JP3035165B2 - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP3035165B2
JP3035165B2 JP6198988A JP19898894A JP3035165B2 JP 3035165 B2 JP3035165 B2 JP 3035165B2 JP 6198988 A JP6198988 A JP 6198988A JP 19898894 A JP19898894 A JP 19898894A JP 3035165 B2 JP3035165 B2 JP 3035165B2
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thermal conductivity
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宏久 澤田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ等の
画像形成装置に用いられ、記録材上の未定着画像を加熱
定着する定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、フィルム加熱方式の定着装置の
断面図である。図4において、1は、加熱体であるセラ
ミックヒータ、2は該セラミックヒータ1に圧接された
被加熱部材である定着フィルム、4は該定着フィルム2
をヒータ1に圧接する加圧ローラである。また、3は記
録紙であり、記録紙3は、ガイド部材5によって上記加
圧ローラー4と定着フィルム2の圧接点(以後、ニップ
と称す)6に導かれ、ヒータ1によって加熱され、記録
紙3上にトナーが固着される。
【0003】ヒータ1は高耐熱性の接着剤により、ヒー
タホルダー30に接着されており、該ヒータホルダー3
0に取り付けられたガイド部材8、及びヒータホルダー
30自体の外周面により上記定着フィルム2をガイド
し、円滑に回転するように構成されている。なお、定着
フィルム2の回転及び記録紙3の搬送は、加圧ローラ4
によって行われている。つまり、駆動源(図示せず)に
よって加圧ローラ4が回転すると、加圧ローラ4がヒー
タ1面に圧接されることによって生じる搬送力により、
上記記録紙3及び定着フィルム2が回転する。
【0004】また、以上のようにして定着された記録紙
3は、ガイド部材9によって排紙ローラ10に搬送さ
れ、装置外へと排紙される。
【0005】以上のような定着装置において、ヒータ1
の裏面には、高熱伝導性の接着剤またはグリス等により
接着されたサーミスタ7が配設されており、該サーミス
タ7によって温度を検知しながら、定着温度が所望の温
度となるように制御されている。従って、サーミスタ7
は、後述するように、記録紙3の最小通紙領域より内側
に設けられている。
【0006】一般には、上記サーミスタ7の情報だけで
ヒーター1の温度の調整を行っているが、ニップ部6の
温度は、ヒータ1の温度が一定であっても、環境温度、
加圧ローラ温度、記録紙の種類によって変化するため、
全ての場合に安定した定着性能を得ることができなかっ
た。
【0007】そこで、近年では、図4に示すように、加
圧ローラ4の温度情報を、加圧ローラ4の外周に当接さ
せた加圧ローラサーミスタ14によって参照しながら、
ヒータ1の温度を決定し、ニップ部6の温度を一定に保
つ手法が実用化されている。
【0008】このような装置においては、記録紙3がニ
ップ部6を通過するときに、加圧ローラ4の表面から熱
が奪われ、表面温度が低下するが、このときの加圧ロー
ラ4の温度低下を加圧ローラサーミスタ14で検知する
ことにより、ヒータ1の温度の調整を行っている。その
ため、加圧ローラサーミスタ14も、上記サーミスタ7
と同様に記録紙3の最小通紙領域内に設けられている。
【0009】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、以下のような問題点があった。
【0010】(1)ヒータ1の裏面は長手方向でサーミ
スタ7の部分を除いて、ヒータホルダー30に固定され
ている。このヒータホルダー30は絶縁性が必要なた
め、一般にプラスチック材料が使用されており、また、
サーミスタ7は、温度検知素子をゴムの発泡体(以下、
スポンジと呼ぶ)でヒータ1の裏面に当接させる構成と
なっている。従って、一般にプラスチック材料に比べ、
ゴムのスポンジの熱伝導率の方が高いため、ヒータ1の
裏面での熱の逃げはヒータホルダー30よりサーミスタ
7の方が悪く、ヒータ1の温度がサーミスタ7の部分で
上昇していた。よって、ニップ部6の温度もサーミスタ
7の部分が周辺より上昇しており、通紙域内でのニップ
の長手方向の温度ムラが生じ、記録紙3へのトナーの定
着不良及び定着ムラや印字画像の光沢ムラの原因となっ
ていた。また、サーミスタ7の検知温度が周辺より高く
なってしまい、温度検知に誤差が生じて定着不良の原因
となっていた。
【0011】(2)加圧ローラサーミスタ14は、温度
検知素子をゴムのスポンジで加圧ローラ4の表面に当接
させる構成となっている。よって、加圧ローラ4の表面
温度は加圧ローラサーミスタ14の当接部のみで奪わ
れ、周辺部より温度が低下していた。よって、ニップ部
6の温度も加圧ローラサーミスタ14の当接が周辺より
低下していたため、通紙域内でのニップの長手方向の温
度ムラが生じ、記録紙3へのトナーの定着不良及び定着
ムラや印字画像の光沢ムラの原因となっていた。また、
加圧ローラサーミスタ14の検知温度が周辺より低くな
ってしまい、温度検知に誤差が生じて定着不良の原因と
なっていた。
【0012】本出願に係る第1の発明は、上記問題点を
解決し、ヒータの一部に周辺よりも熱伝導率の低い部材
が当接している場合でも、ニップ部の記録紙の通紙域内
での長手方向の温度ムラを無くし、均一化することで、
記録紙へのトナーの定着不良及び定着ムラや印字画像の
光沢ムラを無くすことのできる定着装置を提供すること
を目的とする。
【0013】また、本出願に係る第2の発明は、上記問
題点を解決し、ヒータの一部に周辺よりも熱伝導率の低
い部材が当接している場合でも、ニップ部の記録紙の通
紙域内での長手方向の温度ムラを無くし、均一化するこ
とで、記録紙へのトナーの定着不良及び定着ムラや印字
画像の光沢ムラを無くすことのできる定着装置を提供す
ることを目的とする。
【0014】さらに、本出願に係る第3の発明は、上記
目的の他、正確な温度検知を行って、適確な温度制御を
行うことのできる定着装置を提供することにある。
【0015】また、本出願に係る第4の発明は、上記目
的の他、温度検知手段の検知精度を向上させることので
きる定着装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本出願に係る第1の発明
によれば、上記目的は、加熱体と、該加熱体に摺接しな
がら無端移動自在に配設されたフィルムと、該フィルム
を介して上記加熱体に圧接するように配設された加圧部
材と、上記加熱体の長手方向の一部に当接するように配
設され、周辺より熱伝導率が高い部材とを備えた定着装
置において、上記加圧部材には、周辺より熱伝導率が低
い部材が、上記熱伝導率が高い部材の上記長手方向にお
ける当接位置と略同一な位置にて、上記加圧部材に当接
するように配設されていることにより達成される。
【0017】また、本出願に係る第2の発明によれば、
上記目的は、加熱体と、該加熱体に摺接しながら無端移
動自在に配設されたフィルムと、該フィルムを介して上
記加熱体に圧接するように配設された加圧部材と、上記
加熱体の長手方向の一部に当接するように配設され、周
辺より熱伝導率が低い部材とを備えた定着装置におい
て、上記加圧部材には、周辺より熱伝導率が高い部材
が、上記熱伝導率が低い部材の上記長手方向における当
接位置と略同一な位置にて、上記加圧部材に当接するよ
うに配設されていることにより達成される。
【0018】さらに、本出願に係る第3の発明によれ
ば、上記目的は、上記第1の発明及び第2の発明におい
て、加熱体及び加圧部材に当接するように配設された熱
伝導率の高い部材または低い部材は、少なくとも一つが
温度検知手段であることにより達成される。
【0019】また、本出願に係る第4の発明によれば、
上記目的は、上記第3の発明において、温度検知手段
は、温度検知素子とゴムの発泡体で形成されていること
により達成される。
【0020】
【作用】本出願に係る第1の発明によれば、加熱体の裏
面の長手方向の一部に周辺の熱伝導率より高い部材が当
接しているときに、加圧部材の同一長手方向位置に周辺
の熱伝導率が低い部材を当接することにより、フィルム
を介して形成される加熱体と加圧部材の圧接部の温度の
上昇の低下を相殺し合って、圧接部の温度を長手方向で
均一化する。
【0021】また、本出願に係る第2の発明によれば、
加熱体の裏面の長手方向の一部に周辺の熱伝導率より低
い部材が当接しているときに、加圧部材の同一長手方向
位置に周辺の熱伝導率が高い部材を当接することによ
り、フィルムを介して形成される加熱体と加圧部材の圧
接部の温度の上昇の低下を相殺し合って、圧接部の温度
を長手方向で均一化する。
【0022】さらに、本出願に係る第3の発明によれ
ば、上記第1の発明及び第2の発明において、加熱体及
び加圧部材に当接するように配設された熱伝導率の高い
部材または低い部材は、少なくとも一つが温度検知手段
であるので、均一化された圧接部の温度を正確に検知す
る。
【0023】また、本出願に係る第4の発明によれば、
上記第3の発明において、温度検知手段は、温度検知素
子とゴムの発泡体で形成されているので、加熱体との接
触が良好となり、温度検知精度が向上し、かつ、上述の
ように、温度の均一化が図られる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0025】(第1の実施例)先ず、本発明の第1の実
施例を図1及び図2に基づいて説明する。図1、図2は
本発明の第1のの実施例を説明する長手方向の断面図及
び横断面図である。
【0026】1は、加熱体であるセラミックヒーター、
2は該セラミックヒーター1に圧接された被加熱部材で
ある定着フィルム、4は該定着フィルム2及び記録紙3
をヒータ1に圧接する加圧部材としての加圧ローラであ
る。また、3は記録紙であり、記録紙3は、ガイド部材
5(以下、入口ガイドと呼ぶ)によって、加圧ローラ4
と定着フィルム2の圧接点(以後、ニップと称す)6に
導かれ、ヒータ1によって加熱され、記録紙3上にトナ
ーが固着される。
【0027】ヒータ1は高耐熱性の接着剤により、ヒー
タホルダー30に接着されており、このヒータホルダー
30に取り付けたガイド部材8と、このヒータホルダー
30自体の外周面により定着フィルム2をガイドされ、
円滑に回転するように構成されている。
【0028】また、上記定着フィルム2の回転及び記録
紙3の搬送は、加圧ローラ4によって行われている。つ
まり、駆動源(図示せず)によって加圧ローラ4が回転
すると、加圧ローラ4がヒータ1面に圧接されることに
よって搬送力が生じ、上記記録紙3及び定着フィルム2
が回転する。
【0029】そして、以上のように定着された記録紙3
はガイド部材9によって排紙ローラー10に搬送され、
装置外へと排紙される。
【0030】以上のような本実施例装置においては、ヒ
ータ1の裏面には、ヒータホルダー30の一部の穴を通
して高熱伝導性の接着剤またはグリス等によりサーミス
タ7が接着されており、該サーミスタ7によって温度を
検知しながら、定着温度を制御している。サーミスタ7
は、このように、定着温度の調整に使用するため、記録
紙3の最小通紙領域より内側に設けられている。
【0031】また、サーミスタ7は、図2に示すよう
に、温度検知素子部7aの周辺をスポンジ部7bで囲ん
でおり、スポンジ部7bはホルダー部7cに接着等によ
り取り付けている。スポンジ部7bはサーミスタ7を弾
性的にヒータ1の裏面に押し付けることで、サーミスタ
7とヒータ1の接触を良くし、サーミスタ7の温度検知
精度を高める役割がある。
【0032】一方、加圧ローラ4には長手方向(矢印X
方向)で上記サーミスタ7と同一位置に加圧ローラサー
ミスタ14が設けられ、加圧ローラ4の表面温度を検知
している。加圧ローラサーミスタ14は温度検知素子部
14aの周辺をスポンジ部14bで囲んでいる。温度検
知素子部14aは板バネ14dによりスポンジ部14b
が押されることで、テープ14cを介して加圧ローラ4
に当接している。ここでテープ14cは60μm程度の
耐熱性の材質で、かつ、表面に加圧ローラ4の上のトナ
ーが付着しないよう離型性の良い材質であるPFA等の
フッ素樹脂系の材質で構成されている。また、図2に示
すように、加圧ローラ4にはクリーニングローラ30が
配設されており、加圧ローラ4に付着したトナーを取り
除き、加圧ローラサーミスタ14の表面にトナーが付着
するのを防止している。
【0033】また、図1に示すように、ヒータ1の左右
端には、コネクタ20a及び20bが設けられており、
電力制御器からAC100Vが通電され、ヒータ1が発
熱し、所定の温度に制御されるが、記録紙3がニップ6
に達し、定着が開始されると、記録紙3による加圧ロー
ラ4の温度が低下するため、その低下の程度を、加圧ロ
ーラサーミスタ14で検知し、以下のような温度制御を
行っている。
【0034】一般に、図3に示すように、ヒータ1の温
度TA11と加圧ローラ4の温度TC12及びニップ6の
温度TBは常にある一定比率で変化しており、ヒータ温
度TA、加圧ローラ4の温度TCの温度が変化しても、ニ
ップ部の温度はヒータ1と加圧ローラ4の温度によりほ
ぼ決定されるため、その比率γには、大きな変化はな
い。つまり、
【0035】
【数1】
【0036】となる。この内容から、本実施例では、先
ず加圧ローラー4の温度TCを検知し、このTCから実際
の加熱部の温度であるニップ部温度TBを一定にするた
めには、ヒータ温度TAを何度にする必要があるかを決
定している。
【0037】つまり、式(1)を変形し、
【0038】
【数2】
【0039】の計算を行い、ヒータ1に目標温度TA
なるように、電力を変化させている。
【0040】ここで、比率γは、定着部を構成する部品
の熱容量、熱伝導率及びサーミスタの位置等により変化
するため、定着器の構成によって変える必要があるが、
本実施例における比率は、γ=0.75程度であり、例
えば、ニップ部TBにおける温度を180℃に保つ場合
には、通紙によって低下する加圧ローラ4の温度によっ
て、式(2)により、以下の表1のように、ヒータ温度
を変化させる。
【0041】
【表1】
【0042】このように、加圧ローラ4の温度TCによ
って、必要となるヒータの温度TA(以後、目標温度T
A0とする)が決定され、その温度になるように、ヒータ
1に通電させる。目標温度TA0になったかどうかの判断
は、ヒータ裏面に取り付けられたサーミスタ7によって
判断され制御される。
【0043】また、本実施例では、目標温度設定T
A0を、加圧ローラ温度TCによって、0.1secごと
に逐次計算し、変化させている。このサンプリング時間
は、定着器の構成によって必要となるサンプリング時間
は変化するが、一般には、より短い時間のサンプリング
を行うことによって、ヒーター温度精度は向上する。
【0044】また、図3に示す通紙中(A部)以外に、
ニップ部に記録紙のない紙間(B部)においても、上記
同様の制御が行われ、ニップ部温度の安定化を行い、次
の記録紙が定着器に搬送されたら、迅速に、正しい定着
状態になるように準備を行っている。また、紙間(B)
における無駄な加熱防止、昇温防止を行う目的をもつも
のである。
【0045】以上によつて安定した定着性能を得られる
ようにしている。
【0046】しかし、従来例でも説明したように、サー
ミスタの当接部における温度変化により温度ムラ等の問
題が発生するため、本実施例では、以下のような対策を
とっている。
【0047】上述のように、ヒータ1の裏面は、サーミ
スタ7の当接部分を除いてヒータホルダー30に固定さ
れている。ここで、ヒータホルダー30は、絶縁性が要
求されるため、一般に、プラスチック材料が使用されて
いる。本実施例では、ヒータホルダー30の材料に高耐
熱性の液晶ポリマー(商品名:ザイダー(日本石油化学
社製))を使用しており、熱伝導率は0.286[Kc
al/mhr℃]程度である。
【0048】また、サーミスタ7のスポンジ部7bは弾
性と耐熱性が必要とされ、ゴム材料でも特にシリコーン
ゴムを使用するのが一般的である。シリコーンゴムの熱
伝導率は、0.126[Kcal/mhr℃]程度であ
り、かつ、シリコーンゴムにより弾性をもたせるため
に、発泡させるのが一般的であり、スポンジ部7bの熱
伝導率は、シリコーンゴムの熱伝導率より低くなってい
る。
【0049】即ち、ヒータホルダー30に比べ、サーミ
スタ7の熱伝導率が低いため、サーミスタ7によって制
御されるヒータの温度TA0は、幅方向でヒータホルダー
30に比べ、サーミスタ7の温度の逃げが悪いため、温
度が高くなる。よって、ニップ部温度TBもサーミスタ
7部がヒータホルダー30部に比べ高くなる。ここで、
ニップ部温度TBのサーミスタ7部とヒータホルダー3
0℃との温度差をサーミスタ7部のニップ部温度上昇Δ
B1と呼ぶことにする。
【0050】一方、加圧ローラサーミスタ14のスポン
ジ部14bは弾性と耐熱性が必要とされ、ゴム材料でも
特にシリコーンゴムを使用するのが一般的である。シリ
コーンゴムの熱伝導率は0.126[Kcal/mhr
℃]程度であり、シリコーンゴムに、より弾性をもたせ
るために、発泡させるのが一般的であり、スポンジ部1
4bの熱伝導率はシリコーンゴムより若干低くなってい
る。空気の熱伝導率が0.0203[Kcal/mhr
℃]程度であり、加圧ローラサーミスタ14の方が熱伝
導が良いことから、加圧ローラ温度TCは加圧ローラサ
ーミスタ14の部分の方が、他の部分より低くなる。よ
って、ニップ部温度TBも加圧ローラサーミスタ14の
当接部がその他の部分より低くなる。ここで、ニップ部
温度TBの加圧ローラサーミスタ14の当接部とその他
の部分との温度差を加圧ローラサーミスタ14の当接部
のニップ部の温度低下ΔTB2と呼ぶ。
【0051】以上述べたサーミスタ7当接部のニップ部
温度上昇ΔTB1及び加圧ローラサーミスタ14当接部の
ニップ部温度低下ΔTB2は、ニップ部温度の長手方向の
ムラとして、定着ムラや、黒印字での光沢ムラ等画像不
良の原因となるが、本発明では、サーミスタ7と加圧ロ
ーラサーミスタ14を長手方向で同一位置に配置してい
るため、サーミスタ7部のニップ部の温度上昇ΔTB1
加圧ローラサーミスタ14部のニップ部の温度低下ΔT
B2とが相殺し合って、ニップ部の温度TBが均一化する
効果がある。よって、定着ムラや黒印字での光沢ムラを
無くすことか可能となる。
【0052】実際に本構成によって、ニップ部温度TB
が180℃となるように、温度制御を行い、加圧ローラ
サーミスタ14当接部のニップ部の温度低下ΔTB2は2
〜3degであった。一方、本発明のようにサーミスタ
7と加圧ローラサーミスタ14の長手方向位置を同一に
したところ、温度差はほぼ0degとなり、効果が確認
された。
【0053】本実施例では、サーミスタ7と加圧ローラ
サーミスタ14を長手方向で同一位置にもってくるとい
った安価な手法により従来の問題点を解決することがで
き、かつ、ヒータの発熱量が同一の場所で温度を検知し
ているため、正確な温度検知も可能となる特有の効果が
ある。
【0054】(第2の実施例)次に、本発明の第2の実
施例について説明する。本発明は、ヒータ1の一部の温
度上昇を均一化するのに、加圧ローラ4に加圧ローラサ
ーミスタ14を当接させたが、加圧ローラ4に当接部材
は、周辺より熱伝導率の高いものであれば、他の部材で
も同様な効果がある。
【0055】(第3の実施例)次に、本発明の第3の実
施例について説明する。本発明では、加圧ローラ4の一
部の温度低下を均一にするために、長手方向の同一位置
にサーミスタ7を設けたが、周辺より熱伝導率の低いも
のであれば、他の部材でも同様な効果がある。
【0056】(第4の実施例)次に、本発明の第4の実
施例について説明する。ヒータ1の一部の温度低下を均
一化する際にも、加圧ローラ4の一部を同一手段で温度
上昇させることで、同様な効果がある。
【0057】(第5の実施例)上記実施例では、サーミ
スタ7と加圧ローラサーミスタ14を記録紙3の最小通
紙領域内に設けたが、最小通紙領域外でも最大通紙領域
内であれば、同様に定着ムラ、光沢ムラの防止及び温度
検知精度の向上を図れる。
【0058】(第6の実施例)上記実施例では、サーミ
スタ7と加圧ローラサーミスタ14を記録紙3の通紙領
域内に設けたが、通紙領域外においても、サーミスタ7
と加圧ローラサーミスタ14を同一の長手位置に設ける
ことで、ヒータの発熱量が同一の場所で温度を検知して
いるため、正確な温度検知が可能となる効果がある。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第1
の発明によれば、加熱体に当接した熱伝導率の低い部材
の長手方向における当接位置に相当する加圧部材の所定
位置に、熱伝導率の高い部材を配置するようにしたの
で、安価な構成で、圧接部における温度上昇と部温度低
下を相殺し合って圧接部の温度を長手方向で均一化する
ことができる。よって、定着ムラや印字画像の光沢ムラ
をなくすことができ、画質を向上させることができる。
【0060】また、本出願に係る第2の発明によれば、
加熱体に当接した熱伝導率の高い部材の長手方向におけ
る当接位置に相当する加圧部材の所定位置に、熱伝導率
の低い部材を配置するようにしたので、安価な構成で、
圧接部における温度上昇と部温度低下を相殺し合って圧
接部の温度を長手方向で均一化することができる。よっ
て、定着ムラや印字画像の光沢ムラをなくすことがで
き、画質を向上させることができる。
【0061】さらに、本出願に係る第3の発明によれ
ば、加熱体及び加圧部材に当接させる熱伝導率の低い部
材または高い部材の少なくとも一つを、温度検知手段と
したので、長手方向において均一化された圧接部の温度
を正確に検知することができる。
【0062】また、本出願に係る第4の発明によれば、
上記第3の発明において、温度検知手段は、温度検知素
子とゴムの発泡体で形成したので、加熱体との接触が良
くなり、温度検知の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における定着装置の長手
方向断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例における定着装置の横断
面図である。
【図3】本発明の第1の実施例における定着ヒータの温
度制御を示す図である。
【図4】従来の定着装置の断面図である。
【符号の説明】
1 ヒータ(加熱体) 2 定着フィルム 4 加圧ローラ(加圧部材) 7 サーミスタ(温度検知手段、熱伝導率の低い部材) 14 加圧ローラサーミスタ(温度検知手段、熱伝導率
の高い部材)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱体と、該加熱体に摺接しながら無端
    移動自在に配設されたフィルムと、該フィルムを介して
    上記加熱体に圧接するように配設された加圧部材と、上
    記加熱体の長手方向の一部に当接するように配設され、
    周辺より熱伝導率が高い部材とを備えた定着装置におい
    て、上記加圧部材には、周辺より熱伝導率が低い部材
    が、上記熱伝導率が高い部材の上記長手方向における当
    接位置と略同一な位置にて、上記加圧部材に当接するよ
    うに配設されていることを特徴とする定着装置。
  2. 【請求項2】 加熱体と、該加熱体に摺接しながら無端
    移動自在に配設されたフィルムと、該フィルムを介して
    上記加熱体に圧接するように配設された加圧部材と、上
    記加熱体の長手方向の一部に当接するように配設され、
    周辺より熱伝導率が低い部材とを備えた定着装置におい
    て、上記加圧部材には、周辺より熱伝導率が高い部材
    が、上記熱伝導率が低い部材の上記長手方向における当
    接位置と略同一な位置にて、上記加圧部材に当接するよ
    うに配設されていることを特徴とする定着装置。
  3. 【請求項3】 加熱体及び加圧部材に当接するように配
    設された熱伝導率の高い部材または低い部材は、少なく
    とも一つが温度検知手段であることとする請求項1また
    は請求項2に記載の定着装置。
  4. 【請求項4】 温度検知手段は、温度検知素子とゴムの
    発泡体で形成されていることとする請求項3に記載の定
    着装置。
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