JP3618053B2 - 現像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー容器や現像容器内の現像剤収納部内に配置される現像剤を攪拌する現像剤攪拌機構を組込んだ現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、フェライト等の磁性粉で形成されるキャリアと、樹脂,カーボン等の非磁性体から形成されたトナーからなる2成分現像剤を用いた現像装置は公知であり、この種の現像装置における現像剤攪拌機構としては、一般的に、現像容器内に回転自在に装着された回転軸の周りにスクリューをスパイラル状に固設したスクリュー型攪拌部材、あるいは回転軸に軸方向に平行に傾斜させた多数の羽根体を連設した攪拌部材(単振動型攪拌部材)、等から構成され、キャリアとトナーが収容された現像容器内に、現像作業に使用された量に応じて順次補充されるトナー容器側より補給されるトナーを、攪拌部材により混合攪拌しながら、容器内のトナーとキャリアの濃度分布を均一に維持するよう図られている。
【0003】
近年、帯電効率を上げるためにキャリアの小粒径化を図るとともに、キャリアにフェライト等の磁性粉で形成されるキャリアの代わりにキャリア表面の均一化、酸化防止、キャリアによる感光体表面の擦傷、摩耗阻止、及び帯電制御の面より磁性芯材の表面に樹脂コーティングしたいわゆる樹脂キャリアが多く用いられているが、上述した攪拌機構では、これらのキャリアとトナーを円滑且つ速やかに均一攪拌を可能にすることが難しいために、本願出願人は、特開平8−15968号に開示された攪拌機構を発明した。
【0004】
その攪拌機構の動作を図2(a),(b)を用いて説明すると、回転筒体11が回転すると、回転筒体11上の現像剤はスパイラル線状突起13により回転筒体11とともに回転しつつ図2(b)上右方向に螺旋状に搬送されるが、回転筒体11の開口部15より重力により落下する(矢印A)。また、回転筒体11の回転により開口部15より片側空間111内に取込まれた現像剤も回転筒体11内周面に沿って上昇しながら固定羽根12上に搬送され(矢印A’)、回転筒体11内外の現像剤が混合される。その後、現像剤は固定羽根12上面に沿って斜めに回転筒体11上での現像剤の搬送方向と逆方向に滑落しながら回転筒体11外に排出される(矢印B)とともに、固定羽根12外縁と回転筒体11内壁間の空隙に沿う落下(矢印C)と固定羽根12での滑落による(矢印B)落下との速度差により、更に均一に攪拌されながら回転筒体11外に排出される。
【0005】
このような構成により、回転筒体11外周に導かれた現像剤は、その回転に従ってスパイラル線状突起13により図2(b)上右方向に搬送される(矢印A)が、その途中で回転筒体11と現像容器ケーシング間は速度差を有しているために、現像剤同士が摩擦し合い帯電して均一に混合される。また、回転筒体11の内外において固定羽根12若しくは開口部15のピッチ間で閉鎖回路にて循環することになり、回転筒体11の一回転毎に回転筒体11内外で現像剤の交換、混合がなされ回転筒体11内外の濃度差が解消される。また、搬送速度については単振動型に比較して基本形状が螺旋スクリューであるために、早く、短時間での混合/攪拌が可能となり、現像剤の片寄りや軸トルクの増大が生じることなく、円滑且つ速やかに均一攪拌を可能にする。また、固定羽根12は固定されており、単に軸方向に滑落するのみであるから小粒子キャリアを含む現像剤の場合でも固定羽根12にまとわりつく恐れもない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図2に示すような攪拌機構を組込んだ現像装置では、回転筒体11と現像容器内壁面との最近接距離や、その最近接距離となる割合(角度)や、回転筒体11の開口部15の割合等の条件によっては、現像剤に必要以上に力を加えてしまってキャリアの割れ等が発生して現像剤の寿命低下を早めたり、搬送力が低下してしまうという問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、断続的な開口部を有し、回転により外部に位置する現像剤を前記開口部から内部に取込みながら内部の上方位置に移動させる回転筒体と、該回転筒体内部に配置され前記上方位置に移動した現像剤を前記回転筒体の軸線方向に沿って斜めに滑落させながら前記開口部から前記回転筒体外部に排出させる傾斜滑落体と、を含み、トナーとキャリアを含む現像剤を混合撹拌する現像剤撹拌機構を組込んだ現像装置において、前記回転筒体表面と対向する前記現像装置の部分に、前記回転筒体表面と一定の距離をおいた凹曲面状の現像装置内壁面を設け、前記回転筒体表面と前記現像装置内壁面の最近接距離をA(mm)、前記回転筒体表面積のうち前記開口部を除いた表面積の割合をB、前記回転筒体が前記A(mm)の距離にて回転する角度をCとした時に、(1/A)×B×(C/360)≦0.05、かつ、A≧2となるように前記A、前記B及び前記Cを設定することにより、前記回転筒体表面と前記現像装置内壁面との間に於ける現像剤に加える力を規制するように構成したことを特徴とする現像装置としたものである。
【0008】
あるいは、断続的な開口部を有し、回転により外部に位置する現像剤を取込みながら軸線方向に移動させる第1の回転体と、該第1の回転体内部に配置され回転により前記第1の回転体内部に位置する現像剤を取込みながら軸線方向に移動させる第2の回転体と、を含み、トナーとキャリアを含む現像剤を混合撹拌する現像剤撹拌機構を組込んだ現像装置において、前記第1の回転体外周面と対向する前記現像装置の部分に、前記第1の回転体外周面と一定の距離をおいた凹曲面状の現像装置内壁面を設け、前記第1の回転体外周面と現像装置内壁面の最近接距離をA(mm)、前記第1の回転体表面積のうち前記開口部を除いた表面積の割合をB、前記第1の回転体が前記A(mm)の距離にて回転する角度をCとした時に、(1/A)×B×(C/360)≦0.05、かつ、A≧2となるように前記A、前記B及び前記Cを設定することにより、前記第1の回転体外周面と前記現像装置内壁面との間に於ける現像剤に加える力を規制するように構成したことを特徴とする現像装置としたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【0010】
図1は、本発明の第1の発明の実施例に係る現像装置の内部構成を示し、1はキャリアとトナーが所定濃度割合で収納された現像容器で、矢印方向Dに回転する感光体ドラム3と対面してマグロール(磁石集成体)4aが内包された現像スリーブ4を矢印方向Sに回転自在に軸支させるとともに、現像容器1奥側に現像スリーブ4の軸と平行に筒体状の攪拌部材10を配設する。そして、攪拌部材10と対面する現像スリーブ4と反対側の現像容器1壁面にスリット開口2aを介して、トナー容器2を脱着自在に装着するとともに、スリット開口2aにスポンジが包被されたトナー補給ローラ5を回転自在に取付け、現像容器1底部に設けたトナー濃度検知センサ6よりのT/C検知信号に基づいて補給ローラ5に連結された不図示の直流モータを回転制御する事により、トナー補給量を任意に調整可能に構成している。また、7は現像スリーブ4上に磁気保持された現像剤を層厚規制するためのドクターブレードである。
【0011】
本発明の要部たる攪拌部材10は、図2に示すように、現像スリーブ4対峙側では下方から上方に向けて、一方トナー容器2側では上方から下方に向け回転する(すなわち、図中の時計方向に回転する)回転筒体11と、回転筒体11内の中心線上に沿って貫装させた固定軸14と、軸方向に沿って所定角度傾斜させて固定軸14に連設させた多数の固定羽根12と、回転筒体11外周面に沿って形成したスパイラル線状突起13とからなる。
【0012】
また、回転筒体11の回転によるスパイラル線状突起13の前進方向端側、言換えればスパイラル線状突起13による現像剤搬送方向最下流側に位置する回転筒体11の端側のスパイラル線状突起13を途中位置で止め、その延長線に位置する軸端周面にスパイラル線状突起13と交差する方向に逆向きに設定した第2のスパイラル線状突起16を形成し、第2のスパイラル線状突起16と第1のスパイラル線状突起13との間の回転筒体11周面上に開口17を設け、第2のスパイラル線状突起16により中央側に向け逆流される現像剤を回転筒体11内に戻入させるように構成してもよい。この際、隣接するスパイラル線状突起13間を連絡するリブ状突起131を軸方向に所定間隔毎に設けることにより搬送力が一層増大する。
【0013】
一方、回転筒体11内に配設される固定羽根12は、図2に示すように長径方向に二つ割りした半楕円体を回転筒体11内のトナー容器2側空域内に所定角度傾斜させて所定ピッチ間隔で固定軸14に固設する。
【0014】
この結果、回転筒体11と固定羽根12との関係は図2(b)のような配置関係になる。即ち、図2(b)に示すように、現像スリーブ4側の回転筒体11内半円空間は、固定羽根12が存在しない空域空間となり、回転筒体11周面は軸方向に適宜間隔で断続的に開口15が形成され、しかも開口15の側辺は固定羽根12の傾斜方向と交叉する方向で斜めにカットされているために、回転筒体11の時計方向の回転により開口15より回転筒体11内に取込まれた現像剤は、回転筒体11回転に従って移動しつつ上方に搬送される。
【0015】
一方、回転筒体11の回転により、回転筒体11周面上の現像剤はスパイラル線状突起13により回転筒体11とともに回転しつつ図上右方向に搬送され、筒体開口15より重力により落下し、回転筒体11内外の現像剤が混合される。
【0016】
一方、トナー容器2側の回転筒体11内半円空間には、所定角度傾斜させた半楕円状の固定羽根12が収納されており、回転筒体11上方位置に搬送された現像剤は、固定羽根12上面を滑落し回転筒体11外に排出されるとともに、回転筒体11と固定羽根12との隙間に沿う落下と固定羽根12との滑落による速度差により、更に均一に攪拌されながら回転筒体11外に排出される。
【0017】
そして、開口15より回転筒体11外周に排出された現像剤は、その回転に従ってスパイラル線状突起13により原点方向に搬送され、回転筒体11と現像容器1間は速度差を有しているために、現像剤同士が摩擦し合い帯電して均一に混合される。また、スパイラル線状突起13の前進端側では、スパイラル線状突起13の延長線と交差する方向に形成した第2の線状突起16により、スパイラル線状突起13で回転筒体11端側に搬送された現像剤は単に搬送方向と逆向きに復動するのではなく、搬送方向と交差する方向に戻しながら、開口17を介して回転筒体11内に導入され、回転筒体11内で再度固定羽根12により中央側に向け滑落するために、いかなる場合でも回転筒体11端側に循環回路が形成されることになる。
【0018】
このような構成により、固定羽根12を回転させることなく固定して傾斜滑落体として機能するものであるために、小粒径若しくは樹脂キャリアを用いた場合でも固定羽根12にまとわり付くことがなく、固定羽根12の滑落動作とともに、回転筒体11に設けた開口15より現像剤の取込みと排出を行うことにより、小粒子キャリアを含む現像剤の場合でも円滑且つ速やかな均一攪拌が可能となる。また、スパイラル線状突起13の現像剤搬送方向最下流側に位置する回転筒体11の端側に、第2のスパイラル線状突起16と開口17を設けたために、常に現像剤を中央側に向け逆流させつつ回転筒体11内に戻入させる事が出来、これにより軸トルクの増大や片寄りが生じることがない。
【0019】
なお、回転筒体11との間の相対回転を利用して回転筒体11内を移動する現像剤の攪拌を行うために固定攪拌手段19を設けた。この固定攪拌手段19は、固定羽根12と一体的に形成され、軸線方向に延在する面状フィンで形成すればよい。これにより、回転筒体11が回転中に一部の現像剤が固定攪拌手段19に衝突し、より攪拌性能が向上する。
【0020】
本発明では、このような構成で、図1(b)の拡大図に示すように、回転筒体11(スパイラル線状突起13も含む)と現像容器1内壁面の最近接距離をAmm、回転筒体11表面積のうち開口部15を除いた表面積の割合をB、回転筒体11がAmmの距離にて回転する角度をCとした時に、(1/A)×B×(C/360)≦0.05、A≧2となるように設定することを特徴とする。なお、スパイラル線状突起13は回転筒体11と一体になっているために、回転筒体11の一部とみなすことができる。
【0021】
回転筒体11外周に導かれた現像剤は、その回転に従ってスパイラル線状突起13により搬送されるが、この際、回転筒体11やスパイラル線状突起13と現像装置1壁面との間は速度差を有しているために、現像剤同士が摩擦し合い帯電し、均一に混合される。しかし、この間隔の設定は、極端に狭い又は狭い部分が大きいとトルクの上昇や現像剤の寿命低下を招くが、回転筒体11やスパイラル線状突起13と現像装置1壁面間に於ける現像剤に加わる力は、A,B,Cの3つのパラメーターにより支配される。
【0022】
すなわち、距離Ammは小さい程現像剤に掛かる力が増加し、その関係は距離が2倍になると力は1/2というように、逆数に比例する。そして、回転筒体11の周囲全てが距離Ammで構成されるわけでは無く、回転筒体11が回転することにより発生する外方向の力は発散され、この力により現像スリーブ4等との現像剤の交換がおこなわれる。また、回転筒体11には内部へ現像剤を取り込むための開口部15が存在するが、ここでの力は逆に内部へ発散され現像剤を内部へ取り込む力となる。これらより、Aが所定値以上で、Aの逆数とBとCの積がある一定値以下であることが必要となる。
【0023】
なお、回転筒体11の回転数もこの力に関わるが、回転筒体11内の逆方向へ現像剤を送る機構とのバランス(回転筒体11の中と外の移動量が同一でないとならない)を考慮すると、回転筒体11内の移動量は半径が小さいこと、これによりまとわりつきやすいことにより、大きく設定出来ず、よって回転筒体11の回転数はあまり大きく設定出来ないのが現状である。また、あまり小さいと設計の目的( 軸方向の撹拌性能の向上) を満たせず自由度が少ない。この回転数の制限された範囲での変化では、上記3つのパラメータに比べると影響が少ない。
【0024】
さてかかる現像装置において、30φの感光体ドラム3、16φのマグロール4aを用い、回転筒体11内/外径を16/18φで回転数を82rpmに設定し、スパイラル線状突起13の高さを1mmで角度を45°に設定する。一方、固定羽根12は固定羽根径を14φ、固定羽根傾斜角度を45°に設定する。現像剤は、磁性体がバインダー樹脂中に均一に分散されてなるキャリア母粒子の表面に導電性微粒子が固定されて構成されており、略50μmの平均粒度と、2.0〜3.0g/cm3 の嵩密度を有するキャリアと、バインダー樹脂、着色剤、電荷制御剤、オフセット防止剤などに、少量の磁性体を添加して平均粒径が7μm前後で且つ嵩密度が0.2〜0.5g/cm3 の磁性トナーを用いて実験した。
【0025】
その結果、図3に示すように、Aを2mmよりも小さくすると、急激に力の上昇を招き、スペントが発生し、キャリアの割れが発生したが、2mmよりも大きいと良好であった。また、Aを8mmよりも大きくすると、回転筒体11の搬送力が低下してしまった。なお、○は良好、△はほぼ良好、×は問題ありである。これより、Aは2mm以上が好ましく、さらに好ましくは2mm以上8mm以下が好ましい。
【0026】
また、図4に示すように、(1/A)×B×(C/360)が0.05よりも大きくすると、カブリが発生したり、濃度が低下したり、スペントが発生した。これより、(1/A)×B×(C/360)が0.05以下であることが好ましい。
【0027】
なお、本発明の現像装置で使用するキャリアとしては、フェライトやマグネタイト等よりなり、粒径が60μm以下の小粒径を使用することが好ましく、特にフェライトやマグネタイト等に樹脂コートしたものを使用した場合には、帯電性が向上するが樹脂コートが取れたり剥がれたりしやすいという問題があるが、本発明の現像装置ではその問題を解消することができるようになる。
【0028】
図5は、本発明の第2の発明の実施例に係る現像装置に用いられる攪拌部材20を示す図である。
【0029】
攪拌部材20は、時計方向の回転により外部に位置する現像剤を取込みながら軸線方向(図面下方向)に移動させる第1の回転体であるスクリュウ21と、スクリュウ21内部に配置され、反時計方向の回転によりスクリュウ21内部に位置する現像剤を取込みながら軸線方向(図面上方向)に移動させる第2の回転体であるスクリュウ22とよりなる。
【0030】
なお、スクリュウ21,22には、現像剤移動方向最下流側に位置する端側に現像剤を中央側に向け逆流させつつスクリュウ21,22内に戻入させる形状、あるいはそのような手段を設けることにより、現像剤が端側に片寄りがなく濃度の均一化を図ることができる。また、スクリュウ21,22の径の差により搬送力が異なるために、スクリュウ22の回転数を早くすることでバランスを取ることが好ましい。また、本実施例では、スクリュウ21,22の回転方向を相違させたが、同方向とさせてもよい。
【0031】
このような構成によっても、流動性の低い若しくは小粒子の現像剤を使用しても第1の発明の攪拌部材10と同様に、円滑且つ短時間で攪拌混合が可能となる。
【0032】
本発明では、スクリュウ21外周面と現像容器1内壁面の最近接距離をAmm、スクリュウ21表面積のうち開口部23を除いた表面積の割合をB、スクリュウ21がAmmの距離にて回転する角度をCとした時に、(1/A)×B×(C/360)≦0.05、A≧2となるように設定することを特徴とする。
【0033】
さてかかる装置において、本発明の効果を確認及び定数を決定する目的で以下の実験を行った。30φの感光体ドラム3、16φのマグロール4aを用い、スクリュウ21内/外径を16/18φで回転数を62rpm、スクリュウ22径を14φで回転数を90rpmに設定する。そして、現像剤に、磁性体がバインダー樹脂中に均一に分散されてなるキャリア母粒子の表面に導電性微粒子が固定されて構成されており、略50μmの平均粒度と、2.0〜3.0g/cm3 の嵩密度を有するキャリアと、バインダー樹脂、着色剤、電荷制御剤、オフセット防止剤などに、少量の磁性体を添加して平均粒径が7μm前後で且つ嵩密度が0.2〜0.5g/cm3 の磁性トナーを用いた。
【0034】
その結果、図6に示すように、Aを2mmよりも小さくすると、急激に力の上昇を招き、スペントが発生し、キャリアの割れが発生したが、2mmよりも大きいと良好であった。また、Aを8mmよりも大きくすると、回転筒体11の搬送力が低下してしまった。なお、○は良好、△はほぼ良好、×は問題ありである。これより、第1の発明と同様にAは2mm以上が好ましく、さらに好ましくは2mm以上8mm以下が好ましい。
【0035】
また、図7に示すように、(1/A)×B×(C/360)が0.05よりも大きくすると、カブリが発生したり、濃度が低下したり、スペントが発生した。これより、第1の発明と同様に(1/A)×B×(C/360)が0.05以下であることが好ましい。
【0036】
なお、本発明の現像装置で使用するキャリアとしては、フェライトやマグネタイト等よりなり、粒径が60μm以下の小粒径を使用することが好ましく、特にフェライトやマグネタイト等に樹脂コートしたものを使用した場合には、帯電性が向上するが樹脂コートが取れたり剥がれたりしやすいという問題があるが、本発明の現像装置ではその問題を解消することができるようになる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置によれば、回転筒体表面と現像装置内壁面の最近接距離をA(mm)、回転筒体表面積のうち開口部を除いた表面積の割合をB、回転筒体がA(mm)の距離にて回転する角度をCとした時に、あるいは、第1の回転体外周面と現像装置内壁面の最近接距離をA(mm)、第1の回転体表面積のうち開口部を除いた表面関の割合をB、第1の回転体がA(mm)の距離にて回転する角度をCとした時に、(1/A)×B×(C/360)≦0.05、A≧2となるように設定することにより、小粒径のキャリアを使用した場合でも円滑且つ速やかに均一攪拌を可能にし、現像剤に必要以上に力を加えてしまってキャリアの割れ等が発生して現像剤の寿命低下を早めることがなく、搬送力が低下しない現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の現像装置を示す概略断面図であり、(b)は回転筒体表面と現像装置内壁面の最近接部分の拡大図である。
【図2】本発明の攪拌部材を示し、(a)は回転羽根を引き出した状態を示す図であり、(b)は断面図である。
【図3】本発明の現像装置による実験結果を示す図である。
【図4】本発明の現像装置による実験結果を示す図である。
【図5】本発明の攪拌部材を示す斜視図である。
【図6】本発明の現像装置による実験結果を示す図である。
【図7】本発明の現像装置による実験結果を示す図である。
【符号の説明】
11:回転筒体
12:固定羽根
13,16:スパイラル線状突起
14:固定軸
15,17,23:開口(部)
21,22:スクリュウ
Claims (2)
- 断続的な開口部を有し、回転により外部に位置する現像剤を前記開口部から内部に取込みながら内部の上方位置に移動させる回転筒体と、該回転筒体内部に配置され前記上方位置に移動した現像剤を前記回転筒体の軸線方向に沿って斜めに滑落させながら前記開口部から前記回転筒体外部に排出させる傾斜滑落体と、を含み、トナーとキャリアを含む現像剤を混合撹拌する現像剤撹拌機構を組込んだ現像装置において、前記回転筒体表面と対向する前記現像装置の部分に、前記回転筒体表面と一定の距離をおいた凹曲面状の現像装置内壁面を設け、前記回転筒体表面と前記現像装置内壁面の最近接距離をA(mm)、前記回転筒体表面積のうち前記開口部を除いた表面積の割合をB、前記回転筒体が前記A(mm)の距離にて回転する角度をCとした時に、(1/A)×B×(C/360)≦0.05、かつ、A≧2となるように前記A、前記B及び前記Cを設定することにより、前記回転筒体表面と前記現像装置内壁面との間に於ける現像剤に加える力を規制するように構成したことを特徴とする現像装置。
- 断続的な開口部を有し、回転により外部に位置する現像剤を取込みながら軸線方向に移動させる第1の回転体と、該第1の回転体内部に配置され回転により前記第1の回転体内部に位置する現像剤を取込みながら軸線方向に移動させる第2の回転体と、を含み、トナーとキャリアを含む現像剤を混合撹拌する現像剤撹拌機構を組込んだ現像装置において、前記第1の回転体外周面と対向する前記現像装置の部分に、前記第1の回転体外周面と一定の距離をおいた凹曲面状の現像装置内壁面を設け、前記第1の回転体外周面と現像装置内壁面の最近接距離をA(mm)、前記第1の回転体表面積のうち前記開口部を除いた表面積の割合をB、前記第1の回転体が前記A(mm)の距離にて回転する角度をCとした時に、(1/A)×B×(C/360)≦0.05、かつ、A≧2となるように前記A、前記B及び前記Cを設定することにより、前記第1の回転体外周面と前記現像装置内壁面との間に於ける現像剤に加える力を規制するように構成したことを特徴とする現像装置。
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