JP3988346B2 - 画像形成装置における電位制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式を応用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像形成装置における電位制御装置に関し、更に詳しくは、像担持体の帯電電位及び現像バイアス電圧の立ち上げ時又は立ち下げ時に、像担持体の表面にトナーやキャリアが付着することに伴う画質欠陥等を確実に防止可能とした画像形成装置における電位制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、上記電子写真方式を応用した複写機やプリンター、あるいはファクシミリ等の画像形成装置においては、感光体ドラムの表面を所定の電位に帯電した後、当該感光体ドラムの表面に画像露光を施して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像器によって現像することにより、所望の画像を形成するように構成されている。
【0003】
ところで、かかる画像形成装置において、感光体ドラムの帯電開始時に、図9(a)に示すように、感光体ドラム表面の帯電されていない非帯電領域が、当該感光体ドラムの回転に伴って現像器の現像ロールと対向する現像位置に移動したときに、現像ロールに現像バイアス電圧Vdcを印加すると、この現像バイアス電圧Vdcと感光体ドラムの非帯電領域の電位である0Vとの電位差Vimgにより、感光体ドラムと現像ロールとの間に、トナーを現像ロールから感光体ドラムの表面に転移させる向きの電界が形成される。そのため、感光体ドラムの表面には、上記電界の大きさによってトナー、あるいはトナーと共に現像剤中のキャリアが付着する。
【0004】
また、上記画像形成装置において、感光体ドラムの帯電開始時に、図9(c)に示すように、感光体ドラム表面の帯電領域が、当該感光体ドラムの回転に伴って現像器の現像ロールと対向する現像位置に移動したときに、現像ロールの現像バイアス電圧VdcがOFFされていると、この感光体ドラムの帯電電位Vhと現像バイアス電圧のOFF電位である0Vとの電位差により、感光体ドラムと現像ロールとの間に、トナーと逆極性に帯電したキャリアを現像ロールから感光体ドラムの表面に転移させる向きの電界が形成される。そのため、感光体ドラム表面の帯電領域には、上記電界によってキャリアが直ちに付着してしまう。
【0005】
これらのトナー及びキャリアの付着現象は、画像形成開始時である感光体ドラムの帯電開始時ばかりでなく、画像形成終了時である感光体ドラムの帯電停止時にも、上記と同様の理由により発生する。
【0006】
このように、感光体ドラムの表面にトナー及びキャリアが付着すると、中間転写ベルトを用いた画像形成装置においては、感光体ドラムや中間転写ベルト等の汚損や傷を招いたり、感光体ドラムの表面にキャリアが付着した領域では、トナー像の転写が良好に行なわれないため、プリント上の白点や白筋等の画質欠陥を引き起こすという問題点があった。
【0007】
そこで、上記の画像形成開始時や終了時に、感光体ドラムの表面にトナーやキャリアが付着することに伴う問題点を解決し得る技術としては、特開平9−329946号公報や特開平7−253693号公報などに開示されているものが、既に提案されている。
【0008】
上記特開平9−329946号公報に係る画像形成装置は、像担持体の表面を均一に帯電するための帯電部材及び該帯電部材に電圧を印加する帯電用電源を有する帯電手段と、該帯電手段で帯電された像担持体の表面を像露光により電位減衰させて該像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、該帯電手段の帯電極性と同極性に帯電されたトナー及び該帯電極性と逆極性に帯電されたキャリアを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体並びに該現像剤担持体に該帯電極性と同極性の現像バイアス電圧を印加する現像バイアス用電源を有する現像手段とを備えた画像形成装置において、該像担持体表面の帯電開始端が該現像剤担持体に対向するときに該現像剤担持体への現像バイアス電圧の印加が開始し、該像担持体表面の帯電終了端が該現像剤担持体に対向するときに該現像バイアス電圧の印加が停止するように、該帯電用電源及び該現像バイアス用電源をON/OFF制御する制御手段を設け、該現像バイアス用電源のON/OFFによって該現像バイアス電圧が過渡変化しているときに該現像剤担持体との対向位置を通過している該像担持体の表面の電位の絶対値が、該現像バイアス電圧の絶対値以下となる条件下で、該像担持体の表面の電位の値と該現像バイアス電圧とを近づけるように、該帯電用電源及び該現像バイアス用電源のON/OFFタイミングを設定するように構成したものである。
【0009】
また、上記特開平7−253693号公報に係る画像形成装置における電位制御方法は、トナーとキャリアよりなる二成分現像剤を用い、現像スリーブに現像バイアス電圧を印加することによって、トナーを感光体へ付着させる画像形成装置において、感光体回転開始及び停止時に感光体の表面電位と前記現像バイアスの両方を段階的に制御するように構成したものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特開平9−329946号公報に係る画像形成装置の場合には、現像バイアス用電源のON/OFFによって現像バイアス電圧が過渡変化しているときに現像剤担持体との対向位置を通過している像担持体の表面の電位の絶対値が、該現像バイアス電圧の絶対値以下となる条件下で、該像担持体の表面の電位の値と該現像バイアス電圧とを近づけるように、帯電用電源及び現像バイアス用電源のON/OFFタイミングを設定するように構成したので、図9(b)に示すように、現像位置で像担持体上の帯電電位と現像バイアス電圧のタイミングが一致していれば、問題は発生しないが、帯電用電源及び現像バイアス用電源には、その立ち上がり/立ち下がり速度の違い及びバラツキが存在し、像担持体にも回転変動等が存在するため、現像位置で像担持体上の帯電電位と現像バイアス電圧のタイミングを一致させることが困難であり、画像形成開始時や終了時に像担持体の表面にトナーやキャリアが付着するのを確実に防止することが困難であるという問題点を有していた。この問題点は、像担持体の回転速度が高速となり、プロセス速度が速くなると、一層顕著となる。
【0011】
また、上記特開平7−253693号公報に係る画像形成装置における電位制御方法の場合には、感光体回転開始及び停止時に感光体の表面電位と前記現像バイアスの両方を段階的に制御するように構成したものであるが、上記特開平9−329946号公報に係る技術と同様の理由で、感光体回転開始及び停止時に感光体の表面電位と前記現像バイアスの両方の段階的な制御を確実に行なうことが困難であるという問題点があった。さらに、上記特開平7−253693号公報に係る画像形成装置における電位制御方法の場合には、感光体の表面電位と前記現像バイアスの両方を段階的に制御するものであるため、帯電用電源及び現像バイアス用電源の立ち上がり/立ち下がり速度の違い及びバラツキ、並びに感光体の回転変動等を考慮すると、感光体の表面電位と前記現像バイアスの両方の段階的な制御に時間がかかり、プリント速度の速い画像形成装置には適用し難いという問題点があった。
【0012】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、画像形成開始時や終了時に像担持体の表面にトナーやキャリアが付着するのを確実に防止することができ、しかも、画像形成速度の速い画像形成装置にも適用可能な画像形成装置における電位制御装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項1に記載された発明は、像担持体を帯電手段によって帯電した後、前記像担持体の表面に画像露光を施して静電潜像を形成し、当該静電潜像をトナーとキャリアよりなる二成分現像剤を用いた二成分現像方式を採用した現像手段の現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加することによって現像して画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体の帯電電位及び現像バイアス電圧の立ち上げ時に、当該像担持体の帯電電位又は現像バイアス電圧のいずれか一方を、他方の立ち上がりをはさんで、像担持体の非帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が、当該像担持体の表面にトナー及びキャリアの付着が発生する第1の所定値を越えず、且つ、像担持体の帯電途中を含む帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が、当該像担持体の表面にキャリアの付着が発生する第2の所定値を越えないように、目標とする値まで複数段階に制御するように構成したものである。
【0014】
また、請求項2に記載された発明は、前記像担持体の非帯電部の電位をV0(V)、目標とする値まで複数段階に制御される前記現像バイアス電圧の中間値をVDn(V)(n=1以上)、前記像担持体の帯電部の電位をVH(V)としたとき、
VH−VDn<450(V)
VDn−V0<450(V)
なる関係を満たすように、現像バイアス電圧を目標とする値まで複数段階に制御することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置における電位制御装置である。
【0015】
さらに、請求項3に記載された発明は、目標とする値まで複数段階に制御される前記像担持体の帯電電位の中間値をVHn(V)(n=1以上)、前記現像バイアス電圧をVD(V)、前記現像バイアス電圧をOFFしたときの電位をVD0(V)としたとき、
VD−VHn<450(V)
VHn−VD0<450(V)
なる関係を満たすように、像担持体の帯電電位を目標とする値まで複数段階に制御することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置における電位制御装置である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0017】
実施の形態1
【0018】
図2はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機を示す全体構成図である。
【0019】
図2において、1はタンデム型のデジタルカラー複写機の本体を示すものであり、このデジタルカラー複写機本体1の一端側(図中、左端側)の上部には、原稿2の画像を読み取る画像読取装置4が配設されている。また、上記デジタルカラー複写機本体1の内部には、黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色の画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cが、水平方向に沿って一定の間隔をおいて配列されている。さらに、上記4つの画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cの下方には、これらの画像形成ユニットで順次形成される各色のトナー像を、互いに重ね合わせた状態で転写する中間転写ベルト25が、矢印方向に沿って回動可能に配設されている。そして、上記中間転写ベルト25上に多重に転写された各色のトナー像は、給紙カセット39等から給紙される転写材としての転写用紙34上に一括して転写された後、定着器37によって転写用紙34上に定着され、外部に排出されるようになっている。
【0020】
なお、ここではタンデム型のカラー電子写真複写機を用いて、本発明の構成を説明するが、本発明はカラープリンタ/ファクシミリにおいても有効である。
【0021】
次に、図2に基づいて、この発明の実施の形態1に係る画像形成装置としてのタンデム型のカラー電子写真複写機の構成を、更に詳細に説明する。
【0022】
図2において、1はタンデム型のデジタルカラー複写機の本体を示すものであり、このデジタルカラー複写機本体1の一端側(図中、左端側)の上部には、原稿2をプラテンガラス5上に押圧するプラテンカバー3と、プラテンガラス5上に載置された原稿2の画像を読み取る画像読取装置4が配設されている。この画像読取装置4は、プラテンガラス5上に載置された原稿2を光源6によって照明し、原稿2からの反射光像を、フルレートミラー7及びハーフレートミラー8、9及び結像レンズ10からなる縮小光学系を介してCCD等からなる画像読取素子11上に走査露光して、この画像読取素子11によって原稿2の色材反射光像を所定のドット密度(例えば、16ドット/mm)で読み取るように構成されている。
【0023】
上記画像読取装置4によって読み取られた原稿2の色材反射光像は、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)(各8bit)の3色の原稿反射率データとしてIPS12(Image Processing System)に送られ、このIPS12では、原稿2の反射率データに対して、シェーデイング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色/移動編集等の所定の画像処理が施される。
【0024】
そして、上記の如くIPS12で所定の画像処理が施された画像データは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)(各8bit)の4色の原稿色材階調データに変換され、次に述べるように、黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色の画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cの画像露光手段であるROS14K、14Y、14M、14C(Raster Output Scanner)に送られ、これらのROS14K、14Y、14M、14Cでは、所定の色の原稿色材階調データに応じてレーザー光による画像露光が行われる。
【0025】
ところで、上記タンデム型のデジタルカラー複写機本体1の内部には、上述したように、黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の4つの画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cが、水平方向に一定の間隔をおいて並列的に配置されている。
【0026】
これらの4つの画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cは、すべて同様に構成されており、大別して、矢印方向に沿って所定の回転速度で回転する感光体ドラム15と、この感光体ドラム15の表面を一様に帯電する帯電手段としての一次帯電用のスコロトロン16と、当該感光体ドラム15の表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成するROS14と、感光体ドラム15上に形成された静電潜像を現像する現像手段としての現像器17と、クリーニング装置18とから構成されている。
【0027】
上記ROS14は、図2に示すように、半導体レーザー19を原稿色材階調データに応じて変調して、この半導体レーザー19からレーザー光LBを階調データに応じて出射する。この半導体レーザー19から出射されたレーザー光LBは、反射ミラー20、21を介して回転多面鏡22によって偏向走査され、再び反射ミラー20、21及び複数枚の反射ミラー23、24を介して像担持体としての感光体ドラム15上に走査露光される。
【0028】
上記IPS12からは、黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色の画像形成ユニット13K、13Y、13M、13CのROS14K、14Y、14M、14Cに各色の画像データが順次出力され、これらのROS14K、14Y、14M、14Cから画像データに応じて出射されるレーザー光LBが、それぞれの感光体ドラム15K、15Y、15M、15Cの表面に走査露光されて静電潜像が形成される。上記各感光体ドラム15K、15Y、15M、15Cに形成された静電潜像は、現像器17K、17Y、17M、17Cによって、それぞれ黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色のトナー像として現像される。
【0029】
上記各画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cの感光体ドラム15K、15Y、15M、15C上に、順次形成された黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色のトナー像は、各画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cの下方に配置された中間転写体としての中間転写ベルト25上に、一次転写ロール26K、26Y、26M、26Cによって多重に転写される。この中間転写ベルト25は、ドライブロール27と、ストリッピングロール28と、ステアリングロール29と、アイドルロール30と、バックアップロール31と、アイドルロール32との間に一定のテンションで掛け回されており、図示しない定速性に優れた専用の駆動モーターによって回転駆動されるドライブロール27により、矢印方向に所定の速度で循環駆動されるようになっている。上記転写ベルト25としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものが用いられる。
【0030】
上記中間転写ベルト25上に多重に転写された黒(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色のトナー像は、バックアップロール31に圧接する二次転写ロール33によって、圧接力及び静電気力で転写用紙34上に二次転写され、この各色のトナー像が転写された転写用紙34は、2連の搬送ベルト35、36によって定着器37へと搬送される。そして、上記各色のトナー像が転写された転写用紙34は、定着器37によって熱及び圧力で定着処理を受け、複写機本体1の外部に設けられた排出トレイ38上に排出される。
【0031】
上記転写用紙34は、図2に示すように、複数の給紙カセット39、40、41のうちの何れかから所定のサイズのものが、給紙ローラ42及び用紙搬送用のローラ対43、44、45からなる用紙搬送経路46を介して、レジストロール47まで一旦搬送され、停止される。上記給紙カセット39、40、41のうちの何れかから供給された転写用紙34は、所定のタイミングで回転駆動されるレジストロール47によって中間転写ベルト25上へ送出される。
【0032】
そして、上記黒色、イエロー色、マゼンタ色及びシアン色の4つの画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cでは、上述したように、それぞれ黒色、イエロー色、マゼンタ色、シアン色のトナー像が所定のタイミングで順次形成されるようになっている。
【0033】
なお、上記感光体ドラム15K、15Y、15M、15Cは、トナー像の転写工程が終了した後、クリーニング装置18K、18Y、18M、18Cによって残留トナーや紙粉等が除去されて、次の画像形成プロセスに備える。また、中間転写ベルト25は、ベルト用クリーナー48によって残留トナーや紙粉等が除去される。
【0034】
図3及び図4は上記デジタルカラー複写機の各画像形成ユニットを示すものである。
【0035】
上記黒色、イエロー色、マゼンタ色及びシアン色の4つの画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cは、図3及び図4に示すように、すべて同様に構成されており、これらの4つの画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cでは、上述したように、それぞれ黒色、イエロー色、マゼンタ色及びシアン色のトナー像が所定のタイミングで順次形成されるように構成されている。上記各色の画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cは、上述したように、感光体ドラム15を備えており、この感光体ドラム15の表面は、一次帯電用のスコロトロン16によって所定の電位(例えば、−700V)に一様に帯電される。上記一次帯電用のスコロトロン16は、感光体ドラム15側が開口した断面矩形の枠体状に形成された放電シールド50と、この放電シールド50内に張設された2本の放電ワイヤー51と、放電シールド50の開口部52の外側に配設されたグリッド電極53とから構成されている。
【0036】
上記感光体ドラム15の表面は、一次帯電用のスコロトロン16によって一様に帯電された後、ROS14から画像データに応じて出射される画像形成用のレーザ光LBが走査露光されて、各色に対応した静電潜像が形成される。なお、図示の実施の形態では、感光体ドラム15表面の画像露光位置の下流側に、当該感光体ドラム15の表面電位を測定する電位センサ54が配設されている。
【0037】
上記感光体ドラム15上に形成された静電潜像は、各画像形成ユニット13K、13Y、13M、13Cの現像器17の現像ロール55によって、それぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色、黒色の各色のトナーにより現像されて可視トナー像となり、これらの可視トナー像は、一次転写ロール26の帯電によって中間転写ベルト25上に順次多重に転写される。なお、図示の実施の形態では、感光体ドラム15上に現像されたトナー像が、中間転写ベルト25上に転写される前に、転写前コロトロン56によって帯電を受け、転写効率を向上させるようになっている。
【0038】
また、上記感光体ドラム15上に形成された静電潜像を現像する現像器17は、図5に示すように、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤57が収容される現像器ハウジング58を備えており、当該現像器ハウジング57の感光体ドラム16側の開口部には、現像剤担持体としての現像ロール55が配設されている。この現像ロール55は、所定の速度で回転駆動される現像スリーブ59と、当該現像スリーブ59の内部に固定した状態で配置されたマグネットロール60とから構成されている。さらに、上記現像器ハウジング57の内部には、現像ロール55の背面側に、第1及び第2の2つの現像剤搬送用オーガ61、62が、上下に対向するように配置されているとともに、これら2つの現像剤搬送用オーガ61、62の間には、仕切り板63が現像ロール55側に向けて略水平に突設されている。また、上記上方の現像剤搬送用オーガ62の斜め下方には、第3の小径の現像剤搬送用オーガ64が配設されている。
【0039】
上記現像器ハウジング58の内部には、図4に示すように、トナーカートリッジ65からリザーブタンク66を介して、所定のタイミングでトナーが供給されるようになっている。このトナーカートリッジ65から供給されたトナーは、図5に示すように、第1の現像剤搬送用オーガ61の軸方向の一端部に送られ、当該第1の現像剤搬送用オーガ61の軸方向に沿って搬送され、現像器ハウジング58内の現像剤57と攪拌されつつ、摩擦帯電される。さらに、上記第1の現像剤搬送用オーガ61の軸方向の端部まで搬送され、現像器ハウジング58内の現像剤57と攪拌されたトナーは、第2の現像剤搬送用オーガ62へ受け渡たされ、当該第2の現像剤搬送用オーガ62の軸方向に沿って搬送される間に、更に現像器ハウジング58内の現像剤57と十分攪拌されつつ摩擦帯電されるとともに、この第2の現像剤搬送用オーガ62から第3の現像剤搬送用オーガ64を介して、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤57が現像ロール55に供給される。現像ロール55に供給された現像剤57は、マグネットロール60の磁力によって現像スリーブ59の表面に吸着された後、当該現像スリーブ59の回転に伴って矢印方向に沿って搬送され、現像剤層厚規制部材65によって層厚が規制されて、感光体ドラム15と対向する現像位置66へと搬送され、感光体ドラム15の表面に形成された静電潜像を現像するようになっている。
【0040】
また、上記現像器17の下流側には、図5に示すように、感光体ドラム15の表面に付着してしまったキャリアを除去するためのキャリア捕獲手段67が設けられている。このキャリア捕獲手段67は、感光体ドラム15の表面に近接して配置されたキャッチアップロール68を備えている。上記キャッチアップロール68は、図示されているように、所定の位置に所定の極性の磁極が着磁されたマグネットロール69と、当該マグネットロール69の外周に矢印方向に沿って回転可能に配置されたキャッチアップスリーブ70とから構成されている。そして、上記キャッチアップロール68は、感光体ドラム15の捕獲位置71において、当該感光体ドラム15の表面に付着したキャリアを、マグネットロール69の磁力によってキャッチアップスリーブ70上に付着させ、当該キャッチアップスリーブ70によって除去回収されたキャリアは、支持部材72に取り付けられたブレード73によって掻き取られるようになっている。
【0041】
トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム16の表面は、図3及び図4に示すように、クリーニング前コロトロン74によって除電された後、クリーニング装置18によって残留トナーや紙粉等が除去されるとともに、イレーズランプ75によって露光を受けて完全に除電され、次の画像形成プロセスに備える。上記クリーニング装置18は、クリーニグブレード76とクリーニングブラシ77とフィルムシール78とを備えており、これらのクリーニグブレード76及びクリーニングブラシ77によって感光体ドラム15上の残留トナーや紙粉等を除去するようになっている。
【0042】
また、トナー像の転写工程が終了した後の中間転写ベルト25の表面は、図2に示すように、クリーニング装置48によって残留トナーや紙粉等が除去されて、次の画像形成プロセスに備える。上記クリーニング装置48は、クリーニングブラシ及びクリーニングブレードを備えており、これらのクリーニングブラシ及びクリーニングブレードによって、中間転写ベルト25上の残留トナーや紙粉等を除去するようになっている。
【0043】
ところで、この実施の形態では、前記像担持体の帯電電位及び現像バイアス電圧の立ち上げ時又は立ち下げ時に、当該像担持体の帯電電位又は現像バイアス電圧のいずれか一方を、他方の立ち上がり又は立ち下がりをはさんで、像担持体の非帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が第1の所定値を越えず、且つ、像担持体の帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が第2の所定値を越えないように、目標とする値まで複数段階に制御するように構成されている。
【0044】
また、この実施の形態では、前記像担持体の非帯電部の電位をV0(V)、目標とする値まで複数段階に制御される前記現像バイアス電圧の中間値をVDn(V)(n=1以上)、前記像担持体の帯電部の電位をVH(V)としたとき、
VH−VDn<450(V)
VDn−V0<450(V)
なる関係を満たすように、現像バイアス電圧を目標とする値まで複数段階に制御するように構成されている。
【0045】
さらに、この実施の形態では、目標とする値まで複数段階に制御される前記像担持体の帯電電位の中間値をVHn(V)(n=1以上)、前記現像バイアス電圧をVD(V)、前記現像バイアス電圧をOFFしたときの電位をVD0(V)としたとき、
VD−VHn<450(V)
VHn−VD0<450(V)
なる関係を満たすように、像担持体の帯電電位を目標とする値まで複数段階に制御するように構成されている。
【0046】
図4はこの実施の形態に係るデジタルカラー複写機の画像形成ユニットとともに電源回路の構成をも示すものである。
【0047】
図4において、80は一次帯電用のスコロトロン16の放電ワイヤー51に直流電圧を印加する直流高圧電源を、81は一次帯電用のスコロトロン16のグリッド電極52に可変とした直流電圧を印加する直流高圧電源を、82は現像ロール55の現像スリーブ59に可変とした直流バイアス電圧を印加する直流高圧電源を、83は当該直流バイアス電圧にON/OFF可能に重畳される交流バイアス電圧を印加する交流高圧電源を、84はキャッチアップロール68のキャッチアップスリーブに交流電圧を印加する交流高圧電源を、85は上記直流高圧電源80、直流高圧電源81、直流高圧電源82、交流高圧電源83の出力タイミング及び出力値を制御する制御回路を、それぞれ示すものである。
【0048】
そして、この実施の形態では、制御回路85によって、感光体ドラム15の帯電電位及び現像バイアス電圧の立ち上げ時及び立ち下げ時に、当該感光体ドラム15の帯電電位又は現像バイアス電圧のいずれか一方を、他方の立ち上がり又は立ち下がりをはさんで、感光体ドラム15の非帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が第1の所定値を越えず、且つ、感光体ドラム15の帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が第2の所定値を越えないように、目標とする値まで複数段階に制御されるようになっている。
【0049】
以上の構成において、この実施の形態に係る画像形成装置における電位制御装置を適用したタンデム型のデジタルカラー複写機では、次のようにして、画像形成開始時や終了時に像担持体の表面にトナーやキャリアが付着するのを確実に防止することができ、しかも、画像形成速度の速い画像形成装置にも適用することが可能となっている。
【0050】
すなわち、この実施の形態に係るデジタルカラー複写機において、フルカラーや単色の画像の形成を開始する場合には、図4に示すように、画像形成動作の開始に伴って、感光体ドラム15の回転駆動が開始されるとともに、各画像形成ユニット13Y、13M、13C、13Kの一次帯電用のスコロトロン16に、直流高圧電源80及び直流高圧電源81によって直流電圧が印加され、感光体ドラム15の表面は、図1に示すように、所定の電位(例えば、−700V)に一様に帯電される。
【0051】
そして、上記感光体ドラム15の帯電領域の先端が、当該感光体ドラム15の回転に伴って現像ロール55と対向する現像領域に移動すると、現像器17の現像スリーブ59には、図1に示すように、制御回路85によって、感光体ドラム15の帯電領域の立ち上がりよりも早いタイミングで、所定の現像バイアス電圧よりも低い、現像バイアス電圧の中間値Vdc(例えば、Vdc=−360V)が印加される。この現像バイアス電圧の中間値Vdcは、感光体ドラム15の非帯電部の電位(略0V)と当該現像バイアス電圧Vdcとの電位差が、第1の所定値を越えず、且つ、感光体ドラム15の帯電部の電位(−700V)と現像バイアス電圧Vdcとの電位差−340Vが第2の所定値を越えないように設定される。この実施の形態では、当該現像バイアス電圧の中間値Vdcは、上述したように、例えば、−360Vに設定されている。
【0052】
なお、この実施の形態では、現像器17のハウジング58が、感光体ドラム15から離間しない非リトラクト方式を採用している。また、上記現像器17を駆動するモーターは、実際に画像を形成するまでは停止した状態となっており、従って、図1に示す状態において、現像ロール55は停止した状態となっている。さらに、上記現像器17の現像スリーブ59には、上述したように、非画像形成状態において、所定の直流成分の現像バイアス電圧のみが印加されており、交流成分の現像バイアス電圧は、OFFされた状態となっている。
【0053】
その後、上記制御回路85は、現像バイアス電圧の中間値Vdcの領域が、感光体ドラム15の帯電領域の立ち上がり部をはさんで、当該現像バイアス電圧の中間値Vdcの領域が、感光体ドラム15の帯電領域を通過した所定のタイミングで、直流高圧電源82を制御することにより、現像器17の現像スリーブ59に、所定の現像バイアス電圧(例えば、Vdc2=−550V)を印加するようになっている。
【0054】
ところで、上記現像バイアス電圧が中間値Vdc1から目標とする所定の現像バイアス電圧Vdc2に切り換えられるまでの時間は、現像バイアス電圧の中間値Vdc1が、感光体ドラム15の帯電領域を確実に通過した後であればよく、この時間Tは、例えば、100msに設定される。その結果、この実施の形態では、感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりよりも、約50msだけ早く、現像バイアス電圧が中間値Vdc1に立ち上がり、感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりから、約50ms遅れて、現像バイアス電圧が目標とする所定の値に立ち上がることになる。なお、上記時間Tは、100msよりも短くても長くても良いことは勿論である。
【0055】
この発明の実施の形態にとって重要な点は、現像バイアス電圧が感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりをはさんで、中間値Vdc1から目標とする所定の現像バイアス電圧Vdc2に切り換えられることである。
【0056】
また、この実施の形態に係るデジタルカラー複写機において、フルカラーや単色の画像形成である1つのジョブが終了する場合には、図4に示すように、画像形成動作の終了に伴って、各画像形成ユニット13Y、13M、13C、13Kの一次帯電用のスコロトロン16に、直流高圧電源80及び直流高圧電源81によって印加されている直流電圧及び直流電圧がOFFされ、感光体ドラム15の表面は、図1(b)に示すように、最終的に帯電が停止(0V)される。
【0057】
そして、上記感光体ドラム15の帯電領域の後端が、当該感光体ドラム15の回転に伴って現像ロール55と対向する現像領域に移動すると、一次帯電用のスコロトロン16には、図1(b)に示すように、制御回路85によって、現像バイアス電圧の立ち下がりよりも早いタイミングで、所定の帯電電位よりも低い、感光体ドラム15の帯電電位の中間値Vh1(例えば、Vh1=−300V)に切り換えられる。この感光体ドラム15の帯電電位の中間値Vh1は、感光体ドラム15の非帯電部の電位(略0V)と当該現像バイアス電圧Vdc2(Vdc2=−550V)との電位差が、第1の所定値を越えず、且つ、感光体ドラム15の帯電部の電位(−300V)と現像バイアス電圧Vdc2との電位差−250Vが第2の所定値を越えないように設定される。この実施の形態では、当該感光体ドラム15の帯電電位の中間値Vh1は、上述したように、例えば、−300Vに設定されている。
【0058】
なお、この実施の形態では、感光体ドラム15の帯電が停止し、現像バイアス電圧の印加がOFFされるまで、感光体ドラム15は、回転した状態にあるが、現像ロール55は停止しており、現像バイアス電圧の交流成分の印加もOFFされた状態となっている。
【0059】
その後、上記制御回路85は、感光体ドラム15の帯電電位の中間値Vh1の領域が、現像バイアス電圧Vdc2の立ち下がり部をはさんで、当該感光体ドラム15の帯電電位の中間値Vh1の領域が、現像バイアス電圧Vdc2の領域を通過した所定のタイミングで、直流高圧電源81を制御することにより、一次帯電用のスコロトロン16のグリッド電極82に、印加している電圧をOFFする(0V)ようになっている。
【0060】
なお、上記感光体ドラム15の帯電電位が中間値Vh1から0Vに切り換えられるまでの時間は、感光体ドラム15の帯電電位が中間値Vh1が、現像バイアス電圧Vdc3の領域を確実に通過した後であればよく、この時間Tは、帯電開始時と同様、例えば、100msに設定される。なお、上記時間Tは、100msよりも短くても長くても良いことは勿論である。
【0061】
この発明の実施の形態にとって重要な点は、感光体ドラム15の帯電電位が現像バイアス電圧Vdc3の立ち下がりをはさんで、中間値Vh1から0Vに切り換えられることである。
【0062】
このように、上記実施の形態では、現像バイアス電圧が感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりをはさんで、中間値Vdc1から目標とする所定の現像バイアス電圧Vdc2に切り換えられるように構成されている。しかも、上記現像バイアス電圧の中間値Vdc1は、感光体ドラム15の非帯電部の電位(略0V)と当該現像バイアス電圧Vdcとの電位差が、現像ロール55上のトナー及びキャリアを、感光体ドラム15表面に付着させる電位差である第1の所定値を越えず、且つ、感光体ドラム15の帯電部の電位(−700V)と現像バイアス電圧Vdcとの電位差−340Vが、現像ロール55上のキャリアを、感光体ドラム15表面に付着させてしまう第2の所定値を越えないように設定されている。そのため、この実施の形態では、感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がり時に、当該感光体ドラム15の表面に、トナー及びキャリアが付着するのを確実に防止することができるようになっている。しかも、この実施の形態では、現像バイアス電圧を感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりをはさんで、中間値Vdc1から目標とする所定の現像バイアス電圧Vdc2に切り換えればよいので、現像バイアス電圧と感光体ドラム15の帯電電位の双方を多段階に徐々に変化させる必要がないため、プロセス速度の速い高速の複写機やプリンターにも適用することが可能となっている。
【0063】
実験例
次に、本発明者らは、図1(a)に示すように、現像バイアス電圧を感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりをはさんで、中間値Vdc1から目標とする所定の現像バイアス電圧Vdc2に切り換える際に、現像バイアス電圧の中間値Vdc1をどの程度の電圧に変化させれば、感光体ドラム15の表面へのトナー及びキャリアの付着を確実に防止することができるかを確認する実験を行った。
【0064】
実験条件は、上述した実施の形態1と同一の条件である。
【0065】
図6は、上記実験の結果を示すものであり、感光体ドラム15の非帯電部の電位(略0V)と当該現像バイアス電圧Vdcとの電位差Vimgが、450V以下であり、しかも、感光体ドラム15の帯電部の電位(−700V)と現像バイアス電圧Vdcとの電位差Vclnが、やはり450V以下であれば、感光体ドラム15の表面へのトナー及びキャリアの付着を確実に防止することができることがわかる。
【0066】
比較実験例
また、本発明者らは、図9(a)又は(c)に示すように、現像バイアス電圧と感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりとを、互いに時間的にずらした場合に、感光体ドラム15表面へのトナーの付着幅がどのように変化するかを確認する実験を行った。
【0067】
図7は、上記実験の結果を示すものであり、現像バイアス電圧と感光体ドラム15の帯電電位を、中間値をとることなく、直ちに所定の電圧や電位まで立ち上げた場合には、現像バイアス電圧と感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりとが、互いに一致している極短いタイミングを除いて、感光体ドラム15の表面に付着するトナーの幅は、大きな勾配で直線的に増加していることがわかる。ところが、現像バイアス電圧と感光体ドラム15の帯電電位の立ち上がりが、互いに一致するように、両者の印加タイミングを制御するのは(特に高速機では)困難であり、感光体ドラム15表面へのトナー付着を確実に防止することができないことがわかる。
【0068】
実施の形態2
図8はこの発明の実施の形態2を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、前記実施の形態1では、画像形成開始時に、現像バイアス電圧を複数段階に制御し、画像形成終了時に、像担持体の帯電電位を複数段階に制御しているのに対し、この実施の形態2では、画像形成開始時に、感光体ドラムの帯電電位を複数段階に制御し、画像形成終了時に、現像バイアス電圧を複数段階に制御するように構成されている。
【0069】
すなわち、この実施の形態2では、デジタルカラー複写機において、フルカラーや単色の画像の形成を開始する場合には、図4に示すように、画像形成動作の開始に伴って、感光体ドラム15の回転駆動が開始されるとともに、各画像形成ユニット13Y、13M、13C、13Kの一次帯電用のスコロトロン16に、交流高圧電源80及び直流高圧電源81によって交流電圧及び直流電圧が印加され、感光体ドラム15の表面は、図8に示すように、中間電位Vh1(例えば、−300V)を経て所定の電位(例えば、−700V)に一様に帯電される。
【0070】
そして、上記感光体ドラム15の中間電位Vh1の帯電領域先端が、当該感光体ドラム15の回転に伴って現像ロール55と対向する現像領域に移動すると、現像器17の現像スリーブ59には、図8に示すように、制御回路85によって、感光体ドラム15の帯電領域の立ち上がりよりも遅いタイミングで、所定の現像バイアス電圧Vdc(例えば、Vdc=−550V)が印加される。この感光体ドラム15の中間電位Vh1は、感光体ドラム15の中間電位Vh1と当該現像バイアス電圧との電位差が、第1の所定値を越えず、且つ、現像バイアス電圧Vdcと感光体ドラム15の中間電位Vh1との電位差−250Vが第2の所定値を越えないように設定される。この実施の形態では、当該感光体ドラム15の中間電位Vh1は、上述したように、例えば、−300Vに設定されている。
【0071】
その後、上記制御回路85は、感光体ドラム15の中間電位Vh1の領域が、現像バイアス電圧の立ち上がり部をはさんで、当該感光体ドラム15の中間電位Vh1の領域が、現像バイアス電圧の立ち上がり部を通過した所定のタイミングで、直流高圧電源81を制御することにより、一次帯電用のスコロトロン16に、所定の電圧(例えば、Vh1=−700V)を印加するようになっている。
【0072】
また、この実施の形態に係るデジタルカラー複写機において、フルカラーや単色の画像形成である1つのジョブが終了する場合には、図4に示すように、画像形成動作の終了に伴って、各画像形成ユニット13Y、13M、13C、13Kの一次帯電用のスコロトロン16に、直流高圧電源80及び直流高圧電源81によって印加されている直流電圧及び直流電圧がOFFされ、感光体ドラム15の表面は、図8(b)に示すように、最終的に帯電が停止(0V)される。
【0073】
そして、上記感光体ドラム15の帯電領域の後端が、当該感光体ドラム15の回転に伴って現像ロール55と対向する現像領域に移動すると、現像ロール55には、図8(b)に示すように、制御回路85によって、感光体ドラム15の帯電領域の立ち下がりよりも早いタイミングで、所定の現像バイアス電圧Vdc2よりも低い、現像バイアス電圧の中間値Vdc1(例えば、Vdc1=−360V)に切り換えられる。この現像バイアス電圧の中間値Vdc1は、当該現像バイアス電圧の中間値Vdc1(−360V)と感光体ドラム15の非帯電部の電位(略0V)との電位差が、第1の所定値を越えず、且つ、感光体ドラム15の帯電部の電位(−700V)と現像バイアス電圧の中間値Vdc1との電位差−340Vが第2の所定値を越えないように設定される。この実施の形態では、当該現像バイアス電圧の中間値Vdc1は、上述したように、例えば、−360Vに設定されている。
【0074】
その後、上記制御回路85は、現像バイアス電圧の中間値Vdc1の領域が、感光体ドラム15の立ち下がり部をはさんで、当該現像バイアス電圧の中間値Vdc1の領域が、感光体ドラム15の立ち下がり部(0V)の領域を通過した所定のタイミングで、直流高圧電源82を制御することにより、現像ロール55に印加している電圧をOFFする(0V)ようになっている。
【0075】
このように、上記実施の形態2においても、感光体ドラム15の表面に、トナー及びキャリアが付着するのを確実に防止することができるとともに、プロセス速度の速い高速の複写機やプリンターにも適用することが可能となっている。
【0076】
なお、前記実施の形態では、現像バイアス電圧又は感光体ドラム15の帯電電圧を2段階、つまり1つの中間値をとって目標とする値まで制御するように構成した場合について説明したが、現像バイアス電圧又は感光体ドラム15の帯電電圧を3段階以上、つまり2つ以上の中間値をとって目標とする値まで制御するように構成しても勿論よい。
【0077】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、画像形成開始時に像担持体の表面にトナーやキャリアが付着するのを確実に防止することができ、しかも、画像形成速度の速い画像形成装置にも適用可能な画像形成装置における電位制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1(a)(b)はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置における電位制御装置の動作をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【図2】 図2はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置における電位制御装置を適用した画像形成装置としてのデジタルカラー複写機を示す構成図である。
【図3】 図3はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置における電位制御装置を適用した画像形成装置としてのデジタルカラー複写機の画像形成ユニットを示す構成図である。
【図4】 図4はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置における電位制御装置を適用した画像形成装置としてのデジタルカラー複写機の画像形成ユニットを示す模式図である。
【図5】 図5は現像器を示す構成図である。
【図6】 図6は実験結果を示す図表である。
【図7】 図7は実験結果を示すグラフである。
【図8】 図8(a)(b)はこの発明の実施の形態2に係る画像形成装置における電位制御装置の動作をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【図9】 図9(a)〜(c)は従来の画像形成装置における電位制御装置の動作をそれぞれ示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
15:感光体ドラム(像担持体)、16:一次帯電用のスコロトロン(帯電手段)、17:現像器(現像手段)、80:交流高圧電源、81:直流高圧電源、82:直流高圧電源、83:交流高圧電源、85:制御回路(制御手段)、Vh2:感光体ドラムの帯電電位、Vdc1:現像バイアス電圧の中間値、Vdc2:現像バイアス電圧の目標値。
Claims (3)
- 像担持体を帯電手段によって帯電した後、前記像担持体の表面に画像露光を施して静電潜像を形成し、当該静電潜像をトナーとキャリアよりなる二成分現像剤を用いた二成分現像方式を採用した現像手段の現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加することによって現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体の帯電電位及び現像バイアス電圧の立ち上げ時に、当該像担持体の帯電電位又は現像バイアス電圧のいずれか一方を、他方の立ち上がりをはさんで、像担持体の非帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が、当該像担持体の表面にトナー及びキャリアの付着が発生する第1の所定値を越えず、且つ、像担持体の帯電途中を含む帯電部の電位と現像バイアス電圧との電位差が、当該像担持体の表面にキャリアの付着が発生する第2の所定値を越えないように、目標とする値まで複数段階に制御することを特徴とする画像形成装置における電位制御装置。 - 前記像担持体の非帯電部の電位をV0(V)、目標とする値まで複数段階に制御される前記現像バイアス電圧の中間値をVDn(V)(n=1以上)、前記像担持体の帯電部の電位をVH(V)としたとき、
VH−VDn<450(V)
VDn−V0<450(V)
なる関係を満たすように、現像バイアス電圧を目標とする値まで複数段階に制御することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置における電位制御装置。 - 目標とする値まで複数段階に制御される前記像担持体の帯電電位の中間値をVHn(V)(n=1以上)、前記現像バイアス電圧をVD(V)、前記現像バイアス電圧をOFFしたときの電位をVD0(V)としたとき、
VD−VHn<450(V)
VHn−VD0<450(V)
なる関係を満たすように、像担持体の帯電電位を目標とする値まで複数段階に制御することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置における電位制御装置。
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