JP2006106600A - 現像装置 - Google Patents

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Koichi Takenouchi
幸一 竹ノ内
Hiroo Naoi
宏夫 直井
Yoshio Sakakawa
与志男 坂川
Takeshi Kato
武 加藤
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Abstract

【課題】2成分現像剤のトナーが現像剤担持体表面に融着することをより確実に防止することが可能な現像装置を提供する。
【解決手段】各S極21c、21i間の反発磁界が作用する解放箇所Qよりも上流側に僅かに離間した所に、帯電付与部材48を設け、帯電付与部材48に直流電源49の電圧を印加して、帯電付与部材48によりスリーブ21a表面のトナーを吸引しているので、スリーブ21a表面からのトナーの解放を容易にしてから、各S極21c、21i間の反発磁界により現像剤をスリーブ21a表面から確実に解放することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、電子写真方式あるいは静電記録方式等の画像形成装置で用いられる現像装置に関する。
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、静電潜像を感光体上に形成し、現像剤を現像装置から感光体へと供給し、現像剤により感光体上の静電潜像を現像して、感光体上に現像剤の画像を形成し、現像剤の画像を感光体から記録用紙に転写し、記録用紙を加熱及び加圧して、現像剤の画像を記録用紙上に定着させている。
現像装置では、例えばトナーと磁性キャリアを混合してなる2成分現像剤を攪拌して、トナーを帯電させ、現像ローラを回転させつつ、2成分現像剤を現像ローラ表面に付着させて、2成分現像剤を現像ローラと感光体間の現像領域へと搬送供給し、2成分現像剤のトナーにより感光体上の静電潜像を現像する。現像ローラは、円筒状のスリーブと、スリーブ内に配置された磁石とを備え、スリーブを回転させつつ、スリーブ内の磁石の磁界により2成分現像剤を該スリーブ表面に吸着して、2成分現像剤をスリーブから感光体へと搬送供給する。
この様な現像装置においては、感光体表面の電位と帯電極性、現像ローラ表面(スリーブ)の電位と磁気極性、及びトナーの帯電極性をそれぞれ適宜に設定し、トナーを感光体表面の静電潜像に付着させて、静電潜像を現像している。例えば、図6(a)に示す様に感光体表面の静電潜像の非担持領域の電位Voを−650Vに設定すると共に、該静電潜像の担持領域の電位VLを−100Vに設定し、現像ローラ表面のバイアスVbを−500Vに設定する。また、図6(b)に示す様にトナーをマイナス極性に帯電させ、磁性キャリアをプラス極性とする。この場合、静電潜像の非担持領域の電位Vo(−650V)が現像ローラ表面の電位Vb(−500V)よりも+150Vだけ低いので、マイナス極性のトナーが現像ローラ表面から静電潜像の非担持領域へと移動することがなく、静電潜像の非担持領域でトナーが担持されることはない。また、静電潜像の担持領域の電位VL(−100V)が現像ローラ表面の電位Vb(−500V)よりも+400Vだけ高いので、マイナス極性のトナーが現像ローラ表面から静電潜像の担持領域へと移動し、静電潜像の担持領域でトナーが担持される。これにより、感光体表面にトナーの画像が形成される。
ところで、上記従来の現像装置では、例えば白領域もしくは低濃度領域の占有率が高い文字原稿等の静電潜像が感光体表面に繰り返し形成されると、現像ローラ表面から感光体表面に移動するトナーの量が少なくなり、現像ローラ表面に付着したままのトナーが生じ易くなる。そして、夜間や休日等に画像形成装置が稼動されず、現像ローラ表面に付着したままのトナーが放置されると、環境(気温や湿度)変化により現像ローラ表面にトナーが融着することがあり、画像品質の低下を招いた。
このため、例えば特許文献1では、現像ローラのスリーブ表面に摺接する導電性ブレードを設け、この導電性ブレードにトナーの帯電極性と同極性のDC電圧を印加し、導電性ブレードからトナーへの電荷注入により、トナーの帯電極性を本来の極性に帯電させ、スリーブ表面にトナーが融着することを防止している。
特開2001−242714号公報
しかしながら、特許文献1では、導電性ブレードをスリーブ表面に摺接させるので、導電性ブレードによりトナーをスリーブ表面に擦り付けることになり、このためにトナーがスリーブ表面から取れ難くなって、トナーの融着を十分に防止することができなかった。
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、2成分現像剤のトナーが現像剤担持体表面に融着することをより確実に防止することが可能な現像装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、現像剤担持体を回転させつつ、帯電性トナーと磁性キャリアを混合してなる2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、2成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給する現像装置において、現像剤担持体表面に対して非接触で対向配置され、現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な電圧を印加される帯電付与手段を備えている。
また、本発明においては、2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面から解放する解放箇所を設け、この解放箇所近傍に帯電付与手段を設けている。
更に、本発明においては、現像剤担持体による2成分現像剤の搬送方向における解放箇所よりも上流側に帯電付与手段を設けている。
また、本発明においては、帯電付与手段に印加される電圧の極性は、帯電性トナーの帯電極性とは逆極性に設定されている。
更に、本発明においては、像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、現像剤担持体表面の残留トナーを吸引する様な電圧を帯電付与手段に印加している。
また、本発明においては、像担持体表面にトナー像を形成する期間に、電圧を帯電付与手段に印加していない。
更に、本発明においては、現像剤担持体と帯電付与手段間のギャップを、磁性キャリアの直径よりも大きく設定し、かつ現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引し得る距離以下に設定している。
また、本発明においては、帯電付与手段は、非磁性体である。
本発明の現像装置によれば、現像剤担持体を回転させつつ、2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、2成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給しており、帯電付与手段を現像剤担持体表面に対して非接触で対向配置し、この帯電付与手段に現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な電圧を印加している。この帯電付与手段による帯電性トナーの吸引により帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなる。また、帯電付与手段が現像剤担持体表面に接触しないので、帯電付与手段によりトナーが現像剤担持体表面に擦り付けられることがない。このため、トナーが現像剤担持体表面に融着することをより確実に防止することができる。
例えば、2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面から解放する解放箇所を設け、この解放箇所近傍に帯電付与手段を設けている。この場合は、帯電付与手段の吸引により帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなると略同時に、現像剤担持体の磁界により2成分現像剤が該現像剤担持体表面から解放されることになり、帯電性トナーが現像剤担持体表面から確実に解放される。
また、現像剤担持体による2成分現像剤の搬送方向における解放箇所よりも上流側に帯電付与手段を設けている。この場合は、帯電付与手段の吸引により帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなった直後に、現像剤担持体の磁界により2成分現像剤が該現像剤担持体表面から解放されることになり、帯電性トナーが現像剤担持体表面から確実に解放される。
更に、帯電付与手段に印加される電圧の極性は、帯電性トナーの帯電極性とは逆極性に設定されている。これにより、帯電付与手段と現像剤担持体表面の帯電性トナーが相互に引き付け合い、帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなる。
また、像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、現像剤担持体表面の残留トナーを吸引する様な電圧を帯電付与手段に印加している。あるいは、像担持体表面にトナー像を形成する期間に、電圧を帯電付与手段に印加していない。このため、像担持体表面へのトナー像の形成プロセスにおいて、帯電付与手段の電圧が影響を与えることはない。
更に、現像剤担持体と帯電付与手段間のギャップを、磁性キャリアの直径よりも大きく設定している。一般的には、磁性キャリアの直径が帯電性トナーの直径よりも大きいことから、その様な設定により現像剤担持体表面の帯電性トナー及び磁性キャリアが共に該ギャップを通過することになり、帯電性トナー及び磁性キャリアが現像剤担持体表面に擦り付けられずに済む。そして、現像剤担持体と帯電付与手段間のギャップを、現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引し得る距離以下に設定しているので、この帯電性トナーの吸引を確実に行うことができる。
また、帯電付与手段は非磁性体である。このため、帯電付与手段が周囲の磁界に強い影響を与えることがなく、帯電付与手段近傍で2成分現像剤の流れや循環が阻害されることはない。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の現像装置の実施例1を適用した画像形成装置を概略的に示す側面図である。この画像形成装置においては、電子写真方式により画像を形成しており、現像装置12、転写ローラ13、除電ランプ14、クリーニング装置15、帯電ローラ16、及び露光装置17等を感光体ドラム11の回転方向の上流側から順に配置している。また、現像装置12の現像ローラ21、転写ローラ13、及び帯電ローラ16にそれぞれの電圧を印加する各電源22、23、24を設けている。更に、記録用紙Pの搬送方向下流側には、定着装置18を配置している。
この画像形成装置では、感光体ドラム11を矢印Aの方向に回転させつつ、帯電ローラ16により感光体ドラム11の表面を均一に帯電させる。そして、画像データに基づいて露光装置17から感光体ドラム11へと照射される光ビームを変調しつつ、この光ビームにより感光体ドラム11の表面を走査し、感光体ドラム11上に静電潜像を形成する。更に、現像装置12の現像ローラ21によりトナーを感光体ドラム11上の静電潜像に付着させて、トナー像を形成し、このトナー像を転写ローラ13により感光体ドラム11から記録用紙Pへと転写し、記録用紙P上のトナー像を定着装置18により加熱及び加圧して定着させる。この後、感光体ドラム11表面の帯電電荷を除電ランプ14により取り除き、感光体ドラム11上の残留トナーをクリーニング装置14により除去して、感光体ドラム11表面をクリーニングする。
尚、感光体ドラム11、及び各装置やローラ13〜18として、他の方式のものを適用しても構わない。
図2は、本実施例の現像装置12近傍を示す側面図である。また、図3は、本実施例の現像装置12を示す側面図である。
本実施例の現像装置12は、電子写真法式の画像形成装置に内蔵されるものであり、現像装置12が中間ホッパー31に連結され、中間ホッパー31がトナーボトル32に連結されている。
トナーボトル32は、トナーを収容しており、トナー補給路32a、31aを通じて中間ホッパー31へとトナーを少しずつ補給したり、トナーの補給を停止することができる。
中間ホッパー31は、トナーをトナーボトル32から供給されて一時的に貯え、トナーをトナー補給路31b、12aを通じて現像装置12に供給する。この中間ホッパー31では、攪拌部材33を時計周りに回転させて、該中間ホッパー31内のトナーを攪拌し、補給ローラA34a、補給ローラB34bを回転させて、該中間ホッパー31内のトナーをトナー補給路31b、12a側に移動させている。また、可撓性帯状部材35は、攪拌部材33の一端に連結され、その先端に被検出体36を固定支持している。更に、静電容量センサ37は、中間ホッパー31底に固定されており、該静電容量センサ37と可撓性帯状部材35先端の被検出体36間の静電容量を検出する。
ここで、中間ホッパー31内のトナーが減少した状態では、可撓性帯状部材35先端近傍がトナー表面上で滑って行き、被検出体36もトナー表面上で滑って移動する。そして、中間ホッパー31内のトナーの減少に伴い、トナー表面の高さが低下すると、トナー表面で滑って移動する被検出体36の位置も徐々に低下して、トナー表面で滑る被検出体36と静電容量センサ37間の離間距離が短くなる。そこで、被検出体36が静電容量センサ37直上で移動するタイミングで、静電容量センサ37により該静電容量センサ37と被検出体36間の静電容量を検出し、この静電容量に対応する静電容量センサ37と被検出体36間の離間距離を求め、この離間距離に対応するトナーの残量を求める。そして、このトナーの残量の減少に応じて、トナーボトル32から中間ホッパー31へのトナー補給を行なったり、トナーボトルの交換を促す旨を報知する。
現像装置12は、磁性キャリアとトナーを混合した現像剤をそのケース12b内に収容し、現像剤中のトナーを画像形成装置の感光体ドラム11に供給して、感光体ドラム11表面の静電潜像を現像し、感光体ドラム11表面にトナー像を形成するものである。この現像装置12では、攪拌ローラ41を回転させて、現像剤を攪拌し、この攪拌により磁性キャリアとトナーを摩擦帯電して、磁性キャリアとトナーに電荷を付与する。
現像ローラ21は、棒状の多極着磁のマグネット21bを固定し、多極着磁のマグネット21b周りに非磁性体(アルミニウム合金やステンレス鋼等)のスリーブ21aを回転自在に支持したものであり、スリーブ21aを回転しつつ、マグネット21bの磁力により現像剤をスリーブ21a外周に吸着して担持する。
多極着磁のマグネット21bは、複数のS極21c、21e、21g、21i及び複数のN極21d、21f、21hを交互に配置したものであり、S極21cから現像極であるN極21dを介してS極21iに至る範囲で、該マグネット21bの磁力により現像剤をスリーブ21a外周に吸着して担持させる。
スリーブ21aの回転に伴い、第2規制部材42の先端によりスリーブ21a外周の現像剤の層厚が規制され、更に第1規制部材43によりスリーブ21a外周の現像剤の層厚が再度規制されてから、スリーブ21a外周の現像剤層が該スリーブ21aと感光体ドラム11間の現像領域Dへと搬送される。
スリーブ21a外周の現像剤層のトナーは、攪拌ローラ41の攪拌により感光体ドラム11表面の静電潜像とは逆極性に摩擦帯電されている。このため、スリーブ21a外周の現像剤層が該スリーブ21aと感光体ドラム11間の現像領域Dに達したときに、現像剤層のトナーが感光体ドラム11表面の静電潜像に付着し、この静電潜像がトナー像となる。
また、第1規制部材43の層厚規制により余剰の現像剤が生じる。この余剰の現像剤は、還流口45へと流れ、第2規制部材42の背面を滑り落ちて攪拌ローラ41側に戻される。
現像装置12のケース12b底には、周知のトナー濃度センサ46が設けられている。このトナー濃度センサ46は、例えば透磁率センサであり、現像剤の透磁率に対応するトナー濃度を検出する。現像剤は、非磁性体のトナーを磁性キャリアに混合したものである。このため、現像剤の単位体積当たりのトナー量が多くなると、単位体積当たりの磁性キャリア量が少なくなり、現像剤の磁気抵抗が大きくなる。逆に、単位体積当たりのトナー量が少なくなると、単位体積当たりの磁性キャリア量が多くなり、現像剤の磁気抵抗が小さくなる。トナー濃度センサ46は、その様な現像剤の磁気抵抗を検出し、この磁気抵抗に対応する単位体積当たりトナーの量、つまりトナー濃度を検出する。
ケース12b内の現像剤のトナー濃度については、目標となる規定の範囲を予め設定しており、トナー濃度センサ46により検出されたケース12b内の現像剤のトナー濃度が規定の範囲に収まる様に、現像装置12の補給ローラ47を回転させて、中間ホッパー31からトナー補給路31b、12aを通じて現像装置12のケース12bへとトナーを補給する。
ところで、この様な現像装置12では、例えば白領域もしくは低濃度領域の占有率が高い文字原稿等の静電潜像が感光体ドラム11表面に繰り返し形成されると、現像ローラ21のスリーブ21a表面から感光体ドラム11表面に移動するトナーの量が少なくなり、スリーブ21a表面に付着したままのトナーが生じ易くなる。そして、夜間や休日等に画像形成装置が稼動されず、スリーブ21a表面に付着したままのトナーが放置されると、気温や湿度変化によりスリーブ21a表面にトナーが融着してしまい、画像品質の低下を招く。
そこで、本実施例では、現像ローラ21のスリーブ21aの回転方向B(現像剤の搬送方向)における現像領域Dよりも下流側で、スリーブ21a表面の現像剤を解放して、スリーブ21a表面へのトナーの融着を防止している。
次に、現像ローラ21のスリーブ21a表面の現像剤を解放するための構成及び動作を説明する。
現像装置12では、現像ローラ21のスリーブ21a表面の現像剤を解放するために、現像ローラ21周りの現像領域Dから180度ずれた所で、多極マグネット21bの2つのS極21c、21iを隣り同士になる様に設けて、各S極21c、21i間に反発磁界を形成し、現像ローラ21の軸心から該反発磁界の中央を通る直線上の該現像ローラ21外側の位置を、現像剤の解放箇所Qとして設定している。この解放箇所Qでは、各S極21c、21i間の反発磁界が最も強くなり、この反発磁界により現像剤の磁性キャリアがスリーブ21a表面から剥ぎ取られ、この磁性キャリアと共に現像剤のトナーもスリーブ21a表面から剥ぎ取られる。
この様な各S極21c、21i間の反発磁界によるスリーブ21a表面からの現像剤の解放は、現像ローラ21のスリーブ21aが回転していれば、何時でもなされる。従って、画像形成処理の最中では、スリーブ21a表面に対する現像剤の担持と解放が繰り返されることになる。
一方、現像ローラ21のスリーブ21aの回転方向における解放箇所Qよりも上流側に僅かに離間した所に、帯電付与部材48を設け、この帯電付与部材48に直流電源49の電圧を印加している。直流電源49の電圧の極性は、トナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)に設定される。
帯電付与部材48は、導電体かつ非磁性体(銅等)からなる直径数mm程度の丸棒状のものであり、スリーブ21aに対して僅かに離間して平行配置される。例えば、帯電付与部材48とスリーブ21a間のギャップが現像剤の粒径を僅かに超える程度に設定される。一般的に、磁性キャリアの粒径がトナーの粒径よりも大きい。このため、例えば磁性キャリアの粒径が37μm〜80μmであるならば、帯電付与部材48とスリーブ21a間のギャップが磁性キャリアの粒径37μm〜80μmを僅かに超える程度に設定される。これにより、スリーブ21a表面の現像剤がギャップを通過し、帯電付与部材48によりトナー及び磁性キャリがスリーブ21a表面に擦り付けられずに済む。
この帯電付与部材48には、画像形成装置による画像形成処理が終了した後、感光体ドラム11、現像装置12の現像ローラ21、及び他の各ローラ13、16等が後続回転されているときに、一定期間だけ、直流電源49からの+電圧が印加される。
例えば、図4に示す様に画像形成処理の期間T1では、感光体ドラム11、及び各装置やローラ13〜18等が稼動しており、帯電ローラ16により感光体ドラム11表面が−650Vに帯電され、現像ローラ21のスリーブ21a表面も(−)電圧に帯電されている。この画像形成処理の期間T1が終了しても、暫くの間、感光体ドラム11、現像装置12の現像ローラ21、及び他の各ローラ13、16等が後続回転される。そして、この後続回転のときの一定期間T2だけ、+150V〜+300V程度の電圧が直流電源49から帯電付与部材48に印加される。尚、直流電源49の電圧は、帯電付与部材48と現像ローラ21間の放電開始電圧未満に設定される。
帯電付与部材48は、(+)電圧が印加されると、該帯電付与部材48の(+)電位によりスリーブ21a表面の(−)極性に帯電したトナーを吸引する。このとき、先に述べた様に帯電付与部材48とスリーブ21a間のギャップが磁性キャリアの粒径を僅かに超える程度に設定されているので、帯電付与部材48によりスリーブ21a表面のトナーが強く吸引される。この吸引により、トナーがスリーブ21a表面から解放され易くなる。そして、この直後に、先に述べた各S極21c、21i間の反発磁界によるスリーブ21a表面からの現像剤の解放がなされる。このため、トナーがスリーブ21aから確実に解放される。
また、画像形成処理が終了した後の一定期間T2だけ、直流電源49の電圧が帯電付与部材48に印加されるので、帯電付与部材48の電位が画像形成処理に影響を与えることはない。しかも、帯電付与部材48が非磁性体であることから、帯電付与部材48が周囲の磁界に強い影響を与えることがなく、帯電付与部材48近傍で2成分現像剤の流れや循環が阻害されることはない。
この様に本実施例では、各S極21c、21i間の反発磁界が作用する解放箇所Qよりも上流側に僅かに離間した所に、帯電付与部材48を設け、帯電付与部材48に直流電源49の電圧を印加して、帯電付与部材48によりスリーブ21a表面のトナーを吸引しているので、スリーブ21a表面からのトナーの解放を容易にしてから、各S極21c、21i間の反発磁界により現像剤をスリーブ21a表面から確実に解放することができる。
尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、図5に示す様に直流電源49の直流電圧に交流電源51の交流電圧を重畳させ、この重畳した直流電圧と交流電圧を帯電付与部材48に印加して、帯電付与部材48によるトナーの吸引力の増大を図っても良い。また、トナーとして、(+)極性に帯電するものを用いる場合は、帯電付与部材48に(−)電圧を印加する。また、帯電付与部材48の位置を適宜に移動させたり、帯電付与部材48に電圧を印加する期間を適宜に変更しても構わない。
本発明の現像装置の実施例1を適用した画像形成装置を概略的に示す側面図である。 図1の現像装置近傍を示す側面図である。 図1の現像装置を示す側面図である。 感光体ドラム、現像装置、及び帯電付与部材の電位変化を示す図である。 帯電付与部材の電源の変形例を示す図である。 感光体表面の電位、現像ローラ表面の電位、及びトナーの帯電極性等を示す図である。
符号の説明
11 感光体ドラム
12 現像装置
13 転写ローラ
14 除電ランプ
15 クリーニング装置
16 帯電ローラ
17 露光装置
18 定着装置
21 現像ローラ
21a スリーブ
21b マグネット
22〜24 電源

Claims (8)

  1. 現像剤担持体を回転させつつ、帯電性トナーと磁性キャリアを混合してなる2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、2成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給する現像装置において、
    現像剤担持体表面に対して非接触で対向配置され、現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な電圧を印加される帯電付与手段を備えることを特徴とする現像装置。
  2. 2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、2成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面から解放する解放箇所を設け、この解放箇所近傍に帯電付与手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 現像剤担持体による2成分現像剤の搬送方向における解放箇所よりも上流側に帯電付与手段を設けたことを特徴とする請求項2に記載の現像装置。
  4. 帯電付与手段に印加される電圧の極性は、帯電性トナーの帯電極性とは逆極性に設定されることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  5. 像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、現像剤担持体表面の残留トナーを吸引する様な電圧を帯電付与手段に印加することを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  6. 像担持体表面にトナー像を形成する期間に、電圧を帯電付与手段に印加しないことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  7. 現像剤担持体と帯電付与手段間のギャップを、磁性キャリアの直径よりも大きく設定し、かつ現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引し得る距離以下に設定したことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  8. 帯電付与手段は、非磁性体であることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008191284A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Konica Minolta Business Technologies Inc 現像装置
JP2013083742A (ja) * 2011-10-07 2013-05-09 Ricoh Co Ltd 現像装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジ

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