JP3131244B2 - 多色画像形成方法 - Google Patents

多色画像形成方法

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JP3131244B2
JP3131244B2 JP03153517A JP15351791A JP3131244B2 JP 3131244 B2 JP3131244 B2 JP 3131244B2 JP 03153517 A JP03153517 A JP 03153517A JP 15351791 A JP15351791 A JP 15351791A JP 3131244 B2 JP3131244 B2 JP 3131244B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、複写機、ファクシミ
リ、プリンター等に用いられ、多色画像を静電潜像担持
体上に混色が無いように形成して用紙に転写するため
の、多色画像形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、感光体ドラム等の静電潜像担持体
(以後、潜像担持体という)上に重ねて複数色の現像を
行ない、用紙への1回の転写によって多色カラー画像を
得る多色画像形成装置(多色画像形成方法)が種々提案
されている。
【0003】例えば、特開昭63−60471号公報に
おいては、複数個の現像装置を潜像担持体の周囲に設け
て多色像を得るものであって、下流の現像装置のトナ
ー極性が上流のものとは逆であり、トナー層は潜像担
持体と非接触であって、下流の現像時と上流の現像
時とではそれぞれ別々に電界を印加し、又トナー層厚を
30〜500μmとして、上流を有彩色トナーを有す
る二成分現像剤、下流測を黒トナーの一成分現像剤とす
る多色画像形成方法が開示されている。
【0004】また、特開昭63−63061号公報にお
いては、感光層の厚さが35〜90μmで且つ静電容量
が20〜170pF/cm2セレン若しくはセレン化砒
素感光体の周辺に複数の現像剤置を配して帯電露光現像
を複数回繰り返すことにより、同一感光体上に多色画像
を得る方法が開示されており、この方法は、現像装置と
感光体とが250μm以下の間隔で配置されていて、薄
層化トナーを用いた非接触直流バイアス現像であり、現
像に寄与しないドナーローラーは停止し、その表面のト
ナーを画像領域外で付着させて混色を防ぐようにしてい
る。また、感光体は15〜50μmの0PCで、現像は
反転現像、電位コントラストを400V以上とし、感光
体上のトナー層厚を5〜30μm、帯電をスコロトロン
としている。
【0005】さらに、特開昭63−85578号公報に
おいては、複数の現像装置を非接触状態で記録媒体に配
して多色画像を得るものであって、上流側の第1現像装
置の回転速度を同方向回転で前記記録媒体より速くする
と共に黒現像を適用して、直流偏奇された交流バイアス
を印加し、また、下流の第2現像装置以降の現像装置
は等速現像にすると共にカラー現像で且つ直流バイアス
電圧のみ印加する多色画像形成方法が開示されている。
【0006】一般に、潜像担持体上に多色画像を形成す
る場合は、2色目以降の現像方式を非接触現像とし、カ
ラー化が容易で非磁性トナーによる作像方式、特に小型
化、低コスト化に有利な一成分方式が好適である。これ
はトナー層と潜像担持体を非接触に対向させて現像を行
うものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の多色画像形成方法においては、2色目の現像時には
潜像担持体上にトナー像が形成されているため、例えば
上記特開昭63−60471号公報では、現像バイアス
としてACバイアス電圧を印加すると潜像担持体面とト
ナー担持体面の間でトナーが往復運動してしまい、一色
目のトナー像が乱れるだけでなく、2色目の現像装置に
一色目のトナーが混入して、次第に2色目が濁ってしま
うという問題点があった。
【0008】そこで、この問題を防止するために、上記
特開昭63−63061号公報、特開昭63−8557
8号公報では、2色目以降の現像を、非磁性トナーを直
流電界によって飛翔させることにより行なうようにして
いる。
【0009】しかし、この方法では、画像部電位と印加
バイアス電圧の差を帯電電位より低くして、トナーが非
画像部に付着する所謂地汚れの防止を行っているが、図
3(f)に示すように、この地肌汚れ防止の電位差は潜
像担持体上の1色目のトナー層に対して逆飛翔方向の力
を与えることになるため、長期に渡って多色画像の形成
を続けると、やはり2色目以降の現像装置に1色目のト
ナーが混入してしまうという問題がある。
【0010】また、直流電界下でトナー層を転移させる
場合においては、画像部と印加バイアス電圧との電位差
を充分大きく設定しないと良好な画像が得られない。こ
れは、直流電界による飛翔現像では現像域においてトナ
ーが飛翔を開始する電界、即ちスレッシュホールド電界
以上にならないとトナーが飛翔しないことが原因してい
る。そして、このスレッシュホールド電界はトナー個々
の帯電量、ファンデルワールス力等に依存する値であ
り、これはバラツキが大きいため、安定した濃度の画像
を得るには現像時にトナー層全体が飛翔できるような充
分に大きい電位差が必要となる。
【0011】そこで、この発明は上述した従来の問題点
を解消して、潜像担持体上における1色目のトナーの付
着状態にかかわらず、長期に渡って安定して良好な多色
画像を形成することのできる多色画像形成方法を提供す
ることを課題としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明の要旨とすると
ころは、潜像担持体上の静電潜像を静電潜像と同極性の
異なった色のトナーによって、それぞれの現像ローラを
有する現像装置で順次現像し、転写紙に一度で転写して
多色画像を得る多色画像形成方法において、2色以降の
現像を直流現像バイアスを用いて一成分の非磁性トナー
を飛翔させる非接触の現像方式とし、該2色目以降の前
記現像ローラ上に形成するトナー層が次の関係式(dt
2/εt)<590[(μm2)](但し、dtはレーザ
測長器によるトナー層の層厚、εtはトナー層の体積平
均比誘電率で、この体積平均比誘電率εtは、トナーの
比誘電率をε、トナー層充填率をαとするとεt=(1
−α)+αεである。)を満たしていることにある。
【0013】
【作用】
件を満たしていると、トナー表層部の電位の上昇が抑え
られる(50V以下)ので、低帯電量トナーによる地肌
汚れの防止が可能になる。また、トナーの充分な濃度を
得るためには、トナー層が2〜3層になっていることが
必要であるが、このトナーは重合法によって作製した体
積平均粒径が10μm以下の粒子であるので、トナー層
が2〜3層になっていても、トナー層厚が20μm程度
にしかならず、上記条件を満たすことになるので、良好
な多色画像を得ることができるものである。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図1は、この発明の多色画像形成方法に係わる
画像形成装置を示している。同図において、潜像担持体
である感光体ドラム1の周辺に近接して、感光体ドラム
1の表面を帯電させるための第1の帯電器、第1のトナ
ー像を作るための第1の現像装置4、感光体ドラム1を
再帯電するための第2の帯電器5、第2の静電潜像を形
成するための第2の現像装置7、該第2の現像装置7の
感光体ドラム1を挟んだ反対側位置にクリーニング装置
11がそれぞれ配置されている。この感光体ドラム1と
してマイナス帯電性の有機感光体を用いる場合は、トナ
ーもマイナス帯電性のものを用いる。
【0015】また、第1の現像装置4は接触、非接触に
かかわらず、どのような現像手段を用いても良いが、こ
の実施例ではトナーの帯電がキャリアとの摩擦によって
行なわれる二成分現像剤の磁気ブラシを用いた接触現像
方式を用いている。また、第2の現像装置7はカラー化
が容易な非磁性のトナーが適しており、特に小型化、低
コスト化に有利な一成分の非接方式を用いている。
【0016】そして、図示しない第1の露光手段及び第
2の露光手段による走査ビーム3及び6が感光体ドラム
1の表面に結像している。
【0017】また、図示しない転写紙を搬送するための
搬送ベルト8が、その裏面測から転写帯電器9で圧接さ
れることにより、感光体ドラム1に押し付けられた形で
配置され、その下流測に転写紙の画像を定着させるため
の定着器10が配置されている。
【0018】上記構成の画像形成装置の動作について説
明する。先ず、第1の帯電器2によって感光体ドラム1
の表面が帯電された後、走査ビーム3により第1の静電
潜像が該感光体ドラム1上に形成され、第1の現像装置
4により第1のトナー像が形成される。次に、感光体ド
ラム1が矢印方向に回転すると共に第2の帯電器5によ
って1色目の第1のトナー像の上から感光体ドラム1が
再帯電され、走査ビーム3により第1の露光が行われた
部分の電位状態が周囲と略同等にされる。そして、走査
ビーム6によって感光体ドラム1上に第2の静電潜像が
形成される。この時、1色目のトナーが付着している部
分に露光を行わなければ2色目のトナーと1色目のトナ
ーが感光体ドラム1上で重なり合って色が濁ってしまう
ことを防止することができる。
【0019】次に、第2の静電潜像を第2の現像装置7
によって現像する。そして、直流バイアス電圧を感光体
ドラム1の帯電電位と略同等にして現像を行うので長期
に渡って使用しても1色目のトナーの逆飛翔による混色
は起きない。この時、2色目以降の現像に用いるトナー
層が後述する条件を満たすか、重合法によって作製され
た体積平均粒径が10μm以下であるような一成分の非
磁性トナーを用いることにより地肌汚れが防止される。
【0020】このようにして、感光体ドラム1上に多色
画像が順次形成されて搬送ベルト8上の転写紙に転写帯
電器9によって1回で転写される。そして、転写紙上の
トナー像は定着器10によって定着されて画像が完成す
る。一方、感光体ドラム1上の未転写トナーはクリーニ
ング部11で掃き落とされ、再び感光体ドラム1は画像
形成に使用可能な状態とされる。
【0021】次に、第2の現像装置7による2色目以降
の現像方法について、図2を参照して詳しく説明する。
同図は、非磁性の一成分トナーを用いる現像装置(第2
の現像装置7)を示している。1色目とは異った色のト
ナー26がホッパー25に補給され、アジテータ24で
撹拌される。そして、供給部材22に運ばれたトナーは
現像ローラ21と摩擦帯電して該現像ローラ21に付着
する。付着したトナーはトナー層形成部材23によって
均一なトナー層とされて現像域に搬送される。この時の
現像ローラ21へのトナー付着量は、現像ローラ21と
感光体ドラム1が非接触で対向して略等速度で移動して
も充分な画像濃度が得られる程度が良い。また、現像ロ
ーラ21と感光体ドラム1に速度差が有ると、「トナー
後端寄り」という現象が起きてベタ部の濃度が不均一と
なり、カラー画像の画質が低下するため、現像域に搬送
するトナーは2〜3層の層状になっていることが必要で
ある。このため、現像ローラ21としてアルミ素面にサ
ンドブラスト処理を施したものや、アルミローラ表面の
微小な溝に誘電物質を封入したもの等を用いるのが良
い。
【0022】そして、この2色目の現像においては感光
体ドラム1上に既に形成されている1色目の前記第1の
トナー像を乱さずに現像を行う必要が有り、現像ローラ
21と感光体ドラム1の間隙は0.05〜0.5mm、
好ましくは0.1〜0.2mmの範囲が適当である。も
し、この間隙が0.05mm以下であると、1色目と2
色目のトナー層同士が接触する恐れがあり、又0.5m
m以上では静電潜像のライン部が閉電界となり、現像ロ
ーラ21と感光体ドラム1の間で現像電界が形成され
ず、飛翔現像が不可能となる。さて、現像時には、電源
27より現像バイアス電圧が印加される。1色目の現像
後の第2の帯電器5の再帯電によって1色目の第1のト
ナー像部分の電位は、トナー自身の持つ電荷量によって
周囲より約50〜100V程度上昇する。そして、2色
目の書き込み部電位は−100V、地肌部電位は−80
0Vとすると1色目の第1のトナー像部分の電位は−8
50〜−900Vである。この現像バイアス電圧は、1
色目のトナーが2色目の第2の現像装置7へ経時的にも
逆飛翔して混入することなく、しかも2色目の潜像電位
部分へ良好に非磁性トナー層を飛翔させ、且つ感光体ド
ラム1の地肌部分にトナーが付着しないものでなければ
ならない。例えば、図3に示すような工程では、2色目
の印加バイアス電圧が約−700V[同図(f)]であ
り、地肌部電位との差100Vが地汚れ防止バイアス電
圧として必要である。この時、1色目のトナー層表面電
位との差は150V以上となっているので、1色目のト
ナーの付着状態が経時変化、若しくは環境変化で電荷量
の低下、又は付着量の増大を生じた場合に、容易に逆飛
翔による混色が起きてしまう。
【0023】そこで、図4に示す工程のように、2色目
の現像時に印加するバイアス地肌部電位−800Vに対
して略−800Vとする[同図(f)]。これにより、
一色目のトナーの逆飛翔電位差が常に100V以下に保
たれ、且つ現像間隙が存在することから、経時的若しく
は環境での1色目の現像の変化がある場合でも(1色目
の付着状態に依らず)混色が生じることはほとんどな
い。さらに、印加バイアス電圧と書き込み部電位との差
である現像電位差が700V程度となり、直流電界飛翔
現像法によって、より安定した画像を得ることができ
る。
【0024】次に、図4に示す工程における、地肌汚れ
の防止について説明する。2色目以降の現像に用いる非
磁性の一成分のトナー層が形成する表面電位の上昇分は
図5のトナー層概念(29はトナー層、30は地汚れト
ナー、31は金属スリーブ)に基づき、以下の式によっ
て表わされる。E(y)を垂直方向の電界の大きさ、ε
tをトナー層の体積平均比誘電率、ρをトナー層の体積
平均電荷量、σを現像ローラ表面に誘起された単位面積
当たりの鏡像電荷、dtをトナー層厚みとすると、 トナー層内部の関係式(dE/dy)=(ρ/εt ε0) ・・・(1) 境 界 条 件 E(0) =(σ/εtε0) ・・・(2) 電荷の保存則 ρdt + σ =0 ・・・(3) (1),(2),(3)式より E(y) =(ρ/ε0εt)(y−dt) ・・・(4) したがって、トナー表層部の電位Vは
【0025】
【数1】
【0026】この電位上昇分が小さいほど現像ローラ2
1の表層に担持された低帯電量トナーによる地汚れの防
止が可能になる。また、現像においてはトナーの持つ電
荷量が大きいほど鮮明な画像が得られ、且つ現像ローラ
21に対する付着力も強まるため、地汚れが起きにく
い。このトナー層の単位質量当り電荷量(Q/M)は5
μC/g以上、好ましくは10μC/g以上である。こ
のQ/Mは吸引法による測定によったものであり、約3
0gのファラデーケージに10mg程度のトナーを吸引
して電荷量を測ってQ/Mを求めたものである。また付
着量として感光体ドラムと現像ローラ21が略等速で移
動しても十分な濃度が得られる程度必要であり、トナー
が2〜3層になっていなければならない。このようなト
ナー層の単位体積当り付着量(M/V)は用いるトナー
のカサ比重によって表される。一般に、体積平均粒径が
11μmの不定型トナーのカサ比重は約0.3であり、
通常使用の範囲は0.3以上となる。これらから、トナ
ー層の体積平均電荷量ρの範囲が以下の様に導かれる。
【0027】 Q/M>5[μC/g] ・・・(6) M/V>0.3[g/cm3] ・・・(7) (6),(7)式より ρ=Q/V >1.5[C/m3] ・・・(8) また、上昇電位Vは50V以下に抑えられることが表面
のトナー層内の帯電量の低いものの感光体ドラム1の地
肌への付着を防止するために必要である。したがって、
以下の関係式が導かれる。
【0028】
【0029】
【数2】
【0030】 このトナーが重合法によって作成された球形の粒子で
あればトナー充填率が不定型の粒子の場合よりも高くな
り、かつ体積平均粒径が10μm以下となるためトナー
2〜3層に積み重なってもトナー層厚が20μm程度に
しかならない。よって必然的に上記(11)式の条件を
満たすことになる。
【0031】ここで、トナーの比誘電率をε、トナー層
充転填率をαとすると、εt=(1−α)+αε(但
し、空気の比誘電率を1としている)。また、トナーの
真比重をm(g/cm3)、トナーのカサ比重をn(g
/cm3)とすると、トナー層充填率α=n/mであ
る。
【0032】次に、上述した条件(11)式を考慮し
た、具体的な数値実施例を示す。先ず、第1の実施例と
して、潜像担持体としてドラム状有機感光体を用い、1
色目の黒現像を二成分の磁気ブラシによる接触現像によ
って行う。そして、黒のトナー像が形成されている感光
体ドラム1を再帯電させ、第2の走査ビーム6による露
光によって第2の静電潜像を形成するようにする。この
再帯電後の感光体ドラム1上の黒トナーのベタ部分の付
着量は約0.8mg/cm2であり、トナー層の単位質
量当たりの電荷量Q/Mは−25μC/gである。この
時、感光体ドラム1の黒トナー付着部分の感光体電位は
−880V、地肌部分は−800V、露光部分は−10
0Vである。そして、2色目のカラー現像は粉砕法によ
って作製された体積平均粒径7μmの不定形トナーによ
って行ない、感光体ドラム1と現像ローラ21の線速度
は等しく120mm/secである。この非磁性の一成
分のトナー層を担持する現像ローラ21はアルミ面にサ
ンドラスト処理を施したものである。このトナー層は単
位質量当たりの電荷量Q/Mが−18μC/gであり、
レーザー測長器によるトナー層厚dtは24μm、トナ
ーの比誘電率εは3.1、トナの真比重mは1.11g
/cm3、カサ比重nは0.42g/cm3であるので
トナー層充填率αは37.8%である。したがって、ト
ナー層の体積平均比誘電率εtは1.8となり、体積平
均電荷量ρは7.6C/m3となる。
【0033】このトナー層は前記(11)式の条件を満
たしている。
【0034】 上記条件において、現像ローラ21と感光体ドラム1
との間隙は0.12mmとし、現像バイアス電圧−80
0Vを印加して現像を行ったところ、地肌汚れのない良
好な多色画像を得ることができ、5000枚を連続して
作製した後も混色して色が濁ることなく、良好な画像が
得られた。
【0035】次に数値実施例における第2の実施例につ
いて説明する。1色目の現像条件は第1の実施例と同様
とし、2色目以降の現像に用いる非磁性の一成分トナー
の体積平均粒径が11μmの不定型トナーによって行
う。このトナー層の単位質量当たりの電荷量Q/Mは−
12μC/g、レーザー測長器によるトナー層厚dtは
33μmであり、トナーの比誘電率εは2.7、真比重
mは1.02g/cm、カサ比重nは0.31g/c
である。よって、トナー層充填率αは30.4%と
なり、体積平均比誘電率εtは1.5であり、前記(1
1)式の値は、dt2/εt=726(μm)2となって
(11)式は満たしていない。
【0036】上記条件において、現像ローラ21と感光
体ドラム1の間隙を0.12mmとして現像バイアス電
圧−800Vを印加して現像を行ったところ地肌汚れが
みられた。そして現像バイアス電圧を−700Vに下げ
て多色画像を連続5000枚作製した後に、混色して
が濁っているのが観察された。
【0037】さらに、数値実施例における第3の実施例
について説明する。1色目の現像条件は第1の実施例と
同様とし、2色目以降の現像に用いるトナー条件は第2
の実施例と同様とする。このトナー層の単位質量当たり
の電荷量Q/Mは−9μC/g、レーザー測長器による
トナー層厚dtは32μm、トナーの比誘電率εは3.
7、真比重mは1.05g/cm3、カサ比重nは0.
38g/cm3 である。したがって、トナー層充填率α
は36.2%となって、体積平均比誘電率εtは2.
0、前記(11)式の値dt2/εt=512(μm)2
<590(μm)2であるから(11)式を満たしてい
る。
【0038】そして、現像ローラ21と感光体ドラム1
の間隙を0.12mmとして現像バイアス電圧−800
Vを印加して現像を行うと、地肌汚れが見られず、良好
な多色画像が得られ、連続して5000枚を作製した後
も混色が見られず、鮮明な画像が保たれていた。
【0039】さらに、数値実施例における第4の実施例
を示す。1色目の現像条件は第1の実施例と同様とし、
2色目以降の現像に用いる非磁性の一成分トナーは体積
平均粒径が5μmの重合法によって作製された略球形の
粒子であるものを用いる。このトナー層は単位質量当た
りの電荷量Q/Mは−22μC/g、レーザー測長器に
よるトナー層厚dtは18μmであった。このトナーの
比誘電率εは2.9、トナー真比重mは1.13g/c
3、トナーカサ比重nは0.51g/cm3である。し
たがって、トナー層充填率αは45.1%、体積平均比
誘電率εtは1.9で、前記(11)式の値dt2/ε
t=170(μm)2<590(μm)2であるから、
(11)式の条件を満たしている。
【0040】上記条件において、現像ローラ21と感光
体ドラム1の間隙を0.12mmとして現像バイアス電
圧−800Vを印加して現像を行ったところ、地肌汚れ
がみられず、良好な多色画像が得られ、連続して500
0枚作製した後も、混色が見られず、色の鮮明さが保た
れ、安定して良好な多色画像が得られた。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、2色目以降の現像が非磁性トナーの薄層を用いる非
接触現像とし、該非接触現像に用いるトナー層がdt/
εt<590(μm)2(dt:トナー層厚さ、εt:
トナー層の体積平均比誘電率)の条件を満たすようにし
たので、感光体ドラムへの1色目のトナーの付着状態に
左右されずにトナーの逆飛翔や地肌汚れが防止され、色
濁りの無い良好な多色画像が、経時変化なしに、安定し
て得られるものである。
【0042】また、2色目以降の現像に用いる非磁性の
一成分のトナーが重合法によって作られた体積平均粒径
が10μm以下の粒子であるので、トナー画像の充分な
濃度を得るために、現像ローラ上にトナーを2〜3層に
保持しても、上式が満たされ、同様に色濁りの無い良好
な多色画像が安定して得られるという効果を奏するもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係わる多色画像形成装置を示す概略
構成図である。
【図2】2色目以降の現像における現像ローラを示す断
面図である。
【図3】従来の現像工程における印加バイアス電圧の特
性線図である。
【図4】この発明の現像工程における印加バイアス電圧
の特性線図である。
【図5】現像ローラに形成するトナー層の概念図であ
る。
【符号の説明】
1 潜像担巡体 4,7 現像装置 21 現像ローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/01 G03G 15/01 113 G03G 15/01 117 G03G 15/08 G03G 9/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】潜像担持体上の静電潜像を静電潜像と同極
    性の異なった色のトナーによって、それぞれの現像ロー
    ラを有する現像装置で順次現像し、転写紙に一度で転写
    して多色画像を得る多色画像形成方法において、 2色以降の現像を直流現像バイアスを用いて一成分の非
    磁性トナーを飛翔させる非接触の現像方式とし、該2色
    目以降の前記現像ローラ上に形成するトナー層が次の関
    係式 (dt2/εt)<590[(μm2)] (但し、dtはレーザ測長器によるトナー層の層厚、ε
    tはトナー層の体積平均比誘電率で、この体積平均比誘
    電率εtは、トナーの比誘電率をε、トナー層充填率を
    αとするとεt=(1−α)+αεである。)を満たし
    ていることとする多色画像形成方法。
  2. 【請求項2】前記一成分の非磁性トナーは重合法によっ
    て作られた体積平均粒径が10μm以下の粒子であるこ
    ととする請求項1記載の多色画像形成方法。
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