JP5482573B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等のトナーを用いて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置の定着装置に関する。
紙等のシート状記録媒体(以下、用紙という)上に転写され担持されているトナー像からなる未定着画像を加熱定着することにより、複写物や記録物を得る電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置が知られている。この画像形成装置に用いられる加熱定着処理を行う定着装置として、ローラ同士を圧接する構成やローラとベルトとを組み合わせた構成が知られており、ベルトを用いる構成ではローラ対を用いる構成における未定着画像に接する側に位置するローラに代えて1対のローラに掛け渡されたベルトを配置し、この1対のローラの1つには用紙を圧接する加圧ローラを対向させている。ベルトが掛け渡されるローラのうち加圧ローラと対向するローラは定着ローラとされ、定着ローラ以外のローラはベルトを加熱するための熱源を備えた加熱ローラとされている。このようなベルトを用いたベルト定着方式では、定着ベルトの熱容量が小さいのでウォーミングアップタイムを短縮できると共に省エネルギに寄与するという利点がある。
上述の画像形成装置において、カラー画像を形成するカラー画像形成装置の場合には色の発色性を向上させるため、定着ベルトとして表層にシリコーンゴムを素コートしたのも(一般的には数十μm程度のPFAチューブを使用)やシリコーンゴムの表面にオイルを塗布したものを使用している。しかしこの構成では表層が軟らかいために傷が付き易く、表層に傷が付くと定着画像にスジ状の傷が生じることから、分離爪のような接触手段を用いずに大半は非接触分離を行っているが、非接触分離でトナーと定着ベルトとの粘着力が高い場合には定着後の用紙が定着ローラに巻き上がるため、容易に巻き上がりジャムが発生してしまうという問題点がある。特にカラー画像形成では何層もの色が積層されており、粘着力が高まるために巻き上がりジャムが発生し易い。
現在、カラー画像形成装置における用紙分離では、(1)定着ローラ及び定着ベルトとの間に微少なギャップ(0.2〜1mm程度)を有する状態で定着ローラ及び定着ベルトの長手方向及び幅方向に平行に延在する分離板を用いる非接触分離板方式、(2)定着ローラ及び定着ベルトとの間に微少なギャップ(0.2〜1mm程度)を有する状態で所定間隔をおいて配置された分離爪を用いる非接触分離爪方式、(3)用紙の腰の強さと定着ローラ及び定着ベルトの湾曲部弾性とで自然に用紙を剥離させるセルフストリッピング方式の3つが主に採用されている。しかし何れの方式も隙間を有しているため、薄い用紙や先端余白が少ない用紙を通紙する場合あるいは写真等のべた画像を有する用紙を通紙する場合には、用紙が定着ベルトに密着したまま隙間を通過して用紙巻き上がりが生じたり、逆に分離板や分離爪に用紙が突き当たったりすることによりジャムが発生してしまうという問題点がある。
本発明は上述の問題点を解決し、定着ベルトに傷を付けることなくかつジャムを発生させることなく、用紙を確実に分離することが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
請求項1記載の発明は、表面に耐熱性離型層を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを走行可能に支持する定着ローラを含む複数のローラと、前記定着ベルトを加熱する熱源と、ニップ部において前記定着ベルトを介してシート状の記録媒体を前記定着ローラに押圧させる加圧ローラと、前記記録媒体を前記定着ベルトより分離させる分離手段と、前記定着ベルトを走行駆動する定着ベルト駆動手段と、前記加圧ローラを回転駆動する加圧ローラ駆動手段とを有する定着装置において、前記加圧ローラの回転周速度を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離されるまでは前記定着ベルトの走行速度よりも遅い第1の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御し、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離された後は前記定着ベルトの走行速度と等しい第2の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の定着装置において、さらに前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段との間に前記加圧ローラ駆動手段からの回転駆動力を前記加圧ローラに対して接続・遮断可能な断接手段を有し、前記制御手段は、第1の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを接続して前記加圧ローラを前記加圧ローラ駆動手段によって回転駆動し、第2の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを遮断して前記加圧ローラを前記定着ベルトの走行駆動により従動回転させることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の定着装置において、さらに前記加圧ローラの第1の速度における回転周速度に比して前記定着ベルトの走行速度が101%以上であることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3の何れか1つに記載の定着装置において、さらに前記定着ベルトの走行速度は常時その走行速度をフィードバックして制御されていることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の定着装置において、さらに前記定着ベルトの走行速度制御は非接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項4記載の定着装置において、さらに前記定着ベルトの走行速度制御は接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の何れか1つに記載の定着装置において、さらに前記加圧ローラの第1の速度への制御は前記記録媒体として坪量150g/m2以下のものを用いる場合に行われることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項1ないし7の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。
本発明によれば、記録媒体の先端が分離手段により分離されるまでは定着ベルトと加圧ローラとの間に線速差を設け、記録媒体の先端が分離された後は線速差をなくす制御を行うことにより、記録媒体に定着ベルトから離れる向きの湾曲特性が付与されて分離性が向上し、かつシワのない画像を得ることができる。
図1は本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置としてのカラー複写機1を示している。同図に示すように、装置本体2の中央よりやや上方の位置には中間転写ベルト3を有する中間転写ユニット4が配設されており、中間転写ベルト3と対向するようにイエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した作像部5Y,5M,5C,5Kが並設されている。ここで、各作像部5Y,5M,5C,5Kは作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一の構造であるので、以下の説明では作像部5と感光体ドラム6と1次転写ローラ7とにおける符号のアルファベット(Y,M,C,K)を省略する。
作像部5は感光体ドラム6、感光体ドラム21の周囲に配設された帯電手段8、現像装置9、クリーニング手段10等を有している。感光体ドラム6上において後述する作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程、除電工程)が行われ、感光体ドラム6上に所望のトナー像が形成される。上述した感光体ドラム6、帯電手段8、現像装置9、クリーニング手段10は装置本体2に対してそれぞれ着脱自在に構成されており、それぞれが寿命に達したときに個別に交換可能に構成されている。
次に、感光体ドラム6の作像プロセスについて説明する。感光体ドラム6は、図示しない駆動手段によって図1の矢印方向に回転駆動され、帯電手段8と対向する位置においてその表面を一様に帯電される(帯電工程)。その後、感光体ドラム6の帯電された表面は光学系11からのレーザ照射位置に達し、この位置での露光走査により感光体ドラム6の表面に静電潜像が形成される(露光工程)。感光体ドラム6の潜像形成部は現像装置9との対向部に達し、この位置で静電潜像に現像剤が供給されて所望のトナー像が形成される(現像工程)。感光体ドラム6の表面に形成されたトナー像は中間転写ベルト3及び1次転写ローラ7との対向位置に達し、この位置で感光体ドラム6上のトナー像が中間転写ベルト3上に転写される(1次転写工程)。このとき感光体ドラム6上には僅かながら未転写トナーが残存する。1次転写後、感光体ドラム6の表面はクリーニング手段10との対向位置に達し、この位置で未転写トナーがクリーニング手段10によって回収される(クリーニング工程)。最後に感光体ドラム6の表面は図示しない除電手段との対向部に達し、この位置で残留電位を除去される(除電工程)。この一連の動作により、感光体ドラム6の作像プロセスが完了する。
上述の作像プロセスは、4つの作像部5Y,5M,5C,5Kにおいてそれぞれ行われる。各作像部5の上方に配設された光学系11から画像情報に基づいたレーザ光が各感光体ドラム6に向けて照射される。詳しくは、光源から発せられたレーザ光をポリゴンミラーで走査しながら複数の光学素子を介して感光体ドラム6上に照射する。その後、現像工程を経て各感光体ドラム6上に形成した各色トナー像を中間転写ベルト3上に重畳転写することにより、中間転写ベルト3上にフルカラートナー像が形成される。
4個の1次転写ローラ7Y,7M,7C,7Kは、それぞれ対応する感光体ドラム6Y,6M,6C,6Kとの間で中間転写ベルト3を挟み込んで1次転写ニップを形成している。中間転写ベルト3が図1に矢印で示す方向に走行して各1次転写ローラ7の1次転写ニップを通過するとき各1次転写ローラ7にトナー極性とは逆極性の転写バイアスが印加されることにより、各感光体ドラム6上の各色トナー像が中間転写ベルト3上に重畳転写される。
フルカラートナー像が重畳転写された中間転写ベルト3は2次転写ローラ12との対向位置に達し、この位置において2次転写バックアップローラ13が2次転写ローラ12との間に中間転写ベルト3を挟み込んで2次転写ニップを形成している。中間転写ベルト3上に形成されたフルカラートナー像は、2次転写ニップに搬送された転写紙等の記録媒体Pに転写されるが、このとき中間転写ベルト3上には記録媒体Pに転写しきれなかった未転写トナーが残存する。残存した未転写トナーは図示しない中間転写ベルトクリーニング手段により除去され、中間転写ベルト3が初期状態に復帰して中間転写ベルト3上で行われる一連の転写プロセスが完了する。
2次転写ニップに搬送される記録媒体Pは、装置本体2の下方に配設された給紙部14から給紙ローラ15及びレジストローラ対16等を経由して搬送される。給紙部14には記録媒体Pが複数枚重ねて収納されており、給紙ローラ15の回転によりその最上位の1枚がレジストローラ対16に向けて分離給送される。分離給送された記録媒体Pはレジストローラ対16のニップ位置で一時停止され、中間転写ベルト3上のフルカラートナー像にタイミングを合わせてレジストローラ対16が回転駆動されることにより2次転写ニップに向けて搬送され、2次転写ニップにおいて所望のフルカラー画像が転写される。
2次転写ニップにおいてフルカラー画像を転写された被転写材Pは定着装置17へと搬送される。定着装置17では、後述する定着ベルト及び加圧ローラによる加熱及び加圧により、フルカラー画像が記録媒体Pの表面に定着される。画像が定着された記録媒体Pは排紙ローラ対18によって排出され、出力画像として図示しない排紙トレイ上に順次スタックされる。上述によりカラー複写機1における一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、本発明の特徴部である定着装置17について説明する。定着装置17は、図2に示すように熱源としてのヒータ19aを内蔵した加熱ローラ19、加熱ローラ19の温度を検出する図示しない温度センサ、定着ローラ20、加熱ローラ19と定着ローラ20とに掛け渡された定着ベルト21、定着ベルト21に所定の張力を付与するテンションローラ22、定着ベルト21に離型剤としてのオイルを塗布するオイル塗布機構23、定着ベルト21のクリーニングを行うベルトクリーニング手段24、所定の圧接力で定着ベルト21を介して定着ローラ20に圧接してニップ部Nを形成するヒータ25aを内蔵した加圧ローラ25、加圧ローラ25の温度を検出する図示しない温度センサ、加圧ローラ25の表面にシリコンオイルを塗布するオイル塗布機構26、ニップ部Nに記録媒体Pを送り込む搬送手段27、定着ベルト21の表面から記録媒体Pを分離させる分離手段として機能する非接触分離板33、加圧ローラ25の表面から記録媒体Pを分離する非接触分離爪34等を有しており、定着ベルト21の近傍であって画像有効範囲の外側の位置にはその走行速度を検出するための温度センサ28が、搬送手段27の用紙搬送方向下流側端部には記録媒体Pの先端を検出する先端検知センサ29がそれぞれ配設されている。
定着ローラ20はモータ30によって回転駆動され、定着ローラ20が回転することにより定着ベルト21が走行駆動されることからモータ30は定着ベルト駆動手段として機能する。加圧ローラ25は速度可変型のモータ31によって回転駆動され、モータ31は加圧ローラ駆動手段として機能する。各モータ30,31の作動は後述する制御手段32によって制御される。また、定着ベルト21の画像有効範囲外には、図3に示すようにその走行速度を測定するための複数の穴21aが等間隔で設けられている。各穴21a間の定着ベルト21の温度を温度センサ28によって検出することにより、その検出時間から定着ベルト21の走行速度が検出される。温度センサ28に夜検出結果は後述する制御手段32に送られる。なお、本形態では各穴21aを定着ベルト21の一側部にのみ設けているが、定着ベルト21に方向性を持たせることを回避すべく両側部に設けてもよい。また、本形態では定着ベルト21の走行速度を定着ベルト21自身で検出しているが、これはニップ部Nを構成すべく定着ローラ20として弾性ローラを使用しているため、定着ローラ20が熱膨張することによりその外径が変動するためである。
図4は、各モータ30,31の駆動を制御する制御手段32のブロック図を示している。CPU、ROM、RAM等を有する周知のマイクロコンピュータからなる制御手段32は、温度センサ28から送られる定着ベルト21の速度情報及び先端検知センサ29から送られる記録媒体Pの位置情報に基づき、モータ30の駆動制御及びモータ31の駆動及び速度制御を行う。
上述した構成に基づき、以下にカラー複写機1の定着装置17における動作を説明する。本実施形態では、図5のタイミングチャートに示すように、シート(記録媒体P)がニップ部Nに進入し、ニップ部Nにおいて画像を定着されたシートの先端が非接触分離板33によって分離されるまでは定着ベルト21の走行速度に比して加圧ローラ25の回転周速度が遅くなるようにモータ31の回転速度を制御し、シートが分離された後は定着ベルト21の走行速度と等しい回転周速度となるようにモータ31の回転速度を制御している。このような制御を行う理由は、定着ベルト21からのシートの分離性を向上させるためである。図6を用い、定着ベルト21と加圧ローラ25との間に線速差を設けることによりシートの分離性が向上する理由を説明する。ニップ部Nにおいて定着ベルト21と加圧ローラ25とに挟まれているシートは、定着ベルト21による送り速度が速いために厚み方向の下側に比して上側が伸ばされ、結果としてシートは下向きに湾曲した状態で搬送される。線速差が逆転するとシートは上向きに湾曲して搬送される。これによりシートには定着ベルト21から離間する向きの湾曲特性が与えられて分離性が向上するのである。図7は、定着装置17において定着ベルト21と加圧ローラ25との間に線速差を設けることにより、分離ジャムの発生率が変化することを確認試験した結果を示している。図7から判るように、線速差を1%以上設けることにより分離ジャムの発生率が軽減している。
通常、シートを挟持搬送する搬送手段において、上側搬送部材と下側搬送部材との間に線速差を設けると、図8に示すようにシートのシワ発生率も上昇する。シワの発生率上昇を抑制する手段として、搬送部材を鼓形状とすることが一般的に挙げられるが、線速差を設けたことにより滑りが生じてしまい鼓形状効果が薄れてしまう。従って、線速差を設けてシートを搬送する場合には、分離及びシワの双方の副作用の中間を狙って設定する必要がある。「特許文献1」に開示された技術では、摺擦による定着部材へのフィルミング防止を目的として線速差を設けているが、固定ギヤによる線速差であるため恒常的に線速差が生じてしまい、シワに対しては不利であり画像条件によってはシワが発生してしまう。「特許文献2」に開示された技術では、定着ローラと加圧ローラとの線速差をなくすためにワンウェイクラッチを使用しているが、逆に任意のタイミングで線速差を設けることができず、用紙搬送ジャムが発生してしまう。「特許文献3」に開示された技術では、加圧ローラの熱膨張の変化をフィードバックして線速を制御しているが、ニップ部を形成する部材間には線速差が設けられていない。
本実施形態では、図5に示したようにシートの先端が分離するまで定着ベルト21と加圧ローラ25との間に線速差を設け分離後は線速差をなくすという制御を行うことにより、分離性が向上しシワのない画像を得ることができる。ただし、分離性は使用するシートの腰によって余裕度が異なる。シートの腰は坪量と相関があり、図9に線速差を設けない状態での分離性を評価した試験結果を示す。図9から明らかなように、坪量が150g/m2以下の場合には分離性の余裕度が少なく線速差を設ける制御が有効であるが、坪量が150g/m2を超える場合には特に制御は必要ではない。
上述の構成では、定着ベルト21の走行速度を温度センサ28によって直接検出してフィードバックしているので、定着ローラ20の熱膨張に拘わらず定着ベルト21の走行速度を安定化させることができる。また、上記実施形態ではモータ31として速度可変型のモータを用い、この回転速度を制御手段32によって制御する構成としたが、モータ31に代えて断接手段としてのクラッチを内蔵したモータを用い、このモータの回転速度を定着ベルト21の走行速度よりも低速に設定し、シートの先端が非接触分離板33によって分離されるまではクラッチを接続してモータによって加圧ローラ25を回転駆動し、シートが分離された後はクラッチを遮断して加圧ローラ25を定着ベルト21に従動回転させる構成としてもよい。これにより制御を簡略化することができる。
上記実施形態では画像形成装置としてカラー複写機を用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限定されず、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。
1 画像形成装置(カラー複写機)
17 定着装置
19a 熱源(ヒータ)
20 定着ローラ
21 定着ベルト
25 加圧ローラ
30 定着ベルト駆動手段(モータ)
31 加圧ローラ駆動手段(モータ)
32 制御手段
33 分離手段(非接触分離板)
N ニップ部
P 記録媒体(シート)
17 定着装置
19a 熱源(ヒータ)
20 定着ローラ
21 定着ベルト
25 加圧ローラ
30 定着ベルト駆動手段(モータ)
31 加圧ローラ駆動手段(モータ)
32 制御手段
33 分離手段(非接触分離板)
N ニップ部
P 記録媒体(シート)
Claims (8)
- 表面に耐熱性離型層を有する無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトを走行可能に支持する定着ローラを含む複数のローラと、前記定着ベルトを加熱する熱源と、ニップ部において前記定着ベルトを介してシート状の記録媒体を前記定着ローラに押圧させる加圧ローラと、前記記録媒体を前記定着ベルトより分離させる分離手段と、前記定着ベルトを走行駆動する定着ベルト駆動手段と、前記加圧ローラを回転駆動する加圧ローラ駆動手段とを有する定着装置において、
前記加圧ローラの回転周速度を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離されるまでは前記定着ベルトの走行速度よりも遅い第1の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御し、前記記録媒体の先端が前記分離手段により分離された後は前記定着ベルトの走行速度と等しい第2の速度となるように前記加圧ローラの回転周速度を制御することを特徴とする定着装置。 - 請求項1記載の定着装置において、
前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段との間に前記加圧ローラ駆動手段からの回転駆動力を前記加圧ローラに対して接続・遮断可能な断接手段を有し、前記制御手段は、第1の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを接続して前記加圧ローラを前記加圧ローラ駆動手段によって回転駆動し、第2の速度において前記加圧ローラと前記加圧ローラ駆動手段とを遮断して前記加圧ローラを前記定着ベルトの走行駆動により従動回転させることを特徴とする定着装置。 - 請求項1または2記載の定着装置において、
前記加圧ローラの第1の速度における回転周速度に比して前記定着ベルトの走行速度が101%以上であることを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし3の何れか1つに記載の定着装置において、
前記定着ベルトの走行速度は常時その走行速度をフィードバックして制御されていることを特徴とする定着装置。 - 請求項4記載の定着装置において、
前記定着ベルトの走行速度制御は非接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする定着装置。 - 請求項4記載の定着装置において、
前記定着ベルトの走行速度制御は接触式温度センサを用いて行うことを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし6の何れか1つに記載の定着装置において、
前記加圧ローラの第1の速度への制御は前記記録媒体として坪量150g/m2以下のものを用いる場合に行われることを特徴とする定着装置。 - 請求項1ないし7の何れか1つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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