JP2004163719A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Naohiko Haniyu
羽生  直彦
Tetsuko Oomoto
大本  哲子
Miho Toyoda
豊田  美帆
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Abstract

【課題】簡単な構成で、長時間連続使用しても温度分布が不均一なことによるホットオフセットの問題等の生じない、ウォーミングアップ時間が短く、消費電力が少ない定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置を提供すること。
【解決手段】加熱部材と、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、該加熱部材及び加圧部材の少なくとも1つに当接する熱均一化部材とを有する定着装置において、前記熱均一化部材の清掃部材が配置されていることを特徴とする定着装置。
【選択図】 図3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成に用いられる定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置に関し、特に誘導加熱方式に有効な定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置に係わる。
【0002】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、FAX等の画像形成装置に搭載される定着装置は、一般にトナー像を溶融して転写材上に定着する加熱定着方式が用いられている。
【0003】
該加熱定着方式の中でも、熱ローラ方式が熱効率が高く、安全である等の理由で広く使われている。
【0004】
この熱ローラ方式は、2つのローラを圧接し、その内の少なくとも一方のローラを加熱し、2つのローラの圧接部分(ニップ部と称す)で転写材を挟持搬送することにより未定着トナー像を加熱し、転写材上に定着させる方式である。
【0005】
2つのローラの内、加熱する方のローラを加熱ローラ(定着ローラとも称す)と呼び、他方のローラを加圧ローラと呼ぶ。そして、加熱ローラの内部には、ハロゲンランプ等の熱源が、加熱ローラの軸方向に内装されていて、該熱源による輻射熱によってローラを内部から加熱する構成である。
【0006】
しかしながら、当初、加熱ローラは数mm(例えば5mm)の肉厚を有していて、電源投入後、加熱ローラの温度が定着に適する所定温度に達するまで、比較的長時間を要していた。そこで、加熱を早めウォーミング時間を短縮したり、省エネルギー化を図るべく加熱ローラの薄肉化(例、厚み略0.6mm)が為されている(例えば、特許文献1)。
【0007】
しかし、薄肉化の結果、軸方向への熱の移動量が減少してしまい、加熱ローラの軸方向の温度分布を均一化することが困難になった。即ち、小幅サイズの転写材(用紙とも称す)が通過する領域(通紙部領域)では、用紙の加熱のために熱が消費されるが、通紙部外になる非通紙部領域では用紙により熱が奪われないため、熱は蓄積され、該加熱ローラの非通紙部領域の温度が、維持管理される所定温度よりも高くなってしまう。
【0008】
このため、小幅サイズ(例えば、A4Rサイズ)の用紙を連続通紙した後、大幅サイズ(例えば、A3サイズ)の用紙を通紙した場合、大幅サイズの用紙に定着ムラや皺が発生したり、未定着トナー像の非通紙部領域に対応した部分のトナーが溶けすぎて加熱ローラに付着し、用紙の表面を汚す、所謂、ホットオフセット等の問題が生じていた。その対応として加熱ローラの外周面に近接して熱伝導部材を配設して非通紙部領域の熱量を吸収したり、また、加熱ローラの外周面に熱伝導率の比較的大きい熱均一化部材(金属ローラ)を当接させて、非通紙部領域の熱量の一部を放熱させると共に、大部分を小幅サイズ通紙部領域に伝熱させることにより、非通紙部領域の過昇温を抑える方法が提案されている(例えば、特許文献2)。
【0009】
【特許文献1】
特開平9−127811号公報(段落番号0052、図1)
【0010】
【特許文献2】
特開2001−126856(段落番号0059、図4)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ウォーミングアップの短縮化や省エネルギー化を図るために、加熱ローラを更に薄肉化したり、加熱方式を従来の方式に替えて加熱源として加熱ローラ内部に励磁コイルを用いた誘導加熱方式が提案されている。
【0012】
しかしながら、より薄肉化された前記加熱ローラでは軸方向への熱の移動量が更に減少する方向に傾く。また誘導加熱方式で用いられる加熱ローラの材質は、励磁コイルによって大きな渦電流(磁束密度)が発生するように、材質として炭素鋼やニッケル合金等の強磁性体が用いられている。これらは、ハロゲンランプ等を内包した前記加熱ローラの材質として一般に用いられてきたアルミニウム合金に比べて熱伝導率が低い。そのため、小幅サイズの用紙を通紙すると、該アルミニウム合金製の加熱ローラを使用した場合よりも非通紙部領域の温度上昇が顕著になる。
【0013】
薄肉ローラや誘導加熱方式において、加熱ローラに金属ローラを当接することで、かなり抑制できるが、長い時間、連続使用していると金属ローラによる熱均一化能力が低下してくると言う問題が生じていた。
【0014】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、簡単な構成で、長時間連続使用しても温度分布が不均一なことによるホットオフセットの問題等の生じない、ウォーミングアップ時間が短く、消費電力が少ない定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記の構成により達成される。
【0016】
(1)加熱部材と、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、該加熱部材及び加圧部材の少なくとも1つに当接する熱均一化部材とを有する定着装置において、前記熱均一化部材の清掃部材が配置されていることを特徴とする定着装置。
【0017】
(2)前記加熱部材及び加圧部材はローラ形状であり、前記清掃部材は、当接する部材と共に回転する熱均一化部材に近接もしくは圧接して配置される、弾性を有する平板形状のブレードであることを特徴とする(1)に記載の定着装置。
【0018】
(3)前記熱均一化部材は、金属ローラであることを特徴とする(1)又は(2)に記載の定着装置。
【0019】
(4)前記ブレードの先端は、前記金属ローラの接線に対して直交する方向に配置されることを特徴とする(3)に記載の定着装置。
【0020】
(5)前記加熱部材及び加圧部材はローラ形状であり、前記清掃部材は、当接する部材と共に回転する熱均一化部材に圧接して設けられるクリーニングウェブであることを特徴とする(1)に記載の定着装置。
【0021】
(6)前記加熱部材は、内部に励磁コイルを配設した中空円筒形状で、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、該加熱部材と加圧部材との間を通過する、トナー像を担持した転写材を高周波電流を印加された励磁コイルを介して前記加熱部材に発生させる渦電流で加熱することを特徴とする(1)乃至(5)の何れか1項に記載の定着装置。
【0022】
(7)転写材上にトナー像を形成する画像形成手段と、該トナー像を定着処理する定着手段とを有し、該定着手段として(1)乃至(6)の何れか1項に記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【0023】
即ち、本発明者は、金属ローラ等の熱均一化部材による熱均一化効果が低下するのは、加熱ローラに付着した微少なトナーや紙粉等が該部材に転写されて該部材の表面に付着することに帰因すると考え、該部材表面からトナーや紙粉が除かれる様に構成して、本発明に到った。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0025】
図1は、本発明の定着装置を搭載した画像形成装置(としての複写機)の断面模式図である。本体ユニットAAは、画像読み取り手段1、画像処理手段2、画像書き込み手段3、画像形成手段4、給紙手段5、搬送手段6、定着装置7、再搬送手段8、制御手段9等を備えている。
【0026】
給紙手段5は、カセット給紙部5Aと大容量給紙部(LCT)5B、手差し給紙部5Cを有する。搬送手段6は、搬送ベルト6A、搬送路切り替え板6B、排紙ローラ6C等を備えている。
【0027】
本体ユニットAA上部には、自動原稿送りユニットADFが搭載されている。
自動原稿送りユニットADFの原稿台上に載置された原稿dは、矢印方向に搬送され画像読み取り手段1の光学系により原稿の片面、又は両面の画像が読みとられ、CCDイメージセンサ1Aに読み込まれる。
【0028】
CCDイメージセンサ1Aにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理手段2において、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧宿処理等を行った後、画像書き込み手段3に信号を送る。
【0029】
画像書き込み手段3においては、半導体レーザからの出力光が画像形成手段4の感光ドラムDに照射され、潜像を形成する。画像形成手段4においては、帯電、露光、現像、転写、分離、クリーニング等の処理が行われる。給紙手段5から送り出された用紙Sは、転写領域において画像(トナー像)が転写される。
【0030】
トナー像を担持した用紙Sは、搬送ベルト6Aにより搬送され、定着装置7により定着される。定着装置7は、加熱ローラ71と加圧ローラ72とで形成されるニップ部に用紙Sを挟持搬送させることによってトナー像の加熱・加圧定着を行う。定着装置7については後述する。
【0031】
定着装置7によってトナー像が定着された用紙Sは、排紙ローラ6Cから排紙トレー6Dに排出される。
【0032】
制御手段9は、本体ユニットAAの各構成部の動作やシーケンスの制御および自動原稿送りユニットADFを含めた前記画像形成装置全体の制御を行う。
【0033】
図2は、定着装置7における長手方向の断面模式図である。
図において、加圧部材である加圧ローラ72と、該加圧ローラ72と圧接している加熱部材である加熱ローラ(定着ローラとも言う)71は炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金であるパーマロイ等の強磁性体からなり、例えば、外径略40mm、内径38.6mmの薄肉の中空円筒体形状(ローラ形状)である。該加熱ローラ71には、必要に応じて、外周面にシリコンゴムなどの弾性層やフッ素樹脂などの離型層が形成される。該加熱ローラ71は、その外周面において、定着装置本体に配設された軸受75に嵌合して回転自在に保持される構成である。
【0034】
該構成は内周面側に軸受けを嵌合する構成で保持されても良い。
前記加熱ローラ71の内側に配設されるコイルアセンブリ(参照符号なし)は、螺旋状に巻かれた励磁コイル73とコイル支持部材74とで構成され、コイル支持部材74の両端部で定着装置本体枠76、77に保持される。
【0035】
前記励磁コイル73の両端にはリード線(不図示)が接続されてあり、該リード線を介して励磁コイル73に高周波交流電流を流すことによって、励磁コイル73が磁界を作り、加熱ローラ71のローラ外周表面層に渦電流を生じさせ、発生するジュール熱により加熱ローラ71を発熱させる。
【0036】
前記加圧ローラ72は、鉄棒721の外周面に肉厚略5mmの耐熱性シリコーンゴムからなる弾性層を設け、その外周を導電性PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)のチューブを被覆した構成の外径略40mmのローラで、必要に応じ加熱ローラ71に対して着脱の可能な構成にしてある。該鉄棒721は両サイドに図示しない揺動可能なレバーが配置され、このレバーに回転可能に保持されると共に図示しないバネ部材を介して該着脱を可能にしてある。
【0037】
尚、加熱ローラ71および加圧ローラ72等の駆動伝達部等は本発明と係わりないので図示や説明も省略した。
【0038】
図3は、本発明に係わる、金属ローラの清掃部材がブレードの形態で示す定着装置の模式断面図である。
【0039】
図3(a)は加熱ローラ71に対し当接する金属ローラに近接もしくは圧接して配置されているブレードを説明するための図であり、図3(b)は加圧ローラ72に当接する金属ローラに近接もしくは圧接して配置されているブレードを説明するための図である。
【0040】
図のように、定着装置7は、加熱ローラ71と、加熱ローラ71に対して圧接して配置される加圧ローラ72と、該加熱ローラ71及び加圧ローラ72の少なくとも1つに当接する金属ローラ78と、該金属ローラ78の清掃部材であるブレード781とから構成される。矢印は運転時の各ローラの回転方向を示している。
【0041】
金属ローラ78は、例えば、外径略20mm〜30mmで、高い熱伝導率を有するアルミニウム合金で製作され、そのローラ外周面には表面層として、略10〜100μmのPFA等で形成した薄膜の離型層からなる。
【0042】
該金属ローラ78の両端部の芯からは一定長の支軸782が形成されていて、該支軸782が図面に対して垂直方向に配設してある、図示しない2つのフレーム間に回転可能に保持されると共に図示しないバネ部材により、前記加熱ローラ71又は加圧ローラ72に対して移動し当接または離間が可能な構成である。
【0043】
ブレード781は、弾性を有する平板形状で、本実施の形態に於いては、厚み0.125mm、長さ略5〜10mmで、奥行きは金属ローラ78と略同寸法にしてある。当接する部材である加熱ローラ71及び加圧ローラ72の少なくとも1つと共に回転する金属ローラ78に近接もしくは圧接して配置される該ブレードの先端は、該金属ローラ78の接線に対して直交する方向に配置され(後記する)、実施の形態において、長さ寸法が図示のように上下方向になるようにしてある。
【0044】
即ち、当接する部材である加熱ローラ71及び加圧ローラ72を正面に見てそれぞれのブレードが対象位置になるように配置してある。前記ブレード材質としてポリイミドを使用し、このPI(ポリイミド)のシートは、耐熱性・機械的・物理的特性にすぐれているカプトン(米国、デュポン社製)を使用している。
【0045】
図4は、金属ローラ78とブレード781の位置関係を説明するための拡大図である。
【0046】
図4(a)はブレード正面単体図であり、図4(b)はブレードの先端の位置状態を説明するための図で、図4(c)は複数ブレードの場合の図である。
【0047】
図のように、保持プレート783に耐熱性接着剤等で固定されたブレード781は、略90度のブレードの先端SEを有し、該ブレードの先端SEを金属ローラ78に対して略0.01〜0.1mm程度に近接、もしくは撓るように圧接して配置する。この位置における金属ローラ78の接線に対するブレードの先端SEとの接触角α、βをそれぞれ略45度にしてあるが、定着処理時に付着したり、固着しているトナーや紙粉をかき落とし易くするため、角度βを大きくしてもよい。即ちブレードの先端SEの角度を鋭角にして、すくい角を持たせれば、金属ローラ78に付着・固化しているトナー等を削り落とし易くできる。
【0048】
図4(c)のように、2重ブレードにすれば、更に効果を出し得る。即ち矢印の回転方向上流側に配置したブレード781Aで、まず、金属ローラ78の外周面上のトナー等を削り落とすが、落とし切れなかったものや強固に固着しているものに対して再度、次に続くブレード781で衝撃を与えて付着物を削り落とすことが可能となる。又、2重ブレードにすることでブレードの寿命を延ばしブレードの交換時期を長くできる。
【0049】
図5は、本発明に係わる、金属ローラ78の清掃部材がクリーニングウェブの形態で示す定着装置7の模式断面図である。
【0050】
図5(a)は加熱ローラ71に対し当接する金属ローラ78に圧接して設けられるクリーニングウェブ791を説明するための図であり、図5(b)は加圧ローラ72に当接する金属ローラに圧接して設けられるクリーニングウェブ791を説明するための図である。図3と共通する構成については説明を省略する。
【0051】
金属ローラ78のクリーニング装置CLは、クリーニングウェブ791と、巻き取りローラ792と、押圧ローラ793及び元巻きローラ794とから構成され、該クリーニング装置CLは加熱ローラ71及び加圧ローラ72の少なくとも1つに当接する金属ローラ78に対して配置されている。
【0052】
シリコンオイルを含浸させたクリーニングウェブ791が巻かれている元巻きローラ794より繰り出されるクリーニングウェブ791は、金属ローラ78に対してクリーニングウェブ791を介して圧接される押圧ローラ793により引き出されながら、巻き取りローラ792に巻き取られる。
【0053】
そして、金属ローラ78の外周面にシリコンオイルが塗布されると共に金属ローラ78の外周面が清掃され、トナーや紙粉等が除去される。尚、クリーニングウェブ791の走行方向は金属ローラ78の回転方向とは逆方向に進み金属ローラ78の外周面を嘗めるように清掃していく。
【0054】
次に、テスト結果について説明する。
表1は、従来の定着装置と、金属ローラ78の清掃部材が配置された定着装置7の熱均一化能力のテスト結果の評価比較表で、表1に記す区分を従来の定着装置である、a)、b)、c)と、本発明に係わる定着装置7であるd)のテストの結果を○×で表示してある。項目欄にはテストに使用した定着装置の条件の一部を記してある。
【0055】
従来例の定着装置における加熱ローラ等の条件
a)加熱ローラは外径40mmで肉厚5mmのアルミニウム合金製、表層PFA20μmコーティング。加圧ローラは外径40mmで肉厚略5mmのシリコーンゴム製、表層PFAチューブ被覆。
【0056】
b)加熱ローラは外径40mmで薄肉0.7mmの炭素鋼製、表層PFA20μmコーティング。加圧ローラは、a)と同じ。
【0057】
c)加熱ローラと加圧ローラとも、b)と同じで、外径20mmのアルミニウム合金製の金属ローラを加熱ローラに当接。
【0058】
本発明に係わる定着装置7における加熱ローラ等の条件
d)加熱ローラ71、加圧ローラ72、金属ローラ78とも、c)と同じであり、該加熱ローラ71及び加圧ローラ72のそれぞれに該金属ローラ78を当接し、清掃部材は前記カプトンのブレード781及びクリーニングウェブ791を図3、図5のように配置。
【0059】
上記条件の定着装置にて、組立運転後、評価テスト(A)として、該定着装置の電源を投入しウォーミングアップ後,A4R用紙(短寸法側を先頭で)を500枚連続通紙した直後に、A4用紙(長寸法側を先頭で)通紙して該用紙の定着ムラや皺の発生状態をチェックして、金属ローラの清掃部材による効果を評価した。
【0060】
評価テスト(B)としては、A4用紙10万枚をプリントし、定着装置の冷却後、評価テスト(A)と同様にして、効果を評価した。
【0061】
【表1】
Figure 2004163719
【0062】
評価テストAの場合、ウォーミングアップ時間(WUT)については、加熱ローラが肉厚であるa)のみ×で、これは肉厚であるためにWUTが掛かる(例えば、略5分)ことを示している。
【0063】
薄肉の加熱ローラを有するb)、c)及びd)の場合は定着に適する所定温度(例えば、略200℃)に、加熱ローラ外周面が極めて短時間で達し、通紙可能になる(○表示)。
【0064】
各定着装置は、それぞれのウォーミングアップ完了後、A4R用紙の連続通紙後、A4用紙を通紙すると、b)の場合は定着ムラや皺が該用紙に発生し(×表示)、商品品質が確保されない。即ち、加熱ローラが薄肉のためローラ内を熱移動がされ難くなり、該A4R用紙の通紙部領域外の温度が定着に適する所定温度より高くなり過ぎてしまう為と推定される。
【0065】
また、a)は加熱ローラが肉厚のため、c)では薄肉の加熱ローラに対して熱均一化部材である金属ローラが加熱ローラに当接されて、熱均一化がなされ、d)の場合には加熱ローラ71又は加圧ローラ72に当接した金属ローラ78の清掃用のブレード781及び金属ローラ78のクリーニングウェブ791が設けられている故、トナーや紙粉等の清掃がなされて金属ローラ78の熱均一化作用が有効に働き、定着ムラや皺が発生しない(○表示)ものと推定される。
【0066】
評価テストBの場合は、WUTと、a)、b)に関しては評価テストAと同結果であり、c)の場合には、A4用紙10万枚をプリントした影響があるものと考えられる。用紙にはランダムに定着ムラや皺が発生した(△〜×表示)。そこで、金属ローラの外周面を拡大投影器(50倍)にて観察したところ、トナーや紙粉等の付着物の痕跡が観察された。
【0067】
従って、長時間の多量プリントにより付着物が金属ローラ外周面に生じ熱均一化能力が低下したものと推定される。
【0068】
そこで、d)の場合には、ブレード781及びクリーニングウェブ791とを、図3、図5のように配置して、該金属ローラ78外周面の付着物を除去できる構成にしての用紙Sの連続通紙テストで、定着ムラや皺の発生は見られなかった。
【0069】
このテスト結果から推定できることは、更なる加熱ローラの薄肉化や誘導加熱による更なる高速加熱が行われる薄肉の加熱ローラにおいては前記清掃部材による熱均一化部材に対する熱均一化作用が大きく寄与するものと考えられる。
【0070】
斯様な簡単な構成で熱均一化部材である金属ローラの熱均一化能力の低下を防止できる定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置を提供できた。
【0071】
【発明の効果】
本発明によれば、金属ローラの外周面に付着・固化したトナーや紙粉等の付着物を清掃部材であるブレードやクリーニングウェブを金属ローラに配置するという簡単な構成で該付着物を除去して該金属ローラの熱均一化能力の低下の防止を可能にした定着装置及び該定着装置を搭載した画像形成装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定着装置を搭載した画像形成装置の断面模式図である。
【図2】定着装置における長手方向の断面模式図である。
【図3】本発明に係わる、金属ローラの清掃部材がブレードの形態で示す定着装置の模式断面図である。
【図4】金属ローラとブレードの位置関係を説明するための拡大図である。
【図5】本発明に係わる、金属ローラの清掃部材がクリーニングウェブの形態で示す定着装置の模式断面図である。
【符号の説明】
S 用紙
7 定着装置
71 加熱ローラ
72 加圧ローラ
73 励磁コイル
74 コイル支持部材
75 軸受
76、77 本体枠
78 金属ローラ
781、781A ブレード
SE ブレードの先端
α、β 接触角
782 支軸
783 保持プレート
CL クリーニング装置
791 クリーニングウェブ
792 巻き取りローラ
793 押圧ローラ
794 元巻きローラ

Claims (7)

  1. 加熱部材と、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、該加熱部材及び加圧部材の少なくとも1つに当接する熱均一化部材とを有する定着装置において、
    前記熱均一化部材の清掃部材が配置されていることを特徴とする定着装置。
  2. 前記加熱部材及び加圧部材はローラ形状であり、前記清掃部材は、当接する部材と共に回転する熱均一化部材に近接もしくは圧接して配置される、弾性を有する平板形状のブレードであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記熱均一化部材は、金属ローラであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記ブレードの先端は、前記金属ローラの接線に対して直交する方向に配置されることを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
  5. 前記加熱部材及び加圧部材はローラ形状であり、前記清掃部材は、当接する部材と共に回転する熱均一化部材に圧接して設けられるクリーニングウェブであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  6. 前記加熱部材は、内部に励磁コイルを配設した中空円筒形状で、該加熱部材に対し圧接して配置される加圧部材と、該加熱部材と加圧部材との間を通過する、トナー像を担持した転写材を高周波電流を印加された励磁コイルを介して前記加熱部材に発生させる渦電流で加熱することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の定着装置。
  7. 転写材上にトナー像を形成する画像形成手段と、該トナー像を定着処理する定着手段とを有し、該定着手段として請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2007069371A1 (ja) * 2005-12-12 2009-05-21 三菱電機株式会社 発光ダイオード点灯装置およびこの装置を使用した車両用灯具点灯装置

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