JP2006267329A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 離型性を向上させるためのワックスを内包するトナーを用いてトナー画像を形成するものとし、画像の光沢むらを低減して高光沢の良好な画像を得る。
【解決手段】 トナーは、樹脂バインダーと、色材と、離型性を向上させるワックスとを含むものを用いる。このトナーによるトナー像を記録シート上に転写し、定着装置15で加熱・加圧して定着する。トナー像定着後の記録シートを搬送する搬送ロール対16が、記録シートの幅方向に一様な断面を有するものとする。そして、これらのロール部材16-1,16-2の周面には柔軟に変形する弾性層を形成する。これらの弾性層は、合成樹脂亜又はゴムの発泡材からなるものとし、その硬度を30度以下とする。これらのロール部材は、トナー像を担持した記録シートの全面と一様に接触し、均等な熱移動が生じる。したがって、熱移動が不均等になることによる光沢むらの発生が防止される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、静電電位の差による潜像にトナーを選択的に付着させてトナー像を形成し、これを記録シートに転写した後、加熱及び加圧して定着画像とする画像形成装置に関するものである。
粉状のトナーを用いる画像形成装置は、高精細な画像を形成することができるようになり、写真に近い画像を出力することが可能となっている。このように高精細な画像では、光沢(グロス)についても要求が高くなり、高光沢の画像が要求されることが多い。このため、記録シートとして、表面に光沢剤の被覆層が形成されたいわゆるコート紙が使用され、これにトナー像を転写した後、定着装置でトナー像を充分に加熱して光沢の高いトナー像を形成することが行われている。
しかし、このように高光沢の画像を形成すると、光沢が不均等となる部分つまり光沢のむらが生じやすく、画像の品質を劣化させることがある。光沢むらの代表的なものとして、いわゆるロールマークがある。これは、図6に示すように、定着装置101で加熱及び加圧された記録シートP上のトナー像が、充分に冷却されていない状態で記録シートを搬送するためのロール対102に挟み込まれ、ロールの周面がトナー像に接触することによって生じるものである。このようにして生じるロールマーク103は、光沢を低下させるものが多い。
このようなロールマークを低減する技術は、例えば特許文献1及び特許文献2に開示されている。
特許文献1に記載の装置は、定着装置を通過した記録シートに冷却用エアを吹き付け、記録シートが定着装置の下流側に設けられた搬送ロールに接触するまでにトナー像の温度を低下させようとするものである。
また、特許文献2に記載の画像形成装置では、定着装置の下流側でトナーが柔らかい状態にある領域に、この定着済みのトナー画像に加圧接触して平滑にする均し手段が設けられている。これにより、排紙ロールと接触してロールマークが形成されても、その後に均し手段でトナー像の表面を平滑にならし、ロールマークを消去しようとするものである。また、排紙ロールより上流側に均し手段を設け、トナー像の表面を平滑にするとともに、トナーのガラス転移温度以下に冷却された状態で排紙ロールと接触させて、ロールマークの発生を防ぐことも提案されている。
特開2003―21978号公報 特開2003―195663号公報
近年、写真や印刷に近い高光沢のカラー画像を実現するために、ワックスを内包した溶融性の良好なトナーを用いることが提案されている。このワックスは、定着時にトナー像と圧接される加熱部材からの剥離性を良くするために用いられるものである。従来は剥離性を維持するために加熱ロール等の表面にオイルを塗布していたが、高光沢の画像を得るために高い温度まで加熱すると、良好な剥離性を維持するために多量のオイルを必要とする。このため、オイルの塗りむらによる筋が発生したり、オイルがトナー像の表面に残り、定着画像に触れたときに手についてしまう。また、画像の表面に鉛筆等で加筆できないという問題が生じる。ワックスを内包するトナーを用いると、これらの問題点を解消することができ、さらに、このようなトナーを用いた像をコート紙上に転写し、定着速度を遅くして充分に加熱した状態で定着を行うことによって高光沢の画像を得ることができる。そして、トナーが定着装置内で加熱ロール又は加熱ベルトと接触して高温となっている状態でも、ワックスによって加熱ロール等との離型性が確保される。
しかしながら、上記のように離型性を向上させるためにワックスを含むトナーを用いると、従来のトナーを用いた場合では生じない顕著な光沢むらが発生することがある。つまり、図6に示すように、定着装置によって加熱及び加圧されてトナー像が定着された記録シートが、充分に冷却されるまでに記録シートの搬送ロールと接触すると、接触した部分が高光沢となって光沢むらを生じる。この光沢むらは、特許文献1に記載されているような、通常のトナーを用いた画像で光沢が低下するロールマークとは、発生のメカニズムが異なるものであり、光沢が低下するロールマークより目立ち易く、顕著な光沢むらとなる。
この光沢むらも、トナー像及び記録シートが充分に冷却されるまで、搬送ロール等を接触させないようにすると生じないことは分かっているが、高光沢の画像を得るためにコート紙のような厚い記録シートを使用する場合には冷却速度が遅く、搬送ロールに接触するまでに充分に冷却するのが難しい場合が生じる。そして、トナー像及び記録シートをどの程度まで冷却すれば、ロール等と接触した部分が顕著に高光沢となる光沢むらを防止することができるのか明確ではなかった。例えば、特許文献2にはトナーのガラス転移温度にまで冷却した後にロール等と接触させることが記載されているが、ワックスを含むトナーを用いたときには、トナーのガラス転移温度を基準に冷却を行っても、光沢むらの発生との相関性は良好ではない。
さらに、特許文献2に記載されているような均し部材を用いてトナー像の表面を機械的に平滑にしても、ワックスを含むトナーを用いた場合には、安定して光沢むらを解消することができない。特に、ロールとの接触部分が顕著に高光沢となる光沢むらは解消できないことが多い。そして、均し部材がトナー像と繰り返し接触することによって均し部材が加熱され、これによって光沢むらを解消する機能が著しく変動することがある。
また、ワックスを含むトナーを用いたときに、ロールとの接触部分が顕著に高光沢となる光沢むらは、トナー像の表面における凹凸の状態がほとんど変わらなくても生じており、上記均し部材等によって機械的に平滑にすることは根本的な解決にはならない。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、離型性を向上させるためのワックスを内包するトナーを用いたトナー画像の光沢むらを低減し、高光沢の良好な画像を得ることである。
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、 静電電位の差による潜像に粉状のトナーを選択的に付着させてトナー像を形成する像形成手段と、
前記トナー像を直接に記録シートに、又は中間転写体を介して記録シートに転写する転写手段と、 前記記録シート上に転写された前記トナー像を加圧及び加熱して該記録シート上に定着する定着装置とを有する画像形成装置であって、 前記トナーは、樹脂バインダーと、色材と、離型性を向上させるワックスとを含むものであり、 前記定着装置の下流側で、前記記録シートを2つのロール状部材間に挟持し、該記録シートを搬送する搬送ロール対を有し、 該搬送ロール対を構成するロール状部材のいずれもが、前記記録シートの幅方向に一様な断面を有する画像形成装置を提供する。
トナーに含まれるワックスは、溶融した状態から急冷されて融点以下にまで温度が下降するとワックスが結晶化して高光沢になることが、本願発明を完成する過程において明らかとなった。本発明は、この事実に基づいてなされたものであり、定着装置によって加熱加圧され、ワックスが溶融している状態のトナー像の全面に搬送ロールを密接させ、トナー像の冷却状態を、画像面の全体でほぼ均一にする。これにより、定着装置で加熱されたトナー像の冷却時の温度がどのように変遷しても、画像の全体でほぼ均等な光沢となり、光沢むらの発生が抑制される。
つまり、搬送ロールとの接触で、トナー像の温度がワックスの融点以上から融点以下にまで急冷されるとしても全体が顕著な高光沢となって光沢むらとはならない。また、定着装置を継続して使用すると、搬送ロールが徐々に加熱されたり、周囲の温度が上昇して、搬送ロールと接触してもトナー像の温度がワックスの融点以下にまで急冷されない状態となっても、画像の全体に顕著な高光沢になる部分がなく、光沢むらは発生しない。
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の画像形成装置において、 前記搬送ロール対を構成するロール状部材のいずれか一方は、周面付近に柔軟に変形する弾性層を有するものとする。
上記搬送ロール対は、両端部に力を作用させて互いに圧接させるが、いずれか一方が弾性層を有することによって、軸線方向にほぼ均等に圧接力を導入することができる。つまり、ロールの軸線に撓みが生じるが、ロールの少なくとも一方が弾性層を有することによって、ロールの軸線方向に圧接力をほぼ均等にすることができる。したがって、圧接力の違いによる光沢むらの発生を有効に抑制することができる。
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の画像形成装置において、 前記搬送ロール対を構成するロール状部材の双方が、周面付近に柔軟に変形する弾性層を有し、これらのロール状部材の前記弾性層は、ほぼ同じ硬度であるものとする。
ロールが弾性層を有し、その硬度が低くて変形量が大きいと、双方のロールが圧接される位置(ニップの位置)が変動し易い。圧接面の位置が正確に設定されていないと、送り込む記録シートがロールの周面に大きな角度で突き当てられ、ニップ部に送り込めずに紙詰まりとなる場合が生じる。また、記録シートをロールの周面に突き当てることによって、記録シートの端縁にダメージを与えることも考えられる。しかし、上記のように弾性層の硬度を双方のロールでほぼ同じに設定することにより、ニップの位置の調整が容易となり、上記のような障害を回避することが可能となる。
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の画像形成装置において、 前記弾性層の硬度が、30度(JIS A6301)以下であるものとする。
弾性層の硬度を上記値とすることにより、ロールの軸線方向に圧接力はほぼ均等に作用し、記録シートから移動する熱量もほぼ均等となって、記録シート上の画像に光沢むらが発生するのを有効に防止することができる。
なお、上記弾性層の硬度の下限値は、搬送ロールとして機能する最も柔らかい状態に対応する値であり、硬度が20度程度となる。
請求項5に係る発明は、請求項2、請求項3又は請求項4に記載の画像形成装置において、 前記弾性層は、合成樹脂又はゴムの発泡材で形成されており、 該弾性層上に、表面被覆層が形成されているものとする。
弾性層を、合成樹脂又はゴムの発泡材で形成することにより、硬度が30度以下となる層を容易に得ることができる。また、発泡材とすることによって、断熱性が良好となり、記録シートと接触しても、搬送ロールの温度の変化が少ない。したがって、記録シートからの熱移動によって搬送ロールの温度が変化するのを抑制することができ、搬送ロールの表面温度のむらによって、記録シートの画像に光沢むらが生じるのを抑えることができる。
以上説明したように、本願発明に係る画像形成装置では、トナー像は定着装置によって加熱・加圧され、記録シート上に定着された後、搬送ロール対によって搬送される。この搬送ロール対は、記録シートを挟み込んでトナー像が形成された面と接触するが、搬送ロール対が記録シートの幅方向に一様な断面を有しているので、記録シートの全面にほぼ均等に圧接される。したがって、トナー像から搬送ロール対への熱移動がほぼ均等に生じ、トナー像に光沢むらが生じるのを抑制することができる。また、搬送ロール対が表面付近に弾性層を備えていることにより、圧接力が軸線方向にほぼ均等となり、圧接力の分布による光沢むらの発生を防止することができる。
以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は、本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成する4つの画像形成ユニット10a、10b、10c、10dを備えており、これらの画像形成ユニット10と対向するように無端ベルト状の中間転写体11が支持され、周面が周回移動するものとなっている。画像形成ユニットが中間転写体11と対向する位置の下流側には、転写ロール12が中間転写体11と対向する二次転写部が形成されており、この二次転写部にはシートトレイ13から搬送路14を経て記録シートが送り込まれる。記録シートの搬送経路における二次転写部の下流側には、トナー像を加熱・加圧して記録シート上にトナー像を圧着する定着装置15が設けられ、さらに下流側には、トナー像が定着された記録シートを搬送し、シート排出口19から装置のハウジング17の外部に設けられた排紙トレイ18に記録シートを送り出す搬送ロール対16が設けられている。
上記画像形成ユニット10a、10b、10c、10dのそれぞれは、表面に静電潜像が形成される感光体ドラム1(像担持体)を有しており、各感光体ドラム1の周囲に、該感光体ドラムの表面をほぼ一様に帯電する帯電装置2と、感光体ドラム上に形成された潜像にトナーを転移させてトナー像を形成する現像装置3と、感光体ドラム1上のトナー像を中間転写体11上に一次転写する転写装置4と、転写後の感光体ドラム1に残留したトナーを回収するクリーニング装置5とを備えている。そして、一様に帯電された感光体ドラム1のそれぞれに、画像信号に基づく像光を照射して静電潜像を書き込む露光装置6が設けられている。
感光体ドラム1は、金属からなる円筒状部材の周面に有機感光体層を形成したものであり、金属部分は電気的に接地されている。
上記帯電装置2は、ステンレス製の円筒状芯金に中抵抗のゴムを被覆したロール状の部材を備えており、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して感光体ドラム1の表面を所望の電圧に帯電するものである。この帯電装置2に印加される電圧の直流成分Vhは−600[V]とし、重畳する交流のピークツーピーク値Vbppは1400[V]となっている。
上記露光装置6は、画像信号に基づいて点滅するレーザー光を発生し、これをポリゴンミラーによってそれぞれの感光体ドラム1の主走査方向(軸線方向)にスキャンするものである。これによりそれぞれの感光体ドラム1の表面に各色の画像に相当する静電潜像が形成される。
現像装置3には現像剤としてトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤が使用されており、現像ロール3aに磁気的に吸着されて搬送される。そして、現像ロール3a上で規制ブレード(図示しない)により適切な厚さの層とされ、感光体ドラム1との対向位置へと供給される。現像ロール3aにはトナーを感光体ドラム1上の静電潜像に転移させるために現像用バイアス電圧Vd=−500[V]が印加されている。
トナーは主に磁性キャリアとの摩擦により負極性に帯電されるものであり、色材とバインダ樹脂とパラフィンワックスとを含むものである。バインダ樹脂の融点は約250℃、ガラス転移温度は約100℃となっており、パラフィンワックスの融点は約90℃となっている。
上記画像形成ユニット10a、10b、10c、10dと対向するように配置される中間転写体11は、厚さが10〜300μm程度の樹脂フイルムからなるものであり、ポリイミドフィルム等が用いられる。また、トナー像を感光体ドラム1から中間転写体11へ静電的に転写するときに、画像の乱れが生じないように上記樹脂フィルムにはカーボンブラック等の導電性材料の粉体を混入し、体積抵抗率を1010Ωcm程度に調整している。
上記中間転写体11の内側には、駆動ロール21と、対向ロール22とが配置され、中間転写体11はこれらに張架されて図中に示す矢印Aの方向に周回移動するものとなっている。
上記転写ロール12は、上記対向ロール22と対向する位置に設けられ、中間転写体11を介して対向ロール22に押圧されている。この転写ロール12は、金属の芯材に導電性のゴム材で外周部を形成してロール状としたものであり、対向ロール22との間に転写用のバイアス電圧が印加されるものである。
上記定着装置15は、加熱源を内蔵した加熱ロール15aと、この加熱ロール15aに圧接される加圧ロール15bとを備えており、これらが平行に配置されて互いに圧接されるニップ部を形成している。トナー像が転写された記録シートは、上記ニップ部に送り込まれ、回転駆動される加熱ロール15aと加圧ロール15bとの間で加熱されるとともに加圧され、軟化したトナーが記録シート上に圧着されるものとなっている。
上記加熱ロール15aは、金属製の芯金の周面上に耐熱性ゴム等の弾性体層が形成され、その表面に離型層が形成されたものであり、加熱源としてハロゲンヒーターを内蔵している。加圧ロール15bは、金属製の芯金に表面離型層を被覆したものである。
上記定着装置15の下流側に設けられた搬送ロール対16は、図2に示すように、記録シートPの搬送路の両側に対向するように設けられた一対の同じ寸法及び同じ断面形状のロール部材16-1,16-2からなり、記録シートPを排紙トレイ17へ送り出すシート排出口19に隣接して支持されている。そして、いずれか一方が回転駆動され、これらの搬送ロール対16の間に記録シートPを挟み込んで搬送するものとなっている。
それぞれのロール部材16-1,16-2は、図3に示すように、円筒状の芯金16aの外側に柔軟な合成樹脂の発泡材からなる弾性層16bが形成されており、その周面に表面層16cが形成されている。表面層16cは周面が滑らかになっており、加熱されて柔軟な状態のトナー層に圧接され、トナー層の表面を滑らかに仕上げるものとなっている。弾性層16bは、シリコーン樹脂又はウレタン樹脂の発泡体からなるものであり、それぞれの気泡は、断熱性を良好なものとするために、独立して互いに連通しないものが望ましい。この発泡体の硬度は30度以下に設定されており、互いに圧接された時に変形してニップを形成するものとなっている。そして、双方のロール部材16-1,16-2の軸線に撓みが生じても、ニップに作用する圧力は軸線方向でほとんど差はなく、ほぼ均等な圧力がニップに作用するものとなっている。
次に、上記画像形成装置の動作について説明する。
中間転写体11に対向して設けられた4つの画像形成ユニット10a、10b、10c、10dで、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナー像が形成される。トナー像の形成は次のような工程により行われる。
感光体ドラム1がそれぞれ帯電装置2によりほぼ一様に帯電され、露光装置6から画像信号に応じてオンオフされるレーザー光が照射される。これにより光照射された位置の電荷が減衰し、感光体ドラム1上に静電電位の差による潜像が形成される。各感光体ドラム1上の静電潜像は、現像装置3との対向位置においてトナーの転移によって現像され、トナー像が感光体ドラム1上に形成される。
形成された各色トナー像は、転写装置4により中間転写体11上へ重ね合わせて転写される。これにより、中間転写体11上に複数色のトナー像が重ね合わされたカラー画像が形成される。中間転写体11上に形成された複数色のトナー像は、中間転写体11が転写ロール12と対向する位置で、シートトレイ13から搬送された記録シート上に転写され、定着装置15へ送られる。定着装置の加熱ロール15aは、トナー像を軟化するのに充分な温度に加熱されており、この加熱ロール15aと加圧ロール15bとの間に記録シートが挟み込まれ、トナー像は軟化して記録シート上に圧着される。
定着装置15を通過した記録シートは、下流側の搬送ロール対16に送られ、1対のロール部材16-1,16-2の間に挟み込まれて搬送される。このとき、定着装置15で加熱されてトナーの温度がワックスの融点(90℃)以上の高温に維持されていると、搬送ロール対16との接触でトナー像が急冷される。しかし搬送ロール対16は、トナー像が形成された範囲の全域で均等に接触しており、ワックスは画像面の全域でほぼ均等に冷却され、一様に高光沢となる。したがって、トナー像には光沢むらが生じず、高画質のトナー像が得られる。
また、画像形成装置の継続的な使用により、定着装置の上方すなわち定着装置15からシート排出口19へ搬送される経路の周辺に、定着装置15の加熱源による熱が滞留し、定着後のトナー像の温度があまり低下しない状態となることがある。そして、ロール部材16-1,16-2の温度も上昇して搬送ロール対16を通過した後もトナー像の温度がワックスの融点以下に冷却されない状態に遷移する。しかし、このように搬送ロール対16が加熱され、温度が変化しても、トナー像を担持した記録シートPと接触したときに、熱移動の状態はトナー像が形成された面の全域でほぼ均等になっており、一部のみの光沢が変化するようなことはなく、一様な光沢の画像とすることができる。
一方、図3に示すように、記録シートPが搬送ロール対16の間に送り込まれると、ロール部材16-1,16-2から記録シートへの熱移動が生じ、ロール部材の温度が下降する可能性がある。そして、記録シートと最初に当接されたときと、1周回して次に当接されたときとでロール部材16-1,16-2の表面の温度が変動し、図4に示すように、ロール部材16-1,16-2の最初の周回で当接された領域Aと次の周回で当接された領域Bとで、記録シートの上のトナー像に光沢むらが生じる可能性が考えられる。しかし、上記画像形成装置では、ロール部材16-1,16-2の弾性層は断熱性能の高い発泡材で形成されていることにより、記録シートとロール部材16-1,16-2との間で熱移動がほとんど起こらず、ロール部材16-1,16-2の温度の変化は極わずかに抑えられる。したがって、上記のような光沢むらを生じることはなく、良好な画像が得られる。
なお、上記実施の形態では、定着装置15からシート排出口19までに搬送ロール対16のみが記録シートと接触するように配置されているが、図5に示すように、搬送路が長いときには複数の搬送ロール対31,32が配置される。このとき、定着装置15の下流側で最初に記録シートと接触する搬送ロール対31及び接触するときにトナー像の温度がワックスの融点以上となっている可能性がある搬送ロール対については、上記の実施形態のように一様な断面を有する搬送ロール対を用いる。そして、記録シート上のトナー像と接触したときに、トナー像の温度がどのような条件でもワックスの融点以下となる位置に設けられている搬送ロール対32については、図5に示すように、従来から一般に用いられている、幅の狭い複数のローラを一つの軸上に設けたものを用いることができる。
本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。 図1に示す画像形成装置の主要部の概略斜視図である。 図1に示す画像形成装置で用いられる搬送ロール対の概略断面図である。 図1に示す画像形成装置で発生が防止される光沢むらの概略図である。 本発明の他の実施形態である画像形成装置の主要部を示す概略斜視図である。 従来の画像形成装置における問題点を説明するための概略斜視図であって、定着装置、その下流側に設けられた搬送ロール、及び記録シートに生じたロールマークを示す図である。
符号の説明
1:感光体ドラム、 2:帯電装置、 3:現像装置、 3a:現像ロール、 4:転写装置、 5:クリーニング装置、 6:露光装置、 10:画像形成ユニット、 11:中間転写体、 12:転写ロール、 13:シートトレイ、 14:記録シートの搬送路、 15:定着装置、 15a:加熱ロール、 15b:加圧ロール、 16:搬送ロール対、 16a:芯金、 16b:弾性層、 16c:表面層、 17:画像形成装置本体のハウジング、 18:排紙トレイ、 19:シート排出口、
21:駆動ロール、 22:対向ロール、
31:断面が均等な搬送ロール対、 32:従来から一般に用いられている搬送ロール対

Claims (5)

  1. 静電電位の差による潜像に粉状のトナーを選択的に付着させてトナー像を形成する像形成手段と、
    前記トナー像を直接に記録シートに、又は中間転写体を介して記録シートに転写する転写手段と、
    前記記録シート上に転写された前記トナー像を加圧及び加熱して該記録シート上に定着する定着装置とを有する画像形成装置であって、
    前記トナーは、樹脂バインダーと、色材と、離型性を向上させるワックスとを含むものであり、
    前記定着装置の下流側で、前記記録シートを2つのロール状部材間に挟持し、該記録シートを搬送する搬送ロール対を有し、
    該搬送ロール対を構成するロール状部材のいずれもが、前記記録シートの幅方向に一様な断面を有するものであることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記搬送ロール対を構成するロール状部材のいずれか一方は、周面付近に柔軟に変形する弾性層を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記搬送ロール対を構成するロール状部材の双方が、周面付近に柔軟に変形する弾性層を有し、これらのロール状部材の前記弾性層は、ほぼ同じ硬度であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記弾性層の硬度が、30度(JIS A6301)以下であることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記弾性層は、合成樹脂又はゴムの発泡材で形成されており、
    該弾性層上に、表面被覆層が形成されていることを特徴とする請求項2、請求項3又は請求項4に記載の画像形成装置。

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