JPH10301424A - トナー画像定着用ヒーター及び加熱定着装置 - Google Patents

トナー画像定着用ヒーター及び加熱定着装置

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JPH10301424A
JPH10301424A JP11128997A JP11128997A JPH10301424A JP H10301424 A JPH10301424 A JP H10301424A JP 11128997 A JP11128997 A JP 11128997A JP 11128997 A JP11128997 A JP 11128997A JP H10301424 A JPH10301424 A JP H10301424A
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JP
Japan
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fixing
heater
heat
insulating substrate
toner image
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JP11128997A
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Inventor
Masuhiro Natsuhara
益宏 夏原
Hirohiko Nakada
博彦 仲田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定着面での正確な温度を検知できると共に、
定着面の温度分布が均一なトナー画像定着用ヒーターを
提供し、並びにこのヒーターを用いて定着性に優れた加
熱定着性装置を提供する。 【解決手段】 AlN等のセラミックスからなるヒータ
ーで、その定着面と反対側の絶縁性基板10の裏面10
bに発熱体11や通電回路12を形成して保護層13で
覆い、絶縁性基板10の長手方向一側面、好ましくは転
写材の排出側側面に温度検知素子14を取り付けてあ
る。このヒーターを組み込んだ加熱定着装置は定着性に
優れ、定着速度の高速化に十分対応できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリや複
写機、プリンター等におけるトナー画像の加熱定着に使
用されるヒーター、及びそのヒーターを備えた加熱定着
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ファクシミリや複写機、プリンタ
ー等の画像形成装置におけるトナー画像の加熱定着装置
では、感光ドラムから未定着のトナー画像が転写された
記録紙等の転写材を、加熱ローラと該加熱ローラに接す
る加圧ローラとによって挟持して、搬送しながら加熱す
ることにより、未定着のトナー画像を転写材上に定着す
る加熱ローラ方式が一般に多用されている。この加熱ロ
ーラ方式における従来の加熱ローラは、円筒状の金属ロ
ール中にハロゲンランプなどの熱源を設置し、その熱で
金属ロール表面部を加熱することにより、トナー画像を
定着させるものであった。
【0003】近年、この加熱ローラの加熱部に、セラミ
ックスヒーターを用いたトナー画像の加熱定着装置が実
用化されている。即ち、この装置に用いるセラミックス
ヒーターは、電気絶縁性のセラミックス基板の表面に線
状の発熱体を設けてガラス等の保護層で覆い、この発熱
体にパルス通電して加熱するものである。この方式の加
熱定着装置は、特開平1−263679号公報、特開平
2−157878号公報、特開昭63−313182号
公報等に記載されている。
【0004】かかるセラミックスヒーターを用いた加熱
定着装置では、例えば図1に示すように、セラミックス
等の絶縁性基板の表面に発熱体を設けたヒーター1を樹
脂製の支持体2に取り付け、その周囲にヒーター1に接
して回転可能な耐熱性フィルム4を配置し、この耐熱性
フィルム4を介して回転可能な加圧ローラ3をヒーター
1と対向させて配置してある。この加熱定着装置は、加
圧ローラ3と耐熱性フィルム4をほぼ同一の速度で移動
させるながら、未定着のトナー画像を有する転写材5を
加圧ローラ3と耐熱性フィルム4との間に挟持させて搬
送しながら、加圧ローラ3による加圧と耐熱性フィルム
4を介したヒーター1による加熱とによって、トナー画
像6を転写材5に定着させるものである。
【0005】このようなヒーターを用いた加熱ローラ方
式の加熱定着装置においては、セラミックス等からなる
ヒーター全体の熱容量が従来の金属製のロールに比較し
て非常に小さいために、記録紙のような転写材を加熱す
るのに適した温度まで短時間で昇温させることができ、
クイックスタート性に優れ、待機中にヒーターを高温に
維持する必要が無く、消費電力を低減できる等の利点が
ある。
【0006】また、近年特にプリンタ等の処理速度の向
上が望まれており、上記のヒーターを用いた加熱ローラ
方式の加熱定着装置に関してもその要望が強い。セラミ
ックスヒーターを使用した加熱定着装置においても年々
定着速度が向上し、現在では1分間にA4用紙を8枚定
着する8ppm(8papers per minute)の定着速度が
可能になっている。
【0007】現在一般的に用いられているトナー画像定
着用ヒーターは、絶縁性基板がアルミナ(Al23)か
らなるものであり、その構造は図2の(A)〜(C)に示す
ようになっている。即ち、アルミナ製の絶縁性基板10
の定着面側表面(加圧ローラと対向してトナー画像を加
熱定着させる側の基板表面)10aに線状の発熱体11
及びこの発熱体11に通電するための通電回路12を設
け、更にその上に絶縁性と耐熱性フィルムの摺動性を確
保するためにガラス等からなる保護層13がオーバーコ
ートされ、この表面が加圧ローラと対向してトナー画像
を加熱定着させる定着面16となっている。
【0008】発熱体11への通電は、絶縁性基板10の
定着面側表面10aの端部に通電回路12と接続して設
けた電極12aによって行われる。また、ヒーターの温
度を検知するため、絶縁性基板10の発熱体11を設け
た定着面側表面10aと反対側の面(裏面)10bに、
チップサーミスタ等の温度検知素子14及びその信号を
取り出すための電極15aを含む導体回路15が形成さ
れている。
【0009】しかしながら、このような構造のヒーター
では、ガラス等からなる保護層13の熱伝導率が低く、
発熱体11で発生した熱が定着面16にスムースに伝わ
りにくいため、特に定着速度が8ppmを越える高速で
は安定したトナー画像の定着を得ることは困難である。
【0010】そこで本発明者らは、特願平7−2945
94号において、絶縁性基板としてアルミナによりも高
い熱伝導性を有する窒化アルミニウム(AlN)を用
い、この絶縁性基板の定着面側と反対側の裏面に発熱体
等を設けたヒーターを提案している。このヒーターの具
体的構造を図3の(A)及び(B)に示す。このヒーターで
は、AlNの絶縁性基板10の裏面10bに発熱体11
及びその通電回路12が設けてあり、これらを覆うガラ
ス等の保護層13上の一部に絶縁性部材17を固定し、
この絶縁性部材17にサーミスタ等の温度検知素子14
及びその信号取出用の電極15a等が配置されている。
【0011】従って、このヒーターにおいては、絶縁性
基板10の定着面側表面には何も配置されておらず、熱
伝導率の高いAlNからなる絶縁性基板10が定着面側
表面がそのまま、加圧ローラ及び転写材と対向する定着
面16になっている。その結果、発熱体11で発生した
熱を転写材である記録紙等にスムースに伝えることがで
き、定着速度が8ppmを越える高速定着時にも安定し
た定着性を得ることができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、図3
の(A)〜(B)に示す窒化アルミニウムを絶縁性基板10
として用いた定着用ヒーターでは、絶縁性基板10の裏
面10bに発熱体11や保護層13等を取り付け、更に
その上に絶縁性部材17を介して温度検知素子14を取
り付けているため、定着面16への熱の伝達がスムース
であるという特徴を有している。
【0013】しかし、このような構造のヒーターでは、
温度検知素子14を配置するための絶縁性部材17を発
熱体11の上に設けるので、発熱体11の一部を覆った
絶縁性部材17の熱容量のために、ヒーターの定着面1
6の温度が絶縁性部材17が取り付けられている付近で
若干低下する。この部分的な温度低下ため、その部分で
定着性がいくぶん低下したり、逆に絶縁性部材17が取
り付けられている付近以外で定着面の温度が上昇し、そ
の部分で高温オフセット(所定の定着温度より高いため
トナーの一部が転写材から剥がれて耐熱性フィルムに付
着する現象)が起こりやすい、という問題があった。
【0014】また、発熱体11と温度検知素子14の間
に保護層13及び絶縁性部材17が存在するので、ヒー
ターの立ち上げ時に温度検知素子14まで熱が伝わるの
に時間がかかり、ヒーターの定着面温度が正常な定着性
を得るために必要とされる制御温度範囲を越えて高くな
ってしまうという問題点もあった。
【0015】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
温度検知素子及びそれに接続される導体回路と発熱体及
びその通電回路との間に所定の絶縁性を確保でき、発熱
体から定着面及び温度検知素子への熱の伝達が速く、且
つ定着面での正確な温度を検知できると共に、定着面の
温度分布が均一なトナー画像定着用ヒーターを提供する
こと、並びにこのヒーターを用い定着性に優れた加熱定
着性装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するトナー画像定着用ヒーターは、絶
縁性基板と、絶縁性基板の定着面側と反対側の裏面に形
成された発熱体と、絶縁性基板の長手方向の一側面に設
けられた温度検知素子とを備えることを特徴とするもの
である。
【0017】また、このトナー画像定着用ヒーターにお
いては、温度検知素子が、絶縁性基板の転写材が排出さ
れる側の長手方向側面に設けられていることが好まし
い。更に、温度検知素子に接続された信号取出用の導体
回路は、絶縁性基板の長手方向の一側面に形成されてい
ること、及び温度検知素子に接続された導体回路の電極
は、絶縁性基板の定着面側表面の端部に形成されている
ことが好ましい。
【0018】本発明が提供する加熱定着装置は、上記の
トナー画像定着用ヒーターを取り付けた支持体と、支持
体の周囲に回転可能に設けた耐熱性フィルムと、耐熱性
フィルムを介して前記ヒーターと対向させて回転可能に
設けた加圧ローラとを備えることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明のヒーターは、その具体例
を図4の(A)〜(C)に示すように、絶縁性基板10の長
手方向のいずれかの側面に温度検知素子14を配置す
る。このように温度検知素子14を取り付けることで、
図3のごとく温度検知素子14を取り付けた場合にヒー
ターの過昇温により発生する高温オフセットを防止する
ことができる。これは、図3の場合には発熱体11上の
絶縁性部材17の熱容量のために温度検知素子14の温
度上昇が遅れるが、図4に示す本発明のヒーターでは熱
容量の増加はないため、ヒーターの昇温と温度検知素子
の昇温とがほぼ一致する結果、ヒーターの過昇温を防ぐ
ことができるためである。
【0020】そして、図4の(C)に示すように、温度検
知素子14からの信号を取り出すための導体回路15
も、同じ長手方向側面に形成することができる。このよ
うに側面に導体回路15を形成することで発熱体11と
の十分な絶縁を確保することができ、定着面で摺動して
いる耐熱性フィルムとも接触しないため、その耐久性も
損なわれないので好適である。また、この導体回路15
の電極15aは、同じ長手方向側面に形成することも可
能であるが、十分な電極面積を確保するため、図4の
(B)に示すごとく絶縁性基板10の定着面側表面10a
の端部に形成することが好ましい。
【0021】尚、温度検知素子14と、その導体回路1
5及び電極15a以外については、前記図3の場合と同
様に絶縁性基板10の裏面10bに形成する。即ち、図
4の(A)に示すように、絶縁性基板10の裏面10bに
発熱体11及びその通電回路12を形成し、これらを覆
うようにガラス等からなる保護層13をオーバーコート
してある。従って、このヒーターにおいては、絶縁性基
板10の定着面側表面には、定着に影響しない端部を除
いて何も形成されておらず、この定着面側表面がそのま
ま定着面16となっている。
【0022】温度検知素子の取り付け箇所は、絶縁性基
板の長手方向のいずれかの側面のうち、転写材が排出さ
れる側の側面(排出側側面)が更に好適である。転写材
が投入される側の側面(投入側側面)に温度検知素子を
取り付けた場合、温度検知素子が投入口側の室温に影響
され、実際の発熱体温度の変化に対して検知温度の変化
が小さくなり、温度制御が難しくなりやすい。それに対
して、排出側側面に温度検知素子を取り付けた場合、室
温の影響を受けず、定着面での正確な温度を検知するこ
とができるからである。
【0023】温度検知素子としては、通常のごとく、熱
容量が小さく且つ熱電対等に比べて熱リークが少ないチ
ップサーミスタを使用することができる。このチップサ
ーミスタは、耐熱性の樹脂を用いて絶縁性基板に固定す
る。また、印刷により絶縁性基板に膜状のサーミスタ回
路を形成することも可能である。こうすることで、チッ
プサーミスターに比べ更に素子の熱容量を小さくできる
ので好ましい。
【0024】絶縁性基板としては、熱伝導率の高い基板
が適している。絶縁性基板の熱伝導率が低い場合、発熱
体で発生した熱を温度検知素子が感知するまでに時間が
かかるため、定着面の温度が所定の制御温度よりも高く
なり、過熱を起こしやすくなるため好ましくない。熱伝
導率の高い絶縁性基板材料としては、窒化アルミニウム
(AlN)、アルミナ(Al23)、炭化ケイ素(Si
C)、ベリリア(BeO)等があるが、これらの中でも
基板の熱伝導性、絶縁性、毒性といった観点から窒化ア
ルミニウムが最も優れている。
【0025】
【実施例】実施例1 絶縁性基板として、長さ300mm、幅10mm、厚み
1mmの窒化アルミニウム焼結体及びアルミナ焼結体か
らなる各基板を用意した。これらの絶縁性基板の裏面
に、通常のごとく発熱体、その通電回路と電極、ガラス
からなる保護層を形成し、更に温度検知素子としてチッ
プサーミスタ及びその信号取出用の導体回路と電極を配
置して、本発明のセラミックスヒーターを作製した。
【0026】即ち、基本的には図4に示すように、各絶
縁性基板10の裏面10bに、Ag−Pdを主成分とす
る線状の発熱体11、Agを主成分とする発熱体11へ
の通電回路12及び電極12aを形成し、その上にガラ
スからなる保護層13を設けた。また、各絶縁性基板1
0の長手方向側面にAgを主成分とする導体回路15を
形成し、その電極15aを絶縁性基板10の定着面側表
面10aの端部にそれぞれ形成した。更に、この導体回
路15にチップサーミスタからなる温度検知素子14を
取り付けて、セラミックスヒーターを構成した。
【0027】このとき、温度検知素子14を取り付ける
絶縁性基板10の長手方向側面を、図5に示すように転
写材の排出側側面としたヒーターと、図6に示すように
転写材の入口側側面としたヒーターとを作製した。これ
らのセラミックスヒーターにおいては、図4の(B)に示
すように、その定着面は絶縁性基板10の定着面側表面
10aから構成されており、定着作用に影響しない端部
に設けた電極15aを除いて、何も設けられていない。
尚、図4は温度検知素子14を転写材の排出側側面に設
けた図5に対応しているが、温度検知素子14を入口側
側面に設けた図6の場合には、電極15aを設ける位置
又は電極15aへの導体回路15の接続位置を変えれば
よい。
【0028】更に、比較のために、上記と同じ窒化アル
ミニウム又はアルミナからなる絶縁性基板を用いて、図
2に示すように絶縁性基板10の定着面側表面10aに
発熱体11を設け且つ裏面10bに温度検知素子14を
設けたセラミックスヒーターと、図3に示すように絶縁
性基板10の裏面10bに発熱体11及び温度検知素子
14など全てを設けたセラミックスヒーターを作製し
た。
【0029】尚、上記のいずれのセラミックスヒーター
においても、発熱体11及び導体回路15の材料として
はAg−Pdペーストを、及び通電回路12、電極12
a、15aに関してはAgペーストを用い、それぞれス
クリーン印刷法にてパターンを形成した。これらのパタ
ーンはいずれも大気中において880℃で焼成して焼き
付けた。ガラスの保護層13は、ガラスペーストをスク
リーン印刷した後、大気中において700℃で焼成して
形成した。また、温度検知素子14の取り付けは、導電
性の樹脂を用いて行った。
【0030】次に、上記各セラミックスヒーターを、図
1に示すように、樹脂製の支持体2に固定して加熱ロー
ラを構成し、この加熱ローラを加圧ローラ3及び耐熱性
フィルム4と組み合わせて、プリンタの加熱定着装置を
構成した。尚、転写材5上のトナー画像に負荷される加
熱ローラと加圧ローラ3との間での荷重(定着圧力)
は、全て8kgに設定した。
【0031】これらの加熱定着装置を用いて、実際に記
録紙からなる転写材5上のトナー画像を加熱定着させ、
それぞれの定着性を評価した。評価時の定着速度は12
ppm(A4用紙を1分間に12枚定着する速度)とし
た。得られた結果を、絶縁性基板が窒化アルミニウム及
びアルミナの各ヒーターごとに下記表1及び表2にそれ
ぞれ示した。
【0032】尚、定着性の評価位置に関しては、「A」
は記録紙の進行方向に向って直角方向での紙面中央部、
「B」は記録紙の進行方向に向かって直角方向での紙面
両端部において、それぞれ評価した結果である。また、
定着性の品質評価は以下のランクで評価した。 ◎ … 定着性が非常に良好であり、定着したトナー画
像を紙で強くこすっても全く剥がれない状態。 ○ … 定着性が良好であり、定着したトナー画像を紙
で強くこすると若干の剥がれが生じるが、実用上問題の
無い状態。 △ … 定着性が若干悪く、定着したトナー画像を紙で
こすると若干剥がれる状態。 × … 定着性が非常に悪く、定着したトナー画像を紙
でこすると半分以上が剥がれる状態。
【0033】
【表1】AlNヒーターの定着性評価 構造 評価位置 定着性 備 考 図5 A ◎ 図5 B ◎ 図6 A ◎ 高温オフセット 図6 B ◎ 高温オフセット 図3 A ○ 図3 B ○ 高温オフセット 図2 A △ 図2 B △
【0034】上記の結果から、図5及び図6の構造を有
する本発明の窒化アルミニウムのセラミックスヒーター
は、図2及び図3の構造の従来のセラミックスヒーター
に比べて、定着速度12ppmの高速処理においても、
トナー画像の定着性に優れていることが分かる。尚、本
発明のセラミックスヒーターでも、図6に示す排出側側
面に温度検知素子を取り付けたヒーターの場合のトナー
画像、並びに図3の従来のヒーターで紙面の両端部にお
けるトナー画像は、1枚目の先頭部分において若干の高
温オフセットがみられた。
【0035】
【表2】Al23ヒーターの定着性評価 構造 評価位置 定着性 図5 A △ 図5 B △ 図6 A △ 図6 B △ 図3 A × 図3 B × 図2 A × 図2 B ×
【0036】絶縁性基板がアルミナからなるセラミック
スヒーターでは、基板の熱伝導性が窒化アルミニウムに
比べて低いため、定着速度12ppmの高速処理では本
発明の構造のものも定着性が若干悪くなっている。
【0037】実施例2 前記実施例1と同じ各セラミックスヒーターを組み込ん
だ同じ加熱定着装置を使用して、定着速度を4ppm
(A4用紙を1分間に4枚定着する速度)で加熱定着を
行い、それぞれの定着性を評価して下記表3及び表4に
示した。尚、定着性の評価位置及び定着性の品質評価に
ついては、上記と同様である。
【0038】
【表3】AlNヒーターの定着性評価 構造 評価位置 定着性 備 考 図5 A ◎ 図5 B ◎ 図6 A ◎ 高温オフセット 図6 B ◎ 高温オフセット 図3 A ◎ 図3 B ◎ 高温オフセット 図2 A ○ 図2 B ○
【0039】上記の結果から、窒化アルミニウムのセラ
ミックスヒーターでは、定着速度が4ppmの処理にお
いては、いずれの構造のものも優れた又は良好なトナー
画像の定着性を有することが分かる。尚、本発明のセラ
ミックスヒーターで図6に示す排出側側面に温度検知素
子を取り付けたヒーターの場合のトナー画像、並びに図
3の従来のヒーターで紙面の両端部におけるトナー画像
は、1枚目の先頭部分において若干の高温オフセットが
みられた。
【0040】
【表4】Al23ヒーターの定着性評価 構造 評価位置 定着性 図5 A ◎ 図5 B ◎ 図6 A ○ 図6 B ○ 図3 A ○ 図3 B ○ 図2 A ○ 図2 B ○
【0041】この結果から分かるように、絶縁性基板が
熱伝導性の低いアルミナからなるセラミックスヒーター
も、定着速度が4ppmでの処理においては良好な定着
性を示し、特に排出側側面に温度検知素子を取り付けた
図5に示す本発明のセラミックスヒーターは他のヒータ
ーに比べて優れた定着性を有している。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁性基板の裏面に発
熱体を設け且つ長手方向側面に温度検知素子を設けるこ
とで、温度検知素子及びそれに接続される導体回路と発
熱体及びその通電回路との間に所定の絶縁性を確保しな
がら、温度分布が非常に均一であって、温度制御が容易
なトナー画像定着用ヒーターを提供できる。
【0043】また、このトナー画像定着用ヒーターを組
み込むことにより、定着性の優れた加熱定着装置を適用
でい、特に絶縁性基板として窒化アルミニウムを用いる
と発熱体から定着面及び温度検知素子への熱の伝達が速
く、定着速度の高速化に対応した12ppm以上の高速
処理が可能なトナー画像の加熱定着装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】セラミックスヒーターを組み込んだ加熱定着装
置の要部を示す概略の断面図である。
【図2】従来のセラミックスヒーターを示し、(A)は該
ヒーターの定着面側からみた平面図、(B)はその背面
図、及び(C)はその断面図である。
【図3】従来の別の構造のセラミックスヒーターを示
し、(A)は該ヒーターの定着面と反対側からみた背面
図、及び(B)はその断面図である。
【図4】本発明のセラミックスヒーターを示し、(A)は
該ヒーターの定着面と反対側からみた背面図、(B)はそ
の正面図、及び(C)はその側面図である。
【図5】転写材の排出側側面に温度検知素子を設けた本
発明の図4のセラミックスヒーターの断面図である。
【図6】転写材の入口側側面に温度検知素子を設けた本
発明のセラミックスヒーターの断面図である。
【符号の説明】
1 ヒーター 2 支持体 3 加圧ローラ 4 耐熱性フィルム 5 転写材 6 トナー画像 10 絶縁性基板 10a 定着面側表面 10b 裏面 11 発熱体 12 通電回路 12a 電極 13 保護層 14 温度検知素子 15 導体回路 15a 電極 16 定着面 17 絶縁性部材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トナー画像を加熱定着させるためのヒー
    ターであって、絶縁性基板と、絶縁性基板の定着面側と
    反対側の裏面に形成された発熱体と、絶縁性基板の長手
    方向の一側面に設けられた温度検知素子とを備えること
    を特徴とするトナー画像定着用ヒーター。
  2. 【請求項2】 温度検知素子が、絶縁性基板の転写材が
    排出される側の長手方向側面に設けられていることを特
    徴とする、請求項1に記載のトナー画像定着用ヒータ
    ー。
  3. 【請求項3】 温度検知素子に接続された信号取出用の
    導体回路が、絶縁性基板の長手方向の一側面に形成され
    ていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のトナ
    ー画像定着用ヒーター。
  4. 【請求項4】 温度検知素子に接続された導体回路の電
    極が、絶縁性基板の定着面側表面の端部に形成されてい
    ることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の
    トナー画像定着用ヒーター。
  5. 【請求項5】 絶縁性基板が窒化アルミニウムであるこ
    とを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のトナ
    ー画像定着用ヒーター。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載のトナー
    画像定着用ヒーターを取り付けた支持体と、支持体の周
    囲に回転可能に設けた耐熱性フィルムと、耐熱性フィル
    ムを介して前記ヒーターと対向させて回転可能に設けた
    加圧ローラとを備えることを特徴とするトナー画像の加
    熱定着装置。
JP11128997A 1997-04-28 1997-04-28 トナー画像定着用ヒーター及び加熱定着装置 Pending JPH10301424A (ja)

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