JP2010039338A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本構成を有していない場合と比較して、帯状部材と剥離部材との摺動抵抗増加を防ぐ定着装置を提供する。
【解決手段】剥離パッド80は定着ロール53の周面近傍位置に配置された上流側剥離パッド82と、定着ベルト51の駆動方向下流側にて上流側剥離パッド82に密着させて配置された下流側剥離パッド84とで構成されている。上流側剥離パッド82および下流側剥離パッド84が定着ベルト51と接する面を接触面82A、接触面84Aとすると、接触面82A、接触面84Aそれぞれに、定着ロール53の幅方向にわたって溝82Bおよび溝84Bが設けられている。溝82Bの周方向(駆動方向)における間隔は、溝84Bの、周方向(駆動方向)における間隔よりも小さい。すなわち溝82B同士の間隔は溝84B同士の間隔よりも狭い。
【選択図】図2

Description

本発明は定着装置及び画像形成装置に関する。
加熱した金属ベルトで記録紙上のトナー画像を加熱、押圧して定着させる定着装置において、内周側に設けた剥離部材で金属ベルトを外側へ押し、金属ベルトからの記録紙剥離性を確保する構成が公知とされている。この剥離部材の表面に設けた溝に潤滑剤を保持させ、金属ベルトとの摩擦を軽減する構成が存在する(例えば、特許文献1、2参照)。また剥離部材による圧力を搬送方向で変える構成が存在する(例えば、特許文献3参照)。
特開2006−47769号公報 特開2006−78965号公報 特開2007−147905号公報
本発明は、本構成を有していない場合と比較して、帯状部材と剥離部材との摺動抵抗増加を防ぐ定着装置を提供する。
請求項1に記載の定着装置は、無端ベルト状の帯状部材と、前記帯状部材が巻き掛けられた第1のロールと、前記第1のロールに巻き掛けられた前記帯状部材を押す第2のロールと、前記帯状部材の内周側に設けられ、前記第1のロールの駆動方向下流側で前記帯状部材を外周側に押す第1の剥離部材と、前記第1の剥離部材よりも硬度の低い素材で前記第1の剥離部材と一体的に設けられ、前記第1の剥離部材よりも駆動方向下流側で前記帯状部材を外周側に押す第2の剥離部材と、前記帯状部材と接触する前記第1の剥離部材の表面に、前記帯状部材の幅方向にわたって複数設けられた第1の溝と、前記帯状部材と接触する前記第2の剥離部材の表面に、前記帯状部材の幅方向にわたって複数設けられた第2の溝と、前記帯状部材の内周面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、を備え、前記第1の溝の中心から隣接する前記第1の溝の中心までをP1、前記第2の溝の中心から隣接する前記第2の溝の中心までをP2としたとき、P1<P2であることを特徴とする。
請求項2に記載の定着装置は、請求項1に記載の構成において、前記第1の溝および前記第2の溝の深さは20〜100μmであることを特徴とする。
請求項3に記載の定着装置は、請求項1または請求項2に記載の構成に記載の構成において、前記第1の溝および前記第2の溝の、前記帯状部材の駆動方向における幅は7〜13μmであることを特徴とする。
請求項4に記載の画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像をトナー現像しトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写媒体に転写する転写手段と、前記転写媒体上の前記トナー像を定着する請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の定着装置の構成によると、本構成を有していない場合と比較して、帯状部材と剥離部材との摺動抵抗増加を防ぐことができる。
請求項2に記載の定着装置の構成によると、本構成を有していない場合と比較して、画像故障の発生を抑えることができる。
請求項3に記載の定着装置の構成によると、本構成を有していない場合と比較して、より剥離部材の表面で潤滑剤を保持する性能を維持することができる。
請求項4に記載の画像形成装置の構成によると、本構成を有していない場合と比較して、帯状部材と剥離部材との摺動抵抗増加を防ぐことができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
<定着装置>
図1〜図3は、本発明の第1実施形態に係る定着装置50の構造を側面より示す概略構成図である。
図1〜図3に示すように、定着装置50の主要部は、搬送方向に沿って搬送される用紙Pを加熱する、加熱部材として定着ベルト51と、これと対向し外側から加圧する加圧ロール52と、定着ベルト51の内側に設けられ加圧ロール52から定着ベルト51を介して圧力を受ける定着ロール53と、定着ベルト51を押して所定の駆動路上を駆動させると共に、内部に設けられた加熱ユニット60により定着ベルト51を加熱する内部加熱ロール54Aと、外部加熱ロール54Bとにより構成されている。
定着ベルト51は例えばポリイミドに代表される耐熱性樹脂ベルトに耐熱弾性層、離型層を設けることで形成される。例えばフローコートにより形成されたポリイミドベルトに同じくフローコートによってシリコンゴムをコートし、焼成・二次加硫した上で、離型層(PFAチューブ)被覆・焼成する等のような方法で耐熱定着ベルトが形成されてもよい。
加熱ユニット60には、例えば定着ベルト51の外周面に近接して配設され交流磁界を発生させる励磁コイル61が設けられている。加圧ロール52が定着ベルト51を介して定着ロール53に圧接される領域にロールニップ部N1が形成されている。
ロールニップ部N1の下流側には、定着ロール53の表面と定着ベルト51との間に位置し、弾性をもって定着ベルト51を外側に押す剥離パッド80が設けられている。剥離パッド80は、定着ロール53の周面近傍位置に配置された上流側剥離パッド82と、定着ベルト51の駆動方向下流側にて上流側剥離パッド82に密着させて配置された下流側剥離パッド84とで構成されている。
上流側剥離パッド82は、例えばSUSやアルミニウム等の金属や樹脂等で形成され、略円弧形状等の断面をもつブロック部材であり、下流側剥離パッド84は、例えばシリコンゴム等の弾性体で形成され上流側剥離パッド82よりも硬度の低い、略円弧形状等の断面をもつブロック部材である。例として、ポリイミド樹脂溶液中に発泡剤(アゾジカルボンアミド、テトラソニル系等)を添加し、加熱硬化処理(熱イミド化処理)することで形成されてもよい。
ロールニップ部N1の下流側近傍位置において、上流側剥離パッド82と下流側剥離パッド84とが一体となって、定着ロール53の幅方向長さ全域に亘って固定配置されている。また剥離パッド80は、定着ベルト51を介して加圧ロール52を所定の周方向長さに亘って所定の荷重で均一に押すように設置されており、この部分で図3に示す剥離ニップ部N2を形成している。
剥離パッド80により形成される剥離ニップ部N2を通過した定着ベルト51が定着ロール53との間に所定の間隙をもって巻き掛けられる駆動経路を形成する位置に、張架ロール55が剥離パッド80よりも定着ベルト51駆動方向下流側近傍に配置されている。
ロールニップ部N1を形成する定着ロール53は、例えばアルミニウムの芯金(コアロール)の表面に耐熱性樹脂(フッ素樹脂)を被覆して構成されたハードロールであり、定着ロール53には弾性層は被覆されておらず、ロールニップ部N1を形成する他方のロールである加圧ロール52は、弾性層522で被覆されたソフトロールである。
定着ロール53と加圧ロール52との構成により、本実施の形態のロールニップ部N1では、加圧ロール52の表面に設けられた弾性層522が変形することでロールニップ部N1が形成されており、加圧ロール52側がニップ(ロールニップ部N1)を形成するロールとして機能している。
このためロールニップ部N1では、定着ロール53表面の凹み量よりも、加圧ロール52表面がより凹んだ状態(加圧ロール52の凹み量>定着ロール53の凹み量)が形成されることで、定着ベルト51の駆動方向に所定の幅を持ったロールニップ部N1を形成する。
ロールニップ部N1において定着ベルト51が巻き掛けられている側の定着ロール53はハードロールのため変形せず略円筒形状が維持されており、定着ベルト51は定着ロール53表面の円周面に沿って駆動され、駆動経路の半径は略一定となり、ロールニップ部N1を通過する。
また剥離ニップ部N2を形成する剥離パッド80は、断面が略円弧形状に形成され、ロールニップ部N1の下流側近傍にて定着ロール53の幅方向に沿って配置されており、剥離ニップ部N2を通過した後の定着ベルト51は、剥離パッド80の外側面に倣って回動する。このため、定着ベルト51の進行方向は剥離パッド80によって張架ロール55方向に屈曲する。ロールニップ部N1および剥離ニップ部N2を通過した用紙Pは、剥離ニップ部N2を出た時点で定着ベルト51の進行方向の変化に追随せず定着ベルト51の表面から剥離される。
剥離ニップ部N2の下流側の定着ベルト51の回転方向と対向する方向(カウンタ方向)に、定着ベルト51と近接して配置される剥離爪70が設けられている。剥離爪70は、定着ベルト51の表面から剥離した用紙Pの先端をガイドし、搬送方向下流側の排紙通路へ誘導する。
定着ベルト51の内周面側には、潤滑剤塗布部材56が配設されている。潤滑剤塗布部材56は定着ベルト51の内周面に接触し、内周面に潤滑剤を供給する。
潤滑剤塗布部材56により供給される潤滑剤は耐熱性オイル、例えばジメチルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイル、シラノール変性シリコーンオイル、スルホン酸変性シリコーンオイル等のシリコーンオイルやフッ素オイル等の液体状オイル、固形物質と液体とを混合させたグリース等、更には、これらを組み合わせたものを用いてもよい。
上記潤滑剤は剥離パッド80を形成する上流側剥離パッド82、下流側剥離パッド84に対して接触角が25〜30度であり、上流側剥離パッド82、下流側剥離パッド84ともに潤滑剤に対する撥液性(難吸収性)を備えている。
図2、図3は、本発明の第1実施形態に係る剥離パッド80の構造を示す概略構成図である。
図2、図3に示すように、剥離パッド80は定着ロール53の周面近傍位置に配置された上流側剥離パッド82と、定着ベルト51の駆動方向下流側にて上流側剥離パッド82に密着させて配置された下流側剥離パッド84とで構成されている。
上流側剥離パッド82および下流側剥離パッド84が定着ベルト51と接する面を接触面82A、接触面84Aとすると、接触面82A、接触面84Aそれぞれに、定着ロール53の幅方向にわたって溝82Bおよび溝84Bが設けられている。
また溝82Bの周方向(駆動方向)における間隔P1は、溝84Bの、周方向(駆動方向)における間隔P2よりも小さい。すなわち溝82B同士の間隔P1は溝84B同士の間隔P2よりも狭い。
溝82Bおよび溝84Bは、潤滑剤塗布部材56により定着ベルト51の内周面に塗布された潤滑剤を保持し、接触面82Aおよび接触面84Aが定着ベルト51の内周面と接触する際には潤滑剤を介して接触する。
この溝82Bおよび溝84Bの深さと潤滑剤の保持量、および画像ディフェクト(画像故障)発生率の関係を図5に示す。
図5に示すように、接触面82Aおよび接触面84Aにて必要とされる、潤滑剤の最低必要量(下限)を3.3mg/cmとすると、溝82Bおよび溝84Bの深さが、20μm以上の深さであれば潤滑剤の最低必要量である3.3mg/cmを確保する。
また溝82B、溝84Bの深さが100μmを越えると画像ディフェクト(画像故障)の発生が見られる。このため溝82Bおよび溝84Bの深さが、100μm以下の深さであれば画像ディフェクト(画像故障)の発生を回避する。すなわち潤滑剤の保持量、および画像ディフェクト(画像故障)発生率の両者を満足する溝82B、溝84Bの深さは20〜100μmとなる。
また溝82Bおよび溝84Bの幅と間隔に対する潤滑剤の保持量の関係を図6に示す。
図6(B)に示すように、接触面82Aおよび接触面84Aにて必要とされる、潤滑剤の最低必要量(下限)を3.3mg/cmとすると、溝82Bおよび溝84Bの幅(周方向サイズ)が、7〜12μmの範囲であれば潤滑剤の最低必要量である3.3mg/cmを確保する。
さらに図6(C)に示すように、接触面82Aおよび接触面84Aにて必要とされる、潤滑剤の最低必要量(下限)を3.3mg/cmとすると、溝82Bおよび溝84Bの間隔差、すなわち間隔P1と間隔P2の差が0μmより大きければ、すなわち間隔P1よりも間隔P2が大きければ潤滑剤の最低必要量である3.3mg/cmが確保される。上記の3条件、すなわち溝82Bおよび溝84Bの深さ、幅、間隔と潤滑剤の保持量の関係を図7に示す。
<画像形成装置>
図4には、本発明の第2実施形態に係る画像形成装置の概略構成が示されている。
図4に示す画像形成装置1は所謂タンデム型、中間転写型の画像形成装置である。本実施の形態に係る画像形成装置1は、例えば電子写真方式にて各色成分トナー像が形成される複数の画像形成ユニット10(10Y、10M、10C、10K)と、各画像形成ユニット10にて形成された各色成分トナー像を順次転写(一次転写)して表面に保持させる中間転写ベルト20とを備える。さらに中間転写ベルト20上に転写された画像を記録材としての用紙P上に二次転写(一括転写)させる二次転写装置30と、二次転写装置30に供給される用紙Pを収容する用紙トレイ40と、二次転写装置30により用紙P上に転写された画像を用紙P上に定着させる、本発明の第4実施形態に係る定着装置50とを備えている。
各画像形成ユニット10は、感光体ドラム11を帯電する帯電器12と、感光体ドラム11上に静電潜像を書込むレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)とを備える。また、各画像形成ユニット10は、各色成分トナーが収容され感光体ドラム11 上の静電潜像をトナー像として可視像化(トナー現像)する現像器14と、感光体ドラム11上の各色成分トナー像を中間転写ベルト20上に転写する一次転写ロール15とを備える。
更に各画像形成ユニット10は、感光体ドラム11上の残留トナーを除去するクリーナとしてのドラムクリーナ16と、残留トナーが除去された感光体ドラム11の表面を除電する除電器17とを備える。各画像形成ユニット10は、帯電器12、レーザ露光器13、現像器14、一次転写ロール15、ドラムクリーナ16、及び除電器17といった電子写真用デバイスが、図中矢線A方向に回転する像保持体としての感光体ドラム11の周囲に、矢線A方向に沿って順次配設されている。
感光体ドラム11は、金属製の薄肉の円筒形ドラム表面に有機感光層を形成したものからなる。帯電器12は、感光体ドラム11に対して放電を行うことで、感光体ドラム11の表面を帯電させる。レーザ露光器13は、画像信号に応じて露光ビームBmを射出し、感光体ドラム11の表面に露光を行い、帯電器12によって帯電された感光体ドラム11の表面電位を落とすことで、画像情報に応じた静電潜像を形成する。現像器14は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーと、例えば磁性体を半導電性の物質でコートしてなるキャリアとを含む二成分現像剤を内蔵する。現像器14は、これらキャリアおよびトナーを攪拌し互いに摩擦させることでトナーを負極性に帯電させる。帯電されたトナーは、その後、現像スリーブ上を搬送され、現像スリーブに印加される現像バイアスにより感光体ドラム11表面の静電潜像を反転現像する。一次転写ロール15は、例えば発泡ウレタンゴムからなり、所定の抵抗値に調整されている。ドラムクリーナ16は、感光体ドラム11の回転方向(A方向)に対向する方向(所謂ドクター方向)に突出して配置されるブレード部材としてのドラムクリーニングブレード16aを有している。
中間転写ベルト20は、複数の(図11では3つ)支持ロール21〜23に掛け渡され、矢線B方向に循環するようになっている。ここで、支持ロール21は中間転写ベルト20の駆動ロールである。また支持ロール22は中間転写ベルト20の張力を調整するテンションロールであり、支持ロール23は二次転写装置30のバックアップロールである。
中間転写ベルト20は、例えばポリイミドあるいはポリアミド等からなる単層ベルトであり、例えば0.1mm厚に設定される。一次転写ロール15には、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが印加され、感光体ドラム11上のトナー像は中間転写ベルト20に静電吸引される。画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kにおいて各々形成され、中間転写ベルト20に夫々順次静電吸引された各トナー像は、中間転写ベルト20上において重ねトナー像を形成する。
二次転写装置30は、中間転写ベルト20のトナー担持面側に圧接配置される二次転写ロール31と、中間転写ベルト20の裏面側に配置されて二次転写ロール31の対向電極をなすバックアップロール23とを備える。バックアップロール23には、二次転写バイアスを印加する金属製の給電ロール32が接して配置されている。二次転写ロール31にはロールクリーナ33が隣接して配設され、二次転写時に二次転写ロール31に付着したトナー等の付着物が除去される。ロールクリーナ33は、ポリウレタン製のロールクリーニングブレード33aを備え、二次転写ロール31の表面をスクイーズする。
二次転写装置30の、中間転写ベルト20の移動方向下流側には、二次転写後の中間転写ベルト20の表面をクリーニングするベルトクリーナ34が設けられている。ベルトクリーナ34は、中間転写ベルト20の循環方向(B方向)に対向する方向(ドクター方向)に突出して配置されるベルトクリーニングブレード34aを有している。
二次転写装置30の、中間転写ベルト20の移動方向上流側には、各画像形成ユニット10(10Y、10M、10C、10K)における画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)35が配置されている。基準センサ35は、中間転写ベルト20の非画像部に設けられた所定のマーク20aを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部( 図示せず) からの指示により、各画像形成ユニット10(10Y、10M、10C、10K)が画像形成を開始するように構成されている。
用紙トレイ40に収容された用紙Pは給紙ロール41にて所定のタイミングで繰り出され、搬送ロール42及び二次転写装置用搬送シュート43を介して二次転写装置30へと搬送される。二次転写後の用紙Pは定着装置用搬送シュート44を介して定着装置50へと搬送される。
次に、本実施の形態に係る画像形成装置1の画像形成プロセスについて説明する。
ユーザにより図示しないスタートスイッチがオン操作されると、所定の作像プロセスが実行される。例えば画像形成装置1がデジタルカラー複写機として構成されている場合には、まず図示しない原稿台にセットされた原稿から図示しないカラー画像読み取り装置により、カラー画像が信号として読み取られる。次に読み取られた信号は、画像信号処理によって色毎の画像データに変換され、該当する画像形成ユニットのレーザ露光器13に出力される。
レーザ露光器13では、入力された画像データに応じて、例えば半導体レーザ素子から出射される露光ビームBmを変調し、画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kの各々の感光体ドラム11に照射する。画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kの各感光体ドラム11は、帯電器12によって表面が帯電された後、レーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kによって、Y、M、C、Kの各色のトナー像として現像される。画像形成装置1をカラープリンタとして構成する場合には、読み取られた信号に代えて、外部から入力される画像信号に基づいて各色のトナー像作成を行わせる。
各感光体ドラム11上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム11と中間転写ベルト20とが接する一次転写位置において、中間転写ベルト20上に転写される。すなわち一次転写位置において、一次転写ロール15より印加される一次転写バイアスにより、トナー像が感光体ドラム11の表面から中間転写ベルト20の表面へと転写される。中間転写ベルト20の表面に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト20上で重ね合わされ、中間転写ベルト20の循環に伴って二次転写位置へと搬送される。一次転写後の感光体ドラム11の表面は、ドラムクリーナ16によって残留トナーが除去された後、除電器17によって除電される。
用紙Pは所定のタイミングで二次転写装置30へと搬送され、中間転写ベルト20(バックアップロール23)に対して二次転写ロール31が用紙Pを押圧・付勢する。二次転写ロール31とバックアップロール23との間に形成される二次転写電界により中間転写ベルト20の表面に担持された重ねトナー像は用紙Pに二次転写される。トナー像が転写された用紙Pは定着装置50へと搬送され、用紙P表面でトナー像の定着が行われる。二次転写後の中間転写ベルト20の表面に残留する残留トナーは、ベルトクリーナ34によって除去される。
<その他>
以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
例えば上記実施形態では加熱部材としての定着ベルトを例に挙げたが、これに限定せず例えばベルト部材を用紙Pに押圧する柔軟な押圧部材を有する構成であれば、定着ベルト以外のベルト部材の剥離部分(例えば転写ベルトの剥離部分)に本発明を適用することも可能である。
本発明の第1実施形態に係る定着装置の構造を示す側面図である。 本発明の第1実施形態に係る定着装置の構造を示す斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る定着装置の構造を示す拡大側面図である。 本発明の第2実施形態に係る画像形成装置の構造を示す断面図である。 本発明に係る剥離パッドの溝深さと潤滑剤の保持量および画像ディフェクト発生率の関係を示す図である。 本発明に係る剥離パッドの溝幅および溝同士の間隔と潤滑剤の保持量の関係を示す図である。 本発明に係る剥離パッドの溝深さ、溝幅および溝同士の間隔と潤滑剤の保持量の関係を示す表である。
符号の説明
1 画像形成装置
10 画像形成ユニット
11 感光体ドラム
14 現像器
20 中間転写ベルト
30 二次転写装置
40 用紙トレイ
50 定着装置
51 定着ベルト(帯状部材)
52 加圧ロール(第2のロール)
53 定着ロール(第1のロール)
54A 内部加熱ロール
54B 外部加熱ロール
55 張架ロール
56 潤滑剤塗布部材
60 加熱ユニット
70 剥離爪
80 剥離パッド
82 上流側剥離パッド(第1の剥離部材)
82A 接触面
82B 溝(第1の溝)
84 下流側剥離パッド(第2の剥離部材)
84A 接触面
84B 溝(第2の溝)
N1 ロールニップ部
N2 剥離ニップ部
P 用紙
P1 間隔
P2 間隔

Claims (4)

  1. 無端ベルト状の帯状部材と、
    前記帯状部材が巻き掛けられた第1のロールと、
    前記第1のロールに巻き掛けられた前記帯状部材を押す第2のロールと、
    前記帯状部材の内周側に設けられ、前記第1のロールの駆動方向下流側で前記帯状部材を外周側に押す第1の剥離部材と、
    前記第1の剥離部材よりも硬度の低い素材で前記第1の剥離部材と一体的に設けられ、前記第1の剥離部材よりも駆動方向下流側で前記帯状部材を外周側に押す第2の剥離部材と、
    前記帯状部材と接触する前記第1の剥離部材の表面に、前記帯状部材の幅方向にわたって複数設けられた第1の溝と、
    前記帯状部材と接触する前記第2の剥離部材の表面に、前記帯状部材の幅方向にわたって複数設けられた第2の溝と、
    前記帯状部材の内周面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、を備え、
    前記第1の溝の中心から隣接する前記第1の溝の中心までをP1、前記第2の溝の中心から隣接する前記第2の溝の中心までをP2としたとき、P1<P2である定着装置。
  2. 前記第1の溝および前記第2の溝の深さは20〜100μmである請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記第1の溝および前記第2の溝の、前記帯状部材の駆動方向における幅は7〜13μmである請求項1または請求項2に記載の定着装置。
  4. 像保持体と、
    前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
    前記静電潜像をトナー現像しトナー像を形成する現像手段と、
    前記トナー像を転写媒体に転写する転写手段と、
    前記転写媒体上の前記トナー像を定着する請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の定着装置と、
    を備える画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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