JP2000112226A - 現像装置 - Google Patents

現像装置

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JP2000112226A
JP2000112226A JP27781298A JP27781298A JP2000112226A JP 2000112226 A JP2000112226 A JP 2000112226A JP 27781298 A JP27781298 A JP 27781298A JP 27781298 A JP27781298 A JP 27781298A JP 2000112226 A JP2000112226 A JP 2000112226A
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康夫 詫間
Yoshitaka Fujinuma
善隆 藤沼
Masanari Norihashi
誠斉 法橋
Masayasu Anzai
正保 安西
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 順回転と逆回転の現像ロールを組み合わせた
構成の現像装置において、現像ロールへの現像剤供給量
を安定させ、高品質な画像が得られる現像装置を提供す
ること。 【解決手段】 一方の現像ロールの極性反転位置と現像
ロール中心軸を含む線分と、もう一方の現像ロールの極
性反転位置と現像ロール中心軸を結ぶ線分との交点が、
現像ロールの回転方向に対して、前記ドクタブレードよ
りも上流となるように配置することによって解決され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】電子写真方式のプリンタ、複
写機等の画像記録装置に関するものであり、特に磁性現
像剤を用いる現像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式のプリンタ、複写機等の画
像記録装置では、一方向に回転する感光体と呼ばれる像
担持体上において、画像形成部を所定電位VR、非画像
部を所定電位VOにして形成した静電潜像に、現像装置
からトナーと呼ばれる像可視化剤を供給して、前記潜像
を可視像とし、この可視像を記録紙上に印刷する。従
来、この電子写真方式に適用される現像装置としては、
トナーとキャリアと呼ばれる磁性粉体とからなる二成分
現像剤を用いた現像装置が多用されている。通常この種
の現像装置では、上記二成分現像剤を現像剤収容部で攪
拌することにより、該現像剤中のトナーとキャリアが摩
擦しあい、それぞれが所定の量に帯電する。該所定の帯
電量となった現像剤は、前記現像剤収容部から複数個の
磁石を内部に保有する現像ロールと呼ばれる現像体に導
かれる。ここで現像剤は現像ロールの回転によって保持
搬送され、該現像ロールの一部に設けたドクタブレード
と呼ばれる仕切板を通過する。この際、該ドクタブレー
ドは、各現像ロール上での現像剤搬送性を高めるため
に、ドクタブレードに対して、各現像ロールの回転方向
の上流側にある磁極の極性と、該回転方向の下流側にあ
る磁極の極性とが、逆極性となるように配置される。次
に、該ドクタブレードによって所定量に規制された現像
剤は、現像ロールの回転により前記感光体と接触する位
置に搬送される。この時、現像ロールには、感光体上の
画像形成部にトナーのみを導くバイアス電位(以下、現
像バイアスと記述)VBが印加されており、感光体上の
画像形成部に可視画像が形成される。
【0003】更に詳述すると前記現像方式には、前記現
像ロール上の現像剤と感光体との接触部(以下、現像部
と記述)において、前記感光体の回転方向と同一方向
(以下、順回転と記述)に現像ロールが回転して現像剤
を搬送接触する構成、前記感光体の回転方向と逆方向
(以下、逆回転と記述)に現像ロールが回転して現像剤
を搬送接触する構成、および順回転、逆回転の現像ロー
ルを組み合わせた構成がある。またこれらの構成におい
ては、感光体の回転速度に対する現像ロールの回転速度
の比(以下、周速比と記述)が1を越えるように設定さ
れるのが一般的である。上記、二成分現像剤を用いた現
像装置のうち、感光体の回転方向の上流側に逆回転、下
流側に順回転の現像ロールが隣接して設置され、且つ、
逆回転現像ロールと順回転現像ロールの間にドクタブレ
ードを配置した構成の現像装置においては、特公平2−
8308号に記載のように、前記ドクタブレードの近傍
まで一塊となって搬送した現像剤を、ドクタブレードの
先端部で分流し、隣接する2つの現像ロールに分割した
後、両者の現像ロールとドクタブレードで形成される間
隙(以降、ドクタギャップと記述)を通過させるように
なっている。この方式では、前記両現像ロールの中心軸
に対し、現像剤が流れる方向の下流側に前記ドクタブレ
ードの先端部を配置し、両現像ロールによって拘束され
る狭い空間へ現像剤を充填して、現像剤のかさ密度を高
めることによって、前記2つの現像ロールへ現像剤を分
流する。しかしこの場合、前記ドクタギャップを通過せ
ずに余剰となった現像剤が、両現像ロールの狭い空間に
滞留するため、現像剤自体に大きなストレスがかかって
寿命が低下する問題があった。この問題を回避するた
め、特開平7−160123号記載の技術では、前記両
現像ロールの中心軸に対し、現像剤が流れる方向の上流
側に前記ドクタブレードを配置し、広い空間で両現像ロ
ールへの現像剤の分流を行う方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記両現像ロールの中
心軸に対し、現像剤が流れる方向の上流側に前記ドクタ
ブレードを配置した現像装置においては、前記両現像ロ
ールの中心軸に対し、現像剤が流れる方向の下流側にド
クタブレードを配置する方式のような現像剤の充填によ
る圧力を利用できないため、両現像ロールへの現像剤供
給が不安定であり、所定の供給量が得られない問題があ
った。
【0005】本発明の目的は、上記構成の現像装置にお
いて、現像ロールへの現像剤供給量を安定させ、高品質
な画像が得られる現像装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、前記ドク
タブレードの上流と下流に位置する互いに異極性の磁極
間にできる磁極極性の反転位置(以降、極性反転位置と
記述)で、前記一対の現像ロールへの現像剤供給現像剤
を行うことによって達成される。更に詳述すれば、前記
一対の現像ロールのうち、一方の現像ロールの中心軸と
該現像ロールの極性反転位置とを結ぶ線分と、もう一方
の現像ロールの中心軸と該現像ロールの極性反転位置と
を結ぶ線分とが交わる反転位置交差部を、ドクタブレー
ドより、前記一対の現像ロール回転方向の上流になるよ
うに配置することによって解決される。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明における第一の実施形態を
主に図1および図2を用いて説明する。但し、図1は本
発明の第一の実施形態である現像装置の一部を拡大した
概略図、図2は現像装置全体の概略図である。
【0008】本実施形態は2本の現像ロール1および2
が感光体101と呼ばれる像担持体に対向して設置され
た現像装置104に関するものである。該2本の現像ロ
ールのうち、現像ロール2は図2中の矢印Aで示した感
光体101の回転に対して順回転し、感光体101の回
転方向の下流に配置される。また現像ロール1は、該感
光体101の回転に対して逆回転し、感光体101の回
転方向の上流に配置される。尚、本実施形態では2本の
現像ロールを持つ現像装置により説明するが、これは例
えば、現像ロール1より感光体101の回転方向の上流
側に複数本の現像ロールを有する構成、或いは現像ロー
ル2より感光体101の回転方向の下流側に複数本の現
像ロールを有する構成であっても構わない。更に、本実
施形態では、像担持体としてドラム状の感光体を用いて
いるが、これは例えば、特定の起動上を周回する感光体
ベルトのような構成であっても良い。
【0009】また前記現像装置104においては、現像
ロール1および現像ロール2の間にドクタブレード3と
呼ばれる仕切り板が配置されている。該ドクタブレード
3は、図1に示すように、現像ロール1上にある現像剤
4aおよび現像ロール2上にある現像剤4bの通過量を
所定値に規制するため、規制位置J1,J2部分で、現
像ロール1,2との間隙長がそれぞれG1,G2となる
ように設定されている。尚、以降では、この間隙をドク
タギャップと記述し、該間隙長G1,G2で表記する。
また本実施形態では、該ドクタブレード3は前記現像剤
4aおよび4bの通過量規制を一つのブレードで同時に
行う一体成形された金属部材を採用している。
【0010】図1または図2に示した本実施形態におい
ては、現像剤4と呼ばれる像可視化剤は、キャリアと呼
ばれる磁性粉体とトナーと呼ばれる前記感光体101上
に可視像を形成する粉体とで構成され、全重量の2〜4
%の重量比でトナーが混合されている。本実施形態で
は、前記現像剤4は、図示しない印刷装置の印刷動作に
よって、現像剤4中のトナーのみが消費されるため、現
像装置104内にある現像剤中のトナーの重量比が減少
する。このため、図2に示した本実施形態の現像装置1
04では、トナー貯留供給装置9から現像装置104の
内部に供給されたトナー5を現像剤4と混合攪拌する混
合攪拌部材7および8が設置されている。該混合攪拌部
材7および8は螺旋状のスクリューとなっており、図中
の矢印CおよびDの方向に回転することによって、混合
攪拌部材7では図中の手前から奥側へ、混合攪拌部材8
では奥側から手前へ現像剤4を攪拌搬送する。これによ
って奥側から手前における現像剤4のトナー重量比が均
一となる。また現像剤4中のトナーはこの混合攪拌部材
7および8で攪拌搬送されることによって、該現像剤4
中のキャリアなどと摩擦しあい、所定の値に帯電する。
このトナーの帯電量は本実施形態の場合、−10〜−3
0μc/gである。
【0011】このようにして所定のトナー重量比および
所定の帯電量に調整された現像剤4は、更に搬送部材6
が矢印Bの方向に回転することによって、搬送部材6の
上側を図中、右から左に搬送され、現像ロール2の近傍
に導かれる。
【0012】この時、現像ロール1および現像ロール2
は、図1に示すように、N3極、S4極、N4極、S5
極、N5極の順に着磁したマグネット20aおよび内部
にS1極、N1極、S2極、N2極、S3極の順に着磁
したマグネット20bが固定して設置されており、現像
ロール1および現像ロール2の外周部に回転可能なスリ
ーブ21aおよびスリーブ21bを具備している。この
ため現像ロール2の近傍にある現像剤4は、前記マグネ
ット20bの磁極S1によって、スリーブ21bの表面
に引きつけられ、スリーブ21bの回転に伴って、磁極
S1から磁極N1を経て、ドクタブレード3の近傍まで
搬送される。ここで現像剤4bは、ドクタブレード3の
規制位置J2においてドクタギャップG2を通過するこ
とによって所定量に規制され、磁極S2を経て、磁極N
2部に配置された現像ロール1の現像部へ導かれる。こ
のときドクタブレード3での通過量規制によって余剰と
なった現像剤の一部或いは全部は、前記マグネット20
aの磁極N3および磁極S4の磁力によってスリーブ2
1aの表面に引きつけられ、スリーブ21aの回転に伴
ってドクタブレード3の規制位置J1においてドクタギ
ャップG1を通過し、所定量に規制された後、磁極S4
を経て磁極N4部に配置された現像ロール1の現像部へ
導かれる。前記現像ロール1および現像ロール2の現像
部では、感光体101の表面のうち画像形成部と非画像
形成部が、図示しない帯電,露光の工程により現像部に
到達する以前に、所定の電位に調整され、現像ロール
1,2に図示しない電源によって、現像ロール1,2上
の現像剤からトナーのみを感光体101の画像形成部分
に供給する現像バイアスが印加されている。これにより
感光体101上の画像形成部にトナーによる可視画像が
形成される。その後、感光体101上の可視画像は図示
しない転写工程により用紙に印刷された後、図示しない
定着工程により用紙上に固着される。以上のような一連
の印刷動作において、現像装置104が所定の現像性能
を得るためには、現像ロール2で余剰となる現像剤を安
定して現像ロール1に導くことが重要であり、この方法
を、図3に示した現像ロールの磁極配置を説明する概念
図、および、図4に示した現像ロールの磁極配置と、各
現像ロール1,2においてドクタブレード3を通過した
現像剤量との関係図を用いて説明する。ここで図3にお
ける磁極構成のうち、ドクタブレード3に対して、各現
像ロール1,2の回転方向の上流にあるN1,N3極、
該回転方向の下流にあるS2,S4極、更にN3極とS
4極およびN1極とS2極の磁極極性が入れ替わる部分
(以降、極性反転位置と記述)E1,E2は、前記現像
ロール1,2の中心軸を結ぶ線の中点に垂直に立てた線
(以降,対称線と記述)Hに対して線対称の位置関係を
取る。本配置は、各磁極N3とN1、S4とS2,およ
びE1とE2の位置が、現像ロール1および現像ロール
2の間で完全な線対称ではなく、各現像ロールの回転方
向の前後に若干ずれた配置となっても構わない。しか
し、ドクタブレード3より現像ロール回転方向の下流に
ある極位置、即ち本実施形態では、S4およびS2極の
位置付近において、現像ロール1および現像ロール2間
の磁極の組合せがN極とS極で構成された場合、この部
分で現像剤の授受が行われることから、現像ロール1,
2に対する所定の適正現像剤量が得られなくなり、好ま
しくない。このため本実施形態のような現像ロール1,
2の間にドクタブレード3を設置するような構成の場
合、前述した対称線Hに対して線対称に近い構成をと
る。このような磁極構成の場合、ドクタブレード3より
上流にある磁極N3,N1間では、同一極性の磁力の影
響で、現像ロール1,2間の現像剤授受が行われにくく
なる。この授受を安定化させるために本発明では、前記
極性反転位置E1,E2を有効に利用する。以下にこの
方法を詳述する。即ち、搬送部材6によって現像ロール
2の近傍に運ばれた現像剤は、まず現像ロール2のS1
極に導かれたのち、N1極へ搬送される。次に現像剤は
現像ロール2の回転に伴い、N1極からS2極へ搬送さ
れるのであるが、その途中にある極性反転位置E2と現
像ロール2の中心軸を結ぶ線分上では、N1極とS2極
の磁力が相殺される。このとき、現像ロール1の極性反
転位置E1が前述した対称線Hに対して線対称の位置に
有るため、現像ロール1,2の極性反転位置E1,E2
とそれぞれの現像ロール中心軸を通過する線分は、前記
対称線H上で交差する。以降、これを反転位置交差部F
と記述する。図11はドクタブレード3付近の現像剤の
状態を示した説明図である。現像ロール1、2の磁力に
よって拘束される現像剤は、図のように反転位置交差部
Fより上流側では、それぞれの現像ロール1、2の磁力
の反発によって現像剤は接触しない。一方、反転位置交
差部Fでは、2つの現像ロールにある磁力が相殺される
ために、反発力が最も弱く、現像剤が互いに接触するよ
うになる。このとき現像ロール2によって搬送されてき
た現像剤は、その搬送に伴う力が図中を右下から左上に
向かう力が作用しているため、容易に現像ロール2の磁
力による拘束圏を離れ、現像ロール1の磁力による拘束
圏に導かれる。従って反転位置交差部Fがドクタブレー
ド3よりも上流側にある場合、容易に現像ロール2から
現像ロール1への現像剤受け渡しが行える。これに対
し、反転位置交差部Fがドクタブレード3よりも下流側
にある場合、2つの現像ロールによって拘束される現像
剤が接触できず、現像ロール2から現像ロール1への現
像剤受け渡しが行えないため、現像ロール1の現像剤量
が不足する。図4は、各現像ロール1,2の極性反転位
置E1,E2を、それぞれの現像ロール中心軸を中心に
所定の角度ψだけ回転して設置した場合に、現像ロール
1,2においてドクタブレード3を通過する現像剤の搬
送量を実測した結果である。尚,角度ψは、反転位置交
差部Fが、ドクタブレード3の上流側面上で交差すると
きの角度を0°とし、各現像ロールの回転方向を正とし
た。また現像ロール1,2のドクタギャップG1,G2
は,同一の0.006cmとして測定した。その結果,
設定角度ψが7.5°のとき、即ち、反転位置交差部F
がドクタブレード3より下流側にあるとき、現像ロール
2では十分な現像剤の搬送量が得られているのに対し、
現像ロール1では不足している。これに対し、設定角度
ψが0°近傍から負になる配置、即ち、反転位置交差部
Fがドクタブレード3の上流側面より上流側にあると
き、現像ロール1,2共に十分な現像剤の搬送量が得ら
れている。これらの結果から、現像ロール2から現像ロ
ール1への現像剤受け渡しを安定化するため、前記反転
位置交差部Fが、ドクタブレード3より上流側となるよ
うに設定した。これに加え、ドクタブレード3を通過す
る現像剤の量は、ドクタブレード3における現像剤の規
制位置J1,J2でも決まる。本実施形態の場合、現像
ロール2でのドクタブレード3を通過する現像剤量は、
前記反転位置交差部Fの位置によらず、前記規制位置J
2のみで決まる。即ち現像ロール2では、図4の結果に
おいて、設定角度ψが約10°より大きくなると、搬送
量が減少する。また図示はしないが、設定角度ψが−1
2.5°より小さい場合も同様に搬送量が減少する。本
実施形態に用いたドクタブレード3の場合、ψが−2.
5°において前記規制位置J1,J2が、現像ロール
1,2の極性反転位置Eとそれぞれの現像ロール中心軸
を通過する線分上に位置しており、その位置より±10
°の範囲において、適正な搬送量を得ることができる。
この値は、図3における現像ロール1,2の磁極配置が
N1〜S2間、N3〜S4間で60°、E2〜S2間、
E1〜S4間で30°となっていることから、極性反転
位置E1,E2とS4,S2極間,或いは極性反転位置
E1,E2とN3,N1極間における角度の1/3とな
っている。またこの場合、現像剤の規制位置J1,J2
を極性反転位置E1,E2より下流とすることで、前記
反転位置交差部Fをドクタブレード3より上流に位置させ
るための裕度が高まるが、本実施形態では、規制の際に
現像剤にかかる負荷を低減するため、現像ロール上の磁
力による拘束が最も弱くなる極性反転位置E1,E2上
に現像剤の規制位置J1,J2を置いている。この設定
において、前述した反転位置交差部Fが、ドクタブレー
ド3より上流側となるように設定するためには、ドクタ
ブレード3の形状も重要となる。これを図5に示すドクタ
ブレードの構成を示す概念図により説明する。図5に示
すようにドクタブレード3では、規制位置J1,J2で
ドクタギャップG1,G2を形成するため、現像剤の規
制位置J1,J2より上流側に図中斜線を施した台形状
の側板部31が一体となって設けられている。これは、
側板部31がない場合、機械強度の小さいくさび型のエ
ッジ部でギャップを形成しなければならず、長期の使用
に耐えないためである。但し、この側板部31の厚さT
が厚い場合、前記反転位置交差部Fをドクタブレード3よ
り上流側に位置させることが難しくなる。今、現像ロー
ル1,2の直径をD1(=D2)(cm)、現像ロール
1,2間の距離をW(cm)、ドクタギャップをG1(=
G2)(cm)、現像ロール1,2の中心軸を結ぶ線分
と、現像ロール1,2の中心軸とそれぞれの極性反転位置
E1,E2を結ぶ線分との角度をθ1(=θ2)(°)と
すると、現像ロール1,2の中心軸を結ぶ線分からドク
タブレード3の上流側面までの距離hは、これらの幾何的
な配置から、h={(D1+D2)/2+W}sinθ1
sinθ2/sin(θ1+θ2)より小さくなければなら
ない。この時、前記側板部31の厚さの上限Tmaxは、
Tmax=h−(D2/2+/G2)sinθ2となる。ま
た前記反転位置交差部F と各現像ロール2との距離L
は、L=h/sinθ2−D2/2となる。但し、θ
1、θ22は0°以上90°未満の値である。これは、
θ1,θ2が0°より小さくなった場合、前記反転位置
交差部Fが現像剤の規制位置J1,J2より各現像ロー
ル1,2の回転方向の下流側に来てしまうためである。
尚, 現像剤の規制位置J1,J2が極性反転位置E
1,E2上にない場合においても、θ1,θ2が0°よ
り小さいことは、ドクタブレード3より上流側に反転位
置交差部Fを置くための設定裕度が少なくなる。更にこ
の場合、ドクタブレード3のドクタギャップG1,G2
を通過せず余剰となった現像剤が、現像ロール1,2の
何れかの磁力に拘束されて滞在するための空間が狭くな
り、現像剤が圧縮された状態となる。このため現像剤へ
のストレスが増加し、現像剤寿命を引き下げる原因とな
るため、好ましくない。また本実施形態では、前記ドク
タギャップG1,G2へ現像剤を有効に導くための側板
部31が台形状となっているが、これは例えば円弧状で
あっても構わない。この場合、上記Tmaxは円弧の頂点
部に相当する。図6にD=3cm、W=1cm、G=
0.1cmとし、上記構成角度θをパラメータとしたと
きのTmaxを(1)式より算出した結果を示す。この結
果において、角度θが大きいほど、厚さの上限Tmaxは
大きくとれることがわかる。しかし角度θが大きくなる
につれ、図6に併記した前記反転位置交差部F と現像
ロール2との距離Lも同時に大きくなる。このLの値
は、現像ロール2の極性反転位置E2において、現像ロ
ール2から現像ロール1へ現像剤を受け渡すのに最小限必
要な現像剤層高さと考えられる。即ち上記角度θが大き
い場合、現像ロール2に搬送されてくるべき現像剤量も
多くなければならない。この現像剤量は、現像ロール2
と搬送部材6との関係により決まる。今,極性反転位置
E2上の現像剤の層高さは、現像剤の量に比例する。こ
れは極性反転位置E2においては、磁力によって拘束さ
れていないため、現像剤が自然に現像ロール2上に堆積
している状態,即ち現像剤自体の充填密度により前記層
の高さが決まることによる。本実施形態の場合、図7の
現像剤搬送経路と現像ロールの関係を説明する模式図に
示したように、搬送部材6として羽根高さYを持つ羽根車
を用いている。本構成の場合、この羽根によって搬送さ
れる現像剤は、前記極性反転位置E2上の現像剤と同様
に自然に羽根上に堆積している状態であり、現像剤層の
充填密度は前記極性反転位置E2上のものと等しい。従
って、羽根高さYと羽根の頂点から現像ロール2までの距
離との和、即ち少なくとも現像剤搬送経路上の間隙長z
が、前記反転位置交差部F と現像ロール2との距離Lの
値以上であることが必要である。但し現像ロール2によ
ってドクタブレード3の近傍まで運ばれた現像剤のう
ち、余剰分が現像ロール1に供給されることから、前記
間隙長zは、前記距離Lの値よりももっと大きな値が必
要で、本実施形態で実測した結果、現像ロール1,2に
おいてドクタブレード3を通過する現像剤量を十分な値
とするためには、前記間隙長zを前記距離Lの1.5倍
以上とする必要があった。また図3に示した磁極S2お
よび磁極S4では、ドクタギャップG1およびG2が
0.05cm程度の小さい値であっても、磁力に沿って
できる現像剤の穂の高さが0.2〜0.3cmにまでな
る。従って、現像ロール1,2の間隔Wを最小でも0.
5cm以上としなければ、現像ロール1,2の穂が乱さ
れ、好ましくない。更に、現像ロールによって搬送すべ
き現像剤は、現像ロール表面での磁力が1000ガウス
程度の場合、現像剤の層厚が1.5cm以下、また搬送
重量の増大による現像ロール回転負荷を低減するため
に、現像剤層厚1cm以下とすることが望ましい。これ
らの場合、前記のように間隙長z、即ち現像剤の層厚を
前記距離Lの1.5倍以上とする必要があることから、
現像ロール1,2の間隔Wは、前記(3)式から、現像
剤の層厚が1.5cmで2cm以下、現像剤層厚1cm
で1.3cm以下に設定する必要がある。また現像ロー
ル1,2の間隔Wを1.3cm以下とした場合、現像ロ
ール1,2においてドクタブレード3を通過する現像剤
量を十分な値とするために、前記距離Lは0.65cm
以下でなければならない。この時、前記磁極S2および
磁極S4でできる現像剤の穂高さの関係上、 現像ロー
ル1,2の間隔Wは0.5cm以上が必要である。従っ
て通常使用し得る現像ロールの直径D1,D2が2〜5
cmのものにおいて、前記現像ロール2の中心軸と極性
反転位置E2を結ぶ線分との角度θ2は、式(3)より、
D1=D2=2cmにおいて50°未満、D1=D2=
3cmにおいて45°未満、D1=D2=5cmにおい
て40°未満でなければならず、D1,D2が2〜5c
mのものにおいて、少なくとも50°未満、好適には4
0°未満に設定する必要がある。図12は、各現像ロー
ル1,2の極性反転位置E1,E2を,それぞれの現像
ロール中心軸を中心に所定の角度ψ1、ψ2だけ回転し
て設置した場合に、現像ロール1,2において現像ロー
ル1のドクタギャップG1を通過する現像剤の搬送量を
実測した結果であり、各現像ロール1,2の設定角度の
差ψ1−ψ2に対する搬送量を各ψ1の値において示し
ている。尚,角度ψ1、ψ2は、反転位置交差部Fが、
ドクタブレード3の上流側面上で交差するときの角度を
0°とし、各現像ロールの回転方向を正とした。また現
像ロール1,2の中心軸を結ぶ線分からドクタブレード
3の上流側面までの距離は0.9cm、現像ロール1,
2の中心軸を結ぶ線分と、現像ロール1,2の中心軸と
それぞれのドクタブレード3における現像剤の規制位置
J1,J2を結ぶ線分との角度はそれぞれ28°、現像
ロール1,2の直径をD1(=D2)を3cm、現像ロ
ール1,2間の距離を0.7cm、現像ロール1,2の
ドクタギャップG1,G2は,同一の0.065cmで
あり、現像ロール2へ供給される現像剤の層厚1cmの
条件において測定した。その結果,ψ1が2.5°では
ψ1−ψ2が−2.5°以下、ψ1が5°ではψ1−ψ
2が2.5°以下、ψ1が−2.5°ではψ1−ψ2が
0°以下で現像ロール1のドクタギャップG1を通過す
る搬送量が良好な状態となった。これは図13に示すド
クタブレードの構成を示す概念図のように、現像ロール
1,2の中心軸とそれぞれの極性反転位置E1,E2を
結ぶ線分との角度θ1,θ2(°)が異なる場合、前記
反転位置交差部Fが前記現像ロール1,2の中心軸を結
ぶ線の中点に垂直に立てた対称線H上にないことに起因
する。即ち図13に示した形態のようにθ1<θ2とな
る場合、前記反転位置交差部Fは対称線Hより下側にな
り、前記反転位置交差部F から現像ロール2までの距離
Lが、θ1=θ2のときより小さくなるためである。本実
施形態の場合も図5と同様に、現像ロール1,2の直径
D1,D2(cm)、現像ロール1,2間の距離W(c
m)、ドクタギャップG1,G2(cm)、現像ロール
1,2のとすると、現像ロール1,2の中心軸を結ぶ線
分からドクタブレード3の上流側面までの距離hは図5
中の(1)式、前記反転位置交差部F から現像ロール2
までの距離Lは図5中の(3)式となる。但し、θ1,θ
2は0°以上90°未満の値である。図14(a)は、
図12で示した評価条件からθ1=23°+ψ1、θ2
=23°+ψ2としてθ1、θ2を求め、図5中の式
(1)に代入して算出した前記距離hを、ψ1−ψ2に
対して示している。また図14(b)は、図12で示し
た評価条件からθ1=23°+ψ1、θ2=23°+ψ
2としてθ1、θ2を求め、図5中の式(3)に代入し
て算出した前記距離Lを、ψ1−ψ2に対して示してい
る。図14(a)において、前記図12における現像ロ
ール1,2の中心軸を結ぶ線分からドクタブレード3の
上流側面までの距離が0.9cmであることから、計算
された距離hが0.9cmより大きくなければ、前記反
転交差部Fがドクタブレード3の上流側面より上流側に
位置できない。この条件を満足するためには、ψ1が
2.5°のときψ1−ψ2が−1°以下、ψ1が0°の
ときψ1−ψ2が4°以下、ψ1が−2.5°のときψ
1−ψ2が7°以下でなければならない。更に図14
(b)においては、前記のように現像ロール1,2の間
隔Wを1.3cm以下とした場合(本実施形態ではW=
0.9cm)、距離Lが0.65cm以下でなければド
クタブレード3を通過する現像剤量を十分な値とできな
い。この条件は、ψ1が2.5°のときψ1−ψ2が3
°以下、ψ1が0°のときψ1−ψ2が2.5°以下、
ψ1が−2.5°のときψ1−ψ2が1°以下で満足す
る。これらの図14(a)および図14(b)の結果を両
方満足する条件は、ψ1が2.5°のときψ1−ψ2が
−1°以下、ψ1が0°のときψ1−ψ2が2.5°以
下、ψ1が−2.5°のときψ1−ψ2が1°以下とな
り、図12における結果と一致する。このように、角度
θ1、θ2の設定が異なった場合でも、前記反転交差部
Fがドクタブレード3の上流側面より上流側にあり、前
記距離Lが現像ロール2に供給される現像剤量より小さ
くなるときに、ドクタブレード3を通過する現像剤量を
十分な値とできる。また図8は別の形態として実施した
現像剤搬送経路と現像ロールの関係を説明する模式図で
ある。本実施形態の場合、搬送部材として現像ロール
1,2と同様な構成のマグネットロール10を用いてい
る。この場合、該マグネットロール10と現像ロール2
の間隙長zが、距離Lより大きい場合、現像ロール1,
2においてドクタブレード3を通過する現像剤量が十分
な値となったが、間隙長zが距離Lより小さくなった場
合、前記現像ロール1の現像剤量が不足する結果となっ
た。これは、前記間隙長zの間隙を現像剤が通過する
際、自然に現像ロール上に堆積したときの現像剤充填密
度以上には、該間隙を通過できないためである。従っ
て、本実施形態の場合でも、通過経路の間隙長zを前記
反転位置交差部F と各現像ロール1,2との距離Lの値
以上、好ましくは距離Lの値の1.5倍以上とする必要
があった。
【0013】更に図9は、現像ロール2とマグネットロ
ール10の間隙長zに依存しない現像剤搬送経路と現像
ロールの構成を示す実施形態の模式図である。本実施形
態においては、マグネットロール10上にある現像剤を
堰き止める補助板11が設置されている。この補助板1
1による堰き止めの効果により、前記zが前記Lより小
さい場合でも、現像ロール2への現像剤供給量は十分と
なり、現像ロール2の極性反転位置E2上の現像剤層高
さを前記Lよりも大きくでき、現像ロール1,2におい
てドクタブレード3を通過する現像剤量を十分な値とす
ることができた。図10は、現像ロール2とマグネット
ロール10の距離zに依存しない現像剤搬送経路と現像
ロールの構成を示す別の実施形態の模式図である。本実
施形態においては、マグネットロール10の回転方向を
図8および図9のものとは逆方向としている。本構成で
は、まずS6極に現像剤が補給され、これがマグネット
ロール10の回転に伴って搬送されN6極で現像ロール
2に受け渡される。このとき現像ロール2とマグネット
ロール10の距離zは比較的小さく設定されているため
に、前記した自然に現像ロール上に堆積するときの現像
剤充填密度以上には、現像剤は通過できない。これによ
り、この部分に現像剤が堰き止められることから、図9
における補助板11の効果と同様に、前記S6極に補給
される現像剤量が少ない場合でも、現像ロール2への現
像剤供給量が十分となり、現像ロール2の極性反転位置
E2上の現像剤層高さを前記Lよりも大きくできるた
め、現像ロール1,2においてドクタブレード3を通過
する現像剤量が十分な値となった。また上記までの実施
形態は、現像ロール1,2への現像剤供給において、現
像ロール2を介した構成であるが、逆に現像ロール1を
介した構成であっても同一の結果となる。更に上記まで
の実施形態では、ドクタブレード3の上流側側面が、前
記対称線Hに対して90°となる配置を取るが、この角
度は前後しても構わない。但しこの場合でも、前記反転
交差部Fがドクタブレード3の上流側面より上流側に配
置し、前記距離Lを現像ロール2に供給される現像剤量
より小さくする必要がある。以上のような構成に関しそ
れぞれ、前記感光体101に負帯電のOPCを用い、感
光体101の表面のうち画像形成部と非画像形成部の電
位を−50Vおよび−600V、現像ロール1および2
のバイアス電位を同一の−300Vとして、印刷を行っ
た。またこのとき、感光体101の周速度を30cm/
s、感光体周速度に対する現像ロール1および2の周速
比をそれぞれ1.9、感光体101と現像ロール1およ
び2の間隙長を同一の0.1cm、キャリアの真密度を
5g/cm3、現像剤中のトナー重量割合を2.5%と
した。この際、ドクタブレード3の断面は図15(a)
に示す寸法で、奥行きが30cmであり、材質としてヤ
ング率が7×1010(N/m2)のアルミニウムを用い
た。尚、以降に示される実施形態では、断りがない限
り、現像ロール1、2の直径D1,D2をそれぞれ3c
m、ロール間の距離Wを7cm、ドクタギャップG1,
G2を0.1cm、前記磁極反転位置E1,E2の設定
角度θ1、θ2は38°に設定されている。以上の構成
で画像を印刷した結果、ドクタブレード3の奥行き方向
の中央部にあたる画像の濃度が、該ドクタブレード3の
両端部にあたる画像の濃度より薄い結果となった。これ
は現像剤が、ドクタブレード3で層規制される際の負荷
によって、該ドクタブレード3の中央部が各現像ロール
1、2の回転方向の下流側に撓み、ドクタギャップG
1、G2が狭くなるために起こる。そこで、現像ロール
1、2が回転する際のモータにかかる負荷からドクタブ
レード3にかかる負荷を求めたところ98Nの分布荷重
がかかっており、該ドクタブレード3の中央部で、約
0.1cm程度の撓みが発生していることがわかった。
図16は、このようなドクタブレード3の中央部の撓み
δが発生した場合にドクタギャップG1の変動量ΔGを
求めるための模式図である。この結果、前記変動量ΔG
は図中の式(5)によって表せ、上記図15(a)にお
けるドクタブレード3では、ΔGが0.04cmにもなる
ことがわかった。また図15(a)のような構成のドク
タブレード3では、ヤング率1.9×1011 (N/
2)のSUSを用いた場合でも、撓みδは0.03c
m、ドクタギャップG1の変動量ΔGは0.02cmと
大きい。そこで、ドクタブレード3の形状を図15
(b)のような幅yの突き出し部40を持つ構成に変更
し、ドクタブレード自体の長さzが大きくなるようにし
た。尚、本実施形態では、現像ロール1、2間の距離W
が7cmであり、各ロールにできる現像剤の層高さ0.
2〜0.3cmを考慮し、前記ドクタギャップの幅yを
0.2cmとした。またドクタブレード3は、図17に
示す模式説明図のように、半径rの感光体ドラム101
とドクタブレード3の先端部の間隙が、現像ロール1、
2が感光体ドラム101との間で形成する現像ギャップ
Gdevと等しくなる位置に設定した。この場合、ドクタ
ブレード3の長さxのうち、各現像ロール1、2の中心
軸を結ぶ線分より下流側の長さBは式(6)、該線分よ
り上流側の長さhは、磁極の反転位置交差部Fとの関係
において図5中の式(1)により求められる。本構成の
ドクタブレード3においては、ドクタブレード3の長さ
xは2.3cmとなり、材質がアルミニウムの場合で撓
みδ=0.004cm,ギャップ変化量ΔG=0.00
2cm、材質がSUSの場合で撓みδ=0.002c
m,ギャップ変化量ΔG=0.001cmと全く画質へ
の影響はない。しかし本構成では、長時間の印刷動作を
行ううちに、図17に示すように、現像剤と接触しない
ドクタブレード3の上面に、現像剤より離脱したトナー
41の堆積が見られた。この多量のトナー41の堆積
は、感光体ドラム101に落下し、印刷画像を汚染する
ことから、好ましくない。そこでこのトナー堆積を防ぐ
ために、ドクタブレード3が現像ロール1、2上の現像
剤と接触し、常に現像剤で堆積トナーが清掃されるよう
に構成した。詳しくは、前記現像ロール1、2間の距離
W=7cm、各ロールにできる現像剤の層高さ0.2〜
0.3cmに対し、前記ドクタギャップの幅yを0.3
cmとした。またドクタブレード3の先端部が、現像ロ
ール1の半径の1/2となる位置にくるようにした。本
構成により、ドクタブレードの材質がアルミニウムの場
合で撓みδ=0.005cm,ギャップ変化量ΔG=
0.003cm、材質がSUSの場合で撓みδ=0.0
02cm,ギャップ変化量ΔG=0.001cmと全く
画質への影響がなく、ドクタブレード3の上面へのトナ
ーの堆積がないドクタブレードを得ることができた。ま
た本構成のドクタブレードを現像ロール1、2の直径D
1,D2が2cmから5cm、ロール間の距離Wが0.
5cmから1.3cmのものに適用した場合に、前記磁
極の反転位置交差部Fとの関係において設定可能なドク
タブレードの長さx、および前記磁極反転位置E1,E
2の角度θ1、θ2を調べた。その結果、現像ロール
1、2の直径が5cmの場合、ドクタブレードの材質が
SUSの場合でも、アルミニウムの場合でも、ドクタブ
レードの長さxは1.5cmから2.6cm、角度θ
1、θ2は少なくとも40°未満に設定する必要があっ
た。また現像ロール1、2の直径が3cmの場合、ドク
タブレードの材質がSUSでは、ドクタブレードの長さ
xは0.9cmから2.1cm、角度θ1、θ2は少な
くとも40°未満に、ドクタブレードの材質がアルミニ
ウムでは、ドクタブレードの長さxは1.6cmから
2.1cm、角度θ1、θ2は20°から40°の間に
設定する必要があった。更に現像ロール1、2の直径が
2cmの場合、ドクタブレードの材質がSUSでは、ド
クタブレードの長さxは1cmから1.8cm、角度θ
1、θ2は20°から40°の間に設定することができ
るが、ドクタブレードの材質がアルミニウムでは、設定
すべきドクタブレードの長さxおよび角度θ1、θ2は
なかった。これらの点より、現像ロール1、2を小径化
し、現像装置の小型化を図る場合、ドクタブレードの長
さxは1cmから2.1cm、角度θ1、θ2は20°
から40°の間に設定し、ドクタブレードとしてヤング
率が1011(N/m2)以上の材質であるSUSを用いる
のが好ましい。以上を考慮し、図1から図14を用いて
説明した現像装置構成に適用し、前記感光体101に負
帯電のOPCを用い、感光体101の表面のうち画像形
成部と非画像形成部の電位を−50Vおよび−600
V、現像ロール1および2のバイアス電位を同一の−3
00Vとして、印刷を行った。またこのとき、感光体1
01の周速度を30cm/s、感光体周速度に対する現
像ロール1および2の周速比をそれぞれ1.9、感光体
101と現像ロール1および2の間隙長を同一の0.1
cm、キャリアの真密度を5g/cm3、現像剤中のト
ナー重量割合を2.5%とした条件において、ドクタブ
レードの奥行き方向の画質差およびトナー汚れの発生が
なく、ベタ画像の反射濃度が1.3以上で均一性が高
く、画像端部のかすれがない高品質な画像を得ることが
できた。
【0014】
【発明の効果】本発明を用いれば、現像ロール間にドク
タブレードを設置した構成の装置において、現像ロール
への現像剤供給量が安定し、高品質な画像が得られる現
像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施形態である現像装置の一部を拡大し
た概略図
【図2】第一の実施形態である現像装置全体の概略図
【図3】現像ロールの磁極配置を説明する概念図
【図4】現像ロールの磁極配置と現像ロール上に搬送さ
れる現像剤量の関係
【図5】ドクタブレードの構成を示す概念図
【図6】磁極位置とドクタブレード構成および磁極位置
と必要現像剤量の関係
【図7】現像剤搬送経路と現像ロールの関係を説明する
模式図
【図8】別の実施形態を説明する模式図
【図9】補助板を設置した場合の実施形態を説明する模
式図
【図10】別の実施形態を説明する模式図
【図11】ドクタブレード付近の現像剤の状態を示した
説明図
【図12】現像ロールの磁極配置と現像ロール上に搬送
される現像剤量の関係
【図13】ドクタブレードの構成を示す概念図
【図14】現像ロールの磁極配置と反転位置交差部の位
置関係の説明図
【図15】ドクタブレードの構成図
【図16】ドクタブレード撓みの説明図
【図17】ドクタブレード配置の説明図
【図18】ドクタブレード配置の説明図
【符号の説明】
1,2:現像ロール、 3:ドクタブレード、 4 :現
像剤、 5 :トナー、6:搬送部材、 7,8:混合攪
拌部材、 9:トナー貯留供給装置、 10:現像剤搬送
部材、 11:補助板、 20:マグネット、 21:ス
リーブローラ、 101:感光体、 104:現像装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安西 正保 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 Fターム(参考) 2H031 AC04 AC08 AC14 AC19 AC30 AC33 2H077 AD02 AD06 AD12 AD13 AD18 AD35 DA20 EA03 FA19

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静電潜像を形成して所定の軌道上を移動
    する像坦持体に像可視化剤を供給搬送する複数個の現像
    ロールを有し、該複数個の現像ロールのうち少なくとも
    一対は、静電潜像を形成して移動する像坦持体の移動方
    向に対し、逆方向および同方向に回転する現像ロールを
    隣接して配置した現像装置において、複数個の現像ロー
    ルは内部に複数個の固定した磁力発生源を有し、磁力発
    生源のうち少なくとも一対はN極とS極が隣接して現像
    ロールの外周上で磁極極性の反転する極性反転位置を形
    成し、磁極反転位置は前記一対の現像ロールが互いに対
    向する面に位置し、極性反転位置に近接して像可視化剤
    を所定量に規制する仕切り板を設置した構成であって、
    一対の現像ロールのうち、一方の現像ロールの中心軸と
    該現像ロールの極性反転位置とを結ぶ線分の延長線と、
    もう一方の現像ロールの中心軸と該現像ロールの極性反
    転位置とを結ぶ線分の延長線とが交わる反転位置交差部
    を、仕切り板より一対の現像ロール回転方向の上流に設
    けたことを特徴とする現像装置。
  2. 【請求項2】 前記逆方向および同方向に回転する現像
    ロールを隣接して配置した現像装置において、一対の現
    像ロールの一方に供給した像可視化剤が分流された後、
    もう一方の現像ロールに供給される構成の現像装置であ
    って、反転位置交差部から、前記最初に像可視化剤を供
    給される現像ロールの外周部までの距離を、現像ロール
    に像可視化剤を搬送する部材とでできる間隙長よりも小
    さく設定したことを特徴とする請求項1記載の現像装
    置。
  3. 【請求項3】 前記一対の現像ロールの一方に供給した
    像可視化剤が分流された後、もう一方の現像ロールに供
    給される構成の現像装置において、反転位置交差部か
    ら、前記最初に像可視化剤を供給される現像ロールの外
    周部までの距離を、現像ロールに像可視化剤を搬送する
    部材とでできる間隙長の1.5倍以上に設定したことを
    特徴とする請求項1乃至2記載の現像装置。
  4. 【請求項4】 前記一対の現像ロール間の距離が0.5
    cm以上2cm以下、好適には0.5cm以上1.3c
    m以下であることを特徴とする請求項1乃至3記載の現
    像装置。
  5. 【請求項5】 前記一対の現像ロールの直径が、2cm
    から5cmの現像装置において、前記一対の現像ロール
    の中心軸を結んだ線分と、前記最初に像可視化剤を供給
    される現像ロールの中心軸と反転位置交差部を結ぶ線分
    との角度をθ2、現像ロールに併設されるもう一方の現
    像ロールの中心軸と反転位置交差部を結ぶ線分と一対の
    現像ロールの中心軸を結んだ線分との角度をθ1とした
    とき、θ1およびθ2が50°未満、好適には40°未
    満であることを特徴とする請求項1乃至4記載の現像装
    置。
  6. 【請求項6】 前記現像ロールまで搬送される像可視化
    剤の搬送経路近傍に、像可視化剤の流れを堰き止め、前
    記現像ロールまで到達する像可視化剤量を増加させる補
    助部材を有することを特徴とする請求項1乃至5記載の
    現像装置。
  7. 【請求項7】 前記極性反転位置に近接した位置に設置
    される仕切り板を有する現像装置において、前記現像ロ
    ール回転方向の下流側に、該仕切り板に一体の突き出し
    部材を設けたことを特徴とする請求項1乃至6記載の現
    像装置。
  8. 【請求項8】 前記現像ロール回転方向の下流側に突き
    出し部材を設けた仕切り板を有する現像装置において、
    突き出し部材の上面が少なくとも近接する現像ロールが
    搬送する像可視化剤と接触し、突き出し部の下流側先端
    と前記一対の現像ロール中心軸を結ぶ線分との距離が、
    近接する現像ロール半径の2分の1以下であることを特
    徴とする請求項1乃至7記載の現像装置。
  9. 【請求項9】 前記極性反転位置に近接した位置に設置
    される仕切り板を有する現像装置において、前記現像ロ
    ール回転方向に沿う前記仕切り板の長さを1cmから
    2.1cmの間に設定したことを特徴とする請求項1乃
    至8記載の現像装置。
  10. 【請求項10】 前記一対の現像ロールの直径が、2c
    mから5cmの現像装置において、該一対の現像ロール
    の中心軸を結んだ線分と、前記最初に像可視化剤を供給
    される現像ロールの中心軸と前記反転位置交差部を結ぶ
    線分との角度θ2、該現像ロールに併設されるもう一方
    の現像ロールの中心軸と前記反転位置交差部を結ぶ線分
    と前記一対の現像ロールの中心軸を結んだ線分との角度
    θ1が、20°から40°の間に設定したことを特徴と
    する請求項1乃至9記載の現像装置。
  11. 【請求項11】 前記極性反転位置に近接した位置に設
    置される仕切り板を有する現像装置において、該仕切り
    板がヤング率1011(N/m2) 以上の材質で形成され
    ることを特徴とする請求項1乃至10記載の現像装置。
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