JP3245887B2 - 静電潜像の分解能出力方法及びこれを利用した電子写真記録装置並びに画像処理システム - Google Patents

静電潜像の分解能出力方法及びこれを利用した電子写真記録装置並びに画像処理システム

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JP3245887B2
JP3245887B2 JP13400991A JP13400991A JP3245887B2 JP 3245887 B2 JP3245887 B2 JP 3245887B2 JP 13400991 A JP13400991 A JP 13400991A JP 13400991 A JP13400991 A JP 13400991A JP 3245887 B2 JP3245887 B2 JP 3245887B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、帯電・露光プロセスに
よって感光体上に静電潜像を形成する、いわゆる電子写
真法を用いた画像記録装置に関し、特に感光体の分解能
ないし解像度の出力方法と、この方法を利用した電子写
真記録装置並びに画像処理システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電子写真法を用いた画像形成装置
では、感光体の劣化を原因とする静電潜像の解像度の低
下については、現像バイアスを変えたり、トナーの濃度
を調整したりして得られた定着画像を見てその濃さを判
断していた。つまり、間接的に評価ないしは測定するこ
とができても、解像度の低下自体を直接測定することは
できないでいた。たとえば、露光量や現像バイアスなど
は予め決められた十分余裕のある値に見込んで設計し、
装置毎に微調整を行っていた。また、疲労した感光体を
補償する場合には、過去の印刷枚数の量から疲労補正プ
ログラムにより帯電系,露光系,現像系を制御する技術
が知られている(特公昭62−27390 号公報参照)。さら
に、感光体の寿命に関しても、印刷枚数等に記録量で判
定する技術が知られている(特公昭62−505号公報参
照)。
【0003】感光体の解像度低下を測定するためには、
静電潜像を直接測定できるほど空間分解能の高い測定装
置を必要とするが、従来から静電潜像の測定手法として
イオン運動型,直流増幅型,回転セクタ型,電気光学効
果型,電気力型等が知られている(浅野和俊著:静電気
工学における電界・電位測定法、静電気学会誌、No.1
0,205〜323頁(1986)参照)。感光体上に
作られる静電潜像の大きさは、100〜数10μmオー
ダの微小なもので、この微小領域の電位分布を測定する
には高い解像度の静電潜像測定手段を必要とする。この
解像度を高くするには、測定手段に備えられる検知電
極の面積を小さくし、かつ検知電極と感光体との距離
を十分、近接させなければならない。
【0004】この技術については、測定面積が非常に小
さい電極を用いて静電潜像を測定した報告(微小表面電
位計:静電気学会誌;No.10;217−224頁;
1986)や特開昭55−4578号公報に記載されて
いる。また、電極を用いないで静電潜像を電子顕微鏡で
測定した報告(G.F.Fritz,D.C.Hoesterey andL.E.Brad
y:Observation of Xerographic Electrostatic Latent
Images with aScanning Electron Microscope,Appl.Phy
s.Lett.,19,PP.277-278(1971)) もある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の先行技術での静
電潜像測定装置では、測定電極を小さくしたり、測定ギ
ャップを小さくすることに限界があり、感光体の解像度
を完全に測定できるに十分な空間分解能を持つ測定装置
を製作することは難しい。また、電子顕微鏡を用いて静
電潜像を測定する上記先行技術では、その測定環境が特
殊であるため、画画像形成装置で感光体上の静電潜像の
直接測定に応用するのは困難である。
【0006】このように、電子写真法を用いた従来の画
像記録装置では、感光体上に形成される静電潜像の解像
度を直接に測定できず、その解像度の正確な限界を把握
することができないため、画像記録装置の個々の感光体
毎の制御が難しいばかりでなく、画像記録装置に対する
カラー化及び高精細化のニーズが強くなってきている中
で、感光体自体の本来の性能を十分出し切れないでい
た。本発明の目的は、これらの課題を解決するためにな
されたものであり、感光体の解像度特性を正確に把握し
て測定・出力する方法と、その結果を利用して制御され
る画像記録装置と、感光体の解像度特性の限界付近で使
用できる電子写真記録装置及びそのシステム構築を提供
することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】感光体の表面を帯電し、
露光により光を照射する露光部と光を照射しない非露光
部とが隣接するように感光体の表面に静電潜像を形成し
て前記露光部と前記非露光部と間の電位が変化する境界
領域の幅を静電潜像の分解能として出力することを特徴
とする。また、感光体表面を一様に帯電する帯電手段
と、光を照射する露光部と光を照射しない非露光部とが
隣接するように感光体の表面に静電潜像を形成する潜像
形成手段と、前記露光部と前記非露光部と間の電位が変
化する境界領域の幅を静電潜像の分解能として出力する
分解能出力手段と、前記分解能出力手段の出力に基づい
て感光体の稼働時間及び使用状況から感光体の分解能を
決定する分解能決定手段とを備えることを特徴とする。
【0008】
【作用】帯電・露光によって感光体上に形成された電位
の高い領域と低い領域との間では、その電位差のために
電荷が表面に沿って流れてできた露光部と非露光部との
間で変化する電位の領域幅を規定することによって、感
光体表面に沿った電荷の流れ具合いを測定し、現像系な
どの印写工程に依存せずに感光体自身の解像度特性を得
るようにしたものである。
【0009】また、感光体表面上のこの電荷の流れによ
って、形成された潜像が時間とともに変化することによ
り露光部と非露光部との間の領域幅が広くなる(勾配が
小さくなる)特性を利用して、この潜像電位の時間的変
化率を測定して、解像度の低い電位検知手段でも微小な
潜像変化をも測定できるようにし、感光体自身の持つ限
界の解像度を検知し得るようにしたものである。
【0010】さらに感光体自身の寿命を正確に知ること
ができるために、感光体の交換時期や感光体の交換指
示、記録の可不可を判定することができ、より高度な画
像記録装置の制御を可能としたものである。また、この
測定方法は、印写工程に依存せずに感光体の限界の解像
度を測定できることから、感光体の開発や選定などに使
用する感光体評価装置に適用できるようにしたものであ
る。
【0011】図1に感光体上の表面方向への電荷の漏れ
によって、帯電・露光プロセスにより感光体上に形成さ
れた静電潜像が崩れていく様子を示す。最初にある幅を
持つ潜像1の電位は時間とともに小さくなり消滅してい
くが、露光部2と非露光部3との間の境界の領域幅4は
逆に広がっていくので、この領域幅4または勾配の変化
を測定することによって、感光体の解像度を算出するも
のである。
【0012】通常、帯電・露光によって感光体上に潜像
を形成したのち、数百ミリ秒程度で現像が行なわれる
が、この現像時点での静電潜像を従来の測定手段(電位
計)で測定するのは、電位計の解像度の限界から難しい
ため、静電潜像を現像せずに潜像の露光部と非露光部と
の境界の領域幅の時間的電位勾配のみを測定し、低解像
度の電位計でも感光体の限界の解像度を正確に測定でき
るようにしたものである。また、感光体自身の限界の解
像度が分かるので、画像記録装置に内蔵された感光体に
対するさまざまな制御や感光体の特性評価装置として単
独で使用できるようにしたものである。
【0013】
【実施例】以下に本発明による実施例を説明する。
【0014】(実施例1) (1) 解像度の測定方法 図2は、本発明による感光体の解像度の測定方法を用い
た印写制御工程を搭載した画像記録装置の構成図であ
る。感光体ドラム11の周囲には、帯電器5,露光器
6,現像器7,転写器8,イレーザ9,クリーナ10か
らなる電子写真法の各印写工程とともに、感光体表面上
に形成された静電潜像を潜像電圧を測定する静電潜像出
力装置12が取り付けられている。
【0015】静電潜像出力装置12は、図1に示す露光
部2と非露光部3との境界領域の幅4を測定する。露光
部2と非露光部3との境界領域の幅4は、あらかじめ決
められた定義に従って測定するが、この定義の例を1次
元方向の潜像電位の広がりの場合について図3に示す。
図3(a)は、電位が露光部電位2aと非露光部電位3
aとの電位差のうち、10%から90%まで変化する部
分の幅を境界領域の幅4aとしたものである。図3
(b)は、境界部の最大勾配の外挿線40が露光部電位
2b及び非露光部電位3bと交差する2点間の距離によ
り露光部2と非露光部3との境界の領域幅4bを定義す
るものである。
【0016】露光部と非露光部の境界領域の幅4と解像
度(DPI:Dot Per Inchの略。1インチ幅あたりのド
ット=画素の数で画像の精細度を表わす単位)の間に
は、反比例の関係があり、次式で定義できる。
【0017】
【数2】
【0018】ここで、Kは、境界領域の幅の定義に対応
したあらかじめ求めておく必要がある比例定数である。
【0019】この定義は、潜像の露光部と非露光部との
境界領域の幅が潜像測定装置の持つ解像度おいて測定可
能な場合に意味がある。一般に、感光体のような極微細
な解像度に対して十分な空間分解能を持つ潜像測定装置
を製作することが難しいため、低分解能な潜像測定装置
でも測定できるようにした本発明の手法を説明する。図
9は、感光体表面の電気的等価回路図である。図9に示
すように、感光体表面には、表面保護層や光に反応して
電荷を発生する層,乱反射を減らす層等、多層構造にな
っているので厚さd方向には静電容量ΔCおよび層間抵
抗ΔRv、表面の2次元方向Δxには表面抵抗ΔRsと
して分布する。図2で示したように感光体上に形成され
た静電潜像は、感光体の内部方向と、表面方向の2つの
方向に電荷の漏れが生じ、その潜像形状が時間とともに
変化する。これを図10に図示する表面分布容量、表面
抵抗の場合について具体的に示す。内部方向への電荷の
漏れは暗減衰減少として知られているが、表面方向への
漏れは潜像形状のながれ現象として崩れていくことが分
かった。このながれ現象における潜像露光部と非露光部
との境界領域の幅と経過時間との関係は次式で表わされ
る。
【0020】
【数3】
【0021】ここで、tは露光後の経過時間、Cは感光
体の容量、Rは感光体の表面抵抗、Aは比例定数であ
る。
【0022】そこで測定に当り、露光部と非露光部との
境界領域の幅が電位計の解像度より十分大きい状態、す
なわち十分測定可能であるとき、露光部と非露光部との
境界領域の幅を測定でき、露光からの経過時間を測定す
ることにより(数3)を用いて低分解能な潜像測定装置
でも現像位置における静電潜像の解像度を算出すること
ができる。
【0023】感光体の周囲には帯電,露光,現像,転
写,イレーズ,クリーナからなる通常の印写工程が配置
されているが、露光と現像との間に潜像測定手段を配置
すると、露光してから感光体が移動して潜像測定手段の
下に達するまでの時間内でしか経過時間をとることがで
きない。これ以上に感光体を移動させてしまうと、電荷
が逃げないようにして、その潜像が感光体上に保持され
るのを補償しなくてはならない。そこで画像を印写しな
いときには、現像器,転写器,イレーザ,クリーナ等の
感光体と接触しながら動作させる装置を感光体から離間
・待避させ、帯電・露光により形成された静電潜像を破
壊せずに感光体上に保持しながら、潜像の境界領域の幅
を測定すれば良い。
【0024】(2) 測定シーケンス 図4に解像度を測定するための測定回路の構成図を示
す。図示しない画像形成装置の制御回路から解像度測定
指令20を受けると解像度測定制御部22は、現像器
7,転写器45,イレーザ9,クリーナ10等の接触部
を待避させる。次に、感光体ドラム11を回転させ、帯
電した後、感光体ドラム位置センサ26からの信号を感
知してこれを基準位置として露光した後、イレーザラン
プ9,帯電器5,露光装置6の順にその動作を停止させ
る。こうして、感光体上に形成された静電潜像を保持し
たまま感光体ドラムだけを回転させるようにする。感光
体ドラム位置センサ26からの信号によって感光体上の
境界領域を静電潜像測定装置で測定し、この出力信号
(アナログ信号)をA/D変換器25によりディジタル
信号に変換して測定データメモリ24に蓄積する。次
に、演算部23によりこの測定データメモリ24から測
定データを順次読み出して露光部と非露光部の境界領域
の幅を測定し、潜像測定装置の空間分解能で十分測定可
能な測定値であるかどうかを判定する。ここで、潜像の
露光部と非露光部の境界領域の幅が静電潜像測定装置の
空間分解能より小さいときは、再び静電潜像の露光部と
非露光部の境界領域を測定するモードに移る。そして、
潜像のながれ現象が進行する時間を経過させるため、潜
像測定装置の空間分解能で測定可能な測定値が得られる
まで今までの工程を繰り返す。境界領域の幅が静電潜像
測定装置の空間分解能より十分大きくなったところでこ
の時の測定値より感光体の解像度を計算し、解像度測定
の一連の工程を終了する。
【0025】(3) 解像度測定を実施するタイミング
と測定結果の用途 上記解像度測定を実施するタイミングとしては、印刷記
録を中断させる都合上、規定の印刷枚数に達した時点、
または画像記録装置の運転起動時に行うのが良い。
【0026】測定により得られたその感光体の限界の解
像度に基づいて、感光体の寿命による交換指示、または
あとどのくらい使用できるかを経験値や実験値を指示す
るか、あらかじめ記憶させておいて交換時期を表示する
ようにしてもよい。また、利用者自身の都合に応じて、
感光体の交換時期を決定できるようにその感光体の解像
度のレベルを何段階かに分けて表示しても良いし、解像
度の限界値そのものを表示しても良い。
【0027】感光体の解像度は、使用の停止や感光体表
面を研磨または、表面を清掃する事によって、回復する
ことが知られていることは従来の技術の欄で既に述べた
が、本発明においては、感光体の解像度の限界を本測定
により決定し、解像度の低下したと判断されるものにつ
いては、感光体が規定の解像度に回復するまで停止時間
を設けても良い。また、解像度が回復しない場合には感
光体表面を研磨(表面を清掃)し、感光体の解像度を規
定値以上に回復させるようにシーケンスを組み込んでも
良い。この研磨工程終了時に感光体の膜厚を測定し、膜
厚が規定値以下になった場合に初めて感光体の交換信号
を発生するようにしてもよい。感光体を回転させながら
クリーニングブラシを回転させることによって感光体表
面の摩擦を利用した感光体表面の研磨機構を兼用させる
こともできる。
【0028】(実施例2)図5は、本発明による感光体
の解像度を測定する感光体評価装置の構成図である。着
脱可能な感光体ドラム11の周囲に帯電器5,露光装置
6,イレーズランプ9とともに、感光体表面との測定ギ
ャップや測定位置を調整するための移動ステージ46上
に取り付けられた電位計12を備えている。また、感光
体ドラムの回転数及び位置を検出するための位置センサ
26を有している。本装置の帯電器としては、感光体の
表面電位を安定させるためにスコロトロン帯電器を用い
ることが望ましい。
【0029】次に、解像度の測定手順を説明する。ま
ず、感光体ドラム11を回転させ、帯電器5で感光体表
面を一様に帯電し、露光を行って所定幅の静電潜像を形
成する。所定幅の静電潜像としては、使用する電位計の
解像度に対して、5倍ないし100倍程度の幅の潜像が
望ましい。次にイレーズランプ9,帯電器5,露光装置
6の順にその動作を停止させることによって感光体上の
静電潜像を保持しながら感光体の回転を持続させるよう
にする。この状態で、電位計12により潜像電位の時間
変化率を測定する。ここで、感光体の直径をD(m
m)、移動速度をV(mm/s)、露光位置と潜像測定
位置のなす角度をθ(deg)とすると、イレーズ,帯
電,露光装置が停止した後の感光体表面の静電潜像の保
持経過時間tは、次式で表わされる。
【0030】
【数4】
【0031】ここで、nはイレーズ・帯電・露光装置の
停止後の感光体の回転数でn=0は感光体が帯電・露光
後に最初に測定される静電潜像の保持経過時間を示す。
【0032】図6に潜像の露光部と非露光部との境界領
域の幅を測定した結果と、潜像形成後の経過時間との関
係をプロットした一例を示す。前記したように感光体上
に形成された静電潜像は、表面に沿った電荷の漏れによ
って時間とともに崩れていくが、この時の潜像の露光部
と非露光部との境界領域の幅と時間との関係は、前記の
(数3)で表わされる。
【0033】実測すれば、図6の破線30のような測定
結果が得られるはずである。しかし、電位計の解像度の
限界や露光装置の解像度限界29から、実線28のよう
な測定結果となる。図6において、Aの部分は、静電潜
像の露光部と非露光部との境界領域の幅が電位計の解像
度を考ると、十分測定可能になっている領域である。そ
こで、この領域Aにおいて、静電潜像の露光部と非露光
部との境界領域の幅を測定し、露光から測定までの時間
との関係から(数2)を用いて、感光体の静電容量と表面
抵抗との積C・Rを算出することができる。感光体の単
位面積当りの静電容量C(F/mm2)は、感光体の単位
面積当りに供給した電荷量Q(C/mm2)と、電位計で
測定した電位V(V)の関係から次式によって算出でき
る。
【0034】
【数5】
【0035】(数5)によって、先に求めておいたCR
の測定値より感光体の表面抵抗を算出できる。
【0036】この測定装置は、暗減衰特性の測定が可能
な従来の感光体特性評価装置の新しい測定機能として付
加することもできる。
【0037】(実施例3)図7,図8は、感光体の持つ
解像度が正確に測定できることに基づいてシステム構築
した実施例を示したものである。
【0038】図7は、コンピュータ等の制御装置31に
複数の画像記録装置32を接続する場合のシステム構築
例である。各画像記録装置は、現状における解像度の限
界を中央の制御装置に送信し、これを受けて中央の制御
装置は、記録画像の解像度にマッチした画像記録装置に
対して記録画像データを送るように制御することができ
る。また、中央の制御装置側で画像記録装置の解像度の
変化を計測モニターすることによって、感光体の劣化状
態や劣化速度を遠隔地にいながらオンラインで知り得
る。中央処理装置では、このデータに基づいて感光体の
解像度が回復するような処置ができるか等、例えば、一
時的な画像装置の停止や感光体表面の研磨(または清
掃)をすべきことを指示することもできる。
【0039】図8は、画像記録装置(プリンタ)管理用
の中央制御装置34を考えた場合のシステム構築例であ
る。図7に示したような複数の画像形成装置32を有す
るコンピュータ34を介したり、画像形成装置から直接
に専用回線35や電話回線36等の通信手段を用いて画
像記録装置32の解像度の変化等の記録特性の状態をプ
リンタ管理用の中央制御装置34に送ることによって、
感光体等の部品交換の必要な時期や必要個数等を迅速に
把握することができ、メンテナンスの効率が向上する効
果がある。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、感光体の表面抵抗の変
化による解像度の変化を知ることができるので、電子写
真方式を用いた画像形成装置等、高い解像度が要求され
るプロセスでは、印刷の品位を低下させる感光体の解像
度低下を検出したり、予測することができる効果があ
る。また、画像形成装置の解像度の限界まで測定できる
ので印写制御を最適に行うことができる効果がある。さ
らに、通常の解像度を持つ装置でも、感光体の解像度の
測定結果から感光体の寿命を正確に知ることができるた
めに感光体の交換周期を大幅に延ばすことができる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】静電潜像の崩れる様子を示す本発明の原理を説
明する図。
【図2】本発明の感光体の解像度測定プロセスを搭載し
た画像記録装置の一実施例を示す図。
【図3】露光部と非露光部の境界領域の幅の定義方法の
例を示す図。
【図4】解像度を測定する測定回路の構成図。
【図5】本発明による感光体の解像度を出力する装置の
一実施例を示す図。
【図6】本発明による測定データの一例を示す図。
【図7】本発明による解像度の出力の利用法に関する一
実施例を示すシステム構成図。
【図8】本発明によるシステム構築の実施例を示す図。
【図9】感光体の電気的等価回路図。
【図10】感光体の表面電位の特性を示す図である。
【符号の説明】
1…ある幅を持つ潜像、2…露光部、2a…露光部電
位、3…非露光部、3a…非露光部電位、4…境界領域
の幅、5…帯電器、6…露光器、7…現像器、8…転写
器、9…イレーズランプ、10…クリーナ、11…感光
体ドラム、12…静電潜像出力装置、13…解像度算出
部、14…画像記録制御部、15…定着器、16…給紙
トレー、17…排紙トレー、18…制御信号、19…解
像度出力、20…解像度出力指令、21…感光体位置検
知信号、22…画像記録装置の解像度出力制御部、23
…解像度算出回路、24…データメモリ、25…A/D
変換器、26…位置センサ、27…感光体評価装置の解
像度出力制御部、28…露光後の経過時間と境界領域の
幅の関係の実測データ、29…解像度限界、30…露光
後の経過時間と境界領域の幅との計算上の理想直線、3
1…コンピュータ(制御装置)、32…画像記録装置、
33…モデム,34…プリンター管理用の中央制御装置
(CPU)、35…専用回線、36…電話回線、40…
記録紙受け皿、46…微動装置、50…バネ、55…記
録紙(カット紙)、60…搬送ローラ、65…記録紙ピ
ックローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−81380(JP,A) 特開 昭61−95380(JP,A) 特開 昭55−4578(JP,A) 特開 昭62−196690(JP,A) 特開 昭63−301082(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/60 G03G 15/04 - 15/05 G03G 21/00 510 - 512 H04N 1/29 G01R 29/24

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】感光体の表面を帯電し、露光により光を照
    射する露光部と光を照射しない非露光部とが隣接するよ
    うに感光体の表面に静電潜像を形成して前記露光部と前
    記非露光部と間の電位が変化する境界領域の幅を静電
    潜像の分解能として出力することを特徴とする静電潜像
    の分解能出力方法。
  2. 【請求項2】前記境界領域の幅は、前記露光部の電位と
    前記非露光部の電位との電位差の10%及び90%に達
    する電位の2点間の幅であることを特徴とする請求項1
    記載の静電潜像の分解能出力方法。
  3. 【請求項3】感光体の表面を帯電し、露光により光を照
    射する露光部と光を照射しない非露光部とが隣接するよ
    うに感光体の表面に静電潜像を形成して前記露光部と前
    記非露光部と間の電位が変化する境界領域の幅Wに基
    づいて、次式によって静電潜像の解像度Rを算出し、分
    解能として出力することを特徴とする静電潜像の分解能
    出力方法。 【数1】 R=KW …(数1) ただし、K:Wを定めた条件における比例定数
  4. 【請求項4】感光体の表面を帯電し、露光により光を照
    射する露光部と光を照射しない非露光部とが隣接するよ
    うに感光体の表面に静電潜像を形成して、露光後特定の
    時間経過時の前記露光部と前記非露光部と間の電位が
    変化する領域の幅または、その時間的変化率を静電潜像
    の分解能として出力することを特徴とする静電潜像の分
    解能出力方法。
  5. 【請求項5】感光体表面を一様に帯電する帯電手段と、
    光を照射する露光部と光を照射しない非露光部とが隣接
    するように感光体の表面に静電潜像を形成する潜像形成
    手段と、前記露光部と前記非露光部との間の電位が変化
    する境界領域の幅、またはその時間的変化率を静電潜像
    の分解能として出力する分解能出力手段と、前記分解能
    出力手段の出力に基づいて感光体の分解能を決定また
    は、算出する分解能決定手段とを備えることを特徴とす
    る電子写真記録装置。
  6. 【請求項6】感光体が所定の分解能に回復するまで稼働
    を停止することを特徴とする請求項5記載の電子写真記
    録装置。
  7. 【請求項7】感光体表面を研磨ないし清掃する手段を備
    え、感光体の解像度を規定値以上に回復させることを特
    徴とする請求項5記載の電子写真記録装置。
  8. 【請求項8】感光体の膜厚を検出する膜厚検出手段を備
    え、前記膜厚検出手段によって検出された膜厚が規定値
    以下であることにより、感光体の交換信号を発生するこ
    とを特徴とする請求項5記載の電子写真記録装置。
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