JP2010002891A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像の出力スピードを高めても、安定した画像形成、及び、トナーの飛散による機内汚染を防ぐことができる現像装置とこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】磁性粉を含有する磁性トナーからなるトナーと、キャリアとを有する二成分現像剤を担持する二成分現像剤担持体20と、二成分現像剤担持体20からトナーを受け取り、トナーを担持するトナー担持体21と、トナー担持体21に担持されているトナーによって静電潜像を現像するための像担持体2aと、を備えており、二成分現像剤担持体20の内部においてトナー担持体21の表面と対向する位置には、第1の磁極部材N1が設けられており、トナー担持体21の内部において二成分現像剤担持体20の表面と対向する位置には、第1の磁極部材N1とは逆の極性に着磁されており、少なくともトナー担持体21の表面においてトナー担持体21の表面と垂直方向に25mT〜40mTの範囲内の磁力を生じさせる第2の磁極部材21bが設けられている。
【選択図】図2
【解決手段】磁性粉を含有する磁性トナーからなるトナーと、キャリアとを有する二成分現像剤を担持する二成分現像剤担持体20と、二成分現像剤担持体20からトナーを受け取り、トナーを担持するトナー担持体21と、トナー担持体21に担持されているトナーによって静電潜像を現像するための像担持体2aと、を備えており、二成分現像剤担持体20の内部においてトナー担持体21の表面と対向する位置には、第1の磁極部材N1が設けられており、トナー担持体21の内部において二成分現像剤担持体20の表面と対向する位置には、第1の磁極部材N1とは逆の極性に着磁されており、少なくともトナー担持体21の表面においてトナー担持体21の表面と垂直方向に25mT〜40mTの範囲内の磁力を生じさせる第2の磁極部材21bが設けられている。
【選択図】図2
Description
本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を二成分現像剤によって現像する現像装置とこれを備えた複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
電子写真方式によって用紙に画像を形成する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、感光ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像が、現像装置によって現像されて、トナー像として顕像化される。このトナー像は、転写装置によって用紙上に転写される。そして、トナー像が転写された用紙は、定着装置へと搬送され、該定着装置によって加熱及び加圧されて、トナー像の定着を受けた後に機外に排出される。これによって一連の画像形成動作が完了する。
ところで、現像装置には、トナーとキャリアとを有する二成分現像剤を用いて像担持体上の静電潜像を現像するものがある。斯かる現像装置は、像担持体に対向して配置された現像ローラ等のトナー担持体と、このトナー担持体に近接配置された磁気ローラ等の二成分現像剤担持体とを備えている。このような現像装置においては、二成分現像剤担持体上に担持された二成分現像剤のトナーがトナー担持体へと供給されてトナー担持体上にトナー薄層が形成される。そして、このトナー層によって像担持体上の静電潜像が現像(タッチダウン現像)されてトナー像として顕像化される。
上述のような現像装置は、二成分現像剤担持体上の二成分現像剤によって、トナー担持体上へのトナー薄層の形成とトナー担持体上の未現像トナーの回収とを同時に行う必要がある。そのため、未現像トナーの回収不良等によってトナー担持体上のトナー薄層に前のトナー消費の履歴が残るゴースト現象や、トナー担持体上のトナー帯電のチャージアップ等の問題が発生することがあった。
上記問題を解決するため、例えば、特許文献1において、トナー担持体の二成分現像剤担持体との対面側に磁極を配置し、トナー担持体と二成分現像剤担持体間の磁気ブラシを強固にすることによって未現像トナーのトナー担持体上からの回収を促進する提案がなされている。
ところで、近年、カラー機においても50枚/分のスピードで出力が可能なプリンタや複合機が開発されており、モノクロ機に至っては100枚/分の出力スピードを超える高速のプリンタや複合機が開発されている。
斯かる高速機に特許文献1において提案されているタッチダウン現像方式が採用された場合、トナー担持体上に十分なトナー薄層が形成されるためには、二成分現像剤中のトナー濃度を高くしたり、トナー薄層形成のためのバイアス電圧を大きくする等の対応が必要とされる。このような対策が施されるとトナー担持体と二成分現像剤担持体との間でトナー飛散が発生し易くなる。又、トナー担持体と二成分現像剤担持体との間でリークが発生し易く、画像が用紙へ精度良く印刷されないいわゆる画像異常や、機内汚染の発生を招くという問題があった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、画像の出力スピードを高めても、安定した画像形成、及び、トナーの飛散による機内汚染を防ぐことができる現像装置とこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面に係る現像装置は、磁性粉を含有する磁性トナーからなるトナーと、キャリアとを有する二成分現像剤を担持する筒状の二成分現像剤担持体と、前記二成分現像剤担持体と対向して設けられており、前記二成分現像剤担持体から前記トナーを受け取り、前記トナーを担持する筒状のトナー担持体と、前記トナー担持体に担持されている前記トナーによって静電潜像を現像するための像担持体と、を備えており、前記二成分現像剤担持体の内部において前記トナー担持体の表面と対向する位置には、第1の磁極部材が設けられており、前記トナー担持体の内部において前記二成分現像剤担持体の表面と対向する位置には、前記第1の磁極部材とは逆の極性に着磁されており、少なくとも前記トナー担持体の表面において前記トナー担持体の表面と垂直方向に25mT〜40mTの範囲内の磁力を生じさせる第2の磁極部材が設けられていることを特徴とする(請求項1)。
この構成によれば、二成分現像剤担持体の内部においてトナー担持体の表面と対向する位置には、第1の磁極部材が設けられている。この第1の磁極部材は、二成分現像剤担持体の表面のうちトナー担持体の表面と対向する位置において、いわゆる磁気ブラシを発生させる。
また、トナー担持体の内部において二成分現像剤担持体の表面と対向する位置には、第1の磁極部材とは逆の極性に着磁されており、少なくともトナー担持体の表面においてトナー担持体の表面と垂直方向に磁力を生じさせる第2の磁極部材が設けられている。この第2の磁極部材は、二成分現像剤担持体の内部に設けられた第1の磁極部材との間で、トナー担持体及び二成分現像剤担持体のいずれかの方向の磁界を発生させる。
そのため、二成分現像剤担持体の表面のうちトナー担持体と最も接近する位置において発生している磁気ブラシが、トナー担持体及び二成分現像剤担持体のいずれかの方向の磁界の影響を受ける。そうすると、磁気ブラシの形状を保持するいわゆる拘束力が強くなる。従って、トナー担持体上の未現像トナーが磁気ブラシによって除去されやすい。また、磁気ブラシに含まれるトナーがトナー担持体に供給されやすい。
さらに、第2の磁極部材が、少なくともトナー担持体の表面においてトナー担持体の表面と垂直方向に生じさせる磁力は、25mT〜40mTの範囲内の磁力である。そのため、トナー担持体上のトナー薄厚の増加が抑制されて、第2の磁極部材の影響が及ばない位置にトナーが移動しても該トナーの飛散が抑制される。従って、画像の出力スピードを高めても、安定した画像形成、及び、トナーの飛散による機内汚染を防ぐことが実現される。
上記構成において、前記トナーは、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において、0.9〜10emu/gの範囲内にある飽和磁化の値が得られる構成とすることができる(請求項2)。
この構成によれば、二成分現像剤担持体からのトナーの飛散が抑制されるとともに、未現像トナーのトナー担持体からの回収効率が高められる。また、トナー担持体からのトナーの飛散が抑制されるとともに、トナー像の定着性も向上する。そのため、安定した画像形成が実現される。
上記構成において、前記第1の磁極部材は、前記二成分現像剤担持体の表面において前記二成分現像剤担持体の表面と垂直方向に80mT〜100mTの範囲内の磁力を生じさせるように着磁されている構成とすることができる(請求項3)。
この構成によれば、画像の出力スピードを高めても、安定した画像形成、及び、トナーの飛散による機内汚染を防ぐことが、より好適に実現される。
上記構成において、前記第1の磁極部材は、前記二成分現像剤担持体の表面において前記二成分現像剤担持体の表面と垂直方向に85mT〜95mTの範囲内の磁力を生じさせるように着磁されている構成とすることができる(請求項4)。
この構成によれば、さらに、安定した画像形成、及び、トナーの飛散による機内汚染を防ぐことが好適に実現される。
上記構成において、前記第2の磁極部材は、前記トナー担持体の表面において前記トナー担持体の表面と垂直方向に25mT〜35mTの範囲内の磁力を生じさせる構成とすることができる(請求項5)。
この構成によれば、二成分現像剤担持体からトナー担持体の方向へ形成される磁気ブラシの拘束力がより適度な力となる。そのため、二成分現像剤にかかる負荷が軽減されるため、二成分現像剤の劣化が抑制される。
また、本発明の他の局面に係る画像形成装置は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の現像装置と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を用紙へ転写する転写装置と、を備えることを特徴とする(請求項6)。
この構成によれば、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の現像装置を備えている。そのため、画像の出力スピードを高めても、安定した画像形成、及び、トナーの飛散による機内汚染を防ぐことができる画像形成装置が実現される。
本発明によれば、画像の出力スピードを高めても、安定した画像形成、及び、トナーの飛散による機内汚染を防ぐことが実現される。
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
[画像形成装置]
図1は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのカラーレーザープリンタの断面図である。図示のカラーレーザープリンタはタンデム型である。本体100内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット1M、シアン画像形成ユニット1C、イエロー画像形成ユニット1Y及びブラック画像形成ユニット1Kが一定の間隔でタンデムに配置されている。
図1は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのカラーレーザープリンタの断面図である。図示のカラーレーザープリンタはタンデム型である。本体100内の中央部には、マゼンタ画像形成ユニット1M、シアン画像形成ユニット1C、イエロー画像形成ユニット1Y及びブラック画像形成ユニット1Kが一定の間隔でタンデムに配置されている。
上記各画像形成ユニット1M,1C,1Y,1Kには、感光ドラム(像担持体)2a,2b,2c,2dがそれぞれ配置されている。そして、各感光ドラム2a〜2dの周囲には、帯電器3a,3b,3c,3d、現像装置4a,4b,4c,4d、転写ローラ5a,5b,5c,5d及びドラムクリーニング装置6a,6b,6c,6dがそれぞれ配置されている。
ここで、前記感光ドラム2a〜2dは、ドラム状の感光体であって、不図示のモータによって図示矢印方向(図1における反時計回り方向)に所定のプロセススピードで回転駆動される。又、前記帯電器3a〜3dは、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光ドラム2a〜2dの表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。
更に、前記現像装置4a〜4dは、マゼンタ(トナーM)、シアン(C)、イエロー(Y)、ブラック(K)の現像剤をそれぞれ収容しており、各感光ドラム2a〜2d上に形成された各静電潜像に各色のトナーを付着させて各静電潜像を各色のトナー像として可視像化するものである。ここで、各色の現像剤はトナーとキャリアを有する二成分現像剤であり、トナー(少なくともブラックのトナー)として、磁性粉を含有する磁性トナーが用いられている。尚、現像装置4a〜4dの詳細は後述される。
また、本実施形態において、画像形成装置としてカラーレーザープリンタが例示されているが、画像形成装置は、ブラック画像形成ユニット1Kのみを有するモノクロ画像形成装置であってもよい。
また、本体部100は、マゼンダ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)、及びブラック(K)の各々の色からなるトナー像を、中間転写ベルト7に転写する一次転写部23K、23Y、23C、及び23Mの各々を備えている。このような一次転写部23K、23Y、23C、及び23Mの各々は、マゼンダ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)、及びブラック(K)の各々の色に対応して設けられている。
又、一次転写部23K、23Y、23C、及び23Mの各々において、転写ローラ5a〜5dの各々の表面と、感光ドラム2a〜2Dの各々の表面とが、対向して配置されている。そして、転写ローラ5a〜5dの各々の表面と、感光ドラム2a〜2Dの各々の表面とが、中間転写ベルト7の表面に当接して中間転写ベルト7を挟んでいる。このように、転写ローラ5a〜5dの各々の表面と、感光ドラム2a〜2Dの各々の表面とが、中間転写ベルト7の表面に当接して中間転写ベルト7を挟んでいる位置が、いわゆる転写ニップ部を構成する。このような転写ニップ部によって、一次転写部23K、23Y、23C、及び23Mの各々が構成されている。中間転写ベルト7は、二次転写対向ローラ8、駆動ローラ9、及びテンションローラ10によって張設されている。このような中間転写ベルト7は、各感光ドラム2a〜2dの表面のうち最も上方向(図1において上方向)に位置する面上を通過するように周回駆動される。また、二次転写対向ローラ8と、二次転写ローラ11とが、二次転写対向ローラ8及び二次転写ローラ11の表面同士が対向して配置されている。そして、二次転写対向ローラ8の表面と、二次転写ローラ11の表面とが、中間転写ベルト7の表面に当接して中間転写ベルト7を挟んでいる。このように、二次転写対向ローラ8の表面と二次転写ローラ11の表面とが、中間転写ベルト7の表面に当接して中間転写ベルト7を挟んでいる位置は、いわゆる転写ニップ部を構成する。このような転写ニップ部によって、二次転写部24が構成されている。尚、図示はされていないが、駆動ローラ9の近傍にはベルトクリーニング装置が設けられている。
更に、装置本体100内の各画像形成ユニット1M,1C,1Y,1Kの下方にはレーザースキャナユニット(LSU)12が配置され、その下方の本体100の底部には給紙カセット13が着脱可能に設置されており、装置本体100の側部には手差しトレイ14が設けられている。
又、装置本体100の側部を上下方向に延びる用紙搬送路Lには、用紙を一時待機させた後に所定のタイミングで前記二次転写対向ローラ8と二次転写ローラ101との当接部である二次転写部24へと供給するレジストローラ対15が設けられている。
ところで、装置本体100内の一側部に縦方向に配置された前記用紙搬送路Lは、装置本体100の上面に設けられた排紙トレイ16まで延びており、その途中には定着装置17が設けられている。
次に、以上の構成を有するカラーレーザープリンタの画像形成動作について説明する。
画像形成開始信号が発せられると、各画像形成ユニット1M,1C,1Y,1Kにおいて各感光ドラム2a〜2dが図1の矢印方向(反時計回り方向)に所定のプロセススピードで回転駆動され、これらの感光ドラム2a〜2dは、帯電器3a〜3dによって一様に帯電される。又、レーザースキャナユニット12は、各色毎のカラー画像信号によって変調されたレーザー光を出射し、そのレーザー光を各感光ドラム2a〜2dの表面に照射し、各感光ドラム2a〜2d上に各色のカラー画像信号に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。
そして、先ず、マゼンタ画像形成ユニット1Mの感光ドラム2a上に形成された静電潜像に、該感光ドラム2aの帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像装置4aがマゼンタトナーを付着させ、該静電潜像をマゼンタトナー像として可視像化する。このマゼンタトナー像は、感光ドラム2aと転写ローラ5aとの間の一次転写部23M(転写ニップ部)において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラ5dの作用によって、図1の矢印方向に周回駆動されている中間転写ベルト7上に一次転写される。
上述のようにして中間転写ベルト7上に一次転写されたマゼンタトナー像は、次のシアン画像形成ユニット1Cへと移動する。そして、シアン画像形成ユニット1Cにおいても、前記と同様にして、感光ドラム2b上に形成されたシアントナー像が一次転写部23Cにおいて中間転写ベルト7上のマゼンタトナー像に重ねて転写される。
以下同様にして、中間転写ベルト7上に重畳転写されたマゼンタ及びシアントナー像の上に、イエロー及びブラック画像形成ユニット1Y,1Kの各感光ドラム2c,2d上にそれぞれ形成されたイエロー及びブラックトナー像が各一次転写部23Y、23Kにおいて順次重ね合わせられ、中間転写ベルト7上にはフルカラーのトナー像が形成される。尚、中間転写ベルト7上に転写されないで各感光ドラム2a〜2d上に残留する残トナーは、各ドラムクリーニング装置6a〜6dによって除去され、各感光ドラム2a〜2dは次の画像形成に備えられる。
そして、中間転写ベルト7上のフルカラートナー像の先端が二次転写対向ローラ8と二次転写ローラ11間の二次転写部24(転写ニップ部)に達するタイミングに合わせて、給紙カセット13又は手差しトレイ14から用紙搬送路Lへと送り出された用紙がレジストローラ対15によって二次転写部24へと搬送される。そして、二次転写部24に搬送された用紙に、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラ11によってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト7から一括して二次転写される。
而して、フルカラーのトナー像が転写された用紙は、定着装置17へと搬送され、フルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて用紙の表面に熱定着され、トナー像が定着された用紙が排紙トレイ16上に排出されて一連の画像形成動作が完了する。尚、用紙上に転写されないで中間転写ベルト7上に残留する残トナーは、不図示のベルトクリーニング装置によって除去され、中間転写ベルト7は次の画像形成に備えられる。
さらに、前記カラーレーザープリンタは、先述されたカラー画像形成だけではなく、モノクロ画像形成を実行することができる。このモノクロ画像形成において、画像形成ユニット1Kが使用される。画像形成ユニット1Kにおいて、ブラックのカラー画像信号によって変調されたレーザー光によって、感光ドラム2dの表面に静電潜像が形成される。
次に、画像形成ユニット1Kにおいて、感光ドラム2dの表面に形成された静電潜像が、現像装置4dによって、ブラックトナー像として可視像化される。そして、このブラックトナー像は、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラ5aの作用によって中間転写ベルト7上に転写される。
そして、中間転写ベルト7の表面上のブラックトナー像は、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラ11によって、二次転写部24に搬送された用紙に対して転写される。
そして、ブラックトナー像が転写された用紙は、定着装置17へと搬送される。そして、ブラックトナー像が加熱及び加圧されて用紙の表面に熱定着される。そして、ブラックトナー像が定着された用紙が排紙トレイ16上に排出される。
[現像装置]
次に、本発明に係る現像装置4a〜4dを図2に基づいて説明する。図2はブラック画像形成ユニット1Kの断面図である。図2に示される現像装置4dは、現像容器18内にブラックの二成分現像剤を収納している。現像装置4dにおいて、現像容器18の内部は仕切壁18aによって第1及び第2収納室18A,18Bに区画されている。これらの第1及び第2の収納室18A,18Bには図2の紙面垂直方向に長い第1及び第2の撹拌ローラ19a,19bがそれぞれ回転可能に配設されている。これらの第1及び第2の撹拌ローラ19a,19bが回転すると、現像容器18内の二成分現像剤が撹拌されつつ軸方向(図2の紙面垂直方向)に搬送され、仕切壁18aに形成された不図示の連通路を通過して第1収納室18Aと第2収納室18Bとの間を循環する。ここで、少なくとも、ブラックの二成分現像剤におけるブラックのトナーとして、磁性粉を含有する磁性トナーが用いられている。
次に、本発明に係る現像装置4a〜4dを図2に基づいて説明する。図2はブラック画像形成ユニット1Kの断面図である。図2に示される現像装置4dは、現像容器18内にブラックの二成分現像剤を収納している。現像装置4dにおいて、現像容器18の内部は仕切壁18aによって第1及び第2収納室18A,18Bに区画されている。これらの第1及び第2の収納室18A,18Bには図2の紙面垂直方向に長い第1及び第2の撹拌ローラ19a,19bがそれぞれ回転可能に配設されている。これらの第1及び第2の撹拌ローラ19a,19bが回転すると、現像容器18内の二成分現像剤が撹拌されつつ軸方向(図2の紙面垂直方向)に搬送され、仕切壁18aに形成された不図示の連通路を通過して第1収納室18Aと第2収納室18Bとの間を循環する。ここで、少なくとも、ブラックの二成分現像剤におけるブラックのトナーとして、磁性粉を含有する磁性トナーが用いられている。
この磁性トナーは、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において、0.9〜10emu/gの範囲内にある飽和磁化の値が得られる磁性トナーである。
現像容器18内の第2の撹拌ローラ19bの上方には二成分現像剤担持体である円筒状の磁気ローラ20が回転可能に配置されており、この磁気ローラ20の上方にはトナー担持体である円筒状の現像ローラ21が磁気ローラ20に対向して配置されている。又、図2に示されるように、現像ローラ21は、現像容器18の開口部18bに露出して感光ドラム2dに所定のギャップを介して対向配置されている。
上記磁気ローラ20は、複数の磁極(磁気ローラ磁極)を有する円筒状の固定マグネットローラ20aが内部に設けられた非磁性の回転スリーブ20bを備えており、この回転スリーブ20bは回転軸20cを回転中心線として、図2の矢印方向(時計方向)に回転駆動される。固定マグネットローラ20aは、外周方向がN極となる3つのN極(磁気ローラ磁極N1〜N3極)と、外周方向がS極となる2つのS極(磁気ローラ磁極S1,S2極)を有しており、回転スリーブ20bの回転方向において磁気ローラ磁極N1極(第1の磁極部材)と磁気ローラ磁極N2極との間に磁気ローラ磁極S1極が配置され、磁気ローラ磁極N3極と磁気ローラ磁極N1極との間にS2極が配置されている。
ここで、固定マグネットローラ20aは、回転スリーブ20bの回転とは独立して設けられている。つまり、固定マグネットローラ20aは、回転スリーブ20bが回転しても回転しない。例えば、マグネットローラ20aが、回転軸20c及び回転スリーブ20bと物理的に連結しなければ、固定マグネットローラ20aが、回転スリーブ20bが回転しても回転しないようにすることができる。また、固定マグネットローラ20aにおいて、磁気ローラ磁極N1〜N3及びS1及びS2は、長手方向が回転軸20cの軸方向に延び、短手方向が固定マグネットローラ20aの径方向に延びる略直方体形状とされている。
このような磁気ローラ20において、回転スリーブ20bは磁気ローラ20の表面部材をなす円筒状の部材である。回転スリーブ20bは、駆動源(不図示)によって、図2の矢印方向(時計回り方向)に回転駆動する回転軸20cの回転中心軸回りに回転する。すると、回転スリーブ20bの表面には、磁気ローラ磁極N3による磁力によって、第2の攪拌ローラ19bから二成分現像剤が付着する。
そして、回転スリーブ20bがさらに回転すると、回転スリーブ20bには、磁気ローラ磁極N3による磁力によって、第2の攪拌ローラ19bから二成分現像剤がさらに付着する。このように、回転スリーブ20bが回転することによって、回転スリーブ20bの表面には、第2の攪拌ローラ19bから二成分現像剤が順次供給される。このように回転スリーブ20bの表面に順次供給された二成分現像剤は、回転スリーブ20bの回転によって磁気ローラ磁極N1〜N3及びS1及びS2のそれぞれの側を通過すると、磁気ローラ磁極N1〜N3及びS1及びS2の磁力によって、回転スリーブ20bの表面と垂直な方向に起立する。
このように回転スリーブ20bの表面と垂直な方向に起立した二成分現像剤は、いわゆる磁気ブラシと呼ばれる。回転スリーブ20bの表面に順次供給された二成分現像剤は、回転スリーブ20bの回転によって、磁気ローラ磁極N1〜N3及びS1及びS2の側で磁気ブラシになりながら、回転スリーブ20bの回転方向へ搬送される。
又、前記現像ローラ21は、非磁性の回転スリーブ21aが設けられている。現像ローラ21において、回転スリーブ21aは現像ローラ21の表面部材をなす円筒状の部材である。この回転スリーブ21a内において磁気ローラ20と対向する位置には第2の磁極部材である対向マグネット21bが配置されている。
ここで、回転スリーブ21aは、駆動源(不図示)によって、図2の矢印方向(時計回り方向)に回転駆動する回転軸21cの回転に連動して回転軸21cの回転中心線回りに回転することができる。例えば、回転スリーブ21aは、回転軸21cと物理的に連結していれば、回転軸21cの回転に連動して回転軸21cの回転中心線回りに回転することができる。また、対向マグネット21bは、回転スリーブ21aの回転とは独立して設けられている。つまり、対向マグネット21bは、回転スリーブ21aが回転しても回転しない。例えば、対向マグネット21bが、回転軸21c及び回転スリーブ21aと物理的に連結しなければ、対向マグネット21bが、回転スリーブ21aが回転しても回転しないようにすることができる。そして、対向マグネット21bは、長手方向が回転軸21cの軸方向に延び、短手方向が回転スリーブ21aの径方向に延びる略直方体形状とされている。尚、対向マグネット21bの形状は、扇形状の断面を有しており、回転スリーブ21aの回転軸21cの軸方向(図2の紙面垂直方向)に延びる柱体状形状であってもよい。対向マグネット21bがこのような柱体状形状とされた際には、回転軸21cの軸方向から見た断面として、扇形状の断面が得られる。
本実施の形態では、対向マグネット21bは、回転スリーブ21aの外周方向が、固定マグネットローラ20aのN1極と異磁極のS極となるように着磁されている。このような対向マグネット21bは現像ローラ磁極としての機能を有する。この対向マグネット21bの現像ローラ21表面での垂直方向の磁力は25mT以上〜40mT以下に設定されている。そして、現像ローラ21の回転スリーブ21aは、磁気ローラ20とはその対向位置において所定のギャップをもって対向しており、現像ローラ磁極Sは、所定のギャップを挟んで対向位置において磁気ローラ磁極N1と対向している。尚、現像ローラ21の回転スリーブ21aは、磁気ローラ20の回転スリーブ20bと同方向(図2の矢印方向)に回転駆動され、両回転スリーブ20b,21aの対向位置における回転方向は互いに逆向きとなる。
更に、現像容器18には、トナー層厚規制部材としてのドクターブレード22が回転スリーブ20bの軸方向(図2の紙面垂直方向)に沿って取り付けられており、該ドクターブレード22は、回転スリーブ20bの回転方向(図2の矢印方向)において両スリーブ20b,21aの対向位置よりも上流側に配置され、その先端と回転スリーブ21aの表面との間には所定の微小ギャップが形成されている。
以上のように構成された現像装置4aにおいては、前述のように第1及び第2の撹拌ローラ19a,19bによって二成分現像剤が撹拌されつつ現像容器18内を循環する。この二成分現像剤の撹拌によってトナーが帯電され、第2の撹拌ローラ19b上の二成分現像剤は磁気ローラ20によって吸引搬送される。そして、磁気ローラ20上には、磁気ローラ磁極S2による磁気ブラシが形成されドクターブレード22によって層厚が規制される。そのため、回転スリーブ20bの表面上の二成分現像剤の層厚が規制される。そして、層厚が規制された二成分現像剤は、回転スリーブ20bの回転によって、現像ローラ21と対向する位置に搬送される。このような位置において、磁気ローラ磁極N1によって二成分現像剤からなる磁気ブラシが形成される。そして、磁気ブラシに含まれるトナーが磁気ローラ20と現像ローラ21間の電位差によって現像ローラ21上にトナー薄層を形成し、このトナー薄層によって感光ドラム2a上の静電潜像が現像される。
上述のようにして現像が行われた後、未現像トナーが残る現像ローラ21は、磁気ローラ20との対向位置において二成分現像剤層を担持した磁気ローラ20と最接近し、この対向位置において磁気ブラシによる機械的な力によって現像ローラ21上の未現像トナーが掻き取られるとともに、磁気ローラ20と現像ローラ21との間に形成される電位差(電界)に応じて磁気ローラ20上の二成分現像剤層から磁性トナーが現像ローラ21側に供給される。
前述のように磁気ローラ20と現像ローラ21の対向位置において両回転スリーブ20b,21aの進行方向は互いに逆方向であり、磁気ローラ磁極N1に対向する異磁極の現像ローラ磁極Sが存在するため、磁気ローラ磁極N1と現像ローラ磁極Sとの間に磁界が形成され、これによって磁気ブラシの拘束力が強くなり、磁気ブラシが良好に形成される。このため、現像ローラ21上のトナーが磁気ブラシによって機械的に掻き取られ、磁気ローラ20側に引き戻され、現像ローラ21上に残留する未現像トナーが磁気ローラ20側に確実に回収され、未現像トナーの回収不良によって現像ローラ21上のトナー薄層に前のトナー消費の履歴が残るゴースト現象(現像履歴現象)の発生が防がれる。
又、本実施の形態のように磁気ローラ20が現像ローラ21の下方に配置されることによって、現像ローラ21上のトナーが、トナーの自重によって磁気ローラ20側に効率良く回収される。
ところで、内部に磁性部材として対向マグネット21bを配置した現像ローラ21を備えたタッチダウン現像装置に本実施の形態のように磁性トナーが用いられた場合、磁性トナーが磁性粉を含有することによってトナー重量が増すとともに、磁気ローラ20の磁力による磁性トナーの保持力が高くなるため、画像の出力スピードを上げるために二成分現像剤中のトナー濃度を高めても磁気ローラ20からのトナーの飛散が抑制される。
しかしながら、現像ローラ21の内部には対向マグネット21bを配置しているため、従来の非磁性トナーを用いたタッチダウン現像方式よりも磁界の影響を受けて磁性トナーが移動し易くなるとともに、対向マグネット21bによる磁性トナーの保持力が高まる。この結果、現像ローラ21上のトナー薄層が厚くなるため、現像ローラ21内部の対向マグネット21bの磁界が及ばない位置に磁性トナーが移動すると、磁力による磁性トナーの保持力が弱まるため、現像ローラ21上で厚くなったトナー薄層から磁性トナーが飛散し易くなるという問題がある。また、現像ローラ21上のトナー薄層が厚くなるため、現像ローラ21上からの未現像トナーの回収が難しくなるという問題がある。
然るに、本実施の形態では、現像ローラ21の内部において磁気ローラ20と対向する位置に配置された対向マグネット21bの現像ローラ21表面での垂直方向の磁力を25mT以上〜40mT以下に設定することにより、現像ローラ21上のトナー薄層厚の増加が抑制される。従って、対向マグネット21bによる磁界の影響が及ばない位置に磁性トナーが移動しても磁力による保持力がなくなった影響を受けにくくなり該磁性トナーの飛散が抑制される。従って、画像の出力スピードを高めても、安定した画像形成及びトナーの飛散による機内汚染を防ぐことが実現される。又、タッチダウン現像方式では、現像ローラ21上の未現像トナーを磁気ブラシで機械的に掻き取り回収する際にトナーが飛散しやすい。しかし、磁性トナーを用いることで以下の効果が実現される。つまり、現像ローラ21上の未現像の磁性トナーは、磁気ローラ20の磁気ローラ磁極N1及び対向マグネット21bの磁力の影響を受けるので、回収時に飛散しにくくなる。そのため、未現像トナーの回収効率が高まる。又、現像ローラ21の内部において磁気ローラ20と対向する位置に配置された対向マグネット21bの現像ローラ21表面での垂直方向の磁力は1mT以上とすることが好ましい。磁力が1mT未満であると、高速機において、トナー薄層形成のためのバイアス電圧を大きくする必要性が高まり、トナー担持体と二成分現像剤担持体との間でトナー飛散が発生し易く、又、トナー担持体と二成分現像剤担持体との間で放電現象が発生し、画像形成に異常を来たす場合がある。又、対向マグネット21bの現像ローラ21表面での垂直方向の磁力が25mT〜35mTの範囲内の磁力である際には、磁気ローラ20から現像ローラ21方向へ形成される磁気ブラシの拘束力が適度な力となる。そのため、二成分現像剤にかかる負荷が軽減されるため、二成分現像剤の劣化が抑制される。
さらに、磁気ローラ21の磁気ローラ磁極N1は、磁気ローラ21の回転スリーブ20bの表面において回転スリーブ20bの表面と垂直方向に80mT〜100mTの範囲内の磁力を生じさせるように着磁されていることが望ましい。磁気ローラ磁極N1が、回転スリーブ20bの表面における磁力として、回転スリーブ20bと垂直方向の80mT〜100mTの範囲内の磁力を生じさせれば、現像ローラ21上のトナー薄層厚の増加がさらに抑制される。従って、対向マグネット21bによる磁界の影響が及ばない位置に磁性トナーが移動しても、該磁性トナーが、磁力による保持力がなくなった影響をさらに受けにくくなる。そのため、該磁性トナーの飛散がさらに抑制される。
さらに、より好適に先述された効果が実現されるためには、磁気ローラ磁極N1が、回転スリーブ20bの表面において回転スリーブ20bと垂直方向に85mT〜95mTの範囲内の磁力を生じさせることが望ましい。
尚、磁気ローラ磁極N1が、回転スリーブ20bの表面において回転スリーブ20bと垂直方向に生じさせる磁力が80mT未満だと、本来磁気ローラ20側にあるべきキャリアが、対向マグネット21bの磁力によって現像ローラ21側へ移動してしまう場合がある。また、回転スリーブ20bと垂直方向に生じさせる磁力が100mTを超えると磁気ローラ20側でトナーを保持する力が強く働きすぎ、現像ローラ21においてトナー薄層が十分に形成されない場合がある。
又、本実施の形態では1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において得られる磁性トナーの飽和磁化の値が0.9〜10emu/gとされているため、磁気ローラ20からのトナーの飛散が抑制されるとともに、未現像トナーの現像ローラ21からの回収効率が高められる。また、現像ローラ21からのトナーの飛散が抑制される。さらに、磁性トナーの飽和磁化の値が0.9〜10emu/gとされているため、当該磁性トナーに含まれる磁性粉の量が、一般に磁性一成分現像方式に用いられる磁性トナーと比較して少ない状態となっていることが判る。このように、磁性トナーにおいて、定着装置17による定着熱によって溶解しない磁性粉の量が、一般の磁性トナーと比較して少ない状態となっているので、定着熱によって溶解するトナーそのものの比率が大きいことが判る。そのため、トナー像の定着性も向上する。従って、安定した画像形成が実現される。因みに、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において得られる磁性トナーの飽和磁化の値が0.1emu/g未満であると、磁性トナー中の磁性粉による磁力と重量による効果が十分得られない場合があり、又、飽和磁化の値が10emu/gを超えると、磁力の影響が強過ぎ、トナー像の現像及びトナー担持体からの未現像トナーの回収性に悪影響を及ぼしてしまう。
従って、本発明によれば、安定した画像形成とトナーの飛散による機内汚染を防ぎつつ、画像の出力スピードを高めて高速機に対応することができるという効果が得られる。
尚、図3に示されるように、先述された現像装置4dの構成が、画像形成ユニット1M内の現像装置4aに対して適用されている。そして、現像装置4dは、マゼンタの色トナーとして前記磁性トナーを含むマゼンタの二成分現像剤を、現像容器18内に収容している。従って、現像装置4aは、現像装置4dと同じ動作を実行することができ、そのため、現像装置4aにおいて、前述の効果が得られる。
さらに、画像形成ユニット1C及び1Yの各々において、現像装置4b及び4cの各々は、先述された現像装置4dと同じ構成を有している。そして、現像装置4bは、シアンの色トナーとして前記磁性トナーを含むシアンの二成分現像剤を、現像容器18内に収容している。また、現像装置4cは、イエローの色トナーとして前記磁性トナーを含むイエローの二成分現像剤を、現像容器18内に収容している。
従って、現像装置4b及び4cの各々は、現像装置4dと同じ動作を実行することができ、そのため、現像装置4b及び4cの各々において、前述の効果が得られる。
尚、現像装置4b及び4cの構成は、現像装置4a及び4dの各々と全く同じであるため、図示及び説明が省略されている。
次に、本発明の実施例について比較例を参照しながら以下に説明する。
実施例及び比較例においては以下の諸元及び条件で画出しを行った。
・感光ドラム:直径φ30mm、周速300mm/sec、表面電位(暗電位)300V、明電位10V
・現像ローラの回転スリーブ:材質アルミニウム、直径φ20mm、周速450mm/sec
・磁気ローラの回転スリーブ:材質アルミニウム、直径φ25mm、周速675mm/sec
・磁気ローラ磁極の磁力:N1:90mT、S1:80mT、N2:60mT、N3:40mT、S2:50mT
・磁気ローラによる二成分現像剤の搬送量:10mg/cm2
・現像ローラと磁気ローラ間のギャップ:350μm
・現像ローラと感光ドラム間のギャップ:150μm
・現像ローラ印加電圧:Vdc2=300V、Vpp=1.6kV、周波数f=2.7kHz、Duty比=50%
・磁気ローラ印加電圧:Vdc1=400V、現像ローラ印加電圧Vppと同じ周期で逆の位相のVpp=2.8kV、周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
・磁性トナー:体積平均粒径φ6.5μm、個数分布のCV(coefficient of variation)値23.5%
・キャリア:重量平均粒径φ45μm、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において得られる飽和磁化の値65emu/g(飽和磁化の値は、TPEI社製[VSMM−P7]を用いて磁場強度79.6kA/m(1kOe)で測定)
前記磁性トナーとして、スチレンアクリル樹脂100重量部に対して、3重量部の磁性粉(戸田工業社製、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において得られる
飽和磁化の値が50emu/g)、4重量部のカーボンブラック(三菱化学社製、商品名:MA−100、及び、2重量部の電荷制御剤(藤倉化成社製、商品名:FCA201PS)を溶融処理、混練処理、粉砕処理、分級処理、及び外添処理からなる一連の処理を経て製造されたものを用いた。尚、スタート時の二成分現像剤中のQ/M(単位重量あたりのトナーの帯電量)は15μC/gであった。
・現像ローラの回転スリーブ:材質アルミニウム、直径φ20mm、周速450mm/sec
・磁気ローラの回転スリーブ:材質アルミニウム、直径φ25mm、周速675mm/sec
・磁気ローラ磁極の磁力:N1:90mT、S1:80mT、N2:60mT、N3:40mT、S2:50mT
・磁気ローラによる二成分現像剤の搬送量:10mg/cm2
・現像ローラと磁気ローラ間のギャップ:350μm
・現像ローラと感光ドラム間のギャップ:150μm
・現像ローラ印加電圧:Vdc2=300V、Vpp=1.6kV、周波数f=2.7kHz、Duty比=50%
・磁気ローラ印加電圧:Vdc1=400V、現像ローラ印加電圧Vppと同じ周期で逆の位相のVpp=2.8kV、周波数f=2.7kHz、Duty比=70%
・磁性トナー:体積平均粒径φ6.5μm、個数分布のCV(coefficient of variation)値23.5%
・キャリア:重量平均粒径φ45μm、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において得られる飽和磁化の値65emu/g(飽和磁化の値は、TPEI社製[VSMM−P7]を用いて磁場強度79.6kA/m(1kOe)で測定)
前記磁性トナーとして、スチレンアクリル樹脂100重量部に対して、3重量部の磁性粉(戸田工業社製、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において得られる
飽和磁化の値が50emu/g)、4重量部のカーボンブラック(三菱化学社製、商品名:MA−100、及び、2重量部の電荷制御剤(藤倉化成社製、商品名:FCA201PS)を溶融処理、混練処理、粉砕処理、分級処理、及び外添処理からなる一連の処理を経て製造されたものを用いた。尚、スタート時の二成分現像剤中のQ/M(単位重量あたりのトナーの帯電量)は15μC/gであった。
又、トナー体積平均粒径と個々数分布を表すCV値は、マルチサイザーIII(ベックマン・コールター社製)、アパチャー径φ100μm(測定範囲2.0〜60μm)を用いて測定されうる。
以上の諸元及び条件下で、対向マグネットの磁力と、1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において得られる飽和磁化の値を、表1のように種々変化させて印字率5%の原稿を1000枚出力し、そのときのトナー飛散を目視で確認するとともに、ゴースト画像の発生の有無を目視で確認することによって未現像トナーの回収性を判定した(実施例1〜7及び比較例1〜3)。尚、トナーの飽和磁化の値は、磁性粉の配合量を変えることによって容易に調整される。
表1中のトナー飛散と未現像トナー回収性の評価において、◎は優(トナー飛散及びゴースト画像の発生が全くなし)、○は良(トナー飛散及びゴースト画像の発生をかすかに確認)、×は不可(トナー飛散及びゴースト画像の発生が明らか)を示す。
表1に示される実施例1〜3及び実施例5、6より明らかなように、対向マグネットが現像ローラの表面と垂直な方向に生じる磁力が25mT以上〜40mT以下に設定されるとともに、磁性トナーの飽和磁化の値が0.9〜10emu/gとされれば、トナー飛散が防がれるとともに、未現像トナーの回収性が高められる。これによって本発明の前記効果が実証された。
尚、以上に示される説明において、本発明はカラーレーザープリンタに適用されている。しかしながら、本発明は、単色のモノクロ画像形成装置にも適用されうる。更に、本発明は、プリンタ以外の複写機やファクシミリ、或はこれらの複合機にも適用されうる。
1M マゼンタ画像形成ユニット
1C シアン画像形成ユニット
1Y イエロー画像形成ユニット
1K ブラック画像形成ユニット
2a〜2d 感光ドラム(像担持体)
3a〜3d 帯電器
4a〜4d 現像装置
5a〜5d 転写ローラ
6a〜6d ドラムクリーニング装置
7 中間転写ベルト
8 二次転写対向ローラ
9 駆動ローラ
10 テンションローラ
11 二次転写ローラ
12 レーザースキャナユニット(LSU)
13 給紙カセット
14 手差しトレイ
15 レジストローラ対
16 排紙トレイ
17 定着装置
18 現像容器
18A,18B 現像容器の収納室
18a 現像容器の仕切壁
18b 現像容器の開口部
19a,19b 撹拌ローラ
20 磁気ローラ(二成分現像剤担持体)
20a 固定マグネットローラ
20b 磁気ローラの回転スリーブ
21 現像ローラ(トナー担持体)
21a 現像ローラの回転スリーブ
21b 対向マグネット(第2の磁極部材)
22 ドクターブレード
100 画像形成装置本体
L 用紙搬送路
N1 磁気ローラ磁極(第1の磁極部材)
1C シアン画像形成ユニット
1Y イエロー画像形成ユニット
1K ブラック画像形成ユニット
2a〜2d 感光ドラム(像担持体)
3a〜3d 帯電器
4a〜4d 現像装置
5a〜5d 転写ローラ
6a〜6d ドラムクリーニング装置
7 中間転写ベルト
8 二次転写対向ローラ
9 駆動ローラ
10 テンションローラ
11 二次転写ローラ
12 レーザースキャナユニット(LSU)
13 給紙カセット
14 手差しトレイ
15 レジストローラ対
16 排紙トレイ
17 定着装置
18 現像容器
18A,18B 現像容器の収納室
18a 現像容器の仕切壁
18b 現像容器の開口部
19a,19b 撹拌ローラ
20 磁気ローラ(二成分現像剤担持体)
20a 固定マグネットローラ
20b 磁気ローラの回転スリーブ
21 現像ローラ(トナー担持体)
21a 現像ローラの回転スリーブ
21b 対向マグネット(第2の磁極部材)
22 ドクターブレード
100 画像形成装置本体
L 用紙搬送路
N1 磁気ローラ磁極(第1の磁極部材)
Claims (6)
- 磁性粉を含有する磁性トナーからなるトナーと、キャリアとを有する二成分現像剤を担持する筒状の二成分現像剤担持体と、
前記二成分現像剤担持体と対向して設けられており、前記二成分現像剤担持体から前記トナーを受け取り、前記トナーを担持する筒状のトナー担持体と、
前記トナー担持体に担持されている前記トナーによって静電潜像を現像するための像担持体と、を備えており、
前記二成分現像剤担持体の内部において前記トナー担持体の表面と対向する位置には、第1の磁極部材が設けられており、
少なくとも前記トナー担持体の表面において前記トナー担持体の表面と垂直方向に25mT〜40mTの範囲内の磁力を生じさせる第2の磁極部材が設けられていることを特徴とする現像装置。 - 前記トナーは、
1kOeの磁場強度を有する磁場が加えられた状態において、0.9〜10emu/gの範囲内にある飽和磁化の値が得られることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。 - 前記第1の磁極部材は、
前記二成分現像剤担持体の表面において前記二成分現像剤担持体の表面と垂直方向に80mT〜100mTの範囲内の磁力を生じさせるように着磁されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像装置。 - 前記第1の磁極部材は、前記二成分現像剤担持体の表面において前記二成分現像剤担持体の表面と垂直方向に85mT〜95mTの範囲内の磁力を生じさせるように着磁されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の現像装置。
- 前記第2の磁極部材は、
前記トナー担持体の表面において前記トナー担持体の表面と垂直方向に25mT〜35mTの範囲内の磁力を生じさせることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の現像装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の現像装置と、
前記像担持体の表面に形成されたトナー像を用紙へ転写する転写装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
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