JP6366489B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機やレーザプリンタ等の電子写真の技術を用いた画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置では、感光体からトナー像を中間転写体に転写(一次転写)して、中間転写体から記録材に転写(二次転写)することで画像を形成する中間転写方式が知られている。
しかし、二次転写ローラや二次転写用の電源とは別に、一次転写専用の電源、および一次転写ローラを用いれば、コストアップ、及び中間転写ユニットの大型化につながるおそれがある。そこで中間転写ユニットの小型化を図るために中間転写ベルトの内面を低抵抗化し、一次転写ローラ及び一次転写用の電源を省き、定電圧素子を介して中間転写ベルトを接地する構成(以下、一転レスシステム)が提案されている(特許文献1参照)。
しかし、上記の一転レスシステムでは、使用によって感光体が摩耗して膜厚が薄くなると、電源から供給される電流のうち一次転写部に流れ込んでしまう電流量が増え、定電圧素子に流れる電流量が低くなることがある。その結果、定電圧素子が予め定められた電圧を発生することができず、一次転写電界不足による一次転写不良が発生するという課題がある。
そこで中間転写体の内周面と電気的に接続され、一次転写部に一次転写電界を形成する第2の電源を配置する構成が考えられる。
一方で、従来から画像形成に先立つ期間で中間転写体に調整用トナー像(パッチ画像)を形成し、検知結果に応じて濃度等に関する画像形成条件を調整することがある。
このパッチ画像が二次転写部を通過するときは二次転写部に記録材がない。そのため直接接触したパッチ画像が二次転写外ローラに静電的に付着しないように二次転写時とは異なる非転写電界を二次転写部に形成する必要がある。
また、パッチ画像が連続して形成される場合、一次転写部でパッチ画像が中間転写ベルトに転写されているときに、先に形成したパッチ画像が二次転写部を通過していることがある。
特開2012−137733
しかし、上記のように第1の電源と第2の電源とを配置する構成では、両方の電源から中間転写ベルトに電流が流れる。そのため各電源の制御が適切に実行されないとパッチ画像の一次転写電界が弱くなりパッチ濃度が目標濃度以下になる課題がある。さらにパッチ画像が通過中に二次転写部の電界がパッチ画像を転写する側の電界になると、転写部材にパッチ画像が転写され、記録材の裏汚れが発生する課題がある。
そこで本発明の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体から一次転写部で転写されたトナー像を担持する中間転写体と、前記中間転写体の外周面に当接して配置され、前記中間転写体からトナー像を記録材に二次転写部で転写する転写部材と、前記中間転写体の内周面と接地電位との間に電気的に接続され、予め定められた電圧を発生させる定電圧素子と、前記定電圧素子に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記転写部材に電圧を印加して前記定電圧素子に電流を流し前記二次転写部に二次転写電界を形成する第1の電源と、前記中間転写体の内周面に電気的に接続され、前記一次転写部に一次転写電界を形成する第2の電源と、記録材に転写されるトナー像が前記中間転写体に転写される期間以外の期間に、前記中間転写体に調整用トナー像を形成する調整用トナー像形成部と、前記中間転写体に形成された調整用トナー像を検知するトナー像検知手段と、
前記トナー像検知手段の検知結果に基づき、記録材に転写されるトナー像の画像形成条件を調整する調整部と、を有し、少なくとも調整用トナー像が前記中間転写体に形成される期間は、前記電流検知手段の検知結果に基づき前記第2の電源を制御するとともに、少なくとも調整用トナー像が前記二次転写部を通過する期間は、調整用トナー像が前記転写部材の方向に向かわない電界を前記第1の電源により前記二次転写部に形成する制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、パッチ画像を形成中の一次転写電界を最適に維持し、さらにパッチ画像が転写部材に付着して記録材の裏汚れが発生することを抑制できる。
一転レスシステムにおける基本構成を説明する図 実施例1における基本構成を説明する図 実施例1における等価回路を説明する図 実施例1における転写電位と静電像電位の関係を示す図 ツェナーダイオードの電流電圧特性 実施例1におけるブロック図 実施例1におけるフローチャート 実施例1におけるタイミングチャート
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。
[画像形成装置]
図2に本実施例1におけるタンデム方式の中間転写体を用いた画像形成装置を示す。
画像形成ユニット101a、101b、101c、101dは、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)色のトナー像を形成する画像形成手段である。これらの画像形成ユニットは、中間転写ベルト7の移動方向において上流側から、画像形成ユニット101a、101b、101c、101dの順、すなわちイエロー、マゼンタ、シアン、黒の順に配置されている。
各画像形成ユニット101a、101b、101c、101dはそれぞれ、トナー像が形成される担持する像担持体としての感光体1a、1b、1c、1dを備える。帯電ローラ2a、2b、2c、2dは、各感光体1a、1b、1c、1dの表面を帯電する帯電手段である。露光装置3a、3b、3c、3dはレーザスキャナーを備えて、帯電ローラ2a、2b、2c、2dによって帯電された感光体1a、1b、1c、1dを露光する。レーザスキャナーの出力が画像情報に基づいてオンオフされることによって、画像に対応した静電像が各感光体1a、1b、1c、1d上に形成される。すなわち、帯電ローラ2a、2b、2c、2dと露光装置3a、3b、3c、3dとが、静電像を感光体1a、1b、1c、1dに形成する静電像形成手段として機能する。現像装置4a、4b、4c、4dは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナーを収容する収容器を備えて、感光体1a、1b、1c、1d上の静電像をトナーを用いて現像する現像手段である。
感光体1a、1b、1c、1dに形成されたトナー像は、中間転写ベルト7へ一次転写部N1a、N1b,N1c,N1dで一次転写される。こうして中間転写ベルト7上に4色のトナー像が重ねて転写される。
中間転写ベルト7は、感光体1a、1b、1c、1dからトナー像が転写される移動可能な中間転写体である。中間転写ベルト7は、基層(内周面側)と表層(外周面側)との二層構成である。なお、中間転写ベルト7は基層と表層の間に他の層を有する二層以上の構成であっても構わない。
基層はポリイミドあるいはポリアミド、PEN、PEEK等の樹脂または各種ゴム等にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたものが用いられる。
中間転写ベルト7の基層は、基層の表面抵抗率が10〜10Ω/□(導電性)となるように形成される。本実施例1における基層としては、ポリイミドで、中心厚みが45〜150um程度のフィルム状の無端ベルトが用いられる。
さらに表層は、基層込みでの膜厚方向の体積抵抗率が10〜1013Ω・cmに抵抗調整されたアクリルコートが施される。すなわち表層の抵抗よりも、基層の抵抗の方が低い。
表層の厚みは1〜10umである。もちろんこれらの数値に限定する意図ではない。
中間転写ベルト7は、張架部材としての各種ローラ10、11、12、13によって中間転写ベルト7の内周面に当接して張架されている。アイドラローラ12は、各感光体1a、1b、1c、1dの配列方向に沿って延びる中間転写ベルト7を張架する。
テンションローラ11は、中間転写ベルト7に対して一定の張力を与えるテンションローラである。さらにテンションローラ11は、中間転写ベルト7の蛇行を防止する補正ローラとしても機能する。なお、テンションローラ11に対するベルトテンションは5〜12kgf程度になるように構成される。このベルトテンションがかけられることで、一次転写部N1a、N1b,N1c,N1dとして、中間転写ベルト7と感光体1a、1b、1c、1dとの間にニップが形成される。
二次転写内ローラ10は、定速性に優れたモーターにより駆動されて中間転写ベルト7を循環駆動させる駆動ローラとして機能する。
第2の電源21はテンションローラ11に接続されており、中間転写ベルト7の周方向に電流を流すための電源である。なお、第2の電源21は必ずしもテンションローラ11へ接続する必要はなく、張架ローラ10、11、12、13のいずれか1つに接続される構成でも構わない。
記録材Pは用紙トレイに収容されている。記録材Pは、この用紙トレイから所定のタイミングでピックアップローラによって取り出されて、レジストレーションローラ(不図示)へ導かれる。記録材Pは、中間転写ベルト7上のトナー像が搬送されるのと同期して、中間転写ベルト7からトナー像を記録材Pに転写する二次転写部N2へレジストレーションローラによって送り出される。
二次転写外ローラ14は、中間転写ベルト7に当接し、中間転写ベルト7を介して二次転写内ローラ10を押圧して、二次転写内ローラ10と共に二次転写部N2を形成する二次転写部材である。
第1の電源22は、二次転写外ローラ14(転写ローラ)に電気的に接続されており、二次転写外ローラ14に電圧を印加する電圧印加手段としての電源である。
記録材Pが二次転写部N2へ搬送されると、二次転写外ローラ14にトナーと逆極性の二次転写電圧が印加されることによって二次転写電界が形成され、中間転写ベルト7からトナー像が記録材に転写する。
なお二次転写内ローラ10はEPDMゴムからなる。二次転写内ローラ10の直径は20mm、ゴム厚は0.5mm、硬度は70°(Asker−C)に設定される。
二次転写外ローラ14はNBRゴムやEPDMゴム等からなる弾性層と芯金からなる。二次転写外ローラの直径は、24mmになるように形成される。
中間転写ベルト7が移動する方向において二次転写部N2よりも下流側には、記録材に二次転写部N2で転写せず中間転写ベルト7に残留した残留トナーや紙粉を除去するための中間転写ベルトクリーニング装置15が設けられている。
パッチ検センサ207(トナー像検知手段)は、張架ローラ12が張架する中間転写ベルト部に対向する位置に設けられる。中間転写ベルト上に形成された調整用トナー像(パッチ画像)に照射した光の反射光や散乱光を光学的に検知するセンサである。
[一次転写電界形成]
実施例1における一次転写電界の形成について図3の等価回路を参照して説明する。ここで、ITB_bは中間転写ベルト7の基層を、ITB_sは中間転写ベルト7の表層を表す。
中間転写ベルト7からトナー像を記録材へ二次転写するための第1の電源22からの電流を利用して一次転写電界を発生させるように、張架ローラ10、11、12、13とアースとの間に定電圧素子を配置している。
その結果、図3に示すように、中間転写ベルト7の電位が高くなり、感光体1a、1b、1c、1dと中間転写ベルト7との間に一次転写電界が働くようになる。
次に図4を用いて、感光体の電位と中間転写ベルトの電位の差である一次転写コントラストについて説明する。
図4は、感光体表面が帯電ローラによって帯電されて、感光体表面の電位Vd(ここでは−678Vとする)となり、帯電された感光体の表面が露光手段によって露光されて、感光体の表面がVl(ここでは−240Vとする)となる場合である。
電位Vdはトナーが付着されない非画像部の電位であり、電位Vlは感光体上のトナーが付着される画像部の電位である。Vitbは中間転写ベルトの電位である。
感光体の表面電位は帯電、露光手段の下流側、且つ現像手段の上流で感光体に近接配置された電位センサーの検知結果に基づいて制御される。
電位センサーは感光体表面の非画像部電位と画像部電位を検知し、非画像部電位に基づいて帯電手段の帯電電位を制御して、画像部電位に基づいて露光手段の露光光量を制御する。
この制御により感光体の表面電位は画像部電位、非画像部電位の両電位とも適正な値にすることができる。
画像部電位Vlと非画像部電位Vdとの電位差である静電像コントラストVcbは、
−240(V)−(−678(V))=438(V)
となる。
感光体の画像部電位Vlと中間転写ベルトの電位Vitb(ここでは300Vとする)との電位差である一次転写コントラストVtrは、
300(V)−(−240(V))=540(V)
となる。
[ツェナーダイオードの電圧電流特性]
一次転写は中間転写ベルトの電位と感光体の電位との電位差である一次転写コントラストによって決まる。そのため一次転写コントラストを安定的に形成するためには中間転写ベルトの電位を一定に維持するのが望ましい。
そこで実施例1では、張架ローラと接地電位(アース)との間に配置される定電圧素子として、ツェナーダイオードが用いられる。なお、ツェナーダイオードに代えてバリスタを用いても構わない。
図5は、ツェナーダイオードの電流電圧特性を示す。ツェナーダイオードは、ツェナー降伏電圧Vbr以上の電圧が発生するまでほとんど電流が流れないが、ツェナー降伏電圧が発生すると急激に電流が流れる特性を持つ。すなわち、ツェナーダイオード16にかかる電圧がツェナー降伏電圧以上では、ツェナーダイオード16の電圧降下はツェナー電圧(予め定められた電圧)で一定に維持される。
このようなツェナーダイオードの電流電圧特性を利用して、中間転写ベルト7の電位を予め定められた電圧で略一定に維持する。
すなわち実施例1では、すべての張架ローラ10、11、12、13と、接地電位(アース)との間にツェナーダイオード16が電気的に接続される。
本発明ではツェナーダイオード16に発生する電圧が予め定められた電圧を維持できるように、第2の電源21を設けることで中間転写ベルト7のベルト電位を一定に維持させる。
実施例1では、張架ローラと接地電位(アース)との間に、ツェナー降伏電圧Vbrが25Vとなるツェナーダイオード16が12個直列に接続された状態で配置されるものとする。中間転写ベルトの電位は、各ツェナーダイオードのツェナー降伏電圧の合計、すなわち25×12=300Vで一定に維持されることになる。
もちろんツェナーダイオードを複数用いる構成に限定する意図ではない。ツェナーダイオードを1つだけ用いる構成にすることもできる。
もちろん中間転写ベルトの表面電位は300Vになる構成に限定する意図ではない。使用するトナーの種類や感光体の特性に応じて適宜設定するのが望ましい。
[ツェナーダイオードに流れる電流を検知する回路]
実施例1ではツェナーダイオード16を介してアースに流れる電流を検知する第1の電流検知回路204(第1の電流検知手段、電流検知手段)が設けられている。
第1の電流検知回路204で検知した電流が5μA未満である場合、ツェナーダイオード16に発生する電圧は予め定められた電圧未満であり、5μA以上である場合、ツェナーダイオード16に発生する電圧は予め定められた電圧である。
[コントローラ]
実施例1の画像形成装置全体の制御を行うコントローラの構成について図6を参照して説明する。コントローラは、図6に示すように、CPU回路部150(制御部)を有する。CPU回路部150は、CPU(図示せず)、ROM151およびRAM152を内蔵する。
第1の電流検知回路204はツェナーダイオード16から接地電位に流れる電流を検知する回路である。第2の電流検知回路205(第2の電流検知手段)は第1の電源22から二次転写部に流れる電流を検知する回路である。電位センサ206は感光体表面の電位を検知するセンサである。
パッチ検センサ207は、中間転写ベルト上の調整用トナー像(パッチ画像)を光学的に検知するセンサである。
CPU回路部150(調整用トナー像形成部)は、画像濃度や画像形成タイミング等の画像形成条件を調整するために、記録材に二次転写されるトナー像が一次転写される期間以外の期間で、中間転写ベルト上に調整用トナー像(パッチ画像)を形成する。
CPU回路部150には、第1の電流検知回路204、第2の電流検知回路205、電位センサ206、パッチ検センサ207からの情報が入力される。そしてCPU回路部150は、ROM151に格納されている制御プログラムに応じて、第2の電源21、第1の電源22、現像高圧電源201、露光電源202,帯電高圧電源203を統括的に制御する。
CPU回路部150(調整部)は、パッチ検センサ207の検知結果に応じて感光体の帯電条件、露光条件、現像条件等の画像形成条件を変更する。
RAM152は制御データを一時的に保持し、また制御に伴う演算処理の作業領域として用いられる。
[パッチ画像検出時の制御]
中間転写ベルトにパッチ画像を続けて形成する場合の制御について図7で説明する。
ここでパッチ画像は単数又は中間転写ベルトの進行方向において複数に分割された一連の調整用トナー像である。また、中間転写ベルトの進行方向における最上流側の位置から最下流側の位置までの一連のパッチの長さは、一次転写部から二次転写部までの中間転写ベルト上の経路の長さ以上に設定される。
パッチ画像を続けて形成する場合、一次転写部でパッチ画像が中間転写ベルトに転写されているときに、先に形成したパッチ画像が二次転写部を通過していることがある。パッチ画像が二次転写部を通過するときは二次転写部に記録材がない。そのため接触したパッチ画像が二次転写外ローラに静電的に付着しないように二次転写時とは異なる非転写電界を二次転写部に形成する必要がある。
しかし、一転レスシステムでは二次転写部に電界を形成する第1の電源22が一次転写部の電界形成に用いられるため、二次転写部に非転写電界が形成されているときでも一次転写部で適切な一次転写電界が形成される必要がある。
そこでStep1において、CPU回路部150は、少なくともパッチ画像が一次転写部を通過中は、第2の電流検知回路204の検知電流が+5μAになるように第2の電源21を制御する。この制御は次のStep2、Step3でも継続して実行される。
この制御により、必要以上に電流を流すことなくツェナーダイオードに+300Vを発生させることができ、一次転写部で適正な一次転写電界が形成される。このときの第2の電源21の電圧は+300Vとほぼ同等で+300Vよりもわずかに低い電圧となる。
次にStep2において、CPU回路部150は、少なくともパッチ画像が二次転写部を通過する間、二次転写外ローラに流れる電流を検知する第2の電流検知回路205が−25μAになるように第1の電源22を制御する。
ここで目標の電流値は−25μAに限らず、例えば付着する程度が多くない場合には目標電流を0〜−5(μA)、付着する程度が多い場合には−15〜−30(μA)のように、トナーの付着する状態等に応じて予め適切な目標電流に設定できる。
次に、Step3において、続いて形成されるパッチ画像のうち、最後のパッチ画像が二次転写部を通過後は次のように二次転写外ローラに印加する電圧を制御する。すなわち、第2の電流検知回路205の検知電流が、二次転写外ローラの周長の1周分に相当する時間間隔で交互に+25(μA)と−25(μA)になるように二次転写外ローラに印加する電圧を制御する。
ここで目標の電流値はこれに限らず、また、交互に印加する回数も正、負各1回に限らずクリーニングされる程度等を考慮して予め設定することができる。
上記の制御によって、一次転写部をパッチ画像が転写中であっても、二次転写外ローラ表面にトナーが付着することを抑制し、さらに一旦付着したトナーを静電気力で2次転写外ローラから中間転写ベルト側に戻すことができる。
次に、第2の電源21と第1の電源22の高圧切り替えのタイミングについて説明する。
図8はパッチ画像検出時のタイミングチャートを表す。ここで、t0は第2の電源の制御を開始するタイミング、t1はパッチ画像先端が一次転写部に進入するタイミング、t2は第1の電源22の制御を開始するタイミングである。またt3はパッチ画像先端が二次転写部に進入するタイミング、t4はパッチ画像後端が二次転写部を通過し、かつ、第2の電源21の制御の目標電流値の極性を切換えるタイミングである。またt5は第2の電源の制御の目標電流値の極性を切換えるタイミング、t6は二次転写外ローラの静電クリーニングを終了するタイミングを示す。
まず、パッチ画像先端が一次転写部に進入するt1より先のt0において第2の電流検知回路204の検知電流が+5(μA)になるように第2の電源の制御を開始する
次に、パッチ画像先端が二次転写部に進入するタイミングt3より前のt2において第2の電流検知回路205が−25(μA)になるように第1の電源22の制御を開始する。この制御により二次転写部には二次転写電界と逆方向の電界が形成される。
続いてパッチ画像後端が二次転写部を通過するt4において、第2の電流検知回路205の電流の目標値の極性を正極性の+25(μA)に切り替える。この制御により二次転写部には二次転写電界と同方向の電界が形成される。
続いてt4から二次転写外ローラが一回転する時間経過後のt5において第2の電流検知回路205の電流の目標値の極性を負極性の−25(μA)に切り替える。この制御により二次転写部には二次転写電界と逆方向の電界が形成される。
続いてt5から二次転写外ローラが一回転する時間経過後のt6において第1の電源22をOFFにする。
以上により、一転レスシステムにおいて連続したパッチ画像を形成する場合の二次転写外ローラの汚れ防止が可能となる。
1 感光体
7 中間転写ベルト
21 第2の電源
22 第1の電源
14 二次転写外ローラ
150 CPU回路部
204 第1の電流検知回路

Claims (9)

  1. トナー像を担持する像担持体と、
    前記像担持体から一次転写部で転写されたトナー像を担持する中間転写体と、
    前記中間転写体の外周面に当接して配置され、前記中間転写体からトナー像を記録材に二次転写部で転写する転写部材と、
    前記中間転写体の内周面と接地電位との間に電気的に接続され、予め定められた電圧を発生させる定電圧素子と、
    前記定電圧素子に流れる電流を検知する電流検知手段と、
    前記転写部材に電圧を印加して前記定電圧素子に電流を流し前記二次転写部に二次転写電界を形成する第1の電源と、
    前記中間転写体の内周面に電気的に接続され、前記一次転写部に一次転写電界を形成する第2の電源と、
    記録材に転写されるトナー像が前記中間転写体に転写される期間以外の期間に、前記中間転写体に調整用トナー像を形成する調整用トナー像形成部と、
    前記中間転写体に形成された調整用トナー像を検知するトナー像検知手段と、
    前記トナー像検知手段の検知結果に基づき、記録材に転写されるトナー像の画像形成条件を調整する調整部と、を有し、
    少なくとも調整用トナー像が前記中間転写体に形成される期間は、前記電流検知手段の検知結果に基づき前記第2の電源を制御するとともに、少なくとも調整用トナー像が前記二次転写部を通過する期間は、調整用トナー像が前記転写部材の方向に向かわない電界を前記第1の電源により前記二次転写部に形成する制御部と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記電流検知手段を第1の電流検知手段とした場合、
    前記転写部材に流れる電流を検知する第2の電流検知手段をさらに有し、
    前記制御部は、前記第2の電流検知手段の検知結果に基づき前記第1の電源を制御することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記制御部は、前記第2の電流検知手段で検知される電流の目標値を、調整用トナー像が前記転写部材の方向に向かわない電界を前記二次転写部に形成する電流値に設定して前記第1の電源を制御することを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御部は、前記第1の電流検知手段で検知される電流の目標値を、前記定電圧素子が予め定められた電圧を発生する電流値に設定して前記第2の電源を制御することを特徴とする請求項2又は3に記載の画像形成装置。
  5. 前記転写部材は回転する転写ローラであり、
    前記制御部は、調整用トナー像が前記二次転写部を通過後、次の画像形成が開始される前の期間で、少なくとも前記転写ローラが一回転する期間、前記二次転写電界と同方向の電界を前記第2の電源により前記二次転写部に形成することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  6. 前記制御部は、前記二次転写電界と同方向の電界を前記第2の電源により前記二次転写部に形成した後、少なくとも前記転写ローラが一回転する期間、前記二次転写電界と逆方向の電界を前記第2の電源により前記二次転写部に形成することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記中間転写体は二層以上の構成であり、
    前記外周面側の層の体積抵抗率が前記内周面側の層の体積抵抗率よりも高いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記中間転写体は中間転写ベルトであり、
    前記中間転写ベルトの内周面に当接して前記中間転写ベルトを張架する複数の張架部材を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  9. 前記張架部材は導電性を有する張架ローラであり、
    前記張架ローラが前記定電圧素子に電気的に接続されることで前記中間転写体と前記定電圧素子とが電気的に接続されることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
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