JP2020008686A - 画像形成装置 - Google Patents
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図1および図2は、本発明にかかる第1実施形態としての画像形成装置100の概略構成を示す図である。図1は画像形成時の概略構成図で、図2は動作停止時の概略構成図を示す。動作が開始されると像担持体としての感光ドラム1は、不図示の感光ドラム駆動モータにて図1、図2中矢印Ra方向に回転駆動される。感光ドラム1の回転駆動速度は200mm/secとした。感光ドラム1は、アルミニウム等からなる導電性の芯金上に、電荷発生層を形成し、その上層に電荷輸送層を形成した、所謂有機感光体である。電荷輸送層の厚みは24μmとした。感光ドラム1の表面を帯電する帯電部材としての帯電ローラ2には、帯電電圧印加手段である帯電電圧電源30から所定のタイミングで負電圧が印加され、感光ドラム1の表面上は一様に帯電処理されて、暗部電位Vdが形成される。帯電ローラ2の帯電幅は228mmとした。その後、露光装置としてのレーザ露光ユニット3により帯電された感光ドラム1を露光する。画像データに応じて、レーザビームを用いて感光ドラム1にその主走査方向(感光ドラム1の回転軸線方向)に露光を繰り返しつつ、副走査方向(感光ドラム1の回転方向)にも露光を行うことで静電潜像を形成する。静電潜像を形成した画像形成部は明部電位Vlとなる。現像手段である現像カートリッジ20には、現像部材として現像ローラ41が回転可能に支持されている。図1のように、画像形成時には現像ローラ41が感光ドラム1と接触し、露光手段であるレーザ露光ユニット3によって画像部露光を行う。現像容器4内のトナーを現像ローラ41に担持させ、現像ローラ41に現像電圧印加手段である現像電圧電源40から現像電圧が印加されることで、感光ドラム1の表面上に形成された静電潜像に対して現像を行う。感光ドラム1上に可視化されたトナー像は、さらに転写ローラ5と感光ドラム1の転写部(転写ニップ部)に送られ、タイミングを合わせて搬送されてくる記録材P上に転写される。転写ローラ5には転写電圧印加手段である転写電圧電源140により転写電圧が印加されている。その後、トナー像が転写された記録材Pは定着装置7に送られる。定着装置7において、記録材Pには熱及び圧力が加えられ、転写されたトナー像は記録材Pに定着される。
次に、本実施例の現像カートリッジ20について説明する。現像カートリッジ20において、現像ローラ41及びトナー供給ローラ42が回転可能に現像容器4に支持されている。トナー供給ローラ42は、現像ローラ41の外周面と接触するように配置されている。トナー供給ローラ42によって現像ローラ41にトナーが供給され、現像ローラ41の表面上にトナーを担持する。現像ローラ41とトナー供給ローラ42の回転方向は、図1、図2中の矢印Rb、Rcに示されるように同一方向(接触部分の周面では逆方向)である。現像ローラ41は、金属芯金の周囲に所定の体積抵抗を持つ導電性弾性ゴム層を設けたものである。トナー供給ローラ42は、金属芯金の周囲に発泡ウレタン層を設けたものである。この発泡ウレタン層の表層では発泡セルが開口されており、トナーを保持・搬送し易くなっている。
感光ドラム1と現像ローラ41と、に上述のような回転速度差があると、その現像当接部(現像部)において、感光ドラム1の表面に形成されていた電荷が現像ローラ41に移動することがある。本実施例の構成における非画像形成部の感光ドラム1の表面電位である暗部電位Vdは、現像電圧Vdcよりも絶対値で大きく設定されており、回転しながら現像ローラ41が感光ドラム1の表面に当接することで暗部電位Vdが低下する。これは、感光ドラム1の表面と現像ローラ41の表面と、が回転速度差をもって摺擦されると、帯電により感光ドラム1上に形成されていた電荷が、電気的に移動しやすい現像ローラ41へ移動するためである。電荷の移動は、暗部電位Vdと現像電圧Vdcとの電位差が大きいほど感光ドラム1の表面から現像ローラ41へ流れる電荷が多くなるため活発になる。また、現像ローラ41と感光ドラム1の回転速度差が大きいほど、同様に電荷の移動が多くなるため、暗部電位Vdの低下は大きくなる。本実施例では、暗部電位Vdは−560V、現像電圧Vdcは−360Vに設定されている。ここで、本実施の形態での現像電圧Vdcは、アース電位との電位差として表現される。したがって、現像電圧Vdc=−360Vは、アース電位(0V)に対して、現像ローラ41の芯金に印加された現像電圧によって、−360Vの電位差を有したと解釈される。これは、帯電電圧や転写電圧も同様であり、帯電電圧は−1100V、転写電圧は画像形成時に+600V、カートリッジ装着有無検知時には−1100Vに設定されており、アース電位に対してそれぞれ電位差を有している。上記の状態で現像当接を行うと、感光ドラム1の表面が現像部を通過することによって、暗部電位Vdは−537Vに低下する。つまり、23V分、感光ドラム1の表面電位が低下する。この感光ドラム1の表面電位の低下によって、現像部で電荷の授受が行われる事により、電流が発生する。図4に、感光ドラム1の表面電位の低下量とその時に検知される電流値の関係を示す。感光ドラム1の表面電位低下量が大きいほど流れる電流も大きくなる。例えば、本実施例の構成のように感光ドラム1の表面電位が23V低下すると、図5に示した検知手段である現像電流検知手段17によって現像電流として1.16μAが検知される。感光ドラム1の表面電位の低下に関しては、後に詳細に説明する。この電流を、現像電流検知手段17によって検知する事で、現像部において現像ローラ41が感光ドラム1に当接していると判断することが出来る。図5は、現像ローラ41と感光ドラム1の現像部と電流検知回路を示した図である。現像ローラ41以外の現像容器4が備えるその他の部材に関しては記載していない。現像ローラ41を感光ドラム1に当接させて回転させた時に、感光ドラム1から現像ローラ41に流れ込む電流を、現像ローラ41に対して直接配置された現像電流検知手段17にて検知することが出来る。これによって、現像ローラ41当接時に電流が流れるか否かを検知することで、後述するカートリッジの装着有無を判別することが出来る。
次に、感光ドラム1の表面電位が現像ローラ41の当接によって低下する影響について説明する。図6に、感光ドラム1の回転速度と現像ローラ41の回転速度の回転速度差に対する感光ドラム1の表面電位低下量を示す。図6の横軸は、感光ドラム1と現像ローラ41との回転速度差を示す回転速度比であり、例えば、回転速度比が200%では、現像ローラ41の回転速度は感光ドラム1の回転速度に対して2倍の回転速度で回転していることを示している。図6の縦軸は、感光ドラム1の表面が現像ローラ41と形成する現像部を通過する前後で表面電位を測定した時の表面電位の電位差である、感光ドラム1の表面電位低下量を示している。図6から分かるように、感光ドラム1と現像ローラ41の回転速度差が大きいと、感光ドラム1の表面電位低下量が大きくなる。感光ドラム1の表面電位の低下が生じるのは現像ローラ41への電荷の移動によるためである。回転速度差が大きいと、感光ドラム1の表面と現像ローラ41の表面との実質の接触面積が大きくなるため、感光ドラム1の表面から現像ローラ41へ電荷が移動する機会が増える。この結果は、電流を検知する際には、感光ドラム1と現像ローラ41の回転速度差を大きくすることで電流値が大きくなることにより、検知精度が高まることを意味している。したがって、後述するカートリッジの検知方法を実行する際には、感光ドラム1と現像ローラ41の回転速度差をなるべく大きくして行うことが望ましい。具体的には、感光ドラム1と現像ローラ41の回転速度差を、画像形成時よりカートリッジ装着有無判断時の方が大きくするとより精度が高まる。本実施例では、画像形成時の感光ドラム1と現像ローラ41の回転速度比は170%であるため、カートリッジ装着有無判断時の回転速度比は170%より大きくすることが好ましい。この時、画像形成時に比べてカートリッジ装着有無判断時の現像ローラ41の回転速度を大きくしても、感光ドラム1の回転速度を小さくしてもよい。しかし、回転速度差を大きくしすぎると、感光ドラム1の表面電位低下量が大きすぎて感光ドラム1の表面電位と現像ローラ41に印加される現像電圧の電位差であるバックコントラストが小さくなる。すると、感光ドラム1の表面の暗部電位Vdに対してトナーが現像してしまうかぶりが発生してしまう事がある。よって、回転速度差はそれらを鑑みて適宜設定すればよい。
現像ローラ41に流れる電流を検知し、装置本体100に対してドラムカートリッジ10と現像カートリッジ20の装着状態を判別する過程を以下に説明する。図8は、画像形成装置100に備えられた制御部202により実行される、画像形成装置100に対するカートリッジ装着有無検知方法について説明するためのフローチャートである。
実施例1に記載の通り、感光ドラム1と現像ローラ41と、に回転速度差があり、電位差があると、現像部において、感光ドラム1の表面に形成されていた電荷が現像ローラ41に移動する。そのため、感光ドラム1の表面電位である暗部電位Vdが低下する。したがって、現像ローラ41の当接有無によって、感光ドラム1上の表面電位が異なることを意味する。ここで、感光ドラム1の表面電位が異なると、帯電によって生じる電流の電流値が異なることとなる。この電流を、図5に示した配置図に準じた帯電ローラ2に接続した帯電電流検知手段によって検知する事で、現像部において現像ローラ41が感光ドラム1に当接していることを判断することが出来る。すなわち、本方法を利用して、後述するドラムカートリッジ10と現像カートリッジ20の装着有無を個別に判別することが出来る。
帯電ローラ2に流れる電流を検知し、ドラムカートリッジ10と現像カートリッジ20との装着状態を個別に判別する過程を以下に説明する。図11は、画像形成装置100に備えられた制御部202により実行される、画像形成装置100に対するそれぞれのカートリッジ装着有無検知方法について説明するためのフローチャートである。
実施例1においては、ドラムカートリッジ10と現像カートリッジ20の装着有無検知を帯電電流の検知により行った。しかし、感光ドラム1の電位変化による電流検知は、帯電電流以外で行っても同様の結果が得られる。変形例1として、帯電電流の検知に代わり、転写電流の検知を行った場合に関して説明する。転写電流の検知によっても、帯電電流の検知と同様に、ドラムカートリッジ10と現像カートリッジ20の検知を個別に行うことが出来る。転写電流を検知するにあたって、検知手段は図5に示した配置図に準じて転写ローラ5に直接接続する形で配置されている。転写電流を用いたカートリッジ装着有無検知方法については、実施例2に記載した帯電電流を用いた部分を転写電流に置き換えたものとなるため、説明を割愛する。転写電流による検知も帯電電流による検知と同様にして、ドラムカートリッジ10の有無検知と現像カートリッジ20の有無検知を個別に行うことができる。特に、現像カートリッジ20の有無検知では現像カートリッジ20の当接における転写電流の変化を検知することで検知を行うことができる。具体的には、感光ドラム1が装置本体100にあり転写ローラ5に転写電圧を印加させた状態で回転させ、感光ドラム1の表面において現像部を形成する領域が転写部に到達した時に検知手段によって検知された電流値に応じて、現像カートリッジ20の装着状態を判別する。実施例2では帯電ローラ2に帯電電圧を印加させたが、転写ローラ5を用いてカートリッジの有無検知を行う場合、転写ローラ5に転写電圧を印加させれば必ずしも帯電電圧を印加させる必要はない。
図14は、本発明にかかる第3実施形態としての画像形成装置200の概略構成を示す図である。本実施例での画像形成装置200は、4つのユニットカートリッジが装着されるフルカラー画像形成装置である。4つのユニットカートリッジはそれぞれ収容するトナーの色が違い、イエロー、マゼンタ、シアン、の3原色にブラックを加えた4つである。ユニットカートリッジは、実施例1のカートリッジ構成と同様に、ドラムカートリッジ110と現像カートリッジ120から形成され、2つのカートリッジが装置本体200から個別に着脱可能なカートリッジ二体化構成である。
バックグラウンド露光について説明する。バックグラウンド露光は、画像形成ステーション毎に帯電電位が異なっても、現像部での感光ドラム101の表面電位を、画像形成ステーションに依らず一様にそろえることが出来るという利点を有する。バックグラウンド露光の具体的な態様は、レーザ露光ユニット103によって、帯電ローラ102で帯電された感光ドラム101に、トナー像を形成しない表面電位を形成するために露光する非画像部露光である。トナー像を形成する表面電位を形成するために非画像部露光の露光量よりも大きい露光量で露光する画像部露光とは異なり、露光量は小さい。たとえ帯電後の感光ドラム101の表面電位がばらついていたとしても、バックグラウンド露光を行うことで、適宜、感光ドラム101の表面電位を設定することができる。よって、このバックグラウンド露光により、カラー画像形成装置200において、帯電電圧、現像電圧Vdcを画像形成ステーションに依らず一定の電圧として印加しても、現像部では一律同じ電位関係にすることができる。つまり、高品質の画像形成が高圧素子を減らしたコストダウンした本体においても出力可能となる。
複数のカートリッジを有した画像形成装置200において、画像形成ステーション毎のドラムカートリッジ110と現像カートリッジ120の装着状態を個別に検知するフローを図16に、タイミングチャートを図17、図18に示し、以下詳細に説明する。カートリッジの装着状態を判別する方法に関しては、実施例2に示した方法と同様であるため、説明を割愛する。
現像カートリッジ120の装着有無検知における本体動作ならびに帯電電流検知のタイミングチャートを図19に示し、以下、詳細に説明する。実施例4において、ドラムカートリッジ110の装着有無検知方法は、実施例3と同様であるため説明を割愛する。
2 帯電ローラ
3 レーザ露光ユニット
5 転写ローラ
10 ドラムカートリッジ
20 現像カートリッジ
41 現像ローラ
P 記録材
Claims (22)
- 装置本体と、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体と接触して前記像担持体と共に帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体を帯電する帯電部材と、
前記像担持体と接触して前記像担持体と共に現像部を形成し、前記現像部において前記像担持体の表面上にトナーを供給することでトナー像を現像する現像部材を備える現像カートリッジであって、前記像担持体と前記帯電部材が前記装置本体にある状態で前記装置本体に着脱可能な現像カートリッジと、
前記装置本体に設けられ前記帯電部材に帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段と、
前記帯電電圧印加手段に流れる電流の電流値を検知する検知手段と、
前記帯電電圧印加手段を制御する制御部と、を備え、
前記像担持体が前記装置本体にある場合において、前記像担持体を回転させつつ前記帯電部材に前記帯電電圧を印加させた状態で、前記現像部を形成しているであろう前記像担持体の表面の領域が前記像担持体の回転により前記帯電部に到達した時に前記検知手段によって検知される前記電流値に応じて、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像部において前記像担持体に前記現像部材が当接する当接位置と、前記像担持体から前記現像部材を離間する離間位置と、の間を移動させる当接離間機構を有し、
前記像担持体が前記装置本体にある場合において、前記像担持体を回転させつつ前記帯電部材に前記帯電電圧を印加させ前記当接離間機構を前記当接位置に移動させた状態で、前記現像部を形成しているであろう前記像担持体の表面の領域が前記像担持体の回転により前記帯電部に到達した時に前記検知手段によって検知される前記電流値に応じて、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記当接離間機構を前記離間位置に移動させた状態で前記検知手段によって検知される前記電流値と、前記当接離間機構を前記当接位置に移動させた状態で前記検知手段によって検知される前記電流値と、の差に応じて、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記当接離間機構を前記当接位置に移動させた状態で前記検知手段によって検知される前記電流値の絶対値が閾値未満である場合に、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記電流値の前記閾値は、前記当接離間機構を前記離間位置に移動させ、前記帯電部材に前記帯電電圧が印加された状態で前記像担持体を回転させる場合に、前記検知手段により検知される前記電流値と、前記帯電部材に前記帯電電圧が印加されない状態で前記像担持体を回転させる場合に、前記検知手段により検知される前記電流値と、の差で表されることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体と、前記帯電部材と、前記現像カートリッジと、をそれぞれ備える複数の画像形成部と、
前記帯電部材によって帯電された前記像担持体の表面をそれぞれ露光し、静電潜像を形成する露光手段と、を有し、
前記露光手段は、前記帯電部材によって帯電された前記像担持体に、前記トナー像を形成しない表面電位を形成するために露光する非画像部露光と、前記トナー像を形成する前記表面電位を形成するために前記非画像部露光の露光量よりも大きい露光量で露光する画像部露光と、を行い、
前記制御部は、前記現像カートリッジの装着状態を判別するために前記検知手段によって前記帯電電圧印加手段に流れる電流の電流値を検知する時に、前記非画像部露光を行うための前記露光量を制御するために前記露光手段を制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記複数の像担持体の表面に露光する前記非画像部露光の露光タイミングを変えるように前記露光手段を制御することを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記帯電電圧印加手段は、前記複数の画像形成部の前記帯電部材に対して共通の前記帯電電圧を印加することを特徴とする請求項6又は7に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体と前記帯電部材と、を備えるドラムカートリッジを有し、前記ドラムカートリッジは前記現像カートリッジとは独立して前記装置本体に着脱可能であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、前記現像カートリッジの装着状態を判別するために前記検知手段によって前記帯電電圧印加手段に流れる電流の電流値を検知する時の方が前記現像部材から前記トナー像を前記像担持体に現像する画像形成時より前記帯電電圧印加手段によって前記帯電部材に印加する前記帯電電圧の絶対値を大きくするように制御することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 装置本体と、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体と接触して前記像担持体と共に現像部を形成し、前記現像部において前記像担持体の表面上にトナーを供給することでトナー像を現像する現像部材を備える現像カートリッジであって、前記像担持体が前記装置本体にある状態で前記装置本体に着脱可能な現像カートリッジと、
前記像担持体上に形成されたトナー像が転写される中間転写体または記録材に、前記像担持体と、前記中間転写体または記録材と、が接触する転写部で、前記トナー像を転写するための転写部材と、
前記装置本体に設けられ前記転写部材に転写電圧を印加する転写電圧印加手段と、
前記転写電圧印加手段に流れる電流の電流値を検知する検知手段と、
前記転写電圧印加手段を制御する制御部と、を備え、
前記像担持体が前記装置本体にある場合において、前記像担持体を回転させつつ前記転写部材に前記転写電圧を印加させた状態で、前記現像部を形成しているであろう前記像担持体の表面の領域が前記像担持体の回転により前記転写部に到達した時に前記検知手段によって検知される前記電流値に応じて、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像部において前記像担持体に前記現像部材が当接する当接位置と、前記像担持体から前記現像部材を離間する離間位置と、の間を移動させる当接離間機構を有し、
前記像担持体が前記装置本体にある場合において、前記像担持体を回転させつつ前記転写部材に前記転写電圧を印加させ前記当接離間機構を前記当接位置に移動させた状態で、前記現像部を形成しているであろう前記像担持体の表面の領域が前記像担持体の回転により前記転写部に到達した時に前記検知手段によって検知される前記電流値に応じて、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。 - 前記当接離間機構を前記離間位置に移動させた状態で前記検知手段によって検知される前記電流値と、前記当接離間機構を前記当接位置に移動させた状態で前記検知手段によって検知される前記電流値と、の差に応じて、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
- 前記当接離間機構を前記当接位置に移動させた状態で前記検知手段によって検知される前記電流値の絶対値が閾値未満である場合に、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体と、前記現像カートリッジと、をそれぞれ備える複数の画像形成部と、
前記像担持体の表面を露光し、静電潜像を形成する露光手段と、有し、
前記露光手段は、前記像担持体に前記トナー像を形成しない表面電位を形成するために露光する非画像部露光と、前記トナー像を形成する前記表面電位を形成するために前記非画像部露光の露光量よりも大きい露光量で露光する画像部露光と、を行い、
前記制御部は、前記現像カートリッジの装着状態を判別するために前記検知手段によって前記転写電圧印加手段に流れる電流の電流値を検知する時に、前記非画像部露光を行うための前記露光量を制御するために前記露光手段を制御することを特徴とする請求項11乃至14のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記複数の像担持体の表面を露光する前記非画像部露光の露光タイミングを変えるように前記露光手段を制御することを特徴とする請求項15に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体を備えるドラムカートリッジを有し、前記ドラムカートリッジは前記現像カートリッジとは独立して前記装置本体に着脱可能であることを特徴とする請求項11乃至16のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、前記現像カートリッジの装着状態を判別する時の方が前記現像部材から前記トナー像を前記像担持体に現像する画像形成時より前記現像部材の回転速度を大きくするように制御することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、前記現像カートリッジの装着状態を判別する時の方が前記現像部材から前記トナー像を前記像担持体に現像する画像形成時より前記像担持体の回転速度を小さくするように制御することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記装置本体に設けられ前記現像部材に現像電圧を印加する現像電圧印加手段を有し、前記制御部は、前記現像カートリッジの装着状態を判別する時の方が前記現像部材から前記トナー像を前記像担持体に現像する画像形成時より前記現像電圧印加手段によって前記現像部材に印加する前記現像電圧の絶対値を小さくするように制御することを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記制御部は、前記現像カートリッジの装着状態を判別する時の方が前記画像形成時より前記現像電圧印加手段によって前記現像部材に印加する前記現像電圧と前記現像部に突入する直前の前記像担持体の表面電位の電位差を大きくするように制御することを特徴とする請求項20に記載の画像形成装置。
- 装置本体と、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電部材と、
前記像担持体と接触して前記像担持体と共に現像部を形成し、前記現像部において前記像担持体の表面上にトナーを供給することでトナー像を現像する現像部材を備える現像カートリッジであって、前記像担持体と前記帯電部材が前記装置本体にある状態で前記装置本体に着脱可能な現像カートリッジと、
前記装置本体に設けられ前記帯電部材に帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段と、
前記装置本体に設けられ前記現像部材に現像電圧を印加する現像電圧印加手段と、
前記現像電圧印加手段に流れる電流の電流値を検知する検知手段と、
前記帯電電圧印加手段と前記現像電圧印加手段と、を制御する制御部と、
前記像担持体が前記装置本体にある場合において、前記像担持体を回転させつつ前記帯電部材に前記帯電電圧を印加させ前記現像部材に前記現像電圧を印加させた状態で、前記検知手段によって検知される前記電流値に応じて、前記装置本体に前記現像カートリッジが未装着であることを報知することを特徴とする画像形成装置。
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