JP7087463B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。
定着装置の加圧領域を広くする方式の一つとして、摺動ベルト定着方式が知られている。摺動ベルト定着方式の定着装置は、可撓性を有する無端状の定着ベルトを、定着ベルトの内側に配置された押圧パッドによって加圧ローラーに押し当て、加圧ローラーとの間に形成される加圧領域における摩擦力によって回転させる。トナー像が転写された用紙は、定着ベルトと加圧ローラーとに挟持されて搬送され、トナー像が用紙に定着される。
従来、摺動ベルト定着方式においては、用紙のしわの発生を抑制するための検討が行われている。例えば、特許文献1に記載された定着装置は、用紙搬送方向の上流側における押圧パッドの押し当て圧を局所的に大きくして加圧領域の中央部を上流側に突出させることで、用紙に対するストレスを低減し、しわの発生を抑制する。また、特許文献2に記載された定着装置は、押圧パッドの用紙搬送方向の上流側と下流側をともに凸状形状に形成することで、用紙のしわの発生を抑制する。
特開2007-41288号公報 特開2014-228762号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載された構成は、加圧領域に進入してからの用紙の挙動を改善することを目的としたものであり、加圧領域よりも用紙搬送方向の上流側において用紙が搬送路にそって挙動を乱すことなく搬送されるかどうかについては検討されていない。従って、特許文献1、2に記載された構成では、加圧領域よりも用紙搬送方向の上流側における用紙シワや搬送乱れを抑制することはできない。
本発明は、上記事情を考慮し、加圧領域よりも用紙搬送方向の上流側における用紙シワや搬送乱れを抑制することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、前記加圧領域において前記定着ベルトの内周面に接触し、回転する前記定着ベルトに対して摺動する摺動面を有する押圧パッドと、を備え、前記摺動面は、前記加圧ローラーの曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、前記加圧ローラーと反対側に凹んだ円弧状面と、前記円弧状面から前記用紙の搬送方向の上流側に連続して形成された第1平坦面と、を有し、前記円弧状面と前記第1平坦面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向の上流端に対応していることを特徴とする。
本発明の定着装置において、前記第1平坦面の前記搬送方向の上流側の端部は、前記用紙の幅方向の中央部が前記幅方向の両端部よりも前記搬送方向の上流側に位置するように形成されていることを特徴としても良い。
本発明の定着装置において、前記第1平坦面は、前記円弧状面を前記搬送方向の上流側に延長した延長面よりも前記加圧ローラー側に傾斜していることを特徴としても良い。
本発明の定着装置において、前記第1平坦面の前記搬送方向の上流側の端部は、前記延長面よりも前記加圧ローラー側に位置することを特徴としても良い。
本発明の定着装置において、前記摺動面は、前記円弧状面から前記用紙の搬送方向の下流側に連続して形成された第2平坦面を有し、前記円弧状面と前記第2平坦面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向の下流端に対応していることを特徴としても良い。
本発明の定着装置において、前記第2平坦面は、前記円弧状面を前記搬送方向の下流側に延長した延長面よりも前記加圧ローラー側に傾斜していることを特徴としても良い。
本発明の定着装置において、前記摺動面を覆う摺動シートを備え、前記押圧パッドは、前記摺動シートを介して前記定着ベルトの内周面に接触することを特徴としても良い。
本発明の画像形成装置は、用紙にトナー像を形成する画像形成部と、前記トナー像を前記用紙に定着する上記に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、加圧領域よりも用紙搬送方向の上流側における用紙シワや搬送乱れが抑制される。
本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の押圧パッドを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る押圧パッドの境界周辺の断面図である。 本発明の一実施形態に係る押圧パッドの底面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の加圧領域を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の押圧パッドを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る押圧パッドの境界周辺の断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の加圧領域を示す断面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。
まず、図1を用いて、画像形成装置としてのプリンターの全体の構成について説明する。図1はプリンター1の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図1における紙面手前側をプリンター1の正面側(前側)とし、左右の向きはプリンター1を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、U、Lo、L、R、Fr、Rrは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。
プリンター1の装置本体2には、用紙Sが収容される給紙カセット3と、給紙カセット3から用紙Sを送り出す給紙装置5と、用紙Sにトナー像を形成する画像形成部7と、トナー像を用紙Sに定着する定着装置9と、用紙Sを排紙する排紙装置11と、排紙された用紙Sが受け止められる排紙トレイ13と、が備えられている。さらに、装置本体2には、給紙装置5から、画像形成部7と定着装置9とを通って排紙装置11に向かう用紙Sの搬送経路15が形成されている。
給紙装置5によって給紙カセット3から給紙された用紙Sは、搬送経路15に沿って画像形成部7に搬送され、用紙Sにトナー像が形成される。用紙Sは搬送経路15に沿って定着装置9に送られ、トナー像が用紙Sに定着される。トナー像が定着された用紙Sは排紙装置11から排紙トレイ13に排出される。
次に、図2を参照して、定着装置9について説明する。図2は定着装置9の断面図である。
図2に示されるように、定着装置9は、定着ベルト21と、加圧ローラー23と、IHヒーター25と、押圧パッド27と、を備えている。さらに、定着装置9は、これらが支持される定着ハウジング(図示省略)を備えている。押圧パッド27は、定着ベルト21の中空部における加圧ローラー23と対向する位置に配置され、加圧ローラー23との間に定着ベルト21を挟持する。押圧パッド27と加圧ローラー23とが互いに押し当てられることにより。加圧ローラー23と定着ベルト21との間に加圧領域Nが形成される。
定着ベルト21は、所定の内径を有し、用紙Sの幅よりも長い幅を有する無端状ベルトである。定着ベルト21は、可撓性を有する材料で形成され、基材層と、基材層の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。基材層は、Ni等の磁性金属や、CuやAg、Al等の金属を付与したポリイミド樹脂で形成されている。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、PFAチューブ等で形成されている。また、基材層の内周面に摺動層が形成される場合もある。摺動層は、ポリイミドアミドやPTFE等で形成されている。
定着ベルト21は、ベルトガイド31によって定着ハウジングに回転可能に支持されている。ベルトガイド31は、定着ベルト21の中空部に設けられる支持部材33に支持されている。支持部材33は、四角筒状の部材であり、定着ベルト21の中空部を貫通して、両端が定着ハウジングに固定されている。
ベルトガイド31は、定着ベルト21の内周面に沿った円弧状の断面形状を有し、バネ性を有する材料で形成されている。ベルトガイド31は、支持部材33の上部に固定されて、定着ベルト21に張力を与えて、IHヒーター25と所定の間隔を隔てて対向させている。なお、ベルトガイド31の換わりに、定着ベルト21の両端に内設する円弧状のフランジ部を定着ハウジングに設けても良い。
加圧ローラー23は、芯金と、芯金の外周面に設けられる弾性層と、弾性層の外周面に設けられる離型層と、を有している。弾性層は、シリコンゴム等で形成されている。離型層は、PFAチューブ等で形成されている。
加圧ローラー23は、定着ベルト21に接触するように配置されて、定着ハウジングに回転可能に支持されている。これにより、加圧ローラー23と定着ベルト21との間に加圧領域Nが形成される。また、加圧ローラー23は、駆動源(図示省略)に接続して回転駆動される。駆動源によって加圧ローラー23が図2の反時計回り方向に回転すると、定着ベルト21は、加圧ローラー23に従動して、加圧ローラー23の回転方向とは反対の時計回り方向に回転する。この結果、搬送された用紙Sが加圧領域Nを通過する。
IHヒーター25は、コイル部25aと、コイル部25aを巻線状に保持するコイルボビン25bと、アーチコア25cと、を有している。IHヒーター25は、定着ベルト21の外周面を覆うように配置されて、定着ハウジングに支持されている。コイル部25aに高周波の交流電圧を印加することにより磁界を発生させ、この磁界の作用によって定着ベルト21の基材層に渦電流が発生して基材層が発熱し、定着ベルト21が加熱される。
押圧パッド27は、定着ベルト21の幅方向を長手方向とする、扁平な略直方体状の部材であり、液晶ポリマー等の樹脂で形成されている。押圧パッド27は、支持部材33の加圧ローラー23に対向する位置に配置されている。押圧パッド27の加圧ローラー23に対向する面を覆う摺動シート35が配置され、押圧パッド27は摺動シート35を介して定着ベルト21の内周面に接触する。定着ベルト21が前述のように回転すると、定着ベルト21は、押圧パッド27の加圧ローラー23に対向する面に対して摺動する。以下、押圧パッド27の加圧ローラー23に対向する面を摺動面41と呼ぶ。
さらに、定着装置9は、加圧領域Nよりも用紙Sの搬送方向Yの上流側に設けられる用紙進入ガイド37と、加圧領域Nよりも用紙Sの搬送方向Yの下流側に設けられる分離部材39と、を備えている。用紙進入ガイド37は、搬送経路15に沿って延伸するように配置された部材であり、画像形成部7から搬送されてくる用紙Sの先端を加圧領域Nに案内する。分離部材39は、その先端が定着ベルトの近傍に位置するように配置され、定着ベルトから用紙Sを分離する。
次に、押圧パッド27について、図3、図4、図5及び図6を参照して説明する。図3は押圧パッド27の断面図、図4は押圧パッド27の境界B1周辺の断面図、図5は押圧パッド27の底面図、図6は加圧領域の断面図である。
図3に示されるように、押圧パッド27の摺動面41は、用紙Sの搬送方向Yの下流側の円弧状面43と、円弧状面43から上流側に連続して設けられる第1平坦面45と、を有している。円弧状面43と第1平坦面45とは滑らかに連続している。円弧状面43は、加圧ローラー23と反対側に凹状に湾曲している。円弧状面43の曲率半径は、加圧ローラー23の曲率半径よりも大きい。一例として、円弧状面43の曲率半径は、加圧ローラー23の曲率半径の2倍以上が好ましく、4倍以上が特に好ましい。ただし、円弧状面43の曲率半径を大きくすると、搬送方向Yに沿った加圧領域Nの長さが短くなるため、円弧状面43の曲率半径は加圧領域Nの長さに応じて設定される。第1平坦面45は、円弧状面43を搬送方向Yの上流側に延長した仮想的な延長面43aよりも加圧ローラー23側に傾斜している。また、第1平坦面45の搬送方向Yの上流側の端部53cは、延長面43aよりも加圧ローラー23側に位置する。
図4に示されるように、円弧状面43と第1平坦面45との境界B1における円弧状面43の接平面431を基準面とする第1平坦面45の傾斜角度θ1は、5°以上10°以下が望ましい。
図5に示されるように、第1平坦面45の用紙Sの搬送方向Yの上流側の端部53は、用紙Sの幅方向(搬送方向Yと直交する方向)の中央部53cが幅方向の両端部53eよりも搬送方向Yの上流側に位置するように形成されている。
図6に示されるように、定着ベルト21は、押圧パッド27の摺動面41によって加圧ローラー23に押圧されて、定着ベルト21と加圧ローラー23との間に加圧領域Nを形成している。加圧領域Nは、摺動面41の全面に対応する部分に形成されるわけではなく、搬送方向Yの上流側及び下流側の端部では、定着ベルト21と加圧ローラー23とは接触していない。円弧状面43と第1平坦面45との境界B1は、加圧領域Nの上流端Nxに対応するように設けられている。つまり、加圧領域Nは、主に定着ベルト21の円弧状面43で押圧された部分と加圧ローラー23との間に形成される。定着ベルト21の第1平坦面45で押圧された部分は、加圧ローラー23とは接触せず、加圧領域Nには寄与しない。なお、境界B1は、加圧領域Nの上流端Nxの近傍であって、上流端Nxから上流側に0.5乃至1mm程度離れた位置と、下流側に0.5乃至1mm程度離れた位置との間であればよい。
上記構成を有する定着装置9の定着動作を説明する。まず、加圧ローラー23が駆動されて回転し、定着ベルト21は、加圧ローラー23の回転方向とは反対の方向に従動回転する。同時に、IHヒーター25が駆動されて定着ベルト21を加熱する。定着ベルト21は、所定の制御温度(例えば、160℃)となるまで加熱される。このように定着ベルト21が加熱された後、トナー像が転写された用紙Sが、用紙進入ガイド37に案内されて第1平坦面45と加圧ローラー23との間の空間に搬送され、第1平坦面45に沿う方向(図6の矢印Aで示す)に搬送される。加圧領域Nにおいて、用紙Sは定着ベルト21と加圧ローラー23とに挟持されて搬送される。この際、定着ベルト21によって用紙Sが加熱されると共に加圧ローラー23と定着ベルト21とによって加圧されて、トナー像が用紙Sに定着される。トナー像が定着された用紙Sは、先端が分離部材39によって定着ベルト21から分離されて、搬送経路15に沿って搬送される。
前述のように、加圧領域Nは、加圧ローラー23の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する円弧状面43によって押圧される定着ベルト21と加圧ローラー23との間に形成されるので、加圧領域Nが平坦な場合と比べて、搬送方向Yに沿った加圧領域Nの長さを長くすることができ、定着性能を安定化することができる。しかし、用紙Sの進入時の搬送状態は、加圧領域Nの上流端Nxおよび用紙進入ガイド37にて決定されるため、上流端Nxにおいては、用紙Sの進入時に必ずしも安定した搬送状態となるとは限らない。また、押圧パッド27の摺動面41を加圧ローラー23側もしくは用紙進入ガイド37側に傾けることで、用紙Sの進入時の搬送状態を改善することができるが、加圧領域N内にて曲率に変化をつけてしまうと、加圧領域Nへの影響が大きくなる。特に、加圧領域N上流においてはトナーが不安定な溶融状態であるため、曲率の変化は定着性及び画像に影響を与えてしまう。
そこで、本実施形態では、上記説明したように、押圧パッド27の摺動面41は、搬送方向Yの下流側の円弧状面43と上流側の第1平坦面45とを有し、円弧状面43と第1平坦面45との境界B1は、加圧領域Nの搬送方向Yの上流端Nxに対応している。この構成によれば、加圧領域N内で曲率を変化させる必要がないため、加圧領域Nへの用紙Sの進入時の搬送状態を安定させることができるとともに、定着性及び画像への影響を抑制することができる。
本実施形態を、第1平坦面45を備えずに延長面43aを備える場合と比較すると、用紙が延長面43aに沿って搬送される場合、その搬送経路は曲線状である。一方、本実施形態では、用紙が第1平坦面45に沿って搬送されるから、その搬送経路は直線状である。従って、本実施形態の方が、加圧領域Nに進入するまでの用紙の搬送距離が短く、且つ、搬送中の用紙の姿勢変化が少ない。よって、本実施形態によれば、第1平坦面45を備えずに延長面43aを備える場合と比べて、加圧領域Nよりも搬送方向Yの上流側における用紙シワや搬送乱れが抑制される。
また、円弧状面43と第1平坦面45との境界B1は、加圧領域Nの上流端Nxに対応しているので、加圧領域N内で急激な曲率変化が生じないようになっている。したがって、加圧領域N内で圧力の抜けや加圧領域Nの長さの変動等が発生し難く、安定な定着性能を得ることができる。
また、第1平坦面45は、円弧状面43を搬送方向Yの上流側に延長した仮想的な延長面43aよりも加圧ローラー23の側に傾斜している。この構成によれば、第1平坦面45と加圧ローラー23との間の空間が延長面43aと加圧ローラー23との間の空間よりも狭いから、加圧領域Nよりも搬送方向Yの上流側における用紙Sの姿勢の変動が抑制される。
また、押圧パッド27の第一平坦面45の搬送方向Yの上流側の端部53は、用紙Sの幅方向の中央部53cが幅方向の両端部53eよりも搬送方向Yの上流側に位置するように形成されている。この構成によれば、用紙Sは、定着ベルト21の両端部53eに対応する部位よりも早いタイミングで、定着ベルト21の中央部53cに対応する部位に接触する。また、定着ベルト21の中央部53cに対応する部位の移動経路が、両端部53eに対応する部位の移動経路よりも長くなるため、定着ベルト21の中央部53cに対応する部位の移動速度が、両端部53eに対応する部位の移動速度よりも速くなる。その結果、用紙Sの搬送の直進性が向上する。
上記の構成に加えて、加圧領域Nよりも下流側において摺動面41が平坦面を有してもよい。以下、加圧領域Nよりも下流側において摺動面41が第2平坦面47を有する押圧パッド27について、図7、図8及び図9を参照して説明する。図7は押圧パッド27Bの断面図、図8は押圧パッド27Bの境界B2周辺の断面図、図9は加圧領域の断面図である。
図7に示されるように、押圧パッド27Bの摺動面41は、円弧状面43から用紙Sの搬送方向Yの下流側に連続して設けられる第2平坦面47を有している。円弧状面43と第2平坦面47とは滑らかに連続している。第2平坦面47は、円弧状面43を搬送方向Yの下流側に延長した仮想的な延長面43bよりも加圧ローラー23側に傾斜している。
図8に示されるように、円弧状面43と第2平坦面47との境界B2における円弧状面43の接平面432を基準面とする第2平坦面47の傾斜角度θ2は、5°以上10°以下が望ましい。
図9に示されるように、円弧状面43と第2平坦面47との境界B2は、加圧領域Nの下流端Nyに対応するように設けられている。定着ベルト21の第2平坦面47で押圧された部分は、加圧ローラー23とは接触せず、加圧領域Nには寄与しない。なお、境界B2は、加圧領域Nの下流端Nyの近傍であって、下流端Nyから上流側に0.5乃至1mm程度離れた位置と、下流側に0.5乃至1mm程度離れた位置との間であればよい。
摺動面41が第2平坦面47を有する上記の構成においては、加圧領域Nを通過した用紙Sは、第2平坦面47に沿う方向に搬送される。すなわち、用紙Sは、定着ベルト21から離れて加圧ローラー23に接近する方向に搬送される。したがって、用紙Sを定着ベルト21から分離しやすくなる。また、加圧領域Nの搬送方向Yの下流側端部(加圧領域Nの出口)では、定着ベルト21の曲率も変化するので、曲率分離性によっても用紙Sを定着ベルト21から分離しやすくなる。
また、円弧状面43と第2平坦面47との境界B2は、加圧領域Nの下流端Nyに対応しているので、加圧領域N内で急激な曲率変化が生じないようになっている。したがって、加圧領域N内で圧力の抜けや加圧領域Nの長さの変動等が発生し難く、安定な定着性能を得ることができる。
なお、円弧状面43と第2平坦面47との境界B2は厳密に加圧領域Nの下流端Nyに対応していなくても良く、下流端Nyの近傍であれば、ある程度上流側及び下流側にずれていても良い。一例として、下流端Nyよりも1mm程度上流側及び下流側へずれていても良い。加圧領域N内であっても下流端Nyの近傍であれば、トナーは加圧領域N内で溶融して用紙Sに定着した後であるため、圧力変動が生じてもトナー像はずれにくい。
上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
1 プリンター(画像形成装置)
7 画像形成部
9 定着装置
21 定着ベルト
23 加圧ローラー
27 押圧パッド
41 摺動面
43 円弧状面
45 第1平坦面

Claims (7)

  1. 回転可能な無端状の定着ベルトと、
    前記定着ベルトとの間に、用紙が挟持搬送される加圧領域を形成する加圧ローラーと、
    前記加圧領域において前記定着ベルトの内周面に接触し、回転する前記定着ベルトに対して摺動する摺動面を有する押圧パッドと、を備え、
    前記摺動面は、
    前記加圧ローラーの曲率半径よりも大きい曲率半径を有し、前記加圧ローラーと反対側に凹んだ円弧状面と、
    前記円弧状面から前記用紙の搬送方向の上流側に連続して形成された第1平坦面と、を有し、
    前記円弧状面と前記第1平坦面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向の上流端に対応し、
    前記第1平坦面は、前記円弧状面を前記搬送方向の上流側に延長した延長面よりも前記加圧ローラー側に傾斜していることを特徴とする定着装置。
  2. 前記第1平坦面の前記搬送方向の上流側の端部は、前記用紙の幅方向の中央部が前記幅方向の両端部よりも前記搬送方向の上流側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記第1平坦面の前記搬送方向の上流側の端部は、前記延長面よりも前記加圧ローラー側に位置することを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
  4. 前記摺動面は、
    前記円弧状面から前記用紙の搬送方向の下流側に連続して形成された第2平坦面を有し、
    前記円弧状面と前記第2平坦面との境界は、前記加圧領域の前記搬送方向の下流端に対応していることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の定着装置。
  5. 前記第2平坦面は、前記円弧状面を前記搬送方向の下流側に延長した延長面よりも前記加圧ローラー側に傾斜していることを特徴とする請求項に記載の定着装置。
  6. 前記摺動面を覆う摺動シートを備え、
    前記押圧パッドは、前記摺動シートを介して前記定着ベルトの内周面に接触することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の定着装置。
  7. 用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
    前記トナー像を前記用紙に定着する請求項1乃至のいずれか1項に記載の定着装置と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
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