JP3629863B2 - 画像形成装置およびその現像剤カートリッジ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録用紙上にトナー画像を形成するプリンタ装置、複写機、あるいはファクシミリ装置等の画像形成装置およびその現像剤カートリッジに係り、特に、現像器内の過剰な現像剤を回収する機能を現像剤カートリッジに備えた画像形成装置およびその現像剤カートリッジに関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真式のフルカラー画像形成装置には、三原色の現像剤がそれぞれ充填された3つの現像器、あるいは更に黒色の現像剤が充填された4つの現像器が搭載される。そして、これらを1つあるいは複数の感光体ドラムに対向配置し、静電潜像を複数色の現像剤で可視化して重畳することで画像形成が行われる。
【0003】
一般に、装置の小型化、低価格化を重視する場合、1つの感光体ドラムに対向して複数の現像器を順次配置する構成が採用される。このため、1つの感光体ドラムの近傍に4つの現像器を保持した回転体を配置し、この回転体を回転させることで各現像器を感光体ドラムと対向する位置まで順次移動させ、各現像剤で静電潜像を順次可視化する画像形成装置が提案されている。
【0004】
また、このような画像形成装置では、現像剤としてトナーとキャリアを含む2成分現像剤を使用しているが、2成分現像剤では、画像形成を繰り返すとキャリアが劣化して帯電性が低下するので、新たな現像剤を補給すると同時に過剰な現像剤を回収してキャリア交換を行う必要がある。このため、例えば特公平2−21591公報あるいは特開平5−289504号公報では、画像形成に必要なトナーと共に少量のキャリアも補給し、自然に増えた現像剤を徐々に現像器からオーバーフローさせることで、トナーの補給とキャリアの交換とを同時に行うトリクル現像方式が提案されている。この際、現像器からの過剰現像剤の回収は、現像剤カートリッジが現像器へ正規に装着されたときに相互に対向するように現像剤カートリッジおよび現像器のそれぞれに設けられた現像剤回収口および現像剤排出口を介して行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図11は、従来の現像剤カートリッジに装着される筒状の現像剤回収ボックス300の断面図であり、後に図5に関して説明する本発明の一実施形態と同様に、筒状の現像剤カートリッジの一端に装着される。回収ボックス300は、現像剤カートリッジの長軸方向に延設された筒状の側面203と、その長軸と直交する端面202とによって構成され、端面202の対向端にはキャップ131が嵌め込まれている。また、回収ボックス132の前記端面202の中心部には、過剰現像剤を現像器から回収するための現像剤回収口201が開口されている。
【0006】
しかしながら、上記した構成では回収された現像剤Lが回収ボックス300に略半分以上たまると回収口201から現像器へ逆流してしまうため、回収ボックス300の容積の半分未満しか回収することができない。一方、回収ボックス300の有効容積が半分であっても十分な量の現像剤を回収できるように回収ボックス300を大型化してしまうと、その分だけ現像剤容器の容積が小さくなって未使用現像剤の充填量が減ってしまうので、現像剤カートリッジの寿命(交換周期)が短くなってしまうという問題があった。
【0007】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、回収ボックスを大型化せずに、その実質的な有効容積を増加させることで、未使用現像剤の充填量を減じる事なく十分な回収量を確保できるようにした画像形成装置およびその現像剤カートリッジを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
(1) 少なくともトナーおよびキャリアを含む現像剤を収容する筒状の現像剤収容部の一端に現像剤回収ボックスが装着された筒状の現像剤カートリッジにおいて、回収ボックスに開口された現像剤回収口には、回収済み現像剤の流出を防止するためのシャッター機構を設けた。このような構成によれば、回収ボックスに回収された現像剤の現像器側への逆流を防止できるようになる。
(2) 前記回収口は、現像剤カートリッジの長軸と交差する端面の端部近傍に開口され、前記シャッター機構は、回収ボックスが軸中心で回転されたときに、その一回転内の予定の範囲内では回収口を開き、前記予定の範囲外では閉じるように構成した。このような構成によれば、回収口に設けられたシャッター機構は回収ボックスの姿勢に応じて自動的に開閉動作するので、現像剤が現像器側へ逆流する姿勢では閉動作し、それ以外の姿勢では開動作するようにすれば、現像剤を逆流させることなく回収できるようになる。
(3) 前記回収ボックスの端面は前記長軸と直交する平面に対して予定の角度だけ傾斜し、その回収口は回収ボックスの側面と鈍角をなす側に開口され、前記シャッター機構は、片持ばり式に支持されて自由端に重りが固定された長手状の板状弾性体と、前記板状弾性体を回収ボックスに固定する固定手段とによって構成され、前記板状弾性体の重りによる重力は、回収ボックスが前記予定の範囲外にあればその自由端を回収口に押し付けるように作用し、予定の範囲内にあれば回収口から引き離すように作用するようにした。このような構成によれば、シャッター機構は、現像剤回収口が端面の中心位置よりも上側にあれば開き、中心位置よりも下側にあれば閉じるので、回収ボックスを大型化することなく、その有効容積のみを増やすことができる。
(4) 前記固定手段は、前記板状弾性体の一端が前記回収口から予定距離以上は引き離されないようにその動きを制限する手段をさらに具備した。このような構成によれば板状弾性体のへたりが防止できる。
(5) 前記板状弾性体には、その長手方向にスリットを形成した。このような構成によれば、板状弾性体が回収口へ押し付けられる際、端面との間に入り込んでいた現像剤が当該スリットを介して反対側へ容易に移動できるので、板状弾性体の動きが現像剤によって妨げられてしまうことがない。
(6) 前記構成(1) ないし(5) の現像剤カートリッジが着脱自在に装着される現像器と、回転軸を中心に複数の現像器を同心状に保持して回転する回転体と、前記各現像器が回転ドラムと順次対向配置されるように前記回転体を回転制御する制御手段とを具備し、現像器内の過剰な現像剤が前記回転体の回転によって現像剤カートリッジの回収ボックスに回収される画像形成装置において、前記現像剤カートリッジを、回収ボックスの回収口がその端面内の前記回転軸側に位置するように現像器に装着するようにした。このような構成によれば、一回のカートリッジ交換で多くのキャリア交換を可能にした画像形成装置を提供できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図1は本発明を適用した回転式現像装置の現像器12および現像剤カートリッジ10の分解斜視図である。図2は、回転式現像装置に現像器12および現像剤カートリッジ10が組付けられた状態を示した断面図である。図3は、現像器12に現像剤カートリッジ10を組付けた状態を示した断面図である。図4は、現像器12および現像剤カートリッジ10の拡大断面図である。図5は、現像剤カートリッジ10の分解斜視図である。図6は、現像器12の拡大斜視図である。図7は、現像器12の長蓋38の拡大斜視図である。図8は、現像剤カートリッジ10の拡大斜視図である。
【0010】
図2に示したように、回転式現像装置は感光体ドラム20を備えており、この感光体ドラム20の横には、略十字型の回転体34が配設されている。現像器12および現像剤カートリッジ10には、トナーとキャリアとがプレミックスされたC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、BK(ブラック)の現像剤Lが収容されている。
【0011】
現像器12は、図1に示したように、上方が開口した長状のケース14を備えており、その内部には、トナーとキャリアをプレミックスした現像剤Lが充填されている。ケース14の横側壁16には、マグネットロール18が回転可能に軸支されており、軸部17に設けられたギア機構(図示せず)によって矢印A方向に回転するようになっている。マグネットロール18は、現像剤に含まれるキャリアを磁力により吸着して磁気ブラシを形成し、キャリアに吸着したトナーを感光体ドラム20に供給する。これにより、感光体ドラム20に形成されていた静電潜像が顕像化される。また、マグネットロール18と平行に2本のスパイラルオーガー22、24が横側壁16に軸支されている。このスパイラルオーガー22、24のシャフト26、28の端部にはギア機構(図示せず)が設けられており、マグネットロール18と同方向へ回転するようになっている。
【0012】
図3および図6に示すように、シャフト26の外周に設けられたスパイラル部30は、矢印B方向に傾いた螺旋形状となっており、また、シャフト28の外周に設けられたスパイラル部32は、矢印Bと反対方向に傾いた螺旋形状となっている。これにより、マグネットロール18が回転すると、スパイラルオーガー22は現像剤Lを矢印B方向に搬送しながら撹拌し、また、スパイラルオーガー24は、矢印Bと反対方向に現像剤Lを搬送しながら撹拌するので、マグネットロール18に現像剤Lが供給されることになる。このスパイラル部30、32は、スパイラルオーガー22、24が停止しているとき、後述する回転体34の回転によって、現像剤Lがスパイラルオーガー22からスパイラルオーガー24へ循環する方向へ傾いている。
【0013】
また、ケース14内には、スパイラルオーガー22、24を長手方向に仕切るように仕切板36が設けられている。この仕切板36の長手方向の両端部は横側壁16まで達しておらず、その右端部付近では、スパイラルオーガー22で撹拌搬送された現像剤Lがスパイラルオーガー24側へ搬送され、左端部付近では、スパイラルオーガー24で撹拌搬送された現像剤Lがスパイラルオーガー22側へ搬送されるようになっている。また、スパイラルオーガー22には、仕切板36の右端部付近でスパイラル部30とは逆巻のスパイラル部が設けられ、さらに、スパイラルオーガー24には、仕切板36の左端部付近で、スパイラル部32とは逆巻のスパイラル部が設けられている。これによって、仕切板36を境に現像剤Lがスパイラルオーガー22とスパイラルオーガー24との間をスムーズに循環することができる。
【0014】
一方、ケース14の開口縁部にはパッキン37が貼着されており、長蓋38で密閉されるようになっている。この長蓋38には鍔40が突設されており、ケース14に形成された鍔42との間にマグネットロール18の外周部を一部露出させた状態で保持する。また、長蓋38には、図示しない爪が突設されており、ケース14に形成された凹部44に係止され、長蓋38をケース14に仮止めするようになっている。
【0015】
長蓋38の中央部から左寄りには、矩形状の補給口41(図3参照)が貫通している。補給口41の表側には取付板52が立設されている。取付板52の側面は円弧状に湾曲しており、この円弧面に略円筒状のケーシング54が装着されるようになっている。このケーシング54の外周面には、図3に示したように、補給口41と連通した開口部56が形成されている。また、補給口41の周縁には、後述する回転体34の回転位置(重力の作用方向の変化)によって補給口41を開閉するフラップ(図示せず)が設けられている。また、ケーシング54中にはスパイラルオーガー60が配設されている。このスパイラルオーガー60のスパイラル部62は、ケース14内に配設されたスパイラルオーガー22のスパイラル部30と同じ形状となっており、矢印B方向へ現像剤Lを搬送するように機能する。さらに、ケーシング54の左側の外周面には、両側にガイド溝67が形成され、半円を描くように湾曲した受け板66が取付けられている。この受け板66には受け口64が開口されている。また、受け板66の延長線上には、円弧状に湾曲した受け板76が設けられており、この受け板76を排出管70が貫通している。
【0016】
排出管70は「く字」状に捻って折り曲げられており、ケース14内に位置する回収口72が、補給口41より上流側(スパイラルオーガー22で現像剤が搬送されてくる方向)を向いている。さらに、この回収口72は、マグネットロール18が感光体ドラム20と対向しているとき、現像剤の剤面と平行となるように設定されており、かつ、その開口面積は、最大プリント用紙の100%像密度1枚で消費される現像剤に含まれるキャリアを回転体34の一回の回転で回収できる大きさとされている。
【0017】
一方、受け板66のガイド溝67には、円形状を描くように湾曲したスライドシャッター68がスライド可能に係合されている。このスライドシャッター68の上端には止め壁69(図7参照)が形成されている。受け板66の端部が止め壁69に当たると、スライドシャッター68は受け口64および排出口74を遮蔽した位置で止まることになる。また、止め壁69の幅方向には、現像剤カートリッジ10の装着時に、図5に示した回収ケース120から突設された係合片122と係合する係合溝78が切り込まれている。
【0018】
さらに、長蓋38の上面には、両端が開口した筒状のホルダー124が固定されている。このホルダー124の内周壁には、長手方向に沿ってガイド溝126が延設されている。このガイド溝126に、現像剤カートリッジ10のキャップ128から突設されガイド突起130が係合され、ホルダー124へ現像剤カートリッジ10が装填されるようになっている。現像剤カートリッジ10は、筒状の収容部86と、この収容部86の開口に嵌め込まれる筒状の回収ケース120とを備えている。この回収ケース120の外周面には、受け口64と対応する位置に供給口80が、また排出口74と対応する位置に取込口82が、それぞれ形成されている。
【0019】
回収ケース120には、キャップ131が圧人される筒状の回収ボックス132が嵌め込まれるようになっている。この回収ボックス132は、回収ケース120へ嵌め込まれたとき、その端面84が仕切壁(図3参照)となって供給口80と取込口82を仕切る。これによって、収容部86に収納された現像剤Lが回収ボックス132へ流れ込まないようになっている。この端面84の一部は、長手方向へ張り出して張出片134を形成している(図5参照)。この張出片134に穿設された開口136は、回収ケース120に回収ボックス132が嵌め込まれたとき、取込口82と連通するようになっている。これによって、回収ボックス132へ排出口74、取込口82、及び開口136を通じてキャリアが回収される。なお、収容部86には、図3に示すように、アジテータ88が配設されており、収納された現像剤Lが供給口80へ撹拌搬送される。
【0020】
また、回収ケース120と回収ボックス132との接合部は、図示は省略するがテーピングされており、必要に応じて回収ボックス132だけを取り外すことができるようになっている。これにより、回収ボックス132に溜まったキャリアの処理が容易になる。さらに、回収ボックス132の容積は、現像剤カートリッジ10に収納された現像剤に含まれるキャリアを全て回収できる大きさに設定されている。
【0021】
ー方、供給口80と取込口82の周辺は周方向に沿って切下げられており、図示しないガイド溝が形成されている。このガイド溝には、現像剤カートリッジ10に沿って円弧状に湾曲したシャッター98が周方向へスライド可能に取付けられている。このシャッター98の上面には、幅方向に長溝138が形成されている。この長溝138は、受け板76の下端から突設された突起140と係合し、キャップ131に設けられた長板状のハンドル100を指で摘んで回すと、現像剤カートリッジ10が旋回して供給口80および取込口82が開閉される。
【0022】
また、回収ケース120を取り囲むように、筒状のスライドカバー102がスライド可能に装着されている。このスライドカバー102は、スプリング104でシャッター98を覆う方向へ付勢されている。このため、現像剤カートリッジ10が装着されていないときは、スプリング104の付勢力でシャッター98を覆い、また、回転体34に装着されると、スライドカバー102の傾斜した開放端が装置側の図示しないストッパーに当たり、現像剤カートリッジ10の挿入操作によってシャッター98を露出させる。
【0023】
図9は、回収した現像剤Lが収容される前記回収ボックス132の断面図であり、同図では、前記回転体34の回転軸34aを境に上下方向に位置する2つの回収ボックス132a、132bの様子を示している。図10は、回転軸34aの上側に位置している回収ボックス132aのA−A線での断面図である。
【0024】
本発明の回収ボックス132は、現像剤カートリッジの長軸方向に延設された筒状の側面141と、その長軸と直交する平面に対して予定の角度だけ傾斜した端面84とによって構成され、端面84の対向端にはキャップ131が嵌め込まれている。回収ボックス132の端面84であって、その側面141となす角θが鈍角となる側(回収ボックス132aでは下側)には、張出片134に設けられた前記開口136と連通する現像剤回収口146が開口されている。
【0025】
回収ボックス132内には、現像剤回収口146を予定の回転角範囲内では開き、前記予定の回転角範囲外では閉じるシャッター機構が設けられている。例えば、シャッター機構は回収ボックス132が回転軸34aよりも上側に位置する状態では閉じ、下側に位置する状態では開く。
【0026】
このシャッター機構は、自由端に重り142が固定されて片持ばり式に支持された長手状の板状弾性体143と、この板状弾性体143を現像剤回収ボックス132内に固定する固定部材144とによって構成されている。板状弾性体143は、重り142の重力によって自由端が前記予定の回転角範囲外では現像剤回収口146に押し付けられ、予定の回転角範囲内では現像剤回収口146から引き離されるように固定されている。
【0027】
このような構成において、回収ボックス132bのように回転軸34aよりも下側に位置し、この結果、現像剤回収口146が端面84内の上側(反重力側)に位置している姿勢では、板状弾性体143の自由端は重り142の重力Fによって回収口146から離れる。したがって、現像器12から排出された現像剤Lが回収口146から回収ボックス132内部へ回収される。しかも、この姿勢では回収口146が端面84の中心位置よりも上側にあるので、現像剤Lを端面84の中心部を超えて収容することができる。なお、固定部材144には、板状弾性体143の自由端が現像剤回収口146から予定距離以上離れたままへたらないようにその姿勢変化を制限するための支持部144aが設けられている。
【0028】
一方、回収ボックス132aのように回転軸34aよりも上側に位置し、この結果、現像剤回収口146が端面84内の下側(重力側)に位置している姿勢では、重り142の重力Fによって板状弾性体143の自由端が回収口146へ押し付けられる。このため、回収ボックス132aの現像剤Lが外部に逆流してしまうことがない。また、本実施形態では、板状弾性体143の長手方向にスリット143aが形成されているので、板状弾性体143が回収口146へ押し付けられる際、端面84との間に入り込んでいた現像剤が当該スリット143aを介して反対側へ容易に移動できるので、板状弾性体143の動作が現像剤によって妨げられてしまうことがない。
【0029】
図12は、回転体34の回転回数と回収ボックス132内に回収された現像剤回収量との関係を、同一容量で回収口の位置が異なる回収ボックスを用いて比較した図である。回収口が端面の中心に開口される従来技術では、黒丸でプロットしたように、回転回数が約200回転を超えると回収量が増加しないのに対して、四角でプロットした本実施形態では、現像剤カートリッジが寿命となる550回まで回収量が増加し続けている。また、図13は、回転体34の回転回数と現像器内に残留する現像剤の量との関係を示した図であり、同じく黒丸でプロットした従来技術では、回転回数が200回転を超えると急激に増加してしまうのに対して、本実施例では常に380グラムないしは400グラムの範囲に収まっている。
【0030】
このように、本実施形態によれば、現像剤の回収ボックス132を大型化することなく、その有効容積のみを増やすことができるので、現像剤カートリッジの使い始めから終りまで過剰な現像剤を回収し続けることができる。したがって、キャリア交換が常時行われるようになって常に安定した画像を得られるのみならず、二成分現像剤のトナー濃度(即ち、キャリアおよびトナーの合計重量に対するトナー重量の割合)が安定するので高画質が得られるようになる。
【0031】
なお、上記した実施形態では本発明をカラープリンタに適用して説明したが、本発明はこれのみに限定されず、カラー複写機やファクシミリ装置等の他の画像形成装置にも同様に適用することができる。
【0032】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば以下のような効果が達成される。
(1) 請求項1の発明によれば、現像剤回収ボックスに回収された現像剤の現像器側への逆流を防止できるようになる。
(2) 請求項2の発明によれば、現像剤回収口に設けられたシャッター機構は、回収ボックスの姿勢に応じて自動的に開閉動作するので、現像剤が現像器側へ逆流する姿勢では閉動作し、それ以外の姿勢では開動作するようにすれば、現像剤を逆流させることなく回収できるようになる。
(3) 請求項3の発明によれば、シャッター機構は、現像剤回収口が端面の中心位置よりも上側にあれば開き、中心位置よりも下側にあれば閉じるので、回収ボックスを大型化することなく、その有効容積のみを増やすことができる。
(4) 請求項4の発明によれば、板状弾性体のへたりが防止できる。
(5) 請求項5の発明によれば、板状弾性体が回収口へ押し付けられる際、端面との間に入り込んでいた現像剤が当該スリットを介して反対側へ容易に移動できるので、板状弾性体の動きが現像剤によって妨げられてしまうことがない。
(6) 請求項7の発明によれば、一回のカートリッジ交換で多くのキャリア交換を可能にした画像形成装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した回転式現像装置の現像器および現像剤カートリッジの分解斜視図である。
【図2】回転式現像装置へ現像器および現像剤カートリッジが組付けられた状態を示した断面図である。
【図3】現像器に現像剤カートリッジを組付けた状態を示した断面図である。
【図4】現像器および現像剤カートリッジの拡大断面図である。
【図5】現像剤カートリッジの分解斜視図である。
【図6】現像器の拡大斜視図である。
【図7】現像器の長蓋の拡大斜視図である。
【図8】現像剤カートリッジの拡大斜視図である。
【図9】姿勢が異なる回収ボックス内でのシャッターの動きを示した断面図である。
【図10】回収ボックスの断面図である。
【図11】従来の回収ボックスの断面図である。
【図12】回転体の回転回数と回収ボックス内に回収された現像剤回収量との関係を示した図である。
【図13】回転体の回転回数と現像器内に残留する現像剤の量との関係を示した図である。
【符号の説明】
10…現像剤カートリッジ、12…現像器、34…回転体、66…受け板、68…スライドシャッター、120…回収ケース、132…現像剤回収ボックス
Claims (7)
- 少なくともトナーおよびキャリアを含む現像剤を収容する筒状の現像剤収容部の一端に現像剤回収ボックスが装着され、回転体に装着して使用される筒状の現像剤カートリッジにおいて、
前記現像剤回収ボックスに開口された現像剤回収口には、前記回転体の回転角度に応じて開閉し、回収済み現像剤の流出を防止するためのシャッター機構が設けられたことを特徴とする現像剤カートリッジ。 - 前記回収口は、現像剤カートリッジの長軸と交差する端面の端部近傍に開口され、前記シャッター機構は、回収ボックスが軸中心で回転されたときに、その一回転内の予定の範囲内では回収口を開き、前記予定の範囲外では閉じるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の現像剤カートリッジ。
- 前記回収ボックスの端面は前記長軸と直交する平面に対して予定の角度だけ傾斜し、その回収口は回収ボックスの側面と鈍角をなす側に開口され、
前記シャッター機構は、片持ばり式に支持されて自由端に重りが固定された長手状の板状弾性体と、前記板状弾性体を回収ボックスに固定する固定手段とによって構成され、
前記板状弾性体の重りによる重力は、回収ボックスが前記予定の範囲外にあればその自由端を回収口に押し付けるように作用し、予定の範囲内にあれば回収口から引き離すように作用することを特徴とする請求項2に記載の現像剤カートリッジ。 - 前記固定手段は、前記板状弾性体の一端が前記回収口から予定距離以上は引き離されないようにその動きを制限する手段をさらに具備したことを特徴とする請求項3に記載の現像剤カートリッジ。
- 前記板状弾性体には、その長手方向にスリットが形成されたことを特徴とする請求項3または4に記載の現像剤カートリッジ。
- 前記シャッター機構が開く予定の範囲は、前記回収口が回収ボックス端面内の反重力方向側に位置する範囲であることを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載の現像剤カートリッジ。
- 前記請求項1ないし6のいずれかに記載の現像剤カートリッジが着脱自在に装着される現像器と、
回転軸を中心に複数の現像器を同心状に保持して回転する回転体と、
前記各現像器が回転ドラムと順次対向配置されるように前記回転体を回転制御する制御手段とを具備し、
現像器内の過剰な現像剤が前記回転体の回転によって現像剤カートリッジの回収ボックスに回収される画像形成装置において、
前記現像剤カートリッジは、回収ボックスの回収口がその端面内の前記回転軸側に位置するように現像器に装着されることを特徴とする画像形成装置。
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