JP4868445B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関し、特に、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置及び画像形成装置に関するものである。
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上がり時間を低減して省エネルギー化することを目的として、電磁誘導加熱方式の定着装置が広く用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1等において、電磁誘導加熱方式の定着装置は、主として、支持ローラ(発熱ローラ)と定着補助ローラ(定着ローラ)とによって張架された定着部材としての定着ベルトや、支持ローラに定着ベルトを介して対向する誘導加熱部(励磁手段)や、定着補助ローラに定着ベルトを介して対向する加圧ローラ等で構成される。誘導加熱部は、幅方向(記録媒体の搬送方向に直交する方向である。)に延設されたコイル部(励磁コイル)や、コイル部に対向するコア部(芯材)等で構成される。
そして、定着ベルトは、誘導加熱部との対向位置で加熱される。加熱された定着ベルトは、定着補助ローラ及び加圧ローラの位置に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、コイル部に高周波の交番電流を流すことで、コイル部に対向する定着ベルト及び支持ローラの位置に磁力線が形成されて、支持ローラ表面に渦電流が生じる。支持ローラに渦電流が生じると、支持ローラ自身の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、支持ローラに巻装された定着ベルトが加熱される。
このような電磁誘導加熱方式を用いた定着装置は、定着ベルトの表面温度(定着温度)を所望の温度まで昇温するのに、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間でおこなうことができるものとして知られている。
一方、特許文献2等には、定着ローラの外周側にコイル部(磁界発生手段)を配置した電磁誘導加熱方式の定着装置であって、コイル部の昇温によって装置の加熱効率が低下してしまう不具合等を抑止することを目的として、コイル部の中央部に通気路を設ける技術が開示されている。
また、特許文献3等には、定着ローラの外周側にコイル部(誘導コイル)を配置した電磁誘導加熱方式の定着装置であって、コイル部の昇温によって装置の加熱効率が低下してしまう不具合等を抑止することを目的として、コイル部に対向するコア部(シールド部材)の全面に均一に多数の穴を形成する技術が開示されている。
特開2002−82549号公報 特開2001−66922号公報 特開2001−313162号公報
上述した従来の定着装置は、コイル部の昇温による不具合に加えて、コア部の昇温による不具合が発生する場合があった。
詳しくは、以下の通りである。
定着部材を加熱するために誘導加熱部のコイル部に電力を供給すると、コイル部自身の電気抵抗によってコイル部が発熱して高温に達する。また、コイル部の周辺温度も、誘導加熱部の電磁誘導により加熱される定着部材によって昇温されるために、コイル部の温度はさらに高くなる。
コイル部が昇温されると、コイル部の電気抵抗が増すことで電力効率が低下して、定着部材の加熱効率が低下する。すなわち、定着部材を所定の温度に昇温するのに必要な電力が大きくなってしまう。
また、コイル部が昇温されると、コイル部を覆う絶縁被覆材が損傷する場合もある。このような場合には、コイル部の絶縁性が損なわれて、誘導加熱部の寿命が低下することになる。
他方、コイル部に対向するコア部の周辺温度も、発熱するコイル部と加熱される定着部材とによって昇温されるために、コア部の温度も高くなる。
コア部が昇温されると、強磁性体としてのコア部の磁性が低下してしまう。特に、コア部が昇温されてキューリー温度を超えてしまうと、コア部の強磁性がほぼ失われてしまう。コア部の磁性が低下した場合には、コア部に閉じ込められて定着部材に向かっていた磁束が、コア部の外側に漏れて定着部材に向かわなくなってしまう。このような場合には、定着部材の加熱効率が低下してしまうことになる。
一方、特許文献1等の技術は、コイル部の中央部に通気路を設けて、コイル部の昇温を軽減することを目的としている。
しかし、この技術では、コイル部の幅方向全域にわたって均一に昇温を抑止できない可能性が高い。すなわち、通気路を設けた幅方向中央部ではコイル部の昇温が大きく軽減されるものの、通気路から遠い幅方向両端部ではコイル部の昇温を大きく軽減することができなくなって、コイル部に幅方向の温度ムラが生じてしまう。その結果、コア部にも幅方向の温度ムラが生じて、さらに定着部材に幅方向の温度ムラが生じて、出力画像上の定着ムラとなってしまう。このような不具合は、コイル部の一端側から他端側に向けての通気路を設けてコイル部を冷却するような場合でも、同様に生じてしまうことになる。すなわち、コイル部の一端側では昇温が大きく軽減されるものの、コイル部の他端側では昇温を大きく軽減することができない。そして、このような不具合は、最大通紙幅が大きく設定されている大型の画像形成装置(幅方向の長さが長い装置である。)では、特に無視できない問題になっている。
また、特許文献1等の技術は、コイル部の中央部に通気路を設けているために、コイル部から定着部材に向けて形成される磁束が中央部で弱くなる可能性がある。すなわち、通気路を設けることで、コイル部の本来の機能が損なわれる可能性がある。
また、特許文献2等の技術は、コイル部に対向するコア部の全面に均一に多数の穴を形成して、コイル部及びコア部の昇温を軽減することを目的としている。
しかし、この技術では、コア部に多数の穴を設けているために、コア部の外側に磁束が漏れて定着部材に向かう磁束が減少して加熱効率が低下してしまう可能性がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置であって、コイル部及びコア部の機能を低下させることなく、コイル部及びコア部の昇温が幅方向全域にわたって均一に抑止される定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
この発明の請求項1記載の発明にかかる定着装置は、電磁誘導により加熱されるとともに、記録媒体上のトナー像を加熱して当該記録媒体に定着させる定着部材と、前記定着部材の周部に対向するコイル部と、前記コイル部に対向するコア部と、前記コア部の前記コイル部に対向する側とは反対側に隙間を空けて前記コア部の一部又は全部を覆うように配設されたカバー部材と、前記カバー部材に対して幅方向に沿うように配設されたダクトと、前記カバー部材における前記コア部に対向する対向面において幅方向中央部と幅方向両端部とにそれぞれ設けられた複数の給気口を介して当該カバー部材内に気体が送入されるように、前記ダクトの幅方向一端側に形成された開口から当該ダクトを介して前記複数の給気口に向けて送気する給気ファンと、前記カバー部材の前記対向面に交会する両端面のうち少なくとも1つの端面に配設された排気口から気体を吸引して、当該カバー部材内から当該カバー部材外に気体を送出する排気ファンと、を備えたものである。
また、請求項2記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1に記載の発明において、前記給気ファンは、幅方向一端側から幅方向他端側に向けて気体が流動するように前記ダクトに対して幅方向一端側に配設され、前記排気ファンは、幅方向一端側から幅方向他端側に向けて気体が吸引されるように前記カバー部材に対して幅方向他端側に配設されたものである。
また、請求項3記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記カバー部材は、アルミニウムで形成されたものである。
また、請求項4記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項3のいずれかに記載の発明において、前記定着部材は、複数のローラ部材に張架された定着ベルトであって、前記複数のローラ部材のうち1つのローラ部材は、前記定着ベルトの外周面に対向する前記コイル部に当該定着ベルトを介して対向する位置に配設されたものである。
また、請求項5記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項4に記載の発明において、前記複数のローラ部材のうち1つのローラ部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに前記定着ベルトを介して対向する位置に配設されたものである。
また、請求項6記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
本発明は、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置において、コイル部に対向するコア部を覆うカバー部材の幅方向に複数設けた給気口を介してカバー部材内に気体を送入して、排気口を介してカバー部材外に気体を送出している。これによって、コイル部及びコア部の機能を低下させることなく、コイル部及びコア部の昇温が幅方向全域にわたって均一に抑止される定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
実施の形態.
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのレーザープリンタの装置本体、3は画像情報に基いた露光光Lを感光体ドラム18上に照射する露光部、4は装置本体1に着脱自在に設置される作像部としてのプロセスカートリッジ、7は感光体ドラム18上に形成されたトナー像を記録媒体Pに転写する転写部、10は出力画像が載置される排紙トレイ、11、12は転写紙等の記録媒体Pが収納された給紙部、13は記録媒体Pを転写部7に搬送するレジストローラ、15は手差し給紙部、19は記録媒体P上の未定着画像(トナー像)を定着する定着装置を示す。
図1を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、露光部3から、画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Lが、プロセスカートリッジ4の感光体ドラム18上に向けて発せられる。感光体ドラム18は図中の反時計方向に回転しており、所定の電子写真プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程)を経て、感光体ドラム18上に画像情報に対応したトナー像が形成される。その後、感光体ドラム18上に形成されたトナー像は、転写部7で、レジストローラ13により搬送された記録媒体P上に転写される。
なお、図示は省略するが、プロセスカートリッジ4には、感光体ドラム18、感光体ドラム18上を帯電する帯電部、トナー(現像剤)が収容されていて感光体ドラム18上に形成された静電潜像を現像する現像部、感光体ドラム18上に残存する未転写トナーを除去するクリーニング部、等が一体的に設けられている。
一方、転写部7に搬送される記録媒体Pは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体1の複数の給紙部11、12、15のうち、1つの給紙部が自動又は手動で選択される(例えば、最上段の給紙部11が選択されたものとする。)。
そして、給紙部11に収納された記録媒体Pの最上方の1枚が、搬送経路Kの位置に向けて搬送される。その後、記録媒体Pは、搬送経路Kを通過してレジストローラ13の位置に達する。そして、レジストローラ13の位置に達した記録媒体Pは、感光体ドラム18上に形成されたトナー像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部7に向けて搬送される。
そして、転写工程後の記録媒体Pは、転写部7の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置19に達する。定着装置19に達した記録媒体Pは、定着ベルトと加圧ローラとの間に送入されて、定着ベルトから受ける熱と加圧ローラから受ける圧力とによってトナー像が定着される。トナー像が定着された記録媒体Pは、定着ベルトと加圧ローラとの間から送出された後に、出力画像として画像形成装置本体1から排出されて、排紙トレイ10上に載置される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、図2にて、画像形成装置本体1に設置される定着装置19の構成・動作について詳述する。
図2に示すように、定着装置19は、誘導加熱部24、定着補助ローラ21(ローラ部材)、定着ベルト22(発熱体)、支持ローラ23(ローラ部材)、加圧ローラ30、サーミスタ37、等で構成される。
ここで、定着補助ローラ21は、ステンレス鋼等からなる芯金の表面に、シリコーンゴム等の弾性層を形成したものである。定着補助ローラ21の弾性層は、肉厚が1〜5mmで、アスカー硬度が30〜60度となるように形成されている。
発熱体としての支持ローラ23(ローラ部材)は、非磁性金属材料からなる円筒部材であって、図2の反時計方向に回転する。支持ローラ23の内部には、フェライト等の強磁性体からなる内部コア28が設置されている。内部コア28は、定着ベルト22を介してコイル部25に対向している。ここで、内部コア28の両端部に銅等からなる磁束遮蔽部材を設置することもできる。
なお、支持ローラ23を鉄、コバルト、ニッケル、又は、それらの合金等の磁性金属材料で形成して、支持ローラ23の内部に内部コアを設置しないように構成することもできる。
発熱体としての定着ベルト22(定着部材)は、複数のローラ部材(支持ローラ23と定着補助ローラ21とである。)に張架・支持されている。
定着ベルト22は、ポリイミド等からなるベース層、ニッケルや銀等の金属からなる発熱層、シリコーンゴム等からなる弾性層、フッ素化合物等からなる離型層等からなる多層構造のエンドレスベルトである。定着ベルト22の離型層によって、トナーTに対する離型性が担保されている。
なお、定着ベルト22の発熱層として、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂等の樹脂層とニッケル等の金属層との複数層構造体を用いることもできる。
加圧ローラ30は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層が形成されたものである。加圧ローラ30の弾性層は、肉厚が0.5〜2mmで、アスカー硬度が60〜90度となるように形成されている。加圧ローラ30は、定着ベルト22を介して定着補助ローラ21に圧接している。そして、定着ベルト22と加圧ローラ30との当接部(定着ニップ部である。)に、記録媒体Pが搬送される。
誘導加熱部24は、コイル部25(励磁コイル)、コア部26(励磁コイルコア)、コイルガイド27、等で構成される。コイル部25は、支持ローラ23に巻装された定着ベルト22の外周部を覆うように配設されたコイルガイド27上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向(図2の紙面垂直方向である。)に延設したものである。コイルガイド27は、耐熱性の高い樹脂材料、ガラス等の絶縁体からなる半円筒状部材であって、コイル部25を保持する。コア部26は、フェライト等の強磁性体(比透磁率が1000〜3000程度である。)からなる半円筒状部材であって、発熱体に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコア26aやサイドコア26bが設けられている。コア部26は、幅方向に延設されたコイル部25に対向するように設置されている。
ここで、誘導加熱部24は、カバー部材29によって覆われている。詳しくは、コア部26のコイル部25に対向する側とは反対側に隙間を空けてコア部26を覆うようにカバー部材29が配設されている。
そして、カバー部材29には、コイル部25及びコア部26の昇温を幅方向全域にわたって均一に抑止するための通気手段40〜42が設置されている。これについては、後で図3及び図4を用いて詳しく説明する。
なお、定着ベルト22の内周面には、サーミスタ37が当接されている。サーミスタ37は、熱応答性の高い感温素子であって、定着ベルト22における内周面の温度を検知する。そして、サーミスタ37による検知結果に基いて、誘導加熱部24による加熱量を調整する。
また、図示は省略するが、支持ローラ23の外周面には、サーモスタットが当接されている。そして、支持ローラ23上の表面温度が所定の温度を超えた場合には、サーモスタット37によって誘導加熱部24への通電が切断される。これにより、誘導加熱部24による支持ローラ23の過熱が制限される。
このように構成された定着装置19は、次のように動作する。
定着補助ローラ21の回転駆動によって、定着ベルト22は図2中の矢印方向に周回するとともに、支持ローラ23も反時計方向に回転して、加圧ローラ30も矢印方向に回転する。定着ベルト22は、誘導加熱部24との対向位置で、誘導加熱部24から発生される磁束によって加熱される。
詳しくは、不図示の電源部からコイル部25に10kHz〜1MHz(好ましくは、20kHz〜800kHzである。)の高周波交番電流を流すことで、コイル部25近傍(コア部26と内部コア28との間である。)に磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、支持ローラ23表面と定着ベルト22の発熱層とに渦電流が生じて、支持ローラ23及び発熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生して、支持ローラ23及び発熱層が加熱される。こうして、定着ベルト22は、発熱した支持ローラ23から受ける熱と、自身の発熱層の発熱と、によって加熱される。
このように、本実施の形態では、支持ローラ23は、誘導加熱部24によって直接的に加熱される発熱体として機能するとともに、定着ベルト22を加熱する加熱部材としても機能することになる。また、定着ベルト22は、トナー像を溶融する定着部材として機能するとともに、誘導加熱部24によって直接的に加熱される発熱体として機能することになる。
その後、誘導加熱部24によって加熱された定着ベルト22表面は、加圧ローラ30との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体P上のトナー像T(トナー)を加熱して溶融する。
詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Tを担持した記録媒体Pが、ガイド板に案内されながら定着ベルト22と加圧ローラ30との間(定着ニップ部である。)に送入される(矢印Y1の搬送方向の移動である。)。そして、定着ベルト22から受ける熱と加圧ローラ30から受ける圧力とによってトナー像Tが記録媒体Pに定着されて、記録媒体Pは定着ベルト22と加圧ローラ30との間から送出される。
定着位置を通過した定着ベルト22表面は、その後に再び誘導加熱部24との対向位置に達する。
このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。
以下、図3及び図4を用いて、本実施の形態において特徴的な、定着装置19の通気手段40〜42について詳述する。
図3は、定着装置の要部を示す概略図である。図4は、定着装置に設置される通気手段を幅方向にみた概略図である。
図3及び図4を参照して、コア部26を覆うカバー部材29には、幅方向に3つの給気口29aが設けられ、片側の端面(図4の右側端面である。)に排気口29bが設けられている。
詳しくは、3つの給気口29aは、コア部に対向するカバー部材29の対向面にそれぞれ配設されている(中央部と両端部との3箇所である。)。排気口29bは、給気口29aが形成されたカバー部材29の対向面に交会する両端面のうち1つの端面(図4の右側端面である。)に配設されている。
そして、3つの給気口29aを介してカバー部材29内に空気(気体)が送入されて、排気口29bを介してカバー部材29外に空気(気体)が送出される。詳しくは、3つの給気口29aには、ダクト40を介して、給気ファン41が接続されている。他方、排気口29bの近傍には、排気口29bから空気を吸引する排気ファン42が設置されている。
そして、給気ファン41によって、ダクト40を介して3つの給気口29aに向けて送気される。3つの給気口29aから送入された空気は、コア部26を空冷した後に、排気ファン42によって排気口29bから吸引・排出される。
このように、本実施の形態では、カバー部材29の中央部及び両端部に設けた給気口29aからカバー部材29内に空気を送入して、カバー部材29の片側端面に設けた排気口29bからカバー部材29外に空気を送出しているために、誘導加熱部24が幅方向全域にわたって効率的に均一に冷却されることになる。すなわち、コア部26及びコイル部25の昇温が、幅方向全域にわたってムラなく軽減される。
また、本実施の形態では、コア部26自体やコイル部25自体には通気路や穴が形成されないために、コア部26やコイル部25の基本的な機能を損なうことがない。
ここで、本実施の形態では、カバー部材29をアルミニウムで形成している。これにより、誘導加熱部24から発散された熱を、カバー部材29外に向けて放熱しやすくなる。したがって、誘導加熱部24の昇温をさらに軽減することができる。
なお、本実施の形態では、排気口29bを給気口29aが形成されたカバー部材29の対向面に交会する両端面のうち1つの端面に配設したが、排気口29bを両端面にそれぞれ配設することもできる。その場合にも、誘導加熱部24を空冷するための通気経路が効果的に形成されて、本実施の形態とほぼ同等の効果を得ることができる。
以上説明したように、本実施の形態では、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置19において、コイル部25に対向するコア部26を覆うカバー部材29の幅方向に複数設けた給気口29aを介してカバー部材29内に空気を送入して、排気口29bを介してカバー部材29外に空気を送出している。これによって、コイル部25及びコア部26の機能を低下させることなく、コイル部25及びコア部26の昇温を幅方向全域にわたって均一に軽減できるために、出力画像の定着ムラ等の不具合を確実に抑止することができる。
なお、本実施の形態では、発熱層を有する定着ベルト22と、支持ローラ23と、を発熱体として用いた。これに対して、定着ベルト22及び支持ローラ23のうちいずれか一方のみを発熱体として用いることもできる。その場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、加圧ローラ30が定着ベルト22を介して定着補助ローラ21に当接するように、定着装置19を構成した。これに対して、支持ローラ23(又は定着補助ローラ21)から定着補助ローラ21(又は支持ローラ23)に至る定着ベルト22表面に加圧ローラ30が当接するように、定着装置19を構成することもできる。その場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
特に、本実施の形態では、本発明における定着装置をモノクロ画像形成装置に搭載したが、本発明における定着装置をカラー画像形成装置に搭載することもできる。
この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 図1の画像形成装置に設置される定着装置を示す断面図である。 図2の定着装置の要部を示す概略図である。 定着装置に設置される通気手段を幅方向にみた概略図である。
符号の説明
1 画像形成装置本体(装置本体)、
19 定着装置、
21 定着補助ローラ(ローラ部材)、
22 定着ベルト(定着部材)、 23 支持ローラ(ローラ部材、発熱体)、
24 誘導加熱部、
25 コイル部、 26 コア部、
26a センターコア、 26b サイドコア、
27 コイルガイド、 28 内部コア、
29 カバー部材、
29a 給気口、 29b 排気口、
30 加圧ローラ、
40 ダクト、 41 給気ファン、 42 排気ファン。

Claims (6)

  1. 電磁誘導により加熱されるとともに、記録媒体上のトナー像を加熱して当該記録媒体に定着させる定着部材と、
    前記定着部材の周部に対向するコイル部と、
    前記コイル部に対向するコア部と、
    前記コア部の前記コイル部に対向する側とは反対側に隙間を空けて前記コア部の一部又は全部を覆うように配設されたカバー部材と、
    前記カバー部材に対して幅方向に沿うように配設されたダクトと、
    前記カバー部材における前記コア部に対向する対向面において幅方向中央部と幅方向両端部とにそれぞれ設けられた複数の給気口を介して当該カバー部材内に気体が送入されるように、前記ダクトの幅方向一端側に形成された開口から当該ダクトを介して前記複数の給気口に向けて送気する給気ファンと、
    前記カバー部材の前記対向面に交会する両端面のうち少なくとも1つの端面に配設された排気口から気体を吸引して、当該カバー部材内から当該カバー部材外に気体を送出する排気ファンと、
    を備えたことを特徴とする定着装置。
  2. 前記給気ファンは、幅方向一端側から幅方向他端側に向けて気体が流動するように前記ダクトに対して幅方向一端側に配設され、
    前記排気ファンは、幅方向一端側から幅方向他端側に向けて気体が吸引されるように前記カバー部材に対して幅方向他端側に配設されたことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記カバー部材は、アルミニウムで形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の定着装置。
  4. 前記定着部材は、複数のローラ部材に張架された定着ベルトであって、
    前記複数のローラ部材のうち1つのローラ部材は、前記定着ベルトの外周面に対向する前記コイル部に当該定着ベルトを介して対向する位置に配設されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の定着装置。
  5. 前記複数のローラ部材のうち1つのローラ部材は、搬送される記録媒体を加圧する加圧ローラに前記定着ベルトを介して対向する位置に配設されたことを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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