KR20120099489A

KR20120099489A - 히터, 및 히터를 탑재한 화상 가열 장치

Info

Publication number: KR20120099489A
Application number: KR1020127018295A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 시무라
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-09-10
Also published as: KR101427560B1; US20140110394A1; EP2517073A1; US8884192B2; EP2517073B1; CN102667638A; WO2011078062A1; JP5495772B2; KR101427494B1; JP2011129483A; US8642927B2; US20120201581A1; CN102667638B; KR20140032509A

Abstract

화상 가열 장치는 복수의 제1 발열 블록과 복수의 제2 발열 블록을 갖는 제1 라인 및 제2 라인을 포함하고, 그 복수의 라인들은 가로 방향에서 상이한 위치들에 배치되고, 제1 라인의 제1 블록과 제2 라인의 제2 블록이 완벽하게 중첩되고, 제1 라인의 블록과 제2 라인의 제1 블록이 완벽하게 중첩되도록, 라인들이 배치된다. 블록들은 기판상에 형성되고, 기판상에 설치된 제1 도전 부재 및 제2 도전 부재와, 포지티브의 저항-온도 특성을 각각 갖는 복수의 발열 저항체를 포함하고, 복수의 발열 저항체는 제1 도전 부재와 제2 도전 부재 사이에 전기적으로 서로 병렬로 접속되고, 복수의 발열 저항체는 길이 방향 및 가로 방향에 대하여 비스듬하게 기울어져서 배치된다.

Description

히터, 및 히터를 탑재한 화상 가열 장치{HEATER AND IMAGE HEATING APPARATUS HAVING THE HEATER INSTALLED THEREIN}

본 발명은 전자사진 복사기 또는 전자사진 프린터 등의 화상 형성 장치에 탑재되는 가열 정착 장치에 적합하게 적용될 수 있는 히터, 및 이 히터를 탑재한 화상 가열 장치에 관한 것이다.

복사기 또는 프린터에 탑재되는 정착 장치로서, 엔드리스 벨트(endless belt)와, 엔드리스 벨트의 내면에 접촉하는 세라믹 히터와, 엔드리스 벨트를 통해 세라믹 히터와 함께 정착 닙부(fixing nip portion)를 형성하는 가압 롤러를 포함하는 장치가 알려져 있다. 그러한 정착 장치를 구비하는 화상 형성 장치로 작은 사이즈의 시트를 연속적으로 인쇄하면, 정착 닙부의 길이 방향(longitudinal direction)에 있어서 시트가 통과하지 않는 영역의 온도가 점차 상승하는 현상(시트 비공급부의 온도 상승)이 발생한다. 시트 비공급부의 온도가 지나치게 상승하면, 장치 내의 각 부품이 파손될 수 있다. 또한, 시트 비공급부의 온도 상승이 유발된 상태에서 큰 사이즈의 시트가 인쇄되면, 작은 사이즈의 시트의 시트 비공급부에 대응하는 영역에 토너의 핫 오프셋(hot offset)이 발생할 수 있다.

시트 비공급부의 온도 상승을 억제하는 방법으로서, 세라믹 기판상에 발열 저항체들을 각각 포지티브의 저항-온도 특성을 갖는 재질로 형성하고, 발열 저항체들에 대하여 히터의 가로 방향(transverse direction)(기록 시트의 반송 방향)으로 전류가 흐르도록 2개의 도전 부재를 기판의 가로 방향의 기판의 양단부에 배치하는 방법이 고려된다. 이 방법은, 시트 비공급부의 온도가 상승하면, 시트 비공급부의 발열 저항체들 각각의 저항률이 증가하여, 시트 비공급부의 발열 저항체들을 통해 흐르는 전류를 억제함으로써, 시트 비공급부의 발열을 억제한다는 아이디어에 기초한다. 포지티브의 저항-온도 특성은, 온도가 상승함에 따라 저항률이 증가하는 특성을 의미하며, 이후에는 포지티브 온도 계수(positive temperature coefficient)(PTC)라고 칭한다.

그러나, PTC를 갖는 재질은 체적 저항이 상당히 작기 때문에, 1개의 히터의 발열 저항체들의 총 저항을 상용 전원에서 사용하기 위한 범위 내로 되도록 설정하는 것이 매우 어렵다. 이러한 관점에서, 특허문헌 1은 다음의 구성을 개시한다. 즉, 세라믹 기판상에 형성되는 PTC의 발열 저항체들은 히터의 길이 방향에서 복수의 발열 블록으로 분할되고, 각 발열 블록에는, 히터의 가로 방향(기록 시트의 반송 방향)으로 전류가 흐르게 하도록 2개의 도전 부재가 기판의 가로 방향의 양단부에 배치된다. 또한, 복수의 발열 블록은 전기적으로 서로 직렬로 접속된다. 또한, 특허문헌 1은 복수의 발열 저항체가 2개의 도전 부재 사이에 전기적으로 서로 병렬로 접속됨으로써, 발열 블록들 각각을 형성한다는 것을 개시한다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

[특허문헌 1] 일본 특개 제2005-209493호 공보

그러나, 도전 부재의 저항률이 제로가 아니기 때문에, 도전 부재에서 발생되는 발열의 영향을 고려하지 않으면 히터의 길이 방향에 있어서의 발열 분포의 불균일성을 억제할 수 없다는 것을 발견했다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 히터가 제공되고, 히터는 기판, 상기 기판상에 상기 기판의 길이 방향을 따라 설치되는 제1 도전 부재, 상기 기판상에 상기 제1 도전 부재와는 상기 기판의 가로 방향에서 상이한 위치에 상기 길이 방향을 따라 설치되는 제2 도전 부재, 및 포지티브의 저항-온도 특성을 각각 갖고, 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재 사이에 전기적으로 서로 병렬로 접속되는 복수의 발열 저항체, 및 전기적으로 서로 병렬로 접속된 상기 복수의 발열 저항체를 포함하는 복수의 발열 블록을 포함하고, 상기 복수의 발열 블록은 상기 길이 방향을 따라 배치되며 전기적으로 서로 직렬로 접속되고, 상기 복수의 발열 저항체는 상기 길이 방향 및 상기 가로 방향에 대하여 비스듬하게 기울어져서 배치되고, 상기 복수의 발열 블록은, 상기 길이 방향에 있어서 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재를 통해 흐르는 전류의 방향이 상기 복수의 발열 저항체를 통해 흐르는 전류의 방향과 동일한 제1 발열 블록들, 및 상기 길이 방향에 있어서 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재를 통해 흐르는 전류의 방향이 상기 복수의 발열 저항체를 통해 흐르는 전류의 방향에 대해 반대인 제2 발열 블록들을 포함하고, 상기 제1 발열 블록들과 상기 제2 발열 블록들은 상기 길이 방향에서 나란히 서로 직렬로 접속되고, 상기 가로 방향에서 상이한 위치에 배치되는 제1 라인과 제2 라인에는, 상기 제1 발열 블록들 및 상기 제2 발열 블록들 양방이 모두 포함되고, 제1 라인의 상기 제1 발열 블록들 중 하나 전체와 제2 라인의 상기 제2 발열 블록들 중 하나 전체가 상기 길이 방향에서 서로 중첩되고, 상기 제1 라인의 상기 제2 발열 블록들 중 하나 전체와 상기 제2 라인의 상기 제1 발열 블록들 중 하나 전체가 상기 길이 방향에서 서로 중첩되도록, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인이 배치된다.

본 발명에 따르면, 히터의 길이 방향에 있어서의 발열 분포가 불균일하게 되는 것이 방지된다.

도 1은 본 발명에 따른 화상 가열 장치의 단면도이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 각각 제1 실시 형태에 따른 히터의 구성도이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 각각 제1 실시 형태에 따른 히터의 발열 분포의 설명도이다.
도 4는 히터 사이즈와 시트 사이즈 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 히터의 구성도이다.

도 1은 화상 가열 장치의 예로서의 정착 장치의 단면도이다. 정착 장치는 원통 형상의 필름(엔드리스 벨트)(1)과, 필름(1)의 내면에 접촉하는 히터(10)와, 가압 롤러(닙부 형성 부재)(2)를 포함한다. 가압 롤러(2)와 히터(10)는 함께 필름(1)을 통해 정착 닙부 N을 형성한다. 필름(1)은, 폴리이미드 등의 내열 수지 또는 스테인리스(stainless) 등의 금속으로 형성된 베이스층(base layer)을 갖는다. 가압 롤러(2)는, 철 또는 알루미늄 등으로 형성된 코어 금속(2a)과, 실리콘 고무 등으로 형성된 탄성층(2b)을 포함한다. 히터(10)는 내열 수지로 형성된 유지 부재(3)에 의해 유지된다. 유지 부재(3)는 필름(1)의 회전을 가이드하는 가이드 기능도 갖고 있다. 가압 롤러(2)는 모터(도시 생략)에 의해 동력을 받아서 화살표 방향으로 회전한다. 가압 롤러(2)의 회전에 따라, 가압 롤러(2)의 회전에 수반하여 필름(1)이 회전된다.

히터(10)는 세라믹으로 형성된 히터 기판(13)과, 히터 기판(13)상에 형성된 발열 라인 A(제1 라인) 및 발열 라인 B(제2 라인)와, 발열 라인 A 및 발열 라인 B를 덮는 절연성 재료(본 실시 형태에서는 글라스)로 형성된 표면 보호층(14)을 포함한다. 히터 기판(13)은 프린터에 이용 가능한 것으로서 설정된 최소 사이즈의 시트(본 실시 형태에서는 110mm 폭의 봉투 DL 사이즈)를 통과시키는 시트 공급 영역으로서 형성된 이면을 갖는다. 서미스터(thermistor) 등의 온도 검지 소자(4)가 시트 공급 영역에 인접한다. 온도 검지 소자(4)에 의해 검지된 온도에 따라, 상용 교류 전원으로부터 발열 라인들에 공급되는 전력이 제어된다. 미정착 토너 화상을 담지하는 기록재(recording material)(시트) P가 정착 닙부 N에 끼워져서 반송되면서 가열되어, 기록재 P가 정착 처리를 받는다. 또한, 히터 기판(13)의 이면측에는, 서모 스위치(thermo-switch) 등의 안전 소자(5)도 인접한다. 안전 소자(5)는 히터(10)가 비정상 온도 상승을 경험할 때 작동되어, 발열 라인들에의 급전 라인을 차단한다. 안전 소자(5)도 온도 검지 소자(4)와 마찬가지로, 최소 사이즈의 시트의 시트 공급 영역에 인접한다. 유지 부재(3)에 스프링의 압력을 인가하기 위해 금속 스테이(metal stay)(6)가 채택된다.

본 실시 형태에 따른 정착 장치는, A4 사이즈(약 210mm×297mm)를 지원하고, 레터 사이즈(약 216mm×279mm)도 지원하는 프린터에 탑재되는 것이다. 즉, 정착 장치는 기본적으로 A4 사이즈의 시트를 세로 방향(portrait orientation)으로 반송(시트의 긴 변이 반송 방향과 평행하도록 시트를 반송)하는 프린터에 탑재되는 것이다. 그러나, 정착 장치는 A4 사이즈의 시트보다 약간 폭이 큰 레터 사이즈의 시트도 세로 방향으로 반송할 수 있도록 설계된다. 따라서, 레터 사이즈는 장치에 의해 지원되는 기록재들의 표준 사이즈들(카탈로그에 있어서 지원 가능한 시트 사이즈들) 중 최대(폭이 가장 큰) 사이즈이다.

[제1 실시 형태]

도 2a 내지 도 2c는 히터(10)의 구조를 도시하는 도면들이다. 도 2a는 히터(10)의 평면도이고, 도 2b는 발열 라인 A의 발열 블록들 중의 발열 블록 A7을 도시하는 확대도이고, 도 2c는 발열 라인 A의 발열 블록들 중의 발열 블록 A8을 도시하는 확대도이다. 발열 라인 A의 발열 저항체 및 발열 라인 B의 발열 저항체는 둘 다 PTC를 갖는다는 것을 유의한다.

발열 라인 A(제1 라인)는 17개의 발열 블록 A1 내지 A17을 포함하고, 발열 블록 A1 내지 A17은 직렬로 접속된다. 발열 라인 B(제2 라인)도 17개의 발열 블록 B1 내지 B17을 포함하고, 발열 블록 B1 내지 B17도 직렬로 접속된다. 또한, 발열 라인 A와 발열 라인 B도 도전 패턴 AB를 통해 전기적으로 직렬로 접속된다. 발열 라인 A 및 발열 라인 B에는, 급전용 커넥터를 각각 연결하는 전극 AE 및 전극 BE로부터의 전력이 공급된다. 발열 라인 A는 도전 패턴 Aa(발열 라인 A의 제1 도전 부재)와 도전 패턴 Ab(발열 라인 A의 제2 도전 부재)를 포함한다. 도전 패턴 Aa와 도전 패턴 Ab는 둘 다 기판의 길이 방향에 형성되지만, 기판의 가로 방향에서는 서로 상이한 위치에 형성된다. 도전 패턴 Aa는 기판의 길이 방향에서 9개의 라인(Aa-1 내지 Aa-9)으로 분할된다. 도전 패턴 Ab는 기판의 길이 방향에서 9개의 라인(Ab-1 내지 Ab-9)으로 분할된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 도전 패턴 Aa의 일부인 도전 패턴 Aa-4와, 도전 패턴 Ab의 일부인 도전 패턴 Ab-4 사이에는 복수(본 실시 형태에서는 4개)의 발열 저항체(A7-1 내지 A7-4)가 전기적으로 병렬로 접속됨으로써, 발열 블록 A7을 형성한다. 또한, 도전 패턴 Ab-4와 도전 패턴 Aa-5 사이에도 4개의 발열 저항체(A8-1 내지 A8-4)가 전기적으로 병렬로 접속됨으로써, 발열 블록 A8을 형성한다. 발열 라인 A는 발열 블록 A7 또는 A8과 마찬가지로 구성되는 발열 블록을 총 17개(A1 내지 A17) 포함한다.

발열 라인 B도 마찬가지로, 도전 패턴 Ba(발열 라인 B의 제1 도전 부재)와, 도전 패턴 Bb(발열 라인 B의 제2 도전 부재)를 포함한다. 도전 패턴 Ba와 도전 패턴 Bb는 둘 다 기판의 길이 방향으로 형성되지만, 기판의 가로 방향으로는 서로 상이한 위치에 형성된다. 발열 라인 B도 발열 라인 A의 것들과 마찬가지로 구성된 발열 블록들을 포함한다.

또한, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 발열 블록들 각각에 있어서, 서로 이웃한 복수의 발열 저항체는 그들 사이에 형성된 최단 전류 경로가 기판의 길이 방향에서 서로 중첩되도록 하는 위치 관계를 갖도록, 복수의 발열 저항체는 기판의 길이 방향과 기판의 가로 방향(기록재 반송 방향) 둘 다에 대하여 비스듬하게 기울어져서 배치된다(서로 이웃한 발열 저항체들이 기판의 길이 방향에 있어서 서로 부분적으로 중첩되도록 배치된다). 이 같은 위치 관계는, 하나의 발열 블록의 최원단부(farthest)의 발열 저항체(예를 들어, 발열 블록 A7 내의 가장 우측에 있는 발열 저항체 A7-4)와, 그 하나의 발열 블록에 이웃한 다른 하나의 발열 블록의 최원단부의 다른 발열 저항체(예를 들어, 발열 블록 A8 내의 가장 좌측에 있는 발열 저항체 A8-1) 사이에 있어서도 마찬가지이다. 본 실시 형태에서, 발열 저항체들은 형상이 직사각형이기 때문에, 각각의 발열 저항체의 전체 영역이 최단 전류 경로로서 기능한다. 본 실시 형태에서는, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 하나의 발열 저항체의 직사각형 형상의 짧은 변의 중심부와, 그 하나의 발열 저항체에 이웃한 다른 하나의 발열 저항체의 직사각형 형상의 짧은 변의 중심부가 기판의 길이 방향에서 중첩되도록, 발열 저항체들이 배열된다. 전술한 발열 저항체들의 레이아웃은 히터의 길이 방향에 있어서 발열 저항체가 발열하지 않는 영역이 생기는 것을 방지할 수 있는 것에 의해, 발열 분포의 불균일성을 억제한다.

그런데, 전술한 바와 같이, 도전 부재의 저항률은 제로가 아니고, 그 저항률은 도전 부재의 저항 성분에 의해 영향을 받는다. 하나의 발열 블록에 있어서, 중앙부의 발열 저항체에는 양단부의 발열 저항체들에 인가되는 전압보다 낮은 전압이 인가되는 것을 발견했다. 발열 저항체의 발열량은 인가 전압의 제곱에 비례하기 때문에, 하나의 발열 블록의 발열량은 그 중앙부와 양단부 간에 변화한다. 구체적으로는, 하나의 발열 블록에 있어서 블록의 양단부의 발열량이 가장 많고, 블록의 중앙부의 발열량이 적어진다. 이러한 관점에서, 본 실시 형태에서는, 발열 블록들 각각에 포함되는 복수의 발열 저항체들은, 길이 방향의 중앙부에 배치되는 발열 저항체보다 단부들에 배치되는 발열 저항체들의 저항률이 더 증가되도록, 각각 저항률이 조정된다(도 2b 및 도 2c 참조). 본 실시 형태에 따른 히터에 있어서, 히터(10)는 발열 블록 A7의 발열 저항체들(A7-1 내지 A7-4) 및 발열 블록 A8의 발열 저항체들(A8-1 내지 A8-4)을 포함하고, 중앙부의 발열 저항체들(A7-2, A7-3, A8-2, A8-3)은 중앙에 가까울수록 저항률이 감소되고, 발열 저항체들(A7-1, A7-4, A8-1, A8-4)은 단부에 가까울수록 저항률이 증가됨으로써, 하나의 발열 블록 내의 발열 분포의 균일성을 향상시킨다.

또한, 도전 부재의 저항률은 제로가 아니므로, 그 저항률은 도전 부재에서 발생되는 열에 의해 영향을 받는다. 전술한 바와 같이, 히터의 길이 방향에 있어서 발열 저항체가 발열하지 않는 영역이 생기지 않도록, 복수의 발열 저항체를 기판의 길이 방향 및 기판의 가로 방향 둘 다에 대하여 비스듬하게 기울여서 배치하면, 도 2b에 도시된 발열 블록과 도 2c에 도시된 발열 블록은 발열량에 있어서 서로 달라지는 것을 발견했다. 이 현상을 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한다.

도 3a는 발열 라인 A의 발열 블록 A7 및 A8의 등가 회로도이다. 도 3b는 발열 라인 A의 발열 분포를 도시하는 그래프이다. 도 3c는 발열 라인 A와 발열 라인 B 둘 다에서 발생되는 열의 합계의 발열 분포를 도시하는 그래프이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 복수의 발열 저항체가 기판의 길이 방향 및 기판의 가로 방향에 대하여 비스듬하게 기울어져서 배치되면, 제1 발열 블록(발열 블록 A7)과 제2 발열 블록(발열 블록 A8)이 형성된다. 제1 발열 블록에서는, 길이 방향에 있어서 제1 및 제2 도전 부재를 통해 흐르는 전류의 방향과 발열 저항체들을 통해 흐르는 전류의 방향이 동일하다. 제2 발열 블록에서는, 길이 방향에 있어서 제1 및 제2 도전 부재를 통해 흐르는 전류의 방향과 발열 저항체들을 통해 흐르는 전류의 방향이 반대이다. 또한, 제1 발열 블록(발열 블록 A7)과 제2 발열 블록(발열 블록 A8)은 길이 방향에서 서로 나란히 직렬로 접속된다.

도 3a의 발열 블록 A7 및 A8의 등가 회로도에 도시된 바와 같이, 발열 저항체들(A7-1 내지 A7-4)과 발열 저항체들(A8-1 내지 A8-4)은 도전 패턴을 통해 병렬로 접속된다. 도전 패턴의 저항률을 r이라고 할 경우, 발열 블록 A7의 발열 저항체 A7-1이 배치되는 영역 WA7-1의 도전 패턴의 발열량은, 도전 패턴 Aa-4의 저항률과 도전 패턴 Aa-4을 통해 흐르는 전류값의 제곱의 곱(= r×(I2＋I3＋I4)²)으로서 구해진다. 발열 블록 A8에 있어서, 발열 저항체 A8-1이 배치되는 영역 WA8-1의 도전 패턴의 발열량은, 도전 패턴 Aa-5의 저항률과 도전 패턴 Aa-5을 통해 흐르는 전류값의 제곱의 곱(=r×I1²)과, 도전 패턴 Ab-4의 저항률과 도전 패턴 Ab-4를 통해 흐르는 전류값의 제곱의 곱(=r×(I1＋I2＋I3＋I4)²)의 합으로서 구해진다. 발열 블록 A8에 있어서, 전류가 히터의 길이 방향을 따라 한 방향으로 흐를 경우, 발열 블록 A8은 역방향으로 전류가 흐르는 복귀 경로를 갖기 때문에, 발열 블록 A7에 비해, 도전 패턴에 기인한 발열 블록 A8의 발열량이 복귀 경로에 기인하여 대응하게 증가되는 것이 밝혀졌다. 마찬가지로, 발열 블록 A8의 발열 저항체 A8-2 내지 A8-4가 배치되는 영역의 도전 패턴의 발열량도, 발열 블록 A7의 발열 저항체 A7-2 내지 A7-4가 배치되는 영역의 도전 패턴의 발열량에 비해 증가된다. 발열 라인 A에 있어서, 발열 블록 A2, A4, A6, A8, A10, A12, A14, A16의 도전 패턴의 발열량은, 발열 블록 A1, A3, A5, A7, A9, A11, A13, A15, A17의 도전 패턴의 발열량에 비해 많다. 발열 라인 B에 있어서, 발열 블록 B1, B3, B5, B7, B9, B11, B13, B15, B17의 도전 패턴의 발열량은, 발열 블록 B2, B4, B6, B8, B10, B12, B14, B16의 도전 패턴의 발열량에 비해 많다. 히터(10)에서는, 도전 패턴의 발열량이 적은 발열 블록들(제1 발열 블록들)과, 도전 패턴의 발열량이 많은 발열 블록들(제2 발열 블록들)이 교대로 접속되어 있다. 도 3b 및 도 3c에 기초한 시뮬레이션에 있어서, 히터(10)의 발열 저항체들의 총 저항률을 약 11.5Ω, 도전 패턴의 시트 저항률을 0.005Ω／□, 발열 저항체의 시트 저항률을 0.25Ω／□라고 가정하고 계산한다는 것을 유의한다. 발열 블록 내에 나란히 놓인 발열 저항체들이, 라인 길이가 3.24mm이고, 라인 폭이 0.8mm인 도전 패턴을 통해 그 양단부에서 서로 접속되는 간단한 조건에서는, 발열 저항체들을 접속하는 도전 패턴의 저항률 r은 0.02Ω으로서 구해진다.

도 3b는 도전 패턴의 발열량을 포함하는 발열 라인 A의 발열 분포 차트이다. 전술한 바와 같이, 발열 라인 A에서는, 도전 패턴의 발열량이 적은 발열 블록들과, 도전 패턴의 발열량이 많은 발열 블록들이 교대로 접속되므로, 히터의 길이 방향에 있어서 발열 분포가 불균일하게 된다는 것을 발견했다.

전술한 관점에서, 본 실시 형태에 따른 히터는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 발열 블록들과 제2 발열 블록들을 모두 갖는 제1 라인과 제2 라인이 가로 방향에 있어서 상이한 위치들에 설치된다. 그리고, 제1 라인 내의 하나의 제1 발열 블록 전체와 제2 라인 내의 하나의 제2 발열 블록 전체가 길이 방향에 있어서 실질적으로 서로 중첩되고, 제1 라인 내의 하나의 제2 발열 블록 전체와 제2 라인 내의 하나의 제1 발열 블록 전체가 길이 방향에 있어서 실질적으로 서로 중첩되도록, 제1 라인과 제2 라인이 배치된다. 이 구성에 의해, 제1 발열 라인 A(제1 라인) 내의 도전 패턴의 발열량이 많은 발열 블록들(제2 발열 블록들)과 발열 라인 B(제2 라인) 내의 도전 패턴의 발열량이 적은 발열 블록들(제1 발열 블록들)이 기판의 길이 방향에 있어서 서로 중첩된다. 또한, 제1 발열 라인 A(제1 라인) 내의 도전 패턴의 발열량이 적은 발열 블록들(제1 발열 블록들)과, 발열 라인 B(제2 라인) 내의 도전 패턴의 발열량이 많은 발열 블록들(제2 발열 블록들)이 기판의 길이 방향에서 서로 중첩된다. 그 결과, 도전 패턴에 기인한 히터의 길이 방향에 있어서의 불균일한 발열 분포를 억제할 수 있다. 발열 분포가 불균일하게 되는 것을 방지하도록 하나의 제1 발열 블록 전체와 하나의 제2 발열 블록 전체가 실질적으로 서로 중첩되기만 한다면, 제1 발열 블록과 제2 발열 블록은 서로 1mm를 초과한 어긋남도 없이 완벽하게 서로 중첩될 필요는 없다는 것을 유의한다. 도 2a의 경우에 생기는 불균일한 발열의 억제 효과를 도 3c를 참조하여 설명한다.

도 3c는 도전 패턴의 발열량을 포함하는 발열 라인 A와 발열 라인 B의 총합의 발열 분포를 도시하는 발열 분포 차트이다. 상류측의 발열 라인 A와 하류측의 발열 라인 B는 그들 간의 발열량의 차분을 서로 상쇄하기 때문에, 히터의 길이 방향에 있어서 발열 분포의 불균일성을 개선할 수 있다는 것을 발견했다.

전술한 바와 같이, 제1 라인 내의 하나의 제1 발열 블록 전체와 제2 라인 내의 하나의 제2 발열 블록 전체가 길이 방향에 있어서 실질적으로 서로 중첩되고, 제1 라인 내의 하나의 제2 발열 블록 전체와 제2 라인 내의 하나의 제1 발열 블록 전체가 길이 방향에 있어서 실질적으로 서로 중첩되도록 제1 라인과 제2 라인이 배치됨으로써, 발열 분포가 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다.

발열 저항체들 각각의 형상은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같은 직사각형 형상에 한정되지 않지만, 특히 발열 저항체들 각각이 직사각형 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 직사각형 형상은 발열 저항체 전체를 통해 전류가 흐르도록 해준다. 예를 들어, 발열 저항체가 평행사변형으로 형성되는 경우, 전류 흐름이 형성되기 쉬운 최단 경로가 발열 저항체의 전역에 걸쳐서가 아니라 각각의 발열 저항체의 일부에만 형성되기 때문에, 최단 경로를 따라 많은 양의 전류가 심하게 집중된다. 이에 따라, 각각의 발열 저항체의 전류 흐름 분포가 치우쳐져서, 불균일한 발열 분포의 억제 효과를 감소시킬 수 있다. 그러나, 직사각형 형상으로 형성된 발열 저항체들을 이용함으로써, 이 현상이 유발되는 것을 방지한다.

도 4는 히터(10)의 비 시트 공급 영역들의 온도 상승을 도시하는 도면이다. 히터(10)는, 기판의 길이 방향에 발열 저항체들이 설치되는 영역(발열 라인 길이)의 중앙이 프린터의 기록재 반송 기준 X와 일치하도록 배치된다. 본 예는, A4 사이즈의 시트(210mm×297mm)를 세로 방향으로 반송(297mm의 변이 반송 방향과 평행해지도록 시트를 반송)할 경우를 예로서 나타내고, 히터(10)는 A4 사이즈의 시트의 210mm의 변의 중앙이 기준 X와 일치하도록 기록재를 반송하는 프린터에 탑재된다.

히터(10)는 US-레터 사이즈의 시트(약 216mm×279mm)를 세로 방향으로 반송하는 경우를 지원하기 위해, 220mm의 발열 라인 길이를 갖는다. 한편, 전술한 바와 같이, 본 실시 형태의 정착 장치를 내부에 탑재하는 프린터는 레터 사이즈를 지원하지만, 기본적으로 A4 사이즈의 시트를 지원한다. 따라서, 프린터는 A4 사이즈의 시트를 이용하는 빈도가 가장 많은 유저들을 위한 것이다. 그러나, 프린터는 레터 사이즈도 지원하기 때문에, A4 사이즈의 시트에 인쇄를 행할 경우, 발열 라인의 양단부에 5mm의 비시트 공급 영역이 발생한다. 정착 처리 동안, 기록재 반송 기준 X 부근의 히터 온도를 검지하는 온도 검지 소자(4)에 의해 검지된 온도가 제어 목표 온도에서 유지되도록 히터(10)에의 공급 전력이 제어된다. 따라서, 시트는 비 시트 공급 영역들로부터 열을 빼앗지 않기 때문에, 비 시트 공급 영역들의 온도가 시트 공급 영역의 온도보다 높게 상승한다. 본 실시 형태에 있어서, 레터 사이즈를 최대 사이즈로서 정의하고, A4 사이즈를 비 시트 공급 영역들의 온도 상승을 방지하기 위해 조치를 필요로 하는 특정 사이즈로서 정의한다는 것을 유의한다.

본 실시 형태의 히터(10)는, A4 사이즈의 시트의 단부들이 도 4에 도시된 바와 같이, 히터(10)의 양단부에 설치된 발열 블록들(A1, A17, B1, B17)을 통과하고, 또한 시트의 단부들이 발열 블록들 각각의 양단부에 설치된 발열 저항체들(A1-1, A1-4, A17-1, A17-4, B1-1, B1-4, B17-1, B17-4)을 통과하지 않도록 구성된다. 이 구성에 의해, A4 사이즈의 시트가 통과하지 않는 영역의 발열 저항체들의 온도가 상승하지만, 발열 저항체들은 PTC를 가지므로, 이 발열 저항체들의 저항률이 증가해서 전류가 통과하기 어렵게 한다. 이에 따라, 발열이 억제되어, 결과적으로 비시트 공급 영역들의 온도 상승이 억제된다.

또한, 전술한 바와 같이, 히터의 길이 방향에 걸쳐서 불균일한 발열 분포가 생기는 것을 방지하도록 히터(10)가 구성된다. 이에 따라, 시트가 통과하게 해주는 영역에 있어서의 발열의 불균일성이 억제되므로, 정착 성능의 균일성을 획득할 수 있다.

[제2 실시 형태]

도 5는 제2 실시 형태에 따른 히터(20)의 구성도이다. 히터(20)는 발열 라인 A와 발열 저항 B의 발열 저항체들이 모두 동일한 방향으로 기울어져 있다는 점에서, 제1 실시 형태의 히터(10)와 상이하다. 그러나, 히터(20)는 발열 라인 B의 도전 패턴들(Ba, Bb)의 형상이 기획된 것이다. 따라서, 제1 실시 형태의 히터(10)와 마찬가지로 제1 라인(발열 라인 A) 내의 하나의 제1 발열 블록 전체와 제2 라인(발열 라인 B) 내의 하나의 제2 발열 블록 전체가 길이 방향에 있어서 실질적으로 서로 중첩되고, 제1 라인 내의 하나의 제2 발열 블록 전체와 제2 라인 내의 하나의 제1 발열 블록 전체가 길이 방향에 있어서 실질적으로 서로 중첩되도록, 제1 라인과 제2 라인이 배치된다. 구체적으로, 발열 라인 A에서는, 발열 블록 A1, A3, A5, A7, A9, A11, A13, A15, A17 각각이 발열량이 적은 제1 발열 블록에 상당하고, 발열 블록 A2, A4, A6, A8, A10, A12, A14, A16 각각이 발열량이 많은 제2 발열 블록에 상당한다. 발열 라인 B에서는, 발열 블록 B2, B4, B6, B8, B10, B12, B14, B16 각각이 발열량이 적은 제1 발열 블록에 상당하고, 발열 블록 B1, B3, B5, B7, B9, B11, B13, B15, B17 각각이 발열량이 많은 제2 발열 블록에 상당한다. 또한, 발열 블록 A1과 B1, 발열 블록 A2와 B2, ?????, 발열 블록 A17과 B17이 각각 기판의 길이 방향에서 서로 중첩됨으로써, 발열 분포의 불균일성을 억제한다.

본 출원은 2009년 12월 21일자로 출원된 일본 특허 출원 제2009-289723호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조되어 포함된다.

1: 정착 필름
2: 가압 롤러
10: 히터
A: 발열 라인 A(제1 라인)
B: 발열 라인 B(제2 라인)
A1 내지 A17: 발열 라인 A의 발열 블록들
B1 내지 B17: 발열 라인 B의 발열 블록들
Aa, Ab: 발열 라인 A의 도전 패턴들
Ba, Bb: 발열 라인 B의 도전 패턴들
A1-1 내지 A17-4, B1-1 내지 B17-4: 발열 저항체들

Claims

히터로서,
기판,
상기 기판상에 상기 기판의 길이 방향을 따라 설치되는 제1 도전 부재,
상기 기판상에 상기 제1 도전 부재와는 상기 기판의 가로 방향에서 상이한 위치에 상기 길이 방향을 따라 설치되는 제2 도전 부재, 및
포지티브의 저항-온도 특성을 각각 갖고, 상기 제1 도전 부재와 상기 제2 도전 부재 사이에 전기적으로 서로 병렬로 접속되는 복수의 발열 저항체, 및
전기적으로 서로 병렬로 접속된 상기 복수의 발열 저항체를 포함하는 복수의 발열 블록을 포함하고,
상기 복수의 발열 블록은 상기 길이 방향을 따라 배치되며 전기적으로 서로 직렬로 접속되고,
상기 복수의 발열 저항체는 상기 길이 방향 및 상기 가로 방향에 대하여 비스듬하게 기울어져서 배치되고,
상기 복수의 발열 블록은, 상기 길이 방향에 있어서 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재를 통해 흐르는 전류의 방향이 상기 복수의 발열 저항체를 통해 흐르는 전류의 방향과 동일한 제1 발열 블록들, 및 상기 길이 방향에 있어서 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재를 통해 흐르는 전류의 방향이 상기 복수의 발열 저항체를 통해 흐르는 전류의 방향에 대해 반대인 제2 발열 블록들을 포함하고, 상기 제1 발열 블록들과 상기 제2 발열 블록들은 상기 길이 방향에서 나란히 서로 직렬로 접속되고,
상기 가로 방향에서 상이한 위치에 배치되는 제1 라인과 제2 라인에는, 상기 제1 발열 블록들 및 상기 제2 발열 블록들 양방이 모두 포함되고,
제1 라인의 제1 발열 블록들 전체와 제2 라인의 제2 발열 블록들 전체가 상기 길이 방향에서 서로 중첩되고, 상기 제1 라인의 제2 발열 블록들 전체와 상기 제2 라인의 제1 발열 블록들 전체가 상기 길이 방향에서 서로 중첩되도록, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인이 배치되는, 히터.
제1항에 있어서,
상기 제1 라인과 상기 제2 라인은 전기적으로 서로 직렬로 접속되는, 히터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 발열 저항체는 각각의 형상이 직사각형이고, 상기 복수의 발열 저항체 각각이 그에 이웃하는 다른 발열 저항체와 상기 길이 방향에서 부분적으로 중첩되도록 배치되는, 히터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 발열 블록 중 하나에 포함되는 상기 복수의 발열 저항체 중, 상기 길이 방향에서 단부들에 배치되는 발열 저항체들은 중앙부에 배치되는 발열 저항체들보다 저항률이 큰, 히터.
화상 가열 장치로서,
엔드리스 벨트(endless belt),
상기 엔드리스 벨트의 내면에 접촉하는 히터, 및
상기 엔드리스 벨트를 통해 상기 히터와 함께 닙부(nip portion)를 형성하는 닙부 형성 부재를 포함하고,
상기 화상 가열 장치는 화상을 담지하는 기록재를 상기 닙부에 의해 끼워서 반송하면서 가열하고, 상기 히터는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 히터를 포함하는, 화상 가열 장치.