JP2018185451A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】キャリア現像の発生を抑制することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、磁性キャリアCおよびトナーTを含む二成分現像剤からなる磁気ブラシBを用いて感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像ローラー33を含む現像装置と、磁気ブラシBが感光体ドラムに接している部分の現像ローラー回転方向の最下流位置Qに向けて除電光を照射する除電装置と、を備える。
【選択図】図4
【解決手段】画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を帯電させる帯電装置と、磁性キャリアCおよびトナーTを含む二成分現像剤からなる磁気ブラシBを用いて感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像ローラー33を含む現像装置と、磁気ブラシBが感光体ドラムに接している部分の現像ローラー回転方向の最下流位置Qに向けて除電光を照射する除電装置と、を備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、画像形成装置に関し、特に、二成分現像剤からなる磁気ブラシを用いて像担持体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像剤担持体を含む現像装置を備えた画像形成装置に関する。
従来から、像担持体である感光体上の静電潜像を現像する現像装置として、一成分現像方式及び二成分現像方式が知られている。二成分現像方式は、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を用いることで、帯電量が長期にわたって安定し長寿命化に適している。例えば、二成分現像方式の現像装置は、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容し、現像剤を撹拌部材から現像ローラー(現像剤担持体)に供給している。現像ローラーはその内部に磁石を備え、磁石によって現像ローラーの表面に現像剤を磁気ブラシとして担持する。トナーは、磁性キャリアに付着しており、感光体と現像ローラーとの間の電界により磁性キャリアから離れて感光体に移動する。これにより、感光体上の静電潜像がトナー像として顕像化される。
このような画像形成装置では、感光体およびトナーは同じ極性に帯電しており、磁性キャリアは逆極性に帯電しているため、磁性キャリアは感光体に静電気的に引き付けられる方向に力を受けるが、通常は現像ローラーの磁力の方が大きいため、磁性キャリアは現像ローラーから離れることなく現像装置内を循環する。
なお、感光体と、感光体の表面を帯電させる帯電装置と、二成分現像剤からなる磁気ブラシを用いて感光体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像剤担持体を含む現像装置と、を備えた画像形成装置は、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1の画像形成装置は、感光体に担持されたトナー像が転写される搬送ベルト(転写ベルト)と、搬送ベルトを介して感光体に対向配置される転写ローラーと、感光体の表面に除電光を照射する除電装置と、をさらに備える。除電装置は、感光体と転写ローラーとの転写ニップ部よりも感光体回転方向上流側の感光体表面に向けて除電光を照射する。これにより、転写性を向上させたり、転写メモリーによるゴースト画像を抑制したりすることが可能である。
しかしながら、上記従来の画像形成装置では、感光体の表面電位は環境変化等によってある範囲でばらつき常に変化する。そして、感光体の表面電位が高く変化すると、磁性キャリアは感光体の表面に移動しやすくなる。磁性キャリアが感光体に移動することをキャリア現像(又は、キャリア引き、キャリア飛び)という。キャリア現像が発生すると、現像装置内のキャリア量の減少、白点画像、用紙のざらつき、感光体表面の凹み、及び感光体表面を清掃するクリーニングブレードの欠損等が生じる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、キャリア現像の発生を抑制することが可能な画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の第1の構成の画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、磁性キャリアおよびトナーを含む二成分現像剤からなる磁気ブラシを用いて像担持体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像剤担持体を含む現像装置と、磁気ブラシが像担持体に接している部分の現像剤担持体回転方向の最下流位置に向けて除電光を照射する除電装置と、を備える。
本発明の第1の構成の画像形成装置によれば、磁気ブラシが像担持体に接している部分の現像剤担持体回転方向の最下流位置に向けて除電光を照射する除電装置を備える。これにより、像担持体の表面電位が変化して磁性キャリアが像担持体の表面に移動しやすくなった場合であっても、磁気ブラシが像担持体に接している部分の現像剤担持体回転方向の最下流位置を除電装置により除電することによって、キャリア現像の発生を抑制することができる。その結果、現像装置内のキャリア量の減少、白点画像、記録媒体のざらつき、像担持体の表面の凹み、及び像担持体の表面を清掃するクリーニング部材の欠損等が生じるのを抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態の画像形成装置の構造を示した概略断面図である。画像形成装置100(ここではカラープリンター)本体内には4つの画像形成部Pa、Pb、Pc及びPdが、搬送方向上流側(図1では右側)から順に配設されている。これらの画像形成部Pa〜Pdは、異なる4色(シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック)の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
これらの画像形成部Pa〜Pdには、各色の可視像(トナー像)を担持する感光体ドラム(像担持体)1a、1b、1c及び1dが配設されており、さらに図1において時計回りに回転する中間転写ベルト(転写ベルト)8が各画像形成部Pa〜Pdに隣接して設けられている。
パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置2a〜2dによって感光体ドラム1a〜1dの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置5によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム1a〜1d上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置3a〜3dには、トナーコンテナ4a〜4dによりそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナー(正帯電トナー)を含む二成分現像剤(以下、単に現像剤ともいう)が所定量充填されており、現像装置3a〜3dによって感光体ドラム1a〜1d上に現像剤中のトナーが供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置5からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
そして、一次転写ローラー6a〜6dにより一次転写ローラー6a〜6dと感光体ドラム1a〜1dとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム1a〜1d上のシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト8上に一次転写される。一次転写後に感光体ドラム1a〜1dの表面に残留したトナー等はクリーニング部7a〜7dにより除去される。
トナー像が転写される転写紙(記録媒体)Pは、画像形成装置100内の下部に配置された用紙カセット16内に収容されており、給紙ローラー12aおよびレジストローラー対12bを介して所定のタイミングで中間転写ベルト8に隣接して設けられた二次転写ローラー9と中間転写ベルト8とのニップ部(二次転写ニップ部)へ搬送される。トナー像が二次転写された転写紙Pは定着部13へと搬送される。
定着部13に搬送された転写紙Pは、定着ローラー対13aにより加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Pの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Pは、そのまま(或いは分岐部14によって反転搬送路18に振り分けられ、両面に画像が形成された後)排出ローラー対15によって排出トレイ17に排出される。
次に、図2を参照して、画像形成部Pd周辺の詳細構造について説明する。なお、図2は図1の背面側から見た状態を示しており、画像形成部Pdの各部材の配置は図1と左右が逆になっている。また、以下の説明では図1の画像形成部Pdを例示するが、画像形成部Pa〜Pcの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。
感光体ドラム1dの周囲には、ドラム回転方向(図2の時計回り方向)に沿って帯電装置2d、現像装置3d、及びクリーニング装置5dが配設され、現像装置3dとクリーニング装置5dとの間には中間転写ベルト8を挟んで一次転写ローラー6dが配置されている。
帯電装置2dは、感光体ドラム1dに接触してドラム表面を一様に帯電させる帯電ローラー27と、帯電ローラー27をクリーニングするための帯電クリーニングブラシ29とを有している。なお、帯電クリーニングブラシ29に代えて帯電クリーニングローラーを用いても良い。帯電ローラー27には帯電バイアス電源42(図3参照)により所定の直流バイアス及び交流バイアスが印加される。そして、感光体ドラム1dの表面は、帯電装置2dによって、後述する現像ローラー33の表面電位よりも高く、かつ、現像ローラー33の表面電位と感光体ドラム1dの表面電位との電位差が150V以下(例えば100V)になるように帯電される。
現像装置3dは、2本の攪拌搬送スクリュー30と、現像ローラー(現像剤担持体)33と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を収容する樹脂製の現像容器36と、を有する。
現像ローラー33は、図3において反時計回り方向に回転する円筒状の非磁性の現像スリーブ33aと、現像スリーブ33aに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体33bとで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体33bの磁極は、N極から成る規制極(図示せず)、S極から成る搬送極(図示せず)、N極から成る主極34、及びN極から成る剥離極(図示せず)等によって構成されている。
現像ローラー33には、現像バイアス電源44により直流電圧(以下、Vslv(DC)ともいう)及び交流電圧(以下、Vslv(AC)ともいう)が印加される。
攪拌搬送スクリュー30(図2参照)によって、現像剤が攪拌されつつ現像ローラー33に搬送される。そして、図4に示すように、現像ローラー33上に磁性キャリアCおよびトナーTからなる磁気ブラシBが形成される。現像ローラー33上の磁気ブラシBは、現像ローラー33の回転によって現像ローラー33と感光体ドラム1dとの対向部分に搬送される。現像ローラー33にはVslv(DC)及びVslv(AC)が印加されているため、感光体ドラム1dとの間の電位差によって現像ローラー33から感光体ドラム1dにトナーTが飛翔し、感光体ドラム1d上の静電潜像(露光部)が現像される。
図2に示すように、クリーニング装置5dは、クリーニングブレード(クリーニング部材)37、及び回収スクリュー39を有している。クリーニングブレード37は、感光体ドラム1dに当接した状態で固定されており、感光体ドラム1d表面を清掃する。クリーニングブレード37によって感光体ドラム1d表面から除去された残留トナーは、回収スクリュー39の回転に伴ってクリーニング装置5dの外部に排出される。
一次転写ローラー6dには、転写バイアス電源46(図3参照)によりトナーTと逆極性の所定の電圧が印加される。
中間転写ベルト8は、弾性層を有しない樹脂ベルトによって形成されている。中間転写ベルト8の材質としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、アクリル、ナイロン等が挙げられる。
ここで、現像装置3dの上方には、感光体ドラム1dの表面に除電光を照射するLEDからなる除電装置50が配置されている。なお、除電装置50は、各感光体ドラム1a〜1dに対して1つずつ設けられている。
除電装置50は図4および図5に示すように、現像ローラー33の磁気ブラシBが感光体ドラム1dに接している部分の現像ローラー回転方向(図4の反時計回り方向)の最下流位置Qに向けて除電光を照射するように配置されている。
具体的には、除電装置50は、現像ローラー33と感光体ドラム1dとの最近接位置における感光体ドラム1dの接線である第1接線L1上、又は第1接線L1よりも現像装置3d側(図5の左側)に配置されている。本実施形態では、除電装置50は、第1接線L1よりも現像装置3d側に配置されている。より詳しくは、除電装置50の光出射面の中心O50(光出射面と光軸との交点)は、第1接線L1上、又は第1接線L1よりも現像装置3d側に配置されており、本実施形態では第1接線L1よりも現像装置3d側に配置されている。
また、除電装置50は、最下流位置Qを通過する現像ローラー33の接線である第2接線L2よりも感光体ドラム1d側(図5の右側)に配置されている。より詳しくは、除電装置50の光出射面の中心O50は、第2接線L2よりも感光体ドラム1d側に配置されている。なお、中心O50と最下流位置Qとの間には、除電光を遮る障害物は配置されていない。
また、除電装置50は図6に示すように、除電装置50の指向特性の半値角領域R(除電装置50の光出射面の中心O50から光軸方向に対して半値角だけ広がる略円錐状の領域)(図6のハッチング領域)内に最下流位置Qが位置するように設けられている。
除電装置50の除電光によって、感光体ドラム1dの表面の非露光部は、現像ローラー33の表面電位以下で、150V以上に除電される。
なお、図2に示すように、画像形成部Pdの除電装置50は、例えば隣接する画像形成部Pcのクリーニング装置5cに固定されている。
本実施形態では、上記のように、磁気ブラシBが感光体ドラム1a〜1dに接している部分の現像ローラー回転方向の最下流位置Qに向けて除電光を照射する除電装置50を設ける。これにより、感光体ドラム1a〜1dの表面電位が高く変化して磁性キャリアCが感光体ドラム1a〜1dの表面に移動しやすくなった場合であっても、最下流位置Qを除電装置50により除電することによって、キャリア現像の発生を抑制することができる。その結果、現像装置3a〜3d内のキャリア量の減少、白点画像、転写紙Pのざらつき、感光体ドラム1a〜1dの表面の凹み、及びクリーニングブレード37の欠損等が生じるのを抑制することができる。
また、上記のように、除電装置50は、現像ローラー33と感光体ドラム1a〜1dとの最近接位置における感光体ドラム1a〜1dの接線である第1接線L1上、又は第1接線L1よりも現像装置3a〜3d側に配置されている。これにより、除電装置50が第1接線L1よりも感光体ドラム1a〜1d側に配置されている場合に比べて、多くの除電光を最下流位置Qに照射することができる。
また、上記のように、除電装置50は、最下流位置Qを通過する現像ローラー33の接線である第2接線L2よりも感光体ドラム1a〜1d側に配置されている。これにより、除電装置50が第2接線L2よりも現像ローラー33側に配置されている場合に比べて、多くの除電光を最下流位置Qに確実に照射することができる。
また、上記のように、除電装置50は、除電装置50の指向特性の半値角領域R内に最下流位置Qが位置するように設けられている。これにより、除電装置50により最下流位置Qを効果的に除電することができる。
また、上記のように、感光体ドラム1a〜1dの表面は、除電装置50の除電光によって現像ローラー33の表面電位以下に除電される。これにより、感光体ドラム1a〜1dの表面(最下流位置Q)を十分に除電することができるので、キャリア現像の発生を十分に抑制することができる。
また、上記のように、感光体ドラム1a〜1dの表面は、除電装置50の除電光によって150V以上に除電される。これにより、感光体ドラム1a〜1dの表面電位が低くなりすぎるのを抑制することができるので、一次転写時にトナー像が乱れるトナー散り(トナー飛び、トナー飛び散りともいう)が発生するのを抑制することができる。
また、上記のように、感光体ドラム1a〜1dの表面は、帯電装置2a〜2dによって感光体ドラム1a〜1dの表面電位と現像ローラー33の表面電位との電位差が150V以下になるように帯電される。これにより、キャリア現像の発生をより確実に抑制することができる。
また、上記のように、中間転写ベルト8が弾性層を有しない樹脂ベルトによって形成されている場合、キャリア現像が発生すると感光体ドラム1a〜1dの表面の凹みや白点画像がより顕著に発生する。このため、中間転写ベルト8が弾性層を有しない樹脂ベルトによって形成されている場合に本発明を適用することは、特に効果的である。
次に、上記した本実施形態の効果を確認するために行った確認実験について説明する。この確認実験は、上記実施形態と異なり除電装置50を設けない比較例と、上記実施形態に対応し除電装置50を設けた実施例と、について行った。
実験機としては、カラープリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製ECOSYS M5526cdwの改造機を用いた。感光体ドラム1a〜1dとしては、直径24mmの正帯電単層型OPC(Organic Photoconductor)ドラムを用いた。現像剤としては、正帯電トナーおよび平均粒子径35μmのフェライトキャリアを用いた。
そして、感光体ドラム1a〜1dの表面電位(以下、Voともいう)からVslv(DC)を減じた値(電位差)が100V、130V、150V、及び200Vとなるように、帯電装置2a〜2dによって感光体ドラム1a〜1dの表面電位およびVslv(DC)を調整した。具体的には、Voを400VとしVslv(DC)を300Vとすることにより電位差を100Vにし、Voを400VとしVslv(DC)を270Vとすることにより電位差を130Vにした。Voを500VとしVslv(DC)を350Vとすることにより電位差を150Vにし、Voを600VとしVslv(DC)を400Vとすることにより電位差を200Vにした。また、各電位差(100V、130V、150V、200V)において、現像装置3a〜3dの主極34の位置(角度位置)を、感光体ドラム1a〜1dに最近接する位置から、現像ローラー回転方向下流側に5度まで、現像ローラー回転方向上流側に9度まで、変化させた。なお、周囲環境は、23℃、50%RHであった。
実施例では、除電装置50として、中心波長660nmのLED光源を用いた。除電装置50の感光体ドラム1a〜1dの表面における光量が0.1〜0.8μJ/cm2になるように出力調整して、感光体ドラム1a〜1dの表面の非露光部の表面電位を約200V(150V以上250V以下)にした。
比較例および実施例のその他の構造および条件は、上記実施形態と同様にした。
そして、比較例および実施例について、ベタ画像を印字し、単位面積当たりのキャリア現像の発生個数を目視で確認した。なお、キャリア現像が発生した部分は画像に白点として現れるため、白点の個数を面積で除して算出した。その結果をそれぞれ図7および図8に示す。
図7(比較例)を参照して、主極34の位置(磁気ブラシBが最も立つ位置)を現像ローラー回転方向下流側に配置するほど、すなわち現像ローラー33と感光体ドラム1a〜1dとの最近接位置(現像ニップともいう)の下流側で磁気ブラシBが感光体ドラム1a〜1dに強く当たるように調整するほど、キャリア現像が発生しやすくなることが判明した。このことから、キャリア現像は主に現像ニップの出口付近(下流側)で発生すると言える。
また、キャリア現像は、感光体ドラム1a〜1dの表面電位Voと現像バイアスの直流電圧Vslv(DC)との差(電位差)が大きくなるほど発生し、電位差Vo−Vslv(DC)が150V以上になると急激に発生数が増加することが判明した。
その一方、実施例では図8に示すように、キャリア現像の発生を大幅に低減できることが判明した。これは、キャリア現像が発生しやすい最下流位置Qに除電光を照射して最下流位置Qの電位を低下させることによって、磁性キャリアCが感光体ドラム1a〜1dに移動するのを抑制することができたためであると考えられる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、図1に示したようなタンデム型のカラー画像形成装置に本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。言うまでもなく、モノクロ複写機、モノクロプリンター、デジタル複合機、ファクシミリ等の、二成分現像剤からなる磁気ブラシを用いて像担持体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像剤担持体を含む現像装置を有する種々の画像形成装置に本発明を適用できる。
また、上記実施形態では、除電装置50を、隣接する画像形成部のクリーニング装置に固定する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば図9に示した本発明の変形例の画像形成装置のように、除電装置50aを現像装置3a〜3dの現像容器36に固定してもよいし、除電装置50bを画像形成装置100本体に固定してもよい。
また、感光体ドラム1a〜1dは環境変化等によって50〜60V程度ばらつく(変化する)。このため、感光体ドラム1a〜1dの表面電位VoからVslv(DC)を減じた値(電位差)が70V(=130V−60V)以下になるように、除電装置50によって感光体ドラム1a〜1dの表面を除電することが好ましく、上記実施形態のように現像ローラー33の表面電位以下になるように、除電装置50によって感光体ドラム1a〜1dの表面を除電することがより好ましい。
1a〜1d 感光体ドラム(像担持体)
2a〜2d 帯電装置
3a〜3d 現像装置
8 中間転写ベルト(転写ベルト)
33 現像ローラー(現像剤担持体)
50、50a、50b 除電装置
100 画像形成装置
B 磁気ブラシ
C 磁性キャリア
L1 第1接線
L2 第2接線
Q 最下流位置
R 半値角領域
T トナー
2a〜2d 帯電装置
3a〜3d 現像装置
8 中間転写ベルト(転写ベルト)
33 現像ローラー(現像剤担持体)
50、50a、50b 除電装置
100 画像形成装置
B 磁気ブラシ
C 磁性キャリア
L1 第1接線
L2 第2接線
Q 最下流位置
R 半値角領域
T トナー
Claims (8)
- 静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、
磁性キャリアおよびトナーを含む二成分現像剤からなる磁気ブラシを用いて前記像担持体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像剤担持体を含む現像装置と、
前記磁気ブラシが前記像担持体に接している部分の現像剤担持体回転方向の最下流位置に向けて除電光を照射する除電装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記除電装置は、前記現像剤担持体と前記像担持体との最近接位置における前記像担持体の接線である第1接線上、又は前記第1接線よりも前記現像装置側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記除電装置は、前記最下流位置を通過する前記現像剤担持体の接線である第2接線よりも前記像担持体側に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記除電装置は、前記除電装置の指向特性の半値角領域内に前記最下流位置が位置するように設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の表面は、前記除電装置の除電光によって前記現像剤担持体の表面電位以下に除電されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の表面は、前記除電装置の除電光によって150V以上に除電されることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の表面は、前記帯電装置によって前記像担持体の表面電位と前記現像剤担持体の表面電位との電位差が150V以下になるように帯電されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体に担持されたトナー像が転写される転写ベルトをさらに備え、
前記転写ベルトは、弾性層を有しない樹脂ベルトによって形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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