JP7028082B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、画像情報に基づいて、像担持体である感光ドラムの表面に静電潜像を形成し、感光ドラム上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により記録媒体(用紙ともいう)に転写して画像を担持させ、圧力や熱等を用いる定着装置によって記録媒体上の未定着トナー像を定着する過程により成立している。
画像形成装置に用いられる定着装置として、近年、ベルト定着方式が採用されるようになってきた。このベルト定着方式は、例えば、加熱手段を備えた定着ローラ及び固定部材との間に定着ベルトを掛け回し、当該定着ベルトを介して、固定部材と加圧ローラとを圧接させる。このような態様において、定着ベルトのスリップ防止と、定着ベルトへの熱伝達効率を高めるために、定着ベルトに張力を掛け、定着ベルトと加熱手段を備えた定着ローラ及び固定部材とを密着させるようにしている。
上述の定着ベルトを有する定着装置において、ウォームアップ時間短縮のために、定着ベルトの熱が加圧ローラに移動しないよう、加圧ローラと定着ベルトとが離間した状態で加圧ローラを回転駆動させるとともに定着ベルトも別途の駆動手段により回転させる技術が知られている(例えば、特許文献1~3参照)。
しかしながら、加圧ローラが定着ベルトから離間した状態においては、定着ベルトの内面と固定部材との摺動抵抗が大きく、定着ベルト内周側に配設された回転体による定着ベルトの回転駆動が困難であるという課題がある。
そこで本発明は、加圧ローラと定着ベルトとが離間した状態においても、定着ベルトの回転駆動が容易な定着装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、複数のローラ部材及び固定部材に張架された無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトに対して接離可能に設けられ、前記定着ベルトを介して前記固定部材と加圧接触してニップ部を形成し、回転することにより前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラと、を備える定着装置において、前記複数のローラ部材は、内部に加熱手段を有するとともに駆動手段を備える定着ローラ、前記加圧ローラの離間方向へ移動可能な位置可変ローラ、及び付勢手段を備えた圧力調整ローラを少なくとも備え、前記加圧ローラが前記定着ベルトから離間した状態において、前記位置可変ローラが前記加圧ローラの離間方向へ移動するとともに、前記定着ローラが前記駆動手段により回転して前記定着ベルトを回転させることを特徴とする。
本発明によれば、加圧ローラと定着ベルトとが離間した状態においても、定着ベルトの回転駆動が容易な定着装置を提供することができる。
本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置において、加圧ローラが離間した際の動作の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置において、加圧ローラが離間した際の動作の一例を示す概略構成図である。
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
(画像形成装置)
本発明に係る画像形成装置の一実施形態について図1を参照して説明する。
画像形成装置としては、例えばプリンタ、複写機、ファックス等、トナーを用いて画像形成を行う実施形態が挙げられ、記録媒体に形成されたトナー画像(未定着画像)を定着する定着装置を備えるものである。
図1は、本実施形態の画像形成装置100を示す概略構成図である。
本実施形態の画像形成装置100は、本発明に係る定着装置20を備えたタンデム型中間転写式であり、給紙トレイ44を有する給紙テーブル200を下部に備える。
また、画像形成装置100の内部には、複数の画像形成手段18Y,18M,18C,18Kが並設されたタンデム型中間転写式のタンデム型画像形成部11が設けられている。これらの符号に付けた添え字Y,M,C,Kは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色をそれぞれ示している。
画像形成装置100には、中央付近に無端ベルト状の中間転写体(以下、中間転写ベルト)10が設けられている。この中間転写ベルト10は、複数のローラ(14、15a、15b、16a等)に掛け回されて支持され、図1中の時計回りに回転搬送可能である。
図1の構成例では、こうした支持ローラの1つである二次転写対向ローラ16aの中間転写ベルト10の回転方向下流側に、中間転写ベルト用のクリーニング装置17を設けている。クリーニング装置17は画像転写後に中間転写ベルト10上に残留する残留トナーを除去する。
支持ローラ14と支持ローラ15間に張り渡した中間転写ベルト10の上部には、その搬送方向に沿って、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4つの画像形成手段18Y,18M,18C,18Kが配置される。符号は以下、18(Y,M,C,K)のように略記する。
こうして、4つの画像形成手段18(Y,M,C,K)が横に並べて配置され、上述のようにタンデム型画像形成部11を構成する。このタンデム型画像形成部11の各画像形成手段18(Y,M,C,K)はそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー画像を担持する像担持体としての感光体ドラム40(Y,M,C,K)を有している。
タンデム型画像形成部11の上部には、2つの露光装置12が設けられている。各露光装置12はそれぞれ2つの画像形成手段(18Yと18M、18Cと18K)に対応して設けられている。各露光装置12は、例えば半導体レーザ、半導体レーザアレイ、あるいはマルチビーム光源等の光源装置と、カップリング光学系と、ポリゴンミラー等による共通の光偏向器と、2系統の走査結像光学系等で構成される光走査方式の露光装置である。各露光装置12は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報に応じて、各感光体ドラム40(Y,M,C,K)に露光を行い、静電潜像を形成する。
また、各画像形成手段18(Y,M,C,K)の感光体ドラム40(Y,M,C,K)の周囲には、露光に先立って各感光体ドラムを均一に帯電する帯電装置と、露光によって形成された静電潜像を各色のトナーで現像する現像装置と、感光体ドラム上の転写残トナーを除去する感光体用クリーニング装置と、が設けられている。
さらに、各感光体ドラム40(Y,M,C,K)から中間転写ベルト10にトナー画像を転写する一次転写位置には、一次転写ローラ62(Y,M,C,K)が設けられている。一次転写ローラ62(Y,M,C,K)は、中間転写ベルト10を間に挟んで各感光体ドラム40(Y,M,C,K)に対向するように設けられ、一次転写手段の構成要素となる。
中間転写ベルト10を支持する複数の支持ローラのうち、支持ローラ14は中間転写ベルト10を回転駆動する駆動ローラであり、例えばギヤ、プーリ、ベルト等の駆動伝達機構を介してモータと接続されている。また、ブラックの単色画像を中間転写ベルト10上に形成する場合には、移動機構により、この支持ローラ14以外の支持ローラ15a及び15bを移動させて、感光体ドラム40(Y,M,C)を中間転写ベルト10から離間させることが可能である。この他、バックアップローラ63も支持するローラとして設けられている。
中間転写ベルト10を挟んでタンデム型画像形成部11と反対の側には、二次転写装置13を備えている。この二次転写装置13は、二次転写対向ローラ16aに二次転写ローラ16bを押し当てて転写電界を印加することで、中間転写ベルト10上の画像をシート状の記録媒体Pに転写する。
また、二次転写装置13の搬送方向下流側には、記録媒体P上の転写画像を定着する定着装置20を備える。二次転写装置13で画像が転写された記録媒体Pは、2つの搬送ローラ37に支持された搬送ベルト38により、定着装置20へと搬送される。もちろん、搬送ベルト38の部分は、固定されたガイド部材でも良く、また、搬送ローラや搬送コロ等でも良い。
タンデム型画像形成部11、二次転写装置13および定着装置20の下部に、記録媒体Pの両面に画像を記録すべく記録媒体Pを反転して搬送するシート反転装置39を備えている。
また、記録媒体Pの搬送は次のように行われる。まず、給紙テーブル200の給紙ローラ42の1つが選択的に回転され、ペーパバンク43に多段に設けられた給紙トレイ44の1つから記録媒体Pを繰り出す。その繰り出された記録媒体Pは、分離ローラ45で1枚ずつに分離されて給紙路46に導入され、給紙搬送ローラ対47で搬送されるとともに、画像形成装置100内の給紙路48に導かれた後、位置決めローラ(レジストローラ)対49に突き当てられて止められる。
また、手差しトレイ51を用いる場合には、給紙ローラ50が回転され、手差しトレイ51上の記録媒体Pが繰り出されるとともに、繰り出された記録媒体Pは、分離ローラ52で1枚ずつ分離された後、手差し給紙路53に導入され、同様にして位置決めローラ対49に突き当てられて止められる。
その後、中間転写ベルト10上のフルカラーのトナー画像形成にタイミングを合わせて位置決めローラ対49が回転され、中間転写ベルト10と二次転写ローラ16bとの間の二次転写位置に記録媒体Pが送り込まれる。そして、中間転写ベルト10上のフルカラーのトナー画像が記録媒体P上に一括転写される。
そのトナー画像が転写された記録媒体Pは、搬送ベルト38によって搬送され、本発明に係る定着装置20へ送り込まれ、その定着装置20で熱と圧力とが加えられて転写されたトナー画像が定着された後、排出ローラ56により排紙トレイ57上に排出されてスタックされる。
両面印刷の場合、片面に画像が定着された記録媒体Pは、シート反転装置39に導入されて反転された後、再び二次転写位置へ導かれ、裏面にも画像が転写され、定着装置20で定着された後、排出ローラ56によって排紙トレイ57上に排出される。
(定着装置)
本発明に係る定着装置の一実施形態について図2を参照して説明する。
本実施形態の定着装置20は、複数のローラ部材及び固定部材26に張架された無端状の定着ベルト25と、定着ベルト25に対して接離可能に設けられ、定着ベルト25を介して固定部材26と加圧接触してニップ部を形成し、回転することにより定着ベルト25を従動回転させる加圧ローラ30と、を備える。
複数のローラ部材は、内部に加熱手段を有するとともに駆動手段を備える定着ローラ21、加圧ローラ30の離間方向(図中Y方向)へ移動可能な位置可変ローラ22、及び付勢手段24を備えた圧力調整ローラ23を少なくとも備える。
図2は、加圧ローラ30と定着ベルト25とが接触している状態を示している。この状態で、記録媒体P上に形成された未定着トナー像Tを溶融・加圧し、記録媒体P上に定着させることができる。
トナー画像が形成された記録媒体Pは、入口ガイド27側からニップ部に進入し、出口ガイド29側に排出される。ニップ部出口の定着ベルト25側には分離部材28を備え、ニップ部から排出された記録媒体Pが定着ベルト25に巻き付くのを防止している。
固定部材26は、支持部材31によって定着装置20のフレームに固定支持されている。これにより加圧ローラ30による加圧で位置が変わることがなく、また撓みの発生が防止され、均一なニップ幅が得られる。
なお、加圧ローラ30の固定部材26側への押圧力(加圧力)を制御することにより、ニップ幅の大きさを制御することが可能である。
固定部材26は図中X方向にニップ形成面を有する。
また、固定部材26は定着ベルト25との摺動抵抗を低減させるため、ニップ形成面の両端部がR形状に加工され、定着ベルト25と接触する面にはフッ素樹脂の層が設けられている。
なお、ニップ形成面はX方向の略平面で構成されるが、記録媒体Pの搬送に支障が無い限り、多少湾曲していてもよい。
固定部材26は耐熱性部材で構成されることが好ましい。これにより、トナー定着温度域で熱による変形を防止し、安定したニップ部の状態を確保し、出力画質の安定化を図ることができる。
固定部材26を構成する耐熱性部材としては、例えば、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの一般的な耐熱性樹脂が挙げられる。
位置可変ローラ22は、固定部材26の上流側の近傍に配設され、定着ベルト25の搬送によって従動回転する。また、位置可変ローラ22の位置により、定着ベルト25と固定部材26のニップ形成面とのなす角(または、定着ベルト25と固定部材26のニップ形成面(X方向平面)の面法線とのなす角)が規定される。
ここで、図2中αで示された定着ベルト25と固定部材26のニップ形成面(X方向平面)とのなす角について説明する。
定着ベルト25の固定部材26への巻き付き開始部位における摺動抵抗は、定着ベルト25と固定部材26のニップ形成面とのなす角αが180°に近い程低減する。しかしながら、αが180°となるように配設すると、ニップ部入口近傍において定着ベルト25と記録媒体Pの搬送路が近接し、未定着トナー像Tが形成された記録媒体Pがニップ部通過中に生じるばたつきによって定着ベルト25と接触し、画像の乱れが生じるという不具合がある。
そこで、画像の乱れの発生を防止するため、加圧ローラ30と定着ベルト25とが接触している状態においては、定着ベルト25と固定部材26のニップ形成面とのなす角αが160°以下となるように、位置可変ローラ22の位置が設定されることが好ましい。
圧力調整ローラ23は、固定部材26の下流側に配設され、定着ベルト25の搬送によって従動回転する。
また、圧力調整ローラ23は付勢手段24を備え、定着ベルト25に張力を与えている。付勢手段24としては、例えば、圧縮スプリング等が挙げられる。
定着ローラ21は、位置可変ローラ22の上流側に配設されている。
定着ローラ21は加熱手段を備え、加熱された定着ローラ21により定着ベルト25が加熱される。加熱手段の出力制御は、例えば、定着ローラ21に当接した定着ベルト25の表面温度の検出結果に基づいて行うことができる。
定着ローラ21は、加圧ローラ30と定着ベルト25とが接触している状態においては定着ベルト25の搬送によって従動回転するが、加圧ローラ30が離間した状態においては、駆動手段により回転し、定着ベルト25を回転させる。
加圧ローラ30は、例えば、SUS304等の芯金上に、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性層が形成されたローラ部材である。また、円筒体の内部には熱源としてのヒータが固設されていてもよい。これによりニップ部での温度の落ち込みを防ぐことができる。
加圧ローラ30は、図示しない接離機構により図中Yで示す方向へ移動する。
例えば、+Y方向へ移動することにより定着ベルト25を介して固定部材26と加圧接触してニップ部を形成する。一方、-Y方向へ移動することにより、定着ベルト25と離間する。
また、加圧ローラ30は駆動手段を備え、図中矢印D2で示す方向へ回転する。
定着ベルト25と接触した状態において、定着ベルト25は矢印D3へ示す方向へ搬送される。
定着ベルト25の搬送において、固定部材26との摺動負荷が大きいと、加圧ローラ30の回転に従動できずにスリップしてしまうことがある。これを防止するため、定着ベルト25の内面には、摺動抵抗低減のためにオイルが塗布されていることが好ましい。
定着ベルト25は、多層構造の無端ベルトであり、例えば、基材及び離型層によって構成される2層構造のベルト、または基材、弾性層及び離型層によって構成される3層構造のベルトである。
定着ベルト25に弾性層を設けることにより、トナー像へ定着ベルト表面が密着しやすくなり、画質が向上する。
本実施形態の定着装置は、加圧ローラ30が定着ベルト25から離間した状態において、位置可変ローラ22が加圧ローラ30の離間方向(-Y方向)へ移動するとともに、定着ローラ21が駆動手段により回転して定着ベルトを回転させる。
以下、加圧ローラ30が定着ベルト25から離間した状態における動作について説明する。
[実施例1]
図3は、加圧ローラ30が定着ベルト25から離間した第一の態様を示す図である。加圧ローラ30が定着ベルト25と当接している状態における各ローラの位置及び定着ベルト25を破線で示している。
図3に示すように、位置可変ローラ22は固定部材26の上流側の近傍に配設され、位置可変ローラ22が加圧ローラ30の離間する方向(-Y方向)へ移動することにより、位置可変ローラ22下流側の定着ベルト25と、固定部材26のニップ部形成面(X方向平面)における面法線とのなす角の値が大きくなる(θ1<θ2)。
定着ローラ21は、矢印D4で示す方向にワンウェイクラッチを介して駆動手段(図示なし)で駆動している。ワンウェイクラッチは、定着ローラ21が所定の回転速度以下となると、駆動手段によって所定速度で駆動回転されるように構成されている。
すなわち、加圧ローラ30が定着ベルト25に接触しているときは、定着ローラ21は加圧ローラ30の駆動によって上記所定の回転速度よりも早い速度で従動回転しており、駆動手段による駆動回転は行われないが、加圧ローラ30が-Y方向へ移動し、定着ベルト25から離間を始めると、定着ベルト25及び定着ローラ21の回転が減速し、所定の回転速度まで低下すると、駆動手段によって定着ローラ21が回転し、定着ベルト25の搬送が停止することなく継続される。
位置可変ローラ22は加圧ローラ30と同様-Y方向へ移動する。
加圧ローラ30が定着ベルト25に対して離接する機構と、位置可変ローラ22を移動させる機構とが連動して動作することが好ましい。
例えば、加圧ローラ30を接離させる機構(例えば、カム機構等)を共通の接離手段として構成することで、部品点数を削減することができる。
位置可変ローラ22の下流側の定着ベルト25と、固定部材26のニップ部形成面(X方向平面)における面法線とのなす角θの値が大きくなることは、図2に示した角度αが大きくなり、具体的には160°以上の鈍角となることを意味する。
上述のように、記録媒体Pへの未定着トナー像Tの定着時においては、αが160°~180°に近くなることによる画像乱れの発生が問題となるが、加圧ローラ30の離間時には記録媒体Pがニップ部に侵入することはなく、不具合が生じることもない。
よって、本実施形態においては、定着ベルト25の固定部材26への巻き付き開始部位における摺動抵抗の低減という効果が得られる。
一方、位置可変ローラ22が-Y方向へ移動することにより定着ベルト25の軌跡が変化し、固定部材26の上流側の軌道が長く、下流側の軌道が短くなる。これにより、圧力調整ローラ23が備える付勢手段24が圧縮され、定着ベルト25の張力が増大する。
これにより、定着ローラ21の駆動による定着ベルト25の搬送が容易となる。
以上のように、位置可変ローラ22が破線で示した位置(図2の状態)から、実線で示した本実施形態の位置に変位することにより、加圧ローラ30と定着ベルト25とが離間した状態においても、定着ベルト25と固定部材26との摺動抵抗が低減され、定着ベルト25を容易に回転駆動させることができる。
[実施例2]
図4は、加圧ローラ30が定着ベルト25から離間した第二の態様を示す図である。加圧ローラ30が定着ベルト25と当接している状態における各ローラの位置及び定着ベルト25を破線で示している。
図4に示すように、位置可変ローラ22は固定部材26の上流側の近傍に配設され、位置可変ローラ22が加圧ローラ30の離間する方向(-Y方向)へ移動することにより、位置可変ローラ22下流側の定着ベルト25の少なくとも一部が、固定部材26のニップ部形成面から離間する。
図4に示すように、位置可変ローラ22の位置が固定部材26のニップ部形成面よりも-Y方向に移動することにより、定着ベルト25は固定部材26のニップ部形成面から離間し、固定部材26の下流側端部(R形状)と位置可変ローラ22に掛け渡される。
定着ベルト25の少なくとも一部が離間し、固定部材26のニップ部形成面との接触面積が小さくなることにより、上述の実施例1の場合よりも定着ベルト25と固定部材26との摺動抵抗が低減される。
以上のように、加圧ローラ30の離間時においても、固定部材26と定着ベルト25との摺動抵抗を低減させ、定着ローラ21の回転駆動によって定着ベルト25を加圧ローラ30の駆動によらず回転、搬送させることができる。
これにより、定着ベルト25の回転によって定着ベルト25が均一に加熱されるとともに、定着ベルト25の熱が加圧ローラ30に移動しないので、ウォームアップ時間短縮を実現することができる。
さらに、加圧ローラ30の離間により、加圧ローラ30の温度上昇を防止することができ、加圧ローラ30の高温に起因した不具合の発生も防止することができる。
10 中間転写ベルト
11 タンデム型画像形成部
12 露光装置
13 二次転写装置
14 支持ローラ
15a 支持ローラ
15b 支持ローラ
16a 二次転写対向ローラ
16b 二次転写ローラ
17 クリーニング装置
18 画像形成手段
20 定着装置
21 定着ローラ
22 位置可変ローラ
23 圧力調整ローラ
24 付勢手段
25 定着ベルト
26 固定部材
27 入口ガイド部材
28 分離部材
29 出口ガイド部材
30 加圧ローラ
31 支持部材
37 搬送ローラ
38 搬送ベルト
39 シート反転装置
40 感光体ドラム
42 給紙ローラ
43 ペーパバンク
44 給紙トレイ
45 分離ローラ
46 給紙路
47 給紙搬送ローラ対
48 給紙路
49 位置決めローラ対
50 給紙ローラ
51 手差しトレイ
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
56 排出ローラ
57 排紙トレイ
62 一次転写ローラ
63 バックアップローラ
100 画像形成装置
200 給紙テーブル
T 未定着トナー像
P 記録媒体
特開2013-200498号公報 特許第5594649号公報 特開2005-31180号公報

Claims (6)

  1. 複数のローラ部材及び固定部材に張架された無端状の定着ベルトと、
    前記定着ベルトに対して接離可能に設けられ、前記定着ベルトを介して前記固定部材と加圧接触してニップ部を形成し、回転することにより前記定着ベルトを従動回転させる加圧ローラと、を備える定着装置において、
    前記複数のローラ部材は、内部に加熱手段を有するとともに駆動手段を備える定着ローラ、前記加圧ローラの離間方向へ移動可能な位置可変ローラ、及び付勢手段を備えた圧力調整ローラを少なくとも備え、
    前記加圧ローラが前記定着ベルトから離間した状態において、前記位置可変ローラが前記加圧ローラの離間方向へ移動するとともに、前記定着ローラが前記駆動手段により回転して前記定着ベルトを回転させることを特徴とする定着装置。
  2. 前記位置可変ローラは前記固定部材の上流側の近傍に配設され、
    前記位置可変ローラが前記加圧ローラの離間する方向へ移動することにより、前記位置可変ローラ下流側の前記定着ベルトと、前記固定部材のニップ部形成面とのなす角の値が大きくなることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記位置可変ローラは前記固定部材の上流側の近傍に配設され、
    前記位置可変ローラが前記加圧ローラの離間する方向へ移動することにより、前記位置可変ローラ下流側の前記定着ベルトの少なくとも一部が、前記固定部材のニップ部形成面から離間することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  4. 前記加圧ローラが前記定着ベルトから離間した状態において、前記位置可変ローラが前記加圧ローラの離間方向へ移動することにより、前記定着ベルトの張力が増大することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の定着装置。
  5. 前記加圧ローラが前記定着ベルトに対して離接する機構と、前記位置可変ローラを移動させる機構とが連動して動作することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の定着装置。
  6. 請求項1から5のいずれか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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JP2003043848A (ja) 2001-07-27 2003-02-14 Minolta Co Ltd 定着装置
JP2005031180A (ja) 2003-07-08 2005-02-03 Konica Minolta Business Technologies Inc ベルト定着装置及びそれを有する画像形成装置
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