JP2005148334A - 正帯電型電子写真装置 - Google Patents

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好彦 田中
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幸雄 高野
Seizo Kitagawa
清三 北川
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唯志 浅川
Takeshi Kumagai
健 熊谷
Hiroshi Emori
弘 江森
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Abstract

【課題】 安価な粉砕トナーを用い、安価な発泡ウレタンを有する転写ローラを用いても、線画像の転写効率を良好にすると同時に、負電圧印加時に特有の点状放電を回避し、黒ベタ時のハゲを生じることのない最適転写をすることができ、また、周囲の環境変化にも対応して最適転写電圧を印加することを可能にする電子写真装置の提供。
【解決手段】 感光ドラム上のトナー画像を負電圧の転写ローラにより挟持された記録媒体に転写する正帯電型電子写真装置において、転写プロセス時における前記転写ローラの回転軸と導電性発泡ウレタンニップ部表面の間の抵抗値が電圧1000Vのとき105乃至108Ωであって、前記導電性発泡ウレタンのセルの表面密度を200個/25mm以上にすると共に、所定の印刷枚数毎に、所定の流れ込み転写電流になるように転写電圧値を設定し直す機構を備える正帯電型電子写真装置とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、プリンタや複写機等の電子写真装置、特に多様な環境下での繰り返し使用後にも画像の安定性に優れ、高画質の得られる電子写真装置に関し、詳しくは、対向する転写ローラと感光体を含み、互いに圧接する転写ローラと感光体との間に用紙を挟持する機構を備え、電圧印加した転写ローラにより感光体上のトナー画像を用紙上に転写する機能を備える正帯電型電子写真装置に関する。
一般に、電子写真方式による画像形成装置は、感光ドラムの表面を一様に正または負極性に帯電させる帯電部材、感光ドラムの表面に、画像に対応する光を照射し、光照射部の表面電位を変動させて静電潜像を形成する露光部材、その静電潜像にトナーを付着させてトナー画像を形成する現像部材、ドラム表面のトナー画像を用紙上に転写する転写部材等を備えている。従来、転写プロセスでは前記トナー画像の転写時に、コロナ転写部材からのコロナ放電によって、用紙が感光ドラムと接する側とは反対側に所定の高電圧が付与され、感光ドラム側表面電位と用紙側表面電位との電位差に基づいて、感光ドラム上のトナー画像が用紙上に転写されるようになっている。
一方、正帯電型電子写真装置における帯電プロセスでは、感光ドラム表面は正に帯電される。この場合、続く露光および現像プロセス後の転写プロセスでは、記録媒体である紙を裏面からコロナ放電を利用した転写部材により負極性に帯電させて感光ドラム上の正帯電の現像トナーを記録媒体に転写させることになる。ところが、負極性のコロナ放電は環境上から問題とされるオゾンの発生を伴うため、可能な限り負極性コロナ放電を用いない画像転写技術が望まれている。これに対し、コロナ放電を用いない転写方式としてはローラ転写方式がよく知られている。例えば、高電圧を印加した導電性のソリッドウレタンゴム等よりなるローラで転写部材を構成し、その転写ローラを感光ドラムに圧接し、用紙をそれらの間のニップ部に通過させる際に、転写ローラに、ローラの電気抵抗や用紙のサイズによらず最適転写電流を与えることにより、常に安定した高品位な転写画像を得る発明がある(特許文献1)。
また、従来、正帯電型電子写真装置、特に中低速プリンターの転写制御方式としては、定電流制御方式が広く用いられている。定電流制御方式の利点としては、ローラの電気抵抗値を109Ωcm以上とすることにより、転写時の用紙の厚み、寸法等の違いによる電気抵抗値の変化にもかかわらず定電流として良好な転写効率が得られること、用紙間の間隙での転写時の流れ込み電流によるドラムへの悪影響を抑えられること等がある。一方、定電圧制御方式は、ローラ転写に用いられるローラ部材の電気抵抗の変動に起因して安定した転写ができないという問題がある(特許文献2)。さらに環境変化による転写ローラ(導電性発泡ウレタンローラ)の体積抵抗率の変動を所要以下に抑える構成とすることにより安定した転写制御を行うことに関する発明は既に知られている(特許文献3−請求項、0024段落)。
さらに、非磁性一成分正帯電用重合トナーを用いた場合に、転写ローラの抵抗値が低下しても転写不良を生じないように転写電流を制御するようにした画像形成装置の発明は知られている(特許文献4)。転写ローラの被覆材として低硬度の発泡ウレタンを用い、さらに最表面を同質材のスキン材で覆うことにより、表面粗さを30μm以下とし、低硬度の材料でもローラ可塑材による感光ドラムの汚染を防止する発明の記載がある(特許文献5)。
特開平11−109768号公報 特開平7−261578号公報 特開2002−244452号公報 特開2002−202671号公報 特開平8−166732号公報
しかしながら、前記特許文献1に記載の発明のように転写ローラの弾性体としてソリッドゴムを用いた場合は、転写ローラの抵抗やサイズによらず最適転写電流を与えることにより、常に安定した高品位な転写画像を得ることができるが、ソリッドゴムは高価格であり、より安価にする要望が強い。また、非磁性一成分正帯電用重合トナーを用いた場合には前記特許文献4の記載のように転写ローラの抵抗値が低下しても転写不良を生じないように転写電流を制御することにより、高温高湿度環境でも良好な画像を得られるが、より安価な粉砕トナーを用いる場合には、負極性電界特有の点状放電が発生し、対応して黒斑点が発生する問題が解決されない。負電圧印加をする転写プロセスで、粉砕トナーを用いる場合の定電流制御方式には以下のような問題がある。すなわち、この定電流制御において文字などの転写時には、トナーによる電気抵抗値の増加のない白紙部に電流のほとんどが流れてしまい、文字部に流れる電流は不足するので、文字を良好に転写するためには転写時の流れ込み電流をさらに上げる必要がある。ところが、このように過剰な転写電流に一旦設定にすると、黒ベタ時にも同じ流れ込み電流をドラムに流そうとするため、トナーによる抵抗値増加分だけ必要な定電流を得るための電圧が高くなり、転写電流のオーバーによる転写不良(転写ハゲ)が生じる。また、転写ローラに負極性の高電圧が印加されると、転写ローラの表面粗さの凹凸によるドラム−転写ローラ間距離の差や形状の影響が大きく表われ易くなり、特に粉砕トナーを用いた場合に、距離の短い箇所または尖状部間等に負極性高電界特有の点状放電が発生し、対応する画像上に黒斑点となる画像欠陥が発生する問題がある。
また、さらに、表面材として発泡ウレタン等で構成された転写ローラは温湿度等の周囲環境の条件により、その電気抵抗値が変化し易いという特徴がある。このため、転写ローラに予め設定された最適電圧を印加しても環境条件によっては最適電圧が得られず、画像品質が低下すると言う問題がある。
本発明は、以上述べたように粉砕トナーを用い、表面材として、発泡ウレタン等で構成された転写ローラに負電圧を印加する方式を有する転写技術に伴う前記種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安価な粉砕トナーを用い、安価な発泡ウレタンを有する転写ローラを用いても、線画像の転写効率を良好にすると同時に、負電圧印加時に特有の点状放電を回避し、黒ベタ時のハゲを生じることのない最適転写をすることができ、また、周囲の環境変化にも対応して最適転写電圧を印加することを可能にする電子写真装置を提供することにある。
本発明によれば、前記目的は、感光ドラム上のトナー画像を負電圧の印加された転写ローラにより挟持された記録媒体に転写する転写プロセス機構を備える正帯電型電子写真装置において、転写プロセス時における、前記転写ローラの回転軸と導電性発泡ウレタンニップ部表面の間の抵抗値が、電圧1000Vのとき105乃至108Ωであって、前記導電性発泡ウレタンのセルの表面密度を200個/25mm以上とすると共に、所定の印刷枚数毎に、所定の流れ込み転写電流になるように転写電圧値を設定し直す機構を備える正帯電型電子写真装置とすることにより、達成される。
本発明によれば、導電性発泡ウレタンがイオン導電性材料を含む発泡ウレタンである特許請求の範囲の請求項1記載の正帯電型電子写真装置とすることが好ましい。
本発明によれば、トナーが非磁性一成分正帯電用粉砕トナーである特許請求の範囲の請求項1または2記載の正帯電型電子写真装置とすることが望ましい。
本発明によれば、感光ドラム上のトナー画像を負電圧の印加された転写ローラにより挟持された記録媒体に転写する転写プロセス機構を備える正帯電型電子写真装置において、転写プロセス時における、前記転写ローラの回転軸と導電性発泡ウレタンニップ部表面の間の抵抗値が、電圧1000Vのとき105乃至108Ωであって、前記導電性発泡ウレタンのセルの表面密度を200個/25mm以上とすると共に、所定の印刷枚数毎に、所定の流れ込み転写電流になるように転写電圧値を設定し直す機構を備える正帯電型電子写真装置としたので、安価な粉砕トナーを用い、安価な発泡ウレタンを有する転写ローラを用いても、線画像の転写効率を良好にすると同時に、負電圧印加時に特有の点状放電を回避し、黒ベタ時のハゲを生じることのない最適転写をすることができ、また、周囲の環境変化にも対応して最適転写電圧を印加することを可能にする電子写真装置を提供できることになった。
以下、本発明の正帯電型電子写真装置に関し、図を用いて詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下、説明する実施例に限定されるものではない。図1は本発明にかかる正帯電型電子写真装置の一実施例の要部概略構成図であり、ドラムユニット、現像ユニットと転写ローラ及び転写ローラを含む転写プロセスのための転写電圧制御にかかる電気回路構成を示す。
以下に、本発明にかかる正帯電型電子写真装置(本体)について図面を参照して説明する。この正帯電型電子写真装置は、例えばファクシミリやプリンターに応用されるものである。図1に示すように、ドラムユニット1の内部には、アルミニウムドラム表面を感光層により被覆した感光ドラム2が配設されている。この感光ドラム2の周囲には、帯電部材3、露光部材4、現像ユニット5、転写ローラ6等が感光ドラム2の回転方向(矢印で示す方向)に沿って順に配設される。感光ドラム2、帯電部材3はドラムユニット1としてユニット化されている。感光ドラム2は、ドラムユニット1外に設けられた駆動源(図示せず)により周速96mm/秒で(A4サイズで約18枚/分に相当)回転する。特に図示しないが、本体装置ケースの上部が開閉可能に構成され、上部を開放した状態で、ドラムユニット1、現像ユニット5がそれぞれ個別に本体装置ケース内から取り外し可能にされる。感光ドラム2と帯電部材3を含むドラムユニット1、露光部材4、現像ユニット5、転写ローラ6等は、画像を形成して用紙に転写するための転写系としてのプロセスユニット8を構成する。
帯電部材3は、スコロトロン帯電器である。この帯電部材3には所定のバイアス電圧が印加される。バイアス電圧の印加によって帯電されたスコロトロン帯電器3は、回転している感光ドラム2の表面を約900Vに一様に帯電する。
露光部材4としては多数の発光ダイオードが配設され、感光ドラム2の表面に画像に対応する光が照射されると、光照射部位の電位が900Vから約50V程度に低下する。このようにして、画像に対応して光の照射部位(画像の黒に対応する部分)と非照射部位(画像の白に対応する部分)とで電位が異なる静電潜像が形成される。
現像ユニット5は、粉砕トナー9を貯留するトナーケース10と、前記ユニット5の下部に位置する供給ローラ11と、供給ローラ11と感光ドラム2との間に位置し、前記ユニット5の下端開口部に配置された現像ローラ12とを備えている。供給ローラ11、現像ローラ12は、現像ユニット5外に設けられた駆動源(図示せず)によりそれぞれ矢印で示す方向に回転する。
供給ローラ11は、ステンレススチール等の金属製の軸と、その軸に被覆された導電性の発泡ウレタンとにより構成される。供給ローラ11には所定のバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は200V〜700V、好ましくは約450Vである。現像ローラ12は、ステンレススチール等の金属製の軸と、その軸に被覆された導電性のゴムとにより構成される。導電性のゴムとしては、ブタジエンアクリロニトリルゴム(NBR)、シリコーンゴムまたはウレタンゴムが好適に使用できる。現像ローラ12は供給ローラ11、感光ドラム2の各表面に接触する。現像ローラ12には所定のバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は300V〜400V、好ましくは約350Vである。
トナーケース10内にはアジテーター13が配設される。アジテーター13は図示しない駆動源により回転され、ケース10内の粉砕トナー9の凝集を防ぎ、供給ローラ11にトナーを送る機能を有する。現像ローラ12の表面には層厚規制ブレード14が弾性的に接触するように取り付けられている。この層厚規制ブレード14は現像ローラ12の表面上のトナーの層厚を均一にし、トナーをローラ12に圧接して正に摩擦帯電させる機能を有する。層厚規制ブレード14は、導電性のゴムまたは金属からなる弾性部材であり、好ましくはウレタンゴムシート、ステンレススチールまたはその先端にフッ素系ゴムを貼付した構成を有する。この層厚規制ブレード14には所定のバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は200V〜700V、好ましくは約450Vである。
供給ローラ11及び現像ローラ12がそれぞれ回転するに伴って相互に摩擦されると共に各ローラ11,12にバイアス電圧が印加されることにより、両ローラ11,12の表面に存在するトナー9が正に帯電する。供給ローラ11はその回転に伴い、トナー9がローラ11の発泡ウレタン表面で開口した多数の発泡孔の凹部に充填され、現像ローラ12側に移送される。供給ローラ11と現像ローラ12との圧接部では、両ローラ11,12間の電位差に基づいてトナーが供給ローラ11から現像ローラ12へ移動して、現像ローラ12の表面に付着する。
現像ローラ12の表面に付着したトナーは、現像ローラ12の回転に伴い、層厚規制ブレード14による圧接を受けて感光ドラム2側に搬送される。現像ローラ12上のトナー9は、層厚規制ブレード14の下を通過するとき、ブレード14によって層厚が均一にされ、ローラ12との摩擦作用により正に帯電する。現像ローラ12上のトナー9は約30μc/gに帯電されているため、現像ローラ12上のトナー9が感光ドラム2に接触すると、そのトナーと感光ドラム2上の静電潜像との電位差に基づき、トナー9が静電潜像の低電位部に吸着されて、感光ドラム2上にトナー画像が形成される。
正帯電型電子写真装置内の前記プロセスユニット8の下部には給紙カセット22が着脱可能に装着されている。給紙カセット22内には、記録媒体としての多数枚の記録用紙21が積層状態で収容されている。そして、転写プロセスの実行と同期して、記録用紙21は給紙カセット22内から1枚ずつ繰り出され、一対の搬送ローラを経由して感光ドラム2と転写ローラ6との間に送り込まれる。用紙センサ23によって検知された信号が制御回路28に入力され、印刷枚数が計数される。
転写ローラ6は、記録用紙搬送経路を挟んで感光ドラム2表面と接触するように配置されており、図示しない駆動機構により回転される。転写ローラ6は、金属製(例えばステンレス)の軸と、その軸に被覆される導電性の発泡体とにより構成されている。発泡体は例えば発泡ウレタンからなり、導電性とするために周知の有機塩、金属塩、界面活性剤等がウレタンに対して、前記適正な電気抵抗値となるように所要量加えられる。発泡ウレタンのアスカー硬度Cは10〜50度が好ましい。この転写ローラ6には金属製回転軸を介して、高電圧発生部24によって負極性のバイアス電圧が印加される。
感光ドラム2と転写ローラ6との間に送り込まれた記録用紙21は、両者によりニップされ、転写ローラ6により感光ドラム2の表面に密着される。記録用紙21の裏側面は、電圧印加された転写ローラ6に接する。感光ドラム2表面と記録用紙21側との電位差に基づいて、感光ドラム2上のトナー画像が記録用紙21上に転写される。トナー画像が転写された後の記録用紙21は、感光ドラム2及び転写ローラ6の同期回転に伴い、図示しない定着ユニットに向かって送り出される。
図示しない定着ユニットは、感光ドラム2の記録用紙21の送り出し側の下流に位置するように配設され、加熱ローラと、記録用紙搬送経路を挟んで圧接する加圧ローラとを備えている。記録用紙21が加熱ローラと加圧ローラとの間に送り込まれることにより、トナー9中の樹脂成分が記録用紙21上に融着され、トナー画像が永久像として定着される。その後、記録用紙21は一対の排出ローラによって排出される。
一方、トナー画像の転写後の感光ドラム2の表面電荷は大部分キャンセルされる。画像転写後の感光ドラム2の表面上には、若干の未転写トナーが残留する。この残留トナーは、感光ドラム2の回転に伴ってメモリ除去ブラシ7と対向する位置に搬送されると、メモリ除去ブラシ7によって掻き乱されて感光ドラム2の表面上に一様に分散される。その後、感光ドラム2の回転に伴って帯電部材3と対向する位置に移動すると、感光ドラム2の表面は、スコロトロン帯電器3によって再び約750Vに一様に帯電される。一様に分散された残留トナーは、その後の露光部材4による静電潜像の形成に際し悪影響を及ぼすことはない。更に、この分散された残留トナーは、感光ドラム2の回転に伴い現像ユニット5の現像ローラ12と対向する位置に搬送されたとき、現像ローラ12との電位差に基づき現像ローラ12に吸着されてトナーケース10内に戻される。すなわち、現像ユニット5は、現像動作と並行して、メモリ除去ブラシ7により分散された残留トナーを回収するクリーニング動作も行う。従って、トナークリーニング部材によるクリーニング処理をしなくても、感光ドラム2の表面が残留トナーによって汚されるのを防止できるとともに、廃棄トナーの発生が無く、トナーを無駄にすることなく全て現像に使用することができる。
転写ローラ6に印加するバイアス電圧を画像の転写に最適な電圧に設定するための印加電圧調節系の電気的構成について説明する。この印加電圧調節系は、高電圧発生部24、固定抵抗体25、差動増幅器26、A/D変換部27、制御回路28を備えている。
高電圧発生部24と転写ローラ6との間には、抵抗値Rf(不変値)を有する固定抵抗体25が直列に配置されている。この固定抵抗体25の両端部は、差動増幅器26の一対の入力端子に接続されている。差動増幅器26は、各入力端子からの入力電圧に基づき、固定抵抗体25の両端部間の電位差Vo に応じた電圧信号を出力する。この電圧信号は、A/D変換部27によってデジタル信号に変換され、制御回路28に提供される。
制御回路28は、この正帯電型電子写真装置の全体の制御を司る制御手段であり、CPU、メモリとしてのROM、RAM、および入出力インターフェイス等を内蔵する。メモリには、転写ローラ6に印加すべき最適電圧を決定し、それに基づいて高電圧発生部24を制御するための制御プログラムや、制御に必要な各種データが記憶されている。制御回路28はA/D変換部27からのデジタル信号の他に、画像記録動作の開始を指令する動作開始信号SG1を外部より入力する。この入力信号に基づいて、制御回路28は高電圧発生部24の発生電圧を制御すべく、制御信号SG2を生成し出力する。
前記制御回路28は、感光ドラム2と転写ローラ6間への記録用紙の非ニップ時に、高電圧発生部24から転写ローラ6へ試験電圧Vtestを印加させる。固定抵抗体25での電圧降下V0に基いて転写系の非ニップ時の抵抗値Rsを計算すると共に、抵抗値補正データに基づいて、転写系のニップ時の抵抗値Rnipを割り出す。さらに、制御回路28はニップ時抵抗値Rnipに基いて最適印加電圧Vinを決定し、画像記録動作時には前記最適印加電圧Vinを転写ローラに印加するように働く。
転写ローラ6の近傍に配設された温度センサ29、信号増幅器30、AD変換器31からなる転写ローラの周囲温度の検出手段による測定値の入力に基いて制御回路による転写電圧の修正を、前記給紙センサから入力値に基き、定数枚毎に行うようになっている。
本発明において、転写ローラ6の発泡体の電気抵抗値と表面粗さの最適値を調べるために、それらについて次に述べるように種々変化させた転写ローラを用いて、画像形成を行い、特に、転写ハゲおよび黒点発生との関係について調べた。転写ローラとして直径5mmのステンレススチールを軸芯に、20℃、60%RHにおける電気抵抗値が102Ω〜109Ωの5種類のイオン導電性発泡ウレタンを5mmの厚さに被覆したものを用い、発泡ウレタンの表面粗さとして、導電性発泡ウレタンのセルの表面密度を150個/25mm、200個/25mm、250個/25mm、300個/25mm(JIS−k6402による測定)のようにそれぞれ異なる転写ローラを作製して、画像形成を行った。
前記電気抵抗の測定法は図2に示すように、金属板101に転写ローラ100を両軸に500gづつ加圧(転写ローラによる感光ドラムへの押圧力にほぼ等しい)した状態で、軸102と金属板101間に1000Vの直流電圧を加えた時の電流値から求める。
さらに、周囲環境条件の変化に伴う転写ローラの電気抵抗値変化による影響を見るために、印刷枚数20枚毎に流れ込み電流を−14μAになるように転写電圧を調節して評価した。その評価結果を下記表1に示す。転写電圧調節を全くしない場合は画像が周囲の温湿度変化による影響を受け易く、良好な画像を安定して得られないことが分かった。評価装置としては、市販の正帯電型プリンタを改造し、新規に設計したプロセスユニットを組み込み、前記各種転写ローラを組み込んで、表1では3万枚の耐刷試験を実施し、3万枚印刷後の画像品質を調べた。
Figure 2005148334
表1において、転写ローラとして被覆されている導電性発泡ウレタンについて、転写プロセス時の前記ウレタンの電気抵抗値が102〜104Ωの場合および導電性発泡ウレタンのセルの表面密度を200個/25mm未満(JIS−6402)で電気抵抗値が105Ω以下の××印は転写効率を上げると転写電流が多くなりすぎて転写ハゲが生じる画像不良であり、109Ω以上および導電性発泡ウレタンのセルの表面密度が200個/25mm未満(JIS−6402)で、かつ電気抵抗値が107Ω以上の×印は転写電圧が高くなることによる放電ムラ(点放電)による黒点不良を示す。ウレタンの電気抵抗値が105〜108Ωであって、セルの表面密度を200個/25mm以上にすると共に20枚の印刷枚数毎に、所定の流れ込み電流になるように転写電圧値を設定し直す機構を備えるの場合に良好な画像が得られることが分かる。さらに、この転写電圧を設定し直す印刷枚数の設定は数枚から数千枚の範囲で適宜変えても充分に実用に耐える画像品質を維持できることを確認している。本発明では前記表1の結果を得るために、転写ローラとして導電性発泡ウレタンローラおよびトナーとして粉砕トナーを用いた。この結果から、本発明によれば、正帯電型電子写真装置に安価な導電性発泡ウレタンローラおよび粉砕トナーを用いても良好な画像が得られることが分かる。
本発明にかかる正帯電型電子写真装置の要部概略構成図 本発明にかかる転写ローラの電気抵抗値の測定方法を示す概略構成図
符号の説明
1 ドラムユニット
2 感光ドラム
3 帯電部材
4 露光部材
5 現像ユニット
6 転写ローラ
8 プロセスユニット
9 トナー
11 供給ローラ
12 現像ローラ

Claims (3)

  1. 感光ドラム上のトナー画像を負電圧の印加された転写ローラにより挟持された記録媒体に転写する転写プロセス機構を備える正帯電型電子写真装置において、転写プロセス時における、前記転写ローラの回転軸と導電性発泡ウレタンニップ部表面の間の抵抗値が、電圧1000Vのとき105乃至108Ωであって、前記導電性発泡ウレタンのセルの表面密度を200個/25mm以上にすると共に、所定の印刷枚数毎に、所定の流れ込み転写電流になるように転写電圧値を設定し直す機構を備えることを特徴とする正帯電型電子写真装置。
  2. 導電性発泡ウレタンがイオン導電性材料を含む発泡ウレタンであることを特徴とする請求項1記載の正帯電型電子写真装置。
  3. トナーが非磁性一成分正帯電用粉砕トナーであることを特徴とする請求項1または2記載の正帯電型電子写真装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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