JP2008165091A - 定着装置及び該定着装置を有する画像形成装置 - Google Patents

定着装置及び該定着装置を有する画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】加熱される定着ローラと、その定着ローラに定着ベルトを介して圧接した加圧ローラとを有し、定着ローラの表面硬度が加圧ローラの表面硬度よりも低く設定された定着装置において、定着ローラの耐久性を高める。
【解決手段】記録媒体P上のトナー像Tを定着するとき以外の時期には、定着ローラ12と加圧ローラ15との圧接を解除すると共に、定着ローラ12の劣化が進み、定着ローラ12と加圧ローラ15との軸間距離が一定の値に達したとき、加圧ローラ15が定着ローラ12に近づくことを禁止し、かつ定着ローラ12に対する加圧ローラ15の圧接力を調整可能とした。
【選択図】図2

Description

本発明は、本体フレームに支持されて加熱される定着部材と、加圧ローラとを有し、直接又は定着ベルトを介して互いに圧接した定着部材と加圧ローラとのニップ部にトナー像を担持した記録媒体を通過させて、そのトナー像を熱と圧力の作用で記録媒体に定着する定着装置と、その定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
電子複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはその複合機などとして構成される画像形成装置に上記形式の定着装置を採用することは従来より周知である。かかる定着装置において、直接又は定着ベルトを介して互いに圧接した定着部材と加圧ローラとのニップ部の記録媒体搬送方向幅をニップ幅と称することにすると、このニップ幅が広ければ広い程、そのニップ部を通過する記録媒体上のトナー像に多量の熱を与えることができるので、定着部材と加圧ローラの温度を低く設定でき、しかも温度のばらつきによるトナー像の定着性の変動を抑えることが可能である。そこで、定着部材の表面硬度を加圧ローラの表面硬度よりも低く設定し、加圧ローラを定着部材に大きく食い込ませた定着装置が提案されている(特許文献1参照)。例えば、スポンジより成る弾性層を備えた定着部材を用い、その表面に直接又は定着ベルトを介して加圧ローラを圧接させ、該加圧ローラを定着部材に大きく食い込ませるのである。これにより、定着部材と加圧ローラとの間に大きなニップ幅を確保でき、定着部材と加圧ローラの温度を低く設定することが可能となる。
ところが、上述のように定着部材の表面硬度が低くなると、その定着部材の耐久性が低下し、定着部材の寿命が短くなる。例えば、スポンジより成る弾性層を有する定着部材を用いた場合、その弾性層の硬度が経時的に低下して、ニップ幅が適正値よりも大きくなり、比較的早期にその弾性層が破損するおそれがある。
特開2002−169415号公報 特開2006−11104号公報
本発明の目的は、大きなニップ幅を確保できると共に、定着部材の寿命を伸ばすことのできる定着装置と、その定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、本体フレームに支持されて加熱される定着部材と、該定着部材に直接又は定着ベルトを介して対向配置された加圧ローラとを有し、前記定着部材の表面硬度が、前記加圧ローラの表面硬度よりも低く設定されていて、該定着部材と加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録媒体を通過させて、該トナー像を熱と圧力の作用により記録媒体に定着する定着装置であって、前記加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接するように該加圧ローラを加圧する付勢部材と、該付勢部材が前記加圧ローラを加圧する圧力を調整する加圧力調整手段と、付勢部材の加圧力が前記加圧ローラに作用することを禁止する圧規制手段と、前記付勢手段によって加圧された加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接した状態で、該加圧ローラの回転中心から前記定着部材までの距離が予め決められた大きさに達したとき、それ以上、加圧ローラが定着部材に近づくことを禁止する加圧ローラストッパとを具備し、前記定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過する時、前記付勢部材の加圧作用により、該加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して定着部材に圧接し、定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過していない時期の少なくとも一部の時期には、前記圧規制手段によって前記付勢部材の加圧力が前記加圧ローラに作用しないように構成されている定着装置を提案する(請求項1)。
同じく、本発明は、上記目的を達成するため、本体フレームに支持されて加熱される定着部材と、該定着部材に直接又は定着ベルトを介して対向配置された加圧ローラとを有し、前記定着部材の表面硬度が、前記加圧ローラの表面硬度よりも低く設定されていて、該定着部材と加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録媒体を通過させて、該トナー像を熱と圧力の作用により記録媒体に定着する定着装置であって、前記本体フレームに枢軸を介して揺動可能に支持され、かつ前記加圧ローラの長手方向各端部をそれぞれ回転可能に保持する一対の加圧アームと、前記枢軸を介して前記本体フレームに揺動可能に支持された一対の回動アームと、該回動アームをそれぞれ回動させるカムと、前記各回動アームに揺動可能に支持された一対の調整レバーと、前記各回動アームに螺着された一対の調整ねじと、前記各調整レバーと前記各加圧アームの上壁との間にそれぞれ配置された一対の圧縮コイルスプリングと、各圧縮コイルスプリングの内部を貫通し、一端側が前記調整レバーに連結され、他端側が前記各加圧アームの上壁を貫通していて、該他端側に設けられた頭部が該加圧アームの上壁外に位置している一対の加圧アームストッパと、前記圧縮コイルスプリングによって加圧された加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接した状態で、該加圧ローラの回転中心から前記定着部材までの距離が予め決められた大きさに達したとき、それ以上、加圧ローラが定着部材に近づくことを禁止する加圧ローラストッパとを具備し、前記調整レバーは、前記調整ねじの回転により回動して、前記圧縮コイルスプリングが前記加圧ローラを加圧する圧力を調整するように構成され、前記カムは、前記回動アームが前記定着部材の側に近づいた加圧位置と、該加圧位置よりも定着部材の側から離れた脱圧位置との間を回動するように、該回動レバーを回動させ、該回動レバーが前記加圧位置にあるとき、前記加圧アームが前記圧縮コイルスプリングにより加圧されて、前記加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接するように、前記加圧アームの上壁が前記加圧アームストッパの頭部から離間しており、前記回動アームが前記脱圧位置にあるときは、前記加圧アームが前記圧縮コイルスプリングの加圧作用を受けないように、前記加圧アームストッパの頭部が前記加圧アームの上壁に当接し、前記定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過する時、前記カムは、前記回動レバーを前記加圧位置に回動させ、定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過していない時期の少なくとも一部の時期には、前記カムは、前記回動レバーを前記脱圧位置に回動させるように構成されている定着装置を提案する(請求項2)。
また、上記請求項2に記載の定着装置において、前記加圧ローラに同心状に固定配置された加圧ローラ駆動ギアと、該加圧ローラ駆動ギアに噛み合っていて、駆動モータの回転を該加圧ローラ駆動ギアに伝達するアイドラギアとを具備し、該アイドラギアは、前記加圧アームと回動アームを前記本体フレームに支持する枢軸に支持されていると有利である(請求項3)。
さらに、上記請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置において、前記定着部材は、スポンジより成る弾性層を有し、前記加圧ローラストッパは、前記弾性層の厚さが25乃至35%まで圧縮変形したときに、それ以上、加圧ローラが定着部材に近づくことを禁止するように構成されていると有利である(請求項4)。
また、上記請求項4に記載の定着装置において、前記弾性層は、発泡シリコンゴムより成ると有利である(請求項5)。
さらに、上記請求項2乃至5のいずれかに記載の定着装置において、定着装置の立上げ時に、該定着部材と加圧ローラを加熱している時、前記回動アームは脱圧位置にあり、この時、前記加圧ローラは前記定着部材に当接しているように構成されていると有利である(請求項6)。
また、本発明は、上記目的を達成するため、請求項1乃至6のいずれかに記載の定着装置を有する画像形成装置を提案する(請求項7)。
本発明によれば、定着部材の耐久性を高め、その寿命を伸ばすことができる。
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
図1は画像形成装置の一例であるカラープリンタの一部を示す概略図である。ここに示した画像形成装置は、記録媒体上にトナー像を形成する作像装置1と、そのトナー像を記録媒体に定着する定着装置2とを有している。先ず作像装置1の概略を明らかにする。
図1に示した作像装置1は、ドラム状の感光体として構成された第1乃至第4の像担持体3Y,3M,3C,3BKを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第1乃至第4の像担持体3Y乃至3BKに対向して転写ベルト4が配置され、この転写ベルト4は、駆動ローラ5と従動ローラ6に巻き掛けられて矢印A方向に走行駆動される。
第1乃至第4の各像担持体3Y,3M,3C,3BK上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第1の像担持体3Yにトナー像を形成する構成だけを説明する。この像担持体3Yは図1における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ7によって像担持体表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット8から出射する光変調されたレーザビームLが照射される。これによって像担持体3Yに静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置9によってイエロートナー像として可視像化される。
一方、図示していない給紙部から、例えば転写紙又は樹脂シートや樹脂フィルムなどから成る記録媒体Pが給送され、その記録媒体Pが、像担持体3Yと転写ベルト4の間に送り込まれ、転写ベルト4に担持されて搬送される。転写ベルト4を挟んで、像担持体3Yにほぼ対向する位置には転写ローラ10が配置され、その転写ローラ10に対し、像担持体3Y上のトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって像担持体3Y上のイエロートナー像が記録媒体P上に転写される。記録媒体Pに転写されず、像担持体3Y上に残された転写残トナーは、クリーニング装置11によって除去される。
全く同様にして、第2乃至第4の像担持体3M,3C,3BK上にマゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された記録媒体P上に順次重ね合されて転写される。
上述のようにして4色のトナー像が形成された記録媒体Pは、定着装置2を通過し、このときそのトナー像が記録媒体P上に定着される。定着装置2を通過した記録媒体は、図示していない排紙トレイ上に排出される。このように、図1に例示した画像形成装置は、定着装置2と、その定着装置2により定着されるトナー像を記録媒体P上に形成する作像装置1を具備している。
図2は定着装置2を画像形成装置本体の手前側から見たときの当該定着装置2の正面図である。ここに示した定着装置2は、その定着装置の本体フレーム(図示せず)に回転可能に支持された定着ローラ12と、同じく本体フレームに回転可能に支持された円筒状の加熱ローラ13とを有し、これらのローラ12,13には、無端ベルトより成る定着ベルト14が巻き掛けられている。また、定着ローラ12には、定着ベルト14を介して、円筒状の加圧ローラ15が対向配置され、この加圧ローラ15の内部と、加熱ローラ13の内部には、それぞれヒータ16,17が設けられている。
加圧ローラ15は後述するように定着ベルト14を介して定着ローラに圧接し、加圧ローラ15が図2における反時計方向に回転駆動される。これによって定着ベルト14が矢印B方向に従動回転し、これに伴って定着ローラ12と加熱ローラ13が図2における時計方向にそれぞれ回転する。このとき、ヒータ16,17によって加熱ローラ13、定着ベルト14、定着ローラ12及び加圧ローラ15がそれぞれ加熱され、定着ベルト14と加圧ローラ15の表面がトナー像の定着に適した温度に保たれる。この状態で、表面に未定着のトナー像Tを担持した記録媒体Pが、矢印Cで示すように、定着ベルト14と加圧ローラ15との間に送り込まれる。このとき、記録媒体Pは、これに担持されたトナー像Tが定着ベルト14の表面に接する向きにして搬送され、定着ベルト14を介して定着ローラ12と加圧ローラ15が互いに圧接したニップ部Nを通過する。このようにして、記録媒体P上のトナー像は、圧力と熱の作用を受け、これらの作用によって記録媒体P上に定着される。
上述のように、定着ローラ12は、定着装置2の本体フレームに支持されて加熱される定着部材の一例を構成する。図2に示した定着装置2においては、この定着ローラ12が定着ベルト14を介して加圧ローラ15に対向配置されているが、定着ベルト14を省略し、加圧ローラ15を定着部材に直接対向配置することもできる。この場合には、定着部材を加熱するヒータを、その定着部材の内部、又は外部、或いはその両者に設ければよい。
上述のように、本発明の対象としている定着装置は、本体フレームに支持されて加熱される定着部材と、その定着部材に直接又は定着ベルトを介して対向配置された加圧ローラとを有し、その定着部材と加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録媒体を通過させて、該トナー像を熱と圧力の作用により記録媒体に定着するように構成されている。その際、定着ローラ12より成る定着部材の表面硬度が、加圧ローラ15の表面硬度よりも低く設定されている。定着ローラ表面のアスカーC硬度が、加圧ローラ表面のアスカーC硬度よりも低く設定されているのである。これにより、定着ベルト14を介して定着ローラ12に圧接した加圧ローラ15が、その定着ローラ12の表面を大きく弾性的に圧縮変形させて該定着ローラ12に大きく食い込むことができる。これにより、定着ローラ12と加圧ローラ15との間に大きなニップ幅Wを確保でき、定着ローラ12と加圧ローラ15の間のニップ部Nを通過する記録媒体P上のトナー像Tに多量の熱を与えることができる。このため、トナー像定着時の定着ローラ12、加圧ローラ15及び定着ベルト14の温度を低く設定することができ、消費エネルギーを少なくすることができる。これは、加圧ローラ15が定着ローラ12に直に圧接する形式の定着装置の場合も同様である。
ここで、上述した定着装置2の各構成要素のより具体的な例を説明する。定着ベルト14は、例えば、厚さ90μmのポリイミド樹脂で形成された基体の表面に20μmのシリコンゴムを積層し、さらにその上に厚さ20μmの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)をコートしたものから構成される。定着ベルト14を定着ローラ12と加熱ローラ13から外したときの当該定着ベルト14の内径は、例えば75mmである。加熱ローラ13は、例えば、厚さ0.6mmのアルミニウム製の中空円筒体より成り、その外径は35mmである。
定着ローラ12は、例えば、芯金18と、その芯金18の外周に設けられたスポンジより成る弾性層19から構成され、その弾性層19は、例えば厚さ14mmの発泡シリコンゴムより成る。かかる定着ローラ12の外径は、例えば52mmである。弾性層19として、発泡シリコンゴムを用いると、他のスポンジ材料を用いた場合に比べ、定着ローラ12の耐熱性と耐久性を高めることができる。
加圧ローラ15は、図3及び図4にも示すように、例えば厚さ1mmの鋼製の中空芯金20と、その外周に設けられた厚さ1.5mmのシリコンゴム21と、その表面に積層されたPFAチューブ22により構成され、その外径は50mmである。図4に示すように、加圧ローラ15の長手方向各端部28A,28Bの外径は、これらの間の胴部の外径よりも小さくなっていて、その各端部28A,28Bには、シリコンゴムとPFAチューブは設けられておらず、その芯金20の各端部がむき出しになっている。
上述のように、定着ローラ12の弾性層19を発泡シリコンゴムにより構成して、定着ローラ12の表面硬度を下げ、加圧ローラ15の表面硬度を、定着ローラ12の表面硬度よりも高くすることにより、その加圧ローラ15を定着ローラ12に圧接させたときのニップ幅Wを大きくすることができ、例えばそのニップ幅Wを14mmに設定することができる。このようにニップ幅Wを大きくできるので、そのニップ部Nを通過する記録媒体P上のトナー像に多量の熱を与えることができ、定着ベルト14と加圧ローラ15の表面温度を低く設定することができる。
ところが、この構成を採用すると、従来の定着装置においては、定着ローラの耐久性が低下し、定着ローラの寿命が著しく縮められるおそれがあった。かかる欠点を防止するため、本例の定着装置2は以下のように構成されている。
図3及び図4は、加圧ローラ15を画像形成装置本体の奥側から見た斜視図であり、図2は定着装置2を図3の矢印II方向から見た正面図である。図3及び図4における符号Rは画像形成装置本体の奥側を、符号Fは画像形成装置本体の手前側を示している。図3及び図4に示すように、加圧ローラ15の長手方向各端部28A,28Bには、軸受23A,23Bが嵌合し、しかもその加圧ローラ15の奥側の端部28Bには、当該加圧ローラ15と同心状に配置された加圧ローラ駆動ギア24が固定されている。加圧ローラ15は、その長手方向各端部28A,28Bが、上述の軸受23A,23Bを介して、図3に示した支持装置25A,25Bにそれぞれ回転可能に保持されている。画像形成装置本体奥側の支持装置25Bは、上述の加圧ローラ駆動ギア24に噛み合うアイドラギア26を有しているのに対し、画像形成装置本体手前側の支持装置25Aには、かかるアイドラギアが設けられていないが、この点を除き、両支持装置25A,25Bは互いに対称に構成されている。従って、以下の記載では、主として、手前側の支持装置25Aと、加圧ローラ15との関連構成だけを説明する。なお、図4は、加圧ローラ15を図3に示した両支持装置25A,25Bから外し、しかも各軸受23A,23Bと加圧ローラ駆動ギア24を加圧ローラ15から離脱した状態を示す斜視図であり、図5は手前側の支持装置25Aの一部の要素を分解して示す斜視図、図6は手前側の支持装置25Aを図3のVI−VI線に沿って切断した断面図であって、一部の構成要素を省略して示した図である。
図2、図3及び図6に示すように、支持装置25Aは、枢軸27Aを介して、定着装置の図示していない本体フレームに矢印D,E方向に揺動可能に支持された加圧アーム29を有している。この加圧アーム29は、図5に示すように、互いに対向した一対の側板30,31と、これらの側板30,31を一体に連結する上壁32とから構成され、一方の側板30の上縁部33に加圧ローラ15の手前側の端部28Aに嵌合した軸受23Aが支持されている。図3に示すように、奥側の支持装置25Bの加圧アームも枢軸27Bを介して本体フレームに揺動可能に支持され、加圧ローラ15の奥側の端部28Bに嵌合した軸受23Bが、奥側の支持装置25Bの加圧アームに上述したところと全く同様にして支持されている。このように、本例の定着装置2は、その本体フレームに枢軸27A,27Bを介して揺動可能に支持され、かつ加圧ローラ15の長手方向各端部28A,28Bを軸受23A,23Bを介して回転可能に保持する一対の加圧アーム29を有している。
さらに、支持装置25Aは、基端側が上述の枢軸27Aを介して支持フレームに矢印D,E(図2)方向に揺動可能に支持された回動アーム34を有している。この回動アーム34は、図5に示すように、互いに対向した側壁35,36と、これらの側壁35,36に一体に固定連結された底壁37と、両側壁35,36に固定支持された受台38とから構成されている。図6には、回動アーム34の受台38以外の部分の図示を省略してある。受台38は後述する調整ねじ39(図6)を支持する用をなす。
また、図2及び図3に示すように、回動アーム34の先端側には、軸40を介して、ローラ41より成るカムフォロアが回転可能に支持され、そのローラ41には、カム軸50を介して本体フレームに回転可能に支持されたカム42が当接している。ここでは、カム軸50に固定された偏心カムより成るカム42が用いられている。図3に示すように、奥側の支持装置25Bも同じく構成され、その回動アームに支持されたローラより成るカムフォロアには、カム軸に固定支持されたカム(図示せず)が当接している。後述するように、これらのカム42がモータにより回動駆動されることにより、両支持装置25A,25Bの回動アーム34は矢印D,E(図2)方向に揺動することができる。このように、本例の定着装置2は、枢軸27A,27Bを介して本体フレームに揺動可能に支持された一対の回動アーム34と、その回動アームをそれぞれ回動させるカム42を有しているのである。
また、図2及び図6に示すように、回動アーム34には、調整レバー43が、ピン44を介して図6に矢印I,Gで示す方向に揺動可能に支持されている。この調整レバー43の一端側には、ばね受部材45がピン46を介して揺動可能に支持され、このばね受け部材45と加圧アーム29の上壁32との間には、圧縮コイルスプリング47より成る付勢部材が圧装されている。ここでは、圧縮コイルスプリング47の下端部が、ばね受け部材45を介して調整レバー43に支持されているが、この圧縮コイルスプリング47の下端部を調整レバー43に直に当接させることもできる。奥側の支持装置25Bも、全く同様に構成された調整レバーと圧縮コイルスプリングを有している。このように、本例の定着装置2は、各回動アーム34に揺動可能に支持された一対の調整レバー43と、各調整レバー43と各加圧アーム29の上壁32との間にそれぞれ配置された一対の圧縮コイルスプリング47を有している。調整レバー43と前述の調整ねじ39を設けた目的と、その作用については後に詳しく説明する。
また、図6に明示するように、圧縮コイルスプリング47を貫通して、段付きねじにより構成された加圧アームストッパ48が延びており、その加圧アームストッパ48の一端側(下端側)に形成されたおねじが、前述のばね受け部材45に形成されたねじ孔に螺着されている。このように、本例の定着装置においては、加圧アームストッパ48の一端側が、ばね受け部材45を介して調整レバー43に連結されているが、加圧アームストッパ48を調整レバー43に直に連結することもできる。
また、加圧アームストッパ48の他端側(上端側)は、加圧アーム29の上壁32に形成された孔を貫通して上方に延び、その他端側に設けられた加圧アームストッパ48の頭部49が上壁32よりも上方に位置している。頭部49が上壁32に外部に位置していて、その頭部49が上壁32の上面に当接可能となっているのである。奥側の支持装置25Bも全く同様に構成されている。このように、本例の定着装置2は、各圧縮コイルスプリング47の内部を貫通し、一端側が調整レバー43に連結され、他端側が各加圧アーム29の上壁32を貫通していて、その他端側に設けられた頭部49が加圧アーム29の上壁32外に位置している一対の加圧アームストッパ48を有している。
ここで、前述のように、図2に示した定着ローラ12、定着ベルト14、加熱ローラ13及び加圧ローラ15が所定の方向に回転し、記録媒体Pがニップ部Nを通過して、トナー像Tを記録媒体Pに定着する定着動作が行われる時、両支持装置25A,25Bのカム42は、その最も半径の大きな大径部42Aが、図2に示すように、カムフォロアを構成するローラ41に圧接している。このため、回動アーム34は、ローラ41の設けられた先端側が高く持ち上げられ、該回動アーム34は定着ローラ12に最も近づいた位置を占める。このときの回動アーム34の位置を加圧位置と称することにすると、回動アーム34がこの加圧位置を占めたとき、圧縮コイルスプリング47は、その下端部が、調整レバー43とばね受け部材45とを介して、回動アーム34によって上方に向けて加圧されて、該圧縮コイルスプリング47が圧縮変形し、加圧アームストッパ48の頭部49は、加圧アーム29の上壁32から離れ、その上壁32よりも上方に位置する。このようにして、加圧ローラ15は加圧アーム29を介して圧縮コイルスプリング47による加圧力を受け、その加圧ローラ15が定着ベルト14を介して定着ローラ12に圧接する。これにより、定着ローラ12の表面が加圧ローラ15により加圧されて大きく圧縮変形し、大きなニップ幅Wが確保され、そのニップ部Nを記録媒体Pが通過し、トナー像Tが記録媒体Pに定着される。
上述のように、圧縮コイルスプリング47は、加圧ローラ15が定着ベルト14を介して定着部材の一例である定着ローラ12に圧接するように加圧ローラ15を加圧する付勢部材としての用をなし、定着ローラ12と加圧ローラ15との間を記録媒体Pが通過する時、その付勢部材の加圧作用により、加圧ローラ15が定着ベルト14を介して定着ローラに圧接するのである。これは、加圧ローラが定着部材に定着ベルトを介さずに直接、圧接するように構成されている場合も同様である。
一方、記録媒体Pの後端がニップ部Nを抜け出た直後に、両支持装置25A,25Bのカム42は、そのカム軸50の回転によって回転し、図7に示すように、該カムの最も半径の小さな小径部42Bがローラ41に当接する。このため、回動アーム34は、枢軸27Aの中心軸線のまわりに矢印E方向に回動し、該可動アーム34の先端側が下方に移動する。このように回動アーム34が図2に示した加圧位置よりも定着ローラ12から離れた位置を占める。このときの回動アーム34の位置を脱圧位置と称することにすると、回動アーム34がこの脱圧位置を占めたとき、その回動アーム34により、圧縮コイルスプリング47に加えられる加圧力が弱められるので、この圧縮コイルスプリング47は、回動アーム34が図2に示した加圧位置にあるときよりも圧縮量が少なくなり、加圧アームストッパ48の頭部49が加圧アーム29の上壁32に圧接する。これにより、圧縮コイルスプリング47の圧力が加圧ローラ15に作用することはなく、定着ローラ12に対する加圧ローラ15の圧接力が大きく低下するか、又は加圧ローラ15が定着ローラ12から離間する。このように、回動アーム34が脱圧位置を占めたとき、加圧ローラ15が定着ローラ12から離間するように構成することもできるが、本例の定着装置においては、回動アーム34が脱圧位置にあるときも、加圧ローラ15が定着ローラ12に軽く当接するように、加圧アームストッパ48が形成されている。その理由は後述する。
記録媒体Pの先端がニップ部Nに入り込む直前に、両支持装置25A,25Bのカム42が回転し、再び、その大径部42Aが図2に示したようにローラ41に圧接する。これにより、加圧ローラ15が定着ローラ12に対して大きな力で圧接し、大きなニップ幅Wが得られ、そのニップ部Nを前述のように記録媒体Pが通過してトナー像Tが記録媒体P上に定着される。
上述のように、加圧アームストッパ48は、圧縮コイルスプリング47より成る付勢部材の加圧力が加圧ローラ15に作用することを禁止する圧規制手段を構成し、定着ローラ12と加圧ローラ15との間を記録媒体Pが通過していない時に、この圧規制手段によって、圧縮コイルスプリング47の加圧力が加圧ローラ15に作用しないようにし、加圧ローラ15と定着ローラ12との圧接力を弱めることができる。これにより、常時、定着ローラと加圧ローラが大きな圧力で圧接している定着装置に比べ、定着ローラ12の耐久性を高め、その寿命を伸ばすことができる。
図示した定着装置2においては、記録媒体Pの先端がニップ部Nに進入する直前に、回動アーム34を加圧位置に回動させて、定着ローラ12と加圧ローラ15との圧接力を高め、記録媒体Pの後端がニップ部Nを出た直後に、回動アーム34を脱圧位置に回動させて、定着ローラ12と加圧ローラ15との圧接力を弱めるようにしている。また、複数の記録媒体Pを連続して、ニップ部Nを通過させるときは、最初の記録媒体の先端がニップ部Nに進入する直前に、回動アーム34を加圧位置に回動させ、最後の記録媒体の後端がニップ部Nを出た直後に回動アーム34を脱圧位置に回動させるように構成されているが、記録媒体がニップ部を通過していない適時に、回動アーム34を脱圧位置に回動させて、定着ローラ12と加圧ローラ15との圧接力を弱めるようにしても、定着ローラ12の耐久性を高めることができる。要は、定着ローラ12より成る定着部材と加圧ローラ15との間を記録媒体Pが通過する時、圧縮コイルスプリング47より成る付勢部材の加圧作用により、該加圧ローラ15が直接又は前記定着ベルト14を介して定着部材に圧接し、定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体Pが通過していない時期の少なくとも一部の時期には、加圧アームストッパ48より成る圧規制手段によって付勢部材の加圧力が加圧ローラ15に作用しないように構成するのである。より具体的に示すと、カム42は、回動アーム34が、定着ローラ12より成る定着部材の側に近づいた加圧位置と、その加圧位置よりも定着部材の側から離れた脱圧位置との間を回動するように、該回動レバー34を回動させ、その回動レバー34が加圧位置にあるとき、加圧アーム29が圧縮コイルスプリング47により加圧されて、加圧ローラ15が直接又は前記定着ベルト14を介して定着部材に圧接するように、加圧アーム29の上壁32が加圧アームストッパ48の頭部49から離間しており、回動アーム34が脱圧位置にあるときは、加圧アーム29が圧縮コイルスプリング47の加圧作用を受けないように、加圧アームストッパ48の頭部49が加圧アーム29の上壁32に当接し、定着部材と加圧ローラ15との間を記録媒体Pが通過する時、カム42は、回動レバー34を加圧位置に回動させ、定着部材と加圧ローラ15との間を記録媒体Pが通過していない時期の少なくとも一部の時期には、カム42は、回動レバー34を脱圧位置に回動させるように構成されている。
なお、前述のように回動アーム34が回動するとき、これに伴って圧縮コイルスプリング47の向きがわずかに変化するが、この圧縮コイルスプリング47の下端部は、調整レバー43にピン46を介して揺動可能に支持されたばね受け部材45に受け止められているので、圧縮コイルスプリング47の向きの変化に伴って、ばね受け部材45が揺動し、その圧縮コイルスプリング47のばね力が正しく調整レバー43に伝えられる。
また、本例の定着装置2においては、回動アーム34がその先端側に回転可能に支持されたローラ41を介してカム42に圧接しているので、カム42の回転時にローラ41も回転し、これによってカム42を回転させるのに必要なトルクを小さく留めることができる。
以上のように、ニップ部Nを記録媒体Pが通過していない時に、定着ローラ12と加圧ローラ15の圧接力を弱め、定着ローラ12と加圧ローラ15が大きな力で圧接する時間を短縮することによって、定着ローラ12の寿命を伸ばすことが可能であるが、それでも定着ローラ12の弾性層19は必ず経時的に劣化し、その硬度が低下する。その際、定着ローラ1の弾性層の劣化に伴って、その定着ローラと加圧ローラとの間のニップ幅が変化する様子は、単に加圧ローラを定着ローラに圧接させたままにした場合と、加圧ローラを定着ローラに対して圧接させると共に、両ローラの軸間距離を一定に保った場合とで相違することが知られている(特許文献2参照)。
図8は、縦軸に互いに圧接した定着ローラと加圧ローラの間のニップ幅Wをとり、横軸に回転する定着ローラと加圧ローラとの間のニップ部を通過した記録媒体の枚数(通紙枚数)をとって示したグラフである。破線Xは、初期から加圧ローラを定着ローラに単に圧接させただけの場合のニップ幅Wの経時変化を示し、一点鎖線Yは、初期より、互いに圧接した定着ローラと加圧ローラの軸間距離を一定に保った場合のニップ幅Wの経時変化を示している。両者とも初期のニップ幅WはNIで同一である。また、NUはニップ幅Wの上限値を示し、NLはニップ幅Wの下限値を示している。ニップ幅Wが上限値NUよりも大きくなると、記録媒体が薄紙である場合に、定着後のトナー像の光沢度が不良となったり、また記録媒体上のトナーに対して過度の熱量を与える結果、一部のトナーが定着ベルトに移行するホットオフセットが発生するおそれがある。逆に、ニップ幅が下限値NLよりも狭くなると、記録媒体上のトナーに与える熱量が少なくなり、トナー像の定着不良が発生するおそれがある。
初期から、定着ローラと加圧ローラの軸間距離を規制せずに定着ローラと加圧ローラを単に圧接させた場合には、破線Xから判るように、通紙枚数が増すに従って、ニップ幅Wが増大し、通紙枚数が140K枚を越えたあたりで、ニップ幅Wは上限値NUを越え、さらに通紙を行うと、定着ローラの発泡シリコンゴムより成る弾性層が破泡して破損してしまう。
一方、初期より互いに圧接した定着ローラと加圧ローラの軸間距離を一定に保った場合には、一点鎖線Yから判るように、通紙枚数が50K枚に達しないうちに、ニップ幅Wは下限値NLを下回り、通紙枚数が150K枚を越えたあたりから定着ローラの表面硬度の低下が漸次収まる。このように、ニップ幅Wはすぐに下限値NLを下回ってしまい、定着ローラを使用できない状態となる。
上述のように、初期より定着ローラと加圧ローラの軸間距離を一定にした場合も、また初期より定着ローラと加圧ローラを単に圧接させただけの場合も、ニップ幅は早期に上限値NUを上回り、または下限値NLを下回ってしまい、定着ローラの寿命が大変短いことが判る。
これに対し、本例の定着装置2においては、図6及び図9に示すように、図示していない本体フレームに加圧ローラストッパ51(他の図には示さず)が固定され、定着ローラ12の使用開始時、すなわち新品の定着ローラ12を使用し始めた時には、図6に示すように、圧縮コイルスプリング47によって加圧ローラ15が加圧されて、該加圧ローラ15が定着ローラ12に圧接した状態でも、加圧ローラストッパ51が加圧ローラ15に嵌合した軸受23Aに接触しないようにしておく。図3に示した奥側の軸受23Bにも、同じく構成された加圧ローラストッパ(図示せず)が対置されている。この状態で、記録媒体Pの通紙枚数が増加するに従って、定着ローラ12の弾性層19の劣化が進み、その硬度が漸次低下する。これにより、定着ローラ12に圧接したときの加圧ローラ15は、漸次定着ローラ12の側に近づき、ニップ幅Wが少しずつ拡大する。そして、遂には、図9に示したように、各軸受23A,23Bの周面55A,55B(図4参照)がその各軸受に対応して設けられた加圧ローラストッパ51に当り、加圧ローラ15がそれ以上定着ローラ12に近づくことが禁止される。かかる構成によって、定着ローラ12の寿命を大幅に伸ばすことができる。すなわち、図8に実線Zで示すように、初期のニップ幅Wを破線X及び一点鎖線Yの場合と同じくNIとし、この状態で記録媒体の通紙を開始する。初期の段階では、図2に示したように、軸受23A,23Bは各加圧ローラストッパ51から離れている。この状態で定着ローラ12の弾性層19の劣化が進み、その硬度が低下するに従って、破線Xの場合と同じく、ニップ幅Wが拡大していくが、そのニップ幅Wが上限値NUに達する前の時点Mで、各軸受23A,23Bが各加圧ローラストッパ51に突き当たる。従って、加圧ローラ15がそれ以上定着ローラ12の側に近づくことが禁止されるが、それ以降、ニップ幅Wは漸次狭くなっていく。そのニップ幅Wの減少は、図8に実線Zから判るように、極めて緩やかであるため、ニップ幅Wは、長期に亘り上限値NUと下限値NLの間の範囲内に留まり、図8に示した例では通紙枚数が600Kに達しても、ニップ幅Wは、上限値NUと下限値NLの間に留まっている。
上述のように、本例の定着装置2は、圧縮コイルスプリング47より成る付勢部材によって加圧された加圧ローラ15が定着ベルト14を介して定着ローラ12に圧接した状態で、加圧ローラ15の回転中心から定着ローラ12までの距離が予め決められた大きさに達したとき、それ以上、加圧ローラ15が定着ローラ12に近づくことを禁止する加圧ローラストッパ51を具備している。かかる構成は、加圧ローラが定着ローラに定着ベルトを介することなく、直に圧接する形式の定着装置にも採用できることは当然である。
本例の定着装置2は、上述した構成だけでなく、前述のように、加圧ローラ15が定着ローラ12に圧接する時間を短縮することができるので、定着ローラ12の寿命を飛躍的に伸ばすことが可能である。見方を変えると、加圧ローラ15と定着ローラ12との間のニップ幅Wを大きく設定しても、定着ローラ12の寿命が大きく縮められることを阻止することができる。具体的には、定着ローラ12と加圧ローラ15とが圧縮コイルスプリング47の加圧力により圧接した状態で、スポンジより成る弾性層19の厚さが、25乃至35%まで圧縮変形したときに、加圧ローラストッパ51が、それ以上、加圧ローラ15が定着ローラ12に近づくことを禁止するように構成することができる。このように大きなニップ幅Wを確保することにより、定着ベルト14や加圧ローラ15のトナー像定着時の温度を低く設定することが可能となり、電力消費を抑えることができる。
上述のようにニップ幅を大きく設定すると、ばね力の大きな圧縮コイルスプリング47を用いて、加圧ローラ15を大きな力で定着ローラ12に圧接させる必要がある。ところが、ばね力の大きな圧縮コイルスプリング47は、そのばね力のばらつきが大きく、従ってかかる圧縮コイルスプリング47を用いて加圧ローラ15を定着ローラ12に圧接させると、これらのローラの圧接力とニップ幅が、その長手方向においてばらつくおそれがある。
そこで、本例の定着装置2においては、圧縮コイルスプリング47より成る付勢部材が加圧ローラ15を加圧する圧力を調整する加圧力調整手段が設けられている。以下、この加圧力調整手段の具体例を説明する。
図5及び図6に示すように、回動アーム34は前述の受台38を有し、図6に示すように、その受台38に形成されたねじ孔には、前述の調整ねじ39が螺着されている。しかも、回動アーム34の両側壁35,36には、支持ピン52を介して加圧部材53が揺動可能に支持され、その加圧部材53の一端側に上述の調整ねじ39の先端面が当接している。また、加圧部材53の他端側にはローラ54が回転可能に支持され、このローラ54は調整レバー43の上面に当接している。
図2に示したように、回動アーム34を加圧位置に回動させて、圧縮コイルスプリング47により加圧ローラ15を定着ローラ12に圧接させた状態で、図6に示した調整ねじ39の頭部に図示していないドライバを係合して、その調整ねじ39を回すことにより、該ねじ39の先端面で加圧部材53を押圧し、該加圧部材53を図6における矢印K方向に回動させる。すると、加圧部材33に支持されたローラ54が調整レバー43の一端側を下方に加圧するので、調整レバー43はピン44のまわりに回動して、該調整レバー43の他端側が上方に持ち上がる。これにより、圧縮コイルスプリング47は、ばね受部材45を介して下方から加圧されて圧縮するので、そのばね力が強められ、定着ローラ12に対する加圧ローラ15の圧接力が高められる。調整ねじ39を逆方向に回せば、圧縮コイルスプリング47のばね力は弱められ、定着ローラ12に対する加圧ローラ15の圧接力が下げられる。奥側の支持装置25Bの側においても、全く同様に調整ねじを回転することにより、圧縮コイルスプリングのばね力を調整することができる。
上述のように、本例の定着装置2は、各回動アーム34に螺着された一対の調整ねじ39と、各回動アーム34に揺動可能に支持された一対の調整レバー43と、各回動アーム34に揺動可能に支持されて、各調整ねじ43により回動される一対の加圧部材53と、その各加圧部材53に回転可能に支持され、かつ各調整レバー43に圧接して、該調整レバー43を回動させるローラ54とから成る加圧力調整手段を有していて、その調整レバー43は、調整ねじ39の回転により回動して、圧縮コイルスプリング47が加圧ローラ15を加圧する圧力を調整できるように構成されている。これにより、例えば、画像形成装置の製造工場において、各圧縮コイルスプリング47の付勢力を調整することにより、加圧ローラ15と定着ローラ12の圧接力とニップ幅Wを正しく調整することができる。
ところで、図3に示し、かつ先に説明したように、加圧ローラ15の奥側の端部28Bには、その加圧ローラ15と同心状に加圧ローラ駆動ギア24が固定され、この加圧ローラ駆動ギア24には、アイドラギア26が噛み合っていて、図示していない駆動モータの回転がアイドラギア26を介して加圧ローラ駆動ギア24に伝達され、これによって加圧ローラ15が図2における反時計方向に回転駆動されるように構成されている。その際、アイドラギア26は、奥側の支持装置25Bの加圧アームと回動アームを本体フレームに支持する枢軸27Bに回転可能に支持されている。加圧アームの回動中心と、アイドラギア26の回転中心とが一致しているのである。このため、前述のように回動アーム34を回動させて、定着ローラ12に対する加圧ローラ15の圧接力を切り換える際に、加圧アーム29が回動して、加圧ローラ15が定着ローラ12に対して移動するときも、アイドラギア26と加圧ローラ駆動ギア24の軸間距離は常に一定に保たれる。従って、いかなる状態においても、アイドラギア26から加圧ローラ駆動ギア24に安定して回転を伝達することができる。
ところで、定着装置2の立上げ時には、回動アーム34を図7に示した脱圧位置に保ったまま、定着ローラ12、定着ベルト14、加熱ローラ13及び加圧ローラ15を図2に矢印で示した方向に回転させながら、ヒータ16,17を発熱させて、加圧ローラ15と定着ベルト14と定着ローラ12を加熱し、定着ベルト14と加圧ローラ15を、トナー像の定着に適した所定の温度にまで昇温させる。このように、定着装置2の立上げ時に、定着ローラ12と加圧ローラ15を加熱している時、回動アーム34は脱圧位置にあるが、この時、前述のように、加圧ローラ15は定着ベルト14を介して定着ローラ12に軽く当接している。定着ベルトのない定着装置の場合には、加圧ローラ15が直に定着ローラ12に軽く当接する。このように、定着装置2の立上げ時に、回動アーム34は脱圧位置にあるので、定着ローラ12と加圧ローラ15は極く小さな圧力で当接し、これにより定着ローラ12の耐久性を高めることができるが、この時定着ベルト14を介して定着ローラ12と加圧ローラ15が当接しているので、定着ベルト14の側から加圧ローラ15へ熱が伝えられ、これによって定着装置2の立上げ時間を短縮することができる。本例の定着装置2においては、加圧ローラ15の内部にもヒータ16が設けられ、定着装置の立上げ時に、加圧ローラ15はその内部から加熱されるのであるが、このヒータ16だけで加圧ローラ15の表面を所定の温度にまで加熱するのは長い時間を必要とする。ところが、本例の定着装置2においては、この立上げ時に、加圧ローラ15は定着ベルト14に当接しているので、加圧ローラ15には定着ベルト14の側からも熱を与えられるので、加圧ローラ15の表面が短時間で所定温度にまで上昇し、結局、定着装置の立上げ時間を短縮することができるのである。これは、定着ベルトの設けられていない定着装置の場合も同様である。
本発明に係る定着装置は、フルカラー画像を形成する画像形成装置に限らず、単色画像を形成する画像形成装置などにも広く採用することができる。
画像形成装置の概略を示す断面図である。 定着装置の正面図である。 加圧ローラと、その支持装置の斜視図である。 加圧ローラと、その加圧ローラから外した軸受と加圧ローラ駆動ギアを示す分解斜視図である。 支持装置の加圧アームと回動アームの分解斜視図である。 図3のVI−VI線拡大断面図であって、回動アームとカムなどの図示を省略した図である。 回動アームが脱圧位置に回動したときの様子を示す、図2と同様な定着装置の正面図である。 ニップ幅と通紙枚数との関係を示す図である。 軸受が加圧ローラストッパに当接したときの様子を示す、図2と同様な定着装置の正面図である。
符号の説明
2 定着装置
14 定着ベルト
15 加圧ローラ
19 弾性層
24 加圧ローラ駆動ギア
26 アイドラギア
27A,27B 枢軸
29 加圧アーム
32 上壁
34 回動アーム
39 調整ねじ
42 カム
43 調整レバー
47 圧縮コイルスプリング
48 加圧アームストッパ
49 頭部
51 加圧ローラストッパ
P 記録媒体
T トナー像

Claims (7)

  1. 本体フレームに支持されて加熱される定着部材と、該定着部材に直接又は定着ベルトを介して対向配置された加圧ローラとを有し、前記定着部材の表面硬度が、前記加圧ローラの表面硬度よりも低く設定されていて、該定着部材と加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録媒体を通過させて、該トナー像を熱と圧力の作用により記録媒体に定着する定着装置であって、前記加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接するように該加圧ローラを加圧する付勢部材と、該付勢部材が前記加圧ローラを加圧する圧力を調整する加圧力調整手段と、付勢部材の加圧力が前記加圧ローラに作用することを禁止する圧規制手段と、前記付勢手段によって加圧された加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接した状態で、該加圧ローラの回転中心から前記定着部材までの距離が予め決められた大きさに達したとき、それ以上、加圧ローラが定着部材に近づくことを禁止する加圧ローラストッパとを具備し、前記定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過する時、前記付勢部材の加圧作用により、該加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して定着部材に圧接し、定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過していない時期の少なくとも一部の時期には、前記圧規制手段によって前記付勢部材の加圧力が前記加圧ローラに作用しないように構成されている定着装置。
  2. 本体フレームに支持されて加熱される定着部材と、該定着部材に直接又は定着ベルトを介して対向配置された加圧ローラとを有し、前記定着部材の表面硬度が、前記加圧ローラの表面硬度よりも低く設定されていて、該定着部材と加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録媒体を通過させて、該トナー像を熱と圧力の作用により記録媒体に定着する定着装置であって、前記本体フレームに枢軸を介して揺動可能に支持され、かつ前記加圧ローラの長手方向各端部をそれぞれ回転可能に保持する一対の加圧アームと、前記枢軸を介して前記本体フレームに揺動可能に支持された一対の回動アームと、該回動アームをそれぞれ回動させるカムと、前記各回動アームに揺動可能に支持された一対の調整レバーと、前記各回動アームに螺着された一対の調整ねじと、前記各調整レバーと前記各加圧アームの上壁との間にそれぞれ配置された一対の圧縮コイルスプリングと、各圧縮コイルスプリングの内部を貫通し、一端側が前記調整レバーに連結され、他端側が前記各加圧アームの上壁を貫通していて、該他端側に設けられた頭部が該加圧アームの上壁外に位置している一対の加圧アームストッパと、前記圧縮コイルスプリングによって加圧された加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接した状態で、該加圧ローラの回転中心から前記定着部材までの距離が予め決められた大きさに達したとき、それ以上、加圧ローラが定着部材に近づくことを禁止する加圧ローラストッパとを具備し、前記調整レバーは、前記調整ねじの回転により回動して、前記圧縮コイルスプリングが前記加圧ローラを加圧する圧力を調整するように構成され、前記カムは、前記回動アームが前記定着部材の側に近づいた加圧位置と、該加圧位置よりも定着部材の側から離れた脱圧位置との間を回動するように、該回動レバーを回動させ、該回動レバーが前記加圧位置にあるとき、前記加圧アームが前記圧縮コイルスプリングにより加圧されて、前記加圧ローラが直接又は前記定着ベルトを介して前記定着部材に圧接するように、前記加圧アームの上壁が前記加圧アームストッパの頭部から離間しており、前記回動アームが前記脱圧位置にあるときは、前記加圧アームが前記圧縮コイルスプリングの加圧作用を受けないように、前記加圧アームストッパの頭部が前記加圧アームの上壁に当接し、前記定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過する時、前記カムは、前記回動レバーを前記加圧位置に回動させ、定着部材と加圧ローラとの間を記録媒体が通過していない時期の少なくとも一部の時期には、前記カムは、前記回動レバーを前記脱圧位置に回動させるように構成されている定着装置。
  3. 前記加圧ローラに同心状に固定配置された加圧ローラ駆動ギアと、該加圧ローラ駆動ギアに噛み合っていて、駆動モータの回転を該加圧ローラ駆動ギアに伝達するアイドラギアとを具備し、該アイドラギアは、前記加圧アームと回動アームを前記本体フレームに支持する枢軸に支持されている請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記定着部材は、スポンジより成る弾性層を有し、前記加圧ローラストッパは、前記弾性層の厚さが25乃至35%まで圧縮変形したときに、それ以上、加圧ローラが定着部材に近づくことを禁止するように構成されている請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置。
  5. 前記弾性層は、発泡シリコンゴムより成る請求項4に記載の定着装置。
  6. 定着装置の立上げ時に、該定着部材と加圧ローラを加熱している時、前記回動アームは脱圧位置にあり、この時、前記加圧ローラは前記定着部材に当接している請求項2乃至5のいずれかに記載の定着装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の定着装置を有する画像形成装置。
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