JP2008009185A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子写真方式の現像装置において、外部への漏電を防止し、かつもっとも効果的な箇所に電荷を付与することによりトナーが容器内表面に付着して堆積し、剥がれて画像を汚染したり、帯電が不十分で外部に飛散したりすることを防止することを目的とする。
【解決手段】トナーとキャリアとからなる二成分系現像剤と、当該二成分系現像剤を収容する現像容器とを有する現像装置であって、現像容器の外側の部材は絶縁部材からなり、現像容器の内側の部材の少なくとも一部は、トナーと同極性の電荷を帯電させる部材からなることを特徴とする現像装置を主たる構成にする。
【選択図】図2

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機、デジタルダイレクト製版機等の画像形成装置に装備された現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、特に現像装置のトナー収容搬送攪拌部材の材料、構成の技術に関する。
従来のトナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる現像装置では、装置内においてトナーとキャリアとを混合・撹拌して、適正なトナー濃度に調整制御した現像剤を現像ローラ(現像剤担持体)上に搬送している。現像ローラ上に担持された現像剤は、現像ローラの上方に設置されたドクターブレード(現像剤規制部材)によってその量が規制された後に、感光体ドラム(像担持体)との対向位置(現像領域)まで搬送され、その位置で、現像ローラ上に担持された現像剤中のトナーが、感光体ドラム上に形成された静電潜像に付着して、所望のトナー像が形成される。
さらに、現像装置内のトナーの大部分は、キャリアとの摩擦帯電によって発生する静電気によりキャリアに吸着する。キャリアに吸着したトナーは、現像領域において、現像ローラと感光体ドラムとの間に形成された電界により、感光体ドラム上の静電潜像(画像部)に付着する。すなわち、現像領域の電界から受ける力がキャリアとの静電気力を上回ることによって、トナーはキャリアから離れて感光体ドラムに付着する。
このような上記動作によりトナーが消費されて現像剤中のトナー量が減少すると、トナー供給装置から新たにトナーが現像容器内に供給され、現像剤中で撹拌されながら搬送されて上記プロセスを繰り返す。
しかしながら、上記のように、現像装置内においては、供給されたトナーが現像剤中で撹拌される中で、トナーとキャリアとの間に静電気を発生させてキャリア上にトナーを保持し搬送するが、装置内で循環を繰り返し、帯電能力の劣化したトナーや、現像容器との摩擦により帯電したトナーなどが現像容器表面に付着し離れなくなってしまう。このようなトナーは徐々に堆積し、厚みが増す傾向にあり、成長すると塊となって剥がれ、現像ローラ上まで搬送されると画像上に汚れを発生させることになる。
なお、本願発明の出願人は、以下の特許文献1に示す発明を出願している。
特開2002−221858号公報
このような現像容器へのトナー固着を防止するため、現像容器をアルミで成型し、トナーと同極の電位を付与する装置が従来技術として見受けられる。これは、トナーと現像容器とを反発させて付着を防止するのであるが、容器全体を導電性部材とした場合、電荷が外部にリークするおそれがあり、製品安全上問題となるし、電荷が分散することによって効果が十分に得られない場合もあるという問題もある。
本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、上記不具合に対し、外部への漏電を防止し、かつ、もっとも効果的な箇所に電荷を付与することにより、トナーが容器内表面に付着して堆積し、剥がれて画像を汚染したり、帯電が不十分で外部に飛散したりすることを防止することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、トナーとキャリアとからなる二成分系現像剤と、二成分系現像剤を収容する現像容器とを有する現像装置であって、現像容器の外側の部材は絶縁部材からなり、現像容器の内側の部材の少なくとも一部は、トナーと同極性の電荷を帯電させる部材からなることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、現像容器の内側の部材の少なくとも一部は、導電性部材からなることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、導電性部材は、導電性樹脂か、または、金属の少なくともいずれかであることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項2または3記載の発明において、導電性部材は、少なくとも現像容器にトナーが存在する内側部材の表面を含んで設けられることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項2から4のいずれか1項に記載の発明において、導電性部材は、少なくとも現像容器の現像剤供給口近傍を含むことを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項2から5のいずれか1項に記載の発明において、導電性部材は、現像装置内の2本のスクリュの両端部近傍を含むことを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の発明において、導電性部材にバイアスを印加することを特徴とする。
請求項8記載の発明は、少なくとも請求項1から7のいずれか1項に記載の現像装置を有し、感光体と、帯電装置と、クリ−ニング装置とから選択される少なくとも一つを一体に支持した画像形成装置本体に着脱自在のカ−トリッジであることを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、トナーとキャリアとからなる二成分系現像剤と、二成分系現像剤を収容する現像容器とを有する現像装置であって、現像容器の外側の部材は絶縁部材からなり、現像容器の内側の部材の少なくとも一部は、トナーと同極性の電荷を帯電させる部材からなることを特徴とすることにより、現像容器内へのトナーの付着を防止するだけでなく、搬送中におけるトナーの帯電を促進し、現像ドクタ付近での現像剤のストレスを低減させることができ、これにより、画像汚れやトナー飛散防止、現像装置のトルク低減、現像剤の超寿命化といった複数の効果を得ることが可能となる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複する部分の説明は、適宜に簡略ないし省略する。
図1〜図5を用いて、本発明の現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を、実施の形態により、詳細に説明する。
まず、図1及び図2により、画像形成装置の全体構成およびその動作について説明する。
図1は画像形成装置として、複写機を例示した場合の構成図であり、図2はその作像部を示す拡大図である。
図1に示すように、中間転写ユニットの中間転写ベルト8に対向するように、各色(イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(KまたはBK))に対応した作像部6Y、6M、6C、6BKが並設されている。なお、装置本体100に設置される4つの作像部6Y、6M、6C、6BKは、作像プロセスによって用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造である。なお、図2では、図1において、感光体ドラム1、1次転写バイアスローラ9のそれぞれに付した符号のアルファベット(Y、M、C、KまたはBK)を省略して図示する(図2で、作像部6の符号は図示していない)。
作像部6(色の種別は省略)は、図2に示す、像担持体としての感光体ドラム1と、感光体ドラム1の周囲に配設された帯電部4、現像部5(現像装置)、クリーニング部2、等で構成されている。感光体ドラム1上で、作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程)がおこなわれ、感光体ドラム1上に所望のトナー像が形成される。
作像部6を構成する感光体ドラム1、帯電部4、現像部5、クリーニング部2は、それぞれ、画像形成装置本体100に対して着脱自在に設置できるように構成されている。そして、それぞれが、寿命に達したときに、新品のものに交換することができる。
なお、本実施の形態では、作像部6を構成する、感光体ドラム1、帯電部4、現像部5Y、クリーニング部2を、それぞれ、単独のユニットとしたが、これらのうちの2以上を一体化して、装置本体100に着脱自在に設置されるプロセスカートリッジとすることもできる。その場合、作像部6のメンテナンスを行う際の作業性が向上する。
感光体ドラム1は、不図示の駆動部によって図2に示す時計方向に回転駆動される。そして、帯電部4によって、感光体ドラム1の帯電部との接触(または近接した)表面が一様に帯電される(帯電工程)。
その後、帯電部4によって帯電された感光体ドラム1の表面は、露光部(図示せず)から発せられたレーザ光Lの照射により、この照射位置での露光走査によって静電潜像が形成される(露光工程)。
その後、静電潜像が形成された感光体ドラム1の表面は、現像装置としての現像部5との対向する位置に達し、この位置で静電潜像が現像されて、所望のトナー像が形成される(現像工程)。
その後、所望のトナー像が形成された感光体ドラム1の表面は、中間転写ベルト8及び第1転写バイアスローラ9との対向位置に達し、この位置で感光体ドラム1上の上記トナー像が中間転写ベルト8上に転写される(1次転写工程)。このとき、感光体ドラム1上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
その後、僅かながら未転写トナーが残存した感光体ドラム1の表面は、クリーニング部2との対向位置に達し、この位置で感光体ドラム1上に残存した前記した未転写トナーがクリーニングブレード2aによって回収される(クリーニング工程)。
このようにして、感光体ドラム1上で行われる一連の作像プロセスが終了する。このような一連の作像プロセスが、以降、任意の回数、繰り返されることになる。
なお、上述した作像プロセスは、4つの作像部6Y、6M、6C、6BKで、それぞれ行われてフルカラー画像の記録が形成される。すなわち、作像部の下方に配設された露光部から、画像情報に基づいたレーザ光Lが、各作像部6Y、6M、6C、6BKの感光体ドラム上に向けて照射され、その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト8上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト8上にカラー画像が形成される。
図1に示す4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9BKは、それぞれ、中間転写ベルト8を感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kとの間に挟み込んで1次転写ニップを形成している。そして、1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9BKに、トナーの極性とは逆極性の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト8は、図2に示す矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9BKの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム1Y、1M、1C、1K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト8上に重ねられて1次転写される。
その後、各色のトナー像が重ねられて転写された中間転写ベルト8は、2次転写ローラ19との対向位置に達する。そして、中間転写ベルト8上に形成されたこのカラートナー像は、図1に示すこの2次転写ニップの位置に搬送された転写紙等の被転写材P上に転写される。
以上のようにして、中間転写ベルト8上で行われる、一連の転写プロセスが終了する。
ここで、図1に示す装置本体100下方に配設された給紙部26には転写紙等の被転写材Pが複数枚重ねて収納されており、ここから被転写材Pが2次転写ニップに向けて搬送され、2次転写ニップにおいて被転写材P上に、所望のカラー画像が転写される。
その後、図1に示すように、2次転写ニップの位置でカラー画像が転写された被転写材Pは、定着部20の位置に搬送され、そして、この位置で定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が被転写材P上に定着される。
その後、被転写材Pは、排紙ローラ対29のローラ間を通過後、装置外へと排出される。この排紙ローラ対29によって装置本体100外に排出された被転写Pは、出力画像媒体(定着画像体)として、スタック部30上に順次スタックされる。
以上のようにして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、図2〜図5を用いて、作像部における現像装置の構成・動作について、説明する。
図2に示すように、現像部5(現像装置)は、感光体ドラム1に対向する現像剤担持体としての現像ローラ51、現像ローラ51の下方に設置された現像剤規制部材としてのドクターブレード52、現像剤収容部53、54内に配設された2つの搬送スクリュ55、56、現像剤G中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ57(図3参照)、現像ローラ51の上方を覆うケース50、装置外に通ずるようにケース50に設けられた開口部50a、開口部50aに設けられたフィルタ61、現像ローラ51の側方を覆うようにケース50に一体的に設けられた壁部58、等で構成される。現像剤収容部53、54内には、キャリアとトナーとからなる二成分現像剤Gが収容されている。
現像ローラ51は、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。図5を参照して説明すると、現像ローラ51のマグネットには、P1極〜P5極の5つの磁極が形成されている。そして、5つの磁極が形成されたマグネットの周囲をスリーブが回転することで、その回転にともない現像剤Gが現像ローラ51上(スリーブ上)を移動することになる。なお、図5の現像ローラ51に付した放射状の線分は、P1極〜P5極のそれぞれの磁力がピークになる位置を示すものである。
詳しくは、現像ローラ51のP4極からP5極に至る領域では、双方の磁極が磁性体としてのキャリアに作用して、現像剤収容部53に収容された現像剤Gが現像ローラ51上に担持される。現像ローラ51上に担持された現像剤Gは、その一部がドクターブレード52の位置で掻き取られて、現像剤収容部53に戻される。一方、ドクターブレード52との間隙を通過して現像ローラ51上に担持された現像剤Gは、P1極の位置で穂立ちして、現像剤G中のトナーが感光体ドラム1上の潜像に付着する。P1極を通過してP2極に至る領域では、後述するように、現像工程後の現像剤Gを担持する現像ローラ51とケース50との間から気体(空気)が流入される。さらに、P3極からP4極に至る領域では、同極性である双方の磁極により形成される反発磁界がキャリアに作用して、現像ローラ51上に担持されていた現像工程後の現像剤Gが現像ローラ51から脱離される。脱離後の現像剤Gは、再び現像剤収容部53に戻されて、現像剤収容部53、54内を循環する。このような一連の現像剤Gの流れが繰り返される。
ここで、現像ローラ51は、感光体ドラム1に対向する位置に設けられた現像部5の開口に、その一部が露呈するように設置されている。そして、現像ローラ51の上方には、現像ローラ51を覆うように樹脂材料等からなるケース50が設置されている。さらに、現像ローラ51の下方(現像ローラ51の回転中心を原点とした座標の水平軸よりも下側)には、ドクターブレード52が設置されている。
また、2つの現像剤収容部53、54は、その長手方向(図2の紙面垂直方向)の両端部を除く領域が仕切り部材によって隔絶されている。
現像剤収容部53、54に設置された搬送スクリュ55、56は、現像剤Gをそれぞれ相反する方向に搬送する。これにより、現像剤収容部53、54に収容された現像剤Gは、双方の現像剤収容部55、56の間を長手方向に循環することになる。
なお、一方の現像剤収容部54の上方には、図6に示すトナー補給口44が接続されている。図4にトナー補給口部44の斜視図を示す。これにより、現像剤収容部54内にトナー搬送装置からフレッシュトナーが図1に示すトナーボトル63(63(Y),63(M),63(C),63(K))から適宜に補給される。
このように構成された現像部5は、次のように動作する。
現像ローラ51のスリーブは、図2の矢印方向に回転している。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ51上に担持された現像剤Gは、上述したように、スリーブの回転にともない現像ローラ51上を移動する。
ここで、現像部5内の現像剤Gは、現像剤G中のトナーの割合(トナー濃度)が所定の範囲内になるように調整される。詳しくは、現像部5内のトナー消費に応じて、トナー搬送装置からトナー補給口44を介して現像剤収容部54内に、トナーが補給される。
現像剤収容部54内に補給されたトナーは、第2搬送スクリュ56及び第1搬送スクリュ55によって現像剤Gとともに混合・撹拌されながら、2つの現像剤収容部53、54を循環する(図2の紙面垂直方向に移動)。
キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着した現像剤G中のトナーは、現像ローラ51の磁力によりキャリアとともに現像ローラ51上に担持される。
現像ローラ51上に担持された現像剤Gは、図2中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード52の位置に達する。そして、現像ローラ51上の現像剤Gは、このドクターブレード52の設定位置で適量に規制された後に、感光体ドラム1と対向した位置(現像領域)まで搬送される。
現像領域において帯電後に画像が露光手段により形成された感光体上の残留電界によって感光体ドラム1上に潜像としてトナーが吸着して画像が形成され(現像され)、現像ローラ51上に残った現像剤Gはスリーブの回転にともない、ケース50との対向面、壁部58との対向面を順次通過する。さらに、現像ローラ51上の現像剤Gは現像剤収容部53の上方に達して、この位置で現像ローラ51から離脱される。
ここで、現像剤収容部(現像容器)53、54の外壁はそのほとんどが絶縁体の樹脂である。本発明では、図6に示すように、導電性部材は、現像装置内の2本のスクリュの両端部近傍を含む内側表面に導電性樹脂を用いることが好ましい。この導電性樹脂の一部は電極端子として容器外部に露出しており、本体側に取り付けられた電極が容器に接触することによって、この導電性樹脂全体に負の電圧がかかるように設定されている。
現像剤中のトナーはキャリアとの摩擦帯電により負極に帯電しているので、現像容器が負の電荷を帯びることにより、トナーは負の電位に印加された現像容器とは反発しあうため、現像容器へ付着することなく循環を繰り返すことができる。
逆に、正極に帯電しているキャリアは現像容器に付着しやすくなるが、現像容器表面にキャリアの幕ができることによって、トナーが付着しにくくなり、しかも搬送経路中でのトナーの帯電を促進するという効果が同時に生じることになる。
特に、本実施例では、補給口付近を、トナーがキャリアと混ざり合う前に現像容器に接触して付着しやすい箇所であることに着目し、ここに電荷を付与しておくこととし、上記した理由により、トナーの付着防止および帯電促進効果が同時に得られやすくなる。
また、現像容器の両端部(スクリュ両端部)においては、現像剤の流れが淀みやすい箇所であるため、時間的にみるとトナーが貯まりやすくなっており(すなわちトナー滞留時間が平均するとこの箇所が長い)、この箇所がこのような滞留状態で何らかの振動が与えられたり、使用環境が変化したりすると、現像剤の流れに変化が生じ、貯まったトナーが流れ出して、画像上に濃度ムラを生じる原因となることがある。そのため、端部においても電荷を付与してキャリアを積極的に集めることにより、トナーの固着防止に加え現像剤の淀み域を減少させることができ、その結果、上記したような不具合を効果的に防止することが可能になる。
図7は現像ローラを外した状態で、搬送部材だけで現像容器内を10秒間循環させた後の現像剤の帯電量と、現像ローラを取り付けた状態で撹拌させ、同じく10秒後にローラ上にくみ上げられた現像剤の帯電量を測定したものである。
現状とある従来のものでは、撹拌前と撹拌後の現状の部分について比較すると現像ローラにおいて帯電させないとトナーの帯電量はほとんど増加していない。つまり、従来のものでは、トナーは搬送中にはほとんど帯電されておらず(撹拌前の帯電量:15μC/g→撹拌後の帯電量:18μC/g)、現像ドクタを通過する際に急激に帯電している((撹拌後の帯電量−撹拌前の帯電量)×100/撹拌前の帯電量=(18−15)×100/15=20)。
一方、本実施例では搬送経路を循環させただけで現状にくらべて帯電量が増加した(撹拌前の帯電量:15μC/g→撹拌後の帯電量:26μC/gであるので、((撹拌後の帯電量−撹拌前の帯電量)×100/撹拌前の帯電量=(26−15)×100/15≒73.3)と従来よりも50%以上、大きく向上した)。
搬送中で帯電しやすいということは、弱帯電トナーの浮遊が無くなるのでトナー飛散防止にも効果がある。さらに、搬送中に帯電させた分だけドクタ部での帯電を弱く設定することができるので、現像ローラ上に汲みあがる現像剤の帯電に寄与するP5極の磁力を弱めることができ、これによってドクタ付近での現像剤に与えるストレスを低下させるとともに、現像ローラにかかるトルクの低減が可能となる。また、現像剤のストレスが低下することにより、現像剤の延命効果も図ることができる。すなわち本発明では、ローラ上で比較しても、帯電量が従来のものが37μC/gであるのに対し、49μC/g程度となった。
本実施の形態では、導電性部材として、導電性樹脂を用いている。樹脂で成型することにより量産性が高く、コストも安価となり、また導電性部材として銅やアルミニウム等の金属を用いることもできる。
導電性の高い金属を用いることにより、少ない電力でケースの端部まで電荷を届けやすくなり効果的である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
本発明の現像装置を使用する画像形成装置の構成を示す断面図である。 本発明に係る画像形成装置の作像部の拡大断面図である。 本発明の現像装置の搬送スクリュを有する現像剤収容部の斜視図である。 本発明の現像装置の現像剤収容部のトナー補給口部の斜視図である。 本発明の現像装置の現像ローラのマグネット部の断面図である。 本発明の現像装置の現像剤収容部全体を示す斜視図である。 本発明の現像装置使用による現像剤の帯電量を従来装置の場合と比較した測定結果を示す説明図である。
符号の説明
1、1Y(イエロー)、1M(マゼンタ)、1C(シアン)、1K(黒) 感光体ドラム
2 クリーニング部
4 帯電部
5 現像部(現像装置)
6、6Y、6M、6C、6BK 作像部
8 中間転写ベルト
9、9Y、9M、9C、9BK 1次転写バイアスローラ
19 2次転写ローラ
20 定着部
26 給紙部
29 排紙ローラ対
30 スタック部
44 トナー補給口
50 ケース
50a 開口部
51 現像ローラ
52 ドクターブレード
53、54 現像剤収容部
55、56 搬送スクリュ
57 トナー濃度センサ
58 壁部
61 フィルタ
63、63Y、63C、63M、63BK トナーボトル
100 装置本体
G 現像剤
L レーザ光
P 被転写材

Claims (9)

  1. トナーとキャリアとからなる二成分系現像剤と、該二成分系現像剤を収容する現像容器とを有する現像装置であって、
    前記現像容器の外側の部材は絶縁部材からなり、
    前記現像容器の内側の部材の少なくとも一部は、前記トナーと同極性の電荷を帯電させる部材からなることを特徴とする現像装置。
  2. 前記現像容器の内側の部材の少なくとも一部は、導電性部材からなることを特徴とする請求項1記載の現像装置。
  3. 前記導電性部材は、導電性樹脂か、または、金属の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項2記載の現像装置。
  4. 前記導電性部材は、少なくとも前記現像容器にトナーが存在する前記内側部材の表面を含んで設けられることを特徴とする請求項2または3記載の現像装置。
  5. 前記導電性部材は、少なくとも前記現像容器の現像剤供給口近傍を含むことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の現像装置。
  6. 前記導電性部材は、前記現像装置内の2本のスクリュの両端部近傍を含むことを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の現像装置。
  7. 前記導電性部材にバイアスを印加することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の現像装置。
  8. 少なくとも請求項1から7のいずれか1項に記載の現像装置を有し、
    感光体と、帯電装置と、クリ−ニング装置とから選択される少なくとも一つを一体に支持した画像形成装置本体に着脱自在のカ−トリッジであることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。
  9. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010271618A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Konica Minolta Business Technologies Inc トナー製品および画像形成方法

Cited By (1)

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JP2010271618A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Konica Minolta Business Technologies Inc トナー製品および画像形成方法

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