JP5413756B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
先願では、過去数十枚分という一定期間内に出力した画像の画像面積率の移動平均値を算出し、算出した画像の画像面積率の移動平均値と、この移動平均値に対応した目標トナー濃度補正値とが対応づけられたルックアップテーブルとに基づいて、目標トナー濃度補正値を決定する。そして、この目標トナー濃度補正値に基づいて、目標トナー濃度を補正している。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、前記トナー濃度基準値変更手段は、前記トナー濃度制御基準値を前記現像装置内のトナー濃度を増加させる方向に変更するときの前記移動平均値を算出するときの出力した画像の画像面積または画像面積率のサンプリング数を、前記トナー濃度制御基準値を前記現像装置内のトナー濃度を低下させる方向に変更するときの前記移動平均値を算出するときの出力した画像の画像面積または画像面積率のサンプリング数よりも多くすることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の画像形成装置において、前記現像装置内のトナーの帯電しやすさを把握するための情報を検出する第2情報検出手段を有し、前記トナー濃度制御基準値変更手段は、前期第2情報検出手段の検出結果に基づいて前記変更速度を変更するよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の画像形成装置において、前記第2情報検出手段は、前記現像装置内のトナーの帯電させやすさを把握するための情報として、現像能力に関する情報を検出するよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項3または4の画像形成装置において、前記第2情報検出手段は、前記現像装置内のトナーの帯電させやすさを把握するための情報として、装置内の環境情報を検出するよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項3乃至5いずれかの画像形成装置において、前記第2情報検出手段は、前記現像装置内のトナーの帯電させやすさを把握するための情報として、経時の現像剤の変化を把握するための情報を検出するよう構成したことを特徴とするものである。
図1は、本実施形態に係るレーザプリンタの主要部を示す概略構成図である。
このレーザプリンタは、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、ブラック(Bk)の各色の画像を形成するための4組の作像手段1Y,1C,1M,1Bk(以下、各符号の添字Y、C、M、Bkは、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用の部材であることを示す。)が、中間転写体としての中間転写ベルト6の表面移動方向(図1中の矢印A方向)における上流側から順に配置されている。この作像手段1Y,1C,1M,1Bkは、それぞれ、潜像担持体としてのドラム状の感光体11Y,11C,11M,11Bkを有する感光体ユニット10Y,10C,10M,10Bkと、現像装置20Y,20C,20M,20Bkとを備えている。また、各作像手段1Y,1C,1M,1Bkの配置は、各感光体ユニット内の感光体11Y,11C,11M,11Bkの回転軸が平行になるように且つ中間転写ベルト6の表面移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。
図2において、作像手段1Yは、上述したように、感光体ユニット10Y及び現像装置20Yを備えている。感光体ユニット10Yは、感光体11Yのほか、その感光体表面をクリーニングするクリーニングブレード13Y、その感光体表面を一様帯電する帯電ローラ15Y等を備えている。また、感光体表面に潤滑剤を塗布するとともに、感光体表面を除電する機能を有する潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ12Yも備えている。この潤滑剤塗布兼除電ブラシローラ12Yは、ブラシ部が導電性繊維で構成され、その芯金部には除電バイアスを印加するための図示しない除電用電源が接続されている。
また、画像形成枚数が10〜50枚(コピースピードなどにより約5〜200枚)に達するごとに一回の割合で、プロセスコントロールにより目標出力値Vtref、帯電電位、光量等を調整する。詳しくは、例えば、感光体11Y上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンを中間転写ベルト6に転写し、その濃度を図1に示す反射濃度センサ62により検知して、その検知値からトナー付着量を把握し、トナー付着量が狙いの付着量になるように目標出力値Vtref、帯電電位、光量等を調整する。
更に、本実施形態では、プロセスコントロールとは別に、1回の画像形成ごとに目標出力値Vtrefを補正する処理も行う。これらの詳しい内容は、トナー濃度制御の内容とあわせて後述する。
図3は、トナー濃度制御を行う制御部の構成を示す説明図である。
この制御部100は、各現像装置ごとに設けられているが、その基本的構成はいずれも同様であるので、以下色分け符号(Y,C,M,Bk)を省略して説明する。なお、各現像装置の制御部100の一部(CPU101、ROM102、RAM103等)は各現像装置間で共用されている。
グラフに示すように、実用的なトナー濃度の範囲では、透磁率センサ26の出力値と現像剤のトナー濃度との関係は直線近似することができる。そして、現像剤のトナー濃度が高いほど、透磁率センサ26の出力値が小さくなる特性を示す。この特性を利用して、透磁率センサ26の出力値Vtが目標出力値Vtrefより大きい場合に粉体ポンプ27を駆動してトナー補給を行う。逆に、出力値Vtが目標出力値Vtrefより小さい場合には、粉体ポンプ27を停止させトナー補給を行わない。本実施形態では、1回の画像形成ごとに透磁率センサ26の出力値Vtに基づいてトナー補給制御を行う。
図5は、出力画像面積率による現像γ(現像ポテンシャルに対するトナー付着量関係式の傾き)の差異を示すグラフである。このグラフは、同一の画像面積率画像を、標準線速モード(138[mm/sec])で連続100枚出力した際の値である。このグラフからわかるように、画像面積率の高い画像を出力する場合の方が現像γが高くなる。これは次の理由によるものと考えられる。すなわち、画像面積率の高い画像を出力する場合、一定期間内における現像装置20のトナー入換量が多いため、現像装置20内に比較的長い時間存在しているトナーの量が少ない。そのため、過剰に帯電したトナーが少ないので、現像装置20内に比較的長い時間存在しているトナー(過剰に帯電したトナー)の量が多い画像面積率の低い画像を出力した場合に比べて、高い現像能力を発揮できたものと考えられる。
このグラフは、図6に示すグラフのときと同様に、標準線速モードにおいてトナー濃度を一定に保ったまま、画像面積率ごとに100枚連続印刷を行ったときのものである。このグラフから、画像面積率が基準値である5[%]を超えると、現像γは高くなる傾向があることがわかる。よって、本実施形態のプリンタにおいては、画像面積率が5[%]よりも高い場合、目標出力値Vtrefを高くしてトナー濃度を低めに誘導し、現像γを落として画像濃度を一定にすることが望まれる。逆に、目標出力値Vtrefを高くした後に画像面積率が5[%]以下の出力した場合には、目標出力値Vtrefを低くしてトナー濃度を高めに誘導する必要がある。
この目標出力値補正処理は各印刷のJOBの終了ごとに実行する。制御部100は、印刷JOBが終了したら、まず、直前までに印刷した過去数枚分あるいは数十枚分という一定期間内に出力した画像の画像面積率[%]の移動平均値を算出する(S1)。画像面積率[%]の移動平均値ではなく、単純な平均値でもよいが、移動平均値を用いることにより、現時点での現像剤特性を知るのに適した、過去数枚のトナー入換量の履歴を知ることができる。よって、本実施形態では移動平均値を用いることにする。この移動平均値は、簡単のため、下記の数1に示す式に従って算出したものを用いる。
図8は、画像面積率の移動平均値[%]を横軸にとり、基準のトナー濃度に対して現像γを一定にするためにトナー濃度を変化させるマイナス方向のトナー濃度補正量[wt%]を縦軸にとったときのグラフである。
このグラフによれば、例えば画像面積率の移動平均値が80%の場合、トナー濃度補正量ΔTCを−1[wt%]としてトナー濃度制御を行うと、現像γが一定に保たれるということがわかる。画像面積率の移動平均値に対するトナー濃度補正量ΔTCは、対数近似がもっとも精度よく近似できる。そのため、LUTに用いる移動平均値に対するトナー濃度補正量ΔTCは、この対数近似の方法を用いて決定した。本実施形態においては、上記表1に示すように、移動平均値が10%未満の場合には補正ステップを1%ごとに設定し、移動平均値が10%以上の場合には補正ステップを10%ごとに設定した。この補正ステップは、現像剤や現像装置の特性に応じて任意に変更が可能である。
また、現像剤の使用状況は色ごとに異なるので、現像装置20ごとに補正ステップや目標出力値補正処理の実行タイミングなどの各種条件を異ならせるようにしてもよい。特に、最大補正量を色ごとに調整するのが望ましい。この場合、例えば上記数3に代えて下記の数4に示す式を用いるようにする。
まず、実施例1について、説明する。
本発明者らは、本目標出力値補正処理の追従性を確認するため現像γを変化させて実験を行った。以下に、本発明者らが行った実験について、実験1乃至3として、具体的に説明する。
まず、本発明者らが行った実験1について、説明する。
実験1は、標準環境設定(23℃、湿度65%)、実験開始前現像γが0.6〜1.2[(mg/cm2)/kV]において本目標出力値補正処理を行い、スタートの画像面積率を0%とし、以降20枚印刷毎に画像面積率を20%増加させたときの出力画像の画像濃度(ID)の安定性を確認する実験である。なお、本目標出力値補正処理に用いる画像面積率の移動平均は、上記数1を用いて算出し、累積枚数Nを10枚に設定した。また、実験1の現像システムは、目標画像濃度(ID)を1.4に設定したものである。実験1の実験結果を図9に示す。なお、図9は、実験開始前現像γが0.6〜1.2[(mg/cm2)/kV]のいずれかのときの実験結果であるが、他の現像γで行ったときの実験結果も、図9とほぼ同じ結果が得られた。図の横軸は、プリント枚数、縦軸の第1軸(図中右側)は、ΔVtref、縦軸の第2軸(図中左側)は、画像濃度(ID)をそれぞれ示している。また、図中点線は、ΔVtrefであり、図中実線は、画像濃度である。
図9からわかるように、本目標出力値補正処理を行うことで、いずれの画像面積率でも、画像濃度をほぼ一定値に保つことができることがわかった。
図9からわかるように、本現像システムにおいては、現像γが、0.6〜1.2[(mg/cm2)/kV]のとき、本目標出力値補正処理を行うことで、画像濃度をほぼ一定値に保つことができることがわかった。
次に、実験2について説明する。
実験2は、実験開始前現像γを1.8[(mg/cm2)/kV]にして、実験1と同様の実験を行った。その結果を図10に示す。
図10からわかるように、現像γが、1.8[(mg/cm2)/kV]と高い場合、出力する画像の画像面積率が、20%以上となってくると、画像濃度(ID)が高くなることがわかった。
現像γが1.8[(mg/cm2)/kV]と高い場合、出力する画像の画像面積率が、高くなるにつれて、画像濃度が高くなる理由は、次のように考えられる。すなわち、現像γが高い場合は、現像装置内のトナーが帯電されにくい状態となっており、現像装置内のトナーが十分帯電していない。このため、現像能力が高くなり、現像γが高くなったと考えられる。そして、現像装置内のトナーが帯電されにくい状態において、出力画像の画像面積率が高くなって、現像装置内に補給されるトナーが多くなると、次の画像形成までに現像装置内に十分帯電しないトナーが多くなる。その結果、出力画像の画像面積率が高くなるにつれて、画像濃度(ID)が高くなったと考えられる。
よって、現像γ(現像能力)が高く、現像装置内のトナーが帯電されにくい状態のときは、実験1の現像システムに比べて、現像装置内のトナー濃度を低下させて、現像装置内のトナーが、キャリアと接触する確率を増やして、現像装置内のトナーが帯電されやすい状態にする必要がある。
次に、実験3について説明する。
実験3は、実験開始前現像γを0.4[(mg/cm2)/kV]にして、実験1と同様の実験を行った。その結果を図11に示す。
図11からわかるように、出力する画像の画像面積率が、0%〜50%の間で、画像濃度(ID)が低くなることがわかった。
現像γが0.4[(mg/cm2)/kV]と低い場合、出力する画像の画像面積率が、低いときに画像濃度が低下する理由は、次のように考えられる。すなわち、現像γが低い場合は、現像装置内のトナーを帯電させやすい状態となっており、現像装置内のトナーが十分帯電しているため、現像能力が低下し、現像γが低くなったと考えられる。現像装置内のトナーを帯電させやすい状態において、出力画像の画像面積率が低く、現像装置内に補給されるトナーが少ないと、次の画像形成までに現像装置内のトナーが必要以上に帯電してしまう。その結果、出力画像の画像面積率が低いとき、画像濃度(ID)が低下したと考えられる。
よって、現像γ(現像能力)が低く、現像装置内のトナーが帯電しやすい状態のときは、実験1の現像システムに比べて、現像装置内のトナー濃度を増加させて、現像装置内のトナーが、キャリアと接触する確率を減らして、現像装置内のトナーを帯電しにくい状態にする必要がある。
図に示すように、実施例1の目標出力値補正処理は、画像面積率[%]の移動平均値を算出したら、プロセスコントロール実行時に算出した現像能力である現像γを取得する(S12)。なお、実施例1では、上記プロセスコントロールは、100枚印刷毎に行っている。現像γを取得したら、上述の図7同様、目標出力値Vtrefの現在値と目標出力値Vtrefの初期値、透磁率センサ26の感度情報、直前の透磁率センサ26の出力値Vtを取得し、Vt−Vtrefを算出して、Vt−Vtrefの結果が所定範囲内に収まっているか否かを判断する(S13〜S17)。
次に、LUTおよび補正係数aに基づいて補正量ΔVtrefを決定する(S19)。具体的には、上述同様、LUTを参照して、算出した移動平均値に対応するトナー濃度補正量ΔTC(トナー濃度を変化させる量)を決定する。トナー濃度補正量ΔTCを決定した後、S18で決定した補正係数aで、決定したトナー濃度補正量ΔTCを補正し、透磁率センサ26の感度を用いて、下記の数6に示す式から目標出力値の補正量ΔVtrefを算出する。算出した補正量ΔVtrefは、RAM103に保存する。なお、補正量ΔVtrefは、色ごとに個別に算出される。
また、上述では、現像装置内のトナーの帯電しやすさを把握するための情報である現像γに基づいて、トナー濃度補正量ΔTCを補正係数aで補正して、補正量ΔVtrefを修正しているが、これに限られない。例えば、現像γが高いときのLUTと、現像γが適正範囲にあるときのLUTと、現像γが低いときのLUTとをRAM103に保存しておき、現像γに応じたLUT参照して、補正量ΔVtrefを決定してもよい。この場合も、現像γが低いときのLUTを参照して決定される補正量ΔVtrefは、画像面積率の移動平均が同じでも、現像γが適正範囲にあるときのLUTを参照して決定される補正量ΔVtrefよりも低い値をとり、現像γが適正範囲にあるときによりもトナー濃度が高めに補正される。同様に、現像γが高いときのLUTを参照して決定される補正量ΔVtrefは、画像面積率の移動平均が同じでも、現像γが適正範囲にあるときのLUTを参照して決定される補正量ΔVtrefよりも高い値をとり、現像γが適正範囲にあるときによりもトナー濃度が低めに補正される。
図13は、初期現像γを適性範囲より高くした場合の試験結果であり、図14は、初期現像γを適正範囲より低くした場合の試験結果である。なお、図中実線は、現像γの値によって、トナー濃度補正量ΔTCを補正した実施例1の目標出力値補正処理の試験結果であり、図中点線は、現像γの値によって、トナー濃度補正量ΔTCを補正しない比較例の目標出力値補正処理の試験結果である。
なお、装置内の環境を検知する環境検知手段たる温湿度センサは、現像装置近傍に設けることが好ましいが、例えば、転写電流を決定するために用紙の搬送経路上に設けられた温湿度センサの値を用いてもよい。
次に、実施例2について、説明する。
本発明者らは、本目標出力値補正処理の追従性を確認するため実験A乃至Cの実験を行った。
[実験A]
まず、本発明者らが行った実験Aについて、説明する。
実験Aは、標準環境設定(23℃、湿度65%)において本目標出力値補正処理を行い、スタートの画像面積率を0%とし、以降20枚印刷毎に画像面積率を20%増加させたときの出力画像の画像濃度(ID)の安定性を確認する実験である。なお、本目標出力値補正処理に用いる画像面積率の移動平均は、上記数1を用いて算出し、累積枚数Nを10枚に設定した。また、実験Aの現像システムは、目標画像濃度(ID)を1.4に設定したものである。実験Aの実験結果を図15に示す。なお、図の横軸は、プリント枚数、縦軸の第1軸(図中右側)は、ΔVtref、縦軸の第2軸(図中左側)は、画像濃度(ID)をそれぞれ示している。また、図中点線は、ΔVtrefであり、図中実線は、画像濃度である。
図15からわかるように、ΔVtrefが低い(トナー濃度が高い)状態から、ΔVtrefを増加(トナー濃度を減少)させた場合は、本目標出力値補正処理を行うことで、画像濃度をほぼ一定値に保つことができることがわかった。
次に、実験Bについて説明する。
実験Bは、実験Aと同じ環境設定、同じ現像システムを用いて、次のような条件で実験を行ったときの出力画像の画像濃度(ID)の安定性を確認したものである。すなわち、スタートの画像面積率を100%とし、以降20枚印刷毎に画像面積率を20%減少させる条件である。その結果を、図16に示す。
図16からわかるように、ΔVtrefが高い(トナー濃度が低い)状態から、ΔVtrefを減少(トナー濃度を増加)させた場合は、プリント枚数が30枚〜80枚あたりにおいて、画像濃度(ID)が目標画像濃度(1.4)よりも高い値となってしまった。この実験2により、ΔVtrefが高い(トナー濃度が低い)状態から、ΔVtrefを減少(トナー濃度を増加)させた場合は、実験1と同じ現像システムでは、出力画像の画像濃度(ID)の安定性が十分でないことがわかった。
次に、実験Cについて説明する。
実験Cは、実験Bと同じ環境設定、同じ実験条件とし、画像面積率の移動平均に用いる累積枚数Nを20枚に設定した現像システムを用いたときの出力画像の画像濃度(ID)の安定性を確認する実験である。その結果を、図17に示す。
図17からわかるように、画像面積率の移動平均に用いる累積枚数Nを20枚に設定した現像システムにおいては、ΔVtrefが高い(トナー濃度が低い)状態から、ΔVtrefを減少(トナー濃度を増加)させた場合において、画像濃度をほぼ一定値に保つことができ、出力画像の画像濃度(ID)の安定性を十分確保することができた。
VH=(Vtrefの変更量)/NX
NXは、ある画像面積率を有する画像を所定回数連続出力させて所定値に安定させた目標出力値Vtref−Aから、この画像面積率と画像面積率が所定量異なる画像を連続出力したときに、目標出力値Vtref−Bに安定するまでにかかる画像形成枚数である。なお、Vtrefの変更量は、(Vtref−A−Vtref−B)である。
よって、累積枚数Nを10枚に設定して、目標トナー濃度をすばやく減少させた方が、累積枚数Nを20枚に設定して、目標トナー濃度を徐々に減少させるものに比べて、現像装置内のトナー平均帯電量の低下を抑制することができる。その結果、現像能力が高くなるのを抑制でき、画像濃度IDが目標IDより高くなるのを抑制することができる。
図に示すように、実施例2の目標出力値補正処理は、まず、処理直前に出力した画像の画像面積率が、増加傾向であるか否かを判定する(S31)。具体的には、前回算出した移動平均値M(i−1)から、今回の画像面積率X(i)を減算することで、判定する。M(i−1)−X(i)≦0のときは、画像面積率が増加傾向であると判定して、画像面積率のサンプリング数をN1=10枚で、移動平均値M(i)を算出する(S32)。一方、M(i−1)−X(i)>0のときは、画像面積率が増加傾向であると判定して、画像面積率のサンプリング数をN2=20枚で、移動平均値M(i)を算出する(S33)。以降、先の図7同様の処理を行って、目標出力値Vtrefを補正する(S34〜S42)。
図19は、試験結果である。なお、図中実線は、今回の画像面積率が増加傾向か下降傾向かで、移動平均を算出するために用いるサンプリング数を異ならせた実施例2の目標出力値補正処理の試験結果である。図中点線は、移動平均を算出するために用いるサンプリング数を一律10枚とした比較例の目標出力値補正処理の試験結果である。
11 感光体
20 現像装置
26 透磁率センサ
27 粉体ポンプ
30 トナーカートリッジ
62 反射濃度センサ
100 制御部
Claims (6)
- 潜像を担持する像担持体と、
トナーと磁性キャリアとを含む現像剤によって該像担持体上の潜像をトナー像に顕著化する現像装置と、
前記現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置と、
前記現像装置内の前記2成分現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
前記現像装置内のトナー濃度を制御するために参照されるトナー濃度制御基準値に応じて前記トナー濃度を制御するトナー濃度制御手段と、を備えた画像形成装置において、
所定期間内における前記現像装置内のトナー入換量を把握するための情報を検出する情報検出手段と、
少なくとも、前記情報検出手段の検出結果に基づいて前記トナー濃度制御基準値を変更するトナー濃度制御基準値変更手段とを備え、
前記情報検出手段は、画像の画像面積または画像面積率を検出するものであり、
前記トナー濃度基準値変更手段は、前記情報検出手段の検出結果から得られる前記所定期間内に形成した画像の画像面積または画像面積率の移動平均値に基づいて、前記トナー濃度制御基準値を変更するものであって、前記現像装置内の前記トナー濃度を増加させる方向に前記トナー濃度制御基準値をある値から別の値に変更するときの変更速度を、前記現像装置内の前記トナー濃度を低下させる方向に前記トナー濃度制御基準値をある値から別の値に変更するときの変更速度よりも遅くしたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
前記トナー濃度基準値変更手段は、前記トナー濃度制御基準値を前記現像装置内のトナー濃度を増加させる方向に変更するときの前記移動平均値を算出するときの出力した画像の画像面積または画像面積率のサンプリング数を、前記トナー濃度制御基準値を前記現像装置内のトナー濃度を低下させる方向に変更するときの前記移動平均値を算出するときの出力した画像の画像面積または画像面積率のサンプリング数よりも多くすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
前記現像装置内のトナーの帯電しやすさを把握するための情報を検出する第2情報検出手段を有し、前記トナー濃度制御基準値変更手段は、前期第2情報検出手段の検出結果に基づいて前記変更速度を変更するよう構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3の画像形成装置において、
前記第2情報検出手段は、前記現像装置内のトナーの帯電させやすさを把握するための情報として、現像能力に関する情報を検出するよう構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3または4の画像形成装置において、
前記第2情報検出手段は、前記現像装置内のトナーの帯電させやすさを把握するための情報として、装置内の環境情報を検出するよう構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3乃至5いずれかの画像形成装置において、
前記第2情報検出手段は、前記現像装置内のトナーの帯電させやすさを把握するための情報として、経時の現像剤の変化を把握するための情報を検出するよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
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