JP2002099141A - 現像装置、およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

現像装置、およびこれを備えた画像形成装置

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JP2002099141A
JP2002099141A JP2000290830A JP2000290830A JP2002099141A JP 2002099141 A JP2002099141 A JP 2002099141A JP 2000290830 A JP2000290830 A JP 2000290830A JP 2000290830 A JP2000290830 A JP 2000290830A JP 2002099141 A JP2002099141 A JP 2002099141A
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Yukihiro Ozeki
行弘 大関
Makoto Nonomura
真 野々村
Manami Sekiguchi
真奈実 関口
Katsuhiro Sakaizawa
勝弘 境澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像装置において、ネガトナーを使用した場
合において、トナーの劣化および現像時のトナーの飛び
散りを防止する。 【解決手段】 現像装置1は、負帯電極性の1成分のト
ナーによって現像を行う。現像ローラ2は、表面に表層
として導電性フッ素系樹脂層を有し、トナー供給ローラ
4は、現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極
性の部材であり、トナー規制部材5は、現像ローラ2に
接触配置されている。ネガトナーを使用した場合におい
ても、現像ローラ表面の動摩擦係数の低減を図り、現像
ローラ硬度を低硬度化させることが可能となるので、ト
ナーの劣化および現像時のトナーの飛び散りを防止する
ようにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体上に形成
された静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現
像する現像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置の現像装置
は、使用する現像剤(以下「トナー」という。)の種類
によって若干、構成が異なる。特に、トナー自体の磁性
の有無によって、トナーを現像剤担持体(以下「現像ロ
ーラ」という。)表面に担持する力が異なってくる。
【0003】トナー自体が磁性を有するいわゆる磁性1
成分トナーを用いる場合では、現像ローラ内にマグネッ
トを設けることによって、主に磁力によりトナーを現像
ローラ表面に担持し、搬送することが可能となる。
【0004】他方、トナー自体が磁性を有さないいわゆ
る非磁性1成分トナーを用いる場合は、この磁力に代わ
り、トナー自体の帯電量によって生じる現像ローラ表面
への鏡映力が主な力となる。非磁性1成分トナーでは、
この鏡映力によりトナーを現像ローラ表面に担持し、搬
送させることが可能となる。この非磁性1成分トナーを
用いる場合は、磁性1成分トナーで必要であったマグネ
ットは不要になるが、その代わり、現像ローラヘトナー
を供給するとともにトナーに鏡映力を生じさせるための
帯電量を付与する手段が必要となる。
【0005】帯電量付与手段としては、一般的には、現
像ローラ表面と、現像ローラヘトナーを供給するために
現像ローラに当接配置されたトナー供給ローラ(トナー
供給手段)との摺擦力が利用される。すなわち、帯電量
付与手段としては、トナーに対して帯電付与性の高い表
面を有する現像ローラとトナーを担持供給可能なトナー
供給ローラとが用いられる。
【0006】トナー供給ローラは、現像ローラへトナー
を供給するとともに、この現像ローラとトナー供給ロー
ラとの当接ニップ領域において、現像ローラとトナー、
トナー供給ローラとトナー、そしてトナー相互のそれぞ
れの間で生じる摺擦力により、トナーが摩擦帯電されて
必要なトナー帯電量、すなわち、トナーが現像ローラ表
面に担持されるための鏡映力を生じさせるだけのトナー
帯電量を得る。
【0007】この非磁性1成分トナーは、非磁性である
ため、カラー化が可能となり、現在のカラー画像形成装
置において、主に用いられているトナーである。
【0008】図4に、従来の、磁性1成分の現像装置の
概略構成を示す。同図に示す現像装置は、現像ローラを
感光ドラムに接触させた接触現像装置である。
【0009】この現像装置101は、同図中の矢印X方
向に回転する感光ドラム(像担持体)110に接触しつ
つ、矢印Y方向に回転しながら現像を行う現像ローラ1
02、矢印Z方向に回転することによって、非磁性1成
分トナーTを現像ローラ102に供給するトナー供給ロ
ーラ104、現像ローラ102上のトナーTの塗布量お
よびその帯電量を規制する現像ブレード(トナー規制部
材)105、トナーTをトナー供給ローラ104に供給
するとともに非磁性1成分トナーを攪拌する攪拌部材1
06等から構成されている。剛体の感光ドラム110を
用い、現像ローラ102が接触して現像を行う場合に
は、現像ローラ102は弾性体を有する現像ローラであ
ることが望ましい。そして、弾性体を有する現像ローラ
102を用いた現像装置においては、非磁性1成分トナ
ーヘの帯電付与のために金属製の現像ブレード105が
好適に用いられる。
【0010】一方、現像装置101は、電源(不図示)
によって現像ローラ102に直流成分の現像バイアスを
印加することにより、現像ローラ102の表面に鏡映力
にて担持されているトナーTを、現像ニップ領域Sにお
いて、感光ドラム110表面に形成されている静電潜像
に付着させてトナー像として現像し可視化する。
【0011】このとき、現像に寄与せずに、現像ローラ
102表面に残留したトナーは、トナー供給ローラ10
4を介して現像装置101内に回収される。
【0012】この現像装置101は、基本的には、絶縁
性の非磁性1成分トナーを用いるものであり、また、ト
ナー供給ローラ104から現像ローラ102へのトナー
Tの供給は、上述したように、トナー供給ローラ104
と現像ローラ102との摺擦領域においてトナーTが摩
擦帯電することにより生じる鏡映力によって行われる。
【0013】また、トナーTの現像ローラ102への供
給量の調整は、現像ローラ102とトナー供給ローラ1
04との周速差によって行われる。
【0014】上述の現像ローラ102としては、一般的
に、硬度40〜50度(JIS−A硬度計)の1層ソリ
ッドゴム層からなる現像ローラが用いられている。ま
た、現像ローラ102は、負極性の非磁性1成分トナー
を負極性に摩擦帯電させるため、ゴム弾性を有してい
て、かつ自身の帯電極性が正極性になる材質、例えば、
シリコーンゴム、ウレタンゴム等が一般的に用いられて
いる。
【0015】周知の接触現像系では、所定の現像量を確
保するために、一般に、感光ドラム110と現像ローラ
102との間で、周速差を設けている。このような場
合、従来の現像ローラは、ゴム硬度が、40〜50度
(JIS−A硬度計)と高いため、感光ドラム110と
現像ローラ102との当接圧を高くする必要があった。
具体的には、母線方向の線圧で約100g/cm程度に
する必要があった。感光ドラム110と現像ローラ10
2との当接圧が小さいと、現像ローラ102の感光ドラ
ム110への接触当接が不安定となり、現像ローラ10
2が感光ドラム110から離れてしまうため、周期的な
現像不良やピッチムラ等の画像不良が生じてしまう。
【0016】そこで、上述のように、現像ローラ102
の感光ドラム110への当接圧を強め、画像不良を防止
するようにしている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例によると、感光ドラム110と現像ローラ102
との当接圧が高いため、感光ドラム110と現像ローラ
102との当接領域である現像ニップ領域Sにおいて、
その摺擦力のため、感光ドラム110の削れによる摩耗
や、現像ローラ102の削れによる摩耗が生じ、さらに
は、現像ローラ102表面に担持されるトナーの劣化を
も生じていた。
【0018】特に、近年の省エネルギー化のために用い
られる、定着装置の発熱量低減のための低融点なトナー
においては、現像ニップ領域Sでの高い摺擦力のため
に、上述のトナー劣化が著しかった。このため、現像性
の低下による濃度低下や、カブリ増加、さらには、現像
ローラ102表面へのトナー融着も生じてしまってい
た。
【0019】そこで、現像ローラ102の硬度を低下さ
せ、現像ニップ領域Sにおける摺擦力を低下させること
が考えられる。現像ローラ102の硬度を低下させるこ
とで、現像ニップ領域Sでの当接圧を低減でき、上述の
摺擦力を低減できると考えたからである。また、現像ロ
ーラ102の硬度低下は、同時に、現像ブレード10
5、およびトナー供給ローラ104の現像ローラ102
への当接圧をも低下させることができ、上述の問題点の
解決には有利と考えた。具体的には、現像ローラ102
の硬度を30〜50度(AskerC硬度計)にするこ
とで、感光ドラム110や現像ローラ102の摩耗とい
う問題点は解決され、また、トナー劣化の問題点解決の
可能性があることを見いだした。このときの、現像ロー
ラ102の感光ドラム110への当接圧は、線圧で、約
30〜40g/cmであったが、現像ローラ102の感
光ドラム110への当接は安定し、ピッチムラ等の問題
も生じなかった。
【0020】しかしながら、このように現像ローラ10
2の硬度を低硬度化させると、出力画像上、トナー飛び
散りが増加するという問題点が生じた。この問題点は、
本願出願人らの検討によると、以下に示す現象が原因で
あることが判明した。
【0021】その現象とは、現像ローラ102と感光ド
ラム110との現像ニップ領域Sにおいて、両者間の摺
擦により、現像ローラ102表面が振動し、非磁性1成
分トナーの現像時に、現像トナー像を飛び散らせてしま
うという現象である。
【0022】現像ローラ102の硬度が40〜50度
(JIS−A硬度計)と高ければ問題ないが、上述した
様に30〜50度(AskerC硬度計)と低硬度化さ
せると、上述の摺擦時に現像ローラ102表面に発生す
る歪み力が大きくなり、その結果、現像ローラ102表
面の振動が加速され大きくなり、現像されたトナー像を
かき乱してしまい、出力画像上にトナー飛び散りを発生
させて、画質を低下させてしまうものと考えられる。こ
こで、AskerC硬度計は、JIS−A硬度計より
も、低硬度の現像ローラの硬度測定に用いられ、その測
定値は、JIS−A硬度計よりも、約20度程度高く測
定される。
【0023】次に、硬度が低い場合の現像ローラ102
表面に歪み力および振動が発生する理由を説明する。
【0024】上述したように、従来、弾性体からなる現
像ローラ102は、シリコーンゴムやウレタンゴムのソ
リッド層からなる弾性ローラ構成をしており、現像ロー
ラ表面の動摩擦係数が、およそ0.6〜1.5程度、表
面粗さRzが、およそ5〜10μm程度に構成されてい
るのが一般的である。現像ローラ102として、シリコ
ーンソリッドローラを用いた場合は、この現像ローラ表
面の動摩擦係数は、約1.0〜1.2程度となる。
【0025】ここでいう動摩擦係数とは、以下に示すオ
イラーベルト方法といわれている方式により測定するも
のであり、ステンレス薄板21に対する現像ローラ10
2表面の摩擦係数である。摩擦係数μは、図5に示すよ
うにして求めた。先端部に重りW1を負荷し、基端部を
デジタルフォースゲージ22(重りW1もステンレス薄
板21も負荷しない無負荷時に0値に調整しておく)に
セットした、厚さ0.03mmのステンレス薄板21を
現像ローラ102表面に巻きかけ、図5中のθを45度
に設定した。デジタルフォースゲージ22の値が安定し
た後、現像ローラ102を図中の矢印R方向に回転さ
せ、このときの現像ローラ102とステンレス薄板21
間の摺擦力をデジタルフォースゲージ22で測定する。
測定値は、デジタルフォースゲージ22からアナログ出
力された値をレコーダにて周波数10Hzでサンプリン
グし、サンプリングデータをコンピュータ23で以下に
示す式(1)により計算し、さらに、現像ローラ102
の1回転分の計算値を平均して求めた。
【0026】 μ=(1/θ)1n(F/W) ……(1) ここで、μ:動摩擦係数、 θ:45度、 W:W1とW2の合計値、 W1:重りの重量、 W2:ステンレス薄板の重量、 F:デジタルフォースゲージの測定値 である。上述のようにして、ステンレス薄板21に対し
て、現像ローラ102表面の動摩擦係数を測定した理由
は、現像ブレード105が、本発明では、ステンレス薄
板(厚さは、0.1mm程度)のものを使用しており、
また、感光ドラム110もアルミニウム等の基板上に、
厚さ数十μm程度の感光層を有するものを用いているた
め、現像ローラ102表面の動摩擦係数としては、ステ
ンレス薄板21に対するものを用いて、比較することが
現状に近く、より適切と判断したためである。
【0027】このようにして測定した動摩擦係数μが大
きいと、上述の現像ローラ102と感光ドラム110間
の摺擦力が大きくなり、現像ローラ102表面の振動が
発生すると考えられる。この現象は、現像ローラ102
の硬度が低い方がより顕著であり、特に、弾性層とし
て、低硬度のソリッド層やスポンジ層を用いた、硬度5
0(AskerC硬度計)度程度以下のローラを用いる
と、上述の現像ニップ領域Sが増加し、現像ローラ10
2表面の感光ドラム110への密着力が増し、摺擦力が
増加する。このため、現像ローラ102表面の動摩擦係
数が大きいと、現像ローラ102表面の歪みが大きくな
り、上述の振動がより顕著になり、出力画像上、トナー
飛び散りとなって現れると考えられる。
【0028】そこで、トナー飛び散りの発生を防止し、
トナー劣化等を防止して、従来の問題点を解決するため
には、現像ローラの硬度として、AskerC硬度計
で、50度以下、上述した測定方法による動摩擦係数と
して、0.6以下であることが必要であることが本願出
願人らによって、別に提案されている。
【0029】さらに、本願出願人らは、上述の提案を具
体的に実現させるべく、検討を行った結果、現像ローラ
表面動の摩擦係数を低下させるためには、現像ローラ表
面に含フッ素樹脂層を形成することにより可能であるこ
とが知られている。しかしながら、この一般に知られて
いる技術は、正帯電極性のポジトナーに対する技術であ
り、現像ブレード構成もトナーに対して、ポジ付与性の
樹脂である、エチレン−4フッ化エチレン共重合体を用
いている。これによって、現像ローラの耐摩耗性向上
と、ポジトナーヘの帯電安定性を維持し、ポジトナー搬
送性の向上を図っている。つまり、上述の従来技術は、
ポジトナーに対する技術であり、そのままでは、ネガト
ナーに用いることは不可能である。また、一般的に、フ
ッ素系樹脂は、負帯電極性の摩擦帯電極系列に属してお
り、トナーに対しては、正帯電付与性となるので、ネガ
トナーを用いた現像システムの現像ローラ表面材質とし
ては、用いられていなかった。
【0030】本発明は、上述事情に鑑みてなされたもの
であり、ネガトナーを使用した場合において、トナーの
劣化および現像時のトナーの飛び散りを防止するように
した現像装置、および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ものである。
【0031】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項1に係る本発明は、像担持体上に形成された
静電潜像に負帯電極性の1成分のトナーを付着させてト
ナー像として現像する現像装置において、表面に導電性
フッ素系樹脂層を有する回転可能な現像ローラと、前記
現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極性のト
ナー供給ローラと、前記現像ローラに接触配置されたト
ナー規制部材と、を備え、前記トナー供給ローラと前記
トナーとの摩擦帯電によって生じた摩擦帯電電荷によっ
て前記現像ローラ表面に前記トナーを担持し、前記現像
ローラの回転によって前記現像ローラと前記トナー規制
部材との当接領域に搬送して前記トナーに電荷を付与す
るとともに前記現像ローラ表面に担持されるトナー量を
規制し、前記像担持体と前記現像ローラとが対向する現
像領域に搬送して、現像電界によって前記静電潜像にト
ナーを付着させる、ことを特徴とする。
【0032】請求項2に係る本発明は、請求項1の現像
装置において、前記現像ローラは、表面の動摩擦係数が
0.6未満である、ことを特徴とする。
【0033】請求項3に係る本発明は、請求項1または
2の現像装置において、前記トナー供給ローラは、連続
気泡を有するスポンジ部材によって形成されている、こ
とを特徴とする。
【0034】請求項4に係る本発明は、請求項1、2、
または3の現像装置において、前記トナーは、画像解析
装置で測定した形状係数SF1が100〜160であ
り、形状係数SF2が100〜140である、ことを特
徴とする。
【0035】請求項5に係る本発明は、像担持体と、前
記像担持体表面を均一に帯電する帯電手段と、帯電後の
前記像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手
段と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像とし
て現像する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を他
部材に転写する転写手段と、を備えた画像形成装置にお
いて、前記現像手段が、請求項1、2、3、または4に
記載の現像装置である、ことを特徴とする。
【0036】
【発明の実施の形態】本発明に係る現像装置は、感光体
や現像ローラの削れによる摩耗、また、低融点のトナー
を用いた場合のトナーの劣化、さらに現像時の現像領域
でのトナー飛び散り等を防止するために、フッ素系樹脂
を主成分とする低硬度でかつ低摩擦係数の表層を有する
現像装置を備えている。
【0037】本発明においては、現像ローラ表面を導電
化することで、トナーとフッ素系樹脂との摩擦帯電の影
響を低減し、さらに、トナー供給ローラおよび現像ブレ
ードのトナーに対する摩擦帯電電界付与性を向上させる
ことで、ネガトナーを使用した場合においても、現像ロ
ーラの表層の低摩擦係数化のために、フッ素系樹脂の使
用を可能としている。
【0038】以下、図面に沿って、本発明の実施の形態
について説明する。
【0039】〈実施の形態1〉図1に、本発明に係る現
像装置の一例を示す。なお、本発明と直接的に関係しな
い構成要素については、一般的に用いられている技術を
用いることが可能であるので、ここでは、その説明を適
宜省略する。
【0040】図1に示す現像装置1は、負帯電極性の感
光体(像担持体)表面にイメージ露光により形成された
静電潜像に、負帯電極性のトナーTを付着させてトナー
像として反転現像する、接触方式の現像装置である。な
お、本実施の形態では、接触現像による例を示すが、本
発明は、非接触現像に対しても適用することができる。
また、反転現像に限らず、アモルファスシリコン感光体
のような正帯電極性の感光体表面をアナログ露光し、画
像域を負帯電極性のトナーで正規現像するような場合に
も適用できるのはもちろんである。つまり、本発明は、
負帯電極性のトナーを用いた現像装置において有効な技
術となる。さらに、以下の実施の形態では、非磁性1成
分トナーを用いた場合について説明するが、磁性トナー
を用いてもよいことは言うまでもない。
【0041】図1においては、符号10は、像担持体と
しての負帯電極性のドラム形の電子写真感光体(以下
「感光ドラム」という。)を示している。本実施の形態
では、感光ドラム1は、外径30mmのOPC感光ドラ
ムが使用されており、駆動手段(不図示)によって矢印
X方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。
【0042】符号1は、本実施の形態における現像装置
を示す。符号2は、発明の構成要素の1つである、表層
に導電化されたフッ素系樹脂層が形成された現像ローラ
を示す。現像ローラ2の外径は16mmとした。現像ロ
ーラ2について後に詳述する。符号3は、感光ドラム1
0に対する現像ローラ2の進入量を規制する進入量規制
コロを示す。進入量規制コロ3は、外径が15.5mm
に形成されており、感光ドラム10の長手方向の両端部
に設けられた非画像形成領域に当接されている。これに
より、外径16mmの現像ローラ2の、感光ドラム10
に対する進入量を250μm程度に設定している。
【0043】符号4は、本発明の特徴の1つであるトナ
ー供給ローラを示す。トナー供給ローラ4は、低融点の
負帯電極性の非磁性1成分トナーTを、現像ローラ2表
面に供給する。本実施の形態では、本発明の特徴の1つ
である導電化されたフッ素系樹脂表層を有する現像ロー
ラ2表面に、負帯電極性のトナーTを適量供給するため
に、トナー供給ローラ4として、連続発泡セルを有する
絶縁性のウレタンスポンジローラを用いた。
【0044】トナー供給ローラ4を連続発泡セルを有す
るスポンジ(連泡スポンジ)で形成することで、トナー
供給ローラ4の硬度をAskerC硬度計による測定
で、10度以下と低硬度化することが可能であり、現像
ローラ2表面へのトナー供給ローラ4の当接圧を増加さ
せずに、当接ニップ領域を拡大できる。本実施の形態で
は、トナー供給ローラ4の外径を16mm、トナー供給
ローラ4の現像ローラ2への進入量を約500μm程度
としても、当接圧を線圧で、約30g/cm程度に押さ
えながら、その当接ニップ領域の幅(ニップ幅)を約2
〜3mm程度に保つことができる。また、本実施の形態
のように、トナー供給ローラ4を低硬度の連泡スポンジ
構成とすることで、トナー供給ローラ4のセル中へのト
ナー吸引量を増大することができ、単独発泡のセルを有
するスポンジの場合に比べ、格段に、現像ローラ2への
トナーTの搬送量を増大させることが可能となる。さら
に、トナー供給ローラ4の材質をトナーTの帯電極性と
逆極性の帯電極性を有するウレタンを用いることで、ト
ナーTへの当接ニップ領域における摺擦による摩擦帯電
性を向上させ、トナー搬送量の増大効果と相まって、適
量のトナーTを現像ローラ2表面に供給可能となる。こ
こで、現像ローラ2表面にフッ素系樹脂層を設けるに当
たって、トナー供給ローラ4との材質的なマッチングが
重要となる。つまり、現像ローラ2表面は、その表面の
低い動摩擦係数μ(以下適宜「低μ」という。)とトナ
ー搬送性を重視するために、導電化が必要であり、逆
に、トナー供給ローラ4は、トナーTとの摩擦帯電性を
重視するため、絶縁化、または体積抵抗率が108 Ω・
cm程度となるように半導電化する必要がある。
【0045】現像ローラ2表面を導電化、具体的には、
105 〜106 Ω・cm程度以下に導電化する必要があ
るのは、トナーTとフッ素系樹脂との摩擦帯電性を低減
させ、同時に、トナーTを鏡映力で、現像ローラ2表面
に担持させるためであり、これを絶縁、または体積抵抗
率108 Ω・cm以上の半導電性を持たせると、トナー
Tとフッ素系樹脂との摩擦帯電の影響が無視できなくな
り、トナーの供給阻害を起こすためである。よって、現
像ローラ2表面は、導電化する必要があり、トナー供給
ローラ4と現像ローラ2との間にトナー供給電界を形成
し、トナー供給量の増加を試みる場合も、トナー供給ロ
ーラ4側を半導電化する必要がある。
【0046】符号5は現像ブレード(トナー規制部材)
を示す。現像ブレード5は、トナー供給ローラ4によっ
て現像ローラ2表面に供給されたトナーTを所定量に規
制するとともに、トナーTに摩擦帯電により電荷付与を
行い、所定量の電荷を与えるものである。本実施の形態
では、現像ローラ2のローラ硬度を低硬度化すること
で、現像ローラ2現像ブレード5の当接圧の低減を図っ
ている。具体的には、現像ローラ2の硬度をAsker
C硬度計の測定で約40度程度とすることで、現像ブレ
ード線圧を約30g/cmにし、安定当接を得ている。
また、現像ブレード5も、トナー供給ローラ4と同様の
理由により、トナー帯電付与性の高い材質が望まれる。
現像ブレード5は、トナー量を規制し、トナーTへの帯
電付与が目的であるので、金属ブレード、例えば、ステ
ンレス製のブレードとすることが可能である。この場
合、現像ローラ2表面が導電化する必要があるので、現
像ローラ2と現像ブレード5とは、同電位、またはこれ
に近い電位関係とする必要が生じる。現像ブレード5
は、もちろん、ポリアミド、ウレタン等のネガトナーヘ
の帯電付与性の高い樹脂により構成することも可能であ
る。
【0047】上述のような現像ローラ2と現像ブレード
5とのマッチングとした場合でも、トナーTへの帯電付
与性が高まるのは、次のような理由による。これは、現
像ローラ2表面が低μのため、現像ブレード5でのトナ
ー規制力が高く、規制後の現像ローラ2表面のトナー層
を1〜2層程度と薄層化することが可能であるため、現
像ブレード5と現像ローラ2との当接ニップ領域中での
現像ブレード5とトナーTとの接触機会が増加し、現像
ブレード5によるトナーTへの摩擦帯電機会が増加する
ためである。
【0048】なお、各部材の回転方向については、上述
の感光ドラム10は矢印X方向、現像ローラ2は矢印Y
方向、そして、トナー供給ローラ4は矢印Z方向であ
る。
【0049】次に、本発明の特徴である現像ローラ2の
構成について説明する。現像ローラ2は、図2に示すよ
うに、芯金2c上に弾性層2bを形成し、この弾性層2
bの表層周囲に表層2aを設けている。表層2aは、従
来技術の課題において説明したように、現像ローラ2表
面を低動摩擦係数とするために、フッ素系樹脂を主成分
とする導電性低動摩擦係数層によって形成している。フ
ッ素系樹脂表層を形成することで、上述した測定方法に
よる現像ローラ2表面の動摩擦係数は、約0.2程度と
することが可能となり、従来のシリコーンゴム表層の現
像ローラの動摩擦係数1.0以上と比べて、大幅に低減
することができる。ここで、フッ素系樹脂の導電化に
は、カーボンを分散させて、体積抵抗率約105 〜10
6 Ω・cmに抵抗値を調整した。もちろん、金属微粉末
等のカーボン以外の導電紛を分散させて導電化してもよ
い。また、弾性層2bとしては、低硬度のカーボン分散
導電性LTVシリコーンゴムを用い、体積抵抗率をフッ
素系樹脂層の体積抵抗率と同程度の105 〜106 Ω・
cm、硬度を、現像ローラ2の硬度として、Asker
C硬度計で、約40度とした。弾性層2bとしては、こ
れ以外に、スポンジ構成とすることも可能であり、これ
により、ソリッド構成の現像ローラより、さらにAsk
erC硬度計で、5度程度の低硬度化を図ることが可能
となる。ただし、スポンジ構成とする場合は、図3に示
すように、芯金2c上に、スポンジ層2b1 、さらにこ
のスポンジ層2b1 表面に厚さ0.5〜1mm程度のソ
リッド層2b2 を設け、このソリッド層2b2 表面に表
層2aとして導電性低動摩擦係数層を形成する必要があ
る。ここで、弾性層2b1 、ソリッド層2b2 ともに導
電化されており、その体積抵抗率は、約105 〜106
Ω・cm程度に調整されていることが望ましい。現像ロ
ーラ2をスポンジ構成とするために、このように3層構
成とする必要が生じるのは、スポンジ層の表面に直接、
導電性低動摩擦係数層を形成すると、スポンジ表面形状
が現像ローラ2表面に現れて、画像上好ましくないから
である。すなわち、スポンジ層2b1 の研磨ムラやセル
径要因による凹凸の影響を、ソリッド層2b2 を設ける
ことによって、現像ローラ2表面に現れることを防止で
きる。また、表層2aである導電性低動摩擦係数層の表
面粗さRzは、5〜10μm程度の調整することが望ま
しい。この場合、ソリッド層2b2 表面の研磨により、
Rzを調整することも可能であるが、導電性フッ素系樹
脂中に、フッ素樹脂粒子等の微粒子を分散配合すること
で、Rzを調整することが好ましい。
【0050】以上のようにして構成される実施の形態の
現像装置1は、一般的に用いられる、負帯電極性の非磁
性1成分トナーを用いた反転現像系の画像形成装置(不
図示)に、好適に用いることが可能である。本実施の形
態では、例として、画像出力条件として、感光ドラム1
0の帯電電位を−650V、感光ドラム10上の露光領
域の画像域電位を−100V、現像ローラ2に印加する
現像電圧を−350VのDC電圧とした。
【0051】従来、負帯電極性のトナーに対しては、フ
ッ素系樹脂表面層を有する現像ローラを用いることがで
きなかったが、実施の形態1の構成とすることによっ
て、これが可能となり、その結果、従来技術で問題であ
った、感光ドラムや現像ローラの削れによる摩耗や、ト
ナー劣化、さらには、現像時のトナー飛び散り等の問題
点の発生を防止することが可能となった。
【0052】以下、本実施の形態の動作原理について図
1を用いて説明する。
【0053】図1中の現像装置1において、負帯電極性
の非磁性1成分トナーTは、トナー供給ローラ4の矢印
Z方向への回転動作に伴い、トナー供給ローラ4の連泡
セル中に、吸引され、現像ローラ2とトナー供給ローラ
4との当接ニップ領域へ搬送される。現像ローラ2とト
ナー供給ローラ4との当接ニップ領域においては、現像
ローラ2より低硬度のトナー供給ローラ4がつぶれるこ
とで、トナー供給ローラ4のセル中に吸引されていたト
ナーTは、トナー供給ローラ4から掃出される。と同時
に、現像ローラ2とトナー供給ローラ4との摺擦によ
り、トナーTは、摩擦帯電させる。
【0054】ここで、現像ローラ2表面には、表層2a
としてフッ素系樹脂からなる導電性低動摩擦係数層が存
在するが、フッ素系樹脂は導電化されており、トナーT
とフッ素系樹脂の摩擦帯電の影響は緩和される。フッ素
系樹脂の抵抗が高いと、負帯電極性を有するフッ素系樹
脂と、負帯電極性のトナーTとの摩擦帯電の影響が無視
できず、正極性に帯電された反転トナーの存在確率が増
加し、出力画像上、いわゆるカブリが増加する。この反
転トナーによるカブリは、転写時に、感光ドラム10表
面に残留する確率が高いが、接触転写方式を用いた画像
形成装置の場合、転写材に、メカニカルな力で付着して
しまうことがあり、出力画像上のカブリが増加してしま
う。
【0055】また、感光ドラム10表面に反転トナーが
転写残トナーとして残留することは、クリーニング装置
を除去した、いわゆるクリーナレス方式の画像形成装置
に用いた場合、帯電装置等をトナーで汚し、さまざまな
不具合を生む。さらに、上述のフッ素系樹脂の抵抗値を
高くし、体積抵抗値で約108 Ω・cm以上、特に、絶
縁状態とすると、トナーTは、ほとんど負電荷を得るこ
とができなくなり、現像ローラ6表面に、トナーTを供
給することが不可能となる。これに対し、本実施の形態
では、現像ローラ2表面のフッ素系樹脂を導電化するこ
と、およびトナー供給ローラ4を上述のように、トナー
電荷付与性の高い構成とすることで、従来、不可能であ
った、フッ素系樹脂表面層を有する現像ローラ1への負
帯電極性トナーの供給を可能としている。
【0056】次に、現像ローラ2表面に供給されたトナ
ーTは、導電化された現像ローラ2表面に、トナーT自
体の電荷量による鏡映力によって担持され、現像ローラ
2の矢印Y方向への回転動作に伴って現像ブレード5と
現像ローラ2との当接ニップ領域へ搬送される。現像ブ
レード5と現像ローラ2との当接ニップ領域において、
現像ローラ2表面に担持搬送されたトナーTは、その塗
布量を規制されるが、このとき、現像ローラ2表面の動
摩擦係数が約0.2程度と極めて低いため、1〜3層程
度の薄層に規制することが可能である。単位面積当たり
のトナー量としては、0.2〜0.4mg/cm2 程度
に規制することが可能である。これにより、現像ブレー
ド5と現像ローラ2との当接ニップ領域においても、現
像ブレード5表面とトナーTとの接触機会が増加され、
かつ上述したように現像ブレード5をトナーTに対し帯
電付与性の高い材質で構成することにより、当接ニップ
領域においてトナーTはさらに帯電電荷量を得ることが
できる。
【0057】ここで、現像ローラ2表面の動摩擦係数が
極めて低いため、トナーTは、現像ローラ2表面からの
メカニカルな摩擦力を受けて転動することはなくなる。
すなわち、トナーTと現像ローラ2表面間の摩擦帯電の
影響は、フッ素系樹脂の導電化と合わせて、さらに、低
減することが可能となる。一方、従来技術のように、現
像ローラ2表面の動摩擦係数が1.0以上と高い場合
は、当接ニップ領域を通過した規制後のトナー量が約
0.7mg/cm2 以上と増加し、その分、現像ブレー
ドとトナーとの接触機会が減少し、現像ブレードによる
摩擦帯電付与性が低下してしまう。さらに、現像ローラ
2表面の動摩擦係数の上昇は、現像ローラ2とトナーT
との間の摩擦力による転動を生み、現像ローラ表面に負
帯電極性の離型性樹脂層を形成した場合、その帯電極性
がトナーと同極性のため、離型層を導電化しても上述し
た反転トナーの発生する確率が本実施の形態よりも増加
してしまい、本発明の効果が不十分となる。
【0058】すなわち、本発明は、トナー供給ローラ4
および現像ブレード5にトナーTへの帯電付与性の高い
材質を用い、現像ローラ2として、低硬度の弾性ローラ
表面に、低動摩擦係数を有する導電性フッ素系樹脂層を
形成することにより、トナーTと、トナー供給ローラ4
および現像ブレード5との摩擦帯電性を向上させ、一
方、現像ローラ2表面とトナーTとの間では、相互の摩
擦力による転動の発生を防ぎ、かつ現像ローラ2表面を
導電化することで、互いの摩擦帯電の発生を防ぎ、現像
ローラ2表面にフッ素系樹脂を主成分とする低動摩擦係
数層を形成しても、反転トナーの発生を防止するととも
に、その鏡映力により、トナーを現像ローラ表面に担持
可能とする。
【0059】このようにして、適性帯電量に帯電された
トナーを適量、現像ローラ表面に担持することが可能と
なる。
【0060】次に、現像ローラ2表面に担持されたトナ
ーTは、感光ドラム10と現像ローラ2との当接領域で
ある現像領域に搬送され、この現像領域で、現像電界に
よって、感光ドラム10表面の静電潜像に付着されてこ
れをトナー像として現像(可視化)する。
【0061】ここで、従来技術においては、現像ローラ
をAskerC硬度計で40度程度に低硬度化した場合
には、その表面の動摩擦係数が1.0以上と高いため、
上述したトナー飛び散りが発生し、非常に画像品位を低
下させていた。これに対し、本実施の形態では、現像ロ
ーラ2を低硬度化しても、表面の動摩擦係数が低いた
め、上述のトナー飛び散り等の問題点は生じない。
【0062】以上説明した本実施の形態を上述した画像
形成条件において、10000枚画像出力を行ったとこ
ろ、高品位な画像を得ることができた。また、1000
0枚画像出力後の現像ローラ2表面を観察したところ、
トナー融着の発生は見られなかった。つまり、現像装置
としての耐久性も向上させることができた。
【0063】以上説明したように、本実施の形態による
と、フッ素系樹脂を主成分とする表面層を有する現像ロ
ーラを負帯電極性のトナーを用いる現像装置に対しても
用いることが可能となった。その結果、低硬度で、低動
摩擦係数の表層を有する現像ローラを用いることがで
き、上述した従来技術における問題点を解決できる現像
装置を提供することが可能となった。
【0064】〈実施の形態2〉本実施の形態2では、前
述の実施の形態1のトナーとして、非磁性1成分の球形
トナーを用いた。これにより、トナーと現像ローラ2表
面間の摩擦力をさらに低減でき、その結果、実施の形態
1よりも、現像ローラ2表面のフッ素系樹脂層のトナー
に対する摩擦帯電の影響をさらに低減可能となり、本発
明の効果を実施の形態1より高めることができる。
【0065】次に、本実施の形態で用いた非磁性1成分
トナーについて説明する。本実施の形態では、低融点
で、転写性の優れる重合トナーを用いた。トナーの球形
度合いは、トナーの形状係数SF1、および形状係数S
F2を用いて示すことが可能である。形状係数SF1、
SF2とは、日立製作所製FE−SEM(S−800)
を用いトナー像を無作為に100個サンプリングし、そ
の画像情報をインターフェースを介してニコレ社製画像
解析装置(Luzex3)に導入し解析を行い、下式よ
り算出して得られた値と定義している。
【0066】SF1={(MXLNG)2 /(ARE
A)}×(π/4)×100 SF2={(PERI)2 /(AREA)}×(1/4
π)×100 ただし、MXLNG:トナーの絶対最大長、 AREA :トナーの投影面積、 PERI :トナーの周長。
【0067】上述の形状係数SF1、SF2とも100
が最小で、このときトナーは完全な球形である。形状係
数SF1は、トナーの球形度合いを示すものであり、1
40より大きいと、球形から徐々に不定形となる。一
方、形状係数SF2は、凹凸度合いを示し、120より
大きいとトナーの凹凸が顕著になる。トナーは重量平均
粒径が3〜10μmで、前述のSF1が100〜14
0、SF2が100〜120の範囲のものを用いること
が好ましい。また、ここで示す本実施の形態で用いられ
るトナーの帯電極性は負極性である。なお、本実施の形
態においては、トナーの重量平均粒径は7μm、SF1
は130、SF2は120であった。
【0068】トナーの重量平均粒径は、種々の方法によ
って測定できるが、本実施の形態においては、コールカ
ウンターのマルチサイザーを用いて行った。
【0069】このような球形トナーを用いることで、上
述したように、現像ローラ2表面とトナー間での摩擦力
による摺擦を、実施の形態1よりもさらに低減でき、現
像ローラ2表面のフッ素系樹脂の摩擦帯電的な影響を実
施の形態1より低減できる。その理由は、トナーを球形
化することで、トナー自体の滑り性が粉砕トナー等の異
形トナーより向上し、上述の現像ローラ2表面とトナー
間での摩擦力による摺擦を、粉砕トナ一等の異形トナー
を用いた場合よりも低減できるからと考えられる。つま
り、実施の形態2は、本発明の効果をより高めることが
可能となる。また、滑り性の高い球形トナーは、トナー
自体の滑り性向上に起因する転写効率の向上により、い
わゆるクリーナレスの画像形成装置に対して一層、適し
ている。さらに、トナーを球形化すれば、上述したよう
に、現像ローラ2とトナー間の摺擦力がより低下するの
で、上述したような低融点なトナーに対しては、本発明
の効果は顕著に現れ、低融点なトナーを用いた現像装置
の寿命を大幅に向上させることが可能である。
【0070】〈実施の形態3〉本実施の形態は、画像形
成装置に係るものであり、上述の現像装置を備えた画像
形成装置に関するものである。
【0071】本実施の形態に係る画像形成装置は、感光
ドラム表面を所定の極性、所定の電位に均一に帯電する
帯電手段と、帯電後の感光ドラム表面を露光して静電潜
像を形成する露光手段と、静電潜像にトナーを付着させ
てトナー像として現像する現像手段と、感光ドラム上に
形成されたトナー像を他の部材、例えば紙等の転写材に
転写する転写手段とを備えたものである。
【0072】上述の感光ドラム、帯電手段、露光手段、
転写手段としては、一般的な構成のものを使用すること
が可能である。これに対して、現像手段としては、前述
の実施の形態1、または上述の実施の形態2で説明した
現像装置を使用するものとする。
【0073】なお、画像形成装置としては、複写機、レ
ーザプリンタ、ファクシミリ等がある。
【0074】上述構成の画像形成装置によると、現像装
置がトナーの劣化および現像時の卜ナーの飛び散りを防
止できることに対応して、画像形成装置としても、劣化
のないトナーによって現像後のトナー像の転写や定着を
行うことができるので、画質を向上させることができ
る。また、現像時のトナーの飛散を抑制できるので、ト
ナーが他の部材や転写材に付着することを防止すること
ができる。
【0075】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
負帯電極性の1成分のトナーによって現像を行う現像装
置、およびこれを備えた画像形成装置において、表面に
導電性フッ素系樹脂層を有する回転可能な現像ローラ
と、現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極性
のトナー供給ローラと、現像ローラに接触配置されたト
ナー規制部材とを備え、トナー供給ローラとトナーとの
摩擦帯電によって生じた摩擦帯電電荷によって現像ロー
ラ表面にトナーを担持し、現像ローラの回転によって現
像ローラとトナー規制部材との当接領域に搬送してトナ
ーに電荷を付与するとともに現像ローラ表面に担持され
るトナー量を規制し、像担持体と現像ローラとが対向す
る現像領域に搬送して、現像電界によって前記静電潜像
にトナーを付着させることにより、ネガトナーを使用し
た場合においても、現像ローラ表面の動摩擦係数の低減
を図り、現像ローラ硬度を低硬度化させることが可能と
なるので、トナーの劣化および現像時のトナーの飛び散
りを防止するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の現像装置の概略構成を示す縦断
面図。
【図2】実施の形態1の現像ローラの概略構成を示す縦
断面図。
【図3】実施の形態1の他の現像ローラの概略構成を示
す縦断面図。
【図4】従来の現像装置の概略構成を示す縦断面図。
【図5】動摩擦係数の測定方法を説明するための図。
【符号の説明】
1 現像装置 2 現像装置(現像手段) 2a 導電性フッ素系樹脂層(表層) 4 トナー供給ローラ 5 トナー規制部材(現像ブレード) 10 像担持体(感光ドラム) T トナー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16C 13/00 F16C 13/00 B G03G 9/08 G03G 9/08 15/08 507L (72)発明者 関口 真奈実 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 境澤 勝弘 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2H005 AA15 DA02 EA10 FA05 2H077 AC04 AD06 AD13 AD17 AD23 AD35 AE02 AE03 EA13 EA14 EA15 FA01 FA13 FA22 FA25 GA17 3J103 AA02 AA14 AA23 AA51 BA41 FA30 GA02 GA57 GA58 GA60 HA03 HA04 HA12 HA20 HA43 HA53

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体上に形成された静電潜像に負帯
    電極性の1成分のトナーを付着させてトナー像として現
    像する現像装置において、 表面に導電性フッ素系樹脂層を有する回転可能な現像ロ
    ーラと、 前記現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極性
    のトナー供給ローラと、 前記現像ローラに接触配置されたトナー規制部材と、を
    備え、 前記トナー供給ローラと前記トナーとの摩擦帯電によっ
    て生じた摩擦帯電電荷によって前記現像ローラ表面に前
    記トナーを担持し、前記現像ローラの回転によって前記
    現像ローラと前記トナー規制部材との当接領域に搬送し
    て前記トナーに電荷を付与するとともに前記現像ローラ
    表面に担持されるトナー量を規制し、前記像担持体と前
    記現像ローラとが対向する現像領域に搬送して、現像電
    界によって前記静電潜像にトナーを付着させる、 ことを特徴とする現像装置。
  2. 【請求項2】 前記現像ローラは、表面の動摩擦係数が
    0.6未満である、ことを特徴とする請求項1に記載の
    現像装置。
  3. 【請求項3】 前記トナー供給ローラは、連続気泡を有
    するスポンジ部材によって形成されている、 ことを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。
  4. 【請求項4】 前記トナーは、画像解析装置で測定した
    形状係数SF1が100〜160であり、形状係数SF
    2が100〜140である、 ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の現像装
    置。
  5. 【請求項5】 像担持体と、前記像担持体表面を均一に
    帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を露光
    して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にト
    ナーを付着させてトナー像として現像する現像手段と、
    前記像担持体上のトナー像を他部材に転写する転写手段
    と、を備えた画像形成装置において、 前記現像手段が、請求項1、2、3、または4に記載の
    現像装置である、 ことを特徴とする画像形成装置。
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