JP4877344B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。
加熱手段を有する定着ロールにトナー像が転写された転写材を加圧することにより、このトナー像を転写材に定着させる定着装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
この定着装置は、円筒状に形成された定着ロールと、定着ロールに対向して配置され、定着ロールとの間で転写材を挟持搬送してトナー像を転写材に定着させるとともに、定着ロールに対して加圧することにより定着ロールに歪みを発生させる加圧手段とを備える。
特開平11−231704号公報
本発明の目的は、記録材の両端に対向する位置における回転部材やベルト部材の消耗を低減することができる定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の定着装置及び画像形成装置を提供する。
[1]駆動源によって回転する回転部材と、前記回転部材に弾性的に接触して配置され、前記回転部材との回転によって回転することにより、前記回転部材との間を通過する記録材上の未定着像を前記記録材に定着させるベルト部材と、前記回転部材及び前記ベルト部材のいずれか一方に配置される加熱源と、前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を前記記録材の幅方向に渡って前記回転部材側に加圧する加圧壁と、前記回転部材が配置された側とは反対側から前記加圧壁を支持する支持壁と、前記加圧壁と前記支持壁との間であって、前記記録材の幅方向の両端が前記ベルト部材上を通過する位置と重ならない複数の位置に設けられた複数の中間壁とを備えた定着装置。
[2]前記記録材は、サイズが規格化された少なくとも2種類の記録材である前記[1]に記載の定着装置。
[3]前記少なくとも2種類の記録材は、国際標準化機構の規格で定められたA4サイズ、及び米国規格協会の規格で定められたレターサイズである前記[2]に記載の定着装置。
[4]前記複数の中間壁のうち前記加圧壁の幅方向の両端に配置された中間壁は、前記加圧壁及び支持壁の一方に接触していない形状を有する前記[1]に記載の定着装置。
[5]前記複数の中間壁は、前記加圧壁及び支持壁の一方と一体的に形成された前記[1]に記載の定着装置。
[6]記録材上に未定着像を形成する画像形成部と、前記画像形成部により形成された前記記録材上の未定着像を前記記録材に定着させる定着装置とを備え、前記定着装置は、駆動源によって回転する回転部材と、前記回転部材に弾性的に接触して配置され、前記回転部材との回転によって回転することにより、前記回転部材との間を通過する前記記録材上の未定着像を前記記録材に定着させるベルト部材と、前記回転部材及び前記ベルト部材のいずれか一方に配置される加熱源と、前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を前記記録材の幅方向に渡って前記回転部材側に加圧する加圧壁と、前記回転部材が配置された側とは反対側から前記加圧壁を支持する支持壁と、前記加圧壁と前記支持壁との間であって、前記記録材の幅方向の両端が前記ベルト部材上を通過する位置と重ならない複数の位置に設けられた複数の中間壁とを有する画像形成装置。
請求項1及び6に係る発明によれば、記録材の両端に対向する位置における回転部材やベルト部材の消耗を低減することができる。
請求項2に係る発明によれば、サイズが異なる複数種の記録材を用いた場合でも、それらの記録材の両端に対向する位置における回転部材やベルト部材の消耗を低減することができる。
請求項3に係る発明によれば、A4サイズ及びレターサイズの記録材を併用した場合でも、それらの記録材の両端に対向する位置における回転部材やベルト部材の消耗を低減することができる。
請求項4に係る発明によれば、加圧壁の両端に対向する位置における回転部材やベルト部材の消耗を低減することができる。
請求項5に係る発明によれば、定着装置の部品点数を低減することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る画像形成装置の構成例を示す全体図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態に係る定着装置の断面図である。 図3(a)は、図2のA−A線断面図、図3(b)は、加圧部材の平面図である。 図4は、本発明の第1の実施の形態に係る定着装置の用紙の両端における加圧部材及び支持部材の拡大断面図である。 図5は、定着装置を通過したA4サイズの用紙にかかる圧力分布を示すグラフである。 図6は、本発明の第2の実施の形態に係る定着装置の加圧部材の平面図である。 図7は、本発明の第3の実施の形態に係る定着装置の用紙の両端における加圧部材及び支持部材の拡大断面図である。 図8は、本発明の第4の実施の形態に係る定着装置の加圧部材及び支持部材の断面図である。 図9は、本発明の第4の実施の形態に係る定着装置の用紙の両端における加圧部材及び支持部材の拡大断面図である。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る画像形成装置の構成例を示す全体図である。この画像形成装置1は、例えば、モノクロプリンタであり、パーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された画像データに図示しない制御部で画像処理を施して、サイズが規格化された記録材としての用紙Pにモノクロ画像を形成するように構成されている。なお、画像形成装置1は、複写機やファクシミリ、又は複写機、プリンタ、スキャナ、ファクシミリ等の複数の機能を有する複合機であってもよい。
画像形成装置1は、略箱型状の筐体10を有する。画像形成装置1は、筐体10内の下部に着脱可能に設けられ、用紙Pを収容する給紙トレイ11と、筐体10内の中央部に設けられた画像形成部12と、筐体10の上部に設けられ、記録済みの用紙Pが排出される用紙排出部13とを備え、給紙トレイ11から画像形成部12を経由して用紙排出部13に至るように用紙搬送路14が配設されている。
用紙搬送路14には、上流側から順に、給紙トレイ11から用紙Pを用紙搬送路14に1枚ずつ送出するピックアップロール140と、ピックアップロール140によって送出された用紙を1枚ずつ分離する捌きロール141と、用紙Pのスキューを補正しつつ画像形成部12に用紙Pを位置決め搬送するためのレジストロール142と、加熱及び加圧により用紙Pにトナー画像を定着させる定着装置2と、トナー画像が定着済みの用紙Pを用紙排出部13に排出する排出ロール143とが配設されている。定着装置2の詳細は後述する。
画像形成部12は、例えば、電子写真方式を採用しており、像保持体としての感光体120と、感光体120の表面を一様に帯電する帯電器121と、帯電器121によって一様に帯電された感光体120に露光光によって静電潜像を形成する露光器122と、露光器122によって形成された静電潜像をトナーで現像することにより感光体120の表面にトナー画像を形成する現像器123と、感光体120上に形成されたトナー画像を用紙に転写する転写ロール124と、感光体120の表面に残留しているトナーを回収するクリーニング部125とを備える。
(定着装置の構成)
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る定着装置の断面図である。図3(a)は、図2のA−A線断面図、図3(b)は、加圧部材の平面図である。
この定着装置2は、図2に示すように、回転部材としての加熱ロール3と、加圧ロール4とを有し、加熱ロール3及び加圧ロール4は、用紙Pを挟んで搬送するニップ部200 を形成するように対向して配置されている。加熱ロール3は、図示しないモーター等の駆動源により回転駆動され、加圧ロール4は、加熱ロール3の回転に伴ってベルト部材としての定着ベルト41が従動回転するように筐体10に取り付けられている。
(加熱ロール)
加熱ロール3は、図2に示すように、内部に設けられた加熱源としてのハロゲンランプ30と、ハロゲンランプ30を覆う円筒体31と、円筒体31の外周に巻装された耐熱性の弾性体層32と、弾性体層32の外周に巻装されたチューブ33とを備える。
ハロゲンランプ30は、加熱ロール3の表面温度を図示しない温度センサによって検知し、同じく図示しない温度コントローラによって所定の温度に維持されるようになっている。
円筒体31は、剛性や熱伝導性を有する材料からなり、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属が用いられる。
弾性体層32は、耐熱性及び弾性を有する材料からなり、例えば、フッ素ゴム及びシリコーンゴム等の樹脂が用いられる。弾性体層32の肉厚は、例えば、100μm〜2mmに設定されている。
チューブ33は、例えば、パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP)等のフッ素系の耐熱性樹脂を用いることができる。チューブ33の肉厚は、例えば、5μm〜40μmに設定されている。
(加圧ロール)
加圧ロール4は、図2に示すように、断面円弧状のベルトガイド40aが形成されたハウジング40を有し、ベルトガイド40aの外周に巻装された無端状の定着ベルト41と、ハウジング40の内側に設けられ、定着ベルト41に用紙Pの幅方向に渡って接触する弾性パッド42と、定着ベルト41を用紙Pの幅方向に渡って加熱ロール3側に加圧する加圧部材43と、加熱ロール3が配置された側とは反対側から加圧部材43を支持する支持壁としての支持部材44とを備える。
また、加圧ロール4は、定着ベルト41と弾性パッド42及び加圧部材43との間に設けられた樹脂製の摩擦低減シート45と、定着ベルト41の内側に設けられ、オイルを浸透させたフェルト等からなるオイル供給部材46とを備える。
ハウジング40は、加熱ロール3側に加圧ロール4を加圧するように、筐体10内に固定されている。ハウジング40は、例えば、樹脂や金属等を機械加工又は成型して形成されている。
定着ベルト41は、加熱ロール3に接触することによりベルトガイド40aの外側を回転することにより、加熱ロール3と定着ベルト41との間を通過した用紙P上の未定着のトナー画像100を用紙Pに定着させる。また、定着ベルト41は、摩擦低減シート45と、オイル供給部材46により定着ベルト41の内側に塗布されるオイルとにより、定着ベルト41が回転する際の弾性パッド42及び加圧部材43との摩擦が低減されるようになっている。
弾性パッド42の幅方向の長さは、用紙Pの最大幅よりも長く形成されている。弾性パッド42は、例えば、フッ素ゴム及びシリコーンゴム等の樹脂からなる。弾性パッド42の硬度は、例えば、JIS K6301に従って測定した場合、10度〜30度であることが好ましい。
加圧部材43は、定着ベルト41を加熱ロール3側に弾性パッド42を介して加圧する第1の加圧壁430Aと、弾性パッド42よりも用紙Pの搬送方向の下流側に位置し、定着ベルト41を加熱ロール3側に直接加圧する第2の加圧壁430Bと、第1及び第2の加圧壁430A,430Bの反対側に形成されたリブ431とを備える。加圧部材43は、耐熱性があって加工精度が高く硬質な材料からなり、例えば、液晶ポリマー(LCP)等の樹脂や、鉄、ステンレス又はアルミニウム等の金属が用いられ、機械加工又は成型によって形成されている。
リブ431は、図3(b)に示すように、縦横に格子状に形成されており、用紙Pの幅方向に平行に配置された複数の長辺リブ431aと、加圧部材43の外形位置であって用紙Pの搬送方向に平行に配置された外側リブ431bと、外側リブ431bの内側であって用紙Pの搬送方向に平行に配置された中間壁としての複数の短辺リブ431cとを有する。
外側リブ431bは、第1の加圧壁430Aに対する高さが短辺リブ431cよりも高く形成されている。
短辺リブ431cの各々は、定着装置2に搬送された用紙Pの幅方向における中心線と、加圧部材43の幅方向の中心線とを位置合わせしたときに、用紙Pの幅方向の両端が
定着ベルト41上を通過する位置と重ならない複数の位置に設けられている。
具体的には、中央に配置された短辺リブ431cから外側に向かって対称に配置された複数の短辺リブ431cは、14mm、28mm、43mm、58mm、72mm、85mm、96mm、110mmの位置にそれぞれ配置されている。
ここで、用紙の規格化されたサイズとして、はがきサイズ、ステートメントサイズ、A5サイズ、B5サイズ、エグゼクティブサイズ、A4サイズ及びレターサイズを例に挙げると、それら各サイズの中心線からの両端の位置は、50mm、69.85mm、74.25mm、91mm、92.1mm、105mm、107.95mmである。なお、上記の用紙Pの規格は、A5サイズ、B5サイズ及びA4サイズ等を定める国際標準化機構(ISO)の規格や、ステートメントサイズ、エグゼクティブサイズ及びレターサイズ等を定める米国規格協会(ANSI)の規格によるものであるが、その他の規格を適用してもよい。
従って、はがきサイズの両端は、中央から3番目と4番目の短辺リブ431cの間に位置し、ステートメントサイズの両端は、中央から4番目と5番目の短辺リブ431cの間に位置し、A5サイズの両端は、中央から5番目と6番目の短辺リブ431cの間に位置し、A4サイズ、レターサイズの両端は、中央から6番目と7番目の短辺リブ431cの間に位置する。
支持部材44は、断面U字型の形状を有し、短辺リブ431cを介して第1及び第2の加圧壁430A,430Bを支持する第1及び第2の支持壁440A,440Bと、第1及び第2の支持壁440A,440Bを連結する基部441とを備える。支持部材44は、金属や樹脂からなり、機械加工又は成型によって形成されている。
第1及び第2の支持壁440A,440Bは、複数の短辺リブ431cに接触する接触部440aと、外側リブ431bに対向する位置に設けられた凹部440bとを有する。
図4は、用紙の両端における加圧部材及び支持部材の拡大断面図である。外側リブ431bは、第1及び第2の支持壁440A,440Bと接触しない形状を有し、例えば、第1及び第2の支持壁440A,440Bの凹部440bにより逃げるように嵌め込まれている。これにより、加圧部材43の両端が局所的に加圧されることが避けられるので、加圧部材43の両端に対向する加熱ロール3のチューブ33や定着ベルト41の消耗が低減される。
(画像形成装置及び定着装置の動作)
次に、画像形成装置及び定着装置の動作の一例を説明する。ここでは、ユーザが上位装置を操作して、画像形成装置1に処理対象の画像データを送信した場合について説明する。
画像形成装置1は、画像データを受信すると、画像形成部12等を制御して用紙Pに画像データに基づく画像形成動作を行う。具体的には、画像形成部12は、感光体120を回転させ、感光体120を帯電器121により帯電した後、露光器122により画像データに基づく露光光を照射して、感光体120の表面に静電潜像を形成する。その感光体120上の静電潜像は、現像器123から供給されたトナーによりトナー画像100に現像される。
上記の画像形成部12の画像形成動作と並行して、給紙トレイ11からピックアップロール140及び捌きロール141により用紙Pが1枚ずつ搬送され、レジストロール142によりスキューが補正される。そして、用紙Pがレジストロール142により上記のトナー画像100が感光体120上に現像されたタイミングに合わせて感光体120が配置された位置に用紙搬送路14に沿って搬送されると、その用紙Pに転写ロール124によってトナー画像100が転写される。
次に、そのトナー画像が転写された用紙Pが、用紙搬送路14に沿って定着装置2に搬送されると、加熱ロール3は、予めハロゲンランプ30に通電して所定の表面温度まで加熱された状態で駆動源により回転駆動される。そして、定着ベルト41は、加熱ロール3の回転に伴って回転し、加熱ロール3と定着ベルト41との間に形成されたニップ部200に用紙Pが送り込まれる。
ニップ部200に送り込まれた用紙P上の未定着のトナー画像100は、加熱ロール3からの熱によって溶融されるとともに、用紙Pは、ニップ部200の上流側で加圧部材43の第1の加圧壁430Aにより弾性パッド42及び定着ベルト41を介して加圧された後、ニップ部200の下流側で第2の加圧壁430Bにより定着ベルト41を介して加圧されることにより加熱ロール3から剥離されて、ニップ部200から送り出される。
図5は、定着装置を通過したA4サイズの用紙にかかる圧力分布を示すグラフである。第1及び第2の加圧壁430A,430Bは、支持部材44により短辺リブ431cを介して押圧され、その短辺リブ431cの位置は、A4サイズの用紙Pの両端に重ならない位置に設けられている。これにより、図5に示すように、用紙Pの両端が局所的に加圧されることが避けられるとともに、用紙Pの幅方向に渡って均一に加圧される。
その後、ニップ部200から送り出された用紙Pは、定着装置2の加熱及び加圧によりトナー画像100が定着された状態でさらに用紙搬送路14に沿って搬送されて、用紙排出部13に排出される。
[第2の実施の形態]
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る定着装置の加圧部材の平面図である。
第1の実施の形態に係る定着装置2は、図3(a)及び(b)に示すように、17個の短辺リブ431cが形成され、中央から6番目と7番目の短辺リブ431cの間に、A4サイズ及びレターサイズからなる2種類の用紙Pの両端が位置するように配置されていた。これに対し、本実施の形態に係る定着装置2は、15個の短辺リブ431cが形成され、中央から5番目と6番目の短辺リブ431cの間に、B5サイズ、エグゼクティブサイズ、A4サイズ及びレターサイズからなる4種類の用紙Pの両端が位置するように配置されている。
具体的には、中央に配置された短辺リブ431cから外側に向かって対称に配置された複数の短辺リブ431cは、15mm、30mm、45mm、60mm、75mm、90mm、110mmの位置にそれぞれ配置されている。はがきサイズの両端は、中央から3番目と4番目の短辺リブ431cの間に位置し、ステートメントサイズの両端は、中央から4番目と5番目の短辺リブ431cの間に位置し、A5サイズの両端は、中央から5番目と6番目の短辺リブ431cの間に位置する。
なお、短辺リブ431cを配置する位置は、上記に限られず、用紙Pの両端に重ならない位置であれば任意に変更してもよく、例えば、隣り合う2つの短辺リブ431cの間を、3種類の用紙Pの両端が通過するように配置してもよいし、5種類以上の用紙Pの両端が通過するように配置してもよい。
[第3の実施の形態]
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る定着装置の用紙の両端における加圧部材及び支持部材の拡大断面図である。
第1の実施の形態に係る定着装置2は、図4に示すように、加圧部材43の短辺リブ431cが第1及び第2の加圧壁430A,430Bに対して垂直に切り立つ形状を有していた。これに対し、本実施の形態に係る定着装置2は、図7に示すように、短辺リブ431cが第1及び第2の加圧壁430A,430Bに対して山型の形状を有している。なお、画像形成装置1及び定着装置2の基本的な構造及び動作は、第1の実施の形態と同様のため説明を省略する。
なお、短辺リブ431cの形状は、その先端が支持部材44の接触部440aに接触するように突起状になっていればよく、上記の山型の他に、外側又は内側に膨らむような丸みを帯びていてもよい。また、短辺リブ431cの各々の形状は、異なっていてもよい。
[第4の実施の形態]
図8は、本発明の第4の実施の形態に係る定着装置の加圧部材及び支持部材の断面図、図9は、定着装置の用紙の両端における加圧部材及び支持部材の拡大断面図である。
第1の実施の形態に係る定着装置2は、図2及び図3に示すように、加圧部材43に複数の短辺リブ431cが形成されていた。これに対し、本実施の形態に係る定着装置2は、図8及び図9に示すように、支持部材44に複数の短辺リブ442が形成されている。なお、画像形成装置1及び定着装置2の基本的な構造及び動作は、第1の実施の形態と同様のため説明を省略する。
支持部材44に形成された複数の短辺リブ442の各々は、第1の実施の形態と同様に、用紙Pの幅方向の両端が定着ベルト41上を通過する位置と重ならない複数の位置に設けられている
加圧部材43は、外側リブ431bを有し、外側リブ431bは、図9に示すように、支持部材44の凹部440bに接触しないように嵌め込まれている。
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々に変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態に係る画像形成装置は、モノクロプリンタであるが、本発明は、カラープリンタに適用してもよい。また、本発明は、中間転写ベルトを用いた画像形成装置に適用してもよい。
また、上記各実施の形態では、短辺リブは、加圧部材及び支持部材の一方に一体的に形成されていたが、短辺リブを、例えば、網目状の別の部材として形成してもよく、その場合には、その部材を加圧部材と支持部材との間に挟むように配置すればよい。
また、上記各実施の形態では、短辺リブは、用紙Pの幅方向における中心線と、加圧部材43の幅方向の中心線とを位置合わせしたときに用紙Pの幅方向の両端が通過する位置と重ならないように設けられていたが、例えば、用紙Pの一方の端と、加圧部材43の特定の位置とを位置合わせしてもよく、この場合には、短辺リブを用紙Pの他方の端が通過する位置と重ならないように設ければよい。
また、上記各実施の形態では、加熱ロール3の内部にハロゲンランプ30を配置して過熱するようにしたが、加圧ロール4の内部に加熱源を配置してもよい。この場合、弾性パッド42の替わりにセラミックヒータを配置し、このセラミックヒータを支持する加圧部材43は、定着ベルト41を介して対向し、弾性体層を有するロールに押し当てるようにする態様であり、本件発明の技術的範囲に含まれる。
また、上記各実施の形態では、ハウジング40と支持部材44とを別々の部品として構成しているが、ハウジング40と支持部材44とが有する各部の形状が全体として備えられていればよく、一体的に形成して1つの部品としてもよいし、3つ以上の部品に分けて構成してもよい。
1…画像形成装置、2…定着装置、3…加熱ロール、4…加圧ロール、10…筐体、11…給紙トレイ、12…画像形成部、13…用紙排出部、14…用紙搬送路、30…ハロゲンランプ、31…円筒体、32…弾性体層、33…チューブ、40…ケース、40a…ベルトガイド、41…定着ベルト、42…弾性パッド、43…加圧部材、44…支持部材、45…摩擦低減シート、46…オイル供給部材、100…トナー画像、120…感光体、121…帯電器、122…露光器、123…現像器、124…転写ロール、125…クリーニング部、140…ピックアップロール、141…捌きロール、142…レジストロール、143…排出ロール、200…ニップ部、430A…第1の加圧壁、430B…第2の加圧壁、431…リブ、431a…長辺リブ、431b…外側リブ、431c…短辺リブ、440A…第1の支持壁、440B…第2の支持壁、440a…接触部、440b…凹部、441…基部、442…短辺リブ

Claims (6)

  1. 駆動源によって回転する回転部材と、
    前記回転部材に弾性的に接触して配置され、前記回転部材との回転によって回転することにより、前記回転部材との間を通過する記録材上の未定着像を前記記録材に定着させるベルト部材と、
    前記回転部材及び前記ベルト部材のいずれか一方に配置される加熱源と、
    前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を前記記録材の幅方向に渡って前記回転部材側に加圧する加圧壁と、
    前記回転部材が配置された側とは反対側から前記加圧壁を支持する支持壁と、
    前記加圧壁と前記支持壁との間であって、前記記録材の幅方向の両端が前記ベルト部材上を通過する位置と重ならない複数の位置に設けられた複数の中間壁とを備えた定着装置。
  2. 前記記録材は、サイズが規格化された少なくとも2種類の記録材である請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記少なくとも2種類の記録材は、国際標準化機構の規格で定められたA4サイズ、及び米国規格協会の規格で定められたレターサイズである請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記複数の中間壁のうち前記加圧壁の幅方向の両端に配置された中間壁は、前記加圧壁及び支持壁の一方に接触していない形状を有する請求項1に記載の定着装置。
  5. 前記複数の中間壁は、前記加圧壁及び支持壁の一方と一体的に形成された請求項1に記載の定着装置。
  6. 記録材上に未定着像を形成する画像形成部と、
    前記画像形成部により形成された前記記録材上の未定着像を前記記録材に定着させる定着装置とを備え、
    前記定着装置は、駆動源によって回転する回転部材と、前記回転部材に弾性的に接触して配置され、前記回転部材との回転によって回転することにより、前記回転部材との間を通過する前記記録材上の未定着像を前記記録材に定着させるベルト部材と、前記回転部材及び前記ベルト部材のいずれか一方に配置される加熱源と、前記ベルト部材の内側に設けられ、前記ベルト部材を前記記録材の幅方向に渡って前記回転部材側に加圧する加圧壁と、前記回転部材が配置された側とは反対側から前記加圧壁を支持する支持壁と、前記加圧壁と前記支持壁との間であって、前記記録材の幅方向の両端が前記ベルト部材上を通過する位置と重ならない複数の位置に設けられた複数の中間壁とを有する画像形成装置。
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