JP6943049B2 - シート搬送装置、およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明の1つの観点における画像形成装置は、シートにトナー像を形成する作像部と、そのシートにそのトナー像を熱定着させる上記の定着装置とを備えている。
[画像形成装置の外観]
図1の(a)は、本発明の実施形態による画像形成装置100の外観を示す斜視図である。この画像形成装置100はプリンターである。その筐体の上面には排紙トレイ41が設けられ、その奥に開いた排紙口42から排紙されたシートを収容する。排紙トレイ41の前方には操作パネル51が埋め込まれている。プリンター100の底部には給紙カセット11が引き出し可能に取り付けられている。
図1の(b)は、図1の(a)の示す直線b−bに沿ったプリンター100の模式的な断面図である。プリンター100は電子写真式のカラープリンターであり、給送部10、作像部20、定着部30、および排紙部40を含む。
給送部10は、まずピックアップローラー12を用いて、給紙カセット11に収容されたシートの束からシートを1枚ずつ分離する。この分離したシートSH1を給送部10はタイミングローラー13を用いて作像部20へ送出する。「シート」とは、薄膜状もしくは薄板状の材料、物品、または印刷物をいう。プリンター100が印刷可能なシートの材質には、紙または樹脂が含まれる。給紙カセット11に収容可能なシートの種類、すなわち紙種には、普通紙、上質紙、カラー用紙、または塗工紙が含まれ、サイズには、JIS規格の定める標準サイズ、たとえばA3−A7、B4−B7の他、名刺、しおり、チケット、葉書、封筒、写真(L版)が含まれる。さらに、シートの姿勢は縦置きと横置きとのいずれにも設定可能である。
−シートの搬送経路−
プリンター100の備えたこれらの要素10−40の間には、ガイド板等によってシートの搬送経路が形成されている。図1の(b)では搬送経路が給紙カセット11を始端とし、給送部10の搬送ローラー12、13、中間転写ベルト21の駆動ローラー21Rと2次転写ローラー23との対、定着ベルト31と加圧ローラー32との対、排紙部40の排紙ローラー43を順に経由して終端である排紙口42まで伸びている。この搬送経路の周辺には、搬送ローラーを駆動するモーターと複数の通紙センサーとが設置されている(図は示していない)。モーターはたとえば直流ブラシレス(BLDC)モーターであり、ギア、ベルト等の伝達系統を通して駆動対象の搬送ローラーに回転力を与える。通紙センサーはたとえば光学式であり、搬送経路上に設定された監視領域に光を照射し、その領域を透過した光量、またはその領域から反射された光量を測定する。監視領域をシートが通過する際、通紙センサーの照射光はそのシートによって遮られ、または反射されるので、光量の測定値が変化する。この変化から通紙センサーは、シートによる監視領域の通過を検知する。
図2は、プリンター100の電子制御系統の構成を示すブロック図である。この系統では、給紙部10、作像部20、定着部30、排紙部40に加え、操作部50と主制御部60とがバス90を通して互いに通信可能に接続されている。
−駆動部−
給紙部10、作像部20、定着部30、排紙部40はそれぞれ、モーター10A、20A、30A、40A、駆動部10D、20D、30D、40D、およびセンサー10S、20S、30S、40Sを含む。モーター10A−40Aは、上記の搬送ローラー12、13、21R、23、31、32、36、43を回転させるモーターの他、感光体ドラム24Y−24K等の可動部材を駆動するアクチュエーターを含む。駆動部10D−40Dはそれぞれ、プリンター100に内蔵された1枚の印刷回路基板に実装された電子回路であり、モーター10A−40Aに対する制御回路と駆動回路とを含む。制御回路は、マイクロプロセッサ(MPU/CPU)、特定用途向け集積回路(ASIC)、またはプログラム可能な集積回路(FPGA)等の論理回路であり、モーターの回転数に対する目標値を設定して駆動回路に指示する。具体的にはたとえば、モーターからフィードバックされる回転数の実測値を目標値と比較し、それらの差が縮まるようにそのモーターに対する印加電圧の目標値を駆動回路に指示する。駆動回路はインバーターであり、パワートランジスター(FET)等のスイッチング素子を利用してモーターに電力を供給する。この際、モーターに対する印加電圧を駆動回路が目標値に一致させることにより、そのモーターの回転数が目標値に実質的に(すなわち誤差の許容範囲内で)維持される。
操作部50は操作パネル51と外部インターフェース(I/F)52とを含み、これらにより、ユーザーの操作または外部の電子機器との通信を通してジョブの要求と印刷対象の画像データとを受け付け、それらを主制御部60へ伝える。操作パネル51は、図1の(a)が示すように、押しボタン、タッチパネル、およびディスプレイを含む。操作パネル51は、操作画面および各種パラメーターの入力画面等のグラフィックスユーザーインターフェース(GUI)画面をディスプレイに表示する。操作パネル51はまた、ユーザーが押下した押しボタンを識別し、またはユーザーが触れたタッチパネル上の位置を検出し、その識別または検出に関する情報を操作情報として主制御部60へ伝える。特に印刷ジョブの入力画面がディスプレイに表示されている場合、操作パネル51は、印刷対象のシートのサイズ、紙種、姿勢(縦置きと横置きとの別)、部数、カラー/モノクロの別、画質等の印刷条件をユーザーから受け付けて、これらの条件を示す項目を操作情報に組み込む。外部I/F52はUSBポートまたはメモリーカードスロットを含み、それらを通してUSBメモリー、HDD等の外付けの記憶装置から直に印刷対象の画像データを読み込む。外部I/F52はまた外部ネットワーク(図は示していない。)に有線または無線で接続され、そのネットワーク上の他の電子機器から印刷対象の画像データを受信する。
主制御部60は、プリンター100に内蔵された1枚の印刷回路基板に実装された集積回路であり、CPU61、RAM62、およびROM63を含む。CPU61は1つのMPUで構成され、各種ファームウェアを実行することにより、他の要素10−40に対する制御主体としての多様な機能を実現する。たとえばCPU61は操作部50に操作画面等のGUI画面を表示させてユーザーの入力操作を受け付けさせる。この入力操作に応じてCPU61は、稼動モード、待機モード、スリープモード等の動作モードを選択し、その動作モードに応じた処理を要素10−40に指示する。RAM62は、DRAM、SRAM等の揮発性半導体メモリー装置であり、CPU61がファームウェアを実行する際の作業領域をCPU61に提供すると共に、操作部50が受け付けた印刷対象の画像データを保存する。RAM62は特に、操作部50からの操作情報が示す印刷条件、CPU61が選択した動作モード、およびCPU61がプリンター100内のセンサーを通して検出した温度、湿度等の環境条件を、他の要素10−40から参照可能に保持する。ROM63は書き込み不可の不揮発性記憶装置と書き換え可能な不揮発性記憶装置との組み合わせで構成されている。前者はファームウェアを格納する。後者は、EEPROM、フラッシュメモリー、SSD等の半導体メモリー装置、またはHDDを含み、CPU61に環境変数等の保存領域を提供する。
図3の(a)は加圧ローラー32と押圧パッド35との模式的な分解図であり、(b)は、(a)が示す直線b−bに沿った横断面図である。定着部30は、定着ベルト31、加圧ローラー32、駆動機構33、34、押圧パッド35、加熱ローラー36、ヒーター37、および保持部材38を含む。
定着ベルト31は、たとえば長さ数十cm、直径数十mm−数百mm、厚さ数百μm−数mmの円筒形状の無端ベルトであり、押圧パッド35と加熱ローラー36との間に回転可能に掛け渡されている。定着ベルト31は、内周側から順に、基層、弾性層、および表層を含む(図は示していない)。基層は、ポリイミド(PI)等、高強度の耐熱性樹脂フィルム、またはステンレス鋼(SUS)、ニッケル等の金属箔から成る。弾性層は、基層の外側を覆うシリコーンゴム等、高弾性の耐熱性樹脂フィルムから成り、その弾性により定着ベルト31の外周面をシートSH3の表面の微細な凹凸に合わせて変形させる。これにより、トナー像の光沢が均一化する。表層は、弾性層の外側を覆うポリテトラフルオロエチレン(PFA)等のフッ素樹脂フィルムから成り、高温高圧のニップNP内で溶融したトナーがシートSH3の表面から定着ベルト31の外周面へ転移する現象(オフセット)を防止する。
加圧ローラー32は、芯金321、弾性体層322、および表層323を含む。芯金321は、長さ数十cm、直径数mm−数十mmの細長い円筒部材であり、アルミニウム、鉄、SUS等、剛性の高い金属から成る。芯金321は長手方向(図ではZ軸方向)の両端部で軸受(図は示していない。)により、自身の中心軸まわりに回転可能に支持されている。これらの軸受は定着部30のフレームにより、芯金321を押圧パッド35へ接近させる方向(図ではX軸の負方向)に摺動可能に支持されている。弾性体層322は、芯金321の外側に同軸に配置された厚さ数十mm−数百mmの円筒部材であり、シリコーンゴム等、高弾性の耐熱性樹脂から成る。弾性体層322は内周面が周方向の全体にわたって芯金321の外周面に接触しており、その外周面に接着剤で接着されている。表層323は、厚さ数百μm−数mmのPFA等のフッ素樹脂フィルムであり、弾性体層322の外周面を周方向の全体にわたって覆っている。表層323は、定着ベルト31と加圧ローラー32との間のニップNPのうちシートSH3を通過させる部分(以下、「通紙部」と呼ぶ。)と芯金321の長手方向(Z軸方向)において同じ範囲に位置し、シートSH3の表面から弾性体層322の外周面へのトナーの転移(オフセット)を防止する。ニップNPのうち通紙部よりも長手方向(Z軸方向)において外側の部分(以下、「グリップ部」と呼ぶ。)では、弾性体層322の外周面が表層323で覆われることなく露出しているので、定着ベルト31と直に接触する。
駆動機構は、定着部30の含む可動部材とそれに対するアクチュエーターとの組み合わせの全体であり、加圧駆動部、回転駆動部33、および押込部34を含む。
加圧駆動部は、加圧ローラー32に対し、その外周面を押圧パッド35の板面に押し付ける方向の力を加える。具体的には、加圧駆動部は、ソレノイド、モーター等のアクチュエーター(図は示していない。)で、加圧ローラー32の芯金321を支持する軸受に対し、芯金321を押圧パッド35に対して平行のまま押圧パッド35へ接近させる方向(図ではX軸の負方向)の力を加える。この力が軸受を通して芯金321に伝わると、加圧ローラー32の外周面はニップNPに位置する部分が定着ベルト31を間に挟んで押圧パッド35の板面に、通紙部とグリップ部との全体を通して一様な圧力、たとえば106Paのオーダーの圧力で押し付けられる。
押圧パッド35は、加圧ローラー32の軸方向(図ではZ軸方向)に細長い板状部材であり、たとえば、液晶ポリマー(LCP)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等の耐熱性樹脂から成る。押圧パッド35は、片側の板面が加圧ローラー32の外周面から定着ベルト31越しに押し付け力を受け、それとの間にニップNPを形成する。弾性体層322に比べれば押圧パッド35は弾性が無視できるほど低いので、ニップNPでは押圧パッド35の板面に沿って加圧ローラー32の外周面が平らに窪む。この変形によりニップNPは、図3の(b)が示すように、押圧パッド35の板面の上にシートSH3の搬送方向(図では上下方向)に数mmの幅で拡がる。
加熱ローラー36は芯金361と弾性体層362とを含む。芯金361は、たとえば直径数十mmの円筒部材であり、アルミニウム、鉄等の金属から成る。弾性体層362は、シリコーンゴム等、高弾性の耐熱性樹脂から成り、たとえば厚さ1mm未満で芯金361の外周面を覆っている。芯金361の内側の中空部にはヒーター37が設置されている。ヒーター37は、たとえば加圧ローラー32の軸方向(Z軸方向)に細長い棒状のハロゲンヒーターであり、発光に伴う熱放射で芯金361を内側から加熱する。この熱が弾性体層362を通して外周面に伝わるので、その温度がたとえば百数十℃−数百℃の範囲に維持される。
保持部材38は、加圧ローラー32の軸方向(Z軸方向)に長尺の板状部材であり、たとえば電気亜鉛メッキ鋼(SECC)、SUS、アルミニウム等の金属から成る溝形鋼板(横断面が「コ」の字形状である鋼板)である。保持部材38は、押圧パッド35に対して加圧ローラー32とは反対側において押圧パッド35の板面に接着され、長手方向の両端部が定着部30のフレーム(図は示していない。)に固定されている。このフレームに対し、保持部材38は押圧パッド35を同じ位置に保持する。
図4は、本発明の実施形態によるシート搬送装置300の電子制御系統のブロック図である。シート搬送装置300は、定着部30の要素のうち、駆動部30D、定着ベルト31、加圧ローラー32、駆動機構33、34、押圧パッド35、および加熱ローラー36を含む。駆動部30Dは、回転速度実測部301、温度センサー302、湿度センサー303、制御部310、第1駆動回路311、および第2駆動回路312を含む。
図5の(a)、(b)は、図3の(a)が示す直線V−Vに沿った加圧ローラー32と押圧パッド35との間のニップの一端を示す部分断面図である。図5の(a)は、規制板341が加圧ローラー32の軸方向における摺動範囲MVRのうち、外側の境界OBNに位置するようにカム342の回転角が設定された場合を示し、(b)は、その場合よりも規制板341が内側に位置するようにカム342の回転角が変更された場合を示す。図5の(c)、(d)はそれぞれ、図5の(a)、(b)が示すニップ近傍の斜視図である。
本発明の実施形態によるシート搬送装置300では上記のとおり、押込部34が規制板341を加圧ローラー32の芯金321の外周面に沿って軸方向に変位させて、加圧ローラー32の弾性体層322の軸方向における端面324を押して軸方向に変位させる。このように端面324が押し込まれると、グリップ部51Bでは弾性体層322の粘弾性によりニップ圧が上昇する。このときのニップ圧の上昇量は弾性体層322の端面324の変位量で調節可能である。制御部310は、搬送対象のシートが、薄紙、コート紙、調湿紙等、低摩擦係数の紙種であり、またはシートの幅が標準サイズを超える等、ニップ搬送の安定性に影響を与えるパラメーターの値が通紙部50Bでのグリップ力FRLの不足を表す場合、押込部34に弾性体層322の端面324を押し込ませる。これに伴い、グリップ部51Bにおいてニップ圧が上昇するので、通紙部50Bでのグリップ力FRLの不足が補われ、加圧ローラー32の回転に定着ベルト31の従動回転が安定に追従する。さらに、弾性体層322の端面324の押し込みは通紙部50Bでのグリップ力FRLが不足する場合に制限されるので、ねじり応力の発生頻度が低く、弾性体層322の疲労の進行が遅い。こうして、このシート搬送装置300は、加圧ローラー32の耐久性を損なうことなく、普通紙だけでなく、薄紙、コート紙、調湿紙等の低摩擦係数の紙種、標準サイズよりも幅の広いシートを含む多様なシートを安定に搬送することができる。
(A)本発明の上記の実施形態による画像形成装置100は電子写真式のカラープリンターである。本発明の実施形態による画像形成装置はその他に、モノクロプリンター、コピー機、FAX等の単機能機であってもよく、複合機(MFP)であってもよい。
(B)定着ベルト31は、押圧パッド35と加熱ローラー36との間に掛け渡された張架ベルトである。定着ベルトはその他に非張架ベルト(フリーベルト)であってもよい。また、押圧パッド35に代えて従動ローラーが利用されてもよい。この場合、加圧ローラーと従動ローラーとのいずれがソフトローラーであっても、または両方がソフトローラーであってもよい。
定着ベルト31はシートを加熱し、加圧ローラー32はそのシートを加圧する。その他に、駆動ローラーがシートを加熱し、押圧パッドがベルト越しに、または従動ローラーが直に、シートを駆動ローラーに押し付ける構造であってもよい。
30 定着部
300 シート搬送装置
31 定着ベルト
32 加圧ローラー
321 芯金
322 弾性体層
323 表層
324 弾性体層の端面
34 押込部
32M 第2モーター
341 規制板
342 カム
343 従動節
344 カムの回転軸
345 従動節の基端
346 従動節の先端
35 押圧パッド
MVR 規制板の摺動範囲
OBN 規制板の標準位置
50A、50B ニップの通紙部
51A、51B ニップのグリップ部
FP 弾性体層の露出部分が受ける圧縮力
FV 弾性体層の露出部分の膨張圧
HMS、LMS シート
FRH、FRL 通紙部におけるグリップ力
GRH、GRL グリップ部におけるグリップ力
Claims (15)
- シートに対してニップ搬送を行うシート搬送装置であり、
回転可能に支持された芯金と、前記芯金の外周面を覆う筒形の弾性体とを含むローラーと、
前記ローラーの芯金と平行な軸のまわりに回転可能に支持され、前記ローラーの外周面に表面を接触させてニップを形成する回転体と、
前記ローラーと前記回転体との少なくとも一方に対して回転力を加える回転駆動部と、
前記ローラーの弾性体のうち筒形の軸方向における端面を軸方向に押し込むことにより前記端面を軸方向に変位させる押込部と、
前記押込部による押し込み動作を制御し、前記端面の変位量を調節する制御部と
を備えたシート搬送装置。 - 前記押込部は、
前記ローラーの芯金の外周面上を軸方向に移動して前記ローラーの弾性体の端面を押す押圧部材
を含む請求項1に記載のシート搬送装置。 - 前記押圧部材は少なくとも前記ローラーの弾性体の端面との接触部分が板状であり、
前記接触部分は板面に、前記ローラーの芯金を通す貫通穴を含み、
前記貫通穴の内径は前記芯金の外径と、前記押圧部材が前記芯金の外周面上を軸方向に摺動可能な程度に等しい
ことを特徴とする請求項2に記載のシート搬送装置。 - 前記ローラーの弾性体は、前記ローラーの芯金の外周面との接着部分を含み、
前記押圧部材の貫通穴の縁は、前記芯金の外周面からの距離が前記弾性体の接着部分の径方向における厚みよりも大きい
ことを特徴とする請求項3に記載のシート搬送装置。 - 前記押圧部材の貫通穴は、縁から内側へ広がるテーパー部を含む請求項4に記載のシート搬送装置。
- 前記テーパー部は、前記貫通穴の縁に近い部分ほど、前記貫通穴の軸方向に対する傾きが大きいことを特徴とする請求項5に記載のシート搬送装置。
- 前記ローラーの弾性体の端面に対する前記押圧部材の接触部分は、前記ローラーの周方向における位置が前記ローラーと前記回転体との間のニップの範囲内であることを特徴とする請求項2に記載のシート搬送装置。
- 前記ローラーの弾性体は、前記ローラーの芯金の外周面との接着部分を含み、
前記ローラーの弾性体の端面に対する前記押圧部材の接触部分は、前記ローラーの芯金の外周面からの距離が前記弾性体の接着部分の径方向における厚みよりも大きい
ことを特徴とする請求項7に記載のシート搬送装置。 - 前記ローラーの弾性体は、
前記ローラーの芯金の外周面との接着部分を前記端面よりも内側に含み、
軸方向において前記端面から前記接着部分までの範囲が前記芯金の外周面に接着されていない
ことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかに記載のシート搬送装置。 - 前記制御部は、搬送対象のシートの種類、サイズ、または枚数に応じて前記ローラーの弾性体の端面の軸方向における目標位置を決定し、前記押込部に指示することを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかに記載のシート搬送装置。
- 前記制御部は、搬送対象のシートの種類が、薄紙、コート紙、もしくは調湿紙である場合、または前記シートの幅が上限を超える場合、前記ローラーの弾性体の端面の目標位置を標準位置よりも軸方向において内側に設定することを特徴とする請求項10に記載のシート搬送装置。
- 前記制御部は、前記押込部に前記ローラーの弾性体の端面を前記標準位置よりも軸方向において内側へ変位させた状態で連続搬送されたシートの枚数が上限に達した場合、または前記ローラーの温度が下限を下回った場合、前記端面の目標位置を軸方向において外側へ戻すことを特徴とする請求項11に記載のシート搬送装置。
- 前記ローラーは、
前記弾性体の外周面のうち、前記回転体との間のニップの通紙部と軸方向において同じ範囲を覆って保護する表層
を更に含み、
前記制御部は、前記ローラーの弾性体の端面の軸方向における目標位置を、前記弾性体の外周面のうち前記表層で覆われていない露出部分が前記端面によって軸方向に圧縮される際に前記ローラーの径方向に与える膨張圧の高さに基づいて決定する
ことを特徴とする請求項10に記載のシート搬送装置。 - 電子写真式の画像形成装置に搭載される定着装置であり、
前記画像形成装置によってトナー像が形成されたシートをニップ搬送する請求項1から請求項13までのいずれかに記載のシート搬送装置と、
前記ローラーと前記回転体との少なくとも一方に対して熱を加える加熱部と、
前記ローラーと前記回転体との一方を他方に対して押し付ける加圧部と
を備えた定着装置。 - シートにトナー像を形成する作像部と、
前記シートに前記トナー像を熱定着させる請求項14に記載の定着装置と
を備えた画像形成装置。
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