JP7225959B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
具体的には、電界と磁界の作用によって、現像装置内のトナーがキャリアに付着して、感光体ドラムとの間の現像領域に輸送され、静電的に感光体ドラムの表面に移行する。一方で、キャリアは現像装置内に回収されて再びトナーと付着するが、一部のキャリアは感光体ドラムの表面に転移してしまう。特に、キャリアは経時により表面のコーティングが摩耗して抵抗値が下がるため、現像バイアスによる電荷注入によって感光体ドラムに付着しやすくなる。
このような問題に対し、感光体ドラムに付着したキャリアを回収するための回収機構を備えた画像形成装置が知られている。例えば、特許文献1に記載の画像形成装置は、感光体ドラムの表面に内部に磁石を有する回収ローラーを当接させ、回収ローラーに電圧を印加することで、電界と磁界の作用により、感光体ドラムに付着したキャリアを回収ローラーに転移させる。また、特許文献2には、現像装置の下流に回収ローラー及び回収キャリア検出手段を設け、感光体ドラムの表面にキャリアの付着を検出したときに、現像剤の交換を促すか、あるいは現像バイアスを変更することでキャリアの付着を抑制する方法が開示されている。
シートに転写するトナー像を担持する像担持体と、
トナーとキャリアとを含む二成分現像剤により前記像担持体にトナー像を現像する現像部と、
前記像担持体が担持するトナー像を転写する転写部と、
前記像担持体の回転方向において前記現像部の下流側かつ前記転写部の上流側に配置され、前記像担持体の表面のキャリアを磁力と静電気力によって回収する回収機構と、
前記回収機構に付着したトナーの除去を制御する制御部と、を備え、
前記回収機構は、磁石を内包し、前記像担持体に対向して当該像担持体の軸と平行な軸を中心に回転可能な回収ローラーと、前記回収ローラーに電圧を印加する電圧印加部と、を有し、
前記制御部は、前記像担持体及び前記回収ローラーのうち、少なくともいずれか一方の周速度を画像形成時よりも小さくし、前記電圧印加部が印加する交流電圧の最大電圧と最小電圧との差分が、画像形成時よりも大きくなるように制御し、前記電圧印加部が印加する直流電圧の値と前記像担持体の表面電位との間の電位差が、画像形成時よりも小さくなるように制御することで、前記回収ローラーの表面のトナーを除去するトナー除去モードを実行する
ことを特徴とする。
前記回収ローラーは、前記像担持体に対向し、前記像担持体の軸と平行に延設された磁石と、前記磁石の外周面に配置され、前記磁石から独立して回転可能な非磁性回転体と、を有する
ことを特徴とする。
前記制御部は、前記トナー除去モードにおいて、前記像担持体の周速度が、画像形成時よりも小さくなるように制御する
ことを特徴とする。
前記制御部は、前記トナー除去モードにおいて、前記像担持体及び前記回収ローラーのうち、少なくともいずれか一方の周速度が、画像形成時における周速度の半分以下の速度になるように制御する
ことを特徴とする。
前記制御部は、前記トナー除去モードにおいて、前記像担持体及び前記回収ローラーのうち、少なくともいずれか一方の回転を停止させる
ことを特徴とする。
前記制御部は、前記回収ローラーの表面のトナーの付着量を、前記現像部の内部のトナーの帯電量に基づいて検出し、前記付着量が所定の量を超えた場合に、前記トナー除去モードを実行する
ことを特徴とする。
前記制御部は、前記回収ローラーの表面のトナーの付着量を、それまでに実行した画像形成情報に基づいて検出し、前記付着量が所定の量を超えた場合に、前記トナー除去モードを実行する
ことを特徴とする。
以下、本発明の実施形態である画像形成装置の構成を、図面に基づいて詳細に説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された原稿Dを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置12へ送り出す。自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Dの画像(両面を含む)を連続して一挙に読み取ることができる。
具体的には、現像装置412は、感光体ドラム413と現像領域を介して対向するように配置された現像スリーブ412aを備える。現像スリーブ412aは、径が例えば25mmであり、周速度665mm/secで回転する。
回収機構416の構成についての詳細は、後述する。
次に、図3を参照し、回収機構416の構成について詳細に説明する。
回収機構416は、感光体ドラム413の表面に存在するキャリアを回収するための機構であり、図3に示すように、回収ローラー110と、キャリア回収室120と、排出スクリュー130と、電圧印加部140(図2参照)と、等を備える。
なお、図中Xで示す方向を水平方向とし、図中Yで示す方向を鉛直方向とする。
なお、回収スリーブ110Aは、本発明における非磁性回転体として機能し、回収マグネットロール110Bは、本発明における磁石として機能する。
また、回収ローラー110は電圧印加部140に接続され、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧が印加されている。印加電圧の条件は特に限定されないが、例えば、直流電圧を0~800V、交流電圧を最大電圧と最小電圧の差分、即ちVppが800~2000V、周波数が500~2000Hzの矩形波とすることができる。即ち、回収マグネットロール110Bに配置された磁極が発生させる磁力と、印加電圧によって生じる電界における静電気力によって、回収ローラー110の表面に回収されたキャリアcは、回収スリーブ110Aの外周面に付着する。回収スリーブ110Aに付着したキャリアは、回収スリーブ110Aの図中Bに示す方向の回転に伴って、回収ローラー110の表面上を搬送される。
回収マグネットロール110Bは、感光体ドラム413に略対向するように磁極N1が有している。磁極N1は、回収マグネットロール110Bに配置された磁極の中で最も強い磁極であり、感光体ドラム413の表面からキャリアcを回収する回収極として機能する。即ち、磁極N1により発生する磁力によって、感光体ドラム413の表面のキャリアcが回収スリーブ110Aの表面に引き寄せられて回収される。回収極N1の磁束密度は特に限定されないが、例えば150mTとすることができる。
また、図3に示すように、回収ローラー110の中心と感光体ドラム413とを結んだ中心線L1を基準とする反時計回りの角度をθとすると、回収極N1を、そのピーク位置がθ1=0~10°となる位置、即ち感光体ドラム413と回収ローラー110との最近接位置P1から少しずれた位置となるように配置される。これにより、感光体ドラム413に対してカウンター回転する回収スリーブ110Aに、キャリアが付着しやすくなる。
なお、回収スリーブ110Aの回転方向において、剥離極S2の下流側かつ貯留極S3の上流側には、脱磁領域R1が形成されている。剥離極S2と封止極S3は同極性であるため反発磁界を形成するが、その間に脱磁領域R1が配置されることで、回収スリーブ110Aの回転方向において剥離極S2の下流側かつ封止極S3の上流側の領域には磁界が形成されず、磁力が働かないことになる。したがって、剥離極部P2から剥離したキャリアcは、再度回収スリーブ110Aに付着することなく、キャリア回収室120に落下する。
キャリア回収室120の内部には、螺旋形状のスクリュー部材である排出スクリュー130が配置され、キャリア回収室120に回収されたキャリアcは、排出スクリュー130によって図示しないキャリア回収箱へと排出され、廃棄される。
次に、回収ローラー110に付着したトナーを除去する方法について説明する。
この時、回収ローラー110によって、感光体ドラム413の表面に付着したいわゆるかぶりトナーも回収される。図4は、トナーの帯電量を示した図である。図4に示すように、現像装置412の内部のトナー(通常トナー)は、マイナスに荷電している。一方で、回収ローラー110に付着したトナー(付着トナー)は、大部分が電荷をもたない0荷電を中心とした弱帯電/逆帯電のトナーである。このようなトナーは、画像の背景部に付着してかぶりトナーとなる。通常の帯電状態のトナーは静電気力により感光体ドラム413に付着しているが、弱帯電トナーや逆帯電トナーは静電気力による感光体ドラム413への付着力が弱いため、図3に示すように、回収ローラー110と感光体ドラム413との最近接位置P1において、回収ローラー110に転移する。
図5に示すように、感光体ドラム413の印加電圧を異ならせて、所定の画像を所定の枚数のシートSに印字した。その後、回収ローラー110上のトナーの付着量を、目視で観察するとともに、回収ローラー110上のトナーをメンディングテープで採取したのちに、メンディングテープの反射濃度を計測し、予め設定した目標の値の範囲内であるか否かを判断した。
なお、図中「結果」の欄に示すのは、回収ローラー上のトナーの付着量を、目視及び反射濃度の計測によって評価した結果を表す。「◎」は全くトナーの付着がないことを、「〇」は目視によりトナーの付着が観察されるが、反射濃度が目標の値の範囲内であることを、「△」は反射濃度が目標の値の範囲を超えているが、目視により回収ローラー110にトナーが積層しているとは認められないことを、「×」は目視により回収ローラー110の表面にトナーが積層していることを、それぞれ表す。
図中、条件h及びiのように、交流電圧のVppの値が大きいほど、感光体ドラム413へのトナーの移行量が多いことが明らかとなった。また、詳しくは後述するが、トナーは回収ローラー110と感光体ドラム413との間を振動しながら、回収ローラー110の回転方向に移動するため、トナーの移動距離が長く、回収ローラーと感光体ドラム413との間に滞留する時間が長いほど、感光体ドラム413への移行が起きやすくなる。トナーの移動距離は、条件e及びfでは2mm、条件gでは3mm、条件h及びiでは4mmであった。トナーの移動距離の観点からも、やはり交流電圧のVppが高い方が有利であることが明らかとなった。
図中、条件jにおいて、周波数を高くしてもトナーの移行に効果はないことが分かった。一方、条件lにおいて、周波数が1250Hzの時に最も効果が得られ、条件mにおいて、さらに周波数を下げるとトナーの移行量は減少することが分かった。トナーの移動距離は、条件kでは2mm、条件lでは4mm、条件mでは1mmであった。トナーの移動距離の観点からも、周波数が1250Hzの時に効果的であることが分かった。即ち、交流電圧の周波数には、適切な値があることが明らかとなった。
図8に示すように、感光体ドラム413及び回収ローラー110の回転数を制御し、周速度を異ならせて、所定の画像を所定の枚数のシートSに印字した。その後、図5と同様に、回収ローラー110のトナーの付着量を評価した。
また、条件nとpの比較により、感光体ドラム413の周速度を、画像形成時の周速度(665mm/sec)の半分以下とすることで、トナー除去効率をさらに向上させることができることが分かった。
図9(A)は、感光体ドラム413及び回収ローラー110を、画像形成時の周速度で回転させる場合の、想定されるトナーの移動モデル図である。回収ローラー110の周速は、例えば293mm/sであり、感光体ドラム413の周速は、例えば665mm/sであるとする。そして、図5~図7に示したように、トナーの移行量が増大する条件となるように、回収ローラー110に電圧を印加した。具体的には、直流電圧が0V、交流電圧をVppが1600V、周波数が1250Hzとなるように印加し、感光体ドラム413の表面電位を0Vとした。
図9(B)は、感光体ドラム413の周速を図9(A)に比べて小さくし、その他の条件を図9(A)と同一とした場合の、想定されるトナーの移動モデル図である。
トナーが電荷を帯びている場合、感光体ドラム413表面よりも鏡像力が高くなる導体面、即ち回収ローラー110の表面の方が、トナーの拘束力が高くなる。しかし、回収ローラーに付着したトナーは、電荷0を中心とした弱帯電又は逆帯電トナーであるため、静電気的な付着力よりも、非静電的な付着力が支配的となる。一般に、表面硬度が小さいものは表面吸着力が高いという関係があるため、表面が金属無垢材で形成された回収ローラー110に比べ、表面が樹脂で被覆された感光体ドラム413にトナーが付着しやすくなる。その結果、感光体ドラム413表面にトナーが移行すると考えられる。
ただし、感光体ドラム413の周速度を低下させることが好ましい。感光体ドラム413は回転に伴い表面の膜厚が減少し、寿命が短くなる。感光体ドラム413は、例えばA4用紙を横方向で通紙した場合に、600kp通紙時点まで耐久可能であるが、回収ローラー110の場合、30000000kp通紙時点まで耐久可能である。即ち、表面が金属製の回収ローラー110に比べて、表面が樹脂で被覆された感光体ドラム413は寿命がはるかに短いため、感光体ドラム413周速度を低下させて回転数を減少させる方が、部品の寿命の観点から有利である。
この場合、両方の回転を停止させた状態でトナーを移行させたのち、近接領域R2の幅分だけをそれぞれ回転させて、再び回転を止めて回収ローラー110に電圧を印加させてトナーを除去する。即ち、回収ローラー110の外周の一周分が近接領域R2を通過するまで、この動作を繰り返すことで、回収ローラー110のトナーを確実に除去することができる。
上述の検討結果を踏まえ、本実施形態に係る画像形成装置1は、回収ローラー110の表面に付着したトナーを除去するためのトナー除去モードを実行する。
図10に、トナー除去モードにおける、回収ローラー110及び感光体ドラム413の動作条件を示す。トナー除去モードにおいては、図5~図8に示したように、回収ローラー110には交流電圧のみを印加し、画像形成時に比べて交流電圧のVppを高く設定し、周波数を高い除去効率を発揮できる1250Hzに設定する。また、感光体ドラム413の周速度を、画像形成時に比べて小さくするとともに、表面電位を0Vになるように制御する。
トナー除去モードの実行時間を30秒とするため、キャリア回収ローラーへの電圧の印加時間を30秒とした。
回収ローラー110の表面のトナーの付着量は、以下のようにして予測する。現像装置412によってトナーを現像させたときに流れる現像剤電流値から、トナー帯電量を検出する。検出されたトナー帯電量が予め設定された所定の閾値よりも低い場合には、帯電量が低下し、弱帯電/逆帯電トナーが生じていると判断することができる。この状態でプリント継続すると、相当量のかぶりトナーが回収ローラー110の表面に付着すると考えられる。したがって、トナーの帯電量が所定の閾値を超えた後、所定の枚数分のプリントを実行したときに、トナー除去モードを実行する。
また、図中「回収ローラー上のトナー付着量」の欄に示すのは、回収ローラー上のトナーの付着量を、目視及び反射濃度の計測によって、「◎」、「〇」、「△」、「×」の四段階で評価した結果を表す。「◎」は全くトナーの付着がないことを、「〇」は目視によりトナーの付着が観察されるが、反射濃度が目標の値の範囲内であることを、「△」は反射濃度が目標の値の範囲を超えているが、目視により回収ローラー110にトナーが積層しているとは認められないことを、「×」は目視により回収ローラー110の表面にトナーが積層していることを、それぞれ表す。
したがって、帯電量が30μC/gの以下の状態であることを検知した場合に、3kpプリントするごとにトナー除去モードを実行することで、回収ローラー110上のトナー量を目標値以下に収めることができる。
図12に示すように、トナー除去モードを実行する度に反射濃度が低下することから、トナー除去モードによる、回収ローラー110上のトナー除去効果を確認できる。トナー除去モードを定期的に繰り返すことにより、トナー付着量を目標値以下に収められることが示された。また、用紙に形成された画像を確認したところ、回収ローラー110上の付着トナーに起因する画像不良も生じなかった。
図14は、トナー除去モードにおける画像形成装置1の動作を示すフローチャートである。なお、図14に示す処理は、制御部100と記憶部70に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
なお、ステップS61~S63の処理は、順序を入れ替えて行っても良い。
続いて、制御部100は、ジョブを完了したか否かを判断する(ステップS8)。制御部100は、ジョブを完了した、即ち指定された枚数のプリントを完了したと判断すると(ステップS8:YES)、制御を終了するが、完了していないと判断すると(ステップS8:NO)、ステップS1に戻り、上記した処理を繰り返す。
以上説明したように、本実施形態に係る画像形成装置1は、感光体ドラム413の表面から、電界と磁界の作用によってキャリアを回収する回収機構416を備え、回収ローラー110に付着したトナーを除去するためのトナー除去モードにおいては、感光体ドラム413及び回収ローラー110のうち少なくとも一方の周速度を、画像形成時よりも小さくする。これにより、回収ローラー110と感光体ドラム413との間でトナーを振動させる時間を十分に確保し、感光体ドラム413に効率よくトナーを転移させることができる。
また、帯電量が低下した状況下で所定の枚数だけ連続印字した場合に、トナー除去モードを実行することでも、トナーの除去が必要な状況を精度よく判断し、画像不良をより効果的に防ぐことができる。
以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、上記の実施形態は本発明の好適な例であり、これに限定されない。
100 制御部
40 画像形成部
412 現像装置(現像部)
413 感光体ドラム(像担持体)
416 回収機構
110 回収ローラー
110A 回収スリーブ(非磁性回転体)
110B 回収マグネットロール(磁石)
120 キャリア回収室
130 排出スクリュー
140 電圧印加部
421 中間転写ベルト
422 一次転写ローラー(転写部)
Claims (7)
- シートに転写するトナー像を担持する像担持体と、
トナーとキャリアとを含む二成分現像剤により前記像担持体にトナー像を現像する現像部と、
前記像担持体が担持するトナー像を転写する転写部と、
前記像担持体の回転方向において前記現像部の下流側かつ前記転写部の上流側に配置され、前記像担持体の表面のキャリアを磁力と静電気力によって回収する回収機構と、
前記回収機構に付着したトナーの除去を制御する制御部と、を備え、
前記回収機構は、磁石を内包し、前記像担持体に対向して当該像担持体の軸と平行な軸を中心に回転可能な回収ローラーと、前記回収ローラーに電圧を印加する電圧印加部と、を有し、
前記制御部は、前記像担持体及び前記回収ローラーのうち、少なくともいずれか一方の周速度を画像形成時よりも小さくし、前記電圧印加部が印加する交流電圧の最大電圧と最小電圧との差分が、画像形成時よりも大きくなるように制御し、前記電圧印加部が印加する直流電圧の値と前記像担持体の表面電位との間の電位差が、画像形成時よりも小さくなるように制御することで、前記回収ローラーの表面のトナーを除去するトナー除去モードを実行する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記回収ローラーは、前記像担持体に対向し、前記像担持体の軸と平行に延設された磁石と、前記磁石の外周面に配置され、前記磁石から独立して回転可能な非磁性回転体と、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記トナー除去モードにおいて、前記像担持体の周速度が、画像形成時よりも小さくなるように制御する
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。 - 前記制御部は、前記トナー除去モードにおいて、前記像担持体及び前記回収ローラーのうち、少なくともいずれか一方の周速度が、画像形成時における周速度の半分以下の速度になるように制御する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記トナー除去モードにおいて、前記像担持体及び前記回収ローラーのうち、少なくともいずれか一方の回転を停止させる
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記回収ローラーの表面のトナーの付着量を、前記現像部の内部のトナーの帯電量に基づいて検出し、前記付着量が所定の量を超えた場合に、前記トナー除去モードを実行する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記回収ローラーの表面のトナーの付着量を、それまでに実行した画像形成情報に基づいて検出し、前記付着量が所定の量を超えた場合に、前記トナー除去モードを実行する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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