JP2000112268A - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP2000112268A
JP2000112268A JP10282633A JP28263398A JP2000112268A JP 2000112268 A JP2000112268 A JP 2000112268A JP 10282633 A JP10282633 A JP 10282633A JP 28263398 A JP28263398 A JP 28263398A JP 2000112268 A JP2000112268 A JP 2000112268A
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roller
fixing
fixing device
image
fixing roller
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JP10282633A
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Inventor
Hiroshi Fuma
宏史 夫馬
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱ローラ式の定着装置の定着用ローラに加熱
用ローラを設けた場合、加熱ローラと圧着ローラ双方の
圧接力のアンバランスによって定着用ローラに形成され
るニップ部の大きさが軸方向によって不同になるのを防
止する。 【解決手段】 加熱ローラ603の回転中心を定着ロー
ラ601と圧着ローラ602のそれぞれの回転中心を通
る直線XXの延長線上ないし直線XXに対し定着ローラ
601の回転中心より左右に角度30度の範囲内に設置
しかつ圧着ローラ602と同等の荷重をもって圧接する
ことにより定着ローラ601に対し軸方向に均一なニッ
プ部を形成して熱量を均等に供給出来るように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、像形成体の周囲に
帯電、像露光及び現像手段を配置してトナー像を形成す
る画像形成装置等に使用される熱ローラ方式の定着装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式による画像形成装置の多く
は、転写材上に転写したトナー像の定着手段として構造
が簡単でコンパクトでもあることから熱ローラ方式の定
着装置が使用されている。
【0003】熱ローラ方式の定着装置は駆動回転される
定着ローラとこれに圧接して従動回動される圧着ローラ
とから構成され、転写材は前述した2本のローラ間に挟
着搬送されつつ定着ローラの内蔵する熱源によりトナー
を溶着して定着される。
【0004】また定着ローラの芯金とゴム被覆の界面の
温度上昇を抑えて定着ローラの長寿命化をはかるため熱
源を内蔵する加熱用のローラを特に設けて定着ローラに
圧接するようにした3本のローラから構成される熱ロー
ラ方式の定着装置も使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の加
熱ローラと圧着ローラが定着ローラに対し不均衡に圧接
するとこれらのローラのたわみにより、均一な接触が得
られない。
【0006】また定着装置は不使用時には熱量の無駄な
放散の防止されることも必要とされている。
【0007】本発明はこれ等の点を解決して改良した結
果、熱効率が良くトナー像を画質の良い画像として定着
することができ、耐久性の高い画像形成装置の定着装置
の提供を目的としたもので 3本のローラ中、中間に位置した上定着ローラは上
下のローラから押圧力を受けることとなるが、この押圧
力の作用する方向によってはたわむ変形力を受け、均一
な定着ニップを形成することができなくなる。また上定
着ローラの軸受には押圧力に対応して大きな荷重がかか
り、軸受の寿命が短くなったり、高価なベアリングを必
要とすることになる。本発明の第1の目的は上定着ロー
ラに実質的に掛る荷重を小さくし、歪みを防止するとと
もに、ベアリング軸受を使用しなくても済むようにし
て、コストダウンを図ることのできる定着装置を提供す
ることにある。
【0008】 定着ローラは加熱用ローラから、熱伝
導により受けた加熱により定着が行われるが、定着ロー
ラの弾性材料部分に加熱用ローラの端部が当接すると、
端部が当接した定着ローラのこの部分は周方向だけでな
く、長手方向にも変形を受けるために、定着ローラの表
面層の剥離や弾性材料部分の破損の原因となることがあ
った。本発明の第2の目的は、加熱ローラの寸法を変え
て定着ローラの当接部分が無用な変形を受けないような
構造にし、定着ローラの長寿命化を達成できる定着装置
を提供することにある。
【0009】 定着装置は定着動作中でなくても、次
の定着動作に入れるように定着器温度を高く保つことが
望ましいが、エネルギー消費を抑えるためにはヒータへ
の通電はなるたけ少なくしたい。定着装置では断熱性能
を高めるために種々の断熱部材を備えているが、通紙経
路は転写材を通すために開口部が設けられていてここか
ら熱流出がなされて消費電力を押し上げるという問題を
有している。本発明の第3の目的は、かかる問題を解決
して省エネ化が図られた定着装置を提供することにあ
る。
【0010】 定着ローラは加熱用ローラから熱伝導
により受けた加熱により定着が行われるが、定着ローラ
は一般に金属パイプの外側にシリコンゴム、PFA層等
を設けて構成されているが、加熱用ローラから受けた熱
の一部は金属パイプを無駄に加熱するとともに、この金
属パイプから外気やローラ支持部材へ熱が流出し、熱効
率が低下するという問題があった。本発明の第4の目的
は、定着ローラを熱伝導・熱保持性の良い構造にして、
高効率で加熱用ローラからの熱供給を受けて、定着ニッ
プ部まで受けた熱量を保持できる定着ローラを有した定
着装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的は、像形
成体上に帯電、像露光及び現像を行ってトナー像を形成
し、前記トナー像を転写材に転写し定着する画像形成装
置の定着装置において、前記定着装置は上下の定着用ロ
ーラと前記上定着用ローラに当接された加熱用ローラと
から構成され、前記加熱用ローラと前記上下の定着用ロ
ーラは略同一線上に配置されることを特徴とする定着装
置(請求項1に係わる発明)により達成される。
【0012】上記第2の目的は、像形成体上に帯電、像
露光及び現像を行ってトナー像を形成し、前記トナー像
を転写材に転写し定着する画像形成装置の定着装置にお
いて、前記定着装置は上下の定着用ローラと前記上定着
用ローラに当接された加熱用ローラとから構成され、前
記加熱用ローラは前記上定着用ローラより長い実効長を
有していることを特徴とする定着装置(請求項3に係わ
る発明)により達成される。
【0013】上記第3の目的は、像形成体上に帯電、像
露光及び現像を行ってトナー像を形成し、前記トナー像
を転写材に転写し定着する画像形成装置の定着装置にお
いて、転写材の搬送経路に移動可能な遮熱部材を備える
ことを特徴とする定着装置(請求項4に係わる発明)に
より達成される。
【0014】上記第4の目的は、像形成体上に帯電、像
露光及び現像を行ってトナー像を形成し、前記トナー像
を転写材に転写し定着する画像形成装置の定着装置にお
いて、前記定着装置は上下の定着用ローラと前記上定着
用ローラに当接された加熱用ローラとから構成され、前
記上定着用ローラは高熱伝導率かつ大熱容量の表面層
と、低熱伝導率かつ小熱容量の内部層とを有することを
特徴とする定着装置(請求項7に係わる発明)により達
成される。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の各実施の形態の説明に先
立って本発明に係わる定着装置とそれを使用するカラー
画像形成装置の構成と機能について説明する。但し、本
発明における画像形成装置は下記の構成に限定されるも
のではなく、画像支持体(紙など)上の樹脂トナーを加
熱・加圧して定着する装置全般にわたる。
【0016】像担持体の周囲に複数の帯電装置、露光装
置、現像装置を配設し、像担持体の1回転中に帯電、露
光、現像の工程を繰返して像担持体上に多色のカラート
ナー像を重ね合わせて形成し、一括して転写材上に転写
する画像形成装置が本出願人によって多数の技術開示が
なされている。図2はその1例を示したもので、透明基
体の上に導電層と感光層とを設けた可撓性のベルト状感
光体100が上下の駆動ローラ101、従動ローラ10
2、103、テンションローラ104に張架されて縦型
に配設され、内部には各色毎の潜像形成装置(又は露光
装置)301Y、M、C、Kが配置され、前方には各帯
電器201Y、M、C、Kと、現像器401Y、M、
C、Kがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン
(C)、黒(K)の各色について、ベルト状感光体10
0の回転上流方向から帯電器201、露光装置301、
現像器401の順に配設され、下方には転写ローラ50
1、定着装置600が、ローラ103の対向面にはクリ
ーニング装置701がそれぞれ配設されている。
【0017】画像記録がスタートすると、ベルト状感光
体100は時計方向へ回転し、同時に帯電器201Yの
帯電作用により電位(この場合はマイナスの電位)が付
与されて、露光装置301Yによってイエローの画像の
露光が行われ、ベルト状感光体100の回転に合わせて
表面にイエローの画像に対応する静電潜像が形成され
る。この潜像は現像器401Yによって反転現像が行わ
れ、ベルト状感光体100上にイエロー(Y)のトナー
像が形成される。
【0018】次に、イエロー(Y)トナー像の上に帯電
器201Mにより電位を付与して同様な手順で、マゼン
タ(M)トナー像を重ねて形成する。こうしてベルト状
感光体100の1回転で順次4色のトナー像を重ねてカ
ラートナー像が形成される。
【0019】トナー像の形成に並行して転写紙Pが給紙
カセット1000より搬出され、タイミングローラ80
1の作動によりベルト状感光体100上のカラートナー
像に同期して転写ローラ501に給紙されて、トナー像
とは反対極性(この場合はプラスの極性)の電圧の印加
により前記のカラートナー像が一括して転写紙P上に転
写される。
【0020】カラートナー像を転写された転写紙Pは定
着装置600においてトナーを溶着したのち排紙ローラ
1100を経て装置本体の上面に排出され、一方ベルト
状感光体100はクリーニング装置701において残留
トナーを除去し、光除電装置901において残留電位を
消去されて次なる画像形成のプロセスに入る。
【0021】本発明の定着装置600は、図1に示す如
く上下の定着用ローラとして使用される転写紙Pの搬送
面上方の定着ローラ601と下方の圧着ローラ602を
備えると共に、加熱ローラ603を定着ローラ601の
上部に設けている。
【0022】前記の各ローラは、一例として次に記すよ
うな組成のものが使用される。
【0023】定着ローラ601は、芯金601Aが厚み
1.6mmのアルミ製パイプで構成され、外周に厚み
1.5mmのシリコン発泡体からなる弾性体の断熱層6
01Bと更に厚み0.5mmのシリコンゴム(硬度JI
SA15°)から成る弾性層601Cを有していて、更
に厚み50μmのPFA(Perfluoroalko
xy resins)チューブをもって被覆して外径を
φ20mmとされている。
【0024】前記の定着ローラ601は定位置に軸受し
て架設され、時計方向に120mm/secの周速をも
って駆動回転される。
【0025】次に定着ローラ601の下方に位置した圧
着ローラ602は、芯金602Aが厚み2mmの鉄製パ
イプ若しくは棒材で、外周に厚み2mmのシリコンゴム
(硬度JISA15°)から成る弾性層602Bを有し
ていて、更に厚み50μmのPFAチューブをもって被
覆して外径をφ20mmとされている。
【0026】前記の圧着ローラ602は両軸端を支持す
る一対の圧着板612がコイルバネ612Bにより軸6
12Aを支点として時計方向に付勢される作用により、
外周面を定着ローラ601に対し0.4kg/cmの荷
重をもって圧接されてニップ部を形成しつつ従動回転さ
れる。
【0027】一方定着ローラ601の上方に位置した加
熱ローラ603は、芯金603Aが外径φ36mm厚み
1mmの鉄製パイプで外周にPTFE(Polytet
rafluoroethylene)コーティングが施
され、両軸端を支持する一対の圧着板613がコイルバ
ネ613Bにより軸613Aを支点として反時計方向と
付勢される作用により、外周面を定着ローラ601に対
し0.4kg/cmの荷重をもって圧接されてニップ部
を形成しつつ従動回転される。
【0028】前記の加熱ローラ603は700Wのハロ
ゲンヒータを内蔵していて表面温度が260℃を超えな
いよう、かつ上定着ローラ表面温度が190℃に維持さ
れるよう制御される。
【0029】各ローラの表面温度の管理はそれぞれのロ
ーラの表面に設置したサーミスタ等の温度センサの検出
する温度情報に基づいて加熱ローラの内蔵するハロゲン
ヒータが点滅されて設定した表面温度が制御される。補
助加熱手段として、上定着ローラ601にヒータを内蔵
してもよい。図1にはこのヒータが図示されている。
【0030】前記の各ローラは転写材分離爪611と各
搬送ローラ604、605及び搬送ガイド部材606等
と共にハウジング620に組み込まれて一体化した状態
で装置本体に配設される。
【0031】(実施の形態1)請求項1に係わる第1の
発明の実施の形態を図3によって説明する。
【0032】前記の定着ローラ601は、圧着ローラ6
02と加熱ローラ603が均等な荷重Wをもって上下の
略対称位置より圧接されているので上定着ローラには、
実質的な荷重がかからず、たわみが発生せずニップ不均
一は下定着ローラのたわみ分だけとなる。それによって
定着ローラ601に対する加熱ローラ603からの熱量
の供給並びに転写紙P上のトナー像の圧着加熱が軸方向
にわたってより均等に行われる。
【0033】前記の加熱ローラ603は図3(a)に示
す如く定着ローラ601と圧着ローラ602のそれぞれ
の中心を通る直線XX上に設置されるのが望ましくある
が、本発明者の試みた実験によれば直線XXに対し定着
ローラ601の回転中心より左右に角度30度の範囲内
であれば、図3(b)に示すように定着ローラ601の
たわみ改善効果は充分に得られることが確認されてい
る。
【0034】従って定着ローラ601は加熱ローラ60
3の位置を所定範囲内で選択出来ることとなり、その結
果クリーニング手段或いはオイル塗布手段等をローラ周
面上に余裕をもって配置することが可能となる。
【0035】また定着ローラ601を押圧する上方の加
熱ローラ603による押圧力と下方の圧着ローラ602
による押圧力とは相反する方向から一直線上に作用して
相殺される結果、定着ローラ601の軸受はベアリング
軸受に代えてスベリ軸受に変更することが可能となり、
コストダウンが達成されることとなる。
【0036】(実施の形態2)請求項3に係わる第2の
発明の実施の形態を図4によって説明する。
【0037】前記の定着ローラ601は、図4(a)に
示す如く、ローラ部が転写紙Pを挟着する軸方向の長さ
0に対し両端部に若干の余裕を加えた実効長L1の長さ
に形成されている。
【0038】一方前記の加熱ローラ603は、ローラ部
が定着ローラ601の実効長L1に対し両端部を所定量
延長した全長L2の長さに形成されている。所定量(L2
−L1)/2は、軸方向のローラ位置変動を加味して
も、加熱ローラ603の端部が定着ローラ601のゴム
被覆部分に当接しないよう設定される。
【0039】従って定着ローラ601は、ローラ部に加
熱ローラ603のローラ端部603−1当接箇所におけ
る局部的に周方向と長手方向とに集中した圧接力を受け
ることがなく、その結果ローラ部は表層の損傷や剥離等
が回避されていて長期にわたって正常な定着作用を持続
することが出来ることとなる。図4(b)にL2が小さ
い場合を示す。加熱ローラ端部603−1が定着ローラ
601に当接する部分でゴムが軸方向にも大きく変形
し、ローラ601の寿命を縮める。
【0040】(実施の形態3)請求項4に係わる第3の
発明の実施の形態を図5によって説明する。
【0041】前記の定着装置600は、転写紙Pを搬出
入するハウジング620の前後の各開口部に断熱材63
1A、631Bをそれぞれ貼着した遮熱部材630A及
び630Bを架設した支持軸632A,632Bを介し
て回動可能に支持している。
【0042】前記の各遮熱部材630A及び630B
は、ハウジング620側面の端部に扇形歯車630G
3、630G4をそれぞれ一体としていて、前記の各扇
形歯車630G3、630G4がリバーシブルモータM
のピニオンG1によって駆動回転される大歯車G2にそ
れぞれ噛合されている。
【0043】転写材の非通過時即ち所定枚数の定着を終
了し、定着作用が長時間休止されて装置が低電力消費モ
ードに切り替えられた場合とか、定着装置600のウォ
ーミングアップ時には、フォトセンサSによる大歯車G
2の穴H1の検出によりモータMが停止されて各扇形歯
車630G3、630G4が図5(a)に示す位置に保
持される。それによって前記の各遮熱部材630A及び
630Bがそれぞれ開口部を閉鎖して定着装置600内
の熱量の流出・放散が防止される。
【0044】また転写材の通過時即ち定着が継続して行
われたり、所定枚数の定数が設定されて装置の低電力消
費モードが解除された場合には、モータMの正転により
大歯車G2が時計方向に回転してフォトセンサSによる
穴H2の検出によりモータMが停止されて各扇形歯車6
30G3、630G4が図5(b)に示す位置に回動さ
れる。それによって前記の各遮熱部材630A及び63
0Bがそれぞれの開口部より退避して定着装置600内
における転写材の搬送経路(一点鎖線をもって示す)を
開放する。
【0045】更に再度の転写材の非通過時には、モータ
Mの逆転によりフォトセンサSが再び前記の穴H1を検
出してモータMを停止し前記の各遮熱部材630A及び
630Bを図5(a)に示す各位置に復帰させる。
【0046】本発明者は、定着ローラ601の表面温度
を120℃に保つようにヒータを制御し、このときの1
時間あたりのヒータ消費電力を開口部を開放したときと
遮蔽したときについて比較を行ったが、開口部を開口し
たときの0.046kWhに対し、開口部の遮蔽を行っ
たときは0.032kWhと約2/3に低減されること
が認められた。なお開口部の遮蔽は完全に遮蔽されてい
ないでも、相当の効果が認められた。
【0047】(実施の形態4)請求項7に係わる第4の
発明の実施の形態を図6によって説明する。
【0048】前記の定着ローラ601は、熱伝導性が良
くかつ熱容量の大きい高密度のシリコンゴムから成る弾
性層601Cを表面層としているので加熱ローラ603
の熱量が効率良く伝達しかつ蓄熱され、更に弾性層60
1Cの内面には熱伝導性が低くかつ熱容量の小さい発泡
ゴムを材料とする弾性体の断熱層601Bを内面層とし
ているので弾性層601Cの熱量が芯金601Aに逃げ
るのも阻止されて加熱ローラ603からの熱は弾性層6
01Cに保持されて、温度低下することなく定着ニップ
部に到達して定着に要する十分な熱量が供給されて定着
性能の保持が可能となる。また断熱層601Bが発泡体
でもあることから各ローラの圧接により弾性変形して所
定の3〜4mm程度の大きさのニップ部を形成すること
も容易である。
【0049】本実施の形態においては2層構造とする表
面層をなす弾性層601Cを稠密なゴム層として0.5
mm、内面層をなす断熱層601Bを発泡ゴム層の1.
5mmとして良好な効果を得ている。
【0050】なお前記の弾性層601Cは損傷の防止や
離型性を向上させるためPFAチューブ等によって被覆
されて使用される。
【0051】なお上記の2層構造の材質については上記
の組み合わせに限らず、高熱伝導率・高熱容量の上層
と、低熱伝導率・低熱容量の下層の組み合わせのもので
あれば、他の材質でも十分使用可能である。また各層の
厚さ等の定量値についても、材質、定着温度、ローラの
サイズ、ニップ幅、定着速度等の諸条件で変わるもの
で、実施の形態の定量値に限定されるものではない。
【0052】
【発明の効果】本発明により、定着ローラは請求項1及
び2により軸方向にわたりより均等な加熱とより均一な
ニップ部が実現され、請求項3により定着ローラ長寿命
化が実現し、また請求項4ないし6により無用な熱量の
定着装置からの放散が防止されて消費電力の低減が実現
され、更に請求項7ないし9により2層構造とした定着
ローラは、加熱ローラから効率よく熱供給を受け定着ニ
ップ部まで保持されて連続定着時にも安定した定着性能
が保持される。
【0053】このようにして本発明によるときは、高速
の連続定着がなされる画像形成装置に用いて、定着性能
が高くかつ耐久性、経済性に優れた実用上極めて有用な
定着装置が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定着装置の断面構成図。
【図2】カラー画像形成装置の断面構成図。
【図3】定着用ローラに対する加熱用ローラの位置を示
す説明図。
【図4】定着用ローラに対する加熱用ローラの長さを示
す説明図。
【図5】遮熱部材の機能を示す側面図。
【図6】定着用ローラの構成を示す断面図。
【符号の説明】
100 ベルト状感光体 201 帯電器 301 露光装置 401 現像器 501 転写ローラ 600 定着装置 601 定着ローラ 602 圧着ローラ 603 加熱ローラ 611 分離爪 612,613 圧着板 612B,613B コイルバネ 620 ハウジング 701 クリーニング装置 801 タイミングローラ 901 光除電装置 1000 給紙カセット 1100 排紙ローラ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像形成体上に帯電、像露光及び現像を行
    ってトナー像を形成し、前記トナー像を転写材に転写し
    定着する画像形成装置の定着装置において、前記定着装
    置は上下の定着用ローラと前記上定着用ローラに当接さ
    れた加熱用ローラとから構成され、前記加熱用ローラと
    前記上下の定着用ローラは略同一線上に配置されること
    を特徴とする定着装置。
  2. 【請求項2】 前記加熱用ローラと下方の定着用ローラ
    が上方の定着用ローラに対し略均等な荷重をもって上下
    より圧接されることを特徴とする請求項1に記載の定着
    装置。
  3. 【請求項3】 像形成体上に帯電、像露光及び現像を行
    ってトナー像を形成し、前記トナー像を転写材に転写し
    定着する画像形成装置の定着装置において、前記定着装
    置は上下の定着用ローラと前記上定着用ローラに当接さ
    れた加熱用ローラとから構成され、前記加熱用ローラは
    前記上定着用ローラより長い実効長を有していることを
    特徴とする定着装置。
  4. 【請求項4】 像形成体上に帯電、像露光及び現像を行
    ってトナー像を形成し、前記トナー像を転写材に転写し
    定着する画像形成装置の定着装置において、転写材の搬
    送経路に移動可能な遮熱部材を備えることを特徴とする
    定着装置。
  5. 【請求項5】 前記遮熱部材は前記搬送経路に対し転写
    材の通過時には退避し、非通過時には復帰して遮熱状態
    とすることを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
  6. 【請求項6】 転写材の非通過時に低電力消費モードが
    設定されることを特徴とする請求項5に記載の定着装
    置。
  7. 【請求項7】 像形成体上に帯電、像露光及び現像を行
    ってトナー像を形成し、前記トナー像を転写材に転写し
    定着する画像形成装置の定着装置において、前記定着装
    置は上下の定着用ローラと前記上定着用ローラに当接さ
    れた加熱用ローラとから構成され、前記上定着用ローラ
    は高熱伝導率かつ大熱容量の表面層と、低熱伝導率かつ
    小熱容量の内部層とを有することを特徴とする定着装
    置。
  8. 【請求項8】 前記表面層を高密度の弾性体、前記内部
    層を発泡弾性体としたことを特徴とする請求項7に記載
    の定着装置。
  9. 【請求項9】 前記表面層をPFAと高密度の弾性体、
    前記内部層を発泡弾性体としたことを特徴とする請求項
    8に記載の定着装置。
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