JP2006330320A - 定着方法、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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淳 中藤
Hiromitsu Takagaki
高垣  博光
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Abstract

【課題】 凹凸のある転写紙など紙種に影響されずに常に安定した高光沢の作像ができる定着方法、定着装置及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 像担持体上に形成された粉体粒状の像形成物質を前記像担持体上の第1ニップ部N1で熱エネルギーを付与しながら押圧部材(24)により押圧するとともに、その下流側の第2ニップ部N2で記録媒体(P)に転写定着を行う定着方法であって、前記押圧部材の表面に像形成物質付着防止のためのオイルをオイル塗布部材(27)によって塗布することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷機等の画像形成装置に設置される定着装置で実施される定着方法、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、ファクシミリ、印刷機等の画像形成装置は、粉体粒子状の像形性物質である粉体トナーを用いる乾式電子写真方式が多く、この乾式電子写真方式の画像形成装置の多くは感光体又は中間転写体からなる像担持体上の粉体トナーを像保持体に静電的に転写した後に像保持体の上の粉体トナーを加熱加圧して像保持体に定着させている。
ここで像保持体として最も多く用いられるのは転写紙であるが、転写紙はセルロース繊維が鰯畳状に重なり合った構造をしており、その表面に凹凸がある。この表面の凹凸が原因となって前記作像プロセスでは以下のような問題が発生する。
すなわち、作像プロセスにおいては感光体又は中間転写体からなる像担持体上から転写紙に静電的に粉体トナーの転写が行われるが、転写紙の表面に凹凸があるために、像担持体と転写紙との間に不均一なギャップが生じ、転写電界が乱れることや、粉体トナー同士のクーロン反発力が生じることにより、いわゆる転写チリが発生し、画像の品質が落ちてしまう。
この問題を解決する作像プロセスとして、図3に示すような転写定着方式と呼ばれる作像プロセスがある。この作像プロセスでは中間転写体54上の粉体トナーTを溶融させるためのヒータ56が転写定着ローラ52に設けられており、中間転写体54から転写紙Pへ溶融熱転写により粉体トナー像を転写する。この方法によれば、転写紙への粉体トナー像の転写を非静電的に行うことができるので前記のような転写チリが発生しない。
このように転写定着方式によって、転写紙の凹凸を原因とする転写チリの問題は解決するが、この方式においても、転写紙の凹凸が原因となってさらに別の問題が発生する。すなわち、転写定着方式においては、溶融熱転写が行われるが、加熱不十分の状態で転写紙に接触してしまった場合は粉体トナーT1が一体化する前に、該粉体トナーが転写紙の凹部に落ち込んでしまう(図4(A))。このように凹部に粉体トナーが落ち込んでしまうと、画像のかすれが生じたり、凹部に落ち込んだ粉体トナーへの熱伝導率が悪くなることで定着不良が生じたりする。この凹部への落ち込みを防ぐために中間転写体上に加圧ローラを設けた画像形成装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1は、図5に示すようにヒータ61を内蔵した押圧ローラ60及びバックアップローラ62を中間転写体54に押し付けるように回転可能に設けていて、この構成によって転写紙Pへの転写の前に接触しあう粉体トナーT1同士を加熱加圧し、粉体トナーT2として一体化させることができ、凹部への粉体トナーの落ち込みを防ぐことができる(図4(B))。図3,5において51は感光体、53は駆動ローラ、55は加圧ローラである。
しかしながら、特許文献1の図5に示すトナー一体化方式においても、この方式特有の以下の問題が生じる。すなわち、この方式では押圧ローラ60とそれに内蔵されたヒータ61によって粉体トナーに熱を加えながら押圧しトナーを一体化させるのであるが、この際、溶融したトナーが押圧ローラ60に付着してはならない。トナーが付着した押圧ローラ60が一周した後に像担持体上の画像にそのトナーが乗ってしまうからである。それを阻止するためには、適切な圧力および温度を設定する必要があるが、そのような圧力や熱量は、トナーの量により異なり、そのトナーの量は作像したい画像により異なるのでいかなる画像においても、押圧ローラ60にトナー付着を起こさせないような圧力及び温度の設定を行うことは困難である。
したがって、押圧ローラ60にトナーを付着させないための機構が必要となる。そのような機構の一つとして、中間転写体(像担持体)54、押圧ローラ60、転写紙Pの表面自由エネルギーに、転写紙>中間転写体(像担持体)周面>押圧ローラ、のような設定を行う画像形成装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。このように表面自由エネルギーの関係を設定することによって、押圧ローラへのトナー付着を防ぐことができ、同時に転写紙への転写率をあげることができる。しかしながら、通常押圧ローラ60の駆動は中間転写体54の従動により行われるので、押圧ローラ60が中間転写体54とすべることなく従動するためには、押圧ローラ60と中間転写体54の間には摩擦力が必要である。したがって、前記の条件を満たすだけでは押圧ローラ60の駆動まで含めたシステムとしては成立しない。
さらにどちらの特許文献1,2においても、一体化された後のトナーの表面平滑性には言及していないが、この方式を用いて、転写紙の凹凸に影響されずに高い光沢を出すためには、トナーが像担持体に接する側のトナー表面を平滑にし、第2ニップ部でトナーが転写紙に追従しない程度の軽い圧力で、トナーを転写紙に接着させる必要がある。
特開2001−13798号公報 特開平9−114282号公報
そこでこの発明は、前記従来のものの問題点を解決し、凹凸のある転写紙など紙種に影響されずに常に安定した高光沢の作像ができる定着方法、定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、像担持体上に形成された粉体粒状の像形成物質を前記像担持体上の第1ニップ部で熱エネルギーを付与しながら押圧部材により押圧するとともに、その下流側の第2ニップ部で記録媒体に転写定着を行う定着方法であって、前記押圧部材の表面に像形成物質付着防止のためのオイルをオイル塗布部材によって塗布することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1において、押圧部材の表面に付着した像形成物質をクリーニング部材によって除去することを特徴とする。請求項3記載の発明は、請求項1又は2において、通紙範囲の表面エネルギーの大きさが、押圧部材<像担持体<記録媒体、という条件を満たし、かつ非通紙範囲と通紙範囲の押圧部材の摩擦係数をそれぞれμ1、μ2としたとき、μ1>μ2を満たすことを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかにおいて、押圧部材の表面硬さが像担持体の表面硬さよりも硬いことを特徴とする。請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかにおいて、像形成物質がトナーであり、該トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤を含有し、離型剤成分が樹脂中に島状に分散され、離型剤の平均分散粒径が0.1〜1.0μmであることを特徴とする。請求項6に記載の発明は、請求項5において、トナーは、重量平均粒径(D4)が2.5〜5.0μm、平均円形度が0.95〜0.99であることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項6において、トナーの結着樹脂は、高化式フロ−テスタ−における1/2流出温度が110〜145℃のポリエステル樹脂を主成分とし、また離型剤として酸価5以下の脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス、モンタン系エステルワックス、酸価10〜30の酸化ライスワックス、合成エステルワックスからなる群より少なくとも1種含有することを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれかに記載の定着方法を実施するのに用いる装置であって、2次転写ローラと転写定着ローラに張架された転写定着ベルトを有し、該ベルトに像形成物質を変形させるための1次加圧ローラ及びバックアップローラを、第1ニップ部を形成して備え、1次加圧ローラの表面に像形成物質付着防止のオイルを塗布するオイル塗布部材及び付着した像形成物質を除去するクリーニング部材を設置し、第1ニップ部の下流側に前記転写定着ローラと第2ニップ部を形成する2次加圧ローラを備えたことを特徴とする定着装置である。
請求項9に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれかに記載の定着方法を実施するのに用いる装置であって、バックアップローラを有し、該ローラに像形成物質を変形させるための1次加圧ローラを、第1ニップ部を形成して備え、1次加圧ローラの表面に像形成物質付着防止のオイルを塗布するオイル塗布部材及び付着した像形成物質を除去するクリーニング部材を設置し、第1ニップ部の下流側に前記バックアップローラと第2ニップ部を形成する2次加圧ローラを備えたことを特徴とする定着装置である。
請求項10に記載の発明は、請求項8又は9に記載の定着装置を具備したことを特徴とする画像形成装置である。
この発明は、前記のようであって、像担持体上に形成された粉体粒状の像形成物質を前記像担持体上の第1ニップ部で熱エネルギーを付与しながら押圧部材により押圧するとともに、その下流側の第2ニップ部で記録媒体に転写定着を行う定着方法であって、前記押圧部材の表面に像形成物質付着防止のためのオイルをオイル塗布部材によって塗布するので、第1ニップ部の押圧部材への像形成物質の付着を防ぐことが可能となり、押圧部材の汚れ防止による高画質化が達成できる。したがって凹凸のある転写紙など紙種に影響されずに常に安定した高光沢の作像ができるという優れた効果がある。
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
[実施の形態1]
図1は、本実施の形態における画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機を示す概略図である。1はカラー複写機で、このカラー複写機1は、装置本体中央部に位置する画像形成部1Aと、該画像形成部の下方に位置する給紙部1Bと、画像形成部1Aの上方に位置する図示しない画像読取部を有している。画像形成部1Aには、水平方向に延びる転写面を有する中間転写体としての中間転写ベルト2が配置されており、該中間転写ベルトの上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)による像を担持可能な像担持体としての感光体3Y、3M、3C、3Bが中間転写ベルト2の転写面に沿って並置されている。
各感光体3Y、3M、3C、3Bはそれぞれ同じ方向(反時計回り方向)に回転可能なドラムで構成されており、その周りには、回転過程において画像形成処理を実行する帯電装置4、光書き込み手段としての書き込み装置5、現像装置6、1次転写装置7及びクリーニング装置8が配置されている。各符号に付記しているアルファベットは、感光体3と同様、トナーの色別に対応している。各現像装置6には、それぞれのカラートナーが収容されている。中間転写ベルト2は、駆動ローラ9と、従動ローラ10に掛け回されて感光体3Y、3M、3C、3Bとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。従動ローラ10と対向する位置には、中間転写ベルト2の表面をクリーニングするクリーニング装置11が設けられている。感光体3Yの表面が帯電装置4Yにより一様に帯電され、前記画像読取部からの画像情報に基づいて感光体3Y上に静電潜像が形成される。静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置6Yによりトナー像として可視像化され、該トナー像は所定のバイアスが印加される1次転写装置7Yにより中間転写ベルト2上に1次転写される。他の感光体3M、3C、3Bでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が中間転写ベルト2上に順に転写されて重ね合わせられる。転写後、感光体3上に残留したトナーはクリーニング装置8により除去され、また、転写後、図示しない除電ランプにより感光体3の電位が初期化され、次の作像工程に備えられる。
感光体3Y、3M、3C、3Bから中間転写ベルト2上に1次転写されたトナー像T(以下、単にトナーともいう)は、図示しない2次バイアス印加手段により駆動ローラ9及び2次転写ローラ14間に印加されるバイアス(AC、パルスなどの重畳を含む)により定着装置12の転写定着ベルト13に静電気力で転写される。転写定着ベルト13は2次転写ローラ14と転写定着ローラ20に張架され、中間転写ベルト2と後記2次加圧ローラ22との間に配置されており、図示しないモータに連結された転写定着ローラ20により従動回転する。転写定着ベルト13の材質はポリイミド樹脂を基層として、表層にはトナーの離型性を向上するための10〜30μmのフッ素系樹脂系材料であるPFAやPTFE等の離型層が設けられた2層構造又は転写定着ベルト13の中間層として0.05〜0.5mm程度のシリコンゴム等の耐熱弾性層を設けることで、トナーの変形時および転写定着時のトナーにかかる圧力をなるべく均等にできる。離型性を向上させるための別の手段として、転写定着ベルト13表面にトナー離型用オイルを塗布する場合では、基層と弾性層の2層構成にしてもよい。
駆動ローラ9と2次転写ローラ14でなす静電転写部の下流側にはトナーを変形させるための押圧部材としての1次加圧ローラ24及びバックアップローラ25が備えられ、1次加圧ローラ24に連結した加圧ばね21により転写定着ベルト13を介してバックアップローラ25を押圧し、第1ニップ部N1を形成する。トナーの変形は圧力と熱によって行い、そのためにバックアップローラ25内にハロゲンヒータ26を設け、所定の温度に加熱している。この場合、第1ニップ部N1内の平均面圧は3Kgf/cm2〜7Kgf/cm2に設定される。この面圧域で、トナーに含有するワックスを効率的にトナー表層部に溶出させ、1次加圧ローラ24へのオフセットを防止し、さらに後記する第2ニップ部N2での転写定着ベルト13からの離型性を向上させることができる。また、離型性の向上を目的として、1次加圧ローラ24にはオイル塗布ローラ27も設置している。さらに、1次加圧ローラ24にはクリーニングブレード28も設置されている。また、1次加圧ローラ24の非通紙部はゴム層になっており、通紙面よりも摩擦係数が高くなっている。
第1ニップ部N1の下流側には用紙PにトナーTを転写定着するための転写定着ローラ20及び2次加圧ローラ22が備えられている。2次加圧ローラ22は加圧ばね23によって加圧され、転写定着ベルト13を介して転写定着ローラ20と対向する位置に設けられ、第2ニップ部N2を形成する。また、第2ニップ部N2の下流側にはクリーニングローラ29が設けられている。クリーニングローラ29は金属ローラ表面にフェルトが巻きつけられ、第2ニップ部N2を通過した転写定着残トナーを除去する。
給紙部1Bは、記録媒体としての用紙Pを積載収容する給紙トレイ16と、該給紙トレイ内の用紙Pを最上のものから順に1枚ずつ分離して給紙する給紙コロ17と、給紙された用紙Pを搬送する搬送ローラ対18と、用紙Pが一旦停止され、斜めずれを修正された後、転写定着ベルト13上の画像の先端と搬送方向の所定位置とが一致するタイミングで第2ニップ部N2に向けて送り出されるレジストローラ対19を有している。
トナーには、酸価5以下の脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス、モンタン系エステルワックス、酸価10〜30の酸化ライスワックス、合成エステルワックスからなる群より少なくとも1種のワックスが含有されており、平均分散粒径が0.1〜1.0μmになっている。さらに、トナーの重量平均粒径(D4)は2.5〜5.0μm、平均円形度が0.95〜0.99の形状で、前記結着樹脂は高化式フロ−テスタ−における1/2流出温度が110〜145℃のポリエステル樹脂を主成分としている。第1ニップ部N1での離型性を向上し、また、静電転写時の帯電のバラツキをおさえることができ、トナーの散り等の画質の劣化を防止できる。また、ポリエステル樹脂を主成分にすることで、トナーの変形や定着温度を低温化することができ、省エネ化を可能とする。
次に、動作を説明する。中間転写ベルト2上に形成されたトナー像Tは、マイナスに帯電しており、駆動ローラ9側が−0.5KV〜2KV、転写定着ローラ20の芯金が0Vになるようにバイアスが印加されることで、定着装置12の転写定着ベルト13に静電的に転写される。転写されたトナー像Tは、転写定着ベルト13によって搬送され、1次加圧ローラ24とバックアップローラ25によって加圧され、トナー粒子同士が変形し、一体化される。この際、1次加圧ローラ24に設置されたオイル塗布ローラ27によって、1次加圧ローラ24の表面にはオイルが塗布されているので、1次加圧ローラ24の表面へのトナーの付着が防止される。仮に、1次加圧ローラ24の表面にトナーが付着したとしてもクリーニングブレード28にて除去される。前記のように変形し一体化されたトナーは、さらに転写定着ベルト13とともに移動し、この状態で第2ニップ部N2にて搬送されてきた用紙Pに圧接することで、一体化したトナーが用紙Pに転写定着され排紙される。
[実施の形態2]
図2は、本実施の形態の要部概略図である。実施の形態1の転写定着ベルト13に代えて、駆動ローラ9と中間転写ベルト2を介して接するとともに、2次加圧ローラ22と接するバックアップローラ25aを備えている。バックアップローラ25aは実施の形態1のバックアップローラ25より相当大きく、駆動ローラ9や2次加圧ローラ22よりも径が大きく形成されている。バックアップローラ25a内にはハロゲンヒータ26aが設けられ、所定の温度に加熱されている。また、トナーを変形させるための1次加圧ローラ24がそれに連結した加圧ばね21によりバックアップローラ25aを押圧して設けられ、第1ニップ部N1を形成する。1次加圧ローラ24には実施の形態1と同様、離型性の向上を目的としたオイル塗布ローラ27やクリーニングブレード28も設置されている。2次加圧ローラ22は加圧ばね23によりバックアップローラ25aを押圧して設けられ、第2ニップ部N2を形成する。その他の定着装置や画像形成装置の構成は実施の形態1と同様である。
前記のようなバックアップローラ25aを備えた本実施の形態の場合においても、バックアップローラ25aに転写されたトナー像Tは、実施の形態1と同様に、1次加圧ローラ24とバックアップローラ25aによって加圧され、トナー粒子同士が変形することにより一体化され、その際に表面がオイル塗布ローラ27によってオイルが塗布されてトナーの付着が防止され、トナーが仮に付着したとしてもクリーニングブレード28にて除去される、という作用効果が期待できる。
次に、特許請求の範囲の請求項2以下に記載した発明の特有な効果について説明する。請求項2に記載の発明によれば、仮に押圧部材に像形成物質が付着したとしても、その像形成物質をクリーニング部材によって除去するので、その後の像担持体上の像形成物質像にのることを防ぐことが可能となり、押圧部材の汚れ防止による高画質化が達成できる。請求項3に記載の発明によれば、第1ニップ部では押圧部材にくらべて像担持体の表面エネルギーが高いために、押圧部材への像形成物質の付着を抑制することが可能となる。また、第2ニップ部では像担持体に比べて記録媒体の表面エネルギーが高いために、転写率を向上し、像担持体の像形成物質の転写残を防ぐことが可能となる。これにより高画質化が達成できる。さらに、非通紙部の摩擦係数を上げることで前記離型性の関係を保ったままで押圧部材の従動を可能にすることができる。
請求項4に記載の発明によれば、像形成物質の押圧部材面=記録媒体との接着面が平滑になり記録媒体への接着率が上がる。請求項5に記載の発明によれば、像形成物質から離型剤が押圧時に効率良く染み出し、第1ニップ部においては、押圧部材へのオフセットを防止し、また第2ニップ部での転写時の転写率の向上とともに記録媒体の巻きつきを抑制できる。
請求項6に記載の発明によれば、像形成物質の帯電バラツキを小さくし、静電転写時の散りが防止できる。また、画像を形成する像形成物質の密度の均一性が上がり、第1ニップ部で変形の均一性をさらに向上させることで、画質を良くすることができる。請求項7に記載の発明によれば、ポリエステル系樹脂の使用により加熱時の温度を通常に比べて低温化でき、消費エネルギーを抑えることを可能にする。請求項8,9に記載の発明によれば、請求項1ないし7のいずれかに記載の定着方法を実施するのに用いる定着装置を提供することができる。請求項10に記載の発明によれば、請求項8又は9に記載の定着装置を具備した画像形成装置を提供することができる。
この発明の実施の形態1による定着装置を具備した画像形成装置を示す概略構成図である。 実施の形態2による定着装置を具備した画像形成装置を示す概略構成図である。である。 従来の転写定着方式を示す概略構成図である。 同上のトナー一体化でおちこみを防ぐことを示す概念図で、(A)は一体化されない場合、(B)は一体化された場合を示す。 従来のトナー一体化方式の概略構成図である。
符号の説明
1 カラー複写機(画像形成装置) 1A 画像形成部
1B 給紙部 2 中間転写ベルト
3Y、3M、3C、3B 感光体 4 帯電装置
5 書き込み装置 6 現像装置
7 1次転写装置 8 クリーニング装置
9 駆動ローラ 10 従動ローラ
11 クリーニング装置 12 定着装置
13 転写定着ベルト 14 2次転写ローラ
16 給紙トレイ 17 給紙コロ
18 搬送ローラ対 20 転写定着ローラ
21,23 加圧ばね 22 2次加圧ローラ
24 1次加圧ローラ(押圧部材) 25,25a バックアップローラ
26,26a ハロゲンヒータ
27 オイル塗布ローラ(オイル塗布部材)
28 クリーニングブレード(クリーニング部材) 29 クリーニングローラ
P 用紙(記録媒体) N1 第1ニップ部
N2 第2ニップ部

Claims (10)

  1. 像担持体上に形成された粉体粒状の像形成物質を前記像担持体上の第1ニップ部で熱エネルギーを付与しながら押圧部材により押圧するとともに、その下流側の第2ニップ部で記録媒体に転写定着を行う定着方法であって、前記押圧部材の表面に像形成物質付着防止のためのオイルをオイル塗布部材によって塗布することを特徴とする定着方法。
  2. 押圧部材の表面に付着した像形成物質をクリーニング部材によって除去する請求項1記載の定着方法。
  3. 通紙範囲の表面エネルギーの大きさが、押圧部材<像担持体<記録媒体、という条件を満たし、かつ非通紙範囲と通紙範囲の押圧部材の摩擦係数をそれぞれμ1、μ2としたとき、μ1>μ2を満たす請求項1又は2記載の定着方法。
  4. 押圧部材の表面硬さが像担持体の表面硬さよりも硬い請求項1ないし3のいずれかに記載の定着方法。
  5. 像形成物質がトナーであり、該トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤を含有し、離型剤成分が樹脂中に島状に分散され、離型剤の平均分散粒径が0.1〜1.0μmである請求項1ないし4のいずれかに記載の定着方法。
  6. トナーは、重量平均粒径(D4)が2.5〜5.0μm、平均円形度が0.95〜0.99である請求項5に記載の定着方法。
  7. トナーの結着樹脂は、高化式フロ−テスタ−における1/2流出温度が110〜145℃のポリエステル樹脂を主成分とし、また離型剤として酸価5以下の脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス、モンタン系エステルワックス、酸価10〜30の酸化ライスワックス、合成エステルワックスからなる群より少なくとも1種含有する請求項6に記載の定着方法。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の定着方法を実施するのに用いる装置であって、2次転写ローラと転写定着ローラに張架された転写定着ベルトを有し、該ベルトに像形成物質を変形させるための1次加圧ローラ及びバックアップローラを、第1ニップ部を形成して備え、1次加圧ローラの表面に像形成物質付着防止のオイルを塗布するオイル塗布部材及び付着した像形成物質を除去するクリーニング部材を設置し、第1ニップ部の下流側に前記転写定着ローラと第2ニップ部を形成する2次加圧ローラを備えたことを特徴とする定着装置。
  9. 請求項1ないし7のいずれかに記載の定着方法を実施するのに用いる装置であって、バックアップローラを有し、該ローラに像形成物質を変形させるための1次加圧ローラを、第1ニップ部を形成して備え、1次加圧ローラの表面に像形成物質付着防止のオイルを塗布するオイル塗布部材及び付着した像形成物質を除去するクリーニング部材を設置し、第1ニップ部の下流側に前記バックアップローラと第2ニップ部を形成する2次加圧ローラを備えたことを特徴とする定着装置。
  10. 請求項8又は9に記載の定着装置を具備したことを特徴とする画像形成装置。
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