JP6846005B2 - 現像装置、現像剤担持体、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係るプリンタ100の概略構成図である。図中の符号「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。
プリンタ100は、レーザー光を照射可能な潜像形成手段としての光学ユニット20、中間転写ユニット30、給紙ユニット40、定着ユニット50等を備えている。
まず、一色目のイエロー用作像装置10Yにおいて、イエロー用感光体12Yの表面がイエロー用帯電装置13Yによって一様に帯電される。その後、光学ユニット20から照射されたレーザー光によってイエロー用感光体12Yの表面上にイエロー画像に対応した潜像が形成され、この潜像がイエロー用現像装置14Yによって現像されてYトナー像が形成される。
イエロー用感光体12Y上に形成されたYトナー像は、イエロー用一次転写ローラ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イエロー用感光体12Yはイエロー用クリーニング装置15Yによってクリーニングされ、次の画像形成に備える。イエロー用クリーニング装置15Yによって回収された残留トナーは、イエロー用作像装置10Yの取出方向(感光体12の回転軸方向)の一方の端部に設置された廃トナー回収ボトルに貯蔵される。
廃トナー回収ボトルは、貯蔵量が満杯になると交換できるように装置本体1に対して着脱自在とされている。
図2は、四つの作像装置10のうちの一つの作像装置10を示す概略構成図である。
作像装置10に設けられた帯電装置13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15は、感光体12の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、トナー回収コイル153とを備えている。トナー回収コイル153は、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へ向けて搬送する。
特に、丸棒ドクタ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。
図3は、本実施形態の現像装置14及び感光体12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。
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、図2に示すトナー補給口145から攪拌室149B内の現像剤に対して供給される。
現像装置では、現像剤担持体(現像スリーブ)と現像剤規制部材(ドクタ)とは所定の間隔(ドクタギャップ)をもって配置され、現像剤担持体に搬送される現像剤量を規制し、現像領域へ所定の現像剤量(汲み上げ量)を搬送する。しかし、経時において、汲み上げ量が低下してしまい、画像濃度が安定しない場合がある。
一点目として、トナーに添加されていた微細な添加剤が二成分現像におけるキャリアに付着してしまい、キャリアの帯電能力が低下して現像剤の帯電量が低下し、現像剤が凝集し易くなって搬送され難くなることが挙げられる。
二点目として、現像剤担持体の現像スリーブ表面に形成された凹部のエッジが経時において摩耗することや摩擦係数が低下してしまうことで現像スリーブの現像剤搬送能力が低下することが挙げられる。
図4は、本実施形態の現像装置14が備える現像スリーブ141の説明図であり、図4中の矢印「B」は、現像スリーブ141の表面における表面移動方向に直交する方向である現像スリーブ141の長手方向(軸方向)を示す。図4(a)は現像スリーブ141の斜視説明図であり、図4(b)は、円筒状の現像スリーブ141の外周面を平面的に見た状態の説明図であり、図4(c)は、図4(b)中のD−D断面における現像スリーブ141の断面説明図である。
さらに、長手方向で隣り合う端部同士が連結した凹部139の長手方向における列は、現像スリーブ141の長手方向と平行に配置されている。隣り合う凹部139の端部同士を連結し、長手方向端部の凹み浅部分(図4(c)中の破線で示す部分)を深くしている。
上述した凹部139における凹み浅部分を深くすことで、長手方向における凹みの深さの偏差を小さくすることができる。
本実施形態の現像スリーブ141の凹部139は楕円形状であるが、長手方向の端部同士が重なる構成であれば円形状であってもよい。
図5は、現像装置14における丸棒ドクタ146の磁力による磁力線(図中の矢印)を示す丸棒ドクタ146近傍の拡大説明図である。図5中の「G」は、現像スリーブ141に担持された現像剤を示している。
本実施形態では、丸棒状の磁性体として、内部に空間を備えない中実丸棒を用いているが、内部に空間を備える円筒状の磁性体を用いてもよい。
本実施形態では、現像スリーブ141の表面上の楕円形状の凹部が長手方向で隣り合うもの同士で端部が重なるように配置し、現像剤規制部材として丸棒状の磁性体からなる丸棒ドクタ146を用いている。このような構成により、現像剤担持体の経年変化による現像剤の現像領域への搬送量の低下を抑制しつつ、現像剤の経年変化による現像剤の現像領域への搬送量の低下を抑制することができる。
図6中の「E1」は、長手方向で隣り合う楕円形状の凹部の端部同士が離れた構成で、現像剤規制部材として平板状の磁性体を用いた構成のグラフである。
図6中の「E2」は、長手方向で隣り合う楕円形状の凹部の端部同士が重なる構成で、現像剤規制部材として平板状の磁性体を用いた構成のグラフである。
図6中の「E3」は、長手方向で隣り合う楕円形状の凹部の端部同士が離れた構成で、現像剤規制部材として丸棒状の磁性体を用いた構成のグラフである。
図6中の「E4」は、長手方向で隣り合う楕円形状の凹部の端部同士が重なる構成で、現像剤規制部材として丸棒状の磁性体を用いた構成のグラフであり、実施形態に係る現像装置14と同様の構成のグラフである。
「E1」の構成のように、単純な楕円形状の凹部(端部重ね無し)の現像スリーブと磁性平板状の現像剤規制部材の組合せでは、現像剤の劣化と現像スリーブの劣化との両因子の汲み上げ量低下に対する影響が大きく現れる。「E2」の構成では、現像スリーブの劣化の影響は抑制できるが、現像剤の劣化の影響が現れる。「E3」の構成では、現像剤の劣化の影響は抑制できるが、現像スリーブの劣化の影響が現れる。
これに対して、「E4」の構成では、上述した二つの因子による汲み上げ量の低下を抑制するため、「E2」の構成のほか、二つの因子の一方を単独で抑制した構成(「E2」、「E3」)よりも更に汲み上げ量の低下を抑制できる。
汲み上げ量「L」を下回った時点で現像装置の寿命となる場合、図6に示す「E4」の構成では、汲み上げ量「L」を下回ることがないため、画像形成装置内据え置きとすることも可能である。
このように、「E4」の構成は、「E2」の構成の寿命と、「E3」の構成の寿命「T3」とを単純に足した寿命よりも長寿命を実現できる。このため、寿命の観点でいうと、「E4」の構成では、凹部の端部同士が重なる構成と、現像剤規制部材として丸棒状の磁性体を用いる構成とによって、相乗効果が生じていることとなる。
このように、現像剤Gの汲み上げ量は、これらの磁性体ドクタ300と現像スリーブ141中のN3磁極間の磁気力と現像スリーブ141中のN3磁極の接線方向の磁気力とのバランス(表面移動方向に対して同方向の力と逆方向の力)と、現像剤Gと現像スリーブ141表面との摩擦力、及びドクタギャップの大きさ等に応じて変化する。
前述の通り、この摩擦力は、磁気力の法線方向成分を垂直抗力として、現像剤Gと現像スリーブ141表面との摩擦係数をこの垂直抗力に積算した値として求められる。そして凹部139の内部に格納された現像剤Gについてこの摩擦力を考える。この摩擦力は言い換えると、摩擦力等によって凹部139が現像剤Gを保持しようとする力を表す。
現像スリーブ141の表面移動方向を正として、凹部139内部における表面移動方向上流側の傾斜面に接触する現像剤Gを凹部139内に留める力は、傾斜方向に作用する力も考慮すると、下記(1)式の「F」のようになる。
上記(1)式において、「N」は磁気力の法線方向成分、「θ」は凹部の周方向における傾斜角度、「μ」は現像剤と現像スリーブ表面との摩擦係数とする。
現像剤規制部材の規制等によって、凹部139内の現像剤Gに対して現像スリーブ141の搬送に抗する方向(図9中の左方向)の力が作用したときに、現像剤Gを凹部139内に留める力が小さいと、図9に示すように現像剤Gの脱落が生じる。現像剤Gの脱落が生じると、現像剤Gは現像スリーブ141の表面を摺擦しながら移動する。図9に示す例では、凹部139に格納された現像剤Gが脱落して「G’」の位置まで移動した際に通過した領域「H」において、凹部139のエッジ摩耗や摩擦係数低下等の現像スリーブ141の劣化が生じることとなる。
しかし、凹みの浅い部分を解消した現像スリーブ141の構成だけでは(磁性平板ドクタとの組合せ)、経時において現像剤Gが劣化したときには、上記(1)式の「μ」が低下し、現像剤Gを凹部139内に留める力「F」も小さくなる。これにより、現像剤Gが劣化した分の汲み上げ量の低下が生じてしまう。この際の脱落した現像剤Gと現像スリーブ141との摺擦で多少のスリーブ劣化が生じてしまう。
そして、周方向において隣り合う凹部139は離れており、端部同士が重ならない配置としている。周方向で隣り合う凹部139まで端部同士を重ねてしまうと、凹部139内に格納される現像剤Gの量が増え過ぎてしまい、所定の汲み上げ量を実現するのに極端にドクタギャップを狭くしなければならない。ドクタギャップが狭いとトナーの凝集体等がドクタ部の上流側から来た場合に、その凝集体をドクタ部でせき止めてしまい、凝集体をせき止めた部分では現像剤Gがドクタギャップを通過できなくなり、その部分だけ汲み上げ量が低下することがある。このように凝集体によって汲み上げ量が低下した部分では、白スジ画像が発生する。
図10は、上流側の傾斜面と、下流側の傾斜面とで、傾斜角度と表面粗さとを異ならせた構成の凹部139の拡大説明図である。
図10に示す凹部139は、表面移動方向の上流側の傾斜面である凹部上流側傾斜面139aの現像スリーブ141の外周面に対する傾斜角度「θ1」が、下流側の傾斜面である凹部下流側傾斜面139bの傾斜角度「θ2」よりも大きい形状となっている。
通常、凹部139の傾斜面の現像剤Gに対する摩擦係数「μ」は「1.0」未満であることが多い。この場合、「θ」が大きくなると、上記(1)式における「N・sinθ」の項の増加量の方が、「μ・N・cosθ」の項の減少量よりも大きいため、現像剤Gを凹部139内に留める力「F」は大きくなる。力「F」が大きくなれば、上述したように、経時汲み上げ量低下を小さく抑えることができる。
図10に示す構成では、凹部上流側傾斜面139aの傾斜角度「θ1」及び現像剤Gとの摩擦係数「μ1」を、凹部下流側傾斜面139bの傾斜角度「θ2」及び現像剤Gとの摩擦係数「μ2」よりも大きくしている。実施例としては、それぞれ、「θ2=30[°]〜40[°]」、「θ1=40[°]〜50[°]」、「μ2=0.5〜0.6」、「μ1=0.8〜0.9」、となるように設定している。
内部にマグネットローラ147等の磁界発生手段を有し、磁界発生手段の磁力により外周面上に現像剤を担持して搬送する現像スリーブ141等の現像剤担持体と、現像剤担持体上に担持される現像剤を収容する現像剤収容部149等の現像剤収容部と、現像剤担持体上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を備え、現像剤担持体の表面に、円形状または楕円形状の多数の凹部139等の凹部が、現像剤担持体の表面移動方向に直交する方向(長手方向等)で隣り合う端部同士が重なるように形成された現像装置14等の現像装置において、現像剤規制部材が丸棒ドクタ146等の丸棒状の磁性体である。
本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、上記実施形態について説明したように、態様Aの構成を備えることにより、経時において現像領域への現像剤の搬送量が低下することを抑制できる、ことを見出した。これは以下の理由によるものと考える。
現像剤担持体の表面に円形状または楕円形状の多数の凹部を形成する構成では、凹部を形成する加工方法(例えば、特許文献1に記載の粗面処理)によっては、凹部の中央部では凹みが深くなり、端部では凹みが浅くなる場合がある。現像剤規制部材の規制等によって、凹部内の現像剤に対して現像剤担持体の搬送に抗する方向の力が作用すると、凹みが浅い部分では現像剤を凹部内に留める力が弱いため、凹部内の現像剤は、凹部の外部に漏れ出る。漏れ出る現像剤は、凹部における現像剤担持体の表面移動方向の上流側の縁部周辺を摺擦しながら凹部の外側へ移動する。この摺擦によって凹部の上流側の縁部が磨耗し、凹部による現像剤の搬送力が低下し、現像剤の現像領域への搬送量の低下が生じる。これに対して、隣り合う凹部の端部同士が重なる構成とすることで、凹みが浅い部分を解消でき、凹部における凹みが浅い部分が磨耗する現像剤担持体の経年変化に起因して現像剤の搬送力が低下することを抑制できる。
しかし、現像剤が経時で劣化して、現像剤担持体の表面との摩擦係数が低下した状態となると、現像剤が凹部内に留まる力が減少し、凹部における使用初期では現像剤が漏れ出ていなかった部分であっても現像剤が漏れ出て、凹部の上流側の縁部が磨耗する。そして、凹部による現像剤の搬送力が低下し、現像剤の現像領域への搬送量の低下が生じる。
態様Aでは、丸棒状の現像剤規制部材を備えることで、板状の現像剤規制部材を備える構成よりも、現像剤規制部材の表面と現像剤担持体の表面とが対向し、磁力の強い磁界が形成される磁界集中領域を、現像剤担持体の表面移動方向に長く設定し易い。磁界集中領域では磁力によって現像剤を現像剤担持体に吸着する力が強く、現像剤が劣化して現像剤担持体の表面との摩擦係数が低下した状態となっても、現像剤を現像剤担持体の凹部内に留める力を維持することが出来る。この磁界集中領域を現像剤担持体の表面移動方向に長く設定することで、劣化した現像剤が凹部から漏れ出ることを抑制でき、凹部の上流側の縁部が磨耗することを抑制できる。このため、現像剤が劣化した状態であっても、凹部による現像剤の搬送力が低下することを抑制し、経時において現像領域への現像剤の搬送量が低下することを抑制できる。
態様Aにおいて、丸棒ドクタ146等の現像剤規制部材は、マグネットローラ147等の磁界発生手段の現像剤規制部材に対向する磁極(N3極)における現像スリーブ141等の現像剤担持体の表面での法線方向磁束密度が最大となる位置の付近に設置されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、現像剤規制部材と現像剤担持体との最近接位置(ドクタ部等)付近の磁気力が大きくなり、現像剤担持体と現像剤との摩擦力も増大する。これにより、現像剤が劣化して搬送され難い状態になっても汲み上げ量低下を抑制できる。
態様AまたはBにおいて、現像スリーブ141等の現像剤担持体の表面移動方向で隣り合う凹部139等の凹部の端部同士が重ならないように配置されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、現像剤規制部材と現像剤担持体との最近接位置(ドクタ部等)で、凝集体を堰き止めることに起因する汲み上げ量の低下を防止できる。
態様A乃至Cの何れかの態様において、凹部139等の凹部の内壁面の表面粗さは、丸棒ドクタ146等の現像剤規制部材の表面粗さよりも大きい。
これによれば、上記実施形態について説明したように、現像スリーブ141等の現像剤担持体の表面の現像剤に対する摩擦力が大きくなる。このため、現像剤規制部材と現像剤担持体との最近接位置(ドクタ部等)を凹部が通過する際に、凹部に格納された現像剤のうち凹部の外部に漏れ出すものを少なくすることができ、凹部の外部に漏れ出る際の摺擦に起因する現像剤担持体の劣化を抑制できる。また、凹部の内壁面が現像剤規制部材の表面よりも表面粗さが大きいことにより、現像剤担持体による現像剤の搬送性の向上を図ることができる。
態様A乃至Dの何れかの態様において、凹部139等の凹部の傾斜面は、中央部等の底部に対して現像スリーブ141等の現像剤担持体の表面移動方向の上流側となる凹部上流側傾斜面139a等の上流側傾斜面と、下流側となる凹部下流側傾斜面139b等の下流側傾斜面とで隣接する現像剤担持体の外周面に対する傾斜角度(「θ1」と「θ2」等)が異なり、下流側傾斜面よりも上流側傾斜面の方が、傾斜角度が大きい。
これによれば、上記実施形態について説明したように、上流側傾斜面の傾斜角度を大きくすることで、凹部が現像剤規制部材と現像剤担持体との最近接位置(ドクタ部等)を通過する際に、凹部内に格納された現像剤を保持する力が大きくなる。これにより、凹部内に格納された現像剤が外部に漏れ出ることに起因する汲み上げ量の低下を抑制することができる。
態様A乃至Eの何れかの態様において凹部139等の凹部の傾斜面は、中央部等の底部に対して現像スリーブ141等の現像剤担持体の表面移動方向の上流側となる凹部上流側傾斜面139a等の上流側傾斜面と、下流側となる凹部下流側傾斜面139b等の下流側傾斜面とで表面粗さが異なり、下流側傾斜面よりも上流側傾斜面の方が、表面粗さが大きい。
これによれば、上記実施形態について説明したように、上流側傾斜面の表面粗さを大きくすることで、上流側傾斜面と現像剤との間の摩擦力を大きくすることができる。そして、凹部が現像剤規制部材と現像剤担持体との最近接位置(ドクタ部等)を通過する際に、凹部内に格納された現像剤を保持する力が大きくなる。これにより、凹部内に格納された現像剤が外部に漏れ出ることに起因する汲み上げ量の低下を抑制することができる。
感光体12等の潜像担持体と、潜像担持体に形成された潜像に現像剤を供給して現像する現像手段とを備えるプリンタ100等の画像形成装置において、現像手段として、態様A乃至Fの何れかに係る現像装置14等の現像装置を用いる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、出力画像の画像濃度の安定化を図ることができる。
感光体12等の潜像担持体と、潜像担持体に形成された潜像に現像剤を供給して現像する現像手段とを備える作像装置10等のプロセスカートリッジにおいて、現像手段として、態様A乃至Fの何れかに係る現像装置14等の現像装置を用いる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、潜像担持体上に形成される画像の画像濃度の安定化を図ることができる。
10 作像装置
10Y イエロー用作像装置
12 感光体
12Y イエロー用感光体
13 帯電装置
13Y イエロー用帯電装置
14 現像装置
14Y イエロー用現像装置
15 クリーニング装置
15Y イエロー用クリーニング装置
20 光学ユニット
30 中間転写ユニット
31 中間転写ベルト
32 二次転写対向ローラ
35 一次転写ローラ
35Y イエロー用一次転写ローラ
36 二次転写ローラ
40 給紙ユニット
41 給紙カセット
42 給紙トレイ
43 給紙ローラ
44 レジストローラ対
50 定着ユニット
51 定着ローラ
52 加圧ローラ
55 排紙ローラ
56 排紙トレイ
60 トナーボトル
100 プリンタ
131 帯電ローラ
132 クリーニングローラ
139 凹部
139a 凹部上流側傾斜面
139b 凹部下流側傾斜面
140 現像ローラ
141 現像スリーブ
142 第一搬送スクリュ
143 第二搬送スクリュ
144 現像ケーシング
145 トナー補給口
146 丸棒ドクタ
147 マグネットローラ
148 磁石
149 現像剤収容部
149A 供給室
149B 攪拌室
151 クリーニングブラシ
152 クリーニングブレード
153 トナー回収コイル
300 磁性体ドクタ
301 非磁性ドクタ
G 現像剤
P 記録紙
ε 磁界集中領域
Claims (9)
- 内部に磁界発生手段を有し、前記磁界発生手段の磁力により外周面上に現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に担持される現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤担持体上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を備え、
現像剤担持体の表面に、円形状または楕円形状の多数の凹部が、現像剤担持体の表面移動方向に直交する方向で隣り合う端部同士が重なるように形成された現像装置において、
前記現像剤規制部材が丸棒状の磁性体であり、
前記凹部の内壁面の表面粗さは、前記現像剤規制部材の表面粗さよりも大きいことを特徴とする現像装置。 - 内部に磁界発生手段を有し、前記磁界発生手段の磁力により外周面上に現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に担持される現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤担持体上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を備え、
現像剤担持体の表面に、円形状または楕円形状の多数の凹部が、現像剤担持体の表面移動方向に直交する方向で隣り合う端部同士が重なるように形成された現像装置において、
前記凹部の傾斜面は、底部に対して前記現像剤担持体の表面移動方向の上流側となる上流側傾斜面と、下流側となる下流側傾斜面とで表面粗さが異なり、
前記下流側傾斜面よりも前記上流側傾斜面の方が、表面粗さが大きい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、
前記現像剤規制部材は、前記磁界発生手段の前記現像剤規制部材に対向する磁極における前記現像剤担持体の表面での法線方向磁束密度が最大となる位置の付近に設置されていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至3の何れかに記載の現像装置において、
前記現像剤担持体の表面移動方向で隣り合う前記凹部の端部同士が重ならないように配置されていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至4の何れかに記載の現像装置において、
前記凹部の傾斜面は、底部に対して前記現像剤担持体の表面移動方向の上流側となる上流側傾斜面と、下流側となる下流側傾斜面とで隣接する前記現像剤担持体の外周面に対する傾斜角度が異なり、
前記下流側傾斜面よりも前記上流側傾斜面の方が、傾斜角度が大きいことを特徴とする現像装置。 - 内部に磁界発生手段を有し、前記磁界発生手段の磁力により外周面上に現像剤を担持して搬送する現像剤担持体であって、
現像剤担持体の表面に、円形状または楕円形状の多数の凹部が、現像剤担持体の表面移動方向に直交する方向で隣り合う端部同士が重なるように形成されており、
前記凹部の傾斜面は、底部に対して前記現像剤担持体の表面移動方向の上流側となる上流側傾斜面と、下流側となる下流側傾斜面とで表面粗さが異なり、
前記下流側傾斜面よりも前記上流側傾斜面の方が、表面粗さが大きいことを特徴とする現像剤担持体。 - 潜像担持体と、
前記潜像担持体に形成された潜像に現像剤を供給して現像する現像手段とを備える画像形成装置において、
前記現像手段として、請求項1乃至5の何れか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。 - 潜像担持体と、
前記潜像担持体に形成された潜像に現像剤を供給して現像する現像手段とを備えるプロセスカートリッジにおいて、
前記現像手段として、請求項1乃至5の何れか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。 - 潜像担持体と、前記潜像担持体の表面上に形成された潜像に現像剤を供給して現像する現像装置とを備え、装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを備える画像形成装置において、
前記プロセスカートリッジとして請求項8に記載のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。
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