JP3496422B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
された静電潜像にトナーを付着させて可視像化する複写
機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、
特に、二成分現像剤のトナー消費量を予測し、この予測
結果に基づいてトナー濃度を適正に制御する画像形成装
置に関する。
装置では、トナーおよびキャリアを主生成分とした二成
分現像剤が用いられている。周知のように、二成分現像
剤のトナー濃度(即ち、キャリアおよびトナーの合計重
量に対するトナー重量の割合)は画像品質を安定化させ
る上で極めて重要である。しかしながら、現像剤のトナ
ーは現像時に消費されるもののキャリアは消費されない
ためにトナー濃度は変化する。このため、二成分現像剤
を用いる画像形成装置には、現像剤のトナー消費量を正
確に予測し、この予測結果に応じてトナーを補給するこ
とでトナー濃度を常に一定に制御する現像剤濃度制御装
置(ATR)が装備されている。
来のデジタルプリンタの全体構成を示した図である。画
像データ作成装置1は、各画素毎に画素濃度に対応した
出力レベルを有する画素信号をパルス幅変調回路2へ供
給する。パルス幅変調回路2は、入力される画素信号毎
に、その出力レベルに対応した幅(時間長)のレーザ駆
動パルスPR を形成して出力する。即ち、高濃度の画素
信号に対してはより幅の広い駆動パルスを、低濃度の画
素信号に対してはより幅の狭い駆動パルスを、中濃度の
画素信号に対しては中間幅の駆動パルスをそれぞれ形成
する。
駆動パルスPR は半導体レーザ4に供給され、半導体レ
ーザ4をパルス幅に対応する時間だけ発光させる。従っ
て、半導体レーザ4は高濃度画素に対してはより長い時
間駆動され、低濃度画素に対してはより短い時間駆動さ
れることになる。レーザ装置4から放射されたレーザ光
はポリゴンミラー14により主走査方向に走査され、反
射ミラー15を経て像担持体としての感光体ドラム20
上に照射されて静電潜像を形成する。
均一に除電された後に一次帯電器17によって均一に帯
電され、さらに、前記レーザ光の照射を受けて画像信号
に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器
11によって可視画像(トナー像)に現像される。この
トナー像は、2個のローラ13、24によって矢印方向
に駆動される転写体ベルト22上に保持された転写材2
3に転写帯電器21の作用により転写される。また、感
光体ドラム20上に残った残留トナーはクリーナ19で
かき落とされる。
れるレーザ駆動パルスPR の出力信号はANDゲート1
6の一方の入力端子に供給され、このANDゲート16
の他方の入力端子には、基準クロック源25から基準ク
ロックCLKが供給される。従って、ANDゲート16
からは、図11に示したように、レーザ駆動パルスPR
のパルス幅Wnに対応した数の積算クロックパルス
Pa 、即ち、各画素の濃度に対応した数のクロックパル
スが出力されることになる。パルス累積装置3は、積算
クロックパルスPa のパルス数を画素毎に積算してCP
U6に送る。CPU6は、RAM5に登録されたデータ
テーブルに基づいて積算量を補給量に換算し、トナー補
給信号としてモータ駆動回路7へ送る。モータ駆動回路
7はトナー補給信号に対応した時間だけモータ8を駆動
し、トナーを収容するトナー補給槽9内のトナー搬送ス
クリュー10を上記の所定時間だけ回転駆動し、トナー
補給槽9より現像器11内に適量のトナーを補給し、現
像器11内のトナー12の濃度を一定に保つようにして
いる。
は、各画素の濃度がレーザ駆動パルスPR のパルス幅に
換算され、このパルス幅Wn をトナー消費量とみなして
基準クロックCLKでカウントするので、各画素の濃度
と当該画素を表現するために消費されると予測されるト
ナー量とは、図12に破線Aで示したように比例関係を
示すことになる。
なわち、レーザ駆動パルスPR のパルス幅が短い)領域
ではトナーが吸着されないので、画素濃度に対するトナ
ー消費量は少なくなる。また、潜像幅がある程度広くな
ると潜像にトナーが確実に吸着されるので、画素濃度と
トナー消費量とは比例関係を示すようになる。さらに、
潜像幅が広くなり過ぎると隣接する潜像との間隔が狭く
なくなって各潜像が連続してしまうので、潜像幅にかか
わらずトナーの消費量は一定になってしまう。このた
め、実際の画素濃度とトナー消費量との関係は、同図に
実線Bで示したようなS字状の非直線関係を示すことに
なる。したがって、上記した従来技術では、画素濃度か
ら予測したトナー消費量と実際の消費量との間に大きな
誤差が生じてしまうという問題があった。
15MHz程度なので、これを8倍精度でカウントしよ
うとすると120MHzの基準クロックが必要となり、
これに合わせて周辺回路も120MHzに対応できる構
成にすると、回路構成が複雑かつ高価になってしまうと
いう問題があった。
点を解決し、画素濃度をアナログ的に加算することによ
り、簡単かつ安価な構成でトナーの消費量を正確に予測
できるようにした画像形成装置を提供することにある。
ために、本発明では、画像信号に基づいて形成された静
電潜像を二成分現像剤で現像して転写媒体上に転写する
画像形成装置において、以下のような手段を講じた点に
特徴がある。 (1) パルス幅変調された画像信号で導通制御されるスイ
ッチング手段と、スイッチング手段の一端に接続された
電源と、前記スイッチング手段の他端に接続され、前記
スイッチング手段が導通状態になると前記電源によって
充電される電荷蓄積手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積さ
れた電荷の総量を求める総電荷量検出手段と、前記総電
荷量に基づいてトナーの消費量を予測する予測手段とを
設け、前記スイッチング手段は、前記パルス幅変調され
た画像信号のパルス幅と前記電荷蓄積手段の端子電圧と
の関係と前記パルス幅変調された画像信号のパルス幅と
実際のトナー消費量との関係が同様な略S字状の非直線
関係を描くように、そのスイッチング速度が設定される
ようにした。 (2) パルス幅変調された画像信号で導通制御される第1
および第2のスイッチング手段と、前記画像信号による
導通制御対象を第1および第2のスイッチング手段のい
ずれか一方に切り替える切替手段と、前記各スイッチン
グ手段の一端に接続された電源と、前記各スイッチング
手段の他端に接続され、各スイッチング手段が導通状態
になると前記電源によって充電される第1および第2の
電荷蓄積手段と、基準電圧を発生する基準電圧源と、前
記第1および第2の電荷蓄積手段の各端子電圧をそれぞ
れ基準電圧と比較する第1および第2の比較手段と、各
端子電圧が基準電圧を越えた回数をカウントするカウン
タと、第1および第2の電荷蓄積手段の端子電圧が基準
電圧を越えると、各電荷蓄積手段をそれぞれ放電させる
第1および第2の放電手段と、前記カウンタのカウント
値に基づいてトナーの消費量を予測する予測手段とを設
け、前記切替手段は、第1の電荷蓄積手段の端子電圧が
基準電圧を越えると導通制御対象を第2のスイッチング
手段に切替え、第2の電荷蓄積手段の端子電圧が基準電
圧を越えると導通制御対象を第1のスイッチング手段に
切替えるようにした。 (3) パルス幅変調された画像信号で導通制御される第1
のスイッチング手段と、第2のスイッチング手段と、前
記各スイッチング手段の一端に接続された電源と、前記
各スイッチング手段の他端に接続され、各スイッチング
手段が導通状態になると前記電源によって充電される第
1および第2の電荷蓄積手段と、基準電圧を発生する基
準電圧源と、前記第1および第2の電荷蓄積手段の各端
子電圧をそれぞれ基準電圧と比較する第1および第2の
比較手段と、各端子電圧が基準電圧を越えた回数をカウ
ントするカウンタと、第1および第2の電荷蓄積手段の
端子電圧が基準電圧を越えると、各電荷蓄積手段をそれ
ぞれ放電させる第1および第2の放電手段と、前記第1
の電荷蓄積手段の放電期間中に入力される画像信号で第
2のスイッチング手段と選択的に導通制御する選択制御
手段と、前記カウンタのカウント値に基づいてトナーの
消費量を予測する予測手段とを設けた。
幅変調したレーザ駆動パルスでスイッチング手段が導通
制御され、このときにスイッチング手段を流れる電流で
充電される電荷蓄積手段の端子電圧と実際のトナー消費
量とは極めて高い相関関係を示すので、この電荷蓄積手
段の端子電圧に基づいてトナー消費量を予測すれば正確
な予測が可能になる。
積手段が放電中に入力されるレーザ駆動パルスによるト
ナー消費量も予測できるので正確な予測が可能になる。
細に説明する。図1は、本発明を適用したデジタルプリ
ンタの全体構成を示した図であり、前記と同一の符号は
同一または同等部分を表している。本実施形態では、従
来技術のパルス累積装置3の代わりに、レーザ駆動パル
スPr のパルス幅をアナログ的に加算してトナー消費量
を予測する濃度データ積算装置30を設けた点に特徴が
ある。
濃度データ積算装置30の構成を示したブロック図であ
り、図4は、その主要部の信号波形を示した図である。
パルス幅変調(PWM)回路2から出力されたレーザ駆
動パルスPr はNPN型バイポーラトランジスタ(以
下、単にNPNと表現する)303のベースに入力され
る。NPN303のコレクタは電流源301と接続さ
れ、そのエミッタはコンデンサ305の一端、NPN3
04のコレクタ、およびA/D変換器310の入力端子
と接続されている。A/D変換器310の出力データは
CPU6へ供給される。NPN304のベースにはCP
U6から放電パルスPd が供給される。
スPr がNPN303のベースに入力されると、NPN
303はレーザ駆動パルスPr のパルス幅に相当する時
間だけオン状態となるので、コンデンサ305には、そ
のパルス幅のオン時間に相当する電荷が蓄積される。し
たがって、レーザ駆動パルスPr が順次入力されると、
コンデンサ305の端子電圧V0 はレーザ駆動パルスP
r のパルス幅の合計を代表する電圧を示すことになる。
ーザ駆動パルスPd のパルス幅W)とコンデンサ305
の端子電圧V0 との関係を、NPN303のスイッチン
グ速度をパラメータとして表した図である。一般的にバ
イポーラトランジスタ等のスイッチング素子は短い入力
信号には追従できない。したがって、レーザ駆動パルス
Pd が制御端子(ベース)に入力されても、そのパルス
幅が短いとコンデンサ305に電荷が蓄積されない。こ
のため、本実施形態での画素濃度と端子電圧V0 との関
係も、前記図12に関して説明した実際の画素濃度とト
ナー消費量との関係と同様にS字曲線を描くことにな
る。
電圧V0 に基づいてトナー消費量を予測すれば正確な予
測が可能になる。また、曲線の曲り具合はNPN303
のスイッチング速度が遅くなる程きつくなるので、トナ
ーの実際の消費量と予測量とが近似するように予めNP
N303のスイッチング速度を選択すれば、コンデンサ
305の端子電圧V0 と実際のトナー消費量とはより高
い相関関係を示すようになる。
10でデジタル信号に変換され、予定のタイミングでC
PU6に読み取られて記憶される。また、CPU6はA
/D変換器310の出力データを読み取ると放電パルス
Pd をNPN304のベースへ供給して通電させる。こ
の結果、コンデンサ305に蓄積されていた電荷がNP
N304を介して急速に放電され、コンデンサ305の
端子電圧V0 も急速に低下する。
ルス幅に相当する電荷がコンデンサ305に蓄積され、
その端子電圧V0 は予定のタイミングごとにCPU6に
読み込まれる。したがって、CPU6に読み込まれたデ
ジタルデータを積算すれば、この積算値がトナーの消費
量を代表することになり、これに基づいてトナーの消費
量を正確に予測することができる。
したブロック図であり、前記と同一の符号は同一または
同等部分を表している。また、図6は図5の主要部の信
号波形を示した図である。
れたレーザ駆動パルスはNPN303のベースに入力さ
れる。NPN303のコレクタは電流源301と接続さ
れ、そのエミッタはコンデンサ305の一端、NPN3
04のコレクタ、および比較器306の一方の入力端子
と接続されている。比較器306の他方の入力端子に
は、基準電源307の出力端子が接続されている。比較
器306の出力パルスはカウンタ302およびディレイ
回路308に入力され、ディレイ回路308の出力はN
PN304のベースに入力される。
スPr がNPN303のベースに入力されると、コンデ
ンサ305には、前記と同様にレーザ駆動パルスPr の
パルス幅に相当する電荷が蓄積される。したがって、レ
ーザ駆動パルスPr が順次入力されると、コンデンサ3
05の端子電圧V0 はレーザ駆動パルスのパルス幅の合
計を代表する電圧を示すことになる。
によって基準電圧Vref と常時比較され、時刻t1 にお
いて端子電圧V0 が基準電圧Vref に達すると、比較器
306の出力電圧Vc は“H”レベルとなる。ディレイ
回路308は、この立上がりを検出して1ショットの放
電パルスPd を発生してNPN304を導通させる。こ
の結果、コンデンサ305に蓄積されていた電荷がNP
N304を介して急速に放電され、コンデンサ305の
端子電圧V0 も急速に低下するので比較器306の出力
電圧Vc が立ち下がる。一方、カウンタ302は、比較
器306の出力電圧Vc の変化をカウントする。
ルス幅に相当する電荷がコンデンサ305に蓄積され、
端子電圧V0 が基準電圧Vref に達するごとにカウンタ
302がインクリメントされる。したがって、カウンタ
302にはレーザ駆動パルスのパルス幅の合計を代表す
る値がカウントされることになり、カウンタ302の値
を参照すればトナーの消費量を予測できるようになる。
したブロック図であり、前記と同一の符号は同一または
同等部分を表している。本実施形態では、システム電源
の電圧Vccを抵抗R1 、R2 で分圧して基準電圧Vref
を生成すると共に、電源電圧Vccを抵抗R0 を介してN
PN303のコレクタと接続した点に特徴がある。
してNPN303のオン時間とコンデンサの端子電圧V
0 との関係が変動しても、これに応じて基準電圧にV
ref も変動するので、電源電圧Vccの変動がカウンタ3
02のカウント値に及ぼす影響がキャンセルされ、トナ
ー消費量の正確な予測が可能になる。
デンサ305の放電期間中に入力されるレーザ駆動パル
スのパルス幅を計測することができないので、その分だ
け予測結果に誤差を生じることになる。そこで、次に説
明する本発明の第4、5実施形態では、コンデンサの放
電期間中のレーザ駆動パルスも検出できるようにしてい
る。
したブロック図であり、前記と同一の符号は同一または
同等部分を表している。本実施形態では、前記第1実施
形態に関して説明した構成を2組設けると共に切替器4
01を設け、各構成を時分割で使用するようにした点に
特徴がある。
ら出力されたレーザ駆動パルスPrは、初めは切替器4
01を介してNPN303aのベースに入力されるの
で、レーザ駆動パルスのパルス幅の合計を代表する電荷
はコンデンサ305aに蓄積され、コンデンサ305a
の端子電圧V0 が基準電圧Vref に達して比較器306
aの出力電圧Vc が立ち上がると、前記と同様にコンデ
ンサ305aが放電されると共にカウンタ302がイン
クリメントされる。
出力電圧Vc の立ち上がりを検出して切替え器401が
レーザ駆動パルスの出力先をNPN303b側に切り替
えるので、これ以後は、レーザ駆動パルスのパルス幅の
合計を代表する電荷はコンデンサ305bに蓄積される
ことになる。そして、コンデンサ305bの端子電圧V
0 が基準電圧Vref に達して比較器306bの出力電圧
Vc が立ち上がると、前記と同様にコンデンサ305b
が放電されると共にカウンタ302がインクリメントさ
れ、再び切替え器401によってレーザ駆動パルスの出
力先がNPN303a側に切り替える。
にはレーザ駆動パルスのパルス幅の合計を代表する値が
カウントされるので、カウンタ302の値を参照すれば
トナーの消費量を正確に予測できるようになる。
したブロック図であり、前記と同一の符号は同一または
同等部分を表している。上記した第4実施形態では、2
組の構成を同様に交互に使用するものとして説明した
が、本実施形態では、ディレイ回路308aから出力さ
れる放電パルスPd およびレーザ駆動パルスPr を入力
とする2入力ANDゲート501を設け、一方の構成は
前記第1実施形態と同様に使用し、他方の構成は、一方
の構成でのコンデンサ305aの放電期間のみ、レーザ
駆動パルスのパルス幅を測定するようにした。
5aの端子電圧V0 が基準電圧Vref に達して比較器3
06aの出力電圧Vc が立ち上がり、これに同期して、
ディレイ回路308aが放電パルスPd を発生すると、
この時に入力されたレーザ駆動パルスによってNPN3
03cが導通状態となるので、この間のレーザ駆動パル
スのパルス幅に応じた電荷はコンデンサ305cに蓄積
されることになる。そして、コンデンサ305cの端子
電圧V0 が基準電圧Vref に達して比較器306cの出
力電圧Vc が立ち上がると、前記と同様にコンデンサ3
05cが放電されると共にカウンタ302がインクリメ
ントされる。
放電期間中のトナー消費量を計測できるので、その予測
をさらに正確に行えるようになる。
ラープリンタに適用して説明したが、本発明はこれのみ
に限定されるものではなく、ファクシミリ装置や複写機
等にも同様に適用することができる。
費量の予測値に基づいてトナー濃度を調整するものとし
て説明したが、この予測値はトナーカートリッジや定着
器等の寿命を判断するためのパラメータとして利用して
も良い。
成される。 (1) 請求項1の発明によれば、画素濃度でパルス幅変調
したレーザ駆動パルスでスイッチング手段が導通制御さ
れ、このときにスイッチング手段を流れる電流で充電さ
れる電荷蓄積手段の端子電圧と実際のトナー消費量とは
極めて高い相関関係を示すので、この電荷蓄積手段の端
子電圧に基づいてトナー消費量を予測すれば正確な予測
が可能になる。また、トナーの実際の消費量と予測量と
が近似するように予めスイッチング手段のスイッチング
速度を設定すれば、実際のトナー消費量をより正確に予
測することが可能になる。 (2) 請求項2の発明によれば、前記請求項1の機能をA
/D変換器を用いて実現することができる。 (3) 請求項3の発明によれば、前記請求項1の機能をA
/D変換器を用いることなく実現することができる。 (4) 請求項4、5の発明によれば、一の電荷蓄積手段が
放電中に入力されるレーザ駆動パルスによるトナー消費
量も予測できるので、より正確な予測が可能になる。 (5) 請求項6の発明によれば、システム電源の電圧が変
動してもトナー消費量を正確に予測できるようになる。(6) 請求項7の発明によれば、画素濃度でパルス幅変調
したレーザ駆動パルスでバイポーラトランジスタが導通
制御され、このときにバイポーラトランジスタを流れる
電流で充電される電荷蓄積手段の端子電圧と実際のトナ
ー消費量とは極めて高い相関関係を示すので、この電荷
蓄積手段の端子電圧に基づいてトナー消費量を予測すれ
ば正確な予測が可能になる。
た図である。
との関係を示した図である。
ク図である。
ク図である。
ク図である。
ク図である。
ク図である。
た図である。
図である。
図である。
ランジスタ、301…電流源、305…コンデンサ、3
10…A/D変換器、306…比較器、307…基準電
源、308…ディレイ回路
Claims (7)
- 【請求項1】 画像信号に基づいて形成された静電潜像
を二成分現像剤で現像して転写媒体上に転写する画像形
成装置において、 パルス幅変調された画像信号で導通制御されるスイッチ
ング手段と、 前記スイッチング手段の一端に接続された電源と、 前記スイッチング手段の他端に接続され、前記スイッチ
ング手段が導通状態になると前記電源によって充電され
る電荷蓄積手段と、 前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷の総量を求める総電
荷量検出手段と、 前記総電荷量に基づいてトナーの消費量を予測する予測
手段とを具備し、前記スイッチング手段は、前記パルス幅変調された画像
信号のパルス幅と前記電荷蓄積手段の端子電圧との関係
と前記パルス幅変調された画像信号のパルス幅と実際の
トナー消費量との関係が同様な略S字状の非直線関係を
描くように、そのスイッチング速度が設定されている こ
とを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】 前記総電荷量検出手段は、 前記電荷蓄積手段の端子電圧をデジタル信号に変換する
A/D変換器と、 A/D変換器の出力信号を予定のタイミングで積算する
データ積算手段と、 前記予定のタイミングごとに電荷蓄積手段を放電させる
放電手段とを含み、 前記予測手段は、A/D変換器の出力信号の積算値に基
づいてトナーの消費量を予測することを特徴とする請求
項1に記載の画像形成装置。 - 【請求項3】 前記総電荷量検出手段は、 基準電圧を発生する基準電圧源と、 前記電荷蓄積手段の端子電圧を基準電圧と比較する比較
手段と、 前記端子電圧が基準電圧を越えた回数をカウントするカ
ウンタと、 前記端子電圧が基準電圧を越えると前記電荷蓄積手段を
放電させる放電手段とを含み、 前記予測手段は、前記カウンタのカウント値に基づいて
トナーの消費量を予測することを特徴とする請求項1に
記載の画像形成装置。 - 【請求項4】 画像信号に基づいて形成された静電潜像
を二成分現像剤で現像して転写媒体上に転写する画像形
成装置において、 パルス幅変調された画像信号で導通制御される第1およ
び第2のスイッチング手段と、 前記画像信号による導通制御対象を第1および第2のス
イッチング手段のいずれか一方に切り替える切替手段
と、 前記各スイッチング手段の一端に接続された電源と、 前記各スイッチング手段の他端に接続され、各スイッチ
ング手段が導通状態になると前記電源によって充電され
る第1および第2の電荷蓄積手段と、 基準電圧を発生する基準電圧源と、 前記第1および第2の電荷蓄積手段の各端子電圧をそれ
ぞれ基準電圧と比較する第1および第2の比較手段と、 各端子電圧が基準電圧を越えた回数をカウントするカウ
ンタと、 第1および第2の電荷蓄積手段の端子電圧が基準電圧を
越えると、各電荷蓄積手段をそれぞれ放電させる第1お
よび第2の放電手段と、 前記カウンタのカウント値に基づいてトナーの消費量を
予測する予測手段とを具備し、 前記切替手段は、第1の電荷蓄積手段の端子電圧が基準
電圧を越えると導通制御対象を第2のスイッチング手段
に切替え、第2の電荷蓄積手段の端子電圧が基準電圧を
越えると導通制御対象を第1のスイッチング手段に切替
えることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項5】 画像信号に基づいて形成された静電潜像
を二成分現像剤で現像して転写媒体上に転写する画像形
成装置において、 パルス幅変調された画像信号で導通制御される第1のス
イッチング手段(303a)と、 第2のスイッチング手段(303c)と、 前記各スイッチング手段の一端に接続された電源(30
1)と、 前記各スイッチング手段の他端に接続され、各スイッチ
ング手段が導通状態になると前記電源によって充電され
る第1および第2の電荷蓄積手段(305a,305
c)と、 基準電圧を発生する基準電圧源(307)と、 前記第1および第2の電荷蓄積手段の各端子電圧をそれ
ぞれ基準電圧と比較する第1および第2の比較手段(3
06a,306c)と、 各端子電圧が基準電圧を越えた回数をカウントするカウ
ンタ(302)と、 第1および第2の電荷蓄積手段の端子電圧が基準電圧を
越えると、各電荷蓄積手段をそれぞれ放電させる第1お
よび第2の放電手段(304a,304c)と、 前記第1の電荷蓄積手段の放電期間中に入力される画像
信号で第2のスイッチング手段を導通制御する選択制御
手段(501)と、 前記カウンタのカウント値に基づいてトナーの消費量を
予測する予測手段とを具備したことを特徴とする画像形
成装置。 - 【請求項6】 前記基準電圧源は、電源電圧を抵抗分圧
して基準電圧を発生することを特徴とする請求項3ない
し5のいずれかに記載の画像形成装置。 - 【請求項7】 前記スイッチング手段はバイポーラトラ
ンジスタであることを特徴とする請求項1ないし6のい
ずれかに記載の画像形成装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35808296A JP3496422B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 画像形成装置 |
US08/993,315 US6029021A (en) | 1996-12-20 | 1997-12-18 | Image forming apparatus having an adaptive mode density control system |
US09/461,282 US6173134B1 (en) | 1996-12-20 | 1999-12-15 | Image forming system having toner consumption predicting device |
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