JP5982785B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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このように経時的に現像剤の帯電量が変化すると、その結果として、現像能力の大小を表す値である現像γが変化する。
そこで現像器内のトナー透磁率を測定するトナー濃度センサや印刷画像面積の情報に基づいて、トナー濃度が所定の値になるように制御している。
具体的に一例を挙げると、低画像面積率(0%)→高画像面積率(100%)の場合は、急激にトナー帯電量が下がるのに対してキャリアとトナーとからなるプレミックス剤を現像装置内に供給するトナー補給制御が十分追従できず(トナー濃度を下げることができず)に、現像能力(現像γ)が大きく上昇してしまい、画像濃度は上昇し(色味は変動し)、画像濃度が安定しない。
第1の発明は、像担持体と、該像担持体上に形成した静電潜像にトナーを付与して現像し、かつ、キャリアとトナーとからなるプレミックス剤を収容する補給容器と、当該装置本体に連結し、装置本体から排出される現像剤を回収する回収容器とを有する現像装置を備え、前記現像装置により現像した画像のトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段を有し、基準パターンのトナー付着量を前記トナー付着量検出手段で検出して画像形成条件を制御するプロセスコントロールを行なう画像形成装置において、前記現像装置内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を有し、前記トナー付着量検出手段の検出出力、及び、前記トナー濃度検知手段の検知出力に基づいて前記現像装置におけるトナー濃度目標値を補正し、前記トナー濃度を調整し、予め画像出力前に、出力画像データの画像面積率を元に算出されたトナー濃度と補正された現在のトナー濃度値とを元に算出された量の補給トナーを、プレミックス剤を収容する補給容器内で算出された時間だけ攪拌した上で、前記現像装置内トナーに加えた後に画像出力し、過去の一定枚数の白紙印刷履歴に応じて、出力画像データの画像面積率を元に算出されたトナー濃度を補正することを特徴とする。
また、過去の一定枚数の白紙印刷履歴に応じてトナー濃度を補正することで、現像剤の全寿命にわたって、印刷中に、トナー飛散、トナーチリ、トナーボソツキなどの異常画像の発生なく、安定した画像濃度の画像を出力することができる。
以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタの一実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係るプリンタ1の基本的な構成について説明する。図1は、本実施形態に係るプリンタ1を示す概略構成図である。同図のプリンタは、トナー像形成手段たるプロセスユニット2として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック(以下、Y、C、M、Kと記す)用の4つのプロセスユニット2を備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のY、C、M、Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。
図2に作像手段たるプロセスユニット2Yの断面概略図を示す。
Yトナー像を生成するためのプロセスユニット2Yは感光体ユニット3と現像装置である現像ユニット4とを有し、感光体ユニット3と現像ユニット4は一体的にプリンタ本体100に対して着脱可能となっている。
搬送剤収容室m1から現像剤の供給を受けた供給剤収容室m3では、現像スリーブ15に現像剤を供給しながら、供給スクリュウ17の搬送方向下流側に現像剤を搬送する。そして、搬送方向下流端まで搬送された現像剤は仕切壁w2の開口を通って搬送剤収容室m1に返送(破線mで示す)される。
一方、現像スリーブ15の表面上から回収剤収容室m2内に回収された後、回収スクリュウ13によって回収剤収容室m2の搬送方向下流端まで搬送された回収現像剤は、仕切壁w1の奥側の開口を通して搬送剤収容室m1に送られる。
図2に示すように、供給剤収容室m3には、室内の現像剤が所定の嵩(レベル)を越えた場合にその一部を現像ユニット4の装置本体から外部に排出するためのオーバーフロー開口54が設けられ、オーバーフロー開口54に続く装置本体側の接続口58には排出される現像剤を回収する回収容器59が離脱可能に取り付けられる。このオーバーフロー開口54のレベルよりも上位に達した現像剤は、オーバーフロー開口54をオーバーフローし、さらに、接続口58を経て回収容器59に排出される。
さらに、本プリンタでは、供給スクリュウ17の回転に伴って飛び跳ねてしまった現像剤のオーバーフロー開口54に向かう経路上に、現像剤のオーバーフロー開口54への進入を阻止する進入阻止部材56を設けている。これにより、供給剤収容室m3内で飛び跳ねてしまった現像剤がオーバーフロー開口54に進入することを回避することができる。
トナー濃度センサ14による現像剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として制御部36に送られる。制御部36はRAM等の情報記憶手段を備えており、この中にトナー濃度センサ14からの出力電圧の目標値であるVrefを格納しており、トナー濃度センサ14からの出力電圧値とVrefを比較し、図示しないトナー供給装置から比較結果に応じたトナー量を現像ユニット4中の第一現像剤収容部m1の図中奥側からトナーを補給し、現像剤中のトナー濃度を所望の値に維持する。
プロセスユニット2の図中下方には、露光ユニット11が配設されている。潜像書き込み手段たる露光ユニット11は、画像情報に基づいてレーザ光を各プロセスユニット2の感光体3表面に照射する。これによって、感光体3上に静電潜像を形成する。なお、露光ユニット11は、光源たるレーザーダイオードから発したレーザ光をモータによって回転駆動されるポリゴンミラーによって走査され、複数の光学レンズやミラーを介して感光体3に照射するものである。かかる構成に代えて、LEDアレイによる露光手段を採用することもできる。
一次転写ローラ29はベルトを挟んで感光体ドラム10に当接し、一次転写ニップn1を形成している。一次転写ローラ29に感光体3上に形成されたトナー画像のトナーとは逆極性の転写バイアスを印加することで、感光体3上のトナー画像を中間転写ベルト27上に転写する。各色の作像手段たるプロセスユニット2(Y〜K)で形成された各色のトナー画像は、中間転写ベルト27上に順次一次転写され、中間転写ベルト27上にカラー画像を形成される。
中間転写ベルト27上に形成されたカラー画像は、中間転写ベルト27の回転駆動によって二次転写ニップn2に移動され、同時に、レジストローラ対26からトナー画像の二次転写ニップn2に進入と同期して記録紙を二次転写ニップn2に進入している。
図1の中間転写ベルト27の二次転写ローラ33と対向する二次転写位置の下流側(図に矢印で示すベルト12の回動方向の下流側)近傍にトナー付着量検知センサ41が配設される。トナー付着量検知センサ41は各色感光体ドラム(Y〜K)10から中間転写ベルト27に転写されたトナー付着量、例えば、適時に転写されるテストパターンのトナー付着量を計測するもので、計測方法としては反射型光学センサの出力がトナー付着量によって変化する性質を用いるのが一般的である。
中間転写ベルト27上から除去された転写残トナーは、不図示の廃トナーボトルに収容され、廃棄される。
このようにして定着処理が施された記録紙は、排紙ローラ対38を経由して機外に排出され、プリンタ本体100の上面fにスタックされる。
(1)装置立ち上げ
電源投入による装置立ち上げにより、各種モータや各種バイアスがオンされ、プロセスコントロールを実行するための準備が行われる。
(2)必要に応じてトナー付着量検知センサ41を校正する。
本例では、トナー付着量検知センサ41(光学センサ)の正反射受光出力が4VになるようにLEDの発光光量を調整する。ただし、センサの校正自体は本発明において必須ではない。
(3)現像ユニット4のトナー濃度センサ(透磁率センサ)14の出力(VT0)を取得する。これは現在のトナー濃度を知るために測定するものであって、後述するトナー濃度の補正(Vtref)に必要なものである。
(4)階調パターンを作成する。
これは現像γを検出するために必要であり、本例では具体的に、トナー付着量検知センサ41が設けられた位置(中間転写ベルト27が巻回されたローラの軸方向の位置)に対応するよう、主走査方向の幅15mm、副走査方向の幅16mm、パターン間隔50mmで10個の階調パターン(テストパターン)を形成する。そのパターン形成の書き込みに際し、露光量はフル露光(感光体ドラムが充分に除電される値)とし、現像バイアス:VBと帯電バイアス:Vdをパターンごとに変更することで階調パターンを作成する。
(5)階調パターンをトナー付着量検知センサ41で検出する。
上記作成し中間転写ベルト27に転写させた階調パターンにおける各パターンのトナー付着量をトナー付着量検知センサ41で計測する。本例では上記のように反射型光学センサを用いている。
(6)現像γと現像開始電圧を求める。
現像γと現像開始電圧は、現像バイアスとトナー付着量の関係から求める。具体的には、横軸を現像ポテンシャルまたは現像バイアスVB(潜像側の帯電バイアスVdを一定とした場合)、縦軸をトナー付着量とし、最小二乗法により1次直線式(図3参照)を求める。その1次直線式の傾きを現像γと呼び、X切片を現像開始電圧と呼ぶ。
(7)目標トナー付着量を得るのに必要な現像バイアスVBを求める。
上記1次直線式にもとづき、目標トナー付着量(縦軸)から現像バイアス(横軸)VBを求める。目標トナー付着量はあらかじめトップ濃度(ダーク部)を得るのに必要な値が決められている(トナー顔料の着色度合いで決まるが、一般的には0.4〜0.6mg/cm2程度である)。
ここで求めた現像バイアス値を画像部の現像バイアス:VBとする。一方、帯電バイアス:Vdは、キャリアが感光体に飛翔しない程度の値であらかじめ決定されている(VB=400〜700V、Vd=VB+100V程度が一般的である)。このようにして求めたVB及びVdを本体内の制御部36のRAMに保存する。
(8)トナー濃度目標値(VTREF)を補正する。
現像γとトナー濃度センサ出力(VT0)からトナー濃度目標値(VTREF)を補正する。
すなわち、Δγ=現像γ検出値−現像γ目標値、を求める。ここで、現像γ目標値はあらかじめ装置毎に決められ、例えば1.0mg/cm2/kV{現像ポテンシャルが1000V(1kV)で1.0mg/cm2のトナーが感光体に付着するの意味を示し、現像開始電圧=0V、目標トナー付着量が0.5mg/cm2であれば、500Vの現像ポテンシャル(Vp)が必要となる。Vp=VB−V1であるので、V1=100Vとすると、VB=600Vとなる。V1は露光後電位をあらわし、充分露光した場合の感光体電位なので感光体特性に依存する}とする。Δγが所定の値を超えるとVBが設定可能な範囲を超えたり以上画像が発生するので、Δγが目標範囲になるようにトナー濃度の目標値(VTREF)を補正する。ただし、このときのVT0がVTREFと大きく異なっているときは補正を行わない。
補正条件1:Δγ≧0.30mg/cm2/kV(高い)でかつVT0−VTREF≧−0.2Vのとき、VTREF=VT0−0.2V。つまり、現時点よりトナー濃度を下げるように目標値を設定する。
補正条件2:Δγ≦0.30mg/cm2/kV(低い)でかつVT0−VTREF≦0.2Vのとき、VTREF=VT0+0.2Vつまり、現時点よりトナー濃度を上げるように目標値を設定する。
補正条件1及び補正条件2以外ではVTREF=前回値とする。
(1)1枚目の印刷開始
(2)トナー濃度センサ14の出力(VTn)を取得する。
(3)画素数と解像度から画像面積を算出する。
(4)画像面積とVTnと目標値VTREFの差から2枚目印刷時に補給すべきトナー量を算出する。
(一例を挙げると、)
次回印刷時のトナー補給量(mg)=比例係数1×(VTn−VTREF)+比例係数2×画像面積×(1+比例係数3×(VTn−VTREF))
ただし、比例係数1、2、3は定数とし、
比例係数1=50
VTn=3.20V
VTREF3.00V
比例係数2=0.5
画像面積=31cm2
比例係数3=0.5
とすると、
次回印刷時のトナー補給量=10+0.5×31×(1+0.5×0.2)=27.05mgとなる。
(5)次回の印刷を開始したら、所定の時間だけトナー補給クラッチ(不図示)をオンする。そのオン時間は(4)で算出されたトナー補給量と補給システムの補給能力にて決定する。これにより、現像ユニット4の第一現像剤収容部m1にトナーを補給し、現像剤中のトナー濃度を所望の目標値VTREFに修正する。
一般に2成分現像剤において、トナー濃度Tcとトナー帯電量Q/Mの間には反比例の関係が成り立つことが知られている。また、現像能力(現像γ)とトナー帯電量Q/Mの間にも反比例の関係が成り立つことが知られている。
本発明で用いたトナー及び現像剤を用いてトナー帯電量が飽和する(変化がなくなる)まで連続出力した場合、画像面積率とトナー帯電量の関係は図4のようになった。この結果より、図5のように画像面積率毎にトナー濃度を調整してから印刷動作を行った場合、図8の比較例中に実線に示すように、画像濃度が安定した連続出力を行うことができた。 一例として、画像面積率100%の出力を行った場合のトナー濃度推移及び画像濃度ID推移をそれぞれ図6、図7に示す。
なお、ここでの予備攪拌時間は、トナー帯電量が図4に示す関係になるよう設定され、一例として図11のように設定すればよい。なお、上記の制御はY、M、C、Kの各現像ユニット4(Y〜K)毎に行う。これにより、単色のみでなく、2次色、3次色の安定性も向上した。
ただし、低画像面積率で多数枚数の印刷を行った後に、高画像面積率の出力を行う場合、トナー濃度調整後に、トナー飛散が発生する場合があった。このときのトナー帯電量分布を確認すると、図8に示すように、新たに現像装置内に補給された実線で示すトナー(補給トナー)と元々現像装置内で空攪拌を受けていた破線で示すトナー(現像装置内トナー)の帯電量分布は大きく分かれてしまい、このうち、現像装置内トナーの帯電していない(逆帯電している)トナーがトナー飛散を発生させていることがわかった。
その上で、現像ユニット4の撹拌搬送スクリュウ12を備えた搬送剤収容室m1内に補給する行程を行なう。この行程を行なうことにより、帯電量分布をひとつの山(図8に実線で示す補給トナー線図参照)にし、かつ、帯電していない(図8でマイナス側トナー帯電量)トナーを減らすことができ、トナー飛散を減らすことができた。また、図6に実線L1で示すように、本発明の場合は、比較例「1」、「2」と比べ、ジョブの初期でのトナー濃度変動を減らすことができ、図7に実線で示すように、ジョブの初期の画像濃度変動を抑制することができた。
図1に示したフルカラープリンタ1では、印刷前に画像面積率に応じてトナー濃度を調整する行程を行なう必要がある。このため、これに必要な予備攪拌時間はユーザーにとってはダウンタイムとなってしまう。また、トナーを吐き出したり、補給することからトナーイールドの減少にもつながる。そこで、これに対して請求項1の予備攪拌時間での攪拌制御を行うかどうかを選択式にしても良い。ここでは、例えば、プリンタ本体100の上壁面に不図示の操作パネルを設け、同操作パネル内に、ダウンタイムを回避する回避モード、あるいはダウンタイムを許容する待機モードかの判断指令を入力する判定スイッチ(タッチスイッチ)を設けておき、これを選択操作することで、ユーザーの使用目的に応じた画像出力を行えるようにした。これにより、ユーザーの要望に合わせ、画像品質を優先するか、トナーイールドや印刷前調整時間(ダウンタイム)を最小とすることを優先するかを選択できる。
請求項1に記載のフルカラープリンタ1では、特に、低画像面積率で連続印刷を行う前に図5の関係より予めトナー濃度を調整しても、印刷枚数を重ねると画像濃度が低下してしまう現象が確認された。
請求項1に記載のフルカラープリンタ1では、特に、高画像面積率で連続印刷を行う前に図5の関係より予めトナー濃度を調整しても、印刷枚数を重ねると画像濃度が上昇してしまう現象が確認された。
図1に示したフルカラープリンタ1等の画像形成装置では、一般にトナー帯電量は温湿度の影響を受け、高温高湿の場合は帯電量が低下し、低温低湿の場合は帯電量が上昇することが知られている。この点を補正するため、フルカラープリンタ1(マシン)の置かれた湿度(%)−温度(℃)の環境区分(図12参照)に応じて、「表3」のように、3段階の各環境区分に応じて目標トナー濃度補正量を変更して設定した。この場合、定常の環境区域MMに対し、高温高湿HHの場合は帯電量低下による画像濃度増を抑え、低温低湿の場合は帯電量増加による画像濃度低下を補正した。ここで、「表3」は一例であり、3つの環境区分に対して補正値を設定しているが、環境区域をより細かく分け、各区分に応じて目標トナー濃度補正量を設定して補正制御しても良い。
図1に示したフルカラープリンタ1等の画像形成装置では、一般にトナー帯電量は放置時間によって低下することが知られている。
ここでは請求項1に記載のトナー補給の制御構成に、一例として図8の制御構成を加えるよう設定される。なお、上記の制御はY、M、C、Kの各現像ユニット4(Y〜K)毎に行う。これにより、単色のみでなく、2次色、3次色の安定性も向上した。
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、現像装置としては適宜な構成を採用可能である。また、現像装置内のトナー濃度センサやトナー補給装置も適宜な構成を採用可能である。また、トナー付着量検知センサの構成及び配置場所も適宜変更可能である。トナー付着量は像担持体(感光体)上のトナー付着量を直接検知する構成でも良い。画像形成装置の作像部や露光装置の構成も任意である。また、画像形成装置のトナー像形成手段としてはフルカラー装置に限らず、モノクロ装置あるいは複数色のカラー装置にも本発明を適用可能である。
4 現像ユニット
10 感光体(像担持体)
14 トナー濃度センサ(トナー濃度検知手段)
36 制御部
41 トナー付着量検知センサ
51 現像剤補給機(補給容器)
59 回収容器
VT0 トナー濃度センサの出力
Vtref トナー濃度の補正値
VTREF トナー濃度の目標値
Claims (5)
- 像担持体と、該像担持体上に形成した静電潜像にトナーを付与して現像し、かつ、キャリアとトナーとからなるプレミックス剤を収容する補給容器と、当該装置本体に連結し、装置本体から排出される現像剤を回収する回収容器とを有する現像装置を備え、前記現像装置により現像した画像のトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段を有し、基準パターンのトナー付着量を前記トナー付着量検出手段で検出して画像形成条件を制御するプロセスコントロールを行なう画像形成装置において、
前記現像装置内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段を有し、前記トナー付着量検出手段の検出出力、及び、前記トナー濃度検知手段の検知出力に基づいて前記現像装置におけるトナー濃度目標値を補正し、前記トナー濃度を調整し、予め画像出力前に、出力画像データの画像面積率を元に算出されたトナー濃度と補正された現在のトナー濃度値とを元に算出された量の補給トナーを、プレミックス剤を収容する補給容器内で算出された時間だけ攪拌した上で、前記現像装置内トナーに加えた後に画像出力し、
過去の一定枚数の白紙印刷履歴に応じて、出力画像データの画像面積率を元に算出されたトナー濃度を補正することを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像出力を行う前に、前記量の補給トナーを、前記補給容器内で算出された時間だけ攪拌した上で、前記現像装置内トナーに加える動作を行うかどうか、を選択可能であることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置。
- 現像剤交換後の現像ロール走行距離に応じて、出力画像データの画像面積率を元に算出されたトナー濃度を補正す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。
- 温度及び湿度に応じて、出力画像データの画像面積率を元に算出されたトナー濃度を補正することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記予備撹拌時間は、当該画像形成装置の放置時間に応じて調整されることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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