KR101540839B1 - 화상 정착용 가열 장치 - Google Patents

Abstract

가열 장치는 기판의 하나의 길이 방향의 단부에 집중 배치된 급전용 전극을 가진다. 기판은 정착 필름에 포함되는 방식으로 배치된다. 내측 발열 저항체는 기판의 폭 방향에 있어서 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭인 방식으로 배치되는 적어도 하나의 발열 저항체에 의해 형성되고, 외측 발열 저항체는 기판의 폭 방향에 있어서 기준 위치로부터 내측 발열 저항체보다 더 멀리 배치되고, 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭인 방식으로 배열되는 복수의 발열 저항체에 의해 형성된다. 내측 발열 저항체에 접속된 급전 전극 및 외측 발열 저항체에 접속된 급전 전극은 모두 기판의 하나의 길이 방향에 모두 배치된다.

Description

화상 정착용 가열 장치{HEATING DEVICE FOR IMAGE FIXING}

본 발명은 미정착 화상을 형성한 기록재를 가열해서 화상을 기록재 상에 정착시키는 가열 장치에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 전자 사진 방식의 복사기나 프린터에 있어서, 전사재나 감광지 등의 기록재에 형성된 미정착 토너 화상을 영구 정착상으로서 열정착시키는 데에 각각 사용되는 가열 장치의 하나로서 온디맨드(on-demand) 필름 가열 방식에 기초하는 가열 장치가 알려져 있다(일본 특허 공개 제2002-296955호 공보).

필름 가열 방식에 기초하는 가열 장치에 이용되는 가열체에는 세라믹 히터가 채용되어 있다. 가열체는 전기 저항성, 내열성, 양호한 열전도성의 세라믹 기판(예를 들면, 알루미나, 질화 알루미늄)과, 기판에, 예를 들어 인쇄 또는 소성에 의해 패턴 형성되고, 전력이 공급될 때에 발열하는 발열 저항체(예를 들면, 은 팔라듐)를 포함하는 1차 회로를 포함한다. 발열체는 발열 저항체에 전력을 공급해서 발열시키도록 구성되며, 전반적으로 낮은 열용량에 기인하여, 온도 상승이 빠르다.

전술한 가열체를 이용한 가열 장치는 열 용량이 적기 때문에, 가열체의 길이 방향으로 작은 사이즈를 가지는 기록재를 계속해서 열 정착했을 경우에, 다른 부위보다 기록재가 통과하지 않는 가열체의 부위의 온도가 상승한다. 이 경우에, 가열체의 길이 방향에 대하여, 온도차에 의해 광택도의 불균일이 발생한다. 이를 회피하기 위해서는, 프린트 속도를 저감하거나 온도차를 줄일 필요가 있다.

혹은, 발열 저항체를 복수 마련하고, 가열체의 길이 방향에 있어서의 온도를 복수의 온도 검출 소자를 이용해서 검출하고, 각각의 발열 저항체의 통전을 제어한다. 보다 구체적으로, 임의의 사이즈의 기록재가 통과하는 각각의 위치에서 크게 발열하는 발열 저항체와, 큰 사이즈 및 작은 사이즈의 기록재 중 큰 사이즈의 기록재만 통과하는 각 위치에서 크게 발열하는 발열 저항체를 포함하는 발열 저항체 군에 의해 가열체를 형성한다. 그리고, 온도 검출 소자를 이용해서 발열 저항체로의 통전을 제어함으로써, 어떠한 사이즈의 기록재를 가열했을 경우라도 소정의 온도로 제어할 수 있도록 가열체를 구성한다.

복수의 발열 저항체를 포함하는 전술한 가열체에서는, 순간적으로 가열체 내에서 발열부와 비발열부 사이에 큰 온도차가 생길 수 있다. 예를 들면, 히터 제어계나 온도 제어부의 폭주 시, 또는 가열체의 열 폭주(비정상적인 승온 또는 비정상적인 가열)시에 온도차가 야기된다. 또한, 하나의 발열 저항체만이 계속 통전된 경우에, 그 발열 저항체에 매우 많은 전력이 투입되어 상기한 바와 같은 온도차가 발생한다. 온도차가 발생하면 열 응력에 의해 가열체가 변형이나 파괴될 수 있다. 따라서, 발열체의 변형 또는 파괴를 회피하기 위해, 예를 들면 매우 고속으로 응답할 수 있는 안전 소자를 추가할 필요가 있는데, 이것은 가열 장치의 구성을 복잡하게 하여, 제조 비용의 증가를 야기한다.

이러한 문제에 대응하기 위해, 세라믹 기판상에 형성되어 있는 발열 저항체의 배치를 기판의 폭 방향에서 기판의 실질적인 중앙 위치에 대하여 실질적으로 대칭이 되도록 한 기술이 제안되었다(일본 특허 공개 제2006-004861호 공보). 보다 구체적으로, 기판의 폭 방향의 중앙 위치에 대하여 발열 저항체의 패턴이 실질적으로 대칭이 되도록 구성하여, 내측의 발열 저항체가 중앙 위치에 가까이 배치되고, 내측의 발열 저항체보다도 중앙 위치로부터 먼 측에 외측의 발열 저항체가 배치된다. 이것은 세라믹 히터의 제어계 또는 온도 제어부의 폭주 시, 혹은 하나의 발열 저항체만이 계속 통전하는 경우에도, 가열체 내의 온도차가 커지지 않도록 하여, 기판에 인가되는 열 응력을 작게 한다.

최근, 용이한 서비스 조작을 위하여 수명이 한정된 부품의 교환성의 향상이 요청되고 있고, 이것은 온디맨드 필름 가열 방식에 기초하는 가열 장치에 이용되는 정착 필름에도 적용된다. 또한, 제품의 납품 후의 교환뿐만 아니라, 제품 완성 전의 제조 공정에서도 정착 필름을 장착해 작업을 용이하게 하는 것도 기대된다.

그러나, 일본 특허 공개 제2006-004861호 공보에서는, 외측의 발열 저항체에 급전하는 커넥터 접점(급전용 전극)과, 내측의 발열 저항체에 급전하는 커넥터 접점의 조합이 기판의 한쪽의 단부에 배치되고, 기판의 다른 쪽의 단부에는 내측 및 외측의 발열 저항체의 공통 전극인 커넥터 접점이 배치된다. 따라서, 기판의 각각의 길이 방향 대향 단부에 급전용의 커넥터를 부착한다.

이러한 이유로, 양쪽 커넥터를 기판의 대향 단부에 부착할 수 있는 상태에서는, 가열 장치의 정착 필름을 장착하거나, 가열 장치의 정착 필름을 제거 또는 교환할 경우에, 정착 필름이 기판에 부착되어 있는 커넥터와 간섭한다. 따라서, 가열체의 어느 방향으로부터 정착 필름을 착탈하더라도, 커넥터 중 관련된 하나를 제거할 필요가 있어 작업성을 저하시킨다. 더구나, 작업 공정에 따라서는, 정착 필름의 착탈때문에 커넥터의 착탈 횟수가 늘어나, 작업성을 저하시킬 뿐만 아니라, 커넥터와 커넥터 접점 간의 전기적 도전의 신뢰성도 저하시킨다.

또한, 발열 저항체 군의 배치나 도체 트레이스를 라우팅하기 위한 경로를 연구할 경우에도, 기판의 폭 방향에 있어서의 대칭성의 확보에 유의할 필요도 있다.

일본 특허 공개 제2002-296955호 일본 특허 공개 제2006-004861호

본 발명은 기판의 길이 방향 한 측에 급전용 전극이 집중 배치되어, 정착 필름의 착탈을 용이하게 하는 가열 장치를 제공한다.

본 발명은, 정착 필름을 통해서 시트 상의 토너 상(toner image)을 가열하는 가열 장치이며, 정착 필름의 반송 방향에 직교하는 기판의 제1 방향이 길이 방향이 되도록 배치된 기판과, 기판의 제1 방향에 직교하는 제2 방향에서, 미리 결정된 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭인 방식으로 배치된 적어도 하나의 발열 저항체로 이루어지는 제1 발열 저항체와, 기판의 제2 방향에서 제1 발열 저항체보다 기준 위치로부터 더 멀리 배치되고, 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭인 방식으로 배치된 복수의 발열 저항체로 이루어지는 제2 발열 저항체를 포함하고, 제1 발열 저항체에 접속된 급전용 전극과, 제2 발열 저항체에 접속된 급전용 전극이 모두 기판의 길이 방향의 일 단부에 배치되는 가열 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 기판의 제1 방향의 일 단부에 급전용 전극을 집중 배치하여, 정착 필름의 착탈을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조하여 아래의 실시 형태에 대한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가열 장치가 적용되는 화상 형성 장치의 도면.
도 2는 열 정착 장치의 개략적인 단면도.
도 3a는 가열체의 개략적인 도면.
도 3b는 도 3a의 A-A 선에 따른 단면도.
도 4는 도 3a의 A-A 선에 따른 기판의 단면에서의 온도 분포도.
도 5는 열 정착 장치를 정착 필름의 내측으로부터 가압 롤러를 향해서 본 개략적인 도면.
도 6은 가열체와 관련 요소 간의 전기적인 접속을 나타내는 개략적인 배선도.
도 7은 프린트 동작 요구 시에 실행되는 통전 제어 처리의 플로우차트.
도 8a 및 도 8b는 발열 저항체 군의 변형예의 개략적인 도면.
도 9a 내지 도 9e는 발열 저항체 군의 변형예 및 접점 배치의 변형예의 개략적인 도면.

아래에서는 일 실시 형태를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가열 장치가 적용되는 화상 형성 장치를 나타내는 도면이다. 가열 장치는 전자 사진 장치 또는 정전 기록 장치 등의 화상 형성 장치에 적용가능하다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 예로서 디지털 복합기에 가열 장치가 적용되는 것으로 가정한다. 디지털 복합기는, 가열 장치로서 온디맨드 필름 가열 방식에 기초하는 가열 정착 장치(141)를 포함한다.

유저가 조작부(101)를 조작할 때에, 원고 판독 장치(102)는 원고 화상에 기초한 화상 정보를 판독하고, 화상 형성 장치(130)의 제어부에 신호를 전송한다. 기록재인 각각의 전사지 다발(103 내지 106)을 수용한 급지 유닛(107 내지 110)에는, 각각 카세트(115 내지 118)가 내장된다. 각 카세트(115 내지 118)에는, 수용되어 있는 전사지 다발의 용지 사이즈를 검지하는 용지 사이즈 센서(120)가 설치되고 있다. 전사지가 픽업 롤러(111 내지 114) 및 픽업 롤러에 압접하는 도시하지 않은 분리 패드 관련된 하나에 의해 전사지 다발로부터 하나씩 분리되고, 각각의 분리된 전사지는 카세트(115 내지 118) 중 관련된 하나로부터 급송되어, 반송 롤러 및 레지스트 롤러를 포함하는 반송 유닛(119)에 의해 반송된다.

화상 형성 장치(130)는, 폴리곤 미러 스캐너 모터, 레이저, 렌즈 군 등을 포함하는 광학 유닛(131)을 원고 판독 장치(102)로부터 취득한 화상 신호에 기초하여 동작시킨다. 그리고, 화상 형성 장치(130)는 화상 정보에 기초한 레이저 광을, 드럼 형상의 전자 사진 감광체인 각 색에 대응한 감광 드럼(132, 133, 134, 135)에 조사해서, 각각의 감광 드럼(132 내지 135)에 정전 잠상을 형성한다. 그 후, 이 잠상을 현상제(이하, "토너"라고 한다)에 의해 현상해서 토너 상을 형성한다.

토너 상의 형성과 동기하여, 급지 유닛(107 내지 110)의 하나, 예를 들면 급지 유닛(107)으로부터 전사지가 급송된다. 각각의 고유 색의 프로세스 카트리지(136, 137, 138, 139) 내에 일체화된 감광 드럼(132, 133, 134, 135)에 형성한 토너 상을, 전사 벨트(140)에 고압을 인가함으로써 전사한다. 또한, 전사 벨트(140)에 전사한 토너 상을 전사 벨트(140)로부터 급송된 전사지로 2차 전사한다. 2차 전사에 의해 화상이 형성된 기록지(201)(도 2 참조)로서의 전사지가 피가열재로서 열 정착 장치(141)로 반송된다. 열 정착 장치(141)는 기록지(201)에 열과 압력을 가하여 기록지(201) 상에 토너를 정착시켜, 기록지(201)를 배지 트레이(145)에 급송한다.

도 2는, 열 정착 장치(141)의 개략적인 단면도이다. 도 2에서, 화살표 A로 표시되는 방향이 기록지(201)의 반송 방향이다. 따라서, 도 2는, 도 1의 전방, 즉 기록지(201)의 면 방향에 평행하고, 용지 반송 방향에 수직인 방향으로부터 본 도면이다.

열 정착 장치(141)는, 가열체(142)와, 가열체(142)를 내포하는 내열성의 정착 필름(143)과, 정착 필름(143)에 대향하는 방식으로 배치된 가압 부재인 가압 롤러(144)를 포함한다(도 1 참조). 열 정착 장치(141)는 강체 스테이(stay)(202) 및 서미스터(205, 206)를 더 포함한다. 강체 스테이(202)는, 기록지(201)가 반송되는 반송로를 횡단하는 방향(즉, 도 2의 전, 후 방향)으로 길이 방향으로 연장하는 내열성 및 단열성을 갖는 가로로 긴 부재이다. 강체 스테이(202)는 가열체(142)를 고정시키고, 정착 필름(143)의 내면이 활강할 때에 가이드의 역할을 한다.

또한, 가열체(142)는 기록지(201)가 반송되는 반송로를 횡단하는 방향(즉, 도 2의 전, 후 방향)으로 길이 방향으로 연장하는 가로로 긴 부재이다. 강체 스테이(202)의 기록지(201)에 대향하는 면에는, 기록지(201)가 반송되는 반송로를 횡단하는 방향(즉, 도 2의 전, 후 방향)으로 연장하는 홈부가 설치된다. 이 홈부에 가열체(142)가 끼워 넣어져서 내열성 접착제에 의해 고정 지지된다.

정착 필름(143)은 원통형의 내열성 필름재이며, 가열체(142)를 부착한 강체 스테이(202)에 느슨하게 끼워져 있다. 정착 필름(143)은, 예를 들면, 두께 40 내지 100 ㎛를 가지고, 내열성, 이형성, 고강도, 내구성 등을 갖는 PTFE, PFA, FEP 등으로 형성되는 원통형 단층 필름이다. 혹은, 정착 필름(143)은, 폴리이미드, 폴리아미드, PEEK, PES, PPS 등의 원통형 필름의 외주면에 PTFE, PFA, FEP 등을 코팅하여 형성한 복합층 필름일 수도 있다.

가압 롤러(144)는, 탄성층(204)이 롤러 형상이 되도록, 코어 금속부(203)의 외주에서 코어 금속부(203)와 동심 일체로 형성된 실리콘 고무 등의 내열성 탄성층(204)을 가지는 탄성 롤러이다. 가압 롤러(144)와 강체 스테이(202) 측의 가열체(142) 간에 정착 필름(143)을 개재하여, 정착 필름(143)에 겹치는 기록지(201)가 탄성을 갖는 가압 롤러(144)에 압접되는 영역으로서 정착 닙부 N이 형성된다.

가압 롤러(144)는 화살표 B의 방향으로 소정의 원주 속도로 회전된다. 가압 롤러(144)의 회전에 의한, 정착 닙부 N에서의 가압 롤러(144)와 정착 필름(143)의 외면 간에 발생된 마찰력은, 정착 필름(143)에 직접적으로 회전력이 작용하게 한다. 기록지(201)가 화살표 A 방향으로 이동해서 정착 닙부 N에 도입되었을 때에, 기록지(201)를 통해서 정착 필름(143)에 회전력이 간접적으로 작용한다. 이 작용에 의해, 정착 필름(143)이 가열체(142)의 내면에 접촉하면서 이동한다. 보다 구체적으로, 정착 필름(143)은 가열체(142)와 압접 활강하면서 화살표 C의 방향으로 회전된다.

강체 스테이(202)는 필름 내면 가이드 부재로서도 기능하고, 강체 스테이(202)의 주위에서의 정착 필름(143)의 회전을 쉽게 한다. 정착 필름(143)의 내면과 가열체(142)의 가압 롤러(144)에 대향하는 면 사이에 내열성 그리스 등의 소량의 윤활제를 제공하여, 두면 간의 활강 저항을 저감시킬 수 있다.

가압 롤러(144)의 회전에 의한 정착 필름(143)의 회전이 정상화되고, 가열체(142) 상의 길이 방향으로 각각의 위치에 배치된 서미스터(205, 206)에 의해 가열체(142)의 온도를 감시하여 소정 온도에 도달하는 것을 대기한다. 가열체(142)의 온도가 소정의 온도에 도달한 상태에서, 정착 닙부 N에서 정착 필름(143)과 가압 롤러(144) 사이에 화상을 정착해야 할 기록지(201)가 도입되면, 기록지(201)는 정착 닙부 N에서 가열체(142)와 가압 롤러(144) 사이에 정착 필름(143)과 함께 협지 반송되어 가열된다.

이것은 가열체(142)의 열이 정착 필름(143)을 통해서 기록지(201)의 미정착 화상에 효율적으로 전달되어, 기록지(201) 상의 미정착 화상이 기록지(201)에 열 정착된다. 정착 닙부 N을 통과한 기록지(201)는 정착 필름(143)의 면으로부터 분리되어, 화살표 A 방향으로 반송된다.

도 3a는 가압 롤러로부터 본 가열체(142)의 개략도이다. 도 3a에서, 가열체(142) 하나의 길이 방향의 단부를 향한 E 측은 도 2에서 보았을 때에 도 2의 뒤쪽, 즉 오는 사람으로부터 멀어지는 측에 대응하고, 가열체(142)의 길이 방향 타 단부를 향한 F 측은 도 2에서 보았을 때에 도 2의 앞쪽, 즉 보는 사람 측에 대응하지만, 이것은 역일 수도 있다. 도 3b는, 도 3a의 A-A 선에 따르는 단면도이다. 가열체(142)의 기판(301)의 폭 방향이 열 정착 시의 기록지(201)의 반송 방향이 된다.

가열체(142)의 판 형상의 기판(301)은 열 정착 장치(141)에 도입되어 있는 기록지(201)의 지면에 평행하게 연장한다. 기판(301)은, 알루미나, 질화 알루미늄 등의 세라믹재에 의해 성형된다. 기판(301)은 중심면인 제1 면(301a) 및 제2 면(301b)을 갖는다(도 3b참조). 제1 면(301a)에, 복수(본 실시 형태에서는 4개)의 발열 저항체(302 내지 305) 및 복수(본 실시 형태에서 3개)의 접점(306 내지 308)이 인쇄 및 소성에 의해 형성되어 있다. 발열 저항체(302 내지 305)는 각각 은 팔라듐 등으로 이루어지고, 전력 공급을 받아서 발열한다. 접점(306 내지 308)은, 커넥터(501)의 접점에 대한 전기적인 접점이 되는 급전용 전극이다.

발열 저항체(302 내지 305) 모두를 총칭해서 "발열 저항체 군"이라고 부르고, 발열 저항체(303, 304)의 쌍(제1 발열 저항체)을 "내측 발열 저항체(Rin)"라고 부른다. 또한, 발열 저항체(302, 305)의 쌍(제2 발열 저항체)을 "외측 발열 저항체(Rout)"라고 부른다. 기판(301)의 폭 방향에서의 소정의 기준 위치를 C0라고 한다. 본 실시 형태에서는, 기준 위치(C0)는 기판(301)의 폭 방향에서의 중앙 위치와 일치한다. 그러나, 기준 위치(C0)는 발열 저항체 군의 대칭 중심으로서 미리 설정하기만 하면, 기판(301)의 중앙 위치와 반드시 일치할 필요는 없다.

내측 발열 저항체(Rin)의 발열 저항체(303, 304)는 기판(301)의 폭 방향에 있어서 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭으로 배치된다. 외측 발열 저항체(Rout)의 발열 저항체(302, 305)는, 기판(301)의 폭 방향에 있어서, 내측 발열 저항체(Rin)보다 기준 위치(C0)로부터 먼 측(외측)에, 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭으로 배치된다. 즉, 내측 발열 저항체(Rin) 및 외측 발열 저항체(Rout) 각각은, 기판(301)의 제1 면(301a)을 정면으로부터 보았을 때에, 기준 위치(C0)에 대하여 선대칭적으로 배치된다. "실질적으로 대칭"은 "완전한 대칭"을 포함한다.

발열 저항체(303, 304)는 같은 저항값, 저항 분포를 갖고, 발열 저항체(302, 305)는 같은 저항값, 저항 분포를 갖는다. 각각의 발열 저항체(303, 304)는, 길이 방향의 대향 단부보다 길이 방향의 중간부가 폭이 더 넓고, 각각의 발열 저항체(302, 305)는 길이 방향의 대향 단부보다 길이 방향의 중간부가 폭이 더 좁다(도 3a 참조).

따라서, 각각의 발열 저항체(303, 304)에서는, 중간부에서의 발열량보다 대향 단부에서의 발열량이 더 크고, 각각의 발열 저항체(302, 305)에서는, 대향 단부에서의 발열량보다 중간부에서의 발열량이 더 크다. 단, 각각의 내측 발열 저항체(Rin) 및 외측 발열 저항체(Rout)에서는, 전술한 발열 저항체의 대칭적인 배치는 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭인 부위에서의 발열량을 동일하게 한다. 발열 저항체(303, 304)와 발열 저항체(302, 305)는 저항 분포 및 저항값이 상이하다.

각각의 발열 저항체(303, 304)의 길이 방향에 있어서의 물리적(위치적인) 대향 단부 중 F측의 단부, 도체 트레이스(310)에 의해 전기적으로 접속되어 전기적인 도전 상태를 유지한다. 한편, 각각의 발열 저항체(303, 304)의 E측의 단부로부터는 각각 도체 트레이스(313, 314)가 인출되고 있다. 따라서, 발열 저항체(303, 304)는 전기적으로는 직렬 접속되어 있으므로, 발열 저항체(303, 304)에 대해 2개의 전기적 단부를 인식할 수 있고, 따라서 도체 트레이스(313, 314)의 단부가 각각 Eb 및 Ec로 표시되는 전기적 단부를 형성한다.

각각의 발열 저항체(302, 305)의 길이 방향에 있어서의 물리적인 대향 단부 중 F측의 단부는, 도체 트레이스(309)에 의해 전기적으로 접속되어 전기적으로 도전 상태를 유지한다. 한편, 각각의 발열 저항체(302, 305)의 E측의 단부로부터는 각각 도체 트레이스(312, 315)가 인출되고 있다. 따라서, 발열 저항체(302, 305)는 전기적으로는 직렬 접속되어 있으므로, 발열 저항체(302, 305)에 대해 2개의 전기적 단부를 인식할 수 있고, 따라서 도체 트레이스(312, 315)의 단부가 Ea 및 Ed로 표시되는 전기적 단부를 형성한다.

접점(306, 307, 308)은 기판(301)의 길이 방향의 단부 중 E측 단부에 집중 배치되어 있다. 도체 트레이스(312)의 전기적 단부(Ea)가 접점(306)에 접속되고, 도체 트레이스(313)의 전기적 단부(Eb)가 접점(307)에 접속되어 있다. 도체 트레이스(314)의 전기적 단부(Ec)와 도체 트레이스(315)의 전기적 단부(Ed)는 모두 접점(308)에 접속되어 있다. 즉, 접점(306)은 외측 발열 저항체(Rout)의 급전용 전극이며, 접점(307)은 내측 발열 저항체(Rin)의 급전용 전극이다. 또한, 내측 발열 저항체(Rin) 및 외측 발열 저항체(Rout)는 전기 회로 상에 동일한 전위를 가지므로, 접점(308)은 내측 발열 저항체(Rin) 및 외측 발열 저항체(Rout)에의 급전용 공통 전극으로 기능한다.

커넥터(501)는, 화살표 G 방향으로 삽입되고, 그 역방향으로 제거된다. 각각의 접점(306, 307, 308)에 대하여, 기판(301)의 평면에 대하여 기판(301)의 동일한 소정의 측에 커넥터(501)가 삽탈된다. 보다 구체적으로, 각각의 접점(306, 307, 308)에 대하여 커넥터(501)가 삽탈되는 기판(301)의 측 상에 배치되고, 기판(301)의 폭 방향에 평행한 영역은, 영역(301c)에 포함된다. 4개의 도체 트레이스(312 내지 315)는 영역(301c)을 통과하지 않는다. 보다 구체적으로, 내측 발열 저항체(Rin)와, 외측 발열 저항체(Rout)와, 그와 관련된 급전용 전극 사이의 도전 경로가 영역(301c)을 피하는 방식으로 확보되어 있다.

영역(301c)에 도체 트레이스가 존재하는 것으로 가정하면, 커넥터(501)를 삽탈하기 위하여 이동시키면, 도체 트레이스와 마찰할 것이다. 이것은 도체 트레이스에 손상을 입힐 수 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 기판(301)의 영역(301c)은 도체 트레이스를 가지지 않고, 기판(301)의 가장자리까지 개방되어 있으므로, 도체 트레이스의 단선 등이 방지되어 커넥터(501)와 기판(301) 간의 전기적 접속의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 예를 들면 도전 트레이스의 단선을 방지하기 위해서, 커넥터의 삽입 전에 보호 시트를 삽입하는 공정이 불필요해져서, 작업성 향상에도 기여할 수 있다.

도 4는, 도 3a의 A-A 선에 따르는 기판(301)의 단면에 있어서의 온도 분포를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 전체 발열 저항체(즉, 발열 저항체 군 모두)가 통전되었을 때에는, 기판(301)의 폭 방향에서의 온도차가 작다. 그뿐 아니라, 발열 저항체(302 내지 305)가 대칭으로 배치되므로, 내측 발열 저항체(Rin)(즉, 발열 저항체(303, 304))만이 통전되었을 때에도, 기판(301)의 폭 방향에서의 온도차는 그렇게 커지지 않는다. 마찬가지로, 외측 발열 저항체(Rout)(즉, 발열 저항체(302, 305))만이 통전되었을 때에도, 기판(301)의 폭 방향에서의 온도차는 그렇게 커지지 않는다.

이러한 이유로, 만약 내측 발열 저항체(Rin) 및 외측 발열 저항체(Rout) 중 하나의 회로만이 폭주하여 통전된 경우에도, 온도차가 작으므로, 온도차에 의해 발생되는 열 응력이 작아져서, 가열체(142)가 변형이나 파괴되는 데에 긴 시간이 걸린다. 이것은 안전 소자 등을 이용하는 안전 회로의 구성을 간소화시킬 수 있다.

도 5는 열 정착 장치(141)를 정착 필름(143)의 내측으로부터 가압 롤러(144)를 향해서 본 개략도이다.

상기 설명한 바와 같이, 종래의 구성과는 달리, 모든 접점(306, 307, 308)이 기판(301)의 길이 방향의 일 단부(E측의 단부)에 집중 배치되어 있다. 따라서, 커넥터(501)는 열 정착 장치(141)의 E측의 단부에 설치되지만, F측의 단부에 커넥터를 반드시 설치할 필요는 없다.

정착 필름(143)은 강체 스테이(202)에 F측의 단부로부터 장착되어, 강체 스테이(202)를 피복하도록 배치된다. 예를 들어, 교환을 위해 장착 필름(143)을 제거할 경우에, 정착 필름(143)은 F측의 단부로부터 제거된다. F측의 단부에 커넥터가 존재하지 않기 때문에, 정착 필름(143)은 정착 필름(143)의 착탈 작업 동안에 커넥터와 간섭하지 않아, 작업이 매우 용이하게 한다. 따라서, 정착 필름(143)의 장착성 및 교환성이 향상한다.

도 6은 가열체(142)와 그와 관련된 요소 간의 전기적인 접속의 개략적인 배선도이다.

전술한 바와 같이, 각각의 발열 저항체(302, 305)(외측 발열 저항체(Rout))는 각각 가열체(142)의 길이 방향에 있어서 중앙부에서 더 많이 발열하고, 각각의 발열 저항체(303, 304)(내측 발열 저항체(Rin))는 가열체(142)의 길이 방향에 있어서 대향 단부에서 더 많이 발열한다.

가열체(142)의 길이 방향에 있어서의 중앙부에 서미스터(205)가 배치되고, 가열체(142)의 길이 방향에 있어서의 단부에 서미스터(206)가 배치된다. CPU(601)는 각각의 서미스터(205, 206)로부터 검출 신호를 수신하고, 가열체(142)의 길이 방향에 있어서의 중앙부와 단부의 온도를 감시한다.

감시한 온도에 기초하여, CPU(601)는 상용 전원(602)으로부터의 발열 저항체(302, 305)로의 통전을 제어하는 회로 차단 소자(603)의 전기 회로와, 상용 전원(602)으로부터의 발열 저항체(303, 304)로의 통전을 제어하는 회로 차단 소자(604)의 전기 회로 간의 통전 비율을 제어한다. 과온도를 방지하기 위한 보호 소자(도시 생략)를, 상용 전원(602)과 접점(308) 사이에 설치하고 있다.

도 7은 프린트 동작 요구 시에 실행되는 통전 제어 처리의 플로우차트이다.

프린트 동작의 제어를 행하는 CPU(601)에 프린트 동작 요구가 입력되면, CPU(601)는 통과될 기록지(201)의 사이즈를, 용지 사이즈 센서(120)(도 1 참조)로부터의 출력에 기초하여 판단한다(스텝 S701).

예를 들면, 가열체(142)의 길이 방향에 있어서의 기록지(201)의 폭이 270㎜이상인 경우에는 기록지(201)를 큰 사이즈로 판단하고, 폭이 270㎜ 미만인 경우에는 기록지(201)를 작은 사이즈로 판단한다. 그리고, CPU(601)는 기록지(201)의 사이즈에 따라서 회로 차단 소자(603, 604)를 제어해서 온도 제어를 개시한다. 기록지(201)가 작은 사이즈인 경우에는, CPU(601)는 스텝 S702로 진행해서, CPU(601)는 회로 차단 소자(603)를 제어하여 외측 발열 저항체(Rout)를 통전 비율 100%로 통전하고, 회로 차단 소자(604)를 제어하여 내측 발열 저항체(Rin)를 통전 비율 50%로 통전한다. 이것은 기록지(201)가 통과하지 않는 비통과부(가열체(142)의 단부에 상당함)의 과온도를 방지하기 위해 온도를 제어하는 것을 가능하게 한다.

한편, 기록지(201)가 큰 사이즈인 경우에는, 기록지(201)는 가열체(142)의 실질적으로 전체면을 통과한다. 이 경우에는, CPU(601)는, 회로 차단 소자(603, 604)를 제어하여 외측 발열 저항체(Rout) 및 내측 발열 저항체(Rin) 모두를 균일한 통전 비율 75%로 통전한다(스텝 S703). 이것은 가열체(142)의 면상의 온도 불균일을 제거하기 위해 온도를 제어할 수 있도록 한다.

다음으로, CPU(601)는,기록지(201)가 열 정착 장치(141)에 통과해서 기록지(201) 상의 화상이 열 정착되도록 제어한다(스텝 S704). 기록지(201)의 통과에 따라서, CPU(601)는 각각의 서미스터(205, 206)의 출력을 감시하고, 2개의 출력을 비교하여 가열체(142)의 길이 방향에 있어서의 중앙부와 단부 간의 온도차를 판단한다(스텝 S705).

비교의 결과에 기초하여, CPU(601)가 중앙부와 단부 간의 온도차가 소정 범위 이내라고 판단하면, 즉, 중앙부와 단부의 온도가 거의 동일하면, CPU(601)는 스텝 S708로 진행한다. 이 경우에는, 통전 비율은 변경되지 않고 유지된다.

단부보다 중앙부의 온도가 높은 경우에는, CPU(601)는 내측 발열 저항체(Rin)의 통전 비율을 조금(예를 들면, 5% 정도) 올리도록 제어한다(스텝 S706). 그 결과, 단부의 온도가 중앙부에 비하여 상승한다. 한편, 중앙부보다 단부의 온도가 높은 경우에는, CPU(601)는 내측 발열 저항체(Rin)의 통전 비율을 조금(예를 들면 5% 정도) 내리도록 제어한다(스텝 S707). 그 결과, 단부의 온도가 중앙부에 비하여 하강한다.

CPU(601)는 전술한 처리 루틴을 프린트 동작이 종료될 때까지(스텝 S708에서 아니오) 수행한다. 프린트 동작을 종료하는 경우에는(스텝 S708에서 예), 발열 저항체 군으로의 통전을 모두 중단하고, 온도 제어를 종료한다(스텝 S709). 그리고, 본 프린트 동작이 종료한다. 전술한 제어를 행함으로써, 가열체(142)의 통상적인 온도 제어 시에 중앙부와 단부 간의 온도차를 적게 하고 있다.

본 실시 형태에 따르면, 각각의 내측 발열 저항체(Rin) 및 외측 발열 저항체(Rout)는 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭이며, 내측 발열 저항체(Rin)의 각각의 전기적 단부(Eb, Ec)에 접점(307, 308)이 접속되고, 외측 발열 저항체(Rout)의 각각의 전기적 단부(Ea, Ed)에 접점(306, 308)이 접속된다. 또한, 이들 모든 접점(306 내지 308)이 기판(301)의 길이 방향에 있어서의 일 단부의 측(E측)에 집중 배치된다. 이것은 정착 필름(143)의 착탈(장착이나 교환)을 쉽게 할 수 있다.

또한, 접점(308)은 내측 발열 저항체(Rin)과 외측 발열 저항체(Rout)의 공통 급전용 전극으로 기능하므로, 열 정착 장치의 구성을 간단하게 할 수 있어 비용 삭감에 기여한다.

또한, 내측 발열 저항체(Rin)와 외측 발열 저항체(Rout)의 급전용 전극 간의 도전 경로가, 커넥터 삽탈을 위해 커넥터(501)가 이동하는 영역(301c)을 피하는 방식으로 배치되어 있다. 따라서, 커넥터(501)의 삽탈에 의해 도전 경로에 손상을 줄 우려가 없다.

제1 발열 저항체로서의 내측 발열 저항체(Rin)와, 제2 발열 저항체로서의 외측 발열 저항체(Rout)는 각각 한 쌍의 발열 저항체, 즉 2개의 발열 저항체를 포함하지만, 발열 저항체의 수는, 기판(301)의 폭 방향에 있어서 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭으로 배치되기만 하면 2개가 아닐 수도 있다. 단, 제1 발열 저항체의 2개의 전기적 단부에 각각 설치된 급전용 전극과, 제2 발열 저항체의 2개의 전기적 단부에 각각 설치된 급전용 전극이, 기판(301)의 길이 방향에 있어서의 일 단부의 측에 모두 배치될 필요가 있다. 또한, 기판(301)의 길이 방향에 있어서의 타 단부에서는, 제1 발열 저항체의 단부와 제2 발열 저항체의 단부가 서로 전기적으로 도전되지 않을 것이 요청된다. 도 8a 및 도 8b, 도 9a 내지 도 9e는 전술한 조건을 충족하는 변형예를 도시한다.

도 8a 및 도 8b, 도 9a 내지 도 9d는 발열 저항체 군의 변형예를 나타내는 개략도이다. 도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9c는, 발열 저항체 군의 변형예를 구비하는 기판(301)의 제1 면(301a)의 각각의 정면도에 상당하고, 도 8a, 도 8b, 도 9a, 도 9c에 있어서의 방향(E측 및 F측)은 도 3a와 같다. 이들 변형예에서는, 각각의 발열 저항체는 길이 방향에 있어서 균일한 폭을 가지지만, 이 폭은 도 3a에 도시하는 예와 마찬가지로 길이 방향에 있어서 불균일할 수도 있다.

도 8a에 도시한 바와 같이, 내측 발열 저항체(Rin)는 2개의 발열 저항체가 아니라 4개의 발열 저항체에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우, 발열 저항체(303A)와 발열 저항체(303B)는 도체 트레이스(310A)에 의해 서로 전기적으로 도전하는 길이 방향에 있어서의 F측(도 8a에서 보았을 때에 우측)의 단부를 가진다. 발열 저항체(304A)와 발열 저항체(304B)는, 도체 트레이스(310B)에 의해 서로 전기적으로 도전하는 길이 방항에 있어서의 F측의 단부를 가진다. 또한, 발열 저항체(303B)와 발열 저항체(304B)는, E측의 단부가 도체 트레이스(310C)에 의해 서로 전기적으로 도전한다.

따라서, 4개의 발열 저항체(303A, 303B, 304B, 304A)는 전기적으로는 직렬 접속되고, 내측 발열 저항체(Rin)의 직렬 접속된 4개의 발열 저항체의 2개의 전기적 단부(Eb, Ec) 각각에 접점(307, 308)이 접속되어 있다. 내측 발열 저항체(Rin)는 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭이다. 외측 발열 저항체(Rout)의 구성 및 각각의 접점(306, 307, 308)의 위치는 도 3a의 예와 같다. 따라서, 도 8a의 구성도 도 3a의 구성에 의해 제공되는 것과 동일한 유리한 효과를 제공할 수 있다.

다른 변형예에서, 도 8b에 도시한 바와 같이, 외측 발열 저항체(Rout)를 4개의 발열 저항체(302A, 302B, 305A, 305B)에 의해 구성하여, 발열 저항체(302A, 302B)와 발열 저항체(305A, 305B)를 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭으로 배치할 수도 있다. 이들 발열 저항체(302A, 302B, 305B, 305A)는, 도체 트레이스(309A, 309C, 309B)에 의해 직렬로 접속된다. 이 변형예에서, 도체 트레이스(309C)는 E측의 단부에서의 관통 구멍(320)을 통해서 제2 면(301b) 상의 발열 저항체(302B, 305B) 사이를 전기적으로 도전시킨다.

도 9b 및 도 9d는 도 9a 및 도 9c에 도시하는 각각의 발열 저항체 군의 기판(301)의 폭 방향에 따른 개략적인 단면도이다.

도 9a 및 도 9b에 도시하는 변형예에서는, 내측 발열 저항체(Rin)가 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭인 방식으로 기판(301)의 제1 면(301a)에 설치한 1개의 발열 저항체만으로 구성한다. 그리고, 도체 트레이스(321)를 사용하여, 2개의 전기적 단부(Eb, Ec)가 E측(도 9a 및 도 9b에서 보았을 때에 좌측)의 단부에 위치하도록 구성한다.

보다 구체적으로, F측의 단부와 E측의 단부 사이에서, 도체 트레이스(321)가 기판(301)의 제2 면(301b) 상의 기준 위치(C0)를 따라, 전기적 도전을 위해 F측 단부 및 E측 단부에 각각 형성된 2개의 관통 구멍(320)을 통해 E측으로 연장된다. 도체 트레이스(321)의 한 단부가 전기적 단부(Ec)가 되고, 접점(308)에 접속된다. 외측 발열 저항체(Rout)의 구성과, 각각의 접점(306, 307, 308)의 위치는 도 3a의 예와 같다.

도 9c 및 도 9d에 도시하는 변형예에서는, 내측 발열 저항체(Rin)는 기준 위치(C0)에 대하여 실질적으로 대칭인 방식으로 기판(301)의 제1 면과 제2 면(301a, 301b) 각각에 설치한 2개의 발열 저항체(303, 304)에 의해 구성한다. 이 예에서는 발열 저항체(303, 304)는 기판(301)에 대해서도 대칭이다. 발열 저항체(303, 304)는 관통 구멍(320)을 통해 F측의 단부에서 서로 전기적으로 도전한다. 제2 면(301b)의 발열 저항체(304)는 E측에서의 관통 구멍(320)을 통해 접점(308)에 전기적으로 도전된다. 외측 발열 저항체(Rout)의 구성 및 각각의 접점(306, 307, 308)의 위치는 도 3a의 예와 같다.

전술한 바와 같이, 기판(301)의 2개의 면을 이용해서 발열 저항체를 구성할 수도 있어, 상기한 대칭성 및 급전용 전극의 배치에 관한 조건을 충족시키면서 설계의 자유도를 향상시킨다.

또한, 도 9e에 도시된 바와 같이, 외측 발열 저항체(Rout)의 전기적 단부(Ea, Ed) 및 내측 발열 저항체(Rin)의 전기적 단부(Eb, Ec)에 각각 개별적으로 접속되는 4개의 급전용 전극을 설치할 수도 있다. 보다 구체적으로, 정착 필름(143)의 착탈을 쉽게 한다는 관점에서, 접점(308)을 공통 전극에 접속하는 것이 필수적인 것은 아니지만, 도 9e에 도시한 바와 같이 접점(308)은 2개의 접점(308A, 308B)으로 분할될 수도 있다.

본 발명이 예시적인 실시 형태를 참조하여 기술되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시 형태에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 아래의 특허청구범위의 범주는 모든 변경, 등가 구조 및 기능을 포함하도록 최광의의 해석과 일치하여야 한다.

본 출원은 2011년 4월 19일 출원되어, 본 명세서에서 그 전체가 참조로 인용되는 일본 특허 출원 제2011-092972호의 우선권을 주장한다.

Claims (8)

1. 정착 필름을 통해 시트 상의 토너 상(toner image)을 가열하는 가열 장치이며,
   상기 정착 필름의 반송 방향에 직교하는 기판의 제1 방향이 길이 방향이 되도록 배치된 기판;
   상기 기판의 상기 제1 방향으로 배치된 하나 이상의 발열 저항체에 의해 형성된 제1 발열 부재; 및
   상기 기판의 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 기준 위치로부터 상기 하나 이상의 발열 저항체보다 멀리 배치된 복수의 발열 저항체에 의해 형성된 제2 발열 부재를 포함하고,
   상기 제1 발열 부재와 상기 제2 발열 부재는 독립적으로 열을 발생시키고, 상기 제1 발열 부재에 접속된 급전용 전극과 상기 제2 발열 부재에 접속된 급전용 전극은 모두 상기 길이 방향으로 상기 기판의 일 단부에 배치되고,
   상기 제1 방향으로의 상기 기판의 타 단부에 위치하는, 상기 제1 발열 부재의 단부와 상기 제2 발열 부재의 단부는, 서로 도전되지 않도록 구성되고,
   상기 제2 발열 부재에서, 상기 제1 방향으로의 상기 기판의 타 단부에 위치하는 2개의 발열 저항체의 단부는 서로 도전되는, 가열 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 발열 부재의 각각은, 상기 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭인 2개의 발열 저항체가 쌍으로 배치되어 이루어지고,
   상기 제1 발열 부재에서는, 상기 제1 방향으로의 상기 기판의 타 단부에 위치하는 2개의 발열 저항체의 단부가 서로 도전되는, 가열 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 발열 부재에 접속된 급전용 전극 중 하나와, 상기 제2 발열 부재에 접속된 급전용 전극 중 하나가 공통 전극을 형성하는, 가열 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 발열 부재의 각각은 상기 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭인 부분에서 동일한 발열량을 생성하는, 가열 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 발열 부재와, 상기 제1 및 제2 발열 부재에 접속된 급전용 전극 간의 도전 경로는, 상기 급전용 전극으로부터 볼 때 상기 기판의 평면 방향에 있어서 상기 기판의 동일한 미리 결정된 측의 영역을 피하는 방식으로 확보되는, 가열 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 발열 부재는 미리 정해진 상기 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭되는 방식으로 배치된, 가열 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2 발열 부재는 상기 기준 위치에 대하여 실질적으로 대칭되는 방식으로 배치된, 가열 장치.

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