JP2014077843A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】抵抗発熱層31bのベルト幅方向の両側の各端部に、円筒状の受電部材31fの基端部がそれぞれ接合されており、受電部材31fの先端部が、抵抗発熱層31bの各端部から幅方向の外側に位置している。受電部材31fの先端部に対向して、発熱ベルト31の幅方向への許容範囲以上の移動を規制する規制部材34が設けられている。受電部材31fの先端部には、当接部材36が設けられており、回転状態の発熱ベルト31がベルト幅方向へ移動することによって当接部材36が規制部材34に当接して、規制部材34との当接部分から受電部材31fに作用する反力が分散される。
【選択図】図4
Description
特許文献1には、通電によって発熱する抵抗発熱層を有する無端状の発熱ベルトを用いた定着装置が開示されている。この定着装置では、発熱ベルトの周長が、周回移動域内に配置された定着ローラーの外周面の周長よりも長くなっており、この定着ローラー(弾性体ロール)と、発熱ベルトの周回経路の外側に配置された加圧ローラー(加圧ロール)とによって、発熱ベルトの周方向の一部を挟み込んで、発熱ベルトを周回移動(回転)させている。この場合、発熱ベルトの外周面と加圧ローラーの外周面とは相互に圧接されており、その圧接部分に、記録シートが通過する定着ニップが形成されている。
従って、前述したように、発熱ベルトのベルト幅方向の両側の各端部に受電部材が設けられている場合には、回転状態の発熱ベルトが一方の規制部材側に移動すると、受電部材におけるベルト幅方向の両外側に位置する先端部が、周方向の一部において、当該規制部材に当接することになる。
受電部材の先端部は、抵抗発熱層が積層されていないことから、周方向に沿った引っ張り力に対する強度(引っ張り強度)が低くなっている。このために、受電部材の先端部に周方向に沿った引っ張り力が繰り返して作用すると、比較的短期間で、受電部材は局所的に機械的強度が低下し、受電部材には、軸方向に沿った亀裂が生じるおそれがある。このような亀裂が受電部材に生じると、給電部材との安定した接触を維持することができなくなる。
好ましくは、前記当接部材は、前記受電部材の他方の端部の外周面または内周面に設けられ、その端面が前記受電部材の他方の端部における先端面と同一平面内に位置していることを特徴とする。
好ましくは、前記当接部材は、弾性を有することを特徴とする。
また、本発明に係る他の定着装置では、規制部材に設けられた接触部材が、受電部材における他方の端部の外周面および内周面のいずれか一方または両方と接触するために、接触部材と受電部材との接触面積が、受電部材における他方の端部の端面のみが規制部材に当接する場合よりも増加する。これにより、回転状態の受電部材と回転停止状態の規制部材に設けられた接触部材との間に作用する摩擦力が増加し、接触部材は、迅速に、受電部材と一体となって移動する。その結果、接触部材が設けられた規制部材が、迅速に、受電部材と一体となって回転する。
好ましくは、前記接触部材は、前記受電部材における他方の端部に対向する面が、前記発熱ベルトのベルト幅方向に対して傾斜していることを特徴とする。
さらに、本発明の定着装置のそれぞれにおいて、好ましくは、前記当接部材または前記接触部材は、前記受電部材の周方向に沿って連続したリング形状になっていることを特徴とする。
さらに、本発明の定着装置のそれぞれにおいて、好ましくは、前記当接部材または前記接触部材は、前記受電部材の周方向に間隔をあけて複数が設けられていることを特徴とする。
[実施形態1]
<画像形成装置>
図1は、本発明の実施の形態に係る定着装置が備えられた画像形成装置の一例であるプリンターの構成を説明するための模式図である。このプリンターは、普通紙、OHPシート等の記録シート上にモノクロのトナー画像を形成する。
回転状態になった感光体ドラム11の表面は、帯電装置12よりも上流側に配置された除電器18によって残留電荷が除去された後に、帯電装置12によって所定電位に帯電される。その後、感光体ドラム11の表面は、露光装置13から照射されるレーザー光Lによって露光される。露光装置13には、レーザー光Lを照射するレーザーダイオードが設けられており、レーザーダイオードが、図示しない制御部によって、外部機器から入力される画像データに基づいて駆動されて、レーザー光Lを照射する。
感光体ドラム11におけるレーザー光Lが照射される位置よりも回転方向下流側には、感光体ドラム11の表面上に形成された静電潜像を現像する現像装置14が、感光体ドラム11の表面に対向して設けられている。感光体ドラム11の表面上に形成された静電潜像は、現像装置14においてトナー現像されてトナー画像として可視化される。
<定着装置>
図2は、定着装置30におけるハウジング30aの内部の構成を説明するための模式的な斜視図である。なお、定着装置30では、記録シートSは、図1に示すように、ハウジング30a内を、下方から上方に向って通過するが、図2では、記録シートSの進行方向が、矢印D3で示すように、紙面に対して直交する方向(表面側から裏面側)になるように向きを変えて示している。
図3に示すように、定着ローラー33は、外周面の周長が、発熱ベルト31の内周面の周長よりも短くなっており、定着装置30のハウジング30aを構成する側板30b(図4参照)に回転可能に支持されている。加圧ローラー32は、図示しない付勢手段(例えば引っ張りバネ)によって、定着ローラー33に向って付勢された状態で、ハウジング30aの側板30bに支持されている。
定着ローラー33は、発熱ベルト31を介して加圧ローラー32が押圧されることによって凹状に窪んだ状態になり、発熱ベルト31は、加圧ローラー32が押圧された定着ニップNfにおいて、定着ローラー33の窪んだ外周面と同様に窪んだ状態になる。
発熱ベルト31は、周方向の1か所において、定着ローラー33および加圧ローラー32によって挟まれた状態で周回移動することから、周回移動時に、ベルト幅方向(軸方向)に沿って移動(蛇行)する可能性がある。このために、図2および図4に示すように、定着装置30には、発熱ベルト31が幅方向に許容範囲以上に移動することを規制する規制部材34がそれぞれ設けられている。各規制部材34は、それぞれ同様の構成になっており、発熱ベルト31における軸方向の両側の各端部に対向して配置されている。各規制部材34の構成については後述する。
なお、絶縁層31aを構成する樹脂としては、PI(ポリイミド)に限らず、耐熱性および強度に優れたPPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等の樹脂も好適である。
抵抗発熱層31aを構成する合成樹脂としては、特に限定されるものではないが、PI(ポリイミド)が耐熱性に優れているために好ましい。また、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等も好適である。
導電性フィラーは繊維状になっていることが好ましい。導電性フィラーが繊維状になっていると、繊維状以外の形状になっている場合に比較して、導電性フィラーの含有量が同じであれば、導電性フィラー同士が接触する確率が高くなる。これにより、抵抗発熱層31aの全体を均一な導電状態とすることができる。
このような弾性層31cは、耐熱性および弾性を有するゴム材あるいは合成樹脂材によって構成することが好ましく、特に、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが好適である。本実施形態では、弾性層31cは、耐熱性を有するとともに適切な弾性(柔軟性)を有するシリコーンゴムによって構成されており、抵抗発熱層31b上に、0.1〜20mm程度の厚さで積層されている。
このように、抵抗発熱層31bの各端部におけるそれぞれの受電部材31fとの接合部分は、各受電部材31fと密着した状態の弾性層31cの各端部によって覆われているために、各受電部材31fに対して剥離するおそれがなく、両者の接合状態が維持される。
弾性層31cの外周面上に積層された離型層31dは、定着ニップNfを通過する記録シートSが発熱ベルト31から容易に剥離するように設けられている。離型層31dは、PFA(ポリテトラフルオロエチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン(4フッ化)樹脂)、ETFE(4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、例えば、5〜100μm程度の一定の厚さに構成されている。
各受電部材31fの軸方向に沿った長さは、発熱ベルト31の外周面の直径(離型層31dの外周面の直径)に応じて適切な値とされるが、通常は、5〜30mm程度に設定されている。
各当接部材36は、樹脂、ゴム等の弾性を有する材料によって、それぞれ、一定の外径のリング状に構成されており、各受電部材31fの先端部に装着されている。各当接部材36における軸方向の一方の端部内周面には、全周にわたって一定の厚さで切り欠かれた段差部が形成されており、それぞれの段差部内には、受電部材31fの先端部がそれぞれ嵌合されている。段差部内に嵌合された受電部材31fの先端部の外周面は、段差部内周面に密着している。これにより、各当接部材36は、受電部材31fのそれぞれと同軸状態で一体的に取り付けられている。
なお、各給電部材37aは、このような導電ブラシを用いる構成に限らず、受電部材31fのそれぞれの外周面上を転動する導電性のローラーを用いる構成等としてもよい。
また、各給電部材37aと受電部材31fのそれぞれとの接触荷重は、発熱ベルト31の変形等に追従して受電部材31fが変形した場合にも、各給電部材37aと受電部材31fとの摺接状態が維持できるように、発熱ベルト31の周回速度、給電部材37aおよび受電部材31fのそれぞれの材質等に基づいて設定される。
加圧ローラー32の芯金32aは、厚さが1〜10mm程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって形成されている。加圧ローラー32の弾性層32bは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、1〜20mm程度の厚さに構成されている。
定着ローラー33の芯金33bは、厚さが1.0〜10mm程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって構成されている。ローラー本体部33aは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性に優れた弾性材料によって構成されている。
なお、発熱ベルト31と加圧ローラー32との圧接部分に形成された定着ニップNfを記録シートSが通過する場合には、発熱ベルト31の弾性層31cがさらに変形する。これにより、抵抗発熱層31bには、弾性層31cの変形による応力が加わる。
各受電部材31fは、厚くなるほど剛性が高くなるために、破断等の損傷が生じにくくなるが、剛性が高くなることによって変形しにくくなる。このために、各受電部材31fは、弾性層31cの変形による抵抗発熱層31bおよび絶縁層31aの変形を阻害しないように、10〜100μm程度の厚さが好ましく、30〜80μm程度の厚さが、より好ましい。
定着ニップNfに搬送される記録シートSは、発熱ベルト31と加圧ローラー32との圧接によって形成された定着ニップNfを通過する間に、記録シートS上の未定着のトナー画像が加圧されるとともに、発熱状態になった発熱ベルト31によって加熱される。これにより、記録シートS上の未定着のトナー画像が溶融および加圧されて、記録シートS上に定着される。
発熱ベルト31の幅方向への移動を規制する規制部材34は、図2および図4に示すように、発熱ベルト31における受電部材31fの先端部が内部に嵌合されるリング形状に構成されており、ハウジング30aの側板30bに設けられた3つの支持部材39によって、回転可能に支持されている。
発熱ベルト31の内部に設けられた定着ローラー33の芯金33bは、規制部材34の規制面34bに設けられた貫通孔34cを通過しており、芯金33bの各端部が、ハウジング30aの側板30bに、ベアリング30cによって回転可能に支持されている。
各支持部材39は、側板30bに対して垂直に取り付けられた支持軸39aと、支持軸39aのハウジング30a内に位置する先端部に、回転可能に取り付けられたベアリング39bとを有している。
各規制部材34は、3つの支持部材39によって、規制面34bが側板30bに平行な状態で、しかも、ハウジング30aの側板30bに接近する方向に移動することが規制された状態で支持されている。この場合、規制部材34は、円筒部34aの外周面が、周方向の3か所において、各支持部材39におけるベアリング39bの外周面とは線接触状態で支持されているために、規制部材34は、比較的小さな回転力が加わることによって回転し得る状態になっている。
このような構成の定着装置30では、一方の給電部材37aに電流が供給されると、当該給電部材37aに摺接する一方の受電部材31fから抵抗発熱層31bへ電流が供給される。抵抗発熱層31bへ供給された電流は、抵抗発熱層31bをベルト幅方向に沿って流れ、他方の受電部材31fから、その受電部材31fに摺接した給電部材37aへ流れる。このようにして抵抗発熱層31bに電流が流れることによって、抵抗発熱層31bは発熱する。
この場合、給電部材37aは、受電部材31fにおける抵抗発熱層31bが積層されていない非接合部において摺接状態になっているために、スパークの発生によって生じる高熱が、抵抗発熱層31bに、直接、伝わらない。従って、スパークの熱によって抵抗発熱層31bが熱膨張して破損するおそれがない。
また、当接部材36が、発熱ベルト31の受電部材31fと一体となって回転した状態で、当接部材36の先端面における周方向の1か所が、規制面34bに当接すると、当接部材36の先端面と規制面34bとの当接部分に摩擦力が発生する。
この摺動摩擦力は、当接部材36を介して、受電部材31fの先端部に、回転方向とは反対方向に作用する反力として伝達される。この場合、当接部材36は、受電部材31fの先端面を覆った状態で、受電部材31fの外周面上に積層された状態になっているために、当接部材36の厚さ(半径方向の長さ)が、受電部材31fの厚さよりも厚くなっている。従って、当接部材36における規制面34bとの当接部分の接触面積は、受電部材31fの先端面が規制面34bに直接当接した場合よりも広くなっている。
図6は、本実施形態において、変形例の当接部材36が受電部材31fの先端部に設けられた状態の当接部材36の先端面を示す端面図である。図6に示す当接部材36には、周方向に一定の間隔をあけた4か所の位置に、外周面からの切り込み36dが軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。
このような当接部材36の構成では、当接部材36に外周面から切り込み36dが形成されていることにより、記録シートSが定着ニップNfを通過する場合に、絶縁層31aに加わる応力によって受電部材31fが変形しても、当接部材36は、受電部材31fの変形に追従して変形することが可能である。従って、受電部材31fの変形による応力が当接部材36に加わった場合に、当接部材36からの反力を低減することができる。
さらに、当接部材36は、受電部材31fの外周面上に積層された部分が周方向に連続している必要はなく、例えば、図7に示すように、3つの積層部36eに分断された構成であってもよい。この場合、各積層部36eは、周方向に一定の間隔をあけて配置されている。このような構成であれば、受電部材31fが変形することによって当接部材36から受電部材31fに加わる反力をさらに低減することができる。なお、当接部材36は、積層部36eが周方向の3か所に設けられる構成に限らず、2か所以上に設けられていればよい。
この場合も、当接部材36の先端面は、規制部材34の規制面34bに対する摩擦係数が、受電部材31fの先端面の摩擦係数よりも大きくなっている。
この場合も、当接部材36および受電部材31fの先端面が、規制部材34に対して摺動することによって、当接部材36および受電部材31fには、摺動摩擦力が反力として作用する。しかし、この反力は、受電部材31fの先端面のみならず、当接部材36にも作用するために、当接部材36にて分散される。
また、当接部材36の先端面は、規制部材34の規制面34bとの摩擦係数が大きな状態になっていることから、規制部材34の規制面34bと当接部材36の先端面とが当接すると、両者の摩擦力は、比較的短時間で静止摩擦力よりも大きくなって、規制部材34は当接部材36と一体となって回転する。これにより、受電部材31fの先端部に反力が作用する時間が短くなる。
さらに、図8および図9に示す当接部材36においても、当接部材36の外周面に、軸方向に沿った複数の切り込み36dを周方向の一定の間隔をあけて形成する構成としてもよい。また、当接部材36に、周方向に分断された複数の積層部36eを設ける構成としてもよい。
なお、本実施形態においては、当接部材36における受電部材31fの先端部外周面上に設けられた部分は、受電部材31fの先端部内周面に積層されていてもよい。この場合にも、当接部材36は、発熱ベルト31が幅方向に許容範囲の最大距離にわたって移動することによって、規制部材34における規制面34bの平坦面に当接した状態になるように構成される。
図10は、本実施形態における一方の規制部材34および発熱ベルト31の端部の縦断面図、図11は、その規制部材34における発熱ベルト31側の端面を示す端面図である。
上記の実施形態1では、当接部材36を、受電部材31fの先端部に設ける構成であったが、本実施形態では、図10に示すように、受電部材31fの先端部に当接部材36を設けずに、規制部材34に、受電部材31fの先端部に接触する接触部材38を設ける構成としている。
回転状態になった発熱ベルト31が、それぞれの規制部材34に接近する方向へ許容範囲の最大距離にわたって移動すると、接触部材38における傾斜した端面38cに、受電部材31fの先端部が当接する。
その他の構成は、前記実施形態1と同様になっている。
本実施形態でも、回転状態になった発熱ベルト31が、それぞれの規制部材34に接近する方向へ許容範囲の最大距離にわたって移動すると、当該規制部材34に設けられた接触部材38における傾斜した端面38cに、受電部材31fの先端部が突き当たって、接触部材38内に食い込んだ状態になる。
これにより、受電部材31fの先端部と規制部材34の規制面34bとの摩擦力が、比較的短時間で静止摩擦力よりも大きくなり、回転停止状態の規制部材34に設けられた接触部材38には、受電部材31fから回転方向の力が増加することで、迅速に、受電部材31fと一体となって移動する。これにより、接触部材38が取り付けられた規制部材34が、受電部材31fと一体となって回転する。
図12は、本実施形態において、変形例の接触部材38が設けられた規制部材34の発熱ベルト31側の端面を示す端面図である。図12に示すように、接触部材38の外周側部分には、周方向に一定の間隔をあけた4か所の位置において、外周面からの切り込み38dが、接触部材38の軸方向に沿って形成されている。
さらには、外径が一定の円筒形状の接触部材38を、規制部材34の規制面34bにおける所定の位置に設ける構成としてもよい。この場合、発熱ベルト31が幅方向に移動することによって、接触部材38が受電部材31fの先端部内に挿入された状態になって、接触部材38の外周面が受電部材31fの先端部の内周面に接触した状態になるように、接触部材38が規制部材34の規制面34bに設けられる。
[変形例]
上記の実施形態では、一対の受電部材31fの基端部が、絶縁層31aの各端部に嵌合された状態で、絶縁層31a上に積層された抵抗発熱層31bの各端部と接合される構成であったが、このような構成に限らず、一対の受電部材31fの基端部が、抵抗発熱層31bの各端部に直接嵌合して接合させる構成にしてもよい。
さらに、定着装置30の電源として、商用の交流電源を用いる構成であったが、直流電源を用いる構成であってもよい。
31 発熱ベルト
31a 絶縁層
31b 抵抗発熱層
31c 弾性層
31d 離型層
31f 受電部材
32 加圧ローラー
33 定着ローラー
34 規制部材
36 当接部材
37a 給電部材
37c 交流電源
38 接触部材
Claims (12)
- 抵抗発熱層を有する無端状の発熱ベルトの外周面に加圧部材を押圧して定着ニップを形成し、未定着画像が形成されたシートが当該定着ニップを通過する間に当該未定着画像を熱定着する定着装置であって、
前記発熱ベルトにおけるベルト幅方向の両側部分にそれぞれ配置された円筒形状の受電部材であって、それぞれの受電部材の一方の端部が前記抵抗発熱層におけるベルト幅方向の両側の各端部に導電状態で接合され、他方の端部が前記抵抗発熱層の両外側に位置された、一対の受電部材と、
前記各受電部材における他方の端部の外周面または内周面にそれぞれ摺接する一対の給電部材と、
前記発熱ベルトのベルト幅方向への移動を規制するために、前記各受電部材における前記他方の端部にそれぞれ対向して配置された一対の規制部材と、
前記受電部材の他方の端部に設けられており、回転状態の前記発熱ベルトのベルト幅方向への移動により前記規制部材に当接する当接部材と、
を有することを特徴とする定着装置。 - 前記当接部材は、前記受電部材の他方の端部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記当接部材は、前記受電部材の他方の端部の外周面または内周面に設けられ、その端面が前記受電部材の他方の端部における先端面と同一平面内に位置していることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記規制部材は、前記当接部材との当接時に、当該当接部材との摩擦力によって回転できる状態に支持されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記当接部材は、弾性を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の定着装置。
- 抵抗発熱層を有する無端状の発熱ベルトの外周面に加圧部材を押圧して定着ニップを形成し、未定着画像が形成されたシートが当該定着ニップを通過する間に当該未定着画像を熱定着する定着装置であって、
前記発熱ベルトにおけるベルト幅方向の両側部分にそれぞれ配置された円筒形状の受電部材であって、それぞれの受電部材の一方の端部が前記抵抗発熱層におけるベルト幅方向の両側の各端部に導電状態で接合され、他方の端部が前記抵抗発熱層の両外側に位置された、一対の受電部材と、
前記各受電部材における他方の端部の外周面または内周面にそれぞれ摺接する一対の給電部材と、
前記発熱ベルトのベルト幅方向への移動を規制するために、前記各受電部材における他方の端部にそれぞれ対向して配置された一対の規制部材と、
回転状態の前記発熱ベルトがベルト幅方向へ移動した場合に、前記受電部材における他方の端部の先端面から、当該受電部材における他方の端部の外周面および内周面のいずれか一方または両方にかけて接触するように、前記規制部材に設けられた接触部材と、
を有することを特徴とする定着装置。 - 前記接触部材は、前記受電部材における他方の端部が当接することによって食い込んだ状態になる弾性体によって構成されていることを特徴とする請求項6に記載の定着装置。
- 前記接触部材は、前記受電部材における他方の端部に対向する面が、前記発熱ベルトのベルト幅方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項7に記載の定着装置。
- 前記当接部材または前記接触部材は、前記受電部材の周方向に沿って連続したリング形状になっていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記当接部材または前記接触部材には、周方向の少なくとも1か所に、外周面からの切り込みが軸方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項9に記載の定着装置。
- 前記当接部材または前記接触部材は、前記受電部材の周方向に間隔をあけて複数が設けられていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の定着装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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