JP2006337684A - 画像形成装置 - Google Patents

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浩章 梅本
Naotoshi Kawai
直利 河合
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Abstract

【課題】帯電装置を汚染することなく現像装置にて残留トナーを回収する画像形成装置を提供すること。
【解決手段】画像形成装置は,トナー像を担持する感光体ドラム2を有している。また,感光体ドラム2の周囲には,その回転方向に沿って,帯電装置3,現像器4,転写装置5,荷電制御部材6が順次配置されている。そして,帯電装置3では,非画像形成時の所定の期間に画像形成時と異なる帯電バイアスが印加される。例えば,帯電装置3には,所定の枚数の印字終了後に,画像形成時の帯電バイアス(Vpp:1200V,周波数:2kHz)よりも高ピーク間電圧(1500V以上)あるいは高周波数(3kHz以上)の電圧が印加される。
【選択図】 図2

Description

本発明は,電子写真方式にて画像を形成する画像形成装置に関する。さらに詳細には,現像装置にて現像とクリーニングとを併せて行う方式(以下,「現像同時クリーニング方式」とする)の画像形成装置に関するものである。
従来から,現像同時クリーニング方式の画像形成装置が実用化されている(例えば,特許文献1)。この現像同時クリーニング方式の画像形成装置では,転写後の像担持体上に残余する現像剤(以下,「残留トナー」とする)を現像装置にて回収する。
この現像同時クリーニング方式の画像形成装置では,残留トナーの帯電量の調整が重要となる。すなわち,残留トナーには,転写の履歴を受けたものや,カブリトナー等の逆極性のトナーも多く含まれる。そして,逆極性の残留トナーや帯電量が低い残留トナーをそのまま帯電部に送ると,帯電装置が残留トナーを回収してしまう。そのため,帯電装置が汚染される。特に,接触型の帯電装置の場合には汚染され易い。
そこで,現像同時クリーニング方式の画像形成装置では,残留トナーの付着量および帯電量の調整を行うために荷電制御部材が設けられている。一般的に荷電制御部材は,画像形成プロセス中,転写部から帯電部までの間に位置し,所定のバイアスを印加することにより,転写部で転写されなかった残留トナーの電荷(極性)を均一にしている。すなわち,残留トナーに含まれる逆極性のトナーを正規極性にシフトさせ,帯電装置での回収を回避している。また,荷電制御部材は,残留トナーの帯電量制御機能とともに像担持体の予備帯電機能も兼ねている。
特許第3113803号公報
しかしながら,前記した従来の画像形成装置には,次のような問題があった。すなわち,残留トナーへの電荷の付与は,荷電制御部材だけでなく帯電装置でも行われる。つまり,像担持体の帯電に伴って残留トナーにも電荷が付与される。そのため,帯電装置を通過した後の残留トナーの帯電量は,正規極性側に高くなる。そして,その帯電量は帯電部材への印加バイアスに依存する。そのため,帯電部の出口では,残留トナーの帯電量が極めて高くなる。よって,残留トナーと像担持体との鏡像力が強くなり,現像装置での回収が困難になる。そして,帯電部にて何度も繰り返し荷電されることにより,残留トナーが像担持体上に固着してしまう。また,その未回収の残留トナーが転写されると,画像不良となる。
また,帯電装置通過後の残留トナーの帯電量を抑制するために,帯電装置への印加バイアスを低くすることが考えられる。しかし,帯電装置への印加バイアスを低くすると,像担持体の表面電位を所望の電位とすることができない。そのため,帯電装置への印加バイアスを低くするには制約がある。また,荷電制御部材の印加バイアスを低くすることも考えられる。しかし,荷電制御部材への印加バイアスを低くすると,帯電装置がトナーを吸収してしまう。そのため,帯電装置への突入前における残留トナーの帯電量をできるだけ高くする必要がある。
つまり,帯電装置通過前の残留トナーの帯電量が低すぎると帯電装置が汚染される。そのため,荷電制御部材の印加バイアスは,ある程度以上に高く設定する必要がある。しかしながら,残留トナーの帯電量が高すぎると帯電装置通過後の現像装置での回収が困難になる。すなわち,帯電装置の汚染の問題と現像装置の回収性の問題とがトレードオフの関係にあり,両立させることができない。
本発明は,前記した従来の画像形成装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,帯電装置を汚染することなく現像装置にて残留トナーを回収する画像形成装置を提供することにある。
この課題の解決を目的としてなされた画像形成装置は,トナー像を担持する像担持体と,像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と,像担持体上にトナーを付与する機能および像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置であって,帯電部材には,非画像形成期間中の第1の期間と,画像形成期間中の第2の期間とで異なる電圧が印加され,第1の期間内に印加される電圧のピーク間電圧(Vpp)は,第2の期間内に印加される電圧のピーク間電圧よりも高いことを特徴としている。
すなわち,本発明の画像形成装置は,トナーの付与とトナーの回収とを兼ねた現像部材を備えた現像同時クリーニング方式の画像形成装置であり,非画像形成期間中の第1の期間と,画像形成期間中の第2の期間とで帯電部材に対して異なる電圧が印加される。具体的に帯電部材は,画像形成を行う際,すなわち画像形成期間中の第2の期間には,像担持体の表面を所定の電位にすることを目的とする電圧が印加される。このときの印加電圧(帯電バイアス)は,像担持体の表面を一様に所定の電位とすることを目的とするため,残留トナーの除電効果が必ずしもあるとは限らない。
そこで,画像形成を行わない際,すなわち非画像形成期間中の第1の期間には,画像形成時よりもピーク間電圧が高い帯電バイアスを印加する。すなわち,除電効果が生じるピーク間電圧の帯電バイアスを印加する。これにより,非画像形成時の第1の期間内において,残留トナーの帯電量が減少し,残留トナーの像担持体への固着が回避される。
なお,第1の期間は,非画像形成期間中であればよい。例えば,所定の枚数の印字が終了したとき,所定の時間が経過したとき,あるいは電源投入直後のウォームアップ時が該当する。
また,本発明の別の画像形成装置は,トナー像を担持する像担持体と,像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と,像担持体上にトナーを付与する機能および像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置であって,帯電部材には,非画像形成期間中の第1の期間と,画像形成期間中の第2の期間とで異なる電圧が印加され,第1の期間内に印加される電圧の周波数は,第2の期間内に印加される電圧の周波数よりも高いことを特徴としている。
この画像形成装置では,画像形成を行わない際,すなわち非画像形成期間中の第1の期間には,画像形成時よりも周波数が高い電圧を印加する。すなわち,除電効果が生じる周波数の電圧を印加する。これにより,非画像形成時の第1の期間内において,残留トナーの帯電量が減少し,残留トナーの像担持体への固着が回避される。
また,本発明の別の画像形成装置は,現像部材よりも上流でかつ帯電部材よりも下流に位置し,像担持体上のトナーに電荷を付与する荷電部材を有し,荷電部材には,非画像形成期間中の第1の期間に,画像形成期間中の第2の期間内に帯電部材に印加される電圧のピーク間電圧よりも高いピーク間電圧を有する電圧が印加されることを特徴としている。あるいは,荷電部材には,非画像形成期間中の第1の期間に,画像形成期間中の第2の期間内に帯電部材に印加される電圧の周波数よりも高い周波数を有する電圧が印加されることを特徴としている。
この画像形成装置は,現像部材よりも下流でかつ帯電部材よりも上流に荷電部材を有している。すなわち,帯電後であってトナーを回収する前の位置に残留トナーの帯電量を調節する荷電部材を設け,その荷電部材の印加電圧によって残留トナーの帯電量を減少させることとしてもよい。具体的には,非画像形成期間中の第1の期間に,画像形成期間中の第2の期間内に帯電部材に印加される電圧のピーク間電圧よりも高いピーク間電圧の電圧を印加する。あるいは,非画像形成期間中の第1の期間に,画像形成期間中の第2の期間内に帯電部材に印加される電圧の周波数よりも高い周波数の電圧を印加する。これにより,非画像形成時の第1の期間内において,残留トナーの帯電量が減少し,残留トナーの像担持体への固着が回避される。
本発明によれば,非画像形成時に除電効果がある電圧を帯電部材あるいは荷電部材に印加することで,残留トナーの帯電量の増加を抑制している。よって,帯電装置を汚染することなく現像装置にて残留トナーを回収する画像形成装置が実現している。
以下,本発明にかかる画像形成装置を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,タンデム型のカラープリンタに本発明を適用したものである。
本形態の画像形成装置は,タンデム方式のフルカラープリンタであり,図1に示すように並列に配置された4つの画像形成ユニットを有するものである。具体的に,本形態のカラープリンタ100は,4色の画像形成ユニット1K,1C,1M,1Yを有している。また,その他に中間転写ベルト8,2次転写ローラ9,クリーニングブレード10等を有している。各画像形成ユニットは,中間転写ベルト8上に各色の画像を形成するものである。各画像形成ユニットは,画像形成ユニット1Kがブラック(K),画像形成ユニット1Cがシアン(C),画像形成ユニット1Mがマゼンタ(M),画像形成ユニット1Yがイエロー(Y)の各色に対応している。なお,各画像形成ユニットの配置は上記の順序に限定されるものではない。
また,画像形成ユニット1Kは,図2に示すようにトナー像を担持する感光体ドラム2を有している。感光体ドラム2は,図2中の矢印方向に一定の速度で回転するようになっている。また,感光体ドラム2の周囲には,その回転方向に沿って,帯電装置3,現像器4,転写装置5,荷電制御部材6が順次配置されている。なお,帯電装置3と現像器4との間には,潜像が形成される露光部が設けられている。その他の画像形成ユニットについても同様の構成となっている。
帯電装置3は,感光体ドラム2の表面を均一に帯電させるものである。帯電装置3としては,コロナ放電により帯電させる非接触型のコロナ帯電装置の他,導電性の接触帯電部材を感光体ドラム2の表面に接触させて帯電させる接触型の帯電装置が適用可能である。接触型の帯電装置としては,ローラ型,ブレード型,ブラシ型,シート型など各種のものがある。
また,本形態の帯電装置3には,画像形成時と非画像形成時とで異なるバイアスが印加される。帯電装置3への印加バイアス(帯電バイアス)の形態は,感光体ドラム2の表面電位を所定の値に設定できるものであればどのようなものであってもよい。例えば,直流電圧や交流電圧であってもよいし,直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧であってもよい。また,パルス電圧,その他の波形の電圧でもよい。また,感光体ドラム2の表面電位は,マイナス側に限るものではなく,プラス側であってもよい。本形態では,サイン波(Vdc:−550V,Vpp:1200V,周波数:2kHz)の帯電バイアスが印加される。なお,帯電バイアスの詳細については後述する。
現像器4は,潜像上にトナーを付与する機能に加え,トナーを回収する機能を有している。すなわち,静電潜像の白地部については感光体ドラム上の残留トナーを回収し,それ以外の部分についてはトナータンク内のトナーを付与する。現像器4としては,接触型であっても非接触型であってもよい。また,現像方式は,トナーとキャリアとからなる二成分現像方式であっても,キャリアを含まない一成分現像方式であってもよい。また,本形態では,マイナス帯電トナーを使用するが,トナー像の現像が可能であれば,プラス帯電トナーであってもよい。
荷電制御部材6は,残留トナーの帯電量の調整および付着量の調節を行うためのものである。荷電制御部材6には,帯電装置と同様の部材が適用可能である。また,ローラ型,ブレード型,ブラシ型,シート型など各種のものが適用可能である。荷電制御部材6には,現像トナーと同極性のバイアス(本形態では負極性のバイアス)が印加される。具体的に本形態では,直流電圧と交流電圧とを重畳させた矩形波(Vpp:300V,Vdc:感光体ドラムの表面電位に対して−100V,周波数:100Hz,デューティ比:50%)が印加される。なお,印加バイアスは,直流電圧であってもよい。また,パルス電圧,その他の波形の電圧でもよい。また,荷電制御部材6は,残留トナーに限らず感光体ドラム2の表面にも電荷を付与することから,帯電装置3による主帯電前の予備帯電としての機能も有する。
続いて,本形態のカラープリンタ100にて画像を形成する場合の動作について説明する。まず,帯電装置3の負極性バイアスにより,感光体ドラム2の表面が所定の電位に帯電される。次に,露光部にて1ページ目の潜像が形成される。露光手段としては,静電潜像を形成可能なものであればよく,例えばレーザ露光が適用可能である。
次に,現像器4により,負極性のトナーによる現像が行われ,感光体ドラム2上に1ページ目のトナー像が形成される。次に,転写装置5により,1ページ目のトナー像が中間転写ベルト8上に転写される。すなわち,感光体ドラム2上のトナーは,転写装置5の正極性バイアスにより中間転写ベルト8に転写される。このとき,一部のトナーは,転写されずに感光体ドラム2上に残留し残留トナーとなる。さらに,残留トナーの一部は,正極性にシフトしている。
次に,荷電制御部材6により,正極性の残留トナーの帯電極性が負極性にシフトされる。また,感光体ドラム2の表面も負極性に帯電される。これにより,残留トナーの帯電量が高くなり,帯電装置3への残留トナーの付着が抑制される。その後,再び帯電装置3により感光体ドラム2の表面が帯電される。
次に,露光部で2ページ目の静電潜像が形成される。次に,現像器4にて,現像と残留トナーの回収とが同時に行われる。すなわち,残留トナーのうち,白地部に存在するものは現像器4に回収され,それ以外の部分に存在するものはトナー像となって再度転写される。
このような動作を画像形成ユニットごとに繰り返し,中間転写ベルト8上にそれぞれの色のトナー画像を重ねる。そして,4色のトナー像が重ね合わせられることにより,中間転写ベルト8上にカラー画像が形成される。このカラー画像が2次転写ローラ9にて記録紙に転写される。そして,その記録紙が定着装置を介して排出トレイに出力される。
さらに,1つのプリントジョブが終了した後あるいは所定の枚数を出力した後の非画像形成時に,帯電装置3に画像形成時とは異なる帯電バイアス(例えば,画像形成時よりもVppが高い電圧あるいは周波数が高い電圧)が印加される。帯電バイアスの詳細は後述する。これにより,残留トナーの帯電量が減少し,トナーの固着が抑制される。
続いて,帯電装置3への印加バイアス(帯電バイアス)について詳説する。まず,本形態の帯電装置3について,帯電バイアスを変化させ,帯電装置3を通過する前後におけるトナー帯電量の変化を調査した。本実験では,ローラ型の帯電装置を使用し,感光体ドラム2上にトナー層を形成し,帯電ローラに所定のバイアスを印加した状態で感光体ドラム2を回転させる。そして,帯電ローラの通過前のトナー帯電量と,帯電ローラの通過後のトナー帯電量とを測定した。
帯電バイアスの交流成分(Vppおよび周波数)を変化させたときの,トナーの帯電量の変化を図3に示す。図3に示すように,本形態の画像形成時の帯電バイアス(Vpp:1200V,周波数:2kHz)を印加した際は,トナーの除電量がマイナスの値となっている。すなわち,トナーの帯電量は増加している。なお,本形態ではマイナス側に帯電していることから,本形態でいう除電とは負極性の絶対値を減少させることをいう。
一方,画像形成時の帯電バイアスよりも高いVpp(1500V以上)の帯電バイアスを印加した際は,トナーの除電量がプラスの値となっている。すなわち,トナーの帯電量が減少している。また,画像形成時の帯電バイアスよりも高い周波数(3kHz以上)の帯電バイアスを印加した際も,トナーの除電量がプラスの値となっている。すなわち,トナーの帯電量が減少している。
この実験により次のことがわかった。
(1)Vppが1200V以上であれば,周波数が3kHz以上で除電効果がある。
(2)周波数が2kHz以上であれば,Vppが1500V以上で除電効果がある。
(3)Vppはその値が高いほど除電能力が高い。
(4)周波数はその値が高いほど除電能力が高い。
本形態では,除電効果がある電圧を帯電装置に印加することにより,残留トナーの帯電量を減少させる。具体的には,非画像形成期間中の所定の期間に,画像形成時よりも高いVpp(1200V以上)あるいは高い周波数(2kHz以上)の電圧を印加する。これにより,非画像形成期間中の所定の期間に残留トナーの除電が行われ,トナーの固着が抑制される。
なお,本実験は,帯電バイアスとしてサイン波を使用しているが,直流電圧と交流電圧とを重畳させた電圧でも同様の効果が得られた。また,本実験では,帯電バイアスのVdcを変化させず画像形成時と同等としたが,Vdcをプラス側に近づければより除電効果が高まる。
次に,印字率が5%のチャートで1万枚の印刷を行った。画像形成時および非画像形成時ともに同じ帯電バイアス(Vpp:1200V,周波数:2kHz)を印加した場合,感光体ドラム上にトナーの固着が発生し,それに伴って画像不良が生じた。一方,画像形成時の帯電バイアス(Vpp:1200V,周波数:2kHz)と比べて,Vppおよび周波数を高くした帯電バイアス(Vpp:1800V,周波数:3kHz)を非画像形成時に印加した場合,感光体ドラム上にトナーの固着は生じず,画像不良も生じなかった。
なお,画像形成時と異なる帯電バイアスを印加する期間は,非画像形成時に常に画像形成時と異なる帯電バイアスを印加するとしてもよい。また,非画像形成時の所定の期間に画像形成時と異なる帯電バイアスを印加するとしてもよい。例えば,連続印刷が1分以上続いたとき,あるいは所定の枚数の連続印刷が続いたときであるとよい。
以上詳細に説明したように本形態のカラープリンタ100では,非画像形成時の所定の期間に画像形成時と異なる帯電バイアスを印加することとしている。すなわち,非画像形成時の所定の期間では,画像形成時の帯電バイアス(Vpp:1200V,周波数:2kHz)よりも高ピーク間電圧(1500V以上)あるいは高周波数(3kHz以上)の電圧を印加している。このような電圧を印加することで,非画像形成時の所定の期間に残留トナーの除電を行うことができる。よって,残留トナーの感光体ドラム2への固着が回避され,画像不良の低減が図られる。従って,帯電装置を汚染することなく現像装置にて残留トナーを回収する画像形成装置が実現している。
[応用例]
実施の形態では,帯電バイアスの切換えによって残留トナーの帯電量を減少させているが,残留トナーの除電は帯電装置3によるものに限らない。すなわち,残留トナーの除電を行うため,別途に荷電制御部材を設けてもよい。応用例の画像形成装置は,図4に示すように帯電装置3の下流であって現像器4の上流に,接触型でローラ状の第2荷電制御部材7を有している。
また,第2荷電制御部材7には,非画像形成時において,画像形成時に帯電装置3に印加される帯電バイアスよりも高いVppあるいは高い周波数の電圧が印加される。つまり,帯電装置3の帯電バイアスのVppが1200Vであり周波数が2kHzである場合には,第2荷電制御部材7にはVppが1200V以上あるいは周波数が2kHz以上の電圧が印加される。このように,非画像形成時に除電効果がある電圧を第2荷電制御部材7に印加することにより,帯電装置3の通過後の残留トナーの帯電量を減少させ,トナーの固着を抑制することができる。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,画像形成装置としては,プリンタ,複写機,スキャナ,FAX等であって電子写真方式にて画像を形成するものであれば適用可能である。また,カラー画像を形成するものであってもモノクロ画像専用のものであってもよい。また,タンデム方式であっても4サイクル方式であってもよい。
実施の形態に係るカラープリンタの構成を示す概略図である。 実施の形態に係る画像形成ユニットの構成を示す概略図である。 帯電バイアスの交流成分(Vppおよび周波数)を変化させた場合の,トナーの帯電量の変化を示すグラフである。 応用例に係る画像形成ユニットの構成を示す概略図である。
符号の説明
1K 画像形成ユニット
2 感光体ドラム(像担持体)
3 帯電装置(帯電部材)
4 現像装置(現像部材)
5 転写装置
6 荷電制御部材
7 第2荷電制御部材(荷電部材)
8 中間転写ベルト
100 カラープリンタ(画像形成装置)

Claims (12)

  1. トナー像を担持する像担持体と,前記像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と,前記像担持体上にトナーを付与する機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置において,
    前記帯電部材には,
    非画像形成期間中の第1の期間と,画像形成期間中の第2の期間とで異なる電圧が印加され,
    前記第1の期間内に印加される電圧のピーク間電圧は,前記第2の期間内に印加される電圧のピーク間電圧よりも高いことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に印加される電圧のピーク間電圧は,1500V以上であることを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項2に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に印加される電圧の周波数は,2kHz以上であることを特徴とする画像形成装置。
  4. トナー像を担持する像担持体と,前記像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と,前記像担持体上にトナーを付与する機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置において,
    前記帯電部材には,
    非画像形成期間中の第1の期間と,画像形成期間中の第2の期間とで異なる電圧が印加され,
    前記第1の期間内に印加される電圧の周波数は,前記第2の期間内に印加される電圧の周波数よりも高いことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項4に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に印加される電圧の周波数は,3kHz以上であることを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項5に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に印加される電圧のピーク間電圧は,1200V以上であることを特徴とする画像形成装置。
  7. トナー像を担持する像担持体と,前記像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と,前記像担持体上にトナーを付与する機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置において,
    前記現像部材よりも上流でかつ前記帯電部材よりも下流に位置し,前記像担持体上のトナーに電荷を付与する荷電部材を有し,
    前記荷電部材には,
    非画像形成期間中の第1の期間に,画像形成期間中の第2の期間内に前記帯電部材に印加される電圧のピーク間電圧よりも高いピーク間電圧を有する電圧が印加されることを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項7に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に前記荷電部材に印加される電圧のピーク間電圧は,1500V以上であることを特徴とする画像形成装置。
  9. 請求項8に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に前記荷電部材に印加される電圧の周波数は,2kHz以上であることを特徴とする画像形成装置。
  10. トナー像を担持する像担持体と,前記像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と,前記像担持体上にトナーを付与する機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置において,
    前記現像部材よりも上流でかつ前記帯電部材よりも下流に位置し,前記像担持体上のトナーに電荷を付与する荷電部材を有し,
    前記荷電部材には,
    非画像形成期間中の第1の期間に,画像形成期間中の第2の期間内に前記帯電部材に印加される電圧の周波数よりも高い周波数を有する電圧が印加されることを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項10に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に前記荷電部材に印加される電圧の周波数は,3kHz以上であることを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項11に記載する画像形成装置において,
    前記第1の期間内に前記荷電部材に印加される電圧のピーク間電圧は,1200V以上であることを特徴とする画像形成装置。
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