JP5328633B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は静電潜像を現像する現像装置及びこれを備える画像形成装置に関する。
電子写真方式では現像スリーブと称されるローラに対してMagローラ上の磁気ブラシから2成分現像方式によってトナーを供給し、現像スリーブ上にトナー層を形成する。そして現像スリーブ上のトナー層から一成分現像方式によって感光体ドラムにトナーを供給することにより、感光体ドラムに形成された静電潜像を現像する。現像されずに現像スリーブに残ったトナーは磁気ブラシによって回収している。感光体ドラムに供給されずに現像スリーブに残ったトナーを放置しておけば、画像不良の原因となる。現像剤として2成分現像剤を用いる方式では、回収が不十分であれば、現像スリーブに残ったトナーの上に新たなトナーが重ねられて、画像の不具合が生じる。また、現像スリーブにおいて、現像に用いられてトナーがない領域と現像スリーブにトナーが残った領域では、新たなトナーが供給された際にトナー層の厚みに相違が生じる。これにより画像の不具合が生じる。
1成分現像剤を用いる方式では現像スリーブにおいて現像に用いられてトナーがない領域に供給ローラによって新たなトナーが供給される。現像スリーブ上のトナーは供給ローラとの摩擦により帯電させられる。この帯電回数は、新たに供給されたトナーに比べて現像に用いられないで残ったトナーの方が多いので、現像に用いられないで残ったトナーの帯電量は新たに供給されたトナーの帯電量に比べて大きくなる。この帯電量の差により画像の不具合が生じる。
そこで、現像スリーブに残ったトナーを回収する技術が提案されている。例えば、現像スリーブに非接触に配置された電極と現像スリーブとの間に形成された電界を利用してトナーを現像スリーブから剥ぎ取って、トナーを回収する技術がある(特許文献1(段落0048〜段落0050)参照)。
特開平11−174838号公報
上記電極と現像スリーブの間隔が大きければ、トナーを現像スリーブから剥ぎ取るのに十分な電界を形成することができない。一方、十分な電界を形成するために上記電極と現像スリーブの間隔を小さくすれば、上記電極と現像スリーブが接触する可能性が生じる。上記電極と現像スリーブが接触すれば電流のリークが発生する。
本発明は、電流のリークの発生を防止しつつ、感光体ドラムのような像担持体に供給されずにローラに残ったトナーを容易に回収することができる現像装置及びこれを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の第1の局面に係る画像形成装置は、2成分現像剤を担持しながら回転することにより2成分現像剤を搬送する第1のローラと、前記第1のローラと対向して2成分現像剤をニップするニップ領域で前記第1のローラから2成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2のローラと、前記第2のローラと対向する対向領域で前記第2のローラからトナーが供給される像担持体と、前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向領域で飛翔させるために、直流電圧と交流電圧を重畳して前記第2のローラに印加する制御をする第2のローラ用電源部と、表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、を備える。
この構成によれば、第2のローラに残ったトナーを第2のローラに印加する交流電圧によって、導電部材の対向面と第2のローラの間でクラウド運動させることにより、第2のローラに残ったトナーをほぐして容易に回収できるようにしている。また、この構成によれば、対向面が放電性を高めるための表面粗さ(例えば2〜20μm)を有しているので、対向面と第2のローラの接触を防止するためにこれらの間隔を離して配置しても、対向面と第2のローラの間でトナーのクラウド運動が可能となる電界を形成することができる。
本発明の第2の局面に係る画像形成装置は、1成分現像剤を構成するトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第1のローラと、前記第1のローラと対向してトナーをニップするニップ領域で前記第1のローラからトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2のローラと、前記第2のローラと対向する対向領域で前記第2のローラからトナーが供給される像担持体と、前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向領域で飛翔させるために、直流電圧と交流電圧を重畳して前記第2のローラに印加する制御をする第2のローラ用電源部と、表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、を備える。
この構成によれば、上記本発明の第1の局面に係る画像形成装置と同様の作用を有する。さらに、この構成によれば、対向面が第2のローラに接触していないので、トナーが第2のローラに融着することを防止できる。
上記構成において、トナーの帯電電荷がプラスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧より大きくなり、トナーの帯電電荷がマイナスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧よりも小さくなる電圧関係の制御を前記導電部材に対して実行する導電部材用電源部をさらに備える、ようにすることができる。
この構成によれば、トナーが対向面に付着しないようにすることができる。
上記構成において、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する直流電圧を変更した場合、前記導電部材用電源部は前記第2のローラに印加する直流電圧の変更量と同じ量だけ前記導電部材に印加する直流電圧を変更する制御を実行する、ようにすることができる。
この構成によれば、第2のローラに印加する直流電圧が変更されてもトナーのクラウド運動が影響を受けないようにすることができる。
上記構成において、前記導電部材用電源部は前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向面と前記第2のローラの間で飛翔させるために、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を直流電圧と重畳して前記導電部材に印加する制御を実行する、ようにすることができる。
この構成によれば、第2のローラで担持されたトナーを対向面と第2のローラの間で飛翔させることにより、クラウド運動の効果を高めることができる。また、導電部材に印加する交流電圧を、第2のローラ用電源部が第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相を同じにしている。これにより、それらの交流が相互に干渉し、それらの交流の波形が乱れることを防止できる。
上記構成において、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧を変更した場合、前記導電部材用電源部は前記第2のローラに印加する交流電圧の変化に応じて、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を前記導電部材に印加する制御を実行する、ようにすることができる。
この構成によれば、導電部材に印加する交流電圧の交流と第2のローラに印加する交流電圧の交流が相互に干渉してそれらの交流の波形が乱れることを防止できる。
上記構成において、前記対向面は前記第2のローラと等間隔で対向する曲面を有する、ようにすることができる。
この構成によれば、対向面が平面の場合に比べてトナーをクラウド運動させる領域を広くすることができる。
上記目的を達成する本発明の第3の局面に係る現像装置は、2成分現像剤中のトナーを用いて像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置であって、2成分現像剤を担持しながら回転することにより2成分現像剤を搬送する第1のローラと、前記第1のローラと対向して2成分現像剤をニップするニップ領域で前記第1のローラから2成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送し、前記像担持体と対向する対向領域で前記像担持体にトナーを供給する第2のローラと、表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、を備える。
この構成によれば、上記本発明の第1の局面に係る画像形成装置と同様の作用を有する。
上記目的を達成する本発明の第4の局面に係る現像装置は、1成分現像剤を構成するトナーを用いて像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置であって、1成分現像剤を構成するトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第1のローラと、前記第1のローラと対向してトナーをニップするニップ領域で前記第1のローラからトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送し、前記像担持体と対向する対向領域で前記像担持体にトナーを供給する第2のローラと、表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、を備える。
この構成によれば、上記本発明の第2の局面に係る画像形成装置と同様の作用を有する。
本発明の第5の局面に係る画像形成装置は、2成分現像剤を担持しながら回転することにより2成分現像剤を搬送する第1のローラと、前記第1のローラと対向して2成分現像剤をニップするニップ領域で前記第1のローラから2成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2のローラと、前記第2のローラと対向する対向領域で前記第2のローラからトナーが供給される像担持体と、前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向領域で飛翔させるために、直流電圧と交流電圧を重畳して前記第2のローラに印加する制御をする第2のローラ用電源部と、表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、トナーの帯電電荷がプラスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧より大きくなり、トナーの帯電電荷がマイナスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧よりも小さくなる電圧関係の制御を前記導電部材に対して実行する導電部材用電源部と、を備え、前記導電部材用電源部は前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向面と前記第2のローラの間で飛翔させるために、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を直流電圧と重畳して前記導電部材に印加する制御を実行することを特徴とする。
本発明の第6の局面に係る画像形成装置は、1成分現像剤を構成するトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第1のローラと、前記第1のローラと対向してトナーをニップするニップ領域で前記第1のローラからトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2のローラと、前記第2のローラと対向する対向領域で前記第2のローラからトナーが供給される像担持体と、前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向領域で飛翔させるために、直流電圧と交流電圧を重畳して前記第2のローラに印加する制御をする第2のローラ用電源部と、表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、トナーの帯電電荷がプラスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧より大きくなり、トナーの帯電電荷がマイナスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧よりも小さくなる電圧関係の制御を前記導電部材に対して実行する導電部材用電源部と、を備え、前記導電部材用電源部は前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向面と前記第2のローラの間で飛翔させるために、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を直流電圧と重畳して前記導電部材に印加する制御を実行することを特徴とする。
本発明によれば、電流のリークの発生を防止しつつ、像担持体に供給されずにローラに残ったトナーを容易に回収することができる。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構造の概略を示す図である。 上記画像形成装置の電気的な構成を示すブロック図である。 上記画像形成装置に備えられた一組の感光体ドラムと現像装置の断面を示す図である。 二成分現像剤中のトナーが現像装置から感光体ドラムに供給される過程を示す図である。 第2のローラ用電源部の構成を示すブロック図である。 導電部材の変形例を示す図である。 導電部材用電源部によって直流電圧と交流電圧を重畳して導電部材に印加する制御を説明するフローチャートである。 1成分現像剤方式の本実施形態に係る画像形成装置に備えられた一組の感光体ドラムと現像装置の断面を示す図である。 1成分現像剤を構成するトナーが現像装置から感光体ドラムに供給される過程を示す図である。 実施例1で実行された試験1の結果を示すグラフである。 実施例1で実行された試験2で用いられる帯画像を示す図である。 実施例1で実行された試験2で用いられるベタ画像を示す図である。 実施例1で実行された試験2の結果を示す表である。 比較例2で実行された試験1の結果を示すグラフである。 比較例2で実行された試験2の結果を示す表である。 実施例2で実行された試験1の結果を示すグラフである。 実施例2で実行された試験2で用いられる帯画像を示す図である。 実施例2で実行された試験2で用いられるベタ画像を示す図である。 実施例2で実行された試験2の結果を示す表である。 実施例2で実行された試験3の結果を示すグラフである。 比較例4で実行された試験1の結果を示すグラフである。 比較例4で実行された試験2の結果を示す表である。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る画像形成装置1の内部構造の概略を示す図である。画像形成装置1はタンデム型のカラープリンタである。画像形成装置1は用紙貯留部110、画像形成部130及び定着部160を備える。
用紙貯留部110は画像形成装置1の最下部に配置されており、用紙Pの束を貯留することができる用紙トレイ111を備える。用紙トレイ111は画像形成装置1に差し込んで装着される。用紙Pを補給するときは画像形成装置1から用紙トレイ111を引き出す。用紙トレイ111に貯留された用紙Pの束において、最上位の用紙Pがピックアップローラ113の駆動により、用紙搬送路115へ向けて繰り出される。用紙Pは用紙搬送路115を通って、画像形成部130へ搬送される。
画像形成部130は搬送されてきた用紙Pにトナー画像を形成する。画像形成部130はトナー画像を転写ベルト131に転写する順番に従ってタンデムに配置された、マゼンタ用ユニット133M、シアン用ユニット133C、イエロー用ユニット133Y、ブラック用ユニット133Kを備える。これらのユニットは同様の構成を有しており、マゼンタ用ユニット133Mを例にして説明する。
マゼンタ用ユニット133Mは感光体ドラム135を備える。感光体ドラム135の周りには帯電器137、露光装置139、現像装置141及びクリーナ143が配置されている。帯電器137は感光体ドラム135の周面を一様に帯電させる。露光装置139はパソコン等から送信された画像データの中でマゼンタデータに対応する光を生成し、一様に帯電された感光体ドラム135の周面に照射する。これにより、感光体ドラム135の周面にはマゼンタデータに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光体ドラム135の周面に現像装置141からマゼンタトナーを供給することにより、周面にはマゼンタデータに対応するトナー画像が形成される。
転写ベルト131は感光体ドラム135と1次転写ローラ145により挟まれた状態でD方向(時計周り)に動くことができる。マゼンタデータに対応するトナー画像は感光体ドラム135から転写ベルト131に転写される。感光体ドラム135の周面に残っているマゼンタトナーはクリーナ143によって除去される。以上がマゼンタ用ユニット133Mの説明である。
転写ベルト131にはマゼンタデータに対応するトナー画像が転写され、このトナー画像に重ねてシアンデータに対応するトナー画像が転写され、同様に、イエローデータに対応するトナー画像、ブラックデータに対応するトナー画像が重ねて転写される。これにより転写ベルト131にカラーのトナー画像が形成される。このカラーのトナー画像は2次転写ローラ149によって、先ほど説明した用紙貯留部110から搬送されてきた用紙Pに転写される。
カラーのトナー画像が転写された用紙Pは定着部160に送られる。定着部160は加熱ローラ161と加圧ローラ163を備える。これらのローラによってカラーのトナー画像が転写された用紙Pが挟まれる。これにより、カラーのトナー画像に熱と圧力が加えられて、カラーのトナー画像を用紙Pに定着させる。用紙Pは排紙部169に排紙される。
図2は図1に示す画像形成装置1の電気的な構成を示すブロック図である。画像形成装置1は用紙貯留部110、画像形成部130、定着部160、制御部200、操作表示部300、第1のローラ用電源部61、第2のローラ用電源部63及び導電部材用電源部65がバスによって相互に接続された構成を有する。用紙貯留部110、画像形成部130及び定着部160に関しては図1で説明しているので、説明を省略する。
制御部200はMPU(Micro Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及び画像メモリ等を備える。MPUは画像形成装置1を動作させるために必要な制御を、画像形成装置1を構成する上記ハードウェアに対して実行する。ROMは画像形成装置1の動作の制御に必要なソフトウェアを記憶している。RAMはソフトウェアの実行時に発生するデータの一時的な記憶及びアプリケーションソフトの記憶等に利用される。画像メモリは画像データ(パソコンから送信された画像データ等)を一時的に記憶する。
操作表示部300には操作キー及び表示画面が設けられている。表示画面には各種の操作及び動作の内容等が表示される。
第1のローラ用電源部61、第2のローラ用電源部63及び導電部材用電源部65は、直流電圧と交流電圧を重畳させた電圧を現像装置141に供給して、重畳電圧を現像装置141内のローラ等に印加する。これらの電源部については後で詳細に説明する。
次に、現像装置141の構成と動作を説明する。図3は一組の感光体ドラム135と現像装置141の断面を示す図である。図4は二成分現像剤51中のトナー53が現像装置141から感光体ドラム135に供給される過程を示す図である。感光体ドラム135は像担持体の一例である。符号55は二成分現像剤51を構成するキャリアである。図3では二成分現像剤51、トナー53及びキャリア55を省略している。現像装置141等を構成する要素は厚みを省略して表現しているので、ハッチングは付されていない。
現像装置141の構成と動作について、主に図3を参照して説明し、必要に応じて図4を参照して説明する。現像装置141は第1のローラ11、第2のローラ13、攪拌スクリュー15,17及びこれらを収容する筐体19を備える。
攪拌スクリュー15,17は筐体19内の攪拌室21に配置されている。攪拌室21は仕切板23により二つの攪拌空間25,27に分けられている。攪拌空間25に攪拌スクリュー17、攪拌空間27に攪拌スクリュー15が配置されている。攪拌空間25,27には二成分現像剤51が収容されている。攪拌スクリュー15,17が回転することにより二成分現像剤51が攪拌される。これによりトナー53とキャリア55が摩擦帯電し、トナー53とキャリア55が静電気的に結合した状態となる。この状態の二成分現像剤51のうち、攪拌空間27に収容されている二成分現像剤51が磁力により、図4に示すように第1のローラ11に汲み上げられる。
第1のローラ11は磁気ローラと称されており、攪拌スクリュー15と対向して筐体19内に配置されている。第1のローラ11は第1の非回転部29に備えられる第1の周面31とギャップを有した状態で、第1の非回転部29に被さっている。第1の非回転部29は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト33が回転可能に配置されている。シャフト33に第1のローラ11が固定されている。第1のローラ11はシャフト33が回転することにより第1の周面31に沿って回転方向R1に回転する。
第1の周面31には磁極N1、磁極S1、磁極S2、磁極N2、磁極S3が、第1のローラ11の回転方向R1に沿って配置されている。磁極N1〜N2は極性がN極であり、磁極S1〜S3は極性がS極である。磁極の数が5個の例で説明しているが、奇数であればよい。
磁極S2は攪拌スクリュー15と対向して配置されている。上述したトナー53とキャリア55が静電気的に結合した状態の二成分現像剤51は、図4に示すように磁極S2の磁力によって攪拌空間27から汲み上げられて、回転方向R1に回転している第1のローラ11に吸い付けられる。
磁極S2に対して回転方向R1の下流側に順に磁極N2、磁極S3、磁極N1、磁極S1が配置されている。これらの磁極の磁力によって、二成分現像剤51を磁気ブラシの状態で第1のローラ11に吸い付ける(担持する)ための磁界が形成される。図4に示すように、第1のローラ11が磁気ブラシ状態の二成分現像剤51を担持しながら回転方向R1に回転することにより、二成分現像剤51は磁極N2、磁極S3の上を通過して磁極N1の上に搬送される。この途中でブレード35によって第1のローラ11に担持されている二成分現像剤51の厚みが規制される。
磁極N1は第1のローラ11と第2のローラ13が対向するニップ領域37に向いて配置されている。磁極N1はニップ領域37に磁界を形成する機能を有する。ニップ領域37とは第1のローラ11と第2のローラ13によって二成分現像剤51をニップしている範囲、言い換えれば第1のローラ11と第2のローラ13が二成分現像剤51によってつながっている範囲を意味する。
ニップ領域37において、二成分現像剤51中のトナー53が回転方向R2に回転する第2のローラ13に供給される。詳細には、図4に示すようにキャリア55が第1のローラ11に吸い付けられた状態で電気力によりトナー53だけが第2のローラ13に引き寄せられて、第2のローラ13に吸い付く。
第2のローラ13に供給されなかったトナー53を含む二成分現像剤51は、第1のローラ11に担持されて磁極S1上まで搬送される。磁極S1と磁極S2の磁極間上では磁界が形成されないので、二成分現像剤51は第1のローラ11から剥離して、攪拌室21に導かれて再利用される。
第2のローラ13について説明する。第2のローラ13は筐体19内に第1のローラ11と対向して配置されている。第2のローラ13は第2の非回転部39に備えられる第2の周面41とギャップを有した状態で、第2の非回転部39に被さっている。第2の非回転部39は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト43が回転可能に配置されている。シャフト43に第2のローラ13が固定されている。第2のローラ13はシャフト43が回転することにより第2の周面41に沿って回転方向R2に回転する。回転方向R2は第1のローラ11の回転方向R1と同じ向きであり、本実施形態では時計周りである。
第2の周面41にはニップ領域37に向いて磁極S4が配置されている。磁極S4は極性がS極なので、ニップ領域37では磁極S4と磁極N1により互いに引きつけあう磁界が形成される。これにより、磁極S4と磁極N1の間に強固な磁気ブラシを形成することができる。
第2のローラ13は筐体19に設けられたトナー供給口45に面している。現像装置141はトナー供給口45が感光体ドラム135と面した状態で画像形成装置1に取り付けられる。この状態で第2のローラ13と感光体ドラム135は対向領域47で対向する。
第2のローラ13はニップ領域37でトナー53を吸い付けて、トナー53を担持しながら回転方向R2に回転することによりトナー53を搬送する。そして、対向領域47においてトナー53を感光体ドラム135に供給する。詳しくは、感光体ドラム135は回転方向R2,R1と逆方向の回転方向R3に回転している。搬送されてきたトナー53は感光体ドラム135の周面に形成された静電潜像によって引き寄せられて、感光体ドラム135に移動する。これにより、感光体ドラム135の周面の静電潜像が現像され、周面にトナー画像が形成される。感光体ドラム135上にはこれと接触した転写ベルト131が配置されている。転写ベルト131はD方向に動いており、上記トナー画像は転写ベルト131に転写される。
図4に示すように、第1のローラ11で担持された二成分現像剤51中のトナー53は、ニップ領域37で第2のローラ13に供給される。また、第2のローラ13で担持されたトナー53は対向領域47で感光体ドラム135に供給される。これらの供給ではニップ領域37及び対向領域47でトナー53を飛翔させて供給するので、第1のローラ11及び第2のローラ13に対して直流電圧と交流電圧を重畳させた電圧が印加される。
第1のローラ11に印加される重畳電圧は第1のローラ用電源部61から供給される。第2のローラ13に印加される重畳電圧は第2のローラ用電源部63から供給される。これらの電源部は同じ構成を有するので、第2のローラ用電源部63を例にして説明する。図5は第2のローラ用電源部63の構成を示すブロック図である。
第2のローラ用電源部63の一端はコンデンサ67を介して接地されている。第2のローラ用電源部63の他端は出力端となり、第2のローラ13に接続されている。第2のローラ用電源部63は電圧生成部71及び電圧制御部73を備える。電圧生成部71は直流電源75と交流電源77を備える。これらの電源75,77は直列に接続されている。直流電源75ではトランス79で発生した交流がダイオード81により整流されて直流が生成される。交流電源77ではトランス83で交流が生成される。直流電源75から出力された直流電圧と交流電源77から出力された交流電圧を重畳した電圧が、第2のローラ13に印加される。これにより、第2のローラ13で担持されたトナー53は図4に示す対向領域47で飛翔して、感光体ドラム135に供給される。
電圧制御部73は直流電源75から出力される直流電圧及び交流電源77から出力される交流電圧を制御する。
本実施形態では図4に示すように、第2のローラ13と間隔を有して金属板状の導電部材85が配置されている。導電部材85は感光体ドラム135に供給されずに第2のローラ13に残ったトナーが対向領域47からニップ領域37へ搬送される経路中に配置されている。導電部材85として金属板を用いているが、導電性を有する樹脂板を用いることもできる。
導電部材85は第2のローラ13と対向する対向面87を有する。対向面87は放電性を高めるための表面粗さを有する。この表面粗さは例えば、ビーズブラスト、サンドブラスト又はエッチングにより形成することができる。放電性を高めるための表面粗さ(Rz)としては、2〜20μmである。この表面粗さは「SURFCOM 1500DX(ACCRETECH社製)」で測定したものである。放電性を高めるための表面粗さとは、表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する。対向面87と第2のローラ13の距離は、例えば対向面87と第2のローラ13でトナー53をニップできる程度の距離である。
導電部材85には直流電圧と交流電圧を重畳させた電圧が印加される。この重畳電圧は導電部材用電源部65から供給される。導電部材用電源部65は図5に示す第2のローラ用電源部63と同様の構成を有する。
本実施形態によれば、第2のローラ用電源部63から第2のローラ13に印加する交流電圧によって、第2のローラ13に残ったトナー53を導電部材85の対向面87と第2のローラ13の間でクラウド運動(トナー53を対向面87と第2のローラ13の間で往復運動)させることができる。これにより、感光体ドラム135に供給されないで第2のローラ13に残ったトナーをほぐして容易に回収することができる。また、本実施形態によれば対向面87は放電性を高めるための表面粗さを有しているので、対向面87と第2のローラ13の接触を防止するために、これらの間隔を離して配置しても、対向面87と第2のローラ13の間でトナー53のクラウド運動が可能となる電界を形成することができる。
図4に示す導電部材85は平板形状を有するが、図6に示すように第2のローラ13側に凹となる円弧形状でもよい。対向面87は1/4の円弧〜1/2の円弧(半円)を有しており、対向面87は第2のローラ13と等間隔で対向する曲面を有する。言い換えれば、対向面87の曲率は第2のローラ13の周面の曲率と同じ(ほぼ同じ)にされている。対向面87と第2のローラ13の距離が大きくなれば、トナー53をクラウド運動させる電界を形成することができない。図6に示す対向面87によれば図4に示す対向面87に比べて、トナー53をクラウド運動させる領域を広くすることができる。
本実施形態では導電部材用電源部65によって直流電圧と交流電圧を重畳して導電部材85に印加する制御をしている。この制御について図7に示すフローを用いて説明する。
現像の開始において、現像装置141を構成する各種のローラ(第1のローラ11等)を回転させる前に、第1のローラ11、第2のローラ13にそれぞれ電圧を印加する(ステップS1)。具体的には第1のローラ用電源部61は直流電圧と交流電圧を重畳して第1のローラ11に印加する。これは第1のローラ11で担持された2成分現像剤51中のトナー53をニップ領域37で飛翔させるためである。第2のローラ用電源部63は直流電圧と交流電圧を重畳して第2のローラ13に印加する。これは第2のローラ13で担持されたトナー53を対向領域47で飛翔させるためである。
導電部材用電源部65は第2のローラ13に印加された直流電圧、交流電圧を基にして、導電部材85に印加する直流電圧、交流電圧を決定する(ステップS3)。トナーの帯電電荷がプラスの場合は導電部材85に印加する直流電圧を第2のローラ13に印加する直流電圧より大きくする。トナーの帯電電荷がマイナスの場合は導電部材85に印加する直流電圧を第2のローラ13に印加する直流電圧よりも小さくする。この電圧関係にした理由は、トナーの帯電電荷がプラスの場合に導電部材85に印加する直流電圧を第2のローラ13に印加する直流電圧より小さくし、トナーの帯電電荷がマイナスの場合に導電部材85に印加する直流電圧を第2のローラ13に印加する直流電圧よりも大きくすれば、トナー53が対向面87に付着し、その結果、導電部材85の機能(クラウド運動に必要な電界を形成)が低下するからである。
導電部材85に交流電圧を印加するのは、第2のローラ13で担持されたトナー53を対向面87と第2のローラ13の間で飛翔させるためである。これにより、対向面87と第2のローラ13の間でトナー53のクラウド運動の効果が高まるので、トナー53がよりほぐれて、トナー53の回収がさらに容易となる。導電部材85に印加する交流電圧の交流は第2のローラ13に印加する交流電圧の交流と周波数及び位相が同じものである。これらが異なれば導電部材85に印加される交流電圧の交流と第2のローラ13に印加される交流電圧の交流が相互に干渉して、波形が乱れ、その結果、第2のローラ13及び導電部材85の機能が低下するからである。
導電部材用電源部65はステップS3で決定された直流電圧と交流電圧を重畳して導電部材85に印加する(ステップS5)。そして、第1のローラ11及び第2のローラ13等が回転し、第1のローラ11で担持された二成分現像剤51中のトナー53は第2のローラ13に供給され、第2のローラ13は感光体ドラム135にトナー53を供給して静電潜像を現像する。
現像中に、導電部材用電源部65は第2のローラ用電源部63が第2のローラ13に印加する直流電圧を変更したか否かを判断する(ステップS7)。直流電圧が変更された場合(ステップS7でYes)、導電部材用電源部65は第2のローラ13に印加する直流電圧の変更量と同じ量だけ導電部材85に印加する直流電圧を変更する制御を実行する(ステップS9)。例えば、第2のローラ13に印加する直流電圧が10V大きくなった場合、これと同期させて導電部材85に印加する直流電圧を10V大きくする。これにより、第2のローラ13に印加する直流電圧が変更されてもトナー53のクラウド運動が影響を受けないようにすることができる。
ステップS9の終了後又はステップS7でNoの場合、導電部材用電源部65は第2のローラ用電源部63が第2のローラ13に印加する交流電圧を変更したか否かを判断する(ステップS11)。交流電圧が変更された場合(ステップS11でYes)、導電部材用電源部65は第2のローラ13に印加する交流電圧の変化に応じて、第2のローラ13に印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を導電部材85に印加する制御を実行する(ステップS13)。これにより、導電部材85に印加する交流電圧の交流と第2のローラ13に印加する交流電圧の交流が相互に干渉してこれらの交流の波形が乱れることを防止できる。
ステップS13の終了後又はステップS11でNoの場合、現像が終了したか判断される(ステップS15)。現像が終了していなければ(ステップS15でNo)、ステップS5に戻る。現像が終了すれば(ステップS15でYes)、図7のフローが終了する。
本発明は1成分現像剤を用いる画像形成装置にも適用することができる。図8は1成分現像剤方式の本実施形態に係る画像形成装置に備えられた一組の感光体ドラム135と現像装置141の断面を示す図であり、図3と対応する。図9は1成分現像剤を構成するトナーが現像装置141から感光体ドラム135に供給される過程を示す図であり、図4と対応する。図3及び図4に示す構成要素と同一又は同等の構成要素については同一符号を付している。補給ローラ103(第1のローラ)は1成分現像剤を構成する磁性トナー101を担持しながら回転することにより、磁性トナー101を搬送する。
第2のローラ13は補給ローラ103(第1のローラ)と対向して磁性トナー101をニップするニップ領域37において、補給ローラ103から磁性トナー101が供給される。第2のローラ13は供給された磁性トナー101を担持しながら回転することにより磁性トナー101を搬送する。そして、感光体ドラム135と対向する対向領域47で磁性トナー101を感光体ドラム135に供給する。
1成分現像剤方式の第2のローラ13は2成分現像剤方式の第2のローラ13と異なり、第2の非回転部39に6個の磁極S1〜S3,N1〜N3を有する。磁極S1が対向領域47に向いて配置されている。第2のローラ13の回転方向R2に沿って、磁極S1、磁極N1、磁極S2、磁極N2、磁極S3、磁極N3が配置されている。
導電部材85の材料は非磁性の金属(例えば、SUS304)が用いられる。トナーとして磁性トナー101を用いているので、対向面87に磁性トナー101が付着するのを防止するためである。
1成分現像剤方式の第2のローラ用電源部63、対向面87を有する導電部材85、導電部材用電源部65は、それぞれ、図4に示す第2のローラ用電源部63、対向面87を有する導電部材85、導電部材用電源部65と対応し、同じ機能を有するので、説明を省略する。
1成分現像剤方式の本実施形態についても上述した2成分現像剤方式の場合と同様の効果を有する。すなわち、感光体ドラム135に供給されずに第2のローラ13に残った磁性トナー101を対向面87と第2のローラ13の間でクラウド運動させることができる。これにより第2のローラ13に残った磁性トナー101をほぐして容易に回収することができる。また、対向面87は放電性を高めるための表面粗さを有しているので、対向面87と第2のローラ13の間隔を離して配置しても、対向面87と第2のローラ13の間で磁性トナー101のクラウド運動が可能となる電界を形成することができる。
1成分現像剤方式の本実施形態によれば、対向面87が第2のローラ13に接触していないので、磁性トナー101が第2のローラ13に融着することを防止できる。
1成分現像剤方式の本実施形態についても、図6で説明した導電部材85の変形例及び図7で説明した導電部材用電源部65によって直流電圧と交流電圧を重畳して導電部材85に印加する制御を適用することができ、2成分現像剤方式と同様の効果を得ることができる。
次に、2成分現像剤方式の実施例及び1成分現像剤方式の実施例を説明する。まず、2成分現像剤方式の実施例から説明する。
実施条件は以下の通りであった。
実施例1
<実施に用いた機器>
京セラミタ製500ci
<第1のローラ11(磁気ローラ)>
印加電圧:直流250V、交流2.0Kvp-p、周波数4.5kHz
<第2のローラ13(現像スリーブ)>
印加電圧:直流70V、交流1.4Kvp-p、周波数4.5kHz
<導電部材85(金属板)>
導電部材85の材料:SUS304
印加電圧:直流100V
対向面87の面粗さ形成方法:サンドブラスト
対向面87と第2のローラ13の距離:0.5mm
比較例1
<実施に用いた機器>
実施例1と同じ
<第1のローラ11(磁気ローラ)>
印加電圧:実施例1と同じ
<第2のローラ13(現像スリーブ)>
印加電圧:実施例1と同じ
<導電部材85(金属板)>
導電部材なし
実施例1と比較例1について二つの試験1,2をした。試験1では第2のローラ13(現像スリーブ)の周回毎に第2のローラ13上のトナー量を測定した。結果を図10に示す。Emb1は実施例1を示し、Com1は比較例1を示している。実施例1では1周目〜10周目の各周回において、トナー量は0.3〜0.4の間の値であった。これに対して比較例1では周回毎にトナー量が増えて、10周目では0.9に到達した。これらのことから実施例1では第2のローラ13の各周回において、トナー量が比較的低い値で安定していることが分かった。
試験2では図11に示す横A4用紙の中央に帯状の縦ラインを形成した画像を、実施例1、比較例1についてそれぞれ10枚出力した。縦ライン領域91は黒領域であり、それ以外の領域93は白領域であった。その後、図12に示す全面ベタの画像を実施例1、比較例1についてそれぞれ1枚出力した。全面ベタの画像において、図11の縦ライン領域(黒領域)91、それ以外の領域(白領域)93のそれぞれ対応する黒対応領域95、白対応領域97の濃度を反射濃度計で測定した。結果を図13に示す。実施例1では黒対応領域95と白対応領域97の濃度差は0.01であった。これに対して比較例1では0.43であった。
感光体ドラム135に供給されずに第2のローラ13に残ったトナーを十分に回収できていれば上記濃度差が生じない。回収が不十分であれば、感光体ドラム135の白対応領域97に対応する部分にはトナーが残っているので、白対応領域97は黒対応領域95に比べて濃度が高くなる。実施例1は比較例1と比べて上記濃度差が小さいので、第2のローラ13に残ったトナーの回収性が高いことが分かった。
次に、比較例2について上記試験1及び試験2をした。比較例2では対向面87をサンドブラスト処理していない、つまり対向面87が放電性を高めるための表面粗さを有さない例であった。対向面87と第2のローラ13の距離が0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mmの場合を用意した。
比較例2
<実施に用いた機器>
実施例1と同じ
<第1のローラ11(磁気ローラ)>
印加電圧:実施例1と同じ
<第2のローラ13(現像スリーブ)>
印加電圧:実施例1と同じ
<導電部材85(金属板)>
導電部材85の材料:実施例1と同じ
印加電圧:実施例1と同じ
対向面87の面粗さ形成方法:サンドブラスト処理せず
対向面87と第2のローラ13の距離:0.5、0.4、0.3、0.2(mm)
試験1の結果を図14に示す。試験2の結果を図15に示す。対向面87と第2のローラ13の距離が0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mmの場合をそれぞれCom2-0.2、Com2-0.3、Com2-0.4、Com2-0.5とする。図14及び図15に示すように、対向面87と第2のローラ13の距離が0.5mm、0.4mm、0.3mmの場合は、比較例1と同様の結果であった。一方、0.2mmの場合は実施例1と同様の結果であった。しかし、0.3mm以下の場合は画像形成装置本体の振動によって導電部材85が第2のローラ13に接触し、その結果、電流のリークが発生した。以上より実施例1は比較例2に比べて、電流のリークの発生を防止しつつ、感光体ドラム135に供給されずに第2のローラ13に残ったトナーの回収性が高いことが分かった。
次に、1成分現像剤方式の実施例について説明する。実施条件は以下の通りであった。
実施例2
<実施に用いた機器>
京セラミタ製DP560
<第2のローラ13(現像スリーブ)>
印加電圧:直流100V、交流1.2Kvp-p、周波数3.0kHz
<導電部材85(金属板)>
導電部材85の材料:銅
印加電圧:直流150V
対向面87の面粗さ形成方法:ビーズブラスト
対向面87と第2のローラ13の距離:0.5mm
比較例3
<実施に用いた機器>
実施例2と同じ
<第2のローラ13(現像スリーブ)>
印加電圧:実施例2と同じ
<導電部材85(金属板)>
導電部材なし
実施例2と比較例3について上記試験1をした。結果を図16に示す。Emb2は実施例2を示し、Com3は比較例3を示している。実施例2では1周目〜10周目の各周回において、トナー量は0.5前後の値であった。比較例3では周回毎にトナー量が増えて、10周目では1.0を超えた。したがって実施例2では第2のローラ13の各周回において、トナー量が比較的低い値で安定していることが分かった。
実施例2と比較例3について上記試験2をした。ここでは図17及び図18に示すように横A4用紙でなく、縦A4用紙を用いた。図17は図11と対応し、図18は図12と対応する。試験2の結果を図19に示す。実施例2では黒対応領域95と白対応領域97の濃度差は−0.03であった。一方、比較例3では0.53であった。実施例2は濃度差が小さいので実施例1と同様に第2のローラ13に残ったトナーの回収性が高いことが分かった。
実施例2と比較例3について試験3をした。試験3では第2のローラ13の周回毎に第2のローラ13上のトナーの帯電量を測定した。結果を図20に示す。実施例2では1周目〜10周目の各周回において、トナーの帯電量は17〜20の範囲の値であった。これに対して比較例3では周回毎にトナーの帯電量が増えて、10周目では34程度に到達した。これらのことから実施例2では第2のローラ13の各周回において、トナーの帯電量が比較的低い値で安定していることが分かった。
次に、比較例4について上記試験1及び試験2をした。比較例4では対向面87をビーズブラスト処理していない、つまり対向面87が放電性を高めるための表面粗さを有さない例であった。
比較例4
<実施に用いた機器>
実施例2と同じ
<第2のローラ13(現像スリーブ)>
印加電圧:実施例2と同じ
<導電部材85(金属板)>
導電部材85の材料:実施例2と同じ
印加電圧:実施例2と同じ
対向面87の面粗さ形成方法:ビーズブラスト処理せず
対向面87と第2のローラ13の距離:0.5、0.4、0.3、0.2(mm)
試験1の結果を図21に示し、試験2の結果を図22に示す。対向面87と第2のローラ13の距離が0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mmの場合をそれぞれCom4-0.2、Com4-0.3、Com4-0.4、Com4-0.5とする。図21及び図22に示すように対向面87と第2のローラ13の距離が0.5mm、0.4mm、0.3mmの場合は、図16及び図19に示す比較例3と同様の結果であった。一方、0.2mmの場合は実施例2と同様の結果であった。しかし、0.2mm以下の場合、画像形成装置本体の振動によって導電部材85が第2のローラ13に接触し、その結果、電流のリークが発生した。以上より実施例2は比較例4に比べて、電流のリークの発生を防止しつつ、感光体ドラム135に供給されずに第2のローラ13に残ったトナーの回収性が高いことが分かった。
なお、本実施形態では画像形成装置1としてプリンタを例に説明したが、コピー機、ファクシミリ機及びこれらの機能を有する複合機にも、本実施形態に係る現像装置141を適用することができる。
1 画像形成装置
11 第1のローラ
13 第2のローラ
37 ニップ領域
47 対向領域
63 第2のローラ用電源部
65 導電部材用電源部
85 導電部材
87 対向面
103 補給ローラ(第1のローラ)
135 感光体ドラム(像担持体)
141 現像装置

Claims (6)

  1. 2成分現像剤を担持しながら回転することにより2成分現像剤を搬送する第1のローラと、
    前記第1のローラと対向して2成分現像剤をニップするニップ領域で前記第1のローラから2成分現像剤中のトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2のローラと、
    前記第2のローラと対向する対向領域で前記第2のローラからトナーが供給される像担持体と、
    前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向領域で飛翔させるために、直流電圧と交流電圧を重畳して前記第2のローラに印加する制御をする第2のローラ用電源部と、
    表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、
    トナーの帯電電荷がプラスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧より大きくなり、トナーの帯電電荷がマイナスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧よりも小さくなる電圧関係の制御を前記導電部材に対して実行する導電部材用電源部と、を備え、
    前記導電部材用電源部は前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向面と前記第2のローラの間で飛翔させるために、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を直流電圧と重畳して前記導電部材に印加する制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
  2. 1成分現像剤を構成するトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第1のローラと、
    前記第1のローラと対向してトナーをニップするニップ領域で前記第1のローラからトナーが供給され、供給されたトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送する第2のローラと、
    前記第2のローラと対向する対向領域で前記第2のローラからトナーが供給される像担持体と、
    前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向領域で飛翔させるために、直流電圧と交流電圧を重畳して前記第2のローラに印加する制御をする第2のローラ用電源部と、
    表面の凹凸の中で凸の箇所で電界集中を生じやすい程度の凸の高さを意味する表面粗さを有して前記第2のローラと所定距離を設けて対向する対向面を含み、前記対向面と前記第2のローラの間でトナーをクラウド運動させるために、前記像担持体に供給されずに前記第2のローラに残ったトナーが前記対向領域から前記ニップ領域へ搬送される経路中に前記第2のローラと間隔を有して配置された導電部材と、
    トナーの帯電電荷がプラスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧より大きくなり、トナーの帯電電荷がマイナスの場合は前記導電部材に印加する直流電圧が前記第2のローラに印加する直流電圧よりも小さくなる電圧関係の制御を前記導電部材に対して実行する導電部材用電源部と、を備え、
    前記導電部材用電源部は前記第2のローラで担持されたトナーを前記対向面と前記第2のローラの間で飛翔させるために、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を直流電圧と重畳して前記導電部材に印加する制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
  3. 前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する直流電圧を変更した場合、前記導電部材用電源部は前記第2のローラに印加する直流電圧の変更量と同じ量だけ前記導電部材に印加する直流電圧を変更する制御を実行する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧を変更した場合、前記導電部材用電源部は前記第2のローラに印加する交流電圧の変化に応じて、前記第2のローラ用電源部が前記第2のローラに印加する交流電圧と周波数及び位相が同じである交流電圧を前記導電部材に印加する制御を実行する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記対向面は前記第2のローラと等間隔で対向する曲面を有する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記凸の高さは、2〜20μmである、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成装置。
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