JP4379722B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、複数の現像ユニットによって像担持体に順次形成される現像剤像を被転写材に転写して多色画像を形成する画像形成装置に関する。
従来、静電潜像が形成される複数の像担持体(いわゆる4サイクル方式であれば、1つの像担持体)の表面に、複数の現像ユニット各々によって現像剤像を順次形成し、この現像剤像を用紙や中間転写体などの被転写材に順次重ねて転写して多色画像を形成する画像形成装置が知られている(下記特許文献1参照)。
特開2002−31933公報
ところで、画像形成装置にて多色画像を形成する場合、現像剤像を被転写材へ転写する順番が2番目以降の像担持体には、廃現像剤として、転写残りにより付着している自己の現像剤の他に、逆転写により付着される現像剤もある。
なお、この逆転写とは、像担持体から被転写材に転写された現像剤像の一部に、現像ユニットにて帯電される極性とは逆極性に帯電された現像剤(逆帯電現像剤)が生じるため、現像剤像が形成される順番が2番目以降の像担持体にて被転写材に現像剤像が転写される際に、この逆帯電現像剤が、通常の転写とは逆方向の被転写材から像担持体へ転写されることである。
ここで、例えば現像剤像形成順位が1番目の現像ユニットによって現像される現像剤の帯電能力が、2番目以降の現像ユニットによって現像される現像剤の帯電能力よりも高い(帯電量の絶対値が大きい)場合、この2番目以降の各現像ユニットにおいていわゆる下地かぶりという現象が生じることがある。つまり、2番目以降の各現像ユニットにおいて、上位の現像ユニットからの帯電能力の高い現像剤が逆転写すると、この逆転写された高帯電(帯電量の絶対値が大きい)の現像剤が、像担持体と現像剤担持体とのニップ点で現像剤担持体に移動し、現像剤担持体の表面に蓄積される。このため、蓄積された高帯電の現像剤が自己の供給する現像剤に混じって現像が行われることで、混色が発生したりする。また、高帯電の現像剤との摩擦帯電により、帯電能力の違い(帯電量の差)から自己の供給する現像剤の一部が本来の帯電極性とは反対の極性に変わり、この極性の反転した現像剤が像担持体の静電潜像領域外に付着して、いわゆる下地かぶりが発生したりする。
本発明は、こうした問題点に鑑みなされたものであり、上述のような画像形成装置において、逆転写による影響を抑制した画像形成を行うことを目的とする。
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明に係る画像形成装置は、静電潜像が表面に形成される像担持体と、3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、更に、前記各現像ユニットの各現像剤の帯電能力を推定する帯電能力推定手段を備え、前記帯電能力推定手段による推定結果に基づき、前記複数の現像ユニットのうち一の現像ユニットが、それよりも上位の現像ユニットに比べて現像剤の帯電能力が低いかどうかを判断し、低いとの肯定判断をした場合、前記一の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を、否定判断をした場合よりも回収能力を高めて行う、回収動作を実行することを特徴とすることを特徴とする。
請求項2の発明に係る画像形成装置は、静電潜像が表面に形成される像担持体と、3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、更に、前記各現像ユニットの各現像剤の帯電能力を推定する帯電能力推定手段を備え、前記帯電能力推定手段による推定結果に基づき、前記複数の現像ユニットのうち一の現像ユニットが、それよりも上位の現像ユニットに比べて現像剤の帯電能力が低いかどうかを判断し、低いとの肯定判断をした場合、前記一の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を開始する、回収動作を実行することを特徴とする。
なお、「3つ以上の現像剤」は、互いに異なる色の現像剤だけでなく、同じ色の現像剤を含むものであってもよい。
「被転写材」は、用紙やOHPシートなどの被記録媒体だけでなく、中間転写ベルトや中間転写ドラム等の中間転写体であってもよい。
「画像形成装置」は、プリンタ(レーザプリンタ)などの印刷装置だけでなく、ファクシミリ装置や、プリンタ機能及びスキャナ機能等を備えた複合機であってもよい。また、現像ユニット毎に像担持体を備えたタンデム方式のものに限られず、各現像ユニットが共通の像担持体に対して現像を行う4サイクル方式であってもよい。
「非現像時」とは、現像ユニットが現像動作を行っていない時を意味し、例えば、画像形成動作の前後、順次実行される被記録媒体への各画像形成動作の間、更には、現像剤担持体が像担持体のうち静電潜像形成領域以外の部分に対向している時が含まれる。
「回収動作」は、回収手段を有する現像ユニット全部に対して実行する構成であっても、また、上記一の現像ユニットよりも現像剤像形成順位が下位の現像ユニットの全部または一部について実行する構成であってもよい。
「現像剤像形成順位」は、例えばタンデム方式であれば、被転写材との相対移動方向における現像ユニットの配列順を意味する。
請求項の発明に係る画像形成装置は、静電潜像が表面に形成される像担持体と、3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、更に、前記複数の現像ユニットのうち現像剤像形成順位が最下位の現像ユニット以外の現像ユニットのいずれかについて、その現像剤の交換がされたことを検知する検知センサを備え、前記検知センサの検知結果に基づき、前記現像剤の交換がされたかどうかを判断し、交換されたとの肯定判断をした場合、少なくとも、当該現像剤が交換された現像ユニットよりも下位の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を、否定判断をした場合よりも回収能力を高めて行う、回収動作を実行することを特徴とする。
請求項4の発明に係る画像形成装置は、静電潜像が表面に形成される像担持体と、3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、更に、前記複数の現像ユニットのうち現像剤像形成順位が最下位の現像ユニット以外の現像ユニットのいずれかについて、その現像剤の交換がされたことを検知する検知センサを備え、
前記検知センサの検知結果に基づき、前記現像剤の交換がされたかどうかを判断し、交換されたとの肯定判断をした場合、少なくとも、当該現像剤が交換された現像ユニットよりも下位の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を開始する、回収動作を実行することを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記肯定判断をした時点から、複数枚の被記録媒体への画像形成動作を行った後に前記回収動作を実行することを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項に記載の画像形成装置において、前記回収動作を実行した時点から、前回よりも多い複数枚の被記録媒体への画像形成を行った後に、次の前記回収動作を実行することを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置において、前記回収手段は、前記回収動作開始後から、前記画像形成を実行した被記録媒体の枚数が設定枚数に達するまでの間で前記回収動作を実行することを特徴とする。
請求項の発明は、請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置において、前記回収手段は、前記現像時に前記現像ユニットの現像剤収容室内の現像剤を前記現像剤担持体に供給する導電体を有し、前記回収動作時には、この導電体に対して前記現像剤担持体上に付着した現像剤を回収する回収用バイアス電圧を印加することを特徴とする。
なお、「導電体」には、現像剤担持体と接触し直流のバイアス電圧が印加される接触タイプのものであっても、また、現像剤担持体と離間し交流のバイアス電圧が印加される非接触タイプのものであってもよい。また、導電体は、現像時にはバイアス電圧を直接的に印加せずに回収動作時のみ回収用バイアス電圧を印加するもの、或いは、現像時には供給用バイアス電圧を印加し、回収動作時には回収用バイアス電圧に切り替えて印加するものであってもよい。
請求項の発明は、請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置において、前記各回収手段は、前記各現像剤担持体に接触しつつ相対的に移動することによって当該現像剤担持体上に付着している現像剤を回収可能な移動体であって、前記回収動作時には、この移動体を前記現像剤担持体に接触、または、前記移動体と前記現像剤担持体との間における、前記移動体の移動方向の接触幅を前記通常時によりも大きくすることを特徴とする。
請求項10の発明は、請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置において、前記各回収手段は、前記各現像剤担持体に接触しつつ回転することによって当該現像剤担持体上に付着している現像剤を回収可能な回転体であって、前記回収動作時には、この回転体の回転速度を前記通常時よりも速くすることを特徴とする。
請求項11の発明は、請求項1〜請求項10のいずれかに記載の画像形成装置において、前記回収手段に回収された現像剤を、更に回収する二次回収手段が設けられていることを特徴とする。
<請求項1,2の発明>
本構成によれば、複数の現像ユニットのうち一の現像ユニットが、それよりも現像剤像形成順位が下位の現像ユニットに比べて帯電能力が高い現像剤を現像することを条件に回収動作(回収手段による現像剤の回収を開始、又は、その回収能力を通常時によりも高める)を実行する。
これにより、上記一の現像ユニットよりも現像剤像形成順位が下位の現像ユニットにおいて、帯電能力が高い現像剤が逆転写されても回収動作の実行により回収されるから、混色や下地かぶりを抑制することができる。
<請求項3,4の発明>
通常、現像剤が交換された現像ユニットの現像剤は、他の現像ユニットの現像剤よりも帯電能力が高く、当該他の現像ユニットにおいて逆転写による混色や下地かぶりが発生し易い。そこで、本構成では、いずれかの現像ユニットの現像剤が交換されたことを条件に、上記回収動作を実行するようにしている。
<請求項の発明>
被記録媒体への画像形成動作をある程度の枚数分実行した後に、逆転写による混色や下地かぶりの、画像形成品質に与える悪影響が顕著になる場合がある。この場合には、回収動作を必ずしも被記録媒体1枚の画像形成動作毎に行う必要はない。そこで、本構成では、複数枚分の被記録媒体への画像形成動作を実行する度に回収動作を実行するようにした。
<請求項の発明>
現像剤が交換された現像ユニットの現像剤は経時的に劣化し、他の現像ユニットの現像剤との帯電能力の差(帯電量の絶対値の差)が小さくなり、逆転写による混色や下地かぶりの影響が徐々に小さくなっていく。そこで、本構成では、回収動作タイミングの被記録媒体のカウント枚数を経時的に増大させる構成とした。
<請求項の発明>
各現像ユニット間における現像剤の帯電能力の差は、画像形成動作を繰り返すことにより小さくなり、逆転写による混色や下地かぶりが画像形成に実質的に影響を与えることがなくなってくる場合がある。そこで、本構成では、設定枚数(逆転写による混色や下地かぶりが画像形成に実質的な影響を与えなくなるまでの枚数)分の被記録媒体への画像形成を行った後は、回収動作を行わない構成とした。
<請求項10の発明>
回収手段としては、例えば、請求項のような回収動作時に導電体に回収用バイアス電圧を印加する構成、請求項のような現像剤担持体と移動体との接触幅(ニップ幅)を変える構成、更には、請求項10のような回転体の回転速度を変える構成であってもよい。
<請求項11の発明>
本構成によれば、回収手段に回収された現像剤を、更に回収する二次回収手段が設けられているから、一旦回収された現像剤が再び現像剤担持体に付着してしまうことを防止できる。
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1〜図4を参照しつつ説明する。
1.カラーレーザプリンタの構成
図1は、本発明が適用された画像形成装置としてのカラーレーザプリンタ1の概略構成を示す側断面図である。図1に示すように、本実施形態のカラーレーザプリンタ1(画像形成装置)は、可視像形成部4と、用紙搬送ベルト6と、定着部8と、給紙部9と、スタッカー12と、制御部10と、バイアス供給ユニット11とを備え、用紙P(被転写材、被記録媒体)に、外部から入力される画像データに応じた4色のトナー像(現像剤像)を順次形成することにより、多色画像を形成する。
(1)可視像形成部
可視像形成部4は、4つの現像ユニット51(51M,51C,51Y,51BK)と、これらの現像ユニット51M,51C,51Y,51BKに対応してそれぞれ設けられている、4つの感光体ドラム3(3M,3C,3Y,3BK。像担持体)、4つの帯電器31,32,33,34、及び4つの露光器41,42,43,44により構成されている。そして、各現像ユニット51M,51C,51Y,51BKにはそれぞれ、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、及びブラック(BK)のトナー(本発明の「3つ以上の現像剤」に相当)が収容されている。つまり、図1における各現像ユニットを示す符号中の英字は、当該現像ユニットに収容されているトナーの色を示しており、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、ブラック(BK)の順番で用紙Pに現像を行う。
以下、各構成要素の構成について詳しく説明する。
(a)感光体ドラム
可視像形成部4を構成する4つの感光体ドラム3M,3C,3Y,3BKは、いずれも略円筒形状の部材で構成され、これら4つがほぼ等間隔に水平方向(図1の紙面左右方向)に並んで、回動可能に配設されている。なお、各感光体ドラム3M,3C,3Y,3BKの略円筒形状の部材は、例えば、アルミニウム製の基材上に、正帯電性の感光層が形成されたものが用いられる。そして、このアルミニウム製の基材は、カラーレーザプリンタ1のグランドラインに接地されている。
(b)帯電器
4つの帯電器31〜34は、いわゆるスコロトロン型の帯電器である。このうち、マゼンタのトナー像が形成される感光体ドラム3Mを帯電させる帯電器31の詳細構成は図2に示す通りであり、感光体ドラム3Mに対向してその幅方向(同図の紙面奥行き方向)に延設される帯電ワイヤ36と、この帯電ワイヤ36を納めて感光体ドラム3M側を開放したシールドケース37とで構成され、この帯電ワイヤ36に高電圧を印加することにより、感光体ドラム3Mの表面を正極性(例えば+700V)に帯電させる。シールドケース37は、感光体ドラム3M側の開放部にグリッド38を設けた構造となっており、このグリッド38に定電圧を印加することによって、感光体ドラム3M表面の帯電をグリッド38の電圧とほぼ同電位にしている。他の各感光体ドラム3C,3Y,3BKに対向してそれぞれ設けられている各帯電器32〜34も、図2に示す帯電器31と全く同様の構成である。
(c)露光器
4つの露光器41〜44についても、代表としてマゼンタのトナーが形成される感光体ドラム3Mを露光する露光器41について図2に基づいて説明する。同図に示すように、露光器41は、感光体ドラム3Mの回転方向(図中右回り)に対して帯電器31より下流側に配設され、外部より入力される画像データの1色分(ここではマゼンタ)に応じたレーザ光を光源から出射し、ポリゴンモータ(図示略)により回転駆動されるポリゴンミラー(図示略)の鏡面などによりそのレーザ光を走査して、感光体ドラム3Mの表面へ照射する。なお、図1,図2に示される露光器41〜44は、大部分の図示が省略されており、最終的にレーザ光が出射される部分のみが図示されている。
露光器41からのレーザ光が感光体ドラム3Mの表面に照射されることにより、照射された部分の表面電位が低下(例えば+150Vにまで低下)して、感光体ドラム3Mの表面に静電潜像が形成される。他の各感光体ドラム3C,3Y,3BKに対向してそれぞれ配設されている各露光器42〜44も、上記説明した露光器41と全く同様の構成であり、外部から入力される画像データに基づき、それぞれ対応する色に応じたレーザ光を出射する。
(d)現像ユニット
4つの現像ユニット51M,51C,51Y,51BKについても、代表としてマゼンタのトナーにより静電潜像を現像する現像ユニット51Mについて図2に基づいて説明する。
同図に示すように、現像ユニット51Mは、マゼンタのトナーを収納する現像ユニットケース53内に、トナー収容部としてのトナーホッパ54(現像剤収容室)、トナー供給手段及び回収手段としての供給ローラ55M、現像剤担持体としての現像ローラ52Mを備えている。
このうち、トナーホッパ54は、現像ユニットケース53の内部空間として形成されている。そして、このトナーホッパ54には、現像ローラ52Mに近い側に攪拌手段としてのアジテータ56Mが設けられ、マゼンタのトナーが収容されている。ここで、このトナーホッパ54に収容されるトナーは、正帯電体の非磁性1成分現像剤であり、懸濁重合あるいは乳化重合によって製造されており、略球形をなし、流動性が極めて良好である。
供給ローラ55Mは、トナーホッパ54に下方に配設され、金属製のローラ軸に、導電性のスポンジ部材からなるローラ部分が被覆されている。この供給ローラ55Mは、現像ローラ52Mと対向接触するニップ部分において、現像ローラ52Mと逆方向(図2で反時計方向)に回転するように回転可能に支持されている。
現像ローラ52Mは、供給ローラ55Mの側方において、供給ローラ55Mと互いに対向接触する位置に回転可能に配設されている。現像ローラ52Mは、導電性シリコーンゴムなどを基材として円柱状に構成され、その表面には、フッ素を含有した樹脂、又は、ゴム材のコート層が形成されている。
そして、感光体ドラム3Mの回転方向に対して露光器41より下流側に、現像ローラ52Mが感光体ドラム3Mに接するように配設される。この現像ユニット51Mは、トナーを「+」(正極性)に帯電させ、均一な薄層として現像ローラ52Mへ供給する。そして、現像ローラ52Mと感光体ドラム3Mとの接触部において、感光体ドラム3M上に形成された「+」(正極性)の静電潜像に対して、「+」(正極性)に帯電したトナーを反転現像方式で現像することによりトナー像を形成する。
他の各現像ユニット51C,51Y,51BKも、収容するトナーの色が異なること以外は、図2に示した現像ユニット51Mと同様の構成であり、それぞれシアン、イエロー、ブラックのトナーが収容されている。
(2)給紙部
給紙部9は、当該カラーレーザプリンタ1の最下部に設けられており、用紙Pを収容する収容トレイ91と、用紙Pを送り出すピックアップローラ92とから構成されている。そして、収容トレイ91に収容された用紙Pは、ピックアップローラ92によって給紙部9から1枚ずつ取り出され、搬送ローラ99等を介して用紙搬送ベルト6に送られる。
(3)用紙搬送ベルト
また、用紙搬送ベルト6は、各感光体ドラム3の幅より狭く、用紙Pを上面側に担持した状態で一体的に走行するように無端状態に構成され、駆動ローラ62と従動ローラ63に架け渡されている。そして、各感光体ドラム3にそれぞれ対向し且つ用紙搬送ベルト6を挟むように、4つの転写ローラ66,67,68,69がそれぞれ設けられている。
用紙搬送ベルト6は、駆動ローラ62の回動により、各感光体ドラム3と対向する側の表面(以下単に「用紙搬送ベルト6の表面」という)が、図1に示すように図中右方向から図中左方向へ移動する。そして、搬送ローラ99等を介して送られて来る用紙Pを各感光体ドラム3と用紙搬送ベルト6の表面との間へ順番に搬送して定着部8へ送る。
4つの転写ローラ66,67,68,69は、各帯電器31〜34が各感光体ドラム3をそれぞれ帯電させる極性(本例では正極性)と逆極性(つまり負極性)の電圧が印加されることにより、いわゆる定電流制御(例えば−10〜−15μA)によって各転写ローラ66〜69と各感光体ドラム3との間に適切な転写バイアスを与える。この転写バイアスにより、各感光体ドラム3上に形成されたトナー像を、用紙搬送ベルト6により搬送される用紙Pに順次静電的に転写するように構成されている。
例えばマゼンタのトナーによるトナー像の場合、図2に示すように、転写ローラ66に負極性の高電圧を印加することにより転写バイアスを与える。これにより、感光体ドラム3M上のトナー像は、この感光体ドラム3Mと転写ローラ66とが対向する位置、即ち用紙Pと感光体ドラム3Mとが接する転写ニップ部TPにおいて、用紙Pへ転写される。
つまり、転写バイアスを与えることによって、感光体ドラム3Mから転写ローラ66への電界が発生し、この電界によって、感光体ドラム3M上の正極性のトナー像が静電的に用紙P上へ転写されるのである。他の各感光体ドラム3C,3Y,3BK上のトナー像の転写についても全く同様であり、それぞれ対向する転写ローラ67〜69に転写バイアスを与えることによって、対応する色のトナー像が用紙P上に順次転写される。このようにして、4色のトナー像がマゼンタ・シアン・イエロー・ブラックの色順で用紙P上に多重転写されることにより、所望の多色画像が形成されることになる。なお、転写バイアスを定電流制御するのはあくまでも一例であり、例えば定電圧制御とするなど、制御方法は適宜決めればよい。
用紙搬送ベルト6における駆動ローラ62で折り返した面には、クリーニングブラシ105が設けられている。このクリーニングブラシ105は、用紙搬送ベルト6の幅方向に延びた略円筒部材の周囲にブラシが設けられた構成となっており、用紙搬送ベルト6を挟んで対向する位置に設けられた電極ローラ104との間で所定の電位を発生させるバイアス電圧が印加されて、用紙搬送ベルト6に接触しながら回転するように配設されている。また、クリーニングブラシ105の近傍には、このクリーニングブラシ105に付着したトナーをクリーニングブラシ105から除去する回収ローラ106と、この回収ローラ106によってクリーニングブラシ105から除去されたトナーを貯留しておく貯留ボックス107が設けられている。
(4)定着部
定着部8は、加熱ローラ81と、加圧ローラ82とから構成され、4色のトナー像からなる多色画像を坦持した用紙Pを、加熱ローラ81及び加圧ローラ82によって狭持搬送しながら加熱及び加圧することにより、多色画像を用紙Pに定着させる。
(5)スタッカー
また、カラーレーザプリンタ1の上面にはスタッカー12が形成されている。このスタッカー12は、定着部8の排紙側に設けられており、定着部8から排出される用紙Pを収容する。
(6)制御部
制御部10は、周知のCPUを用いた制御装置などにより構成され、カラーレーザプリンタ1の動作全般の制御を行う。そして、バイアス供給ユニット11を制御することにより、各現像ローラ52(52M,52C,52Y,52BK)への現像バイアス(例えば400V)、各転写ローラ66〜69への転写バイアスや電極ローラ104とクリーニングブラシ105との間に印加されるクリーニングバイアス、更には各帯電器31〜34への印加電圧などを制御する。バイアス供給ユニット11は、上記のように制御部10からの制御信号に従って、上記各バイアス等を所定の供給対象に供給する。
また、本実施形態では、後述するように、制御部10は、帯電量(帯電能力)推定手段と、供給ローラ55への回収用バイアスの印加の入り切りを制御する回収用バイアス制御手段としても機能する。
なお、本実施形態のカラーレーザプリンタ1は、各感光体ドラム3から用紙P上へのトナー像の転写後、転写されずに感光体ドラム3表面に残った残トナーを、上記現像ローラ52及び供給ローラ55を介してトナーホッパ54内に回収する、いわゆる現像同時クリーニング方式として構成されたものである。
2.逆転写について
逆転写が起こる正確なメカニズムは未だ明らかにされていないが、逆転写の原因、より具体的にはトナーが逆帯電する原因について検証を重ねた結果、一つの推論を得た。まず、逆帯電は用紙P上に転写されたトナー層の中での放電により生じる。このトナー層内での放電は、感光体ドラム3M,3C,3Y,3BKの表面電位(例えば700V)と転写ローラ66〜69の電位(転写バイアス;例えば−1kV)との間の強電界によって生じるものである。そして、各色のトナーが順次転写されていくと、用紙P上のトナーも多層化していくため、トナー層全体の帯電量(正の電位)が上昇していく。これが強電界の中に入るとトナー層の内部で放電が生じ、上層部が負極性に逆帯電してしまうのである。
より具体的には、図3(a)に例示するように、用紙搬送ベルト6により図中左方向に搬送される用紙(図示略)上に転写されている正極性のトナー像70には、感光体ドラム3と転写ローラ66(67,68,69)とが対向する位置である転写ニップ部TPにて感光体ドラム3上のトナー像(正極性)71が転写される。これにより、図3(b)に例示するように層状のトナー像72が形成される。そして、このトナー像72が転写ニップ部TPから離れていく際に、感光体ドラム3の表面と転写ローラ66との間の強電界の影響でトナー像72の内部に放電(剥離放電)が生じ、図3(a)に示すように、上層部が正規の帯電極性とは逆極性(負極性)に逆帯電した逆帯電トナー像73が生じるのである。仮に転写ニップ部TPを過ぎた後に逆帯電が生じなかった場合でも、次の色の転写の際、その転写位置への進入時に逆帯電が起こる可能性がある。また、被転写材上のトナー像の帯電量が多いほど逆帯電が生じやすい傾向にあることも、実験によって明らかになっている。
更に、本実施形態のように4色に対応する4つの現像ユニット51M、51C、51Y、51BKによって順次現像を行うものでは、図4に示すように、現像剤像形成順位が3番目の現像ユニット51Yに対して、用紙P上に1番目の現像ユニット51Mによるマゼンタトナーに重ねられた、2番目の現像ユニット51Cによるシアントナーが逆転写する。また、4番目の現像ユニット51BKに対して、1番目の現像ユニット51Mによるマゼンタトナーに重ねられた、2番目、3番目の現像ユニット51C、51Yによるシアントナーやイエロートナーや、2番目の現像ユニット51Cによるシアントナーに重ねられた3番目の現像ユニット51Yによるイエロートナーが逆転写する。そして、これらのうち1番目のマゼンタトナーに重ねられた2番目、3番目のシアントナー、イエロートナーが4番目の現像ユニット51BKに逆転写する量が極めて多くなることが判っている。なお、本実施形態のように、トナー同士が擦れ合うことで電荷の移動が起きる非磁性一成分トナーを使用する場合、電荷の移動によって帯電性能の劣るトナーが逆極性に帯電するため、特に影響が大きい。
3.トナー回収能力向上について
(1)トナー回収能力向上のための構成
さて、本実施形態では、通常の現像時においては、各供給ローラ55に対し、直接的にバイアス電圧は印加されておらず、各現像ローラ52と略同電位レベルになっている。従って、各供給ローラ55は、トナーホッパ54内のトナーを上記ニップ部分において現像ローラ52に供給する一方で、この現像ローラ52の表面上に付着しているトナー(廃現像剤)をニップ部分において掻き取ってトナーホッパ54内に回収する回収手段として機能する。
これに対して、逆転写の影響を受け得る、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKについては、後述する回収動作タイミングにおいて、それぞれに対向する現像ユニット51への現像バイアス電圧(400V)よりも低いレベルの回収用バイアス電圧(例えば250V)を供給ローラ55C〜55BKに印加する。なお、本実施形態と異なり、トナーが負極性に帯電するものであるときは、現像バイアス電圧よりも高いレベルの回収用バイアス電圧を印加することになる。このような構成により、通常の現像時よりも廃トナーの回収能力を向上させることができる(以下、「回収能力向上動作」という)。
このために、図1に示すように、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKの各供給ローラ55C〜55BKは、制御部10によってオンオフ動作するスイッチ13を介してバイアス供給ユニット11に電気的に接続されている。そして、制御部10からの制御信号に基づきスイッチ13がオン動作して各供給ローラ55C〜55BKに対して回収用バイアス電圧が一括で印加されるようになっている。
(2)トナーの帯電量(帯電能力)推定のための構成
上記回収能力向上動作は、いわゆる混色や下地かぶりが生じるおそれがあるときに実行される。2〜4番目の各現像ユニット51C〜51BKにおいて、混色や下地かぶりが生じるかどうかは、2〜4番目の各現像ユニット51C〜51BKの自己のトナー(シアン、イエロー、ブラック)と、それよりも上流側(現像剤像形成順位が上位)の現像ユニット51のトナーとの帯電能力の差によって決まる。
そこで、本実施形態では、制御部10は、1〜4番目の各現像ユニット51M〜51BKの各トナーの帯電量(帯電能力)を推定する帯電量(帯電能力)推定手段としても機能する。
具体的には、各現像ユニット51のトナーの帯電量は、感光体ドラム3と現像ローラ52の間に印加されるバイアス電圧の値によって推定することができる。なお、実験等によって帯電量に適当な係数を掛けたり、ある数値を足したり引いたりして補正をした方が良好な結果が得られるというのであれば、そのような補正により得られた帯電能力値を求めるのが本来望ましい。
つまり、カラーレーザプリンタ1は、各現像ユニット51の構成品やトナーの経年変化等による画像の質の劣化を防止するため、所定の周期で、所定のカラーパターンの印刷を行い、それに基づいて色の校正を実施している。そして、上記バイアス電圧は、この校正の結果により調整されるので、制御部10は、このバイアス電圧の値に基づいてトナーの帯電量を推定し、場合によってはその帯電量を適宜補正して帯電能力を求める。なお、トナー帯電量の推定動作は、1枚の用紙Pの画像形成毎に行う構成であってもよいが、これに限らず、予め設定した複数枚の画像形成を行う毎に行う構成であってもよい。
(3)回収能力向上動作
制御部10は、各現像ユニット51について、その現像時において感光体ドラム3と現像ローラ52とに印加されているバイアス電圧に基づき当該現像ユニット51毎のトナーの帯電量(帯電能力)を推定する。そして、制御部10は、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKのうち少なくとも1つの現像ユニットにおけるトナーの帯電量が、それよりも上流側の現像ユニット51のトナーの帯電量よりも所定量以上小さいかどうかを判断する。そして、所定量以上小さいと判断したことを条件に、混色や下地かぶりが発生するおそれがあるとみなして上記スイッチ13をオン動作させる。これにより、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKの供給ローラ55C〜55BKに対して回収用バイアス電圧がバイアス供給ユニット11から印加され廃トナーの回収能力が高められ、もって混色や下地かぶりを防止することができる。
(4)回収動作タイミング
上流側の現像ユニット51と下流側の現像ユニット51とのトナーの帯電量差が所定量以上になったとしても、直ぐに混色や下地かぶりによって画像形成品質に実質的な悪影響を与えるとは限らない。そこで、本実施形態では、制御部10は、帯電量差が所定量以上となった時点から、画像形成を行った用紙Pの枚数をカウントし、予め設定した枚数分だけ用紙Pに画像形成を行った後に上記回収能力向上動作を実行する構成としている。
より具体的には、帯電量差が所定量以上となった時点から例えば100枚分の用紙Pに画像形成を行った後に、回収能力向上動作を一度実行し、その後、200枚分の用紙P、300枚分の用紙P...に画像形成を行ったときに回収能力向上動作を行うようにしている。そして、例えば通算で例えば1000枚分の用紙Pに画像形成を行った後は、それ以降回収能力向上動作を行わないようにしている。
ここで、トナーは、例えばトナー交換直後の新品のトナーのように帯電量(帯電能力)が高いものほど、経時的変化が大きい傾向にある。従って、当初は上流側の現像ユニット51と下流側の現像ユニット51との帯電量差が大きくても、帯電量が高いトナーの方が、帯電量の低いトナーよりも劣化速度が大きいため、ある程度時間が経つと両者の帯電量差は小さくなると考えられる。そこで、本実施形態では、上述したように、回収能力向上動作の動作タイミングを100枚分、200枚分...というように徐々に長くしているのである。また、更に時間が経てば、両者の帯電量差は、画像形成品質に悪影響を与えない程度に小さくなると考えられる。そこで、上述したように、通算枚数が予め設定した上限枚数(例えば1000枚)となった時点でそれ以降、回収能力向上動作を行わないようにした。
4.本実施形態の効果
(1)本実施形態によれば、制御部10は、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKのうち少なくとも1つの現像ユニットにおけるトナーの帯電量が、それよりも上流側の現像ユニット51のトナーの帯電量よりも所定量以上小さいかどうかを判断する。そして、所定量以上小さいと判断したことを条件に、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKの供給ローラ55C〜55BKに対して回収用バイアス電圧がバイアス供給ユニット11から印加する回収能力向上動作を実行する構成とした。これにより、逆転写による混色や下地かぶりが発生する可能のある2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKにおいて、廃トナーの回収能力が高められ、もって混色や下地かぶりを防止することができる。
(2)本実施形態では、回収能力向上動作の動作タイミングを100枚分の用紙Pの画像形成終了時、200枚分の用紙Pの画像形成終了時...というように徐々に長くしている。上流側の現像ユニット51と下流側の現像ユニット51との帯電量差は経時的に小さくなる傾向にあるため、上記回収能力向上動作の動作タイミングを徐々に長くして無駄な回収能力向上動作を行わないようにした。
(3)更に時間が経てば、両者の帯電量差は、画像形成品質に悪影響を与えない程度に小さくなると考えられる。そこで、通算枚数が予め設定した上限枚数(設定枚数。例えば1000枚)となった時点でそれ以降、回収能力向上動作を行わないようにした。
<実施形態2>
図5,6は(請求項3,4,9の発明に対応する)実施形態2を示す。前記実施形態1との相違は、回収能力向上の方法と、その回収能力向上動作の実行のための判断方法にあり、その他の点は前記実施形態1と同様である。従って、実施形態1と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
本実施形態では、現像ローラ52と供給ローラ55とが接触するニップ幅N(供給ローラ55の回転方向における接触幅)を異ならせることで、回収能力を変更する構成になっている。具体的には、図5に示すように、各供給ローラ55C〜55BKは、その回転軸55aが、供給ローラ55C〜55BKと現像ローラ52C〜52BKとの対向方向に沿って移動可能に現像ユニットケース53に支持されている。そして、上記各供給ローラ55C〜55BKの回転軸55aの両端部を、上記各現像ローラ52M〜52BKに向かう方向に押圧する押圧機構110が現像ユニットケース53又は現像ユニット51外に設けられている。
一方、制御部10は、図6に示すように、現像ユニット51のいずれかがトナー交換されたことを検知する検知センサ111からの検知信号を受けるようになっている。そして、制御部10がこの検知信号を受けたことを条件に上記実施形態1と同様のタイミングで上記押圧機構110を駆動させて、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKの供給ローラ55C〜55BKを図5(a)に示す状態から同図(b)に示す状態に変位させる。これにより、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BKにおいて、供給ローラ55C〜55BKと現像ローラ52C〜52BKとの軸間距離がd1からd2へと短くなり、これに伴ってニップ幅がN1からN2へと広くなる。つまり、回収能力向上動作前よりも供給ローラ55C〜55BKと現像ローラ52C〜52BKとが強く擦り合うためのトナーの回収能力を向上させることができる。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記各実施形態では、上流側からマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの順で現像を行う構成であったが、これ以外の現像剤像形成順(配列順)であってもよい。
(2)上記各実施形態では、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの4色現像を例に挙げたが、これに限らず、レッド、グリーン及びブルーの3色を加えた7色現像であってもよい。更に、例えばレッドトナー及びブラックトナーによる2色現像のものや、6色現像のものに対しても本発明を適用することができる。
(3)回収能力を向上させる方法としては、上記各実施形態の構成以外に、供給ローラ55C〜55BK(回転体)の回転速度(単位時間当たりの回転数)を通常の画像形成動作時よりも速くする構成であってもよい。
(4)上記各実施形態では、回収能力向上動作を、2〜4番目の現像ユニット51C〜51BK全てについて行ったが、これに限らず、例えば逆転写量が多い3,4番目の現像ユニット51Y、51BK、或いは4番目の現像ユニット51BKのみについて実行する構成であってもよい。また、トナーの帯電量が上流の現像ユニット51のトナーの帯電量よりも所定量以上小さくなった現像ユニット51、或いは、トナー交換がされた現像ユニット51よりも下流側の現像ユニット51だけ回収能力向上動作を実行する構成であってもよい。
(5)上記各実施形態について、図7に示すように、供給ローラ55に接触する二次回収ローラ112を設けて、供給ローラ55に付着した廃トナーをこの二次回収ローラ112で掻き取って回収する構成としてもよい。このとき、二次回収ローラ112には、供給ローラ55に付着した廃トナーを回収する二次回収用バイアス電圧が印加される。より具体的には、上記実施形態では、供給ローラ55に対する回収用バイアス電圧よりも低いバイアス電圧(例えば100V)を印加することになる。
(6)上記実施形態では、用紙Pを被転写材として、感光体ドラム3に形成した可視像(現像剤像)を用紙Pに直接転写するようにした、いわゆる「ダイレクト転写方式」を用いた画像形成装置について説明したが、これに限らず、たとえば、中間転写ベルトや中間転写ドラム等の中間転写体を被転写材として、感光体ドラムに形成した可視像を中間転写体に転写(1次転写)したのち、中間転写体から用紙(被記録媒体)に転写(2次転写)するようにした、いわゆる「中間転写方式」を用いた画像形成装置であってもよい。また、タンデム方式に限らず、4サイクル方式にも適用できることは勿論である。
本発明の実施形態1に係るカラーレーザプリンタの概略構成を示す側断面図 感光ドラム近傍の構成を示す概略図 逆帯電が生じる原因を説明するための説明図 現像剤像形成順位と逆転写の起こり易さを説明するための説明図 実施形態2におけるニップ幅を説明するための模式図 カラーレーザプリンタの概略構成を示す側断面図 変形例を示す模式図
1...カラーレーザプリンタ(画像形成装置)
3(3M,3C,3Y,3BK)...感光ドラム(像担持体)
10...制御部(帯電量推定手段、回収用バイアス制御手段)
11...バイアス供給ユニット(現像バイアス印加手段、供給バイアス印加手段)
51(51M,51C,51Y,51BK)...現像ユニット
52(52M,52C,52Y,52BK)...現像ローラ(現像剤担持体)
53,53'...トナーホッパ(現像剤収容室)
55(55M,55C,55Y,55BK)...供給ローラ(回収手段、導電体、回転体、接触体)
112...二次回収ローラ(二次回収手段)
N1,N2...ニップ幅(接触幅)
P...用紙(被転写材)

Claims (11)

  1. 静電潜像が表面に形成される像担持体と、
    3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、
    前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、
    前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、
    更に、前記各現像ユニットの各現像剤の帯電能力を推定する帯電能力推定手段を備え、
    前記帯電能力推定手段による推定結果に基づき、前記複数の現像ユニットのうち一の現像ユニットが、それよりも上位の現像ユニットに比べて現像剤の帯電能力が低いかどうかを判断し、低いとの肯定判断をした場合、前記一の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を、否定判断をした場合よりも回収能力を高めて行う、回収動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
  2. 静電潜像が表面に形成される像担持体と、
    3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、
    前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、
    前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、
    更に、前記各現像ユニットの各現像剤の帯電能力を推定する帯電能力推定手段を備え、
    前記帯電能力推定手段による推定結果に基づき、前記複数の現像ユニットのうち一の現像ユニットが、それよりも上位の現像ユニットに比べて現像剤の帯電能力が低いかどうかを判断し、低いとの肯定判断をした場合、前記一の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を開始する、回収動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
  3. 静電潜像が表面に形成される像担持体と、
    3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、
    前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、
    前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、
    更に、前記複数の現像ユニットのうち現像剤像形成順位が最下位の現像ユニット以外の現像ユニットのいずれかについて、その現像剤の交換がされたことを検知する検知センサを備え、
    前記検知センサの検知結果に基づき、前記現像剤の交換がされたかどうかを判断し、交換されたとの肯定判断をした場合、少なくとも、当該現像剤が交換された現像ユニットよりも下位の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を、否定判断をした場合よりも回収能力を高めて行う、回収動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
  4. 静電潜像が表面に形成される像担持体と、
    3つ以上の現像剤それぞれに対応して設けられた各現像剤を担持する現像剤担持体を有し、この現像剤担持体によって前記像担持体表面上の前記静電潜像を前記現像剤で現像するよう構成された複数の現像ユニットと、を備え、
    前記各現像ユニットによって静電潜像を現像することにより前記像担持体に現像剤像を順次形成し、当該現像剤像を被転写材に転写して画像形成可能な画像形成装置において、
    前記複数の現像ユニットのうち、少なくとも現像剤像形成順位が最上位以外の現像ユニットには、非現像時に前記現像剤担持体上に付着している現像剤を回収する回収手段が備えられ、
    更に、前記複数の現像ユニットのうち現像剤像形成順位が最下位の現像ユニット以外の現像ユニットのいずれかについて、その現像剤の交換がされたことを検知する検知センサを備え、
    前記検知センサの検知結果に基づき、前記現像剤の交換がされたかどうかを判断し、交換されたとの肯定判断をした場合、少なくとも、当該現像剤が交換された現像ユニットよりも下位の現像ユニットに備えられた回収手段による現像剤の回収を開始する、回収動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
  5. 前記肯定判断をした時点から、複数枚の被記録媒体への画像形成動作を行った後に前記回収動作を実行することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  6. 前記回収動作を実行した時点から、前回よりも多い複数枚の被記録媒体への画像形成を行った後に、次の前記回収動作を実行することを特徴とする請求項に記載の画像形成装置。
  7. 前記回収手段は、前記回収動作開始後から、前記画像形成を実行した被記録媒体の枚数が設定枚数に達するまでの間で前記回収動作を実行することを特徴とする請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置。
  8. 前記回収手段は、前記現像時に前記現像ユニットの現像剤収容室内の現像剤を前記現像剤担持体に供給する導電体を有し、前記回収動作時には、この導電体に対して前記現像剤担持体上に付着した現像剤を回収する回収用バイアス電圧を印加することを特徴とする請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置。
  9. 前記各回収手段は、前記各現像剤担持体に接触しつつ相対的に移動することによって当該現像剤担持体上に付着している現像剤を回収可能な移動体であって、前記回収動作時には、この移動体を前記現像剤担持体に接触、または、前記移動体と前記現像剤担持体との間における、前記移動体の移動方向の接触幅を前記通常時によりも大きくすることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置。
  10. 前記各回収手段は、前記各現像剤担持体に接触しつつ回転することによって当該現像剤担持体上に付着している現像剤を回収可能な回転体であって、前記回収動作時には、この回転体の回転速度を前記通常時よりも速くすることを特徴とする請求項1〜請求項のいずれかに記載の画像形成装置。
  11. 前記回収手段に回収された現像剤を、更に回収する二次回収手段が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の画像形成装置。
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