JP2007206188A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像形成装置の撮像装置の帯電ローラのVppを変曲点に近づけてドラムへのトナー付着を防止すること。
【解決手段】感光体ドラム1の周囲に表面粗さRz≧5μm以上の帯電ローラ2が画像形成部に配設され、帯電ローラ2を感光体ドラム2に接触させて使用する画像形成装置において、帯電ローラ2の駆動時間を検知し、駆動時間に応じて所定の電圧を増減させるようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子写真システムを用いたプリンタ等の画像形成部にある帯電ローラの電圧を制御する画像形成装置に関する。
近年、電子写真方式を用いた画像形成装置の帯電機構として低オゾンの特徴を持つ帯電ローラ方式が広く採用され、特に画質を重視する場合は帯電バイアスとしてDC(直流)、AC(交流)の重畳バイアスを印加することが多い。これは、ACバイアスを印加することによって帯電均一効果が得られ、ミクロな視野での帯電ムラが大幅に良化するからである。
図3は、Vpp−V0線図を示し、縦軸V0が感光体ドラムのDC電圧における表面電圧であり、Vppは感光体ドラムに印加するAC電圧である。そして、10℃湿度20%(実線x)、23℃湿度50%(長い点線y)、32℃湿度80%(短い点線z)における状態での変曲点を示している。各線の折れた部分が変曲点P(Z線のみ示す)である。
ACバイアスを印加する場合、ドラムの表面電位をV0とし、Vpp−V0特性の変曲点以上のVppにAC電圧を設定する必要がある。変曲点以上のVppを印加するとV0はほとんど一定となり、安定した帯電状態が得られる。
特開平10−221931 特開2000−338751
ところでVpp−V0特性は、特に帯電ローラにイオン導電ゴムを使用した場合には、環境によって大きく変化する。具体的にはV0が飽和するVppは高温高湿ほど低く、低温低湿ほど高くなる。また、Vpp設定値はVpp−V0特性の変曲点以上であればいくらでも良いわけではなく、過剰なVppはドラム表面の劣化を招く。OPC感光体を使用した場合は、感光体ドラムの膜削れの促進、a−Si感光体を使用した場合は感光体ドラムへのトナー付着が促進されるといった不具合が発生する。このため、Vppを最適値に設定するべく、上述の特許文献1や特許文献2のように使用環境に応じてACバイアスの設定を変化させる方法が提案されている。
なお、特許文献1の技術は、画像形成装置の温度情報と湿度情報に基づいて帯電ローラの感光体への帯電条件が適正になるよう制御するものであり、特許文献2の技術は、温度情報に基づいて、温度に応じて帯電ローラに印加する交流成分のVppを可変させるものである。
しかしながら、あらゆる使用状況において最適Vppに設定することは非常に難しく、特に表面粗さRz≧5μmの帯電ローラとa−Si感光体を使用したシステムにおいては最適Vppというものが存在しないことが明らかになった。まず、表面粗さRz≧5μmの帯電ローラでは、Vpp−V0特性の変曲点のVpp設定では表面粗さに起因する放電ムラをキャンセルすることができず、少なくとも変曲点より100V以上高いVppを印加しなくてはいけないことが判明した。ところが、変曲点より100V以上高いVppに設定して連続プリントを行った場合、感光体ドラムへのトナー付着が問題となった。感光体ドラムへのトナー付着を防ぐためにはVppを変曲点に設定することが必要であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、Vppを変曲点に近づけて感光体へのトナー付着を防止することを目的とする。
上記課題を解決するために、発明者は、帯電ローラに一定時間の通電を行った場合は、Vpp−V0特性の変曲点にVppを設定しても放電ムラをキャンセルできることを見出した。これは帯電ローラ構成材料の運動性が通電により活性化することで、表面粗さの影響を受けにくくなったものと発明者は推察している。
詳しくは、電源ON直後などの帯電ローラがある一定時間以上無通電状態が続いた場合のVpp設定は、Vpp−V0特性の変曲点より100V以上高くすることとし、電源ON後ある程度のプリント動作を繰り返した後は、電源ONからのプリント枚数もしくは帯電ローラ駆動時間に応じて所定の電圧を減じたVppを出力する。この時のVppはVpp−VO特性の変曲点から変曲点+100Vの範囲内にあり、最終的に変曲点に到達する。この補正は、一定時間のプリントがない状態が続いた場合リセットされる。
すなわち、本発明の画像形成装置は、上記目的を達成するために、AC電圧のVpp及び表面電位V0とするDC電圧が印加される感光体と、表面粗さRzが5μm以上の帯電ローラとが装置本体に設けられ、前記帯電ローラを前記感光体に接触させて使用する画像形成装置において、前記帯電ローラの駆動時間に関する駆動状態を検知し又はプリント部におけるプリント枚数に関するプリント状態を検知する制御部を設けるともに、該制御部が前記駆動状態に応じて又は前記プリント状態に応じて前記感光体に印加するVppを増減させる電圧調整手段を備えている。ここで、帯電ローラの駆動状態については、帯電ローラの連続駆動時間やこれと合わせて間欠駆動時間を考慮することができる。また、プリント状態については、連続プリント時間や間欠プリント時間を考慮することができる。
上記画像形成装置は、前記制御部は前記装置本体の電源ON時にかつ定着部に配設された定着部温度から外気温度を差し引いた温度が一定値以下の状態で、前記感光体ドラムに印加するVppと前記感光体ドラムの表面電位V0とするDC電圧からなるVpp−V0特性の変曲点におけるVppより100V以上高い値を前記電圧調整手段によって出力させ、かつ前記制御部は前記帯電ローラの駆動状態又はプリント状態の条件を初期状態にリセットすることができる。
また、上記画像形成装置は、前記制御部は、前回プリント出力時より、所定時間以上経過している状態で、前記Vpp−V0特性の変曲点におけるVppより100V以上高い値を前記電圧調整手段によって出力させ、かつ前記制御部は前記帯電ローラの駆動状態又は前記プリント状態の条件を初期状態にリセットすることができる。
さらに、上記画像形成装置は、前記制御部が前記装置本体の電源ON時にかつ前記定着部温度から外気温度を差し引いた温度が一定値以上の状態で、前回プリント時のプリント状態の条件をそのまま維持させることができる。
さらにまた、上記画像形成装置は、前記電圧調整手段の電圧調整量は、前記Vpp−V0特性の変曲点におけるVppを越えた100Vの範囲内とした。
本発明の画像形成装置は、感光体の周囲に表面粗さRzが5μm以上の帯電ローラが画像形成部に配設され、帯電ローラを感光体に接触させて使用する画像形成装置において、前記帯電ローラの駆動状態を検知し該駆動状態に応じて、又はプリント状態を検知し該プリント状態に応じて所定の電圧を増減させた電圧調整手段を備えたので、初期画像でグレームラを防止することができ、プリント枚数が多数になったときに、感光体へのトナー付着を防止することができ、プリント枚数が多数になったときに、発生する画像への白点を防止できるようになった。
上記画像形成装置は、前記画像形成部を備えた装置本体の電源ON時かつ前記画像形成部に配設した定着部温度から外気温度を引いた温度が一定値以下で、Vpp−V0特性の変曲点より100V以上高い値を出力したので、画像形成装置を長時間使用しなかった場合に、電源ON時におけるプリント印刷を安定させることができる。前記帯電ローラの駆動状態又はプリント状態の条件を初期状態にリセットするようにしたので、長時間使用されていないときに、前回Vpp電圧が低い状態で使用された場合の条件でプリントされることがない。
上記画像形成装置は、前記画像形成部の前回プリント出力時より、所定設定時間以上経過している状態で、Vpp−V0特性の変曲点より100V以上高い値を出力するようにしたので、画像形成装置を長時間使用しなかった場合に、電源ON時におけるプリント印刷を安定させることができる。前記帯電ローラの駆動状態又はプリント状態の条件を初期状態にリセットするようにした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。
上記画像成形装置は、前記画像形成部の前回プリント出力時より、所定設定時間以上経過している状態で、Vpp−V0特性の変曲点より100V以上高い値を出力したので、画像形成装置の電源がON状態であり、画像形成部が長時間休止状態にあるときに、プリントを安定させることができる。前記帯電ローラの駆動状態又はプリント状態の条件を初期状態にリセットするようにしたので、長時間使用されていないときに、前回Vpp電圧が低い状態で使用された場合の条件でプリントされることがない。
上記画像形成装置は、前記画像形成部を備えた装置本体の電源ON時かつ前記画像形成部に配設した定着部温度から外気温度を差し引いた温度が一定値以上で、前回プリント時のプリント状態の条件をそのまま維持させるようにしたので、使用者が使用状態にあった画像形成装置をOFFした後、直ぐにONしても、前回プリント時にVpp電圧が低く設定されていたような場合に、前回プリント時のデータが削除されることなく、そのままデータを続行することができる。
上記画像成形装置は、前記電圧調整手段の電圧調整量のVppは、Vpp−V0特性の変曲点を越えた100Vの範囲内にあるようにしたので、感光体へのトナー付着を防止できる。
このように、本発明によれば、Vpp設定領域が非常に狭い場合においても最適Vppに設定することが可能となり、グレームラやドラムへのトナー付着による画像白抜けといった画像不具合を発生させることなくあらゆる使用環境においても良好な画像を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態の画像形成装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置の装置本体の一部である画像形成部の概略構成図である。装置本体には、シリンダ状の感光体ドラム1がその軸を水平方向へ向けて配設され、図示しない駆動手段によって、矢印aに示す方向へ回転する。本実施の形態では、感光体ドラム1はφ30mmのa−Siドラムを使用している。
感光体ドラム1の周囲には、感光体ドラム1の表面を帯電する帯電ローラ2が設けられ、帯電ローラ2には、帯電バイアスとして電源11から直流バイアスと交流バイアスの重畳バイアスが印加されている。帯電ローラ2の軸は、感光体ドラム1の回転軸と平行になるように配設され、帯電ローラ2の表面は、粗さRz=10μmのエピクロルヒドリンゴムを使用している。感光体ドラム1の周囲には、感光体ドラム1の回転方向aに対して、帯電ローラ2の下流側には、露光装置3と現像装置4が配設され、現像装置4のさらに下流側には、転写ローラ5が搬送ベルト7を介在させて配設されている。
これらのうち、露光装置3は、レーザ光Lによる光書き込みを行って、感光体ドラム1上に静電潜像を形成し、現像装置4は、感光体ドラム1上の静電潜像をトナーで現像する現像ローラ8を備えている。転写ローラ5は、現像ローラ8により現像されて形成されたトナー像を記録材としての転写紙(シート)に転写する。搬送ベルト7は、感光体ドラム1と転写ローラ5との各々の外周部間に、転写紙を搬送することができる。
感光体ドラム1の回転方向に対して下流側には、転写後の感光体ドラム1の表面をクリーニングするクリーニング装置6が配設されている。
装置本体には、装置本体内部の定着部に配設され温度を検知する定着サーミスタ12及び湿度検知器13が配設され、装置本体のケーシング表面には、室温を検知する外気サーミスタ14が配設され、画像形成装置の制御部10に出力することができる。また、装置本体には、プリントが行われるとプリント数を検知する印字枚数カウンタ15が配設され、そのプリント枚数を制御部10に出力するように構成している。
このような構成により装置本体は、電源11からの電圧を帯電ローラ2に印加し感光体ドラム1の表面を帯電し、露光装置3によって図示しない画像情報に基づくレーザ光によって、感光体ドラム1の表面に静電潜像を形成する。感光体ドラム1上の静電潜像は、現像ローラ8により現像され、感光体ドラム1上にはトナー像が形成される。
トナー像は、感光体ドラム1と転写器6との対向領域であるニップ部において、搬送ベルト7によって搬送された転写紙5上に転写される。転写紙5に転写されたトナー像は、搬送ベルト7の下流側にある図示しない定着ローラ及び加圧ローラによって転写紙5上に定着される。
転写時に上記感光体ドラム1上に残留した転写残トナーは、クリーニング装置6により除去される。
次に、本実施の形態の画像成形装置の作用について、図2の制御フローを参照して説明する。
本実施の形態では、画像形成部の稼働時間を主としてプリント枚数で判断し、温度、湿度を考慮して、Vpp電圧を加えるようにしている。
先ず、装置本体が、例えば、電源をOFFして翌日使用するような長時間、使用されていなかった状態から説明する。制御フロー図のステップAに示すように、装置本体の電源をONする。装置本体は、電源がONすると、ステップBにシフトし制御部10から印字枚数カウンタ15の読み込みを制御部10で行う。したがって、制御部10には常にバックアップ電源を接続しておく必要がある。次いで、制御部10によって、ステップCに示すようにプリント指示がなされる。このプリント指示は、画像形成装置に備えられたプリントボタンを押す行為である。ステップDでは、定着サーミスタ12と外気サーミスタ14によって、装置本体の内外の温度差を検出する。装置本体が長時間、電源をOFFしていた状態では、装置本体の内外の温度差がないので、通常はその温度差が40℃以内である。したがってこの状態では、制御フロー図のステップEにシフトし、制御部10において、印字枚数カウンタ15をリセットし、ステップFに示すようにVpp補正をせずに、ステップGにてプリント出力を行う。
そして、ステップHに示すように、印字枚数カウンタ15でプリント枚数を1枚加算した後、ステップIへシフトする。ここで、プリントをそのまま実行する場合は、ステップKへシフトし、プリントを停止する場合は、画像形成装置はステップCのプリント指示があるまで、画像形成装置はプリント待機状態になる。
その一方、連続プリントが行われるような場合は、定着サーミスタ12と外気サーミスタ14の温度差が40℃を越える状態となり、ステップDからステップJにシフトされる。ここで、プリント枚数が500枚を越えない場合は、ステップK,F,G,I,Kとシフトし、連続プリントが実行される。印字枚数カウンタ15の印字枚数が500枚を越えると、ステップKからステップLにシフトして、それ以降はステップYに示すように制御部10の指令によってVpp出力を表1の環境テーブルにより決定されVpp出力を50V減じ、このまま減圧した状態を維持して印刷する。
さらに1000枚を越えて連続プリントすると、ステップLからステップPにシフトして、それ以降はステップPに示すように制御部10の指令によってVpp出力を表1の環境テーブルにより決定されたVppから100V減じ、このまま減圧した状態を維持して印刷する。このVpp補正により、グレームラもランニングに伴うトナー付着も発生しない。
なお、プリント枚数が1000枚(例えば1500枚以上)を越えて、なおかつ連続運転する場合は、この100Vを減じたVpp出力の減圧状態を維持し続ける。
Figure 2007206188
具体的には、プリント出力時は、表1の環境Tableにのっとり使用環境が25℃、50%の場合は、Vpp1.1kVを出力する。これは、図3のVpp−V0特性の変曲点より100V高い値である。
装置本体がONされたままで、定着サーミスタ12と外気サーミスタ14の温度差が40℃を越える場合で、3時間以上経過した状態で、ステップCに示すプリント指示があったとき、ステップC、D、J、Eとシフトし、制御部10が印字枚数カウンタ15の枚数をリセットする。したがって、印字枚数カウンタ15のプリント枚数が500を越えているような場合でも、前回のデータがリセットされ、枚数カウントが0となる。そして、次に、ステップFへ進み表1の環境Tableに示した値とし補正値なしとする。
前回プリント出力時より3時間以上経過した場合、プリント枚数カウントおよびVpp補正をリセットするのは、一定時間以上無通電状態が続くと、再びVpp−V0特性の変曲点+100VのVppが必要となり、初期状態にする必要があるからである。
なお、この3時間の間隔については、例示であって、画像形成装置の特性によって、帯電ローラの稼働時間と稼働間欠時間に応じて、又はプリント枚数とプリント間欠時間に応じて、個々の画像形成装置に応じた的確な制御をすることができる。
次に、装置本体の電源をONから瞬間的にOFFした状態では、ステップA,B,Cとシフトし、ステップDでは装置本体の定着サーミスタ12と外気サーミスタ14の温度が大きく40℃以上になっているので、ステップDからステップJの順にシフトし、印字枚数カウンタ15の枚数をリセットすることなく、前回印刷時点におけるステップBにて前回プリント枚数のプリントデータを入力する。例えば、印刷枚数が500枚以下の場合は、ステップK、Fで示す指令を制御部10が実行して、表1の環境Tableに示した値を適用し補正値なしとする。また、前回プリント枚数が500枚を越えて1000枚以下の場合は、ステップK、L、Mの順にシフトし、前回印刷時点のプリント条件と同じように、Vpp−50Vの補正を行う。同様に前回プリント枚数が1000枚を越えていた場合は、ステップK、L、Pの順にシフトし、Vpp−50Vの補正を行う。
このように、電源ON時かつ定着サーミスタ温度−外気サーミスタ温度≦40℃の場合としているのは、なんらかのマシントラブルによりごく短時間で電源OFF/ONされた場合にVpp補正がリセットされるのを防ぐためである。
なお、ステップK、Lでは、プリント枚数を500枚毎に区切って、Vppを制御したが、この500枚の間隔については、例示であって、例えば、100枚毎にVppを減じるようにしてもよい。
なお、ステップQは、印字枚数カウンタ15とは別途、画像形成装置に配設されているVpp補正とは直接関係のない印字枚数カウンタ(図示せず)であって、各プリントジョブ時における印字枚数カウンタである。
Figure 2007206188
表2に、本実施の形態による制御を行った場合と、比較例としてVpp設定を1.0kV、1.1kVに固定した場合の評価結果を示す。印刷環境は、23℃で湿度50%で印刷を行った。本実施の形態では、初期画像と1000枚ランニング(印刷)した状態のいずれも画像は良好であった。比較例としてのVpp1.0kV固定では、1000枚ランニング後の画像は良好であったが、初期画像でグレームラがあった。同様に、比較例としてVpp1.1kV固定では、初期画像は良好であったが、1000枚ランニング後の画像に白点が発生した。
このように、本実施の形態では、帯電ローラにACバイアスを印加して使用する場合、Vpp出力が足りないとグレームラが発生し、Vppが過剰であるとドラム表面μアップによるドラム表面へのトナー付着が発生するため、最適なVpp出力設定をするようにした。
そして、装置本体の電源ON直後などに帯電ローラがある一定時間以上無通電状態が続いた場合に、Vpp設定はVpp−V0特性の変曲点より100V以上高くすることとし、電源ON後ある程度のプリント動作を繰り返した後は、電源ONからのプリント枚数に応じて所定の電圧を減じたVppを出力する。この補正は一定時間プリントなし状態が続いた場合リセットされる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的思想に基づいて、勿論、本発明は種々の変形又は変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、電源ON時かつ定着サーミスタ温度−外気サーミスタ温度≦40℃の場合、もしくは前回プリント出力時より3時間以上経過している場合のプリント出力時は、表1の出力Tableにのっとり使用環境を考慮してVppを出力したが、これに代えて画像出力前のエージング時間中にVppを変化させながらバイアス印加し、その時のDC電流を検出することで飽和点を探し、その飽和点に100Vを足したVppを出力することとしても良い。この状態から500枚プリントするとそれ以降は、Vpp出力を50V減じ、1000枚を越えるとさらに50V減じるようにしてもよい。
例えば、帯電ローラの駆動時間について、前記画像形成部におけるプリント枚数をカウントし、そのカウントに応じて、前記帯電ローラの駆動時間を検知し、所定の電圧を減じたVppを出力してもよい。さらには、帯電ローラの稼働時間については、感光体ドラムの稼働時間等を参照にして、帯電ローラの稼働時間を定めてもよい。
本発明の実施の形態の画像形成装置における画像形成部の概略側面図である。 本発明の画像形成装置の作用を説明するためのフロー制御図である。 画像形成装置の感光体ドラムのVpp−V0特性の線図である。
符号の説明
1 感光体ドラム
2 帯電ローラ
3 露光装置
4 現像装置
5 転写ローラ
7 搬送ベルト
8 現像ローラ
10 制御部
11 電源
12 定着サーミスタ
13 湿度検知機
14 外気サーミスタ
15 印字枚数カウンタ

Claims (5)

  1. AC電圧のVpp及び表面電位V0とするDC電圧が印加される感光体と、表面粗さRzが5μm以上の帯電ローラとが装置本体に設けられ、前記帯電ローラを前記感光体に接触させて使用する画像形成装置において、
    前記帯電ローラの駆動時間に関する駆動状態を検知し又はプリント部におけるプリント枚数に関するプリント状態を検知する制御部を設けるともに、該制御部が前記駆動状態に応じて又は前記プリント状態に応じて前記感光体に印加するVppを増減させる電圧調整手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記制御部は前記装置本体の電源ON時にかつ定着部温度から外気温度を差し引いた温度が一定値以下の状態で、前記感光体ドラムに印加するVppと前記感光体ドラムの表面電位V0とするDC電圧からなるVpp−V0特性の変曲点におけるVppより100V以上高い値を前記電圧調整手段によって出力させ、
    かつ前記制御部は前記帯電ローラの駆動状態又はプリント状態の条件を初期状態にリセットするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記制御部は、前回プリント出力時より、所定時間以上経過している状態で、前記Vpp−V0特性の変曲点におけるVppより100V以上高い値を前記電圧調整手段によって出力させ、
    かつ前記制御部は前記帯電ローラの駆動状態又は前記プリント状態の条件を初期状態にリセットするようにしたことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御部は前記装置本体の電源ON時にかつ前記定着部温度から外気温度を差し引いた温度が一定値以上の状態で、
    前回プリント時のプリント状態の条件をそのまま維持させるようにした請求項1に記載の画像形成装置。
  5. 前記電圧調整手段の電圧調整量は、前記Vpp−V0特性の変曲点におけるVppを越えた100Vの範囲内にあることを特徴とする請求項2〜4に記載の画像形成装置。
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