JP5278750B2 - 定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents
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Description
特に、このような問題は、連続プリント動作が終了した直後等に生じやすい。また、画像形成装置のプリント速度(CPM)が高いほど、又は、搬送する記録媒体の坪量が大きいほど、上述した問題が生じやすい。
また、特許文献3には、過昇温防止部材(過昇温防止手段)を正常に機能させることを目的として、通常の加熱動作時に過昇温防止部材を冷却手段によって冷却して、加熱体が所定温度に達した時点で冷却手段の稼動を停止する技術が開示されている。
特に、加熱ローラの薄肉化や立ち上がり特性の良いヒータの採用等によって加熱体の昇温効率が高められた近年の定着装置においては、加熱体の異常な過昇温を確実に防止するために過昇温防止部材(サーモスタット)の動作温度が比較的低く設定される場合が多く、上述したオーバーシュート時の過昇温防止部材の誤動作が生じやすくなっていた。
そして、上述したオーバーシュート時の過昇温防止部材の誤動作が生じると、その後にサービスマンによるメンテナンスがおこなわれるまで、画像形成装置への通電ができずに画像形成装置を使用できない「ダウンタイム」が生じてしまっていた。
図1〜図7にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、2は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、3は原稿Dを原稿読込部4に搬送する原稿搬送部、4は原稿Dの画像情報を読み込む原稿読込部、7は転写紙等の記録媒体Pが収容される給紙部、9は記録媒体Pの搬送タイミングを調整するレジストローラ、11Y、11M、11C、11BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成される感光体ドラム、12は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上を帯電する帯電部、13は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成される静電潜像を現像する現像部、14は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成されたトナー像を記録媒体P上に重ねて転写する転写バイアスローラ(1次転写バイアスローラ)、15は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
まず、原稿Dは、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス5上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス5上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
書込み部2において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、中間転写ベルト17との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト17の内周面に当接するように転写バイアスローラ14が設置されている。そして、転写バイアスローラ14の位置で、中間転写ベルト17上に、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(1次転写工程である。)。
その後、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKにおける一連の作像プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト17表面は、中間転写ベルトクリーニング部16の位置に達する。そして、中間転写ベルト17上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部16に回収されて、中間転写ベルト17における一連の転写プロセスが終了する。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送された記録媒体Pが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9に導かれる。レジストローラ9に達した記録媒体Pは、タイミングを合わせて、2次転写ニップに向けて搬送される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、排紙ローラによって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
なお、本実施の形態1における画像形成装置は、記録媒体Pの搬送速度(プロセス線速)が352mm/秒程度に、A4サイズの記録媒体Pを横向きに連続搬送したときの生産性が75CPM程度に設定された高速機である。
図2に示すように、定着装置20は、加熱体としての定着ベルト21、定着補助ローラ22、加熱ローラ23、ヒータ25、加圧部材としての加圧ローラ31、過昇温防止部材(過昇温防止手段)としてのサーモスタット48、冷却手段としての冷却ファン50、温度検知手段としての温度センサ40、分離板37、ガイド板35、等で構成されている。
定着部材として熱容量の低い定着ベルト21を用いることで、装置の昇温特性が向上する。
加熱ローラ23の肉厚を1mm以下に設定することで、熱容量が低下して装置の昇温特性が向上する(立ち上がり時間が短縮化される。)。ここで、本実施の形態1における加熱ローラ23は、アルミニウムで形成され、肉厚が0.6mm、外径が35mmに設定されている。
ヒータ25の出力制御は、定着ベルト21表面に非接触で対向する温度検知手段としての温度センサ40(サーモパイル)によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。詳しくは、温度検知手段としての温度センサ40の検知結果に基づいて定められる通電時間だけ、ヒータ25に交流電圧が印加される。このようなヒータ25の出力制御によって、定着ベルト21の温度(定着温度)を所望の温度(目標制御温度)に調整制御することができる。
ここで、本実施の形態1では、ヒータ25として、定格ワット数が1200ワットのものを用いている。このように、ヒータ25の総ワット数を大きくすることで、装置の立ち上がり時間(ウォーミングアップ時間)を短くすることができる。
そして、加圧ローラ31は、不図示の加圧機構によって定着ベルト21を介して定着補助ローラ22に圧接する。こうして、加圧ローラ31と定着ベルト21との間に、所望のニップ部が形成される。なお、上述の加圧機構は加圧解除(又は減圧)ができるように構成されている。
また、本実施の形態1では、定着ベルト21の加熱効率を向上させるために、加圧ローラ31にヒータ34が内設されている。そして、加圧ローラ31の表面温度を検知する温度センサ45の検知結果に基いてヒータ34の出力制御がおこなわれている。
また、定着ベルト21の外周面に対向する位置であって、ニップ部の出口側近傍には、分離板37が配設されている。分離板37を設置することで、定着工程後の記録媒体Pが定着ベルト21の走行に沿って定着ベルト21に巻き付いてしまう不具合を軽減することができる。
装置本体1のメインスイッチ62が投入されると、第1電源としての商用電源61からヒータ25に交流電圧が印加(給電)されるとともに、定着ベルト21(定着補助ローラ22、加熱ローラ23)及び加圧ローラ31の図2中の矢印方向の回転駆動が開始される。なお、商用電源61は、画像形成装置本体1に設置された定着装置20以外の装置(例えば、作像部や給紙部や搬送部等である。)への電力供給源ともなっている。
その後、給紙部7から記録媒体Pが給送されて、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の各色のトナーが記録媒体P上に未定着画像として担持される。未定着画像T(トナー像)が担持された記録媒体Pは、図2の矢印Y10方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト21及び加圧ローラ31のニップ部に送入される。そして、定着ベルト21による加熱と、定着ベルト21(定着補助ローラ22)及び加圧ローラ31の押圧力とによって、記録媒体Pの表面にトナー像Tが定着される。その後、回転する定着ベルト21及び加圧ローラ31によってそのニップ部から送出された記録媒体Pは、矢印Y11方向に搬送される。
図2を参照して、定着ベルト21を挟んで加熱ローラ23に対向する位置には、過昇温防止部材としてのサーモスタット48(非接触型サーモスタット)が設置されている。このサーモスタット48(過昇温防止部材)は、定着ベルト21の表面温度(間接的には加熱ローラ23の温度である。)が異常に昇温して所定値に達したときに、商用電源61(第1電源)からの電力供給を遮断するためのものである。具体的に、図示は省略するが、サーモスタット48(過昇温防止部材)は、その検知温度が所定値(動作温度であって、本実施の形態1では180℃程度に設定されている。)に達したときに、ヒータ25の電気回路を遮断するように構成されている。
なお、本実施の形態1では非接触型のサーモスタット48を用いたが、接触型のサーモスタットを用いることもできる。また、本実施の形態1ではサーモスタット48を定着ベルト21を介して加熱ローラ23に対向する位置に配設したが、サーモスタット48を加熱ローラ23(加熱体)に直接的に対向(又は接触)する位置に配設することもできる。
そして、この冷却ファン50は、画像形成装置本体1のメインスイッチ62によってオン・オフされる第1電源としての商用電源61(商用電源A)とは異なる第2電源としての商用電源52(商用電源B)から電力が供給されて稼動する。詳しくは、第1電源としての商用電源61からの電力供給が終了又は中断した後に、冷却ファン50は、第2電源(別電源)である商用電源52から電力が供給されて、ファン制御部51によって制御されて所定時間(本実施の形態1では60秒間に設定されている。)だけ稼動して、サーモスタット48を冷却する。
図3及び図4において、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。また、図中の、実線グラフは加熱ローラ23の温度変動を示し、破線グラフはサーモスタット48の温度変動を示すものである。また、一点鎖線で示す直線は、サーモスタット48の動作温度(異常を検知する温度である。)であって、約180℃に設定されている。すなわち、メインスイッチ62がオフ(電源オフ)された後に、サーモスタット48の温度が一点鎖線で示す動作温度の範囲を超えてしまうと、サーモスタット48が誤動作することになる。
図3及び図4に示すように、電源オフ(通紙停止)後に、加熱ローラ23のオーバーシュートが生じている。そして、図4に示すように、冷却ファン50によるサーモスタット48の冷却をおこなわない場合には、サーモスタット48が加熱ローラ23のオーバーシュートによる温度上昇をダイレクトに検知して、サーモスタット48自体の温度上昇にともない、その温度が一点鎖線で示す動作温度の範囲を超えてしまい、サーモスタット48が誤動作してしまった。これに対して、図3に示すように、冷却ファン50によるサーモスタット48の所定時間(図中の両矢印で示す範囲である。)の冷却をおこなう場合には、サーモスタット48が加熱ローラ23のオーバーシュートによる温度上昇をダイレクトに検知することなく、サーモスタット48自体の温度上昇が抑えられて、その温度が一点鎖線で示す動作温度の範囲を超えずに、サーモスタット48の誤動作が防止された。
具体的に、ヒータ25への通電が停止されて、温度センサ40のよって検知される温度が所定値(加熱ローラ23の温度が200℃に対応する定着ベルト21上の温度である。)を超えた場合には、オーバーシュートによるサーモスタット48の誤動作が生じる状態にあるものとして、冷却ファン50を稼動してサーモスタット48の冷却を60秒間おこなう。これに対して、ヒータ25への通電が停止されて、温度センサ40のよって検知される温度が所定値(加熱ローラ23の温度が200℃に対応する定着ベルト21上の温度である。)以下である場合には、オーバーシュートも小さくサーモスタット48の誤動作が生じる状態にないものとして、冷却ファン50を稼動せずにサーモスタット48の冷却を停止する。
図6は、このような制御をおこなったときの、加熱ローラ23及びサーモスタット28の温度変動を示すグラフであって、図中の構成要素は先に説明した図3及び図4と共通する。また、図6において、二点鎖線S1は、冷却ファン50の稼動・停止の閾値となる加熱ローラ23の温度(200℃)を示すものである。図6に示すように、通紙停止後に、定着装置20を所定時間(例えば、200秒間である。)だけ空駆動する制御をおこなう場合には、加熱ローラ23の熱が定着ベルト21(空駆動により走行状態にある。)を介して定着補助ローラ22や加圧ローラ31に分散されるために、加熱ローラ23のオーバーシュートを低減することができる。このような場合には、加熱ローラ23の温度が閾値の200℃に達しにくいために、上述した制御により冷却ファン50の稼動が停止される。
なお、ここでは、加熱ローラ23の温度を、温度センサ40によって定着ベルト21を介して間接的に検知して、上述した制御をおこなった。これに対して、加熱ローラ23に直接的に対向する位置に温度検知手段を設置して、加熱ローラ23の温度をこの温度検知手段によって直接的に検知して上述した制御をおこなうこともできる。
図7は、ヒータ25の制御が暴走してしまった場合に、このような制御をおこなったときの、加熱ローラ23及びサーモスタット28の温度変動を示すグラフであって、図中の構成要素は先に説明した図3及び図4と共通する。また、図7において、二点鎖線S1は冷却ファン50の稼動・停止の第1の閾値(所定値A)となる加熱ローラ23の温度(200℃)を示し、二点鎖線S2は冷却ファン50の稼動・停止の第2の閾値(所定値B)となる加熱ローラ23の温度(280℃)を示すものである。図7に示すように、ヒータ25の制御回路において通電センサが故障してしまった場合には、実際にはヒータ25に通電されているにも関わらず通電がないものと判断されてヒータ25が連続点灯してしまうという「ヒータ制御の暴走」が起きる。
このような場合に、図7に示すように、まず、通紙停止後に加熱ローラ23の温度が所定値A(200℃)以上になると、冷却ファン50が稼動されて、一時的にサーモスタット48の温度が低下する。その後、ヒータ制御の暴走により加熱ローラ23の温度が上昇し続けて、加熱ローラ23の温度が所定値B(280℃)以上になると、冷却ファン50の稼動が停止される。これにより、サーモスタット48によって通常の加熱ローラ23のオーバーシュートの範囲を超えた異常昇温が検知されることになる。具体的には、加熱ローラ23が450℃(装置に発火等の不具合が生じるのを充分に防止することができる温度である。)に達する前に、サーモスタット48が作動して、ヒータ25への電力供給が遮断される。
図8にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図8は、実施の形態2における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態1の図2に相当する図である。本実施の形態2は、冷却手段50を稼動する第2電源として電池53が用いられている点が、冷却手段50を稼動する第2電源として第2商用電源52が用いられている前記実施の形態1とは相違する。
特に、本実施の形態2では、第2電源として電池53を用いているために、プリント動作中又はプリント動作終了直後に停電が生じて画像形成装置1に電力が供給されなくなった場合であっても、冷却ファン50を独立して稼動させることができる。
図9にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図9は、実施の形態3における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態1の図2に相当する図である。本実施の形態3は、冷却手段50を稼動する第2電源として充電式電池54が用いられている点が、前記実施の形態1とは相違する。
そして、ヒータ25への通電の終了又は中断が検知されると、充電式電池54からの電力供給によって冷却ファン50が60秒間稼動してサーモスタット48の冷却がおこなわれる。
特に、本実施の形態3では、第2電源として充電式電池54を用いているために、プリント動作中又はプリント動作終了直後に停電が生じて画像形成装置1に電力が供給されなくなった場合であっても冷却ファン50を独立して稼動させることができるとともに、第2電源として通常の電池を用いた場合のように電池の交換作業が不要になる。
図10にて、この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
図10は、実施の形態4における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態2の図8に相当する図である。本実施の形態4は、定着部材として定着ローラ230が用いられている点と、加圧部材として加圧パッド310及び加圧ベルト311が用いられている点と、が定着部材として定着ベルト21が用いられ加圧部材として加圧ローラ31が用いられている前記実施の形態2とは相違する。
この定着ローラ230に加圧ベルト311を介して加圧パッド310が圧接することで、双方の部材230、310の間に所望のニップ部が形成されている。加圧パッド310は回転することなく補強部材312によって保持され、加圧ベルト311は定着ローラ230との摩擦力によって図10の反時計方向に回転する。
図11にて、この発明の実施の形態5について詳細に説明する。
図11は、実施の形態5における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態2の図8に相当する図である。本実施の形態5は、定着部材として定着フィルム240が用いられている点と、加熱手段としてセラミックヒータ241が用いられている点と、が定着部材として定着ベルト21が用いられ加熱手段としてヒータ25が用いられている前記実施の形態2とは相違する。
加圧ローラ31は、不図示の駆動モータによって、図11の反時計方向に回転する。
図12にて、この発明の実施の形態6について詳細に説明する。
図12は、実施の形態6における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態2の図8に相当する図である。本実施の形態6は、定着ベルト21を介して加圧ローラ31に圧接する定着パッド250が用いられている点が、定着ベルト21を介して加圧ローラ31に圧接する定着補助ローラ22が用いられている前記実施の形態2とは相違する。
加圧ローラ31は、不図示の駆動モータによって、図12の反時計方向に回転する。これにより、加圧ローラ31との摩擦抵抗によって定着ベルト21も図中の矢印方向に走行する。
また、前記各実施の形態では、冷却ファン50を定着装置20に設置したが、冷却ファン50を装置本体1側に設置することもできる。
さらに、前記各実施の形態では、加熱体を冷却する冷却手段として冷却ファン50を用いたが、冷却手段はこれに限定されることなく、例えば、サーモスタット48に対して接離自在に稼動するヒートパイプ等を用いることもできる。その場合も、第2電源によってサーモスタット48に対するヒートパイプの稼動(接離動作)をおこなうことで、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
20 定着装置、
21 定着ベルト、
22 定着補助ローラ、
23 加熱ローラ、
25、34 ヒータ、
31 加圧ローラ(加圧部材)、
40 温度センサ(温度検知手段)、
48 サーモスタット(過昇温防止部材)、
50 冷却ファン(冷却手段)、
52 第2商用電源(第2電源)、
53 電池(第2電源)、 54 充電式電池(第2電源)、
61 商用電源(第1電源)、 P 記録媒体。
Claims (9)
- 記録媒体上にトナー像を定着する定着装置であって、
第1電源から電力が供給されて直接的又は間接的に加熱される加熱体と、
前記加熱体の温度が所定値に達したときに前記第1電源からの電力供給を遮断するための過昇温防止部材と、
前記過昇温防止部材を冷却する冷却手段と、
を備え、
前記冷却手段は、前記第1電源からの電力供給が終了又は中断した後に、前記第1電源とは異なる第2電源から電力が供給されて所定時間だけ稼動することを特徴とする定着装置。 - 前記冷却手段は、装置の稼動が停止したときに稼動することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記第1電源は、商用電源であって、
前記第2電源は、画像形成装置本体に設置された電池であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。 - 前記第1電源は、商用電源であって、
前記第2電源は、画像形成装置本体に設置されるとともに前記商用電源によって充電される充電式電池であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。 - 前記加熱体の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記冷却手段は、前記温度検知手段で検知した温度が所定値以下になったときに稼動を停止することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の定着装置。 - 前記加熱体の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記冷却手段は、前記温度検知手段で検知した温度が所定値A以上になったときに稼動を開始して、前記温度検知手段で検知した温度が前記所定値Aよりも大きな所定値B以上になったときに稼動を停止することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の定着装置。 - 前記過昇温防止部材は、サーモスタットであって、
前記冷却手段は、前記サーモスタットに対向する冷却ファンであることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の定着装置。 - 定着補助ローラと、前記第1電源に電気的に接続されたヒータが内設された加熱ローラと、に張架された定着ベルトと、
前記定着ベルトを介して前記定着補助ローラに圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
を備え、
前記加熱体は、前記加熱ローラ又は前記定着ベルトであることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の定着装置。 - 請求項1〜請求項8のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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