JP2009192993A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータを備え、複数の温度検知手段を設けなくても非通紙領域昇温を適正に抑えることができる加熱装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加熱体2f1と、記録紙Pと接触するフィルム2f3を有し、記録紙を前記フィルムを介して加熱する加熱装置2fにおいて、前記加熱体は、正の抵抗温度係数をもつ発熱抵抗体2f1cと、発熱抵抗体に前記記録紙の搬送方向と平行する方向に通電するための導体2f1bと、導体を介して前記発熱抵抗体に通電する給電手段6bと、給電手段から前記発熱抵抗体に流れる電流を検知する電流検知手段6aを有し、前記電流検知手段の検知結果に基づき、前記フィルムの記録紙と接触しない部分の温度が所定の温度以下になるように、前記給電手段から前記発熱抵抗体への通電量を制御する制御手段5bを有することを特徴とする加熱装置。
【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真記録技術や静電記録技術を用いた複写機やプリンタに搭載される定着装置として用いれば好適な加熱装置、及びこれを具備した画像形成装置に関する。
従来の加熱装置を、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備されることでトナー画像を記録材に加熱定着させる定着装置とした例について説明する。
画像形成装置においては、電子写真プロセス等の画像形成手段で記録紙に転写方式又は直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着画像を、記録材面に定着画像として加熱定着させる定着装置としては、熱ローラ方式の定着装置が広く用いられていた。しかしながら、近年は、プリント指令が入力されてプリント動作を開始するまでの待ち時間を短くでき、また消費電力を少なくできるフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。このフィルム加熱方式の定着装置は、例えば特許文献1、2、3、4などにおいて提案されている。
このフィルム加熱方式の定着装置は、図5のように、ヒータ2f5と、ヒータを保持するヒータ支持体2f2と、ヒータと接触しつつ回転する耐熱性フィルム2f3と、このフィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラ2gとを有する。また、2f4はヒータ2f5の温度を検知するサーミスタであり、記録紙P上のトナー像を加熱定着する際、サーミスタ2f4の検知温度が所定の定着温度を維持するように不図示の制御手段によりヒータ2f5への通電が制御されている。このフィルム加熱方式の定着装置は、低熱容量の部材を用いて装置を構成することができるため、画像形成実行時のみヒータを発熱させればよく、プリント動作時間の短縮や消費電力の低減に効果がある。
しかしながら、フィルム加熱方式の定着装置に小サイズ紙を連続プリントすると、ヒータの長手方向において紙が通過しない領域の温度が徐々に上昇するという現象(非通紙領域昇温)が発生する。このような非通紙領域昇温が高くなり過ぎると装置内の各パーツの溶解や破損が発生する。また、非通紙領域昇温が生じている状態で大サイズ紙をプリントすると、非通紙領域で高温オフセットが発生してしまう。
このような非通紙領域の過昇温に対する対策として、ヒータの長手方向に複数の温度検知手段を設けて、非通紙領域の温度が高くなり過ぎた場合には、先行する紙と次の紙の間隔を広げて非通紙領域の過昇温を緩和する方法が行われてきた。しかし、この方法は単位時間あたりの出力枚数が大きく減ってしまうという課題があった。
単位時間あたりの出力枚数を大きく減らすことなく非通紙領域の過昇温を抑える方法が、例えば特許文献5や特許文献6に示されている。これらの特許文献には、ヒータ基板の長手方向に沿って二本の電極を設け、この二本の電極の間に正の温度係数(PTC:positive temperature coefficient)の発熱抵抗体を設ける構成が開示されている。このようなヒータは、電極から発熱抵抗体への通電が、紙搬送と平行な方向に行われるので、通紙方向通電ヒータと称されている。
以下に通紙方向通電ヒータの効果について説明する。正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータに小サイズの記録紙を通紙すると、記録紙が通過しない非通紙領域では、記録紙に熱を奪われないので温度上昇し、そのため非通紙領域の発熱抵抗体の抵抗値は上昇するので非通紙領域の発熱抵抗体への通電量は減少する。これにより、非通紙領域では過昇温が抑えられる。一方、記録紙が通過する通紙領域では、記録紙に熱を奪われるので温度上昇しにくく、そのため通紙領域の発熱抵抗体の抵抗値は変動がなく通紙領域の発熱抵抗体への通電量は維持される。これにより、通紙領域では常に一定の温度に保たれる。
以上のような効果により、正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータは、自己温度制御特性を有するようになるので、特別な温度制御手段を必要としない。
特開昭63−313182号公報 特開平2−157878号公報 特開平4−44075号公報 特開平4−204980号公報 特開平5−19652号公報 特開平7−160131号公報
しかしながら、実際にこのような通紙方向通電ヒータを定着器に搭載して調べてみると、非通紙領域昇温はゼロではないことが分かった。その理由を検証してみたところ、非通紙領域昇温の発生をなくしてしまうほど抵抗発熱体の抵抗温度係数が大きくないことが原因であることが判明した。
従って、通紙方向通電ヒータにおいても、小サイズ紙の連続プリント時に、非通紙領域昇温に起因する高温オフセットの発生や、定着器部材の融解・破損を防止するため、ヒータ長手方向に複数の温度検知手段を設け、非通紙領域の温度を検知する必要があった。
本発明は、以上の点に着目してなされたもので、正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータを備え、複数の温度検知手段を設けなくても非通紙領域昇温を適正に抑えることができる加熱装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明は、上述の目的を達成するため、以下(1)〜(4)の構成を備えるものである。
(1)加熱体と、前記加熱体と内面が接触し、且つ外面が記録紙と接触するフィルムを有し、前記記録紙を前記フィルムを介して加熱する加熱装置において、前記加熱体は、正の抵抗温度係数をもつ発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に前記記録紙の搬送方向と平行する方向に通電するための導体と、前記導体を介して前記発熱抵抗体に通電する給電手段と、前記給電手段から前記発熱抵抗体に流れる電流を検知する電流検知手段を有し、前記電流検知手段により検知された結果に基づき、前記フィルムの前記記録紙と接触しない部分の温度が所定の温度以下になるように、前記給電手段から前記発熱抵抗体への通電量を制御する制御手段を有することを特徴とする加熱装置。
(2)前記制御手段により制御される前記給電手段から前記発熱抵抗体への通電量が、前記記録紙のサイズに基づいて定められた通電量であることを特徴とする前記(1)記載の加熱装置。
(3)前記制御手段が、前記電流検知手段により検知された結果に基づき、単位時間当たりの前記記録紙の搬送量を制御することを特徴とする前記(1)又は(2)記載の加熱装置。
(4)記録紙を搬送する搬送手段と、前記記録紙の上に未定着画像を形成する作像手段と、前記未定着画像を前記記録紙の上に定着させる定着手段を有する画像形成装置において、前記定着手段として前記(1)乃至(3)いずれかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータを有する加熱装置及びこれを備えた画像形成装置において、複数の温度検知手段を設けなくても非通紙領域昇温を適正に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を、実施例により詳しく説明する。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。ここでは説明の順序として、まず画像形成装置の全体構成、次に通紙方向通電ヒータの構成について説明し、最後に小サイズ紙が通紙された時に非通紙領域の過昇温を抑える制御について説明する。尚、従来例と同様の構成には共通の符号を付した。
(画像形成装置)
図1は本実施例における電子写真方式の画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は給紙カセット1a内に積層収納された記録紙Pを搬送手段2a〜2iによって装置下方から上方へ搬送し、その間に、作像手段Aでトナー像を記録紙Pに転写、定着手段Bでトナー像を記録紙Pに定着して排出するものである。本実施例の画像形成装置で使用可能な最大の記録材はA3サイズ(297mm×420mm)であり、A3サイズの記録紙を長辺を搬送方向と平行にして搬送する。また、最大のプロセススピードは150mm/sである。
搬送手段2a〜2iは、まず、装置内底部に装着された給紙カセット1a内の記録紙Pを半月状のピックアップローラ2aによって最上部の1枚のみを分離給送する。そして、搬送ローラ対2bを介して、記録紙Pの先端を停止しているレジストローラ対2cに突き当て、一定の弛みをもたせることによって斜行を矯正する。尚、この画像形成装置は図示しない手差しトレイから手差しによって記録紙Pを差し込み給送することも可能になっている。
その後、レジストローラ対2cを回転させて記録紙Pを搬送し、作像手段Aを形成する感光体ドラム2dと転写ローラ2eを回転させて記録紙Pを搬送するとともにトナー像を転写する。次に定着手段Bを形成する加熱回転体2fと加圧ローラ2gを回転させて記録紙Pを搬送するとともにトナー像を定着する。そして、最終的に記録紙Pは中間排紙ローラ対2h、排紙ローラ対2iによって排紙トレイ1bへと排出される。
搬送手段2a〜2iの内、ピックアップローラ2a、搬送ローラ対2b、レジストローラ対2c、感光体ドラム2dはメインモータ(不図示)により、加圧ローラ2g、中間排紙ローラ対2h、排紙ローラ対2iはサブモータ(不図示)により回転駆動される。また、搬送手段2a〜2iの間には要所に紙検知センサ3a〜3bが設置され、画像形成装置はこの紙検知センサ3a〜3bの出力結果に応じて搬送手段2a〜2iを制御する。
作像手段Aは、まず記録紙Pの搬送と同期して感光体ドラム2dの表面を帯電手段である帯電ローラ4aによって一様に帯電する。そして、レーザ露光装置4bから画像情報に基づいた情報光を照射して感光体ドラム2d上に潜像を形成し、この感光体ドラム2d上の潜像を現像スリーブ4cによって現像してトナー像を形成する。そして感光ドラム2dと転写ローラ2eにより記録紙Pを挟持搬送するときに記録紙Pの裏面側から所定の電圧を印加して感光体ドラム2d上のトナー像を記録紙Pに転写する。
図2に定着手段Bの概略構成図を示す。本実施例における定着手段Bはフィルム加熱方式の定着装置であり、図に示すように加熱体2fは通紙方向通電ヒータ2f1と、ヒータ支持体2f2と、ヒータ2f1にその内面が圧接されつつ搬送される耐熱性フィルム2f3により構成される。通紙方向通電ヒータ2f1は給電回路6bからの給電により発熱する。通紙方向通電ヒータ2f1の温度はヒータ長手中央に当接したサーミスタ2f4により検知し、また給電回路6bから通紙方向通電ヒータ2f1に流れる電流量は電流検知回路6aにより検知される。
加圧ローラ2gは金属芯金2g1に弾性ゴム層2g2を被覆し、さらにその上に離型層2g3を皮膜して形成され、耐熱性フィルム2f3を介して通紙方向通電ヒータ2f1に所定の加圧力で圧接されている。加圧ローラ2gはサブモータ7bの駆動力を受けて所定の速度で回転し、耐熱性フィルム2f3も加圧ローラ2gの回転に従動して回転する。これにより、被加熱体の記録紙Pが耐熱性フィルム2f3の外面と加圧ローラ2gにより挟持搬送されるときに、記録紙P上のトナー像は加熱され溶融するとともに加圧されて記録紙P上に定着される。
図3に制御構成を説明するブロック図を示す。図3において、ビデオコントローラ5aは、図示しないホストコンピュータ等の外部機器から送られる画像データコードをプリンタの印字に必要なビットデータに展開する。一方、エンジンコントローラ5bはビデオコントローラ5aの指示に従って画像形成に関連する紙搬送制御、定着温度制御等を行う。
紙検知センサ3a〜3bは搬送経路上の記録紙Pの検出情報をエンジンコントローラ5bに伝達し、エンジンコントローラ5bはこの検出情報を元にメインモータ7aとサブモータ7bの回転駆動を制御する。サーミスタ2f4はヒータ温度の検出情報を、また電流検知回路6aはヒータに流れる電流量の検出情報を、それぞれエンジンコントローラ5bに伝達し、エンジンコントローラ5bはこの検出情報を元に給電回路6bからヒータに供給される電力量を制御する。
(通紙方向通電ヒータ)
図4は本実施例における通紙方向通電ヒータ2f1の構成図である。図に示すように通紙方向通電ヒータ2f1は、基板2f1aと、電極導体2f1bと、抵抗発熱体2f1cと、保護ガラス2f1dにより構成される。電極導体2f1bから抵抗発熱体2f1cに通電される電流は、記録紙の通紙方向と平行なので、このようなタイプのヒータを通紙方向通電ヒータと呼ぶことにする。
基板2f1aは、耐熱特性及び絶縁特性に優れたアルミナ製で、サイズは長さ380mm、幅10mm、厚み1mmである。また、基板2f1aの裏面には、抵抗発熱体2f1cの長手中心位置に相当する位置にサーミスタ(不図示)が接触設置されている。
電極導体2f1bは、例えばAgやAg/Pt等の電気導電材料にガラス粉末を混ぜたペーストを基板2f1a上にスクリーン印刷したものであり、各材料の配合を変えることで電極の体積抵抗値は調整できる。本実施例の電極導体2f1bは、厚みが10μm、シート抵抗が10mΩ/□であり、領域C以外の領域における記録紙通紙方向の幅は各々2mmとなっている。また電極導体2f1bの領域Cには給電用コネクタ(不図示)が接続され、電流検知回路6aをはさんで給電回路6bに電気的に繋がるようになっている。
抵抗発熱体2f1cは、例えばAg/Pd等の電気抵抗材料にガラス粉末等を混ぜたペーストを基板2f1a上にスクリーン印刷したものであり、各材料の配合を変えることで体積抵抗値を調整できる。この発熱抵抗体2f1cは、電極導体2f1bと電気的に繋がるように電極導体2f1bの上から印刷されている。本実施例の発熱抵抗体2f1cは、長手方向の長さが312mm、記録紙通紙方向の幅が4mmであり、長手中心位置が記録紙の搬送中心となっている。また発熱抵抗体2f1cは、厚みが10μmで、シート抵抗が500Ω/□であり、抵抗温度係数は5000ppm/度である。
保護ガラス2f1dは、電極導体2f1b及び発熱抵抗体2f1cの上から厚さ50μmで形成され、耐熱性フィルムとの擦動摩擦から電極導体2f1b及び発熱抵抗体2f1cを保護する。
このような通紙方向通電ヒータ2f1の効果について説明する。正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータ2f1に小サイズの記録紙を通紙すると、記録紙が通過しない非通紙領域Dでは記録紙に熱を奪われないので温度上昇する。そのため非通紙領域Dの発熱抵抗体2f1cの抵抗値は上昇するので非通紙領域Dの発熱抵抗体2f1cへの通電量は減少する。これにより、非通紙領域Dでは過昇温が抑えられる。また、記録紙が通過する通紙領域Eでは記録紙に熱を奪われるので温度上昇しにくく、そのため通紙領域Eの発熱抵抗体2f1cの抵抗値は変動がなく通紙領域Eの発熱抵抗体2f1cへの通電量は維持される。これにより、通紙領域Eでは常に一定の温度に保たれる。このような効果は抵抗温度係数が大きいほど大きい。
(非通紙領域の過昇温時の動作)
以下に、本実施例の通紙方向通電ヒータに小サイズ紙が通紙された時の非通紙領域の過昇温を抑える制御について説明する。表1は幅が100mmのハガキをヒータ裏のサーミスタ温度が200℃になるように連続通紙した時の、非通紙領域の温度とヒータに流れる電流量の関係を測定した結果である。ただし、非通紙領域の温度はサーモグラフィで耐熱性フィルム表面部分の温度を測定したものである。表に示すように、正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータでは、非通紙領域の温度が高くなるほど発熱抵抗体の抵抗値が高くなり、電流が流れにくくなっていることがわかる。
Figure 2009192993
よって、本実施例では通紙方向通電ヒータに流れる電流量を電流検知回路で検出してエンジンコントローラに送り、エンジンコントローラはこの値がある電流量以下になると、非通紙領域の昇温がある温度以上になったと判断する。そして、メインモータ及びサブモータの回転速度、すなわち単位時間当たりの搬送量を下げ、給電回路から給電される電力量を下げる制御を行う。本実施例における定着装置では、昇温に対して始めにダメージをうける部材は加圧ローラであり、その温度が250℃になると離型層が溶解するため、エンジンコントローラは非通紙領域の昇温が240℃以下(所定温度以下)になるように制御を行う。ここで、非通紙領域の温度が240℃に相当する電流量の値は、記録紙サイズごとにあらかじめ定まっており、ユーザーがホストコンピュータを通して指定した記録紙サイズから判断する。また、エンジンコントローラが非通紙領域の過昇温を判断した後の、メインモータとサブモータの回転速度の下げ率、及び給電回路から給電される電力量の下げ率も、ユーザーがホストコンピュータを通して指定した記録紙サイズから判断する。
尚、本実施例では、非通紙領域の過昇温を判断した後に、記録紙の単位時間当たりの搬送量を落とす方法として、メインモータ及びサブモータの回転速度を落としたが、記録紙の給紙間隔を長くしてもよい。
また、本実施例では、記録紙のサイズは、ユーザーがホストコンピュータを介して送ってくるプリント情報をもとにしているが、これに限られたものではなく、画像形成装置本体に取り付けた記録紙サイズ検知センサ等の情報をもとにしてもよい。
以上説明した本実施例の構成と制御により、通紙方向通電ヒータに小サイズ紙が通紙された時に、複数の温度検知素子を持たなくても適切に非通紙領域の過昇温を抑えることができる。
前記実施例1では、ユーザーがホストコンピュータを介して送ってくる記録紙サイズ情報をもとに、非通紙領域の昇温を判断していた。本実施例では、記録紙サイズ情報とは異なり通紙方向通電ヒータに小サイズ紙が通紙された時の非通紙領域の過昇温を抑える制御についてのものである。以下にその制御について説明する。尚、本実施例を適用する画像形成装置及び通紙方向通電ヒータは前記第1の実施例と同様であるため説明は省略する。
表2は各サイズの記録紙をヒータ裏のサーミスタ温度が200℃になるように連続10枚通紙した時の、記録紙の幅とヒータに流れる電流量の関係を測定した結果である。表に示すように、正の抵抗温度係数をもつ通紙方向通電ヒータでは、記録紙の幅が狭くなるほど、すなわち非通紙領域が広くなるほど、電流が流れにくくなっていることがわかる。
Figure 2009192993
よって、本実施例では通紙開始から数枚目の通紙方向通電ヒータに流れる電流量を電流検知回路で検出してエンジンコントローラに送る。そして、エンジンコントローラはこの値がある電流量と異なると、ユーザーがホストコンピュータを通して指定した記録紙サイズと異なると判断するとともに、現在通紙している記録紙サイズを特定する。
そして、その後、新たに特定した記録紙サイズをもとに、実施例1と同様の非通紙領域の過昇温を抑える制御を行う。すなわち、通紙方向通電ヒータに流れる電流量を電流検知回路で検出してエンジンコントローラに送る。そして、エンジンコントローラはこの値がある電流量以下になると、非通紙領域の昇温がある温度以上になったと判断して、メインモータ及びサブモータの回転速度を下げ、給電回路から給電される電力量を下げる制御を行う。本実施例における定着装置では、昇温に対して始めにダメージをうける部材は加圧ローラであり、その温度が250℃になると離型層が溶解するため、エンジンコントローラは非通紙領域の昇温が240℃以下になるように制御を行う。ここで、記録紙サイズを特定する電流量の値と、各記録紙サイズごとの非通紙領域の温度が240℃に相当する電流量の値は、エンジンコントローラが予め保有している。また、エンジンコントローラが非通紙領域の過昇温を判断した後の、メインモータとサブモータの回転速度の下げ率、及び給電回路から給電される電力量の下げ率は、特定した記録紙サイズから判断する。
尚、本実施例では、非通紙領域の過昇温を判断した後に、記録紙の搬送量を落とす方法として、メインモータ及びサブモータの回転速度を落としたが、記録紙の給紙間隔を長くしてもよい。
また、本実施例では、現在通紙中の記録紙サイズがユーザーが指定した記録紙サイズとは異なる判断した後も、自動的に記録紙サイズ情報を修正してプリントを継続したが、ホストコンピュータを介してユーザーに報知し、プリントを行わないように警告してもよい。
以上説明した本実施例の構成と制御により、通紙方向通電ヒータにユーザーが指定した記録紙とは異なる小サイズ紙が通紙された時に、複数の温度検知素子を持たなくても適切に非通紙領域の過昇温を抑えることができる。
実施例1における画像形成装置の概略構成図 実施例1における定着装置の概略構成図 実施例1における画像形成装置の制御構成を説明するブロック図 実施例1における通紙方向通電ヒータの概略構成図 従来例における定着装置の概略構成図
符号の説明
1a 給紙カセット
1b 排紙トレイ
2a ピックアップローラ
2b 搬送ローラ対
2c レジストローラ対
2d 感光体ドラム
2e 転写ローラ
2f 加熱回転体(加熱装置に対応)
2f1 通紙方向通電ヒータ(加熱体に対応)
2f1a 基板
2f1b 電極導体(導体に対応)
2f1c 発熱抵抗体
2f1d 保護ガラス
2f2 ヒータ支持体
2f3 耐熱性フィルム(フィルムに対応)
2f4 サーミスタ
2f5 ヒータ
2g 加圧ローラ
2g1 金属芯金
2g2 弾性ゴム層
2g3 離型層
2h 中間排紙ローラ対
2i 排紙ローラ対
3a〜3b 紙検知センサ
4a 帯電ローラ
4b レーザ露光装置
4c 現像スリーブ
5a ビデオコントローラ
5b エンジンコントローラ(制御手段に対応)
6a 電流検知回路(電流検知手段に対応)
6b 給電回路(給電手段に対応)
7a メインモータ
7b サブモータ

Claims (4)

  1. 加熱体と、
    前記加熱体と内面が接触し、且つ外面が記録紙と接触するフィルムを有し、
    前記記録紙を前記フィルムを介して加熱する加熱装置において、
    前記加熱体は、正の抵抗温度係数をもつ発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に前記記録紙の搬送方向と平行する方向に通電するための導体と、前記導体を介して前記発熱抵抗体に通電する給電手段と、前記給電手段から前記発熱抵抗体に流れる電流を検知する電流検知手段を有し、
    前記電流検知手段により検知された結果に基づき、前記フィルムの前記記録紙と接触しない部分の温度が所定の温度以下になるように、前記給電手段から前記発熱抵抗体への通電量を制御する制御手段を有することを特徴とする加熱装置。
  2. 前記制御手段により制御される前記給電手段から前記発熱抵抗体への通電量が、
    前記記録紙のサイズに基づいて定められた通電量であることを特徴とする請求項1記載の加熱装置。
  3. 前記制御手段が、
    前記電流検知手段により検知された結果に基づき、単位時間当たりの前記記録紙の搬送量を制御することを特徴とする請求項1又は2記載の加熱装置。
  4. 記録紙を搬送する搬送手段と、前記記録紙の上に未定着画像を形成する作像手段と、前記未定着画像を前記記録紙の上に定着させる定着手段を有する画像形成装置において、
    前記定着手段として請求項1乃至3いずれかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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