JP5354366B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献2には、現像ローラ上で規制部材により層厚を規制された後のトナーを帯電するように、規制部材よりも下流側に電荷を放出するトナー帯電手段を有したものが記載されている。このような現像装置では、規制部材よりも下流にトナー帯電手段を設けることにより、トナーの帯電を規制部材等による摩擦帯電のみによって行う必要がない。したがって、帯電レベルに応じて規制部材の加圧力を設定する必要がなくなり、規制部材は層厚規制に必要な程度の力にて現像ローラに圧接されていればよい。このため、規制部材による機械的なストレスを軽減することができるものの、規制部材によってトナーに強いストレスを与える構成であることには変わりない。
特願2008−205124号では、「現像ローラの下方に配置され、多孔質体からなる気流放出部から上方に向かって気流を放出する気流放出手段と、気流放出部の下方に配置された電荷放出部材と、気流放出部と現像ローラとの間に、電荷放出部材から放出された電荷が到達する対向電極として、上下方向にトナーが通過可能なメッシュ電極と、メッシュ電極と気流放出部との間にトナーを移送する現像剤移送部材とを有し、電荷放出部材が放出する電荷の極性について、電荷放出部材の電位>メッシュ電極の電位>現像ローラの電位を満たすように電位差を設けた現像装置」を提案している。
上記現像剤担持体と間隙を持って対向するよう配置され、表面移動する表面に該現像容器内の現像剤を担持して該現像剤担持体との対向部まで搬送し、担持した現像剤を静電的に該現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、該現像剤供給部材に担持された現像剤に非接触で電荷を付与する第一の現像剤帯電手段と、該現像剤の移動方向に対して該第一の現像剤帯電手段よりも下流、且つ、該現像剤担持体が上記潜像担持体に現像剤を供給する現像部よりも上流で、該現像剤に非接触で電荷を付与する第二の現像剤帯電手段とを備え、上記第二の現像剤帯電手段は、上記現像剤担持体上の現像剤に電荷を付与するものであり、上記現像剤供給部材は多孔質体から構成され、上記第一の現像剤帯電手段を上記現像剤供給部材の内部に配置することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の現像装置において、上記現像剤担持体の下方に配置される上記現像剤供給部材の内部に該現像剤供給部材を構成する多孔質体から上方に向かって気流を放出する気流放出手段を設け、該現像剤供給部材と該現像剤担持体との対向部に該現像剤が上下方向に通過可能な対向電極を設け、該第一の現像剤帯電手段としての電荷放出部材が放出する電荷の極性について、電荷放出部材の電位>対向電極の電位>現像剤担持体の電位の関係を満たすような電位差を設け、該現像剤供給部材に担持された現像剤を該気流放出部材から放出された気流により撹乱して流動化し、流動化した状態の現像剤に該電荷放出部材から放出され対向電極に向かう電荷を衝突させることにより電荷を付与すると共に、該電位差により電荷を付与された現像剤を該現像剤担持体に供給することを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の何れかの現像装置において、上記現像剤供給部材を構成する多孔質体の複数の開口部の平均開口径が、上記現像剤の平均粒径よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、潜像担持体上の潜像に現像手段が一成分現像剤を付着させることにより該潜像を現像し、これにより得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、上記現像手段として、請求項1、2または3の何れかの現像装置を用いたことを特徴とするものである。
図1は、参考形態に係るプリンタの画像形成部の概略構成図である。
プリンタは、基体上に感光層を形成されたドラム状の潜像担持体として感光体1のまわりに、帯電装置2、現像装置4、転写装置(不図示)、感光体クリーニング装置5等を備えている。また、感光体1にレーザー光3を照射するための光書込ユニット(不図示)を設ける。
本参考形態では、アルミ素管をベースとした剛体のドラム状の感光体1を用いているので、第一トナー担持体41は弾性体であるゴム材料の現像剤担持体が良好で、硬度は10〜70[°](JIS−A)の範囲が良好である。また、第一トナー担持体41の直径は10〜30[mm]が好適である。本参考形態では直径16[mm]のものを用いた。また、表面は適宜あらして粗さRz(十点平均粗さ)を0.1〜4[μm]とした。ここで、ゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、NBR、ヒドリン、EPDM、ウレタンゴム等を挙げることができる。ゴム材料にカーボン等を添加し適宜抵抗を下げたものを使用することができる。
樹脂製の焼結多孔体は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、4弗化エチレン、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、等の粒子を型に流しいれて焼結し作製する。
樹脂によってはトナーと反応してしまうため、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂やフッ素系樹脂、PET、PEEKなどの素材の方がよい。本参考形態では多孔質焼結体として超高密度ポリエチレン製の粒径10[μm]の樹脂を焼結した開口径4[μm]のものを用いたが、他の樹脂でも良い。
樹脂の焼結体は成型加工が可能で、低コストで作成が可能である。
なお、多孔質体43としては、樹脂製のものに限らず金属製の金属焼結体であってもよい。金属焼結体は、Al、銅、鋼、ステンレス(SUS316、SUS304、SUS430等)、青銅、真鍮などの粒子を焼結させ、多孔質焼結体としたものが、使用可能である。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体:スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体:ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
A群:エチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4ブテンジオール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3,3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2,0)−2,2’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等。
B群:マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
C群:グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の3価以上のカルボン酸等。
ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキが挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGKが挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3Bが挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBCが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等がある。
これらは1種または2種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本発明では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度(Tg)において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のTgや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Tg低下に伴なう保存性の低下はない。また、低分子量化に伴なう高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
トナーTとしては、流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させてもよい。この無機微粉体の平均粒径は10〜200[nm]が適している。10[nm]より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、200[nm]より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
本発明の無機微粉体としてはSi、Ti、Al、Mg、Ca、Sr、Ba、In、Ga、Ni、Mn、W、Fe、Co、Zn、Cr、Mo、Cu、Ag、V、Zr等の酸化物、水酸化物、炭酸化物、硫化物や複合酸化物が挙げられ、これらのうち安全性・安定性等から以下の酸化物を採用する事が多い。
特に、酸化珪素(シリカ)、酸化チタン、酸化アルミ(アルミナ、コランダム)の微粒子が好適に用いられる。
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、p−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
無機微粉体はトナーに対して0.1〜2[重量%]使用されるのが好ましい。0.1[重量%]未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、2[重量%]を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は5〜200[nm]の小さい粒径のものが最適である。
また、本発明のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末等の金属石鹸粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末、あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤、あるいは、例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末、酸化インジウム粉末等及び絶縁性の粉末に前記導電性粒子を被覆処理した粉体等の導電性付与剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
図3は、実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
プリンタは、基体上に感光層を形成されたドラム状の潜像担持体である感光体1を備え、感光体1の周りに、帯電装置2、現像装置4、転写ローラ7、クリーニング装置5、除電ランプ(不図示)等を備える。また、感光体1にレーザー光3を照射するための光書込ユニット(不図示)を設ける。また、記録媒体としての転写紙Pを感光体1と転写ローラ7とが対向する転写位置に搬送する転写搬送ベルト71と、転写紙Pを収容する給紙カセット6と、給紙カセット6内の転写紙Pの一番上の一枚を転写位置に向けて送り出す給紙ローラ61とを備える。さらに、給紙ローラ61によって送り出された転写紙Pを所定のタイミングで転写位置に向けて搬送するレジストローラ対62と、転写位置でトナー像が転写され、未定着のトナー像を担持する転写紙Pにトナー像を定着させる定着装置8とを備える。なお、転写ローラ7は転写搬送ベルト71を挟んで感光体1と対向する位置に配置され、不図示の転写電源によって電圧が印加され、感光体1との間に転写電界を形成する。
図4に、本実施形態に係る現像装置を採用した画像形成部の概略構成図を示す。現像装置4は、非磁性一成分の現像剤であるトナーTを収容する現像剤容器としてのトナー容器46と、トナー容器46から供給されたトナーを担持して第一トナー担持体41との対向部まで搬送して第一トナー担持体41に供給する現像剤供給部材としてベルト状の第二トナー担持体44と、第二トナー担持体44の上方に間隙を持って配置され、第二トナー担持体44から供給されたトナーを担持して感光体1との対向部まで搬送して感光体1上の静電潜像を現像する現像剤担持体としてローラ状の第一トナー担持体41とを備えている。
また、図3及び図7に示すプリンタでは感光体1上のトナー像を直接、転写紙Pに転写する構成であるが、感光体1上のトナーTを、中間転写体を介して転写紙に転写する構成であってもよい。
また、参考形態によれば、トナー容器46内の現像剤に気体を導入する気体導入手段としてのエアーポンプを備え、気体を導入することによってトナーTの嵩密度が低下し、嵩密度が低下したトナーTが第二トナー担持体44に接触し、接触したトナーTが第二トナー担持体44に担持される構成とする。トナーTに空気を導入してトナーTの嵩密度を低下させることによってトナーTの粒子同士の間の凝集力が空気を導入する前よりも低下する。このように粒子同士の凝集力が低下した状態のトナーTに第二トナー担持体44の表面が接触することにより、第二トナー担持体44とその表面に接触するトナーTの粒子との間に働くファンデルワールス力の方がトナーTの粒子同士の間に働く凝集力よりも大きくなる。これにより、ファンデルワールス力によって引き付けられたトナーTの粒子が第二トナー担持体44上に担持される。また、ファンデルワールス力によって第二トナー担持体44がトナーTを引き付ける力はあまり大きくなく、第二トナー担持体44上に担持されたトナーTの粒子の上にさらに他のトナーの粒子を担持するほどの力は生じない。このため、第二トナー担持体44上にトナーTの一層分の薄層が形成された状態から更に他のトナーTの粒子が付着することが無いため、トナーTの一層分の均一な薄層を第二トナー担持体44上に形成させることができる。このような第二トナー担持体44上のトナー薄層を、第一トナー担持体41の静電的に移動させることによりし、第一トナー担持体41上にトナーを薄層状態で担持させることができる。このため、従来の現像装置のように現像剤担持体にトナーを供給する接触型の供給ローラや、現像剤担持体上のトナーの担持量を規制する規制部材が不要となり、従来の現像装置のように供給部材や規制部材によって現像剤に強いストレスを与えることなく第一トナー担持体41上に現像剤の薄層を形成することができる。
また、実施形態によれば、第二トナー担持体44を多孔質体から構成することにより、第二トナー担持体44がトナーTを担持できる表面積が増加して、第二トナー帯電装置45から放出された電荷がトナーに接触することのできる機会が増える。よって、トナー帯電の均一化を図ることができる。
また、実施形態によれば、第一トナー帯電装置45を第二トナー担持体44の内部に配置することにより、省スペース化を図るとともに、第一トナー帯電装置45のトナー汚染を抑制できる。
また、実施形態によれば、第一トナー担持体41の下方に配置される第二トナー担持体44の内部に、第二トナー担持体44を構成する多孔質体から上方に向かって気流を放出する気流放出手段を設け、第二トナー担持体44と第一トナー担持体41との対向部にトナーTが上下方向に通過可能な対向電極としてのメッシュ電極49を設け、第一トナー帯電装置45が放出する電荷の極性について、第一トナー帯電装置45の電位>メッシュ電極49の電位>第一トナー担持体41の電位の関係を満たすような電位差を設ける。第二トナー担持体44に担持されたトナーTをエアー導入部47から放出された気流により撹乱して流動化し、流動化した状態のトナーTに第一トナー帯電装置45から放出されメッシュ電極49に向かう電荷を衝突させることにより帯電を付与すると共に、電位差により電荷を付与されたトナーTを第一トナー担持体41に供給する。気流により流動化した状態のトナーTに電荷を衝突させるよう構成することで、トナー帯電の均一化を図ることができる。また、第二トナー担持体44上のトナーを、メッシュ電極と49と第一トナー担持体41との電位差により、静電的に移動させることによりし、第一トナー担持体41上にトナーを薄層状態で担持させることができる。このため、従来の現像装置のように、現像剤担持体にトナーを供給する接触型の供給ローラや、現像剤担持体上のトナーの担持量を規制する規制部材が不要となり、従来の現像装置のように供給部材や規制部材によって現像剤に強いストレスを与えることなく第一トナー担持体41上に現像剤の薄層を形成することができる。
また、実施形態によれば、第二トナー担持体44を構成する多孔質体の複数の開口部の平均開口径が、トナーTの平均粒径よりも小さくする。これにより、第二トナー担持体44内部へのトナーTの落下を防止して、内部に配置される第二トナー帯電装置のトナー汚染を防止することができる。
また、感光体1上の潜像に現像手段が一成分の現像剤であるトナーTを付着させることにより現像し、これにより得られたトナー像を最終的に記録媒体である転写紙Pに転移させて画像形成を行う画像形成装置であるプリンタにおいて、現像手段として、参考施形態、または、実施形態の現像装置4を用いることにより、耐久性の高い現像装置が得られるため、現像装置のメンテナンスの頻度が少なくできる画像形成装置とすることができる。
2 帯電装置
3 レーザー光
4 現像装置
5 感光体クリーニング装置
7 転写ベルト
8 トナー補給部
41 第一トナー担持体
42 第二トナー帯電装置
43 多孔質体
44 第二トナー担持体
45 第一トナー帯電装置
46 トナー容器
47 エアー導入部(空気室)
48a、b 張架ローラ
49 メッシュ電極
Claims (4)
- 表面移動する表面に一成分の現像剤を担持し、潜像担持体上の潜像に現像剤を供給して潜像を現像する現像剤担持体と、該現像剤を収容する現像剤容器とを備えた現像装置において、
上記現像剤担持体と間隙を持って対向するよう配置され、表面移動する表面に該現像容器内の現像剤を担持して該現像剤担持体との対向部まで搬送し、担持した現像剤を静電的に該現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、該現像剤供給部材に担持された現像剤に非接触で電荷を付与する第一の現像剤帯電手段と、該現像剤の移動方向に対して該第一の現像剤帯電手段よりも下流、且つ、該現像剤担持体が上記潜像担持体に現像剤を供給する現像部よりも上流で、該現像剤に非接触で電荷を付与する第二の現像剤帯電手段とを備え、
上記第二の現像剤帯電手段は、上記現像剤担持体上の現像剤に電荷を付与するものであり、
上記現像剤供給部材は多孔質体から構成され、
上記第一の現像剤帯電手段を上記現像剤供給部材の内部に配置することを特徴とする現像装置。 - 請求項1の現像装置において、上記現像剤担持体の下方に配置される上記現像剤供給部材の内部に該現像剤供給部材を構成する多孔質体から上方に向かって気流を放出する気流放出手段を設け、該現像剤供給部材と該現像剤担持体との対向部に該現像剤が上下方向に通過可能な対向電極を設け、該第一の現像剤帯電手段としての電荷放出部材が放出する電荷の極性について、電荷放出部材の電位>対向電極の電位>現像剤担持体の電位の関係を満たすような電位差を設け、該現像剤供給部材に担持された現像剤を該気流放出部材から放出された気流により撹乱して流動化し、流動化した状態の現像剤に該電荷放出部材から放出され対向電極に向かう電荷を衝突させることにより電荷を付与すると共に、該電位差により電荷を付与された現像剤を該現像剤担持体に供給することを特徴とする現像装置。
- 請求項1または2の何れかの現像装置において、上記現像剤供給部材を構成する多孔質体の複数の開口部の平均開口径が、上記現像剤の平均粒径よりも小さいことを特徴とする現像装置。
- 潜像担持体上の潜像に現像手段が一成分現像剤を付着させることにより該潜像を現像し、これにより得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、上記現像手段として、請求項1、2または3の何れかの現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
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