JP3466943B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JP3466943B2 JP37601398A JP37601398A JP3466943B2 JP 3466943 B2 JP3466943 B2 JP 3466943B2 JP 37601398 A JP37601398 A JP 37601398A JP 37601398 A JP37601398 A JP 37601398A JP 3466943 B2 JP3466943 B2 JP 3466943B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複写機ある
いはプリンタなどとされる電子写真方式の画像形成装置
に関する。 【0002】 【従来の技術】電子写真方式のフルカラープリンタ、フ
ルカラー複写機として様々な構成のものが提案されてい
るが、装置の小型化や、各色の現像装置の共通化という
観点では、潜像担持体としての感光ドラムを共通とし、
各現像装置を機構的に移動させて感光ドラムに順次対向
させる方式が有利である。また、現像装置の移動手法に
関しては、大きく分けてスライド型と回転型のものがあ
るが、現像装置を回転体に収容し、その回転体の回転に
よって現像装置を移動させる方式を用いたものは、例え
ば直線方向に現像装置をスライドさせるものに比べ、移
動用のスペースを確保する必要がなくなり、装置の小型
化により有利である。 【0003】このような回転体方式の現像装置を用いた
フルカラー画像形成装置の一例を図8に示す。 【0004】図8において、フルカラー画像形成装置
は、感光ドラム128が矢印方向に回転可能に設けら
れ、その周りには、一次帯電器121、現像装置102
Y、102M、102Cが収容された回転体106、転
写帯電器123、およびクリーニング装置126などが
配置されている。 【0005】感光ドラム128は一次帯電器121によ
って一様に帯電され、露光手段であるレーザー122に
よってイエローの静電潜像が形成される。イエローの静
電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置102Y
によってトナー像として可視像化される。 【0006】このトナー像を転写紙搬送シート127
担持搬送されてきた転写紙124に転写帯電器123の
作用により転写する。感光ドラム128上の転写残トナ
ーはクリーニング装置126により除去する。 【0007】上記の工程をマゼンタおよびシアンについ
て行うことによって転写紙124上に3色のトナー像を
重ねて形成し、定着装置125にて定着することによ
り、永久画像を得る。 【0008】ここで、現像装置102Y、102M、1
02Cについて説明する。各現像装置は同様の構成を備
えており、現像装置102Y、102M、102Cは、
非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤を収
容し、現像剤搬送手段としての現像スリーブ105Y、
105M、105Cをそれぞれ有している。 【0009】また、現像装置102Y、102M、10
2Cはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアンのトナーを
収容している。更にこれらの現像装置102Y、102
M、102Cは回転体106に収容されており、回転体
106の回転によって順次感光ドラム128と対向す
る。 【0010】非磁性材料で構成された現像スリーブ10
5Y、105M、105Cは回転可能であり、内部に磁
石を有する。現像スリーブ105Y、105M、105
Cは二成分現像剤を、回転力と磁石の磁力によって現像
領域に担持搬送し、感光ドラム128と対向する現像領
域で現像剤を感光ドラム128に供給し、感光ドラム1
28上に形成されている静電潜像を現像する。 【0011】画像形成によりトナーが消費されると、2
成分現像剤のトナー濃度が低下し、画像濃度が低下す
る。このため、本例のような2成分現像剤を用いた現像
装置においては、2成分現像剤のトナー濃度を検知し、
適量のトナーを補給する機構が用いられている。 【0012】しかしここで、トナー濃度の検知方法とし
て一般的な二成分現像剤自体の物理特性変化、例えば反
射濃度の変化や透磁率の変化を検知する方法を用いよう
とした場合、それらの検出装置を各現像装置それぞれに
配設したり、各検出装置からの電気信号、あるいは光信
号を回転体106外へと通信する手段を配設したりする
ことが必要となり、コスト的/スペース的に不利な方向
である。 【0013】そこで、回転体式の現像装置を用いた画像
形成装置において、2成分現像剤のトナー濃度を検知す
る手段としては、感光ドラム128上の基準潜像を現像
してトナーパッチを形成し、そのトナーパッチの反射濃
度を光センサ(反射光測定装置)101によって検知す
る方法が用いられる。これはトナー濃度の低下により感
光ドラム128上の潜像への現像特性が変化することを
利用したものである。基準潜像の形成方法はさまざまで
あるが、デジタル方式の画像形成装置では画像露光手段
であるレーザー、LEDなどの露光装置で所定の露光を
行うことによって基準潜像の形成を行うのが一般的であ
る。 【0014】このような方式においては、検知の対象が
あくまでも感光ドラム128上に現像されたトナーの付
着量であるから、正確にいえばトナー濃度を直接制御し
ているわけではない。実際、周囲の温湿度の変化や、二
成分現像剤の長期使用など、トナー濃度変化以外の要因
によるトナーパッチの反射濃度変動があれば、実際の二
成分現像剤のトナー濃度は、その他の変動要因を吸収す
る形で、ある範囲内でふれることになる。しかし、二成
分現像剤のトナー濃度は常に一定である必要はなく、初
期の中心値に対し所定の範囲内でふれている程度であれ
ば、階調制御などの補助手段を用いることで、大きな不
具合を起こすことなく画像を出力することは可能であ
る。 【0015】本例の画像形成装置では、感光ドラム12
8上に、トナー濃度制御用のトナーパッチとは別に露光
量を数段階変えた複数の階調パッチを形成し、その反射
濃度の検知結果を元に、画像濃度に対する発光素子の露
光量制御信号のテーブルを修整することで、階調制御を
行い、出力画像の濃度を安定させている。 【0016】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のようにトナー濃度を一定の範囲に収めることは、
極端に高湿または低湿の環境など、また、画像1枚当た
りの使用トナー量が、画像比率にして1〜2%と極端に
少ない場合や、逆に極端に多い場合などで、非常に長期
にわたって現像剤を使用し続けることなどによって現像
能力の変動が大きくなるに従い、困難になっていく。 【0017】更には、トナーパッチを現像するための基
準潜像の条件も、画像形成装置の長期使用に従い感光ド
ラム128の劣化などの要因で変動していく。このよう
なさまざまな要因によってトナーパッチの濃度が大きく
ふれ始めるようになると、それらの変動はトナー濃度制
御にとっては過剰な負荷となり、トナー濃度が予想され
た一定の範囲に収まりきらなくなる場合があった。 【0018】そしてその結果、トナー濃度過剰による画
像上の白地かぶり、機内飛散や、逆にトナー濃度の低下
による画像濃度薄、キャリア過剰による画像上の磁気ブ
ラシ摺擦跡、さらには感光ドラム128へのキャリア付
着などの不具合を引き起こすことがあった。 【0019】従って、本発明の目的は、装置の小型化に
有利な回転体式の現像装置を用いる際に問題となってい
たトナー濃度の変動を抑制し、白地かぶり、機内飛散、
画像濃度薄、画像上の磁気ブラシ摺擦跡、キャリア付着
の発生を防止し、長期に亘って安定した高品質画像を得
ることができる、簡易な構成の画像形成装置を提供する
ことである。 【0020】 【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像剤を担持し
て前記像担持体との対向部へ搬送する現像剤担持体が設
けられ前記像担持体上の静電潜像を現像する現像装置
と、前記現像装置を複数保持し前記対向部を含む経路で
回転する回転体と、を有する画像形成装置において、前
記像担持体と前記回転体間に形成される間隙部であって
前記対向部よりも前記像担持体の移動方向下流側に設け
られ、各現像剤担持体に担持された現像剤からの反射光
と前記像担持体上に形成されたトナー像からの反射光と
を受光可能に構成された光センサを有することを特徴と
する画像形成装置である。 【0021】 【0022】 【0023】 【0024】 【0025】 【0026】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置
を図面に則して更に詳しく説明する。 【0027】実施例1 本発明の第1実施例について図1〜図6により説明す
る。まず、図1により、画像形成装置全体の動作につい
て説明する。 【0028】図1において、回転体6にはイエロー、マ
ゼンタ、シアンのトナーをそれぞれ収容した現像装置2
Y、2M、2Cが収容されており、回転体6の回転によ
って前述の3つの現像装置2のうち一つを潜像担持体で
ある感光ドラム28に対向させる。 【0029】感光ドラム28は回動自在に設けられてお
り、その感光ドラム28を一次帯電器21で一様に帯電
し、露光手段であるレーザー22によって露光量をさだ
められた光で露光して、最初にイエローの静電潜像を形
成する。このイエローのトナーを収容した現像装置2Y
を用いて、後述のような工程により感光ドラム28上に
トナー像として可視像化する。 【0030】つぎにその可視像を、転写帯電器23によ
って、転写紙搬送シート27によって担持搬送されてき
た転写紙24に転写する。感光ドラム28上の転写残ト
ナーはクリーニング装置26により除去する。 【0031】こうしてクリーニングされた感光ドラム2
8を、再び一次帯電器21で帯電し、レーザー22で露
光し、マゼンタの静電潜像を形成する。この静電潜像が
現像領域を通過するときには、回転体6の回転によって
マゼンタのトナーを収容した現像装置2Mが感光ドラム
28と対向しているので、これを用いてマゼンタの静電
潜像を現像し、マゼンタのトナー像を得る。このトナー
像を先にイエローのトナー像を転写した転写紙24に重
ねて転写する。 【0032】このようにして順次転写紙24上にイエロ
ー、マゼンタ、シアンのトナー像を形成した後、さらに
定着装置25によって定着しフルカラー画像を得る。 【0033】それぞれの動作タイミング、制御、またセ
ンサー類などからの信号の読み込みなどは、制御装置3
0によって行われる。 【0034】つぎに現像装置2Y、2M、2Cについて
説明する。なお、各現像装置は同様の構成および機能を
備えているので、イエロー用の現像装置2Yを例にして
説明する。 【0035】非磁性材料で構成された現像スリーブ5Y
は回転可能であり、回転体6が回転して静電潜像を現像
する位置にきたときに、感光ドラム28と対向する。現
像スリーブ5Yの内部には磁石が内蔵されていて、二成
分現像剤を、回転力と磁石の磁力によって現像領域に担
持搬送し、感光ドラム8と対向する現像領域で現像剤を
感光ドラム28に供給し、感光ドラム28上に形成され
ている静電潜像を現像する。 【0036】現像装置2Yと感光ドラム28の対向する
領域より感光ドラム回転方向の下流側には、感光ドラム
28に対向して光センサ(反射光測定装置)1が配置さ
れている。この光センサ1は、感光ドラム28上の基準
潜像を現像して形成されたトナーパッチの反射濃度を検
知することでトナー濃度を所定の範囲に制御するととも
に、トナー濃度制御用のトナーパッチとは別に、露光量
を数段階変えて形成された複数の階調パッチの反射濃度
を検知し、画像情報に対する発光素子の露光量制御信号
のルックアップテーブルを修正する目的に用いられる。 【0037】ここで、トナー濃度制御用のトナーパッチ
の信号を検知してトナー補給に至る動作を詳しく説明す
る。 【0038】基準潜像は、感光ドラム28を一次帯電器
21にて所定の電位に帯電し、レーザー22によって所
定の露光をすることで形成され、現像装置2にて現像さ
れる。このようにして形成されたトナーパッチが光セ
ンサ1の対向部にやってくると、図2に示すように、光
センサ1内の発光素子1aから発せられた波長960n
m程度の光がトナーパッチによって反射され、光セン
サ1内の受光素子1bへと達し、出力電圧Vを得る。本
実施例では波長960nmの光に対し、各色のトナーの
反射率の方が感光ドラム28表面の反射率よりも高いの
で、トナー付着量が多いほど反射光は増加し、Vは大き
くなる。すなわち、Vが大きければトナー濃度は大き
く、逆にVが小さければトナー濃度が小さいと考えられ
る。 【0039】光センサ1の出力電圧VはA/Dコンバー
ター29によってデジタル信号へと変換され、制御装置
30へと送られる。 【0040】制御装置30は、現像剤が初期の状態での
出力電圧Vの値V0を記憶しており、毎回の出力電圧V
1との差分ΔVを計算する。このΔVを、図3に示すよ
うなトナー濃度テーブルによってトナー補給スクリュー
4Yの作動時間tに換算する。このように計算された作
動時間tだけ、図1に示すトナー補給スクリュー4Yを
作動させることで、必要とする量のトナーがトナー補給
槽3Yから現像装置2Yへと補給される。 【0041】つぎに、階調パッチの反射濃度を検知し、
画像情報に対する発光素子の露光量制御信号のテーブル
を修正する階調補正シーケンスについて説明する。 【0042】本実施例のような画像形成装置では、入力
された画像情報信号に対し直線的に露光量を変化させる
だけでは、入力画像情報と出力される画像の濃度は直線
的に対応しない。本実施例では、これを補正するため
に、入力された画像情報信号に対し露光量を定めるため
の、図4に示すようなルックアップテーブルを用意して
いる。このルックアップアップテーブルは、画像形成装
置が初期の状態で、入力画像情報と出力される画像の濃
度が直線的に対応するように定められている。 【0043】図5に示すように、画像情報は256段階
のデジタル信号として入力される。制御装置30の一部
である露光量制御装置30aによってこの情報をルック
アップテーブル30bおよび後述するような補正曲線3
0cを通し、256段階の露光量制御信号を作成する。 【0044】現像剤や感光ドラム28の耐久変化などに
より画像形成装置の特性が変化し、初期に設定したルッ
クアップテーブルのままでは、入力画像情報と出力され
る画像の濃度が直線的に対応しなくなってくる。そこ
で、ユーザーあるいはサービスマンの指示、あるいは一
定枚数間隔、一定時間間隔、電源投入時、などに以下で
説明するような階調補正シーケンスを行うことで、入力
画像情報と出力される画像の濃度が直線的に対応するよ
うに補正する。 【0045】階調補正シーケンスは以下のように行われ
る。 【0046】動作開始の指示を受けると、制御装置30
は感光ドラム28上に所定の露光量の潜像をいくつか形
成する。本実施例では、露光量制御信号として32レベ
ル、64レベル、128レベル、255レベルの信号で
各潜像を形成する。その後静電潜像を現像し階調パッチ
を形成し、トナー補給シーケンスで説明したような読み
込み動作にて、光センサ1によって各階調パッチの反射
濃度を読み取る。制御装置30には画像形成装置が初期
の状態で各パッチの反射濃度読み込み値が記憶されてお
り、今回読み込んだ数値と比較することで補正曲線を決
定する。そして、画像形成時には、前述したように、画
像情報をルックアップテーブル30bおよび作成された
補正曲線30cを通し、露光量制御信号を作成する。 【0047】本実施例ではこのようにして、耐久などに
より画像形成装置の特性が変化しても、入力画像情報と
出力される画像の濃度が常に直線的に対応するようにし
ている。 【0048】つぎに図6によって、本発明による画像形
成装置の特徴部分について説明する。図6には、本実施
例の光センサ1とその近傍が示されている。 【0049】光センサ1はP点を中心として回転し、感
光ドラム28に対向する位置Aと、回転体6に対向する
位置Bを選択することができる。すなわち、感光ドラム
28に対向する位置Aでは感光ドラム28上に形成され
たトナーパッチTの反射濃度を測定することができ、ま
た回転体6に対向する位置Bでは、回転体6の回転によ
り光センサ1と現像スリーブ5を対向させることで、現
像スリーブ5上に担持された現像剤の反射濃度を測定す
ることができる。 【0050】光センサ1によって現像スリーブ5上に担
持された現像剤の反射濃度を測定することで、感光ドラ
ム28上でトナーパッチTの反射濃度の測定をするより
も正確にトナー濃度を測定することができる。 【0051】現像スリーブ5上の現像剤の反射濃度は、
トナー補給シーケンスの説明で明らかなような工程で光
センサ1によって測定され、光センサ1の出力電圧wは
A/Dコンバータ29を通じて制御装置30に読み込ま
れる(図2参照)。制御装置30には現像剤が初期の状
態での出力電圧w0が記憶されており、出力電圧wと初
期出力電圧w0の差分値Δwをとって比較することによ
り、現像剤の初期トナー濃度に対する変化量を検知する
ことができる。 【0052】本実施例では、以上で説明したような現像
スリーブ5上の現像剤のトナー濃度変化の検知を行い、
Δwが所定の範囲の数値であるかどうかを判断すること
で、トナー濃度の変動が正常な範囲にあるかどうかを判
断する。そして、異常と判断された場合には、現像剤の
交換を促すメッセージを画像形成装置本体上へ表示した
り、トナー補給テーブルを補正するなどしてトナー濃度
を正常な範囲内に近づける方向に制御したりすることが
できる。 【0053】トナー濃度を正常な範囲内に近づける方向
に制御する方法として、本実施例では光センサ1による
トナーパッチの反射濃度の初期値V0の代わりに、V0
に調整値αを加えた値V0’(=V0+α)を使用する
方法をとっている。すなわち、Δwによって現像剤のト
ナー濃度が大きすぎると判断された場合には、αを正の
値にすることでトナー補給スクリューの作動時間tを短
くし、トナー濃度を低くする。また、逆に、トナー濃度
が小さすぎると判断された場合には、αを負の値にする
ことでトナー補給スクリュー4の作動時間tを長くし、
トナー濃度を高くする。 【0054】なお、その他の方法としては、基準潜像の
露光量を適度に補正したり、あるいはトナー補給テーブ
ルの傾きを変更したりする方法などがある。 【0055】上記のように、本実施例の画像形成装置に
よれば、感光ドラム28上のトナーパッチTの反射濃度
を検知する光センサ1を、現像スリーブ上の2成分現像
剤の反射濃度を検知するセンサとしても利用することに
より、簡易な構成で二成分現像剤のトナー濃度の変動を
抑制し、白地かぶり、機内飛散、画像濃度薄、画像上の
磁気ブラシ摺擦跡、キャリア付着などの不具合を防止す
ることができる。 【0056】また、本実施例では耐久などによる画像形
成装置の濃度特性を修正する手段としてルックアップテ
ーブルのみを補正する方式を示したが、その他の画像形
成条件、例えば一次帯電器21による感光ドラム28の
帯電量などを制御してもよい。 【0057】実施例2 つぎに、本発明の第2実施例について図7により説明す
る。 【0058】本実施例の光センサ1は、第1実施例によ
る光センサ1と同様に、波長960nm程度の光を発光
する発光素子1aと、その光を受光し所定の電圧を出力
する受光素子1bを内蔵しており、さらに回転可能なミ
ラー1cを内蔵している。ミラー1cを図7(a)に示
す向きにすると、発光素子1aからの光は感光ドラム2
8側で反射し、受光素子1bへと達する。また、回転体
6の回転によって現像スリーブ5が図7に示す位置にあ
るとき、ミラー1cを図7(b)に示す向きにすると、
受光素子1aからの光は現像スリーブ5側で反射し、受
光素子1bへと達する。 【0059】このような機構によって、第1実施例と同
様に、感光ドラム28上に形成されたトナーパッチある
いは階調パッチの反射濃度と、現像スリーブ5上に担持
された現像剤の反射濃度とを、一つのセンサで測定する
ことができる。 【0060】つぎに、本実施例におけるトナー補給シー
ケンスを詳しく説明する。 【0061】本実施例ではトナー補給時間を決定するた
めの測定値として、現像スリーブ5上の現像剤の反射濃
度を利用する。出力画像のための潜像を現像し終わった
現像装置2は、回転体6の回転によって光センサ1と対
向する位置に移動する。このとき、ミラー1cは図7
(b)の向きであり、発光素子1aからの光は現像スリ
ーブ5側で反射し、受光素子1bへと達する。このよう
にして得られた出力電圧VをA/Dコンバータ29によ
ってデジタル信号信号へと変換し、制御装置30内で現
像剤が初期の状態であるときの値と比較し、第1実施例
のトナー補給テーブルのような補給テーブルによって作
動時間t’を決定する。このように計算された作動時間
t’だけトナー補給スクリュー4を作動させることによ
って、必要とする量のトナーがトナー補給槽3から現像
装置2へと補給される。 【0062】このようにして、画像形成装置の動作中の
現像剤のトナー濃度を一定に保つ。また、ミラー1cを
図7(a)の向きにすることで第1実施例と同様の階調
補正シーケンスを行い、出力画像の濃度を適正化する。 【0063】上記のように本実施例において、第1実施
例と同様の効果を得ることができる。 【0064】なお、上記第1および第2実施例により本
発明の画像形成装置における構成と動作について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明
の範囲の中で種々の構成をとることができる。 【0065】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像
剤を担持して像担持体との対向部へ搬送する現像剤担持
体が設けられ像担持体上の静電潜像を現像する現像装置
と、現像装置を複数保持し対向部を含む経路で回転する
回転体と、を有する画像形成装置は、像担持体と回転体
間に形成される間隙部であって対向部よりも像担持体の
移動方向下流側に設けられ、各現像剤担持体に担持され
た現像剤からの反射光と像担持体上に形成されたトナー
像からの反射光とを受光可能に構成された光センサを有
する構成とされるので、画像形成装置の簡易化、小型
化、コストダウンを高レベルで達成することができ、し
かも、トナー濃度の変動を抑制し、白地かぶり、機内飛
散、画像濃度薄、画像上の磁気ブラシ摺擦跡、キャリア
付着の発生を防止し、長期に亘って安定した高品質画像
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1実施例による画像形成装置を示す
概略構成図である。 【図2】本発明の第1実施例による画像形成装置の光セ
ンサを示す概略構成図である。 【図3】本発明の第1実施例による画像形成装置のトナ
ー補給テーブルを示す説明図である。 【図4】本発明の第1実施例による画像形成装置のルッ
クアップテーブルを示す説明図である。 【図5】本発明の第1実施例による画像形成装置の画像
情報信号の処理を説明するための説明図である。 【図6】本発明の第1実施例による画像形成装置の光セ
ンサの動作を示す概略構成図である。 【図7】本発明の第2実施例による光センサのミラーの
動作を説明するための概略構成図である。 【図8】従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図で
ある。 【符号の説明】 1 光センサ(反射光測定装置) 1a 発光素子 1b 受光素子 1c ミラー 2 現像装置 4 トナー補給スクリュー(トナー補給手段) 5 現像スリーブ(現像剤担持体) 6 回転体 28 感光ドラム(潜像担持体) 30 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/00 303 G03G 21/00 370 - 540 G03G 15/08 - 15/08 507

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 像担持体と、トナー及びキャリアを含む
    現像剤を担持して前記像担持体との対向部へ搬送する現
    像剤担持体が設けられ前記像担持体上の静電潜像を現像
    する現像装置と、前記現像装置を複数保持し前記対向部
    を含む経路で回転する回転体と、を有する画像形成装置
    において、 前記像担持体と前記回転体間に形成される間隙部であっ
    て前記対向部よりも前記像担持体の移動方向下流側に設
    けられ、各現像剤担持体に担持された現像剤からの反射
    光と前記像担持体上に形成されたトナー像からの反射光
    とを受光可能に構成された光センサを有することを特徴
    とする画像形成装置。
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