JP7225692B2 - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。
一般に、画像形成装置に用いられる定着装置として、無端筒状の定着部材(例えば定着ベルト)と、加圧部材(例えば加圧ローラ)と、を備えたものが知られている。このような定着装置では、定着部材と加圧部材とによってニップ部(定着ニップ)が形成され、ニップ部においてトナーを加圧及び加熱することにより、記録紙に定着させるようになっている。
このような構成の定着装置において、定着部材が回転していない状態で熱源が定着部材を加熱してしまうと、場合によっては定着部材が昇温し過ぎてしまい、膨張することで塑性変形が発生したり、温度検知手段の誤作動を引き起こしたりする問題があった。
そこで、定着部材の回転状態を検知する回転検知手段を設けた定着装置が提案されているが、回転検知手段自体が、定着部材の回転に追従して回転するコロや羽根車と、フォトセンサから構成されており、大型化・複雑化するといった課題がある。
特許文献1(特開2016-133750号公報)には、簡易な構成を用いて定着ベルトが回転しているか否かを判断することを目的とした定着装置が開示されている。その定着装置では、定着部材の弾性層の周方向一部に穴が設けられ、温度センサによって周期的な温度増減を回転状態と判断している。
しかしながらこの構成では、連続通紙等で高温安定状態となった場合、基材層と弾性層の温度差があらわれにくく、回転判定として利用できないといった問題がある。また弾性層に設けた穴を起点に定着部材が極端に破断しやすいといった問題もある。
本発明は、本来の機能である定着性を損なうことなく、部材破損のリスクも抑え、大型化や複雑化をせずとも定着部材の回転を検知することができ、安全・安価で制御性に優れた定着装置および画像形成装置を提供することを課題とする。
この課題を解決するため、本発明は、回転可能な定着部材と、前記定着部材に圧接されてニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱源とを備え、前記ニップ部に未定着トナー画像を担持する記録材を通過させて未定着トナー画像を記録材に定着する定着装置であって、前記定着部材の前記記録材に接触する面と反対側の面で、前記加圧部材に当接しない通紙領域外に設けられた導電領域と、前記導電領域にて導通したことを検知する導通検知手段と、前記導通検知手段からの検知信号が入力される制御部とを備える定着装置において、前記定着部材の軸方向の両側端部にそれぞれ配置されて前記定着部材を保持する保持部材を有し、前記導通検知手段が前記保持部材に配置されることを特徴とする。
本発明の定着装置及び画像形成装置においては、本来の機能である定着性を損なうことなく、部材破損のリスクも抑え、大型化や複雑化をせずとも定着部材の回転を検知することができ、安全・安価で制御性に優れた定着装置および画像形成装置を提供することが可能である。
本発明の実施形態にかかる定着装置の一例を示す断面構成図である。 定着部材を保持する保持部材を示す断面図である。 定着装置の回転検知手段の構成例を示す斜視図である。 定着装置の回転検知手段の他の構成例を示す斜視図である。 定着部材の回転状態の判定に関わる制御系の構成例を示すブロック図である。 線速ごとの検知周期を示すタイミングチャーである。 本発明の実施形態にかかる画像形成装置の構成を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかる定着装置の一例を示す断面構成図である。この定着装置1は、定着部材2、加熱源3、加圧部材4、ニップ形成手段5等を備えている。
定着部材2は、例えばニッケルやSUS(ステンレス鋼)などの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料によって、無端筒状に形成されたベルトであり、フィルムであってもよい。ベルトの表層は熱可塑性樹脂であるPFAまたはPTFE層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を有している。ベルトの基材とPFAまたはPTFE層の間にはシリコーンゴムの層などで形成する弾性層が設けられていてもよい。シリコーンゴム層がない場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上する一方、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ(ユズ肌画像)が残りやすくなる。これを改善するために、シリコーンゴム層を100μm以上設けることが好ましい。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。
定着部材2の内部にはニップ形成手段5を支持するための支持部材(ステー)6が設けられ、加圧部材4により圧力を受けるニップ形成手段5の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようになっている。
また、定着装置1は、加熱源3と支持部材6との間に反射部材7を備え、加熱源3からの輻射熱などにより支持部材6が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費が抑制されている。ここで、反射部材7を設ける代わりに支持部材6表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることが可能となる。
加熱源3は、図示したハロゲンヒータでも良いが、IH(誘導加熱手段)であっても良いし、抵抗発熱体、カーボンヒータ等であっても良い。加熱源3により、定着部材2が内周側から直接加熱される。加熱源3がハロゲンヒータである場合、定着装置1は遮光板を有していてもよい。遮光板は、記録紙サイズに応じた範囲で定着部材2が加熱されるように、ハロゲンヒータが照射した光を遮るものである。遮光板は、各種の記録紙サイズに応じた光通過部を有し、例えば回動することにより、適宜な光通過部が加熱源3と定着部材2との間に位置付けられるようになっている。
加圧部材4は、芯金4Aの外側に弾性ゴム層4Bが設けられており、離型性を得るために弾性ゴム層4Bの表面に図示しない離型層(PFAまたはPTFE層)が設けられている。加圧部材4は、後述する画像形成装置100(図3に示す)に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧部材4は、スプリングなどにより定着部材2側に押し付けられて(圧接されて)おり、弾性ゴム層4Bが押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。
加圧部材4としての加圧ローラは、中空のローラであっても良く、ハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層は、ソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ内部にヒータが無い場合には、スポンジゴムが用いられていても良い。スポンジゴムを用いた方が、断熱性が高まり定着スリーブの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
ニップ形成手段5は、定着部材2の内側に配置されており、即ち、定着部材2を挟んで加圧部材4の反対側に配置されている。これにより、対向配置された定着部材2と加圧部材4とによってニップ部N(定着ニップ)が形成される。トナー像が転写された記録紙がこのニップ部Nを通過し、加熱及び加圧されることにより、トナー像が記録紙に定着するようになっている。図1ではニップ部Nの形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い(ニップ部の形状は凹形状の方が、記録紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される)。
ニップ形成手段5の表面には、潤滑剤が含浸された織物部材8が設けられている。織物部材8は、定着部材2の内面(ニップ形成手段5側の面)2bに接触するように設けられており、接触部を構成する。また、織物部材8は、定着部材2の内面2bに潤滑剤を供給し、供給手段としても機能する。尚、潤滑剤としては、シリコーンオイルやグリスが例示される。
定着部材2は、加圧部材4が回転することにより、連れ回り回転する。図1に示す形態では、加圧部材4が駆動源により回転し、ニップ部Nでベルトに駆動力が伝達されることにより定着部材2が回転する。定着部材2は、ニップ部Nで挟み込まれて回転し、ニップ部N以外では両側端部に保持部材(9A,9B)が挿入されてガイドされ、走行する。
定着装置1は、図2に示すような一対の保持部材9A,9Bをさらに備える。保持部材9A,9Bは、板状のベース部91と、ベース部91から突出した保持突部92と、を有する。保持突部92は、例えば円筒状に形成され、定着部材2の内側に配置され、内面2bと摺接する。一対の保持部材9A,9Bは、保持突部92が定着部材2の幅方向(軸方向)の両端に挿通されることにより、定着部材2を幅方向の両端において保持しつつ回転を案内する。
上記のような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能である。
次に、本発明における定着装置の回転検知手段の構成例について説明する。
実施形態に係る定着装置1の回転検知手段としては、導通検知手段104(電極61,62または63,64)と導電領域21または22で構成される。図3の構成例は、定着部材2の表層側に導電領域21を設けたものである。また、図4の構成例は、定着部材2の裏面側に導電領域22を設けたものである。
図3では、定着部材2の通紙領域外表層に導電領域21としての金属箔が備えられている。また定着部材を軸方向両端で保持する保持部材9A(9B)の近傍で、定着部材2に摺接しながらトナー定着に問題のない微弱電圧(例えば5V以下)が印加された電極61,62が設けられている。電極には導電性にも摺動性にも優れたカーボン系材料を用いている。
導電領域21は、定着部材2の周方向に所定の大きさを有するように設けられている。この導電領域21を検知するために、複数(本例では2つ)の電極61,62が、定着部材2の周方向において位置をずらせて(周方向の位置が異なるように)配置されている。電極61,62間には上記のように微弱電圧が印加される。定着部材2の回転に伴って導電領域21が移動し、電極61,62の両方に導電領域21が接触するときに電極61,62間が導通する。この導通(導通信号)は後述する制御部(図5)に入力され、制御部にて導通したことが判定される。すなわち、制御部は導電領域21を介した複数電極間の電気的導通を検知・判定する。
なお、導電領域21が電極61,62のいずれにも接触していないとき、および、導電領域21が電極61,62のいずれか一方のみに接触しているときは、電極61,62間は導通しない。
この構成によれば定着部材2は、加熱源3で加熱されながら、駆動源も兼ねた加圧部材4に連れ回るが、回転中に導電領域21が電極61および62に挟み込まれる領域のみ(回転中に導電領域21が電極61および62に挟み込まれる状態となった時のみ)導通検知される。導通タイミングは狙いの搬送速度に従った回転周期ごとにおとずれるため、仮に定着部材2の連れ回りが不安定であれば、導通タイミングがずれたり、不通あるいは導通が維持されたままとなり、回転検知手段として機能できる。ただし、ウォームアップ中や通紙中では多少スリップもあるため判定には幅を持たせる。定着装置の線速帯毎にテーブルを用意して回転を検知するようにしても良い。判定を行う制御部は、定着装置が搭載されるマシン本体(画像形成装置)に設置すれば定着装置を小型にできる。
図4は、定着部材2の基材層がSUSやニッケルといった金属層で形成されている場合の構成例である。保持部材9B(9A)の、定着部材2摺動面上に電極63,64が埋め込まれている。導電領域22は、部分的に内面塗装が除去されて基材層が内面側に露出している。すなわち、定着部材2の裏面側に導電領域22がある。このような構成においても、回転検知手段として機能できる(図4では導通検知手段104は省略)。
図4の構成の場合、導電検知手段を構成する電極は、定着部材保持部材の片側に寄せる必要はなく、軸方向の両側にそれぞれ1つずつ配置してもよい。その場合、内面塗装が除去されて基材層が露出している箇所(導電領域22)は定着部材の両側に形成すればよい。
上記のような構成によれば、定着装置周りの大型化や複雑化は回避され、また定着部材の大部分の厚みを担う弾性層や基材層に穴を設ける必要もないため、破損等の問題も抑えることが可能となる。
図5は、定着部材の回転状態の判定に関わる制御系の構成例を示すブロック図である。ここでは、 定着装置が搭載される画像形成装置の制御部を用いた構成例を示している。
図5において、画像形成装置100の本体に設けられた制御部101には、メモリ102が接続されている。このメモリ102には、図6にて示す定着装置線速ごとの回転周期などが記憶されている。制御部101には、モータなどで構成される駆動源103も接続されており、駆動源103によって定着装置1内の加圧ローラ4(加圧部材)が回転駆動される。加圧ローラ4とニップを形成している定着ベルト2(定着部材)は連れ回りされる。
定着装置の加熱源であるヒータ3や、定着部材(定着ベルト2)の温度を検知する温度検知手段である温度センサ31も制御部101に接続されており、温度センサ31で定着ベルト2の温度を検知し、ヒータ3の制御を行う。
導通検知手段104は、上述した電極(61,62,63,64)は保持部材5の近傍など、定着ユニット(定着装置)内部に設けられるが、電極への印加電圧は本体側から供給されている。電極へ印加する電圧を本体側から供給する構成とすることで、定着装置を小型化できる。電極への印加電圧自体は、直流5V程度で、定着中のトナーが電気的に飛び散るといった懸念もない。
図6は、本実施形態の画像形成装置において設定されている線速ごとの検知周期を示すタイミングチャートであり、(a)は線速:Vでの駆動時における定着部材の回転周期を示している。また、(b)は線速:1/2Vでの駆動時における定着部材の回転周期を示している。
通常、画像形成装置は、画像品質を向上させるために、紙厚や画像パターンによっていくつか搬送線速帯を持っている。上記メモリ102に各線速帯に合わせて回転検知周期を記憶させておけば、それぞれの線速帯にて回転検知が可能となる。回転/不回転の判定としては、「ある決められた時間(所定時間)に、信号電圧が何回カウントされた場合を正常回転とする」というような条件が簡易的な手法である。定着装置が室温付近からウォームアップする場合は、起動トルクが特に大きくなる影響で駆動開始時に定着ベルトが多少スリップする場合もあるが、この現象は異常ではないため、カウントに多少余裕を持たせても良い。
仮にカウント数が未達(所定のカウント数未満)の場合、制御部101は「異常」と判断し、ヒータ3への通電や駆動源103の駆動をあるタイミングで停止する。
このように「正常回転していると判定されない」場合に、定着装置への各供給(電力供給)を止めることで、暴走などを引き起こさない安全な定着装置を提供できる。
次に、図7を用いて本発明の実施形態にかかる画像形成装置の構成を説明する。
図7に示した画像形成装置100は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式のカラープリンタある。だが、本発明はこの方式に限られず、またプリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置、あるいは複数の機能を備える複合機などを対象とすることも可能である。
画像形成装置100は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkを並設したタンデム構造が採用されている。
画像形成装置100では、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに形成された可視像が、各感光体ドラムに対峙しながら矢印A1方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体(以下、転写ベルトという)11に対して1次転写される。この1次転写行程の実行によってそれぞれの色の画像が重畳転写され、その後、記録シートなどが用いられる記録紙Sに対して2次転写行程を実行することで一括転写される。
各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム20Bkを代表として説明すると、感光体ドラム20Bkの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置30Bk、現像装置40Bk、1次転写ローラ12Bkおよびクリーニング装置50Bkが配置されている。帯電後に行われる書き込み光Lbを用いた書き込みには、光書き込み装置60が用いられる。
転写ベルト11に対する重畳転写では、転写ベルト11がA1方向に移動する過程において、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに形成された可視像が、転写ベルト11の同じ位置に重ねて転写される。このために、転写は、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに対向して配設された1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkによる電圧印加によって、A1方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkは、A1方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。
画像形成装置100は、色毎の画像形成処理を行う4つの画像ステーションと、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkの上方に対向して配設され、転写ベルト11及び1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkを備えた転写ベルトユニット10と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11に従動し、連れ回りする2次転写ローラ14と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11をクリーニングするベルトクリーニング装置13と、これら4つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置60とを有している。
光書き込み装置60は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、fθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび偏光手段としての回転多面鏡などを装備している。光書き込み装置60は、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに対して色毎に対応した書き込み光Lbを出射して感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに静電潜像を形成するよう構成されている。書き込み光Lbは、図7では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である。
画像形成装置100には、感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkと転写ベルト11との間に向けて搬送される記録紙Sを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置70が設けられている。また、シート給送装置70から搬送されてきた記録紙Sを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラムと転写ベルト11との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対81が設けられている。また、記録紙Sの先端がレジストローラ対81に到達したことを検知するセンサが設けられている。
また、画像形成装置100には、トナー像が転写された記録紙Sにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着手段としての定着装置1と、定着済みの記録紙Sを画像形成装置100の本体外部に排出する排出ローラ82が備えられている。また、画像形成装置100の本体上部には、排出ローラ82により画像形成装置100の本体外部に排出された記録紙Sを積載する排紙トレイ83が備えられている。また、排紙トレイ83の下側には、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル9Y、9C、9M、9Bkが備えられている。
転写ベルトユニット10は、転写ベルト11、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkの他に、転写ベルト11が掛け回されている駆動ローラ15及び従動ローラ16を有している。
従動ローラ16は、転写ベルト11に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ16には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット10と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkと、2次転写ローラ14と、クリーニング装置13とで転写装置10Aが構成されている。
シート給送装置70は、画像形成装置100の本体下部に配設されており、最上位の記録紙Sの上面に当接する給送ローラ84を有している。給送ローラ84が図中反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録紙Sをレジストローラ対81に向けて給送するようになっている。
転写装置10Aに装備されているクリーニング装置13は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト11に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有している。クリーニング装置13は、転写ベルト11上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト11をクリーニングするようになっている。クリーニング装置13はまた、転写ベルト11から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための排出手段を有している。
ここまで説明したように、本発明の定着装置及び画像形成装置においては、定着部材上に設けられた導電領域と、その導電領域にて導通したことを検知する導通検知手段と、導通検知手段からの検知信号が入力される制御部とを備えることで、本来の機能である定着性を損なうことなく、部材破損のリスクも抑え、大型化や複雑化をせずとも定着部材の回転を検知することができ、安全・安価で制御性に優れた定着装置および画像形成装置を提供することが可能である。
また、導通検知手段が複数の電極を有し、その複数の電極が同時に導電領域に接触したときに導電領域にて導通する構成により、簡易な構成で確実に定着部材の回転を検知することができ、また、連続通紙時等にも確実な回転判定を行うことができる。
また、導通検知手段が定着部材を保持する保持部材に配置される構成により、定着装置周りの大型化や複雑化を招くことなく定着部材の回転を検知することができる。また、熱源として比較的安価で制御性に優れたハロゲンヒータ等を用いる構成の定着装置にも適用可能であり、その構成においても定着部材の回転を検知することができる。
また、定着部材が非導電の内面摺動層、金属基材層、弾性層および表面離型層を有し、内面摺動層の一部を除去して金属基材層を露出させて導電領域とする構成においては、内面摺動層が不通領域、基材露出層が導通領域として機能し、別途定着部材表層に導電領域を設ける必要がないため、コストの上昇を抑制できる。また、弾性層や基材層に穴を設ける必要もないため、破損等の問題も抑えることが可能となる。
また、導通検知手段が定着部材軸方向の一方側に配置されることで、導通検知手段を一方側のみ設けることができ、定着装置を大型化・複雑化させることがない。
また、内面摺動層の一部を除去して金属基材層を露出させた導電領域が定着部材の軸方向の両側にそれぞれ設けられ、各導電領域を検知するように導通検知手段が配置される構成においては、多様な構成に対応可能となり、設計自由度が増す。
また、定着部材が加圧部材により連れ回り駆動されることで、そのような装置構成にも対応して定着部材の回転を検知することができる。
以上、本発明を図示例に基づき説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、定着装置の熱源としてはハロゲンヒータに限らず、本発明を適用できるものであれば適宜な熱源を採用可能である。
導電領域の形状や大きさ、また導電領域を配置する位置なども適宜設定可能なものである。
導通検知手段の構成も実施形態のものは一例であり、これに限定されるものではなく、導通を検知できれば適宜な構成を採用可能である。
本発明は実施形態のベルト定着装置に限らず、剛体の定着ローラを用いるヒートロール方式のものにも適用可能である。
画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリあるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。また、作像部の構成もタンデム方式に限らず、任意な構成を採用可能である。フルカラー機だけでなく、多色機やモノクロ装置であってもよい。
1 定着装置
2 定着ベルト(定着部材)
3 定着ヒータ(加熱源)
4 加圧ローラ(加圧部材)
9A,9B 保持部材
21,22 導電領域
61,62 電極
63,64 電極
100 画像形成装置
101 制御部
102 メモリ
103 駆動源
104 導通検知手段
S 用紙(記録媒体、記録材)
N 定着ニップ部
特開2016-133750号公報

Claims (5)

  1. 回転可能な定着部材と、前記定着部材に圧接されてニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱源とを備え、前記ニップ部に未定着トナー画像を担持する記録材を通過させて未定着トナー画像を記録材に定着する定着装置であって、
    前記定着部材の前記記録材に接触する面と反対側の面で、前記加圧部材に当接しない通紙領域外に設けられた導電領域と、
    前記導電領域にて導通したことを検知する導通検知手段と、
    前記導通検知手段からの検知信号が入力される制御部と
    を備える定着装置において、
    前記定着部材の軸方向の両側端部にそれぞれ配置されて前記定着部材を保持する保持部材を有し、
    前記導通検知手段が前記保持部材に配置されることを特徴とする定着装置。
  2. 前記導通検知手段は複数の電極を有し、該複数の電極が同時に前記導電領域に接触したときに前記導電領域にて導通することを特徴とする、請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記導通検知手段が前記定着部材の軸方向の一方側に配置され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. 前記定着部材は、前記加圧部材により連れ回り駆動されることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の定着装置。
  5. 請求項1~4のいずれか1項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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