KR101820099B1 - 저항 발열체, 이를 채용한 가열 부재, 및 정착 장치 - Google Patents

저항 발열체, 이를 채용한 가열 부재, 및 정착 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 저항 발열체는 정성 온도 계수를 갖는 PTC 저항 발열층과, PTC 저항 발열층과 전기적으로 연결되며 부성 온도 계수를 갖는 NTC 저항 발열층;을 포함한다.

Description

저항 발열체, 이를 채용한 가열 부재, 및 정착 장치{resistive heat generating material, heating member and fusing device adopting the same}
저항 발열체, 이를 채용한 가열 부재 및 정착 장치가 개시된다.
저항 발열체의 온도 변화에 따른 전기 저항값의 상대적 변화를 전기저항온도계수(temperature coefficient of electrical resistance)로 정의한다. 온도 증가에 따라 저항이 감소하는 경우 저항 발열체는 부성온도계수(NTC: negative temperature coefficient)의 경향을 보인다고 하며, 반대의 경우 정성저항계수(PTC: positive temperature coefficient) 경향을 보인다고 한다. 대부분의 물질은 PTC-경향을 보이지만 나노 복합소재의 경우, 매트릭스의 물성과 필러의 조합에 따라 NTC-경향을 보이기도 한다.
저항 발열체는 다양한 적용예를 보이며, 예를 들어 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치에 적용될 수 있다. 전자사진방식 화상형성장치는, 화상수용체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 화상수용체 상에 가시적인 토너화상을 형성하고, 이 토너화상을 기록매체로 전사한 후, 전사된 토너화상을 기록매체에 정착시킨다. 토너는 베이스 레진에 착색제를 비롯한 다양한 기능성 첨가물을 첨가하여 제조된다. 정착과정은 토너에 열과 압력을 가하는 과정을 수반한다. 전자사진방식 화상형성장치에서 소비되는 에너지 중 상당한 에너지가 정착과정에서 소비된다. 저항 발열체는 토너에 열을 가하기 위한 발열 수단으로서 채용될 수 있다. 화상형성장치의 정착장치에서 초기 승온시 저항변화가 클 경우, 인가전력이 짧은 시간 내에 급격히 변하게 되어 온도제어가 어려워져 과열(over heating)이 발생할 수 있고, 이런 과열은 저항발열체의 내구성을 저하하는 하나의 원인이 될 수 있다.
승온시에 저항 변화가 작은 저항 발열체, 및 이를 채용한 가열부재 및 정착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
빠른 승온이 가능하고, 내구성을 확보할 수 있는 저항 발열체, 및 이를 채용한 가열부재 및 정착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 저항 발열체는, 정성 온도 계수를 갖는 PTC 저항 발열층; 상기 PTC 저항 발열층과 전기적으로 연결되며, 부성 온도 계수를 갖는 NTC 저항 발열층;을 포함한다.
상기 PTC 저항 발열층은 제1베이스 폴리머와, 상기 제1베이스 폴리머에 분산되어 제1전도성 네트워크를 형성하는 제1전기 전도성 필러를 포함하며, 상기 NTC 저항 발열층은 제2베이스 폴리머와, 상기 제2베이스 폴리머에 분산되어 제2전도성 네트워크를 형성하는 제2전기 전도성 필러를 포함할 수 있다.
제1전기 전도성 필러의 종횡비는 10 이내이며, 상기 제2전기 전도성 필러의 종횡비는 10 이상일 수 있다.
상기 PTC 저항 발열층의 온도에 따른 저항 변화율은 10% 이상일 수 있다. 상기 NTC 저항 발열층의 온도에 따른 저항 변화율은 10% 이상일 수 있다.
상기 저항 발열체는 상기 저항 발열체에 전류를 공급하는 입력 전극과 출력 전극을 더 구비하며, 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층의 전기적 연결 구조는, 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층이 적층되는 구조와, 섬 형태의 제1, 제2PTC 저항 발열층의 상부와 사이에 상기 NTC 저항 발열층이 위치되는 구조와, 상기 섬 형태의 제1, 제2PTC 저항 발열층 사이에 상기 NTC 저항 발열층이 위치되는 구조 중 어느 한 구조이며, 상기 저항 발열체와 상기 입력 전극 및 상기 출력 전극과의 연결 구조는, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 상기 PTC 저항 발열층에 연결된 구조, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 상기 NTC 저항 발열층에 연결된 구조, 상기 입력 전극이 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층 중 어느 한 층에 연결되고 상기 출력 전극이 다른 한 층에 연결된 구조 중 어느 한 구조일 수 있다.
상기 PTC 저항 발열층의 저항의 상기 NTC 저항 발열층의 저항에 대한 저항 비는 상기 저항 발열체의 저항 변화율이 ±40% 이내가 되도록 결정될 수 있다.
상기 저항 발열체는 상기 저항 발열체에 전류를 공급하는 입력 전극과 출력 전극을 더 구비하며, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극은 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층 중 저항이 높은 층에 연결될 수 있다.
상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 연결되지 않은 층의 저항 변화율은 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 연결된 층의 저항 변화율보다 작을 수 있다.
상기 입력 전극과 상기 출력 전극은 상기 PTC 저항 발열층에 연결되며, 상기 PTC 저항 발열층의 저항의 상기 NTC 저항 발열층의 저항에 대한 비는 2 이상일 수 있으며, 4~6일 수 있다.
상기 NTC 저항 발열층과 상기 PTC 저항 발열층은 서로 적층되며, 상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 클 수 있다.
상기 PTC 저항 발열층은 서로 이격된 제1, 제2PTC 저항 발열층을 포함하며, 상기 NTC 저항 발열층은 상기 제1, 제2PTC 저항 발열층의 위 및 사이에 위치되며, 상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 클 수 있다.
상기 PTC 저항 발열층은 서로 이격된 제1, 제2PTC 저항 발열층을 포함하며, 상기 NTC 저항 발열층은 상기 제1, 제2PTC 저항 발열층 사이에 위치되며, 상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 클 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가열 부재는, 기재; 상기 기재 상에 형성되는 입력 전극 및 출력 전극; 상기 입력 전극 및 상기 출력 전극을 통하여 공급되는 전류에 의하여 열을 발생시키는 것으로서, 상술한 저항 발열체;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가열 부재는, 기재; 상기 기재 상에 형성되는 입력 전극 및 출력 전극; 상기 입력 전극 및 상기 출력 전극을 통하여 공급되는 전류에 의하여 열을 발생시키는 것으로서, 베이스 폴리머에 입자형 전기 전도성 필러와 선형 전기 전도성 필러가 분산된 형태의 저항 발열체;를 포함한다.
상기 기재는 중공 파이프 형상일 수 있으며, 벨트 형상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 정착 장치는, 상술한 가열 부재와, 상기 가열 부재와 대면되어 정착닙을 형성하는 닙 형성 부재를 포함한다.
상술한 저항 발열체, 가열 부재, 및 정착 장치의 실시예들에 따르면, 승온 시의 저항 변화율을 소망하는 범위로 조절할 수 있어, 승온 과정에서의 전력 제어가 용이하고 과열을 방지할 수 있다. 또한, 빠른 승온이 가능하며 내구성이 좋은 저항 발열체, 가열 부재, 및 정착 장치의 구현이 가능하다.
도 1은 저항 발열체의 NTC특성과 PTC특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 저항 변화율을 목표하는 범위 내로 조절하는 개념을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 발열체로서, 복합 방식의 저항 발열체를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 방식의 저항 발열체의 일 실시예의 온도에 따른 저항 변화율을 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5d는 저항 발열체의 적층 구조 및 전극 위치의 예들을 보여주는 도면들이다.
도 6은 도 5a 내지 도 5d에 도시된 저항 발열체의 적층 구조 및 전극 위치의 예들에 대하여 저항비가 5.2인 경우의 온도에 따른 저항 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 5a 내지 도 5d에 도시된 저항 발열체의 적층 구조의 예들에 대하여는 저항비가 15.5인 경우의 온도에 따른 저항 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 8a와 도 8b는 PTC on NTC 구조와 NTC on PTC 구조에서 전류의 흐름 방향과 밀도를 보여주는 도면들이다.
도 8c는 PTC on NTC 구조와 NTC on PTC 구조에서 전류 밀도비를 보여주는 그래프이다.
도 9a와 도 9b는 NTC on PTC 구조에서 PTC 저항 발열층의 두께에 따른 전류 흐름을 보여주는 도면들이다.
도 9c는 도 9a와 도 9b에 도시된 구조에서 전류 밀도비를 보여주는 그래프이다.
도 10은 각 저항비에 따른 온도별 저항 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 11은 섬 구조의 저항 발열체의 일 예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 섬 구조의 저항 발열체에서 두께 비에 따른 온도와 저항 변화율과의 관계를 보여주는 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 도 11에 도시된 섬 구조의 저항 발열체에서 두께 비와 전극의 길이에 따른 온도와 저항 변화율과의 관계를 보여주는 그래프들이다.
도 14는 도 11에 도시된 섬 구조의 저항 발열체에서 도전 길이에 따른 온도와 저항 변화율과의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 15는 본 발명에 따른 가열 부재 및 정착 장치가 채용되는 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 정착 장치로서 롤러 방식의 정착 장치의 개략적인 단면도이다.
도 17은 발명의 일 실시예에 따른 정착 장치로서 벨트 방식의 정착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 18은 가열 부재의 일 실시예의 단면도이다.
도 19는 가열 부재의 일 실시예의 단면도이다.
도 20은 가열 부재의 일 실시예의 단면도이다.
도 21은 가열 부재의 일 실시예의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 저항 발열체 및 이를 채용한 가열부재 및 정착 장치의 실시예들에 관하여 설명한다.
본 실시예의 저항 발열체는 베이스 폴리머에 전기 전도성 필러가 분산된 폴리머 저항 발열체이다. 베이스 폴리머로서는 열적 안정성을 갖는 폴리머가 채용될 수 있다. 예를 들어, 베이스 폴리머는 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드아미드(polyimideamide), 불소계 폴리머(fluoropolymers) 등의 고내열성 폴리머일 수 있다. 불소계 폴리머는 예를 들어, PFA(perfluoroalkoxy), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylenes) 등의 퍼플루오로 엘라스토머(Perfluoroelastomer), 불화폴리에테르케톤(PEEK: flurinated polyetherketones), FEP(fluorinated ethylene prophylene) 등의 불화폴리머(fluorinated polymer) 등일 수 있다. 베이스 폴리머는 상술한 폴리머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 폴리머는 상술한 폴리머 중 어느 하나일 수 있으며, 상술한 폴리머 중 둘 이상의 혼합체(blend) 또는 복합체(copolymer) 일 수 있다. 베이스 폴리머의 경도는 저항 발열체가 적용되는 적용처에 따라 적절히 선정될 수 있다. 전기 전도성 필러로서는 예를 들어 금속계 필러와 탄소계 필러가 채용될 수 있다. 금속계 필러는 예를 들어 Ag, Ni, Cu, Fe 등의 금속 입자일 수 있다. 탄소계 필러는 예를 들어, 탄소나노튜브(CNT: carbon nanotube), 카본블랙(carbon black), 탄소나노파이버(carbon nanofiber), 그래핀(graphene), 익스팬디드 그래파이트(expanded grahite), 그래파이트 나노입자(graphite nanoplatelet), 그래파이트 옥사이드(GO: graphite oxide) 등일 수 있다. 전기 전도성 필러는 상술한 입자들을 다른 전도성 물질로 코팅한 형태일 수도 있다. 또한 전기 전도성 필러는 상술한 입자들에 전도성 물질을 도핑(doping)한 형태일 수 있다. 전기 전도성 필러는 선형(fiber type), 입자형 등 다양한 형태일 수 있다.
전기 전도성 필러는 베이스 폴리머 내부에 분산되어 전기 전도성 네트워크를 형성한다. 예를 들어, 탄소나노튜브는 그 함량에 따라서 10-4S/m 내지 100S/m 정도의 전도도를 가진 전도체 또는 저항체로 제작이 가능하다. 탄소나노튜브는 금속에 버금가는 전도도를 가지면서 밀도가 매우 낮아서 단위 부피당의 열용량(열용량 - 밀도×비열)이 일반적인 저항재료보다 3 내지 4배 정도 낮다. 이는, 탄소나노튜브를 전도성 필러로 채용하는 저항 발열체는 매우 빠른 온도변화가 가능하다는 것을 의미한다. 예를 들어, 전기 전도성 필러를 포함하는 저항 발열층체를 정착 장치용 가열부재에 적용함으로써, 인쇄 대기 상태로부터 인쇄 상태로의 전환에 걸리는 승온 시간을 줄일 수 있어 신속한 첫번째 인쇄가 가능하다. 나아가서는, 대기 상태에서 가열 부재를 예열할 필요가 거의 없어 전력소비를 줄일 수 있다.
저항 발열체는 온도가 상승됨에 따라 전기 저항이 변한다. 전기 저항의 변화는 전기 전도성 필러의 종류에 의존된다. 예를 들어 입자형(particle type) 전기 전도성 필러가 채용된 경우 저항 발열체는 정성온도계수(PTC: positive temperature coefficient) 특성을 보인다. 즉 온도가 상승함에 따라 저항 발열체의 저항이 증가된다. 선형(fiber type) 전기 전도성 필러가 채용된 경우 저항 발열체는 부성온도계수(NTC: negative temperature coefficient) 특성을 보인다. 즉, 온도가 상승함에 따라 저항 발열체의 저항이 감소된다.
예를 들어, 도 1에는 입자형 전기 전도성 필러가 채용된 경우와 선형 전기 전도성 필러가 채용된 경우에 온도에 따라 저항 발열체의 저항변화율을 측정한 결과가 도시되어 있다. 베이스 폴리머로서는 실리콘 고무의 일종인 PDMS(polydimethylsiloxane)가 채용된다. 입자형 전기 전도성 필러로서는 약 150phr의 카본 블랙이 채용된다. 선형 전기 전도성 필러로서는 약 12phr의 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT: multi-walled carbon nanotube)가 채용된다. 다중벽 탄소나노튜브의 종횡비(aspect ratio) 약 150 이상이다. 가로축은 온도, 세로축은저항 변화율이다. 저항 변화율은 각 온도에서의 저항(R)의 상온(약 25℃)에서의 저항(R0)에 대한 비(R/R0)이다. 도 1을 참조하면, 전기 전도성 필러로서 카본 블랙이 채용된 경우(C1) 저항 발열체가 약 50℃에 도달되는 동안에 저항이 급격히 증가되는 PTC특성을 보이며, 전기 전도성 필러로서 탄소나노튜브가 채용된 경우(C2)에는 저항 발열체의 온도가 약 200℃에 도달되는 동안에 저항이 약 38%까지 감소하는 NTC특성을 보인다. 도 1에는 표시되지 않았지만 탄소나노튜브의 함량을 약 15phr로 증가시킨 경우 저항 발열체의 저항은 약 58% 감소된다.
본 발명에 따른 저항 발열체는 PTC특성을 가진 저항 발열체와 NTC특성을 가진 저항 발열체를 전기적으로 연결함으로서 도 2에 도시된 바와 같이 온도 상승에 따른 저항 발열체의 저항의 변화율을 목표하는 범위 내로 조절할 수 있다.
(1) 하이브리드 구조
도 3을 참조하면, 하이브리드 구조의 저항 발열체(200)는 베이스 폴리머 내에 PTC특성을 가하기 위한 입자형 전기 전도성 필러(제1전기 전도성 필러)와 NTC특성을 가하기 위한 선형 전기 전도성 필러(제2전기 전도성 필러)를 섞어서 분산시킴으로써 형성될 수 있다. 입자형 전기 전도성 필러는 예를 들어 카본 블랙, 플러렌 등일 수 있으며, 선형 전기 전도성 필러는 예를 들어 탄소나노튜브일 수 있다. 입자형과 선형의 구별은 예를 들어 필러의 종횡비에 따를 수 있으며, 예를 들어 종횡비가 10 미만인 경우 입자형으로, 10 이상인 경우 선형으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 도 4에는 도 3에 도시된 하이브리드 구조의 저항 발열체(200)의 일 실시예의 저항 변화율을 측정한 그래프가 도시되어 있다. 하이브리드 구조의 저항 발열체(200)는 PDMS(polydimethylsiloxane)에 종횡비(aspect ratio) 약 150 이상의 다중벽 탄소나노튜브 약 0.5phr과 카본 블랙 약 150phr을 분산시킨 것이며, D1은 그 저항 변화율을 표시한다. 비교예로서, D2는 PDMS(polydimethylsiloxane)에 150 phr의 카본 블랙을 분산시킨 경우의 저항 변화율을 나타낸다. 도 4를 참조하면 하이브리드 구조의 저항 발열체(100)는 전반적으로 약한 PTC 특성을 보이며, 카본 블랙만을 첨가한 경우에 비하여 저항 변화율의 경사가 완만해진 것을 확인할 수 있다. 이는, 온도가 상승됨에 따라 베이스 폴리머가 팽창되지만 다중벽 탄소나노튜브가 카본 블랙 사이에 전도성 다리(conductive bridge) 역할을 하여 저항의 급격한 증가를 억제하기 때문인 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 입자형 전기 전도성 필러와 선형 전기 전도성 필러의 함량은 조절함으로써 관심 온도 범위 내에서 낮은 전기 저항 변화율(예를 들어 약 ±40%, 나아가서는 약 ±10%)을 가진 저항 발열체(200)를 형성할 수 있다.
(2) 적층 구조(병렬 구조)
PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)을 적층하는 구조를 고려할 수 있다. PTC 저항 발열층(P10)은 베이스 폴리머(제1베이스 폴리머)와, 이에 분산되어 전도성 네트워크(제1전도성 네트 워크)를 형성하는 입자형 전기 전도성 필러(제1전기 전도성 필러)를 포함할 수 있다. NTC 저항 발열층(N10)은 베이스 폴리머(제2베이스 폴리머)와, 이에 분산되어 전도성 네트워크(제2전도성 네트 워크)를 형성하는 선형 전기 전도성 필러(제2전기 전도성 필러)를 포함할 수 있다.
적층 구조의 저항 발열체(210)를 전류 경로(current path)의 관점에서 보면 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)이 병렬 연결된 구조로 이해될 수 있다. 도 5a 내지 도 5d는 적층 구조의 예와 그에 대응되는 전기 회로 및 합성 저항이 도시되어 있다. PTC 저항 발열층(P10)은 PDMS(polydimethylsiloxane)에 카본 블랙 약 150phr를 분산한 것이며, NTC 저항 발열층(N10)은 PDMS(polydimethylsiloxane)에 종횡비(aspect ratio) 약 150 이상의 다중벽 탄소나노튜브 약 12phr을 분산한 것이다.
도 5a는 NTC 저항 발열층(N10) 상에 PTC 저항 발열층(P10)이 적층된 구조(PTC on NTC)이다. 전극(201)(202)은 NTC 저항 발열층(N10)에 연결된다. 이 경우 등가 전기 회로(NTC to NTC)는 도 5a에 표시된 바와 같다. Vin과 Vout은 각각 입력 전압과 출력전압을 말한다. 합성 저항은 아래의 식으로 표시될 수 있다.
Figure 112013005310940-pat00001
RP는 PTC 저항 발열층(P10)의 저항, RN은 NTC 저항 발열층(N10)의 저항, RI는 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10) 사이의 계면 저항, RT는 저항 발열체(210)의 합성 저항을 나타낸다.
도 5b는 NTC 저항 발열층(N10) 상에 PTC 저항 발열층(P10)이 적층된 구조(PTC on NTC)이며, 전극(201)(202)이 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10)에 각각 연결된다. 이 경우 등가 전기 회로(NTC to PTC)는 도 5b에 표시된 바와 같다. 합성 저항(RT)은 아래의 식으로 표시될 수 있다.
Figure 112013005310940-pat00002
도 5c는 PTC 저항 발열층(P10) 상에 NTC 저항 발열층(N10)이 적층된 구조(PTC on NTC)이며, 전극(201)(202)이 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10)에 각각 연결된다. 이 경우 등가 전기 회로(PTC to NTC)는 도 5c에 표시된 바와 같다. 합성 저항(RT)은 아래의 식으로 표시될 수 있다.
Figure 112013005310940-pat00003
도 5d는 PTC 저항 발열층(P10) 상에 NTC 저항 발열층(N10)이 적층된 구조(PTC on NTC)이며, 전극(201)(202)이 PTC 저항 발열층(P10)에 연결된다. 이 경우 등가 전기 회로(PTC to PTC)는 도 5d에 표시된 바와 같다. 합성 저항(RT)은 아래의 식으로 표시될 수 있다.
Figure 112013005310940-pat00004
도 5b와 도 5c를 비교하면 두 경우에 합성 저항(RT)가 동일하다. 그러므로 두 경우의 온도에 따른 저항 변화율은 거의 동일할 것으로 예상된다. 도 5a 및 도 5d와 도 5b 및 도 5c를 비교하면, 도 5a 및 도 5d의 구조가 도 5b 및 도 5c의 구조보다 합성 저항(RT)가 더 크다는 것을 알 수 있다.
PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)의 저항을 측정한 결과 동일한 크기에서 PTC 저항 발열층(P10)의 저항이 더 크다. 예를 들어 18.8mm × 5.0mm × 0.97mm 크기의 시편의 저항을 측정한 결과, RP = 131.0Ω, RN = 34.1Ω으로서 PTC 저항 발열층(P10)의 저항이 NTC 저항 발열층(N10)의 저항의 약 4배 정도이다. 그러므로, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 구조에서 전체 합성 저항(RT)의 변화율은 PTC 저항 발열층(P10)의 저항 변화율에 주로 의존될 것으로 예상할 수 있다.
도 6과 도 7은 도 5a 내지 도 5d에 도시된 적층 구조의 저항 발열체(210)에 대하여 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)의 두께비(TP/TN)와 저항비(RP/RN)에 따른 저항 변화율을 측정한 결과를 도시한 그래프들이다. 도 6은 NTC 저항 발열층(N10)의 두께(TN)와 PTC 저항 발열층(P10)의 두께(TP)를 각각 0.5mm, 0.43mm로 한 경우의 저항 변화율을 표시한 것이다. 이때의 두께 비(TP/TN)는 약 0.86이며, 저항 비(RP/RN)는 약 5.2이다. 도 7은 NTC 저항 발열층(N10)의 두께와 PTC 저항 발열층(P10)의 두께를 각각 0.7mm, 0.2mm로 한 경우의 저항 변화율을 표시한 것이다. 이때의 두께 비(TP/TN)는 약 0.29이며, 저항 비(RP/RN)는 약 15.5이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 적층 구조들의 저항 변화율은 온도가 상온(25℃)에서 약 200℃까지 변하는 동안에 거의 NTC 특성을 보인다. 또 PTC on NTC(NTC to PTC)구조와 NTC on PTC(PTC to NTC)구조의 경우 저항 변화율이 서로 유사하나, NTC on PTC(PTC to PTC)구조와 PTC on NTC(NTC to NTC)구조를 비교하면 NTC on PTC(PTC to PTC)구조의 저항 변화율이 더 작다.
도 8a와 도 8b에는 도 5a와 도 5d에 도시된 PTC on NTC(NTC to NTC)구조와 NTC on PTC(PTC to PTC)구조에서 주어진 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10)의 두께에 대하여 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10)을 통한 전류 흐름을 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. NTC 저항 발열층(N10)의 두께는 약 0.5mm 이며, PTC 저항 발열층(P10)의 두께는 약 0.43mm이다. 도 8c는 두 경우 PTC 저항 발열층(P10)으로 흐르는 전류의 NTC 저항 발열층(N10)으로 흐르는 전류에 대한 밀도비(전류 밀도비: current density ratio)를 도시한 그래프이다. 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 동일한 조건, 즉 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10)의 두께가 주어진 경우에 전극(201)(202)이 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10) 중 어디에 접촉되는지에 따라서 전류 밀도비가 달라짐을 알 수 있다. 도 8c를 참조하면, 전극(201)(202)이 PTC 저항 발열층(P10)에 접촉된 경우, 즉 전류 경로가 PTC to PTC인 경우에 전류 밀도비가 더 커진다는 것을 확인할 수 있다. 이는 NTC on PTC(PTC to PTC)구조가 PTC on NTC(NTC to NTC)구조에 비하여 PTC 저항 발열층(P10)으로 더 많은 전류가 흐른다는 것을 의미하며, 이에 의하여 저항 발열체(210)의 저항 변화율을 더 용이하게 조절할 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
도 9a와 도 9b에는 도 5d에 도시된 NTC on PTC(PTC to PTC)구조에서 주어진 NTC 저항 발열층(N10)의 두께에 대하여 PTC 저항 발열층(P10)의 두께를 변경한 경우의 전류 흐름을 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. NTC 저항 발열층(N10)의 두께는 약 0.5mm 이다. 도 9a와 도 9b에서 PTC 저항 발열층(P10)의 두께는 각각 약 0.5mm와 약 0.2mm 이다. 도 9c는 두 경우 PTC 저항 발열층(P10)으로 흐르는 전류의 NTC 저항 발열층(N10)으로 흐르는 전류에 대한 밀도비(전류 밀도비: current density ratio)이다. 도 9a 내지 도 9c를 참조하면 PTC 저항 발열층(P10)의 두께가 증가할수록 PTC 저항 발열층(P10) 내부로 흐르는 전류 밀도가 증가됨을 알 수 있다. 즉, NTC 저항 발열층(N10)의 두께를 고정하고, PTC 저항 발열층(P10)의 두께를 변경함으로써 각 발열층으로 흐르는 전류 밀도비를 조절할 수 있다. 이는 전류 밀도비를 조절함으로써 저항 발열체(210)의 저항 변화율을 조절할 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
아래 표 1은 NTC on PTC(PTC to PTC)구조(도 5a)와 PTC on NTC(NTC to NTC)구조(도 5d)에 대하여 온도가 상온에서 200℃까지 올라가는 동안의 저항 변화율을 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)의 저항 비(RP/RN)를 달리하면서 측정한 결과를 정리한 것이다. 본 실시예에서는 두께 비(TP/TN)를 다르게 함으로써 다른 저항 비(RP/RN)를 가진 저항 발열체(210)를 형성한다. 표 1을 참조하면, 저항 비(RP/RN) 및 전류 경로를 적절히 선정함으로써 ±10% 이내의 저항 변화율을 갖는 저항 발열체(210)를 형성할 수 있다.
두께 비(TP/TN) 0.86 0.29
저항 비(RP/RN) 5.2 15.5
적층 구조 PTC on NTC NTC on PTC PTC on NTC NTC on PTC
전류 경로 NTC to NTC PTC to PTC NTC to NTC PTC to PTC
저항 변화율 -38% +0.8% -48.6% -8.8%
상술한 실험 결과로부터 다음의 조건을 확인할 수 있다.
첫째, 온도에 따른 적층 구조의 저항 발열체(210)의 저항 변화율을 작게 하기 위하여는, 전극(201)(202)은 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10) 중에서 저항이 더 큰 쪽에 연결되는 것이 유리하며, 더 많은 전류가 흐르는 쪽의 저항 변화율이 더 작은 것이 유리하다. 예를 들어, 아래 표 2에 정리된 바와 같이 4 가지 경우를 고려할 수 있다. case 2의 경우, 전극(201)(202)이 상대적으로 저항이 큰 PTC 저항 발열층(P10)에 형성되어 상대적으로 저항이 작은 NTC 저항 발열층(N10)으로 더 많은 전류가 흐르는데, NTC 저항 발열층(N10)의 저항 변화율이 크기 때문에 전체적으로 큰 저항 변화율을 보인다. 마찬가지로, case 3의 경우, 전극(201)(202)이 상대적으로 저항이 큰 NTC 저항 발열층(N10)에 형성되어 상대적으로 저항이 작은 PTC 저항 발열층(P10)으로 더 많은 전류가 흐르는데, PTC 저항 발열층(P10)의 저항 변화율이 크기 때문에 전체적으로 큰 저항 변화율을 보인다. 그러므로 case 1 또는 case 2의 조합이 적층 구조의 저항 발열체(210)의 저항 변화율을 낮추는데 유리하다.
저항 변화율 저항 전극 위치
NTC PTC NTC PTC
case 1 > > N
case 2 > < P
case 3 < > N
case 4 < < P
둘째, 적층 구조에서 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)의 저항 비(RP/RN)을 조절함으로써 적층 구조의 저항 발열체(210)의 온도에 따른 저항 변화율을 목표로 하는 범위, 예를 들어 40% 이내, 나아가서는 10% 이내로 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. 저항 비(RP/RN)는 두께 비(TP/TN)의 조절에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 저항 비(RP/RN)는 전기 전도성 필러의 종류와 함량을 조절함으로써 조절될 수도 있다. 저항 발열체(210)의 기계적 특성은 전기 전도성 필러의 종류와 함량에 영향을 받는다. 따라서, 저항 발열체(210)에 포함될 수 있는 전기 전도성 필러의 함량은 제한적이며, 이 경우에 두께 비(TP/TN)를 조절하는 것이 유용할 수 있다.
셋째, 저항 변화율을 줄이는 관점에서 NTC on PTC(PTC to PTC)구조가 유리하다. 즉, 저항 변화율을 줄이기 위하여 전극(201)(202)은 PTC 저항 발열층(P10)에 접촉되는 것이 유리하다.
저항 발열체(210)의 저항 변화율은 상온으로부터 약 50℃ 구간에서의 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)의 저항 변화율에 주로 영향을 받는다. 도 1을 참조하면 PTC 저항 발열층(P10)의 경우 상온으로부터 약 50℃ 구간에서 저항 변화율이 급격히 상승하며, NTC 저항 발열층(N10)의 경우 약 50℃ 이상 온도 구간에서는 저항 변화율이 약 15% 이하의 수준이다. 그러므로, 상온에서 약 50℃ 구간에서 저항 발열체(210)의 저항 변화율이 목표로 하는 범위 이내가 되도록 저항 비(RP/RN)를 조절함으로써 목표로 하는 온도 영역에서의 저항 변화율을 작게 유지할 수 있다.
예를 들어, 도 10에는 온도에 따른 저항 비(RP/RN)와 저항 발열체(210)의 저항 변화율과의 관계의 일 예를 도시한 그래프가 도시되어 있다. PTC 저항 발열층(P10)은 PDMS(polydimethylsiloxane)에 카본 블랙 약 150phr를 분산한 것이며, NTC 저항 발열층(N10)은 PDMS(polydimethylsiloxane)에 종횡비(aspect ratio) 약 150 이상의 다중벽 탄소나노튜브 약 12phr을 분산한 것이다. 30℃, 35℃, 40℃, 48℃에서 저항 발열체(210)의 저항 변화율이 예를 들어 약 10% 이내 또는 약 40% 이내가 되는 저항 비(RP/RN)의 범위를 결정할 수 있다. 결정된 저항 비(RP/RN)의 범위를 만족하도록 두께 비(TP/TN) 또는 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)에 분산되는 전기 전도성 필러의 종류 및/또는 함량을 결정할 수 있다. 도 1을 참조하면 알 수 있는 바와 같이 일반적으로 제조되는 PTC 저항 발열층(P10)의 저항은 NTC 저항 발열층(N10)의 저항보다 크다. 따라서, 예를 들어 40% 이하의 저항 변화율을 갖는 적층 구조의 저항 발열체(210)를 구현하기 위하여 저항 비(RP/RN)을 2 이상으로 할 수 있으며, 나아가서 저항 비(RP/RN)는 4~6 정도로 할 수 있다.
(3) 섬 구조
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 구조의 저항 발열체의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예의 저항 발열체(220)는 적층 구조의 일 변형예로서 PTC 저항 발열층(P10) 또는 NTC 저항 발열층(N10)이 섬(island) 형태로 배치된 구조이다. 본 실시예에서의 저항 발열체(220)는 NTC on PTC 구조로서 제, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)이 섬 형태로 배치된 구조이다. NTC 저항 발열층(N10)은 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2) 사이 및 위에 형성된다. 전극(201)(202)은 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)의 노출된 면에 각각 접촉된다. 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1P(P10-2)은 동일한 물질일 수 있다. 즉, 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)는 동일한 베이스 폴리머에 입자형 전기 전도성 필러를 동일한 함량만큼 분산시킨 것일 수 있다.
상술한 구조의 저항 발열체(220)에도 전술한 논의가 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 온도에 따른 저항 발열체(220)의 저항 변화율을 작게 하기 위하여는, 전극(201)(202)은 NTC 저항 발열층(N10)과 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2) 중에서 저항이 더 큰 쪽에 연결되는 것이 유리하며, 더 많은 전류가 흐르는 쪽의 저항 변화율이 더 작은 것이 유리하다. 또한, 제1,제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)과 NTC 저항 발열층(N10)의 저항 비(RP/RN)를 조절함으로써 저항 발열체(220)의 온도에 따른 저항 변화율을 목표로 하는 범위, 예를 들어 40% 이내, 나아가서는 10% 이내로 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 12는 두께 비(TP/TN)가 각각 0.35, 1.42인 경우에 온도에 따른 저항 발열체(220)의 저항 변화율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 제, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)은 PDMS(polydimethylsiloxane)에 카본 블랙 약 150phr를 분산한 것이며, NTC 저항 발열층(N10)은 PDMS(polydimethylsiloxane)에 종횡비(aspect ratio) 약 150 이상의 다중벽 탄소나노튜브 약 12phr을 분산한 것이다. 도 12를 보면, 두께 비(TP/TN)에 따라서 저항 변화율이 달라진다. 두께 비(TP/TN)를 변화시킴으로써 저항 비(RP/RN)를 변화시킬 수 있으므로, 저항 비(RP/RN)를 조절함으로써 목표로 하는 저항 변화율을 갖는 섬 구조의 저항 발열체(220)를 형성할 수 있다.
도 13a는 두께 비(TP/TN)가 0.35인 섬 구조의 저항 발열체(220)에 전극(201)(202)의 접촉길이를 4.1mm로 한 경우와 2.8mm로 한 경우의 저항 변화율을 나타낸 그래프이다. 도 13b는 두께 비(TP/TN)가 0.91인 섬 구조의 저항 발열체(200)에 전극(201)(202)의 접촉길이를 6.0mm로 한 경우와 4.1mm로 한 경우의 저항 변화율을 나타낸 그래프이다. 도 13c는 두께 비(TP/TN)가 1.42인 섬 구조의 저항 발열체(220)에 전극(201)(202)의 접촉길이를 10.0mm로 한 경우와 4.1mm로 한 경우의 저항 변화율을 나타낸 그래프이다. 도 13a, 도 13b, 및 도 13c에 도시된 바와 같이 섬 구조의 저항 발열체(220)는 전극(201)(202)의 접촉길이를 변경하여 저항 변화율을 목표로 하는 범위 이내로 조절할 수도 있다.
도 14는 두께 비(TP/TN)가 1.42인 섬 구조의 저항 발열체(220)에 전극(201)(202) 사이의 거리(L)를 각각 32.6mm, 20.8mm, 13.3mm로 한 경우의 저항 변화율을 나타낸 그래프이다. 각각의 경우, 저항 변화율과 상온에서 180℃까지의 승온시간을 정리하면 표 3과 같다. 도 14 및 표 3에 개시된 바와 같이, 섬 구조의 저항 발열체(220)는 전극(201)(202) 사이의 거리(L), 즉 도전 길이(conducting length)를 조절하여 저항 변화율을 조절할 수도 있다.
도전 길이(mm) 32.6 20.8 13.3
초기 저항(Ω) 47.8 39.4 33.8
저항 변화율(%) -8.2 +3 +3
승온시간(초) 50 18 10
상술한 바와 같이 각각의 저항 변화율이 ±40% 또는 ±10%를 넘는 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)을 조합함으로써 저항 변화율이 ±40% 또는 ±10% 이내인 저항 발열체(210)(220)를 구현할 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 가열 부재 및 정착 장치가 채용되는 전자사진방식 화상형성장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 15를 보면, 전자사진 프로세스에 의하여 기록매체에 화상을 인쇄하는 인쇄유닛(100)과 정착 장치(300)가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 화상형성장치는 건식 현상제(이하, 토너라 한다.)를 사용하여 칼라화상을 인쇄하는 건식 전자사진방식 화상형성장치이다.
인쇄유닛(100)은 노광기(30), 현상기(10), 전사유닛을 구비한다. 본 실시예의 인쇄유닛(100)은 칼라 화상을 인쇄하기 위하여 서로 다른 색상의 토너, 예를 들면 시안(C:cyab), 마젠타(M:magenta), 옐로우(Y:yellow), 블랙(K:black) 색상의 토너가 각각 수용된 4개의 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)와, 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에 대응되는 4개의 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)를 구비한다.
현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)는 정전잠상이 형성되는 화상수용체인 감광드럼(11)과 정전잠상을 현상시키기 위한 현상롤러(12)를 각각 구비한다. 대전롤러(13)에는 감광드럼(11)의 외주를 균일한 전위로　대전시키기 위하여 대전바이어스가 인가된다. 대전롤러(13) 대신에 코로나 방전기(미도시)가 채용될 수도 있다. 현상롤러(12)는 그 외주에 토너를 부착시켜 감광드럼(11)으로 공급한다. 현상롤러(12)에는 토너를 감광드럼(11)으로 공급하기 위한 현상바이어스가 인가된다. 도시되지는 않았지만, 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에는 그 내부에 수용된 토너를 현상롤러(12)로 부착시키는 공급롤러, 현상롤러(12)에 부착된 토너의 양을 규제하는 규제수단, 그 내부에 수용된 토너를 공급롤러 및/또는 현상롤러(12) 쪽을 이송시키는 교반기(미도시) 등을 더 설치될 수 있다. 또한, 역시 도시되지는 않았지만, 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)에는 대전 전에 감광드럼(11)의 외주에 묻은 토너를 제거하는 클리닝 블레이드와, 제거된 토너를 수용하기 위한 수용공간에 마련될 수 있다.
일 예로서, 전사유닛은 기록매체반송벨트(20)와 4개의 전사롤러(40)를 포함할 수 있다. 기록매체반송롤러(20)는 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 외부로 노출된 감광드럼(11)의 외주면과 대면된다. 기록매체반송벨트(20)는 다수의 지지롤러들(21)(22)(23)(24)에 의해 지지되어 순환주행된다. 본 실시예의 기록매체반송벨트(20)는 수직방향으로 설치된다. 4개의 전사롤러(40)는 기록매체반송벨트(20)를 사이에 두고 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)과 대면되는 위치에 배치된다. 전사롤러(40)에는 전사바이어스가 인가된다. 각 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)는 시안(C:cyab), 마젠타(M:magenta), 옐로우(Y:yellow), 블랙(K:black) 색상의 화상정보에 대응되는 광을 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)으로 주사한다. 본 실시예에서는 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)로서 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 LSU(laser scanning unit)가 채용된다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 칼라화상형성과정을 설명한다.
각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(12)은 대전롤러(13)에 인가된 대전바이어스에 의하여 균일한 전위로 대전된다. 4개의 노광기(30C, 30M, 30Y, 30K)은 각각 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 색상의 화상정보에 대응되는 광을 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)으로 주사하여 정전잠상을 형성시킨다. 현상롤러(12)에는 현상바이어스가 인가된다. 그러면 현상롤러(12)의 외주에 부착된 토너가 정전잠상으로 부착되어 각 현상기(10C, 10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)에 각각 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 색상의 토너화상이 형성된다.
토너를 최종적으로 수용하는 매체, 예를 들면 기록매체(P)는 픽업롤러(121)에 의하여 카세트(120)로부터 인출된다. 기록매체는 이송롤러(122)에 의하여 기록매체반송벨트(20)로 인입된다. 기록매체(P)는 정전기적인 힘에 의하여 기록매체반송벨트(20)의 표면에 부착되어 기록매체반송벨트(20)의 주행선속도와 동일한 속도로 이송된다.
예를 들면, 현상기(10C)의 감광드럼(11)의 외주면에 형성된 시안(C)색상의 토너화상의 선단이 전사롤러(40)와 대면된 전사닙으로 도달되는 시점에 맞추어 기록매체(P)의 선단이 전사닙에 도달된다. 전사롤러(40)에 전사바이어스가 인가되면 감광드럼(11)에 형성된 토너화상은 기록매체(P)로 전사된다. 기록매체(P)가 이송됨에 따라 현상기(10M, 10Y, 10K)의 감광드럼(11)들에 형성된 마젠타(M), 옐로우(Y), 블랙(K) 색상의 토너화상은 순차적으로 기록매체(P)에 중첩 전사되어, 기록매체(P)에는 칼라 토너화상이 형성된다.
기록매체(P)에 전사된 칼라 토너화상은 정전기적인 힘에 의하여 기록매체(P)의 표면에 유지된다. 정착 장치(300)는 열과 압력을 이용하여 칼라토너화상을 기록매체(P)에 정착시킨다. 정착이 완료된 기록매체(P)는 배출롤러(123)에 의하여 화상형성장치 밖으로 배출된다.
화상형성을 위하여는 정착 장치(300)가 소정의 정착온도에 근접한 온도로 가열되어야 한다. 가열에 소요되는 시간을 줄일수록 인쇄를 명령이 수신된 후에 첫 페이지가 인쇄되어 나오기까지의 시간이 짧아지게 된다. 일반적으로, 전자사진방식 화상형성장치에서, 정착 장치(300)는 인쇄를 수행할 경우에만 가열되고 대기시간에는 작동할 필요가 없다. 그러나, 인쇄를 다시 시작할 경우 정착 장치(300)를 가열하는데 다시 시간이 필요하다. 다시 인쇄를 수행하기까지의 소요시간을 줄이기 위하여 정착 장치(300)는 대기모드 시에도 일정 온도를 유지하도록 제어될 수 있다. 대기모드 시 예열온도는 예를 들어 약 120~180℃정도일 수 있다. 정착 장치(300)의 온도를 인쇄를 수행할 수 있는 온도까지 승온시키는 데에 소요되는 시간이 충분히 짧아질 수 있다면, 대기모드 시의 예열이 필요없게 되며 정착 장치(300)에서 소비되는 에너지를 줄일 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 정착 장치(300)의 일 구성도이다. 도 15에 도시된 정착 장치는 롤러 형태의 가열 부재를 채용하는 롤러 방식 정착 장치이다. 도 16을 보면, 정착 장치(300)는 가열 부재(310)와, 이와 대면되어 정착닙(301)을 형성하는 닙형성 유닛을 포함한다. 닙 형성 유닛은 가열 부재(310)과 대면된 가압 부재(320)를 포함한다. 가열 부재(310)와 가압 부재(320)는 도시되지 않은 바이어스 수단, 예를 들면 스프링에 의하여 서로 맞물리는 방향으로 바이어스된다. 일 예로서, 가압 부재(320)는 금속 지지체(321)에 탄성층(322)이 형성된 롤러 형태이다. 가압 부재(320)의 탄성층(322)이 일부 변형됨으로써 가열 부재(310)로부터 기록매체(P) 상의 토너로의 열전달이 이루어지는 정착 닙(301)이 형성된다. 가열 부재(310)는 전체적으로 롤러 형상으로서, 전자사진방식 화상형성장치의 정착 장치(300)에 적용되는 이러한 형태의 가열 부재(310)를 통상 정착 롤러라 칭한다.
도 17에는 본 발명에 따른 정착 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 17에 도시된 정착 장치(300)는 벨트 형상의 기재(311)를 구비하는 가열 부재(310)를 채용한 점에서 도 15에 도시된 정착 장치(300)와 차이가 있다. 이러한 형태의 가열 부재(310)가 정착장치(300)에 적용되는 경우에 통상 정착벨트라 칭한다. 도 17을 보면, 닙 형성 유닛은 가압 롤러(320)과, 폐루프를 형성하는 벨드 형태의 가열 부재(310)의 내측에 위치되는 닙 형성 부재(340)를 포함할 수 있다. 가압 부재(320)는 가열 부재(310)의 외측에 위치된다. 정착 닙(301)을 형성하기 위하여, 닙형성부재(340)와 가압 부재(320)는 가열 부재(310)를 사이에 두고 상호 맞물려 회전된다. 도시되지 않은 바이어스 수단은 닙형성부재(340) 및/또는 가압롤러(320)에 닙형성부재(340)와 가압롤러(320)가 서로 맞물리는 방향으로 탄성력을 가한다. 일 예로서, 닙형성부재(340)는 가압 롤러(320)를 향하여 가압될 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 닙형성부재(340)는 탄성을 가진 롤러형태로서 가압 부재(320)와 함께 회전되면서 가열 부재(310)를 주행시킬 수도 있다.
도 18은 도 16 및 도 17에 적용되는 가열 부재(310)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 가열 부재(310)는 저항 발열체(312)와 이를 지지하는 기재(311)를 포함할 수 있다. 저항 발열체(312)의 외주에는 이형층(314)이 더 형성될 수 있다. 저항 발열체(312)와 이형층(314) 사이에는 충분한 정착 닙(301)을 확보하기 위하여 탄성층(313)이 더 마련될 수 있다. 탄성층(313)은 예를 들어 베이스 폴리머 및/또는 이형층(314)과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
기재(311)의 재료로서는 예를 들어 폴리이미드(polyimide), 폴리이미드아미드(polyimideamide), 불소계(fluoropolymers) 폴리머 등의 폴리머계 재료, 또는 금속계 재료가 이용될 수 있다. 여기서, 불소계 폴리머는 불화폴리에테르케톤(PEEK: flurinated polyetherketones), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylenes), PFA(perfluoroalkoxy), FEP(fluorinated ethylene prophylene) 등일 수 있다. 금속계 재료는 예를 들어 스테인레스 스틸, 니켈, 구리, 황동(brass) 등과 이들 둘 이상의 합금일 수 있다. 기재(311)의 재료는 위에 열거한 예에 한정되지 않는다. 기재(311)가 도전성을 갖는 금속계 재료로 형성된 경우 기재(311)와 저항 발열체(312) 사이에는 절연층(미도시)이 개재될 수 있다. 또한, 후술하는 전극(315)(316)과 기재(311) 사이에도 절연층(미도시)이 마련될 수 있다.
롤러 타입의 가열 부재의 경우 기재(311)는 예를 들어 중공 파이프 형상일 수 있다. 이 경우 기재(311)는 정착 닙(301)을 형성하기 위한 가압력에 의하여 과도하게 변형되지 않을 정도의 강성을 가지는 재료로 형성될 수 있다. 벨트 타입의 가열 부재의 경우, 기재(311)는 정착 닙(301)에서 유연하게 변형되고 정착 닙(301)을 벗어난 후에는 원래 상태로 회복될 수 있는 정도의 유연성을 가질 수 있도록 선정될 수 있다.
이형층(313)은 가열 부재(310)의 최외곽층을 형성한다. 정착 과정에서 기록매체(P) 상의 토너가 용융되면서 가열 부재(310)에 부착되는 오프셋(offset) 현상이 발생될 수 있다. 오프셋 현상은 기록매체(P) 상의 인쇄 화상의 일부가 누락되는 인쇄 불량과, 정착 닙을 벗어난 기록매체(P)가 가열 부재(310)로부터 분리되지 않고 가열 부재(310)의 표면에 부착되는 잼(jam)의 원인이 될 수 있다. 이형층(313)은 가열 부재(310)로의 토너의 부착을 방지하기 위하여 분리성이 우수한 폴리머층으로 형성될 수 있다. 이형층(314)으로서는 예를 들어 실리콘계 폴리머와 불소계 폴리머가 채용될 수 있다. 불소계 폴리머는 예를 들어, 폴리퍼플루오로에테르(polyperfluoroethers), 불화폴리에테르(fluorinated polyethers), 불화폴리이미드(fluorinated polyimodes), 불화폴리에테르케톤(PEEK: flurinated polyetherketones), 불화폴리아미드(fluorinated polyamides), 불화폴리에스테르(fluorinated polyesters) 등일 수 있다. 이형층(314)은 상술한 폴리머들 중 하나, 또는 둘 이상의 폴리머의 혼합체, 또는 둘 이상의 폴리머의 복합체(copolymer)일 수 있다.
전극(315)(316)은 기재(311)에 폭 방향으로 서로 이격되게 배치되며, 저항 발열체(312)에 각각 접촉된다. 전극(315)(316)을 통하여 저항 발열체(312)에 전류가 공급된다. 예를 들어 전극(315)(316)은 각각 입력 전극과 출력 전극일 수 있다. 전극(315)(316)은 전기 전도성이 우수한 금속 재료, 예를 들어, 구리, 은 등으로 형성될 수 있다.
정전압(V) 구동을 하는 경우에 저항 발열체(312)에 입력되는 입력전력(input power)은 V2/R로 표시될 수 있다. 그런데, 저항 발열체(312)의 저항(R)이 변하면 입력전력이 변하게 된다. 승온과정에서 저항 발열체(312)의 저항이 점차 감소/증가한다면, 입력전력은 점차 증가/감소된다. 입력 전력은 제한될 필요가 있다. 왜냐하면 입력 전력이 제한되지 않는 경우에는 저항 발열체(312)의 저항이 낮은 때에는 과도한 전류가 흘러 승온 과정에서 저항 발열체(312)이 과열될 수 있기 때문이다. 과도한 전류는 베이스 폴리머에 열충격을 일으켜 저항 발열체(312)의 내구성을 저하시키기 때문에, 과열이나 이로 인한 화재의 위험도를 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 최대 입력 전력은 저항 발열체(312)의 저항이 가장 낮을 때를 기준으로 하여 과열되지 않도록 설정된다. 즉, 과열을 방지하기 위하여, 저항 발열체(312)의 저항 변화율이 큰 경우에는 최대 입력 전력의 제한값을 낮추어야 하므로 승온 시간이 증가되어 빠른 승온이 어렵다. 과열을 방지하고 또 승온 시간을 단축하기 위하여는 상온으로부터 정착온도, 예를 들어 200℃까지 온도가 상승되는 동안의 저항 발열체(312)의 저항 변화율을 예를 들어 ±10% 범위로 줄일 필요가 있다.
도 18은 도 16 및 도 17에 적용되는 가열 부재(310)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 본 실시예의 가열 부재(310)에는 저항 발열체(312)로서 베이스 폴리머에 입자형 전기 전도성 필러와 선형 전기 전도성 필러가 분산된 하이브리드 구조의 저항 발열체(도 3: 200)를 채용된다. 입자형 전기 전도성 필러는 종횡비가 10 미만인 필러일 수 있으며, 선형 전기 전도성 필러는 종횡비가 10 이상인 필러일 수 있다. 예를 들어, 입자형 전기 전도성 필러로서 카본 블랙, 플러렌 등이 채용될 수 있으며, 선형 전기 전도성 필러로서는 탄소나노튜브가 채용될 수 있다. 입자형 전기 전도성 필러와 선형 전기 전도성 필러의 함량은 저항 발열체(312)의 승온 시의 저항 변화율이 예를 들어 ±10% 이내가 되도록 결정될 수 있다. 입자형 전기 전도성 필러의 함량이 많은 경우에는 저항 발열체(312)는 전체적으로 PTC 특성을 보일 수 있으며, 선형 전기 전도성 필러가 입자형 전기 전도성 필러 사이에 전도성 다리 역할을 함으로써 PTC 특성을 완화시킨다. 마찬가지로, 선형 전기 전도성 필러의 함량이 많은 경우에는 저항 발열체(312)는 전체적으로 NTC 특성을 보일 수 있으며, 입자형 전기 전도성 필러의 PTC 특성에 의하여 NTC 특성을 완화시킬 수 있다. 이와 같이, 입자형 전기 전도성 필러와 선형 전기 전도성 필러의 함량은 적절히 조절함으로써 목표로 하는 전기 저항 변화율을 가진 저항 발열체(312)를 형성할 수 있다. 필러의 함량이 증가될수록 저항 발열체(312)의 전기 전도도가 향상되어 빠른 승온이 가능하나, 저항 발열체(312)의 강직도(stiffness)가 너무 커질 수 있다. 저항 발열체(312)는 가압 부재(320)와 함께 정착 닙(301)을 형성하는데, 저항 발열체(312)의 강직도가 너무 커지면 충분한 크기의 정착 닙(301)을 형성하는 데에 불리할 수 있다. 또한, 큰 강직도는 저항 발열체(312)의 기계적 성질을 저하시켜 가열 부재(310)의 수명을 저하시킬 수도 있다. 그러므로, 전기 전도성 필러의 함량은 정착 장치(300)에 요구되는 저항 발열체(312)의 기계적 성질과 정착 닙(301)의 크기를 고려하여 결정될 필요가 있다.
도 19는 도 16 및 도 17에 적용되는 가열 부재(310)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 본 실시예의 가열 부재(310)에는 저항 발열체(312)로서 도 5a 내지 도 5d에 도시된 적층 구조의 저항 발열체(210)가 채용된다. 적층 구조로서, NTC on PTC, PTC on NTC 구조가 채용될 수 있다. 전류 경로는 NTC to PTC, PTC to NTC, NTC to NTC, PTC to PTC 구조가 가능하나, 작은 저항 변화율을 얻기 위하여는 입력 전극(315)과 출력 전극(316)이 NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10) 중 저항이 더 큰 쪽에 연결되는 NTC to NTC, PTC to PTC 구조가 채용될 수 있다. 전극(315)(316)이 연결되는 않은 층은 전류의 주 경로가 되므로 전극(315)(316)이 연결된 층보다 저항 변화율이 작도록 필러의 함량이 결정될 수 있다. 도 19에 도시된 저항 발열체(312)는 NTC on PTC(PTC to PTC)구조이다. 기재(311)의 폭 방향의 양측에 전극(315)(316)이 각각 배치되고, PTC 저항 발열층(P10)이 전극(315)(316)에 접촉도록 형성된다. PTC 저항 발열층(P10)의 위에 NTC 저항 발열층(N10)이 배치된다. 그 위에 필요에 따라서 탄성층(313) 및/또는 이형층(314)이 배치될 수 있다. 도 6, 도 7,도 8a 내지 도 8c, 도 9a 내지 도 9c 및 도 10을 참조하여 전술한 바와 같이, NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10)의 저항 비(RP/RN)를 조절함으로써, 목표로 하는 범위, 예를 들어 ±10% 범위의 저항 변화율을 갖는 저항 발열체(312)를 구현할 수 있다. 저항 비(RP/RN)는 예를 들어 두께 비(TP/TN) 및/또는 전기 전도성 필러의 함량을 조절함으로써 조절될 수 있다.
도 20은 도 16 및 도 17에 적용되는 가열 부재(310)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 본 실시예의 가열 부재(310)에는 저항 발열체(312)로서 도 11에 도시된 섬 구조의 저항 발열체(220)가 채용된다. 적층 구조로서, NTC on PTC, PTC on NTC 구조가 채용될 수 있다. 전류 경로는 NTC to NTC, PTC to PTC 구조가 가능하며, 작은 저항 변화율을 얻기 위하여는 입력 전극(315)과 출력 전극(316)은 NTC 저항 발열층(N10)과 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2) 중 저항이 더 큰 층에 연결될 수 있으며, 전류의 주 경로가 되는 다른 층의 저항 변화율은 전극(315)(316)이 연결된 층보다 저항 변화율이 작도록 필러의 함량이 결정될 수 있다. 도 20에 도시된 저항 발열체(312)는 NTC on PTC(PTC to PTC)구조이다. 기재(311)의 폭 방향의 양측에 전극(315)(316)이 각각 배치되고, 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)이 전극(315)(316)에 각각 접촉되도록 섬 형태로 배치된다. 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)의 위 및 사이에 NTC 저항 발열층(N10)이 배치된다. 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)은 동일한 물질일 수 있다. 즉, 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)는 동일한 베이스 폴리머에 입자형 전기 전도성 필러를 동일한 함량만큼 분산시킨 것일 수 있다.
도 6, 도 7, 도 8a 내지 도 8c, 도 9a 내지 도 9c 및 도 10을 참조하여 전술한 바와 같이, NTC 저항 발열층(N10)과 PTC 저항 발열층(P10)의 저항 비(RP/RN)를 조절함으로써, 목표로 하는 범위, 예를 들어 ±10% 범위의 저항 변화율을 갖는 저항 발열체(312)를 구현할 수 있다. 저항 비(RP/RN)는 예를 들어 두께 비(TP/TN) 및/또는 전기 전도성 필러의 함량을 조절함으로써 조절될 수 있다. 또한, 도 13a 내지 도 13c 및 도 14를 참조하여 전술한 바와 같이, 전극(315)(316)과 PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)의 접촉 길이 및/또는 도전 길이(전극(315)(316) 사이의 간격)를 조절함으로써 목표로 하는 범위, 예를 들어 ±10% 범위의 저항 변화율을 갖는 저항 발열체(312)를 구현할 수 있다.
(4) 직렬 구조
도 21은 도 16 및 도 17에 적용되는 가열 부재(310)의 일 실시예의 개략적인 단면도이다. 본 실시예의 가열 부재(310)에는 도 11에 도시된 섬 구조의 저항 발열체(220)가 변형된 형태로서 PTC 저항 발열층(P10)과 NTC 저항 발열층(N10)이 직렬로 연결된 형태의 저항 발열체(312)가 채용된다. 저항 발열체(312)의 형태는 PTC-NTC-PTC 형태 또는 PTC-NTC-PTC 형태일 수 있다. 도 21에는 PTC-NTC-PTC 형태의 저항 발열체(312)가 도시되어 있다. 기재(311)의 폭방향의 양측에 전극(315)(316)이 각각 배치된다. 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)은 전극(315)(316)에 각각 접촉되도록 배치된다. 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2) 사이에 NTC 저항 발열층(N10)이 배치된다. 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)은 동일한 물질일 수 있다. 즉, 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)는 동일한 베이스 폴리머에 입자형 전기 전도성 필러를 동일한 함량만큼 분산시킨 것일 수 있다.
정착 과정에서 저항 발열층(312)으로 공급되는 전력은 저항 발열체(312)의 온도를 정착 온도, 예를 들어 약 180℃로 유지하도록 제어된다. 가열 부재(310)에 형성된 저항 발열체(312)의 폭(W1)은 정착을 위하여 기록매체(P)가 통과되는 통지 영역(FR1)의 폭(W2)보다 크다. 통지 영역(FR1)의 양측은 기록매체(P)가 통과되지 않는 비통지 영역(FR2)이다. 통지 영역(FR1)에서는 저항 발열체(312)로부터 기록매체(P)로의 열전달이 일어나며, 제어는 이 열전달을 감안하여 저항 발열체(312) 전체가 정착 온도로 유지되도록 수행된다. 그러나, 비통지 영역(FR2)에서는 열전달이 일어나지 않으므로 정착 온도를 넘어서 과열될 수 있다. 반복되는 비통지 영역(FR2)의 과열은 저항 발열체(312) 및 가열 부재(310)의 파손의 원인이 될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)의 저항은 약 40도를 넘어서면서 급격히 증가되며, 전류는 급격히 감소된다. 따라서, 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)을 비통지 영역(FR2)에 형성함으로써 비통지 영역(FR2)의 과열을 방지할 수 있다. 전극(315)(316)은 제1, 제2PTC 저항 발열층(P10-1)(P10-2)에만 접촉될 수 있다. 또한, 도 21에 점선으로 도시된 바와 같이 전극(315)(316)은 NTC 저항 발열층(N10)에도 일부 접촉되도록 형성될 수도 있다.
상술한 실시예들에서는 저항 발열체 및 가열 부재가 전자사진방식 화상형성장치의 정착장치에 적용되는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 저항 발열체와 가열 부재의 적용범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 전기를 이용하여 열을 발생시키는 발열원이 요구되는 다양한 장치에 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10...현상기 11...감광드럼
20...기록매체 이송벨트 30...노광기
40...전사롤러 100......인쇄유닛
200, 210, 220, 230...저항 발열체 N10...NTC 저항 발열층
P10, P10-1, P10-2...PTC 저항 발열층
300...정착 장치 301......정착 닙
310...가열 부재 311......지지체
312......저항 발열체 313......중간층
314......이형층 315, 316...전극
320......가압 부재 340......닙 형성 부재

Claims (30)

  1. 정성 온도 계수를 갖는 PTC 저항 발열층;
    상기 PTC 저항 발열층과 전기적으로 연결되며, 부성 온도 계수를 갖는 NTC 저항 발열층;을 포함하며,
    상기 PTC 저항 발열층은 제1베이스 폴리머와, 상기 제1베이스 폴리머에 분산되어 제1전도성 네트워크를 형성하는 제1전기 전도성 필러를 포함하며,
    상기 NTC 저항 발열층은 제2베이스 폴리머와, 상기 제2베이스 폴리머에 분산되어 제2전도성 네트워크를 형성하는 제2전기 전도성 필러를 포함하며,
    상기 제1전기 전도성 필러의 종횡비는 10 이내이며, 상기 제2전기 전도성 필러의 종횡비는 10 이상인 저항 발열체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층의 온도에 따른 저항 변화율은 10% 이상인 저항 발열체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 NTC 저항 발열층의 온도에 따른 저항 변화율은 10% 이상인 저항 발열체.
  6. 제1항 또는 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 저항 발열체에 전류를 공급하는 입력 전극과 출력 전극을 더 구비하며,
    상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층의 전기적 연결 구조는, 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층이 적층되는 구조와, 섬 형태의 제1, 제2PTC 저항 발열층의 상부와 사이에 상기 NTC 저항 발열층이 위치되는 구조와, 상기 섬 형태의 제1, 제2PTC 저항 발열층 사이에 상기 NTC 저항 발열층이 위치되는 구조 중 어느 한 구조이며,
    상기 저항 발열체와 상기 입력 전극 및 상기 출력 전극과의 연결 구조는, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 상기 PTC 저항 발열층에 연결된 구조, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 상기 NTC 저항 발열층에 연결된 구조, 상기 입력 전극이 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층 중 어느 한 층에 연결되고 상기 출력 전극이 다른 한 층에 연결된 구조 중 어느 한 구조인 저항 발열체.
  7. 제1항 또는 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항의 상기 NTC 저항 발열층의 저항에 대한 저항 비는 상기 저항 발열체의 저항 변화율이 ±40% 이내가 되도록 결정되는 저항 발열체.
  8. 제1항 또는 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 저항 발열체에 전류를 공급하는 입력 전극과 출력 전극을 더 구비하며,
    상기 입력 전극과 상기 출력 전극은 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층 중 저항이 높은 층에 연결되는 저항 발열체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 연결되지 않은 층의 저항 변화율은 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 연결된 층의 저항 변화율보다 작은 저항 발열체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 입력 전극과 상기 출력 전극은 상기 PTC 저항 발열층에 연결되며,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항의 상기 NTC 저항 발열층의 저항에 대한 비는 2 이상인 저항 발열체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항의 상기 NTC 저항 발열층의 저항에 대한 저항 비는 4~6인 저항 발열체.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 NTC 저항 발열층과 상기 PTC 저항 발열층은 서로 적층되며,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 큰 저항 발열체.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층은 서로 이격된 제1, 제2PTC 저항 발열층을 포함하며,
    상기 NTC 저항 발열층은 상기 제1, 제2PTC 저항 발열층의 위 및 사이에 위치되며,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 큰 저항 발열체.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층은 서로 이격된 제1, 제2PTC 저항 발열층을 포함하며,
    상기 NTC 저항 발열층은 상기 제1, 제2PTC 저항 발열층 사이에 위치되며,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 큰 저항 발열체.
  15. 기재;
    상기 기재 상에 형성되는 입력 전극 및 출력 전극;
    상기 입력 전극 및 상기 출력 전극을 통하여 공급되는 전류에 의하여 열을 발생시키는 저항 발열체;를 포함하며,
    상기 저항 발열체는
    정성 온도 계수를 갖는 PTC 저항 발열층;
    상기 PTC 저항 발열층과 전기적으로 연결되며, 부성 온도 계수를 갖는 NTC 저항 발열층;을 포함하며,
    상기 PTC 저항 발열층은 제1베이스 폴리머와, 상기 제1베이스 폴리머에 분산되어 제1전도성 네트워크를 형성하는 제1전기 전도성 필러를 포함하며,
    상기 NTC 저항 발열층은 제2베이스 폴리머와, 상기 제2베이스 폴리머에 분산되어 제2전도성 네트워크를 형성하는 제2전기 전도성 필러를 포함하며,
    상기 제1전기 전도성 필러의 종횡비는 10 이내이며, 상기 제2전기 전도성 필러의 종횡비는 10 이상인 가열 부재.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층의 전기적 연결 구조는, 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층이 적층되는 구조와, 섬 형태의 제1, 제2PTC 저항 발열층의 상부와 사이에 상기 NTC 저항 발열층이 위치되는 구조와, 상기 섬 형태의 제1, 제2PTC 저항 발열층 사이에 상기 NTC 저항 발열층이 위치되는 구조 중 어느 한 구조이며,
    상기 저항 발열체와 상기 입력 전극 및 상기 출력 전극과의 연결 구조는, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 상기 PTC 저항 발열층에 연결된 구조, 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 상기 NTC 저항 발열층에 연결된 구조, 상기 입력 전극이 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층 중 어느 한 층에 연결되고 상기 출력 전극이 다른 한 층에 연결된 구조 중 어느 한 구조인 가열 부재.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항의 상기 NTC 저항 발열층의 저항에 대한 저항 비는 상기 저항 발열체의 저항 변화율이 ±10% 이내가 되도록 결정되는 가열 부재.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 입력 전극과 상기 출력 전극은 상기 PTC 저항 발열층과 상기 NTC 저항 발열층 중 저항이 높은 층에 연결되는 가열 부재.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 연결되지 않은 층의 저항 변화율은 상기 입력 전극과 상기 출력 전극이 연결된 층의 저항 변화율보다 작은 가열 부재.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 NTC 저항 발열층은 상기 PTC 저항 발열층 위에 적층되며,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 큰 가열 부재.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층은 서로 이격된 제1, 제2PTC 저항 발열층을 포함하며,
    상기 NTC 저항 발열층은 상기 제1, 제2PTC 저항 발열층의 위 및 사이에 위치되며,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 큰 가열 부재.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 PTC 저항 발열층은 서로 이격된 제1, 제2PTC 저항 발열층을 포함하며,
    상기 NTC 저항 발열층은 상기 제1, 제2PTC 저항 발열층 사이에 위치되며,
    상기 PTC 저항 발열층의 저항이 상기 NTC 저항 발열층의 저항보다 큰 가열 부재.
  25. 기재;
    상기 기재 상에 형성되는 입력 전극 및 출력 전극;
    상기 입력 전극 및 상기 출력 전극을 통하여 공급되는 전류에 의하여 열을 발생시키는 것으로서, 베이스 폴리머에 입자형 전기 전도성 필러와 선형 전기 전도성 필러가 분산된 형태의 저항 발열체;를 포함하는 가열 부재.
  26. 제15항 또는 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 중공 파이프 형상인 가열 부재.
  27. 제15항 또는 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 벨트 형상인 가열 부재.
  28. 제15항 또는 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항이 기재된 가열 부재;
    상기 가열 부재와 대면되어 정착닙을 형성하는 닙 형성 부재;를 포함하는 정착 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 기재는 중공 파이프 형상인 정착 장치.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 기재는 벨트 형상인 정착 장치.
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