JP7111594B2 - 画像形成装置および感光体ドラム - Google Patents

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本発明は、画像形成装置および感光体ドラムに関する。
複写機またはレーザプリンタなどの画像形成装置において、感光体ドラムを帯電させる帯電過程で、感光体ドラムの帯電状態が感光体ドラムの部分によって異なる、いわゆる帯電むらが生じることがある。このような帯電むらを軽減するために、帯電装置の帯電特性を調整する電子写真装置が知られている。
例えば、感光体ドラムの帯電性のむらを解消するために、コロナ帯電器の帯電ワイヤの高さを調整して、感光体ドラムの長手方向の帯電性のむらをコロナ帯電器の帯電特性を調整して軽減する電子写真装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
また、感光ドラムの周方向の複数の位置で表面電位電圧を検出してコロナ帯電器に印加すべき印加電圧を算出して帯電むらを解消しようとする電位制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2000-172030号公報 特開2011-48300号公報
特許文献1,2に示されるコロナ帯電器は、長尺の感光体ドラムに帯電させる場合でも構造が複雑にならない帯電装置である。しかしながら、電極として張架されるワイヤが重力によって撓むため、感光体ドラムと電極であるワイヤとの距離が変化して、感光体ドラムの回転軸方向で帯電量がばらつく帯電むらが生じるおそれがある。その結果、感光体ドラム上に形成された潜像を現像したとき、トナー像に濃度むらが生じ、印刷物の品質が低下するおそれがある。
本開示の画像形成装置は、下向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器と、前記コロナ帯電器の下方に配置され、前記コロナ帯電器によって帯電する感光体層を周面に有する感光体ドラムであって、前記感光体層は、前記感光体ドラムの回転軸方向の中央部よりも両端部の方が帯電性が高く、中央部と両端部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである感光体ドラムと、を備えるものである。
本開示の画像形成装置は、上向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器と、前記コロナ帯電器の上方に配置され、前記コロナ帯電器によって帯電する感光体層を周面に有する感光体ドラムであって、前記感光体層は、前記感光体ドラムの回転軸方向の両端部よりも中央部の方が帯電性が高く、両端部と中央部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである感光体ドラムと、を備えるものである。
本開示の感光体ドラムは、下向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器を備える画像形成装置に用いられ、周面に感光体層を有する感光体ドラムであって、前記コロナ帯電器の下方に配置され、前記感光体層は、感光体ドラムの回転軸方向の中央部よりも両端部の帯電性が高く、中央部と両端部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである構成である。
本開示の感光体ドラムは、上向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器を備える画像形成装置に用いられ、周面に感光体層を有する感光体ドラムであって、前記コロナ帯電器の上方に配置され、前記感光体層は、感光体ドラムの回転軸方向の両端部よりも中央部の帯電性が高く、両端部と中央部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである構成である。
本開示の画像形成装置によれば、感光体層の表面電位のむらが少なくなるように感光体ドラムを帯電させることができるので、トナー像の濃度むらを軽減し、品質の高い印刷物を得ることができる。
本開示の感光体ドラムによれば、感光体層の表面電位のむらが少なくなるように感光体ドラムを帯電させることができるので、トナー像の濃度むらを軽減し、品質の高い印刷物を得ることができる画像形成装置を構成することができる。
第1実施形態の画像形成装置の構成を示す構成図である。 感光体ドラムの製造装置の一例の概略構成を示す説明図である。 感光体ドラムの感光体層を示す模式図である。 コロナ帯電器のグリッド電極と感光体層との距離と感光体層の表面電位との関係を示すグラフである。 第1実施形態の画像形成装置の感光体ドラムとコロナ帯電器とを示す説明図である。 第1実施形態に示す感光体ドラムの帯電特性を示すグラフである。 第2実施形態の画像形成装置の構成を示す構成図である。 第2実施形態の画像形成装置の感光体ドラムとコロナ帯電器とを示す説明図である。 感光体ドラムの帯電特性を示すグラフである。 感光体ドラムの帯電特性を測定するための測定装置の例を示す構成図である。 感光体ドラムの分光感度特性を示すグラフである。 感光体ドラムの帯電特性を示すグラフである。 感光体ドラム上の位置と、帯電特性および膜厚特性との関係を示すグラフである。 感光体ドラム上の位置と、感度特性との関係を示すグラフである。 感光体ドラム上の位置と、感度特性および膜厚特性との関係を示すグラフである。
以下、図面を用いて各実施形態の画像形成装置について説明する。図1は、第1実施形態の画像形成装置の構成を示す構成図である。図2は、感光体ドラムの製造装置の一例を示す説明図である。図3は、感光体ドラムの感光体層を示す模式図である。画像形成装置1は、アルミニウムの円筒の素管11の外周面に感光体層12を形成した感光体ドラム10を有している。感光体ドラム10の周囲には、コロナ帯電器20、露光装置30、現像装置40、転写ローラ50およびクリーニングブレード60が配置されている。
第1実施形態の画像形成装置1において、感光体ドラム10は、矢印Cの方向に回転する。コロナ放電を行うコロナ帯電器20によって帯電された感光体ドラム10の表面には、露光装置30によって、画像情報に応じてレーザ光Lが照射され、静電潜像が形成される。感光体ドラム10の表面に形成された静電潜像は、現像装置40によってトナー像として現像され、転写ローラ50によって、転写媒体Pに転写される。その後、感光体ドラム10の表面の転写されなかった現像剤がクリーニングブレード60によって掻き落とされ、現像剤回収容器(図示せず)に回収される。その後、除電器(図示せず)などによって感光体ドラム10の除電を行い、再びコロナ帯電器20によって帯電される。
転写媒体Pとしては、紙のほか、転写ベルトを使用することができる。例えば、転写ベルト上に画像形成装置1を複数個並べて、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像剤を転写ベルトに順次転写して、転写ベルト上のトナー像を2次転写して紙に定着させる、カラー画像形成装置に適用することも可能である。
感光体ドラム10は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の円筒状の素管11の周面に、プラズマ気相成長(P-CVD:Plasma - Chemical Vapor Deposition)法などによって、アモルファスシリコンを主成分とする感光体層12を形成したものである。図3に示すように、感光体層12は、下部電荷注入阻止層(下部阻止層ともいう)13、感光層14および表面層15を素管11上にこの順に積層して形成されている。
図2は、P-CVD法のうち、RF-CVD(radio frequency - Chemical Vapor Deposition)法による製造装置の一例の概略構成を示した説明図である。この例のような製造装置を用いて、以下のような工程で感光体ドラム10を作製する。まず、アルミニウムの円筒状の素管11を真空チャンバー71内に入れる。次に、真空チャンバー71内を真空ポンプ72で排気しながら、原料ガス73をガス制御装置74を介して真空チャンバー71内に導入する。次に、高周波発生器75および整合器76によって高周波を真空チャンバー71に印加して、真空チャンバー71と素管11との間にプラズマを発生させ、素管11を回転軸Rの周りに回転させながら、素管11の表面上に感光体層12を順に成膜する。表1に成膜条件の一例を示す。
Figure 0007111594000001
このとき、原料ガス73の成分、原料ガス73の導入位置、および真空チャンバー71における排気位置を調整することによって、素管11に形成される各層の膜厚の状態を制御することができる。このことによって、回転軸R方向(感光体ドラム10の長手方向)において、感光体層12の帯電性の分布を変化させることができる。例えば、第1実施形態の感光体ドラム10のように、感光体ドラム10の中央部1cの帯電性が低く、感光体ドラム10の両端部である一端部1aおよび他端部1bの帯電性が高い感光体ドラム10を作製することができる。
ここでいう帯電性とは、感光体ドラム10の表面に所定の電荷量の電荷を帯電させた場合の表面電位の上昇の程度をいい、感光体ドラム10の表面に同じ電荷量の電荷を帯電させたとき、表面電位の低い部分は帯電性が低く、表面電位の高い部分は帯電性が高い。第1実施形態においては、感光体ドラム10の中央部1cの表面電位の上昇の度合いは小さく、帯電性が低い。また、感光体ドラム10の一端部1aおよび他端部1bの表面電位の上昇の度合いは大きく、帯電性は高い。
図1に示すように、本例におけるコロナ帯電器20は、感光体ドラム10の上方に配設されている。コロナ帯電器20は、帯電手段として制御しやすいことで広く用いられているスコロトロンを用いている。コロナ帯電器20には、導電性シールド21と、1次ワイヤ電極であるコロナ放電電極22と、グリッド電極23とを含んでいる
図4は、コロナ帯電器のグリッド電極と感光体層との距離と感光体層の表面電位との関係を示すグラフである。図4に示すグラフにおいて、横軸は基準値に対してグリッドを近付けた距離(mm)を示し、縦軸は感光体ドラムの表面電位(V)を示している。基準値に対してグリッド電極23の距離を変化させると、グリッド電極23と感光体層12との距離が小さい(近い)ほど感光体層12の表面電位が上昇していることがわかる。これは、感光体層12の帯電量が増加するので、表面電位も上昇していることによる。
図5は、第1実施形態の画像形成装置の感光体ドラムとコロナ帯電器とを示す説明図である。本例のコロナ帯電器20は、感光体ドラム10に向かって下向きに開口している導電性シールド21と、導電性シールド21とは電気的に絶縁され、一端側21aから他端側21bにかけて張架されているコロナ放電電極22と、コロナ放電電極22よりも下方である、感光体ドラム10に近い側にコロナ放電電極22に沿って張架されたグリッド電極23とを有している。
グリッド電極23は、一端部23a、他端部23b、中央部23cを有している。一端部23aおよび他端部23bに比べて中央部23cが重力によって、下方に撓んだ状態になっている。例えば、ワイヤの長さが60cmのスコロトロンの場合であれば、中央部23cは、一端部23aおよび他端部23bよりも約0.5mm下方に撓んでいる。
図6は第1実施形態に示す感光体ドラムの帯電特性を示すグラフである。グリッド電極23の中央部23cが下方に撓んでいるので、コロナ放電はコロナ帯電器20の一端部20aおよび他端部20bよりも、中央部20cで起こるコロナ放電が感光体ドラム10に近接して起こる。そのため、帯電性が均一な感光体層20であれば、点線m1で示されるように、感光体ドラム10の回転軸R方向(長手方向)の中央部の表面電位が両端部の表面電位よりも大きくなる。
第1実施形態の感光体ドラム10をコロナ帯電器20で帯電させると、グリッド電極23の中央部23cが撓んでいるので、感光体層12の帯電性の低い中央部12cの帯電量が大きくなり、帯電性の高い一端部12aおよび他端部12bの帯電量が小さくなる。また、感光体ドラム10の帯電性は、実線m2に示すように、一端部12aおよび他端部12bの帯電性が高く、中央部12cの帯電性が低いので、実線m3に示すように、コロナ帯電器20で帯電後の感光体層12の一端部12a、他端部12b、中央部12cの表面電位の差を小さくすることができる。このように、感光体層12の表面電位が均一化されるので、濃度むらの少ない画像形成装置1を得ることができる。
図7は、第2実施形態の画像形成装置の構成を示す構成図である。第1実施形態の画像形成装置1に比べて感光体ドラム110の特性およびコロナ帯電器120の位置が異なっている。画像形成装置2は、感光体ドラム110を有し、感光体ドラム110の周囲には、コロナ帯電器120、露光装置130、現像装置140、転写ローラ150およびクリーニングブレード160が配置されている。
第2実施形態の画像形成装置2において、感光体ドラム110は、矢印Cの方向に回転する。コロナ帯電器120によって帯電された感光体ドラム110の表面には、露光装置130によって、画像情報に応じてレーザ光Lが照射され、静電潜像が形成される。感光体ドラム110の表面に形成された静電潜像は、現像装置140によってトナー像として現像され、転写ローラ150によって、転写媒体Pに転写される。その後、感光体ドラム110の表面の転写されなかった現像剤がクリーニングブレード160によって掻き落とされ、現像剤回収容器(図示せず)に回収される。
図8は、第2実施形態の画像形成装置の感光体ドラムとコロナ帯電器とを示す説明図である。第2実施形態の感光体ドラム110においては、感光体層112の中央部112cの帯電性が高く、両端部である一端部112aおよび他端部112bの帯電性が低くなっている。本例のコロナ帯電器120は、感光体ドラム110に向かって上向きに開口している導電性シールド121と、導電性シールド121とは電気的に絶縁され、導電性シールド121の一端側121aから他端側121bにかけて張架されているコロナ放電電極122と、コロナ放電電極122の上方にある、感光体ドラム110に近い側にコロナ放電電極122に沿って張架されたグリッド電極123とを有している。
また、グリッド電極123は、一端部123a、他端部123b、中央部123cを有している。一端部123a、他端部123bに比べて中央部23cが重力によって、下方に撓んだ状態になっている。ワイヤの長さが60cmのスコロトロンの場合、中央部123cは、一端部123a、他端部123bよりも0.5mm下方に撓んでいる。
図9は感光体ドラムの帯電特性を示すグラフである。グリッド電極123の中央部123cが下方に撓んでいるので、コロナ放電はコロナ帯電器120の中央部120cにおけるコロナ放電よりも、一端部120aおよび他端部120bおけるコロナ放電は、感光体ドラム110に近接して起こる。そのため、帯電性が均一な感光体層112であれば、点線n1で示されるように、感光体ドラム110の両端部の表面電位が中央部の表面電位よりも大きくなる。
第2実施形態の感光体ドラム110をコロナ帯電器120で帯電させると、グリッド電極123の中央部123cが撓んでいるので、感光体層112の帯電性の高い中央部112cの帯電量が小さくなり、帯電性の低い一端部112aおよび他端部112bの帯電量が大きくなる。また、感光体ドラム110の帯電性を示す実線n2に示すように、感光体層112の一端部112aおよび他端部112bの帯電性が低く、中央部112cの帯電性が高いので、実線n3に示すように、コロナ帯電器120で帯電後の感光体層112の一端部112a、他端部112b、中央部112cの表面電位の差を小さくすることができる。このように、感光体ドラム110の表面電位が均一化されるので、濃度むらの少ない画像形成装置2を得ることができる。
図10は、感光体ドラムの帯電特性を測定するための測定装置の例を示す構成図である。測定装置200に、第2実施形態の画像形成装置に用いられている感光体ドラム110を取り付けて特性を測定する。感光体ドラム110の上方にコロナ帯電器であるコロトロン220が配置され、回転軸方向から見て時計回りに90°回転した横方向の位置に露光装置230を配置し、さらに時計回りに90°回転した位置に電位測定プローブ240が配置され、さらに時計回りに135°回転した位置に除電のための除電ランプ250が配置されている。
感光体ドラム110は、例えば直径が242mm、回転軸方向の長さが580mmの円筒状であり、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。感光体ドラム110の周面の回転速度は、760.3mm/sであり、回転数は、60rpmである。露光装置230は、ハロゲンランプと干渉フィルタとからなり、波長は630nmであり、光量は0.1~1.5μJ/cmである。除電ランプ250はLED(Light Emitting Diode)からなり、波長は630nmであり、光量は4μJ/cmである。感光体ドラム110の一端から回転軸方向に50mmの位置、290mmの位置、530mmの位置の帯電特性および感度特性を測定している。
図11は、感光体ドラムの分光感度特性を示すグラフである。図11に示すグラフにおいて、横軸は露光の波長(nm)を示し、縦軸は感光体ドラム110の表面電位を500Vから露光によって250Vに低下させるのに必要な露光量に基づいて求めた分光感度(V・cm/μJ)を示している。また、3種類のデータプロットおよび特性曲線は、感光体層112の一端部112a、他端部112bおよび中央部112cにおける結果を示している。本例の感光体ドラム110では、一端部112a、他端部112bおよび中央部112cで、分光感度特性が異なっている。しかし、630nmの波長では、分光感度が略等しくなっている。したがって、630nm前後の波長の光で露光すれば感度特性の差がないので、コロナ帯電器120で表面電位が略等しくなるように帯電させれば、濃度むらがなくなることが期待できる。
図12は、感光体ドラムの帯電特性を示すグラフである。図12に示すグラフにおいて、横軸は感光体ドラム110に帯電させる電荷量(μC/cm)を示し、縦軸は感光体ドラム110の表面電位(V)を示している。また、3種類のデータプロットおよび特性曲線は、感光体層112の一端部112a、他端部112bおよび中央部112cにおける結果を示している。また、図13は、感光体ドラム上の位置と、帯電特性および膜厚特性との関係を示すグラフである。図13に示すグラフにおいて、横軸は感光体ドラム110の回転軸方向の位置(mm)を示し、縦軸は、右側の軸が感光体層112の総膜厚(μm)を、左側の軸が感光体ドラム110の表面電位(V)を示している。また、×で示すデータプロットおよび特性曲線は総膜厚の結果を示し、他の3種類のデータプロットおよび特性曲線は、感光体ドラム110に帯電させる電荷量を3通りに変えたときの表面電位の結果を示している。使用した感光体ドラム110の感光体層112は、中央部112cの膜厚が両端部である一端部112aおよび他端部112bの膜厚よりも大きくなっている。このような感光体ドラム110の場合には、同じ電荷量を帯電させた場合の感光体層112の表面電位は、一端部112aおよび他端部112bよりも中央部112cが大きくなっており、感光体層112の感光体ドラム110の回転軸方向の中央部112cは、一端部112aおよび他端部112bよりも帯電性が高いといえる。
図14は、感光体ドラム上の位置と、感度特性との関係を示すグラフである。図14に示すグラフにおいて、横軸は感光体ドラム110に露光する露光量(μJ/cm)を示し、縦軸は表面電位を500Vに帯電させた感光体ドラム110の露光後の表面電位(V)を示している。また、3種類のデータプロットおよび特性曲線は、感光体層112の一端部112a、他端部112bおよび中央部112cにおける結果を示している。なお、露光に用いた波長は630nmである。また、図15は、感光体ドラム上の位置と、感度特性および膜厚特性との関係を示すグラフである。図15に示すグラフにおいて、横軸は感光体ドラム110の回転軸方向の位置(mm)を示し、縦軸は、右側の軸が感光体層112の総膜厚(μm)を、左側の軸が表面電位を500Vに帯電させた感光体ドラム110について露光後の表面電位(V)を示している。また、×で示すデータプロットおよび特性曲線は総膜厚の結果を示し、他の3種類のデータプロットおよび特性曲線は、感光体ドラム110に露光する露光量を3通りに変えたときの表面電位の結果を示している。感光体ドラム110の感光体層112の回転軸方向の一端部112aおよび他端部112bと中央部112cとの感度特性は略一致していることがわかる。また、膜厚が異なっていても感度特性は変化が少なく、感度むらがほとんど生じないことがわかる。
このことから、帯電特性のむらがあっても感度特性のばらつきの少ない感光体ドラムが実現可能であるといえる。例えば、感光体層112の回転軸方向の中央部112cが、両端部である一端部112aおよび他端部112bよりも帯電性が高い感光体ドラム110を、図7に示すコロナ帯電器120が下側にあるような画像形成装置2に適用することによって、帯電性の高い中央部112cに印加される電荷量を少なく、帯電性の低い一端部112aおよび他端部112bに印加される電荷量を多く帯電させることができるので、帯電させたときの表面電位のむらが少なくなる。そして、感度特性は、中央部112cと、一端部112aおよび他端部112bは略同じことから、露光および現像したときに、濃度むらのないトナー像を得ることができる。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。
1,2 画像形成装置
10,110 感光体ドラム
12,112 感光体層
12a,112a 一端部
12b,112b 他端部
12c,112c 中央部
20,120 コロナ帯電器
22,122 コロナ放電電極(1次ワイヤ電極)
23,123 グリッド電極

Claims (4)

  1. 下向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器と、
    前記コロナ帯電器の下方に配置され、前記コロナ帯電器によって帯電する感光体層を周面に有する感光体ドラムであって、前記感光体層は、前記感光体ドラムの回転軸方向の中央部よりも両端部の方が帯電性が高く、中央部と両端部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである感光体ドラムと、を備える画像形成装置。
  2. 上向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器と、
    前記コロナ帯電器の上方に配置され、前記コロナ帯電器によって帯電する感光体層を周面に有する感光体ドラムであって、前記感光体層は、前記感光体ドラムの回転軸方向の両端部よりも中央部の方が帯電性が高く、両端部と中央部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである感光体ドラムと、を備える画像形成装置。
  3. 下向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器を備える画像形成装置に用いられ、周面に感光体層を有する感光体ドラムであって、
    前記コロナ帯電器の下方に配置され、前記感光体層は、感光体ドラムの回転軸方向の中央部よりも両端部の帯電性が高く、中央部と両端部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである感光体ドラム。
  4. 上向きに開口している導電性シールドおよび中央部が下方に撓んだ状態になっているグリッド電極を有し、張架されたコロナ放電電極に電圧を印加して放電を行うコロナ帯電器を備える画像形成装置に用いられ、周面に感光体層を有する感光体ドラムであって、
    前記コロナ帯電器の上方に配置され、前記感光体層は、感光体ドラムの回転軸方向の両端部よりも中央部の帯電性が高く、両端部と中央部とで感度特性が、表面電位を500Vに帯電させて波長630nmで露光後の表面電位のむらが2~3Vである感光体ドラム。
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