JP2012221381A - プログラムおよび演算装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロール部材とこのロール部材に接触するベルト部材のように、第1の部材の動作および/または第2の部材の動作において第1の部材の特定部分と第2の部材の特定部分とが一時的に接触する構造体を対象として、熱解析等の演算処理を行う。第1の演算処理では、第1の部材および第2の部材の部材内部の温度分布を演算する。第2の演算処理では、構造体を構成する第1の部材の特定部分および第2の部材の特定部分の接触前の温度差に基づき、第1の部材の特定部分および第2の部材の特定部分の接触により部材間を移動する熱量Qを演算する。
【選択図】図3
Description
コンピュータに、
第1の部材の動作および/または当該第1の部材に対峙する第2の部材の動作において当該第1の部材の特定部分と当該第2の部材の特定部分とが一時的に接触する構造体を対象とし、当該第1の部材および当該第2の部材の当該部材内部の温度分布を演算する第1の演算処理と、
前記構造体を構成する前記第1の部材の前記特定部分および前記第2の部材の前記特定部分の接触前の温度差に基づき、当該第1の部材の当該特定部分および当該第2の部材の当該特定部分の接触により部材間を移動する熱量を演算する第2の演算処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラムである。
請求項2に記載の発明は、
前記第2の演算処理では、前記第1の部材の前記特定部分と前記第2の部材の前記特定部分との接触による、当該第1の部材の当該特定部分の温度分布の変化または当該第2の部材の当該特定部分の温度分布の変化に基づいて予め求めた比例定数を、前記接触前の温度差に乗ずることにより、前記接触により部材間を移動する熱量を演算することを特徴とする、請求項1に記載のプログラムである。
請求項3に記載の発明は、
前記構造体を構成する前記部材の一つは他の部材側の面の一部を当該他の部材に一時的に接触する帯状の部材であり、
前記第1の演算処理では、前記帯状の部材に関して、少なくとも厚さ方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のプログラムである。
請求項4に記載の発明は、
前記構造体を構成する前記部材の一つは外周面の一部を他の部材と一時的に接触する円柱形の部材であり、
前記第1の演算処理では、前記円柱形の部材に関して、少なくとも円周方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のプログラムである。
請求項5に記載の発明は、
コンピュータに、
回転する円柱部材と当該円柱の回転方向に沿って進行しながら当該円柱部材の外周面に接触する帯状部材とを備えた構造体を対象とし、当該円柱部材および当該帯状部材の当該部材内部の温度分布を演算する第1の演算処理と、
前記円柱部材および前記帯状部材の接触箇所における接触前の温度差に基づき、当該接触箇所を介して部材間を移動する熱量を演算する第2の演算処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラムである。
請求項6に記載の発明は、
前記第2の演算処理では、前記円柱部材と前記帯状部材との接触による、当該円柱部材における当該帯状部材との接触箇所の温度分布の変化または当該帯状部材における当該円柱部材との接触箇所の温度分布の変化に基づいて予め求めた比例定数を、前記接触前の温度差に乗ずることにより、前記接触により部材間を移動する熱量を演算することを特徴とする、請求項5に記載のプログラムである。
請求項7に記載の発明は、
前記第1の演算処理では、前記帯状部材に関して、少なくとも厚さ方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項5または請求項6に記載のプログラムである。
請求項8に記載の発明は、
前記第1の演算処理では、前記円柱部材に関して、少なくとも円周方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項5乃至請求項7のいずれかに記載のプログラムである。
請求項9に記載の発明は、
コンピュータに、
第1の部材の動作および/または当該第1の部材に対峙する第2の部材の動作において当該第1の部材の特定部分と当該第2の部材の特定部分とが一時的に接触する構造体を対象とし、当該部材内部における保存量の拡散に基づくスカラー量の分布を演算する第1の演算処理と、
前記構造体を構成する前記第1の部材の前記特定部分および前記第2の部材の前記特定部分の接触前の前記スカラー量の差分に基づき、当該第1の部材の当該特定部分および当該第2の部材の当該特定部分の接触により部材間を移動する前記保存量を演算する第2の演算処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラムである。
請求項10に記載の発明は、
前記第2の演算処理では、前記第1の部材の前記特定部分と前記第2の部材の前記特定部分との接触による、当該第1の部材の当該特定部分における前記スカラー量の分布の変化または当該第2の部材の当該特定部分における前記スカラー量の分布の変化に基づいて予め求めた比例定数を、前記スカラー量の差分に乗ずることにより、前記接触により部材間を移動する前記保存量を演算することを特徴とする、請求項9に記載のプログラムである。
請求項11に記載の発明は、
前記保存量は熱量であり、前記スカラー量は温度であることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載のプログラムである。
請求項12に記載の発明は、
第1の部材の動作および/または当該第1の部材に対峙する第2の部材の動作において当該第1の部材の特定部分と当該第2の部材の特定部分とが一時的に接触する構造体を対象とし、当該第1の部材および当該第2の部材の当該部材内部の温度分布を演算する第1の演算手段と、
前記構造体を構成する前記第1の部材の前記特定部分および前記第2の部材の前記特定部分の接触前の温度差に基づき、当該第1の部材の当該特定部分および当該第2の部材の当該特定部分の接触により部材間を移動する熱量を演算する第2の演算手段と、
を備えることを特徴とする、演算装置である。
請求項2の発明によれば、部材間を移動する熱量の計算において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項3の発明によれば、帯状の部材に対する温度分布の計算において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項4の発明によれば、円柱形状の部材に対する温度分布の計算において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項5の発明によれば、回転する円柱部材と当該円柱の回転方向に沿って進行しながら当該円柱部材の外周面に接触する帯状部材とを備えた構造体に関する、コンピュータ・シミュレーションによる熱解析において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項6の発明によれば、部材間を移動する熱量の計算において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項7の発明によれば、帯状部材に対する温度分布の計算において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項8の発明によれば、円柱部材に対する温度分布の計算において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項9の発明によれば、コンピュータ・シミュレーションによる保存量およびスカラー量の解析において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項10の発明によれば、部材間を移動する保存量の計算において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項11の発明によれば、解析対象の保存量を熱とし、解析対象のスカラー量を温度とする解析において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
請求項12の発明によれば、演算装置による熱解析において、精度を低下させることなく、計算処理に要する負荷を低減することができる。
本実施形態は、コンピュータ(演算装置)を用いたシミュレーションにおける対象物の保存量およびスカラー量の解析に適用される。具体的な適用例としては、画像形成装置においてトナー等の画像形成材を用いて用紙等の媒体上に形成された画像を媒体に定着させる定着装置(定着ユニット)を対象物とする。そして、この定着装置における各部の熱量を解析対象の保存量、温度を解析対象のスカラー量とする。
まず、本実施形態による解析方法(演算方法)の適用対象物である定着装置およびこの定着装置を搭載する画像形成装置の構成例を説明する。
図1は、画像形成装置の構成例を示した図である。
図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置である。この画像形成装置には、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kと、各画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10が設けられている。また、本画像形成装置には、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20と、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60が設けられている。さらに、本画像形成装置には、各装置(各部)の動作を制御する制御部40と、表示パネルにより構成されユーザからの情報を受け付けるとともにユーザに対して情報を表示するUI(User Interface)70が設けられている。ここで、画像形成ユニット1Y、1M、1C、1K、中間転写ベルト15、および二次転写部20は、用紙Pに画像を形成する画像形成部として捉えることができる。
画像形成装置にて用紙Pにトナー像が形成されるにあたっては、まず制御部40が、図示しない画像読取装置やパーソナルコンピュータ(PC)から出力された画像データを取得する。そして、取得した画像データに対して予め定められた画像処理を施す。この画像処理によって画像データはY、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器13に出力される。
図2は、定着装置60の構成例を示す図である。
図2に示すように、定着装置60は、用紙Pを加熱する定着ベルトモジュール61と、定着ベルトモジュール61に設けられた定着ベルト610を外側から張架しながら定着ベルト610を加熱する外部加熱ロール613と、定着ベルトモジュール61に対して接離自在に構成された加圧ロール62とで主要部が構成されている。
また、内部加熱ロール612は、その両端部に定着ベルト610を内側から外側に向けて押圧するバネ部材(不図示)が配置され、定着ベルト610全体の張力を例えば15kgfに設定している。
画像形成装置の二次転写部20(図1参照)において合成トナー像(未定着トナー像)が静電転写された用紙Pは、搬送路に沿って定着装置60のニップ部N(図2参照)に向けて搬送される。そして、ニップ部Nを通過する用紙P表面の未定着トナー像は、主としてロールニップ部N1に作用する圧力と熱とにより用紙Pに定着される。
画像形成装置に搭載される定着装置60では、例えば上記の構成におけるニップ部Nの温度制御が、定着性能に大きく影響する。そこで、効果的な温度制御を実現するため、定着装置60の設計段階等において、コンピュータ・シミュレーションにより、定着装置60の各部材における温度分布の時間変化を計算することが行われる。この種のコンピュータ・シミュレーションでは、例えば、定着装置60の各構成部材にメッシュを設定することにより、各構成部材を小部分(セル)に分割し、この小部分ごとに熱量の移動や温度変化を計算する。
ここでは、定着装置60の構成部材として、定着ベルト610と、定着ロール611に関して、部材内部の熱移動を考える。
定着ベルト610は、図2に示したように、定着ロール611、内部加熱ロール612、外部加熱ロール613、張架ロール614、615、支持ロール616により張架されて循環移動する。そして、定着ベルト610は、その周回方向において、発熱体71、72、73を有する定着ロール611、内部加熱ロール612、外部加熱ロール613に接触した箇所で熱量を供給される。一方、発熱体を有しない張架ロール614、615、支持ロール616および剥離パッド64に接触した箇所で熱量を奪われる。言い換えれば、定着ベルト610は、上記各ロール等と接触していない部分では、熱量の流入出が無い。なお、実際には、定着ベルト610から周囲の空気へ移動する熱量があるが、各ロール等との間で移動する熱量に比べて微少であるので、ここでは考慮しない。
次に、定着ロール611から定着ベルト610への熱移動を例として、本実施形態による部材間の熱移動と温度変化の計算について説明する。
図3は、本実施形態における定着ロール611と定着ベルト610との間の微小面積間の熱移動モデルを示す図である。
図3に示すように、定着ロール611と定着ベルト610とが接触している部分x0−x1において、熱量Qが移動する。上記において図2を参照して説明したように、定着装置60においては、発熱体71が定着ロール611を加熱し、加熱された定着ロール611が定着ベルト610との接触部分x0−x1において定着ベルト610を加熱する。定着ベルト610は、定着ベルトモジュール61において循環移動しながら、定着ロール611との接触部分x0−x1を通過する際に熱量Qを受け取って加熱される。なお、図2に示した構成において、実際には、定着ベルト610は、内部加熱ロール612および外部加熱ロール613によっても加熱されるが、ここでは定着ロール611による加熱のみに着目して説明する。
図5に示す例では、時間t=t0における(すなわち、特定部位の接触前の)定着ロール611の温度Tr0と定着ベルト610の温度Tb0との温度差であるΔTと、接触部分x0−x1において移動した熱量Qとの間に比例関係がある。この関係は、比例定数をαとして、次式で表される。
上記の例では、2体の部材間で熱移動が発生する場合について説明した。次に、3体以上の部材間で熱移動が発生する場合について説明する。基本的には、この場合の熱移動の計算も、2体の部材間での熱移動と同様に考える。
図6に示す例では、2つのロール部材621、622の間に挟まれてベルト部材623が通過している。この構成は、例えば、図2に示した定着装置60において、定着ロール611、加圧ロール62、定着ベルト610の間における熱移動の計算に適用される。図6において、ロール部材621は矢印S3方向に回転し、ロール部材622は矢印S4方向に回転し、ベルト部材623は矢印S5方向に進行する。ここでは、ロール部材621の内部に、定着ロール611のように発熱体が配置されているものとして説明する。すなわち、接触部分x0−x1において、ロール部材621からベルト部材623へ熱量Q1が供給され、さらにベルト部材623からロール部材622へ熱量Q2が供給されるものとする。
図8に示す例では、時間t=t0における(すなわち、特定部位の接触前の)ロール部材621の温度Tra0とベルト部材623の温度Tb0との温度差であるΔT1と、接触部分x0−x1において移動した熱量Q1との間に比例関係がある。この関係は、比例定数をα1として、次式で表される。
図9は、上述した本実施形態によるシミュレーションを実行するコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
図9に示すコンピュータは、演算手段であるCPU(Central Processing Unit)100aと、主記憶手段であるメモリ100cを備える。また、外部デバイスとして、磁気ディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)100g、ネットワーク・インターフェイス100f、表示機構100d、音声機構100h、キーボードやマウス等の入力デバイス100i等を備える。
図10は、本実施形態によるシミュレーション・システムの機能構成の一例を示す図である。
図10を参照すると、本実施形態のシステムは、データ受け付け部110と、データ処理部120と、演算結果出力部130とを備える。データ受け付け部110およびデータ処理部120は、例えば、図9に示したコンピュータのCPU100aにより実現される。具体的には、メモリ100cにロードされたプログラムをCPU100aが実行することにより、これらの各機能が実現される。このプログラムは、ネットワーク・インターフェイス100fを介して外部から受信したり、光ディスク等の記憶媒体から読み出したりして取得され、磁気ディスク装置100gに格納される。処理対象となるデータは、ネットワーク・インターフェイス100fを介して受信したり、入力デバイス100iにより入力されたりする。演算結果出力部130は、例えば、表示機構100dにより実現され、演算結果をディスプレイ装置に表示出力する。
以上説明したように、本実施形態では、プログラム制御されたコンピュータにより実現されるシミュレーション・システムにより、複数の部材により構成された構造体の熱移動やこれに基づく温度分布の時間変化等をシミュレーションする手法について説明した。しかし、本実施形態で提示した演算手法の適用対象は、熱解析のみに限定されるものではない。本実施形態の演算手法は、一般に、媒体中で何らかの保存量が拡散し、この保存量から特定のスカラー量を求めることができるシステムに対して、これらの保存量とスカラー量の面内分布の時間変化を演算する場合に適用して良い。
図11は、このような濃度拡散が行われるシステムの構成例を示す図である。
図11に示す構成では、ロール部材630とベルト部材640とにより構造体が構成されている。
Claims (12)
- コンピュータに、
第1の部材の動作および/または当該第1の部材に対峙する第2の部材の動作において当該第1の部材の特定部分と当該第2の部材の特定部分とが一時的に接触する構造体を対象とし、当該第1の部材および当該第2の部材の当該部材内部の温度分布を演算する第1の演算処理と、
前記構造体を構成する前記第1の部材の前記特定部分および前記第2の部材の前記特定部分の接触前の温度差に基づき、当該第1の部材の当該特定部分および当該第2の部材の当該特定部分の接触により部材間を移動する熱量を演算する第2の演算処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラム。 - 前記第2の演算処理では、前記第1の部材の前記特定部分と前記第2の部材の前記特定部分との接触による、当該第1の部材の当該特定部分の温度分布の変化または当該第2の部材の当該特定部分の温度分布の変化に基づいて予め求めた比例定数を、前記接触前の温度差に乗ずることにより、前記接触により部材間を移動する熱量を演算することを特徴とする、請求項1に記載のプログラム。
- 前記構造体を構成する前記部材の一つは他の部材側の面の一部を当該他の部材に一時的に接触する帯状の部材であり、
前記第1の演算処理では、前記帯状の部材に関して、少なくとも厚さ方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のプログラム。 - 前記構造体を構成する前記部材の一つは外周面の一部を他の部材と一時的に接触する円柱形の部材であり、
前記第1の演算処理では、前記円柱形の部材に関して、少なくとも円周方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のプログラム。 - コンピュータに、
回転する円柱部材と当該円柱の回転方向に沿って進行しながら当該円柱部材の外周面に接触する帯状部材とを備えた構造体を対象とし、当該円柱部材および当該帯状部材の当該部材内部の温度分布を演算する第1の演算処理と、
前記円柱部材および前記帯状部材の接触箇所における接触前の温度差に基づき、当該接触箇所を介して部材間を移動する熱量を演算する第2の演算処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラム。 - 前記第2の演算処理では、前記円柱部材と前記帯状部材との接触による、当該円柱部材における当該帯状部材との接触箇所の温度分布の変化または当該帯状部材における当該円柱部材との接触箇所の温度分布の変化に基づいて予め求めた比例定数を、前記接触前の温度差に乗ずることにより、前記接触により部材間を移動する熱量を演算することを特徴とする、請求項5に記載のプログラム。
- 前記第1の演算処理では、前記帯状部材に関して、少なくとも厚さ方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項5または請求項6に記載のプログラム。
- 前記第1の演算処理では、前記円柱部材に関して、少なくとも円周方向の温度分布を均一として、温度分布を計算することを特徴とする、請求項5乃至請求項7のいずれかに記載のプログラム。
- コンピュータに、
第1の部材の動作および/または当該第1の部材に対峙する第2の部材の動作において当該第1の部材の特定部分と当該第2の部材の特定部分とが一時的に接触する構造体を対象とし、当該部材内部における保存量の拡散に基づくスカラー量の分布を演算する第1の演算処理と、
前記構造体を構成する前記第1の部材の前記特定部分および前記第2の部材の前記特定部分の接触前の前記スカラー量の差分に基づき、当該第1の部材の当該特定部分および当該第2の部材の当該特定部分の接触により部材間を移動する前記保存量を演算する第2の演算処理と、
を実行させることを特徴とする、プログラム。 - 前記第2の演算処理では、前記第1の部材の前記特定部分と前記第2の部材の前記特定部分との接触による、当該第1の部材の当該特定部分における前記スカラー量の分布の変化または当該第2の部材の当該特定部分における前記スカラー量の分布の変化に基づいて予め求めた比例定数を、前記スカラー量の差分に乗ずることにより、前記接触により部材間を移動する前記保存量を演算することを特徴とする、請求項9に記載のプログラム。
- 前記保存量は熱量であり、前記スカラー量は温度であることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載のプログラム。
- 第1の部材の動作および/または当該第1の部材に対峙する第2の部材の動作において当該第1の部材の特定部分と当該第2の部材の特定部分とが一時的に接触する構造体を対象とし、当該第1の部材および当該第2の部材の当該部材内部の温度分布を演算する第1の演算手段と、
前記構造体を構成する前記第1の部材の前記特定部分および前記第2の部材の前記特定部分の接触前の温度差に基づき、当該第1の部材の当該特定部分および当該第2の部材の当該特定部分の接触により部材間を移動する熱量を演算する第2の演算手段と、
を備えることを特徴とする、演算装置。
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