JP2009063706A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 画像形成装置であるプリンタは、感光体4と、先端角が鈍角形状のクリーニングブレード47を当接させて感光体4の表面をクリーニングするクリーニング装置17とを有し、異物除去手段を構成する制御部は、感光体4とクリーニングブレード47とが当接するブレード当接部に挟み込まれた異物を除去するために、非画像トナーを感光体4の表面に付着させて、非画像トナーをブレード当接部に入力し、非画像トナーがブレード当接部に入力された後に、感光体4を通常の画像形成時の表面移動方向とは逆方向に表面移動させる制御を行う。
【選択図】 図2
Description
このようなクリーニング装置に用いられるクリーニングブレードとしては、像担持体表面と接触するクリーニングブレードの稜線を形成する2つの面が成す先端角が直角形状のものが一般的である。
先端角が鈍角形状のクリーニングブレードは、像担持体が表面移動することで発生するブレード先端の往復運動(スティックスリップ運動)が直角形状の先端角を備えたクリーニングブレードに比べて抑制される。このため、クリーニングブレードの磨耗を抑制し、クリーニングブレードの長寿命化を図ることができる。また、クリーニングブレードの先端角が鈍角であると直角のものに比べて、像担持体に接触する稜線の周囲が変形しにくく、クリーニングブレードを像担持体に接触させた状態でのブレード当接部の接触幅が小さくなる。ブレード当接部の接触幅が小さいため、同じブレード線圧(押圧力)であっても、先端角が直角であるものに比べてブレード当接部でのピーク圧力(面圧)を大きくすることができる。よって、同じブレード線圧値であっても、先端角が鈍角形状のクリーニングブレードの方が直角形状の先端角のものよりも優れたクリーニング性を実現することができる。このため、クリーニングブレードによるクリーニングでは除去し難い、円形度が高いトナーのクリーニングを行うときに先端角が鈍角形状のクリーニングブレードの方が直角形状の先端角のものよりも有利である。
このように先端角が鈍角形状のもの方がブレード当接部に異物を挟み込みやすい理由としては以下の理由が推測される。
すなわち、弾性部材が曲げ変形するとその表面は固くなり、表面を押圧することによる変形が起こりにくくなり、弾性部材の曲げの変形量が大きいほど、押圧による表面の変形が起こりにくくなる。このため、像担持体に接触する稜線の周囲が変形しにくい先端形状が鈍角のものは、先端角が直角のものに比べて表面を押圧することによる変形が起こり易い。よって、先端形状が鈍角のものは、ブレード当接部では異物がクリーニングブレードの表面を変形させてブレード当接部に進入し、異物がブレード当接部で挟み込まれた状態となり易いと推測される。
また、先端角が直角形状のクリーニングブレードに比べて、鈍角形状のクリーニングブレードはブレード先端のスティックスリップ運動が抑制される。よって、紙粉などの異物がブレード当接部に挟まりかけたときにその異物を弾き飛ばしにくく、このため、異物がブレード当接部で挟み込まれた状態となり易いと推測される。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記異物除去手段は、非画像形成時に画像形成には寄与しない非画像トナーを上記被清掃体の表面に付着させて、該非画像トナーを上記ブレード当接部に入力する制御を行うトナー入力制御手段を備え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2の画像形成装置において、上記トナー入力制御手段は、上記被清掃体の表面が所定の移動量だけ表面移動したときに上記非画像トナーを該被清掃体の表面に付着させ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2または3の画像形成装置において、上記異物除去手段は、上記非画像トナーが上記ブレード当接部に入力された後に、上記被清掃体を通常の画像形成時の表面移動方向とは逆方向に表面移動させる制御を行う被清掃体表面移動制御手段を備える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1、2、3または4の画像形成装置において、上記異物除去手段は、上記被清掃体を通常の画像形成時の表面移動方向とは逆方向に表面移動させる制御を行う被清掃体表面移動制御手段を備える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6の画像形成装置において、上記ブレード当接部に対して上記被清掃体の通常の画像形成時の表面移動方向上流側で、該被清掃体の表面に接触するクリーニングブラシを備えることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項1、2、3、4、5または6の画像形成装置において、上記被清掃体はトナー像担持体であることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、画像形成に使用するトナーは、円形度が0.93以上であることを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7または8の画像形成装置において、画像形成に使用するトナーは、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤及び離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂粒子の存在下で、架橋および伸長反応の少なくとも一方を行って得られるトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9の画像形成装置において、少なくとも上記被清掃体と上記クリーニング装置とを一体的支持して、画像形成装置本体に対して着脱可能なユニット装置を有することを特徴とするものである。
図1に示すようにプリンタ100の箱状の装置本体1内には4個の感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kがそれぞれ装置本体1に着脱可能に装着されている。装置本体1内の中央部には記録材担持体としての転写ベルト3が、装置本体1の対角線方向に斜めに配置されている。転写ベルト3は、その一つに回転駆動力が伝達される複数のローラに架け渡されて図中矢印A方向に回転駆動可能に設けられている。
感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kの配列は、感光体ユニット2Yを給紙側とし、感光体ユニット2Kが定着装置9側に位置するように2Y、2M、2C、2Kの順となっている。感光体4Y、4M、4C、4Kとしては、ベルト状の感光体等を用いてもよい。
例えば、現像装置5Yは、イエロー(以下Yという)トナーとキャリアを有する二成分現像剤を収容し、感光体4Y上の静電潜像にYトナーを供給して現像するものである。現像装置5Mは、マゼンタ(以下Mという)トナーとキャリアを有する二成分現像剤を収容し、感光体4M上の静電潜像にMトナーを供給して現像するものである。現像装置5Cは、シアン(以下Cという)トナーとキャリアを有する二成分現像剤を収容し、感光体4C上の静電潜像にCトナーを供給して現像するものである。現像装置5Kは、ブラック(以下Kという)トナーとキャリアとを有する二成分現像剤を収容して、感光体4K上の静電潜像にKトナーを供給して現像するものである。
プリンタ100の装置本体1の左方には画像形成後の転写紙Pを反転させて排出したり、画像形成後の転写紙Pを両面ユニット7へ搬送したりする反転ユニット8が配置されている。また、プリンタ100の装置本体1の右側には手差しトレイ15が矢印B方向に開閉可能に設けられている。この手差しトレイ15を開放することにより、手差しトレイ15から手差し給紙ができるようになっている。
また、転写ベルト3と反転ユニット8との間には定着装置9が配置されている。定着装置9の転写紙搬送方向下流側には反転搬送路10が分岐して形成されている。反転搬送路10は、転写紙Pを搬送路内に配置された排紙ローラ対11によって装置上部に設けられた排紙トレイ12上に排出可能にしている。
プリンタ100において、図示しない操作部により画像形成が指示され、プリンタ100がフルカラーの画像データを受け取ると、各感光体4が図示しない駆動源により回転駆動されて図1中時計回り方向に回転する。各感光体ユニット2の各帯電ローラ20は、図示しない電源から帯電バイアスが印加されて各感光体4をそれぞれ一様に帯電させる。各感光体4は、各帯電ローラ20により一様に帯電された後に書込ユニット6にて、Y、M、C、K各色の画像データで変調されたレーザ光により露光されて、各感光体4の表面に各色の画像データに対応した静電潜像が形成される。詳しくは、感光体ユニット2Yの感光体4Yには、書込ユニット6によりイエローの画像に対応するレーザ光が照射され、感光体ユニット2Mの感光体4Mには、書込ユニット6によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が照射される。また、感光体ユニット2Cの感光体4Cには、書込ユニット6によりシアンの画像に対応するレーザ光が照射され、感光体ユニット2Kの感光体4Kには、書込ユニット6によりブラックの画像に対応するレーザ光が照射される。
各感光体4上に形成された各静電潜像は、各感光体4が回転することにより、それぞれ現像装置5Y、5M、5C、5Kと対向する位置である現像領域に達する。現像領域に達した各静電潜像は、現像装置5Y、5M、5C、5Kのイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各トナーにより現像されて各感光体4上でY、M、C、Kの各色のトナー像となる。
なお、転写紙Pを安定して静電吸着搬送するために転写ベルト3は少なくとも表層が高抵抗の材料で構成されている必要がある。転写ベルト3の材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
感光体ユニット2は、図2に示すように静電潜像が形成される感光体4、感光体4の表面を一様帯電する帯電ローラ20、および感光体4の表面をクリーニングするクリーニング装置17とを備える。
帯電ローラ20には、図2に示すようにローラ表面をクリーニングするための帯電クリーニングローラ49が当接している。
また、ブラシローラ21は、感光体4に対向して配置され、クリーニングブレード47によって掻き取られ、E部に溜まったトナーをトナー搬送オーガ48に排出する働き、及び固形潤滑剤16を削って感光体4に塗布する働きを持つ。
表面移動する被清掃体としては、転写位置へ転写紙を搬送する搬送部材やトナー像担持体などがあり、トナー像担持体としては、潜像担持体である感光体や中間転写体である中間転写ベルトなどがある。
本実施形態では、画像形成装置であるプリンタ100における一次転写後のトナーが残留トナーとして残っている状態の感光体ドラム(単に、感光体4と呼ぶ)のクリーニングについて述べる。
クリーニングブレード47は図3に示すように感光体4に当接させる先端部分の先端角を鈍角形状としている。そして、クリーニング図2の様に鈍角を形成している2つの面が成す稜線を感光体4にカウンタ方向に当接させる。また、このクリーニングブレード47の先端角度θ1は120[°]としている。先端角度を鈍角形状とすることにより、感光体4が回転することで発生するブレード先端の往復運動(スティックスリップ運動)が抑制される為、ブレード磨耗も抑制される。
ここで先端角度θ1は95[°]〜135[°]とするのが好ましい。95[°]以下であると鈍角形状の効果が薄れてしまい、スティックスリップ運動によってブレード磨耗量が増えてしまうおそれがある。また、135[°]以上であるとクリーニングブレード47を加圧したときに感光体4に腹当りしてしまったり、クリーニングブレード47と感光体4との接触面積が増加して面圧が低下したりして、クリーニング能力が低下してしまう。本実施形態のクリーニングブレード47は、ブレード厚みt1を2[mm]、自由長t2を7.3[mm]としたが、ブレードの形状としてはこれに限るものではない。
それは以下の理由が推測される。先端角が直角形状であるものと比較して、鈍角形状のクリーニングブレードは先端付近の変形が少ない。先端の変形が大きいと擬似的に高硬度化されて表面が変形しにくくなり、紙粉などの異物を取り込みにくい。一方、先端の変形が小さいと、相対的に若干の表面の変形が許容され、紙粉などの異物が挟み込まれやすくなる。また、直角形状のクリーニングブレードに比べて、鈍角形状のクリーニングブレードは先端のスティックスリップ運動が少ないため、紙粉などの異物が挟まりかけたときにその異物を弾き飛ばしにくい為と考える。
なお、異物が挟み込まれた状態とは、感光体4とクリーニングブレード47と接触すべきブレード当接部で、クリーニングブレード47と感光体4との間に異物が存在し、クリーニングブレード47と感光体4との接触を妨げている状態である。
そこで、プリンタ100ではブレード当接部に挟み込まれた異物を除去する異物除去手段を備えている。
図4は、本実施形態の異物除去手段を説明するブロック図である。
図4に示すようにプリンタ100の異物除去手段は、制御部200、書込ユニット6、現像装置5、感光体駆動装置40、ブラシローラ駆動装置210、および転写バイアス電源50などから構成される。
詳しくは、非画像形成時として、連続する作像動作と作像動作の間のタイミングと作像動作後のタイミングとの少なくと何れか一方のタイミングで、感光体4上に非画像トナーを付着させるように書込ユニット6と現像装置5とを制御する。また、制御部200は、感光体4表面の非画像トナーが付着した領域が転写ベルト3と対向する位置を通過するタイミングでは感光体4上のトナーが転写ベルト3側に移動しないように、転写ブラシ57に転写電圧を印加する転写バイアス電源50を制御する。これにより、非画像トナーがブレード当接部に入力される。
非画像トナーとしては、感光体4の軸方向について付着量が略均一となるように、ベタ画像またはハーフトーン画像のトナー像が感光体4上に形成するように制御し、6〜8[mg]のトナーを感光体4上に付着させる。
非画像トナーを入力することによってブレード当接部の異物が除去されるメカニズムは明確ではないが、以下のような理由が考えられる。すなわち、通常の画像形成装置時の転写残トナーよりも量が多い非画像トナーをブレード当接部に入力することで、ブレード当接部にトナーの対流が発生し、ブレード当接部に存在する異物を洗い出し、除去し易くする。そして、非画像トナーによって洗い出された異物はトナーと共に図2中のE部に溜まってブラシローラ21の回転によって感光体4上から除去される。このように、ブレード当接部に挟み込まれた異物を非画像トナーによって洗い出し、トナーと共に除去することができるため、経時でブレード当接部に挟み込まれた状態となる異物の量が減少することができると推測される。
また、ブレード当接部に対して感光体4の表面移動方向上流側のくさび状の空間に紙粉などの異物が存在する状態であっても、非画像トナーによって洗い出し、トナーと共に除去できるため、ブレード当接部に異物が挟み込まれることを防止することができる。
詳しくは、非画像形成時の所定のタイミングで、制御部200が感光体駆動装置40を制御して、感光体4を通常の画像形成時、すなわちクリーニング装置17で通常のクリーニングを行っているときの回転方向(図2中の矢印C方向)とは逆方向に回転させる。
感光体4を逆回転させることによってブレード当接部の異物が除去される理由としては、以下のような理由が考えられる。すなわち、ブレード当接部では、感光体4が図2中の矢印C方向に回転することによる力の影響を受けて紙粉などの異物が挟まった状態となる。そこで、感光体4を逆方向に回転させることにより、ブレード先端の変形の向きが変わったり、異物が挟まった状態となるときとは逆方向に力が加わったりすることにより、ブレード当接部に挟まった異物を除去することができると推測される。
例えば指定枚数が20枚の連続プリントの画像データをプリンタ100が受け取ると、プリントON(S1)となり、上述した画像形成時の動作が行われプリントが実行される(S2)。一枚分のプリントが実行されるごとにプリント枚数Nと連続プリント枚数とがカウントされる(S3)。このプリント枚数Nが感光体4が所定の移動量だけ表面移動したかどうかの指標であり、プリンタ100では5枚のプリントを行ったときの感光体4の移動量を所定の移動量としており、A=5である。プリント枚数Nがカウントされた後、プリント枚数が所定の値となっているか比較し(S4)、Nの値が5に達していなければ(S4でNo)、連続プリントの枚数が指定枚数になっているかの判断(S7)が行われる。ここで、連続プリント枚数が指定枚数である20枚に達していなければ(S7でNo)、次のプリントが実行される。
一方、プリント枚数Nがカウントされた後、プリント枚数Nの値が所定の値である5に達していれば(S4でYes)、制御部200はトナー入力制御手段として、連続する作像動作と作像動作の間のタイミングの非画像形成時に非画像トナーをブレード当接部に入力する(S5)制御を行う。トナーを入力する制御を行ったあとはプリント枚数Nの値をリセットし(S6)、連続プリントの枚数が指定枚数になっているかの判断(S7)が行われる。ここで、連続プリント枚数が指定枚数である20枚に達していなければ(S7でNo)、再度次のプリントが実行される。一方、連続プリント枚数が指定枚数である20枚に達すると(S7でYes)、制御部200は被清掃体表面移動制御手段としてとして、作像動作終了後の非画像形成時に感光体4を逆回転させる(S8)制御を行う。
次に、ブレードの形状と異物を除去する制御とが異なる構成で、経時のクリーニング性を比較する実験を行った。
ブレードの形状としては、図3に示した鈍角形状のクリーニングブレード47と、図6に示す直角形状のクリーニングブレード47とを用いた。
異物を除去する制御としては、以下の異物除去モード1と異物除去モード2とを採用した。
・異物除去モード1
連続プリントの作像動作終了時に感光体4の逆転動作を行う。逆転量は感光体4の表面が約4[mm]表面移動するものとする。
・異物除去モード2
上述したプリンタ100での制御部200による制御と同様の制御である。プリント枚数5枚毎に非画像トナーを6〜8[mg]を感光体4に付着させ、長手方向である感光体4の軸方向について略均一にトナーをブレードに入力させる。そして、連続プリントの作像動作終了時に感光体4の逆転動作を行う。逆転量は感光体4の表面が約4[mm]表面移動するものとする。
1)直角形状のブレード+異物除去モードなし
2)鈍角形状のブレード+異物除去モードなし
3)直角形状のブレード+異物除去モード1
4)鈍角形状のブレード+異物除去モード1
5)直角形状のブレード+異物除去モード2
6)鈍角形状のブレード+異物除去モード2
ランニングテストは感光体線速を222[mm/sec]、連続プリント枚数5枚で繰り返しのプリントを行い、クリーニング不良による異常画像のチェックを行った。直角形状のブレードは図5の通りとなっており、感光体4に当接する先端の角度が直角形状で、鈍角形状のクリーニングブレード47と比較して角度が違うだけである。
プリント枚数に対するクリーニングランクの結果を表1に示す。「〇」は異常画像なし、「△」は薄くたまにクリーニング不良によるスジが発生、「×」ははっきりと常にスジが発生、を示している。
また、異物除去モード2については、制御部200が被清掃体表面移動制御手段としての機能と、トナー入力制御手段としての機能とを備えている。そして、所定の間隔でトナーをブレード当接部に入力することによって、感光体4とクリーニングブレード47が当接するブレード当接部に存在する紙粉などの異物を洗い出して除去し易くする。さらに、その後感光体4を逆転することによって、異物を除去できたと考える。
特に、異物除去モード2では、プリント枚数5枚毎に、ブレード当接部に非画像トナーを入力する制御と、感光体4を逆転する制御とを行っている。このため、トナーを入力する度に感光体4を逆転させていることができ、トナーを入力して除去し易い状態となった異物をより確実に除去することができる。
よって、条件6のように、鈍角形状のクリーニングブレード47と、異物除去モード2のような制御を行う制御部200とを備えるプリンタ100では良好なクリーニング性を経時にわたって維持することができる。
なお、被清掃体が紙と接触するユニットの方が異物除去手段を備えることによる効果が表れやすい。
帯電ローラ20は、感光体4に対向してその感光体4の表面を帯電する用をなす。この帯電ローラ20は、ギャップ管理部材20aを介して感光体4の表面に圧接しており、帯電ローラ20は感光体4の表面から微小間隙G(ギャップ)をあけ、その感光体4に対して非接触状態で位置している。帯電ローラ20の芯金にはステンレス等の金属が用いられる。芯金が細すぎると帯電部材の切削加工時や、感光体4に加圧されたときのたわみの影響が無視できなくなり、必要なギャップ精度が得られにくい。また、芯金が太すぎる場合には帯電ローラ20が大型化したり、質量が重くなったりする問題があるため、芯金の直径としては6〜10[mm]程度が望ましい。
帯電ローラ20は図示しない電源より接続されており、所定の電圧が印加される。その電圧は、直流電圧のみでもよいが、直流電圧(DC電圧)に交流電圧を重畳させた電圧であることが好ましい。交流電圧を印加することにより、感光体4表面をより均一に帯電することができる。
帯電ローラ20はクリーニングブレード47と感光体4との当接部であるブレード当接部をすり抜けたトナー、外添剤、紙粉などの異物によって経時で汚れてくる。そのため、帯電ローラ20をクリーニングする部材として、帯電ローラ20の上方に帯電クリーニングローラ49が配置されている。この帯電クリーニングローラ49は直径5[mm]の芯金にメラミンフォームとよばれる絶縁性スポンジ材質のローラが接着されたものである。帯電クリーニングローラ49は自重のみで帯電ローラ20に回動自由に当接しており、帯電ローラ20の回転に伴い連れまわり方向に回転しながら、帯電ローラ20表面を清掃する。
感光体4は、導電性支持体上に下引き層と、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とが、積層形成されている。
導電性支持体は、体積抵抗104[Ω・cm]以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの等が用いられる。
円形度a=L0/L ・・・(1)
(L0は、粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長を示し、Lは、粒子の投影像の周囲長を示す。)
平均円形度が0.93〜1.00の範囲では、トナー粒子の表面は滑らかであり、トナー粒子同士、トナー粒子と感光体4との接触面積が小さいために転写性に優れる。
一方、円形度の高いトナーはブレード方式のクリーニングでは感光体4とクリーニングブレード47の隙間に入り込み、すり抜けやすい。しかしながら、プリンタ100ではクリーニングブレード47の先端角が鈍角形状であることによって、円形度の高いトナー用いた場合でもクリーニング不良を抑えることができる。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280[℃]に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
[NCO]/[NHx]が2を超えたり、1/2未満であったりすると、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15[重量%]、好ましくは3〜10[重量%]である。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
離型剤としては、融点が50〜120[℃]の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2[μm]であることが好ましく、特に5×10−3〜0.5[μm]であることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500[m2/g]であることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5[wt%]であることが好ましく、特に0.01〜2.0[wt%]であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、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、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。
しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5[wt%]の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100[℃]未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。2000重量部を超えると経済的でない。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10[分]〜40[時間]、好ましくは2〜24[時間]である。反応温度は、通常、0〜150[℃]、好ましくは40〜98[℃]である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
また、プリンタ100の異物除去手段としての制御部200は、非画像形成時に画像形成には寄与しない非画像トナーを感光体4の表面に付着させて、非画像トナーをブレード当接部に入力する制御を行うトナー入力制御手段としての機能を備える。非画像トナーをブレード当接部に入力する制御を行うことによって、非画像トナーを入力する制御を行わないものに比べて、経時でブレード当接部に挟み込まれた状態となる異物の量が減少することが確認された。これにより、ブレード当接部に紙粉などの異物が挟まることに起因する経時のクリーニング不良の発生を防止することができる。
また、プリンタ100の異物除去手段としての制御部200は、トナー入力制御手段としては、感光体4の表面が所定の移動量として5枚プリント分の移動量だけ表面移動したときに、非画像トナーを感光体4の表面に付着させる制御を行う。これにより、定期的にブレード当接部にトナーを入力することができ、ブレード当接部に紙粉などの異物が挟まることに起因する経時のクリーニング不良の発生を防止することができる。
また、プリンタ100の異物除去手段としての制御部200は、非画像トナーがブレード当接部に入力された後に、感光体4を通常の画像形成時の表面移動方向とは逆方向に表面移動させる制御を行う被清掃体表面移動制御手段としての機能を備える。詳しくは、プリント枚数5枚毎に、ブレード当接部に非画像トナーを入力する制御と、感光体4を逆転する制御とを行っている。このため、トナーを入力する度に感光体4を逆転させていることができ、トナーを入力して除去し易い状態となった異物をより確実に除去することができる。よって、ブレード当接部に紙粉などの異物が挟まることに起因する経時のクリーニング不良の発生を防止することができる。
また、プリンタ100の異物除去手段としての制御部200は、異物除去モード1のように、非画像トナーの入力が無い場合でも、感光体4を通常の画像形成時の表面移動方向とは逆方向に表面移動させる制御を行う被清掃体表面移動制御手段としての機能を備えていても良い。非画像トナーを入力せずに非画像形成時に感光体4を逆転させる制御を行ったところ、このような制御を行わないものに比べて、同じ条件のランニング実験を行った場合に、ブレード当接部に挟まった状態の異物の量が減少していることが確認された。このため、感光体4を逆回転することでもブレード当接部に挟まった異物を除去することができ、ブレード当接部に紙粉などの異物が挟まることに起因する経時のクリーニング不良の発生を抑制することができる。なお、ブレード当接部に対して感光体4の表面移動方向上流側のくさび状の空間に紙粉などの異物が存在する状態であっても逆回転によって異物を表面移動方向上流側に移動させることができるため、ブレード当接部に異物が挟み込まれることを防止することができる。
また、プリンタ100は、ブレード当接部に対して感光体4の通常の画像形成時の表面移動方向(図2中矢印C方向)上流側で、感光体4の表面に接触するクリーニングブラシとしてのブラシローラ21を備える。ブラシローラ21を備えることにより、紙粉などの異物をクリーニングブレード47と感光体4との当接部(ブレード当接部)へ移動しにくくなる。さらに、ブレード当接部に対して感光体4の表面移動方向上流側の領域である図2中のE部からより効率良くトナーと異物とを排出することが出来る。
また、プリンタ100では、異物除去手段によってブレード当接部の異物の除去が成される被清掃体がトナー像担持体のうちの潜像担持体としての感光体4である。感光体4に鈍角形状のクリーニングブレード47を当接することにより転写残トナーに対して良好なクリーニング性を達成することができ、ブレード当接部の異物を除去することにより、良好なクリーニング性を維持することができる。
また、プリンタ100で用いるトナーは、円形度が0.93以上の円形度が高いトナーである。平均円形度が0.93以上の範囲では、トナー粒子の表面は滑らかであり、トナー粒子同士、トナー粒子と感光体との接触面積が小さいために転写性に優れ、高品位の画質が得られる。また、平均円形度が大きいトナーはブレード方式のクリーニングではすり抜けが生じやすいという問題があるが、鈍角形状のクリーニングブレード47を用いることにより、円形度の高いトナーに対して良好なクリーニング性を達成することができ、ブレード当接部の異物を除去することにより、良好なクリーニング性を維持することができる。
また、プリンタ100の画像形成に使用するトナーは、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤及び離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂粒子の存在下で、架橋および伸長反応の少なくとも一方を行って得られるトナーである。このような重合法によって作られたトナーはトナー1粒づつの対電荷質量比が揃っているので、転写効率を高くすることができる。そのため、転写残トナーとしてブレード当接部に入力するトナー量が少ない。このため、クリーニング性が向上する。
また、プリンタ100は、少なくとも被清掃体である感光体4とクリーニング装置17とを一体的支持して、プリンタ100本体に対して着脱可能なユニット装置としてのプロセスカートリッジである感光体ユニット2を有する。プロセスカートリッジを形成することにより、感光体4やクリーニング装置17を交換するときの利便性を向上させることができ、感光体4とクリーニング装置17とを一体で交換可能とすることで、ユーザーでも容易に交換が可能となる。
2 感光体ユニット
3 転写ベルト
4 感光体
5 現像装置
6 書込ユニット
7 両面ユニット
8 反転ユニット
9 定着装置
10 反転搬送路
11 排紙ローラ対
12 排紙トレイ
13 給紙カセット
15 手差しトレイ
16 固形潤滑剤
17 クリーニング装置
18 廃トナー収納部
19 フリッカー装置
20 帯電ローラ
20a ギャップ管理部材
21 ブラシローラ
40 感光体駆動装置
46 搬送ローラ対
47 クリーニングブレード
48 トナー搬送オーガ
49 帯電クリーニングローラ
50 転写バイアス電源
51 レジストローラ対
52 紙吸着ローラ
53 従動ローラ
54 反転搬送路
55 分離給紙ローラ
57 転写ブラシ
60 固形潤滑剤加圧スプリング
61 ブレードホルダ
100 プリンタ
200 制御部
210 ブラシローラ駆動装置
P 転写紙
Claims (10)
- 表面移動する被清掃体と、
該被清掃体の表面にクリーニングブレードを当接させて該被清掃体の表面をクリーニングするクリーニング装置とを有し、
該被清掃体と接触する該クリーニングブレードの稜線を形成する2つの面が成す先端角が鈍角形状である画像形成装置において、
該被清掃体と該クリーニングブレードとが当接するブレード当接部に挟み込まれた異物を除去する異物除去手段を有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記異物除去手段は、非画像形成時に画像形成には寄与しない非画像トナーを上記被清掃体の表面に付着させて、該非画像トナーを上記ブレード当接部に入力する制御を行うトナー入力制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
上記トナー入力制御手段は、上記被清掃体の表面が所定の移動量だけ表面移動したときに上記非画像トナーを該被清掃体の表面に付着させることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2または3の画像形成装置において、
上記異物除去手段は、上記非画像トナーが上記ブレード当接部に入力された後に、上記被清掃体を通常の画像形成時の表面移動方向とは逆方向に表面移動させる制御を行う被清掃体表面移動制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3または4の画像形成装置において、
上記異物除去手段は、上記被清掃体を通常の画像形成時の表面移動方向とは逆方向に表面移動させる制御を行う被清掃体表面移動制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4または6の画像形成装置において、
上記ブレード当接部に対して上記被清掃体の通常の画像形成時の表面移動方向上流側で、該被清掃体の表面に接触するクリーニングブラシを備えることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5または6の画像形成装置において、
上記被清掃体はトナー像担持体であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、
画像形成に使用するトナーは、円形度が0.93以上であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7または8の画像形成装置において、
画像形成に使用するトナーは、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤及び離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂粒子の存在下で、架橋および伸長反応の少なくとも一方を行って得られるトナーであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9の画像形成装置において、
少なくとも上記被清掃体と上記クリーニング装置とを一体的支持して、画像形成装置本体に対して着脱可能なユニット装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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