)의 양 분포를 제공함으로써 줄열을 거의 균일하게 발생시킬 수 있는 구조가 제공된다.

도 8의 (a) 내지 (d)는 정착 장치(30)의 보빈(36) 내에서의 자성 입자(14)의 분포와 열 유출량간의 관계를 나타낸다. 도 8의 (a)는 축 방향으로의 보빈(36)의 위치(즉, 그래프의 좌우측 단부는 보빈(36)의 좌우측 단부에 대응함)와 열 유출량간의 관계를 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 열 유출량은 보빈(36)의 위치가 좌측 또는 우측 단부로 감에 따라 증가한다(특성 Ca).

도 8의 (b)는 줄열이 보빈(36)의 축 방향으로 거의 균일하게 발생될 수 있게 하는 구조의 예를 나타낸다. 도 8의 (b)에서는, 보빈(36) 내에 자성 입자(14)를 불균일하게 분포시키기 위해 조정 소자(80)가 설치된다. 이 조정 소자(80)는 회전 대칭 형상을 가지며, 이 조정 소자(80)의 단면 외형 곡선 Cb은 특성 Ca에 대응하는 형상으로서 형성된다(보다 정확하게는, 특성 곡선 Ca의 곡률은 대략 조정 소자(80)에 의해 좁혀진 보빈(36)의 공간의 단면적이 그래프와 같을 때에 제공된 곡선의 곡률과 동일하다). 이렇게 함으로써, 자성 입자의 양 분포는 특성 Ca에 따른 분포로 되며, 줄열이 보빈(36)의 축 방향으로 거의 균일하게 발생될 수 있다.

자속을 생성하여 보빈(36) 전체에 제공된 줄열을 균일하게 하도록 재료가 선택될 수 있기 때문에, 조정 소자(80)는 비자성 재료나 자성 재료로 이루어질 수 있다. 회전 대칭 형상이 예로서 채용되는 경우를 도 8의 (b)를 참조하여 기재하였지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 조정 소자(80)는, 자성 재료(14)가 보빈(36)의 양단부 근방에서 증가하도록 형성될 수도 있으며, 예컨대 조정 소자(80)는 적어도 하나의 평면 또는 복수의 곡면을 갖도록 형성될 수도 있다.

도 8의 (c)는 보빈(36)의 축 방향으로 거의 균일하게 줄열이 발생될 수 있게 하는 구조의 또다른 예를 나타낸다. 도 8의 (b)에서, 조정 소자(80)를 제조하는 것이 어려울 수도 있다. 그래서, 도 8의 (c)에서는, 조정 소자를 용이하게 제조할 수 있게 하기 위하여, 원통형의 양단부 근방을 모따기함으로써 제공된 조정 소자(82)를 채용한다. 이 조정 소자(82)는 특성 Ca가 가장 뚜렷하게 나타나는 부분(보빈(36)의 한 쪽 단부로부터 길이 L을 갖는 영역)에 대응하는 부분에서 자성 입자(14)의 분포량이 변화(증가)하도록 의도되며, 이로써 특성 Ca에 대응하는 가장 영향을 받는 부분에서 자성 입자(14)의 분포량을 조정할 수 있다.

도 8의 (d)는 줄열이 거의 균일하게 발생될 수 있게 하는 구조의 또다른 예를 나타낸다. 도 8의 (c)에서는, 조정 소자의 양단부의 근방이 가공되어야 하고, 따라서 유연성이 약하다. 도 8의 (d)의 예에서는, 길이가 다른 조정 소자(84 및 86)를 사용하며, 원통형 조정 소자(86)가 조정 소자(84)를 둘러싸도록 배치된다. 이렇게 함으로써, 자성 입자(14)의 수용량을 원하는 대로 변화시킬 수 있게 하는 조정 소자를, 단지 조정 소자(84, 86)의 길이를 변화시킴으로써 용이하게 형성할 수 있다.

도 9는 자성 입자(14)의 수용량의 변동과 온도 상승 속도간의 관계를 나타낸다. 이 때의 테스트 조건은 다음과 같다.

<테스트 조건>

보빈(36)을 축방향 길이로 세부분으로 분할하고, 이 세부분을 15-g, 27-g 및 42-g의 자성 입자로 각각 충전하였다. 다음에, 세부분 각각에서의 롤 온도 상승 속도를 측정하였다. 세부 조건은 다음과 같다.

ㆍ자성 입자: 파우더텍(Powdertech)사에 의해 제조된 철 분말 캐리어 TSV-35

ㆍ보빈: 폴리페닐렌술파이드로 제조, 내경 14㎜, 외경 17㎜ 및 총 길이 350㎜를 갖는 원통 형상

ㆍ코일: 리드 와이어 재료: 구리, 두께: 2.5㎜, 권선 수:125

ㆍ전력: 1000-W 출력(25㎑)

ㆍ가열 롤: 26㎜φ(외경), 강(STKM13), 길이 400㎜

도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 온도 상승 속도도 또한 자성 입자(14)의 수용량의 증가에 따라 증가한다. 따라서, 유출 열이 큰 장소에서 큰 열량을 발생시킬 정도, 즉 온도 상승 속도를 증가시킬 정도의 자성 입자(14)의 양을 수용하도록 보빈(36)의 형상을 만들 수도 있음에 주목해야 한다.

따라서, 본 실시예에서는, 정착 장치에서 발생된 열에 기여하는 자성 재료로서 자성 입자를 사용하여, 자계 발생 수단을 임의의 다양한 형상으로 용이하게 성형 또는 제조할 수 있다. 그러므로, 정착 장치를 설계하는 자유도가 확장될 수 있다.

본 실시예에서, 정착 장치에서 발생된 열에 기여하는 자성 재료로서 자성 입자를 사용하고 자성 재료가 입자 상태로 변하지 않고 유지되어, 자기 코어에서의 와전류의 발생을 해소하고 와전류의 열손실을 해소할 수 있다. 즉, 높은 에너지 효율의 전자 사진 장치를 제공할 수 있다.

[제 4 실시예]

다음에, 전기기로부터의 전자계 누설을 억제하는 기능을 제공할 수 있는 본 발명의 자계 차폐 부재가 정착 장치의 전자계 차폐에 적용되는 전자 사진 장치에 관한 제 4 실시예를 설명한다. 본 실시예는 전술한 실시예와 거의 유사한 구성을 가지며, 따라서 전술한 것과 동일한 부분에 대하여는 동일한 참조 번호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.

전술한 바와 같이, 일반적으로 전자 사진 장치는 전자 사진술을 사용하여 기록 매체의 표면에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛과 미정착 토너 화상이 형성되는 기록 매체의 표면에 토너 화상을 정착시키는 정착 유닛을 갖는다. 또한 제 4 실시예에서는, 제 3 실시예와는 그 구성이 다르지만, 정착 유닛으로서 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 정착 장치를 사용하는 예를 나타낸다.

제 4 실시예에서는, 정착 장치로서 정착용 회전체와 가압용 회전체 양측에 롤 형상 부재를 사용하는 소위 롤-롤 닙형(roll-roll nip type)의 정착 장치를 예로서 적용한다. 정착 장치 이외의 다른 구성 요소는 본 발명에 제한적이지 않으므로 본 실시예에서는 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 정착 장치(50)만을 도 10을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 실시예에 따른 정착 장치(50)의 일반적인 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 정착 장치(50)는 가열 롤(정착용 회전체)(52)(40㎜φ)와 가압 롤(가압용 회전체)(54)(40㎜φ)를 갖는다. 가압 롤(54)은 가압 기구(도시되지 않음)에 의해 가열 롤(52)에 대하여 가압되어 일정한 닙 폭을 갖도록 닙부를 형성하며, 가열 롤(52)이 구동 모터(도시되지 않음)에 의해 소정 방향(도 10에서 화살표 W 방향)으로 구동되어 다음과 같은 방식으로 소정 방향(도 10에서 화살표 U 방향)으로 회전하도록 가압 롤(54)을 구동한다. 가열 롤(52)은 철로 이루어지며 1㎜의 두께를 갖는다. 가열 롤(52)은 플루오르 수지 등의 이형층으로 그 표면이 피복된다. 본 실시예에서, 롤 재료로서 철이 사용되지만, 스테인레스 강, 알루미늄, 스테인레스 강과 알루미늄의 복합 재료 등이 사용될 수도 있다.

가압 롤(54)은 실리콘 고무로 그 주변이 피복된 코어 바를 피복함으로써 형성된다. 미정착 토너 화상이 형성되는 종이(기록 매체) P가 가열 롤(52)과 가압 롤(54) 사이의 가압 접촉부(닙부)의 정착 장소를 통과함으로써, 종이 P의 토너가 융착하여 정착된다. 이 때에, 물론 미정착 토너 화상이 형성되는 쪽이 가열 롤(52)과 접촉하도록 종이 P가 닙부에 삽입된다.

가열 롤(52)은 가열 롤(52)로부터 종이(P)를 박리하는 필링 클로(peeling claw)(56), 가열 롤(52)의 표면상의 종이 조각 및 토너 오프셋과 같은 이물질을 제거하는 세척 부재(58), 자계 발생 수단으로서의 유도 히터(64), 오프셋 방지를 위해 이형제를 도포하는 이형제 도포기(60), 및 가열 롤(52)의 온도를 검출하는 서미스터(thermistor)(62)에 의해, 가열 롤(52)과 가압 롤(54)간의 접촉 위치(닙부)로부터 회전방향의 하류측으로 순서대로 둘러싸인다.

정착 장치는 가열 원리로서 유도 히터(64)의 전자기 유도 가열 방식을 사용한다. 유도 히터(64)는 여자 코일(66)을 가지며 가열 롤(52)의 외주면 상에 배치된다. 여자 코일(66)은 0.5㎜의 와이어 직경을 각각 갖는 구리 와이어 로드(rod)이며 서로 절연된 한무리의 와이어 로드를 갖는 리츠 와이어(Litz wire)로서 구성된다. 여자 코일(66)은 리츠 와이어로서 구성됨으로써, 와이어 직경이 삼투 깊이보다 작게 만들어져서 교류가 효과적으로 흐르게 할 수 있다. 본 실시예에서, 0.5㎜의 와이어 직경을 각각 갖는 16개의 와이어 로드가 묶어진다. 코일은 내열성의 폴리아미드 이미드로 피복된다. 여자 코일(66)은, 여자 코일(66)이 가열 롤(52)의 표면에 대향하는 상태에서 가열 롤(52)의 근방에 배치되며, 자계 발생 수단으로서 작용한다.

가열 롤(52)에 대한 여자 코일(66)의 반대 쪽에는, 자계 차폐 부재(68)가 여자 코일(66)의 근방에 배치된다. 자계 차폐 부재(68)의 상세한 동작은 나중에 설명한다.

또한 본 실시예에서, 가열 롤(52)은 자성 금속으로 이루어지고 가열 롤(52) 자체는 열을 발생시키는 전자기 유도에 의해 와전류를 발생시키기 위한 도전층이 된다. 물론, 제 3 실시예에서와 같이, 본 발명에서는 또다른 도전층이 형성될 수 있고 탄성층이나 이형층과 같은 임의의 다른 층이 도전층의 표면에 더 형성될 수도 있다.

여자 코일(66)은 여자 회로(인버터 회로)(72)에 접속되어 여자 회로(72)로부터 여자 코일(66)에 인가된 고주파 전류에 의해 발생된 자속에 의해 자계의 변화를 방해하도록 자속 및 와전류가 자성 금속으로 이루어진 가열 롤(52)에 발생하게 된다. 줄열은 가열 롤(52)의 저항 및 와전류에 의해 발생되어 가열 롤(52)을 가열한다. 본 실시예에서, 주파수 20㎑ 및 출력 900W의 고주파 전류가 여자 코일(66)에 인가된다. 가열 롤(52)의 표면 온도는 180℃로 설정되어 제어된다. 표면 온도는 서미스터(62)에 의해 감지되고 가열 롤(52)이 피드백 제어에 의해 가열된다. 이 때에, 전체 롤의 균일한 온도 분포를 위하여, 가열 롤(52)과 가압 롤(54)이 회전한다. 롤이 회전함에 따라, 일정한 열용량이 각 롤의 전체 면에 주어진다.

가열 롤(52)의 표면 온도가 180℃에 이르게 되면, 화상 형성 동작(소위 복사 동작)이 시작되고 미정착 토너 화상이 형성되는 종이(P)가 가열 롤(52)과 가압 롤(54) 사이의 가압 접촉부(닙부)의 정착 장소를 통과함으로써, 종이(P)의 토너가 융착되어 정착된다. 여자 회로(72)로의 전류는 가열 롤(52)의 표면에 대하여 가압된 온도 퓨즈인 서모스탯(thermostat)(70)을 통하여 공급된다. 가열 롤(52)의 허용 표면 온도가 서모스탯(70)에 미리 설정되어, 표면 온도가 허용 온도를 넘는 비정상적인 온도에 이르게 되면 서모스탯(70)은 여자 회로(72)로 공급되는 전류를 차단한다.

도 11은 본 실시예에서 가열 롤(52)과 유도 히터(64(66+68))를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 여자 코일(66)(도 11에서 점선으로 표시됨)은 여자 코일(66)이 가열 롤(52)의 외주면에 대향하는 상태로 배치된다. 가열 롤(52)과 여자 코일(66) 사이의 거리(갭)는 1㎜로 설정된다. 여자 코일(66)은 공기-코어 코일로서 구성되며, 가열 롤(52)에 대한 여자 코일(66)의 반대 쪽에 자계 차폐 부재(68)가 여자 코일(66) 근방에 배치된다. 자계 차폐 부재(68)는 여자 코일(66)을 덮도록 여자 코일(66)의 근방에 배치된 커버형 용기 내에 자성 입자로서 페라이트 분말로 충전된다.

본 실시예에서, 여자 코일(66)과 자계 차폐 부재(68) 사이의 거리(갭)은 5㎜로 설정된다. 공기-코어 코일(즉, 여자 코일(66))이 가열 롤(52)의 외주면 근방에 배치되면 외부로 누설된 자계(도전층으로서 기능하는 가열 롤(52)에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부)가 차폐되도록 자계 차폐 부재(68)가 배치된다. 따라서, 전자계 누설에 의한 노이즈 등의 문제가 해소될 수 있다. 여자 코일(66) 자체가 가열 롤(52) 측 이외의 임의의 영역에서 자계를 발생한다면 문제가 일어나지 않도록 자계 차폐 부재(68)가 배치된다. 따라서, 용이하게 성형된 코일을 여자 코일(66)로서 사용할 수 있다.

한편, 자계 차폐 부재(68)가 존재하지 않고 유도 히터(64)가 가열 롤(52)의 외주면 근방에 배치되면, 정착 장치(50)의 외부로 자계가 누설되는 것을 방지하기 위하여 성형된 코어 재료(여자 코일(66))을 사용해야 한다. 여자 코일(66)의 형상은 제한적이거나 또는 코어가 복잡한 형상으로 만들어져야 한다. 본 실시예에서, 자계 차폐 부재(68)는 유도 히터(64)에 대하여 별도로 배치되어 유도 히터(64)에 의존하지 않을 수도 있다. 여자 코일(66)은 복잡한 형상으로 만들어질 필요가 없기 때문에, 비용의 증가는 초래되지 않는다. 본 실시예에서, 자계 차폐 부재(68)가 주위 면에 대응하는 곡면 형상을 갖는 경우를 설명하였지만, 형상은 곡면 형상에만 제한되는 것은 아니며, 형상이 편평하거나 임의의 형상인 경우에도 차폐 효과가 생길 수 있다.

여자 코일(66)이 가열 롤(52)의 외주면 근방에 배치되면 가열 롤(52)에 대하여 여자 코일(66)의 반대 쪽의 외부로 자계가 누설되지 않도록 자계 차폐 부재가 배치된다. 따라서, 유도 히터(64)는, 가열 롤(52)의 방사열로 여자 코일(66)이 가열되어 열화되거나 또는 자기 코어가 가열되어 열화되어 열효율을 낮추는 것을 방지하기 위하여 가열 롤(52)의 내부에 들어갈 필요는 없다.

본 실시예에서, 페라이트 분말을 자계 차폐 부재의 자성 입자로서 사용하는 경우를 설명하였지만, 페라이트 분말 이외의 다른 자성 입자를 사용하더라도 유사한 효과를 얻을 수 있다. 본 실시예에서, 자계 차폐 부재(68)와 여자 코일(66)간의 거리가 5㎜로 설정된 경우를 설명하였지만, 자계 차폐 부재(68)가 여자 코일(66)과 접하게 되더라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있음은 말할 필요도 없다.

본 실시예에서의 자계 차폐 부재로서 자성 입자의 집합체를 사용하기 때문에, 자계 차폐 부재는 임의의 형상으로 용이하게 성형될 수 있고 용이하게 제조될 수 있다. 그러므로, 정착 장치 및 나아가 전자 사진 장치의 성능이 부품의 소형화를 해제하지 않고도 저비용으로 용이하게 향상될 수 있다. 자속 누설의 억제는 여러 전기기기에도 요구되며, 본 발명의 자계 차폐 부재가 이들에 적용됨으로써, 누설 자속 밀도를 저비용으로 용이하게 감소시킬 수 있다.

[제 5 실시예]

다음에, 본 발명의 자기 코어를 사용하는 인덕턴스 소자를 사용하며 전자계 누설을 억제하는 기능을 제공할 수 있는 본 발명의 자계 차폐 부재를 정착 장치의 전자계 차폐에 적용하는 전자 사진 장치에 관한 제 5 실시예를 설명한다.

전술한 바와 같이, 일반적으로 전자 사진 장치는 전자 사진술을 사용하여 기록 매체의 표면에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛과 미정착 토너 화상이 형성되는 기록 매체의 표면에 토너 화상을 정착시키는 정착 유닛을 갖는다. 또한 제 5 실시예에서는, 제 4 실시예와는 그 구성이 다르지만, 정착 유닛으로서 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 정착 장치를 사용하는 예를 나타낸다.

제 5 실시예에서는, 정착 장치로서 정착용 회전체용으로 무단 벨트 부재를 사용하는 소위 벨트-롤 닙형 및 가압용 회전체용의 롤 형상 부재의 정착 장치를 예로서 적용한다. 정착 장치 이외의 다른 구성 요소는 본 발명에서 제한적이지 않으므로, 본 실시예에서는 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 정착 장치만을 도 12를 참조하여 설명한다.

워밍업 시간을 줄이고 기록 매체의 박리 성능을 제공하기 위하여, 본 실시예의 정착 장치는 정착용 회전체로서 작은 열용량을 갖는 유연한 무단 벨트 부재를 사용하며, 열을 취하는 부재의 수가 무단 벨트에서 가능한 한 감소된다(부재들이 가능한 많이 배치되지 않는다). 즉, 무단 벨트 부재(가열 벨트)에서는, 정착용 닙부를 구성하는 탄성층을 갖는 패드 부재(압압 부재)만이 가압 부재에 대향하여 기본적으로 배치된다. 가열되는 무단 벨트 부재는 도전층이 설치되고 무단 벨트 부재가 직접 가열되도록 자계 발생 수단에 의해 발생된 자계에 의해 유도 가열된다.

도 12는 본 실시예에 따른 정착 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 12에서, 참조 번호 101은 정착용 회전체로서의 가열 벨트를 나타낸다. 가열 벨트(101)는 도전층을 갖는 무단 벨트를 갖는다. 따라서, 본 발명에서, "정착용 회전체"는 전술한 롤 형상 부재 외에도 무단 벨트를 포함한다. "가압용 회전체"도 또한 롤 형상 및 무단 벨트 부재를 포함한다.

가열 벨트(101)는 기본적으로 도 13에 나타낸 바와 같이 높은 내열성을 갖는 판상 부재로 이루어진 기초 재료층(102), 이 기초 재료층(102) 상에 증착된 도전층(103) 및 상층으로서 표면 이형층(104)의 적어도 3층을 갖는다. 본 실시예에서는, 30㎜φ의 직경을 갖고 판상 기초 재료층(102), 도전층(103) 및 표면 이형층(104)의 3층을 갖는 무단 벨트를 가열 벨트(101)로서 사용한다.

가열 벨트(101)의 기초 재료층(102)은 높은 내열성을 갖는 시트(sheet)로, 예컨대 10 내지 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하며 50 내지 100㎛의 두께(예컨대 75㎛)가 더욱 바람직하다. 예컨대, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리이미드 아미드, 또는 폴리아미드 등의 높은 내열성을 갖는 합성 수지로 이루어진 층을 들수 있다.

본 실시예에서, 무단 벨트로 형성된 가열 벨트(101)의 양단부는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 에지 가이드(105)에 접하게 되어 사용 시에 가열 벨트(101)의 사행(meandering)을 규제한다. 도 14는, 파이프 형상의 가열 벨트(101)의 일단 개구가 에지 가이드(105)에 접하게 되어 가열 벨트(101)의 사행을 규제하는 상태를 나타내는 확대 개략도이다. 가열 벨트(101)의 타단 개구도 유사한 에지 가이드(이하, "도시하지 않은 에지 가이드"라 부를 수도 있다)에 접한다.

에지 가이드(105)는 가열 벨트(101)의 내경보다 다소 작은 외경을 갖는 원통부(106), 상기 원통부(106)의 단부에 설치된 플랜지부(107) 및 원통 형상이나 기둥 형상으로 형성되며 플랜지부(107)의 외측으로 돌출된 유지부(108)를 갖는다. 에지 가이드(105)와 도시하지 않은 에지 가이드는 가열 벨트(101)의 양단부가 슬라이드할 수 있는 상태로 배치되고, 가열 벨트(101)의 반대 단부 개구가 접하는 도시하지 않은 에지 가이드에서의 플랜지부의 내벽면과 플랜지부(107)의 내벽면간의 거리가 가열 벨트(101)의 축 방향을 따른 길이보다 약간 더 길게 되도록 정착 장치에 고정된다. 따라서, 가열 벨트(101)가 회전하는 동안 30㎜φ 직경의 원형이 닙부 이외의 임의의 부분에서 유지되고, 가열 벨트(101)의 단부가 에지 가이드(105)에 접하면 가열 벨트(101)가 버클링(buckling) 등이 방지될 정도의 강성을, 가열 벨트(101)의 기초 재료층(102)이 가질 필요가 있다. 예컨대, 50㎛ 두께의 폴리이미드로 만들어진 시트가 기초 재료층(102)으로서 사용될 수 있다.

도전층(103)은 후술하는 자계 발생 수단에 의해 발생된 자계의 전자기 유도 작용에 의해 유도 가열하는 층으로, 철, 코발트, 니켈, 구리, 크롬 등의 금속층이 약 50㎛의 두께로 도전층(103)으로서 형성된다. 그러나, 본 실시예에서, 가열 벨트(101)는 후술하는 패드에 의해 형성된 닙부와 닙부내의 가압 롤의 형상을 따를 필요가 있으며, 따라서 유연한 벨트일 필요가 있고, 도전층(103)은 가능한 한 얇게 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 도전층(103)으로서 약 5㎛ 두께의 높은 도전성을 갖는 구리의 박층이, 그 가열 효율을 높이도록, 폴리이미드로 이루어진 기초 재료층(102) 상으로 증착된다.

표면 이형층(104)은 기록 매체인 종이(109)로 전사되는 미정착 토너 화상(110)이 직접 접하게 되는 층이므로, 양호한 이형 특성을 갖는 재료를 사용할 것이 요망된다. 표면 이형층(104)을 구성하는 재료로서, 예컨대 테트라플루오르에틸렌 퍼플루어르 알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 실리콘 수지, 이들의 복합층 등을 들 수 있다. 표면 이형층(104)은 이들 재료로부터 적절하게 선택된 재료로 이루어지고 가열 벨트(101)의 상층으로서 1 내지 50㎛ 두께로 설치된다. 표면 이형층(104)이 너무 얇으면, 연마 저항에 대한 내구성이 약하고 가열 벨트(101)의 수명이 짧아진다. 반대로, 표면 이형층(104)이 너무 두꺼우면, 가열 벨트(101) 전체로서의 열용량이 증가되어 워밍업 시간이 길어진다. 그러므로, 양 경우 모두 바람직하지 않다.

본 실시예에서는, 연마 저항과 가열 벨트(101) 전체로서의 열용량간의 균형을 고려하여 10㎛ 두께의 테트라플루오르에틸렌 퍼플루오르 알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)를 가열 벨트(101)의 표면 이형층(104)으로서 사용한다.

예컨대, 실리콘 고무 등의 탄성층(111)을 갖는 압압 부재로서의 패드 부재(112)가 전술한 가열 벨트(101)에 배치된다. 본 실시예에서는, 35°(ISO 7619 Type A)의 고무 경도를 갖는 실리콘 고무로 이루어진 탄성층(111)이 스테인레스 강, 철 등의 금속, 높은 내열성을 갖는 합성 수지 등으로 이루어진, 강성을 갖는 지지 부재(113) 상에 증착된 패드 부재(112)로서 하나가 사용된다. 예컨대, 실리콘 고무로 이루어진 탄성층(111)이 균일한 두께로 만들어져서 사용된다. 패드 부재(112)의 지지 부재(113)는, 정착 장치의 프레임(도시되지 않음)에 고정된 상태로 배치되지만, 탄성층(111)이 소정의 압압력으로 가압 롤(114)의 표면과 압접하도록 스프링(도시되지 않음) 등의 부세 수단에 의해 후술하는 가압 롤(114)의 표면에 대하여 눌려질 수도 있다.

정착 장치는 가열 롤(101)을 통하여 패드 부재(112)와 대향하는 부분에 배치된 가압용 회전체로서 가압 롤(114)을 갖는다. 가압 롤(114)과 패드 부재(112) 사이에서 샌드위치된 가열 벨트(101)로 닙부(115)가 형성되며, 미정착 토너 화상(110)이 전사되는 종이(109)가 닙부(115)를 통과함으로써, 열 및 압력에 의해 미정착 토너 화상(110)이 종이에 정착되어 정착 화상을 형성한다.

본 실시예에서는, 26㎜φ의 직경을 갖는 고체 철 롤(116)의 표면을 이형층으로서 30㎛ 두께의 테트라플루오르에틸렌 퍼플루오르 알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)로 피복함으로써 제공된 가압 롤이 가압 롤(114)로서 사용된다.

가압 롤(114)은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 금속 롤(118)이 가압 롤(114)과 접촉 및 분리되도록 양호한 열전도성을 갖는 알루미늄이나 스테인레스 강 등의 금속으로 이루어진 금속 롤이 설치된다. 정착 장치를 가동하기 시작하는 이른 아침 등에 가열 벨트(101)와 가압 롤(114)의 온도가 낮을 때, 금속 롤(118)은 가압 롤(114)로부터 떨어진 위치에 정지한다. 정착 장치에서, 정착 장치를 사용함에 따라 가열 벨트(101)와 가압 롤(114) 사이에 축 방향을 따른 온도 차이가 발생하면, 금속 롤(118)이 가압 롤(114)과 접촉하게 된다. 금속 롤(118)이 가압 롤(114)과 접촉할 때, 가압 롤(114)의 회전이 종동한다. 본 실시예에서는, 10㎜φ 직경을 갖는 알루미늄으로 이루어진 고체 롤을 금속 롤(118)로서 사용한다.

본 실시예에서, 가압 부재(도시되지 않음)에 의해 가열 벨트(101)를 통하여 패드 부재(112)에 대하여 압압하는 상태에서 가압 롤(114)이 구동 부재(도시되지 않음)에 의해 회전한다.

정착용 회전체인 가열 벨트(101)는 가압 롤(114)의 회전에 따라 회전한다. 그래서, 본 실시예에서는, 양호한 슬라이드성을 제공하기 위하여, 강한 연마 저항 및 양호한 슬라이드성을 갖는 시트 재료, 예컨대 불소 수지(CHUKO KASEI KOGYO사: FCF400-4 등)로 포화된 유리 섬유 시트가 가열 벨트(101)와 패드 부재(112) 사이에 개재하게 되며, 실리콘 오일 등의 이형제를 슬라이드성을 높이기 위한 윤활유로서 가열 벨트(101)의 내면에 더 도포된다. 이렇게 함으로써, 실제 가열 시간에, 가압 롤(114)의 유휴 시간에서의 구동 토크를 약 6㎏㎝ 내지 약 3㎏㎝로 감소시킬 수 있다. 그러므로, 미끄러짐 없이 가압 롤(114)의 회전에 따라 가열 벨트(101)가 종동할 수 있고 화살표 B 방향으로 가압 롤(114)의 회전 속도와 동일한 속도로 회전할 수 있다.

축 방향으로의 가열 벨트(101)의 움직임은 도 14에 나타낸 바와 같이 가열 벨트(101)의 축 방향의 양단에 있는 에지 가이드(105) 및 도시하지 않은 에지 가이드에 의해 규제되어, 가열 벨트(101)의 사행 등이 발생하는 것을 방지한다.

본 실시예에서, 도전층을 갖는 얇은 가열 벨트는 자계 발생 수단에 의해 발생된 자계에 의해 유도 가열된다.

자계 발생 수단(120)은 길이 방향으로서 가열 벨트(101)의 회전 방향에 직교하는 방향으로 긴 쪽이 형성되고 곡면 형상으로 형성된 부재이며, 자계 발생 수단(120)과 가열 벨트(101) 사이에 약 0.5㎜ 내지 2㎜의 갭을 갖고 가열 벨트(101)의 외측에 설치된다. 본 실시예에서는, 자계 발생 수단(120)은 여자 코일(121), 여자 코일(121)을 지지하기 위한 코일 지지 부재(122) 및 여자 코일(121)의 중앙에 배치된 자기 코어(123)를 포함한다. 자계 차폐 부재(124)는 가열 벨트(101)에 대한 여자 코일(121)의 반대 쪽에 배치된다.

여자 코일(121)로서, 예컨대 서로 절연된 16개의 구리 와이어 로드(rod)를 각각 갖고 0.5㎜φ의 직경을 각각 갖는 소정 수의 리츠(Litz) 와이어가 직선처럼 평행하게 배치된다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 소정 주파수의 교류가 여자 회로(125)에 의해 여자 코일(121)에 공급됨으로써, 여자 코일(121)의 주위에서 변동하는 자계 H를 일으키고 변동하는 자계가 가열 벨트(101)의 도전층을 가로지르면 가열 벨트(101)의 도전층(103)에 와전류 B가 발생하여 전자기 유도 작용에 의해 자계 H의 변화를 방해하는 자계를 발생시킨다. 여자 코일(121)에 인가된 교류의 주파수는 예컨대 10 내지 50㎑의 범위로 설정된다. 본 실시예에서는, 교류의 주파수가 30㎑로 설정된다. 그래서, 가열 벨트(101)의 도전층(103)을 통하여 와전류 B가 흐름으로써, 도전층(103)의 저항에 비례하는 전력(W=I²R)에 의해 줄열이 발생하여 정착용 회전체인 가열 벨트(101)를 가열한다.

코일 지지 부재(122)로서는 내열성 비자성 재료를 사용할 것이 요망된다. 예컨대, 내열 유리나 폴리카보네이트 등의 내열 수지를 사용한다.

본 발명의 자기 코어(123)는 여자 코일(121)의 중앙에 배치된다. 자기 코어(123)는 직육면체 형상의 용기에 자성 입자로 충전된다. 용기는 형상을 제외하고는 제 1 실시예에서 설명한 것과 유사하다. 용기를 자성 입자로 채움으로써, 자기 코어는 전체로서 직육면체 형상의 자성 입자의 집합체를 갖는 자기 코어가 되며 자성 입자가 입자 상태로 유지된다. 자성 입자의 세부 사항도 제 1 실시예에서 설명한 것과 유사하다.

제 5 실시예에서는, 자성 입자가 입자상이므로 자성 입자의 집합체의 부피와 형상이 원하는대로 변할 수 있고, 집합체는 원하는 크기와 형상으로 용이하게 형성될 수 있다. 그러므로, 자기 코어(123)의 자성 재료로서 자성 입자를 사용하여, 자계 발생 수단(120)의 설계의 자유도를 증가시킨다.

자성 입자를 사용함으로써, 자성 입자 자체는 적절한 전기 저항을 갖고 따라서 소위 유도 가열에 의해 초래된 자기 가열의 문제가 고주파 대역에서도 극히 작으며, 이에 따라 손실이 작고 유효 투자율이 고주파 대역에서도 향상될 수 있다.

본 실시예에서, 자기 코어(123)를 설치함으로써, 여자 코일(121)에 발생하는 자속을 효과적으로 모을 수 있고 가열 효율이 상승할 수 있다. 따라서, 여자 코일(121)에 교류를 인가하는 고주파 전원의 주파수를 낮추고 여자 코일(121)의 권선 수를 감소시킬 수 있으며, 전원과 여자 코일(121)을 소형화하여 비용을 저감할 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 자계 차폐 부재(124)는 본 발명의 자계 차폐 부재를 사용한다. 자계 차폐 부재(124)는 여자 코일(121)에 발생하는 자속을 모아서 자기 통로를 형성하도록 설치된다. 자계 차폐 부재(124)는 양호한 효율로 가열할 수 있게 하고 자속이 정착 장치의 외부로 누설되어 주변의 부재들을 가열하는 것을 방지한다.

자계 차폐 부재(124)는 여자 코일(121)을 덮도록 여자 코일(121)의 근방에 배치된 커버형 용기내에 자성 입자가 충전되어 있다. 자계 차폐 부재의 상세한 구성은 제 4 실시예에서의 자계 차폐 부재와 유사하다.

본 실시예에서의 자계 차폐 부재로서 자성 입자의 집합체를 사용하므로, 자계 차폐 부재는 임의의 형상으로 용이하게 성형될 수 있고 용이하게 제조할 수있다. 그러므로, 부품의 소형화를 초래하지 않고도 정착 장치 및 나아가 전자 사진 장치의 성능을 저비용으로 용이하게 향상시킬 수 있다.

전술한 구성에서, 본 실시예에서의 정착 장치는 워밍업 시간을 거의 0으로 설정할 수 있게 하여, 양호한 정착 특성을 제공하며 박리 실패가 발생하는 것을 다음과 같이 신뢰성 있게 방지할 수 있다.

본 실시예의 정착 장치에서는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 가압 롤(114)이 100㎜/s의 공정 속도로 구동원(도시되지 않음)에 의해 화살표 B 방향으로 회전한다. 가열 벨트(101)는 가압 롤(114)과 압접하여 가압 롤(114)의 이동 속도와 동일한 100㎜/s의 속도로 회전한다.

정착 장치에서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 미정착 토너 화상(110)이 전사 유닛(도시되지 않음)에 형성되는 종이(109)가, 미정착 토너 화상이 형성되는 쪽이 가열 벨트(101)와 접촉하도록, 가열 벨트(101)와 가압 롤(114) 사이에 형성된 닙부(115)를 통과하고, 종이(109)가 닙부(115)를 통과하는 동안 가열 벨트(101) 및 가압 롤(114)에 의해 가열 및 가압되어 미정착 토너 화상(110)이 토너 화상으로서 종이(109) 상에 정착된다.

이 때에, 정착 장치에서는, 여자 코일(121)에 흘러 들어가는 고주파 전류의 주파수에 의해 닙부(115)의 입구에서의 가열 벨트(101)의 온도가 약 180℃ 내지 200℃로 제어된다.

본 실시예의 정착 장치에서는, 화상 형성 신호가 입력됨과 동시에 가압 롤(114)이 회전을 개시하고 고주파 전류가 여자 코일(121)에 공급된다. 예컨대, 유효 전력으로서 700W의 전력이 여자 코일(121)에 입력되면, 유도 가열 작용에 의해 가열 벨트(101)는 약 2초 내에 실온으로부터 정착 가능 온도에 도달한다. 즉, 종이(109)가 종이 공급 트레이로부터 정착 장치로 이동하는데 필요한 시간 내에 워밍업이 완료된다. 그러므로, 정착 장치는 사용자를 기다리게 하지 않고도 정착 처리를 수행할 수 있다.

컬러 솔리드 화상과 같은 많은 양의 토너가 전사되는 종이(109)(약 60gsm을 갖는 얇은 종이)가 정착 장치의 닙부(115)에 들어가면, 일반적으로 토너와 가열 벨트(101)의 표면 이형층(104) 사이에서 인력이 강해지고 가열 벨트(101)의 표면으로부터 종이(109)를 박리하기 어려워진다. 그러나, 본 실시예에서는, 가열 벨트(101)의 형상이 닙부(115)의 외측에서는 볼록하고 닙부(115)의 내측에서는 오목하다. 즉, 종이(109)는 닙부(115) 내측에서 가압 롤(114) 쪽을 감는 형상이고 가열 벨트(101)의 형상은 닙부(115)의 출구에서 오목으로부터 볼록으로 급격하게 변한다. 따라서, 종이(109) 자체의 강성으로 인하여 종이(109)는 가열 벨트(101)의 형상의 급격한 변화를 따라갈 수 없고, 가열 벨트(101)로부터 자연스럽게 박리된다. 그러므로, 본 발명의 정착 장치에서는, 종이(109)의 박리 실패의 문제가 신뢰성 있게 방지될 수 있다.

작은 크기의 종이(109)가 연속하여 정착되면, 종이가 통과하지 않는 영역에서의 가열 벨트(101), 패드 부재(112), 가압 롤(114) 등의 온도가 올라간다. 그러나, 가압 롤(114) 측에 배치된 금속 롤(118)이 가압 롤(114)의 표면과 접촉하게 되어, 금속 롤(118)이 가압 롤(114)의 높은 온도 부분에서 열을 흡수하여 낮은 온도 부분으로 전달할 수 있다. 따라서, 축방향의 (고온 부분과 저온 부분 사이의) 온도 차이 작아지고, 가압 롤(114)의 온도와 가열 벨트(101)의 온도가 소정의 온도를 초과하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 정착 장치는, 탄성층(111)이 65㎛의 두께를 갖는 가열 벨트(101)를 샌드위치하도록 닙부(115)에서의 가열 벨트(101) 측의 탄성층(111)을 가져서, 정착 시에 토너를 감싸서 정착하는 효과를 초래할 수 있고 양호한 컬러 화상 품질을 제공할 수 있다.

보다 양호한 컬러 화상 품질을 제공하기 위하여, 수십 ㎛의 두께를 갖는 실리콘 고무 등으로 이루어진 탄성층을 가열 롤(101)의 도전층(103)과 표면 이형층(104)의 사이에 설치할 수도 있다.

제 3 내지 제 5 실시예에서는, 전자 사진 장치의 정착 장치에 본 발명의 자기 코어 및/또는 자계 차폐 부재의 어느 하나 또는 양자 모두를 사용하는 예를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 전자 사진 장치는 이들 예의 구성에만 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 구성이 포함되는 한 공지된 노우하우(know-how)에 기초하여 구성이 변경되거나 추가될 수 있다.

예컨대, 제 3 또는 제 4 실시예에서 가압용 회전체로서의 가압 롤이 무단 벨트 가압 부재(가압 벨트)로 변경되어 롤-벨트 닙형 정착 장치를 구성하거나 또는 제 5 실시예에서 가압용 회전체로서의 가압 롤이 무단 벨트 가압 부재(가압 벨트)로 변경되어 벨트-벨트 닙형 정착 장치를 구성하는 방식으로 변경이 가해질 수 있다.

실시예들의 구성은 또한 원하는 대로 조합하여 사용될 수도 있다. 예컨대, 제 5 실시예에서 가압 롤에 대하여 배치된 금속 롤이 제 3 또는 제 4 실시예에서 가압 롤에 대하여 배치될 수도 있다.

또한, 제 3 내지 제 5 실시예에서, 정착용 회전체만 가열되는 구성을 예로 들고 있다. 그러나, 가압용 회전체가 예비로 가열될 수도 있다. 이 때의 가열 방법은 일반적인 할로겐 램프 등의 열원으로 행할 수도 있고 전자기 유도 가열 방식일 수도 있다. 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 경우에는, 물론 본 발명의 자기 코어 및 자계 차폐 부재가 적용될 수 있고, 여기에서 본 발명의 자기 코어나 자계 차폐 부재가 정착용 회전체에 적용되지 않더라도, 전자 사진 장치는 본 발명의 전자 사진 장치로 배치될 수 있다.

실시예에서, 본 발명의 자기 코어 및/또는 자계 차폐 부재의 어느 하나 또는 양측 모두가 배치된 3가지 예가 제시되었다. 이 예들에서, 본 발명의 전자 사진 장치는 본 발명의 자기 코어나 자계 차폐 부재의 어느 하나만을 가질 수도 있고, 본 발명의 자기 코어 및 자계 차폐 부재 모두를 배치하는 것이 본 발명의 전자 사진 장치에 요구되는 것은 아니다.

[제 6 실시예]

마지막으로, 본 발명의 자기 코어를 채용하는 인덕턴스 소자를 사용하고 전자계 누설을 억제하는 기능을 제공할 수 있는 본 발명의 자계 차폐 부재를 전사 정착 유닛의 전자계 차폐에 적용하는, 소위 전사 정착 동시 방식을 채용하는 전자 사진 장치에 관한 제 6 실시예를 설명한다.

도 16은 본 발명의 제 6 실시예의 전자 사진 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

전자 사진 장치는 주로 화상 담지 회전체, 화상 형성 유닛, 및 가열 부재와 가압 부재를 포함하는 전사 정착 수단을 갖는다.

본 실시예에서, 화상 담지 회전체는 화상 형성 유닛에 의해 미정착 토너 화상이 형성되는 주위 면을 갖는 중간 전사 벨트(205)이고 일차 전사 롤(206), 인장 롤(209) 및 구동 롤(210)로 구성된다. 본 실시예에서, 화상 담지 회전체로서 무단 벨트 몸체를 사용하지만, 롤형상 몸체를 사용할 수도 있다.

화상 형성 유닛은 정전위차에 의해 잠상이 형성되는 표면을 갖는 감광 드럼(201)을 갖는다. 감광 드럼(201)의 주위에서, 화상 형성 유닛은 감광 드럼(201)을 거의 균일하게 대전시키는 대전장치(202), 각 컬러 신호에 따라 레이저광을 감광 드럼(201)에 인가하여 잠상을 형성하는 레이저 스캐너(203), 미러(213) 등을 갖는 노광 수단, 컬러 토너에 의해 감광 드럼(201)의 표면 상의 잠상을 가시화하여 미정착 토너 화상을 형성하는 시안(cyan), 마젠타(magenta), 옐로우 및 블랙의 4가지 컬러 토너를 저장하는 회전형 현상 유닛(204), 중간 전사 벨트(205)가 그 사이에 배치되어 감광 드럼(201)과 대향하도록 배치된 전술한 일차 전사 롤(206), 감광 드럼(201)의 표면의 미정착 토너 화상을 중간 전사 벨트(205)로 전사하는 일차 전사 롤(206), 전사 후에 감광 드럼(201)의 표면을 세척하는 세척 유닛(207), 및 감광 드럼(201)의 표면을 제거하는 제거 램프(208)를 갖는다.

전사 정착 수단은 일차 전사 롤(206)과 구동 롤(210)과 함께 중간 전사 벨트(205)를 구성하도록 배치된 전술한 인장 롤(209)과, 그와의 사이에서 중간 전사 벨트(205)를 샌드위치하도록 인장 롤(209)과 대향하여 배치된 가압 부재의 가압 롤(211)을 갖고, 중간 전사 벨트(205)와 가압 부재 사이에 닙부가 형성된다.

전자 사진 장치는 또한 종이 공급 유닛에 저장된 종이(기록 매체)를 한번에 한장씩 반송하는 종이 공급 롤(216), 등록 롤(217) 및 인장 롤(209) 둘레에 감긴 중간 전사 벨트(205)와 가압 롤(211)과의 사이의 닙부로 종이를 공급하는 반송 가이드(218)를 갖는다.

본 실시예의 전자 사진 장치는, 전자 사진 장치가 중간 전사 벨트(205)의 후면으로부터 토너 화상을 가열하는 자계 발생 수단(212)과 자계 발생 수단(212)을 둘러싸는 형상의 자계 차폐 부재(230)를 갖고, 자계 발생 수단(212)과 자계 차폐 부재(230)가 중간 전사 벨트(205)의 주변이면서 주위 회전 방향으로 가압 롤(211)과 반대 위치(닙부)에 대한 상류측에 배치된다는 점에 특징이 있다.

감광 드럼(201)은 전기적으로 접지된 원통형 도전성 기초 재료의 표면상에 OPC(Organic Photoconductive Layer: 유기 감광층)이나 a-Si 등으로 이루어진 감광층을 갖는다. 현상 유닛(204)은 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙 토너를 각각 저정한 4개의 현상 장치(204C, 204M, 204Y 및 204K)를 갖고, 현상 장치가 감광 드럼(201)과 대향할 수 있도록 회전 가능하게 지지된다. 각 현상 장치는 그 표면에 토너층을 형성하고 토너층을 감광 드럼(201)과 반대 위치로 반송하는 현상 롤을 포함한다. 2kV의 교류 전압값(Vp-p)과 2㎑의 주파수를 갖는 구형파 교류 전압에 중첩된 400V의 DC 전압을 갖는 전압이 현상 롤에 인가되고, 전계의 작용에 의해 감광 드럼(201)의 표면상의 잠상에 토너가 전사된다. 현상 장치(204C, 204M, 204Y 및 204K)에는 토너 호퍼(toner hopper)(214)로부터 토너가 보급된다.

중간 전사 벨트(205)는 적어도 기초 재료층의 표면에 순서대로 증착된 도전층과 표면 이형층을 갖는다. 이것은 제 5 실시예의 가열 벨트(101)와 세부적으로 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.

중간 전사 벨트(205)는 구동 롤(210)에 의해 구동되어 주위로 이동하기 때문에, 중간 전사 벨트(205)는 중간 전사 벨트(205)와 가압 롤(211)간의 압접부, 즉 닙부에서 구동 롤(210)의 회전과 함께 삽입된 기록 매체와 동일한 속도로 이동한다. 이 때에, 닙 폭(nip width)과 기록 매체 이동 속도는, 기록 매체가 존재하는 동안의 기간이 10ms 내지 50ms 이상의 범위가 되도록 설정된다. 이 닙 시간, 즉 정착된 토너가 기록 매체에 대하여 압압되는 시점과 기록 매체가 중간 전사 벨트(205)로부터 박리되는 시점 사이의 시간은 전술한 바와 같이 50ms 이상이므로, 토너가 기록 매체상에 토너를 증착하기에 충분한 온도로 가열되면 닙의 출구에서 오프셋이 발생하지 않을 정도로 토너 온도가 낮아진다.

제 5 실시예에서의 자계 발생 수단(120)이 자계 발생 수단(120)의 근방에 배치된 가열 벨트(101)의 형상을 따른 곡선으로 형성된 반면에, 본 실시예에서의 자계 발생 수단(212)은 전체로서 선형으로 형성된다. 그러나, 이들은 형상을 제외하고는 동일하다. 즉, 자기 코어로서 본 발명의 자기 코어를 사용한다. 상세한 설명은 제 5 실시예에서와 동일하므로 설명을 생략한다.

자계 발생 수단(212)과 중간 전사 벨트(205)의 가열 원리도 또한 제 5 실시예에서의 자계 발생 수단(120)과 가열 벨트(101)와 유사하다.

제 6 실시예에서는, 자성 입자가 입자상이기 때문에 자성 입자의 집합체의 부피 및 형상이 원하는 대로 변할 수 있고, 집합체는 원하는 크기 및 형상으로 용이하게 형성될 수 있다. 그러므로, 자성 입자를 자계 발생 수단(212)의 자기 코어의 재료로 사용하여, 자계 발생 수단(212)의 설계 자유도를 증가시킨다.

자성 입자를 사용함으로써, 자성 입자 자체는 적절한 전기 저항을 가지며 따라서 소위 유도 가열에 기인한 자기 가열의 문제는 고주파 대역에서도 극히 작아서 손실이 작고 유효 투자율을 고주파 대역에서도 증가시킬 수 있다.

본 실시예의 자계 차폐 부재(230)는 자계 발생 수단(212)을 덮도록 자계 발생 수단(212)의 근방에 배치된 커버형 용기에 자성 입자가 충전되어 있다. 본 실시예에서, 자계 차폐 부재(230)는 자계 발생 수단(212)를 둘러싸도록 단면이 배 형상이다. 그 밖에는, 자계 차폐 부재(230)의 구성은 제 4 실시예의 자계 차폐 부재와 유사하다.

자성 입자의 집합체를 본 실시예의 자계 차폐 부재로서 사용하기 때문에, 자계 차폐 부재는 임의의 형상으로 용이하게 성형될 수 있고 용이하게 제조될 수 있다. 그러므로, 전자 사진 장치의 성능이 부품의 소형화를 초래하지 않고도 저비용으로 용이하게 향상될 수 있다.

전술한 전자 사진 장치의 동작은 다음과 같다. 감광 드럼(201)이 도 16에 나타낸 화살표 C 방향으로 회전하고 대전장치(202)에 의해 거의 균일하게 대전되고, 그 다음에 레이저 스캐너(203)로부터 원래의 옐로우 화상 신호에 따라 펄스폭 변조된 레이저광으로 조사하여, 감광 드럼(201)상에 옐로우 화상에 대응하는 정전 잠상을 형성한다. 현상 유닛(204)에 의해 현상 위치에 미리 배치된 옐로우 현상 장치(204Y)에 의해 옐로우 화상에 대한 정전 잠상이 현상되어 감광 드럼(201) 상에 옐로우 미정착 토너 화상을 형성한다.

옐로우 미정착 토너 화상은, 감광 드럼(201)과 중간 전사 벨트(205) 사이의 인접부인 1차 전사부(X)에서 화살표 C 방향으로의 감광 드럼(201)의 회전 속도와 동일한 선속도로 주위로 이동하는 중간 전사 벨트(205)의 주위 면상으로 1차 전사 롤(206)의 작용에 의해 전사된다. 옐로우 미정착 토너 화상이 형성되는 중간 전사 벨트(205)는 옐로우 미정착 토너 화상을 중간 전사 벨트(205)의 표면에 유지한 채로 화살표 C 방향과 반대 방향으로 주위로 한번 이동하여 마젠타 화상(다음 컬러 화상)이 옐로우 미정착 토너 화상 위에 증착되어 전사되어야 할 위치에 배치된다.

한편, 감광 드럼(201)의 표면이 세척 유닛(207)에 의해 세척된 후에, 감광 드럼(201)은 대전 장치(202)에 의해 거의 균일하게 다시 대전되고 마젠타 화상 신호에 따라 레이저 스캐너(203)로부터 레이저광으로 조사한다.

마젠타 화상용 정전 잠상이 감광 드럼(201) 상에 형성되는 동안, 현상 유닛(204)이 화살표 D 방향으로 회전하여 마젠타 토너에 의해 정전 잠상을 현상하기 위한 마젠타 현상 장치(204M)를 현상 위치로 배치한다. 이렇게 형성된 마젠타 미정착 토너 화상은 1차 전사부(X)에서 중간 전사 벨트(205)의 주위 면상으로 정전기적으로 전사되어 옐로우 미정착 토너 화상 위에 증착된다.

이어서, 전술한 처리가 시안 및 블랙에 대하여 실행된다. 4 컬러 토너 화상의 중간 전사 벨트(205)의 표면 상으로의 전사 및 증착의 종료시에 또는 마지막 컬러(블랙)가 전사되는 동안에, 종이 공급 유닛(215)에 저장된 종이(기록 매체)가 종이 공급 롤(216)에 의해 공급되고 등록 롤(217)과 반송 가이드(218)를 통하여 중간 전사 벨트(205)의 2차 전사부(Y)로 반송된다.

한편, 중간 전사 벨트(205)의 주위 면상에 형성된 4 컬러 미정착 토너 화상은 2차 전사부(Y)에 대하여 상류측의 자계 발생 수단(212)에 대향하는 가열 영역(Z)을 통과한다. 가열 영역(Z)에서, 중간 전사 벨트(205)의 도전층이 자계 발생 수단(212)에 의해 발생된 자계의 작용에 의한 전자기 유도 가열시에 가열한다. 따라서, 도전층이 급속하게 가열되고, 이 열이 시간의 경과에 따라 표면 이형층으로 전파된다. 중간 전사 벨트(205)의 주위 면상의 미정착 토너 화상이 2차 전사부(Y)에 도달하면, 중간 전사 벨트(205)의 주위 면상의 미정착 토너 화상이 용융된다.

중간 전사 벨트(205)의 주위 면 상에서 용융된 미정착 토너 화상의 토너는 2차 전사부(Y)에서 종이의 반송에 따라 압압하는 가압 롤(211)의 압력에 의해 종이와 밀착하게 된다. 가열 영역(Z)에서, 중간 전사 벨트(205)는 면 근방에서만 국부적으로 가열되어 용융된 토너가 실온과 동일한 온도를 갖는 종이와 접촉하여 급속하게 냉각된다. 즉, 용융된 토너가 2차 전사부(y)의 닙부를 통과할 때, 용융된 토너가 순간적으로 종이에 스며들고 토너가 갖는 열 에너지 및 압접력에 의해 전사 정착되며, 종이가 면 근방에만 가열된 중간 전사 벨트(205)와 토너로부터 열을 빼앗으면서 종이는 닙부의 출구로 반송된다. 이 때에, 닙 폭과 기록 매체 이동 속도를 적절하게 설정하여, 닙부의 출구에서의 토너의 온도가 연화점보다 낮아지게 한다. 따라서, 토너의 보자력이 커져서 토너 화상이 오프셋 없이 종이 표면에 거의 완전하게 전사 정착된다. 이후에, 토너 화상이 전사 정착되는 종이가 배출 롤(219)을 통하여 배출 트레이(220)로 배출된다. 이로써 풀컬러 화상 형성이 완료된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 전자 사진 장치에서, 전자기파를 흡수하는 중간 전사 벨트(205)의 도전층 근방만이 자계 발생 수단(212)에 대향하는 가열 영역(Z)에서 가열되고, 가열 영역(Z)에서 가열되어 용융된 토너가 2차 전사부(Y)에서 실온과 동일한 온도를 갖는 종이에 압접됨으로써, 토너가 전사와 동시에 정착된다. 중간 전사 벨트(205)의 표면만이 가열되기 때문에, 전사 정착 후에 중간 전사 벨트(205)의 온도가 급격히 낮아진다. 따라서, 전자 사진 장치에서의 열 축적은 극히 줄어든다.

한편, 전사 정착 동시 방식을 채용하는 종래의 전자 사진 장치가 연속적으로 사용되면, 열의 축적이 일어나서 장치의 연속적인 사용에 따른 장치 온도의 상승이 현저해지고 감광 드럼의 전위 특성이 불안정해진다. 특히, 대전 전위의 저하가 현저해지고, 토너 화상 형성 방법으로서 예컨대 반전 현상을 사용하면, 배경부 번짐이 발생하게 되어 화상 품질의 열화가 현저해진다. 장치 온도가 올라감에 따라, 토너가 현상 유닛의 근방에서 용융되고 세척 블레이드 등에 강하게 고정되는 현상이 또한 관측된다. 반대로, 본 실시예의 전자 사진 장치를 연속적으로 사용하면, 장치 온도의 상승은 종래의 장치보다 훨씬 작아지고, 감광 드럼, 토너 등의 특성이 변하지 않는다. 따라서, 장시간 장치를 사용하더라도, 화상 품질의 저하가 거의 관측되지 않으며 고품질의 화상이 안정하게 제공될 수 있다. 특히, 이러한 장점은 컬러 화상을 형성하는 경우에 현저하다.

따라서, 본 실시예의 전자 사진 장치는 다음과 같은 구체적인 이점을 갖는다. 중간 전사 벨트의 표면 근방이 자계 발생 수단에 의해 직접 가열되기 때문에, 중간 전사 벨트의 기초 재료의 열전도성이나 열용량에 관계없이 급속한 가열을 달성 할 수 있다. 전사 효율이 중간 전사 벨트의 두께에 좌우되지 않기 때문에, 고속화를 위하여 중간 전사 벨트의 강성을 증가시킬 필요가 있는 경우, 중간 전사 벨트의 기초층(기초 재료)이 두꺼워지더라도 토너는 정착 온도까지 신속하게 가열될 수 있다.

중간 전사 벨트의 기초층은 일반적으로 낮은 열전도성을 갖는 수지를 포함하며 따라서 열 절연성이 우수하고, 연속적인 인쇄가 수행되더라도 열 손실이 작다. 화상이 존재하지 않는 영역, 예컨대 연속적으로 공급되는 종이간의 비화상 영역이 가열 영역(z)을 통과하면, 여자 회로도 또한 쓸모없는 가열을 중단하도록 제어될 수 있다. 따라서, 에너지 효율이 매우 높아진다. 열효율이 증가함에 따라, 전자 사진 장치에서의 온도 상승도 또한 따라서 억제될 수 있고 감광 드럼의 특성 변화, 토너의 세척 수단으로의 강한 정착 등도 방지될 수 있다.

부수적으로, 본 실시예에서는 4컬러의 미정착 토너 화상 모두를 중간 전사 벨트의 주위 면으로 전사한 후에 자계 발생 수단에 의해 전자기 유도 가열을 실행하여 토너를 가열 및 용융하는 예가 나타나 있다. 그러나, 한번에 한 컬러 토너 화상을 우선적으로 전사한 후에, 토너가 가열 및 용융될 수도 있고, 중간 전사 벨트의 주위 면에 일시적으로 정착될 수도 있다. 이러한 방식에 의해 4컬러의 중첩된 토너 화상의 무질서를 배제하여, 기록 및 확대 시에 화상을 정밀하게 합치시키는 것이 가능하게 된다.

본 실시예에서는, 1차 전사부(X)에서의 전사 방법으로서, 미정착 토너 화상을 중간 전사 벨트에 정전기적으로 전사하기 위한 절연성 유전층을 갖는 바이어스 인가 롤을 사용하는 정전 전사 방식을 채용한다. 그러나, 탄성을 갖는 내열성 중간 전사 벨트가 설치되고, 상기 중간 전사 벨트의 내측으로부터 1차 전사 롤을 감광 드럼에 대하여 압압하여 미정착 토너 화상을 상기 중간 전사 벨트의 주위 면상으로 전사하는 점착 전사(adhesion transfer)를 채용할 수도 있다. 이 때에, 전사 후의 상기 감광 드럼의 표면에 약간의 토너가 잔류하게 되므로, 전기 제거 유닛과 세척 유닛에 의해 잔류 토너를 제거하고 세척해야 한다.

제 6 실시예에서는, 전자 사진 장치의 정착 장치와 함께 본 발명의 자기 코어와 자계 차폐 부재를 사용하는 예를 제시하였다. 그러나, 본 발명의 전자 사진 장치는 본 실시예의 구성에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 구성을 포함하는 한 공지된 노하우에 기초한 다양한 방식으로 그 구성이 변경 또는 부가될 수 있다.

예를 들면, 본 실시예에서는, 무단 벨트 형상을 갖는 중간 전사 벨트가 사용된다. 그러나, 롤 형상 중간 전사 롤 또는 감광체(롤 형상 또는 무단 벨트 감광체)가 상기 화상 담지 회전체로서 사용될 수 있다. 감광체를 상기 화상 담지 회전체로 사용할 때에는, 전술한 현상 장치들이 본 발명의 화상 형성 유닛에 대응한다. 그러나, 상기 감광체 자체가 전자기 유도 가열에 의해 가열되기 때문에, 내열성을 갖는 화상 형성 시스템과 감광체 둘다가 요구된다.

본 실시예에서는, 중간 전사 벨트(205)가 가열 영역(Z)에서 전자기 유도 가열에 의해서만 가열되지만, 인장 롤(209)이 보조적으로 또는 주로 전사 정착용 가열원으로서의 가열 수단일 수 있다. 이 경우에, 인장 롤(209)이 전사 정착용 가열원으로서 충분한 열용량을 갖는다면, 가열 영역(Z)에서의 상기 전자기 유도 가열이 생략될 수 있다. 인장 롤(209)의 가열방식으로서, 정착 롤로서 알려진 할로겐 램프 등의 열원을 인장 롤(209) 내에 배치하거나, 제 3 또는 제 4 실시예에서의 가열 롤에서와 같이 전자기 유도 가열 방식이 채용될 수 있다. 이 경우에는, 물론 본 발명의 자기 코어와 자계 차폐 부재 중 어느 하나 또는 모두가 사용될 수 있다.

제 3 내지 제 5 실시예에 나타낸 각각의 구성은 또한 필요한 경우에는 언제나 제 6 실시예에 병합될 수 있다.

제 6 실시예에서는, 본 발명의 자기 코어와 자계 차폐 부재가 모두 배치된 예를 제시하였다. 본 발명의 전자 사진 장치는 본 발명의 자기 코어 또는 자계 차폐 부재의 어느 하나만을 가질 수도 있고, 본 발명의 자기 코어와 자계 차폐 부재 모두를 배치하는 것이 본 발명의 전자 사진 장치에 요구되는 것은 아니다.

전술한 바와 같이, 제 1 내지 제 6 실시예에서, 전자기가 작용하는 부재로서 자성 입자를 사용하여, 상기 전자기가 작용하는 부재의 부피와 형상이 원하는 대로 변할 수 있어서, 상기 부재들을 원하는 크기로 용이하게 형성할 수 있다.

본 발명의 제 1 내지 제 6 실시예를 설명하였지만, 이러한 설명은 단지 예시를 위한 것이고, 장치 구성에 특정된 크기, 형상, 배치, 특성, 조성, 조건 등(구체적 수치를 포함)이 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 조건에 따라 최적의 것을 적절하게 선택할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자성 입자의 집합체를 자기 코어로 사용함으로써, 자기 코어가 임의의 형상으로 용이하게 성형될 수 있고 용이하게 제조할 수 있으며, 코일이나 변압기와 같은 인덕턴스 소자의 일부에만 설치되어, 넓은 범위에 걸쳐 인덕턴스를 자유롭게 설계할 수 있다. 또한, 고주파 대역에서도 손실이 작고 유효 투자율이 향상될 수 있다.

본 발명에 따르면, 자성 입자를 자기 코어 재료로서 채용하고 상기 자성 재료가 입자 상태로 그대로 유지되어, 자기 코어에서의 와전류의 발생을 해소할 수 있다. 따라서, 와전류에 의한 열손실을 해소할 수 있다.

또한, 자성 입자의 집합체로 이루어진 본 발명의 자계 차폐 부재를 자계를 발생시키는 자계 발생 수단의 주변에 설치함으로써, 전자계 누설을 억제할 수 있고, 자성 입자들이 입자상이므로 형상을 원하는 대로 가공할 수 있고 부품 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면, 정착 유닛 또는 전사 정착 유닛에 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 전자 사진 장치에서는, 와전류 손실을 억제하고, 형상의 자유도가 높은 자기 코어가 자계 발생 수단에 사용되어, 저비용으로 훨씬 더 많은 에너지 절감을 달성할 수 있고 전자 사진 장치의 설계의 자유도가 확장될 수 있으며 전자 사진 장치를 훨씬 더 소형화할 수 있다.

본 발명에 따르면, 정착 유닛 또는 전사 정착 유닛에 전자기 유도 가열 방식을 채용하는 전자 사진 장치에서는, 자계 발생 수단으로부터의 자계 누설을 효과적으로 차폐할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기 코어를 나타내는 사시도.

도 2의 (a) 내지 (d)는 자성 입자 조정 방식을 설명하기 위한 개략도로서. (a)는 자성 입자를 용기에 수용하는 예를 나타내고, (b)는 용기의 직경에 따라 자성 입자 수용량을 조정하는 예를 나타내고, (c)는 자성 입자의 양을 변화시키는 예를 나타내며, (d)는 자성 입자를 조정하기 위하여 조정 부재를 사용하는 예를 나타내는 도면.

도 3a 및 도 3b는 자성 입자의 수용량이 변할 때 전자기 특성의 특성 값의 변화를 나타내며, 도 3a는 인덕턴스(μH) 변동을 나타내고, 도 3b는 임피던스(Ω) 변동을 나타내는 도면.

도 4a 및 도 4b는 자성 입자의 수용량이 변할 때 전자기 특성의 특성 값의 변화를 나타내며, 도 4a는 코일 저항 성분(Ω)을 나타내고, 도 4b는 회로의 위상각(θ: cosθ는 역률)을 나타내는 도면.

도 5는 코일 코어(자기 코어)가 포함된 경우와 코일 코어가 포함되지 않은 경우에 대한 인가된 신호 주파수와 인덕턴스 사이의 관계를 나타내는 특성도.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자계 차폐 부재를 나타내는 개략도.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전자 사진 장치의 정착 장치(fuser) 부분만을 나타내는 개략도.

도 8의 (a) 내지 (d)는 정착장치에서의 열유출량과 자성 입자의 분포 사이의 관계를 나타내는 특성도 및 개략 구조도로서, (a)는 위치와 열유출량과의 관계를 나타내고, (b)는 구조예를 나타내고, (c)는 다른 구조예를 나타내며, (d)는 또다른 구조예를 나타내는 도면.

도 9는 자성 입자의 수용량의 변동과 온도 상승 속도 사이의 관계를 나타내는 특성도.

도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전자 사진 장치의 정착장치 부분만을 나타내는 개략도.

도 11은 제 4 실시예에서 가열 롤과 자계 발생기 사이의 위치 관계를 나타내는 사시도.

도 12는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전자 사진 장치의 정착장치 부분만을 나타내는 개략도.

도 13은 본 발명의 제 5 실시예에서 정착장치에 사용되는 가열 벨트의 일부를 나타내는 확대단면도.

도 14는 본 발명의 제 5 실시예에서 정착장치에 사용되는 가열 벨트의 지지 구조를 나타내는 구조도.

도 15는 본 발명의 제 5 실시예에서 정착장치에 사용된 가열 벨트의 가열 원리를 나타내는 개략도.

도 16은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 전자 사진 장치의 구성을 나타내는 개략도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10: 자기 코어

12: 용기

14: 자성 입자

16: 공간

18: 덮개

Claims

자계를 공급하는 자계 발생 수단;

용기; 및

자성 입자를 구비하며,

상기 자성 입자는 집합체(aggregate)를 형성하고,

상기 자성 입자의 집합체는 상기 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 용기에 충전된 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 1 항에 있어서,

상기 자계 발생 수단은 코일 및 변압기 중 하나인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 1 항에 있어서,

상기 자성 입자는 철 분말, 페라이트 분말 및 마그네타이트 분말 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 1 항에 있어서,

상기 용기는 자성 입자에 작용하는 전자기에 의해 생긴 온도 특성에 따른 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 1 항에 있어서,

상기 용기는 비자성 재료를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 1 항에 있어서,

상기 용기는 자성 입자가 상기 용기에 출입 가능하게 하는 덮개를 갖고,

상기 덮개는 상기 용기를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 4 항에 있어서,

상기 용기는 상기 자성 입자의 충전량을 조정하는 조정 소자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 7 항에 있어서,

상기 조정 소자는 고형 상태(solid state)의 자성체(magnetic substance)인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
제 7 항에 있어서,

상기 조정 소자는 고형 상태의 비자성 재료(nonmagnetic material)인 것을 특징으로 하는 자기 코어.
자계를 공급하는 자계 발생 수단;

용기; 및

자성 입자를 구비하며,

상기 자성 입자가 집합체를 형성하고,

상기 자성 입자의 집합체는 상기 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 용기에 충전되는 것을 특징으로 하는 자계를 차폐하기 위한 자계 차폐 부재.
제 10 항에 있어서,

상기 자계 발생 수단은 코일 및 변압기 중 하나인 것을 특징으로 하는 자계 차폐 부재.
제 10 항에 있어서,

상기 자성 입자는 철 분말, 페라이트 분말 및 마그네타이트 분말 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계 차폐 부재.
제 10 항에 있어서,

상기 용기는 상기 자성 입자가 상기 용기에 출입 가능하게 하는 덮개를 갖고,

상기 덮개는 상기 용기를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 자계 차폐 부재.
전자사진술(electrophotograpy)을 사용하여 기록 매체의 표면에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛;

정착용 회전체와, 상기 정착용 회전체에 대하여 가압하여 상기 정착용 회전체와의 사이에 닙(nip)부를 형성하도록 배치된 가압용 회전체를 갖는 정착 유닛(fuser unit); 및

자계를 발생시키는 자계 발생 수단을 구비하며,

상기 미정착 토너 화상이 형성되는 상기 기록 매체의 표면이 상기 정착용 회전체와 접하도록 상기 기록 매체가 상기 닙부에 삽입됨으로써, 상기 정착 유닛이 상기 기록 매체의 표면에 상기 미정착 토너 화상을 정착하고,

도전층이, 상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 중 하나의 주위 면 근방에 형성되고,

상기 자계 발생 수단이, 상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 중 상기 하나에 근접하여 배치되며,

상기 자계 발생 수단은,

제 1 용기 및 제 1 자성 입자를 갖고,

상기 제 1 자성 입자는 집합체를 형성하며,

상기 제 1 자성 입자의 집합체는 상기 제 1 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 제 1 용기에 충전된 자기 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 각각은 롤(roll) 및 무단(endless) 벨트 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하는 누설 자계 차폐 부재를 더 구비하며,

상기 누설 자계 차폐 부재는 상기 자계 발생 수단의 주변에 배치되고,

상기 누설 자계 차폐 부재는,

제 2 용기 및 제 2 자성 입자를 구비하고,

상기 제 2 자성 입자가 집합체를 형성하며,

상기 제 2 자성 입자의 집합체는 상기 제 2 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 제 2 용기에 충전된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
화상 담지 회전체(image support rotation body);

전자 사진술을 사용하여 상기 화상 담지 회전체의 주위 면 상에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛;

상기 화상 담지 회전체와 대향하여 그 사이에서 닙부를 형성하도록 배치된 가압 부재; 및

자계를 발생시키는 자계 발생 수단을 포함하며,

기록 매체가 상기 닙부에 삽입됨으로써, 열 및 압력에 의해 상기 미정착 토너 화상이 상기 기록 매체의 표면에 전사 정착되고,

상기 화상 담지 회전체의 주위 면 근방에 도전층이 형성되고,

상기 자계 발생 수단은 상기 화상 담지 회전체 근방이면서 상기 화상 담지 회전체의 닙부와 상기 닙부에 대하여 상류측 장소 중 하나에 배치되며,

상기 자계 발생 수단은,

제 1 용기 및 제 1 자성 입자를 갖고,

상기 제 1 자성 입자가 집합체를 형성하며,

상기 제 1 자성 입자의 집합체는 상기 제 1 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 제 1 용기에 충전된 자기 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 화상 담지 회전체는 롤 및 무단 벨트 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하는 누설 자계 차폐 부재를 더 구비하며,

상기 누설 자계 차폐 부재는 상기 자계 발생 수단의 주변에 배치되고,

상기 누설 자계 차폐 부재는,

제 2 용기 및 제 2 자성 입자를 구비하고,

상기 제 2 자성 입자는 집합체를 형성하며,

상기 제 2 자성 입자의 집합체는 상기 제 2 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 제 2 용기에 충전된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
화상 담지 회전체;

전자 사진술을 사용하여 상기 화상 담지 회전체의 주위 면 상에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛;

상기 화상 담지 회전체 내에 배치되어 상기 화상 담지 회전체와 인접하는 가열 부재;

상기 화상 담지 회전체를 통하여 상기 가열 부재와 대향하도록 배치되어 상기 화상 담지 회전체와의 사이에서 닙부를 형성하는 가압 부재; 및

자계를 발생시키는 자계 발생 수단을 포함하며,

기록 매체가 상기 닙부에 삽입됨으로써, 상기 미정착 토너 화상이 열 및 압력에 의해 상기 기록 매체의 표면에 전사 정착되고,

상기 화상 담지 회전체의 상기 주위 면 근방의 장소와 상기 화상 담지 회전체에 대한 상기 가열 부재의 인접부의 근방의 장소 중 하나에 도전층이 형성되고,

상기 도전층이 상기 화상 담지 회전체에 형성된 경우에는, 상기 화상 담지 회전체의 상기 닙부와 상기 닙부에 대한 상류측의 화상 담지 회전체 상의 장소 중 하나에 근접하여 상기 자계 발생 수단이 배치되고,

상기 도전층이 상기 가열 부재에 형성된 경우에는, 상기 자계 발생 수단은 상기 가열 부재에 근접하여 배치되며,

상기 자계 발생 수단은,

제 1 용기 및 제 1 자성 입자를 갖고,

상기 제 1 자성 입자가 집합체를 형성하며,

상기 제 1 자성 입자의 집합체는 상기 제 1 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 제 1 용기에 충전된 자기 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 화상 담지 회전체는 롤 및 무단 벨트 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하는 누설 자계 차폐 부재를 더 구비하며,

상기 누설 자계 차폐 부재는 상기 자계 발생 수단의 근방에 배치되고,

상기 누설 자계 차폐 부재는,

제 2 용기 및 제 2 자성 입자를 구비하고,

상기 제 2 자성 입자는 집합체를 형성하며,

상기 제 2 자성 입자의 집합체는 상기 제 2 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 제 2 용기에 충전된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
전자 사진술을 사용하여 기록 매체의 표면에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛;

정착용 회전체와, 상기 정착용 회전체와의 사이에 닙부를 형성하도록 상기 정착용 회전체에 인접하여 배치된 가압용 회전체를 갖는 정착 유닛;

자계를 발생시키는 자계 발생 수단;

상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 중 하나의 주위 면 근방에 형성된 도전층; 및

상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하는 누설 자계 차폐 부재를 포함하며,

상기 기록 매체가 상기 닙부에 삽입되어 상기 미정착 토너 화상이 형성되는 기록 매체의 표면이 상기 정착용 회전체와 접하게 함으로써, 상기 정착 유닛이 상기 기록 매체의 표면에 상기 미정착 토너 화상을 정착시키고,

상기 자계 발생 수단은 상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 중 하나에 근접하여 배치되고,

상기 누설 자계 차폐 부재가 상기 자계 발생 수단 주변에 배치되며,

상기 누설 자계 차폐 부재는,

용기 및 자성 입자를 갖고,

상기 자성 입자가 집합체를 형성하며,

상기 자성 입자의 집합체는 상기 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 용기에 충전된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 정착용 회전체와 상기 가압용 회전체 각각은 롤 및 무단 벨트 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
화상 담지 회전체;

전자 사진술을 사용하여 상기 화상 담지 회전체의 주위 면상에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛;

상기 화상 담지 회전체와의 사이에 닙부를 형성하도록 상기 화상 담지 회전체와 대향하여 배치된 가압 부재;

자계를 발생시키는 자계 발생 수단;

상기 화상 담지 회전체의 상기 주위 면 근방에 형성된 도전층; 및

상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하는 누설 자계 차폐 부재를 포함하며,

기록 매체가 상기 닙부에 삽입됨으로써, 상기 미정착 토너 화상이 열 및 압력에 의해 상기 기록 매체의 표면에 전사 정착되고,

상기 자계 발생 수단은 상기 화상 담지 회전체의 상기 닙부와 상기 닙부에 대한 상류측의 장소 중 하나이면서 상기 화상 담지 회전체에 근접하여 배치되며,

상기 누설 자계 차폐 부재는,

용기 및 자성 입자를 갖고,

상기 자성 입자는 집합체를 형성하며,

상기 자성 입자의 집합체는 상기 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 용기에 충전된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 25 항에 있어서,

상기 화상 담지 회전체는 롤과 무단 벨트 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
화상 담지 회전체;

전자 사진술을 사용하여 상기 화상 담지 회전체의 주위 면상에 미정착 토너 화상을 형성하는 화상 형성 유닛;

상기 화상 담지 회전체 내에 배치되어 상기 화상 담지 회전체와 인접하는 가열 부재;

상기 화상 담지 회전체와의 사이에 닙부를 형성하도록 상기 화상 담지 회전체를 통하여 상기 가열 부재와 대향하여 배치된 가압 부재;

자계를 발생시키는 자계 발생 수단;

상기 화상 담지 회전체의 상기 주위 면 근방의 장소 및 상기 화상 담지 회전체에 대한 상기 가열 부재의 인접부 근방의 장소 중 하나에 형성된 도전층; 및

상기 자계 발생 수단으로부터 발생된 자계 중 상기 도전층에 영향을 주지 않는 누설 자계의 적어도 일부를 차폐하는 누설 자계 차폐 부재를 포함하며,

기록 매체가 상기 닙부에 삽입됨으로써, 상기 미정착 토너 화상이 열 및 압력에 의해 상기 기록 매체의 표면에 전사 정착되고,

상기 도전층이 상기 화상 담지 회전체에 형성된 경우에는, 상기 자계 발생 수단은 상기 화상 담지 회전체의 상기 닙부와 상기 닙부에 대한 상류측의 상기 화상 담지 회전체상의 장소 중 하나에 근접하여 배치되고,

상기 도전층이 상기 가열 부재에 형성된 경우에는, 상기 자계 발생 수단은 상기 가열 부재에 근접하여 배치되며,

상기 누설 자계 차폐 부재는,

용기 및 자성 입자를 갖고,

상기 자성 입자는 집합체를 형성하며,

상기 자성 입자의 집합체는 상기 자성 입자가 입자 상태를 유지하면서 상기 용기에 충전된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 화상 담지 회전체는 롤과 무단 벨트 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.