JP6381413B2 - 定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置 - Google Patents

定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、電子写真複写機や電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載する定着装置(定着器)に関する。
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する定着装置として、フィルムやベルト等の定着部材を介して記録材上のトナー画像を加熱し記録材に定着させる熱定着方式の定着装置が知られている。熱定着方式の定着装置では、定着部材とローラ等の加圧部材との間のニップ部で記録材にトナー画像を加熱定着するため、ニップ部の温度を検知して所定の温度範囲に制御する必要がある。特許文献1、2には、ニップ部の温度をニップ部領域外に配置したサーミスタ(温度検知素子)で検知するように構成した定着装置が開示されている。
特開2006−251479号公報 特開2011−191591号公報
上記の特許文献1、2の定着装置では、サーミスタをニップ部領域外に配置しているため、ニップ部の温度を精度よく検知することが困難である。また、サーミスタは一般的にポリイミドなどの熱伝導率の低い耐熱樹脂で保護されているため、ニップ部の温度を精度よく検知することをさらに困難にしている。
そこで、本発明の目的は、ニップ部の温度の検知精度に優れている定着装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、筒状のフィルムと、前記フィルムを加熱する加熱手段と、前記フィルムの内周面に摺接する摺動部材と、前記フィルムを介して前記摺動部材とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱して記録材上にトナー画像を定着する定着装置において、前記摺動部材は第1の金属を基材とし、前記ニップ部の領域において前記第1の金属と接触するように第2の金属を配置し、前記第1の金属と前記第2の金属との間に生じる電位差を計測することにより、前記ニップ部の温度を検知することを特徴とする。
また、本発明は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内周面に摺接し前記フィルムを加熱する加熱手段と、前記フィルムを介して前記加熱手段とニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱手段の前記フィルムと摺接している面とは反対側の面に接触して前記加熱手段を均熱化する第1の金属を基材とした均熱部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱して記録材上にトナー画像を定着する定着装置において、前記ニップ部の領域において前記第1の金属と接触するように第2の金属を配置し、前記第1の金属と前記第2の金属との間に生じる電位差を計測することにより、前記ニップ部の温度を検知することを特徴とする。
本発明によれば、ニップ部の温度の検知精度に優れている定着装置の提供を実現できる。
実施例1に係る定着装置の断面図 摺動板の斜視図 摺動板の接触部を説明するための断面図 実施例2に係る定着装置の断面図 セラミックヒータと均熱部材とヒータホルダの斜視図 均熱部材の接触部を説明するための断面図 セラミックヒータの構成を示す断面図 実施例3に係る定着装置の断面図 摺動板の上面図 画像形成装置の断面図
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の好適な実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は以下の実施例により限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において他の構成に置き換えることは可能である。
[実施例1]
<画像形成装置>
図10を参照して、本発明に係る像加熱装置を定着装置として搭載する画像形成装置を説明する。図10は電子写真記録技術を用いた画像形成装置(本実施例ではモノクロプリンタ)100の一例の概略構成を表わす断面図である。
画像形成装置100において、記録材Pにトナー画像を形成する画像形成部Aは、像担持体としての感光体ドラム109と、帯電部材106と、レーザスキャナ111と、を有する。更に画像形成部117は、現像器107と、感光体ドラムの外周面(表面)をクリーニングするクリーナ108と、転写部材110と、を有する。感光体ドラム109と、帯電部材106と、現像器107と、クリーナ108は、画像形成装置本体100Aに取り外し可能に装着されるカートリッジ105として一体的に構成されている。以上の画像形成部Aの動作は周知であるので詳細な説明は割愛する。
画像形成装置本体100A内のカセット101に収納された記録材Pは、ローラ102の回転によって1枚ずつ繰り出された後に、ローラ103の回転によってローラ104まで搬送される。そしてこの記録材Pはローラ104の回転によって感光体ドラム109と転写部材110とで形成された転写部に搬送される。転写部でトナー画像が転写された記録材Pは定着装置(定着部)Bに送られ、トナー画像は定着装置で記録材上に加熱定着される。定着装置Bを出た記録材Pはローラ113,114の回転によってトレイ115に排出される。
116はモータである。モータ116は、上記のローラ102,103,104,113,114、画像形成部117及び定着装置112に駆動力を与えるものである。
<定着装置Bの概略構成>
図1は本実施例の定着装置Bの概略構成を表す断面図である。本実施例に示す定着装置Bは、筒状のフィルム11と、フィルム11を加熱する加熱手段としてのハロゲンランプ12と、摺動部材としての摺動板14と、を有する。更に、加圧部材としての加圧ローラ13と、補強部材としてのステイ15と、反射部材としての反射板16と、を有する。
フィルム11は、可撓性を有する薄いフィルムを用いて円筒状に形成されている。このフィルム11は、記録材Pの搬送方向Xと直交する方向(以下、方向Yと記す)に関して、フィルム両端部が不図示のガイド部材により回転可能に保持されている。
ハロゲンランプ12と、摺動板14と、ステイ15と、反射板16は、それぞれ、フィルム11の内側に設けてある。摺動板14はフィルム11の内周面に摺接するように配置してある。この摺動板14のフィルム11内周面に摺接する面とは反対側の面に接触するようにステイ15を配置し、そのステイに反射板16を嵌合させている。ハロゲンランプ12はステイ15とは反対側で反射板16とフィルム11との間に配置してある。
加圧ローラ13は芯金13a有する。芯金13aの外周には弾性層13bが設けられ、弾性層の外周には離型層13cが設けられている。芯金13aは、方向Yに関して、芯金の両端部が不図示の軸受部材によって回転可能に保持されている。そして、その芯金両端の軸受部材を不図示の付勢手段によってフィルム11の母線方向と直交する方向に付勢し加圧ローラ13表面をフィルムを介して摺動板14に加圧する。これによって弾性層13bを弾性変形させ加圧ローラ13とフィルム11とで所定幅のニップ部Nを形成している。
定着装置Bの加熱定着処理動作を説明する。加圧ローラ13は、芯金13aにモータ116の駆動力が伝達されることによって図1に示す矢印方向へ所定の周速度で回転する。フィルム11は、フィルムの内周面が摺動板14に摺接しながら加圧ローラ13の回転に追従して図1に示す矢印方向へ回転する。そのフィルム11は、ハロゲンランプ12からの輻射熱、及び反射板16からのハロゲンランプの反射輻射熱によってフィルム内面側から加熱される。
不図示の制御部(CPU)は、摺動板14の後述する測温接点でモニタするニップ部Nの温度を所定の定着温度(目標温度)に維持するようにハロゲンランプ12への給電量を不図示の温度制御部によって制御する。
未定着トナー画像Tを担持する記録材Pはニップ部Nで挟持搬送されながらトナー画像にフィルム11の熱とニップ部Nの圧が印加され、これによりトナー画像は記録材上に加熱定着される。
<温度検知構成>
図2は摺動板14の斜視図である。図3は摺動板14の基材14aと導体パターンF1,F2,F3との接触部C1,C2,C3の断面図である。図2に示すように、摺動板14は、方向Yに関して、フィルム11の内周面と摺接する基材14aと、この基材のフィルムとは反対側の面に配置される絶縁層14bと、この絶縁層の基材とは反対側の面に配置される金属箔層14cと、を有する。絶縁層14bと金属箔層14cはニップ部Nの領域において基材14aと一体に形成してある。ここで、ニップ部Nの領域は後述の記録材通過領域Naよりも大である。
基材14aは第1の金属の一例としての銅からなる板金である。基材14aのフィルム11内周面側の面は、フィルム11と摺動するので、平滑面に形成してある。
絶縁層14bの材料はガラスである。絶縁層14bは、基材14aのフィルム11とは反対側の面上にガラスペーストをスクリーン印刷することで形成する。
金属箔層14cの材料は第2の金属の一例としてのコンスタンタンである。金属箔層14cは、絶縁層14bの基材とは反対側の面にコンスタンタンをマスク蒸着して形成する。なお、金属箔層14cは、マスク蒸着ではなく、オフセット印刷によって形成してもよいし、コンスタンタン板を圧接して形成してもよい。
金属箔層14cとして、3つの導体パターンF1,F2,F3が形成されている。これらの導体パターンF1,F2,F3は、方向Yに関して、ニップ部Nの記録材通過領域Naの全域にわたって配置されている。ここで、記録材通過領域Naは大サイズ記録材の通過領域である。また、各導体パターンF1,F2,F3は、Y方向の温度ムラを抑制するために、記録材Pの搬送方向Xにおけるパターン幅が一定であることが望ましい。
絶縁層14bには、導体パターンF1,F2,F3と接する部分に、それぞれ開口部H1、H2,H3が形成されている。開口部H1は、方向Yに関して、記録材通過領域Naにおける小サイズ記録材の通過領域Nbに形成してある。開口部H2とH3は、記録材通過領域Naにおける小サイズ記録材の非通過領域Ncに形成してある。
これらの開口部H1、H2,H3には、基材14aの材料である銅、又は導体パターンF1,F2,F3の材料であるコンスタンタンが充填されている。これらの開口部H1、H2,H3に充填された銅、又はコンスタンタンは、それぞれ、図3の(a)、(b)、(c)に示すように、基材14aと導体パターンF1,F2,F3との接触部C1,C2,C3を構成する。これにより基材14aと導体パターンF1,F2,F3がそれぞれ開口部H1、H2,H3でのみ導通することになる。つまり、摺動板14に基材14aと金属箔層14cとの接触部を複数設けている。
基材14aと金属箔層14cはそれぞれ銅とコンスタンタンで形成されているため、基材14aと、金属箔層14cの導体パターンF1,F2,F3が、それぞれ開口部H1、H2,H3でT型熱電対を形成することになる。すなわち、開口部H1、H2,H3が測温接点となる。なお、基材14aと金属箔層14cの材料の組み合わせ、すなわち、第1の金属と第2の金属との組み合わせは、例えばクロメル―アルメルや、鉄―コンスタンタン等、他の型の熱電対の金属の組み合わせでもよい。
基材14aと金属箔層14cの導体パターンF1,F2,F3は、Y方向において摺動板14の端部に接続されるコネクタ17(図2参照)を介して、不図示の温度検知回路と接続される。ニップ部Nの温度が変化すると、基材14aと導体パターンF1,F2,F3との間にそれぞれ発生している熱起電力が変化するため、温度検知回路によって熱起電力を測定する。これにより、測温接点である開口部H1、H2,H3での温度を検知することができる。つまり、基材14aと導体パターンF1,F2,F3との間にそれぞれ生じる電位差を計測することにより、ニップ部Nの温度を検知する。
このとき、開口部H1、H2,H3は、図2に示されるように、Y方向に関して、それぞれ離して形成してあるため、フィルム11を介してニップ部Nの複数点の温度を検知することができる。そのため、ニップ部Nのより適切な温度制御を行うことができる。
以上のように、本実施例の定着装置Bによれば、摺動板14はニップ部Nの記録材通過領域Na内に測温接点を有するため、ニップ部Nの温度を精度良く検知することができる。また、摺動板14のフィルム11側の摺動面と測温接点との間は基材14aの材料である銅のみであり、熱伝導率の低い材料は介在していないため、より精度よくニップ部Nの温度を検知することができる。
本実施例では金属箔層14cの導体パターンの数を3つにした例を説明したが、必要な温度検知箇所の数に応じて導体パターンの数を変更してもよい。
[実施例2]
定着装置Bの他の例を説明する。実施例1では、定着装置Bのフィルム11と摺接する部材が摺動板14の基材14aである場合を説明した。本実施例では、定着装置Bのフィルム11と摺接する部材がセラミックヒータ22である場合を説明する。
<定着装置Bの概略構成>
図4は本実施例の定着装置Bの概略構成を表す断面図である。図5はセラミックヒータ22と均熱部材27とヒータホルダ28の斜視図である。本実施例に示す定着装置Bは、フィルム11の内側に、加熱手段としてセラミックヒータ22と、均熱部材27と、ヒータホルダ28と、ステイ25と、を有する。
ヒータホルダ28は、耐熱性の高い液晶ポリマーなどのエンジニアプラスチックにより形成され、セラミックヒータ22と均熱部材27を保持する共にフィルム11の筒状形態を保持する。このヒータホルダ28は、セラミックヒータ22と均熱部材27の反対側でステイ25と嵌合している。
図7にセラミックヒータ22を説明するための図を示す。図7の(a)はセラミックヒータ22を発熱抵抗層22b側から見た正面図であり、(b)はセラミックヒータ22の断面図である。セラミックヒータ22は、基板22a上に発熱抵抗層22bと発熱抵抗層保護用の絶縁層22cとを有する。22dは発熱抵抗層22bに給電するための給電部である。このセラミックヒータ22は、絶縁層22cがフィルム11の内周面に摺接するように配置される。
均熱部材27は、セラミックヒータ22の絶縁層22cとは反対側でセラミックヒータと接触するように配置される。この均熱部材27は、方向Yに関して、セラミックヒータと接触する基材27aを有する。基材27aは、第1の金属の一例としての銅からなる板金であり、セラミックヒータ22に温度差が生じた際に、熱を移動させ、セラミックヒータを均熱化する。
セラミックヒータ22に温度差が生じる現象は、主として小サイズの記録材をニップ部Nに導入した場合に発生することが知られている。小サイズの記録材が図7に示す小サイズ記録材の通過領域Nbに導入されると、非通過領域Ncに対応するヒータ端部が通過領域Nbに対応するヒータ中央部よりも高温になる。この場合、基材27aは、セラミックヒータ22のヒータ端部の熱をヒータ中央部に伝えることにより、セラミックヒータを均熱化する。
定着装置Bの加熱定着処理動作を説明する。加圧ローラ13は、芯金13aにモータ116の駆動力が伝達されることによって図4に示す矢印方向へ所定の周速度で回転する。フィルム11は、フィルムの内周面がセラミックヒータ22に摺接しながら加圧ローラ13の回転に追従して図4に示す矢印方向へ回転する。そのフィルム11は、セラミックヒータ22に通電され発熱した発熱抵抗層22bの熱によりフィルムの内面側から加熱される。
不図示の制御部(CPU)は、均熱部材27の後述する測温接点でモニタするニップ部Nの温度を所定の定着温度(目標温度)に維持するようにセラミックヒータ22への給電量を不図示の温度制御部によって制御する。
未定着トナー画像Tを担持する記録材Pはニップ部Nで挟持搬送されながらトナー画像にフィルム11の熱とニップ部Nの圧が印加され、これによりトナー画像は記録材上に加熱定着される。
<温度検知構成>
図6は均熱部材27の基材27aと導体パターンF4,F5,F6との接触部C4,C5,C6の断面図である。均熱部材27は、図5に示すように、方向Yに関して、上記の基材27aと、この基材のセラミックヒータ22とは反対側の面に配置される絶縁層27bと、この絶縁層のセラミックヒータとは反対側の面に配置される金属箔層27cと、を有する。この均熱部材27の基材27aと金属箔層27cは、それぞれ銅とコンスタンタンで形成されている。絶縁層27bと金属箔層27cはニップ部Nの領域において基材27aと一体に形成してある。
金属箔層27cとして、3つの導体パターンF4,F5,F6が形成してある。絶縁層27bには、導体パターンF4,F5,F6と接する部分に、それぞれ開口部H4、H5,H6が形成されている。開口部H4は、方向Yに関して、記録材通過領域Naにおける小サイズ記録材の通過領域Nbに形成してある。開口部H5とH6は、記録材通過領域Naにおける小サイズ記録材の非通過領域Ncに形成してある。
これらの開口部H4、H5,H6には、基材27aの材料である銅、又は導体パターンF4,F5,F6の材料であるコンスタンタンが充填されている。これらの開口部H4、H5,H6に充填された銅、又はコンスタンタンは、それぞれ、図6の(a)、(b)、(c)に示すように、基材27aと導体パターンF4,F5,F6との接触部C4,C5,C6を構成する。これにより基材14aと導体パターンF1,F2,F3がそれぞれ開口部H1、H2,H3でのみ導通することになる。つまり、均熱部材27に基材27aと金属箔層27cとの接触部を複数設けている。
基材27aと金属箔層27cはそれぞれ銅とコンスタンタンで形成されているため、基材27aと、金属箔層27cの導体パターンF4,F5,F6が、それぞれ開口部H4、H5,H6でT型熱電対を形成することになる。すなわち、開口部H4、H5,H6が測温接点となる。これにより、実施例1の摺動板14と同様、測温接点である開口部H4、H5,H6での温度を検知することができる。つまり、基材27aと導体パターンF4,F5,F6との間にそれぞれ生じる電位差を計測することにより、ニップ部Nの温度を検知する。
よって、本実施例の定着装置Bにおいても実施例1の定着装置Bと同様の作用効果を得ることができる。
[実施例3]
定着装置Bの他の例を説明する。実施例1では、定着装置Bのハロゲンランプ12がフィルム11を加熱する場合を説明した。本実施例では、定着装置Bのハロゲンランプ12が摺動板14を介してフィルム11を加熱する場合を説明する。ここで、摺動板14は導電パターンF1,F2,F3の記録材Pの搬送方向Xにおける幅を一定にした点を除いて実施例1と同じ構成となっている。
<定着装置Bの概略構成>
図8は本実施例の定着装置Bの概略構成を表す断面図である。本実施例に示す定着装置Bは、フィルム11の内側に、ハロゲンランプ12と、摺動板14と、ステイ(補強部材)35と、反射板(反射部材)36と、を有する。摺動板14はフィルム11の内周面に摺接するように配置してある。この摺動板14のフィルム11内周面に摺接する面とは反対側の面と対向するように反射板16を配置し、その摺動板と反射板との間にハロゲンランプ12を配置している。ステイ35は反射板16を覆うように配置してある。
定着装置Bの加熱定着処理動作を説明する。加圧ローラ13は、芯金13aにモータ116の駆動力が伝達されることによって図8に示す矢印方向へ所定の周速度で回転する。フィルム11は、フィルムの内周面が摺動板14に摺接しながら加圧ローラ13の回転に追従して図8に示す矢印方向へ回転する。摺動板14は、ハロゲンランプ12からの輻射熱、及び反射板16からのハロゲンランプの反射輻射熱によって加熱される。そして、その摺動板14によってフィルム11はフィルム内面側から加熱される。
不図示の制御部(CPU)は、摺動板14の後述する測温接点でモニタするニップ部Nの温度を所定の定着温度(目標温度)に維持するようにハロゲンランプ12への給電量を不図示の温度制御部によって制御する。
未定着トナー画像Tを担持する記録材Pはニップ部Nで挟持搬送されながらトナー画像にフィルム11の熱とニップ部Nの圧が印加され、これによりトナー画像は記録材上に加熱定着される。
<温度検知構成>
図9は摺動板14を金属箔層14c側から見たときの上面図である。本実施例の定着装置Bは、ハロゲンランプ12を用いて摺動板14を加熱することによりフィルム11を間接的に加熱する。そのため、方向Yに関して、摺動板14の温度ムラがフィルム11の温度ムラに大きく影響する。本実施例では、フィルム14の温度ムラを抑制するために、図9に示すとおり、摺動板14の各導体パターンF1,F2,F3の幅を記録材搬送領域Naにわたって一定にしている。
本実施例の定着装置Bは、実施例1で説明したように、摺動板14の基材14aと導体パターンF1,F2,F3との間にそれぞれ生じる電位差を計測することにより、ニップ部Nの温度を検知する。よって、本実施例の定着装置Bにおいても実施例1の定着装置Bと同様の作用効果を得ることができる。更に、本実施例の定着装置Bは、フィルム14の温度ムラを抑制することができる。
11 筒状のフィルム、12 ハロゲンランプ、13 加圧ローラ、14 摺動板、14a 基材、14c 金属箔層、27 均熱部材、27a 基材、27c 金属箔層、B 定着装置、N ニップ部、P 記録材、T 記録材

Claims (10)

  1. 筒状のフィルムと、前記フィルムを加熱する加熱手段と、前記フィルムの内周面に摺接する摺動部材と、前記フィルムを介して前記摺動部材とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱して記録材上にトナー画像を定着する定着装置において、
    前記摺動部材は第1の金属を基材とし、前記ニップ部の領域において前記第1の金属と接触するように第2の金属を配置し、前記第1の金属と前記第2の金属との間に生じる電位差を計測することにより、前記ニップ部の温度を検知することを特徴とする定着装置。
  2. 筒状のフィルムと、前記フィルムの内周面に摺接し前記フィルムを加熱する加熱手段と、前記フィルムを介して前記加熱手段とニップ部を形成する加圧部材と、前記加熱手段の前記フィルムと摺接している面とは反対側の面に接触して前記加熱手段を均熱化する第1の金属を基材とした均熱部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱して記録材上にトナー画像を定着する定着装置において、
    前記ニップ部の領域において前記第1の金属と接触するように第2の金属を配置し、前記第1の金属と前記第2の金属との間に生じる電位差を計測することにより、前記ニップ部の温度を検知することを特徴とする定着装置。
  3. 前記加熱手段が前記摺動部材を介して前記フィルムを加熱することを特徴とする請求項1に記載の定着装置
  4. 前記第2の金属が前記摺動部材と一体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  5. 前記第2の金属が前記均熱部材と一体に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。
  6. 前記第1の金属と前記第2の金属との接触部を前記摺動部材に複数設けていることを特徴とする請求項1、請求項3、請求項4の何れか一項に記載の定着装置。
  7. 前記第1の金属と前記第2の金属との接触部を前記均熱部材に複数設けていることを特徴とする請求項2、請求項5の何れか一項に記載の定着装置。
  8. 前記第2の金属が、記録材の搬送方向と直交する方向に関して、前記ニップ部の記録材通過領域の全域にわたって配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の定着装置。
  9. 前記第2の金属は、前記ニップ部の記録材通過領域の全域にわたって記録材の搬送方向における幅が一定であることを特徴とする請求項6に記載の定着装置。
  10. 記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、記録材に形成されたトナー画像を記録材に定着する定着部と、を備える画像形成装置において、前記定着部が請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
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