JP4302465B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置であって、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置、およびこれを搭載したかかる画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスを用い、画像転写方式もしくは直接方式により、未定着トナー画像を、記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録材に担持させるようになっている。

このような画像形成装置においては、未定着トナー画像を記録材に定着させるための定着装置が必要であり、この定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式で定着を行うものが広く採用されている。
一方、画像形成装置に対しては、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきており、これらの要求を満たす性能を達成するためには、かかる定着装置の熱効率の改善が重要である。

ここで、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式のそれぞれを採用した定着装置について説明する。
熱ローラ方式の定着装置は、内部にハロゲンランプ等の熱源を有し所定の温度に温調される回転体としての定着ローラと、これに圧接された加圧ローラとの回転ローラ対を基本構成とし、これらの回転ローラ対の接触部いわゆる定着ニップ部に記録材を導入して搬送させ、定着ローラおよび加圧ローラからの熱および圧力により未定着トナー画像を溶融させて定着させるようになっている。

フィルム加熱方式の定着装置は、たとえば〔特許文献1〕、〔特許文献2〕等において提案されており、支持部材に固定支持された加熱体に、耐熱性を有する薄肉の定着フィルムを介して記録材を密着させ、定着フィルムを加熱体に対して摺動移動させながら、加熱体の熱を、定着フィルムを介して記録材に供給するものである。この定着装置は、加熱体として、例えば、耐熱性・絶縁性・良熱伝導性等の特性を有するアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板上に抵抗層を備えたセラミックヒータを使用する。またこの定着装置は、定着フィルムとして薄膜で低熱容量のものを用いることができるために、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォームアップ時間の短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギー化が可能になる。

電磁誘導加熱方式の定着装置は、たとえば〔特許文献3〕において提案されているように、交番磁界により磁性金属部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、金属部材を含む加熱体を電磁誘導発熱させる技術を用いるものである。
以下に従来の電磁誘導加熱方式の定着装置の構成について説明する。

図8に示すように、かかる定着装置は、励磁コイルユニット118と加熱部である磁性金属部材119とからなる加熱体120が装着されたフィルム内面ガイド121と、磁性金属部材119を内壁に当接した状態でフィルム内面ガイド121を包む耐熱性を備えた円筒状のフィルム117と、磁性金属部材119の位置でフィルム117に圧接してこのフィルム117との間に定着ニップ部Nを形成するとともにフィルム117を回転させる加圧ローラ122とを有している。

フィルム117には、膜厚が100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性を有するPTFE、PFA、FEPの等の単層フィルム、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等のフィルムの外周表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムが使用されている。フィルム内面ガイド121はPEEK、PPS等の樹脂より形成された剛性・耐熱性を有する部材からなり、加熱体120はこのようなフィルム内面ガイド121の長手方向の略中央部に嵌め込まれている。

加圧ローラ122は、芯122aと、その周囲に設けられたシリコーンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層122bとを有しており、図示しない軸受や図示しない付勢手段により所定の押圧力を持ってフィルム17を挟んで加熱体120の磁性金属部材119に圧接するように配設されている。そして加圧ローラ122は図示しない駆動手段により反時計回りに回転駆動される。
加圧ローラ122の回転駆動により、加圧ローラ122とフィルム117との間に摩擦力が発生してフィルム117に回転力が作用し、フィルム117は加熱体120の磁性金属部材19に密着しながら摺動回転する。

加熱体120が所定の温度に達した状態において、定着ニップ部Nのフィルム117と加圧ローラ122との間に、図示しない画像形成部で形成された未定着のトナー像Tを有する記録材111を導入する。記録材111は加圧ローラ122とフィルム117とに挟まれて定着ニップ部Nを搬送されることにより磁性金属部材119の熱がフィルム117を介して記録材111に付与され、未定着のトナー像Tが記録材111上に溶融定着される。なお、定着ニップ部Nの出口においては、通過した記録材111はフィルム117の表面から分離されて図示しない排紙トレイに搬送される。

このように、電磁誘導加熱方式の定着装置では、渦電流の発生を利用することで、誘導加熱手段としての磁性金属部材119をフィルム117を介して記録材111のトナー像Tに近くに配置することができ、フィルム加熱方式の定着装置よりもさらに加熱効率がアップする。

なお、画像形成装置の中でも、フルカラー画像形成装置における定着装置では、4層以上に積層された厚みのあるトナー粒子層を十分に加熱溶融させる能力が要求されるため、電磁誘導加熱方式の定着装置では、トナー像を十分包み込んで均一に加熱溶融するためにフィルムの表面に200μm程度のゴム弾性層が必要となる。また、電磁誘導加熱方式の定着装置については、〔特許文献4〕においても開示されており、また電磁誘導加熱方式の、定着ベルトを用いたタイプの定着装置については〔特許文献5〕において開示されている。

このような電磁誘導加熱方式の定着装置では、定着ベルト等の発熱部材をなす回転体を電磁誘導によって直接発熱するものであるため、従来の赤外線ヒータやハロゲンランプを用いた輻射加熱方式等の加熱方式と比較して熱変換効率が高く、より小さい電力でかかる発熱部材の表面を所定の定着温度まで迅速に加熱し昇温させることができ、ウォームアップタイムの短縮も可能となる。このように、電磁誘導加熱方式の定着装置は熱効率が高いため、省エネルギー化、高速化に関する市場要求が強くなってきている画像形成装置に搭載される定着装置として期待が高まっている。

しかしながら、電磁誘導加熱方式の定着装置では、発熱部材を局部的に加熱するという特徴を有するため、発熱部材を停止させた状態で電磁誘導加熱を行うと、発熱部材が局所的に非常な高温となり、発熱部材あるいは発熱部材に接触、近接する別の部材の耐熱温度を越えて、熱的な変質や変形を引き起こし、異臭、発煙が発生するという問題が発生する。

そこで従来より、電磁誘導加熱を行う誘導加熱手段への通電は発熱部材が回転している時のみに行うのが一般的となっており、そのため、発熱部材を駆動する駆動モータからの動作信号によって誘導加熱手段への通電を制御する技術や、〔特許文献5〕において開示されているように、発熱部材の回転を検知する回転検知センサーを設け、その出力信号によって誘導加熱手段への通電を制御する技術が提案されている。

特開昭63−313182号公報 特開平1−263679号公報 特開平8−22206号公報 特開2001−13805号公報 特開2002−82549号公報

しかし、駆動モータからの動作信号によって誘導加熱手段への通電を制御したり、回転検知手段の出力信号によって誘導加熱手段への通電を制御したりする方法のみでは、制御ソフトの異常を含め、機器の故障により、万一、発熱部材の非回転時に誘導加熱手段への通電が行われた場合、装置の発火、発煙に至ることも考えられる。

なお、誘導加熱手段を用いた定着装置においては、発熱部材の温度を検知する検知手段やサーモスタット等の安全装置を誘導加熱手段の近傍に設ける必要があるが、〔特許文献5〕において開示されているように、発熱部材の外部に誘導加熱手段を設けた場合、温度検知手段や安全装置を誘導加熱手段の対向位置に配置することはレイアウト的に困難であるため、温度検知手段や安全装置を正常に動作させるために、誘導加熱手段の内部にサーモスタット等の安全装置を配置することも考えられるが、サーモスタットを誘導加熱手段内部に設けた場合には発熱効率が低下し、サーモスタットがない場合の1.5〜2倍のウォームアップタイムがかかることが、実験でわかっている。

本発明は、上述の種々の問題を解決した、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される、電磁誘導加熱方式を採用し、ウォームアップ時間が短く、誘導加熱手段による過剰な加熱という異常事態に対応して安定に用いることのできる定着装置、およびこれを搭載したかかる画像形成装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、回転体と、この回転体の外部に配置され、同回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、前記回転体の回転を検知し、この回転を検知したことを条件に前記加熱手段による加熱を開始させるための回転検知手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段が検知した温度に基づいて温度異常を検出したときに前記加熱手段による加熱を停止させるための異常検出手段とを有し、前記温度検知手段が、前記加熱手段によって加熱される前の前記回転体の温度を検知する第1の温度検知手段と、前記加熱手段によって加熱された後の前記回転体の温度を検知する第2の温度検知手段とを有し、前記異常検出手段は、前記回転検知手段が前記回転体の非回転を検知したとき、第1の温度検知手段と第2の温度検知手段との少なくとも一方を用いて温度異常を検出するための基準温度値を、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知した場合の前記基準温度値よりも低い温度値に切り替え、この温度値を基準として高温による温度異常を検出するとともに、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知し前記加熱手段による加熱を開始したとき、第1の温度検知手段によって検知された温度と第2の温度検知手段によって検知された温度との差が基準値よりも少ない場合、または基準値以下の場合に温度異常を検出する定着装置にある。

請求項記載の発明は、請求項記載の定着装置において、前記回転体としての定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ、または、前記回転体としての加熱ローラ、または、前記回転体としての定着ローラを有し、前記加熱手段は、当該ローラに対向して配置されていることを特徴とする。

請求項記載の発明は、請求項1または2記載の定着装置を有する画像形成装置にある。

本発明は、回転体と、この回転体の外部に配置され、同回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、前記回転体の回転を検知し、この回転を検知したことを条件に前記加熱手段による加熱を開始させるための回転検知手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段が検知した温度に基づいて温度異常を検出したときに前記加熱手段による加熱を停止させるための異常検出手段とを有し、前記温度検知手段が、前記加熱手段によって加熱される前の前記回転体の温度を検知する第1の温度検知手段と、前記加熱手段によって加熱された後の前記回転体の温度を検知する第2の温度検知手段とを有し、前記異常検出手段は、前記回転検知手段が前記回転体の非回転を検知したとき、第1の温度検知手段と第2の温度検知手段との少なくとも一方を用いて温度異常を検出するための基準温度値を、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知した場合の前記基準温度値よりも低い温度値に切り替え、この温度値を基準として高温による温度異常を検出するとともに、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知し前記加熱手段による加熱を開始したとき、第1の温度検知手段によって検知された温度と第2の温度検知手段によって検知された温度との差が基準値よりも少ない場合、または基準値以下の場合に温度異常を検出する定着装置にあるので、回転検出手段の検出情報に応じて異常検出の基準温度値を切り替えるため、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題を防止できるとともに、回転検出手段が故障して回転体の非回転が検知されたが実際には回転体が回転しており、この状態で加熱手段による加熱された場合であっても温度異常を検出できるとともに、回転検出手段が故障して回転体の回転が検知されたが実際には回転体が非回転であり、この状態で加熱手段による加熱された場合であっても温度異常を検出できるめ、回転体が回転状態であっても非回転状態であっても温度異常を検出でき、加熱手段による加熱を停止させ、安全性および信頼性の高い、ウォームアップ時間が短い定着装置を提供することができる。

本発明は、請求項1または2記載の定着装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する定着装置を有し、ウォームアップ時間が短く安全性の高い画像形成装置を提供することができる。

図1に本発明を適用した、カラー画像を形成可能な画像形成装置の概略を示す。画像形成装置100は、カラーレーザプリンタであるが、他のタイプのプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等、他の画像形成装置であっても良い。画像形成装置100は、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。これは画像形成装置100がファクシミリとして用いられる場合も同様である。画像形成装置100は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、OHPシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体として画像形成を行なうことが可能である。

画像形成装置100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な複数の像担持体としての感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKを並設したタンデム構造を採用しており、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに形成された可視像が、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに対峙しながら矢印A1方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体としての中間転写ベルトである転写ベルト11に対しそれぞれ重畳転写され、その後、記録媒体である転写材たる転写紙Sに一括転写されるようになっている。

転写ベルト11に対する重畳転写は、転写ベルト11がA1方向に移動する過程において、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに形成された可視像が、転写ベルト11の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKに対向して配設された1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKによる電圧印加によって、A1方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。

各感光体ドラム感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKは、A1方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像を形成するための、画像形成部としてのトナー像形成部たる画像ステーションに備えられている。

画像形成装置100は、かかる4つの画像ステーションと、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKの上方に対向して配設され、転写ベルト11及び1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKを備えた転写ベルトユニット10と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである2次転写ローラ5と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置としてのクリーニング装置13と、かかる4つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光走査装置8とを有している。

画像形成装置100はまた、感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKと転写ベルト11との間に向けて搬送される転写紙Sを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置61と、シート給送装置61から搬送されてきた転写紙Sを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20BKと転写ベルト11との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対4と、転写紙Sの先端がレジストローラ対4に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。

画像形成装置100はまた、トナー像を転写された転写紙Sに同トナー像を定着させるための定着ユニットとしての定着装置6と、定着済みの転写紙Sを画像形成装置100の本体外部に排出する排紙ローラ7と、画像形成装置100の本体上部に配設され排出ローラ7により画像形成装置100の本体外部に排出された転写紙Sを積載する排紙トレイ17と、排紙トレイ17の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル9Y、9C、9M、9BKとを有している。

転写ベルトユニット10は、転写ベルト11、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKの他に、中間転写ベルトケース14と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKとともに転写ベルト11を巻き掛けられた、駆動部材である駆動ローラ72と、転写入口ローラ73と、クリーニング対向ローラ74とを有している。

クリーニング対向ローラ74は、詳細を図示しない付勢手段により、転写ベルト11の張力を増加する方向に付勢されており、転写ベルト11に、転写に適した所定の張力を与えるテンションローラたる機能を有している。転写ベルトユニット10と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12BKと、2次転写ローラ5と、クリーニング装置13とは、転写装置71を構成している。

シート給送装置61は、画像形成装置100の本体下部に配設されており、最上位の転写紙Sの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ3を有しており、給送ローラ3が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の転写紙Sをレジストローラ対4に向けて給送するようになっている。

クリーニング装置13は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト11に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有しており、転写ベルト11上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト11をクリーニングするようになっている。

画像ステーションについて、そのうちの一つの、感光体ドラム20Yを備えた画像ステーションの構成を代表して構成を説明する。なお、他の画像ステーションの構成に関しても実質的に同一であるので、以下の説明においては、便宜上、感光体ドラム20Yを備えた画像ステーションの構成に付した符号に対応する符号を、他の画像ステーションの構成に付し、詳細な説明については適宜省略することとし、符号の末尾にY、C、M、Kが付されたものはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成を行うための構成であることを示すこととする。

図2に示すように、感光体ドラム20Yを備えた画像ステーションは、感光体ドラム20Yの周囲に、図中時計方向であるその回転方向B1に沿って、1次転写ローラ12Yと、クリーニング手段としてのクリーニング装置40Yと、帯電手段である帯電装置としての帯電ローラ30Yと、現像手段としての現像ユニットである現像装置50Yとを有している。

クリーニング装置40Yは、感光体ドラム20Yに対向する部分に開口部を有するクリーニングケース43Yと、基端部がクリーニングケース43Yに固定され先端部が感光体ドラム20Yに当接し感光体ドラム20Y上の残留トナーを掻き取ってクリーニングするためのクリーニングブレード41Yと、クリーニングケース43Yに回転自在に支持され、クリーニングブレード41によって掻き取られた残留トナーを図示しない廃トナーボトルに向けて搬送するための廃トナースクリュ42Y等を有している。

帯電ローラ30Yは、感光体ドラム20Yの表面に当接して従動回転する。帯電ローラ30Yには、直流に交流成分のバイアスを重畳印加する図示しない電圧印加手段が接続されており、感光体ドラム20Yと対向する帯電領域において、感光体ドラム20Yの表面を除電すると同時に、所定の極性に帯電するようになっている。帯電ローラ30Yには、帯電ローラ30Yに従動回転するクリーニングローラ31Yが当接しており、帯電ローラ30Yをクリーニングするようになっている。

現像装置50Yは、感光体ドラム20Yに対向する部分に開口部を有する現像ケース55Yと、かかる開口部から感光体ドラム20Yに臨むよう感光体ドラム20Yに近接対向して配設された現像ローラ51Yと、現像ローラ51Y上の現像剤を一定の高さに規制する現像ブレード52Yと、現像ケース55Yの下部に互いに対向するように配設され、現像剤を攪拌するとともに現像ローラ51Yに現像剤を供給するための第1搬送スクリュ53Y及び第2攪拌スクリュ54Y等とを有している。

現像装置50Yにおいては、現像ブレード52Yによって現像剤の担持量を規制された現像ローラ51Yが、その矢印C1方向への回転により、現像ローラ51Yと感光体ドラム20Yとの間の現像領域に、現像ブレード52Yによって量を適量とされた現像剤を運び、現像剤中のイエロートナーが感光体ドラム20Yの表面に形成された静電潜像に静電的に移行して、静電潜像をイエロートナー像として可視像化するようになっている。現像ケース55Y内の現像剤には、トナーボトル9Yからイエロートナーが補給、供給され、第1搬送スクリュ53Y及び第2攪拌スクリュ54Yによって供給されたイエロートナーと現像剤とが攪拌混合され、攪拌混合された現像剤が現像ローラ51Y供給される。

1次転写ローラ12Yには、図示しない電圧印加手段によって1次転写に適した所定の電圧が印加されるようになっている。図1に示した光走査装置8は、図2に示すように、感光体ドラム20Yにおける帯電領域と現像領域との間の領域に、光変調されたレーザー光Lを照射して帯電ローラ30Yにより帯電された後の感光体ドラム20Yの表面を露光し、現像装置50Yによってイエロートナー像として可視像化される静電潜像を形成するようになっている。

したがって、感光体ドラム20Yは、B1方向への回転に伴い、帯電ローラ30Yにより表面を一様に帯電され、光走査装置8からのレーザー光の露光走査によりイエロー色に対応した静電潜像を形成され、この静電潜像を現像装置50Yによりイエロー色のトナーにより現像され、現像により得られたイエロー色のトナー像を1次転写ローラ12YによりA1方向に移動する転写ベルト11に1次転写され、転写後に残留したトナー等の異物をクリーニング装置40Yにより除去されて帯電ローラ30Yによる次の除電、帯電に供される。

他の感光体ドラム20C、20M、20BKにおいても同様に各色のトナー像が形成される等し、形成された各色のトナー像は、1次転写ローラ12C、12M、12BKにより、A1方向に移動する転写ベルト11上の同じ位置に順次1次転写される。転写ベルト11上に重ね合わされたトナー像は、転写ベルト11のA1方向の回転に伴い、2次転写ローラ5との対向位置である2次転写部である転写部まで移動し、この転写部において転写紙Sに2次転写される。

転写ベルト11と2次転写ローラ5との間に搬送されてきた転写紙Sは、シート給送装置61から給送ローラ3によって繰り出されてフィードされ、レジストローラ対4によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト11上のトナー像の先端部が2次転写ローラ5に対向するタイミングで送り出されたものである。

転写紙Sは、すべての色のトナー像を一括転写され、担持すると、定着装置6に進入し、後述するように、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を定着され、転写紙S上にカラー画像が形成される。定着装置6を通過した定着済みの転写紙Sは、排紙ローラ7を経て、画像形成装置100の本体上部の排紙トレイ17上にスタックされる。一方、2次転写を終えた転写ベルト11は、クリーニング装置13に備えられたクリーニングブラシ及びクリーニングブレードによってクリーニングされ、画像ステーションによる次の現像工程に備える。

図3に示すように、定着装置6は、トナー像を構成するトナーを定着される記録紙を搬送するための無端帯状のベルトであるトナー加熱媒体としての発熱部材たる無端の定着ベルト88と、この回転体たる定着ベルト88を巻き掛けられた発熱ローラとしての発熱部材たる加熱ローラ82と、加熱ローラ82に平行に配設され加熱ローラ82とともに定着ベルト88を巻き掛けられた定着ローラ89と、定着ローラ89に対向して配置され定着ローラ89と対向する領域で定着ベルト88を介して定着ベルト88に当接する加圧ローラ83とを有している。

定着装置6はまた、定着ベルト88を介して加熱ローラ82に対向して配置され定着ベルト88と加熱ローラ82とを電磁誘導により加熱するための誘導加熱手段としての加熱手段90と、定着ベルト88の回転を検知する回転検知手段91と、定着ベルト88の外面に対向して配設され定着ベルト88の表面の温度を検知する温度検知手段としてのセンサ95と、センサ95が検知した定着ベルト88の温度に基づいて温度異常を検出する異常検出手段としてのCPU等を備えた制御手段とを有している。

加熱ローラ82と、定着ローラ89と、定着ベルト88と、加圧ローラ83とは、加圧ローラ83を回転駆動する、図示しない駆動手段によって回転駆動される。駆動手段によって加圧ローラ83が図3において時計回り方向に回転駆動され、加圧ローラ83により定着ベルト88がD1方向に回転駆動され、定着ベルト88により加熱ローラ82と定着ローラ89とが図3において反時計回り方向に回転駆動される。

定着ローラ89は、図示しない付勢手段により付勢され、加熱ローラ82と定着ローラ89とに張り渡され掛け渡された定着ベルト88に定着に適した所定のテンションを与えるテンションローラでもある。加圧ローラ83は図示しない付勢手段により定着ローラ89に向けて付勢されており、これにより定着ベルト88に圧接し、定着ベルト88との間に定着ニップ部たるニップ部Nを形成している。定着装置6は、ニップ部Nに、加圧ローラ83とこれに従動回転する定着ベルト88との回転により転写紙Sを通過させ、加熱すると同時に加圧して搬送することで未定着のトナーTを転写紙Sに定着する、いわゆるベルト方式の定着装置である。

加熱ローラ82は鉄製の中空円筒状の磁性金属部材によって構成され、外径が20mm、肉厚が0.2mmであって、低熱容量で昇温の速い構成となっている。加熱ローラ82の材質は鉄に限らず、コバルト、ニッケル等、または、鉄、コバルト、ニッケル等の合金等の磁性金属であってもよいし、その外径、肉厚は上記以外であっても良い。

定着ローラ89は、ステンレススチール製の金属製の芯金89aと、耐熱性を有するシリコンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金89aを被覆した弾性部材89bとを有している。加圧ローラ83からの押圧力で加圧ローラ83と定着ローラ89との間に所定幅の接触部を形成するために、外径を、加熱ローラ82のそれより大きい、30mm程度としている。弾性部材89bはその肉厚を3〜10mm程度としている。芯金89aの材質はステンレススチールでなくとも良い。

加熱ローラ82と定着ローラ89との構成はこのようになっているので、加熱ローラ82の熱容量と定着ローラ89の熱容量とでは、加熱ローラ82の熱容量のほうが小さく、したがって、加熱ローラ82を急速に加熱させウォームアップ時間を短縮することが可能となっている。

定着ベルト88は、詳細な図示を省略するが、ポリイミド基体と、ポリイミド基体の上に形成されたニッケル製の発熱層と、発熱層の上に形成されたシリコンゴム製の弾性層と、弾性層の上に形成されたPFA性の離型層とを有する、層構造の、耐熱性のベルトである。発熱層は銀等の材料で形成してもよく、離型層はPTFE等の材料で形成しても良い。

定着ベルト88は、加熱手段90により、加熱手段90との対向位置において、発熱層が電磁誘導により直接加熱されるとともに、加熱手段90により加熱手段90との対向位置において電磁誘導により加熱される加熱ローラ82との接触位置W1において、加熱手段90により間接的に加熱され、これら直接的な加熱と間接的な加熱とにより昇温するようになっている。そして、加熱ローラ82と定着ローラ89との回転によって、定着ベルト88はその発熱層および内面が連続的に加熱され、結果として全体にわたって加熱される。

加圧ローラ83は、銅製の円筒部材からなる芯金83aと、この芯金83aの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材83bとを有している。芯金83aは熱伝導性の高い金属製のものが適しており、銅以外にも、アルミ、SUSを使用することができる。加圧ローラ83の外径は定着ローラ89と同じ30mm程度としているが、肉圧は1〜2mm程度で定着ローラ89より薄く、また硬度は定着ローラ89の硬度より硬くしている。

加圧ローラ83は定着ベルト88を介して定着ローラ89を押圧してニップ部Nを形成しているが、本形態では、加圧ローラ83の硬度を定着ローラ89のそれに比べて硬くしていることにより、加圧ローラ83が定着ローラ89及び定着ベルト88へ食い込む形となり、この食い込みにより、転写紙Sは加圧ローラ83表面の円周形状に沿うため、転写紙Sが定着ベルト88表面から離れやすくなっている。

加熱手段90は、加熱ローラ82に対向する位置、言い換えると、加熱ローラ82の外部に、加熱ローラ82と別体で設けられ、磁界発生手段である励磁コイル87と、この励磁コイル87が巻き回されたコイルガイド板86と、励磁コイル87の外側に配設された、フェライト等の強磁性体よりなる比透磁率が2500の半円筒形状の励磁コイルコア84と、励磁コイルコア84を励磁コイル87に近接した位置で固定配置する励磁コイルコア支持部材81と、励磁コイル87に接続された、発振回路が周波数可変の図示しない駆動電源とを有している。励磁コイル87と、コイルガイド板86と、励磁コイルコア84と、励磁コイルコア支持部材81とは、一体をなしている。駆動電源は制御手段によって制御され、制御手段が加熱手段90による加熱を制御するようになっている。

図4(a)に示すように、コイルガイド板86は加熱ローラ82の外周面に近接配置された半円筒形状をしている。図4(b)に示すように、励磁コイル87は長い一本の励磁コイル線材をコイルガイド板86に沿って加熱ローラ82の軸方向に交互に巻き付けたものである。

励磁コイル87には駆動電源から10kHz〜1MHzの高周波交流電流、好ましくは20kHz〜800kHzの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。この交番磁界が、加熱ローラ82と定着ベルト88との接触領域W1およびその近傍部において加熱ローラ82および定着ベルト88の発熱層に作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流Iが流れる。

この渦電流Iが加熱ローラ82および定着ベルト88の発熱層の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ82と定着ベルト88との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ82および定着ベルト88が電磁誘導加熱される。
このようにして加熱された定着ベルト88は、D1方向において接触領域W1の下流側近傍の、加熱ローラ82および定着ベルト88の外部に配設されたセンサ95により、その表面温度が検知される。なお、センサ95を加熱ローラ82および定着ベルト88の外部に配設することにより、定着装置6のウォームアップ時間が長くなることが防止されている。

図5に示すように、回転検知手段91は、加熱ローラ82に対向して配置され、定着ベルト88を介して加熱ローラ82に当接し、加熱ローラ82および定着ベルト88に連れ回りする回転自在のローラ92と、ローラ92の回転中心軸と同軸に設けられローラ92と一体で回転する回転検知板93と、回転検知板93を挟むようにして配設された光学的なセンサであるフォトセンサ94とを有している。

図6に示すように、回転検知板93はその外周の一部を切り欠かれ、切り欠き93aが形成されている。図7に示すように、フォトセンサ94は、検知光94aを発する図示しない発光部と検知光94aを受ける図示しない受光部とを備えた検知部94bを有している。回転検知板93の外周は検知部94bに挟まれ、検知部94bに入り込んだ状態となっている。

よって定着ベルト88および加熱ローラ82が回転すると、切り欠き93aが検知部94bを通過するたびに検知光94aが受光部により検知され、これにより定着ベルト88および加熱ローラ82の回転が検知される。フォトセンサ94はこの回転を検知すると、その旨の信号を制御手段に発する。

定着装置6の加熱動作に関連する制御を図8に沿って説明する。
画像形成装置100の電源がONされると(S1)、制御手段によって駆動手段に備えられた駆動源としてのモーターがONされる(S2)。制御手段は、回転検知手段91により、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転の有無を検知し(S3)、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転が検知された場合には、加熱手段90による加熱を開始し(S4)、同時にセンサ95で定着ベルト88の表面温度を検知する。

制御手段は、ある一定時間での昇温が、決められた基準値Aより高いか否かを判断し(S5)、高い場合は異常であるとして温度異常を検出し、加熱手段90による加熱を停止させる(S6)とともに、画像形成装置100の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う(S7)。

一方、制御手段は、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転が検知されない場合には、ある一定時間での昇温が、決められた基準値Bより高いか否かを判断し(S8)、高い場合は異常であるとして温度異常を検出し、加熱手段90による加熱を停止する(S9)とともに、画像形成装置100の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う(S10)。

定着装置6において、制御手段は、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転が検知されない場合にも、温度異常であるか否かを検出するのは次の理由による。
図8から明らかなように、定着装置6においては、制御手段が、回転検知手段91により、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転の有無を検知する(S3)が、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転が検知されない場合には、加熱手段90による加熱を行うことはない。
しかし、何らかの異常により、定着ベルト88および加熱ローラ82が非回転の状態で、加熱手段90による加熱が行われる場合がある。
一方、電磁誘導により加熱を行う加熱手段90には、定着ベルト88および加熱ローラ82を部分的に加熱するという特性がある。
よって、異常により、加熱手段90による加熱が、定着ベルト88および加熱ローラ82が非回転の状態で行われると、本形態のように、主に接触部位W1によって構成される加熱位置外の定位置に配設されたセンサ95によって定着ベルト88の表面温度を測定する構成では、一つの基準温度に基づいて、定着ベルト88および加熱ローラ82の、回転時および非回転時での定着ベルト88の表面温度の異常を検出することはできない。

すなわち、基準温度が定着ベルト88および加熱ローラ82の回転時に合わせた一つの基準温度のみである場合には、定着ベルト88および加熱ローラ82の非回転時には、センサ95による温度検出位置においては温度異常を検出できず、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題を防止できないか、または温度異常を検出できたとしても検出までに時間がかかりすぎることにより、すでにかかる問題が生じてしまった後に温度異常を検出することとなり、また、基準温度が定着ベルト88および加熱ローラ82の非回転時に合わせた一つの基準温度のみである場合には、定着ベルト88および加熱ローラ82の昇温が不十分な状態で、加熱手段90による加熱を停止してしまうこととなり、定着不良が生じる。

そこで、本形態では、回転検知手段91により検知した、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転の有無に基づいて、温度異常を検出するための基準温度値を温度Aと温度Bとの間で切り替えるようになっている。すなわち、定着装置6は、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転時、非回転時のそれぞれに基準温度を設けた。これにより、定着ベルト88および加熱ローラ82の回転時においては定着ベルト88の温度を定着に適した温度に保つとともに異常昇温にも対応でき、また定着ベルト88および加熱ローラ82の非回転時において異常により加熱が行われた場合にも温度異常を検出できるため、異常高温による問題が生じることはない。

図9に定着装置6の別の形態を示す。上述の形態と異なる事項について説明し、その余の事項については上述の形態と同じ符合を付する等して適宜説明を省略する。
本形態では、定着ベルト88の温度を検知する手段たる温度検知手段として、上述のセンサ95に加え、センサ96も有している。

センサ96は、加熱手段90によって加熱される前の定着ベルト88の温度を検知し、センサ95は、加熱手段90によって加熱された後の定着ベルト88の温度を検知する。センサ96は、D1方向において接触領域W1の上流側近傍の加熱ローラ82および定着ベルト88の外部に配設されている。センサ96によって検知された定着ベルト88の温度は制御手段に入力される。なお、センサ96を加熱ローラ82および定着ベルト88の外部に配設することにより、定着装置6のウォームアップ時間が長くなることが防止されている。

本形態の定着装置6では、上述の定着装置6と同様、加熱手段90による加熱が定着ベルト88および加熱ローラ82の回転時にのみ行われるように構成されている。しかしながら、回転検知手段91が故障した場合は、回転の検出が正常にはできないため、定着ベルト88および加熱ローラ82が非回転であるにもかかわらず回転していると検出する場合や、定着ベルト88および加熱ローラ82が回転しているにもかかわらず非回転であると検出する場合がある。

回転検知手段91が故障し、定着ベルト88および加熱ローラ82が非回転であるにもかかわらず回転していると検出すると、加熱手段90による加熱が開始されるため、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題が生じる。回転検知手段91が故障し、定着ベルト88および加熱ローラ82が回転しているにもかかわらず非回転であると検出すると、通常は加熱手段90による加熱が行われることはないが、何らかの異常により加熱が行われる場合がある。

そこで、本形態では、センサ95とセンサ96とによって検知されたそれぞれの温度の差に基づいて、温度異常を検出するようになっている。
すなわち、制御手段は、回転検知手段91が定着ベルト88および加熱ローラ82の回転を検知すると加熱手段90に加熱を開始させるが、センサ95によって検知された温度とセンサ96によって検知された温度との比較を行い、温度差がある決められた基準値より少ない場合、または基準値以下の場合、すなわち所定の値の範囲を超えているとき、言い換えると所定の値の範囲にないときには、加熱手段90による加熱を停止させるとともに、画像形成装置100の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う。なおエラー表示には回転検知手段91が故障している旨を含めても良い。

これは、定着ベルト88が回転しているときは、定着ベルト88の熱が定着ローラ89、加圧ローラ83、転写紙Sに奪われるため、センサ96による検知温度のほうがセンサ95による検知温度より低くなるはずであるにもかかわらず、回転検知手段91が故障し、定着ベルト88および加熱ローラ82が非回転であるのに回転していると検出され、加熱手段90による加熱が開始された場合には、センサ96による検知温度とセンサ95による検知温度の温度とはほぼ同じ温度となることを利用したものである。これにより、定着ベルト88が回転していない状態で加熱が行われたことを検出できるため、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題を防止できる。

また、制御手段は、回転検知手段91が定着ベルト88および加熱ローラ82の回転が検知されないときは、通常、加熱手段90に加熱を開始させることはないが、センサ95によって検知された温度とセンサ96によって検知された温度との比較を行い、温度差がある決められた基準値より大きい場合、または基準値以上の場合、すなわち所定の値の範囲を超えているとき、言い換えると所定の値の範囲にないときには、加熱手段90による加熱を停止させるとともに、画像形成装置100の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う。なお加熱手段90による加熱の停止とともに駆動手段による定着ベルト88の回転を停止させても良い。エラー表示には回転検知手段91が故障している旨を含めることが望ましい。

これは、加熱を行っていない場合には、通常、センサ96による検知温度とセンサ95による検知温度の温度とはほぼ同じ温度となるはずであるにもかかわらず、何らかの異常により、加熱が行われると、定着ベルト88が回転しているため、定着ベルト88の熱が定着ローラ89、加圧ローラ83、転写紙Sに奪われて、センサ96による検知温度のほうがセンサ95による検知温度より低くなることを利用したものである。これにより、定着ベルト88が回転していないはずであるにもかかわらず定着ベルト88が回転していることを検出できるため、回転検知手段91の故障を発見できる。また加熱手段90の作動を停止するので無駄なエネルギーの消費を防止することができる。なお、センサ95、センサ96は、それぞれ、定着ベルト88の幅方向における同位置に配設しても良いし、中央と端部とに備えるなど異なる位置に配設しても良い。

2つのセンサ95,96を用いたこのような制御は、上述の2つの基準温度値を用いた制御に加えて行っても良いし、上述の2つの基準温度値を用いた制御に代えて行っても良い。上述の2つの基準温度値を用いた制御は、センサ96のように、温度検知手段を、加熱手段による加熱領域よりも回転体たる定着ベルトの回転方向の上流側に配設し、これを用いて行っても良い。本形態のように2つのセンサ95,96を有する場合には、上述の2つの基準温度値を用いた制御を、2つのセンサ95,96の両方を用い、それぞれのセンサに関して行っても良いし、センサ95、センサ96の何れか一方を用いて行っても良い。

以上のような構成の定着装置6において、定着装置6に進入した転写紙Sは、加熱手段90、センサ95やセンサ96、制御手段によって適切な温度に加熱された定着ベルト88の熱と、定着ローラ89および定着ベルト88と加圧ローラ83との圧力との作用により、担持したトナー像Tを定着され、所望の画像が形成される。このような定着動作は、温度検知手段たるセンサ95やセンサ96、および異常検出手段たる制御手段により、安全に行われる。

以上、本発明を、ベルト式の定着装置に適用した形態を説明し、回転体を定着ベルトとして説明したが、回転体は加熱ローラであっても良く、この場合には加熱ローラの温度を検知すれば良い。また、本発明は、ベルト式の定着装置に限らず、回転体としての発熱部材たる定着ローラと、定着ローラを電磁誘導により加熱するための加熱手段と、定着ローラに圧接された加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写紙を定着ローラと加圧ローラとの圧接部であるニップ部に通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着するようになっているローラ対方式といわれるような定着装置等、種々のタイプの定着装置に適用することも可能である。

本発明を適用した画像形成装置の概略を示す側面図である。 図1に示した画像形成装置に搭載された像担持体及びその周りの構成を示す側面図である。 図1に示した画像形成装置に搭載された定着装置の構成を示す側面図である。 図3に示した定着装置に搭載された加熱手段の構成部品の配設態様を示す図である。 図3に示した定着装置に搭載された回転検知手段の構成を示す側面図である。 図5に示した回転検知手段の部品の側面図である。 図5に示した回転検知手段の部品の正面図である。 図3に示した定着装置の制御フローである。 図1に示した画像形成装置に搭載された定着装置の別の形態を示す側面図である。 電磁誘導により加熱を行う加熱手段を備えた従来の定着装置を示す側面図である。

符号の説明

6 定着装置
88 回転体
90 加熱手段
91 回転検知手段
95 温度検知手段、第1の温度検知手段
96 温度検知手段、第2の温度検知手段
100 画像形成装置

Claims (3)

  1. 回転体と、
    この回転体の外部に配置され、同回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、
    前記回転体の回転を検知し、この回転を検知したことを条件に前記加熱手段による加熱を開始させるための回転検知手段と、
    前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、
    この温度検知手段が検知した温度に基づいて温度異常を検出したときに前記加熱手段による加熱を停止させるための異常検出手段とを有し、
    前記温度検知手段が、前記加熱手段によって加熱される前の前記回転体の温度を検知する第1の温度検知手段と、前記加熱手段によって加熱された後の前記回転体の温度を検知する第2の温度検知手段とを有し、
    前記異常検出手段は、
    前記回転検知手段が前記回転体の非回転を検知したとき、第1の温度検知手段と第2の温度検知手段との少なくとも一方を用いて温度異常を検出するための基準温度値を、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知した場合の前記基準温度値よりも低い温度値に切り替え、この温度値を基準として高温による温度異常を検出するとともに、
    前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知し前記加熱手段による加熱を開始したとき、第1の温度検知手段によって検知された温度と第2の温度検知手段によって検知された温度との差が基準値よりも少ない場合、または基準値以下の場合に温度異常を検出する定着装置。
  2. 請求項1記載の定着装置において、前記回転体としての定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ、または、前記回転体としての加熱ローラ、または、前記回転体としての定着ローラを有し、前記加熱手段は、当該ローラに対向して配置されていることを特徴とする定着装置。
  3. 請求項1または2記載の定着装置を有する画像形成装置
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