JP6402898B2 - ベルト装置、ベルト定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

ベルト装置、ベルト定着装置及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、駆動ローラでベルトを回転駆動するベルト装置、ベルト定着装置及び画像形成装置に関するものである。
複写機、プリンタ等の電子写真方式の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(例えば特許文献1:特開2004−286923号公報参照)。このベルト定着方式では、定着ローラ又は定着パッドと加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、当該定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させる。
加圧ローラの回転軸の一端は減速ギヤを介してモータに連結され、加圧ローラから定着ニップを介して定着ベルトに回転駆動力が付与される。このベルト定着方式においては、定着ニップにおける加圧ローラの軸方向の圧接力の傾き(定着荷重の偏差)等により、定着ベルトが幅方向にずれる蛇行が発生しやすいという課題がある。この蛇行が発生すると、定着ベルトの縁部が摩耗により損傷して定着ベルトが短寿命となる等の不都合があるため、従来から様々な蛇行規制技術が開発されている。
前記特許文献1(特開2004−286923号公報)の定着装置は、定着パッドの両端部にベルトの蛇行を規制するためのベルト蛇行規制用突部が形成されている。しかしながら、定着ベルトの蛇行を定着パッド側で規制しても、反対側の加熱ローラ側でベルト規制がないと、当該加熱ローラ側で定着ベルトが幅方向に位置ズレすることで蛇行が発生しやすい。
本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ベルトの左右両側縁部のより広い領域にわたってベルト蛇行規制部を設けることでベルトの蛇行をより効果的に抑制することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明のベルト装置は、少なくとも2つの支持部材である第1支持部材及び第2支持部材を有する複数の支持部材に回転可能に支持されたベルトと、前記ベルトを挟んで前記第1支持部材に対向して設けられ回転駆動力が伝達される駆動ローラとを備えたベルト装置であって、前記第2支持部材の両端を支持する一対の端部支持部材に、前記ベルトの幅方向両側縁に当接して当該ベルトの蛇行を規制する蛇行規制部を形成したことを特徴とするベルト装置である。
本発明によれば、駆動ローラが当たるベルトの駆動側とは反対側において蛇行規制部によるベルトの蛇行規制作用を高めることができる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略側面図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の概略側面図である。 本発明の第1実施形態に係る定着装置の端部分解斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る定着装置の概略断面図である。 従来の定着装置の概略断面図である。 本発明の第2実施形態に係る定着装置の端部支持板の斜視図である。 本発明の第2実施形態に係る定着装置の概略断面図である。 本発明の第2実施形態に係る定着装置の端板の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る定着装置の端板の部分拡大断面図である。 本発明の第3実施形態に係る定着装置の端部支持板の斜視図である。 本発明の第3実施形態に係る定着装置の概略断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一構成例を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、画像形成装置がプリンタである場合について説明するが、本発明は、プリンタ以外の、複写機、ファクシミリ装置、複合機などの他の画像形成装置にも適用できる。
図1において、本実施形態に係る画像形成装置は、一般的な電子写真方式の作像プロセスに従って画像を形成するタンデム型の電子写真方式のカラー画像形成装置の例である。この画像形成装置は、光書込手段(露光手段)としての書込装置1と、互いに異なる4色(ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー)のトナーが封入された画像形成部としてのプロセスカートリッジ2とを備えている。トナーとしては、例えば外添剤としてオイル含有シリカを含むトナーを用いることができる。
この画像形成装置は更に、一次転写手段としての一次転写装置3、記録媒体供給手段としての給紙装置4、二次転写手段としての二次転写装置5、定着手段としての定着装置6、記録媒体排出手段としての排紙ローラ7などを備えている。
定着装置6は画像形成装置としてのプリンタに対して、脱着可能もしくは脱着不能に備えることができる。定着装置6を着脱可能とすることでメインテナンス性を高めることができる。また定着装置6を脱着不能とすることで低コスト・コンパクト化を図ることができる。
一次転写装置3は、プロセスカートリッジ2で形成されたトナー像を中間転写体としての中間転写ベルト上に重ね合わせる。二次転写装置5は、一次転写装置3で転写された中間転写ベルト上のトナー像を記録媒体としての用紙に転写し、給紙装置4は、用紙を積載するとともに、二次転写装置5による転写位置に用紙を供給する。
定着装置6は、用紙上のトナー像を定着させ、排紙ローラ7は、トナー像の定着後の用紙を排出する。一次転写装置3、給紙装置4、二次転写装置5及び定着装置6は、それぞれ装置本体に対して着脱可能なユニットとして構成されている。このため、これら装置は一次転写ユニット、給紙ユニット、二次転写ユニット及び定着ユニットとも呼ばれる。
図2は、本発明の実施形態に係る定着装置6の主要部の概略構成を示す断面図である。定着装置6は、第1支持部材としての定着パッド63と、第2支持部材としての加熱ローラ62と、定着パッド63を支持する定着ステー64と、加熱ローラ62と定着パッド63との間に掛け渡された定着ベルト65と、駆動ローラとしての加圧ローラ66とを備えている。定着ステー64は、加圧ローラ66と対向する方向に沿って定着パッド63を進退移動可能に保持し、加圧による変形を防止するため所定の剛性を有する。
加熱ローラ62は、加圧ローラ66と定着ベルト65との間に形成される定着ニップを加熱する熱を発生する加熱手段としてのヒータ61を内包している。そして、未定着画像を担持した記録媒体を定着ニップに通すことで当該記録媒体上に画像を定着させるようにしている。なお、本実施形態では定着ベルト65の基層がPI(ポリイミド)で構成されている。
加圧ローラ66は、軸方向における一方の端部に回転駆動力が伝達され、定着ベルト65を挟んで定着パッド63と圧接する。定着ベルト65は、加熱ローラ62及び定着パッド63を内包し、加圧ローラ66との間に用紙が通過する定着ニップを形成するように、定着パッド63及び加熱ローラ62に回転可能に支持されている。
図2の定着装置6において、加圧ローラ66を矢印Aの方向に回転駆動させることにより、定着ベルト65は定着パッド63と摺擦しながら矢印Bの方向に従動回転する。なお、定着パッド63には、定着ベルト65の摺動性を向上させるために低摩擦係数のシート部品を取り付けてもよい。
(第1実施形態)
図3Aは、定着装置6の加熱ローラ62と定着ステー64の両端を支持する端部支持部材としての端部支持板621の構成を示す図である。端部支持板621は摺動性と耐熱性がある樹脂等により矩形板状に形成されている。
本実施形態では端部支持板621の材料を、定着ベルト65への攻撃性が小さいPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)としている。端部支持板621の材料は、この他にも、耐熱性を有し摺動性に優れる樹脂である液晶ポリマーやPPS(ポリフェニレンスルフィド)、PAI(ポリアミドイミド)等でも構わない。また、端部支持板621の材料を、耐熱性フッ素樹脂としてもよい。これにより、耐熱性と摺動性を両立でき、定着ベルト65の長寿命化が可能になる。
端部支持板621は円形穴6211と矩形穴6212を横並びで有する。円形穴6211は加熱ローラ62の端部を回転可能に支持する軸穴6211である。矩形穴6212は定着ステー64の端部を支持するステー支持穴6212である。
端部支持板621の上下両端縁には、凹溝6214と凹溝6215が形成されている。これら凹溝6214、6215は、図5Aに示す定着装置6の板状フレーム67に端部支持板621を取り付けるためのものである。すなわち、板状フレーム67に形成された横向きの切欠き部671の上下の縁に、端部支持板621の凹溝6214、6215が水平方向から係合可能とされている。
端部支持板621は同一形状のものが左右一対で互いに平行に配設されている。したがって、軸穴6211とステー支持穴6212を左右対称配置とすることができ、加熱ローラ62と定着パッド63の正確な平行出しが可能である。当該加熱ローラ62と定着パッド63の正確な平行出しにより、蛇行の原因となるベルト張力の左右偏差が防止され、定着ベルト65の難蛇行性により当該ベルトの長寿命化が可能になる。
ステー支持穴6212は、定着ステー64を図3Aで左右方向に摺動可能に支持することで、定着ベルト65に所定の張力を付与することもできる。この場合、ステー支持穴6212の横幅を定着ステー64よりもやや幅広に形成し、定着ステー64を図3Aで右方向に付勢するばね等の付勢手段を配設する。
また、図4A、図4Bで後述するように定着ベルト65の中間部を押圧することでベルト張力を掛けることも可能である。その場合はステー支持穴6212を定着ステー64の端部とほぼ同じ寸法にして定着ステー64を端部支持板621に固定する。こうすることで、端部支持板621に対する定着ステー64ないし定着パッド63の位置が一義的に定まる。
一対の端部支持板621の互いに対向する対向面は、蛇行規制部としての平面状の蛇行規制面6213とされている。この蛇行規制面6213は端部支持板621の片面全面に形成され、定着ベルト65の左右両側縁の周方向全体が蛇行規制面6213に当接可能とされている。
本実施形態では加熱ローラ62と定着ステー64の支持部材である端部支持板621に蛇行規制面6213を形成しているので、定着装置6の小型低コスト化を図ることができる。なお、蛇行規制面6213は必ずしも端部支持板621の片面全面に形成する必要はない。従来技術では特許文献1(特開2004−286923号公報)のように定着パッド63の両端で蛇行規制しているので、定着パッド63とは反対側の少なくとも軸穴6211の回りなどの必要領域にのみ形成してもよい。これにより蛇行規制面6213と定着ベルト65との間の摩擦を低減することができる。
本実施形態では、図3Bに示すように定着ベルト65の両端部全周の側方に端部支持板621が位置するため、定着ベルト65の両端部全周が端部支持板621によって幅方向に規制される。すなわち、定着ベルト65が図3Aで矢印C方向に蛇行した場合、最大で定着ベルト65の一端全周縁が端部支持板621の蛇行規制面6213に当接して位置規制される。
これに対して、比較例として例えば図3Cのように前述した特開2004−286923号公報の蛇行規制用突部6219と比べると、図3Cでは定着パッド63の両端部に比較的短い長さLの蛇行規制用突部6219しか形成できない。このため、図3Bの本発明の実施形態と比べると、蛇行規制部の長さ比で従来は本願実施形態のせいぜい15%程度でしかない。したがって、図3Bの本発明の実施形態の蛇行規制部としての蛇行規制面6212は、従来と比べて蛇行規制作用が格段に優れている。
当該蛇行規制作用を検証するため、本実施形態と従来技術の定着装置を用いて実印刷による耐久評価を実施した。A4普通紙の片面3ページを繰り返し印刷した結果、従来技術では200K枚でベルト蛇行によるベルト破損が発生したが、本発明の実施形態による定着装置6では240K枚でもベルト破損は発生しなかった。このことから、本発明の実施形態の蛇行規制部が、従来と比べて蛇行規制作用において格段に優れていることが確認された。
なお、本実施形態は次に述べる第2実施形態と異なり、加熱ローラ62と定着パッド63との間の定着ベルト65内面又は外面に張力付与のための接触部材がないので、定着ベルト65に対する余分な摩擦が作用せず、ベルト寿命を増大することができる。
(第2実施形態)
図4Aに、第2実施形態に係る端部支持板621の外観を示す。この第2実施形態の端部支持板621が前述した第1実施形態と異なる点は、定着ベルト65に張力を付与する張力調整部6216を設けている点である。その他は第1実施形態と同様である。この張力調整部6216は、加熱ローラ62や定着パッド63と共に定着ベルト65を支持する複数の支持部材の一つでもある。
張力調整部6216は、図4A〜図4Cに示すように、端部支持板621のステー支持穴6212の内面下部に連続する形で形成されている。すなわち、張力調整部6216は端部支持板621の蛇行規制面6213から、ステー支持穴6212の内面下縁に連続するように水平方向に所定長で突出している。
図4Cは、張力調整部6216を通る縦断面を図4Bの矢印D方向から見た図である。張力調整部6216の上面は強度確保と肉厚低減のため円筒状に窪んで成形されている。また、張力調整部6216の下面は、先端側の部分円錐状の第1ガイド部6216aと、基端側の部分円筒状の第2ガイド部6216bで構成されている。
第1ガイド部6216aの傾斜は、図4Cのように、最下部の母線方向に延長した直線が水平線と交差する角度をθとした場合、当該θは5〜30度が好ましく、本実施形態ではθ=20度とした。
角度θが5度未満であると、所定の大きさの張力を付与するために必要な蛇行方向移動量が大きくなり、結果的に張力調整部6216の作用がほとんど得られなくなる。また角度θが30度超になるとわずかな蛇行方向移動量で大きな張力変動となるため、定着ベルト65が破損しやすくなる。θが5〜30度の範囲内であればその両者を回避することができる。
このように傾斜角θを付けることで、定着ベルト65が蛇行して蛇行規制面6213に近づくにつれベルト張力を大きくし、蛇行していない場合は逆にベルト張力を小さくして、ベルト内面の摩擦を低減することができる。これにより、定着ベルト65の長寿命化が可能になる。
なお、張力調整部6216の先端は、定着ベルト65に接触する用紙の最大幅両端よりも外側に来るよう配置するのが望ましい。これにより、定着ベルト65の張力は幅方向において用紙と当接する部分は均一となり、用紙の搬送安定性が高まる。なお、張力調整部6216の先端を用紙の最大幅両端よりも内側に当接させると、定着ベルト65の定着面表層が乱れることがあり、そうすると画像不良が発生する場合がある。
定着ベルト65の蛇行がない正常状態では、図4Dの実線で示すように、定着ベルト65の内周面の両端縁が第2ガイド部6216bに接触してガイドされる。これにより、張力調整部6216から定着ベルト65の内周面両端縁に対して外向き(下向き)の力が作用して定着ベルト65に必要な張力が左右均等に付与される。
このように張力を付与することで、端部支持板621の蛇行規制面6213によるベルト規制時に、ベルト端縁が内側に折れる座屈発生を抑制することができ、ベルト寿命をより長寿命化することができる。
図4A〜図4Dの実施形態では、張力調整部6216を定着ベルト65の内側に配置したが、当該張力調整部6216を定着ベルト65の外側に配置することも可能である。この場合は、定着ベルト65の外周面一端縁に図4Dで下から上向きに押圧力を作用させることで所定のベルト張力を付与する。
但し、張力調整部6216を定着ベルト65の外側配置とした場合は、張力調整部6216が定着ベルト65のトナー定着面に接する構成となる。したがって、前述したように用紙の最大幅の内側に張力調整部6216の先端が入らないように注意する。
張力調整部6216を定着ベルト65の内側又は外側のいずれに配置した方が有利かを確認するため、張力調整部6216を定着ベルト65の内外に配置し、それ以外は同一構成とした2つの定着装置で耐久評価を行った。
その結果、外側配置の張力調整部6216を有する定着装置では、定着ベルト65の表面状態が変化して異常画像が発生する副作用が認められた。内側配置の張力調整部6216を有する定着装置では、このように副作用は特に認められなかった。このため、張力調整部6216は定着ベルト65の内側配置として定着ベルト65の内周面一端縁に当接させる図4Bの構成が望ましい。
(第3実施形態)
次に第3実施形態を図5A、図5Bに示す。当該第3実施形態が第1実施形態と異なる点は、U字状のバネ部6217がある点である。当該バネ部6217を介して軸穴6211が端部支持板621に連結されている。
バネ部6217は凹溝6214の端部から垂直上方に立ち上がり、逆U字状の折り返し部を形成した後、垂直下方に平行に折り返している。軸穴6211はこの折り返し側下端に一体連結されている。そして軸穴6211はバネ部6217によって矢印E方向に弾性的に揺動可能とされている。したがって、定着ベルト65に作用する張力により、軸穴6211とステー支持穴6212との間隔が可変とされている。
端部支持板621は前述したように、上下両端縁に水平凹溝6214、6215が形成されている。この水平凹溝6214、6215は定着装置6の板状フレーム67に形成された横方向の切欠き部671の上下両縁に嵌合可能とされている。端部支持板621を水平凹溝6214、6215により板状フレーム67の切欠き部671に係合することで、軸穴6211の揺動方向(矢印E方向)が定まる。
図5Bは第3実施形態の断面図を示したものである。端部支持板621は、板状フレーム67に対する取り付け前の状態で、軸穴6211とステー支持穴6212との間隔が組付後の間隔よりも広くなるように形成しておく。
これにより、加熱ローラ62と定着パッド63との間に定着ベルト65を掛け渡した状態で、当該定着ベルト65を矢印F方向に付勢して所定の張力を付与することができる。本実施形態は第2実施形態の張力調整部6216を設けた場合より定着ベルト65内面の摺擦部品が減るため、定着ベルト65がより長寿命となる効果がある。また、部品点数が少なく構造が簡単かつコンパクトな定着装置を低コストで実現可能である。
第3実施形態の変形例として、加熱ローラ62の両端に設けられた端部支持板621を左右同一部品とすることも可能である。このようにすることにより、部品公差による位置ズレや張力の左右偏差をなくすことができ、定着ベルト65を蛇行しにくいものとすることでき、その長寿命化が可能になる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば前記各実施形態では加熱手段としてのヒータ61を加熱ローラ62に設けた例について説明したが、加熱ローラ62内のヒータ61の代わりに又はそれに加えて、加圧ローラ66や定着ステー64にヒータを設けてもよい。また、定着ニップを加熱する熱を発生するものであれば他の加熱手段を用いてもよい。
また、前記各実施形態では、加圧ローラ(駆動ローラ)に対向する支持部材が定着パッドである例について説明したが、本発明は定着パッドに代えて定着ローラ等に代替した変形実施形態にも適用可能である。
また、張力調整部6216は端部支持板621に固定配置する他、張力調整ローラとして端部支持板621又は板状ステー67等に取り付け、当該張力調整ローラで定着ベルト65の内周面又は外周面を押圧する構成としてもよい。
また、前記各実施形態では、定着ベルト65を用いた定着装置6について説明したが、本発明はこれに限らず、ベルトを複数の支持部材で回転可能に支持したベルト装置一般にも適用可能である。
1:書込装置
2:プロセスカートリッジ
3:一次転写装置
4:給紙装置
5:二次転写装置
6:定着装置
7:排紙ローラ
61:ヒータ
62:加熱ローラ
63:定着パッド
64:定着ステー
65:定着ベルト
66:加圧ローラ
67:板状フレーム
621:端部支持板
671:切欠き部
6211:軸穴(円形穴)
6212:ステー支持穴(矩形穴)
6213:蛇行規制面
6214:凹溝
6215:凹溝
6216:張力調整部
6216a:第1ガイド部
6216b:第2ガイド部
6217:バネ部
6219:蛇行規制用突部
特開2004−286923号公報

Claims (15)

  1. 少なくとも2つの支持部材である第1支持部材及び第2支持部材を有する複数の支持部材に回転可能に支持されたベルトと、前記ベルトを挟んで前記第1支持部材に対向して設けられ回転駆動力が伝達される駆動ローラとを備えたベルト装置であって、
    前記第1支持部材と前記第2支持部材の両端部を一対の端部支持部材で支持すると共に、前記第1支持部材と前記第2支持部材との間の前記一対の端部支持部材の相互対向面に、前記ベルトの幅方向両側縁に当接して当該ベルトの蛇行を規制する平面状の蛇行規制部を形成したことを特徴とするベルト装置。
  2. 前記第1支持部材又は第2支持部材の少なくとも一方の支持部材を他方の支持部材から離間する方向に付勢する付勢手段が配設され、当該付勢手段によって前記ベルトに所定の張力が付与されることを特徴とする請求項1のベルト装置。
  3. 前記ベルトの内周面端縁又は外周面端縁に当接する張力調整部が配設され、前記ベルトが蛇行するにつれて前記張力調整部が当該ベルトの内周面端縁又は外周面端縁をより強く押圧することで前記ベルトの蛇行側の張力が反対側の張力に比べて相対的に増大するようにしたことを特徴とする請求項1又は2のベルト装置。
  4. 前記張力調整部が前記ベルトの蛇行方向に対して傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項3のベルト装置。
  5. 前記傾斜面の角度が5〜30度の範囲であることを特徴とする請求項のベルト装置。
  6. 前記張力調整部を前記一対の端部支持部材と一体形成したことを特徴とする請求項からのいずれか1項のベルト装置。
  7. 前記一対の端部支持部材及び前記張力調整部の材料を耐熱性フッ素樹脂にしたことを特徴とする請求項4から6のいずれか1項のベルト装置。
  8. 前記一対の端部支持部材が第2支持部材の両端側で同一形状で構成されていることを特徴とする請求項6又は7のベルト装置。
  9. 少なくとも2つの支持部材である第1支持部材及び第2支持部材を有する複数の支持部材に掛け渡された状態で表面移動する定着ベルトと、
    前記定着ベルトを挟んで前記第1支持部材となる定着ステーに支持された定着パッドに対向して設けられ回転駆動力が伝達される駆動ローラで構成された加圧ローラと、
    前記複数の支持部材、定着ベルト又は加圧ローラの少なくとも一つを加熱する加熱手段とを有し、
    前記加圧ローラと定着ベルトとの間に形成される定着ニップに未定着画像を担持した記録媒体を通すことで前記記録媒体上に画像を定着させるようにしたベルト定着装置において、
    前記第1支持部材と前記第2支持部材の両端部を一対の端部支持部材で支持すると共に、前記第1支持部材と前記第2支持部材との間の前記一対の端部支持部材の相互対向面に、前記定着ベルトの幅方向両側縁に当接して当該定着ベルトの蛇行を規制する平面状の蛇行規制部を形成したことを特徴とするベルト定着装置。
  10. 前記第2支持部材がその内部に前記加熱手段を有する回転可能な加熱ローラで構成され、当該加熱ローラの両端部が前記一対の端部支持部材に回転可能に支持されることを特徴とする請求項9のベルト定着装置。
  11. 前記一対の端部支持部材に前記加熱ローラと前記定着ステーの両端部が支持され、前記加熱ローラと前記定着ステーの間の前記一対の端部支持部材の相互対向面に前記蛇行規制部が平面状に形成されていることを特徴とする請求項10のベルト定着装置。
  12. 前記定着ベルトに接触する前記記録媒体の最大幅両端よりも外側に位置する前記定着ベルトの内周面端縁又は外周面端縁に当接する張力調整部が配設され、前記定着ベルトが蛇行するにつれて前記張力調整部が当該定着ベルトの内周面端縁又は外周面端縁をより強く押圧することで前記定着ベルトの蛇行側の張力が反対側の張力に比べて相対的に増大するようにしたことを特徴とする請求項9から11のいずれか1項のベルト定着装置。
  13. 光書込手段と、画像形成部と、転写手段と、記録媒体供給手段と、定着手段として請求項9から12のいずれか1項のベルト定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
  14. 請求項9から12のいずれか1項のベルト定着装置を脱着可能もしくは脱着不能に備えたことを特徴とする請求項13の画像形成装置。
  15. オイル含有シリカをトナーの外添剤に含むことを特徴とする請求項13又は14の画像形成装置。
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