JP2015090470A - 定着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定的に外部加熱ベルトを温度制御することができる定着装置を提供する。【解決手段】第1及び第2の回転体と、外部加熱ベルトと、ベルト内面を回転可能に支持する第1及び第2の支持ローラと、第1の支持ローラを第2の支持ローラから離れる方向へ付勢する付勢部材と、第1及び第2の支持ローラを回転可能に保持する保持機構と、ベルトの温度を検出する温度検出素子と、を備えた外部加熱ユニットと、ベルトが第1の回転体に当接する第1の位置と第1の回転体から離れた第2の位置とを移動させる移動機構と、少なくとも1つの支持ローラの回転軸方向の両端部に設けられる回転支持部材と、回転支持部材と一体化した両端部における突起部を回転軸方向に連結し、ベルトから離間した状態で退避に伴う支持ローラの変位と同じ変位をする取付け部材と、を有し、温度検出素子は取付け部材に取付けられる。【選択図】図1

Description

本発明は、記録材(シート材)上のトナー像を定着する定着装置に関する。この定着装置は、例えば、複写機、プリンタ、FAX、及びこれらの機能を複数備えた複合機等の画像形成装置において用いられ得る。
近年、複写機、プリンタ、FAX、複合機等の画像形成装置に対して、高速化、高画質化、カラー化、省エネルギー化等が要求されている。また、厚紙やラフ紙、エンボス紙、コート紙等の様々な記録材に対応できるマルチメディア対応性、及び高い生産性(単位時間当たりのプリント枚数)も要求されている。
電子写真方式を適用した画像形成装置において、特に秤量の大きい記録材での生産性を上げるためには、定着装置の加熱性能を向上させることが好ましい。しかし、秤量が大きい記録材(厚紙)の定着に要する熱量は、秤量が小さい記録材(薄紙)に比べて大幅に多い。そのため、定着時に画像加熱回転体としての定着ローラの熱量が多く奪われてその表面温度が低下し、定着不良が生じる。よって、厚紙を定着する際には、定着性(トナーと記録材との接着力)を確保するために、記録材が定着装置を通過する速度を遅くして定着処理を行っているのが現状である。
そこで、記録材が定着装置を通過する際の速度を遅くすることなく定着する技術として、定着ローラの表面に外部加熱ベルトを当接させ、定着ローラ表面を外部から加熱する外部加熱構成が知られている(特許文献1)。すなわち、内部に加熱源としてのハロゲンランプを備えた複数の加熱ローラで外部加熱ベルトを懸架することで、ハロゲンランプの熱を加熱ローラを介して、外部加熱ベルト、定着ローラ表面の順に伝搬し、定着ローラ表面温度の低下を防止する。
特開2004−198659号公報
しかしながら、上記従来例では以下に示すような課題がある。先ず、外部加熱ベルトを用いた外部加熱装置は、通紙前のスタンバイ時には定着ローラから離間していることが好ましい。なぜなら、通紙前のスタンバイ時に定着ローラに外部加熱装置が当接すると、定着ローラが外部加熱装置によって加熱され、定着ローラ表層が所定の温度に達してしまい、定着ローラ内部の温度が低下してしまう。そして、通紙初期において定着ローラの表面温度が急激に低下してしまい、トナーの定着不良が発生してしまうことになる。そのため、外部加熱ベルトを定着ローラに対して当接および退避させる構成を採ることが好ましい。
次に、このような外部加熱ベルト構成では、定着ローラに当接した際に、定着ローラ表面に外部加熱ベルトを密着させることが好ましいが、定着ローラからの退避時には定着ローラの曲率の分だけ外部加熱ベルトが弛むことになる。このような場合、定着ローラから外部加熱ベルトを十分に退避させるため、外部加熱ベルトユニットの退避量を非常に大きくすることが考えられる。その場合、定着装置全体の構成が大きくなり、定着ローラを設置するスペースを広く取るという問題が生ずる。
これを解決するために、外部加熱ベルトを懸架する加熱ローラ間にローラ間隔を広げる付勢力(テンション)をかけ、どちらか一方または両方の加熱ローラを変位可能にすることで、外部加熱ベルトユニットが退避している際のベルトの弛みを防止する。即ち、外部加熱ベルトユニットの退避量を小さくすると共に、定着ローラに外部加熱ベルトユニットが当接した際の密着性を得ることが可能となる。
しかしながら、このような従来構成においては、外部加熱ベルトを介して加熱ローラに当接し温度を検知するサーミスタの加熱ローラに対する当接位置が、外部加熱ベルトの当接時と退避時とで変化するという問題が新たに生ずる。即ち、外部加熱ベルトが定着部材としての定着ローラへ当接している場合と、定着ローラから退避している場合とで、外部加熱ベルト表面の実際の温度とサーミスタが検知する温度の乖離が生じ、安定的に外部加熱ベルトを温度制御することが困難となる。
本発明の目的は、安定的に外部加熱ベルトを温度制御することができる定着装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、記録材上のトナー像をその間のニップ部において定着させる第1及び第2の回転体と、前記第1の回転体を外部から加熱する外部加熱ベルトと、前記外部加熱ベルトの内面を回転可能に支持するとともに前記外部加熱ベルトを前記第1の回転体に向けて押圧する第1及び第2の支持ローラと、前記第1の支持ローラを前記第2の支持ローラから離れる方向へ付勢する付勢部材と、前記第1及び第2の支持ローラを回転可能に保持するとともに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第1の支持ローラが相対移動するのを許容する保持機構と、前記第1の支持ローラとともに前記外部加熱ベルトを挟み込むように設けられ前記外部加熱ベルトの温度を検出する温度検出素子と、を備えた外部加熱ユニットと、前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体に当接する第1の位置と前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体から離れた第2の位置とを取り得るように前記外部加熱ユニットを移動させる移動機構と、前記第1及び第2の支持ローラの内の少なくとも1つの支持ローラの回転軸方向の両端部に設けられる回転支持部材と、前記回転支持部材と一体化した前記両端部における突起部を前記回転軸方向に連結し、前記外部加熱ベルトから離間した状態で前記退避に伴う前記少なくとも1つの支持ローラの変位と同じ変位をする取付け部材と、を有し、前記温度検出素子は前記取付け部材に取付けられることを特徴とする。
また、本発明に係る別の定着装置は、記録材上のトナー像をその間のニップ部において定着させる第1及び第2の回転体と、前記第1の回転体を外部から加熱する外部加熱ベルトと、前記外部加熱ベルトの内面を回転可能に支持するとともに前記外部加熱ベルトを前記第1の回転体に向けて押圧する第1及び第2の支持ローラと、前記第1の支持ローラを前記第2の支持ローラから離れる方向へ付勢する付勢部材と、前記第1及び第2の支持ローラを回転可能に保持するとともに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第1の支持ローラが相対移動するのを許容する保持機構と、前記第1の支持ローラとともに前記外部加熱ベルトを挟み込むように設けられ前記外部加熱ベルトの温度を検出する温度検出素子と、を備えた外部加熱ユニットと、前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体に当接する第1の位置と前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体から離れた第2の位置とを取り得るように前記外部加熱ユニットを移動させる移動機構と、を有し、前記温度検出素子は、前記外部加熱ベルトが所定の温度に維持された状態のとき、前記第1の位置と前記第2の位置での検出温度よりも前記第1の位置と前記第2の位置との間の所定の位置での検出温度の方が高くなるように配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る別の定着装置は、記録材上のトナー像をその間のニップ部において定着させる第1及び第2の回転体と、前記第1の回転体を外部から加熱する外部加熱ベルトと、前記外部加熱ベルトの内面を回転可能に支持するとともに前記外部加熱ベルトを前記第1の回転体に向けて押圧する第1及び第2の支持ローラと、前記第1の支持ローラを前記第2の支持ローラから離れる方向へ付勢する付勢部材と、前記第1及び第2の支持ローラを回転可能に保持するとともに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第1の支持ローラが相対移動するのを許容する保持機構と、前記第1の支持ローラとともに前記外部加熱ベルトを挟み込むように設けられ前記外部加熱ベルトの温度を検出する温度検出素子と、を備えた外部加熱ユニットと、前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体に当接する第1の位置と前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体から離れた第2の位置とを取り得るように前記外部加熱ユニットを移動させる移動機構と、を有し、前記温度検出素子は、その温度検出領域の中心部と異なる位置が前記第1の位置と前記第2の位置において前記外部加熱ベルトに当接し、且つ前記第1の位置と前記第2の位置との間の所定の位置において前記温度検出領域の中心部が前記外部加熱ベルトに当接するように配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、安定的に外部加熱ベルトを温度制御することができる。
本発明の実施形態に係る外部加熱ベルトを有する定着装置において、外部加熱ベルトが定着ローラに当接および退避した各位置で外部加熱ベルトを懸架する複数の懸架ローラの一つである第1加熱ローラに対する温度検知素子の当接位置が変化しないことを示す図である。 本発明の実施形態に係る外部加熱ベルトを有する定着装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。 外部加熱ベルトの定着ローラに対する当接/退避の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の長手方向概略図である。 ローラ間隔を広げる付勢力を生ずる弾性部材を説明する図である。 本発明の実施形態に係るサーミスタの取付け位置を示す長手方向の概略平面図である。 本発明の実施形態に係るサーミスタの取付け位置を示す長手方向の概略断面図である。 本発明の実施形態に係る温度検知素子の構成を示す図である。 温度検知素子の対象物に対する当接位置と検知温度の関係を測定する系の説明図である。 温度検知素子の対象物に対する当接位置と検知温度の対応関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る外部加熱ベルトの温度制御に関するフローチャートである。 本発明の実施形態に係る外部加熱ベルトの温度制御に関するブロック図である。 従来構成において、外部加熱ベルトが定着ローラに当接および退避した各位置で第1加熱ローラに対する温度検知素子の当接位置が変化することを示す図である。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
《第1の実施形態》
(画像形成装置)
図3に示す画像形成装置の内部には、第1、第2、第3、第4の画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdが併設され、各々異なった色(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)のトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。
画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光ドラム3a、3b、3c、3dを具備し、各感光ドラム3a、3b、3c、3d上に各色のトナー像が形成される。各感光ドラム3a、3b、3c、3dに隣接して中間転写体130が設置され、感光ドラム3a、3b、3c、3d上に形成された各色のトナー像が、中間転写体130上に1次転写され、2次転写部で記録材p上に転写される。さらに、記録材上にトナー像が転写されて、記録材pは定着部9で加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、記録画像として装置外に排出される。
感光ドラム3a、3b、3c、3dの外周には、それぞれドラム帯電器2a、2b、2c、2d、現像器1a、1b、1c、1d、1次転写帯電器24a、24b、24c、24d及びクリーナー4a、4b、4c、4dが設けられる。そして、装置の上方部にはさらに図示しない光源装置およびポリゴンミラーが設置されている。
光源装置から発せられたレーザー光をポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、fθレンズにより感光ドラム3a、3b、3c、3dの母線上に集光して露光する。これにより、感光ドラム3a、3b、3c、3d上に画像信号に応じた潜像が形成される。
現像器1a、1b、1c、1dには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器1a、1b、1c、1dは、それぞれ感光ドラム3a、3b、3c、3d上の潜像を現像して、シアントナー像、マゼンタトナー像、イエロートナー像及びブラックトナー像として可視化する。
中間転写体130は、矢印の方向に感光ドラム3と同じ周速度をもって回転駆動されている。感光ドラム3a上に形成担持された第1色のイエロートナー画像は、感光ドラム3と中間転写体130とのニップ部を通過する過程で、中間転写体130に印加される1次転写バイアスにより形成される電界と圧力により、中間転写体130に中間転写される。
11は2次転写ローラで、中間転写体130に対応し平行に軸受させて下面部に接触させて配設してある。2次転写ローラ11には、2次転写バイアス源によって所望の2次転写バイアスが印加されている。中間転写体130上に重畳転写された合成カラートナー画像の記録材Pへの転写は、以下のように行われる。即ち、給紙カセット10からレジストローラ12、転写前ガイドを通過して中間転写体130と2次転写ローラ11との当接ニップに所定のタイミングで記録材Pが給送され、同時に2次転写バイアスがバイアス電源から印加される。この2次転写バイアスにより中間転写体130から記録材Pへ合成カラートナー画像が転写される。
以下、同様に第2色のマゼンタトナー画像、第3色のシアントナー画像、第4色のブラックトナー画像が順次中間転写体130上に重畳転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が形成される。
一次転写が終了した感光ドラム3a、3b、3c、3dは、それぞれのクリーナ4a、4b、4c、4dにより転写残トナーをクリーニング、除去され、引き続き次の潜像の形成以下に備えられる。転写ベルト130上に残留したトナー及びその他の異物は、転写ベルト130の表面にクリーニングウエブ(不織布)19を当接して、拭い取るようにしている。トナー画像の転写を受けた記録材Pは、定着器9へ順次導入され、記録材に熱と圧力を加えることでトナー画像が定着される。
記録材Pが両面モードの場合は、給紙カセット10から給紙された記録材Pは、レジストローラ12、転写前ガイド、中間転写体130と2次転写ローラ11との当接ニップを通過し定着器9で片面定着された後、フラッパー110により反転パスに導かれる。その後、記録材Pは反転ローラ112により反転されて両面パス113へと導かれる。
そして、再び記録材Pは、レジストローラ12、転写前ガイド、中間転写体130と2次転写ローラ11との当接ニップを通過し、2面目が転写され定着器9で両面が定着される。そして、記録材Pが両面画像形成中に面フラッパー110が切り替わっており、両面定着された記録材Pは記録画像として装置外に排出される。
(定着装置)
次に、本実施形態に係る定着装置の構成について、図2、図4を用いて詳細に説明する。図2において、9は定着装置としての定着器である。定着器9は、定着部材(画像加熱部材)としての定着ローラ101、加圧部材としての加圧ローラ102、第1及び第2の加熱ローラ103、104および外部加熱ベルト105を有する外部加熱ユニット200(図4)で構成されている。第1の加熱ローラ103、第2の加熱ローラ104は、夫々第1の支持ローラ(懸架ローラ)、第2の支持ローラ(懸架ローラ)として外部加熱ベルト105を懸架する機能と、外部加熱ベルト105を加熱する機能を備える。
1)定着ローラ(第1の回転体)
定着ローラ101は、図示しない駆動源によって、矢印A方向に所定の速度で回転駆動されるようになっている。定着ローラ101の芯金の内部には、発熱体としてハロゲンヒータ111が配置されて、定着ローラ101表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。
定着ローラ101の表面温度は、定着ローラ101に接触する温度検知手段としてのサーミスタ121によって検出される。そして、この検出温度に基づいて、温度制御(調整)手段としての制御装置140がハロゲンヒータ111をON/OFFすることで、所定の目標温度で制御される。
定着ローラ101が、金属製のパイプ状の芯金上にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性弾性層を形成した構造である場合、この芯金や弾性層の熱伝導率が低いことが原因で表面温度低下が生じる。即ち、芯金内に設けられた発熱体(ハロゲンヒータ111)の熱が、この芯金や弾性層に遮られて、定着ローラ表面に伝わりにくくなるためである。そこで、本実施形態では、第1の加熱ローラ103、第2の加熱ローラ104で外部加熱ベルト105を加熱し、更には定着ローラ101を加熱することが好ましい。
なお、定着ローラ101としては、上述した弾性層を設けない構造でも良い。この場合、弾性層が無い分、表面温度低下は小さいが、芯金の厚みが大きくなるほど熱を遮るので、表面温度低下が発生する。そこで、本実施形態のように、第1の加熱ローラ103、第2の加熱ローラ104で外部加熱ベルト105を加熱し、更には定着ローラ101を加熱することが好ましい。
2)加圧ローラ(第2の回転体)
加圧ローラ102は、図示しない加圧手段により、定着ローラ101に所定の圧力で加圧(圧接)されて、定着ローラ101と定着ニップ部(ニップ部)Nを形成しており、矢印B方向に所定の速度で、定着ローラ101と従動回転される。定着ニップ部Nでは、未定着トナーKを担持した記録材Pを挿通して、記録材P上にトナーKを定着させる。
また、加圧ローラ102の芯金の内部には、発熱体としてハロゲンヒータ112が配置されて、加圧ローラ102の表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。
加圧ローラ102の表面温度は、加圧ローラ102に接触する温度検知手段としてのサーミスタ122によって検出され、ヒータ制御手段140によってハロゲンヒータ112がON/OFFされ、所定の目標温度にて制御される。
3)外部加熱ユニット
次に、本実施形態における外部加熱部材としての外部加熱ベルトユニット200について説明する。図3に示すように、外部加熱ベルトユニット200は外部加熱ベルト105と、外部加熱ベルト105を張架する張架ローラである第1及び第2加熱ローラ103、104を備える。そして、図3に示す加圧手段204によって、外部加熱ベルトユニット200を定着ローラ101外周面に対して所定の圧力で押圧することで、外部加熱ベルト105の外周面を定着ローラ101の外周面に圧接させる。この時、外部加熱ベルト105は、定着ローラ101と接触面Neを形成している。
ここで、外部加熱ベルト105は、定着ローラ101に対して当接/退避可能に構成されている。また、定着ローラ101に押圧された外部加熱ベルト105は、定着ローラ101の回転に従動回転するように第1及び第2加熱ローラ103、104によって回転自在に支持される。
また、外部加熱ベルト105の外周面には、外部加熱ベルト105の表面をクリーニングするクリーニングローラ108(図1)がベルトの回転方向に対してサーミスタ123、124より上流に設けられる。クリーニングローラ108は、図示しない加圧手段により、所定の圧力で外部加熱ベルト105に押圧された状態で配置される。
外部加熱ベルト105は、金属製の基材(ステンレスやニッケル等)又は樹脂製の基材(PI等)の層を有し、トナーとの付着を防止するために、耐熱性の摺動層としてフッ素系樹脂で被覆されている。そして、外部加熱ベルト105は、図1の矢印C方向に所定の速度で定着ローラ101に対して従動回転され、定着ローラ101の表面を加熱する。そして、外部加熱ベルト105を張架する第1加熱ローラ103は、定着ローラ101の回転方向上流側に配置され、外部加熱ベルト105の内面に接触して、外部加熱ベルト105を加熱する。
また、第1加熱ローラ103の芯金の内部には、発熱体としてハロゲンヒータ113が配置されて、外部加熱ベルト105の表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。
(外部加熱ベルトの温度検知)
図4に示すように、第1加熱ローラ103側における外部加熱ベルト105の表層(表面)の温度は、温度検知手段として、第1加熱ローラ103と外部加熱ベルト105の接触領域D1に接触するサーミスタ123によって検知される。そして、その検知温度に基づいて、ヒータ制御手段140によってハロゲンヒータ113をON/OFFし、所定の目標温度になるように制御(温度調節)する。
外部加熱ベルト105を張架する張架ローラである第2加熱ローラ104は、第1加熱ローラ103とほぼ同様の構成で、定着ローラ101の回転方向下流側に配置される。第2加熱ローラ104も外部加熱ベルト105の内面に接触して、外部加熱ベルト105を加熱する。そして、第2加熱ローラ104の芯金の内部には、発熱体としてハロゲンヒータ114が配置されて、外部加熱ベルト105の表面温度が所定の温度となるように内部から加熱されている。
第2加熱ローラ104側における外部加熱ベルト105の表面温度は、温度検知手段として、第2加熱ローラ104と外部加熱ベルト105の接触領域D2に接触するサーミスタ124によって検知される。そして、その検知温度に基づいて、ヒータ制御手段140によってハロゲンヒータ114をON/OFFし、所定の目標温度になるように制御(温度調節)する。
外部加熱ベルト105の目標温度は、定着ローラの目標温度よりも高く設定されており、定着ローラ101の表面温度が記録材との接触により降下することに対してレスポンス(熱の感応精度)良く外部加熱ベルト105から定着ローラ101に熱が供給される。
(外部加熱ベルトの当接/退避)
図4は本発明の実施形態を説明した外部加熱ベルト構成の正面図であり、図5は本発明の実施形態を説明した外部加熱ベルト構成の長手方向概略図である。図5で、保持部材206a、206bは、第1加熱ローラ103及び第2加熱ローラ104の各々の長手方向(回転軸方向)の両端部を回転自在に支持している。更に保持部材206a、bは、第1及び第2の支持ローラとしての第1加熱ローラ103及び第2加熱ローラ104を回転可能に保持するとともに付勢部材301の付勢力に抗して第1の支持ローラが相対移動するのを許容する保持機構として機能する。
図5で、保持部材206a、bは、加圧アーム117a、bに各々回転自在に支持されている。そして、加圧アーム117a,bは、本体側板202の間に配置されたシャフト203の周りに回転し、加圧ばね204による加圧力を受け定着ローラ101の方向に付勢され、外部加熱ベルト105が定着ローラ101に当接する。
また、カム205(図4)は更に回転(もしくは逆方向に回転)することにより、加圧アーム117を昇降させ、外部加熱ベルト105の定着ローラ101より退避する。即ち、カム205および加圧アーム117は、外部加圧ベルト105の定着ローラ101への当接および定着ローラ101からの退避を実行する移動機構(駆動手段)として機能する。
ここで、定着ローラ101への当接時における外部加熱ベルト105へのテンションの付与に関する構成に関して説明する。本実施形態では、図4に示すように第1加熱ローラ103と第2加熱ローラ104との間に、第1加熱ローラ103と第2加熱ローラのローラ間隔を広げる方向に付勢力を存在させる(付与する)付勢部材(加圧部材)301を配置している。
そして、図8に示すように、第1加熱ローラ103は、保持部材206aと保持部材206bに挟まれるように保持されている。第1加熱ローラ103と保持部材206a及び206bの間には、定着ローラ101に当接した際の水平方向にクリアランス303a及び303b(図6)を有している。一方、第2加熱ローラ104は、保持部材206aと保持部材206bに挟まれるように保持されており、第2加熱ローラ104と保持部材206a及び206bの間には隙間を持たず、十分に固定される構成になっている。
このように、第2加熱ローラ104を固定側として、第1加熱ローラ103を移動可能にすることで、定着ローラ101に当接した際には、外部加熱ベルト105と定着ローラ101の密着性を向上させる。かつ、定着ローラ101から退避した際には、大きな退避量を必要とせずに、外部加熱ベルト105を定着ローラ101から退避させることが可能になる。
(外部加熱ベルトの温度検知素子の配置)
次に、本実施形態の特徴となる外部加熱ベルトの温度検知素子123、124の配置に関して、図6、図7及び図8を用いて説明する。温度検知素子123、124は、第1および第2の支持ローラである第1および第2加熱ローラ103、104とともに外部加熱ベルト105を挟み込むように設けられる。以下、更に詳細に説明する。
先ず、外部加熱ベルト105を張架する第1および第2加熱ローラ103、104の長手方向(回転軸方向)の両端部には、第1および第2加熱ローラ103、104を回転可能に支持する回転支持部材としてのベアリング131a、b、132a、bが配置される。
第1加熱ローラ103の両端部に配置されたベアリング131a、bの外輪には、図6に示す部材133a、bが外輪に嵌め合うように固定されている(即ち、回転支持部材としてのベアリングと一体化した突起部が形成されている)。また同様に、第2加熱ローラ104の両端部に配置されたベアリング132a、bの外輪には、部材134a、bが外輪に嵌め合うように固定されている。
そして、図7に示すように、第1加熱ローラ103の両端部に配置された部材133aと部材133bは、取付け部材135によって繋がれて(連結されて)おり、第1加熱ローラ103側に当接するサーミスタ123が取り付け部材135に取付けられている。
同様に、第2加熱ローラ104の両端部に配置された部材134aと部材134bは、取付け部材136によって繋がれて(連結されて)おり、第2加熱ローラ104側に当接するサーミスタ124が取付け部材136に取付けられている。
取付け部材135、136に取付けられた温度検知素子としてのサーミスタ123、124は、その一端が外部加熱ベルト105の表面に当接して、外部加熱ベルト105の表面温度を検知し、所定の目標温度になるように制御(温度調節)される。ここで、取付け部材135、136は、退避への変化に伴うローラ間の変位と同じ変位をすることとなり、取付け部材135,136に取付けられたサーミスタ123、124は、後述するように温度検知素子の位置が変化しないで正確な温度検知を可能とする。
なお、上述した突起部に相当する部材133a、bには、加圧部材301が第1加熱ローラ103と第2加熱ローラの間隔を広げる方向と平行な方向(懸架ローラである第1加熱ローラの変位方向)に伸びた長穴139a、139b(図1)が形成されている。そして、長穴139a、139bには、保持部材206に配置された軸137a、137bが係合しており、部材133a、bは保持部材206に対して平行移動可能に支持されている。一方、部材134a、bには、丸穴140a、140bが形成されており、丸穴140a、140bには、保持部材206に配置された軸138a、138bが嵌合され固定されている。
ここで、温度検知素子としてのサーミスタ123、124の構成を図9に示す。サーミスタは、温度変化に対してきわめて大きな抵抗変化を示す抵抗器である。温度の上昇に伴って抵抗値が変化するために、抵抗値の変化を温度変化に変換して対象物の温度を測定することが可能になっている。サーミスタ素子401の大きさは様々であるが、高精度に温度を測定するものになるほど小さくなる(1mm以下)。
サーミスタの形状も様々であるが、以下のものが良く知られている。即ち、ステンレスやリン青銅等の薄い金属板402にサーミスタ素子を接着剤で張り付け、対象物に薄い金属板のばね性を利用して当接させることで薄い金属板を介してサーミスタ素子の抵抗値を測定する。
このように、サーミスタ対象物に対して当接するサーミスタ構成の場合、図9のようにサーミスタ素子401が金属板402に対して非常に小さい。このため、金属板402が対象物に接触する位置によって、サーミスタ素子401の抵抗値の変化量が変化し、実際の対象物の温度とサーミスタが検出する温度に違いがでてくる。例として、サーミスタと対象物との当接位置の関係を示す。図10に示すように200℃に温調された対象物403に対して、サーミスタの当接位置を変化させ、各位置におけるサーミスタの検出温度を比較する。
サーミスタの当接位置はサーミスタ素子401の直下の位置を0とし、その位置からの位置ズレ量とサーミスタが検知した温度の関係を測定した結果を、図11に示す。図11に示すように、サーミスタ素子から1mm位置がずれることで、対象物の温度とサーミスタの検知温度が4℃程度ずれることがわかる。このように、サーミスタ素子401の直下の位置から対象物の当接位置が離れることで、検知温度が実温度より低くなることがわかる。
(外部加熱ベルトの温度制御)
次に、本実施形態の外部加熱ベルトの温度制御に関して、図12のフローチャート、図13の装置ブロック図を用いて、本実施形態の動作を以下に説明する。
1)複写機本体の電源をオンすると(図12の11−1)、定着ローラ、加圧ローラ及び外部加熱ベルトの目標温度(T1、T2、T3)が設定される(図12の11−2)。
2)定着ローラ101、加圧ローラ102、各々の加熱ローラ103、104をそれぞれ加熱するためにハロゲンヒータ111、112、113、114にそれぞれ通電される(図12の11−3)。
目標温度(T1、T2、T3)は、記録材の種類の種類によって設定される。例えば、画像形成装置本体の操作パネル(不図示)から、ユーザーが使用する記録材の種類情報を入力し、その種類情報を記録材情報検知手段で検知して、CPUが定着動作を行う記録材の情報を入手する。CPUは、入手した記録材情報に基づいて、定着装置100の各部材の温度を設定し、各サーミスタ(121、122、123、124)から得られる温度を基に調整する。
3)各部材が目標温度に達して(図12の11−4)、目標温度(T1、T2、T3)になるように温調された状態(スタンバイ状態)を維持する(図12の11−5)。
4)プリント信号を受信すると(図12の11−6)、画像形成ジョブが開始する(図12の11−7)。プリントが開始すると、各部材の目標温度が記録材の種類に応じたプリント時の目標温度(T1´、T2´、T3´)に切り替わり、サーミスタから得られる温度を基に各部材の温度が調整される(図12の11−8)。
5)定着ローラが高速回転し、給紙が開始される(図12の11−9)。そして、加圧ローラが定着ローラ当接し、外部加熱ベルトもカム205が図示しない駆動源によって回転し、外部加熱ベルト105を定着ローラ101に当接させる定着ローラに当接し(図12の11−10)、プリント終了信号を受信するまで動作は継続される。
6)画像形成ジョブが終了すると(図12の11−12)、カム205が図示しない駆動源によって回転し、外部加熱ベルト105が定着ローラ101から退避し、加圧ローラも退避する(図12の11−13)。そして、定着ローラ、加圧ローラ及び外部加熱ベルトの目標温度(T1、T2、T3)に再度設定され(図12の11−14)、サーミスタから得られる温度を基に温度調整(温度制御)する。
(本実施形態の従来例に対する効果)
次に、外部加熱ベルト105の定着ローラ101に対する当接/退避に関連する本実施形態の効果を、従来例と比較して詳細に示す。先ず、従来例に関して、外部加熱ベルト105が定着ローラ101から退避した構成に関して説明する。図6に示すように、外部加熱ベルト105を懸架する第1加熱ローラ103と第2加熱ローラ104の間を広げる方向に、外部加熱ベルト105にテンションが付与されている。
これにより、外部加熱ベルト105が定着ローラ101から退避した際に、第1加熱ローラ103と第2加熱ローラ104間が広がる。そのとき、外部加熱ベルト105が第1加熱ローラ103と第2加熱ローラ104の接線方向に引っ張られる方向に張りが付与され、定着ローラ101から外部加熱ベルト105を十分に退避させるための、外部加熱ベルトユニット200の退避量を軽減できる。
このような従来構成で、サーミスタ123は保持部材206に連結した部材に配置されていたため、外部加熱ベルト105を張架する第1加熱ローラ103が外部加熱ベルトより退避した際は、第1加熱ローラ103が移動することで、以下のような問題を生ずる。即ち、外部加熱ベルト105の表面に当接しているサーミスタ123の当接位置が図14−bのようにサーミスタ123の取付面から遠ざかる方向に変化してしまう。
一方、外部加熱ベルト105を張架する第1加熱ローラ103が外部加熱ベルトに当接する際は、第1加熱ローラ103が移動することで、以下のような問題を生ずる。即ち、外部加熱ベルト105の表面に当接しているサーミスタ123の当接位置が図14−aのようにサーミスタの取付面根元に近づく方向に変化してしまう。
ここで、外部加熱ベルト105が定着ローラ101に当接する際の第1加熱ローラ105の移動に関する構成を以下に説明する。図6で、定着ローラ101に外部加熱ベルト105を当接させたときに、上述したように第2加熱ローラ104は保持部材106の軸138と突起部134a、b(図6、図7)の丸孔140(図6)の組合せで位置を固定されているために動かない。
一方、第1加熱ローラ103は保持部材106の軸137a、b(図1、図6)と突起部133の長穴139a、b(図1、図6)との間にクリアランス303a、304b(図6)がある。このため、第1加熱ローラ103は定着ローラ101に当接した際に第2加熱ローラ104に近づく方向に移動する。このように、第1加熱ローラ103は、所望のニップ幅で定着ローラ101に外部加熱ベルト105が密着する位置に配置されている。
よって、従来構成では、外部加熱ベルトユニット200が定着ローラ101に対して当接/退避することで、第1加熱ローラ103と第1加熱ローラ103に当接するサーミスタ123の位置関係が変化してしまう。このために、当接/退避いずれかのポジション、または、両方のポジションにおいて、外部加熱ベルト105表面温度よりも第1加熱ローラ103を介してサーミスタ123が検出する外部加熱ベルト105の表面温度が低くなってしまう。
このように、外部加熱ベルト105の実温度よりサーミスタ123の検出温度が低くなってしまうと、以下のような問題が生ずる。即ち、スタンバイ時の外部加熱ベルト105の目標温度T3や、プリント時の外部加熱ベルト105の目標温度T3´に、サーミスタ123が検出する温度がなるようにハロゲンヒータ113を制御する。そのため、各々の目標温度よりも外部加熱ベルト105の表面温度が高くなってしまう。
これによって、プリント開始直後に定着ローラ101に外部加熱ベルト105が当接した際に、定着ローラ101の表面の温度が定着に最適な温度より高くなってしまったりする。あるいは、連続プリントの最中に、定着ローラ101に与える熱量が想定している熱量より多くなってしまったりする。このような状態になると、定着ローラ101の表面の温度が定着に最適な温度より高くなってしまうために、記録紙上のトナー像が過溶融し、定着ローラ101にオフセットし、定着画像を汚してしまう「ホットオフセット」と呼ばれる画像不良が発生してしまう。
そこで、本実施形態の構成においては、図1のように、加熱ローラ103の両端部に配置されたベアリング131a、bの外輪に固定された突起部としての部材133を連結した取付け部材135上に温度検知素子としてのサーミスタを配置している。
これにより、定着ローラ101から外部加熱ベルト105が退避する際は、第1加熱ローラ103が弾性部材301によって図1の矢印Aの方向に移動する。それに伴って、第1加熱ローラ103の端部のベアリング131に固定された突起部としての部材133も同じ量だけ同方向(図1の矢印Bの方向)に移動する。これにより、突起部としての部材133を連結した取付け部材135に配置されたサーミスタ123も、同方向(図1の矢印Cの方向)に同じ量だけ移動することになる。
同様に、定着ローラ101に外部加熱ベルト105が当接する際は、第1加熱ローラ103が定着ローラ101によって外部加熱ベルト105が撓むことで図1の矢印Dの方向に移動する。それに伴って、同様に突起部としての部材133も同じ量だけ同じ方向(図1の矢印Eの方向)に移動し、サーミスタ123も同じ方向(図1の矢印Fの方向)に同じ量だけ移動することになる。
以上、本実施形態の構成においては、サーミスタ123が第1加熱ローラ103の移動に追従するように動くようになっている。このため、外部加熱ベルト105が定着ローラ101に対して、当接/退避いずれのポジションをとる場合においても、サーミスタ123の第1加熱ローラ103に接触する位置が変わることがない。即ち、常にサーミスタの素子401の位置で当接することが可能になる。そのため、外部加熱ベルト105が定着ローラ101に当接および退避したそれぞれの位置において、サーミスタ123が検出する温度と外部加熱ベルト105の表面の実際の温度とのズレをなくすことが可能になる。
即ち、本実施形態の構成により、外部加熱ベルト105を懸架する第1加熱ローラ103と第2加熱ローラ104の間にテンションをかける。これにより、どちらか一方または両方の加熱ローラを移動可能にすることで、外部加熱ベルトユニット200が退避している際のベルト105の弛みを防止し、外部加熱ベルトユニット200の離間量を小さくする。これと共に、外部加熱ベルト105が定着ローラ101に当接および退避する両ポジションにおいて、外部加熱ベルト105の表面温度を目標温度に極めて近い温度に調整できる。
そのため、外部加熱ベルト105の表面温度を安定して温度制御することが可能になる。そして、定着ローラ101の表面温度を想定した温度に温度調整することが可能になり、「ホットオフセット」等の画像弊害の発生を抑制することが可能になる。
このようにして、本実施形態では、外部加熱ベルトが定着部材へ当接している場合と、定着部材から退避している場合とで、外部加熱ベルトの実際の温度と検知温度の乖離が生ずることを抑え、安定的に外部加熱ベルトを温度制御することができる。
(外部加熱ユニットの接離方向の各位置におけるサーミスタの検出温度)
外部加熱ベルトユニット200が定着ローラから退避した状態において、サーミスタの検出温度は以下のように設定される。即ち、サーミスタ121、123、124が180℃となるように、各々のハロゲンヒータ(111、113、114)を制御装置140によって、温度調節する。ここで、サーミスタ121は定着ローラ101の温度、サーミスタ123、124は外部加熱ベルト105(第1加熱ローラ103、第2加熱ローラ104の領域)の温度を検出する。
各サーミスタ(121、123、124)の検知温度が180℃(もしくは180℃付近)で安定したことを確認した後に、カム205を回転させて、外部加熱ベルトユニット200を定着ローラ101に当接させる。カム205が回転を始めて、外部加熱ベルトユニット200が定着ローラ101に当接し、加圧ばね204の加圧力によって外部加熱ベルト105が定着ローラ101に密着するまでのサーミスタ123の温度推移を検出する。
外部加熱ベルトユニット200が退避した状態(第2の位置)から当接する状態(第1の位置)になる間(中間の状態)で検出された温度が、退避した状態もしくは当接した状態で検出される温度よりも高い温度を検出していることを確認する。即ち、サーミスタ123は、外部加熱ベルト105が所定の温度に維持された状態のとき、当接した状態もしくは退避した状態での検出温度よりも、第1の位置と前記第2の位置との間の所定の位置での検出温度の方が高くなるように配置されている。本実施形態では、具体的に182℃が検出されるようになっている。
退避した状態もしくは当接した状態に対し、退避した状態から当接する状態になる間(中間の状態)で検出される温度を高くしたのは、外部加熱ユニットの接離に伴う温度変化を小さくするためである。
ここで、外部加熱ベルトユニット200が定着ローラ101に対して、当接した位置において検出される温度が退避した位置で検出される温度と等しくなることが好ましい。しかし、部品精度等によって、外部加熱ベルトユニット200の定着ローラ101に対する当接/退避の各位置において、サーミスタ素子401からの加熱ローラ103とサーミスタ123の当接位置との距離が一定にならないことで、差が生じる。また、サーミスタ103の当接面における検出温度の精度等によって、差が生じる。この差が大きいと、加熱ローラ103の温度制御を安定して行えないために、5℃程度の差にするのが望ましい。
(外部加熱ユニットの接離方向の各位置におけるサーミスタのベルト接触位置)
サーミスタ(温度検出素子)において、外部加熱ベルト105に当接し、温度を検出する面と一体となっている同材質の部分を温度検出領域と定め、温度検出領域の中で、最も検出温度が高くなる点を温度検出素子の中心部と定義する。サーミスタでは、基本的にサーミスタ素子が接着されている部分が中心部となる。
中心部の位置を特定する方法としては、図10のように曲率のある対象物を加熱し、放射温度計等で一定の温度(本実施例では200℃)になるように温度を制御する。その対象物に対して、サーミスタを当接し、検出した温度が最も高い点(図11の0mm付近)を中心点と定める。
ここで、外部加熱ユニットの接離方向に関し、上述した退避した状態から当接する状態になる間(中間の状態)では、サーミスタの温度検出領域の中心部(最も検出感度が高い)で外部加熱ベルト105に接触する。一方、退避した状態もしくは当接した状態では、サーミスタの温度検出領域の中心部と異なる位置で外部加熱ベルト105に接触する。
退避した状態もしくは当接した状態に対し、退避した状態から当接する状態になる間(中間の状態)で温度検出感度を高くしたのは、外部加熱ユニットの接離に伴う温度変化を小さくするためである。
本実施形態では、外部加熱ユニットの接離方向に関し上述した退避した状態から当接する状態になる間(中間の状態)において、サーミスタの温度検出領域の中心部(検出感度が最大の部位)が外部加熱ベルト105に接触する構成となっている。
これに対し、上述した退避した状態または当接した状態のいずれかにおいて、サーミスタの温度検出領域の中心部が外部加熱ベルト105に接触する構成とした場合では、以下のようになる。即ち、サーミスタの温度検出領域の中心部が接触しているいずれかの状態においては、サーミスタによって非常に正確な温度を検出することが可能になる。しかし、他方の状態の場合においては、部品精度等によってサーミスタの温度検出領域の中心部から接触位置が大きく離れる構成となる。
図11のように、サーミスタ中心部と接触位置の距離と検出される温度の実温度とのかい離は線形の関係になく、サーミスタ中心部と接触位置の距離が離れる程、検出される温度の実温度とのかい離が大きくなることが分かる。よって、本実施形態のように、外部加熱ユニットの接離方向に関し、上述した退避した状態から当接する状態になる間(中間の状態)で、サーミスタの温度検出領域の中心部が外部加熱ベルト105に接触する構成にすることが好ましい。
(変形例)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。
(変形例1)
上述した実施形態では、外部加熱ベルトを懸架する複数の懸架ローラの全てに対して、回転支持部材としてのベアリング、取付け部材としての突起部、温度検知素子としてのサーミスタが設けられたが、本発明はこれに限られるものではない。外部加熱ベルトを懸架する複数の懸架ローラの内の少なくとも1つの懸架ローラに対して設けられていても良い。
(変形例2)
上述した実施形態では、第1の加熱ローラ103、第2の加熱ローラ104は、夫々第1の懸架ローラ、第2の懸架ローラとして外部加熱ベルト105を懸架する機能と、外部加熱ベルト105を加熱する機能を備えるものであった。即ち、外部加熱ベルトを懸架する複数の懸架ローラの内の少なくとも1つの懸架ローラの内部に加熱源を設けて加熱ローラを構成した。
しかしながら、第1の懸架ローラ、第2の懸架ローラとして外部加熱ベルト105を懸架する機能を備えるだけで、加熱する機能を備えないものであっても良い。即ち、懸架ローラとは別の加熱源として、例えば電磁誘導で外部加熱ベルトを発熱させる励磁コイルおよび磁束コアを懸架ローラの外部に設けるものであっても良い。
(変形例3)
上述した実施形態では、未定着トナー像をシートに定着する定着装置を例に説明したが、本発明は、これに限らず、画像の光沢を向上させるべく、シートに仮定着されたトナー像を加熱加圧する装置(この場合も定着装置と呼ぶ)にも同様に適用可能である。
101・・定着ローラ、102・・加圧ローラ、103、104・・加熱ローラ、105・・外部加熱ベルト、
117・・加圧アーム、123、124・・サーミスタ、131、132・・ベアリング、133、134・・突起部、
135、136・・取付け部材、205・・カム

Claims (11)

  1. 記録材上のトナー像をその間のニップ部において定着させる第1及び第2の回転体と、
    前記第1の回転体を外部から加熱する外部加熱ベルトと、前記外部加熱ベルトの内面を回転可能に支持するとともに前記外部加熱ベルトを前記第1の回転体に向けて押圧する第1及び第2の支持ローラと、前記第1の支持ローラを前記第2の支持ローラから離れる方向へ付勢する付勢部材と、前記第1及び第2の支持ローラを回転可能に保持するとともに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第1の支持ローラが相対移動するのを許容する保持機構と、前記第1の支持ローラとともに前記外部加熱ベルトを挟み込むように設けられ前記外部加熱ベルトの温度を検出する温度検出素子と、を備えた外部加熱ユニットと、
    前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体に当接する第1の位置と前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体から離れた第2の位置とを取り得るように前記外部加熱ユニットを移動させる移動機構と、
    前記第1及び第2の支持ローラの内の少なくとも1つの支持ローラの回転軸方向の両端部に設けられる回転支持部材と、
    前記回転支持部材と一体化した前記両端部における突起部を前記回転軸方向に連結し、前記第1の位置から前記第2の位置への変化に伴う前記少なくとも1つの支持ローラの変位と同じ変位をする取付け部材と、
    を有し、
    前記温度検出素子は前記取付け部材に取付けられることを特徴とする定着装置。
  2. 前記回転支持部材、前記取付け部材、前記温度検出素子は、前記第1及び第2の支持ローラの全てに対して設けられることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記回転支持部材はベアリングであることを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。
  4. 前記突起部は、前記ベアリングの外輪に固定される部材により形成されることを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
  5. 前記突起部には、前記第1の位置から前記第2の位置への変化に伴う前記少なくとも1つの支持ローラの変位に対応する長穴が前記少なくとも1つの支持ローラの変位方向に設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の定着装置。
  6. 前記長穴には、前記支持ローラを前記回転軸方向の両端で保持する保持部材に設けられた軸が係合することを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
  7. 前記回転支持部材、前記取付け部材、前記温度検出素子は、前記第1及び第2の支持ローラに対して設けられ、
    前記第1の支持ローラに対する前記突起部には、前記第1の位置から前記第2の位置への変化に伴う前記第1の支持ローラの変位に対応する長穴が前記第1の支持ローラの変位方向に設けられる一方、
    前記第2の支持ローラに対する前記突起部には、丸穴が設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の定着装置。
  8. 前記長穴には前記第1の支持ローラを前記回転軸方向の両端で保持する保持部材に設けられた第1の軸が係合する一方、前記丸穴には前記第2の支持ローラを前記保持部材に設けられた第2の軸が係合することを特徴とする請求項7に記載の定着装置。
  9. 記録材上のトナー像をその間のニップ部において定着させる第1及び第2の回転体と、
    前記第1の回転体を外部から加熱する外部加熱ベルトと、前記外部加熱ベルトの内面を回転可能に支持するとともに前記外部加熱ベルトを前記第1の回転体に向けて押圧する第1及び第2の支持ローラと、前記第1の支持ローラを前記第2の支持ローラから離れる方向へ付勢する付勢部材と、前記第1及び第2の支持ローラを回転可能に保持するとともに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第1の支持ローラが相対移動するのを許容する保持機構と、前記第1の支持ローラとともに前記外部加熱ベルトを挟み込むように設けられ前記外部加熱ベルトの温度を検出する温度検出素子と、を備えた外部加熱ユニットと、
    前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体に当接する第1の位置と前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体から離れた第2の位置とを取り得るように前記外部加熱ユニットを移動させる移動機構と、を有し、
    前記温度検出素子は、前記外部加熱ベルトが所定の温度に維持された状態のとき、前記第1の位置と前記第2の位置での検出温度よりも前記第1の位置と前記第2の位置との間の所定の位置での検出温度の方が高くなるように配置されていることを特徴とする定着装置。
  10. 記録材上のトナー像をその間のニップ部において定着させる第1及び第2の回転体と、
    前記第1の回転体を外部から加熱する外部加熱ベルトと、前記外部加熱ベルトの内面を回転可能に支持するとともに前記外部加熱ベルトを前記第1の回転体に向けて押圧する第1及び第2の支持ローラと、前記第1の支持ローラを前記第2の支持ローラから離れる方向へ付勢する付勢部材と、前記第1及び第2の支持ローラを回転可能に保持するとともに前記付勢部材の付勢力に抗して前記第1の支持ローラが相対移動するのを許容する保持機構と、前記第1の支持ローラとともに前記外部加熱ベルトを挟み込むように設けられ前記外部加熱ベルトの温度を検出する温度検出素子と、を備えた外部加熱ユニットと、
    前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体に当接する第1の位置と前記外部加熱ベルトが前記第1の回転体から離れた第2の位置とを取り得るように前記外部加熱ユニットを移動させる移動機構と、を有し、
    前記温度検出素子は、その検出感度が最大となる部位が前記外部加熱ベルトが前記第1の位置と前記第2の位置との間の所定の位置にあるとき前記外部加熱ベルトと当接する位置関係となるように配置されていることを特徴とする定着装置。
  11. 前記支持ローラの少なくとも1つの内部に加熱源が設けられることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の定着装置。
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