JP2003228245A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JP2003228245A
JP2003228245A JP2002026806A JP2002026806A JP2003228245A JP 2003228245 A JP2003228245 A JP 2003228245A JP 2002026806 A JP2002026806 A JP 2002026806A JP 2002026806 A JP2002026806 A JP 2002026806A JP 2003228245 A JP2003228245 A JP 2003228245A
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photosensitive drum
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Masanobu Saito
雅信 斉藤
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 像担持体の寿命と転写材の厚みにかかわら
ず、最適な転写バイアスを制御して印加することがで
き、像担持体から転写材への転写を常に良好な状態に保
つことを目的とする。 【解決手段】 感光ドラム11〜14上の現像材を転写
材へ転写する転写ローラ51〜55と、転写材Pの厚み
に関する情報を取得する紙厚算出手段7と、感光ドラム
11の感光層の厚みに関する情報を取得するドラム膜厚
補正手段2と、転写材Pの厚みに関する情報と感光ドラ
ム11の感光層の厚みに関する情報とに基づいて、転写
ローラへ印加する転写バイアスを制御する転写制御手段
1を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の複
写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電子写真記録方式を用いた既知の画像形
成装置として、例えば、レーザービームプリンタには、
回転駆動される像担持体としての感光ドラム、感光ドラ
ムの表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ロー
ラ、感光ドラムの表面を露光して画像信号に対応した静
電潜像を形成させるレーザー、静電潜像をトナーにより
現像して可視画像を形成させる現像手段、可視画像(現
像剤像)をシートとしての記録用紙上に転写させる転写
ローラ、記録用紙上に転写された可視画像を定着させる
定着手段等、を具備している。
【0003】この画像形成装置において、感光ドラムと
帯電ローラとクリーニング手段や現像手段とを一体的に
カートリッジ化して、このプロセスカートリッジを画像
形成装置本体に着脱可能とすることにより、メンテナン
スフリーの画像形成装置を実現したものが知られてい
る。
【0004】このような画像形成装置では、たとえば長
期使用により、プロセスカートリッジに組込まれた構成
部品の機能が低下した場合、プロセスカートリッジ全体
が交換されている。この交換作業は、ワンタッチで画像
形成装置本体を開放して、装置本体内部から古いプロセ
スカートリッジを取り出し、装置本体に未使用新品のプ
ロセスカートリッジを装着するといった極めて簡単な作
業であり、操作者自身で容易に実施することができるも
のである。
【0005】プロセスカートリッジの寿命は主に、感光
ドラムの摩耗とトナーの消費で決定される。感光ドラム
の寿命を管理する手段としては、例えば、特開平09−
179460に示すように、帯電バイアスの印加時間を
積算して判断するものがある。
【0006】また、プロセスカートリッジはユーザーが
任意に交換できるため、感光ドラムの寿命情報はプロセ
スカートリッジに保管されることが望ましい。例えば、
プロセスカートリッジに装着されたメモリに寿命情報を
記憶する方法が知られている。
【0007】一方、記録紙に像を転写させる転写ローラ
は環境等の変化により、抵抗値が変化することが知られ
ている。転写ローラの抵抗値が高くなると、感光ドラム
上のトナーを紙に引き寄せにくくなるので、転写バイア
スを高くしなければならない。この抵抗値の変化に対し
て、転写バイアスを制御することで転写を最適化する方
法が、特登録02614309で考案されている。これ
は、感光ドラムと転写ローラが接触している時に、基準
電流を印加して電圧を測定することで、抵抗値を算出し
ている。
【0008】また、紙の抵抗値が高くなっても転写しず
らくなる。一般に、紙の抵抗は厚紙やOHPシート等が
高くなる。そこで、ユーザーが紙種を予め指定すること
で、転写ローラの抵抗値制御に紙種のバイアスを加算し
て転写バイアスを更に最適化する方法も知られている。
このように、転写を良好にするために転写ローラへ最適
なバイアスを印加するには、転写ローラの抵抗値と紙の
抵抗値を正確に知る必要がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の種々
の問題点を鑑みてなされたもので、像担持体の寿命と転
写材の厚みにかかわらず、最適な転写バイアスを制御し
て印加し、像担持体から転写材への転写を常に良好な状
態に保つことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、像担持体上の現像材を転写材へ転写する
転写手段と、転写材の厚みに関する情報を取得する第1
取得手段と、前記像担持体の感光層の厚みに関する情報
を取得する第2取得手段と、前記第1取得手段により取
得された前記転写材の厚みに関する情報と、前記第2取
得手段により取得された前記像担持体の感光層の厚みに
関する情報とに基づいて、前記転写手段を制御する制御
手段を有することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をイン
ライン方式のカラープリンタの実施例により詳細に説明
する。なお、本発明は、装置の形に限らず、実施例の説
明に裏付けられて、方法の形で実施することもできる。
【0012】
【実施例】(実施例1)図3は、本発明の第1実施の形
態に係る電子写真プロセスを利用したカラー画像形成装
置の画像形成部の概略構成を示す断面図である。
【0013】同図において、100は画像形成部であ
り、この画像形成部100は、下から順に、縦一列に配
置されたY(イエロー),M(マゼンタ),C(シア
ン),K(ブラック)の画像形成ユニットに対応し、カ
ラーステーション101〜104と、転写部材としての
転写ローラ51〜54とを備え、カラーステーション1
01〜104に、不図示の転写材を搬送し、カラーステ
ーション101〜104において形成されたトナー画像
を転写することにより転写材上にフルカラー画像を形成
する構成となっている。
【0014】ここで、このカラーステーション101〜
104はそれぞれ、プロセスカートリッジにより構成さ
れる一方、画像担持体として繰り返し使用されると共
に、矢示の反時計方向に所定の周速度(プロセススピー
ド)をもって回転駆動される回転ドラム型の電子写真感
光体(以下、感光ドラムという)11〜14と、感光ド
ラム11〜14の表面を一様に帯電処理する1次帯電ロ
ーラ21〜24と、感光ドラム上に形成された静電潜像
を現像する現像装置である現像器41〜44と、感光ド
ラム上を露光して静電潜像を形成する画像露光手段31
〜34と、感光ドラム上のトナーを取り除くクリーニン
グ装置61〜64とを備えている。
【0015】なお、本実施の形態において、感光ドラム
11〜14は直径30mmの負帯電OPC感光体であ
り、また周速度は100mm/secである。また、1
次帯電ローラ21〜24は、感光ドラム11〜14に従
動当接して帯電を行うDC接触帯電方式の帯電装置を構
成すると共に、−1.2KvのDC電圧が印加した1次
帯電ローラ21〜24により感光ドラム表面は−600
vに帯電される。
【0016】また、現像器41〜44は、図3に示すよ
うに内部にY,M,C,BKの磁性体を含まない、所謂
ノンマトナーが収納されるトナー収納部41aと、感光
ドラム11〜14と対向するように配設され、不図示の
回転駆動装置によって感光ドラム11〜14に対して順
方向に回転する現像ローラ41bとを備えると共に、不
図示のコントローラの信号によって現像ローラ41bに
可変電圧を印加する接触一成分接触現像方式によって感
光ドラム上に形成された静電潜像を現像するものであ
る。
【0017】また、画像露光手段31〜34は、レーザ
ダイオード、ポリゴンスキャナー、レンズ群等によって
構成されるものであり、この画像露光手段31〜34に
よって画像露光を受けることにより、感光ドラム上に
は、それぞれ目的のカラー画像の第1〜第4の色成分像
(例えばイエロー、マゼンダ、シアン、ブラック成分
像)に対応した静電潜像が形成される。
【0018】なお、本実施の形態においては、画像露光
手段31〜34はレーザダイオードを用いたポリゴンス
キャナーである。また、レーザ露光の書き出しは、主走
査方向(転写材の進行と直交方向)では走査ライン毎に
BDと呼ばれるポリゴンスキャナー内の位置信号から、
副走査方向(転写材の進行方向)では搬送路内のスイッ
チを起点とするTOP信号から、所定の時間遅延させて
行う事によって、各カラーステーション101〜104
では常に転写材上の同じ位置に露光を行うことができる
構成となっている。
【0019】ところで、本実施の形態においては、本画
像形成装置は接地面積を最小化するためや、カートリッ
ジ交換やジャム処理の為に前扉のみの開閉で所望の目的
が達成できるように既述したようにカラーステーション
101〜104を縦に配置し、転写ローラ51〜54と
カラーステーション101〜104の間で本体を分割す
る構成となっている。
【0020】この転写ローラ51〜54は通紙時に、転
写材を介して感光ドラム11〜14に当接している。な
お、本実施の形態において、この転写ローラ51〜54
は体積抵抗率105〜106Ωcmの発泡ウレタンゴム
ローラである。なお、この抵抗値は温度は23.5℃、
相対湿度は60%で、印加電圧100Vで行ったもので
ある。
【0021】また、この転写ローラ51〜54は、感光
ドラムに対しては総圧9.8Nで従動当接している。
【0022】次に、このように構成された転写材の経路
について説明する。
【0023】給紙された転写材は紙検知手段80で厚み
を検知される。その後、ステーションのタイミングに合
わせて、転写材は上方に移動する。具体的には、第1色
目のカラーステーション101では、転写ローラ51に
より、第1色目(Y)のカラーステーション101の感
光ドラム11に形成されたトナー像が転写される。感光
ドラム12と転写ローラ52の間、感光ドラム13と転
写ローラ53の間、感光ドラム14と転写ローラ54の
間を通過する。このとき、感光ドラム上のトナー像が、
順次重なりつつ転写されていく。そして、最後に不図示
の定着手段に導かれ、カラー画像がプリントされる。
【0024】感光ドラムはドラムの回転数に比例して摩
耗することが知られているが、帯電による放電劣化も摩
耗を促進する。放電は感光ドラム表面を化学的に分子構
造をもろくして摩耗を促進する。
【0025】図1はプロセスカートリッジの記憶素子で
ある不揮発性のメモリ71〜74と本体の制御手段のブ
ロック図である。
【0026】モータ制御手段5と帯電制御手段6は、ド
ラム回転時間と帯電バイアス印加時間の情報をカートリ
ッジメモリ71〜74の各記憶手段3と4にそれぞれ記
憶する。このドラム総回転記憶手段3と帯電バイアス総
印加時間記憶手段4の情報をもとに、ドラム膜厚補正手
段2でドラム膜厚を算出する。
【0027】以下、感光ドラムの膜厚算出手段を説明す
る。
【0028】本実施例では、感光ドラムの回転時間と帯
電電圧の印加時間をドラムの膜厚に関連する要因とし、
それぞれのドラム膜厚に与える影響度を考慮している。
【0029】以上の考え方に基づき、次の(1)式がド
ラムの膜厚減少分Lに比例すると判断している。
【0030】L=β(D+αH) ・・・ (1) 上式で、 D :ドラム総回転時間 H :帯電バイアス総印加時間 又、αは、帯電電圧ON時と帯電電圧OFFの1単位時
間当たりのドラム膜厚への影響度の比率である。
【0031】又、βは、上記時間の式とドラムの膜厚減
少分との比率である。
【0032】なお、Dはドラム総回転時間記憶手段3、
Hは帯電バイアス総印加時間記憶手段4に記憶、管理さ
れている。
【0033】以上の各値は、実験、及び統計的に予め求
められた値が設定されている。例えば、本実施例におい
て、帯電としてDCバイアスしか印加しない場合、帯電
電圧onは帯電電圧offに対し、同じ回転時間で20
%と感光ドラムが多く削れた。この場合、式(1)にお
いてα=0.2として、帯電電圧による感光ドラムの影
響度を式に反映できる。βはドラム総回転時間と膜厚の
関係であり、本実施例では、20秒当たり、0.4μm
削れたので、β=0.4(μm)÷20(sec)=
0.02(μm/sec)となった。
【0034】即ち本実施例では、式(1)は L=β(D+αH)=0.02(D+0.2H) [μ
m/sec] となる。各プロセスカートリッジの記憶素子の情報は転
写制御手段1に集められ、式(1)に従って、感光ドラ
ムの膜厚を算出した後、転写バイアスの制御式に利用さ
れる。
【0035】紙の厚みを測定する装置を説明する。
【0036】図2に示すように、紙検知手段80は、一
定の検知位置に搬送ガイドされた紙Pの表面を一定光量
にて照射する光源81と、その光源81からの照射光
の、紙Pを透過した光量を測定するフォトダイオード等
の透過光センサー82と、上記光源81からの照射光
の、紙Pの表面で反射した光量を測定するフォトダイオ
ード等の反射光センサー83と、紙Pを上記一定の検知
位置に搬送ガイドする複数の紙ガイド84,85,86
とより構成されている。上記透過光センサー82で測定
した透過光量と上記反射光センサー83で測定した反射
光量とに基づいて、紙厚算出手段7は、紙Pの厚さを算
出する。つまり、紙Pの反射光量は、同じ厚さで質の異
なる紙については透過光量に相関するため、この反射光
量と透過光量との相関関係を利用すれば、紙厚算出手段
7は、透過光量と反射光量で補正することで、質の異な
る紙の厚さを、非接触で正確に求めることができる。こ
こで測定した紙の厚みは、転写バイアスの制御に利用さ
れる。
【0037】各転写ローラへのバイアス制御を説明す
る。
【0038】画像形成前の前多回転時において、まず感
光ドラム11〜14の表面を、感光ドラム11〜14の
回転過程において帯電ローラ21〜24により所定の極
性・電位に一様に帯電処理する。次に、所定の転写バイ
アス、例えば+2.0μAの基準電流を印加して、各転
写ローラの電圧値V0を測定する。この時、転写材とし
ての紙は介在しないので、感光ドラムと転写ローラに直
列にかかる電圧を測定している。この電圧値V0を転写
制御手段1で記憶する。実際に紙を通紙したときは、紙
の厚みによる抵抗分損失分やトナーを保持する電荷分を
考慮した電圧にしなければならない。通紙転写時に最適
な制御をして印加するバイアスをVとすると、 V=γV0+V1−V2・・・(2) V0 :基準電流に対する電圧 V1 :紙の厚みによる補正電圧 V2 :感光ドラムの厚みによる補正電圧 となる。
【0039】式(2)は、電圧V0に対し、基準紙と初
期感光ドラムの条件でトナーを転写するのに必要な転写
バイアスとの比γをかけている。紙の厚みによる抵抗分
損失分に電圧V1を加算する。一般に厚紙は抵抗が高く
なる傾向があるので、各厚み必要な電圧V1はルックア
ップテーブルから算出する。V1に関する算出は図1の
紙抵抗補正手段8で行い、このV1を転写制御手段1で
式(2)に従い制御する。
【0040】更に転写制御手段1は、この電圧V0及
び、感光ドラムの膜厚情報Lが加味されたルックアップ
テーブルから、式(2)に従い、最適な転写バイアスを
算出している。感光ドラムの膜厚情報を利用するのは、
感光ドラム表面と転写ローラにかかる電圧が、感光ドラ
ムの膜厚で変動するからである。例えば、膜厚が薄くな
ると容量が増え電流が流れやすくなるので、抵抗が高い
転写ローラでも低めの電圧が検知され、抵抗が低めの転
写ローラとして判定されてしまう恐れがある。そこで、
感光ドラムの膜厚が薄いときは、感光ドラムにかかる電
圧の低下分を加算して転写ローラの抵抗値を算出してい
る。膜厚情報Lの値からルックアップテーブルを参照す
ることで求められる、個々の感光ドラムによる電圧低下
分をV2とした。
【0041】本実施例の画像形成装置では、基準紙とし
て110μmの紙を用い、初期のドラムの膜厚が20μ
mにおいて、23℃60%の基準電流2.0μAに対応
する電圧V0=1500Vで、転写に最適なバイアスV
は2250vであった。式(2)よりγは1.5となっ
た。
【0042】15℃10%の基準の電圧は転写ローラの
抵抗値が上がったため、V0=2000Vと高くなっ
た。
【0043】具体例の一部として、紙と感光ドラムの厚
みによる補正の数値を以下の表に示す。
【0044】
【表1】表1 転写制御の具体例 γ=1.5
【0045】以上のように、転写バイアスを制御するこ
とで、耐久により感光ドラムが摩耗して薄くなっても、
任意の厚さの紙が通紙されても、常に良好な転写性を得
ることができる。
【0046】なお、感光ドラムの膜厚に関する情報は、
各プロセスカートリッジ121〜124に固定されたメ
モリ71〜74に情報が保存されている。従って、ユー
ザーが他のプロセスカートリッジに交換しても、メモリ
71〜74に格納された膜厚に関する情報により、常に
最適な転写バイアスに補正できる。
【0047】(実施例2)本実施例2は、中間転写体を
用いたインライン方式のカラープリンタの転写バイアス
を制御するものである。なお、中間転写体を用いた場
合、感光ドラムからのトナー像を中間転写体に転写する
1次転写ローラと、中間転写体のトナー像を紙に転写す
る2次転写ローラがある。実施例2はこの1次と2次の
転写ローラのバイアスを感光ドラムの寿命と紙の厚みか
ら最適化するものである。実施例2において、実施例1
と同一の部品には同一の符号が付されている。
【0048】中間転写体18は、図4に示すように駆動
ローラ111と3つのテンションローラ112、11
3、114との間に張架されると共に、駆動ローラ11
2により矢示方向に感光体ドラム11〜14と実質的に
同じ周速度をもって回転駆動されるようになっている。
【0049】なお、本実施の形態において、中間転写体
18は体積抵抗率が107〜1014Ωcmの無端の中
間転写ベルトである。なお、この体積抵抗率の測定はJ
ISK6191に準拠し、温度は23.5℃、相対湿度
は60%で、印加電圧100Vで行ったものである。背
面両側に接着された不図示のリブによってベルトの蛇行
や、寄りを規制する構成となっている。また、トナー像
の中抜け現象を防止するために、転写位置における感光
体ドラム11〜14と中間転写体18の速度を所定量だ
け異ならせても良い。
【0050】なお、同図において、51〜54は1次転
写部材としての転写ローラであり、この転写ローラ51
〜54は中間転写体18の背面から中間転写体18を介
して感光体ドラム11〜14に当接している。また、不
図示のレジストローラ、転写入口ガイドを通過させた
後、中間転写体18に2次転写ローラ55を介して当接
させる。この時、バイアスを印加した2次転写ローラ5
5により、中間転写体18上のフルカラー画像が転写材
に2次転写される。なお、本実施の形態において、この
転写ローラ51〜55は体積抵抗率105〜106Ωc
mに調整した発泡ウレタンゴムローラである。
【0051】また、この転写ローラ51〜55は、中間
転写体18に対しては総圧9.8Nで従動当接してい
る。さらに、各転写ローラ51〜54には各感光ドラム
11〜14の厚みに応じて、最適化されたDCバイアス
が不図示の高圧電源から印加されている。この制御を決
める式を(3)に示す。画像転写時に最適な制御をして
印加するバイアスをV(1次)とすると、 V(1次)=γV0−V2・・・(3) V0 :基準電流に対する電圧 V2 :感光ドラムの厚みによる補正電圧 となる。
【0052】式(3)は、中間転写体18を介在させた
対感光ドラムに対する基準電流の電圧V0に対し、初期
感光ドラムの条件でトナーを転写するのに必要な転写バ
イアスとの比γをかけている。
【0053】更に転写制御手段1は、この電圧V0及
び、感光ドラムの膜厚情報Lが加味されたルックアップ
テーブルから、式(3)に従い、最適な転写バイアスを
算出している。式 (3)において、膜厚情報Lの値か
らルックアップテーブルを参照することで求められる、
個々の感光ドラムによる電圧低下分は、V2である。
【0054】一方、2次転写ローラ55は、紙の厚みを
検知する紙検知手段80の情報をもとに、最適化された
DCバイアスが不図示の高圧電源から印加されている。
この制御を決める式を(4)に示す。通紙転写時に最適
な制御をして印加するバイアスをV(2次)とすると、 V(2次)=γV0+V1・・・(4) V0 :基準電流に対する電圧 V1 :紙の厚みによる補正電圧 となる。
【0055】式(4)は、電圧V0に対し、基準紙と中
間転写体との条件でトナーを転写するのに必要な転写バ
イアスとの比γをかけている。紙の厚みによる抵抗分損
失分に電圧V1を加算する。一般に厚紙は抵抗が高くな
る傾向があるので、各厚み必要な電圧V1はルックアッ
プテーブルから算出する。
【0056】以上のように、中間転写体を用いたインラ
イン方式のカラープリンタにおいても、1次と2次の転
写バイアスを制御することで、耐久により感光ドラムが
摩耗して薄くなっても、任意の厚さの紙が通紙されて
も、常に良好な転写性を得ることができる。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、像
担持体の寿命と転写材の厚みにかかわらず、最適な転写
バイアスを制御して印加することができ、像担持体から
転写材への転写を常に良好な状態に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1におけるプロセスカートリッジの記憶
素子と本体の制御手段のブロック図
【図2】実施例1における紙検知手段の説明図
【図3】実施例1における画像形成装置の断面図
【図4】実施例2における画像形成装置の断面図
【符号の説明】
1 転写制御手段 2 ドラム膜厚補正手段 3 ドラム総回転数時間記憶手段 4 帯電バイアス総印加時間記憶手段 5 モータ制御手段 6 帯電制御手段 7 紙厚算出手段 8 紙抵抗補正手段 9 本体制御部 11〜14 感光ドラム 18 中間転写体 21〜24 1次帯電ローラ 31〜34 クリーニング手段 41〜44 クリーニング容器 50 高圧電源 51〜55 転写ローラ 61〜64 現像手段 71〜74 メモリ 80 紙検知手段 81 光源 82 透過センサー 83 反射光センサー 84〜86 紙ガイド 100 搬送ローラ 111 駆動ローラ 112〜114 テンションローラ 101〜104 カラーステーション 121〜124 プロセスカートリッジ 131〜134 メモリ P 転写材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H027 DA06 DA15 DA39 DC02 DE02 DE07 EA03 EB06 EC06 EC20 EE08 HB02 HB04 HB14 HB17 2H071 BA04 BA13 BA33 BA34 DA06 DA09 DA15 DA31 DA32 EA18 2H200 FA02 FA12 FA18 GA04 GA10 GA12 GA23 GA30 GB12 HA03 HA28 HA30 HB12 HB22 HB45 HB46 HB48 JA02 JA25 JA26 JA28 LA18 LA38 MA03 MA08 MA20 MB04 NA02 NA09 PB25 PB35 PB39

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体上の現像材を転写材へ転写する
    転写手段と、 転写材の厚みに関する情報を取得する第1取得手段と、 前記像担持体の感光層の厚みに関する情報を取得する第
    2取得手段と、 前記第1取得手段により取得された前記転写材の厚みに
    関する情報と、前記第2取得手段により取得された前記
    像担持体の感光層の厚みに関する情報とに基づいて、前
    記転写手段を制御する制御手段を有することを特徴とす
    る画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記第2取得手段は、像担持体の駆動時
    間と帯電手段のバイアス印加時間に基づいて、前記像担
    持体の感光層の厚みを判定することを特徴とする画像形
    成装置。
  3. 【請求項3】 前記像担持体はプロセスカートリッジと
    して着脱可能であって、 前記プロセスカートリッジ内に含まれる不揮発性メモリ
    に、前記像担持体の感光層の厚みに関する情報を記憶す
    る記憶制御手段を有することを特徴とする請求項1記載
    の画像形成装置。
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