JP4566428B2 - 定着装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いる画像形成装置の定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子写真を用いた画像形成装置は、例えば図4のように構成されている。
【0003】
図4において、201は感光ドラム、202は帯電ローラ、203はレーザー露光装置、204は反射ミラー、205は現像スリーブ、206はトナー、207はトナー容器、208は転写ローラ、209は被記録媒体としての紙等のシート、210はクリーニングブレード、211は廃トナー容器、212は定着装置、213はペーパーカセット、214は給紙ローラ、215は分離パッド、216は高圧電源である。
【0004】
感光ドラム201は矢印の方向に回転し、高圧電源216から給電される帯電装置202によって一様に帯電される。レーザー露光装置203から発せられたレーザー光は反射ミラー204で反射され感光ドラムへ照射され、感光ドラム上には静電潜像が形成される。トナー容器207の中にはトナー206が充填されており、現像スリーブ205の回転に伴い、適量のトナーが適度の帯電を受けた後、感光ドラム上に供給されている。
【0005】
現像スリーブ205上のトナーは、感光ドラム201の静電潜像に付着し、潜像が現像されトナー像として可視化される。ペーパーカセット213より給紙ローラ214はタイミングをとって、被記録媒体としてのシートを1枚ずつ給紙する。分離パッド215は給紙ローラ214と当接して配置され、その表面の摩擦係数、接地角度、形状は被記録媒体としてのシート209を1度の給紙毎に1枚のみ送るように調整されている。
【0006】
可視化された感光ドラム201上のトナー像は転写ローラ208によりシート209上に転写される。転写されずに感光ドラム201上に残った転写残トナーはクリーニングブレード210により廃トナー容器211に収納され、表面をクリーニングされた感光ドラム201は繰り返し次の画像形成プロセスに入る。また未定着トナー像を乗せたシート209は定着装置212によって加熱、加圧を受けトナー像が紙上に永久定着される。
【0007】
従来、定着装置212としては、特開昭63−313182号公報で示されるセラミックの基板上に抵抗発熱体のパターンを設けて加熱体を作り、これを発熱させて薄いフィルムを介して被加熱体を加熱するフィルム加熱方式が用いられている。
【0008】
しかし、このようなフィルム加熱方式では、エンドレスベルト状のフィルムに大きな寄り力が発生する。この対策として特開平04−44057号公報、特開平04−44077号公報で開示されるように、エンドレスフィルムを余裕を持って懸回駆動し、フィルムの寄り力を小さくするとともに駆動トルクを低減する方式が実用化されている。
【0009】
このようなフィルム定着装置の断面図の一例を図5に示した。図5において、8は加熱体であり、セラミック基板上に抵抗発熱体8aを形成されており、その上に保護層としてガラス層8bをコートしている。加熱体の裏面には温度検出手段107が実装されており、加熱体8の温度を検知している。
【0010】
抵抗発熱体8aは不図示の電源により給電され発熱する。温度検出手段107の温度が一定になるように、CPU50によりトライアック51が駆動され、給電電極52を介して抵抗発熱体8aへの給電電力量が制御されている。
【0011】
定着フィルム101は筒状の3層構造の耐熱性フィルムである。もっとも内側の層はベース層であり、定着フィルムのねじれ強度、平滑性などの機械的特性を担う層であり、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等の樹脂でできている。次の層は導電プライマ層であり、カーボンブラックなどの導電性粒子が分散された導電層であり、第三層目とベース層の接合を行なう接着剤の役目を担っている。もっとも外側の層がトップ層であり、さまざまな画像不良を引き起こさないよう最適な抵抗値と膜厚になるように設計される。
【0012】
9は加熱体8を支持する加熱体保持部材であり、PPS、液晶ポリマーなどの耐熱性を持つ樹脂で成型され、かつ定着フィルム101の円滑な回転を促す案内部材としての役割も持つ。106は定着ステーであり、鉄、アルミなどの金属でできている。定着ステー106は加熱体支持部材9のクリープによる変形を抑え、加熱体支持部材9の剛性を高める役割を果たしている。
【0013】
104は加圧ローラであり、アルミ、鋳鉄などで作られる芯金104aをシリコンゴムなどの耐熱性を有する弾性体104bで覆っている。加圧ローラ104の表層はトナーとの離型性があるPFA、PTFE、FEPなどのフッ素樹脂の被膜が設けられている。
【0014】
加圧ローラ104は、定着フィルム101を挟んで加熱体8に圧接され、その圧接部で定着ニップNを形成している。加圧ローラ104の芯金104aは回転駆動を受け、定着フィルム101は定着ニップ部で従動回転する。トナーを担持した記録材としてのシートPは不図示の転写ローラと感光ドラムにより搬送され、定着入り口ガイド105によって定着ニップ部に案内される。シートP上に担持された未定着のトナーTは定着ニップ部で記録材上に加圧されるとともに加熱され、トナー樹脂が軟化しシートPに密着し永久定着される。
【0015】
このようなフィルム加熱方式の定着装置には、低熱容量のヒータを用いることができるため、従来の熱ローラ方式に比べ、ウエイトタイムの短縮化(クイックスタート)が可能となる。また、クイックスタートが可能となることにより、非プリント動作時の予熱が必要なくなり、総合的に省電力化を図ることができる。
【0016】
図6は従来の温度検出装置が取り付けられた従来の定着器を示し、(a)は平面図、(b)は温度検出装置が自由状態の図、(c)は(a)のA-A線断面図、(d)は(c)のB-B線断面図である。
【0017】
図6において、従来の温度検出装置は、下面に温度検出素子1を設けた耐熱弾性部材2を温度検出素子保持部材33に温度検出素子保持面33aを合わせて取り付けており、温度検出素子保持部材33は、温度検出素子1のリード線を兼ねる2本の電気的に絶縁されている板ばね35aと35bを介して位置決め体34に取り付けられている。
【0018】
位置決め体34は、前後に長孔の位置決め孔34aと、円形の位置決め孔34bとが形成されている。また、位置決め体34からは前記板ばね35aと35bとにそれぞれ接続するハーネス7が引き出され、図5に示すCPUに接続される。
【0019】
39は加熱体保持部材で、位置決め体34の位置決め孔34aと34bに嵌合する位置決め突起39aと39bが一体に形成されている。また、加熱体保持部材39には、孔部39cが形成され、この孔部39cに露出している加熱体8のセラミック基板に温度検出素子1が接触できるようになっている。
【0020】
温度検出装置は自然状態においては図6の(b)に示すように、板ばね35a、35bが途中で折り曲げられて温度検出素子保持部材33が下向きの姿勢になっており、加熱体保持部材39に位置決め体34を取り付けることによって、板ばね35aと35bの弾性変形によって、温度検出素子1と加熱体8との接触面の圧がかかる構成になっている。
【0021】
又、位置決め部34は位置決め孔34a,34bと突起9a,9bの嵌め合いによって、位置決め体34のラジアル方向の位置が決定し、位置決め体34のスラスト方向は図示されていない固定部材によって固定保持される構成になっている。
【0022】
図6に示すとおり、温度検出装置は、位置決め体34によって、加熱体保持部材39及び加熱体8とに対して位置決めされ、板ばね35a、35bを介して温度検出素子保持部材33と連結されており、板ばねの曲げ応力の作用によって温度検出素子1と加熱体8の接触圧が保証される構成になっている。
【0023】
図7は接触圧と検出温度の関係を示した概略図であり、横軸は接触圧、縦軸は温度検出素子の出力を示し、図示したグラフは温度が一定のときに、接触圧を変化させたときの出力の変化を図にしたものである。
【0024】
図に示す通り、接触圧が変化すると、検出結果が変化してしまう特性を持っているため、実際は勾配の小さい図示の範囲を使用範囲とするが、勾配は決して0ではなく、接触圧をより安定させることが精度の良い温度検出、ひいては応答の高速化、温度制御の最適化へつながる重要な設計課題となっている。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の温度検出装置及びそれを用いた加熱定着装置では以下のような問題点を有していた。
【0026】
第一の問題点は、接触面の面圧と圧バランスが安定しないという点である。板ばねの製造ばらつきによって、曲げ形状がばらつくと接触面が安定しないという傾向をもっており、加圧力が一定であっても温度検出素子が接している箇所が部分的に圧がかからない状態が起こりうる。このことは温度の検出精度を損ねる原因となる大きな問題点である。
【0027】
第二の問題点は、加熱体への位置決め精度が安定しないという点である。従来の温度検出手段は位置決め部と温度検出素子保持部が別体で板ばねによって連結されていることから、温度検出手段の製造ばらつきによって、保持部と位置決め部の寸法がばらつくと加熱体と温度検出素子の位置精度が安定しないという傾向を持っている。加熱体も温度分布を持っていることから、このことは温度の検出精度を損ねる原因となる大きな問題点である。
【0028】
第三の問題点は、貫通孔が大きくなってしまうという点である。従来の温度検出装置は位置決め部と温度検出素子保持部が別体で板ばねによって連結されていることから、温度検出装置の製造ばらつきを吸収するため、温度検出素子保持部の寸法に対して貫通孔を十分大きくする必要があった。この結果、加熱体が加熱体保持部材にも温度検出装置にも接触していない領域が大きくなってしまう傾向があった。この非接触部は放熱されないので加熱体の温度が周囲に比べ異常に高くなるため、非接触部が大きいことは定着加熱のむらやひいては熱応力による加熱体の破損の原因となる大きな問題点である。
【0029】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであって、温度検出精度が高く定着加熱むらや破損の危険性のない高品質・高信頼性の定着装置を提供するものである。
【0030】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための本発明は、細長い基板上に抵抗発熱体が形成された加熱体と、内周面が前記加熱体に接触しつつ回転する筒状のフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱体を保持する加熱体保持部材と、温度検出素子と前記温度検出素子を保持する耐熱弾性部材と前記耐熱弾性部材を保持する温度検出素子保持部材を備えており前記加熱体保持部材に設けられた貫通孔を介して前記耐熱弾性部材の温度検出素子保持面側が前記加熱体の前記フィルム接触面とは反対側の面に接触し前記加熱体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段を前記加熱体に付勢する付勢手段と、を有し、前記定着ニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、前記温度検出手段は、前記加熱体の長手方向に関して、前記温度検出素子を設けた位置を中心に等距離の位置関係にある二箇所を前記加熱体保持部材に位置決めしており、この二箇所の位置決め部のうちの少なくとも一方は、前記前記温度検出素子保持部材に設けられた位置決め孔または突起を前記加熱体保持部材に設けられた突起または位置決め孔に位置決めする構成となっており、前記付勢手段は二つのばねを有し、この二つのばねが前記温度検出素子保持部材の前記二つの位置決め部をそれぞれ付勢することにより前記温度検出手段を前記加熱体に付勢していることを特徴とする。
【0038】
上記した構成では、温度検出素子保持部材を加熱体保持部材に位置決めすることによって、温度検出手段と加熱体及び加熱体保持部材との位置精度が向上する作用がある。又、位置精度が向上することによって加熱体保持部材の貫通孔を可及的に小さくできる作用もある。
【0039】
【発明の実施の形態】
[参考例]
図1は参考例を示す。
【0040】
図1は温度検出装置(温度検出手段)が加熱体保持部材に取り付けられた加熱定着装置(定着装置)を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA-A線断面図、(c)は(b)のB-B線断面図である。
【0041】
図1において、1は温度検出素子、2は耐熱弾性部材、3は温度検出素子保持部材、3aは温度検出素子保持面、3bと3cはばね受け面、3dと3eは位置決め孔、5と6は圧縮ばね、7はハーネス、8は加熱体、9は加熱体保持部材、9aと9bは温度検出素子保持部を位置決めする突起である。ただし、平面図において、圧縮ばねは省略されている。
【0042】
図1において、温度検出装置は、温度検出素子保持部材3の下端部に設けた温度検出素子保持面3aに、温度検出素子1を下面に有する耐熱弾性部材2を取り付けており、温度検出素子保持部材3の長手方向の両端部には円形の位置決め孔3dと長孔の位置決め孔3eが形成され、また位置決め孔3dと3eよりも内側の上端面には、圧縮ばね5、6の下端部がはまり込むばね受け面3bと3cが形成されている。また、温度検出素子保持部材3は、他端側から温度検出素子1に接続されているハーネス7が外に延びている。
【0043】
また、加熱体保持部材9には、温度検出素子保持部材3の位置決め孔3dと3eに嵌合する位置決めする突起9aと9bが形成され、これら位置決め孔3d, 3eと、突起9a,9bとを嵌合させると、加熱体8を露出させる貫通孔9cに耐熱弾性部材2が嵌り込み、温度検出素子1が加熱体8に接触する。ただし、図1(a)において、圧縮ばね5は省略されている。
【0044】
温度検出装置は、位置決め孔3d,3eと突起9a,9bの嵌め合いによって位置決め突起のラジアル方向の位置が決定し、圧縮ばね5、6の上端(温度検出装置を付勢している側と反対側)が図示されていない固定部材によって固定され、圧縮ばね5、6が所定の作用長で保持されることによって、温度検出装置のスラスト方向の位置が決定する構成となっている。
【0045】
また、本参考例では、圧縮ばね5、6が温度検出素子1に関して長手方向においてほぼ対称に配置されているのは、接触面における接触圧の圧バランスを均一にするための考慮である。
【0046】
図1に示す通り、本参考例によれば、温度検出素子1を中心にして加熱体8の長手方向においてほぼ対称な位置を圧縮ばねによって温度検出装置の裏側から直接付勢しているため、温度検出素子1と加熱体8の接触圧を安定させる効果がある。
【0047】
また、従来例のように温度検出素子保持部と位置決め部が板ばねで連結された構成でなく、温度検出素子保持部材3に位置決め孔3d,3eが形成されているため、加熱体8と加熱体保持部材9との位置決め精度を向上させることができる。この結果、従来例に比べて、温度検出の精度を向上させることができる。位置精度が向上するため、従来例に比べて貫通孔部における加熱体の非接触面を狭く設定することができ、定着加熱のむらや熱応力による加熱体の破損が発生しにくい。
【0048】
また、本参考例は、位置決め部位は、温度検出素子保持部材3側を孔、加熱体保持部材9を突起で描かれているが、温度検出素子保持部材3側を突起、加熱体保持部材9を孔としても同様の効果があることはいうまでもない。
【0049】
また、本参考例は、定着加熱装置1つに対して、温度検出装置が1つ設けられた例を説明したが、定着加熱装置1つに対して、温度検出装置を2つ以上設け、異なった部分の温度を検出して温度調節制御する形態の定着加熱装置であっても、本参考例を適用すればそれぞれの箇所の温度検出精度が安定させる効果があるため有効である。
【0050】
さらに、2つ以上の温度検出装置を設ける場合でも特に精度が必要な箇所や、寸法上の制約がある箇所のみ本参考例の温度検出装置を使用し他の箇所には従来の温度検出装置を使用しても定着加熱装置全体としては効果がある。
【0051】
また、検出精度の面から十分均一であれば、ばね配置の対称性の程度やばねの個数は不問である。
【0052】
[第1の実施の形態]
図2は本発明の第1の実施の形態を示す。図2は温度検出装置が加熱体保持部材に取り付けられた加熱定着装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図である。
【0053】
図2において、1は温度検出素子、2は耐熱弾性部材、13は温度検出素子保持部、13aは温度検出素子保持面、13bと13cはばね受け面、13dと13eは位置決め孔、5と6は圧縮ばね、7はハーネス、8は加熱体、9は加熱体保持部材、9aと9bは温度検出素子保持部を位置決めする突起である。ただし、平面図において、圧縮ばねは省略されている。
【0054】
本実施の形態と上記した参考例との違いは、圧縮ばね5、6を突起9bと9aと同軸的に配置したもので、位置決め孔13eと13dの周囲にそれぞればね受け面13cと13bが形成されている。
【0055】
本実施の形態では、温度検出装置は、位置決め孔と突起のはめあいによって位置決め突起9a,9bのラジアル方向の位置が決定し、圧縮ばね5,6の上端(温度検出素子保持部材13を付勢している側と反対側)が図示されていない固定部材によって固定され、圧縮ばね5、6が所定の作用長で保持されることによって、温度検出装置のスラスト方向の位置が決定する構成となっていることは参考例と同様である。
【0056】
圧縮ばね5、6の中心と位置決め孔13eと13dの中心が一致しているのは、前記位置決め孔と前記位置決め突起の静止摩擦と、圧縮ばねの付勢力がつり合ってしまい、温度検出装置が所定の位置まで降下せずに途中で止まってしまうことと、途中で止まってしまわないまでも静止摩擦力によって圧縮ばねの付勢力を損失してしまうことを防止するためであって、このようにばねの付勢力が作用する点と、孔と突起の静止摩擦が発生する点と一致させることによって、前述のような不具合を可及的に防止できる。
【0057】
図2に示す通り、本発明の第1の実施の形態によれば、位置決め孔と圧縮ばねの中心を一致させ、位置決め孔と突起の摩擦の影響を最小限に抑えることによって、温度検出素子と加熱体の接触圧を安定させる効果があり、参考例に比べて更に温度検出の精度を向上させることができる。
【0058】
[第2の実施の形態]
図3は本発明の第2の実施の形態を示す。
【0059】
図3は、温度検出装置が加熱体保持部材に取り付けられた加熱定着装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA-A線断面図、(c)は(b)のB-B線断面図である。
【0060】
図3において、1は温度検出素子、2は耐熱弾性部材、23は温度検出素子保持部材、23aは温度検出素子保持面、23bと23cはばね受け面、23dは位置決め孔、23eは外周当接部位、5と6は圧縮ばね、7はハーネス、8は加熱体、29は加熱体保持部材、29aは温度検出素子保持部材23を位置決めする突起である。29bは加熱体保持部材29に一体的に形成された位置決め部で、温度検出素子保持部材23の幅方向両側に配置されて温度検出素子保持部材23の幅方向位置の位置決めを行なう。この位置決め部29bは、一方の圧縮ばね5の配置される位置に合わせて設けられている。ただし、平面図において、圧縮ばねは省略されている。
【0061】
本実施の形態と上記した第1の実施の形態との相違点は、第1実施の形態では温度検出素子保持部材の長さ方向の一方に突起が挿入される長孔を設けて位置決めを行なっていたが、本実施の形態ではこの長孔と突起に代えて上記した一対の位置決め部29bにより温度検出素子保持部材23の一端側と当接して位置決めするようにしている。
【0062】
温度検出装置は、温度検出素子保持部材23の他方側に設けた位置決め孔23dと突起29aのはめあいによって位置決め突起29aのラジアル方向の位置が決定し、圧縮ばね5,6の上端(温度検出素子保持部材23を付勢している側と反対側)が図示されていない固定部材によって固定され、圧縮ばねが所定の作用長で保持されることによって、温度検出手段のスラスト方向の位置が決定する構成となっていることは第1・第2の実施の形態と同様である。
【0063】
温度検出素子1からハーネス7までの導体のレイアウトによっては第1の実施の形態のように位置決め孔を設けられない場合があり、本実施の形態のように外周で位置決めする構成となる場合がある。
【0064】
図3に示す通り、本発明の第2の実施の形態によれば、位置決めを孔でなく温度検出素子保持部材23の外周で行なう構成であっても、第1の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、温度検出素子保持部材を加熱体保持部材に位置決めすることによって、接触面の面圧が安定化すると共に加熱体に対する位置決め精度を向上し、温度検出素子と被温度測定体としての加熱体及び加熱体保持部材の位置精度の向上が図れ、定着装置の低消費電力化や立ち上げ時間の短縮などに寄与するため、この発明の効果は大きい。
【0066】
また、温度検出素子と被温度測定体としての加熱体を保持する加熱体保持部材の位置精度が向上する結果、加熱体保持部材の貫通孔を小さく設計することが可能となり、加熱体の非接触面積が従来に比べて小さくできるため、定着加熱のむらや熱応力による加熱体の破損が発生しにくい定着装置を実現でき、この発明の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例における温度検出装置が加熱体保持部材に取り付けられた加熱定着装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図
【図2】 本発明の第1の実施の形態における温度検出装置が加熱体保持部材に取り付けられた加熱定着装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図
【図3】 本発明の第2の実施の形態における温度検出装置が加熱体保持部材に取り付けられた加熱定着装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は(b)のB−B線断面図
【図4】 従来の画像形成装置の概略断面図
【図5】 従来の加熱定着装置の概略断面図
【図6】 従来の温度検出装置を加熱体保持部材に取り付けた加熱定着装置を示す図で、(a)は平面図、(b)は温度検出装置が自由状態の図、(c)は(a)のA−A線断面図、(d)は(c)のB−B線断面図
【図7】 従来の温度検出手段の特性図
【符号の説明】
1 温度検出素子
2 耐熱弾性部材
3 温度検出素子保持部
5,6 圧縮ばね
7 ハーネス
8 加熱体
9 加熱体保持部材
Claims (1)
- 細長い基板上に抵抗発熱体が形成された加熱体と、内周面が前記加熱体に接触しつつ回転する筒状のフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記加熱体を保持する加熱体保持部材と、温度検出素子と前記温度検出素子を保持する耐熱弾性部材と前記耐熱弾性部材を保持する温度検出素子保持部材を備えており前記加熱体保持部材に設けられた貫通孔を介して前記耐熱弾性部材の温度検出素子保持面側が前記加熱体の前記フィルム接触面とは反対側の面に接触し前記加熱体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段を前記加熱体に付勢する付勢手段と、を有し、前記定着ニップ部でトナー像を担持する記録材を挟持搬送しつつトナー像を記録材に加熱定着する定着装置において、
前記温度検出手段は、前記加熱体の長手方向に関して、前記温度検出素子を設けた位置を中心に等距離の位置関係にある二箇所を前記加熱体保持部材に位置決めしており、この二箇所の位置決め部のうちの少なくとも一方は、前記前記温度検出素子保持部材に設けられた位置決め孔または突起を前記加熱体保持部材に設けられた突起または位置決め孔に位置決めする構成となっており、前記付勢手段は二つのばねを有し、この二つのばねが前記温度検出素子保持部材の前記二つの位置決め部をそれぞれ付勢することにより前記温度検出手段を前記加熱体に付勢していることを特徴とする定着装置。
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