JP2005031182A - ベルト定着装置 - Google Patents

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正泰 小野寺
Hiroshi Fuma
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Abstract

【課題】通紙開始直後の加圧ローラの温度低下が大きくなることを回避して、光沢度変化が光沢ムラとして現れない、安定したトナー画像の定着ができ、且つ電力消費量も嵩むことのない画像形成装置に装着されるベルト定着装置の提供。
【解決手段】加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラに平行な支持ローラと、前記加熱ローラと前記支持ローラとにエンドレスに掛けられた定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記支持ローラに対向して設けられた加圧ローラと、該加圧ローラと前記定着ベルトの圧接離間機構を持つベルト定着装置において、前記定着ベルトは内包されている前記支持ローラにより駆動され、前記支持ローラに前記定着ベルトを介して接触する外周面が軸方向に部分的に配置された溝付きローラが補助ローラとして押圧されていることを特徴とするベルト定着装置。
【選択図】 図3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はベルト定着装置を装着した画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像形成装置に装着されるベルト定着装置では、加熱された定着ベルトを、トナー像を転写した転写材と共に支持ローラと加圧ローラで加熱加圧して転写材の定着を行っているが、加圧力がかなり強いので、特に定着ベルト、更には支持ローラや加圧ローラへのダメージがあり、それを軽減させるために、通紙時以外の休止時には支持ローラや加圧ローラ間の圧着を解除して耐久性を維持させる必要がある。
【0003】
しかし、解除時も定着ベルトの周方向の温度を均一にするためには定着ベルトを回転させる必要があるが、支持ローラ及び加圧ローラ間の圧着を解除しているとベルト自身の剛性や駆動ローラとしての前記支持ローラとの摩擦の関係等により、支持ローラの駆動回転だけでは定着ベルトを満足に回転させられず、通紙以外の休止期間にも定着ベルトを回転させるためには、支持ローラ及び加圧ローラの圧着を必ずしも解除してしまうことはできない。
【0004】
しかし、そのようにすると、加圧ローラの温度も上昇してしまい、この状態で再び通紙を開始すると、開始直後の加圧ローラの温度低下が大きくなり、それに伴う光沢度変化が起こり、定着品質が損なわれる。そして定着ベルトの温度と加圧ローラの温度を独立に制御できなくなる。
【0005】
また、圧着している時間が長くなれば、各部材へのダメージが大きくなり、定着装置の寿命も短くなる。
【0006】
そしてこの事態を避けるためには、通紙開始前に加圧ローラの温度を予め下げる工程を入れたりするため、ウォーミングアップタイムが長くなると共に、大きな電力が必要になり、画像形成の作成効率も低下する。
【0007】
定着装置の消費電力の画像形成装置全体に占める比率は比較的に大きく、このようなエネルギの消費をできるだけ押さえる手段としては特許文献1に示すようなものも提案されている。
【0008】
【特許文献1】
特開平6−314042号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のようなベルト定着装置の問題点を解決して、通紙開始直後の加圧ローラの温度低下が大きくなることを回避して、光沢度変化が光沢ムラとして現れない、安定したトナー画像の定着ができ、且つ電力消費量も嵩むことのない画像形成装置に装着されるベルト定着装置を提供することを課題目的にする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的は次の技術手段(1)〜(4)の何れかによって達成される。
【0011】
(1) 加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラと平行で離間して配設される支持ローラと、前記加熱ローラと前記支持ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記支持ローラに対向して設けられた加圧ローラと、該加圧ローラが前記定着ベルトを介して前記支持ローラに加圧することなく前記定着ベルトに接触して形成される第1の定着工程を行う部分と、前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して前記支持ローラに加圧して形成される第2の定着工程を行う部分と、前記加圧ローラと前記定着ベルトの圧接離間機構を有するベルト定着装置において、
前記定着ベルトは内包されている前記支持ローラにより駆動され、前記定着ベルトを介して前記支持ローラに対向する第2加圧ローラを補助ローラとして有することを特徴とするベルト定着装置。
【0012】
(2) 加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラと平行で離間して配設される支持ローラと、前記加熱ローラと前記支持ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記支持ローラに対向して設けられた加圧ローラと、該加圧ローラと前記定着ベルトの圧接離間機構を有するベルト定着装置において、
前記定着ベルトは内包されている前記支持ローラにより駆動され、前記支持ローラに前記定着ベルトを介して接触する外周面が軸方向に部分的に配置された溝付きローラが補助ローラとして押圧されていることを特徴とするベルト定着装置。
【0013】
(3) 加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラと平行で離間して配設される支持ローラと、前記加熱ローラと前記支持ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記支持ローラに対向して設けられた加圧ローラと、該加圧ローラと前記定着ベルトの圧接離間機構を有するベルト定着装置において、
前記定着ベルトは内包されている前記支持ローラにより駆動され、該支持ローラに前記定着ベルトを介して補助ローラが押圧され、該補助ローラは、軸方向に移動可能であることを特徴とするベルト定着装置。
【0014】
(4) 前記補助ローラは前記定着ベルトに対して圧接離間機構を有し、前記加圧ローラの離間時に圧接されるようにしたことを特徴とする(1)〜(3)項の何れか1項に記載のベルト定着装置。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【0016】
図1は、本発明のベルト定着装置が装着された画像形成装置の実施の形態としてのカラー画像形成装置を示す断面構成図である。
【0017】
このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部10Y,10M,10C,10Kと、無端ベルト状中間転写体ユニット7と、給紙搬送手段21及び定着手段としてのベルト定着装置24とから成る。画像形成装置の本体Aの上部には、原稿画像読み取り装置SCが配置されている。
【0018】
イエロー色の画像を形成する画像形成部10Yは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1Y、該感光体1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像手段4Y、一次転写手段としての一次転写ローラ5Y、クリーニング手段6Yを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部10Mは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1M、該感光体1Mの周囲に配置された帯電手段2M、露光手段3M、現像手段4M、一次転写手段としての一次転写ローラ5M、クリーニング手段6Mを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部10Cは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1C、該感光体1Cの周囲に配置された帯電手段2C、露光手段3C、現像手段4C、一次転写手段としての一次転写ローラ5C、クリーニング手段6Cを有する。黒色画像を形成する画像形成部10Kは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1K、該感光体1Kの周囲に配置された帯電手段2K、露光手段3K、現像手段4K、一次転写手段としての一次転写ローラ5K、クリーニング手段6Kを有する。
【0019】
無端ベルト状中間転写体ユニット7は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の第2の像担持体としての無端ベルト状中間転写体70を有する。
【0020】
画像形成部10Y,10M,10C,10Kより形成された各色の画像は、一次転写ローラ5Y,5M,5C,5Kにより、回動する無端ベルト状中間転写体70上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット20内に収容された記録媒体として用紙等の転写材Pは、給紙手段21により給紙され、複数の中間ローラ22A,22B,22C,22D、レジストローラ23を経て、二次転写手段5Aに搬送され、転写材P上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Pは、ベルト定着装置24により定着処理され、排紙ローラ25に挟持されて機外の排紙トレイ26上に載置される。
【0021】
一方、二次転写手段としての二次転写ローラ5Aにより転写材Pにカラー画像を転写した後、転写材Pを曲率分離した無端ベルト状中間転写体70は、クリーニング手段6Aにより残留トナーが除去される。
【0022】
画像形成処理中、一次転写ローラ5Kは常時、感光体1Kに圧接している。他の一次転写ローラ5Y,5M,5Cはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体1Y,1M,1Cに圧接する。
【0023】
二次転写ローラ5Aは、ここを転写材Pが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体70に圧接する。
【0024】
また、装置本体Aから筐体8を支持レール82L,82Rを介して引き出し可能にしてある。
【0025】
筐体8は、画像形成部10Y,10M,10C,10Kと、無端ベルト状中間転写体ユニット7とから成る。
【0026】
画像形成部10Y,10M,10C,10Kは、垂直方向に縦列配置されている。感光体1Y,1M,1C,1Kの図示左側方には無端ベルト状中間転写体ユニット7が配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット7は、ローラ71,72,73,74,76を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写体70、一次転写ローラ5Y,5M,5C,5K及びクリーニング手段6Aとから成る。
【0027】
筐体8の引き出し操作により、画像形成部10Y,10M,10C,10Kと、無端ベルト状中間転写体ユニット7とは、一体となって、本体Aから引き出される。
【0028】
このように感光体1Y,1M,1C,1K上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、それを無端ベルト状中間転写体70上に各色のトナー像を一次転写して重ね合わせ、それを一括して転写材Pに二次転写し、ベルト定着装置24で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー像を無端ベルト状中間転写体70に転移させた後の感光体1Y,1M,1C,1Kは、クリーニング手段6Y,6M,6C,6Kで転写時に感光体に残された残留トナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
【0029】
本発明の画像形成装置は、これに搭載されるベルト定着装置24に大きな特色を有するものであり、その一例として図2の構成図に示すベルト定着装置24Aと他の一例として図3の構成図に示すベルト定着装置24Bについて順次説明する。
【0030】
図2に示すベルト定着装置24Aは無端の定着ベルト260と、該定着ベルト260を支持搬送し、紙等の転写材Pと前記定着ベルト260を間に挟んで加圧加熱定着する内部の支持ローラ250と、該支持ローラ250に対向する外部の加圧ローラ270と、前記定着ベルト260を巻回させるために前記支持ローラ250と共に配置された加熱ローラ240とよりなる。該加熱ローラ240は加熱手段として加熱源241を有しその外周の一部を取り囲むように前記定着ベルト260が巻回されている。前記支持ローラ250とそれに対向する外部の加圧ローラ270とからなる一対のローラ対で前記定着ベルト260及び転写材Pを間に介して形成される主ニップ部を構成し、これに後述する補助ローラ280を設けたものである。尚、前記加熱源241にはハロゲンヒータやセラミックヒータや誘導加熱型の加熱装置等が用いられる。
【0031】
図3に示すベルト定着装置24Bは、前述のベルト定着装置24Aの構成に加えて、前記加圧ローラ270の表面に前記定着ベルト260を密着させるために、前記両ローラ240,250と共に定着ベルト260に巻回されるパッド253、ガイド部材254を設けて前述の主ニップ部の上流に補助ニップが形成されるようにしたものである。
【0032】
該補助ニップは定着ベルト260の柔軟性を生かして、小さな内部の支持ローラ径で且つ、比較的小さな加圧力で、大きな加熱時間を確保するのに有効である。
【0033】
両ローラ間で形成される第2の定着工程としての主加圧ニップに先立ち、外部の加圧ローラ270に密着された定着ベルト260と前記加圧ローラ270の間に転写材Pが挟まれ補助ニップがなされるように、支持部材としてのパッド253によって加圧され第1の定着工程として予熱が加えられる。更に、その後の主ニップ部で、定着ベルト260の持つ熱と前記支持ローラ250と前記加圧ローラ270によるよる強い圧力によって、トナーは転写材Pに確実に安定して定着される。トナー層には定着ベルト260の表面のごく薄いPFA又はPTFEの離型性層を介して外部加圧ローラ270の表面のSiゴム層が当接されるため、Siゴムが変形して紙等の転写材Pやトナー層の凹凸に追従して、均一に接触し、光沢ムラなどのない均一な定着が行われ、トナー画像は適度な光沢を持ち、また定着後、転写材Pは安定して定着ベルト260から分離する。
【0034】
上記のベルト定着装置24A及び24Bにおいて、定着ベルト260は、図示はしないが支持ローラ250によって駆動されている。しかしこれには限らず、該支持ローラ及び前記加圧ローラの両方によって駆動させることもできる。そして給紙ガイド290等により定着領域に搬送されてきたトナー画像を保持した転写材Pと定着ベルト260は、内部の支持ローラ250及び外部の加圧ローラ270で挟んで加圧される。
【0035】
ベルト定着装置24A及び24Bは通紙時には円滑な定着が続行されるが、一方、加圧ローラ270の加圧力がかなり強いので、特に定着ベルト260、更には支持ローラ250や加圧ローラ270へのかなりのダメージがあり、それを軽減させるために、通紙時以外は支持ローラや加圧ローラ間の圧着を解除して耐久性を保持させる必要がある。
【0036】
しかし、解除時も定着ベルトの周方向の温度を均一にするためには定着ベルト260を回転させる必要があるが、支持ローラ250及び加圧ローラ270間の圧着を解除しているとベルト自身の剛性や駆動ローラとしての前記支持ローラ250との摩擦の関係等により、該支持ローラ250の駆動回転だけでは定着ベルト260を満足に回転させられず、そのため該定着ベルト260の均一な熱分布が得られず、通紙開始時に安定した定着品質が達成できないということになってしまう。したがって、通紙以外の休止期間にも定着ベルト260を安定して確実に回転させるためには、支持ローラ250及び加圧ローラ270を圧着して回転を続行させるという発想もある。しかし、このように支持ローラ250及び加圧ローラ270を圧着して通紙以外の休止期間にも定着ベルトを回転させる場合には、転写材Pが存在しないので、それによってニップ部での熱が逃がされなくなり、加圧ローラ270の温度が170℃程度まで上昇してしまい、この状態で通紙再開したときは通紙により加圧ローラ270の温度が適正な温度120〜130℃に下がるまでには時間が掛かると共にその間光沢ムラが起きてしまう。このような事態は絶対に避けねばならない。このため本発明においては次のような対策を行った。
【0037】
即ち、支持ローラ250を駆動ローラとした場合、先行押圧部としてパッド253、ガイド部材254があると、それが無いときに比べ、なおさら、その部分の摺動抵抗が大きいので、加圧ローラ270の加圧を解除すると定着ベルト260はますます回転させられにくくなる。
【0038】
そこで、駆動ローラとしての支持ローラ250に補助ローラ280として第2加圧ローラ280Aを圧接することにより、加圧ローラ270の圧接解除時でも定着ベルトを回転可能とさせた。
【0039】
第2加圧ローラ280Aはできるだけ熱容量が小さいことが望ましいので、小径で、表層は断熱性が高い材料が良い。
【0040】
そしてこの第2加圧ローラ280Aを非通紙時の休止期間中は加圧ローラ270の加圧に代わって支持ローラ250に接触押圧するように切り替える構造にした。
【0041】
そしてこの第2加圧ローラ280Aを非通紙時の休止期間中は加圧ローラ270の加圧に代わって支持ローラ250上の定着ベルト260に接触押圧するように切り換えるようにした、第2加圧ローラ280Aの圧接離間機構280M及び加圧ローラ270の圧接離間機構270Mを設けている。
【0042】
図3に詳細に示すように、支持ローラ250が駆動され、そして第2加圧ローラ280Aは固定の中心軸281の周りに回動するレバー285の端部の回転軸289に取り付けてあり、支持ローラ250上の定着ベルト260への着脱はカム286の位相の変化とバネ287によって第2加圧ローラ280Aは矢印a方向に移動するように、前記圧接離間機構280Mが作動するようにしてある。
【0043】
また、加圧ローラ270も固定軸279の周りに回動するレバー275の先端の回転軸271に取り付けられ、加圧ローラ270がカム276の位相変化とバネ277によって矢印bの方向に移動可能に前記加圧ローラ270の圧接離間機構270Mが作動するようにしてある。
【0044】
尚、ガイド部材254には温度センサ255が埋め込まれていて定着ベルト260の温度が検出され定着温度の制御に貢献している。また、前記ガイド部材254は定着ベルト260の内側で接するため画像への影響もない。
【0045】
このような構成をとることにより、ウォーミングアップ時間の大幅な短縮が可能となると共に光沢度の安定したベルト定着装置24,24A,24Bを持った画像形成装置が得られるようになった。
【0046】
このように、第2加圧ローラ280Aを補助ローラ280として設置することにより加圧ローラ270の解除時でも定着ベルト260を円滑に回転できるようにした。
【0047】
補助ローラ280を、第2加圧ローラ280Aに替えて、図4の側面図に示すように、定着ベルト260に接するローラ面が軸方向に部分的に配置された溝付きローラ280Bにした場合、定着ベルト260と接触する面積を減らし、定着ベルト260の温度が低下するのを防止する効果を持たせることができる。
【0048】
図3で示してきたように、第1の定着工程及び第2の定着工程を設け、先行加圧を持たせるタイプのベルト定着装置24Bにこの溝付きローラ280Bを適用した場合には、定着ベルト260を駆動ローラとしての支持ローラ250に押しつける力をあまり弱くすると、定着ベルト260の回転抵抗が大きいので、安定して定着ベルト260を回転させられない可能性がある。
【0049】
しかし、図2の構成図に模式的に示したように、前述の先行加圧を持たないタイプのベルト定着装置24Aでは、定着ベルト260の回転抵抗が小さいので、押圧力を小さくしても溝付きローラ280Bでも十分回転させられる。
【0050】
補助ローラ280としての第2加圧ローラ280Aや溝付きローラ280Bは、軸方向に移動可能にしておくことが好ましい。補助ローラ280として第2加圧ローラ280Aや溝付きローラ280Bを定着ベルト260の同一部分に当て続けると、傷や汚れの原因となるので、第2加圧ローラ280Aや溝付きローラ280Bを軸方向に移動可能として該第2加圧ローラ280Aや溝付きローラ280Bが定着ベルト260に当たる部分を分散させることにより、前述の原因を排除する。
【0051】
このことは、第2加圧ローラ280Aや溝付きローラ280Bの幅(通紙方向と直行する方向の幅)が定着ベルト260の幅よりも短い場合に特に有効である。
【0052】
第2加圧ローラ280Aの幅を短くするのは、補助ローラ280としての第2加圧ローラ280Aの熱容量を減らすため特に好ましい。
【0053】
補助ローラ280が前述の溝付きローラ280Bのタイプのローラである場合には、軸方向に移動させながら対処することは特に有効である。
【0054】
【発明の効果】
本発明により、加圧ローラの圧着が解除されているときは、補助ローラを圧着させることにより定着ベルトが安定して回転されるようになり、ウォーミングアップ時間の大幅な短縮が可能となり電力も節約されると共に、光沢度の安定した定着手段を持った画像形成装置が得られるようになった。
【0055】
また、補助ローラの熱容量が小さいので、定着ベルトの温度低下を防止しながら、加圧ローラの圧着解除時でも定着ベルトを回転させることができるようになり、定着ベルトの経時劣化を防止し、長期間安定した性能が得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のベルト定着装置が装着された画像形成装置の実施の形態としてのカラー画像形成装置を示す断面構成図である。
【図2】画像形成装置に搭載される本発明のベルト定着装置の一例の構成図である。
【図3】画像形成装置に搭載される本発明のベルト定着装置の一例の構成図である。
【図4】本発明のベルト定着装置の一例に装着される補助ローラとしての第2加圧ローラの側面図である。
【符号の説明】
1Y,1M,1C,1K 感光体
4Y,4M,4C,4K 現像手段
5Y,5M,5C,5K 一次転写手段としての一次転写ローラ
5A 二次転写手段としての二次転写ローラ
6Y,6M,6C,6K クリーニング手段
7 無端ベルト状中間転写体ユニット
24,24A,24B ベルト定着装置
70 無端ベルト状中間転写体
240 加熱ローラ
241 加熱源
250 支持ローラ
253 パッド
254 ガイド部材
255 温度センサ
260 定着ベルト
270 加圧ローラ
280 補助ローラ
280A 第2加圧ローラ
280B 溝付きローラ
290 給紙ガイド
P 転写材

Claims (4)

  1. 加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラと平行で離間して配設される支持ローラと、前記加熱ローラと前記支持ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記支持ローラに対向して設けられた加圧ローラと、該加圧ローラが前記定着ベルトを介して前記支持ローラに加圧することなく前記定着ベルトに接触して形成される第1の定着工程を行う部分と、前記加圧ローラが前記定着ベルトを介して前記支持ローラに加圧して形成される第2の定着工程を行う部分と、前記加圧ローラと前記定着ベルトの圧接離間機構を有するベルト定着装置において、
    前記定着ベルトは内包されている前記支持ローラにより駆動され、前記定着ベルトを介して前記支持ローラに対向する第2加圧ローラを補助ローラとして有することを特徴とするベルト定着装置。
  2. 加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラと平行で離間して配設される支持ローラと、前記加熱ローラと前記支持ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記支持ローラに対向して設けられた加圧ローラと、該加圧ローラと前記定着ベルトの圧接離間機構を有するベルト定着装置において、
    前記定着ベルトは内包されている前記支持ローラにより駆動され、前記支持ローラに前記定着ベルトを介して接触する外周面が軸方向に部分的に配置された溝付きローラが補助ローラとして押圧されていることを特徴とするベルト定着装置。
  3. 加熱手段を有する加熱ローラと、該加熱ローラと平行で離間して配設される支持ローラと、前記加熱ローラと前記支持ローラとにエンドレスに掛け渡された定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記支持ローラに対向して設けられた加圧ローラと、該加圧ローラと前記定着ベルトの圧接離間機構を有するベルト定着装置において、
    前記定着ベルトは内包されている前記支持ローラにより駆動され、該支持ローラに前記定着ベルトを介して補助ローラが押圧され、該補助ローラは、軸方向に移動可能であることを特徴とするベルト定着装置。
  4. 前記補助ローラは前記定着ベルトに対して圧接離間機構を有し、前記加圧ローラの離間時に圧接されるようにしたことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のベルト定着装置。
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US8295753B2 (en) 2009-04-20 2012-10-23 Sharp Kabushiki Kaisha Fixing device having an endless fixing belt and two-position disjunction mechanism
JP2017026844A (ja) * 2015-07-23 2017-02-02 富士ゼロックス株式会社 定着装置、画像形成装置
JP2020008619A (ja) * 2018-07-03 2020-01-16 コニカミノルタ株式会社 定着装置およびこれを備える画像形成装置

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