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JP2009175417A - 画像形成装置 - Google Patents

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JP2009175417A JP2008013724A JP2008013724A JP2009175417A JP 2009175417 A JP2009175417 A JP 2009175417A JP 2008013724 A JP2008013724 A JP 2008013724A JP 2008013724 A JP2008013724 A JP 2008013724A JP 2009175417 A JP2009175417 A JP 2009175417A
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Abstract

【課題】キャリアへのチタンスペントを防止して、二成分現像剤の剤劣化、画像劣化を防止し、長期にわたって安定した画像形成を行うことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】作像するトナー像の画像信号を検出し、トナー像の画像面積比率を検出する手段111と、現像装置7の駆動時間を検知し、1ジョブ中の現像駆動時間を算出する手段85と、ジョブ中のトナー像の画像面積比率、用紙サイズ、現像駆動時間からジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量を算出する手段100とを備え、消費量を算出する手段で算出された消費量が予め定めた一定の消費量より多い場合、ジョブエンド時に現像スリーブ71a、71bを回転させ、空転させる制御をする
【選択図】 図1

Description

本発明は、プリンタ・複写機・FAX等の電子写真方式を用いた画像形成装置に係り、詳しくは、感光体等の潜像担持体上に形成される静電潜像を二成分トナーにより顕像化する電子写真方式の画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に使用されているニ成分現像剤中のトナーには定着部での分離性向上のためのワックス成分、流動性の確保や帯電制御剤等の外添剤が付与されている。この外添剤には、ワックスやシリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等が存在する。また、このような外添剤中の成分には、使用条件によって、トナーから遊離し、キャリア上に付着しスペントしてしまうものが存在する。
特にキャリアにスペントしやすい外添剤としてワックスや酸化チタンなどが挙げられる。それにより、キャリアの帯電能力が落ち、トナー濃度制御が困難になり画像濃度が低下するなどの不具合が生じる。このような問題に対して、特許文献1に記載された発明では現像駆動時間に応じてトナーを強制的に消費させることで以上の不具合を解決させている。
しかしながら、現像駆動時間に応じてトナーを強制的に消費させてしまった場合、ワックススペントには効果があるが、酸化チタンによるチタンスペントには逆効果となってしまう。ワックスの場合、トナー消費すればトナーとともに排出される。しかし、酸化チタンの場合、キャリアへの移行時間が短く、トナー消費前にキャリアへ移行してしまうため、トナー消費量に依存して、チタンスペントが発生する傾向にある。
図4は、累積現像駆動時間とキャリアへのチタン移行量との関係を示した図である。
このため、強制消費のようにトナーを消費させてしまうと、チタンスペントが加速してしまう。チタンスペントを防止するには、空転のようにキャリアにストレスを与えて、キャリアの膜が削れ易い状態にして、チタンスペントしにくい状況にする必要がある。また、酸化チタンはトナー帯電の環境変動を安定させるために必要不可欠なものである。
特開平8−314253号公報
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、キャリアへのチタンスペントを防止して、二成分現像剤の剤劣化、画像劣化を防止し、長期にわたって安定した画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することである。
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体上を露光して静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上の静電潜像をキャリアとチタンを添加剤として含むトナーとから成る二成分現像剤を担持する現像剤担持手段で現像してトナー像とする現像装置と 備える画像形成装置において、作像するトナー像の画像信号を検出し、トナー像の画像面積比率を検出する手段と、前記現像装置の駆動時間を検知し、1ジョブ中の現像駆動時間を算出する手段と、ジョブ中のトナー像の画像面積比率、用紙サイズ、現像駆動時間からジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量を算出する手段とを備え、前記画像形成装置は、消費量を算出する手段で算出された消費量が予め定めた一定の消費量より多い場合、ジョブエンド時に現像スリーブを回転させ、空転させる制御をすることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、消費量を算出する手段でジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量がある一定の消費量を超過した際に、ジョブエンド時に現像スリーブを回転させ、現像スリーブを空転させる制御をすることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、現像スリーブの空転時間を消費量に応じた制御にすることを特徴とした。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、現像スリーブ空転時のスリーブ線速を制御させることを特徴とした。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、現像スリーブ線速の上限を対ドラム線速比で2.5までの範囲で制御させることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、シリカを含むトナーを含む二成分現像剤を用いることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、樹脂で被覆したキャリアを含む二成分現像剤を用いることを特徴とする。
本願発明の画像形成装置では、ジョブ終了後に空転を行うことで、キャリアへのチタン移行を防止できるため、チタンスペントによる剤劣化、画像劣化を防止でき、長期にわたって安定した画像形成を行うことができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
図1は、本発明の実施形態の画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置1は、感光体(像担持体)10と、この感光体10を一様に帯電させる帯電装置2と、帯電した感光体10の表面にレーザー光を露光して潜像を形成する露光装置3と、感光体10の表面の潜像に現像剤としてのトナーを供給して可視像化かさせる現像装置7と、現像装置7にトナーを供給するトナー補給部8と、可視像化した前記トナー像を転写紙に転写させる転写装置6と、感光体10と転写手段6との間に供給される転写紙を一旦停止させるレジストローラ5とから主として構成されている。
このような構成の画像形成装置1において、感光体10の表面を帯電装置2により約−900Vに一様にマイナス帯電させた後、原稿等の画像情報を蓄積した画像メモリ制御部111の画像メモリから読み出された信号を、コントローラ100でレーザー光によって約−50Vの静電潜像に置き換える。次いで、マイナス帯電した非磁性トナーによってトナー像が形成される。現像装置7は、二成分現像装置であり、現像装置7内には、磁性材料からなるキャリアに非磁性トナーが所定の割合(トナー濃度)になるよう内包されている。
現像装置7は、感光体10に現像剤中のトナーを付与する現像ローラ71a、71bと現像ロール71a上の現像剤量を規制する現像ドクター72、現像剤を攪拌する攪拌部材73、74、75を備えている。現像装置7は、現像モータ87によって駆動される。現像装置7に隣接するようにトナー補給部8が設けられており、図示していないトナーカートリッジから送られたトナーを補給ローラ81により現像装置7内へ徐々に補給する。トナーの補給は現像装置7内の現像剤濃度に応じ、不足分のみ補給されるようトナー補給クラッチにより制御される。補給されたトナーは攪拌部材73、74、75によりキャリアと攪拌され、キャリアに付着してマイナス帯電する。
そして、トナーは、現像ローラ71a、71bの磁石に引きつけられて付着する。現像ローラ71a、71bの回転により現像ドクター72の所まで搬送されたトナーは、所定量に規制された後、感光体10への現像領域まで供給される。図示していない現像バイアス電源から現像ロール71a、71bに約−550Vが給電されて、現像剤中のマイナス帯電したトナーのみが静電潜像に移動し、トナー像を形成する。
このとき、転写紙を収容する図示していない給紙カセットから転写紙が矢印B方向から搬送され、レジストローラ5によって一旦停止される。感光体10上のトナー像のタイミングに合わせて、レジストローラ5より転写紙が送られ、転写装置6の転写ベルト61により、感光体10上のトナー像が転写紙に転写される。転写ベルト61は、例えばゴムを中抵抗化した材料からなる。転写ベルト61のベルト内側には駆動ローラ62、従動ローラ63、バイアスローラ64が配設されている。バイアスローラ64は高圧の転写電源65とつながり、転写バイアスが印加され、感光体10側に流れる電流が一定になるように制御されている。トナー像が転写された転写紙は、定着装置90に至り、ここで、トナー像が転写紙に定着された後、画像形成装置1から排出される。転写紙に転写されずに感光体表面に残留するトナーは感光体クリーニング装置91のブラシローラ92、クリーニングブレード93によって回収される。その後、感光体10の表面は除電手段である除電ランプ94により除電される。
本発明の画像形成装置1では、画像形成の工程中に、作像するトナー像の画像信号を検出し、トナー像の画像面積比率を検出する手段としての画像メモリ制御部111、現像装置7の駆動時間を検知し、1ジョブ中の現像駆動時間を算出する手段として現像駆動時間測定回路85と、ジョブ中のトナー像の画像面積比率、用紙サイズ、現像駆動時間からジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量を算出する手段として消費量測定回路83とを備え、画像形成装置1は、消費量を算出する手段で算出された消費量が予め定めた一定の消費量より多い場合、ジョブエンド時に現像スリーブ71a、71bを回転させ、空転させる制御をする。
原稿読み取り部110で読み込まれた画像信号は、画像メモリ制御部111に蓄積される。この画像信号には、白黒、カラーの信号が含まれている。したがって、この画像メモリ制御部111で、その画像信号からこれらの比率を比較することで、白黒のモノクロパターンだけではなく、カラー画像を含めた原稿の画像面積比率を算出することができる。
次に、現像駆動測定回路85によりジョブ中の現像装置7の駆動時間を測定する。この現像駆動時間測定回路85で測定した駆動時間を用い、さらに、上述した画像面積比率と、画像形成装置が装着している給紙カセットからも用紙サイズ検知部84から検知された用紙サイズとから、消費量を算出する手段でジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量を算出する。
Figure 2009175417
計算式中の飽和付着量はトップ画像濃度(画像濃度1.4)を出力するために必要な感光体10上トナー像の付着量である。予め定めた一定の消費量より消費量が多い場合、コントローラ100からの信号により、現像駆動モータ87をジョブ終了時に駆動させ、現像スリーブ71a、71bを回転させる制御を行う。このように空転を行うことで、現像剤にストレスを与え、キャリアへのチタン移行を防止できるため、チタンスペントによる剤劣化を抑制できる。予め定めた一定の消費量は、画像形成のトータルの枚数における消費量で、例えば、1万プリントにおける消費量が予め定めた一定の消費量より多い場合に空転させる。または、連続した画像形成のジョブの中で、例えば、10〜100枚くらいのジョブ中で予め定めた一定の消費量より多い場合に、空転させる。また、画像形成装置1は、消費量を算出する手段83でジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量がある一定の消費量を超過した際に、ジョブエンド時に現像スリーブ71a、71bを回転させ、現像スリーブ71a、71bを空転させる制御をするものであっても良い。
また、空転するのは現像スリーブ71a、71bであるが、攪拌部材73、74、75を空転させても良い。ただし、現像スリーブ71a、71bでは、キャリアの磁性と現像スリーブ内の磁石によってキャリアを激しく運動させていることから、キャリア表面の膜が剥がれ安い状況を生じさせている。攪拌部材73、74、75でも同様に、激しく攪拌しているが、現像スリーブ71a、71bほどではないので、キャリアの劣化を抑えるには、現像スリーブ71a、71bを空転させることがよい。また、本実施形態では、現像スリーブ71a、71bを2つを示しているが、1つでも良い。空転とは、トナーを補給せずに回転させることをいう。これによって、一旦スペントした酸化チタンがキャリアの被覆樹脂と共に剥がれやすい状況にすることで、新たな酸化チタンが補給されないことから、新鮮な表面が露出することで、キャリアの劣化を抑えることができる。
図2は、累積現像駆動時間とキャリアへのチタン移行量から、不具合発生の関係を示した図である。図中の横軸上の駆動時間Tが現像剤寿命として定めた駆動時間である。また、縦軸上のAがトナー帯電量低下やトナー飛散などの不具合が発生するチタン移行量(チタンスペント量)である。単位駆動時間当たりの消費量Mについては、駆動時間Tに達した際にチタンスペントによる不具合が発生する消費量である。
この消費量Mについては予め単位駆動時間当たり消費量測定回路83で測定してコントローラ100に記憶させている。まず、ジョブ中に作像されるトナー像の単位駆動時間当たりの消費量を算出する。この算出された、消費量がMよりも大きくなった際に、コントローラ100からの信号により、現像駆動モータ87をジョブ終了時に駆動させ、現像スリーブ71a、71bを回転させる制御を行う。このように制御させることで、スペントが悪化し始めるある単位駆動時間当たりの消費量に達した際に、空転を行うことで、無駄な空転を減らした上で、チタンスペントによる剤劣化を抑制できる。
図2のように単位駆動時間当たりの消費量が消費量Mより大きく、キャリアの単位表面積当たりのチタン被覆率がある値となるチタンスペント量Aに到達するまでの駆動時間が短い場合、早期に現像剤劣化が発生してしまう。そのため、ジョブ中に計算された単位駆動時間当たりの消費量が大きい場合、ジョブ終了後に空転を行うことで常に消費量Mより小さくする必要がある。まず、ジョブ中に作像されるトナー像の単位駆動時間当たりの消費量を算出する。
図3は、累積現像駆動時間とキャリアへのチタン移行量から、空転時間の制御を行う状況を示した図である。図3のようにこの際に測定された駆動時間をT0、トナー消費量V0、単位駆動時間当たりの消費量をM0=V0/T0として単位駆動時間当たりの消費量測定回路83に記録する。測定された単位駆動時間当たりの消費量がM0>Mであれば、狙いの消費量をMとし、M0×B=M<Mとなるような係数Bを求める。次に消費量Mになるような駆動時間TをM=V0/Tから算出し、T=V/(M0×B)を求める。これにより、狙いの単位駆動時間当たりの消費量Mになるような駆動時間TとT0の差分を単位駆動時間当たりの消費量測定回路83で計算し、コントローラ100からの信号により、現像駆動モータ87をジョブ終了時に駆動させ、現像スリーブ71a、71bを回転させる制御を行う。このように制御させることで、単位駆動時間あたりの消費量が極端に高くても、ジョブ毎で駆動時間当たりの消費量を少なくなるように制御するため、経時で安定してチタンスペントによる剤劣化を抑制できる。
これによって、ジョブ中に測定された単位駆動時間当たりの消費量に応じて、空転時間の制御を行うことで、経時で安定してチタンスペントによる剤劣化、画像劣化を防止できる。
なお、この駆動時間T、トナー消費量Vは、現像装置7における現像スリーブ71a、71bの外径、現像装置内の現像剤量等によって、駆動時間T、トナー消費量V、キャリアへの移行量A、単位駆動時間当たりのトナー消費量Mが決定される。しかし、基本的な考え方を含めて、本発明の画像形成装置1で、キャリアへのチタン移行を防止できるため、チタンスペントによる剤劣化、画像劣化を防止でき、長期にわたって安定した画像形成を行うことができる。
チタンの大きさは、BET測定法で測定した表面積から、球とした場合の換算で、20〜50nmの範囲が好ましい。これは、粒径が大きい方がスペントしにくいことから、20nm未満では、スペントが激しくなり、寿命を延ばすことが難しい。50nmを越えると、研摩性が大きくなり、キャリアの被膜を摩耗させ、キャリアの寿命を短くする。添加量は、トナーに対して、チタンは、0.1〜5.0重量%、好ましくは0.5〜3.0重量%使用することが好ましい。0.1重量%未満の場合にはその添加による効果が発揮されにくく、また、添加量が5.0重量%を越える場合にはトナー表面での保持が充分に行われず、脱離が発生してしまう可能性がある。また、各種チタンカップリング剤、シランカップリング剤等のいわゆるカップリング剤やシリコーンオイル等によって疎水化処理することが好ましい。チタンの帯電性は、トナーと異なり正帯電性なので、スペント等による劣化の効果がシリカ等の他の外添剤より顕著に発現されることから、外添剤としては、主にチタンを制御することで、経時で安定してチタンスペントによる剤劣化、画像劣化を防止できる。
また、本発明の画像形成装置1では、チタンの他に、外添剤としては、各種無機微粒子、有機微粒子等を使用することができる。無機微粒子としては、各種酸化物、窒化物、ホウ化物等をあげることができる。例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸アルミニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化セリウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化スズ、酸化テルル、酸化マンガン、酸化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等があげられる。さらに、疎水化処理をおこなったものでもよい。疎水化処理を行う場合には、各種チタンカップリング剤、シランカップリング剤等のいわゆるカップリング剤やシリコーンオイル等によって疎水化処理することが好ましい。
一方、酸化チタン以外の外添剤としては、シリカが好ましく、大きさは、BET測定法で測定した表面積から、球とした場合の換算で、7〜30nmの範囲が好ましい。この範囲で有れば、トナーの流動性を良くし、かつ、帯電性を制御することができる。添加量は、トナーに対して、0.2〜5.0重量%、好ましくは0.5〜3.0重量%使用することが好ましい。0.2重量%未満の場合にはその添加による、流動性、帯電性の効果が発揮されにくく、また、添加量が5.0重量%を越える場合にはトナー表面での保持が充分に行われず、脱離が発生してしまう。外添剤として、チタン:シリカ等の外添剤は、10〜40:60〜90の割合が好ましい。これによって、帯電性、流動性を制御し、かつ、寿命を同時に制御することができる。
二成分系現像剤として用いるが、磁性キャリアと混合して用いる。二成分現像剤として用いる場合には、現像剤のキャリアとトナーの混合比(含有比)は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリア等から公知のものが使用される。また、磁性キャリアの被覆材料としては、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂およびスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、およびシリコーン樹脂等が使用できる。さらに、必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
さらに、本発明の画像形成装置1では、現像スリーブ71a、71b空転時のスリーブ線速を制御させる。ジョブエンド時の空転を行う際に、コントローラ100からの信号により、現像モータ87の回転数を上げる制御を行う。このように制御を行うことで、空転にかかる時間を少なくし、次のジョブ入力可能までの時間を短縮でき、画像形成の生産性を高めることができる。一方、ジョブエンド時の空転をする際に、現像モータ87の回転数を早くしすぎた場合、現像剤に過度のストレスがかかり、トナーからワックス成分が染み出し、キャリア表面にワックスがスペントしてしまう。ワックスがスペントしてしまうと、剤の帯電能力が低下してしまう不具合が発生してしまうため、ジョブエンド時の空転を行う際に、コントローラ100からの信号により、現像モータ87の回転数を感光体ドラムに対する対ドラム線速比を2.5までの範囲で上げる制御をおこなう。このように制御を行うことで、ワックススペントなどの副作用を発生させることなく、空転にかかる時間を少なくし、次のジョブ入力可能までの時間を短縮できる。また、線速比は、1.0を越える制御を行う。1.0以下では、現像スリーブ71a、71bの搬送量に係わらず、濃度の高い画像を得ることが困難である。また、空転にかかる時間を少なくすることが困難であり、次のジョブ入力可能までの時間を短縮できず、画像形成の生産性を高めることができない。
以上モノクロの画像形成装置で説明しているが、比較的画像面積率の高い使われ方をするカラーの画像形成装置にも適用することができる。
本発明の実施形態の画像形成装置の構成を示す概略図である。 累積現像駆動時間とキャリアへのチタン移行量から、不具合発生の関係を示した図である。 累積現像駆動時間とキャリアへのチタン移行量から、空転時間の制御を行う状況を示した図である。 累積現像駆動時間とキャリアへのチタン移行量との関係を示した図である。
符号の説明
1:画像形成装置
2:帯電装置
3:露光装置
5:レジストローラ
6:転写装置
7:現像装置
8:トナー補給部
10:感光体
61:転写ベルト
62:駆動ローラ
63:従動ローラ
64:バイアスローラ
65:転写電源
66:電極部材
67:樹脂ケース
67a:支点
69:モータ
71a、71b:現像ローラ
72:現像ドクター
73、74、75:攪拌部材
81:補給ローラ
83:単位時間当たりの消費量測定回路
84:用紙サイズ検知部
85:現像駆動時間測定回路
86:書き込み信号メモリ
87:モータ
90:定着装置
91:クリーニング装置
92:ブラシローラ
93:クリーニングブレード
94:除電ランプ
100:コントローラ
110:原稿読取部
111:画像メモリ制御部
112:CCD

Claims (7)

  1. 像担持体と、
    前記像担持体上を露光して静電潜像を形成する潜像形成手段と、
    前記像担持体上の静電潜像をキャリアと酸化チタンを添加剤として含むトナーとから成る二成分現像剤を担持する現像剤担持手段で現像してトナー像とする現像装置と 備える画像形成装置において、
    作像するトナー像の画像信号を検出し、トナー像の画像面積比率を検出する手段と、
    前記現像装置の駆動時間を検知し、1ジョブ中の現像駆動時間を算出する手段と、
    ジョブ中のトナー像の画像面積比率、用紙サイズ、現像駆動時間からジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量を算出する手段とを備え、
    前記画像形成装置は、消費量を算出する手段で算出された消費量が予め定めた一定の消費量より多い場合、ジョブエンド時に現像スリーブを空転させる制御をする
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、消費量を算出する手段でジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量がある一定の消費量を超過した際に、ジョブエンド時に現像スリーブを空転させる制御をする
    ことを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1又は2記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、現像スリーブの空転時間を消費量に応じた制御にする
    ことを特徴とした画像形成装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、現像スリーブ空転時のスリーブ線速を制御させる
    ことを特徴とした画像形成装置。
  5. 請求項4記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、現像スリーブ線速の上限を対ドラム線速比で2.5までの範囲で制御させる
    ことを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、シリカを含むトナーを含む二成分現像剤を用いる
    ことを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、樹脂で被覆したキャリアを含む二成分現像剤を用いる
    ことを特徴とする画像形成装置。
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