JP2005017807A - 定着装置 - Google Patents

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Yuka Nakayama
由香 中山
Onori Yoshino
大典 吉野
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Abstract

【解決課題】定着ベルトに紙粉が多く付着した場合でも、安定してオフセットトナーや紙粉に対するクリーニング性能を発揮することが可能な定着装置を提供することを課題とする。
【解決手段】加熱された定着ベルトを用いて、記録媒体上に未定着トナー像を定着するとともに、前記定着ベルトの表面に付着した付着物を除去する表面が粘着性を有するクリーニング部材を備えた定着装置において、前記クリーニング部材の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段を設けるように構成して課題を解決した。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
この発明は、電子写真方式を適用した複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。
【0002】
【特許文献1】特開平7−5781号公報
【特許文献2】特開平7−219366号公報
【特許文献3】特開昭63−189878号公報
【特許文献4】特公平4−31394号公報
【0003】
【従来の技術】
従来、上記電子写真方式を適用した複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置、特にカラー画像形成装置に用いられる定着装置としては、特開平7−5781号公報や特開平7−219366号公報等に開示されているものがある。これらの公報に開示された定着装置において、定着ベルトの表面には、ジャム時など、用紙に定着しきれなかったトナーが定着ベルト上に残留するオフセットトナーや、プリント枚数に応じて増加する紙粉等の異物が付着する。定着ベルトの表面に付着したオフセットトナーは、次の定着工程までに、当該定着ベルトの表面から除去されないと、画像上にそのまま付着してしまい、画像欠陥が発生する。また、定着ベルトの表面に付着した紙粉は、少量のものが定着ベルト上に残留している程度では、画像への直接の影響はないが、定着ベルト上において長時間加熱されていると、当該定着ベルト上に固着してしまい、定着ベルト表面の鏡面性を劣化させ、画像の光沢を低下させるという問題点が生じる。
【0004】
そこで、これらの問題点を除去するために、従来は、例えば、特開昭63−189878号公報や特公平4−31394号公報等に開示されているような方式のクリーナーが用いられている。上記特開昭63−189878号公報に開示された定着装置は、金属製のロールを定着ベルトに接触させてクリーニングする方式のものである。また、上記特公平4−31394号公報に開示されたものは、表面がトナーで覆われたロールを定着ベルトに接触させ、トナーの粘着力によってクリーニングする方式である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特開昭63−189878号公報に開示された定着装置は、金属製のロールを定着ベルトに接触させてクリーニングする方式であるが、オフセットトナーのように粘性のあるものは除去できるが、紙粉は除去することができないという問題点を有している。
【0006】
また、上記特公平4−31394号公報に開示されたものは、表面がトナーで覆われたロールを定着ベルトに接触させ、トナーの粘着力でクリーニングする方式であるが、定着ベルト上に付着した紙粉が多い場合は、クリーニングロール表面が紙粉で覆われてしまい、十分な粘着力を発揮することができず、クリーニング性能が悪化してしまうという問題点を有している。
【0007】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定着ベルトに紙粉が多く付着した場合でも、安定してオフセットトナーや紙粉に対するクリーニング性能を発揮することが可能な定着装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載された発明は、加熱された定着ベルトを用いて、記録媒体上に未定着トナー像を定着するとともに、前記定着ベルトの表面に付着した付着物を除去する表面が粘着性を有するクリーニング部材を備えた定着装置において、前記クリーニング部材の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段を設けたことを特徴とする定着装置である。
【0009】
また、請求項2に記載された発明は、請求項1に記載の定着装置において、前記クリーニング部材は、表面がトナーと同様の材質で被覆されて構成されており、当該クリーニング部材の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段は、ブレードで構成されていることを特徴とする定着装置である。
【0010】
さらに、請求項3に記載された発明は、請求項2に記載の定着装置において、前記クリーニング部材の表面に付着した付着物は、ブレードを長手方向に沿って摺動させることにより除去されることを特徴とする定着装置である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0012】
実施の形態1
図2はこの発明の実施の形態1に係る定着装置の要部を示す概略構成図である。この定着装置は、例えば、プリンタや複写機等の画像形成装置における定着手段として使用される。なお、図中の実線矢印は、主な回転部品の回転方向を示すものである。
【0013】
この定着装置1は、図2に示すように、矢印方向に回転する無端状の定着ベルト2と、この定着ベルト2を加熱する第1及び第2の加熱ロール3,4と、加熱される定着ベルト2の表面に圧接した状態で所定の距離だけ同じ方向に回転する加圧手段としての無端状の加圧ベルト5と、定着ベルト2の内周面内に配置される熱循環装置6と、定着ベルト2に離型剤としてのオイルを供給するオイル供給装置7と、クリーナー8とで、その主要部が構成されている。
【0014】
上記定着ベルト2は、カーボングラックを含有させたポリイミド等からなる厚さ50μm程度のベルト基材上に、厚さ60μm程度のシリコーン共重合体等からなる弾性層と、さらにフッ素ゴム等からなる表面離型層をこの順に積層形成した3層構造のものである。上記定着ベルト2は、第1の加熱ロール3、第2の加熱ロール4、定着ロール9、熱循環装置6、及び剥離ロール12を含む4本のベルト支持ロール10〜13によって、循環移動可能に張架されている。また、この定着ベルト2は、駆動ロールとして兼用される加圧ロール14によって、矢印方向に沿って所定の速度(例えば、355mm/sec)で回転駆動されるようになっている。さらに、剥離ロール12は、定着ベルト2を剥離位置22において大きな曲率で移動走行させるように支持することによって、当該定着ベルト2の表面に密着した記録用紙20をそれ自身のこしの強さにより自力で剥離させる役割を果たしている。
【0015】
第1の加熱ロール3は、円筒状の金属(アルミニウム等)製ロールの内部にハロゲンランプ等の加熱源23を配置した構造からなるものであり、定着ベルト2をその内面から加熱する。また、第2の加熱ロール4は、円筒状の金属製ロールの内部にハロゲンランプ等の加熱源24を配置した構造からなるものであり、定着ベルト2をその外周面側から加熱する。また、この第2の加熱ロール4は、その回転軸の一端側が変位して定着ベルト2の蛇行走行を矯正するステアリングロールとしても機能するようになっている。特に、定着ベルト2は、これらの第1の加熱ロール3と第2の加熱ロール4に対して、図2に示すように、S字状に架け回されることにより、各加熱ロール3,4とのラップ領域をできるだけ確保して、両加熱ロール33,4による効率の良い加熱が行われるようになっている。
【0016】
一方、加圧ベルト5は、ポリイミド等のベルト基材上にシリコーンゴム等からなる弾性層と、さらにシリコーン樹脂等からなる表面離型層をこの順に積層形成した3層構造のものである。また、この加圧ベルト5は、加圧ロール14と、4本のベルト支持ロール15〜18により矢印方向に沿って循環移動可能に張架されている。この加圧ベルト5は、加圧ロール14とベルト支持ロール18の所定の区間で定着ベルト2の外周面と接して同じ方向に回転移動する。また、加圧ベルト5のステアリングロール17は、その回転軸の一端側が変位して加圧ベルト5の蛇行走行を矯正する機能を有している。
【0017】
上記定着ロール9と加圧ロール14は、図3に示すように、円筒形の金属(アルミニウム等)製ロール基体25の表面に、シリコーンゴム等からなる厚さ6mm程度の耐熱弾性層26を形成した構造のものである。また、これら定着ロール9と加圧ロール14は、図示しない加圧機構により所定の圧力(例えば、ニップ圧力が3.5×10Pa程度になる圧力)でもって圧接され、そのニップ幅が20mm程度となるように設置されている。また、これらの定着ロール9と加圧ロール14は、その内部空間にハロゲンランプ等の加熱源27が配置され、これらの定着ロール9と加圧ロール14を定着動作時の温度まで上昇させている。
【0018】
そして、上記定着ロール9と加圧ロール14は、定着ベルト2と加圧ベルト5を介して互いに圧接することにより、記録媒体20の搬送方向の入口側の端部に、加熱加圧ニップ部21を形成するように配設されている。
【0019】
また、上記定着ベルト2と加圧ベルト5は、加熱加圧ニップ部21から剥離位置22の近傍まで、互いに圧接した状態で走行し、これら定着ベルト2と加圧ベルト5の間に、未定着トナー画像Tを担持した記録媒体としての記録用紙20を挟持した状態で搬送しつつ、加熱加圧ニップ部21の通過後からトナー画像Tが冷却されるまでの間、用紙20と定着ベルト2が密着した状態を維持して、記録用紙20上に担持されたトナー画像Tを定着するように構成されている。
【0020】
また、上記第2の加熱ロール4の表面には、当該第2の加熱ロール4を介して定着ベルト2の表面に離型剤としてのオイルを供給するオイル供給装置7が配設されている。このオイル供給装置7は、オイルを含浸させたウエブを第2の加熱ローラ4の表面に接触させることにより、当該第2の加熱ローラ4の表面にオイルを塗布供給するようになっている。また、オイル供給装置7は、オイルを含浸透させたウエブを供給ロールから供給し、巻取ロールによって所定のタイミングで巻き取るように構成されている。
【0021】
さらに、上記熱循環装置6は、定着ロール9と剥離ロール12との間で定着ベルト2の内周面に接する第1の金属板30と、ベルト支持ロール13と第1の加熱ロール3の間で定着ベルト2の内周面と接する第2の金属板31と、これらの第1の金属板30と第2の金属板31に結合されて、当該第1の金属板30の熱を第2の金属板31に移動させて循環させる熱輸送体32とで構成されている。上記第1及び第2の金属板30,31は、いずれもアルミニウム等の金属にて形成される板状のものであり、そのベルト接触面が少なくとも外側に突出しかつベルト走行方向に方向に緩やかに湾曲した湾曲面に形成されている。また、熱輸送体32としては、管のなかに液体を減圧して封入し、熱抵抗が非常に小さく、小さな温度差でも多くの熱を低温側に高速で輸送できる複数本のヒートパイプを使用している。このヒートパイプ(熱輸送体)32は、各金属板30,31の内面側にそれぞれ触れて通過しながら各板間を循環するようなほど四角形の環状形状に組んで使用している。この熱循環装置6は、第1の金属板30が加熱された状態にある定着ベルト2から熱を奪うと、その熱が熱輸送体32としてのヒートパイプの熱伝導作用により、第1の金属板30に比べて低温状態にある第2の金属板31側に伝えられる。これにより、第1の金属板30が接する定着ベルト2部分を吸熱して所定の温度まで冷却する一方、第2の二金属板31が接する定着ベルト2部分を加熱する仕組みになっている。
【0022】
上記定着装置1では、定着ロール9と加圧ロール14の加熱加圧ニップ部21から剥離ロール12までの定着部において、定着ベルト2とトナー像Tと記録用紙20が一体となって密着されるとともに加熱され、粉体トナーTが溶融状態となり、個々のトナーが融着して一つの平滑なフィルム状となることが望ましい。このとき、トナー像Tへの効率的な熱伝達及び記録用紙20へ溶融トナーを沈みこませて凹凸のない画像を形成する目的で、定着ベルト2と記録用紙21の密着が必要であり、これが実現できずところどころに空気が入ったりすると、空気のあるところとないところで熱容量が変わりトナー像が均一に溶融せず、定着ムラが微小なグロスむらとなって現れる。加熱温度は、定着ベルト2が記録用紙20にトナーTを定着する上流側の位置で、トナー軟化点以上となるように設定制御される。また、加熱領域は、加熱領域での記録用紙20が十分に密着し、部分的な浮きが発生せず、かつ用紙にしわやずれが発生しないようにニップ圧力を設定する。加熱温度設定の例としては、第1の加熱ロール3が180℃、第2の加熱ロール4が185℃、定着ロール9が145℃、加圧ロール14が90℃であり、定着ベルト2を速度355mm/sで駆動しながら、剥離ロール12が70℃になるように冷却装置としての第1の金属板30で調節する。トナーTが転写された記録用紙20は、定着ベルト2と密着した状態で搬送され、剥離位置22において剥離される。
【0023】
剥離に際しては、トナーTが十分に凝集固化し剥離媒体表面に強い接着力で定着できるように、記録用紙20の定着ベルト2と接している表面温度をトナー軟化点より低温となる温度で記録用紙20が剥離されることが望ましい。記録用紙20の表面温度を下げる冷却手段は、必ずしも必要ではなく、例えば、定着位置21から剥離位置22までの距離を長くする、雰囲気温度を低くするなどの方法により、好適な剥離状態とすることができるが、定着位置の下流であって、且つ、剥離位置22の上流部分に図示していない冷却ファンや熱循環装置6などの冷却手段を設けることにより、さらに効率的に好適な表面状態の画像を形成することができる。これらにより、画像濃度や画像面積率に拘らず、画像光沢及び色再現性に優れ、色むらの発生がなく、粒状性に優れ、さらに、画像光沢の均一性に優れた画像を得ることが可能となる。
なお、図2中、35は定着ベルト2の背面側に設けられたヒートシンク等の冷却装置を、36はクリーナー8のバックアップロールをそれぞれ示している。
【0024】
ところで、この実施の形態に係る定着装置は、加熱された定着ベルトを用いて、記録媒体上に未定着トナー像を定着するとともに、前記定着ベルトの表面に付着した付着物を除去する表面が粘着性を有するクリーニング部材を備えた定着装置において、前記クリーニング部材の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段を設けるように構成されている。
【0025】
また、この実施の形態では、前記クリーニング部材は、表面がトナーと同様の材質で被覆されて構成されており、当該クリーニング部材の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段は、ブレードで構成されている。
【0026】
さらに、この実施の形態では、前記クリーニング部材の表面に付着した付着物は、ブレードを長手方向に沿って摺動させることにより除去されるように構成されている。
【0027】
図1はこの実施の形態に係る定着装置のクリーナーを示すものである。
【0028】
このクリーナー8は、記録用紙20に定着されずに、定着ベルト2上に残ったトナーTや紙粉をクリーニングするものである。この定着ベルト2上の残留トナーをクリーニングする装置としては、表面がトナー層で覆われたクリーニング部材を用いてクリーニングする方式を採用している。上記クリーニング部材としてのクリーナーロール40は、図4に示すように、AlやSUS等の金属からなる円柱状または円筒状のロール本体41の表面に、トナーTのバインダー樹脂と同じ樹脂からなる粘着性を有する被覆層42を所定の厚さに被覆して構成されている。このクリーナーロール40は、図示しないリトラクト機構によって、定着ベルト2の表面に対して接離する方向にリトラクト可能に配設されている。
【0029】
また、上記クリーナーロール40の背面側には、クリーナーロール40の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段としてのブレード43が配設されている。このブレード43は、図1(a)に示すように、クリーナーロール40が定着ベルト2の表面から離間した状態で、クリーナーロール40の表面に先端が当接する位置に配置されている。さらに、上記ブレード43は、クリーナーロール40から除去された付着物44を回収するダストボックス45の上端部に、水平に取り付けられいる。このブレード43は、金属製のヤスリ等の板状部材からなり、当該ブレード43のエッジ部43aによって、クリーナーロール40の表面に付着した付着物を除去するようになっている。
【0030】
ここで、定着ベルト2の残留トナー像のクリーニング性を確実にするための条件を図5を用いて説明する。
【0031】
図5は、定着ベルト2上に残ったトナーTが、クリーナーロール40によってクリーニングされるときの模式図を示したものである。ここで、クリーナーロール40表面とトナーTが接したときに生ずる付着力F1に対して、定着ベルト2の表面層とトナーTとの間の付着力F2が小さい状態F1>F2のときに、定着ベルト2の残留トナー像Tは、クリーナーロール40に付着し、定着ベルト2がクリーニングされる。この条件F1>F2を得るためには、例えば、クリーナーロール40を加熱し、トナーTを溶融することにより、定着ベルト2の表面層とトナーTとの間の付着力F2を弱くする方法がある。クリーナーロール40の加熱は、内部に加熱源を設けるか、定着ベルト2の熱を利用する等の方法がある。また、定着ベルト2に残留した紙粉Pの除去に対して、この方式は、紙粉Pと定着ベルト2との付着カがトナーTよりも低いので有効である。定着ベルト2のクリーニングは、必ずしもプリント時に常時行う必要はない。例えば、100枚プリントに対して定着ベルト2の1周分の間だけ、クリーナーロール40を定着ベルト2に接触させ、その後にクリーナーロール40をリトラクトさせる間欠方式や、プリント終了後やジャム後の所定のタイミングにのみクリーニングする方式等がある。
【0032】
しかし、記録用紙20の種類によっては、紙粉Pを多く出すものがあり、この記録用紙20を続けてプリントしていくと、多くの紙粉Pが定着ベルト2の表面に付着し、この多くの紙粉Pをクリーニングするために、クリーニングロール40の表面が紙粉Pで覆われてしまい、Flが弱くなり、十分な粘着力を発揮することができず、クリーニング性能が悪化してしまう。
【0033】
そこで、図1に示すように、クリーナー8が設けられている。このクリーナー8は、クリーナーロール40、ロール40表面の紙粉やトナーを除去するためのブレード43、除去した紙粉等のゴミを収納するダストボックス45、図示しないクリーナーロールリトラクト装置、クリーナーロール駆動モータで構成されている。
【0034】
図1(b)はプリント中のクリーナー8を示しており、定着ベルト2上の紙粉PやオフセットトナーTを除去している。プリント動作終了後に、クリーナーロール40は、定着ベルト2からリトラクトし、図1(a)に示す位置において、ブレード43と接触回転し、表面に付着した紙粉PやトナーTがクリーニングされる。ブレード43は、金属性のヤスリのようなものが望ましく、長手方向又は周方向に沿って摺動させて紙粉除去効果を高めても良い。また、クリーナーロール40の表面には、トナー樹脂があるので、クリーナーロール40の表面温度がトナーTのガラス転移点よりも高いときには、トナー樹脂が粘性を有してしまい、紙粉Pが円滑に除去できない。
【0035】
そこで、クリーナーロール40の表面温度がトナーのガラス転移点(例えば、70℃)よりも低いとき、具体的には、定着装置1のウオームアップ初期のまだ装置が冷たいときなどに、紙粉除去サイクルを設けると効率的である。つまり、上記クリーナーロール40の表面温度がトナーのガラス転移点よりも低いときには、当該クリーナーロール40の表面に設けられた被覆層も、ガラス転移点未満であり、硬度が高い状態であるため、クリーナーロール40の表面にブレード43を当接させることによって、紙粉のみを効果的に除去することができる。
【0036】
以上の構成において、この実施の形態に係る定着装置では、次のようにして、定着ベルトに紙粉が多く付着した場合でも、安定してオフセットトナーや紙粉に対するクリーニング性能を発揮することが可能となっている。
【0037】
すなわち、この実施の形態に係る定着装置1では、図2に示すように、ウオームアップ時に、定着ベルト2が遅い速度で回転移動しながら、定着ローラ9と加圧ロール14によって、所定の温度(70〜100℃)に予め加熱されるようになっている。そして、この定着装置1では、定着時に、第1の加熱ロール3及び第2の加熱ロール4によって所定温度(170〜200℃:例えば、190℃)に加熱され、定着ロール9と加圧ロール14の加熱加圧ニップ部21でトナー画像Tが転写された記録用紙20を、定着ベルト2と加圧ベルト5とによって挟持した状態で、記録用紙20上のトナー像Tをトナーの融点以上に加熱・溶融し、トナー画像Tを記録用紙20上に定着する。
【0038】
更に説明すると、上記定着装置1では、図2に示すように、表面にフルカラーのトナー画像Tなどが転写・定着された記録用紙20が、定着ロール9と当該定着ロール9に定着ベルト2と加圧ベルト5を介して圧接する加圧ロール14との加熱加圧ニップ部21に、カラートナー画像Tが定着ロール9側に位置するようにして導入され、上記定着ロール9と加圧ロール14との加熱加圧ニップ部21を通過する間に、カラートナー画像Tが記録用紙20上に加熱溶融されて定着される。その際、上記記録用紙20の表面に形成されたトナー画像Tは、加熱されて軟化し、定着ベルト2の表面に密着した状態となり、当該定着ベルト2の表面が写し取られ(レプリカが形成され)、高い光沢を有する画像となる。
【0039】
その際、上記定着ベルト2は、記録用紙20と圧接された状態で接触するため、当該定着ベルト2の表面には、記録用紙20のジャム時で加熱源への通電が停止されたときや、通常の定着時においても、オフセットトナーTや紙粉P等の付着物が付着する。
【0040】
上記定着ベルト2の表面に付着したトナーTは、表面が粘着性を有するクリーナーロール40によって効果的に除去することができるが、紙粉の多い記録用紙20の場合には、定着ベルト2の表面に付着した紙粉Pが、クリーナーロール40の表面に付着して、クリーナーロール40の表面を覆ってしまい、それ以上トナーの除去ができなくなる場合がある。
【0041】
そこで、この実施の形態では、図1に示すように、クリーナーロール40を所定のタイミングで定着ベルト2の表面からリトラクトさせ、クリーナーロール40の表面をブレード43に当接させる。そして、上記クリーナーロール40の表面をブレード43によって掻き取ることによりリフレッシュさせ、クリーナーロール40の表面に付着した紙粉を効果的に除去することが可能となる。
【0042】
このように、上記実施の形態に係る定着装置によれば、クリーナーロール40の表面に紙粉P等のトナーT以外の物質が付着した場合にも、クリーナーロール40の表面をリフレッシュすることができるので、安定したクリーニング性能を維持することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、定着ベルトに紙粉が多く付着した場合でも、安定してオフセットトナーや紙粉に対するクリーニング性能を発揮することが可能な定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の実施の形態1に係る定着装置の要部を示す構成図である。
【図2】図2はこの発明の実施の形態1に係る定着装置を示す概略構成図である。
【図3】図3はこの発明の実施の形態1に係る加熱ローラと加圧ローラを示す構成図である。
【図4】図4はクリーナーロールを示す構成図である。
【図5】図5はクリーナーロールによるクリーニング条件を示す模式図である。
【符号の説明】
1:定着装置、2:定着ベルト、5:加圧ベルト、9:定着ロール、14:加圧ロール、20:記録用紙、21:加熱加圧ニップ部、40:クリーナーロール(クリーニング部材)、43:ブレード(リフレッシュ手段)。

Claims (3)

  1. 加熱された定着ベルトを用いて、記録媒体上に未定着トナー像を定着するとともに、前記定着ベルトの表面に付着した付着物を除去する表面が粘着性を有するクリーニング部材を備えた定着装置において、
    前記クリーニング部材の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段を設けたことを特徴とする定着装置。
  2. 請求項1に記載の定着装置において、前記クリーニング部材は、表面がトナーと同様の材質で被覆されて構成されており、当該クリーニング部材の表面に付着した付着物を除去するリフレッシュ手段は、ブレードで構成されていることを特徴とする定着装置。
  3. 請求項2に記載の定着装置において、前記クリーニング部材の表面に付着した付着物は、ブレードを長手方向に沿って摺動させることにより除去されることを特徴とする定着装置。
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JP2021028665A (ja) * 2019-08-09 2021-02-25 富士ゼロックス株式会社 定着装置及び画像形成装置

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