JP2005233989A - 画像形成方法および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁性キャリアの重量平均粒径を20[μm]以上60[μm]以下、飽和磁化を66[emu/g]以上100[emu/g]以下、1000[V]印加時の静抵抗を109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下とする。また、現像バイアスをDCバイアスのみとする。更に、転写体としての中間転写ベルトの感光体上のトナー像が転写される転写面と反対側(裏側)の表面抵抗を1×1010〜1×1013Ω/□とする。感光体上に形成された良好なトナー画像を乱すことなくそのまま転写体である中間転写ベルトに転写することができ、画像形成装置から出力される画像を高品位にすることができる。
【選択図】 図1
Description
キャリア抵抗が低くなると、ベタ部現像後にキャリアに残るカウンターチャージが消散しやすくなり、カウンターチャージに起因するエッジ部へのキャリア付着が減少する。図5は、画像部と非画像部の電界の状態を示した模式図である。画像部は、トナーが現像スリーブ表面から感光体ドラム側へ転移する電界が形成される。非画像部では、トナーが感光体ドラム側へ転移する電界がなくなる。そして、画像部と非画像部との境界であるエッジ部Eでは、逆にキャリアが感光体ドラム側へ付着する電界であるエッジ電界が形成される。エッジ電界の強度は、キャリア抵抗が高いほど強くなり、キャリア抵抗が低いほど弱くなるのである。
キャリア抵抗が低くなると上記キャリア付着が減少するのであるが、その反面、電荷がリークし易くなる。また、現像バイアスとしてDCバイアスにACバイアスを重畳した重畳バイアスを印加するものでは、ACバイアスによって瞬時的に高い電圧が印加されるため、リークし易くなる。これらの条件が重なると、実際にキャリアを介して感光体ドラムと現像スリーブ間でリークが発生し、感光体上の潜像を乱してしまう。このため画像がぼそつく所謂ボソツキ画像が発生する場合がある。
二成分現像装置は、磁気ブラシを近接対向電極に見立てて、回り込み電界を抑えることが可能であり、エッジ効果を低減することが可能となる。また、対向電極を近接化するのと同様の状態をつくる他の方法として、キャリア抵抗を低くしたり、現像ギャップPGを狭くしたりする方法がある。よって、上記のようにキャリア抵抗を上げることは対向電極を遠くするのと同様の状態となり、エッジ効果が大きくなって文字周辺抜けが発生し易くなる。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成方法において、上記像担持体と上記現像剤担持体との間隙が0.2[mm]以上0.4[mm]以下であることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の画像形成方法において、上記キャリアが少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有し、該粒子径Dと該結着樹脂膜厚hが1<[D/h]<10であることを特徴する画像形成方法。
また、請求項4の発明は、請求項1、2または3の画像形成方法において、上記現像剤担持体上に担持された二成分現像剤の量を、磁性を有する材料からなる現像規制部材で規制することを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3または4の画像形成方法において、上記転写体の表面抵抗が1010[Ω/□]以上1012[Ω/□]以下であることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4または5の画像形成方法において、上記転写体移動方向に対して、上記像担持体と上記転写体とが対向する位置より下流側から転写バイアスを印加して、上記像担持体上のトナー像を転写体に転写させることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、表面に静電潜像を担持する像担持体と、内部に固定された磁界発生手段を有し、表面上にキャリアとトナーとからなる2成分現像剤を担持して回転する現像スリーブからなる現像剤担持体と、該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、該像担持体上の静電潜像を、該現像剤担持体上に担持された二成分現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用により該像担持体に担持された静電潜像をトナー像化する現像装置と、該像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、該像担持体上のトナー像を転写電界の作用により該転写体に転写させる転写手段とを備えた画像形成装置において、上記キャリアの重量平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下、同じくキャリアの1kOe磁場中における飽和磁化が66[emu/g]以上100[emu/g]以下、該キャリアへ1000[V]のバイアスを印加した時の該磁性キャリアの静抵抗が109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下、上記現像電界がDCバイアスのみであり、上記中間転写体の表面抵抗が1010[Ω/□]以上1013[Ω/□]以下であることを特徴とするものである。
図1は、同カラー複写機の概略構成図である。図中符号100はカラー複写機本体、200はそれを載せる給紙テーブル、300はカラー複写機本体100上に取り付けるスキャナ、400はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置(ADF)である。
カラー複写機本体100には、中央に、無端ベルト状の転写体としての中間転写体10を設けている。この中間転写体10は、3つの支持ローラ14、15、16に掛け回され、図中時計回りに回転搬送可能となっている。3つの支持ローラのうち第2の支持ローラ15の左には、画像転写後に中間転写体10上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置17が設けられている。また、第1の支持ローラ14と第2の支持ローラ15間に張り渡した中間転写体10上には、その搬送方向に沿って、イエロー,シアン,マゼンタ,ブラックの4つの画像形成部18が横に並べて配置されている。
上記タンデム画像形成部20における個々の画像形成部18は、像担持体としての感光体40のまわりに、帯電装置、現像装置、転写手段としての1次転写ローラ62、感光体クリーニング装置、除電装置などを備えている。また、タンデム画像形成部20の上には、露光装置21が設けられている。
これらの4つの画像形成部18により、各感光体40上に互いに異なる色のトナー画像を形成する画像形成手段としてのタンデム画像形成部20が構成されている。
また、2次転写位置の転写紙搬送方向下流側には、転写紙上の転写画像を定着する定着装置25が設けられている。この定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26に加圧ローラ27を押し当てた構成となっている。
また、2次転写装置22及び定着装置25の下側には、タンデム画像形成部20と平行に、転写紙の両面に画像を記録すべく転写紙を反転する転写紙反転装置28を備えている。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス32上へと移動した後、他方コンタクトガラス32上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ300を駆動し、第1走行体33および第2走行体34を走行する。そして、第1走行体33で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第2走行体34に向け、第2走行体34のミラーで反射して結像レンズ35を通して読み取りセンサ36に入れ、原稿内容を読み取る。
また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ14、15、16の1つを回転駆動して他の2つの支持ローラを従動回転し、中間転写体10を回転搬送する。同時に、個々の画像形成部18で像担持体としての感光体ドラム40を回転して各感光体ドラム40上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体10の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体10上に合成カラー画像を形成する。
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル200の給紙ローラ42の1つを選択回転し、ペーパーバンク43に多段に備える給紙カセット44の1つから転写紙を繰り出し、分離ローラ45で1枚ずつ分離して給紙路46に入れ、搬送ローラ47で搬送して複写機本体100内の給紙路48に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。または、給紙ローラ50を回転して手差しトレイ51上の転写紙を繰り出し、分離ローラ52で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。
そして、中間転写体10上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転し、中間転写体10と2次転写装置22との間に転写紙を送り込み、2次転写装置22で転写して転写紙上にカラー画像を記録する。
一方、画像転写後の中間転写体10は、中間転写体クリーニング装置17で表面に残留する残留トナーが除去され、タンデム画像形成部20による再度の画像形成に備える。
ところが、磁性キャリアは小粒径になるほど磁化が小さくなり感光体へのキャリア付着が発生し易い。また、近年の機械の小型化の要求に伴い、本実施形態においても、感光体として直径60[mm]以下、現像スリーブ7として直径30[mm]以下のものを用いている。このような感光体の径やスリーブ径の小径化に伴い、現像領域下流(出口側)での磁気ブラシ穂先のキャリアに対する磁気拘束力が小さくなることからも、キャリア付着が発生し易くなる。キャリア付着の発生により、感光体40、クリーニングブレード(図示せず)など感光体に接触するよう設けられている部材の劣化が促進されるとともに、画像上にキャリア付着による白抜けが発生する。そこで、本実施形態の小粒径キャリアを用いる画像形成装置は、キャリア付着を抑制すると共に、キャリア付着を防止しようとすると生じる恐れのある副作用もある程度の許容範囲内に抑えられるようにしている。
更に、磁性キャリアの静抵抗をある程度低めの109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下の範囲とする。磁性キャリアの静抵抗と飽和磁化との間にはある程度相関関係があり、飽和磁化を高くすると静抵抗が低くなる傾向にある。ただし、静抵抗を低くしすぎると電荷がリークしやすくなり、これに起因してボソツキ画像が生じやすくなる。よって、静抵抗の下限を109[Ω・cm]としてこれを回避できるようにする。また、磁性キャリアの飽和磁化を66[emu/g]以上としても、比較的静抵抗が高めの場合があり、静抵抗が高くなりすぎると文字周辺抜けが悪化して許容範囲を越える場合があることが本発明者らの研究によって分かった。そこで、本実施形態において磁性キャリアの静抵抗を1014[Ω・cm]以下とし、文字周辺抜けも許容範囲内に抑える状況をつくる。
更に、現像スリーブ7に接続している現像電界発生手段としての電源7bより現像スリーブ7に印加する現像電界をDCバイアスのみとする。これは、静抵抗を上記のようにある程度低めに設定しているためリークが生じやすくなっている磁性キャリアに、リークの発生原因となるACバイアスを印加しないようにし、リークが生じにくい状況をつくるためである。
以上のように、本実施形態においては、高画質化のために小粒径キャリアを用い、小粒径キャリアを用いたために生じやすくなるキャリア付着を防止するためにキャリアの飽和磁化をある程度高めに設定する。更に、飽和磁化が高めのために生じやすくなる画像のボソツキや文字周辺抜けが許容範囲を越えることを回避するために、磁性キャリアの静抵抗の範囲及び現像バイアス成分を限定する。
先ず、後ほど示す実施例、比較例で使用した画像形成装置であるフルカラープリンタの各種設定条件は以下のとおりである。
<実施例プリンタ設定条件>
感光体線速: 350[mm/sec]
感光体径: 60[mm]
現像スリーブ/感光体線速比: 2
汲み上げ量: 50[mg/cm2]
現像スリーブ径: Φ25[mm]
主極角度: 6[°]
主極磁束密度(P1): 120[mT]
主極下流側極磁束密度(P2): 110[mT]
帯電電位VD: −600[V]
露光後電位VL: −60[V]
現像バイアスVb: −430[V]
<比較例プリンタ設定条件>
感光体線速: 350[mm/sec]
感光体径: 60[mm]
現像スリーブ/感光体線速比: 2
汲み上げ量: 50[mg/cm2]
現像スリーブ径: Φ25[mm]
主極角度: 6[°]
主極磁束密度(P1): 120[mT]
主極下流側極磁束密度(P2): 110[mT]
帯電電位VD: −420[V]
露光後電位VL: −60[V]
現像バイアスVb: −250[V]
また、現像スリーブ7はV溝加工されたものである。また、磁性ドクタ9は剛性であると共に磁性を有する材料である。
<実施例磁性キャリア>
アクリル樹脂溶液(固形分50[重量%]) 56.0部
グアナミン溶液(固形分77[重量%]) 15.6部
アルミナ粒子(0.3[μm]、固有抵抗1014[Ω・cm])160.0部
トルエン 900部
ブチルセロソルブ 900部
これらをホモミキサーで10分間分散して被覆膜形成溶液を調合し、芯材として所定の平均粒径の焼成フェライト粉を用い、膜厚0.15[μm]になるようにスピラコーター(岡田精工社製)により塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて150[℃]で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き100[μm]の篩を用いて解砕し、キャリアとした。
尚、実施例磁性キャリアのコート膜に含まれる粒子の粒子径D=0.3[μm]と結着樹脂膜厚h=0.15[μm]の比D/hは2である。
<比較例磁性キャリア>
アクリル樹脂溶液(固形分50[重量%]) 56.0部
グアナミン溶液(固形分77[重量%]) 15.6部
トルエン 900部
ブチルセロソルブ 900部
これらをホモミキサーで10分間分散して被覆膜形成溶液を調合し、芯材として所定の平均粒径の焼成フェライト粉を用い、膜厚0.15[μm]になるようにスピラコーター(岡田精工社製)により塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて150[℃]で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き100[μm]の篩を用いて解砕し、キャリアとした。
また、上記結着樹脂膜厚の測定は、透過型電子顕微鏡にてキャリア断面を観察することにより、キャリア表面を覆う被覆膜を観察することができるため、その膜厚の平均値をもって膜厚とした。
尚、比較例キャリアのコート膜には粒子を含んでいない。よって、実施例磁性キャリアで示したコート膜に含まれる粒子の粒子径Dと結着樹脂膜厚hの比D/hは、比較例キャリアには適用できない。
尚、磁性キャリアの飽和磁化は、次の方法で測定している。測定装置は、BHU−60型磁化測定装置(理研測定製)を用いる。測定試料を約1.0g秤量し、内径7[mm]φ、高さ10[mm]のセルにつめ、この装置にセットする。測定は印加磁場を徐々に加え1kOeまで変化させ、1kOe磁場中における磁化を求める。
評価結果の、「◎」は非常に良い、「○」は良い、「△」は悪い、「×」は非常に悪いという評価を示すし、[○]以上が許容範囲である。表1のうち、実施例1〜5、及び比較例10は、本発明の適用範囲に入るものである。ただし、比較例10は、実施例とはせず比較例として記載している。この比較例10を含めた比較例1〜17が実施例に対する比較例である。
図4は、キャリア付着防止のために磁性キャリアの飽和磁化を高めの70[emu/g]にした場合Aと、従来のように低めの60emu/gにした場合Bとでボソツキ画像の発生状態の違いを調べた結果を示すグラフである。このグラフは、いずれも重畳バイアスを印加し印加バイアス200[V]ごとにその実抵抗をとっている。尚、実抵抗の測定は、次のようにして行った。図5は、実抵抗測定装置の概略構成図である。この図に示すように、現像スリーブ107に電源からバイアスを印加して磁気ブラシを形成させる。この現像スリーブに対向する感光体として治具感光体(アルミ製)108を使用し、現像スリーブ107−感光体108間距離が0.35[mm]となるようそれぞれ配置する。現像スリーブ107を回転させ、現像スリーブ107にDCバイアスを印加する。そして、治具感光体108に流れこんだ電流をマルチメータにより測定し、抵抗値に換算する。表2は、図4の測定結果を示したものである。
この磁性キャリアは、被覆膜に比べ粒子の方が凸となるので、現像剤を摩擦帯電させるための攪拌により、トナーとの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦で、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和することができる。これにより、帯電発生箇所である結着樹脂の膜削れ、トナー融着によるキャリア汚染を防止し、キャリア寿命を大幅に向上させることが可能となる。[D/h]が1以下の場合、粒子は結着樹脂中に埋もれてしまうため、粒子を添加した意味がなくなり効果が著しく低下して好ましくない。[D/h]が10以上の場合、粒子と結着樹脂との接触面積が少ないため充分な拘束力が得られず、またこの粒子が脱離しやすくなってしまうため好ましくない。また、トナーの帯電立ち上げ性を良好にするために、剛性かつ磁性を有するドクタなどを使用した場合には、さらに改善効果が顕著である。磁性ドクタを使用した場合、ドクタ部の現像剤保持量がさらに多くなるため、非常にストレスが大きくなるためである。ここで、磁性ドクタとは、鉄、ステンレス等の金属材料からなるものに限らず、フェライト、マグネタイト等の磁性粒子を配合した樹脂材料で構成することも可能である。さらに、ドクタ自体を磁性材料で構成することなく、磁性材料で構成された金属板等の別部材をドクタに直接もしくは間接的に固定する構成とすることによっても同様の効果を得ることができる。
図5は、本実施形態に用いた1<[D/h]<10であるキャリアC1と、比較例キャリアC2とを用いた場合それぞれについて、ランニング時における帯電量の変化を始めの帯電量を1としたときの割合で示した結果である。帯電量の低下は、ランニング時におけるキャリアへのトナースペントなどに起因するものである。帯電量は、低下率が始めの帯電量の0.8以下、即ち低下率が20%を越えると画像上問題が発生する。図4より、1<[D/h]<10であるキャリアC1では、ランニング枚数が100K枚でも帯電量は始めの0.8を上回っていた。これに対して比較例キャリアC2では、ランニング枚数が100K枚に達する前に帯電量が始めの0.8以下になった。この結果、粒子径(D)と結着樹脂膜厚(h)が1<[D/h]<10である少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有する本実施例キャリアは、トナースペントに起因する帯電量低下を抑えることができる。尚、D/hの値の上限は、粒子の脱離回避の面でより好ましくは5である。
また、現像ギャップPGを0.2[mm]以上0.4[mm]以下とすることで、画像の粒状性も良好となる。
また、粒子径(D)と結着樹脂膜厚(h)が1<[D/h]<10である少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有するキャリアを使用している。これによって、キャリア表面へのトナー融着に伴う帯電量低下が小さくなり、現像剤の高寿命化が達成できる。また、現像ギャップPGが比較的狭い0.4[mm]以下であり、この現像ギャップを通過する現像剤にかかるストレスが高い本実施形態のプリンタにこの磁性キャリアを用いている。これによって、狭い現像ギャップを通過するために現像剤に高ストレスがかかり寿命が低下することを改善することができ、より効果的である。
また、現像剤の量を規制する現像剤規制部材を剛体かつ磁性を有する磁性ドクタ9aとしているので、トナーの帯電立ち上げ性を良好にすることができる。
さらに、中間転写ベルトの感光体上のトナー像が転写される転写面と反対側(裏側)の表面抵抗率を1×1010〜1×1012Ω/□とすることで、放電跡を問題ないレベルにすることができ、より高品位な画像を得ることができる。
また、転写ローラを中間転写ベルトの移動方向に対してニップ部Nよりも下流側に設けている。よって、ニップ部Nの上流側の転写電界を小さくすることができ、中間転写ベルトが感光体に十分密着していないニップ部Nより上流で転写が行われない。これにより、中間転写ベルトが十分密着しているニップ部Nで転写が行われるようになり、ドット再現性が向上し、転写画像の粒状性が向上する。よって、感光体上の良好な画像をより忠実に転写することができる。その結果、高品位な画像を得ることができる。
2 トナーホッパ
3 トナー送流装置
4 現像剤収容部
5 第1攪拌スクリュ
6 第2攪拌スクリュ
7 現像スリーブ
10 中間転写ベルト
13 転写ローラ
40 感光体
Claims (7)
- 像担持体に担持された静電潜像を、現像剤担持体上に担持されたトナーとキャリアからなる二成分現像剤中のトナーを現像電界の作用によりトナー像化し、該像担持体上のトナー像を転写電界の作用により転写体に転写させる画像形成方法において、上記キャリアの重量平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下、同じくキャリアの1kOe磁場中における飽和磁化が66[emu/g]以上100[emu/g]以下、該キャリアへ1000[V]のバイアスを印加した時の該磁性キャリアの静抵抗が109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下、上記現像電界がDCバイアスのみであり、上記転写体の表面抵抗が1010[Ω/□]以上1013[Ω/□]以下であることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1の画像形成方法において、上記像担持体と上記現像剤担持体との間隙が0.2[mm]以上0.4[mm]以下であることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1または2の画像形成方法において、上記キャリアが少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有し、該粒子径Dと該結着樹脂膜厚hが1<[D/h]<10であることを特徴する画像形成方法。
- 請求項1、2または3の画像形成方法において、上記現像剤担持体上に担持された二成分現像剤の量を、磁性を有する材料からなる現像規制部材で規制することを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1、2、3または4の画像形成方法において、上記転写体の表面抵抗が1010[Ω/□]以上1012[Ω/□]以下であることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1、2、3、4または5の画像形成方法において、上記転写体移動方向に対して、上記像担持体と上記転写体とが対向する位置より下流側から転写バイアスを印加して、上記像担持体上のトナー像を転写体に転写させることを特徴とする画像形成方法。
- 表面に静電潜像を担持する像担持体と、内部に固定された磁界発生手段を有し、表面上にキャリアとトナーとからなる2成分現像剤を担持して回転する現像スリーブからなる現像剤担持体と、該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、該像担持体上の静電潜像を、該現像剤担持体上に担持された二成分現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用により該像担持体に担持された静電潜像をトナー像化する現像装置と、該像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、該像担持体上のトナー像を転写電界の作用により該転写体に転写させる転写手段とを備えた画像形成装置において、上記キャリアの重量平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下、同じくキャリアの1kOe磁場中における飽和磁化が66[emu/g]以上100[emu/g]以下、該キャリアへ1000[V]のバイアスを印加した時の該磁性キャリアの静抵抗が109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下、上記現像電界がDCバイアスのみであり、上記中間転写体の表面抵抗が1010[Ω/□]以上1013[Ω/□]以下であることを特徴とする画像形成装置。
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