JP4728059B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの複合機などとしての画像形成装置が採用したシート・OHPフィルム等の記録媒体に画像を記録する電子写真式に用いられる、記録媒体に画像を定着するための定着装置および該定着装置を搭載した画像形成装置に関する。
最近の定着装置は、立ち上がり時間の短縮化を図ったり、ゼロ・エネルギー待機モード(Zero Energy Standby Mode-ZESM)対応や、省エネルギー化を図ったりするため、スタンバイ時には、熱源(ヒータ)への通電をカットする一方、画像形成時には、その画像形成の開始に合わせて通電して、トナーを定着させる温度に定着ローラなどの定着部材を昇温させている。このため、定着ローラなどの定着部材を、1mm以下に薄肉化して、温度応答性を向上させ、定着可能となるまでの昇温時間を短縮し、ユーザの使いやすさと省エネルギーを兼ねた仕様としている。
このような構成の場合、定着部材としての定着ローラは、その熱容量が小さいため、転写紙や定着ローラの接触部材への熱移動、ローラ周囲の風の流れなどの影響を受けやすくなる。このため、定着ローラの温度は、その部分によって大きく変化しやすく、温度分布が不均一になりやすい。そこで、定着ローラに温度制御手段をいくつか設置して、温度分布を均一にする方法もあるが、定着ローラの全領域を、各用紙サイズ、各モードに合わせて、満遍なく制御するために必要な個数のヒータ配光や温度検知手段を配置するのは、スペース、コストなどの面から実質的に不可能である。
立ち上がり時間を短縮させる方法としては、補助加熱手段を設ける方法があり、この方法を用いた装置構成としては、外部から直接定着ローラに常時、接触させるタイプの補助加熱手段を設けた定着装置が知られている(たとえば、特許文献1参照。)。また、このタイプの補助加熱手段として、第1の熱源に加えて、電力の供給を受けることによって発熱する第2の熱源を有して定着部材を外部から加熱する外部加熱部材を設け、この外部加熱部材を、定着部材に接して従動回転する回転体である無端ベルトとした定着装置が知られている(たとえば、特許文献2参照。)。さらに、定着ロールの表面と所定の領域で接触して、該定着ロールを外部から加熱する外部加熱ベルトを有し、外部加熱ベルトは、定着ロールに対して接離自在に構成された定着装置が知られている(たとえば、特許文献3参照。)。
また、補助加熱手段ではないが、上記のようにローラ外部から加熱する加熱手段として、常時、定着ローラ表面に接触することにより、該定着ローラ表面を加熱する加熱部材を備えた定着装置が知られており(たとえば、特許文献4参照。)、この定着装置では、定着ローラと加熱部材との接触する部分が、定着ローラ側が凸形状で加熱部材側が該凸形状に倣った凹形状にしている。また、定着ベルトを用いた構成の定着装置において、定着ベルトの閉ループの外に置かれて、例えばハロゲンヒータのような輻射熱放射手段からなるベルト加熱手段と、定着ローラの外側に置かれて、上記と同様な輻射熱放射手段からなるローラ加熱手段とを設けた定着装置が知られている(たとえば、特許文献5参照。)。
さらに、内部に熱源を有した所定の中間転写体上の画像をその表面側から加熱する外部加熱手段としての温度上昇手段を設けた定着装置が知られており(たとえば、特許文献6参照。)、この温度上昇手段は、それ自身が熱源を有してなく、中間転写体に対向配置された所定形状の熱反射部材とされて、中間転写体からの放射熱を反射させる構成としている。
また、立ち上がり時間をさらに短縮させるため、定着ローラの芯金の厚みを薄くして熱容量をさらに小さくした定着装置が提案されているが、この定着装置では、立ち上がり直後の通紙による定着ローラの温度の落ち込みが大きくなるので、定着不良に対する余裕度が低下するという問題が発生している。
そこで、この温度落ち込み防止用として、断熱部材を定着ローラ外周を覆うように配置した構成の定着装置が提案されている(たとえば、特許文献7参照。)。すなわち、この定着装置は、定着ローラ周面の圧接される部分付近を除いた範囲に、該定着ローラからの放熱を遮断する断熱部材を近接して配置した構成とされている。したがって、この定着装置によれば、定着ローラの放熱を大幅に低減できる優れた断熱効果が得られるので、エネルギーの有効利用が可能になるとしている。また、定着ローラに誘導磁束を作用させて定着ローラに直接、熱を発生させる誘導加熱型の定着装置において、定着ローラの内面に接触物を有せず、誘導磁束を発生するコイルと定着ローラとの間に断熱材を設けた構成の定着装置が提案されている(たとえば、特許文献8参照。)。
特開2001−175119号公報(第1〜2頁、図1) 特開2002−311751号公報(第6頁、図3) 特開2004−239956号公報(第10〜11頁、図7) 特開2004−54225号公報(第1〜2頁、図1) 特開2004−258382(第9頁、図3) 特開2004−145260公報(第23〜24頁、図29,30) 特開2000−89596号公報(第1〜2頁、図1) 特開2003−76172号公報(第3〜4頁、図1)
しかしながら、上記した従来構成の定着装置では、それぞれ以下の問題が生じていた。
すなわち、補助加熱部材を定着ローラに接触させたタイプの定着装置では、定着ローラ表層が磨耗するなどの、劣化の原因となり、定着ローラ自体の耐久性が低下することが懸念される。
また、断熱材を用いて定着ローラを覆った構成の定着装置では、温度の落ち込みを防止して省エネルギー化には有効であるが、立ち上がり時間の短縮化には、つながらないという問題があった。
そこでこの発明は、前記のような従来のものが有する問題点を解決し、省スペースでありながら、高速な立ち上がりにも対応できる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、外周面に円弧状の曲面が形成された回転可能なローラ状又は無端ベルト状の定着部材と、この定着部材に圧接する加圧部材と、を有し、前記定着部材と前記加圧部材が圧接する定着ニップにおいて用紙に所定圧および所定温度を供給して、用紙上のトナー像を溶融して定着させる定着装置において、前記定着部材に熱を供給する外部加熱部材が前記定着部材に対して接離可能に前記定着部材の外周面に沿って対向配置され、この外部加熱部材は、前記定着部材と当接する内周面が前記曲面と全面接触する同形状の円弧状の曲面となっており、前記定着部材の回転停止時には、この曲面で前記定着部材と全面接触して熱を供給し、前記定着部材の回転動作時には前記定着部材から離間した状態で外部から熱を供給することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1に記載の定着装置において、前記定着部材の回転停止又は回転動作を検知する検知手段が設けられ、前記外部加熱部材は、前記検知手段の検知に基づき、前記定着部材の回転停止の所定時間経過後に当接し、前記定着部材の回転動作開始の所定時間前に離間するよう制御されること特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1又は2に記載の定着装置において、前記外部加熱部材は、装置全体の電源が遮断された時に、前記定着部材と当接する位置に移動することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置において、前記外部加熱部材は、該外部加熱部材への非通電中は、前記定着部材から離間した位置へ移動することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置において、前記外部加熱材は、シート状部材に発熱体を埋設した構成としたことを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置において、前記外部加熱部材は、総厚1mm以下のシート状に形成したことを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置において、前記外部加熱部材は、変形可能であることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置において、前記外部加熱部材は、断熱材を有し、この断熱材は、真空中で芯材を被覆加工して形成した真空断熱材であることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、画像形成装置が、前記請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置を有していることを特徴とする。
この発明は、前記のような構成であるから、省スペースでありながら、高速な立ち上がりにも対応できる。すなわち、外部加熱部材からの熱供給を効果的に行なえるので、外部加熱部材を小型化でき、このため外部加熱部材の省スペース消費化を図りながら、立ち上がり時間の短縮および立ち上がり直後の温度落ち込みを防止できる。
また、外部加熱部材は、前記定着部材の停止時には該定着部材に当接し、該定着部材の動作時には該定着部材から離間しているので、定着部材の回転停止時には、外部加熱部材を当接させて効率よく外部加熱部材から定着部材への熱伝達する一方、定着部材の回転動作時には、定着部材の外周表面への傷を防止すべく外部加熱部材を離間した位置に退避させることができ、外部加熱部材からの熱供給を効果的に行い、立ち上がり時間の短縮および立ち上がり直後の温度落ち込みを防止できる一方、外部加熱部材によって定着部材の表面をキズつけることを皆無とできる。
また、前記定着部材は、外周面に円弧状の曲面が形成され、前記外部加熱部材は、前記定着部材と当接する内周面が前記曲面と全面接触する同形状の円弧状の曲面となっており、前記定着部材の回転停止時には、この曲面で前記定着部材と全面接触して熱を供給し、前記定着部材の回転動作時には、前記定着部材から離間した状態で外部から熱を供給するので、外部加熱部材を当接させた時に両部材の接触面積を増やすことができ、これによって効率よく、また、部分的な温度斑を生じさせること無く、熱伝達を行わせることができる。
この発明の第1の実施形態を図面により説明する。図1は、この第1の実施形態の定着装置を搭載した画像形成装置の全体構成を示す概略正面図であり、図2(a)は、この画像形成装置内の所定箇所に設置された定着装置付近を示す拡大図であり、図2(b)は、定着ユニットの主要な内部部材を主体に示す断面図である。
すなわち、図1に示すように、この画像形成装置は、原稿の原稿面から画像を読み取って所定用紙に複写画像を形成するモノクロ複写機であり、この複写機1は、原稿画像に基づいて所定に画像形成処理する画像形成装置本体2と、この画像形成装置本体2を載置して該装置本体2にシート・OHPフィルムなどの記録媒体である用紙Sを1枚ずつ供給する給紙装置3と、画像形成装置本体2上に取り付けられ原稿画像を読み取ってこの原稿画像情報を該画像形成装置本体2に送出する原稿読取り装置4とを有し、画像形成装置本体2の上部には排紙トレイ9が設置され、給紙装置3から排紙トレイ9に至るまで用紙Sを移動させる経路として搬送路R1を、いくつかの搬送コロ対などによって形成した用紙搬送手段が設けられ、この搬送路R1の大部分は、略垂直方向に延在されている。
この画像形成装置本体2内は、その搬送路R1の途中に、感光体ユニット10と定着装置11とが順次配置されて設置されており、この搬送路R1上を搬送されてくる用紙Sに対して、感光体ユニット10が、その生成したトナー像を転写し、そして、定着装置11が、その転写されたトナー像を用紙Sに定着して、トナー像が定着された用紙Sを、搬送路R1の末端に位置した排紙トレイ9に排出するようにしている。
感光体ユニット10は、像担持体である単一のドラム状感光体10Aを有し、この感光体10Aは、所定径の円筒形状に形成され、水平軸を中心にして回転可能に支持されている。この感光体10Aは、感光体ユニット10か画像形成装置本体2かのいずれかに設けたモータなどの駆動源から回転駆動力が伝達されて、所定の回転方向に安定した一定速度で回転駆動されるようになっている。また、感光体ユニット10の周囲かつ左回り方向に進む順序で、現像装置12と転写装置13と感光体クリーニング装置18と除電装置と帯電装置14とが配置され、感光体10Aの反時計回りの回転方向におけるその1回転の範囲内に、これらの各装置11〜14それぞれによって、その上流から下流に渡って順次、現像位置、転写位置、クリーニング位置、除電位置、帯電位置が設定され、さらに、帯電位置と現像位置との間には、潜像形成位置が設定され、この潜像形成位置に所定のレーザ光を照射して、画像情報に応じた不可視の潜像を書き込むための露光装置47が、感光体ユニット10からやや離れた斜め下方に配置されている。そして、感光体10Aが所定に反時計方向に回転駆動されるとともに、この感光体10Aの回転に同期して各装置12〜14、および露光装置47が、それぞれ所定に連係した協働動作して、一連の画像形成処理を実行するようにしている。
すなわち、現像装置12は、その表面からトナー粒子を放射状に立設させたトナーブラシを生成する現像ローラなどの適宜の構成を有し、感光体10A表面上の所定箇所に生成され該感光体10Aの回転に伴い周上を移動して現像位置を通過する潜像に対して、トナーブラシ先端のトナー粒子を付着させ、該不可視の潜像をモノクロトナー像で可視像化するようにしている。
転写装置13は、略上下方向に所定に離間させて対向配置された2つの支持ローラ15,16とこれらの支持ローラ15,16に張架された転写ベルト17とで構成され、感光体10A外周表面上のトナー像を用紙Sに転写し、この未定着なトナー像が転写された用紙Sを上方に搬送するようにしている。すなわち、下方の支持ローラ15は、その転写ベルト17を巻回した部分が、感光体10Aの略右斜め下方箇所に圧接されて、感光体10A表面と転写ベルト17とが接した箇所に、転写位置が設定されている。また、上方の支持ローラ15は、定着装置11の導入口の手前に配置されている。
感光体クリーニング装置18は、感光体10A上のクリーニング位置に、その先端のブレードエッジが所定圧を確保して当接するように構成された図示しないブレード材か、同クリーニング位置に接して感光体10Aの回転に従動回転する回転ブラシかのいずれか、または両方の構成を有し、転写後の感光体10A表面に残留したトナーや異物などを除去するようにしている。
除電装置は、所定強度の発光が可能なランプを主体に構成されており、このランプから除電位置に、除電用の光を照射して、該除電位置を通過する感光体10A表面上の帯電状態を解除し、転写後の感光体10Aの表面電位を初期状態に復帰させるようにしている。
なお、同図中の20は、所定量の新品トナーを収容したトナーボトルなどのトナー収納容器であり、このトナー収納容器20から現像装置12まで、図示しないトナー搬送経路が形成されており、現像装置12が該現像装置12内のトナーを現像用に消費して不足した場合には、トナー収納容器20から新品トナーを現像装置12に補充するようにしている。
画像形成装置本体2の下には、読み取る原稿のサイズに応じて自動的に、またはユーザの手動設定によって用紙サイズを択一的に選択可能にした給紙装置3が設けられている。すなわち、この給紙装置3は、複数の給紙カセット61,61を多段に配置して収納し、各給紙カセット61,61には、それぞれ各種サイズおよび用紙搬送方向に対して縦横の向きにした用紙Sが、複数枚積層して収納されている。なお、62は、給紙カセット61に積層された用紙Sのうち、常時、最上部に位置した用紙Sに接して、該用紙Sだけをピックアップできるように構成された給紙ローラであり、63,64は、給紙ローラ62が2枚以上ピックアップした場合に1枚に分離して送給するように構成された分離ローラ対である。
原稿読取り装置4は、その読取り装置本体4Aの上面における所定範囲がコンタクトガラス57で形成され、同読取り装置本体4A内に、コンタクトガラス57面上の所定範囲を走査対象にして光学的に画像を読み取って取得する読取り手段が収納され、この読取り手段は、少なくとも、第1走行体53、第2走行体54、結像レンズ55、読取りセンサ56から構成されている。また、コンタクトガラス57をカバーした閉止位置と開放した開放位置に開閉可能に構成された原稿押さえ板58が、読取り装置本体4Aの上面に設置されている、すなわち、この原稿押さえ板58は、コンタクトガラス57よりも大きな縦横寸法が確保され、その一端が図示しないヒンジで読取り装置本体4Aの上面に枢支されている。
このように構成された複写機1では、原稿をコピーするとき、原稿読取り装置4の原稿押さえ板58を、その閉止位置から開放位置に、ユーザが手動で開いて、原稿読取り装置4のコンタクトガラス57上に原稿をセットし、次に原稿押さえ板58を閉じる方向に手動操作し、この原稿押さえ板58によって、コンタクトガラス57上にセットした原稿を上方から押える。すなわち、これによって、原稿面を正確に読取り可能なように、コンタクトガラス57に原稿を密着させて平面状に広げ、かつ同ガラス57上に原稿を固定する。
そして、複写機1にあらかじめ備えられた図示しない操作画面部に設置されたスタートスイッチをユーザがオン操作すると、直ちに原稿読取り装置4の読取り動作が開始され、図示しない駆動機構によって第1走行体53および第2走行体54が走行される。そして、第1走行体53の光源から光が原稿に向けて照射され、この原稿面からの反射光が第2走行体54に向かい、この反射光が第2走行体54のミラーで反射されて結像レンズ55を介して光学的な読取りセンサ56に入力され、この結果、読取りセンサ56によって、原稿面の画像などが読み取られる。
また、上記したようにスタートスイッチがオン操作されると、感光体ユニット10の感光体10Aが回転を開始して、その感光体10A上に、読み取った原稿画像に基づき、トナー像を形成する動作を開始する。すなわち、感光体10Aの回転に伴って該感光体10A外周表面の所定箇所が、順次、帯電装置14,露光装置47,現像装置12,転写装置13,感光体クリーニング装置18,除電装置がそれぞれ設定した各位置を通過して、順次、所定の帯電状態に帯電され、潜像が生成され、トナー像に可視像化され、用紙Sに転写されてから、残留トナーが除去され、帯電状態が解除されて1サイクルが完了し、形成する画像サイズに応じて、回転方向における外周表面の所定長さの範囲にトナー像を生成するように、そのサイクルが所定に持続される。
他方、上記したスタートスイッチの押下により、給紙装置3内の自動または手動選択された用紙Sを収納した給紙段の給紙ローラ62が回転駆動され、この段の給紙カセット61から用紙Sが繰り出され、この用紙Sが分離ローラ64により1枚に分離されて給紙路R1に搬送される。この用紙Sは、搬送コロなどによって画像形成装置本体2内の搬送路R1上を略上方に向けて搬送され、レジストローラ21に突き当たって一旦停止する。他方、手差し給紙の場合には、手差しトレイ67上にセットされた用紙Sが、まず手差しトレイ用の給紙ローラ62の回転により繰り出され、次に同手差しトレイ用の分離ローラ63,64によって1枚に分離されて手差し給紙路R2に搬送され、この手差し給紙路R2から給紙路R1に搬送され、最後にレジストローラ21に突き当たって一旦停止する。
そして、レジストローラ21は、回転駆動された感光体10A上のトナー像の相対移動に合わせた正確なタイミングで回転を開始し、一旦停止した用紙Sを転写位置に送り込む。この結果として、この用紙S上に転写装置13によりトナー像が転写される。
未定着なモノクロトナー画像が転写された用紙Sは、搬送路R1の一部を形成した転写装置13の転写ベルト17によって定着装置11へ搬送され、この定着装置11が所定に熱と加圧力と加えることにより画像が用紙上に定着される。このようにして画像が定着された用紙は、切換爪34により排紙トレイ9に至る搬送路R1にガイドされ、排出ローラ35〜38により排紙トレイ9上に排出されて、排紙トレイ9上にスタックされる。
また、ユーザの設定入力によって、両面コピーモードが選択されているときには、片面に画像を定着した用紙Sを切換爪34により用紙反転装置42側に搬送し、この用紙反転装置42内に、所定の配置した複数のローラ66対や図示しないガイド部材によって、あらかじめ所定に形成した反転搬送路R3上を往復移動させて、用紙面の上下向きを反転させてから、感光体ユニット10よりも手前に位置した箇所から搬送路R1に復帰させ、この搬送路R1上を搬送されて再び転写位置へ導かれ、今度は用紙Sの裏面に画像を転写し定着した後に、排出ローラ35〜38によって排紙トレイ9上に最終的に排出される。
次に、定着装置11の構成を説明する。定着装置11は、図2(a),(b)に示すように、該定着装置11の外形状を形成した定着装置筐体70内に、水平軸を中心にして回転可能に支持され所定に回転駆動される定着部材としての加熱ローラ31と、この加熱ローラ31に略水平方向に対向配置されて所定圧を確保して接するようにして回転可能に支持された加圧ローラ32とを主体に構成され、これらの加熱ローラ31および加圧ローラ32が接したニップ部を、所定圧および所定温度を確保した定着位置に設定するようにしている。すなわち、定着位置としてのニップ部を、通過する用紙Sに、所定圧および所定温度を供給して、該用紙上のトナー像を溶融して定着させるようにしている。
加熱ローラ31は、少なくともその外形状が所定径の円筒形状に形成され、略水平姿勢で回転可能に支持され、図示しないモータなどの駆動源からの回転駆動力が伝達され、同図中の反時計方向に一定速度で回転駆動されるように構成されている。すなわち、加熱ローラ31は、その図示しないローラ軸が、図示しない軸受けに回転可能に支持され、定着装置筐体70内における、その回転中心位置は不動に固定されている。
加圧ローラ32は、加熱ローラ31の径よりも所定に小さい径の円筒形状に形成され、加熱ローラ31に対して略水平方向に対向配置され、加熱ローラ31と同様に、略水平姿勢で回転可能に、かつ少なくとも、該加熱ローラ31に近づく方向に変位可能に支持されるとともに、該方向に押圧され付勢されている。
より詳細には、加圧ローラ32は、少なくとも、所定の範囲内で加熱ローラ31に近づく方向に変位可能なように図示しない軸受けによって軸支され、かつ、押圧レバー26によって、該方向に押圧されている。
すなわち、この押圧レバー26は、略上下方向に所定長さ延在された所定形状に形成され、その下端が、定着装置筐体70に固定された支持軸27に、揺動可能に支持されるとともに、その上端が、引っ張りバネ25の一端に接続されており、この引っ張りバネ25は、その他端が、定着装置筐体70に固定され、その自然長よりも長くなるように展設された状態で設けられている。したがって、押圧レバー26は、引っ張りバネ25の張力によって、支持軸27を中心にして、図中の左回り方向に付勢され、その中間が加圧ローラ32の所定箇所に接して、加圧ローラ32を加熱ローラ31に近づく方向に押圧し付勢する。このため、加圧ローラ32は、所定圧を確保して、常時、加熱ローラ31に接することになる。
また、定着装置筐体70には、定着位置に対応したその下面の箇所に、搬送路R1上を搬送される用紙Sを通過可能なスリット状に開口された導入口71が形成される一方、定着位置に対応したその下面の箇所に、同用紙Sを通過可能なスリット状に開口された排出口72が形成され、搬送路R1の一部として、導入口71から定着位置を経由して排出口72に至る経路が、定着装置筐体70に形成されている。
なお、図2(a)中の74は、加圧ローラ32に接して従動回転するクリーニングローラなどの清掃部材を有して適宜構成されたクリーニング装置であり、定着後の加圧ローラ32外周面をクリーニングするようにしている。すなわち、このクリーニング装置は、その清掃部材によって、定着後の外周面に残留したトナーや付着した紙粉などの異物を除去するように構成されている。
また、同図中の75は、加熱ローラ31の外周面の所定箇所に、所定圧を確保して接するように配置された分離爪であり、定着処理した用紙Sが、加熱ローラ31に巻きつくことを防止するようにしている。すなわち、この分離爪75は、その中間が定着装置筐体70に軸支された略L字状の所定形状に形成され、その爪先端が、加熱ローラ31の外周面における回転方向において定着位置よりも下流側で排出口72に対応した位置よりも上流側の箇所に接するように配置されており、かつ、その基端が、展設された引っ張りバネ76の一端に接続されており、このバネ張力によって、その中間軸を中心にして図中の右回り方向に付勢されている。
さらに、77,77は、搬送路R1の適宜箇所に近接して設置された用紙ジャムを検出するための用紙ジャムセンサであり、この用紙ジャムセンサは、非接触に対象物の検出が可能な光学的なセンサなどが用いられ、それぞれセンサは、それぞれの所定箇所を検出範囲に設定して設置されており、用紙Sの搬送動作中には、搬送路R1上における該箇所での用紙Sの存否を検出して、該箇所に用紙Sが停止して用紙ジャムが生じたことを判別できるようにしている。
また、加熱ローラ31の近傍箇所には、該加熱ローラ31の表面温度を検出する接触式または非接触式の図示しない温度センサが配置され、この温度センサは、少なくとも画像形成装置の電源投入中には、常時、加熱ローラ温度を検出しており、この検出した加熱ローラ温度に基づき、加熱ローラの温度制御を可能にしている。
そして、この第1の実施形態の定着装置11は、図2(a)、特に図2(b)に示すように、加熱ローラ31の外周面状に沿って一定の隙間を空けて外部加熱部材101が、凹形状に配置され、この外部加熱部材101は、加熱ローラ31に対して任意に接離可能に構成されている。
すなわち、外部加熱部材101は、基本的に、加熱ローラ31の外周面に沿うように所定形状に変形されて、取り付けられている。
より詳細には、外部加熱部材101は、所定形状に変形させて取り付けられたうえで、可動筐体130と加熱ローラ31との間に配置しただけではなく、その形状を維持したまま、可動筐体130と加熱ローラ31との間の所定範囲内で、加熱ローラ31に当接した当接位置および分離した分離位置のいずれかを選択可能に移動できるように構成されている。
すなわち、可動筐体130には、樹脂部材140が取り付けられており、この樹脂部材140に直接、外部加熱部材101および断熱材120が取り付けられている。
より詳細には、可動筐体130は、定着装置11の外形状を所定に形成したケーシングとしての定着装置筐体70内に収納可能で所定の剛性強度を確保したフレーム部材とされ、この可動筐体130には、合成樹脂材料から所定形状に形成した樹脂部材140が固着されている。すなわち、この樹脂部材140は、たとえば板状に形成され、その加熱ローラ31に対面した側の周縁形状が、加熱ローラ31の外周面に応じた外方に対して凹部となる略円弧状の形状に形成され、この周縁端面を外部加熱部材101の取り付け周面としている。なお、加熱ローラ31の軸長手方向に所定の間隔を設けて、このように形成された樹脂部材140が複数、配列されている。そして、この樹脂部材140の取り付け周面に、断熱材120を介して外部加熱部材101が取り付けられ、これらの断熱材120および外部加熱部材101はその厚さ方向に取り付け周面に沿った形状に変形され、加熱ローラ31の外面形状に応じた、外方に対して凹部となる略円弧状の形状となる。換言すれば、外部加熱部材101が、成形部材としての樹脂部材140に取り付けられており、この取り付け過程で、少なくとも、外部加熱部材101は、加熱ローラ31の全体外形状のうち外部加熱部材101に対面した外形状としての凸形状の表面に、沿った凹形状に変形されることになる。
また、外部加熱部材101は、図3(a),(b)に示すように、シート状部材である耐熱樹脂シート102の中に発熱体103を埋め込んだ構成としており、この耐熱樹脂シート102は、ポリイミド・フィルムなどを材料に用いて、加熱定着温度に耐えられる充分な耐熱性が確保され、少なくとも、取り付けられる前のその単体の状態では、略長方形状で厚さ0.5〜1mm程度のシート状に形成されている。また、この発熱体103の電極部分には端子を圧着させて設けている。すなわち、発熱体103における電極部分に該当する箇所には、外部端子が圧着によって結合され、この発熱体103に電気的に接続された外部端子が、所定長さを確保して外部加熱部材101から延在されている。そして、これらの外部端子が、定着装置本体側または画像形成装置本体側の図示しない電源に配線接続されて、発熱体103に適宜、発熱用の電力を供給し給電している。
この発熱体のタイプとしては、樹脂シート面の全域に配置した面状発熱体と、樹脂シート内に線状に発熱体を配線した線状面状発熱体とがある。
発熱体103は、その抵抗値が、定着に必要な温度に応じた、あらかじめ所定値に設定されており、この設定された値によって規定された一定の温度にその発熱温度が到達すると、それ以上の温度上昇をすることはない電熱体とされている。したがって、この発熱体103の温度を管理するための、サーモスタット、温度ヒューズ、および温度コントローラを不要にしている。このため、発熱体103の温度制御に必要な各種の電気的な構成部品を削減できる。この結果、構成が簡素化され、部品点数の削減による低コスト化や、メンテナンス性、信頼性の向上が図れる。
図3(a),(b)には、それぞれ線状面状発熱体の配線の例を示す。図3(a)では発熱体全体を同時に発熱させるようにした構成例で、図3(b)は中央部と端部との2つの発熱部分に分割した構成例である。すなわち、図3(b)の構成例では、その中央部だけを発熱させるか、その中央部および該中央部の両脇に位置した残余の端部をすべて発熱させるかの、いずれかを選択可能に構成されている。
より詳細には、前者の構成例は、発熱体103として、1本の抵抗発熱線を用いて、樹脂シート102の幅方向における一方の片側半分を、その長手方向に蛇行しながら所定長さ前進して、折り返し、他方の片側半分を、長手方向における逆方向に蛇行しながら同長さ前進した配線パターンとされ、この樹脂シート102上の両端部には、それぞれ外部端子が圧着されて電気的に接続され、これらの外部端子を介して給電されている。
後者の構成例は、発熱体103として、互いに独立して個別に通電可能な2本の抵抗発熱線103a,103bを用いており、この一方の抵抗発熱線103aは、樹脂シート102の長手方向における所定長さの中央部において、該樹脂シート102の幅方向のほぼ大部分を蛇行しながら前進し、該中央部以外は同幅方向の片側を前進した配線パターンとされるとともに、他方の抵抗発熱線103bは、中央部以外の該樹脂シート102の幅方向のほぼ大部分を蛇行しながら前進し、中央部においては同幅方向の片側を前進した配線パターンとされ、この樹脂シート102上におけるそれぞれの抵抗発熱線103a,103bの両端部には、それぞれ外部端子が圧着されて電気的に接続され、これらの外部端子を介してそれぞれ個別に給電されている。したがって、両抵抗発熱線103a,103bは、樹脂シート102上で重なったり交差したりすることなく、かつ、一方の抵抗発熱線103aが外部加熱部材101の中央部の領域を担当して、他方の抵抗発熱線103bが該中央部の両脇の部分領域を担当して、それぞれ発熱可能に配置されている。
このように配置した後者の構成例によれば、発熱部分を分割することにより、通紙サイズに合わせて発熱部分を切り替えることが可能となる。すなわち、小サイズの用紙Sを加熱定着する場合には、この小サイズ用紙に応じて、外部加熱部材101としての発熱部分を小さくし、その中央部を担当した一方の抵抗発熱線103aに通電すれば済むので、省電力化が図れる。他方、大きなサイズの用紙Sを加熱定着する場合には、発熱部分を大きくし、両方の抵抗発熱線103a,103bに通電して、その中央部および両脇部分を同時に発熱させる。
なお、この後者の構成例では、2分割構成としたが、通紙サイズに合わせて発熱部分の分割数を増やしてもよい。すなわち、定着対象の用紙Sのサイズや、通紙方向の用紙Sの向きによって規定される通紙サイズ数に応じて、外部加熱部材101上の発熱領域を、より多段階に分割してもよい。したがって、この発熱領域を多段階に分割した構成では、通紙サイズにより適合させた発熱領域を確保でき、より省電力化が図れる。すなわち、通紙サイズによって規定された用紙領域の大きさに対して、発熱領域の大きさを一致させるように、より細かく適合させることが可能となる。このため、加熱定着に供されない部分を担当した各抵抗発熱線への通電を省いて、消費電力を削減し、より省電力化が図れる。
また、同図2(a)、(b)に示されるように、外部加熱部材101には、加熱ローラ31と反対側に断熱材120が配置されており、この断熱材120は、外部加熱部材101の反対側表面を覆うように接触している。
すなわち、外部加熱部材101における、加熱ローラ31と反対側の外周面は、その全域が、断熱材120で覆われており、外部に露出されていない。したがって、外部加熱部材101からの発熱は、効率的に加熱ローラ31に向うことになる。より具体的には、外部加熱部材101からの発熱は、その加熱ローラ31から離れる方向に向う伝熱が、断熱材120によって遮断される、つまり外部加熱部材101のその背面側で放熱現象が生起しにくくしているので、結果的に、その発熱量の大部分が、加熱ローラ31に近づく方向に向うことになり、このため効率的に加熱ローラ31の加熱に供されることになる。
より詳細には、この断熱材120は、その内部に芯材を有し、この芯材を真空中でラミネートフィルムによって封止加工した真空断熱材の構成とされている。すなわち、外部加熱部材101における加熱ローラ31に対面しない背面側つまり外周面側は、少なくとも、その全域が断熱材120で覆われており、この断熱材120は、その内部に芯材121を有し、この芯材121をラミネートフィルムなどの被覆部材122(以降、単にラミネートフィルムと称する)を用いて真空中で被覆加工した真空断熱材の構成としている。
図4に示すように、芯材121は、発泡ウレタン等の多孔質構造体やシリカ等を含む粉末材料などが用いられ、真空度1〜200Paの環境条件下で、密閉されている。すなわち、芯材121は、その周囲からの大気圧に耐えられる程度の強度が確保された材料を用いて、中実構造ではなく、その内部に多数の小室を有して該材質自体が柔軟な変形が可能な発泡ウレタン等の多孔質構造体か、所定粒径の粉末粒子間に多数の空隙を有した多孔質性状の構造とされて、外部加熱部材101の外形寸法と同様な略長板状に形成されており、いずれにしても、その厚み方向に柔軟に変形可能に構成されている。ラミネートフィルム122は、上記の真空度と大気圧との圧力差に耐久可能で、外気の透過を阻止できるガスバリアー特性を有した薄膜状に形成されている。そして、断熱材120は、芯材121を、真空条件下でラミネートフィルム122によって被覆して密閉した構成としており、その内部空間のうちの芯材121以外の体積部分が真空状態に保持され、つまり内部空間の全域で均一な真空状態が確保されている。
したがって、このように構成された断熱材120によれば、その断熱作用が、材料自体の断熱特性よりも、真空断熱作用を主体にしているので、充分な断熱性を確保したうえで、断熱材120の薄肉化および軽量化が可能となる。このため、この薄肉化した断熱材120を、定着装置内の限られた空間内に必要最小限のスペースを消費して配置することができる。この結果、定着装置11の大型化を招くことなくその外形状を維持でき、この定着装置11を搭載する画像形成装置内において省スペース化を達成することができる。
他方、発熱源としての外部加熱部材101上における、加熱ローラ31に対面しない外周面に直接、真空構造の断熱材を設けているので、該外周面から可動筐体130の内壁に至る最短径路上を進む熱の遮断が可能となる。すなわち、加熱ローラ31側に対面した内周面からの放熱は、加熱ローラ31に伝達され、謂わば該加熱ローラ31自体に遮られることになる。このため、この断熱材120による断熱は、より効果的となる。
特に、可撓性を有した発泡ウレタン等や、流動性を有した粉末材料を用いて形成した芯材121を、薄膜状のラミネートフィルム122で被覆した構成としているので、断熱材120は、高い柔軟性が確保される。したがって、その内部に真空状態を維持しながら、外部加熱部材101の外周面形状に合わせて、断熱材120を変形できる。したがって、断熱材120と外部加熱部材101との間に空気層を介在させることなく、両部材101,120を均一な面状に密着させることができる。このため、高い断熱効果を得ることができる。すなわち、外部加熱部材101の背面に対して、断熱材120による断熱効果が、その接触面の全域で一様に均一化されることになる。したがって、単なる断熱効果だけではなく、外部加熱部材101から加熱ローラ31へのより面状に均一な高い放熱効果を得ることが期待できる。
次に、外部加熱部材101を所定に接離位置に移動させる可動構成を説明する。すなわち、図5(a)に示すように、外部加熱部材101は、つまりこの外部加熱部材101を保持した可動筐体130は、加熱ローラ31側へ近づく方向に、スプリング131等の付勢手段によって付勢されており、この付勢手段による付勢力に抗して、外部加熱部材101を離れる方向に移動させるための移動手段を設けた構成としている。すなわち、この移動手段は、例えば偏芯コロ132を設け、この偏芯コロ132を図示しないモータ等によって回転させて、これによって、外部加熱部材101を離れる方に移動させる構成としている。
より詳細には、外部加熱部材101を保持した可動筐体130は、たとえば図示しないガイド部材によって、同図中の左右方向にスライド移動可能に支持または保持されている。そして、この可動筐体130における加熱ローラ31に対面しない側としての、図中の左側に示される背面側には、圧縮されたスプリング131がそのスプリング131の自由端が可動筐体130に接した状態で、設置されている。したがって、このスプリング131の弾性復帰力によって、可動筐体130の背面が押圧され、可動筐体130および外部加熱部材101が、加熱ローラ31に近づくように付勢されている。
これに対して、この可動筐体130の前面側には、この前面にその外周面が接した偏芯コロ132が設置され、この偏芯コロ132は、任意角度位置に回転可能に構成されている。すなわち、この偏芯コロ132は、その外形状が所定板厚を確保した略楕円形状に形成され、その偏芯した箇所が軸に固着されており、この軸は図示しないモータ等によって正逆方向かつ任意の角度回動できるように構成されている。したがって、偏芯コロ132は、所定に回動されて、任意の角度位置に停止する。このため、この停止した角度位置に応じて、謂わば枠状部材に対する偏芯コロ132の突出量が増減され、つまり偏芯コロ132の最大径と最小径との差に基づく長さの範囲内で、水平方向における偏芯コロ132の外周面が可動筐体130の前面に接する位置が左右に移動する。この結果、可動筐体130および外部加熱部材101が、加熱ローラ31と任意に接離可能となる。
なお、外部加熱部材101の移動手段は、上記の偏芯コロ132を回転させて、外部加熱部材101側への偏芯コロ132の突出量を調節することにより外部加熱部材101つまり外部加熱部材101を保持した可動筐体130を移動させるためのモータなどの回転方向の駆動力を出力するアクチュエータであってよく、可動筐体130に直接的に接して押圧または引っ張って移動させるソレノイドなどの突出または縮退方向の駆動力を出力する駆動源であってもよい。
このように、偏芯コロ132の回転角度位置を所定に設定することにより、加熱ローラ31との距離を自在に変えることができる。すなわち、固定位置で回転駆動される加熱ローラ31に対して、外部加熱部材101を所定範囲、移動可能にしたので、両部材31,101間の距離を自在に変更できる。つまり、両部材31,101が接触したゼロ距離を含めて、距離を自在に変更できる。
次に、このように構成された第1の実施形態の定着装置11の動作を説明する。
すなわち、通常の画像形成時には、加熱ローラ31は用紙Sに定着用の熱を与えながら回転動作するので、外部加熱部材101は、該加熱ローラ31に傷をつけない位置まで退避し、図5(a)に示される、この退避した状態で、つまり非接触な状態で、輻射熱によって加熱ローラ31へ熱伝達し、加熱ローラ31が用紙Sに与えた熱を、加熱ローラ31に補充するようにしている。換言すれば、用紙Sが給紙され搬送された画像形成中の場合に、外部加熱部材101は、このように輻射熱を主体にした熱伝達によって、少なくとも、加熱ローラ31が用紙Sに接して定着用に与えた分の熱を、加熱ローラ31に補充するようにしている。
他方、画像形成動作が終了した後には、加熱ローラ31は停止し、次の動作に備え所謂予熱モードへ入る。この予熱モードでは、一定の温度を維持させる必要があるため、前記加熱ローラ31停止後に外部加熱部材101を、図5(b)に示すように、加熱ローラ31に当接させて、直接的に熱伝達させるようにしている。すなわち、外部加熱部材101を当接する方向に移動させて、両部材31,101を直接的に接触させ、高い熱伝達効率が得られるようにしている。
以上説明したように、この第1の実施形態の定着装置によれば、外部加熱部材から定着部材としての加熱ローラへの熱供給を非接触かつ効果的に行えるので、立ち上がり時間の短縮および立ち上がり直後の温度落ち込みを防止できるとともに、加熱ローラの表面をキズつけずに済む。すなわち、立ち上がりの前である加熱ローラの停止時には、外部加熱部材を加熱ローラに当接させているので、両部材の直接接触による高い熱伝達効率が得られて、立ち上がり時間を短縮できる。そして、立ち上がり直後の定着時つまり用紙が搬送され通紙される場合には、加熱ローラに対して所定間隙距離を確保して該加熱ローラの周方向に所定長さの面状に広がるように設けた外部加熱部材から、非接触に熱供給しているので、通紙によって定着用に消費される熱を効率的に補充でき、このような立ち上がり直後の通紙による加熱ローラの温度の落ち込みを防止できる。また、加熱ローラに対して外部加熱部材から非接触に熱供給しているので、両部材が接したことに起因した定着ローラ表層が磨耗するなどの劣化現象を皆無にでき、定着ローラ自体の耐久性を低下させずに済む。他方、このように外部加熱部材は、効果的に熱供給できるので、外部加熱部材を小型化でき、このため外部加熱部材の省スペース消費化が図れる。
また、定着装置は、可動筐体を有し、少なくとも、外部加熱部材は、可動筐体に取り付けられているので、定着装置の組み立てが容易になり、また定着装置の使用中のメンテナンスが容易にできる。すなわち、外部加熱部材を可動筐体に取り付けた上で、定着装置本体内に収納すればよいので、容易に組み立てられる。そして、特に外部加熱部材は、変形可能な構成とされ、かつ可動筐体は、成形部材としての樹脂部材を有し、この樹脂部材を介して外部加熱部材が可動筐体に取り付けられているので、あらかじめ所定形状に外部加熱部材を成形することなく、この取り付けの際に、外部加熱部材が、樹脂部材によって変形されて取り付けられことになる。このため、外部加熱部材を変形処理するための専用工程を不要にできる。他方、外部加熱部材に故障などの不具合が生じた場合には、外部加熱部材が取り付けられた可動筐体を定着装置から外して、新品の外部加熱部材が取り付けられた可動筐体に交換すれば済む。したがって、このように修理交換が容易にでき、定着装置の熱源についてのメンテナンス性を向上できる。
次にこの発明の第2の実施形態を説明する。なお、上記の第1実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第2の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第1実施形態と同一とされている。
上記の第1の実施形態で説明したように、外部加熱部材101は、加熱ローラ31に対して接離可能に構成されており、これに対して、この第2の実施形態の定着装置11では、当接時の熱伝達効率を、より高めるようにしている。
すなわち、加熱ローラ31がその回転動作を停止した状態下での外部加熱部材101が加熱ローラ31に接触した状態では、外部加熱部材101と加熱ローラ31との間に生じる当接部分の熱伝達は効率的かつ急速であるが、両部材31,101の間に空気層が微小にでもあると、この微小な部分での熱伝達効率は極めて低下し、加熱効率が低下するだけでなく、加熱ローラ31への接触した部分とそれ以外の部分での温度差が拡大して温度斑が生じるという不具合が発生する場合がある。このため、少なくとも、加熱ローラ31表面部分の劣化が促進されるおそれがある。
そこで、この第2の実施形態では、図6(a)に示すように、外部加熱部材101の加熱ローラ31接触側の凹形状と加熱ローラ31の凸形状(ローラ形状の場合には円弧形状)を同一とする〔同図6(a)中の2つのR形状〕ことによって、当接した時に全面接触させる構成となっている。すなわち、前記凸形状としての加熱ローラ31の外周半径の長さR31と、前記の外部加熱部材101の凹形状を規定した半径の長さR101とは、同一の長さに設定され、加熱ローラ31に外部加熱部材101が当接した時には、外部加熱部材101の全域がその全面的に加熱ローラ31の表面に接するようにしている。換言すれば、加熱ローラ31に対向した外部加熱部材101の内周面形状は、加熱ローラ31の外周面形状とほぼ同一に形成され、加熱対象である加熱ローラ31の外周面形状に応じて、この外周面に接する接触面としての外部加熱部材101の内周面形状は、あらかじめ両部材31,101間に隙間を生じさせずに適合するようにしている。
したがって、図6(b)に示すように、当接した時、つまり両部材31,101が接触した状態では、両部材31,101間に部分的にでも微小な空気層を生成させずに、両部材31,101をその接触面の全域に渡って均一に密着させることができる。このため、空気層に起因した熱伝達効率の低下を防止でき、加熱効率の向上が図れる。他方、加熱ローラ31の不均一な加熱を解消して、温度斑の生成を回避できるので、加熱ローラ31の耐久性を向上できる。
以上説明したように、この第2の実施形態の定着装置によれば、上記の第1の実施形態の作用効果が得られるのみならず、定着部材としての加熱ローラの回転動作が停止して外部加熱部材を当接させたときに、両部材間に空気層を介在させることなく面として密着させて、両部材間の接触面積を最大限に確保しているので、いずれの部材にも部分的な温度斑を生じさせることなく、直接接触による外部加熱部材から加熱ローラへの熱伝達を、高効率にできる。
次にこの発明の第3の実施形態を説明する。なお、上記の第2実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第3の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第2実施形態と同一とされている。
すなわち、この第3の実施形態の定着装置では、上記の第1の実施形態の構成および制御動作に加え、前記加熱ローラ31の動作状態、停止状態を検出する手段を設け、この状態検出に基づき、加熱ローラ31が離間している状態から当接する状態となる時には、加熱ローラ31の停止後に外部加熱部材101を当接させ、逆に当接している状態から離間した状態になる時には、加熱ローラ31の動作前に外部加熱部材101を離間させるようにしている。
すなわち、たとえば加熱ローラ31の回転駆動源として図示しないモータを有した構成において、図7のタイミングチャートに示すように、このモータの回転動作および停止動作を規定したモータ動作指令信号に連係して、外部加熱部材101を接離する外部加熱部材用モータの動作を制御している。
より詳細には、同図中に示すように、加熱ローラ31の回転駆動を制御するためのモータ動作指令信号は、その信号電圧が、ロウ状態かハイ状態かのうちの一方の状態となることによって、加熱ローラ31用の駆動源となるモータを所定に回転動作または停止させることを指示しており、ロウ状態が、モータに回転動作を開始し回転動作を継続することを示した動作(ON)信号とされるとともに、ハイ状態が、モータに回転動作を停止し停止を維持することを示した停止(OFF)信号とされている。
また外部加熱部材101を所定に接離動作させるための接離動作指令信号は、モータ動作指令信号と同様に、ハイ/ロウ状態の信号電圧で、所定の接離動作としてモータにその回転方向、同回転方向の回転量、および回転した後に停止することを指示しており、ロウ状態が、モータに正転方向に所定量だけ、回転動作することを示した当接(ON)信号とされるとともに、ハイ状態が、モータに逆転方向に所定量だけ、回転動作することを示した離間(OFF)信号とされている。
そして、接離動作指令信号におけるハイからロウへのエッジ信号として示された離間動作を開始するタイミングは、ロウからハイへのエッジ信号として示されたモータの回転動作を開始するタイミングよりも、所定時間分だけ、速いタイミングとなるように制御されている一方、接離動作指令信号におけるロウからハイへのエッジ信号として示された当接動作を開始するタイミングは、ハイからロウへのエッジ信号として示されたモータの回転動作を停止するタイミングよりも、所定時間分だけ、遅いタイミングとなるように制御されている。
なお、上記の離間動作に関するタイミング制御は、たとえば、上記のモータ回転開始タイミングを基準にして、あらかじめモータ回転開始タイミングを先行して取得し、このモータ回転開始タイミングよりも所定時間、速めに、上記の離間動作を開始させるエッジ信号を発信するか、上記の離間動作の開始タイミングを基準にして、この開始タイミングよりも、所定時間、遅らせて、上記のモータ回転動作を開始させるエッジ信号を発信するか、のいずれかの制御手法を用いている。また、上記の当接動作に関するタイミング制御は、たとえば、モータ停止タイミングを基準にして、この停止タイミングよりも、所定時間、遅らせて、上記の当接動作を開始させるエッジ信号を発信するようにしている。
さらに、たとえば前者の所定時間は、外部加熱部材101のその離間位置から当接位置までの移動を完了するのに要する時間以上に設定されている。また、たとえば後者の所定時間は、加熱ローラ31がその回転運動を停止して完全に静止するのに要する時間以上に設定されている。
したがって、外部加熱部材101が接離動作するタイミングを、定着部材である加熱ローラ31の回転動作停止後に当接動作させる当接タイミングに設定するとともに、加熱ローラ31の回転動作前に離間する離脱タイミングに設定しているので、加熱ローラ31表面への外部加熱部材101とのタイミングズレによる擦れ傷を確実に防止できる。すなわち、加熱ローラ31がその回転を完全に停止した状態で、外部加熱部材101を接離動作させるようにしているので、両部材31,101が同時に移動して接離方向以外にその表面同士が互いに相対的な斜め方向に移動している状態とさせずに済む。したがって、加熱ローラ31表面に擦過傷を生成させずに済み、加熱ローラ31表面を平坦に保つことができる。このため、用紙Sに接する定着部材としてのその表面状態を良好に維持でき、良好な定着性を確保できる。この結果、この定着装置11によって定着処理した用紙Sの画像品質を向上できる。他方、このように加熱ローラ表面の損傷を防止できるので、加熱ローラの耐久性も向上できる。
なお、上記のように加熱ローラおよび外部加熱部材を連係させた動作タイミングを規定した指令制御を実施するための装置構成は、定着装置に新たに制御回路を設けた構成か、画像形成装置があらかじめ備えた制御部を用いた構成かの、いずれでもよく、適宜、その装置構成は、この制御に必要な各種センサ、スイッチに配線接続されこれらからの検出信号や設定信号を取得し、また適宜、その制御対象に指令可能に配線接続されているものとする。
以上説明したように、この第3の実施形態の定着装置によれば、上記の第2の実施形態の作用効果が得られるのみならず、外部加熱部材の接離動作によって、加熱ローラ表面が損傷することを、防止できる。すなわち、外部加熱部材の接離動作と、加熱ローラの回転動作とを、重複しない時間帯に割当てて分離しているので、同一時点で両方の動作が生じることを皆無とできる。しかも、2つの時間帯の間には、一方の動作が完了しきる分だけの、つまり実際上の機械的な動作誤差を許容するための、時間差を設けているので、両動作の分離は、確実となる。このため、両部材表面の同時的な相対的移動に起因した擦過傷が生成されることを、未然かつ確実に防止できる。この結果、少なくとも、加熱ローラの表面状態を良好に確保でき、高い定着性能を維持できる。
次にこの発明の第4の実施形態を説明する。なお、上記の第3実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第4の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第3実施形態と同一とされている。
すなわち、この第4の実施形態の定着装置において、外部加熱部材101は、画像形成装置全体への電源を遮断した場合には、加熱ローラ31へ当接させておくようにした。すなわち、加熱ローラ31に当接する側へ付勢された外部加熱部材101は、画像形成装置全体への電源を遮断した場合に、該外部加熱部材101用のモータなどの駆動源によって供給された力を解除して、つまり前記の付勢力に抗して外部加熱部材101を加熱ローラ31から離すための力を解除して、外部加熱部材101を加熱ローラ31に当接するようにしている。
より具体的には、装置全体への電源を遮断して、再度、装置全体への電源が供給された場合、たとえばウォームアップのような状態にある場合では、装置全体つまり各部への電源が供給された後に、外部加熱部材101が動作する、つまり該外部加熱部材101の動作駆動源への指令信号処理、及び動作実行時間を少なからず要するので、これらの時間の分だけ余計に時間が掛かり、ウォームアップ時間が長期化し、ウォームアップを完了するのが遅くなってしまう。
そこで、加熱ローラ31への当接状態を初期状態とすることで、装置への電源投入から最短時間で加熱ローラ31を加熱する構成でき、ウォームアップに要する時間を短縮するようにしている。すなわち、任意に接離する手段として、加熱ローラ31へ当接する側へ外部加熱部材101を付勢する手段と、この付勢力に抗して加熱ローラ31から外部加熱部材101を離すつまり離間させるための駆動力を供給するモータなどの動作駆動源とを設けた構成の定着装置において、装置全体への電源を遮断した場合に、動作駆動源の作動を解除して、外部加熱部材101が加熱ローラ31に接した当接状態にし、再度装置全体への電源が供給された時点、つまりウォームアップの開始時点で、あらかじめ当接状態を確保しているので、外部加熱部材101を接触動作させるための指令信号処理時間、及び動作実行時間を省くことができ、少なくとも、これらの時間分だけはウォームアップ時間を確実に短縮できる。換言すれば、画像形成装置全体への電源を遮断した場合には、必ず動作駆動源が駆動力を供給した動作を解除して、少なくとも、動作駆動源による付勢力に抗した駆動力を外部加熱部材101が加熱ローラ31に接する程度に減殺して、付勢手段としてのスプリング131の付勢力(弾性復帰力)によって、外部加熱部材101つまりこの外部加熱部材101を保持した可動筐体130を、加熱ローラ31側に移動させて、外部加熱部材101が加熱ローラ31に接した当接状態にしている。
以上説明したように、この第4の実施形態の定着装置によれば、上記の第3の実施形態の作用効果が得られるのみならず、この定着装置を搭載した画像形成装置の電源を一旦、遮断して、再度、該画像形成装置全体の電源を投入した際には、外部加熱部材に即座に通電を開始して発熱させ、直接的な熱伝達によって定着部材を迅速に加熱することが可能となり、常温から定着可能温度まで定着部材を昇温させるために必要なファースト・ウォームアップ時間の短縮が可能となる。
すなわち、画像形成装置の電源を遮断し、少なくとも定着部材の温度が常温まで低下した後に、再度、画像形成装置の電源を投入した際には、この定着装置によれば、定着部材を迅速に加熱できるので、初回ウォームアップ時間つまり定着装置の初回立ち上がり時間の短縮が図れる。特に、夜間を経過して早朝に電源を再投入するなどの、少なくとも、定着部材が昼間などの常温よりも低温となっている際にも、迅速に加熱されることになる。この結果、これらの際にも、定着装置のウォームアップに起因した画像形成装置全体の待機時間を充分に削減できるので、画像形成装置の利便性を大幅に向上できる。
次にこの発明の第5の実施形態を説明する。なお、上記の第4実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第5の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第4実施形態と同一とされている。
上述したように、上記の第1実施形態では、外部加熱部材101は、加熱ローラ31の停止時にだけ当接させて効率良く熱伝達するようにしている。
他方、非通紙時の所謂予熱状態では、加熱ローラ31及び装置全体の熱容量が飽和状態に近づくにつれて、予熱温度を維持するだけの場合、外部加熱部材101への通電割合も低下していく。
そこで、この第5実施形態の定着装置では、この予熱状態下で、外部加熱部材101へ非通電時には、外部加熱部材101自体に熱を奪われてしまうため、外部加熱部材101への通電時のみ加熱ローラ31へ当接させる構成としている。すなわち、外部加熱部材101に加熱ローラ31を当接させて確保した良好な熱伝達効率は、予熱状態下における外部加熱部材101の非通電時に、この外部加熱部材101によって加熱ローラ31に対する謂わば放熱効果を高めてしまうことになるので、該非通電時には当接を解除して非接触状態となるように、外部加熱部材101の接離動作を制御している。
すなわち、換言すれば、たとえば画像形成装置の動作状態が待機状態となった場合、つまり、少なくとも定着装置が予熱状態下となった場合においては、その外部加熱部材101へ非通電時には、上記した外部加熱部材101を離間させた位置に占位させることを基本にして、通電時にだけ、加熱ローラ31へ当接させるように、当接指令信号が発信される。そして、この通電中には、該当接指令信号の発信が維持され、外部加熱部材101が加熱ローラ31に当接して直接接触による熱伝達し、通電が終了すると、この当接指令信号の発信がただちに解除され、加熱ローラ31から外部加熱部材101が離間した位置に移動する。
したがって、このように制御した定着装置によれば、予熱状態下で、外部加熱部材への非通電時には、定着部材である加熱ローラ31から外部加熱部材101を離間させ、通電時にだけ当接させる構成としているので、非通電つまり外部加熱部材101が加熱動作しない非加熱時には、外部加熱部材101への熱伝達を少なくすることができる、つまり熱容量をもった外部加熱部材101へ加熱ローラ31が蓄えた熱量の流出を極力抑えることが可能となる。
換言すれば、外部加熱部材101の非通電時には、つまり通電された外部加熱部材101によって定着部材である加熱ローラ31が所定の予熱温度に一旦昇温された状態から開始された状態下としての外部加熱部材101の非発熱時には、この外部加熱部材101が、加熱ローラ31に対して放熱部材となることを回避できる。したがって、熱利用効率の向上が図れ、結果的に外部加熱部材101が発熱するために消費する電力の低減が可能になる。他方、外部加熱部材101の耐久性の向上が可能になる。すなわち、外部加熱部材101の温度が所定に低下するまでの時間の長期化が図れ、つまり外部加熱部材101の温度が変動する時間周期の長期化が図れ、外部加熱部材101に通電して発熱させる頻度を減少できる。
以上説明したように、この第5の実施形態の定着装置によれば、上記の第4の実施形態の作用効果が得られるのみならず、外部加熱部材への非通電時には、外部加熱部材を離間させているので、この非通電によって外部加熱部材が非発熱状態となっているときには、定着部材としての加熱ローラから外部加熱部材への熱伝達を少なくすることができる、つまり熱容量をもった外部加熱部材へ定着部材が蓄えた熱量が流出することを極力抑えることが可能となる。
次にこの発明の第6の実施形態を説明する。図8は、この第6の実施形態の定着装置を搭載した画像形成装置の全体概略図であり、図9は、第6の実施形態の定着装置の概略図である。なお、上記の第1実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第6の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第1実施形態と同一とされている。また、第6の実施形態の定着装置を搭載した図8に示された画像形成装置としての複写機1の構成、および画像形成に関連した基本的な動作は、上記の第1実施形態の前提として説明したので、省略する。
この第6の実施形態の定着装置11は、図9に示すように、第1のローラ201と第2のローラ202に巻き掛けられた定着ベルト203と、第2ローラ202に定着ベルト203を介して接触加圧される加圧部材である加圧ローラ204とを有し、第1のローラ201の外周面状に沿って一定の隙間を空けて外部加熱部材101が、凹形状に配置されており、定着ベルト203とは非接触にした構成とされている。また、外部加熱部材101には、上記第1の実施形態の外部加熱部材101と同様にして、該外部加熱部材101の背面に接して断熱材120が設けられている。
より詳細には、定着装置11内には、第2のローラ202が図示しない軸受けによって、水平軸を中心に回転可能に軸支されて配置され、この第2のローラ202に対して同図中の略左水平方向に所定に離間し、かつ軸同士を平行にして第1のローラ201が、同様に軸支され、この第1のローラ201は、第2のローラ202よりも小径の中空ローラ状に形成されている。これらの第1のローラ201と第2のローラ202とには、定着部材として無端の定着ベルト203が懸架されている。なお、少なくとも、第2のローラ202は、図示しないモータなどの駆動源からの回転駆動力が伝達され、同図中の反時計方向に一定速度で回転駆動されるように構成され、定着ベルト203を該方向に一定速度でベルト送り駆動するとともに、この定着ベルト203のベルト走行に伴い第1のローラ201が従動回転されている。
そして、第2のローラ202の左側に、かつこの第2のローラ202に巻き掛けられた定着ベルト203の部分に接するようにして加圧ローラ204が、同様に軸支されており、そのローラ軸は、加圧ローラ204のローラ軸に近づく方向に所定距離、変位可能に構成されるとともに、該近づく方向に、上記した図2(a)中に示された押圧レバー26を主体に構成された押圧付勢手段と同様なこの図9では図示されない押圧付勢手段によって押圧され付勢されている。したがって、加圧ローラ204の外周面は、第2のローラ202に巻き掛けられた部分の定着ベルト203表面に当接して、両者203,204が接した箇所に所定圧を確保したニップ部を形成し、このニップ部が定着位置となる。
この定着ベルト203は、画像形成装置が用いる最大用紙サイズに応じたベルト幅寸法が確保されているとともに、そのベルトとしての可撓性や引っ張り強度に加えて、加熱加圧定着用に必要な所定の耐熱性、熱伝導性、その厚さ方向の圧縮強度などを確保した構成とされている。すなわち、たとえば定着ベルト203は、耐熱性樹脂からなる基体を有し、この基材の厚さは、熱伝導と強度とのバランスから30〜100μmに設定され、その表面は、用紙Sおよび該用紙上のトナーに加圧接触されるので、離型性、耐熱性に優れた表面層が必要なことから、フッ素系樹脂などの表面離型層で被覆した構成となっており、またこの表面離型層の下には、画像の均一性を得るために、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱ゴムからなる弾性層が設けられている。したがって、定着ベルト203は、外部から熱を受け取って、そのベルト走行に伴い、受け取った熱を定着位置に安定して運び届ける。
そして、外部加熱部材101は、第1のローラ201の外周面に沿った形状となるように、変形させて取り付けられている。また、外部加熱部材101における第1のローラ201に対面しない背面側の表面は、その全表面領域が、該表面に接した断熱材120によって覆われている。すなわち、定着装置の外形状を形成した同図には図示されない定着装置筐体70の一部を構成したユニット筐体部材230には、樹脂部材140が取り付けられており、この樹脂部材140に直接、外部加熱部材101および断熱材120が取り付けられている。したがって、外部加熱部材101は、定着装置筐体70と第1のローラ201との間に位置して配置されている。
なお、外部加熱部材101自体のその単体の詳細構成、および断熱材120自体のその単体の詳細構成は、上記した第1の実施形態の構成と同一であり、またその適用および選択可能な構成も同一であるので、これらの説明を省略する。また、樹脂部材140自体のその単体の詳細構成は、上記した第1の実施形態の構成と同一であるので、その説明を省略する。
以上説明したように、この第6の実施形態の定着装置によれば、第1のローラの表面に沿って配置された外部加熱部材を有し、この外部加熱部材は、その対向した第1のローラ表面に沿って凹形状に加熱させる形状を持つとともに定着ベルトに対して非接触としているため、均一の距離を保ちながら定着ベルトに外部加熱部材を接近させた配置とすることによって、外部加熱部材から定着ベルトへの熱供給を効果的に行い、立ち上がり時間の短縮および立ち上がり直後の温度落ち込みを防止することができ、かつ定着ベルトの表面をキズつけることがないという効果が得られる。
また、定着装置は、ユニット筐体を有し、外部加熱部材は、ユニット筐体とその加熱対象である定着部材としての定着ベルトとの間に配置されることで、定着装置の省スペース化を図ることができる。さらに、外部加熱部材は、ユニット筐体に取り付けられていることで、メンテナンスが容易でかつ定着装置の省スペース化を図ることができる。
次にこの発明の第7の実施形態を説明する。なお、上記の第6実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第7の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第6実施形態と同一とされている。
この第7の実施形態の定着装置11は、図10に示すように、第1のローラ201と第2のローラ202に巻き掛けられた定着ベルト203と、第2ローラ202に定着ベルト203を介して接触加圧される加圧部材である加圧ローラ204とを有し、外部加熱部材101Aは、第2のローラ202の外周面状に沿って一定の隙間を空けて定着ベルト203と非接触で配置した構成とされている。また、外部加熱部材101Aには、上記第1の実施形態の外部加熱部材101と同様にして、該外部加熱部材101Aの背面に接して断熱材120が設けられている。
そして、外部加熱部材101Aは、第2のローラ202の外周面に沿った形状となるように、変形させて取り付けられている。また、外部加熱部材101Aにおける第2のローラ202に対面しない背面側の表面は、その全表面領域が、該表面に接した断熱材120によって覆われている。すなわち、定着装置の外形状を形成した同図には図示されない定着装置筐体70の一部を構成した図示しないユニット筐体部材には、図示しない樹脂部材が取り付けられており、この樹脂部材に直接、外部加熱部材101Aおよび断熱材120が取り付けられている。したがって、外部加熱部材101Aは、定着装置筐体70と第2のローラ202との間に位置して配置されている。
なお、外部加熱部材101A自体のその単体の詳細構成、および断熱材120自体のその単体の詳細構成は、上記した第1の実施形態の構成と同一であり、またその適用および選択可能な構成も同一であるので、これらの説明を省略する。また、樹脂部材140自体のその単体の詳細構成は、上記した第1の実施形態の構成と同一であるので、その説明を省略する。
以上説明したように、この第7の実施形態の定着装置によれば、第2のローラの表面に沿って配置された外部加熱部材を有し、この外部加熱部材は、その対向したローラ表面に沿って凹形状に加熱させる形状を持つとともに定着ベルトに対して非接触としているため、均一の距離を保ちながら定着ベルトに接近させることによって、外部加熱部材から各ローラへの熱供給を効果的に行い、立ち上がり時間の短縮および立ち上がり直後の温度落ち込みを防止することができ、かつ定着ベルトの表面をキズつけることがないという効果が得られる。
また、定着装置は、ユニット筐体を有し、外部加熱部材は、ユニット筐体とその加熱対象である定着部材としての定着ベルトとの間に配置されることで、定着装置の省スペース化を図ることができる。さらに、外部加熱部材は、ユニット筐体に取り付けられていることで、メンテナンスが容易でかつ定着装置の省スペース化を図ることができる。
次にこの発明の第8の実施形態を説明する。なお、上記の第6実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第8の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第6実施形態と同一とされている。
この第8の実施形態の定着装置11は、図11に示すように、第1のローラ201と第2のローラ202に巻き掛けられた定着ベルト203と、第2ローラ202に定着ベルト203を介して接触加圧される加圧部材である加圧ローラ204とを有し、第1のローラ201の外周面状に沿って一定の隙間を空けて外部加熱部材101が、凹形状に配置され、この外部加熱部材101を定着ベルト203とは非接触にしているとともに、第2のローラ202の外周面状に沿って一定の隙間を空けて第2の外部加熱部材101Aが配置され、この第2の外部加熱部材101Aを該定着ベルト203とは非接触にした構成とされている。また、外部加熱部材101,101Aにはそれぞれ、上記第1の実施形態の外部加熱部材101と同様にして、それぞれの外部加熱部材101,101Aの背面に接してそれぞれの断熱材120,120が設けられている。
すなわち、この第8の実施形態の定着装置11では、上記の第6実施形態の外部加熱部材101および該外部加熱部材101に付随した各部材と、上記の第7実施形態の外部加熱部材101Aおよび該外部加熱部材101Aに付随した各部材と、を併設した構成としている。
なお、外部加熱部材101自体、外部加熱部材101A自体のその単体の詳細構成、および断熱材120自体のその単体の詳細構成は、上記した第1の実施形態の構成と同一であり、またその適用および選択可能な構成も同一であるので、これらの説明を省略する。また、外部加熱部材101、外部加熱部材101Aが取り付けられて所定形状に成形するための樹脂部材140自体のその単体の詳細構成は、上記した第1の実施形態の構成と同一であるので、その説明を省略する。
以上説明したように、この第8の実施形態の定着装置によれば、第1のローラおよび第2のローラのそれぞれの表面に沿って配置された2つの外部加熱部材を有し、これらの外部加熱部材は、その対向したローラ表面に沿って凹形状に加熱させる形状を持つとともに定着ベルトに対して非接触としているため、均一の距離を保ちながら定着ベルトに接近させることによって、外部加熱部材から各ローラへの熱供給を効果的に行い、立ち上がり時間の短縮および立ち上がり直後の温度落ち込みを防止することができ、かつ定着ベルトの表面をキズつけることがないという効果が得られる。
他方、2つの外部加熱部材を用いて加熱対象である定着部材としての1つの定着ベルトを加熱するように構成されているので、1つの外部加熱部材を用いた構成に比べて、それぞれの外部加熱部材が担当する加熱量や加熱強度が削減でき、これらの外部加熱部材に個別的な負担を軽減できる。このため、各外部加熱部材の耐久性の向上が図れる。他方、安定的に高精度な加熱が可能となり、これによって定着温度を良好に制御できる。この結果、定着装置としての定着性能を向上できる。
また、定着装置は、ユニット筐体を有し、2つの外部加熱部材は、ユニット筐体とそれぞれの加熱対象の部材である定着部材との間に配置されることで、定着装置の省スペース化を図ることができる。さらに、外部加熱部材は、ユニット筐体に取り付けられていることで、メンテナンスが容易でかつ定着装置の省スペース化を図ることができる。
次にこの発明の第9の実施形態を説明する。なお、上記の第6実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して、説明を省略または簡略化することにする。すなわち、特に記載しないが、この第9の実施形態で説明しない構成、つまり定着装置の構成やその制御などは、上記の第6実施形態と同一とされている。
この第9の実施形態の定着装置11は、図12(a),(b)に示すように、第1のローラ201と第2のローラ202に巻き掛けられた定着部材である定着ベルト203と、第2ローラ202に定着ベルト203を介して接触加圧される加圧部材である加圧ローラ204とを有し、定着ベルト203の表面に沿って一定の隙間を空けて外部加熱部材301が配置されており、この外部加熱部材301は、定着ベルト203とは非接触とされている。また外部加熱部材301は、定着ベルト203と反対側の両端部には、カム体であるカム軸302がそれぞれ接触しており、これらのカム軸302の軸方向断面は一様ではなく所定形状に形成されている。すなわち、そのカム軸302はその軸長手方向の各部位における各断面が同一ではなく、つまり単なる一様な丸棒状部材ではなく、所定形状に形成されている。また外部加熱部材301の両端部を、テンションベルト303が所定にテンションを張るように引っ張っている。
換言すれば、定着ベルト203においてその巻き掛けられた第1のローラ201および第2のローラ202間に形成される下側の直線部分の表面に対向し、その初期状態では、少なくとも、該直線部分の所定範囲の全域に渡って、その対向面となる上面が、一様に一定の間隙距離となるようにカム軸302で支持した外部加熱部材301を配置した構成とされており、また、この外部加熱部材301は、柔軟に変形可能に構成されるとともに、定着対象の用紙サイズに応じて、所定形状に形成されたカム軸302の回転角度位置を所定の回転角度位置に変更することによって、この外部加熱部材301を全面的に、定着ベルト203の直線状表面に接近させたり、外部加熱部材301の幅方向における略中央部分をカム軸302間のその長さ方向に渡る領域だけを同表面に接近させてこの略中央部分の領域以外の領域を離れたままにしたりして、これらの全面的に接近させた状態か、部分的に接近させた状態かのいずれかを選択可能にしている。なお、図12(a)中の204aは、加圧ローラ芯金であり、205は、温度センサであり、この温度センサ205はそのセンサ端子を、第1のローラ201に巻回された定着ベルト203の部位表面に接するように配置され、該定着ベルト203表面の温度を検出するようにしている。
外部加熱部材301は、図13(a)および図13(b)に示すように、基本的に、ポリイミドフィルム等で厚さ0.5〜1mm程度のシート状に耐熱樹脂シート102を形成し、この耐熱樹脂シート102の中に発熱体103を埋め込んだ構成としており、またその電極部分に外部端子を圧着させて接続した構成としている。タイプとしては、図13(a)に示すように、樹脂シート面形状全体に配置した面状発熱体と、図13(b)に示すように、樹脂シート102内に線状に発熱体を配線した線状面状発熱体とがある。発熱体103の抵抗値設定によって設定された一定の温度に到達すると、それ以上の温度上昇をすることはない。このため、サーモスタットや温度ヒューズおよび、温度コントローラが不要である。なお、図13(a)に示す外部加熱部材301の詳細構成は、第1の実施形態中に図3(a)で示した構成と基本的に同一である。
このように構成された外部加熱部材301は、図12(a),(b)に示すように、テンションベルト303により、カム軸302に押え付けられるようにテンションが付与されている。したがって、外部加熱部材301は、変形可能であるため、その形状はカム軸302にならう形で決定される。そして、カム軸302は、軸方向に一様でない断面を持ち、カム軸302が回転することにより外部加熱部材301を定着ベルト203に全面的に近接させたり、または主走査方向中央部だけ近接させたりすることが任意に可能であるように構成されている。
換言すれば、外部加熱部材301は、その両端の周縁部が、それぞれのテンションベルト303によって、同図12(a),(b)中の略斜め下方、かつ外方に広がる方向に引っ張られて、常時、張力が付与されている。したがって、外部加熱部材301は、その両端を支持したカム軸302の軸長手方向の外形状に応じて、変形されることになる。なお、これらのカム軸302は、図示しない軸受けによって、その定着装置11内の所定位置に軸支されるとともに、モータなどの適宜の駆動源からの回転駆動力が伝達されて、所定方向に所定角度分だけで回転駆動可能に構成されており、任意の角度位置に停止できるようにしている。なお、それぞれのテンションベルト303は、各テンションベルト303の両端部が、定着装置11側に固定され、該テンションベルト303自体が弾性的に伸縮可能で伸展させて設けた構成であるか、その両端部が、スプリングなどの弾性的に伸縮可能な弾性部材を伸展させて設けこの弾性部材を介して定着装置11側に固定された構成であるか、のいずれかの構成が適宜選択されているものとする。
すなわち、これらの2つのカム軸302は、充分な強度を確保して同一形状に形成され、図14(a)〜(c)に示すように、用紙Sの通紙方向に対して直交した副走査方向であるその軸長手方向において、そのこの軸長手方向の全域に渡ってその径方向に一様に所定長さ突出した稜線を形成した第1の稜線部分302aと、この第1の稜線部分302aとは略90度の角度位置で径方向に突出するように形成された第2の稜線部分302bとを有し、この第2の稜線部分302bは、その軸長手方向における副走査方向の中央部に該当する範囲の部分だけが、第1の稜線部分302aと同一の突出長さで突出されている。
したがって、この定着装置11では、上記したユーザの手動設定や自動設定によって、少なくとも用紙サイズが選択されて確定されると、この用紙サイズに応じた回転角度位置となるように2つのカム軸302が所定の回転方向に所定角度、回転駆動され、これらのカム軸302は、それぞれの第1の稜線部分302aか、第2の稜線部分302bかのいずれかが、上記の直線状の定着ベルト203下面に対向して最も突出された状態となる。このため、該用紙サイズに応じた外部加熱部材301の全領域か部分領域かが、定着ベルト203下面に近接されるので、用紙サイズに拘わりなく、軸方向の温度分布のばらつきを抑制することができる。すなわち、特に、小サイズ通紙時などには、その副走査方向としての軸方向、つまり通紙方向に対して交差方向となる小サイズ用紙の幅方向の範囲において温度分布が一様ではなく、ばらつきが生起することがあるのに対して、この定着装置11では、前記の範囲に応じた外部加熱部材301の中央部分領域を近接させているので、前記の温度分布のばらつきを、抑制することができる。
このような用紙サイズに応じた各部の動作を制御するための判断機能を備えた実体的な装置構成は、上記の第1の実施形態と同様に、定着装置に新たに制御回路を設けた構成か、画像形成装置があらかじめ備えた制御部を用いた構成かの、いずれでもよく、適宜、その装置構成は、この制御に必要な各種センサ、スイッチに配線接続されこれらからの検出信号や設定信号を取得し、また適宜、その制御対象に指令可能に配線接続されているものとする。
また、特にこの定着装置11では、定着位置に向う直前の定着ベルト203の部位を、外部加熱部材301が非接触に加熱した構成としているので、定着用に高い熱効率が得られる。すなわち、加圧ローラ204が第2のローラ202に巻き掛けられた定着ベルト203部分の表面に接して形成されるニップ部としての定着位置に対して、該定着ベルト203のベルト送り方向における上流側かつ近傍に位置した定着ベルト203の部位を、外部加熱部材301が非接触に加熱しているので、該加熱された位置から定着位置までの距離が短縮され、第2のローラ202以外の定着ベルト203自体から外部への放熱量については、最小限に抑制できる。このため、定着用に高い熱効率が得られるので、外部加熱部材301自体の小型化や低電力消費化が図れる。
以上説明したように、この第9の実施形態の定着装置によれば、定着部材の表面に沿って配置される外部加熱部材を有し、定着ベルトの表面に沿って加熱させる形状をもつとともに定着ベルトに対して非接触としているため、定着ベルトの表面をキズつけることなく、また定着ベルトに接近させることで外部加熱部材からの熱供給を効果的に行い、立ち上がり時間の短縮および立ち上がり直後の温度落ち込みを防止することができる。
また、定着ベルトに対して外部加熱部材の全部およびその一部の距離を、通紙サイズにより任意に変化させるように構成しているので、小サイズ通紙時などに起こる軸方向の温度分布のばらつき、つまり通紙方向に対して交差方向となる用紙の幅方向にける温度分布のばらつきを、抑制することができる。このため、該用紙の幅方向における均一な加熱が可能となり、定着処理性能を向上できる。
なお、上記の第9の実施形態の外部加熱部材に、断熱材を設けた構成としてもよく、この構成の場合には、上記の第1の実施形態で説明した断熱材による作用効果が得られる。すなわち、たとえば、第9の実施形態におけるその用紙サイズに応じた外部加熱部材の変形を妨げないように薄くなどに形成した上記第1の実施形態の構成の断熱材を、第9の実施形態の外部加熱部材における定着ベルトに対面しない背面側かつカム軸に接しない領域を覆うように設置した構成としてもよい。
また、上記の第6ないし第8の実施形態においては、それぞれの外部加熱部材は固定配置された構成としたが、これに限られることなく、第1の実施形態と同様に加熱対象の部材に対して接離するように移動できる構成としたうえで、第1の実施形態、第3の実施形態、第4の実施形態、第5の実施形態のいずれかの制御を選択し、またはこれらのうちから複数の制御を適宜選択して採用した構成としてもよい。また、このように、上記の第6ないし第8の実施形態の構成において、それぞれの外部加熱部材が加熱対象の部材に接するように構成した場合には、第2の実施形態と同様に、少なくとも、外部加熱部材が加熱対象の部材に接する面を、対応する加熱対象の部材の表面形状に適合するように形成して、当接した場合に両部材が全面的に密着するようにしてもよい。
他方、上記の第9の実施形態においても、カム軸形状を所定に形成して、外部加熱部材が加熱対象の定着ベルトに非接触に接近するだけではなく、全面的に当接可能に構成したうえで、第6ないし第8の実施形態と同様に、前記した各実施形態の制御のうちから、いずれかの制御を選択し、またはこれらのうちから複数の制御を適宜選択して採用した構成としてもよい。
さらに、上記の各実施形態では、加熱対象の外方に、加熱源となる外部加熱部材だけを設けた構成としたが、これに限らず、加熱対象の内方に、外部加熱部材と協働して補助的に加熱する内部加熱部材を設けた構成としてもよい。すなわち、たとえば定着部材として加熱ローラを用いた構成では、この加熱ローラをその内周面から外周面への高熱伝導性を確保した薄肉厚状や所定材質で形成したうえで、その内部に該加熱ローラの内面に接することなく電熱ヒータやハロゲンランプなどの適宜構成の電気的な内蔵ヒータを設けた構成としてよい。また、たとえば定着部材として定着ベルトを用いた構成では、少なくとも、この定着ベルトを張架した1対のローラのうちのいずれか一方のローラを、上記の加熱ローラと同様に形成したうえで、該加熱ローラと同様にその内部に電熱ヒータやハロゲンランプなどの適宜構成の電気的な内蔵ヒータを設けた構成としてよい。また、上記の各実施形態では、少なくとも、水平方向に定着部材及び加圧部材を対向配置した構成としたが、これに限られることなく、上下方向に定着部材及び加圧部材を対向配置した構成としても当然よい。すなわち、少なくとも、定着部材よりも下側に加圧部材を対向配置して、これらの間に形成したニップ部を、左右の略水平方向に用紙を通過させて未定着像を用紙に定着させる構成としてもよい。
また、この定着装置を搭載した画像形成装置としては、トナー像が所定に形成される像担持体から、直接、用紙に転写した構成の画像形成装置を説明したが、これに限られることなく、像担持体と用紙との間に、中間転写ベルトなどのように、なんらかの中間転写体を介在させ、この中間転写体を経由して、像担持体から間接的に、用紙に転写した構成の画像形成装置に適用してもよい。また、用紙は、未定着なトナー像をその表面上に載せて搬送されることが可能で、かつ該トナー像が上記の定着装置による定着処理で定着可能なシート状物であれば、紙、布、プラスチックシート、OHP用シートなどのように、適宜の構成物でよい。
請求項の発明によれば、前記定着部材の回転停止又は回転動作を検知する検知手段が設けられ、外部加熱部材は、前記検知手段の検知に基づき、前記定着部材の回転停止の所定時間経過後に当接し、前記定着部材の回転動作開始の所定時間前に離間するよう制御されるので、加熱部材表面への外部加熱部材とのタイミングズレによる擦れ傷を確実に防止することができる。
請求項の発明によれば、前記外部加熱部材は、装置全体の電源が遮断された時に、前記定着部材と当接する位置に移動するので、つまり装置全体の電源を遮断したときに、外部加熱部材を加熱部材へ当接位置へ移動するようにホームポジションを規制して設定しているので、再度装置全体の電源を入れた際には、外部加熱手段に即座に通電を開始して発熱させて直接的に熱伝導させることが可能であり、これによってウォームアップ時間の短縮が可能となる。
請求項の発明によれば、前記外部加熱部材は、該外部加熱部材への非通電中は、前記定着部材から離間した位置へ移動するので、つまり外部加熱部材への非通電時には、加熱部材の動作に係わらず離間する構成とすることで、非加熱時に外部加熱部材への熱伝達を少なくすることができる、つまり熱容量をもった外部加熱部材へ加熱部材が蓄えた熱量の流出を極力抑えることが可能となる。
請求項の発明によれば、前記外部加熱材は、シート状部材に発熱体を埋設した構成としたので、定着装置の省スペース化を図ることができる。
請求項の発明によれば、前記外部加熱部材は、総厚1mm以下のシート状に形成したので、定着装置の省スペース化を、より図ることができる。
請求項の発明によれば、前記外部加熱部材は、変形可能であるので、定着部材の表面形状に沿って配置することができ、熱供給を効果的に行うとともに定着装置の限られた空間に配置させることで、定着装置の省スペース化を図ることができる。すなわち、外部加熱部材が対向した面としての定着部材の一部の外周面形状に対応して、この外周面形状に適合するように外部加熱部材を、適宜、任意の形状に変形させることができる。したがって、このように変形させた外部加熱部材を、該一部の外周面に沿って配置しているので、必要最小限のスペースを消費して、定着装置内に外部加熱部材を設置できる。
請求項の発明によれば、前記外部加熱部材は、断熱材を有し、この断熱材は、真空中で芯材を被覆加工して形成した真空断熱材としたので、薄肉化が可能で、この薄肉化した断熱材を定着装置内の限られた空間に配置することができ、定着装置の省スペース化を図ることができる。
請求項の発明によれば、画像形成装置は、前記の請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置を有しているので、前記の請求項1ないしのいずれかの効果が得られ、少なくとも、その定着処理能力の向上が図れる。
この発明の第1の実施形態の定着装置を備えた画像形成装置を示し、画像形成装置の全体構成を示す概略正面図である。 この第1の実施形態の定着装置を示し、画像形成装置内の定着装置付近の概略を示す一部拡大図である。 この第1の実施形態の定着装置を示し、この定着装置が有した主要な構成部材を主体に示す概略断面図である。 この第1の実施形態の定着装置を示し、(a)は、この定着装置が有した主要な構成部材として外部加熱部材単体の一例を示す概略斜視図、(b)は、同外部加熱部材単体の他の例を示す概略斜視図である。 この第1の実施形態の定着装置を示し、外部加熱部材に設けた断熱材単体を示す概略斜視図である。 この第1の実施形態の定着装置における外部加熱部材を所定に移動させる構成を主体に示し、(a)は、外部加熱部材を離間させた状態を示す概略図、(b)は、同外部加熱部材を当接させた状態を示す概略図である。 この発明の第2の実施形態の定着装置を示し、密接可能に形成した外部加熱部材を所定に移動させる構成において、(a)は、外部加熱部材を離間させた状態を示す概略図、(b)は、同外部加熱部材を密接させた状態を示す概略図である。 この発明の第3の実施形態の定着装置を示し、加熱ローラの動作と外部加熱部材の接離動作との関係、より詳細には、加熱ローラの駆動タイミングと、外部加熱部材の駆動タイミングと、の関係を示したタイミングチャートである。 この発明の第6の実施形態の定着装置を備えた画像形成装置を示し、画像形成装置の全体構成を示す概略正面図である。 この第6の実施形態の定着装置が有した主要な構成部材を主体に示す概略図である。 この発明の第7の実施形態の定着装置を示し、この定着装置が有した主要な構成部材を主体に示す概略図である。 この発明の第8の実施形態の定着装置を示し、この定着装置が有した主要な構成部材を主体に示す概略図である。 この発明の第9の実施形態の定着装置を示し、この定着装置が有した主要な構成部材を主体に示す概略正面図である。 この第9の実施形態の定着装置を示し、外部加熱部材および関連部材を主体に示した概略平面図である。 この第9の実施形態の定着装置を示し、(a)は、この定着装置が有した主要な構成部材として外部加熱部材単体の一例を示す概略斜視図、(b)は、同外部加熱部材単体の他の例を示す概略斜視図である。 この第9の実施形態の定着装置を示し、(a)は、この定着装置が有した主要な構成部材としてカム軸単体を示す概略斜視図、(b)は、カム軸を該カム軸の軸長手方向における端部付近で切断した端面断面図、(c)は、同カム軸の軸長手方向におけるその中央部で切断した端面断面図である。
符号の説明
1 複写機(画像形成装置) 2 画像形成装置本体
3 給紙装置 4 原稿読取り装置
9 排紙トレイ 10 感光体ユニット
10A 感光体(像担持体) 11 定着装置
12 現像装置 13 転写装置
14 帯電装置 15,16 支持ローラ(転写装置)
17 転写ベルト(転写装置) 21 レジストローラ
31 加熱ローラ(定着部材) 32 加圧ローラ(加圧部材)
47 露光装置 70 定着装置筐体
101,101A,301 外部加熱部材 102 耐熱樹脂シート
103 発熱体 120 断熱材
121 芯材 122 ラミネートフィルム(被覆部材)
130 可動筐体 131 スプリング
132 偏芯コロ 140 樹脂部材
201 第1のローラ 202 第2のローラ
203 定着ベルト(定着部材) 204 加圧ローラ(加圧部材)
230 ユニット筐体部材(ユニット筐体)
302 カム軸(カム体)
302a 第1の稜線部分(外部加熱部材全面を近接用)
302b 第2の稜線部分(外部加熱部材の中央部分を近接用)
303 テンションベルト S 用紙(記録媒体)
R1 搬送路 R2 手差し給紙用の搬送路
R3 用紙反転用の搬送路

Claims (9)

  1. 外周面に円弧状の曲面が形成された回転可能なローラ状又は無端ベルト状の定着部材と、この定着部材に圧接する加圧部材と、を有し、前記定着部材と前記加圧部材が圧接する定着ニップにおいて用紙に所定圧および所定温度を供給して、用紙上のトナー像を溶融して定着させる定着装置において、
    前記定着部材に熱を供給する外部加熱部材が前記定着部材に対して接離可能に前記定着部材の外周面に沿って対向配置され、
    この外部加熱部材は、前記定着部材と当接する内周面が前記曲面と全面接触する同形状の円弧状の曲面となっており、前記定着部材の回転停止時には、この曲面で前記定着部材と全面接触して熱を供給し、前記定着部材の回転動作時には前記定着部材から離間した状態で外部から熱を供給することを特徴とする定着装置。
  2. 前記定着部材の回転停止又は回転動作を検知する検知手段が設けられ、
    前記外部加熱部材は、前記検知手段の検知に基づき、前記定着部材の回転停止の所定時間経過後に当接し、前記定着部材の回転動作開始の所定時間前に離間するよう制御されることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記外部加熱部材は、装置全体の電源が遮断された時に、前記定着部材と当接する位置に移動す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. 前記外部加熱部材は、該外部加熱部材への非通電中は、前記定着部材から離間した位置へ移動することを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置。
  5. 前記外部加熱材は、シート状部材に発熱体を埋設した構成としたことを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置。
  6. 前記外部加熱部材は、総厚1mm以下のシート状に形成したことを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置。
  7. 前記外部加熱部材は、変形可能であることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置。
  8. 前記外部加熱部材は、断熱材を有し、この断熱材は、真空中で芯材を被覆加工して形成した真空断熱材であることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置。
  9. 前記請求項1ないしのいずれかに記載の定着装置を有していることを特徴とする画像形成装置。
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