JP2022172802A - 加熱装置、画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ニップ形成部材および保持部材の変形を抑制することを課題とする。【解決手段】無端状の定着ベルト20と、定着ベルト20に対向する加圧ローラ21と、ヒータ22と、定着ベルト20の内側に設けられ、ヒータ22を保持するヒータホルダ23と、ヒータホルダ23を加圧ローラ21側と反対側から支持するステー24とを備えた定着装置9であって、ヒータ22は、ヒータ22をヒータホルダ23に対して定着ベルト20の回転方向に位置決めする複数のヒータ位置決め部23b1,23b2,23b3を有し、ヒータホルダ23は、ヒータホルダ23をステー24に対して定着ベルト20の回転方向に位置決めするヒータホルダ位置決め部23cを有し、長手方向において、ヒータホルダ位置決め部23cは、第1ヒータ位置決め部23b1あるいは第2ヒータ位置決め部23b2の少なくともいずれか一方よりも中央位置M1の近くに配置されることを特徴とする。【選択図】図12

Description

本発明は、加熱装置および画像形成装置に関する。
加熱装置としての定着装置では、定着ベルト(ベルト部材)の内側に設けられたニップ形成部材が、定着ベルトを介して加圧ローラ(対向部材)と接触することにより、定着ベルトと加圧ローラとの間に定着ニップが形成される。ニップ形成部材は定着ベルトの反対側から保持部材によって保持される。
このような定着装置では、加圧ローラの回転により定着ベルトが従動回転する。そして、定着ベルトの従動回転により、定着ベルトの内側に接触するニップ形成部材に回転方向の力を受ける。これにより、ニップ形成部材に撓みなどの変形が生じるという問題があった。特に、長手方向の両側の二箇所でニップ形成部材を保持部材に対して位置決めする構成の場合、位置決めされていないニップ形成部材の中央側が回転方向の下流側へ撓むという問題があった。
特許文献1(特開2002-72719号公報)では、ステイホルダーの凹部内にヒータが保持される。ステイホルダーの凹部内の上流側には、両端に突き当て部と、両突き当て部の間に変形防止部が設けられる。
特許文献1のように、両端の二箇所とは別にその間に三箇所目の当接部を設けることで、ニップ形成部材の変形を抑制できる。
しかし、保持部材に設けられた位置決め部によりニップ形成部材を位置決めすると、保持部材に対して上記定着ベルト回転方向の下流側への加圧力が生じ、保持部材が下流側へ撓んでしまうという課題があった。
ニップ形成部材および保持部材の変形を抑制することを課題とする。
上記の課題を解決するため、本発明は、無端状のベルト部材と、前記ベルト部材に対向する対向部材と、加熱部材と、前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を介して前記対向部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材を保持する保持部材と、前記保持部材を前記対向部材側と反対側から支持する支持部材とを備えた加熱装置であって、前記加熱部材と前記ニップ形成部材とは、同一の部材あるいは異なる部材であり、前記加熱部材の長手方向における加熱領域の中央位置を長手方向の中央位置とすると、前記ニップ形成部材あるいは前記保持部材の少なくとも一方は、前記ニップ形成部材を前記保持部材に対して前記ベルト部材の回転方向に位置決めする複数のニップ形成部材位置決め部を有し、前記ニップ形成部材位置決め部として、前記長手方向において、前記中央位置よりも一方側と他方側とにそれぞれ配置された第1ニップ形成部材位置決め部および第2ニップ形成部材位置決め部と、前記第1ニップ形成部材位置決め部および前記第2ニップ形成部材位置決め部よりも前記中央位置の近くに配置される第3ニップ形成部材位置決め部とを有し、前記保持部材あるいは前記支持部材の少なくとも一方は、前記保持部材を前記支持部材に対して前記ベルト部材の回転方向に位置決めする保持部材位置決め部を有し、前記長手方向において、前記保持部材位置決め部は、前記第1ニップ形成部材位置決め部あるいは前記第2ニップ形成部材位置決め部の少なくともいずれか一方よりも前記中央位置の近くに配置されることを特徴とする。
本発明の加熱装置によれば、ニップ形成部材および保持部材の変形を抑制できる。
画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の概略構成図である。 定着装置の斜視図である。 定着装置の分解斜視図である。 ヒータなどの斜視図である。 ヒータなどの分解斜視図である。 ヒータの平面図である。 ヒータの分解斜視図である。 ヒータ及びヒータホルダにコネクタを装着した状態を示す図である。 本実施形態と異なる位置決め部の構成を示す図で、(a)図がヒータが変形していない状態の平面図、(b)図がヒータが変形した状態を示す平面図である。 ヒータの変位を示す側面断面図である。 本実施形態の位置決め部の構成を示す図で、(a)図がヒータ位置決め部を示す平面図、(b)図がホルダ位置決め部を示す平面図、(c)図がヒータホルダの短手方向の撓み量の長手方向の分布を示す図である。 本発明の第二実施形態の位置決め部の構成を示す図で、(a)図がヒータ位置決め部を示す平面図、(b)図がホルダ位置決め部を示す平面図である。 本発明の第三実施形態の位置決め部の構成を示す図で、(a)図がヒータ位置決め部を示す平面図、(b)図がホルダ位置決め部を示す平面図である。 図7と異なる形態のヒータを示す平面図である。 図7と異なる形態のヒータを示す平面図である。 図7と異なる形態のヒータを示す平面図である。 図7と異なる形態のヒータを示す平面図である。 本発明の第四実施形態の位置決め部の構成を示す平面図である。 本発明の第五実施形態の位置決め部の構成を示す平面図である。 本発明の第六実施形態の位置決め部の構成を示す平面図である。 本発明の第七実施形態の位置決め部の構成を示す平面図である。 本発明の第八実施形態の位置決め部の構成を示す平面図である。 本発明の第九実施形態の位置決め部の構成を示す平面図である。 本発明の第十実施形態の位置決め部の構成を示す側面断面図である。 本発明の第十一実施形態の位置決め部の構成を示す側面断面図である。 本発明の第十二施形態の位置決め部の構成を示す図である。 図2と異なる定着装置を示す概略構成図である。 図2と異なる定着装置を示す概略構成図である。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。以下、本発明の一実施形態に係る加熱装置として、画像形成装置に設けられた定着装置を説明する。
図1は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
図1に示す画像形成装置100は、画像形成装置本体に対して着脱可能な4つの作像ユニット1Y,1M,1C,1Bkを備える。各作像ユニット1Y,1M,1C,1Bkは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。これらの色の現像剤は、カラー画像の色分解成分に対応する。各作像ユニット1Y,1M,1C,1Bkは、像担持体としてのドラム状の感光体2と、帯電装置3と、現像装置4と、クリーニング装置5とを備える 。帯電装置3は感光体2の表面を帯電する。現像装置4は、感光体2の表面に現像剤としてのトナーを供給してトナー画像を形成する。クリーニング装置5は感光体2の表面をクリーニングする。
また、画像形成装置100は、露光装置6と、給紙装置7と、転写装置8と、定着装置9と、排紙装置10とを備える。露光装置6は、各感光体2の表面を露光し、その表面に静電潜像を形成する。給紙装置7は、記録媒体としての用紙Pを用紙搬送路14に供給する。転写装置8は各感光体2に形成されたトナー画像を用紙Pに転写する。定着装置9は用紙Pに転写されたトナー画像を用紙P表面に定着させる。排紙装置10は用紙Pを装置外に排出する。各作像ユニット1、感光体2、帯電装置3、露光装置6、転写装置8などは、用紙に画像を形成するための画像形成手段を構成している。
転写装置8は、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト11と、一次転写部材としての4つの一次転写ローラ12と、二次転写部材としての二次転写ローラ13とを有する。中間転写ベルト11は複数のローラによって張架される。一次転写ローラ12は各感光体2上のトナー画像を中間転写ベルト11へ転写する。二次転写ローラ13は中間転写ベルト11上に転写されたトナー画像を用紙Pへ転写する。複数の一次転写ローラ12は、それぞれ、中間転写ベルト11を介して感光体2に接触している。これにより、中間転写ベルト11と各感光体2とが互いに接触し、これらの間に一次転写ニップが形成される。一方、二次転写ローラ13は、中間転写ベルト11を介して中間転写ベルト11を張架するローラの1つに接触している。これにより、二次転写ローラ13と中間転写ベルト11との間には二次転写ニップが形成されている。
また、用紙搬送路14における給紙装置7から二次転写ニップ(二次転写ローラ13)に至るまでの途中には、一対のタイミングローラ15が設けられている。
次に、図1を参照して上記画像形成装置の印刷動作について説明する。
印刷動作開始の指示があると、各作像ユニット1Y,1M,1C,1Bkにおいては、感光体2が図1の時計回りに回転駆動され、帯電装置3によって感光体2の表面が均一な高電位に帯電される。次いで、原稿読取装置によって読み取られた原稿の画像情報、あるいは端末からプリント指示されたプリント情報に基づいて、露光装置6が各感光体2の表面を露光する。これにより、露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に対して現像装置4からトナーが供給され、各感光体2上にトナー画像が形成される。
各感光体2上に形成されたトナー画像は、各感光体2の回転に伴って回転し、一次転写ニップ(一次転写ローラ12の位置)に達する。そしてトナー画像は、図1の反時計回りに回転駆動する中間転写ベルト11に順次重なり合うように転写される。そして、中間転写ベルト11上に転写されたトナー画像は、中間転写ベルト11の回転に伴って二次転写ニップ(二次転写ローラ13の位置)へ搬送される。トナー画像は、二次転写ニップにおいて搬送されてきた用紙Pに転写される。この用紙Pは、給紙装置7から供給されたものである。給紙装置7から供給された用紙Pは、タイミングローラ15によって一旦停止された後、中間転写ベルト11上のトナー画像が二次転写ニップに至るタイミングに合わせて二次転写ニップへ搬送される。かくして、用紙P上にフルカラーのトナー画像が担持される。また、トナー画像が転写された後、各感光体2上に残留するトナーは各クリーニング装置5によって除去される。
トナー画像が転写された用紙Pは、定着装置9へと搬送され、定着装置9によって用紙Pにトナー画像が定着される。その後、用紙Pは排紙装置10によって装置外に排出されて、一連の印刷動作が完了する。
続いて、定着装置の構成について説明する。
図2に示すように、本実施形態に係る定着装置9は、ベルト部材あるいは定着部材としての定着ベルト20と、対向部材あるいは加圧部材としての加圧ローラ21と、ニップ形成部材あるいは加熱部材としての面状のヒータ22と、保持部材としてのヒータホルダ23と、支持部材としてのステー24と、温度検知部材としてのサーミスタ38等を備える。定着ベルト20は無端状のベルト部材からなる。加圧ローラ21は定着ベルト20の外周面に接触して、ニップ部としての定着ニップNを形成する。ヒータホルダ23はヒータ22を保持する。ステー24は、ヒータホルダ23の背面側からヒータホルダ23を長手方向にわたって支持する。サーミスタ38はヒータ22の背面側に当接し、ヒータ22の温度を検知する。図2の紙面に直交する方向(図3の両矢印X方向)は、定着装置9、あるいは、定着ベルト20、加圧ローラ21、ヒータ22、ヒータホルダ23、ステー24等の長手方向であり、以下、この方向を単に長手方向と呼ぶ。なお、この長手方向は搬送される用紙の幅方向、定着ベルト20のベルト幅方向、そして、加圧ローラ21の軸方向でもある。
定着ベルト20は、例えば外径が25mmで厚みが40~120μmのポリイミド(PI)製の筒状基体(基層)を有する。定着ベルト20の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、PFAやPTFE等のフッ素系樹脂による厚みが5~50μmの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ50~500μmのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。また、定着ベルト20の基体はポリイミドに限らず、PEEKなどの耐熱性樹脂やニッケル(Ni)、SUSなどの金属基体であってもよい。定着ベルト20の内周面に摺動層としてポリイミドやPTFEなどをコートしてもよい。
加圧ローラ21は、例えば外径が25mmであり、中実の鉄製芯金21aと、この芯金21aの表面に形成された弾性層21bと、弾性層21bの外側に形成された離型層21cとで構成されている。弾性層21bはシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば3.5mmである。弾性層21bの表面は離型性を高めるために、厚みが例えば40μm程度のフッ素樹脂層による離型層21cを形成するのが望ましい。
ヒータ22は、定着ベルト20の内周面に接触するように配置されている。本実施形態のヒータ22は、定着ベルト20を介して加圧ローラ21に接触し、加圧ローラ21との間に定着ニップNを形成するニップ形成部材の役割をする。また、定着ベルト20は、ヒータ22に加熱される被加熱部材である。
ヒータ22は、定着ベルト20に対して非接触、あるいは低摩擦シートなどを介して間接的に接触してもよい。ヒータ22を定着ベルト20に対して直接接触させる方が、定着ベルト20への熱伝達効率がよくなる。
ヒータ22は、基材50と、基材50の定着ニップN側に順次積層される、第1絶縁層51、抵抗発熱体60を有する導体層52、第2絶縁層53と、基材50の反対側に積層された第3絶縁層54と、で構成されている。
ヒータホルダ23およびステー24は、定着ベルト20の内周側に配置されている。ステー24は、金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が定着装置9の両側壁部に支持されている。ステー24によってヒータホルダ23のヒータ22側とは反対側の面が支持されていることで、ヒータ22およびヒータホルダ23は加圧ローラ21の加圧力に対して大きく撓むことなく保たれる。これにより、定着ベルト20と加圧ローラ21との間に定着ニップNを安定して形成できる。
なお、ステー24がヒータホルダ23を支持するとは、加圧ローラ21の加圧方向(図の左右方向)に延在した部分、あるいは、厚みを持った部分を有するステー24が、ヒータホルダ23に対して、加圧ローラ21と反対側(図の左側)から当接することをいう。これにより、加圧ローラ21からの加圧力によるヒータホルダ23の撓み(本実施形態では、特に長手方向の撓み)を抑制できる。ただし、上記の当接には、ステー24がヒータホルダ23に直接当接している場合に限らず、他の部材を介して当接する場合も含む。このような場合でも、ステー24が、加圧ローラ21からの加圧力に抗してヒータホルダ23の撓みを抑制できる。
ヒータホルダ23は、ヒータ22の熱によって高温になりやすいため、耐熱性の材料で形成されることが望ましい。例えば、ヒータホルダ23をLCPやPEEKなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成した場合は、ヒータ22からヒータホルダ23への伝熱が抑制される。これにより、ヒータ22が効率的に定着ベルト20を加熱できる。
加圧ローラ21と定着ベルト20は、付勢部材としてのバネによって互いに圧接されている。これにより、定着ベルト20と加圧ローラ21との間に定着ニップNが形成される。また、加圧ローラ21は、画像形成装置本体103(図1参照)に設けられた駆動手段から駆動力が伝達されて回転駆動する、駆動ローラとして機能する。一方、定着ベルト20は、加圧ローラ21の回転に伴って従動回転するように構成されている。定着ベルト20の回転時、定着ベルト20はヒータ22に対して摺動する。定着ベルト20の摺動性を高めるために、ヒータ22と定着ベルト20との間にオイルやグリースなどの潤滑剤を介在させてもよい。
印刷動作が開始されると、加圧ローラ21が回転駆動され、定着ベルト20が従動回転を開始する。また、ヒータ22に電力が供給されることで、定着ベルト20が加熱される。そして、定着ベルト20の温度が所定の目標温度(定着温度)に到達した状態で、図2に示すように、未定着トナー画像が担持された用紙Pが矢印A方向(用紙搬送方向)へ搬送されて定着ベルト20と加圧ローラ21との間の定着ニップNに進入する。これにより、用紙P上の未定着トナー画像が定着ニップNによって加熱および加圧され、用紙Pに定着される。
図3は、定着装置の斜視図、図4は、その分解斜視図である。
図3および図4に示すように、定着装置9の装置フレーム40は、一対の側板としての側壁部28と、前壁部27とからなる第1装置フレーム25と、後壁部29からなる第2装置フレーム26と、を備えている。一対の側壁部28は、定着ベルト20の幅方向の一端部側と他端部側とに配置されている。両側壁部28が、加圧ローラ21、および、定着ベルト20の両端側に設けられたフランジ32を支持する。各側壁部28には、複数の係合突起28aが設けられる。各係合突起28aが後壁部29に設けられた係合孔29aに係合することで、第1装置フレーム25と第2装置フレーム26とが組み付けられる。
また、各側壁部28は、加圧ローラ21の回転軸などを挿通させるための挿通溝28bを有する。挿通溝28bは、後壁部29側で開口し、これとは反対側では開口しない突き当て部となっている。この突き当て部側の端部には、加圧ローラ21の回転軸を支持する軸受30が設けられている。加圧ローラ21は、その回転軸の両端部がそれぞれ軸受30に装着されることで、両側壁部28によって回転可能に支持される。
また、加圧ローラ21の回転軸の一端部側には、駆動伝達部材としての駆動伝達ギヤ31が設けられている。駆動伝達ギヤ31は、加圧ローラ21が両側壁部28に支持された状態で、側壁部28よりも外側に露出した状態で配置される。これにより、定着装置9が画像形成装置本体103(図1参照)に搭載された際、駆動伝達ギヤ31が画像形成装置本体103に設けられているギヤと連結し、駆動源からの駆動力を加圧ローラ21へ伝達可能な状態となる。なお、加圧ローラ21に駆動力を伝達する駆動伝達部材としては、駆動伝達ギヤ31のほか、駆動伝達ベルトを張架するプーリやカップリング機構などであってもよい。
定着ベルト20の長手方向の両端側には、定着ベルト20などを支持する一対の端部保持部材としてのフランジ32が設けられている。このフランジ32は、定着装置9の装置フレーム40の一部である。定着ベルト20は、フランジ32によって、非回転状態では基本的に周方向の張力が付与されない状態、いわゆるフリーベルト方式で支持されている。また、各フランジ32には、ガイド溝32aが設けられている。このガイド溝32aを側壁部28の挿通溝28bの縁に沿って進入させることで、フランジ32が側壁部28に対して組み付けられる。
また、各フランジ32と後壁部29との間には、付勢部材としての一対のバネ33が設けられている。各バネ33によってステー24やフランジ32が加圧ローラ21側に付勢されることで、定着ベルト20が加圧ローラ21に押し当てられる。これにより、定着ベルト20と加圧ローラ21との間に定着ニップNが形成される。
また、図4に示すように、第2装置フレーム26を構成する後壁部29の長手方向の一端部側には、位置決め部としての孔部29bが設けられている。孔部29bは画像形成装置本体103に対する定着装置本体の位置決めを行う部分である。画像形成装置本体103には、位置決め部としての突起101が設けられる。定着装置本体を画像形成装置本体103に取り付ける際、突起101が、定着装置9の孔部29bに対して挿入されることで、突起101と孔部29bが嵌合し、画像形成装置本体103に対する定着装置本体の長手方向の位置決めがなされる。なお、後壁部29の孔部29bが設けられた端部側とは反対の端部側には、位置決め部は設けられていない。これにより、温度変化に伴う定着装置本体の長手方向の伸縮が拘束されないようにしている。
図5は、ヒータ22、ヒータホルダ23、フランジ32からなるヒータユニットの斜視図、図6は、その分解斜視図である。なお、図5および図6では、ヒータホルダ23の形状を便宜的に簡略化して表示しており、その具体的な形状については後述する。
図5および図6に示すように、ヒータホルダ23の定着ベルト20側(定着ニップN側)の面には、ヒータ22を収容するための矩形の収容凹部23aが設けられている。ヒータ22は、その収容凹部23a内に収容された状態で、後述のコネクタによってヒータホルダ23と一緒に挟まれることで保持される。
一対のフランジ32は、ベルト支持部32bと、ベルト規制部32cと、支持凹部32dと、を有している。ベルト支持部32bは、定着ベルト20の内周に挿入されて定着ベルト20を支持するC字状の部分である。ベルト規制部32cは、定着ベルト20の端面に接触して長手方向の移動(片寄り)を規制するフランジ状の部分である。支持凹部32dは、ヒータホルダ23およびステー24の両端部側が挿入されて、これらを支持する。
また、図5および図6に示すように、ヒータホルダ23の長手方向一端部側には、位置決め部としての位置決め凹部23eが設けられている。この位置決め凹部23eに対して、図5および図6の左側に示されるフランジ32の嵌合部32eが嵌合することで、ヒータホルダ23とフランジ32との長手方向の位置決めがなされる。なお、図5および図6の右側に示されるフランジ32には、嵌合部32eは設けられておらず、ヒータホルダ23との長手方向の位置決めはされない。これにより、温度変化に伴うヒータホルダ23の長手方向の伸縮が拘束されないようにしている。
また、図4に示すように、フランジ32は、そのガイド溝32aを側壁部28の挿通溝28bに沿って進入させることで、両側壁部28に対して組み付けられる。図4に示す2つのフランジ32のうち、ヒータホルダ23に対して長手方向の位置決めがなされるフランジ32は、奥側のフランジ32である。この奥側のフランジ32が側壁部28に対して組み付けられることで、側壁部28に対するヒータホルダ23の長手方向の位置決めがなされる。このように、側壁部28およびフランジ32は、ヒータホルダ23の長手方向の位置決めを行う定着装置本体の位置決め部として機能する。
ステー24は、フランジ32に対して長手方向の位置決めはされない。図6に示すように、ステー24は、その両端部側に、各フランジ32に対する長手方向の移動(脱落)を規制する段差部24aが設けられているが、各段差部24aは各フランジ32の少なくとも一方に対して長手方向の隙間を介して配置される。すなわち、ステー24は、温度変化に伴う長手方向の伸縮が拘束されないように、両方のフランジ32に対して長手方向にガタを有するように組み付けられており、フランジ32の一方に対して位置決めされるようには構成されていない。
図7は、ヒータ22の平面図、図8は、その分解斜視図である。
なお、以下の説明において、ヒータ22に対する、定着ベルト20側(定着ニップN側)を「表側」と称し、ヒータホルダ23側を「裏側」と称して説明する。
図7および図8に示すように、ヒータ22は、板状の基材50と、基材50の表側に設けられた第1絶縁層51と、第1絶縁層51の表側に設けられた導体層52と、導体層52の表側を被覆する第2絶縁層53と、基材50の裏側に設けられた第3絶縁層54との、複数の構成層が積層されて構成されている。導体層52は、一対の抵抗発熱体60と、一対の給電部としての電極部61と、複数の給電線62とで構成されている。電極部61は各抵抗発熱体60の長手方向一端部側に設けられる。給電線62は、電極部61と抵抗発熱体60との間および抵抗発熱体60同士を接続する。また、図7に示すように、各電極部61は、後述のコネクタとの接続を確保するため、少なくとも一部が第2絶縁層53に被覆されておらず露出した状態となっている。
各抵抗発熱体60は、例えば、銀パラジウム(AgPd)やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により基材50に塗工し、その後、当該基材50を焼成することによって形成できる。抵抗発熱体60の材料として、これら以外に、銀合金(AgPt)や酸化ルテニウム(RuO)の抵抗材料を用いてもよい。本実施形態では、各抵抗発熱体60が互いに平行に基材50の長手方向に伸びるように設けられている。各抵抗発熱体60の一端部(図7における右端部)同士は、給電線62を介して互いに電気的に接続され、各抵抗発熱体60の他端部(図7における左端部)は、それぞれ別の給電線62を介して電極部61に対して電気的に接続されている。給電線62は、抵抗発熱体60よりも小さい抵抗値の導体で構成されている。給電線62や電極部61の材料としては、銀(Ag)もしくは銀パラジウム(AgPd)などを用いることができ、このような材料をスクリーン印刷するなどによって給電線62や電極部61が形成されている。
図7に示す範囲Mが、ヒータ22の長手方向の抵抗発熱体60が設けられた領域であり、ヒータ22の主たる発熱領域である。以下、この範囲Mをヒータ22の加熱領域Mと呼ぶ。また、加熱領域Mの中央が長手方向の中央位置M1である。中央位置M1は、定着装置9に通紙される用紙Pの長手方向の中央位置でもある。
基材50は、ステンレス(SUS)や鉄、アルミニウム等の金属材料で構成されている。また、基材50の材料として、金属材料のほか、セラミック、ガラス等を用いることも可能である。基材50にセラミックなどの絶縁材料を用いた場合は、基材50と導体層52との間の第1絶縁層51を省略することが可能である。一方、金属材料は、急速加熱に対する耐久性に優れ、加工もしやすいため、低コスト化を図るのに好適である。金属材料の中でも、特にアルミニウムや銅は熱伝導性が高く、温度ムラが発生しにくい点で好ましい。また、ステンレスはこれらに比べて安価に製造できる利点がある。
各絶縁層51,53,54は、耐熱性ガラスで構成されている。また、これらの材料として、セラミックあるいはポリイミド(PI)等を用いることも可能である。
図9は、ヒータ22およびヒータホルダ23に、給電部材としてのコネクタ70を装着した状態を示す斜視図である。
図9に示すように、コネクタ70は、樹脂製のハウジング71と、ハウジング71に固定された板バネのコンタクト端子72と、を有している。コンタクト端子72はヒータ22の各電極部61に接触する一対の接点部72aを有する。また、コネクタ70(コンタクト端子72)には、給電用のハーネス73が接続されている。
図9に示すように、コネクタ70は、ヒータ22とヒータホルダ23とを表側と裏側とから一緒に挟むようにして取り付けられる。これにより、コンタクト端子72の各接点部72aが、ヒータ22の電極部61に対して弾性的に接触(圧接)する。これにより、コネクタ70を介して、抵抗発熱体60と画像形成装置に設けられた電源部とが電気的に接続され、電源部から抵抗発熱体60へ電力が供給可能な状態となる。
ところで、以上のような定着装置9においては、加圧ローラ21の回転により定着ベルト20が従動回転することで、定着ベルト20の内側に接触するヒータ22およびヒータホルダ23が、定着ベルト20の回転方向の力を受ける。これにより、ヒータ22やヒータホルダ23に撓みなどの変形(あるいは位置ズレ)が生じる。そして、これによりヒータ22などに設けられた抵抗発熱体60などが所定の位置から変位してしまう。
まず、上記のヒータの変形について、図10を用いて説明する。なお、図10に示すヒータホルダ23’は、本実施形態の後述するヒータホルダ23とは、ヒータ位置決め部の構成が異なっており、それ以外は同様の構成をしている。図10(a)はヒータ22が変形していない状態、図10(b)は定着ベルト20との摩擦力によりヒータ22が撓んだ状態を示している。また、図10に示す両矢印Y方向は、ヒータ22やヒータホルダ23などの短手方向である。この短手方向は、長手方向に交差する方向(特に本実施形態では直交する方向)で、ヒータ22等の厚み方向と異なる方向である。また短手方向は用紙搬送方向と同じ方向でもある。
図10(a)に示すように、ヒータホルダ23’は、定着ベルト20側と反対側(図10aの紙面奥側で図2の左側)へ凹んだ凹部23aを有する。この凹部23aにヒータ22が取り付けられることで、ヒータ22がヒータホルダ23’に保持される。つまり、ヒータ22は、ヒータホルダ23’と定着ベルト20の内面とによって挟み込まれることで、定着装置9内の所定の位置に保持される。
凹部23aは、長手方向の両側でヒータ22の用紙搬送方向下流側(図10aの左右の上側)に、第1ヒータ位置決め部23b1、第2ヒータ位置決め部23b2をそれぞれ有する。ヒータ位置決め部23b1、23b2は、凹部23aを形成する下流側の壁面部のうち、その他の壁面部よりも用紙搬送方向上流側へ部分的に突出した部分である。以下、ヒータ位置決め部23b1、23b2等をヒータ位置決め部23bとも呼ぶ。
ヒータ22は、定着ベルト20との摩擦により、定着ベルト20から、用紙搬送方向と同じ方向である図10(a)の矢印A方向の力を受ける。これにより、ヒータ22は矢印A方向へ移動し、ヒータ22の下流側の長手方向両端部がヒータ位置決め部23b1、23b2に当接する。これにより、ヒータ22のヒータホルダ23’に対する短手方向の位置決めがなされる。
このように、ヒータ22のヒータホルダ23’に対する短手方向の位置決めを、ヒータホルダ23’の長手方向の一部の領域(つまり、ヒータ位置決め部23b1、23b2)で行うことで、ヒータ22のヒータホルダ23’に対する位置決めの精度を向上させることができる。例えば、ヒータ22を長手方向の一端から他端にわたってヒータホルダ23’に当接させ、ヒータ22をヒータホルダ23’に位置決めする構成では、このヒータホルダ23’の当接面全体にわたって寸法精度を確保することが必要になる。しかし本実施形態のように、部分的にヒータ位置決め部23b1、23b2を設ける構成とすることで、この部分だけ位置精度を確保すればよくなる。従って、ヒータ22のヒータホルダ23’に対する位置精度を向上させることができ、またヒータホルダ23’の製造が容易になる。
しかし、このように長手方向の両側のみで位置決めする構成では、図10(b)に示すように、ヒータ22が矢印A方向の力を受けることにより、長手方向中央部が撓んでしまう(図10bの点線部参照)。
図11は図10(b)のB-B線断面図であり、ヒータ22の撓みが生じた部分の断面図を示している。ヒータ22の長手方向中央部の撓みにより、図11に示すように、ヒータ22は、定着ニップNの用紙搬送方向中央位置である一点鎖線NAに対して下流側(図11の上側)へ変位している。
ところで、ヒータ22は、その定着ベルト20側の端面が、ヒータホルダ23’と比較して定着ベルト20よりも奥まった位置(図11の左側の位置)に配置される。これにより、中央線NAに近い位置(つまり、加圧ローラ21が定着ベルト20やヒータ22側へ最も凸状になっている位置)では、ヒータ22が定着ベルト20に密着する。一方、中央線NAから遠い位置、つまり、ヒータ22の用紙搬送方向の端部側では、ヒータ22が定着ベルト20に接触しにくくなっている。これにより、ヒータ22が変位しない狙いの配置(図10aの配置)に配置された状態では、用紙搬送方向中央側では抵抗発熱体60が定着ベルト20に密着して定着ベルト20を効率よく加熱するとともに、端部側では、ヒータ22の角部と定着ベルト20の接触を抑制し、ヒータ22の角部と定着ベルト20との摺動による定着ベルト20の摩耗を防止している。
ところが、ヒータ22が図10(b)のように撓んで用紙搬送方向下流側へ変位すると、抵抗発熱体60の下流側部分が中央線NAから遠ざかり、定着ベルト20に接触しなくなってしまう。これにより、抵抗発熱体60の下流側部分が空焚き状態になってしまう。そして、この空焚きにより、ヒータ22が過昇温して、ヒータ22の破損の原因となってしまう。
また、ヒータ22が下流側へ変位すると、ヒータ22の上流側の角部221が中央線NAに接近し、定着ベルト20が角部221に接触しやすくなってしまう。これにより、定着ベルト20の摩耗の原因となってしまう。
近年では、定着装置の小型化や高速化が進んでいる。これにより、ヒータ22の剛性が相対的に低下している。また、高速化に伴う加圧ローラ21から定着ベルト20への加圧力の増加により、定着ベルト20とヒータ22との間に生じる摩擦力も大きくなっている。これらにより、上記の問題が特に顕著であった。
上記の課題を解決する本実施形態の定着装置の構成について、図12を用いて説明する。図12(a)はヒータ22およびヒータホルダ23を定着ニップN側(図2の右側)から見た図で、図12(b)はヒータホルダ23およびステー24を定着ニップN側と反対側(図2の左側)から見た図である。また、図12(a)および図12(b)の上側が用紙搬送方向下流側である。
本実施形態のヒータホルダ23では、図12(a)に示すように、長手方向両側の第1ヒータ位置決め部(第1ニップ形成部材位置決め部)23b1,第2ヒータ位置決め部(第2ニップ形成部材位置決め部)23b2に加えて、長手方向中央側に第3ヒータ位置決め部(第3ニップ形成部材位置決め部)23b3を有する。第1ヒータ位置決め部23b1はヒータ22の加熱領域Mの中央位置M1(図7参照)よりも長手方向一方側に配置され、第2ヒータ位置決め部23b2は中央位置M1よりも長手方向他方側に配置される。また、第3ヒータ位置決め部23b3はこれらのヒータ位置決め部23b1,23b2よりも中央位置M1に近い位置に設けられる。なお、この近い位置とは、ヒータ位置決め部23b3が中央位置M1に設けられる場合も含む。
第3ヒータ位置決め部23b3がヒータ22に当接することにより、ヒータ22の長手方向中央側における撓みを抑制できる。つまり、ヒータ22の図11のような撓み(あるいは下流側への位置ズレ)を抑制できる。これにより、ヒータ22の上記の破損や摩耗を抑制できる。なお、図12(a)では、凹部23aの上流側の壁面部にも、その長手方向の両端部側に、ヒータ22側へ突出した部分を設けている。
ところで、このようなヒータ22のヒータ位置決め部23bに対する当接により、ヒータホルダ23が用紙搬送方向下流側へ加圧される。そして、この加圧により、ヒータホルダ23が下流側へ撓む場合がある。特にヒータホルダ23を樹脂材料で形成する場合、それが耐熱性の材料であっても、ヒータ22の発熱によりヒータホルダ23の剛性は低下する。このため、上記のヒータホルダ23の撓みが生じやすくなる。
そして、ヒータホルダ23が用紙搬送方向下流側へ変形すると、ヒータ位置決め部23b1~23b3がヒータ22を位置決めする位置もその分だけ下流側へ位置ズレし、ひいては、ヒータ22の撓み(変位)の原因となってしまう。
そこで本実施形態では、図12(b)に示すように、ヒータホルダ23が、ヒータホルダ23をステー24に対して位置決めする第1ホルダ位置決め部(第1保持部材位置決め部)23c1、第2ホルダ位置決め部(第2保持部材位置決め部)23c2を有する。以下、ホルダ位置決め部23c1、23c2等をホルダ位置決め部23cとも呼ぶ。
第1ホルダ位置決め部23c1あるいは第2ホルダ位置決め部23c2がそれぞれステー24に用紙搬送方向上流側から当接することにより、ヒータホルダ23がステー24に対して用紙搬送方向に位置決めされる。これにより、ヒータ22の用紙搬送方向下流側への加圧によるヒータホルダ23の撓みを抑制でき、ひいては、ヒータ22の変形を抑制できる。従って、上記のヒータ22の破損や摩耗を抑制できる。
特に本実施形態では、長手方向において、ホルダ位置決め部23c1、23c2は、ヒータ位置決め部23b1、23b2よりも長手方向中央側に配置される。具体的には、ホルダ位置決め部23c1、23c2は、ヒータ位置決め部23b1、23b2よりもヒータ22の加熱領域Mの中央位置M1(図7参照)に近い位置に配置される。これにより、ヒータホルダ23やヒータ22の長手方向中央側の撓みを効果的に抑制できる。なお、この近い位置とは、ホルダ位置決め部23c1、23c2が中央位置M1に設けられる場合も含む。また、例えばホルダ位置決め部23c1がヒータ位置決め部23b1よりも中央位置M1に近い、とは、ホルダ位置決め部23c1の中央位置M1に最も近い部分が、ヒータ位置決め部23b1よりも中央位置M1に近い位置に配置されていることを言う。
なお、必ずしもホルダ位置決め部23c1、23c2の両方がヒータ位置決め部23b1、23b2よりも長手方向中央側に配置される必要はない。ただし、長手方向一方側と他方側とのそれぞれにホルダ位置決め部23c1、23c2を設け、このホルダ位置決め部23c1、23c2がヒータ位置決め部23b1、23b2よりもそれぞれ長手方向中央側に配置されることで、ヒータホルダ23の撓みを効果的に抑制できる。
図12(c)は、ヒータホルダ23の長手方向に対する撓み量の分布を示す図で、横軸が長手方向の各位置、縦軸がヒータホルダ23の短手方向の撓み量(変形量)を示している。図の実線が本実施形態の定着装置におけるヒータホルダ23の撓み量を、図の二点鎖線が比較例の定着装置、具体的には、ステー24がホルダ位置決め部23c1、23c2を有していない構成の定着装置におけるヒータホルダ23の撓み量を示している。
図12(c)の実線と二点鎖線とを比較してわかるように、ホルダ位置決め部23c1、23c2によりヒータホルダ23の位置決めをすることで、特に長手方向のホルダ位置決め部23c1、23c2の位置およびその周辺におけるヒータホルダ23の撓み量を小さくできる。特に、ホルダ位置決め部23c1、23c2を、ヒータ位置決め部23b1、23b2よりも長手方向中央側に配置することで、撓み量の大きくなる部分である、ヒータホルダ23の長手方向中央側の撓みを効果的に抑制できる。
また、ヒータ位置決め部23bの長手方向の幅E11,E12,E13は、ホルダ位置決め部23cの長手方向の幅E21,E22よりも大きい。ヒータ22はその厚みが小さく、凹部23aの深さも小さい。従って、ヒータ位置決め部23bの強度を確保するために、長手方向の幅E11,E12,E13は大きい方が好ましい。ただし、必ずしも全てのヒータ位置決め部23bの長手方向の幅を全てのホルダ位置決め部23cの長手方向の幅よりも大きくする必要はない。
またこれとは逆に、ヒータ位置決め部23bの長手方向の幅E11,E12,E13を、ホルダ位置決め部23cの長手方向の幅E21,E22よりも小さくすることもできる。ヒータ位置決め部23bの長手方向の幅E11,E12,E13を小さくすることで、ヒータ22からヒータホルダ23への伝熱量を抑制し、ヒータ22が定着ベルト20を効率良く加熱できる。ただし、必ずしも全てのヒータ位置決め部23bの長手方向の幅を全てのホルダ位置決め部23cの長手方向の幅よりも小さくする必要はない。
図12(b)に示すように、ホルダ位置決め部23cを長手方向の一方側と他方側(より詳細には、図7の中央位置M1よりも一方側と他方側)にそれぞれ設けることにより、長手方向の両側でヒータホルダ23をステー24に対して位置決めでき、ヒータホルダ23の姿勢が安定する。ただし、ホルダ位置決め部23cの構成はこれに限るものではない。例えば、長手方向一方側から他方側にわたって単一のホルダ位置決め部23cのみが設けられていてもよい。
図12(a)および図12(b)の実施形態では、ヒータ位置決め部23bおよびホルダ位置決め部23cが、ヒータ22の加熱領域Mの中央位置M1(図7参照)に対して左右対称に設けられる。これにより、ヒータ22あるいはヒータホルダ23を、長手方向の一方側と他方側とで均等に位置決めできる。
また、本実施形態の定着ベルト20はポリイミド製の基体を有する。これにより、金属製の基体を有する定着ベルトと比較すると、定着ベルト20は柔軟性に優れる。従って、図11のようにヒータ22が定着ベルト20に対して短手方向に変位した場合でも、定着ベルト20がヒータ22に当接しやすくなり、ヒータ22の空焚きを抑制できる。従って、本実施形態の上記位置決め部の構成と組み合わせることにより、ヒータ22の空焚きをより確実に防止できる。またこれとは逆に、定着ベルト20が金属製の基体を有する構成の場合、ヒータ22の短手方向の変位が生じた場合に定着ベルト20とヒータ22とが非接触になりやすく、ヒータ22の空焚きを生じやすい。従って、上記位置決め部の構成を適用することが好適である。
また本実施形態の定着ベルト20は弾性層を有していないゴムレスベルトである。これにより、定着ベルト20が弾性層を有する構成と比較すると定着ベルト20は柔軟性に優れる。従って、図11のようにヒータ22が定着ベルト20に対して短手方向に変位した場合でも、定着ベルト20がヒータ22に当接しやすくなり、ヒータ22の空焚きを抑制できる。従って、本実施形態の上記位置決め部の構成と組み合わせることにより、ヒータ22の空焚きをより確実に防止できる。具体的には、定着ベルト20は、前述のように筒状基体と外周面を構成する離形層とからなる。
さらに本実施形態のように、ヒータホルダ23が樹脂材料により形成され、ステー24がヒータホルダ23よりも剛性が大きい材料(本実施形態では金属材料)により形成される構成の場合、ヒータ22からヒータホルダ23への伝熱を抑制して定着装置9の省エネルギー性を高めつつ、剛性の高いステー24によりヒータホルダ23およびヒータ22を支持することで、ヒータ22の位置精度を高めることができる。
次に、ヒータ位置決め部、および、ホルダ位置決め部の変形例や配置の例について説明する。
図13(a)および図13(b)に示すように、本実施形態では、ヒータホルダ23が、第1ホルダ位置決め部23c1、第2ホルダ位置決め部23c2に加えて、長手方向中央側に第3ホルダ位置決め部23c3を有する。
長手方向において、第3ホルダ位置決め部23c3は、第3ヒータ位置決め部23b3とその一部が重複している。長手方向のヒータ位置決め部23bが設けられる位置は、ヒータホルダ23がヒータ22から加圧され、ヒータホルダ23が特に変形しやすい位置である。従って、この位置にホルダ位置決め部23cを設けることにより、ヒータホルダ23の変形を効果的に抑制でき、ひいてはヒータ22の変形を効果的に抑制できる。
なお、図13の実施形態では、第3ホルダ位置決め部23c3が第3ヒータ位置決め部23b3と重複する場合を示したが、その他の位置決め部同士の長手方向の位置が重複していてもよい。この場合も同様に、ヒータホルダ23の変形を効果的に抑制できる。
また、ヒータ位置決め部23b(本実施形態では特に第3ヒータ位置決め部23b3)あるいはホルダ位置決め部23c(本実施形態では特に第3ホルダ位置決め部23c3)をヒータ22の発熱領域Mの中央位置M1(図7参照)に配置することが好ましい。これにより、ヒータ22あるいはヒータホルダ23の最も撓みの生じやすい位置でヒータ22あるいはヒータホルダ23を位置決めすることができ、ヒータ22あるいはヒータホルダ23の撓みを効果的に抑制できる。
また図14(a)および図14(b)に示すヒータホルダ23では、第3ホルダ位置決め部23c3の長手方向中央位置と第3ヒータ位置決め部23b3の長手方向中央位置とが一致している(図14の点線部参照)。これにより、特にヒータホルダ23の変形を効果的に抑制できる。さらに、この第3ホルダ位置決め部23c3および第3ヒータ位置決め部23b3の長手方向中央位置が中央位置M1に一致することが好ましい。
また、本実施形態の位置決め部の構成は、短手方向に通電する成分を有し、かつPTC特性を有する抵抗発熱体60を備えた定着装置9に適用することが好適である。
PTC特性とは、温度が高くなると抵抗値が高くなる(一定電圧をかけた場合に、ヒータ出力が下がる)特性である。抵抗発熱体60がPTC特性を有することで、低温時にはヒータ22の出力が大きくなり、定着ベルト20を高速で昇温できる。また、高温時にはヒータ22の出力が下がるため、小サイズ用紙を連続印刷した場合等の、非通紙領域におけるヒータ22や定着ベルト20の過昇温を抑制できる。
しかし、このように抵抗発熱体60がPTC特性を有し、かつ、短手方向に通電する成分を有する場合、図11のようにヒータ22が短手方向に変位すると、抵抗発熱体60がPTC特性を有することで、かえってヒータ22の過昇温に悪影響を与えてしまう。つまり、用紙搬送方向の一部分だけ(図11の上側の抵抗発熱体60だけ)が定着ベルト20と非接触になると、この部分で抵抗発熱体60の温度が上昇してその抵抗値が上昇する。しかし、抵抗発熱体60に対して短手方向(図11の上下方向)に通電される場合、抵抗発熱体60の上流側部分では抵抗値が大きく変化しないため、抵抗発熱体60に流れる電流値も大きく変化しない。そして、抵抗発熱体60の発熱量は電流値と抵抗値の二乗値に比例するため、電流値がほとんど変わらず抵抗値のみが上昇すると、抵抗発熱体60の発熱量は抵抗値の増加により上昇してしまう。
このような抵抗発熱体60を有するヒータ22の構成の一例を図15に示す。図15のヒータ22に設けられた抵抗発熱体60はPTC特性を有する。そして、この抵抗発熱体60に流れる電流は、短手方向に通電する成分Iyを有する。このようなヒータ22では、上記のようにヒータ22が撓んで変位した場合に過昇温が生じやすいため、本実施形態の上記位置決め部の構成により、ヒータ22の変形を抑制することが特に好適である。
次に、図7と異なる形態のヒータ22に上記位置決め部の構成を適用する場合について説明する。
図16に示すように、ヒータ22では、長手方向に複数(図16では4つ)分割された抵抗発熱体60が並列に接続されている。各抵抗発熱体60同士の間には、抵抗発熱体60同士の分割領域Cが設けられる。分割領域Cは、ヒータ22の長手方向において抵抗発熱体60の占める面積が小さい(あるいは、抵抗発熱体60が配置されていない)部分であり、ヒータ22の発熱量が小さくなる領域である。例えば図17に示すように、矩形状の抵抗発熱体60を有するヒータ22においても、抵抗発熱体60同士の分割領域Cにおいてその発熱量が小さくなる。なお、図16のヒータ22において、発熱領域Mは、分割領域Cを含む長手方向の抵抗発熱体60が設けられた範囲である。分割領域Cとは、抵抗発熱体60同士が長手方向に分割された部分全体を含む長手方向の領域である。
図16の各抵抗発熱体60をPTC特性を有するものとすることができる。これにより、小さなサイズの用紙を通紙した際に、非通紙領域に対応する抵抗発熱体60の温度が上昇するとその抵抗値が上昇し、非通紙領域に対応する抵抗発熱体60のみその発熱量を抑えることができる。従って、ヒータ22や定着ベルト20の非通紙領域における過昇温を抑制できる。
また、図18に示すように、抵抗発熱体60からなる複数の発熱部65A,65Bを有する構成のヒータ22であってもよい。基材50の長手方向に並ぶ複数の抵抗発熱体60のうち、両端以外の各抵抗発熱体60で構成される中央側発熱部65Aと、両端の各抵抗発熱体60で構成される端部側発熱部65Bとは、それぞれ独立して発熱制御可能に構成されている。具体的に、中央側発熱部65Aを構成する両端以外の各抵抗発熱体60は、それぞれ基材50の長手方向の一端部側に設けられた第1の電極部61Aに対して、第1の給電線62Aを介して接続されている。また、中央側発熱部65Aを構成する各抵抗発熱体60は、第1の電極部61A側とは反対の端部側に設けられた第2の電極部61Bに対して第2の給電線62Bを介して接続されている。一方、端部側発熱部65Bを構成する両端の各抵抗発熱体60は、基材50の長手方向の一端部側に設けられた(第1の電極部61Aとは別の)第3の電極部61Cに対して第3の給電線62C又は第4の給電線62Dを介して接続されている。また、これら両端の各抵抗発熱体60は、中央側発熱部65Aの各抵抗発熱体60と同様に第2の給電線62Bを介して第2の電極部61Bに接続されている。
第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bに電圧を印加した場合は、両端以外の各抵抗発熱体60が通電することで、中央側発熱部65Aのみが発熱する。一方、第2の電極部61Bおよび第3の電極部61Cに電圧を印加した場合は、両端の各抵抗発熱体60が通電することで、端部側発熱部65Bのみが発熱する。また、全ての電極部61A~61Cに電圧を印加すれば、中央側発熱部65Aおよび端部側発熱部65Bの両方の(全ての)抵抗発熱体60を発熱させることができる。例えば、A4サイズ(通紙幅:210mm)以下の比較的小さい幅サイズの用紙を通紙する場合は、中央側発熱部65Aのみを発熱させ、A4サイズ(通紙幅:210mm)を超える比較的大きい幅サイズの用紙を通紙する場合は、中央側発熱部65Aに加え端部側発熱部65Bも発熱させることで、用紙幅に応じた発熱領域とすることができる。
このようなヒータ22においても、抵抗発熱体60同士の分割領域Cにおいてその発熱量が小さくなる。なお、図18では図の左端とその隣の抵抗発熱体60の間の分割領域Cのみを図示しているが、実際には全ての抵抗発熱体60同士の間に分割領域Cが形成される。
そして、このように抵抗発熱体60が長手方向に複数に分割されたヒータ22において、長手方向の分割領域Cに対応する位置に上記位置決め部を設けることができる。具体的には、例えば図19に示すように、ヒータ位置決め部23b3が長手方向で分割領域Cに対応して配置される。分割領域Cはヒータ22の発熱量が小さく、ヒータ22やヒータホルダ23の熱膨張による変形量が小さい部分である。従って、ヒータ位置決め部23b3を分割領域Cに対応して配置することで、ヒータ位置決め部23b3がヒータ22を短手方向に精度良く位置決めできる。また、ヒータ位置決め部23bに限らず、ホルダ位置決め部23cを分割領域Cに対応して配置してもよい。これにより、ヒータホルダ23を短手方向に精度良く位置決めでき、ひいてはヒータ22を短手方向に精度良く位置決めできる。
またこれとは逆に、抵抗発熱体60が長手方向に複数に分割されたヒータ22において、長手方向の分割領域Cの外側の位置に上記位置決め部を設けることもできる。例えば図20に示すように、ヒータ位置決め部23b1,23b2,23b3は長手方向の分割領域の外側に設けられる。ヒータ位置決め部23b1,23b2,23b3がヒータ22に当接する位置では、ヒータ22の熱量がヒータホルダ23に流れてヒータ22の温度が小さくなる。従って、発熱量の小さい分割領域Cの位置を避けてヒータ位置決め部23b1,23b2,23b3を設けることで、図19のように分割領域Cに対応して位置決め部を設ける構成と比較すると、ヒータ22や定着ベルト20の温度を長手方向に均一化できる。また、ヒータ位置決め部23bに限らず、ホルダ位置決め部23cを長手方向の分割領域Cの外側に配置してもよい。ホルダ位置決め部23cがヒータホルダ23に当接する位置においても、ヒータホルダ23の熱量がステー24側に流れる。これにより、長手方向のこの位置でヒータ22の熱量もヒータホルダ23に奪われやすくなる。従って、ホルダ位置決め部23cを長手方向の分割領域Cの外側に配置することで、ヒータホルダ23、ひいては、ヒータ22や定着ベルト20の温度を長手方向に均一化できる。
また、図18に示すヒータ22において、各発熱部65A,65Bの範囲と異なる幅の用紙Pが定着装置9に通紙された場合には、ヒータ22の発熱領域の一部が非通紙領域になる。非通紙領域では、用紙Pによってその熱量が奪われないため、ヒータ22の温度が高くなりやすく、ヒータ22やヒータホルダ23が通紙領域と比較して熱膨張しやすい。従って、この非通紙領域を避けて位置決め部を配置することで、ヒータ22等を短手方向に精度よく位置決めできる。
例えば図21に示すヒータ22は、中央側発熱部65Aの長手方向の幅が用紙P2(例えばA4用紙:210mm)に対応する長さで設けられる。そして、ヒータホルダ23に設けられた第3ヒータ位置決め部23b3は、定着装置9に通紙される最小幅の用紙P1の通紙領域D1内に設けられる。これにより、定着装置9にいずれの用紙が通紙された場合でも、第3ヒータ位置決め部23b3を長手方向の通紙領域内に配置できる。従って、熱膨張の小さい部分でヒータ22の位置決めができ、ヒータ22を短手方向に精度よく位置決めできる。
またヒータホルダ23には第4ヒータ位置決め部23b4が設けられる。第4ヒータ位置決め部23b4は、長手方向において、用紙P2の通紙領域D2外(つまり、中央側発熱部65Aの領域外)で、用紙P2よりも一つ大きな幅の用紙P3(例えばB4用紙:用紙幅257mm)の通紙領域D3内に設けられる。これにより、端部側発熱部65Bが発熱した際に、第4ヒータ位置決め部23b4を通紙領域内に配置できる。従って、熱膨張の小さい部分でヒータ22の位置決めができ、ヒータ22を短手方向に精度よく位置決めできる。
また、図21の第3ヒータ位置決め部23b3あるいは第4ヒータ位置決め部23b4のようにホルダ位置決め部23cを配置してもよい。これにより、ヒータホルダ23を短手方向に精度良く位置決めでき、ひいてはヒータ22を短手方向に精度良く位置決めできる。
また、位置決め部を長手方向の非通紙領域に対応する位置に設けることもできる。例えば図22に示すように、中央側発熱部65Aおよび端部側発熱部65Bの長手方向の発熱領域は、定着装置9に通紙される最大幅の用紙P4(例えばA3用紙:用紙幅297mm)よりも少し大きい300mmの幅で設けられる。そして、第4ヒータ位置決め部23b4は、用紙P4の通紙領域D4内で、用紙P4よりも一つ幅の小さい用紙P3の通紙領域D3の外側に設けられる。つまり、第4ヒータ位置決め部23b4は、用紙P4を通紙時の非通紙領域に対応する位置に設けられる。これにより、ヒータ22の温度が上昇しやすい領域でヒータホルダ23をヒータ22に当接させることができる。従って、ヒータ22や定着ベルト20の温度を長手方向に均一化できる。
また、図22の第4ヒータ位置決め部23b4のようにホルダ位置決め部23cを配置してもよい。これにより、ヒータホルダ23を短手方向に精度良く位置決めでき、ヒータホルダ23、ひいては、ヒータ22や定着ベルト20の温度を長手方向に均一化できる。
また、ヒータ位置決め部23bをヒータ22の電極部61に対応する位置に設けることもできる。具体的には、図23に示すように、第4ヒータ位置決め部23b4は、長手方向の電極部61に対応する位置に設けられる。これにより、電極部61が設けられる位置で、ヒータ22を精度良く短手方向に位置決めできる。従って、電極部61とコネクタ70のコンタクト端子72の接点部72a(図9参照)との位置精度を高めることができ、これらの位置ズレによる給電不良を防止できる。
また図24に示すように、長手方向において、位置決め部23bに対応する位置にサーミスタ38や温度検知部材としてのサーモスタット39を配置できる。本実施形態では、長手方向において、サーミスタ38を第3ヒータ位置決め部23b3に対応する位置に設け、サーモスタット39を第4ヒータ位置決め部23b4に対応する位置に設ける。ただし、これに限るものではない。
サーモスタット39は、ヒータ22の異常昇温を検知して、ヒータ22への通電を遮断するための電力遮断部材である。サーモスタット39が検知した温度が所定の閾値を超えると、ヒータ22への通電が遮断される。
位置決め部23bに対応する位置にサーミスタ38あるいはサーモスタット39を配置することで、サーミスタ38あるいはサーモスタット39とヒータ22との位置精度を高めることができる。従って、サーミスタ38あるいはサーモスタット39が、ヒータ22の温度をより正確に検知できる。
また図12等では、ホルダ位置決め部23cがヒータ22よりも用紙搬送方向上流側でヒータホルダ23を位置決めする場合を示したが、用紙搬送方向下流側で位置決めしてもよい。例えば図25に示すように、ヒータホルダ23にホルダ位置決め部23cが設けられる。ステー24は、その下流側部分(ヒータ22よりも下流側の部分)に対して、ホルダ位置決め部23cが上流側から(図25の下側から)当接する。これにより、ヒータホルダ23がステー24に対して位置決めされる。
前述のように、ヒータ22がヒータホルダ23のヒータ位置決め部23bに当接することで、ヒータホルダ23は用紙搬送方向下流側へ押されている。従って、ヒータホルダ23をヒータ22よりも用紙搬送方向下流側の位置で、ステー24に対して位置決めすることで、ヒータ22およびヒータホルダ23の短手方向(用紙搬送方向)の位置精度を高めることができる。
また図26に示すように、フランジ32が、ステー24が当接してステー24を短手方向に位置決めするステー位置決め部(支持部材位置決め部)32fを有する構成としてもよい。ステー位置決め部32fは平面部により構成される。ステー位置決め部32fはヒータ22よりも用紙搬送方向下流側でステー24に当接し、ステー24を位置決めする。これにより、ステー24のフランジ32に対する位置決めもヒータ22の下流側で行うことができるため、ステー24、ひいては、ヒータホルダ23やヒータ22の短手方向の位置精度を高めることができる。
また図4に示すように、フランジ32は、ガイド溝32aを側壁部28の挿通溝28bに進入させる構成となっている。つまり図27に示すように、用紙搬送方向下流側のガイド溝32aを形成する下側の壁面部32gが、挿通溝28bを構成する壁面部の上面に当接して、側壁部28に対するフランジ32の短手方向の位置決めがされる。この壁面部32gの挿通溝28bを構成する壁面部に対する当接位置は、ヒータ22よりも用紙搬送方向下流側に設けられる。これにより、フランジ32、ひいては、ヒータホルダ23やヒータ22の短手方向の位置精度を高めることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
本発明に係る画像形成装置は、図1に示すカラー画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等であってもよい。
記録媒体としては、用紙P(普通紙)の他、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙(コート紙やアート紙等)、トレーシングペーパ、OHPシート、プラスチックフィルム、プリプレグ、銅箔等が含まれる。
以上の定着装置9では、ヒータ22がニップ形成部材と同一の部材である構成を示したが、本発明の定着装置(加熱装置)はこれに限らない。つまり、定着装置が加熱部材とニップ形成部材とを異なる部材として有していてもよい。
例えば図28に示すように、本実施形態の定着装置9は、定着ベルト20の内面に接触するニップ形成部材41とは別に、ハロゲンヒータ43を有する。また定着装置9は、保持部材としての定着パッド42を有する。なお、ハロゲンヒータ43とステー24との間に反射部材が設けられていてもよい。
ニップ形成部材41は、定着ベルト20を介して加圧ローラ21との間に定着ニップNを形成する。
ニップ形成部材41は、定着ベルト20の温度を長手方向に均一化する均熱板としても機能する。ニップ形成部材41は定着パッド42よりも熱伝導率の高い材料により形成される。ニップ形成部材41の材料としては、アルミニウム、SUS、そして銅系材質を用いることができる。
次に、上記の熱伝導率の算出方法について説明する。熱伝導率を算出する際には、まず、対象の物体の熱拡散率を測定し、この熱拡散率を用いて熱伝導率を算出する。
熱拡散率の計測は、熱拡散率・熱伝導率測定装置(商品名:ai-Phase Mobile 1u、株式会社アイフェイズ性)を用いた。
上記熱拡散率を熱伝導率に換算するためには、密度と比熱容量の値が必要である。 密度の計測には、乾式自動密度計(商品名:Accupyc 1330、株式会社島津製作所製)を用いた。 また、比熱容量の計は、示差走査型熱量測定装置(商品名:商品名:DSC-60 株式会社島津製作所製)を用い、比熱容量が既知の基準物質としてサファイアを用いて測定した。本実施例では比熱容量測定を5回行い、50℃における平均値を用いた。密度および比熱容量をそれぞれρ、Cとすると、上記熱拡散率測定で得られた熱拡散率αとから、熱伝導率λは、以下の数1式により得ることができる。
Figure 2022172802000002
定着パッド42は、ニップ形成部材41を保持する。またステー24は背面側(定着ニップNと反対側)から定着パッド42を支持する。
ハロゲンヒータ43は、輻射熱により定着ベルト20の内面を加熱する。ハロゲンヒータ43は、その長手方向にフィラメントが密に巻かれた密巻き部と疎巻き部とを有する。そして、ハロゲンヒータ43における発熱領域M(図7参照)とは、ハロゲンヒータ43における主たる発熱領域のことであり、密巻き部全体を含む領域(密巻き部が長手方向に断続的に設けられる場合には、その間も含む領域)である。
定着ベルト20は、加圧ローラ21の回転により図28の矢印方向へ従動回転する。これにより、前述のヒータ22やヒータホルダ23と同様、ニップ形成部材41や定着パッド42が定着ベルト20の回転方向の摩擦力を受けて撓んでしまう。従って、前述の位置決め部の構成をそれぞれニップ形成部材41と定着パッド42に適用することにより、つまり、定着パッド42に、ニップ形成部材41を位置決めするニップ形成部材位置決め部、および、定着パッド42をステー24に対して位置決めする保持部材位置決め部を設けることにより、定着ベルト20の摩擦力による定着パッド42の変形を抑制でき、ひいては、ニップ形成部材41の変形を抑制できる。
また図29に示す定着装置9は、定着ベルト20と加圧ローラ21とに代えて、定着ローラ44と加圧ベルト45とを有する。定着ローラ44の内側にはハロゲンヒータ43が設けられる。加圧ベルト45の内側にはニップ形成部材41、定着パッド42、ステー24等が設けられる。
ハロゲンヒータ43は定着ローラ44をその内側から加熱する。ニップ形成部材41は、加圧ベルト45を介して定着ローラ44との間に定着ニップNを形成する。定着パッド42は、ニップ形成部材41を保持する。またステー24は背面側(定着ニップNと反対側)から定着パッド42を支持する。
本実施形態においても、加圧ベルト45の図29の矢印方向の回転により、ニップ形成部材41や定着パッド42が加圧ベルト45の回転方向の摩擦力を受けて変形する。従って、前述の位置決め部の構成をそれぞれニップ形成部材41に適用することにより、加圧ベルト45の摩擦力による定着パッド42の変形を抑制でき、ひいては、ニップ形成部材41の変形を抑制できる。
また、本発明は、上記の実施形態で説明したような定着装置に限らず、用紙に塗布されたインクを乾燥させる乾燥装置、さらには、被覆部材としてのフィルムを用紙等のシートの表面に熱圧着するラミネータや、包材のシール部を熱圧着するヒートシーラーなどの熱圧着装置のような加熱装置にも適用可能である。これにより、保持部材やニップ形成部材(あるいは加熱部材)の変形を抑制できる。
以上の説明では、ニップ形成部材(ヒータ22あるいはニップ形成部材41)を保持部材に対して位置決めするニップ形成部材位置決め部が、保持部材に設けられる場合を示したが、ニップ形成部材側に設けられていてもよい。例えば、図12(a)に示す実施形態で、ヒータ22(の基材50)の短手方向下流側で、長手方向の一部に、ヒータホルダ23側(図12aの上側)へ突出するヒータ位置決め部を設けてもよい。
また以上の実施形態では、保持部材(ヒータホルダ23あるいは定着パッド42)をステー24に対して位置決めする保持部材位置決め部が、保持部材に設けられる場合を示したが、ステー24側に設けられていてもよい。
以上の実施形態では、例えば図7の左側を長手方向一方側とし、図7の右側を長手方向の他方側としたが、これは逆であってもよい。
1 画像形成装置
9 定着装置(加熱装置)
20 定着ベルト(ベルト部材あるいは定着部材)
21 加圧ローラ(対向部材あるいは加圧部材)
22 ヒータ(ニップ形成部材あるいは加熱部材)
23 ヒータホルダ(保持部材)
23b1 第1ヒータ位置決め部(第1ニップ形成部材位置決め部)
23b2 第2ヒータ位置決め部(第2ニップ形成部材位置決め部)
23b3 第3ヒータ位置決め部(第3ニップ形成部材位置決め部)
23b4 第4ヒータ位置決め部(第4ニップ形成部材位置決め部)
23c1 第1ホルダ位置決め部(保持部材位置決め部)
23c2 第2ホルダ位置決め部(保持部材位置決め部)
23c3 第3ホルダ位置決め部(保持部材位置決め部)
24 ステー(支持部材)
28 側壁部(側板)
32 フランジ(端部保持部材)
38 サーミスタ(温度検知部材)
39 サーモスタット(温度検知部材あるいは電力遮断部材)
50 基材
60 抵抗発熱体
61 電極部(給電部)
65A 中央側発熱部
65B 端部側発熱部
70 コネクタ(給電部材)
A 用紙搬送方向
C 分割領域
M ヒータの加熱領域
M1 ヒータの加熱領域の中央位置
N 定着ニップ(ニップ部)
P 用紙(記録媒体)
X 長手方向
Y 短手方向
特開2002-72719号公報

Claims (22)

  1. 無端状のベルト部材と、
    前記ベルト部材に対向する対向部材と、
    加熱部材と、
    前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を介して前記対向部材との間にニップ部を形成するニップ形成部材と、
    前記ニップ形成部材を保持する保持部材と、
    前記保持部材を前記対向部材側と反対側から支持する支持部材とを備えた加熱装置であって、
    前記加熱部材と前記ニップ形成部材とは、同一の部材あるいは異なる部材であり、
    前記加熱部材の長手方向における加熱領域の中央位置を長手方向の中央位置とすると、
    前記ニップ形成部材あるいは前記保持部材の少なくとも一方は、前記ニップ形成部材を前記保持部材に対して前記ベルト部材の回転方向に位置決めする複数のニップ形成部材位置決め部を有し、
    前記ニップ形成部材位置決め部として、前記長手方向において、前記中央位置よりも一方側と他方側とにそれぞれ配置された第1ニップ形成部材位置決め部および第2ニップ形成部材位置決め部と、前記第1ニップ形成部材位置決め部および前記第2ニップ形成部材位置決め部よりも前記中央位置の近くに配置される第3ニップ形成部材位置決め部とを有し、
    前記保持部材あるいは前記支持部材の少なくとも一方は、前記保持部材を前記支持部材に対して前記ベルト部材の回転方向に位置決めする保持部材位置決め部を有し、
    前記長手方向において、前記保持部材位置決め部は、前記第1ニップ形成部材位置決め部あるいは前記第2ニップ形成部材位置決め部の少なくともいずれか一方よりも前記中央位置の近くに配置されることを特徴とする加熱装置。
  2. 前記保持部材位置決め部を複数有する請求項1記載の加熱装置であって、
    前記長手方向において、少なくともいずれか一つの前記保持部材位置決め部は、前記中央位置よりも一方側に配置され、かつ、前記第1ニップ形成部材位置決め部よりも前記中央位置の近くに配置され、
    少なくともいずれか一つの前記保持部材位置決め部は、前記中央位置よりも他方側に配置され、かつ、前記第2ニップ形成部材位置決め部よりも前記中央位置の近くに配置される加熱装置。
  3. 前記長手方向において、前記第3ニップ形成部材位置決め部の少なくとも一部を、前記加熱装置が対応する最小の長さの記録媒体が通過する領域内に配置する請求項1または2記載の加熱装置。
  4. 前記長手方向において、前記ニップ形成部材位置決め部を前記中央位置に配置する請求項1から3いずれか1項に記載の加熱装置。
  5. 前記長手方向において、前記保持部材位置決め部を前記中央位置に配置する請求項1から4いずれか1項に記載の加熱装置。
  6. 前記長手方向において、前記ニップ形成部材位置決め部と前記保持部材位置決め部とが重ねて配置される請求項1から5いずれか1項に記載の加熱装置。
  7. 前記加熱部材と前記ニップ形成部材とは同一の部材である請求項1から6いずれか1項に記載の加熱装置。
  8. 前記加熱部材は、前記長手方向に並んで配置された複数の抵抗発熱体を備え、
    前記長手方向において、前記抵抗発熱体同士の分割領域に対応する位置に、前記ニップ形成部材位置決め部あるいは前記保持部材位置決め部の少なくともいずれか一方を設ける請求項7記載の加熱装置。
  9. 前記加熱部材は、前記長手方向に並んで配置された複数の抵抗発熱体を備え、
    前記長手方向において、前記抵抗発熱体同士の分割領域より外側の位置に、前記ニップ形成部材位置決め部あるいは前記保持部材位置決め部の少なくともいずれか一方を設ける請求項7記載の加熱装置。
  10. 前記加熱部材は、一または複数の抵抗発熱体からなり、それぞれ独立して通電可能な中央側発熱部と端部側発熱部とを備え、
    前記中央側発熱部は、前記端部側発熱部よりも前記長手方向の中央位置に近い位置に設けられ、
    前記長手方向において、前記中央側発熱部の外側で、前記中央側発熱部が対応する幅の記録媒体の通過する領域よりも外側で、当該記録媒体より一つ幅の大きな記録媒体の通過する領域内に対応する位置に、前記ニップ形成部材位置決め部あるいは前記保持部材位置決め部の少なくともいずれか一方を設ける請求項7から9いずれか1項に記載の加熱装置。
  11. 前記加熱部材は、一または複数の抵抗発熱体からなり、それぞれ独立して通電可能な中央側発熱部と端部側発熱部とを備えた請求項7から10いずれか1項に記載の加熱装置であって、
    前記中央側発熱部は、前記端部側発熱部よりも前記長手方向の中央位置に近い位置に設けられ、
    前記長手方向において、前記加熱装置が対応する最大幅の記録媒体の通過する領域内で、当該記録媒体よりも一つ幅の小さい記録媒体の通過する領域の外側に対応する位置に、前記ニップ形成部材位置決め部あるいは前記保持部材位置決め部の少なくともいずれか一方を設ける加熱装置。
  12. 前記加熱部材は、抵抗発熱体と、給電部材に当接し、前記抵抗発熱体に給電する複数の給電部とを備え、
    前記長手方向において、前記給電部に対応する位置に、前記ニップ形成部材位置決め部を設ける請求項7から11いずれか1項に記載の加熱装置。
  13. 温度検知部材をさらに備えた請求項7から12いずれか1項に記載の加熱装置であって、
    前記長手方向において、前記温度検知部材に対応する位置に、前記ニップ形成部材位置決め部を設ける加熱装置。
  14. 前記保持部材は樹脂材により形成され、前記支持部材は前記保持部材よりも剛性の大きな材料により形成される請求項7から13いずれか1項に記載の加熱装置。
  15. 前記ベルト部材の回転方向において、前記ニップ形成部材位置決め部および前記保持部材位置決め部は、前記ニップ形成部材よりも下流側から前記ニップ形成部材あるいは前記保持部材を位置決めする請求項1から14いずれか1項に記載の加熱装置。
  16. 前記ニップ形成部材位置決め部の前記長手方向の幅を前記保持部材位置決め部の前記長手方向の幅よりも大きくした請求項1から15いずれか1項に記載の加熱装置。
  17. 前記ニップ形成部材位置決め部の前記長手方向の幅を前記保持部材位置決め部の前記長手方向の幅よりも小さくした請求項1から16いずれか1項に記載の加熱装置。
  18. 前記ベルト部材は樹脂材からなる基層を有する請求項1から17いずれか1項に記載の加熱装置。
  19. 前記ベルト部材は、ゴムからなる弾性層を有しないゴムレスベルトである請求項1から18いずれか1項に記載の加熱装置。
  20. 熱により記録媒体上のトナーを定着させる定着装置である請求項1から19いずれか1項に記載の加熱装置。
  21. 熱により記録媒体上の液体を乾燥させる乾燥装置である請求項1から19いずれか1項に記載の加熱装置。
  22. 請求項20または21記載の加熱装置を備えた画像形成装置。
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