JP4927465B2 - 画像形成装置の帯電条件設定方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、前述のように、帯電(放電)がどのように生じているか、正確に見ることは難しいため、感光体の帯電電位を測定することしか、帯電工程の良否を推定することはできなかった。また、感光体の帯電電位の測定は、通常、面積にして直径約1cmの範囲での帯電電位の平均でしか測定はできず、高解像度の書き込みを行う場合に影響される局所的な帯電電位のばらつきを検知することができなかった。また、感光体の帯電電位の測定も、数箇所の限られた場所でしか測定していないのが現状であり、そのため、帯電電位が一定になりやすいように帯電条件は高めに設定することが多く、感光体や帯電ローラの寿命は短くなってしまっていた。
また、感光体や帯電ローラ表面が酸化劣化すると、トナー成分が感光体や帯電ローラに付着しやすくなり、その付着したものは放電により酸化され、イオン性となるため、高湿度環境で異常画像を生じやすくなり、感光体ではボケが、帯電ローラではスジ状の異常画像が生じやすくなる。そのため、帯電条件を緩やかにすることはこれらの異常画像を抑制するためにも重要なことである。
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記段差を、前記感光体の周方向1mm当たり、5〜30本存在させることを特徴とする画像形成装置の帯電条件設定方法。
20×v/w12≧f≧4.5×v/w12
なる関係式を満足させることを特徴とする。
請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記線速vは、280〜800mm/秒であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記帯電ローラはその外径が9mm以上25mm以下とすることを特徴とする。
放電がどのような形態で生じているときに、穏やかな帯電で感光体と帯電ローラの酸化劣化の速度を抑えながら、均一な帯電電位を感光体に付与できるか鋭意検討した結果、帯電ローラと感光体との間で起こる放電は、パッシェン則に従う放電限界距離以上であれば、帯電ローラと感光体とのギャップが小さいほど低いエネルギーで、効率良く起こすことができ、オゾンやNOx等の酸化性ガスの発生も低く抑えることができることが分かった。
同図において符号w1、w2はスジ状の放電痕の幅、wsは2本の放電痕の間隔をそれぞれ示す。
本発明の画像形成装置の帯電条件設定方法において、感光体に生じる放電痕を電子顕微鏡で観察したときの写真を図1に示した。放電痕は図中白く見ることができる。放電痕は連続した二本のスジとそれら二本のスジの間に不定形の島状で構成されている。二本のスジの幅w1、w2はそれぞれ0.50、0.55mmであり、これらの和、w12は1.05mmであった。二本のスジの間の幅wsは0.51mmであり、この幅wsの範囲(以下隙間と呼ぶ)の放電痕の面積の合計は、隙間の面積の34%であった。
この観察は破壊検査になるので、観察に使用した感光体は、画像形成装置として実使用することはできない。帯電ローラも放電痕が残ることがあり、同様である。ただし、感光体と帯電ローラは静止状態で電圧印加をしているので、同じ感光体、および帯電ローラを用い、両者の対向する位置を変えることで繰り返し別の放電痕を形成して観察することができる。
このような観察は、原則として設計段階で実験装置を作って行うことによって、最良の画像を形成するための各種パラメータを設定することができるが、完成した画像形成装置を用いて行って、同一ロットの感光体の線速や、感光体と帯電ローラの接触圧、印加する直流の電圧値等を修正することもできる。また、使用中の画像形成装置に問題が生じたときなどに同様の観察を行って問題点の洗い出しを行うこともできる。
図3は一例の帯電ローラの表面に存在する段差の分布を示す図である。
本発明の画像形成装置に用いる段差は、急激に高低差を持つ幅が10μm以下、好ましくは5μm以下、さらに好ましくは0.1〜3μmの幅で高低差が2〜30μmを構成していることが帯電効率を高める上で好ましい。図2はその一例である。
同図中、示した段差の高低差は、2μm以上あることが、超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9500(キーエンス製)で、確認されている。図2に示した帯電ローラの表面に存在する、段差の分布を図3に示した。
これらの段差は、帯電ローラの周方向に0.5mm当たり、5〜30本、好ましくは7〜25本、さらに好ましくは10〜20本存在していることが好ましい。この帯電ローラ表面の段差は、直線的であると、周期的な帯電ムラになりやすいため、蛇行していることが好ましい。この段差はそれぞれの長さが段差が帯電ローラの周方向に0.5mm当たり5本以下では、帯電効率をあげる効果が少なく、30本以上では、帯電ローラに欠陥を生じさせやすくなるため好ましくない。
本発明の画像形成装置の帯電条件設定方法において、感光体に生じる放電痕の二本のスジの間隔ws(mm)はw12の33%以下、好ましくは1〜30%、さらに好ましくは5〜27%である。wsがw12の33%以上であると、帯電電位ムラを生じやすく好ましくない。
本発明の画像形成装置の帯電条件設定方法においては、放電痕により放電の起こっている場所を特定することができるため、帯電電位に印加する交流の周波数を適切な値に設定することが可能となり、感光体および帯電ローラの交換の間隔を大幅に伸ばすことが可能となる。
f≧v/(w12/2)=2×v/w12
であれば、感光体の帯電電位は一定となる。実際には帯電ローラに印加する交流電圧の1周期の放電では、放電痕の幅の帯電電位にバラツキがあり、2本の放電痕の間は放電が生じていない場所があるため、周波数は20×v/w12≧f≧4.5×v/w12、好ましくは18×v/w12≧f≧5×v/w12、さらに好ましくは16×v/w12≧f≧5.5×v/w12、を満たすことが好ましい。周波数が4.5×v/w12より小さいと、感光体の帯電電位の均一性が得られず、特に1000dpi、好ましくは1200dpi以上の解像度の画像形成装置において、高品質の画像を得ることができず好ましくない。周波数が20×v/w12より大きいと、感光体および帯電ローラの酸化劣化のスピードが速く、早期に感光体および帯電ローラを交換しないといけなくなるため好ましくない。
感光体の導電性支持体としては、体積抵抗1010Ω・cm以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属、酸化スズ、酸化インジウムなどの金属酸化物を、蒸着またはスパッタリングにより、フィルム状もしくは円筒状のプラスチック、紙に被覆したもの、あるいはアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレスなどの板およびそれらを、押し出し、引き抜きなどの工法でドラム状に素管化後、切削、超仕上げ、研摩などの表面処理した管などを使用することができる。ドラム状の支持体としては、直径が20〜150mm、好ましくは、24〜100mm、さらに好ましくは28〜70mmのものを用いることができる。ドラム状の支持体の直径が20mm以下では、ドラム周辺に帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各工程を配置することが物理的に難しく、ドラム状の支持体の直径が150mm以上では画像形成装置が大きくなってしまい好ましくない。特に、画像形成装置がタンデム型の場合には、複数の感光体を搭載する必要があるため、直径は70mm以下、好ましくは60mm以下であることが好ましい。また、エンドレスニッケルベルト、エンドレスステンレスベルトも導電性支持体として用いることができる。
式中、R1は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基、置換基を有してもよいアリール基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、−COOR7(R7は水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基または置換基を有してもよいアリール基)、ハロゲン化カルボニル基若しくはCONR8R9(R8およびR9は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基または置換基を有してもよいアリール基を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい)を表わし、Ar1、Ar2は置換もしくは未置換のアリーレン基を表わし、同一であっても異なっていてもよい。Ar3、Ar4は置換もしくは未置換のアリール基を表わし、同一であっても異なっていてもよい。Xは単結合、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、酸素原子、硫黄原子、ビニレン基を表わす。Zは置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル2価基、アルキレンオキシカルボニル2価基を表わす。m、nは0〜3の整数を表わす。
<モノフェノール系化合物>
2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、ステアリル−β−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、3−t−ブチル−4−ヒドロキシニソールなど。
<ビスフェノール系化合物>
2,2'−メチレン−ビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2'−メチレン−ビス−(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4'−チオビス−(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4'−ブチリデンビス−(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)など。
<高分子フェノール系化合物>
1,1,3−トリス−(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス−[メチレン−3−(3',5'−ジ−t−ブチル−4'−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、ビス[3,3'−ビス(4'−ヒドロキシ−3'−t−ブチルフェニル)ブチリックアシッド]グリコールエステル、トコフェノール類など。
N−フェニル−N'−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、N,N'−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、N−フェニル−N−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、N,N'−ジ−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、N,N'−ジメチル−N,N'−ジ−tーブチル−p−フェニレンジアミンなど。
<ハイドロキノン類>
2,5−ジ−t−オクチルハイドロキノン、2,6−ジドデシルハイドロキノン、2−ドデシルハイドロキノン、2−ドデシル−5−クロロハイドロキノン、2−t−オクチル−5−メチルハイドロキノン、2−(2−オクタデセニル)−5−メチルハイドロキノンなど。
ジラウリル−3,3'−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3'−チオジプロピオネート、ジテトラデシル−3,3'−チオジプロピオネートなど。
<有機燐化合物類>
トリフェニルホスフィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィン、トリ(ジノニルフェニル)ホスフィン、トリクレジルホスフィン、トリ(2,4−ジブチルフェノキシ)ホスフィンなど。
電荷輸送層中にレベリング剤を添加してもかまわない。レベリング剤としては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のシリコーンオイル類や、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するポリマーあるいはオリゴマーが使用され、その使用量は、バインダー樹脂100重量部に対して、0〜1重量部が適当である。
電荷輸送層能力を有する高分子としては、高分子中に電荷輸送能力を有する基を付加したものが用いられる。電荷輸送能力を有する基として化学式(1)を例示することができる。
Ar2
|
−Ar1−N 化学式(1)
|
Ar3
Ar1は置換もしくは未置換のアリーレン基を表わす。Ar2、Ar3は置換もしくは未置換のアリール基を表わし、同一であっても異なっていてもよい。
この電荷輸送能力を有する基は、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等の機械的強度の高い高分子の側鎖に付加することが好ましく、モノマーの製造が容易で、塗工性、硬化性にも優れるアクリル樹脂を用いることが好ましい。
化学式(1)の基を有する単官能不飽和カルボン酸をしては、化学式(2)、化学式(3)を例示することができる。
保護層にアクリル樹脂を用いる場合には、上記不飽和カルボン酸を感光体に塗工後、電子線照射あるいは、紫外線等の活性光線を照射してラジカル重合を生じさせ、保護層を形成することができる。活性光線によるラジカル重合を行う場合には、不飽和カルボン酸に光重合開始剤を溶解したものを用いる。光重合開始剤は通常、光硬化性塗料に用いられる材料を用いることができる。
保護層中には保護層の機械的強度を高めるために金属、または金属酸化物の微粒子を分散させることができる。金属酸化物としては酸化チタン、酸化錫、チタン酸カリウム、TiO、TiN、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アンチモン等が挙げられる。その他、耐摩耗性を向上する目的でポリテトラフルオロエチレンのような弗素樹脂、シリコーン樹脂、およびこれらの樹脂に無機材料を分散したもの等を添加することができる。
本発明の帯電工程の評価方法について、図面をもってさらに詳細に説明する。
同図において符号1は感光体、2は導電性ベース、3は感光層、4は除電ランプ、5は帯電装置、6はレーザ書き込みユニット、7は現像装置、8は転写装置、9は定着装置、10は定着ローラ、11は加圧ローラ、12はクリーニング装置、13は帯電ローラ、14は電源、Gは微小ギャップ、Lは露光光束、Pは転写材をそれぞれ示す。
ここに示した画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの少なくとも2つの機能を備えた複合機などとして構成される。図示していない本体筐体内には、被帯電体の一例である感光体1が配置され、この感光体1は、ドラム上の導電性ベース2の外周面に感光層3が積層された感光体より成る。複数のローラに巻きかけられて走行駆動されるベルト状の感光体より成る感光体や、誘電体より成るドラム状またはベルト状の感光体を用いることもできる。
帯電装置5によって帯電された感光体表面には、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット6から出射する光変調されたレーザ光Lが照射され、これによって感光体表面に静電潜像が形成される。次いで、この静電潜像は、現像装置7を通るとき、所定の極性に帯電されたトナーによって、トナー像として可視像化される。
帯電装置5は、移動する被帯電体面、図示した例では感光体1の表面に対向配置された帯電ローラ13と、その帯電ローラ13に電圧を印加する電源14とを有している。この電源14により、帯電ローラ13に電圧が印加され、帯電ローラ13と感光体表面3との間に放電を生じさせて感光体表面3を所定の極性に帯電する。
帯電ローラ13の層構成は、導電性支持体上に、高分子層と、表面層から構成されることが好ましい。
導電性ベース(支持体)2は、帯電ローラの電極および支持部材として機能するもので、例えば、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼等の金属または合金、クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、導電剤の樹脂などの導電性の材質で構成される。
これらの中では、トナーとの離型性等の観点から、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、4フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミドが好ましく用いられる。上記高分子材料は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、当該高分子材料の数平均分子量は、1,000〜100,000の範囲であることが好ましく、10,000〜50,000の範囲であることがより好ましい。
表面層は、上記高分子材料に前記導電性弾性層に用いた導電剤や各種微粒子を混合して組成物として形成される。上記微粒子としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物および複合金属酸化物、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン等の高分子微粉体を単独または混合して用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。
同図において符号20はスペーサ、Gはギャップをそれぞれ示す。
帯電ローラ13には、その長手方向両端部領域にスペーサ20としてテープが貼り付けられる。これらのテープが感光体表面に当接することによって、帯電ローラ13が感光体表面に対して微小ギャップGを保っている。また、テープの代わりにフランジ等を用いて、微小ギャップGを確保することもできる。
本発明の画像形成装置においては、感光体と帯電ローラ、現像、クリーニング装置を一体にし、交換部品として扱う、所謂プロセスカートリッジの形態にしておくと、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
imagio Neo C385(タンデム型カラー画像形成装置、感光体の線速:205mm/秒に改造、書き込み光の解像度1200dpi、リコー製)のブラック用感光体ユニットの帯電ローラとして、帯電ローラメーカーより納入された3種類の帯電ローラ試作品を評価した。帯電ローラは、ステンレスの円柱にエピクロロヒドリンゴムと導電性カーボンを主成分とする導電性ゴムを貼り付けて作製されたもので、ゴム硬度(タイプA)が71であり、帯電ローラの直径は、11.5mmであった。帯電ローラ表面には高低差5〜20μmの段差が、帯電ローラ長手方向に蛇行して存在しており、段差の数は帯電ローラ周方向0.5mm当たり、11〜18本存在していた。
ブラック、シアン、イエロー、マゼンタの各感光ユニットの帯電ローラ、感光体を新品に交換し、各感光体ユニットの帯電ローラと感光体の間に、−600Vの直流電圧に周波数1150Hz、片側振幅1000Vの交流電圧を重畳して印加する帯電条件でブラック、シアン、マゼンタのハーフトーン画像を出力したところ、全ての色の画像は高品質の画像が得られた。
ブラック、シアン、イエロー、マゼンタの各感光ユニットの帯電ローラ、感光体を新品に交換し、各感光体ユニットの帯電ローラと感光体の間に、−600Vの直流電圧に周波数1150Hz、片側振幅1000Vの交流電圧を重畳して印加する帯電条件でブラック、シアン、マゼンタのハーフトーン画像を出力したところ、全ての色の画像は高品質の画像が得られた。
実施例2において、ABS樹脂、イオン導電性物質、カーボンブラックから構成される樹脂層を有する帯電ローラを用いて画像形成装置を作製した。
この帯電ローラの外形は11.2mmであり、帯電ローラ表面は平滑であり、帯電ローラ長手方向の十点表面粗さは4.7μmであった。帯電ローラの両端より13mmの位置に、幅10mm、厚さ18μmのギャップテープを貼り付けた。
実施例1と同様に感光体と帯電ローラを回転させない条件で、感光体と帯電ローラの間に、−600Vの直流電圧に周波数1150Hz、片側振幅1000Vの交流電圧を重畳し10分間印加した。感光体上には二本の白スジの放電痕が生じていた。二本のスジの幅の平均は、それぞれ0.49mm、0.47mmであった。二本のスジの間隔は0.28mmであった。二本のスジの隙間には放電痕が少なく、その面積は隙間の面積の4%であった。
ブラック、の感光ユニットの帯電ローラ、感光体を新品に交換し、各感光体ユニットの帯電ローラと感光体の間に、−600Vの直流電圧に周波数1150Hz、片側振幅1000Vの交流電圧を重畳して印加する帯電条件でブラックのハーフトーン画像を出力したところ、画像中央付近に僅かな濃度ムラが見られた。
感光体上には二本の白スジの放電痕が生じていた。二本のスジの幅の平均は、それぞれ0.57mm、0.58mmであった。二本のスジの間隔は0.53mmであった。二本のスジの隙間には放電痕は島状に存在し、その面積は隙間の面積の73%であった。
ブラック、シアン、イエロー、マゼンタの各感光ユニットの帯電ローラ、感光体を新品に交換し、各感光体ユニットの帯電ローラと感光体の間に、−600Vの直流電圧に周波数1350Hz、片側振幅950Vの交流電圧を重畳して印加する帯電条件でブラック、シアン、マゼンタのハーフトーン画像を出力したところ、全ての色の画像は高品質の画像が得られた。
感光体上には二本の白スジの放電痕が生じていた。二本のスジの幅の平均は、それぞれ0.56mm、0.57mmであった。二本のスジの間隔は0.52mmであった。二本のスジの隙間には放電痕が島状に存在し、その面積は隙間の面積の68%であった。ブラック、シアン、イエロー、マゼンタの各感光ユニットの帯電ローラ、感光体を新品に交換し、各感光体ユニットの帯電ローラと感光体の間に、−600Vの直流電圧に周波数1450Hz、片側振幅970Vの交流電圧を重畳して印加する帯電条件でブラック、シアン、マゼンタのハーフトーン画像を出力したところ、全ての色の画像は高品質の画像が得られた。
この画像形成装置で画像面積5%のブラックハーフトーン画像を100000枚形成したところ、100000枚目においても高画質のブラックハーフトーン画像が得られた。
2 導電性ベース
3 感光層
5 帯電装置
13 帯電ローラ
14 電源
20 スペーサ
Claims (6)
- 画像作成時に線速v(mm/秒)で回転する感光体と、該感光体表面に対し8μm〜50μmのギャップをあけて対置されて電気的に非接触の帯電ローラと、該帯電ローラに−350V〜−900Vの範囲の直流電圧を重畳したピーク間電圧値が1500V〜3000V、周波数300Hz〜4000Hzの範囲の交流電圧を印加して前記感光体表面を帯電する電源と、を少なくとも有する画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記直流電圧の電圧値、前記交流電圧のピーク間電圧値、前記交流電圧の周波数を含む帯電条件を設定するステップであって、前記感光体、および前記帯電ローラの双方を回転させずに、常温常湿で前記交流電圧の周波数×1/1000〜1/10分間、前記電源から前記直流電圧を重畳した前記交流電圧を印加して、前記感光体表面に生じる画像形成域の放電痕として連続した2本のスジを生じさせるステップと、前記感光体の感光層表面に生じる該2本のスジ幅の合計と該2本のスジの間隔を測定するステップと、前記感光体の感光層表面に生じる該2本のスジの幅の合計w12(mm)が0.9〜2.2mmであり、該2本のスジの間隔ws(mm)が、前記2本のスジの幅の合計w12(mm)の15〜50%であり、前記2本のスジの間には、該2本のスジの間の総面積に対して、15〜85%の面積に不定形の島状に分布した放電痕が存在するように前記帯電条件を調整するステップを有することを特徴とする画像形成装置の帯電条件設定方法。
- 請求項1に記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記帯電ローラの表面には、高さ2μm〜30μmの段差を蛇行して複数存在させることを特徴とする画像形成装置の帯電条件設定方法。
- 請求項2に記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記段差を、前記感光体の周方向1mm当たり、5〜30本存在させることを特徴とする画像形成装置の帯電条件設定方法。
- 請求項1ないし3のいずれか1つに記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記交流電圧の周波数をf(Hz)とするとき、
20×v/w12≧f≧4.5×v/w12
なる関係式を満足させることを特徴とする画像形成装置の帯電条件設定方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1つに記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記線速vは、280〜800mm/秒であることを特徴とする画像形成装置の帯電条件設定方法。
- 請求項1ないし5のいずれか1つに記載の画像形成装置の帯電条件設定方法において、前記帯電ローラはその外径が9mm以上25mm以下とすることを特徴とする画像形成装置の帯電条件設定方法。
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