JP2022085778A - 定着器 - Google Patents

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充 長谷川
Mitsuru Hasegawa
傑 竹内
Suguru Takeuchi
宏樹 河合
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Abstract

【課題】研磨機構作動中も、ウェブ巻き取り機構の駆動速度が画像形成中の駆動速度と同等だった。研磨機構作動中のクリーニングウェブの無駄な消費を低減させることができる定着器を提供する。【解決手段】定着器20は、未定着トナー像を加熱する第1の回転体21と、第1の回転体を加熱する第2の回転体22と、によってニップ部を形成する回転体対を有し、ニップ部に、未定着トナーを担持した記録材Pを挟持搬送させ、未定着トナー像を記録材に定着させる定着器において、回転体対表面のトナーを回収する回収ローラ62と、回収ローラ表面からトナーを除去するクリーニングウェブ61と、クリーニングウェブを巻き取るウェブ巻き取りローラ65と、を有する清掃機構と回転体対を研磨する研磨ローラ51と、を備え、研磨ローラが回転体対表面を研磨している場合、ウェブ巻き取りローラによるウェブの巻き取りが行われないことを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、記録材上のトナー像を加熱する定着器に関するものである。
画像形成装置は未定着トナーを記録材に定着させる定着器を有している。
定着器は、未定着トナーに熱を与え回転駆動される加熱回転体と、加熱回転体を加圧することで加熱回転体との間にニップ部を形成し回転駆動される加圧回転体と、を備える回転体対を有している。ニップ部に未定着トナーが乗った記録材が搬送されると、加熱回転体の熱と加圧回転体による圧力とが記録材に加えられる。その結果、未定着トナーが記録材に定着される。
特許文献1には画像表面に発生する画像不良の原因であるオフセットトナーを除去する清掃機構に関する技術と、グロスムラを低減する研磨機構に関する技術が開示されている。清掃機構はウェブ巻き取り機構を有している。プリントジョブ中常に、清掃機構は加熱回転体に当接し、一定の速度でウェブの巻き取り機構がウェブを巻き取ることで加熱回転体表面のオフセットトナーを除去していた。研磨機構はプリントジョブが終わった後や、プリントジョブを一時停止させて行われる。
また、特許文献1には、清掃機構と研磨機構との作動機構に関する技術が開示されている。清掃機構は、加熱回転体回転方向において研磨機構よりも上流側に位置する。清掃機構が加熱回転体に当接し、その当接を維持したまま、研磨機構は作動されていた。そのため、加熱回転体表面の研磨は清掃された面に対して行われ、研磨機構作動中は加熱回転体表面にオフセットトナーが付着する恐れがなかった。
特開2013-167663号
しかしながら、研磨機構作動中も、ウェブ巻き取り機構の駆動速度が画像形成中の駆動速度と同等だった。そのため、研磨機構作動中のウェブの消耗が無駄だった。
上記課題を解決するため、本発明に係る定着器は、未定着トナー像を加熱する第1の回転体と、前記第1の回転体を加熱する第2の回転体と、によってニップ部を形成する回転体対を有し、前記ニップ部に、未定着トナーを担持した記録材を挟持搬送させ、未定着トナー像を記録材に定着させる定着器において、前記回転体対表面に当接し従動回転することでトナーを回収する回収ローラと、前記回収ローラに当接し前記回収ローラ表面からトナーを除去するクリーニングウェブと、前記クリーニングウェブを巻き取るウェブ巻き取り機構と、を有する清掃機構と前記回転体対表面に当接可能であり前記定着ローラを研磨する研磨ローラと、を備え、前記研磨ローラが前記回転体対表面を研磨している場合、前記ウェブ巻き取り機構によるウェブの巻き取りが行われないことを特徴とする。
本発明によれば、研磨機構作動時のウェブの消耗の無駄が軽減される。
画像形成装置の構成を示す概略図である。 定着器断面の概略図である。 回転体対と清掃機構と研磨機構と、の制御を示すフローチャートである。 研磨ローラの断面模式図である。 クリーニングユニットと回転体の概略図である。 研磨機構作動時の、加熱回転体と研磨ローラとクリーニングユニットとの配置図である。 本実施例の変形例を示す概略図である。
<画像形成装置>
図1は画像形成装置100の構成を示す概略図である。図1に示すように、画像形成装置100は中間転写ベルト8の移動方向に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4種類の画像形成部が配置されている。まず中間転写ベルト8上にトナー像が形成される過程について、イエローの画像形成部を例にとって説明する。
帯電器2によって回転駆動される感光ドラム1の表面が一様に帯電される(帯電)。その後、感光ドラム1表面に、露光装置3が画像データに応じてレーザーを照射し、感光ドラム1表面上に静電潜像が形成される(露光)。その後、現像装置4がイエロートナーを感光ドラム1に向かって吹き付け、静電潜像上にイエロートナーが付着する(現像)。一次転写ローラ5は、イエロートナーと逆の極性を中間転写ベルト8に印加させる。これにより、感光ドラム1上のイエロートナーは中間転写ベルト8に転写される(一次転写)。なお、転写されずに感光ドラム表面に残ったイエロートナーはトナークリーナー6によってかき取られ、感光ドラム1表面から除去される。この一連のプロセスはマゼンタ、シアン、ブラックでも同様に行われる。4色同様に行われることによって、中間転写ベルト8上にトナー像が形成される。
中間転写ベルト8上のトナー像は、二次転写ローラ対11、12によって形成される二次転写部T2へ搬送される。トナー像の搬送されるタイミングに合わせて記録材Pが記録材カセット14から1枚ずつ取り出されて二次転写部T2へ給送される。すると、中間転写ベルト8上のトナー像が記録材Pに転写される(二次転写)。記録材Pの具体例としては、普通紙、樹脂シート、コート紙、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用シートなどがある。
トナー像が二次転写された記録材Pは、定着装置20へ搬送され、定着装置20で熱及び圧力を受けて定着される(定着)。トナー像が定着された記録材Pは排紙トレイ17へ排出される。
画像形成装置100は、モノクロ画像形成を行うこともできる。モノクロ画像形成時は、ブラックの画像形成部のみ駆動される。
記録材の両面に画像形成を行う、両面印刷について説明する。片面に画像形成された記録材Pは定着装置20から排出された後、フラッパー18によって紙パス15fへ案内される。記録材Pが紙パス15fから反転パス15gに搬送されると、反転パス15g上でスイッチバック搬送される。その後、記録材Pは両面パス15hを通り、紙パス15bに搬送される。このとき記録材Pは裏表反転された状態となる。その後、記録材Pは2次転写部T2に再び搬送され、トナー像が転写されると、定着装置20でトナー像の定着がおこなわれる。そして、両面印刷がおこなわれた記録材Pは排出トレイ17に排出される。
この、帯電から始まり、トナー像が定着された記録材Pが排出トレイ17に排出されるまでのプロセスを画像形成(プリントジョブ)とする。また、画像形成が行われている期間を画像形成中(プリントジョブ中)とする。
<定着器>
図2は、定着器20の断面概略図である。図2を用いて定着器の構成を説明する。
定着装置20は加熱回転体である第一の回転体21と、加圧回転体である第二の回転体22とを有している。これら二つの回転体によってニップ部Nが形成されている。
加熱回転体21は、未定着トナーに熱を与えるハロゲンヒータ21cを有し、ハロゲンヒータが発熱しその熱が、弾性層21bを介して離型層に伝わる。弾性層21bはシリコンゴムでできた層であり、耐熱性に優れている。離型層は厚さ10μm以上60μm以下のフッ素樹脂である。フッ素樹脂である離型層を加熱回転体の表層にコートさせている。離型層表面は、未定着トナー像と接触する面である。そのため、離型層の表面温度は、未定着トナー像が記録材Pに定着されるための温度に調整される必要がある。そこで温度調整回路部105は、離型層の表面温度が、未定着トナー像が記録材Pに定着されるための温度(本実施形態では165℃)に収束されるように、ハロゲンヒータ21cへの電力供給を調整する。
加圧回転体22は加熱回転体21に対して平行に配置されている。加圧回転体22は、ハロゲンヒータ22cと、円筒芯金22aと、弾性層22bを有している。
ハロゲンヒータ22cは発熱し、加圧回転体22を内部から加熱する。
加圧回転体22表面も記録材Pと接触する。そのため、加圧回転体22の表面温度は、未定着トナー像が記録材Pに定着されるための温度に調整される必要がある。そこで、温度調整回路部106は加圧回転体22表面温度が、未定着トナー像が記録材Pに定着されるための温度(本実施形態では140℃)に収束されるように、ハロゲンヒータ22cへの電力供給を調整する。
ハロゲンヒータ22cの外側にアルミニウム製の円筒芯金22aが配置されている。円筒芯金22aの外周面に厚さ1mmの弾性層22bが配置されている。
加圧回転体22は加熱回転体21方向に移動し、加熱回転体21を加圧することで、ニップ部Nを形成している。
ニップ部Nに未定着トナーを担持した記録材Pが挟持搬送されることで、記録材Pに圧力と、ハロゲンヒータ21c、22cの熱とが伝えられ、記録材Pにトナーが定着される。
トナーが定着された記録材Pは、ニップ部Nを通過すると、加熱回転体21と加圧回転体22から分離し、ガイド版25に沿って定着装置20から排出される。
<クリーニングユニット>
図2を用いてクリーニングユニット(清掃機構)60に関して説明を行う。クリーニングユニット60は、加熱回転体21と加圧回転体22によって構成される回転体対表面に付着したオフセットトナーを除去する清掃機構である。
ここでは加熱回転体21表面のオフセットトナーを除去するクリーニングユニット60を例として説明を行う。しかし、回転体対表面のオフセットトナーを除去するクリーニングユニット60であってもよい。つまり、加圧回転体22表面のオフセットトナーを除去するクリーニングユニット60であってもよい。
まずオフセットトナーに関して説明する。オフセットトナーとは記録材Pに定着されずに加圧回転体表面または加圧回転体表面に付着したトナーのことである。
オフセットトナーが除去されず、回転体の回転によりニップ部に搬送される。すると、オフセットトナーが付着した領域が後続の記録材の未定着トナーの定着に使用されると、オフセットトナーが後続の記録材に定着してしまうことがある。その結果、オフセットトナーが定着した部分は画像不良となってしまう。
このような、オフセットトナーによる画像不良を防止するために、クリーニングユニットが設けられている。クリーニングユニットは回収ローラ62と、クリーニングウェブ61とを有している。
回収ローラ62は加熱回転体表面に接触し従動回転される。オフセットトナーは回転体対の熱によって溶解し液状になる。液状のオフセットトナーが、加熱回転体の回転によって回収ローラ62と加熱回転体21とが接触している接触部分に運ばれる。すると、加熱回転体21表面よりも高い親水性を有する金属でできた回収ローラ62にオフセットトナーは回収される。
回収ローラ62に回収されたトナーはクリーニングウェブ61によって回収ローラ62から除去される。不織布等でできたクリーニングウェブ61を介してウェブローラ63が回収ローラ62に当接する。回収ローラ62は加熱回転体21によって従動回転しているため、回収ローラ表面62に付着したトナーはクリーニングウェブ61によって回収ローラ62から除去される。
また、クリーニングユニット60は、ウェブローラ63が加熱回転体21に当接・離間可能となるような当接離間機構を備える。クリーニングウェブ61は消耗品である。一度トナー回収に使用されたクリーニングウェブ61は、ウェブ巻き取りローラ65に巻き取られることで、ウェブ送り出しローラ64から送り出すクリーニングウェブ61が不足すると、新たなクリーニングウェブ61と交換しなければならない。そのため、クリーニングウェブ61が無駄遣いされることをできるだけ防ぎたい。
そこで、加熱回転体21表面に回収ローラ62を接触させ、かつ回収ローラ62とクリーニングウェブ61とを接触させる制御をクリーニングユニットは行っている。
当接離間機構はウェブローラ加圧バネ92及びユニット加圧バネ96、ローラ支持プレート90、着脱カム91を備える。付勢部材としてのウェブローラ加圧バネ92及びユニット加圧バネ96は、ウェブローラ63を加圧回転体21に接触させる。このように、定着装置制御部101が着脱カム91の回動角を制御することで、ウェブローラ63が回収ローラ62に接触または、回収ローラ62から離間させることができる。
ウェブローラ63が回収ローラ62に当接・離間可能な当接離間機構を本実施形では用いているが、図6cに示すようにクリーニングユニット60が加熱回転体21から離間する構成を取っても構わない。
<クリーニングウェブ送り出し機構>
クリーニングユニット60はウェブ送り出しローラ64とウェブ巻き取りローラ65とを有している。クリーニングウェブ61と回収ローラ62とが接触し、かつ回収ローラ62と加熱回転体21とが接触している場合、ウェブ巻き取りローラ65が毎秒0.2mm程度クリーニングウェブ61を矢印B方向に巻き取っている。この毎秒0.2mmというウェブ巻き取りローラ65の駆動速度は、クリーニングウェブ61の長尺方向においてクリーニングウェブ61が巻き取られる長さをプリントジョブ中の時間で割ったものである。
これにより、ウェブ送り出しローラ64からクリーニングウェブ61が送り出され、クリーニングウェブ61と回収ローラ62との接触部を異ならせている。
このように加熱回転体21表面のオフセットトナーが除去され、後続の記録紙にオフセットトナーが定着されることを防止している。
<研磨機構>
図2及び図4を用いて研磨機構に関して説明を行う。
ここでは、クリーニングユニット60同様に、加熱回転体21表面を研磨する研磨機構を例として説明する。しかし、これに限らず、回転体対表面を研磨する研磨機構であってもよい。つまり、加圧回転体22表面を研磨する研磨機構であってもよい(図9)。
画像表面のグロスムラの原因の一つとして、加熱回転体表面に発生する紙コバ傷によるものが挙げられる。紙コバ傷とは、記録材の切れ端部分(コバ部)によって加熱回転体表面につく傷のことである。記録材Pに未定着トナーの定着する際に、コバ部と接触する加熱回転体の部分(コバ部接触部)は、コバ部と接触しない部分(コバ部非接触部)よりも大きなストレスがかかる。つまり、コバ部接触部がコバ部非接触部に比べてへこんでしまう。具体的には、コバ部接触部は表面粗さRzが0.5μm~2.0μm程度になり、コバ部非接触部の表面粗さRzは0.1μm~0.3μm程度になる。このように紙のコバによって、加熱回転体表面に生じた凹みを紙コバ傷と呼んでいる。
未定着トナーを記録材Pに定着させる際、定着装置20は記録材Pに圧力及び熱を加える。このとき、加熱回転体21の表面状態が定着後の画像表面の光沢に反映される。加熱回転体21表面に凹凸が存在すると、その凹凸の状態が画像表面の光沢に反映されてしまうので、結果、画像表面上に光沢ムラ(グロスムラ)が生じてしまう。
したがって、加熱回転体表面に紙コバ傷がついた状態で未定着トナーが記録材Pに定着されると、画像表面上に直線が引かれたようなグロスムラが生じてしまう。
そこで、本実施形態の定着器20は紙コバ傷を防ぐための研磨機構を備えている。研磨機構は加熱回転体21の回転方向に沿ってクリーニングユニット60よりも下流側に配置される。研磨機構は研磨性能を備える研磨ローラ51を有している。図4は研磨ローラの概略図である。研磨ローラは加熱回転体21表面を研磨する。ここでいう研磨とは、加熱回転体21表面の表面粗さRzが0.5μm以上2.0μm以下になるように摺擦傷をつけることである。
研磨ローラ51は、SUS304(ステンレススチール)の芯金51a上に接着層51bを介して、摺擦材51Aとしての砥粒を密に接着して形成した摺擦層51cを設けたものである。
砥粒51Aの大きさは5μm以上20μm以下であることが望ましい。また、摺擦層51cの厚さは5μm以上20μm以下であることが望ましい。
研磨ローラは加熱回転体表面に当接離間可能である。いかにその詳細な説明を記載する。研磨ローラの芯金51aの長手方向両端部を支持する支持部材52によって、研磨ローラ51は回転自在に支持される。支持部材52は当接離間機構53よって昇降動作が制御されている。プリントジョブ中、研磨ローラが加熱回転体から離間するように当接離間機構53は支持部材52を図2の矢印(離)方向に持ち上げる。プリントジョブ中以外で、加熱回転体21表面の研磨が必要な場合、当接離間機構53は支持部材52を図2の矢印(接)方向に下げて、研磨ローラ51が加熱回転体に当接される。
研磨ローラは支持部材52と当接離間機構53とを介して不図示の駆動モータに接続されている。そのため研磨ローラは回転駆動される。研磨ローラの回転方向は加熱回転体と順方向、逆方向のいずれかになるように回転される。しかし、加熱回転体21の回転速度と研磨ローラの回転速度には周速差が設けられる。
このように、研磨ローラ51を加熱回転体21に当接させ、研磨ローラを回転駆動させることによって、加熱回転体21表面を研磨する。研磨した結果、加熱回転体21の表面粗さRzが0.5μm以上2.0μm以下にすることで、研磨機構は画像表面上に生じるグロスムラを目立たなくする。
研磨ローラ51が加熱回転体21に当接して、研磨ローラ51が回転駆動されることで加熱回転体21表面を研磨し、研磨完了の後、研磨ローラ51が加熱回転体21から離間するまでの期間を研磨機構作動中とする。ここでいう研磨完了とは、研磨ローラ51が加熱回転体21もしくは加圧回転体22表面を研磨することで、加熱回転体21もしくは加圧回転体22の表面粗さRzが0.5μm以上2.0μm以下になることである。
<リフレッシュローラ当接中のクリーニングウェブ当接離間制御>
プリントジョブ中はオフセットトナーが発生する恐れがある。そのため、クリーニングユニット60が作動し、加熱回転体21表面のオフセットトナーを除去していた。
研磨機構の作動は、プリントジョブ中には行われない。それは、研磨ローラが加熱回転体21表面を研磨することで加熱回転体21が振動し、その振動がニップ部Nに伝わると、画像不良が発生してしまう恐れがあるためである。研磨機構の作動はプリントジョブ中以外で行われる。
クリーニングユニット60は、加熱回転体21の回転方向において研磨機構よりも上流側に位置する。クリーニングユニットが加熱回転体21に当接し、その当接を維持したまま、研磨機構は作動されていた。そのため、加熱回転体21表面の研磨は、クリーニングが行われた面に対して行われ、研磨機構作動中は加熱回転体21表面にオフセットトナーが付着する恐れがなかった。
それにも関わらず、研磨機構作動中、ウェブ巻き取りローラ65はプリントジョブ中同様の巻き取り速度(毎秒0.2mm)でウェブを巻き取っていた。そのため、研磨機構作動中のウェブの消耗が無駄だった。
<実施例1>
そこで本発明の実施形態では、研磨機構作動中、ウェブ巻き取りローラ65の駆動を止めることによって、研磨機構作動中のウェブの消費を低減させる。以下にその詳細な説明を記載する。
研磨機構はプリントジョブ中以外で行われる。所定時間以上連続してプリントジョブが行われた際にプリントジョブを一時停止させて行う。
図6aは研磨機構作動中の研磨ローラ51と回収ローラ62とクリーニングウェブ61と加熱回転体21との配置を表す図である。研磨機構作動ジョブが開始されると、ウェブ巻き取りローラ65の駆動が停止される。その後、研磨ローラ51が加熱回転体21に当接する。そして、研磨ローラ51が回転駆動され、加熱回転体21の表面が研磨される。
クリーニングウェブ61が回収ローラ62から離間してから研磨ローラ51が加熱回転体21に当接し、研磨ローラ51が回転駆動され、加熱回転体21の表面が研磨される構成であってもよい(図6b)。
回収ローラ62が加熱回転体21から離間して研磨ローラ51が加熱回転体21に当接し、研磨ローラ51が回転駆動され、加熱回転体21の表面が研磨される構成であってもよい(図6c)。
クリーニングウェブ61と回収ローラ62とが長時間摺擦することによって、クリーニングウェブ61が破れてしまう虞がある。図6b、cに示すように、クリーニングウェブ61が回収ローラ62から離間する構成、または回収ローラ62が加熱回転体21から離間する構成をとることによって、クリーニングウェブ61が回収ローラ62の従動回転により摺擦されない。それにより、研磨機構作動中にクリーニングウェブ61が破れる虞を低減できる。
<実施例2>
また、別の実施例として、研磨機構作動中、ウェブ巻き取りローラの駆動を本実施形態の毎秒0.2mmよりも遅くしてもよい。
以下にその詳細な説明を記載する。
研磨ローラ51が加熱回転体21に当接する。そして、研磨ローラ51が回転駆動され、加熱回転体21の表面が研磨される。
この研磨機構作動中のウェブ巻き取り速度を、プリントジョブ中のウェブ巻き取り速度の半分以下にすることで、研磨機構作動中のクリーニングウェブ61の無駄な消費を抑えることができる。
プリント中のウェブ巻き取り速度と、研磨機構作動中のウェブ巻き取り速度について具体的に説明する。プリントジョブ中のウェブ巻き取り速度は、毎秒0.2mmである。それに対し、研磨機構作動ジョブ開始後のウェブ巻き取りローラ65の駆動速度は毎秒0.1mm以下とする。駆動速度は、クリーニングウェブ61の長尺方向においてクリーニングウェブ61が巻き取られた長さを研磨機構作動中の時間で割ったものである。
<変形例>
変形例として図9に示されるように、クリーニングユニット60と研磨機構とが、加圧回転体側に配置されてもよい。
クリーニングユニット60が加圧回転体22表面のオフセットトナーを除去し、研磨機構が加圧回転体22表面を研磨する構成であって、それ以外は実施例1と実施例2に記載した内容と同一である。そのため、説明を省略する。
21 加熱回転体
22 加圧回転体
51 研磨ローラ
51a 芯金
51b 接着層
51c 摺擦層
60 クリーニングユニット
61 クリーニングウェブ
62 回収ローラ
63 ウェブローラ
64 ウェブ送り出しローラ
65 ウェブ巻き取りローラ

Claims (4)

  1. 未定着トナー像を加熱する第1の回転体と、前記第1の回転体を加熱する第2の回転体と、によってニップ部を形成する回転体対を有し、
    前記ニップ部に、未定着トナーを担持した記録材を挟持搬送させ、未定着トナー像を記録材に定着させる定着器において、
    前記回転体対表面に当接し従動回転することでトナーを回収する回収ローラと、前記回収ローラに当接し前記回収ローラ表面からトナーを除去するクリーニングウェブと、前記クリーニングウェブを巻き取るウェブ巻き取り機構と、を有する清掃機構と
    前記回転体対表面に当接離間可能であり前記回転体対を研磨する研磨ローラと、を備え、
    前記ウェブ巻き取り機構は、前記研磨ローラが前記回転体対表面を研磨している場合、前記クリーニングウェブの巻き取りを行わない
    ことを特徴とする定着器。
  2. 未定着トナー像を加熱する第1の回転体と、前記第1の回転体を加熱する第2の回転体と、によってニップ部を形成する回転体対を有し、
    前記ニップ部に、未定着トナーを担持した記録材を挟持搬送させ、未定着トナー像を記録材に定着させる定着器において、
    前記回転体対表面に当接し従動回転することでトナーを回収する回収ローラと、前記回収ローラに当接し前記回収ローラ表面からトナーを除去するウェブと、前記ウェブを巻き取るウェブ巻き取り機構と、を有する清掃機構と
    前記回転体対表面に当接離間可能であり前記回転体対を研磨する研磨ローラと、を備え、
    前記ウェブ巻き取り機構は、前記研磨ローラが前記回転体対表面を研磨している場合、画像形成中のクリーニングウェブ巻き取り速度より低い速度でクリーニングウェブを巻き取る
    ことを特徴とする定着器。
  3. 前記研磨機構が前記回転体対表面を研磨している場合、前記清掃機構は回転体対表面から離間していることを特徴とする
    請求項1に記載の定着器。
  4. 前記研磨機構が前記回転体対表面を研磨している場合、前記ウェブは前記回収ローラから離間していることを特徴とする
    請求項1に記載の定着器。
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