JPH0950155A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JPH0950155A
JPH0950155A JP7204492A JP20449295A JPH0950155A JP H0950155 A JPH0950155 A JP H0950155A JP 7204492 A JP7204492 A JP 7204492A JP 20449295 A JP20449295 A JP 20449295A JP H0950155 A JPH0950155 A JP H0950155A
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JP
Japan
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image
patch
toner
line
image forming
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Pending
Application number
JP7204492A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Sekiguchi
敦史 関口
Kimio Nishizawa
公夫 西沢
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Publication date
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  • Color Electrophotography (AREA)
  • Laser Beam Printer (AREA)
  • Exposure Or Original Feeding In Electrophotography (AREA)
  • Control Or Security For Electrophotography (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は画像形成装置に関し、あらゆる環境変
化にも対応して像担持体上に付着するトナーの量を一定
にし色安定性を向上させるのみならず、理想のライン線
画像になるように画像の形成条件を制御することを目的
とする。 【構成】像担持体上にトナーを付着させて画像形成を行
う画像形成装置において、前記像担持体上にテストベタ
パッチとテストラインパッチを形成するパッチ形成手段
と、前記パッチ形成手段により形成されたテストベタパ
ッチの付着量とテストラインパッチのライン幅を検出す
る検出手段を具備し、先ずテストベタパッチによるトナ
ー付着量検出により像担持体に対する現像剤搬送担持体
の周速比を制御してベタ付着量の制御を行い、次にテス
トラインパッチによるライン幅検出により書き込みレー
ザーパワーを制御してライン幅の制御を行うように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ等の
電子写真プロセスを利用するデジタル方式による画像形
成装置に係り、特に像担持体上にトナー像を重ね合わせ
てカラー画像を得るカラー画像形成装置で、像担持体へ
のトナー付着量を制御して色や濃度の安定性を向上させ
るようにしたデジタル方式のカラー画像形成装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、デジタル方式、反転現像の画像形
成装置が実用化されており、例えばカラー電子写真複写
機並びにパーソナルコンピュータやファクシミリ等の出
力部を構成するカラー記録装置が知られている。
【0003】このような画像形成装置においては、連続
運転時であっても再現性の良好な記録画像を得るため
に、調整作業を行なう必要があるが、この調整作業は複
雑でしかも煩雑であるという問題点を有していた。この
問題点を解消するために、現在ではパッチ検知方式によ
る画像濃度コントロール技術が採用されている。
【0004】また、カラー画像を形成するために、像担
持体の周縁部にイエロー(Y),マゼンタ(M),シア
ン(C)等の現像剤を内蔵した現像手段を設けたカラー
画像形成装置では、各色全ての色安定性を確保するた
め、各色についてパッチ濃度パターンを検知する必要が
ある。
【0005】特開昭63−113568号公報に記載さ
れている技術もこのパッチ検知方式の一例であって、各
色毎の階調濃度パターンを感光体上に形成し、検知セン
サーによって該パターン濃度を測定することで補正量を
求め、この補正量に基づいてレーザビーム等の露光量を
可変制御し、濃度調整処理を行うものである。
【0006】また、露光量制御の他に帯電電位の制御を
行う技術や現像バイアス制御を行う技術も開示されてい
る。
【0007】しかし、かかる技術では、各色毎の階調濃
度パターンの測定データの種類や数量が膨大となり、調
整処理に関わるプログラムが複雑化したり用意する補正
データも増大し設計コストが膨大になり過ぎるという問
題点があるため、検知濃度データ値の変動に合わせてト
ナー付着量を制御するように、メモリから制御係数を読
み出して現像スリーブの回転数を速度可変にフィードバ
ック制御する技術も開発されている(特願平6−189
211号)。
【0008】さらに、この技術では、トナーが少ないと
パッチ画像の検知信号値がトナー付着量の若干の増減で
ばらつき、トナーが感光体1を覆うようになるとトナー
付着量が増加しても検知信号値が変わらなくなるため、
かかる不安定領域を除いた安定領域内に検知信号の値が
入るように、現像スリーブの回転数を画像記録モード時
の1/3に減じ、感光体へのカラーパッチ画像のトナー
付着量を1/3に落としてカラーパッチ画像を検知し、
正確にトナー付着量を設定してから、図11に基づいて
プリント画像形成時のトナー付着量を予測し、現像スリ
ーブ回転数を制御するようにしている。
【0009】しかし、帯電状態にある像担持体に対し、
最適とする像露光量をもって潜像を形成し、これを現像
すると、ある領域までは図11に示すように、像担持体
上でのトナー付着量は、現像スリーブの回転数に近似的
に比例関係があるものの、回転数が上がるにしたがい、
その比例関係がくずれてくることがわかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前述した画像形成装置
においては電子写真プロセスの変動因子の影響を受けて
変化するため最適に制御を行う必要がある。このため最
適画像になるように制御するために基準パッチを設け
て、この基準パッチをある検知手段を用いて検知し画像
形成装置の中の一つもしくは複数の画像形成条件を制御
するのが一般的である。
【0011】そこで本発明はライン線幅の制御を行うた
めに、先ずベタのトナー付着量を制御した後、ライン線
幅の制御を行うことにより、電子写真プロセスの変動因
子に対して最適な画像形成条件が得られるような画像形
成装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題は、像担持体の
周囲に帯電手段と書き込み用レーザー露光手段と現像手
段とを設け、前記像担持体上にトナーを付着させて画像
形成を行う画像形成装置において、前記像担持体上にベ
タのトナー付着量制御を行うためのテストベタパッチ画
像を形成するパッチ形成手段と、前記パッチ形成手段に
より形成されたテストベタパッチ画像のトナー付着量を
検出する手段と、前記テストベタパッチのトナー付着量
検出により、実画像形成時における像担持体に対する現
像剤搬送担持体の周速比を制御してベタのトナー付着量
制御を行う周速比可変設定手段と、前記周速比可変設定
手段により現像装置の現像剤搬送担持体の周速を制御し
たのち像担持体上にライン線幅制御を行うためのテスト
ラインパッチ画像を形成するパッチ形成手段と、前記パ
ッチ形成手段により形成されたテストラインパッチ画像
からライン線幅を検出する手段と、前記ライン線幅検出
により、実画像形成時における前記レーザー露光手段の
出力を制御してライン線幅制御を行うことを特徴とする
画像形成装置によって達成される。
【0013】
【作用】先ず、テストベタパッチのトナー付着量検出に
より像担持体に対する現像剤搬送担持体の周速比を制御
して、実画像形成時のベタのトナー付着量の制御を行
い、次にテストラインパッチとして3ドットラインのペ
ア群を3ドットおきに出力する。このパッチ信号値によ
り実画像形成時の孤立3ドットライン線幅に対応させて
検出する。上記検出された孤立の3ドットライン線幅と
現在の書き込みレーザーパワーにより理想の孤立の3ド
ットライン線幅となるように書き込みレーザーパワーを
調整して制御は終了する。
【0014】本発明にかかる画像形成装置の構成によれ
ば、例えば、温湿度,像担持体の経時変化などの画像形
成時の環境変化に対応して現像条件の可変設定が可能と
なり、理想のライン線幅が得られる。
【0015】
【実施例】本発明の実施例に先立って、本発明の適用さ
れるカラー画像形成装置の一例についてその構成と作用
を図1によって説明する。
【0016】図1において10は像担持体としての感光
体ドラムで、接地されて図1では時計方向に駆動回転さ
せる。12は帯電器で感光体ドラム10周面に対し、V
Hの一様な帯電を与えられる。この帯電器12による帯
電に先だって、前画像形成までの感光体の履歴をなくす
ために発光ダイオード等を用いたPCL11による露光
を行い、感光体周面の除電をしておく。
【0017】感光体への一様帯電の後像露光手段13に
より画像信号に基づいた像露光が行われる。像露光手段
13は図示しないレーザーダイオードを発光光源として
回転するポリゴンミラー131,fθレンズ等を経て反
射ミラー132により光路を曲げられ操作がなされるも
ので、感光体ドラム10の回転(副走査)によって潜像
が形成される。本実施例は文字部対して露光(VL)を
行う反転潜像を形成する。
【0018】感光体ドラム10の周縁にはイエロー
(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)等の
トナーとキャリアからなる現像剤をそれぞれ内在した現
像器14(Y)、14(M)、14(C)、14(K)
が設けられていて、先ず1色目の現像は、イエローの現
像剤を内在した現像器14(Y)で、マグネットを内蔵
しイエローの現像剤を保持してN(Y)rpmで回転す
る現像剤搬送担持体としての現像スリーブ141(Y)
で現像剤は層形成手段により現像スリーブ141(Y)
上にある一定の層厚に規制されて現像域に搬送され反転
現像が行われる。
【0019】現像域における現像スリーブ141と感光
体ドラム10と間隙は現像剤剤の層厚より大きい0.2
〜1.0mmとし、現像スリーブにはACバイアス(V
AC)とDCバイアス(VDC)が重畳して印加される。A
Cバイアスによってキャリアから離脱するきっかけを与
えられたトナーはVDCより電位の低いVHの部分には付
着せず、VDCより電位の高いVL部分に付着し顕像化
(反転現像)がおこなわれる。
【0020】一方、給紙カセット15より搬出された記
録紙Pは一旦停止し、転写タイミングの整った時点で給
紙ローラー17の回転作動により転写域へと給紙され
る。
【0021】転写域においては現像器14(Y)によっ
て感光体ドラム10上に形成されたトナー像領域と転写
ローラー18が給紙された記録紙Pを間に挟んで圧接さ
れ記録紙の裏面よりトナーとは逆極性の転写バイアスが
印加され、静電的引力の作用で感光体ドラム10上のト
ナー画像が記録紙の表面に転写され、除電ブラシ19が
不要電位の除電を行う。
【0022】ついで記録紙Pは感光体ドラム10の周面
より分離手段により分離して、定着装置20に搬送さ
れ、熱ローラー202と圧着ローラー201の加熱,加
圧によりトナーを溶融し定着されたのち排紙ローラー2
1を介して装置外部に排出される。なお前記の転写ロー
ラー18は記録紙Pの通過後感光体ドラム10の周面よ
り退避して次なるトナー像の形成に備える。
【0023】一方、記録紙をPを分離した感光体ドラム
10は、クリーニング装置22のブレード221の圧接
により残留トナーを除去,清掃し、再びPCL11によ
る除電と帯電器12による帯電をうけて次なる画像形成
のプロセスに入る。なお、前記のブレード221は感光
体ドラム10面のクリーニング後、直ちに感光体ドラム
10の周面より退避する。
【0024】なお、カラー画像の形成を行う場合には
Y、M、C、Kについて帯電、露光、現像を繰り返しお
こない感光体ドラム10上で重ね合わせ、終了した時点
で最後に一括して転写工程に入る。
【0025】なお,今回実施した現像条件は次のとうり
である。
【0026】 (1)感光体ドラム10の帯電電位(VH) :−
750V (2)現像スリーブ141のDCバイアス(VDC):−
650V (3)現像スリーブ141のACバイアス(VAC):
1.7kV(P-P),8kHz (4)現像剤搬送量 :20〜30mg/cm2 (5)現像領域間隙 :0.5mm (6)書き込みレーザービーム径(レーザーパワー1.
1mWのとき): 主走査方向・・・63μm(1−1/e2) 副走査方向・・・75μm(1−1/e2) (7)画像書き込み電位(VL) :−40〜
−50V (8)感光体ドラム10のラインスピード :100m
m/sec (9)現像スリーブ141のラインスピード: 実画像形成時:180〜480mm/sec ベタテストパッチ形成時:70mm/sec (10)使用現像剤:二成分現像剤 (11)テストラインパッチ:3ドットラインペアを3
ドットおきに出力 (12)解像度:400dpi (13)現像剤帯電量:22±3μC/g 以下に画像形成条件の制御について詳しく説明する。
【0027】テストベタパッチ画像とテストラインパッ
チ画像は予めメモリ34に記憶されており、これらのテ
ストパッチ形成時には順次読み出され、帯電器12で帯
電した感光体ドラムに像露光手段13により露光が行わ
れ、潜像が形成される。なお本実施例におけるPWM
(パルス幅変調)は100%である。この潜像が現像器
14により顕像化される。
【0028】一方、検知センサ33は図2(A)の概略
構成図に示すように感光体ドラム10の仮想垂線(点線
で示す)に対し、各々40度の角度をもって配置された
1対の発光素子(発光LED(図2(B)参照))と受
光素子(フォトトランジスタ(図2(C)参照)とで構
成されており、各パッチ画像のトナーの付着状態に応じ
た反射光量を検知することとなる。なお本実施例の検知
センサ33は発光素子としてスタンレー社製のLED,
MPY3368Sを、受光素子としてシャープ社製フォ
トトランジスタ,PT380を使用した構成とし、各素
子先端と感光体ドラムとの距離を6ミリに設定した。
【0029】図3は本実施例における検知センサ33の
回路構成を示す図である。LEDには電圧VLED及び抵
抗321に基づいた電流が流れて、一定光量の光を発す
る。
【0030】一方、フォト・トランジスタ(PhTr)
からは受光光量に比例した電流値が得られ、抵抗322
と抵抗323の比で決まる可変電圧がOPアンプ326
に入ると、抵抗324と抵抗325で決定される増幅率
で増幅された出力電圧より検知信号値を得るものであ
る。制御部31からはそれぞれの制御対象に応じて画像
形成条件を設定し、検知センサ33より出力を得、セン
サの信号値として検出し、それをもとに実画像形成時の
画像形成条件を設定するものである。
【0031】このように構成された装置の動作を図4の
フローチャートに沿って説明すると以下のようになる。
【0032】(S1)感光体の調整 感光体ドラム側では帯電器12のグリット電圧を調整
し、感光体ドラム10の帯電電位を初期設定し、また書
き込みレーザーパワーの初期設定を行う。
【0033】(S2)現像剤の調整 先ず、磁性現像剤の透磁率を検知することにより、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
ように設定する。
【0034】(S3)パッチ検知による制御開始 ステップ(S1),(S2)の制御が終了したので、制
御部31はパッチ検知による制御を開始する。
【0035】(S4)パッチ検知前ベースライン補正 感光体ドラム10にトナーが付着していない状態で、感
光体ドラム10を回し、検知センサ33による電圧出力
を読んで、現在のトナーが付着していない感光体ドラム
10からの出力があるレベルになるように調整するもの
である。具体的には検知センサ33のLEDに与える電
圧VLEDを変えてLEDの光量を調整し、検知センサ出
力であるフォトトランジスタの出力電圧が0.4±0.
008Vになるように調整する。(±2%の精度) (S5)ベタパッチ画像検知 ベタパッチ検知によるベタ画像制御をおこなう。この場
合検知センサ33の出力が安定検知領域に入るように、
現像スリーブ141の回転数を通常の画像形成時により
減じる必要がある。図5は検知センサ33の信号値とト
ナー付着量の関係を示す図である。縦軸が検知信号値、
横軸がトナー付着量(mg/cm2)である。感光体ド
ラム10上にトナー付着がないときはフォトトランジス
タからの受光光量は最大となりトナーが付着するにつれ
てフォトトランジスタの受光光量は減少し、その検知信
号値も漸減する。
【0036】しかし、トナーが少ない領域はトナー付着
量の若干の増減で受光素子であるフォトトランジスタの
受光光量にばらつきが生じるため、検知信号値安定領域
の上限を示し、これ以降、変動傾向が大きくなる。ま
た、トナーが感光体ドラム10を覆ってからはトナーが
増加してもフォトトランジスタの受光光量は変わらない
ので検知信号値は下限を示し飽和状態となる。こうした
変動領域や飽和領域は不安定領域であり、トナー付着量
に対する正確な検知信号値は得られない。
【0037】検知信号値の上限におけるトナー付着量は
0.1mg/cm2、下限におけるトナー付着量0.4
mg/cm2であることが測定結果として求められ、ト
ナー付着量が0.1〜0.3mg/cm2となる領域が
検知センサ33の検知信号値の安定領域となる。
【0038】この安定領域になるように現像スリーブ1
41の回転数を実画像形成時より減じるように制御す
る。即ち、パッチ検知時には現像スリーブの周速を70
mm/secに設定する。(感光体ドラムの周速を10
0mm/secとしたとき、感光体ドラムの周速に対す
る現像スリーブ141の周速比は0.7となる。) (S6)ベタ付着量制御(スリーブ周速設定) S5の結果、周速比0.7におけるテストベタパッチの
トナー付着量が判明したことにより、実画像形成時の所
望のベタ付着量を決めてやればそれに対応した周速比を
図7の特性曲線より決定することができる。この特性曲
線は次式(1)に基づいて、級数を発生することにより
推定される。またこの級数からルックアップテーブルを
作成しても良い。
【0039】 M(n)=M(1)×(VDC−VL−Q×k×M(n-1))/(VDC−VL)+M(n −1) ・・・(1) 但し、 M(n):周速比0.7×n(nは整数)のときのトナ
ー付着量(kg・m-2) M(1):周速比0.7のときのトナー付着量(kg・m
-2) VDC :現像スリーブ141のDCバイアス(V) VL :感光体ドラム10上の画像書き込み電位(V) Q :トナー帯電量(A・S・kg-1) k :電位換算のための係数〔150(A-2・s-4
4・kg)〕 即ち、周速比0.7のときのテストベタパッチ画像のト
ナー付着量M(1)を出発付着量として、M(2),M(3)
・・・・・,M(n)を順次推定していく。
【0040】図6は式(1)を説明するための図であ
る。この図に示すように感光体ドラム10上の画像形成
領域にトナーが付着していなければ、この領域の表面電
位は画像書き込み電位であるVLとなっている。トナー
が現像スリーブ141から飛翔して感光体ドラム10の
画像領域に付着すると感光体ドラム10の表面電位はト
ナーが付着した分低下する。周速比を上げて現像性能を
向上させても、感光体ドラム10に既に付着しているト
ナーによる表面電位のかさ上げによってトナー付着量が
少なくなってくるというのが式(1)の意図するところ
である。なお、係数kはトナーの特性によって決まる値
であり、実験的に得られる係数である。
【0041】このようにして実画像形成時における所望
の付着量になるための周速比を決定することができる。
【0042】(S7)ライン幅検知 S6までの処理で定まる周速比で現像スリーブ141を
回転させ、実際の動作状態にてテストラインパッチを検
知することによるライン幅制御を行う。この実施例では
テストラインパッチを形成するのに3ドットラインのペ
アを3ドットおきに出力する。このパッチを検知センサ
33により信号値として読み取りライン幅の判定を行
う。なおこの時のライン幅は孤立の3ドットラインに対
応させる。
【0043】図9は3ドットラインのライン幅と検知信
号値の関係を示す特性図である。
【0044】(S8)ライン幅制御 S7でテストラインパッチのライン幅が求まったので、
このライン幅より最適な書き込みレーザーパワーを調整
すれば良い。ライン幅と書き込みレーザーパワーの間に
は図10に示すような一定の関係がある。図において縦
軸は孤立3ドットライン幅、横軸はレーザーパワーであ
る。今、S7で求められたライン幅が×印の点であると
する。この×印の点から原点に向かい直線を引きその直
線と延長線が所望のライン幅と交差したところを最適な
レーザーパワーとする。
【0045】以上説明したベタ制御、ライン幅制御を
Y,M,C,Bkのそれぞれについておこなう必要があ
る。
【0046】なお、フローの中で述べなかった検知信号
値について簡単に述べる。信号値とはパッチ形成時にお
いてトナーが付着したパッチ形成領域の検知センサ33
からの電圧出力の平均値(V2)、トナーが付着してい
ない領域の検知センサ33からの電圧出力の平均値(V
1)としてV2/V1で定義される。図8においてV1はト
ナーが付着していない領域を表現しており、これはフロ
ーのなかで述べたベースライン補正における電圧出力と
ほぼ同等のためベースライン部出力平均値と表現してい
る。またV2はテストパッチが付着している領域を表現
しており、パッチ部出力平均値と表現している。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本説明にかかる画
像形成装置により、温度,湿度,像担持体の経時変化等
のように画像形成時の環境が変化してもテストベタパッ
チ検知により像担持体と現像剤搬送担持体の周速比を制
御して所望のベタ付着量を得、次にテストラインパッチ
の検知により書き込みレーザーパワーを制御して所望の
ライン幅を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるカラー画像形成装置
の概略制御ブロック図。
【図2】本発明の一実施例における検知センサの概略構
成図及び回路図。
【図3】本発明の一実施例におけるカラーパッチ画像検
出回路図。
【図4】本発明の一実施例における画像調整処理のフロ
ーチャート。
【図5】本発明の一実施例におけるトナー付着量と検知
信号値の関係を示した特性図。
【図6】DCバイアス電圧、書き込み電圧の説明図。
【図7】本発明の一実施例におけるトナー付着量と像担
持体と現像剤搬送担持体の周速比の関係を示した特性
図。
【図8】ベースライン部出力平均値とパッチ部出力平均
値を示す模式図。
【図9】本発明の一実施例における3ドットライン幅と
検知信号値の関係を示した特性図。
【図10】ライン幅とレーザーパワーの関係を示す特性
図。
【図11】従来のトナー付着量と現像スリーブ回転数の
関係を示した図。
【符号の説明】
10 像担持体(感光体ドラム) 12 帯電器 13 像露光手段 14 現像装置(現像器) 141 現像剤搬送担持体(現像スリーブ) 31 制御部(制御手段) 32 カラーパッチ検出回路 33 検知センサ(検知手段) LED 発光素子(発光ダイオード) PhTr 受光素子(フォトトランジスタ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体の周囲に帯電手段と書き込み用
    レーザー露光手段と現像手段とを設け、前記像担持体上
    にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置にお
    いて、 前記像担持体上にベタのトナー付着量制御を行うための
    テストベタパッチ画像を形成するパッチ形成手段と、 前記パッチ形成手段により形成されたテストベタパッチ
    画像のトナー付着量を検出する手段と、 前記テストベタパッチのトナー付着量検出により、実画
    像形成時における像担持体に対する現像剤搬送担持体の
    周速比を制御してベタのトナー付着量制御を行う周速比
    可変設定手段と、 前記周速比可変設定手段により現像装置の現像剤搬送担
    持体の周速を制御したのち像担持体上にライン線幅制御
    を行うためのテストラインパッチ画像を形成するパッチ
    形成手段と、 前記パッチ形成手段により形成されたテストラインパッ
    チ画像からライン線幅を検出する手段と、 前記ライン線幅検出により、実画像形成時における前記
    レーザー露光手段の出力を制御してライン線幅制御を行
    うことを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記検出手段は発光素子と受光素子を組
    み合わせて光学的に検知し、その信号値をもとに検出す
    る検出手段であり、前記信号値とはトナーが付着したパ
    ッチ画像形成領域とトナーが付着していない周辺領域と
    を検知し、パッチ画像形成領域を検知したときの出力値
    とその周辺領域を検知したときの出力値の比を信号値と
    するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の
    画像形成装置。
  3. 【請求項3】 前記画像形成装置が、複数の現像手段を
    有するカラー画像形成装置であることを特徴とする請求
    項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 【請求項4】 前記画像形成装置が像担持体の周辺に帯
    電手段、像露光手段及び複数の現像手段を配設し、前記
    像担持体の一回転中に帯電、像露光及び現像の処理を繰
    り返して、像担持体上にトナー像を重ね合わせて形成し
    たのち、該トナー画像を転写材上に一括して転写するカ
    ラー画像形成装置であることを特徴とする請求項1ない
    し3の何れか1項に記載の画像形成装置。
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