JPH11167326A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JPH11167326A
JPH11167326A JP33568297A JP33568297A JPH11167326A JP H11167326 A JPH11167326 A JP H11167326A JP 33568297 A JP33568297 A JP 33568297A JP 33568297 A JP33568297 A JP 33568297A JP H11167326 A JPH11167326 A JP H11167326A
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JP
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image forming
toner
magnetic
magnetic particles
forming apparatus
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JP33568297A
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English (en)
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Satoru Haneda
哲 羽根田
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Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーリサイクル手段での磁気ブラシ内の異
物の滞留を防止し、また均一な磁性粒子層を形成し回収
能力と排出能力とのバランスを保つ画像形成装置を提供
する。 【解決手段】 トナーリサイクル手段は像形成体と対向
する磁性粒子搬送体上に形成される磁性粒子からなる磁
気ブラシであると共に、トナーリサイクル手段に、磁性
粒子の通過量を規制する規制部材と、規制部材の背面の
磁性粒子の滞留部と、転写残トナーの回収後から滞留部
までの間に設けられる開放部とを配設することを特徴と
する画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、FAX等の画像形成装置で、像形成体の周辺に帯電
手段、像露光手段、現像手段等を配置して画像形成を行
う電子写真方式の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真方式の画像形成装置の一
方式として、像形成体の周辺に帯電手段、像露光手段及
び現像手段を配置し、帯電手段による像形成体への帯電
と像露光手段による像露光手段とにより像形成体上に潜
像を形成し、該潜像を現像手段による接触反転現像によ
り画像形成を行う画像形成装置が用いられる。
【0003】一方トナーの有効利用のため、画像形成の
後、像形成体上に残った転写残トナーをクリーニング手
段によりクリーニングし、該クリーニングトナーをスク
リュウパイプ等を用いて現像手段に搬送し、現像工程で
再使用するトナーリサイクル方法が一般的に用いられて
いる。しかしながら、このスクリュウパイプを用いてク
リーニングトナーを搬送するトナーリサイクル方法は機
構が複雑となるため、トナーリサイクル手段としてロー
ラ状の部材を用い、像担持体上の画像部の転写残トナー
を一旦像形成体より該ローラ状のクリーニング手段に回
収し、非画像部においてクリーニング手段上のトナーを
再度像形成体に排出(付着)させ現像手段へと運び、現
像手段により像形成体上のトナーを現像手段内部に回収
し再利用する方法が特開平8−166750号公報、同
8−152832号公報、同8−6454号公報、同6
−51672号公報等により提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案によるローラ部材を用いたトナーリサイクル手段にお
いては、像形成体上の転写残トナーの像形成体への付着
力が強くトナーリサイクル手段への転写残トナーの回収
が良好に行われなかったり、トナーリサイクル手段への
付着力が強くトナーリサイクル手段より像形成体への排
出が良好に行われなかったりする。
【0005】このため本願発明者らは、ローラ部材に代
えて磁性粒子搬送体上(スリーブ)に形成される磁性粒
子からなる磁気ブラシによるトナーリサイクル手段を用
いて、像形成体上の画像形成領域の転写残トナーを一旦
像形成体より該磁気ブラシによるトナーリサイクル手段
に回収し、非画像形成領域においてトナーリサイクル手
段上のトナーを再度像形成体に排出(付着)させ現像手
段へと運び、現像手段により像形成体上のトナーを現像
手段内部に回収し再利用する方法を検討しているが、磁
気ブラシ内に紙粉等の異物が滞留したりする。また、磁
性粒子が少なすぎる場合は均一な磁性粒子層が形成され
ず、磁気ブラシのトナー濃度が容易に変動することから
回収能力が保たれないという問題が起こる。一方、磁性
粒子が多すぎると、回収能力は安定するが、トナーを排
出する時間が長くなり非画像形成領域を広くとることに
なる。また磁性粒子搬送体の駆動トルクの増加も起こ
る。このように、回収能力と排出能力とのバランスを保
つ必要がある。
【0006】本発明は上記の問題点を解決し、トナーリ
サイクル手段での磁気ブラシ内の異物の滞留を防止し、
また均一な磁性粒子層を形成し回収能力と排出能力との
バランスを保つ画像形成装置を提供することを目的とす
る。
【0007】また磁性粒子内に混入した異物が蓄積され
ると、トナーリサイクル手段での磁性粒子層を形成する
ための規制部材に異物がつまり、良好な磁気ブラシが形
成されないという問題も起こる。
【0008】本発明は上記の問題点をも解決し、トナー
リサイクル手段での規制部材の磁性粒子のつまりを防止
し、良好な磁気ブラシを形成する画像形成装置を提供す
ることを目的とする。
【0009】更に、転写残トナーのトナーリサイクル手
段での回収と排出とにおいて、トナー回収時は磁気ブラ
シを像形成体上のトナーに強く作用させる必要から磁性
粒子の密な磁気ブラシでの擦過が好ましく、またトナー
排出時は磁気ブラシの下層の部分からもトナーが排出し
易い必要から磁性粒子の疎な磁気ブラシでのソフトな接
触が好ましいが、このための転写残トナーのトナーリサ
イクル手段での回収と排出とがバランスして良好に行わ
れるための磁性粒子を用いた磁気ブラシ形成の条件設定
も必要となる。
【0010】本発明は上記の問題点をも解決し、トナー
リサイクル手段での回収と排出とがバランスして行われ
るための良好な磁気ブラシ形成条件の画像形成装置を提
供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的は、像形成体上
の画像形成領域の転写残トナーを一旦回収した後、非画
像形成領域で前記像形成体上に排出し、前記像形成体上
の潜像を現像する現像手段へ回収するトナーリサイクル
手段を有する画像形成装置において、前記トナーリサイ
クル手段は前記像形成体と対向する磁性粒子搬送体上に
形成される磁性粒子からなる磁気ブラシであると共に、
前記トナーリサイクル手段に、前記磁性粒子の通過量を
規制する規制部材と、前記規制部材の背面の前記磁性粒
子の滞留部と、前記転写残トナーの回収後から前記滞留
部までの間に設けられる開放部とを配設することを特徴
とする画像形成装置によって達成される(第1の発
明)。
【0012】また、上記目的は、像形成体上の画像形成
領域の転写残トナーを一旦回収した後、非画像形成領域
で前記像形成体上に排出し、前記像形成体上の潜像を現
像する現像手段へ回収するトナーリサイクル手段を有す
る画像形成装置において、前記トナーリサイクル手段は
前記像形成体と対向する磁性粒子搬送体上に形成される
磁性粒子からなる磁気ブラシであると共に、前記トナー
リサイクル手段に、前記磁性粒子の通過量を規制する規
制部材と前記磁性粒子の保持部材とを設け、前記規制部
材と前記保持部材とにより滞留部を形成し、前記箱体内
に磁性粒子の循環路を形成することを特徴とする画像形
成装置によって達成される(第2の発明)。
【0013】また、上記目的は、像形成体上の画像形成
領域の転写残トナーを一旦回収した後、非画像形成領域
で前記像形成体上に排出し、前記像形成体上の潜像を現
像する現像手段へ回収するトナーリサイクル手段を有す
る画像形成装置において、前記トナーリサイクル手段は
前記像形成体と対向する磁性粒子搬送体上に形成される
磁性粒子からなる磁気ブラシであり、前記磁気ブラシを
前記像形成体と同方向に前記像形成体の回転速度の0.
5〜1.5倍の速度で回転すると共に、前記磁気ブラシ
での前記磁性粒子の充填率が0.05〜0.3であるこ
とを特徴とする画像形成装置によって達成される(第3
の発明)。
【0014】また、上記目的は、像形成体上の画像形成
領域の転写残トナーを一旦回収した後、非画像形成領域
で前記像形成体上に排出し、前記像形成体上の潜像を現
像する現像手段へ回収するトナーリサイクル手段を有す
る画像形成装置において、前記トナーリサイクル手段は
前記像形成体と対向する磁性粒子搬送体上に形成される
磁性粒子からなる磁気ブラシであり、前記磁気ブラシは
平均粒径40〜100μmの磁性粒子からなると共に、
前記磁気ブラシの磁性粒子の搬送量が10〜100mg
/cm2であることを特徴とする画像形成装置によって
達成される(第4の発明)。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。なお、本願の記載は請求項の技術的範囲や用語の
意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の
実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示
すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限
定するものではない。
【0016】本発明の各請求項に共通する画像形成装置
の一実施形態の画像形成プロセスおよび各機構の構成、
機能について、図1ないし図4を用いて説明する。図1
は、本発明に共通する画像形成装置の一実施形態を示す
レーザプリンタの断面構成図であり、図2は、トナーリ
サイクル手段の拡大図であり、図3は、トナーリサイク
ル手段のリサイクルバイアスの作動域を示す図であり、
図4は、転写残トナーの現像手段への回収方法を示す図
である。
【0017】図1ないし図4によれば、像形成体として
の感光体ドラム10は、例えば周速(線速度)150m
m/secで図1に矢印で示す方向に駆動回転され、コ
ロナ帯電装置としてのスコロトロン帯電器11により周
面に対しトナーと同極性(本実施形態においてはマイナ
ス極性)のコロナ放電により一様に帯電された後、像露
光手段としての露光光学系12により画像信号に基づい
た像露光が行われる。露光光学系12は不図示のレーザ
光源から発光されるレーザ光を回転多面鏡12bにより
回転走査し、fθレンズ12c、反射ミラー12d等を
経て感光体ドラム10上に潜像が形成される。
【0018】トナー粒子とキャリア粒子とで構成される
二成分現像剤により現像する現像手段である現像器13
が設けられていて、感光体ドラム10に形成された潜像
の現像が現像剤を担持する現像スリーブ13aによって
行われる。現像は現像剤搬送体としての現像スリーブ1
3aと感光体ドラム10との間にトナーと同極性(本実
施形態においてはマイナス極性)の直流電圧と該直流電
圧に交流電圧とが重畳された現像バイアスが印加される
接触の反転現像にて行われる。上記現像剤に用いられる
トナーとしては後述する転写残トナーの回収効率の良い
球形トナーが好ましく用いられる。
【0019】本発明においてはトラブルによる現像剤と
磁性粒子の混合も考えられ、現像手段の現像剤のキャリ
ア粒子と後述するトナーリサイクル手段での磁性粒子と
を同じものを用いるのが好ましい。
【0020】この観点から磁性粒子と共通使用可能なキ
ャリア粒子を有する上記現像剤には、次のようなキャリ
ア粒子及びトナー粒子からなる現像剤を用いることが好
ましい。
【0021】一般に磁性キャリア粒子は平均粒径が大き
いと、現像剤搬送体としての現像スリーブ13a上に形
成される現像磁気ブラシの穂の状態が粗くなるために、
現像バイアスの電界により振動を与えながら静電潜像を
現像しても、トナー像にムラが現れ易く、穂におけるト
ナー濃度が低くなるので高濃度の現像が行われない等の
問題点がある。この問題点を解消するには、磁性キャリ
ア粒子の平均粒径を小さくすればよく、実験の結果重量
平均粒径が100μm以下であると上記問題点は発生し
ないことが判明した。しかし、磁性キャリアの粒径が小
さ過ぎると、トナー粒子と共に感光体ベルト1表面に付
着するようになったり、飛散し易くなる。これらの現象
はキャリアに作用する磁界の強さ、それによるキャリア
の磁化の強さにも関係するが、一般的には、磁性キャリ
アの重量平均粒径が40μm以下になると次第に上記傾
向が出始め、30μm以下で顕著に現れるようになる。
従って、この現像器13では現像剤の磁性キャリアに
は、重量平均粒径が好ましくは100μm以下であり、
40μm以上であるものが好適に用いられる。なお、磁
性キャリアが球形化されていると、トナー粒子とキャリ
ア粒子の攪拌性及び現像剤の搬送性を向上させ、さらに
トナーの荷電制御性を向上させて、トナー粒子同志やト
ナー粒子とキャリア粒子の凝集を起こりにくくするので
好ましい。
【0022】このような現象や条件はトナーリサイクル
手段において同様である。
【0023】上記の如き磁性キャリアは、磁性体として
従来の磁性キャリアにおけると同様の、鉄,クロム,ニ
ッケル,コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や
合金、例えば、四三酸化鉄,γ−酸化第二鉄,二酸化ク
ロム,酸化マンガン,フェライト,マンガン−銅系合
金、といった強磁性体の球形化された粒子、又はそれら
の磁性体粒子の表面をスチレン系樹脂,ビニル系樹脂,
エチレン系樹脂,ロジン変性樹脂,アクリル系樹脂,ポ
リアミド樹脂,エポキシ樹脂,ポリエステル樹脂等の樹
脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂で球状に被覆するか、あ
るいは、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂の球状粒
子を作るかして得られた粒子を、従来公知の平均粒径選
別手段で粒径選別することによって得られる。
【0024】なお、キャリア粒子を前述のように樹脂等
によって球状に形成することは、先に述べた効果の他
に、現像剤搬送担体に形成される現像剤層が均一とな
り、また、現像剤搬送担体に高いバイアス電圧を印加す
ることが可能になるという効果も与える。即ち、キャリ
ア粒子が樹脂等によって球形化されていることは、
(1)一般にキャリア粒子は長軸方向に磁化吸着され易
いが、球形化によってその方向性がなくなり、従って、
現像剤層が均一に形成され、局所的に抵抗の低い領域や
層厚のムラの発生を防止する。(2)キャリア粒子の高
抵抗化と共に、従来のキャリア粒子に見られるようなエ
ッジ部がなくなって、エッジ部への電界の集中が起こら
なくなり、その結果、現像剤搬送担体に高いバイアス電
圧を印加しても、電極部材や感光体ドラム10面に放電
して静電潜像を乱したり、バイアス電圧がブレークダウ
ンしたりすることが起こらない、という効果を与える。
この高いバイアス電圧を印加できるということは、振動
電界下での現像における先に述べたような効果を十分に
発揮させることができるということである。そして、以
上のような効果を奏するキャリア粒子の球形化には前述
のようなワックスも用いられるが、キャリアの耐久性等
からすると、前述のような樹脂を用いたものが好まし
く、さらに、キャリア粒子の抵抗率が108Ωcm以
上、特に1013Ωcm以上の絶縁性を有する磁性粒子を
形成したものが好ましい。この抵抗率は、粒子を0.5
0cm2の断面を有する容器に入れてタッピングしたの
ち、詰められた粒子上に1Kg/cm2の荷重を掛け、
荷重と底面電極との間に1000V/cmの電界が生ず
る電圧を印加したときの電流値を読み取ることで得られ
る値であり、この抵抗率が低いと、現像剤搬送担体にバ
イアス電圧を印加した場合に、キャリア粒子に電荷が注
入されて、感光体ドラム10面にキャリア粒子が付着し
易くなったり、あるいはバイアス電圧のブレークダウン
が起こり易くなったりする。
【0025】以上を総合して、磁性キャリア粒子は、少
なくとも長軸と短軸の比が3倍以下であるように球形化
されており、針状部やエッジ部等の突起がなく、抵抗率
が108Ω以上好ましくは1013Ω以上であることが適
正条件である。そして、このような磁性キャリア粒子
は、球状の磁性体粒子を酸化皮膜形成等によって高抵抗
化すること、磁性体微粒子分散系のキャリアでは、でき
るだけ磁性体の微粒子を用いて、分散樹脂粒子形成後に
球形化処理を施すこと、あるいはスプレードライの方法
によって分散樹脂粒子を得ること等によって製造され
る。磁石体111を内部に有する現像スリーブ13aに
安定して吸着させるべくキャリア粒子の磁化率は30〜
70emu/gであることが好ましい。
【0026】このような現象や条件はトナーリサイクル
手段において同様である。
【0027】次に、トナー粒子について説明する。
【0028】トナーの平均粒径が大きくなると、画像の
荒れが目立つようになる。通常、10本/mm程度のピ
ッチで並んだ細線の解像力がある現像には、平均粒径2
0μm程度のトナーでも問題ないが、しかし、平均粒径
1〜5μmの微粒子化したトナーを用いると、解像力は
格段に向上して、濃淡差も忠実に再現した鮮明な高画質
画像を与えるようになる。以上の理由からトナーの粒径
は平均粒径が10μm以下、好ましくは1〜5μmが適
正条件である。また、トナー粒子が電界に追随してトナ
ーリサイクル手段で回収、排出されるために、トナー粒
子の帯電量は3〜30μC/g(特に好ましくは10〜
20μC/g)が望ましい。特に粒径の小さい場合は高
い帯電量が必要である。このような現象や条件はトナー
リサイクル手段において同様である。
【0029】上記の如きトナーは、従来のトナーと同様
の方法で得られる。即ち、従来のトナーにおける球形や
不定形の非磁性又は磁性のトナー粒子を平均粒径選別手
段によって選別したトナーを用いることができる。中で
も、トナー粒子が磁性体微粒子を含有した粒子であるこ
とが好ましく、特に磁性体微粒子の量が60wt%以
下、特に30wt%を超えないものが好ましい。トナー
粒子が磁性微粒子を含有したものである場合は、トナー
粒子が現像剤搬送担体に含まれる磁力の影響を受けるよ
うになるから、磁気ブラシの均一形成性が一層向上し
て、しかも、かぶりの発生が防止され、さらにトナー粒
子の飛散も起こりにくくなる。しかし、含有する磁性体
の量を多くし過ぎると、キャリア粒子との間の磁気力が
大きくなり過ぎて、十分な現像濃度を得ることができな
くなるし、また、磁性体微粒子がトナー粒子の表面に現
れるようになって、摩擦帯電制御が難しくなったり、ト
ナー粒子が破損し易くなったりする。
【0030】以上を纏めると、現像器13において、好
ましいトナー粒子は、キャリア粒子について述べたよう
な樹脂及びさらには磁性体の微粒子を用い、それにカー
ボン等の着色成分や必要に応じて帯電制御剤等を加え
て、従来公知のトナー粒子製造方法と同様の方法によっ
て作ることができる平均粒径が20μm以下、好ましく
は10μm以下特に好ましくは1〜5μmの粒子からな
るものである。
【0031】トナーリサイクル手段では以上述べたよう
なキャリア粒子と同様の磁性粒子が好ましく用いられ、
また現像器13には、以上述べたような球状のキャリア
粒子とトナー粒子とが従来の2成分現像剤におけると同
様の割合で混合した現像剤が好ましく用いられるが、こ
れにはまた、必要に応じて粒子の流動滑りを良くするた
めの流動化剤や像担持体面の清浄化に役立つクリーニン
グ剤等が混合される。流動化剤としては、コロイダルシ
リカ、シリコンワニス、金属石鹸あるいは非イオン表面
活性剤等を用いることができ、クリーニング剤として
は、脂肪酸金属塩、有機基置換シリコンあるいはフッ素
等表面活性剤等を用いることができる。
【0032】転写材である記録紙Pが転写材収納手段で
ある給紙カセット15より、送り出しローラ15aによ
り送り出され、給送ローラ15bにより給送されてタイ
ミングローラ15cへ搬送される。
【0033】記録紙Pは、タイミングローラ15cの駆
動によって、感光体ドラム10上に形成されたトナー画
像と同期がとられて、駆動ローラ14dと従動ローラ1
4eとテンションローラ14iとに張架される転写ベル
ト14aが設けられた転写手段としての転写ベルト装置
14によって感光体ドラム10と転写ベルト14aとの
間に形成されるニップ部(転写域)14bへと給送さ
れ、転写ベルト14aを挟んで感光体ドラム10と対向
して設けられ、トナーと逆極性(本実施形態においては
プラス極性)の転写電圧が印加される転写器14cによ
り感光体ドラム10の周面上の像が一括して記録紙P上
に転写される。
【0034】転写手段としては、直接像形成体と対峙す
るコロナ転写器が用いられると転写材が無い場合のトナ
ー或いは転写材が有ってもその外側のトナーに対しコロ
ナ放電によりトナー極性を反転してしまい(本実施形態
においてはプラス極性としてしまい)、後述するトナー
と逆極性(本実施形態においてはプラス極性)のリサイ
クルバイアスが印加されるトナーリサイクル手段での像
形成体上の転写残トナーの回収を困難にさせる。上記の
転写ベルトや転写ローラでは、転写材外のトナーが極性
反転されることなくマイナス極性のままで転写手段側へ
転写され、トナーリサイクル手段での負荷が軽減される
ので転写ベルトや転写ローラが好ましく用いられる。
【0035】転写材分離手段としての分離器14hによ
り転写ベルト装置14から分離した記録紙Pは、少なく
とも一方のローラの内部にヒータを有する加熱用定着ロ
ーラ17aと圧着ローラ17bとを有する定着装置17
へと搬送され、加熱用定着ローラ17aと、圧着ローラ
17bとの間で熱と圧力とを加えられることにより記録
紙P上の付着トナーが定着され、排紙ローラ18により
装置外部へ排出される。
【0036】トナー像が形成させる領域である画像形成
領域の転写後の感光体ドラム10の周面上の転写残トナ
ー領域に残ったトナーは除電手段としての光除電器16
により光除電され、感光体ドラム10の電位レベルが略
ゼロとされた後、感光体ドラム10と同方向に回転さ
れ、外周面に磁性粒子からなる磁気ブラシが形成される
磁性粒子搬送体であるスリーブ110を有するトナーリ
サイクル手段としてのトナーリサイクル装置100にい
たり、直流(DC)バイアスE1に必要により交流(A
C)バイアスAC1が重畳されるリサイクルバイアスに
より、直流バイアスE1に図2の実線にて示すトナーと
逆極性(本実施形態においてはプラス極性)の300〜
1500Vのトナー回収バイアスが印加されるトナーリ
サイクル手段のスリーブ110によってスリーブ110
の外周面上の磁気ブラシに回収される。転写残トナー領
域での転写残トナーが完全に回収されるように、トナー
回収バイアス印加領域を画像形成領域よりも両側端をや
や長く形成する。
【0037】光除電器16の光除電により感光体ドラム
10の電位レベルが略ゼロとされ感光体ドラム10への
転写残トナーの静電的な吸着力が弱められ、転写残トナ
ーが移動し易く、転写残トナーのトナーと逆極性(プラ
ス極性)のトナー回収バイアスが印加されるスリーブ1
10上の磁気ブラシへの転写が容易となり回収効率が向
上される。
【0038】上記トナーリサイクル装置100の磁気ブ
ラシを形成する磁性粒子としては、転写残トナーの回収
と排出とを良好とするため、現像器13に用いる現像剤
として二成分現像剤を使用した場合、前述したキャリア
粒子と同粒径の重量平均粒径が40〜100μmの磁性
粒子が用いられが、組成は前述した現像手段に用いられ
るキャリア粒子と同様の組成によるものが用いられる。
また磁性粒子をキャリア粒子と同径のものを選ぶことに
より、磁性粒子が現像器13内に入っても感光体ドラム
10に付着しないので問題を生じない。同じ理由から抵
抗率や磁化率も同じものを選ぶのが好ましい。むろん、
トナーリサイクル装置100で感光体ドラム10に付着
するのを防止するために、磁性粒子をキャリア粒子より
大きい粒径や抵抗率や磁化率を選んでもよい。
【0039】次に、転写残トナー領域通過後の画像形成
領域間の非画像形成領域においてリサイクルバイアスの
直流バイアスE1を、図2の点線にて示すトナーと同極
性(本実施形態においてはマイナス極性)の−300〜
−1500Vが印加されるトナー排出バイアスに切替
え、スリーブ110上の磁気ブラシに付着する回収トナ
ーを感光体ドラム10上に排出(付着)させる。トナー
排出バイアス印加領域はトナー回収バイアス印加領域間
であり、画像形成領域間(非画像形成領域)よりもやや
短く設定する。この際、感光体ドラム10には光除電器
16による光除電が行われる。光除電により感光体ドラ
ム10の電位レベルは略ゼロとされ排出トナーの感光体
ドラム10への付着を容易とする。
【0040】図4の(a)に示すように、電位レベルを
略ゼロとされた感光体ドラム10上にトナー層が形成さ
れる。付着トナーはトナー排出バイアスによりマイナス
極性をもって感光体ドラム10に付着しており、トナー
層の電位レベルは略−50V程度である。
【0041】続いて、排出トナーが付着された感光体ド
ラム10に帯電手段としてのスコロトロン帯電器11に
よりトナーと同極性(本実施形態においてはマイナス極
性)の直流電圧により感光体ドラム10の表面電位が−
750Vに再帯電が行われると、図4の(b)に示すよ
うに、内訳は感光体ドラム10の表面の電位レベルが例
えば−650V程度に帯電され、付着しているトナー層
の電位レベルは再帯電により少し上昇し−100V程度
となる。
【0042】この状態で再帯電され感光体ドラム10に
付着された排出トナーが現像器13に至り、図4の
(c)に示すように、感光体電位より低いトナーと同極
性(本実施形態においてはマイナス極性)の−100〜
−650Vのクリーニング用現像バイアスが印加された
現像器13の現像スリーブ13aの現像剤に擦過され
て、感光体ドラム10上より現像器13へとクリーニン
グ(回収)される。この際、トナーが全て回収されなく
ても、次の画像形成域には使用しないので画像上の問題
は生じない。また、このクリーニング用現像バイアスは
画像形成時の反転現像に用いる現像バイアスと同じ或い
は低めの値に設定することによりトナーを現像スリーブ
13aに引き付ける。
【0043】トナーリサイクル装置100、スコロトロ
ン帯電器11及び現像器13により残留トナーを除去さ
れた感光体ドラム10は再びスコロトロン帯電器11に
よって一様帯電を受け、次の画像形成サイクルにはい
る。
【0044】上記の説明におけるスリーブ110の磁気
ブラシによるトナー回収及びトナー排出において、除電
手段としての光除電器16による光除電が無いと感光体
電位が凹凸を有しているため、特に画像形成領域のエッ
ジ部でのトナー付着力が低減されない。そのため光除電
を行い感光体電位を平滑化し、均一で高い回収或いは排
出を可能とさせる。この方が現像手段でのトナー回収も
容易とさせる。また、トナーは静電的な電気力により感
光体ドラム10に吸着されており、再帯電時に帯電手段
を汚すことがないので帯電手段として帯電ローラを用い
ることも可能となる。
【0045】また、トナーリサイクル手段による排出ト
ナーを感光体ドラム10より現像器13へ回収し易いよ
うに、現像器13の現像方法としては上記の二成分磁気
ブラシを用いた接触現像の他に、磁性トナー或いは非磁
性トナーを用いた一成分接触現像が用いられる。また、
現像剤に用いられるトナーは高画質が可能な球形の重合
トナー(球形トナー)が好ましく、球形であるため感光
体ドラム10への機械的付着力が小さく、また粒子の静
電的な付着力も小さく、粉砕トナー(不定形トナー)と
比較して高い回収効率と高い排出効率とを有する。従
来、一般的なゴムブレードでのクリーニングの際、ブレ
ードより擦り抜けが生じ易いとされる球形トナーを用い
ることが可能となる。
【0046】請求項1ないし7にかかわる第1、第2の
発明について、図2及び図5を用いて説明する。図5
は、トナーリサイクル手段の滞留部に設けられる攪拌部
材を示す図である。
【0047】図2または図5によれば、トナーリサイク
ル手段としてのトナーリサイクル装置100は回転する
感光体ドラム10と対向し、感光体ドラム10と同方向
に回転される磁性粒子搬送体としての、例えばアルミ材
やステンレス材を用いた円筒状のスリーブ110と、該
スリーブ110の内部に設けられるN、S極よりなる磁
石体111と、磁石体111によりスリーブ110の外
周面上に形成される磁性粒子からなる磁気ブラシとによ
り構成される。トナーリサイクル装置100には、磁石
S2と対向して設けられ、磁気ブラシを形成する磁性粒
子の通過量を規制するための規制部材としての規制板1
21と、規制板121の背面(感光体ドラム10と反対
側の面)に密着して箱状の保持部材122が規制板12
1と一体化して設けられ、箱体120が形成される。箱
体120を構成する保持部材122の上部(箱体120
の内部)に磁性粒子の滞留部SP2を形成する。また転
写残トナーの回収、排出を行うクリーニング部CLの位
置からスリーブ110の回転方向下流の滞留部SP2ま
での間のスリーブ110の背部に開放部SP1を形成す
る。磁気ブラシの回転により磁気ブラシ内の異物や、後
述する開口部SP3よりの異物が開放部SP1の空間に
落下される。これにより磁気ブラシ内の異物の滞留が防
止される。トナーリサイクル装置100の底部に溜まっ
た異物は回収スクリュウ130により不図示の回収容器
に回収される。
【0048】またトナーリサイクル装置100の磁気ブ
ラシを形成する磁性粒子としては、転写残トナーの回収
と排出とを良好とするため、現像手段に用いる現像剤と
して二成分現像剤を使用した場合、前述したキャリア粒
子と同粒径の重量平均粒径が40〜100μmの磁性粒
子が用いられるが、組成は前述した現像手段に用いられ
るキャリア粒子と同様の組成によるものが用いられる。
また磁性粒子をキャリア粒子と同径或いは大きい粒径の
ものを選ぶことにより、磁性粒子が現像手段内に入って
も感光体ドラム10に付着しないので問題を生じない。
同じ理由から抵抗率や磁化率も同じ或いは大きいものを
選ぶのが好ましい。
【0049】上記滞留部SP2は均一な磁性粒子層を形
成するための溜めであり、転写材トナーを回収(収納)
できる程度の量で、スリーブ110の数回転で排出でき
る量を保有することが好ましく、滞留部SP2内に保有
する磁性粒子は、規制板121を通過するスリーブ11
0の1回転当たりの磁性粒子通過量の2〜10倍程度
が、画像形成領域で転写材トナーを回収し、非画像形成
領域で回収トナーを排出するのに好ましく、また滞留部
SP2内に保有する磁性粒子量は20〜200g程度で
あることが好ましい。磁性粒子の量を多くすると、回収
能力は上がるが排出時間が長くかかり、非画像形成領域
をできるだけ減らしてコピー速度を速くするために、出
来る限り短く設定したい非画像形成領域での排出を困難
とさせる。また磁性粒子の量を少なくすると、排出時間
は短くなるが少ないトナー回収量でもトナー濃度が高く
なるので、回収能力が低下したり、フィルミングにより
像形成体の耐久性がなくなる。
【0050】上記により、適量の磁性粒子が滞留部内に
収納されて均一な磁性粒子層が形成され、回収能力と排
出能力とのバランスが保たれる。
【0051】また規制板121と保持部材122とによ
り形成される箱体120での滞留部SP2を設けること
により、滞留部SP2内の規制板121の背部に、保持
部材122で囲まれる図2に一点鎖線で示す磁性粒子の
循環路が形成される。循環路は磁石N2、N3の磁界下
で形成され反撥磁界によりスリーブ110表面より磁性
粒子が落下し良好な循環路が形成される。更に箱体12
0の規制板121と反対側に保持部材122の開口部S
P3を設ける。開口部SP3の保持部材122の頂点位
置に対応する磁石S3の磁力によりスリーブ110上の
磁性粒子はこぼれ落ちず、非磁性の異物のみが磁性粒子
が回転される循環路より開口部SP3を通して箱体12
0の外部に落下される。
【0052】更に、循環路が良好に形成されるよう、図
5に示すように箱体120の保持部材122内部の滞留
部SP2に、規制板121と近接して磁性粒子の攪拌部
材としての攪拌スクリュウ123を設け、循環路の形成
を容易とさせる。攪拌スクリュウ123の回転により、
滞留部SP2内の磁性粒子の軸方向の均一化や凝集した
異物の送り出しがなされる。
【0053】上記により、滞留部内の磁性粒子に混入し
た紙粉等の異物が良好に除去され、トナーリサイクル手
段の規制部材での磁性粒子のつまりが防止され、安定し
た磁性粒子層と良好な磁気ブラシが形成される。また異
物の混入による磁性粒子の帯電性や流動性の劣化が防止
される。
【0054】請求項8ないし14にかかわる第3、第4
の発明について、図6ないし図8、及び図2を用いて説
明する。図6は、磁性粒子搬送体に形成される磁気ブラ
シの拡大図であり、図7は、リサイクルバイアスとして
交流バイアスが重畳される直流バイアスの変更を示す図
であり、図7(A)は、sin波の交流バイアスを用い
る場合を示す図であり、図7(B)は、矩形波の交流バ
イアスを用いる場合を示す図であり、図8は、リサイク
ルバイアスとして用いる矩形波のデュティ比を変更する
場合を示す図である。
【0055】トナーリサイクル手段としてのトナーリサ
イクル装置100は回転する感光体ドラム10と対向
し、感光体ドラム10と同方向に回転される磁性粒子搬
送体としての、例えばアルミ材やステンレス材を用いた
円筒状のスリーブ110と、該スリーブ110の内部に
設けられるN、S極よりなる磁石体111と、磁石体1
11によりスリーブ110の外周面上に形成される磁性
粒子からなる磁気ブラシとにより構成される。スリーブ
110には直流(DC)バイアスE1に必要により交流
(AC)バイアスAC1が重畳されるリサイクルバイア
スが印加され、直流バイアスE1は感光体ドラム10よ
り転写残トナーを回収する際のトナーと逆極性(本実施
形態においてはプラス極性)のトナー回収バイアスと、
回収トナーを感光体ドラム10上に排出する際のトナー
と同極性(本実施形態においてはマイナス極性)のトナ
ー排出バイアスとの切り替えが行われ、転写残トナーの
回収と排出とが行われる。交流バイアスAC1としては
周波数1〜10kHz、電圧Vp-pが500〜2000
Vが用いられる。
【0056】またトナーリサイクル装置100の磁気ブ
ラシを形成する磁性粒子としては、転写残トナーの回収
と排出とを良好とするため、現像手段に用いる現像剤と
して二成分現像剤を使用した場合、前述したキャリア粒
子と同粒径の重量平均粒径が40〜100μmの磁性粒
子が用いられが、組成は前述した現像手段に用いられる
キャリア粒子と同様の組成によるものが用いられる。ま
た磁性粒子をキャリア粒子と同径或いは大きい粒径のも
のを選ぶことにより、磁性粒子が現像手段内に入っても
感光体ドラム10に付着しないので問題を生じない。同
じ理由から抵抗率や磁化率も同じ或いは大きいものを選
ぶのが好ましい。
【0057】磁気ブラシによるトナー回収と排出とが良
好に行われるためには、回収時には密な磁気ブラシで転
写残トナーが付着する感光体ドラム10を擦ることが回
収能力がよく、逆に排出時には疎な磁気ブラシでソフト
に感光体ドラム10を擦過することが排出能力を高め
る。このためスリーブ110上に形成される磁気ブラシ
の感光体ドラム10との擦過速度としては感光体ドラム
10の速度の0.5〜1.5倍で感光体ドラム10と同
方向に回転させてやることが、感光体ドラム10上のト
ナーを包むようにして回収、排出を行うのでよい。擦過
速度が0.5倍未満の場合、トナーが感光体ドラム10
上よりとれない。また1.5倍を越えると、トナーや磁
性粒子の飛散が起こり易い。
【0058】更に、トナーの回収、排出を行う磁気ブラ
シ擦過部での磁気ブラシ中の磁性粒子の充填率は0.0
5〜0.30(5〜30%)とすることが、磁性粒子に
付着するトナーを、スリーブ110の表面部(磁気ブラ
シの下層)から感光体ドラム10の表面部(磁気ブラシ
の上層)まで磁性粒子の穂に沿って移動し易くするので
良い。充填率が0.05(5%)未満の場合、磁気ブラ
シとしての能力が無くなり感光体ドラム10上のトナー
がとれない。また0.30(30%)を越えると、磁性
粒子が密となり過ぎ、磁性粒子中でのトナー移動が行わ
れにくくなり、回収、排出が良好に行われない。磁気ブ
ラシ中の磁性粒子量が多すぎると、磁性粒子に付着する
トナーの排出に時間がかかり非画像形成領域を長くとら
ねばならず、次の画像形成が遅れてしまう。
【0059】またトナーリサイクル装置100の磁気ブ
ラシを形成する磁性粒子の組成は前述した現像手段に用
いられるキャリア粒子と同様の組成によるものが用いら
れるが、磁性粒子の粒径は転写残トナーの回収と排出と
を良好とするため、重量平均粒径が40〜100μmの
磁性粒子が用いらる。粒径が小さく重量平均粒径が40
μm未満の場合、磁気ブラシの穂が密となり、摺擦力が
弱かったり、磁気ブラシ下層へのトナーの移動がしにく
く回収が良好に行われない。またトナーが感光体ドラム
10へ付着し易いという問題も生ずる。また粒径が大き
く重量平均粒径が100μmを越えると、磁気ブラシの
穂が荒く磁性粒子がトナーに十分擦過しないので、筋む
ら状にクリーニング不良のトナーが残ってしまう。
【0060】更に、磁気ブラシの磁性粒子の搬送量を1
0〜100mg/cm2として磁気ブラシを形成する。
この範囲においては、摺擦力を持ちながら下層までトナ
ーが引き込まれたり、下層からトナーが引き出されたり
される適正な密度と高さを有する穂がスリーブ110上
に形成される。搬送量が少なく10mg/cm2未満の
場合、磁気ブラシの穂が荒く磁性粒子がトナーに十分擦
過しないので、筋むら状にクリーニング不良のトナーが
残ってしまう。また搬送量が多く100mg/cm2
越えると、磁気ブラシの穂が密となり、摺擦力が弱かっ
たり、磁気ブラシ下層へのトナーの移動がしにくく回収
が良好に行われない。またトナーが感光体ドラム10へ
付着し易いという問題も生ずる。
【0061】上記の如く、磁性粒子の重量平均粒径が4
0〜100μmであると共に、磁気ブラシの磁性粒子の
搬送量が10〜100mg/cm2であり、且つ前述し
たように、磁気ブラシを感光体ドラム10と同方向に感
光体ドラム10の回転速度の0.5〜1.5倍の速度で
回転すると共に、磁気ブラシでの磁性粒子の充填率を
0.05〜0.3とすることが、磁気ブラシの穂の密度
や強さを適正とし、転写残トナーの回収と排出を良好に
行うために好ましい。
【0062】また磁性粒子の磁化率は30〜70emu
/gであることが好ましい。磁化率が小さく30emu
/g未満の場合、磁気ブラシの穂が密となり、摺擦力が
弱かったり、磁気ブラシ下層へのトナーの移動がしにく
く回収が良好に行われない。またトナーが感光体ドラム
10へ付着し易い。また磁化率が大きく70emu/g
を越えると、磁気ブラシの穂が荒く磁性粒子がトナーに
十分擦過しないので、筋むら状にトナーが残ってしま
う。また磁性粒子の抵抗率は108Ω・cm以上の絶縁
性を有することが好ましく、交流を印加する際、感光体
ドラム10と磁性粒子との間で放電を起こさずに電界が
形成されトナーの回収、排出を行うことができる。この
抵抗率は、粒子を0.50cm2の断面を有する容器に
入れてタッピングしたのち、詰められた粒子上に1Kg
/cm2の荷重を掛け、荷重と底面電極との間に100
0V/cmの電界が生ずる電圧を印加したときの電流値
を読み取ることで得られる値である。
【0063】また前述したように、リサイクルバイアス
として交流バイアスAC1を重畳した直流バイアスE1
がスリーブ110に印加されるが、転写残トナーを回収
する際にはトナー回収バイアスとしてトナーと逆極性の
プラス極性バイアスを印加し、磁気ブラシからのトナー
排出の際には直流バイアスE1を変更し、トナーと同極
性のマイナス極性のトナー排出バイアスを印加する。周
波数1〜10kHz、電圧Vp-pが500〜2000V
のsin波の交流バイアスAC1を用いる場合を図7
(A)に、周波数1〜10kHz、電圧Vp-pが500
〜2000Vの矩形波を用いる場合を図7(B)に示
す。また図8に示すように、矩形波のT12/T11で
示すデュティ比をT22/T21として直流成分を変更
することも可能である。
【0064】上記により、転写残トナーのトナーリサイ
クル手段での回収と排出とがバランスして良好に行われ
る磁気ブラシが形成される。
【0065】
【発明の効果】請求項1によれば、トナーリサイクル手
段での磁気ブラシ内の異物の滞留が防止される。
【0066】請求項2または3によれば、適量の磁性粒
子が滞留部内に収納されて均一な磁性粒子層が形成さ
れ、回収能力と排出能力とのバランスが保たれる。
【0067】請求項4ないし7によれば、滞留部内の磁
性粒子に混入した異物が良好に除去され、トナーリサイ
クル手段の規制部材での磁性粒子のつまりが防止され、
良好な磁気ブラシが形成される。また異物の混入による
磁性粒子の帯電性や流動性の劣化が防止される。
【0068】請求項8ないし16によれば、転写残トナ
ーのトナーリサイクル手段での回収と排出とがバランス
して良好に行われる磁気ブラシが形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に共通する画像形成装置の一実施形態を
示すレーザプリンタの断面構成図である。
【図2】トナーリサイクル手段の拡大図である。
【図3】トナーリサイクル手段のリサイクルバイアスの
作動域を示す図である。
【図4】転写残トナーの現像手段への回収方法を示す図
である。
【図5】トナーリサイクル手段の滞留部に設けられる攪
拌部材を示す図である。
【図6】磁性粒子搬送体に形成される磁気ブラシの拡大
図である。
【図7】リサイクルバイアスとして交流バイアスが重畳
される直流バイアスの変更を示す図である。
【図8】リサイクルバイアスとして用いる矩形波のデュ
ティ比を変更する場合を示す図である。
【符号の説明】 10 感光体ドラム 11 スコロトロン帯電器 12 露光光学系 13 現像器 100 トナーリサイクル装置 110 スリーブ 111 磁石体 121 規制板 122 保持部材 123 攪拌スクリュウ AC1 交流バイアス E1 直流バイアス SP1 開放部 SP2 滞留部 SP3 開口部

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像形成体上の画像形成領域の転写残トナ
    ーを一旦回収した後、非画像形成領域で前記像形成体上
    に排出し、前記像形成体上の潜像を現像する現像手段へ
    回収するトナーリサイクル手段を有する画像形成装置に
    おいて、 前記トナーリサイクル手段は前記像形成体と対向する磁
    性粒子搬送体上に形成される磁性粒子からなる磁気ブラ
    シであると共に、 前記トナーリサイクル手段に、前記磁性粒子の通過量を
    規制する規制部材と、前記規制部材の背面の前記磁性粒
    子の滞留部と、前記転写残トナーの回収後から前記滞留
    部までの間に設けられる開放部とを配設することを特徴
    とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記規制部材を通過する前記トナーリサ
    イクル手段の磁性粒子搬送体1回転当たりの磁性粒子通
    過量の2〜10倍の磁性粒子を、前記滞留部内に保有す
    ることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 【請求項3】 前記滞留部内に有する磁性粒子量が20
    〜200gであることを特徴とする請求項1または2に
    記載の画像形成装置。
  4. 【請求項4】 像形成体上の画像形成領域の転写残トナ
    ーを一旦回収した後、非画像形成領域で前記像形成体上
    に排出し、前記像形成体上の潜像を現像する現像手段へ
    回収するトナーリサイクル手段を有する画像形成装置に
    おいて、 前記トナーリサイクル手段は前記像形成体と対向する磁
    性粒子搬送体上に形成される磁性粒子からなる磁気ブラ
    シであると共に、 前記トナーリサイクル手段に、前記磁性粒子の通過量を
    規制する規制部材と前記磁性粒子の保持部材とを設け、
    前記規制部材と前記保持部材とにより滞留部を形成し、
    前記滞留部内に磁性粒子の循環路を形成することを特徴
    とする画像形成装置。
  5. 【請求項5】 前記循環路は前記磁性粒子搬送体の磁気
    束縛力下で形成することを特徴とする請求項4に記載の
    画像形成装置。
  6. 【請求項6】 前記滞留部の前記規制部材と反対側に開
    口部を設け、前記循環路中に混入する異物を前記開口部
    より落下させることを特徴とする請求項4または5に記
    載の画像形成装置。
  7. 【請求項7】 前記滞留部内に磁性粒子の攪拌部材を設
    けることを特徴とする請求項4〜6の何れか1項に記載
    の画像形成装置。
  8. 【請求項8】 像形成体上の画像形成領域の転写残トナ
    ーを一旦回収した後、非画像形成領域で前記像形成体上
    に排出し、前記像形成体上の潜像を現像する現像手段へ
    回収するトナーリサイクル手段を有する画像形成装置に
    おいて、 前記トナーリサイクル手段は前記像形成体と対向する磁
    性粒子搬送体上に形成される磁性粒子からなる磁気ブラ
    シであり、 前記磁気ブラシを前記像形成体と同方向に前記像形成体
    の回転速度の0.5〜1.5倍の速度で回転すると共
    に、 前記磁気ブラシでの前記磁性粒子の充填率が0.05〜
    0.3であることを特徴とする画像形成装置。
  9. 【請求項9】 像形成体上の画像形成領域の転写残トナ
    ーを一旦回収した後、非画像形成領域で前記像形成体上
    に排出し、前記像形成体上の潜像を現像する現像手段へ
    回収するトナーリサイクル手段を有する画像形成装置に
    おいて、 前記トナーリサイクル手段は前記像形成体と対向する磁
    性粒子搬送体上に形成される磁性粒子からなる磁気ブラ
    シであり、 前記磁気ブラシは平均粒径40〜100μmの磁性粒子
    からなると共に、 前記磁気ブラシの磁性粒子の搬送量が10〜100mg
    /cm2であることを特徴とする画像形成装置。
  10. 【請求項10】 前記磁気ブラシを前記像形成体と同方
    向に前記像形成体の回転速度の0.5〜1.5倍の速度
    で回転すると共に、前記磁気ブラシでの前記磁性粒子の
    充填率が0.05〜0.3であることを特徴とする請求
    項9に記載の画像形成装置。
  11. 【請求項11】 前記トナーリサイクル手段に印加する
    直流バイアスのトナー回収バイアス及びトナー排出バイ
    アスに交流バイアスを重畳することを特徴とする請求項
    8〜10の何れか1項に記載の記載の画像形成装置。
  12. 【請求項12】 前記トナー回収バイアス及びトナー排
    出バイアスは直流バイアスを変更することを特徴とする
    請求項11に記載の画像形成装置。
  13. 【請求項13】 前記トナー回収バイアス及びトナー排
    出バイアスは矩形波交流バイアスのデュティ比を変更す
    ることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
  14. 【請求項14】 前記現像手段の現像剤は二成分現像剤
    であり、前記二成分現像剤のキャリアと同径或いは大き
    い粒径の磁性粒子を前記トナーリサイクル手段に用いる
    ことを特徴とする請求項8〜13の何れか1項に記載の
    画像形成装置。
  15. 【請求項15】 前記現像手段の現像剤は二成分現像剤
    であり、前記二成分現像剤のキャリアと同じ或いは大き
    い抵抗率の磁性粒子を前記トナーリサイクル手段に用い
    ることを特徴とする請求項8〜14の何れか1項に記載
    の画像形成装置。
  16. 【請求項16】 前記現像手段の現像剤は二成分現像剤
    であり、前記二成分現像剤のキャリアと同じ或いは大き
    い磁化率の磁性粒子を前記トナーリサイクル手段に用い
    ることを特徴とする請求項8〜15の何れか1項に記載
    の画像形成装置。
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