JP2002258649A - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP2002258649A
JP2002258649A JP2001054525A JP2001054525A JP2002258649A JP 2002258649 A JP2002258649 A JP 2002258649A JP 2001054525 A JP2001054525 A JP 2001054525A JP 2001054525 A JP2001054525 A JP 2001054525A JP 2002258649 A JP2002258649 A JP 2002258649A
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JP2001054525A
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Masato Yoshioka
真人 吉岡
Yoji Tomoyuki
洋二 友行
Takeshi Nakagawa
健 中川
Hikari Osada
光 長田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】定着部材25と加圧ローラ26との間の定着ニ
ップ部Nにて記録材Pを狭持搬送して記録材上の未定着
トナー像を定着させる定着装置11において、記録材P
が乾燥紙である場合でも、加圧ローラ26の表面エネル
ギーを高くすることなく加圧ローラ表面の摩擦帯電を防
止して、長期に渡って飛び散り画像やオフセット画像の
発生を防止すること。 【解決手段】加圧ローラ26の構成は、その表面から順
に離型層26d・接着層26c・弾性層26b・芯金2
6aからなり、離形層26dは絶縁性であり、接着層2
6cは導電性であること。離型層26dの膜厚が50μ
m以下であり、接着層26cの表面抵抗が108〜10
13Ω/□であること。接着層26cが電気的に接地また
は電気素子を介して接地される、もしくは接着層26c
にバイアスを印加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複写機・レーザープ
リンタ・ファクシミリ等の画像形成装置における定着装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画
像形成装置における定着装置、すなわち、電子写真方式
・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の画像形成プロ
セスにより加熱定着性の顕画剤(トナー)を用いて記録
材(転写材シート・印刷紙・エレクトロファックスシー
ト・静電記録シート等)の表面に間接(転写)方式、又
は直接方式で形成された未定着トナー像(目的の画像情
報に対応した未定着顕画剤像)を記録材に熱定着させる
ための定着装置としては、定着ローラまたは定着フィル
ムなどの内蔵熱源を持つ回転加熱体に対して、弾性を有
する加圧ローラを圧接し、この圧接ニップ部に記録材を
導入してトナーの定着動作を行う形式が一般的である。
【0003】上記形式の定着装置に用いられる加圧ロー
ラは、支持体であって剛性を持つ芯金上に、シリコーン
ゴムなどの耐熱性弾性体を設け、更に表面層として離型
性の高いフッ素樹脂層を設けることが多い。耐熱性弾性
体は、回転加熱体と圧接ニップ部を形成するという部品
としての機能上必要であり、また表面層は、回転加熱体
側のオフセットなどにより生じる汚れトナーや記録材成
分が、加圧ローラ表面に付着・堆積することを避けるた
め、高い離型性を必要とする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面層
として一般的に用いられるフッ素樹脂は絶縁体なので摩
擦帯電しやすく、このため、記録材として乾燥した電気
抵抗の高い状態の紙などを通紙すると、紙との摩擦によ
って加圧ローラ表面がマイナスに帯電する。このとき紙
上に保持されるトナーが負帯電トナーの場合、加圧ロー
ラ表面の摩擦帯電位と反発するので、飛び散り画像やオ
フセット画像になってしまう。
【0005】こうした加圧ローラ表面層の摩擦帯電を避
けるため、フッ素樹脂に導電材を分散し低抵抗化処理を
行った加圧ローラも存在するが、表面層に導電材を分散
させると表面エネルギーが高くなってしまい、トナーに
対する離型性が低下する。従ってこうした加圧ローラ
は、定着装置の耐久が進むにつれその表面に汚れトナー
を堆積してしまう。
【0006】本発明は定着装置における以上のような問
題を解決する、すなわち、定着部材と加圧ローラとの間
の定着ニップ部にて記録材を狭持搬送して記録材上の未
定着トナー像を定着させる定着装置1において、記録材
が乾燥紙(高抵抗紙)である場合でも、加圧ローラの表
面エネルギーを高くすることなく加圧ローラ表面の摩擦
帯電を防止して、長期に渡って飛び散り画像やオフセッ
ト画像の発生を安定に防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする定着装置である。
【0008】(1)定着部材と加圧ローラを圧接させて
定着ニップ部を構成し、未定着トナー像を担持した記録
材を上記定着ニップ部にて狭持搬送して上記記録材上に
上記トナー像を定着させる定着装置において、上記加圧
ローラの構成は、その表面から順に離型層・接着層・弾
性層・芯金からなり、離形層は絶縁性であり、接着層は
導電性であることを特徴とする定着装置。
【0009】(2)上記(1)の定着装置において、上
記離型層の膜厚が50μm以下であり、上記接着層の表
面抵抗が108〜1013Ω/□であることを特徴とする
定着装置。
【0010】(3)上記(1)または(2)の定着装置
において、上記接着層が任意の手段により、電気的に接
地または電気素子を介して接地される、もしくは上記接
着層にバイアスを印加することを特徴とする定着装置。
【0011】(4)上記(1)から(3)のいずれか1
つの定着装置において、定着部材が加熱回転体であり、
加圧ローラとの圧接部である定着ニップにて未定着トナ
ー像を担持した記録材を挟持搬送しつつ加熱し、上記記
録材上の上記トナー像を定着させることを特徴とする定
着装置。
【0012】
【発明の実施の形態】<第1の実施例> (1)画像形成装置 図1は本実施例に係る画像形成装置の概略構成模型図で
ある。本実施例の画像形成装置は転写式電子写真プロセ
ス利用のレーザービームプリンタである。
【0013】1は像担持体としてドラム型の電子写真感
光体(以下「感光ドラム」という)である。感光ドラム
1は、装置本体Mによって回転自在に支持されており、
駆動手段(不図示)によって矢印R1方向に所定のプロ
セススピードで回転駆動される。
【0014】感光ドラム1の周囲には、その回転方向に
沿ってほぼ順に、帯電ローラ(帯電装置)2、露光手段
3、現像装置4、転写ローラ(転写装置)5、クリーニ
ング装置6が配設されている。
【0015】また、装置本体Mの下部には、紙等のシー
ト状の記録材Pを収納した給紙カセット7が配置されて
おり、記録材Pの搬送経路に沿って上流側から順に、給
紙ローラ15、搬送ローラ8、トップセンサー9、搬送
ガイド10、定着装置(加熱装置)11、搬送ローラ1
2、排紙ローラ13、排紙トレイ14が配置されてい
る。
【0016】駆動手段によって矢印R1方向に回転駆動
された感光ドラム1は、不図示の帯電バイアス電源から
所定の帯電バイアスが印加された帯電ローラ2によって
所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。
【0017】帯電後の感光ドラム1は、その表面に対し
レーザー光学系等の露光手段3によって画像情報に基づ
いた画像露光Lがなされ、露光部分の電荷が除去されて
静電潜像が形成される。
【0018】静電潜像は、現像装置4によって現像され
る。現像装置4は、現像ローラ4aを有しており、この
現像ローラ4aに不図示の現像バイアス電源より所定の
現像バイアスを印加し、感光ドラム1上の静電潜像にト
ナーを付着させることで、トナー像としての現像(顕像
化)を行う。
【0019】トナー像は、転写ローラ5によって紙等の
記録材Pに転写される。記録材Pは、給紙カセット7に
収納されており、給紙ローラ15・搬送ローラ8によっ
て給紙・搬送され、トップセンサー9を介して、感光ド
ラム1と転写ローラ5との圧接ニップ部である転写ニッ
プ部に搬送される。このとき記録材Pは、トップセンサ
ー9によって先端が検知され、感光ドラム1上のトナー
像と同期がとられる。
【0020】転写ローラ5には、転写バイアス電源Sよ
り所定の転写バイアスが所定の制御タイミングで印加さ
れ、これにより感光ドラム1上のトナー像が記録材P上
の所定の位置に静電転写される。31は転写バイアス電
源Sの出力転写バイアス電圧を制御する制御回路(CP
U)である。
【0021】転写によって表面に未定着トナー像を担持
した記録材Pは、感光ドラム面から分離されて搬送ガイ
ド10に沿って定着装置11に搬送され、ここで未定着
トナー像が加熱・加圧されて記録材表面に定着される。
【0022】トナー像定着後の記録材Pは、搬送ローラ
12・排出ローラ13によって装置本体M上面の排紙ト
レイ14上に搬送・排出される。
【0023】一方、トナー像転写後の感光ドラム1は、
記録材Pに転写されないで表面に残ったトナー(転写残
トナー)がクリーニング装置6のクリーニングブレード
6aによって除去され、次の画像形成に備える。
【0024】以上の動作を繰り返すことで、次々と画像
形成を行うことができる。
【0025】(2)定着装置11 図2は本実施例における定着装置11の横断面模型図で
ある。本実施例の定着装置11は例えば特開平4−44
075〜44083号公報等に開示の加圧ローラ駆動方
式・フィルム加熱方式の加熱装置である。
【0026】この定着装置11は、トナーを加熱する加
熱体としてのセラミックヒータ(以下「ヒータ」とい
う)20と、このヒータ20を内包する円筒状の定着フ
ィルム(定着回転体)25と、定着フィルム25に当接
された別の定着回転体(加圧部材)としての加圧ローラ
26と、そしてヒータ20の温度を制御する温度制御手
段27と、記録材Pの搬送を制御する回転制御手段28
とを主要構成部材として構成されている。
【0027】ヒータ20は、アルミナ等の耐熱性の基材
20a上に例えば印刷によって抵抗体パターン20bを
形成し、その表面をガラス層20cで被覆したものであ
り、記録材Pの搬送方向Kに直角な左右方向に長く、す
なわち、記録材Pの幅よりも長く形成されている。この
ヒータ20は、装置本体Mに取り付けられたヒータホル
ダ22によって支持されている。
【0028】ヒータ20の温度を制御する温度制御手段
27は、ヒータ20の裏面に取り付けられたサーミスタ
(温度検知素子)21と、サーミスタ21が検出する温
度に基づいてトライアック24を制御し、ヒータ20に
対する通電を制御するCPU23とを有する。
【0029】ヒータホルダ22は、耐熱樹脂によって横
断面半円状に形成された部材であり、定着フィルム25
の回転をガイドするガイド部材としても作用する。
【0030】定着フィルム25は、ポリイミド等の耐熱
樹脂を円筒状に形成したものであり、上述のヒータ20
及びヒータホルダ22を包んでいる。定着フィルム25
は、加圧ローラ26によってヒータ20に押し付けられ
ており、これにより定着フィルム25の裏面がヒータ2
0の下面に当接されるようになっている。定着フィルム
25は、加圧ローラ26の矢印R26方向の回転により
記録材Pが矢印K方向に搬送されるのに伴って矢印R2
5方向に回転されるように構成されている。
【0031】なお、定着フィルム25の左右の両端部
は、ヒータホルダ22のガイド部(不図示)によって規
制されており、ヒータ20の長手方向にはずれないよう
になっている。また、定着フィルム25の内面には、ヒ
ータ20やヒータホルダ22との間の摺動抵抗を低減さ
せるためにグリースが塗布されている。
【0032】加圧ローラ26の詳細については後述する
が、その役割は、外周面により下方から定着フィルム2
5をヒータ20に押し付けて、定着フィルム25との間
に定着ニップ部Nを構成している。この定着ニップ部N
における加圧ローラ26の回転方向についての幅(ニッ
プ幅)をaとすると、このニップ幅aは、記録材P上の
トナーを好適に加熱・加圧することができる程度に設定
されている。
【0033】回転制御手段28は、加圧ローラ26を回
転駆動するモータ29と、モータ29の回転を制御する
CPU30とを有する。
【0034】加圧ローラ26が回転駆動され、これに従
動して定着フィルム25が回転し、またヒータ20への
通電制御がなされて定着ニップ部Nの温度が所定の定着
温度に温調されている状態において、未定着トナー像t
を担持した記録材Pが定着ニップ部Nの定着フィルム2
5と加圧ローラ26との間に搬送され、定着ニップ部N
を挟持搬送されることで、未定着トナー像tが定着フィ
ルム25を介してヒータ20の熱で加熱されて熱定着さ
れる。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着フィル
ム25の外面から分離して排出搬送される。
【0035】a)定着フィルム25 図3は定着フィルム25の層構成模型図である。本実施
例の定着フィルム25は、三層構造になっており、もっ
とも内側の層はベース層25cであり、定着フィルムの
ねじれ強度、平滑性などの機械的特性を担う層で、ポリ
イミド等の樹脂でできている。次の層は導電プライマー
層25aであり、カーボンブラック等の導電性粒子が分
散され低抵抗化された導電層で、第三層目25bとベー
ス層25cの接合を行う接着剤の役目も担っている。も
っとも外側の層がトップ層25bであり、画像形成装置
に用いられるトナーの特性や画像形成装置の装置条件に
合わせた抵抗値と膜厚に設計される。
【0036】b)加圧ローラ26 次に本発明の特徴であるところの加圧ローラ26は、図
4に示すように、アルミ材・SUS材といった金属材料
からなる芯金26aの上に、弾性を有する耐熱性のシリ
コーンゴム等による弾性層26b、更にその上に接着層
26cと離形層26d有している。
【0037】本実施例では、弾性層26bとして、アル
ミ芯金上に発泡シリコーンゴムを設け、加硫・成型後、
接着層26cとしてプライマー処理され接着性をもつR
TVシリコーンゴムを塗布し、更にその上に離形層26
dとして押し出し形成されたPFAチューブを被覆し
た。
【0038】接着層26cはカーボンブラック等の導電
性粒子を分散させ、その表面抵抗が108〜1013Ω/
□になるよう調整される。
【0039】また離形層26dの膜厚は50μ以下であ
る。離型層26dはフッ素樹脂などからなる絶縁物であ
るが、膜圧を50μ以下とすることにより表面の絶縁耐
圧を低く抑えることができ(約−2kV以下)、加圧ロ
ーラ表面に紙との摩擦によって生じる電荷を、離型層2
6d直下の抵抗調整された接着層26cに流すことがで
きる。
【0040】本実施例においては、図5に示すように、
互いに圧接させて定着ニップ部Nを形成させている定着
フィルム25と加圧ローラ26の長手一方側端部の記録
材非通紙部において、加圧ローラ26の離型層26dが
設けておらず、接着層26cが表面に回りこんでいる。
同様に定着フィルム25の導電プライマー層25aも記
録材非通紙部で露出しており、加圧ローラ26の接着層
26cと定着フィルム25の導電プライマー層25aは
接触して電気的に導通している。また定着フィルム25
の導電プライマー層25aの露出部外面には導電性ブラ
シ32を接触させて、この導電性ブラシ32を接地させ
てある。
【0041】従って、加圧ローラ表面に記録材Pとの摩
擦によって生じる電荷は樹脂層26dの直下の抵抗調整
された接着層26cに流れ、それが更に、定着フィルム
25の導電プライマー層25a、導電性ブラシ32を介
してグランドに流される。
【0042】接着層26cを接地する構成は、本実施例
の構成に限定されるものではなく、定着装置及び画像形
成装置の構成に合わせ適宜設計すればよい。
【0043】また前述のように接着層26cの表面抵抗
は108〜1013Ω/□であることが望ましい。
【0044】1013Ω/□よりも上であると抵抗が高す
ぎ、離型層26dから流れてくる電荷をグランドに流す
ことができない。
【0045】108Ω/□よりも下であると抵抗が低す
ぎ、記録材としてOHT(OverheadTransfer:オーバー
ヘッドプロジェクター用の透明記録シート)を通紙使用
した時に加圧ローラが接したOHT裏の電荷がグランド
に流れてしまいオフセット画像になってしまう。
【0046】一般にOHTは、PET(ポリエチレンテ
レフタレート)シートの表面に界面活性材など塗布した
構成になっている。従って厚み方向に絶縁性が高いが、
表面抵抗は低い。このようなコンデンサー構成のためO
HTは転写部を通過時に、例えば負帯電トナーの場合、
OHT裏にプラスの転写バイアスを受けるが、そのとき
OHT表面にはマイナスの電荷が誘起される。この状態
においてはOHT裏のプラス電荷と静電的につりあって
いるが、接着層26cの表面抵抗が108Ω/□以下の
場合、OHTが定着ニップN通過時に、OHT裏のプラ
ス電荷がグランドに流れてしまうので、OHT表面がマ
イナス電荷の多い状態となり、トナーの保持力が低下し
オフセット画像となる。普通紙の場合はOHTに比べ、
厚み方向の絶縁性が低く、表面抵抗が高いのでこのよう
なオフセット画像は発生しない。
【0047】本実施例では、接着層26cのRTVシリ
コーンゴムにカーボンブラックを分散し、表面抵抗を1
10Ω/□に調整し、また離型層26dであるPFAチ
ューブの膜厚は30μとした。
【0048】この加圧ローラ26を用いた前述の画像形
成装置で、15℃/10%RH環境に24hr放置した
STORA Multi Copy紙(このとき水分率2.0%、表面抵
抗7×1013Ω/□)を通紙したところ、加圧ローラ2
6の表面電位は−1kV程度でオフセット画像は発生し
なかった。またOHT(3M社製 CG3300)にて
も、オフセット画像のない良好な画像が得られた。
【0049】比較として、接着層26cに導電材を分散
していない加圧ローラを用いて、上記と同じ画出しを行
ったところ、OHTでは良好な画像が得られたが、STOR
A Multi Copy紙を通紙すると、加圧ローラ表面電位は−
5kVとなり、オフセット画像が発生した。
【0050】更に比較として、接着層26cのRTVシ
リコーンゴムにカーボンブラックを分散量を増やし、表
面抵抗を103Ω/□に調整した加圧ローラを用いて上
記と同じ画出しを行ったところ、STORA Multi Copy紙の
通紙では、加圧ローラ表面電位は−200V程度で良好
な画像が得られたが、OHTではオフセット画像が発生
した。
【0051】<第2の実施例>本実施例の定着装置構成は
図6に示すように、加圧ローラ26の接着層26cには
加圧ローラ26側面から電源33でバイアスが印加され
る電極Tを当接させる構成である。また第1の実施例
(図5)と異なり、加圧ローラ26の接着層26cは加
圧ローラ表面に回りこんでおらず、定着フィルムの導電
プライマー層25aと接していない。ここで接着層26
cに対してプラスバイアスを印加しても、摩擦帯電を防
止するものではないが、加圧ローラ表面の電位は、印加
されたバイアス分プラス側にシフトするので、結果とし
て加圧ローラ表面のマイナス電位を低く抑えることがで
きる。
【0052】本実施例では、加圧ローラ26の接着層2
6cに対して+500V印加し、その他の加圧ローラ2
6及び定着フィルム25の構成は第1の実施例と同様で
あり、定着フィルム25の導電プライマー層25aは接
地している。
【0053】本実施例構成の定着装置を用いた画像形成
装置にて、15℃/10%RH環境に1週間放置したKi
m Ultra紙(このとき水分率1.4%、表面抵抗5×1
14Ω/□)を通紙したところ、加圧ローラ26の表面電
位は‐1.8kV程度でオフセット画像は発生しなかっ
た。
【0054】比較として、加圧ローラ26の接着層26
cにバイアスを印加せず、接地させた構成の定着装置に
て、画像形成装置で上記紙を通紙したところ、加圧ロー
ラ26の表面電位は−2.3kV程度で、若干のオフセ
ット画像の発生が見られた。
【0055】加圧ローラ26の接着層26cをダイオー
ドなどの適宜の電気素子を介して接地する構成にするこ
ともできる。
【0056】<その他> 1)転写装置5は接触タイプの転写部材として転写ロー
ラ以外の例えば転写ベルト・転写ブレード等の形態のも
のを用いることもできる。コロナ帯電器など非接触タイ
プの転写装置を用いることもできる。
【0057】2)定着装置11は、実施例の加圧ローラ
駆動方式・フィルム加熱方式の加熱装置に限られず、ヒ
ートローラ方式の加熱装置、電磁誘導加熱方式の加熱装
置など任意である。また圧力定着装置であってもよい。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の定着装置
によれば、加圧ローラ表面の摩擦帯電を防止できるの
で、高抵抗紙などのオフセット画像の発生を防ぐことが
できる。一方こうした紙種のオフセットの防止とともに
OHTでのオフセット画像の防止も両立することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施例の画像形成装置の概略構成模型
【図2】 定着装置の横断面模型図
【図3】 定着フィルムの層構成模型図
【図4】 加圧ローラの層構成模型図
【図5】 定着フィルム及び加圧ローラの接地構造説明
用の模型図
【図6】 第2の実施例の定着装置における定着フィル
ム及び加圧ローラの接地構造説明用の模型図
【符号の説明】
1・・・・像担持体(感光ドラム) 2・・・・帯電装置(帯電ローラ) 3・・・・露光手段 4・・・・現像装置 5・・・・転写装置(転写ローラ) 6・・・・クリーニング装置 7・・・・給紙カセット 8・・・・搬送ローラ 9・・・・トップセンサ 10・・・・搬送ガイド 11・・・・定着装置 12・・・・搬送ローラ 13・・・・排紙ローラ 14・・・・排紙トレイ 20・・・・加熱体(セラミックヒータ) 21・・・・温度検知素子(サーミスタ) 22・・・・ヒータホルダ 23・・・・CPU 24・・・・トライアック 25・・・・定着回転体(定着フィルム) 25a・・・・導電プライマー層 25b・・・・トップ層 25c・・・・ベース層 26・・・・定着回転体(加圧ローラ) 26a・・・・芯金 26b・・・・弾性層 26c・・・・接着層 26d・・・・離型層 27・・・・温度制御手段 28・・・・回転制御手段 29・・・・モータ 30・・・・CPU 31・・・・制御回路 32・・・・導電性ブラシ 33・・・・高圧電源 S・・・・転写バイアス電源 N・・・・定着ニップ部 P・・・・記録材 t・・・・トナー像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 健 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 長田 光 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2H033 AA09 BA12 BA13 BB29 BB30 3J103 AA02 BA03 FA06 GA57 GA58 GA60 HA04 HA20

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定着部材と加圧ローラを圧接させて定着ニ
    ップ部を構成し、未定着トナー像を担持した記録材を上
    記定着ニップ部にて狭持搬送して上記記録材上に上記ト
    ナー像を定着させる定着装置において、 上記加圧ローラの構成は、その表面から順に離型層・接
    着層・弾性層・芯金からなり、離形層は絶縁性であり、
    接着層は導電性であることを特徴とする定着装置。
  2. 【請求項2】請求項1の定着装置において、上記離型層
    の膜厚が50μm以下であり、上記接着層の表面抵抗が
    108〜1013Ω/□であることを特徴とする定着装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1または2の定着装置において、上
    記接着層が任意の手段により、電気的に接地または電気
    素子を介して接地される、もしくは上記接着層にバイア
    スを印加することを特徴とする定着装置。
  4. 【請求項4】請求項1から3のいずれか1つの定着装置
    において、定着部材が加熱回転体であり、加圧ローラと
    の圧接部である定着ニップにて未定着トナー像を担持し
    た記録材を挟持搬送しつつ加熱し、上記記録材上の上記
    トナー像を定着させることを特徴とする定着装置。
JP2001054525A 2001-02-28 2001-02-28 定着装置 Pending JP2002258649A (ja)

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