JPH0990760A - 現像ロール - Google Patents

現像ロール

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JPH0990760A
JPH0990760A JP24717695A JP24717695A JPH0990760A JP H0990760 A JPH0990760 A JP H0990760A JP 24717695 A JP24717695 A JP 24717695A JP 24717695 A JP24717695 A JP 24717695A JP H0990760 A JPH0990760 A JP H0990760A
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JP
Japan
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magnetic
image
permanent magnet
developing
magnet member
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JP24717695A
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English (en)
Inventor
Keitaro Yamashita
恵太郎 山下
Masahisa Ochiai
正久 落合
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Neomax Kiko Co Ltd
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Hitachi Metals Kiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】現像装置の小型化ができ、連続印字によっても
カブリ、濃度ムラのない画像が得られる現像ロールを提
供する。 【解決手段】静電荷像を担持して移動する像担持手段上
の静電荷像を、この像担持手段と対向させて設けられた
現像剤支持手段により、磁性現像剤をその表面に吸着し
て現像領域に搬送して現像する現像装置を構成する現像
ロールにおいて、表面に円周方向の磁極間ピッチ 0.5〜
10mm、表面磁束密度100〜1200G、かつ直径1
0〜20mmの円筒状に一体成形してなる永久磁石部材に
よって形成すると共に、表面に導電材と固体潤滑材とを
含有する樹脂層を被着させ、かつこの樹脂層を厚さ1〜
10μm、体積固有抵抗10-1〜104 Ω・cm以上、表
面粗さ(Rz) 0.1〜10μmに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電荷像を担持す
る像担持手段の表面に形成された静電荷像を、円筒状に
一体に成形された永久磁石部材からなる現像剤支持手段
の表面に吸着保持された磁性現像剤を使用して現像する
現像装置を構成する現像ロールに関するものであり、特
に連続印字によってもカブリ、濃度ムラの発生を防止し
得る現像ロールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来電子写真や静電記録を利用した画像
形成方法においては、光導電体若しくは誘電体等からな
る画像担持体の表面に形成された静電荷像を、例えば永
久磁石部材を内蔵すると共にこの永久磁石部材と相対回
転自在に嵌挿してなるスリーブからなる現像手段を使用
し、磁性現像剤からなる所謂磁気ブラシによって摺擦し
てトナー像として現像する。次いでこのトナー像を直接
定着するか、若しくはトナー像を普通紙などの転写シー
ト上に転写した後定着して最終画像を得ている。しかし
ながらこの磁気ブラシ法においては、磁性現像剤からな
る磁気ブラシが静電荷像を形成する画像部のみならず非
画像部にも接触するため、地カブリが発生し易い。そこ
で画像担持体とスリーブとの間に、直流バイアスに交流
バイアスを重畳させた電界を印加する手段が使用されて
いる。
【0003】図2は従来の現像方法の例を示す要部横断
面図である。図2において1は現像剤槽であり、磁性現
像剤2を収容すると共に、その下方に複数個の永久磁石
3を備え円柱状に形成した永久磁石部材4と、非磁性金
属材料(例えばSUS304)により中空円筒状に形成
したスリーブ5とを同軸的にかつ相対回転自在に構成し
てなる現像ロール6を設ける。
【0004】7は感光体ドラムであり、矢印方向に回転
自在に形成し、現像ロール6と間隙gを介して対向させ
てある。8はドクターブレードであり、現像剤槽1に設
けられ、現像ロール6と間隙tを介して対向させ、現像
ロール6を構成するスリーブ5上に吸着される磁性現像
剤の層厚を規制するものである。9は交流電源、10は
直流電源であり、感光体ドラム7とドクターブレード8
間に接続し、直流と交流との重畳バイアスを印加するた
めのものである。なお間隙gは前記間隙tより若干大に
形成する。
【0005】上記の構成により、永久磁石部材4を固定
してスリーブ5を矢印方向に回転させると、磁性現像剤
2がスリーブ5上に吸着されて搬送され、感光体ドラム
7と対向する現像領域に至ると、感光体ドラム7上に形
成されている静電荷像の電界によって、磁性現像剤2が
永久磁石部材4によるスリーブ5への吸着力に打ち勝っ
て転移する。これにより静電荷像を現像することができ
るのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような現像方法
においては、スリーブ5の外周面は磁性現像剤2を永久
磁石部材4による磁気的吸引力によって吸着し、摩擦力
によって搬送するのであるが、搬送性を向上させるため
に、例えばブラスト加工を施すことにより表面の粗さを
大に形成してあるのが通常である。しかしながら使用中
に摩耗が進行し、摩擦係数が変化し、若しくは局部的変
化も発生することにより、吸着される磁性現像剤2の層
厚が変化し、現像性が低下するという問題点がある。
【0007】なお磁性現像剤を吸着支持して搬送する現
像ロール6は、永久磁石部材4とスリーブ5とを同軸的
に組合わせて構成するものであるため、加工組立が煩雑
であると共に、製作コストが嵩むという問題点がある。
【0008】そこでプリンター等の小型化のため、現像
ロール6を構成するスリーブ5を省略し、永久磁石部材
4のみを回転状態で使用し、静電荷像を磁気ブラシ法に
よって現像する現像方法も提案されている(例えば特開
昭62−201463号公報参照)。このような現像方
法においては、磁性現像剤からなる磁気ブラシの高さの
半分程度が感光体ドラム7の表面と接触するようになっ
ている。
【0009】しかしながら上記のようなスリーブ5を省
略した形態の磁気ブラシ現像方法においては、永久磁石
部材4の磁極上と磁極間とにおける磁気ブラシの高さお
よび現像性に差があるため、画像濃度が変化し、特に中
間調の画像を現像する場合において画質が低下するとい
う問題点がある。一方上記のような濃度ムラを解消する
ために、永久磁石部材4の回転数を大にすると、駆動ト
ルクが大になると共に、騒音が発生するという問題点が
あり、好ましくない。
【0010】このため永久磁石部材4の周速Vmは、感
光体ドラム7の周速Vpに対して、VmがVpの約 1.5
倍以上になるように設定するのが通常である。しかしな
がら永久磁石部材4の表面に吸着支持された磁性現像剤
は、感光体ドラム7の表面を常に摺擦するため、磁性現
像剤が永久磁石部材4の回転方向に掃き寄せられた状態
の画像となり、高画質のものが得られないという欠点が
ある。
【0011】上記欠点を解決するために、磁性現像剤の
移動速度と感光体ドラム7との間の相対速度を略零ない
し 1.9倍未満とする提案がされている(特公昭63−3
9910号公報、特開平6−274025号公報参
照)。しかしながらこれらの提案のものは、何れも永久
磁石部材とスリーブとを同軸的に組合わせた構成のもの
であり、前記のように加工組立が煩雑であるという問題
点がある。特に前者のものにおいては、磁石と非磁性円
筒の両者を回転させる構成のものであるため、駆動系の
構成が更に煩雑となり、小型化しにくいという欠点があ
る。
【0012】なお前記のように永久磁石部材4の周速V
mを大にすると、特にベタ黒部を有する画像の場合にお
いて、その後端部の濃度が高くなり、濃度ムラを発生す
るという問題点がある。
【0013】また最近においては、電子写真の高画質化
のためにトナーの小粒径化の傾向があり、例えば平均粒
径が 4.5〜8μmのような微粒のものが使用されてい
る。しかしながら、このような微粒のものは、体積当り
の表面積が大であるため、粒径の大なるものと比較して
質量当りの摩擦帯電による電荷量が大(チャージアッ
プ)となり、それ自身の鏡映力によって現像ロールの表
面に強く拘束される。このため微粒層が形成された部分
の上に存在するトナーは、現像ロールと充分な摩擦帯電
ができないために、像担持体上に形成された静電荷像に
付着しにくくなり、現像性が低下するという問題点があ
る。この現象は連続印字を行った場合に顕著に現われ、
カブリ、濃度ムラが発生する。
【0014】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、現像装置の小型化が可能であると共に、連続
印字によってもカブリ、濃度ムラの発生を防止し得る現
像ロールを提供することを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、静電荷像を担持して移動する像
担持手段上の静電荷像を、この像担持手段と対向させて
設けられた現像剤支持手段により、磁性現像剤をその表
面に吸着して現像領域に搬送して現像する現像装置を構
成する現像ロールにおいて、表面に円周方向の磁極間ピ
ッチ 0.5〜10mm、表面磁束密度100〜1200G、
かつ直径10〜20mmの円筒状に一体成形してなる永久
磁石部材によって形成すると共に、表面に導電材と固体
潤滑材とを含有する樹脂層を被着させ、かつこの樹脂層
を厚さ1〜10μm、体積固有抵抗10-1〜104 Ω・
cm、表面粗さ(Rz) 0.1〜10μmに形成する、とい
う技術的手段を採用した。
【0016】本発明における永久磁石部材は、フェライ
ト磁石のみに限らず、磁性粉と樹脂材料とを主成分とす
る樹脂磁石であってもよい。またこの永久磁石部材は、
シャフトの外周に上記磁石をロール状に一体に形成した
ものでも、あるいはシャフトを含めて全体を磁石材料で
形成したものでもよい。但し、この永久磁石部材は、現
像ムラを防止するために、円周方向および軸方向に継目
がなく、全体が一体に形成されていることが好ましい。
なお上記永久磁石部材は、現像装置の小型化を図るため
に、直径を10〜20mmに形成することが好ましい。
【0017】上記永久磁石部材の表面には、異極性の磁
極が微小間隔を置いて円周方向に交互に配設されている
ため、磁極数が増加すると表面磁束密度が減少する。一
方磁性現像剤の飛散防止の点から、永久磁石部材の表面
磁束密度は50G以上であることが好ましく、またトナ
ーが像担持体の表面に形成された静電荷像に付着し易く
するために、1200G以下であることが好ましい。ま
た磁極数は、上記表面磁束密度50〜1200Gに対応
する8〜60極、若しくは磁極間ピッチ 0.5〜10mmと
することが好ましい。なお上記表面磁束密度のより好ま
しい範囲は100〜800Gである。
【0018】次に本発明において、バイアス電圧を印加
する場合には、上記樹脂層から印加してもよいし、ある
いはドクターブレードから印加してもよく、この場合ド
クターブレードは金属等の導電性材料によって形成すれ
ばよい。
【0019】上記バイアス電圧としては、直流電圧単独
若しくは直流電圧と交流電圧とを重畳させて印加する
が、直流電圧に重畳させる交流電圧は、通常使用されて
いる500〜1kHzのものより更に低周波のものがよ
く、永久磁石部材の磁極数M、周速Vm(mm/秒)、直
径D(mm)によって定まるf=M・Vm/π・D(H
z)とし、ピーク・トゥ・ピーク電圧Vp-p は100〜
800Vとするのがよい。
【0020】なお上記の重畳電圧は、永久磁石部材の磁
極と同期させて印加されるように構成することが重要で
ある。すなわち永久磁石部材の磁極が像担持手段の表面
に最も接近した時に、電圧波形の谷の値Vmin が印加さ
れ、一方永久磁石部材の磁極間が像担持手段の表面に最
も接近した時に、電圧波形の山の値Vmax が印加される
ように交流電源の出力値を制御するように構成する。こ
の同期手段の一例としては、永久磁石部材の磁界検出用
の磁気センサーを取付けて交流電源の周波数トリガーと
してもよいし、永久磁石部材の回転軸から交流電源の同
期シグナルを取り出してもよい。
【0021】次に本発明において永久磁石部材の表面に
被着させる樹脂層を構成する樹脂材料としては、ポリア
ミド、ポリカーボネート、ポリフェニリンサルファイ
ド、アクリル等の熱可塑性樹脂や、メラミン、フェノー
ル、シリコーン等の熱硬化性樹脂を使用できるが、被着
作業の容易性、耐久性等の点から熱硬化性樹脂、特にフ
ェノール樹脂を使用するのが好ましい。
【0022】また上記樹脂層はその表面粗さを所定の範
囲に確保することと、被着性、耐久性を考慮して厚さを
1〜10μmに形成することが好ましい。すなわち厚さ
が1μm未満では剥離し易く、安定性に乏しく、一方厚
さが10μmを超えると、特に磁極間ピッチが小なる場
合において、現像ロール上の表面磁束密度を所定の値に
確保できなくなるため好ましくない。
【0023】次に樹脂層の表面粗さ(JIS B 0601で定め
られた十点平均粗さで記号Rzで表す)は 0.1〜10μ
mに形成するが、この範囲を外れると表面に吸着して搬
送すべき磁性現像剤の搬送量が適正な値にならず、カブ
リやゴーストの原因となり易いため好ましくない。
【0024】また樹脂層中には導電材と固体潤滑材とを
含有させ、体積固有抵抗を10-1〜104 Ω・cmに形成
することが好ましい。すなわち体積固有抵抗が10-1Ω
・cm未満であると、トナーのチャージのリーク速度が大
であるため、カブリやトナー飛散の原因となるため好ま
しくない。一方体積固有抵抗が104 Ω・cmを超える
と、逆にチャージがリークしにくくなり、トナーがチャ
ージアップしすぎて現像ロールから離れにくくなり、画
像濃度の低下やゴーストの原因となるため不都合であ
る。なお上記体積固有抵抗は、アルミ箔上に樹脂層を形
成し、三菱油化製の抵抗測定装置(ローレスタ)を使用
し、4探針法によって測定した。
【0025】なお上記導電材としては、カーボンブラッ
ク、カーボンファイバー、金属粉体等を使用することが
でき、前記樹脂量の 0.1〜 1.5倍(重量比)とするのが
よい。また固体潤滑材としては、グラファイト、二硫化
モリブデン、窒化ケイ素等を使用することができ、前記
樹脂量の0.01〜2倍(重量比)とするのがよい。これら
の導電材および固体潤滑材は、樹脂層内への分散および
特性の点から、粒径が0.5〜10μmのものとするのが
好ましい。
【0026】本発明において磁性現像剤としては、磁性
トナーのみからなるものは勿論、磁性トナーと磁性キャ
リアとの混合粉体(トナー濃度10〜90重量%)およ
び非磁性トナーと磁性キャリアとの混合粉体(トナー濃
度5〜60%)のものを使用できる。
【0027】磁性現像剤として二成分系現像剤を使用す
る場合は、予め所定のトナー濃度に調整されたものを現
像剤槽内に投入するか、または永久磁石部材の表面にキ
ャリアを付着させておき、その後現像剤槽内にトナーの
みを補給するようにすればよい。これにより、トナー濃
度制御手段が不要となり、現像装置の小型化が図れる。
【0028】磁性現像剤を構成するキャリアとしては、
平均粒径が10〜150μmの磁性粒子(鉄粉、フェラ
イト、マグネタイト、樹脂中に磁性粉が分散されたバイ
ンダー型粒子等)を使用することができる。なおキャリ
アは、球形のものより偏平状のものが、キャリア付着が
生じにくいため好ましい。
【0029】更にキャリアの平均粒径は10〜100μ
mのものが好ましい。これは平均粒径が100μm以下
であると、トナーの帯電量が充分に得られるが、平均粒
径が10μmより小であるとキャリア付着が生じ易くな
るからである。
【0030】なおキャリアは上記の磁性粒子を2種以上
混合したものでもよい。例えば平均粒径が60〜120
μmの大粒径の磁性粒子と、平均粒径が10〜50μm
の小粒径の磁性粒子とを、あるいは平均粒径が10〜5
0μmの小粒径のバインダー型磁性粒子とを混合しても
よい。混合比率は磁性粒子の大きさや磁気特性などを考
慮して定めればよい。
【0031】次に上記キャリアと混合させるべきトナー
としては、磁性若しくは非磁性の何れのものでもよい
が、転写性を向上させる点から体積固有抵抗が1014Ω
・cm以上の絶縁性のものが好ましく、またキャリアとド
クターブレードとの摩擦により帯電し易いもの(摩擦帯
電量が10μc/g以上)が好ましい。
【0032】トナーの組成は通常使用されるトナーと同
様に、結着樹脂(スチレン−アクリル系共重合体、ポリ
エステル樹脂等)、着色剤(カーボンブラック等、但し
後述する磁性粉としてマグネタイトを使用する場合には
特に添加しなくてもよい)を必須成分とし、任意成分と
して磁性粉(マグネタイト、ソフトフェライト等)、帯
電制御剤(ニグロシン、含金属アゾ染料等)、離型剤
(ポリオレフィン等)、流動化剤(疏水性シリカ)を含
有(内添および/または外添)したものを使用できる。
なお磁性トナーとする場合は、磁性粉が少ないとトナー
飛散が多くなり、一方磁性粉が多いと定着性が低下する
ので、20〜70重量%の範囲とするのが好ましい。ま
た着色剤を適宜選定することにより、カラートナーを作
製することもできる。
【0033】なお上記磁化の値の測定は、振動試料型磁
力計(東英工業製VSM−3型)を使用し、トナーの平
均粒径(体積)は、粒度分析計(コールターエレクトロ
ニクス社製コールターカウンターモデルTA−II)を使
用して測定した。
【0034】また体積固有抵抗は、DC4KV/cmの電
場で、内径3.05mmのテフロン(商品名)製シリンダー
中に試料を10数mg充填し、100gfの荷重を印加し
て、絶縁抵抗計(横河ヒューレットパッカード製432
9A型)により測定した値である。更に摩擦帯電量は市
販のブローオフ摩擦帯電量測定器(東芝ケミカル製TB
−200型)により、トナー濃度5%(標準キャリアと
してフェライトキャリア(日立金属製KBN−100)
を使用)にて測定した値である。
【0035】上記の構成により、スリーブを欠如する構
成の現像剤支持手段である小型のものを使用しても、地
カブリ、チリ、細線ムラおよび濃度ムラのない高品質の
画像を現像することができるのである。
【0036】
【実施例】図1は本発明の実施例における現像手段の例
を示す要部横断面図であり、同一部分は前記図2と同一
の参照符号で示す。図1において永久磁石部材4は体積
固有抵抗が106 Ω・cmを超える半導電性ないし絶縁性
の例えば等方性フェライト磁石により形成し、外周面に
軸方向に延びる複数個の磁極を設け、円柱状に形成し、
現像剤槽1の下方に回転自在に設ける。そしてこの永久
磁石部材4の表面には、導電材と固体潤滑材とを含有す
る樹脂層(図示せず)を被着させる。
【0037】交流電源9および直流電源10は、ドクタ
ーブレード8と感光体ドラム7との間に接続すると共
に、永久磁石部材4の表面に吸着搬送される磁性現像剤
2と感光体ドラム7との間に、直流バイアスに交流バイ
アスを重畳させた交互電界を印加可能に形成する。なお
交流電源9を省略した構成としてもよい。
【0038】上記のように構成した現像手段により、磁
性トナーと磁性キャリアとを混合してなる磁性現像剤2
を使用して画像形成した結果について記述する。まず磁
性トナーは,重量比でスチレン−アクリルnブチルメタ
クリレート共重合体(Mw=21万、Mn=1万6千)
57部、磁性粉(戸田工業製 EPT500)40部、
ポリプロピレン(三洋化成製 TP32)2部、帯電制
御剤(オリエント化学製 ボントロン E81)1部を
配合し、加熱混練、冷却固化、粉砕および分級して平均
粒径10μmに形成し、表面に流動化剤(日本アエロジ
ル製 R972) 0.5部を外添した。体積固有抵抗は5
×1014Ω・cm、摩擦帯電量は−22μc/gであっ
た。
【0039】次に磁性キャリアとしてはシリコーン樹脂
を被覆したフェライトキャリア(日立金属製 KBN−
100)により、平均粒径50μmに形成した。体積固
有抵抗は108 Ω・cmであった。なお体積固有抵抗は前
記トナーにおけると同様にして(但しDC100V/cm
の電場で)測定したものである。
【0040】上記磁性トナーと磁性キャリアとを混合し
てトナー濃度50重量%の磁性現像剤とした。一方感光
体ドラム7はOPCにより形成し、表面電位−600
V、周速を25mm/秒とした。永久磁石部材4はフェラ
イト磁石(日立金属製 YBM−3)により外径20m
m、A4サイズ用に形成した。次に重量比にてフェノー
ル樹脂20部、グラファイト9部、カーボンブラック1
部およびイソプロピルアルコール20部の配合により、
固形分25重量%の塗料を作製し、この塗料を前記永久
磁石部材4の表面にスプレーによって塗布し、厚さ10
μmの樹脂層を形成し、更に樹脂層の表面をブラスト処
理により表面粗さ(Rz)1μmに形成した。次に永久
磁石部材4には、円周方向等間隔に32極の磁極を着磁
し、表面磁束密度を400Gとした。この樹脂層の体積
固有抵抗は10-1Ω・cmであった。
【0041】次に現像ギャップ(g) 0.4mm、ドクター
ギャップ(t) 0.3mmとし、真鍮からなるドクターブレ
ード8から直流バイアス電圧−500Vを印加した。こ
の場合、画像品質の点からg−t= 0.2±0.15mmとする
ことが好ましい。表1は現像後の画像をコロナ転写し、
温度180℃、線圧1kg/cmでヒートロール定着した場
合の画像評価結果を示す表である。なお現像、定着の環
境は、20℃、60%R.H.であった。
【0042】
【表1】
【0043】表1から明らかなように、永久磁石部材4
に樹脂層を欠如するNo.1(従来技術に対応する)にお
いては、印字開始初期においてすでに濃度ムラが発生
し、5万枚印字後においては画像濃度の低下と共にカブ
リおよび濃度ムラが発生している。これは前記したよう
にトナーのチャージアップにより、永久磁石部材4から
離れにくくなることに起因するものと考えられる。
【0044】これに対してNo. 2〜4においては、永久
磁石部材4の表面に導電性の樹脂層が形成されているた
め、トナーのチャージが適度にリークし、カブリ、濃度
ムラのない良好な画像が得られ、5万枚後においてもな
お良好な状態を維持している。なおNo. 4は現像領域に
おける永久磁石部材4の回転方向が感光体ドラム7と逆
方向のものであるが、No. 2,3と同様に良好な画像が
得られている。但し、この場合周速比をあまりに大にす
ると、永久磁石部材4の駆動トルクが大となるため,周
速比は6以下とするのが好ましい。
【0045】
【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏し得る。
【0046】(1) 現像ロールの構成部材を永久磁石部材
のみとしたものであるため、現像装置を小型化すること
ができ、画像形成装置全体を小型化することができる。 (2) 永久磁石部材の表面に導電性の樹脂層を被着させた
構成であるため、トナーのチャージアップを防止し、連
続印字によってもカブリ、濃度ムラのない高品質の画像
が得られる。
【0047】(3) 現像ギャップを大にしても安定した高
品質の画像を得ることができる。 (4) 磁性現像剤中のトナー濃度を広い範囲に設定できる
ため、例えばトナー濃度制御手段を使用する必要がな
く、装置全体をコンパクト化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における現像手段の例を示す要
部横断面図である。
【図2】従来の現像方法の例を示す要部横断面図であ
る。
【符号の説明】
4 永久磁石部材 7 感光体ドラム 9 交流電源 10 直流電源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静電荷像を担持して移動する像担持手段
    上の静電荷像を、この像担持手段と対向させて設けられ
    た現像剤支持手段により、磁性現像剤をその表面に吸着
    して現像領域に搬送して現像する現像装置を構成する現
    像ロールにおいて、 表面に円周方向の磁極間ピッチ 0.5〜10mm、表面磁束
    密度100〜1200G、かつ直径10〜20mmの円筒
    状に一体成形してなる永久磁石部材によって形成すると
    共に、表面に導電材と固体潤滑材とを含有する樹脂層を
    被着させ、かつこの樹脂層を厚さ1〜10μm、体積固
    有抵抗10-1〜104 Ω・cm、表面粗さ(Rz) 0.1〜
    10μmに形成したことを特徴とする現像ロール。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6023601A (en) * 1998-03-13 2000-02-08 Fuji Xerox Co., Ltd. Developing device using two-component developer
KR100383840B1 (ko) * 2000-01-14 2003-05-14 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤 컬러 화상 형성방법

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