JP2019184764A - 定着装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】定着ニップ部に記録媒体を円滑に受け入れることが可能で、なおかつコンパクトな構成とすることができる定着装置を提供する。【解決手段】定着装置は、記録媒体2を上流から下流に搬送するために循環可能な無端状のベルト51と、ベルト51を少なくとも第1の側95に向けて押圧する第1部材としての加圧部材52と、前記第1部材を支持する支持部材54とを備え、前記第1部材は、支持部材54の前記上流側の端54eよりも前記上流側に張り出し、かつ、支持部材54の第1の側95の端よりも第1の側95とは反対の側に張り出した第1部分11と、支持部材54の前記上流側の端54eよりも前記下流側にあり、かつ、支持部材54よりも第1の側95にある第2部分12とを含み、前記第1部材は、第1部分11から第2部分12にかけて、支持部材54から遠ざかる側を凸とする連続的な曲面形状5を有している。【選択図】図7

Description

本発明は、定着装置およびこれを備える画像形成装置に関するものである。
一般的に、画像形成装置に備わる定着装置では、トナーによる像が用紙上に形成されたものに対して、加熱および加圧が行なわれて画像を用紙に定着させる。定着装置において、定着パッドと呼ばれる部材が用いられる場合がある。加熱ベルトは定着パッドに沿って走行する。加熱ベルトの定着ニップ部上流側の形状が不適切であると、定着ニップ部への用紙の搬送不良すなわち突入不良が発生する場合がある。
画像形成装置に用いられる定着装置の一例が特開2016−161849号公報(特許文献1)に記載されている。この装置は、ヒータ部材と、ヒータ部材からの熱を伝えるための伝熱部材と、これらを支持するヒータホルダとを備えている。伝熱部材は、定着ニップ部よりもベルトの上流側に延在する延在部を含む。用紙を定着ニップ部に導くために、伝熱部材の延在部はR形状となっている。
画像形成装置に用いられる定着装置のもうひとつの例が特開2017−3606号公報(特許文献2)に記載されている。この装置では、定着パッドが補強ステーによって支持されている。定着ニップ部以外においては、定着パッドの肩部と定着ベルトとが非接触となっている。
特開2016−161849号公報 特開2017−3606号公報
特許文献1に記載された定着装置では、ヒータホルダから上流側に張り出した延在部にR形状が設けられているが、この場合、定着装置全体が大型化してしまう。
特許文献2に記載された定着装置では、定着パッドの肩部はR形状となっている。このR形状は補強ステーよりも上流側に張り出した部分に設けられている。定着パッドの肩部と定着ベルトとは非接触となっていて、定着ベルトは定着パッドの肩部の外側を離隔して回り込んでいるので、定着装置全体が大型化してしまう。
特許文献1,2のいずれの定着装置においても、定着装置全体が大型化してしまうので、コンパクトさに欠けることとなる。定着装置全体が大きくなると、熱容量が大きくなってしまうので、熱源から供給する熱エネルギーの利用効率も悪化する。
そこで、本発明は、定着ニップ部に記録媒体を円滑に受け入れることが可能で、なおかつコンパクトな構成とすることができる定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に基づく定着装置は、記録媒体を上流から下流に搬送するために循環可能な無端状のベルトと、上記ベルトの内側から上記ベルトを少なくとも第1の側に向けて押圧する第1部材と、上記第1部材を上記ベルトとは反対側から支持する支持部材とを備える。上記第1部材は、上記支持部材の上記上流側の端よりも上記上流側に張り出し、かつ、上記支持部材の上記第1の側の端よりも上記第1の側とは反対の側に張り出した第1部分と、上記支持部材の上記上流側の端よりも上記下流側にあり、かつ、上記支持部材よりも上記第1の側にある第2部分とを含む。上記第1部材は、上記第1部分から上記第2部分にかけて、上記支持部材から遠ざかる側を凸とする連続的な曲面形状を有している。
本発明によれば、定着ニップ部に記録媒体を円滑に受け入れることが可能で、なおかつコンパクトな構成とすることができ、画像形成装置としても信頼性の高い製品とすることができる。
本発明に基づく実施の形態1における画像形成装置の概念図である。 本発明に基づく実施の形態2における定着装置の断面図である。 本発明に基づく実施の形態2における定着装置における記録媒体の誘導の様子の説明図である。 加圧部材を支持部材に取り付ける様子の第1の説明図である。 加圧部材を支持部材に取り付ける様子の第2の説明図である。 加圧部材を支持部材に取り付けた状態の断面図である。 加圧部材の近傍の位置関係に関する説明図である。 加圧部材および支持部材に基準となる直線をひいた説明図である。 第1の比較例の図である。 第2の比較例の図である。 第1部材の第1部分の構成の第1の説明図である。 第1部材の第1部分の構成の第2の説明図である。 第1部材の厚みに関する説明図である。 第1部材と定着ニップ部との関係の説明図である。 第1部材の形状に関する説明図である。 本発明に基づく実施の形態3における定着装置の第1部材近傍の構造の概念図である。
(実施の形態1)
(画像形成装置)
図1を参照して、本発明に基づく実施の形態1における画像形成装置について説明する。
本実施の形態における画像形成装置801の概念図を図1に示す。画像形成装置801は、筐体1と、筐体1の下部に配置されたカセット40とを備える。筐体1の内部には、感光体44、帯電器46、転写ベルト47、画像露光装置48、現像ローラ45、1次転写ローラ42、2次転写ローラ43、定着装置101などが配置されている。カセット40内には1以上の記録媒体2が格納されている。記録媒体2は、たとえば紙であってよいが、紙以外のものであってもよい。転写ベルト47は無端状であって、循環して走行するように配置されている。
画像形成装置801においては、感光体44の表面が、帯電器46によって一様に所定電位となるように帯電させられる。この帯電域に対して画像露光装置48から原稿画像に応じた画像露光が施される。これによって、感光体44の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像バイアスを印加された現像ローラ45で現像されて可視トナー像とされる。1次転写ローラ42にはトナーを引き寄せるバイアスが印加されており、感光体44の表面の可視トナー像は転写ベルト47に転写される。
一方、給紙ローラ41によってカセット40から記録媒体2が1枚ずつ取り出され、2次転写ローラ43に搬送される。2次転写ローラ43にも1次転写ローラ42と同様に電圧が印加されている。転写ベルト47は、2次転写ローラ43と押圧ローラ49とによって挟まれており、この部分はニップ部38となっている。記録媒体2がニップ部38を通過する際には、記録媒体2および転写ベルト47が2次転写ローラ43と押圧ローラ49とによって挟み込まれて押圧される。転写ベルト47によって搬送された可視トナー像は、ニップ部において記録媒体2に転写される。可視トナー像を担持した状態の記録媒体2は、定着装置101へと送り込まれる。定着装置101の詳細な構成は、後述するいずれかの実施の形態で説明する通りである。すなわち、画像形成装置801は、後述のいずれかの定着装置を備える。定着装置では、加熱および加圧が行なわれ、トナーは記録媒体2に定着する。このようにして画像形成が完了した記録媒体2は、出口39から排出される。
(作用・効果)
本実施の形態では、後述するいずれかの実施の形態で説明するような定着装置を備えているので、定着ニップ部に記録媒体を円滑に受け入れることが可能で、なおかつコンパクトな構成とすることができ、画像形成装置としても信頼性の高い製品とすることができる。
(実施の形態2)
(定着装置)
図2〜図10を参照して、本発明に基づく実施の形態2における定着装置について説明する。
図2に示すように、定着装置101は、無端状のベルト51と、加圧ローラ58と、ベルト51の内側に固定的に配置された加圧部材52とを備える。加圧部材52は「パッド」とも呼ばれる。加圧部材52は後述の「第1部材」に相当する。加圧部材52と加圧ローラ58とがベルト51を挟み込むように位置付けられており、これらによって定着ニップ部50が形成されている。加圧部材52は、ベルト51の経路を規定している。ベルト51は加圧部材52の形状に沿って送られる。
加圧部材52は支持部材54によって支持されている。加熱部材57の内側に熱源56が配置されている。ベルト51は、加熱部材57と加圧部材52とによって張架されている。加圧ローラ58は、図示しないモータによって、所定の回転速度で回転する。これによりベルト51が送られる。
ベルト51は、たとえば基層/弾性層/離形層の3層構造となっている。ベルト51の外径は任意であるが、10mm以上100mm以下が好ましい。ベルト51の基層はたとえばポリイミド、SUS、Ni電鋳などで形成されている。基層の厚さはたとえば5μm以上100μm以下である。ベルト51の弾性層は,シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのような耐熱性の高い材料で形成されていることが好ましい。弾性層の厚さは10μm以上300μm以下であることが好ましい。ベルト51の離型層は、フッ素チューブおよびフッ素系コーティングなどの離型性を付与した構成であることが好ましい。離型層の厚さは5μm以上100μm以下であることが好ましい。
加圧部材52は、たとえばポリフェニレンスルファイド、ポリイミド、液晶ポリマーなどの樹脂で形成されていてよい、加圧部材52は、樹脂の代わりに、アルミ、鉄などの金属、セラミックなどで形成されていてもよい。加圧部材52は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどからなる固定部材を備えていてもよい。加圧部材52は2以上の部品の組合せによって構成されていてもよい。
加熱部材57は、アルミ、SUSなどの金属で形成された部材であり、ほぼ円筒形状である。加熱部材57の外径は任意であるが、10mm以上100mm以下であることが好ましい。厚みは0.1mm以上5mm以下であることが好ましい。熱源56としてハロゲンヒータが用いられる場合には、加熱部材57の内表面は黒色にすることが好ましい。異物などの混入により加熱部材57の外表面に傷が生じることを防止するため、加熱部材57の外表面はたとえばPTFEによってコーティングされていてもよい。
加圧ローラ58は、芯金/弾性層/離形層の3層構造となっている。加圧ローラ58の外径は任意であるが、20mm以上100mm以下が好ましい。弾性層はシリコーンゴム、フッ素ゴムなどのように耐熱性が高い材料で形成されていることが好ましい。弾性層の厚さは1mm以上20mm以下であることが好ましい。芯金はアルミ、鉄などの金属で形成されていることが好ましい。芯金はパイプ形状であってよく、厚さが0.1mm以上10mm以下であってよい。芯金は、中実形状であってもよく、断面形状が三ツ矢形状などの異形であってもよい。離型層は、フッ素チューブで形成されるか、フッ素系コーティングなどの離型性を付与した構成が好ましい。離型層の厚さは5μm以上100μm以下であることが好ましい。
熱源56はハロゲンヒータであってもよい。あるいは、熱源56は、加熱部材57および/またはベルト51をIHで加熱する方式であってもよい。加熱部材57および/またはベルト51を抵抗発熱体で形成しておいて、これ自体を発熱させる方式を採用してもよい。
トナー画像が転写された記録媒体2は、トナー画像が転写された表面を、加熱されたベルト51に向けた状態で定着ニップ部50に搬送され、定着ニップ部50を通過する。定着ニップ部50を通過する記録媒体2は、ベルト51と加圧ローラ58とに挟み込まれることによって押圧されて加熱される。これにより、トナー画像が記録媒体2に定着する。
図3に加圧部材52の近傍を拡大したところを示す。この図においては、記録媒体2は矢印91,92に示すように、下から上へと送られていくので、下方が上流側であり、上方が下流側である。
定着ニップ部50に突入する記録媒体2とベルト51とがなす角度を小さくして、突入時に記録媒体2を狙い通りに搬送するために、加圧部材52すなわちパッドの上流側の曲率半径Rが大きくなっている。曲率半径Rが大きいほど、記録媒体2の突入時の詰まり発生の確率は減って、記録媒体2を円滑に搬送できるようになる。しかし、スペースとの兼ね合いもあり、目安としては、パッド上流側のR≒加圧ローラのRとするか、あるいはパッド上流側のR≧加圧ローラのRとすることが好ましい。
これにより、定着ニップ部50に記録媒体2が突入する際に記録媒体2とベルト51とがなす角度を鋭角にすることが可能となり、搬送不良を防止することができる。記録媒体2が定着ニップ部50に突入する際に、記録媒体2が詰まることなく突入可能な領域を広く確保することができる。特に薄紙などのように腰が弱い記録媒体2の場合、不所望な変形をした状態で定着ニップ部50に送り込まれてくる場合がある。たとえば図3に示す例では、矢印91,92で示される記録媒体2の正しい進行の向きに対して、矢印93の向きにずれた状態で記録媒体2が送り込まれている。この場合も、記録媒体2の移動経路は、走行するベルト51によって自ずと修正され、記録媒体2は正しく定着ニップ部50へと導かれる。このように、記録媒体2が定着ニップ部50から外れた向きに進行してきた場合でも、定着ニップ部50へと正しく導くことができる。このようにして、詰まりを発生させることなく記録媒体2の搬送を行なうことができる。
図4〜図6を参照して、加圧部材52を支持部材54に取り付けることについて説明する。支持部材54は、板金によって形成されたものであってよい。図4および図5に示すように、支持部材54には、加圧部材52を取り付けるための孔54aが設けられている。図5に示すように、加圧部材52の支持部材54側の面には、支持部材54に取り付けるためにピン52bが設けられている。孔54aにピン52bを嵌入することで、加圧部材52を支持部材54に取り付けることができる。取付けを完了した状態の断面図を図6に示す。
図7を参照して、加圧部材52の近傍の位置関係について説明する。支持部材54の上流側の端54eに接して加圧ローラ58の側へ延びる直線をひき、これを直線21とする。加圧部材52の曲面形状5は、図7に示されるように、直線21より上流側と下流側とにまたがるように設けられている。
さらに詳しく説明するために、加圧部材52および支持部材54を取り出し、基準となる直線21,22をひいたところを図8に示す。直線21は、先ほど図7に関して説明したものと同じである。直線22は、支持部材54の加圧ローラ58側の端54fに接して図中上下に延びる直線である。図8では、第1の側95が矢印で示されている。図8においては、下が上流側であり、上が下流側である。図8では、加圧部材52の曲面形状5を太線で表現している。
図2、図3、図7、図8を参照して説明してきたが、本実施の形態における定着装置101の構成については、以下のように表現することができる。
定着装置101は、記録媒体2を上流から下流に搬送するために循環可能な無端状のベルト51と、ベルト51の内側からベルト51を少なくとも第1の側95に向けて押圧する第1部材としての加圧部材52と、前記第1部材をベルト51とは反対側から支持する支持部材54とを備える。前記第1部材は、支持部材54の前記上流側の端54eよりも前記上流側に張り出し、かつ、支持部材54の第1の側95の端54fよりも第1の側95とは反対の側に張り出した第1部分11と、支持部材54の前記上流側の端54eよりも前記下流側にあり、かつ、支持部材54よりも第1の側95にある第2部分12とを含む。前記第1部材としての加圧部材52は、第1部分11から第2部分12にかけて、支持部材54から遠ざかる側を凸とする連続的な曲面形状5を有している。
本実施の形態における定着装置101では、加圧部材52、支持部材54などの位置関係は図8に示す通りであったが、これとは異なる構成として、比較例を図9、図10に示す。図9では、曲面形状5の全体が直線21より上流側にある。図10では、曲面形状5の全体が直線22より加圧ローラ58側にある。図8に示す構成は、図9に示す構成とは異なり、図10に示す構成とも異なる。
(作用・効果)
本実施の形態では、定着ニップ部50の上流側に曲面形状5があるので、上流から搬送されてきた記録媒体2は、曲面形状5によって定着ニップ部50へと導かれる。しかも曲面形状5は、図8に示すように、第1部分11から第2部分12にかけて設けられるので、あまり大きなスペースを必要としない。したがって、本実施の形態における定着装置101は、定着ニップ部50に記録媒体2を円滑に受け入れることが可能で、なおかつコンパクトな構成とすることができる。
本実施の形態で示したように、定着装置101は、前記第1部材としての加圧部材52がベルト51を押圧する領域の少なくとも一部においてベルト51を外側から押圧する第2部材を備えることが好ましい。ここでは、加圧ローラ58が第2部材に相当する。このような第2部材がベルト51を外側から押圧していることによって効率良く定着を行なうことができる。本実施の形態では、第1部材がパッド状の加圧部材52であって、第2部材が加圧ローラ58である例を示したが、これらの組合せは逆であってもよい。すなわち、第1部材が何らかのローラであって第2部材がパッド状の部材であってもよい。
図11に示すように、第1部材の第1部分11は、支持部材54の上流側の面54bに当接していることが好ましい。この構成を採用することにより、第1部材の姿勢を確実に固定することができ、安定して記録媒体を搬送することができる。
一方、図12に示すように、第1部分11が面54bに当接していない構成も考えられる。この場合、第1部材としての加圧部材52と支持部材54とが接触する面積が小さくなるので、第1部材から支持部材54へと熱が逃げる度合を低減することができる。したあって、省エネにつながる。
本実施の形態で示したように、曲面形状5は、前記第2部材としての加圧ローラ58がベルト51を押圧する領域としての定着ニップ部50よりも上流側にまで延在している。これにより、記録媒体が多少上流側にずれたとしても、ベルト51と記録媒体との接触を小さい角度で行なうことができ、記録媒体を詰まらせることなく定着ニップ部50に突入させることができる。
本実施の形態で示したように、定着装置は、上流側から曲面形状5に向かうように配置され、記録媒体2を誘導するガイド板35(図3または図7を参照)を備えることが好ましい。この構成を採用することにより、記録媒体2を確実に曲面形状5に当てることができる。
本実施の形態で示したように、第1部材としての加圧部材52の厚みは、部位によって異なっていてもよい。この定着装置では、図13に示すように、支持部材54の角における加圧部材52の厚みT2よりも第1部分11の厚みT1の方が大きい。この構成を採用することにより、第1部材は、R形状を実現しながら支持部材54の上流側の面54bに当接した状態とすることが容易となり、記録媒体2を安定して搬送することができる。
図14に示すように、支持部材54の上流側の面54bを第2部材の側に延長した部位においては第1部材としての加圧部材52と第2部材としての加圧ローラ58とが押し付け合っていないことが好ましい。すなわち、図14のZ1部に明らかなように、面54bを第2部材の側に延長した直線21は定着ニップ部50の最も上流側の端より上流側にあることが好ましい。
さらに、図14に示した例では、支持部材54の下流側の面を第2部材の側に延長した直線23は、Z2部に明らかなように定着ニップ部50の下流側の端を通過している。直線23は定着ニップ部50を通っていることが好ましい。この構成を採用することにより、記録媒体に対して十分な圧力を与え、良好な定着を行なうことができる。
図13に示したように、加圧部材52の下流側の端部近傍にはやや張り出した部分である出口ピーク部52dが設けられているが、このような形状が設けられていることによって、通過する記録媒体に対して十分な圧力を付与することができ、良好な定着を行なうことができる。
第1部材すなわち加圧部材52は樹脂で形成されていることが好ましい。樹脂で形成することとすれば、複雑な形状であっても容易に作製することができる。定着作業に適した所望の形状を容易に作製することができる。
図15に示すように、第1部材としての加圧部材52は、第2部分12の下流側に第3部分13を備え、第3部分13は、曲面形状5に連続的に連なる平面形状6を有することが好ましい。このように第1部材に平面形状6を設けることにより、トナーに与える圧力および熱量を所望の値に制御しやすくなり、トナーを十分に溶融させ、十分に良好な定着を行なうことができる。
平面形状6のさらに下流側には、中間凹形状7、出口凸形状8がこの順に連なっている。第1部材としての加圧部材52は、このような形状の組合せとなっていることが好ましい。図15に示すように、出口凸形状8の下流側には平面形状15が連なっていてもよい。
図2に示したように、定着装置101は、熱源を有するローラである加熱ローラ59を備え、ベルト51は、加熱ローラ59と第1部材とを取り囲んだ状態で循環することが好ましい。
(実施の形態3)
(構成)
図16を参照して、本発明に基づく実施の形態3における定着装置について説明する。本実施の形態における定着装置は、基本的には実施の形態2で説明したものと同様であるが、以下の点で異なる。
この定着装置は、前記第1部材の前記第1の側95の面10を覆うように配置された摺動シート9を備える。図15まででは、太線は第1部材としての加圧部材52の外形を強調して表現するために用いられていたが、図16では、実際に配置された摺動シート9を太線によって表現している。
(作用・効果)
本実施の形態では、第1部材の面10を摺動シート9が覆っていることで、ベルト51を円滑に摺動させることができるため、駆動トルクを軽くすることができる。
本実施の形態で示したように、摺動シート9は、面10だけでなく第1部材のうち第1の側95以外の面も覆っていてもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
1 筐体、2 記録媒体、5 曲面形状、6 平面形状、7 中間凹形状、8 出口凸形状、9 摺動シート、10 面、11 第1部分、12 第2部分、13 第3部分、15 平面形状、21,22,23 直線、35 ガイド板、38 (2次転写のための)ニップ部、39 出口、40 カセット、41 給紙ローラ、42 1次転写ローラ、43 2次転写ローラ、44 感光体、45 現像ローラ、46 帯電器、47 転写ベルト、48 画像露光装置、49 押圧ローラ、50 定着ニップ部、51 ベルト、52 加圧部材(第1部材)、52b ピン、52d 出口ピーク部、54 支持部材、54a 孔、54b 面、54e,54f 端、56 熱源、57 加熱部材、58 加圧ローラ、59 加熱ローラ、91,92,93 矢印、95 第1の側、101 定着装置、801 画像処理装置。

Claims (9)

  1. 記録媒体を上流から下流に搬送するために循環可能な無端状のベルトと、
    前記ベルトの内側から前記ベルトを少なくとも第1の側に向けて押圧する第1部材と、
    前記第1部材を前記ベルトとは反対側から支持する支持部材とを備え、
    前記第1部材は、
    前記支持部材の前記上流側の端よりも前記上流側に張り出し、かつ、前記支持部材の前記第1の側の端よりも前記第1の側とは反対の側に張り出した第1部分と、
    前記支持部材の前記上流側の端よりも前記下流側にあり、かつ、前記支持部材よりも前記第1の側にある第2部分とを含み、
    前記第1部材は、前記第1部分から前記第2部分にかけて、前記支持部材から遠ざかる側を凸とする連続的な曲面形状を有している、定着装置。
  2. 前記第1部材が前記ベルトを押圧する領域の少なくとも一部において前記ベルトを外側から押圧する第2部材を備える、請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記第1部分は、前記支持部材の前記上流側の面に当接している、請求項1または2に記載の定着装置。
  4. 前記曲面形状は、前記第2部材が前記ベルトを押圧する領域よりも上流側にまで延在している、請求項1から3のいずれかに記載の定着装置。
  5. 前記上流側から前記曲面形状に向かうように配置され、前記記録媒体を誘導するガイド板を備える、請求項1から4のいずれかに記載の定着装置。
  6. 前記第1部材は、前記第2部分の下流側に第3部分を備え、前記第3部分は、前記曲面形状に連続的に連なる平面形状を有する、請求項1から5のいずれかに記載の定着装置。
  7. 前記第1部材の前記第1の側の面を覆うように配置された摺動シートを備える、請求項1から6のいずれかに記載の定着装置。
  8. 熱源を有するローラである加熱ローラを備え、前記ベルトは、前記加熱ローラと前記第1部材とを取り囲んだ状態で循環する、請求項1から7のいずれかに記載の定着装置。
  9. 請求項1から8のいずれかに記載の定着装置を備える、画像形成装置。
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