JP2007156314A - 静電印刷装置 - Google Patents

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Abstract

【目的】
メモリ現象が発生しない印刷品質の高い静電記録装置を提供することである。
【構成】
有機光導電体を母材とし、且つ単層構造である感光体(感光体ベルトでも良い)を用い、その感光体を帯電させ、画像情報に基づいた静電潜像を形成し、その潜像をトナーにより顕像化する静電印刷装置において、印刷速度が300mm/sec以上であり、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流にAC除電器および清掃機構を配し、その下流に再帯電器および2次除電光源を有すること、もしくは、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流に主帯電極性と同極のDCバイアスを印加したAC除電器を配し、清掃機構の下流に2次除電光源を有することを特徴とする。
【選択図】 図3

Description

本発明は,複写機及びプリンタなどの電子写真方式を利用する静電印刷装置に関し、特にラインプリンタ等の高速印刷を行う静電印刷装置に関するものである。
電子写真方式は複写機やプリンタに用いられる最もよく知られた印刷方式のひとつである。特にラインプリンタ市場では、その処理すべき情報量の増大に伴い,より高速の印刷能力が望まれている。また、近年ではPODの注目によりイメージ画像印刷の要求も多く、その結果、その印刷画質も高品質で高精細なものが望まれている。この電子写真方式で用いられる感光体には純Se系感光体、SeTe系感光体、AsSe系感光体やアモルファスシリコン(a−Si)感光体等の無機感光体と有機感光体であるOPCが知られている。
近年、プリンタ(特にラインプリンタ)は、その処理すべき情報量の増大に伴い、より高速の印刷能力が望まれ、また、その画質も高品質で高精細なものが望まれている。
従来、電子写真方式を用いた高速印刷機では、用紙や現像剤との摩擦のため耐刷性に優れるSeTe系感光体とガスレーザ(Arレーザ)との組み合わせが多用されている。そして近年、ガスレーザに比べ小型、低コスト化が図れるLEDや半導体レーザの実用化が成され、それに伴い感光体もAsSeやa−Siが多く採用されるようになった(現在、高速プリンタに採用可能な高出力を確保できるLEDおよびLDの波長は600nm〜780nmであり、400nm〜500nmに光感度を有するSeTe系感光体は使用できない)。しかし、AsSe感光体やa−Si感光体は、その膜の比誘電率が10〜12と大きいため、帯電能および表面電荷保持能が、従来のSeTe系感光体に比べ劣っている。その結果、現像もしくは転写部分での静電潜像パターンに乱れが生じ(十分なコントラスト電位が保持できない)、解像度低下等の画質低下を生じやすくなる問題があった。一方、前記LEDやLDの光波長に感度を有する感光体にはOPCが有る。OPCは膜の比誘電率が3〜4とSeTe系感光体と略同等であるため、帯電能および表面電荷保持能に問題は無く、実際に中、低速印刷機の殆どはこのOPCを採用している。しかし、OPCはその表面硬度がビッカース硬度で20以下と低く現像剤や用紙との摩擦により摩耗し易いため、高耐刷性が要求される高速印刷機(特にラインプリンタ)では採用されていないのが実状であった。
通常のOPCは下引き層(UCL),電荷発生層(CGL),電荷輸送層(CTL)の3層構造を有する。OPCでは、この低い耐刷性を補うため最表面に位置するCTLを厚膜化し、摩耗寿命を確保することが検討されている。しかし、CTLを厚くすると、光電効果によりCGLで発生した電荷が表面電荷を打ち消すまでの移動距離が長くなり、移動中の電荷の横方向拡散が生じ易くなる。その結果、静電潜像の解像度低下を招き、画質低下を生じ易くなる。
そこで、近年、単層構造を有するOPCが検討され、一部実用化されている。このOPCは電荷輸送材料中に電荷発生材料を均一に分散させた単層の感光層から成っているため、感光層を厚膜化した際にも、膜中生成電荷の移動距離は変わることがない。そのため静電潜像の解像度を低下させる恐れも少なくなる。この単層型OPCは正極性帯電タイプのものが既に、中、低速印刷機に採用されている。しかし、このOPCは逆極性帯電において光感度が殆ど無く、転写部における逆電荷注入やAC除電器における負帯電(逆帯電)の影響を受けやすく、次回の主帯電における部分的な表面電位低下によるメモリ現象を引き起こしやすい問題があった(例えば、特許文献1参照)。また、この感光体は構造が単層であるため、膜の母材である電荷輸送材中に又は電荷輸送材と電荷発生材との界面中に電荷がトラップされ易いという欠点を有する。特に、印刷速度が300mm/sec以上の高速印刷プロセスで使用した場合、膜中にトラップされた電荷によりメモリ現象等の画質劣化を生じてしまうとの問題があった。
次に、静電印刷装置の構成を説明する。
静電印刷装置は、画像形成部において静電印加と露光方式による画像(静電潜像)が感光ドラム上に形成される。具体的な静電印加方法としては、コロナ放電を利用した帯電方法(スコロトロン帯電もしくはコロトロン帯電併用)により、感光体表面に比較的均一な電荷が保持される。次に、形成すべき画像を露光光源により感光体表面に描く。その際、光が照射された部分の感光体表面は、感光層内の光電効果により生成された電子(または正孔)により打ち消され、露光後の感光体表面には静電潜像が形成される。その後、現像部における静電的なトナー付着により静電潜像を可視像とする。この可視像は、その後の転写部において用紙に転写される。感光体表面に残されたトナーおよび静電潜像は、その後の除電および清掃プロセスにより除去され、感光体は次回印刷のための帯電に備える。
近年、電子写真印刷方式に用いられる感光体材料は、従来のSeTe系やa−Si感光体などの無機感光体から、製造コストに優れるOPC(有機感光体)が主流になりつつある。特に対策性に優れる単層構造のOPCの製品化が成されたことから、高速プリンタへの適用も期待されている。しかし、単層型OPCは、その単層の感光層は電荷発生機能と電荷輸送機能の両方を荷っている反面、機能分離型の感光体に比べ、電荷輸送中のキャリアトラップが生じ易い問題がある。特に、メモリ現象などの画質不良の問題が起こり易くなる。以下、本発明の実施例を正帯電タイプの単層型OPCの場合を例にあげて説明する。
図1は一般的に用いられる画像形成装置の概略図の一例である。図中1は像担持体である直径(φ)262mmの感光体ドラムであり、線速(プロセス速度:V)900mm/secで回転する。該感光体ドラム1の周囲には帯電器2、露光装置3、現像機4、転写器6、AC除電気7、除電光源9、クリーニングブラシ、ブレード、ブロワー等からなるクリーニング装置8、などの画像形成プロセス機器が配設されている。感光体ドラム1は矢線A方向への回転に従い帯電器2により均一に帯電され、その表面電位は約700Vに設定される。感光体ドラム1は静電電荷を表面に帯電された後、露光装置3で印刷すべき画像パターンを感光体ドラム1上に書き込むことで、感光体ドラム1上には該画像パターンが静電潜像で形成される(本実施例では露光装置には波長765nmのLEDを用い、解像度600dpiの画像パターンを作製した)。この静電潜像は現像機4により現像され、トナー像として可視化された後、転写器6にて転写材である用紙11へ転写される。
未定着トナー像を付着した用紙11は、排紙用リトラクタにより図示しない定着装置の方に送られ、該定着装置により、用紙11上のトナー像は永久像として定着される。また、転写器6により転写されずに感光体ドラム1上に残った未転写トナーは、その後のAC除電器7で除電された後クリーニング装置8(本実施例では、クリーニング装置8にはナイロン製のファーブラシを用いた)により感光体ドラム1上から除去される。更に、感光体ドラム1は除電光源9で露光されることで、その表面電荷が除去され、次回の画像形成のための帯電に備えられる。除電光源9の配置は転写器6とAC除電器7との間でも良く、この方がメモリ現象の発生を抑止するためには好ましい。また、除電光源9の光波長λは、感光体の光疲労を考慮するとλ≦780nmであって、通常、書き込み露光光源の光波長λと同程度の光波長に設定される。また、本発明が対象とするプロセス速度300mm/sec以上の高速印刷プロセスでは、除電光源9の光量は書き込み光の4倍以上に設定されるのが一般的である。
特開2002−49256号公報
上記プロセスでは、転写器6によるトナー画像転写にはトナーが有する総電荷量以上の電流印加が必要となり、通常では主帯電において印加される帯電電流の約8割の転写電流が印加される。そのため、感光体ドラム1は転写部で逆帯電(この場合、負帯電)が発生する場合がある。また、その後の除電ではACコロナが用いられ、このACコロナ放電では負帯電コロナが支配的になるため、AC除電部の通過時にも感光体ドラムの逆帯電が進行する。ここで、感光体ドラム1に単層型OPCを使用した場合、その感光層は電荷発生材料と電荷輸送材が混在しており、通常、感光体特性(光感度、帯電性)を確保する為、使用する極性に適するように電子と正孔との移動度に差を付けるのが通常である。そのため逆帯電においての光感度は正常帯電時に比べ非常に小さい(場合によっては逆帯電時の光感度は殆ど無い場合もある)。よって、転写やAC除電で感光体ドラムが逆帯電した場合、その表面電荷を通常のイレーズ条件で除去する事が困難と成り、その残留電荷パターンが次回の帯電に影響を及ぼしメモリ現象を引き起こす原因となる。この残留電荷が充分に除去されない場合の感光体ドラム1の電位推移を図2に示す。図中の主帯電直前の露光部と非露光部との電位差をメモリ電位と呼び、その値が5V以上の場合、その電位差が画質に現れやすくなり、メモリ画像不良を引き起こす。
本発明の目的は,単層構造故に厚膜化が可能で長寿命が期待できる、単層型OPCを高速印刷プロセスに用いても、高い印刷品質を安定して実現することのできる静電印刷装置を提供することに有る。
請求項1の発明は、感光体がポリカーボネイト樹脂を主材とした電荷輸送材を用いた単層構造を有するOPCであり、更に、印刷速度が300mm/sec以上で、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流にAC除電器および清掃機構を配し、その下流に再帯電器および2次除電光源を有する事を特徴とする。
また、請求項2の発明は、感光体がポリカーボネイト樹脂を主材とした電荷輸送材を用いた単層構造を有するOPCであり、更に、印刷速度が300mm/sec以上で、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流に主帯電極性と同極のDCバイアスを印加したAC除電器を配し、清掃機構の下流に2次除電光源を有する事を特徴とする。
本発明の請求項1、2によれば、感光体にポリカーボネイト樹脂を主材とした電荷輸送材を用いた単層構造を有するOPCを、300mm/sec以上のプロセス速度で用いる場合、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流にAC除電器および清掃機構を配し、その下流に再帯電器および2次除電光源を設置するか、若しくは、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流に主帯電極性と同極のDCバイアスを印加したAC除電器を配し、清掃機構の下流に2次除電光源を設置することで、感光体の逆帯電履歴を完全に除去することが可能となり、これが原因となるメモリ現象を防止することが可能となる。
また、請求項3および請求項4によれば、感光体への光疲労を低減でき、請求項5によれば光疲労や磨耗による帯電能低下が生じた感光体においても安定な表面電位を確保することが可能となり、メモリ現象を防止による高画質確保とともに、帯電器の大型化によるコストアップや感光体の寿命低減を防止できる。
以下本発明を、実施例により説明する。
上記の目的を達成するため、本発明は単層構造を有する有機感光体(OPC)を用い、印刷速度が300mm/sec以上の高速印刷プロセスにおいて、その感光体を均一に帯電させ、画像情報に基づき帯電した感光体に光露光を行い感光体表面に静電潜像を形成し、その潜像をトナーにより顕像化する静電印刷装置を対象とし、前記感光体の膜厚が25μm〜80μmの範囲に規制されとともに、印刷プロセスにおいて転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流にAC除電器および清掃機構を配し、その下流に再帯電器および2次除電光源を有することもしくは、転写機構上流に1次除電光源有し、且つ、転写器下流に主帯電極性と同極のDCバイアスを印加したAC除電器を配し、清掃機構の下流に2次除電光源を有することを特徴とする。本発明は、前述のように、感光体の周囲に配設された印写プロセス条件(特に1次除電光源、AC除電器、再帯電器、2次除電光源、帯電器)を単層型OPCに適した条件に設定し、特に転写後の感光体表面電位の安定化を図ることが可能となる。具体的には、露光プロセスで形成された潜像を転写プロセスまでその潜像を乱すことなく保持し、この潜像を除去するための除電プロセスは潜像を完全に除去するとともに感光体へ与える疲労をできる限り小さくすることで、OPCの帯電のばらつきを小さくし、メモリ現象などの印刷不良を防止することにある。
更に、具体的には上記印刷プロセスにおいて、書き込み露光波長λ、1次除電光波長λ、2次除電光波長λの関係をλ≦λ1、λ≦780nmの関係とし、書き込み露光光量W、1次除電光光量W、2次除電光光量Wの関係をW≦W≦Wの関係にし、主帯電機構がコロトロン帯電とスコロトロン帯電の両方を備えた帯電機構であることを特徴としている。
更に、画像形成を行う露光光源(書き込み光源)の波長λと除電光波長λは、感光体の光疲労や画像解像度を考慮すると短波長であることが望ましいが、最近では光源に小型、低コストのLEDやLDが多く採用され、その光波長は600nm以上(600nm〜800nm)の赤色光となる。長波長光(赤色光)は、感光体中への浸透距離が深く、メモリ現象が発生しやすくなるため、除電光の光波長λ1、λは、書き込み光源の光波長λよりも長波長であることが望ましい。但し、照射光の長波長化は感光体疲労を助長させ、特に帯電能低下を招くため、実使用に有効な光波長は780nm以下が望ましい。
また、照射光量も感光体疲労の影響が大きく、帯電能低下や潜像解像度の低下を生じる恐れがある。通常、書き込み露光光量Wは感光体の半減露光量の2〜3倍に設定される。これに対し、除電光量は潜像電荷の完全な除去を目的とするため、半減露光量の5〜10倍に設定される。
本発明では1次除電光源を転写器の上流に設置しており、潜像電荷の完全除去よりも転写性改善による必要転写電流低減を目的としているためその照射光量Wは書き込み露光光量Wの2倍程度の設定で十分となる。また、清掃機構後に設置されている2次除電光源は再帯電器またはDC重畳AC除電器で僅かに帯電させられた感光体表面電荷除去を目的としており、その光量Wは書き込み露光光量Wはと同等もしくは、それ以上の光量設定となる。ここで、この光量Wが過剰に大きくなると感光体の光疲労が次回の帯電に影響を及ぼす結果となる。つまり、書き込み露光光量W、1次除電光光量W、2次除電光光量Wの設定条件はW≦W≦Wが望ましい。
但し、本発明では主帯電器の直前に2次除電光を設置するため、感光体の帯電能の若干の低下は無視できず、その影響は長期間使用したことで感光膜が磨耗し、帯電能が低下した感光体において顕著となる。この帯電能低下に対しては、スコロトロンによるソフト帯電とコロトロン帯電との組み合わせも有効な手段となる。
本発明の実施例を図3に示す。装置において、露光装置3における書き込み露光光源にはInGaAlP/GaAs系の半導体レーザ(光波長680nm)を使用し、露光光量は0.45μJ/cmに設定した。感光ドラム1はポリカーボネイトを母材としカルバゾールヒドラゾン誘電体を分散させた電荷輸送材中に電荷発生材としてペリレン顔料を分散させた正帯電タイプの単層型OPCであり、感光層の膜厚は25μmである。この感光ドラム1(形状:外径φ262mm×長さL430mm)の回転数は60rpm、印刷速度は約800mm/secである。
本発明による画像形成は、以下のようにして行った。
帯電器2はスコロトロン型帯電器でありコロナワイヤには1.5mAの帯電電流を印加し、コロナワイヤと感光ドラム1間に設置されたグリッドメッシュには+800vの電圧が印加されている。次に、露光光源3により像露光を行い、感光ドラム1の表面に静電潜像を形成する。ここで本実施例では、レーザ露光スポット径は約φ60μm、解像度600dpiの仕様とした。現像機4は現像ロールを3本備えた多段式現像機であり、現像剤は2成分現像剤を用い、トナーは粒径φ11μmのスチレンアクリル系トナーとした。現像バイアス電圧は約500vに設定した。現像機4により顕像化されたトナー像は、1次除電光5により照射除電される。この1次除電光5には光波長680nmのLEDを用い、光量は0.75μJ/cmに設定した。この除電露光によりトナー像が形成されていない非露光部の感光体ドラム1の電位は転写直前で約50vに低下する。その後、転写器6によりトナー画像は用紙11に転写される。その際、転写電流は−0.8mAとした。転写されずに感光体ドラム1上に残留したトナーはその後のAC除電器7(AC周波数:1kHz、印加電圧5kV)で除電され、クリーニング装置8(本実施例では、クリーニングにはファーブラシを用いた)により感光ドラム1の表面はクリーニングされる。クリーニング後の感光体ドラム1の電位は露光部(トナー像が存在していた部分)が−20v、非露光部が−10vであった。その後、コロナワイヤに1mAの帯電電流を印加した再帯電器9で感光体ドラム1は正極正に帯電され、露光部が約170v、非露光部が約150vに帯電された後、2次除電光源(光波長680nmのLED、光量0.5μJ/cm)により表面電荷は除電され、感光体ドラム1の電位は露光部:80v、非露光部:78vとなった。12〜19は夫々表面電位センサである。センサ12は露光直後(A)、センサ13は現像直後(B)、センサ14は1次除電光源直後(C)、センサ15は転写直後(D)、センサ16はAC除電直後(E)、センサ17はクリーニング装置直後(F)、センサ18は再帯電器直後(G)、センサ19は2次除電光源直後(H)に設置されており。各電位センサで計測された感光体ドラム1の電位プロファイルを図4に示す。
以上の条件で、約5000頁の印刷試験を行った結果、印刷サンプルは、ベタ濃度が1.35、カブリが0.4%、解像度600dpi相当の高精細な画質が得られ、メモリ現象などの画質不良も確認されなかった。また、長期にわたりこれを維持でき、約300万頁の印刷においても実用的な画質が得られた。
実施例2で用いたプロセス配置を図5に示す。書き込み露光光源には赤色LED(波長720nm)を使用し、露光光量は0.45μJ/cmに設定した。感光ドラム1はポリカーボネイトを母材としカルバゾールヒドラゾン誘電体を分散させた電荷輸送材中に電荷発生材としてペリレン顔料を分散させた正帯電タイプの単層型OPCであり、感光層の膜厚は55μmである。この感光ドラム1(形状:外径φ262mm×長さL430mm)の回転数は60rpmで、印刷速度は約800mm/secであり、帯電器2と露光光源3間のプロセス時間は70msecである。
本実施例による画像形成は、以下のようにして行った。
帯電器2はスコロトロン型帯電器でありコロナワイヤには1.5mAの帯電電流を印加し、コロナワイヤと感光ドラム1間に設置されたグリッドメッシュには+800vの電圧が印加されている。次に、露光光源3により像露光を行い、感光ドラム1の表面に静電潜像を形成する。露光光源のスポット径は約φ60μm、解像度600dpiの仕様とした。現像ならびに1次除電光源(光量は0.75μJ/cm)、転写の条件は実施例1と同様とした。転写後のAC除電器7には、周波数:1kHz、印加電圧5kVのAC成分に+1500VのDC成分を重畳し、残留トナーの除電と共に感光体ドラム1の正極性帯電を行った。その結果、AC除電器7後のドラム電位は露光部(トナー像が存在していた部分)が90v、非露光部が60vであった。その後、実施例1と同様のクリーニングと2次除電光源(光量は0.5μJ/cm)による除電を行った結果、感光体ドラム1の電位は露光部:45v、非露光部:40vとなり、この条件で、約5000頁の印刷試験を行った結果、実施例1と同様にメモリ現象が生じない高精細な画質が得られた。また、長期にわたりこれを維持でき、約300万頁の印刷においても実用的な画質が得られた。
一般的な静電記録装置の構成を示す図である。 一般的な静電記録装置のプロセス時間と感光体の関係を示す図である。 本発明の静電記録装置の構成を示す図である。(実施例1) 本発明の静電記録装置のプロセス時間と感光体の関係を示す図である。(実施例1) 本発明の静電記録装置の構成を示す図である。(実施例2) 本発明の静電記録装置のプロセス時間と感光体の関係を示す図である。(実施例2)
符号の説明
1:感光体ドラム
2:コロナ帯電器
3:書き込み露光光源
4:現像機
5:1次除電光源
6:転写器
7:AC除電器
8:クリーニング装置
9:再帯電器
10:2次除電光源
11:用紙
12〜19:電位センサ

Claims (6)

  1. 有機光導電体を母材とした単層構造の感光体を用い、該感光体をコロナ帯電方法にて帯電させ、画像情報に基づいた静電潜像を形成し、その潜像をトナーにより顕像化する静電印刷装置において、前記感光体がポリカーボネイト樹脂を主材とした電荷輸送材を用いた単層構造を有するOPCであり、更に、印刷速度が300mm/sec以上で、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流にAC除電器および清掃機構を配し、その下流に再帯電器および2次除電光源を有することを特徴とする静電印刷装置。
  2. 有機光導電体を母材とした単層構造の感光体を用い、該感光体をコロナ帯電方法にて帯電させ、画像情報に基づいた静電潜像を形成し、その潜像をトナーにより顕像化する静電印刷装置において、前記感光体がポリカーボネイト樹脂を主材とした電荷輸送材を用いた単層構造を有するOPCであり、更に、印刷速度が300mm/sec以上で、転写機構上流に1次除電光源を有し且つ、転写器下流に主帯電極性と同極のDCバイアスを印加したAC除電器を配し、清掃機構の下流に2次除電光源を有することを特徴とする静電印刷装置。
  3. 書き込み露光波長λ、1次除電光波長λ、2次除電光波長λの関係がλ≦λ1、λ≦780nmの関係に有ることを特徴とする請求項1および請求項2記載の静電印刷装置。
  4. 書き込み露光光量W、1次除電光光量W、2次除電光光量Wの関係がW≦W≦Wの関係に有ることを特徴とする請求項1および請求項2記載の静電印刷装置。
  5. 主帯電機構がコロトロン帯電とスコロトロン帯電の両方を備えた帯電機構であることを特徴とする請求項1および請求項2記載の静電印刷装置。
  6. 前記感光体の膜厚が25μm〜90μmの範囲に規制されていることを特徴とする請求項1および請求項2記載の静電印刷装置。
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