JP3148964B2 - 電子写真装置 - Google Patents

電子写真装置

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JP3148964B2
JP3148964B2 JP29435993A JP29435993A JP3148964B2 JP 3148964 B2 JP3148964 B2 JP 3148964B2 JP 29435993 A JP29435993 A JP 29435993A JP 29435993 A JP29435993 A JP 29435993A JP 3148964 B2 JP3148964 B2 JP 3148964B2
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  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
  • Exposure Or Original Feeding In Electrophotography (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子写真装置に係り、特
にa−Siドラムを用いたプリンタ、複写機、ファクシ
ミリ等の電子写真装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より感光体ドラム外周面上に、露
光、現像、転写、クリーニング(残留トナー除去)、除
電、及び帯電の各プロセス手段を配置し、所定の電子写
真プロセスにより画像形成を行なう、いわゆるカールソ
ンプロセスに基づく電子写真装置は周知である。
【0003】又近年円筒状の透光性支持体上に透光性導
電層と光導電体層を積層して感光体ドラムを形成すると
共に、該ドラム内に、画像情報に対応した光出力を生成
する露光手段(例えばLEDヘッド)を内挿し、所定の
帯電手段を用いて帯電させた感光体ドラム上に前記露光
手段の光出力を集束レンズを通して露光すると同時若し
くはその直後に前記感光体ドラムと対面配置させた現像
スリーブを介して前記潜像をトナー像化(現像)した
後、該トナー像を転写ローラその他の転写手段を介して
記録紙に転写可能に構成した電子写真装置(特開昭58
−153957号他)も公知である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この種の電子写真装置
において、例えば露光源に半導体レーザを用いるレーザ
プリンタにおいては半導体レーザよりの発振波長をコリ
メータレンズを介してポリゴンミラーによりビーム走査
した後、fθレンズを介して感光体ドラム上に結像させ
るように構成しているが、前記のレーザプリンタにおい
てはポリゴンミラーによりAー4サイズ付近まで拡幅化
された帯状光を精度よく結像させなければならず、この
為前記fθレンズにはAー4サイズに対応する長さの長
幅なレンズを必要とし、これを精度よく組み付けるのが
中々困難であり、組み立て、加工誤差及び熱膨脹等が生
じやすい。
【0005】この為前記誤差及び長幅なレンズに起因し
て感光体ドラム上に光収差や結像ずれが生じ、そして従
来用いられているopcドラムやa−Si系ドラムにお
いてはこれらの収差分の光量も拾ってしまうために、画
像コントラストや先鋭度を高めることも困難であった。
【0006】又前記レーザプリンタは小型化を図るため
に、その焦点距離の短縮化を図っているが、ポリゴンミ
ラーによりAー4サイズ付近まで拡幅化された帯状光を
精度よく結像させなければならず、この為前記fθレン
ズにはAー4サイズに対応する長さの長幅なレンズを必
要とし、而もその曲面をトーリック形状にする等種々の
工夫を必要とする。
【0007】しかしながらこのように長幅で且つ複雑な
形状のレンズを形成するには、プラスチックレンズが好
ましいが、プラスチックレンズのように屈折率の低いレ
ンズを用いると、その両端部における結像部が必ずしも
感光体ドラム母線と一致する直線状とならず、主走査方
向に等幅の高品質な画像を形成するのに設計上の工夫を
必要とする。
【0008】これはLEDプリンタや複写機においても
同様であり、一般に露光像を結像させる為に、セルフォ
ックレンズ(商品名)を用いているが、セルフォックレ
ンズにおいても多数本のファイバを長さを揃えて一体化
させたものであるために、プラスチックレンズのように
屈折率の低いレンズを用いると、焦点距離が長くなるた
めに結像誤差が生じやすく、該誤差から起因する収差を
拾ってやはり先鋭度が低下し高品質の且つコントラスト
の高いドット画像を形成し得ない。
【0009】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、a
−Siドラムを用いて高耐久性を図りつつ結像収差や焦
点誤差が生じても、感光体ドラム上の収差分の光量を拾
わずに、画像コントラストや先鋭度を高めるために、前
記感光体層の表面電位の1/2まで露光電位が低下する
に必要な感光体半減感度が、感光体の膜厚に依存する度
合いを突止め、その感光体層厚を規制するとともに、感
光体半減感度の範囲を設定し、結像誤差その他に起因す
る光収差分の光量を拾うことなく中心光量のみを拾い、
この結果、プラスチックレンズを用いてコントラストの
高い高品質の画像が形成可能な電子写真装置を提供する
事を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記感光体層
を2〜25μmの膜厚からなるa−Si層で形成すると
共に、表面層の膜厚を0.05〜5μmに設定し、前記
感光体層の表面電位の1/2まで露光電位が低下するに
必要な感光体半減感度を、8〜1cm/μJの範囲に
設定するとともに、450Vで帯電させ、740nmの
露光波長を用いて、エネルギ密度0.2μJ/cm
露光した場合の焦点深度300μm以上となるように構
し、前記露光像を結像するための光学レンズを、プラ
スチックレンズで構成配置したことを特徴とする。かか
る技術により結像誤差その他に起因する光収差分の光量
を拾うことなく中心光量のみを拾い、この結果、プラス
チックレンズを用いても画像コントラストや先鋭度の高
い高品質のドット画像の形成が可能である。
【0011】すなわち、前記のように結像収差が生じて
も中心波長のみを拾うことは結果として焦点深度が深く
なり、この為fθレンズのように長幅なレンズの両端部
において結像収差が発生しても、この収差を拾うことな
く主走査方向に等幅の高品質な画像を形成し得る。
【0012】そして、LEDプリンタや複写機において
セルフォックレンズ(商品名)にプラスチックレンズの
ように屈折率の低いレンズを用いて±300μm前後の
焦点誤差が生じてもこれを容易に吸収し、高品質の且つ
コントラストの高いドット画像を形成し得う。
【0013】従って本発明によれば、前記露光像を結像
するための光学レンズを、屈折率が略1.51のプラス
チックレンズで構成した場合においても、高品質な画像
形成が可能となり、而も組み立て加工誤差も許容し得る
ために、製造コストが大幅に低減する。
【0014】
【作用】次に本発明の作用を図1乃至図4に基づいて説
明する。尚、該グラフの説明は後記実施例にて詳細に説
明する。図1(A)はa−Si感光体の膜厚と感光体半
減感度の関係を示す表、図1(B)はこれをグラフ化し
たもので、露光波長が740nm若しくは685nmの
いずれにおいてもa−Si感光体膜厚に比例して感光体
半減感度が低下することが理解される。
【0015】そして図2は垂直、水平線幅とドット数の
関係を感光体の膜厚毎に調べたもので、本図より理解さ
れるように、膜厚が25μmのものは、膜厚が40μm
の場合に比して線幅が先鋭化して画像品質が大幅に向上
していることが理解できるが、逆に25μm以下では線
幅の先鋭度はほぼ一致し、その間に有意差は見られなか
った。としてみると膜厚が25μmの場合の半減感度
は、露光波長685nmで7.58cm/μJ、露光
波長740nmで5.85cm/μJで、一方膜厚が
40μmの場合の半減感度は、露光波長685nmで1
1.11cm/μJ、露光波長740nmで9.09
cm/μJでかかる実験より明らかなように、感光体
半減感度を8cm/μJ以下に設定することにより図
2に示す先鋭度の高いドット画像の形成が可能となる。
【0016】又前記半減感度を余りに低くすると、線画
像自体がぼけてしまうから、図1(A)の表より明らか
なごとく露光波長740nmで膜厚7μmの半減感度
1.75cm/μJでも十分なる先鋭度が確保できた
ことから、前記半減感度は2cm/μJ以上あれば問
題が生じないことが理解される。
【0017】図3は焦点深度とドラム感度の関係を示し
たもので、ドラム感度が低下すると結果として前記した
ように結像位置周囲の収差分を拾わない為に、焦点深度
が大になるが、膜厚が40μmの場合は焦点深度が15
0〜230μm前後であるが、膜厚が15μmでは焦点
深度が380μm前後に大幅に向上し、而もこれは膜厚
を7μmに薄くしてもほとんど変化がない。したがって
焦点深度が大になることは、露光像を感光体ドラム上に
結像させる為の光学系の加工精度や組み立て精度をラフ
に設定できると共に、画像品質のバラツキが大幅に低減
するとともに前記したようにプラスチックレンズの使用
が可能となる。これは、図4に示すように膜厚が25μ
m以下のものについてはプラスチックレンズでも、又光
学ガラスレンズでもそのMTF値はほとんど変らない
が、40μmの膜厚のものについてはプラスチックレン
ズを用いたものはMTF値が大幅に低下している事から
も理解される。
【0018】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図5
は本発明が適用される電子写真装置を示し、図上時計回
りに回転するa−Si感光体ドラム1の周囲に、回転方
向に沿って露光用LEDヘッド2及びセルフォックレン
ズ3からなる光学系、二成分現像ユニット4、転写ロー
ラ5、クリーニングブレード6、除電ランプ7、及び粒
子帯電ユニット8が配設されている。
【0019】次に夫々の各構成要素について説明する。
感光体ドラム1は導電性支持体1a上に感光体層1b、
及び表面層1cが積層されて形成されており、該支持体
1aは、一般にはアルミ性の円筒体を用いるが、表面に
導電膜を被着させたガラス等無機材料や、エポキシ等の
透明な樹脂等で形成され、本実施例においては肉厚が2
mmで外周径を30mmに設定すると共に、軸方向に3
00mmの長さを有するアルミ製円筒体を用いている。
【0020】又前記a−Si系感光体層1b、及び表面
層1cは、グロー放電分解法、スパッタリング法、EC
R法、蒸着法等により膜形成し、その形成にあたって、
ダングリングボンド終端用の元素、例えば(H)やハロ
ゲンを5〜40wt.%含有させるのがよい。即ち、感
光体層1bはa−Si:Hからなる光導電体を用い、そ
して現像バイアスが正の場合には電子の移動度を高める
為、ノンドープ又はVa族元素を含有させ、又現像バイ
アスが負の場合には正孔の移動度を高めるため、IIIa
族元素を含有させるのが好ましい。又必要に応じて暗導
電率や光導電率等の電気的特性、光学的バンドギャップ
等について所望の特性を得るために、C,O,N等の元
素を含有させても良い。そして、前記感光体層1b全体
の膜厚は、必要な帯電および絶縁耐圧の確保や、露光さ
れた光の吸収や前記した残留電位の抑制等から2〜25
μm程度にするのがよい。
【0021】又、表面層1cは、a−SiC、a−Si
O、a−SiN、a−SiON、a−SiCON等のa
−Si系の無機高抵抗若しくは絶縁材料、ポリエチレン
テレフタレート、パリレン、ポリ四フッ化エチレン、ポ
リイミド、ポリフッ化エチレンプロピレン等の有機絶縁
材料を用いるのがよく、特に高抵抗のa−SiC層を用
いると、絶縁耐圧や耐摩耗性、耐環境性等の特性が高め
られる。このa−Si1-xCxのx値は0.3≦x<1.0、好
適には0.5≦x≦0.95に設定する事により1012〜1
13Ω・cm範囲の抵抗値で高耐湿性を得る事が出
来、この場合層内でC量に勾配を持たせてもよい。また
Cと同時にN,O,Geを含有させる事により耐湿性を
更に高めることが出来る。
【0022】表面層1cの厚みは0.05〜5μm、好適に
は0.1〜3μmの範囲内が良く、又その厚みはこの際表面
層1cの抵抗は1012〜1013Ω・cmに設定し
た。
【0023】そして、本実施例においては容量結合型グ
ロー放電分解装置を用いて、前記の材料構成で、a−S
i感光体層1bを成膜した上にa−SiC表面層1cを
積層被覆した。そして本実施例においては、前記成膜時
間を変える事により感光体の層厚が夫々7、10、1
5、20、25、40μmなるように成膜して膜厚の異
なる感光体ドラム1を作製した。この場合表面層1cの
膜厚は最大3μm以下で且つ全体層厚の略5%以下に設
定する。
【0024】又露光用LEDヘッド2には露光波長が6
85nmと740nmのヘッドアレイを用い、これをダ
イナミック駆動にて一走査ライン毎に64ビット×40
回分割露光されるように構成する。
【0025】現像ユニット4は、キャリアとトナーから
なる複数成分現像剤が収納された現像容器41と固定磁
石集成体43が収納された現像ローラ42からなり、該
ローラ42に例えば50〜450Vの直流現像バイアス
電源44を接続して、低電界現像により現像を行うよう
に構成する。
【0026】そして前記キャリアは、バインダ樹脂中に
磁性体が均一分散されてなるキャリア母粒子の表面に導
電性微粒子が固定されて構成されたものを用い、その磁
力は、5kOe(エールステッド)の磁場での最大磁化
が55〜80emu/g、キャリアの平均中心粒度は3
5μmで特に35μm以下の粒子を15wt%以上含む
粒径分布の現像剤を用いる。
【0027】又トナーは通常の高抵抗若しくは絶縁性ト
ナーが用いられ、例えば、バインダー樹脂、着色剤、電
荷制御剤、オフセット防止剤などに、磁性体を添加して
その平均中心粒度は5〜15μm前後の磁性トナーとし
て構成し上記のキャリアとトナーと適正混合比を例えば
85〜90:15〜10重量%に設定する。
【0028】転写ローラ5は転写効率を上げるために導
電性ローラを用い、前記トナーの帯電電位と逆極性の転
写バイアスを印加させるとともに、前記感光体ドラム1
周面に均一に圧接し、該ドラム1と同期して回転可能に
構成する。
【0029】粒子帯電ユニット8は、図上右方向に回転
する感光体ドラム1に対し帯電ギャップ(0.5mm)
を介して前記感光体ドラム1の回転方向とアゲインスト
方向(図上左方向)に回転可能により非磁性スリーブ8
1を配設すると共に、該非磁性スリーブ81の背面側の
帯電領域下流側に固定配置した固定磁石体82Aと、該
固定磁石体82Aの帯電領域上流方向、言換えればスリ
ーブ回転方向下流側に、前記固定磁石体82Aと同極性
の反発磁石体82B、又スリーブ回転方向上流側に、前
記固定磁石体82Aと逆極性の磁石体82Cを配設す
る。尚、86は非磁性スリーブ81を介して導電性磁性
粒子群84に帯電バイアスを印加させるバイアス電源で
ある。
【0030】そして前記帯電領域上に介在させる導電性
磁性粒子群は導電性であれば特に限定されないが、フェ
ライトや鉄粉、マグネタイト等の磁性コアの表面に導電
性樹脂で被覆した導電性磁性粒子で構成するか若しくは
導電性粒子と磁性粒子の混合粒子群で構成してもよい。
例えば平均粒径が30μm前後の磁性粒子母材と、平均
粒径が15μm前後の導電粒子材を適宜割合で配合した
ものを用いても良い。尚、本実施例においては平均粒径
が20〜35μm、抵抗率10〜10Ω・cmのフ
ェライトコア粒子を用い、磁気特性を60〜70emu/
g(1k Oe)に設定したものを用いる。
【0031】一方、感光体ドラム1の背面側には、帯電
領域下流側に位置する前記固定磁石体82Aとほぼ対向
させて第1の磁石体85Aと、前記第1の磁石体85A
に隣接させて帯電領域上流側に第2の磁石体85Bとを
隣接配置すると共に、第1の磁石体85Aは前記固定磁
石体82Aと逆極性のS極に設定し、第2の磁石体85
Bは該第1の磁石体85Aと逆極性のN極に設定し、両
磁石体85A、85B間の感光体ドラム1上に水平磁場
を形成する。
【0032】かかる実施例においては、前記感光体ドラ
ム1上の前記両磁石体85A、85B間の水平磁場上で
磁性粒子群84Bを密着させながら感光体ドラム1表面
を円滑に帯電させた後、露光ヘッド2により所定の潜像
を露光させた後、現像ユニット4により該潜像にトナー
像を付着させた後、転写ローラ5を用いて図示しない記
録媒体に転写させる事が出来る。
【0033】次にかかる装置を用い膜厚の異なる感光体
ドラム1を用いて次のような実験を行った。
【0034】前記感光体ドラム1の表面電位が200V
になるように粒子帯電バイアスを調整した後、露光ヘッ
ド2の出力を調整しながら膜厚の異なる各感光体ドラム
における半減感度(表面電位の1/2まで露光電位が低
下するに必要な露光エネルギー密度)を調べてみると、
膜厚に比例して半減感度が低くなり、且つ露光波長68
5nmに比して740nmの方が低くなっていることが
理解できる。
【0035】図2は表面電位200Vで、露光波長74
0nmで露光した場合のドラム膜厚と線幅との関係を示
し、本図より理解されるように、水平線及び垂直線のい
ずれの場合も感光体膜厚が40μm以下の場合の線幅
は、25μm以下の場合の線幅に比較して太く、その分
先鋭度と解像度が低下している事が理解される。又25
μm以下の場合は、先鋭度も解像度もほぼ一致してお
り、有意差はない。そして、図1に示すように、膜厚が
25μmの場合の半減感度は、露光波長685nmで
7.58cm/μJ、露光波長740nmで5.85
cm/μJで、一方膜厚が40μmの場合の半減感度
は、露光波長685nmで11.11cm/μJ、露
光波長740nmで9.09cm/μJでかかる実験
より明らかなように、感光体半減感度を8cm/μJ
以下に設定することにより図2に示す先鋭度の高いドッ
ト画像の形成が可能となる。又前記半減感度を余りに低
くすると、線画像自体がぼけてしまうから、図1(A)
の表より明らかなごとく露光波長740nmで膜厚7μ
mの露光波長1.75cm/μJでも十分なる先鋭度
が確保できたことから、前記半減感度は2cm/μJ
以上あれば問題が生じないことが理解される。
【0036】更に図3は図5に示す前記粒子帯電装置8
の代りにコロナ放電器を用いて表面電位が450Vで帯
電させた後、露光波長が740nmで且つエネルギー密
度が0.2μJ/cmで露光した場合の焦点深度とド
ラム電位の関係を示したもので、膜厚が40μmの場合
は焦点深度が150〜230μm前後であるが、膜厚が
15μmでは焦点深度が380μm前後に大幅に向上
し、而もこれは膜厚を7μmに薄くしてもほとんど変化
がない。したがってドラム感度が低下すると結果として
前記したように結像位置周囲の収差分を拾わない為に、
焦点深度が大になるが、本図では膜厚が15μm以下又
図2を考慮すると膜厚が25μm以下でも300μm以
上の焦点深度が得られる事が推定される。尚、図6中8
1はコロナ放電線、82は制御グリッド、83は放電バ
イアス、84'は帯電制御バイアスである。
【0037】次に前記感光体ドラム上に露光像を結像さ
せるセルフォックレンズとして日本板硝子製のセルフォ
ックレンズSLA−20(屈折率:略1.63)と三菱
レイヨン製RA57S−S21(屈折率:略1.50
8)の関係を図6の装置を用いて制御バイアスを300
V(表面電位300V)に設定して調べる。先ず、感光
体ドラムとセルフォックレンズ間の焦点距離を15m
m、露光波長685nmに維持してAー4サイズの紙を
縦送りにして10枚/分の速度で、露光エネルギーが2
5μmの膜厚の感光体ドラムにおいては0.5〜0.6
μJ/cm、膜厚が10μmのものについては0.7
〜0.9μJ/cm、膜厚が40μmのものについて
は0.3〜0.4μJ/cmの露光エネルギーにて露
光を行なった所、図4に示すように、膜厚が10μm及
び25μmのものについてはプラスチックレンズでも、
又光学ガラスレンズでもそのMTF値はほとんど変ら
ず、65以上を維持し得るが、40μmの膜厚のものに
ついてはプラスチックレンズを用いたものはMTF値が
大幅に低下している事が理解される。
【0038】
【発明の効果】以上記載したごとく本発明によれば、感
光体の表面層の膜厚、感光体層の膜厚、露光波長、感光
体層の表面電位の1/2まで露光電位が低下するに必要
な感光体半減感度、前記露光波長を用いて露光するエネ
ルギ密度、露光の際の帯電電位及び焦点深度を請求項1
に記載するように設定することにより、前記露光像を結
像するための光学レンズを、プラスチックレンズで構成
配置することを可能としたものであり、かかる技術によ
り結像誤差その他に起因する光収差分の光量を拾うこと
なく中心光量のみを拾い、この結果、プラスチックレン
ズを用いても画像コントラストや先鋭度の高い高品質の
ドット画像の形成が可能な電子写真装置を提供する事が
出来る。そして、特に露光手段にプラスチックレンズを
用いる事により、自由な長さと曲面のレンズが形成出
来、製造コストを低減することができる。等の種々の著
効を有す。
【図面の簡単な説明】
【図1】 感光体半減感度と膜厚との関係を示し、
(A)は表、(B)はグラフ図である。
【図2】 ドラム膜厚と線幅との関係を示し、(A)は
水平線、(B)は垂直線を示す。
【図3】 ドラム感度と半減感度の関係を示すグラフ図
である。
【図4】 膜厚とレンズ種類の関係を示すグラフ図であ
る。
【図5】 本発明が適用される電子写真装置を示す概略
図である。
【図6】 本発明が適用される電子写真装置を示す概略
図である。
【符号の説明】
1 感光体ドラム 2 露光用ヘッド 3 光学系 4 二成分現像ユニット 8、8' 帯電装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−21858(JP,A) 特開 平5−249723(JP,A) 特開 平5−72782(JP,A) 特開 昭60−249170(JP,A) 特開 平4−324464(JP,A) 特開 平5−27464(JP,A) 特開 昭58−2802(JP,A) 特開 平4−255818(JP,A) 実開 昭60−90467(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 5/00 - 5/16 G03G 15/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に支持された感光体層に露光像を
    書込みながら画像形成を行う電子写真装置において、 前記感光体層を2〜25μmの膜厚からなるa−Si層
    で形成すると共に、表面層の膜厚を0.05〜5μmに
    設定し、 前記感光体層の表面電位の1/2まで露光電位が低下す
    るに必要な感光体半減感度を、8〜1cm/μJの範
    囲に設定するとともに、 450Vで帯電させ、740nmの露光波長を用いて、
    エネルギ密度0.2μJ/cmで露光した場合の焦点
    深度300μm以上となるように構成し、 前記露光像を結像するための光学レンズを、プラスチッ
    クレンズで構成配置したことを特徴とする電子写真装
    置。
JP29435993A 1993-10-29 1993-10-29 電子写真装置 Expired - Fee Related JP3148964B2 (ja)

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