JP4360530B2 - 現像ローラ及びこれを備えた現像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等に使用される現像ローラ、及びこれを備えた現像装置に関するものである。
複写機,プリンタ,ファクシミリ等の現像装置は、スリーブ状(中空)の現像ローラと、その内側に配設されたマグネットローラとを備えており、両者は長手方向両端部に配置された軸受によって相対回転可能に構成されている。この軸受は、現像ローラにおける長手方向中央側の画像形成部分よりも外側に配置されてはいるものの、軸受で発生した摩擦熱が画像形成部分に伝達されて、軸受に近い部分の現像剤が劣化するという問題が発生する。
また、現像ローラの両端部には、現像剤を収納している現像容器からの現像剤の漏洩を防止するために、シール部材が摺動接触するようになっている。このシール部材の摩擦熱によっても同様に現像剤が劣化する。
さらに、摩擦熱によって現像ローラの長手方向の温度分布の変化が急峻となる部分が発生し、濃度むらが発生するという問題もある。
これら摩擦熱に起因する現像剤の劣化や濃度むらは、現像ローラが高速回転するほど、すなわち画像形成装置が高速機になるほど顕著になる。
この問題に対処すべく、放熱や冷却を促進する構成が例えば特許文献1〜4に開示されている。
特許文献1には、現像ローラを2層構造とし、内層を銅パイプ(高熱伝導層)で形成して、現像ローラの軸方向の温度分布を一様に均一化する発明が開示されている。
特許文献2に記載された発明では、現像ローラの長手方向両端部に嵌合されるフランジ部材と、現像ローラとの間に、樹脂材料を介装して、フランジ部材側で発生した熱が現像ローラに伝達されにくくしている。
特許文献3には、現像ローラの端部に放熱手段としてフィンを設けた発明が開示されている。
特許文献4には、現像ローラの長手方向に沿って、空気の通路を設け、送風手段により通路を介して現像ローラに空気を当てて冷却を行う発明が開示されている。
特開平6−337579号公報 特開平8−328373号公報 特開2000−112227号公報 特開2000−229330号公報
上述の特許文献1〜4に開示された発明によると、それぞれ相応の放熱効果・冷却効果をあげることができる。
しかしながら、特許文献1では現像ローラを2重構造とし、特許文献2では樹脂材料を介装し、特許文献3ではフィンを設け、そして特許文献4では空気の通路及び送風手段を設けるというように、いずれも特別な構成を付加しているために、その分だけ構成を複雑化してしまうことになる。
そこで、本発明は、シール部材の摩擦熱に起因する現像剤の劣化や濃度むらを、簡単な構成で防止するようにした現像ローラ、及びこれを備えた現像装置を提供することを目的とするものである。
請求項1の発明は、外周面に現像剤を担持して搬送するスリーブ状のローラ本体を有する現像ローラに関するものである。この発明において、前記ローラ本体は、長手方向の中央部に、現像に供される画像形成領域を有すると共に、長手方向に沿っての前記画像形成領域の外側に位置する両端部に、他部よりも薄肉の低熱伝導部を有している。そして、この発明に係る現像ローラは、現像剤を収納する現像容器側に取り付けられて前記低熱伝導部の外周面に摺擦される現像剤漏洩防止シールに対して、前記低熱伝導部の長手方向の中央側の端部が、前記現像剤漏洩防止シールよりも中央側に位置する、ことを特徴としている。
請求項の発明は、請求項に記載の現像ローラにおいて、次のような点を特徴とするものである。すなわち、前記低熱伝導部は、その肉厚が前記画像形成領域の肉厚の1/2以下になっている。
請求項の発明は、請求項1又は2に記載の現像ローラにおいて、次のような点を特徴とするものである。すなわち、前記低熱伝導部は、その肉厚が0.5mm以下であることを特徴としている。
請求項の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の現像ローラにおいて、次のような点を特徴とするものである。すなわち、前記低熱伝導部の長手方向の中央側の端部は、前記現像剤漏洩防止シールよりも0.5mm以上中央側に位置するようになっている。
請求項の発明は、請求項1乃至4いずれかに記載の現像ローラにおいて、前記ローラ本体の外周面における周速が300mm/sec以上であることを特徴としている。
請求項の発明は、現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器によって回転可能に支持された現像ローラと、前記現像ローラの内側に配設されたマグネットローラとを備えた現像装置において、前記現像ローラが、請求項1乃至5のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴としている。
本発明の現像ローラによると、ローラ本体の低熱伝導部は、その肉厚が他の部分よりも薄くなっている。すなわち、低熱伝導部は、その長手方向に直交する方向の断面積が、ローラ本体の長手方向の他部よりも小さくなっている。その結果、現像剤漏洩防止シールで発生した摩擦熱は、ローラ本体の低熱伝導部を通過しにくい。したがって、低熱伝導部を、ローラ本体の長手方向の中央部に設けられた画像形成領域と現像剤漏洩防止シールとの間に位置するように形成した場合には、現像剤漏洩防止シールで発生した熱が、低熱伝導部に阻まれて画像形成領域に伝達されにくい。このように、本発明によれば、ローラ本体に薄肉の部分(低熱伝導部)を設けるといった簡単な構成でありながら、画像形成領域に伝達される熱量を低減して、現像剤の劣化や濃度むらを防止することができる。
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
<実施の形態1>
図1は、本発明に係る現像ローラ及び現像装置が適用される画像形成装置(例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ)の一例の概略構成を模式的に示す図である。
同図に示す画像形成装置は、記録材(例えば、普通紙、封筒、シート状の透明フィルム)Pに画像(トナー像)を形成する画像形成部1と、記録材Pを給搬送する給搬送部2と、記録材P上にトナー像を定着する定着部3とを備えている。以下、順に説明する。
画像形成部1は、矢印R11方向に回転駆動される感光ドラム11と、この感光ドラム11の周囲にその回転方向に沿ってほぼ順に配設された各プロセス機器とを備えている。プロセス機器としては、感光ドラム11表面を帯電する帯電ローラ12、帯電後の感光ドラム11表面に静電潜像を形成する露光装置13、静電潜像を現像する現像装置14、現像によって感光ドラム11表面に形成されたトナー像を記録材Pに転写する転写ローラ15、トナー像転写後に感光ドラム11表面を清掃するクリーニング装置16等がある。なお、現像装置14については後に詳述する。
給搬送部2は、記録材Pを収納する給紙カセット21と、この給紙カセット21から記録材Pを給紙する給紙ローラ22と、記録材Pを搬送する搬送ローラ23と、記録材Pを所定のタイミングで、感光ドラム11と転写ローラ15との間の転写ニップ部Tに供給するレジストローラ24とを備えている。
定着部3は、定着ローラ31と、この定着ローラ31に下方から当接されて定着ローラ31との間に定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ32と、定着ローラ31の内側に配設されて定着ローラ31を加熱するヒータ33とを備えている。
上述構成の画像形成装置は、以下のようにして記録材P上にトナー像を形成する。
感光ドラム11は駆動手段(不図示)によって所定のプロセススピード(周速度)で矢印R11方向に回転駆動され、その表面が帯電ローラ12によって所定の極性・電位に一様に帯電される。帯電後の感光ドラム11表面は、露光装置13によって画像情報に応じた走査露光が行われ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置14に収納されている現像剤中の粉体のトナーが付着されて、トナー像として現像される。このトナー像は、感光ドラム11表面に担持され、感光ドラム11の矢印R11方向の回転に伴って転写ニップ部Tに搬送される。
一方、給紙カセット21に収納されていた記録材Pは、給紙ローラ22によって1枚給紙され、搬送ローラ23によってレジストローラ24に搬送される。レジストローラ24に搬送された記録材Pは、一旦停止された後、感光ドラム11上のトナー像が転写ニップ部Tに搬送されるのとタイミングを合わせるようにしてレジストローラ24により転写ニップ部Tに供給される。供給された記録材Pは、転写ローラ15により表面にトナー像が転写される。
トナー像転写後の感光ドラム11は、表面に残った残留トナーがクリーニング装置16によって除去されて次の画像形成に供される。
一方、トナー像転写後の記録材Pは、定着部3に搬送され、定着ニップ部Nを通過する際に、定着ローラ31及び加圧ローラ32によって加熱されると共に加圧されて、表面にトナー像が定着される。トナー像定着後の記録材Pは、排紙トレイ34上に排出され、これにより、1枚の記録材Pに対する画像形成が終了する。
つづいて現像装置14について詳述する。
図2は、現像装置14の縦断面、すなわち現像ローラ41の長手方向に直交する方向の縦断面である。また、図3は、現像ローラ41の長手方向に沿った方向の縦断面(長手方向一端側の縦断面)である。これらの図に示すように、現像装置14は、現像容器40と、現像ローラ41と、マグネットローラ42と、攪拌部材43と、規制ブレード44とを備えている。このうち、現像容器40は、箱状に形成されていて、内側に現像剤を収納している。現像剤としては、非磁性の粉体のトナーと磁性のキャリヤとを主成分とする二成分現像剤を使用することができる。現像容器40は、感光ドラム11に対向する部分に、開口部40aを有している。
現像ローラ41は、この開口部40aを塞ぐようにして配置されている。図3に示すように、現像ローラ41は、スリーブ状に形成されたローラ本体45と、このローラ本体45の長手方向(図3中の左右方向。以下同じ)の両端部に嵌合されたフランジ部材46とを有している。
ローラ本体45は、本実施の形態において、外径φ20、長さ250mmのスリーブ状に形成されている。そして、このローラ本体45の長手方向の中央部には、現像に供される画像形成領域47が設けてあり、また長手方向に沿ってのこの画像形成領域47の外側には低熱伝導部48が設けてある。すなわち、ローラ本体45の長手方向両端部にそれぞれ低熱伝導部48,48が形成され、これら低熱伝導部48,48の間に画像形成領域47が位置するようになっている。
低熱伝導部48は、ローラ本体45の他部よりも薄肉に形成されており、熱を伝導しにくく構成されている。ここで、低熱伝導部48の肉厚をt、画像形成領域47における肉厚をTとしたときに、t≦(1/2)Tとなるように、それぞれの値が設定されている。なお、tとTとの関係を設定するのに代えて、tを単独で0.5mm以下の適当な寸法に設定するようにしてもよい。さらに、本実施の形態では、低熱伝導部(薄肉部分)48の長手方向の中央側の端部48a(低熱伝導部48と画像形成領域47との境界に相当)が、フランジ部材46の端部46aよりも0.5mm以上中央側によった位置にあるように構成されている。つまり、図3中の低熱伝導部48の端部48aとフランジ部材46の端部46aとの距離をAとすると、A≧0.5mm(本実施の形態ではA=1mm)に設定されている。言い換えると、フランジ部材46の中央側の端部46aと画像形成領域47との間に、薄肉部分が0.5mm以上存在するようにしている。
フランジ部材46は、図3に示すように、その外周面側に、その外表面よりも小径の係合部50が形成されていて、この係合部50を上述の低熱伝導部48(薄肉部分)に嵌合し、この係合部50に低熱伝導部48を溶接や接着等によって固定している。また、図3中左側のフランジ部材46の径方向の中央には、外側(図3中の左側)に向けて軸部51が突設されている。この軸部51は、現像容器40の軸受部40bによって回転自在に支持されている。また、図3中右側のフランジ部材46の径方向の中央には、外側(図3中の右側)に向けて軸部52が突設されている。この軸部52は、現像容器40の軸受部40cによって回転自在に支持されている。また、この軸部52を備えたフランジ部材46の径方向中心部には、軸心に沿って貫通する軸穴53が形成されている。そして、次に説明するマグネットローラの42の軸部54が、その軸穴53を介して外側に突出するようになっている。フランジ部材46には、画像形成装置本体(不図示)に配置された現像バイアス印加電源57(図2参照)から例えば、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、これによりローラ本体45に現像電位を付与するようになっている。
マグネットローラ42は、軸部54と磁極部55とを有している。このうち、磁極部55は、上述のローラ本体45の画像形成領域47の内径よりも少し小さい外径を有するローラ状に形成されていて、周方向に沿って複数の磁極(不図示)が配置されている。この磁極部55の長手方向の長さは、画像形成領域47の長手方向の長さとほぼ同じに設定されている。軸部54は、磁極部55の中心を貫通するように配置されていて、その両端部を磁極部55から突出させている。そして、軸部54の両端部側(一端部側54a及び他端部側54b)は、図3に示すように、フランジ部材46との間に介装された軸受56によって相対回転自在に支持されている。なお、軸部54の他端部側54bは、上述のフランジ部材46の軸穴53を貫通して外側に突出した部分が現像容器40によって回転不能に支持されている。つまり、本実施の形態では、マグネットローラ42は、現像容器40に対して不動で、現像ローラ41が回転自在となっている。なお、本実施の形態では、現像ローラ41は、周速300mm/secで回転駆動される。
図2に示す攪拌部材43は、矢印R43方向に回転して、現像容器40中の現像剤を攪拌するとともに、現像剤を現像ローラ41に向けて搬送する。
規制ブレード44は、その基端部44aが現像容器40に固定されていて、先端部44bを現像ローラ41の外周面に対し微小間隙を介して対向させている。規制ブレード44は、マグネットローラ42によって現像ローラ41の表面(外周面)に担持された現像剤の層厚を規制するものである。
図2で説明したように、現像ローラ41は、現像容器40の開口部40aに配置されている。したがって、本実施の形態では、図3に示すように、現像容器40からの現像剤の漏洩を防止すべく、現像容器40と現像ローラ41との間に、シール部材(現像剤漏洩防止シール)58を設けている。シール部材58は、例えば摩擦抵抗の小さいPFAフェルトによって形成されていて、現像容器40に取り付けられるとともに、現像ローラ41の外周面にほぼ半周にわたって摺擦されている。シール部材58の端部58aと低熱伝導部48の端部48aとの距離Bは、B≧0.5mm(本実施の形態ではB=1mm)となるように設定されている。ただし、距離Bは、現像ローラ41の長手方向に沿った寸法である。
上述構成の現像装置14は、感光ドラム11上の静電潜像の現像に際して、現像ローラ41が図2中の矢印R41方向に300mm/secの周速度で回転駆動される。現像容器40内の現像剤は、攪拌部材43によって攪拌され、現像ローラ41に向けて搬送される。現像剤は、キャリヤがマグネットローラ42の磁力によって磁気的に現像ローラ41表面に担持され、またトナーがトリボによって電気的にキャリヤ表面に付着している。現像ローラ41表面に磁気的に担持された現像剤は、現像ローラ41の矢印R41方向の回転により、同方向に搬送され、規制ブレード44を通過する際に層厚を規制される。さらに現像剤は、現像ローラ41の回転により、感光ドラム11表面に対向する現像位置Dに搬送される。このとき、現像バイアス印加電源57から現像ローラ41に現像バイアスが印加され、これにより現像剤中のトナーが静電潜像に付着されて、静電潜像をトナー像として現像する。
上述の現像装置14においては、固定的に配置された現像容器40及びマグネットローラ42に対して、現像ローラ41が回転するので、図3に示す軸受56及びシール部材58から摩擦熱が発生する。軸受56で発生した摩擦熱は、フランジ部材46、低熱伝導部48を介して、またシール部材58で発生した摩擦熱は、低熱伝導部48を介して、画像形成領域47に伝達されようとする。
しかしながら、本実施の形態においては、前述のように、フランジ部材46の端部46aと低熱伝導部48の端部48aの間の距離Aを、A≧0.5mm(さらに具体的にはA=1mm)に、またシール部材58の端部58aと低熱伝導部48の端部48aの間の距離BをB≧0.5mm(さらに具体的にはB=1mm)に設定している。その結果、低熱伝導部48を通過する摩擦熱は、熱の流れに対して直交する方向の断面積が小さい部分(薄肉部分)を通過することになるため、画像形成領域47に伝達されにくい。
図4に実験結果を示す。実験には、ローラ本体45(対策品)として材質がSUS(ステンレス鋼)で、長さが250mm、外径20mmのものを使用した。また、このローラ本体45は、画像形成領域47の長さが220mm、両端部の低熱伝導部48の長さが15mm、画像形成領域47の肉厚がT=1mm、低熱伝導部48(薄肉部分)の肉厚がt=0.5mmである。
同図の横軸は、ローラ本体45の長手方向の一方の端部を起点(0)としたときの、ローラ本体45の長手方向の位置を示している。また縦軸は温度を示している。同図中の2本の縦線L1,L2、すなわち横軸の0と50との間の縦線L1、及び200の右側の縦線L2は、それぞれ低熱伝導部48の端部48aの位置を示している。したがって、縦線L1の左側及び縦線L2の右側が、低熱伝導部48に対応する。またこれら縦線L1と縦線L2との間が、画像形成領域47に対応している。
同図からわかるように、上述のローラ本体45(実線)によると、従来(破線)と比較して、画像形成領域47の長手方向の両端部近傍の温度上昇を低く抑えることができる。
このように、本実施の形態によると、ローラ本体45の両端部に薄肉部分(低熱伝導部48)を設けるといった簡単な構成でありながら、画像形成領域47に伝達される熱量を低減して、現像剤の劣化や濃度むらを有効に防止することができる。
また、本実施の形態において、低熱伝導部48は、ローラ本体45の両端部に、それぞれインロー加工によって同軸加工すれば、同軸度精度を向上することができ、ローラ本体とフランジ部材46の組立精度を高精度化することができる。
さらに、本実施の形態によれば、低熱伝導部48(薄肉部分)をローラ本体45の両端まで形成し、低熱伝導部48がフランジ部材46との嵌合部を兼ねるようになっているので、低熱伝導部48をローラ本体45の両端まで形成せずに、低熱伝導部48(薄肉部分)とフランジ部材46との嵌合部を別々に加工する態様に比較し、加工工数を削減することができる。
なお、上述の実施の形態は、ローラ本体45の内周面側を切り欠いて薄肉部分とする態様を例示したが、これに限られずものでなく、ローラ本体45の外周面側を切り欠いて薄肉部分としてもよく、また、ローラ本体45の内周面側と外周面側の両方を切り欠いて薄肉部分としてもよい。そして、そのようにして形成した薄肉部分を低熱伝導部としてもよい。
また、本実施の形態は、2成分現像に限られず、1成分現像にも適用できる。
<実施の形態2>
図5に本実施の形態に係る現像ローラ60の一端部側の縦断面を示す。同図に示すように、マグネットローラ61の長手方向両端部の外周面に突設した突起62に、ローラ本体63の長手方向両端部側の内周面に形成した環状の溝(低熱伝導部)64を係合するようになっている。
この図5に示すように、ローラ本体63は、溝64の部分を除き、全長にわたり一様の肉厚Tに形成されており、その長手方向両端部がフランジ部材65の外周に嵌合・固定されている(ただし、現像ローラ60の他端部側は省略してある)。溝64の長手方向(ローラ本体63の回転中心軸に沿った方向)の内側の端部64aは、上述の実施の形態1のA及びBの寸法に基づいて配置される。また、ローラ本体の溝が形成された部分(低熱伝導部)の肉厚tは、上述の実施の形態1のtに対応するものである。また、溝の幅寸法は、特に限定されるものではないが、ローラ本体とマグネットローラとの組立性等を考慮して、最適の寸法が設定される。さらに、溝の断面形状は、本実施の形態の態様である矩形形状に限られず、溝底の肉厚を所定の肉厚寸法にできるものであればよく、半円形、三角形状、台形形状、逆U字形状等でもよい。
このように構成された本実施の形態は、ローラ本体63に形成した溝(低熱伝導部)64によって、軸受56及びシール部材58で生じる熱が画像形成領域47に伝達されるのを抑え、現像剤の劣化や濃度むらを有効に防止することができる。
<実施の形態3>
図6に、本実施の形態に係る現像ローラ70の一端部側の縦断面を示す。同図に示すように、本実施の形態は、マグネットローラ71の軸部72をフランジ部材73を貫通させて外側に突出させ、その軸部72を現像容器40の軸受部40bで回転自在に支持するようになっている。
そして、現像ローラ70の外周面と現像容器40の円筒部40dとの間のスペースで、且つ、シール部材58の長手方向(現像ローラの回転中心軸に沿った方向)の外側には、現像ローラ70を回転自在に支持する軸受74が配置されている。
このように構成された本実施の形態は、上述の各実施の形態と同様に、シール部材58及び軸受74で生じる熱がローラ本体75を介して画像形成領域47に伝導されるのを低熱伝導部で抑え、現像剤の劣化や濃度むらを有効に防止することができる。
なお、本実施の形態における低熱伝導部の寸法A,B,T,tは、上述の実施の形態1と同様に設定される。
電子写真方式のプリンタ,ファクシミリ,複写機及びこれらの複合機等の画像形成装置において、感光体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置及びこの現像装置を構成する現像ローラとして広く使用することができる。
本発明に係る加圧ローラが適用される定着装置、及び画像形成装置の概略構成を模式的に示す図である。 現像装置の構成を示す拡大縦断面図である。 現像ローラの長手方向に沿った方向の縦断面図である。 従来と対象品との、ローラ本体の温度分布を比較する図である。 実施の形態2の現像ローラの一端部側縦断面図である。 実施の形態3の現像ローラの一端部側縦断面図である。
符号の説明
14……現像装置、40……現像容器、41,60,70……現像ローラ、42,61,71……マグネットローラ、45,63,75……ローラ本体、46,65,73……フランジ部材、47……画像形成領域、48……低熱伝導部、48a……低熱伝導部の長手方向の中央側の端部、56……現像剤漏洩防止シール(シール部材)、64……低熱伝導部(溝)、T……画像形成領域の肉厚、t……低熱伝導部の肉厚

Claims (6)

  1. 外周面に現像剤を担持して搬送するスリーブ状のローラ本体を有する現像ローラにおいて、
    前記ローラ本体は、長手方向の中央部に、現像に供される画像形成領域を有すると共に、長手方向に沿っての前記画像形成領域の外側に位置する両端部に、他部よりも薄肉の低熱伝導部を有しており、
    現像剤を収納する現像容器側に取り付けられて前記低熱伝導部の外周面に摺擦される現像剤漏洩防止シールに対して、前記低熱伝導部の長手方向の中央側の端部が、前記現像剤漏洩防止シールよりも中央側に位置する、
    ことを特徴とする現像ローラ。
  2. 前記低熱伝導部は、その肉厚が前記画像形成領域の肉厚の1/2以下であることを特徴とする請求項1に記載の現像ローラ。
  3. 前記低熱伝導部は、その肉厚が0.5mm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像ローラ。
  4. 前記低熱伝導部の長手方向の中央側の端部は、前記現像剤漏洩防止シールよりも0.5mm以上中央側に位置することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の現像ローラ。
  5. 前記ローラ本体の外周面における周速が300mm/sec以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の現像ローラ。
  6. 現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器によって回転可能に支持された現像ローラと、前記現像ローラの内側に配設されたマグネットローラとを備えた現像装置において、
    前記現像ローラが、請求項1乃至5のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とする現像装置。
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