KR101382052B1

KR101382052B1 - 히터 및 이 히터를 탑재하는 상 가열 장치

Info

Publication number: KR101382052B1
Application number: KR1020127008613A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 사까끼바라
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2014-04-04
Also published as: WO2011030440A1; EP2477453B1; US9445457B2; EP2477453A4; US9095003B2; CN102484897B; EP2477453A1; JP5518080B2; US20110062140A1; KR20120043147A; CN102484897A; US8552342B2; JPWO2011030440A1; US20150289317A1; US20140003848A1

Abstract

종이 비통과부 승온을 억제하면서, 종이 비통과부에서의 정착 불량을 억제하는 히터 및 이 히터를 탑재하는 정착 장치를 제공한다. 히터 기판 상에 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치한 2개의 도전 패턴 간에, 발열 저항체를 전기적으로 병렬로 접속하고, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로와 기판의 길이가 긴 방향으로 오버랩하도록 발열 저항체를 배치한다.

Description

히터 및 이 히터를 탑재하는 상 가열 장치{HEATER AND IMAGE HEATING DEVICE EQUIPPED WITH HEATER}

본 발명은, 전자 사진 복사기, 전자 사진 프린터 등의 화상 형성 장치에 탑재되는 가열 정착 장치에 이용하면 적합한 히터, 및 이 히터를 탑재하는 상 가열 장치에 관한 것이다.

복사기나 프린터에 탑재하는 정착 장치로서, 엔드리스 벨트와, 엔드리스 벨트의 내면에 접촉하는 세라믹 히터와, 엔드리스 벨트를 통해서 세라믹 히터와 정착 닙부를 형성하는 가압 롤러를 갖는 장치가 있다. 이 정착 장치를 탑재하는 화상 형성 장치로 작은 사이즈의 종이를 연속 프린트하면, 정착 닙부의 길이가 긴 방향에서 종이가 통과하지 않는 영역의 온도가 서서히 상승하는 현상(종이 비통과부 승온)이 발생한다. 종이 비통과부의 온도가 지나치게 높아지면, 장치 내의 각 부품에 데미지를 주거나, 종이 비통과부 승온이 발생하고 있는 상태에서 큰 사이즈의 종이에 프린트하면, 작은 사이즈의 종이의 종이 비통과부에 상당하는 영역에서 토너가 고온 오프셋 하는 경우도 있다.

이 종이 비통과부 승온을 억제하는 방법의 하나로서, 세라믹 기판 상의 발열 저항체를 부의 저항 온도 특성을 갖는 재질로 형성하는 것이 고려되고 있다. 종이 비통과부가 승온해도 종이 비통과부의 발열 저항체의 저항값은 내려가므로, 종이 비통과부의 발열 저항체에 전류가 흘러도 종이 비통과부의 발열이 억제된다고 하는 발상이다. 부의 저항 온도 특성은, 온도가 높아지면 저항이 내려가는 특성으로, 이후 NTC(Negative Temperature Coefficient)라고 한다. 반대로, 발열 저항체를 정의 저항 온도 특성을 갖는 재질로 형성하는 것도 고려되고 있다. 종이 비통과부가 승온하면 종이 비통과부의 발열 저항체의 저항값이 승온하여, 종이 비통과부의 발열 저항체에 흐르는 전류가 억제됨으로써 종이 비통과부의 발열을 억제한다고 하는 발상이다. 정의 저항 온도 특성은, 온도가 높아지면 저항이 올라가는 특성이며, 이후 PTC(Positive Temperature Coefficient)라고 한다.

그러나, 일반적으로 NTC의 재질은 체적 저항이 매우 높아, 1개의 히터에 형성하는 발열 저항체의 총 저항을, 상용 전원으로 사용할 수 있는 범위 내로 설정하는 것은 매우 어렵다. 반대로 PTC의 재질은 체적 저항이 매우 낮아, NTC의 경우와 마찬가지로, 1개의 히터의 발열 저항체의 총 저항을, 상용 전원으로 사용할 수 있는 범위 내로 설정하는 것은 매우 어렵다.

따라서, 세라믹 기판 상에 형성되는 발열 저항체를 히터의 길이가 긴 방향으로 복수의 블록으로 분할하고, 각 블록에서는 히터의 길이가 짧은 방향(기록지의 반송 방향)으로 전류가 흐르도록 2개의 전극을 기판의 길이가 짧은 방향의 양단부에 배치한다. 또한, 복수의 블록을 전기적으로 직렬로 연결하는 구성이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이러한 형상으로 하면, 발열 저항체의 재질이 NTC인 경우, 각 블록의 저항값이 낮아져서, 히터의 길이가 긴 방향으로 전류를 흘릴 경우와 비교해서 히터 전체의 총 저항을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 발열 저항체의 재질이 PTC인 경우, 복수의 블록으로 분할하지 않고 히터의 길이가 짧은 방향으로 전류를 흘릴 경우와 비교해서 히터 전체의 총 저항을 높게 할 수 있다.

단, 발열 저항체를 복수의 발열 블록으로 분할하면, 인접하는 발열 블록 간에 간극이 생겨버려, 발열 분포의 불균일이 생겨버린다. 따라서, 특허문헌 1에서는, 발열 블록의 형상을 평행사변형에 함으로써, 히터 길이가 긴 방향에서 발열하지 않는 영역이 발생하지 않도록 하고 있다.

일본 특허 공개 제2007-025474호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 발열 블록의 형상에서는, 발열 분포 불균일을 억제하는 효과로서 불충분하다는 것이 그 후의 검토에서 판명되었다. 도 12는 이 히터의 일부를 나타내고 있다. 참조 부호 22a는 가늘고 긴 기판이며, 이 기판 상에 도전 패턴[29q(22q1, 22q2…)]과 도전 패턴[29r(22r1, 22r2…)]을 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치하고 있다. 도전 패턴(22q 와 22r)은, 모두 기판 길이가 긴 방향의 복수 개소에서 분단되어 있고, 도전 패턴(22q)과 도전 패턴(22r) 사이에는 발열 저항체[29b(29b1, 29b2…)]가 접속되어 있다. 참조 부호 22e1은 급전용 커넥터를 접속하는 전극이다(타단부 측의 전극의 도시는 생략하고 있다).

도 12에 도시한 바와 같이 발열 블록의 형상을 평행사변형으로 해서, 기록 지 상의 임의의 점이 반드시 발열 저항체(29b)가 존재하는 영역을 통과하도록 해도, 히터 길이가 긴 방향에서 발열 저항체가 오버랩하고 있는 영역(B)에는 전류가 그다지 흐르지 않는다. 왜냐하면, 오버랩되어 있는 영역(B) 이외의 영역에 도 12에 도시한 바와 같이 최단 전류 경로가 존재하고, 전류의 대부분은 이 최단 전류 경로를 흘러버리기 때문이다. 발열량은 전류의 제곱에 비례하므로, 흐르는 전류량이 적은 영역의 발열량은 저하해버리고, 히터 길이가 긴 방향에 있어서의 발열 분포 불균일을 억제하는 효과는 작아져버린다. 이렇게 발열 분포 불균일이 크면 화상의 가열 불균일이 발생해버린다. 또한, 하나의 발열 블록 내에서도, 전류가 흐르기 쉬운 영역과 흐르기 어려운 영역이 존재해버리면, 상술한 바와 마찬가지로 발열 분포 불균일이라는 과제가 발생한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 기판과, 상기 기판 상에 기판 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제1 도전체와, 상기 기판 상에 상기 제1 도전체와는 기판의 길이가 짧은 방향에서 다른 위치에 상기 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제2 도전체와, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 접속되어 있는 발열 저항체를 갖는 히터에 있어서, 상기 발열 저항체는 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 전기적으로 병렬로 복수 개 접속되어 있고, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 상기 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 기판 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제1 도전체와, 상기 기판 상에 상기 제1 도전체와는 기판의 길이가 짧은 방향에서 다른 위치에 상기 길이 방향을 따라 설치되어 있는 제2 도전체와, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 접속되어 있는 발열 저항체를 갖는 히터에 있어서, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 복수 개의 상기 발열 저항체가 전기적으로 병렬 접속되어 있는 발열 블록이, 상기 기판의 길이가 짧은 방향에서 다른 위치에 복수개의 열로 설치되어 있고, 상기 길이가 짧은 방향에 있어서의 한쪽 열의 상기 발열 블록 내의 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 다른 쪽 열의 발열 블록 내의 각 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 상기 길이 방향에서 오버랩하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 히터의 길이가 긴 방향에 있어서의 발열 분포 불균일을 억제할 수 있다.

도 1은 상 가열 장치의 단면도이다.
도 2는 히터의 평면도이다.(실시예 1)
도 3은 실시예 1의 히터의, 최단 전류 경로를 도시한 도면[도 3의 (a)] 및 발열 저항체의 형상을 도시한 도면[도 3의 (b)]이다.
도 4는 히터의 평면도이다.(실시예 2)
도 5는 실시예 2의 히터의, 최단 전류 경로를 도시한 도면[도 5의 (a)] 및 발열 저항체의 형상을 도시한 도면[도 5의 (b)]이다.
도 6은 실시예 2의 히터의 도전 패턴의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 히터의 평면도이다.(실시예 3)
도 8은 실시예 3의 히터의, 최단 전류 경로를 도시한 도면[도 8의 (a)] 및 발열 저항체의 형상을 도시한 도면[도 8의 (b)]이다.
도 9는 히터의 평면도이다.(실시예 4)
도 10은 실시예 4의 히터의, 최단 전류 경로를 도시한 도면[도 10의 (a)] 및 발열 저항체의 형상을 도시한 도면[도 10의 (b)]이다.
도 11은 히터의 평면도이다.(실시예 5)
도 12는 히터의 평면도이다.(배경 기술)

도 1은 상 가열 장치로서의 정착 장치(6)의 단면도이다. 정착 장치(6)는, 통 형상의 필름(엔드리스 벨트: 23)과, 필름(23)의 내면에 접촉하는 히터(22)와, 필름(23)을 통해서 히터(22)와 함께 정착 닙부(N)를 형성하는 가압 롤러(닙부 형성 부재: 24)를 갖는다. 필름의 베이스층의 재질은, 폴리이미드 등의 내열 수지 또는 스테인리스 등의 금속이다. 가압 롤러(24)는, 철이나 알루미늄 등의 재질의 코어 금속(24a)과, 실리콘 고무 등의 재질의 탄성층(24b), PFA 등의 재질의 이형층(24c)을 갖는다. 히터(22)는 내열 수지제의 유지 부재(21)에 유지되어 있다. 유지 부재(21)는 필름(23)의 회전을 안내하는 가이드 기능도 갖고 있다. 가압 롤러(24)는 모터(M)로부터 동력을 받아서 화살표 b 방향으로 회전한다. 가압 롤러(24)가 회전함으로써 필름(23)이 종동해서 회전한다.

히터(22)는, 세라믹제의 히터 기판(22a)과, 기판(22a) 상에 형성된 발열 저항체(22b)와, 도전 패턴(도전체: 22c 및 22d)과, 발열 저항체(22b) 및 도전 패턴(22c 및 22d)을 덮는 절연성(본 실시예에서는 유리)의 표면 보호층(22f)을 갖는다. 히터 기판(22a)의 이면측에는 서미스터 등의 온도 검지 소자(22g)가 접촉되어 있다. 온도 검지 소자(22g)의 검지 온도에 따라서 상용 교류 전원으로부터 발열 저항체(22b)에 공급하는 전력이 제어된다. 미정착 토너 화상을 담지하는 기록재는, 정착 닙부(N)에서 끼움 지지 반송되면서 가열되어 정착 처리된다.

실시예 1

이어서, 본 실시예 1의 히터(22)의 형상 및 특성에 대해서 도 2 및 도 3에 기초하여 설명한다. 본 실시예의 히터에서는, 기판(22a)으로서 폭 12mm, 길이 280mm, 두께 0.6mm의 질화알루미늄 기판을 사용했다. 발열 저항체[22b(22b1 내지 22b13)]는, 산화루테늄(RuO₂), 은·팔라듐(Ag·Pd)을 주된 도전 성분으로 하는, 특성이 NTC의 발열 저항체이다. 또한, 히터(22)는 기판(22a) 위에 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제1 도전 패턴[(제1 도전체) 22c(22c1 내지 22c6)]과, 기판(22a) 상에 제1 도전 패턴(22c)과는 기판의 길이가 짧은 방향에서 다른 위치에 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제2 도전 패턴[(제2 도전체) 22d(22d1 내지 22d6)]을 갖는다. 발열 저항체(22b)는 제1 도전 패턴(22c)과 제2 도전 패턴(22d) 사이에 접속되어 있다. 참조 번호 22e1, 22e2는 전력을 공급하기 위한 커넥터가 접속되는 전극이다. S는 기록재의 반송 방향을 나타내고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제1 도전 패턴(22c)과 제2 도전 패턴(22d)은, 모두 기판의 길이가 긴 방향으로 복수 개로 분할되어 있다. 또한, 발열 저항체(22b)는 제1 도전 패턴(22c)과 제2 도전 패턴(22d) 사이에 병렬로 복수 개 접속되어 있다. 본 실시예에서는 제1 도전 패턴(22c)과 제2 도전 패턴(22d)은, 모두 6개로 분할되어 있다. 제1 도전 패턴(22c)의 일부인 제1 도전 패턴(22c1)과, 제2 도전 패턴(22d)의 일부인 제2 도전 패턴(22d1) 사이에는 13개의 발열 저항체(22b1 내지 22b13)가 전기적으로 병렬로 접속되어 있고, 제1 발열 블록(H1)을 형성하고 있다. 또한, 제2 도전 패턴(22d1)과 제1 도전 패턴(22c2) 사이에도 13개의 발열 저항체(22b1 내지 22b13)가 전기적으로 병렬로 접속되어 있으며, 제2 발열 블록(H2)을 형성하고 있다. 본 실시예의 히터에서는, 마찬가지로 하여 발열 블록이 합계 11개(H1 내지 H11) 형성되어 있고, 11개의 발열 블록(H1 내지 H11)은 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 이렇게 히터(22)는 발열 블록을 복수개 갖는 구성으로 되어 있다.

이어서, 발열 저항체(22b)의 형상에 대해서 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 각 발열 블록 중의 13개의 발열 저항체(22b1 내지 22b13)의 형상은, 모두 평행사변형이다. 그리고, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 각 발열 저항체 중의 최단 전류 경로는 기록재 반송 방향 S에 대하여 비스듬히 기울어져 있고, 또한, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로는, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있다. 도 3의 (a)의 W1이 발열 저항체(22b2)의 최단 전류 경로의 기판의 길이가 긴 방향에 있어서의 영역을 나타내고 있고, 참조 부호 W2가 발열 저항체(22b2)의 인접한 발열 저항체(22b3)의 최단 전류 경로의 기판의 길이가 긴 방향에서의 영역을 나타내고 있다. 영역(W1)과 영역(W2)이 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있는 것을 알 수 있다. 발열 저항체(22b)의 형상을 이렇게 설계하면, 기록재 반송 방향 S에 대하여 평행하게 히터를 보았을 때에, 히터의 길이가 긴 방향에 걸쳐 최단 전류 경로가 간극 없이 존재한다. 따라서, 기록재가 정착 닙부(N)를 통과할 때, 기록재 상의 임의의 점은, 전류가 흘러서 발열하는 영역을 반드시 통과하므로, 기록재 상의 토너상이 부분적으로 가열 부족이 되는 현상을 억제할 수 있다.

이어서, 기록재 반송 방향 S에 대하여 평행하게 히터를 보았을 때에, 히터의 길이가 긴 방향에 걸쳐 최단 전류 경로가 간극 없이 존재하는 경우의 발열 저항체의 형상에 관해서 상세하게 설명한다. 또한, 히터 길이가 긴 방향에서 최단 전류 경로가 간극 없이 존재하는 범위는, 상 가열 장치 혹은 화상 형성 장치에서 사용 가능한 최대 크기로서 설정되어 있는 정형의 기록재의 폭으로 제공되어 있으면 좋다.

도 3의 (b)에 도시한 히터의 부분적 평면도에 있어서, 평행사변형의 발열 저항체(22b)의 긴 변의 길이를 g1, 짧은 변의 길이를 c1, 하나의 발열 블록 중의 인접하는 발열 저항체(22b)의 간격을 e1, 발열 저항체(22b)의 경사 각도를 β1로 한다. 이 경우, 발열 저항체(22b)의 형상 및 간극(e1)을 식 1로 표현하는 관계로 설정하면, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하는 관계를 형성할 수 있다.

[수학식 1]

g1×cos(β1)≥c1+e1

또한, 인접하는 2개의 발열 블록의 경계를 형성하고 있는 2개의 발열 저항체(예를 들어, 발열 블록(H1)의 발열 저항체(22b13)와, 발열 블록(H2)의 발열 저항체(22b1))의 관계(식 2)를 만족하도록 설정하면 좋다.

[수학식 2]

g1×cos(β1)≥c1+d1

본 실시예의 히터는, e1=d1로 설정하고 있다. 또한, 본 실시예의 히터에 있어서의 각 부위의 치수는 이하와 같다. 히터 기판의 길이가 짧은 방향의 폭(a1)은 12mm, 발열 저항체(22b)의 기판의 길이가 짧은 방향의 폭(b1)은 5mm, 발열 저항체(22b)의 긴 변(g1)은 6.28mm, 짧은 변(c1)은 1.4mm이다. 경사 각도(β1)는 약 52.8°, 인접하는 도전 패턴(22d) 간의 거리(d1: 인접하는 도전 패턴(22c) 간의 거리도 d1이다]는 0.5mm, 하나의 발열 블록 내의 인접하는 발열 저항체 간의 거리(e1)는 0.5mm, 도전 패턴(22c 및 22d)의 기판의 길이가 짧은 방향의 폭(f1)은 1.5mm이다. 또한, 발열 저항체(22b)를 설치한 영역의 히터 길이가 긴 방향의 총 폭은 237mm이다. 이들 값을 식 1에 적용시키면, g1×cos(β1)≒3.8, c1+e1=1.9이 되고, 식 1이 성립한다. 또한, c1+d1=1.9이므로 식 2도 성립한다.

본 실시예에서는, 발열 저항체(22b)의 온도 저항 계수(TCR: Temperature Coefficient of Resistance)가 -455ppm/℃, 즉 NTC가 되는 페이스트 재료를 사용하여, 히터의 총 저항값이 20Ω이 되도록 도전 패턴이나 발열 저항체의 형상을 설정했다. 여기에서 설명하는 TCR은, 일반적으로 고온 측의 TCR 값으로 해서 사용되는 25℃ 내지 125℃ 사이의 수치이다.

이상과 같이, 하나의 발열 블록 중의 발열 저항체의 형상을, 기판의 길이가 긴 방향에서 폭넓게 하는 것이 아니라, 기판의 길이가 짧은 방향으로 가늘고 길게 해서 병렬 접속함으로써, 최단 전류 경로를 길이가 짧은 방향 S에 대하여 기울일 수 있다. 이 구성 외에, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하도록 배치함으로써, 기판의 길이가 긴 방향에서의 히터의 발열 분포 불균일을 작게 억제할 수 있다.

실시예 2

도 4 내지 도 6을 사용해서 실시예 2의 히터를 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이 실시예 2의 히터(22)는, 발열 저항체(25b)의 형상이 실시예 1에서 나타낸 평행사변형 형상이 아닌 직사각형이며, 도전 패턴(25c 및 25d)의 형상도 실시예 1과 상이하다. 발열 저항체(25b)와 도전 패턴(25c 및 25d) 이외의, 기판(22a) 및 급전용 전극(22e1 및 22e2)은, 각각 실시예 1과 마찬가지 재료와 형상으로 형성했다. 또한, 발열 저항체(25b)를 설치한 영역의 히터의 길이가 긴 방향의 총 폭은 237mm이다. 또한, 총 저항값이 실시예 1과 같은 20Ω이 되도록 재료나 혼합비를 조정해서 발열 저항체(25b)를 형성하고, 25℃ 내지 125℃에 있어서의 TCR는 -430ppm/℃이었다.

실시예 2의 히터도 실시예 1의 히터와 마찬가지로, 발열 저항체(25b)를 11개의 발열 블록으로 나누고 있다. 또한, 하나의 발열 저항체의 최단 전류 경로가 기록재 반송 방향에 대하여 비스듬히 기울도록 하기 때문에, 하나의 발열 블록 중 13개의 발열 저항체로 분할되어 있는 점도 실시예 1과 같다. 이 13개의 직사각형으로 분할된 발열 저항체[25b(25b1 내지 25b13)]는 전기적으로 병렬로 접속되어 하나의 발열 블록을 구성하고 있다. 또한, 13개의 발열 저항체(25b)군, 즉 발열 블록은 11개가 있고, 11개의 발열 블록(H1 내지 H11)은 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.

본 실시예에서는, 발열 저항체가 직사각형으로 형성되어 있기 때문에, 개개의 발열 저항체(25b)에 존재하는 최단 전류 경로는 단일선이 아닌 발열 저항체의 전체면이 된다. 본 실시예에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로 기록재 반송 방향 S에 대하여 최단 전류 경로가 비스듬히 구성되어 있다. 도 5의 (a)에는 최단 전류 경로의 방향을 나타내고 있다. 실시예 1의 히터보다도 하나의 발열 저항체 중의 최단 전류 경로가 넓으므로 개개의 발열 저항체에 대하여 2개의 화살표가 그려져있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 각 발열 저항체의 형상을 직사각형으로 하기 때문에 도전 패턴(25c 및 25d)은 Δ(델타) 형상 영역을 갖고 있다. 도전 패턴의 Δ형상 영역은, 발열 저항체를 직사각형으로 하기 위해서라면 다른 형상이라도 좋고, 형상을 Δ로 특정하는 것은 아니다.

본 실시예와 같이, 개개의 발열 저항체(25b)에 존재하는 최단 전류 경로를 실시예 1과 같은 단일선이 아닌 평면으로 함으로써, 실시예 1의 구성에 비하여, 필름(23) 및 기록재로의 전열 효율이 향상되는 장점이 있다. 또한, 본 실시예에 있어서도, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있으므로, 히터의 발열 분포 의 불균일을 작게 억제할 수 있다. 또한, 도 5의 (a)의 W3이 발열 저항체(25b1)의 최단 전류 경로의 기판의 길이가 긴 방향에서의 영역을 나타내고 있고, W4가 발열 저항체(25b1)의 인접한 발열 저항체(25b2)의 최단 전류 경로의 기판의 길이가 긴 방향에 있어서의 영역을 나타내고 있다. 영역(W3)과 영역(W4)이 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩되어 있는 것을 알 수 있다. 발열 저항체(25b)의 형상을 이렇게 설계하면, 기록재 반송 방향 S에 대하여 평행하게 히터를 보았을 때에, 히터의 길이가 긴 방향에 걸쳐 최단 전류 경로가 간극 없이 존재한다. 따라서, 기록재가 정착 닙부(N)를 통과할 때, 기록재 상의 임의의 점은, 전류가 흘러서 발열하는 영역을 반드시 통과하므로, 기록재 상의 토너상이 부분적으로 가열 부족이 되는 현상을 억제할 수 있다.

각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩 관계로 하기 위해서는, 식 3과 같이 설정하면 좋다.

[수학식 3]

g2×cos(β2)-h2×cos(β2)/tan(β2)≥e2

여기서, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 직사각형의 발열 저항체(25b)의 긴 변 길이를 g2, 짧은 변 길이를 h2, 인접하는 발열 저항체(25b)끼리의 간격을 e2, 발열 저항체(25b)의 경사 각도를 β2로 한다. 또한, 인접하는 2개의 발열 블록의 경계를 형성하고 있는 2개의 발열 저항체[예를 들어, 발열 블록(H1)의 발열 저항체(25b13)와, 발열 블록(H2)의 발열 저항체(25b1)]의 관계도 식 3의 e2을 d2로 치환한 식 4를 만족하도록 설정하면 좋다.

[수학식 4]

g2×cos(β2)-h2×cos(β2)/tan(β2)≥d2

본 실시예의 히터에 있어서의 각 부위의 치수는 이하와 같다. 히터 기판의 길이가 짧은 방향의 폭(a2)은 12mm, 발열 저항체(26b)의 긴 변(g2)은 7.0mm, 짧은 변(h2)은 1.0mm, 경사 각도(β2)는 약 52.8°, 발열 저항체 간의 거리(e2 및 d2)는 0.5mm로 했다. 이 수치를 적용하면, g2×cos(β2)-h2×cos(β2)/tan(β2)≒3.8, e2=0.5이 되어 식 2가 성립된다. 마찬가지로 식 4도 성립된다.

실시예 3

도 7 및 도 8을 사용해서 실시예 3의 히터를 설명한다. 도 7에 도시한 바와 같이 실시예 3의 히터(22)는 발열 저항체(26b)를 32개의 발열 블록(H1 내지 H32)으로 나누고, 각 발열 블록 중에서는 최단 전류 경로가 기록재 반송 방향에 대하여 경사지도록 5개의 발열 저항체(26b1 내지 26b5)로 분할되어 있다. 이 5개의 직사각형으로 분할된 발열 저항체(26b)는 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 또한, 32개의 발열 저항체(26b)군, 즉 발열 블록(H1 내지 H32)은 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는, 도전 패턴(26h1 내지 26h33)이 기판의 길이가 긴 방향으로 대하여 평행이 아니라 기울어져 있지만, 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있다. 발열 블록(H1)에 있어서는, 도전 패턴(26h1)이 제1 도전체에 상당하고, 도전 패턴(26h2)이 제2 도전체에 상당한다. 또한, 발열 블록(H2)에 있어서는, 도전 패턴(26h2)이 제1 도전체에 상당하고, 도전 패턴(26h3)이 제2 도전체에 상당한다. 또한, 발열 저항체(26b)를 형성하고 있는 히터의 길이가 긴 방향의 총 폭은 224.2mm이다. 발열 저항체(26b)는 총 저항값이 실시예 1, 2와 같은 20Ω이 되도록, 재료나 혼합비를 조정해서 형성하고, 25℃ 내지 125℃에 있어서의 TCR를 -435ppm/ ℃로 했다.

본 실시예에 있어서도, 발열 저항체가 직사각형으로 형성되어 있기 때문에, 개개의 발열 저항체(26b)에 존재하는 최단 전류 경로는 단일선이 아닌 발열 저항체 전체면이 된다. 각 발열 블록 중에서 복수 개의 발열 저항체를 병렬로 접속하고 있으므로, 본 실시 형태에 있어서도 실시예 1, 2와 마찬가지로 기록재 반송 방향 S에 대하여 최단 전류 경로가 비스듬히 구성되어 있다[도 8의 (a)]. 또한, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하도록 발열 저항체가 형성되어 있고, 히터 길이가 긴 방향에 있어서의 발열 분포 불균일이 작게 억제되도록 되어 있다. 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 히터에 있어서의 각 부위의 치수는 이하와 같다. 히터 기판의 길이가 짧은 방향의 폭(a3)은 12mm, 발열 저항체(26b)의 짧은 변(g3)은 1.3mm, 긴 변(h3)은 2.5mm, 인접하는 발열 블록끼리의 간격(e3)은 2.6mm, 인접하는 발열 저항체(26b)끼리의 간격(e31)은 0.5mm, 경사 각도(β3)는 35°로 했다.

또한, 최단 전류 경로가 오버랩하고 있는 점을 시각적으로 드러낸 것이 도 8의 (a)이다. 참조 부호 W5는 발열 저항체(26b1)의 최단 전류 경로의 기판의 길이가 긴 방향에서의 영역을 나타내고, 마찬가지로 참조 부호 W6은 발열 저항체(26b1)의 인접한 발열 저항체(26b2)의 기판의 길이가 긴 방향에서의 영역을 나타내고 있다. 도 8의 (a)에서 명백해진 바와 같이, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로가 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있으므로, 기록재 반송 방향 S에 대하여 평행하게 히터를 보았을 때에, 히터의 길이가 긴 방향에 걸쳐 최단 전류 경로가 반드시 존재하는 구성으로 되어 있다. 또한, 인접하는 2개의 발열 블록의 경계를 형성하고 있는 2개의 발열 저항체[예를 들어, 발열 블록(H1)의 발열 저항체(26b5)와, 발열 블록(H2)의 발열 저항체(26b1)]의 관계도, 서로의 최단 전류 경로가 오버랩하는 관계로 되어 있다.

실시예 4

도 9 및 도 10을 사용해서 실시예 4의 히터를 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이 실시예 4의 히터(22)는, 발열 저항체(27b)의 형상이 실시예 2에 나타낸 형상과 마찬가지로 직사각형이며, 긴 변의 길이가 실시예 2의 발열 저항체(25b)의 절반이다. 또한, 급전용 전극(22e1)으로부터 공급되는 전류가, 히터의 길이가 긴 방향에서 전극(22e1)이 설치된 단부와는 반대측 히터 단부까지 도달한 후에, 되돌아 와서 급전용 전극(22e2)에 도달하도록 구성되어 있고, 발열 저항체가 복수개의 열로 설치되어 있는, 소위 왕복 발열 패턴으로 되어 있다. 이것 때문에 도전 패턴이 기판의 길이가 짧은 방향에 있어서 4열(27i, 27j, 27m, 27k) 설치되어 있다. 실시예 1 내지 3의 히터는, 2개의 급전용 전극이 히터의 길이가 긴 방향의 양단부에 1개씩 배치되어 있었다. 이에 대해 본 실시예의 구성은, 2개의 급전용 전극(22e1 및 22e2이 양쪽 모두 히터의 길이가 긴 방향에서 편측의 단부에 있으므로, 전극에 접속하는 커넥터를 1개로 할 수 있다는 장점이 있다.

기판(22a)은 실시예 1과 동일한 재료 및 형상으로 형성했다. 또한, 복수로 분할된 발열 저항체(27b)가 형성되어 있는 영역의 히터의 길이가 긴 방향의 총 폭은 237mm이다. 또한, 총 저항값이 실시예 1과 같은 20Ω이 되도록, 재료나 혼합비를 조정해서 발열 저항체(27b)를 형성하고, 25℃ 내지 125℃에 있어서의 TCR를 -230ppm/℃로 설정했다.

또한, 발열 저항체(27b)를 히터(22)의 길이가 긴 방향으로 22개의 발열 블록으로 나누어(11개의 발열 블록×1왕복), 최단 전류 경로가 기록재 반송 방향에 대하여 비스듬해지도록 하나의 발열 블록 중에서 발열 저항체는 7개로 분할(27b1 내지 27b7)되어 있다. 이 7개의 직사각형으로 분할된 발열 저항체(27b)는 전기적으로 병렬로 접속되고, 22개의 발열 블록(H1 내지 H22)은 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 본 실시예에 있어서도, 개개의 발열 저항체가 직사각형으로 형성되어 있기 때문에, 개개의 발열 저항체(27b)에 존재하는 최단 전류 경로는 발열 저항체 전체면이 된다.

그런데, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 발열 블록이 기판의 길이가 짧은 방향에 있어서 다른 위치에 복수개이 열(본 실시예에서는 2열)로 설치되어 있다. 그리고, 길이가 짧은 방향에 있어서의 한쪽 열의 발열 블록 내의 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 다른 쪽 열의 발열 블록 내의 각 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여, 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있다. 구체적으로는, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 하나의 발열 블록 내의 인접하는 2개의 발열 저항체(예를 들어, 발열 블록(H1) 내의 발열 저항체(27b1)와 발열 저항체(27b2)의 최단 전류 경로는 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있지 않다. 그러나, 열이 다른 발열 블록 사이에서 길이가 긴 방향으로 인접하는 2개의 발열 저항체[예를 들어, 발열 블록(H1) 내의 발열 저항체[27b5(영역W7)]와 발열 블록(H22) 내의 발열 저항체(27b5)]의 최단 전류 경로는, 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있다. 이러한 형상으로도, 히터의 길이가 긴 방향에서의 발열 분포 불균일을 작게 억제할 수 있다.

또한, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 히터에 있어서의 각 부위의 치수는 이하와 같다. 히터 기판(22a)의 기판의 길이가 짧은 방향의 폭(a4)은 12mm, 발열 저항체(27b)의 긴 변(g4)은 3.5mm, 짧은 변(h4)은 1.0mm, 경사 각도(β4)는 약 52.8°, 7개로 분할된 발열 저항체 간의 거리(e41)는 2.3mm으로 했다. 발열 블록 간의 거리(e4)도 2.3mm으로 했다.

실시예 5

도 11을 사용해서 실시예 5의 히터를 설명한다. 이 히터의 형상은 실시예 1의 히터의 변형예이며, 도 11에 도시한 바와 같이, 2개의 도전 패턴(28n 및 28p)이 기판의 길이가 긴 방향으로 분할되어 있지 않다. 따라서, 발열 블록이 1개밖에 없는 형태이다. 도전 패턴(28n)과 도전 패턴(28p) 사이에 병렬로 접속되는 발열 저항체는 143개(28b1 내지 28b143)이다. 인접하는 발열 저항체끼리의 최단 전류 경로가 기판의 길이가 긴 방향에서 오버랩하고 있는 점은 실시예 1과 마찬가지이다. 단, 발열 저항체가 NTC가 아닌 PTC이다. PTC의 재질은 체적 저항이 매우 낮아, 실시예 1과 같이 발열 블록을 복수 개로 분할하는 구성이 유효하지만, 발열 저항체로서 체적 저항이 비교적 높은 PTC의 재질을 사용할 수 있으면, 본 실시예의 형상으로도 상관없다.

또한, 상술한 실시예 1 내지 4는, 발열 저항체로서 NTC인 것을 예로써 나타냈다. 그러나, PTC의 발열 저항체의 경우에도, 그 형상을 실시예 1 내지 4와 같이, 최단 전류 경로를 오버랩시키는 구성으로 하면 기판의 길이가 긴 방향에 있어서의 발열 분포 불균일을 작게 억제할 수 있다.

<산업상 이용가능성>

본 발명은, 미정착 토너상을 기록재에 정착하는 정착 장치뿐만 아니라, 기록재 상에 정착 완료된 토너상을 다시 가열함으로써, 화상의 광택도를 향상시키는 광택 부여 장치 등의 상 가열 장치에도 적용할 수 있다.

22: 히터
22a: 히터 기판
22b: 발열 저항체
22c, 22d: 도전 패턴
22e1, 22e2: 전극
23: 필름
24: 가압 롤러
P: 기록재
N: 정착 닙부

Claims

기판과, 상기 기판 상에 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제1 도전체와, 상기 기판 상에 상기 제1 도전체와는 기판의 길이가 짧은 방향으로 다른 위치에 상기 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제2 도전체와, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 접속되어 있는 복수의 발열 저항체를 갖는 히터로서,
상기 복수의 발열 저항체는 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 전기적으로 병렬로 복수 개 접속되어 있고, 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 인접하는 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 상기 길이가 긴 방향으로 오버랩하고 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 히터는, 병렬 접속된 복수의 상기 발열 저항체를 갖는 발열 블록을 복수개 갖고, 각 발열 블록은 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 발열 저항체의 형상은 직사각형이며, 상기 발열 저항체의 형상이 직사각형이 되도록 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체에는 Δ형상 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 발열 저항체는 부(negative)의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
제1항에 있어서, 상기 발열 저항체는 정(positive)의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
기판과, 상기 기판 상에 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제1 도전체와, 상기 기판 상에 상기 제1 도전체와는 기판의 길이가 짧은 방향으로 다른 위치에 상기 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제2 도전체와, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 접속되어 있는 복수의 발열 저항체를 갖는 히터로서,
상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 상기 복수의 발열 저항체가 전기적으로 병렬 접속되어 있는 발열 블록이, 상기 기판의 길이가 짧은 방향으로 다른 위치에 복수의 열로 설치되어 있고,
상기 길이가 짧은 방향에 있어서의 한쪽 열의 상기 발열 블록 내의 각 발열 저항체의 최단 전류 경로가, 다른 쪽 열의 발열 블록 내의 각 발열 저항체의 최단 전류 경로에 대하여 상기 길이가 긴 방향으로 오버랩하고 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제6항에 있어서, 상기 히터는, 하나의 열 중에 복수의 상기 발열 블록을 갖고, 하나의 열 중의 각 발열 블록은 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제6항에 있어서, 상기 발열 저항체의 형상은 직사각형이며, 상기 발열 저항체의 형상이 직사각형이 되도록 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체에는 Δ형상 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제6항에 있어서, 상기 발열 저항체는 부의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
제6항에 있어서, 상기 발열 저항체는 정의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
기판과, 상기 기판 상에 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제1 도전체와, 상기 기판 상에 상기 제1 도전체와는 기판의 길이가 짧은 방향으로 다른 위치에 상기 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제2 도전체와, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 접속되어 있는 복수의 발열 저항체를 갖는 히터로서,
상기 복수의 발열 저항체는 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 전기적으로 병렬로 복수 개 접속되어 있고, 상기 길이가 긴 방향과 상기 길이가 짧은 방향으로 기울어지고,
상기 발열 저항체들은 직사각형 형상으로 형성되고, 각 발열 저항체는 인접하는 발열 저항체와 상기 길이가 긴 방향으로 오버랩하고 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제11항에 있어서, 상기 히터는, 병렬 접속된 복수의 상기 발열 저항체를 갖는 발열 블록을 복수개 갖고, 각 발열 블록은 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제11항에 있어서, 상기 발열 저항체는 부의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
제11항에 있어서, 상기 발열 저항체는 정의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
기판과, 상기 기판 상에 기판의 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제1 도전체와, 상기 기판 상에 상기 제1 도전체와는 기판의 길이가 짧은 방향으로 다른 위치에 상기 길이가 긴 방향을 따라 설치되어 있는 제2 도전체와, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 접속되어 있는 복수의 발열 저항체를 갖는 히터로서,
상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 간에 상기 복수의 발열 저항체가 전기적으로 병렬 접속되어 있는 발열 블록이, 상기 기판의 길이가 짧은 방향으로 다른 위치에 복수의 열로 설치되어 있고,
상기 발열 저항체들은 직사각형 형상으로 형성되고,
상기 길이가 짧은 방향에 있어서의 한쪽 열의 상기 발열 블록 내의 각 발열 저항체가, 다른 쪽 열의 발열 블록 내의 각 발열 저항체와 상기 길이가 긴 방향으로 오버랩하고 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제15항에 있어서, 상기 히터는, 하나의 열 중에 복수의 상기 발열 블록을 갖고, 하나의 열 중의 각 발열 블록은 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 히터.
제15항에 있어서, 상기 발열 저항체는 부의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
제15항에 있어서, 상기 발열 저항체는 정의 저항 온도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 히터.
엔드리스 벨트와, 상기 엔드리스 벨트의 내면에 접촉하는 히터와, 상기 엔드리스 벨트를 통해 상기 히터와 함께 닙부를 형성하는 닙부 형성 부재를 갖고, 상기 닙부에서 화상을 담지하는 기록재를 끼움 지지 반송하면서 가열하는 상 가열 장치로서,
상기 히터는 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 히터인 것을 특징으로 하는 상 가열 장치.