JP4396784B2 - 剥離装置およびそれを用いた定着装置、画像形成装置 - Google Patents
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Description
(1)定着ロール表面のシリコーンゴムの弾性層が摩耗したり、離型性が劣化したり、オイルが定着ロール内部に染み込んで弾性層を劣化させたりなどの原因により、定着ロールの信頼性を低下させることがある。
(2)定期的にオイルの補給を行わなければならず、メインテナンス性に劣り、オイル過多、オイル筋の発生による画像欠陥などが生じやすく、複写機・プリンターの信頼性を低下させる。
(3)定着後の用紙表面にオイルが残りやすく、ボールペンやインクによる加筆性を低下させやすい。
すなわち本発明は、周動する回転体の表面に貼り付いた状態で搬送されるシート状の記録媒体を、前記回転体から剥離する剥離装置であって、
前記回転体表面が周動方向に曲線を描いて進行する領域、またはその下流に、前記回転体表面に一辺が近接し、かつ、前記回転体の周動方向に(寝かせられた状態で)配される剥離案内板と、
前記回転体表面とそれに対向する前記剥離案内板表面とに挟まれた領域から、前記回転体表面とそれに近接する前記剥離案内板の一辺との間隙に向けて、パルス状の圧搾気体を吐出する気体吐出手段と、
から構成され、
前記気体吐出手段が、圧搾気体を吐出するノズルを、前記回転体表面とそれに対向する前記剥離案内板表面とに挟まれた領域であって、前記回転体の周動方向に対して垂直方向に、複数配してなり、
前記回転体の周動に伴い搬送されてきた前記記録媒体のスキュー量を割り出し、そのスキュー量に応じて、前記複数のノズルそれぞれからの前記圧搾気体の吐出タイミングを制御することを特徴とする剥離装置である。
前記ニップ部を通過した後、前記トナー画像を構成する溶融状態となったトナーにより前記加熱回転体の表面に貼り付いた状態で搬送される記録媒体を、前記加熱回転体から剥離する剥離装置を備え、かつ、該剥離装置が上記本発明の剥離装置であることを特徴とする。
前記定着手段が、上記本発明の定着装置であることを特徴とする。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態である剥離装置を採用した定着装置の模式断面図である。本実施形態の剥離装置は、上記本発明と参考発明とを適切に組み合わせた態様のものであり、定着装置としては、2ロール方式のものである。
Silicone Rubber)ゴムが用いられている。また、表面層4としてはPFA(テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)チューブが用いられている。なお、本実施形態において、定着ロール1の外径は、65mmφである。
また、定着ロールとしては、弾性層のない、いわゆるハードロールを用いてもよい。
なお、本発明における剥離案内板には、本実施形態における剥離案内板7のように、断面形状が完全には長方形とならない、厳密には平板状でない形状のものが含まれる。
なお、以下の工程はあくまでも代表例として示すものであり、本発明は、本実施形態の工程に限定されるものではない。
本発明の剥離装置は、以上のような作用により、極めて良好な剥離性能を発揮する。
剥離ポイントSで剥離した用紙Pの最先端部は、剥離案内板7の先端Gに乗り上げる。図8は、その状態を示したものである。用紙Pの最先端部近傍は、定着ロール1表面の剥離ポイントSにおける接線Eと略同じ軌跡を辿って搬送されている。接線Eと用紙Pの搬送の軌跡とが近いほど、用紙Pの剥離に自身のコシを最大限活用することができるため、圧搾気体の圧力、パルス幅を抑制することができ、また用紙Pをスムーズに剥離させることができることになる。
したがって、ベストモードとしては、用紙Pが接線Eと略同じ軌跡を辿って搬送される、接線Eと剥離案内板7の表面8aとが重なる状態である。
本実施形態においては、エアーノズル10a−1,10a−2,10a−3は、剥離案内板7と定着ロール1との間に独立して設けられているが、第1の本発明においては、回転体表面とそれに対向する剥離案内板表面とに挟まれた領域から、前記回転体表面とそれに近接する前記剥離案内板の一辺との間隙に向けて、パルス状の圧搾気体を吐出し得る構成であれば足り、配される位置は限定されず(例えば、よりエアーノズル10a−1,10a−2,10a−3が後退した場所に位置する態様が挙げられる。)、また剥離案内板がノズルを兼ねる構成であっても一向に差し支えない(例えば、剥離案内板7の裏面8bから、定着ロール1表面と剥離案内板7の先端との間隙を狙うように開口部が向けられたノズルが突出した態様が挙げられる。)。
吐出時間が0.1secを超えると、一回の吐出で非常に多くの気体が放出され、高速の連続通紙対応が困難になり汎用性に欠ける懸念がある。さらに、エアーポンプ10dとして、大きな気体供給能力を有する大型ポンプが必要となり、気体溜め10cとして、大容量のACCUMULATORが必要となり、装置の大型化が顕在化し、コストも高くなることから現実的でなくなる可能性がある。
一方、吐出時間が0.01sec未満であると、電磁弁10b−1,10b−2,10b−3の開閉応答性が悪くなり、弁開閉タイミングのばらつきが大きくなるので信頼性に欠ける可能性がある。
なお、圧搾気体として用いる気体としては、特に制限はないが、一般的には大気中の空気がそのまま用いられる。
剥離案内板7の温度の制御方法は、特に制限は無く、例えば剥離案内板7を加熱するヒータを別途配設したり、定着ロール1の余熱を利用したり、等の態様が挙げられる。
・気体溜め(ACCUMULATOR)10cの容量:T(ml)
・気体溜め10cの設定空気圧力:P1(MPa)
・大気圧:P0(MPa)
・電磁弁10b−1,10b−2,10b−3のオリフィス径:a(mm)
・圧搾空気の吐出時間(電磁弁の開放時間):t(sec)
・エアーノズルの個数:n(個)
・圧搾空気一回の総吐出量:A(cc)
A=Δp×T/P0(ml) ・・・(i)
エアーノズル1個あたりではA/n(ml)だけ吐出される。
上記式(ii)において、左辺は、1の用紙と次の用紙との間の圧搾空気の吐出が行われていない間に、気体溜め10cにエアーポンプ10dから供給することが可能な最大の空気量である。
A=0.04×200/0.101
およそ79mlであり、ノズル1個当たりおよそ26mlになる。
(L+α)×S/v=(210+30)×130/350
およそ89mlとなり、上記式(ii)を満たす。
k=(A/n)/{(πa2)・t/4}=4A/(nπa2t) ・・・(iii)
上記例においては、
k=4×(79×10-6)/{3×π×(1.5×10-3)2×0.025}≒600
となり、平均流速kは約600m/secに及ぶ。
図9は、本発明の第2の実施形態である剥離装置を採用した定着装置の模式断面図である。本実施形態の剥離装置は、上記本発明と参考発明とを適切に組み合わせた態様のものであり、定着装置としては、ロール−ベルトニップ方式のものである。本実施形態は、上記第1の実施形態と定着装置の構成が異なるほかは、第1の実施形態と同一の構成であるため、図9において、第1の実施形態と同一の機能を示す部材には図1と同一の符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
加圧回転体16は、リードロール18、圧力ロール19および張架ロール20の3本のロールにより張架されたエンドレスベルト21と、これを介して定着ロール1に押圧される圧力パッド(圧力部材)17とで主要部が構成されている。
トナー画像Tが表面に形成された用紙Pは、図9における左側からニップ部に向けて(矢印C方向)搬送されてくる。ニップ部に挿通させられた用紙P表面のトナー画像Tは、ニップ部に作用する圧力と、ヒータ2により定着ロール1を通じて与えられる熱と、により定着させられる。本実施形態の定着装置により定着を行えば、ニップ部を広く採ることができるため、安定した定着性能を確保することができる。
剥離装置7,10の具体的な構成、好ましい態様、変形例等については、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
回転体25表面に密着した状態で矢印Q方向に搬送された記録媒体Paは、回転体25が周動方向に直線状に進行しているため、記録媒体Paの最先端部には、自身のコシによる剥離力が作用しない。
その後、再び回転体25が周動方向に直線状に進行する状態になり、当該位置において回転体25に密着した状態の記録媒体Peについては、自身のコシによる剥離力の作用は生じなくなる。
なお、定着装置以外の構成は、従来公知のいずれの構成であっても、本発明の目的に反しない限り用いることができる。さらに、定着装置以外の構成要素に、本発明の剥離装置を適用しても勿論構わない。
図11は、本発明の剥離装置を転写ドラムから転写媒体を剥離する手段として採用した画像形成装置の例を示す第3の実施形態の模式断面図である。本実施形態の剥離装置は、上記本発明と参考発明とを適切に組み合わせた態様のものであり、第1の実施形態と同様のものである。
以上の操作が、残りのマゼンタ色、シアン色およびブラック色についても順次行われ、用紙P表面には4色のトナー画像が積層され、未定着のフルカラートナー画像が形成される。
<実施例1>
第1の実施形態の構成の定着装置を用いて、用紙剥離性および画質の評価試験を行った。ニップ部Nを通過した後の用紙P表面の溶融トナーが、定着ロール1に対して付着している状態から用紙Pを剥がす剥離力が大きい条件において評価を実施した。
具体的な諸元を、以下に示す。
・定着ロール1の構成:白黒定着用ハードロール(直径40mmのアルミニウムコアに厚さ20μmのPFAチューブを被覆したフッ素系樹脂コートハードロール。)、および、カラー定着用ソフトロール(外径62mm、内径55mm、長さ350mmの円筒状に形成されたアルミニウムコアに、シリコーンLSR(Liquid Silicone Rubber)ゴム(JIS−Aのゴム硬度:35度)が2mmの厚さに被覆されているとともに、弾性体層の表面には、さらに表面層としてPFAチューブが30μmの厚さで形成されたロール。)の2種類
・定着ロール1の表面温度:160℃に制御
・定着ロール1−加圧ロール6間のニップ圧:490〜686N(50〜70kgf))
・用紙P(記録媒体):ともにA4サイズの、富士ゼロックス製S紙(坪量56g/m2、代表的な普通紙)および富士ゼロックス製OKトップコート紙(坪量64g/m2、坪量の小さい腰のない紙)を選択し、搬送方向は、図15に示すように横送り(Long Edge Feed)とした。
・未定着のトナー画像T:イエロー、マゼンタおよびシアンの3色からなるプロセスブラックのベタ画像を用紙Pの略全幅にわたり静電転写させたもの。トナー量は、13g/m2と15g/m2のもの(本発明のみ25g/m2でも実施)を、各水準ごとに双方とも20枚用意し、全て定着した。2種類のトナー量による試験全体を通して、後述の評価を行った。用紙先端部の余白は、図12に示すように、3mmまたは5mmの2水準とした。なお、未定着の白黒トナー画像は、単色ブラックのベタ画像0.7g/m2を静電転写させている。
・エアーポンプ10d:市販の空気供給能力8リットル/minのポンプ
・気体溜め10c:タンク容量200ccのACCUMULATOR
・エアーノズル数:3個
・電磁弁のオリフィス径:1.5mm
・圧搾気体:空気を用い、圧力0.3MPa、吐出時間0.025secとした。
・圧搾気体の吐出タイミング:事前に圧搾気体の吐出実験を行い、適切な状態に設定
・剥離案内板7は、図4に示されるように凸部を3個有する形状のA4横幅の長さに適応する異形先端形状のものを採用した。具体的な寸法は、長手方向の長さ392mm、図4(b)における辺8aおよび8bの長さ32mm並びに8cの長さ5mm、凸部7aの幅36mm、凹部7bの表面8a側の曲率半径約50mm並びに裏面8b側の曲率半径60mmである。
・剥離案内板7の材質:ステンレス鋼
・定着ロール1表面における剥離ポイントSの接線Eに対する表面8aの為す角θ(図8参照):5°
・剥離案内板7先端と定着ロール1表面とのギャップ:0.3mm
・剥離案内板7の設置位置:適切に調整(ニップ部N出口から4〜15mm)
○:良好。
△:ジャムが発生する場合がある。
×:ジャムが発生する。
○:凝視しても欠陥が全く見当たらない。
△:凝視すれば微小の欠陥がある。
×:目視でわかる欠陥が発生する場合がある。
実施例1の定着装置から剥離装置7,10を取り外し、代わりに剥離爪(具ポリイミド,ポリフェニレンサルファイトなどの耐熱性樹脂を成型し、その先端を鋭利な形状に仕上げた従来使用されている剥離爪。このような剥離爪がバネを用いて定着ロール1の表面に押し当てられるように設置される。剥離爪の定着ロール表面に接する端縁の幅は2mm程度であり、そのような幅の狭い剥離爪が定着ロールの軸方向に5〜6個程度配置される。)を、定着ロール1表面に当接させて取り付けたものを用いて、実施例1と同様に評価試験を行った。結果を下記表1にまとめて示す。
実施例1の定着装置から剥離装置7,10を取り外し、代わりにプラスチック製剥離シート(従来使用されている剥離シートは、厚さ0.05mm以上、曲げ弾性率103kg/cm2以上、融点150℃以上のプラスチックシートが用いられ、その鋭利な端縁が定着ロールの軸方向の表面全体に均等に接触するように配備される(特開昭59−188681号公報に記載のもの)。)を、定着ロール1表面に当接させて取り付けたものを用いて、実施例1と同様に評価試験を行った。結果を下記表1にまとめて示す。
表1に示すように、比較例1および2の剥離方式では、定着ロール1が白黒定着用ハードロールである場合には、何とか用紙剥離性を確保することができ、良好な画質も達成し得るが、カラー定着用ソフトロールである場合には、剥離性能が十分でなく、ジャムが発生しやすく、特に用紙Pの搬送方向先端部近傍までトナー画像が形成されている、用紙P先端部余白3mmの条件では、全てジャムとなってしまい、画像そのものを得ることができなかった。
本実施例では、実施例1において用いた富士ゼロックス製OKトップコート紙を湿度90%の状態で24時間以上吸湿させたものを用紙Pとして用いた。これは、すなわち坪量が小さいコシのない紙ほど、さらには表面性が滑らかな紙(例えばコート紙)ほど剥離しにくく、当該用紙は元々剥離が困難であるが、用紙が吸湿した状態であればなお剥離し難い。すなわち、本実施例では、用紙を剥離するのに最も厳しい条件を与えて、調査を行おうとするものである。
その他、以下の各条件を変動させ、他の条件は実施例1と同一で、定着の評価試験を行った。
・未定着のトナー画像Tのトナー量:15g/m2のみ。
・用紙先端部の余白:3mmのみ。
・定着ロール1の回転速度(プロセススピード):100〜350mm/sの間で適宜変位(下記表2に示す通り)。
・圧搾気体:空気を用い、圧力0.05〜0.55MPa、吐出時間0.01〜0.05secの間で適宜変位(下記表2に示す通り)。
・剥離案内板7先端と定着ロール1表面とのギャップ:0.1〜1.0mmの間で変位。
表2に示すように、圧搾空気を利用する本発明の剥離装置を用いた実施例2においては、このような最悪な条件下においても、良好な剥離性能を示し、良好な画質の記録画像を得ることができたことがわかる。ただし、圧搾空気の圧力が高過ぎたり低過ぎたりすると、画質や剥離案内板による剥離性能に若干の低下傾向が見られ、本例においては、0.1〜0.3MPaが最適な範囲であることがわかる。なお、高速化を企図する観点から、本実施例においてプロセススピードは、原則200mm/sec以上のみ試験を行った。ただし、0.5MPaでは、エアーポンプ10dをより大型化しなければ対応し切れないため、200mm/sec以下のみ試験を行った。この点からも、圧搾空気の圧力が高過ぎると、装置の大型化、高コスト化に繋がることがわかる。
実施例1において、定着ロールの弾性体層であるシリコーンLSR(Liquid Silicone Rubber)ゴムを、ゴム硬度を25度のものに代えたこと以外は、実施例1と同様の定着装置(剥離装置を含む)の条件で、定着および剥離を行い、剥離性能および画質の評価試験を行った。なお、用紙Pとして、実施例2で用いたものと同じ、吸湿させた富士ゼロックス製OKトップコート紙についても試験を行った。結果を下記表3に示す。
実施例3において、気体吐出装置10を作動させず、圧搾空気を吐出させなかったこと以外は、実施例3と同様の定着装置(剥離装置を含む)の条件で、定着および剥離を行い、剥離性能および画質の評価試験を行った。結果を下記表3に示す。
実施例3において、剥離案内板7の形状を、図4に示される形状から凹部7bを突出させ、凸部7aと先端が揃い、先端が直線状となっている(長手方向の断面は、どこをとっても図4(b)における辺8a、8bおよび8cからなる鋭角を有する三角形となる)こと以外は、実施例3と同様の定着装置(剥離装置を含む)の条件で、定着および剥離を行い、剥離性能および画質の評価試験を行った。結果を下記表3に示す。
剥離爪が取り付けられた比較例1の定着装置を用いて、実施例3と同様の定着装置(剥離装置を含む)の条件で、定着および剥離を行い、剥離性能および画質の評価試験を行った。結果を下記表3に示す。
プラスチック製剥離シートが取り付けられた比較例2の定着装置を用いて、実施例3と同様の定着装置(剥離装置を含む)の条件で、定着および剥離を行い、剥離性能および画質の評価試験を行った。結果を下記表3に示す。
表3に示すように、参考発明の異形先端形状の剥離案内板のみを用い、圧搾空気を利用しなかった比較例3は、用紙Pの搬送方向先端部近傍までトナー画像が形成されていたり、そのトナー量が極めて過多であったり、用紙Pがコート紙さらには吸湿紙であったり等、特に厳しい条件の場合にジャムが発生し、剥離性能が十分でないことがわかる。
6:加圧ロール、 7、22:剥離案内板、 7a、22a:凸部、 7b、22b:凹部、 8a、23a:表面、 8b、23b:裏面、 8c、23c:端縁面、 10:気体吐出装置、 10a:エアーノズル、 10b:電磁弁、 10c:気体溜め、 10d:エアーポンプ、 10e:連結配管、 10f:エアーパルスコントローラー、 10g:レギュレーター、 11:排出ガイド、 12:排出ロール、 16:加圧回転体、 17:圧力パッド、 18:リードロール、 19:圧力ロール、 20:張架ロール、 21:エンドレスベルト、 25:回転体、 26:ロール、 30:ロータリー現像器、 31:感光体、 32:クリーニング装置、 33:帯電器、 34:露光装置、
35:転写ドラム、 36:給紙ガイド、 37:帯電器、 38:剥離除電器、 39:定着装置、 40:転写装置、 41:搬送ガイド、 42:除電器、 E:接線(直線)、 G:先端、 N:ニップ部、 P:用紙(記録媒体)、 Pa〜Pe:記録媒体、 S:剥離ポイント、 T:トナー画像、 X:初期気流、 Y:ギャップ通過気流
Claims (8)
- 周動する回転体の表面に貼り付いた状態で搬送されるシート状の記録媒体を、前記回転体から剥離する剥離装置であって、
前記回転体表面が周動方向に曲線を描いて進行する領域、またはその下流に、前記回転体表面に一辺が近接し、かつ、前記回転体の周動方向に配される剥離案内板と、
前記回転体表面とそれに対向する前記剥離案内板表面とに挟まれた領域から、前記回転体表面とそれに近接する前記剥離案内板の一辺との間隙に向けて、パルス状の圧搾気体を吐出する気体吐出手段と、
から構成され、
前記気体吐出手段が、圧搾気体を吐出するノズルを、前記回転体表面とそれに対向する前記剥離案内板表面とに挟まれた領域であって、前記回転体の周動方向に対して垂直方向に、複数配してなり、
前記回転体の周動に伴い搬送されてきた前記記録媒体のスキュー量を割り出し、そのスキュー量に応じて、前記複数のノズルそれぞれからの前記圧搾気体の吐出タイミングを制御することを特徴とする剥離装置。 - 前記回転体の周動に伴い搬送されてきた前記記録媒体の搬送方向最先端部が、前記剥離案内板の配された位置に接近した時に、当該最先端部に圧搾気体が当たるように、前記気体吐出手段により圧搾気体が吐出されることを特徴とする請求項1に記載の剥離装置。
- 圧搾気体により前記回転体表面から剥離した前記記録媒体の搬送方向最先端部が、前記剥離案内板の前記回転体表面に近接する一辺に乗り上げた状態となるに十分な程度の圧搾気体のみを吐出するように、前記気体吐出手段が制御され、前記記録媒体における搬送方向の最先端部に続く部位は、前記回転体の周動による搬送に伴って、前記剥離案内板の前記回転体表面に近接する一辺に漸次乗り上げ、前記剥離案内板の前記回転体表面に対向する面の背面を前記記録媒体表面が摺擦移動することで、漸次前記回転体表面から剥離され、最終的に前記記録媒体全面が剥離するように構成されることを特徴とする請求項2に記載の剥離装置。
- 前記剥離案内板の前記回転体表面に近接する一辺における、前記ノズルが吐出する個々の圧搾気体の進行方向中心に対向する部位ないしその近傍が、前記回転体表面に向けて突出した形状を有することを特徴とする請求項1に記載の剥離装置。
- 少なくとも、表面が加熱されて周動する加熱回転体と、該加熱回転体の表面に当接しニップ部を形成する加圧回転体とを備え、表面に未定着のトナーからなるトナー画像が形成されたシート状の記録媒体を、前記トナー画像が形成された面が前記加熱回転体の表面に当接するように、前記ニップ部に挿通することで、前記トナー画像を定着する定着装置であって、
前記ニップ部を通過した後、前記トナー画像を構成する溶融状態となったトナーにより前記加熱回転体の表面に貼り付いた状態で搬送される記録媒体を、前記加熱回転体から剥離する剥離装置を備え、かつ、該剥離装置が請求項1〜4のいずれか1に記載の剥離装置であることを特徴とする定着装置。 - 前記加熱回転体が、ロール状またはエンドレスベルト状であることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
- 前記加圧回転体が、ロール状またはエンドレスベルト状であることを特徴とする請求項5または6に記載の定着装置。
- 少なくとも、電子写真方式によりシート状の記録媒体表面に未定着のトナー画像を形成するトナー画像形成手段と、前記記録媒体表面に保持されたトナー画像を、加熱および加圧することにより定着する定着手段と、を備える画像形成装置であって、
前記定着手段が、請求項5〜7のいずれか1に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
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