JP2008134377A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】用紙長さ、単位面積あたりの用紙重さによらず印字時の温度リップルを低減すること。
【解決手段】定着ローラ2、加圧ローラ3、ヒータ7、温度センサ9a及び温度制御装置を備え、未定着トナーを記録媒体上に溶融、定着させる定着装置1において、温度制御装置は、3つのテーブルを備えたデューティテーブル21に基づいて制御を行う。第1のテーブルは、印字時の温度設定に移行してから記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前までの通電デューティを指定する。第2のテーブルは、記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前から時間幅ΔTの時間の通電デューティを指定する。第3のテーブルは、次の通紙がある場合は後から次の用紙進入の所定時間Tx前まで、次の通紙がない場合は、前記第2のテーブルの指定時間の後で印字時以外の設定温度へ移行するまでの通電デューティを指定する。
【選択図】図4
【解決手段】定着ローラ2、加圧ローラ3、ヒータ7、温度センサ9a及び温度制御装置を備え、未定着トナーを記録媒体上に溶融、定着させる定着装置1において、温度制御装置は、3つのテーブルを備えたデューティテーブル21に基づいて制御を行う。第1のテーブルは、印字時の温度設定に移行してから記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前までの通電デューティを指定する。第2のテーブルは、記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前から時間幅ΔTの時間の通電デューティを指定する。第3のテーブルは、次の通紙がある場合は後から次の用紙進入の所定時間Tx前まで、次の通紙がない場合は、前記第2のテーブルの指定時間の後で印字時以外の設定温度へ移行するまでの通電デューティを指定する。
【選択図】図4
Description
本発明は、定着装置及び画像形成装置に係り、特に紙、OHPシートなどの記録媒体に印字印画を行う画像形成装置の定着装置及び画像形成装置に関する。
画像情報に基づいて紙、OHPなどの記録媒体上に記録画像を出力する画像形成装置にあっては、顔料入り乾式トナーを記録媒体に定着するに際して熱定着方式を用い、トナーを溶融・定着させる定着装置が広く利用されている。
このような定着装置においては、印字時における温度の低下による低温オフセットの発生、及び、印字後におけるオーバシュートによる次回印字時での先頭用紙の高温オフセットの発生を防ぐため、温度リップルの低減を図る必要があり、ヒータ制御方法についてさまざまな工夫がなされている。
特許文献1には、検出温度を基にヒータオン時間を選択して温度低下を補償するものが記載されている。
また、特許文献2には、現在温度と目標温度の温度差、現在温度と前回温度の温度差を基にヒータオンオフデューティパターンを選択するものが記載されている。
また、特許文献3には、定着ユニットと、定着温度制御ユニットと、を備えており、定着ユニットは定着ローラと、定着ローラを加熱するヒータと、を有しており、定着温度制御ユニットは、記録紙をピックアップするピックアップローラを備える給紙部と、定着ローラの表面温度を感知するセンサ部と、記録紙が給紙部で給紙される度に、定着ローラを加熱するヒータを駆動するヒータ駆動開始時間になったか否かを判断し、ヒータ駆動開始時間になったときにヒータを駆動するコントローラとを有している定着システムが記載されている。
更に特許文献4には、定着ヒータに通電して定着温度を立ち上げるとき、温度立上りの緩急を計測し、緩であると温度不足に対して急制御特性となる制御テーブルを、立ち上がりが急であると緩制御特性の制御テーブルを参照テーブルに設定して、参照テーブルに基づいて、立ち上げ後のヒータ通電制御を行い、AC通電回路の通電コントローラが、ヒータへの通電を開始して所定温度分の上昇時間A又は温度ピークまでの時間Bを計測して、A及び/又はBに基づいて緩急を判定し、テーブルデータは、現在の温度とその変化速度に割付けたオン/オフ制御デューティであり、立ち上げを終えると通電コントローラが、現在温度とその変化速度に割付けられた制御デューティを読み出してAC通電回路のトライアックのオン/オフを制御するものが記載されている。
特許3216386号公報
特開2000−330418号公報
特開2005−31633号公報
特開2003−345171号公報
ところで特許文献1に開示されているのは、温度低下分をヒータオンする時間で補償する方式をとっているが、ヒータ投入のタイミングについては言及されていない。
また、特許文献2に開示されている技術は、現在温度と目標温度の温度差、現在温度と前回温度の温度差、を基にテーブルからヒータオンオフデューティパターンを選択する方式だが、選ばれた1つのデューティテーブルのみに基づく制御では、温度リップルが大きくなる可能性がある。
図19は、従来の定着装置の制御の状態を示す図、図20は図19で示した制御方式での印字時温度制御結果を示すグラフである。この定着装置の制御は、特許文献2を踏襲しものである。即ちこの制御方式は、目標温度と現在温度の差、現在温度と前回温度の差を基にテーブルCを基に、ヒータデューティを決めて温度制御するものである。その条件で3p印字、6s休みの印字パターンを繰り返した場合の温度挙動は図20のようになり、温度リップルが30deg程度と大となっており良好とは言えない。
そこで、本発明は、用紙長さ、単位面積あたりの用紙重さによらず印字時の温度リップルを低減することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、定着部材、加圧部材、ヒータ、温度検出装置及び温度制御装置を備え、未定着トナーを記録媒体上に溶融、定着させる定着装置において、前記温度制御装置は、印字時の温度設定に移行してから記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前までの通電デューティを指定する第1のテーブルと、記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前から時間幅ΔTの時間の通電デューティを指定する第2のテーブルと、次の通紙がある場合は後から次の用紙進入の所定時間Tx前まで、次の通紙がない場合は、前記第2のテーブルの指定時間の後で印字時以外の設定温度へ移行するまでの通電デューティを指定する第3のテーブルと備え、印字時に今回検出温度と目標温度の差、及び今回検出温度と前回検出温度の差を基にヒータ通電デューティを決定するに際して前記テーブルに基づいて制御を行うことを特徴とする定着装置である。
請求項2の発明は、請求項1記載の定着装置において、所定時間Txを、定着装置の待機時のヒータ投入から温度上昇開始までの時間差と設定することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の定着装置において、ヒータデューティの大きさが、第2のテーブル>第1のテーブル>第3のテーブルの順であるとことを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか記載の定着装置において、連続印字時に1枚目から所定印字枚数N枚目までは、ΔTを0以外の値に設定し、N+1枚目以降はΔTを0に設定することを特徴とする。
請求項5の発明は、前記1乃至4のいずれか記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
本発明によれば、通紙時の温度低下を補償する強めのヒータ投入する制御と、現在温度と目標温度の温度差、現在温度と前回温度の温度差に基づく弱めにヒータ投入する制御をくみあわせた複数のデューティテーブルを使用することにより、用紙長さ、単位面積あたりの用紙重さによらず印字時の温度リップルを低減することができるという効果がある。
即ち、本発明によれば、ヒータを強めに投入するタイミングを用紙進入の所定時間(ヒータ投入から温度上昇までの時間)前と設定したため、温度低下の補償を行うことができる。また、3種類のデューティテーブルを時間毎に切り替えて使用する制御を行うことにより、1枚目には熱量を多めに加えることができ、1枚目の温度低下を抑えることができる。更に、連続印字時の温度リップルを低減するために、ヒータを強めに投入するテーブルBを所定枚数まで投入することにより、連続印字時の温度リップルを低減できる。そして、ヒータを強めに入れる時間ΔTは、用紙長さ、単位面積あたりの用紙重さが大の場合に長く設定することにより、用紙種類によらず、温度低下を抑えることができる。
以下本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図面に基づいて説明する。
〔実施例1〕 図1は、本発明に係る電子写真方式の複写機やプリンタ装置等の画像形成装置を概念的に示す断面図である。本実施例の画像形成装置は、その主な構成としては、原稿を読み取る読み取りユニット111、画像を形成する画像形成部112、自動原稿搬送装置(ADF)113、ADF113から送り出される原稿をスタックする原稿排紙トレイ114、給紙カセット115乃至118を備える給紙部119、記録用紙をスタックする排紙部(排紙トレイ120)により構成してある。
そして、ADF113の原稿台121上に原稿Dをセットして図示せぬ操作部での操作、例えばプリントキーの押下操作をすると、最上位の原稿Dがピックアップローラ122の回転により矢印B1方向へ送り出され、原稿搬送ベルト123の回転により、画像読み取りユニット111に固定されたコンタクトガラス124上へ給送され、そこで停止する。コンタクトガラス124上に載置された原稿Dの画像は、画像形成部112とコンタクトガラス124の間に位置する読み取り装置125によって読み取る。読み取り装置125は、コンタクトガラス124上の原稿Dを照明する光源126、原稿画像を結像する光学系127、原稿画像を結像させるCCD等からなる光電変換素子128等を有している。画像読み取り終了後、原稿Dを原稿搬送ベルト123の回転により矢印B2方向へ搬送して原稿排紙トレイ114上へ排出する。このように、原稿Dを1枚ずつコンタクトガラス124上へ給送して原稿画像を画像読み取りユニット111によって読み取る。
一方、画像形成部112の内部には、像担持体である感光体130が配置してある。感光体130は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置131によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット132からは、読み取り装置125によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Lを照射し、帯電させた感光体130の表面をこのレーザ光Lで露光し、これによって感光体130の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置133を通るとき、対向する転写装置134によって感光体130と転写装置134の間に給送された記録媒体Pに転写する。トナー像転写後の感光体130の表面は、クリーニング装置135によって清掃する。
画像形成部112の下部に配置した複数の給紙カセット115乃至118には、紙等の記録媒体Pを収容してあり、いずれかの給紙カセット115乃至118から記録媒体Pを矢印B3方向へ送り出し、その記録媒体Pの表面に、上述のように感光体130の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録媒体Pを矢印B4で示すように画像形成部112内の定着装置1を通し、熱と圧力の作用によって記録媒体Pの表面に転写されたトナー像を定着させる。136を通った記録媒体Pを排出ローラ対137によって搬送し、矢印B5で示すように排紙トレイ120へ排出し、スタックする。
次に、定着装置について説明する。本実施例に係る画像形成装置では、加圧部に加圧ローラを使用した定着装置又は加圧部にエンドレスベルトを使用した定着装置を採用することができる。図2は加圧ローラを使用した定着装置を示す概略断面図である。この定着装置1は、加熱定着部を構成する定着ローラ2と加圧部を構成する加圧ローラ3とによりニップ部が形成され、定着ローラ2を回転駆動することにより加圧ローラ3を従動させて回転させる。
定着ローラ2は、ハロゲンランプなどからなるヒータ7が内蔵されたアルミ、鉄などからなる中空芯金6aの周囲にシリコンゴムなどからなる弾性層5aが設けられ、その周囲にトナーの離型性確保のためにフッ素樹脂層などからなる離型層4aが設けられて構成されている。定着ローラ2の表面には加圧ローラが加圧手段8aにより押付けられている。
加圧ローラは、アルミ、鉄などからなる中空芯金6bの周囲にシリコンゴムなどからなる弾性層5bが設けられ、その周囲にトナーの離型性確保のためにフッ素樹脂層などからなる離型層4bが設けられている。
定着装置1への進入前の時点で、画像情報に基づき未定着トナー画像11aが記録媒体10a上に形成されている。記録媒体10aは定着器に進入し、定着ローラと加圧ローラの接触部で加熱、加圧されて、トナーが記録媒体上で溶融、定着される。
定着ローラの外周には、サーミスタなどからなる温度検出装置である温度センサ9aが設けられていて、その検出温度に基づき温度制御が行われる。
次にエンドレスベルトを使用した定着装置について説明する。図3はエンドレスベルトを使用した定着装置の構成を示す概略断面図である。定着装置1は、加熱定着部を構成する定着ローラ2と加圧部を構成するエンドレスベルト12、加圧パッド13等により構成され、定着ローラ2を回転駆動することによりエンドレスベルト12を従動させて回転駆動させる。
定着ローラ2は、ハロゲンランプなどからなるヒータ7の内蔵されたアルミ、鉄などからなる中空芯金6aの周囲にシリコンゴムなどからなる弾性層5aが設けられ、その周囲にトナーの離型性確保のためにフッ素樹脂層などからなる離型層4aが設けられている。定着ローラ2の表面にはエンドレスベルト12が接触するように配置され、エンドレスベルト12はその内面から、加圧パッド13により、加圧されて、ニップ部を形成している。
加圧パッド13の加圧手段は加圧バネ8bで構成される。加圧パッド13とエンドレスベルト12の間には低摩擦部材14が設けられている。低摩擦部材14は、例えば1層もしくは複数層の繊維により構成され、潤滑剤を含浸させた構成であってもよい。この構成により、初期的及び経時的なエンドレスベルト12内面と加圧パッド13の間の低摩擦化を図ることができ、定着ローラの回転により従動回転するベルトの回転の安定化と、定着ローラの回転トルクの低減を実現している。
また、定着ローラの表面温度検出のための温度検出装置である温度センサ9bが設けられている。図では、温度センサ9bは各々定着ローラに接触する構成を示したが、非接触の温度検出方式(赤外線方式など)を用いる非接触の構成であってもよい。
次に、上記構成の定着装置の温度制御装置について説明する。図4はヒータの温度制御装置の構成を示すブロック図である。温度制御装置は、デューティテーブル21と、増幅器22と、現在温度と前回温度との差を算出する演算器23と、目標温度と温度検出器の差を算出する演算器24とを備えて構成される。デューティテーブル21には3つのテーブル、テーブルA(図8)、テーブルB(図9)、テーブルC(図10)が配置される。そして、温度制御装置は、現在温度と前回温度の差に基づきデューティテーブル21に基づき、ヒータデューティ指令値が生成される。温度制御装置は、制御周期毎にヒータにヒータデューティ指令値を更新し、定着装置1のヒータ7への通電がなされる。定着ローラの温度は温度センサ9aにより検出される。このようなフィードバック制御を行うことにより定着ローラ温度は目標温度付近で制御される
図5は定着装置の状態移行を示す模式図である。この例では、定着装置は、ウオームアップから待機状態もしくは印字状態へ移行し、更に、待機状態から印字状態へ移行する場合もあり、印字終了後は待機状態へ移行する。
待機時、印字時には目標温度があり、それを待機温度、印字定着温度と称する。印字定着温度が用紙の種類(普通紙、厚紙、封筒、ハガキ、OHPなど)により別個の設定可能である(同一の設定値である場合もあり)。また、定着速度も用紙の種類により異なる。
次に、本発明の定着装置の温度制御方法について、説明する。先に説明したように、従来例で示した単一のテーブルを用いる温度制御方法では、温度が低下したところでヒータが100%投入されるが、ヒータの入り方が適切でないためか、温度低下した後で過大なオーバシュートが発生する。それにより温度リップル大となる問題がある。
図6は定着装置の待機時のヒータ投入時の温度上昇特性を示すグラフである。ヒータの適正な投入タイミングとして、図6に示すように、待機状態でヒータ投入から温度上昇までの時間T1の遅れがある。これから、用紙通過のT1前にヒータに電力を投入することにより、ヒータ投入が有効に通紙時温度低下低減に役立つ。そこで、それに基づく制御方法を図7に示す。
図7は実施例に係る定着装置の作動を示すグラフである。この例では、ヒータ投入に使用するテーブルとして、テーブルA、テーブルB、テーブルCの3つのものを用いて実現する。テーブルBは、ヒータを強めに入れるテーブルであり、用紙進入のTx秒前にΔT時間投入される。ここで、Tx=T1と設定することで、通紙時の温度低下を補償することが可能になる。
テーブルAは印刷第1ページにおける温度低下の補償のアシストするものであり、テーブルCは用紙通紙の間の目標温度との差に基づきヒータ投入を行うものであり、通紙で温度低下した後の温度の目標温度との温度差を低減する役割を果たす。各テーブルの役割かた、テーブルデューティの大きさは、テーブルB>テーブルA>テーブルCである。図6に示した定着装置に対して条件を決めたテーブルの構成例を図8、図9、図10に示した。図8はテーブルaの構成を示す表、図9はテーブルbの構成を示す表、図10はテーブルcの構成を示す表である。
次に次実施例に係る定着装置の作動について説明する。図11は実施例に係る定着装置の温度の状態を示すグラフである。実施例に係る定着装置は、図11に示すように、3ページの間欠印字時における温度リップルを20deg程度とでき、図20に示した従来の温度制御方法と比較して、温度リップルを67%に低減できる効果が得られた。
テーブルCを図10に示した条件とし、テーブルA、テーブルBの条件を変えて試験した結果を図12に示した。図12に示すように、NO.1の条件が、温度リップル、最高・最低温度ともに所定値に入っているため最適である。
〔実施例2〕
次に本発明の定着装置の温度制御方法の第2の実施例について説明する。図13は連続印字時の5ページ毎の温度低下量の変化を示すグラフ、図14は実施例2の定着装置の温度制御の状態を示す模式図である。
次に本発明の定着装置の温度制御方法の第2の実施例について説明する。図13は連続印字時の5ページ毎の温度低下量の変化を示すグラフ、図14は実施例2の定着装置の温度制御の状態を示す模式図である。
本実施例、印字枚数の多い連続印字時に本発明の温度制御方法を用いる場合に使用される。以下に、修正に必要なパラメータ条件を示す。図13から、最初の5枚は、温度低下が大だが、以降は、5枚毎で温度が上昇する傾向がみられる。これは、初期5枚通紙時は、定着ローラの回転開始で、加圧部及び用紙から熱が奪われ、最大限の熱量を加えても足りず温度が低下するが、印字枚数が増加すると、加圧部が温度上昇すると、加える熱量の中で、強めにヒータ投入しているテーブルBの投入分が過多となり、温度上昇していることを示しており、温度上昇する望ましくない特性である。
その解決手段として、図14に示すように、5枚目まででテーブルBの投入を打ち切り、テーブルCのみで温度制御するものとした。このような制御を行った場合の5枚毎の温度低下量を図14に示した。図14から、テーブルBの投入を所定枚数N枚目まで行い、N+1枚目から打ち切る制御を行うことにより、連続印字時にも適正な温度制御が可能とできることが分かる。
〔実施例3〕
次に本発明の定着装置の温度制御方法の第3の実施例について説明する。本実施例は、用紙長さ、単位面積あたりの重さの異なる用紙を使用する場合に適用される。
次に本発明の定着装置の温度制御方法の第3の実施例について説明する。本実施例は、用紙長さ、単位面積あたりの重さの異なる用紙を使用する場合に適用される。
図15は用紙長さが変化する場合のテーブルB時間ΔTと温度低下量の関係を示すグラフ、図16は単位面積あたりの用紙重さ(用紙坪量)が変化する場合のテーブルB時間ΔTと温度低下量の関係を示すグラフ、図17はΔTの選択テーブルの例を示す模式図であるいる。
ここで、用紙の通紙時に奪われる熱量について説明する。用紙1枚の質量mとし、水分率αとすると、用紙は次のモデルで表される。図18は用紙のモデルを示す断面模式図である。
このような用紙において、C:比熱(J/gK)、T:温度(°C)、T0:通紙前温度(°C)、L:気化熱(J/g)としたとき、用紙の通紙時に奪われる熱量は、以下の(数1)〜(数5)で表すことができる。
これから、用紙長さもしくは単位面積あたりの質量が大の場合は、用紙1枚あたりの用紙質量mが大となり、用紙1枚通紙時に奪われる熱量が大となることが分かる。
したがって、用紙長さ、単位面積あたりの質量が大の場合は、テーブルBの投入時間ΔTを大きく設定することにより、通紙時の温度低下の補償をより適正に行うことがてきとうである。
テーブルA、テーブルB、テーブルCを同一とした場合に、用紙長さを変えて同一の温度降下量となるテーブルB投入時間を確認した結果を図16に示した。また、用紙坪量を買えて同一の温度効果量になるテーブルB投入時間を確認した結果を図17に示した。これから、用紙長さ、坪量大の場合がテーブルB時間ΔTを大きく設定する必要があり、図17に示すテーブルを用いて、設定することが有効であることが分かる。
1 定着装置
2 定着ローラ
3 加圧ローラ
4a 離型層
4b 離型層
5a 弾性層
5b 弾性層
6a 中空芯金
6b 中空芯金
7 ヒータ
8a 加圧手段
8b 加圧バネ
9b 温度センサ
10a 記録媒体
11a 未定着トナー画像
12 エンドレスベルト
13 加圧パッド
14 低摩擦部材
21 デューティテーブル
22 増幅器
23 演算器
24 演算器
111 読み取りユニット
112 画像形成部
113 自動原稿搬送装置(ADF)
114 原稿排紙トレイ
115〜118 給紙カセット
119 給紙部
120 排紙トレイ
121 原稿台
122 ピックアップローラ
123 原稿搬送ベルト
124 コンタクトガラス
125 装置
126 光源
127 光学系
128 光電変換素子
130 感光体
131 帯電装置
132 ユニット
133 現像装置
134 転写装置
135 クリーニング装置
137 排出ローラ対
2 定着ローラ
3 加圧ローラ
4a 離型層
4b 離型層
5a 弾性層
5b 弾性層
6a 中空芯金
6b 中空芯金
7 ヒータ
8a 加圧手段
8b 加圧バネ
9b 温度センサ
10a 記録媒体
11a 未定着トナー画像
12 エンドレスベルト
13 加圧パッド
14 低摩擦部材
21 デューティテーブル
22 増幅器
23 演算器
24 演算器
111 読み取りユニット
112 画像形成部
113 自動原稿搬送装置(ADF)
114 原稿排紙トレイ
115〜118 給紙カセット
119 給紙部
120 排紙トレイ
121 原稿台
122 ピックアップローラ
123 原稿搬送ベルト
124 コンタクトガラス
125 装置
126 光源
127 光学系
128 光電変換素子
130 感光体
131 帯電装置
132 ユニット
133 現像装置
134 転写装置
135 クリーニング装置
137 排出ローラ対
Claims (5)
- 定着部材、加圧部材、ヒータ、温度検出装置及び温度制御装置を備え、未定着トナーを記録媒体上に溶融、定着させる定着装置において、
前記温度制御装置は、
印字時の温度設定に移行してから記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前までの通電デューティを指定する第1のテーブルと、
記録媒体の定着装置進入の所定時間Tx前から時間幅ΔTの時間の通電デューティを指定する第2のテーブルと、
次の通紙がある場合は後から次の用紙進入の所定時間Tx前まで、次の通紙がない場合は、前記第2のテーブルの指定時間の後で印字時以外の設定温度へ移行するまでの通電デューティを指定する第3のテーブルと備え、
印字時に今回検出温度と目標温度の差、及び今回検出温度と前回検出温度の差を基にヒータ通電デューティを決定するに際して前記テーブルに基づいて制御を行うことを特徴とする定着装置。 - 所定時間Txを、定着装置の待機時のヒータ投入から温度上昇開始までの時間差と設定することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- ヒータデューティの大きさが、第2のテーブル>第1のテーブル>第3のテーブルの順であるとことを特徴とする請求項1又は2記載の定着装置。
- 連続印字時に1枚目から所定印字枚数N枚目までは、ΔTを0以外の値に設定し、N+1枚目以降はΔTを0に設定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の定着装置。
- 前記1乃至4のいずれか記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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