JP2000181277A - 画像形成装置及び加熱定着装置 - Google Patents

画像形成装置及び加熱定着装置

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JP2000181277A
JP2000181277A JP10359238A JP35923898A JP2000181277A JP 2000181277 A JP2000181277 A JP 2000181277A JP 10359238 A JP10359238 A JP 10359238A JP 35923898 A JP35923898 A JP 35923898A JP 2000181277 A JP2000181277 A JP 2000181277A
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roller
temperature
control
auxiliary heating
heating
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JP10359238A
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Seiji Yamaguchi
誠二 山口
Fumio Haniwara
文雄 埴原
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録紙を加熱定着装置に通す場合に生ずるカ
ールを防止し、カール防止をするために、加熱定着装置
の加圧ローラを加熱する補助加熱手段の設置により生ず
る問題、即ち加圧ローラの熱による劣化、消費エネルギ
ーの増大、補助加熱ローラへのトナーや紙粉の付着等の
問題を解決する。 【解決手段】 加熱定着装置の加圧ローラに接触して加
圧ローラを加熱する補助加熱手段を設け、該補助加熱手
段への電力の供給を、画像形成装置のアイドリング中
と、画像形成中とで異ならせる。また、温度や湿度の変
化に応じて前記補助加熱手段への電力の供給を制御す
る。さらに、前記補助加熱手段をクリーニングするクリ
ーニング手段を前記加圧ローラまたは前記補助加熱ロー
ラの少なくとも一方に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置に関
し、特に電子写真方式により画像を形成する画像形成装
置における定着装置の改良に関する。
【0002】本発明に係る画像形成装置は複写機、ファ
クシミリ、プリンタ等に使用される。
【0003】
【従来の技術】前記の定着装置としては、トナー像に接
触して、トナー像を加熱定着する接触加熱タイプの加熱
定着装置が広く使用され、更に、加熱ローラと加圧ロー
ラでトナー像を担持した記録紙を挟持搬送しつつトナー
像を加熱定着する加熱定着装置が最も広く使用されてい
る。
【0004】さて、記録紙を加熱して定着する場合の問
題として、記録紙の熱による変形、特にカールの問題が
あり、加熱定着装置を通過した記録紙がカールして、ソ
ータやフィニッシャ等の後処理装置内で搬送不良を起こ
したり、排紙皿で不揃いになるなどの不具合を生ずる。
【0005】このような記録紙のカールの問題に対する
対策として、加熱定着装置を通過した記録紙をしごくと
言う手段が取られている。また、加熱ローラに対向する
加圧ローラの温度を高くするために、加圧ローラを加熱
するという提案もある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記の記録紙を扱いて
カールをなくすると言う手段は、記録紙に対して一方に
のみ曲げ力を作用させるものであるために、記録紙の一
方の向きのカールに対しては有効であるが、記録紙の他
の反対の向きのカールに対してはカールを更に大きくす
ることになって、すべてのカールに対して有効でないと
言う欠点がある。また、カールの程度によってはカール
防止手段が有効に作用しないと言う問題もある。
【0007】加圧ローラを加熱して、カールを除去する
と言うカール防止の提案は、加熱ローラと加圧ローラの
温度に差があるために、記録紙の表裏面間で水分の含有
量に差が生じて、カールが発生すると言うカール発生メ
カニズムに着目した対策であり、加熱ローラと加圧ロー
ラ間の温度差を少なくすると言うものである。
【0008】後者のカール対策は公開公報等で提案され
てはいるが、実施のための研究は未だ進んでおらず、実
施に際しては種々の問題がある。
【0009】その第1は、加圧ローラを加熱することに
よって、加圧ローラが熱で劣化すると言う問題である。
即ち、加圧ローラを加熱せず、加熱ローラのみを加熱し
て定着を行う場合には、加熱ローラの表面温度と、加圧
ローラの表面温度との間には100℃以上の差を生ずる
こととなりカールを起こすが、この温度差を少なくする
ために、加圧ローラを高温にすると、加圧ローラ、特に
加圧ローラの表面層を形成するシリコンゴムが熱による
劣化を受け、加熱定着装置の寿命が短縮される。
【0010】その第2は、加圧ローラを加熱する補助加
熱手段の付加により消費エネルギーが増大することであ
る。
【0011】その第3は、加圧ローラを加熱する補助加
熱手段にトナーや紙粉等が付着して、補助加熱ローラの
加熱効率を低下させたり、補助加熱ローラの温度制御を
困難にするという問題である。
【0012】従って、本発明の目的は加圧ローラを加熱
して、加熱ローラと加圧ローラ間の温度差を小さくする
ことによって記録紙のカールを防止する技術における前
記のような問題を解決することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記の第1の問題を解決
する本発明の目的は、加熱ローラ、該加熱ローラに圧接
する加圧ローラ、該加圧ローラの表面に接触して該加圧
ローラを加熱する補助加熱手段及び前記補助加熱手段の
温度を制御する制御手段を有し、前記加熱ローラ及び前
記加圧ローラの駆動により記録紙を搬送しつつトナー像
を定着する加熱定着装置を備えた画像形成装置であっ
て、前記制御手段が前記補助加熱手段を、画像形成信号
が出ていない状態における第1制御では第1温度に、画
像形成開始信号に起因して、開始される状態における第
2制御では前記第1温度よりも高い第2温度に、それぞ
れ制御することを特徴とする画像形成装置、により達成
される。
【0014】前記の第2の問題を解決する本発明の目的
は、熱源を有し、記録紙に接触してトナー像を加熱定着
する加熱ローラ、該加熱ローラに圧接する加圧ローラ、
熱源を有し、該加圧ローラの表面に接触して該加圧ロー
ラを加熱する補助加熱手段及び前記補助加熱手段の温度
を制御する制御手段を有する加熱定着装置、並びに、環
境条件を検出する環境条件検知手段を備えた画像形成装
置であって、前記制御手段が前記環境条件検知手段から
の情報に基づいて前記補助加熱手段の前記熱源の制御を
行うことを特徴とする画像形成装置、によって達成され
る。
【0015】前記の第3の問題を解決する本発明の目的
は、熱源を有し、加熱定着する加熱ローラ、該加熱ロー
ラに圧接する加圧ローラ及び該加圧ローラの表面に接触
して該加圧ローラを加熱する補助加熱手段を有する加熱
定着装置であって、前記加圧ローラ及び前記補助加熱手
段の少なくともいずれか一方にクリーニング手段を設け
たことを特徴とする加熱定着装置、によって達成され
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図示の実施の形態を説明す
る。図1は本発明の実施の形態に係る画像形成装置に組
み込まれる加熱定着装置の断面図である。
【0017】1は加熱定着装置の外形を形成する枠、2
は上側進入ガイド板、3は下側進入ガイド板、4は上側
排出ガイド板、5は下側排出ガイド板である。6は加熱
ローラ10から記録紙を分離する上分離爪、7は加圧ロ
ーラ12から記録紙を分離する下分離爪である。
【0018】10は加熱ローラであり、中心に2本のハ
ロゲンランプからなる熱源H1が設けられている。加熱
ローラ10はアルミ合金からなる芯金101と表面層を
形成するPFA(テトラフルオロエチレン/パーフルオ
ロアルキルビニルエーテル共重合体)または四フッ化エ
チレン樹脂からなる耐熱性離型性層102からなる。1
2は加熱ローラ10に圧接する加圧ローラで、アルミ合
金からなる芯金121とその外側に形成されたシリコン
ゴムからなる耐熱性弾性層122からなる。13は加圧
ローラ12に接触して、加圧ローラ12を加熱する補助
加熱手段としての補助加熱ローラであり、アルミ合金で
構成される。補助加熱ローラ13の中心にはハロゲンラ
ンプからなる熱源H2が設けられる。なお、補助加熱ロ
ーラ13の代わりの補助加熱手段として、面状抵抗発熱
体を有する加熱ローラ、加熱ベルト等の周知の任意の加
熱手段を用いることができる。
【0019】15はクリーニングウェブで構成されたク
リーニング手段としてのクリーニングローラであり、1
6はクリーニングローラ15から繰り出されるクリーニ
ングウェブを巻き取る巻取ローラである。S1はサーミ
スタからなる接触型の温度センサであり、加熱ローラ1
0の表面温度を検知する。S2はサーミスタからなる接
触型の温度センサで、補助加熱ローラ13の表面温度を
検知する。なお、センサS1、S2として非接触型、即
ちローラ表面に感熱素子を近接して非接触に配置したセ
ンサを用いることもでき、感熱素子として熱電対を用い
ることもできる。14は補助加熱ローラ13の表面をク
リーニングするクリーニングパッドである。加熱ローラ
10上のトナーや紙粉は、クリーニングローラ15によ
りクリーニングされるが、加圧ローラ12に付着したト
ナーや紙粉は、加熱ローラ10に転移した後クリーニン
グローラ15により除去されると言う過程で間接的にク
リーニングされはするが、十分ではない。そして、加圧
ローラ12に付着したトナーや紙粉が補助加熱ローラ1
3に転移して、センサS2の感度を低下させる、補助加
熱ローラ13から加圧ローラ12への熱の伝導性を低下
させると言ったような問題を生ずる。クリーニングパッ
ド14で補助加熱ローラをクリーニングすることによっ
て、このような問題は解消される。クリーニングパッド
14には耐熱性のフェルトが用いられる。
【0020】クリーニング手段としてのクリーニングパ
ッド14の代わりのクリーニング手段としては、クリー
ニングローラ、クリーニングウェブ等、従来知られてい
る任意のクリーニング手段を用いることができる。
【0021】なお、以上説明した加熱定着装置におい
て、加熱ローラ10にシリコンオイル等のオフセット防
止剤を塗布するオフセット防止剤塗布手段を設けてもよ
い。
【0022】図1に示す加熱定着装置では、加熱ローラ
10、加圧ローラ12及び補助加熱ローラ13がそれぞ
れに付した矢印の方向に回転して、上下の進入ガイド板
2、3の間から進入した記録紙を加熱して、トナー像の
定着を行う。クリーニングローラ15と巻取ローラ16
はそれぞれに矢印で示した方向に極めて低い回転速度で
回転して、加熱ローラ10の表面に付着している紙粉を
除去する。
【0023】図2は本実施の形態に係る画像形成装置の
機能部を示すブロック図である。
【0024】制御手段である制御部CPUには、センサ
S1、S2、センサS3からの情報、帯電、露光、現像
等の画像形成工程を実行する画像形成部PUからの情報
及び操作部OPからの情報が入力される。
【0025】センサS3は環境条件を検知するセンサで
ある。定着処理によって発生する記録紙のカールは主と
して記録紙に含有される水分の影響により、次のような
メカニズムでカールが発生すると考えられる。熱源を有
する加熱ローラと加熱源を有しない加圧ローラとでは、
表面温度に差があって、記録紙の表面と裏面間には、こ
れらローラの温度差により、温度差が生ずる。定着装置
を通過した記録紙から蒸発する水分の量はこのような温
度差により表面と裏面とでは、差を生ずる。この蒸発す
る水分量の差によって、記録紙がカールする。そして、
記録紙の含水量は記録紙が置かれた環境、即ち温度及び
湿度により左右される。
【0026】従って、カールを防止するためには、記録
紙中に含有される水分量を左右する環境温度と湿度を検
知することが重要になる。センサS3はこのための温度
と相対湿度を検知するセンサであり、画像形成装置の外
装部の適所に設置されるのが望ましい。本実施の形態に
おいて、補助加熱ローラ13の温度制御に用いられる環
境条件は、温度及び相対湿度の少なくともいずれか一方
である。
【0027】本実施の形態においては、後に説明するよ
うに環境条件に応じて加圧ローラ12を加熱する補助加
熱ローラ13の熱源H2への電力の供給を制御してい
る。加圧ローラ12内に熱源を設ける構成では、芯金1
21及び厚い耐熱性弾性層122を有し、大きな熱容量
の加圧ローラ12を加熱するために、電力の消費が大き
くなるが、本実施の形態のように、加圧ローラ12の表
面を加熱する方式により消費電力は大幅に節約される。
しかしながら、補助加熱ローラ13の熱源H2として2
00Wから400W程度のヒータが必要であり、加圧ロ
ーラ12の表面を加熱する補助加熱ローラ13を用いる
場合にも更に電力を節約することが望ましい。本実施の
形態では、環境条件を検出して、補助加熱ローラ13の
熱源H2に必要最小限の電力を供給することによって、
消費電力の節約が更に進められている。
【0028】OPは操作部であり、制御部CPUは該操
作部OPのコピーボタンの操作による画像形成開始信号
等を受理する。CPは外部機器であるコンピュータ、M
Dはファクシミリ通信を行う通信手段であり、制御部C
PUはこれらの機能部からも画像形成開始信号を受理す
る。
【0029】PUは画像形成部であり、帯電、露光、現
像及び転写により記録紙上にトナー像を形成する。制御
手段である制御部CPUはこれら各機能部を監視し、制
御する。
【0030】図3〜6に示すフローチャートにより、制
御部CPUの制御を説明する。
【0031】図3において、スタート、即ちメインスイ
ッチのオンにより画像形成装置の作動開始後、センサS
3により検知された環境条件により、制御レベルの設定
が行われる。例えば、所定の環境条件、即ち温度25℃
以上、且つ相対湿度70%以上では、補助加熱ローラ1
3の温度をアイドリング中、画像形成中の温度をそれぞ
れ200℃、230℃というような条件Aと、前記の所
定環境条件以外では、補助加熱ローラ13のアイドリン
グ中、画像形成中の温度をそれぞれ160℃、190℃
というような条件Bにそれぞれ制御目標値が設定され
る。
【0032】次に、アイドリング中の制御である第1制
御、即ちメインスイッチ投入後であって、画像形成に入
らない待機状態における制御が行われる。この制御は図
4に示される。
【0033】加熱ローラ10及び補助加熱ローラ13の
それぞれにおいて、センサS1、S2からの検知温度情
報に基づいて、熱源H1、H2がそれぞれオン/オフ制
御される。熱源H1については、上限値をT1MAX(20
5℃)とし、下限値をT1MIN(195℃)とする、目標
値200℃の第1制御が行われる。また、熱源H2につ
いては、条件Aでは、上限値をt1MAX(205℃)と
し、下限値をt1MIN(195℃)とする目標値200℃
の第1制御が行われ、条件Bでは、熱源H1について
は、前記条件Aと同一の温度制御とし、熱源H2につい
ては、上限値をt1MAX(165℃)とし、下限値をt
1MIN(155℃)とする目標値160℃の第1制御が行
われる。なお、図から明らかなように、アイドリング中
に環境条件の変化により条件設定が変更されることも生
じ得る。
【0034】この第1制御は画像形成装置のアイドリン
グ中の制御であり、該第1制御では、加熱ローラ10、
加圧ローラ12及び補助加熱ローラ13の駆動は行わ
ず、これらは停止している。
【0035】画像形成信号が受理される、即ち操作部O
Pのコピーボタン(図示せず)の操作による画像形成開
始信号、コンピュータCPからの画像形成開始信号また
は通信手段MDからの画像形成開始信号を制御部CPU
が受理すると、第3制御に変わる。
【0036】第3制御においては、熱源H1について
は、第1制御が継続される。即ち、T3MAX、T3MIN及び
制御目標値をそれぞれ205℃、195℃、200℃と
する制御が行われる。熱源H2については、次のような
制御が行われる。
【0037】即ち条件Aにおいては、上限値をt
3MAX(215℃)とし、下限値をt3MIN(205℃)と
する目標値210℃の第2制御であり、条件Bにおいて
は、前記第1制御におけると同様なt1MAX、t1MINを上
限、下限とする第1制御である。また、第3制御におい
ては、加熱ローラ10、加圧ローラ12及び補助加熱ロ
ーラ13は駆動されて矢印で示すように回転する。但
し、第3制御においては記録紙の加熱定着装置への搬送
は行われない。第3制御は図5に示される。
【0038】次に、画像形成が開始されると、第2制御
が行われる。第2制御では、熱源H1の制御について
は、第1、第2制御がそのまま継続される。即ち、T
2MAX、T2MIN及び目標値をそれぞれ205℃、195
℃、200℃とする制御が行われる。熱源H2について
は、上限値をt2MAX(235℃)とし、下限値をt2MIN
(225℃)とする目標値230℃の第2制御が行われ
る。
【0039】第2制御においては、加熱ローラ10、加
圧ローラ12及び補助加熱ローラ13が駆動されて矢印
で示すように回転し、記録紙が加熱定着装置に搬送され
て定着が行われる。第2制御は図6に示される。
【0040】なお、前記の上下限温度及び目標温度は一
例であって、装置の構成、材料、目的等に応じて最適の
値が選択される。
【0041】このように、補助加熱ローラ13の温度制
御をアイドリング中と、画像形成開始信号受理後の画像
形成開始までの期間と、画像形成中とで制御を変えるこ
とによって、次のような効果が得られる。
【0042】加圧ローラ12及び補助加熱ローラ13が
回転せず、静止した状態で接触しているアイドリング中
に、補助加熱ローラ13を高温にすると、加圧ローラ1
2が局部的に熱劣化を受けるが、アイドリング中は補助
加熱ローラ13を比較的低温に保持することによりこの
ような熱劣化が防止されるとともに、画像形成中の補助
加熱ローラ13の温度を高温にすることによって、加熱
ローラ10の表面温度と加圧ローラ12の表面温度の差
を小さくして、有効に記録紙のカールを防止することが
できる。実験によれば、補助加熱ローラ13を用いない
場合には、加熱ローラ10の表面温度と加圧ローラ12
の表面温度の差は100℃以上あり、記録紙がカールを
起こしたが、補助加熱ローラ13を用い、前記の制御を
行ったところ、温度差は50℃以下に減少し、記録紙の
カールが有効に防止された。
【0043】なお、前記の効果は、図3において、第3
制御における補助加熱ローラ13の熱源H2の制御目標
値を第2制御における制御目標値と同一にする、即ちア
イドリング中の制御を第1制御とし、画像形成開始信号
の受理から画像形成終了までの制御を第2制御とする2
段階制御とすることによっても十分に達成される。
【0044】
【発明の効果】加圧ローラを加熱する補助加熱手段を設
けたので、加熱ローラと加圧ローラの温度差が少なくな
り、記録紙のカールが有効に防止される。しかも、加圧
ローラの加熱により生ずる加圧ローラの熱による劣化が
防止される。また、画像形成装置の制御の各段階に応じ
て加圧ローラの表面の加熱を制御するとともに、環境条
件に応じて加圧ローラの加熱を制御するので、補助加熱
ローラの付加による消費電力の増大が最小限に抑えら
れ、エネルギーの消費が節約される。
【0045】さらに、補助加熱ローラに付着したトナー
や紙粉をクリーニングすることによって、補助加熱ロー
ラの温度制御が正確になり、加圧ローラの加熱による記
録紙のカール防止を確実に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置に組
み込まれる加熱定着装置の断面図である。
【図2】本発明の実施の形態にかかる画像形成装置の機
能部のブロック図である。
【図3】図1、2に示す画像形成装置の制御のフローチ
ャートである。
【図4】図1、2に示す画像形成装置の制御のフローチ
ャートである。
【図5】図1、2に示す画像形成装置の制御のフローチ
ャートである。
【図6】図1、2に示す画像形成装置の制御のフローチ
ャートである。
【符号の説明】
10 加熱ローラ 12 加圧ローラ 13 補助加熱ローラ 14 クリーニングパッド 15 クリーニングローラ 16 巻取ローラ H1、H2 熱源 S1、S2、S3 センサ CPU 制御部 CP コンピュータ OP 操作部 PU 画像形成部 MD 通信手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03G 21/00 370 G03G 21/00 370

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱ローラ、該加熱ローラに圧接する加
    圧ローラ、該加圧ローラの表面に接触して該加圧ローラ
    を加熱する補助加熱手段及び前記補助加熱手段の温度を
    制御する制御手段を有し、前記加熱ローラ及び前記加圧
    ローラの駆動により記録紙を搬送しつつトナー像を定着
    する加熱定着装置を備えた画像形成装置であって、 前記制御手段が前記補助加熱手段を、画像形成信号が出
    ていない状態における第1制御では第1温度に、画像形
    成開始信号に起因して、開始される状態における第2制
    御では前記第1温度よりも高い第2温度に、それぞれ制
    御することを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記加熱ローラ及び前記加圧ローラの前
    記駆動を前記第1制御では行わず、前記第2制御では前
    記駆動を行うことを特徴とする請求項1に記載記載の画
    像形成装置。
  3. 【請求項3】 前記画像形成信号の受理の時から画像形
    成開始までの状態では第3制御による制御を行うととも
    に、前記画像形成開始の後は前記第2制御による制御を
    行い、前記第3制御では前記第1温度と前記第2温度の
    間の第3温度に、前記補助加熱手段の温度を制御するこ
    とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成
    装置。
  4. 【請求項4】 前記第3制御において、前記加熱ローラ
    及び前記加圧ローラを駆動することを特徴とする請求項
    1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 【請求項5】 前記第3制御では、前記加熱定着装置に
    記録紙を搬送しないで、前記加熱ローラ及び前記加圧ロ
    ーラを駆動する予備作動を行うことを特徴とする請求項
    4に記載の画像形成装置。
  6. 【請求項6】 前記補助加熱手段がローラで構成される
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の
    画像形成装置。
  7. 【請求項7】 熱源を有し、記録紙に接触してトナー像
    を加熱定着する加熱ローラ、該加熱ローラに圧接する加
    圧ローラ、熱源を有し、該加圧ローラの表面に接触して
    該加圧ローラを加熱する補助加熱手段及び前記補助加熱
    手段の温度を制御する制御手段を有する加熱定着装置、
    並びに、環境条件を検出する環境条件検知手段を備えた
    画像形成装置であって、 前記制御手段が前記環境条件検知手段からの情報に基づ
    いて前記補助加熱手段の前記熱源の制御を行うことを特
    徴とする画像形成装置。
  8. 【請求項8】 前記環境条件が温度及び湿度の少なくと
    も一方であることを特徴とする請求項7に記載の画像形
    成装置。
  9. 【請求項9】 前記補助加熱手段の温度を検知する温度
    検知手段を有し、前記制御手段が前記温度検知手段から
    の情報に基づいて、前記補助加熱手段の前記熱源を制御
    することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の画
    像形成装置。
  10. 【請求項10】 前記補助加熱手段がローラで構成され
    ることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載
    の画像形成装置。
  11. 【請求項11】 熱源を有し、加熱定着する加熱ロー
    ラ、該加熱ローラに圧接する加圧ローラ及び該加圧ロー
    ラの表面に接触して該加圧ローラを加熱する補助加熱手
    段を有する加熱定着装置であって、前記加圧ローラ及び
    前記補助加熱手段の少なくともいずれか一方にクリーニ
    ング手段を設けたことを特徴とする加熱定着装置。
  12. 【請求項12】 前記補助加熱手段がローラで構成され
    ることを特徴とする請求項11に記載の加熱定着装置。
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