JP4962534B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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本発明は画像形成装置に関し、複写機・ファクシミリ・プリンター及びこれらの機能を複合装備した複合機などの電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。
複写機やファクシミリ、プリンターなどの電子写真方式を用いた画像形成装置において、カラー画像を形成する場合、少なくとも1つの感光体(静電潜像担持体)の表面にトナー像を形成する工程と、このトナー像を中間転写ベルト(中間転写体)上に一次転写する工程とを、各色ごとに繰り返し行い中間転写ベルト上にカラートナー画像を形成した後、このカラートナー画像を用紙に一括して二次転写する方式が用いられている。この中間転写ベルトを用いた画像形成方式では、2次転写後に中間転写ベルト上に残る残留トナーをクリーニングブレードによって除去・回収することが多い。
中間転写ベルトを用いた画像形成方式では、転写中の画像への加圧力が大きいために、文字画像や細線画像において”中抜け”と呼ばれる不具合が生じることがある。そこで、この”中抜け”を防止する一つの方策として、感光体と中間転写ベルトとの相対速度に差を設けることが考えられる。
ところが、感光体と中間転写ベルトとの相対速度に差を設けると、中間転写ベルト上の残留トナーをクリーニングブレードでうまく除去できないという新たな不具合が生じる。これは次のような機構によるものと考えられる。すなわち、トナー粒子の表面からシリカなどの外添剤が脱離し感光体上に付着する。これらの外添剤はサブミクロン域の微小粒子であるため、感光体のクリーニング手段では除去できず、クリーニング手段をすり抜けて感光体の回転によって帯電領域に搬送される。そして、例えば帯電ローラなどの接触方式の帯電装置から発生した放電生成物が外添剤の表面に付着する。これによって、外添剤は感光体から中間転写ベルトへ移動しやすくなる。加えて、上記のように感光体と中間転写ベルトとの相対速度に差があると、感光体と中間転写ベルトとの間で外添剤は強く摺擦される。これが繰り返されることによって、中間転写ベルトの表面にフィルム状に外添剤が付着して(この現象を以下「フィルミング」と記す)、中間転写ベルトの表面の平滑性が失われ、クリーニングブレードで中間転写ベルト上の残留トナーをうまく除去できなくなる。
下記表1に、中間転写ベルトの回転速度と感光体の回転速度との差の割合(「+」は中間転写ベルトの方が速く、「−」は感光体の方が速い)に対する、フィルミング及び中抜けの発生状態を示す。なお、「1層」は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロのトナー1層のみで形成された画像の中抜けの状態、「2層」は、レッド、グリーン、ブルー等のトナー2層で形成される画像の中抜けの状態を意味する。
表1から理解されるように、回転速度差の割合を+0.5%以上とすると、”中抜け”は防止できるが、フィルミングは防止できない。一方、回転速度差の割合を−0.1〜+0.1%の範囲とすると、フィルミングは防止できるが、”中抜け”は防止できない。このように、フィルミングと”中抜け”の両者を同時に防止できる回転速度差は見いだせない。
そこで、感光体と中間転写ベルトとの相対速度に差を設けて”中抜け”を防止しながら、中間転写ベルトのフィルミングについては、研磨手段を設けて、中間転写ベルトに付着した外添剤を研磨・除去することが考えられる(例えば、特許文献1を参照)。
特開2000-347519号公報
しかしながら、中間転写ベルトに付着した外添剤を研磨するための研磨手段を新たに設けると、装置の大型化・複雑化を招くことになる。
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、感光体と中間転写ベルトとの相対速度に差を設けて”中抜け”を防止しながら、装置の大型化・複雑化を招くことなく、中間転写ベルトのフィルミングを抑制することにある。
本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、感光体にトナー像を形成している間は中間転写ベルトにフィルミングが生じないという知見を得た。これは、感光体に形成されたトナー像及び非画像形成部分に付着したかぶりトナーが、感光体と中間転写ベルトとのニップ部において、いわゆるスペーサ効果を奏し、外添剤が中間転写ベルトの表面に強く摺擦されるのを防ぐためと考えられる。本発明はかかる知見に基づきなされたものであり、回転自在の静電潜像担持体と、静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電された前記静電潜像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーで可視像化する現像手段とを備える作像部と、前記静電潜像担持体の表面に圧接又は離間しながら回転する中間転写体と、前記中間転写体を挟んで前記静電潜像担持体と対向する位置に配置され、前記静電潜像担持体の表面に形成されたトナー画像を前記中間転写体に転写させる一次転写手段とを有する画像形成装置であって、前記静電潜像担持体と前記中間転写体との相対速度が異なり、前記静電潜像担持体と前記中間転写体とは圧接位置と離間位置とに相対的に移動可能であり、画像形成信号が入力されると、前記静電潜像担持体に形成されたトナー画像の前記中間転写体への転写開始と略同時に、前記静電潜像担持体と前記中間転写体とを離間位置から圧接位置とし、前記静電潜像担持体から前記中間転写体へのトナー画像の転写が終了すると、当該転写終了から次のトナー画像の転写開始までの時間が、所定時間以上の場合は、前記トナー画像の転写終了と略同時に、前記静電潜像担持体と前記中間転写体とを圧接位置から離間位置にするとともに、前記現像手段を停止させる一方、前記転写終了から次のトナー画像の転写開始までの時間が、所定時間未満の場合は、前記トナー画像の転写終了後も、前記静電潜像担持体と前記中間転写体とを継続して圧接位置とするとともに、前記現像手段も継続して駆動させることを特徴とする。
前記帯電手段としては、前記静電潜像担持体の表面に接触して帯電させるものが好ましい。
また、前記中間転写体の表面に当接し、転写せずに前記中間転写体上に残留したトナーを除去するクリーニングブレードをさらに有するのが好ましい。
なお、本明細書において、画像形成装置が複数の作像部を有する場合、「静電潜像担持体に形成されたトナー画像の中間転写体への転写開始」とは、複数の作像部のうち最初の、トナー画像の中間転写体への転写開始を意味し、「静電潜像担持体から中間転写体へのトナー画像の転写終了」とは、複数の作像部のうち最後の、トナー画像の中間転写体への転写終了を意味するものとする。
本発明の画像形成装置では、静電潜像担持体に形成されたトナー画像の中間転写体への転写開始と略同時に、静電潜像担持体と中間転写体とを離間位置から圧接位置とし、静電潜像担持体から中間転写体へのトナー画像の転写が終了すると、転写終了から次のトナー画像の転写開始までの時間が、所定時間以上の場合は、トナー画像の転写終了と略同時に、静電潜像担持体と前記中間転写体とを圧接位置から離間位置にするとともに、現像手段を停止する一方、転写終了から次のトナー画像の転写開始までの時間が、所定時間未満の場合は、トナー画像の転写終了後も、静電潜像担持体と中間転写体とを継続して圧接位置とするとともに、現像手段も継続して駆動させる。すなわち、少なくとも静電潜像担持体と中間転写体とが圧接している間は、現像手段を駆動させるので、中間転写体のフィルミングが効果的に抑制される。
本発明に係る画像形成装置の一例としてのタンデム型デジタルカラープリンタの概説図である。 図1のプリンタの駆動制御例を示すタイムチャートである。 図1のプリンタの他の駆動制御例を示すタイムチャートである。 従来の画像形成装置の駆動制御を示すタイムチャートである。
以下、本発明を図に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
図1は、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概説図である。図1の画像形成装置は、タンデム型デジタルカラープリンタ(以下、単に「プリンタ」と記すことがある)である。もちろん、プリンタのほか、さらにスキャナを有する複写機、ファクシミリ又はそれらの機能を複合的に備えた複合機等にも本発明を適用することができる。また、画像形成方式としてはタンデム方式に限定されるものではなく、他の方式、例えば、回転軸の周囲に4つの現像装置を配置し、これらを順次静電潜像担持体に対向させてフルカラー画像を作成する所謂4サイクル方式、あるいは一つの現像装置でモノクロ画像を作成するモノクロ方式であっても構わない。
まず、プリンタ1の概略構成を説明する。プリンタ1は、その内部のほぼ中央部に中間転写ベルト(中間転写体)11を備えている。中間転写ベルト11は、ローラ12,テンションローラ13,ガイドローラ14,15の外周部に掛け渡されて反時計回りに回転駆動する。テンションローラ13は、外側へスライド可能に取り付けられていると共に、押しバネSによって中間転写ベルト11の内側から外側に向かって付勢されている。これにより、中間転写ベルト11は、常に張力がかかった状態となっている。
中間転写ベルト11の下部水平部の下には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(B)の各色にそれぞれ対応する4つの作像部2Y,2M,2C,2B(以下、「作像部2」と総称することがある)が、中間転写ベルト11に沿ってこの順に並んで配置されている。各作像部2は、感光体(静電潜像担持体)21Y,21M,21C,21B(以下、「感光体21」と総称することがある)をそれぞれ有している。各感光体21の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電ローラ22Y,22M,22C,22B(以下、「帯電ローラ22」と総称することがある)と、プリントヘッド部23Y,23M,23C,23Bと、現像器(現像手段)24Y,24M,24C,24B(以下、「現像器24」と総称することがある)と、クリーナ(クリーニング手段)25Y,25M,25C,25Bとがそれぞれ配置されている。プリントヘッド部23Y,23M,23C,23Bは、感光体の軸方向と平行な主走査方向に並べられた多数のLEDから構成されている。
そして、中間転写ベルト11を挟んで、各感光体21と対向する位置には、一次転写ローラ(一次転写手段)30Y,30M,30C,30B(以下、「一次転写ローラ30」と総称することがある)が設けられている。また、中間転写ベルト11のローラ12で支持された部分には、二次転写ローラ16が圧接されている。二次転写ローラ16と中間転写ベルト11とのニップ部が二次転写領域17となる。この二次転写領域17において中間転写ベルト11上に形成されたトナー画像が、搬送されてきた用紙Pに転写される。
プリンタ1に下部には、給紙カセット91が着脱可能に配置されている。給紙カセット91内に積載収容された用紙Pは、給紙ローラ92の回転によって最上部のものから1枚ずつ引き出されて搬送路93に送り出される。搬送路93は、給紙カセット91から、タイミングローラ対94のニップ部、二次転写領域17、および定着ユニット95を通って排紙トレイ98まで延びている。給紙カセット91から送り出された用紙Pは、タイミングローラ対94に搬送され、ここで所定のタイミングで二次転写領域17に送り出される。
定着ユニット95は、中空円筒状で、ハロゲンヒータHを内部に備えた定着ローラ96と、この定着ローラ96に圧接されて従動回転する加圧ローラ97を備える。トナー画像が二次転写された用紙Pが通過する、定着ローラ96と加圧ローラ97とのニップ部が、定着領域となる。
このような構成のプリンタ1の概略動作について説明する。まず、カラー画像を出力するフルカラーモードの場合、外部装置(例えばパソコン)からプリンタ1の画像信号処理部(不図示)に画像信号が入力されると、画像信号処理部ではこの画像信号をイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックに色変換したデジタル画像信号を作成し、この信号をプリントヘッド用LEDドライブ回路に伝達する。このドライブ回路は、入力されたデジタル信号に基づいて、各作像部2のプリントヘッド部23Y,23M,23C,23Bを発光させて露光を行う。この露光は、プリントヘッド部23Y,23M,23C,23Bの順にそれぞれ時間差をもって行われる。これにより、各感光体21の表面に各色用の静電潜像がそれぞれ形成される。
各感光体21上に形成された静電潜像は、各現像器24の現像ローラから各色のトナーが供給されることによりそれぞれ現像されて各色のトナー画像となる。現像ローラと感光体とは通常0.05〜1.0mm程度離間している。また現像剤としてはトナーのみからなる1成分系、トナーとキャリアとを有する2成分系のいずれであってもよい。現像方法は接触現像や非接触現像など従来公知の現像方法を用いることができる。
そして、各感光体21上に形成された各色のトナー画像は、各一次転写ローラ30の作用により、図中反時計回りに回転する中間転写ベルト11上に順次一次転写されて重ね合わせられる。
このようにして中間転写ベルト11上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト11の移動にしたがって二次転写領域17に達する。この二次転写領域17において、重ね合わされた各色トナー画像は、二次転写ローラ16の作用により、給紙カセット91から搬送路93に送り出されてタイミングローラ対94により供給された用紙Pに、一括して二次転写される。なお、二次転写後に中間転写ベルト11上に残留するトナーは、クリーニングブレード18により除去・回収される。
トナー画像が二次転写された用紙Pは、搬送路93を通って定着ユニット95に送られ、そこで定着領域を通過することによりトナー画像が用紙Pに定着される。そして、用紙Pは排紙トレイ98に排出される。
プリンタ1では、不図示の離接機構によって、各一次転写ローラ30Y,30M,30C,30Bは、中間転写ベルト11を挟んで各感光体21Y,21M,21C,21Bに対して圧接した状態と離間した状態とに移動可能に設けられている。一次転写ローラ30Y,30M,30C,30Bが圧接状態にあるとき、その押圧力によって中間転写ベルト11も感光体21Y,21M,21C,21Bに圧接した状態となる。一方、一次転写ローラ30Y,30M,30C,30Bが離間状態になると、押しバネSによってテンションローラ13が外側へスライドし、中間転写ベルト11も、感光体21Y,21M,21C,21Bから離間した状態となる。プリンタ1が停止中、中間転写ベルト11は、感光体21Y,21M,21C,21Bから離間した位置にある。
なお、本実施形態では、感光体の位置を固定し、一次転写ローラ30を移動させることによって中間転写ベルト11を離接させているが、中間転写ベルト11の位置を固定し、感光体21を移動させる、あるいは中間転写ベルト11及び感光体21の双方を移動させるようにしても構わない。また、各感光体21を中間転写ベルト11に圧接させてカラー画像を形成するフルカラーモードと、ブラック用の感光体21Bのみを中間転写ベルト11に圧接させ、その他の感光体21Y,21M,21Cは中間転写ベルト11から離間させて、白黒画像を形成するモノクロモードとに切り換え可能としても構わない。
次に、プリンタ1において画像形成する際の駆動制御について説明する。本発明のプリンタ1の駆動制御の特徴を明らかにするために、まず、従来のプリンタの駆動制御について説明する。なお、各作像部2では、各色のトナー画像が中間転写ベルト11上に重なり合うように、同じ制御がタイミングをづらしてなされるので、以下、一つの作像部における駆動制御について説明する。図4は、従来の画像形成装置の駆動制御を示すタイミングチャートであって、2枚のトナー画像を連続形成する場合である。
外部装置からプリンタ1に画像形成のジョブ信号が入力されると、感光体21が回転を開始するとともに、帯電ローラ22にバイアス電圧が印加される。また同時に、中間転写ベルト11が、感光体21と離間した状態で回転を開始する。次いで、感光体11の回転が安定したところで、一次転写ローラ30が感光体21の方向に移動し、中間転写ベルト11が感光体21に圧接するとともに、一次転写ローラ30にバイアス電圧が印加される。このとき、現像ローラはまだ駆動していないので、感光体21上にはスペーサ効果を奏するトナーが供給されず、感光体21上の外添剤が中間転写ベルト11の表面で強く摺擦され、中間転写ベルト11にフィルミングが生じる。
その後、感光体21上の静電潜像の形成とタイミングを合わせて、現像ローラが回転を開始するとともに、現像ローラに現像バイアス電圧が印加される。これによって、感光体21上の静電潜像が現像されてトナー画像が形成される。感光体21に形成されたトナー画像は、感光体21の回転によって一次転写領域に搬送され、一次転写ローラ30のバイアス電圧によって中間転写ベルト11に一次転写される。
感光体21上の静電潜像の現像が終了すると、現像ローラの回転が停止されるとともに、現像バイアス電圧の印加が停止されるが、感光体21及び帯電ローラ22、中間転写ベルト11、一次転写ローラ30の駆動状態は継続される。前述のように、ここでも、感光体21上にはスペーサ効果を奏するトナーが供給されないので、感光体21上の外添剤が中間転写ベルト11の表面で強く摺擦され、中間転写ベルト11にフィルミングが生じる。
そして、次のトナー画像に対応する静電潜像が感光体21上に形成されるのとタイミングを合わせて、現像ローラが再び回転を開始するとともに、現像ローラに現像バイアス電圧が印加され、感光体21上の静電潜像が現像されてトナー画像が形成される。前記と同様にして、形成された2枚目のトナー画像は、感光体21の回転によって一次転写領域に搬送され、一次転写ローラ30のバイアス電圧によって中間転写ベルト11に一次転写される。
感光体21上の静電潜像の現像が終了すると、現像ローラの回転が停止され、現像ローラへの現像バイアス電圧の印加も停止される。次いで、感光体21から中間転写ベルト11へのトナー画像の一次転写が終了すると、中間転写ベルト11及び一次転写ローラ30が感光体21から離間すると同時に、一次転写ローラ30へのバイアス電圧の印加が停止される。その後、感光体21の回転及び帯電ローラ22のバイアス電圧印加、中間転写ベルト11の回転が停止し、一連のジョブが終了する。このジョブ終了工程においても、現像ローラの回転停止と現像バイアス電圧の印加停止した後に、感光体21及び帯電ローラ22、中間転写ベルト11、一次転写ローラ30の駆動状態が継続されるので、前記と同様に、中間転写ベルト11にフィルミングが生じる。
これに対し本発明のプリンタ1の駆動制御では、前記従来の駆動制御の問題を解消すべく、少なくとも感光体21と中間転写ベルト11とが圧接している間は、現像ローラを駆動させるようにして、中間転写ベルト11のフィルミングを抑制している。図2に、本発明のプリンタ1の駆動制御例を示すタイミングチャートを示す。このタイミングチャートは、図4と同じように、2枚のトナー画像を連続形成する場合である。
外部装置からプリンタ1に画像形成のジョブ信号が入力されると、感光体21が回転を開始するとともに、帯電ローラ22にバイアス電圧が印加される。また同時に、中間転写ベルト11が、感光体21と離間した状態で回転を開始する。次いで、感光体21上の静電潜像の形成とタイミングを合わせて、現像ローラが回転を開始するとともに、現像ローラに現像バイアス電圧が印加される。これによって、感光体21上の静電潜像が現像されてトナー画像が形成される。そして、感光体21上に形成されたトナー画像の回転方向先端部が、感光体21の回転によって一次転写領域に搬送されると、中間転写ベルト11及び一次転写ローラ30が感光体21に圧接するとともに、一次転写ローラ30にバイアス電圧が印加される。これによって、感光体21に形成されたトナー画像は中間転写ベルト11に一次転写される。
現像ローラの回転及びバイアス電圧の印加は、感光体21上の静電潜像の現像が終了した後も継続される。そして、感光体21上に形成されたトナー画像の中間転写ベルト11への一次転写が終了した後、中間転写ベルト11の感光体21からの離間及び一次転写ローラ30へのバイアス印加の停止と同時に、現像ローラの回転及び現像バイアス電圧の印加が停止される。
そして、次のトナー画像に対応する静電潜像が感光体21上に形成されるのとタイミングを合わせて、現像ローラが再び回転を開始するとともに、現像ローラに現像バイアス電圧が印加され、感光体21上の静電潜像が現像されてトナー画像が形成される。前記と同様にして、感光体21上に形成された2枚目のトナー画像の回転方向先端部が、感光体21の回転によって一次転写領域に搬送されると、中間転写ベルト11及び一次転写ローラ30が感光体21に圧接するとともに、一次転写ローラ30にバイアス電圧が印加され、感光体21に形成されたトナー画像は中間転写ベルト11に一次転写される。次いで、2枚目のトナー画像の中間転写ベルト11への一次転写が終了すると、中間転写ベルト11の感光体21からの離間及び一次転写ローラ30へのバイアス印加の停止と同時に、現像ローラの回転及び現像バイアス電圧の印加が停止される。その後、感光体21の回転及び帯電ローラ22のバイアス電圧印加、中間転写ベルト11の回転がそれぞれ停止し、一連のジョブが終了する。
このように、図2に示した本発明の駆動制御では、図4に示した従来の駆動制御と異なって、現像ローラの回転及び現像バイアス印加後に、中間転写ベルト11を感光体21に圧接させ、また現像ローラの回転停止及び現像バイアス電圧の印加停止と同時に、中間転写ベルト11を感光体21から離間させ、一次転写ローラ30へのバイアス印加を停止させるので、中間転写ベルト11が感光体21に圧接している間は、感光体21に形成されたトナー像及び非画像形成部分に付着したかぶりトナーが、感光体21と中間転写ベルト11とのニップ部において、いわゆるスペーサ効果を奏するので、中間転写ベルト11のフィルミングが抑制される。
図2に示した駆動制御では、1枚目のトナー画像の中間転写ベルト11への転写終了から、2枚目のトナー画像の転写開始まで中間転写ベルト11を感光体21から離間させているが、1枚目のトナー画像形成から2枚目のトナー画像形成までが短時間の場合には、中間転写ベルト11を感光体21から離間及び圧接させるための時間を確保できないことがある。このような場合には、図3に示すように、1枚目のトナー画像の中間転写ベルト11への転写終了後も継続して、中間転写ベルト11を感光体21に圧接させた状態とするとともに、現像ローラの回転及び現像バイアス印加も継続して行うようにする。
中間転写ベルト11を感光体21から離接させるための時間は、通常0.5〜1秒程度であるため、複数枚の画像形成を連続して行う場合には、図3に示すような、中間転写ベルト11を離接させない駆動制御を行い、単発の画像形成や用紙両面への画像形成の場合などには、図2に示すような、中間転写ベルト11を離接させる駆動制御を行うことが好適である。
図2及び図3では、2枚の画像形成を行う場合の駆動制御であったが、3枚以上の画像形成を行う場合についても、同様の駆動制御が適用できる。
本発明の画像形成装置では、”中抜け”を防止しながら、装置の大型化・複雑化を招くことなく、中間転写ベルトのフィルミングを抑制でき有用である。
1 プリンタ(画像形成装置)
2 作像部
11 中間転写ベルト(中間転写体)
18 クリーニングブレード
21 感光体(静電潜像担持体)
22 帯電ローラ(帯電手段)
24 現像装置(現像手段)
30 一次転写ローラ(一次転写手段)

Claims (3)

  1. 回転自在の静電潜像担持体と、静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電された前記静電潜像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像をトナーで可視像化する現像手段とを備える作像部と、
    前記静電潜像担持体の表面に圧接又は離間しながら回転する中間転写体と、
    前記中間転写体を挟んで前記静電潜像担持体と対向する位置に配置され、前記静電潜像担持体の表面に形成されたトナー画像を前記中間転写体に転写させる一次転写手段とを有する画像形成装置において、
    前記静電潜像担持体と前記中間転写体との相対速度が異なり、
    前記静電潜像担持体と前記中間転写体とは圧接位置と離間位置とに相対的に移動可能であり、
    画像形成信号が入力されると、前記静電潜像担持体に形成されたトナー画像の前記中間転写体への転写開始と略同時に、前記静電潜像担持体と前記中間転写体とを離間位置から圧接位置とし、
    前記静電潜像担持体から前記中間転写体へのトナー画像の転写が終了すると、当該転写終了から次のトナー画像の転写開始までの時間が、所定時間以上の場合は、前記トナー画像の転写終了と略同時に、前記静電潜像担持体と前記中間転写体とを圧接位置から離間位置にするとともに、前記現像手段を停止させる一方、
    前記転写終了から次のトナー画像の転写開始までの時間が、所定時間未満の場合は、前記トナー画像の転写終了後も、前記静電潜像担持体と前記中間転写体とを継続して圧接位置とするとともに、前記現像手段も継続して駆動させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記帯電手段が、前記静電潜像担持体の表面に接触して帯電させるものである請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記中間転写体の表面に当接し、転写せずに前記中間転写体上に残留したトナーを除去するクリーニングブレードをさらに有する請求項1又は2記載の画像形成装置。
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