JP5436185B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、像担持体と像担持体に形成された潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置に関する。
従来、像担持体である感光ドラムと現像剤担持体である現像ローラとを当接させた状態で、像担持体上の静電潜像を接触現像し、現像された画像を記録媒体に転写する画像形成装置が知られている。接触現像方式においては、現像ローラの接触により感光ドラムの表面が摩耗して性能が劣化し、形成される画質の低下をもたらす。
そこで、感光ドラムと現像ローラが当接した時間を検知する当接時間検知手段を設け、検知された時間に基づいて感光ドラムの寿命を判定する方法が特許文献1に提案されている。
特開2003−323090
しかしながら、感光ドラムと現像ローラとの現像当接及び離間の動作や構成は、部材の取り付け誤差や駆動源であるモータの制御タイミング等によるばらつき要素を含んでいる。従来の感光ドラムと現像ローラとの当接時間の検知方法は、画像形成動作中に画像形成装置の制御部が所定のタイミングで発信する当接及び離間信号を検知して、当接時間のカウントを行っていた。そのため、ばらつき要素を含んだ当接時間を検出してしまっていたため、実際の当接時間を精度良く検知するのが困難であった。それゆえ、当接時間が正確に検知できないと、感光ドラムの劣化状態も正確に検知することが困難であった。
さらに、当接時間が正確に検知できないと、感光ドラムの劣化状態も正確に検知できないため、当接時間に応じた前露光量の調整が困難であった。前露光量が適切でなくなると、感光ドラム上の電荷が充分に除去されず、残留した電荷の影響により、所謂ゴースト画像と呼ばれる画像不良が発生してしまうと、画質の低下を招いてしまうという課題があった。
本願に係る発明は、以上のような状況を鑑みてなされたものであり、感光ドラムと現像ローラの当接時間を精度良く検知することで、当接時間に応じた前露光量の制御を行うことを目的とする。
上記課題を解決するために、潜像が形成される像担持体と、前記像担持体と当接又は離間することが可能であるトナーを担持する現像剤担持体であって、前記像担持体に現像位置で当接して前記潜像をトナー像として現像する現像剤担持体と、前記像担持体の電荷を除去する露光手段と、前記像担持体と前記現像剤担持体が離間している状態において前記像担持体に形成された前記潜像が前記現像位置を通過しているときに、前記現像剤担持体を前記像担持体に前記現像位置で当接させることにより現像されたトナー像を検知する検知手段と、前記トナー像の先端が検知されてから後端が検知されるまでの時間である検知当接時間と、前記像担持体と前記現像剤担持体が当接していると予測される予測当接時間とを比較し、前記当接時間が前記予測当接時間よりも短ければ、前記露光手段の露光量を増加させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の構成によれば、感光ドラムと現像ローラの当接時間を精度良く検知することで、当接時間に応じた前露光量の制御を行うことができる。
画像形成装置の概略構成図。 感光ドラム1と現像器3の概略構成図。 画像形成装置の制御部の構成を示したブロック図。 感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間検知処理を示したフローチャート。 当接時間検知用のパターン画像。 当接及び離間の信号が発せられるタイミングと実際に当接及び離間するタイミングを示したタイミングチャート。 当接時間と前露光量との関係を示した前露光量のグラフ。 感光ドラム1の当接時間に対応した前露光処理を示したフローチャート。 ゴーストレベルを検知するためのパッチ画像。 出力画像のゴーストレベルに応じた前露光量の制御方法を示したフローチャート。 ゴーストレベルと前露光量の関係を示したグラフ。 プロセスカートリッジを用いた画像形成装置の概略構成図。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施の形態で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
(第1の実施形態)
(画像形成装置の全体構成)
図1は、画像形成装置としてのプリンタ100の概略構成を示す図である。符番1は像担持体である感光ドラム、符番2は接触帯電部材としての帯電ローラ、符番3は現像剤T’を内包し、感光ドラム1上に形成された静電潜像を現像するための現像器である。
感光ドラム1は、アルミニウム等からなる芯金上に、電荷発生層を形成し、その上層に電荷輸送層を形成した、所謂有機感光体である。電荷輸送層は、画像形成を行う事で次第に磨耗する。帯電ローラ2の芯金2aには、プリンタ本体に備えられた電源4aから芯金2aに接触させた摺動電極(不図示)を介し、AC電圧とDC電圧を重畳した振動電圧が印加される。現像器3は、感光ドラム1と接触し図中矢印Rb方向に回転しながら現像を行う現像剤担持体としての現像ローラ3aと、図中矢印Rc方向に回転することにより、現像剤T’を現像ローラ3aに供給する現像剤供給手段としての供給ローラ3bを備えている。さらに、現像ローラ3a上の現像剤T’の塗布量及び帯電量を規制する現像剤規制手段としての現像ブレード3cと、現像剤T’を供給ローラ3bに供給すると共に現像剤T’の撹拌を行う撹拌部材3d等を備えている。尚、現像器3を構成する枠体内の空間は、現像剤T’を内包するための現像剤収容部3eとして利用される。
感光ドラム1上の静電潜像の現像を行う際、現像器3全体が加圧バネ3hに押される事により、現像ローラ3aが感光ドラム1に対して当接される。現像を行わない状態においては、現像ローラ3aは、カムにより感光ドラム1から離間する。
図2は、感光ドラム1と現像器3の概略構成図である。感光ドラム1と現像ローラ3aは、現像時以外のタイミングでは、カム3fが矢印a方向に切り替えられ、支点3gを中心に現像器3が移動して、感光ドラム1と現像ローラ3aの離間が行なわれる。
感光ドラム1は矢印Ra方向に回転しながら、帯電ローラ2により周面を接触帯電されて、所定の電荷を得る。帯電された感光ドラム1の周面に対し、レーザースキャナ5により走査露光がなされ、静電潜像が形成される。
現像ローラ3a上に担持された現像剤T’が、感光ドラム1と対向する位置に到達すると、電源4aから現像ローラ3aに印加された直流現像バイアスにより、感光ドラム1の表面に形成された静電潜像に対して現像剤T’が転移し、接触現像が行われる。感光ドラム1上に形成された画像は、感光ドラム1の回転により転写部6に送られ記録媒体Pに転写される。記録媒体Pに転写された画像は定着部7に搬送され、定着されることにより画像形成が完了する。転写部6での転写を行った際に、感光ドラム1上に残留した現像剤T’は、再び帯電ローラ2を通過する前にクリーニングブレード8によって掻き落とされ、廃現像剤容器9内に蓄積される。
符番16は前露光部であり、感光ドラム1上に残留した現像剤T’がクリーニングされた後の、感光ドラム1に残った電荷を除去するために露光を行う。この前露光を行うことにより感光ドラム1上の電荷を除去でき、次に画像形成を行う際に、前の画像形成の影響を受けずに感光ドラム1上に潜像を作成することができる。前露光部16の光源としては特に限定するものはなく、LEDや、ハロゲンランプ等を用いることができる。
(制御部の構成)
本実施形態における画像形成装置の制御部の構成を図3を用いて説明する。符番11は、プリンタ100全体を制御するCPUなどで構成された制御部である。符番12は、現像ローラ3aと感光ドラム1との当接時間をカウントするセンサー等で構成された当接時間検知部である。符番13は、当接時間の検知結果や、画像形成動作において感光ドラム1に現像ローラ3aが当接された当接時間の積算値を記憶する記憶部としてのNV−RAM(Non Volatile RAM)である。NV−RAMを設ける事で、当接時間の検知結果や、画像形成動作中に当接時間検知部12がカウントした値を不揮発性の記憶部13に格納できるため、感光ドラム1の寿命検知が正確且つ迅速に行える。なお、感光ドラム1の帯電電圧のON/OFFや、現像ローラ3aの当接及び離間等の動作タイミングは、印刷する画像サイズに拠らず全て同一に行なわれるものとする。
当接時間検知部12は、制御部11と接続され、制御部11から発せられる現像ローラ3aへの当接信号、及び離間信号の検知を行う。また、感光ドラム1に対向する位置に設けられ、感光ドラム1に形成された現像剤像の有無検知を行う現像剤像センサー15と当接時間検知部12は接続されている。これにより、感光ドラム1表面における現像剤像の描き出しタイミングと、描き終りのタイミングを検知する事ができる。現像剤像センサー15は、感光ドラム1表面の現像剤像の有無を光学的に検知するフォトセンサーであり、現像剤像が存在する場合には出力電圧の変化として当接時間検知部12に伝達を行う。
(感光ドラム1に対する現像ローラ3aの当接時間検知処理)
図4のフローチャートを用いて、感光ドラム1に対する現像ローラ3aの当接時間検知処理について説明を行う。検知動作がスタートすると、制御部11は読み取り・書込み手段14を介して記憶部13に、当接時間の検知結果(当接時間の補正値)が存在するか否かの検知を行う。(S1)当接時間の補正値が存在しない場合は、感光ドラム1の駆動を開始した後(S2)、電源4aから帯電ローラ2にAC電圧とDC電圧を重畳した振動電圧を印加して、感光ドラム1表面の帯電を行う。(S3)
次いで、感光ドラム1の帯電処理面に対し、レーザースキャナ5により走査露光がなされ、現像剤像検知手段である現像剤像センサー15の検知範囲に図5に示すパターン画像の静電潜像が形成される。(S4)制御部11は現像ローラ3aの当接信号を発し(S5)、現像ローラ3aの当接及び離間手段10はカム3fの切り替えを行って、感光ドラム1に現像ローラ3aを当接させる。(S6)制御部11からの当接信号が発せられると共に、その発信タイミングが当接時間検知部12で検知される。
ここで、現像ローラ3aには感光ドラム1に当接される前から、電源4aから現像ローラ3aに直流現像バイアスが供給される様にし、感光ドラム1上に形成された静電潜像に現像ローラ3aが当接した時点から現像が行われる様にする。これにより、現像ローラ3aの当接タイミングが、現像剤像の描き出しタイミングとなる。現像ローラ3aが感光ドラム1に当接して形成された現像剤像の先端が現像剤像センサー15に達すると、当接時間検知部12は現像剤像センサー15から出力される電圧変化を読み取り、現像剤像の描き出しタイミングの検知を行う。つまり、このタイミングが現像ローラ3aが感光ドラム1に当接したタイミングとなる。(S7)
その後、所定の時間が経過した後、制御部11は現像ローラ3aの離間信号を発し(S8)、現像ローラ3aの当接及び離間手段10はカム3fの切り替えを行って、感光ドラム1から現像ローラ3aを離間させる。(S9)制御部11からの離間信号が発せられると共に、その発信タイミングが当接時間検知部12で検知される。
(前露光量の調整処理)
感光ドラム1から現像ローラ3aが離間された時点で、感光ドラム1上の静電潜像の現像は終了する。つまり、この現像ローラ3aの離間タイミングが、現像剤像の描き終わりタイミングとなる。感光ドラム1表面の現像剤像の後端が現像剤像センサー15に達すると、当接時間検知部12は現像剤像センサー15から出力される電圧変化を読み取り、現像剤像の描き終わりタイミングの検知を行う。つまり、このタイミングが現像ローラ3aの離間タイミングとなる。(S10)
当接時間検知部12を介し、現像剤像の描き出しタイミング(現像ローラ3aの当接タイミング)及び、現像剤像の描き終わりタイミング(現像ローラ3aの離間タイミング)について検知結果を得た制御部11は、同様に当接時間検知部12で検知しておいた当接信号と離間信号の発信タイミング情報と併せ、図6に示すタイミングチャートに基づいて感光ドラム1の寿命閾値Bの補正を行う。(S11)
図6のタイミングチャートを用いて、当接及び離間の信号が発せられるタイミングと実際に感光ドラム1と現像ローラ3aが当接及び離間したタイミングを説明する。図中の(a)は、当接信号の発信タイミングから実際に現像ローラ3aが感光ドラム1に当接されるまでの時間を示す。(b)は、感光ドラム1と現像ローラ3aが当接した状態において、離間信号が発信されるまでの時間を示す。(c)は、離間信号の発信タイミングから実際に現像ローラ3aが感光ドラム1より離間されるまでの時間を示す。
なお、当接時間検知処理の動作中において、当接信号の発信から離間信号の発信が行われる迄の時間(a)+(b)は一定となるように設定されている。しかし、(a)+(b)の間に実際に感光ドラム1と現像ローラ3aが接触していた時間(b)は、個々の画像形成装置における組み付け誤差等によって変化する可能性がある。同様に、離間信号の発信タイミングから実際に現像ローラ3aが感光ドラム1より離間されるまでの時間(c)についても、個々の画像形成装置における組み付け誤差等によって変化する可能性がある。
制御部11は、現像ローラ3aの当接時間検知の結果、感光ドラム1への現像ローラ3aの当接時間、即ち(b)、(c)の各時間の総和Zを算出する。
Z=(b)+(c)・・・(1)
また制御部11は、当接時間検知の結果と比較するための感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間のターゲットとして、予め基準時間Sを定めている。基準時間Sとは、当接信号の発信から離間信号の発信が行われるまでの時間(a)+(b)である。一例として、本実施形態における基準時間Sは、5.0秒と定められている。
制御部11は、上述の通り算出を行った総和Z、及び基準時間Sとの差分を算出し、その結果を図7に示すグラフに照らし合わせ、補正値Kを導き出す。図7のグラフは、当接時間検知の結果によって得られた総和Zから基準時間Sを引いた値と補正値Kの関係を示し、総和Zと基準時間Sとの相違によって、感光ドラム1の削れ量の変化を実測して導き出したものである。本実施形態の一例として、当接信号発信から離間信号発信迄の時間(a)+(b)である基準時間Sが5.0秒、実際の感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間(b)+(c)である総和Zが5.7秒であった場合、総和Z(5.7秒)から基準時間S(5.0秒)を引いた値、即ち0.7秒に対応する補正値Kは、図7のグラフから0.8となることがわかる。
なお、本実施形態の一例として図7のグラフに示す関係から補正値Kを導き出したが、現像ローラ3aの当接時間と感光ドラム1の削れ量の変化が単純な比例関係となる場合、以下の計算により補正値Kを算出しても良い。
補正値K=基準時間S/総和Z・・・(2)
その後、制御部11は感光ドラム1の寿命閾値Bに対して補正値Kを反映させ、感光ドラム1の寿命判断を行うタイミングを変更する。上述のように、本実施形態での一例として求められた補正値Kは0.8であるので、寿命閾値Bに対し0.8を乗じる。これにより感光ドラム1の寿命閾値Bは0.8倍され、補正前より寿命に達するタイミングが早くなる(S12)。このように、検知された当接時間に応じて求められた補正値Kを寿命閾値Bに乗じることによって、当接時間に応じた寿命検知を精度良く行うことが可能となる。
尚、本実施形態のプリンタ100では、上述の検知結果が記憶部13(NV−RAM)12に保存される為、メンテナンス等の理由でプリンタ100本体から感光ドラム1や現像器3を取外さない限り、再度検知を行う必要が無い。逆に、これらプリンタの構成部品の交換を行った場合、図4のフローチャートに沿った検知動作を再度行う必要が有る。(感光ドラム1への前露光量処理)
図8のフローチャートを用いて感光ドラム1の当接時間に対応した前露光処理について説明する。本実施形態における画像形成装置の前露光部はLED複数個を感光ドラム1の長手方向に少なくとも一列配置したLEDアレイなどを用いて、感光ドラム1の長手全域を照射できるものとする。
制御部11は、感光ドラム1と現像ローラ3aの現像当接時間が記憶部13に記憶されているか否か判定する(S21)。記憶されていれば、記憶部13から当接時間を読み出し(S27)、前露光量の決定を行う(S28)。記憶されていなければ、感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間を検知するための画像形成を開始するため、所定のタイミングで現像ローラ3aを感光ドラム1に当接させるよう制御を行う(S22)。この際、制御部からカム3fを動作させるための信号が発せられる。当接時間検知部12はこの信号を検知し、現像ローラ3aの当接時間カウントを開始する(S23)。感光ドラム1上の静電潜像の現像が終了すると、制御部11は所定のタイミングで現像ローラ3aを感光ドラム1から離間させるよう制御を行う。この際、制御部11からカム3fを動作させるための信号が発せられる。当接時間検知部12はこの信号を検知し、現像ローラ3aの当接時間カウントを停止する(S24)。
画像形成が終了した後(S25)、制御部11は読み取り書込み部14を介して記憶部13内に当接時間を書き込む(S26)。検知した当接時間と、予め定められた基準時間Sとの差分を求め、図7に示した当接時間と前露光量との関係を示した前露光量のグラフから補正値Kを求める。求めた補正値Kを用いて、前露光量の調整を行う。
感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間が、予め設定された所定の時間よりも短い場合には、感光ドラム1の寿命は当初の設定よりも長くなる。よって、図7に示したように、当接時間に応じて前露光量を増加させる。前露光量は、感光ドラム1の寿命が所定値を下回らないところまで増加するように制御する。このように、当接時間の検知結果を利用して、前露光量を増加させることで、前露光量を増加させた前より感光ドラム1上の電荷を確実に除去することができるため、感光ドラム1が長期にわたって使用されても画質の良い画像を得ることができる。
また、感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間が、予め設定された所定の時間よりも長い場合には、感光ドラム1の寿命は当初の設定よりも短くなる。よって、図7に示したように、当接時間に応じて前露光量を減少させる。前露光量は、感光ドラム1の寿命が当初設定されていた値となるように減少させるように制御する、このように、当接時間の検知結果を利用して、前露光量を減少させることで、前露光量を減少させる前より感光ドラム1の寿命を延ばすことができる(S28)。このように、前露光量を変更する(S29)ことによって、感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間に応じた前露光量の制御を行うことが可能となったため、当接時間が短いときは前露光量を増加させ、より画質の良い画像を得ることができ、当接時間が長いときは前露光量を減少させ、感光ドラム1の寿命を延ばすことが可能となる。なお、当接時間による前露光量の調整は、当接時間の検知と同様に、感光ドラム1と現像ローラ3の組み合わせが変更にならない限り、一度行えばよいものである。
ここでは、感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間に応じた前露光量の制御方法を説明した。これと共に、出力画像のゴーストレベルに応じて前露光量の制御を行うことも可能である。ゴーストとは、先にも説明したように、前露光により感光ドラム上の電荷が充分に除去されず、残留した電荷が画像不良の原因となってしまう現象のことである。
図9にゴーストレベルを検知するためのパッチ画像の一例を示す。ベタ画像を形成した部分からドラム1回転後の位置に対応するハーフトーン画像周辺の濃度変化が少ないほどゴーストレベルが良いと判別できる。なお、ゴーストレベルの検知は、例えば電源投入後に行う等、任意のタイミングで行うことが可能である。
出力画像のゴーストレベルに応じた前露光量の制御方法を図10のフローチャートを用いて説明する。感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間を検知した後、前露光量の変更が必要か否かを判別する(S28)。変更する必要がない場合は、前露光量を変更しない(S37)。変更する必要がある場合は、前露光量を段階的に下げたパッチ画像を複数個、形成する(S33)。パッチ画像を複数個形成した後(S34)、パッチ画像の濃度検知を行い、ゴーストのレベルを判定する(S35)。ゴーストレベルの判定は、画像濃度が高いベタ画像に続いてハーフトーン画像を描き、ベタ画像を形成した部分からドラム1回転後の位置に対応するハーフトーン画像周辺の濃度の違いを検知することで行う。
ゴーストレベルと前露光量の関係を示したグラフを図11に示す。ゴーストレベルの測定結果においてゴーストが許容レベルであった前露光量に制御する。例えば、ここではゴーストレベルが4以上であれば許容レベルであったとすると、前露光量を200mv以上にすればよいということになる(S36)。ゴーストレベルを検知することによって、例えば感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間が長く、前露光量を減少させるような場合においても、最低限の画質を保ったうえで感光ドラム1の寿命も長くできるような前露光量を設定することが可能となった。
このように、感光ドラム1と現像ローラ3aの当接時間を精度良く検知することが可能となり、さらに検知した当接時間とゴーストレベルを用いることによって、前露光量を感光ドラム1の寿命と画質に適した量に制御することが可能となった。
なお、本実施形態で説明した前露光量の制御方法は、図12に示すように、像担持体である感光ドラム1と、感光ドラム1の表面を帯電する帯電手段である帯電ローラ2と、感光ドラム1上の静電潜像の現像を行う現像器3と、クリーニングブレード8及び廃現像剤容器9とを一体化し、プリンタ本体と着脱可能なプロセスカートリッジ31として構成したものに適応することも可能である。
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 現像器
3a 現像ローラ
10 現像ローラの当接及び離間手段
11 制御部
12 当接時間検知部
13 記憶部
14 読み取り・書き込み手段
15 現像剤像センサー
16 前露光部

Claims (4)

  1. 潜像が形成される像担持体と、
    前記像担持体と当接又は離間することが可能であるトナーを担持する現像剤担持体であって、前記像担持体に現像位置で当接して前記潜像をトナー像として現像する現像剤担持体と、
    前記像担持体の電荷を除去する露光手段と、
    前記像担持体と前記現像剤担持体が離間している状態において前記像担持体に形成された前記潜像が前記現像位置を通過しているときに、前記現像剤担持体を前記像担持体に前記現像位置で当接させることにより現像されたトナー像を検知する検知手段と、
    前記トナー像の先端が検知されてから後端が検知されるまでの時間である検知当接時間と、前記像担持体と前記現像剤担持体が当接していると予測される予測当接時間とを比較し、前記当接時間が前記予測当接時間よりも短ければ、前記露光手段の露光量を増加させる制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
  2. 潜像が形成される像担持体と、
    前記像担持体と当接又は離間することが可能であるトナーを担持する現像剤担持体であって、前記像担持体に現像位置で当接して前記潜像をトナー像として現像する現像剤担持体と、
    前記像担持体の電荷を除去する露光手段と、
    前記像担持体と前記現像剤担持体が離間している状態において前記像担持体に形成された前記潜像が前記現像位置を通過しているときに、前記現像剤担持体を前記像担持体に前記現像位置で当接させることにより現像されたトナー像を検知する検知手段と、
    前記トナー像の先端が検知されてから後端が検知されるまでの時間である検知当接時間と、前記像担持体と前記現像剤担持体が当接していると予測される予測当接時間とを比較し、前記当接時間が前記予測当接時間よりも長ければ、前記露光手段の露光量を減少させる制御手段と、を備えることを特徴とする像形成装置。
  3. 前記予測当接時間は、前記現像剤担持体を前記像担持体に当接させるための当接信号が発信されてから前記現像剤担持体を前記像担持体から離間させるための離間信号が発信されるまでの時間であ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. 像担持体に形成された画像の濃度を検知する濃度検知手段を有し、
    前記制御手段は、前記濃度検知手段により検知された画像の濃度変化が閾値を下回らないように、前記露光手段の露光量を制御する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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