JP2017049513A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着ベルトの状態を正確に監視できる定着装置を提供する。
【解決手段】定着装置18は、回転軸41を中心として回転可能に設けられ、熱源32によって加熱される定着ベルト31と、定着ベルト31に圧接して回転することで定着ベルト31を従動回転させる加圧回転部材33と、定着ベルト31の端面の回転軸41方向外側において端面に対向し、回転軸41方向にスライド可能且つ回転軸41を中心として回転可能に設けられる端面受け部材35と、端面受け部材35を定着ベルト31の端面の方向に付勢する付勢部材36と、端面受け部材35の回転を検知する検知手段37と、を備える。端面受け部材35は、付勢部材36によって付勢されて定着ベルト31の端面に圧接されることで定着ベルト31に従動して回転し、端面受け部材35の回転を検知手段37で検知することによって定着ベルト31の回転を監視する。
【選択図】図3

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。
複写機、プリンター、ファックス、複合機などの電子写真方式の画像形成装置は、トナー像を用紙に定着させる定着装置を備えている。定着装置には、熱源によって加熱されると共に、加圧回転体に圧接されて従動回転するように設けられた定着ベルトを備えたものがある。
このような定着ベルトを備えた定着装置では、省エネ性向上のために、定着ベルトの中空部に熱源としてハロゲンヒーターが設けられる場合がある。このようにハロゲンヒーターを設けた場合、定着ベルトの局所的な加熱を防ぐために、ハロゲンヒーター点灯中は定着ベルトを常に回転させておく必要がある。ハロゲンヒーター点灯中に定着ベルトの回転が停止することのないように、定着装置には、ウォームアップ時のみではなくハロゲンヒーター点灯中の定着ベルトの動作を監視する機構が備えられている。
定着ベルトの動作を監視するために、特許文献1には、定着ベルトの外周面に、周囲とは光反射性が異なる回転検出パターンを形成し、この回転検出パターンを検出装置によって検出することで、定着ベルトの回転を監視するように構成された定着装置が記載されている。また、特許文献2には、定着ベルトに従動回転するコロを設け、コロの回転速度を検知することで定着ベルトの回転を監視するように構成された定着装置が記載されている。
さらに、特許文献3には、定着ベルトの端部の外周面にギアを形成し、このギアと噛み合うギアを備えたキャップ部材を定着ベルトの端部に嵌合させ、定着ベルトの回転をギアを介してキャップ部材に伝達するように構成された定着装置が記載されている。また、特許文献4には、定着ベルトの端部の内周面にギアを形成し、このギアを噛み合うギアを備えたキャップ部材を定着ベルトの端部の開口内に嵌合させ、キャップ部材を介して定着ベルトを回転させるように構成された定着装置が記載されている。
特開2005−173180号公報 特開2000−200006号公報 特開2015−22047号公報 特開2005−249958号公報
しかしながら特許文献1に記載された定着装置においては、回転検出パターンとして、定着ベルトの外周面に孔やマーキングを形成する必要があり、孔からの破損やマーキングの剥がれ等によって検出不良や定着ベルトの破損が生じる虞がある。また、特許文献2に記載された定着装置では、定着ベルトとコロとの接触が不安定になって、コロが定着ベルトに従動回転しない虞がある。
さらに、定着ベルトは円筒剛性が低く真円形状を維持し難い構造のため、特許文献3に記載された定着装置では、定着ベルトとキャップ部材との間に滑りが生じる虞がある。なお、特許文献4のように、定着ベルトの開口内にキャップ部材を嵌合した場合は、滑りは解消されるが、定着ベルトの端部のみがキャップ部材で支持されるので、端部の境界部で形状変化による応力集中が生じ、定着ベルトが破損してしまう虞がある。また、特許文献3や特許文献4のように、定着ベルトにギアを形成する場合は、弾性ギアを定着ベルトに接着させる特殊な加工が必要になり、コストが上昇してしまう。
また、定着ベルトに従動回転する加圧ローラーの回転を検知することで定着ベルトの回転を監視することも考えられるが、加圧ローラーと定着ベルトの間でスリップが生じる場合があるので、定着ベルトの回転を正確に監視できないという問題がある。
本発明は上記事情を考慮し、定着ベルトの状態を正確に監視できる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、回転軸を中心として回転可能に設けられ、熱源によって加熱される定着ベルトと、該定着ベルトに圧接して回転することで該定着ベルトを従動回転させる加圧回転部材と、前記定着ベルトの端面の前記回転軸方向外側において前記端面に対向し、前記回転軸方向にスライド可能且つ前記回転軸を中心として回転可能に設けられる端面受け部材と、該端面受け部材を前記定着ベルトの端面の方向に付勢する付勢部材と、前記端面受け部材の回転を検知する検知手段と、を備え、前記端面受け部材は、前記付勢部材によって付勢されて前記定着ベルトの端面に圧接されることで該定着ベルトに従動して回転し、前記端面受け部材の回転を前記検知手段で検知することによって前記定着ベルトの回転を監視することを特徴とする。
このような構成を採用することにより、定着ベルトの回転を端面受け部材に正確かつ安定に伝達することができるので、端面受け部材の回転を検知することで定着ベルトの状態を監視できる。また、定着ベルトにマーキングを施したり開口部を形成したりする必要はないので、定着ベルトの破損や検知手段の誤検知が起こり難く、さらに、定着ベルトに特殊な加工を施す必要がないので、コスト上昇を抑えられる。
本発明の定着装置において、前記定着ベルトの端面の正規な位置から前記回転軸方向内側に所定長離間した位置において、前記端面当て部材に当接可能に設けられた規制部材を備えることを特徴としても良い。
定着ベルトは、破損や座屈等の異常が生じると端面が内側に移動する。そこで、このような構成を採用することにより、定着ベルトの端面が正規な位置から所定量以上離間すると、端面受け部材は規制部材に当接して定着ベルトの端面から離間して回転が停止するので、端面受け部材の回転の停止を検知することで、定着ベルトの端面が所定量よりも内側に移動したこと、すなわち、定着ベルトの異常を検知でき、速やかな対処が可能となる。
本発明の定着装置において、前記定着ベルトの端面と前記端面受け部材との間には弾性部材が介装されており、該弾性部材は、前記端面受け部材の前記定着ベルトの端面に対向する面よりも摩擦係数の高い材料で形成されることを特徴としても良い。
このような構成を採用することにより、定着ベルトの端面と端面受け部材との間の摩擦力が高くなるので、端面受け部材を定着ベルトに従動回転させやすくなる。
本発明の定着装置において、前記端面受け部材は、耐熱性樹脂又は金属で形成されていることを特徴としても良い。
このような構成を採用することにより、端面受け部材を定着ベルトに従動させて円滑に回転させることができる。
本発明の定着装置において、前記検知手段は、前記端面受け部材を透過した光を検知する透過型光センサーであることを特徴としても良い。
このような構成を採用することにより、端面受け部材の回転を簡易な機構で確実に検知することができる。
本発明の定着装置において、前記検知手段は、前記端面受け部材で反射した光を検知する反射型光センサーであることを特徴としても良い。
このような構成を採用することにより、端面受け部材の回転を簡易な機構で確実に検知することができる。
本発明の画像形成装置は、上記したいずれかの定着装置を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、定着ベルトの端面に圧接されている端面受け部材の回転を検知することで定着ベルトの状態を監視するので、定着ベルトの状態を正確に監視することができ、定着ベルトの局所的な加熱を防ぐことができる。
本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の正面断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、定着ベルトに当接した端面受け部材を示す側断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、定着ベルトから離間した端面受け部材を示す側断面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。
まず、図1を用いて、プリンター1(画像形成装置)の全体の構成について説明する。図1はプリンター1の概略を模式的に示す図である。以下、図1における紙面手前側をプリンターの正面側(前側)とし、左右の向きはプリンターの正面から見た方向を基準として説明する。
プリンター1は、箱型形状のプリンター本体2を備えている。プリンター本体2の下部には、用紙(記録媒体)を収納する給紙カセット3が収容されており、給紙カセット3の左上方には、給紙部4が設けられている。プリンター本体2の上面には排紙トレイ5が設けられている。排紙トレイ5の左側には、上カバー6が開閉可能に取り付けられており、上カバー6の下方にはトナーコンテナ7が収納されている。
プリンター本体2の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット(LSU)で構成される露光器9が排紙トレイ5の下方に配置され、露光器9の下方には、画像形成部10が設けられている。画像形成部10には、感光体ドラム11が回転可能に設けられており、感光体ドラム11の周囲には、帯電器12と、現像器13と、感光体ドラム11との間に転写ニップ14を形成する転写ローラー15と、クリーニング装置16とが、感光体ドラム11の回転方向(図1の矢印X参照)に沿って配置されている。画像形成部10の右側には、定着装置18が設けられており、定着装置18の上方には、排紙トレイ5に面する排紙部19が設けられている。
プリンター本体2には、給紙部4から、転写ニップ14と定着装置18とを通って、排紙部19へ向かう用紙の搬送経路20が設けられている。搬送経路20の下方には、両面印刷用の反転経路21が形成されている。
次に、このような構成を備えたプリンター1の画像形成動作について説明する。まず、帯電器12によって感光体ドラム11の表面が帯電された後、露光器9からのレーザー光(図1の二点鎖線参照)により感光体ドラム11に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム11の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、現像器13がトナーによりトナー像に現像する。
一方、給紙部4によって給紙カセット3から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて転写ニップ14へと搬送され、転写ニップ14において感光体ドラム11上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路20を下流側へと搬送されて定着装置18に進入し、この定着装置18において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部19から排紙トレイ5に排出される。なお、感光体ドラム11上に残留したトナーは、クリーニング装置16によって回収される。
次に、図2〜図4を参照して、定着装置18について説明する。図2は定着装置を示す正面断面図、図3と図4は定着装置の一方の端部を示す側面断面図であり、図3は定着ベルトの端面に端面受け部材が当接している状態を示し、図4は定着ベルトの端面から端面受け部材が離間した状態を示す。
定着装置18は、回転可能な定着ベルト31と、定着ベルト31を加熱する熱源であるハロゲンヒーター32と、定着ベルト31を従動回転させる加圧回転部材である加圧ローラー33と、定着ベルト31を加圧ローラー33に圧接させる加圧部材34と、定着ベルト31の両端面にそれぞれ対向する端面受け部材35と、端面受け部材35を定着ベルト31の端面に向けて付勢する付勢部材であるコイルばね36と、端面受け部材35のそれぞれの回転を検知する検知手段としての透過型光センサー37と、を有しており、前後方向に対向して配置された側板38間に支持されている。
定着ベルト31は、前後方向に長い略円筒形状であり、可撓性を有する材料で形成されている。定着ベルト31は、例えば、基材層と、基材層に周設される弾性層と、弾性層を被覆する離型層と、を備えている。基材層は、例えばSUSなどの金属やPI(ポリイミド)などの樹脂によって形成され、弾性層は、例えば、シリコーンゴムによって形成され、離型層は、例えば、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)チューブによって形成されている。なお、各図において、定着ベルト31の各層(基材層、弾性層、離型層)は、特に区別されずに表示されている。
定着ベルト31は、一対のベルト端部保持部材41を回転軸として回転可能に支持されている。各ベルト端部保持部材41は、断面形状が上に凸の3/4円弧状の円筒形状を有し、各側板38から対向する方向に突出している。定着ベルト31の両端部は、それぞれ各ベルト端部保持部材41の外周面に沿って摺動しながら回転する。
ハロゲンヒーター32は、定着ベルト31の中空部の上部に、定着ベルト31の長手方向に延びるように配置されて、両端部が各ベルト端部保持部材41の内部を通って各側板38に支持されている。
加圧ローラー33は、円柱状の芯材と、芯材に周設される弾性層と、弾性層を被覆する離型層と、によって構成されている。芯材は、例えば、鉄等の金属によって形成され、弾性層は、例えば、シリコーンゴムによって形成され、離型層は、例えば、PFAチューブによって形成されている。なお、各図において、加圧ローラー33の各層(芯材、弾性層、離型層)は、特に区別されずに表示されている。加圧ローラー33は、定着ベルト31の下側に配置されて、前後方向に延びる回転軸33aを中心として図2の時計回り方向に回転可能に支持されている。
押圧部材34は、前後方向に長い横長の略直方体状の部材であり、下面は、定着ベルト31の回転方向下流側に向けて下方に湾曲し、下面と両側面との角は円弧状に湾曲している。押圧部材34は支持部材34aに支持されて、定着ベルト31の中空部の下部に配置されている。支持部材34aは押圧部材34の下面が定着ベルト31を下方に押圧するように、各側板38に支持されている。
押圧部材34によって定着ベルト31が下方に押圧されると、定着ベルト31は加圧ローラー33に圧接される。このように定着ベルト31を加圧ローラー33に圧接させて、加圧ローラー33を回転させると、図2に示されるように、定着ベルト31は加圧ローラー33に従動して、加圧ローラー33の回転方向とは逆方向に両ベルト端部保持部材41の周囲を回転する。
図3及び図4に示されるように、端面受け部材35は、定着ベルト31の外径よりも大きい外径を有するディスク状の部材であり、定着ベルト31の両端面に対向するように、各ベルト端部保持部材41に支持されて、ベルト端部保持部材41の軸方向にスライド可能、かつ、各ベルト端部保持部材41の周囲を回転可能となっている。端面受け部材35は、金属又は耐熱性樹脂で形成され、例えば、SECCやSUS等の金属、PPS、PEEK、PAI、PI、フッ素樹脂等を使用できる。
端面受け部材35には、定着ベルト31に対向する面に、定着ベルト31の外径よりも大きい外径の弾性部材51が設けられている。弾性部材51は、端面受け部材35の定着ベルト31に対向する面の摩擦係数よりも高い摩擦係数の材料で形成されている。このような材料として、例えば、シリコーンゴムを使用することができる。さらに、端面受け部材35の外周部には、透過型光センサー37の検出パターンである開口部35aが、円周方向に沿って所定の間隔で設けられている。なお、開口部35aの代わりに、端面受け部材35の外周縁から切り欠かれた切り欠き部を形成してもよい。さらに、開口部35aの代わりに、透明板等の、端面受け部材35の光透過性とは異なる光反射性を有する部材を埋め込んでもよい。
各端面受け部材35は、可動ベース54を介してコイルばね36によって定着ベルト31の端面の方向に付勢されている。可動ベース54は、端面受け部材35と側板38との間において、ベルト端部保持部材41に回転軸方向にスライド可能に支持されている。
各側板38には、ベルト端部保持部材41の外周に沿って所定の間隔で、複数個(例えば、3個)のバネ保持部材56が外側から内側へ貫通して取り付けられている。バネ保持部材56は、側板38の外面に支持される大径部56aと、側板38を貫通して内側に突き出る小径部56bと、を有している。各バネ保持部材56には、シャフト57が外側から貫通するように取り付けられている。シャフト57の先端は、バネ保持部材56の小径部56bよりも内方向に突き出ている。
コイルばね36は、側板38と可動ベース54との間において各シャフト57に外嵌されており、バネ保持部材56の小径部56bに一端が支持されて、可動ベース54の外側の面に他端が当接している。これにより、各コイルばね36は、側板38に対して可動ベース54を定着ベルト31の方向に押圧している。そして、可動ベース54を介して端面受け部材35が定着ベルト31の端面の方向に付勢されて、弾性部材51が定着ベルト31の端面に当接している。
透過型光センサー37は、各端面受け部材35の外周に配置されている。透過型光センサー37は、互いに対向するように設けられた発光部と受光部とを有し、発光部と受光部とが、各端面受け部材35の外周部を挟んで配置されている。前述のように、端面受け部材35の外周部には、開口部35aが所定の間隔で円周方向に沿って形成されており、端面受け部材35がベルト端部保持部材41の周囲を回転すると、開口部35a以外の部分と開口部35aとによって発光部と受光部間の光路が開閉される。この光路の開閉による透過型光センサー37からの出力の変化によって、端面受け部材35の回転を検知することができる。
さらに、定着装置18には、各端面受け部材35の内側の面(定着ベルト31の端面に対向する面)に対向する規制部材59が設けられている。各規制部材59は、定着ベルト31が座屈や変形のない正常な状態で各ベルト端部保持部材41に支持されている状態(図3で示される状態)における、定着ベルト31の端面の位置よりも、所定の距離dだけ内側に離れた位置に設けられている。この距離dは、例えば、定着ベルト31に座屈や変形等の不具合が生じたときに、定着性能に影響が及ぼされる可能性の高くなるまで、定着ベルト31の両端が中央寄りに移動する距離である。各端面受け部材35は、定着ベルト31の端面に対向する面が規制部材59に当接することで定着ベルト31の端面の方向へのスライドが規制される。
上記構成を有する定着装置18においては、図3に示されるように、各端面受け部材35は、可動ベース54を介して定着ベルト31の方向にコイルばね36によって付勢されて、弾性部材51が定着ベルト31の端面に当接している。加圧ローラー33を回転させると、押圧部材34によって加圧ローラー33に圧接されている定着ベルト31が加圧ローラー33とは逆方向に従動回転する。定着ベルト31の回転に従動して、定着ベルト31の端面と弾性部材51との間の摩擦によって、端面受け部材35がベルト端部保持部材41の周囲を回転する。このように端面受け部材35が回転すると、透過型光センサー37の出力値が変化して端面受け部材35の回転が検知され、定着ベルト31が回転している状態であることが監視される。
定着ベルト31に破損や座屈が生じると、定着ベルト31は両端部が中央寄りに移動する。各端面当て部材35はコイルばね36によって定着ベルト31の端面の方向に付勢されているので、このように定着ベルト31の両端部が内方向に移動すると、定着ベルト31の両端部に追随するように端面受け部材35も内方向にスライドする。そして、ある程度スライドすると規制部材59に当接して、定着ベルト31の方向へのスライドが規制される。定着ベルト31の両端部がさらに内方向に移動すると、図4に示されるように、各端面受け部材35は定着ベルト31の両端面から離間する。つまり、定着ベルト31の両端部が、定着性能に影響が及ぼされる可能性が高くなるまで中央寄りに移動すると、各端面受け部材35は定着ベルト31の両端面から離間して、各端面受け部材35の回転が停止する。各端面受け部材35の回転の停止が透過型光センサー37で検知されると、速やかにハロゲンヒーター32の駆動を停止したり、異常を報知したりする対策がとられる。
上記説明したように本発明の定着装置18においては、定着ベルト31の回転を端面受け部材35に正確かつ安定に伝達することができるので、端面受け部材35の回転を検知することで定着ベルト31の状態を監視できる。そして、ハロゲンヒーター32が点灯しているにも関わらず定着ベルト31の回転が停止しているような状態が監視されると、速やかに適宜な対策をとることができる。したがって、定着ベルト31が局所的に加熱されて損傷や焼損を受けるような事態を確実に避けることができる。
また、定着ベルト31自体にマーキングを施したり開口部を形成したりする必要はないので、定着ベルト31の破損や透過型光センサー37の誤検知が起こり難い。さらに、定着ベルト31に特殊な加工を施す必要がないので、コスト上昇を抑えられる。
さらに、規制部材59を設けることで、定着ベルト31の破損や座屈を速やか且つ確実に検知できるので、速やかな対処が可能となる。
また、端面受け部材35は、金属又は耐熱性樹脂で形成されているので、定着ベルト31に従動して回転する際に、ベルト端部保持部材41の外周面に沿って円滑に摺動する。さらに、端面受け部材35に、端面受け部材35よりも高い摩擦係数を有する弾性部材51を形成し、この弾性部材51が定着ベルト31の端面と当接するので、端面受け部材35と定着ベルト31の端面との間の摩擦力が高くなり、端面受け部材35が定着ベルト31の回転に従動しやすくなる。
なお、端面受け部材35と可動ベース54との間の摩擦力は、定着ベルト31の端面と弾性部材51との間の摩擦力よりも小さくなっている。例えば、可動ベース54と端面受け部材35との接触面のそれぞれを、弾性部材51の摩擦係数よりも低い摩擦係数を有する材料でコーティングしたり、接触面の一方に断面円弧状の突起やリブを設けたりすることが好ましい。
また、透過型光センサー37を使用することで、端面受け部材35の回転を簡易な機構で確実に検知することができる。なお、透過型光センサーではなく、反射型光センサーを使用することもできる。反射型光センサーを使用する場合は、反射される光の量を検出することで、端面受け部材35の回転を検知する。
本発明の実施形態では、プリンター1に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター1以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。
さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
1 プリンター(画像形成装置)
18 定着装置
31 定着ベルト
32 ハロゲンヒーター(熱源)
33 加圧ローラー(加圧回転部材)
35 端面受け部材
36 コイルばね(付勢部材)
37 透過型光センサー(検知手段)
41 ベルト端部保持部材(回転軸)
51 弾性部材
59 規制部材

Claims (7)

  1. 回転軸を中心として回転可能に設けられ、熱源によって加熱される定着ベルトと、
    該定着ベルトに圧接して回転することで該定着ベルトを従動回転させる加圧回転部材と、
    前記定着ベルトの端面の前記回転軸方向外側において前記端面に対向し、前記回転軸方向にスライド可能且つ前記回転軸を中心として回転可能に設けられる端面受け部材と、
    該端面受け部材を前記定着ベルトの端面の方向に付勢する付勢部材と、
    前記端面受け部材の回転を検知する検知手段と、を備え、
    前記端面受け部材は、前記付勢部材によって付勢されて前記定着ベルトの端面に圧接されることで該定着ベルトに従動して回転し、前記端面受け部材の回転を前記検知手段で検知することによって前記定着ベルトの回転を監視することを特徴とする定着装置。
  2. 前記定着ベルトの端面の正規な位置から前記回転軸方向内側に所定長離間した位置において、前記端面当て部材に当接可能に設けられた規制部材を備えることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記定着ベルトの端面と前記端面受け部材との間には弾性部材が介装されており、
    該弾性部材は、前記端面受け部材の前記定着ベルトの端面に対向する面よりも摩擦係数の高い材料で形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
  4. 前記端面受け部材は、耐熱性樹脂又は金属で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。
  5. 前記検知手段は、前記端面受け部材を透過した光を検知する透過型光センサーであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の定着装置。
  6. 前記検知手段は、前記端面受け部材で反射した光を検知する反射型光センサーであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の定着装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
JP2015174477A 2015-09-04 2015-09-04 定着装置及び画像形成装置 Expired - Fee Related JP6358202B2 (ja)

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