JP2009003299A - クリーニング装置、転写定着装置、定着装置、及び、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定方向に走行するとともに被クリーニング部材に当接して被クリーニング部材上のトナーを除去するクリーニング部材91を備える。このクリーニング部材91は、被クリーニング部材に当接する当接面91aが、トナーに対する離型性が異なる複数の領域91a1、91a2を具備するように構成される。
【選択図】図3
Description
このような転写定着装置を備えた画像形成装置は、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置に比べて、表面性の粗い記録媒体を使用しても画像品質の低下が起こり難いという利点がある。
これに対して、転写定着装置を備えた画像形成装置では、トナー像に対して転写と同時に熱を加えるため、トナーが軟化・溶融して粘弾性を帯びたブロック状の塊になる。そのため、表面性の粗い記録媒体を使用して定着部材と記録媒体との間に微小ギャップが形成されても、その部分に画像が塊として転写されてしまう。したがって、画像は、ボソボソにならずに、良好で高画質なものになる。
詳しくは、特許文献2等において、クリーニング装置は、定着ローラ(被クリーニング部材)に当接して定着ローラ上に付着したトナーを除去するクリーニングローラ(クリーニング部材)、クリーニングローラに当接してクリーニングローラ上に付着したトナーを除去するブレード(ブレード部材)、等で構成される。そして、ブレードとクリーニングローラとのロックを防止するために、ブレードの表面にフッ素樹脂をコーティングしている。
また、特許文献4等には、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置であって、クリーニングローラの耐久性を高めるために、クリーニングローラの表面にポリイミドと4弗化エチレンとの混合物をコーティングする技術が開示されている。
また、特許文献5等には、転写工程と定着工程とを別々におこなう画像形成装置であって、定着部材の離型層の水に対する接触角を規定する技術が開示されている。
さらに、上述したトナーの塊が砕けても、そのトナーがクリーニング部材からきれいに剥離されるわけではなく、クリーニング部材の一部に固着・残留するために、被クリーニング部材とクリーニング部材との接触状態が不均一になってしまったり、ブレード部材の先端部が破損してしまったりする。
また、クリーニング部材の表面の離型性を高めて、固着トナーをクリーニング部材から剥離しやすくする方策も考えられる。しかし、その場合、被クリーニング部材から残留トナーを除去するクリーニング部材の本来的な機能が低下してしまうことになる。
Z≧Y+X
又は
Z≦Y−X
なる関係が成立するように構成されたものである。
図1〜図5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(露光部)、20Y、20M、20C、20BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応したプロセスカートリッジ、21は各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにそれぞれ収容された感光体ドラム、22は感光体ドラム21上を帯電する帯電部、23Y、23M、23C、23BKは感光体ドラム21上に形成される静電潜像を現像する現像装置、24は感光体ドラム21上に形成されたトナー像を中間転写ベルト27に転写する転写バイアスローラ、25は感光体ドラム21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、各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKは、それぞれ、感光体ドラム21、帯電部22、クリーニング部25が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにおける感光体ドラム21上では、それぞれ、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)の画像形成がおこなわれる。
まず、原稿Dは、原稿搬送部51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55のコンタクトガラス53上に載置される。そして、原稿読込部55で、コンタクトガラス53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。
書込み部2において、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射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー3に入射して反射した後に、レンズ4、5を透過する。レンズ4、5を透過した後のレーザ光は、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。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム21表面は、それぞれ、複数のローラ部材に張架・支持された中間転写ベルト27との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト27の内周面に当接するように転写バイアスローラ24が設置されている。そして、転写バイアスローラ24の位置で、中間転写ベルト27上に、感光体ドラム21上に形成された各色の画像(トナー像)が、順次重ねて転写される(第1転写工程である。)。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム21における一連の作像プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト27表面は、中間転写ベルトクリーニング部29の位置に達する。そして、中間転写ベルト27上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部29に回収されて、中間転写ベルト27上の一連の転写プロセスが完了する。
その後、転写定着ローラ67表面は、クリーニング装置90の位置に達する。そして、転写定着ローラ67上の残留トナーがクリーニング装置90に回収されて、転写定着ローラ67上の一連の転写・定着プロセスが完了する。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部61から、給紙ローラ62により給送された転写紙Pが、搬送ガイド63を通過した後に、レジストローラ64に導かれる。レジストローラ64に達した記録媒体Pは、転写定着ローラ67上のトナー像とタイミングを合わせて、転写定着ローラ67と加圧ローラ68とのニップ部に向けて搬送される。
その後、フルカラー画像が転写・定着された記録媒体Pは、排紙ローラ80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。
また、以下の樹脂を混合して使用することもできる。ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等である。これらの中で特に、ポリエステル樹脂は、充分な定着性を得るために、好ましい。ポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合によって得られるが、用いられるアルコールとしてはポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール等のジオール類、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリエキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等のエーテル化ビスフェノル類、これらを炭素数3〜22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した2価のアルコール単体、その他の2価のアルコール単体を挙げることができる。
バインダー樹脂として用いるポリエステル樹脂を得るためには、以上の2官能性単量体のみによる重合体のみでなく、3官能以上の多官能性単量体による成分を含有する重合体を用いることも好適である。かかる多官能性単量体である3価以上の多価アルコール単量体としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−サルビタン、ペンタエスリトール、ジペンタエスリトール、トリペンタエスリトール、蔗糖、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン、その他を挙げることができる。
また、3価以上の多価カルボン酸単量体としては、例えば、1,2,4−ペンゼントリカルボン酸、1,2,5−ペンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、エンボール3量体酸、これらの酸無水物、その他を挙げることができる。
また、カラートナーには、サリチル酸誘導体の金属塩を用いることが特に好ましいが、必要に応じてカラートナーの色調を損なうことのない透明もしくは白色の物質を添加して、トナーの帯電性を安定的に付与することができる。具体的には、有機ホウ素塩類、含フッ素四級アンモニウム塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられるが、これらに限られるものではない。
また、外添加剤として、トナーの流動性を向上させる目的で、疎水性のシリカ、酸化チタン、アルミナ等、さらに必要に応じて脂肪酸金属塩類やポリフッ化ビニリデン等を添加してもよい。
図2に示すように、転写定着装置66は、定着部材としての転写定着ローラ67、加圧部材としての加圧ローラ68、クリーニング装置90、等で構成される。
なお、本実施の形態1における転写定着ローラ67は、芯金と離型層との間に、層厚が300μmのシリコーンゴムからなる弾性層が設けられている。また、転写定着ローラ67の外径は60mmであって、離型層として層厚が10μmのPTFEが用いられている。
加圧ローラ68の表面層としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、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)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、等を用いることができる。
なお、加圧ローラ68は、芯金と離型層との間に、多孔質セラミック等からなる断熱層を設けたり、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等からなる弾性層を設けたりすることもできる。
クリーニングローラ91は、アルミニウム等からなる芯金上に表面層(離型層)が形成されたものであって、所定の方向(図2中の矢印方向である。)に回転(走行)する。クリーニングローラ91は、被クリーニング部材としての転写定着ローラ67(定着部材)に当接して、転写定着工程後に転写定着ローラ67上に残留したトナーを除去する。
ここで、本実施の形態1では、クリーニングローラ91の外径を20mm、表面層の層厚を25μmに設定している。また、転写定着ローラ67に対するクリーニングローラ91の当接圧を、1.0kgf/cm2に設定している。
このような構成により、ブレード部材93は、転写定着ローラ67から除去されてクリーニングローラ91上に移行(転移)したトナーを機械的に掻き取り除去することになる。なお、転写定着ローラ67からクリーニングローラ91へのトナーの移行は、双方の部材67、91の離型性の差異や温度勾配の差異、トナーの粘着力等によるものである。
このような構成により、クリーニングローラ91が回転すると、転写定着ローラ67の表面に対して、離型性の低い第1領域91a1と、離型性の高い第2領域91a2と、が比較的短い周期で交互に均等に摺接することになる。したがって、クリーニングローラ91の当接面91aを離型性の低い材料のみで形成した場合に比べて、当接面91a上のトナー固着を軽減することができる。また、クリーニングローラ91の当接面91aを離型性の高い材料のみで形成した場合に比べて、転写定着ローラ67に対するクリーニング性を向上させることができる。すなわち、本実施の形態1の構成によれば、クリーニング性の維持と、トナー固着の抑止と、を両立させることができる。
図4は実験の条件及び結果を示す表図であって、図5はクリーニングローラの水に対する接触角と起動トルクとの関係(実験結果)を示すグラフである。
被クリーニング部材として、四弗化エチレン樹脂(PTFE)からなる表層とシリコーンゴムからなる耐熱ゴム層とを有する多層構造の転写定着ローラを用いた。転写定着ローラの接触角は約110°であった。
また、クリーニング性の評価は、被クリーニング部材上にトナー(画像)を担持させてクリーニングローラの位置を1回通過した後に、被クリーニング部材上に残ったトナー量(トナー汚れ)について判定したものである。なお、クリーニングローラとの当接位置に突入する被クリーニング部材上のトナーは、上述の高架式フローテスターで測定される温度が軟化点以上になるように設定されたものである。
また、図4におけるクリーニング性の評価は、目視による2段階評価であって、「○」はクリーニング性が良好である状態(まったく汚れが残っていない状態である。)であって、「×」はクリーニング性が悪い状態(汚れがある状態である。)である。
まず、ベタ画像のクリーニング性について、クリーニングローラの離型性(接触角)に関わらず、良好な結果を得た。これに対して、ドット画像のクリーニング性については、接触角が110°以上のとき(被クリーニング部材と同等以上の離型性を有するときである。)に、不充分な結果となった。
また、起動トルクについて、クリーニングローラの接触角が110°よりも小さくなると急激に起動トルクが上昇した。このような起動トルク上昇に対応するため、モータを大型化した場合には装置が高コスト化してしまい、ギア比を調整した場合にはギア寿命が低下してしまう。一般の定着装置は駆動トルクが1.0N・m以下のものが多く、その数値を仮目標とすると、図5にて接触角110°以下のクリーニングローラを用いた場合に仮目標の2倍〜10倍程度のトルクとなってしまう。また、上述の実験において、接触角が110°以下のクリーニングローラを用いた場合に、トナーが固着した状態で無理やりにクリーニングローラを回転させることでブレード部材が変形する不具合が観察された。
クリーニングローラ91として、図3に示すように、当接面(表面層)に第1領域91a1と第2領域91a2とが交互に螺旋状に形成されたものを2つ用意した。どちらのクリーニングローラ91も、離型性が低い第1領域91a1の接触角は104°として、離型性が高い第2領域91a2の接触角は115°とした。そして、一方のクリーニングローラ91は第1領域91a1と第2領域91a2との面積比を1:1として、他方のクリーニングローラ91は第1領域91a1と第2領域91a2との面積比を1:2とした。
そして、2つのクリーニングローラ91についてトナー固着時の起動トルクを測定したところ、当接面の接触角が104°の従来のクリーニングローラを用いたときの駆動トルクが4.0N・m近くであったのに対して、面積比が1:1のものは起動トルクがほぼ半減し、面積比が1:2のものは起動トルクが約1/3に低減した。しかし、クリーニング性については、ベタ画像に関してはどちらのクリーニングローラも良好な結果を示したものの、ドット画像に関しては螺旋状に形成された第2領域91a2(接触角:115°である。)に対応する位置に僅かにクリーニング不良が発生してしまった。
その際、クリーニングローラ91の線速比の設定は、次のようにすればよいことがわかった。図2及び図3(B)を参照して、被クリーニング部材67とクリーニング部材91との当接位置(ニップ部)の長さ(クリーニングローラ91の回転方向の長さである。)をY(mm)として、第1領域91a1の配列ピッチ(クリーニングローラ91の走行方向の配列ピッチである。)をX(mm)とした場合、被クリーニング部材67が長さYだけ走行(移動)する間にクリーニングローラ91が走行(移動)する距離Z(mm)が、
Z≧Y+X
又は
Z≦Y−X
を満足するように設定する。これにより、双方の部材67、91の当接位置において、第1領域91a1(クリーニング性が良好な領域である。)が被クリーニング部材67にまんべんなく接触することになる。その結果、良好なクリーニング性を得ることができる。
本願発明者が実験による確認をおこなったところ、上述のようにクリーニング動作後にクリーニングローラ91を逆回転させた場合、クリーニングローラ91を逆回転させない場合に比べて、起動トルクが1/2〜1/10に低減する効果が確認された。なお、クリーニングローラ91を逆回転させる回転量は、ブレード部材93に蓄積したトナーがブレード部材93の当接位置から離れたところまで移動する程度の回転で充分であり、実験によると、1/6周から半周程度で充分な効果を同等に得ることができた。
図6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6は、実施の形態2におけるクリーニングローラを示す構成図であって、前記実施の形態1における図3に相当する図である。本実施の形態2におけるクリーニングローラは、離型性の異なる複数の領域91a1、91a2の配列が、前記実施の形態1のものと相違する。
このような構成により、クリーニングローラ91が回転すると、転写定着ローラ67の表面に対して、離型性の低い第1領域91a1と、離型性の高い第2領域91a2と、が比較的短い周期で交互に均等に摺接することになる。したがって、本実施の形態1と同様に、クリーニング性の維持と、トナー固着の抑止と、を両立させることができる。
なお、双方の領域の配列ピッチXが2.0mmを超えてしまうと、クリーニングローラ91の駆動停止の位置によってトルク低減効果にバラツキが発生してしまい、特に、第1領域91a1がブレード部材93のエッジ付近に停止してしまうと、充分なトルク低減効果が見られなかった。したがって、起動トルクを安定的に低減するためには、配列ピッチXを2.0mm以下にすることが好ましいことになる。
Z≧Y+X
又は
Z≦Y−X
なる関係が成立するように構成することで、クリーニング性を維持しつつ、トナー固着を確実に抑止することができる。
図7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7は、実施の形態3における転写定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態1における図2に相当する図である。本実施の形態3における転写定着装置は、中間転写ベルトと転写定着ローラとのニップ部に記録媒体が搬送される点が、転写定着ローラと加圧ローラとのニップ部に記録媒体が搬送される前記実施の形態1のものと相違する。
図8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8は、実施の形態4における定着装置を示す構成図であって、前記実施の形態1における図2に相当する図である。本実施の形態4における画像形成装置は、定着工程のみをおこなう定着装置76が設置されている点が、転写工程と定着工程とを同時におこなう転写定着装置66が設置された前記各実施の形態のものと相違する。
定着装置76は、定着部材としての定着ローラ77、定着ローラ77に圧接してニップ部を形成する加圧ローラ78(加圧部材)、クリーニング装置90、等で構成される。クリーニング装置90は、定着ローラ77を被クリーニング部材として、前記実施の形態1のものと同様に構成され動作する。クリーニングローラ91の当接面91aは、離型性(接触角)が異なる複数の領域91a1、91a2を具備するように形成されている。
27 中間転写ベルト(像担持体)、
66 転写定着装置、
67 転写定着ローラ(定着部材、被クリーニング部材)、
68 加圧ローラ(加圧部材)、
69 転写定着ローラ(転写定着部材、被クリーニング部材)、
70 ヒータ(加熱手段)、
77 定着装置、
76 定着ローラ(定着部材、被クリーニング部材)、
90 クリーニング装置、
91 クリーニングローラ(クリーニング部材)、
91a 当接面、
91a1 第1領域、 91a2 第2領域、
93 ブレード部材、 P 記録媒体。
Claims (17)
- 所定方向に走行するとともに加熱手段によって直接的又は間接的に加熱される被クリーニング部材の表面に付着又は残留したトナーを除去するクリーニング装置であって、
所定方向に走行するとともに前記被クリーニング部材に当接して当該被クリーニング部材上のトナーを除去するクリーニング部材を備え、
前記クリーニング部材は、前記被クリーニング部材に当接する当接面が、トナーに対する離型性が異なる複数の領域を具備したことを特徴とするクリーニング装置。 - 前記複数の領域は、前記当接面に当接する前記被クリーニング部材の表面の離型性よりも低い離型性を有する第1領域と、前記被クリーニング部材の前記表面の離型性よりも高い離型性を有する第2領域と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のクリーニング装置。
- 前記当接面は、ポリイミド系樹脂とフッ素系樹脂との混合材料で形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のクリーニング装置。
- 前記複数の領域は、前記クリーニング部材の走行方向に対して螺旋状に交互に形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のクリーニング装置。
- 前記複数の領域は、前記クリーニング部材の走行方向に沿って交互に形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のクリーニング装置。
- 前記被クリーニング部材と前記クリーニング部材との当接位置における、前記被クリーニング部材の線速と前記クリーニング部材の線速とが異な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クリーニング装置。
- 前記複数の領域において前記離型性が最も低い領域の前記クリーニング部材の走行方向の配列ピッチをX(mm)として、前記当接位置における前記クリーニング部材の走行方向の長さをY(mm)として、前記被クリーニング部材が長さYだけ走行する間に前記クリーニング部材が走行する距離をZ(mm)としたときに、
Z≧Y+X
又は
Z≦Y−X
なる関係が成立するように構成されたことを特徴とする請求項6に記載のクリーニング装置。 - 前記クリーニング部材は、前記所定方向の走行によるクリーニング動作が終了した後に、前記所定方向とは逆の方向に走行されることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載のクリーニング装置。
- 前記離型性は、水に対する接触角であることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載のクリーニング装置。
- 前記クリーニング部材に対してカウンタ方向に当接して当該クリーニング部材上のトナーを除去するブレード部材をさらに備え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クリーニング装置。
- 記録媒体上にトナー像を転写するとともに定着する転写定着装置であって、
請求項1〜請求項10のいずれかに記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とする転写定着装置。 - トナー像を担持するとともに当該トナー像を加熱・溶融する定着部材と、
前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
を備え、
前記被クリーニング部材は、前記定着部材であることを特徴とする請求項11に記載の転写定着装置。 - トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成するとともに、前記像担持体に担持されたトナー像を記録媒体上に転写・定着する転写定着部材と、
を備え、
前記被クリーニング部材は、前記転写定着部材であることを特徴とする請求項11に記載の転写定着装置。 - 記録媒体上に担持されたトナー像を当該記録媒体上に定着する定着装置であって、
請求項1〜請求項10のいずれかに記載のクリーニング装置を備え、
前記被クリーニング部材は、トナー像を加熱・溶融する定着部材であることを特徴とする定着装置。 - 請求項1〜請求項10のいずれかに記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項11〜請求項13のいずれかに記載の転写定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項14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。
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