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発明の名称 画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−194613
公開日 平成11年(1999)7月21日
出願番号 特願平9−368480
出願日 平成9年(1997)12月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
発明者 藤田 秀樹
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 一成分現像剤を収容する第一の現像剤収容手段と、現像剤を収容し、現像剤を像担持体へと担持し搬送する現像剤担持手段を有する第二の現像剤収容手段と、前記第一の現像剤収容手段に設けられ、前記第一の現像剤収容手段から前記第二の現像剤収容手段へと現像剤を排出する第一の現像剤搬送手段と、前記第二の現像剤収容手段の上部に略水平に配設され、前記第一の現像剤搬送手段からの現像剤を受容し、前記現像剤を前記第二の現像剤収容手段内部へと搬送する第二の現像剤搬送手段と、を備えた画像形成装置において、前記画像形成装置に設けられた制御手段からの命令により、前記第一の現像剤搬送手段又は第二の現像剤搬送手段の作動を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 前記第一及び第二の現像剤搬送手段は、各々回転駆動され、前記制御手段からの命令により各々の回転速度が制御されることを特徴とする請求項1の画像形成装置。
【請求項3】 前記第二の現像剤収容手段は、現像剤を前記現像剤担持手段の回転軸と略垂直な方向に移動させる手段を有することを特徴とする請求項1又は2の画像形成装置。
【請求項4】 更に、前記第二の現像剤収容手段の上部に前記第一の現像剤搬送手段から離間して配設され、且つ、前記第二の現像剤搬送手段にて搬送される現像剤を前記第二の現像剤収容手段内部に落下させるための孔を有する現像剤落下規制手段を有することを特徴とする請求項1、2又は3の画像形成装置。
【請求項5】 前記命令が、前記第一の現像剤収容手段の内部に存在する現像剤の量を含む情報に基づくことを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項6】 前記命令が、画像形成装置の内部又は外部雰囲気の単位面積当たりの水分量を含む情報に基づくことを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項7】 前記命令が、出力すべき情報の画像濃度を含む情報に基づくことを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものであり、特に、電子写真プロセス等により像担持体上に形成された静電潜像を1成分現像剤を使用してトナー像となす現像装置を備え、この現像装置への現像剤補給が自動的に、且つ、逐次少量ずつ行われる方式の画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図13に、電子写真プロセスにより像担持体上に静電潜像を形成し、この潜像を1成分現像剤を使用してトナー像となす現像装置を備えた電子写真方式の画像形成装置、即ち、電子写真複写機の一例を示す。
【0003】本例によると、電子写真複写機は、像担持体としての円筒状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム1を備えている。感光体ドラム1は、矢印方向に回転自在に支持されており、感光体ドラム1の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光体ドラム1表面を一様に帯電する一次帯電器(帯電手段)2及び感光体ドラム1表面を露光して静電潜像を形成する露光装置10を有する。
【0004】本実施例にて、露光装置10は、プラテンガラス21上に載置された原稿を原稿照明ランプ22と反射板23とにより照明し、原稿画像からの反射光を、ミラー25a、25b、25cでさらに反射させ、結像レンズ26を通過させた後、CCDセンサ27に入射される。次いで、画像処理部28にてデジタル信号に変換されたレーザビームを投影ミラー29を介して感光体ドラム1表面に導く。これにより、一様に帯電されている感光体ドラム1表面を露光し、原稿画像に対応した静電潜像を形成する。
【0005】現像装置(現像手段)3の現像剤担持手段301は、感光体ドラム1に対して一定間隔設けて配置し、両者間に適当な現像バイアス電圧を印加して感光体ドラム1上の静電潜像の現像を行い、その顕画像を転写手段4により紙等の記録媒体に転写する。感光体ドラム1上の残留トナーは、クリーニング手段10により除去する。
【0006】トナー像の転写先となる転写材は、給紙装置11から給紙される。感光体ドラム1の下方には、転写材(図示せず)を収納する給紙装置11が配置されている。給紙装置11内の転写材は、給紙ローラ12によって給紙され、搬送ローラ13、レジストローラ15を介して、感光体ドラム1と転写帯電器4との間に供給される。転写材は、ここで感光体ドラム1からトナー像を転写され、搬送ベルト16によって、定着器6に搬送される。定着器6によってトナー像が転写された転写材は、最終的なコピーとして、排紙ローラ18、19によって排紙トレイ(図示せず)上に排紙される。
【0007】上記構成のような現像剤を逐次補給する方式の画像形成装置では、主要な画像形成プロセス手段を一つのユニットに集約し、現像剤が消耗され尽くしたら交換する、所謂プロセスカートリッジ方式とは異なり、画像形成動作の反復の結果消耗される現像剤の残存量が一定量を下回ったときに、発せられる現像剤の補給を促す警告に従い、ユーザー等が現像剤の補給を行う。
【0008】この場合も、少なくとも現像剤担持手段301と、現像剤を該現像剤担持手段301の回転軸と略垂直な方向に移動させる手段、例えば撹拌羽根部材307とを有する現像手段3に、図14に示すように、ユーザー等が直接現像剤を補給する方式と、図15及び図16に示すように、現像手段3とは独立して設けられた現像剤補給装置、即ち、外部現像剤収容手段7へユーザー等が現像剤を補給し、該外部現像剤収容手段7から現像手段3へ少量ずつ補給する方式がある。後者の方が、より大量の現像剤を一度に補給できるため、補給間隔が長くなってユーザー等にとって便利であるのみならず、補給後の出力画像品位低下を回避し安定した画像を長期間提供することが可能である。
【0009】更に、現像手段3とは独立して設けられた外部の現像剤収容手段7へユーザー等が現像剤を補給し、該外部現像剤収容手段7から現像手段3へ少量ずつ補給する方式においても、現像手段3とは独立して設けられた外部の現像剤収容手段7の位置として、現像手段3の略上方(図15)と、現像手段3の略側方(図16)がある。後者の方式では、マグネットローラー等の高価な構成部品が不要なため、画像形成装置のコストの低減が可能である。
【0010】その概略動作を図17を参照して説明する。現像手段3は、現像剤収容手段としての現像容器300を備え、現像容器300内は、現像室303と現像剤収容室304とを有する。現像室303の、感光体ドラム1と対向する位置に形成された開口部に現像スリーブのような現像剤担持手段301が配置され、現像剤収容室304内に現像剤量検知手段310を備えている。現像剤収容室304内の現像剤tが減少してくると、現像剤量検知手段310により、現像剤不足信号TLCが制御手段9に送られる。外部現像剤収容手段7は、現像剤tを搬送する第一の現像剤搬送手段701を有し、第一の現像剤搬送手段701は、制御手段9からの現像剤補給足信号TREPを受けモーター等の駆動手段702により回転駆動される。
【0011】次いで、前記第一の現像剤搬送手段701により搬送された現像剤tを、第二の現像剤搬送手段312により第二の現像剤収容手段としての現像手段3の現像容器300の長手方向に搬送する。現像手段3の長手方向は、ほとんどの場合現像剤担持手段301の回転軸と垂直で、且つ水平な方向であり、転写材の進行方向と垂直である。
【0012】前記第二の現像剤収容手段300の上部で、かつ、前記現像剤搬送手段312から離間した位置に配設された樋状の現像剤落下規制手段313は、現像剤を前記第二の現像剤収容手段300内部、即ち、現像剤収容室304内へと落下させるための孔313aを有する。
【0013】特開平5−265325公報等に開示されるように、落下孔313aの形状や搬送量等、更には、現像剤搬送手段312の回転駆動時間と回転給紙時間の組み合わせを、現像剤の特性に合わせて最適化することにより現像剤を長手方向で略均一に補給することが可能となる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうした従来の方式においては特に外部現像剤収容手段7内の現像剤の量Wt1或いは外部環境の湿度H、更には、出力すべき情報の画像濃度によって、現像手段3内部に存在する現像剤tの長手方向における分布が変化し、均一な状態が維持できなくなるという問題があった。
【0015】即ち、第一の現像剤搬送手段701の回転速度が一定であるため、Wt1が多いうちは、第一の現像剤搬送手段701によって単位時間あたりに搬出される現像剤量wt1は多い。従って、図17に示すように、現像剤落下規制手段313において手前に多く落下するが、逆に、Wt1が少なくなると、wt1も減少し、現像剤落下規制手段313内においても奥側に多く落下する。
【0016】又、第二の現像剤搬送手段312の回転速度も一定であるため、図18に示すように、湿度Hが低いと、現像剤の流動性が低く、現像剤落下規制手段313内において手前に多く落下するが、逆に湿度Hが高いと、現像剤の流動性が高いため、現像剤落下規制手段313内において奥側に多く落下する。ただし、これはトナーが正帯電性の場合の現象であり、トナーが負帯電性の場合は逆になることが多い。
【0017】更に、出力すべき情報の画像濃度分布が現像剤担持手段301の回転軸に沿った方向において著しく不均一な場合、こうした画像の出力を大量に行うと画像濃度が高い部分に対応する位置において、現像手段内部に存在する現像剤量が局所的に減少する。
【0018】いずれにしても、現像手段3の長手方向での均一な現像剤補給ができなくなり、長手方向での画像濃度ムラ等の画像品位低下が生じるという問題があった。
【0019】従って、本発明の目的は、上記問題点を解決し、画像ムラ等のない高画質、高耐久の画像形成装置を提供することである。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、一成分現像剤を収容する第一の現像剤収容手段と、現像剤を収容し、この現像剤を像担持体へと担持し搬送する現像剤担持手段を有する第二の現像剤収容手段と、前記第一の現像剤収容手段に設けられ、前記第一の現像剤収容手段から前記第二の現像剤収容手段へと現像剤を排出する第一の現像剤搬送手段と、前記第二の現像剤収容手段の上部に略水平に配設され、前記第一の現像剤搬送手段からの現像剤を受容し、前記現像剤を前記第二の現像剤収容手段内部へと搬送する第二の現像剤搬送手段と、を備えた画像形成装置において、前記画像形成装置に設けられた制御手段からの命令により、前記第一の現像剤搬送手段又は第二の現像剤搬送手段の作動を制御することを特徴とする画像形成装置である。好ましくは、前記第一及び第二の現像剤搬送手段は、各々回転駆動され、前記制御手段からの命令により各々の回転速度が制御される。
【0021】本発明の他の態様によると、前記第二の現像剤収容手段は、現像剤を前記現像剤担持手段の回転軸と略垂直な方向に移動させる手段を有する。又、他の態様によると、更に、前記第二の現像剤収容手段の上部に前記第一の現像剤搬送手段から離間して配設され、且つ、前記第二の現像剤搬送手段にて搬送される現像剤を前記第二の現像剤収容手段内部に落下させるための孔を有する現像剤落下規制手段を有する。
【0022】上記本発明の一実施態様によると、前記命令が、前記第一の現像剤収容手段の内部に存在する現像剤の量を含む情報に基づくか、画像形成装置の内部又は外部雰囲気の単位面積当たりの水分量を含む情報に基づくか、又は、出力すべき情報の画像濃度を含む情報に基づく。
【0023】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。以下に説明する各実施例にて、本発明の画像形成装置は、先に図13に関連して説明した電子写真複写機に具現化するものとし、詳しい説明は省略するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0024】実施例1図1は、本発明の第1の実施例による画像形成装置の特徴部を最もよく表す図である。本実施例において、現像剤はトナーのみから構成される一成分の絶縁性の磁性現像剤である。
【0025】現像剤担持手段301は、直径20mmの非磁性ステンレス製の円筒で、その両端に回転支持軸を有し、現像剤収容手段、即ち、現像容器300の側壁に軸受を介して回転自在に支持されており、周速157.5mm/秒で回転する。
【0026】現像剤担持手段301と、像担持体としての感光体ドラム1との間隔は300μmであり、現像剤担持手段301には、振幅1300V、周波数2400Hzの矩形交流電圧が、0V〜−600Vの間で可変な直流電圧に重畳されて印加されている。
【0027】現像剤担持手段301の外表面は、球状ガラス粒子、又は、不定形アルミナ粒子等の微粒子吹き付けによるブラスト処理を受けており、外表面の中心平均粗さが、0.37μmRaの粗面である。
【0028】現像剤担持手段301の回転Aにより、現像剤担持手段301内部に固定支持された磁界発生手段302のS2極(現像剤担持手段表面での垂直成分磁束密度は600Gaussから700Gauss)で汲み上げられた現像剤tは、現像剤層形成部材306により規制され薄層化される。次いで、S1極(現像剤担持手段表面での垂直成分磁束密度は900Gaussから1000Gauss)で穂立ちした現像剤は、静電潜像を現像し、現像に供されなかった現像剤は、その後再び現像手段3内へ戻される。
【0029】本実施例において、現像剤層形成部材306は、シリコーンゴム(厚さ0.3〜0.45mm、JIS−A硬度64±4゜)とSUS305(厚さ0.06mm)の二層一体成形品である。
【0030】現像剤層形成部材306は幅16mm、長さ298〜307mmの長方形で、ゴム面が現像剤担持手段301に圧接している。
【0031】本実施例においては、現像剤の補給は、ユーザーによって、現像手段3とは独立して配設される外部現像剤収容手段としての現像剤補給容器7に対して行われる。この容器は、収容可能最大現像剤量約800gのプラスチック製で、底部は約30度の傾斜を有し、底部に平行してスクリュー状の現像剤搬送手段701が配設されている。スクリュー701のピッチは約15mmで、モーター702により回転駆動される。
【0032】図2をも参照すると、現像手段3の前端3fに達した現像剤は、次いで、現像手段3上部に配設された現像剤搬送手段、即ち、スクリュー312により、現像手段3の後端方向へ、水平に搬送されながら、現像剤落下規制手段313の孔313aから、現像手段3の現像容器300内へ落下する。現像剤搬送手段としてのスクリュー312のピッチは約20mmである。
【0033】現像手段内側壁に配設された圧電素子等の現像剤量検知手段310によって、現像手段内の現像剤量Wt2に対応する信号QWT2に応じて、表1に示すように、スクリューモーター702の回転速度Vmotor1が制御され、現像剤が補給される。
【0034】
【表1】

【0035】スクリューモーター702が30秒間連続して作動しても、信号QWT2が一定のレベルを越えない場合、外部現像剤収容手段7内の現像剤が不足していると判断し、ユーザー等に対し、現像剤補給警告を発する。常温常湿の状態で、現像剤補給警告を発せられる状態におけるWt2=150g−200gである。
【0036】ユーザー等は標準濃度(画像比率6%程度)のA4判サイズ出力を約9000枚行う毎に、外部現像剤収容手段7に現像剤を約500g投入し補給する。
【0037】更に、外部現像剤収納手段7内にも現像剤量検知手段704が配設され、表1に示すように、Wt1に対応する信号QWT1にも応じて、Vmotor1が制御される。
【0038】本実施例によれば、常温常湿にて標準濃度(画像比率6%程度)のA4判サイズ出力を5000枚行った後、図3に示すような現像剤分布が得られる。
【0039】本発明の実施例1によると、第1の比較例に比較すると、より均一な現像剤落下分布が得られていることが示されている。ただし、第1の比較例とは、実施例1において、Vmotor1もVmotor2も制御されない画像形成装置を指す。
【0040】実施例2次いで、本発明の第2の実施例について説明するが、本実施例2では、QWT1およびQWT2の組み合わせに応じて、Vmotor1およびVmotor2が制御される点でのみ実施例1とは異なるので、実施例1と同様の部分についての説明は割愛する。
【0041】実施例2におけるQWT1およびQWT2の組み合わせとVmotor1およびVmotor2の関係は表2のとおりである。
【0042】
【表2】

【0043】これにより、常温常湿にて標準濃度(画像比率6%程度)のA4判サイズ出力を5000枚行った後、図4に示したような落下分布が得られる。
【0044】第2の比較例に比較して、より均一な現像剤分布が得られていることが示されている。ただし、第2の比較例とは、実施例2において、Vmotor2が制御されない画像形成装置を指す。
【0045】なお、実施例1、2における現像剤は、スチレン−アクリル系の樹脂、磁性体、流動化剤、研磨剤等から構成されており、初期重量平均粒径は8.5〜9.5μm、常温常湿での現像剤担持手段301上の現像剤平均帯電量qは+9〜+15μC/g、塗布量mは0.7〜0.9mg/cm2 である。
【0046】実施例3次いで、第3の実施例について説明するが、前記各実施例と共通部分の部分については説明を割愛する。
【0047】図5は、本発明の第3の実施例による画像形成装置の特徴を最もよく表す断面図である。本実施例において、現像剤担持手段301は、直径24.5mmのアルミニウム製の円筒で、その両端に回転支持軸を有し、現像剤収容手段、即ち、現像容器300の側壁に軸受を介して回転自在に支持されており、周速470.4/秒でA方向に回転する。
【0048】現像剤担持手段301と、像担持体としての感光体ドラム1との間隔は210〜250μmであり、現像剤担持手段301には振幅1350〜1650V、周波数2400から3000Hzの矩形交流電圧が、0V〜+600Vの間で可変な直流電圧に重畳されて印加されている。
【0049】現像剤担持手段301の外表面は、球状ガラス粒子吹き付けによるブラスト処理の後、フェノール樹脂、結晶性グラファイト、カーボン等を成分とする体積抵抗100Ωcm以下のコーティング(膜厚10μm〜14μm)を施され、外表面の中心線平均粗さが、0.70〜0.90μmRaの粗面である。
【0050】上記構成において、現像剤担持手段301の回転により、磁界発生手段302のS1極(現像剤担持手段301表面での垂直成分磁束密度は600Gaussから700Gauss)で汲み上げられた一成分磁性現像剤tは、現像剤層形成部材306により規制され薄層化される。次いで、N2極(現像剤担持手段301表面での垂直成分磁束密度は950Gaussから1050Gauss)で穂立ちした現像剤は、静電潜像を現像し、現像に供されなかった現像剤は、その後再び現像手段3内へ戻される。
【0051】本実施例においては、現像剤担持手段301と非接触な現像剤層形成手段306が設けられている。現像剤層形成手段306は、SPCC製の板状部材(厚さ1.4〜1.6mm、幅10〜15mm、長さ300〜320mm)であり、現像剤担持手段301との距離G1=0.20〜0.26mmを似て現像剤担持手段301に対向している。
【0052】本実施例においても、現像剤の補給は、ユーザーによって、現像手段3とは独立して配設される外部現像剤収容手段としての現像剤補給容器7に対して行われる。この容器7は、収容可能最大現像剤量約2000gのプラスチック製で、底部は略水平で、底部と水平にスクリュー状の現像剤搬送手段701が配設されている。スクリュー701のピッチは約15mmで、モーター702により100回転/分の速度で回転駆動される。容器7内には、現像剤攪拌手段703が配置されている。
【0053】図6をも参照すると、現像手段3の前端3fに達した現像剤は、次いで、現像手段上部に配設された現像剤攪拌手段としてのスクリュー312により現像手段3の後端方向へ、水平に搬送されながら(矢印C方向)、現像剤落下規制手段313の孔313aから、現像手段3内へ落下する。スクリュー312のピッチは約20mmで、現像剤担持手段301を駆動する歯車と連結した歯車により回転駆動される。
【0054】又、現像手段上部に配設されたスクリューモーター314の回転速度Vmotor2は、表3に示すように、画像形成装置の操作板101に配設された、湿度検知手段102により検知された外部雰囲気の単位体積当たりの水分重量Wwに応じて制御され、現像剤が補給される。
【0055】モーターが30秒間連続して作動しても、信号QWT2が一定のレベルを越えない場合、外部現像剤収容手段7内の現像剤が不足していると判断し、ユーザー等に対し、現像剤補給警告を発する。常温常湿の状態で、現像剤補給警告を発せられる状態におけるWt2=250g−300gである。
【0056】ユーザー等は標準濃度(画像比率6%程度)のA4判サイズ出力を約30000枚行う毎に、外部現像剤収容手段7に現像剤を約1600g投入し補給する。
【0057】更に、表3に示すように、外部現像剤収納手段7内にも現像剤量検知手段704が配設され、Wt1に対応する信号QWT1に応じて、Vmotor2が制御される。
【0058】
【表3】

【0059】本実施例によれば、標準濃度(画像比率6%程度)のA4判サイズ出力を25000枚行った後、図7に示したような落下分布が得られる。
【0060】本発明の実施例3は、第3及び第4の比較例に比較して、より均一な現像分布が得られていることが示されている。
【0061】ただし、第3の比較例とは、実施例3において、Wwに応じてVmotor2が制御されない画像形成装置を指す。比較例3におけるQWT1とVmotor2の関係は表4のとおりである。
【0062】
【表4】

【0063】第4の比較例とは、実施例3において、QWT1に応じて、Vmotor2が制御されない画像形成装置を指す。比較例4におけるWwとVmotorの関係は表5のとおりである。
【0064】
【表5】

【0065】実施例4次いで、第4の実施例について説明するが、本実施例4では、Vmotor1の制御が、出力すべき情報の画像濃度Dioに基づく点において実施例3と異なるだけであるので、実施例3と同様の部分についての説明は割愛する。
【0066】主制御手段9は、図8に示すように、出力すべき情報1ページ分の画像濃度の長手方向分布Dioを平滑化しDisとし、予め用意された出力すべき情報の画像濃度の長手方向分布パターンDisp(i)(i=1〜3)(図9〜図11)の中から最も近いものDisp*(図8の場合は、Disp*=Disp(2)である)を決定し、それに従って、Vmotor1を制御する。
【0067】Disp(i)とVmotor1の関係は表6のとおりである。
【0068】
【表6】

【0069】前述のDioなる画像濃度の長手方向分布を有する情報を、100枚連続して出力した後の現像分布は略均一であった。
【0070】本発明の実施例4は、図12に示すように、第5の比較例に比較して、より均一な現像分布が得られることが示されている。ただし、第5の比較例とは、実施例4において、Dioに応じてVmotorが制御されない画像形成装置を指す。
【0071】なお、実施例3、4における現像剤は、ポリエステル系の樹脂、磁性体、流動化剤、研磨剤等から構成されており、初期重量平均粒径は6.5〜7.5μm、常温常湿での現像剤担持手段301上の現像剤の平均帯電量qは−9〜−15μC/g、塗布量mは0.8〜1.0mg/cm2 である。
【0072】上記各実施例は現像剤として一成分の絶縁性磁性現像剤を用いたが本発明は、一成分の絶縁性非磁性現像剤についても適用可能である。又、現像剤担持手段301としては、ベルト等も使用可能である。
【0073】更に、本発明の趣旨範囲内での各種の変化、変更、選択又は改良は勿論可能である。
【0074】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、一成分現像剤を収容する第一の現像剤収容手段と、現像剤を収容し、この現像剤を像担持体へと担持し搬送する現像剤担持手段を有する第二の現像剤収容手段と、前記第一の現像剤収容手段に設けられ、例えば回転することにより前記第一の現像剤収容手段から前記第二の現像剤収容手段へと現像剤を排出する第一の現像剤搬送手段と、前記第二の現像剤収容手段の上部に略水平に配設され、前記第一の現像剤搬送手段からからの現像剤を受容し、例えば回転することにより前記現像剤を前記第二の現像剤収容手段内部へと搬送する第二の現像剤搬送手段と、を備えた画像形成装置において、前記画像形成装置に設けられた制御手段からの命令により、前記第一の現像剤搬送手段又は第二の現像剤搬送手段の作動、例えば回転速度が制御される構成とされるので、現像手段内長手方向での均一な現像剤補給が可能であるため、長手方向での画像濃度ムラ等の画像品位低下を有効に防止でき、高画質、高耐久の画像形成装置を得ることができる。




 

 


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