JP4425754B2 - 画像形成装置の評価方法 - Google Patents
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図5、図6に示すように、初期状態において、感光体上のトナーの帯電量および粒径を示す個数分布の等高線と、現像装置内のトナーの帯電量および粒径を示す個数分布の等高線とにあまり差が見られない。しかし、図7、図8に示す一時間攪拌後の感光体上のトナーの帯電量および粒径を示す個数分布の等高線と、現像装置内のトナーの帯電量および粒径を示す個数分布の等高線とが大幅に異なることがわかる。具体的には、感光体上には、粒径の大きなトナーが多く存在していることがわかる。この感光体上の粒径の大きなトナーは、劣化して現像装置内でトナー同士が凝集し見かけ上粒径が大きくなったトナーか、もともと現像装置内に存在していた粒径の大きなトナーかは定かでないが、前者の可能性が高いと考えられる。そして、このように凝集し見かけ上粒径が大きくなったトナーは、添加剤が埋没して非静電的な付着力が強い状態となっている。感光体表面に付着している凝集したトナーは、転写時に転写ニップの圧力により感光体上に強く付着してしまい、転写バイアスを印加しても転写部材へ静電的に移動しない。その結果、画像に濃度ムラが発生してしまうと考えられる。
以上のことから、現像性能を上げて感光体表面に十分な量の現像剤を供給しても、上記のように感光体上に凝集したトナーが多く付着した状態となっていると、この凝集したトナーが転写されないので、濃度ムラ等の異常画像が発生したものと考えられる。
また、潜像担持体上に付着しやすいトナーの帯電量を現像装置内で最も多く存在するトナーの帯電量に経時で維持することができる。このため、従来のように、潜像担持体に付着し易い帯電量を有したトナーが現像装置内に少ないため、現像装置内の潜像担持体に付着し易い帯電量よりも高いトナーが潜像担持体上に付着することが抑制される。この結果、潜像担持体上に十分にトナーが付着してない状態でトナーと潜像担持体上の電位とが平衡状態になってしまうことが抑制され、画像濃度の低下を抑制することができる。
本実施形態では、図2に示すように感光体4Yと帯電ローラ16Yとクリーニング装置17Yとから構成された感光体ユニット2Yが、装置本体に対して着脱可能に取り付けられている。感光体4を備えたユニットを装置本体1に対して着脱可能とする構成としてはこれに限るものではない。現像装置も備えたプロセスカートリッジとして装置本体1から着脱可能な構成を適用しても良い。
図10は、本実施形態に適用可能なプロセスカートリッジ500の断面図である。プロセスカートリッジ500は、感光体4のまわりに帯電手段としての帯電ローラ16、現像手段としての現像装置5、クリーニング手段としてのクリーニング装置17などを備えている。プロセスカートリッジ500を備えたプリンタ装置本体1の概略構成図を図11に示す。このように感光体4のまわりの部材を一体的にプロセスカートリッジ500としてプリンタ装置本体1に対して一括して着脱可能とすることで、メンテナンス性を向上することができる。プロセスカートリッジとしては上述のプロセスカートリッジ500の構成に限らず、少なくとも現像装置5と感光体4とを一体的に結合し、プリンタ装置本体1に対して着脱可能となっていれば良い。図11では、プロセスカートリッジ500を一つだけ記載しているが、これを転写ベルト3の表面移動方向に複数個並べることにより、カラーの画像形成が可能となる。
・窒素ガスブロー圧力:0.4[kg/cm 2 G]
・窒素ガスブロー時間:2[sec]
・窒素ガスブローのインターバル:2[sec]
・現像剤保持台の回転数:320/1500[rpm]
上記現像装置内のトナーの帯電量分布から、現像装置内のトナーのトナー平均帯電量(Q/d)devが得られる。また、上記現像装置内のトナーの粒径分布から、現像装置内のトナー平均粒径ddevが求められる。
・窒素ガスブロー圧力:0.4[kg/cm 2 G]
・窒素ガスブロー時間:2[sec]
・窒素ガスブローのインターバル:2[sec]
上記現像装置内のトナーの帯電量分布から、現像装置内のトナーのトナー平均帯電量(Q/d)drumが得られる。また、上記現像装置内のトナーの粒径分布から、現像装置内のトナー平均粒径ddrumが求められる。
被覆率[%]=(Wt/Wc)×(ρc/ρt)×(Dc/Dw)×(1/4)×100
上記式中、Dcはキャリアの重量平均粒径[μm]、Dwはトナーの重量平均粒径[μm]、Wtはトナーの重量[g]、Wcはキャリアの重量[g]、ρtはトナー真密度[g/cm3 ]、ρcはキャリア真密度[g/cm3 ]を表す。
Dw={1/Σ(nD3)}×{Σ(nD4)}
上記式中、Dは各チャネルに存在する粒子の代表粒径[μm]を示し、nは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本実施形態では、2[μm]の長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。
(MO)x(NO)y(Fe2O3)z
但し、x+y+z=100[mol%]であって、M、Nはそれぞれ、Ni、Cu、Zn、Li、Mg、Mn、Sr、Ca等であり、2価の金属酸化物と3価の鉄酸化物との完全混合物から構成されている。
H2N(CH2)3Si(OCH3)3:MW179.3
H2N(CH2)3Si(OC2H5)3:MW221.4
H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2(OC2H5):MW161.3
H2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2:MW191.3
H2NCH2CH2NHCH2Si(OCH3)3:MW194.3
H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2:MW206.4
H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3:MW224.4
(CH3)2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2:MW219.4
(C4H9)2NC3H6Si(OCH3)3:MW291.6
*トナーの製造例
(マスターバッチ顔料成分)
顔料 キナクリドン系マゼンタ顔料(C。I。PigmentRed122) 50部
結着樹脂 エポキシ樹脂 50部
水 30部
上記原材料をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロール表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行い、マスターバッチ顔料(1)を得た。次に、このマスターバッチ顔料(1)を用いて、以下の方法によりトナーを作成した。
結着樹脂 エポキシ樹脂(R−304、三井化学社製) 100部
着色剤 マスターバッチ顔料(1) 13部
帯電制御剤 サリチル酸亜鉛塩(ボントロンE84、オリエント化学社製) 2部
シリコーン樹脂(SR2411.トーレダウコーニングシリコーン社製)を希釈して、シリコーン樹脂溶液(固形分:5[%])を用意した。そして、流動床型コーティング装置を用いて、キャリア芯材粒子(1)の各粒子表面上に、上記シリコーン樹脂溶液を、100[℃]の雰囲気下で約40[g/min]の割合で塗布し、更に240[℃]で2時間加熱して、膜厚0.53[μm]、真比重5.0[g/cm3 ]のキャリアを得た。膜厚の調整はコート液量により行った。
上記実施例1におけるトナーで重量平均粒径8.4[μm]、3[μm]以下粒子個数比率を2[%]に調製した以外は、実施例1と同一方法でマゼンタ電子写真用トナーBを得た。このトナーと上記実施例3の現像条件を用いて、実施例1と同様な画出力及び評価を実施した。
上記実施例1におけるトナーで重量平均粒径5.1[μm]、3[μm]以下粒子個数比率を15[%]に調製した以外は実施例1と同一方法でマゼンタ電子写真用トナーCを得た。このトナーと上記実施例3の現像条件を用いて、実施例1と同様に画像出力及び評価を実施した。
*重合トナーの製造例
イオン交換水710[g]に、0.1M−Na3PO4水溶液450[g]を投入し、60[℃]に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000[rpm]にて攪拌した。これに1.0M−CaCl2水溶液68[g]を徐々に添加し、Ca3(PO4)2を含む水系媒体を得た。
スチレン 170[g]
n−ブチルアクリレート 30[g]
キナクリドン系マゼンタ顔料 10[g]
ジ−t−ブチルサリチル酸金属化合物 2[g]
ポリエステル樹脂 10[g]
上記処方を60[℃]に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000[rpm]にて均一に溶解、分散した。これに、重合開始剤2、2‘−アゾビス(2、4−ジメチルバレロニトリル)10[g]を溶解し、重合性単量体組成物を調整した。そして、上記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60[℃]、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10000[rpm]で20分間攪拌し、重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌しつつ、80[℃]に昇温し、10時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で一部水系媒体を留去して冷却し、塩酸を加えリン酸カルシウムを溶解させた後、濾過、水洗、乾燥をして、重量平均粒径が7[μm]、3[μm]以下粒子個数比率が1[%]の着色懸濁粒子を得た。この微細粒子20[kg]に対して平均粒径0.3[μm]の疎水性シリカ微粒子100[g]、平均粒径0.3[μm]の疎水性チタン微粒子100[g]を添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーDを得た。このトナーと実施例3の現像条件を用いて、実施例1と同様に画像出力及び評価を実施した。
上記実施例6におけるトナーにおいて、トナーDから以下に示すトナーEに変更した以外は、実施例3と同一現像条件を用いて、実施例1と同様に画像出力及び評価を行った。
*トナーの製造例
上記微細粒子20[kg]に対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100[g]、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100[g]、及び平均粒径100[nm]の疎水性シリカ微粒子100[g]を添加及び攪拌混合を行う以外は、実施例6と同一方法で、マゼンタ電子写真用トナーEを得た。
上記実施例6におけるトナー及びキャリアCを用いて、トナー濃度(TC)7.0[wt%]の現像剤を作成し、リコー社製IPSiOcolor8100機を改造して品質評価を行った。現像剤の初期設定として、トナー濃度センサ出力Vtが2.50[V]になるように調製を行い、基準値とする。その他の現像条件は実施例1と同一である。この基準値を維持する状態で、画像面積20[%]の画像を出力した。そして、通紙枚数20K枚に対するトナー濃度推移、現像剤および像担持体の帯電量分布、粒径分布、画像品質について評価を実施した。
上記実施例9におけるトナー、キャリアを用い、同一の現像条件で画像面積1[%]の画像を出力した。そして、通紙枚数20K枚に対するトナー濃度推移、現像剤および像担持体の帯電量分布、粒径分布、画像品質について評価を実施した。
上記実施例9におけるトナー及びキャリアCを用いて、トナー濃度(TC)10.0[wt%]の現像剤を作成して、リコー社製IPSiOcolor8100機を改造して品質評価を行った。現像剤の初期設定として、トナー濃度センサ出力Vtが2.00[V]になるように調製を行い、基準値とする。その他の現像条件は実施例1と同一である。この基準値を維持する状態で、画像面積20[%]の画像を出力した。そして、通紙枚数20K枚に対するトナー濃度推移、現像剤および像担持体の帯電量分布、粒径分布、画像品質について評価を実施した。
上記実施例6におけるトナーにおいて、トナーDから以下に示すトナーFに変更した以外は、実施例3と同一現像条件を用いて、実施例1と同様に画像出力及び評価を実施した。
*トナーの製造例
上記微細粒子20[kg]に対して平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100[g]、及び平均粒径100[nm]の疎水性シリカ微粒子100[g]を添加及び攪拌混合を行う以外は、実施例6と同一方法で、マゼンタ電子写真用トナーFを得た。
実施例9におけるトナー及びキャリアCを用いて、トナー濃度7.0[%]の現像剤を作成して、リコー社製IPSiOcolor8100機を表4に示す現像条件に改造して品質評価を行った。現像剤の初期設定として、トナー濃度センサ出力Vtが3.00[V]になるように調製を行い、基準値とする。この基準値を維持する状態で、画像面積20[%]の画像を出力した。そして、通紙枚数20K枚に対するトナー濃度推移、現像剤および像担持体の帯電量分布、粒径分布、画像品質について評価を実施した。
実施例9におけるトナー及びキャリアCを用いて、トナー濃度7.0[%]の現像剤を作成して、リコー社製IPSiOcolor8100機を表5に示す現像条件に改造して品質評価を行った。現像剤の初期設定として、トナー濃度センサ出力が3.00[V]になるように調製を行い、基準値とする。この基準値を維持する状態で、画像面積20[%]の画像を出力した。そして、通紙枚数20K枚に対するトナー濃度推移、現像剤および像担持体の帯電量分布、粒径分布、画像品質について評価を実施した。
上記実施例1におけるキャリアにおいて、キャリアAから以下に示すキャリアBに変更した以外は、実施例1と同一トナーを用いて、実施例1と同様に画像出力及び評価を実施した。
*キャリアBの製造例
シリコーン樹脂(SR2411 トーレダウコーニングシリコーン社製)を希釈して、シリコーン樹脂溶液(固形分:5[%])を得た。
流動床型コーティング装置を用いて、平均粒径が60[μm]のキャリア芯材粒子(MnMgSr系フェライト、1[KOe]の磁気モーメント77[emu/g])5[kg]の各粒子表面上に、上記のシリコーン樹脂溶液を、100[℃]の雰囲気下で約40[g/min]の割合で塗布し、更に240[℃]で2時間加熱して、膜厚0.53[μm]、真比重5.0[g/cm3 ]のキャリアBを得た。膜厚の調整はコート液量により行なった。
上記実施例1のトナーにおいて、トナーAから以下に示すトナーGに変更した以外は、実施例3と同一現像条件を用いて、実施例1と同様に画像出力及び評価を実施した。
*トナーの製造例
上記実施例1の混練物を用いて、粉砕部に平板型衝突板を具備したジェットミル粉砕機で平均粒径12[μm]になるように微粉砕し、さらにDSタイプ気流式分級機に連結したターボミルを使用して表面処理を行ない平均粒径11.5[μm]とした。さらに微粉分級して、重量平均粒径が11.8[μm]、3[μm]以下の粒子個数比率が20[%]の微細粒子を得た。該微細粒子20[kg]に対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100[g]、平均粒径30[nm]の疎水性酸化チタン微粒子100[g]を添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーGを得た。
上記実施例6のトナーにおいて、トナーDから以下に示すトナーHに変更した以外は、実施例3と同一現像条件を用いて、実施例1と同様に画像出力及び評価を実施した。
*トナーの製造例
上記微細粒子20[kg]に対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子50[g]、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子50[g]、及び平均粒径100[nm]の疎水性シリカ微粒子50[g]を添加及び攪拌混合を行う以外は、実施例6と同一方法で、マゼンタ電子写真用トナーHを得た。
比較例5のトナー、実施例3の現像条件を用いて、画像面積1[%]の画像を出力した。通紙枚数20K枚に対するトナー濃度推移、現像剤および像担持体の帯電量分布、粒径分布、画像品質について評価を実施した。
以上、本実施形態の画像形成装置によれば、トナーが劣化した状態においても|(Q/d)dev−(Q/d)drum|が0.1[f・C/10μm]以下で、かつ|ddev−ddrum|が0.2[μm]以下を満たした画像形成装置であれば、経時にわたり画像濃度の低下や画像濃度ムラのない良好な画像を維持することができる。
(2)
また、現像剤規制部材による規制直後における現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤の担持量は20〜60[mg/cm2]とすることで、現像剤担持体と像担持体間に印加させる電界を大きくする必要がなく、現像剤規制部材よりも現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側において剤落ちの発生を抑制することができる。さらに、像担持体と現像剤担持体との空間における流動性の低下が抑制され、像担持体上の静電潜像に対してのトナー供給が円滑に行われなくなるのを抑制することができる。その結果、画像濃度低下や濃度ムラの発生を抑制することができる。
(3)
また、トナーに平均粒径が80〜140[nm]である大粒径の疎水性シリカを添加することにより、転写性、現像性に対して更に性能が向上する。
(4)
また、トナーに平均粒径が50[nm]以下の疎水性シリカ微粒子および平均粒径が50[nm]以下の疎水性酸化チタン微粒子を0.2[wt%]以上、1.2[wt%]以下添加している。疎水性シリカ微粒子および疎水性酸化チタン微粒子の平均粒径を50[nm]以下とすることで、トナーとの静電力、ファンデアワールス力を格段に向上させることができ、トナーの流動性を向上させることができる。その結果、現像剤の所望の帯電レベルを得ることができ、良好な画像品質が得られ、さらに転写残トナーの低減を図ることができる。また、疎水性シリカ微粒子の添加量が0.3〜1.5[wt%]の範囲で、疎水性酸化チタン微粒子が0.2〜1.2[wt%]の範囲とすることで、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られて、トナー飛散を抑制することができる。
(5)
トナー濃度を5.0〜9.0[wt%]の範囲で、平均帯電量Q/Mが15〜40[−μC/g]となる現像剤を使用している。これにより、トナー飛散や画像濃度の低下が抑制され、小粒径キャリア、小粒径トナーを使用した現像剤であっても、長期に亘って安定した画像品質が得られるようになる。
(6)
トナーの重量平均粒径が5.0〜8.0[μm]、かつトナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Dw/Dnを1.20以下にすることにより、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上も図られ、さらに高品質な画像を得ることができる。
(7)
またトナー粒度分布における3[μm]以下の粒子個数比率を5%以下にすることによって、流動性、保存性における品質を改善することができ、現像装置中へのトナー補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性において良好な水準を得ることができる。
(8)
また、トナーの帯電立ち上がり比率Z[%]を70[%]以上としている。トナーの帯電立ち上がり比率Z[%]を70[%]以上とすることにより、トナー飛散、及び地肌汚れを大きく改善することができる。
(9)
また、本実施形態の画像形成装置は、現像スリーブの周速度をVs、感光体の周速度Vpとした場合、Vs/Vpを1.5から2.5の範囲になるように調整している。Vs/Vpが1.5よりも低い場合には、静電潜像を通過する現像剤の通過時間が短くなるため、現像能力が低下してしまい、高面積を有する画像を出力した場合、画像濃度低下が顕著となってくる。またVs/Vpが2.5よりも高い場合、即ち現像剤と静電潜像との接触時間を長くすると異常画像が発生する。よって、Vs/Vpを1.5から2.5の範囲に調整することで、高品位な画像を得ることができる。
(10)
また、本実施形態の現像装置によれば、トナーが劣化した状態においても|(Q/d)dev−(Q/d)drum|が0.1[f・C/10μm]以下で、かつ|ddev−ddrum|が0.2[μm]以下を満たすことで、経時にわたり画像濃度の低下や画像濃度ムラのない良好な画像を維持することができる。
(11)
また、本実施形態の現像装置は、少なくとも感光体とともに一体的に支持されプロセスカートリッジを構成している。これにより現像装置などの感光体周囲の部材を感光体とともに、プリンタ装置本体に対して一括して着脱可能となり、メンテナンス性を向上することができる。
(12)
また、本実施形態の画像形成装置の判定方法によれば、該現像装置内のトナー平均帯電量(Q/d)devと感光体上のトナー平均帯電量(Q/d)drumと、現像装置内のトナー平均粒径ddevと、感光体上のトナー平均粒径ddrumとをそれぞれ検知して、該現像装置内のトナー平均帯電量(Q/d)devと感光体上のトナー平均帯電量(Q/d)drumとの関係が|(Q/d)dev−(Q/d)drum|≦0.10[f・C/10μm]の関係を満たしているかどうかと、該トナー平均粒径ddevと感光体上のトナー平均粒径ddrumとの関係が|ddev−ddrum|≦0.20[μm]を満たしているかどうかを検知することで、この画像形成装置が画像濃度ムラや画像濃度低下を引き起こす危険があるかどうかを判定することができる。この判定方法を用いれば、画像形成装置の画像形成条件を上記条件を満たすように変更すれば、経時にわたり濃度ムラや画像濃度低下のない画像形成装置とすることが可能となる。
(13)
また、本実施形態の画像形成装置の製造方法によれば、未使用の現像剤を一時間攪拌して十分劣化させた状態において、|(Q/d)dev−(Q/d)drum|≦0.10[f・C/10μm]の関係を満たし、かつ、未使用の該現像剤を一時間攪拌後の該現像装置内のトナー平均粒径ddevと、未使用の該現像剤を一時間攪拌後の潜像担持体上のトナー平均粒径ddrumとが、|ddev−ddrum|≦0.20[μm]の関係を満たす要求仕様を満足する設計条件を決定してこの設計条件に基づいて画像形成装置を製造している。これにより、経時にわたり、画像濃度ムラや画像濃度低下の発生が抑制された画像形成装置を製造することができる。
2 感光体ユニット
3 転写ベルト
4 感光体
5 現像装置
6 書き込み装置
7 両面ユニット
8 反転ユニット
9 定着装置
500 プロセスカートリッジ
Claims (1)
- 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像にトナーを供給して現像する現像装置とを備えた画像形成装置内の特性を検知して、該画像形成装置の評価を行う画像形成装置の評価方法において、
該特性として、該現像装置内のトナー平均帯電量(Q/d)devと潜像担持体上のトナー平均帯電量(Q/d)drumと、現像装置内のトナー平均粒径ddevと、潜像担持体上のトナー平均粒径ddrumとをそれぞれ検知して、該現像装置内のトナー平均帯電量(Q/d)devと潜像担持体上のトナー平均帯電量(Q/d)drumとの関係が
|(Q/d)dev−(Q/d)drum|≦0.10[f・C/10μm]
を満たしているかどうかと、
該トナー平均粒径ddevと潜像担持体上のトナー平均粒径ddrumとの関係が
|ddev−ddrum|≦0.20[μm]
を満たしているかどうかを評価することを特徴とする画像形成装置の評価方法。
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