JP2005234248A - クリーニングシステム、該クリーニングシステムを備えた画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

クリーニングシステム、該クリーニングシステムを備えた画像形成装置およびプロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】 べタ画像部分に白ポチが発生するのを抑制して良好な画像を得ることができるクリーニングシステムおよび該クリーニングシステムを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 平均粒径70〜100μmの大きいキャリアと平均粒径20〜50μmの小さいキャリアでトナー保持装置40の磁気ブラシを形成する。これにより、磁気ブラシが感光体と密に接触することができ、転写残トナーを確実に保持することができる。また、磁気ブラシ先端の磁気拘束力を強くすることができ、磁気ブラシ先端が脱落することがない。
【選択図】 図4

Description

本発明は、クリーニングシステム、該クリーニングシステムを備えた画像形成装置およびプロセスカートリッジに関するものである。
この種の画像形成装置には、潜像担持体とこれに接触しつつ表面移動する被転写体との間に転写電界を形成することで、潜像担持体上のトナー像を被転写体上に転写する静電転写方式を採用するものがある。このような装置では、転写後の潜像担持体表面部分に転写残トナーが残留する。この転写残トナーが除去されないまま、その潜像担持体表面部分が次の画像形成工程に供されることになると、その潜像担持体表面部分で帯電ムラ等の帯電不良が生じ、画質劣化の原因となる。そのため、従来は、転写領域から帯電領域までの潜像担持体表面に対向する位置にクリーニング装置を設け、転写残トナーを除去していた。このようなクリーニング装置には、潜像担持体表面から回収した転写残トナーを収容する廃トナータンクや、回収した転写残トナーを再利用するためにその転写残トナーを搬送するリサイクルトナー搬送通路などを設けるスペースが必要になる。そのため、画像形成装置が大型化してしまう。
このような装置の大型化の問題に対処できるものとして、例えば、特許文献1に開示された画像形成装置がある。この画像形成装置は、潜像担持体表面に残留した転写残トナーを現像装置を用いて回収する方式(以下、「現像器回収方式」という。)を採用している。この現像器回収方式では、クリーニングとは別の目的で設置されている現像装置で転写残トナーを回収するため、別個独立に上記のような廃トナータンクやリサイクルトナー搬送通路を設ける必要がない。よって、この現像器回収方式を採用すれば、装置の小型化に大きく貢献することができる。
また、特許文献1では、現像器回収方式の画像形成装置に搭載する帯電装置として、潜像担持体に帯電ローラを接触させて帯電を行う実施例が記載されている。従来から、潜像担持体表面を一様に帯電する方式には、その表面に帯電ローラ等の帯電部材を接触又は近接させて一様帯電する接触・近接帯電方式と、コロナチャージャ等によって一様帯電するチャージャ帯電方式とが知られている。しかし、チャージャ帯電方式では、潜像担持体表面を所望の電位とするためには大量の放電を発生させる必要があるため、オゾンやNOx等の放電生成物が大量に発生し、環境面で問題がある。これに対し、接触・近接帯電方式であれば、チャージャ帯電方式に比べて発生する放電量が少なく環境面で有利である。
しかし、このように現像器回収方式と接触・近接帯電方式を併用した画像形成装置においては、潜像担持体上の転写残トナーを現像領域まで搬送する間に、その転写残トナーと帯電部材とが接触又は近接することになる。そのため、帯電部材に逆帯電した転写残トナーが付着することがある。帯電部材に逆帯電した転写残トナーが付着すると、その付着した転写残トナーによって一様帯電が妨げられ、潜像担持体の表面電位を所望の電位にできなかったり、帯電ムラ等の帯電不良が生じたりする。その結果、画像濃度の低下や地肌汚れなどが生じ、画質劣化が生じるという不具合があった。
本出願人は、特願2002−254142号において、上記不具合を解決し得る画像形成装置を提案した。この画像形成装置は、転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーのうち、帯電バイアスの極性と逆極性の転写残トナーを、ファーブラシ等の一時保持手段により潜像担持体表面から回収して保持する。このように帯電バイアスの極性と逆極性の転写残トナーを回収、保持することで、転写残トナーが帯電部材に付着するのを防ぐことができる。そして、その保持した帯電バイアスの極性と逆極性の転写残トナーを、一の画像形成を終えてから次の画像形成を行うまでの間などの所定のタイミングで、潜像担持体表面に戻す。このようにして潜像担持体上に戻された転写残トナーは、現像装置で回収されたり、被転写体やこれを搬送するための搬送部材などに転移されたりする。この装置によれば、戻されたトナーが帯電領域を通過する間、帯電バイアスの印加を停止したり、帯電部材を潜像担持体から離間させたりするので、帯電バイアスの極性と逆極性の転写残トナーが帯電部材に付着することがない。
特許第3091323号公報
しかしながら、転写残トナーのうち帯電バイアスと同極性トナーはファーブラシ等の一時保持手段に回収されない。従って、次の画像形成工程中に潜像形成手段が対向する領域(以下、潜像形成領域)を通過して現像装置で回収されたり、被転写体などに転移されたりする。このため、潜像担持体表面に転写残トナーが付着したまま潜像形成手段によって潜像担持体表面に潜像画像が形成される。すると、トナーが付着した部分や、トナーによって陰となった部分は露光されない。その結果、ベタ画像部分に白ポチが発生するという不具合が発生する場合があった。
そこで、本出願人は、特願2003−434907号において、転写残トナーが帯電部材に到達する前に磁性粒子からなる磁気ブラシを潜像担持体表面に摺接させて、転写残トナーをこの磁気ブラシで一時保持する一時保持手段を提案している。これにより、転写残トナーの極性に関係なく一時保持手段で保持することができ、潜像担持体表面に潜像画像を形成中に潜像形成領域に転写残トナーが通過するのを抑制することができるようにした。上記磁性粒子を小さい粒径とすることで、磁気ブラシの間隔を密にでき、転写残トナーとの接触回数が増え、確実に転写残トナーを保持することができ好ましい。ところが、粒径の小さな磁性粒子は、磁気的な拘束力が弱いため、小さな粒径の磁性粒子のみで形成された磁気ブラシの場合、磁気ブラシの先端が潜像担持体との摺接により脱落してしまう場合がある。すると、潜像担持体表面に潜像画像を形成中にこの脱落した磁性粒子が潜像形成領域を通過してしまい、潜像担持体表面に未露光部を形成してしまう。その結果、ベタ画像部分に白ポチが発生するという不具合が発生する場合があった。そこで、磁気的な拘束力の高い粒径の大きな磁性粒子を用いて、磁気的な拘束力の高い磁気ブラシを形成することが考えられる。しかしながら、磁性粒子の粒径を大きくしてしまうと、磁気ブラシ間の間隔が疎となってしまい、潜像担持体表面と密に接触することができない。その結果、転写残トナーと磁気ブラシとの接触回数が減り感光体表面の転写残トナーを確実に一時保持できない場合があった。これにより、潜像担持体表面に潜像画像を形成中に潜像形成領域に転写残トナーが通過してベタ画像部分に白ポチが発生するという問題が発生する場合があった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、べタ画像部分に白ポチが発生するのを抑制して良好な画像を得ることができるクリーニングシステムおよび該クリーニングシステムを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、潜像担持体表面を帯電手段によって一様帯電し、該一様帯電された潜像担持体表面に潜像形成手段によって潜像が形成され、該潜像は現像手段によってトナー像化され、該トナー像は転写手段によって表面移動部材に転写され、該転写手段によって転写された後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを現像手段にて回収するクリーニングシステムにおいて、上記転写残トナーが上記転写手段から上記帯電手段に到達する間に磁界発生手段を内蔵し異なる粒径分布をもつ2種類以上の磁性粒子を磁気ブラシとして表面に担持する回転部材を配置し、該磁気ブラシを上記潜像担持体表面に摺接させて、上記転写残トナーを該磁気ブラシで一時保持する一時保持手段と、該一時保持手段に保持された転写残トナーを所定のタイミングで再び潜像担持体表面に戻すための制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1のクリーニングシステムにおいて、上記磁性粒子は、平均粒径70μm以上100μm以下の磁性粒子と、平均粒径20μm以上50μm以下の磁性粒子とからなり、その内、上記平均粒径70μm以上100μm以下の磁性粒子が40重量%以上80重量%以下であることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2のクリーニングシステムにおいて、上記トナーが磁性トナーであることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1、2または3のクリーニングシステムにおいて、上記制御手段は、上記転写手段通過後の上記潜像担持体表面の電位と同程度の保持バイアスまたは上記転写手段通過後の上記潜像担持体表面の電位と同極性でかつ、上記転写手段通過後の上記潜像担持体表面の電位の絶対値よりも大きい絶対値の放出バイアスを選択的に上記磁気ブラシに印加する印加バイアス選択手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項4のクリーニングシステムにおいて、非画像形成時に上記印加バイアス選択手段が放出バイアスを選択するように上記制御手段で制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4または5のクリーニングシステムにおいて、上記一時保持手段は、上記回転部材を上記潜像担持体の回転方向と同方向に回転させる駆動手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、潜像担持体と、潜像担持体の表面にトナー像を形成する現像手段、または該潜像担持体表面を一様帯電せしめる帯電手段のうち少なくとも現像手段とを一体に構成し装置本体に対して着脱可能としたプロセスカートリッジにおいて、トナー像を表面移動部材に転写した後に潜像担持体の表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニングシステムを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体表面を一様に帯電する帯電手段と、一様帯電された潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを該潜像に付着させて現像を行う現像手段と、該潜像担持体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して、該現像手段により該潜像担持体表面に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、請求項7のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体表面を一様に帯電する帯電手段と、一様帯電された潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを該潜像に付着させて現像を行う現像手段と、該潜像担持体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して、該現像手段により該潜像担持体表面に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、トナー像を表面移動部材に転写した後に潜像担持体の表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニングシステムを用いたことを特徴とするものである。
請求項1乃至9の発明によれば、転写残トナーが帯電手段に到達する前に潜像担持体と摺接して転写残トナーの極性に関係なく磁気ブラシで一時保持する。そして、磁気ブラシから潜像担持体に戻された転写残トナーが潜像形成領域を通過する際に、潜像形成手段が非動作中であるような所定のタイミングで一時保持手段に保持された転写残トナーを再び潜像担持体表面に戻す。これにより、潜像画像形成中に潜像形成領域を通過する潜像担持体表面に転写残トナーが付着することが抑制される。よって、転写残トナーによる未露光部が形成されることがない。その結果、ベタ画像部分に白ポチが発生することが抑制され、良好な画像を得ることができるという効果がある。
また、上記磁気ブラシは、粒径分布の異なる2種類以上の磁性粒子で形成されている。これにより、磁気ブラシは、粒径の大きい磁性粒子の周りに粒径の小さい磁性粒子が付着したものとなる。この粒径の小さな磁性粒子が磁気ブラシの先端となり潜像担持体表面と隙間なく摺接し、また、潜像担持体表面が磁気ブラシと接触する回数が多くなるので、潜像担持体に付着した転写残トナーを確実に機械的に保持することができる。また、粒径の大きな磁性粒子は磁気的な拘束力が高いので、この粒径の大きな磁性粒子の周りの粒径の小さな磁性粒子は、粒径の大きな磁性粒子に確実に磁気的に保持される。その結果、磁気ブラシ先端の粒径の小さい磁性粒子が転写残トナーの静電力や潜像担持体との摺接によって脱落し、潜像担持体表面に付着することがない。よって、脱落した磁性粒子によって未露光部が形成されることがないので、ベタ画像部分に白ポチが発生することが抑制され、良好な画像を得ることができるという効果がある。
また、摩擦帯電によりトナーを所望の極性に帯電できる材料で、磁性粒子を形成したり磁性粒子をコートしたりすれば、一時保持される転写残トナーの極性を揃えることができる。これにより、一時保持される転写残トナーを例えば、帯電バイアスと同極性に揃えれば、上記タイミングで潜像担持体表面に戻された転写残トナーは、帯電手段に静電吸着することなく通過することができる。
以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真方式のプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)に適用した一実施形態(以下、本実施形態を「実施形態1」という。)について説明する。本プリンタは、イエロー(以下、「Y」と記す。)、シアン(以下、「C」と記す。)、マゼンタ(以下、「M」と記す。)、ブラック(以下、「K」と記す。)の4色のトナーから、カラー画像を形成するものである。
本実施形態では、画像部が感光体上電荷を消滅させて、現像バイアスで電荷のない部分にトナーを付着させるネガ/ポジ方式作像方法を用いて説明するが、これに限定させるものでなく、ポジ/ポジ作像方式を用いてもよい。
まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。
図1は、本実施形態1に係るプリンタの概略構成図である。本プリンタは、潜像担持体として4つの感光体1Y,1C,1M,1Kを備えている。なお、ここでは、ドラム状の感光体を例に挙げているが、ベルト状の感光体を採用することもできる。各感光体1Y,1C,1M,1Kは、それぞれ表面移動部材としての無端移動部材である中間転写ベルト10に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。本実施形態において、各感光体1Y,1C,1M,1Kは、それぞれ表面移動部材としての無端移動部材である中間転写ベルト10に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。各感光体1Y,1C,1M,1Kは、比較的薄い円筒状の導電性基体上に感光層を形成し、更にその感光層の上に保護層を形成したもので、その外径が30[mm]で、その内径が28.5[mm]である。本実施形態では、低コスト化、感光体設計の自由度、無公害性等の観点から有機系感光体を用いている。
図2は、各感光体1Y,1C,1M,1K周りの概略構成を示す図である。なお、各感光体1Y,1C,1M,1K周りの構成はすべて同じであるため、1つの感光体についてのみ図示し、色分け用の符号Y,C,M,Kについては省略してある。
感光体1の周りには、その表面移動方向に沿って、一時保持手段としてのトナー保持装置40、帯電手段としての帯電装置3、現像手段としての現像装置5の順に配置されている。帯電装置3と現像装置5との間には、潜像形成手段としての露光装置4から発せられる光が感光体1まで通過できるようにスペースが確保されている。
帯電装置3は、感光体1の表面を負極性に一様帯電する。本実施形態1における帯電装置3は、いわゆる接触・近接帯電方式で帯電処理を行う帯電部材としての帯電ローラ3aを備えている。すなわち、この帯電装置3は、帯電ローラ3aを感光体1の表面に接触させ、その帯電ローラ3aに負極性バイアスを印加することで、感光体1の表面を一様帯電する。本実施形態1では、感光体1の表面電位が一様に−(マイナス)500[V]となるように約−1000Vの直流の帯電バイアスを帯電ローラ3aに印加している。
このようにして一様帯電した感光体1の表面には、露光装置4によって露光されて各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置4は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体1に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施形態の露光装置4は、レーザ方式の露光装置であるが、LEDアレイと結像手段からなる露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。
また、現像装置5は、そのケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ5aが部分的に露出している。本実施形態1で使用する現像装置5では、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を使用しているが、キャリアを含まない一成分現像剤を使用してもよい。現像装置5は、図1に示したトナーボトル31Y,31C,31M,31Kから、対応する色のトナーの補給を受けてこれを内部に収容している。このトナーボトル31Y,31C,31M,31Kは、それぞれが単体で交換できるように、プリンタ本体に対して着脱可能に構成されている。このような構成とすることで、トナーエンド時にはトナーボトル31Y,31C,31M,31Kだけを交換すればよい。したがって、トナーエンド時にまだ寿命になっていない他の構成部材はそのまま利用でき、ユーザーの出費を抑えることができる。
トナーボトル31Y,31C,31M,31Kから現像装置5内に補給されたトナーは、攪拌搬送スクリュー5bによってキャリアと撹拌されながら搬送され、現像ローラ5a上に担持されることになる。この現像ローラ5aは、磁界発生手段としてのマグネットローラと、その周りを同軸回転する現像スリーブとから構成されている。現像剤中のキャリアは、マグネットローラが発生させる磁力により現像ローラ5a上に穂立ちした状態となって感光体1と対向する現像領域に搬送される。ここで、現像ローラ5aは、現像領域において感光体1の表面よりも速い線速で同方向に表面移動する。そして、現像ローラ5a上に穂立ちしたキャリアは、感光体1の表面を摺擦しながら、キャリア表面に付着したトナーを感光体1の表面に供給する。このとき、現像ローラ5aには、図示しない電源から−300[V]の現像バイアスが印加され、これにより現像領域には現像電界が形成される。そして、感光体1上の静電潜像と現像ローラ5aとの間では、現像ローラ5a上のトナーに静電潜像側に向かう静電力が働くことになる。これにより、現像ローラ5a上のトナーは、感光体1上の静電潜像に付着することになる。この付着によって感光体1上の静電潜像は、それぞれ対応する色のトナー像に現像される。
上記中間転写ベルト10は、3つの支持ローラ11,12,13に張架されており、図中矢印の方向に無端移動する構成となっている。この中間転写ベルト10上には、各感光体1Y,1C,1M,1K上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。静電転写方式には、転写チャージャを用いた構成もあるが、本実施形態では転写チリの発生が少ない転写ローラを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体1Y,1C,1M,1Kと接触する中間転写ベルト10の部分の裏面に、それぞれ転写手段としての1次転写ローラ14Y,14C,14M,14Kを配置している。本実施形態1では、各1次転写ローラ14Y,14C,14M,14Kにより押圧された中間転写ベルト10の部分と各感光体1Y,1C,1M,1Kとによって、1次転写ニップ部が形成される。そして、各感光体1Y,1C,1M,1K上のトナー像を中間転写ベルト10上に転写する際には、各1次転写ローラ20に正極性のバイアスが印加される。これにより、各1次転写ニップ部には転写電界が形成され、各感光体1Y,1C,1M,1K上のトナー像は、中間転写ベルト10上に静電的に付着し、転写される。
中間転写ベルト10の周りには、その表面に残留したトナーを除去するためのベルトクリーニング装置15が設けられている。このベルトクリーニング装置15は、中間転写ベルト10の表面に付着した不要なトナーをファーブラシ及びクリーニングブレードで回収する構成となっている。なお、回収した不要トナーは、ベルトクリーニング装置15内から図示しない搬送手段により図示しない廃トナータンクまで搬送される。
また、支持ローラ13に張架された中間転写ベルト10の部分には、2次転写ローラ16が接触して配置されている。この中間転写ベルト10と2次転写ローラ16との間には2次転写ニップ部が形成され、この部分に、所定のタイミングで記録材としての転写紙が送り込まれるようになっている。この転写紙は、露光装置4の図中下側にある給紙カセット20内に収容されており、給紙ローラ21、レジストローラ対22等によって、2次転写ニップ部まで搬送される。そして、中間転写ベルト10上に重ね合わされたトナー像は、2次転写ニップ部において、転写紙上に一括して転写される。この2次転写時には、2次転写ローラ16に正極性のバイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト10上のトナー像が転写紙上に転写される。
2次転写ニップ部の転写紙搬送方向下流側には、定着手段としての加熱定着装置23が配置されている。この加熱定着装置23は、ヒータを内蔵した加熱ローラ23aと、圧力を加えるための加圧ローラ23bとを備えている。2次転写ニップ部を通過した転写紙は、これらのローラ間に挟み込まれ、熱と圧力を受けることになる。これにより、転写紙上に載っていたトナーが溶融し、トナー像が転写紙に定着される。そして、定着後の転写紙は、排紙ローラ24によって、装置上面の排紙トレイ上に排出される。
本実施形態では、各感光体1Y,1C,1M,1K、その周囲に配置された現像装置等の部品、露光装置4、中間転写ベルト10、ベルトクリーニング装置15等を、一体化したプロセスカートリッジ30として構成している。このプロセスカートリッジ30は、プリンタ本体に対して着脱自在となっている。よって、プロセスカートリッジ30内に収容された部品に寿命が到来したり、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジ30を交換すればよく、利便性が向上する。なお、本実施形態1では、上述したトナーボトル31Y,31C,31M,31Kは、このプロセスカートリッジ30とは別個にプリンタ本体に対して着脱自在な構成となっている。
次に、本発明の特徴部分である、各感光体1Y,1C,1M,1Kの表面に残留した転写残トナーのクリーニングについて説明する。図3(a)は、感光体1上に担持されたトナーの転写直前における帯電電位分布を示すグラフである。また、図3(b)は、転写後に感光体1上に残留した転写残トナーの帯電電位分布を示すグラフである。図3(a)に示すように、転写直前におけるトナーの帯電量は、ほぼ−30[μC/g]を中心に分布しており、そのほとんどが負極性に正規帯電している。一方、転写残トナーの帯電量は、およそ−2[μC/g]を中心に分布したものとなる。一般に、転写残トナーのほとんどは、トナーの組成不良などにより所望どおりの帯電特性が得られない不良トナーである。そのため、転写残トナーの一部は、1次転写ローラ14に印加された正極性バイアスによる電荷注入を受けるなどして、トナーの帯電極性が正極性に反転する。その結果、転写残トナーの中には、図3(b)中斜線部分で示すような正極性に反転してしまった逆帯電トナーが存在してしまう。
感光体表面上に−20[μC/g]〜−5[μC/g]に帯電している正規帯電トナーTと正極性に反転した逆帯電トナーTとが混在している転写残トナーをトナー保持装置40で一時保持する。
図4は、トナー保持装置40を示す概略構成図である。このトナー保持装置40は、磁気ブラシローラ41を備えている。この磁気ブラシローラ41は、回転スリーブ41aと回転スリーブ41aの内部に固定配置された磁界発生手段としてのマグネットローラ41bとからなっている。回転スリーブ41aは、図示しない駆動装置により感光体1と同様に図中時計回りに回転している。これにより、回転スリーブ41aと感光体1とが対向する位置では、回転スリーブ41aの表面は感光体表面の移動方向に対して逆方向に移動することとなる。この結果、感光体の表面が保持ニップを通過する間に多数の磁気ブラシの先端が接触することとなる。よって、感光体表面に付着した転写残トナーを確実に保持することができる。また、磁気ブラシと転写残トナーとの接触回数が増えるので、転写残トナーの摩擦帯電が進行して、逆帯電トナーが確実に転極して正規帯電トナーとすることができる。マグネットローラ41bの内部にはN極の磁石とS極の磁石が交互に配置されている。また、トナー保持装置40には、磁性粒子(キャリア)47を収容するケーシング46を備えている。また、磁気ブラシと感光体との接触幅(保持ニップ)は5〜6mm程度に設定する。
本実施形態では、感光体1の表面にブレードを当接させる構成を採用していない。したがって、ブレードが当接する構成に比べて、感光体1の駆動装置に加わる負荷トルクを大きく低減することができる。しかし、その一方で、感光体1の表面に残留する転写残トナーを保持する保持能力は劣る結果となる。そのため、経時使用することによって、感光体ドラム1の表面にはトナーから遊離した添加剤が、フィルム状になって強固に付着するフィルミング現象が発生するおそれがある。使用するトナーをいわゆる球形トナーとすることで、上述したような転写残トナーの量は比較的少なくなるが、それでも長期的に使用すればフィルミング現象が発生する可能性がある。しかし、本実施形態では、上述したように、磁気ブラシローラ41を感光体1の表面に対して逆方向に駆動する構成を採用している。そのため、磁気ブラシローラ41が感光体1の表面に対して連れ回る構成や、感光体ドラム1の表面に対して同方向に駆動する構成に比べて、感光体1の表面に付着したトナーの添加剤を掻き取る作用が強い。その結果、フィルミング現象の発生を防止することができる。
この磁気ブラシローラ41には、第1電源43又は第2電源44のいずれか一方からバイアスが印加される構成になっている。具体的には、これらの電源43,44とブラシローラ41との間に切替スイッチ45を設け、この切替スイッチ45の動作によってブラシローラ41に接続される電源を選択する。この切替スイッチ45の動作は、本プリンタの制御部によって制御されている。なお、本実施形態では、第1電源43は、ブラシローラ41の表面部分の電位が−50〜100[V]となるような保持バイアスを印加するものであり、第2電源44は、その電位が−300〜400[V]となるような放出バイアスを印加するものである。
保持装置40のキャリア47は、公知の製法で製造されたマイナストナー用のキャリアで、フェライトやマグネタイトをシリコーン樹脂でコートしてトナーへの帯電性とキャリアの耐久性を向上させたものである。保持装置40のキャリア47は、平均粒径20〜50μmの小さいキャリア47aと、平均粒径70〜100μmの大きいキャリア47bとで構成されている。
ケーシング46内に収容されたキャリア47は、回転スリーブ41aに担持され感光体1へ搬送される。このとき、マグネットローラ41bの磁界によってキャリア47が穂立ちして磁気ブラシが形成される。この磁気ブラシは、平均粒径70〜100μmの大きいキャリア47bの周りに平均粒径20〜50μmの小さいキャリア47aが付着している。この粒径の小さなキャリア47aが感光体表面と隙間なく摺接して感光体に付着した転写残トナーを確実に保持することができる。しかも、粒径の大きなキャリア47bの磁力により粒径の小さなキャリア47aが確実に保持されるので、粒径の小さなキャリア47aが飛散して感光体表面に付着することがない。その結果、転写残りトナーや飛散したキャリアによって未露光部が形成され、ベタ部に白ポチなどの画像の劣化を抑制することができる。
また、このとき磁気ブラシには、第1の電源部43から保持バイアスが印加される。保持バイアスは、転写後の感光体表面電位(−50〜−100V)とほぼ同じ電圧を印加する。これにより、感光体1と磁気ブラシローラ41との間には電位差が生じない。よって、転写残トナーには、感光体と磁気ブラシローラ41との電位差によって生じる静電吸着力が働かない。その結果、転写残りトナーの極性に関係なく磁気ブラシの摩擦力で転写残トナーを確実に保持することができる。
さらに、トナーを磁性トナーとすることで、磁気ブラシの磁気により転写残トナーを確実に磁気ブラシに保持することができる。特に、黒トナーは、カラートナーに比べ光の透過性が悪い。このため、黒トナーが感光体表面に付着した状態で潜像画像を形成した場合と、カラートナーが感光体表面に付着した状態で潜像画像を形成した場合とでは、黒トナーがカラートナーに比べて光を透過しにくい分、カラートナーに比べて感光体表面が除電されにくい。その結果、カラートナーの付着によって形成されるベタ部の白ポチより、黒トナーの付着によって形成されるベタ部の白ポチの方が大きく目立ってしまう。よって、少なくとも黒トナーのみを磁性トナーとするだけで、ベタ部の白ポチが目立たなくなり、画像の劣化を抑制することができる。
上記磁性トナーは、トナーに酸化鉄、マグネタイト、フェライトなどの公知の磁性微粉体を添加することで得ることができる。磁性微粉体の添加量は、5〜60重量部、より好ましくは15〜45重量部添加するのが好ましい。
また、磁気ブラシに保持された転写残りトナーの帯電量を調べたところ、平均で−10〜−15[μC/g]であり、転写後の転写残トナーの帯電量(−2[μC/g])に比べ負の帯電量が増していた。また、磁気ブラシに保持された転写残りトナーは、正規帯電トナーTとなっていた。これは、感光体表面から転写残トナーを磁気ブラシに保持する際、磁気ブラシによって転写残トナーが摩擦帯電させられるためである。よって、転写残トナーのうち正極性に帯電した逆帯電トナーTは、磁気ブラシとの摩擦により負極性の正規帯電トナーTに転極させられる。同様に転写残りトナーのうち負極性の正規帯電トナーTも磁気ブラシとの摩擦により負極性の帯電量が増加する。この結果、転写後の転写残トナーの帯電量に比べ、磁気ブラシに保持されている転写残トナーの負の帯電量が増加する。
このように、磁気ブラシに保持された転写残トナーは、所定のタイミングで感光体表面に戻される。具体的には、切替スイッチ45を第1の電源部43から第2の電源部44に所定のタイミングで切り替えて、磁気ブラシローラ41に−350Vの放出バイアスを印加する。すると、感光体1(約−50V)と磁気ブラシローラ41(−350V)との間に電位差が生まれる。その結果、摩擦帯電によって負極性に正規帯電した転写残トナーは、磁気ブラシより電位の高い感光体へ静電吸着する。これによって、磁気ブラシに保持された転写残トナーが再び感光体表面に戻される。
上記切替スイッチ45の切り替えは、磁気ブラシから感光体1に戻された転写残トナーが潜像形成領域を通過するときに、潜像画像が形成されないようなタイミングで行う。例えば、一の画像形成工程において形成した感光体上の画像部の後端が保持ニップに到達したときに、切替スイッチ45を第1の電源部43から第2の電源部44に切り替えて磁気ブラシに放出バイアスを印加する。そして、次の画像形成工程で帯電装置3により一様帯電が開始される感光体1の表面部分が保持ニップに到達したときに、切替スイッチ45を第2の電源部44から第1の電源部33に切り替える。すると、磁気ブラシに印加される電圧が放出バイアスから保持バイアスに切り替わり、磁気ブラシに保持されている転写残トナーが感光体に放出されなくなる。このようなタイミングで切替スイッチ45を切り替えることで、露光装置4によって感光体表面に潜像が形成されているときは、感光体表面には転写残トナーが存在しなくなる。その結果、転写残りトナーによって未露光部が形成され、ベタ部に白ポチなどの画像の劣化を抑制することができる。
また、装置の立ち上げ時、画像形成動作終了時やある一定回数画像形成動作を行った後にクリーニングモードを設け、このクリーニングモード時に切替スイッチ45を第2電源部44に切り替えてもよい。このクリーニングモード時では、画像が形成されていないので、磁気ブラシから放出された転写残トナーが未露光部を形成することはない。
磁気ブラシローラ41から感光体表面に戻された転写残トナーは、帯電ローラ3aとの接触領域を通過する。このときの転写残トナーは、帯電バイアスと同極性の正規帯電トナーとなっているので、帯電ローラ3aに付着することなく通過する。帯電ローラ3aとの接触領域を通過した転写残トナーは、潜像画像形成領域を通過する。このとき露光装置4は作動しておらず、感光体表面に潜像を形成していない。そしてこの転写残りトナーは、現像領域に移動する。現像ローラ41には、作像時に必要な現像バイアスとは逆極性のバイアスすなわち+200Vのバイアスが印加されている。これにより、負極性に帯電された転写残トナーは、現像領域において現像ローラに向かって静電力が働く。この結果、転写残トナーが現像ローラ上のキャリアに静電吸着して現像装置4に回収される。現像ローラによって現像装置4の内部に回収された転写残トナーは内部で攪拌搬送された後、再度現像に寄与することになる。
本実施形態では、各感光体1Y,1C,1M,1K、その周囲に配置された現像装置等の部品、露光装置4、中間転写ベルト10、ベルトクリーニング装置15等を、一体化したプロセスカートリッジ30として構成しているが、これに限定されない。図2に示すような、感光体とその周囲に配置された現像装置等の部品、露光装置4、保持装置40とを一体化したプロセスカートリッジとして、各色毎に設けても良い。
次に、保持装置40のキャリア47の小さいキャリア47aと、大きいキャリア47bとの重量比をそれぞれ異ならせて、そのときの画像の劣化度合いを調べた。画像の劣化度合いの判定は、A4サイズの黒ベタ画像を5枚印刷し、その時の白ポチの数を目視で確認した。5枚の白ポチ数の平均が10個以上のものを×とし、10以下のものを○とした。また、小さいキャリア47aの平均粒径は30μmとし、大きいキャリア47bの平均粒径は80μmとした。また、これらキャリアは、公知の製法で製造されたマイナストナー用のキャリアで、フェライトやマグネタイトをシリコーン樹脂でコートしてトナーへの帯電性とキャリアの耐久性を向上させたものである。また、上記キャリア47中の最小粒径は25μmであり、最大粒径は100μmであった。その結果を以下に示す。
Figure 2005234248
表1からわかるように、80μmの大きいキャリア47bのみからならなるNo.1のキャリアは、平均白ポチ数が28.5個であり、劣化した画像が得られた。また、これらの画像には白スジ部が確認された。これはキャリアの粒径が大きいため、回転スリーブ上の磁気ブラシ間の間隔が疎となってしまい、感光体表面と密に接触することができない。その結果、感光体表面が保持ニップを通過するまでに磁気ブラシと接触する回数が少なく、十分転写残トナーを回収することができない。これにより、転写残トナーが感光体表面に多く付着したまま潜像形成領域を通過してしまい、その結果、黒ベタ画像に白ポチ部が多く確認されたと思われる。また、磁気ブラシにより転写残トナーが全く回収されない部分が感光体表面に存在し、感光体表面に転写残トナーがスジ状に残ってしまう。この部分が潜像形成領域を通過して白スジ画像を形成したと考えられる。
また、粒径の小さいキャリア47aの重量比が80wt%以上となると、白ポチ数が20以上となっており、画像が著しく劣化している。これは、粒径の小さいキャリアの比率が多くなりってしまった結果、粒径の小さなキャリアのみで磁気ブラシを形成することが多くなる。粒径の小さなキャリアのみで形成された磁気ブラシの先端は、マグネットローラ41への磁気的な引力が小さくなっている。このため、磁気ブラシの先端が感光体表面との摺接や、感光体表面の転写残トナーと静電的に付着して脱落して感光体表面に付着する。その結果、感光体表面に付着したキャリアに未露光部が形成され、平均白ポチ個数が増してしまったと考えられる。
一方、粒径の大きいキャリアの重量比が40〜80Wt%の場合では、平均白ポチ数が10以下であり、良好な画像を得ることができた。このような重量比で構成されたものは大きいキャリアの周りに小さいキャリアが付着した磁気ブラシとなっている。この粒径の小さなキャリアが感光体表面と隙間なく摺接して、確実に転写残トナーを保持することができる。また、磁気ブラシと感光体表面との接触回数も増えるので感光体に付着した転写残トナーを確実に保持することができる。しかも、粒径の大きなキャリアの磁力により粒径の小さなキャリアが確実に保持されているので、粒径の小さなキャリアが飛散して感光体表面に付着することがない。その結果、付着したキャリアによって未露光部が形成されることもなく、平均白ポチ個数の少ない良好な画像を得ることができたと考えられる。
次に、上記実験で用いたキャリアを用いて、磁性黒トナーと非磁性黒トナーとで平均白ポチ数に違いがでるか調べた。平均白ポチ数は、上記同様、A4サイズの黒ベタ画像を5枚印刷し、その時の白ポチの数を目視で確認した。磁性トナーは、トナーに酸化鉄、マグネタイト、フェライトなどの公知の磁性微粉体を添加することで得ることができる。今回用いた磁性トナーは、磁性微粉体を15〜45重量部添加したものを用いた。その結果を表2に示す。
Figure 2005234248
表2からわかるように、磁性トナーを用いた方が非磁性トナーより平均白ポチ数が減少して、さらに良好な画像を得ることができることがわかる。これは、磁性トナーを用いることで、磁気ブラシの磁気により転写残トナーを確実に磁気ブラシに保持することができたためと考えられる。
以上、本実施形態によれば、一次転写ニップで中間転写ベルト10に静電転写されずに感光体1表面に残留した転写残トナーは、極性に関係なくトナー保持装置40の磁気ブラシで一時保持される。転写残トナーが潜像形成領域を通過する際に、露光装置4によって感光体表面に書き込みが行われていないようなタイミングで再び転写残トナーを保持装置40から感光体表面にもどす。そして、非潜像画像形成中に転写残トナーが潜像領域を通過して現像装置で回収されることとなる。これにより、露光装置4によって潜像画像形成中は潜像形成領域を通過する感光体表面には転写残トナーが付着することが抑制される。よって、転写残トナーによる未露光部が形成されることなく転写残トナーを現像装置によって回収することができる。その結果、ベタ画像部分に白ポチが発生することが抑制され、良好な画像を得ることができる。
また、上記磁気ブラシは、平均粒径70〜100μmの大きいキャリアの周りに平均粒径20〜50μmの小さいキャリアが付着している。この粒径の小さなキャリアが感光体表面と隙間なく摺接して感光体に付着した転写残トナーを確実に保持することができる。また、感光体表面が磁気ブラシと接触する回数が多いので、転写残トナーの摩擦帯電が進行し、磁気ブラシとの摩擦により転写残トナーの負帯電量を増加させたり、逆帯電トナーを正規帯電トナーに転極させたりすることができる。その結果、上記タイミングで感光体表面に戻された転写残トナーは、帯電バイアスと同極性の正規帯電トナーであるので、帯電ローラ3aに静電吸着することなく通過することができる。また、粒径の大きなキャリアの磁力により粒径の小さなキャリアが確実に保持されるので、磁気ブラシ先端の粒径の小さいキャリアが感光体上の転写残トナーの静電力や感光体との摺接によって脱落し、感光体表面に付着することがない。よって、脱落したキャリアによって未露光部が形成されることがないので、ベタ画像部分に白ポチが発生することが抑制され、良好な画像を得ることができる。
また、大きい粒径のキャリアを40Wt%以下とすると、20〜50μmの小さい粒径のキャリアの割合が多くなり、磁気ブラシが小さい粒径のキャリアのみで形成される割合が高くなる。この小さい粒径のキャリアのみで形成された磁気ブラシの先端のキャリアは、磁気的な結合力が弱くなっているため、磁気ブラシ先端の粒径の小さいキャリアが転写残トナーの静電力や感光体との摺接によって脱落し感光体表面に付着してしまう。その結果、脱落したキャリアによって未露光部が形成されベタ画像部分に白ポチが発生してしまう。一方、平均粒径70〜100μmの大きい粒径のキャリアが80Wt%以上となると、大きい粒径のキャリアの周りに付着する小さい粒径のキャリアの量が減少する。すると、磁気ブラシが感光体表面と隙間なく摺接することができなくなり、感光体に付着した転写残トナーを磁気ブラシで確実に保持することができなくなる。その結果、転写残トナーによる未露光部が形成され、ベタ画像部分に白ポチが発生してしまう。よって、磁気ブラシを形成するキャリアのうち、平均粒径70〜100μmの大きい粒径のキャリアを40Wt%〜80Wt%とすることで、転写残トナーを確実に保持することができ、小さいキャリアが転写残トナーの静電力や感光体との摺接によって脱落し、感光体表面に付着することがない。その結果、転写残トナーや脱落したキャリアなどによって未露光部が形成されることが抑制され、ベタ画像部分に白ポチが発生することが抑制され、良好な画像を得ることができる。
また、磁性トナーとすることで、磁気ブラシの磁気により転写残トナーを確実に磁気ブラシに保持することができる。よって、転写残トナーによる未露光部が形成されることが一段と抑制される。その結果、ベタ画像部分に白ポチが発生することが一段と抑制され、より良好な画像を得ることができる。
また、本実施形態では、露光装置4が動作中は、第1電源43から転写後の感光体の表面電位とほぼ同じ電位の保持バイアスが印加される。これにより、磁気ブラシと感光体表面との間に電位差が発生しなくなる。このため、負帯電している正規帯電トナーや、正帯電している逆帯電トナーが感光体表面に静電吸着することが抑制される。その結果、磁気ブラシの摩擦力で確実に転写残トナーを保持することができる。よって、露光装置4によって潜像画像形成中に潜像形成領域を通過する感光体表面に転写残トナーが付着することが抑制される。そして、露光装置4が非動作中すなわち非画像形成中に、選択手段としての切替スイッチ45を第1電源43から第2電源44に切り替える。これにより、転写後の感光体表面と同極性のマイナス極性でかつ、転写後の感光体表面電位の絶対値(50V)よりも大きい電位(350V)を持つ放出バイアスが磁気ブラシに印加される。すると、感光体表面と磁気ブラシとの間に電位差が生じる。磁気ブラシに保持されている転写残りトナーは、磁気ブラシとの摩擦帯電により、一様に正規帯電トナーとなっている。このため、磁気ブラシに保持されている転写残トナーは、磁気ブラシから放出されて電位の高い感光体表面に静電吸着する。これにより、磁気ブラシの転写残トナーを再び感光体表面に戻すことができる。このように非画像形成中に保持装置40に保持された転写残トナーを感光体表面に戻すので、露光装置4が非作動中に転写残トナーが潜像形成領域を通過することができる。
また、本実施形態においては、画像動作中は保持装置40で転写残トナーを保持して潜像形成領域に転写残トナーを通過させないようにしている。そして、非画像形成中に潜像形成領域を通過して現像装置で転写残トナーが回収されるようにしている。これにより、転写残トナーによって未露光部が形成されることなく現像装置に転写残トナーを回収することができる。その結果、ベタ画像部分に白ポチが発生することが抑制され、良好な画像を得ることができる。
また、本実施形態においては、回転スリーブ41aは、感光体1と同じ回転方向で回転している。これにより、回転スリーブ41aと感光体1とが対向する位置では、回転スリーブ41aの表面は感光体表面の移動方向に対して逆方向に移動することとなる。この結果、感光体の表面が保持ニップを通過する間に多数の磁気ブラシの先端が接触することとなる。よって、感光体表面に付着した転写残トナーを確実に保持することができる。また、磁気ブラシと転写残トナーとの接触回数が増えるので、転写残トナーの摩擦帯電が進行して、逆帯電トナーが確実に転極して正規帯電トナーとすることができる。
また、磁気ブラシローラ41が感光体1の表面に対して連れ回る構成や、感光体ドラム1の表面に対して同方向に駆動する構成に比べて、感光体1の表面に付着したトナーの添加剤を掻き取る作用が強い。その結果、フィルミング現象の発生を防止することができる。
またプロセスカートリッジ化することにより、プロセスカートリッジ30内に収容された部品に寿命が到来したり、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジ30を交換すればよく、利便性が向上する。
実施形態に係るプリンタ概略構成図。 感光体の周りの構成を示す概略構成図。 (a)は、同感光体ドラム上に担持されたトナーの転写直前における帯電電位分布を示すグラフ。(b)は、転写後に感光体ドラム上に残留した転写残トナーの帯電電位分布を示すグラフ。 トナー保持装置を示す概略構成図。
符号の説明
1Y,1C,1M,1K 各感光体ドラム
3a 帯電ローラ
3,203 帯電装置
4 露光装置
5 現像装置
10 中間転写ベルト
14Y,14C,14M,14K 1次転写ローラ
15 ベルトクリーニング装置
16 2次転写ローラ
30 プロセスカートリッジ
31Y,31C,31M,31K トナーボトル
40 トナー保持装置
41 磁気ブラシローラ
41a 回転スリーブ
41b マグネットローラ
42 ブレード
43 第1電源
44 第2電源
45 切替スイッチ
46 ケーシング
47 キャリア

Claims (9)

  1. 潜像担持体表面を帯電手段によって一様帯電し、該一様帯電された潜像担持体表面に潜像形成手段によって潜像が形成され、該潜像は現像手段によってトナー像化され、該トナー像は転写手段によって表面移動部材に転写され、該転写手段によって転写された後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを現像手段にて回収するクリーニングシステムにおいて、
    上記転写残トナーが上記転写手段から上記帯電手段に到達する間に磁界発生手段を内蔵し異なる粒径分布をもつ2種類以上の磁性粒子を磁気ブラシとして表面に担持する回転部材を配置し、該磁気ブラシを上記潜像担持体表面に摺接させて、上記転写残トナーを該磁気ブラシで一時保持する一時保持手段と、該一時保持手段に保持された転写残トナーを所定のタイミングで再び潜像担持体表面に戻すための制御手段とを備えたことを特徴とするクリーニングシステム。
  2. 請求項1のクリーニングシステムにおいて、上記磁性粒子は、平均粒径70μm以上100μm以下の磁性粒子と、平均粒径20μm以上50μm以下の磁性粒子とからなり、その内、上記平均粒径70μm以上100μm以下の磁性粒子が40重量%以上80重量%以下であることを特徴とするクリーニングシステム。
  3. 請求項1または2のクリーニングシステムにおいて、上記トナーが磁性トナーであることを特徴とするクリーニングシステム。
  4. 請求項1、2または3のクリーニングシステムにおいて、上記制御手段は、上記転写手段通過後の上記潜像担持体表面の電位と同程度の保持バイアスまたは上記転写手段通過後の上記潜像担持体表面の電位と同極性でかつ、上記転写手段通過後の上記潜像担持体表面の電位の絶対値よりも大きい絶対値の放出バイアスを選択的に上記磁気ブラシに印加する印加バイアス選択手段を備えたことを特徴とするクリーニングシステム。
  5. 請求項4のクリーニングシステムにおいて、非画像形成時に上記印加バイアス選択手段が放出バイアスを選択するように上記制御手段で制御を行うことを特徴とするクリーニングシステム。
  6. 請求項1、2、3、4または5のクリーニングシステムにおいて、上記一時保持手段は、上記回転部材を上記潜像担持体の回転方向と同方向に回転させる駆動手段を備えたことを特徴とするクリーニングシステム。
  7. 潜像担持体と、潜像担持体の表面にトナー像を形成する現像手段、または該潜像担持体表面を一様帯電せしめる帯電手段のうち少なくとも現像手段とを一体に構成し装置本体に対して着脱可能としたプロセスカートリッジにおいて、トナー像を表面移動部材に転写した後に潜像担持体の表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニングシステムを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  8. 潜像担持体と、該潜像担持体表面を一様に帯電する帯電手段と、一様帯電された潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを該潜像に付着させて現像を行う現像手段と、該潜像担持体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して、該現像手段により該潜像担持体表面に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、請求項7のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
  9. 潜像担持体と、該潜像担持体表面を一様に帯電する帯電手段と、一様帯電された潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを該潜像に付着させて現像を行う現像手段と、該潜像担持体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して、該現像手段により該潜像担持体表面に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
    トナー像を表面移動部材に転写した後に潜像担持体の表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニングシステムを用いたことを特徴とする画像形成装置。
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