JP2023089852A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供すること。【解決手段】制御部200は、感光ドラム1の周速に対する現像ローラ3の周速の周速比が第1周速比であって、かつ、第1周速比が50%より大きく100%より小さくなると共に、感光ドラム1の、レーザーユニット7によって静電潜像が形成された領域の表面電位と現像電位との電位差が第1電位差となるように制御する第1モード、及び、周速比が第1周速比よりも大きい第2周速比であって第2周速比が150%未満となると共に、電位差が第1電位差よりも小さい第2電位差となるように制御する第2モード、を有することが可能である。【選択図】図2
Description
本発明は、画像形成装置に関し、例えば、電子写真方式などを利用して像担持体上に形成したトナー像を中間転写体に1次転写した後に記録材に2次転写することで記録画像を得る、レーザープリンター、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式で、記録材に画像を形成する画像形成装置において、トナーを用いて静電潜像を可視化する現像装置を備えた構成が知られている。そのような現像装置として、トナーを担持搬送する現像ローラと、現像ローラ周囲にトナー供給ローラを備えたものが知られている。この現像装置においては、トナー供給ローラから現像ローラにトナーが供給され、供給されたトナーはトナー規制部材によって現像ローラ上で一定量に規制される。一定量に規制されたトナーは、感光ドラムの現像領域に搬送され、感光ドラム上の静電潜像に付与されてトナー像を形成する。
従来、感光ドラム及び感光ドラムに作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化し、カートリッジを画像形成装置に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。近年、プロセスカートリッジ(以下、カートリッジという)の長寿命化によって、現像ローラの走行距離を短くすることが求められている。例えば、画像データに応じて必要なトナー量が少ない場合には現像ローラの周速を遅くし、必要なトナー量が多い場合には現像ローラの周速を速くする技術が開示されている。この技術は可能な限り現像ローラの走行距離を短くすることでカートリッジの長寿命化を図っている(特許文献1参照)。
一方、近年では、さらに現像ローラの走行距離を短くするために、現像ローラの周速を感光ドラムの周速に比較して遅くする(即ち、感光ドラムの周速に対する現像ローラの周速の周速比が100%未満の)場合がある。現像ローラの周速を感光ドラムの周速より遅くしても感光ドラムへのトナー載り(供給)量を維持するために、まず現像ローラ上の、トナー規制部材(位置)を通過した後のトナー載り量を増やす必要がある。そのための方法として、現像ローラの表面粗さを粗くする方法がある。
しかしながら、現像ローラの表面粗さを粗くした場合、現像ローラ上のトナー載り量にムラが生じることがある。特に、現像ローラの周速が感光ドラムの周速よりも遅い場合には、現像ローラの表面性に起因するトナー載り量のムラが、感光ドラムに影響したまま現像される傾向がある。そして、この感光ドラム上に影響したトナー載り量のムラは、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流部での異常放電を誘発し、画像不良に繋がる場合がある。
このため、カートリッジの長寿命化を優先的に実現するモードを有しつつ、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制するモードも有することが求められている。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
(1)回転可能な像担持体と、前記像担持体の表面を露光させ該像担持体の該表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体の前記表面に現像剤を付与し、前記静電潜像を現像する回転可能な現像手段と、前記現像手段に現像電圧を印加する印加手段と、前記現像手段を回転駆動させる駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備える画像形成装置であって、前記制御手段は、前記像担持体の周速に対する前記現像手段の周速の周速比が第1周速比であって、かつ、前記第1周速比が50%より大きく100%より小さくなると共に、前記像担持体の、前記露光手段によって前記静電潜像が形成された領域の表面電位と前記現像電位との電位差が第1電位差となるように制御する第1モード、及び、前記周速比が前記第1周速比よりも大きい第2周速比であって前記第2周速比が150%未満となると共に、前記電位差が前記第1電位差よりも小さい第2電位差となるように制御する第2モード、を有することが可能であることを特徴とする画像形成装置。
(1)回転可能な像担持体と、前記像担持体の表面を露光させ該像担持体の該表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体の前記表面に現像剤を付与し、前記静電潜像を現像する回転可能な現像手段と、前記現像手段に現像電圧を印加する印加手段と、前記現像手段を回転駆動させる駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備える画像形成装置であって、前記制御手段は、前記像担持体の周速に対する前記現像手段の周速の周速比が第1周速比であって、かつ、前記第1周速比が50%より大きく100%より小さくなると共に、前記像担持体の、前記露光手段によって前記静電潜像が形成された領域の表面電位と前記現像電位との電位差が第1電位差となるように制御する第1モード、及び、前記周速比が前記第1周速比よりも大きい第2周速比であって前記第2周速比が150%未満となると共に、前記電位差が前記第1電位差よりも小さい第2電位差となるように制御する第2モード、を有することが可能であることを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。
[画像形成装置の基本構成]
図1は、回転可能な像担持体上に形成されたトナー像を、記録材に転写する画像形成装置の一例の断面構成図である。実施例1では、現像剤としてトナーを、中間転写体として中間転写ベルトを用いている。以下フルカラーモードの印刷動作について説明する。以下の説明において、周速とは、感光ドラム又は現像ローラが回転しているときの表面での速度、すなわち線速を意味する。
図1は、回転可能な像担持体上に形成されたトナー像を、記録材に転写する画像形成装置の一例の断面構成図である。実施例1では、現像剤としてトナーを、中間転写体として中間転写ベルトを用いている。以下フルカラーモードの印刷動作について説明する。以下の説明において、周速とは、感光ドラム又は現像ローラが回転しているときの表面での速度、すなわち線速を意味する。
トナー像形成部30は、移動する中間転写ベルト8に対して複数色のトナー像、ここではイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色の重畳されたトナー像を形成する。トナー像形成部30は、画像形成装置100に対して、それぞれ、着脱自在な4個のプロセスカートリッジとしてのカートリッジPY、PM、PC、PKを備えている。また、トナー像形成部30は、中間転写ベルト8を用いた中間転写ベルトユニット40を有している。4個のカートリッジPY、PM、PC、PKは、同一構造であり、カートリッジPY、PM、PC、PKそれぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)のトナーを収容し画像を形成する。実施例1では、例えば粒径7μmの負極性のトナーが使用されている。なお、以降の説明において符号の末尾に付与されるY、M、C、Kの文字はトナーの色を示しており、4色の共通する事項が説明されるときには省略される。
図2は画像形成装置100内のカートリッジPの断面構成図である。カートリッジPは、像担持体として感光ドラム1を有する。感光ドラム1は矢印A方向(時計回り方向)に例えば300mm/sの速度(以下、周速という)で回転駆動される。カートリッジPは、感光ドラム1を帯電する帯電手段としての帯電ローラ2を有し、帯電ローラ2は高電圧電源(不図示)から負極性の高電圧を印加されることで感光ドラム1表面を均一に帯電する。次に、露光手段としてのレーザーユニット7が画像データに応じて感光ドラム1へレーザー光を照射し、感光ドラム1表面に静電潜像を形成する。現像手段としての現像ローラ3は、現像電圧を印加する印加手段である電圧印加部80から負極性の現像電圧が印加される。なお、現像電圧が印加された現像ローラ3の表面の電位を現像電位という。現像ローラ3は、駆動手段であるモータ70によって矢印B方向(反時計回り方向)に回転しており、表面にコートされた電荷を帯びたトナーが感光ドラム1表面の静電潜像に沿って付着する。これにより静電潜像が可視像(現像剤像)になる。検知部90は、現像ローラ3の回転数を検知する検知手段である。以下、トナーによる可視像をトナー像と表記する。実施例1の現像ローラ3は、例えば平均の表面粗さRz=12μmのものを用いた。現像ローラ3は、表面粗さRzが8.0μm~15.0μmであってもよい。
感光ドラム1の基層は接地されており、転写手段としての1次転写ローラ6は1次転写電圧印加部60(以下、電圧印加部60という)により正極性の電圧が印加されている。そのため1次転写ローラ6と感光ドラム1とのニップ部で電界が形成され、トナー像が感光ドラム1から中間転写ベルト8へ転写される(1次転写という)。1次転写によって中間転写ベルト8に転写されずに感光ドラム1表面に残ったトナーはドラムクリーニングブレード4によって感光ドラム1から除去され、廃トナー容器23に集められる。トナー供給ローラ24は矢印C方向(時計回り方向)に回転することで現像ローラ3へトナーの補給を行う。攪拌機25は、矢印D方向(時計回り方向)に回転することでトナー供給ローラ24へトナーの補給を行う。トナー規制ブレード26は固定されているため、現像ローラ3は自身の回転によりトナー規制ブレード26と摺擦する。現像ローラ3がトナー規制ブレード26と摺擦する部分を摺擦部という。現像ローラ3表面にコートされたトナーはこの摺擦部で負極性に帯電されながら量を規制され、その結果濃度の安定した現像が可能になる。
図1に戻る。中間転写ベルトユニット40は、可撓性を有する無端状の中間転写ベルト8と、この中間転写ベルト8を懸回張設する駆動ローラ9と従動ローラ10とから構成されている。また、感光ドラム1に対向して、中間転写ベルト8の内側に1次転写ローラ6が配設されており、それぞれ、中間転写ベルト8を介して対応する感光ドラム1と当接している。各感光ドラム1と中間転写ベルト8との当接部が1次転写部である。
実施例1の中間転写ベルト8の基材としてポリエチレンナフタレートを使用した。他にも、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン-1、ポリスチレン、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリアリレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド、が挙げられる。また、ポリブチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルニトリル、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、サーモトロピック液晶ポリマー、ポリアミド酸などの熱可塑性樹脂などが挙げられる。これらは混合して2種以上使用することもできる。
これらの熱可塑性樹脂中に、イオン導電性を発現させるイオン導電材料を含浸させる。実施例1のイオン導電材料はアルカリ金属塩を用いた。具体的にはパーフルオロブタンスルホン酸カリウム(ノナフルオロブタンスルホン酸カリウム;C4F9SO3K)を用いた。これは、「KFBS」(三菱マテリアル電子化成(株)社製)として市販されている材料である。また、中間転写ベルト8の表面硬度を高め、耐久性(耐摩耗性)を向上させる観点から、熱硬化性又は紫外線や、電子線などのエネルギー線の照射によって硬化する硬化性材料を用いた表層を有しても構わない。
中間転写ベルト8は、例えば厚さ70μm、周長790mm、幅250mm、体積抵抗率1.0×109Ω・cm、表面抵抗率1.0×1010Ω/□となっている。ここで、周長とは、中間転写ベルト8の回動方向(矢印E方向)の長さ、幅とは中間転写ベルト8の回動方向に直交する方向の長さである。測定はHiresta・UP MCP-HT450(三菱化学社製)を用いて、温度は23℃、相対湿度は50%環境下で印加電圧500Vとしている。なお表面抵抗率は、中間転写ベルト8の裏面側から測定した値である。
中間転写ベルト8は、駆動ローラ9の回転駆動によって矢印E方向(反時計回り方向)に感光ドラム1の周速度に対応した回転速度300mm/sで回転(移動)する。感光ドラム1上にそれぞれ形成されたトナー像は、1次転写部にて中間転写ベルト8上に順次重畳されて1次転写される。すなわち、中間転写ベルト8の面に、Y色、M色、C色、K色の4色のトナー像がこの順で重畳された状態で形成される。4色のトナー像は、中間転写ベルト8の回転で中間転写ベルト8と2次転写部材としての2次転写ローラ11との当接部である2次転写部18へ搬送される。
給搬送装置12は、シート状の記録材Sを積載して収納するカセット13内から記録材Sを給送する給送ローラ14と、給送された記録材Sを搬送する搬送ローラ対15とを有している。給搬送装置12から中間転写ベルト8の回転速度に対応した300mm/sで搬送された記録材Sは、レジストレーション(以下、レジストという)ローラ対16によって所定のタイミングにて2次転写部18に導入される。記録材Sは、2次転写ローラ11と中間転写ベルト8とで挟持搬送される。2次転写ローラ11には2次転写電圧印加部61(以下、電圧印加部61という)により正極性の電圧が印加される。これにより、2次転写部18で挟持搬送される記録材Sに対して中間転写ベルト8側の4色が重畳されたトナー像が一括して転写されていく(2次転写)。2次転写によって中間転写ベルト8から記録材Sに転写されなかったトナーは、中間転写ベルト8が矢印E方向に回転した後、クリーニング手段としてのクリーニングブレード21によって掻き取られ、廃トナー回収容器22へと回収される。2次転写により未定着のトナー像が形成された記録材Sは、定着装置17に導入される。定着装置17でトナー像の加熱定着を受けた記録材Sは、排出ローラ対20によって排出トレイ50上に排出される。
画像形成装置100は、上述した各部を制御することで画像形成動作や記録材Sの搬送動作等、画像形成装置100全体を制御する制御部200を備えている。制御部200は、例えばCPU200aを有し、CPU200aは、タイマ200dによってタイミングを制御しつつ、RAM200cを一時的な作業領域として使用しながら、ROM200bに記憶されたプログラムを実行する。制御部200は、感光ドラム1の周速と現像ローラ3の周速との比である周速比が所定の比となるようにモータ70を制御する。例えば、制御部200は、周速比を1:1に制御する場合、感光ドラム1の周速が300mm/sであれば、現像ローラ3の周速も300mm/sとなるようにモータ70を制御する。なお、画像形成装置100の構成は図1に示した構成に限定されない。
[1次転写上流部の異常放電のメカニズム]
以下に、感光ドラム1の回転方向(言い換えれば、中間転写ベルト8の回動方向である矢印E方向)において、1次転写部よりも上流側(以下、1次転写上流部という)で発生する異常放電(以下、異常放電という)による画像不良について説明する。図3は1次転写部を拡大した図である。異常放電は1次転写上流部の感光ドラム1と中間転写ベルト8との間に大きい電位差が生じた場合に、その間で発生する。異常放電が発生すると発生位置に存在していたトナー像が乱れて、例えば細かい縦スジとして中間転写ベルト8上から顕在化する。
以下に、感光ドラム1の回転方向(言い換えれば、中間転写ベルト8の回動方向である矢印E方向)において、1次転写部よりも上流側(以下、1次転写上流部という)で発生する異常放電(以下、異常放電という)による画像不良について説明する。図3は1次転写部を拡大した図である。異常放電は1次転写上流部の感光ドラム1と中間転写ベルト8との間に大きい電位差が生じた場合に、その間で発生する。異常放電が発生すると発生位置に存在していたトナー像が乱れて、例えば細かい縦スジとして中間転写ベルト8上から顕在化する。
この異常放電の特徴として3点説明する。
1点目は、異常放電はベタ画像で発生しやすいことである。なぜならば、ベタ画像は感光ドラム1上のトナー量が多く、トナー層を含めた感光ドラム1表面の負極性電位が高くなる。これにより感光ドラム1と中間転写ベルト8との間に大きな電位差が生じるためである。
1点目は、異常放電はベタ画像で発生しやすいことである。なぜならば、ベタ画像は感光ドラム1上のトナー量が多く、トナー層を含めた感光ドラム1表面の負極性電位が高くなる。これにより感光ドラム1と中間転写ベルト8との間に大きな電位差が生じるためである。
2点目は、異常放電はトナーの帯電量が大きい場合に発生しやすいことである。なぜならトナーの帯電量が大きいと感光ドラム1と中間転写ベルト8との電位差が大きくなるためである。トナーの帯電量はカートリッジPの使用回数(耐久枚数ともいう)や使用環境に応じて変化するため、これらの条件によって発生の有無は変化する。
3点目は、異常放電は感光ドラム1上のトナー載り量のムラが大きいと発生しやすいことである。図4は感光ドラム1上のトナー載り量のムラと異常放電との模式図と、それに対応した電位の模式図を示している。図4の上側は、中間転写ベルト8とトナーが付与された感光ドラム1とを示す模式図であり、下側は中間転写ベルト8及び感光ドラム1の位置と電位との関係を示すグラフである。下側のグラフには、中間転写ベルト8の電位(ベルト電位)、感光ドラム1表面の電位(ドラム電位)、感光ドラム1上のトナー層の電位(トナー層分の電位)をそれぞれ示す。
図4(A)は感光ドラム1上のトナー載りムラが大きい場合を表し、図4(B)は感光ドラム1上のトナー載りムラが小さい場合を表している。なお、図4(A)(B)で感光ドラム1上のトナー載り量は同じ条件である。トナー載り量とは、感光ドラム1上の単位面積当たりのトナーの重量である。測定方法は、約10cm2のトナーの重量を測定し、mg/cm2の単位に変換する。トナー載りムラとはトナーの載り方によってできた凹凸のことである。
トナー載りムラが大きい図4(A)では、トナーの山部(凸部)で局所的に中間転写ベルト8との電位差が大きくなり、山部を起点に電流が集中し異常放電が発生する。実際の測定では、トナーの山部と隣り合うトナーの山部との間隔の距離は約50μmで、山部の高さは約14μmであった。一方、トナー載りムラが小さい図4(B)では、表面が均一な電位になり異常放電の現象は発生しにくくなる。このようなメカニズムでトナー載りムラが大きいと異常放電が発生しやすくなる。
感光ドラム1上のトナー載りムラを小さくする方法に、感光ドラム1の周速に対する現像ローラ3の周速を速くする方法がある。図5(A)は感光ドラム1の周速に対する現像ローラ3の周速が遅い場合を示している。この場合は現像ローラ3上のトナー載りムラが感光ドラム1上に広げられた形で残ってしまう。一方、図5(B)は感光ドラム1の周速に対する現像ローラ3の周速が速い場合を示す。この場合は、現像ローラ3のトナー載りムラの間隔が感光ドラム1上で詰まり、均一なトナー層を形成することができる。
[第1モードと第2モード]
実施例1における印刷モードである第1モードと第2モードについて説明する。感光ドラム1の周速に対する現像ローラ3の周速の比をドラム-現像周速比(以下、周速比という)、ベタ画像の露光後の感光ドラム1の表面電位(明部電位)と現像ローラ3に印加する現像電圧との差を現像コントラストという。
実施例1における印刷モードである第1モードと第2モードについて説明する。感光ドラム1の周速に対する現像ローラ3の周速の比をドラム-現像周速比(以下、周速比という)、ベタ画像の露光後の感光ドラム1の表面電位(明部電位)と現像ローラ3に印加する現像電圧との差を現像コントラストという。
周速比を大きくすると、感光ドラム1上のトナー載り量が増え、トナーの消費量が大きくなってしまう。そこで実施例1では周速比が変化しても、一定のトナー消費量が保たれるように、現像コントラストを変化させる。例えば、周速比90%では現像コントラスト270Vに対し、周速比110%では現像コントラスト220Vにする。すなわち、周速比が大きくなるほど、現像コントラストを小さくすることで、どちらの設定値においても、トナー載り量を一定の0.45mg/cm2に保つことができる。現像コントラストはレーザーユニット7における露光量や電圧印加部60による現像電圧によって制御する。
表1はドラム-現像周速比(%)と、周速比に伴い感光ドラム1上のトナー載り量が一定になるよう現像コントラストを変えた場合の単色ベタ画像の異常放電画像の発生の有無を示している。表1の1列目にドラム-現像周速比%を示し、2列目に現像コントラスト(V)を示し、3列目に異常放電画像の有無等(×(発生)、△(可/OK)、〇(未発生))を示す。なお、「△(可/OK)」は、〇に比べて異常放電の発生が確認されたものの、×ほどの品質の低下は見られなかったことを意味する。
周速比が50%の場合、画像形成不能のため、結果を得られなかった。周速比を50%まで落とすと、感光ドラム1に現像するトナー量が極端に少なくなり、現像コントラストを大きくしても感光ドラム1上のトナー載り量を一定に保てなかったためである。周速比が60%から95%では、若干の異常放電が発生したが、画像不良は認められなかった。一方、周速比が100%から140%では異常放電が発生しなかった。これは周速比が大きくなることで、感光ドラム1上のトナー載りムラが軽減されたためである。そして150%では再び異常放電が発生するようになった。これは、周速比が大きくなることで、感光ドラム1と現像ローラ3との間でトナーが摺擦することで帯電され、トナーの帯電量が上がったためである。
以上の結果から第1モードとして設定する周速比の範囲は50%より大きく100%より小さくする。第2モードとして設定する周速比の範囲は100%以上150%未満とする。すなわち、第1モードは、カートリッジPの長寿命化を重視する(優先的にする)モードであり、第2モードは、トナーの消費量を低減しつつ、異常放電画像を抑制するモードである。なお、実施例1ではトナー載り量を一定にするために、周速比に一意に現像コントラストを設定したが、これに限らない。
[実施例1の効果]
表2で実施例1と比較例1について説明する。比較例1は周速比が90%、現像コントラストが270Vの第1モードしか備えない場合を示す。実施例1は前述の第1モードと、周速比が110%、現像コントラストが220Vの第2モードとの両方を備え、ユーザーが使用目的に応じてモードを切り替えられる場合を示している。
表2で実施例1と比較例1について説明する。比較例1は周速比が90%、現像コントラストが270Vの第1モードしか備えない場合を示す。実施例1は前述の第1モードと、周速比が110%、現像コントラストが220Vの第2モードとの両方を備え、ユーザーが使用目的に応じてモードを切り替えられる場合を示している。
以上、制御部200は、第1モード又は第2モードで画像形成を行う。第1モードは、周速比が第1周速比(例えば、90%)となるようにモータ70を制御し、かつ、現像コントラストが第1電位差(例えば、270V)となるようにレーザーユニット7及び/又は電圧印加部80を制御するモードである。第2モードは、周速比が第2周速比(例えば、110%)となるようにモータ70を制御し、かつ、現像コントラストが第2電位差(例えば、240V)となるようにレーザーユニット7及び/又は電圧印加部80を制御するモードである。ここで、第2周速比は第1周速比よりも大きく、第2電位差は第1電位差よりも小さい。第1モードは、第1周速比が60%以上かつ100%未満であり、第2モードは、第2周速比が100%以上かつ140%未満である。第1モードで感光ドラム1上に付与された単位面積当たりのトナーの重量と、第2モードで感光ドラム1に付与された単位面積当たりのトナーの重量とは等しい。
前述したとおり、異常放電が発生する状況は、トナー量やトナーの帯電量の大きさで変わる。トナー量は印刷画像によって変化し、またトナーの帯電量はカートリッジPの耐久枚数や使用環境によって変化する。比較例1では現像ローラ3の周速を遅くし(90%)、カートリッジPの長寿命は実現できるが、状況によっては異常放電が発生する。一方、実施例1では、異常放電画像が発生する状況において、必要に応じて第2モードに切り替えることが可能である。このため、カートリッジPの寿命に対する影響を最小限にしつつ、異常放電画像を抑制することができる。
以上、実施例1によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。
近年市場の多様化に伴い、従来よりも写真印刷等で広色域プリントが必要とされる場合が増えてきた。広色域プリントでは、画像の色域を拡大し、より質の高い画像を形成することが可能である。広色域プリントは、感光ドラム1の周速と現像ローラ3の周速との周速比が、通常の画像形成が行われるときよりも大きくなるように制御される。そこで実施例2では、カートリッジPの寿命を優先する第1モード、トナー消費量を考慮しつつ、異常放電画像を抑制する第2モードに加え、第3モードも備える。第3モードは、周速比を大きくし、かつ現像コントラストを大きくして広色域を実現するモードである。なお、画像形成装置100の基本構成は実施例1と同様のため、同じ構成には同じ符号を用い、説明は省略する。
[第3モード]
第3モードでは、例えば周速比を110%、現像コントラストを300Vに設定する。周速比を上げ、現像可能量を増やし、現像コントラストを大きくすることで感光ドラム1上のトナー載り量を増やしている。第1モード、第2モードは実施例1と同様であるため説明を省略する。第1モード、第2モードの感光ドラム1上のトナー載り量は0.45mg/cm2であるのに対し、第3モードでは、0.55mg/cm2であり、トナー載り量が増加している。第3モードは周速比を110%にしているため、感光ドラム1上のトナー載りムラが少なく、異常放電も抑制することができる。
第3モードでは、例えば周速比を110%、現像コントラストを300Vに設定する。周速比を上げ、現像可能量を増やし、現像コントラストを大きくすることで感光ドラム1上のトナー載り量を増やしている。第1モード、第2モードは実施例1と同様であるため説明を省略する。第1モード、第2モードの感光ドラム1上のトナー載り量は0.45mg/cm2であるのに対し、第3モードでは、0.55mg/cm2であり、トナー載り量が増加している。第3モードは周速比を110%にしているため、感光ドラム1上のトナー載りムラが少なく、異常放電も抑制することができる。
[実施例2の効果]
表3で実施例2と比較例について説明する。比較例1は前述のとおりである。実施例2は実施例1同様の第1モードと第2モードに加えて、第3モードを備え、ユーザーが使用目的に応じてモードを切り替えられる場合を示している。
表3で実施例2と比較例について説明する。比較例1は前述のとおりである。実施例2は実施例1同様の第1モードと第2モードに加えて、第3モードを備え、ユーザーが使用目的に応じてモードを切り替えられる場合を示している。
比較例1ではカートリッジPの寿命に対する影響を最小限にすることは可能であり、また異常放電画像が発生するものの画像形成可能であるが、広色域プリントは非対応である。実施例2では第3モードを備えることで、カートリッジPの寿命に対する影響を最小限にしつつ、異常放電を抑制し良好な結果が得られ、広色域プリントにも対応している。以上より、実施例2ではより多様な市場にも対応できるようになる。
以上のように、制御部200は、広色域プリントを実行する場合には第3モードで画像形成を行う。第3モードは、周速比が第3周速比(例えば、110%)となるようにモータ70を制御し、かつ、現像コントラストが第3電位差(例えば、300V)となるようにレーザーユニット7及び/又は電圧印加部80を制御するモードである。第3周速比は第1周速比よりも大きく、第3電位差は第1電位差よりも大きい。第3モードで感光ドラム1上に付与された単位面積当たりのトナーの重量は、第1モード及び第2モードで感光ドラム1上に付与された単位面積当たりのトナーの重量よりも多い。
以上、実施例2によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。
実施例1の1次転写上流部の異常放電のメカニズムのとおり、異常放電はベタ画像で発生しやすく、ベタ画像が広い面積に存在する場合に顕在化する。なお、ベタ画像とは、感光ドラム1の画像形成可能領域の全面に形成されたトナー像だけでなく、トナー像が連続して形成され、所定の面積を持つ場合も含む。そこで実施例3では、印刷する画像データに応じて第1モードと第2モードを自動的に切り替える例について説明する。なお、画像形成装置100の基本構成は実施例1と同様のため、同じ構成には同じ符号を用い説明は省略する。
[ベタ画像データと異常放電画像]
表4は前述の第1のモードにおける、ベタ画像の面積による異常放電画像の視認性の違いを表している。
表4は前述の第1のモードにおける、ベタ画像の面積による異常放電画像の視認性の違いを表している。
実施例3の評価では、同じ形状、ここでは正方形のベタ画像を用いた。ベタ画像の面積が例えば300mm2以下では異常放電の発生は確認されないが、400mm2以上になると異常放電が発生するが、顕著ではないことが分かる。すなわち、同じ形状のベタ画像で面積を異ならせたときに、異常放電が発生するか否かの第1閾値が、例えば400mm2である。これは、ある程度の広い面積でベタ画像が存在する場合に、異常放電が発生することを示している。なお、異常放電が発生しても顕著ではない。第1閾値は、400mm2に限定されず、画像形成装置100の仕様等によって設定されるものである。
次に表5は、ベタ画像で、等しい面積400mm2の長方形の場合の形状の違いによる異常放電画像の視認性の違いを表している。
表5は、1列目にベタ画像の形状における対角線の距離(対角線距離)(mm)を示し、2列目に異常放電が発生するか否かを示す。ここで、〇は異常放電の発生が確認されなかったことを示し、△は異常放電が発生したものの顕著ではなかったことを示す。
形状の違いは対角線距離で表している。対角線の距離が51mm以下では異常放電が目立つが、80mm以上になると異常放電が発生しないことが分かる。すなわち、同じ面積のベタ画像で対角線距離を異ならせたときに、異常放電が発生するか否かの第2閾値が、例えば51mmである。これは細長い図形では異常放電が発生しにくく、より正方形に近い図形ほど異常放電が発生することを示している。なお、異常放電が発生した場合であっても顕著ではない。以上の結果から、ベタ画像面積400mm2をモードの切り替えを判断する際の閾値に設定した。また、多角形以外にも対応するために、ベタ画像領域の最も離れた点同士の距離、例えば対角線を判断に用い、対角線の長さ(対角線距離)51mmをモードの切り替えを判断する際の閾値に設定した。なお、第2閾値は、51mmに限定されず、画像形成装置100の仕様等によって設定されるものである。
[モードの切り替え制御]
図6は画像データに応じて、第1モードと第2モードとを切り替える処理のフローチャートを示す。第1モードと第2モードは実施例1と同様である。ステップ(以下、Sとする)101で制御部200は、画像形成装置100がパーソナルコンピューター(以下、PCとする)等のホスト機器(不図示)から画像データを取得する。S102で制御部200は、S101で取得した画像データにYMCKいずれかの色のベタ画像領域があるか否かを判断する。S102で制御部200は、4色ともベタ画像領域がないと判断した場合、処理をS103に進め、1色でもベタ画像領域があると判断した場合、処理をS104に進める。S103で制御部200は、第1モードを選択し、第1モードで印刷を実行し、処理を終了する。
図6は画像データに応じて、第1モードと第2モードとを切り替える処理のフローチャートを示す。第1モードと第2モードは実施例1と同様である。ステップ(以下、Sとする)101で制御部200は、画像形成装置100がパーソナルコンピューター(以下、PCとする)等のホスト機器(不図示)から画像データを取得する。S102で制御部200は、S101で取得した画像データにYMCKいずれかの色のベタ画像領域があるか否かを判断する。S102で制御部200は、4色ともベタ画像領域がないと判断した場合、処理をS103に進め、1色でもベタ画像領域があると判断した場合、処理をS104に進める。S103で制御部200は、第1モードを選択し、第1モードで印刷を実行し、処理を終了する。
S104で制御部200は、ベタ画像領域が連続して第1閾値(例えば、400mm2)以上あるか否かを判断する。S104で制御部200は、ベタ画像領域が連続して第1閾値未満であると判断した場合、処理をS103に進め、第1閾値以上であると判断した場合、処理をS105に進める。
S105で制御部200は、ベタ画像領域の最も離れた点同士の距離(例えば、対角線距離)が第2閾値(例えば、51mm)以下であるか否かを判断する。S105で制御部200は、対角線距離が第2閾値より大きいと判断した場合、処理をS103に進め、第2閾値以下であると判断した場合、処理をS106に進める。S106で制御部200は、第2モードを選択し、第2モードで印刷を実行し、処理を終了する。
なお、実施例3では、ベタ画像、言い換えれば濃度と、その濃度の領域の面積(ベタ画像領域)とその領域形状を特定の閾値で判断したが、それに限定されるものでない。採用するトナー物性、中間転写ベルト抵抗、1次転写電圧、カートリッジPの構成、環境に応じて調整すればよい。また、図6のように2つ以上の条件についての判断処理を設けてもよいし、1つの条件についての判断処理を設けてもよい。
[効果]
表6で比較例1と実施例3について説明する。比較例1は前述したとおりである。
表6で比較例1と実施例3について説明する。比較例1は前述したとおりである。
実施例3は第1モードと第2モードの両方を備え、前述の制御により、画像データに応じてモードが自動で切り替わる場合を示している。実施例3では異常放電が発生する可能性の高い画像の場合に、自動的に第2モードで印刷する。一方、比較例1ではカートリッジPの長寿命化は実現できるが、異常放電画像を抑制できず、モードを複数備えていない(非対応)ため自動切り替えもできない。
以上のように、制御部200は、画像データに応じて第1モードと第2モードとを切り替える。詳細には、制御部200は、トナー像の中で連続した領域の面積に応じて第1モードと第2モードとを切り替える。制御部200は、トナー像の中で連続した領域の面積が第1閾値未満である場合に第1モードで画像形成を行う。また、制御部200は、連続した領域の形状に応じて第1モードと第2モードとを切り替える。制御部200は、トナー像の中で連続した領域の面積が第1閾値以上である場合に、その領域の形状の中で最も離れた2つの点の距離が第2閾値よりも長い場合に第1モードで画像形成を行う。一方、その領域の形状の中で最も離れた2つの点の距離が第2閾値以下である場合に第2モードで画像形成を行う。
以上、実施例3によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。
実施例1の1次転写上流部の異常放電のメカニズムのとおり、異常放電はトナーの帯電量によって影響されるため、カートリッジPの使用状況(耐久状況)に応じて変化する。そこで実施例4では、耐久状況に応じて第1モードと第2モードを切り替える例について説明する。なお、画像形成装置100の基本構成は実施例1と同様のため、同じ構成には同じ符号を用い、説明は省略する。
[カートリッジ寿命と異常放電画像]
表7はカートリッジPの寿命(以下、カートリッジ寿命という)と異常放電画像の発生の有無を示している。カートリッジ寿命は%で表わされ、それぞれのカートリッジ寿命に対して、異常放電の発生が確認されなかった(〇)、発生したが顕著ではなかった(×)ことをそれぞれ示す。
カートリッジ寿命の検知手段として、実施例3では、例えば、検知部90により検知された現像ローラ3の回転数を用いて寿命検知を行った。すなわち、現像ローラ3の回転数が多いほどカートリッジ寿命は減少(消費ともいえる)していく。なお、未使用の新品のカートリッジ寿命を100%とし、カートリッジPの使用が進むほどこの値は減るものとする。カートリッジ寿命の検知手段は、現像ローラ3の回転数に基づく検知手段に限定されず、カートリッジ寿命と相関を示す検知結果を得られる検知手段、例えば画像形成された記録材Sの枚数等、他の検知手段であってもよい。制御部200は、カートリッジ寿命の検知手段によって求められたカートリッジ寿命(例えば、70%等)を、例えばRAM200c等の記憶手段に記憶する。
表7に示すように、カートリッジ寿命が100%等では異常放電が発生したものの顕著ではなく、カートリッジ寿命が50%以下では異常放電が発生しなくなる。すなわち、カートリッジ寿命が減少していったとき、異常放電が発生するかしないかの第3閾値が、例えば60%である。記録材Sが搬送された枚数(以下、通紙枚数という)が増える(進む)と、現像ローラ3とトナー規制ブレード26との摺擦、又は、現像ローラ3と感光ドラム1との摺擦により、トナー表面の形状や外添剤の脱離等でトナーの帯電量が落ちる。このため、カートリッジ寿命が減少すると異常放電が発生しにくくなる。
[モードの切り替え制御]
図7はカートリッジ寿命に応じて、第1モードと第2モードとを切り替える処理を示すフローチャートである。第1モードと第2モードは実施例1と同様である。S201で制御部200は、画像形成装置100内のカートリッジ寿命の記憶手段(例えばRAM200c)に記憶したカートリッジ寿命を取得する。S202で制御部200は、S201で取得したカートリッジ寿命が第3閾値(例えば60%)以上であるか否かを判断する。S202で制御部200は、カートリッジ寿命が第3閾値未満であると判断した場合、処理をS203に進め、第3閾値以上であると判断した場合、処理をS204に進める。
図7はカートリッジ寿命に応じて、第1モードと第2モードとを切り替える処理を示すフローチャートである。第1モードと第2モードは実施例1と同様である。S201で制御部200は、画像形成装置100内のカートリッジ寿命の記憶手段(例えばRAM200c)に記憶したカートリッジ寿命を取得する。S202で制御部200は、S201で取得したカートリッジ寿命が第3閾値(例えば60%)以上であるか否かを判断する。S202で制御部200は、カートリッジ寿命が第3閾値未満であると判断した場合、処理をS203に進め、第3閾値以上であると判断した場合、処理をS204に進める。
S203で制御部200は、第1モードを選択し、第1モードで印刷を実行し、処理を終了する。S204で制御部200は、第2モードを選択し、第2モードで印刷を実行し、処理を終了する。なお、実施例3ではカートリッジ寿命を第3閾値60%で判断したが、それに限定されるものでない。第3閾値は、採用されるトナー物性、中間転写ベルトの抵抗、1次転写電圧、カートリッジ構成、環境等に応じて調整すればよい。
[効果]
表8で比較例1と実施例4について説明する。比較例1は前述したとおりである。
表8は、異常放電画像の発生状況とカートリッジPの長寿命化との2つの点について、比較例1と実施例4とで、良好(〇(Excellent))、可能(△(Good))を示している。また、モードの自動切り替えについては、対応(〇)か非対応(-)かを示している。
表8で比較例1と実施例4について説明する。比較例1は前述したとおりである。
実施例4は第1モードと第2モードの両方を備え、前述の制御により、カートリッジ寿命に応じてモードが自動で切り替わる場合を示している。実施例4では異常放電が発生する可能性がある新品に近い初期のカートリッジPが使用されている場合に、自動的に第2モードで印刷することで、異常放電が発生する機会を減らすことが可能となる。なお、実施例3の制御、すなわち形成される画像の面積や形状に応じてモードを切り替える制御と実施例4の制御とを組み合わせてもよい。
以上のように、制御部200は、カートリッジPの寿命に関する情報に応じて第1モードと第2モードとを切り替える。カートリッジPの寿命に関する情報は、カートリッジPが新品のときの値がカートリッジPの使用が進んだときの値よりも大きく表される。制御部200は、カートリッジPの寿命に関する情報が第3閾値未満である場合に第1モードで画像形成を行い、第3閾値以上である場合に第2モードで画像形成を行う。制御部200は、現像ローラ3の回転数を検知する検知部90の検知結果に基づいてカートリッジPの寿命に関する情報を求める。
以上、実施例4によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における1次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。
1 感光ドラム
3 現像ローラ
7 レーザーユニット
70 モータ
80 電圧印加部
200 制御部
3 現像ローラ
7 レーザーユニット
70 モータ
80 電圧印加部
200 制御部
Claims (12)
- 回転可能な像担持体と、
前記像担持体の表面を露光させ該像担持体の該表面に静電潜像を形成する露光手段と、
前記像担持体の前記表面に現像剤を付与し、前記静電潜像を現像する回転可能な現像手段と、
前記現像手段に現像電圧を印加する印加手段と、
前記現像手段を回転駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備える画像形成装置であって、
前記制御手段は、
前記像担持体の周速に対する前記現像手段の周速の周速比が第1周速比であって、かつ、前記第1周速比が50%より大きく100%より小さくなると共に、前記像担持体の、前記露光手段によって前記静電潜像が形成された領域の表面電位と現像電位との電位差が第1電位差となるように制御する第1モード、
及び、
前記周速比が前記第1周速比よりも大きい第2周速比であって前記第2周速比が150%未満となると共に、前記電位差が前記第1電位差よりも小さい第2電位差となるように制御する第2モード、を有することが可能であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像手段は、表面粗さRzが8.0μm~15.0μmである現像ローラを備えることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記第1モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量と、前記第2モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量とは等しいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記周速比が前記第1周速比よりも大きい第3周速比となるように、かつ、前記電位差が前記第1電位差よりも大きい第3電位差となるように制御する第3モードで記録材に画像形成を行うことが可能であり、
前記第3モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量は、前記第1モード及び前記第2モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量よりも多いことを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。 - 前記制御手段は、画像データに応じて前記第1モードと前記第2モードとを切り替えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、現像剤像の中で連続した領域の面積に応じて前記第1モードと前記第2モードとを切り替えることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記面積が第1閾値未満である場合に前記第1モードで画像形成を行うことを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記連続した領域の形状に応じて前記第1モードと前記第2モードとを切り替えることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記面積が前記第1閾値以上である場合に、
前記形状の中で最も離れた2つの点の距離が第2閾値よりも長い場合に前記第1モードで画像形成を行い、前記距離が前記第2閾値以下である場合に前記第2モードで画像形成を行うことを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体と前記現像手段とを含むカートリッジを備え、
前記制御手段は、前記カートリッジの寿命に関する情報に応じて前記第1モードと前記第2モードとを切り替えることを特徴とする請求項5から請求項9のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記情報は、前記カートリッジが新品のときの値が前記カートリッジの使用が進んだときの値よりも大きく表され、
前記制御手段は、前記情報が第3閾値未満である場合に前記第1モードで画像形成を行い、前記情報が前記第3閾値以上である場合に前記第2モードで画像形成を行うことを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。 - 前記現像手段の回転数を検知する検知手段を備え、
前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づいて前記情報を求めることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の画像形成装置。
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