JP5293873B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
この技術によると、発熱部材の非通紙領域の温度上昇が抑制され、発熱部材の通紙領域の温度と非通紙領域との温度差も緩和されると考えられる。
これを具体的に説明する次のとおりである。
一方で、非通紙領域の過昇温を防止するために、消磁コイルは非通紙領域の温度に応じて通電されるのが一般的である。
そして、たとえば消磁コイルの作動領域をハガキサイズに最適化したとき、これより大きなB5サイズのシート状媒体を通紙して定着を行うような場合には、シート状媒体の端部において、通紙領域が消磁コイルの作動領域と重なることとなり、この重複領域においては通紙による吸熱作用に加えて発熱部材の発熱も抑制された状態となる。
この不具合は、非通紙領域の温度が低い定着開始初期において生じ易い。これは、電磁誘導加熱方式の定着装置のように低熱容量の定着ロ一ラを用いた定着装置では、定着ロ一ラの熱伝導断面積が減少するため、定着ロ一ラの回転軸方向の熱伝導量も小さくなるためである。したがって、消磁コイルが動作可能となるタイミングが定着開始前であるような構成(たとえば〔特許文献1〕参照)では、かかる不具合が生じ易い。
加圧ローラの温度が低い状態のときは、定着ローラの熱が加圧ローラに奪われ、定着ローラの温度が低下するため、シート状媒体のサイズ情報のみに基づいて消磁コイルを動作させると、定着ロ一ラの通紙領域の端部の温度が低下し、用紙端部に定着不良が発生する場合があった。
つまり、発明者は、通紙初期のみ消磁しないか若しくは通紙初期のみ消磁量を低く設定し、通紙終了に向けて消磁量を増加させることで、通紙初期の定着ローラの温度低下を避け、かつ終了時の非通紙部の定着ローラの温度上昇を抑制することができること発見した。
請求項3記載の発明では、請求項1に記載の定着装置において、前記単位時間当たりの通電量を段階的に増加することを特徴とする。
請求項4記載の発明では、請求項2に記載の定着装置において、前記消磁デューティーを段階的に上げることを特徴とする。
請求項6記載の発明では、請求項5に記載の定着装置において、通紙の開始時に前記加圧回転体の温度が前記第2の基準温度以上の場合、前記消磁コイルに通電することを特徴とする。
請求項7記載の発明では、請求項1乃至6のいずれか1つに記載の定着装置において、通紙開始から所定時間が経過する前に前記発熱回転体の温度が第3の基準温度以上になると、前記消磁コイルに通電することを特徴とする。
請求項9記載の発明では、請求項2に記載の定着装置において、前記消磁デューティーを上げる制御は、所定の消磁デューティーに到達すると該所定の消磁デューティーを維持することを特徴とする。
請求項11記載の発明では、請求項1乃至10のいずれか1つに記載の定着装置において、前記発熱回転体温度検知手段は、最大サイズの記録媒体の通過領域外に設けられていることを特徴とする。
請求項12記載の発明では、請求項1乃至11のいずれか1つに記載の定着装置において、前記発熱回転体が、定着スリーブ、定着ローラ、発熱する定着ベルトのうち少なくとも1つとして備えられていることを特徴とする。
請求項13記載の発明では、画像形成装置において、請求項1乃至12のいずれか1つに記載の定着装置を有することを特徴とする。
画像形成装置100はまた、画像ステーション60BK、60Y、60M、60Cの上方に対向して配設された書き込み手段である光書き込み装置としての潜像形成手段たる光走査装置8と、転写ベルトユニット10の下方において転写ベルトユニット10に対向するように配設された図示しない中間転写体用廃トナー収納部と、クリーニング装置32と中間転写体用廃トナー収納部とを接続した図示しないトナー搬送経路とを有している。
反転給送装置14は、排紙ローラ7と、排紙ローラ7と定着装置6との間に配設され、制御部90の制御によって排紙ローラ7と同期して正逆回転される搬送ローラ37と、定着装置6を迂回しつつ搬送ローラ37からレジストローラ対13に向けて転写紙Sを反転して搬送する反転搬送経路38と、排紙ローラ7および搬送ローラ37が逆回転されるときに転写紙Sを反転搬送経路38に案内する切換爪39とを有している。
定着制御部69は、図9に示す制御回路126を含んでいる。図9については後述する。
図3において、符号80は加圧ローラ63の表面温度を検知する加圧回転体温度検知手段(温度検知センサ)としてのサーミスタを示している。温度検知センサ80は加圧ローラ63に対して非接触で表示しているが、接触としてもよい。
定着スリーブ62cが弾性部材62bと接着されている構成としてもよい。
図4において左右方向に対応する定着ローラ62、加熱ローラ63の軸方向すなわち定着ローラ62、加熱ローラ63の延在方向は、紙幅方向Xに一致している。
加熱装置64は、図9に示すように、電源部(125、126、127、128、129、137)から励磁コイル110に10kHz〜1MHz、好ましくは20〜800kHzの高周波交番電流を流すことで、定着ローラ62の近傍に磁束を発生させる。
図5ではスイッチ122a、122b、122c等を簡略化して示しているが、実際には図9に示すような位置関係を有している。励磁コイル110への通電量の制御は、励磁コイル110のスイッチング素子125をPWM(Pulse Width Modulation)制御することによって行われる。
定着制御部69は上述のように図9に示す制御回路126を有しており(図5参照;図2では省略)、温度検知センサ67、温度検知センサ68、温度検知センサ80の検知信号は制御回路126に入力され、制御回路126はこれらの検知信号等に基づいて励磁コイル110、消磁コイル120への通電を制御する。
図9において、127は商用電源を、128は電源スイッチを、129は整流回路を、137は共振用コンデンサをそれぞれ示している。
本実施形態では、図2に示すように定着装置6の定着制御部69と画像形成装置100の制御部90とが信号の授受を行う構成としたが、定着制御部69を画像形成装置100の制御部90が兼ねる構成としてもよい。
このように、消磁コイル120には電源から直接の通電はなされないが、ここでは消磁コイル120のスイッチのオンは「消磁コイル120への通電」を意味するものとする。
温度検知センサ68は上述のように最大サイズの転写紙(本実施形態ではA3縦又はA4横)Sの通紙領域外となる位置に配設されている。加圧ローラ63の温度を検知する温度検知センサ80は、定着ローラ62と加圧ローラ63とのニップの上流側に配設されている。
温度検知センサ67、温度検知センサ68、温度検知センサ80によって検知された温度は定着制御部69に入力され、フィードバック制御によって所定の基準温度に基づいて定着ローラ62の温度が制御される。
励磁手段111によって定着に適した温度に加熱されている定着ローラ62によって、転写紙S上のトナーが加熱され溶融するとともに、ニップ部における定着ローラ62と加圧ローラ63との間の圧力によって、トナー像が転写紙Sに定着される。トナー像を定着された転写紙Sは、定着ローラ62及び加圧ローラ63の回転に伴って、分離板66によって定着ローラ62から分離されながらニップ部から送り出される。
また、かかる出力は、スリープモードのように定着ローラ62の温度を速やかに定着に適した温度に昇温し得る状態に維持しておく必要があるときにはさらに低出力とされる。
A3縦やA4横かこれを上回るサイズの転写紙Sの定着を行う場合には、同図(a)に示すように、スイッチ122a、122b、122cをすべて開いて、同図(b)に示すように消磁コイル120a、120b、120cが全く無い状態と等しい状態とする。
すなわち、図4で示したように、本実施形態では、消磁コイル120の配置は、B6縦、B5縦、B4縦を基準に配置されており、例えばA4縦サイズを通紙する場合には、B5縦に最適化された消磁コイル120bと、B4縦に最適化された消磁コイル120cの間に位置するため、通紙領域と消磁コイル120bの作動領域が重なることになる。
消磁コイルの配置の実施例として図4や図13のように消磁コイルを片側に3つ配置する例を示したが、これに限定されず、図17のように片側1つの配置も本発明の範囲である。
この場合には、重複領域Rを通過する部分で定着不良が生じたり、転写紙端部とそれ以外の部分とでの光沢度の不均一性が発生したりして定着不良、画質の低下を招くこともない。
そして、上述の不具合が定着開始初期において生じ易いことに鑑みれば、消磁コイル120の出力を定めるにあたっては、定着ローラ62の蓄熱の度合いすなわち蓄熱度を考慮しなければならない。
また、上述のように定着動作のタイミングによっては定着ローラ62の熱が加圧ローラ63によって奪われるため、消磁コイル120への通電は、加圧ローラ63の温度を考慮してなされなければならない。
転写紙Sが対応する消磁コイルを最適化配置されたサイズであり、且つ、定着ローラ62の端部温度が消磁をすべき温度に達しても、加圧ローラ63の温度が所定の温度以上でない場合には、消磁コイル120へ通電すべきではない。
これらを考慮すると、消磁コイル120へ通電するにあたって最も重要な要件は加圧ローラ63の温度であると言える。
ここで、「印刷ジョブの開始時」とは、印刷ジョブの指令が入ったときから画像形成装置の給紙(ピックアップローラで用紙をすくう動作)が開始されるまでの間である。または、「印刷ジョブの開始時」とは、印刷ジョブの指令が入ったときから、定着ニップ部に用紙Sが入るまでの間である。
第1基準温度TAは、加圧回転体63の温度に基づいて消磁コイル120に通電を開始するか否かの判断基準となる温度である。本実施形態では、室温より高い温度で、連続通紙したときに定着ローラの温度落ち込みによって定着不良が起きない程度の温度であり、定着装置のスペック(ウォームアップタイムやCPM(1分間に定着可能な枚数)によって決定される温度で、具体的一例については後述する。
第3基準温度TCは、印刷ジョブ(通紙)の途中から発熱回転体62の端部の温度に基づいて消磁コイル120に通電を開始するか否かの判断基準となる温度であり、本実施形態では、発熱回転体62の定着目標温度(例えば170℃)より高い温度で且つ発熱回転体62が劣化しにくい温度(例えば240℃)の間に設定される温度である。
また、第3基準温度TCは、印刷ジョブの途中から消磁コイル120に通電を開始するか否かを判断する基準温度であるため、第2基準温度TBより高い温度に設定されている。
また、定着ローラ62は、耐熱構造となっているものの、これを構成する各部材のうち弾性部材62bの耐熱温度が最も低く240℃となっているため、第2基準温度TBの上限は240℃とされている。
そのため、第2基準温度TBを、定着ローラの蓄熱量が重複領域Rに相当する領域及びその近傍においても連続定着に耐えうる量となったと推定される180℃とし、この温度に達したときに消磁手段121の動作を開始することで、かかる不具合の防止ないし抑制を図っている。
但し、上述のように、印刷ジョブの開始時に加圧ローラ63の温度が第1基準温度TA未満の場合には定着ローラ62の端部温度が180℃(第2基準温度TB)に達していても消磁コイル120への通電はなされない。
この点に関しては、図7を参照した説明において、定着制御部69が局所的消磁制御手段として機能し、消磁コイル120a、120b、120cを選択的に動作させることを述べたが、本実施形態ではさらに、消磁コイル120a、120b、120cのうち選択されたものについて、その動作態様についても制御を行うようになっている。
消磁動作決定手段としての定着制御部69は、消磁コイル120a、120b、120cのどれを選択して動作させるかに関して消磁位置設定手段として機能し、消磁Dutyをどのようにするかに関して消磁割合設定手段として機能する。
なお、消磁Dutyの「単位時間当たり」の「時間」とは、定着制御部69における制御周期を意味する。
これは、消磁Dutyを1段階に固定、すなわち、単位時間当たりの磁束量を固定する制御例であるが、後述するように、段階的に増加させる制御としてもよい。たとえば、A4縦については、コイル2のDutyを徐々に増加させるものである。
このようにして、転写紙Sのサイズに応じて、転写紙Sの端部においても過不足のない熱量が供給され、定着不良や光沢度のムラ等の上述の不具合が防止ないし抑制される。
すでに述べたように、消磁コイル120の出力は転写紙Sの吸熱の度合いによっても定められる必要があるが、転写紙Sの吸熱の度合いは、定着動作に供される転写紙Sの搬送方向であるC1方向における長さによっても左右されるため、かかる消磁Dutyは、転写紙Sの紙幅方向の位置、大きさのみならず、かかる長さにも応じて設定されたものとなっている。
消磁手段121によって発生する磁束の単位時間当たりの量がかかる所定量に向けて漸増する割合は、消磁手段121の動作開始時において発生する磁束の単位時間当たりの量とかかる所定量との差分を、一定枚数で除した値と一定時間で除した値との少なくとも一方に応じて定められるようになっている。
この点、定着制御部69は、消磁割合初期値記憶手段として機能する。
これらの値は、定着ローラ62の熱容量や転写紙Sのサイズ等に応じた定着ローラ62の蓄熱度の上昇の度合いに応じて予め定められたものであり、かかる値に限られるものではない。これらの値は定着制御部69に記憶されており、この点、定着制御部69は消磁割合算出基準値記憶手段として機能し、特に、かかる一定枚数の記憶については消磁割合算出基準枚数記憶手段として機能し、かかる一定時間の記憶については消磁割合算出基準時間記憶手段として機能する。
消磁手段121によって発生する磁束の単位時間当たりの量の漸増は、時間に対して、段階的言い換えると矩形的になされるように行われてもよいし、線形的になされるように行われても良い。また、定着ローラ62は、図8における制御中回転速度の欄に示されているように、230mm/secで回転状態を維持され、周方向において温度が均一化される。
図10は、通紙開始時から消磁コイル120へ通電する場合を示している。操作パネルを介したオペレータの入力により、又はPCからの送信により印刷ジョブ指令が入ると(S1)、定着制御部69は温度検知センサ80により検知される加圧ローラ63の温度が第1基準温度TA(ここでは60℃)以上か否かを判断する(S2)。
第1基準温度TA以上の場合には、転写紙Sの通紙幅(紙幅)が最大サイズよりも小さいか否かが判断される(S3)。紙幅が最大サイズよりも小さい場合には、温度検知センサ68により検知される定着ロ一ラ62の端部温度が第2基準温度TB以上か否かを判断する(S4)。
第2基準温度TB以上の場合には、1枚目の通紙から消磁コイル120の選択されたスイッチがオンされて定着動作が行われる(S5)。
S2で加圧ローラ63の温度が第1基準温度TA未満の場合には、定着ロ一ラ62から加圧ローラ63への熱移動による温度降下を考慮して、1枚目の通紙又は初期の通紙では消磁コイル120に通電しない状態で定着動作を行う(S6)。
S3で紙幅が最大サイズ以上の場合、S4で定着ロ一ラ62の端部の温度が第2基準温度TB未満の場合も同様である。
図10では、加圧ローラ63の温度が第1基準温度TA以上の場合でも、印刷ジョブ指令を受けた時の定着ローラ62の端部の温度が第2基準温度TB未満の場合には消磁コイル120へ通電しない。
図10のS5以降は、消磁コイル120の消磁デューティーを固定して制御してもよいし、後述する図11のS10に移行するように制御してもよい。
S6で、定着制御部69は、印刷ジョブ指令からの経過時間が所定時間t1(ここでは1分間)を経過したか否かを判断し(S7)、所定時間t1が経過した場合には消磁コイル120へ通電して定着動作を行う(S8)。
所定時間t1が経過しない場合であっても、定着ロ一ラ62の端部温度が第3基準温度TC(ここでは205℃)以上か否かを判断して(S9)、第3基準温度TC以上となった場合には消磁コイル120へ通電して定着動作を行う。
所定時間t1は、加圧ローラ63の温度が消磁動作を開始するに際して問題とならない温度になっていると予測できる見込み時間であり、実験的に把握されるものである。所定時間t1に代えて所定枚数通紙後を条件としてもよい。所定時間t1、所定枚数(見込み枚数)は、加圧ローラ63の温度や用紙の通紙幅や用紙サイズに応じて変更又は補正(テーブル制御)するようにしてもよい。
これは消磁Dutyを増加させることを意味し、消磁コイル120のスイッチのオープン時間に対する消磁コイル120のスイッチのショート時間の比率を増やすことで消磁デューティーを上げている。
「単位時間」とは制御周期を意味する。例えば制御周期を5秒とすると、消磁デューティー30%の場合、5秒のうち1.5秒は消磁コイル120がショートしていることになる。
例えば所定時間(通電量を増やす間隔)t2を1分とすると、最初の1分間は消磁デューティーが30%で、次の1分間は消磁Dutyが50%のように段階的に通電量を増やすものである。
消磁Dutyを上げる制御中、定着制御部69は定着ローラ62の端部の温度が第4基準温度TD以下になったか否かを逐次チェックし、第4基準温度TD以下になった場合には消磁コイル120への通電を停止する(消磁コイル120のスイッチをオフにする)。
消磁デューティーを段階的に上げる制御によって、定着ローラ62の温度の落ち込みはほぼ解消されるが、何らかの要因によってかかる温度の落ち込みが生じる場合を考慮したものである。
第4基準温度TDは、定着目標温度以上で、第2基準温度や第3基準温度以下に設定される温度であり、光沢度のムラ等が問題とならない範囲で適宜設定されるものであり、ここでは170℃に設定されている。
同図に示されているように、通紙初期すなわち定着動作開始初期から、通紙時磁束25%キャンセルで示すように、励磁コイルによって発生する磁束を25%キャンセルするとした場合には、通紙前に比べて、温度の落ち込みが生じるが、通紙時磁束10%キャンセルで示すように、励磁コイルによって発生する磁束を10%キャンセルするとした場合には、定着動作開始初期からであっても、通紙前に比べて、温度の落ち込みが低減されている。
そして、この状態から、キャンセル率を徐々に上げていくことで、定着動作開始初期から温度落ち込みのない温度制御が達成される。
このような調整を行うために、温度検知センサ68によって検知された定着ローラ62の温度に対応して、消磁割合算出基準値記憶手段に記憶されている値を変化させるようにしてもよいし、上述の除算によって求められた値に対して、温度検知センサ68によって検知された定着ローラ62の温度に基づく演算を行うようにしても良い。
消磁手段121によって発生する磁束の単位時間当たりの量を漸増させる状態が解除されたときには、温度検知センサ68の検知温度が第1の温度範囲にあると判断されたときに、かかる状態を再開する。
本発明は、連続通紙中に、消磁コイル120の消磁デューティーを段階的に上げることを特徴とするが、この段階的の意味は、図10のS10の意味だけではなく、1枚目の通紙開始時に消磁コイル120に通電しない状態(図10のS6)から通紙中に消磁コイル120に通電を開始する場合(図10のS8)も含まれる。
また図15に示すように、加熱ローラ143と定着回転体145と間に定着ベルト144を巻き掛けた構成の発熱回転体とし、加熱ローラ143の熱を、定着ベルト144を介して転写紙Sに伝達するよう構成してもよい。
励磁コイル、消磁コイルは発熱回転体の内部に配設しても良い。
定着制御部69は制御部90と独立した構成でなく、制御部90の一部をなし制御部90に含まれた構成であってもよい。
63 加圧回転体としての加圧ローラ
68 発熱回転体温度検知手段としての温度検知センサ
80 加圧回転体温度検知手段としての温度検知センサ
100 画像形成装置
110 励磁コイル
120 消磁コイル
163 発熱層
C1 シート状媒体の搬送方向
X 発熱回転体の幅方向
Claims (13)
- 発熱層を有する発熱回転体と、該発熱回転体とニップを形成する加圧回転体と、前記発熱回転体の発熱層を誘導加熱するための磁束を発生可能な励磁コイルと、前記励磁コイルが発生した磁束を打ち消す向きの磁束を発生可能な消磁コイルとを備える定着装置において、
前記発熱回転体の温度を検知する発熱回転体温度検知手段を有し、
前記定着装置に通紙可能な記録媒体の最大幅より小さい幅の記録媒体の通紙中、前記発熱回転体温度検知手段によって検知される前記発熱回転体の温度が第1の基準温度未満のときは、前記消磁コイルに通電せず、
前記発熱回転体の温度が前記第1の基準温度以上のときは、前記消磁コイルに通電し、
通紙中で且つ前記消磁コイルに通電するとき、通紙開始時から所定時間経過する毎に、前記消磁コイルに通電する単位時間当たりの通電量が増加することを特徴とする定着装置。 - 発熱層を有する発熱回転体と、該発熱回転体とニップを形成する加圧回転体と、前記発熱回転体の発熱層を誘導加熱するための磁束を発生可能な励磁コイルと、前記励磁コイルが発生した磁束を打ち消す向きの磁束を発生可能な消磁コイルとを備える定着装置において、
前記発熱回転体の温度を検知する発熱回転体温度検知手段を有し、
前記定着装置に通紙可能な記録媒体の最大幅より小さい幅の記録媒体の通紙中、前記発熱回転体温度検知手段によって検知される前記発熱回転体の温度が第1の基準温度未満のときは、前記消磁コイルに通電せず、
前記発熱回転体の温度が前記第1の基準温度以上のときは、前記消磁コイルに通電し、
通紙中で且つ前記消磁コイルに通電するとき、通紙開始時から所定時間経過する毎に消磁デューティーを上げることを特徴とする定着装置。 - 請求項1に記載の定着装置において、
前記単位時間当たりの通電量を段階的に増加することを特徴とする定着装置。 - 請求項2に記載の定着装置において、
前記消磁デューティーを段階的に上げることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の定着装置において、
前記加圧回転体の温度を検知する加圧回転体温度検知手段を有し、前記通紙可能な記録媒体の最大幅より小さい幅の通紙開始時に前記加圧回転体の温度が第2の基準温度未満のときは前記消磁コイルに通電しないことを特徴とする定着装置。 - 請求項5に記載の定着装置において、
通紙の開始時に前記加圧回転体の温度が前記第2の基準温度以上の場合、前記消磁コイルに通電することを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の定着装置において、
通紙開始から所定時間が経過する前に前記発熱回転体の温度が第3の基準温度以上になると、前記消磁コイルに通電することを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の定着装置において、
1枚目の通紙又は初期の通紙では、消磁コイルに通電しない状態で定着動作を行うことを特徴とする定着装置。 - 請求項2に記載の定着装置において、
前記消磁デューティーを上げる制御は、所定の消磁デューティーに到達すると該所定の消磁デューティーを維持することを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至9のいずれか1つに記載の定着装置において、
前記消磁コイルは複数設けられていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1つに記載の定着装置において、
前記発熱回転体温度検知手段は、最大サイズの記録媒体の通過領域外に設けられていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至11のいずれか1つに記載の定着装置において、
前記発熱回転体が、定着スリーブ、定着ローラ、発熱する定着ベルトのうち少なくとも1つとして備えられていることを特徴とする定着装置。 - 請求項1乃至12のいずれか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置。
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