JP6192470B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、像担持体上に形成したトナー像を中間転写体に転写した後に転写材に転写する中間転写方式を採用した電子写真方式或いは静電記録方式の複写機、プリンタなどの画像形成装置に関するものである。
従来から、複写機やレーザービームプリンタなどの画像形成装置として、複数色の画像形成部を有し、中間転写体を使用する構成を有する画像形成装置が知られている。
この画像形成装置は、一次転写工程として、感光ドラム表面に形成されたトナー像を、一次転写手段によって中間転写体に転写する。その後、この一次転写工程を、複数色のトナー像に関して繰り返し実行することにより、中間転写体表面に複数色が重畳したトナー像を形成する。続けて、二次転写工程として、中間転写体表面に形成された複数色のトナー像を、二次転写手段によって紙などの転写材表面に一括して転写する。トナー像が一括転写された転写材は、その後、定着手段によりトナー像を永久定着され、フルカラー画像が形成される。
二次転写工程後に転写材に転写されずに中間転写体上に残った残留トナー(以下、「二次転写残トナー」という。)のクリーニング方法として、ブレードクリーニング方式と転写同時クリーニング方式がある。
ブレードクリーニング方式は、特許文献1のように、中間転写体にクリーニングブレードを当接させ、二次転写残トナーを物理的に掻き取る。低コストで良好なクリーニング性が期待できる構成であるが、中間転写体表面の凹凸の影響を受けやすく、凹凸付近の二次転写残トナーがクリーニングブレードをすり抜けて、良好なクリーニング性が保てない場合があるという課題がある。
また、クリーニングブレード方式の一例である特許文献2では、中間転写体回転移動方向において、クリーニングブレードの下流に帯電部材と導電性ブラシを設けている。この帯電部材によって、クリーニングブレードをすり抜けたトナーを帯電し、導電性ブラシで回収する構成が提案されている。しかし、この方法は、クリーニング装置の大型化や部品点数の増加によるコストアップを招いていた。
一方で転写同時クリーニング方式は、静電気によるクリーニング方式であるため、ブレードクリーニング方式よりも、ベルト表面の凹凸の影響を受けにくい。具体的には、中間転写体クリーニング手段の帯電手段に電圧を印加して、二次転写残トナーを現像時のトナー帯電状態とは逆極性に帯電する。その後、逆極性に帯電された二次転写残トナーは、次回の一次転写工程時に感光ドラムに逆転写され、感光ドラム上の感光ドラムクリーニング手段により回収される。
特許文献3では、中間転写体上の二次転写残トナーを均一に散らし、且つ、均一な帯電を行うことで画像不良の発生しない転写同時クリーニング方式として、導電性のブラシ部材と導電性のローラ部材を用いる方法が提案されている。具体的には、中間転写体クリーニング手段内の中間転写体回転移動方向の上流側に配置される導電性ブラシ部材に直流電圧を印加する。このことで、中間転写体上の二次転写残トナーの機械的な散らし、1次回収、帯電を行い、中間転写体回転移動方向の下流に配置される導電性ローラ部材で導電性ブラシを通過した二次転写残トナーを帯電させる。帯電された二次転写残トナーは感光ドラムに逆転写され、感光ドラム上の感光ドラムクリーニング手段によって回収される。これにより、交流電圧を用いることなく直流電圧のみで中間転写体上の二次転写残トナーを均一な帯電状態とし、転写同時クリーニングを達成することができる。
特開2009−288481号公報 特開2005−025010号公報 特開2009−205012号公報
しかしながら、従来の転写同時クリーニング方式を採用した画像形成装置の構成においては、画像形成部の中間転写体回転移動方向の最上流に配置された感光ドラムのみに二次転写残トナーが回収されてしまう。そして、その感光ドラムのクリーニング装置だけ大型化する必要がある。そこで、導電性ブラシでトナーを一次回収し、プリント後に一次回収されたトナーを吐き出し複数の感光ドラムに均等に回収させる操作を行っている。しかし、トナーの一次回収と吐き出しの操作に時間が必要となり、ユーザが次のプリントを開始するまで待たなければならない時間、所謂ダウンタイムが長くなってしまう場合があった。
また、中間転写ベルト上には二次転写残トナーの他に転写材との接触によって紙粉も含まれている。二次転写残トナーと一緒に紙粉を感光ドラムに回収させることで、感光ドラムに傷をつける等、ダメージを与えてしまう場合があった。
一方、ブレードクリーニング方式には次のような課題もある。中間転写ベルト方式の画像形成装置では、二次転写性向上のために中間転写ベルトの表層にコート層を設ける場合がある。この場合クリーニングブレードと中間転写ベルト間の摩擦係数が大きくなってしまうため、前述したベルトの凹凸によるクリーニングブレードのダメージが進行しやすい。そのため、凹凸付近の二次転写残トナーがクリーニングブレードをすり抜けて、良好なクリーニング性が保てない場合があるという課題が発生しやすい。
従って、本発明の目的は、以上のような状況を鑑み、ダウンタイム低減と良好なクリーニング性の確保を図りつつ、像担持体へのダメージを低減した中間転写体クリーニングを達成できる画像形成装置を提供することである。
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体からトナー像が転写される回転移動可能な中間転写体と、
電圧が印加されて一次転写部において前記像担持体から前記中間転写体へと前記トナー像を一次転写させる一次転写手段と、
電圧が印加されて二次転写部において前記中間転写体から転写材へと前記トナー像を二次転写させる二次転写手段と、
前記中間転写体の回転移動方向において前記一次転写部よりも上流、且つ前記二次転写部よりも下流に配置され、前記二次転写の後に前記中間転写体上に残留したトナーをクリーニングする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、少なくとも第1のクリーニング部材と、前記中間転写体の回転移動方向において前記第1のクリーニング部材の下流に第2のクリーニング部材と、を備え、
前記第2のクリーニング部材に電圧を印加する電源と、
前記電源の出力を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段による前記電源の出力制御によって前記第2のクリーニング部材に付着したトナーを前記中間転写体上に吐出する吐出モードを実行可能であり、と、
前記像担持体と前記中間転写体が離間している際に前記吐出モードを実行可能であり、前記第2のクリーニング部材から前記中間転写体に吐出されたトナーは、前記第1のクリーニング部材に到達した際に前記第1のクリーニング部材によって回収することを特徴とする画像形成装置である。
本発明によれば、ダウンタイム低減と良好なクリーニング性の確保を図りつつ、像担持体へのダメージを低減した中間転写体クリーニングを達成できる。
本発明に係る画像形成装置の一実施例を説明する概略構成断面図である。 本実施例における一次転写部と二次転写部の当接離間タイミングを説明する図である。 本実施例における中間転写ベルトクリーニング手段の構成を説明する概略構成断面図である。 本実施例における導電性ブラシの構成を説明する概略構成断面図である。図4(a)は中間転写ベルト回転軸方向に対して水平方向の導電性ブラシの概略構成断面図であり、図4(b)は中間転写ベルト回転軸方向に対して垂直方向の導電性ブラシの概略構成断面図である。 本実施例における導電性ブラシの導電性繊維の抵抗測定方法を説明する概略図である。 本実施例における高圧電源を説明するブロック回路図である。 本実施例におけるクリーニング補助部材の状態と一次転写ローラおよび二次転写ローラの当接離間状態の切替タイミングを説明する図である。 本実施例におけるクリーニング補助部材の状態と二次転写ローラに印加する電圧の極性の切替タイミングを説明する図である。
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。
実施例1
(画像形成装置の構成と動作)
図1は、本発明に係る画像形成装置100の一実施例を示す概略構成断面図である。又、図2は、本実施例の画像形成装置100の動作シーケンスである。図1、図2を用いて本実施例の画像形成装置100の構成及び動作を説明する。
画像形成装置100は、中間転写体を有した4ドラムのフルカラー画像形成装置であり、着脱自在なプロセスカートリッジP(PY、PM、PC、PK)を備えている。これら4個のプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKは、同一構造である。異なる点は、それぞれのプロセスカートリッジが収容しているトナーの色、すなわち、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)のトナーによる画像をそれぞれ形成することである。プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKは、それぞれ像担持体であるドラム状の電子写真感光体である感光ドラム1Y、1M、1C、1Kを有している。さらに、感光ドラム1Y、1M、1C、1Kの周囲には帯電手段である帯電ローラ2Y、2M、2C、2Kと、現像手段3Y、3M、3C、3K、感光ドラムクリーニング手段4Y、4M、4C、4Kを有している。現像手段3Y、3M、3C、3Kは、トナーを担持搬送する現像ローラ31Y、31M、31C、31K、各色のトナーを収容しているトナー容器32Y、32M、32C、32Kを有している。また、感光ドラムクリーニング手段4Y、4M、4C、4Kは感光ドラムクリーニングブレード41Y、41M、41C、41Kと廃トナー容器42Y、42M、42C、42Kを有している。さらにプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの下方には露光手段であるレーザユニット5Y、5M、5C、5Kが配置されている。
さらに画像形成装置100には、各感光ドラム1の当接位置に沿う様に回転移動可能な無端ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト6が配置されている。中間転写ベルト6は駆動ローラ61、テンションローラ62によって張架され、中間転写ベルトユニット63を構成している。また、感光ドラム1Y、1M、1C、1Kに対向して、中間転写ベルト6の内側に一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kが配設されている。駆動ローラ61の近傍には、中間転写ベルト6の外周面側に色ずれ検知センサCSが配置されている。また、中間転写ベルト6を挟んだ駆動ローラ61の対向位置には二次転写手段である二次転写ローラ8が配置されている。さらに中間転写ベルト6を挟んだテンションローラ62の対向位置には中間転写ベルトクリーニング手段9を有する。
画像形成装置100内部下方には、転写材Sを収納する給紙カセット10が配置されている。さらに給紙カセット10から転写材Sを給送するための給搬送装置16に給紙ローラ11、搬送ローラ対12を有している。さらに転写材S搬送方向にはレジストローラ対13、二次転写ローラ8、定着手段14、排紙ローラ対15を有する。
感光ドラム1Y、1M、1C、1Kは、帯電ローラ2Y、2M、2C、2Kに所定の負極性の電圧を印加することで、所定の負極性の電位に表面を一様に帯電される。その後、不図示のホストコンピュータや画像読み取り装置からの各色分に分解された画像信号に基づきレーザユニット5Y、5M、5C、5Kによって露光され、それぞれ感光ドラム1Y、1M、1C、1K上に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ31Y、31M、31C、31Kに所定の負極性の電圧を印加することでトナー容器32Y、32M、32C、32Kのトナーにより反転現像されて感光ドラム1Y、1M、1C、1K上に、それぞれ各色のトナー像が形成される。尚、本実施例で使用するトナーは、負極性に帯電されている。
また、感光ドラム1Y、1M、1C、1Kに対向して、中間転写ベルト6の内側に配設された一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kは、不図示の電圧印加手段により一次転写電圧を印加する構成となっている。
また、光学センサである色ずれ検知センサCSにより、中間転写ベルト6上に形成されたキャリブレーション用のトナーパターンを検知する。
各感光ドラム1Y、1M、1C、1Kが図中矢印r1方向に回転し、中間転写ベルト6が矢印r2方向に回転し、一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kに所定のタイミングで正極性の電圧を印加する。このことにより、感光ドラム1Y、1M、1C、1K上に形成されたトナー像は、各一次転写部N1Y、N1M、N1C、N1Kにて中間転写ベルト6上に順次一次転写される。感光ドラム1Y上のトナー像から順次、中間転写ベルト6上に一次転写され、4色のトナー像が重なった状態である重畳したトナー像は二次転写部N2の二次転写ローラ8まで搬送される。
本実施例では感光ドラム1Y、1M、1C、1Kと一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kは中間転写ベルト6を挟んで当接離間可能な構成となっている。又、二次転写ローラ8についても中間転写ベルト6に対し、当接離間可能な構成となっている。これらの当接離間可能な構成は一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kが感光ドラム1Y、1M、1C、1Kに当接離間する当接離間状態、及び二次転写ローラ8が、中間転写ベルト6に当接離間する当接離間状態を随意に変更可能な構成となっている。
さらに、本実施例では感光ドラム1Y、1M、1C、1Kの劣化を極力抑えるため、図2のダイアグラムの動作シーケンスに示すようにプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの画像形成状態に合わせて順次当接および離間が行われる。図2に示す動作シーケンスは、それぞれのプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKにおける静電潜像の形成状態と、一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kの当接離間状態、二次転写ローラ8の当接離間状態を示す。図2の動作シーケンスは、上から順に次の通りである。1列目がプロセスカートリッジPYの静電潜像形成状態を示す。2列目は一次転写ローラ7Yの当接離間状態を示す。3列目はプロセスカートリッジPMの静電潜像形成状態を示す。4列目は一次転写ローラ7Mの当接離間状態を示す。5列目はプロセスカートリッジPCの静電潜像形成状態を示す。6列目は一次転写ローラ7Cの当接離間状態を示す。7列目はプロセスカートリッジPKの静電潜像形成状態を示す。8列目は一次転写ローラPKの当接離間状態を示す。9列目は二次転写ローラ8の当接離間状態を示す。それぞれのプロセスカートリッジPにて形成された静電潜像がトナー像に現像され、中間転写ベルト6に一次転写するタイミングで各一次転写ローラ7が中間転写ベルト6及び各感光ドラム1に当接する。それぞれ一次転写が終わると各一次転写ローラ7は順次、中間転写ベルト6、及び各感光ドラム1から離間する。この動作により、各感光ドラム1に中間転写ベルト6を介して各一次転写ローラ7が当接する時間を低減し、感光ドラム1の劣化を極力抑える。
給搬送装置16は、転写材Sを収納する給紙カセット10内から転写材Sを給紙する給紙ローラ11と、給紙された転写材Sを搬送する搬送ローラ対12とを有している。そして、給搬送装置16から搬送された転写材Sはレジストローラ対13によって二次転写部N2の二次転写ローラ8に中間転写ベルト6上のトナー像にタイミングを合わせて搬送される。二次転写部N2にて中間転写ベルト6から転写材Sへトナー像を転写するために、二次転写ローラ8に正極性の電圧を印加する。これにより、搬送されている転写材Sに、中間転写ベルト6上のトナー像を二次転写する。トナー像が転写された転写材Sは、定着手段14に搬送され、定着フィルム14aと加圧ローラ14bとによって加熱、加圧されて表面にトナー像が定着される。トナー像が定着された転写材Sは排紙ローラ対15によって排出される。
トナー像が転写材Sに転写された後、感光ドラム1Y、1M、1C、1K表面に一次転写されずに残った一次転写残トナーは、感光ドラムクリーニングブレード41Y、41M、41C、41Kによって除去される。除去されたトナーは、廃トナー容器42Y、42M、42C、42Kに収容される。
また、二次転写されずに中間転写ベルト6上(中間転写体上)に残った残留トナーである二次転写残トナーの大半は、中間転写ベルトクリーニング手段9の第1のクリーニング部材である中間転写ベルトクリーニングブレード91によって掻き取られる。そして、掻き取られたトナーのトナー収容器である廃トナー回収容器92へと回収される。中間転写ベルトクリーニング手段9は、中間転写ベルト6を挟んでテンションローラ62の対向位置に配置され、二次転写部N2よりも中間転写ベルト6の回転移動方向下流側、且つ一次転写部N1Y、N1M、N1C、N1Kよりも上流側に配置されている。また中間転写ベルトクリーニングブレード91をすり抜けた微量のトナー(以下、「すり抜けトナー」という。)は、中間転写ベルトクリーニング手段9内の中間転写ベルト6の回転移動方向下流側に配置された第2のクリーニング部材であるクリーニング補助部材93によって捕集される。クリーニング補助部材93の作用については、本発明の特徴であるため、詳しく後述する。
また、画像形成装置100は制御を行うための電気回路が搭載された制御基板200を有する。制御基板200には制御部としてのCPU201が搭載されている。CPU201は転写材Sの搬送に関る駆動源(不図示)や中間転写ベルト6及びプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの駆動源(不図示)等の制御、画像形成に関する制御、更には故障検知に関する制御など、画像形成装置100の動作を一括して制御している。
以下に転写構成について更に詳しく述べる。
(転写構成)
中間転写ベルト6は、樹脂材料に導電剤を添加して導電性を付与した無端状ベルトであり、駆動ローラ61、テンションローラ62の2軸で張架され、テンションローラ62により総圧100Nの張力で張架されている。中間転写ベルト6は、厚さ70μmで、導電剤としてカーボンを混合することにより体積抵抗率を1×1010Ω・cmに調整した無端状のポリイミド樹脂を用いている。電気的特性としては、電子導電性の特性を示し、雰囲気中の温湿度に対する抵抗値変動が小さいのが特徴である。体積抵抗率の範囲としては、転写性の観点から1×109〜1011Ω・cmの範囲が好ましい。1×109Ω・cmより低い体積抵抗率だと、高温高湿環境下で転写電流逃げによる転写不良が発生し、1×1011Ω・cmより高い体積抵抗率だと、低温低湿環境下で異常放電による転写不良が発生する。体積抵抗率の測定方法は、三菱化学株式会社のHiresta−UP(MCP−HT450)を用い、測定プローブはURを用い、測定時の室内温度は23℃、室内湿度は50%に設定し、印加電圧250V、測定時間10secの条件で行っている。
なお、本実施例では、中間転写ベルト6の材料としてポリイミド樹脂を使用したものの、熱可塑性樹脂であれば、他の材料でもよい。例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエチレン
ナフタレート(PEN)等の材料及びこれらの混合樹脂を使用しても良い。
一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kは、外径6mmのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗率107Ω・cm、厚み3mmに調整したNBRとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径12mmのものを用いている。一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kは、中間転写ベルト6を介して感光ドラム1Y、1M、1C、1Kに対し、当接時には9.8Nの加圧力で当接させ、中間転写ベルト6の回転に伴い従動して回転する。また、感光ドラム1Y、1M、1C、1Kのトナー像を転写材Sに一次転写している時には、1500Vの電圧が印加されている。
二次転写ローラ8は外径8mmのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗率108Ω・cm、厚み5mmに調整したNBRとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径18mmのものを用いている。また、二次転写ローラ8は、中間転写ベルト6に対して、50Nの加圧力で当接し、中間転写ベルト6に対して従動回転する。二次転写ローラ8に印加する電圧電源には、紙等の転写材Sに二次転写を行うための正電圧電源と、二次転写ローラ8へのトナー付着を防止するための負電圧電源とが設けられており、随意に切替可能となっている。また、本実施例では二次転写ローラ8の当接離間機構を有しており、図2に示したように画像形成中のみ二次転写ローラ8が中間転写ベルト6に対して当接される。
(本実施例の特徴)
図3に本実施例における中間転写ベルトクリーニング手段9の概略構成断面を示す。中間転写ベルトクリーニングブレード91は、例えばウレタンなど弾性ゴムで出来ている。中間転写ベルトクリーニングブレード91は中間転写ベルト6を介してテンションローラ62に対して線圧0.49N/cm程度の加圧力で、中間転写ベルト6の回転移動方向に対してカウンタ方向に圧接されている。中間転写ベルトクリーニングブレード91の中間転写ベルト6の回転移動方向下流にはクリーニング補助部材93が設けられ、中間転写ベルト6を介してテンションローラ62に圧接されている。本実施例においては、クリーニング補助部材93として、導電性ブラシ93を用いている。導電性ブラシ93は、導電性を有する繊維で構成されている。導電性ブラシ93の詳細については後述する。
導電性ブラシ93には、高圧電源300から、所定の電圧が印加される構成となっている。この高圧電源300および電圧制御については後述する。また、テンションローラ62は接地されており、導電性ブラシ93に印加される電圧の対向電極となるよう構成されている。高圧電源300の出力は随意に変更可能であり、その出力状態によって導電性ブラシ93にトナーを捕集させる捕集モードと、導電性ブラシ93からトナーを吐き出す吐出モードとが実行可能であり、随意に選択し切替可能である。導電性ブラシ93にトナーと逆極性の電圧を印加した場合、トナーが静電的に導電ブラシ93に吸着することで中間転写ベルト6上のトナーを捕集する捕集モードとなる。導電性ブラシ93に電圧を印加しない場合、トナーと導電性ブラシ93との静電吸着力が弱まることで導電性ブラシ93から中間転写ベルト6上にトナーが吐き出される吐出モードとなる。以下、導電性ブラシ93から吐き出されたトナーを吐出トナーという。
前述の通り、従来例でダウンタイムが長いのは、導電性ブラシ93で1次回収したトナーの吐き出しに時間がかかるためである。本実施例では、トナー吐き出しによるダウンタイム低減のため、中間転写ベルトクリーニング手段9の中間転写ベルト回転移動方向の上流部に中間転写ベルトクリーニングブレード91を配置し、中間転写ベルト6上のトナーの大半を掻き取る。その後、中間転写ベルトクリーニングブレード91からの微量のすり抜けトナーを、中間転写ベルト回転移動方向の下流部に配置した導電性ブラシ93で一旦捕集することを特徴としている。以下に各部材の特徴の詳細について述べる。
本実施例で用いる導電性ブラシ93について詳述する。
図4に示す通り、クリーニング補助部材である導電性ブラシ93を構成する導電性繊維93aはナイロンを主成分とし、導電剤としてカーボンを使用している。導電性繊維93aの1本の単位長あたりの抵抗値は1×105Ω/cmであり、単糸繊度170T/68Fである。この場合の単糸繊度は、1本の糸が68フィラメントの繊維で構成され、その重さが170T(デシテックス:10000m分の長さの重さが170g)であることを示している。
導電性繊維93aの抵抗測定方法は、図5に示されるように、測定対象の導電性繊維93aを幅10mm(D)で配置された2本の直径5mmの金属ローラ94aで張架し、片側100gの錘94bにて荷重をかける。この状態で、電源94cから200Vの電圧を、金属ローラ94aを介して導電性繊維93aに印加し、その時の電流値を電流計94dで読み取り、10mm(1cm)あたりの導電性繊維93aの抵抗値(Ω/cm)を算出している。なお、導電性繊維93aの抵抗範囲としては、すり抜けトナーを捕集させる観点から1×103〜107Ω/cmの範囲が好ましい。
導電性繊維93aの抵抗値が1×103Ω/cmより低いと、大電流が流れやすくなり、本実施例の高圧電源300の出力精度の観点から、定電流制御しにくくなるため好ましくない。一方で1×107Ω/cmより高いと、捕集したトナーと導電性繊維93aとの吸着力が強まり、非電圧印加時にトナーが吐き出されず、導電性ブラシ93にトナーが蓄積されてしまい、トナーを捕集する能力が低下してしまうため望ましくない。
前述したような導電性繊維93aの集合体として構成されるクリーニング補助部材である導電性ブラシ93は、図4(a)、(b)に示すように構成されている。絶縁性ナイロンで構成される基布93bに導電性繊維93aを織り込みブラシを構成し、厚さ1mmのSUS板金93c上に基布93bを導電性接着剤で接着している。中間転写ベルト6の回転軸方向を「長手方向」、回転移動方向を「搬送方向」とすると、本実施例におけるクリーニング補助部材である導電性ブラシ93は以下の通りである。
導電性ブラシ93の長手幅Lは225mm、搬送方向幅Wは5mmで、長さXが5mmの導電性繊維93aが搬送方向に5列植毛されている。この時、導電性ブラシ93の抵抗値Rb[Ω]は、1×103Ω、密度は100kF/inch2である。また、導電性ブラシ93の先端位置は、中間転写ベルト6の表面に対して、約1.0mmの侵入量で固定配置され、中間転写ベルト6に対して周速差を有している。導電性ブラシ93には、高圧電源300から、所定の電圧が印加される構成となっている。導電性ブラシ93への電圧印加状態は出力制御され随意に変更可能である。電圧印加時には静電的にすり抜けトナーを捕集し、非電圧印加時には静電的な保持力が働かないため、導電性ブラシ93に捕集されたトナーが中間転写ベルト6へ吐き出される。
次に、導電性ブラシ93へ印加する電圧の制御について詳述する。
図6に本実施例で用いる高圧電源300の概略図を示す。高圧電源300は、高圧一次側出力回路301と、高圧二次側出力回路302とを有する。高圧二次側出力回路302は、出力電流検知手段としての電流検知回路を有する。
本実施例においてクリーニング補助部材である導電性ブラシ93には正極性の電圧が印加される。導電性ブラシ93に印加される電圧は、高圧電源300から印加される。高圧電源300では、電圧制御手段としての高圧制御部(CPU)201からパルス信号OSCが高圧一次側出力回路のトランジスター303へと伝達される。トランジスター303を介してインバータートランス304から出力されたパルス信号OSCは、高圧二次側出力回路302でダイオード305及びコンデンサー306で整流され、導電性ブラシ93へと出力される。
高圧制御部201において、HVT INはデジタル信号からアナログ信号への変換出力であるD/A出力、HVT OUTはアナログ信号からデジタル信号への変換入力であるA/D入力である。
高圧電源300の直流レベルは、トランジスター307のエミッター電圧に比例する。また、高圧制御部201からの出力HVT IN(DCレベル信号)は、オペアンプ308において増幅されてトランジスター307のベースに入力される。したがって、HVT IN増加に伴い転写出力電圧は増加する。このときの出力電流は、オペアンプ309により抵抗310(R[Ω])の電圧降下をみることにより検知できる。
高圧制御部201は、オペアンプ309の出力(HVT OUT)から出力電流It[A]を、
It[A]=(V−HVT OUT)[V]/R[Ω]
として算出する。
It[A]の値に基づいて、高圧制御部(CPU)201によりHVT IN(D/A)の値を制御することで、定電流制御を実施する。
クリーニング補助部材である導電性ブラシ93に印加される電圧は、1〜8μAの範囲に定電流制御される構成が好適である。本発明者らによる検討の結果、電流が1μA未満であると十分な静電的捕集力が働かない。その結果、すり抜けトナーを全て捕集することができないのでクリーニング不良となってしまい望ましくない。一方、10μA以上に定電流制御されると、すり抜けトナーは導電性ブラシ93内の放電により正極性に帯電されたのち一次転写部N1に到達する。最初の一次転写部N1Yである感光ドラム1Yに逆転写し感光ドラム1Y上に配置された感光ドラムクリーニング手段4Yへ回収される。この場合、前述のように二次転写残トナーが感光ドラム1Yに転写される回数が多くなり、感光ドラム1Yに集中的にダメージを与え、ダメージが蓄積する可能性があり望ましくない。よって導電性ブラシ93に印加される電圧は、1〜8μAの範囲に定電流制御される構成が好適であり、本実施例では4μAに設定されている。
次に、導電性ブラシ93への電圧印加タイミングについて、図7のダイアグラムに示した動作シーケンスを用いて詳述する。
図7に示す動作シーケンスは、中間転写ベルト6の回転駆動状態、クリーニング補助部材である導電性ブラシ93への電圧印加状態とトナーの捕集、吐出状態、各一次転写ローラ7の当接離間状態、2次転写ローラ8の当接離間状態を示す。図7の動作シーケンスは上から順に次の通りである。1列目が中間転写ベルト6の駆動状態を示す。2列目は導電性ブラシ93ヘの電圧印加状態を示す。3列目は導電性ブラシ93のトナーの捕集、吐出状態を示す。4列目は一次転写ローラ7Yの当接離間状態を示す。5列目は一次転写ローラ7Mの当接離間状態を示す。6列目は一次転写ローラ7Cの当接離間状態を示す。7列目は一次転写ローラ7Kの当接離間状態を示す。8列目は二次転写ローラ8の当接離間状態を示す。
画像形成動作が開始されると、まず中間転写ベルト6の駆動が開始される。その時点では導電性ブラシ93へ電圧印加されていない。このため、中間転写ベルト6上には、中間転写ベルトクリーニングブレード91をすり抜けたすり抜けトナーと、導電性ブラシ93が捕集していたトナーが吐き出され、担持されている。その後、プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの画像形成開始に合わせて、一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kが順次感光ドラム1Y、1M、1C、1Kに当接される。本実施例では図7のように、一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kと感光ドラム1Y、1M、1C、1Kが当接する際に、中間転写ベルト6上にすり抜けトナーと吐出トナーが一次転写部N1Yにおいて存在しないように制御される。導電性ブラシ93から一次転写部N1Yまでの中間転写ベルト6のある地点の移動時間を考慮し、導電性ブラシ93への電圧印加を開始する。クリーニング補助部材である導電性ブラシ93へ電圧が印加されることによって、中間転写ベルト6上のトナーを捕集する。このような構成をとることで、中間転写ベルト6上の吐出トナー及びすり抜けトナーが感光ドラム1Y、1M、1C、1Kに移動しない。
また、プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの画像形成開始に合わせて、二次転写ローラ8が中間転写ベルト6に当接される。本実施例では図7のように、導電性ブラシ93から二次転写部N2までの移動時間を考慮し、二次転写ローラ8と中間転写ベルト6が当接する際に中間転写ベルト6上に吐き出された吐出トナーが二次転写部N2に存在しないよう、導電性ブラシ93への電圧印加を開始する。つまり、導電性ブラシ93へ電圧が印加されてから二次転写ローラ8が当接する。これによって、導電性ブラシ93に中間転写ベルト6上のトナーが捕集され、その後、二次転写ローラ8が当接するので、二次転写残トナーが二次転写部N2に存在することはない。このような構成をとることで、中間転写ベルト6上に吐き出された吐出トナー、及びクリーニングベルトからすり抜けたすり抜けトナーが二次転写ローラ8に移動しない。
画像形成動作中は導電性ブラシ93へ電圧が印加され続け、前述のように二次転写残トナーのクリーニングおよびすり抜けトナーの捕集が行われる。そのため、画像形成中はすり抜けトナーが一次転写部N1および二次転写部N2に到達することはない。
画像形成終了時には、プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの画像形成終了に合わせて、一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kが順次感光ドラム1Y、1M、1C、1Kから離間される。本実施例では図7のように、導電性ブラシ93から一次転写部N1までの移動時間を考慮し、一次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kと感光ドラム1Y、1M、1C、1Kが離間された後に中間転写ベルト6上に吐き出された吐出トナーが一次転写部N1に到達するよう、導電性ブラシ93への電圧印加を終了する。
また、プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの画像形成終了に合わせて、二次転写ローラ8が中間転写ベルト6から離間される。その後中間転写ベルト6の駆動が停止され、画像形成動作が完了する。本実施例では、二次転写部N2に中間転写ベルト6上の吐き出された吐出トナーが到達する前に二次転写ローラ8は中間転写ベルト6から離間する。導電性ブラシ93から二次転写部N2までの中間転写ベルト6の回転移動時間を考慮し、図7に示すタイミングで導電性ブラシ93への電圧印加を終了する。その後、中間転写ベルト6の駆動が停止され、画像形成動作が完了する。
なお前述のように導電性ブラシ93に印加する電圧のON/OFFは、中間転写ベルト6が駆動されている間に行われている。これは導電性ブラシ93に電圧印加していないときに、捕集されたトナーを中間転写ベルト6に吐き出し、導電性ブラシ93へのトナー蓄積による捕集性能の低下を防止するためである。
(本実施例の作用)
以上説明した構成において、二次転写残トナーのクリーニング方法について図3を用いて説明する。二次転写残トナーは、前述の通り大半が中間転写ベルトクリーニング手段9の中間転写ベルト6の回転移動方向上流に配置された中間転写ベルトクリーニングブレード91によって、機械的に掻き取られ、廃トナー回収容器92へ回収される。中間転写ベルトクリーニングブレード91での作用は、静電的な回収ではなく、機械的な掻き取りであるため、回収されたトナーを吐き出す必要等はなく、ダウンタイムに影響することはない。
一方で、中間転写ベルト6の表面には、製造時や画像形成装置の使用中に異物が混入してしまい微小凹凸ができてしまう場合がある。微小凹凸が有る部分は、中間転写ベルトクリーニングブレード91と中間転写ベルト6との密着性が十分でなくなる。このため、二次転写残トナーが中間転写ベルトクリーニングブレード91を通過してしまい、すり抜けトナーが発生してしまう場合がある。さらに、二次転写性向上のために中間転写ベルト6の表層にコート層を設ける場合がある。この場合、中間転写ベルトクリーニングブレード91と中間転写ベルト6間の摩擦係数が大きくなってしまうため、前述した中間転写ベルト6の凹凸による中間転写ベルトクリーニングブレード91のダメージが進行しやすい。そのため、更に中間転写ベルトクリーニングブレード91と中間転写ベルト6の密着性が低くなる。その結果、凹凸付近の二次転写残トナーが中間転写ベルトクリーニングブレード91をすり抜けて、良好なクリーニング性が保てない場合があるという課題が発生しやすい。
本実施例においては、前述の通り大半の二次転写残トナーが中間転写ベルトクリーニング手段9の中間転写ベルト6の回転移動方向上流に配置された中間転写ベルトクリーニングブレード91によって機械的に掻き取られる。しかし、微量の二次転写残トナーが中間転写ベルトクリーニングブレード91をすり抜けてしまう場合もある。
すり抜けトナーをそのままの状態にしておくとクリーニング不良となるため、本実施例においては前述の導電性ブラシ93に電圧を印加することによって、すり抜けトナーを静電的に捕集することで、良好なクリーニング性を維持している。本実施例ではクリーニング補助部材として導電性ブラシ93を用いているが、導電性ローラでも同様の効果を得る事ができ、導電性ローラを用いる構成としてもよい。
前述の通り、1次転写ローラ7Y、7M、7C、7Kと感光ドラム1Y、1M、1C、1Kが離間しているときにはすり抜けトナーの捕集が行われない。導電性ブラシ93から中間転写ベルト6上に吐き出されたトナーは再度中間転写ベルトクリーニングブレード91に到達し、機械的に掻き取られ廃トナー回収容器92へ回収される。中間転写ベルト6上に吐き出された吐出トナーは、導電性ブラシ93を通過することにより散らされることで、中間転写ベルトクリーニングブレード91をすりぬけた時に比べ、そのトナー高さは減少している。そのため、中間転写ベルトクリーニングブレード91に掻き取られやすくなっており、中間転写ベルト6上に吐き出された吐出トナーが再度中間転写ベルトクリーニングブレード91をすり抜けることはない。
また、画像形成中はすり抜けトナーの捕集が行われるので、二次転写残トナーが感光ドラム1Y、1M、1C、1Kと触れる機会がなくなり、感光ドラム1Y、1M、1C、1Kへのダメージを防止できる。さらに、二次転写残トナーが二次転写ローラ8と触れる機会がなくなり、転写材Sの汚れを防止できる。
前述の通り、導電性ブラシ93からのトナー吐き出しは画像形成時の前回転および後回転時に実行されるので、トナー吐き出しのためにダウンタイムが生じることはない。また、これも前述の通り、大半の二次転写残トナーが中間転写ベルト6回転移動方向上流に配置された中間転写ベルトクリーニングブレード91によって機械的に掻き取られており、すり抜けて導電性ブラシ93に到達するトナーは微量である。したがって、前回転および後回転時に吐き出しを行うことで、導電性ブラシ93へのトナー蓄積による捕集性能の低下を十分防止することができるので、吐き出しのための特別なダウンタイムを設ける必要はない。
以上説明した構成をとることにより、ダウンタイム低減と良好なクリーニング性の確保を図りつつ、感光ドラム1へのダメージを低減したクリーニングを達成できる画像形成装置100を提供することができる。
実施例2
本実施例で適用する画像形成装置100の構成において、実施例1と同様のものには、同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。二次転写残トナーの帯電手段として、用いているクリーニング補助部材である導電性ブラシ93についても、寸法、配置は実施例1と同様である。また、画像形成中およびその前後の一次転写ローラ7と感光ドラム1の当接離間動作についても、実施例1と同様である。本実施例の画像形成装置100は、二次転写ローラ8が、当接離間機構を持たないという点で実施例1と異なる。
(本実施例の特徴)
本実施例の、二次転写ローラ8の当接離間機構を持たない画像形成装置100における構成の一例について、図8のダイアグラムを用いて動作シーケンスを説明する。
図8に示す動作シーケンスは、中間転写ベルト6の駆動状態と、クリーニング補助部材である導電性ブラシ93への電圧印加状態と導電性ブラシ93のトナー捕集、吐出状態、各一次転写ローラ7の当接離間状態、二次転写ローラ8に印加される電圧極性を示す。図8の動作シーケンスは、上から順に次の通りである。1列目が中間転写ベルト6の駆動状態を示す。2列目は導電性ブラシ93の電圧印加状態を示す。3列目は導電性ブラシ93のトナーの捕集、吐出状態を示す。4列目は一次転写ローラ7Yの当接離間状態を示す。5列目は一次転写ローラ7Mの当接離間状態を示す。6列目は一次転写ローラ7Cの当接離間状態を示す。7列目は一次転写ローラ7Kの当接離間状態を示す。8列目は二次転写ローラ8に印加される電圧の極性を示す。
実施例1で説明したとおり、画像形成の前後でクリーニング補助部材である導電性ブラシ93に捕集されたトナーが中間転写ベルト6上に吐き出される。中間転写ベルト6上の吐出トナーやすり抜けトナーが二次転写部N2に到達しそのまま二次転写ローラ8と接触すると、一部のトナーが二次転写ローラ8に付着してしまう。この状態で画像形成を行うと、二次転写ローラ8に付着したトナーが転写材Sの裏面に付着し汚してしまうため望ましくない。そこで、本実施例では二次転写ローラ8にトナーと同極性の電圧を印加し、二次転写部N2にすり抜けトナー等が存在するときには二次転写ローラ8へのトナー付着を防止することで、上記課題を解決している。なお本実施例で用いているトナーは負極性を有しているので、二次転写ローラ8へ負極性の電圧を印加することで二次転写ローラ8へのトナー付着を防止している。
(本実施例の動作)
画像形成動作が開始されると、まず中間転写ベルト6が駆動開始される。その時点では導電性ブラシ93へ電圧印加されていない。このため、中間転写ベルト6上には、中間転写ベルトクリーニングブレード91をすり抜けたトナーと、導電性ブラシ93が捕集したトナーが吐き出され、担持されている。その後、実施例1と同様にプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの画像形成開始に合わせて、導電性ブラシ93に電圧が印加される。本実施例では図8のように、吐き出された吐出トナーが二次転写部N2に存在するときには、トナーと同極性である負極性の電圧を二次転写ローラ8に印加する。このような構成をとることで、吐き出された吐出トナーが二次転写ローラ8に付着しないようにしている。
その後、導電性ブラシ93への電圧印加開始によってトナーの吐き出しが終了する。導電性ブラシ93から二次転写部N2までの移動時間を考慮したうえで、このタイミングに合わせて二次転写ローラ8にトナー像を転写材Sに転写するための正極性の電圧が印加開始される。
画像形成動作中は導電性ブラシ93へ電圧が印加され続け、前述のように二次転写残トナーのクリーニングおよびすり抜けトナーの捕集が行われる。
画像形成終了時には、実施例1と同様にプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの画像形成終了に合わせて、導電性ブラシ93への電圧印加が終了され、中間転写ベルト6上にトナーが吐き出され始める。導電性ブラシ93から二次転写部N2までの移動時間を考慮したうえで、このタイミングに合わせて二次転写ローラ8へのトナー付着を防止するための負極性の電圧が二次転写ローラ8に印加開始される。このような構成をとることで、吐き出されたトナーが二次転写ローラ8に付着しないようにしている。その後中間転写ベルト6の駆動が停止され、画像形成動作が完了する。
以上のような構成をとることで、二次転写ローラ8と中間転写ベルト6の離間を行わず、二次転写残トナー、すり抜けトナー、吐出トナーが二次転写ローラ8と触れてしまう場合においても転写材Sの汚れを防止できる。また、実施例1と同様、トナーの吐出しは前回転および後回転時に行われるので、吐出しのための特別なダウンタイムを設ける必要はない。
1 感光ドラム(像担持体)
6 中間転写ベルト(中間転写体)
7 一次転写ローラ(一次転写手段)
8 二次転写ローラ(二次転写手段)
9 中間転写ベルトクリーニング手段(クリーニング手段)
42 廃トナー容器(トナー収容器)
91 中間転写ベルトクリーニングブレード(第1のクリーニング部材)
93 導電性ブラシ(第2のクリーニング部材)
N1 一次転写部
N2 二次転写部



Claims (8)

  1. トナー像を担持する像担持体と、
    前記像担持体からトナー像が転写される回転移動可能な中間転写体と、
    電圧が印加されて一次転写部において前記像担持体から前記中間転写体へと前記トナー像を一次転写させる一次転写手段と、
    電圧が印加されて二次転写部において前記中間転写体から転写材へと前記トナー像を二次転写させる二次転写手段と、
    前記中間転写体の回転移動方向において前記一次転写部よりも上流、且つ前記二次転写部よりも下流に配置され、前記二次転写の後に前記中間転写体上に残留したトナーをクリーニングする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、少なくとも第1のクリーニング部材と、前記中間転写体の回転移動方向において前記第1のクリーニング部材の下流に第2のクリーニング部材と、を備え、
    前記第2のクリーニング部材に電圧を印加する電源と、
    前記電源の出力を制御する制御手段と、を有し、
    前記制御手段による前記電源の出力制御によって前記第2のクリーニング部材に付着したトナーを前記中間転写体上に吐出する吐出モードを実行可能であり、と、
    前記像担持体と前記中間転写体が離間している際に前記吐出モードを実行可能であり、前記第2のクリーニング部材から前記中間転写体に吐出されたトナーは、前記第1のクリーニング部材に到達した際に前記第1のクリーニング部材によって回収することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記第2のクリーニング部材は導電性ブラシであり、前記吐出モードを実行するまで前記中間転写体から回収したトナーを保持し続けることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記第1のクリーニング部材はクリーニングブレードであり、前記クリーニングブレードで回収したトナーはトナー収容器に収容す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. 前記第1のクリーニング部材に回収されず前記中間転写体に残留したトナーを前記第2のクリーニング部材に捕集する捕集モードを実行可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  5. 前記捕集モードが選択された際には、前記二次転写手段と前記中間転写体が当接しており、前記吐出モードが選択された際には、前記二次転写手段と前記中間転写体が離間していることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記捕集モード及び前記吐出モードが選択された際に、前記二次転写手段と前記中間転写体が離間せず、
    前記捕集モードが選択されている際には、前記二次転写手段に前記トナーと逆極性の電圧が印加され、前記吐出モードが選択されている際には、前記二次転写手段に前記トナーと同極性の電圧が印加されることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  7. 前記捕集モードと前記吐出モードとの切り換えが前記中間転写体を駆動している際に行われることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  8. 前記第2のクリーニング部材が導電性ローラ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。
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