JP2017142516A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像形成装置の省電源化を達成しつつ、帯電手段に付着したトナーの清掃を行う。【解決手段】導電性を有する中間転写ベルトを用い、画像形成動作の終了処理工程である後回転工程において、帯電ローラと感光ドラムとの間の電界を画像形成時とは逆方向にすることと、2次転写バイアス電源から2次転写ローラにトナーの正規帯電極性と同じ極性の電圧を印加することと、により、帯電ローラに付着した正規帯電極性とは逆極性のトナーを、感光ドラムを介して中間転写ベルトに移動させ、回収手段によって回収する。【選択図】図3

Description

本発明は、シート等の記録材上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタなどの画像形成装置に関するものである。
近年、電子写真方式を用いた画像形成装置は小型化、低コスト化が進められており、様々な提案が為されている。
例えば、特許文献1では、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体上に転写後、像担持体上に残留したトナー(転写残トナー)を回収する像担持体クリーニング手段を設けない方式(像担持体クリーナレス方式)の画像形成装置が提案されている。この方式によれば、転写残トナーは現像手段に回収されるため、像担持体上にクリーニング手段を設けなくとも像担持体上のクリーニングを行うことができる。よって、回収トナーを保持する専用の空間等が不必要になり、現像装置や画像形成装置全体の小型化ひいては省部材による低コスト化が可能となる。
ただし、像担持体クリーナレス方式の画像形成装置では、画像形成動作やトナーを用いた各種画像安定化制御を繰り返す内に、帯電手段へトナーが付着・蓄積するという課題があった。これは、転写残トナー中の正規帯電極性と逆極性に帯電したトナーが、帯電手段に印加される電圧と像担持体表面電位との電位差により帯電手段に付着することで発生する。その結果、帯電手段の帯電能力が変化して像担持体表面を均一に帯電できなくなり、画像濃度変動が発生してしまうことが懸念される。
これに対して、帯電手段に付着したトナーを清掃する方法が多数提案されている。例えば、特許文献2では、所定のタイミングで接触帯電手段の清掃工程を設け、クリーニング手段が付設された転写体と接触帯電手段との間に電位勾配を形成し、接触帯電手段に付着したトナーを電位差によりクリーニング手段が付設された転写体に集める。そして、集めたトナーを転写体上に設けられたクリーニング手段により回収している。このように、所定のタイミングで随時帯電手段の清掃を行うことで、帯電手段のトナー付着による帯電能力変動を抑制することができる。
また、帯電手段に付着したトナーの清掃やトナーを用いた各種画像安定化制御等、非画像形成時にトナーが2次転写部を通過する工程では、次のような課題があった。即ち、非画像形成時にトナーが2次転写部を通過する際、電位差により2次転写手段にトナーが付着して、記録材の裏汚れ等を引き起こすという課題があった。
それに対し、2次転写手段へのトナー付着を抑制する方法として、様々な方法が提案されている。例えば、特許文献3では、2次転写部に記録材がないときには、2次転写部を通過するトナーと同極性の電圧を2次転写手段に印加して、静電気力によりトナーを2次転写手段に付着させないようにしている。また、特許文献4では、2次転写部に記録材がないときに中間転写体と2次転写手段とを離間して、物理的にトナーを2次転写手段に付着させないようにしている。これらのように、静電的あるいは物理的に2次転写手段へのトナー付着を抑制することで、記録材の裏汚れ等の発生を抑制することができる。
特開昭64−20587号公報 特開2001−075448号公報 特開2000−147915号公報 特開2000−019863号公報
ところで、本出願人は、電子写真方式を用いた画像形成装置の小型化、低コスト化を目的として、給電手段からの給電により全周が略一定の電位となる中間転写体を備えた画像形成装置を提案している。
この画像形成装置では、低抵抗の中間転写体を備え、給電手段としての2次転写手段から供給される電流が中間転写体の周方向に流れることで、中間転写体の全周が略一定の電位となる。斯かる構成においては、中間転写体と各色の像担持体表面との電位差により、各1次転写部で1次転写が行われる。この方式によると、各1次転写部に給電手段を備える必要がなく、また、関連部材・配線の省略が行えることから、画像形成装置の省電源化につながる。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、画像形成装置の省電源化を達成しつつ、帯電手段に付着したトナーの清掃を行うことである。
上記目的を達成するために本発明にあっては、
像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体を帯電させる帯電手段と、前記像担持体にトナー像を現像する現像手段と、導電性を有し、無端状で回転可能な中間転写体と、前記中間転写体に当接して2次転写部を形成し、前記中間転写体に1次転写されたトナー像を前記2次転写部において記録材に2次転写する2次転写部材と、前記2次転写部材に電圧を印加する電圧印加手段と、前記中間転写体に付着しているトナーを回収する回収手段と、を備え、前記現像手段が前記像担持体に付着しているトナーを回収可能な画像形成装置であって、
前記2次転写部材は前記中間転写体の外周面に接触し、画像形成時において、前記電圧印加手段から前記2次転写部材にトナーの正規帯電極性とは逆極性の転写電圧を印加して前記2次転写部材から前記中間転写体を介して前記像担持体に電流を供給することにより、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像が1次転写され、
前記帯電手段と前記像担持体との間の電界を前記画像形成時とは逆方向にすることと、前記電圧印加手段から前記2次転写部材に前記正規帯電極性と同じ極性の電圧を印加することと、により、前記帯電手段に付着した前記正規帯電極性とは逆極性のトナーを、前記像担持体を介して前記中間転写体に移動させ、前記回収手段によって回収することを特徴とする。
本発明によれば、画像形成装置の省電源化を達成しつつ、帯電手段に付着したトナーの清掃を行うことが可能となる。
実施例1の画像形成装置の概略構成を示す断面図 実施例1の中間転写ベルトの抵抗値を測定する場合について説明する概略図 実施例1における帯電ローラの清掃動作のタイミングチャートを示す図 実施例1における清掃工程において各電位の関係を示す図 帯電ローラの清掃工程において、電圧印加時の電流経路について説明する図 帯電ローラの清掃工程において、印加電圧とトナー付着率との関係を示す図
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、こ
の発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
本発明は、電子写真方式を用いて記録材(記録媒体)に画像形成を行う画像形成装置に関するものである。画像形成装置としては、複写機、プリンタ(レーザビームプリンタ、LEDプリンタ等)、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ、及びこれらの複合機(マルチファンクションプリンタ)等を挙げることができる。そして本発明は、特に、像担持体のクリーニング手段を持たない所謂像担持体クリーナレス方式を用いた画像形成装置に関するものである。
(実施例1)
まず、本発明を適用可能な画像形成装置の一実施例として、電子写真画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図1は、実施例1の画像形成装置100の概略構成を示す断面図である。画像形成装置100は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザビームプリンタであり、画像情報に従って、記録材(例えば、記録用紙、プラスチックシート、布等)にフルカラー画像を形成することができる。また、画像情報は、画像形成装置本体に接続された画像読み取り装置、或いは画像形成装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体に入力される。
図1において、画像形成装置100は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を形成するための第1,第2,第3,第4の画像形成部SY,SM,SC,SKを有する。本実施例では、第1〜第4の画像形成部SY,SM,SC,SKは、鉛直方向と交差する方向に一定の間隔をおいて一列に配置されている。
なお、本実施例では、第1〜第4の画像形成部の構成及び動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、以下の説明では、特に区別を要しない場合、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字Y,M,C,Kは省略して、総括的に説明する。
本実施例では、画像形成装置100は、複数の像担持体として鉛直方向と交差する方向に並設された4個のドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラム)1を有する。
感光ドラム1は、アルミニウム製のドラム基体(不図示)上に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層を順にコーティングした感光体層を有している。そして、駆動モータ(不図示)の駆動力により、画像形成動作等に応じて所定の周速度で図示矢印a方向(時計方向)に回転駆動される。本実施例では、感光ドラム1は直径24mmの負帯電性の有機感光ドラムを用いており、周速240mm/secで回転駆動される。
感光ドラム1の周囲には、帯電ローラ2、露光装置3及び現像装置4が配置されている。
帯電ローラ2は、感光ドラム1の表面を所定の極性の電位に一様に(均一に)帯電させる接触帯電手段である。帯電ローラ2は、感光ドラム1表面に所定の圧接力で接触しており、感光ドラム1表面との摩擦により感光ドラム1に対して従動回転する。また、帯電ローラ2の回転軸には、画像形成動作に応じて帯電バイアス電源(不図示)から所定の直流電圧が印加される。本実施例では、帯電ローラ2は、直径5.5mmの金属軸上に、厚さが1.5mmで体積固有抵抗率が1×10Ωcm程度の導電性弾性体からなる基層と、厚さ0.05μmで体積固有抵抗率が1×1010Ωcm程度の表層を設けたものを使用している。そして、画像形成動作に応じて、帯電ローラ2の回転軸に対して−1100Vの直流電圧を印加している。このとき、感光ドラム1の表面電位をトレック社製の表面電位計Model344で測定すると、−500V程度であった。
露光装置3は、レーザドライバ、レーザダイオード、ポリゴンミラー、光学レンズ系等
を備えており、ホストコンピュータ(不図示)から入力される画像情報に基づきレーザ光を照射して、一様に帯電された感光ドラム1表面に静電潜像を形成する露光手段である。本実施例では、露光装置3の最大光量で露光された後の感光ドラム1表面の電位が、−100Vとなるように露光量を調整している。
現像装置4は、現像部材(トナー担持体)としての現像ローラ12及び現像剤としての非磁性一成分トナー(以下、トナー)を備えており、静電潜像をトナー像として現像する(感光ドラム1に現像作用を行う)現像手段である。現像ローラ12は、画像形成動作に応じて感光ドラム1と所定の当接幅を持って当接している。そして現像ローラ12は、感光ドラム1の周速度よりも早い周速度で、感光ドラム1との対向部(接触部)において現像ローラ12の表面移動方向が感光ドラム1の表面移動方向と順方向となるように回転駆動される。
ここで、現像ローラ12は、感光ドラム1に接離可能に設けられている。即ち、現像装置4と画像形成装置100本体は、現像ローラ12と感光ドラム1の当接離間(現像離間)状態を制御する機構(不図示)を備えており、画像形成動作等に応じて現像ローラ12と感光ドラム1を当接させ、動作が停止するときには離間させている。
また、現像ローラ12の芯金には、画像形成動作に応じて現像バイアス電源(不図示)から所定の直流電圧が印加される。本実施例では、現像ローラ12は画像形成動作に応じて周速280mm/secで回転駆動され、現像ローラ12の芯金には−300Vの直流電圧が印加される。また、現像ローラ12上には、単位質量あたりのトナー帯電量が−40μC/g程度で、単位面積あたりのトナー量が0.4mg/cm程度の均一なトナー層が形成されている。
ここで、単位質量あたりのトナー帯電量と単位面積あたりのトナー量は、現像ローラ12上のトナーを、内部にフィルタをもつ吸引式ファラデーゲージで吸引捕集して、ファラデーゲージで測定された電荷とトナーの捕集面積、フィルタの質量増加から求めた。つまり、単位質量あたりのトナー帯電量は、ファラデーゲージで測定された電荷をフィルタの質量増加で除して求め、単位面積あたりのトナー量は、フィルタの質量増加を捕集面積で除して求めた。
本実施例におけるトナーは、懸濁重合法で製造した負帯電性を有する非磁性のトナーで、体積平均粒径が6.5μm程度である。また、表面性を改質するために、体積平均粒径が20nm程度の酸化ケイ素粒子をトナー重量の1.5%程度トナー表面に均一に付着させている。ここで、トナーの体積平均粒径は、ベックマン・コールター株式会社製のレーザ回折式粒度分布測定器LS−230で測定した体積平均粒径である。ただし、本実施例では懸濁重合法で製造したトナーを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、粉砕法や、乳化重合法等の他の重合法を用いて製造されたトナーであってもよい。また、本実施例では、現像装置4Y,4M,4C,4Kには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収容されている。
即ち、本実施例では、現像装置4は感光ドラム1の帯電極性と同極性(本実施例では負極性)に帯電したトナーを、感光ドラム1表面の露光により電荷が減衰した部分(露光部)に付着させる、所謂反転現像を行う。これにより、感光ドラム1上(像担持体上)の静電潜像が現像されて、トナー像が形成される。
なお、本実施例では、感光ドラム1と、感光ドラム1に作用するプロセス手段としての帯電ローラ2及び現像装置4とは、一体的にカートリッジ化されてプロセスカートリッジ7を形成している。プロセスカートリッジ7は、画像形成装置100本体に設けられた装着ガイド、位置決め部材等の装着手段(不図示)を介して、画像形成装置100に着脱可能となっている。また、本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ7は全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ7内には、それぞれイエロー(Y)、マゼ
ンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナーが収容されている。ただし、本実施例ではプロセスカートリッジについて説明するが、これに限定されるものではない。例えば、現像装置4が画像形成装置100本体に固定されて、現像装置4にトナーのみを補給する構成としてもよいし、現像装置4が単独でカートリッジ化されて、画像形成装置100本体に対して着脱可能な構成としてもよい。
一方、4個の感光ドラム1に対向して、感光ドラム1上のトナー像を記録材P上に転写するために、中間転写体としての中間転写ベルト5が配置されている。感光ドラム1の回転方向において、帯電ローラ2による帯電位置、露光装置3による露光位置、現像装置4による現像位置、中間転写ベルト5へのトナー像の転写位置は、この順番で設けられている。
中間転写ベルト5は無端状の回転可能なベルトで形成されており、駆動ローラ51、2次転写対向ローラ52、テンションローラ53間に掛け渡されている(以下、3本合わせて張架ローラという場合もある)。ここで、駆動ローラ51、2次転写対向ローラ52、テンションローラ53は張架部材に相当する。また、2次転写対向ローラ52は対向部材に相当する。
そして、外周面において全ての感光ドラム1に当接し、駆動モータ(不図示)が接続された駆動ローラ51の駆動によって、図示矢印b方向(反時計方向)に所定の速度で循環移動(回転)する。本実施例では、中間転写ベルト5は、感光ドラム1の周速度と同じ240mm/secで循環移動(回転)する。
中間転写ベルト5の内周面側には、各感光ドラム1に対向するように、1次転写手段としての4個の1次転写ローラ8が並設されている。1次転写ローラ8は、中間転写ベルト5を感光ドラム1に向けて押圧し、中間転写ベルト5と感光ドラム1とが接触する1次転写部N1にニップ(1次転写ニップ)を形成する。また、中間転写ベルト5の外周面側において2次転写対向ローラ52に対向する位置には、2次転写手段を構成する2次転写部材としての2次転写ローラ9が中間転写ベルト5に当接するように配置されている。
2次転写ローラ9は、中間転写ベルト5を介して2次転写対向ローラ52に圧接し、中間転写ベルト5と2次転写ローラ9とが接触する2次転写部N2にニップ(2次転写ニップ)を形成する。そして、2次転写ローラ9には、2次転写バイアス電源6から、所定の直流電圧が印加される。さらに、中間転写ベルト5の外周面側においてテンションローラ53に対向する位置には、回収手段(中間転写体清掃手段)としての中間転写ベルトクリーニング装置11が設けられている。ここで、2次転写バイアス電源6は、2次転写ローラ9に電圧を印加すると共に、2次転写ローラ9に電圧を印加することで2次転写ローラ9に当接している中間転写ベルト5に電圧を印加する電圧印加手段に相当する。また、2次転写ローラ9と2次転写バイアス電源6は、2次転写手段を構成する。
中間転写ベルト5としては、次のようなものを用いることができる。それは、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリイミド樹脂等で構成されるものや、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム等の弾性材料からなるもの、又はこれらにカーボンや導電粉体を分散させて抵抗調整を行ったもの等である。
本実施例では、中間転写ベルト5は、厚さが100μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂にカーボンブラックを分散させた基材上(外周面側)に、厚さが0.5〜3.0μmで高抵抗のアクリル樹脂の表層を設けたベルトを使用している。また、本実施例の中間転写ベルト5の抵抗値は110kΩであった。
本実施例における中間転写ベルト5は低抵抗であるため、株式会社三菱化学アナリテック製の抵抗率計ハイレスタUP及び測定電極としてハイレスタUP専用プローブURSプローブを用いて、印加電圧100Vで測定したところ測定レンジ外であった。
そのため、中間転写ベルト5の抵抗値は、図2に示すように本実施例における画像形成装置100を用いて測定した。図2(a)は、感光ドラム1Yの位置で、中間転写ベルト
5の抵抗値を測定する場合について説明するための概略図であり、図2(b)は、感光ドラム1Kの位置で、中間転写ベルト5の抵抗値を測定する場合について説明するための概略図である。
図2(a)において、中間転写ベルト5の抵抗測定用電極として、2次転写ローラ9と同形の金属ローラである2次転写ローラ9Mと、感光体層を除いたアルミドラム1YMが、それぞれ2次転写ローラ9と感光ドラム1Yの代わりに配置されている。また、2次転写ローラ9Mは2次転写バイアス電源6と接続されており、アルミドラム1YMは電流計を経由して接地されている。そして、2次転写バイアス電源6から2次転写ローラ9Mに100V印加したときに流れる電流を検出し、以下の式で算出した抵抗値を中間転写ベルト5の周方向抵抗値とした。
抵抗値=印加電圧/検出された電流値
本実施例では、2次転写部N2からアルミドラム1YMの1次転写部N1までの距離が、中間転写ベルト5の上側経路で420mm、下側経路で370mmであった。この方法により測定した中間転写ベルト5の周方向抵抗値が110kΩである。また、図2(b)に示すように、アルミドラムの配置を変えてアルミドラム1KMの位置で測定した場合も、中間転写ベルト5の周方向抵抗値はほぼ同じ値であった。このとき、2次転写部N2からアルミドラム1KMの1次転写部N1までの距離は、中間転写ベルト5の上側経路で710mm、下側経路で80mmであった。
このように、本実施例における中間転写ベルト5は、2次転写バイアス電源6により電圧が印加されることで(2次転写バイアス電源6により供給される電流により)、全周にわたって一定の電位となるように構成されている。
駆動ローラ51は、中間転写ベルト5を駆動するため、表層に高摩擦で体積抵抗率が10Ωcm以下の導電性ゴム層を有している。
2次転写対向ローラ52は、2次転写ニップを形成するために、同じく表層に体積抵抗率が10Ωcm以下の導電性ゴム層を有している。また、2次転写対向ローラ52は、中間転写ベルト5に従動回転する。
テンションローラ53は、金属ローラからなり、総圧約60Nの張力を中間転写ベルト5に付与し、中間転写ベルト5に従動回転する。
また、駆動ローラ51、2次転写対向ローラ52、テンションローラ53は、所定の抵抗値の抵抗素子を介して接地されている。本実施例では、全て抵抗値1GΩの抵抗素子を介して接地されている。ただし、本実施例では、各ローラに接続する抵抗素子の抵抗値を1GΩとしたが、これに限定されるものではない。また、本実施例では、各ローラは全て同じ抵抗値の抵抗素子を介して接地したが、これに限定されるものではなく、各ローラに接続している抵抗素子の抵抗値が異なってもよい。また、本実施例では、各ローラに抵抗素子を接続したが、これに限定されるものではなく、例えば、所定の降伏電圧を有するツェナーダイオード等を介して接地してもよい。
1次転写ローラ8は、芯金表面に弾性層を被覆して構成されている。そして、1次転写ローラ8は、1次転写部N1において中間転写ベルト5を介して感光ドラム1に当接しており、中間転写ベルト5の循環移動に伴い従動回転する。本実施例では、1次転写ローラ8は、体積抵抗率が10〜10Ωcmでゴム硬度がアスカーC硬度で30°の弾性ローラを用いている。また、本実施例では、1次転写ローラ8は、中間転写ベルト5を介して感光ドラム1に総圧約9.8Nで当接し、1次転写ニップを形成している。また、本実施例では、1次転写ローラ8は電気的にフロート状態である。
2次転写ローラ9は、芯金表面に弾性層を被覆して構成されている。そして、2次転写ローラ9は、2次転写部N2において中間転写ベルト5を介して2次転写対向ローラ52
に当接しており、中間転写ベルト5の循環移動に伴い従動回転する。本実施例では、2次転写ローラ9は、芯金表面にEPDM発泡層等の弾性層を被覆して構成され、体積抵抗率が10〜10Ωcmで、ゴム硬度がアスカーC硬度で30°の弾性ローラを用いている。また、本実施例では、2次転写ローラ9は、中間転写ベルト5を介して2次転写対向ローラ52に総圧約39.2Nで当接し、2次転写ニップを形成している。また、本実施例では、2次転写バイアス電源6から2次転写ローラ9に−3000〜7000Vの直流電圧が印加可能となっており、画像形成動作に応じて2次転写ローラ9には2000Vの電圧(転写電圧)が印加される。
このとき、2次転写ローラ9から2次転写ニップを介して中間転写ベルト5、張架ローラ、抵抗値1GΩの抵抗素子を通ってアースに電流が流れるとともに、1次転写部N1において中間転写ベルト5と感光ドラム1との間で電位差に応じた放電が発生する。これにより、中間転写ベルト5の電位が与えられる。各画像形成部における感光ドラム1Y,1M,1C,1Kのそれぞれの位置で、トレック社製の表面電位計Model344を用いて中間転写ベルト5の表面電位を測定すると、いずれの感光ドラム1の位置でも中間転写ベルト5の表面電位は200V程度であった。
1次転写部N1では、感光ドラム1の表面電位(非露光部が−500V、露光部が−100V)と中間転写ベルト5の表面電位(200V)との差により電界(電位勾配)が形成される。ここで、電界の向きは感光ドラム1表面の非露光部、露光部にかかわらず、負帯電トナーが感光ドラム1上から中間転写ベルト5上に移動する方向である。この電界により、感光ドラム1上に形成されたトナー像が中間転写ベルト5上に転写される。
2次転写部N2では、中間転写ベルト5の表面電位(200V)と2次転写ローラ9に印加される電圧(2000V)との差により、負帯電トナーが中間転写ベルト5上から2次転写ローラ9に移動する方向の電界が形成される。この電界により、中間転写ベルト5上のトナー像が記録材P上に転写される。
中間転写ベルトクリーニング装置11は、中間転写ベルト5の外周面に当接して中間転写ベルト5上のトナーを掻き取り、中間転写ベルトクリーニング装置11内に回収するクリーニングブレードなどを有する。中間転写ベルトクリーニング装置11は、中間転写ベルト5のうち2次転写部N2よりも中間転写ベルト5の回転方向下流側で、中間転写ベルト5上(中間転写体上)に付着しているトナーを回収するように配置されている。
また、2次転写部N2において記録材Pの搬送方向下流側には、定着ローラと加圧ローラとを有する定着手段としての定着装置10が設けられている。
画像形成時には、まず、感光ドラム1が、画像形成動作開始信号に応じて回転駆動されるとともに、帯電ローラ2によって一様に帯電される。次に、露光装置3から出力される画像情報に応じたレーザ光によって、一様に帯電された感光ドラム1の表面が走査露光され、感光ドラム1上に画像情報に従った静電潜像が形成される。そして、現像装置4により、感光ドラム1上に形成された静電潜像がトナー像として現像される。
次に、感光ドラム1上に形成されたトナー像は、1次転写部N1において電界の作用により中間転写ベルト5上に転写(1次転写)される。ここで、例えばフルカラー画像形成時には、前記プロセスが第1〜第4の画像形成部SY,SM,SC,SKにおいて順次行われ、中間転写ベルト5上に各色のトナー像が順次重ね合わせて1次転写されて、フルカラートナー像が形成される。その後、中間転写ベルト5の移動と同期が取られて、記録材Pが2次転写部N2へと搬送される。
そして、2次転写バイアス電源6から2次転写ローラ9に電圧が印加されることで、中間転写ベルト5上のトナー像は、2次転写部N2において電界の作用により記録材P上に転写(2次転写)される。トナー像が転写された記録材Pは、定着装置10に搬送される
。そして、定着ローラと加圧ローラとの接触部に形成されるニップ(定着ニップ)において、記録材Pに熱及び圧力が加えられ、トナー像が記録材P上に定着される。その後、記録材Pは画像形成装置100の外部に排出される。
一方、2次転写部N2で記録材P上に2次転写されずに中間転写ベルト5上に残ったトナー(2次転写残トナー)は、中間転写ベルト5の循環移動に伴い中間転写ベルトクリーニング装置11との対向部に搬送される。そして、2次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置11によって中間転写ベルト5上から除去・回収される。
また、1次転写部N1で中間転写ベルト5上に1次転写されずに感光ドラム1上に残ったトナー(1次転写残トナー)は、感光ドラム1の回転に伴い帯電ローラ2との接触部を通って現像装置4との対向部に搬送される。このとき、感光ドラム1表面には再び帯電・露光が行われ、画像情報に従った静電潜像が形成されている。また、現像装置4との対向部に搬送されてきた1次転写残トナーは、ほぼ負帯電されている。そして、感光ドラム1の表面電位(非露光部が−500V、露光部が−100V)と現像ローラ12に印加される電圧(−300V)との差により形成される電界で、1次転写残トナーの一部が現像装置4に回収される。
即ち、非露光部においては、電界の向きが負帯電トナーを感光ドラム1上から現像ローラ12上に移動させる方向であるため、感光ドラム1上の1次転写残トナーが現像ローラ12上に移動して現像装置4内に回収される。
一方、露光部においては、電界の向きが負帯電トナーを現像ローラ12上から感光ドラム1上に移動させる方向であるため、現像ローラ12上の負帯電トナーが感光ドラム1上に移動して感光ドラム1上の静電潜像を現像する。このとき、感光ドラム1上の1次転写残トナーも静電潜像の現像に使用される。このように、現像装置4は、感光ドラム1に形成された静電潜像をトナー像に現像すると共に感光ドラム1に付着しているトナーを回収可能に構成されている。
なお、画像形成装置100は、単独又はいくつかの(全てではない)所望の画像形成部のみを用いて、単独またはマルチカラーの画像を形成することもできるようになっている。
次に、本実施例における帯電ローラ2表面へのトナー付着・蓄積について説明する。
1次転写部N1における転写の影響等により、1次転写残トナーは正規帯電極性と逆極性(本実施例では正極性)に帯電したトナーを一定の割合で含んでいる。そのため、1次転写残トナーが感光ドラム1の回転に伴い帯電ローラ2との接触部を通る際に、帯電ローラ2に印加される電圧と感光ドラム1の表面電位との差により形成される電界で、1次転写残トナー中の正帯電トナーが帯電ローラ2上に移動する。帯電ローラ2表面へのトナー付着は、1次転写残トナーが感光ドラム1の回転に伴い帯電ローラ2との接触部を通る度に発生するので、画像形成動作等を繰り返す内に帯電ローラ2表面にトナーが蓄積していく。
帯電ローラ2表面にトナーが付着すると、帯電ローラ2の帯電性能が変化するため、感光ドラム1の表面電位が変化して画像濃度変動につながる。また、帯電ローラ2表面に付着したトナー量が多いほど帯電性能の変化は大きく、感光ドラム1の表面電位の変化も大きくなる。よって、1回の画像形成動作による影響は小さいが、帯電ローラ2表面にある程度以上の量のトナーが蓄積すると感光ドラム1表面を均一に帯電できなくなり、画像濃度変動が無視できなくなる。
次に、本実施例における帯電ローラ2の清掃について説明する。
本実施例における帯電ローラ2の清掃動作は、感光ドラム1と中間転写ベルト5とを介して帯電ローラ2と2次転写ローラ9との間に、画像形成動作時とは逆方向の電界が形成
されることで行われる。ここで、駆動ローラ51、2次転写対向ローラ52、テンションローラ53に接続されている抵抗素子は、この電界を形成する役割を有している。
帯電ローラ2上のトナーは正帯電しており、帯電ローラ2表面に静電的に付着している。そこで、帯電ローラ2と感光ドラム1との間の電界を画像形成動作時とは逆方向にすることで、帯電ローラ2表面に付着したトナーを除去することができる。このとき、帯電ローラ2に印加される電圧は、帯電ローラ2と感光ドラム1との間の放電開始電圧を放電閾値としてVaVとすると、感光ドラム1の表面電位に対してトナーの正規帯電極性と逆極性側に100V以上VaV以下(放電閾値以下)であることが好ましい。これは、100V未満の場合には、正帯電トナーを帯電ローラ2上から感光ドラム1上に移動させるのに十分な強さの電界が形成されないためである。一方、VaVを超える場合には、帯電ローラ2と感光ドラム1との間で放電が発生し、帯電ローラ2上の正帯電トナーの一部が負帯電トナーに変わって感光ドラム1上に移動できなくなるためである。
そして、帯電ローラ2と感光ドラム1との間の電界を画像形成動作時とは逆方向にするため、帯電ローラ2の清掃動作(清掃工程、回収工程)は、記録材に対する画像形成動作を行っていない非画像形成時に行う。また、画像濃度変動が出ないように、帯電ローラ2表面にある程度以上の量のトナーが蓄積し、感光ドラム1表面を均一に帯電できなくなる前に帯電ローラ2の清掃を行う。本実施例では、画像形成動作の終了処理工程である後回転工程において、帯電ローラ2の清掃動作を行っている。また、連続印刷時においては、20枚連続印刷毎に1回、帯電ローラ2の清掃を行うようにしている。帯電ローラ2の清掃動作は、画像形成装置に設けられた制御手段(実行手段)により実行される。
図3は、本実施例における帯電ローラ2の清掃動作のタイミングチャートを示す図である。
図において、画像形成動作の終了に従い、まず現像ローラ12が感光ドラム1表面から離間される。そして、中間転写ベルト5上の最終トナー像の後端が2次転写部N2を通過した直後の時間t0において、2次転写ローラ9に印加する電圧を2000Vから−1200Vに切り替える。
ここで、中間転写ベルト5の電位は、2次転写ローラ9から2次転写ニップを介して供給される電流により与えられる。よって、2次転写ローラ9に印加する電圧を切り替えることで、中間転写ベルト5の表面電位が200Vから−960V程度に変化する。
次に、帯電ローラ2に印加する電圧を0Vに切り替える。これにより、帯電ローラ2と感光ドラム1との間の電界(電位勾配)が画像形成動作時と逆方向になり、帯電ローラ2表面に付着した正帯電トナーが感光ドラム1上に移動する。そして、感光ドラム1上に移動した正帯電トナーは、感光ドラム1の回転に伴い1次転写部N1に搬送される。
1次転写部N1では、感光ドラム1の表面電位(−500V)と中間転写ベルト5の表面電位(−960V)との差により、正帯電トナーが感光ドラム1上から中間転写ベルト5上に移動する方向の電界が形成される。この電界により、感光ドラム1上の正帯電トナーが中間転写ベルト5上に移動する。
中間転写ベルト5の表面電位は、感光ドラム1の表面電位に対してトナーの正規帯電極性と同極性側で、かつ1次転写性が良好となる値であることが好ましい。
ここで、一般に、1次転写部N1において感光ドラム1上のトナーの90%以上が中間転写ベルト5上に移動する場合を1次転写性が良好であるという。本実施例では、帯電ローラ2の清掃工程において1次転写性が良好な中間転写ベルト5の表面電位は、感光ドラム1の表面電位に対して100V以上1000V以下であった。そして、中間転写ベルト5上に移動した正帯電トナーは、中間転写ベルト5の循環移動に伴い2次転写部N2を通って中間転写ベルトクリーニング装置11との対向部に搬送され、中間転写ベルトクリーニング装置11により回収される。
以上の工程により、帯電ローラ2表面に付着したトナーを除去することができる。
帯電ローラ2と感光ドラム1との間の電界を画像形成動作時とは逆方向にする時間は、少なくとも次に示す時間が必要である。それは、2次転写部N2から最も遠い位置にある第1の画像形成部SYの帯電ローラ2Y上から中間転写ベルト5上に移動した正帯電トナーの全てが、2次転写部N2を通過するまでの時間である。
これは、上記の時間より短いと、各画像形成部の1次転写部N1や2次転写部N2における電界の方向が変化してしまうためである。その場合には、中間転写ベルト5上に移動した正帯電トナーが、中間転写ベルト5の循環移動方向下流側の1次転写部N1や2次転写部N2において、電界により感光ドラム1上や2次転写ローラ9上に移動してしまう。本実施例では、帯電ローラ2の清掃工程の時間(時間t0から時間t1までの間隔)を7secとした。
なお、本実施例における感光ドラム1の表面電位の暗減衰速度は1.3V/sec程度であり、帯電ローラ2の清掃工程においては影響をほぼ無視できる程度であった。
次に、本実施例の帯電ローラ2の清掃工程における2次転写ローラ9への印加電圧について説明する。
図4は、本実施例における帯電ローラ2の清掃工程において2次転写ローラ9に印加される電圧と、中間転写ベルト5の電位及び感光ドラム1の表面電位との関係を示すグラフ図である。図5は、帯電ローラ2の清掃工程において、2次転写ローラ9に所定の電圧を印加したときの電流経路について説明するための概略図である。図5(a)は、2次転写ローラ9に印加される電圧が−1300V以下の場合について説明するための図である。図5(b)は、2次転写ローラ9に印加される電圧が−1300Vを超える場合について説明するための図である。
ここで、中間転写ベルト5の電位及び感光ドラム1の表面電位は、第3の画像形成部SCの位置で、トレック社製の表面電位計Model344を用いて中間転写ベルト5表面及び感光ドラム1表面をそれぞれ測定した値である。また、本実施例では、中間転写ベルト5及び感光ドラム1の表面電位は、2次転写ローラ9に所定の電圧が印加されてから1sec後に1sec間の測定を行ったときの平均値を用いている。
図4にて、2次転写ローラ9に印加される電圧が−1300V以下の場合には、2次転写ローラ9に所定の電圧が印加されると、2次転写ニップを介して中間転写ベルト5、張架ローラ、抵抗値1GΩの抵抗素子を通ってアースに電流が流れる(図5(a)参照)。そして、各部材の電気抵抗や接触抵抗等に応じて分担電圧が決まり、中間転写ベルト5の電位が与えられる。このとき、2次転写ローラ9と中間転写ベルト5との間には、接触抵抗に応じた電位差が生じる。この電位差により、2次転写部N2には、正帯電トナーが中間転写ベルト5上から2次転写ローラ9上に移動する方向の電界が形成される。
一方、2次転写ローラ9に印加される電圧が−1300Vを超える場合には、1次転写部N1において感光ドラム1と中間転写ベルト5の間の電位差の絶対値が、感光ドラム1と中間転写ベルト5の間の放電開始電圧VbVを超え、電位差に応じた放電が発生する。それによって、感光ドラム1の表面が帯電され、感光ドラム1の表面電位が−500Vから変化する。この場合、2次転写ローラ9に所定の電圧が印加されると、2次転写ニップを介して中間転写ベルト5、張架ローラ、抵抗値1GΩの抵抗素子を通ってアースに電流が流れると共に、1次転写部N1において中間転写ベルト5と感光ドラム1の間で放電電流が流れる。(図5(b)参照)
この放電電流により、中間転写ベルト5の電圧降下が生じて中間転写ベルト5の電位が低くなる。よって、2次転写ローラ9と中間転写ベルト5との間の接触抵抗に応じた電位差は、放電が発生しないときに比べて急激に大きくなる。つまり、2次転写部N2において形成される電界が強くなり、中間転写ベルト5上から2次転写ローラ9上に移動する正
帯電トナーの量が多くなる。
そこで、本発明では、帯電ローラ2の清掃工程において、2次転写ローラ9に印加する電圧を、2次転写ローラ9に電圧が印加されることで感光ドラム1と中間転写ベルト5との間に形成される電位差の絶対値がVbV以下となるような値に設定している。
それにより、放電電流による中間転写ベルト5の電圧降下をなくし、2次転写ローラ9と中間転写ベルト5との間の電位差を小さくしている。よって、2次転写部N2において中間転写ベルト5上から2次転写ローラ9上に移動する正帯電トナーの量が少なくなる。本実施例では、2次転写ローラ9に印加する電圧を−1200Vとした。
ここで、本実施例では、正規帯電極性が負極性である感光ドラム1やトナーを用いたが、これに限定されるものではなく、正規帯電極性が正極性である感光ドラム1やトナーを用いてもよい。その場合には、必要に応じて帯電ローラ2や現像装置4を始めとする各部材に印加する電圧の極性を変えるものとする。
(比較例1)
以下に、比較例1について説明する。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、次の点が異なる。本比較例では、帯電ローラ2の清掃工程において2次転写ローラ9に印加する電圧を、感光ドラム1と中間転写ベルト5との間の電位差の絶対値がVbVを超える値にしている。本比較例では、2次転写ローラ9に印加する電圧を−1600Vとした。このとき、中間転写ベルト5の表面電位は−1100V程度であった。
次に、実施例1と比較例1の評価について説明する。
実施例1と比較例1の構成について、帯電ローラ2の清掃工程における帯電ローラ2の清掃効果と2次転写ローラ9へのトナー付着の評価を行った。ここで、評価は全て23℃、50%RH環境下で行った。以下、各評価について個別に説明する。
(A)帯電ローラの清掃効果評価
本評価では、まず画像比率100%のA4サイズの全面黒画像を20枚連続的に印刷する。その後、帯電ローラ2の清掃動作を行い、帯電ローラ2の清掃動作前後の帯電ローラ2上のトナー量変化を評価した。
具体的には、帯電ローラ2上のトナーをポリエステルテープにて採取した後、そのテープ濃度をグレタグマクベス社製の分光濃度計X−Rite504で5点測定し、その平均値をDtとした。そして、ポリエステルテープ自体の反射濃度の5点平均値DrとDtとの差(Dt−Dr)を求め、これを帯電ローラ2上のトナー濃度とした。また、これを帯電ローラ2の清掃動作前後について求め、帯電ローラ2の清掃動作前後の帯電ローラ2上のトナー濃度をそれぞれDp、Daとした。そして、以下の式より帯電ローラ2上のトナー除去率を算出した。
トナー除去率(%)=(1−Da/Dp)×100
また、帯電ローラ2の清掃効果の評価基準は、以下に示すとおりである。
○:帯電ローラ2上のトナー除去率が90%以上
×:帯電ローラ2上のトナー除去率が90%未満
(B)2次転写ローラへのトナー付着評価
本評価では、まず画像比率100%のA4サイズの全面黒画像を20枚連続的に印刷する。その後、帯電ローラ2の清掃動作を行い、中間転写ベルト5上の正帯電トナーが2次転写部N2を通過する際の、2次転写部N2前後の中間転写ベルト5上のトナー量変化を評価した。
具体的には、(A)と同様の方法で、2次転写部N2前後の中間転写ベルト5上のトナー濃度を求め、それぞれDp2、Da2とした。そして、以下の式より2次転写ローラ9
へのトナー付着率を算出した。
トナー付着率(%)=(1−Da2/Dp2)×100
表1に、実施例1と比較例1の(A)帯電ローラの清掃効果評価結果を示す。また、図6は、帯電ローラ2の清掃工程において、2次転写ローラ9に印加される電圧と2次転写ローラ9へのトナー付着率との関係を示すグラフ図である。
Figure 2017142516
以下では、実施例1と比較例1を比較することで、本発明の優位性について説明する。
まず、表1に示すように、帯電ローラ2の清掃効果は実施例1、比較例1ともに良好であった。これは、実施例1、比較例1ともに帯電ローラ2と感光ドラム1との間の電位差が十分大きく、帯電ローラ2上に蓄積した正帯電トナーを帯電ローラ2上から感光ドラム1上に移動させるために十分な電界が形成されているためである。
また、帯電ローラ2の清掃動作後の感光ドラム1上を目視により観察したところ、実施例1、比較例1ともに感光ドラム1上はほとんどトナーがない状態であった。これらのことから、どちらの場合にも、帯電ローラ2上に蓄積した正帯電トナーは、帯電ローラ2上から感光ドラム1を介して中間転写ベルト5上にほぼ全て移動していることがわかる。
次に、図6に示すように、比較例1を含む2次転写ローラ9への印加電圧が−1300Vを超える領域では、帯電ローラ2の清掃工程における2次転写ローラ9へのトナー付着率が急激に増加している。これは、2次転写ローラ9への印加電圧が−1300Vを超えると、次に示すようにして中間転写ベルト5の電位が低くなるためである。即ち、2次転写ローラ9への印加電圧が−1300Vを超えると、1次転写部N1において感光ドラム1と中間転写ベルト5との間の電位差の絶対値がVbVを超え、電位差に応じた放電が発生して中間転写ベルト5の電圧降下が生じ中間転写ベルト5の電位が低くなる。
それによって、2次転写部N2における2次転写ローラ9と中間転写ベルト5との間の電位差が大きくなり、中間転写ベルト5上から2次転写ローラ9上に移動する正帯電トナーの量が多くなる。即ち、記録材の裏汚れ等が発生しやすくなる。
それに対して、実施例1を含む2次転写ローラ9への印加電圧が−1300V以下では、帯電ローラ2の清掃工程における2次転写ローラ9へのトナー付着率は50%以下となっている。これは、2次転写ローラ9への印加電圧が−1300V以下では、1次転写部N1において感光ドラム1と中間転写ベルト5との間の電位差の絶対値がVbV以下となり、感光ドラム1と中間転写ベルト5との間で放電が発生しないためである。それによって、2次転写部N2における2次転写ローラ9と中間転写ベルト5との間の電位差が小さくなり、中間転写ベルト5上から2次転写ローラ9上に移動する正帯電トナーの量が少なくなる。
以上のように本実施例では、帯電ローラ2の清掃工程における2次転写ローラ9への印加電圧を、次のような値に設定している。それは、2次転写ローラ9に電圧が印加されることで、1次転写部N1における感光ドラム1と中間転写ベルト5との間に形成される電位差の絶対値が、VbV以下(放電開始電圧以下)となるような値である。
これにより、感光ドラム1と中間転写ベルト5の間で発生する放電による中間転写ベルト5の電圧降下をなくし、2次転写部N2における2次転写ローラ9と中間転写ベルト5の間の電位差を小さくして、2次転写ローラ9へのトナー付着を低減することができる。
よって、帯電ローラ2の清掃工程において、2次転写ローラ9へのトナー付着を低減しつつ帯電ローラ2の清掃を行うことが可能となる。
1…感光ドラム、2…帯電ローラ、4…現像装置、5…中間転写ベルト、6…2次転写バイアス電源、9…2次転写ローラ、11…中間転写ベルトクリーニング装置、12…現像ローラ

Claims (12)

  1. 像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体を帯電させる帯電手段と、前記像担持体にトナー像を現像する現像手段と、導電性を有し、無端状で回転可能な中間転写体と、前記中間転写体に当接して2次転写部を形成し、前記中間転写体に1次転写されたトナー像を前記2次転写部において記録材に2次転写する2次転写部材と、前記2次転写部材に電圧を印加する電圧印加手段と、前記中間転写体に付着しているトナーを回収する回収手段と、を備え、前記現像手段が前記像担持体に付着しているトナーを回収可能な画像形成装置であって、
    前記2次転写部材は前記中間転写体の外周面に接触し、画像形成時において、前記電圧印加手段から前記2次転写部材にトナーの正規帯電極性とは逆極性の転写電圧を印加して前記2次転写部材から前記中間転写体を介して前記像担持体に電流を供給することにより、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像が1次転写され、
    前記帯電手段と前記像担持体との間の電界を前記画像形成時とは逆方向にすることと、前記電圧印加手段から前記2次転写部材に前記正規帯電極性と同じ極性の電圧を印加することと、により、前記帯電手段に付着した前記正規帯電極性とは逆極性のトナーを、前記像担持体を介して前記中間転写体に移動させ、前記回収手段によって回収することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記電圧印加手段から前記2次転写部材に前記正規帯電極性と同じ極性の電圧を印加した後に、前記帯電手段と前記像担持体との間の電界を前記画像形成時と逆方向にすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記帯電手段と前記像担持体との間の電界を前記画像形成時と逆方向にすることにより、前記帯電手段に付着した前記正規帯電極性とは逆極性のトナーを前記像担持体に移動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記帯電手段と前記像担持体との間の電界を前記画像形成時と逆方向とする場合、前記帯電手段と前記像担持体との間に形成される電位差の絶対値が、100V以上であって前記帯電手段と前記像担持体との間の放電閾値以下となるような電圧を前記帯電手段に印加することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記帯電手段と前記像担持体との間の電界を前記画像形成時と逆方向とする場合、前記帯電手段に印加する電圧を0Vに切り替えることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記電圧印加手段は、前記正規帯電極性と同じ極性であり、且つ、前記像担持体と前記中間転写体との間に形成される電位差の絶対値が、前記像担持体と前記中間転写体との間の放電閾値以下のなるような電圧を前記2次転写部材に印加することにより、前記帯電手段に付着した前記正規帯電極性とは逆極性のトナーを前記像担持体から前記中間転写体に移動させることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記現像手段は前記像担持体に対して接離可能であって、前記帯電手段に付着したトナーを前記中間転写体に移動させる場合に、前記現像手段を前記像担持体から離間させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記電圧印加手段から前記2次転写部材に前記転写電圧を印加することにより、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像を1次転写しつつ、前記中間転写体から記録材にトナー像を2次転写することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  9. 前記中間転写体を介して前記2次転写部材に対向する対向部材を備え、前記対向部材には抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  10. 前記中間転写体は中間転写ベルトであり、前記中間転写ベルトを張架する張架部材を備え、前記張架部材に抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  11. 前記中間転写体を介して前記2次転写部材に対向する対向部材を備え、前記対向部材にツェナーダイオードが接続されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  12. 前記中間転写体は中間転写ベルトであり、前記中間転写ベルトを張架する張架部材を備え、前記張架部材に前記ツェナーダイオードが接続されていることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
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