JP2017015755A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】消費電力を抑制し、感光体ドラム表面を効率良く温めて画像流れの発生を抑制することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】この画像形成装置100は、感光体ドラム1a〜1dと、感光体ドラム1a〜1d毎に対応して設けられるヒーター40と、ヒーター40に電力を供給する電源50と、を備える。ヒーター40は、両端部に配置される端部ヒーター40aおよび40dと、2つの端部ヒーター40aおよび40dの間に配置される中央側ヒーター40bおよび40cと、を含む。中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力は、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力よりも小さい。【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、3つ以上の感光体ドラムと、感光体ドラム毎に対応して設けられるヒーターと、を備えた画像形成装置に関するものである。
近年、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の像担持体として、アモルファスシリコン(a−Si)感光体ドラムが広く用いられている。a−Si感光体ドラムは、高硬度で優れた耐久性を有しており、長期間使用後も感光体としての特性がほとんど劣化せず高画質が保持できる。そのため、ランニングコストも低く取り扱いも容易であるとともに、環境に対する安全性も高い優れた像担持体である。
このようなa−Si感光体ドラムを用いた画像形成装置においては、その特性から画像流れが発生しやすいことが知られている。帯電装置を用いて感光体ドラム表面の帯電を行うと、感光体ドラム表面に窒素酸化物(NOx)等の放電生成物が付着する。この放電生成物が吸水することによって抵抗が低下し、感光体ドラム表面に形成された静電潜像のエッジ部で画像流れを生じることがある。
このような画像流れの発生を抑制する方法は、従来種々提案されている。例えば特許文献1には、4つの感光体ドラムと、感光体ドラム毎に対応して設けられる除電部と、を備え、感光体ドラムを加熱するための発熱体を除電部に設けた画像形成装置が開示されている。この画像形成装置では、感光体ドラム表面を温めることによって、感光体ドラム表面に付着している水分を蒸発させて、画像流れの発生を抑制することができる。
特開2007−264167号公報
しかしながら、特許文献1の構成のように、4つの感光体ドラムのそれぞれに対して同一構成の発熱体を設けると、中央側の2つの感光体ドラムは温まりやすく、両端の感光体ドラムは温まりにくいため、4つの感光体ドラムで温度差が生じる。つまり、両端の感光体ドラムを必要温度まで温めると、中央側の2つの感光体ドラムが必要以上に温まり、余分な電力を消費することになる、という問題点がある。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、消費電力を抑制し、感光体ドラム表面を効率良く温めて画像流れの発生を抑制することが可能な画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の第1の構成の画像形成装置は、3つ以上の感光体ドラムと、感光体ドラム毎に対応して設けられる3つ以上のヒーターと、ヒーターに電力を供給する電源と、を備える。ヒーターは、両端部に配置される2つの端部ヒーターと、2つの端部ヒーターの間に配置される1つ以上の中央側ヒーターと、を含み、中央側ヒーターの1つ当たりの消費電力は、端部ヒーターの1つ当たりの消費電力よりも小さい。
本発明の第1の構成によれば、中央側ヒーターの1つ当たりの消費電力は、端部ヒーターの1つ当たりの消費電力よりも小さい。これにより、両端の感光体ドラムを必要温度まで温める際に、中央側の感光体ドラムが必要以上に温まるのを抑制することができる。このため、余分な電力を消費するのを抑制し、感光体ドラム表面を効率良く温めて感光体ドラム表面に付着した水分を蒸発させて画像流れの発生を抑制することができる。
本発明の一実施形態の画像形成装置の構造を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の画像形成装置のヒーターの構成を示した図である。 実施例における感光体ドラムの表面温度を示した図である。 比較例における感光体ドラムの表面温度を示した図である。 本発明の変形例のヒーターの構成を示した図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1および図2を参照して、本発明の一実施形態による画像形成装置100について説明する。
画像形成装置100(ここではカラープリンター)は、本実施形態では、異なる4色(イエロー、シアン、マゼンタおよびブラック)に対応する4つの感光体ドラム(像担持体)1a、1b、1cおよび1dを並列配置して画像形成を行う、4連タンデム型のカラープリンターである。
画像形成装置100の装置本体内には、4つの画像形成部Pa、Pb、PcおよびPdが、図1では左側から順に配設されている。これらの画像形成部Pa〜Pdは、異なる4色(イエロー、シアン、マゼンタおよびブラック)の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックの画像を順次形成する。
これらの画像形成部Pa〜Pdには、各色の可視像(トナー像)を担持する感光体ドラム1a〜1dがそれぞれ配設されており、さらに図1において反時計回りに回転する中間転写ベルト8が各画像形成部Pa〜Pdに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム1a〜1d上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム1a〜1dに当接しながら移動する中間転写ベルト8上に順次転写された後、二次転写ローラー9において用紙P上に一度に転写され、さらに、定着装置13において記録媒体の一例としての用紙P上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム1a〜1dを図1において時計回りに回転させながら、各感光体ドラム1a〜1dに対する画像形成プロセスが実行される。なお、ここでは感光体ドラム1a〜1dとして、アルミニウム製のドラム素管の外周面にアモルファスシリコン感光層を積層したアモルファスシリコン感光体ドラムを使用している。
トナー像が転写される用紙Pは、装置下部の用紙カセット16内に収容されており、給紙ローラー12aおよびレジストローラー対12bを介して二次転写ローラー9へと搬送される。中間転写ベルト8には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが主に用いられる。中間転写ベルト8および二次転写ローラー9は、ベルト駆動モーター(図示せず)により感光体ドラム1a〜1dと同一線速で回転駆動される。また、二次転写ローラー9の下流側には中間転写ベルト8表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー17が配置されている。
次に、画像形成部Pa〜Pdについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム1a〜1dの周囲および下方には、感光体ドラム1a〜1dを帯電させる帯電装置2a、2b、2cおよび2dと、各感光体ドラム1a〜1dに対して画像データに基づく露光を行う露光ユニット5と、感光体ドラム1a〜1d上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像ユニット3a、3b、3cおよび3dと、感光体ドラム1a〜1d上でトナー像の転写後に残留した現像剤(トナー)を回収、除去するクリーニング装置7a、7b、7cおよび7dとが設けられている。
パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置2a〜2dによって感光体ドラム1a〜1dの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット5によって画像データに基づいて光照射し、各感光体ドラム1a〜1d上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像ユニット3a〜3dは、感光体ドラム1a〜1dに対向配置された現像ローラーを備え、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。
なお、後述のトナー像の形成によって各現像ユニット3a〜3d内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ4a〜4dから各現像ユニット3a〜3dにトナーが補給される。このトナーは、現像ユニット3a〜3dにより感光体ドラム1a〜1d上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット5の露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
そして、一次転写ローラー6a〜6dにより一次転写ローラー6a〜6dと感光体ドラム1a〜1dとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム1a〜1d上のイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト8上に一次転写される。これらの4色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム1a〜1dの表面に残留したトナーがクリーニング装置7a〜7dにより除去される。
中間転写ベルト8は、従動ローラー10及び駆動ローラー11に掛け渡されており、上記ベルト駆動モーターによる駆動ローラー11の回転に伴い中間転写ベルト8が反時計回りに回転を開始すると、用紙Pがレジストローラー対12bから所定のタイミングで中間転写ベルト8に隣接して設けられた二次転写ローラー9と中間転写ベルト8とのニップ部(二次転写ニップ部)へ搬送され、ニップ部において用紙P上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された用紙Pは定着装置13へと搬送される。
定着装置13に搬送された用紙Pは、加熱ローラー(加熱部材)31と加圧ローラー(加圧部材)32とで構成される定着ローラー対(定着部材)30の定着ニップ部を通過する際に加熱および加圧されてトナー像が用紙Pの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Pは、搬送ローラー対15を経て用紙搬送路18の分岐部に配置された分岐部材21によって搬送方向が振り分けられ、そのまま(或いは、両面搬送路22に送られて両面コピーされた後に)、排出ローラー対19を介して排出トレイ20に排出される。
用紙搬送路18は、具体的には、搬送ローラー対15の下流側において左右二股に分岐し、一方の経路(図1では左方向に分岐する経路)は排出トレイ20に連通するように構成されている。そして、他方の経路(図1では右方向に分岐する経路)は両面搬送路22に連通するように構成されている。用紙Pの両面に画像を形成する場合は、定着装置13を通過した用紙Pの一部を一旦排出ローラー対19から装置外部にまで突出させる。
その後、排出ローラー対19を逆回転させるとともに分岐部材21を略水平に揺動させることにより、用紙Pは分岐部材21の上面に沿って両面搬送路22へ案内され、画像面を反転させた状態で二次転写ローラー9に再搬送される。そして、中間転写ベルト8上に形成された次の画像が二次転写ローラー9により用紙Pの画像が形成されていない面に転写され、定着装置13に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ20に排出される。
次に、感光体ドラム1a〜1d周辺の構造についてさらに説明する。
感光体ドラム1a〜1dの下方には、感光体ドラム1a〜1dに接するように帯電装置2a〜2dが配置されている。帯電装置2a〜2dの下方には、帯電装置2a〜2dに対して所定距離を隔てて4つのヒーター40が配置されている。すなわち、ヒーター40は、感光体ドラム1a〜1d毎に設けられており、感光体ドラム1a〜1dから所定距離を隔てて感光体ドラム1a〜1dの下方に配置されている。ヒーター40は、装置本体に固定されている。
ヒーター40は、感光体ドラム1a〜1dの並び方向(図1の左右方向)と平行に配列されており、両端部に配置される2つの端部ヒーター40aおよび40dと、端部ヒーター40aおよび40dの間に配置される2つの中央側ヒーター40bおよび40cと、を含んでいる。
図2に示すように、各ヒーター40(40a〜40d)には、電源50が電気的に接続されており、電源50から電力が供給される。そして、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力が、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力よりも小さくなるように、ヒーター40は構成されている。
具体的には、本実施形態では、ヒーター40の各々は、感光体ドラム1a〜1dの長手方向に沿って配列される複数のチップ抵抗(抵抗素子)41と、チップ抵抗41が搭載される基板42と、を有する。中央側ヒーター40bおよび40cは、端部ヒーター40aおよび40dに比べて、ヒーター40の1つ当たりのチップ抵抗41の数が多くなるように構成されている。例えば、チップ抵抗41の1つ当たりの抵抗値をRとし、電源50の電圧をVとし、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりのチップ抵抗41の数を8個とし、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりのチップ抵抗41の数を10個とする。この場合、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの電力は、V×V/(8×R)となり、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの電力は、V×V/(10×R)となる。このため、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力は、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力よりも小さくなる。
電源50には、画像形成装置100全体を制御する制御部(図示せず)が接続されている。制御部は、制御信号により電源50を制御し、定着装置13が発熱している場合はヒーター40への通電をOFFし、定着装置13が発熱していない場合はヒーター40への通電をONする。
本実施形態では、上記のように、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力は、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力よりも小さい。これにより、両端の感光体ドラム1aおよび1dを必要温度まで温める際に、中央側の感光体ドラム1bおよび1cが必要以上に温まるのを抑制することができる。このため、余分な電力を消費するのを抑制し、感光体ドラム1a〜1dの表面を効率良く温めて感光体ドラム1a〜1dの表面に付着した水分を蒸発させて画像流れの発生を抑制することができる。
また、上記のように、ヒーター40は、感光体ドラム1a〜1dの下方に配置されている。これにより、ヒーター40周辺の温められた空気は上昇して感光体ドラム1a〜1dを温めるので、感光体ドラム1a〜1dの表面をより効率良く温めることができる。
また、例えば感光体ドラム1a〜1dの内部にヒーター40を設ける場合と異なり、ヒーター40と電源50との電気的接続に摺動電極を用いる必要がないので、感光体ドラム1a〜1dの総回転時間が長くなった場合であっても、ヒーター40と電源50との間で接触不良が起きるのを抑制することができる。
また、上記のように、ヒーター40を感光体ドラム1a〜1dおよび帯電装置2a〜2dから所定距離を隔てて配置することによって、ヒーター40を感光体ドラム1a〜1dに接触する部材(現像ユニット3a〜3d、帯電装置2a〜2d、クリーニング装置7a〜7d等)の内部や感光体ドラム1a〜1dの表面近傍に設ける場合と異なり、ヒーター40の熱によるトナーのブロッキングやケーキングを抑制することができる。
また、上記のように、定着装置13が発熱している場合はヒーター40への通電がOFFされ、定着装置13が発熱していない場合はヒーター40への通電がONされる。これにより、定着装置13が発熱している場合にヒーター40が発熱するのを抑制することができるので、感光体ドラム1a〜1dの表面が余分に温められるのを抑制することができるとともに、余分な電力が消費されるのをより抑制することができる。
また、ヒーター40の制御を、定着装置13の発熱状態に連動させるだけの単純なON/OFF制御にすることができる。また、感光体ドラム1a〜1dの表面の温度や湿度を測定するセンサーを設ける必要もない。
また、上記のように、中央側ヒーター40bおよび40cは、端部ヒーター40aおよび40dに比べて、ヒーター40の1つ当たりのチップ抵抗41の数が多い。これにより、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力を、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力よりも容易に小さくすることができる。
また、上記のように、感光体ドラム1a〜1dは、アモルファスシリコン感光体ドラムである。アモルファスシリコン感光体は空気中の水分を吸水しやすく画像流れが生じやすいので、感光体ドラム1a〜1dとしてアモルファスシリコン感光体ドラムを用いた場合に本発明を適用することは、特に効果的である。
次に、上記効果を確認するために行った確認実験について説明する。この確認実験は、本実施形態に対応する実施例と、本実施形態に対応していない比較例とについて行った。
実施例では、感光体ドラム1a〜1dの表面に一定量の放電生成物を付着させた画像形成装置100を33℃の温度で80%の湿度の環境下に12時間放置し、12時間の放置の間はヒーター40に電力を供給した。ヒーター40以外の装置には、電力を供給しなかった。
また、チップ抵抗41の1つ当たりの抵抗値を1.25[Ω]とし、電源50の電圧を5[V]とし、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりのチップ抵抗41の数を20個とし、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりのチップ抵抗41の数を25個とした。これにより、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの電力は、1.0[W]となり、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの電力は、0.8[W]となった。なお、上記環境下において画像流れを防止可能な感光体ドラム1a〜1dの表面の最低温度は37.0℃である、と予め求めており、全ての感光体ドラム1a〜1dの表面が37.0℃以上となるように電力を設定した。
比較例では、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりのチップ抵抗41の数を端部ヒーター40aおよび40dと同じ20個にした。比較例のその他の構成は、実施例と同様にした。
そして、実施例および比較例において、ヒーター40に12時間電力を供給した後、各感光体ドラム1a〜1dの表面温度を測定した。その結果を図3および図4に示す。
実施例では図3に示すように、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力を、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力よりも小さくすることによって、感光体ドラム1bおよび1cが必要以上に温まるのを抑制することができ、余分な電力を消費するのを抑制することができることが判明した。その一方、比較例では図4に示すように、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力を、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力と同じにすることによって、感光体ドラム1bおよび1cが必要以上に温まり、余分な電力を消費することが判明した。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、プリンターに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。言うまでもなく、複写機、デジタル複合機等の、3つ以上の感光体ドラムと、感光体ドラム毎に対応して設けられるヒーターと、を備えた種々の画像形成装置に本発明を適用できる。
また、上記実施形態では、中央側ヒーター40bおよび40cを、端部ヒーター40aおよび40dに比べて、ヒーター40の1つ当たりのチップ抵抗41の数が多くなるように構成した例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、中央側ヒーター40bおよび40cを、端部ヒーター40aおよび40dに比べて、チップ抵抗41の1個当たりの抵抗値を大きくしてもよい。この場合にも、中央側ヒーター40bおよび40cの1つ当たりの消費電力を、端部ヒーター40aおよび40dの1つ当たりの消費電力よりも容易に小さくすることができる。
また、上記実施形態では、端部ヒーター40aおよび40dの消費電力を互いに同じ大きさにし、かつ、中央側ヒーター40bおよび40cの消費電力を互いに同じ大きさにした。すなわち、4つのヒーター40の消費電力が対称になるように構成する例について示したが、本発明はこれに限らない。端部ヒーター40aおよび40dの消費電力を異なる大きさにしてもよいし、中央側ヒーター40bおよび40cの消費電力を異なる大きさにしてもよい。この場合、定着装置13の比較的近くに配置される感光体ドラム1cおよび1dは、定着装置13から比較的遠くに配置される感光体ドラム1aおよび1bに比べて表面温度が高くなりやすいので、例えば図5に示した本発明の変形例のヒーター40のように構成してもよい。すなわち、端部ヒーター40d(第4ヒーター)の消費電力を、端部ヒーター40a(第1ヒーター)の消費電力よりも小さくし、中央側ヒーター40c(第3ヒーター)の消費電力を、中央側ヒーター40b(第2ヒーター)の消費電力よりも小さくしてもよい。このように構成すれば、定着装置13の比較的近くに配置される感光体ドラム1cおよび1dが、定着装置13から比較的遠くに配置される感光体ドラム1aおよび1bに比べて表面温度が高くなるのを抑制することができる。
1a〜1d 感光体ドラム
2a〜2d 帯電装置
13 定着装置
40 ヒーター
40a 端部ヒーター(第1ヒーター)
40b 中央側ヒーター(第2ヒーター)
40c 中央側ヒーター(第3ヒーター)
40d 端部ヒーター(第4ヒーター)
41 チップ抵抗(抵抗素子)
42 基板
50 電源
100 画像形成装置
P 用紙(記録媒体)

Claims (7)

  1. 3つ以上の感光体ドラムと、
    前記感光体ドラム毎に対応して設けられる3つ以上のヒーターと、
    前記ヒーターに電力を供給する電源と、
    を備え、
    前記ヒーターは、両端部に配置される2つの端部ヒーターと、前記2つの端部ヒーターの間に配置される1つ以上の中央側ヒーターと、を含み、
    前記中央側ヒーターの1つ当たりの消費電力は、前記端部ヒーターの1つ当たりの消費電力よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記ヒーターは、前記感光体ドラムの下方に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記感光体ドラムの下方に配置される帯電装置を備え、
    前記ヒーターは、前記帯電装置の下方に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記感光体ドラムを用いて記録媒体上に担持された未定着トナーを、加熱および加圧して前記記録媒体に定着させる定着装置を備え、
    前記定着装置が発熱している場合は前記ヒーターへの通電がOFFされ、前記定着装置が発熱していない場合は前記ヒーターへの通電がONされることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記感光体ドラムを用いて記録媒体上に担持された未定着トナーを、加熱および加圧して前記記録媒体に定着させる定着装置を備え、
    前記端部ヒーターは、前記定着装置に対して遠い側に配置される第1ヒーターと、前記定着装置に対して近い側に配置される第4ヒーターと、で構成され、
    前記中央側ヒーターは、前記第1ヒーターと前記第4ヒーターとの間に配置され、前記第1ヒーター側に配置される第2ヒーターと、前記第4ヒーター側に配置される第3ヒーターと、で構成され、
    前記第4ヒーターの消費電力は、前記第1ヒーターの消費電力よりも小さく、
    前記第3ヒーターの消費電力は、前記第2ヒーターの消費電力よりも小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記ヒーターの各々は、複数の抵抗素子と、前記複数の抵抗素子が搭載される基板と、を有し、
    前記中央側ヒーターは、前記端部ヒーターに比べて、前記ヒーターの1つ当たりの前記抵抗素子の数が多く、または前記抵抗素子の1つ当たりの抵抗値が大きいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記感光体ドラムは、アモルファスシリコン感光体ドラムであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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