JP5245951B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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この時、例えば二成分現像装置であると、現像器内でトナー粒子はキャリア粒子と混合撹拌され帯電された上で像担持体の静電潜像の現像に供される。この際、画像品質を確保するためトナー分散性を向上させることが必要であり、トナー表面にはシリカや酸化チタン等の添加剤が外添されている。しかし、この添加剤はメカ的ストレスや熱ストレスに弱く、現像機内にトナー粒子が長く留まり、キャリアとの混合撹拌が繰り返して行われると、トナー内部に埋没したり、表面から離脱したりする現象が生じ、これに応じてトナー付着力の増加が発生する。
従来技術の中には、次のような方法でトナー劣化を検知し、画像劣化を防いでいるものがある。
また、特許文献2に記載の画像形成装置において、トナー劣化時の帯電量変化は、増加方向、減少方向いずれにも変化する可能性があり、また帯電量はトナー劣化時以外にも環境条件などで変化するため、現像器内のトナー帯電量のみから、正確な劣化状態を検知するのは極めて困難である。
以上のように、各従来技術には、トナー帯電量が環境変動し、また、嵩密度の変動に起因し、トナー劣化を正確に検知する上で問題があり、これら問題点を排除でき、トナー劣化検知を正確に行えるような装置が望まれている。
そこで、本発明者は、像坦持体上のトナー像の高さやトナー像の表面凹凸を求め、このトナー像高さやトナー像の表面凹凸から充填率、付着力、即ち、トナー劣化情報を得るという点に着目し、本発明を導いた。
まず、図1および図2を参照して、第1の実施形態に係る画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1は画像形成装置としてのカラープリンタの全体構成を示し、図2はその作像部の断面を拡大して示している。
図1に示すように、画像形成装置本体100(以下、「装置本体100」ともいう)の中央には、ベルト状の中間転写ベルト50が設置されている。
ここで各画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kには像担持体である感光体ドラム11、12、13、14が配備され、これらの感光体ドラム上に形成される各色トナー像は、これらの感光体ドラムに当接する記録媒体である中間転写ベルト50へ順次一次転写される。
ここで、用紙カセット101から給紙された記録用紙Sは中間転写ベルト50と二次転写ローラ80の間に矢印Fの方向から所定のタイミングで搬送されてくる。この時、中間転写ベルト50上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ローラ80と二次転写部対向ローラ73との間に形成された二次転写ニップで記録用紙S上に一括転写される。フルカラートナー像が転写された記録用紙は、定着装置81へ搬送され、定着装置81において加熱・加圧され、機外となるトレイ103へと排出される。
図2は、本実施形態で用いた画像形成ユニット1Yの概略構成を示す部分断面図を示す。
画像形成ユニット1Yは、潜像担持体としての感光体ドラム11と、感光体ドラム11の表面を帯電ローラ21aによって帯電する帯電装置21と、感光体ドラム11上の潜像をトナー像化する画像形成手段としての現像装置31と、中間転写ベルト50上にトナー像を一次転写するための一次転写ローラ61と感光体ドラム11の表面に残存したトナーをクリーニングする感光体クリーニング装置41と、感光体ドラム11上に形成されたトナー像の凹凸を検知する凹凸検知手段111と、感光体ドラム11上に形成されたトナー像のトナー濃度を検知する濃度検知手段121とを備えている。
即ち、画像形成装置をなし、プロセスカートリッジは、表面に潜像を担持する感光体ドラム11と、感光体ドラム11に対設された現像剤担持体に担持した現像剤を感光体ドラム11の静電潜像に供給して顕像化する現像装置31と、感光体ドラム11を帯電させる帯電装置21と、感光体ドラム11の表面に残存したトナーをクリーニングする感光体クリーニング装置41とを一体的に支持した構成を採る。しかも、プロセスカートリッジは、図2に示すように、現像装置31にトナー像の凹凸を検知する凹凸検知手段111と、濃度検知手段121と、透磁率センサ141とを付設した構成を採る。
感光体クリーニング装置41は、クリーニングブレード41aと、クリーニングブラシ41bを備えている。クリーニングブレード41aは、感光体ドラム11の回転方向に対してカウンタ方向から感光体ドラム11と当接している状態で、クリーニングブラシ41bは感光体ドラム11と逆方向に回転しながら接触している状態で感光体ドラム11表面をクリーニングする。
スクリュー部材31bは、現像スリーブ側となる現像剤の供給側と、図示しない補給トナー装置の供給を受ける側にそれぞれ配置され、収容容器31cに図示しない軸受け部材によって回転自在に支持されている。
中間転写ベルト50は、例えば中抵抗の無端状のベルト材で構成され、二次転写部対向ローラ73及び支持ローラ71、72といった複数の支持ローラに掛け回されている。この支持ローラの一つを回転駆動することにより、中間転写ベルト50を図中矢印方向に無端移動させることが出来る。
装置本体110の下部には、記録用紙が複数枚重ねて収納された給紙部101が配設され、給紙部101からは記録用紙を二次転写して排紙トレー103に導く搬送路が延設される。なお、給紙部101には給紙ローラ102が対設される。
ここで、本発明を適用したプリンタにおける特徴的な構成を説明する。
図2に示すように、凹凸検知手段111は現像装置31の出口付近に設置され、現像装置31によってトナーが感光体ドラム11上に現像され、中間転写ベルト50に一次転写されるより前に、感光体ドラム上のトナー像表面凹凸情報を検知する。
透磁率センサ141の詳細構成および利点等は、例えば特開2002−207357号公報の段落番号「0007」〜「0008」に記載されているものと同様であるため、その説明を省略する。
ROM922には、後述するフローチャートに係るトナー濃度補正処理プログラム、トナー劣化判定交換トナー処理プログラム、及びそのサブルーチン、および制御処理で用いる各制御パラメータが記憶されている。
CPU921は、少なくとも第1トナー劣化判定手段92Aと第2トナー劣化判定手段92Bと、第3トナー劣化判定手段92Cと、トナー排出駆動手段92Dとトナー補給制御手段92Eとの機能を備える。
ここでトナー像高さshの求め方について具体的に説明する。なお、本発明におけるトナー像高さshの求め方は該実施形態に限られない。
図5は図4の検知方法によって出力されるベタパッチ150の表面凹凸の模式図を示したものである。図5(a)中における破線は、下の破線が基準点Lbを表しており、上の上限値Lr(破線)は最大高さの位置を表している。
第2トナー劣化判定手段92Bは、凹凸検知手段111よりの凹凸信号より感光体ドラム(像担持体)11上に形成されたトナー像の高さh1(図4参照)を求め、同トナー像高さh1の基準検知光領域e1及びe2での全検出値データに基づき、像担持体上に形成されたトナー像の平均粗さRaを演算する。求められた平均粗さRaがトナー劣化判定用の粗さ基準平均粗さRabより大きくなればトナーが劣化していると判断する機能を備える。
第3トナー劣化判定手段92Cはトナー像高さh1がトナー付着量に対する高さ基準値shbより大きいと第1トナー劣化判定手段92Aが判断するか、あるいは、像担持体上に形成されたトナー像の平均粗さRaがトナー劣化判定用の粗さ基準値より大きいと第2トナー劣化判定手段92Bが判断するか、いずれか1つがトナー劣化を判定すると、トナーが劣化していると判断する機能を備える。
トナー排出駆動手段92Dは、第3トナー劣化判定手段92Cがトナー劣化と判断した場合、現像装置内のトナー粒子を外部へ排出するトナー排出モードで駆動する機能を備える。
次に、本実施形態における、トナー像高さshの求め方について説明する。なお、本発明におけるトナー像高さshの求め方は該実施形態に限られない。
次に、制御装置92が行うトナー像高さ計測制御処理を図6〜図8のフローチャートに沿って説明する。
500枚印刷に達し、ステップs2に進むと、感光体ドラム11上にM/A=0.42[mg/cm2]となる1cm×1cmのベタパッチを現像する。ステップs3では図4、図5(a)、(b)に示すようにしてトナー像のデータ計測を行い、次いで、ステップs4に進む。
図7に示すトナー像高さ検出ルーチンのステップa1に達するとする。
ここではベタパッチに達する前に非画像部e1の計測結果から高さ基準値Lb上の基準点pbを設定する。ステップa2において、ステップa1で設定した基準点pbを基に、ベタパッチ150における高さ測定データの積分処理によりトナー像の断面積S1を求める。
ステップa3において、測定データより計測したトナー像が最も高い位置(図5(a)の符号pt参照)を検出し、その高さ上辺である上限値Lr(破線)を設定する。この時、上辺より下にあるトナー像の面積は、ステップa2で求めた断面積S1と等しい。
ここで初期現像剤と劣化した現像剤では、付着量において劣化した現像剤の方が、トナー像高さshが高くなっていることがわかる。また、この現象は感光体ドラム上のトナー付着量に依存しない。このように、像担持体上に現像されたトナー像の高さを測定することで、トナーの劣化状態を判断することが出来る。
次に、トナー劣化排出駆動ルーチンのステップs5に達するとする。
次に、ステップs7に進むと、ここでは図8に示したトナー画像平均粗さ検出処理ルーチンに進む。
ステップb3において、測定データより計測したトナー像が最も高い位置(図5(a)の符号pt参照)を検出し、その高さ上辺である上限値Lr(破線)を設定する。この時、上辺より下にあるトナー像の面積は、ステップb2で求めた断面積S1と等しい。
このステップs7よりステップs8に達するとする。ここでは、最新のトナー像の平均粗さRaがトナー劣化判定用の粗さ基準値Rabより大きいか否か判断し、大きいとステップs6にそうでないとトナーが劣化していないと判断し、ここでの処理を終了し、不図示の主駆動制御処理に戻る。
ここで、検知の結果トナーが劣化していると判断し、ステップs5、s8のいずれかよりステップs6に達すると、このステップs6においてトナー排出モードを起動する。
ここで制御手段92は、トナー排出駆動手段92Dとして機能し、トナー排出モードでの制御に入り、光書き込み装置25から感光体ドラム11にレーザ光Lを照射し、感光体ドラム11上を全面露光して静電潜像を形成し、これにより劣化したトナーを高レベルで消費させ、廃棄する。
特に、ステップs6においては、現像装置内のトナー粒子を外部へ排出するトナー排出モードを実行し、これに伴い、不図示の主駆動制御ルーチンにおいて、制御装置92は透磁率センサ141の出力値Vtが制御基準値Vrefより大きく変化したのを検出し、これに応じて現像器31cのトナー補給駆動モータ31mが駆動され、現像器31cへのトナーの補給が実行され、新トナーへの交換が速やかになされることとなる。このため、像担持体上のトナー像の高さが高さ基準値より大きいか、あるいは、トナー像の平均粗さが粗さ基準値より大きいか、これら2つの劣化判定結果のうちのいずれかの状態に達するとトナーが劣化していると判断するので、新トナーへの交換が速やかになされ、精度良くトナー劣化を検知出来、高画質な画像を維持することが出来るようになる。
(第2の実施形態)
上述のところにおいて、図1、2のカラープリンタの制御装置92は、不図示の主駆動制御ルーチンの途中で、図6に示すトナー劣化判定交換ルーチンを実行し、その際、ステップs4でトナー像高さ検出処理を行い、ステップs7でトナー画像平均粗さ検出処理を行い、ステップs5でトナー像高さh1がトナー付着量に対する高さ基準値shbより大きいか否か判断し、ステップs8でトナー像の平均粗さRaがトナー劣化判定用の粗さ基準値Rabより大きいか否か判断し、その上で、ステップs6においてトナー排出モードを起動するという処理(請求項3相当の処理)を行っていた。
図7に示すトナー像高さ検出ルーチンで現在の判定値Lsを求め、同値に応じたトナー像の高さshを求め、ステップc5に戻る。
ステップc5では、トナー像高さ検出ルーチンにより求めたトナー像の高さshがトナー付着量に対する高さ基準値shbより大きいか否か判断し、大きいとステップc6にそうでないと不図示の主駆動制御処理に戻る。
ここで、制御手段92はステップc5、c6の制御処理により、第1トナー劣化判定手段92Aとしての機能を発揮する(請求項1相当の構成)。
(第3の実施形態)
上述のところにおいて、図1、2のカラープリンタの制御装置92は、図6に示すトナー劣化判定交換ルーチンを実行し、その際、ステップs3でトナー像高さ検出処理を行い、ステップs4でトナー画像平均粗さ検出処理を行い、ステップs5でトナー像高さh1が基準値shbより大きいか否か判断し、ステップs7でトナー像の平均粗さRaがトナー劣化判定用の粗さ基準値Rabより大きいか否か判断し、その上で、ステップs6においてトナー排出モードを起動するという処理(請求項3相当の処理)を行っていた。
図8に示すトナー像平均粗さ検出処理ルーチンで現在の判定値Lsを求め、同値に応じたトナー像平均粗さRaを求め、ステップd5に達する。
ステップd5においては、最新のトナー像の平均粗さRaがトナー劣化判定用の粗さ基準値Rabより大きいか否か判断し、大きいとステップd6にそうでないとトナーが劣化していないと判断し、ここでの処理を終了し、不図示の主駆動制御処理に戻る。
ここで、制御手段92bはステップd4、d5の制御処理により、第2トナー劣化判定手段92Bとしての機能を発揮する。
(第4の実施形態)
図1、2のカラープリンタの制御装置92は、図6に示すトナー劣化排出駆動ルーチンを実行し、その際、ステップs3でトナー像高さ検出処理を行い、ステップs4でトナー画像平均粗さ検出処理を行い、ステップs5でトナー像高さh1が基準値shbより大きいか否か判断し、ステップs7でトナー像の平均粗さRaがトナー劣化判定用の粗さ基準値Rabより大きいか否か判断し、その上で、ステップs6においてトナー排出モードを起動するという処理(請求項3相当の処理)を行っていた。
次いで、ステップe5に達すると、中間転写体50上のトナー像高さshvが感光体ドラム11上のトナー像高さshから一定の値分(判定値αsh)低くなっているか否か判断し、低いとトナーが劣化していると判断して、ステップe6に進み、そうでないとトナーが劣化していないと判断し、ここでの処理を終了し、不図示の主駆動制御処理に戻る。
ここで、制御手段92cはステップe3、e4、e5の制御処理により、請求項4の構成に対応する、トナー像高さの一次二次差分よりのトナー劣化判定処理機能を発揮する。
(比較実験)
次に、本発明による画像形成装置の効果を確認するため、本発明者らが行った比較実験について説明する。
本実施例におけるプリンタ(画像形成装置)の概略構成は前述した図1と同様である。 以下に説明する各実施例は下記の共通条件の下に行われた。
・ トナー粒径:6.8×10−6[m]
・ トナー形状:不定形トナー
・ キャリア粒径:55×10−6[m]
・ トナーM/A:4.2×10−3[kg/m2]
本比較実験は、前述の実験機を用いて画像形成を行い、1000枚出力毎の画像評価を10000枚出力されるまで行った。
画像評価方法としては、現像装置内のトナーが劣化しやすい条件として、印字率10%の画像を連続出力する。その出力画像を、目視で文字かすれ、文字つぶれ及び中抜けについて評価を行い、異常画像が全く発生していない場合を5とし、画質として問題は無いが僅かに文字かすれ等が発生している場合を4、多少文字かすれ等が発生しているが、画像劣化とは判断できない軽微な場合を3、画質劣化をしている箇所が複数あり画質として問題がある場合を2、明らかに画像劣化が起こっている場合を1とする5段階評価を行った(「表1」参照)。
実施例1におけるトナー像の高さは、基準を初期現像剤の高さ(本実施例では11×10−6[m])とし、基準値よりも2.0×10−6[m]以上高い時にトナーの劣化が発生していると判断する(プリンタが第1トナー劣化判定手段92Aの機能のみで劣化を判定する場合)。
また、実施例1における劣化検知方法と、実施例2における劣化検知方法を両方行い、どちらか一方が、トナーが劣化していると判断した場合トナーを外部へ排出する制御を行う場合を実施例3とする(プリンタが第3トナー劣化判定手段923の機能で劣化を判定する場合)。
また、劣化検知を行う頻度としては、上述のステップs1、c1、d1、e1に示したフローチャートに従うものとする。
これらの結果から、本発明は請求項1乃至10の各発明において効果があることが示されている。
以上説明したとおり、第1乃至第4の実施形態によれば、トナー劣化判定処理をすることで、新トナーへの交換が速やかになされ、精度良くトナー劣化を検知出来、高画質な画像を維持することが出来るようになる。
さらに、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができることは無論である。
11、12、13、14 感光体ドラム
21、22、23、24 帯電装置
31、32、33、34 現像装置
31c 収容容器
41、42、43、44 クリーニング装置
50 中間転写ベルト
61、62、63、64 一次転写ローラ
50 中間転写ベルト
80 二次転写ローラ
111、112、113、114 凹凸検知手段
121 濃度検知手段
130 光学センサ
110 制御装置
925 トナー補給駆動モータ
92A 第1トナー劣化判定手段
92B 第2トナー劣化判定手段
92C 第3トナー劣化判定手段
92D トナー排出駆動手段
92E トナー補給制御手段
S 記録用紙(記録媒体)
sh トナー像高さ
shb 高さ基準値
Claims (10)
- 少なくとも、表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体に対設された現像剤担持体に担持した現像剤を像担持体の潜像に供給して顕像化する現像装置と、像担持体上に顕像化されたトナー像を記録媒体上に転写する転写装置を有する画像形成装置において、
上記像担持体上に形成されたトナー像の凹凸を検知する検知手段を有し、該検知手段により該像担持体上に形成されたトナー像の高さを求め、該トナー像高さがトナー付着量に対する高さ基準値より大きいならばトナーが劣化していると判断する機能を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも、表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体に対設された現像剤担持体に担持した現像剤を像担持体の潜像に供給して顕像化する現像装置と、像担持体上に顕像化されたトナー像を記録媒体上に転写する転写装置を有する画像形成装置において、
上記像担持体上に形成されたトナー像の凹凸を検知する検知手段を有し、該検知手段により像担持体上に形成されたトナー像の平均粗さを求め、該平均粗さがトナー劣化判定用の粗さ基準値より大きくなればトナーが劣化していると判断する機能を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 上記請求項1と請求項2に記載のトナー劣化判断機能を備え、上記像担持体上のトナー像高さとトナー像平均粗さのどちらか一方が上記高さ基準値または上記粗さ基準値を超えた場合、トナーが劣化していると判断する機能を備えることを特徴とする画像形成装置。
- 上記転写装置が像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体に一次転写して担持し、該中間転写体上に担持されたトナー像を記録用紙に二次転写するよう形成され、
上記像担持体上に形成されたトナー像の凹凸を検知する第1検知手段と、中間転写体上に形成されたトナー像の凹凸を検知する第2検知手段を有し、該第1検知手段より像担持体上のトナー像高さを、該第2検知手段より上記中間転写体上のトナー像高さを求め、中間転写体上のトナー像高さが像担持体上のトナー像高さから一定の値分低くなっていれば、トナーが劣化していると判断する機能を備えることを特徴とする請求項1、2または3に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体上に形成されたトナー像のトナー濃度を検知する濃度検知手段を有し、該濃度検知手段より検知されたトナー濃度からトナー付着量を求めることを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載の画像形成装置。
- 上記検知手段は上記トナー像に発光素子からの光を照射し、上記トナー像で反射した光を受光することで上記トナー像の表面凹凸情報を検知することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の画像形成装置。
- 上記画像形成装置において、トナーが劣化していると判断した場合、上記現像装置内のトナー粒子を外部へ排出するトナー排出モードを備えることを特徴とする請求項1〜6の何れか1つに記載の画像形成装置。
- 上記画像形成装置において、表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体に対設された現像剤担持体に担持した現像剤を像担持体の潜像に供給して顕像化する現像装置と、該像担持体を帯電させる帯電装置を一体的に支持したプロセスカートリッジを備えることを特徴とする請求項1〜7の何れか1つに記載の画像形成装置。
- 請求項8に記載のプロセルカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能に設けている画像形成装置。
- 請求項1乃至7と請求項9の何れか一つに記載の画像形成装置または請求項8記載のプロセスカートリッジを有した画像形成装置において、該画像形成装置は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機の何れか一つ、またはそれらの少なくとも二つを組み合わせた複合機であることを特徴とする画像形成装置。
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