JP2008065264A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トナーとしてオイルレストナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で静電オフセットが確実に抑止される、定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明における定着装置19は、トナー像Tを加熱して溶融する定着部材22を備える。そして、その定着部材22は、トナー像Tに接する表面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように形成される。
【選択図】図2
【解決手段】本発明における定着装置19は、トナー像Tを加熱して溶融する定着部材22を備える。そして、その定着部材22は、トナー像Tに接する表面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように形成される。
【選択図】図2
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、定着ローラ、定着ベルト、耐熱性フィルム等の定着部材と、加圧ローラ、加圧ベルト、耐熱性フィルム等の加圧部材と、を当接させてニップ部を形成して、そのニップ部に記録媒体を搬送して記録媒体上のトナー像を定着する定着装置が広く用いられている。
そして、このような定着装置では、定着部材の表面にトナーが静電的に付着する現象(この現象を「静電オフセット」と呼ぶ。)が生じることが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
そして、このような定着装置では、定着部材の表面にトナーが静電的に付着する現象(この現象を「静電オフセット」と呼ぶ。)が生じることが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
静電オフセットは、記録媒体上に担持された定着工程前のトナー(トナー像)が、定着部材の表面に静電的に引き付けられる現象であって、その程度は定着部材の表面特性に大きく左右される。静電オフセットが発生すると、定着部材が一回転(又は一周)した後に定着部材上に付着したトナー像が記録媒体に再転写されて残像となったり、定着部材の表面にそのまま固着して定着部材が一回転(又は一周)するごとに定着不良を生じさせたりすることになる。
このような問題は、近年需要が増しているオイルレストナーを用いた画像形成装置では、特に無視できないものになっている。すなわち、オイルレストナーを用いた画像形成装置(定着装置)では、定着部材の表面に積極的に離型剤(例えば、シリコンオイルである。)の塗布をおこなわないために静電オフセットが生じやすくなっている。
このような問題は、近年需要が増しているオイルレストナーを用いた画像形成装置では、特に無視できないものになっている。すなわち、オイルレストナーを用いた画像形成装置(定着装置)では、定着部材の表面に積極的に離型剤(例えば、シリコンオイルである。)の塗布をおこなわないために静電オフセットが生じやすくなっている。
一方、特許文献1等には、少ない離型剤で離型性を確保して静電オフセットが生じるのを抑止することを目的として、定着部材(定着ベルト)に記録媒体の搬送方向に沿った平行な細溝を設ける技術が開示されている。
また、特許文献2等には、画像に光沢ムラが生じるのを抑止することを目的として、定着部材の表層の材料と厚みとを規定するとともに、定着部材の表面粗さ(Rz)が1μm以下になるように形成して、定着部材の表面平滑性を最適化する技術が開示されている。
また、特許文献3等には、定着部材の汚れを防止することを目的として、トナーに含有される無機微粒子の濡れ性を最適化する技術が開示されている。
また、特許文献2等には、画像に光沢ムラが生じるのを抑止することを目的として、定着部材の表層の材料と厚みとを規定するとともに、定着部材の表面粗さ(Rz)が1μm以下になるように形成して、定着部材の表面平滑性を最適化する技術が開示されている。
また、特許文献3等には、定着部材の汚れを防止することを目的として、トナーに含有される無機微粒子の濡れ性を最適化する技術が開示されている。
また、特許文献4等には、定着部材の表面のトナー離型性を向上させることを目的として、定着部材の表面のフッ素樹脂に、離型剤に対して親和性を有する充填剤を含有させる技術が開示されている。
また、特許文献5等には、定着部材の表面のトナー離型性を向上させることを目的として、定着部材の表層のフッ素ポリマーに、スパッタエッチングによる微細な凹凸を形成する技術が開示されている。
さらに、特許文献6等には、定着部材の汚れを防止することを目的として、定着部材の表面のフッ素系重合体層における表面張力(JIS K6768)が25〜50dyne/cmとなるように形成する技術が開示されている。
また、特許文献5等には、定着部材の表面のトナー離型性を向上させることを目的として、定着部材の表層のフッ素ポリマーに、スパッタエッチングによる微細な凹凸を形成する技術が開示されている。
さらに、特許文献6等には、定着部材の汚れを防止することを目的として、定着部材の表面のフッ素系重合体層における表面張力(JIS K6768)が25〜50dyne/cmとなるように形成する技術が開示されている。
従来の技術は、簡易な構成で静電オフセットを確実に抑止するのが難しかった。特に、トナーとしてオイルレストナーを用いた場合には、その問題が無視できないものになっていた。
具体的に、特許文献1等の技術は、定着部材に細溝を設けるために、定着部材の製造に時間とコストとが多くかかっていた。
また、特許文献2等の技術は、定着部材の表層に塗布する離型剤としてのシリコンオイルによって良好な濡れ性を実現することにより光沢ムラが生じるのを抑止するものである。したがって、オイルレストナーを用いる場合には、離型剤を定着部材の表層に塗布しないために、その効果が不充分であった。また、定着部材の表面粗さ(Rz)を最適化しても、静電オフセットを完全に抑止することができなかった。
また、特許文献3等の技術は、トナーに含有される無機微粒子の濡れ性を規定しているが、すべてのトナーにこのような処方を用いることは困難であるために、すべての装置に対して良好な離型性、耐久性を確保することはできなかった。
また、特許文献2等の技術は、定着部材の表層に塗布する離型剤としてのシリコンオイルによって良好な濡れ性を実現することにより光沢ムラが生じるのを抑止するものである。したがって、オイルレストナーを用いる場合には、離型剤を定着部材の表層に塗布しないために、その効果が不充分であった。また、定着部材の表面粗さ(Rz)を最適化しても、静電オフセットを完全に抑止することができなかった。
また、特許文献3等の技術は、トナーに含有される無機微粒子の濡れ性を規定しているが、すべてのトナーにこのような処方を用いることは困難であるために、すべての装置に対して良好な離型性、耐久性を確保することはできなかった。
また、特許文献4等の技術は、定着部材の表層に塗布する離型剤としてのシリコンオイルによって良好な濡れ性を実現することにより定着部材のトナー離型性を向上させるものである。したがって、オイルレストナーを用いる場合には、離型剤を定着部材の表層に塗布しないために、その効果が不充分であった。
また、特許文献5等の技術も、定着部材の表層に塗布する離型剤としてのシリコンオイルによって良好な濡れ性を実現することにより定着部材のトナー離型性を向上させるものである。したがって、オイルレストナーを用いる場合には、離型剤を定着部材の表層に塗布しないために、その効果が不充分であった。また、トナーの特性によっては、定着部材表面に形成した微細な凹凸にトナーが固着してしまう可能性があった。
さらに、特許文献6等の技術も、定着部材の表層に塗布する離型剤としてのシリコンオイルによって良好な濡れ性を実現することにより定着部材の汚れを防止するものである。したがって、オイルレストナーを用いる場合には、離型剤を定着部材の表層に塗布しないために、その効果が不充分であった。
また、特許文献5等の技術も、定着部材の表層に塗布する離型剤としてのシリコンオイルによって良好な濡れ性を実現することにより定着部材のトナー離型性を向上させるものである。したがって、オイルレストナーを用いる場合には、離型剤を定着部材の表層に塗布しないために、その効果が不充分であった。また、トナーの特性によっては、定着部材表面に形成した微細な凹凸にトナーが固着してしまう可能性があった。
さらに、特許文献6等の技術も、定着部材の表層に塗布する離型剤としてのシリコンオイルによって良好な濡れ性を実現することにより定着部材の汚れを防止するものである。したがって、オイルレストナーを用いる場合には、離型剤を定着部材の表層に塗布しないために、その効果が不充分であった。
なお、上述した問題は、ヒータ等を熱源とする熱ローラ方式(ヒータランプ加熱方式)の定着装置に限定されたものではなく、電磁誘導加熱方式等の他方式の定着装置に対しても共通するものである。
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、トナーとしてオイルレストナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で静電オフセットが確実に抑止される、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、トナー像を加熱して溶融する定着部材を備え、前記定着部材は、前記トナー像に接する表面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が38(mN/m)以下になるように形成されたものである。
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、前記定着部材を、定着ローラ、定着ベルト、耐熱性フィルムのうちいずれかとしたものである。
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、前記定着部材に当接してニップ部を形成する加圧部材を備え、前記加圧部材は、前記定着部材に接する表面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が38(mN/m)以下になるように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3に記載の発明において、前記加圧部材を、加圧ローラ、加圧ベルト、耐熱性フィルムのうちいずれかとしたものである。
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3又は請求項4に記載の発明において、前記加圧部材の前記表面にオイルを供給するオイル供給手段を備えたものである。
また、請求項6記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項5のいずれかに記載の発明において、商用電源に接続された主電源と、電力の充放電が可能な補助電源と、のうち少なくとも一方から電力が供給されるように構成されたものである。
また、請求項7記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項6のいずれかに記載の発明において、前記トナー像に係わるトナーは、有機溶媒中に変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマーと該プレポリマーを伸長又は架橋させた化合物とトナー組成分とを溶解又は分散させてその溶解物又は分散物を水系媒体中で架橋反応及び/又は伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたものであって、その中に分散された顔料系着色剤の分散粒径が個数平均径で0.5μm以下であり、その個数平均径が0.7μm以上の個数割合が5個数%以下となるように形成されたものである。
また、請求項8記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項7に記載の発明において、前記トナーは、前記顔料系着色剤の分散粒径が個数平均径で0.3μm以下であり、その個数平均径が0.5μm以上の個数割合が10個数%以下となるように形成されたものである。
また、請求項9記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項7又は請求項8に記載の発明において、前記分散液は、アミンに対して非反応性のポリエステル系樹脂を溶解したものである。
また、請求項10記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項9のいずれかに記載の発明において、前記トナー像に係わるトナーは、重量平均粒径をDv(μm)として個数平均粒径をDn(μm)としたときに、
3.0≦Dv≦7.0
1.00≦Dv/Dn≦1.20
なる関係が成立するように形成されたものである。
3.0≦Dv≦7.0
1.00≦Dv/Dn≦1.20
なる関係が成立するように形成されたものである。
また、請求項11記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項10のいずれかに記載の発明において、前記トナー像に係わるトナーは、その円形度が0.900〜0.960の範囲内になるように形成されたものである。
また、請求項12記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項11のいずれかに記載の発明において、前記トナー像に係わるトナーは、その中に含まれるポリエステル系樹脂のテトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、その分子量2500〜10000の領域にメインピークが存在し、その数平均分子量が2500〜50000の範囲になるように形成されたものである。
また、請求項13記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項12のいずれかに記載の発明において、前記トナー像に係わるトナーは、その中に含まれるポリエステル系樹脂のガラス転移点が40〜65℃であり、その酸価が1〜30mgKOH/gとなるように形成されたものである。
また、この発明の請求項14記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項13のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
また、請求項15記載の発明にかかる画像形成装置は、前記請求項14に記載の発明において、キャリアと前記トナー像に係わるトナーとからなる現像剤を収容するとともに像担持体上に形成された潜像を現像する現像部を備えたものである。
本発明は、定着部材の表面の濡れ性を最適化しているので、トナーとしてオイルレストナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で静電オフセットが確実に抑止される、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
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。
実施の形態1.
図1〜図6にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
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タンデム型カラー複写機の装置本体、2は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、3は原稿Dを原稿読込部4に搬送する原稿搬送部、4は原稿Dの画像情報を読み込む原稿読込部、7は転写紙等の記録媒体Pが収容される給紙部、9は記録媒体Pの搬送タイミングを調整するレジストローラ、11Y、11M、11C、11BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成される感光体ドラム、12は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上を帯電する帯電部、13は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成される静電潜像を現像する現像部、14は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成されたトナー像を記録媒体P上に重ねて転写する転写バイアスローラ、15は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
図1〜図6にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
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タンデム型カラー複写機の装置本体、2は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、3は原稿Dを原稿読込部4に搬送する原稿搬送部、4は原稿Dの画像情報を読み込む原稿読込部、7は転写紙等の記録媒体Pが収容される給紙部、9は記録媒体Pの搬送タイミングを調整するレジストローラ、11Y、11M、11C、11BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成される感光体ドラム、12は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上を帯電する帯電部、13は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成される静電潜像を現像する現像部、14は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成されたトナー像を記録媒体P上に重ねて転写する転写バイアスローラ、15は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
また、16は転写ベルト17を清掃する転写ベルトクリーニング部、17は複数色のトナー像が記録媒体P上に重ねて担持されるように記録媒体Pを搬送する転写ベルト、19は記録媒体P上のトナー像(未定着画像)を定着する電磁誘導加熱方式の定着装置、を示す。
以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Dは、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス5上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス5上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
まず、原稿Dは、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス5上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス5上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
詳しくは、原稿読込部4は、コンタクトガラス5上の原稿Dの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Dにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Dのカラー画像情報は、カラーセンサにてRGB(レッド、グリーン、ブルー)の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、RGBの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部2に送信される。そして、書込み部2からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光(露光光)が、それぞれ、対応する感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に向けて発せられる。
一方、4つの感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKは、それぞれ、図1の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKの表面は、帯電部12との対向部で、一様に帯電される(帯電工程である。)。こうして、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部2において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
書込み部2において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から1番目の感光体ドラム11Y表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム11Yの回転軸方向(主走査方向)に走査される。こうして、帯電部12にて帯電された後の感光体ドラム11Y上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。
同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から2番目の感光体ドラム11M表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、紙面左から3番目の感光体ドラム11C表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から4番目の感光体ドラム11BK表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。
その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、現像部13との対向位置に達する。そして、各現像部13から感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に各色のトナー(オイルレストナーである。)が供給されて、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の潜像が現像される(現像工程である。)。なお、本実施の形態1では、各現像部13に、トナー(オイルレストナーである。)とキャリアとからなる2成分現像剤が収容されている。そして、現像部13内で、トナーとキャリアとを撹拌・混合しながら充分に摩擦帯電させた後に、感光体ドラム11上に形成された静電潜像にトナーを静電的に付着させる。
その後、現像工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、転写ベルト17との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、転写ベルト17の内周面に当接するように転写バイアスローラ14が設置されている。そして、転写バイアスローラ14の位置で、転写ベルト17上の記録媒体Pに、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(転写工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、転写ベルト17との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、転写ベルト17の内周面に当接するように転写バイアスローラ14が設置されている。そして、転写バイアスローラ14の位置で、転写ベルト17上の記録媒体Pに、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(転写工程である。)。
そして、転写工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、クリーニング部15との対向位置に達する。そして、クリーニング部15で、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に残存する未転写トナーが回収される(クリーニング工程である。)。
その後、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKにおける一連の作像プロセスが終了する。
その後、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKにおける一連の作像プロセスが終了する。
他方、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の各色のトナーが重ねて転写(担持)された記録媒体Pは、図中の矢印方向に走行して、分離チャージャ18との対向位置に達する。そして、分離チャージャ18との対向位置で、記録媒体Pに蓄積された電荷が中和されて、トナーのちり等を生じさせることなく記録媒体Pが転写ベルト17から分離される。
その後、転写ベルト17表面は、転写ベルトクリーニング部16の位置に達する。そして、転写ベルト17上に付着した付着物が転写ベルトクリーニング部16に回収される。
その後、転写ベルト17表面は、転写ベルトクリーニング部16の位置に達する。そして、転写ベルト17上に付着した付着物が転写ベルトクリーニング部16に回収される。
ここで、転写ベルト17上に搬送される記録媒体Pは、給紙部7からレジストローラ9等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送された記録媒体Pが、不図示の搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9に導かれる。レジストローラ9に達した記録媒体Pは、タイミングを合わせて、転写ベルト17の位置に向けて搬送される。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送された記録媒体Pが、不図示の搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9に導かれる。レジストローラ9に達した記録媒体Pは、タイミングを合わせて、転写ベルト17の位置に向けて搬送される。
そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Pは、転写ベルト17から分離された後に定着装置19に導かれる。定着装置19では、定着ベルトと加圧ローラとの間(定着ニップ部である。)にて、カラー画像(トナー)が記録媒体P上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、不図示の排紙ローラによって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、不図示の排紙ローラによって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、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、定着補助ローラ20、支持ローラ21、定着部材としての定着ベルト22、誘導加熱部24、加圧部材としての加圧ローラ30、等で構成される。
図2に示すように、定着装置19は、定着補助ローラ20、支持ローラ21、定着部材としての定着ベルト22、誘導加熱部24、加圧部材としての加圧ローラ30、等で構成される。
ここで、定着補助ローラ20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20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。
支持ローラ21は、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された中空円筒部材である。支持ローラ21は、図2の時計方向に回転する。そして、支持ローラ21は、誘導加熱部24から発せられる磁束によって電磁誘導加熱される。
定着部材としての定着ベルト22は、支持ローラ21及び定着補助ローラ20(2つのローラ部材である。)に張架・支持されている。定着ベルト22は、内周面側から発熱層、弾性層、離型層等が積層された多層構造の無端ベルトである。
定着ベルト22の発熱層の材料として、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を用いることができる。
定着ベルト22の弾性層は、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等からなり、層厚が50〜500μmでアスカー硬度が5〜50度となるように形成されている。これにより、出力画像において、光沢ムラのない均一な画質を得ることができる。
定着ベルト22の離型層は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものである。離型層22dの層厚は、5〜50μm(好ましくは、10〜30μmである。)に形成されている。これにより、定着ベルト22上のトナー離型性が担保されるとともに、定着ベルト22の柔軟性が確保される。
なお、定着ベルト22の各層の間に、プライマ層等を設けることもできる。
定着ベルト22の発熱層の材料として、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を用いることができる。
定着ベルト22の弾性層は、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等からなり、層厚が50〜500μmでアスカー硬度が5〜50度となるように形成されている。これにより、出力画像において、光沢ムラのない均一な画質を得ることができる。
定着ベルト22の離型層は、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、又は、これらの樹脂を耐熱性樹脂に分散させたものである。離型層22dの層厚は、5〜50μm(好ましくは、10〜30μmである。)に形成されている。これにより、定着ベルト22上のトナー離型性が担保されるとともに、定着ベルト22の柔軟性が確保される。
なお、定着ベルト22の各層の間に、プライマ層等を設けることもできる。
定着ベルト22は、図2の時計方向に走行する。そして、定着ベルト22(発熱層)は、誘導加熱部24から発せられる磁束によって電磁誘導加熱される。
このように本実施の形態1における定着ベルト22は、トナー像を加熱して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によって直接的に電磁誘導加熱される発熱部材としても機能する。
また、定着ベルト22は、誘導加熱部24によって電磁誘導加熱された支持ローラ21によって、間接的にも加熱(受熱)される。
このように本実施の形態1における定着ベルト22は、トナー像を加熱して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によって直接的に電磁誘導加熱される発熱部材としても機能する。
また、定着ベルト22は、誘導加熱部24によって電磁誘導加熱された支持ローラ21によって、間接的にも加熱(受熱)される。
ここで、本実施の形態1において、定着ベルト22(定着部材)の表面(トナー像に接する外周面である。)の濡れ性(日本工業規格JIS K6768にて規定される濡れ性である。)が、38×10-3(N/m)以下になるように形成している。これにより、オイルレストナーを用いた場合であっても、静電オフセットが生じるのを確実に抑止することができる。なお、定着ベルト22の濡れ性については、後で図6を用いて詳しく説明する。
なお、本実施の形態1では、定着ベルト22の発熱層を、磁性金属材料からなる単層構造とした。これに対して、定着ベルト22の発熱層を、第1非磁性層と第2非磁性層との2層構造とすることもできる。その場合、第1非磁性層としては、SUS304、SUS301、SUS316(いずれも非磁性ステンレス)等を用いることができる。第2非磁性層としては、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等を用いることができる。さらに、発熱層の酸化を防止するために、発熱層上にニッケル(Ni)等からなる酸化防止層を形成することもできる。
誘導加熱部24は、定着ベルト22を介して支持ローラ21に対向するように配設されている。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、カバー部材28、等で構成される。コイル部25は、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等からなり、定着ベルト22との対向面の側でコイル部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。)からなり、定着ベルト22及び第1支持ローラ21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やサイドコアが設けられている。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。カバー部材28は、コイル部25及びコア部26を覆うように構成されている。
なお、支持ローラ21の内部に、フェライト等の強磁性体からなる内部コアを設置したり、内部コアの外周の一部を覆う磁束遮蔽部材を設置することもできる。
なお、支持ローラ21の内部に、フェライト等の強磁性体からなる内部コアを設置したり、内部コアの外周の一部を覆う磁束遮蔽部材を設置することもできる。
また、図示は省略するが、定着ベルト22の表面には、サーミスタが当接されている。サーミスタは、熱応答性の高い感温素子であって、定着ベルト22上の温度(定着温度)を検知する。そして、サーミスタ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。
加圧ローラ30は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材32上にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の弾性層31が形成されたものである。加圧ローラ30の弾性層31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20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。
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。
不図示の駆動モータによって定着補助ローラ20が回転駆動されることによって、定着ベルト22は図2の時計方向に走行するとともに、支持ローラ21も時計方向に回転する。さらに、加圧ローラ30が反時計方向に回転する。そして、定着ベルト22は誘導加熱部24との対向位置で加熱される。
不図示の駆動モータによって定着補助ローラ20が回転駆動されることによって、定着ベルト22は図2の時計方向に走行するとともに、支持ローラ21も時計方向に回転する。さらに、加圧ローラ30が反時計方向に回転する。そして、定着ベルト22は誘導加熱部24との対向位置で加熱される。
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から支持ローラ21及び定着ベルト22に向けて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21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21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21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21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。すなわち、定着ベルト22は、誘導加熱部24によって直接的に加熱されるとともに、誘導加熱部24によって間接的に加熱される(支持ローラ21を介して加熱される。)。
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。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(記録媒体P上にトナー像を加熱・加圧して定着する工程である。)が完了する。
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(記録媒体P上にトナー像を加熱・加圧して定着する工程である。)が完了する。
ここで、本実施の形態1では、誘導加熱部24に電力を供給する電源部が、主電源61と補助電源62とで構成されている。
詳しくは、図3を参照して、誘導加熱部24は、商用電源に接続された主電源61と、電力の充放電が可能な補助電源62と、のうち少なくとも一方から電力が供給されるように構成されている。
詳しくは、図3を参照して、誘導加熱部24は、商用電源に接続された主電源61と、電力の充放電が可能な補助電源62と、のうち少なくとも一方から電力が供給されるように構成されている。
図3に示すように、誘導加熱部24は、複数のスイッチ65A〜65Cを有するスイッチ回路65を介して、主電源61及び補助電源62に接続されている。主電源61は、画像形成装置の設定場所に備えられているコンセント(商用電源)に接続されている。補助電源62には、充放電可能なコンデンサが設けられている。補助電源62のコンデンサとしては、2000F程度の静電容量を有していて数秒から数十秒の電力供給をおこなうのに充分な容量を有する電気二重層コンデンサ(例えば、日本ケミコン社製)を用いることができる。
そして、スイッチ回路65の複数のスイッチ65A〜65Cを切り替えることで、主電源61又は/及び補助電源62から誘導加熱部24への電力の供給又は遮断をおこなったり、主電源61から補助電源62へ電力供給して補助電源(コンデンサ)を充電したりする。
そして、スイッチ回路65の複数のスイッチ65A〜65Cを切り替えることで、主電源61又は/及び補助電源62から誘導加熱部24への電力の供給又は遮断をおこなったり、主電源61から補助電源62へ電力供給して補助電源(コンデンサ)を充電したりする。
図4は、主電源61及び補助電源62から誘導加熱部24に供給される電力供給量を示す波形図である。
図4を参照して、誘導加熱部24の稼動が開始されると、スイッチ回路65の第1スイッチ65Aのみが接続されて、主電源61から誘導加熱部24への電力供給がおこなわれる。これにより、定着ベルト22が誘導加熱部24による加熱によって所望の温度に昇温して、所定の定着工程がおこなわれる。
そして、誘導加熱部24が待機状態(大きな加熱を必要としない状態である。)になると、第2スイッチ65Bが接続されて、主電源61から補助電源62に電力が供給されて補助電源62の充電がおこなわれる。
そして、誘導加熱部24が待機状態から再び加熱開始されると、第1スイッチ65A及び第3スイッチ65Cが接続されて、主電源61から誘導加熱部24、34への電力供給に加えて、補助電源62から誘導加熱部24への電力供給(放電)がおこなわれる。
図4を参照して、誘導加熱部24の稼動が開始されると、スイッチ回路65の第1スイッチ65Aのみが接続されて、主電源61から誘導加熱部24への電力供給がおこなわれる。これにより、定着ベルト22が誘導加熱部24による加熱によって所望の温度に昇温して、所定の定着工程がおこなわれる。
そして、誘導加熱部24が待機状態(大きな加熱を必要としない状態である。)になると、第2スイッチ65Bが接続されて、主電源61から補助電源62に電力が供給されて補助電源62の充電がおこなわれる。
そして、誘導加熱部24が待機状態から再び加熱開始されると、第1スイッチ65A及び第3スイッチ65Cが接続されて、主電源61から誘導加熱部24、34への電力供給に加えて、補助電源62から誘導加熱部24への電力供給(放電)がおこなわれる。
ここで、補助電源62のコンデンサは二次電池とは異なり、化学反応をともなわないために次のような優れた特徴を有する。すなわち、二次電池(例えば、ニッケル−カドミウム電池)を補助電源として用いた場合には急速充電をおこなっても数時間を要するが、コンデンサを補助電源として用いた場合には数分程度の急速充電が可能である。そのため、同一時間内で待機状態と加熱状態とを繰り返す場合、コンデンサを補助電源として使用することにより、確実に補助電源から誘導加熱部に電力を供給することができて、誘導加熱部を短時間で所定の温度に立ち上げることができる。また、ニッケル−カドミウム電池等の二次電池は、充放電の繰り返し回数が500から1000回であるため、補助電源としては寿命が短く、交換の手間やコストがかかる。これに対して、コンデンサは、長寿命であり、繰り返しの充放電による劣化が少なく、鉛蓄電池のように液交換や補充等も必要ないためメンテナンスがほとんど不要で、安定して使用することができる。
ここで、本実施の形態1では、現像部13に収容される現像剤中のトナー(トナー像を形成するためのトナーである。)として、以下の製造方法で形成されたものが用いられている。
すなわち、本実施の形態1におけるトナーは、有機溶媒中に変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマーとそのプレポリマーを伸長又は架橋させた化合物とトナー組成分とを溶解又は分散させてその溶解物又は分散物を水系媒体中で架橋反応及び/又は伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたものである。さらに、その中に分散された顔料系着色剤の分散粒径が個数平均径で0.5μm以下であり、その個数平均径が0.7μm以上の個数割合が5個数%以下となるように形成されたものである。
このように形成されたトナーは、低温定着性、帯電安定性、流動性に優れ、高品質の画像を得ることができる。特に、カラー画像形成装置においては、透明性が良く光沢性に優れたカラー画像を得ることができる。
すなわち、本実施の形態1におけるトナーは、有機溶媒中に変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマーとそのプレポリマーを伸長又は架橋させた化合物とトナー組成分とを溶解又は分散させてその溶解物又は分散物を水系媒体中で架橋反応及び/又は伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたものである。さらに、その中に分散された顔料系着色剤の分散粒径が個数平均径で0.5μm以下であり、その個数平均径が0.7μm以上の個数割合が5個数%以下となるように形成されたものである。
このように形成されたトナーは、低温定着性、帯電安定性、流動性に優れ、高品質の画像を得ることができる。特に、カラー画像形成装置においては、透明性が良く光沢性に優れたカラー画像を得ることができる。
さらに、上述した顔料系着色剤の分散粒径を個数平均径で0.3μm以下として、その個数平均径が0.5μm以上の個数割合が10個数%以下となるように形成されたトナーを用いることで、さらに高品質の画像を得ることができる。このようなトナーは、画像解像力に優れていて、デジタル方式の画像形成装置用のものとして好適である。特に、カラー画像形成装置においては、解像力及び透明性が良く色再現性に優れたカラー画像を得ることができる。
また、上述したトナーの製造方法において、分散液(油性分散液)を、アミンに対して非反応性のポリエステル系樹脂を溶解したものとすることができる。このように形成されたトナーを用いることで、低定着性、耐オホットフセット性を向上させることができる。
また、本実施の形態1にて用いられるトナーは、重量平均粒径をDv(μm)として個数平均粒径をDn(μm)としたときに、
3.0≦Dv≦7.0
1.00≦Dv/Dn≦1.20
なる関係が成立するように形成されたものである。このように形成されたトナーは、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性に優れ、光沢性に優れたカラー画像を得ることができる。さらに、2成分現像剤において長期にわたるトナーの消費・補給がおこなわれても、現像剤中のトナーの粒子径の変動が少なく、現像部において撹拌が長期間おこなわれても安定した現像性が維持される。
なお、トナーの重量平均粒径及び個数平均粒径は、粒度分布測定装置「コールターカウンターTA−2」、「コールターマルチサイザー2」(いずれもコールター社製)等を用いて求めることができる。
3.0≦Dv≦7.0
1.00≦Dv/Dn≦1.20
なる関係が成立するように形成されたものである。このように形成されたトナーは、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性に優れ、光沢性に優れたカラー画像を得ることができる。さらに、2成分現像剤において長期にわたるトナーの消費・補給がおこなわれても、現像剤中のトナーの粒子径の変動が少なく、現像部において撹拌が長期間おこなわれても安定した現像性が維持される。
なお、トナーの重量平均粒径及び個数平均粒径は、粒度分布測定装置「コールターカウンターTA−2」、「コールターマルチサイザー2」(いずれもコールター社製)等を用いて求めることができる。
また、本実施の形態1にて用いられるトナーは、略球形トナーであって、その円形度が0.900〜0.960の範囲内になるように形成されたものである。このようなトナーを用いることで、転写性に優れ、チリのない高画質の画像を得ることができる。
なお、トナーの円形度は、その投影面積と面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値であって、フロー式粒子像分析装置「FPIA−2000」(シスメックス社製)等を用いて求めることができる。
なお、トナーの円形度は、その投影面積と面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値であって、フロー式粒子像分析装置「FPIA−2000」(シスメックス社製)等を用いて求めることができる。
また、本実施の形態1にて用いられるトナーは、その中に含まれるポリエステル系樹脂のテトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、その分子量2500〜10000の領域にメインピークが存在し、その数平均分子量が2500〜50000の範囲になるように形成されたものである。このようなトナーを用いることで、耐熱保存性が最適化され、良好な低温定着性、耐ホットオフセット性を得ることができる。
また、本実施の形態1にて用いられるトナーは、その中に含まれるポリエステル系樹脂のガラス転移点が40〜65℃であり、その酸価が1〜30mgKOH/gとなるように形成されたものである。このようなトナーを用いることによって、低定着性、耐オホットフセット性を向上させることができる。
図5は、本実施の形態1にて用いられるトナーの溶融特性を示すグラフである。
先に説明したように、本実施の形態1におけるトナーは、従来の粉砕トナーと比較して、透明性や彩度(鮮やかさ、光沢)に優れた高品質の出力画像が形成できるとともに、粉体流動性、耐ホットオフセット性、帯電安定性、転写性に優れている。しかし、熱に対する溶け始めがやや遅いという特徴を持っている。具体的には、溶け始めの代用特性である流出開始温度が、従来の粉砕トナーが86±2℃であるのに対して、92±1℃とやや高めになっている。そのため、電源投入直後等の定着制御温度下限付近での粘度が、粉砕トナーに比べて、やや高くなっている。したがって、定着部材に対するトナーの付着力が増して、定着温度に対する静電オフセットの余裕度も粉砕トナーに比べて小さくなっている(静電オフセットが生じやすくなっている。)。
流出開始温度(溶解温度Tfb)の定義は以下の通りである。トナーの流出開始温度は、フローテスター「高架式フローテスターCFT500D型」(島津製作所社製)を用いて測定することができる。図5は、このフローテスターを用いて測定したフローカーブであって、そこから各々の温度を読み取ることができる。図5中の一点鎖線で示す位置が流出開始温度(融解温度)Tfbを示すものである。なお、本測定時の測定条件は、荷重を5kg/cm2 として、昇温速度を3.0℃/min として、ダイ口径を1.00mm として、ダイ長さを10.0mmとした。
先に説明したように、本実施の形態1におけるトナーは、従来の粉砕トナーと比較して、透明性や彩度(鮮やかさ、光沢)に優れた高品質の出力画像が形成できるとともに、粉体流動性、耐ホットオフセット性、帯電安定性、転写性に優れている。しかし、熱に対する溶け始めがやや遅いという特徴を持っている。具体的には、溶け始めの代用特性である流出開始温度が、従来の粉砕トナーが86±2℃であるのに対して、92±1℃とやや高めになっている。そのため、電源投入直後等の定着制御温度下限付近での粘度が、粉砕トナーに比べて、やや高くなっている。したがって、定着部材に対するトナーの付着力が増して、定着温度に対する静電オフセットの余裕度も粉砕トナーに比べて小さくなっている(静電オフセットが生じやすくなっている。)。
流出開始温度(溶解温度Tfb)の定義は以下の通りである。トナーの流出開始温度は、フローテスター「高架式フローテスターCFT500D型」(島津製作所社製)を用いて測定することができる。図5は、このフローテスターを用いて測定したフローカーブであって、そこから各々の温度を読み取ることができる。図5中の一点鎖線で示す位置が流出開始温度(融解温度)Tfbを示すものである。なお、本測定時の測定条件は、荷重を5kg/cm2 として、昇温速度を3.0℃/min として、ダイ口径を1.00mm として、ダイ長さを10.0mmとした。
以下、図6にて、定着ベルト22の表面特性のひとつである、濡れ性について説明する。
濡れ性とは、「濡れを示す薬液で表面張力が最大のもの」であって、その測定方法や測定に用いる薬液は日本工業規格JIS K6768に準ずる。濡れ性の数値が小さいほど、薬液をはじきやすく、対象物に付着しにくいことになる。
濡れ性とは、「濡れを示す薬液で表面張力が最大のもの」であって、その測定方法や測定に用いる薬液は日本工業規格JIS K6768に準ずる。濡れ性の数値が小さいほど、薬液をはじきやすく、対象物に付着しにくいことになる。
図6は、定着ベルト22(定着部材)の外周面の濡れ性と静電オフセットが発生する温度との関係を示すグラフであって、濡れ性の異なる複数の定着ベルト22についてオフセット発生温度を測定した実験結果である。
図6において、横軸は定着ベルトの濡れ性を示し、縦軸は静電オフセットが発生する温度(最大値である。)を示す。また、図中、実線グラフは従来トナー(粉砕トナー)を用いたときの濡れ性−オフセット発生温度の関係を示し、破線グラフは本実施の形態1におけるトナーを用いたときの濡れ性−オフセット発生温度の関係を示す。ここで、従来トナーを用いた実験では、定着ベルト表面に離型剤として3〜5(mg/A4)のシリコンオイルを塗布した。これに対して、本実施の形態1におけるトナーを用いた実験では、シリコンオイルの塗布はおこなわなかった。
図6において、横軸は定着ベルトの濡れ性を示し、縦軸は静電オフセットが発生する温度(最大値である。)を示す。また、図中、実線グラフは従来トナー(粉砕トナー)を用いたときの濡れ性−オフセット発生温度の関係を示し、破線グラフは本実施の形態1におけるトナーを用いたときの濡れ性−オフセット発生温度の関係を示す。ここで、従来トナーを用いた実験では、定着ベルト表面に離型剤として3〜5(mg/A4)のシリコンオイルを塗布した。これに対して、本実施の形態1におけるトナーを用いた実験では、シリコンオイルの塗布はおこなわなかった。
図において、オフセット発生温度が140℃のときには定着ベルト22の表面温度140℃より高ければ静電オフセットが発生しないことになる。同様に、オフセット発生温度が180℃のときには定着ベルト22の表面温度180℃より高ければ静電オフセットが発生しないことになる(180℃以下ではオフセットが発生する。)。すなわち、オフセット温度が低いほど、静電オフセットに対する余裕度が高いことになる。
したがって、図6から、本実施の形態1におけるトナーは、従来トナーに比べて、静電オフセットに対する余裕度が低いことがわかる。
したがって、図6から、本実施の形態1におけるトナーは、従来トナーに比べて、静電オフセットに対する余裕度が低いことがわかる。
本実施の形態1における画像形成装置では、充分な定着性を確保するために、定着工程時の定着ベルト22の表面温度(目標温度)が160℃になるように制御している。しかし、通紙中に定着ベルト22から記録媒体Pに熱量が奪われたり、連続通紙時の紙間等ではオーバーシュートが発生することがあるため、150〜170℃の範囲で定着ベルト22の表面温度が推移する。したがって、図6から、定着ベルト22の濡れ性によっては、上述の温度範囲で静電オフセットが発生して、異常画像(残像)となって顕在化する可能性が充分にある。
ここで、図6にて、定着ベルトの表面温度(オフセット発生温度)が150℃であるときに注目すると、従来トナーを用いた場合には、定着ベルト表面の濡れ性が50(mN/m)程度であってもオフセットは発生しない。これに対して、本実施の形態1におけるトナーを用いた場合には、定着ベルト表面の濡れ性が38(mN/m)を超えるとオフセットが発生してしまう。換言すると、本実施の形態1におけるトナーを用いた場合には、定着ベルト表面の濡れ性を50(mN/m)に設定すると、定着温度の下限温度を170℃に設定する必要があり、差分である20℃分のエネルギーが余分に消費されることになる。
これは、本実施の形態1におけるトナーが、従来トナーと比べて、高画質化が可能である反面、流出開始温度(Tfb)が高く、定着ベルト表面の濡れ性が高めに設定されると(40〜50(mN/m)程度である。)、充分な離型性が確保できないためである。そのため、定着ベルト上に残留した微量のトナーが、定着ベルト一周後に記録媒体に再付着したり、定着ベルト上に固着したりすることによって、定着不良等の異常画像が生じてしまう。
このような実験結果から、本実施の形態1では、定着ベルト22(定着部材)の表面(トナー像に接する外周面である。)の濡れ性(日本工業規格JIS K6768にて規定される濡れ性である。)が、38(mN/m)以下になるように設定している。これにより、定着装置19における定着ニップ部の表面温度を低く制御しても、静電オフセットの発生を防止することができて、少ないエネルギー量で充分な定着性を確保できるとともに異常画像の発生を防止することができる。
以上説明したように、本実施の形態1では、定着ベルト22(定着部材)の表面の濡れ性を最適化しているので、トナーTとしてオイルレストナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で静電オフセットが確実に抑止される、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
なお、本実施の形態1では、定着ベルト22及び支持ローラ21がどちらも誘導加熱部24によって電磁誘導加熱される構成とした。これに対して、定着ベルト22及び支持ローラ21のうちいずれか一方のみが誘導加熱部24によって電磁誘導加熱される構成とすることもできる。例えば、定着ベルト22に発熱層を設けない場合には、支持ローラ21のみが誘導加熱部24によって電磁誘導加熱されて、定着ベルト22を加熱する加熱部材として機能する。そのような場合も、本実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態1では、定着ベルト22の外周面に対向する位置に誘導加熱部24を配設したが、支持ローラ21の外周面に対向するように誘導加熱部24を配設することもできる。すなわち、誘導加熱部24を、定着ベルト22を介することなく、支持ローラ21に直接的に対向させることができる。
さらに、定着部材として、定着ベルト22の変わりに、定着ローラ(発熱層を有する。)を用いることもできる。
これらのような場合にも、本実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
さらに、定着部材として、定着ベルト22の変わりに、定着ローラ(発熱層を有する。)を用いることもできる。
これらのような場合にも、本実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態2.
図7にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図7は、実施の形態2における定着装置19を示す断面図である。本実施の形態2における定着装置19は、定着部材として耐熱性フィルム51が用いられている点が、定着部材として定着ベルト22が用いられている前記実施の形態1のものとは相違する。
図7にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図7は、実施の形態2における定着装置19を示す断面図である。本実施の形態2における定着装置19は、定着部材として耐熱性フィルム51が用いられている点が、定着部材として定着ベルト22が用いられている前記実施の形態1のものとは相違する。
図7に示すように、本実施の形態2における定着装置19は、定着部材としての耐熱性フィルム51、耐熱性フィルム51を保持するためにその内側に設けられた保持部材52、所望の定着ニップ部を形成するために耐熱性フィルム51に内設された弾性部材53、コイル部等からなる誘導加熱部24、加圧ローラ30、等で構成される。耐熱性フィルム51は、前記実施の形態1における定着ベルト22と同様に誘導加熱部24によって電磁誘導加熱される発熱層を備え、さらに発熱層上にPTFE、PFA、FEP等の耐熱性を有する離型層が形成されたものである。耐熱性フィルム51の膜厚は、100μm以下(20〜50μm程度)である。
そして、本実施の形態2においても、定着部材としての耐熱性フィルム51の外周面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように設定している。
そして、本実施の形態2においても、定着部材としての耐熱性フィルム51の外周面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように設定している。
このように構成された定着装置19は、誘導加熱部24に10k〜1MHzの交番電流が供給されることで交番磁界が生成されて、耐熱性フィルム51が電磁誘導加熱される。このようにして、電磁誘導加熱された耐熱性フィルム51は、矢印方向から搬送される記録媒体P上のトナー像を加熱・溶融して記録媒体Pに定着する。
以上説明したように、本実施の形態2でも、前記実施の形態1と同様に、耐熱性フィルム51(定着部材)の表面の濡れ性を最適化しているので、トナーTとしてオイルレストナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で静電オフセットが確実に抑止される、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3.
図8にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図8は、実施の形態3における定着装置19を示す断面図である。本実施の形態3における定着装置19は、ヒータ45を熱源としたヒータランプ加熱方式の装置である点が、電磁誘導加熱方式の装置である前記各実施の形態のものとは相違する。
図8にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図8は、実施の形態3における定着装置19を示す断面図である。本実施の形態3における定着装置19は、ヒータ45を熱源としたヒータランプ加熱方式の装置である点が、電磁誘導加熱方式の装置である前記各実施の形態のものとは相違する。
図8に示すように、本実施の形態3における定着装置19は、定着部材としての定着ローラ40、加圧部材としての加圧ローラ30、温度センサ50、ガイド板35、分離板38、等で構成される。
ここで、定着部材としての定着ローラ40は、図8中の矢印方向に回転する薄肉の円筒体であって、その円筒体の内部にはヒータ45(熱源)が固設されている。定着ローラ40は、芯金42上に、弾性層43、離型層44が順次積層された多層構造体であって、加圧部材としての加圧ローラ30に当接してニップ部を形成する。
定着ローラ40の芯金42は、SUS304等の鉄系材料で形成されている。
また、定着ローラ40の弾性層43としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料が用いられる。
また、定着ローラ40の離型層44としては、PFA(4フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂)、ポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、等を用いることができる。定着ローラ40の表層に離型層24を設けることにより、トナーT(トナー像)に対する離型性(剥離性)が担保されることになる。
ここで、本実施の形態3においても、定着部材としての定着ローラ40の外周面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように設定している。
また、定着ローラ40の弾性層43としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料が用いられる。
また、定着ローラ40の離型層44としては、PFA(4フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂)、ポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、等を用いることができる。定着ローラ40の表層に離型層24を設けることにより、トナーT(トナー像)に対する離型性(剥離性)が担保されることになる。
ここで、本実施の形態3においても、定着部材としての定着ローラ40の外周面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように設定している。
定着ローラ40のヒータ45は、容量が1200W程度のハロゲンヒータであって、その両端部が定着装置19の側板に固定されている。そして、装置本体の電源部(交流電源)により出力制御されたヒータ45によって定着ローラ40が加熱されて、その表面から記録媒体P上のトナー像Tに熱が加えられる。ヒータ45の出力制御は、定着ローラ40表面に当接する温度センサ50(サーミスタ)によるローラ表面温度の検知結果に基いておこなわれる。このようなヒータ45の出力制御によって、定着ローラ40の温度(定着温度)を所望の温度(目標制御温度)に調整制御することができる。なお、温度センサ50は、接触型のサーミスタの他に、非接触型のサーモパイル等を用いることもできる。
また、加圧ローラ30は、主として、芯金32と、芯金32の外周面に接着層を介して形成された弾性層31と、からなる。加圧ローラ30の弾性層31は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層31の表層にPFA等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。
そして、加圧ローラ30は、不図示の加圧機構によって定着ローラ40に圧接する。こうして、加圧ローラ30と定着ローラ40との間に、所望の定着ニップ部が形成される。
そして、加圧ローラ30は、不図示の加圧機構によって定着ローラ40に圧接する。こうして、加圧ローラ30と定着ローラ40との間に、所望の定着ニップ部が形成される。
定着ローラ40と加圧ローラ30との当接部(定着ニップ部である。)の入口側と出口側には、それぞれ、記録媒体Pの搬送を案内するガイド板35が配設されている。ガイド板35は、定着装置19の側板に固設されている。
また、定着ローラ40の外周面に対向する位置であって、定着ニップ部の出口側近傍には、分離板38が配設されている。分離板38は、定着工程後の記録媒体Pが定着ローラ40の回転に沿って定着ローラ40に巻き付いてしまう不具合を抑止する。なお、分離板38の代わりに、分離爪を設置することもできる。
また、定着ローラ40の外周面に対向する位置であって、定着ニップ部の出口側近傍には、分離板38が配設されている。分離板38は、定着工程後の記録媒体Pが定着ローラ40の回転に沿って定着ローラ40に巻き付いてしまう不具合を抑止する。なお、分離板38の代わりに、分離爪を設置することもできる。
上述のように構成された定着装置19は、次のように動作する。
装置本体の電源スイッチが投入されると、交流電源からヒータ45に交流電圧が印加(給電)されるとともに、定着ローラ40及び加圧ローラ30の図8中の矢印方向の回転駆動が開始される。
その後、給紙部から記録媒体Pが給送されて、作像部にて記録媒体P上に未定着画像が担持される。未定着画像T(トナー像)が担持された記録媒体Pは、図8の矢印Y1方向に搬送されて、圧接状態にある定着ローラ40及び加圧ローラ30の定着ニップ部に送入される。そして、定着ローラ40による加熱と、定着ローラ40及び加圧ローラ30の押圧力とによって、記録媒体Pの表面にトナー像Tが定着される。
装置本体の電源スイッチが投入されると、交流電源からヒータ45に交流電圧が印加(給電)されるとともに、定着ローラ40及び加圧ローラ30の図8中の矢印方向の回転駆動が開始される。
その後、給紙部から記録媒体Pが給送されて、作像部にて記録媒体P上に未定着画像が担持される。未定着画像T(トナー像)が担持された記録媒体Pは、図8の矢印Y1方向に搬送されて、圧接状態にある定着ローラ40及び加圧ローラ30の定着ニップ部に送入される。そして、定着ローラ40による加熱と、定着ローラ40及び加圧ローラ30の押圧力とによって、記録媒体Pの表面にトナー像Tが定着される。
以上説明したように、本実施の形態3でも、前記各実施の形態と同様に、定着ローラ40(定着部材)の表面の濡れ性を最適化しているので、トナーTとしてオイルレストナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で静電オフセットが確実に抑止される、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4.
図9にて、この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
図9は、実施の形態4における定着装置19を示す断面図である。本実施の形態4における定着装置19は、定着部材として定着ベルト22が用いられている点と、加圧ローラ30にヒータ55及びオイル供給手段57が設置されている点と、が前記実施の形態3のものとは相違する。
図9にて、この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
図9は、実施の形態4における定着装置19を示す断面図である。本実施の形態4における定着装置19は、定着部材として定着ベルト22が用いられている点と、加圧ローラ30にヒータ55及びオイル供給手段57が設置されている点と、が前記実施の形態3のものとは相違する。
図9に示すように、本実施の形態4における定着装置19は、定着部材としての定着ベルト22、支持ローラ21、定着補助ローラ20、加圧部材としての加圧ローラ30、オイル供給手段としてのオイル塗布ローラ57、等で構成される。
定着ベルト22は、発熱層が形成されていない点を除き、前記実施の形態1のものとほぼ同様に構成されている。
ここで、本実施の形態4においても、定着部材としての定着ベルト22の外周面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように設定している。
定着ベルト22は、発熱層が形成されていない点を除き、前記実施の形態1のものとほぼ同様に構成されている。
ここで、本実施の形態4においても、定着部材としての定着ベルト22の外周面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように設定している。
支持ローラ21に内設されたヒータ45は、容量が1100W程度のハロゲンヒータである。また、加圧ローラ30に内設されたヒータ55は、容量が200W程度のハロゲンヒータである。このような構成により、定着ベルト22は、支持ローラ21及び加圧ローラ30によって加熱されることになる。
なお、本実施の形態4における定着装置19の基本的な動作は、ヒータを用いた加熱方式である点を除き、前記実施の形態1のものとほぼ同様であるために、その説明を省略する。
なお、本実施の形態4における定着装置19の基本的な動作は、ヒータを用いた加熱方式である点を除き、前記実施の形態1のものとほぼ同様であるために、その説明を省略する。
ここで、本実施の形態4では、定着ベルト22とトナーとの離型性をさらに向上させるために、オイル供給手段としてのオイル塗布ローラ57を加圧ローラ30の外周面に当接させている。オイル塗布ローラ57は、芯金の周りにシリコンオイルを含浸させたスポンジ状の発泡体を具備していて、その外周に微細な孔のある半透膜が一重又は二重に巻かれている。このように構成されたオイル塗布ローラ57は、発泡体のシリコンオイルが半透膜を通してしみ出して、当接する加圧ローラ30に微量のオイルを塗布することになる。
ここで、記録媒体Pのジャムが発生して加圧ローラ30表面にトナーが付着した場合であっても、オイル塗布ローラ57の表面にトナーが固着しないように、オイル塗布ローラ57の表層膜は離型性の良い材料(例えば、ゴアテックス(登録商標))で形成されている。オイル塗布ローラ57表面にトナーが固着すると、オイルがしみ出す微孔が塞がれてしまい、オイル塗布ができなくなってしまう。
オイル塗布ローラ57表面からしみ出したシリコンオイルは、加圧ローラ30と、加圧ローラ30を介して定着ベルト22と、に塗布される。このときの塗布量は0.05〜0.08(mg/A4)程度と非常に少ないために、離型性の向上には有利になるものの、これだけでオフセットが完全に防止されるものではない。
上述したように、本実施の形態4でも、定着ベルト22の外周面の濡れ性が最適化されているために、流出開始温度が高いトナーを用いた場合であっても、少ないエネルギー量で良好な定着性を確保することができる。
オイル塗布ローラ57表面からしみ出したシリコンオイルは、加圧ローラ30と、加圧ローラ30を介して定着ベルト22と、に塗布される。このときの塗布量は0.05〜0.08(mg/A4)程度と非常に少ないために、離型性の向上には有利になるものの、これだけでオフセットが完全に防止されるものではない。
上述したように、本実施の形態4でも、定着ベルト22の外周面の濡れ性が最適化されているために、流出開始温度が高いトナーを用いた場合であっても、少ないエネルギー量で良好な定着性を確保することができる。
本実施の形態4では、加圧部材としての加圧ローラ30の表面(定着部材に接する外周面である。)の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が、38(mN/m)以下になるように形成している。
加圧ローラ30(加圧部材)の表面性が定着ベルト22(定着部材)の表面性と大きく異なると、記録媒体から転移する紙紛等が付着しやすくなる可能性がある。特に、オイル塗布ローラ57(オイル供給手段)が設置されている場合には、加圧ローラ30に塗布されるオイルの付着量と、定着ベルト22に塗布されるオイルの付着量と、のバランスが偏ってしまい、出力画像上にオイルが粒状に付着する等の不具合が生じてしまう。これに対して、本実施の形態4では、加圧ローラ30の表面性と定着ベルト22の表面性とを同等に形成しているために、上述した問題の発生を抑止することができる。
なお、本実施の形態4では、加圧部材として加圧ローラ30を用いたが、加圧部材として加圧ベルトや耐熱性フィルムを用いた場合であっても、本実施の形態4と同様の効果を得ることができる。
加圧ローラ30(加圧部材)の表面性が定着ベルト22(定着部材)の表面性と大きく異なると、記録媒体から転移する紙紛等が付着しやすくなる可能性がある。特に、オイル塗布ローラ57(オイル供給手段)が設置されている場合には、加圧ローラ30に塗布されるオイルの付着量と、定着ベルト22に塗布されるオイルの付着量と、のバランスが偏ってしまい、出力画像上にオイルが粒状に付着する等の不具合が生じてしまう。これに対して、本実施の形態4では、加圧ローラ30の表面性と定着ベルト22の表面性とを同等に形成しているために、上述した問題の発生を抑止することができる。
なお、本実施の形態4では、加圧部材として加圧ローラ30を用いたが、加圧部材として加圧ベルトや耐熱性フィルムを用いた場合であっても、本実施の形態4と同様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4でも、前記各実施の形態と同様に、定着ベルト22(定着部材)の表面の濡れ性を最適化しているので、トナーTとしてオイルレストナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で静電オフセットが確実に抑止される、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
なお、本発明が前記各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、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各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、形状等は前記各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。
1 画像形成装置本体(装置本体)、
19 定着装置、
20 定着補助ローラ、
21 支持ローラ、
22 定着ベルト(定着部材)、
24 誘導加熱部、
25 コイル部、 26 コア部、
30 加圧ローラ(加圧部材)、
40 定着ローラ(定着部材)、
45、55 ヒータ、
51 耐熱性フィルム(定着部材)、
57 オイル塗布ローラ(オイル供給手段)、
61 主電源、 62 補助電源。
19 定着装置、
20 定着補助ローラ、
21 支持ローラ、
22 定着ベルト(定着部材)、
24 誘導加熱部、
25 コイル部、 26 コア部、
30 加圧ローラ(加圧部材)、
40 定着ローラ(定着部材)、
45、55 ヒータ、
51 耐熱性フィルム(定着部材)、
57 オイル塗布ローラ(オイル供給手段)、
61 主電源、 62 補助電源。
Claims (15)
- トナー像を加熱して溶融する定着部材を備え、
前記定着部材は、前記トナー像に接する表面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が38(mN/m)以下になるように形成されたことを特徴とする定着装置。 - 前記定着部材は、定着ローラ、定着ベルト、耐熱性フィルムのうちいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記定着部材に当接してニップ部を形成する加圧部材を備え、
前記加圧部材は、前記定着部材に接する表面の濡れ性(日本工業規格JIS K6768)が38(mN/m)以下になるように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。 - 前記加圧部材は、加圧ローラ、加圧ベルト、耐熱性フィルムのうちいずれかであることを特徴とする請求項3に記載の定着装置。
- 前記加圧部材の前記表面にオイルを供給するオイル供給手段を備えたことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の定着装置。
- 商用電源に接続された主電源と、電力の充放電が可能な補助電源と、のうち少なくとも一方から電力が供給されるように構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の定着装置。
- 前記トナー像に係わるトナーは、有機溶媒中に変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマーと該プレポリマーを伸長又は架橋させた化合物とトナー組成分とを溶解又は分散させてその溶解物又は分散物を水系媒体中で架橋反応及び/又は伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたものであって、その中に分散された顔料系着色剤の分散粒径が個数平均径で0.5μm以下であり、その個数平均径が0.7μm以上の個数割合が5個数%以下となるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の定着装置。
- 前記トナーは、前記顔料系着色剤の分散粒径が個数平均径で0.3μm以下であり、その個数平均径が0.5μm以上の個数割合が10個数%以下となるように形成されたことを特徴とする請求項7に記載の定着装置。
- 前記分散液は、アミンに対して非反応性のポリエステル系樹脂を溶解したものであることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の定着装置。
- 前記トナー像に係わるトナーは、重量平均粒径をDv(μm)として個数平均粒径をDn(μm)としたときに、
3.0≦Dv≦7.0
1.00≦Dv/Dn≦1.20
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の定着装置。 - 前記トナー像に係わるトナーは、その円形度が0.900〜0.960の範囲内になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の定着装置。
- 前記トナー像に係わるトナーは、その中に含まれるポリエステル系樹脂のテトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、その分子量2500〜10000の領域にメインピークが存在し、その数平均分子量が2500〜50000の範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれかに記載の定着装置。
- 前記トナー像に係わるトナーは、その中に含まれるポリエステル系樹脂のガラス転移点が40〜65℃であり、その酸価が1〜30mgKOH/gとなるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1〜請求項13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。
- キャリアと前記トナー像に係わるトナーとからなる現像剤を収容するとともに像担持体上に形成された潜像を現像する現像部を備えたことを特徴とする請求項14に記載の画像形成装置。
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