JPH041676A - 現像装置 - Google Patents

現像装置

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JPH041676A
JPH041676A JP10260090A JP10260090A JPH041676A JP H041676 A JPH041676 A JP H041676A JP 10260090 A JP10260090 A JP 10260090A JP 10260090 A JP10260090 A JP 10260090A JP H041676 A JPH041676 A JP H041676A
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Noriyuki Kimura
則幸 木村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給
し、該担持体の表面に前記トナーを担持して搬送し、潜
像担持体と前記トナー担持体が互いに対向した現像領域
にて、トナー担持体表面の移動方向と順方向に移動する
当該潜像担持体に形成された静電潜像を、トナー担持体
に担持したトナーによって可視像化する現像装置に関す
る。
〔従来の技術〕
潜像担持体に形成した静電潜像を可視像化して記録画像
を得る電子複写機、レーザプリンタ或いはファクシミリ
等の画像形成装置において、必要に応じて補助剤を外添
したトナー、すなわち−成分系現像剤を用いる上記形式
の現像装置を採用することは従来より周知である。
この形式の現像装置は、キャリアを含む二成分系現像剤
を用いた現像装置に比べ、装置の維持管理を簡素化でき
、装置の構造を/11型化できる利点が得られる。
ところで、−成分系現像剤を用いる現像装置において、
所定濃度の高品質な可視像を形成するには、充分に帯電
した多量のトナーを現像領域へ搬送し、かかるトナーに
よって潜像を可視像化する必要がある。
ところが従来のこの種の現像装置によっては。
この要求を満足させることは容易でなく、従来よりその
改善が望まれていた。すなわち従来の一成分系現像剤を
用いた現像装置においては、トナー担持体上に付着させ
ることのできるトナーの量は、通常0.1乃至0.3■
/al?程度であるのに対し、黒トナーの場合、転写紙
上に0.4乃至0.5■/d8度のトナーを付着させる
必要があるため、トナー量が不足する。またカラートナ
ーを用いた場合には、トナー担持体上に0.6乃至1.
2■/d程度のトナーを付着させる必要があり、トナー
量不足は一層著しくなる。
そこで従来はトナー担持体の速度を高め、その線速を潜
像担持体の線速の3乃至4倍程度に設定し、現像領域へ
搬送されるトナー量を増大させ、可視像の濃度低下を防
止していた。
ところがこの構成によるとトナー担持体の線速が高まる
ため、トナーが飛散しやすくなるばかりか、トナーに作
用するストレスが高まり、これが疲労しやすくなる。し
かもトナーが経時的にトナー担持体に薄い膜状に付着す
るトナーフィルミングも発生しやすくなる。また、特に
接触現像を行った場合には、潜像担持体の横方向のライ
ン像が縦方向のライン像よりも細くなり、画質が低下す
る恐れを免れない。さらに、高速画像形成装置において
は、潜像担持体の速度を高める必要があるが、このよう
にすると、トナー担持体の線速を増々大きなものにしな
ければならず、かかる画像形成装置に従来の現像装置を
採用することは困難であった。
またトナー担持体の線速を潜像担持体の線速の3乃至4
倍程の大きな値に設定すると、潜像担持体に形成された
ベタ画像の該担持体移動方向の後端側だけが、他の部分
に比べて濃度が異常に高くなる「後端トナー寄り」と称
せられている現象が発生し、その画質が低下する。この
後端トナー寄り現象は、カラー画像の場合1画像濃度が
異常に高くなった部分と他の部分とが色違いとなって現
われるため、カラー現像の場合は特に大きな問題となる
。そこでこの現象を防止すべく、トナー担持体の線速を
潜像担持体の線速に近づければ、上述のようにトナー量
不足を招き、所定濃度の可視像を得ることができない。
トナー担持体の表面に凹凸を形成し、これらの凹凸にト
ナーを充填させて担持し、現像領域へ搬送されるトナー
の量を増大させた現像装置も提案されているが、この構
成によると、搬送できるトナー量は増大するものの、搬
送されるトナー中には帯電不足のトナーが多量に含まれ
ているため、これによって形成された可視像の画質が低
下する恐れがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、後端ト
ナー寄り現象の発生を抑え、かつ充分に帯電した多量の
トナーを現像領域へ搬送して所定濃度の可視像を得るこ
との可能な現像装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するため、冒頭に記載した形式
の現像装置において、トナー担持体として、その表面に
選択的に電荷を保持せしめることにより該担持体表面の
近傍に微小閉電界を形成し、この閉電界により帯電トナ
ーを吸引して該トナーを表面に担持するトナー担持体を
用い、トナー担持体の線速をvd、潜像担持体の線速を
vpとしたとき、 p を満たすように、各線速を設定した構成を提案する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。
第1図は本発明に係る現像装置の一例を示す概略図であ
り、先ずその全体構成と作用を明らかにする。
第1図において、潜像担持体の一例であるベルト状の感
光体1は矢印六方向に駆動され、これに対向して現像装
置2が設けられている。現像装置2のトナー容器3内に
は、必要に応じて補助剤が混合された非磁性トナー4、
すなわち非磁性の一成分系現像剤が収容されている。ト
ナーの体積固有抵抗率は例えば107〜1012Ωl程
度である。
トナー容器3の前後の側板には、該容器の開口から一部
を露出した状態で現像ローラ5が支持され、該ローラ5
は感光体1に対向して、図における反時計方向に回転駆
動される。現像ローラ5はトナー担持体の一構成例をな
すものであるが、かかるローラ5の代りにベルト状のト
ナー担持体を用いることもできる。またトナー容器3の
前後の側板にはトナー供給部材の一例であるトナー供給
ローラ6が支持され、該ローラ6は現像ローラ5に接触
しながら例えば約100wr/seeの線速(トナー供
給ローラ表面における周速)で反時計方向に回転能動さ
れる。
トナー容器3内のトナー4は、時計方向に回転するアジ
チータフにより撹拌されつつ、トナー供給ローラ6に運
ばれ、次いでこのローラ6によって現像ローラ5に供給
される。この供給時にトナーは所定の極性、本例では感
光体1の静電潜像と逆極性の正極性に摩擦帯電され、現
像ローラ5の周面に静電的に付着し、現像ローラ5に担
持される。これに関連する構成と作用については後に詳
しく説明する。
上述のように現像ローラ5の局面に供給担持されたトナ
ーは、該ローラ5の回転によって搬送され、層厚規制部
材の一例であるドクターブレード8によってならされ、
均一な厚さに規制される。
次いでこのトナーは感光体1と現像ローラ5の対向した
現像領域9へ搬送され、ここで、感光体1に形成された
静電潜像に静電的に移行し、該潜像を可視像化する。
現像に供されずに現像領域9を通過したトナーは、現像
ローラ5に担持されたままトナー供給ローラ6のところ
に戻される。また感光体l上に形成された可視像は図示
していない転写紙に転写され、定着装置によって転写紙
上に定着される。
現像領域9における現像ローラ表面の移動方向と、感光
体表面の移動方向は順方向である。順方向とは、第1図
から判るように現像領域9における感光体1と現像ロー
ラ5との最接近部において両者の移動方向が同じ向きに
なることを意味する。
現像ローラが反時計方向に回転し、感光体lが矢印Aと
反対方向に移動するとき、或いは現像ローラ5が時計方
向に、感光体が矢印A方向に移動するときは、両者の移
動方向は「逆方向」となる。
このような関係は、感光体がドラムより成り、或いはト
ナー担持体がベルトより成るときも同様である。
上述した構成自体は従来の現像装置と変りはなく、かか
る従来の現像装置においては、充分に帯電した多量のト
ナーを現像領域へ搬送することが難しく、このため、現
像ローラの線速を感光体の線速の3乃至4倍に設定して
いたが、これにより先に示した各種の不具合が発生して
いた。
そこで図示した現像装置においては、その現像ローラ5
が第2図乃至第4図に模式的に拡大して示したように、
例えばアルミニウム等の導電性ローラlOより成る導電
性の基体と、該ローラ10の表面に形成された溝100
に埋設固定された誘電体11を具備し、現像ローラ5の
表面には導電性ローラ表面の導電面12と、溝100に
埋設された誘電体11の表面が第3図に示すように規則
的に(又は不規則に)露出し、その表面は平滑に形成さ
れている。溝100の平面形状、すなわち外部に露出し
た誘電体11の面形状は適宜設定できるが、第3図及び
第4図の例では、誘電体11が現像ローラ5の表面に格
子状をなして延びている。このような誘電体11、すな
わちm100のピッチPは、例えば0.1乃至1.0a
I+、好ましくは0.2乃至0.4mm程度に設定され
、現像口−ラ5の全表面積に対する、導電面12の全面
積の比率は1例えば20乃至80%、好ましくは30乃
至60%程度である。このように、現像ローラ5の表面
には誘電体11の表面と導電面12が微小面積で混在し
ている。
上に例示した各数値は、後述する閉電界の電界強度を高
め、現像ローラ5上に最適な量のトナーを付着させるこ
とができるようにその都度適宜選択される。
また、現像ローラ5の導電性ローラ10に対しては、必
要に応じて直流、交流、直流重畳交流、パルスなどのバ
イアス電圧を印加し、可視像の画質を高めるようにして
もよいし、また導電性ローラ10を直に接地しておくよ
うに構成することも可能である。トナー供給ローラ6に
対しても同様である。
本例では、誘電体11としてトナーの帯電極性と反対の
極性、すなわち負極性に摩擦帯電される材質のものが選
択されている。
一方、現像ローラ5に接するトナー供給ローラ6は、現
像ローラ5の誘電体11に接触して、これをトナーの帯
電極性と反対の極性(負極性)に摩擦帯電させ、かつト
ナーを正極性に摩擦帯電させる材料から構成されている
。第1図及び第2図に示した例では、トナー供給ローラ
6が、導体の芯部材14とそのまわりに積層された円筒
状の発泡体15より成り、この発泡体15が弾性変形し
ながら現像ローラ5に圧接している。このようなトナー
供給ローラ6を用いた場合、発泡体15を、上述のよう
に誘電体11を負極性に摩擦帯電させる材料によって構
成すればよい。発泡体15の代りに、例えばファーブラ
シ等、それ自体公知のものを用いることもできる。
上記構成のより詳細な作用を説明すると以下の通りであ
る。
第1図を参照して先に説明したように、現像領域9を通
過した現像ローラ部分はトナー供給ローラ6のところに
移動して該ローラ6に接触する。
ここで現像ローラ5上に担持されている、現像に供され
なかったトナーはトナー供給ローラ6により機械的、電
気的に掻き落される。同時に、現像ローラ5の誘電体1
1が、トナー供給ローラ6と接触し、その摩擦によって
トナーの帯電極性と反対の負極性に帯電される。その際
、現像領域9を通過した現像ローラ周面の誘電体11に
、感光体1の静電潜像の影響による静電的な残像が残っ
ていても、トナー供給ローラ6との摩擦により、誘電体
11がほぼ飽和状態まで帯電し、その電荷量が均一とな
るため、残像はなくなり、現像ローラ5が初期化される
一方、トナー供給ローラ6の局面に接触しながら現像ロ
ーラ5に運ばれるトナー4は、第2図に模式的に示すよ
うに、トナー供給ローラ6との摩擦によって正極性に摩
擦帯電され、現像ローラ5に供給されるが、このときこ
の現像ローラ5の誘電体11との摩擦によりさらに正極
性に強く摩擦帯電され、現像ローラ5の局面に静電的に
付着する。
このとき、現像ローラ5の誘電体11はトナー供給ロー
ラ6との摩擦によって負極性に帯電していて、この誘電
体11に隣接して微小面積の多数の導電面12が存在し
、該導電面12と誘電体11の表面が混在している。こ
のような状態で、現像ローラ5の表面の誘電体11のと
ころに選択的に負極性の電荷が保持された状態となって
いる。
このため、第5図に示すように各導電面12と誘電体1
1の表面の間に大きな電位差ができ、これらの間に閉電
界が形成される。すなわち、現像ローラ5の表面近傍に
は無数の微小閉電界(マイクロフィールド)が形成され
るのである。より詳しく説明すると、電界の状態を表わ
す電気力線を考えた場合、現像ローラ5の表面近傍の空
間には5第5図に円弧状の多数の線で表わしたように電
気力線Eが形成され、その電気力線は現像ローラ5から
出て同一の現像ローラ5に戻り、該ローラ5の表面の近
傍に閉電界が形成されるのである。このように電界傾度
の大なる電界が現像ローラの表面近傍に形成される。
誘電体11の表面と導電面12は微小面積で隣接してい
るので、各微小閉電界は所謂エツジ効果ないしはフリン
ジング効果(周辺電場効果)によってその強度が大変強
くなる。かかる閉電界によって、正に帯電したトナーは
、誘電体11の表面に強く引かれ現像ローラ5上に多量
に離れ難い状態で保持される。このときトナーはトナー
供給ローラ6と現像ローラ5との摩擦によって強く摩擦
帯電しており、しかも現像ローラ5の表面に強い微ホ閉
電界の作用で保持されるので、現像ローラ5上には高い
電荷を持った多量のトナーが担持される。しかも、現像
ローラ5に担持されたトナーが例えばウレタンよりなる
ドクターブレード8によって層厚を規制されるとき、帯
電の充分なトナーは微小閉電界によって現像ローラ5の
表面に強く保持されるが、かかるトナーに帯電量の小な
るトナーが混在していても、これはドクターブレード8
との接触圧によって除去され、結局、帯電量の大なるト
ナーだけが、従来よりも多量に現像領域9へ搬送され、
前述の如く静電潜像を可視像化する。現像領域9での現
像ローラ5と感光体1との間の電界は、電極効果が大き
くなり、現像ローラ5上のトナーが感光体1に付着しや
すい状態となり、効率的に現像動作が行われる。
現像ローラ5の表面近傍には、第5図に模式的に示した
ようにその全体に亘って微小閉電界だけが形成される場
合と、閉電界でない電界が閉電界に混在する場合とが考
えられるが、いずれにしても閉電界が存在するので、そ
の強度が高められる。
このようにして、トナーを多量に担持することができ、
可視像の地汚れを防止しかつそのシャープネスを高める
べく、例えば8乃至15μc/g程に帯電した0、6乃
至2.0■/d、好ましくは0゜8乃至1.2■/al
fの多量のトナーを現像領域9に搬送できる。
なお、第1図の例では現像領域9において接触現像を行
っているが、非接触現像方式により潜像を可視像化して
もよい。また上述した例では、誘電体11をトナーと逆
極性に帯電させたが、トナーの帯電極性と同極性に誘電
体11を帯電させ、特に導電面12上に多量のトナーを
付着させることもできる。
上述のように現像ローラ5上に多量のトナーを担持して
現像領域9へ搬送できるので、従来のように現像ローラ
の線速を速める必要がなくなる。
すなわち、現像ローラ5の線速(ローラ表面における周
速)をvd、感光体1の線速(感光体表面の速さ)をv
pとしたとき、その比Vd/vpを1゜0以上、1.5
以下に設定しても、先に例示した如く充分に帯電した多
量のトナーを現像領域9へ搬送することができるので、
トナー量不足は発生せず、可視像の濃度不足を阻止でき
る。例えば、第1図に示した装置において、感光体1の
線速を120 m+/sec、現像ローラ5の線速を約
170rm / secに設定することができるのであ
る。このように、従来はVd/V+1を3乃至4程度に
設定しなければならなかったが、本発明に係る構成では
この比の値を1.5以下に抑えることができる。
これにより、従来発生していた各種の欠点、例えばトナ
ーの飛散、トナーの早期の疲労、現像ローラ上へのトナ
ーフィルミング、横ライン像の細化現象などを防止でき
、かつ高速画像形成装置にも支障なく本発明に係る現像
装置を採用することが可能となる。
しかも、V d/ V pを1.5以下に設定すること
によって、先に説明した後端トナー寄り現象の発生を実
質的に阻止することができる。第8図は可視像工の後端
部に幅aで形成されたトナー寄りを示し、この部分の画
像濃度は他の画像部分の濃度よりも高くなっている。第
9図は縦軸に後端トナー寄りの幅aをとり、横軸にVd
/vpをとって、両者の関係の一例を示したグラフであ
る。後端トナー寄りの幅aは、一般に0.5mn以下で
あれば、これを目視距離で観察したとき目立たず、看者
に後端トナー寄りを意識させることはない。そして第9
図から判るようにVd/Vll+が1.5より大である
と、+11aは0.5m+より大きくなり、後端トナー
寄りが顕著となるが、Vd/vpが1.5以下であると
、幅aは0.5m+以下となり、後端トナー寄りは問題
とならない。後端トナー寄り現象を完全に阻止するには
、第9図からも判るようにVd/ vp::1.Oにす
ればよいが、このようにVdとvpの比の値を設定して
も、先に示した如く現像ローラ5上に充分に帯電した多
量のトナーを担持して現像領域へ搬送できるので、トナ
ーが黒トナーであっても、カラートナーであっても、現
像領域9におけるトナー量が不足することはなく、高品
質な可視像を形成することができる。
上述のような現像ローラ5を含む現像装置のより具体的
な例を以下に示す。
(1)現像ローラ 第6図に示したように、現像ローラ5の径D1は25.
4+m+で、その表面にローレット加工により溝100
が形成され、該溝100のピッチは0゜4鵬、深さD2
(第4図)は0.1mm、溝幅W1(第3図)は0.1
5mnで、格子状に延びる溝100ないしは誘電体11
の現像ローラ軸線Xに対する角度θ(第3図)は45°
である。
現像ローラ表面に露出した誘電体11の面積比率は61
%、導電面は39%。導電部12の幅は0.15閣。
(■)トナー供給ローラの発泡体 材料は発泡ポリウレタンカーボン処理したもので、その
外径は14m+。感光体1に対する食い込み量は1mm
。発泡体15の表面抵抗107Ω。
(m)ドクターブレード 厚さ0.1m++の燐青銅より成る弾性部材に、弗素系
樹脂PTFEシート(PTFE樹脂テープ200μ:ニ
チャス(株)製)を固定。
(IV)現像ローラへAc500V (P/P) 、2
50Hz、DC−250V重畳の電圧を印加。トナー供
給部材へDC−250Vの電圧印加。
(V)感光体 opc感光体。
(■)トナー 非磁性スチレンアクリル系プラス帯電トナー極性制御剤
ニグロシン、外添剤5in2微粉末0゜5wt%。
次に現像ローラ5の作製方法について簡単に説明する。
(1)先ず第7図(a)に示すように表面に角溝加工し
た金属ローラ(導電性ローラ10)を作る。
格子状の角溝100は角溝ローレット加工で形成し、例
えばそのピッチを0.2乃至1.Omo+、深さDを0
.1乃至0.5amとし、現像ローラの軸線Xに対して
30″乃至60″、特に45°の角度で延ばす。
(II)次に第7図(b)に示す如く1例えば弗素系樹
脂(M硝子製ルミフロンLF200など)の誘電体11
を、角溝を形成したローラ10の表面にコーティングし
、100”Cで約30分乾燥する。
塗布厚みは溝100が完全に埋まる状態にする。
(III)さらに第7図(c)に示す如くローラの表面
を切削又は研磨加工して、導電面12と誘電体11の表
面を混在状態で露出させ、導電面の面積が例えば20乃
至80%となるようにする。このようにして表面がほぼ
平滑な現像ローラ5が完成する。
なお、ベルト状のトナー担持体の場合には、第7図(a
)、(b)、(c)に示した導電性ローラ10の代りに
導電性のシートよりなる基体を用い、その表面に溝を形
成し、ここに誘電体を埋設固定すればよく、その製造方
法は第7図に示したところと実質的に異なるところはな
い。
他の各種の方法によっても、誘電体と導電面が表面に露
出した各種形態のトナー担持体を構成できることは明ら
かである。
なお第7図(C)に示した如く製作した現像ローラ5の
表面にさらに所定厚みの誘電層を積層してもよい。この
ような現像ローラを用いたときも。
誘電体11とその上の誘電層の厚みが、現像ローラの溝
100に対応して相違し、その静電容量が異なることに
なる。従ってトナー供給ローラ6によって表面の誘電層
を帯電させれば、上記静電容量の相違に応じて現像ロー
ラ表面に電位差ができ、その表面近傍に多数の微小閉電
界を形成できる。
この構成によると、現像ローラに交流又は交流に直流を
重畳したバイアス電圧を印加したときも、現像ローラ5
と感光体1との間の電荷のリークを防止でき、リークに
よる静電潜像の乱れを防止できる。ベルト状のトナー担
持体についても同様に構成できる。
また第1図および第2図に示した実施例では、誘電体1
1又はその上に積層された誘電層を所定の極性に帯電さ
せることにより、トナー担持体表面の近傍に微小電界を
形成し、潜像の可視像化に用いられるトナーを閉電界に
よってトナー担持体に付着させる帯電手段として、トナ
ー供給ローラ6を用いたが、これ以外の独立した摩擦帯
電部材や、コロナ放電器や、トナー担持体に接して電荷
を注入する部材など、それ自体公知な適宜な帯電手段を
用いてもよい。
次に、参考として非磁性トナーと現像装置の主要部材の
材質をさらに追加的に例示する。
トナーとしては、一般にポリエステル、BMA、ポリス
チレン、エポキシ、フェノールなどの樹脂が基本となり
、トナーに内添又は外添する極性制御剤によりその帯電
極性及び帯電量を制御できる。
なお、外添とは極性制御剤などの補助剤をトナーと混合
することであり、内添とは各トナー粒子に練り込んだ状
態で一体化することである。
また現像装置の各部材も、トナーの帯電極性、トナーと
の離型性、耐久性などを考慮して1例えば次に例示する
如きものが適宜使用さ九る。
以上、特にカラー現像に最適な非磁性トナーの一成分系
現像剤を用いた現像装置を例示したが。
本発明は必要に応じて補助剤を外添した磁性トナーより
成る一成分系現像剤を用いる現像装置にも適用できるも
のである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来のようにトナー担持体を高速で回
転させることなく、充分に帯電した多量のトナーを現像
領域へ搬送でき、所望する濃度の可視像を形成できると
共に、トナー飛散などの、トナー担持体を高速回転させ
ることに伴う従来の欠点を阻止でき、しかも可視像の後
端トナー寄り現象の発生を阻止ないしは実質的に阻止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は現像装置の一例を示す概略断面図、第2図は現
像ローラの誘電体と、トナー粒子を模式的に拡大して示
した説明図、第3図は現像ローラ表面の拡大平面図、第
4図は第3図のIV−rV線拡大断面図、第5図は現像
ローラ表面の近傍に形成される微tJ+閉電界の電気力
線を示した説明図、第6図は現像ローラの斜視図であっ
て、その溝の一部を拡大して模式的に示した図、第7図
(a)。 (b)、(c)は現像ローラの製造方法の一例を示す模
式拡大断面図、第8図は後端トナー寄りを説明する図、
第9図は後端トナー寄りと、現像ローラ及び感光体の線
速比との関係の一例を示すグラフである。 2・・・現像装置    4・ トナー9・現像領域 代理人 弁理士 星 野 則 夫 第 図 第4 図 第5 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該担持
    体の表面に前記トナーを担持して搬送し、潜像担持体と
    前記トナー担持体が互いに対向した現像領域にて、トナ
    ー担持体表面の移動方向と順方向に移動する当該潜像担
    持体に形成された静電潜像を、トナー担持体に担持した
    トナーによって可視像化する現像装置において、 前記トナー担持体として、その表面に選択的に電荷を保
    持せしめることにより該担持体表面の近傍に微小閉電界
    を形成し、この閉電界により帯電トナーを吸引して該ト
    ナーを表面に担持するトナー担持体を用い、 トナー担持体の線速をv_d、潜像担持体の線速をv_
    pとしたとき、 1.0≦v_d/v_p≦1.5 を満たすように、各線速を設定したことを特徴とする現
    像装置。
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