JP2012003112A - 画像形成装置 - Google Patents

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尚知 郡谷
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Abstract

【課題】テストパッチにおけるトナー付着量を検知し、検知結果を画像形成条件にフィードバックする画像安定化制御において、テストパッチにおけるトナー付着量を検知する反射型センサの出力変動による制御誤差を除去する。
【解決手段】画像が形成される像担持の裸面反射率と、画像が形成された像担持体の露出計数とを用いて、反射型センサの出力を補正する。
【選択図】図1

Description

本発明は、デジタル方式の電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置に関する。
デジタル方式の電子写真プロセスにより画像を形成する技術においては、環境変化や資材が変化した場合にも安定した画像を形成する画像安定化制御が知られている。
例えば、特許文献1に開示されているように、像担持体上にテストパッチを形成して、形成したテストパッチの濃度を反射型センサで検知し、検知結果に基づいて、現像条件や露光条件を制御する画像安定化制御が行われる。デジタル方式の電子写真プロセスにおいては、階調曲線上の各濃度レベルが露光量の変化により表現されるので、露光条件の制御により各濃度レベルを微細に調整することができる。したがって、特許文献1に開示されているような画像安定化制御によって、環境変化や資材の変化に左右されない高画質の画像が安定して形成される。
なお、テストパッチを形成し、形成されたテストパッチの濃度を検知した結果に基づいた制御は、特許文献2にも開示されている。特許文献2では、検知結果を複数色の画像間のレジストレーションに用いている。
特開平9−50155号公報 特開2008−96744号公報
特許文献1に開示されている画像安定化制御においては、テストパッチの濃度を反射型センサで検知し、検知結果を画像形成条件にフィードバックすることが行われる。したがって、制御の精度や安定性は反射型センサの出力の安定性に左右される。
発明者の検討によれば、反射型センサの出力は必ずしも安定したものではなく、調整するが必要であることが判明した。
特許文献2では、テストパッチの濃度を反射型センサで検知し、検知結果を制御に反映させる制御において、反射型センサの出力変動を補正している。特許文献2では、像担持ベルトからの反射光量とテストパッチからの反射光量との差分を求め、求められた差分が予め定められた設定値となるように光量を決定している。しかしながら、特許文献2の補正を画像安定化制御に用いた場合、検知結果を画像形成条件にフィードバックする際に、検知結果に対して一律な値を持った差分による補正が階調曲線上の各濃度レベルに対して行われてしまい、反射型センサの出力変動が原因で発生する誤差を補正することができない。
本発明は、画像安定化制御において、反射型センサの出力変動により発生する制御の誤差を補正し、高画質の画像を安定して形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
前記目的は下記の発明により達成される。
1.画像が形成される像担持体と、
前記像担持体上に画像を形成する画像形成手段と、
前記像担持体上に形成されたテストパッチにおけるトナー付着量を検知する第1反射型センサと、
前記第1反射型センサの検知結果に基づいて、前記画像形成手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、
前記制御手段は、前記像担持体の裸面反射率と、画像が形成された前記像担持体の露出係数とを用いて、前記第1反射型センサの出力を補正することを特徴とする画像形成装置。
2.前記像担持体をクリーニングするクリーニング装置を備えるとともに、該クリーニング装置によりクリーニングされた前記像担持体の反射率を検知する第2反射型センサを有し、前記裸面反射率は前記第2反射型センサにより検知されることを特徴とする前記1に記載の画像形成装置。
3.前記制御手段は、画像データを用いて前記露出係数を計算することを特徴とする前記1又は2に記載の画像形成装置。
4.前記制御手段は、前記第1反射型センサの出力に対して、前記第1反射型センサの汚れによる誤差を補正することを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
5.前記制御手段は、前記第1反射型センサの出力に対して、前記第1反射型センサの汚れによる誤差を補正し、
前記誤差は、前記第1反射型センサの出力と、前記第2反射型センサの出力との差から求められることを特徴とする前記2に記載の画像形成装置。
本発明においては、画像安定化制御に用いられる反射型センサの出力変動が、像担持体の裸面反射率と、画像が形成された像担持体の露出計数とにより補正される。これにより、反射型センサの出力変動による制御上の誤差が良好に補正され、高画質の画像を長期間に亘り、安定して形成する画像形成装置が実現される。
本発明の実施の形態に係るカラー画像形成装置の全体構成図である。 反射型センサの補正を含む画像安定化補正を行う制御系のブロック図である。 画像安定化制御の1例を示すフローチャートである。 ラインパッチを示す模式図である。 目標出力と、反射型センサの出力とを示すグラフである。 目標出力と、反射型センサの出力に対して一律補正を行った場合とを示すグラフである。 センサ補正された反射型センサの出力を示すグラフである。 センサ汚れによる反射型センサの出力の誤差を示すグラフである。 目標出力と反射型センサの出力とを示すグラフである。 センサ補正のフローチャートである。
図1は、本発明の実施の形態に係るカラー画像形成装置の全体構成図である。
カラー画像形成装置は画像形成ユニットを横方向に配列した構成を有している。カラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数の画像形成手段としての画像形成ユニット9Y、9M、9C、9Kと、像担持体としてのベルト状の中間転写体6と、から構成されている。
イエロー色の画像を形成する画像形成ユニット9Yは感光体1Yを有し、さらに、感光体1Yの周囲に配置された帯電装置2Y、露光装置3Y、現像装置4Y、転写装置7Y、及びクリーニング装置8Yを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成ユニット9Mは感光体1Mを有し、さらに、感光体1Mの周囲に配置された帯電装置2M、露光装置3M、現像装置4MM、転写装置7M、及びクリーニング装置8Mを有する。シアン色の画像を形成する画像形成ユニット9Cは感光体1Cを有し、さらに、感光体1Cの周囲に配置された帯電装置2C、露光装置3C、現像装置4C、転写装置7C、及びクリーニング装置8Cを有する。黒色の画像を形成する画像形成ユニット9Kは感光体1Kを有し、さらに、感光体1Kの周囲に配置された帯電装置2K、露光装置3K、現像装置4K、転写装置7K、及びクリーニング装置8Kを有する。
中間転写体6は、複数のローラ6A、6B、6C、6Dに巻回され、回動可能に支持されている。
画像形成ユニット9Y、9M、9C、9Kにより形成された各色の画像は、回動する中間転写体6上に転写装置7Y、7M、7C、7Kにより逐次転写されて(1次転写)、合成されたカラー画像が形成される。図示しない給紙カセット内に収容された転写材Pは、図示しない給紙搬送装置により給紙され、レジストローラ20を経て、転写装置7Aに搬送され、転写材P上にカラー画像が転写される(2次転写)。カラー画像が転写された転写材Pは、図示しない定着装置により定着処理され、図示しない排紙ローラに挟持されて機外の図示しない排紙トレイ上に載置される。
一方、転写装置7Aにより転写材Pにカラー画像を転写した後、転写材Pを分離した中間転写体6からは、クリーニング装置8Aにより残留トナーが除去される。
SEAは中間転写体6の移動方向に関して、クリーニング装置8Aの下流に配置されており、クリーニング装置8Aによりクリーニングされた中間転写体6の反射率を検知する反射型センサ(第2反射型センサ)である。反射型センサSEAは中間転写体6の裸面(トナー像が形成されていない中間転写体6の表面)の反射率を検知する。
SEBは、中間転写体6の移動方向に関して、画像形成ユニット9Kと転写装置7Aとの間に配置されており、トナー像を担持する中間転写体6の反射率を検知する反射型センサ(第1反射型センサ)である。反射型センサSEBは中間転写体6上のトナー像におけるトナー付着量を検知する。
<画像安定化制御>
デジタル方式の電子写真プロセスで画像を形成する画像形成においては、環境の変化や現像剤、感光体等の資材の変化に関係なく安定した画像を形成するための画像安定化制御が行われる。
このような画像安定化制御は、感光体、中間転写体等の像担持体上にテストパッチを形成し、テストパッチにおけるトナー付着量を反射型センサで検知し、検知結果を帯電条件、現像条件、露光条件、転写条件等の画像形成条件にフィードバックするものであり、これにより濃度変動の極めて少ない安定した画像が形成される。
以下においては、画像形成ユニット9Yに対する画像安定化制御の例について説明するが、他の画像形成ユニット9M、9C、9Kに対しても同様な画像安定化制御が実施される。画像安定化制御は、画像形成装置の電源投入時、所定枚数の画像形成毎、或いは環境変動が大きい場合等に実施される。
図2は反射型センサの補正を含む画像安定化補正を行う制御系のブロック図、図3は画像安定化制御の1例を示すフローチャートである。
制御手段CRは、中間転写体6からの反射光を検知する反射型センサSEA、SEB、現像剤の透磁率を検知する透磁率センサSECの検知結果に基づいて、以下に説明する画像安定化制御とセンサ補正とを行う。反射型センサSEAはクリーニング直後の中間転写体6の反射率を検知する。反射型センサSEBはトナー像が形成された中間転写体6の反射率を検知し、この場合、反射型センサSEBにより中間転写体6上のトナー像の濃度、即ち、トナー付着量が検知される。
ステップS1では、初期設定が行われる。
ステップS1における初期設定では、a.感光体電位の調整と、b.現像条件の調整とが行われる。
a.感光体電位の調整においては、帯電装置2Yのグリット電圧を調整して感光体1Yの帯電電位を調整し、また露光装置3Yの光源であるレーザダイオードのパワーを調整して露光量の調整を行う。レーザパワーの調整は、レーザダイオードの駆動電圧の調整又はPWM(Pulse、Width、Modulation)の調整により行われる。
b.現像条件の調整においては、磁性現像剤の透磁率を透磁率センサSECで検知することにより、現像剤のトナー濃度(トナーとキャリアの比率)が所定の濃度になるように調整される。
ステップS2では、感光体1Y上にベタパッチが形成され、中間転写体6に転写される。ベタパッチは露出面積率が0%、即ち、中間転写体6がトナーにより完全に被覆されるトナー像のパッチである。
ステップS3では、中間転写体6上のベタパッチにおけるトナー付着量が反射型センサSEBにより検知される。
ステップS4では、反射型センサSEBの検知結果に基づいて、Vs/Vpが決定される。ここに、Vsは現像装置4Yの現像スリーブの周速であり、Vpは感光体1Yの周速である。
Vs/Vpの決定により最高濃度、即ち、トナーの最大付着量が決定される。
ステップS5では、ラインパッチが感光体1Y上に形成され、中間転写体6に転写される。ラインパッチは、例えば、図4に示すように3ドットからなるラインが3ドット分の間隔をおいて形成されたものであり、階調曲線上の中間濃度を持ったハーフトーン画像のパッチである。
ステップS6では形成されたラインパッチにおけるトナー付着量が反射型センサSEBにより検知される。
ステップS7では、検知されたラインパッチにおけるトナー付着量に基づいて、露光装置3Yの光源であるレーザダイオードのパワーを決定する露光量調整が行われる。
レーザパワーの調整は、レーザダイオードを駆動するパルスのパルス幅を調整するPWM調整により行われる。
このようにして、トナー付着量の検知結果を画像形成の条件であるVs/Vpとレーザパワーとにフィードバックされて、設計値どおりの濃度の画像を形成する画像形成条件が設定される。
なお、前述の画像安定化制御では、階調曲線上の2点(最高濃度と中間濃度)における調整を行っているが、階調曲線上の3以上の複数点における調整を行ってもよい。
<センサ補正>
前述の画像安定化制御では、反射型センサSEBの出力が変動することにより制御の精度や安定性が影響を受けるという問題がある。以下に説明する反射型センサSEBの補正によりこの問題が解決されるが、この補正は画像安定化制御の実施に先立って行われる。基本的には、各画像安定化制御に先立って補正が行われるが、必ずしも画像安定化制御毎に補正を行う必要はない。図5〜7は反射型センサSEBを補正するセンサ補正の手順を示す。
反射型センサSEBの出力変動の原因の一つに中間転写体6の反射率の変化がある。中間転写体6の反射率は、中間転写体6の作動時間の経過にしたがって変化する。即ち、中間転写体6の表面が使用により荒れたり、中間転写体6の表面に微粒子が固着したりすることにより、中間転写体6の表面が変化する。図5は中間転写体6の反射率変化による反射型センサSEBの出力の変化を示すグラフである。反射型センサSEB、SEAは拡散光を検知する拡散反射型センサであり、それぞれLEDからなる光源により中間転写体6に光を照射し、中間転写体6からの散乱光を受光素子で検知する。
図5の横軸はトナー付着量を表し、縦軸は反射型センサSEBの出力(電圧V)を表す。
反射型センサSEBは前述したように拡散反射型センサであり、トナー付着量の増加に比例してセンサ出力が増加する。直線L1は目標出力を示し、直線L2は反射型センサSEBの出力を示す。
最大付着量においては、中間転写体6上にベタ画像が形成され、中間転写体6の表面は完全にトナーで覆われる。即ち、最大付着量においては、中間転写体6の露出面積率が0である。露出面積率0%を露出係数0とする。これに対して、中間転写体6上にトナーがなく、トナー付着量が0である場合、即ち、露出面積率100%の場合を露出係数1とする。
反射型センサSEBの出力は中間転写体6の反射率変化により、直線L1から直線L2のように変化する。即ち、トナー付着量0においては、中間転写体6の反射率の変化がそのまま反射型センサSEBの出力変化となる。これに対して最大量のトナーが付着した中間転写体6の表面は完全にトナーで被覆されているために、目標出力と反射型センサSEBの出力との差は0になる。
図6における直線L3は、中間転写体6の反射率変化を補正するために、付着量0から最大付着量に亘り反射型センサSEBの光量を一律に増加させた場合の反射型センサSEBの出力を示す。図示のように、トナー付着量0における反射型センサSEBの出力は目標出力に合致するが、最大付着量において、反射型センサSEBの出力の一律増加分だけ目標出力よりも高くなる。
図7における直線L4は、反射型センサSEBの出力を中間転写体6の反射率変化に対応して補正するとともに、トナー付着量に対応した補正を行った場合の反射型センサSEBの出力を示す。直線L4は、図3、4における目標出力を示す直線L1に一致する。図7の直線L4に示した出力を得る補正は、次に説明する式1で定義されるVxを計算することにより行われる。
Vx=Vout−(Vr−Vbase)×α・・・・・式1
ただし、
Vx:補正された反射型センサSEBの出力
Vout:トナー像を検知した反射型センサSEBの出力
Vr:中間転写体6の裸面(トナー付着0)に対する目標出力
Vbase:中間転写体6の裸面(トナー付着量0)を検知した反射型センサの出力
α:中間転写体6の露出係数
露出係数αは、トナー付着量0において、「1」、最大トナー付着量において、「0」となるように、トナー付着量の増加にしたがって直線的に減少する。露出係数αは、露光装置3Yを駆動する画像データを用いた計算から算出される。即ち、画像データの最高値におけるα=0とし、画像データの0におけるα=1とし、中間濃度におけるαを比例計算することにより、露出係数αが計算される。制御手段CRは画像データ発生部DGが発生する画像データから露出係数を計算する。例えば、256階調の画像を形成する場合、データ量0を露出係数1とするとともに、データ量256を露出係数0とし、中間濃度における露出係数を比例計算で算出する。
中間転写体6の裸面に対する目標出力は、トナー付着量0における反射型センサの目標出力であり、予め設定されている。Vbaseは反射型センサSEAが中間転写体6の出力である。反射型センサSEAは、クリーニング装置8Aによりクリーニングされた中間転写体6の裸面からの反射光を検知する。したがって、反射型センサSEAの出力がVbaseとして用いられる。
図7の直線L4は、付着量0から最大付着量までの範囲内で変化する付着量のパッチを検知した反射型センサSEBの補正後の値を示している。制御手段CRは式1を用いた反射型センサSEBの出力に対する補正を行って、図7の直線L4を得る。
反射型センサSEBの出力は、前述した中間転写体6の反射率の変化により変動する他に、センサ汚れにより変動する。図8はセンサ汚れによる出力変化を示す。反射型センサのセンサ面、即ち、発光部における光出力面や受光部における受光面が汚れた場合、反射型センサSEBの出力は図8における直線L5で示す出力から直線L6のように変化する。
直線L5と直線L6との差はトナー像を担持しない中間転写体6の反射率を検知した反射型センサSEAの出力と、反射型センサSEBの出力の差から得られる。反射型センサSEAはクリーニング後の中間転写体6に対向して配置されているので、そのセンサ面は汚れないと見ることができる。一方、反射型センサSEBはトナー像を担持している中間転写体6に対向しているのでトナーが付着しやすく、トナーによる汚れでその出力が変化する。このことから、汚れによる反射型センサSEBの出力の変化Vyは次の式2から求められる。
Vy=Va−Vb・・・・・式2
ただし、
Va:反射型センサSEAの出力
Vb:トナー像を担持しない中間転写体6からの反射光を検知した反射型センサSEBの出力(中間転写体の裸面に対する出力)
なお、Vaは式1におけるVbaseに等しい。
図8に示すようにセンサ汚れによる反射型センサSEBの出力を示す直線L6は、目標出力である直線L5とほぼ平行であるので、中間転写体6の裸面に対する出力差を用いて補正することにより、トナー量の全変化範囲に対する補正を行うことができる。
図9における直線L7は実際の反射型センサSEBの出力を示す。直線L7で示される反射型センサSEBの出力には、中間転写体6の反射率の変化による誤差とセンサ汚れによる誤差とが含まれている。したがって、反射型センサSEBの出力に対する補正では、中間転写体6の反射率変化に対する補正とセンサ汚れに対する補正とが行われる。しかしながら、実際に行われるセンサ補正においては、中間転写体6の反射率変化に対する補正とセンサ汚れに対する補正とを毎回対で実行する必要はない。即ち、複数回の中間転写体6の反射率変化に対する補正毎に、センサ汚れに対する補正を行うか、又は必要に応じて随時センサ汚れに対する補正を行っても良い。
図10は反射型センサSEBの出力に対して、中間転写体6の反射率変化による誤差とセンサ汚れによる誤差とに対する補正であるセンサ補正を行う制御のフローチャートである。
ステップS10において、中間転写体6の裸面の反射率を検知した反射型センサSEA、SEBの出力Va、Vbが得られる。
反射型センサSEBの出力Vbから、図9におけるトナー付着量0における目標出力とセンサ出力との差が得られるとともに、センサ汚れVy=VaーVbが得られる。
ステップS11において、反射型センサSEA、SEBのキャリブレーションが行われる。キャリブレーションにおいては、図7における直線L7の左端を直線L1の左端に一致させる、即ち、反射型センサSEBの出力Vb(反射型センサSEBがトナー像を担持しない中間転写体6の反射率を検知したときの出力)をトナー付着量0における目標出力に合わせることが行われる。キャリブレーションは反射型センサSEBの光源光量を調整することにより行われる。反射型センサSEAは画像安定化制御に直接使用されるものではないが、前述のように、反射型センサSEBのキャリブレーションのために反射型センサSEAの出力が用いられるので、反射型センサSEAに対しても反射型センサSEBに対するのと等量の補正によるキャリブレーションが行われる。
ステップS12において、キャリブレーションされた反射型センサSEBの出力に対する各濃度レベルにおける補正値が決定される。この補正値は、画像データに基づいて算出される中間転写体6の露出計数を用い、前記式1により決定される。
決定された補正値はメモリMRに記憶される。
図3におけるステップS3、S6における検知では、キャリブレーションされた反射型センサSEBの出力に対してメモリMRに記憶されている補正値を用いた補正が行われる。そして、補正されたセンサ出力がステップS4、S7におけるVs/Vpの設定と、露光量調整とに用いられる。
次に、センサ補正の具体例を説明する。
中間転写体6の裸面に対するセンサ出力の目標値は2.1(V)に設定されている(Vr=2.1V)。
・中間転写体の裸面を検知した反射型センサSEAの出力は1.9Vであった(Vbase=1.9V)
反射型センサSEAの出力は中間転写体を1周移動させて得られた反射型センサSEAの出力を平均化することにより求められた。
この結果から、中間転写体の反射率変化による反射型センサSEAの出力変化は0.2Vであった(2.1V−1.9V=0.2V)。
ベルト面出力=1.9(v)であった場合、変動量=(2.1−1.9)=0.2(v)
・トナー付着量0における反射型センサSEBの出力を1.9Vとなるように、反射型センサSEBにおける光源の発光量を調整して、反射型センサSEBのキャリブレーションを行った。
・次に前記式1により階調曲線上の各レベルにおける反射型センサ出力に対する補正値を決定した。
例えば、反射型センサSEBの出力が5.0Vであったとき、露出係数0.6のハーフトーンにおける補正されたセンサ出力Vxは次の計算により決定される。
Vx= 5.0−(2.1−1.9)×0.6 = 4.88(v)
なお、この計算例では、センサ汚れによる誤差の補正をしていないが。前述のようにセンサ汚れに対する補正も行う場合には、中間転写体の反射率変化に対する補正に加えて、センサ汚れに対する補正が実行される。
11Y、1M、1C、1K 感光体
2Y、2M、2C、2K 帯電装置
3Y、3M、3C、3K 露光装置
4Y、4M、4C、4K 現像装置
7Y、7M、7C、7K 転写装置
8Y、8M,8C、8K クリーニング装置
6 中間転写体
SEA、SEB 反射型センサ
CR 制御手段

Claims (5)

  1. 画像が形成される像担持体と、
    前記像担持体上に画像を形成する画像形成手段と、
    前記像担持体上に形成されたテストパッチにおけるトナー付着量を検知する第1反射型センサと、
    前記第1反射型センサの検知結果に基づいて、前記画像形成手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、
    前記制御手段は、前記像担持体の裸面反射率と、画像が形成された前記像担持体の露出係数とを用いて、前記第1反射型センサの出力を補正することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記像担持体をクリーニングするクリーニング装置を備えるとともに、該クリーニング装置によりクリーニングされた前記像担持体の反射率を検知する第2反射型センサを有し、前記裸面反射率は前記第2反射型センサにより検知されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記制御手段は、画像データを用いて前記露出係数を計算することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御手段は、前記第1反射型センサの出力に対して、前記第1反射型センサの汚れによる誤差を補正することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記制御手段は、前記第1反射型センサの出力に対して、前記第1反射型センサの汚れによる誤差を補正し、
    前記誤差は、前記第1反射型センサの出力と、前記第2反射型センサの出力との差から求められることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
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JP2013218260A (ja) * 2012-03-15 2013-10-24 Ricoh Co Ltd 像担持体表面状態検知装置及び画像形成装置

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