JP5168125B2 - 画像形成装置のベルト式定着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置のベルト式定着装置に関し、更に詳しくは、定着時に定着ベルトに圧接し非定着時には定着ベルトから離間するテンションローラ兼クリーニングローラを備えた画像形成装置のベルト式定着装置に関する。
従来、トナーを用い電子写真方式でカラー画像を印刷(以下、印字ともいう)する画像記録装置がある。トナーを用いるカラー印刷は、用紙の1頁に対して、減法混色の三原色であるイエロー(黄)、マゼンタ(赤)、及びシアン(青)の各色と、文字や画像の黒色部分等に専用されるブラック(黒)の合計4色のトナー画像を重ねて用紙に転写して、この重ね転写された画像を定着装置において熱と圧力を加えて用紙に定着させてカラー画像を形成する。
このような画像形成装置における定着装置として従来は主に加熱ローラと加圧ローラからなる圧熱ローラ対方式が用いられていた。しかし、圧熱ローラ対方式による定着は、定着温度の立ち上がりが遅いという問題があり、この問題を解決するために、ベルト方式の定着装置が提案され実用化されている。
ベルト方式の定着装置は、定着ベルトを薄く構成し且つ加熱ローラの外周肉厚を薄くすることによって、極めて立ち上がりの速い定着機能を発揮することができる。通常このような厚さの薄い定着ベルトとしては、基材がPI(ポリイミド)等の薄厚樹脂ベルトタイプとエレクトロフォーミングNi(ニッケル)電鋳のタイプがある。
一般に、ベルト定着方式の定着ベルトは、加熱ローラと定着駆動ローラに架け渡されている。そして、定着ベルト上に残留するトナーを清掃するためのクリーニングローラが、ベルトテンションンローラを兼ねて定着ベルトに圧接して設けられている。(例えば、特許文献1参照。)
このクリーニングローラがベルトテンションンローラを兼ねることによって、定着ベルトに適切な張力を与えて不要な弛みなどを防止するとともに、定着ベルトと記録用紙の密着性を向上させる構成が少ない部材で実現できるとしている。
特開平10−221982号公報(段落[0007]、[0008]、図2)
しかしながら、特許文献1の構成では、定着動作終了後においても定着ベルトに常にテンションが加わった状態となっているため、定着装置が冷却されると張力が加わったままの定着ベルトは歪を生じ易いという問題がある。これは、定着ベルトが特にニッケル電鋳ベルトのような場合に顕著に現れる問題である。
この問題は、加圧ローラ又は定着駆動ローラにテンション機能を持たせるようにすると解消されるが、加圧ローラ又は定着駆動ローラにテンション機能を持たせるには、構造が複雑化するという問題が生じる。
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、定着装置内の熱変動によって生じる定着ベルトの歪発生を防止して耐久性及び信頼性の向上した画像形成装置のベルト式定着装置を提供することである。
未定着トナー像を担持する用紙を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送される用紙の搬送を引き継いで該用紙に熱及び圧力を加えながら上記未定着トナー像を上記用紙に定着する画像形成装置のベルト式定着装置において、熱源を有する加熱ローラと定着駆動ローラとの間に掛け渡されて回転する定着ベルトと、該定着ベルトを介して上記定着駆動ローラを押圧する加圧ローラと、上記定着駆動ローラの回転軸に固定され上記定着駆動ローラに駆動系からの駆動力を伝達する駆動ギアと、該駆動ギアと上記定着駆動ローラとの間において上記回転軸に端部を外嵌させ、その外嵌部を支点にして上記回転軸により滑り回転駆動される回動腕と、該回動腕が滑り回転駆動されるとき該回動腕を所定の位置で回動を停止させるストッパと、該回動腕の回動自由端側に支持されるベルトクリーニングローラと、該ベルトクリーニングローラを支持する上記回動腕の上記回動自由端側を上記定着ベルトから離間させる方向へ付勢する付勢部材と、を有し、上記回動腕は、定着時には、上記駆動ギアにより上記定着駆動ローラが回転駆動されることに応じて、上記付勢部材の付勢力に抗して上記定着駆動ローラの回転方向に滑り回転駆動され、上記ストッパに当接して停止すると共に上記回動自由端側に支持される上記ベルトクリーニングローラを上記定着ベルトに圧接させ、非定着時には、上記駆動ギアによる駆動伝達が停止して上記定着駆動ローラの回転が停止することに応じて、上記滑り回転駆動が解除され、上記付勢部材の付勢力により上記回動自由端側に支持される上記ベルトクリーニングローラを上記定着ベルトから離間させる、ように構成される。
この画像形成装置のベルト式定着装置において、例えば、上記定着ベルトは、金属膜からなる無端状のベルトであり、上記ベルトクリーニングローラはベルトテンションローラを兼ねるように構成されている。
本発明によれば、定着装置の動作に連動して定着時に定着ベルトに圧接し非定着時には定着ベルトから離間するテンションローラ兼クリーニングローラを備えるので、定着装置が動作しているときだけ定着ベルトに適宜な張力が加えられ、輸送時、保管時、印刷待機時などには定着ベルトの張力を解放でき、これにより、定着装置内の熱変動によって生じる定着ベルトの歪発生を防止して定着ベルトの経時変化を低減させ、耐久性及び信頼性の向上した画像形成装置のベルト式定着装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、実施形態1における現像器のトナー残量検出機構を備えたフルカラーの画像形成装置(以下、単にプリンタという)の内部構成を説明する断面図である。
図1に示すプリンタ1は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部2、中間転写ベルトユニット3、給紙部4、及び両面印刷用搬送ユニット5で構成されている。
上記画像形成部2は、同図の右から左へ4個の画像形成ユニット6(6M、6C、6Y、6K)を多段式に並設した構成からなる。
上記4個の画像形成ユニット6のうち上流側(図の右側)の3個の画像形成ユニット6M、6C及び6Yは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット6Kは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック(K)トナーによるモノクロ画像を形成する。
上記の各画像形成ユニット6は、トナー容器(トナーカートリッジ)に収納されたトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック(K)用の画像形成ユニット6Kを例にしてその構成を説明する。
画像形成ユニット6は、最下部に感光体ドラム7を備えている。この感光体ドラム7は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム7の周面近傍を取り巻いて、クリーナ8、帯電ローラ9、光書込ヘッド11、及び現像器12の現像ローラ13が配置されている。
現像器12は、上部のトナー容器に同図にはM、C、Y、Kで示すようにマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、ブラック(K)のいずれかのトナーを収容し、中間部には下部へのトナー補給機構を備えている。
また、現像器12の下部には側面開口部に上述した現像ローラ13を備え、内部にはトナー撹拌部材、現像ローラ13にトナーを供給するトナー供給ローラ19、現像ローラ13上のトナー層を一定の層厚に規制するドクターブレード等を備えている。
中間転写ベルトユニット3は、本体装置のほぼ中央で図の左右のほぼ端から端まで扁平なループ状になって延在する無端状の転写ベルト14と、この転写ベルト14を掛け渡されて転写ベルト14を図の反時計回り方向に循環移動させる定着駆動ローラ15と従動ローラ16を備えている。
上記の転写ベルト14は、トナー像を直接ベルト面に転写(一次転写)されて、そのトナー像を更に用紙に転写(二次転写)すべく用紙への転写位置まで搬送するので、ここではユニット全体を中間転写ベルトユニットといっている。
この中間転写ベルトユニット3は、上記扁平なループ状の転写ベルト14のループ内にベルト位置制御機構17を備えている。ベルト位置制御機構17は、転写ベルト14を介して感光体ドラム7の下部周面に押圧する導電性発泡スポンジから成る一次転写ローラ18を備えている。
ベルト位置制御機構17は、マゼンタ(M)、シアン(C)及びイエロー(Y)の3個の画像形成ユニット6M、6C及び6Yに対応する3個の一次転写ローラ18を鉤型の支持軸を中心に同一周期で回転移動させる。
そして、ベルト位置制御機構17は、ブラック(K)の画像形成ユニット6Kに対応する1個の一次転写ローラ18を上記3個の一次転写ローラ18の周期と異なる回転移動周期で回転移動させて転写ベルト14を感光体ドラム7から離接させる。
すなわち、ベルト位置制御機構17は、中間転写ベルトユニット3の転写ベルト14の位置を、フルカラーモード(4個全部の一次転写ローラ18が転写ベルト14に当接)、モノクロモード(画像形成ユニット6Kに対応する一次転写ローラ18のみが転写ベルト14に当接)、及び全非転写モード(4個全部の一次転写ローラ18が転写ベルト14から離れる)に切換える。
上記の中間転写ベルトユニット3には、上面部のベルト移動方向最上流側の画像形成ユニット6Mの更に上流側に、ベルトクリーナユニットが配置され、下面部のほぼ全面に沿い付けるように平らで薄型の廃トナー回収容器20が着脱自在に配置されている。
給紙部4は、上下2段に配置された2個の給紙カセット21を備え、2個の給紙カセット21の給紙口(図の右方)近傍には、それぞれ用紙取出ローラ22、給送ローラ23、捌きローラ24、待機搬送ローラ対25が配置されている。
待機搬送ローラ対25の用紙搬送方向(図の鉛直上方向)には、転写ベルト14を介して従動ローラ16に圧接する二次転写ローラ26が配設されて、用紙への二次転写部を形成している。
この二次転写部の下流(図では上方)側にはベルト式熱定着装置27が配置されて、ベルト式熱定着装置27の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着装置27から搬出する搬出ローラ対28、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー29に排紙する排紙ローラ対31が配設されている。
両面印刷用搬送ユニット5は、上記搬出ローラ対28と排紙ローラ対31との中間部の搬送路から図の右横方向に分岐した開始返送路32a、それから下方に曲がる中間返送路32b、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路32c、及びこれらの返送路の途中に配置された4組の返送ローラ対33a、33b、33c、33dを備えている。
上記終端返送路32cの出口は、給紙部4の下方の給紙カセット21に対応する待機搬送ローラ対25への搬送路に連絡している。また、本例において中間転写ベルトユニット3の上面部には、クリーニング部34が配置されている。
クリーニング部34は、転写ベルト14の上面に当接して廃トナーを擦り取って除去して、図示を省略したベルトクリーナユニットの一時貯留部に溜め込み、その溜め込まれた廃トナーを搬送スクリューにより落下筒内を上部まで搬送し、落下筒を介して廃トナー回収容器20に送り込んでいる。
図1に示すように、この画像形成装置1は、従来の用紙に直接トナー像を転写する方式ではなく、待機搬送ローラ対25により二次転写部まで鉛直方向に搬送される用紙に中間転写ベルト14を介してトナー像を転写する方式となっている。
したがって、用紙の搬送路に発生する用紙ジャム等の不具合を回復するメンテナンス処理時には、図1の右側を開放するのみで対処できるようになっている。
そして、用紙ジャム等の不具合はキット類の配設部では発生しないので、図1の左側に集中するキット類などの消耗品の着脱の操作は、長手方向に入れ替え操作するだけの小さなスペースで良いように構成されている。
これにより、キット間の寸法は、可及的に縮小されており、装置本体全体の小型化が図られている。また、光書込みヘッド自体も小型化され、感光体ドラムに、より近接している構成となっている。
図2は、上記のプリンタ1の制御装置を含む回路ブロック図である。図2に示すように回路ブロックは、CPU(central processing unit)35を中心にして、このCPU35に、それぞれデータバスを介してインターフェイスコントローラ(I/F_CONT)36及びプリンタコントローラ(PR_CONT)37が接続されている。PR_CONT37にはプリンタ印字部38が接続されている。
また、CPU35には、ROM(read only memory)39、EEPROM(electrically erasable programmable ROM)41、本体操作部の操作パネル42、及び各部に配置されたセンサからの出力が入力されるセンサ部43が接続されている。
ROM39には、システムプログラムが記憶され、CPU35は、このシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。
すなわち、各部において、先ず、I/F_CONT36は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ44に展開する。フレームメモリ44は、ブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)ごとに記憶エリアが設定されており、各色のデータが対応するエリアに展開される。
フレームメモリ44に展開されたデータはPR_CONT37に出力され、PR_CONT37からプリンタ印字部38に出力される。
プリンタ印字部38は、エンジン部であり、PR_CONT37からの制御の下で、図1に示した感光体ドラム17、一次転写ローラ28等を含む回転駆動系、帯電ローラ19、光書込ヘッド21等の被駆動部を有する画像形成部、中間転写ユニット13の上下移動や転写ベルト24の回転駆動、更にベルト式定着装置37のベルト駆動を行うベルト駆動部45、用紙取出ローラ32〜排紙ローラ対41等の回転駆動される各部からなる搬送機構、発熱駆動及び回転駆動されるベルト式定着装置37などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。
そして、PR_CONT37から出力されたブラック(K)、マゼンダ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)の各色のデータは、プリンタ印字部38からそれぞれ対応する図1に示した光書込ヘッド21に供給される。
図3(a),(b) は、上記構成のプリンタ1におけるベルト式定着装置27の、より詳細な構成とその動作状態を示す断面図である。
同図(a),(b) に示すように、ベルト式定着装置27は、下部に用紙搬入口46、上部に用紙搬出口47を形成された断熱性の筐体48で外側を囲まれた内部に、定着駆動ローラ49、熱源51を内蔵した加熱ローラ52、これら定着駆動ローラ49と加熱ローラ52とに掛け渡された定着ベルト53、定着ベルト53を介して定着駆動ローラ49に圧接して定着挟持部Aを形成する加圧ローラ54を備えている。
定着挟持部Aの出口側(図の上方)の両側には、用紙分離板55(55a、55b)が配置されている。尚、加熱ローラ52には、内蔵の熱源51の他、特には図示しないが、両端部にカラー状のベルト寄り止め部材が形成され、外側には定着ベルト53を介してサーミスタの温度検出端子が当接している。上記の定着ベルト53は、例えばエレクトロフォーミングNi(ニッケル)電鋳等の金属膜からなる無端状のベルトである。
また、定着駆動ローラ49には一方の軸端(図3(a),(b) では紙面奥行き方向手前側の軸端)に、ベルト駆動部45の駆動系からの駆動力を定着駆動ローラに伝達する駆動ギア56が固定して取り付けられている。
定着駆動ローラ49は、駆動ギア56に駆動されて、図の矢印hで示すように反時計回り方向に回転し、この回転に従動して定着ベルト53、及び加熱ローラ52がそれぞれ反時計回り方向に回転し、加圧ローラ54が時計回り方向に回転する。
上記の駆動ギア56と定着駆動ローラ49との間において、定着駆動ローラ49の回転軸に回動腕57の下端部が外嵌している。回動腕57は、その外嵌部を支点にして定着駆動ローラ49の回転軸により滑り回転駆動されるように構成されている。
そして、回動腕57が滑り回転駆動されるとき回動腕57を所定の位置で回動を停止させるためのストッパ58が設けられている。
また、回動腕57の回動自由端側にはベルトクリーニングローラ59が回転自在に取り付けられている。このベルトクリーニングローラ59は、ベルトテンションローラを兼ねている。
更に、回動腕57の回動自由端側には、回動腕57を定着ベルト53から離間させる方向へ付勢する例えば螺旋バネ等から成る付勢部材61の一端が係止している。付勢部材61の他端は断熱性筐体48側に係止している。
上記の構成において、回動腕57は、定着装置27が定着動作を実行するときには、駆動ギア56により定着駆動ローラ49が矢印h方向に回転駆動されることに応じて、付勢部材61の付勢力に抗し、定着駆動ローラ49の回転方向に滑り回転駆動される。
そして、回動腕57は、図3(a) に示すように、ストッパ58に当接すると、定着駆動ローラ49の回転軸との相対的滑り回転を継続したまま回動移動を停止し、それと同時に回動腕57は、回動自由端側に支持されるベルトクリーニングローラ59を定着ベルト53に圧接させる。
このベルトクリーニングローラ59の圧接により、定着ベルト53上に残留するトナー粉が清掃されるとともに、定着時の離型性を向上させるためのオイル分が、ベルトクリーニングローラ59から定着ベルト53の表面に塗着される。
また、このベルトクリーニングローラ59の圧接により、定着ベルト53が適度に張設され、弛み無く回転して、定着挟持部Aにおいては弛みも皺もない平滑な面を未定着トナー像の面に圧接させて、高い画質のトナー像を紙面に定着させる。
また、定着装置27の非定着動作時には、例えば電磁弁等の切替制御によって駆動ギア56とベルト駆動部45の駆動系との連結が切り離され、駆動ギア56による駆動伝達が停止して、定着駆動ローラ49の回転が停止する。
この定着駆動ローラ49の回転停止に応じて、図3(b) に示すように、回動腕57に対する滑り回転駆動が解除される。滑り回転駆動が解除されると、回動腕57に対する付勢部材61の付勢力により、回動腕57が、矢印iで示すように、定着ベルト53から離間する方向に回動し、その回動自由端側に支持されているベルトクリーニングローラ59を定着ベルト53から離間させる。
このように、本発明の実施形態によれば、定着装置の動作に連動して定着時に定着ベルトに圧接し非定着時には定着ベルトから離間するテンションローラ兼クリーニングローラを備えるので、定着装置が動作しているときだけ定着ベルトに適宜な張力が加えられ、輸送時、保管時、印刷待機時などには定着ベルトの張力を解放でき、これにより、定着装置内の熱変動によって生じる定着ベルトの歪発生を防止して定着ベルトの経時変化を低減させ、耐久性及び信頼性の向上した画像形成装置のベルト式定着装置を提供することが可能となる。
また、加熱ローラや定着駆動ローラの軸受けから、定着ベルトへのテンション付加機能を除去できるので、加熱ローラや定着駆動ローラの軸受構成が簡単となり、これらの組立てが容易になり、加熱ローラに内蔵されるヒータなどの熱源の部品破損も防止または低減できて経済性が向上する。
そして、上記のような構成を、ベルトクリーニングローラ59のような既に構成されているクリーニング機能部品を利用し、ストッパ、付勢部材、滑り嵌合等の簡単な構成を追加することにより安価に実現することができる。
実施形態1におけるベルト式定着装置を備えたフルカラーの画像形成装置(プリンタ)の内部構成を説明する断面図である。 実施形態1におけるプリンタの制御装置を含む回路ブロック図である。 (a),(b) は実施形態1のプリンタにおけるベルト式定着装置のより詳細な構成とその動作状態を示す断面図である。
符号の説明
1 画像形成装置(プリンタ)
2 画像形成部
3 中間転写ベルトユニット
4 給紙部
5 両面印刷用搬送ユニット
6(6M、6C、6Y、6K) 画像形成ユニット
7(7m、7c、7y、7k) 感光体ドラム
8 クリーナ
9 帯電ローラ
11 光書込ヘッド
12 現像器
13 現像ローラ
14 転写ベルト
15 駆動ローラ
16 従動ローラ
17 ベルト位置制御機構
18 一次転写ローラ
19 供給ローラ
20 廃トナー回収容器
21 給紙カセット
22 用紙取出ローラ
23 給送ローラ
24 捌きローラ
25 待機搬送ローラ対
26 二次転写ローラ
27 ベルト式熱定着装置
28 搬出ローラ対
29 排紙トレー
31 排紙ローラ対
32a 開始返送路
32b 中間返送路
32c 終端返送路
33a、33b、33c、33d 返送ローラ対
34 クリーニング部
35 CPU(central processing unit)
36 インターフェイスコントローラ(I/F_CONT)
37 プリンタコントローラ(PR_CONT)
38 プリンタ印字部
39 ROM(read only memory)
41 EEPROM(electrically erasable programable ROM)
42 操作パネル
43 センサ部
44 フレームメモリ
45 ベルト駆動部
46 用紙搬入口
47 用紙搬出口
48 断熱性筐体
49 定着駆動ローラ
51 熱源
52 加熱ローラ
53 定着ベルト
54 加圧ローラ
55 用紙分離板
56 駆動ギア
57 回動腕
58 ストッパ
59 ベルトクリーニングローラ
61 付勢部材

Claims (2)

  1. 未定着トナー像を担持する用紙を搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送される用紙の搬送を引き継いで該用紙に熱及び圧力を加えながら前記未定着トナー像を前記用紙に定着する画像形成装置のベルト式定着装置において、
    熱源を有する加熱ローラと定着駆動ローラとの間に掛け渡されて回転する定着ベルトと、
    該定着ベルトを介して前記定着駆動ローラを押圧する加圧ローラと、
    前記定着駆動ローラの回転軸に固定され前記定着駆動ローラに駆動系からの駆動力を伝達する駆動ギアと、
    該駆動ギアと前記定着駆動ローラとの間において前記回転軸に端部を外嵌させ、その外嵌部を支点にして前記回転軸により滑り回転駆動される回動腕と、
    該回動腕が滑り回転駆動されるとき該回動腕を所定の位置で回動を停止させるストッパと、
    該回動腕の回動自由端側に支持されるベルトクリーニングローラと、
    該ベルトクリーニングローラを支持する前記回動腕の前記回動自由端側を前記定着ベルトから離間させる方向へ付勢する付勢部材と、
    を有し、
    前記回動腕は、
    定着時には、前記駆動ギアにより前記定着駆動ローラが回転駆動されることに応じて、前記付勢部材の付勢力に抗して前記定着駆動ローラの回転方向に滑り回転駆動され、前記ストッパに当接して停止すると共に前記回動自由端側に支持される前記ベルトクリーニングローラを前記定着ベルトに圧接させ、
    非定着時には、前記駆動ギアによる駆動伝達が停止して前記定着駆動ローラの回転が停止することに応じて、前記滑り回転駆動が解除され、前記付勢部材の付勢力により前記回動自由端側に支持される前記ベルトクリーニングローラを前記定着ベルトから離間させる、
    ことを特徴とする画像形成装置のベルト式定着装置。
  2. 前記定着ベルトは、金属膜からなる無端状のベルトであり、前記ベルトクリーニングローラはベルトテンションローラを兼ねている、ことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置のベルト式定着装置。
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