JP2006003604A - クリーニング装置及び画像形成装置 - Google Patents

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浩史 森本
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重隆 黒須
Kazuteru Ishizuka
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Abstract

【課題】 中間転写ベルトに付着した残留トナーを研磨剤を用いて確実に除去することにより、クリーニングブレードのめくれやエッジの損傷を防止し、フィルミングの発生を防止して、画像スジやムラのない良好な画像を長期にわたって得られるクリーニング装置。
【解決手段】 中間転写体に形成されたトナー像が記録材に二次転写された後の残留トナーを前記中間転写体より除去するクリーニングブレードと、前記中間転写体の回転方向に対して前記クリーニングブレードの上流側に位置し、ループ状のブラシを有して前記中間転写体に当接して回転するブラシローラと、前記ブラシローラに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、を備え、前記ブラシローラを前記中間転写体の回転方向と逆方向に前記中間転写体の線速度以上の線速度で回転させると共に、前記ブラシローラに前記研磨剤供給手段により研磨剤を供給すること。
【選択図】 図2

Description

本発明は、像担持体に形成したトナー像を中間転写体に一次転写し、中間転写体に転写したトナー像を記録材に二次転写して画像形成する画像形成装置に関し、詳しくは中間転写体上の残留トナーを除去するクリーニング装置に関する。
帯電、露光、現像の各手段を周囲に配置した感光体ドラム上にトナー像を形成し、トナー像を記録材に転写する構成や、複数の感光体ドラム上に形成したトナー像を中間転写ベルトに一次転写した後に中間転写ベルト上のトナー像を記録材に二次転写する構成の画像形成装置においては、転写後の感光体ドラムや中間転写ベルト等の像担持体に付着した残留トナーを除去するために、該像担持体の走行方向に対しカウンタ方向にウレタンゴム等からなる弾性状のクリーニングブレードを当接させてクリーニングするブレードクリーニング方式が知られている。
近年は、画像形成装置は高画質化、高速化、高耐久化が求められ、トナーは小径化してきており、従来のブレードクリーニング方式では感光体ドラムや中間転写ベルトのフィルミングによる画像スジ、ムラやクリーニングブレードのエッジの摩耗、欠けによるクリーニング不良が問題になっている。特に中間転写ベルトを用いる場合には、フィルミングやクリーニングブレードのエッジの欠けがより多く発生する傾向がある。中間転写ベルトの場合は感光体ドラムより表面が硬くて削れ難く、トナーに含まれるワックスや滑材等が付着され易いため、フィルミングがより多く発生し易い。これにより、フィルミングが発生した部所の中間転写ベルトとクリーニングブレードとの摩擦抵抗が上昇し、クリーニングブレードのエッジが中間転写ベルトの表面に引っ掛かって、めくれが生じ、この結果クリーニングブレードのエッジに欠けが発生する。また、フィルミングが発生した場所で転写性が低下し、画像スジ、ムラとなる。
この問題への対策として、クリーニングブレードの材質を強化して欠けを防止したり、中間転写ベルトをクリーニングブレードにより研磨して摩擦抵抗を減少させたりすることが検討されている。
この対策の一例として、二次転写ロールと中間転写ベルトとの間で微少ギャップによる放電が発生し、中間転写ベルトの表面に放電生成物が付着した場合に、この放電生成物を除去するために、中間転写ベルトに研磨剤を供給し、クリーニングブレードと中間転写ベルトとの当接部で研磨剤により中間転写ベルトを研磨して、放電生成物を除去すると共に摩擦抵抗を減少させるように構成した画像形成装置が知られている(特許文献1参照)。
また、ループ状のブラシを有するクリーニングブラシを当接して、感光体ドラム上の残留トナーを除去するクリーニング装置が知られている(特許文献2)。
特開2000−231280号公報 特開平6−138798号公報
特許文献1に記載の画像形成装置においては、中間転写ベルトに付着した放電生成物をクリーニングブレードと中間転写ベルトとの当接部で研磨剤によって除去している。しかし、接触面積が狭い前記当接部に研磨剤が滞留して中間転写ベルトを研磨する構成であるので、充分な研磨効果を得難い。特に、トナーに含まれるワックスや滑材等を除去する場合には放電生成物を除去する場合と異なり、充分な対策にはならない。
また、特許文献2に記載のクリーニング装置においては、クリーニングブラシで感光体ドラム上の残留トナーを除去している。しかし、中間転写ベルトは感光体ドラムより表面が硬くて削れ難いので、中間転写ベルトをクリーニングブラシのみで研磨した場合では、充分な研磨効果が得られない。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、中間転写ベルトに付着した残留トナーのワックスや滑材等を研磨剤を用いて確実に除去することにより、クリーニングブレードのめくれやエッジの損傷を防止し、更にフィルミングの発生を防止して、画像スジやムラのない良好な画像を長期にわたって得られるクリーニング装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的は下記の何れかの手段によって達成される。
(1)中間転写体に形成されたトナー像が記録材に二次転写された後の残留トナーを前記中間転写体より除去するクリーニングブレードと、前記中間転写体の回転方向に対して前記クリーニングブレードの上流側に位置し、ループ状のブラシを有して前記中間転写体に当接して回転するブラシローラと、前記ブラシローラに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、を備え、前記ブラシローラを前記中間転写体の回転方向と逆方向に前記中間転写体の線速度以上の線速度で回転させると共に、前記ブラシローラに前記研磨剤供給手段により研磨剤を供給することを特徴とするクリーニング装置。
(2)中間転写体に形成されたトナー像が記録材に二次転写された後の残留トナーを前記中間転写体より除去するクリーニングブレードと、前記中間転写体の回転方向に対して前記クリーニングブレードの上流側に位置し、ループ状のブラシを有して前記中間転写体に当接して回転するブラシローラと、前記ブラシローラに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、を備え、前記研磨剤供給手段の供給口の一端を前記ブラシローラに当接させ、前記ブラシローラの回転により生ずる前記供給口の振動によって、前記研磨剤供給手段より研磨剤を前記ブラシローラに供給することを特徴とするクリーニング装置。
本発明のクリーニング装置及び画像形成装置によれば、中間転写体に付着した残留トナーを研磨剤を用いて確実に除去することができるので、クリーニングブレードのめくれやエッジの損傷を防止でき、更にフィルミングの発生を防止して画像スジやムラのない良好な画像を長期にわたって得ることができる。
先ず、本発明に係るクリーニング装置を備えた画像形成装置の一実施の形態を、図1を参照して説明する。
図1は、カラー画像を形成する画像形成装置の断面構成図である。
本画像形成装置は、画像形成装置100と画像読取装置200とから構成される。
画像形成装置100は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成手段10Y,10M,10C,10K、ベルト状の中間転写ベルト6(中間転写体)、給紙搬送手段20、及び定着装置30とからなる。
画像形成装置100の上部には、自動原稿送り装置201と原稿画像走査露光装置202とから成る画像読取装置200が設置されている。
自動原稿送り装置201の原稿台上に載置された原稿dは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置202の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサCCDに読み込まれる。
ラインイメージセンサCCDにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部101において、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光手段3Y,3M,3C,3Kに入力される。
イエロー(Y)色の画像を形成する画像形成手段10Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像装置4Y及びクリーニング手段5Yを有する。マゼンタ(M)色の画像を形成する画像形成手段10Mは、像担持体としての感光体ドラム1M、帯電手段2M、露光手段3M、現像装置4M及びクリーニング手段5Mを有する。シアン(C)色の画像を形成する画像形成手段10Cは、像担持体としての感光体ドラム1C、帯電手段2C、露光手段3C、現像装置4C及びクリーニング手段5Cを有する。黒(K)色の画像を形成する画像形成手段10Kは、像担持体としての感光体ドラム1K、帯電手段2K、露光手段3K、現像装置4K及びクリーニング手段5Kを有する。帯電手段2Yと露光手段3Y、帯電手段2Mと露光手段3M、帯電手段2Cと露光装置3C、及び帯電手段2Kと露光装置3Kは、潜像形成手段を構成する。
現像装置4Y,4M,4C,4Kは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及び黒(K)の小粒径トナーとキャリアからなる二成分現像剤をそれぞれ収容する。
中間転写ベルト6は、複数のローラ61に巻回され、回転可能に支持されている。
なお、中間転写ベルト6は、体積抵抗が106〜1012Ω・cmの無端ベルトであり、例えばポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、エトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)等の樹脂材料や、EPDM、NBR、CR、ポリウレタン等のゴム材料にカーボン等の導電性フィラーを分散させたり、イオン性の導電材料を含有させたりしたものが用いられ、厚みは、樹脂材料の場合50〜200μm程度、ゴム材料の場合は300〜700μm程度の設定にすることが好ましい。
以上の構成により、画像形成手段10Y,10M,10C,10Kより形成された各色の画像は、回転する中間転写ベルト6上に一次転写手段7Y,7M,7C,7Kにより逐次転写されて(一次転写)、合成されたカラー画像が形成される。
給紙搬送手段20の給紙カセット21内に収容された記録材Pは、給紙手段22により給紙され、給紙ローラ23,24,25,26、レジストローラ27等を経て、転写ローラ9に搬送され、中間転写ベルト6上のカラー画像が記録材P上に転写される(二次転写)。
カラー画像が転写された記録材Pは、定着装置30において挟着され、熱と圧力とが加えられることにより記録材P上のトナー像が定着されて記録材P上に固定され、排紙ローラ28に挟持される。その後、機外の排紙トレイ29上に載置される。
一方、転写ローラ9により記録材Pにカラー画像を転写した後、記録材Pを曲率分離した中間転写ベルト6は、クリーニング装置8により残留トナーや紙粉等の付着物が除去される。
定着処理された記録材Pを反転排紙する場合には、記録材Pは定着装置30と排紙ローラ28の中間に配置された分岐板28Aの図示右側の搬送路を通過し、下方の第1搬送路〈1〉に搬送された後、逆転搬送されて分岐板28Aの図示左側の第2搬送路〈2〉を通過し、排紙ローラ28により装置外に排出される。
記録材Pの両面に複写する場合には、記録材Pの第1面に形成した画像を定着処理した後、記録材Pを第1搬送路〈1〉、さらに分岐板28Bの下方の第4搬送路〈4〉に導入した後、逆転搬送し、分岐板28Bの図示右側の搬送路を通過させ、第3搬送路〈3〉に搬送した後、上方に迂回し給紙ローラ26により搬送する。記録材Pは画像形成手段10Y,10M,10C,10Kにおいて第2面に各色の画像が両面に形成され、定着装置30により加熱定着処理され、排紙ローラ28によって装置外に排出される。
なお、以上の画像形成装置においては、カラー画像の形成装置として説明したが、中間転写ベルトを用いればモノクロ画像の形成装置であってもよい。
次に、クリーニング装置8の詳細につて、図2を参照して説明する。図2はクリーニング装置8の要部断面図である。
81はケーシングで、クリーニング装置8を構成する各部材が装着され、且つ、中間転写ベルト6から除去した残留トナーを貯蔵するトナー貯溜部Sを有する。
82はウレタンゴム等の弾性体からなるクリーニングブレードであり、ブレードホルダ83に接着剤等により固定されている。ブレードホルダ83は支持軸83aによって回動自在に軸支され、且つ不図示のバネによって反時計方向に回動するように付勢されている。これにより、クリーニングブレード82のエッジ82Aが、中間転写ベルト6の回転方向と反対方向(カウンター方向)に向いた状態で、バックアップローラ61に支持された中間転写ベルト6に圧接している。
84は表面に導電性ナイロン糸等からなる多数のループ状のブラシを有するブラシローラであり、クリーニングブレード82のエッジ82Aと中間転写ベルト6との圧接位置よりも中間転写ベルト6の回転方向上流側で、中間転写ベルト6に当接している。ブラシローラ84は、不図示の回転手段によって中間転写ベルト6と逆方向に回転し、且つ、その線速度が中間転写ベルト6の線速度よりも早くなるように構成されている。
85は内部に研磨剤Kを収容した研磨剤供給手段であり、下部の供給口85Aより研磨剤Kをブラシローラ84に供給する。
86はステンレス棒等からなるフリッカーであり、ブラシローラ84の回転方向に対して研磨剤供給手段85の供給口85aの上流側に位置して固定され、回転するブラシローラ84に当接してブラシローラ84に付着した残留トナーを除去する。
87はケーシング81に固定されたシール部材であり、中間転写ベルト6に当接して、残留トナーが漏出することを防止している。
88はケーシング81の底部に設けられた回収スクリューであり、不図示の駆動源によって回転することにより、トナー貯溜部Sの底部に貯溜した残留トナーを紙面垂直方向に搬送し、ケーシング81外へ排出する。
次に、クリーニング装置8の動作について説明する。
中間転写ベルト6上のトナー像を転写材Pに二次転写した後、中間転写ベルト6上に残留した残留トナー等を、クリーニングブレード82によって掻き落として除去し、中間転写ベルト6をクリーニングする。除去された残留トナーは中間転写ベルト6に接触回転しているブラシローラ84に落下して付着し、ブラシローラ84と共に約180度の角度で時計方向に回転する。そして、ブラシローラ84に付着した残留トナーはフリッカー86によって掻き落とされ、トナー貯溜部Sに貯溜される。トナー貯溜部Sに貯溜された残留トナーは回収スクリュー88によってケーシング81外へ排出される。
また、図3に示す如く、研磨剤供給手段85の供給口85Aには2枚の弾性を有するPET製のシート85B,85Cが取り付けられている。ブラシローラ84の回転方向に対して、下流側に位置するシート85Bは長く、上流側に位置するシート85Cは短く、シート85Bの先端部(供給口の一端)はブラシローラ84に当接し、シート85Cの先端部はシート85Bの側面に当接している。
図3(a)に示す如く、ブラシローラ84が回転していないときには、シート85Cの先端部がシート85Bの側面に当接しているので、開口部85Aは閉鎖状態にあって、研磨剤供給手段85に収容してある研磨剤Kが落下してブラシローラ84に付着することはない。
しかし、シート85Bの先端部はブラシローラ84のループ状のブラシ84Aに食い込んでいるので、図3(b)に示す如く、ブラシローラ84が回転するとシート85Bは変形する。従って、シート85Bの側面がシート85Cの先端部から離れ、開口部85Aが開口状態になる。従って、研磨剤供給手段85に収容してある研磨剤Kが落下して、ブラシローラ84のブラシ84Aに付着する。これにより、研磨剤Kが付着したブラシローラ84が時計方向に回転するので、ブラシローラ84と中間転写ベルト6とが当接する当接部Cで研磨剤Kによって中間転写ベルト6を研磨し、トナー等の付着物を除去して、表面を平滑化し摩擦抵抗を低下させる。
なお、ナイロン糸等のブラシを有するブラシローラ84と中間転写ベルト6との当接部Cの接触面積は、特許文献1の如きウレタンゴム等から形成されたクリーニングブレードと中間転写ベルトとの当接部の接触面積より遙かに広いので、研磨剤が付着したブラシ84Aが中間転写ベルト6に当接して回転することにより、中間転写ベルト6を充分に研磨することができる。
ここで、ブラシローラ84の回転によってシート85Bは弾性変形するが、ある程度で弾性変形すると、反力によって原位置に復帰するように先端部がブラシローラ84の回転方向に対して上流側に移動する。ブラシローラ84のブラシ84Aはループ状に形成されているので、シート85Bの先端部は山を乗り越えるようにして上流側に移動する。従って、シート85Bは振動し、これにより研磨剤供給手段85の内部の研磨剤Kは揺すられて、供給口85Aから落下し易くなる。また、シート85Bの先端部がブラシ84Aの山を乗り越えて上流側に移動すると、隣のブラシ84Aによってブラシローラ84の回転方向に移動され、再び弾性変形して、この動作を繰り返す。
なお、シート85Bの厚みは50〜150μmが好ましく、シート85Cの厚みは1000〜150μmが好ましい。また、シート85Bの自由長は5〜10mm、ブラシローラ84への食い込み量は0.2〜1mmが好ましく、これらの諸条件を組み合わせることによって、研磨剤Kの最適な供給量を定めることができる。
また、研磨剤としては平均粒子径が80〜500nmの無機微粒子が好ましく、無機微粒子としては例えばシリカ、アルミナ、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化セリウム等の微粒子を用いる。なお、平均粒子径が80nm未満の場合は、フィルミングを除去する効果が不充分であり、500nmを超えた場合は、中間転写ベルトの表面に損傷が生ずる。
次に、上記のクリーニング装置を図1の如きタンデム型カラー画像形成装置に装着して、フィルミングの発生状況を確認する実験を行ったので、この実験条件及び実験結果を記す。
実験1 ブラシローラの回転方向と線速度の相違
a.実験条件
・クリーニングブレード
材質:ウレタンゴム
形状:厚み2mm、自由長9mm
当接条件:支点回動式、バネ荷重方式、
カウンター当接:当接角17°
バネ荷重:荷重160mN/cm
・ブラシローラ
材質:導電性ナイロン糸
形状:外径17.5mm、芯金径9mm
ループ形状、320d/10本、567ループ/inch2
ベルト食い込み量:0.5〜1.5mm
・用紙:A3サイズ
・印字率:5%
・コピー枚数:20万枚
・実験環境:常温常湿(20℃、50%RH)
以上の条件に設定し、ブラシローラの回転方向を正回転と逆回転とで中間転写ベルトに対する線速度を変えて、フィルミングの発生状況を確認した。
b.実験結果
表1に示す。
Figure 2006003604
なお、表1において、正回転とは中間転写ベルトと同方向、即ち図2における反時計方向に回転することであり、逆回転とは中間転写ベルトと逆方向、即ち図2における時計方向に回転することである。従って、正回転で中間転写ベルトの線速度に対するブラシローラの線速度が1の場合は、図2における当接部Cにおいて互いに等速である。しかし、逆回転で中間転写ベルトの線速度に対するブラシローラの線速度が1の場合は、図2における当接部Cにおいて、中間転写ベルトの線速度に対するブラシローラの相対的な線速度は2倍になる。
この実験により、正回転ではフィルミングが発生しないようにするためには、線速度比を2.5以上にしなければならず、モータ等が原価高になって好ましくない。一方、逆回転にし、中間転写ベルトの線速度よりブラシローラの線速度の方を早くすれば、線速度に拘わらずフィルミングが発生しないことが分かった。しかし、モータ等の原価を考慮して、線速度比を1〜2とするのが望ましい。
実験2 直毛タイプとループ状タイプのブラシタイプの相違
a.実験条件
実験1と同一の条件で、ブラシローラに直毛タイプとループ状タイプのブラシを用いて実験した。なお、ブラシローラは逆回転で、線速度比は1とした。
b.実験結果
表2に示す。
Figure 2006003604
表2において、dはデニールを意味し、繊維の太さの尺度である線密度を表す単位であって、長さ9,000mで1gの質量を有する繊維を1デニールとする。
この実験により、フィルミングの発生に関して、ループ状のブラシを用いた方がよりことが判明した。
また、直毛タイプのブラシにおいては、ブラシ繊維の太さを太くすることで研磨性能を向上させることは可能であるが、繊維の先端部が中間転写ベルトに集中して強く当接すので、中間転写ベルトに傷を付け易い。これに対して、ループ状のブラシにおいては、直毛タイプで繊維を太くしたものと同等以上の強さを得ることができ、しかもループ状になっているため直毛タイプの如く先端部が点接触することがないので、中間転写ベルトに傷を付け難い。
また、直毛タイプであると、研磨剤供給手段85のシート85Bが円滑に復帰移動し難くなるので、供給口85Aの開閉が不安定になる。従って、この点においてもループ状のブラシの方が望ましい。
実験3 ランニングテスト
a.実験条件
以下に記載していない実験条件は上記条件と同一である。
・ブラシローラ
ブラシ:ループ状タイプ
回転方向:逆回転
線速度比:1
・用紙:A3サイズ
・印字率:5%
・コピー枚数及び実験環境:常温常湿(20℃,50%RH)、高温高湿(30℃,80%RH)、低温低湿(10℃,20%RH)の各環境で、各々40万枚、計120万枚の連続コピーを行った。
b.実験結果
中間転写ベルトにフィルミングの発生が見られなかった。また、クリーニングブレードのエッジを観察したが、欠けや偏摩耗等の損傷も見られなかった。
カラー画像を形成する画像形成装置の断面構成図である。 クリーニング装置の要部断面図である。 研磨剤供給手段の供給口の拡大図である。
符号の説明
8 クリーニング装置
81 ケーシング
82 クリーニングブレード
84 ブラシローラ
84A ブラシ
85 研磨剤供給手段
85A 供給口
85B,85C シート
86 フリッカー
88 回収スクリュー

Claims (7)

  1. 中間転写体に形成されたトナー像が記録材に二次転写された後の残留トナーを前記中間転写体より除去するクリーニングブレードと、
    前記中間転写体の回転方向に対して前記クリーニングブレードの上流側に位置し、ループ状のブラシを有して前記中間転写体に当接して回転するブラシローラと、
    前記ブラシローラに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、を備え、
    前記ブラシローラを前記中間転写体の回転方向と逆方向に前記中間転写体の線速度以上の線速度で回転させると共に、前記ブラシローラに前記研磨剤供給手段により研磨剤を供給することを特徴とするクリーニング装置。
  2. 中間転写体に形成されたトナー像が記録材に二次転写された後の残留トナーを前記中間転写体より除去するクリーニングブレードと、
    前記中間転写体の回転方向に対して前記クリーニングブレードの上流側に位置し、ループ状のブラシを有して前記中間転写体に当接して回転するブラシローラと、
    前記ブラシローラに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、を備え、
    前記研磨剤供給手段の供給口の一端を前記ブラシローラに当接させ、前記ブラシローラの回転により生ずる前記供給口の振動によって、前記研磨剤供給手段より研磨剤を前記ブラシローラに供給することを特徴とするクリーニング装置。
  3. 前記研磨剤供給手段の供給口の一端は弾性を有してシート状に形成され、前記ブラシローラが停止しているときには前記供給口を閉鎖していることを特徴とする請求項2に記載のクリーニング装置。
  4. 前記クリーニングブレードによって除去された残留トナーは、前記ブラシローラに付着することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のクリーニング装置。
  5. 前記ブラシローラの回転方向に対して前記研磨剤供給手段の供給口の上流側に、前記ブラシローラに付着したトナーを除去するフリッカーを設けたことを特徴とする請求項4に記載のクリーニング装置。
  6. 前記研磨剤は平均粒子径が80〜500nmの無機微粒子であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のクリーニング装置。
  7. 請求項1〜6の何れか1項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。
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