JP5429587B2 - 現像装置並びにこれを備える画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

現像装置並びにこれを備える画像形成装置及びプロセスカートリッジ Download PDF

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Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いられ、磁性キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を使用して潜像担持体上の潜像を現像する現像装置、並びに、これを備えた画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
この種の現像装置には、潜像担持体と対向する現像領域に現像剤を搬送するための現像剤担持体が備わっている。現像剤担持体は、例えば円筒状に形成された現像スリーブ(中空体)の内部に、その現像スリーブ外周面上に現像剤中の磁性キャリアを磁力で担持させるための磁界を発生させる磁界発生手段を備えている。磁性キャリアにはトナーが静電的に吸着しており、現像スリーブを回転させることで現像スリーブ外周面に担持された磁性キャリアとともにトナーが現像領域へ搬送され、現像領域で潜像担持体上の潜像にトナーが供給される。磁界発生手段は、現像スリーブの回転方向に沿って複数の磁極を有している。このような磁界発生手段としては、ローラ状の一体成形体の各磁極形成箇所を外部磁界によって着磁させたものや、個々の磁石体をその磁極が所定方向を向くように共通の保持体に保持させたものなどがある。磁界発生手段の磁力により現像スリーブ外周面上に担持された現像剤は、現像スリーブを回転させることで現像スリーブの周方向(表面移動方向)へ搬送される。
図16は、従来の一般的な現像装置の例を示す概略構成図である。なお、図中二点鎖線は、現像剤担持体表面上における法線方向磁束密度(絶対値)の分布を示している。
この現像装置は、マグネットローラ(磁界発生手段)247を非磁性の現像スリーブ(中空体)241内に配置してマグネットローラ247の磁力により現像スリーブ外周面上に現像剤を担持して搬送する現像剤担持体を備えている。また、現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤を攪拌しながら現像スリーブ241の回転軸方向に沿って搬送するスクリュー形状の攪拌搬送部材242,243と、現像スリーブ241に担持された二成分現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材246も備えている。現像剤収容部は、現像スリーブ241の下方に位置して現像スリーブ軸方向へ延びた第1収容室(供給室)249Aと、この第1収容室249Aに隣接して現像スリーブ軸方向へ延びた第2収容室(攪拌室)249Bとに仕切られており、第1収容室249Aと第2収容室249Bのそれぞれに攪拌搬送部材242,243が設けられている。攪拌搬送部材243により第1収容室249Aの下流端(図中奥側)まで搬送された現像剤は仕切りがない箇所で第2収容室249Bへと移送され、第2収容室内の攪拌搬送部材242により第2収容室249Bの下流端(図中手前側)に向けて搬送される。そして、第2収容室249Bの下流端まで搬送された現像剤は仕切りがない箇所で第1収容室249Aへと移送され、第1収容室内の攪拌搬送部材243により第1収容室249Aの下流端に向けて搬送される。このように現像剤は現像剤収容部内を循環搬送される。現像により消費された分のトナーを補充するための補給用トナーは、通常、第2収容室249B内の現像剤に対して供給される。第1収容室249A内の現像剤は、その搬送中にマグネットローラ247の磁力により現像スリーブ241上に汲み上げられる。その後、現像スリーブ241上に汲み上げられた現像剤は、現像剤規制部材246により規制された後、潜像担持体12と対向する現像領域を通過し、再び現像剤収容部内に戻る。
上記マグネットローラ247には、S1(現像極)、N1(搬送極)、S2(剤切れ上流極)、S3(剤切れ・汲み上げ極)、N2(規制極)という5極が設けられている(S1、S2、S3は互いに同極で例えばS極。N1、N2はS1等とは異なる極性で例えばN極。以下同様。)。現像スリーブ241が図中矢印の方向へ回転することにより、現像スリーブ241上の現像剤は、現像スリーブ241の回転に伴って、剤切れ・汲み上げ極S3、規制極N2、現像極S1、搬送極N1、剤切れ上流極S2の順に、各磁極との対向位置を通過するように搬送される。ここで、現像領域を通過した現像剤は現像によりトナーを消費した状態にあるため、一旦、現像スリーブ241上から剥離して現像剤収容部内に戻し、常に新たな現像剤が現像スリーブ241上に汲み上げられるようにすることが、安定した現像能力を発揮する上で重要となる。すなわち、現像領域を通過した現像スリーブ241上の現像剤がそのまま再び現像領域へ搬送されるという連れ回りを防止することが重要となる。図16に示す現像装置では、互いに同極性である剤切れ上流極S2と剤切れ・汲み上げ極S3とを隣接して配置することで、これらの磁極間に、現像スリーブ241上の現像剤に対して現像スリーブ241表面から離れる方向に向かう剥離力を作用させる剤離れ領域Pが形成される。これにより、その剤離れ領域Pへ搬送された現像剤は、剤切れ上流極S2及び剤切れ・汲み上げ極S3の磁力による剥離力を受けて、現像スリーブ241から離脱し、現像剤収容部の第1収容室249A内の現像剤に取り込まれることになる。
図16に示した従来の現像装置では、剤離れ領域Pから、剤切れ・汲み上げ極S3の磁力により現像スリーブ241上に汲み上げられた現像剤が現像剤規制部材246による規制を受ける規制位置までの現像スリーブ241上において、図示のように極性の変極点Qが存在する。このような変極点Qの付近では、現像剤に作用する磁力が強い上に、法線方向磁束密度が非常に小さいために穂立ちも起きないため、現像剤の密度が高い状態になっている。よって、この従来の現像装置によれば、剤離れ領域Pで現像スリーブ241から離脱できなった現像剤が現像スリーブ241上に残存していても、残存した現像剤はその変極点Qの付近における高密度の現像剤により掻き落とされるため、連れ回りを有効に防止できるという利点がある。
しかし、変極点Qの付近で常に現像剤が高密度の状態となる結果、現像剤に大きなストレスを常時加えることになる。そのため、第1収容室249Aの攪拌搬送部材243を駆動するためのトルクを大きくせざるを得ず、また、攪拌搬送部材243の高剛性化や大型化が必要になり、コストアップや現像装置の大型化に繋がるという不具合があった。
また、現像剤に加わるストレスが大きいので、キャリア表面へのトナー添加剤の埋り込みやキャリアの表層膜の磨耗等の進行が速いために、トナー帯電特性や現像剤の粉体特性が変化しやすく、滑らかな画像品質を長期にわたって維持することが困難であるという不具合もあった。また、現像剤の粉体特性が変化しやすい関係で、特に搬送能力の低い現像スリーブの場合には現像領域へ搬送される現像剤量の低下が起こりやすく、画像濃度を長期にわたって維持することが困難であるという不具合も生じる。
特許文献1には、現像剤に加わるストレスを低減する目的で、図17のような現像装置が開示されている。この現像装置は、図16に示した従来の現像装置における剤切れ・汲み上げ極S3及び規制極N2に代えて、これらの磁極が担っていた役割を同時に果たす単一の磁極(剤切れ・汲み上げ・規制極)を設け、これを現像剤規制部材346の近接位置に配置している。これにより、特許文献1の記載によれば、現像剤規制部材346による規制位置に対して現像スリーブ341による現像剤搬送方向上流側(以下、単に「上流」及び「下流」という場合は、現像スリーブ341による現像剤搬送方向に関するものである。)の領域において、上記剤切れ・汲み上げ・規制極N3で汲み上げることができない現像剤は速やかに攪拌搬送スクリュー343上へと落下する。よって、その領域に現像剤の大きな溜りが発生することがなく、現像剤へのストレスを低減できると説明されている。
また、特許文献2にも、上述した剤切れ・汲み上げ・規制極N3を現像剤規制部材346の近接位置に配置した現像装置が開示されている。この現像装置も、同様の理由から、現像剤へのストレスを低減できるものである。
特開平11−194617号公報 特開2007−183533号公報
特許文献1及び特許文献2に記載された現像装置は、これらの文献では明示されていないが、規制位置の上流側に位置する剤離れ領域P内の少なくとも下流部分から規制位置にかけて、現像剤が充満するものである。よって、この剤離れ領域P内の上流部分で剥離した現像剤については攪拌搬送スクリュー343上へ落下するかもしれないが、剤離れ領域P内の下流部分以降まで現像スリーブ341上に残存した現像剤は、充満している他の現像剤に取り込まれる形で現像スリーブ341から剥離する。すなわち、この現像装置においても、図16に示した従来の現像装置と同様に、現像スリーブ341上に残存した現像剤は現像剤収容部内の現像剤により掻き落とすことができ、これにより連れ回りが有効に防止できるものと考えられる。
しかし、このように現像スリーブ341から離脱できずに残存した現像剤を現像剤収容部内の現像剤により掻き落とす構成においては、その掻き落とす部分において現像剤にストレスが加わることになる。現像剤に加わるストレスについては、近年、軽減できる部分は少しでも軽減することが強く望まれている。よって、この掻き落としに関わるストレスについても軽減することが望まれる。
そこで、本発明者らは、この掻き落としに関わるストレスを無くすべく、図18に示すように、現像スリーブ441を上方へ移動させ、現像スリーブ441上の剤離れ領域Pが駆動状態において供給室449A内の現像剤に接しないように構成した現像装置を開発した。この現像装置によれば、剤離れ領域Pでは、現像剤が現像スリーブ441上に残存したとしてもその現像剤が供給室内の現像剤によって掻き落とされるという状況が生じない。よって、上述した掻き落としに関わるストレスが発生しない。
ところが、この現像装置においては、以下に述べるような新たな問題が発生することを本発明者らは発見した。
上述したように現像スリーブ441上の剤離れ領域Pを供給室449A内の現像剤に接しないように構成したことで、現像スリーブ441の回転力と、剤切れ上流極及び剤切れ・汲み上げ・規制極の磁力による剥離力との作用を受けて剤離れ領域Pで現像スリーブ441上から剥離した現像剤は、現像剤収容室内の空間を飛翔して現像剤収容部内の現像剤へ取り込まれることになる。ここで、剤離れ領域Pの下流側には、剤切れ・汲み上げ・規制極N3の磁力によって汲み上げる力が作用する現像剤汲み上げ領域Rが隣接している。剤離れ領域P(特に剤離れ領域P内の下流端部付近)で剥離した現像剤は、現像スリーブ441の回転力により下流側に向かう力も受けているので、現像スリーブ441から離れつつも、現像剤汲み上げ領域Rに近づく方向へと飛翔することになる。そのため、現像スリーブ441から離脱して飛翔した現像剤が剤切れ・汲み上げ・規制極N3の磁力に影響を受けて、現像剤汲み上げ領域Rに引き寄せられている現像剤に取り込まれたり、現像剤汲み上げ領域Rに直接付着したりするなどして、現像領域へ再び搬送されるという再付着の問題が生じた。このような再付着が生じると、上述した連れ回りが生じる場合と同様に、安定した現像能力を発揮できない。なお、連れ回りが生じた場合には、現像スリーブ441周方向に対応する方向に延びるスジ状の画像濃度ムラが画像上に現れるのに対し、再付着が生じた場合には、斑点状の画像濃度ムラが画像上に現れるという点で異なる。しかし、いずれの場合でも、画質が劣化するという意味では同じである。
なお、図17に示した現像装置でも、剤離れ領域Pの上流部分で剥離した現像剤が現像剤収容部内を飛翔する場合もあり得るが、剤離れ領域Pの下流部分が供給室内の現像剤に接している。よって、この現像剤が壁になって、剤離れ領域Pの上流部分で剥離した現像剤が現像剤汲み上げ領域に存在する現像剤に取り込まれたり、現像剤汲み上げ領域に直接付着したりする再付着の問題は生じない。
また、図18に示した現像装置においては、現像スリーブ441上の剤離れ領域Pを供給室449A内の現像剤に接しないように構成したことで、剤離れ領域Pの下流部分も供給室内の現像剤に接しない。そのため、現像剤汲み上げ領域Rへ搬送する前に、現像スリーブ441上に残存した現像剤を供給室449A内の現像剤で掻き取ることができない。よって、連れ回りが発生しやすいという問題もある。
本発明は、以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤規制部材による規制位置の上流側の領域における現像剤ストレスを低減しつつ、現像剤の連れ回りおよび再付着を有効に抑制し得る現像装置並びにこれを備える画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、磁界発生手段を非磁性の中空体内に配置して該磁界発生手段の磁力により該中空体の外周面上に磁性キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体上に担持される二成分現像剤を収容する供給室を備えた現像剤収容部と、二成分現像剤を攪拌しながら該現像剤担持体の回転軸方向に沿って搬送する攪拌搬送部材と、該現像剤担持体に担持された二成分現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材とを有し、上記現像剤収容部内から上記磁界発生手段の磁力により上記現像剤担持体上に担持した二成分現像剤を、上記現像剤規制部材により規制した後に潜像担持体と対向する現像領域を通過させ、再び現像剤収容部内に戻す現像装置において、上記磁界発生手段は、互いに隣接した同極の第1磁極及び第2磁極を備えており、上記第2磁極は、上記第1磁極よりも上記現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側に配置されるとともに、該現像剤担持体による現像剤搬送方向における当該第2磁極と上記現像剤規制部材との間に他の磁極が存在しないように配置され、上記現像剤収容部内の供給室から二成分現像剤を汲み上げかつ上記現像剤規制部材により規制される現像剤担持体上の二成分現像剤を穂立ちさせるための磁力を生じさせるものであり、上記第1磁極及び上記第2磁極の磁力により上記現像剤担持体上の二成分現像剤に該現像剤担持体から離れる方向へ向かう剥離力を作用させる該現像剤担持体上の剤離れ領域が駆動状態において上記供給室に収容されている二成分現像剤に接しないように、該現像剤担持体を該供給室に収容されている二成分現像剤の上方に配置し、上記現像剤担持体上に規定される上記剤離れ領域内の法線方向磁束密度が、該剤離れ領域の全域にわたって上記第1磁極及び上記第2磁極と同極の向きであって、かつ、極大点を持たないように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の現像装置において、上記現像剤担持体上に規定される剤離れ領域内の二成分現像剤に作用する剥離力が2つの極大点を持ち、該2つの極大点間に存在する極小点における剥離力の大きさが剥離力の最大値の50%以上となるように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1の現像装置において、上記現像剤担持体上に規定される剤離れ領域内の二成分現像剤に作用する剥離力が単一の極大点を持つように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の現像装置において、上記現像剤担持体による現像剤搬送方向に関し、上記第1磁極による法線方向磁束密度が上記現像剤担持体上で最大となる第1地点と、上記第2磁極による法線方向磁束密度が該現像剤担持体上で最大となる第2地点との間で、該現像剤担持体上における法線方向磁束密度の最小値を示す地点が、該第1地点と該第2地点との中間地点よりも該第2地点側に位置するように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の現像装置において、上記中空体の表面移動速度は350[mm/sec]以上であることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像装置において、上記中空体は、その外周面に多数の楕円形状の凹みがランダムに設けられたものであることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の現像装置において、上記磁性キャリアの体積平均粒径は20[μm]以上50[μm]以下であることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体と対向する現像領域に磁性キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤を搬送して該潜像担持体上の潜像に該トナーを付着させて現像する現像装置とを一体的に支持し、該現像装置による現像によって得られるトナー像を潜像担持体上から最終的に記録材上へ転移させることで該記録材上に画像を形成する画像形成装置に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、上記現像装置として、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の現像装置を用いることを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体と対向する現像領域に磁性キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤を搬送して該潜像担持体上の潜像に該トナーを付着させて現像する現像装置とを備え、該現像装置による現像によって得られるトナー像を潜像担持体上から最終的に記録材上へ転移させることで、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記現像装置として、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の現像装置を用いることを特徴とするものである。
本発明においては、第1磁極と同極性でこれに隣接する第2磁極が、現像剤規制部材の近接位置に配置されているため、現像剤担持体上に汲み上げられた現像剤が現像剤規制部材による規制を受けるまでの現像剤担持体上において磁界の変極点が存在しない。よって、図17に示した上述の現像装置と同様に、このような変極点が存在する従来装置に比べて、現像剤ストレスを低減できる。
更に、本発明においては、剤離れ領域の下流側に、第2磁極の磁力によって現像剤を現像剤担持体上へ汲み上げる力が作用する現像剤汲み上げ領域が隣接することになる。本発明では、剤離れ領域が供給室内の現像剤に接しないので、剤離れ領域中の下流部分には掻き落としを行い得る現像剤が存在しない。よって、現像剤担持体から離脱できずに残存した現像剤を供給室内の現像剤が掻き落とす効果は期待できず、掻き落としによる現像剤のストレスも排除できる。
一方で、このような掻き落としを行い得る現像剤が剤離れ領域中の下流部分に接触していないため、剤離れ領域を通過する間に現像剤担持体上から現像剤を十分に剥離できていないと、連れ回りが発生してしまう。また、剤離れ領域中の下流部分に接触する現像剤は再付着を防止するための壁としても機能するが、このような壁となる現像剤も存在しない。よって、剤離れ領域で剥離した現像剤を現像剤汲み上げ領域から十分離れた箇所まで離脱させることができないと、再付着が発生してしまう。
そこで、本発明では、現像剤担持体上に規定される剤離れ領域内の法線方向磁束密度が、剤離れ領域の全域にわたって第1磁極及び第2磁極と同極の向きであり、かつ、極大点を持たないようにしている。これにより、剤離れ領域内において現像剤担持体上の現像剤に剥離力を効率よく作用させることができ、剤離れ領域中の下流部分に掻き落とし効果が期待できる現像剤や再付着の壁となる現像剤が接触していなくても、連れ回り及び再付着が発生するのを有効に抑制できる。
その理由について説明すると、第1磁極と同極性でこれに隣接する第2磁極が現像剤規制部材の近接位置に配置された従来装置では、通常、剤離れ領域内の現像剤に作用する剥離力が図9の太字で示すような分布となる。この剥離力の分布は、2つの極大点を持つために、これらの極大点間に極小点となる部分が存在する。従来の現像装置では、この極小点部分で剥離力が大きく落ち込む分(剤離れ領域内の最大剥離力の25%程度)、剤離れ領域で現像剤を現像剤担持体から剥離する際のロスが大きかった。
本発明者らの研究によると、このように剥離力の極小点部分で大きく落ち込む理由は次のとおりである。
従来の現像装置では、通常、互いに同極性である第1磁極と第2磁極との間に位置する現像剤担持体上において法線方向磁束密度が反転してしまうのを防止すべく、第1磁極と第2磁極との間にこれらと同極の磁極(他の磁極に比べて非常に磁力が弱い)が存在するように構成する。これは、互いに同極性である第1磁極と第2磁極を隣接配置した構成では、磁界の特性上、これらの間の現像剤担持体上にこれらの磁極とは逆極性となる反転地点が現れ、その地点において剥離力とは逆向きの力(吸引力)が生じてしまうからである。しかし、従来の現像装置では、このような弱い磁極を第1磁極と第2磁極との間に存在させることで、現像剤担持体上の法線方向磁束密度の分布中に、その弱い磁極に対応する部分でわずかな極大点が生じる。そして、この極大点は、剥離力の極小点部分を大きく落ち込ませる大きな要因となる。
本発明によれば、このような剤離れ領域内の法線方向磁束密度がこのような極大点を持たないため、剤離れ領域で現像剤を現像剤担持体から剥離する際のロスとなる、剥離力の極小点部分の落ち込みを小さくし、又は無くすことができる。
本発明によれば、現像剤担持体上に汲み上げられた現像剤が現像剤規制部材による規制を受けるまでの現像剤担持体上において磁界の変極点が存在しないようにすることで現像剤ストレスの低減を図った従来装置よりも更に、掻き落としによる現像剤ストレスも排除した分だけ、更に現像剤ストレスを低減できるという優れた効果が奏される。
しかも、本発明によれば、現像剤の連れ回りおよび再付着も有効に抑制できるという優れた効果も奏される。
以下、本発明を、画像形成装置である電子写真方式のプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)に適用した一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。なお、Y、C、M、Kは、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の色用の部材であることを示すものである。
このプリンタは、プロセスカートリッジとしての4色分の作像装置10Y,10C,10M,10Kが、装置本体1側に形成された図示しない画像形成ステーションに着脱自在になっている。これらは、画像形成物質として、互いに異なる色のY、M、C、Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。このプリンタは、更に、レーザー光を照射可能な露光手段としての光学ユニット20、中間転写体ユニット30、給紙ユニット40、定着ユニット50等を備えている。
作像装置10Y,10C,10M,10Kの構造は互いに同一であり、それぞれ潜像担持体としての感光体ドラム12Y,12C,12M,12K、これに作用するプロセス手段として、各感光体ドラムを帯電する帯電装置13Y,13C,13M,13K、感光体ドラムに残留したトナー等を除去するクリーニング装置15Y,15C,15M,15Kが一体的にそれぞれ構成されており、これに各感光体ドラムに形成された潜像を現像する現像装置14Y,14C,14M,14Kが連結する構成になっている。
中間転写体ユニット30は、中間転写体としての中間転写ベルト31、中間転写ベルト31を回転可能に支持する複数(ここでは3つ)のローラ32,33,34、各感光体ドラム12に形成されたトナー像を中間転写ベルト31にそれぞれ転写する一次転写ローラ35、及び中間転写ベルト31上に転写されたトナー像を更に記録材としての記録紙Pに転写する二次転写ローラ36を備えている。
給紙ユニット40は、給紙カセット41又は手差し給紙トレイ42から記録紙Pを二次転写領域に搬送する給紙ローラ43、レジストローラ44等を備えている。
定着ユニット50は、定着ローラ51及び加圧ローラ52を備え、記録紙P上のトナー像に熱と圧を加えることで定着を行う周知の構成が採られている。
また、装置本体1の上部には、後述するトナー補給口145への補給トナーがそれぞれ収納されたトナーボトル60Y,60C,60M,60Kが各作像装置10Y,10C,10M,10Kと個別に装置本体1から着脱可能に装着されている。
このような構成において、まず1色目、イエローの作像装置10Yにおいて、感光体ドラム12Yが帯電装置13Yによって一様に帯電された後、潜像形成手段としての光学ユニット20から照射されたレーザー光によって潜像が現像装置14Yによって現像されてトナー像が形成される。感光体ドラム12Y上に形成されたYトナー像は、一次転写ローラ35Yの作用によって中間転写ベルト31上に転写される。一次転写が終了した感光体ドラム12Yはクリーニング装置15Yによってクリーニングされ、次の画像形成に備える。クリーニング装置15Yによって回収された残留トナーは、作像装置10Yの取出方向(感光体ドラムの回転軸方向)に設置された廃トナー回収ボトル16に貯蔵される。廃トナー回収ボトル16は、貯蔵量が満杯になると交換できるように画像形成装置本体1に対して着脱自在とされている。同様の画像形成工程がC、M、K用の各作像装置10C,10M,10Kにおいても行われて各色のトナー像が形成され、先に形成されたトナー像に順次重ねて転写される。一方、給紙カセット41又は手差し給紙トレイ42から二次転写領域に搬送された記録紙Pには、二次転写ローラ36の作用によって中間転写ベルト31上に形成されたトナー像が転写される。トナー像を転写された記録紙Pは定着ユニット50に搬送され、この定着ユニット50の定着ローラ51と加圧ローラ52のニップ部にてトナー像が定着され、排紙ローラ55によって装置上部の排紙トレイ56に排紙される。
次に作像装置の具体的な構成について説明する。
各作像装置10Y,10C,10M,10Kの構成は、使用するトナーの色が異なる以外は、同一構成であるので、以下、イエローの作像装置10Yを例に挙げて説明する。
図2は、Yトナー像を生成するための作像装置10Yを示す概略構成図である。
作像装置10Yに設けられた帯電装置13Yは、帯電ローラ131と、帯電ローラ131の表面を清掃するクリーニングローラ132とを備えている。クリーニング装置15Yは、感光体ドラム表面に接触するクリーニングブラシ151及びクリーニングブレード152と、クリーニングブラシ151及びクリーニングブレード152で掻き取ったトナーを廃トナー回収ボトル16へ向かって搬送するトナー回収コイル153とを備えている。
現像装置14Yは、磁性キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤(以下、単に「現像剤」という。)を担持して感光体ドラム12Yと対向する現像領域に図2において反時計回りに回転移動することで搬送する現像剤担持体の中空体を構成する非磁性の現像スリーブ141を備えている。現像スリーブ141の内部には、周方向に複数の磁極を備えた磁界発生手段としてのマグネットローラ147が固定配置されている。現像スリーブ141及びマグネットローラ147によって現像剤担持体が構成されている。また、現像スリーブ141と対向配置され、現像スリーブ141の表面に担持されたトナーの層厚を規制するためのドクタギャップSを現像スリーブ141の表面との間に形成するための現像剤規制部材としてのドクタブレード146も備えている。また、現像装置14Y内に収納されている磁性キャリアとトナー補給口145から供給される補給トナーとを撹拌しながら感光体ドラム12Yの軸線方向に往復搬送させるための攪拌搬送部材としての2本の搬送スクリュー142,143も備えている。これらの部材は、現像ケーシング144に収納支持されている。特に、ドクタブレード146は現像ケーシング144に挟まれるように支持されている。
ドクタブレード146について補足すると、本実施形態のドクタブレード146は非磁性部材で形成されたドクタ基体146aと磁性部材で形成されたドクタ補助部材146bとから構成されている。ドクタ基体146aは、現像領域へ搬送する現像剤量をある一定量に規制する機能を主に果たすものであり、現像剤の規制時には現像剤圧をドクタ基体146aで受けることになる。そのため、このドクタ基体146aには、一般に、ある程度の強度を確保すべく、厚さ(現像スリーブによる現像剤搬送方向に対応する長さ)を例えば約1.5〜2mm程度は確保しなければならず、かつ、その先端部(現像スリーブ表面と対向する端部)においては0.05mm程度の真直性が要求される。一方、ドクタ補助部材146bは、現像領域へ搬送されるトナーの帯電量を増加させる機能を主に果たすものであり、通常は、ドクタ基体146aよりもずっと薄い、例えば厚さが0.2mm程度の平板状の板金で形成される。ドクタ補助部材146bは、トナー帯電性を現像スリーブ軸線方向にわたって均一にするために、現像スリーブ表面との位置関係を現像スリーブ軸線方向にわたって精度良く維持する必要がある。よって、ドクタ補助部材146bは、ドクタ基体146aに対し、スポット溶接やカシメ等により取り付けられる。
本実施形態のトナーとしては、円形度が0.93以上のものを使用することができる。すなわち、画像の画質を向上させるには、トナー粒径を小さくすることが知られているが、小粒径化を行う場合、従来の粉砕型のトナーでは粒径分布がブロードになってしまい扱いにくいという特性がある。そのため、重合法等によってトナーの円形度を上げ、粒径分布もシャープなものとして高画質化を実現する方法が一般的になっている。本実施形態のトナーは、少なくとも、プレポリマー、着色剤、離型剤からなるトナー組成物を、水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で分散させ、そのトナー組成物を重付加反応させて得られた重合トナーを用いる。このようなトナーを用いることにより、粉砕工程がなく、省資源化を図ることができ、粒径分布および帯電分布をシャ−プにでき、円形度を変える形状制御が容易にできる等の効果を得ることができる。
また、本実施形態のトナーとしては、形状係数SF−1が100〜180、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあるものが好ましい。
図3及び図4は、それぞれ、形状係数SF−1、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナー形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100π/4) ・・・(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体ドラム12との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体ドラム12との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
また、本実施形態のトナーとしては、600dpi以上の微小ドットを再現するために、体積平均粒径が3μm以上8μm以下のものを使用するのが好ましい。体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比率(Dv/Dn)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。この比率(Dv/Dn)が1.00に近いほど、粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布が狭いトナーであれば、トナーの帯電量分布を均一しやすく、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、しかも静電転写方式では転写率を高くすることができる。
また、本実施形態の磁性キャリアとしては、体積平均粒径が20μm以上50μm以下のものを使用することができる。このような範囲の粒径の磁性キャリアを用いることにより、画像の粒状度が向上し、高品質の画像を得ることができる。一般に、現像スリーブ141と感光体ドラム12Yとのギャップ(現像ギャップ)及び磁性キャリア径は、画質に大きく影響する。そして、本実施形態においては、現像ギャップが例えば0.1〜0.4mmであり、磁性キャリアの径が20〜50μmの範囲内であると、もっとも画質に優れ副作用の少ない現像が可能となる。現像ギャップが小さすぎる場合には、現像スリーブ141と感光体ドラム12Yとの間の現像電界がどうしても強くなりすぎてしまい、感光体ドラム12Y上に磁性キャリアが移動してしまういわゆるキャリア付着とよばれる不具合が生じやすい。逆に、現像ギャップが大きすぎる場合には、現像電界がどうしても小さくなってしまって現像効率が低下し、画像部のエッジにおいて電界のエッジ効果が大きくなるので、均一な画像を得ることが難しくなる。また、磁性キャリアの径が小さすぎる場合は、キャリア一つ一つの磁化の大きさが小さくなってしまうため、現像スリーブ内のマグネットローラ147から受ける磁気的拘束力が弱まり、やはりキャリア付着が起こりやすくなってしまう。逆に、磁性キャリアの径が大きすぎる場合には、磁性キャリアと感光体ドラム上の静電潜像との間の電界が疎になってしまうため、やはり均一な画像を得ることができない。
なお、磁性キャリアの体積平均粒径は、コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置(コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製))を用いて行うことができる。具体的には、まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径(Dv)、個数平均粒径(Dn)を求めることができる。
また、本実施形態の磁性キャリアは、磁性体の芯材に対して樹脂コート膜を有するものであって、その樹脂コート膜が、アクリル等の熱可塑性樹脂とメラミン樹脂とを架橋させた樹脂成分に帯電調整剤を含有させたものである。磁性キャリアを用いることにより、衝撃を吸収して削れを抑制し、強い接着力により大粒子を保持できる効果と、コート膜への衝撃阻止およびスペント物のクリーニングという効果とをバランス良く得ることができる。したがって、磁性キャリアの長寿命すなわち膜削れとスペント化を防止できる。
次に、本発明の特徴部分である、現像装置の構成及び動作について説明する。
図5は、現像装置の外観を示す斜視図である。
図6は、現像装置の現像剤収容部内が視認できるように上部ケーシングを取り外した状態の斜視図である。
図7は、本実施形態におけるイエローの現像装置14Yの概略構成とともに、現像スリーブ141の表面上における法線方向磁束密度(絶対値)の分布を二点鎖線で示した説明図である。
本実施形態における現像装置のマグネットローラ147は、樹脂に磁性粉を混合してなる円柱状の部材に対し、その周面に着磁処理を施して複数の磁極を形成したものである。本実施形態のマグネットローラ147の径は18mmである。本実施形態において、マグネットローラ147に形成する磁極は、感光体ドラム12Yに対向する現像極S1から図中反時計周り(現像スリーブ141による現像剤搬送方向)に沿って順に、現像極S1(以下「S1極」という。)、搬送極N1,S2(以下、それぞれ「N1極」、「S2極」という。)、剤切れ上流極N2(以下「N2極」という。)、剤切れ・汲み上げ・規制極N3(以下「N3極」という。)である。
なお、本実施形態のマグネットローラ147は、全体が一体成形されたものであるが、磁極ごとに別成形された磁石部材を軸の周囲に配置して形成してもよい。本実施形態のように一体成形タイプのマグネットローラ147としては、エチレンエチルアクリレートやナイロン(登録商標)などの樹脂に磁性粉を分散したものが望ましい。この磁性粉としては、ストロンチウムフェライトやNdFeB、SmFeNなどの希土類磁石が好ましい。
一方、現像スリーブ141は、非磁性の中空体であり、その材質としては、加工性やコスト、耐久性から、アルミニウムやステンレスなどが好ましい。
更に好ましくは、現像スリーブ141の外周面にランダムな楕円形状の打痕を多数形成するなどして、現像スリーブ141の外周面に多数の楕円形状の凹みをランダムに設けるのがよい。この構成によれば、現像スリーブ141の表面の凹みをピッチの粗いものとすることで、現像剤が現像スリーブ141の回転に追従できずにスリップしてしまう事態を抑制でき、一つ一つの凹みを根とした太い穂立ちを形成できる上、凹みの磨耗もしにくいものとなるので、長期にわたって画像ムラの生じることのない安定した良好な画像を得ることができる。このような凹みは、好ましくは、現像スリーブの素管表面に比較的形状の大きいカットワイヤ(金属ワイヤを短尺に切断したもの)よりなるメディアを従来のブラスト工法のように衝突させることによって形成する。
現像剤を搬送しやすくするために、現像スリーブの表面に溝や不規則な凹凸(サンドブラストやビーズブラストなど)を形成することは、一般に行われている。特に、カラー画像形成装置では、画像品質面の優位性から、表面をブラスト加工して凹凸を形成した現像スリーブが主流となっている。このような溝加工やブラスト加工等の荒らし加工は、高速で回転する現像スリーブの表面で現像剤がスリップして停滞することにより生じる画像濃度の低下の発生を防止するために行われる。
現像ケーシング144によって、現像装置14Yの内部には、現像剤収容部が形成される。現像剤収容部は、現像スリーブ141の下方に位置して現像スリーブ軸方向へ延びた供給室149Aと、この供給室149Aに隣接して現像スリーブ軸方向へ延びた攪拌室149Bとに仕切られている。供給室149Aと攪拌室149Bには、それぞれ、搬送スクリュー142,143が設けられている。搬送スクリュー143により供給室149Aの下流端(図中奥側)まで搬送された現像剤は攪拌室149へと移送され、攪拌室内の搬送スクリュー142により攪拌室149Bの下流端(図中手前側)に向けて搬送される。そして、攪拌室149Bの下流端まで搬送された現像剤は供給室149Aへと移送され、供給室内の搬送スクリュー143により供給室149Aの下流端に向けて搬送される。このように現像剤は現像剤収容部内を循環搬送される。現像により消費された分のトナーを補充するための補給用トナーは、トナー補給口145から攪拌室149B内の現像剤に対して供給される。供給室149A内の現像剤は、その搬送中にマグネットローラ147の磁力(N3極による磁力)により現像スリーブ141上に汲み上げられる。その後、現像スリーブ141上に汲み上げられた現像剤は、ドクタブレード146により規制された後、感光体ドラム12Yと対向する現像領域を通過し、再び現像剤収容部内に戻る。
本実施形態において、N3極による磁力で供給室149A内から汲み上げられて現像スリーブ141上に吸着した現像剤は、現像スリーブ141の回転に伴って図中反時計回りに搬送される。ドクタブレード146により所定の量に規制された現像剤は、現像領域でS1極による磁力で穂立ちし、現像電界により穂立ちした現像剤から感光体ドラム12Yの表面上の静電潜像にトナーを供給して、現像処理を行う。現像後の現像剤は、N1極→S2極→N2極の磁力によって現像スリーブ141上に保持されながら現像スリーブ141の回転に伴って搬送される。その後、N2極とN3極との間に生じる反発磁力(剥離力)および遠心力の作用を受けて、現像スリーブ141上から離脱(剤離れ)し、現像剤収容部内の供給室149Aに落下する。
なお、磁力については、下記の式により計算を行っている。
Fr=G×(Hr×(∂Hr/∂r)+Hr×(∂Hθ/∂r))
Fθ=G×(1/r×Hr×(∂Hr/∂θ)+1/r×(Hr×∂Hθ/∂θ))
ここで、「Fr」は磁力の現像スリーブ表面法線方向成分を示し、「Fθ」は磁力の現像スリーブ表面接線方向成分(以下「法線方向磁力」という。)を示し、「Hr」は磁束密度の現像スリーブ表面法線方向成分(以下「接線方向磁力」という。)を示し、「Hθ」は磁束密度の現像スリーブ表面接線方向成分を示す。なお、「r」は計算半径であり、「G」は定数(7.8×10-15)である。
以下の説明において、法線方向磁力Frが正の値を示す場合は、磁性キャリアが現像スリーブ141から離れる向きに磁力が作用し、法線方向磁力Frが負の値を示す場合は、磁性キャリアが現像スリーブ141に吸引される向きに磁力が作用するものとする。
また、以下の説明において、単に「上流」及び「下流」という場合は、現像スリーブ141による現像剤搬送方向についての「上流」及び「下流」をいうものとする。
本実施形態においては、図7に示すように、N2極と同極性でこれに隣接するN3極が、ドクタブレード146の近接位置に配置されている。そのため、現像スリーブ141上に汲み上げられた現像剤がドクタブレード146による規制を受けるまでの現像スリーブ上において、磁界の変極点が存在しない。よって、このような変極点が存在する図16に示したような従来装置に比べ、ドクタブレード146の上流側での現像剤ストレスを低減できる。
しかも、本実施形態においては、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域P、すなわち、N2極及びN3極の磁力により現像スリーブ141上の現像剤に現像スリーブ141から離れる方向へ向かう剥離力が作用する現像スリーブ上の領域が、供給室149A内の現像剤に接しないように構成される。具体的には、図17に示したような従来装置よりも、現像スリーブ141を上方へ移動させ、現像スリーブ141上の剤離れ領域Pが駆動状態において供給室149A内の現像剤に接しないようにしている。よって、剤離れ領域Pでは、現像剤が現像スリーブ141上に残存していたとしてもその現像剤が供給室149A内の現像剤によって掻き落とされるという状況が生じない。したがって、剤離れ領域Pが供給室149A内の現像剤に接するように構成された図17に示した従来装置よりも、更に現像剤ストレスを低減できる。
一方で、図17に示した従来装置で掻き落としの機能を担っていた供給室149A内の現像剤は、本実施形態では剤離れ領域Pに接触しないため、剤離れ領域Pを通過する間に現像スリーブ141上から現像剤を十分に剥離できていないと、連れ回りが発生してしまう。また、図17に示した従来装置で剤離れ領域P中に接触していた供給室149A内の現像剤は、剤離れ領域Pで現像スリーブ141から離脱した現像剤がN3極の磁力に捕らわれて、現像剤汲み上げ領域(剤離れ領域Pの下流側に隣接する、N3極の磁力によって汲み上げる力が作用する現像剤汲み上げ領域)やこの領域に向かって吸引されている現像剤に再付着するのを防止するための壁としても機能していたが、本実施形態では、このような壁となる現像剤も存在しない。よって、本実施形態においては、剤離れ領域Pで剥離した現像剤を現像剤汲み上げ領域から十分離れた箇所まで離脱させることができないと、再付着が発生してしまう。
そこで、本実施形態では、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域P内の法線方向磁束密度Hrが、剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同じN極の向き(正の値)であり、かつ、極大点を持たないようにしている。これにより、後述するように、剤離れ領域P内で現像スリーブ141上に付着する現像剤に対して剥離力を効率よく作用させることができ、剤離れ領域Pに掻き落とし効果が期待できる現像剤や再付着の壁となる現像剤が接触していなくても、連れ回りや再付着が発生するのを有効に抑制できる。
図8は、本実施形態の剤離れ領域Pの周辺における現像スリーブ141の表面上における法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ141の表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。
図9は、図18に示した現像装置(以下「比較装置」という。)の剤離れ領域Pの周辺における現像スリーブ141の表面上における法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ141の表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。
このグラフにおいて、法線方向磁力(太線)が正の値を取る領域が剤離れ領域Pである。
なお、これらのグラフの横軸に示す角度は、S1極による法線方向磁束密度が最大となる現像スリーブ141上の地点を0°とし、現像スリーブ回転方向(図中反時計回り方向)を正として、現像スリーブ141上の地点を角度で表したものである。
図18に示した比較装置は、本実施形態と同様に、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域Pが供給室149A内の現像剤に接しないように構成されているが、図9に示すように、剤離れ領域P内における剥離力である法線方向磁力Frが、2つの極大点を持つような構成となっている。そして、これらの極大点間に存在する極小点の部分が大きく落ち込んでいる分(剤離れ領域P内の最大法線方向磁力の25%程度)、剤離れ領域Pで現像剤を現像スリーブ141から剥離する際のロスが大きかった。そして、本発明者らの研究によると、このように法線方向磁力Frの極小点部分が大きく落ち込む理由は、次のとおりである。すなわち、比較装置では、N2極とN3極との間で法線方向磁束密度が反転して現像剤を引きつける吸引力を生じさせるような反転地点が生じるのを防止すべく、N2極とN3極との間に弱いN極を存在させていた。これにより、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域P内の法線方向磁束密度Hrは、剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同じN極の向き(正の値)であり、剤離れ領域P内で現像剤を現像スリーブへ引きつける吸引力は生じない。しかし、そのような弱いN極を存在させていたために、図9に示すように、その弱いN極に対応する部分でわずかな極大点が生じてしまっていた。そして、このわずかな極大点が、法線方向磁力Frの極小点部分を大きく落ち込ませる大きな要因となることが判明した。
そこで、本実施形態では、図8に示すように、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域P内の法線方向磁束密度Hrが、剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同じN極の向き(正の値)となるようにしつつも、極大点を持たないように、構成している。
以下、そのような法線方向磁束密度の分布を持つマグネットローラ147の製造方法の一例について説明する。
図10は、本実施形態のマグネットローラ147を製造する際の着磁工程の説明図である。
図11は、比較装置のマグネットローラ447を製造する際の着磁工程の説明図である。
いずれのマグネットローラ147,447も、樹脂に磁性粉を混合してなる円柱状の部材に対し、その周面に着磁ヨーク181〜186,481〜486を対向させて着磁処理を施し、S1極、N1極、S2極、N2極、N3極を形成する。各磁極に対応する着磁ヨーク181〜186,481〜486は、形成する磁極の幅や磁界の強さによってその磁力や形状寸法等が各々異なっている。図11に示すように、比較装置においては、N2極とN3極との間に弱いN極を形成するための着磁ヨーク486は、マグネットローラ447の周面と対向する対向面部分が他の着磁ヨークと同様に平面であるため、その中央部分が最も強く着磁する。そのため、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域P内の法線方向磁束密度Hrが、確実に剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同じN極の向き(正の値)となるように着磁しようとすると、図9や図11に示したように、どうしても極大点が存在してしまう。
そこで、本実施形態では、図10に示すような着磁ヨーク186を使用して、N2極とN3極との間に弱いN極を形成するようにしている。具体的には、マグネットローラ147の周面と対向する対向面部分のうち、その中央部分が他の部分よりもマグネットローラ147の周面から遠い位置となるような形状の着磁ヨーク186を使用する。これにより、中央部分の着磁を弱めることができるため、剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同じN極の向き(正の値)となるように着磁しつつも、図8や図10に示すように極大点を持たないようにすることができる。
なお、ここで例示したマグネットローラ147の製造方法は、一例であり、剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同じN極の向き(正の値)となり、かつ、極大点を持たないようにできる製造方法であれば、他の方法を採用してもよい。
また、マグネットローラ147のみならず、その周辺の磁性体部材と協働して、剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同じN極の向き(正の値)となり、かつ、極大点を持たないようにすることができれば、そのような構成を採用することもできる。
以上、本実施形態によれば、剤離れ領域P内の法線方向磁束密度Hrが図8に示したように極大点を持たないため、剤離れ領域Pで現像剤を現像スリーブ141から剥離する際のロスとなる、正の値を持つ法線方向磁力(剥離力)Frの極小点部分の落ち込みを小さくすることができる。具体的には、極小点における法線方向磁力(剥離力)Frの落ち込みを最大値のおよそ90%程度で済むように抑制できている。なお、極小点における法線方向磁力(剥離力)Frの大きさが最大値の50%以上となるように、落ち込みを抑制できれば、剤離れ領域P中に掻き落とし効果が期待できる現像剤や再付着の壁となる現像剤が接触していなくても、連れ回り及び再付着が発生するのを有効に抑制でき、連れ回り及び再付着による画質劣化を有効に防止できる。
なお、本発明において解決しようとしている再付着の問題は、現像スリーブ141の表面移動速度が350[mm/sec]以上であると顕著であることが判明している。よって、本発明は、現像スリーブ141の表面移動速度が350[mm/sec]以上である場合に、非常に有用となる。
ここで、本実施形態においては、図7に示すように、反発磁界発生部材としての磁石149が配置されている。この磁石149は、図14に示すように、現像スリーブ141による現像剤搬送方向に関する位置が、現像スリーブ上におけるN2極による法線方向磁束密度の最大地点の法線H1から、現像スリーブ上におけるN3極による法線方向磁束密度の最大地点の法線H2までの間である。また、この磁石149は、図15に示すように、現像スリーブ141の軸線方向に関する位置が、マグネットローラ147の対向領域よりも現像スリーブ141の軸線方向外側である。そして、この磁石149は、N2極及びN3極と同極(N極)の磁極面が剤離れ領域Pに向かうように配置されている。
このような磁石149を設けない場合、現像スリーブ141の外周面上におけるマグネットローラ147の対向領域のうちの現像スリーブ軸線方向端部領域では、上述したような現像剤の連れ回りが発生する。これは、剤離れ領域P内において、マグネットローラ147の対向領域の現像スリーブ軸線方向端部領域に生じる磁力線が現像スリーブ軸線方向外側へ向かうため、その端部領域で現像剤に作用する磁力は、現像スリーブ軸線方向外側に向かう成分が大きく、剥離力を現像剤に有効に作用させることができないために、現像剤の連れ回りが発生するものである。
本実施形態においては、上述した磁石149を設けることで、現像スリーブ上の剤離れ領域P内において、マグネットローラ147の対向領域のうちの現像スリーブ軸線方向端部領域における磁力線の向きを、現像スリーブ軸線方向に対して直交する方向へ近づけることができる。これにより、この端部領域における剥離力が向上するので、この端部領域でも現像剤に剥離力を有効に作用させ、現像スリーブ141の外周面から現像剤を効率よく離脱させることができる。その結果、この端部領域でも現像剤の連れ回りを有効に抑制できる。
磁石149のN極の磁極面は、現像スリーブ軸線方向に関する位置がマグネットローラ147の現像スリーブ軸方向端部をまたがるように配置してもよい。ただし、この場合、その磁極面のうち、マグネットローラ147の現像スリーブ軸方向端部よりも現像スリーブ軸方向外側に配置される磁極面部分が、マグネットローラ147の現像スリーブ軸方向端部よりも現像スリーブ軸方向内側に配置される磁極面部分(マグネットローラ147の対向領域に対面する磁極面部分)よりも、強い磁界を生じさせるように構成する。例えば、磁石149のN極の磁極面が一様である場合、外側に配置される磁極面部分の面積が内側に配置される磁極面部分の面積よりも広くなるように配置する。このような構成とすれば、磁石149のN極の磁極面がマグネットローラ147の現像スリーブ軸方向端部をまたがるように配置されていても、マグネットローラ147の現像スリーブ軸方向端部領域における磁力線の向きを現像スリーブ軸線方向に対して直交する方向へ近づける効果が得られる。
ただし、本実施形態のように、磁石149のN極の磁極面が、マグネットローラ147の対向領域と対面する箇所には配置されないように構成する方が、磁力線の向きを現像スリーブ軸線方向に対して直交する方向へ近づける効果が高く、現像剤の連れ回りをより有効に抑制できる。
また、本実施形態では、図15に示すように、現像スリーブ141による現像剤搬送方向に関する位置が、現像スリーブ上におけるN2極による法線方向磁束密度の最大地点の法線H1から、現像スリーブ上におけるN3極による法線方向磁束密度の最大地点の法線H2までの間であり、現像スリーブ141の軸線方向に関する位置が、感光体ドラム上の作像領域に対向する現像有効領域よりも外側である箇所に、現像スリーブ141の外周面と現像装置14Yのケーシング144との間を密閉するためのシール部材148を備えている。そして、本実施形態においては、磁石149のN極の磁極面の全体が、現像スリーブ軸線方向に関する位置がシール部材148の現像スリーブ軸線方向内側端部よりも外側である箇所に配置されている。このような構成とすることで、磁石149を配置しても、現像剤収容部内の現像剤が磁石149の磁力の影響で滞留してしまうのを抑制することができる。
また、本実施形態では、磁石149のN極の磁極面を現像スリーブ141の外周面に対面するように配置しているが、必ずしも、その磁極面が現像スリーブの外周面に対面しなくてもよい。よって、例えば、現像スリーブ軸線方向に関する位置が現像スリーブ141の軸方向端部よりも外側となる位置に磁石149のN極の磁極面が配置されてもよい。具体例としては、例えば、シール部材148の現像スリーブ軸方向外側面に、N極の磁極面が現像スリーブ軸方向内側を向くように磁石149を配置する。この場合でも、マグネットローラ147の現像スリーブ軸方向端部領域における磁力線の向きを現像スリーブ軸線方向に対して直交する方向へ近づける効果が得られる。
また、本実施形態においては、磁石149のN極の磁極面と現像スリーブ141の外周面との最短距離X(図14参照)が、その最短距離となる現像スリーブ外周面部分に担持される現像剤の高さよりも大きくなるように構成されている。このような構成とすることで、現像スリーブ141が回転しているときに現像スリーブ上の現像剤が磁石149の磁力により蹴られることがなくなり、弊害なく剤離れ等の狙った効果が得られる。
〔変形例1〕
以下、上記実施形態における一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
図12は、本変形例1の剤離れ領域Pの周辺における現像スリーブ141の表面上における法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ141の表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。
本変形例1では、剤離れ領域P内の法線方向磁力(剥離力)Frが単一の極大点を持つように構成されている。具体的には、このような構成をもつように、マグネットローラ147の各磁極の着磁処理を調整した。本変形例1によれば、図8に示したような法線方向磁力(剥離力)Frの極小点がなく、剤離れ領域P内において法線方向磁力Frが一時的に落ち込む事態が生じないので、剤離れ領域Pで現像剤を現像スリーブ141から剥離する際のロスを最小限に抑えることができる。よって、上記実施形態の場合よりも、連れ回り及び再付着による画質劣化を有効に防止できる。
〔変形例2〕
以下、上記実施形態における他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
図13(a)は、本変形例2の剤離れ領域Pの周辺における現像スリーブ141の表面上における法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ141の表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。
図13(b)は、本変形例2と比較するために作成した装置の剤離れ領域Pの周辺における現像スリーブ141の表面上における法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ141の表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。
本変形例2では、図13(a)に示すように、現像スリーブ141による現像剤搬送方向に関し、N2極による法線方向磁束密度Hrが現像スリーブ上で最大となる第1地点Hr1と、N3極による法線方向磁束密度Hrが現像スリーブ上で最大となる第2地点Hr2との間で、現像スリーブ上における法線方向磁束密度Hrの最小値を示す地点Hr3が、第1地点Hr1と第2地点Hr2との中間地点よりも第2地点Hr2側に位置するように、構成している。これに対し、図13(b)に示した例は、逆に、地点Hr3が第1地点Hr1と第2地点Hr2との中間地点よりも第1地点Hr1側に位置するように構成したものである。
本変形例2に係る装置は、図13(a)に示すように、図13(b)に示した装置よりも剤離れ領域PがN3極に近づくので、現像スリーブ141から離脱した現像剤の再付着が図13(b)に示した装置よりも生じにくくなる。
以上、本実施形態(上述した変形例を含む。以下同じ。)に係る現像装置14Y,14C,14M,14Kは、磁界発生手段としてのマグネットローラ147を非磁性の中空体である現像スリーブ141内に配置してマグネットローラ147の磁力により現像スリーブ141の外周面上に磁性キャリアおよびトナーからなる現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、現像スリーブ141上に担持される現像剤を収容する供給室149Aを備えた現像剤収容部と、現像剤を攪拌しながら現像スリーブ141の回転軸方向に沿って搬送する攪拌搬送部材としての搬送スクリュー142,143と、現像スリーブ141に担持された現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材としてのドクタブレード146とを有し、現像剤収容部内からマグネットローラ147の磁力により現像スリーブ141上に担持した現像剤を、ドクタブレード146により規制した後に潜像担持体である感光体ドラム12Y,12C,12M,12Kと対向する現像領域を通過させ、再び現像剤収容部内に戻す現像装置である。この現像装置において、マグネットローラ147は、現像領域を通過した後の現像剤を現像スリーブ141から離脱させるための磁力を発生させるための互いに隣接した同極(N極)の第1磁極としてのN2極及び第2磁極としてのN3極を備えている。N3極は、N2極よりも現像スリーブ141による現像剤搬送方向下流側であってドクタブレード146の近接位置に配置され、現像剤収容部内の供給室149Aから現像剤を汲み上げかつドクタブレード146により規制される現像スリーブ141上の現像剤を穂立ちさせるための磁力を生じさせるものである。この現像装置では、供給室149Aに収容されている現像剤の上方位置であって、N2極及びN3極の磁力により現像スリーブ141上の現像剤に現像スリーブ141から離れる方向へ向かう剥離力(正の値を持つ法線方向磁力Fr)を作用させる現像スリーブ141上の剤離れ領域Pが、駆動状態において供給室149Aに収容されている現像剤に接しない位置に、現像スリーブ141が配置されている。そして、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域P内の法線方向磁束密度Hrが、剤離れ領域Pの全域にわたってN2極及びN3極と同極の向き(正の値)であって、かつ、極大点を持たないように、マグネットローラ147を構成している。これにより、上述したとおり、剤離れ領域Pで現像剤を現像スリーブ141から剥離する際のロスとなる、正の値を持つ法線方向磁力(剥離力)Frの極小点部分の落ち込みを小さくすることができる。よって、剤離れ領域P中に掻き落とし効果が期待できる現像剤や再付着の壁となる現像剤が接触していなくても、連れ回り及び再付着が発生するのを有効に抑制でき、連れ回り及び再付着による画質劣化を有効に防止できる。
なお、図8に示したように、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域内の現像剤に作用する剥離力が2つの極大点を持ち、2つの極大点間に極小点が存在する場合でも、その極小点における法線方向磁力(剥離力)Frの大きさが、剤離れ領域内の法線方向磁力(剥離力)Frの最大値の50%以上となるように構成すれば、連れ回り及び再付着が発生するのを有効に抑制でき、連れ回り及び再付着による画質劣化を有効に防止できる。
ただし、上記変形例1のように、現像スリーブ141上に規定される剤離れ領域P内の現像剤に作用する剥離力が単一の極大点を持つように構成すれば、上記のような極小点が存在しないため、より効果的に、連れ回り及び再付着が発生するのを抑制でき、連れ回り及び再付着による画質劣化を防止できる。
また、上記変形例2のように、現像スリーブ141による現像剤搬送方向に関し、N2極による法線方向磁束密度Hrが現像スリーブ上で最大となる第1地点Hr1と、N3極による法線方向磁束密度Hrが現像スリーブ上で最大となる第2地点Hr2との間で、現像スリーブ上における法線方向磁束密度Hrの最小値を示す地点Hr3が、第1地点Hr1と第2地点Hr2との中間地点よりも第2地点Hr2側に位置するように、構成すれば、現像スリーブ141から離脱した現像剤の再付着が生じにくくなる。
また、本実施形態では、現像スリーブ141の表面移動速度が350[mm/sec]以上であるため、再付着の問題が発生しやすいが、上述したような構成を採用することで再付着が有効に防止されるため、高速機においても再付着による画質劣化を有効に防止できる。
また、本実施形態では、現像スリーブ141の外周面に多数の楕円形状の凹みがランダムに設けられているので、上述したように、長期にわたって画像ムラの生じることのない安定した良好な画像を得ることができる。
また、本実施形態では、磁性キャリアの体積平均粒径が20[μm]以上50[μm]以下であるので、経時的に安定した粒状性に優れた画像を得ることができる。
実施形態に係るプリンタの概略構成図である。 イエローの作像装置を示す概略構成図である。 形状係数SF−1を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。 形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。 イエローの現像装置の外観を示す斜視図である。 同現像装置の現像剤収容部内が視認できるように上部ケーシングを取り外した状態の斜視図である。 同現像装置の概略構成とともに、現像スリーブの表面上における法線方向磁束密度(絶対値)の分布を二点鎖線で示した説明図である。 同現像装置の剤離れ領域周辺における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。 比較装置の剤離れ領域周辺における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。 本実施形態の現像装置のマグネットローラを製造する際の着磁工程の説明図である。 比較装置のマグネットローラを製造する際の着磁工程の説明図である。 変形例1の剤離れ領域周辺における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。 (a)は、変形例2の剤離れ領域周辺における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。(b)は、変形例2と比較するために作成した装置の剤離れ領域周辺における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度(細線)と、現像スリーブ表面上における法線方向磁力(太線)とを示すグラフである。 実施形態の現像装置における現像スリーブによる現像剤搬送方向に関する磁石の配置例を示す説明図である。 同現像装置における現像スリーブ軸線方向に関する磁石の配置例を示す説明図である。 従来の一般的な現像装置の例を示す概略構成図である。 同現像装置を改良した例を示す概略構成図である。 同現像装置を更に改良した例を示す概略構成図である。
符号の説明
10Y,10C,10M,10K 作像装置
12Y,12C,12M,12K 感光体ドラム
14Y,14C,14M,14K 現像装置
20 光学ユニット
31 中間転写ベルト
40 給紙ユニット
50 定着ユニット
141,241,341,441 現像スリーブ
142,143 搬送スクリュー
144 現像ケーシング
145 トナー補給口
146 ドクタブレード
147,247,347,447 マグネットローラ
149A 供給室
149B 攪拌室
181〜186,481〜486 着磁ヨーク
246,346 現像剤規制部材
249A 第1収容室
249B 第2収容室

Claims (9)

  1. 磁界発生手段を非磁性の中空体内に配置して該磁界発生手段の磁力により該中空体の外周面上に磁性キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
    該現像剤担持体上に担持される二成分現像剤を収容する供給室を備えた現像剤収容部と、
    二成分現像剤を攪拌しながら該現像剤担持体の回転軸方向に沿って搬送する攪拌搬送部材と、
    該現像剤担持体に担持された二成分現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材とを有し、
    上記現像剤収容部内から上記磁界発生手段の磁力により上記現像剤担持体上に担持した二成分現像剤を、上記現像剤規制部材により規制した後に潜像担持体と対向する現像領域を通過させ、再び現像剤収容部内に戻す現像装置において、
    上記磁界発生手段は、互いに隣接した同極の第1磁極及び第2磁極を備えており、
    上記第2磁極は、上記第1磁極よりも上記現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側に配置されるとともに、該現像剤担持体による現像剤搬送方向における当該第2磁極と上記現像剤規制部材との間に他の磁極が存在しないように配置され、上記現像剤収容部内の供給室から二成分現像剤を汲み上げかつ上記現像剤規制部材により規制される現像剤担持体上の二成分現像剤を穂立ちさせるための磁力を生じさせるものであり、
    上記第1磁極及び上記第2磁極の磁力により上記現像剤担持体上の二成分現像剤に該現像剤担持体から離れる方向へ向かう剥離力を作用させる該現像剤担持体上の剤離れ領域が駆動状態において上記供給室に収容されている二成分現像剤に接しないように、該現像剤担持体を該供給室に収容されている二成分現像剤の上方に配置し、
    上記現像剤担持体上に規定される上記剤離れ領域内の法線方向磁束密度が、該剤離れ領域の全域にわたって上記第1磁極及び上記第2磁極と同極の向きであって、かつ、極大点を持たないように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とする現像装置。
  2. 請求項1の現像装置において、
    上記現像剤担持体上に規定される剤離れ領域内の二成分現像剤に作用する剥離力が2つの極大点を持ち、該2つの極大点間に存在する極小点における剥離力の大きさが剥離力の最大値の50%以上となるように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とする現像装置。
  3. 請求項1の現像装置において、
    上記現像剤担持体上に規定される剤離れ領域内の二成分現像剤に作用する剥離力が単一の極大点を持つように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とする現像装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の現像装置において、
    上記現像剤担持体による現像剤搬送方向に関し、上記第1磁極による法線方向磁束密度が上記現像剤担持体上で最大となる第1地点と、上記第2磁極による法線方向磁束密度が該現像剤担持体上で最大となる第2地点との間で、該現像剤担持体上における法線方向磁束密度の最小値を示す地点が、該第1地点と該第2地点との中間地点よりも該第2地点側に位置するように、上記磁界発生手段を構成したことを特徴とする現像装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の現像装置において、
    上記中空体の表面移動速度は350[mm/sec]以上であることを特徴とする現像装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像装置において、
    上記中空体は、その外周面に多数の楕円形状の凹みがランダムに設けられたものであることを特徴とする現像装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の現像装置において、
    上記磁性キャリアの体積平均粒径は20[μm]以上50[μm]以下であることを特徴とする現像装置。
  8. 潜像担持体と、該潜像担持体と対向する現像領域に磁性キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤を搬送して該潜像担持体上の潜像に該トナーを付着させて現像する現像装置とを一体的に支持し、該現像装置による現像によって得られるトナー像を潜像担持体上から最終的に記録材上へ転移させることで該記録材上に画像を形成する画像形成装置に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
    上記現像装置として、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の現像装置を用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  9. 潜像担持体と、
    該潜像担持体と対向する現像領域に磁性キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤を搬送して該潜像担持体上の潜像に該トナーを付着させて現像する現像装置とを備え、
    該現像装置による現像によって得られるトナー像を潜像担持体上から最終的に記録材上へ転移させることで、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
    上記現像装置として、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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