JP2005070376A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置であって、誘導加熱手段による過剰な加熱を、機械的な動作により防止する定着装置、およびこれを搭載したかかる画像形成装置の提供。
【解決手段】回転体82を電磁誘導により加熱するための加熱手段90と、回転体82を回転駆動するための駆動部材93と、駆動部材93から駆動力を得て加熱手段90の少なくとも一部を変位させる加熱手段変位手段94とを有する、及び/又は、回転体82の温度を検知する検知手段と、駆動部材93から駆動力を得て検知手段を変位させる検知手段変位手段とを有する定着装置6及びこれを有する画像形成装置。
【選択図】図5

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置であって、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置、およびこれを搭載したかかる画像形成装置に関する。
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスを用い、画像転写方式もしくは直接方式により、未定着トナー画像を、記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録材に担持させるようになっている。
このような画像形成装置においては、未定着トナー画像を記録材に定着させるための定着装置が必要であり、この定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式で定着を行うものが広く採用されている。
一方、画像形成装置に対しては、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきており、これらの要求を満たす性能を達成するためには、かかる定着装置の熱効率の改善が重要である。
ここで、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式のそれぞれを採用した定着装置について説明する。
熱ローラ方式の定着装置は、内部にハロゲンランプ等の熱源を有し所定の温度に温調される回転体としての定着ローラと、これに圧接された加圧ローラとの回転ローラ対を基本構成とし、これらの回転ローラ対の接触部いわゆる定着ニップ部に記録材を導入して搬送させ、定着ローラおよび加圧ローラからの熱および圧力により未定着トナー画像を溶融させて定着させるようになっている。
フィルム加熱方式の定着装置は、たとえば〔特許文献1〕、〔特許文献2〕等において提案されており、支持部材に固定支持された加熱体に、耐熱性を有する薄肉の定着フィルムを介して記録材を密着させ、定着フィルムを加熱体に対して摺動移動させながら、加熱体の熱を、定着フィルムを介して記録材に供給するものである。この定着装置は、加熱体として、例えば、耐熱性・絶縁性・良熱伝導性等の特性を有するアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板上に抵抗層を備えたセラミックヒータを使用する。またこの定着装置は、定着フィルムとして薄膜で低熱容量のものを用いることができるために、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォームアップ時間の短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギー化が可能になる。
電磁誘導加熱方式の定着装置は、たとえば〔特許文献3〕において提案されているように、交番磁界により磁性金属部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、金属部材を含む加熱体を電磁誘導発熱させる技術を用いるものである。
以下に従来の電磁誘導加熱方式の定着装置の構成について説明する。
図8に示すように、かかる定着装置は、励磁コイルユニット118と加熱部である磁性金属部材119とからなる加熱体120が装着されたフィルム内面ガイド121と、磁性金属部材119を内壁に当接した状態でフィルム内面ガイド121を包む耐熱性を備えた円筒状のフィルム117と、磁性金属部材119の位置でフィルム117に圧接してこのフィルム117との間に定着ニップ部Nを形成するとともにフィルム117を回転させる加圧ローラ122とを有している。
フィルム117には、膜厚が100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性を有するPTFE、PFA、FEPの等の単層フィルム、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等のフィルムの外周表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムが使用されている。フィルム内面ガイド121はPEEK、PPS等の樹脂より形成された剛性・耐熱性を有する部材からなり、加熱体120はこのようなフィルム内面ガイド121の長手方向の略中央部に嵌め込まれている。
加圧ローラ122は、芯122aと、その周囲に設けられたシリコーンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層122bとを有しており、図示しない軸受や図示しない付勢手段により所定の押圧力を持ってフィルム17を挟んで加熱体120の磁性金属部材119に圧接するように配設されている。そして加圧ローラ122は図示しない駆動手段により反時計回りに回転駆動される。
加圧ローラ122の回転駆動により、加圧ローラ122とフィルム117との間に摩擦力が発生してフィルム117に回転力が作用し、フィルム117は加熱体120の磁性金属部材19に密着しながら摺動回転する。
加熱体120が所定の温度に達した状態において、定着ニップ部Nのフィルム117と加圧ローラ122との間に、図示しない画像形成部で形成された未定着のトナー像Tを有する記録材111を導入する。記録材111は加圧ローラ122とフィルム117とに挟まれて定着ニップ部Nを搬送されることにより磁性金属部材119の熱がフィルム117を介して記録材111に付与され、未定着のトナー像Tが記録材111上に溶融定着される。なお、定着ニップ部Nの出口においては、通過した記録材111はフィルム117の表面から分離されて図示しない排紙トレイに搬送される。
このように、電磁誘導加熱方式の定着装置では、渦電流の発生を利用することで、誘導加熱手段としての磁性金属部材119をフィルム117を介して記録材111のトナー像Tに近くに配置することができ、フィルム加熱方式の定着装置よりもさらに加熱効率がアップする。なお、電磁誘導加熱方式の定着装置については、〔特許文献4〕においても開示されており、また電磁誘導加熱方式の、定着ベルトを用いたタイプの定着装置については〔特許文献5〕において開示されている。
このような電磁誘導加熱方式の定着装置では、定着ベルト等の発熱部材をなす回転体を電磁誘導によって直接発熱するものであるため、従来の赤外線ヒータやハロゲンランプを用いた輻射加熱方式等の加熱方式と比較して熱変換効率が高く、より小さい電力でかかる発熱部材の表面を所定の定着温度まで迅速に加熱し昇温させることができ、ウォームアップタイムの短縮も可能となる。このように、電磁誘導加熱方式の定着装置は熱効率が高いため、省エネルギー化、高速化に関する市場要求が強くなってきている画像形成装置に搭載される定着装置として期待が高まっている。
しかしながら、電磁誘導加熱方式の定着装置では、発熱部材を局部的に加熱するという特徴を有するため、発熱部材を停止させた状態で電磁誘導加熱を行うと、発熱部材が局所的に非常な高温となり、発熱部材あるいは発熱部材に接触、近接する別の部材の耐熱温度を越えて、熱的な変質や変形を引き起こし、異臭、発煙が発生するという問題が発生する。このため、電磁誘導加熱を行う誘導加熱手段への通電は発熱部材が回転している時のみに行うのが一般的である。
そこで従来より、発熱部材を駆動する駆動モータからの動作信号によって誘導加熱手段への通電を制御する技術や、〔特許文献5〕において開示されているように、発熱部材の回転を検知する回転検知センサーを設け、その出力信号によって誘導加熱手段への通電を制御する技術が提案されている。
特開昭63−313182号公報 特開平1−263679号公報 特開平8−22206号公報 特開2001−13805号公報 特開2002−82549号公報
しかし、駆動モータからの動作信号によって誘導加熱手段への通電を制御したり、回転検知手段の出力信号によって誘導加熱手段への通電を制御したりする方法であると、制御ソフトの動作異常等には対応できないという問題がある。
したがって、誘導加熱手段を用いた定着装置においては、ソフトの異常を含め、機器の故障により、万一、発熱部材の停止時に誘導加熱手段への通電が行われた場合、装置の発火、発煙に至ることも考えられるため、回路上の安全装置を設けるのみならず、発熱部材の回転を確実に行う必要があり、よって、機械式の安全装置を設ける必要性が高まっている。
また、誘導加熱手段を用いた定着装置においては、発熱部材の温度を検知する検知手段やサーモスタット等の安全装置も誘導加熱手段の近傍に設ける必要があるが、〔特許文献5〕において開示されているように、発熱部材の外部に誘導加熱手段を設けた場合、温度検知手段や安全装置を誘導加熱手段の対向位置に配置することはレイアウト的に困難であり、したがって温度検知手段や安全装置を正常に動作させるためには、発熱部材を回転させ、温度検知手段や安全装置を動作させることが必須である。
なお、かかる正常な動作のために、誘導加熱手段の内部にサーモスタット等の安全装置を配置することも考えられるが、サーモスタットを誘導加熱手段内部に設けた場合には発熱効率が低下し、サーモスタットがない場合の1.5〜2倍のウォームアップタイムがかかることが、実験でわかっている。
このため、発熱効率を低下させることなく加熱できるよう誘導加熱手段を発熱部材の対向位置に設けた構成を採用し、安全装置を確実に動作させることが課題となっている。
なお、温度検知手段についても、発熱部材の、誘導加熱手段によって直接加熱される部分以外の部分の温度を検知する位置に配置した場合、発熱部材の回転は必須である。
本発明は、上述の種々の問題を解決した、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置であって、誘導加熱手段による過剰な加熱を、機械的な動作により防止する定着装置、およびこれを搭載したかかる画像形成装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、回転体と、この回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、上記回転体を回転駆動するための駆動部材とを有する定着装置において、上記駆動部材から駆動力を得て上記加熱手段の少なくとも一部を変位させる加熱手段変位手段を有することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の定着装置において、上記加熱手段変位手段が、上記加熱手段の少なくとも一部を、上記回転体を加熱するための第1の位置と、上記回転体から離れた第2の位置との間で変位させることが可能であり、上記回転体の回転時に上記加熱手段の少なくとも一部を第1の位置とし、上記回転体の非回転時に上記加熱手段の少なくとも一部を第2の位置とすることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の定着装置において、上記回転体の温度を検知する検知手段と、上記駆動部材から駆動力を得て上記検知手段を変位させる検知手段変位手段とを有することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、回転体と、この回転体の温度を検知する検知手段と、上記回転体を回転駆動するための駆動部材とを有する定着装置において、上記駆動部材から駆動力を得て上記検知手段を変位させる検知手段変位手段を有することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項3または4記載の定着装置において、上記検知手段変位手段が、上記検知手段を、上記回転体の温度を検知するための第1の位置と、上記回転体から離れた第2の位置との間で変位させることが可能であり、上記回転体の回転時に上記検知手段を第2の位置とし、上記回転体の回転時に上記検知手段を第1の位置とすることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項3または5記載の定着装置であって、上記加熱手段変位手段と上記検知手段変位手段を同時に備えた定着装置において、上記加熱手段変位手段を構成する部材と上記検知手段変位手段を構成する部材との少なくとも一部が同一の部材であることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置にある。
本発明は、回転体と、この回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、上記回転体を回転駆動するための駆動部材とを有する定着装置において、上記駆動部材から駆動力を得て上記加熱手段の少なくとも一部を変位させる加熱手段変位手段を有するので、センサ等を用いた制御を行うことなく加熱手段の少なくとも一部を変位するので、制御不良が生じた場合でも加熱手段の少なくとも一部を確実に変位させ、これにより、必要なとき以外は加熱手段による加熱を確実に禁止することができ、回転体等の過度の昇温や発火等の異常を確実に防止できる定着装置を提供することができる。
加熱手段変位手段が、加熱手段の少なくとも一部を、回転体を加熱するための第1の位置と、回転体から離れた第2の位置との間で変位させることが可能であり、回転体の回転時に加熱手段の少なくとも一部を第1の位置とし、回転体の非回転時に加熱手段の少なくとも一部を第2の位置とすることとすれば、センサ等を用いた制御を行うことなく加熱手段の少なくとも一部を変位するので、制御不良が生じた場合でも、加熱手段の少なくとも一部を、回転体の回転時には第1の位置に、回転体の非回転時には第2の位置に、確実に変位させ、これにより、回転体の非回転時には加熱手段による加熱を確実に禁止することができ、回転体等の過度の昇温や発火等の異常を確実に防止できる定着装置を提供することができる。
回転体の温度を検知する検知手段と、駆動部材から駆動力を得て検知手段を変位させる検知手段変位手段とを有することとすれば、センサ等を用いた制御を行うことなく検知手段を変位するので、制御不良が生じた場合でも検知手段を確実に変位させ、これにより、回転体等の過度の昇温や発火等の異常を確実に防止できる定着装置を提供することができる。
本発明は、回転体と、この回転体の温度を検知する検知手段と、上記回転体を回転駆動するための駆動部材とを有する定着装置において、上記駆動部材から駆動力を得て上記検知手段を変位させる検知手段変位手段を有するので、センサ等を用いた制御を行うことなく検知手段を変位するので、制御不良が生じた場合でも検知手段を確実に変位させ、これにより、回転体等の過度の昇温や発火等の異常を確実に防止できる定着装置を提供することができる。
検知手段変位手段が、検知手段を、回転体の温度を検知するための第1の位置と、回転体から離れた第2の位置との間で変位させることが可能であり、回転体の回転時に検知手段を第2の位置とし、回転体の回転時に検知手段を第1の位置とすることとすれば、制御不良が生じた場合でも、検知手段を、回転体の回転時には第2の位置に、回転体の非回転時には第1の位置に、確実に変位させ、これにより、回転体の非回転時には回転体の過度の昇温を確実に検知することができ、回転体等の過度の昇温や発火等の異常を確実に防止できる定着装置を提供することができる。
加熱手段変位手段と検知手段変位手段を同時に備えた定着装置において、加熱手段変位手段を構成する部材と検知手段変位手段を構成する部材との少なくとも一部が同一の部材であることとすれば、加熱手段変位手段と検知手段変位手段を同時に備えていても、コストの上昇、機構の複雑化、装置の大型化等を抑制できる定着装置を提供することができる。
本発明は、請求項1ないし6の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する定着装置を有し、安全性の高い画像形成装置を提供することができる。
図1に本発明を適用した、カラー画像を形成可能な画像形成装置の概略を示す。画像形成装置100は、カラーレーザプリンタであるが、他のタイプのプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等、他の画像形成装置であっても良い。画像形成装置100は、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。これは画像形成装置100がファクシミリとして用いられる場合も同様である。画像形成装置100は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、OHPシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体として画像形成を行なうことが可能である。
画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な複数の像担持体としての感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKを並設したタンデム構造を採用しており、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに形成された可視像が、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに対峙しながら矢印A1方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体としての中間転写ベルトである転写ベルト11に対しそれぞれ重畳転写され、その後、記録媒体である転写材たる転写紙Sに一括転写されるようになっている。
転写ベルト11に対する重畳転写は、転写ベルト11がA1方向に移動する過程において、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに形成された可視像が、転写ベルト11の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに対向して配設された1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKによる電圧印加によって、A1方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
各感光体ドラム感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKは、A1方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像を形成するための、画像形成部としてのトナー像形成部たる画像ステーションに備えられている。
画像形成装置100は、かかる4つの画像ステーションと、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKの上方に対向して配設され、転写ベルト11及び1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKを備えた転写ベルトユニット10と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである2次転写ローラ5と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置としてのクリーニング装置13と、かかる4つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光走査装置8とを有している。
画像形成装置100はまた、感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKと転写ベルト11との間に向けて搬送される転写紙Sを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置61と、シート給送装置61から搬送されてきた記録紙Sを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKと転写ベルト11との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対4と、転写紙Sの先端がレジストローラ対4に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。
画像形成装置100はまた、トナー像を転写された転写紙Sに同トナー像を定着させるための定着ユニットとしての定着装置6と、定着済みの転写紙Sを画像形成装置100の本体外部に排出する排紙ローラ7と、画像形成装置100の本体上部に配設され排出ローラ7により画像形成装置100の本体外部に排出された転写紙Sを積載する排紙トレイ17と、排紙トレイ17の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル9Y、9C、9M、9BKとを有している。
転写ベルトユニット10は、転写ベルト11、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKの他に、中間転写ベルトケース14と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKとともに転写ベルト11を巻き掛けられた、駆動部材である駆動ローラ72と、転写入口ローラ73と、クリーニング対向ローラ74とを有している。
クリーニング対向ローラ74は、詳細を図示しない付勢手段により、転写ベルト11の張力を増加する方向に付勢されており、転写ベルト11に、転写に適した所定の張力を与えるテンションローラたる機能を有している。転写ベルトユニット10と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKと、2次転写ローラ5と、クリーニング装置13とは、転写装置71を構成している。
シート給送装置61は、画像形成装置100の本体下部に配設されており、最上位の転写紙Sの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ3を有しており、給送ローラ3が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の転写紙Sをレジストローラ対4に向けて給送するようになっている。
クリーニング装置13は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト11に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有しており、転写ベルト11上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト11をクリーニングするようになっている。
画像ステーションについて、そのうちの一つの、感光体ドラム20Yを備えた画像ステーションの構成を代表して構成を説明する。なお、他の画像ステーションの構成に関しても実質的に同一であるので、以下の説明においては、便宜上、感光体ドラム20Yを備えた画像ステーションの構成に付した符号に対応する符号を、他の画像ステーションの構成に付し、詳細な説明については適宜省略することとし、符号の末尾にY、C、M、Kが付されたものはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成を行うための構成であることを示すこととする。
図2に示すように、感光体ドラム20Yを備えた画像ステーションは、感光体ドラム20Yの周囲に、図中時計方向であるその回転方向B1に沿って、1次転写ローラ12Yと、クリーニング手段としてのクリーニング装置40Yと、帯電手段である帯電装置としての帯電ローラ30Yと、現像手段としての現像ユニットである現像装置50Yとを有している。
クリーニング装置40Yは、感光体ドラム20Yに対向する部分に開口部を有するクリーニングケース43Yと、基端部がクリーニングケース43Yに固定され先端部が感光体ドラム20Yに当接し感光体ドラム20Y上の残留トナーを掻き取ってクリーニングするためのクリーニングブレード41Yと、クリーニングケース43Yに回転自在に支持され、クリーニングブレード41によって掻き取られた残留トナーを図示しない廃トナーボトルに向けて搬送するための廃トナースクリュ42Y等を有している。
帯電ローラ30Yは、感光体ドラム20Yの表面に当接して従動回転する。帯電ローラ30Yには、直流に交流成分のバイアスを重畳印加する図示しない電圧印加手段が接続されており、感光体ドラム20Yと対向する帯電領域において、感光体ドラム20Yの表面を除電すると同時に、所定の極性に帯電するようになっている。帯電ローラ30Yには、帯電ローラ30Yに従動回転するクリーニングローラ31Yが当接しており、帯電ローラ30Yをクリーニングするようになっている。
現像装置50Yは、感光体ドラム20Yに対向する部分に開口部を有する現像ケース55Yと、かかる開口部から感光体ドラム20Yに臨むよう感光体ドラム20Yに近接対向して配設された現像ローラ51Yと、現像ローラ51Y上の現像剤を一定の高さに規制する現像ブレード52Yと、現像ケース55Yの下部に互いに対向するように配設され、現像剤を攪拌するとともに現像ローラ51Yに現像剤を供給するための第1搬送スクリュ53Y及び第2攪拌スクリュ54Y等とを有している。
現像装置50Yにおいては、現像ブレード52Yによって現像剤の担持量を規制された現像ローラ51Yが、その矢印C1方向への回転により、現像ローラ51Yと感光体ドラム20Yとの間の現像領域に、現像ブレード52Yによって量を適量とされた現像剤を運び、現像剤中のイエロートナーが感光体ドラム20Yの表面に形成された静電潜像に静電的に移行して、静電潜像をイエロートナー像として可視像化するようになっている。現像ケース55Y内の現像剤には、トナーボトル9Yからイエロートナーが補給、供給され、第1搬送スクリュ53Y及び第2攪拌スクリュ54Yによって供給されたイエロートナーと現像剤とが攪拌混合され、攪拌混合された現像剤が現像ローラ51Y供給される。
1次転写ローラ12Yには、図示しない電圧印加手段によって1次転写に適した所定の電圧が印加されるようになっている。図1に示した光走査装置8は、図2に示すように、感光体ドラム20Yにおける帯電領域と現像領域との間の領域に、光変調されたレーザー光Lを照射して帯電ローラ30Yにより帯電された後の感光体ドラム20Yの表面を露光し、現像装置50Yによってイエロートナー像として可視像化される静電潜像を形成するようになっている。
したがって、感光体ドラム20Yは、B1方向への回転に伴い、帯電ローラ30Yにより表面を一様に帯電され、光走査装置8からのレーザー光の露光走査によりイエロー色に対応した静電潜像を形成され、この静電潜像を現像装置50Yによりイエロー色のトナーにより現像され、現像により得られたイエロー色のトナー像を1次転写ローラ12YによりA1方向に移動する転写ベルト11に1次転写され、転写後に残留したトナー等の異物をクリーニング装置40Yにより除去されて帯電ローラ30Yによる次の除電、帯電に供される。
他の感光体ドラム20C、20M、20BKにおいても同様に各色のトナー像が形成される等し、形成された各色のトナー像は、1次転写ローラ12C、12M、12BKにより、A1方向に移動する転写ベルト11上の同じ位置に順次1次転写される。転写ベルト11上に重ね合わされたトナー像は、転写ベルト11のA1方向の回転に伴い、2次転写ローラ5との対向位置である2次転写部である転写部まで移動し、この転写部において転写紙Sに2次転写される。
転写ベルト11と2次転写ローラ5との間に搬送されてきた転写紙Sは、シート給送装置61から給送ローラ3によって繰り出されてフィードされ、レジストローラ対4によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト11上のトナー像の先端部が2次転写ローラ5に対向するタイミングで送り出されたものである。
転写紙Sは、すべての色のトナー像を一括転写され、担持すると、定着装置6に進入し、後述するように、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を定着され、転写紙S上にカラー画像が形成される。定着装置6を通過した定着済みの転写紙Sは、排紙ローラ7を経て、画像形成装置100の本体上部の排紙トレイ17上にスタックされる。一方、2次転写を終えた転写ベルト11は、クリーニング装置13に備えられたクリーニングブラシ及びクリーニングブレードによってクリーニングされ、画像ステーションによる次の現像工程に備える。
図3に示すように、定着装置6は、トナー像を構成するトナーを定着される記録紙を搬送するための無端帯状のベルトであるトナー加熱媒体としての発熱部材たる無端の定着ベルト88と、この定着ベルト88を巻き掛けられた回転体である発熱ローラとしての発熱部材たる加熱ローラ82と、加熱ローラ82に平行に配設され加熱ローラ82とともに定着ベルト88を巻き掛けられた定着ローラ89と、定着ローラ89に対向して配置され定着ローラ89と対向する領域で定着ベルト88を介して定着ベルト88に当接する加圧ローラ83と、定着ベルト88の内面側に当接して配置されたサーミスタ等の熱応答性の高い感温素子を備えた温度検出手段85と、定着ベルト88を介して加熱ローラ82に対向して配置され定着ベルト88と加熱ローラ82とを電磁誘導により加熱するための誘導加熱手段としての加熱手段90とを有している。
加熱ローラ82と、定着ローラ89と、定着ベルト88と、加圧ローラ83とは、加圧ローラ83を回転駆動する、後述する駆動手段91によって回転駆動される。駆動手段91によって加圧ローラ83が図3において時計回り方向に回転駆動され、加圧ローラ83により定着ベルト88がD1方向に回転駆動され、定着ベルト88により加熱ローラ82と定着ローラ89とが図3において反時計回り方向に回転駆動される。
定着ローラ89は、図示しない付勢手段により付勢され、加熱ローラ82と定着ローラ89とに張り渡され掛け渡された定着ベルト88に定着に適した所定のテンションを与えるテンションローラでもある。加圧ローラ83は図示しない付勢手段により定着ローラ89に向けて付勢されており、これにより定着ベルト88に圧接し、定着ベルト88との間に定着ニップ部たるニップ部Nを形成している。定着装置6は、ニップ部Nに、加圧ローラ83とこれに従動回転する定着ベルト88との回転により転写紙Sを通過させ、加熱すると同時に加圧して搬送することで未定着のトナーTを転写紙Sに定着する、いわゆるベルト方式の定着装置である。
加熱ローラ82は鉄製の中空円筒状の磁性金属部材によって構成され、外径が20mm、肉厚が0.2mmであって、低熱容量で昇温の速い構成となっている。加熱ローラ82の材質は鉄に限らず、コバルト、ニッケル等、または、鉄、コバルト、ニッケル等の合金等の磁性金属であってもよいし、その外径、肉厚は上記以外であっても良い。
定着ローラ89は、ステンレススチール製の金属製の芯金89aと、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金89aを被覆した弾性部材89bとを有している。加圧ローラ83からの押圧力で加圧ローラ83と定着ローラ89との間に所定幅の接触部を形成するために、外径を、加熱ローラ82のそれより大きい、30mm程度としている。弾性部材89bはその肉厚を3〜10mm程度としている。芯金89aの材質はステンレススチールでなくとも良い。
加熱ローラ82と定着ローラ89との構成はこのようになっているので、加熱ローラ82の熱容量と定着ローラ89の熱容量とでは、加熱ローラ82の熱容量のほうが小さく、したがって、加熱ローラ82を急速に加熱させウォームアップ時間を短縮することが可能となっている。
定着ベルト88は、詳細な図示を省略するが、ポリイミド基体と、ポリイミド基体の上に形成されたニッケル製の発熱層と、発熱層の上に形成されたシリコンゴム製の弾性層と、弾性層の上に形成されたPFA性の離型層とを有する、層構造の、耐熱性のベルトである。発熱層は銀等の材料で形成してもよく、離型層はPTFE等の材料で形成しても良い。
定着ベルト88は、加熱手段90により、加熱手段90との対向位置において、発熱層が電磁誘導により直接加熱されるとともに、加熱手段90により加熱手段90との対向位置において電磁誘導により加熱される加熱ローラ82との接触位置W1において、加熱手段90により間接的に加熱され、これら直接的な加熱と間接的な加熱とにより昇温するようになっている。そして、加熱ローラ82と定着ローラ89との回転によって、定着ベルト88はその発熱層および内面が連続的に加熱され、結果として全体にわたって加熱される。
加圧ローラ83は、銅製の円筒部材からなる芯金83aと、この芯金83aの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材83bとを有している。芯金83aは熱伝導性の高い金属製のものが適しており、銅以外にも、アルミ、SUSを使用することができる。加圧ローラ83の外径は定着ローラ89と同じ30mm程度としているが、肉圧は1〜2mm程度で定着ローラ89より薄く、また硬度は定着ローラ89の硬度より硬くしている。
加圧ローラ83は定着ベルト88を介して定着ローラ89を押圧してニップ部Nを形成しているが、本形態では、加圧ローラ83の硬度を定着ローラ89のそれに比べて硬くしていることにより、加圧ローラ83が定着ローラ89及び定着ベルト88へ食い込む形となり、この食い込みにより、転写紙Sは加圧ローラ83表面の円周形状に沿うため、転写紙Sが定着ベルト88表面から離れやすくなっている。
加熱手段90は、加熱ローラ82に対向する位置、言い換えると、加熱ローラ82の外部に、加熱ローラ82と別体で設けられ、磁界発生手段である励磁コイル87と、この励磁コイル87が巻き回されたコイルガイド板86と、励磁コイル87の外側に配設された、フェライト等の強磁性体よりなる比透磁率が2500の半円筒形状の励磁コイルコア84と、励磁コイルコア84を励磁コイル87に近接した位置で固定配置する励磁コイルコア支持部材81と、励磁コイル87に接続された、発振回路が周波数可変の図示しない駆動電源とを有している。励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とは、一体をなしている。
図4(a)に示すように、コイルガイド板86は加熱ローラ82の外周面に近接配置された半円筒形状をしている。図4(b)に示すように、励磁コイル87は長い一本の励磁コイル線材をコイルガイド板86に沿って加熱ローラ82の軸方向に交互に巻き付けたものである。
励磁コイル87には駆動電源から10kHz〜1MHzの高周波交流電流、好ましくは20kHz〜800kHzの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。この交番磁界が、加熱ローラ82と定着ベルト88との接触領域W1およびその近傍部において加熱ローラ82および定着ベルト88の発熱層に作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流Iが流れる。
この渦電流Iが加熱ローラ82および定着ベルト88の発熱層の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ82と定着ベルト88との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ82および定着ベルト88が電磁誘導加熱される。
このようにして加熱された定着ベルト88は、ニップ部Nの入口側近傍において定着ベルト88の内面側に当接して配置された温度検出手段85により、その内面の温度が検知される。
図5に示すように、駆動手段91は、図示しないモータ等の駆動源と、この駆動源より駆動力を伝達されたギヤ92と、このギヤ92に噛み合う、図3に示した加圧ローラ83の図示しない軸と同一軸上に配置された駆動部材としてのギヤ93とを有しており、ギヤ92とギヤ93とを介してかかる駆動源によって加圧ローラ83が回転駆動される構成となっている。加圧ローラ83の回転に伴い定着ベルト88も同様に回転することにより転写紙Sが搬送され、定着が行われる。定着ローラ89や加熱ローラ82の駆動は、これらにギヤを設けて加圧ローラ83に対すると同様に駆動源からの駆動伝達を行うことにより行っても良い。
加熱手段90は、ギヤ93から駆動力を得る加熱手段変位手段94により、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とが一体で変位可能となっている。なお、加熱ローラ82の図示しない軸上には、図示しないギャップコロが設けられており、このギャップコロによって、加熱手段90と加熱ローラ82との距離は、後述する所定の距離以上に保たれるようになっている。
加熱手段変位手段94は、励磁コイルコア支持部材81の上部側の一端に励磁コイルコア支持部材81と一体に形成された支持軸81aと、励磁コイルコア支持部材81の下部側の一端に励磁コイルコア支持部材81と一体に形成されたラック81bと、一端を定着装置6のケーシング等の不動部材95に係止され、他端を励磁コイルコア支持部材81のラック81b形成部近傍に係止された付勢手段としての引っ張りばねであるスプリング96と、励磁コイル87、コイルガイド板86、励磁コイルコア84および励磁コイルコア支持部材81の回動を規制するストッパ97と、ギヤ93に噛み合うギヤ98と、ギヤ98及びラック81bに噛み合うギヤ99とを有している。
支持軸81aは、これを中心に励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とを一体で回動可能とするものである。スプリング96は、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とを一体で、支持軸81aを中心に回動させ、加熱ローラ82から離れる方向に付勢するものである。
ストッパ97は、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とが一体で支持軸81aを中心に回動し、加熱ローラ82から離れた位置で、スプリング96の付勢力に抗し、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とのそれ以上の回動を規制するものである。
ギヤ99は、トルクリミッタ99aを内蔵しており、駆動源が回転し続け、ギヤ99とラック81bとが噛合した状態でギヤ99に駆動力が伝達し続けられても、ギャップコロにより加熱手段90と加熱ローラ82との距離が所定の距離に保たれた状態で、破損が生じないようになっている。
ギヤ99はまた、ワンウェイクラッチ99bを内蔵しており、駆動源が停止した際に、スプリング96の付勢力により、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とが一体で、支持軸81aを中心に、ストッパ97に係合する、加熱ローラ82から離れた位置まで回動するようになっている。
このような構成により、加熱手段変位手段94は、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とを一体で、加熱手段90が加熱ローラ82と定着ベルト88とを加熱するための、ギャップコロに係合した、図5に示す第1の位置と、加熱手段90が加熱ローラ82と定着ベルト88とから離れてストッパ97に係合し、加熱ローラ82と定着ベルト88とを加熱することを禁止する第2の位置との間で変位させることを可能としている。
そしてまた加熱手段変位手段94は、加熱ローラ82および定着ベルト88の回転時に、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とを一体で第1の位置とし、加熱ローラ82および定着ベルト88の非回転時に、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とを一体で第2の位置とするようになっている。
ここで、図6に励磁コイル87と加熱ローラ82との距離と、発熱電力との関係を示す。図6は励磁コイル87と加熱ローラ82との距離が離れる程、効率が低下し加熱ローラ82が昇温しないことを示している。励磁コイル87と加熱ローラ82との距離が4.5mmの場合、加熱ローラ82への注入電力は400W程度の電力であるが、この距離を広げると、加熱効率は更に低下する。加熱効率が著しく低下する距離では、かりに、加熱手段90への制御が暴走し、加熱手段90のみに通電が行われたとしても、加熱ローラ82が急激に加熱されることはない。
よって加熱ローラ82の回転が停止しているときに加熱手段90への通電がおこなわれても、励磁コイル87と加熱ローラ82との距離が十分にとられていれば、発火、発熱等の異常動作の発生が防止される。
そこで、本形態においては、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とが第2の位置を占めるときに、励磁コイル87と加熱ローラ82との距離が5〜6mmとなるようストッパ97の配設位置を定め、加熱ローラ82と定着ベルト88との非回転時にかかる異常動作の発生を防止している。
また、励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とが第1の位置を占めるときには、励磁コイル87と加熱ローラ82との距離が約4mmとなるようギャップコロの配設態様を定め、加熱ローラ82と定着ベルト88との回転時においても加熱ローラ82や定着ベルト88の過剰な温度上昇を防止するようになっている。
図7に示すように、定着装置6は、加熱ローラ82の温度を検知する検知手段としてのサーモスタット33と、ギヤ93から駆動力を得てサーモスタット33を変位させる検知手段変位手段39とを有している。
サーモスタット33は、定着ベルト88の内側であって、加熱ローラ82の周面に接触する位置に配置されている。
検知手段変位手段39は、サーモスタット33を保持する支持部材34と、支持部材34を回動自在に支持した、定位置を占める支持軸35と、支持部材34の上部側の一端に一端を係止され、他端を不動部材95に係止された付勢手段としての引っ張りばねであるスプリング36と、支持部材34の下部側の一端に支持部材34と一体に形成されたラック37と、支持部材34の回動を規制するストッパ38と、ギヤ98と、ギヤ99とを有している。
スプリング96は、支持部材34をサーモスタット33と一体で支持軸35を中心に回動させ、サーモスタット33を加熱ローラ82から離れる方向に付勢するものである。ストッパ38は、支持部材34がサーモスタット33と一体で支持軸35を中心に回動し、サーモスタット33が加熱ローラ82から離れた位置で、スプリング36の付勢力に抗し、支持部材34のそれ以上の回動、すなわちサーモスタット33の加熱ローラ82からのそれ以上の離間を規制するものである。
ギヤ99はギヤ98及びラック37に噛み合っている。ギヤ99に内蔵されたトルクリミッタ99aは、駆動源が回転し続け、ギヤ99とラック37とが噛合した状態でギヤ99に駆動力が伝達し続けられても、支持部材34がストッパ38に係合した状態で、破損が生じないようにしている。ギヤ99に内蔵されたワンウェイクラッチ99bは、駆動源が停止した際に、スプリング36の付勢力により、支持部材34をサーモスタット33と一体で、支持軸35を中心に、サーモスタット33が加熱ローラ82に当接する位置まで回動することを可能としている。
このような構成により、検知手段変位手段39は、サーモスタット33を、サーモスタット33が、加熱ローラ82の温度を検知するための、加熱ローラ82に係合した、図7に示す第1の位置と、サーモスタット33が、加熱ローラ82から離間して退避し、加熱ローラ82の温度の影響を受けない第2の位置との間で変位させることを可能としている。また検知手段変位手段39は、加熱ローラ82および定着ベルト88の回転時に、サーモスタット33を第2の位置とし、加熱ローラ82および定着ベルト88の非回転時に、サーモスタット33を第1の位置とするようになっている。ストッパ38の配設位置は、サーモスタット33が第2の位置を占めるときに、加熱ローラ82の温度のよって作動することのない位置とされている。
加熱手段変位手段94と検知手段変位手段39とでは、ギヤ98、ギヤ99、トルクリミッタ99aおよびワンウェイクラッチ99bが共通化され、これら同一の部材を構成要素としており、加熱手段変位手段94、検知手段変位手段39を備えることによるコストの上昇、機構の複雑化、装置の大型化等を抑制している。
本形態において、サーモスタット33の動作温度は130℃に設定されている。
定着装置6のウォームアップ時の動作について説明する。加熱手段90への通電は駆動手段91の動作開始と同時か、駆動手段91の動作開始後に開始される。正常に動作しているときはサーモスタット33が加熱ローラ82から離間する。一方、何らかの原因でラック37に駆動が伝わらなかった場合、加熱ローラ82とサーモスタット33とは接触した状態に保たれ、加熱ローラ82が130℃になった時点で作動するため、非接触の状態よりも早期に作動する。したがって万一、駆動手段91の異常やソフトの異常が発生した状態で加熱手段6に通電が行われても、サーモスタット33が早期に動作するため、発火、発煙が防止される。
以上のような構成の定着装置6において、定着装置6に進入した転写紙Sは、加熱手段90によって適切な温度に加熱された定着ベルト88の熱と、定着ローラ89および定着ベルト88と加圧ローラ83との圧力との作用により、担持したトナー像Tを定着され、所望の画像が形成される。このような定着動作は、加熱手段変位手段94と検知手段変位手段39との動作により、安全に行われる。
以上、本発明を、ベルト式の定着装置に適用した形態を説明し、回転体を加熱ローラとして説明したが、回転体は定着ベルトであっても良く、この場合には定着ベルトの温度を検知すれば良い。また、本発明は、ベルト式の定着装置に限らず、回転体としての発熱部材たる定着ローラと、定着ローラを電磁誘導により加熱するための加熱手段と、定着ローラに圧接された加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写紙を定着ローラと加圧ローラとの圧接部であるニップ部に通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着するようになっているローラ対方式といわれるような定着装置等、種々のタイプの定着装置に適用することも可能である。
加熱手段変位手段は、加熱手段の少なくとも一部を第1の位置と第2の位置との間で変位するものであって良く、したがって、加熱手段の全体を第1の位置と第2の位置との間で変位するものであっても良いし、上述の形態と異なる態様、たとえば上述の形態における加熱手段の一部とは異なる一部を変位させることで、加熱手段の少なくとも一部を、回転体の加熱を行う状態と行わない状態との間で変位させるものであっても良い。
本発明を適用した画像形成装置の概略を示す側面図である。 図1に示した画像形成装置に搭載された像担持体及びその周りの構成を示す側面図である。 図1に示した画像形成装置に搭載された定着装置の構成を示す側面図である。 図3に示した定着装置に搭載された加熱手段の構成部品の配設態様を示す図である。 図3に示した定着装置に搭載された駆動部材および加熱手段変位手段の構成を示す側面図である。 図3に示した定着装置に搭載された加熱ローラと励磁コイルとの距離と、加熱ローラへの注入電力との関係を示す相関図である。 図3に示した定着装置に搭載された駆動部材および検知手段変位手段の構成を示す側面図である。 電磁誘導により加熱を行う加熱手段を備えた従来の定着装置を示す側面図である。
符号の説明
6 定着装置
33 検知手段
39 検知手段変位手段
82 回転体
90 加熱手段
93 駆動部材
94 加熱手段変位手段
98,99,99a,99b 同一の部材
100 画像形成装置

Claims (7)

  1. 回転体と、この回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、上記回転体を回転駆動するための駆動部材とを有する定着装置において、
    上記駆動部材から駆動力を得て上記加熱手段の少なくとも一部を変位させる加熱手段変位手段を有することを特徴とする定着装置。
  2. 請求項1記載の定着装置において、上記加熱手段変位手段が、上記加熱手段の少なくとも一部を、上記回転体を加熱するための第1の位置と、上記回転体から離れた第2の位置との間で変位させることが可能であり、上記回転体の回転時に上記加熱手段の少なくとも一部を第1の位置とし、上記回転体の非回転時に上記加熱手段の少なくとも一部を第2の位置とすることを特徴とする定着装置。
  3. 請求項1または2記載の定着装置において、上記回転体の温度を検知する検知手段と、上記駆動部材から駆動力を得て上記検知手段を変位させる検知手段変位手段とを有することを特徴とする定着装置。
  4. 回転体と、この回転体の温度を検知する検知手段と、上記回転体を回転駆動するための駆動部材とを有する定着装置において、
    上記駆動部材から駆動力を得て上記検知手段を変位させる検知手段変位手段を有することを特徴とする定着装置。
  5. 請求項3または4記載の定着装置において、上記検知手段変位手段が、上記検知手段を、上記回転体の温度を検知するための第1の位置と、上記回転体から離れた第2の位置との間で変位させることが可能であり、上記回転体の回転時に上記検知手段を第2の位置とし、上記回転体の回転時に上記検知手段を第1の位置とすることを特徴とする定着装置。
  6. 請求項3または5記載の定着装置であって、上記加熱手段変位手段と上記検知手段変位手段を同時に備えた定着装置において、上記加熱手段変位手段を構成する部材と上記検知手段変位手段を構成する部材との少なくとも一部が同一の部材であることを特徴とする定着装置。
  7. 請求項1ないし6の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置。
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