JP2000284599A - 現像装置 - Google Patents

現像装置

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JP2000284599A
JP2000284599A JP11088949A JP8894999A JP2000284599A JP 2000284599 A JP2000284599 A JP 2000284599A JP 11088949 A JP11088949 A JP 11088949A JP 8894999 A JP8894999 A JP 8894999A JP 2000284599 A JP2000284599 A JP 2000284599A
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Shigeo Kimura
木村  茂雄
Tsuneji Masuda
恒司 桝田
Kazuhiro Hasegawa
和弘 長谷川
Takao Ogata
隆雄 尾形
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期に亙って安定した画像形成が可能でかつ
遊離トナーによるゴースト画像を生じさせない現像装置
を提供する。 【解決手段】 該磁界発生手段は、該現像部よりも該現
像剤担持体10の回転方向下流側かつ現像容器2内に第
1の磁界発生手段と、該第1の磁界発生手段の該現像剤
担持体10回転方向下流側に該第1の手段と同極性の第
2の磁界発生手段とを有しており、該第1の磁界発生手
段と該第2の磁界発生手段間に、現像剤担持体10表面
の垂直方向の磁界の強さBrが80G以下かつ水平方向
の磁界の強さが80G以下である領域を有しており、該
現像剤規制手段は該現像剤担持体10の第2の磁界発生
手段の対向位置近傍に配置されている現像装置であっ
て、該現像剤担持体10は金属円筒管の表面に、樹脂及
び導電性微粉末からなる樹脂皮膜層を形成したものであ
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は静電潜像を利用した
画像形成装置における2成分現像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、1成分現像剤の磁気ブラシに
より現像を行う現像装置は、図3に示すような現像装置
がよく用いられる。この現像装置は、現像容器2を備
え、現像容器2内に現像剤搬送スクリュー4及び6が配
設されている。現像容器2内に収容された二成分現像剤
は、上記のスクリュー4及び6により容器2内で往復循
環される。また現像装置は矢印a方向に回転する像担持
体としての感光ドラム100上の潜像を現像するため
に、矢印b方向へ回転して容器内の現像剤を感光ドラム
100上と対向した現像部の方へ搬送する現像剤担持体
10を有する。通常、現像剤担持体10は円筒状の金属
からなる現像スリーブであり、その内側に磁界発生手段
11として磁化されたマグネットローラが現像スリーブ
の回転に対して非回転に設けられている。
【0003】容器2内の現像剤は、マグネットローラ1
1のN2極で現像スリーブ10上に汲み上げられ、現像
スリーブ10の回転に伴い現像スリーブ10上をS2極
→N3極→S1極と搬送される。その搬送途上で現像剤
は、現像スリーブ10に対してS2極対向部近傍に非接
触で配置された規制ブレード30によって層厚を規制さ
れ、現像スリーブ上10に現像剤の薄層が形成される。
マグネットローラ11の現像部に位置されたN3極は現
像主極であり、N3極によって穂立ちした現像剤が感光
ドラム100上に形成された潜像を現像し、現像剤はそ
の後N1極、N2極の反撥磁界により現像スリーブ10
から除去され、現像剤が容器2内に落下、戻される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の現像装置においては、規制ブレード30によ
って規制された現像剤がN2極とS2極で保持され、該
ブレード30の現像スリーブ10の回転方向上流側付近
に大量に溜り、次々と現像スリーブによって搬送されて
くる現像剤により溜った現像剤には大きな圧力がかか
る。そのために、規制ブレード30の付近に溜った現像
剤には磁性キャリアと樹脂トナーとの間に大きな力が加
わって、樹脂トナーに外添されたSiO2 等の微粉粒子
が樹脂トナーの中に埋め込まれるといった現象が発生す
る。さらに樹脂トナーの形状自体も磁性キャリアとの衝
突によって角がとれて、丸みを帯びてくる。また、長時
間使用すると、磁性キャリアの表面に樹脂トナーが付着
して取れなくなる、いわゆるスペント現象が生じる。こ
のような現象が生じると、樹脂トナーの帯電量、いわゆ
るトリボが使用時間とともに変化し、画像濃度が変化し
たり、磁性キャリアや感光ドラムに対する樹脂トナーの
機械的付着力が増大し、電界に対応した現像や転写が行
われにくくなり、現像トナーの部分的欠落(ムラ)が発
生してしまう。すなわち、使用とともに、初期の画像と
比べると、極めて印象の悪い画像になってしまってい
た。
【0005】したがって本発明の第1の目的は、現像容
器の規制ブレードの上流側に溜る2成分現像剤の溜り量
を少なくし、現像剤にかかる圧力を軽減して、現像剤の
劣化を防止し、初期画像と同様に濃度が十分な画像を長
期に亙って安定して得ることができる現像装置を提供す
ることである。
【0006】ところが、単に規制ブレード30の上流側
で現像スリーブに保持される現像剤の溜りを少なくし
て、現像剤にかかる圧力を軽減すると、規制ブレード3
0の上流側で、現像スリーブ表面と摺擦する現像剤によ
る摺擦力が小さいために、現像スリーブの周期でゴース
ト画像が生じてしまうことがある。
【0007】本発明の第2の目的は、ゴースト画像が生
じるのを抑えた現像装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の目的は以下の手段
によって達成される。
【0009】すなわち、本発明は、現像剤容器内に収容
された磁性キャリアと非磁性トナーからなる2成分現像
剤を、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持し
て、該現像剤担持体に近接して設置された規制部材で規
制しながら像担持体と対向した現像部へ搬送し、該現像
部で該現像剤により該像担持体に形成された潜像を現像
する現像装置において、該磁界発生手段は、該現像部よ
りも該現像剤担持体の回転方向下流側かつ現像容器内に
第1の磁界発生手段と、該第1の磁界発生手段の該現像
剤担持体回転方向下流側に該第1の手段と同極性の第2
の磁界発生手段とを有しており、該第1の磁界発生手段
と該第2の磁界発生手段間に、現像剤担持体表面の垂直
方向の磁界の強さBrが80G以下かつ水平方向の磁界
の強さが80G以下である領域を有しており、該現像剤
規制手段は該現像剤担持体の第2の磁界発生手段の対向
位置近傍に配置されている現像装置であって、該現像剤
担持体は金属円筒管の表面に、樹脂及び導電性微粉末か
らなる樹脂皮膜層を形成したものであることを特徴とす
る現像装置を提案するものであり、前記樹脂皮膜層は、
樹脂中に導電性微粉末及び/または固体潤滑剤が含有さ
れていることを含む。
【0010】本発明によれば、現像剤の劣化を防止し、
初期画像と同様に濃度が十分な画像を長期に亙って安定
して得ることができ、かつ、遊離トナーによるゴースト
画像を生じさせない現像装置を提供することが可能であ
る。長期に亙って安定した画像形成が可能でかつ、ゴー
スト画像の発生を抑えた現像装置が可能となる。
【0011】また、樹脂皮膜層として、樹脂中に導電性
微粉末及び/または固体潤滑剤が含有されているものを
用いることで、さらにゴースト現象を抑えることが可能
となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照してさ
らに詳細に説明する。
【0013】図1は本発明の現像装置の一例を示す断面
図であり、図2は現像剤担持体の断面図である。
【0014】本発明の現像装置は図1に示すように現像
容器2内に収容された磁性キャリアと非磁性トナーから
なる2成分現像剤を現像剤担持体10内に5つの磁極
(S1,S2,N1,N2,N3)を有するマグネット
ローラ11からなる磁界発生手段を内蔵した現像剤担持
体10上に担持して、該現像剤担持体10に近接して設
置された規制ブレード30からなる規制部材で規制しな
がら像担持体100と対向した現像部へ搬送し、該現像
部で該現像剤により該像担持体100に形成された潜像
を現像する現像装置である。該磁界発生手段は該現像部
よりも該現像剤担持体10の回転方向下流側の現像容器
2内に第1の磁界発生手段と、該第1の磁界発生手段の
該現像担持体10回転方向下流側に該第1の磁界発生手
段と同極性の第2の磁界発生手段とを有している。
【0015】該第1の磁界発生手段は磁極N1を現像主
極とするもので、第2の磁界発生手段は磁極N1と同極
のN2,N3からなる反発磁極からなる。該第1の磁界
発生手段と該第2の磁界発生手段間に現像剤担持体10
表面の垂直方向の磁界の強さBrが80G以下かつ水平
方向の磁界の強さBθが80G以下である領域Cを有し
ている。該現像剤規制手段は該現像剤担持体10の第2
の磁界発生手段の対向位置近傍に配置されており、該現
像剤担持体10の表面に樹脂皮膜層10bを形成してな
る現像装置である。
【0016】樹脂皮膜層10bの樹脂としてはフェノー
ル樹脂、シリコン樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素
樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられ、導電性微粉末と
してはカーボンブラック、カーボンファイバー、アルミ
ニウム、酸化スズ、ニッケル、銅等が挙げられる。樹脂
に対する導電性微粉末の添加量は樹脂100重量部に対
して1〜200重量部の範囲が好ましい。
【0017】また、樹脂皮膜層10bの厚みは10〜2
0μmの範囲が好ましく、体積固有抵抗が0.1〜10
00Ωcm程度に調整することが好ましい。
【0018】また導電性微粉末としてはカーボンブラッ
ク等の導電性微粉末に固体潤滑性の良いグラファイト、
二硫化モリブデン、窒化珪素、テフロン等を併用するこ
とが好ましい。この場合、導電性微粉末の添加量は、樹
脂100重量部に対して1〜100重量部の範囲、固体
潤滑剤の添加量は樹脂100重量部に対して1〜100
重量部の範囲が好ましい。また、固体潤滑剤のみを単独
で用いる場合は樹脂100重量部に対して1〜200重
量部の範囲が好ましい。
【0019】ここでゴースト画像が発生する現象を説明
すると、ゴースト画像は現像スリーブ表面と摺擦する現
像剤による摺擦が小さい現像装置において、現像剤担持
体上に担持された2成分現像剤中の非磁性トナーが磁性
キャリアから遊離し、遊離トナーが現像スリーブ表面に
大量に付着した場合に生じやすい。図4に、遊離トナー
が現像スリーブ表面に付着した状態を示す(磁性キャリ
アD、トナーT、現像スリーブ10)。
【0020】このように、現像スリーブ表面にトナーが
付着した状態で、現像動作を行うと、キャリアから遊離
して現像スリーブ上に付着したトナーの一部は、キャリ
アに付着している2成分現像剤中のトナーと同じよう
に、現像部において印加バイアスによる電界で飛翔して
像担持体に現像される。したがって、画像濃度の高いベ
タ画像を現像すると、現像スリーブ表面に直接付着して
いた遊離トナーが、現像された画像の形状で少なくな
る。この状態を保ったまま、像担持体が回転し、再び現
像スリーブの同一箇所が現像領域に戻ってくるときに、
ハーフトーン画像を形成すると、現像スリーブ表面に付
着している遊離トナーが少ない部分は現像されるトナー
が少ないので、剤担持体一周前のベタ画像の形状でハー
フトーン画像が薄くなってしまう。以下、これをゴース
ト現象と呼ぶ。
【0021】なお、現像スリーブ上の現像剤(キャリア
にトナーが付着した、いわゆる2成分現像剤)からトナ
ーが現像されて、トナーが少なくなった現像剤(T/C
比が低くなった現像剤)は、N1極、N2極の反発磁界
により現像スリーブ10から除去され、容器2内に落下
し、新しい現像剤がN2極により汲み上げられて、再び
現像スリーブ上にコートされるので、現像剤中のトナー
が現像されてゴースト現象が生じることはない。
【0022】ちなみに、このゴースト現象は、キャリア
とトナーの静電的付着が弱い、高湿環境下で、遊離トナ
ーが増えると、現像スリーブ表面に付着するトナーが多
くなり、発生しやすくなる。
【0023】従来の現像装置のように、現像剤の溜りが
多く、溜った現像剤に大きな圧力がかかる現像装置にお
いては、画像濃度の高いベタ画像を現像し、同じように
現像スリーブ表面に直接付着している遊離トナーが少な
い部分ができても、現像スリーブが回転して、一度規制
ブレードの上流側の現像剤溜り部を通過すると、多く溜
った現像剤により、現像スリーブ表面は強く擦られ、遊
離トナーが均されたり、掻き取られたりすることで、遊
離トナーが現像スリーブ表面にほぼ均一に付着した状態
に戻されるので、ゴースト画像が生じにくい。ただしこ
のような現像装置では、現像剤の劣化が大きいことは前
述した通りである。
【0024】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。
【0025】(実施例1)図1は、本発明の現像装置の
1実施例を示す断面図であり、図2は現像スリーブであ
る現像剤担持体の拡大図である。本現像装置は、磁性キ
ャリアと非磁性樹脂トナーとからなる2成分現像剤を収
容した現像容器2を備え、この現像容器2の感光ドラム
100と対面した上側に位置する開口部に、現像スリー
ブ10が感光ドラムと所定の間隙を開けて回転自在に設
置されている。現像スリーブ10はSUS316からな
る円筒状のスリーブ(10a)の表面に樹脂及び導電性
微粉末からなる樹脂皮膜層(10b)を形成したもので
あり、矢印b方向に回転される。現像スリーブ10内に
は磁界発生手段11として5つの磁極(S1,S2,N
1,N2,N3)を有するマグネットローラ11が非回
転に配置されている。なお、樹脂皮膜層(10b)につ
いては後で詳細に説明する。
【0026】現像容器2内は、現像スリーブ10の軸方
向両端部に図示しない開口を有する隔壁20により2つ
に分けられ、その一方の現像スリーブ10が配置された
側に現像剤搬送スクリュー4が、他方の側に現像剤搬送
スクリュー6が配置されている。図で見て現像容器2の
現像スリーブ10の右方に規制ブレード30が取り付け
られ、この規制ブレード30は現像スリーブ10と非接
触に配置されている。
【0027】マグネットローラ11は、その周囲に5つ
の磁極N1〜N3,S1,S2を有し、このうち、磁極
N1は現像主極で、像担持体100と現像スリーブ10
とが対向した現像部に位置し、同極N2,N3は反発磁
極で、現像スリーブ10の矢印の回転方向に関して現像
部よりも下流側の現像容器2内に位置し、磁極N2より
もN3が下流側であり、N2,N3間に、垂直方向の磁
界の強さBrが80G以下かつ水平方向の磁界の強さB
θが80G以下である領域Cを備える。
【0028】規制ブレード30はN3より5度下流(ほ
ぼ対向位置)の位置に規制ブレード30が現像スリーブ
に500μm距離で最近接するように配置させた。
【0029】現像剤の流れを説明すると、現像容器2内
で現像剤搬送スクリュー4,6により攪拌されながら搬
送される2成分現像剤は、マグネットローラ11のN3
極により現像スリーブに汲み上げられる。汲み上げられ
た現像剤は、N3極の磁界により穂立っている部分で、
N2極のほぼ対向位置(N2極の5度下流側)に配置さ
れた規制ブレード30により、約45mg/cm2 の層
厚にほぼ均一の厚みに規制され、S2極→現像極である
N1極へと搬送され、感光ドラム上の潜像が現像され
る。現像部を通過した現像剤は、S1極→N2極と搬送
されN2極とN3極の間の磁界の弱い部分(反発極部)
で現像スリーブ10から剥ぎ取られてスクリュー上に落
下し、容器内の現像剤と混合攪拌されつつ搬送される。
十分攪拌された現像剤がN3極によって汲み上げられ、
現像スリーブは再び新しい現像剤でコートされることに
なる。
【0030】このように、N2,N3極間で現像剤が落
下除去された直後のN3近傍で規制ブレード30を配置
することで、規制ブレード30の現像スリーブ10の回
転方向上流側に、従来の現像装置のような現像剤の大き
な溜りが発生することはない。したがって、規制ブレー
ド30の上流側で現像剤に大きな圧力がかかることはな
い。
【0031】これにより、磁性キャリアや非磁性トナー
の劣化を低減でき、長期の使用においても安定した画像
形成を行うことが可能となった。
【0032】ところで、このような現像剤の循環を繰り
返していると、キャリアとの静電付着力が弱いトナーが
キャリアから遊離し、遊離トナーが現像スリーブ表面に
接触すると、鏡影力でスリーブ表面に付着する。従来用
いていたような金属のみの現像スリーブを用いるとトナ
ーとの鏡影力が強いので、付着トナーが多くなり、前述
したようなゴースト画像が生じやすくなる。
【0033】次に本発明のポイントである現像スリーブ
10の表面の樹脂皮膜層(10b)について説明する。
現像スリーブ10はSUSからなる円筒スリーブ(10
a)の表面をサンドプラスト処理した後に、表面にフェ
ノール樹脂に導電性カーボンブラックの微粉末を分散し
た樹脂からなる皮膜層を厚み15μmで形成したものを
用いた。皮膜層は溶媒中に分散した該樹脂をスプレー法
で塗布した後に加熱乾燥することで形成した。導電性カ
ーボンブラックの添加量はフェノール樹脂に対して10
0重量%であり、樹脂皮膜層の体積抵抗が10Ωcm程
度になるように調整した。
【0034】このように樹脂に導電性微粉末を分散した
樹脂皮膜層の電気抵抗は現像電界には影響がない程度小
さいが、一般に金属ほどは小さくない。比誘電率は金属
よりは小さい、しかも局所的に見れば導電性微粉末が表
面に露出していない部分があり、このような部分は樹脂
的な特性を有する。したがって、本実施例のような樹脂
皮膜層を有する現像スリーブは帯電トナーを付着させる
鏡影力が小さく、現像スリーブ表面に付着する遊離トナ
ーの量は、金属スリーブを用いたときに比べ、格段に少
ない。よって、本発明のように現像剤の溜りが小さい現
像装置においても、ゴースト画像が発生しにくい。
【0035】表1に実験結果を示す。
【0036】ゴースト画像は2成分現像剤のキャリアと
トナー間の静電的付着力が弱く、キャリアからトナーが
遊離しやすい条件で発生しやすい。今回は、トナー濃度
T/C比を通常の6%よりも上げ、高湿環境で、その
後、画像形成装置を1週間停止状態で放置することで、
遊離トナーが多くなるようにして、画像形成を行ってゴ
ーストレベルを調べた。樹脂皮膜層のない、従来のSU
Sからなる現像スリーブに比べ、ゴースト画像の発生を
抑えられ、通常の使用方法では生じないレベルになっ
た。
【0037】
【表1】 なお、本実施例において、皮膜層の樹脂としてフェノー
ル樹脂、または導電性微粉末としてカーボンブラックを
用いたが、材料はこれに限らず、樹脂としてシリコン樹
脂やポリカーボネート等の皮膜形成しやすい材質でよ
い。また導電性微粉末としては例えばカーボンファイバ
ーやアルミニウム等の金属粉体、酸化スズ等の導電性金
属酸化物等が挙げられる。
【0038】(実施例2)前実施例においては樹脂皮膜
層として、樹脂に導電性の微粉末を分散させたが、本実
施例はフェノール樹脂に導電性微粉末として、カーボン
ブラックと固体潤滑性のよい微粉末としてグラファイト
を含有した樹脂皮膜層を設けたスリーブを用いたもので
ある。フェノール樹脂:カーボンブラック:グラファイ
トの重量比は15:2:8である。固体潤滑性のよい粉
末を含有させることで、樹脂皮膜層の固体潤滑性を上げ
ることができる。このような樹脂皮膜層を用いること
で、遊離トナーを付着させる鏡影力が小さいだけでな
く、機械的付着力も小さくできる。鏡影力を小さくした
樹脂皮膜層を設けたスリーブでも、少しは遊離トナーが
スリーブ表面に付着するために、表1に示すように、厳
しい条件下では軽微なゴースト画像が発生してしまうこ
とがあるが、このような機械的付着力の小さい樹脂皮膜
層を設けたスリーブを用いると、さらにゴースト画像の
発生を抑えることができる。(表2)これは、ベタ画像
を現像して、現像スリーブ表面に直接付着している遊離
トナーが少ない部分と多い部分(ただし従来の金属スリ
ーブを用いたときより付着量が多い部分はできない)が
生じても、機械的付着力が弱いために、規制ブレードを
一度通過すると、小さな現像剤溜り量による弱い摺擦力
でも十分に付着トナーが均されるためである。
【0039】
【表2】 ここで、固体潤滑性のよい微粉末としては、その他に二
硫化モリブデンや、窒化珪素や、テフロン等のフッ素樹
脂等が挙げられる。
【0040】
【発明の効果】現像部を通過した現像剤担持体上の現像
剤を、現像容器内において第1の磁界発生手段と、第1
の磁界発生手段と同極で下流側に位置する第2の磁界発
生手段との間の磁界の小さい領域において、現像剤を搬
送スクリューに落下し除去した後、搬送スクリューによ
って搬送されてきた現像剤を該第2の磁界発生手段によ
り現像剤担持体上に汲み上げ、かつ、該第2の磁界発生
手段により穂が形成される現像担持体上の現像剤に対し
て、非接触に配置された規制ブレードにより現像剤層の
厚みを規制し、層厚を規制された現像剤を現像部に搬送
する現像装置で、かつ、現像スリーブとして、円筒金属
からなる現像スリーブの表面に樹脂及び導電性粉末から
なる樹脂皮膜層を設けることで、現像剤の劣化を防止し
て、初期画像と同様に濃度が十分な画像を長期に亙って
安定して得ることができ、かつ、遊離トナーによるゴー
スト画像を生じさせない現像装置を提供することが可能
である。長期に亙って安定した画像形成が可能でかつ、
ゴースト画像の発生を抑えた現像装置が可能となる。
【0041】また、樹脂皮膜層として、樹脂中に導電性
微粉末及び/または固体潤滑剤が含有されているものを
用いることで、さらにゴースト現象を抑えることが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の現像装置の1例を示す断面図である。
【図2】本発明の現像装置において使用される現像剤担
持体の断面図である。
【図3】従来の現像装置の断面図である。
【図4】現像スリーブ表面にトナーが付着した状態を示
す部分図である。
【符号の説明】
2 現像容器 4 スクリュー 6 スクリュー 10 現像剤担持体(現像スリーブ) 10a 円筒スリーブ 10b 樹脂皮膜層 11 マグネントローラ(磁化発生手段) 20 隔壁 30 規制ブレード 100 像担持体(感光ドラム)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 和弘 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 尾形 隆雄 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2H031 AC10 AC11 AC19 AC20 AC33 AC34 BA04 DA05 2H077 AD06 AD13 AD18 EA01 FA01 FA13 FA16 FA19 FA25

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 現像剤容器内に収容された磁性キャリア
    と非磁性トナーからなる2成分現像剤を、磁界発生手段
    を内蔵した現像剤担持体上に担持して、該現像剤担持体
    に近接して設置された規制部材で規制しながら像担持体
    と対向した現像部へ搬送し、該現像部で該現像剤により
    該像担持体に形成された潜像を現像する現像装置におい
    て、 該磁界発生手段は、該現像部よりも該現像剤担持体の回
    転方向下流側かつ現像容器内に第1の磁界発生手段と、
    該第1の磁界発生手段の該現像剤担持体回転方向下流側
    に該第1の手段と同極性の第2の磁界発生手段とを有し
    ており、 該第1の磁界発生手段と該第2の磁界発生手段間に、現
    像剤担持体表面の垂直方向の磁界の強さBrが80G以
    下かつ水平方向の磁界の強さが80G以下である領域を
    有しており、 該現像剤規制手段は該現像剤担持体の第2の磁界発生手
    段の対向位置近傍に配置されている現像装置であって、 該現像剤担持体は金属円筒管の表面に、樹脂及び導電性
    微粉末からなる樹脂皮膜層を形成したものであることを
    特徴とする現像装置。
  2. 【請求項2】 前記樹脂皮膜層は、樹脂中に導電性微粉
    末及び/または固体潤滑剤が含有されている請求項1に
    記載の現像装置。
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