JP4677736B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジの製造精度に起因する画質不具合の発生を解消あるいは防止するための技術、特に、プロセスカートリッジに組み込んだICチップを利用して行う技術に関する。
画像形成装置においては、高品質な印刷画像を形成するために、高精度な部品精度や組立精度が求められている。画像形成過程の一部は、しばしば、着脱可能なプロセスカートリッジを用いて行っている。
なお、プロセスカートリッジに取り付けられた記憶装置から、プロセスカートリッジに関する情報を取得して、最適な画像を得るための制御を行う画像形成装置が知られている。下記特許文献1にはトナーの色彩、極性、帯電量レベル等の情報を取得する技術が、下記特許文献2,3には感光体ドラムの感度情報を取得する技術が、下記特許文献4には、感光体ドラムや組み立てに関する情報を取得する手段が示されている。
特開平02−072381号公報 特開平05−002301号公報 特開平10−039723号公報 特開昭58−132758号公報
画像形成時における用紙幅方向の画質ムラの発生を避けるためには、用紙幅方向(主走査方向)における組立公差を小さく設定する必要があり、プロセスカートリッジの製造を困難なものとしている。また、プロセスカートリッジを交換する度に、濃度の中央値の変化や用紙幅方向の傾斜が変化する問題があった。
なお、上記特許文献1乃至4においては、取得した特性値はそのユニットの平均的な状態を示しているだけであり、画像形成装置は帯電量や露光量を平均的に調整できるに過ぎない。
本発明の目的は、画像形成装置において用紙幅方向の画質調整を容易に実施可能とすることにある。
本発明の別の目的は、画像形成装置において用いられるプロセスカートリッジの設計公差の緩和を可能とすることにある。
本発明のさらに別の目的は、各プロセスカートリッジに固有な特性情報をICチップに格納し、画像形成装置において利用することにある。
本発明のプロセスカートリッジは、搬送される用紙に画像データに基づいて実画像を形成する画像形成装置に対して装着されるプロセスカートリッジにおいて、用紙搬送方向と直交する用紙幅方向に少なくとも用紙幅にわたって対向配置された一対の構成体を少なくとも一つ含み、この配置関係を利用して用紙幅方向に対し実画像の形成過程に係る物理的処理を行う物理的処理部と、用紙幅方向の配置位置についてのデータまたはそのデータを加工したデータである特性情報を記憶したICチップと、を備える。
画像形成装置は、画像データに基づいて実画像としての印刷画像を用紙(紙以外のシート状の素材を含む)上に形成する装置である。画像形成は、典型的には搬送される用紙に対して電子写真の方式によって行われる。もちろん、物理的処理部の特性等が適合するのであれば、インクジェット方式やオフセット方式等の他の方式によって行われてもよい。また、形成する実画像は、カラーであってもモノクロであってもよい。
この画像形成装置においては、プロセスカートリッジ、すなわち実画像の形成過程の一部を担う着脱可能なカートリッジが用いられる。プロセスカートリッジは、用紙搬送方向(副走査方向)と直交する用紙幅方向(主走査方向)に用紙幅以上の長さにわたって対向配置された一対の構成体を少なくとも一つ含む。そして、この位置関係を利用して、実画像の形成過程に係る物理的処理を行う。ここで、物理的処理とは、力学的作用、電磁気学的作用、量子力学的作用等を通じて現象面での変化を及ぼす処理のことであり、ソフトウエア的な演算処理とは異なる処理を指している。また、対向配置とは、用紙幅以上にわたってほぼ同じ相対位置に配置されることを指しており、両者の接触・非接触は問わない。対向配置における位置関係は、物理的処理を行う上で、対象物の位置決め精度の観点からも、対象物へ与える作用効果の大小の観点からも重要である。
プロセスカートリッジにはICチップが備え付けられ、用紙幅方向の位置関係に基づいて作成される特性情報が記憶されている。一般に配置位置が異なると、物理処理の効果、そして画質に違いが現れる。このため、配置位置は平均的な意味で設定された間隔に保つ必要がある他、用紙幅方向の各箇所においても設定に従っていることが望ましい。しかし、製造過程におけるこのような高精度の調整は一般にコスト高の要因となってしまう。また、配置位置の調整に比べ画像形成装置側でのソフトウエア的な調整が容易である。そこで、ICタグ等(RFIDタグ)等のICチップに対し、用紙幅方向の配置位置に係る特性情報を付与し、画像形成装置等においてその特性情報を取得しうるように構成した。ICタグは、記憶部を含むICチップ(集積回路)、及び、アンテナを備えた小装置である。ICタグに対しては、電波を通じて少なくともその記憶情報を読み取ることができる。特性情報を事後的に記憶させるため、電波を通じてその記憶部に対し書き込みを行えることが特に望ましい。なお、この構成は有線方式によっても実現可能である。すなわち、有線方式ICチップの端子部と画像形成装置の側の端子部とを接触させて有線方式により通信を行うようにしてもよい。
特性情報とは、用紙幅方向の配置位置を直接的に表現(例えば距離、角度、グリッド数等を用いて表現)あるいは間接的に表現(例えば電圧や接触箇所の圧力等、位置とは直接は関連しない表現)した情報であり、用紙幅方向の二点の比較等により相対的に表現されていても、各点において他点に依存しない形式で絶対的に表現されてもよい。特に、特性情報は、前記一対の構成体同士の隙間間隔の前記用紙幅方向に沿った傾斜を表す情報である。一対の構成体が複数ある場合には、通常はおのおのについて単独で特性情報を生成するが、画像形成装置の側で利用可能であれば複数の情報を合成して特性情報を生成してもよい。特性情報は、用紙幅方向については、少なくとも二点(一点と一つの角度を用いた表現でもよい)についての配置位置に係る情報を含む。ただし、精度の向上、あるいは、曲線的変化の把握する場合には、三点以上についての配置位置に係る情報を含むようにすればよい。
この構成によれば、画像形成装置の側では、ICチップを通じて、用紙幅方向の配置位置に係る特性情報を取得することができる。したがって、画像形成装置の側では、配置位置の差異に起因した物理的処理の不均質等の不具合を解消するための処理を行うことが可能となり、画質の向上を図ることができる。また、プロセスカートリッジの製造段階等においては、配置位置についての必要公差を緩めることが可能となるなどの利点もある。
望ましくは、本発明のプロセスカートリッジにおいて、前記対向配置された一対の構成体には、感光体ドラム、及び、感光体ドラムを物理的処理により帯電させる帯電器、感光体ドラム、及び、帯電した感光体ドラムに形成された静電潜像を物理的処理により現像剤で現像し現像画像を得る現像ロール、感光体ドラム、及び、現像画像を物理的処理により用紙または中間転写体に転写する転写器、現像ロール、及び、現像ロールに与える現像剤量を物理的処理により決定する現像剤トリミングバー、からなる各一対の構成体のいずれかが含まれる。すなわち、画像形成装置は、電子写真方式に基づいて画像形成を行う。電子写真方式では、近年、非常に高画質な画像形成処理が求められており、対応して必要なプロセスカートリッジの製造において許容される公差も極めて小さなものとなっている。したがって、本発明を適用し、一層の高画質化と必要公差の緩和を図る利点がある。
望ましくは、本発明のプロセスカートリッジにおいて、前記一対の構成体は少なくとも用紙幅にわたって隙間を空けて対向配置され、前記物理的処理部はこの隙間を利用して物理的処理を行い、前記特性情報は、用紙幅方向の隙間間隔についてのデータまたはそのデータを加工したデータである。すなわち、一対の構成体は設計に従って所定の間隔を空けて配置され、この隙間部分を用いて画像形成に係る物理的処理を行う。したがって、ICチップにはこの隙間間隔に係る情報が特性情報として記憶される。
望ましくは、本発明のプロセスカートリッジにおいて、前記特性情報は、用紙幅方向の少なくとも二点における前記配置関係についての情報である。例えば、製品製造段階等においてなされる検査の測定値を直接的に入力することなどで実施できる。画像形成装置の側で画質調整をする場合には、特性情報から画質調整量を算出するための変換テーブル等を設ければよい。
あるいは、本発明のプロセスカートリッジにおいて、前記特性情報は、前記物理的処理の用紙幅方向の調整推奨量に係る情報であってもよい。すなわち、測定検査により得られた配置位置についての情報が、画像形成装置の側で扱いやすいように加工される。例えば、画像形成装置の側で用いる画質調整のための信号に変換する加工例を挙げることができる。例えば、画像形成処理装置の側で画質の補正のために調整する際に用いる電圧値やパラメータ値などを特性情報として与えることは有効である。画像形成装置の機種毎に調整パラメータ等が異なる場合には、画像形成装置の機種毎に加工した情報を記憶させてもよい。これにより画像形成装置の側で調整値を算出するための構成を簡単化あるいは省略化することが可能となる。
本発明の画像形成装置は、前記プロセスカートリッジを装着する前記画像形成装置であって、帯電した感光体ドラムに対し露光処理を行って実画像の潜像を形成する静電露光手段と、装着された前記プロセスカートリッジのICチップから前記特性情報を取得する取得手段と、取得した特性情報に応じて静電露光手段の露光処理の調整を行う調整手段と、を備え、前記物理的処理は、前記静電露光手段による前記感光体ドラムへの露光であり、前記調整手段は、前記特性情報に基づき、前記静電露光手段による露光量を、前記静電露光手段と前記感光体ドラムとの隙間間隔の前記用紙幅方向に沿った傾斜に応じて調整する。露光処理の調整としては、露光強度、露光時間(ビームのON/OFFの時間配分の変化である。例えば、ノミナルの露光スポットが円である場合には主走査方向の軸長さが変化して楕円となる。LEDの場合には点灯時間を変化させて副走査方向の長さを変えるものであってもよい)、露光範囲(ビーム径を変化させる。LEDの場合にはビーム径が固定されて変化させられないものもある)などの調整を挙げることができる。これにより、感光体ドラムに形成される実画像の潜像の濃度等を変更することが可能となる。そして、物理的処理における配置位置の差異の効果と合わさって、画質向上を実現することになる。なお、画像形成装置には、必要に応じて、特性情報から露光処理量に変換するための対応テーブル等が設けられる。
望ましくは、本発明の画像形成装置において、前記静電露光手段は、レーザービーム露光方式またはLED露光方式で露光を行う。本発明は、特性情報に基づき、この調整を行うことで画質の一層の向上を目指すものである。
本発明の制御装置は、前記プロセスカートリッジを装着する前記画像形成装置に対して制御を行う制御装置であって、前記画像形成装置は、帯電した感光体ドラムに対し露光処理を行って実画像の潜像を形成する静電露光手段を備え、当該制御装置は、前記プロセスカートリッジが記憶する前記特性情報を取得する取得手段と、取得した特性情報に応じて、前記画像形成装置に対し、静電露光手段の露光処理の調整指令を行う指令手段と、を備え、前記物理的処理は、前記静電露光手段による前記感光体ドラムへの露光であり、前記指令手段は、前記特性情報に基づき、前記静電露光手段による露光量が前記静電露光手段と前記感光体ドラムとの隙間間隔の前記用紙幅方向に沿った傾斜に応じて調整されるように調整指令を行う
制御装置は、画像形成装置とは別筐体からなるPC(パーソナルコンピュータ)等のハードウエアを利用して構成されてもよいし、画像形成装置と同じ筐体内にASIC(特定用途向け集積回路)等のハードウエアを利用して構成されてもよい。これらのハードウエアの動作は、プログラム(ソフトウエア)によって規定される。このため、制御装置の発明は、プログラムの発明あるいは制御装置が実施する方法の発明として記載することも可能である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本実施の形態に係る画像形成装置10の概略構成を示す図である。画像形成装置10は、プリンタ、コピー機、ファクシミリ等の装置であり、用紙に対し印刷画像を形成する機能を備えている。画像形成装置10には、必要に応じて、ユーザ入力部、ディスプレイ部、ネットワーク接続部等が設けられているが、ここではこうした一般的な構成の説明は省略する。
画像形成装置10の主たる構成としては、プロセスカートリッジ20、用紙収納部100、用紙搬送路102、リード/ライタ104、制御部106、変換テーブル108、静電露光部110がある。
プロセスカートリッジ20は、画像形成装置10に装着され、画像形成に用いられるユニットである。また、用紙収納部100は、A4やB5などの複数のサイズの用紙を収納するための構成であり、収納された用紙は用紙搬送路102を通じてプロセスカートリッジ20に搬送される。リード/ライタ104は、後で説明するプロセスカートリッジ20に組み込まれたICタグと無線通信を行うための構成である。このリード/ライタ104は、プロセスカートリッジ20が装着された場合に、ICタグが記憶する特性情報等を取得して制御部106に送信する。
制御部106は、画像形成装置10を制御するための装置であり、例えば、ユーザ等から画像データとともに画像処理指令信号を受信した場合には、各構成を有機的に駆動させ画像形成を行わせる。このため制御部106は、プロセスカートリッジ20や静電露光部110等の動作を制御することができる。また、制御部106は、リード/ライタ104が取得した特性情報に基づいて、画質調整の制御を行う。変換テーブル108は、特性情報から画質調整量に変換するためのデータである。そして、得られた調整量に従って、静電露光部110に対し露光量の調整を指示する。静電露光部110は、画像データに従って、後で説明するプロセスカートリッジ20の感光体ドラムに露光を行い、静電潜像を形成するための構成である。露光は、レーザービーム露光方式またはLED露光方式に基づいて行われる。いずれの場合にも、電気的な制御により露光量を調整できるため、簡易に画質調整を行うことができる。
次にプロセスカートリッジ20の構成について説明する。プロセスカートリッジ20は、その中央部に取り付けられた感光体ドラム22を用いて、電子写真方式により画像形成を行うものである。感光体ドラム22は紙面の垂直方向(主走査方向であり、用紙幅方向である)に延びる円筒状の構成体であり、円筒中心軸を回転軸として図において左回りに回転する(この回転方向は副走査方向であり用紙搬送方向である)。そして、感光体ドラム22の周囲には、やはり紙面に垂直の方向に延びる各構成体が設置されており、回転する感光体ドラム22に対して画像形成のための物理的な処理を行っている。感光体ドラム22及びその周囲の各構成体は、紙面の垂直方向に用紙幅が延びる搬送用紙に対し画像形成を行うため、画像形成装置10が取り扱い可能な用紙幅よりも若干長い大きさで構成されている。
感光体ドラム22の上部には、隙間間隔d1だけ離れた位置に帯電器24が設置されている。帯電器24は、感光体ドラム22の表面を一様に帯電させるための装置である。一様帯電された感光体ドラム22に対しては、画像形成装置10の静電露光部110から印刷画像に対応した露光がなされる。これにより、感光体ドラム22の表面には、印刷画像に対応した電位分布からなる静電潜像が形成される。
現像器26は、トナーとキャリアからなる現像剤28を用いて静電潜像を現像する構成体である。攪拌器30,32,34を用いて攪拌された現像剤28は、図中で右回りに回転する現像ロール36の表面に付けられて感光体ドラム22の現像領域に運ばれる。そして、トナーが静電潜像に付着して静電潜像が現像されることで、現像画像としてのトナー像が形成される。この際に、感光体ドラム22の側に運ばれる現像剤28の搬送量を制限するため、現像ロール36の上部に隙間間隔d2だけ空けて現像剤トリミングバー38が設置されている。また、現像ロールは感光体ドラム22と隙間間隔d3だけ空けて配置されている。
感光体ドラム22の下部には、所定のニップ圧でもって転写ロール40が設置されている。転写ロール40は、用紙にトナー像を転写して印刷画像を形成するための構成体である。すなわち、用紙搬送路102を経由して感光体ドラム22と転写ロール40の間に通された用紙は、転写ロール40によって感光体ドラム22に押圧される。転写ロール40には転写のための電位が印可されており、感光体ドラム22上のトナー像は用紙の側に転写される。転写されたトナー像は、図示していない定着ロールの加熱加圧によって固定されて印刷画像となる。
転写処理が行われた感光体ドラム22の表面に対しては、ブラシ状のクリーニングロール42と刃先が接触したクリーニングブレード44によって清掃がなされ、さらに除電ランプ46によって残留電荷の除去がなされる。そして、再度、帯電器24から始まる画像形成のための一連の物理的処理に供される。
なお、カラー印刷が行われる場合には、必要な色の数だけその色の現像剤を有する現像器が用意される。この複数の現像器が、単一の感光体ドラムに設けられても、別々の感光体ドラムに設けられてもよいことは周知の通りである。
プロセスカートリッジ20には、ICタグ48が設けられている。ICタグ48は、アンテナ及び集積回路を備えた小装置である。集積回路のメモリ上には、プロセスカートリッジ20の製造検査時に測定された隙間間隔d1〜d3、及びニップ圧を導く感光体ドラム22と転写ロール40の所定箇所の設定距離d4の記録が書き込まれている。この測定は、例えば、一方の側から照射したレーザ光線を他方の側のCCDで検知することで行われる。そして、得られた平均的な隙間間隔、及び、傾斜の方向と大きさがICタグに記録される。なお、さらに詳細なデータ、例えば、一定間隔毎の隙間間隔のデータを記録してもよい。これにより、例えば現像剤トリミングバー38が湾曲している場合にも対応することが可能となる。ICタグ48には、この他に、プロセスカートリッジ20の型番号、シリアル番号、製造年月日、品質保証期限、トナーの色、適合する画像形成装置の型番他の属性情報や、出荷先、出荷年月日他の流通情報等様々な情報を記憶させることができる。プロセスカートリッジ20が画像形成装置10に装着された場合、ICタグ48に対する読み書きは、リード/ライタ104を通じて行われる。このように構成することで、個々のプロセスカートリッジ20の情報を追跡管理することなく、装着するプロセスカートリッジ20自体から画像調整に必要な情報を自動取得できるようになる。
以上のようにして形成される印刷画像においては、用紙幅方向に濃度傾斜あるいは色味傾斜が現れる場合がある。この画質上の傾斜の発生要因としては、現像性能傾斜、帯電性能傾斜、転写性能傾斜、露光量傾斜などがある。
現像性能傾斜を発生する物理的要因としては、現像剤トリミングバー38と現像ロール36との隙間間隔d2の傾斜、または、現像ロール36と感光体ドラム22との隙間間隔d3の傾斜が挙げられる。隙間間隔d2は、現像剤28を感光体ドラム22の現像領域へ搬入する際の搬入量を規定するものである。また、傾斜間隔d3は、現像剤28を感光体ドラム22にどの程度の距離から供給するかを規定するものである。このため、隙間間隔d2,d3に傾斜が生じている場合には、濃度傾斜あるいは色味傾斜が発生することになる。
同様にして、帯電性能傾斜の物理的発生要因としては、帯電器24と感光体ドラム22との隙間間隔d1の傾斜を挙げることができる。また、転写性能傾斜の物理的要因としては、感光体ドラム22と転写ロール40との設置状況の傾斜を、露光量傾斜の物理的要因としては、静電露光部110と感光体ドラム22との傾斜等を挙げることができる。
下記表1には、上述の隙間間隔d1〜d3と設定距離d4についての典型的な設定値、傾斜公差、及び、傾斜あたりの画像濃度変化について示した。
Figure 0004677736
ここに示した傾斜公差は、A4用紙の長手方向の両端における画像濃度変化の差の許容値を0.1D程度に設定した場合に許される公差を基に算出したものである。これによれば、A4用紙の長辺の長さあたりに許される誤差はどれも小さく、特に、隙間間隔d2においては0.04mm、隙間間隔d3においては0.1mmと非常に小さなものとなっている。そして、この傾斜公差を実現するために要求される部品精度と組み立て精度はさらに厳しいものとする必要があり、プロセスカートリッジ20を製造する上での大きな課題となっている。
本実施の形態においては、ICタグ48に画質に係る隙間間隔についての情報を記憶させ、リード/ライタ104を通じて制御部106に伝達する。そして、制御部106がソフトウエア処理により静電露光部110の露光量、つまりは静電潜像の形成を制御することで、隙間距離に起因する不具合を解消する。
図2は、隙間距離の寸法傾斜が存在する場合に、露光量を調節して濃度の補正を行う様子を説明する図である。横軸は、印刷画像の画像幅すなわち用紙幅を表している。ここでは、画像形成装置10が処理可能である(と仮定する)最大幅であるA4の長手サイズについて示している。一方、縦軸は、一様な濃度をもつ画像データに基づいて画像形成を行った場合に、印刷画像に現れる実際の濃度を表している。
直線200は、ある隙間間隔に傾斜が存在する場合において、静電露光部110の露光量に調整を加えずに画像形成した時の印刷画像の濃度を示している。ここでは、左側から右側に向かって直線的に濃度が薄くなっている。
直線202は、隙間間隔の傾斜に対応して調整した静電露光部110の露光量の変化に基づく濃度分布を示している。すなわち、隙間間隔に傾斜がないとした場合に一様な濃度をもつ画像データに基づいて画像形成を行うと、直線202のような濃度をもつ印刷画像が形成されるように濃度分布の調整を行う。ここでは、左側から右側に向かって直線的に濃度が濃くなっている。なお、隙間間隔の傾斜に対応した露光量のこの調整量は、理論的あるいは実験的に求めることが可能である。
直線204は、最終的に得られる印刷画像の濃度を示している。ここでは、画像幅にわたって一様な濃度をもつ印刷画像が得られている。すなわち、隙間間隔の傾斜に起因する直線200の効果と、露光量の補正による直線202の効果とが打ち消しあって、本来実現すべき一様な濃度をもつ印刷画像が形成されている。
このようにして、プロセスカートリッジ20の構成体間の取り付け誤差に起因する濃度や色合いの不均一性を補正することで、画質の維持・向上が図ることができる。プロセスカートリッジ20は、定期的に交換されるため、このように簡易に補正可能な構成をとる利点は特に大きい。また、プロセスカートリッジ20を製造する上での構成体間の取り付け公差を緩和する利点も生じる。
画像形成装置及びプロセスカートリッジの構成例を示す図である。 調整により濃度を補正する様子を説明する図である。
符号の説明
10 画像形成装置、20 プロセスカートリッジ、22 感光体ドラム、24 帯電器、26 現像器、28 現像剤、30,32,34 攪拌器、36 現像ロール、38 現像剤トリミングバー、40 転写ロール、42 クリーニングロール、44 クリーニングブレード、46 除電ランプ、48 ICタグ、100 用紙収納部、102 用紙搬送路、104 リード/ライタ、106 制御部、108 変換テーブル、110 静電露光部、d1,d2,d3 隙間間隔。

Claims (1)

  1. ロセスカートリッジ装着された画像形成装置であって、
    前記プロセスカートリッジは、
    用紙搬送方向と直交する用紙幅方向に少なくとも用紙幅にわたって対向配置された一対の構成体を少なくとも一つ含み、この配置関係を利用して用紙幅方向に対し実画像の形成過程に係る物理的処理を行う物理的処理部と、
    用紙幅方向の配置位置についてのデータまたはそのデータを加工したデータである特性情報を記憶したICチップと、
    を備え、前記特性情報は、前記一対の構成体同士の隙間間隔の前記用紙幅方向に沿った傾斜を表す情報であり、
    前記画像処理装置は、
    帯電した感光体ドラムに対し露光処理を行って実画像の潜像を形成する静電露光手段と、
    装着された前記プロセスカートリッジのICチップから前記特性情報を取得する取得手段と、
    取得した特性情報に応じて静電露光手段の露光処理の調整を行う調整手段と、
    を備え、
    前記物理的処理は、前記静電露光手段による前記感光体ドラムへの露光であり、
    前記調整手段は、前記静電露光手段による露光量を、前記特性情報が表す前記一対の構成体同士の隙間間隔の前記用紙幅方向に沿った傾斜に応じて調整する、ことを特徴とする画像形成装置。
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