JP3943797B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複写機あるいはプリンタなどとされる電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、複数の画像形成部(以下、「ステーション」という)を備え、各ステーションでそれぞれ色の異なったトナー像を形成し、そのトナー像を同一記録材上に順次重ね合わせて転写してカラー画像を形成する、いわゆるタンデム方式を採用したカラー画像形成装置が知られている。
【0003】
上記の各ステーションでは、像担持体を帯電装置で帯電した後、半導体レーザやLEDなどで画像信号に応じて露光書き込みを行い、像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像手段によってトナー像として顕像化し、このトナー像を転写装置によって転写紙やフィルムなどの記録材に転写する。そして、転写後の記録材を定着装置に搬送し、定着装置でトナー像を定着して画像を得ている。
【0004】
また、最近の画像形成装置には、フルカラー化・高速化に対応するため、複数のステーションに記録材を搬送する記録材担持搬送手段である搬送ベルトなどのベルト走行体を用いる構成をとるものが増えつつある。そして、このベルト走行体表面上に付着したトナーを除去するクリーニング手段として、従来から種々の提案がなされているが、エッジをベルト走行体に当接させて付着トナーを掻き落とし除去する、ゴムなどの弾性材料からなる板状クリーニング部材であるクリーニングブレードが、構成が簡単で、かつ低コストであり付着トナー除去機能も優れているので、既に、広く実用化されていることはよく知られているとおりである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のカラー画像形成装置において、装置の長期使用にともない、ベルト走行体の表面に例えばNOx、トナー樹脂などが付着することによって、ベルト走行体の表面の摩擦係数がアップし、クリーニングブレードのエッジ部とベルト走行体との間(当接部分)の摩擦力も大きくなる。このため、スティック状態におけるクリーニングブレードのエッジ部に蓄積されるエネルギーが大きくなり、スティック−スリップ(Stick−Slip)運動が、振幅>適正値、振動数<適正値となる。なお、適正値とはクリーニング作用が安定になされる範囲と定義する。
【0006】
ここで、スティック−スリップ運動とは、ベルト走行体表面上の残留トナーを除去するのに必要な力でクリーニングブレードをベルト走行体表面に圧接させたとき、そのクリーニングブレードのエッジ部とベルト走行体の当接部分で、まず当接部分に働く摩擦力によりベルト走行体表面に密着したエッジ部がベルト走行体の進行方向に変形(ずり変形、圧縮変形)し、つぎにその応力に伴うエッジ部に蓄積されたエネルギーが復元力(反発弾性力)として働き元の状態に戻る現象をいう。
【0007】
この現象が進行するとクリーニングブレードのエッジ部がベルト走行体表面上に追従することなく跳ね上がり、トナーのすり抜け、ベルト走行体表面上へのトナーのすり付け(トナー融着、フィルミング)が起こり、さらには異音(ブレード鳴き)や異常振動(ビビリ)が発生したり、エッジ部がベルト走行体の回転方向に沿うように反転するいわゆるブレードめくれが発生するほか、エッジ部やベルト走行体の表面が破損(ブレードエッジ欠け、ベルト走行体表面の傷)する可能性もある。
【0008】
この問題を解決するために、クリーニングブレードのエッジ部におけるベルト走行体との当接部に黒鉛、ボロンナイトライド、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、二酸化ケイ素などの無機物質や、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ポリアミド(ナイロン樹脂)、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリイミドなどの有機物質の固形粉末(潤滑剤)を塗布することによって摩擦力を軽減する対策が一般的にとられている。
【0009】
しかし、装置の長期使用にともなってクリーニングブレードのエッジ部から潤滑剤がなくなり、再び摩擦力が増加するため、クリーニングブレードのエッジ部とベルト走行体間における摩擦力軽減のための抜本的な解決とはならない。また、この対策をとるためには、上記の潤滑剤をクリーニングブレードのエッジ部に定期的に供給するための様々な装置が必要で、その結果、クリーニング装置の構成が複雑となり、コストの大幅なアップとなってしまう。
【0010】
また、クリーニングブレードとベルト走行体間の摩擦力の軽減を図る方法として、ベルト走行体との当接面にナイロン樹脂層を配設したクリーニングブレード(以下、「ナイロンコートブレード」という)を用いる方法がある。このナイロンコートブレードを用いた場合、そのエッジ部とベルト走行体間の摩擦力を軽減することは十分可能である。
【0011】
しかし、ナイロン樹脂はポリウレタンと異なりエラストマーとしての性質を持たないため、クリーニングブレードのエッジ部におけるスティック−スリップ運動による残留トナーのクリーニング作用はみられず、残留トナーを塞き止め、掻き落とすといった作用をしている。そのため残留トナーのすり抜けを完全になくすためにはクリーニングブレードのベルト走行体表面に対する圧接力をポリウレタンブレードの場合よりもかなり高くする(ポリウレタンブレードの約2倍)必要があり、結果としてクリーニングブレードによるベルト走行体表面の削れ量が増加したり、傷を付けたりするなどの不具合が生じ、そのためベルト走行体の寿命が低下するといった問題が生じる。
【0012】
従って、本発明の主な目的は、長期使用においても低コストで良好なクリーニング性能を維持しつつ、異音や異常振動、めくれの発生を防止できる板状クリーニング部材を備えた画像形成装置を提供することである。
【0013】
本発明の他の目的は、クリーナレスシステムを備えた画像形成装置であっても、再転写を防止できる画像形成装置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。
【0019】
本発明の一態様によれば、像担持体と、転写後に像担持体に残留したトナーを回収し、像担持体に形成された静電潜像を現像する現像手段とを有する複数の画像形成部と、
記録材を担持搬送する記録材担持搬送部材と、
各々の前記画像形成部で形成されたトナー像を記録材担持搬送部材上の記録材に転写するための複数の転写帯電部材と、
前記記録材担持搬送部材に当接して、前記記録材担持搬送部材をクリーニングする板状クリーニング部材と、
を有する画像形成装置において、
非画像形成時に前記板状クリーニング部材にトナーを供給するために前記記録材担持搬送部材上に転写されるトナー像は、前記記録材担持搬送部材の移動方向において前記板状クリーニング部材に対して複数の画像形成部のなかで最も下流側の画像形成部のみで形成されることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【0020】
また、本発明の他の態様によれば、像担持体と、転写後に像担持体に残留したトナーを回収し、像担持体に形成された静電潜像を現像する現像手段とを有する複数の画像形成部と、
前記画像形成部で形成されたトナー像が転写される中間転写体と、
各々の前記画像形成部で形成されたトナー像を中間転写体に転写するための複数の転写帯電部材と、
前記中間転写体に当接して、中間転写体をクリーニングする板状クリーニング部材と、
を有する画像形成装置において、
非画像形成時に前記板状クリーニング部材にトナーを供給するために前記中間転写体上に転写されるトナー像は、前記中間転写体の移動方向において前記板状クリーニング部材に対して複数の画像形成部のなかで最も下流側の画像形成部のみで形成されることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【0021】
上記各発明における一実施態様によれば、前記記録材担持搬送部材の移動方向において前記板状クリーニング部材よりも上流側にあり、複数の画像形成部のなかで最も下流側に位置する画像形成部は、黒色のトナー像を形成する画像形成部である。
【0022】
上記各発明における他の実施態様によれば、前記中間転写体の移動方向において前記板状クリーニング部材よりも上流側にあり、複数の画像形成部のなかで最も下流側に位置する画像形成部は、黒色のトナー像を形成する画像形成部である。
【0023】
また、上記各発明における他の実施態様によれば、前記非画像形成時に形成されるトナー像のトナー量は0.01mg以上である。
【0024】
上記各発明における他の実施態様によれば、前記移動方向と直交する方向における前記非画像形成時に形成されるトナー像端部と前記板状クリーニング部材の端部間の長さは50mm以下である。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0027】
実施例1
本発明の第1実施例について図1および図2により説明する。
【0028】
まず、図1により、本実施例の画像形成装置である電子写真方式のカラー複写機について説明する。
【0029】
本実施例のカラー複写機は、複数の画像形成部(以下、「ステーション」という)Pa、Pb、Pc、Pdを備え、各ステーションPa〜Pdでそれぞれ色の異なったトナー像を形成し、そのトナー像を同一記録材上に順次重ね合わせて転写してカラー画像を形成する、いわゆるタンデム方式を採用している。
【0030】
各ステーションPa〜Pdでは 感光ドラム1a、1b、1c、1dが帯電装置2a、2b、2c、2dによって一様に帯電され、これに画像信号にしたがってレーザ発振器10a、10b、10c、10dがレーザ光を照射する。感光ドラム1a〜1d上のレーザ光が照射された部分には静電潜像が形成され、現像器3a、3b、3c、3dによって現像剤であるトナーにより現像されて可視像化される。
【0031】
カセット6にはシート材などの記録材Pが積載されており、給送ローラ7によって1枚ずつ分離給送されレジストローラ対8によって斜行を矯正された後に、記録材担持搬送手段である搬送ベルト9上に吸着され、各ステーションPa〜Pdに搬送される。感光ドラム1a〜1dに担持されているトナー像は搬送ベルト9によって搬送されたシートPに転写帯電手段である転写装置5a、5b、5c、5dによって転写され、その後、シートPが定着装置11に送られ、熱と圧力を加えられることによりトナー像が定着され、機外に排出される。
【0032】
トナー像を転写した後の感光ドラム1a〜1d上に残留したトナーはクリーニング装置4によって除去され、再び画像形成に供される。
【0033】
また、記録材Pを定着装置11に搬送した後の搬送ベルト9に残留したトナーはクリーニング装置13によって除去され、つぎの画像形成に備える。
【0034】
本実施例で用いたトナーは、コアにエステル系ワックスを内包し、樹脂層にスチレン−ブチルアクリレート、表層にスチレンポリエステルの構成からなる懸濁重合法によって作製した重合トナーに、チタン酸ストロンチウムを外添したものと、重合法により作製した樹脂磁性キャリアとの混合物を二成分系現像剤として使用した。
【0035】
[転写搬送手段]
本実施例の転写搬送手段は、不図示の支持枠体に支持された2本のローラ、すなわち、摩擦力により搬送ベルト9を駆動する駆動ローラ12a、および搬送ベルト9に一定圧のテンションをかけるテンションローラ12bと、搬送ベルト9とを有し、また、感光ドラム1a〜1dに対して駆動ローラ12aを中心として揺動し、当接/離間することができる構成を有し、作像動作中のみ感光ドラム1a〜1dに近接し、感光ドラム1a〜1dと同じ走行速度で搬送ベルト9が駆動することにより記録材Pを搬送し、感光ドラム1a〜1dに搬送ベルト9を挟んで対向するように設けられた転写装置5a〜5dによって感光ドラム1a〜1d上に形成されたトナー像を記録材Pに転写する。
【0036】
本実施例の搬送ベルト9の材質は、抵抗調整のためにカーボンを含有したポリイミド樹脂であるが、その他にポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂など、数多くのポリストマーやエラストマーを素材として用いてもかまわない。
【0037】
転写装置5a〜5dは、本実施例では非接触のコロナ帯電器を用いたが、接触式の例えばローラ帯電器、ブレード帯電器などでもなんら問題はない。上述のように、非作像時に搬送ベルトは感光ドラムから離間し、感光ドラムを保護する構成となっている。
【0038】
[クリーニング装置]
搬送ベルト9のクリーニング装置13は、除電装置16と、搬送ベルト9側に開口部を有するケーシング14を備えており、この開口部にウレタンゴムなどからなる板状クリーニング部材であるクリーニングブレード15を支持部材15aによって取り付けている。クリーニング装置13は転写搬送手段の支持枠体に装着されており、クリーニングブレード15は一辺のエッジを、搬送ベルト9を挟んで駆動ローラ12に対向するように当接しており、搬送ベルト9上の残留トナーがエッジに達するとこれにより掻き落とされる。掻き落とされたトナーはケーシング14内に落下し、残留トナーを排出するための搬送手段としてスクリュー(不図示)により、クリーニング装置13から排出される。このように構成により、残留トナーによってケーシング14内が残留トナーにより詰まることがない。
【0039】
ここで、クリーニングブレード15を搬送ベルト9に当接する設定条件としては、図2に示すように、当接圧F、当接角度θ、自由長L、およびクリーニングブレード15の板厚tが挙げられる。本実施例では、クリーニングブレード15の搬送ベルト9への当接圧Fを安定化させるために、不図示のばねによる加圧方式を用いている。クリーニングブレード15の当接圧はF=1000gf(=9.8N)、当接角度はθ=30°、自由長はL=10mm、板厚はt=2mmとした。
【0040】
本実施例で用いたクリーニングブレード15は、材質がポリウレタンゴムからなり、物性値はJISの加硫ゴムの試験方法に従って実測したところ、A硬度が73°、反発弾性率が50%であった。
【0041】
上記のような掻き落しタイプのクリーニング手段の観点からいえば、搬送ベルト9は継ぎ目のない、いわゆるシームレスベルトであることが望ましい。しかし、継ぎ目のあるベルトの場合は、継ぎ目部分でクリーニングブレードをベルトから離間するなどの手段も十分考えられる。
【0042】
ところで、搬送ベルト9のクリーニング装置13として、前述のとおりゴムなどの弾性体からなるブレード方式を使用しているが、これはブレード方式の構造が単純で小型であり、コスト面からも有利である理由による。また、クリーニングブレード15の材質としては、上記のように、耐薬品性、耐摩耗性、成形性、機械的強度などの点から熱可塑性エラストマーの一種であるポリウレタンゴムを用いている。また、本実施例ではクリーニングブレード15を、走行する搬送ベルト9の表面に対してカウンタ方向からクリーニングブレード15を圧接させる方式をとっている。
【0043】
この方式におけるクリーニング作用メカニズムは、搬送ベルト9表面上の残留トナーを除去するのに必要な力(5gf/cm=0.49N/m)でクリーニングブレード15を搬送ベルト9の表面に圧接させたとき、そのクリーニングブレード15のエッジ部と搬送ベルト9の当接部分で、まず当接部分に働く摩擦力により搬送ベルト表面に密着したクリーニングブレード15のエッジ部が搬送ベルト9の進行方向に変形(ずり変形、圧縮変形)し、つぎにその応力に伴うクリーニングブレード15エッジ部に蓄積されたエネルギーが復元力(反発弾性力)として働き元の状態に戻るいわゆるスティック−スリップ(Stick−Slip)運動によるものと考えられる。
【0044】
したがって、クリーニングブレード15を用いたクリーニング装置13において、安定したクリーニング性を得るためには、スティック−スリップ運動の振幅および振動数の適正化が必要であり、これは、クリーニングブレード15のエッジ部と搬送ベルト9の表面における当接部分の摩擦力、クリーニングブレード15の形状、クリーニングブレード15の材料物性(ヤング率、ポアソン比、モジュラス(応力−歪み曲線))などを調整することにより得ることができる。
【0045】
しかし、前述のように、装置の長期使用にともない、スティック−スリップ運動は、振幅>適正値、振動数<適正値となる。そして、この現象が進行すると、上記にて詳しく説明したように、さまざまな不具合が発生する。
【0046】
そこで、画像形成時以外の所定タイミングにおいて、主走査方向全域あるいはそれに近い幅をもち、副走査方向には数mm〜数十mmのべたあるいはハーフトーンのオビ画像を感光ドラム上に形成し、転写域において転写作用を受けさせ、搬送ベルト9上に直接像形成を行い、そのオビ画像を形成するトナーをクリーニングブレード15のエッジ部に到達させる構成とした。このトナーによる研磨および潤滑作用を活用することによって、長期使用においても、クリーニングブレード15がそのエッジ部と搬送ベルト表面との摩擦によりエッジ部が搬送ベルトの走行方法に沿うように反転する、いわゆるブレード捲れの発生を防止することができた。
【0047】
なお、本実施例におけるオビ画像形成のシーケンスは、以下に示すタイミングで行った。
【0048】
1)画像形成装置の主電源の立ち上げ時
2)画像形成500イメージ毎
のそれぞれのタイミングで、主走査方向全域、副走査方向には10mmのべたのオビ画像を感光ドラム上に形成し、転写域において転写作用を受けさせ、搬送ベルト9上に直接像形成を行い、そのオビ画像を形成するトナーをクリーニングブレード15のエッジ部に到達させる。
【0049】
以上に説明したような、トナーによって搬送ベルト9の表面の付着物を研磨し、搬送ベルト9の表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果は、トナー粒子に外添された、チタン酸ストロンチウムによるところが大きく、他に、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化ホウ素、窒化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸アルミニウムなどの微粉末が挙げられ、モース硬度が6.0以上の研磨剤を用いれば搬送ベルト表面の付着物を研磨し、除去する効果もある。また、いずれを外添した場合においても同様の効果がある。
【0050】
またこの低コストの構成によって、搬送ベルト9表面の付着物を研磨し、搬送ベルト9表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジの潤滑性をアップさせる効果により、異音や異常振動の発生を防止し、クリーニング作用の安定化を図ることができた。
【0051】
なお、オビ画像の領域や、オビ画像を形成するタイミングなどは、本実施例の限りではないが、ランニングコストの面からみてできる限りトナー消費を少なくできる方向、すなわちオビを形成する面積を少なく、かつ形成する回数も少ない方法が望ましい。
【0052】
実施例2
つぎに、本発明の第2実施例について図3〜図5により説明する。
【0053】
本実施例における画像形成装置の構成および動作は第1実施例と略同一なので説明を省略する。
【0054】
本実施例においては、クリーニングブレードの変形を検知する検知手段として歪みゲージを具備し、歪みゲージから得られた信号をもとに画像を感光ドラム上に形成し、転写域において転写作用を受けさせ、搬送ベルト上に直接像形成を行い、その画像を形成するトナーをクリーニングブレードに到達させることを特徴としている。以下にその説明を行う。
【0055】
図3および図4に示すように、クリーニングブレード15の、搬送ベルト9の移動方向下流側の面に検知手段である歪みゲージ17が貼着されている。
【0056】
また、本実施例の歪みゲージ17は3線式でゲージ率2.1の共和電業製KFG−02−120−C1−11L3M3Rを使用し、ブリッジ回路18(図5(b))としては共和電業製DB−120Pを使用し、図5(a)に示すように、クリーニングブレード15のエッジからd1=1mm離れて搬送ベルト9の移動方向に沿うように貼着した。なお、歪みゲージ17は長方形をなし、支持体17aの内側d2=1mmの位置に、長さd3=2mmのセンサ本体17bが配置されている。
【0057】
歪みゲージ17における歪みε0は下記の式(1)による出力電圧e0から相対的に算出できる。
【0058】
e0=E/4(Ks・ε0) … (1)
本実施例における画像形成装置は、クリーニングブレード15に貼りつけた歪みゲージ17から出力されたクリーニングブレード15の歪み量を受信する制御装置20を有しており、クリーニングブレード15と搬送ベルト9が非当接状態にある際のクリーニングブレード5の歪み量を1とした場合、該歪み量を1から5の範囲内に維持することを特徴としている。
【0059】
式(1)において、Ks:ゲージ率、E:ブリッジ電圧である。
【0060】
本実施例において、歪みゲージ17からの出力(信号)は、制御装置20によってモニターされており、歪み量5を検知した場合には、第1実施例にて説明したのと同様のオビ画像形成シーケンスを実行し、歪み量が3になった時点でオビ画像形成シーケンスは終了し、通常状態に復帰する。
【0061】
このような構成によって、搬送ベルト9の表面の付着物を研磨し、搬送ベルト9の表面状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果とによりクリーニング作用の安定化が達成される。
【0062】
以上に説明したような、トナーによって搬送ベルト9の表面の付着物を研磨し、搬送ベルト9の表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果は、トナー粒子に外添された、チタン酸ストロンチウムによるところが大きく、他に、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化ホウ素、窒化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸アルミニウムなどの微粉末が挙げられ、モース硬度が6.0以上の研磨剤を用いれば搬送ベルト表面の付着物を研磨し、除去する効果もある。また、いずれを外添した場合においても同様の効果がある。
【0063】
また、ランニングコストの面からみてできる限りトナー消費を少なくできる方向、すなわちオビを形成する面積を少なく、かつ形成する回数も少ない方が望ましく、本実施例における画像形成装置は、クリーニングブレードの歪みを検知し、ブレードめくれが発生しそうな場合にのみオビ画像を形成する動作を行うため、オビ形成の回数を減少させることができ、ランニングコストを低下させる効果も得られた。
【0064】
本実施例においては、歪み量が5を検知すると、第1実施例で説明したオビ画像形成シーケンスを実行し、歪み量が3になった時点でオビ画像形成シーケンスは終了するとしたが、クリーニングブレードや搬送ベルトの材質などの画像形成装置の条件によってこのシーケンス実行の条件は適正化されることが望ましい。
【0065】
なお、歪みゲージは、上記の型式のものに限定されることなく、また、貼着位置も限定されるものでないことはもちろんである。
【0066】
実施例3
つぎに、本発明の第3実施例について図6により説明する。本実施例は、本発明を、中間転写ベルトを備えた画像形成装置に適用したことを特徴とする。
【0067】
まず、図6により、本実施例の画像形成装置の全体的構成および機能について説明する。なお、前出の部材と同一機能を有する部材には同一符号を付す。
【0068】
本実施例の画像形成装置は、駆動ローラ12a、従動ローラ12b、および二次転写対向ローラ12cに張設され、矢印X方向に走行する中間転写体である中間転写ベルト90を備えており、その平面部上方には、ほぼ同様の構成の画像形成部(ステーション)Pa、Pb、Pc、Pdが直列状に配置されている。
【0069】
第1実施例にて説明したようにして、各画像形成部Pa〜Pdは、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのトナー像を形成する。
【0070】
マゼンタのトナー像は感光ドラム1aと中間転写ベルト90とが当接する一次転写部に到来すると、一次転写帯電手段である一次転写装置5aによって、印加される第1の転写バイアスにより中間転写ベルト81へ転写される。マゼンタトナー像を担持した中間転写ベルト81は、つぎの画像形成部Pbに搬送されると、このときまでに、画像形成部Pbにおいて、上記と同様の工程で感光ドラム1b上に形成されたシアントナー像が、マゼンタトナー像上へ転写される。
【0071】
同様に、記録材Pが画像形成部Pc、Pdに進行するにつれて、それぞれの一次転写部において、イエロートナー像、ブラックトナー像が前述のトナー像に重畳転写された後、このときまで、給紙カセット6から給紙ローラ7によって取り出された記録材Pがレジストローラ8に到達し、さらにトナー像と同期をとられて二次転写対向ローラ12cと二次転写帯電手段である二次転写装置40とが形成する二次転写部に搬送され、ここで二次転写装置40に印加される転写バイアスによって上述の4色のトナー像は記録材P上に転写される。記録材Pはさらに定着装置11に搬送されてここで熱と圧力を加えられてトナー像が定着され、機外へと排出される。
【0072】
記録材Pに転写された後に残留する中間転写ベルト90上の残留トナーは、クリーニング装置13によって回収される。このクリーニング装置13は、第1実施例にて説明したポリウレタンゴムからなるクリーニングブレード15を備えており、そのエッジを中間転写ベルト90に当接させて付着トナーを掻き落とし除去している。
【0073】
しかしながら、上記にて詳しく説明したように、クリーニングブレード15によるベルト表面の削れ量が増加したり、傷を付けたりするなどベルトの寿命が低下するなどといった問題が生じる。
【0074】
そこで、画像形成時以外の一定タイミングにおいて、主走査方向全域あるいはそれに近い幅をもち、副走査方向には数mm〜数十mmのべたあるいはハーフトーンのオビ画像を感光ドラム上に形成し、転写域において転写作用を受けさせ、中間転写ベルト90上に直接像形成を行い、そのオビ画像を形成するトナーをクリーニングブレード15のエッジ部に到達させる構成とした。
【0075】
なお、本実施例におけるオビ画像形成のシーケンスは、以下に示すタイミングで行った。
【0076】
1)画像形成装置の主電源の立ち上げ時
2)画像形成500イメージ毎
のそれぞれのタイミングで、主走査方向全域、副走査方向には10mmのべたのオビ画像を感光ドラム上に形成し、転写域において転写作用を受けさせ、中間転写ベルト90上に直接像形成を行い、そのオビ画像を形成するトナーをクリーニングブレード15のエッジ部に到達させる。
【0077】
以上に説明したような、トナーによって中間転写ベルト90の表面の付着物を研磨し、中間転写ベルト90の表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果は、トナー粒子に外添された、チタン酸ストロンチウムによるところが大きく、他に、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化ホウ素、窒化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸アルミニウムなどの微粉末が挙げられ、モース硬度が6.0以上の研磨剤を用いれば搬送ベルト表面の付着物を研磨し、除去する効果もある。また、いずれを外添した場合においても同様の効果がある。
【0078】
このトナーによる研磨および潤滑作用を活用することで、クリーニングブレード15のエッジ部と中間転写ベルト90の表面との摩擦によりエッジ部が中間転写ベルト90の走行方法に沿うように反転する、いわゆるブレード捲れの発生を防止することができた。
【0079】
またこの構成によって、中間転写ベルト90表面の付着物を研磨し、中間転写ベルト90表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果により、異音や異常振動の発生を防止し、クリーニング作用の安定化を図ることができる。
【0080】
実施例4
つぎに、本発明の第4実施例について図7により説明する。
【0081】
本実施例の画像形成装置は、第3実施例と概略同様の構成、すなわち中間転写ベルト90および、クリーニングブレード15を具備したクリーニング装置13を備えるとともに、第2実施例にて説明したのと同様の歪みゲージ17がクリーニングブレード15の中間転写ベルト90側に貼着されている。
【0082】
本実施例において、歪みゲージ17からの出力は、制御装置20によってモニターされており、上述のようにあらかじめ設定された歪み量5を検知した場合には、第1実施例にて説明したオビ画像形成シーケンスを実行し。歪み量が3になった時点でオビ画像形成シーケンスは終了し、通常状態に復帰する。
【0083】
このような構成によって、中間転写ベルト90の表面の付着物を研磨し、中間転写ベルト90の表面状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果とによりクリーニング作用の安定化が達成されるとともに、オビ形成の回数を減少させることができ、ランニングコストを低下させる効果も得られた。
【0084】
以上に説明したような、トナーによって中間転写ベルト90の表面の付着物を研磨し、中間転写ベルト90の表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果は、トナー粒子に外添された、チタン酸ストロンチウムによるところが大きく、他に、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化ホウ素、窒化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸アルミニウムなどの微粉末が挙げられ、モース硬度が6.0以上の研磨剤を用いれば搬送ベルト表面の付着物を研磨し、除去する効果もある。また、いずれを外添した場合においても同様の効果がある。
【0085】
実施例5
つぎに、本発明の第5実施例について図8〜図16により説明する。
【0086】
本実施例の画像形成装置は第1実施例と概略同様の構成を備えているが、クリーナレスシステムおよび磁気ブラシ帯電装置を備えている点で異なっている。従って、下記の説明では、第1実施例と異なる部分について主に説明し、その際、前出の部材と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明する。
【0087】
[クリーナレスシステム]
本実施例の画像形成装置では、転写部で記録材Pに転写されずに感光ドラム1a〜1dの表面に残ったトナーを除去する専用のクリーニング手段は備えてない、いわゆるクリーナレスシステムを有している。すなわち、転写残トナーは、引き続く感光ドラム1a〜1dの回転で接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電装置2a、2b、2c、2dに至り、感光ドラム1a〜1dに接触している磁気ブラシ部に一時的に回収され、その回収トナーが再び感光ドラム1a〜1dに吐き出されて最終的に現像器4a〜4dに回収され、感光ドラム1a〜1dは繰り返して作像に供される。
【0088】
また、磁気ブラシ装置による回収トナーは、磁気ブラシ帯電装置2a〜2dに取り込まれたトナーが磁気ブラシキャリア(磁性粒子、帯電キャリア)との接触により感光体電位と同極の電荷を付与されている場合、感光体電位と磁気ブラシ帯電装置2a〜2dに印加される印加バイアスとの電位差ΔVによって発生する電界により磁気ブラシ中から感光体表面に吐き出される。
【0089】
特開平9−96949号公報などに開示されるように、この現像を利用した、非作像時(非画像形成時)に帯電バイアスのAC成分(交流成分)の振幅Vppを減少させたり、AC成分の印加を停止させることで、電位差ΔVを大きくし、積極的にトナーを吐き出させて磁気ブラシの電気抵抗上昇を抑える方法が知られている。
【0090】
[磁気ブラシ帯電装置]
つぎに、本実施例の磁気ブラシ帯電装置2a〜2dについて、図9により説明する。なお、下記の説明では、各画像形成部Pa〜Pdの磁気ブラシ帯電装置を示す符号の添え字(a〜d)は省略する。
【0091】
本実施例の磁気ブラシ帯電装置2は、大きく分けて、磁気ブラシ帯電部材(磁気ブラシ帯電器)2Aと、導電性磁性粒子(帯電キャリア)24を収容した容器(ハウジング)2Bと、磁気ブラシ帯電器2Aに対して帯電バイアスを印加するためのバイアス印加電源E2とからなる。
【0092】
本実施例の磁気ブラシ帯電器2Aはスリーブ回転タイプであり、マグネットロール(磁石)21と、このマグネットロール21に外嵌させた非磁性ステンレス製スリーブ(電極スリーブ、導電スリーブ、帯電スリーブなどと称される)22と、スリーブ22の外周面にスリーブ内部のマグネットロール21の磁気力で磁気拘束させて形成保持させた磁性粒子24の磁気ブラシ部23とからなる。
【0093】
マグネットロール21は非回転の固定部材であり、スリーブ22はこのマグネットロール21の外回りを矢印bの方向に不図示の駆動系により所定の周速、本実施例では225mm/secの周速で回転駆動される。また、スリーブ21は感光ドラム1に対してスペーサコロなどの手段で500μm程度の隙間を保持して配置してある。
【0094】
容器2Bには、スリーブ22に対向するように非磁ステンレス製の磁気ブラシ層厚規制ブレード25が取り付けられており、スリーブ22b表面とのギャップが900μmになるように配置されている。
【0095】
容器22の磁性粒子24はその一部がスリーブ22の外周面にマグネットロール21の磁気力で磁気拘束されて磁気ブラシ部23として保持される。磁気ブラシ部23はスリーブ22の回転駆動に伴い、スリーブ22と一緒にスリーブ22と同方向に回転する。このとき磁気ブラシ部23の層厚はブレード25により均一厚さに規制される。そして、その磁気ブラシ部23の規制層厚がスリーブ22と感光ドラム1との対向隙間部の間隔より大きいため、磁気ブラシ部23はスリーブ22と感光ドラム1との対向部において感光ドラム1に対して所定幅のニップ部を形成して接触する。この接触ニップ部が帯電ニップ部Nである。従って、感光ドラム1は帯電ニップ部Nにおいて磁気ブラシ帯電器2Aのスリーブ22の回転に伴い回転する磁気ブラシ部23で摺擦される。この場合、帯電ニップ部Nにおいて感光ドラム1の移動方向と磁気ブラシ部23の移動方向は逆方向となり、相対移動速度は速くなる。
【0096】
スリーブ22と磁気ブラシ層厚規制ブレード25には電源E2から所定の帯電バイアスが印加される。而して、感光ドラム1が回転駆動され、磁気ブラシ帯電器2Aのスリーブ22が回転駆動され、電源E2から所定の帯電バイアスが印加されることで、感光ドラム1の周面が本実施例の場合は注入帯電方式で所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。
【0097】
スリーブ22内に固定配置されているマグネットロール21は、スリーブ22と感光ドラム1の最近接位置cとの角度θを感光ドラム回転方向上流側20°から下流側10°の範囲に入るようにすることが望ましく、上流側15°〜0°であればさらによい。それより下流だと主極位置に磁性粒子が引きつけられ、帯電ニップ部Nの感光ドラム回転方向下流側に磁性粒子の滞留が発生しやすくなり、また、上流すぎると、帯電ニップNを通過した磁性粒子の搬送性が悪くなり、滞留が発生しやすくなる。また、帯電ニップ部Nに電極がない場合は、磁性粒子に働くスリーブ22への拘束力が弱くなり、磁性粒子が感光ドラム1に付着しやすくなるのは明らかである。ここで述べている帯電ニップ部Nは、帯電時に磁性ブラシ部23の磁性粒子が感光ドラム1と接触している領域を示す。本実施例では、上流側θ=10°の位置に約900Gの磁極N1を配置した。
【0098】
電源E2による帯電バイアスは、本実施例ではDC成分にAC成分が重畳しているバイアスを用いている。
【0099】
帯電ニップ部Nにおける、磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部23による感光ドラム1面の摺擦と、磁気ブラシ帯電器2Aへの帯電バイアスの印加により、磁気ブラシ23を構成している帯電用磁性粒子24から電荷が感光ドラム1上に与えられ、感光ドラム1面が所定の磁性・電位に一様に接触停電される。本実施例の場合は、感光ドラム1はその表面に電荷注入層を具備させたものであり、電荷注入帯電により感光ドラム1の帯電処理がなされる。すなわち、感光ドラム1面が帯電バイアスDC+ACのDC成分に対応した電位に帯電される。スリーブ22は回転速度が速いほど帯電均一性が良好になる傾向にある。
【0100】
磁気ブラシ帯電器2Aによる感光ドラム1の電荷注入帯電は、図10の等価回路に示すような、抵抗RとコンデンサCの直列回路とみなすことができる。このような回路の場合、抵抗値をr、感光体の静電容量をCp、印加電圧をV0、帯電時間(感光ドラム表面のある点が帯電ニップ部Nを通過する時間)をT0とすると、感光ドラムの表面電位Vdは式(2)で表される。
【0101】
Vd=V0(1−exp(T0/(Cp・r))) … 式(2)
帯電バイアスDC+ACにおいて、DC成分は必要とされる感光ドラム1の表面電位と同値、本実施例では−700Vとした。
【0102】
画像形成時(作像時)におけるAC成分は、そのピーク間電圧Vppは、100V以上、2000V以下、特に300V以上、1200V以下が好ましい。ピーク間電圧Vppがそれ以下では、帯電均一性、電位の立ち上がり向上の効果が薄く、それ以上では、磁性粒子の滞留や感光ドラムへの付着が悪化する。周波数は100Hz以上5000Hz以下、特に500Hz以上2000Hz以下が好ましい。それ以下では、磁性粒子の感光ドラムへの付着悪化や、帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の効果が薄くなり、それ以上でも帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の効果が得られにくくなる。ACの波形は矩形波、三角波、sin波などがよい。本実施例では、ピーク間電圧Vppは700Vを用いた。
【0103】
磁気ブラシ部23を構成する磁性粒子24は、本実施例では、焼結した強磁性体(フェライト)を還元処理したものを用いたが、他に樹脂と強磁性体粉を混練して粒子状に成形したもの、もしくはこれに抵抗値調節のために導電性カーボンなどを混ぜたものや、表面処理を行ったものも同様に用いることができる。磁気ブラシ部23の磁性粒子24は感光ドラム表面のトラップ準位に電荷を良好に注入する役割と、感光ドラム上に生じたピンホールなどの欠陥に帯電電流が集中することに起因する帯電部材および感光体の通電破壊を防止する役割とを兼ね備えていなければならない。
【0104】
従って、磁気ブラシ帯電器2Aの電気抵抗値は1×104Ω〜1×109Ωであることが好ましく、特に1×104Ω〜107Ωであることが好ましい。磁気ブラシ帯電器2Aの電気抵抗値が1×104Ω未満ではピンホールリークが生じやすくなる傾向があり、1×109Ωを超えると良好な電荷の注入がしくくなる傾向にある。
【0105】
また、抵抗値を上記範囲内に制御するためには、磁性粒子24の体積抵抗値は1×104Ω・cm〜1×109Ω・cmであることが望ましく、特に1×104Ω・cm〜1×107Ω・cmであることが望ましい。
【0106】
本実施例で用いた磁気ブラシ帯電器2Aの電気抵抗値は、1×106Ω・cmであり、帯電バイアスのDC成分として−700Vを印加することで、感光ドラム1の表面電位も−700Vとなった。
【0107】
磁性粒子24の体積抵抗値は、図10に示す要領で測定した。すなわち、セルAに磁性粒子24を充填し、充填磁性粒子24に接するように主電極117および上部電極118を配し、該電極117、118間に定電圧電源122から電圧を印加し、そのとき流れる電流を電流計120で測定することにより求めた。119は絶縁物、121は電圧計、124はガイドリンクを示す。その測定条件は、23℃、65%の環境で充填磁性粒子24のセルとの接触面積S=2cm2、厚みd=1mm、上部電極118の荷重10kg、印加電圧100Vである。
【0108】
磁性粒子24の平均粒径および粒度分布測定におけるピークは5〜100μmの範囲にあることが、粒子表面の汚染による帯電劣化防止、および磁性粒子の感光ドラム1表面への付着防止の観点から好ましい。磁性粒子2dの平均粒径は、水平方向最大弦長で示し、測定法は顕微鏡法により磁性粒子300個以上をランダムに選び、その径を実測して算術平均をとる。
【0109】
ところで、クリーニングブレード15による搬送ベルト表面の削れ量が増加したり、傷を付けたりするなど搬送ベルト9の寿命が低下するといった問題を解決するため、第1実施例にて説明したように、画像形成時以外の所定タイミングにおいて、主走査方向全域あるいはそれに近い幅を有し、副走査方向には数mm〜数十mmのべたあるいはハーフトーンのオビ画像を感光ドラム上に形成し、転写域において転写作用を受けさせ、搬送ベルト9上に直接像形成を行い、そのオビ画像を形成するトナーをクリーニングブレード15のエッジ部に到達させることで、トナーの研磨および潤滑作用を活用する方法が考えられる。この方法では、搬送ベルト9表面の付着物を研磨し、搬送ベルト9の表面状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果によりクリーニング作用の安定化が達成できる。
【0110】
しかしながら、本実施例の画像形成装置に上記構成を適用したところ、以下に説明する問題が生じてしまった。
【0111】
上述のクリーナレスシステムを、本実施例のようなタンデム方式のカラー画像形成装置に適用した場合、一度記録材上に転写されたトナー像が、次色を転写する際に再度感光ドラムに転写され(以下、「再転写」という)、所望のトナー像を得られないという問題がある。すべてのカラー画像形成装置が有彩色の重ね合わせによって各種の色を再現していることを考えると、再転写は記録材全域における重ね合わせの有彩色すべてに影響を及ぼすことになる。
【0112】
例えば、本実施例のように、タンデム系の上記カラー画像形成装置、クリーナレスシステムとを組み合わせた場合、転写残トナーと再転写トナーとが混合したものがかぶり取りバイアスVbackにより現像回収される。再転写トナーは転写残トナーとは色が異なっているため、再転写トナーが転写残トナーと同様に現像回収されることで、現像剤は混色を引き起こす。従って、画像形成を経るに連れて現像器内に異色のトナーが蓄積されるため、所望の色彩を得ることができなくなったしまう。この現象は再転写トナー量が多い時に特に顕著になる。この現象を以下の実験により再現した。
【0113】
図12に示すように、2つのステーション(画像形成部)を用意し、記録材搬送方向上流側に位置するステーションを第1ステーション(1st)、搬送方向下流側に位置するステーションを第2ステーション(2st)とし、感光ドラム201、202、現像器203、303、ブラシ帯電装置(磁気ブラシ)203、302、および転写装置205、305などをそれぞれ備えている。第1、第2ステーションは、それぞれでA4サイズに対して6%の比率となる横オビ(主走査方向)の画像形成を行った。
【0114】
第2ステーションでは、画像形成中に生じた再転写トナーが第2ステーションの磁気ブラシ302により一旦回収され、極性をすべて負に変化させられた後、感光ドラム301に吐き出される。吐き出された再転写トナーは、現像部に至った際、かぶり取りバイアスによって現像器303に回収される。
【0115】
転写装置205、305による転写帯電は定電流制御にて検討を行ったが、定電圧制御でも問題ない。
【0116】
再転写量を定量化するため、図12に示すとおり、再転写後の記録材上における単位面積当たりのトナー量をa[g/cm2]、感光ドラム301上に再転写されたトナーの単位面積当たりのトナー量をb[g/cm2]として、再転写率ηrtrを
ηrtr=b/(a+b)×100 [%]
と定義した。
【0117】
また、転写効率も同様に、転写後の記録材上における単位面積当たりのトナー量をa’[g/cm2]、感光ドラム201上に残った転写残トナーの単位面積当たりのトナー量をb’[g/cm2]として、転写効率ηtrを、
ηtr=b’/(a’+b’)×100 [%]
とした。
【0118】
本検討では、第1ステーションにイエロートナー、第2ステーションにマゼンタを用い、検討をスタートする時点、すなわち、マゼンタ現像器にイエロートナーがまったくない状態でのマゼンタ画像(A4サイズに対して6%比率の主走査方向横帯)をイニシャルとして、1000枚画像形成ごとにイニシャルと同様の画像を形成しながら100枚間欠にて10000枚通紙し、イニシャル画像と1000枚通紙後の画像との色差ΔEをX−Rite社製の分光測色計SP68を用いて測定した。
【0119】
また本検討では、図13に示したタイミングチャート(ドラム基準)を用いた。
【0120】
なお本検討において、第2ステーションにおける転写効率ηtrは95%、再転写率ηrtrは4%であった。
【0121】
図14に、通紙枚数による色差の変化の様子を示す。通紙枚数が増すにつれて色差が大きくなり、印象レベルでは同じ色として扱える色差の上限6.5も5000枚通紙あたりから超えてしまっているのがわかる。
【0122】
以上から、現像によるトナーリサイクルシステム(クリーナレスシステム)により再転写トナーが現像器内に混入することで許容範囲以上の色差変動が引き起こされることがわかった。
【0123】
一方、前述のとおり、ブレード方式のクリーニング装置にまつわるさまざまな問題を解決するために、オビ画像を搬送ベルト上に直接形成する場合においても、上記と同様に一度搬送ベルト209上に転写されたトナー像が、つぎの転写部に到達した際に再転写し、結果として現像剤の混色を引き起こし、所望の色彩を得られるなくなるという問題が生じてしまう。
【0124】
また、再転写の存在によりオビ画像のトナー量もクリーニング部に到達する時点で減少してしまうため、所望のトナー量を得るためにあらかじめ余分なトナーをオビ画像として形成しなければならず、ランニングコストの面で大きな障害となる。
【0125】
この問題を解決するため、オビ画像を形成したステーションよりも記録剤搬送方向下流に位置する各転写部において、オビ画像が転写部を通過する際の転写電流/電圧を下げることとし、これにより、再転写量を軽減することができた。
【0126】
図15に、図12における第2ステーションの転写電流と第2ステーションでの再転写率との相関を示す。図15に示すように、定電流制御における転写電流値を下げることにより、再転写を軽減することが可能である。
【0127】
しかし図15から分かるように、転写電流を0μAとしても再転写率を0%とすることはできない。これはオビ画像と感光ドラムとが物理的に接触していることから生じる、トナーと感光ドラムとの付着力、鏡映力などによるものと考えられ、物理的にトナー像と感光ドラムとが接触する構成上避けられないものと考えられる。
【0128】
また、上記のオビ画像と感光ドラムとの物理的接触を回避するために、オビ画像が通過する際にトナー像と感光ドラムとが接触しないようにする構成をとる方法も考えられるが、そのためにさまざまな新たな機構が必要となり、コストの面で大きな問題が生じる。
【0129】
さらに、仮にオビ画像が通過する際にトナー像と感光ドラムとが接触しないようにする構成をとったとしても、オビ画像を搬送ベルト上に転写する際はベルトと感光ドラムとを接触させておき、その後トナー像と感光ドラムとが接触しないようにベルトと感光ドラムとを離間させるというシーケンスをとらなければならず、その間ユーザは画像形成装置を使用不可能な状態になってしまうという不具合を生じる。
【0130】
そこで本実施例では、上記オビ画像を記録材搬送方向最下流に位置するステーション、すなわち、図8の画像形成部Pdにおいて形成することで、上述のようなクリーニング装置13のクリーニングブレード15にまつわる種々の問題を解決し、かつ再転写に起因する上述の問題の発生をも防止することができた。
【0131】
なお、本実施例におけるオビ画像形成のシーケンスは、以下に示すタイミングで行った。
【0132】
1)画像形成装置の主電源の立ち上げ時
2)画像形成500イメージ毎
のそれぞれのタイミングで、主走査方向全域、副走査方向には10mmのべたのオビ画像を感光ドラム上に形成し、転写域において転写作用を受けさせ、搬送ベルト9上に直接像形成を行い、そのオビ画像を形成するトナーをクリーニングブレード15のエッジ部に到達させる。
【0133】
以上に説明したような、トナーによって搬送ベルト9の表面の付着物を研磨し、搬送ベルト9の表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果は、トナー粒子に外添された、チタン酸ストロンチウムによるところが大きく、他に、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化ホウ素、窒化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸アルミニウムなどの微粉末が挙げられ、モース硬度が6.0以上の研磨剤を用いれば搬送ベルト表面の付着物を研磨し、除去する効果もある。また、いずれを外添した場合においても同様の効果がある。
【0134】
図8から明らかなように、最終のステーションPdからクリーニング部13まで、他の色のステーションは存在しないため当然再転写も発生しない。従って、再転写に起因する諸問題も発生することなく、また安定してオビ画像がクリーニング装置13へ供給されることから、めくれなどに代表されるクリーニングブレードにまつわる諸問題の発生も抑制された。
【0135】
オビ画像の領域や、オビ画像を形成するタイミングなどは、本実施例の限りではないが、ランニングコストの面から見てできる限り、トナー消費を少なくできる方向、すなわち、オビを形成する面積を少なく、かつ形成する回数も少ない方が望ましい。またオビ画像のスラスト方向の長さは、クリーニングブレードと同じ長さか、あるいは超えない範囲でできるだけ近い長さであることが望ましい。
【0136】
本発明者らの検討において、オビ画像のスラスト長さがクリーニングブレード幅よりも100mm以上短いと上記ブレード捲れが発生してしまった。また、オビ画像のスラスト長さがクリーニングブレード幅よりも100mm以上短くない場合でも、オビ画像端部とクリーニングブレード端部との距離が50mmを超えてしまうと上記ブレードめくれが発生してしまった。
【0137】
以上から、オビ画像は具体的にはスラスト長さがクリーニングブレードスラスト幅−100mm以上、クリーニングブレードスラスト幅以下であることが好ましい。すなわち、帯状画像は記録材搬送方向の長さがl[mm]であり、クリーニングブレードは、記録材搬送方向と直交する方向の長さがL[mm]であるとき、L−100≦l≦Lであることが好ましい。
【0138】
また、オビ画像が実際にクリーニングブレード15のエッジ部に到達した際のオビ画像端部位置とクリーニングブレード端部位置との距離が50mm以下であることが望ましい。つまり、オビ画像のスラスト端部とクリーニングブレードの端部との距離は50mm以下であることが好ましい。
【0139】
図16に示すグラフは、搬送ベルトを駆動するための駆動トルクと、オビ画像のトナー量との関係を表している。図16からオビ画像のトナー量が0.01mg以上で安定した駆動トルクが得られるため、オビ画像トナー量は0.01mg以上であることが望ましい。
【0140】
またトナー量が0.01mgに満たない場合でも、複数回に分けてトナー像をブレードエッジに供給することで0.01mg以上となれば問題はない。さらにオビ画像もスラストに均一である必要はなく、複数のオビが群れをなすような形態でも、1本のオビと同等の効果を得られれば問題ない。
【0141】
また本実施例ではスラスト方向に平行なオビ画像を採用したが、本発明の意図する作用効果を達成できるものであればこの限りではない。
【0142】
実施例6
つぎに、本発明に係る画像形成装置の第6実施例について図17により説明する。
【0143】
本実施例の画像形成装置は、上記第5実施例にて説明したクリーナレスシステムと、磁気ブラシ帯電装置とを備えるとともに、中間転写体である中間転写ベルトを有している。
【0144】
なお、下記の説明において前出の部材と同一機能を有する部材には同一符号を付し、また、クリーナシステムおよび磁気ブラシ帯電装置については、上記にて詳述したので、その説明を省略する。
【0145】
中間転写ベルトは、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム、ポリイミド、エチレン4フッ化エチレン共重合体などのような誘電体樹脂によって構成されている。本実施例では、体積抵抗率1×109Ω・cm(JIS−K6911法準拠プローブを使用し、印加電圧500V、印加時間60sec)、厚みt=80μmの導電性ポリイミドシームレスベルトを採用したが、他の材料、体積抵抗率、および厚みのものでもかまわない。
【0146】
図17に示すように、中間転写ベルト81は、駆動ローラ12a、従動ローラ12b、および二次転写対向ローラ12cに張設され、矢印X方向に駆動される。
【0147】
中間転写ベルト81の平面部上方には、上記実施例とほぼ同様の構成のステーション(画像形成部)Pa、Pb、Pc、Pdが直列状に配置されている。
【0148】
画像形成部Pa〜Pdは、それぞれ、回転可能に支持されたドラム状の電子写真感光体(以下、「感光ドラム」という)1a、1b、1c、1dを備えている。感光ドラム1a〜1dの周囲には、それぞれ、磁気ブラシ帯電器2a、2b、2c、2d、現像器3a、3b、3c、3dなどのプロセス機器が配置されている。
【0149】
現像器3a、3b、3c、3dにはそれぞれマゼンタトナー、シアントナー、イエロートナー、およびブラックトナーが収納されており、各画像形成部Pa〜Pdでは、それぞれ、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナー像を形成する。
【0150】
原稿のマゼンタ成分色による画像信号がレーザ発振器10aに入力され、ポリゴンミラー(不図示)などを介してレーザ光が感光ドラム1a上に投射されて静電潜像が形成される。静電潜像は現像器3aによってマゼンタトナーが供給されて現像され、マゼンタトナー像が形成される。このトナー像は感光ドラム1aの回転に伴って、感光ドラム1aと中間転写ベルト90とが当接する一次転写部に到来すると、一次転写装置5aによって、印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト90へ転写される。
【0151】
マゼンタトナー像を担持した中間転写ベルト90は、つぎの画像形成部Pbに搬送されると、このときまでに、画像形成部Pbにおいて上記と同様の工程で感光ドラム1b上に形成されたシアントナー像がマゼンタトナー像上へ転写される。
【0152】
同様に、記録材Pが画像形成部Pc、Pdに進行するにつれて、それぞれの一次転写部において、イエロートナー像、ブラックトナー像が前述のトナー像に重畳転写された後、このときまで、給紙カセット6から給紙ローラ7によって取り出された記録材Pがレジストローラ8に達し、トナー像と同期をとられてさらに二次転写部に搬送され、二次転写装置40に印加される転写バイアスによって上述の4色のトナー像は記録材P上に転写される。
【0153】
記録材Pは、さらに定着装置11に搬送され、ここで熱と圧力によってトナー像が定着され、永久像となる。
【0154】
記録材Pに転写された後に残留する中間転写ベルト81上の残留トナーは、クリーニング装置13によって回収される。本実施例のクリーニング装置13も第4実施例と同様に、ポリウレタンゴムからなるクリーニングブレード15を備えており、そのエッジを中間転写ベルト90に当接させて付着トナーを掻き落とし除去している。
【0155】
また、本実施例の画像形成装置は上述したクリーナレスシステムを備えており、一次転写部で記録材に転写されずに感光ドラム1a〜1dの表面に残った転写残トナーは、引き続く感光ドラム1a〜1dの回転で磁気ブラシ帯電装置22a〜22dに至り、感光ドラム1a〜1dに接触している磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部23に一時的に回収され、その回収トナーが再び感光ドラム1a〜1dの面上に吐き出されて最終的に現像器23a〜23dに回収され、感光ドラム1a〜1dは繰り返して作像に供される。
【0156】
本実施例においても、第5実施例と同様に、クリーナレスシステムを採用しているため、一度中間転写ベルト90上に一次転写されたトナー像が次色を一次転写する際に再転写することで混色を引き起こし、所望のトナー像が得られないという問題が生じる可能性がある。従って、上記のようなクリーニングブレードのめくれ問題に対して中間転写ベルト90上にオビ画像を形成することにより回避しようとしても、上記のような再転写による色味変動の問題や、また再転写によりオビ画像のトナー量自体が減少し、所望のトナー量が得られないといった問題が生じる。
【0157】
そこで、本実施例では、上記オビ画像を中間転写ベルト移動方向最下流に位置するステーション、本実施例では、図17の第4ステーションPdにおいて形成することにより、上述のようなクリーニングブレード15にまつわる種々の問題を解決し、かつ再転写に起因する上述の問題の発生を防止することができた。
【0158】
本実施例では、主走査方向310mm、副走査方向1mmのオビ画像を、画像形成動作ごとに中間転写ベルト90上に形成した。図17から明らかなように、第4ステーションPdからクリーニング装置13までの間に他の色のステーションは存在しないため当然再転写も発生しない。従って、再転写に起因する諸問題も発生することなく、安定してオビ画像がクリーニング部へ供給されることから、めくれなどに代表されるクリーニングブレードにまつわる諸問題の発生も抑制された。
【0159】
以上に説明したような、トナーによって中間転写ベルト90の表面の付着物を研磨し、中間転写ベルト90の表面の状態を一定に保つ効果と、クリーニングブレード15のエッジ部の潤滑性をアップさせる効果は、トナー粒子に外添された、チタン酸ストロンチウムによるところが大きく、他に、酸化ケイ素、酸化アルミ、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化ホウ素、窒化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、および炭酸アルミニウムなどの微粉末が挙げられ、モース硬度が6.0以上の研磨剤を用いれば搬送ベルト表面の付着物を研磨し、除去する効果もある。また、いずれを外添した場合においても同様の効果がある。
【0160】
なお、オビ画像の領域や、オビ画像を形成するタイミングなどは、本実施例の限りではないが、ランニングコストの面からみてできる限りトナー消費を少なくできる方向、すなわちオビを形成する面積を少なく、かつ形成する回数も少ない方が望ましい。
【0161】
また、オビ画像を不足なくクリーニング装置15に供給するために、オビ画像が二次転写部を通過する際は、二次転写帯電装置40は、中間転写ベルト90から離間しておくか、あるいは二次転写バイアスを適正化してオビトナー量の絶対量を変化させない必要があることはいうまでもない。
【0162】
以上のべた実施例の中で、クリーナレスシステムを達成するための感光ドラム帯電装置としては、磁気ブラシ帯電装置に限るものではなく、他の例えばファーブラシ帯電、ローラ帯電に代表される他の帯電手段を用いても何ら問題はない。
【0163】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、クリーナレスシステムを備えた画像形成装置において、非画像形成時に前記板状クリーニング部材にトナーを供給するために前記記録材担持搬送部材或いは中間転写体上に転写されるトナー像は、前記記録材担持搬送部材或いは中間転写体の移動方向において前記板状クリーニング部材に対して複数の画像形成部のなかで最も下流側の画像形成部のみで形成されるので、長期使用においても低コストで良好なクリーニング性能を維持しつつ、異音や異常振動、めくれの発生を防止でき、良好な画像を得ることができ、良好な使用環境を維持でき、さらに、板状クリーニング部材、記録材担持搬送手段、および中間転写体の長寿命化を達成できる。
また、再転写を防止でき、従って、板状クリーニング部材に供給するための記録材搬送部材上に形成したトナー像のトナーが他の画像形成部の現像手段へと混入するのを防止でき、高品質画像をえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るカラー画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図2】クリーニングブレードの搬送ベルトとの当接状態を示す説明図である。
【図3】本発明に係るカラー画像形成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【図4】図3のカラー画像形成装置における搬送ベルトクリーニング装置を示す拡大図である。
【図5】図4のクリーニングブレードに貼着された歪みゲージとそのブリッジ回路を示す図である。
【図6】本発明に係るカラー画像形成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【図7】本発明に係るカラー画像形成装置のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図8】本発明に係るカラー画像形成装置のさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【図9】図8のカラー画像形成装置における磁気ブラシ帯電装置を示す拡大図である。
【図10】図9の磁気ブラシ帯電装置における帯電回路の同等回路図である。
【図11】図9の磁気ブラシ帯電装置における磁性粒子の電気抵抗値を測定するための要領説明図である。
【図12】クリーナレスシステムに関わる再転写の実験要領図である。
【図13】図8のカラー画像形成装置における画像形成のタイミングチャート図である。
【図14】通紙枚数にともなう色差を示すグラフである。
【図15】転写電流と再転写率との関連を示すグラフである。
【図16】オビ画像トナー量と搬送ベルトの駆動トルクとの関連を示すグラフである。
【図17】本発明に係るカラー画像形成装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1a、1b、1c、1d 感光ドラム(像担持体)
3a、3b、3c、3d 現像器(現像手段)
5a、5b、5c、5d 転写装置(転写帯電手段)
9 搬送ベルト(記録材担持搬送手段)
15 クリーニングブレード(板状クリーニング部材)
17 歪みゲージ(検知手段)
90 中間転写ベルト(中間転写体)
Claims (6)
- 像担持体と、転写後に像担持体に残留したトナーを回収し、像担持体に形成された静電潜像を現像する現像手段とを有する複数の画像形成部と、
記録材を担持搬送する記録材担持搬送部材と、
各々の前記画像形成部で形成されたトナー像を記録材担持搬送部材上の記録材に転写するための複数の転写帯電部材と、
前記記録材担持搬送部材に当接して、前記記録材担持搬送部材をクリーニングする板状クリーニング部材と、
を有する画像形成装置において、
非画像形成時に前記板状クリーニング部材にトナーを供給するために前記記録材担持搬送部材上に転写されるトナー像は、前記記録材担持搬送部材の移動方向において前記板状クリーニング部材に対して複数の画像形成部のなかで最も下流側の画像形成部のみで形成されることを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体と、転写後に像担持体に残留したトナーを回収し、像担持体に形成された静電潜像を現像する現像手段とを有する複数の画像形成部と、
前記画像形成部で形成されたトナー像が転写される中間転写体と、
各々の前記画像形成部で形成されたトナー像を中間転写体に転写するための複数の転写帯電部材と、
前記中間転写体に当接して、中間転写体をクリーニングする板状クリーニング部材と、
を有する画像形成装置において、
非画像形成時に前記板状クリーニング部材にトナーを供給するために前記中間転写体上に転写されるトナー像は、前記中間転写体の移動方向において前記板状クリーニング部材に対して複数の画像形成部のなかで最も下流側の画像形成部のみで形成されることを特徴とする画像形成装置。 - 前記記録材担持搬送部材の移動方向において前記板状クリーニング部材よりも上流側にあり、複数の画像形成部のなかで最も下流側に位置する画像形成部は、黒色のトナー像を形成する画像形成部であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記中間転写体の移動方向において前記板状クリーニング部材よりも上流側にあり、複数の画像形成部のなかで最も下流側に位置する画像形成部は、黒色のトナー像を形成する画像形成部であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記非画像形成時に形成されるトナー像のトナー量は0.01mg以上であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記移動方向と直交する方向における前記非画像形成時に形成されるトナー像端部と前記板状クリーニング部材の端部間の長さは50mm以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の画像形成装置。
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