JP2017083643A - 現像器および画像形成装置 - Google Patents

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幸良 小田
Yukiyoshi Oda
幸良 小田
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Abstract

【課題】
クリーニング性能の低下や印字不良の発生を抑制することが可能な現像器および画像形成装置を提供する。
【解決手段】
感光体と、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材表面を清掃する清掃部材とを備え、前記清掃部材は、前記帯電部材表面と当接する弾性層を有し、前記弾性層の厚さは0.6mm以上1.0mm以下であることを特徴とする現像器および当該現像器と、前記現像器の前記感光体において現像された現像剤像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写後の前記現像剤像を定着させる定着手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置および当該画像形成装置を構成する現像器に関するものである。
従来の電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体たる感光体の表面を一様均一に帯電させる帯電部材としての帯電ローラを備えるものがある。一般的に帯電ローラは、感光体に対して接触した状態で設けられ、高圧電源から印加された帯電電圧により感光体表面を帯電させる。
このような帯電ローラには、付着した現像剤等を除去し、クリーニングするための帯電クリーニングローラが設けられる場合があり、例えば、特許文献1には弾性部材からなるクリーニング部材を帯電ローラに当接させて当該帯電ローラ表面をクリーニングする帯電措置について記載がなされている。
特開平5−297690号公報
しかしながら、従来技術に係る帯電クリーニングローラは、適切な圧接力をもって帯電ローラに当接していない場合があり、その結果、クリーニング性能の低下や印字不良が発生する場合があった。
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、クリーニング性能の低下や印字不良の発生を抑制することが可能な現像器および画像形成装置を提供することである。
上記課題を解決するために本発明に係る現像器は、感光体と、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材表面を清掃する清掃部材とを備え、前記清掃部材は、前記帯電部材表面と当接する弾性層を有し、前記弾性層の厚さは0.6mm以上1.0mm以下であることを特徴としている。
また、本発明に係る画像形成装置は、上記現像器の前記感光体において現像された現像剤像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写後の前記現像剤像を定着させる定着手段とを備えることを特徴としている。
本発明によれば、クリーニング性能の低下や印字不良の発生を抑制することが可能な現像器および画像形成装置を提供することができる。
本実施形態に係る現像器を適用した画像形成装置としてのプリンタの構成を説明する概略構成図である。 画像形成ユニットにおいて、特に本実施形態に係る現像器の構成を中心に説明する概略構成図である。 現像器の外観を説明する斜視図である。 帯電クリーニングローラと帯電ローラとの配設関係を説明する斜視図である。 帯電クリーニングローラの構成を説明する斜視図である。 帯電クリーニングローラの他の形態を説明する斜視図である。 帯電ローラと帯電クリーニングローラとの動作を説明する状態図である。 帯電ローラと帯電クリーニングローラとの動作を説明する状態図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
図1は、本実施形態に係る現像器23を適用した画像形成装置としてのプリンタ100の構成を説明する概略構成図である。本実施形態に係るプリンタ100は、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)およびシアン(C)の4種の現像剤としてのトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラープリンタである。
プリンタ100は、記録媒体たる用紙13を収容する給紙カセット20を始点、第1搬送ローラ16、第2搬送ローラ17、転写手段としての転写ベルトユニット24、定着手段としての定着ユニット25、第3搬送ローラ18、第4搬送ローラ19、スタッカ21を終点とし、ロワーフレーム26に略S字状となるように形成された用紙搬送路15に沿って、画像形成ユニット50K,50Y,50M,50Cが設けられている。画像形成ユニット50K,50Y,50M,50Cは、後述するトナーカートリッジに収容する各トナーを用いて当該トナー色に対応するトナー画像を現像する。
用紙13は、画像形成ユニット50K,50Y,50M,50Cで現像されたモノクロ又はカラーの画像情報を記録する所定寸法の記録媒体である。
給紙カセット20は、内部に用紙13を積層した状態で収納し、プリンタ100下部に着脱自在に装着されている。そして、給紙カセット20上部に配置された用紙繰り出し部22は、給紙カセット20に収納された用紙13をその最上部から1枚ずつ分離して用紙搬送路15に繰り出す。
第1搬送ローラ16および第2搬送ローラ17は、用紙繰り出し部22から繰り出された用紙13の斜行を矯正するとともに、用紙13を転写ベルト11に搬送する。
転写ベルトユニット24は、転写ベルト11と転写ローラ12とを備える。転写ベルト11は、用紙13を静電吸着可能な無端のベルト部材であり、用紙13を画像形成ユニット50K,50Y,50M,50C内に搬送する搬送部材である。転写ローラ12は、転写ベルト11内周部で後述する感光体下方に位置し、転写ベルト11を介して当該感光体に押圧された状態で回転可能に設けられている。転写ローラ11には、感光体に印加される印加電圧とは逆極性の電圧が印加され、感光体表面上で現像されたトナー画像を用紙13に転写する。
定着ユニット25は、画像形成ユニット50K,50Y,50M,50C以降の用紙搬送路15下流側に設けられており、定着ローラ25a、加圧ローラ25b、および図示せぬサーミスタ等を備える。定着ローラ25aは、例えば、アルミニウム等からなる中空円筒状の芯金にシリコーンゴムの耐熱弾性層を被覆し、その上にPFA(テトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)チューブを被服することによって形成されている。そして、その芯金内には、例えば、ハロゲンランプ等の加熱ヒータが設けられている。加圧ローラ25bは、例えば、アルミニウム等からなる芯金にシリコーンゴムの耐熱弾性層を被覆し、その上にPFAを被覆した構成であり、定着ローラ25aとの間に圧接部が形成されるように配設されている。図示せぬサーミスタは、定着ローラ25aの表面温度検出手段であり、定着ローラ25aの近傍に接触又は非接触で配設されている。図示せぬサーミスタが検出した定着ローラ25aの表面温度の検出結果に基づき、上記加熱ヒータを制御することで、定着ローラ25aの表面温度は所定の温度に維持される。トナー画像が転写された用紙13が所定の温度に維持された定着ローラ25aと加圧ローラ25bとから形成される圧接部を通過することにより、用紙13上のトナーに熱および圧力が付与され、当該トナーは溶融し、トナー画像が定着される。
第3搬送ローラ18および第4搬送ローラ19は、定着ユニット25を通過した用紙13をスタッカ21に搬送する。
スタッカ21は、プリンタ100外筐を利用して形成され、第3搬送ローラ18および第4搬送ローラ19により搬送された用紙13を積載する。
次に、画像形成ユニット50K,50Y,50M,50Cについて図2を用いて説明する。図2は、画像形成ユニット50K,50Y,50M,50Cにおいて、特に本実施形態に係る現像器の構成を中心に説明する概略構成図である。また、図3は、本実施形態に係る現像器の外観を説明する斜視図である。なお、画像形成ユニット50K,50Y,50M,50Cは、収容するトナーのみが異なり、他の構成は全て同構成とすることができるため、以下の説明ではそれぞれの画像形成ユニットを識別するためのK,Y,M,Cの符号を除いて説明する。
図2の示すように、画像形成ユニット50は、現像器23と、トナー4を収容するトナーカートリッジ5とを備える。
現像器23は、画像情報に基づく静電潜像を担持する像担持体たる感光体1と、感光体1表面を一様均一に帯電させる帯電部材としての帯電ローラ2と、帯電ローラ2表面の清掃する清掃部材としての帯電クリーニングローラ27と、感光体1に形成された静電潜像にトナー4を付着させてトナー画像を現像する現像ローラ6と、現像ローラ6にトナー4を供給するトナー供給ローラ8と、現像ローラ6表面上のトナー4の層厚を規制する現像ブレード7と、感光体1表面を清掃するクリーニングブレード9とを備える。なお、感光体1、帯電ローラ2、帯電クリーニングローラ27、現像ローラ6、トナー供給ローラ8、現像ブレード7、およびクリーニングブレード9は現像器23として図3に示す斜視図に示すように一体的に構成される。
感光体1は、導電性支持体と光導電層とによって構成され、例えば、導電性支持体としてのアルミニウム等の金属シャフトに光導電層としての電荷発生層および電荷輸送層が順次積層されて構成された有機感光体である。感光体1は、画像情報に基づき露光源3から照射された照射光により表面に静電潜像を形成する。
帯電ローラ2は、例えば、金属シャフトと、ウレタンまたはEPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム)から成る弾性層とによって構成されたローラ部材である。帯電ローラ2は、感光体1に対して所定の圧力をもって当接しており、図示せぬ高圧電源からの帯電バイアス電圧に基き、感光体1表面を一様均一に帯電させる。
帯電クリーニングローラ27は、帯電ローラ2に対して一定の圧力で接触しており、帯電ローラ2と反対方向に回転可能となるように構成されている。帯電クリーニングローラ27は、帯電ローラ2と反対方向に従動回転しながら、帯電ローラ2表面を清掃する。なお、帯電クリーニングローラ27の構成については後述する。
現像ローラ6は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周にカーボンブラックを分散させたウレターンゴムを配設し、その表面はイソシアネート処理が施されたローラ部材である。現像ローラ6は、感光体1の表面に圧接するように配設され、感光体1表面上の静電潜像にトナー4を供給し、トナー画像を現像する。
トナー供給ローラ8は、例えば、ステンレス等の金属シャフトの外周に半導電性発砲シリコーンスポンジ層を配設して構成されたローラ部材である。トナー供給ローラ8は、現像ローラ6に対して所定の圧力をもって当接しており、トナーカートリッジ5から供給されたトナー4を現像ローラ6に供給する。
トナー4は現像剤であり、感光体1表面に形成された静電潜像に付着することで画像情報に基づく画像を可視化することができる。
現像ブレード7は、ステンレス等の金属板から構成された板状部材であり、その一端が現像ローラ6表面の所定位置においてカウンター方向で当接するように配設されている。現像ブレード7は現像ローラ6表面上のトナー層厚を均一に規制する。
クリーニングブレード9は、ウレターンゴム等のゴム材をブラケットにホットメルト等の接着方法で強力に接着したものであり、当該ブラケットは現像器23の筺体10に支持されている。クリーニングブレード9は、感光体1に対して所定の圧力をもって当接しており、転写後に感光体1に残留したトナー4を掻き落とす。
トナーカートリッジ5はトナー4を収容する現像剤収容体であり、トナー4が消費されたときにカートリッジ単位での交換を容易とするため、現像器23に対して着脱自在となるように構成されている。
露光源3は、例えば、LED(Light Emitting Diode)素子等の発光素子とレンズアレイとを有するLEDヘッドであり、画像情報に基づき当該LED素子から出力される照射光が感光体1表面に結像する位置となるように配設されている。
次に、本実施形態に係る帯電クリーニングローラ27について図4および図5を用いて説明する。図4は、帯電クリーニングローラ27と帯電ローラ2との配設関係を説明する斜視図であり、図5は、帯電クリーニングローラ27の構成を説明する斜視図である。
図4内の点線で囲む(A)、(B)は、帯電クリーニングローラ27と帯電ローラ2とが組み合わされた状態における両端部の構成を説明する図であり、それぞれの両端部の構成は同一である。例えば、図中(A)に示すように、帯電ローラ2の両端部には第1の軸受け部31が設けられるとともに、当該帯電ローラ2が感光体1に一定の圧力で接触できるように第1の軸受け部31上に第1のバネ32が設けられている。
帯電クリーニングローラ27の両端部は、第2の軸受け部33により保持されており、当該第2の軸受け部33は、帯電ローラ2の第1の軸受け部31により保持されている。第2の軸受け部33は、帯電ローラ2と帯電クリーニングローラ27とが一定の圧力で接触することができるように、付勢部材としての第2のバネ34で付勢されている。
図5に示すように、帯電クリーニングローラ17は、シャフト35と弾性層36とから構成されており、当該弾性層36としては、例えば、INOAC社製SM55材等に代表されるような発泡スポンジ材を用いることができる。また、弾性層36の厚さは0.6mm以上1.0mm以下である。
ところで、参考値ではあるが、帯電ローラ2の弾性層はウレタンやEPDMで構成されたゴム材であり、帯電ローラ2の弾性層の引張り強さは、5〜40MPaであり、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の引張り強さは約80〜120kPaであり、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の方が圧倒的に強度は弱い。
なお、図6に示すように、帯電クリーニングローラ127の弾性層136として、シャフト135にゴム材をスパイラル状に巻き付けることで形成することも可能である。
次に、本実施形態に係るプリンタ100における画像形成プロセスを現像器23の動作と合わせて説明する。
画像情報が入力され、画像形成プロセスが開始されると、図2に示す現像器23内の感光体1は、図示せぬ駆動源から伝達された駆動力により、一定周速度で回転を開始する。そして、感光体1表面に所定の圧力をもって当接している帯電ローラ2は、図示せぬ高圧電源から印加された帯電電圧に基き、感光体1表面を一様均一に帯電させる。次に、感光体1に対向して配設された露光源3によって、入力された画像情報に対応した照射光が照射され、感光体1表面の光照射部分の電位が光減衰して静電潜像が形成される。
感光体1の回転駆動に伴い、図示せぬ伝達手段を介して感光体1の駆動が伝達されたトナー供給ローラ8は回転を開始する。トナー供給ローラ8の回転に伴い、トナー供給ローラ8上方に配設されたトナーカートリッジ5からトナー4が供給される。
現像ローラ6は、感光体1表面に圧接するように配設されており、図示せぬ高圧電源から現像電圧が印加されている。現像ローラ6は、トナー供給ローラ8から搬送されたトナー4を吸着し、感光体1に対してトナー4を回転搬送する。この回転搬送工程において、現像ローラ6に圧接して配設された現像ブレード7は、現像ローラ6に吸着したトナー4を均一な厚さにならしたトナー層を形成する。
そして、現像ローラ6は、感光体1表面に形成された静電潜像を、担持するトナー4によって反転現像する。感光体1の導電性支持体と現像ローラ6との間には図示せぬ高圧電源によってバイアス電圧が印加されているため、現像ローラ6と感光体1との間には、感光体1表面に形成された静電潜像に伴う電気力線が発生する。このため、現像ローラ上の6帯電したトナー4は、静電気力により感光体1上の静電部分に付着し、この部分が現像されてトナー画像が形成される。
感光体1表面上に形成されたトナー画像は、用紙13が第1搬送ローラ17および第2搬送ローラ18により転写ベルト11に搬送されたタイミングに合わせて、図示せぬ高圧電源から転写電圧が印加された転写ローラ12により用紙13に転写される。画像形成プロセスは、画像形成ユニット50Kに次いで、画像形成ユニット50Y,50M,50Cにおいて順次行われ、これらの画像形成ユニット50で形成されたトナー画像が用紙13に順次転写されることでカラー画像が形成されることになる。
その後、用紙4は定着ユニット25へと搬送される。トナー画像が転写された用紙13は、図示せぬ温度制御手段によって制御され、所定の表面温度に維持された定着ローラ25aと加圧ローラ25bとにより形成される圧接部に搬送される。定着ローラ25aから付与される熱によりトナー4が溶融され、さらに圧接部において圧接されることにより、トナー画像は用紙13上に定着される。
トナー画像が定着された用紙13は、第3搬送ローラ18および第4搬送ローラ19によりスタッカ21に排出され、一連の画像形成プロセスは完了する。
なお、トナー画像が転写された後の感光体1の表面には、若干のトナー4が残留する場合がある。この残留したトナー4は、クリーニングブレード9によって除去される。クリーニングブレード9が感光体1の表面に当接した状態で、感光体1が回転軸中心に回転することにより転写されずに残留したトナー4は除去される。なお、クリーニングされた感光体1は次の画像形成プロセスにおいて繰り返し使用される。
次に、図4、図7および図8を用いて帯電ローラ2と帯電クリーニングローラ27との動作について説明する。図7および図8は、帯電ローラ2と帯電クリーニングローラ27との動作を説明する状態図である。
図4に示すように、帯電ローラ2は第1のバネ32により感光体1に付勢されているため、感光体1が回転すると、帯電ローラ2は従動回転する。帯電クリーニングローラ27は、第2のバネ34により帯電ローラ2に付勢されているため、帯電ローラ2が回転すると、帯電クリーニングローラ27も従動回転する。
第2のバネ34により付勢されることにより、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の接触部は変形し、帯電ローラ2の表面を擦りながら回転する。
ここで、図7の(A)〜(D)の順で帯電ローラ2表面にトナー4が付着した場合、帯電
クリーニングローラ27が帯電ローラ2表面上のトナー4を掻き取りきれいに清掃することができる。
具体的には、図7の(C)〜(D)のように、帯電クリーニングローラ27の弾性層36は発泡スポンジであるため、掻き取ったトナー4を内部に抱えることで、帯電ローラ2へのトナー4の付着を防ぐことができる。
ここで、図8を用いて圧縮率の定義について説明する。帯電クリーニングローラ27を帯電ローラ2に押し込むと、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の方が、帯電ローラ2の弾性層に比べ圧倒的に強度が弱いため、帯電クリーニングローラ27の弾性層36は変形する。
帯電ローラ2の外径をd1、帯電ローラ2のシャフト外径をd2、帯電クリーニングローラ27の外径をd3、帯電クリーニングローラ27のシャフト外径をd4、帯電ローラ2と帯電クリーニングローラ27とのシャフト間外側距離をL1とすると、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さL2は、L2=(d3−d4)/2となる。例えば、d1=φ12(mm)、d2=φ8(mm)、d3=φ7.7(mm)、d4=φ6(mm)とした場合、L1=16.85(mm)、L2=0.85(mm)となる。そして、圧縮率は、(L1−(d1/2+d2/2+d3/2+d4/2))/L2×100[%]で求めることができる。前述したように、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の方が、帯電ローラ2の弾性層に比べ圧倒的に強度が弱い。したがって、第2のバネ34の圧力を変化させることにより、帯電クリーニングローラ27の弾性層36に対する圧縮率を変更すると、例えば、圧縮率10%でd3=φ7.53(mm)、圧縮率20%でd3=φ7.36(mm)、圧縮率30%でd3=φ7.19(mm)、圧縮率40%でd3=φ7.02(mm)、圧縮率50%でd3=φ6.85(mm)といったように帯電クリーニングローラ27の外径は変化する。
そして、シャフト間外側距離L1、帯電ローラ2のシャフト外径d2および帯電クリーニングローラ27のシャフト外径d4は、ノギスにて弾性層が無い箇所を測定するとともに、帯電ローラ2の外径d1と帯電クリーニングローラ27の外径d3は、レーザを用いた非接触方式の測定器で測定した。
表1は、第2のバネ34の圧力を変化させ、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の圧縮率を変更した際の帯電ローラ2のクリーニング性と、帯電ローラ2と帯電クリーニングローラ27とが回転接触することで、帯電ローラ2表面にキズが発生するか否かとを表にまとめたものである。
表1に示すように、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の圧縮率が20[%]以上であれば、クリーニング性は良好であるが、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の圧縮率が50[%]以上となると、帯電ローラ2表面にキズが発生する。
これらの結果より、クリーニング性と帯電ローラ2表面のキズ発生状態から帯電クリーニングローラ27の弾性層36の圧縮率は、20[%]〜40[%]の範囲が良好範囲であることが分かる。
表2は、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さを変化させ、且つ帯電クリーニングローラ27の弾性層36の圧縮率を変更した際の帯電ローラ2の回転性を表にまとめたものである。ここで、帯電ローラ2の回転動作が不安定になると感光体1への帯電不良が発生し、印刷結果に横帯や濃度ムラが発生する。なお、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さは製造上の問題により、0.6mm以下とすることはできなかった。
表2に示すように、帯電ローラ2の回転性の良好範囲は、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さによって異なる結果となった。帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さが小さいと、良好範囲が広くなることが明らかとなった。特に、弾性層36の厚さが1.0mm以下となると、圧縮率を40[%]まで上げても帯電ローラ2の回転性には問題が生じないことが分かった。
そして、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さを0.6mm以上1.0mm以下とすることで、表1の結果である帯電クリーニングローラ27の弾性層36の圧縮率の良好範囲である20[%]〜40[%]を満たすことができることが明らかとなった。
これに対して、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さが1.0mmを超える場合、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の圧縮率を20[%]とすることで良好範囲を満たすことができる。しかしながら、帯電クリーニングローラ27や帯電ローラ2の部品ばらつき、第2のバネ34の付勢力のばらつき等があるため、良好範囲を広くする必要がある。したがって、帯電クリーニングローラ27の弾性層36の厚さは0.6mm以上1.0mm以下とすることが好ましい。
以上のように、本実施形態によれば、帯電クリーニングローラの弾性層の厚さを0.6mm以上1.0mm以下とすることで、クリーニング性能の低下や帯電ローラに対するキズの発生に基づく印字不良の発生を抑制することができる。これにより、商品製造のばらつきの許容範囲を広くすることができ、生産性の向上やコスト低減を可能とすることができる。
本発明は、プリンタ、ファックス、コピー機、およびこれらの機能を備えた複合機等に適用可能である。
1 感光体
2 帯電ローラ
3 露光源
4 トナー
5 トナーカートリッジ
6 現像ローラ
7 現像ブレード
8 トナー供給ローラ
9 クリーニングブレード
10 筐体
11 転写ベルト
12 転写ローラ
13 用紙
15 用紙搬送路
16 第1搬送ローラ
17 第2搬送ローラ
18 第3搬送ローラ
19 第4搬送ローラ
20 給紙カセット
21 スタッカ
22 用紙繰り出し部
23 現像器
24 転写ベルトユニット
25 定着ユニット
25a 定着ローラ
25b 加圧ローラ
26 ロワーフレーム
27 帯電クリーニングローラ
31 第1の軸受け部
32 第1のバネ
33 第2の軸受け部
34 第2のバネ
35 シャフト
36 弾性層
50K,50Y,50M,50C 画像形成ユニット

Claims (7)

  1. 感光体と、
    前記感光体を帯電させる帯電部材と、
    前記帯電部材表面を清掃する清掃部材とを備え、
    前記清掃部材は、前記帯電部材表面と当接する弾性層を有し、前記弾性層の厚さは0.6mm以上1.0mm以下であることを特徴とする現像器。
  2. 前記清掃部材は、前記帯電部材に対して従動回転するローラ部材であること
    を特徴とする請求項1に記載の現像器。
  3. 前記清掃部材は、前記帯電部材に対して付勢部材で付勢されることにより保持されていること
    を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像器。
  4. 前記弾性層は、発泡スポンジ材であること
    を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の現像器。
  5. 前記弾性層は、引張り強さが80〜120kPaであること
    を特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の現像器。
  6. 前記弾性層の材質は、INOAC社製SM55材であること
    を特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の現像器。
  7. 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の現像器と、
    前記現像器の前記感光体において現像された現像剤像を記録媒体に転写する転写手段と、
    前記記録媒体に転写後の前記現像剤像を定着させる定着手段とを備えること
    を特徴とする画像形成装置。
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