JP2000321917A - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP2000321917A
JP2000321917A JP11132058A JP13205899A JP2000321917A JP 2000321917 A JP2000321917 A JP 2000321917A JP 11132058 A JP11132058 A JP 11132058A JP 13205899 A JP13205899 A JP 13205899A JP 2000321917 A JP2000321917 A JP 2000321917A
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JP
Japan
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temperature
fixing roller
fixing
time
heating device
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JP11132058A
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English (en)
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Kuniharu Nanba
邦治 難波
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着ローラと加圧ローラを有する定着装置に
おいて、定着ローラを定着温度に加熱するウォーミング
アップ時のオーバシュートをなくす。 【解決手段】 定着ローラ1の初期温度に対応する初期
補正値Xと時間補正係数aと温度検知装置4による検知
温度Tとから算出されるT+(X−at)を定着ローラ
1の温度とみなして、加熱装置3への通電のオン,オフ
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、定着ローラと、該
定着ローラと対をなして該定着ローラに当接する加圧ロ
ーラと、前記定着ローラを加熱する加熱装置と、前記定
着ローラ表面の温度を検知する温度検知装置とを有し、
回転する前記定着ローラと加圧ローラの間に、トナー像
を担持した記録媒体を通し、該トナー像を記録媒体表面
に定着する定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ又はそ
の少なくとも2つの機能を備えた複合機などとして構成
される画像形成装置において上記形式の定着装置を採用
することは従来より周知である。この種の定着装置にお
いては、画像形成装置の電源投入時や、画像形成装置の
省エネルギー状態からの起動時などに、加熱装置への通
電を開始し、定着ローラ表面の温度を、トナー像の定着
に適した定着温度に上昇させている。このように定着ロ
ーラ表面の温度を、定着温度よりも低い温度から定着温
度に上昇させるまでのウォーミングアップ時間は、ユー
ザの待ち時間を短かくするために、できるだけ短時間で
あることが好ましい。
【0003】そこで、従来の定着装置においては、温度
検知装置により検知された定着ローラ検知温度が定着温
度となるまで加熱装置への通電を続け、定着ローラ表面
の温度上昇勾配を急峻なものとしてウォーミングアップ
時間の短縮を図っている。ところが、この制御方法によ
ると、温度検知装置が、定着ローラ表面の実際の温度よ
りも遅れてローラ温度を検知するため、定着ローラ表面
の実際の温度と、温度検知装置により検知された定着ロ
ーラ検知温度との差が大きくなり、定着ローラ検知温度
が定着温度を検知した時点で、実際の定着ローラ表面の
温度が定着温度よりも高くなってしまうオーバシュート
が発生する。
【0004】上述した不具合を防止するため、従来より
各種の制御方法が提案されている。
【0005】例えば、特開平5−333944号公報に
は、温度勾配よりオーバシュート予測値を計算して制御
を行う方法が提案されている。ところが、オーバシュー
ト量は温度勾配だけでなく、加熱時間の影響も受けるの
で、この提案に係る方法では正確にオーバシュート量を
予測することは難しい。
【0006】また、特開平7−114288号公報に
は、温度勾配と温度センサー時定数を計算して制御を行
う方法が提案されているが、温度センサーの時定数は加
熱前の温度によって影響を受けるので、画像形成装置の
省エネルギー状態からの起動時などのように、定着ロー
ラの温度が既に高くなった状態から定着ローラを加熱し
た場合は、オーバシュート予測量が必要以上に大きくな
ってしまうおそれがある。
【0007】さらに、特開平9−152806号公報に
は、狙いの温度近傍で間欠通電とフィードバック制御を
行う方法が提案されているが、間欠通電におけるタイム
ロスによって、ウォーミングアップ時間が犠牲となるお
それがある。
【0008】また、特開平9−319255号公報に
は、現在の温度と温度勾配により、温度センサー時定数
を算出する方法が提案されているが、温度センサーの時
定数は加熱時間の影響も受けるので、定着ローラの温度
が既に高くなった状態から定着ローラを加熱した場合、
この提案に係る方法では、正確に温度を検知することが
難しい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、いか
なる定着ローラ表面の初期温度からその定着ローラを加
熱し始めたときも、オーバシュートを抑制して、定着ロ
ーラ表面を定着温度まで短時間で上昇させることの可能
な冒頭に記載した形式の画像形成装置の定着装置を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、冒頭に記載した形式の定着装置において、
定着ローラ表面の温度を初期温度からトナー像の定着に
適した定着温度に上昇させる際、定着ローラ表面の初期
温度が高くなるに従って、段階的に小さな値となるよう
に予め決められた初期補正値データと時間補正係数デー
タのなかから、前記温度検知装置により検知された定着
ローラ表面の初期温度に該当する初期補正値X及び時間
補正係数aを決定し、前記加熱装置への通電開始後に前
記温度検知装置により検知された定着ローラ検知温度T
と、この時の加熱装置への通電開始からの時間tとによ
り、補正値(X−at)を算出し、かつ定着ローラ表面
の温度をT+(X−at)とみなして前記加熱装置への
通電を制御する制御手段を具備することを特徴とする定
着装置を提案する(請求項1)。
【0011】その際、前記制御手段は、前記補正値(X
−at)がプラスの値であるときは、定着ローラ表面温
度をT+(X−at)とみなして加熱装置への通電を制
御する補正制御を継続し、時間の経過と共に前記補正値
(X−at)がマイナスの値となった時点以降は、前記
補正制御を行わず、前記温度検知装置により検知された
定着ローラ検知温度をそのまま定着ローラ表面の温度と
して前記加熱装置の通電を制御するように構成されてい
ると有利である(請求項2)。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に従って詳細に説明する。図1は、図示していない画像
形成装置本体内に配置された定着装置の概略を示す説明
図であり、図2はその定着装置の電気的制御手段を示す
概略図である。この定着装置は、図1に示すように、定
着ローラ1と、その定着ローラ1と対をなして該定着ロ
ーラ1に当接する加圧ローラ2と、定着ローラ1の内部
に配置されて、その定着ローラ1を加熱する加熱装置3
と、定着ローラ表面の温度を検知する温度検知装置4
と、図2に示した制御装置5及びオン/オフ制御素子7
より成る制御手段とを有している。定着ローラ1と加圧
ローラ2は、定着装置の図示していないフレームに回転
自在に支持され、同じく図示していない駆動装置によっ
て、定着ローラ1は図1における時計方向に回転駆動さ
れ、加圧ローラ2は定着ローラ1に圧接しながら、その
定着ローラ1と逆の反時計方向に回転駆動される。また
定着ローラ1は加熱装置3により加熱され、定着ローラ
表面の温度が温度検知装置4により検知され、その温度
検知信号に基づいて定着ローラ表面の温度が定着に適し
た定着温度に維持される。
【0013】画像形成装置本体の図示していない転写部
において、同じく図示していない像担持体表面からトナ
ー像TMを転写された例えば転写紙より成る記録媒体P
は、図1に矢印Vで示すように搬送され、上述のように
回転する定着ローラ1と加圧ローラ3との間に送り込ま
れる。このとき、トナー像TMを構成するトナーが定着
ローラ1と加圧ローラ2から熱と圧力の作用を受け、こ
れによって記録媒体P上のトナー像TMがその記録媒体
P上に定着される。定着ローラ1と加圧ローラ2の間を
通った記録媒体は図示していない排紙トレイ上に排出さ
れる。このように、定着装置は、回転する定着ローラ1
と加圧ローラ2の間に、トナー像TMを担持した記録媒
体Pを通し、そのトナー像TMを熱と圧力の作用で記録
媒体表面に定着する用をなす。
【0014】図1及び図2に示した例では、加熱装置3
としてハロゲンランプが用いられているが、これ以外の
加熱装置、例えばニクロム線抵抗体やローラ表面発熱体
などの加熱装置を用いることもできる。同様に図示した
例では、温度検知装置4として、スポンジタイプのサー
ミスタを有する装置が用いられているが、例えば赤外線
検出方式や、非接触方式の温度検知装置などを適宜用い
ることもできる。
【0015】図2に示すように、制御装置5の制御CP
U6は、温度検知装置4からの温度検知信号に基づい
て、加熱装置3のオン/オフ信号を、オン/オフ制御素
子7に出力する。そして、商用交流電源8からの電流を
整流することなしに、そのままオン/オフ制御素子7に
より、加熱装置3への通電と非通電、すなわちその通電
のオン、オフを制御する。
【0016】画像形成動作時のトナー像の定着動作は上
述の如く行われるが、画像形成装置の電源投入時には、
冷えている定着ローラ1の温度を上昇させるべく、加熱
装置3によって定着ローラ1を加熱し、その表面温度を
トナー像の定着に適した定着温度にまで高める。また省
エネルギーを達成するため、画像形成装置の待機時に、
定着ローラ表面の温度を、定着温度よりも低い温度に保
つようにしているが、かかる省エネルギー状態から画像
形成装置を起動させたときも、加熱装置3により定着ロ
ーラ表面の温度を定着温度にまで上昇させる。さらに、
画像形成装置本体内で記録媒体がジャムを起こすと、加
熱装置3への通電が停止され、従ってジャムを起こした
記録媒体を除去している間に、定着ローラ表面の温度は
定着温度よりも低下するが、その記録媒体の除去後、画
像形成装置を再起動したときも、上述したところと同様
に定着ローラ表面の温度が定着温度まで高められる。こ
のように、定着ローラ表面の温度が、その周囲温度より
も高く、かつ定着温度よりも低い温度状態からウォーミ
ングアップを行うことを、定着ローラの中間温度からの
ウォーミングアップと言うことにする。本例の定着装置
は、上述のような各種のウォーミングアップ時の時間を
短縮して、しかも先に説明したオーバシュートの発生を
効果的に抑制できるように構成されている。以下、その
具体的構成例をその原理と共に明らかにする。
【0017】図3は、画像形成装置の電源投入時におけ
る定着ローラ表面の実際の温度(実線A)と、温度検知
装置4により検知された定着ローラ検知温度(破線B)
との関係を示し、縦軸は温度を、横軸は電源投入後の時
間を表わしている。図3に示した例では、加熱装置3に
より加熱される前の定着ローラ表面の温度、すなわちそ
の初期温度は20℃であり、トナー像を定着するのに適
した狙いの温度(目標温度)は180℃である。
【0018】電源投入に伴って加熱装置3への通電が開
始され、定着ローラ表面の実際の温度と定着ローラ検知
温度の両者が時間の経過と共に上昇する。加熱装置3へ
の通電開始から15秒経過した時点で定着ローラ表面の
実際の温度が目標温度(180℃)に達しており、この
ときの定着ローラ検知温度は150℃である。その後、
定着ローラ表面の実際の温度と定着ローラ検知温度は、
時間の経過と共に、その差が縮小し、加熱装置3への通
電開始後25秒経過したところで、両者の差が無くなっ
ている。
【0019】ここで、図3において、定着ローラ表面の
実際の温度が目標温度(180℃)に達したときの定着
ローラ検知温度を示すα点と、定着ローラ表面の実際の
温度と定着ローラ検知温度が一致したときの温度を示す
β点を結ぶ直線Lを考え、定着ローラ表面の目標温度
(180℃)と、直線Lと時間がゼロの縦軸との交点の
示す温度(図3の例では110℃)との差を初期補正値
Xとする。また直線Lの傾き(図3の例では約2.7°
/秒)をaとする。一方、加熱装置3への通電開始から
の時間をt、この時、温度検知装置4により検知された
定着ローラ検知温度をTとし、これらから求められる
(X−at)の値を補正値と称することにする。そし
て、定着ローラ表面の温度を、図3に鎖線Cで表わされ
る一次関数T+(X−at)であるとみなして加熱装置
3への通電のオン,オフを制御すれば、オーバシュート
がなく、しかもその時間を短縮したウォーミングアップ
を達成できる。
【0020】すなわち、実線Aで表わされる定着ローラ
表面の実際の温度が、定着ローラ表面の目標温度(18
0℃)に達するよりも前の時期(t<15秒)において
は、T+(X−at)の値は目標温度よりも低くなるの
で、加熱装置3への通電が継続して行われ、これにより
定着ローラ1は効果的に加熱される。
【0021】これに対し、定着ローラ表面の実際の温度
が目標値に達すると(t=15秒)、T+(X−at)
の値は、目標温度と一致するので、この時点で加熱装置
3への通電をオフし、これ以降も、定着ローラ表面の温
度がT+(X−at)であるとみなして、加熱装置3へ
の通電のオン,オフを繰返しながら、定着ローラ表面の
温度を目標値(180℃)に近い定着温度に維持する。
定着ローラ表面の実際の温度が目標値に達すれば、図1
を参照して先に説明した定着動作を実行することができ
る。このように、定着ローラ表面の温度を迅速に定着温
度に高め、しかも理論上は、オーバシュートを全く無く
すことができる。
【0022】実線Aで表わされる定着ローラ表面の実際
の温度と、破線Bで表わされる定着ローラ検知温度が、
t=25秒の時点で一致すると、補正値(X−at)の
値はゼロとなり、その後はマイナスの値となる。換言す
れば、補正値(X−at)の値がゼロとなったことは、
定着ローラ表面の実際の温度が定着ローラ検知温度と等
しくなったことを意味しており、従って補正値(X−a
t)がゼロ又はマイナスの値となった時点以降は、上述
の補正制御を行わず、温度検知装置4により検知された
定着ローラ検知温度を、そのまま定着ローラ表面の温度
として加熱装置3への通電のオン,オフを制御すること
により、定着ローラ表面の温度を定着に適した定着温度
に維持することができる。
【0023】図4は、定着ローラの中間温度からのウォ
ーミングアップを行った時の様子を示す、図3と同様な
グラフである。図3と図4を比較すると、定着ローラ表
面の初期温度が図3の場合には20℃であるのに対し、
図4の場合は80℃であり、このため定着ローラ表面の
実際の温度が目標温度180℃に達するまでの時間が異
なっている。従って、定着ローラ表面の実際の温度が目
標温度に達した時の定着ローラ検知温度が相違し、図3
の場合には150℃であるのに対し、図4の場合は16
0℃となっている。両者にこのような相違はあるが、図
4の場合も、図3の場合と同様に、定着ローラ表面の初
期温度(80℃)に対応する初期補正値Xと時間補正係
数aを決定し、図4の鎖線Cで表わされる一次関数T+
(X−at)を定着ローラ表面の温度とみなして加熱装
置3への通電のオン,オフを制御すれば、図3の場合と
同じ作用が得られる。
【0024】上述したところから判るように、定着ロー
ラ表面の初期温度に対応する初期補正値Xと時間補正係
数aを決定し、T+(X−at)を定着ローラ表面の温
度とみなして、その温度を制御することにより、定着ロ
ーラ表面の初期温度がいかなるときも、オーバシュート
が少なく、しかも定着ローラ表面の温度が定着温度に達
するまでの時間を短縮したウォーミングアップを実現で
きる。
【0025】以下、上述した原理に基づくより具体的な
制御態様の一例を図5に示すフローチャートを参照して
説明する。
【0026】定着ローラ表面の各初期温度に対応する上
述の初期補正値Xと時間補正係数aは、予め実験により
求められており、その一例を表1に示す。表1中の初期
温度T0は、加熱装置3への通電を開始する前の定着ロ
ーラ表面の初期温度である。
【0027】
【表1】
【0028】表1に示した初期補正値データと時間補正
係数データは、図3及び図4に関連して先に説明したと
ころから理解されるように、定着ローラ表面の初期温度
が高い程、小さな値となる。表1では、初期温度T0が
段階的に分けられ、そのそれぞれに対応した初期補正値
Xと時間補正係数aが設定され、初期温度T0が高くな
るに従って、初期補正値Xと時間補正係数aが段階的に
小さくなるように、これらの値が設定されている。表1
に示された初期補正値データと時間補正係数データは、
図2に示した制御装置5のROMに記憶されている。
【0029】ここで、定着ローラ表面の温度を初期温度
からトナー像の定着に適した定着温度に上昇させるに際
し、図5のフローチャートに示すように、先ず、加熱装
置3への通電が開始される前に、温度検知装置4によっ
て、定着ローラ表面の初期温度T0が検知される(S
1)。そして、表1に示された初期補正値データと時間
補正係数データのなかから、温度検知装置4により検知
された定着ローラ表面の初期温度T0に該当する初期補
正値Xと時間補正係数aが制御CPU6において決定さ
れる(S2)。図3に示したように、初期温度T0が2
0℃であるときは、表1から判るように、初期補正値X
は70、時間補正係数aは2.7に決定され、図4に示
したように初期温度が80℃の場合には、初期補正値X
は40、時間補正係数は2.2に決定される。
【0030】次に、制御CPU6からのオン信号が制御
素子7に出力されて、加熱装置3への通電が開始される
(S3)。このように加熱装置3への通電が開始された
後に、温度検知装置4により定着ローラ表面の温度Tが
検知される(S4)。この検知時点での加熱装置3への
通電開始からの経過時間tと、上記定着ローラ検知温度
Tとから、制御CPU6において、補正値(X−at)
が算出され(S5)、X−at>0であるか否かが判定
される(S6)。X−at>0であれば、定着ローラ表
面の実際の温度と、温度検知装置4により検知された定
着ローラ検知温度Tは未だ一致していないので、制御C
PU6は、U=T+(X−at)を算出し(S7)、そ
のUの値を定着ローラ表面の温度とみなし、オン/オフ
制御素子7を介して、加熱装置3への通電のオン,オフ
を制御する。制御手段により、補正制御が行われるので
ある。
【0031】一方、ステップS6においてX−at≦0
であると判定されると、これは、定着ローラ表面の実際
の温度が定着ローラ検知温度と一致したことを示してい
るので、制御CPU6は、それ以降、補正制御を行わ
ず、定着ローラ検知温度Tを定着ローラ表面の温度Uで
あるとして、加熱装置3への通電のオン,オフを制御す
る(S8)。補正値(X−at)がゼロのときは、補正
制御を行っても、これを行わなくとも、その結果は同じ
であるから、補正値(X−at)がマイナスの値となっ
た時点以降に、補正制御を中止するように構成してもよ
い。
【0032】上述したところから判るように、補正値
(X−at)がプラスの値であるときは、定着ローラ表
面温度をT+(X−at)とみなして、加熱装置3の通
電を制御し、補正値(X−at)がゼロとなった時点又
はマイナスとなった時点から、温度検知装置により検知
された定着ローラ検知温度Tをそのまま定着ローラ表面
の温度として加熱装置3の通電を制御するのである。す
なわち、補正値(X−at)の値がプラス、ゼロ又はマ
イナスのいずれの場合も、上述の定着ローラ表面の温度
Uが目標温度(180℃)よりも低いときは、加熱装置
3への通電をオンとし(S9,S3)、同温度Uが目標
温度(180℃)に達したときは、加熱装置3への通電
をオフし(S10)、それ以降、前述の制御を続行する
ことにより、定着ローラ表面の温度を短時間で定着温度
まで上昇させ、かつそのオーバシュートを抑え、かつそ
の後、定着ローラ表面の温度を定着温度に維持すること
ができる。
【0033】以上のように、本例の定着装置において
は、図2に例示した制御装置5とオン/オフ制御素子7
が、定着ローラ1を前述のように制御する制御手段の一
例を構成しているが、かかる構成以外の制御手段を適宜
採用できることは明らかであり、例えばROMとRAM
を含むCPUを用いてもよい。このように各種形態で構
成される制御手段は、定着ローラ表面の温度を初期温度
T0からトナー像TMの定着に適した定着温度に上昇さ
せる際、定着ローラ表面の初期温度T0が高くなるに従
って、段階的に小さな値となるように予め決められた初
期補正値データと時間補正係数データのなかから、温度
検知装置4により検知された定着ローラ表面の初期温度
T0に該当する初期補正値X及び時間補正係数aを決定
し、加熱装置3への通電開始後に温度検知装置4により
検知された定着ローラ検知温度Tと、この時の加熱装置
3への通電開始からの時間tとにより、補正値(X−a
t)を算出し、かつ定着ローラ表面の温度をT+(X−
at)とみなして加熱装置3への通電を制御する用をな
す。
【0034】さらに、この制御手段は、前記補正値(X
−at)がプラスの値であるときは、定着ローラ表面温
度をT+(X−at)とみなして加熱装置3への通電を
制御する補正制御を継続し、時間の経過と共に前記補正
値(X−at)がマイナスの値となった時点以降は、上
記補正制御を行わず、温度検知装置4により検知された
定着ローラ検知温度をそのまま定着ローラ表面の温度と
して加熱装置3の通電を制御する用をなす。
【0035】本発明は、図示した実施形態例を各種改変
して構成できるものであり、例えば図1に示した加圧ロ
ーラ2にも、加熱装置を内設することができる。
【0036】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、定着ロ
ーラ表面の初期温度がいかなるときも、オーバシュート
が少なく、しかも短時間でのウォーミングアップを実現
できる。
【0037】請求項2に記載の発明によれば、補正制御
が不要となる時期を考慮することなく、その補正制御を
中止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】定着装置の概略図である。
【図2】定着装置の制御手段の概略を示す図である。
【図3】定着ローラ表面の初期温度が20℃であるとき
の定着ローラの加熱制御の一例を示すグラフである。
【図4】定着ローラ表面の初期温度が80℃であるとき
の定着ローラの加熱制御の一例を示すグラフである。
【図5】制御手段による定着ローラの加熱制御の一例を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 定着ローラ 2 加圧ローラ 3 加熱装置 4 温度検知装置 P 記録媒体 TM トナー像

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定着ローラと、該定着ローラと対をなし
    て該定着ローラに当接する加圧ローラと、前記定着ロー
    ラを加熱する加熱装置と、前記定着ローラ表面の温度を
    検知する温度検知装置とを有し、回転する前記定着ロー
    ラと加圧ローラの間に、トナー像を担持した記録媒体を
    通し、該トナー像を記録媒体表面に定着する定着装置に
    おいて、 定着ローラ表面の温度を初期温度からトナー像の定着に
    適した定着温度に上昇させる際、定着ローラ表面の初期
    温度が高くなるに従って、段階的に小さな値となるよう
    に予め決められた初期補正値データと時間補正係数デー
    タのなかから、前記温度検知装置により検知された定着
    ローラ表面の初期温度に該当する初期補正値X及び時間
    補正係数aを決定し、前記加熱装置への通電開始後に前
    記温度検知装置により検知された定着ローラ検知温度T
    と、この時の加熱装置への通電開始からの時間tとによ
    り、補正値(X−at)を算出し、かつ定着ローラ表面
    の温度をT+(X−at)とみなして前記加熱装置への
    通電を制御する制御手段を具備することを特徴とする定
    着装置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、前記補正値(X−a
    t)がプラスの値であるときは、定着ローラ表面温度を
    T+(X−at)とみなして加熱装置への通電を制御す
    る補正制御を継続し、時間の経過と共に前記補正値(X
    −at)がマイナスの値となった時点以降は、前記補正
    制御を行わず、前記温度検知装置により検知された定着
    ローラ検知温度をそのまま定着ローラ表面の温度として
    前記加熱装置の通電を制御する請求項1に記載の定着装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100491577B1 (ko) * 2003-01-07 2005-05-27 삼성전자주식회사 화상형성 장치의 정착기의 온도제어 방법
KR100667315B1 (ko) 2005-05-20 2007-01-12 삼성전자주식회사 화상형성장치의 정착온도 제어방법

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