JP4373620B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、電子写真プロセスを用いたカラー複写機などにおいて、各色に対して各々の現像装置と、像担持体とクリーニング装置とを備えた画像形成装置に係り、特にクリーニングにより回収されたトナーを再使用する画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真プロセスを用いたカラー画像形成装置では、3色又は4色のトナー像を像担持体上に形成し、これらの各色のトナー像を中間転写体又は転写体上に重ねることにより、フルカラー画像を形成している。
【0003】
このようなカラー画像形成装置では、例えば、4色のトナー像の形成を1つ又は2つの像担持体で順番に行う方式と、4色それぞれについて像担持体と、像担持体上にトナー像を形成する現像手段と、像担持体をクリーニングするクリーニング手段を持つ方式とがある。後者の方式は、通常、中間転写体又は転写ベルトに対して、移動方向に直線上に各色を配置した、所謂、タンデム方式と称されている。このタンデム方式は、4色のトナー像の形成が同時に行えるために、高速化に優れているとともに、各色に対して像担持体のクリーニング手段を備えるため、像担持体からクリーニングされた回収トナーを、再び作像に使用するリサイクル利用が容易であると考えられる。
【0004】
しかも、カラー画像形成装置においては、色数が多いこと、白黒に比べて写真原稿のように画像面積が大きい原稿が出力されることが多く、省資源化又はランニングコストの低減化の点から、トナーのリサイクルが重要である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のカラー画像形成装置では、実際にはいくつかの問題点があり、第1の問題点は、より下流側の色のプロセスへの、上流側の色の混色である。このような混色の対策としては、例えば、(1)特開2000−227727号公報や(2)特開2000−242152号公報に開示された構成を有するものが提案されている。
【0006】
そして特開2000−227727号公報には、中間転写、転写ベルトのクリーニング方法が提案されている。このものにおいては、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体又は転写ベルト上に転写して作像時する際、作像後の中間転写体又は転写ベルト上のクリーニング残トナーが、像担持体上に転写され、像担持体のクリーニングにより回収されることによる混色を防止している。
【0007】
また、特開2000−242152号公報には、上流側の像担持体から中間転写体に転写する際の放電により、中間転写体上に転写したトナーの一部が、正常の帯電極性とは逆の帯電極性となり、この逆帯電極性となったトナーが下流側の色のトナーを転写する際、逆に像担持体に転写してしまうと考え、逆転写したトナーを帯電極性が逆であることを利用する回収手段を設けることにより、像担持体での混色を防止している。このような方式は、クリーニングレスであり、クリーニングせずに正規の帯電極性に帯電している転写後の残トナーは、そのまま現像手段で回収される。このため、現像部での回収能力と現像の性能を両立することが困難で、たとえ、2成分現像の場合であっても、キャリアの穂による回収能力を強めると、はきめ等が発生して画像を荒らす結果となり、逆に、回収能力を弱めると、残像が問題になる。
【0008】
第2の問題点は、リサイクル工程によるトナーの性質の変化である。その原因としては、現像手段、転写手段、クリーニング手段、クリーニングから現像手段への搬送手段でのストレスであると考えられるが、現象的には、特に、トナーの帯電特性の変化、凝集が問題となっている。すなわち、リサイクルトナーが凝集体で現像手段内に供給されると、凝集体は、帯電量が低いため、飛散し易く、また、凝集状態で現像された場合には、付着量の安定性を損なう結果となる。特にカラー画像においては、付着量が変化すると、色相が変化するため、その変化が顕著に表われる。さらに、リサイクルトナー中に混色トナーがあった場合、混色トナーが集中する結果となる。
【0009】
したがって、タンデム方式のカラー画像形成装置では、前述したように、上流色の混色、及び、リサイクルトナーの凝集を防止することが重要である。特に、リサイクルトナーの凝集に関しては、トナーに対して、機械的なストレスが掛かることで発生すると考えられるが、クリーニング性能と機械的なストレスとは、トレードオフの関係が生じ、それらの両立が困難であった。
【0010】
本発明は、上記の事情のもとになされたもので、クリーニングにより回収されたトナーを凝集させることなく好適に再使用して、良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、前記クリーニング手段は、像担持体の回転方向の上流側から順次配設され像担持体上の付着物に作用する第1のクリーニング部材及び第2のクリーニング部材と、第1のクリーニング部材及び第2のクリーニング部材により回収されたトナー等に対して複数の搬送経路とを有し、搬送経路の内の一つ以上は、現像手段へのリサイクルトナー供給経路であり、クリーニング部材毎に経路が選択されるようになっており、前記第1のクリーニング部材に電圧を供給する第1の電圧供給手段及び第2のクリーニング部材に電圧を供給する第2の電圧供給手段を有し、第1の電圧供給手段により第1のクリーニング部材に正規帯電トナーと逆極性に帯電したトナー等を回収できる極性のバイアスを印加するとともに、第1のクリーニング部材から回収されたトナーをリサイクルトナー経路に供給しないように構成され、第2の電圧供給手段により第2のクリーニング部材に正規帯電トナーを回収できる極性のバイアスを印加するとともに、第2のクリーニング部材から回収されたトナーをリサイクルトナー経路に供給するように構成されており、前記正規帯電トナーを回収する第2のクリーニング部材は、像担持体の表面に接触するクリーニングローラと、該クリーニングローラの表面からトナーを回収するブラシとを有していることを特徴とし、この構成により、クリーニング部材の組み合わせで、良好なクリーニングを行うとともに、回収リサイクルに好適な手段の回収トナーのみをリサイクルすることで良好な画像を得る。またこの構成により、クリーニング時において、正規性が維持されたトナーのみを回収リサイクルすることで、中性の紙粉や逆転した混色逆帯電トナー等を再び現像手段にもどすことなく良好な画像が得られるものである。さらにこの構成により、逆帯電トナーと正規帯電トナーとは、クリーニング手段に印加する電圧の極性で分離することができ、帯電性が不良になったトナーや、逆帯電によって像担持体へ逆転写した混色トナーがリサイクルされることが防止されて、良好な画像を得るものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る画像形成装置、例えば、カラー複写機の全体構成を概略的に示す。
【0017】
図1に示すように、作像手段1は、図の左から順に配置された複数の感光体1a,1b,1c,1dにより構成されている。各感光体1a〜1dは、実線矢印で示すように、反時計廻り方向にそれぞれ回転するとともに、それらの周囲には、感光体1aを例にして示すように、帯電手段4、現像手段2、クリーニング手段3が反時計廻り方向に順に配置し、書込手段5により形成される各感光体1a〜1d上の静電潜像を現像して、4色のトナー像を得るようになっている。
【0018】
そして、各感光体1a〜1d上に現像された各色のトナー像は、上流側から順に中間転写体6上に重合せ転写されて、中間転写体6上にフルカラーの画像を形成し、このフルカラー画像は、転写手段7で図示しない転写材上に転写されるとともに、この転写材は、定着手段8で加熱・加圧されることにより、転写材上にフルカラー画像を定着するようになっている。
【0019】
このとき、中間転写体6上に転写されなかった各感光体1a〜1d上に残留する各色の残トナーは、各々のクリーニング手段3で回収されるもので、このクリーニング部3で回収されたトナーは、図示しないトナー回収経路を介して現像手段2に搬送されるようになっている。
【0020】
ところが、従来では、各感光体1a〜1d上の各色のトナー像を上流側から順に中間転写体6上に転写する際、既に中間転写体6上に転写された上流側の感光体、例えば、感光体1aの1色目のトナー像が、下流側の感光体、例えば、感光体1b上に逆に転写されることがある。これにより、逆転写された色の異なる上流側の逆転写トナー像が下流側の感光体1b上に残トナーとして残留し、クリーニング部3で回収されて、この1色目の回収トナーが感光体1b側の現像手段2に搬送され、現像手段2内の2色目のトナーと混色する恐れがある。
【0021】
そこで、上記したような逆転写トナーによる混色の影響を、例えば、1色目の感光体1a側と2色目の感光体1b側の間において、実験により考察する。ここで、クリーニング手段3を構成する一つのクリーニング部材として、例えば、厚さが1mmで、ゴム硬度がJIS−A硬度60°のポリウレタンゴムからなるブレードを用い、このブレードの一方のエッジを感光体の表面に対して押し当てて、ブレードが少々撓むような状態でセットする。また、他のクリーニング部材として、例えば、直径が6mmのステンレススチール(SUS)の軸上に形成したレーヨン製の毛足の長さが2mmのブラシを用い、ブラシの毛先が0.5mmまで感光体の表面に対して食い込むように保持して、感光体表面に付着するトナーの除去実験を行った。この場合、ブラシの毛の体積抵抗率は、108Ωcmであり、接触部で感光体表面にカウンタで当たるように、感光体の回転方向と同方向で、線速度が2倍となるように回転させる。
【0022】
一方、クリーニング部3のクリーニング部材として、例えば、直径が6mmのステンレススチール(SUS)の軸上に、例えば、ゴム厚さが2mmで、体積抵抗率が107Ωcmのヒドリンゴムを挿嵌したクリーニングローラを用い、このクリーニングローラにクリーニング時、+400Vの電圧を印加する。また、クリーニングローラの表面は、感光体表面との接触部で線速度が等速から、やや速い速度に調整し、トナーの除去実験を行った。これは、基本的に電界の力によって、感光体表面に付着するトナーを剥ぎ取るようにしてなるものであるが、ローラ接触面とトナーとの接触性を高めることで、作用する力を強める効果があるためで、同様の理由から、クリーニングローラの表面を少々粗れてたい方が好ましく、Rzがトナーの直径より小さい程度が効果的である。
【0023】
このようなブレード、ブラシ及びローラを用いて、各方式による感光体の表面のクリーニング実験を行い、それぞれのクリーニング回収トナーのクリーニング性能と凝集性を観察したところ、下記の表1に示すような結果が得られた。この場合のトナーの体積平均粒径は、6μmである。
【0024】
【表1】
Figure 0004373620
【0025】
上記の表1から明らかなように、ブレード、ブラシ及びローラの各方式でのクリーニングでは、クリーニング性能と凝集性は両立しない。また、トナーをリサイクルしない場合には、凝集性について留意する必要はないが、リサイクルしてトナーを使用する場合、トナーが凝集していると、現像時に飛散、現像手段内の固着等を引き起こす。
【0026】
また、このような実験において、実際に、ブレードによりクリーニング回収されたトナーを、4wt%のトナー濃度に調整した現像器に補給し、30kの画像を出力したところ、トナー飛散の増加、画像濃度の低下が顕著であった。このことは、トナーの凝集性の上昇による流動性の悪化によって、現像能力が低下したものと考えられる。一方、ブラシから回収したトナーを使用し、同様な実験を行ったが、良好な画像が得られた。
【0027】
本発明は、上記したブレード、ブラシ及びローラによる実験結果に基づきなされたもので、図2は、本発明のクリーニング手段の第1の実施例を示す、図1の裏面側から見た概略的拡大図である。図2に示すように、符号10は感光体からなる像担持体で、この像担持体10は、図2に実線矢印で示すように、作像時に、下から上へと時計廻りに回転する。符号11は像担持体10の回転方向の下流側に圧接状態で配置して、像担持体10の表面をクリーニングするブレード状のクリーニング部材(以下、クリーニングブレードという)である。符号12はクリーニングブレード11でクリーニングしたトナーを回収するブラシ(以下、第1のクリーニングブラシという)であり、この第1のクリーニングブラシ12は、クリーニング手段からトナーの噴出を防止する働きを有するとともに、像担持体10の表面には、ほとんど接触させていない。符号13は第1のクリーニングブラシ12で回収したトナーを現像手段2へ供給するトナー供給手段であるトナー供給ローラである。符号15は像担持体10の回転方向の上流側に配置したブラシ(以下、第2のクリーニングブラシという)であり、この第2のクリーニングブラシ15は、像担持体10の回転方向と同一方向に約2倍の線速比で回転し、第1のクリーニングブラシ12で回収し切れないトナーを回収する。符号16は第2のクリーニングブラシ15に食い込むように当接させて固定状態で配置したブラシ扱きシャフトで、このブラシ扱きシャフトは、第2のクリーニングブラシ15に付着するトナーを、第2のクリーニングブラシ15の回転と共にブラシを扱いて回収するようになっている。符号14は第2のクリーニングブラシ15及びトナー回収シャフトで回収したトナーを廃棄処理タンクへ排出するトナー排出手段であるトナー排出ローラである。
【0028】
すなわち、上記した本発明のクリーニング装置によれば、クリーニングブレード11で掻き落されたほとんどのトナーは、第1クリーニングブラシ12によりクリーニング回収され、凝集が少ない状態での回収トナーのリサイクルが可能になる。しかも、クリーニングブレード11を持つことにより、像担持体10の表面のクリーニングが確実に行われる。
【0029】
図3は、図1のタンデム方式のカラー複写機における転写手段の説明図である。例えば、2色目の像担持体21から中間転写体、例えば、中間転写ベルト22上への転写する際、既に中間転写ベルト22上に転写されている1色目のトナー23からなるトナー像の画像部aと共に、中間転写ベルト22上の非画像部bに2色目のトナー24からなるトナー像が転写される。このとき、現像がネガポジ現像で、像担持体がマイナス帯電の場合、非画像部bが画像部aに比べて低い電位となっている。
【0030】
したがって、マイナス極性のトナー23は、中間転写ベルト22上の画像部aに付着する。そして、2色目のトナー像の転写時には、2色目のトナー24が中間転写ベルト22上の非画像部bに転写されるものであるが、2色目のトナー24の転写率は、通常、100%ではないため、いくらかのトナー24が残る。また、このとき、中間転写ベルト22上の画像部aには、2色目のトナー24が付着するが、非画像部bでは、1色目のトナー23と像担持体21とが接触して、1色目のトナー23の一部が逆に中間転写ベルト22から2色目の像担持体21へ転写されてしまう。これが逆転写トナーである。このとき、逆転写トナーがマイナスに帯電していれば、中間転写ベルト22上の非画像部bも低い電位であるため、トナーが付着しにくいはずであるが、何らかの原因で、逆転写トナーがプラスに帯電し、非画像部bに付着することがある。この場合、低い電位部分に、プラスに帯電したトナーが付着しているため、クーロン引力が強く作用し、付着力が大きい。一方、上記したような転写残トナーは、マイナス帯電トナーがマイナス帯電部に付着しているため、付着力は小さい。
【0031】
そこで、本発明では、このような転写残トナーのみを回収してリサイクルするために、トナーの正規の帯電極性がマイナスの場合、プラスの電圧を印加することにより、回収可能にしている。
【0032】
図4は、本発明のクリーニング装置の第2の実施例を示すもので、符号30は像担持体、31はクリーニングローラ、32はクリーニングローラ31上からトナーを掻き取るためのブレード、33はクリーニングブラシ、34はクリーニングブラシ33に付着するトナーを扱き落すブラシきシャフト、35はクリーニングローラ31及びブレード32のクリーニング部から回収されたトナーを廃棄トナーボトルに排出するトナー排出手段であるトナー排出ローラ、36はクリーニングブラシ33及びブラシきシャフト34から回収されたトナーを現像手段2に搬送し供給するトナー供給手段であるトナー搬送ローラである。また、クリーニングブラシ33には、トナーの正規の帯電極性と反対の極性の電圧を印加する第1の電源手段37が接続されている。一方、クリーニングローラ31には、トナーの正規の帯電極性と同極性の電圧を供給する第2の電源手段38が接続されている。
【0033】
そして、クリーニングブラシ33は、像担持体30の回転方向と順方向(図4に実線矢印で示す)に回転して、像担持体30の表面に接触している。また、クリーニングブラシ33の毛足の長さは2mmで、ブラシの毛先が0.5mm程度まで像担持体30の表面に食い込むように保持されている。この場合、ブラシは、ループ状の形態ではなく、毛の端面が像担持体30を擦るようであると、摺擦力が強くなり過ぎて、極性に関係なく像担持体30上に付着するトナーを除去してしまう可能性がある。このため、ブラシは、やや柔らかいレーヨン製で、しかも、体積抵抗率が107Ωcmのものが好適に使用される。
【0034】
一方、クリーニングローラ31は、カーボンを分散したシリコーンゴム製で、ゴム硬度がJIS45°のものが好適に使用される。この場合、ローラは、表面にトナーを吸着させるために、その表面状態は多少粗れていた方がよいが、ローラ表面に吸着するトナーを除去する必要があることから、トナーに対する離型性も必要である。このため、ローラの表面は、離型性に優れた材料でコートし、表面のRzは、トナーの直径(粒径)6μmより小さい3μm程度に均一に粗らしたものが効果的である。これにより、ローラの表面の凹部にトナーが接触しても、ブレード32によるトナーの掻き取りが良好に行える。
【0035】
すなわち、上記の構成において、クリーニング時、クリーニングブラシ33に+300V、クリーニングローラ31に−300Vの電圧を印加して、トナーが付着する像担持体30の表面のクリーニング処理を行ったところ、良好なクリーニングが行われた。実際には、例えば、図1に示すカラー複写機において、4色によるフルカラー画像の作像を行い、2色目(マゼンタ)の像担持体1bの表面に形成される静電潜像を現像する現像手段2に、リサイクルトナーをニュートナーに対して20%の割合で混合して画像を形成したところ、マゼンタ部の画像の色相変化は見られなかった。
【0036】
図5は、本発明のクリーニング手段の第3の実施例を示すもので、符号40は像担持体、41は像担持体40の下流側表面に接触する第1のクリーニングローラ、43は像担持体40の上流側表面に接触する第2のクリーニングローラ、42は第2のクリーニングローラ43の表面からトナーを除去し回収するブレード、45は第1のクリーニングローラ41の表面からトナーを回収するためのブラシである。また、第2のクリーニングローラ43には、トナーの正規の帯電極性と同極性のバイアスを印加する第1の電源手段44が接続されている。一方、第1のクリーニングローラ41には、トナーの正規の帯電極性と逆極性の電圧が印加される第2の電源手段46が接続されている。さらに、符号47は第1のクリーニングローラ41及びブラシ45により回収されたトナーを現像手段2内に供給するトナー供給ローラである。符号48はブレード42により掻き取られた第2のクリーニングローラ43上の逆帯電トナーを廃棄処理タンク(図示せず)内に排出するトナー排出ローラである。
【0037】
すなわち、上記の構成において、クリーニング時、第2のクリーニングローラ43にトナーの正規の帯電極性と同極性のバイアスを印加して像担持体40に接触させるとともに、第2のクリーニングローラ43に吸着する逆帯電トナーをブレード42により除去して、廃棄処理タンク(図示せず)内に排出する。一方、第1のクリーニングローラ41には、トナーの正規の帯電極性と逆極性の電圧を印加し、正規の帯電極性のトナーを回収して、現像手段2内に供給し、リサイクルされる。このとき、第1のクリーニングローラ41に吸着するトナーを除去する場合、トナーのストレスを避ける必要がある。このため、本発明では、第1のクリーニングローラ41からトナーを回収するために、最もトナーに与えるストレスの小さいブラシ45を好適に使用してなるものである。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の像担持体と、各々の像担持体に対し、静電潜像を形成する帯電及び露光手段と、帯電及び露光手段にて形成された静電潜像にトナーを付着させることで解像化する現像手段と、現像手段にて静電潜像に付着したトナーを中間転写体に転写する転写手段と、転写手段通過後に像担持体に付着しているトナー等を取り除くクリーニング手段とを有する画像形成装置において、クリーニング手段は、像担持体上の付着物に作用する複数のクリーニング部材と、クリーニング部材により回収されたトナー等に対して複数の搬送経路を有し、搬送経路の内の一つ以上は、現像手段へのリサイクルトナー供給経路であり、クリーニング部材毎に経路が選択されていることによって、クリーニング部材の組み合わせで、良好なクリーニングを行うとともに、回収リサイクルに好適な手段の回収トナーのみをリサイクルすることで良好な画像が得られるという効果がある。
【0039】
また、クリーニング手段として、ブレード状のクリーニング部材を有し、ブレード状のクリーニング部材から回収されたトナー等は、リサイクルトナー供給経路に供給しないように構成することによって、ブレードの使用によるクリーニングの確実性が向上するとともに、ブレードによる回収により凝集したトナーをリサイクルしないことで良好な画像が得られるという効果がある。
【0040】
さらに、クリーニング部材に電圧を供給する電圧供給手段を有し、クリーニング部材に正規帯電トナーを回収できる極性のバイアスを印加するとともに、クリーニング部材から回収されたトナーをリサイクルトナー供給経路に供給するように構成することによって、クリーニング時において、正規帯電性が維持されたトナーのみを回収リサイクルし、中性の紙粉や逆転写した混色逆帯電トナー等を再び現像手段に戻すことなく良好な画像が得られるという効果がある。
【0041】
さらにまた、クリーニング部材に電圧を供給する電圧供給手段を有し、クリーニング部材に正規帯電トナーと逆極性に帯電したトナー等を回収できる極性のバイアスを印加するとともに、クリーニング部材から回収されたトナーをリサイクルトナー供給経路に供給しないように構成することによって、帯電特性が良好でなくなったトナーや、逆帯電により像担持体へ逆転写した混色トナーがリサイクルされることを防ぎ、良好な画像が得られるという効果がある。
【0042】
また、クリーニング手段は、像担持体の回転方向の上流側から第1のクリーニング部材としてのブラシと、第2のクリーニング部材としてのブレードとからなり、ブラシにより回収されたトナーのみをリサイクルトナー供給経路に供給することによって、良好なクリーニングと、ブラシによる低ストレスのトナー回収が可能となり、リサイクルトナーを使用した場合に、良好な画像が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す説明図。
【図2】 クリーニング装置の第1の実施例を概略的に示す説明図。
【図3】 転写部の構成例を概略的に示す説明図。
【図4】 クリーニング装置の第2の実施例を概略的に示す説明図。
【図5】 クリーニング装置の第3の実施例を概略的に示す説明図。
【符号の説明】
1 画像形成部
1a〜1d 像担持体
2 現像手段
3 クリーニング手段
4 帯電手段
5 書込手段
6 中間転写体
7 転写手段
8 定着手段
10 像担持体
11 クリーニングブレード
12 第1のクリーニングブラシ
13 トナー供給手段
14 トナー排出手段
15 第2のクリーニングブラシ
30 像担持体
31 クリーニングローラ
32 ブレード
33 クリーニングブラシ
34 ブラシきシャフト
35 トナー排出手段
36 トナー供給手段
37 第1の電源手段
38 第2の電源手段

Claims (1)

  1. 複数の像担持体と、各々の像担持体に対し、静電潜像を形成する帯電及び露光手段と、形成された静電潜像にトナーを付着させることで解像化する現像手段と、付着したトナーを中間転写体に転写する転写手段と、転写手段通過後に像担持体に付着しているトナー等を取り除くクリーニング手段とを有する画像形成装置において、
    前記クリーニング手段は、像担持体の回転方向の上流側から順次配設され像担持体上の付着物に作用する第1のクリーニング部材及び第2のクリーニング部材と、第1のクリーニング部材及び第2のクリーニング部材により回収されたトナー等に対して複数の搬送経路とを有し、搬送経路の内の一つ以上は、現像手段へのリサイクルトナー供給経路であり、クリーニング部材毎に経路が選択されるようになっており、
    前記第1のクリーニング部材に電圧を供給する第1の電圧供給手段及び第2のクリーニング部材に電圧を供給する第2の電圧供給手段を有し、第1の電圧供給手段により第1のクリーニング部材に正規帯電トナーと逆極性に帯電したトナー等を回収できる極性のバイアスを印加するとともに、第1のクリーニング部材から回収されたトナーをリサイクルトナー経路に供給しないように構成され、第2の電圧供給手段により第2のクリーニング部材に正規帯電トナーを回収できる極性のバイアスを印加するとともに、第2のクリーニング部材から回収されたトナーをリサイクルトナー経路に供給するように構成されており、
    前記正規帯電トナーを回収する第2のクリーニング部材は、像担持体の表面に接触するクリーニングローラと、該クリーニングローラの表面からトナーを回収するブラシとを有していることを特徴とする画像形成装置。
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