JP2017009938A - 加熱定着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】封筒P1先端が定着ニップ内に突入した際に、封筒P1後端を搬送方向に対して持ち上げる機構を有する。それにより封筒P1の上下の紙が水平にニップ内を通過し、同位相で搬送されることにより封筒P1シワ発生を防止すること。【解決手段】駆動源を有する回転体と、回転体を加圧する加圧部材と、該回転体に当接しニップ部を形成し摺動回転する無端状のベルト部材(402)と、前記ニップ部に記録材を案内する定着搬送部材(55)と、該回転体または該ベルト部材の何れか乃至両方を加熱する発熱部材(403)を有し、該回転体を回転させることで該ベルト部材を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱定着装置において、前記定着搬送部材(55)は、記録紙先端(55s)が前記ニップ部に突入した際に、記録紙の突入角度が所定の値となるように前記定着搬送部材(55)の位置および角度が変化するような可変機構(56)を有することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、トナー画像を担持した記録材の加熱加圧処理を行う像加熱装置において、記録紙として封筒P1を搬送させる際に、通紙姿勢を変化させることで封筒P1しわの発生を抑制する像加熱装置に関する。
電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来採用されている。
このような定着装置においては、未定着トナー像が形成された記録用紙を定着装置の所定のニップに適切に案内するための定着搬送部材を備えたものが知られている(特許文献1〜4参照)。
特許文献1には、トナーの飛散等の防止のために、定着搬送部材を電気的にフロート状態に保持した定着装置が開示されている。
また、特許文献2には、記録用紙の後端部における転写抜けを防止するために、転写部と定着装置との間で記録用紙に撓みを形成させる画像形成装置が開示されている。
また、特許文献3には、像保持体の周速を定着装置の回転体の周速度よりも速く設定すると共に、定着搬送部材を、記録用紙が定着ニップに噛み込まれた後に、ニップ中心線と交差する位置からニップ中心線から離れた位置に移動させて、記録用紙が定着装置の一方の回転体と接触するのを回避して画像にじみの発生を防止した画像形成装置が開示されている。
さらに、特許文献4には、記録紙の厚さに基づいて、記録用紙の搬送部材の位置を移動させる定着装置が開示されている。
特開2002−278329号公報 特開2003−66749号公報 特開2006−30268号公報 特開2008−299147号公報
本発明が解決しようとする課題について述べる。近年では省エネルギー推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速いオンデマンド方式として、熱容量の小さい定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置、すなわちフィルム定着装置が提案されている。フィルム定着装置は、加熱効率の高さや立上りの速さによる待機中の予備加熱の不要化、待ち時間の解消などの多くの利点を有しており、特に円筒形フィルムを加圧ローラの搬送力で駆動させる方法は低コストに実現できるため、小型低速機への導入から始まり、今後、大型高速機への導入が期待されるようになっている。
しかしながら、上述したフィルム定着装置は以下のような懸念事項が発生する。例えば、フィルム定着装置は、熱容量の小さい定着フィルムが加圧ローラに従動して回転する為、定着フィルム自体に回転駆動源を有しない。それ故、上記ローラ定着方式に比べ、定着フィルムと加圧ローラの搬送力に差が発生しやすい。それにより、例えば封筒P1が転写部を通過して定着装置に搬送したときを考えると、封筒P1は一般の記録紙より小さいために、転写部から離れて搬送されることになる。それにより記録紙後端は自由に上下する。それによって、上記のように定着フィルムと加圧ローラの搬送力に差がある場合において、搬送途中から封筒P1の上下紙間に空隙が生じ、その空隙が主な原因となり封筒P1シワが発生するという問題がある。
本発明の目的は、上記問題点を解消するためになされたものであり、小型且つ安価な構成で、封筒P1シワ及び画像乱れを低減できる画像定着装置及びそれを用いた画像形成装置を提供することにある。
本発明に係る加熱定着装置は、駆動源を有する回転体と、回転体を加圧する加圧部材と、該回転体に当接しニップ部を形成し摺動回転する無端状のベルト部材と、前記ニップ部に記録材を案内する定着搬送部材と、該回転体または該ベルト部材の何れか乃至両方を加熱する発熱部材を有し、該回転体を回転させることで該ベルト部材を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱定着装置において、
前記定着搬送部材は、記録紙先端が前記ニップ部に突入した際に、記録紙の突入角度が所定の値となるように前記定着搬送部材の位置および角度が変化するような可変機構を有することを特徴とする。
また、前記定着搬送部材の移動は、前記定着搬送部材の定着装置側の先端が、転写ニップと定着ニップ入口とを含む平面よりも下方乃至上方によって規定されることを特徴とする。
また、前記搬送部材の角度の変化は、該ベルト部材上流部の面取り部分の延長線をL1、該定着ニップの中心と定着ニップ部の入口とを結ぶ線をL2とし、上記線L1と線L2の間のなす角α内となるように配置することを特徴とする。
また、前記搬送部材の角度の変化は、弾性部材乃至ソレノイドを用いることを特徴とする。
本発明の画像形成装置によれば、封筒P1先端が定着ニップ内に突入した際に、封筒P1後端を搬送方向に対して持ち上げる機構を有する。それにより封筒P1の上下の紙が水平にニップ内を通過し、同位相で搬送されることにより封筒P1シワ発生を防止することができる。
本発明の実施例における画像形成装置の模式図である。 本発明の実施例における加熱定着装置の模式図である。 定着装置の加圧機構の説明図である。 本発明の実施例における定着搬送部材の位置移動を説明するための模式図である。 従来の構成条件における普通紙の通紙状態を説明するための模式図である。 従来の構成条件における封筒紙の通紙状態を説明するための模式図である。 本発明における本実施例を示す模式図である。 本発明における本実施例を示す模式図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、加熱ニップの加圧を解除してフィルム部材を回転させて潤滑剤を移動させる限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
像加熱装置が搭載される画像形成装置は、中間転写ベルト方式、記録材搬送ベルト方式、記録材へ枚葉式にトナー像を転写する方式、タンデム型、1ドラム型の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成/転写に係る主要部のみを説明するが、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、FAX、複合機等、種々の用途で実施できる。なお、特許文献1〜4に示される像加熱装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
[画像形成装置例]
図1は画像形成装置の構成の説明図である。図1に示すように、画像形成装置10は、中間転写ベルト31に沿って画像形成部10Y、10M、10C、10Kを配置したタンデム型フルカラープリンタである。
画像形成部10Yでは、感光ドラム11Yにイエロートナー像が形成されて、中間転写ベルト31に一次転写される。画像形成部10Mでは、感光ドラム11Mにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト31のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部10C、10Kでは、感光ドラム11C、11Kにそれぞれシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト31のトナー像に重ねて順次一次転写される。
中間転写ベルト31に担持された四色のトナー像は、二次転写部T2で記録材Pへ一括二次転写される。記録材カセット20からピックアップローラ21により引き出されて分離ローラで1枚ずつに分離された記録材Pは、レジストローラ23で待機し、中間転写ベルト31のトナー像にタイミングを合わせて、二次転写部T2へ送り出される。
二次転写部T2でトナー像を二次転写された記録材Pは、定着装置40で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出ローラ63を通じて排出トレイ64へ排出される。
画像形成部10Y、10M、10C、10Kは、それぞれに付設された現像装置で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部10Yについて説明し、他の画像形成部10M、10C、10Kについては、説明中の符号末尾のYを、M、C、Kに読み替えて説明されるものとする。
画像形成部10Yは、感光ドラム11Yの周囲に、コロナ帯電器12Y、露光装置13Y、現像装置14Y、転写ブレード17Y、クリーニング装置15Yを配置している。感光ドラム11Yは、帯電極性が負極性の感光層を形成した金属円筒で構成され、所定のプロセススピードで矢印方向に回転する。コロナ帯電器12Yは、感光ドラム11Yの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置13Yは、帯電した感光ドラム11Yの表面に画像の静電像を書き込む。現像装置14Yは、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、負極性に帯電したトナーで感光ドラム11Yの静電像を反転現像する。
転写ブレード17Yは、中間転写ベルト31の内側面を押圧して感光ドラム11Yと中間転写ベルト31との間に一次転写部を形成する。転写ブレード17Yに正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム11Yに担持されたトナー像が中間転写ベルト31に一次転写される。
二次転写ローラ35は、対向ローラ34との間に中間転写ベルト31を挟み込んで、中間転写ベルト31と二次転写ローラ35との間に二次転写部T2を形成する。二次転写部T2は、トナー像を担持した中間転写ベルト31に重ね合わせて記録材Pを挟持搬送し、二次転写ローラ35に正極性の直流電圧を印加することで、中間転写ベルト31から記録材Pへトナー像が二次転写される。
[定着装置例]
図2は定着装置の構成の説明図である。図3は定着装置の加圧機構の説明図である。図4は本発明による弾性ヒータの説明図である。
図2に示すように、定着装置40は、摺擦部材(404、403)によって内側面を支持されたフィルム部材(405)に、下方から駆動部材(402)を圧接して、記録材Pの加熱ニップ(N)を形成する。記録材Pが加熱ニップ(N)を通過する過程で、フィルム部材(405)を介して、抵抗加熱素子(403b)から記録材Pに熱が供給されることにより、未定着トナー像tが軟化して記録材Pの表面に定着される。このような加圧ローラ駆動方式、テンションレスフィルム加熱方式の像加熱装置は、特開平4−44075〜44083号公報、特開平4−204980〜204984号公報等に開示されている。
フィルムガイド404、ヒータ403、ステイ406、定着フィルム405は、長手方向の両端に配置されたエンドキャップ(428:図3)によって相互の位置関係を定められて、定着フィルムユニット401を構成している。
摺擦部材の一例であるフィルムガイド404は、後述する弾性ヒータ403の支持部材と定着フィルム405の内側面のガイド部材とを兼ねており、断熱性、高耐熱性、剛性を有する高耐熱性樹脂等で構成される。フィルムガイド404は、図面に垂直方向を長手方向とする横長部材であり、その下面の長手方向に沿って設けた溝部にヒータ弾性403を嵌入させて、断熱・固定的に保持させてある。
加圧部材の一例であるステイ406は、フィルムガイド404を補強する金属製の断面コ字型の梁部材であって、定着フィルム405を長手方向に貫通して配置される。
ベルト部材の一例である定着フィルム405は、可撓性部材としての、耐熱性に優れた円筒状の樹脂フィルム材料で外径30mmに形成されている。定着フィルム405は、厚み30μm〜100μm程度のポリイミドを基層とした薄膜筒で、基層の上にプライマー層(接着層)を介して、軟化したトナーに対する離型性を付与するためのPFA、PTFE等のコートが施されている。定着フィルム405は、可撓性を有する金属円筒体や、金属層を有する樹脂やゴムの複合層構成の円筒材料であってもよい。
定着フィルム405の内周長は、フィルムガイド404、ヒータ403、ステイ406を含む集合体の外周長よりも大きくしてある。従って、定着フィルム405は、フィルムガイド404、ヒータ403、及びステイ406のアセンブリに対して周長が余裕を持つように、ルーズに外嵌している
駆動部材の一例である加圧ローラ402は、定着フィルムユニット401のヒータ403及びステイ406の下面との間に定着フィルム405を挟み込む。加圧ローラ402は、金属軸402aの外周面にシリコンゴムからなる弾性層402bを配置して直径30mmに形成されている。弾性層402bの表面には、プライマー層(接着層)を介して10〜100μm程度の厚みを有するPFA等の離型層402cが設けられている。
加圧ローラ402は、定着フィルム405に当接して、記録材Pの搬送方向である矢印C方向に、所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ402の回転に伴い、加熱ニップNにおける加圧ローラ402と定着フィルム405の摩擦力で定着フィルム405に矢印D方向の回転力が作用する。これにより、定着フィルム405は、加熱ニップNにおいて内側面がヒータ403の下向き面に密着して摺動させて、フィルムガイド404の回りを矢印D方向に回転する。
定着フィルム405は、当接する加圧ローラ402の回転に従動回転して、ヒータ403が配置されたフィルムガイド404の加熱面に密着して摺擦しながら記録材Pの搬送速度とほぼ同一の周速度で回転する。
加圧ローラ402に回転駆動されて定着フィルム405の回転がなされ、通電によりヒータ403が昇温して所定の目標温度に温調された状態において、加熱ニップNに記録材Pが導入される。定着フィルム405と加圧ローラ402との間に未定着トナー画像tを担持した記録材Pが導入され、記録材Pのトナー像担持面が定着フィルム405の外側面に密着して定着フィルム405と一緒に加熱ニップNを通過する。このとき、ヒータ403の熱が定着フィルム405を介して記録材Pに付与され、未定着トナー像tが記録材Pの面に加熱定着される。加熱ニップNを通った記録材Pは、定着フィルム405の面から曲率分離されて排出搬送される。
図3に示すように、ステイ406の長手方向の両端部に配置された加圧機構420は、像加熱時、可変の押圧力でステイ406を加圧ローラ402に向かって付勢する。これにより、加圧ローラ402の弾性層402bがフィルムガイド404とヒータ403の輪郭線に沿って弾性変形して定着装置40に必要な加熱ニップNを形成させる。加圧ローラ402に向かって加圧されたとき、ステイ406は、フィルムガイド404及びヒータ403の撓み変形を防止している。
定着フィルム405の長手方向の長さ340mmに対して、フィルムガイド404は、長手方向の長さ360mm、加圧ローラ402は、ゴム(弾性層)長さ330mmである。加圧ローラ402は、定着装置40のフレームに固定されたベアリング426によって、金属軸402aの両端が両持ち式かつ回転自在に支持されている。
加圧機構420は、駆動モータ421を作動させてカム軸423を回転させ、一対の加圧カム422を回転させて、加圧バネ427の一端を昇降させる。これにより、加圧バネ427がステイ406の両端を押圧する力が変化して、定着フィルム405に対する加圧力が変更可能である。
加圧機構420は、長期間の偏った加圧で加圧ローラ402が変形したり定着フィルム405に皺が入ったりするのを防止するために、定着装置40が停止された後に加熱ニップNのニップ圧力を解除する。停止中に加圧状態を継続して加圧ローラ402が変形すると、その後の起動時に、加圧ローラ402の変形が元に戻るまで画像形成を開始できないからである。
さらに、上記定着フィルム405と加圧ローラ402とで形成される定着ニップの上流側には、転写ベルト31との間に、板状の定着搬送部材_が配設されている。
そして、転写ベルト31の上流側(図中、左側)から供給された記録用紙Pは、転写ベルト31を介して、感光ドラム11と二次転写ローラ35との間で形成される転写ニップに供給されて、未定着トナー像が記録用紙P上に形成された後、当該転写後の記録用紙Pは、転写ベルト31上を図中矢印方向に沿って搬送されて、転写ベルト31の下流側から定着搬送部材_を介して、定着装置40に供給されるようになっている。
[定着搬送部材構成]
次に、本実施の形態に係る定着搬送部材_の動作概要について、図4及び図5を参照して以下に説明する。
一般に、定着搬送部材_の位置は、記録用紙Pを定着ニップN1に導入する際には、記録用紙Pを定着フィルムに突き当てて、用紙先端側と後端側とで適切な用紙撓み(用紙ループ)を形成し、この用紙ループにより捩れ方向の張力を吸収して紙シワの発生を未然に防止している。そして、定着搬送部材55の位置は、紙シワが発生し易い普通紙が定着ニップN1へ突入する際に適切な用紙ループが形成されるように、その配置が設定されている。
しかしながら、このように普通紙に併せて配置位置が設定された定着搬送部材55では、例えば封筒P1のような2枚の紙が重なって定着ニップN1を導入する際には、紙の剛性により上下の紙に同様のループが形成され難く、封筒上部の紙P1aと下部の紙P1bの間に空隙Oが発生する。
さらに、上記のように従来の構成では、定着ニップN1に記録紙が突入する際、図6に示すように、記録紙前端に対し、後端が下がる姿勢となる為、記録紙として封筒P1が通紙される場合においては、上記した上下紙間の空隙が顕著となることが実験結果からも明らかになっている。
そこで、本実施の形態に係る加熱定着装置では、記録紙として封筒P1が選択される場合において、封筒P1が定着ニップN1に突入した際に、定着搬送部材55の位置及び角度が変化することで、上記した封筒P1上下紙間の空隙を無くし、封筒P1シワを防止する構成とした。
以下、図5を用いて、詳細を説明する。定着搬送部材55は、定着搬送部材55の定着ユニット側の端部を回転支持部材551にて支持し、他方の転写装置30側の端部55tを、弱い弾性部材56で弾性支持し、回転支持部材551の回転軸を中心として、後端部55tを回転可能に構成したものである。そして、後端部55tを支持する弾性部材は、具体的には、通紙される封筒P1によって変移可能な弱いバネ等で形成されており、封筒が導入された場合に、定着案内部材55cの角度が、以下に詳細を述べる所定の角度に位置するように、弾性部材56の弾性係数が選定されている。これにより、先端部55tを連続的に移動させることができる定着搬送部材55を簡易な構成で実現することができる。
なお、変形例としては、上記弾性部材56の代わりにソレノイドを用いてもよく、この場合には、定着搬送部材55の所定の移動動作をより迅速に完了させることができる。
また、以下の説明において、図8に示すように、定着フィルム405と加圧ローラ402とにより形成される定着ニップ部の入口をNaとする。また、フィルムガイド404によって形成される定着フィルム上流部の面取り部分の延長線をL1、定着ニップの中心Nbと定着ニップ部の入口Naとを結ぶ線をL2とする。そして上記線L1と線L2の間のなす角をαとする。
次に、定着案内部材55cの動作について詳細を述べる。本発明は、記録紙として封筒が選択された場合において、上記定着搬送部材55の高さ乃至上記定着案内部材55cの角度が変化し、封筒が定着ニップN1に突入する際の紙姿勢が変化することを特徴とする。
記録紙として普通紙P0を用いる場合においては、図5に模式的に示されるように、定着搬送部材55は、その定着側の先端55sが、転写ニップT2と定着ニップ入口Naとを含む平面(図中、直線L0)よりも下方(非画像形成面側)に位置(図中、55Aの位置)するように配置されている。さらに、この状態においては、本実施の形態に係る転写装置30と定着装置40との間には、用紙ループを形成し易いよう、定着速度(記録用紙Pが定着ニップN1を通過する速度)が転写速度(記録紙Pが転写ニップT2を通過する速度)よりも若干遅くなるように、所定の相対速度差が設定されている。
これにより、図5に模式的に示すように、転写搬送ベルト30bから定着装置50に向けて排出された未定着トナー像が形成された普通紙P1を、定着搬送部材55Aに沿って定着フィルム405に向かって突き当てるように案内することで、普通紙P0の先端側と後端側との間で用紙ループを形成し、普通紙P0に対する紙しわの発生を効果的に抑制している。
しかしながら、図6に示すように上記構成においては、記録紙Pとして封筒P1を用いる場合では、上記用紙ループが封筒P1の上下紙間に空隙Oを生じさせる原因となる。それ故、記録紙Pとして、封筒P1を用いる場合には、図7に示すように、定着搬送部材55の先端55sが、転写ニップN0と定着ニップ入口Naとを含む平面(図中、直線L0)上に移動される。 そして、封筒P1の先端がニップに突入する際に、封筒P1の後端が、上記定着搬送部材55の転写装置30側の端部55tに配置された弾性部材56によって上記角度α内に持ち上げられることで、図7に示すように、封筒P1の上下紙間に空隙が生じず、それによって封筒シワの発生を防止することが可能となる。
なお、上記角αは、定着装置の構成によって異なるが、本実施例ではα=10〜20°が好ましい事が検証実験より明らかになっている。αが30°以上の場合、封筒P1上の未定着トナーが、定着ニップ入口Naに突入する前に、定着フィルム405に接触してしまい、それによる画像みだれ(飛び散り)が発生する。従って、上記した封筒P1の上下紙間の空隙Oは発生せず、且つ上記画像乱れが発生しないように搬送する為に、α=10°〜20°としている。
また、上述したように、変形例としては、上記弾性部材56の代わりにソレノイドを用いてもよく、この場合には、定着搬送部材55の所定の移動動作をより迅速に完了させることができる。
なお、定着搬送部材55を所定の位置に移動させる際には、移動に伴う記録用紙Pの振動を未然に防止するという観点から、オペレータの用紙選択指示等により所定の記録紙(例えば封筒)が選択された場合には、記録紙Pが、定着案内部材55上に存在しない期間中(記録用紙Pが定着案内部材55に導入される前)に、移動を完了させることが好ましい。
また、定着搬送部材55の移動を行うか否かの閾値は、記録紙Pが封筒P1の場合に限定されるものではなく、適宜変更設定することができる。また、紙厚が増大するほど移動量が増大するように、例えば複数の閾値に基づいて、移動量を変更するように構成してもよい。
N ニップ、P シート、T トナー、1 加熱定着装置、10 画像形成部、
11 感光ドラム、12 帯電器、13 レーザスキャナ、14 現像器、
15 クリーナ、17 一次転写ブレード、20 給紙カセット、
25 マルチ給紙トレイ、23 レジストローラ、30 転写装置、
31 中間転写フィルム、35 二次転写ローラ、40 定着装置、
55 定着搬送部材、401 定着フィルムユニット、405 定着フィルム部材、
406 支持ステー、420 加圧機構、402 加圧ローラ

Claims (4)

  1. 駆動源を有する回転体と、回転体を加圧する加圧部材と、該回転体に当接しニップ部を形成し摺動回転する無端状のベルト部材(402)と、前記ニップ部に記録材を案内する定着搬送部材(55)と、該回転体または該ベルト部材の何れか乃至両方を加熱する発熱部材(403)を有し、該回転体を回転させることで該ベルト部材を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱定着装置において、
    前記定着搬送部材(55)は、記録紙先端(55s)が前記ニップ部に突入した際に、記録紙の突入角度が所定の値となるように前記定着搬送部材(55)の位置および角度が変化するような可変機構(56)を有することを特徴とする加熱定着装置。
  2. 前記定着搬送部材の移動は、前記定着搬送部材の定着装置側の先端が、転写ニップと定着ニップ入口とを含む平面よりも下方乃至上方によって規定されることを特徴とする請求項1に記載の加熱定着装置。
  3. 前記搬送部材の角度の変化は、該ベルト部材上流部の面取り部分の延長線をL1、該定着ニップの中心と定着ニップ部の入口とを結ぶ線をL2とし、上記線L1と線L2の間のなす角α内となるように配置することを特徴とする請求項1に記載の加熱定着装置。
  4. 前記搬送部材の角度の変化は、弾性部材乃至ソレノイドを用いることを特徴とする請求項1に記載の加熱定着装置。
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