JP2011112761A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

現像装置及びそれを備えた画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】二つの回転スリーブが対向する対向箇所に強固な磁気ブラシを形成しつつ回転スリーブと非回転部の周面の接触を防止できる現像装置を提供する。
【解決手段】現像装置141は、二成分現像剤を搬送する第1の回転スリーブ15と、トナーを搬送する第2の回転スリーブ17と、磁極N1を含む複数の磁極が第1の回転スリーブ15の回転方向R1に沿って配置された第1の周面31を有しており、第1の回転スリーブ15が第1の周面31に沿って回転可能に配置されている第1の非回転部29と、対向箇所35において、磁極N1との間で反発磁界を形成する磁極N3及び磁極N1との間で互いに引きつけあう磁界を形成する磁極S4が、第2の回転スリーブ17の回転方向R2に沿って配置された第2の周面41を有しており、第2の回転スリーブ17が第2の周面41に沿って回転可能に配置されている第2の非回転部39と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は現像剤としてトナーとキャリアにより構成される二成分現像剤が用いられる現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。
磁気ローラと称される回転スリーブと現像ローラと称される回転スリーブが対向する対向箇所に強固な磁気ブラシを形成するために、現像ローラ側に磁極体を配置した現像装置が知られている。このような現像装置において、上記磁極体の端部に集中する磁力の影響を低減するために、磁極体の端部に磁性体を配置した技術がある(例えば特許文献1参照)。
特開2007−139920号公報(段落0036、段落0039〜段落0044)
回転スリーブ(磁気ローラ、現像ローラ)は柱状の非回転部の周面に沿って回転可能に配置されている。回転スリーブと非回転部の周面の間にはギャップが設けられている。通常、回転スリーブは非回転部の周面と接触しないで回転する。回転スリーブが非回転部の周面と接触した状態で回転すれば、振動、騒音等が発生すると共に回転スリーブ及び非回転部の周面に摩耗が生じる。
本発明は、二つの回転スリーブが対向する対向箇所に強固な磁気ブラシを形成しつつ回転スリーブと非回転部の周面の接触を防止できる現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の一の局面に係る現像装置は、二成分現像剤中のトナーを用いて静電潜像を現像する現像装置であって、二成分現像剤を担持しながら回転することにより二成分現像剤を搬送する第1の回転スリーブと、前記第1の回転スリーブと対向する対向箇所において前記第1の回転スリーブから二成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2の回転スリーブと、前記対向箇所に向いている第1の磁極を含む複数の磁極が前記第1の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第1の周面を有しており、前記複数の磁極の磁力を利用して前記第1の回転スリーブに二成分現像剤を担持させることができ、前記第1の回転スリーブが前記第1の周面に沿って回転可能に配置されている第1の非回転部と、前記対向箇所において、前記第1の磁極との間で反発磁界を形成する第2の磁極及び前記第1の磁極との間で互いに引きつけあう磁界を形成する第3の磁極が、前記第2の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第2の周面を有しており、前記第2の回転スリーブが前記第2の周面に沿って回転可能に配置されている第2の非回転部と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、二つの回転スリーブの対向箇所において、(1)第1の磁極との間で反発磁界を形成する第2の磁極、(2)第1の磁極との間で互いに引きつけあう磁界を形成する第3の磁極が、第2の回転スリーブ側に配置されている。したがって、(2)の磁界によって第1の磁極と第3の磁極の間に強固な磁気ブラシを形成することができる。一方、(2)の磁界によって第1の非回転部と第2の非回転部が互いに引きつけあう力が生じるが、(1)の反発磁界によって第1の非回転部と第2の非回転部が互いに反発しあう力が生じる。これにより、第1の回転スリーブと第1の周面が接触するのを防止することができ、かつ第2の回転スリーブと第2の周面が接触するのを防止することができる。
上記構成において、前記第1の磁極と前記第3の磁極の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度は、前記第1の磁極と前記第2の磁極の間に形成される反発磁界の磁束密度よりも高い、ようにすることができる。
この構成によれば、第1の磁極と第3の磁極の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度が高いので、第1の磁極と第3の磁極の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。
上記構成において、前記第2の非回転部は、前記第1の磁極と同じ極性である前記第2の磁極を有する永久磁石部材と、前記第1の磁極と異なる極性である前記第3の磁極を有する軟磁性体部材と、を備えるようにすることができる。
この構成では、第2及び第3の磁極を有する強磁性体をそれぞれ永久磁石、軟磁性体と具体化している。
上記構成において、前記第2の回転スリーブの回転方向において、前記軟磁性体部材の寸法は前記永久磁石部材の寸法よりも小さい、ようにすることができる。
この構成によれば、軟磁性体部材は第2の回転スリーブの回転方向においてその寸法(厚み)が小さいので、第3の磁極の磁力を大きくすることができる。よって、軟磁性体部材を小型化しつつ、第1の磁極と第3の磁極の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。
上記目的を達成する本発明の他の局面に係る画像形成装置は、上記構成を有する現像装置を搭載している。
本発明によれば、二つの回転スリーブが対向する対向箇所に強固な磁気ブラシを形成しつつ回転スリーブと非回転部の周面の接触を防止できる。
本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の内部構造の概略を示す図である。 上記画像形成装置に備えられた一組の感光ドラムと現像装置の断面を示す図である。 本実施形態においてシミュレーションにより形成された磁束線であり、磁極N1(第1の磁極)、磁極N3(第2の磁極)及び磁極S4(第3の磁極)により形成される磁束線を示す図である。 図3の磁束線の磁束密度の分布を示す図である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置1の内部構造の概略を示す図である。画像形成装置1はタンデム型のカラープリンタである。画像形成装置1は用紙貯留部110、画像形成部130及び定着部160を備える。
用紙貯留部110は画像形成装置1の最下部に配置されており、用紙Pの束を貯留することができる用紙トレイ111を備える。用紙トレイ111は画像形成装置1に差し込んで装着される。用紙Pを補給するときは画像形成装置1から用紙トレイ111を引き出す。用紙トレイ111に貯留された用紙Pの束において、最上位の用紙Pがピックアップローラ113の駆動により、用紙搬送路115へ向けて繰り出される。用紙Pは用紙搬送路115を通って、画像形成部130へ搬送される。
画像形成部130は搬送されてきた用紙Pにトナー画像を形成する。画像形成部130はトナー画像を転写ベルト131に転写する順番に従ってタンデムに配置された、マゼンタ用ユニット133M、シアン用ユニット133C、イエロー用ユニット133Y、ブラック用ユニット133Kを備える。これらのユニットは同様の構成を有しており、マゼンタ用ユニット133Mを例にして説明する。
マゼンタ用ユニット133Mは感光ドラム135を備える。感光ドラム135の周りには帯電器137、露光装置139、現像装置141及びクリーナ143が配置されている。帯電器137は感光ドラム135の周面を一様に帯電させる。露光装置139はパソコン等から送信された画像データの中でマゼンタデータに対応する光を生成し、一様に帯電された感光ドラム135の周面に照射する。これにより、感光ドラム135の周面にはマゼンタデータに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光ドラム135の周面に現像装置141からマゼンタトナーを供給することにより、周面にはマゼンタデータに対応するトナー画像が形成される。
転写ベルト131は感光ドラム135と1次転写ローラ145により挟まれた状態で時計周りに動くことができる。マゼンタデータに対応するトナー画像は感光ドラム135から転写ベルト131に転写される。感光ドラム135の周面に残っているマゼンタトナーはクリーナ143によって除去される。以上がマゼンタ用ユニット133Mの説明である。
転写ベルト131にはマゼンタデータに対応するトナー画像が転写され、このトナー画像に重ねてシアンデータに対応するトナー画像が転写され、同様に、イエローデータに対応するトナー画像、ブラックデータに対応するトナー画像が重ねて転写される。これにより転写ベルト131にカラーのトナー画像が形成される。このカラーのトナー画像は2次転写ローラ149によって、先ほど説明した用紙貯留部110から搬送されてきた用紙Pに転写される。
カラーのトナー画像が転写された用紙Pは定着部160に送られる。定着部160は加熱ローラ161と加圧ローラ163を備える。これらのローラによってカラーのトナー画像が転写された用紙Pが挟まれる。これにより、カラーのトナー画像に熱と圧力が加えられて、カラーのトナー画像を用紙Pに定着させる。用紙Pは排紙部169に排紙される。
図2は一組の感光ドラム135と現像装置141の断面を示す図である。現像装置141等を構成する要素は厚みを省略して表現しているので、ハッチングは付されていない。現像装置141の一つの特徴は、磁気ローラと称される第1の回転スリーブ15と現像ローラと称される第2の回転スリーブ17が対向する対向箇所35において、磁極N1と磁極N3により反発磁界を形成し、かつ磁極N1と磁極S4によりこれらの磁極を互いに引きつけあう磁界を形成したことである。
現像装置141は攪拌スクリュー11,13、第1の回転スリーブ15、第2の回転スリーブ17及びこれらを収容する筐体19を備える。
攪拌スクリュー11,13は筐体19内の攪拌室21に配置されている。攪拌室21は仕切板23により二つの攪拌空間25,27に分けられている。攪拌空間25に攪拌スクリュー11、攪拌空間27に攪拌スクリュー13が配置されている。攪拌空間25,27には二成分現像剤が収容されている。攪拌スクリュー11,13が回転することにより二成分現像剤が攪拌される。これによりトナーとキャリアが摩擦帯電し、トナーとキャリアが静電気的に結合した状態となる。この状態の二成分現像剤のうち、攪拌空間27に収容されている二成分現像剤が磁力により第1の回転スリーブ15に汲み上げられる。
第1の回転スリーブ15は攪拌スクリュー13と対向して筐体19内に配置されている。第1の回転スリーブ15は第1の非回転部29に備えられる第1の周面31とギャップを有した状態で、第1の非回転部29に被さっている。第1の非回転部29は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト33が回転可能に配置されている。シャフト33に第1の回転スリーブ15が固定されている。第1の回転スリーブ15はシャフト33が回転することにより第1の周面31に沿って回転方向R1に回転する。
第1の周面31には、磁極N1、磁極S1、磁極S2、磁極N2、磁極S3が、第1の回転スリーブ15の回転方向R1に沿って配置されている。磁極N1〜N2は極性がN極であり、磁極S1〜S3は極性がS極である。磁極の数が5個の例で説明しているが、奇数であればよい。
磁極S2は攪拌スクリュー13と対向して配置されている。上述したトナーとキャリアが静電気的に結合した状態の二成分現像剤は、磁極S2の磁力によって攪拌空間27から汲み上げられて、回転方向R1に回転している第1の回転スリーブ15に吸い付けられる。
磁極S2に対して回転方向R1の下流側に順に磁極N2、磁極S3、磁極N1、磁極S1が配置されている。これらの磁極の磁力によって、二成分現像剤を磁気ブラシの状態で第1の回転スリーブ15に吸い付ける(担持する)ための磁界が形成される。第1の回転スリーブ15が磁気ブラシ状態の二成分現像剤を担持しながら回転方向R1に回転することにより、二成分現像剤は磁極N2、磁極S3の上を通過して磁極N1の上に搬送される。この途中でブレード37によって第1の回転スリーブ15に担持されている二成分現像剤の厚みが規制される。
磁極N1(第1の磁極)は第1の回転スリーブ15と第2の回転スリーブ17が対向する対向箇所35に向いて配置されている。磁極N1は対向箇所35に磁界を形成する機能を有する。
対向箇所35において、二成分現像剤中のトナーが回転方向R2に回転する第2の回転スリーブ17に供給される。詳細には、キャリアが第1の回転スリーブ15に吸い付けられた状態で電気力によりトナーだけが第2の回転スリーブ17に引き寄せられて、第2の回転スリーブ17に吸い付く。
第2の回転スリーブ17に供給されなかったトナーを含む二成分現像剤は、第1の回転スリーブ15に担持されて磁極S1上まで搬送される。磁極S1と磁極S2の磁極間上では磁界が形成されないので、二成分現像剤は第1の回転スリーブ15から剥離して、攪拌室21に導かれて再利用される。
第2の回転スリーブ17について説明する。第2の回転スリーブ17は筐体19内に第1の回転スリーブ15と対向して配置されている。第2の回転スリーブ17は第1の回転スリーブ15よりも上に位置している。
第2の回転スリーブ17は第2の非回転部39に備えられる第2の周面41とギャップを有した状態で、第2の非回転部39に被さっている。第2の非回転部39は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト43が回転可能に配置されている。シャフト43に第2の回転スリーブ17が固定されている。第2の回転スリーブ17はシャフト43が回転することにより第2の周面41に沿って回転方向R2に回転する。回転方向R2は第1の回転スリーブ15の回転方向R1と同じ向きであり、本実施形態では時計周りである。
第2の非回転部39は永久磁石部材45と軟磁性体部材47を備えている。永久磁石部材45と軟磁性体部材47は対向箇所35において、第2の回転スリーブ17の回転方向R2に隣り合わせに接触して配置されている。
対向箇所35において第2の周面41には、永久磁石部材45の磁極N3(第2の磁極)と軟磁性体部材47の磁極S4(第3の磁極)が、第2の回転スリーブ17の回転方向R2に沿って配置されている。磁極N3(第2の磁極)は磁極N1(第1の磁極)と同じ極性であり、永久磁石部材45のN極である。磁極S4(第3の磁極)は磁極N1(第1の磁極)と異なる極性であり、軟磁性体部材47に形成されたS極である。磁極S4は永久磁石部材45の磁力により形成されている。永久磁石部材45の材料は硬磁性体である。軟磁性体部材47の材料はステンレス、鉄等である。
本実施形態では磁極N3(第2の磁極)及び磁極S4(第3の磁極)を有する強磁性体をそれぞれ永久磁石、軟磁性体で具体化している。軟磁性体部材47の磁極S4は永久磁石部材45の磁力により形成しているが、別の永久磁石部材を設けて軟磁性体部材47に磁極S4を形成してもよい。また、磁極S4(第3の磁極)を軟磁性体部材47に形成しているが、軟磁性体部材47の替わりに永久磁石部材45とは別の永久磁石部材を設けて、この部材のS極を磁極S4(第3の磁極)にしてもよい。
軟磁性体部材47は永久磁石部材45に対して回転方向R2の下流側に配置しているが、上流側に配置することもできる。また、永久磁石部材45と軟磁性体部材47は回転方向R2に隣り合わせに接触して配置されているが、対向箇所35の範囲内において両者を離して配置することもできる。
第2の回転スリーブ17は筐体19に設けられたトナー供給口49に面している。現像装置141はトナー供給口49が感光ドラム135と面した状態で画像形成装置1に取り付けられる。
対向箇所35でトナーを吸い付けた第2の回転スリーブ17は、トナーを担持しながら回転方向R2に回転することによりトナー供給口49にトナーを搬送する。感光ドラム135は回転方向R1,R2と逆方向の回転方向R3に回転している。搬送されてきたトナーは感光ドラム135の周面に形成された静電潜像によって引き寄せられて感光ドラム135に移動する。これにより、感光ドラム135の周面の静電潜像が現像され、周面にトナー画像が形成される。感光ドラム135上にはこれと接触した転写ベルト131が配置されている。転写ベルト131は時計回りとなる方向Fに動いており、上記トナー画像は転写ベルト131に転写される。
本実施形態では第1の回転スリーブ15と第2の回転スリーブ17の対向箇所35において、第2の回転スリーブ17側に磁極N3(第2の磁極)及び磁極S4(第3の磁極)を配置している。磁極N3(第2の磁極)は磁極N1(第1の磁極)の間で反発磁界を形成している。これに対して、磁極S4(第3の磁極)は磁極N1(第1の磁極)との間で互いに引きつけあう磁界を形成している。これらの磁界が形成されていることを以下の条件でのシミュレーションにより確認した。
第1の回転スリーブ15側の磁極N1:90mT
第2の回転スリーブ17側の磁極N3:40mT
第1の回転スリーブ15の径:20mm
第2の回転スリーブ17の径:16mm
第1の回転スリーブ15と第2の回転スリーブ17のギャップ:0.3mm
第1の回転スリーブ15、第2の回転スリーブ17の回転方向:カウンター方向
ここで、ギャップとは対向箇所35において、第1の回転スリーブ15と第2の回転スリーブ17の最短距離を意味する。カウンター方向とは対向箇所35において、第1の回転スリーブ15と第2の回転スリーブ17が互いに逆方向に動いていることを意味する。
図3は本実施形態においてシミュレーションにより形成された磁束線であり、磁極N1(第1の磁極)、磁極N3(第2の磁極)及び磁極S4(第3の磁極)により形成される磁束線を示す図である。図4は図3の磁束線の磁束密度の分布を示す図である。
図3に示すように、磁極N1と磁極N3の間には反発磁界M1が形成されていた。これに対して、磁極N1と磁極S4の間には互いに引きつけあう磁界M2が形成されていた。
図4では、磁束密度が高い領域を領域RH、磁束密度が低い領域を領域RL、磁束密度が中位の領域を領域RMで示している。反発磁界M1が生じている箇所には領域RM及び領域RLがある。互いに引きあう磁界M2が形成されている箇所には領域RHがある。
以上説明したように本実施形態によれば、第1の回転スリーブ15と第2の回転スリーブ17の対向箇所35において、(1)磁極N1(第1の磁極)との間で反発磁界M1を形成する磁極N3(第2の磁極)、(2)磁極N1(第1の磁極)との間で互いに引きつけあう磁界M2を形成する磁極S4(第3の磁極)を、第2の回転スリーブ17側に配置している。
(2)の互いに引きつけあう磁界M2によって、磁極N1(第1の磁極)と磁極S4(第3の磁極)の間に強固な磁気ブラシを形成することができる。
一方、(2)の互いに引きつけあう磁界M2によって、第1の非回転部29と第2の非回転部39を互いに引きつけあう力が生じる。これはシャフト33,43をそれぞれ対向箇所35側に撓ませる力となる。この力が大きければ、第1の回転スリーブ15と第1の周面31が接触し、第2の回転スリーブ17と第2の周面41が接触してしまう。本実施形態では、(1)の反発磁界M1によって第1の非回転部29と第2の非回転部39が互いに反発しあう力が生じる。これはシャフト33,43をそれぞれ対向箇所35側と反対側に撓ませる力となる。よって、第1の回転スリーブ15と第1の周面31が接触するのを防止することができ、かつ第2の回転スリーブ17と第2の周面41が接触するのを防止することができる。
また、図4に示すように、(2)の互いに引きつけあう磁界M2の磁束密度は、(1)の反発磁界M1の磁束密度よりも高い。このように、磁極N1(第1の磁極)と磁極S4(第3の磁極)の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度が高いので、磁極N1(第1の磁極)と磁極S4(第3の磁極)の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。
また、本実施形態によれば、第2の回転スリーブ17の回転方向R2において、軟磁性体部材47の寸法(厚み)は永久磁石部材45の寸法(厚み)よりも小さくされている。軟磁性体部材47は回転方向R2においてその寸法(厚み)が小さいので、磁極S4(第3の磁極)の磁力を大きくすることができる。よって、軟磁性体部材47を小型化しつつ、磁極N1(第1の磁極)と磁極S4(第3の磁極)の間により強固な磁気ブラシを形成することができる。
なお、本実施形態では画像形成装置1としてプリンタを例に説明したが、コピー機、ファクシミリ機及びこれらの機能を有する複合機にも、本実施形態に係る現像装置141を適用することができる。
1 画像形成装置
11 攪拌スクリュー
13 攪拌スクリュー
15 第1の回転スリーブ
17 第2の回転スリーブ
19 筐体
21 攪拌室
23 仕切板
25 攪拌空間
27 攪拌空間
29 第1の非回転部
31 第1の周面
33 シャフト
35 第1の回転スリーブと第2の回転スリーブが対向する対向箇所
37 ブレード
39 第2の非回転部
41 第2の周面
43 シャフト
45 永久磁石部材
47 軟磁性体部材
49 トナー供給口
131 転写ベルト
135 感光ドラム
141 現像装置
R1 第1の回転スリーブの回転方向
R2 第2の回転スリーブの回転方向
R3 感光ドラムの回転方向
F 転写ベルトの動く方向
N1 N極の磁極(第1の磁極)
N2 N極の磁極
N3 N極の磁極(第2の磁極)
S1 S極の磁極
S2 S極の磁極
S3 S極の磁極
S4 S極の磁極(第3の磁極)
M1 反発磁界
M2 互いに引きつけあう磁界
RH 磁束密度が高い領域
RL 磁束密度が低い領域
RM 磁束密度が中位の領域

Claims (5)

  1. 二成分現像剤中のトナーを用いて静電潜像を現像する現像装置であって、
    二成分現像剤を担持しながら回転することにより二成分現像剤を搬送する第1の回転スリーブと、
    前記第1の回転スリーブと対向する対向箇所において前記第1の回転スリーブから二成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2の回転スリーブと、
    前記対向箇所に向いている第1の磁極を含む複数の磁極が前記第1の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第1の周面を有しており、前記複数の磁極の磁力を利用して前記第1の回転スリーブに二成分現像剤を担持させることができ、前記第1の回転スリーブが前記第1の周面に沿って回転可能に配置されている第1の非回転部と、
    前記対向箇所において、前記第1の磁極との間で反発磁界を形成する第2の磁極及び前記第1の磁極との間で互いに引きつけあう磁界を形成する第3の磁極が、前記第2の回転スリーブの回転方向に沿って配置された第2の周面を有しており、前記第2の回転スリーブが前記第2の周面に沿って回転可能に配置されている第2の非回転部と、を備えることを特徴とする現像装置。
  2. 前記第1の磁極と前記第3の磁極の間に形成される互いに引きつけあう磁界の磁束密度は、前記第1の磁極と前記第2の磁極の間に形成される反発磁界の磁束密度よりも高い、ことを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記第2の非回転部は、
    前記第1の磁極と同じ極性である前記第2の磁極を有する永久磁石部材と、
    前記第1の磁極と異なる極性である前記第3の磁極を有する軟磁性体部材と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  4. 前記第2の回転スリーブの回転方向において、前記軟磁性体部材の寸法は前記永久磁石部材の寸法よりも小さい、ことを特徴とする請求項3に記載の現像装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の現像装置が搭載された画像形成装置。
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