JP4915080B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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更に、現像領域では、像担持体上の静電潜像のうち、画像部に対応した部位の現像剤のトナーが消費され、非画像部に対応した部位の現像剤でのトナー消費はなされない。そのため、現像領域を通過した後の現像剤担持体上には、現像によってトナーが消費された部分とトナーが消費されなかった部分とが混在するようになる。仮にこのような現像履歴を残した現像剤をそのままにして、トナー濃度が調整された現像剤をその上に供給しようとすると、現像剤同士の交換が旨く行われず、新たな現像剤が供給された現像剤担持体上には、トナー濃度の分布を残した現像剤によってトナー濃度の分布が解消されないようになる。その結果、現像履歴(ゴーストを発生する)が画質欠陥として現れるようにもなる。
一方、ピックオフ磁極を設けずに、現像剤担持体の現像領域下流側に、例えばスクレーパ等の剥離部材を配置するようにすることも可能であるが、この場合は、剥離部材によって現像剤担持体から剥離された現像剤を現像剤担持体から離れた場所に搬送する必要があり、大型化は避けられない。また、現像剤担持体表面への傷の発生にも繋がり易く、現像剤担持体での現像剤搬送性に悪影響を及ぼすようにもなる。
当然、このトナー補給装置では現像装置の駆動とは独立したタイミングで補給のON/OFFを行う必要があり、そのために独立駆動のモーターが必要である。また、現像装置に補給する前のトナーを蓄えておくトナー収容器も必要である。この現像装置を用いている画像形成装置内におけるスペースなどの関係でトナー補給装置を現像装置のすぐ近くに置けない場合などは、画像形成装置内部の現像装置とは離れた場所から現像装置までトナーを搬送するための搬送装置も必要である。
すなわち、トナー補給装置には独立駆動モーターや搬送装置が必要であって、そのコストが一成分現像装置に比べて高いことが問題となっていた。
また、本発明における算術平均傾斜(Δa)は、図2(a)に示すように、粗さ曲線f(x)の微小間隔での傾き(Δy/Δx)の絶対値を基準長さに亘って求め、平均化したものとなっている。そのため、Δaが大きくなれば急峻な曲線になり、山と山の間隔も小さくなるため、現像剤Gが表面から取れ難くなったり、現像剤の搬送力が大きくなるようになる。一方、(b)は上述した算術平均粗さRaを示すもので、基準長さでの凹凸の絶
対値の総和を平均化したものとなっている。JIS B0601においては、前述のように接触子が大きいことから、トナーが引っかかるような凹凸を表現するには適切な指標とは云えない。また、トナーサイズより小さい領域の測定をレーザ顕微鏡などで行い、その結果からRaを算出した場合と同じ測定結果から算出したΔaとを比べると、Δaの方が、ゴーストとの関係においてばらつきがより少なく表わせることがわかった。これは、Raが高さや深さによって決まり、凹凸の頻度や急峻さを表わしていないのに比べて、Δaがそれらを的確に表わしているためと考えられる。
したがって、圧を受けた状況下での現像剤Gのスリーブからの取れ易さ、入れ替わり易さを考えるには、Raではなく、Δaの方が適切な指標と考えられる。尚、Δaの測定についての詳細は後述する実施の形態にて詳細に説明する。
また、本発明では、現像剤担持体3に離間配置され、当該現像剤担持体3上の現像剤量を規制する規制部材5を備えるようにすることが好ましく、規制部材5によって現像時の現像剤担持体3上の現像剤量を均一化することができ、安定した現像が可能になる。尚、規制部材5によって現像剤Gの磁気ブラシの磁気力を効果的に利用して規制する観点からは、現像剤担持体3の磁界発生手段4による磁界の法線成分が大きくなる部位近傍に規制部材5を対向配置させることが好ましい。
そして、本発明は、上述した現像装置に限られるものではなく、これらの現像装置を用いた画像形成装置をも対象とする。
また、この現像装置を使用することで、現像特性が安定した高画質の画像形成装置を提供することができるようになる。
◎実施の形態1
図3は、本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態1を示す。同図において、符号21は、矢印方向に回転し、表面に有機光導電層を含む感光体ドラムであり、この感光体ドラム21はコロトロン等の帯電装置22によって帯電され、レーザ書込装置等の露光装置23によって静電潜像が形成される。この静電潜像は、光の当たった感光体ドラム21の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。また、現像装置30は、現像ハウジング31内に着色粒子であるトナー及び磁性キャリアからなる二成分現像剤(現像剤)を収容し、現像ロール32に現像剤を担持させ、この現像ロール32にバイアス電源25からの現像バイアスを印加することで、現像ロール32側を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。更に、転写装置26は、例えば感光体ドラム21に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源27によって感光体ドラム21上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加されることで、感光体ドラム21上のトナー像を記録材28に転写させるようにしたものである。また、感光体ドラム21上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置29によって除去される。
測定した粗さ曲線から基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分を微分して傾き曲線を求め、この求めた曲線の各点の絶対値を平均化した。具体的には、表面粗さの測定ピッチを0.15μm、高さ方向の分解能を0.01μmにて測定し、得られた波形をフーリエ変換し、トナー粒径より長波長の成分をカットし、更に、各点を5点加重平均した波形に関して求めた。また、測定には、キーエンス社製レーザ顕微鏡VK85050を用いて、倍率×2000(対物レンズ×100)、送りピッチ0.01μmで行った。
尚、算術平均傾斜Δaは粗さ曲線f(x)、基準長さLから次の式によって求めた。
また、現像剤収容部34は、現像剤Gが収容されるスペースを有し、現像剤収容部34内のうち現像ロール32に近接した部位には現像剤Gを現像ロール32へ供給する供給ロール40が設けられ、現像ロール32の回転方向と対向する部位で同方向(With方向)に回転するようになっている。この供給ロール40は磁性ロールとなっており、回転によってその表面に現像剤Gを担持搬送するようになる。そして、本実施の形態では、現像剤収容部34の底部形状は現像ロール32及び供給ロール40に沿った湾曲形状を有しており、現像ロール32及び供給ロール40との間に所定間隔の現像剤搬送路を確保している。
供給ロール40によって現像ロール32側に供給された現像剤Gは、そのまま現像ロール32の回転に伴ってトリマ33の部位に達する。ここで、磁極N1の影響によって穂立ちがなされ、現像ロール32上の現像剤層はトリマ33による規制を受け、所定の現像剤量(層厚)が下流側へ搬送される。搬送された現像剤層は、現像領域に達すると磁極S1による穂立ちと現像バイアスの作用により、現像剤G中のトナーのみが感光体ドラム21側に飛翔し、感光体ドラム21上の静電潜像を可視像化する(現像する)。
このように現像を終えた現像剤層は、磁極N2の作用によりそのまま現像ロール32上を搬送され、供給ロール40との対向部位に達するようになる。
このとき、トナー濃度が高いため、現像剤G全体としての体積が大きくなる。そのため、トナーとキャリアの混合された現像剤Gが堰き止めブロック37付近にまで達する。このとき、堰き止めブロック37付近の現像剤Gは供給ロール40で搬送される現像剤Gの領域よりも外側となり、搬送されず、動きがないためにトナー収容部35からトナーが補給されない。また、現像剤Gの磁化が低下するために供給ロール40周りの現像剤Gに伝わる搬送力が小さくなり、供給ロール40で搬送される現像剤Gの範囲が狭くなることも、トナー濃度が上昇したときに堰き止めブロック37近くの現像剤Gがあまり流動しない原因の一つと考えられる。そのため、現像剤収容部34内の連通口36近傍にある現像剤Gは滞留した状態を維持し、トナー収容部35から連通口36を介して現像剤収容部34へトナーは取り込まれない。
このように、補助規制部材41は、有効に現像剤溜りを形成する他、過剰なトナーが現像ロール32側に直ぐに運ばれないようにして、未帯電のトナーによる画質むらを防ぐ効果もある。尚、この補助規制部材41がない場合であっても、供給ロール40の速度、現像剤Gの搬送経路等を考慮することで、十分画像むらの発生を抑えることができるようになることは云うまでもない。
一方、本実施の形態では、現像ロール32の外周面の表面粗さとして、算術平均傾斜(Δa)が0.05〜0.45の範囲になるようにしているため、現像ロール32表面の現像剤Gが入れ替わり易くなり、上述したゴーストの発生を抑えることができる。
尚、本実施の形態では、現像ロール32の表面性を実現するため、スリーブ32aとしては、非磁性金属表面をブラスト処理して所定の粗さに調整した後、更に、無電解ニッケルめっき(光沢剤等を付与)を行い、所望の表面粗さを得るようにしたが、特にこの製法に限らず、所望の表面粗さが得られれば、他の材料や方法を用いるようにしても差し支えない。
尚、本実施の形態における供給ロール40は磁性ロールを用いたが、これに限らず、周囲の現像剤Gを大きく流動できるようになっていれば、例えば現像ロール32同様、非磁性スリーブの内部に磁石体を備えた構成であってもよいし、オーガー等の撹拌搬送部材を使用するようにしてもよい。
図7は、本発明が適用された画像形成装置に用いられる現像装置の実施の形態2を示すものである。本実施の形態の画像形成装置は実施の形態1と略同様に構成されるため、ここでは省略する。尚、本実施の形態における現像装置のうち、実施の形態1と同様な構成要素については同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
現像剤収容部34内でトナー濃度が調整された現像剤Gは、現像ロール32の回転に伴って磁極N1(トリミング極)により穂立ちを形成する。この穂立ちは、仕切部材42や下流側のトリマ33によって規制され、所定の現像剤層として現像領域に供給されるようになる。
このように、本実施の形態でのトナー補給メカニズムは、トナー濃度に応じた現像剤Gの磁気吸引力の変化を利用して、現像剤Gが充填されている現像剤収容部34内の空き容積を変化させたものであり、トナー濃度が低い現像剤Gに対してはトナー補給が行われ、トナー濃度が高い現像剤Gに対してはトナー補給が行われない構成になっている。
しかしながら、このような現像剤Gの挙動において、トナー並びにキャリアの小径化に対しては、実施の形態1と同様の問題が発生する。すなわち、現像ロール32外周面の表面粗さによっては、現像ロール32による現像剤Gの搬送力が勝り、現像後の現像ロール32上に残る現像剤Gの入れ替えが機能しないようになる。本実施の形態では、現像ロール32の外周面の表面粗さをΔaが0.05〜0.45になるように調整したので、供給ロール40との対向部位からトリマ33までの間に現像ロール32上の現像剤Gの入れ替えが機能するようになる。そのため、現像履歴を抑制することができるようになる。
図8は、本発明が適用された現像装置の実施の形態3を示すものであり、本実施の形態では、実施の形態1,2と異なり、現像ハウジング31内には、トナーとキャリアとが混合された現像剤Gのみ収容するようになっており、所謂2成分現像装置となる。また、画像形成装置は実施の形態1と略同様に構成されるため、ここでは省略する。尚、実施の形態1と同様な構成要素については実施の形態1と同様の符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
夫々の現像剤搬送路44に配設されるオーガー43は、回転軸の周囲にスパイラル状に取り付けられた羽根を持っており、この羽根のピッチや傾きにより現像剤Gの撹拌搬送量が異なるようになる。そして、本実施の形態では、現像ロール32に近接して配置され、現像剤Gを現像ロール32側に供給するオーガー43aをサプライオーガーとし、残りのオーガー43bを主として現像剤Gの帯電処理を行うアドミクスオーガーとしている。そして、このアドミクスオーガーの上部には、現像ハウジング31を貫通する孔部31bが開けられ、この孔部31bを介して図示外のトナー補給装置等からトナーが補給されるようになっている。
更に、本実施の形態では、現像ロール32の上方にトリマ33が設けられ、現像ロール32上の現像剤Gの現像剤量(層厚)を規制するようになっている。
一対のオーガー43によってトナーが帯電された現像剤Gは、サプライオーガー43aから現像ロール32の磁極S2の吸引力によって現像ロール32側に吸引され、吸着される。現像ロール32上に吸着した現像剤Gは、現像ロール32の回転に伴ってトリマ33の部位に進み、磁極N1による磁気ブラシの穂立ち作用も手伝って所定の現像剤量に規制される。この規制された現像剤Gが現像領域にて、磁極S1による穂立ち並びに図示外の現像バイアスの作用によって、現像剤G中のトナーのみが感光体ドラム21側に飛翔し、感光体ドラム21上の静電潜像を可視像化(現像)する。
現像を終えた現像剤Gは、そのまま現像ロール32の回転に伴って搬送され、磁極S2の部位に達する。
この磁極S2の部位では、サプライオーガー43aによって供給された現像剤Gと現像ロール32上に残った現像剤Gとが混在するが、このとき、磁極S2の吸引作用によって吸引された現像剤Gによって現像ロール32上に残る現像剤Gが入れ替わる。また、この入れ替わりは、現像ロール32上を現像剤Gが搬送されトリマ33にて堰きとめられるまでにも行われ、現像履歴を抑制することができるようになる。
本実施の形態では、現像ロール32の外周面の表面粗さをΔaが0.05〜0.45の範囲になるように調整したので、現像ロール32での機械的な現像剤搬送力が低減し、現像ロール32表面では現像剤Gの適度な滑りが生じることから、現像履歴の発生を抑制することができる。
また、本実施の形態では、現像ロール32の周囲に現像剤Gが存在するようにしたことから、余分なスペースを不要とし、現像装置を小型化することが可能になる。
そのため、このような方式では、現像ロール32の表面粗さをさほど気にする必要はなく、現像履歴をなくすことが可能になるというメリットを有する。この比較例では、現像ロール32の表面粗さを本実施の形態のように、Δaを0.05〜0.45とすることは差し支えなく、この場合、一層現像履歴を解消することができるようになる。
しかしながら、この比較例では、反発磁極の下方には、剥離された現像剤Gを落下させ、現像ロール32に再付着しないように大きな空間(図中αで示す部位)が必要になる。更に、剥離した現像剤Gをオーガー43(好ましくはアドミクスオーガー43b側)に導く経路(図中βで示す矢印方向に)が必要となり、勢い、現像装置30が大型化するようになる。
あるいは、現像装置30を小型化しようとしたときに、図4,7,8の構成であれば、現像ロール32の径をある程度小さくすることができるが、図9の構成では、現像ロール32のN2極とN3極を近づけすぎるとN2極で落下しかけた現像剤GがすぐにN3極に引き付けられるために現像剤Gの入れ替わり性が低下する。すなわち、小型化と現像剤Gの入れ替わり性は相反する関係にある。
尚、本実施の形態のように現像ロール32の磁極数を偶数配置とすることは、この比較例のように奇数配置とするよりも、通常、磁石体32bへの着磁工程をより簡単に行うことができ、各磁極の磁束密度の制御も行い易い。また、特に、4極と5極とを比較すると、4極の方が磁石体32b自体も小さくすることも可能になり、この点からも小型化された現像装置を実現し易くなる。
このことからも、本実施の形態では小型化される利点が理解される。
本実施例は、上述した実施の形態の装置構成にて、現像ロールの表面粗さとしての算術平均傾斜Δa並びにキャリア径を因子とした場合のゴースト評価を行ったものである。
装置構成としては、実施の形態1(1.5成分現像装置:図4参照)、実施の形態2(1.5成分現像装置:図7参照)、実施の形態3(2成分現像装置:図8参照)、変形例(2成分現像装置:図9参照)の4種にて行った。
また、現像ロールの表面粗さの効果を検証するためには、トナー径よりキャリア径の方が大きく影響を受けることを想定し、4種のキャリアについても評価した。このとき、使用したキャリアは、次の4種とした。
(1)35FR……粒径35μmの球形フェライトキャリア、磁化の強さ2.4π×10−5Wb・m/kg(60emu/g)
(2)50FR……粒径50μmの球形フェライトキャリア、磁化の強さ2.4π×10−5Wb・m/kg(60emu/g)
(3)60Fe……粒径60μmの不定形鉄キャリア、磁化の強さ4.0π×10−5Wb・m/kg(100emu/g)
(4)35Rs……粒径35μmの球形樹脂キャリア、磁化の強さ2.0π×10−5Wb・m/kg(50emu/g)
0:欠陥なし、1:やや欠陥があるが許容限界内、2:欠陥がはっきり確認でき許容範囲外、3:欠陥が目立ち許容範囲外、4欠陥が鮮明に現れている
本実施例は、更に、Δaの詳細な数値範囲を追究するために行ったもので、実施の形態1の装置構成(図4参照)にて、キャリアを35FRとしたときの現像装置の初期でのゴースト評価を行ったものである。
また、このとき、現像ロールの表面粗さについては、同時に算術平均粗さRa(JIS B0601)についても測定した。
尚、算術平均粗さRaの測定は、東京精密社製Surfcom−590Aを用いて、ピックアップE−DT−S01Aにて、JIS B0601−1982に沿って行い、測定長さ4mm、測定速度0.3mm/s、カットオフ波長0.8mm、カットオフ種別2CR(位相補償)の測定条件とした。
また、Raの測定結果から、例えばRaが1±0.5μmであっても、Δaはほぼ0〜0.9までバラツキ、RaとΔaとの相関がないことが判明した。このことは、Raが2±0.5μm、3±0.5μmにおいても同様であり、RaとΔaとでは、測定方法の違いから、小粒径化された現像剤の挙動に対しては、明らかにΔaによる評価の方がその実態を表していることが理解された。
更に、Δaとして、0.05〜0.45であれば、ゴーストのない現像ロールが実現できることが判明した。
Claims (4)
- 静電潜像が担持される像担持体に対向して開口し、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容可能な現像剤収容部と、当該現像剤収容部との間でトナー補給路を介して連通し且つこのトナー補給路を通じてトナーを供給するトナー収容部と、を有する現像ハウジングと、
この現像ハウジングの前記開口に面して配設され、外周面側の磁極数が偶数であり且つ隣接する磁極が互いに異なる極性となる複数の磁石が固定配置された磁界発生手段を内部に有し且つ外周面にて現像剤を担持搬送可能な現像剤担持体と、
前記現像剤収容部にて前記現像剤担持体に離間して設けられ且つ現像剤を前記現像剤担持体へ供給する回動自在な現像剤供給部材と、を備え、
前記現像剤担持体は、当該現像剤担持体の外周面が、粗面化処理された後に無電解めっきが施され、現像剤中のトナー粒径より大きなうねりを有すると共に前記トナー粒径より小さい領域における算術平均傾斜(Δa)が0.05以上0.45以下の表面粗さを有し、当該外周面の一部を現像剤収容部内の現像剤に常時摺接可能に配置したことを特徴とする現像装置。 - 静電潜像が担持される像担持体に対向して開口し且つトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容可能な現像剤収容部を有する現像ハウジングと、
この現像ハウジングの前記開口に面して配設され、外周面側の磁極数が偶数であり且つ隣接する磁極が互いに異なる極性となる複数の磁石が固定配置された磁界発生手段を内部に有し且つ外周面にて現像剤を担持搬送可能な現像剤担持体と、
現像ハウジング内の前記現像剤担持体の背面側に設けられ、現像剤担持体の軸方向に延びる複数の現像剤搬送路を夫々の両端近傍で連通接続した現像剤循環経路と、
前記現像剤搬送路に収容され且つ現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材と、を備え、
前記現像剤担持体は、当該現像剤担持体の外周面が、粗面化処理された後に無電解めっきが施され、現像剤中のトナー粒径より大きなうねりを有すると共に前記トナー粒径より小さい領域における算術平均傾斜(Δa)が0.05以上0.45以下の表面粗さを有し、当該外周面の一部を現像剤収容部内の現像剤に常時摺接可能に配置したことを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2に記載の現像装置において、
現像剤担持体に離間して配置され、当該現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材を備えたことを特徴とする現像装置。 - 静電潜像が担持される像担持体と、
請求項1乃至3のいずれかに記載の現像装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
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