JP2010266565A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より効率的に定着を行うことができる定着装置を提供する。
【解決手段】定着装置は、デジタル複合機の電源が投入されると、ヒータへの通電を開始する(S11)。ヒータへの通電と共に、定着ベルトの間欠回転を行う(S12)。その後、定着ベルトの温度がターゲット温度Txに達したか否かを判断する(S13)。定着ベルトの温度がターゲット温度Txに達したと判断した場合には(S13において、YES)、定着ベルトの全回転を行う(S14)。その後、定着ベルトの温度が定着温度Trに達したか否かを判断する(S15)。定着ベルトの温度が定着温度Trに達したと判断した場合には(S15において、YES)、ヒータへの通電を停止する(S16)。
【選択図】図3

Description

この発明は、定着装置および画像形成装置に関するものであり、特に、定着ベルトを備えた定着装置およびこのような定着装置を含む画像形成装置に関するものである。
従来において、定着における加熱ムラを低減するために、トナーを転写させた用紙と当接する定着ベルトを備えた定着装置がある。定着ベルトは、一般的には、ゴムのような熱を奪われにくい材質によって構成されている。定着ベルトを用いた定着装置においては、定着時において用紙に熱を奪われにくいメリットがある。このような定着ベルトを用いた定着装置については、特開2002−278334号公報(特許文献1)に開示されている。
特開2002−278334号公報(段落番号0065、図7等)
特許文献1によると、定着装置は、無端状の定着ベルトを備える。そして、定着ベルトと離設するようにして、定着ベルトの外方側に設けられたハロゲンヒータによって、定着ベルトを加熱している。定着ベルトの加熱時においては、定着ベルトの全体を加熱する必要があるため、定着ベルトを回転させる必要がある。また、定着においては、定着装置に含まれる加圧ローラ等の他部材についてもある程度の温度まで加熱する必要がある。
ここで、特許文献1においては、ハロゲンヒータの電源がオンとなってから、定着可能となるまでに達する時間を短くし、かつ、定着装置を構成する各部材に逃げていく熱をできるだけ少なくするために、温度上昇時において、定着ベルトが定着温度に達するまで定着ベルトを間欠的に回転させることとしている。具体的には、ハロゲンヒータのオン、オフのサイクルを2回繰り返すこととしている。
しかし、このような構成によっても、定着ベルトが定着温度に達するまでの時間が長くなる場合があり、必ずしも効率的とはいえない。
この発明の目的は、より効率的に定着を行うことができる定着装置を提供することである。
この発明の他の目的は、より効率的に定着を行なうことができる画像形成装置を提供することである。
この発明に係る定着装置は、用紙に転写されたトナーの用紙への定着を行なう。定着装置は、トナーを用紙に定着可能な定着温度まで加熱され、所定の位置で、トナーが転写された用紙の面と当接してトナーを用紙に定着させる定着ベルトと、定着ベルトを回転させて、トナーが転写された用紙の面と定着ベルトとを順次当接させる定着ベルト回転手段と、所定の位置と異なる位置に設けられ、定着ベルトを加熱する加熱手段と、定着ベルトの温度を検知する定着ベルト温度検知手段と、定着ベルト温度検知手段により検知した定着ベルトの温度が定着温度よりも低いターゲット温度に達するまでは、定着ベルトを間欠駆動させ、定着ベルトの温度がターゲット温度に達すれば、定着ベルトを全回転させるよう定着ベルト回転手段を制御する制御手段とを備える。
好ましくは、定着ベルト回転手段は、定着ベルトの内方側に配置され、定着ベルトの内方側の面と当接して定着ベルトを回転させる定着ローラと、トナーが転写された用紙の搬送経路を挟み、定着ベルトを介して定着ローラに押圧するように設けられる加圧ローラとを含む。
さらに好ましくは、加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知手段を含み、制御手段は、加圧ローラ温度検知手段により検知した温度が所定の温度に達すれば、定着を行なう。
また、定着ベルト回転手段は、電源のオンオフにより定着ベルトを間欠駆動させるクラッチを含むよう構成してもよい。
さらに好ましくは、加熱手段は、略筒状であって、その内部にヒータが設けられ、定着ベルトの内方側に配置される加熱ローラを含む。
この発明の他の局面において、画像形成装置は、トナーにより画像を形成して用紙に転写する画像形成部と、用紙に転写されたトナーの用紙への定着を行なう定着装置とを含む。定着装置は、トナーを用紙に定着可能な定着温度まで加熱され、所定の位置で、トナーが転写された用紙の面と当接してトナーを用紙に定着させる定着ベルトと、定着ベルトを回転させて、トナーが転写された用紙の面と定着ベルトとを順次当接させる定着ベルト回転手段と、所定の位置と異なる位置に設けられ、定着ベルトを加熱する加熱手段と、定着ベルトの温度を検知する定着ベルト温度検知手段と、定着ベルト温度検知手段により検知した定着ベルトの温度が定着温度よりも低いターゲット温度に達するまでは、定着ベルトを間欠駆動させ、定着ベルトの温度がターゲット温度に達すれば、定着ベルトを全回転させるよう定着ベルト回転手段を制御する制御手段とを備える。
このような構成の定着装置によれば、定着温度よりも低いターゲット温度に達するまでは、定着ベルトを間欠的に駆動し、ターゲット温度に達した後は、定着ベルトを全回転するよう制御する。そうすると、短時間で定着ベルトを定着可能な温度として、定着を行うことができるようにすることができる。したがって、このような定着装置は、より効率的に定着を行うことができる。
また、このような定着装置を含む画像形成装置についても、より効率的に定着を行なうことができる。
この発明の一実施形態に係る定着装置を含むデジタル複合機の全体構成を示すブロック図である。 この発明の一実施形態に係る定着装置の要部を示す概略断面図である。 デジタル複合機に電源を投入した際の定着装置を制御する場合の動作を示すフローチャートである。 定着ベルトおよび加圧ローラの温度と経過時間との関係を示すグラフである。
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1はこの発明の一実施形態に係る定着装置を含む画像形成装置をデジタル複合機10に適用した場合のデジタル複合機10の構成を示すブロック図である。図1を参照して、デジタル複合機10は、CPUを有し、デジタル複合機10全体を制御する制御部11と、画像データ等の書込みや読出しを行うためのDRAM12と、デジタル複合機10の有する情報を表示する表示画面を含み、デジタル複合機10におけるユーザとのインターフェースとなる操作部13と、原稿を自動的に所定の原稿読取り位置へ搬送する原稿送り装置14と、原稿送り装置14によって搬送されてきた原稿の画像を所定の読取り位置で読取る画像読取り部15と、画像読取り部15で読取られた原稿等からその画像を形成する画像形成部16と、画像データ等を格納するハードディスク17と、公衆回線20に接続されるFAX通信部18と、ネットワーク21と接続するためのネットワークIF(インターフェース)部19とを含む。
画像形成部16は、感光体(図示せず)上に形成したトナーによる画像を用紙に転写する転写部(図示せず)を含む。また、デジタル複合機10は、転写部によって用紙に転写されたトナーを用紙に定着させる定着装置23を備える。すなわち、デジタル複合機10は、画像形成部16により形成されたトナーによる画像を用紙に定着させる定着装置23を備える。なお、定着装置23の構成および制御の詳細については、後述する。
制御部11は、画像読取り部15から出力される原稿データをDRAM12に圧縮符号化して書き込み、DRAM12に書き込んだデータを読出し、伸張符号化して画像形成部16により出力する。
デジタル複合機10は、画像読取り部15により読取られた原稿を用いて、DRAM12を介して画像形成部16において画像を形成することにより、複写機として作動する。また、デジタル複合機10は、ネットワークIF部19を通じて、ネットワーク21に接続されたパソコン22から送信された画像データを用いて、DRAM12を介して画像形成部16において画像を形成することにより、プリンターとして作動する。さらに、デジタル複合機10は、FAX通信部18を通じて、公衆回線20から送信された画像データを用いて、DRAM12を介して画像形成部16において画像を形成することにより、また、画像読取り部15により読取られた原稿の画像データを、FAX通信部18を通じて公衆回線20に画像データを送信することにより、ファクシミリ装置として作動する。
なお、図1において太線の矢印は画像データの流れを示しており、細線の矢印は制御信号または制御データの流れを示している。
ここで、定着装置23の詳細について説明する。図2は、定着装置23の要部を示す概略断面図である。図2に示す断面は、後述する定着ローラの回転時の回転軸線に垂直な平面で定着装置23を切断した場合に相当する。
図1および図2を参照して、定着装置23は、上述したように、用紙に転写されたトナーの用紙への定着を行なう。定着装置23は、所定の位置で、トナーが転写された用紙Pの面と当接する定着ベルト24と、定着ベルト24を回転させて、トナーが転写された用紙Pの面と定着ベルト24とを順次当接させる定着ベルト回転手段としての定着ローラ25およびモータ26と、所定の位置と異なる位置に設けられ、定着ベルト24を加熱する加熱手段としての加熱ローラ27と、定着ベルト24の温度を検知する定着ベルト温度検知手段としての第一のサーミスタ28とを備える。
定着ベルト24は、弾性を有するゴム状部材で構成されている。定着ローラ25は、略円筒状の部材である。定着ローラ25は、定着ベルト24の内方側に配置され、定着ベルト24の内方側の面と当接するようにして設けられる。定着ベルト24の周方向の長さは、定着ローラ25の円周長さよりも長く構成されている。定着ローラ25の回転中心には、回転軸33が設けられている。すなわち、定着ローラ25は、回転軸33を中心に回転する。定着ローラ25の回転に伴って、定着ベルト24も回転する。すなわち、定着ローラ25と定着ベルト24とは、連動して回転する。また、モータ26は、定着ローラ25の回転駆動源となる。なお、図2において、モータ26は、一点鎖線で示している。
加熱ローラ27は、略筒状である。加熱ローラ27は、定着ベルト24の内方側に配置され、加熱ローラ27の外方側の面が、定着ベルト24の内方側の面に当接するようにして設けられる。加熱ローラ27の内方側には、それぞれハロゲンヒータからなるメインヒータ29およびサブヒータ30が設けられている。メインヒータ29およびサブヒータ30はそれぞれ発熱量が異なるよう構成されている。このように構成することにより、より適切に定着ベルト24の温度制御を行なうことができる。
第一のサーミスタ28は、定着ベルト24と加熱ローラ27とが当接する領域において、定着ベルト24の表面の一部に接するように設けられている。第一のサーミスタ28は、定着装置23の所定の箇所に固定されており、回転する定着ベルト24の温度を検知可能に構成されている。
定着装置23は、トナーが転写された用紙Pの搬送経路34を挟み、定着ベルト24を介して定着ローラ25に押圧するように設けられる加圧ローラ31と、加圧ローラ31の温度を検知する加圧ローラ温度検知手段としての第二のサーミスタ32とを含む。
加圧ローラ31についても略筒状であり、弾性を有する。加圧ローラ31は、定着ベルト24から伝えられる熱により加熱される。
第二のサーミスタ32は、加圧ローラ31の表面の一部に接するように設けられている。第二のサーミスタ32についても、定着装置23の所定の箇所に固定されており、回転する加圧ローラ31の温度を検知可能に構成されている。
定着時において、トナーが転写された用紙Pは、搬送経路34を図2中の矢印IIで示す方向に搬送される。ここで、定着ローラ25および加圧ローラ31はそれぞれ、図2中の矢印A、Aで示す方向に回転している。定着装置23は、画像形成部16からトナーによる画像が転写された用紙Pが搬送されると、定着ベルト24を介して定着ローラ25と加圧ローラ31との間のニップしている領域において、用紙Pを押圧しながら加熱する。このようにして、トナーを用紙に定着させる。すなわち、上記した所定の位置とは、定着ベルト24のうち、定着ローラ25と加圧ローラ31との間のニップしている領域に該当する位置となる。また、加熱ローラ27は、定着ローラ25と加圧ローラ31との間のニップしている領域と異なる位置に設けられている。具体的には、加熱ローラ27は、定着ローラ25の上方側において、定着ローラ25と間隔を開けて設けられている。なお、上記した定着装置23を構成する各部材についても、デジタル複合機10に備えられる制御部11によって制御される。
ここで、デジタル複合機10の立上げ時、すなわち、デジタル複合機10の電源がオンされた場合について考える。デジタル複合機10の立上げ前、定着ベルト24は、室温に近い状態である。そして、デジタル複合機10が立ち上げられると、定着ベルト24を定着可能な温度まで加熱する。この場合、制御部11は、第一のサーミスタ28により検知した定着ベルト24の温度が定着温度Trよりも低いターゲット温度Txに達するまでは、定着ベルト24を間欠駆動させ、定着ベルト24の温度がターゲット温度Txに達すれば、定着ベルト24を全回転させるようモータ26等を制御する。この定着制御については、後述する。
次に、この発明の一実施形態に係るデジタル複合機10に電源を投入した際の定着装置23を制御する場合について説明する。図3は、この場合における制御部11の動作を示すフローチャートである。図4は、定着ベルト24および加圧ローラ31の温度と、経過時間との関係を示すグラフである。図4において、縦軸は定着ベルト24および加圧ローラ31の温度を示し、横軸は、経過時間を示す。図4においては、それぞれ上方向、右方向に向かってその数値が大きくなる。ここで、定着温度Trとしては、例えば、165℃が選択され、定着温度Trよりも低いターゲット温度Txとしては、例えば、110℃が選択される。また、加圧ローラ31の温度としての所定の温度Tyは、例えば、80℃や150℃が選択される。
また、図4において、この発明の一実施形態に係る定着装置23において制御された定着ベルト24および加圧ローラ31の温度をそれぞれ、図4中の実線35aおよび点線36aで示す。なお、参考として、図4中の実線35bにおいて、定着ベルト24を回転させない場合の定着ベルト24の温度を示し、図4中の実線35cにおいて、定着ベルト24を全回転させた場合の定着ベルト24の温度を示す。また、図4中の点線36bにおいて、定着ベルト24を回転させない場合の加圧ローラ31の温度を示し、図4中の点線36cにおいて、定着ベルト24を全回転させた場合の加圧ローラ31の温度を示す。
図1〜図4を参照して、デジタル複合機10の電源が投入されると、定着ベルト24の温度を上昇させる制御が行なわれる。具体的には、メインヒータ29およびサブヒータ30への通電を開始する(図3において、ステップS11、以下、ステップを省略する)。メインヒータ29およびサブヒータ30への通電と共に、定着ベルト24の間欠回転を行う(S12)。この場合、定着ローラ25を間欠駆動して、定着ベルト24の間欠回転を行う。ここでいう間欠回転については、例えば、定着ローラ25の回転時間を3秒とし、停止時間を1秒といった具合である。
その後、第一のサーミスタ28によって、定着ベルト24の温度がターゲット温度Txに達したか否かを判断する(S13)。この場合の判断は、所定のタイミングで行うこととしてもよいし、定着ベルト24の温度がターゲット温度Txに達するまで随時行ってもよい。すなわち、定着ベルト24の温度がターゲット温度Txに達するまで、定着ベルト24の間欠回転を行なう。この場合、図4中の実線35aで示すように、間欠回転のサイクルは、定着ベルト24の温度の上昇および低下で表されることとなる。ここでは、6サイクルのオンオフの間欠回転を行なうよう制御されている。
定着ベルト24の温度がターゲット温度Txに達したと判断した場合には(S13において、YES)、定着ベルト24の全回転を行う(S14)。すなわち、定着ベルト24の間欠回転を停止して、定着ベルト24を常に回転させるようにする。この場合、定着ローラ25を全駆動して、定着ベルト24の全回転を行う。なお、図4中の時間Sxで定着ベルト24の温度がターゲット温度Txに達した時間を示している。
その後、定着ベルト24の温度が定着温度Trに達したか否かを判断する(S15)。定着ベルト24の温度が定着温度Trに達したと判断した場合には(S15において、YES)、メインヒータ29およびサブヒータ30への通電を停止する(S16)。このようにして定着ベルト24への熱の供給を停止する。なお、図4中の時間Syで定着ベルト24の温度が定着温度Trに達した時間を示している。そして、定着が可能なレディ状態になったとして、画像形成部16において画像を形成し、定着装置23による定着を行う。
このような構成の定着装置23によれば、定着温度Trよりも低いターゲット温度Txに達するまでは、定着ベルト24を間欠的に駆動し、ターゲット温度Txに達した後は、定着ベルト24を全回転するよう制御する。そうすると、短時間で定着ベルト24を定着可能な温度として、定着を行うことができるようにすることができる。したがって、このような定着装置23は、より効率的に定着を行うことができる。
これを、図4を用いて具体的に説明する。図4に示す実線35bおよび点線36bから分かるように、定着ベルト24を回転させない場合において、定着ベルト24の温度は短い時間Sで定着温度Trに達する。しかし、加圧ローラ31の温度が所定の温度Tyに達するまでの時間は長い時間Sを要するため、結果として定着を行なうのに長時間を要することになる。また、図4に示す実線35cおよび点線36cから分かるように、定着ベルト24を全回転させた場合において、加圧ローラ31の温度は短い時間Sで所定の温度Tyに達する。しかし、定着ベルト24の温度が定着温度Trに達するまでの時間は長い時間Sを要するため、結果として定着を行なうのに長時間を要することになる。
これらに対し、図4に示す実線35aおよび点線36aから分かるように、定着ベルト24をターゲット温度Txまで間欠回転させ、その後全回転させた場合においては、定着ベルト24および加圧ローラ31の双方は比較的短時間でそれぞれ、定着温度Trおよび所定の温度Tyに達する。ここでは、定着ベルト24の温度が定着温度Trに達する時間Syが経過した後、定着可能となる。したがって、このような定着制御によれば、より効率的に定着を行うことができるようにすることができる。なお、定着ベルト24が定着温度Trに達するまでずっと間欠回転させた場合においては、この発明に係る定着制御により定着ベルト24が定着温度Trに達する時間Syよりも長くなる。
以上より、このような構成の定着装置23によれば、短時間で定着ベルト24を定着可能な温度として、定着を行うことができるようにすることができる。したがって、このような定着装置23は、より効率的に定着を行うことができる。
また、このような定着装置23を含むデジタル複合機10についても、より効率的に定着を行なうことができる。
また、第二のサーミスタにおいて、検知した温度が所定の温度に達すれば、定着を行なうよう構成してもよい。すなわち、上記した構成においては、所定の温度Tyに達する時間よりも定着温度Trに達する時間を遅くするよう構成することとしたが、このように構成することにより、加圧ローラが所定の温度Tyに確実に達してから定着をするため、より確実に適切な定着を行なうことができる。
なお、上記の実施の形態においては、定着ベルトを加熱する加熱手段として、略筒状であって、その内部にヒータが設けられ、前記定着ベルトの内方側に配置される加熱ローラを含むよう構成したが、これに限らず、定着ベルトの外方側に配置されるものであってもよい。また、ヒータとしてハロゲンヒータを用いたが、もちろん他の形式のヒータであっても構わない。さらには、ヒータを3つ以上の構成としてもよいし、1つの構成であってもよい。さらに、加熱ローラ等を複数設ける構成としてもよい。
また、上記の実施の形態において、モータは、電源のオンオフにより定着ベルトを間欠駆動させるクラッチを含む構成としてもよい。具体的には、上記したデジタル複合機の構成の場合、定着ベルトを回転させる定着ローラを、クラッチにより間欠駆動するようにする。このように構成することにより、より適切に、定着ベルトの間欠駆動を制御することができる。
なお、上記の実施の形態においては、定着装置は、デジタル複合機に含まれる制御部で制御することにしたが、これに限らず、定着装置が独自に制御部を有し、この制御部により、定着装置全体を制御するよう構成してもよい。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
この発明に係る定着装置および画像形成装置は、ファーストコピーまでのユーザの待ち時間の短縮が要求される場合に、有効に利用される。
10 デジタル複合機、11 制御部、12 DRAM、13 操作部、14 原稿送り装置、15 画像読取り部、16 画像形成部、17 ハードディスク、18 FAX通信部、19 ネットワークIF部、20 公衆回線、21 ネットワーク、22 パソコン、23 定着装置、24 定着ベルト、25 定着ローラ、26 モータ、27 加熱ローラ、28,32 サーミスタ、29,30 ヒータ、31 加圧ローラ、33 回転軸、34 搬送経路、35a,35b,35c 実線、36a,36b,36c 点線。

Claims (6)

  1. 用紙に転写されたトナーの用紙への定着を行なう定着装置であって、
    トナーを用紙に定着可能な定着温度まで加熱され、所定の位置で、トナーが転写された用紙の面と当接してトナーを用紙に定着させる定着ベルトと、
    前記定着ベルトを回転させて、前記トナーが転写された用紙の面と前記定着ベルトとを順次当接させる定着ベルト回転手段と、
    前記所定の位置と異なる位置に設けられ、前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、
    前記定着ベルトの温度を検知する定着ベルト温度検知手段と、
    前記定着ベルト温度検知手段により検知した前記定着ベルトの温度が前記定着温度よりも低いターゲット温度に達するまでは、前記定着ベルトを間欠駆動させ、前記定着ベルトの温度が前記ターゲット温度に達すれば、前記定着ベルトを全回転させるよう前記定着ベルト回転手段を制御する制御手段とを備える、定着装置。
  2. 前記定着ベルト回転手段は、前記定着ベルトの内方側に配置され、前記定着ベルトの内方側の面と当接して前記定着ベルトを回転させる定着ローラと、
    トナーが転写された用紙の搬送経路を挟み、前記定着ベルトを介して前記定着ローラに押圧するように設けられる加圧ローラとを含む、請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知手段を含み、
    前記制御手段は、前記加圧ローラ温度検知手段により検知した温度が所定の温度に達すれば、定着を行なう、請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記定着ベルト回転手段は、電源のオンオフにより前記定着ベルトを間欠駆動させるクラッチを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の定着装置。
  5. 前記加熱手段は、略筒状であって、その内部にヒータが設けられ、前記定着ベルトの内方側に配置される加熱ローラを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の定着装置。
  6. トナーにより画像を形成して用紙に転写する画像形成部と、用紙に転写されたトナーの用紙への定着を行なう定着装置とを含む画像形成装置であって、
    前記定着装置は、トナーを用紙に定着可能な定着温度まで加熱され、所定の位置で、トナーが転写された用紙の面と当接してトナーを用紙に定着させる定着ベルトと、
    前記定着ベルトを回転させて、前記トナーが転写された用紙の面と前記定着ベルトとを順次当接させる定着ベルト回転手段と、
    前記所定の位置と異なる位置に設けられ、前記定着ベルトを加熱する加熱手段と、
    前記定着ベルトの温度を検知する定着ベルト温度検知手段と、
    前記定着ベルト温度検知手段により検知した前記定着ベルトの温度が前記定着温度よりも低いターゲット温度に達するまでは、前記定着ベルトを間欠駆動させ、前記定着ベルトの温度が前記ターゲット温度に達すれば、前記定着ベルトを全回転させるよう前記定着ベルト回転手段を制御する制御手段とを備える、画像形成装置。
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