JP4363948B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
第1に、特許文献1等において、透磁率の変化を検出できるトナー濃度センサ(Tセンサ)を現像部内に設置して、現像剤のトナー濃度を直接的に検出する技術が開示されている。この場合、検出したトナー濃度に基いて、トナー補給部におけるトナー補給量を調整する。
第3に、特許文献3等において、トナー濃度センサを用いずに、書込み画像の画像面積に係わるデータに基いてトナー補給部におけるトナー補給量を調整する技術が開示されている。
すなわち、現像部のトナー量が所定量以上になった場合に、トナー粒径が変化したり、外添剤がトナーに埋没する等による、画質劣化が生じる。また、現像部のトナー量が所定量以下になった場合に、互いに接触する現像ローラと補給ローラとの間にトナーが介在されずに、現像ローラと補給ローラとが磨耗する不具合が生じる。
上述の特許文献1の技術は、透磁率センサとしてのトナー濃度センサが、マグネットを搭載した現像ローラによる磁力の影響を受けないように、現像ローラからある程度距離を置いて設置する必要があった。すなわち、トナー濃度センサが、現像ローラによる磁力によって、トナー濃度の誤検出をおこすのを未然に防ぐ必要があった。ところが、現像ローラの近傍は、トナー消費が活発におこなわれていて、画質変動に直接関連するトナー濃度変動が生じるところである。そのため、現像ローラ近傍にトナー濃度センサを設置できないことは、正確なトナー濃度の検出を高い応答性にておこなうことの障壁になっていた。
前記トナー像を形成するために前記現像部から消費される第1トナー消費量を、前記像担持体上にトナー像を形成するための露光光の露光時間をTとして、単位露光時間当りの第1トナー消費量をΔMとしたときに、
ΔM×T
なる式で求め、
前記トナー像の形成とは別に前記現像部から消費される第2トナー消費量を、前記現像部の動作時間をt1として、定数をmとしたときに、
ΔM×t1×m
なる式で求め、
前記第1トナー消費量と前記第2トナー消費量とを合算した総トナー消費量を求め、
前記現像部に収容された2成分現像剤のトナー濃度を、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤の現像剤量を「新品状態の現像剤量」とし、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤中のトナー量を「新品状態のトナー量」としたときに、
(新品状態のトナー量+トナー補給量−総トナー消費量)/(新品状態の現像剤量+トナー補給量−総トナー消費量)
なる式で求め、
前記トナー濃度が所定値以上になるように前記トナー補給部から前記現像部へのトナー補給量を調整するものである。
ΔM×(t1×m+R×p)
なる式で求めるものである。
ΔM×T
なる式で求め、
前記トナー像の形成とは別に前記現像部から消費される第2トナー消費量を、前記現像部に現像バイアスが印加される時間をt2として、定数をnとしたときに、
ΔM×t2×n
なる式で求め、
前記第1トナー消費量と前記第2トナー消費量とを合算した総トナー消費量を求め、
前記現像部に収容された2成分現像剤のトナー濃度を、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤の現像剤量を「新品状態の現像剤量」とし、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤中のトナー量を「新品状態のトナー量」としたときに、
(新品状態のトナー量+トナー補給量−総トナー消費量)/(新品状態の現像剤量+トナー補給量−総トナー消費量)
なる式で求め、
前記トナー濃度が所定値以上になるように前記トナー補給部から前記現像部へのトナー補給量を調整するものである。
ΔM×(t2×n+R×p)
なる式で求めるものである。
図1〜図7にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1は、実施の形態1における画像形成装置を示す全体構成図である。
図1において、1は画像形成装置としてのカラープリンタの装置本体、2は画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部(光学部)、20Y、20M、20C、20BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部としてのプロセスカートリッジ、21は各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKにそれぞれ収納された像担持体としての感光体ドラム、22は感光体ドラム21上を帯電する帯電部、23は感光体ドラム21上に形成される静電潜像を現像する現像部、24は転写ベルト30の内周面に当接する転写ローラ、25は感光体ドラム21上の未転写トナーを回収するクリーニング部、30は感光体ドラム21上に形成されたトナー像が転写される被転写材Pを搬送する転写ベルト、32Y、32M、32C、32BKは各プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、20BKの現像部23に各色のトナーを補給するトナー補給部、61は転写紙等の被転写材Pが収納される給紙部、66は被転写材P上の未定着画像を定着する定着部を示す。
4つの感光体ドラム21は、それぞれ、図1の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム21の表面は、帯電部22との対向位置で、一様に帯電される(帯電工程である。)。その後、帯電電位が形成された感光体ドラム21表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
同様に、マゼンタ成分のレーザ光は、ミラー9〜11で反射された後に、紙面右から2番目のプロセスカートリッジ20Mの感光体ドラム21表面に照射されて、マゼンタ成分の静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー12〜14で反射された後に、紙面右から3番目のプロセスカートリッジ20Cの感光体ドラム12表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー15で反射された後に、紙面右から4番目のプロセスカートリッジ20BKの感光体ドラム21表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。
その後、現像工程後の感光体ドラム21表面は、それぞれ、転写ベルト30との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、転写ベルト30の内周面に当接するように転写ローラ24が設置されている。そして、転写ローラ24の位置で、転写ベルト30によって搬送された被転写材P上に、感光体ドラム21上に形成された各色のトナー像が、順次転写される(転写工程である。)。
その後、感光体ドラム21表面は、不図示の除電部を通過して、一連の作像プロセスが終了する。
その後、被転写材Pは、図中矢印方向に走行する転写ベルト30に搬送されながら、4つの感光体ドラム21との対向位置を順次通過する。こうして、被転写材P上には各色のトナー像が重ねて転写されて、カラー画像が形成される。
そして、定着工程後の被転写材Pは、排紙ローラ69によって、出力画像として装置本体1外に排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
なお、装置本体1に設置される4つのプロセスカートリッジは、収納されるトナーTの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、符号のアルファベット(Y、M、C、BK)を除して図示する。
現像ローラ23aは、図2A中の矢印方向に回転している。現像部23内のトナーTは、図2Bに示すように、間に仕切り壁23eを介在するように配設された第1撹拌スクリュ23bと第2撹拌スクリュ23cとによって、トナー補給部32から補給されたトナーTとともにキャリアCと混合されながら長手方向に循環する(図2B中の矢印方向の循環である。)。そして、摩擦帯電したトナーTは、キャリアCとともに現像ローラ23a上に供給される。
そして、感光体ドラム21に付着したトナーTは、トナー濃度センサ28の位置を通過した後に転写部に達して、そのほとんどが被転写材P上に転写される。そして、感光体ドラム21上に残存したトナーTが、クリーニングブレード25a及びクリーニングローラ25bによってクリーニング部25内に回収される。
図3のブロック図を参照して、画像入力部101に画像情報が入力されると、その情報が画像制御コントローラ102を介してエンジンコントローラ103のシーケンス制御部106に送信される。そして、シーケンス制御部106によって駆動部制御回路110を制御して、駆動部80が動作する。これにより、感光体ドラム21や現像部23等の駆動部材が動作する。さらに、シーケンス制御部106によって、転写部電源制御回路111を制御して転写ローラ(転写部)24に電圧を印加して、現像部電源制御回路113を制御して現像部23の現像ローラ23aに現像バイアスを印加して、帯電部電源制御回路114を制御して帯電部22に電圧を印加する。
また、シーケンス制御部106は、カウンタ部104、演算処理部107、カウンタ値等を記憶するメモリ108との間で、情報を双方向に送信できるように接続されている。これにより、後述のトナー補給制御を可能にしている。
まず、駆動部80のうち、感光体ドラム21を駆動する感光体ドラム駆動部が駆動されて、帯電部22に電圧が印加される。その後、駆動部80のうち、現像部23を駆動する現像駆動部が駆動されて、それと同時に現像ローラ23aに現像バイアスが印加される。
ここで、現像領域における地肌部電位(感光体ドラム21上においてトナー像を形成しない領域の表面電位である。)は、図4に示すように、現像部23の駆動タイミングに合わせてVDボルトになるように制御されている。また、現像部23の駆動動作の終了とともに、地肌部電位は減衰する。
本実施の形態1では、トナー像の形成に係わる第1トナー消費量を算出するとともに、上述の第2トナー消費量を現像部23の動作時間に基づいて算出して、それらを合算して総トナー消費量を求める。そして、総トナー消費量に基づいて、トナー補給部32からのトナー補給量を調整して、現像部23内のトナー濃度を安定化する。
まず、所定のタイミングで(例えば、所定のプリント枚数間隔ごとに)、演算処理部107にてメモリ108からトナー濃度の記憶値が読込まれる(ステップS1〜S2)。
さらに、演算処理部107にてメモリ108からトナー補給量カウンタの記憶値が読込まれる(ステップS3)。
ΔM×(t1×m+T)
なる式で求められる。上式において、ΔMは単位露光時間当りの第1トナー消費量であり、t1は現像部23の駆動時間(動作時間)であり、mは定数であり、Tは露光時間(静電潜像の書込みに係わる光源の発光時間)である。
すなわち、上式において、ΔM×Tの項は、トナー像の形成のみに消費される第1トナー消費量を示す。これに対して、ΔM×t1×mの項は、トナー像の形成とは別に消費される、地肌汚れ及びトナー飛散による第2トナー消費量を示す。
ΔM=(単位面積当りトナー付着量×1ドット面積)÷(1ドット書込み時間)
=(1ドット当りの第1トナー消費量)÷(1ドット書込み時間)
となる。ここで、本実施の形態1では、書込み部2の解像度が600dpiで、単位面積当りトナー付着量が5.6g/m2となっていて、ΔMは0.2456g/秒と算出される。
m=(第2トナー消費量/t1)÷ΔM
となる。ここで、本実施の形態1では、(第2トナー消費量/t1)が2.668×10-4g/秒となり、mは1.087×10-3と算出される。
なお、ΔMやmは、メモリ108に記憶される。
その後、ステップS15で算出されたトナー消費量がカウントアップされる(ステップS16)。
具体的には、ステップS10でカウントアップされたトナー補給量と、ステップS16でカウントアップされた総トナー消費量とを、上述のトナー濃度の式に代入する。なお、算出されたトナー濃度やトナー消費量は、適宜、メモリ108に記憶される。
なお、トナー濃度の所定値Cは、ねらいのトナー濃度が7%である場合、6.8%程度に設定される。これは、トナー補給量のばらつきによるトナー濃度変動分を考慮したものである。
その後、トナー濃度が計算される(ステップS17)。このとき、トナー補給量はカウントアップされていないので、ステップS25でカウントアップされた総トナー消費量を、上述のトナー濃度の式に代入する。
その後、ステップS18を経て、本フローを終了する(ステップS19)。
図6は、本実施の形態1の画像形成装置における、現像部23内の現像剤のトナー濃度変動を示すグラフである。図6において、横軸は出力画像のプリント枚数を示し、縦軸は現像剤のトナー濃度を示す。また、曲線S4は画像比率が5%の出力画像を連続的にプリントしたときのトナー濃度変動を示し、曲線S5は画像比率が0%の出力画像を連続的にプリントしたときのトナー濃度変動を示し、曲線S6は画像比率が5%の出力画像を間欠的にプリントしたとき(1プリントごとに装置を停止させるものである。)のトナー濃度変動を示す。
図8にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図8は、実施の形態2における画像形成装置の制御を示すタイミングチャートであって、前記実施の形態1の図4に相当する図である。本実施の形態2は、第2トナー消費量が現像バイアスの印加時間により算出される点が、第2トナー消費量を現像動作時間により算出する前記実施の形態1と相違する。
まず、駆動部80(感光体ドラム駆動部及び現像駆動部)が駆動されて、帯電部22に電圧が印加される。その後、現像部23の現像ローラ23aに現像バイアスが印加される。
ここで、現像領域における地肌部電位は、前記実施の形態1とは異なり、現像部23の駆動タイミングより僅かに先行してVDボルトになるように制御されている。
本実施の形態2では、トナー像の形成に係わる第1トナー消費量を算出するとともに、上述の第2トナー消費量を現像バイアスの印加時間に基づいて算出して、それらを合算して総トナー消費量を求める。そして、総トナー消費量に基づいて、トナー補給部32からのトナー補給量を調整して、現像部23内のトナー濃度を安定化する。
ΔM×(t2×n+T)
なる式で求められる。上式において、ΔMは単位露光時間当りの第1トナー消費量であり、t2は現像部23に現像バイアスが印加される時間であり、nは定数であり、Tは露光時間である。
すなわち、上式において、ΔM×Tの項は、トナー像の形成のみに消費される第1トナー消費量を示す。これに対して、ΔM×t2×nの項は、トナー像の形成とは別に消費される第2トナー消費量を示す。
n=(第2トナー消費量/t2)÷ΔM
となる。ここで、本実施の形態2では、(第2トナー消費量/t2)が3.064×10-4g/秒となり、nは1.164×10-3と算出される。
なお、ΔMやnは、メモリ108に記憶される。
図9〜図12にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図9は、実施の形態3における画像形成装置の制御を示すタイミングチャートであって、前記実施の形態1の図4に相当する図である。本実施の形態3は、第2トナー消費量が現像部23の動作回数に基づいて補正される点が、前記各実施の形態と相違する。
まず、駆動部80(感光体ドラム駆動部及び現像駆動部)が駆動されて、これと同時に帯電部22に電圧が印加され、さらに現像部23の現像ローラ23aに現像バイアスが印加される。
まず、前記実施の形態1と同様に、所定のタイミングで(例えば、所定時間ごとに)、トナー濃度とトナー補給量カウンタとの記憶値が読込まれる(ステップS41〜S43)。
ここで、本実施の形態3では、ステップS15で算出される総トナー消費量は、
ΔM×(t1×m+R×p+T)
なる式で求められる。上式において、Rは現像部23の動作回数であり、pは定数である。
すなわち、上式において、ΔM×Tの項は、トナー像の形成のみに消費される第1トナー消費量を示す。これに対して、ΔM×(t2×n+R×p)の項は、トナー像の形成とは別に消費される第2トナー消費量を示す。なお、ΔM×R×pは、第2トナー消費量の補正項である。
そして、前記実施の形態1と同様に、算出されたΔM及びm及びpと、カウントアップされた露光時間Tと、カウントアップされた動作時間t1と、カウントアップされた動作回数Rとを上式に代入して、総トナー消費量が算出される。さらに、前記実施の形態1と同様に、トナー濃度が算出される。
その後、算出されたトナー濃度が記憶され(ステップS50)、本フローを終了する(ステップS51)。
図12は、本実施の形態3の画像形成装置における、現像部23内の現像剤のトナー濃度変動を示すグラフである。図12において、横軸は出力画像のプリント枚数を示し、縦軸は現像剤のトナー濃度を示す。また、曲線S7は画像比率が5%の出力画像を連続的にプリントしたときのトナー濃度変動を示し、曲線S8は画像比率が0%の出力画像を連続的にプリントしたときのトナー濃度変動を示し、曲線S9は画像比率が5%の出力画像を間欠的にプリントしたときのトナー濃度変動を示す。
ΔM×(t2×n+R×p+T)
となる。
図13〜図15にて、この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
図13は、実施の形態4における画像形成装置の作像部を示す構成図であって、前記実施の形態1の図2Aに相当する図である。本実施の形態4は、現像部23が1成分現像剤に対応したものである点と、現像部23にメモリ18が設置されている点と、新品状態時の現像剤Tの情報に基づいて制御がされている点とが、前記実施の形態1と相違する。
現像ローラ23Aは、図13中の矢印方向に回転している。現像部23(トナー溜め)内のトナーTは、撹拌ローラ23Cによって撹拌されながら、補給ローラ23B位置まで搬送される。補給ローラ23Bに達したトナーTは、現像ローラ23Aと補給ローラ23Bとの間で摩擦帯電され、現像ローラ23A上に供給される。
図14に示すように、装置本体1に設置されたエンジンコントローラ103のメモリ108は、現像部23に設置されたメモリ18との間で、情報を無線又は有線で双方向に送信できるように構成されている。これにより、現像部23内の現像剤に係わる情報に基づいて装置本体1を制御したり、現像剤に係わる情報を更新したりすることができる。
まず、トナー濃度及びトナー補給量カウンタの記憶値が読込まれる(ステップS31〜S33)。
その後、前記実施の形態3と同様に、現像部23の動作回数がカウントアップされて(ステップS34)、それにともないトナー濃度が計算される(ステップS35)。ここで、本実施の形態4では、前記実施の形態3とは異なり、画像比率の判定はおこなわれない。すなわち、本実施の形態4では、図9のシーケンス制御を画像比率に係わらずおこなうものである。
また、ステップS15で算出される総トナー消費量は、前記実施の形態3と同様に、
ΔM×(t1×m+R×p+T)
なる式で求められる。
そして、本フローを終了する(ステップS39)。
図16にて、この発明の実施の形態5について詳細に説明する。
図16は、実施の形態5における画像形成装置の制御を示すフローチャートであって、前記実施の形態4の図15に相当する図である。本実施の形態5は、現像部23が2成分現像剤に対応したものである点と、現像部23にメモリ18を設置せずに現像剤が新品状態であることを検出する手段に基づいた制御がされている点とが、前記実施の形態4と相違する。
例えば、前記実施の形態1で説明したプロセスカートリッジ20の構成をとる場合であれば、新品状態のプロセスカートリッジ20であれば、新品の現像剤が収納されていることになる。したがって、装置本体1へのセットにより変形する爪部材をプロセスカートリッジ20に設置して、装置本体1に設置されたセンサでセット直前の爪部材の変形状態を検出することで、現像剤が新品状態であることを検出できる。
これに対して、ステップS62にて、現像剤が新品状態ではないと判定された場合には、トナー濃度及びトナー補給量カウンタの記憶値が読込まれて(ステップS68〜S69)、ステップS8以降のフローがおこなわれる。
20、20Y、20M、20C、20BK プロセスカートリッジ、
21 感光体ドラム(像担持体)、 22 帯電部、
23 現像部、 23a、23A 現像ローラ、
23b 第1撹拌スクリュ、 23c 第2撹拌スクリュ、
23B 補給ローラ、 23C 撹拌ローラ、
24 転写ローラ、 25 クリーニング部、 30 転写ベルト、
32、32Y、32M、32C、32BK トナー補給部、
33 トナーボトル、 35 トナー補給ローラ、
61 給紙部、 66 定着部。
Claims (8)
- トナーとキャリアとからなる2成分現像剤を収納するとともに、像担持体上に形成された潜像を現像してトナー像を形成する現像部と、
前記現像部にトナーを補給するトナー補給部と、
を備え、
前記トナー像を形成するために前記現像部から消費される第1トナー消費量を、前記像担持体上にトナー像を形成するための露光光の露光時間をTとして、単位露光時間当りの第1トナー消費量をΔMとしたときに、
ΔM×T
なる式で求め、
前記トナー像の形成とは別に前記現像部から消費される第2トナー消費量を、前記現像部の動作時間をt1として、定数をmとしたときに、
ΔM×t1×m
なる式で求め、
前記第1トナー消費量と前記第2トナー消費量とを合算した総トナー消費量を求め、
前記現像部に収容された2成分現像剤のトナー濃度を、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤の現像剤量を「新品状態の現像剤量」とし、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤中のトナー量を「新品状態のトナー量」としたときに、
(新品状態のトナー量+トナー補給量−総トナー消費量)/(新品状態の現像剤量+トナー補給量−総トナー消費量)
なる式で求め、
前記トナー濃度が所定値以上になるように前記トナー補給部から前記現像部へのトナー補給量を調整することを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像部の動作回数に基いて前記第2トナー消費量を補正することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記動作回数をRとして、定数をpとしたときに、前記第2トナー消費量を、
ΔM×(t1×m+R×p)
なる式で求めることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - トナーとキャリアとからなる2成分現像剤を収納するとともに、像担持体上に形成された潜像を現像してトナー像を形成する現像部と、
前記現像部にトナーを補給するトナー補給部と、
を備え、
前記トナー像を形成するために前記現像部から消費される第1トナー消費量を、前記像担持体上にトナー像を形成するための露光光の露光時間をTとして、単位露光時間当りの第1トナー消費量をΔMとしたときに、
ΔM×T
なる式で求め、
前記トナー像の形成とは別に前記現像部から消費される第2トナー消費量を、前記現像部に現像バイアスが印加される時間をt2として、定数をnとしたときに、
ΔM×t2×n
なる式で求め、
前記第1トナー消費量と前記第2トナー消費量とを合算した総トナー消費量を求め、
前記現像部に収容された2成分現像剤のトナー濃度を、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤の現像剤量を「新品状態の現像剤量」とし、前記現像部に新品状態で収容された2成分現像剤中のトナー量を「新品状態のトナー量」としたときに、
(新品状態のトナー量+トナー補給量−総トナー消費量)/(新品状態の現像剤量+トナー補給量−総トナー消費量)
なる式で求め、
前記トナー濃度が所定値以上になるように前記トナー補給部から前記現像部へのトナー補給量を調整することを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像部の動作回数に基いて前記第2トナー消費量を補正することを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記動作回数をRとして、定数をpとしたときに、前記第2トナー消費量を、
ΔM×(t2×n+R×p)
なる式で求めることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。 - 前記現像剤が新品状態である情報に基いて、前記トナー補給量を調整することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記現像部は、メモリを備え、
前記メモリは、新品状態である前記現像剤の情報を保持するとともに、その情報を経時における前記現像剤の情報に更新することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の画像形成装置。
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