JP4194275B2 - 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、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、像担持体、現像手段、像担持体清掃手段等の機能部材を、装置本体に着脱可能なカートリッジとして備える画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子写真方式によるカラー画像形成装置の普及に伴い、カラー画像の記録画質に対する要求に加え、カラー出力の高速化に対する要求が高まっている。この要求に応えるために画像形成方式にいくつかの提案がなされている。
【0003】
例えば、複数の感光体ドラムを並設したタンデム型のカラー画像形成装置では、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの各色のトナー画像を各感光体ドラムに形成し、転写材搬送ベルトによって担持搬送される転写材に対して夫々の転写手段によって順次転写を行った後、定着器によりトナー画像を定着する。
【0004】
タンデム型のカラー画像形成装置は、図7(a),(b)に示すように、装置本体の下部に装着された給送カセット111にセットされた転写材Sが給紙ローラ112によって給送されてレジストローラ対114に送られる。
【0005】
レジストローラ対114の転写材搬送方向下流側には転写材Sを搬送する転写材搬送ベルト102が駆動ローラ118、従動ローラ119、テンションローラ121等の複数の回転ローラによって転写材搬送方向(図7の上下方向)に偏平に張架され、その転写材搬送方向最上流部においては、転写材搬送ベルト102を介して従動ローラ119に圧接された吸着ローラ122が配置されている。
【0006】
吸着ローラ122には所定のバイアス電圧が印加されており、これにより、レジストローラ対114によりタイミングをとって転写材搬送ベルト102上に搬送された転写材Sが該転写材搬送ベルト102に静電吸着されて担持搬送される。
【0007】
転写材搬送ベルト102に対向して図7の下側から上側へ順にイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの4個の感光体ドラム101y,101m,101c,101k(以下、単に「感光体ドラム101」という)が直線状に配設されている。
【0008】
また、夫々の感光体ドラム101の周囲には、一次帯電器103y,103m,103c,103k(以下、単に「一次帯電器103」という)、現像器109,109m,109c,109k(以下、単に「現像器109」という)、クリーニング手段106y,106m,106c,106k(以下、単に「クリーニング手段106」という)が配置されており、転写材搬送ベルト102を挟んで転写部材108y,108m,108c,108k(以下、単に「転写部材108」という)が配置されている。
【0009】
現像器109のトナー容器の内部には各色のトナーが収容されており、各色のトナー画像が周知の画像形成プロセスにより転写材搬送ベルト102により担持搬送される転写材Sに順次転写されてカラー画像が形成される。
【0010】
トナー画像が転写された転写材Sは駆動ローラ118に対向する位置で曲率分離されて定着ローラ対115に導かれ、該定着ローラ対115に挟持搬送される間に加熱、加圧処理されてトナー画像が永久定着された後、排出ローラ対116により搬送されて装置本体の上部に配置された排出トレイ117上に排出される。
【0011】
上記のようなカラー画像形成装置では、常に多色刷り、即ち、フルカラー画像形成を行うとは限らず、黒一色の記録、即ちモノクロ画像形成を行う頻度もかなり高い。このような使用方法に対処すべく、フルカラー画像形成とモノクロ画像形成とを切り換えて行うことが出来るように構成されたタンデム型カラー画像形成装置が提案されている。
【0012】
例えば、図7(a)に示すように、フルカラー画像形成時においては、像担持体と現像ローラは接触状態にあり、そして、モノカラー画像形成時においては、図7(b)に示すように、離間手段123がの現像器の底面の一部124して図7(b)の上方に押し上げて現像ローラ110をブラック以外の色の感光体ドラム101から離間させてブラック画像のみの記録を行う。
【0013】
このように構成することで、転写材Sが吸着ローラ122からブラック画像形成部を通り、定着ローラ対115へ搬送される経路がフルカラー画像形成とモノクロ画像形成で変化せず、安定した搬送性能が得られる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例では、多数のモノカラー画像形成を行った場合に、ブラック以外のプロセスカートリッジにおいて、像担持体とクリーニングブレードの摺擦部に潤滑剤としてのトナーが減少するため、クリーニングブレードの当接状態が不安定になりやすく、トナーすり抜け等のクリーニング不良、帯電部材汚れによる画像不良を起こす恐れがあり、最悪はクリーニングブレードめくれ等の損傷を起こす恐れがある。
【0015】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フルカラー画像及びモノカラー画像の何れをも形成する機能を備えた画像形成装置において、モノカラーの画像形成処理を大量に連続して行う場合であれ、安定して高画質の画像を得ることのできる画像形成装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、表面に静電潜像を担持し回転可能な像担持体、前記像担持体に現像ローラを接触させて前記像担持体表面の静電潜像に現像剤を供給して顕像化する現像手段、及び前記像担持体に当接し前記像担持体表面を清掃する清掃手段を含み、当該画像形成装置本体に対して着脱可能な複数のプロセスカートリッジと、転写材を搬送する転写材搬送手段と、を備え、前記複数のプロセスカートリッジは、前記転写材搬送手段の搬送路に沿って配置され、前記複数のプロセスカートリッジの中の一つの像担持体に対して画像形成を行うモノカラーモードと、前記複数のプロセスカートリッジの中の複数の像担持体に対して画像形成を行うフルカラーモードとを切り替え可能で、前記モノカラーモードにおいて、画像形成を行なわないプロセスカートリッジの像担持体と現像ローラとを離間させ、前記モノカラーモード時に画像形成を行う行わないに関わらず前記複数のプロセスカートリッジの像担持体を回転させる構成を有する画像形成装置であって、前記モノカラーモード時に、所定のタイミングで前記画像形成を行なわないプロセスカートリッジの像担持体と現像ローラとを接触させて当該プロセスカートリッジの前記清掃手段に前記現像手段から現像剤を供給する供給動作を行い、前記モノカラーモード時に画像形成を行わないプロセスカートリッジの清掃手段に供給される現像剤の量は、前記フルカラーモードに対する前記モノカラーモードの比率が下がるにつれて減少することを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0023】
(第1の実施の形態)
先ず、本発明の画像形成装置を具体化した第1の実施の形態について、図1〜図5を参照して説明する。
【0024】
図1及び図2は本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。図1はフルカラー画像形成を行う様子を示し、図2はモノクロ画像形成を行う様子を示す。
【0025】
図1及び図2において、カラー画像形成装置Aは図1及び図2の上下方向に直線状に並設された像担持体となる4個の電子写真感光体ドラム1y,1m,1c,1k(以下、単に「感光体ドラム1」という)を備えており、各感光体ドラム1に対向して静電吸着により転写材Sを吸着して担持搬送する転写材担持体となる転写材搬送ベルト2が配置されている。
【0026】
夫々の感光体ドラム1は、図1の上下両端のイエロー、ブラックの感光体ドラム1y,1kに対して中側2個のマゼンダ、シアンの感光体ドラム1m,1cを1mm程度転写材搬送ベルト2側に突出するように配置してあり、図示しない駆動手段によって図1の反時計回り方向に回転駆動される。
【0027】
各感光体ドラム1の周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム1の表面を均一に帯電するための帯電手段となる一次帯電器3y,3m,3c,3k(以下、単に「一次帯電器3」という)、一次帯電器3により一様に帯電された感光体ドラム1の表面に画像情報に基づいてレーザビームを照射して静電潜像を形成する露光手段4y,4m,4c,4k(以下、単に「露光手段4」という)が配置されている。
【0028】
更には、静電潜像が形成された感光体ドラム1の表面に各色のトナーを付着させてトナー画像として顕像化する現像手段5y,5m,5c,5k(以下、単に「現像手段5」という)、転写後の感光体ドラム1の表面に残留したトナーを除去するクリーニング手段6y,6m,6c,6k(以下、単に「クリーニング手段6」という)が配置されている。
【0029】
感光体ドラム1、一次帯電器3、現像手段5及びクリーニング手段6は一体的にカートリッジ化されたプロセスカートリッジBy,Bm,Bc,Bk(以下、単に「プロセスカートリッジ7」という)として、装置本体Aに対し着脱可能に構成されている。
【0030】
また、各感光体ドラム1に対向する位置には転写材搬送ベルト2を挟んで該転写材搬送ベルト2により担持搬送される転写材Sに感光体ドラム1の表面に形成されたトナー画像を転写する転写手段となる転写ローラ8y,8m,8c,8k(以下、単に「転写ローラ8」という)が配置されている。
【0031】
像担持体となる感光体ドラム1は直径30mmのアルミニウム製シリンダの外周面に有機光導伝体層(OPC)を塗布して構成したものである。感光体ドラム1は、その両端部をフランジにより回転自在に支持されており、一方の端部に図示しない駆動モータから駆動力を伝達することにより図1の反時計回り方向に回転駆動される。
【0032】
一次帯電器3は、ローラ状に形成された導電性ローラであり、このローラを感光体ドラム1の表面に当接させると共に、図示しない電源によって帯電バイアス電圧を印加することにより感光体ドラム1の表面を一様に帯電させるものである。
【0033】
露光手段4はポリゴンミラーを有し、このポリゴンミラーには図示しないレーザダイオードから画像信号に対応する画像光が照射される。
【0034】
現像手段5は、夫々イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色のトナーを収容したトナー収容部9y,9m,9c,9k(以下、単に「トナー収容部9」という)、感光体ドラム1の表面に隣接し、図示しない駆動部により回転駆動されると共に図示しない現像バイアス電源により現像バイアス電圧を印加することにより現像を行う現像ローラ10y,10m,10c,10k(以下、単に「現像ローラ10」という)等を有して構成される。
【0035】
トナー収容部9には転写材Sの搬送方向上流側から順にトナー収容部9yにイエロー、トナー収容部9mにマゼンダ、トナー収容部9cにシアン、トナー収容部9kにブラックの各色のトナーが収容されている。
【0036】
転写材搬送ベルト2の内側に配置された転写ローラ8は、4個の感光体ドラム1に夫々対向して転写材搬送ベルト2に当接する。これ等転写ローラ8は図示しない転写バイアス電源に接続されており、転写ローラ8から正極性の電荷が転写材搬送ベルト2を介して転写材Sに印加され、この電界により感光体ドラム1に接触中の転写材Sに感光体ドラム1表面上の負極性の各色トナー画像が順次転写されてカラー画像が形成される。
【0037】
装置本体Aの下部に設けられた給送カセット11に収容された紙や合成樹脂等で構成される転写材Sは給紙ローラ12により給送されてレジストローラ対14に送られる。
【0038】
レジストローラ対14により所定のタイミングで送られた転写材Sは、転写材搬送ベルト2により静電吸着して担持された状態で画像形成手段となる感光体ドラム1と転写ローラ8との間の転写位置に搬送され、各感光体ドラム1の表面に形成されたトナー画像が順次転写されてカラー画像が記録された後、駆動回転する加熱ローラ15aと、これに圧接して従動回転する加圧ローラ15bとを有する定着手段15を通過する際に加熱、加圧処理されてトナー画像が永久定着された後、排出ローラ対16により装置本体Aの上部に設けられた排出トレイ17上に排出される。
【0039】
次にモノカラーモードでの画像形成の動作について図2を用いて説明する。図2は図1を用いて上記で説明した画像形成装置をモノカラーモードで動作させている状態を表すものであり、同一記号は同一部材を示す。
【0040】
本発明の画像形成装置は、プロセスカートリッジ7のトナー収納部9の突起部24y、24m、24c、24k(以下、単に「突起部24」という)には、離間部材23y、23m、23c、23k(以下、単に「離間部材23」という)が当接しており、この離間部材23を上下させることで、不図示の支点を基準に回転させて、感光ドラム1と現像ローラ10の離接を行う構成となっている。
【0041】
モノカラー(白黒)モードで画像形成を行う時にはブラック以外のプロセスカートリッジの突起部24に当接している離間部材23を動かし、突起部24を押し上げ、感光体ドラム1から現像ローラ10を離間させた状態で画像形成を行う。
【0042】
画像形成時は、ブラック以外のプロセスカートリッジの感光体ドラム1も、回転を維持して、転写材搬送ベルト2とのニップで安定した転写材搬送を得る。
【0043】
ブラックのプロセスカートリッジBkについては離間部材23kを下げておき、感光体ドラム1kと現像手段5kとを当接させて、トナー像を現像し,搬送されてきた転写材Sにトナー像を転写する。
【0044】
クリーニング手段6はゴムブレードと板金で構成され、その先端を感光体ドラム1の回転に対してカウンター方向に当接させ、感光体ドラム1上の転写残トナーや現像のかぶりトナー、或いはジャム処理時に発生する汚れトナー等をかきとり、廃トナー収納部に送り込む機能を有する。
【0045】
本実施の形態においてトナー供給を行う方法としては、一次帯電器3に印加するバイアスをOFFにして、ドラム表面電位を小さくして、現像手段への印加バイアスをONにしておき、すべてのプロセスカートリッジ7の現像ローラ10と感光体ドラム1を当接させて、現像ローラ10上のトナーを感光体ドラム1の半周ほど感光体ドラム1に転移させる。このとき転写バイアスをOFFにしておき、感光体ドラム1上のトナーを表面に乗せたまま転写部を通過させて、クリーニング手段6のところまで搬送して、クリーニング手段6にトナーを供給する。本実施の形態では、このように、トナーをドラム上に転移させクリーニング手段6に回収する一連の動作を、「トナー供給動作」と称する。
【0046】
一方、複数のプロセスカートリッジBy、Bm、Bc、Bkは、それぞれ記憶手段25y、25m、25c、25k(以下、単に「記憶手段25」という)を備えている。プリンタAは記憶手段25に記憶される情報を読みこみおよび書きこみを行う不図示の読み書き手段を備え、プリンタAはCPU(不図示)により演算され得られたプロセスカートリッジ寿命に関する値を読み込み、さらに書き込まれている情報に応じてプリンタAの制御を行い、特に感光体ドラム1の消耗度に応じてトナー供給動作時のトナー供給量を変化させることを特徴とする。
【0047】
本実施の形態では、感光体ドラム1の膜厚を表すように演算を行っている。演算は、一時帯電のバイアスのON/OFF、現像離接のON/OFF、転写バイアスのON/OFF、プロセススピードといった感光体ドラムに対する消耗度に影響を与える状態に応じて重み係数を乗じた感光体ドラムの回転時間を、記憶手段25に記憶されている値に対して足し算していくという方法を採用する。この時、初期を0%、寿命時を100%となるように重み付けを行う。
【0048】
さらに、記憶手段には、トナー供給動作を行う時期の設定値を感光体ドラム1の消耗度の単位であらかじめ記憶させておく。また、前記各時期におけるトナー供給動作時のトナー供給量を表す設定値も記憶させる。さらに、使用中のプロセスカートリッジが次にどの時期、すなわちどの消耗度でトナー供給を行うかを記憶することとする。記憶手段は、基本的に読み込みと書き込みの何れをも行う機能を備えている。これら読み込み及び書き込みの動作は、非接触に行うことができるようにする。
【0049】
次に図3を参照し、トナー供給動作を行うシーケンスについて説明する。
【0050】
画像形成動作を開始後、ステップS1にて記憶手段25から情報を読み込む。読み込む内容としては、感光体ドラム1の消耗度、設定値、トナー供給量、次の設定値、次のトナー供給量とした。ステップS2にて、感光体ドラムの消耗度と設定値を比較して、ドラム消耗度がトナー供給動作の時期を表す設定値に未達であれば、そのままステップS5の画像形成を行う。もし、感光体ドラムの消耗度が設定値を越えていれば、ステップ3にてトナー供給動作を行う。その後、ステップ4にて記憶手段25に対して設定値、トナー供給量、次の設定値、次のトナー供給量を更新した後、ステップ5にて画像形成を行う。
【0051】
本実施の形態では、ステップS3にて行うトナー供給動作時のトナー供給量を感光体ドラムの消耗度に応じて変化させて、最も適切な量のトナーをクリーニング手段に対して供給する。そこで、消耗度と供給量について、図4を参照してさらに詳細に説明する。
【0052】
図4において、横軸は感光体ドラムの消耗度を表しており、プロットされた白丸はトナー供給動作を行う時期の設定値を表す。縦軸は各時期におけるトナー供給動作時のトナー供給量を表す。なお、本実施の形態において、供給量と供給時間との間に十分な対応関係があることが、発明者により実験で確認されている。
【0053】
そこで、トナー供給動作時の現像バイアスONでかつ現像ローラ当接している時間を、このトナー供給量設定値に比例させて変化させる。図4によれば、感光体ドラム寿命の前半と後半で若干多めにする。前半は基本的に多めにすることで、感光体ドラムとクリーニング手段の摺擦を安定させ、後半は、感光体寿命とクリーニング手段が劣化してくるので、やはり摺擦を安定させるため、徐々にトナー供給量を増加させる。寿命中盤は前半と後半に比べて少なめにして、トナー消費量を節約する。
【0054】
さらに、本実施の形態では、記憶手段25にあらかじめプロセスカートリッジが未使用かそうでないかという状態を記憶させておき、その情報に応じてトナー供給動作を行った。図5はこの未使用カートリッジに対するトナー供給動作のシーケンスを表したものであり、以下、詳細に説明する。まずステップS11でプロセスカートリッジが装着され、ドアが閉められた場合や、プリンタの電源がONされた場合に、ステップS12において、記憶手段25の情報を読み込み未使用カートリッジであるかどうかの情報を得る。ステップ13において、この情報を判断し、未使用でなければ、ステップ16のイニシャルシーケンス(搬送ベルトの清掃、ジャム紙の検知、熱定着器の温度調節等)に入る。ステップ13で、もしプロセスカートリッジが未使用であると判断された場合は、ステップ14でトナー供給動作を行う。この後、ステップ15により、記憶手段25にすでに使用されたカートリッジである情報を書込み、ステップ16のイニシャルシーケンスに入る。
【0055】
本実施の形態の画像形成装置でモノカラーモードで10000イメージ画像形成を行ったところ、常に適切なすべり性を維持できるように、クリーニング手段6と感光体ドラム1のニップに常にトナーがあるため良好なクリーニング性能を保つことができるため、フルカラープリントを直後に行っても、クリーニング不良や帯電ムラ等の発生がなく、均一なハーフトーン画像を得ることができる等、長期にわたって高画質が得られることが確認された。
【0056】
(第2の実施の形態)
上記第1の実施の形態では、プロセスカートリッジの記憶手段25にトナー供給動作時期およびそれぞれの時期のおけるトナー供給量を決める情報をあらかじめ書込んでおいたが、本体側のCPUの記憶手段(不図示)の方にこれらの情報を持たせても良い。このようにすることで、プリンタ本体とプロセスカートリッジの記憶手段の読込書込に費やす時間や記憶手段の記憶領域の空きを広げることができる。そのため、さらに、詳細な寿命に関する情報を記憶手段に書込むことが可能となる。
【0057】
また、クリーニング性の安定性については、第1の実施の形態と同等の効果が得られる。
【0058】
(第3の実施の形態)
本実施の形態では、記憶手段にブラック以外の現像ローラを感光体ドラムから離間させてプリントを行うモノカラーモードでのプリントのイメージ数と、すべての現像ローラを感光体ドラムに当接させてプリントを行うフルカラーモードでのプリントのイメージ数をカウントして、これらのモードのイメージ数の比率に応じて、供給トナー量を補正することを特徴とする。
【0059】
図6(a)は感光体ドラム消耗度に対するモノカラー比率の一例である。図6(b)はトナー供給量設定値を表したものである。図6(b)中のL1は第1の実施の形態の時のグラフであり、モノカラー比率100%のときはこの設定値を使用した。ブラックカートリッジは常に当接して画像形成を行うので補正を行っていない。その他のプロセスカートリッジに対しては、モノカラー比率が下がるに連れて、トナー供給量を補正して若干減らすようにした。
【0060】
このように、本実施の形態によれば、モノカラーモードとフルカラーモードの比率によって、トナー供給量を補正し、より適正な値とすることで、クリーニング性の安定性を向上することができるようになる。
【0061】
(第4の実施の形態)
上記第1〜第3の実施の形態では、トナー供給時期を感光体ドラムの消耗度を用いて行ったが、プリントイメージを用いて行っても良い。また、トナー供給量については、現像ローラからの供給時間で制御したが、現像コントラスト等の電位設定や現像ローラの周速アップ等を利用することも可能である。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、清掃(クリーニング)手段と像担持体のニップに適切な時期に適当量のトナーを供給することで、モノカラーモードでの画像形成を行う頻度が高くても、安定した感光体クリーニングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる画像形成装置の構成を示す断面図。
【図2】同実施の形態にかかる画像形成装置の構成を示す断面図。
【図3】同実施の形態にかかる画像形成処理のシーケンスを説明するフローチャート。
【図4】同実施の形態にかかる画像形成装置について、感光体ドラムの消耗度とトナー供給動作時のトナー供給量との関係を示すグラフ。
【図5】同実施の形態にかかる画像形成処理のシーケンスを説明するフローチャート。
【図6】本発明の第3の実施の形態にかかる画像形成装置について、感光体ドラムの消耗度とモノカラー比率との関係等を示すグラフ。
【図7】従来の画像形成装置の一例について、その構成を示す断面図。
【符号の説明】
A カラー画像形成装置
1,1y,1m,1c,1k 感光体ドラム
2 転写材搬送ベルト
3,3y,3m,3c,3k 一次帯電器
4,4y,4m,4c,4k 露光手段
5,5y,5m,5c,5k 現像手段
6,6y,6m,6c,6k クリーニング手段
B,By,Bm,Bc,Bk プロセスカートリッジ
8,8y,8m,8c,8k 転写ローラ
9,9y,9m,9c,9k トナー収容部
10,10y,10m,10c,10k 現像ローラ
11 給送カセット
12 給紙ローラ
13 分離パッド
14 レジストローラ対
15 定着手段
15a 加熱ローラ
15b 加圧ローラ
16 排出ローラ対
17 排出トレイ
18 駆動ローラ
19 従動ローラ
21 テンションローラ
22 吸着ローラ
23,23y,23m,23c,23k 離間部材
24,24y,24m,24c,24k 突起部
25,25y,25m,25c,25k 記憶手段
Claims (1)
- 表面に静電潜像を担持し回転可能な像担持体、前記像担持体に現像ローラを接触させて前記像担持体表面の静電潜像に現像剤を供給して顕像化する現像手段、及び前記像担持体に当接し前記像担持体表面を清掃する清掃手段を含み、当該画像形成装置本体に対して着脱可能な複数のプロセスカートリッジと、
転写材を搬送する転写材搬送手段と、
を備え、
前記複数のプロセスカートリッジは、前記転写材搬送手段の搬送路に沿って配置され、前記複数のプロセスカートリッジの中の一つの像担持体に対して画像形成を行うモノカラーモードと、前記複数のプロセスカートリッジの中の複数の像担持体に対して画像形成を行うフルカラーモードとを切り替え可能で、
前記モノカラーモードにおいて、画像形成を行なわないプロセスカートリッジの像担持体と現像ローラとを離間させ、
前記モノカラーモード時に画像形成を行う行わないに関わらず前記複数のプロセスカートリッジの像担持体を回転させる構成を有する画像形成装置であって、
前記モノカラーモード時に、所定のタイミングで前記画像形成を行なわないプロセスカートリッジの像担持体と現像ローラとを接触させて当該プロセスカートリッジの前記清掃手段に前記現像手段から現像剤を供給する供給動作を行い、
前記モノカラーモード時に画像形成を行わないプロセスカートリッジの清掃手段に供給される現像剤の量は、
前記フルカラーモードに対する前記モノカラーモードの比率が下がるにつれて減少することを特徴とする画像形成装置。
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