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発明の名称 定着装置及び定着ローラ加熱方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−3641(P2007−3641A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−181471(P2005−181471)
出願日 平成17年6月22日(2005.6.22)
代理人 【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
発明者 本田 誠司 / 宮田 昌彦
要約 課題
突入電流の発生を防止すると共に、消費電力を増やすことなく、定着ローラを効率的に加熱することができる定着装置を提供する。

解決手段
一次電源2からの電源供給を受けて、画像の定着動作中に定着ローラ10を加熱する運転時用ヒータ5と、一次電源2からの電源供給を受けて、定着ローラ10の温度を最低温度に保つ予熱モード中に定着ローラ10を加熱し、定着ローラ10を所定温度に維持する予熱用ヒータ4と、二次電源3からの電源供給を受けて、定着ローラ10を加熱する補助DCヒータ6とを有し、ウォームアップ時と、節電モードからの復帰時には、運転時用ヒータ5と予熱用ヒータ4と補助DCヒータ6とのすべてを点灯させる。
特許請求の範囲
【請求項1】
一次電源からの電源供給を受けて、画像の定着動作中に定着ローラを加熱する運転中ヒータと、
前記一次電源からの電源供給を受けて、前記定着ローラの温度を最低温度に保つ予熱モード中に前記定着ローラを加熱し、該定着ローラを所定温度に維持する予熱ヒータと、
二次電源からの電源供給を受けて、前記定着ローラを加熱する補助ヒータとを有し、
ウォームアップ時と、節電モードからの復帰時には、前記運転中ヒータと前記予熱ヒータと前記補助ヒータとを点灯させることを特徴とする定着装置。
【請求項2】
前記運転中ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向に均一に加熱し、
前記予熱ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向端部で配熱分布が高くなるように加熱し、
前記補助ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向中央部分で配熱分布が高くなるように加熱することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
【請求項3】
前記二次電源は、蓄電池又は電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項1又は2記載の定着装置。
【請求項4】
前記一次電源から負荷に直接通電するときよりも小さい電流で、前記二次電源を前記一次電源によって充電することを特徴とする請求項3記載の定着装置。
【請求項5】
前記補助ヒータは、画像の定着動作中も駆動することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項6】
前記二次電源は、前記蓄電池又は前記電気二重層コンデンサを直列に接続した構造を備え、
複数種類の電圧が出力可能なように、前記直列に接続された前記蓄電池又は前記電気二重層コンデンサの途中にも出力端子を備えることを特徴とする請求項4記載の定着装置。
【請求項7】
前記補助ヒータを、前記予熱モード時に駆動することを特徴とする請求項1記載の定着装置。
【請求項8】
前記予熱モード時において、前記補助ヒータを所定間隔でオン、オフさせ、
前記二次電源を前記補助ヒータがオフのときに充電することを特徴とする請求項7記載の定着装置。
【請求項9】
前記補助ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向端部で配熱分布が高くなるように加熱し、
前記予熱ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向中央部分で配熱分布が高くなるように加熱することを特徴とする請求項7記載の定着装置。
【請求項10】
前記運転中ヒータと前記予熱ヒータとが前記二次電源からの電源供給も受けることができるように、電源供給先を前記一次電源と前記二次電源とで切り換えるスイッチ手段を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項11】
前記補助ヒータと前記一次電源との間に流れる電流をモニタして、異常値を検出した場合には、前記二次電源からの電源供給を停止することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項12】
前記二次電源に蓄積された電源を、画像形成装置の機内を冷却する冷却装置、又は用紙を除湿する保湿装置に供給することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載の定着装置。
【請求項13】
一次電源からの電源供給を受ける運転中ヒータによって、画像の定着動作中に定着ローラを加熱するステップと、
前記一次電源からの電源供給を受ける予熱ヒータによって、前記定着ローラの温度を最低温度に保つ予熱モード中に前記定着ローラを加熱し所定温度に維持するステップと、
二次電源からの電源供給を受ける補助ヒータによって、前記定着ローラを加熱するステップと、
ウォームアップ時と、節電モードからの復帰時に、前記運転中ヒータと前記予熱ヒータと前記補助ヒータとを点灯させるステップとを有することを特徴とする定着ローラ加熱方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関する。特に、定着装置の定着ローラを加熱するヒータの制御技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、定着装置の定着ローラの温度を上げるためにハロゲンヒータが用いられている。通常、画像形成装置は、運転時(画像形成時)用と、予熱用とで2種類のハロゲンヒータを搭載している。
【0003】
例えばスタンバイなどの予熱モード時には、ロール軸方向の温度を平準化させるため、ロール端部の温度を上げる必要があり、ロール端部の配熱を高く設定している。また予熱モード時は、定着ローラを所定温度に保つため、定着ローラの温度を検出しながらハロゲンヒータを間欠的にオン、オフさせたり、2つのハロゲンヒータを交互にオン、オフさせていた。
【0004】
またウォームアップ時や節電モードから復帰するときには、定着ローラを早急に暖めるために運転時用と予熱用の2つのハロゲンヒータを使用するが、ハロゲンヒータの配熱分布が異なるために定着ローラの軸方向端部で温度が上がってしまう。そこで、ウォームアップ中も2つのハロゲンヒータを交互にオン、オフさせていた。
【0005】
しかしながら、ハロゲンヒータを間欠的にオン、オフさせたり、2つのハロゲンヒータを交互にオン、オフさせたりすると、ハロゲンヒータに突入電流が流れ、電源の電圧変動(フリッカ)が発生しやすい。
【0006】
ハロゲンヒータは、暖められていないときには抵抗値がきわめて低い状態になっている。このため電源供給と同時に低抵抗のハロゲンヒータに大きな突入電流が流れる。このような突入電流が生じると、電力を供給している商用電源のコンセント周囲、若しくは屋内配線の電気抵抗により電圧降下が生じる。突入電流による電圧降下は瞬間的に大きなものであうので、周囲の機器や照明機器に対しても影響を与える。例えば、フリッカと呼ばれる瞬間的に照度が低下する減少が発生する。
【0007】
特許文献1では、スタンバイ時などの非動作時の定着ローラの温度検出周期を、ラン中などの動作時の温度検出周期よりも長くし、ハロゲンヒータの間欠的なオン、オフの頻度を少なくした技術が開示されている。
【0008】
【特許文献1】特許第3583267号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1の開示技術は、突入電流の発生頻度を低減させるだけのものであり、電源電圧の変動値を小さく抑えることはできない。また、ハロゲンヒータを再度オンさせるときには、定着ローラが冷えきっているので、突入電流が大きく電源電圧の変動値はさらに大きくなってしまう。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、突入電流の発生を防止すると共に、消費電力を増やすことなく、定着ローラを効率的に加熱することができる定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
かかる目的を達成するために本発明の定着装置は、一次電源からの電源供給を受けて、画像の定着動作中に定着ローラを加熱する運転中ヒータと、前記一次電源からの電源供給を受けて、前記定着ローラの温度を最低温度に保つ予熱モード中に前記定着ローラを加熱し、該定着ローラを所定温度に維持する予熱ヒータと、二次電源からの電源供給を受けて、前記定着ローラを加熱する補助ヒータとを有し、ウォームアップ時と、節電モードからの復帰時には、前記運転中ヒータと前記予熱ヒータと前記補助ヒータとを点灯させる構成を備えている。このように本発明は、運転中ヒータと予熱ヒータと補助ヒータとをウォームアップ時と、節電モードからの復帰時とに、常時オンさせる。従って、ヒータのオン、オフ切り換え時に発生する突入電流の発生を防止することができる。また、一次電源から供給される電力波形を定格電力内の波形とすることができるので、フリッカの発生を防止することができる。さらに、二次電源によって駆動する補助ヒータを設けているので、一次電源の供給電力を変更することなく、定着ローラの温度を所定温度にするまでの時間を短縮させることができる。
【0012】
上記定着装置において、前記運転中ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向に均一に加熱し、前記予熱ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向端部で配熱分布が高くなるように加熱し、前記補助ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向中央部分で配熱分布が高くなるように加熱するとよい。このように本発明は、運転中ヒータは、定着ローラの軸方向に均一に加熱するので、運転中に適した配熱分布とすることができる。また、予熱モード時に、定着ローラ端部の温度を上げるため、予熱ヒータの配熱分布を定着ローラ端部で高くなるように設定しても、補助ヒータによって定着ローラの中央領域を加熱するようにしたので、定着ローラを均一に加熱することができる。このため、従来のように複数のヒータを交互に点灯させるような制御を行う必要がない。
【0013】
上記定着装置において、前記二次電源は、蓄電池又は電気二重層コンデンサであるとよい。二次電源が、蓄電池又は電気二重層コンデンサであるので、効率よく電力を蓄えたり、負荷に電力を供給することができる。
【0014】
上記定着装置において、前記一次電源から負荷に直接通電するときよりも小さい電流で、前記二次電源を前記一次電源によって充電するとよい。従って、一次電源の電圧変動を小さく抑え、フリッカの発生を防止することができる。
【0015】
上記定着装置において、前記補助ヒータは、画像の定着動作中も駆動するとよい。高速に動作する画像形成装置においては、より高い定着電力が必要であるため、定着動作中に補助ヒータも駆動することで高い定着電力を得ることができる。
【0016】
上記定着装置において、前記二次電源は、前記蓄電池又は前記電気二重層コンデンサを直列に接続した構造を備え、複数種類の電圧が出力可能なように、前記直列に接続された前記蓄電池又は前記電気二重層コンデンサの途中にも出力端子を備えるとよい。従って、1つの二次電源で複数種類の電圧を供給することができる。このため、予熱モード時、ウォームアップ時、画像を用紙に定着させる運転中などのそれぞれのモードで必要な電圧を1つの二次電源で供給することができる。
【0017】
上記定着装置において、前記補助ヒータを、前記予熱モード時に駆動するとよい。従って、予熱モード時の一次電源の電圧変動を減少させることができる。
【0018】
上記定着装置において、前記予熱モード時に、前記補助ヒータを所定間隔でオン、オフさせ、前記二次電源を前記補助ヒータがオフのときに充電するとよい。従って、二次電源を効果的に利用することができる。
【0019】
上記定着装置において、前記補助ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向端部で配熱分布が高くなるように加熱し、前記予熱ヒータは、前記定着ローラを、該定着ローラの軸方向中央部分で配熱分布が高くなるように加熱するとよい。予熱モード時に、二次電源で駆動される補助ヒータを利用して定着ローラを加熱するので、一次電源の電圧変動を小さく抑え、フリッカの発生を防止することができる。
【0020】
上記定着装置において、前記運転中ヒータと前記予熱ヒータとが前記二次電源からの電源供給も受けることができるように、電源供給先を前記一次電源と前記二次電源とで切り換えるスイッチ手段を有するとよい。従って、運転中ヒータと予熱ヒータとを二次電源からの電源供給によって点灯させることもできる。
【0021】
上記定着装置において、前記補助ヒータと前記一次電源との間に流れる電流をモニタして、異常値を検出した場合には、前記二次電源からの電源供給を停止するとよい。異常を検出した場合に、二次電源からの電源供給を停止させることができる。
【0022】
上記定着装置において、前記二次電源に蓄積された電源を、画像形成装置の機内を冷却する冷却装置、又は用紙を除湿する保湿装置に供給するとよい。従って、定着装置に蓄積された電力を他の装置に供給し、電力の有効活用を図ることができる。
【0023】
本発明の定着ローラ加熱方法は、一次電源からの電源供給を受ける運転中ヒータによって、画像の定着動作中に定着ローラを加熱するステップと、前記一次電源からの電源供給を受ける予熱ヒータによって、前記定着ローラの温度を最低温度に保つ予熱モード中に前記定着ローラを加熱し所定温度に維持するステップと、二次電源からの電源供給を受ける補助ヒータによって、前記定着ローラを加熱するステップと、ウォームアップ時と、節電モードからの復帰時に、前記運転中ヒータと前記予熱ヒータと前記補助ヒータとを点灯させるステップとを有している。このように本発明は、運転中ヒータと予熱ヒータと補助ヒータとをウォームアップ時と、節電モードからの復帰時とに、常時オンさせる。従って、ヒータのオン、オフ切り換え時に発生する突入電流の発生を防止することができる。また、一次電源から供給される電力波形を定格電力内の波形とすることができるので、フリッカの発生を防止することができる。さらに、二次電源によって駆動する補助ヒータを設けているので、一次電源の定格を変更することなく、定着ローラの温度を所定温度にするまでの時間を短縮させることができる。
【発明の効果】
【0024】
このように本発明は、突入電流の発生を防止すると共に、消費電力を増やすことなく、定着ローラを効率的に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例1】
【0026】
まず、図1を参照しながら本実施例の構成を説明する。図1に示すように本実施例の定着装置1は、一次電源2と、二次電源3と、定着ローラ10を加熱する予熱用ヒータ4、運転時用ヒータ5および補助DCヒータ6と、各ヒータ4、5、6にそれぞれ設けられたヒータ温度検出部7、8、9と、ヒータ制御部14とを有している。
【0027】
一次電源2には、商用交流電源が用いられ、二次電源3には、電気二重層コンデンサ、蓄電池等の蓄電器が用いられる。
【0028】
予熱用ヒータ4は、主に予熱モード(スタンバイモードやローパワーモードを含む)時に使用される。予熱用ヒータ4の配熱分布を図2(A)に示す。図2(A)に示すように予熱用ヒータ4の配熱分布は、定着ローラ10の軸方向の両端部で配熱が高い。予熱用ヒータ4は、スイッチSW11をオンすることで、一次電源2から電源の供給を受ける。また、予熱用ヒータ4には、このヒータの温度を検出するヒータ温度検出部7が取り付けられている。ヒータ温度検出部7で検出されたヒータ温度は、ヒータ制御部14に出力される。
【0029】
運転時用ヒータ5は、主に用紙にトナー像を定着させるときに使用される。運転時用ヒータ5の配熱分布を図2(B)に示す。図2(B)に示すように運転時用ヒータ5の配熱分布は、定着ローラ10の軸方向で均一な分布になっている。従って、運転中に適した配熱分布とすることができる。運転時用ヒータ5も、スイッチ12をオンすることで、一次電源2から電源の供給を受ける。また、運転時用ヒータ5には、このヒータの温度を検出するヒータ温度検出部8が取り付けられている。ヒータ温度検出部8で検出されたヒータ温度は、ヒータ制御部14に出力される。
【0030】
補助DCヒータ6は、主にウォームアップ時に使用される。補助DCヒータ6の配熱分布を図2(C)に示す。図2(C)に示すように補助DCヒータ6の配熱分布は、定着ローラ10の中央部分で配熱が高い。補助DCヒータ6は、スイッチ13をオンすることで二次電源3からの直流電源の供給を受ける。また、補助DCヒータ6には、このヒータの温度を検出するヒータ温度検出部9が取り付けられている。ヒータ温度検出部9で検出されたヒータ温度は、ヒータ制御部14に出力される。
【0031】
ヒータ制御部14は、ヒータ温度検出部7、8、9によって検出した各ヒータの温度等も考慮して、スイッチ11、12、13のオン、オフを制御する。これによって、予熱用ヒータ4、運転時用ヒータ5、補助DCヒータ6の点灯、消灯を制御する。
【0032】
本実施例の定着装置1は、図1に示すように従来からある予熱用ヒータ4と、運転時用ヒータ5とに加えて、二次電源3からの電源供給を受けて動作する補助DCヒータ6を設けている。これら3つのヒータをウォームアップ時、節電モードからの復帰時にはすべてオンさせる(図3参照)。つまり、従来2本ランプで定着ローラの軸方向温度を均一化するため交互点灯していた。そのため突入電流により電力増加、フリッカ発生を招いていたが(図4参照)、補助DCヒータ6を設けたことによりこれを防止することができる。
【0033】
さらに、補助DCヒータ6は、二次電源3からの電力によって駆動しているので、一次電源2の定格を変更することなく、3つのヒータを同時点灯することが可能となる。また、補助DCヒータ6を新たに設けているので、ウォームアップ時間を短縮させることもできる。
【0034】
画像形成の動作中(ラン)には、運転時用ヒータ5だけをオンさせる(図3参照)。運転時用ヒータ5は、図2(B)に示すようにフラットな配熱分布であるので、画像形成の動作中には、定着ローラ10の表面温度を均一に保つことができる。また、予熱モード時に、定着ローラ10の端部の温度を上げるため、予熱用ヒータ4の配熱分布を定着ローラ端部で高くなるように設定しても、補助DCヒータ6によって定着ローラ10の中央領域を加熱するようにしたので、定着ローラ10を均一に加熱することができる。このため、従来のように複数のヒータを交互に点灯させるような制御を行う必要がない。
【実施例2】
【0035】
次に、本発明の第2実施例を説明する。本実施例の予熱用ヒータ4は、図5に示すように一次電源2と二次電源3とのどちらからでも電源供給を受けられるようにした。このため、図5に示すように、スイッチSW15で、電源供給路を一次電源2側と、二次電源3側とに切り換える。また、これに伴って予熱用ヒータ4は、直流と交流のいずれの電源であっても動作するように構成する。
【0036】
さらに予熱用ヒータ4は、予熱モード中には、二次電源3からの電源供給を受けて加熱動作を行う。このとき予熱用ヒータ4は、図7に示すように所定タイミングでオンとオフとを繰り返す。従って、二次電源3も予熱用ヒータ4がオンしている期間だけ電源を供給する。それ以外の予熱用ヒータ4がオフの期間には、二次電源3は一次電源2の電力供給によって充電を行う。このとき、二次電源3は、一次電源2から直接負荷に通電するときよりも小さい充電電流で充電を行う。これは図6に示す様に従来は(A)のように突入電流が発生していたものを二次電源3からの電源供給を受けて加熱動作を行うことにより(B)のように一次電源2の電圧変動を小さく抑え、フリッカの発生を防止する。
【0037】
このように本実施例は、二次電源3の充放電を利用して、定着ローラ10の表面温度を所定温度に維持できるようにする。これによって、一次電源(商用交流電源)2に、電圧変動の影響をほとんど及ぼすことなく、予熱用ヒータ4の予熱エネルギーを制御することができる。
【0038】
なお、図5に示す実施例の変形例として、図8に示すように予熱用ヒータ4を二次電源3からの電源供給で駆動し、補助DCヒータ6を一次電源2からの電源供給によって駆動するようにしてもよい。これによって、図5に示すスイッチSW15を設ける必要がなくなる。また予熱モード時には、図8に示すスイッチSW13をオン、オフさせることで(図9参照)、予熱用ヒータ4を二次電源3の電源供給によって点灯、消灯させることができる。
【0039】
また、本実施例では、予熱用ヒータ4だけが、一次電源2と二次電源3の両方の電力供給を受けられるようにしているが、運転時用ヒータ5も予熱用ヒータ4のように一次電源2と二次電源3からの電力供給を受けられるようにしてもよい。
【実施例3】
【0040】
次に、本発明の第3実施例を説明する。本実施例は、図10に示すように蓄電池、コンデンサ等の複数の蓄積器(セル)を直列に接続して、二次電源3を構成する。そして、直列に接続された蓄積器の途中にも出力端子を設けるようにする。図10には、一例として二次電源3の中点に出力端を設けた例を図示する。このような二次電源3とすることで、大電力が必要なウォームアップモードと、中程度の電力が必要な画像形成の動作時(ラン)とで同じ二次電源3を使用することができる。
【0041】
例えば、図10に示すスイッチSW20をオン、スイッチSW21をオフ、スイッチSW22をD側に接続することで、二次電源3のすべての蓄電器(図10に示す3Aと3B)を使用することができる。また、図10に示すスイッチSW20をオン、スイッチSW21をオフ、スイッチSW22をC側に接続することで、図10に示す上側の蓄電器3Aを使用することができる。また、図10に示すスイッチSW20をオフ、スイッチSW21をオン、スイッチSW22をD側に接続することで、図10に示す下側の蓄電器3Bを使用することができる。
【実施例4】
【0042】
次に、本発明の第4実施例を説明する。本実施例は、効率のよいときに二次電源3に充電した電力を、画像形成装置のコントローラ(不図示)や、図11に示す画像形成装置を冷却する冷却ファン30又は除湿ヒータ等に供給し、電力を有効活用するようにしたものである。二次電源3に充電された電気量を検出する検出部(不図示)を設けて、これを画像形成装置のコントローラに通知する。コントローラは、二次電源3に所定値以上の電気量が蓄積されている場合に、この電気を他の機器に供給する制御を行う。また、節電モード(スリープモード)時に、二次電源3に充電された電気量が所定値以下になった場合には、画像形成装置のコントローラをホットラインで起動させ、コントローラの制御によって二次電源3の充電を行う。二次電源3の充電完了後に、コントローラは再度スリープモードに入る。
【0043】
また、図12に示すような安全回路を設けることができる。一次電源2から補助DCヒータ6に流れる電流をモニタし、図12に示す比較器31で基準値と比較する。これによって、回路内に半短絡や短絡を検出した場合には、ヒータ制御部14は、二次電源3に電源供給を行わせないようにする。なお、補助DCヒータ6の抵抗値が変動するので、補助DCヒータ6の立ち上げからの時間と、補助DCヒータ6の温度によってモニタ時間を変更するとよい。
【0044】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】定着装置の第1実施例の構成を示す図である。
【図2】(A)は、予熱用ヒータの配熱分布を示し、(B)は、運転時用ヒータの配熱分布を示し、(C)は、補助DCヒータの配熱分布を示す図である。
【図3】ウォームアップ時と、運転時のスイッチ11、12、13のオン、オフを示す図である。
【図4】従来ウォームアップ時の一次電源の突入電流波形を示している。
【図5】実施例2の定着装置の構成を示す図である。
【図6】(A)は、従来のハロゲンヒータに流れる突入電流と、電源の電圧変動を示す図であり、(B)は、第1実施例においてヒータに流れる電流と、電源電圧の変動を示している。
【図7】ウォームアップ、運転中、予熱(スタンバイ)の各モードでのスイッチSW11,SW12,SW13の状態を示す図である。
【図8】実施例2の変形例の構成を示す図である。
【図9】図8に示す変形例のウォームアップ、運転中、予熱(スタンバイ)の各モードでのスイッチSW11,SW12,SW13の状態を示す図である。
【図10】二次電源の構成と、この二次電源と補助DCヒータ6との配線を示す図である。
【図11】二次電源に充電された電力を他の装置に供給する様子を示す図である。
【図12】安全回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【0046】
1 定着装置
2 一次電源
3 二次電源
4 予備用ヒータ
5 運転時用ヒータ
6 補助DCヒータ
7、8、9 ヒータ温度検出部
10 定着ローラ
11、12、13、15、20、21、22、23、24、25 スイッチSW
14 ヒータ制御部
30 冷却ファン




 

 


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