JP3634638B2 - 現像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における現像装置に関し、さらに詳しく言えば、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤を用いる現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
二成分現像は電子写真その他の、粉体トナーを用いた画像形成方法において、特に高速対応性に優れた現像法式として知られていおり、近年では複写機やレーザープリンタなどの商品分野において主流の技術として使われている。
【0003】
二成分現像では、現像剤担持体である、内部に磁石を設置した非磁性スリーブの表面に現像剤を搬送し、現像剤をブラシ状(磁気ブラシ)に保持させて像担持体に接触ないし近接させ、静電潜像が形成された像担持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電界によってトナーが潜像面に選択的に付着することにより、現像が行われる。
【0004】
二成分現像剤(以下、単に「現像剤」という)を用いる現像装置において、装置の小型化および低コスト化を図るという観点から、現像剤攪拌搬送部材(攪拌パドル、攪拌スクリュー等)やトナー濃度センサ等による複雑なトナー濃度制御機構を設けずにトナー濃度及びトナー帯電量の制御を行うものが提案されている(例えば、特開平9−197833号公報や特開平9−204100号公報参照)。
【0005】
図6は、そのような、複雑なトナー濃度制御機構を有さない現像装置の一例を示すものである。この図に示す現像装置は、現像剤3を表面に担持する現像スリーブ4と、その内部に配置されたマグネットロール5と、現像スリーブ4に担持された現像剤の量を規制するためのドクターブレード6と、現像剤滞留部Aを現像スリーブ4との間に形成する現像剤収納部材7と、トナー補給口8aを有するトナー収容部8とを備えている。現像剤3は、トナー3a及び磁性粒子としてのキャリアからなっている。この現像装置においては、現像剤滞留部A内で現像スリーブ4の周辺に存在するキャリアの総量及び現像スリーブ4による現像剤搬送力などでトナー濃度が決定される。
【0006】
ところで、マグネットロール5によって現像スリーブ4の表面に発生する磁界の強さは、現像スリーブ4の長手方向(軸方向)にわたって均一であることがトナー濃度を均一に制御する上で好ましいが、磁界発生手段5の長手方向両端部付近の磁界の強さ及び向きは両端部以外の部分と比較して異なっていることが多い。そのため、磁界の強い部分はトナー濃度が高くなり、弱いところはトナー濃度が低くなり、画像の濃度ムラを発生することがある。
【0007】
特開平9−204100号公報に記載の装置では、両端部で磁界の強さが強くなっているマグネットロールを例に、現像剤の存在領域幅を、磁界が均一である範囲内に規制することで上記の画像濃度ムラを防ぐようにしている。同公報における実施例では、現像剤存在領域を規制するための側壁と、この側壁と現像スリーブとの間隙を埋めるためのスポンジシールによって、現像剤存在領域外への現像剤の広がりを防いでいる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現像剤には常に磁界発生手段(マグネットロール)による磁界の有る幅に広がろうとする力が作用するため、現像剤規制部材(ドクターブレード)を通過後の現像剤は、下流に行くに従って、規制された現像剤存在領域よりも広がっていく傾向にある。
【0009】
そして、再び現像剤滞留部に帰ってきたときには、規制幅の外側に広がった現像剤は端部のスポンジシールに阻止される。進入を阻止された現像剤は、増え続けることはないがトナー取り込みを阻害することになり、現像スリーブ長手方向のトナー濃度の均一性を損なうという問題がある。
【0010】
また、スポンジシールによるシールでは完全に現像剤の侵入を阻止することは難しく、わずかな現像剤がスポンジシールと現像スリーブの間に入り込み、経時的には現像スリーブ表面の磨耗を促進してしまうという問題もある。
【0011】
本発明は、従来の現像装置における上述の問題を解決し、複雑なトナー濃度制御機構や現像剤攪拌搬送機構を有さない小型で安価な現像装置において、現像剤担持体(現像スリーブ)端部での現像剤の搬送の安定化を図り、均一な画像濃度の実現と経時耐久性を向上させることのできる現像装置を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、トナー及び磁性粒子からなる現像剤を表面に担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置された磁界発生手段と、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で進行が阻止された現像剤が滞留する現像剤滞留部を前記現像剤担持体との間に形成する現像剤収納部材と、前記現像剤滞留部に現像剤担持体の剤搬送方向の上流側から隣接するとともに前記現像剤担持体に対向するトナー補給口を有するトナー収容部とを備えた現像装置において、前記現像剤規制部材で進行が阻止された現像剤が前記現像剤担持体の長手方向の外側に広がるのを防ぐ広がり防止部材を、前記現像剤滞留部の両端部に夫々設け、該広がり防止部材の内面間の距離が、前記磁界発生手段の前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅よりも狭く構成され、前記磁界発生手段の各磁極のうち、前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅よりも、前記広がり防止部材が設けられていない領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が狭くなっており、前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が、当該磁極の現像剤搬送方向直下流の磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅よりも広いことにより解決される。
【0013】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、記広がり防止部材が設けられていない領域に対向する磁極が複数極に構成され、該複数の磁極は、各磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が現像剤担持体の剤搬送方向の下流に配置されているものほど狭くなっていることを提案する。
【0014】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極のうち、現像剤担持体の剤搬送方向の最上流の磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が前記広がり防止部材の内面間の距離よりも狭いことを提案する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る現像装置の一例を示すもので、(a)は概略構成を示す断面図、(b)は現像スリーブ付近の斜視図である。この現像装置は画像形成装置、例えば電子写真複写機あるいはプリンタ等に用いられるものである。
【0016】
この図に示す現像装置1は、現像器ケース2、現像剤担持体としての現像スリーブ(現像ローラ)4、磁界発生手段であるマグネットローラ5、現像剤規制部材であるドクター6、現像剤収納ケース7等を備えており、画像形成装置の像担持体である円筒状の感光体ドラム20の側方に配置されている。現像器ケース2は現像装置の本体ケーシングであり、感光体ドラム1に向けて開口部が形成されている。その開口部から一部が露出するように現像スリーブ4が配置されている。現像スリーブ4は非磁性材質からなり、その表面に現像剤3を担持する。なお、現像剤3はトナー及び磁性粒子(キャリア)からなる2成分現像剤である。マグネットローラ5は現像スリーブ4の内部に固定配置されている。ドクター6は、現像スリーブ4上に担持されて搬送される現像剤3の量を規制する部材である。現像剤収納ケース7は、現像スリーブ4と対抗する面に開口部を有する現像剤収納部材である。
【0017】
現像剤収納ケース7は現像スリーブ4の上方に位置し、現像スリーブ4との間に現像剤滞留部Aを形成している。現像剤滞留部Aは、現像位置(現像スリーブ4と感光体ドラム1との対抗部)への進行がドクタ6で阻止された現像剤が滞留するスペースである。その現像剤滞留部Aに磁界の磁力が及ぶように、マグネットローラ5に磁極が形成されている。このマグネットローラ5には、一般的な現像装置と同様に、現像位置に対抗して主極(P1)が形成され、かつ、現像スリーブ4上に現像剤を担持しつづけながら搬送できるように適宜位置に搬送磁極が形成されている。
【0018】
また、現像器ケース2の一部は、トナーを収容するトナー収容部としてのトナーホッパ8を形成している。このトナーホッパ8は、現像スリーブ4上の現像剤搬送方向(図1では反時計回り)における現像剤滞留部Aの上流側に隣接して、現像スリーブ4表面と対抗するトナー補給口8aを有している。トナー補給口8aと隣り合うトナーホッパ8の底部位置に、ホッパ内のトナー3aをトナー補給口8aに向けて攪拌しながら送り出す攪拌部材としてのトナーアジテータ9が配設されている。
【0019】
また、図1(b)に示すように、現像剤収納ケース7の両端部には、現像スリーブ4側に突出した側板7aが設けられている。この側板7aは、現像スリーブ4の有効現像範囲Bの両外側の範囲C,Cに現像剤が存在しないように、現像剤の横移動を防止するための側板である。なお、現像剤収納ケース7の両側板7a,7aの内面間の距離E1=有効現像範囲Bである。また、現像剤収納ケース7(の側板7a)と現像スリーブ4間の距離はd1である。その側板7aと現像スリーブ4のギャップを埋めるように、後述するシール部材11aが側板7aに取り付けられて設けられている。そのシール部材としてはスポンジやモルトプレーンなどを用いることができる。なお、シール部材11aは、図2において、現像剤収納ケース7の両側板7a,7aの下面(現像スリーブ4に対向する面)7bに貼り付けられる。シール部材の幅は側板7aの幅(厚み)と同じである。また、シール部材11aの下側に連なって、後述するシール部材11bが設けられる。各シール部材については図4により説明する。
【0020】
図3は、現像スリーブ4の軸方向におけるP4極の磁力分布と現像剤収納ケース7により形成される現像剤滞留部Aとの位置関係を説明する模式図である。マグネットローラ5の性質上、現像スリーブ4の磁力分布は図示の特性線Dのように、現像スリーブ4の両端部において若干高くなっている。この磁力の高い部分がトナー取り込み部の現像剤の搬送性に作用しないようにするため、マグネットローラ5の両端の磁力の高い部分に現像剤滞留部Aが存在しないよう規制する位置に上記の側板7aが設けられている。
【0021】
上記のように構成された現像装置において、現像スリーブ4上の現像剤3は、スリーブ4の矢印方向(図における反時計回り)の回転に伴って搬送され、ドクタ6により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤3は、図中時計回りに回転する感光体ドラム20と対向する現像位置に搬送される。この現像位置で、感光体ドラム20上に形成されている静電潜像にトナーが供給され、静電潜像の可視像化が行われる。現像スリーブ4の回転に伴ってさらに搬送され現像位置を通過した現像剤3は、アジテータ9によりトナー補給口8aを介して送り出され現像剤滞留部Aの現像剤と接するように滞留しているトナー3aと現像剤滞留部Aの現像剤との接触部Eで、新しいトナーを取り込んだ後、現像剤滞留部Aに戻る。そして、新しいトナー3aを含んだ現像剤3はドクタ6による規制部で内圧が増加する。この内圧の増加した現像剤中でキャリアによるトナーの帯電が行われる。このように、現像剤滞留部Aにおける現像剤の内圧により、現像スリーブ4上の現像剤3中のトナーを帯電することができるので、攪拌パドルや攪拌スクリューなどの、現像剤を帯電あるいは攪拌するための複雑な攪拌搬送機構が不要である。
【0022】
一方、現像位置に供給されずにドクタ6で進行が阻止された現像剤3の一部は、現像剤滞留部A内で現像剤3自身の内圧及び重力によってトナー補給口8aに向かって移動する。トナー補給口8a付近まで移動してきた現像剤3は、現像スリーブ4の回転に伴ってドクタ6側に循環するよう搬送される。
【0023】
また、現像剤3に補給されたトナーが多くなってトナー濃度が高まると、それに伴って現像剤3の嵩が増加するため、現像剤3がトナー補給口8aまでダレてきて、トナー補給口8aの開口を覆ってしまう。このため、現像スリーブ4上の現像剤3へのトナー取り込み量が少なくなる。このトナー取り込み量の減少により、現像剤3のトナー濃度が常に一定濃度以下に保たれる。逆に、現像剤3のトナー濃度が低くなると現像剤3の嵩が減少するため、現像剤3がトナー補給口8aを塞がなくなるので、現像スリーブ4上の現像剤3へ所定量のトナーが取り込まれ、現像剤3のトナー濃度が常に一定濃度以上に保たれる。このようにトナー濃度をほぼ一定範囲内にコントロールできるので、トナー濃度センサ、現像剤の現像能力を知るために感光体ドラム1上に形成した基準トナー像の画像濃度を検知する光学的画像濃度センサ(いわゆるPセンサ)、トナー補給部材などを用いた複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。
【0024】
図4は、前述したシール部材の様子を示すもので、図4(a)は図1(a)とは異なる位置での断面図、(b)は現像装置の内部の一部を示す斜視図である。
【0025】
図4に示すように、現像剤滞留部Aとトナー収容部8とを区画する現像剤収納ケース7の壁部は下方に延長され、その延長部7cの下端は現像器ケース2の底壁部の上面に接して現像剤滞留部Aとトナー収容部8とを完全に仕切るように形成されている。そして、図4(b)に示すように、その延長部7cにトナー補給口8aが設けられている。
【0026】
この図において、現像剤収納ケース7の両側板7a,7aの現像スリーブ対向面にシール部材11aが貼り付けられている。これにより、側板7aと現像スリーブ4表面との間の隙間をなくし、現像剤の外側への移動を防止している。また、現像器ケース2の、現像スリーブ4と対向する部分の両端部に、シール部材11aと同様のシール部材11bを設けており、現像器ケース2と現像スリーブ4表面との間の隙間をなくすように構成されている。なお、シール部材11a及び11bの幅(現像スリーブ4軸方向の長さ)は側板7aの幅(厚み)と同じであり、シール部材11a及び11bの厚みは、側板7a及び現像器ケース2と現像スリーブ4表面との間隙を埋める厚みである。また、シール部材11bが設けられる位置(現像スリーブ軸方向における位置)は、シール部材11aと同じ位置である。
【0027】
さて、このように構成された現像装置において、マグネットローラ5はP1,P2,P3,P4の4極の磁極を形成し現像剤を搬送している。P1は感光体ドラム20と対向して現像を行う極であり、P2は剤搬送極、P3及びP4はトナー濃度を制御するうえで重要な役目を果たしている。P3及びP4極によって発生する現像剤の搬送力が幅方向(スリーブ軸方向)に均一でないとトナー濃度のばらつきを発生するため、搬送力に直接影響する磁力は特に均一性が求められる。本実施形態においては、マグネットローラ5の両端に発生する磁力の高い範囲がトナー取り込み部において現像剤の搬送に作用しないように規制しているので、有効現像範囲の全幅にわたって均一なトナー濃度を保つことができるようになっている。
【0028】
ところで、現像スリーブ上に担持される現像剤は、スリーブ両端に規制部材(側板7a)がないところでは、磁力の発生している幅に広がる可能性がある。ドクタ6を通過した現像剤は両端の規制部材がない領域を搬送され再び規制部材がある領域に戻ってくるが、マグネットローラ5のすべての磁極の幅(軸方向の)が同じだった場合には、規制部材(側板7a)がない領域で現像剤の存在領域が一旦広がり再度規制部材(側板7a)によって規制領域内に回収される。この時、規制領域の両端部では、磁力で保持された現像剤を無理やりずらすような現象になるため、現像剤の一部はシール部材11a,b(図1においては図示しないシール部材)と現像スリーブ4の間に入り込んで、現像スリーブ表面を磨耗させる原因となってしまう。
【0029】
そこで本実施形態では、両端に側板7aが必要なトナー取り込み部に対向する磁極(P3,P4)の有効着磁幅よりも、両端に側板7aが設けられていない領域に対向する磁極の有効着磁幅を狭く構成している。P3,P4の有効着磁幅は現像剤滞留部Aの幅(スリーブ軸方向の長さ)E1とほぼ一致させるのが望ましいが、例えば、次のように各磁極の有効着磁幅を段階的に変化させると、シール部材と現像スリーブ4の間に進入した僅かな現像剤を段階的に中央部に引き戻す効果を得られる。
L1>L2=E1<L3=L4>L1
L1:P1の有効着磁幅、L2:P2の有効着磁幅
L3:P3の有効着磁幅、L4:P4の有効着磁幅
E1:現像剤滞留部Aの幅
なお、ここでの幅はスリーブ軸方向の長さを意味する。また、有効着磁幅とは、磁界発生手段(マグネットローラ5)によって発生する磁力により現像剤担持体(現像スリーブ4)上に現像剤を保持できる幅(現像スリーブ長手方向の長さ)をいう。
【0030】
このように、各磁極の有効着磁幅を段階的に異ならせることによる効果は、両端に側板7aのある領域(P4)を出た現像剤がP1,P2と磁極を通過する毎に少しずつ横方向に(ここでは、スリーブ長手方向の中央側に)移動するため、スリーブから落下することなく現像剤を引き戻せることである。仮に、段階的に有効着磁幅を狭くせず、P4に対してP1又はP2の幅を大きく狭くした場合、シール部材と現像スリーブ4の間に進入した僅かな現像剤は、現像剤滞留部AからP1極上に移動した時に端部の磁力が無い(着磁幅が狭いので)ために中央部の磁力の有る範囲に引っ張られるが大きな距離は移動できずに落下してしまう恐れがある。
【0031】
また、L2すなわちP2の有効着磁幅をシール部材の内側面間の距離(E1)よりも若干狭く構成すると、両端部の現像剤層がシール部材に蹴られることなく、よりスムーズな搬送状態が実現できるため、シール部材の下に現像剤が進入することを防ぐのにさらに有効である。
【0032】
図5に各部材の幅と各磁極の磁力の幅を対応して示す。
図5において、本実施形態の現像装置では、現像器ケース2の両側側板2a,2b間に、現像スリーブ4、ドクター6、現像剤収納ケース7、アジテータ9などが収まるように各部材の幅及び配置位置が設定されている。例えば、現像器ケースの側板2a,2b間の距離370mmに対し、現像スリーブ4の幅I、現像剤収納ケースの両側側板7aの外面間の距離、ドクター6の幅J、アジテータの幅Kを318mmにしている。そして、現像剤収納ケースの両側側板7aの内面間の距離E1を、P3及びP4極の磁界の強さの分布における両端のピークを避けた磁界の強さの均一な範囲内に一致させている(例えば、304mm)。さらに、トナー補給口8aの幅をE1よりも狭い幅Fに設定している。
【0033】
なお、図5には、感光体ドラム20と、その感光体表面を一様に帯電させる帯電ローラ12も合わせて示している。この現像装置では、感光体ドラム20及び帯電ローラ12ともに、現像スリーブ4の幅の中に収まるようになっている。例えば、感光体ドラム1の幅Gが300mm、帯電ローラ12の幅Hが312mmである。
【0034】
ところで、上記実施形態では、マグネットローラ5の感光体ドラム20に対向する主極P1が単独の磁極として形成されているが、これを複数の磁極として構成することもできる。その場合、各磁極の有効着磁幅は、剤搬送方向の下流に配置されているものほど狭くすることによって、各極の有効着磁幅が徐々に狭くなるので、現像剤が搬送されるに従ってスリーブ中央側に引き戻される際に、少しずつ移動する(スリーブ長手方向)ので、現像剤がスリーブから落下することなく中央寄りに引き戻すことができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置によれば、広がり防止部材の有る範囲の磁極の有効着磁幅よりも広がり防止部材のない範囲の磁極の有効着磁幅が狭いので、広がり防止部材のない領域においても現像剤の広がり(現像スリーブ長手方向への)を抑えることができる。また、広がり防止部材にシール部材が装着されている場合には、現像剤が再び広がり防止部材の有る領域に搬送されてきた時に、シール部材と現像スリーブとの間に進入する現像剤を最小限に抑えることができる。
【0036】
請求項2の構成により、広がり防止部材が設けられていない領域の磁極は、各磁極の有効着磁幅(現像剤担持体長手方向の長さ)が剤搬送方向の下流に配置されているものほど狭くなっているので、両端部の現像剤は搬送されるに従って徐々に中央寄りに引き戻され、スリーブから落下することなく引き戻すことができる。
【0037】
請求項3の構成により、広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極のうち、剤搬送方向の最上流の磁極の有効着磁幅が広がり防止部材の内面間の距離よりも狭いので、磁極の有効着磁幅が再び広くなる前に広がり防止部材が設けられた領域に到達することになる。そのため、端部の現像剤が広がり防止部材又はそれに装着されたシール部材に蹴られる可能性がさらに少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る現像装置の一例を示すもので、(a)は概略構成を示す断面図、(b)は現像スリーブ付近の斜視図である。
【図2】その現像装置における、現像剤収納ケース7の側板に装着されるシール部材の貼り付け位置を説明する斜視図である。
【図3】ある磁極の磁力分布と現像剤収納ケースにより形成される現像剤滞留部との位置関係を説明する模式図である。
【図4】シール部材の装着された様子を示すもので、(a)は図1(a)とは異なる位置での断面図、(b)は現像装置の内部の一部を示す斜視図である。
【図5】本実施形態における、各部材の幅と各磁極の磁力の幅を対応して示す説明図である。
【図6】複雑なトナー濃度制御機構を有さない現像装置の従来例を示すもので、(a)は概略構成を示す断面図、(b)は現像スリーブ付近の斜視図である。
【符号の説明】
1 現像装置
2 現像器ケース
3 現像剤
4 現像スリーブ(現像剤担持体)
5 マグネットローラ(磁界発生手段)
6 ドクターブレード(現像剤規制部材)
7 現像剤収納ケース(現像剤収納部材)
7a 側板(広がり防止部材)
8 トナーホッパ(トナー収容部)
8a トナー補給口
11a シール部材
11b シール部材
20 感光体ドラム(像担持体)
A 現像剤滞留部
Claims (3)
- トナー及び磁性粒子からなる現像剤を表面に担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置された磁界発生手段と、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤規制部材で進行が阻止された現像剤が滞留する現像剤滞留部を前記現像剤担持体との間に形成する現像剤収納部材と、前記現像剤滞留部に現像剤担持体の剤搬送方向の上流側から隣接するとともに前記現像剤担持体に対向するトナー補給口を有するトナー収容部とを備えた現像装置において、
前記現像剤規制部材で進行が阻止された現像剤が前記現像剤担持体の長手方向の外側に広がるのを防ぐ広がり防止部材を、前記現像剤滞留部の両端部に夫々設け、
該広がり防止部材の内面間の距離が、前記磁界発生手段の前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅よりも狭く構成され、
前記磁界発生手段の各磁極のうち、前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅よりも、前記広がり防止部材が設けられていない領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が狭くなっており、
前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が、当該磁極の現像剤搬送方向直下流の磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅よりも広いことを特徴とする現像装置。 - 前記広がり防止部材が設けられていない領域に対向する磁極が複数極に構成され、該複数の磁極は、各磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が現像剤担持体の剤搬送方向の下流に配置されているものほど狭くなっていることを特徴とする、請求項1に記載の現像装置。
- 前記広がり防止部材が設けられている領域に対向する磁極のうち、現像剤担持体の剤搬送方向の最上流の磁極の現像剤担持体長手方向の有効着磁幅が前記広がり防止部材の内面間の距離よりも狭いことを特徴とする、請求項1に記載の現像装置。
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1998
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