JP2000075572A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
きくなるような状況においても、中間転写体上に積層さ
れたトナー像を異常放電等を生じることなく記録材に転
写し、転写不良のない高品質なカラー画像を得ることを
可能とすることである。 【解決手段】 中間転写ベルトから記録材に2次転写し
た複数色のトナー像の記録材単位面積あたりの最大電荷
量が、記録材の保持可能な単位面積あたりの最大電荷量
を超えないように、像担持体上における各色のトナー像
のトナー量を制御する。
Description
電記録方式等を利用した画像形成装置に関し、特に第2
の像担持体である中間転写体を使用した画像形成装置に
関するものである。
的として、図6に示すように、像担持体以外に第2の像
担持体である中間転写体を用いたカラー画像形成装置が
提案されている。
る感光ドラム1の周囲に、帯電ローラ2、図示しない露
光装置、複数の現像器を有する現像装置、感光ドラム1
のクリーナ7a、および第2の像担持体である中間転写
ドラム5を備え、中間転写ドラム5の周囲に、そのクリ
ーナ7および転写ローラ8を備え、中間転写ドラム5か
ら少し離れたところには定着器9が配設されている。中
間転写ドラム5および転写ローラ8には、高圧電源10
aが接続されている。
ラム1が所定の周速度を持って矢印の方向に回転駆動さ
れ、その感光ドラム1の表面を帯電ローラ2により一次
帯電し、図示しない露光装置によりレーザービーム3を
走査露光して、感光ドラム1上に第1色目の静電潜像が
形成され、その潜像が現像装置4により現像される。
現像器4a、4b、4cおよび4dを感光ドラム1に対
し離接自在に備えており、たとえばイエロートナー、マ
ゼンタトナー、シアントナーおよびブラックトナーがそ
れぞれ収容されている。1色目の潜像は、第1の現像器
4aにより現像して、イエロートナー像として可視化さ
れる。
ラム5と感光ドラム1とが接触する第1の転写部位6a
において、中間転写ドラム5に高圧電源10aからトナ
ーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することにより、中
間転写ドラム5の表面に静電転写される(1次転写)。
1次転写が終了した感光ドラム1は、その表面に残存す
るトナーがクリーナ7aにより除去した後、つぎの色の
画像形成に供される。
2による一次帯電器、レーザービーム3の露光を行って
第2色目の静電潜像を形成し、その潜像を第2現像器4
bにより現像して、感光ドラム1の表面にマゼンタトナ
ー像が形成される。そのマゼンタトナー像は、中間転写
ドラム5上にイエロートナー像上から重ねて転写され
る。
繰り返し、第2現像器4cの現像で得られたシアントナ
ー像、および第4現像器4dの現像で得られたブラック
トナー像が、中間転写ドラム5の表面へ順次重ね合わせ
て転写される。これにより、中間転写ドラム5の表面に
イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの4色のト
ナー像を積層したカラー画像が形成される。
中間転写ドラム5の表面に当接され、高圧電源10aか
ら転写ローラ8にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印
加することにより、中間転写ドラム5と転写ローラ8と
が接触する第2の転写部位6bにおいて、そこに所定の
タイミングで搬送されてくる記録材Pの表面に、中間転
写ドラム5上の4色のトナー像が一括して転写される
(2次転写)。
中間転写ドラム5から定着器10へ搬送され、そこで熱
ローラなどによる定着を受けてフルカラーの永久像とさ
れた後、画像形成装置の機外に排出される。2次転写が
終了した中間転写ドラム5は、その表面に若干量残存す
るトナーを、所定のタイミングで中間転写ドラム5に対
して動作状態となるクリーナ7bにより除去して、つぎ
の画像形成に備えられる。
な中間転写ドラムを用いる画像形成装置では、上述した
ように、2次転写工程で、中間転写ドラム5上の4色分
積層された大量のトナーを一気に記録材Pに転写するこ
とになる。このとき、転写されるトナーの電荷量の絶対
値が比較的小さければ、2次転写は良好に行われる。
によっては、特に低温、低湿環境において顕著に認めら
れるのであるが、トナーの電荷量の絶対値が非常に大き
くなった状態で、中間転写ドラム5から記録材Pに十分
な量のトナーを転写させようとすると、異常放電の跡の
ような画像不良が起きてしまうといった問題があった。
ち、少なくとも1色のトナーの電荷量が他の色のトナー
の電荷量よりも小さいので、4色のトナーの転写性をそ
ろえようとすると、中間転写ドラム5上に4色分積層さ
れた後に、中間転写ドラム5上のトナーにコロナ帯電器
等の手段で再帯電を施し、4色分の電荷量を同様にして
転写性をそろえるということがよく行われるが、このよ
うにすると、トナーの電荷量の絶対値が前の状態よりも
大きなものとなり、上述したのと同じく、2次転写時に
異常放電の跡のような画像不良が起きてしまう。
の電荷量が非常に大きくなるような状況においても、中
間転写体上に積層されたトナー像を異常放電等を生じる
ことなく記録材に転写し、転写不良のない高品質なカラ
ー画像を得ることを可能とした画像形成装置を提供する
ことである。
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
1つの回動する第1の像担持体の表面に順次1色ずつ形
成された複数色のトナー像を、または複数の回動する第
1の像担持体の表面に1色ずつ形成された複数色のトナ
ー像を、第2の像担持体の表面に重ね合わせて1次転写
し、その第2の像担持体上の重ね合わせた複数色のトナ
ー像を記録材上に一括して2次転写する画像形成装置に
おいて、前記2次転写した複数色のトナー像の記録材単
位面積あたりの最大電荷量が、記録材の保持可能な単位
面積あたりの最大電荷量を超えないように、前記第1の
像担持体上における各色のトナー像のトナー量を制御す
ることを特徴とする画像形成装置である。
画像形成装置本体が置かれた環境の温湿度により、前記
記録材の保持可能な単位面積あたりの最大電荷量を決定
するようにすることができる。また、前記2次転写を行
う部位において、中間転写体にトナー像を転写していな
い状態で記録材に定電流制御した転写電圧を電流値を変
更しながら順次印加して、そのときの転写電圧の差分が
変化するときの電流値から、前記記録材の保持可能な単
位面積あたりの最大電荷量を決定するようにすることが
できる。
に則して更に詳しく説明する。
成図である。本装置は電子写真方式のカラー画像形成装
置で、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4つの
画像形成ユニットを有し、フルカラー画像を出力する。
現像法を用い、2成分現像剤として磁性キャリアに重合
法で生成したトナーを混合した現像剤を用いている。ま
た各画像形成ユニットの現像器はクリーナを兼ねてお
り、感光ドラムのクリーナが省略されている。
は、第2の像担持体である中間転写ベルト82上に第1
の転写手段により多重転写した後に、記録材に第2の転
写手段により一括して転写されることにより、フルカラ
ー画像が形成される。
原稿台10上に原稿Gを複写すべき面をした側にしてセ
ットする。つぎにコピーボタンを押すことにより複写が
開始される。原稿画像の読み込みは、スキャナーユニッ
ト9により行い、読み込まれたレッド、グリーン、ブル
ーの色画像情報を、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラ
ックに色分解し、それぞれの信号に変換してプリンター
部へ送る。
シアン、ブラックのそれぞの画像形成ユニットが設置さ
れている。各画像形成ユニットは、像担持体である感光
ドラム1と、感光ドラム1を均一に帯電する帯電ローラ
31と、帯電した感光ドラム1に静電潜像を形成する像
露光系としてのLED固体スキャナー110と、形成さ
れた静電潜像をトナーで現像する現像器4Y、4M、4
C、4Kと、得られたトナー像を中間転写ベルト82に
静電的に転写する第1点社手段の転写ローラ71とが配
置されている。
れると、イエローの画像形成ユニットでは、予め帯電手
段3により帯電した感光ドラム1に、スキャナー110
によりイエロー画像信号に対応した光信号を照射するこ
とにより、感光ドラム1上に静電潜像を形成する。この
静電潜像をイエロートナーを収容した現像器4Yで現像
して、感光ドラム1上にイエロートナー像を形成する。
このイエロートナー像は、第1の転写手段の転写ローラ
71により中間転写ベルト82上に転写される。
で、マゼンタの画像信号に対応した光信号を感光ドラム
1に照射することにより、感光ドラム1上に静電潜像を
形成し、この静電潜像をマゼンタトナーを収容した現像
器4Mで現像して、感光ドラム1上にマゼンタトナー像
が形成される。このようにして形成されたマゼンタトナ
ー像は、既にイエロートナー像が形成された中間転写ベ
ルト82上に重ね合わせるようにして転写される。さら
に同様の工程をシアン、ブラックについても行うことに
より、フルカラー画像が中間転写ベルト82上に形成さ
れる。
ト82上のフルカラー画像は、記録材収納カセット30
から搬送された記録材Pに、第2の転写手段である電圧
が印加された転写ローラ72により転写する。記録材P
は定着器72に搬送されて、熱定着される。このとき、
中間転写ベルト82上に残留したトナーは、ON/OF
Fが可能なクリーニング器51によって清掃される。
トナーの電荷量が非常に大きくなるような状況では、中
間転写体上に積層されたトナー像を記録材に転写する
際、異常放電等を生じて、画像不良が発生しやすい。
の異常放電は以下に述べるようなメカニズムで発生する
ことが解明できた。
温低湿環境の雰囲気に十分馴染んだ記録材の表面に外部
から与えた面電荷密度と記録材の表面電位との関係を示
す。
低湿環境下、すなわち空気中の絶対水分量が非常に小さ
い環境下においては、記録材の表面電位はある一定値に
ならず、飽和することが明らかである。ちなみに23℃
/5%における絶対水分量は0.5g/空気1kgであ
る。
馴染んだ記録材の表面電位の飽和値は、記録材の種類に
よっても異なるが、日本製紙(株)製PB−SK紙(坪
量64g/m2 )の場合、おおよそ2kV程度であっ
た。これを保持可能な電荷量の形で表すと約500μC
/m2 であった。この状況はプラス極性、マイナス極性
によらずほぼ同様の傾向を示す。ちなみにこのような低
温低湿環境下であっても、OHTフィルムのような環境
の雰囲気の影響を受けにくい記録材の場合は、図2に示
すように、上記の紙とは異なりその表面電位、すなわち
保持可能な電荷量が飽和するといったことはない。
の常温常湿環境の雰囲気に十分馴染んだ記録材の表面に
外部から与えた面電荷密度と記録材の表面電位との関係
を示す。
常湿環境下、すなわち空気中の絶対水分量が適度に存在
する環境下においては、記録材の表面電位は、本発明の
ような通常の電子写真プロセスの画像形成で用いられる
2次転写電圧程度、具体的には約10kV程度まで、記
録材表面に外部から与えられた面電荷密度と比例関係に
あることが明らかである。ちなみに30℃/60%にお
ける絶対水分量は10.0g/空気1kgである。
が変化したときの記録材の保持できる面電荷密度の関係
を示す。
2、図3に示した記録材と同じ日本製紙(株)製PB−
SK紙(坪量64g/m2 )である。図4からよく分か
るように、記録材の保持できる面電荷密度と環境の雰囲
気、すなわち絶対水分量との間には強い相関があり、絶
対水分量が小さくなるとともに記録材の保持できる面電
荷密度も小さくなっていくことが明白となった。
も考慮して、従来技術の問題の発生メカニズムを検証し
直すと、以下のようになる。
電荷量は、2成分現像法を用いた場合、23℃/5%の
低温低湿環境下では約−30μC/gであり、ベタ画像
部(すなわち最大画像濃度部)に必要とされるトナーの
乗り量は0.01kg/m2である。ところで、フルカ
ラーの画像形成を行う場合、4色のトナーを重ねるわけ
であるが、このときの単位面積あたりのトナーの乗り量
の上限値は定着条件や画像処理の方法によって決まって
くるが、単色画像形成時のほぼ2倍に設定されることが
多い。従って、フルカラー画像形成では、トナーによる
最大の面電荷密度は−600μC/m2 となる。
製PB−SK紙(坪量64g/m2)を用いた場合、こ
の低温低湿環境の雰囲気下においては、記録材の保持で
きる最大の面電荷密度の絶対値は500μC/m2 であ
ったので、−100μC/m2 のトナー電荷が保持でき
ない計算になる。この保持不可能な電荷により異常放電
が発生し、画像不良が引き起こされるものと考えられ
る。
気的に特性変化を生じてしまい、記録材が所定量以上の
表面電位にならない、換言すれば、記録材表面に所定量
以上の電荷を保持することが不可能となり、像担持体上
に形成されたトナー像を記録材に転写しようとすると、
トナーの総電荷量が大きくなってきて、それに見合った
転写電界を記録材に印加すると、記録材は所定量以上の
電荷を保持できないので、異常放電が発生しやすくな
り、画像不良を起こすものと考えられる。
る。
p(C/m2 )を、記録材の種類と記録材の置かれてい
る環境雰囲気を変数として与える関数Qp=Qp(s,
k)の値とする。ただし、sは記録材の種類、kは環境
雰囲気の絶対水分量(g/空気1kg)である。
tを、環境雰囲気を変数として与える関数Qt=Qt
(k)の値とすると、記録材に転写されるトナーの単位
面積あたりの重量をM(kg/m2 )として、 Qp(s,k)≧M・Qt(k) ・・・(1) なる数式(1)の関係を満足するようにしてやれば、記
録材に与えられる転写電界による面電荷密度が記録材の
保持できる上限値を超えることがないので、異常放電の
発生が防止され、異常放電による画像不良をなくせる。
環境に置かれたような状態になったときには、記録材に
転写させようとするトナーの単位面積あたりの量Mを制
限することによって、異常放電による画像不良の発生を
防止でき、良好な画像を得ることが可能となる。
内に、しかもできるだけ記録材収納カセット30の近傍
に、温度および湿度を測定可能な温湿度センサー20を
設け、この温湿度センサー20で検知した装置内の温度
・湿度が小さくなったことにより、記録材に転写される
トナー量、従って感光ドラム上に形成するトナー像のト
ナー量を減少させるようにした。
は、上述の数式(1)に基づくが、具体的には下記の手
順によることが好ましい。
出値を用いて周知の計算式により絶対水分量を求め、そ
の絶対水分量から、図4に示したような絶対水分量と記
録材の保持できる面電荷密度の関係に基づき、記録材に
転写するトナーの保有可能なな面電荷量を求める。これ
と、図5に示すような絶対水分量から判断されたトナー
の単位重量あたりの電荷量と、トナーの転写のために記
録材に与えられた転写電荷のうち実際のトナー転写に供
された割合を勘案して、記録材に転写可能なトナーの単
位面積あたりの重量を決定し、像担持体上に形成されて
いるトナーが、この計算により求められた値より多い分
だけ、単位面積あたりのトナー量を減じてやるようにす
ればよい。
収納カセット30近傍の温湿度が23℃/5%であると
検出されると、その絶対水分量は0.5g/空気1kg
と計算され、この記録材が保持可能な最大面電荷密度の
絶対値Qpは500μC/m2 と算出される。一方、2
3℃/5%のときのトナーの単位重量あたりの電荷量Q
tも−30μC/gと算出される。従って、前述の式
(1)より、M≦16.7g/m2 (1.67mg/c
m2 )となり、標準設定値を20.0g/m2 とすれ
ば、16.7g/m2 以下にするためには、100−
(16.7÷20.0×100)=16.5%から、ト
ナー乗り量を標準設定値より16.5%以上少なくして
やればよいことになる。この場合、単色ベタ画像のトナ
ー乗り量は8.3g/m2 以下とすることが好ましい。
する手段としてVcontを調節する手段を用いた。またト
ナーの乗り量、すなわち感光ドラム1上に形成されたト
ナー像のトナー量は、図示しない濃度センサーを設置し
て、感光ドラム1上のトナー像の濃度を検知することに
より求めた。この濃度センサーは、感光ドラムの画像域
外の部分に単色のベタ画像を現像し、その画像の上から
感光ドラムに光を照射して、その反射光を検知するもの
であるが、これ以外の方式のものであってもよい。
あるいはトナー乗り量との関係は予め設定されており、
反射光量検知より直ちに乗り量を割り出し、Vcontを調
整できるようにしてある。感光ドラム上のトナー乗り量
の最大値とVcontとの関係は予め設定されているが、上
記測定の結果、乗り量が目標値から大きく外れている場
合には、自動的にVcontを調整し、目標乗り量になるよ
うに設定されるように構成している。
としては、上記のVcontに限定されるものではなく、感
光ドラムへの露光量やその他の現像条件を変えてもよい
ことはいうまでもない。
る。感光ドラム1は帯電手段31により一様に帯電され
る。この帯電電位をVdとする。この感光ドラム1にL
ED固体スキャナー110により像露光し、この露光さ
れた部分の電位が上昇する。単色ベタの画像を形成する
感光ドラム1上の電位をVlとする。これに対して現像
バイアスをVdcとすると、Vcont=Vl−Vdcで表
され、Vback=Vdc−Vdで表される。トナーは、V
lとVdcとの電位差を埋めるように感光ドラム1上に
付着する。従って、Vcontを変化させることによって、
単位面積あたりのトナーの乗り量の最大値を変化させる
ことができる。
らに説明すれば、本実施例では、マゼンタ、シアンの順
に中間転写ベルト82上に多重転写することになるが、
このような場合には各色の乗り量を、記録材上のトナー
の乗り量の最大値Mの1/2ずつの割合で配分すればよ
い。つまり、最初に現像するマゼンタの乗り量を8.3
g/m2 、つぎに現像するシアンの乗り量も8.3g/
m2 とすればよい。
たりの乗り量の最大値を1/2ずつの割合で配分した
が、記録材上の上層に位置することになるトナー層、す
なわち中間転写ベルト82上の下層側のトナー層の方が
転写されにくいことを考慮して、ブルー画像の場合、シ
アンよりもマゼンタの方が乗り量を大きくするようにし
てもよい。さらに、上記では、代表例として13.5%
も乗り量を減少させる場合について説明したが、この減
少量が微小の場合、たとえば2〜4%程度であれば、最
下層にトナー像を形成するシアンの乗り量のみを減少さ
せるようにしてもよい。
置本体内に記録材の種類に応じて図4に示したような絶
対水分量と保持可能な面電荷密度の関係式を複数記憶さ
せておき、装置使用者が画像形成装置の使用にあたり、
記録材の種類を予め画像形成装置本体に入力すると、こ
の入力された情報から予め装置本体内に記憶されている
記録材ごとの保持可能な最大面電荷密度を割り出して、
上記したように、装置本体内の温湿度上方に基づき像担
持体上に形成されるトナー像の単位面積あたりのトナー
量を決定してやるようにすれば、さらに好ましい結果が
得られることはいうまでもない。
値を変化させた場合に、それに応じて図1の中間転写ベ
ルト82から記録材Pへの転写における転写電流値も変
化させるようにした。本実施例のその他の構成は、実施
例1と基本的に同じである。
転写するのに必要な転写電流値も下げることができる。
必要以上の転写電荷の供給は、転写ニップ内およびその
近傍に異常放電を招き、画像不良を発生させる。従っ
て、できるだけ必要最低限の転写電荷供給で転写を行う
ことが好ましい。
ナーの帯電量−30μC/g、単位面積あたりのトナー
の乗り量の最大値20g/m2 の条件では、転写電流と
して+24μAを必要としていたが、実施例1の代表例
のように、トナー乗り量を13.5%減少させた場合に
は、約+20μAの転写電流で十分転写でき、従って本
実施例では、そのように転写電流を下げる。
ごとに、単位面積あたりのトナーの乗り量の最大値を変
えた場合には、それに応じて各色の転写電流値も変える
ことがより好ましい。
たりの記録材の保持できる電荷量の最大値、各環境に対
するトナーの帯電量のテーブル、たとえばROMを使用
すれば、必要な転写電流値を設定することができる。
実施例1と同様な効果が得られ、かつ記録材への過剰な
転写電荷供給による異常放電を防止して、それによる画
像不良も防止することができる。
る。本実施例の特徴とするところは、記録材の状態を自
動的に検知し、検知結果に応じて、単位面積あたりのト
ナーの乗り量の最大値を変更可能にしたことである。
録材Pへの2次転写部に置いて、記録材の状態検知を行
うようにした。状態検知の方法としては、通常の画像形
成とは別に、中間転写ベルト上にトナー像を転写するこ
となく、記録材を2次転写部に移送し、転写ローラ72
に定電流制御で転写電圧を印加し、このときの転写電圧
を検出するようにした。
もΔIだけ大きい2次転写電流値I1とに対する転写電
圧を測定し、これら転写電圧の差分ΔV1を演算により
求める。さらにI1よりΔIだけ大きい2次転写電流値
I2に対する転写電圧を測定し、転写電流I1のときの
転写電圧との差分ΔV2を演算する。この転写電圧の差
分ΔI1、ΔI2は通常一定であるが、記録材への供給
電荷量が記録材の保持できる電荷量を超えると、ΔVi
(i=1、2)が減少し始める。そこで、ΔViが減少
し始める直前の2次転写電流を上記の検出フローより求
め、この2次転写電流値により記録材の最大保持電荷量
を推定し、画像形成可能な最大トナー乗り量を決定する
ようにした。
の種類を入力することなく、自動的にトナーの最大乗り
量および2次転写電流を変更することができる。
の最大保持電荷量を自動検知する一手段であり、他の手
段でも構わない。たとえば、2次転写高圧電源の出力を
定電圧制御して、そのときの電流を検知するような構成
としてもよいし、あるいは赤外線水分量計により記録材
の水分量を検知し、記録材の水分量と最大保持電荷量の
関係より、記録材の最大保持電荷量を自動検知するよう
にしてもよい。
中間転写体から記録材に2次転写した複数色のトナー像
の記録材単位面積あたりの最大電荷量が、記録材の保持
可能な単位面積あたりの最大電荷量を超えないように、
像担持体上における各色のトナー像のトナー量を制御し
たので、低温低湿環境等のトナーの電荷量が非常に大き
くなるような状況においても、中間転写体上に積層され
たトナー像を異常放電等を生じることなく記録材に転写
し、転写不良のない高品質なカラー画像を得ることがで
きる。
成図である。
密度と記録材の表面電位の関係を示す図である。
密度と記録材の表面電位の関係を示す図である。
な面電荷密度の関係を示す図である。
あたりの電荷量の関係を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 1つの回動する第1の像担持体の表面に
順次1色ずつ形成された複数色のトナー像を、または複
数の回動する第1の像担持体の表面に1色ずつ形成され
た複数色のトナー像を、第2の像担持体の表面に重ね合
わせて1次転写し、その第2の像担持体上の重ね合わせ
た複数色のトナー像を記録材上に一括して2次転写する
画像形成装置において、 前記2次転写した複数色のトナー像の記録材単位面積あ
たりの最大電荷量が、記録材の保持可能な単位面積あた
りの最大電荷量を超えないように、前記第1の像担持体
上における各色のトナー像のトナー量を制御することを
特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】 前記記録材の種類および画像形成装置本
体が置かれた環境の温湿度により、前記記録材の保持可
能な単位面積あたりの最大電荷量を決定する請求項1の
画像形成装置。 - 【請求項3】 前記2次転写を行う部位において、中間
転写体にトナー像を転写していない状態で記録材に定電
流制御した転写電圧を電流値を変更しながら順次印加し
て、そのときの転写電圧の差分が変化するときの電流値
から、前記記録材の保持可能な単位面積あたりの最大電
荷量を決定する請求項1の画像形成装置。
Priority Applications (3)
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JP3507343B2 (ja) | 2004-03-15 |
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