JP2018180394A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】黒スジ画像の発生を防止できるトナーシールを備えている画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、トナー像が形成される像担持体29と、前記像担持体29に接触してトナーの漏れを防止するトナーシール67と、を備える。前記トナーシール67と前記像担持体29との接触幅Lが0.2mm以上であり、且つ、前記トナーシール67の前記像担持体29に対する接触圧Pが0.05N/m以上であり、前記接触幅Lと前記接触圧Pとは、P≦0.13・L−0.8の関係を満たしている。【選択図】図3
Description
本発明は、像担持体に接触してトナーの漏れを防止するトナーシールを備えている画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置においては、トナー像が転写紙に転写された後に感光体ドラム等の像担持体上に残留したトナーは、クリーニング装置において回収される。クリーニング装置には、回収されたトナーが、像担持体の回転方向の上流側に逆流しないように、フィルム状のトナーシールが設けられている。トナーシールは、単層あるいは積層された樹脂製シート(例えば、ポリウレタンやポリエステル、PET等)で形成されている。
このようなトナーシールは、トナーの漏れを防ぐように、像担持体に接触している。トナーシールの像担持体への接触圧が高いほど、シール性が上がりトナーの漏れをより確実に防止することができる。その反面接触圧を高くすると、像担持体に残留したトナーがトナーシールを通過できなくなるという問題を生じる。さらに、トナーシールで堰き止められたトナーによって像担持体に傷が生じるという問題もある。特に、キャリアとトナーからなる二成分現像剤が使用される場合は、像担持体に付着したキャリアがトナーシールと像担持体との間に噛み込まれると、局所的に接触圧が高くなって、黒スジ画像が発生しやすいという問題がある。
このような問題は、像担持体が単層型の有機感光体(OPC)の場合に生じやすく、単層型の有機感光体と帯電ローラーを用いた接触型帯電装置とを組み合わせた場合にさらに生じやすい傾向がある。
また、近年、画像形成装置の省スペース化に対応するため、トナーシール周辺のスペースも省スペース化が進んでいる。トナーシールは、一方の端部が自由端で他方の端部が固定端の、いわゆる片持ち梁式に支持されている。省スペース化のためにトナーシールの自由長を短くすると、トナーシールの像担持体への接触圧が高くなるので、前記の黒スジ画像の発生がより顕著になる。
このため、トナーシールは、像担持体に付着したキャリアや堰き止められたトナーは通過させることが可能な接触圧で、像担持体の幅方向(回転方向と直交する方向)に均一に接触させることが要望されている。
このような要望に対して、特許文献1には、異なる接触圧で像担持体に接触するように支持される2枚のシール部材で構成されるトナーシールを備える画像形成装置が開示されている。また、特許文献2には、軟質で伸縮性の大きいシール部材と伸縮性の小さいシール部材とを積層したトナーシールを備える画像形成装置が開示されている。
しかしながら、上記した特許文献1の画像形成装置の場合、各シール部材の取付位置や取付角度を細かく設定する必要があるので、クリーニング装置の構造が複雑化する。また、特許文献2の画像形成装置の場合は、2種類のシール部材を積層する工程が必要となるので、製造工程が複雑になる。
そこで本発明は上記事情を考慮し、黒スジ画像の発生を防止できる簡易な構成のトナーシールを備えている画像形成装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、トナー像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触してトナーの漏れを防止するトナーシールと、を備え、前記トナーシールと前記像担持体との接触幅Lが0.2mm以上であり、且つ、前記トナーシールの前記像担持体に対する接触圧Pが0.05N/m以上であり、前記接触幅Lと前記接触圧Pとは、P≦0.13・L−0.8の関係を満たしていることを特徴とする。
本発明によれば、トナーシールと感光体ドラムとの接触幅とトナーシールの感光体ドラムに対する接触圧とを、所定の条件を満足するように設定することで、黒スジや感光体ドラムの傷の発生を防止することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る画像形成装置について説明する。
まず、図1を用いてカラープリンター1(画像形成装置)について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るカラープリンターの内部構造を模式帝に示す正面図である。以下、図1における紙面手前側を、カラープリンター1の正面側(前側)とし、左右の向きは、プリンター1の正面から見た方向を基準として説明する。各図のL、Rは、それぞれ左方向、右方向を示す。
カラープリンター1は、給紙部2と、トナー像形成部3と、転写部4と、定着装置5と、排紙部6と、を備えている。さらに、カラープリンター1は、給紙部2から転写部4と定着装置5とを通って排紙部6に向かう用紙の搬送経路7を備えている。
給紙部2は、用紙が収容される給紙カセット11と、給紙カセット11から搬送経路7に用紙を送り出す給紙装置13と、を有している。
トナー像形成部3は、露光装置15と、4色(Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、B(ブラック))の色ごとに設けられるトナー像形成ユニット17と、を有し、各色のトナー像を形成する。
転写部4は、中間転写ベルト19と、4つの一次転写ローラー21と、二次転写ローラー23と、を有している。4つの一次転写ローラー21は、トナー像形成部3で形成された各トナー像を中間転写ベルト19に一次転写してフルカラーのトナー像を形成する。二次転写ローラー23は、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト19から用紙に二次転写する。
定着装置5は、フルカラーのトナー像を用紙に定着する。
排紙部6は、排紙装置25と、排紙トレイ27と、を有している。排紙装置25は、トナー像が定着された用紙を排紙トレイ27に排出する。
カラープリンターの制御部(図示省略)は、給紙部2、トナー像形成部3、転写部4、定着装置5、排紙部6のそれぞれの動作を実行させると共に、各動作に対応するように用紙を搬送経路7に沿って搬送する。
次に、各トナー像形成ユニット17について、図2を参照して説明する。図2はトナー像形成ユニットを模式的に示す正面図である。各トナー像形成ユニット17は、回転軸を中心として回転可能な像担持体としての感光体ドラム29と、感光体ドラム29の周囲に感光体ドラム29の回転方向(図1の時計回り方向)に沿って順に配置される帯電装置31と、現像装置33と、除電装置35と、クリーニング装置37と、を備えている。クリーニング装置37については後述する。
感光体ドラム29は、単層型の有機感光体である。
帯電装置31は、帯電ローラー41と、クリーニングローラー43と、を有している。帯電ローラー41は、感光体ドラム29に接触して帯電バイアスを印加し、感光体ドラム29を帯電する。クリーニングローラー43は、帯電ローラー41に接触して回転し、帯電ローラー41の表面をクリーニングする。
現像装置33は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤が収容される現像容器45を有している。現像容器45内には、撹拌搬送スクリュー47と、撹拌供給スクリュー49と、磁気ローラー51と、現像ローラー53と、が収容されている。
撹拌搬送スクリュー47と撹拌供給スクリュー49は、磁性キャリアとトナーとを撹拌してトナーを帯電させる。撹拌供給スクリュー49は、帯電したトナーを磁気ローラー51に供給して、磁気ローラー51に磁気ブラシを形成する。磁気ローラー51は、磁気ブラシを現像ローラー53に接触させて、現像ローラー53にトナー層を形成する。現像ローラー53と感光体ドラム29との電位差によって、トナー層は感光体ドラム29に飛翔し、感光体ドラム29にトナー像が形成される。
除電装置35はLEDランプを備え、感光体ドラム29に除電光を照射して、感光体ドラム29に残留している電荷を除電する。
各トナー像形成ユニット17において、感光体ドラム29は、帯電装置31によって帯電された後、露光装置15によって露光され、静電潜像を形成する。現像装置33は、静電潜像をトナー像に現像する。除電装置35は、感光体ドラムに残留する電荷を除電する。クリーニング装置37は、トナー像が中間転写ベルト19に一次転写された後に感光体ドラム29に残留するトナーを除去する。
次に、クリーニング装置37について図3を参照して説明する。図3はクリーニング装置を示す断面図である。
クリーニング装置10は、ハウジング61と、ハウジング61に支持される、搬送スクリュー63及びクリーニングブレード65及びトナーシール67と、を備えている。
ハウジング61には、斜め下方に開口する収容凹部71が、感光体ドラム29の回転軸29aの軸方向に沿って形成されている。また、ハウジング61には、収容凹部71の開口71aの上縁(感光体ドラム29の回転方向における上流側の端縁)から上方に屈曲した上縁部71bと、開口71aの下縁(感光体ドラム29の回転方向における上流側の端縁)から下方に屈曲した下縁部71cとが形成されている。ハウジング61は、収容凹部71の開口71aが感光体ドラム29に面するように支持されている。
搬送スクリュー63は、収容凹部71に回転可能に支持されている。
クリーニングブレード65は、ハウジング61の下縁部71cに支持されて、感光体ドラム29の回転方向に対してカウンター方向から感光体ドラム29の表面に接触している。クリーニングブレード65は、例えば、ポリウレタンやPET等の樹脂で形成されている。
トナーシール67は、ハウジング61の上縁部71bに支持されて、感光体ドラム29の回転方向に対して順方向から感光体ドラム29の表面に接触している。
次に、トナーシール67と感光体ドラム29との接触幅Lとトナーシール67の感光体ドラム29に対する接触圧Pとを最適化するために行った実験結果について説明する。
まず、接触幅Lと接触圧Pについて、図4を参照して説明する。図4は感光体ドラムに接触したトナーシールを示す側面図である。
トナーシール67のハウジングからの突き出し長をL1とし、突き出し長L1のうち、有効自由長(トナーシール67が感光体ドラム29に接触していない部分の長さ)をL2とする。接触幅Lは、突き出し長L1から有効自由長L2を差し引いた長さとなる。なお、トナーシール67の食い込み長Bは、トナーシール67がハウジング61から感光体ドラム29の方向に真っ直ぐに突き出したと仮定したときに、トナーシール67の先端と感光体ドラム29の表面との間の、感光体ドラム29の径方向における距離を示す。
接触幅Lは、以下の方法で実測した。予め感光体ドラム29にトナー層を形成しておき、感光体ドラム29を回転させて、トナーシール67を感光体ドラム29に接触させる。そして、トナーシール67に付着したトナーの幅(感光体ドラム29の回転方向における長さ)を、マイクロスコープを用いて計測した。接触圧Pは、自社製の治具に装着したロードセルで計測した。
トナーシール67の厚さを50μm〜200μmの範囲内で変化させると共にトナーシール67の感光体ドラム29に対する接触角α(感光体ドラム29とトナーシール67との接触位置における感光体ドラム29の接線T(図4参照)とトナーシール67との間の角度)を20°〜30°の範囲内で変化させて、接触幅Lと接触圧Pを変化させた。接触幅Lは、0.0mm〜1.5mmの範囲内で変化させた。接触圧Pは、0N/m〜0.6N/mの範囲内で変化させた。そして、ある接触幅Lとある接触圧Pとの組み合わせ時に、黒スジが発生しているかどうかを判定した。
以下に実験条件を示す。
実験機:カラープリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製EOSYS M5525cdwの改造機)、
感光体ドラム:正帯電単層型有機感光体、径24mm、
帯電ローラー:帯電ローラー(住友理工株式会社製)、径9.5mm、
トナーシール:ポリウレタン製、
現像装置:AC+DCバイアス印加、
現像剤:二成分現像剤(正帯電トナー、フェライトキャリア(粒径35μm))、
実験環境:温度23度、相対湿度50%、
評価方法:2枚一セットで5000JOB(一万枚)の印字を行った後、画像に黒スジが発生しているかどうか、及び、感光体ドラム29に傷が生じているかどうかを目視にて評価した。また、トナーシール67からのトナーも漏れが発生しているかどうかを目視にて評価した。
実験機:カラープリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製EOSYS M5525cdwの改造機)、
感光体ドラム:正帯電単層型有機感光体、径24mm、
帯電ローラー:帯電ローラー(住友理工株式会社製)、径9.5mm、
トナーシール:ポリウレタン製、
現像装置:AC+DCバイアス印加、
現像剤:二成分現像剤(正帯電トナー、フェライトキャリア(粒径35μm))、
実験環境:温度23度、相対湿度50%、
評価方法:2枚一セットで5000JOB(一万枚)の印字を行った後、画像に黒スジが発生しているかどうか、及び、感光体ドラム29に傷が生じているかどうかを目視にて評価した。また、トナーシール67からのトナーも漏れが発生しているかどうかを目視にて評価した。
実験結果を図5のグラフに示す。グラフの縦軸は接触圧P(N/m)、横軸は接触幅L(mm)である。0.0mm〜1.5mmの範囲内の接触幅Lと0N/m〜0.6N/mの範囲内の接触圧Pの組み合わせ条件において、黒スジ及び感光体ドラムの傷が発生していない場合を○、黒スジ及び感光体ドラムの傷が発生している場合を×でプロットした。例えば、接触幅Lが0.4mm、接触圧Pが0.1N/mの場合は○であり、接触幅Lが0.4mm、接触圧Pが0.4N/mの場合は×である。
その結果、○がプロットされた領域と×がプロットされた領域とは、グラフの実線で示されるラインYで区画されることがわかった。ラインYは、P=0.13・L−0.8に近似される。つまり、接触圧Pと接触幅Lとが、P≦0.13・L−0.8を満たす領域(OK領域)であれば、黒スジや感光体ドラム29の傷が発生せず、P>0.13・L−0.8の領域(NG領域)であれば、黒スジや感光体ドラム29の傷が発生することを示す。OK領域を考慮すると、接触幅Lと接触圧Pとはほぼ反比例の関係があり、接触圧Pを高くした場合は接触幅Lを短くし、接触幅Lを長くした場合は接触圧Pを低くする必要があることがわかる。
なお、接触幅Lが0.2mmよりも短い場合は、トナー漏れが確認され、接触幅Lが0.2mm以下の領域もNG領域となる。さらに、接触圧Pが0.05N/mよりも小さい場合にも、トナー漏れが確認され、接触圧Pが0.05N/m以下の領域もNG領域となる。
以上の結果により、トナーシール67と感光体ドラム29との接触幅Lが0.2mm以上であり、且つ、トナーシールの感光体ドラムに対する接触圧Pが0.05N/m以上であり、接触幅Lと接触圧PとがP≦0.13・L−0.8の関係を満足する場合に、黒スジの発生や感光体ドラム29の傷が発生せず、且つ、トナー漏れが発生しないことがわかった。
上記説明したように本発明のクリーニング装置37によれば、トナーシール67と感光体ドラム29との接触幅Lとトナーシール67の感光体ドラム29に対する接触圧Pとを、上記の条件を満足するように設定することで、黒スジや感光体ドラム29の傷の発生を防止することができる。言い換えると、上記の条件を満たす範囲であれば、トナーシール67の厚さや接触角α(図4参照)を変化させることができる。これにより、トナーシール67の材質の選択幅が広がったり、トナーシール67の取付位置や取付スペースの設計に裕度ができたりする。したがって、クリーニング装置37の省スペース化に対応することができる。
なお、接触圧Pを弱くするためには、トナーシール67の有効自由長L2や食い込み長Bを短くしたり、厚さを薄くしたりする方法がある。しかし、省スペース化に対応して有効自由長L2を短くすると、有効自由長L2がばらついて接触圧が変化するので、接触圧Pを一定に保つことが困難となる。そこで、厚さを薄くすることが好ましく、厚さは100μm以下、特には、30μm〜50μmであることが好ましい。
また、前述のように、黒スジや感光体ドラムの傷は、感光体ドラム29が単層型の有機感光体(OPC)の場合に生じやすく、さらに、単層型の有機感光体と、帯電ローラーを用いた接触型帯電装置との組み合わせた場合にさらに生じやすい傾向がある。単層型の有機感光体は、外乱に敏感な特徴があり、表面を摩擦すると表面電位が大きく低下する特性がある。これは、光に反応する物質(CGM)や感光層内部で電荷を輸送する物質(CTM)を同じ層内で分散させていることが原因と考えられている。このため、接触型の帯電装置を使用すると、前記の特性がさらに顕著となる。
しかし、本実施形態のクリーニング装置37を用いることで、単層型の有機感光体を使用したり、単層型の有機感光体と接触型帯電装置とを組み合わせたりしても、黒スジの発生等を防止できる。したがって、製造コストが低い、静電潜像の解像度が高い等の利点を有する単層型有機感光体を使用することができる。さらに、オゾンの発生のない接触型の帯電装置を使用することができる。
次に、他の実施形態について説明する。この実施形態では、制御部が、トナー吐きモードに基づいて現像装置33と転写部4とクリーニング装置37とを制御する。
トナー吐きモードについて、図6を参照して説明する。図6はトナー吐きモード実行時のキャリアの挙動を模式的に説明する図である。
トナー吐きモードが実行されると、現像装置33は感光体ドラム29にトナー層を形成し、転写部4はトナー層を転写紙に転写させず、クリーニング装置37は形成されたトナー層を除去する。これにより、トナーシール67でキャリアCが堰き止められていた場合、図6の二点鎖線で示されるように、堰き止められていたキャリアCがトナー層Tで押し出されて、トナーシール67よりも感光体ドラム29の回転方向の下流側に移動し、クリーニングブレード65で除去される。
したがって、トナーシール67と感光体ドラム29との間に堰き止められているキャリアCやトナーを、トナーシール67を通過させることができる。
次に、さらに他の実施形態について説明する。この実施形態においては、制御部が、除電オフモードに基づいて帯電装置31と除電装置35とを制御する。
除電オフモードについて、図7を参照して説明する。図7は除電オフモード実行時のキャリアの挙動を模式的に説明する図である。
除電オフモードが実行されると、トナー像非形成時に、帯電装置31は感光体ドラム29を帯電(例えば正帯電)させ、除電装置35は除電動作を実行しない。つまり、感光体ドラム29の表面電位が高く維持されたままであり、表面電位とは逆の極性(負)に帯電したキャリアCが感光体ドラム29の表面に静電的に付着する。キャリアCと感光体ドラム29との付着力は高いので、図7の二点鎖線に示されるように、キャリアCはトナーシール67を通過して、クリーニングブレード65によって除去される。
図8に、トナー吐きモードと除電オフモードを実行した際の評価結果を示す。図8は、図4と同様のグラフであり、OK領域とNG領域とを区画するラインが示されている。○で示されるラインYは、トナー吐きモード及び除電オフモードを実行させない場合を示し、●で示されるラインY1は、トナー吐きモードを実行した場合を示し、▲で示されるラインY2は、トナー吐きモードと除電オフモードとを実行した場合を示す。
トナー吐きモードは、以下のように実行した。上記の実験条件において、10枚の印字ごとに長さ20mmのベタのトナー像を感光体ドラム29に形成した。転写部4の一次転写ローラー21には逆バイアスを印加して、感光体ドラム29上のトナー画像のほぼ全量をクリーニング装置37で回収した。
除電オフモードは、以下のように実行した。上記の実験条件において、毎JOB終了後(2枚印字後)に、帯電装置ON、除電装置OFFの状態を2秒間追加した。除電装置35をオフすることで表面電位が約100V上昇するので、現像バイアスのDC電圧を100V上昇させた。これは、現像バイアスを上昇させない場合、現像装置33からキャリアが飛び出すことを防止するためである。
図8のグラフからわかるように、トナー吐きモードのみを実行した場合(ラインY1)には、トナー吐きモードを実行しない場合(ラインY)よりもOK領域が広がっている。さらに、トナー吐きモードと除電OFFモードとを実行した場合(ラインY2)には、さらにOK領域が広がっている。
このように、接触幅Lと接触圧Pとが前記の条件を満足することに加えて、トナー吐きモードや除電オフモードを実行することで、黒スジや感光体ドラム29の傷の発生をさらに確実に防止することができる。また、トナーシール67の厚さや材質、トナーシール67の取付位置や取付スペースの設計に対する裕度がさらに広がり、クリーニング装置37の省スペース化に対応することができる。
本実施形態では、クリーニング装置37に設けられるトナーシール67について説明したが、現像装置33にトナーシールを設けても良い。すなわち、現像装置33とクリーニング装置37との間(キャリアが噛み込む可能性のある部分)で感光体ドラム29に接触しているトナーシールに本実施形態を適用することができる。
さらに、本発明の実施形態では、カラープリンター1に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のカラープリンター1以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。
さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
1 カラープリンター(画像形成装置)
29 感光体ドラム(像担持体)
31 帯電装置
33 現像装置
35 除電装置
37 クリーニング装置
67 トナーシール
29 感光体ドラム(像担持体)
31 帯電装置
33 現像装置
35 除電装置
37 クリーニング装置
67 トナーシール
Claims (6)
- トナー像が形成される像担持体と、
前記像担持体に接触してトナーの漏れを防止するトナーシールと、を備え、
前記トナーシールと前記像担持体との接触幅Lが0.2mm以上であり、且つ、前記トナーシールの前記像担持体に対する接触圧Pが0.05N/m以上であり、
前記接触幅Lと前記接触圧Pとは、
P≦0.13・L−0.8
の関係を満たしていることを特徴とする画像形成装置。 - 前記像担持体にトナー像を形成する現像装置と、
トナー像が転写紙に転写された後に前記像担持体に残留したトナーを除去するクリーニング装置と、を備え、
前記トナーシールは、前記現像装置と前記クリーニング装置との間で、前記像担持体に接触していることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体にトナー像が形成された後に、該トナー像を転写紙に転写せずに前記クリーニング装置で除去するトナー吐きモードを備えていることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体に残留した電荷を除去する除電装置を備え、
トナー像非形成時に、前記像担持体を帯電させた状態で前記除電装置を動作させない除電オフモードを備えていることを特徴とする請求項2又は3に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体は単層型有機感光体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体を帯電する接触型帯電装置を備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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