JP2000056596A - 定着装置 - Google Patents

定着装置

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JP2000056596A
JP2000056596A JP10224329A JP22432998A JP2000056596A JP 2000056596 A JP2000056596 A JP 2000056596A JP 10224329 A JP10224329 A JP 10224329A JP 22432998 A JP22432998 A JP 22432998A JP 2000056596 A JP2000056596 A JP 2000056596A
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JP10224329A
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Satoru Haneda
哲 羽根田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォーミングアップ時間を必要としないで、
カラー画像の定着を可能とする定着装置を提供する。 【解決手段】 フィルム状回転部材310内部にはケー
シング311内に設けた固定発熱部材312と弾性部材
313とがあって、転写材Pの搬送方向上流部に固定発
熱部材312、下流部に弾性部材313を配した加熱手
段31に対し、弾性ローラ32を対向部材として配設し
加熱手段31と弾性ローラ32とで挾着してトナーを有
した転写材Pの加熱定着を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、FAX等で用いられる定着装置に関し、特に瞬時加
熱が可能なクイックスタート定着用の定着装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、複写機、プリンタ、FAX等の画
像形成装置に用いられる定着装置として、技術的な完成
度が高く安定したものとして熱ローラ定着方式が、低速
機から高速機まで、モノクロ機からフルカラー機まで、
と幅広く採用されている。
【0003】しかしながら、従来の熱ローラ定着方式の
定着装置では、転写材やトナーを加熱する際に、熱容量
の大きな定着ローラを加熱する必要があるため省エネル
ギー効果が悪く、省エネ面で不利であり、また、プリン
ト時に定着装置を暖めるのに時間がかかりプリント待ち
時間(ウォーミングアップタイム)が長くなってしまう
という問題がある。
【0004】これを解決するため、フィルム(熱定着フ
ィルム)を用い、熱ローラを熱定着フィルムという究極
の厚みまで持っていき低熱容量化し、温度制御されたヒ
ータ(セラミックヒータ)を熱定着フィルムに直接加圧
接触させることで熱伝導効率を大幅に向上させ、省エネ
ルギーとウォーミングアップタイムを殆ど必要としない
クイックスタートを図ったサーフ定着方式の定着装置が
提案され、最近用いられてきている。
【0005】また、熱ローラの変形として透光性基体を
定着ローラとして用い、内部に設けたハロゲンランプか
らの熱線をトナーに照射して加熱定着し、ウォーミング
アップタイムを要せずクイックスタートを図った定着方
法が、特開昭52−106741号公報、特開昭57−
82240号公報、特開昭57−102736号公報、
特開昭57−102741号公報によって開示されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭52−106741号公報等の開示による、ハロゲ
ンランプの熱線を透光性基体を通して照射し、トナーを
加熱定着する方法においては、省エネルギーとウォーミ
ングアップタイムを短縮したクイックスタートとが図ら
れたものの、透光性基体の熱伝導率が悪く定着ローラ
(ロール状の熱線定着用回転部材)の温度が均一化せ
ず、特に通紙される転写材のサイズにより、通紙部と非
通紙部との間に温度変動が生じ、定着ムラが発生すると
いう問題が起こる。
【0007】またカラー画像の場合には転写材上に多色
のトナー像が重ねて形成されていることから、転写材上
のトナーの付着量も多く、転写材上のトナーを十分溶融
し定着を行うにはソフトローラ定着であることが望まし
い。内部に熱源を設けたソフトローラ定着では弾性体の
熱伝導性が悪いことからウォーミングアップタイムに長
時間を要することとなる。
【0008】本発明は従来知られているインスタント定
着を可能としたフィルム状ベルト部材内に固定発熱体を
配したサーフ定着を用いてしかもカラー画像の定着も可
能とし、瞬時加熱が可能な或いは加熱時間の早いクイッ
クスタートが可能な定着装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的はフィルム状回
転部材内部にはケーシング内に設けた固定発熱部材と弾
性部材とがあって、転写材の搬送方向上流部に前記固定
発熱部材、下流部に前記弾性部材を配した加熱手段に対
し、弾性ローラを対向部材として配設し、前記加熱手段
と前記弾性ローラとで挾着してトナーを有した転写材の
加熱定着を行うことを特徴とする定着装置、によって達
成される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下説明する本発明の定着装置は
瞬間加熱が行われてクイックスタートが可能な定着装置
であって、しかもカラー画像の安定して確実な定着を可
能としている。転写材のトナー付着面に対向した加熱手
段はハード部材である固定発熱部材によって急速加熱を
行い、実質的な定着部である下流側では急速加熱された
転写材に対して弾性部材によるソフト定着を行うように
したもので、固定発熱部材による熱発生部と弾性部材に
よる加圧部とを分離することにより、ソフトローラによ
るインスタント加熱の性能を実現したものである。
【0011】(実施の形態1)図1に示すのは第1の実
施形態を示す定着装置30の断面構成図である。記録紙
Pのトナー像に対向して定着を行う加熱手段31と記録
紙Pを加熱手段31に押圧する弾性ローラ32とより成
る。加熱手段31はトナー像を定着するためのフィルム
状回転部材としての台形状に形成される熱定着フィルム
310と、対向して位置した弾性ローラ32によって形
成されるニップ部Tで熱と圧力とを加えることにより、
ニップ部Tに給送される記録紙P上の付着トナーが定着
される。
【0012】上記の台形状に形成される熱定着フィルム
310は、例えば厚さ20〜100μm、好ましくは2
5〜60μmの薄膜のフィルム部材で、熱定着フィルム
310の内部には熱定着フィルム310を張架するフィ
ルム駆動ローラ310aとフィルムテンションローラ3
10bと、熱定着フィルム310の内部に設けられる固
定発熱部材としてのセラミックヒータ312とその下流
側に近接して並列配置される弾性部材としての弾性ゴム
313があって、セラミックヒータ312と弾性ゴム3
13とを保持するためのケーシング311とにより構成
される。
【0013】熱定着フィルム310は駆動ローラ310
aにより駆動回転され、フィルムテンションローラ31
0bが従動回転する。熱定着フィルム310は耐熱性の
高温下における強度、寸法安定性に優れた樹脂フィル
ム、例えばポリイミド樹脂を用いたベース材上にオフセ
ット防止のためのPFA(Perfluoroalko
xyresins)又はPTFE(Polytetra
fluoroethylene)等のフィルム厚10〜
80μmのフッ素樹脂やシリコン樹脂からなる離型層を
設け、ベース材の内面にはセラミックヒータ312、弾
性ゴム313との間に摺動により発生する摩擦電荷の影
響をなくすため導電層を設けて接地することがなされて
いる。また、低湿環境下での記録紙Pの後端部との剥離
帯電電荷を逃がすように、離型層に導電フィラをいれ低
抵抗化してオフセットを防止している。ただし、抵抗値
が低すぎると転写電荷がリークしてオフセットを生じる
ので、2×1010〜5×1011Ω・cmの抵抗値に設定
されていることが好ましい。
【0014】熱定着フィルム310は厚みを20〜30
μm程度以上とすることにより、フィルムの強度及び剛
性を高め、定着フィルム310の回転中の寄りを挫屈せ
ずに端部での規制を可能とする。また熱定着フィルム3
10は厚みを100〜130μmより厚くしすぎると熱
伝導が悪くなり、瞬時に加熱することが困難となり、使
用する電力も増加してしまう。熱定着フィルム310の
熱容量は従来用いられていた定着用の熱定着ローラに対
して1/100程度となっているので、ウォーミングア
ップがゼロに近いクイックスタートが可能となってい
る。
【0015】固定発熱部材としてのセラミックヒータ3
12はニップ部Tの最上流位置にあって、熱定着フィル
ム310を介して弾性ローラ32と当接している。セラ
ミックヒータ312は厚さ1mm、幅2〜8mm、好ま
しくは4mm幅のアルミナ基板に厚膜の抵抗体印刷によ
り抵抗発熱層を設け、上面には表面保護層として厚さ1
0μm程度のオーバーコートガラスを設けたものが用い
られる。表面保護層は抵抗発熱層の保護と熱定着フィル
ム310との間の低摩擦係数による摩耗防止の作用をす
る。
【0016】弾性部材としての弾性ゴム313は、ニッ
プ部Tのセラミックヒータ312の下流位置にあって、
熱定着フィルム310を介して弾性ローラ32と当接し
ている。弾性ゴム313は例えばシリコンゴム等の耐熱
ゴムが用いられ、幅10mm程度に設定されてソフトな
部材として作用し、ハードな部材であるセラミックヒー
タ312によって加熱され、溶融状態となった記録紙P
上のトナー像は引続くソフトな部材である弾性ゴム31
3によって、押圧状態にあって溶融状態から固化し定着
が行われる。かかる定着工程を設けることによって、ト
ナー付着量の多いカラー画像を保持した転写材に対して
も確実な定着が行われる。
【0017】ケーシング311は熱定着フィルム310
内にあって所定の位置にセラミックヒータ312と弾性
ゴム313とを保持するもので、例えばアルミニウムや
鉄を用いた熱伝導性のよい金属部材で形成され、幅20
mm程度である。ケーシング311の端面で熱定着フィ
ルム310と接触する面にはフッ素コート等の滑面を設
け、熱定着フィルム310の回動を容易としている。
【0018】以上説明した加熱手段31に対し回転する
弾性ローラ32が押圧しニップ部Tを形成している。弾
性ローラ32は薄肉の金属パイプから成る芯金321の
外周に厚さ1.0〜15mmのシリコンゴム等の弾性体
から成る弾性体層322を設け、更にその外周を表面層
323として10〜80μmのPFA,又はPTFE等
のフッ素樹脂やシリコン樹脂からなる離型層を設けてい
る。かかる構成の弾性ローラ32はニップ部Tにおいて
5〜25N/cmの押圧力をもって記録材Pを挾着・搬
送しつつ定着が行われる。
【0019】定着装置30ではニップ部Tの長さとして
10〜30mm程度に設定するが、20mm程度に設定
することが望ましく、このために弾性ローラ32は外径
が30〜80mmの太径ローラが好ましく用いられ、弾
性体層322としては低弾性率の弾性体を用い、ニップ
部Tにおいて記録紙Pは搬送方向にほぼ直線状にニップ
形成がなされる構成となっている。弾性ローラ32の弾
性体層322として低弾性率の弾性体を用いるときは、
弾性ローラ32がニップ部Tの下流終端部において急激
に原形状に復帰するので、定着を終えた記録紙Pは高い
分離性をもって搬出されることとなる。
【0020】またニップ部Tとして、15mm程度以上
に設定するときは、前記のセラミックヒータ312を並
列して複数本熱定着フィルム310内に配列することが
可能となる。複数本のセラミックヒータ312を個別に
制御を行うよう構成し、画像形成装置に普通定着或いは
光沢定着の定着モードの選択釦を設定し、その選択によ
って予め設定された設定温度に個別にセラミックヒータ
312の温度制御を行うことによって一般の普通画像或
いは光沢画像を定着によって得ることが可能となる。な
お、セラミックヒータ312の裏面には温度制御を行う
ための温度センサとしてサーミスタTSが設けられてい
る。
【0021】以上説明した定着装置30はウォーミング
アップ時間を略ゼロに短縮されるので、セラミックヒー
タ312の定着温度T1の温度制御は記録紙Pのニップ
部Tを通過する通過時間と通過に先だつ実験的に求めら
れた予備時間t1となる。勿論プリントのスタート釦を
押釦することによってセラミックヒータ312をON状
態として定着温度T1に温度制御し、連続プリントの場
合には最終の記録紙Pがニップ部Tを通過し終えたとこ
ろでOFF状態に制御することも可能である。更にまた
プリントのスタート釦を押釦することによってセラミッ
クヒータ312をON状態として設定温度T2(T2<
T1)に温度制御し、記録紙Pのニップ部Tを通過する
間、又は通過と通過に先だつ僅かの予備時間t1の間の
み定着温度T1に温度制御することも可能である。
【0022】以上説明したように、トナー像の定着は熱
容量が小さくクイックスタートの可能な熱定着フィルム
310とセラミックヒータ312により行われるので、
ウォーミングアップ時間を設けずに良好な定着が行わ
れ、ハード部分による急速加熱に続いてソフト定着が行
われるので、カラー画像に対しても良好な定着が行われ
る。
【0023】(実施の形態2)図2に示すのは第2の実
施形態を示す定着装置30Aの断面構成図である。本実
施形態の定着装置30Aは実施形態1と近似しているの
で、同一形状、同一機能を有した部材については同じ符
号をもって表示し説明を省略する。
【0024】本実施形態の定着装置30Aではフィルム
状回転部材として円形状に形成された熱定着フィルム3
10Aが用いられる。円形状に形成される熱定着フィル
ム310Aは厚さ20〜100μm、好ましくは25〜
60μmの薄膜の耐熱性フィルムで、内部にセラミック
ヒータ312と弾性ゴム313を設けたケーシング31
1とホルダー314Aによって加熱手段31Aの熱定着
フィルム310Aは円形状に張架され、対向する弾性ロ
ーラ32の回転に伴い、ニップ部Tを形成しながら従動
回転する。本実施形態においては熱定着フィルム310
Aで形成される円形状は弾性ローラ32の外径と略同じ
とすることが望ましい。また本実施形態においては実施
形態1に較べ弾性ローラ32の表面摩擦係数をやや高く
設定することによって記録紙Pとの間でのスリップを防
止し、実施形態1におけると同様のウォーミングアップ
時間を設けなくてもよい、クイックスタートの定着が行
われることとなる。
【0025】以上説明した実施形態1,2の定着装置3
0,30Aにおいて、弾性ローラ32内部にハロゲンラ
ンプ等の発熱体を設けて、記録材Pの裏側からも加熱定
着を行う構成とすることも可能である。この場合には弾
性ローラ32内部の発熱体によって弾性ローラ32の周
面温度が所定の温度まで上昇するには時間を要すること
から、プリントのスタート釦を押釦した時点において、
セラミックヒータ312をON状態としてセラミックヒ
ータ312からの発熱を熱伝導することによって弾性ロ
ーラ32の周面温度をクイックスタート状態で高める等
の手段と併用される。
【0026】定着装置30,30Aは転写紙上にトナー
像を重ねて形成したカラー画像に対して特に良好な定着
を行う特性を有しているので、定着手段として定着装置
30,30Aを用いたカラー画像形成装置の一例につい
て説明する。勿論本発明の定着装置30,30Aが適用
されるカラー画像形成装置は次に説明するカラー画像形
成装置に限定されるものではない。
【0027】図3はカラー画像形成装置の断面構成図で
ある。
【0028】ドラム状の像形成体である感光体ドラム1
0は、例えば、透明アクリル樹脂の透明部材によって形
成される円筒状の透明基体を内側に設け、透明の導電層
及び有機感光体層(OPC)を該基体の外周に形成した
ものであり、接地された状態で図1の矢印で示す方向に
回転される。
【0029】11はスコロトロン帯電器(以後単に帯電
器という)で感光体ドラム10の前述した有機感光体層
に対し所定の電位に保持されたグリッドと放電ワイヤに
よるコロナ放電とによって帯電作用を行い、感光体ドラ
ム10に対し一様な電位を与える。
【0030】12は像露光手段すなわち感光体ドラム1
0の軸方向に配列した例えばLED等の発光素子と等倍
結像系であるセルフォックレンズとから構成される露光
光学系で、各色の画像信号がメモリより順次取り出され
て前記の各露光光学系12にそれぞれ電気信号として入
力される。
【0031】前記の各露光光学系12は何れも光学系支
持手段として設けた支持部材20に取り付けられて前記
感光体ドラム10の基体内部に収容される。
【0032】13Yないし13Kはイエロー(Y),マ
ゼンタ(M),シアン(C)および黒色(K)の各現像
剤を収容する現像器で、それぞれ感光体ドラム10の周
面に対し所定の間隙を保って同方向に回転する現像スリ
ーブ130を備えている。
【0033】前記の各現像器13は、前述した帯電器1
1による帯電,露光光学系12による像露光によって形
成される感光体ドラム10上の静電潜像を現像バイアス
電圧の印加により非接触の状態で反転現像する。
【0034】本装置とは別体の画像読み取り装置におい
て、原稿画像より撮像素子により読み取られた画像デー
タ、あるいはコンピュータで編集された画像データは、
Y,M,CおよびKの各色別の画像信号として一旦メモ
リに記憶・格納される。
【0035】画像記録のスタートにより、感光体駆動モ
ータは始動し感光体ドラム10を反時計方向へと回転
し、同時に帯電器11(Y)の帯電作用により感光体ド
ラム10に電位の付与が開始される。またこの動作を併
行して定着装置30は回動を開始しセラミックヒータ3
12はON状態となる。
【0036】感光体ドラム10は電位を付与されたあ
と、前記の露光光学系12(Y)において第1の色信号
すなわちイエロー(Y)の画像信号に対応する電気信号
による露光が開始されドラムの回転走査によってその表
面の感光層に原稿画像のイエロー(Y)の画像に対応す
る静電潜像を形成する。
【0037】前記の潜像は現像器13(Y)により現像
スリーブ130上の現像剤が非接触の状態で反転現像さ
れ感光体ドラム10の回転に応じイエロー(Y)のトナ
ー像が形成される。
【0038】次いで感光体ドラム10は前記イエロー
(Y)のトナー像の上にさらに帯電器11(M)の帯電
作用により電位を付与され、露光光学系12(M)の第
2の色信号すなわちマゼンタ(M)の画像信号に対応す
る電気信号による露光が行われ、現像器13(M)によ
る非接触の反転現像によって前記のイエロー(Y)のト
ナー像の上にマゼンタ(M)のトナー像が順次重ね合わ
せて形成していく。
【0039】同様のプロセスにより帯電器11(C)、
露光光学系12(C)および現像器13(C)によって
さらに第3の色信号に対応するシアン(C)のトナー像
が、また帯電器11(K)、露光光学系12(K)およ
び現像器13(K)によって第4の色信号に対応する黒
色(K)のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光
体ドラム10の一回転以内にその周面上にカラーのトナ
ー像が形成される。
【0040】これ等各露光光学系12による感光体ドラ
ム10の有機感光層に対する露光はドラムの内部より前
述した露光波長に対し透明の基体を通して行われる。従
って第2,第3および第4の色信号に対応する画像の露
光は何れも先に形成されたトナー像の影響を全く受ける
ことなく行われ、第1の色信号に対応する画像と同等の
静電潜像を形成することが可能となる。また各現像器1
3による現像作用に際しては、それぞれ現像スリーブ1
30に対し直流あるいはさらに交流を加えた現像バイア
ス電圧が印加され、現像器13の収容する一成分或いは
二成分現像剤によるジャンピング現像が行われて、透明
電導層を接地する感光体ドラム10に対して非接触の反
転現像が行われるようになっている。
【0041】かくして感光体ドラム10の周面上に形成
されたカラーのトナー像は一旦中間転写手段として設け
た中間転写ベルト14の周面に転写される。
【0042】中間転写ベルト14は厚さ0.5〜2.0
mmの無端状のゴムベルトで、シリコンゴム或いはウレ
タンゴムの108〜1012Ω・cmの抵抗値をもつ半導
電性基体と、ゴムの基体の外側にトナーフィルミング防
止層として厚さ5〜50μmのフッ素コーティングを行
った2層構成とされる。この層も同様な半導電性が好ま
しい。中間転写ベルト14がローラ14A,14B,1
4Cおよび14Dの間に張架され、ローラ14Dに伝達
される動力により感光体ドラム10の周速度に同期して
時計方向に循環して搬送される。
【0043】前記の中間転写ベルト14はローラ14A
とローラ14Bの間のベルト面を感光体ドラム10の周
面に接し、一方ローラ14C外周のベルト面を転写部材
である転写ローラ15に接していてそれぞれの接点にお
いてトナー像の転写域を形成している。
【0044】感光体ドラム10周面に付着した状態にあ
るカラートナー像は、先ず前記の中間転写ベルト14と
の間の接点においてローラ14Bへのトナーと反対極性
のバイアス電圧の印加により順次中間転写ベルト14の
周面側に転写される。すなわちドラム上のカラートナー
像は接地したローラ14Aの案内によりトナーを散らす
ことなく転写域へと搬送され、ローラ14Bに対する1
〜2kVのバイアス電圧の印加によって中間転写ベルト
14側に効率良く転写される。
【0045】一方では給紙カセット(図示せず)の給紙
ローラ17の作動により転写紙Pが搬出されてタイミン
グローラ18に給送され、中間転写ベルト14上のカラ
ートナー像の搬送に同期して転写ローラ15の転写域へ
と給紙される。
【0046】転写ローラ15は前記中間転写ベルト14
の周速度に同期して反時計方向に回動されていて、給紙
された転写紙Pは転写ローラ15と前記の接地状態にあ
るローラ14Cの間のニップ部の形成する転写域におい
て中間転写ベルト14上のカラートナー像に密着され転
写ローラ15への1〜2kVのトナーと反対極性のバイ
アス電圧の印加により順次カラートナー像は転写紙P上
に転写される。
【0047】カラートナー像の転写を受けた転写紙Pは
除電され、搬送板19を介して定着装置30(30A)
に搬送され、加熱手段31(31A)と弾性ローラ32
との間に挟持搬送して加熱され、トナーを溶着して定着
がなされたのち排紙ローラを介して装置外部に排出さ
れ、セラミックヒータ312は転写紙Pの通過をまって
OFF状態に制御される。
【0048】前述した感光体ドラム10および中間転写
ベルト14にはそれぞれクリーニング装置100および
140が設置され、それぞれの備えるブレードが常時圧
接されていて、残留した付着トナーの除去がなされて周
面は常に清浄な状態に保たれ、次の画像形成に備えるこ
ととなる。
【0049】
【発明の効果】本発明によるときは、定着部において急
速加熱が行われ引続いて弾性部材によるソフト定着が行
われる構成となっているので、ウォーミングアップ時間
を殆んど必要としないクイックスタートの定着が可能と
なり、しかも転写紙上にトナーが多く付着状態にあるカ
ラー画像に対しても良好な定着が行われる定着装置が提
供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定着装置の実施形態を示す断面構成
図。
【図2】本発明の定着装置の他の実施形態を示す断面構
成図。
【図3】本発明の定着装置を用いたカラー画像形成装置
の断面構成図。
【符号の説明】
30,30A 定着装置 31,31A 加熱手段 32 弾性ローラ 310,310A 熱定着フィルム 311 ケーシング 312 セラミックヒータ 313 弾性ゴム P 記録紙,転写紙 T ニップ部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィルム状回転部材内部にはケーシング
    内に設けた固定発熱部材と弾性部材とがあって、転写材
    の搬送方向上流部に前記固定発熱部材、下流部に前記弾
    性部材を配した加熱手段に対し、弾性ローラを対向部材
    として配設し、 前記加熱手段と前記弾性ローラとで挾着してトナーを有
    した転写材の加熱定着を行うことを特徴とする定着装
    置。
  2. 【請求項2】 前記定着装置はカラートナーを有した転
    写材の加熱定着を行うことを特徴とする請求項1に記載
    の定着装置。
JP10224329A 1998-08-07 1998-08-07 定着装置 Pending JP2000056596A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008203401A (ja) * 2007-02-19 2008-09-04 Fuji Xerox Co Ltd 定着装置及び画像形成装置
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