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JP5223370B2 - 現像剤撹拌装置及び画像形成装置 - Google Patents
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JP5223370B2 - 現像剤撹拌装置及び画像形成装置 - Google Patents

現像剤撹拌装置及び画像形成装置 Download PDF

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この発明は、像担持体上に形成された潜像を現像する現像部から排出された現像剤にトナーを混合して撹拌した後に現像部に戻す現像剤撹拌装置と、それを備えた画像形成装置と、に関するものである。
従来から、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置において、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる2成分現像剤(添加剤等を添加する場合も含むものとする。)を収容した現像装置(現像部)が多く用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
このような2成分現像剤を用いた現像装置では、装置内に収容された現像剤中に、現像工程にともない消費されるトナーを補うために装置内に適宜に補給されるトナーを、充分に分散・混合する必要がある。補給トナーが現像剤中に充分に分散・混合されない場合には、補給トナーの摩擦帯電が不充分になって、トナー飛散や地肌汚れ(感光体ドラム上又は出力画像上の非画像領域にトナーが付着する現象である。)等の不具合が生じてしまう。このような現象は、ベタ画像等のように画像面積率が高い画像を連続して出力する場合に特に顕著にあらわれる。
一方、特許文献2等には、現像手段(現像部)とは異なる位置に現像剤調合手段を別体で設置する技術が開示されている。詳しくは、トナーとキャリアとをそれぞれ収納する収納手段から現像剤調合手段に供給されたトナー及びキャリアが撹拌部材で撹拌・混合された後に、現像手段に搬送される。一方、現像手段における余剰の現像剤は、回収管を介して回収現像剤収納手段に回収される。
特開平10−63081号公報 特開平11−143196号公報
従来の技術は、副作用を生じさせることなく、現像部の限られた現像剤搬送経路内で、現像部内に収容された現像剤中に新品トナーを補給して充分に撹拌・混合することに限界があった。具体的に、上述した特許文献1等には、現像部内の現像剤搬送部材にメッシュ状のスクリーン部材を設けることで補給トナーの分散性を高める技術が開示されているが、副作用として現像部内の現像剤の搬送性が低下して、出力画像上の画像濃度が低下する可能性があった。
したがって、このような問題を解決するために、現像剤に対する補給トナーの撹拌・混合をおこなう現像剤撹拌装置を現像部とは別に設けて、現像部と現像剤撹拌装置との間で現像剤を循環させる方策が考えられる。すなわち、現像部内に収容された現像剤を、一旦、現像部外に排出して現像剤撹拌装置に供給する。そして、現像剤撹拌部材内に流入され貯留された現像剤中に新品トナーを補給して、それらを撹拌部材によって撹拌・混合した後に現像部に戻す。
しかし、そのような場合に、現像剤撹拌装置内に貯留された現像剤に撹拌による大きなダメージを与えることなく、短時間に効率的に現像剤中に補給トナーを分散・混合する必要がある。すなわち、現像剤撹拌装置内に貯留された現像剤の上方から新品トナーを補給すると、その新品トナーは、暫くの間、その比重の小ささから現像剤中に分散されずに現像剤の剤面上を浮遊するような状態が続いてしまう可能性がある。また、現像剤撹拌装置における現像剤の撹拌性を高めるために、撹拌部材の回転数を無制限に上げてしまうと、現像剤に与えられるダメージが大きくなって現像剤の劣化が早められてしまう可能性がある。
一方、上述した特許文献2等の技術は、現像剤調合手段で調合された現像剤を現像部に供給するとともに、現像部内の余剰の現像剤を回収管を介して回収現像剤収納手段に向けて排出するものであって、現像剤の循環はおこなわれない。したがって、上述した問題を直接的に解決するものではない。また、現像剤調合手段でおこなわれる現像剤の撹拌は、現像剤に大きなストレスがかかってしまう可能性があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、現像剤に与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で、短時間に効率的に補給トナーが充分に現像剤に分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じることのない、現像剤撹拌装置及び画像形成装置を提供することにある。
この発明の請求項1記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、像担持体上に形成された潜像を現像する現像部から排出された現像剤にトナーを混合して撹拌した後に当該現像部に戻す現像剤撹拌装置であって、現像剤が貯留されるとともに、前記現像部に向けて現像剤を流出する流出口を底部又はその近傍に具備した現像剤貯留部を備え、前記現像剤貯留部は、内部に貯留された現像剤の剤面の位置で現像剤を撹拌する第1撹拌部材と、内部に貯留された現像剤に埋没する位置で現像剤を撹拌する第2撹拌部材と、を具備し、前記第1撹拌部材は、垂直方向に延設された回転軸部と、前記回転軸部に対して螺旋状に設置されたスクリュ部材と、を具備し、前記第2撹拌部材は、前記回転軸部において前記スクリュ部材が形成された位置よりも前記底部に近い側に螺旋状に設置された第2のスクリュ部材と、前記現像剤貯留部の外周部近傍において垂直方向に延在するように形成されて前記回転軸部を中心にして前記回転軸部とともに回転する板状部材と、を具備したものである。
また、請求項2記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項1に記載の発明において、前記第1撹拌部材の前記スクリュ部材は、前記現像剤貯留部において現像剤を前記剤面の側から前記底部の側に向けて移動させるように形成され、前記第2撹拌部材の前記第2のスクリュ部材は、前記現像剤貯留部において現像剤を前記底部の側から前記剤面の側に向けて移動させるように形成され、前記板状部材は、前記回転軸部とともに同じ回転数で回転する前記スクリュ部材及び前記第2のスクリュ部材に対して減速された回転数で回転するものである。
また、請求項3記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記板状部材を、前記回転軸部を中心にして回転方向に180度ずれた位置に配設された2つの板状部材としたものである。
また、請求項4記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項1〜請求項3のいずれかに記載の発明において、前記現像剤貯留部は、内部に貯留された現像剤の剤面の高さを一定範囲内に制御する剤面高さ制御手段をさらに具備したものである。
また、請求項5記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項4に記載の発明において、前記剤面高さ制御手段は、前記現像剤貯留部の内部に貯留された現像剤の剤面の高さを検知するレベルセンサと、前記レベルセンサの検知結果に基いて前記現像剤貯留部に対して流出又は/及び流入される現像剤の量を調整する調整手段と、を具備したものである。
また、請求項6記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項5に記載の発明において、前記レベルセンサは、前記第1撹拌部材又は/及び前記第2撹拌部材の回転周期における所定のタイミングに合わせて前記現像剤の剤面の高さを検知するものである。
また、請求項7記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項6に記載の発明において、前記レベルセンサは、前記現像剤貯留部の前記外周部に設置されて、前記板状部材の回転周期における所定のタイミングに合わせて前記現像剤の剤面の高さを検知するものである。
また、請求項8記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項1〜請求項7のいずれかに記載の発明において、前記第1撹拌部材は、その一部又は全部が可撓性材料で形成されたものである。
また、請求項9記載の発明にかかる現像剤撹拌装置は、前記請求項1〜請求項8のいずれかに記載の発明において、前記現像剤貯留部は、内部にトナーを供給するトナー補給口を前記第1撹拌部材の上方に設けたものである。
また、この発明の請求項10記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項9のいずれかに記載の現像剤撹拌装置を備えたものである。
本発明は、現像剤貯留部に、現像剤の剤面の位置で現像剤を撹拌する第1撹拌部材と、現像剤に埋没する位置で現像剤を撹拌する第2撹拌部材と、を設置しているために、現像剤に与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で、短時間に効率的に補給トナーが充分に現像剤に分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じることのない、現像剤撹拌装置及び画像形成装置を提供することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態1.
図1〜図6にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1は画像形成装置としてのプリンタを示す全体構成図であり、図2は作像部示す構成図であり、図3は現像剤撹拌装置及び現像部を示す斜視図である。また、図4(A)は現像剤撹拌装置の上面図であって、図4(B)は現像剤撹拌装置の側断面図である。なお、図3では、簡単のため、トナー容器40Yの位置を現像剤撹拌装置50に近設して図示している。
図1に示すように、画像形成装置本体100の上方には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した4つのトナー容器40Y、40M、40C、40Kが着脱自在(交換自在)に設置されている。
トナー容器40Y、40M、40C、40Kが保持されたトナー容器保持部の下方には中間転写ベルト8が配設されている。そして、中間転写ベルト8に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部6Y、6M、6C、6Kが並設されている。
図2を参照して、イエローに対応した作像部6Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yと、感光体ドラム1Yの周囲に配設された帯電部4Y、現像部5Y(現像装置)、クリーニング部2Y、除電部(不図示である。)等で構成されている。そして、感光体ドラム1Y上で、作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程)がおこなわれて、感光体ドラム1Y上にイエロー画像が形成されることになる。
また、図3を参照して、イエローに対応した現像部5Yは、現像剤排出経路51及び現像剤供給経路52を介して、現像剤撹拌装置50(現像剤貯留部)に接続されている。
なお、他の3つの作像部6M、6C、6Kも、使用されるトナーの色が異なる以外は、イエローに対応した作像部6Yとほぼ同様の構成となっていて、それぞれのトナー色に対応した画像が形成される。以下、他の3つの作像部6M、6C、6Kの説明を適宜に省略して、イエローに対応した作像部6Yのみの説明をおこなうことにする。
図2を参照して、像担持体としての感光体ドラム1Yは、不図示の駆動モータによって図2中の反時計方向に回転駆動される。そして、帯電部4Yの位置で、感光体ドラム1Yの表面が一様に帯電される(帯電工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、露光装置(不図示である。)から発せられたレーザ光Lの照射位置に達して、この位置での露光走査によってイエローに対応した静電潜像が形成される(露光工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、現像装置5Yとの対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、イエローのトナー像が形成される(現像工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、中間転写ベルト8及び第1転写バイアスローラ9Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上のトナー像が中間転写ベルト8上に転写される(1次転写工程である。)。このとき、感光体ドラム1Y上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、クリーニング部2Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上に残存した未転写トナーがクリーニングブレードやクリーニングローラによって機械的に回収される(クリーニング工程である。)。
最後に、感光体ドラム1Yの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム1Y上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
なお、上述した作像プロセスは、他の作像部6M、6C、6Kでも、イエロー作像部6Yと同様におこなわれる。すなわち、作像部の下方に配設された露光装置から、画像情報に基いたレーザ光Lが、各作像部6M、6C、6Kの感光体ドラム1M、1C、1K上に向けて照射される。
その後、現像工程を経て各感光体ドラム1Y、1M、1C、1K上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト8上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト8上にカラー画像が形成される。
ここで、図1を参照して、中間転写ユニットは、中間転写ベルト8、4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9K、2次転写バックアップローラ12、クリーニングバックアップローラ13、中間転写クリーニング部10、等で構成される。中間転写ベルト8は、2つのローラ12、13によって張架・支持されるとともに、1つのローラ12の回転駆動によって図1中の矢印方向に無端移動される。
4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kは、それぞれ、中間転写ベルト8を感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kとの間に挟み込んで1次転写ニップを形成している。そして、1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト8は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム1Y、1M、1C、1K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト8上に重ねて1次転写される。
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト8は、2次転写ローラ19との対向位置に達する。この位置では、2次転写バックアップローラ12が、2次転写ローラ19との間に中間転写ベルト8を挟み込んで2次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト8上に形成された4色のトナー像は、この2次転写ニップの位置に搬送された転写紙等の記録媒体P上に転写される。このとき、中間転写ベルト8には、記録媒体Pに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト8は、中間転写クリーニング部10の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト8上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト8上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
ここで、2次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Pは、装置本体100の下方に配設された給紙部26から、給紙ローラ27やレジストローラ対28等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部26には、転写紙等の記録媒体Pが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ27が図1中の時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Pがレジストローラ対28のローラ間に向けて給送される。
レジストローラ対28に搬送された記録媒体Pは、回転駆動を停止したレジストローラ対28のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト8上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対28が回転駆動されて、記録媒体Pが2次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体P上に、所望のカラー画像が転写される。
その後、2次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Pは、定着部20の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト及び加圧ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体P上に定着される。
その後、記録媒体Pは、排紙ローラ対29のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対29によって装置外に排出された被転写Pは、出力画像として、スタック部30上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、図2にて、作像部における現像部(現像装置)の構成・動作について、さらに詳しく説明する。
現像部5Yは、感光体ドラム1Yに対向する現像ローラ501Y、現像ローラ501Yに対向するドクターブレード502Y、現像剤収容部503Y、504Y内に配設された2つの搬送スクリュ505Y、等で構成される。現像ローラ501Yは、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像剤収容部503Y、504Y内には、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤G(現像剤)が収容されている。第1の現像剤収容部503Yは、搬送方向上流側の上方に接続された現像剤供給経路52(供給管)を介して現像剤撹拌装置50に連通している。また、第2の現像剤収容部504Yは、搬送方向下流側の下方に接続された現像剤排出経路51(排出管)を介して現像剤撹拌装置50に連通している。
このように構成された現像部5Yは、次のように動作する。
現像ローラ501Yのスリーブは、図2の矢印方向に回転している。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ501Y上に担持された現像剤Gは、スリーブの回転にともない現像ローラ501Y上を移動する。
ここで、現像装置5Y内の現像剤Gは、現像剤中のトナーの割合が所定の範囲内(例えば、トナー濃度が1.5〜5.0重量%である。)になるように調整される。
詳しくは、現像装置5Y内のトナー消費に応じて、トナー容器40Yに収容されているトナーが現像剤撹拌装置50内に供給されて、補給トナーが現像剤撹拌装置50内に貯留された現像剤に混合され撹拌された後に現像剤収容部503Y(現像部5Y)内に補給される。その後、現像剤収容部503Y内に供給された現像剤は、2つの搬送スクリュ505Yによって混合・撹拌されながら、2つの現像剤収容部503Y、504Yを移動する(図2の紙面垂直方向の移動である。)。その際、第1の現像剤収容部503Yを移動する現像剤Gの一部が現像ローラ501Y上に担持される。現像ローラ501Y上に担持された現像剤Gは、図2中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード502Yの位置に達する。そして、現像ローラ501Y上の現像剤Gは、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体ドラム1Yとの対向位置(現像領域である。)まで搬送される。そして、現像領域に形成された電界によって、感光体ドラム1Y上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ501Y上に残った現像剤Gはスリーブの回転にともない現像剤収容部503Yの上方に達して、この位置で現像ローラ501Yから離脱される。そして、離脱された現像剤Gは、現像剤収容部503Y内を移動する現像剤G(現像ローラ501Yに担持されなかった現像剤である。)とともに、第2の現像剤収容部504Y内を移動して、現像剤排出経路51を介して現像剤撹拌装置50に向けて移送される。このように、現像剤Gは、現像部5Yと現像剤撹拌装置50との間を循環することになる。
以下、本実施の形態1において特徴的な、現像剤撹拌装置について詳述する。
図4を参照して、現像剤撹拌装置には、現像部5Yから排出された現像剤が貯留される現像剤貯留部50が設置されている。現像剤貯留部50の天井部には、現像剤排出経路51(現像部5Yから排出された現像剤が移送される経路である。)に通じる流入口が設けられている。また、現像剤貯留部50の上方の側面には、トナー補給管41(トナー容器40Yから排出された新品トナー(補給トナー)が移送される経路である。)に通じるトナー補給口が設けられている。さらに、現像剤貯留部50の底部には、現像剤供給経路52(現像部5Yに向けて現像剤を移送する経路である。)に通じる流出口が設けられている。
また、現像剤貯留部50には、内部に貯留された現像剤Gの剤面GSの位置で現像剤を撹拌する2つの第1撹拌部材71、内部に貯留された現像剤Gに埋没する位置で現像剤Gを撹拌する2つの第2撹拌部材72、内部に貯留された現像剤Gの剤面GSの高さを検知するレベルセンサ75、等が設置されている。現像部5Yから供給されて貯留された現像剤Gとともに、トナー容器40Yからトナー補給管41を介して補給された補給トナーが、第1撹拌部材71及び第2撹拌部材72に撹拌・混合された後に、現像剤貯留部50の流出口から排出されることになる。
なお、本実施の形態1では、第1撹拌部材71及び第2撹拌部材72は、水平方向に延設された回転軸部と、回転軸部に対して放射状に設置された4つの羽根部材と、で構成されている。第1撹拌部材71及び第2撹拌部材72は、その回転軸部が不図示の駆動モータに接続されていて、所定の方向に回転駆動される。
また、トナー容器40Yから現像剤貯留部50に向けてトナー補給管41を介して補給されるトナーの補給量や補給タイミングは、現像部5Yに設置された磁気センサのよるトナー濃度(現像剤中のトナーの割合である。)の検知結果に基いたものであって、トナー補給管41に内設する搬送スクリュ(不図示である。)を回転駆動する駆動モータ42(図3を参照できる。)の制御によって定められる。
現像剤貯留部50は、下部が略漏斗状に形成されていて、流出口にロータリフィーダ60が接続されている。さらに、ロータリフィーダ60の排出部61の、一端には中継管81を介してエアーポンプ80が接続され、他端には現像剤供給経路52が接続されている。また、図1を参照して、エアーポンプ80は、吸気口91が設置された吸気部90に、吸気管92を介して接続されている。このような構成により、画像形成装置本体100の外部から吸気口91を介して吸引された空気が、エアーポンプ80によって、ロータリフィーダ60の排出部61に向けて排出されることになる。一方、現像剤貯留部50の流出口から流出されて、フィーダ63の回転によって流量制御された現像剤は、ロータリフィーダ60の排出部61に落下した後に、エアーポンプ80から排出された空気とともに、現像剤供給経路52を経由して現像部5Yにエアー搬送される。
ここで、現像剤貯留部50内には、常に、一定量の現像剤Gが貯留されている。すなわち、現像剤Gの剤面GSの位置は、第1撹拌部材71の回転軸部の近傍になるように制御されている。そして、トナー補給管41のトナー補給口(第1撹拌部材71の上方に配設されている。)から補給された補給トナーが現像剤Gの剤面GS上に落下すると、図4の矢印方向に回転する第1撹拌部材71の羽根部材によって持ち上げられた現像剤Gが、剤面GS上に浮いたトナーに被せられる。これにより、剤面GS上に浮いていた補給トナーは、現像剤G中に潜り込んで速やかに分散される。現像剤G中に一旦混合された補給トナーは、現像剤G中のキャリアに静電的付着力やファンデルワールス力等により吸着するために、キャリアとの比重差によって剤面GS上に再び浮いてしまったり、空気中に舞い上がったりすることがない。
さらに、第1撹拌部材71によって撹拌・混合された現像剤は、垂直方向下方に沈んでいって、第2撹拌部材72によってさらに撹拌・混合される。このとき、補給トナーは現像剤G中に充分に分散されている状態であるので、第2撹拌部材72の回転数がそれほど高くなくても、トナーの帯電の立ち上がりが非常に速められる。したがって、現像剤に大きなストレスをかけることなく、充分かつ安定したトナーの帯電量を得ることができる。また、現像剤貯留部50において、流出口への現像剤の移動は主に重力によっておこなわれるため、現像剤Gに大きなストレスがかかることがない。したがって、トナー濃度と帯電量が適正に調整された現像剤Gが流出口から排出されることになる。
ここで、本実施の形態1では、現像剤Gの剤面GSの位置が第1撹拌部材71の回転軸部の近傍になるように制御する剤面高さ制御手段として、剤面GSの高さを検知するレベルセンサ75と、レベルセンサ75の検知結果に基いて現像剤貯留部50から流出される現像剤の量を調整する調整手段と、を用いている。また、現像剤貯留部50から流出される現像剤の量を調整する調整手段としては、ロータリフィーダ60のフィーダ63の回転数を可変する手段を用いている。具体的に、フィーダ63を回転駆動する駆動モータ62(図3を参照できる。)は回転数可変モータであって、現像剤貯留部50から流出される現像剤量を多くしたい場合にはフィーダ63の回転数が増速され、現像剤貯留部50から流出される現像剤量を少なくしたい場合にはフィーダ63の回転数が減速される。
なお、現像剤Gの剤面GSの位置は、トナー濃度の変化や、経時での現像剤の劣化(トナー添加剤の埋没)等によって、流動性等の粉体特性が変化することで、大きく変動する。現像剤Gの剤面GSの位置が大きく変動して、第1撹拌部材71との位置関係が変化すると、第1撹拌部材71による補給トナーの分散効果が得られなくなってしまう。さらに、現像剤Gの剤面GSの位置が大きく変動するということは、現像部5Y内で搬送される現像剤量も変動しているということであって、現像部5Y内の現像剤量が過剰になると剤漏れや現像ローラ上の現像剤の連れ周り等が生じ、現像部5Y内の現像剤量が不足すると出力画像の画像濃度低下等が生じてしまう。
図5は、本実施の形態1でおこなわれる剤面高さ制御を示すフローチャートである。
現像剤貯留部50における剤面GSの高さは、現像部5Y及び現像剤撹拌装置が稼動している間、レベルセンサ75によって随時検出されている。そして、レベルセンサ75の検知結果が制御部に入力されると(ステップS1〜S2)、剤面GSの高さが算出されて、その値が適正範囲(適正値)の下限値よりも小さいかが判断される(ステップS3)。
その結果、剤面GSの高さが適正範囲の下限値よりも小さいと判断された場合には、駆動モータ62が制御されてフィーダ63の回転数が減速されて(ステップS4)、本フローを終了する(ステップS5)。すなわち、剤面GSの高さを高くするような制御がおこなわれる。
これに対して、剤面GSの高さが適正範囲の下限値よりも小さくないと判断された場合には、さらに剤面GSの高さが適正範囲(適正値)の上限値よりも大きいかが判断される(ステップS6)。その結果、剤面GSの高さが適正範囲の上限値よりも大きいと判断された場合には、駆動モータ62が制御されてフィーダ63の回転数が増速されて(ステップS7)、本フローを終了する(ステップS5)。すなわち、剤面GSの高さを低くするような制御がおこなわれる。
これに対して、剤面GSの高さが適正範囲の上限値よりも大きくないと判断された場合には、剤面GSの高さが適正範囲内であるものとして、本フローを終了する(ステップS5)。
このような制御によって、現像剤貯留部50における剤面GSの高さが、第1撹拌部材71の位置近傍に一定に維持されることになる。
なお、図6は、フィーダ63の回転数と、現像剤貯留部50の流出口から流出される現像剤量(現像剤流量)と、の関係を示すグラフであって、この関係に基いてフィーダ63の回転数の増減値が定められる。図6に示すように、フィーダ63の回転数と、現像剤貯留部50の流出口から流出される現像剤量と、の関係は、ある範囲まで線形関係にあるため、その領域においてフィーダ63の回転数を可変することで高精度に現像剤流量を制御することが可能である。なお、現像部5Yの現像ローラ501Y上に汲み上げられる現像剤量が不足しないように、フィーダ63の流量調整により現像部5Yに向けて移送する現像剤量には余裕を持たせるのが好ましい。
また、レベルセンサ75としては、透過型光センサや磁気センサ等を用いることができる。レベルセンサ75として透過型光センサを用いる場合には、現像剤貯留部50内に貯留された現像剤が光を遮断する範囲を検知して剤面GSの高さを検知することができる。また、レベルセンサ75として磁気センサを用いる場合には、現像剤貯留部50内に貯留された現像剤の透磁率の変化を検知して、予め用意した透磁率と剤面GSの高さとのデータと対比することで、剤面GSの高さを検知することができる。
なお、本実施の形態1では、レベルセンサ75の検知結果に基いて、ロータリフィーダ60のフィーダ63の回転数を可変して現像剤貯留部50から流出される現像剤の量を調整したが、レベルセンサ75の検知結果に基いて、現像剤貯留部50に流入される現像剤の量を調整することで、現像剤貯留部50の剤面GSの高さを一定に維持することもできる。
また、現像剤貯留部50から流出される現像剤量を調整する手段として、ロータリフィーダの代わりに、螺旋状の羽根が内設されたスクリュフィーダや、流量を可変できるバルブ等を用いることもできる。
このように、本実施の形態1における現像剤撹拌装置は、現像剤貯留部50に、剤面GSに浮遊する補給トナーを現像剤中に潜り込ませる第1撹拌部材71と、現像剤が流出口に向けて沈降しているときに現像剤のトナー濃度と帯電量とを適正化・均一化する第2撹拌部材72と、が設置されている。これにより、現像剤貯留部内の現像剤に埋没する位置に1つの撹拌部材を設置して、現像剤とトナー補給とを撹拌・混合する場合に比べて、撹拌部材の回転数を高速化せずに剤面GS上の浮きトナーを短時間で現像剤中に分散させることができるとともに、撹拌による現像剤へのストレスを軽減することができて、所望のトナー濃度及び帯電量に調整することが可能となる。また、現像剤貯留部50内の剤面GSは、剤面高さ制御手段によって、常に第1撹拌部材71の近傍に維持されるために、現像部5Yと現像剤撹拌装置との間で安定した現像剤の循環がおこなわれて、経時においても安定した画像品質の出力画像を提供するができる。
なお、本実施の形態1において、第1撹拌部材71の羽根部材を可撓性材料で形成することもできる。上述したように、第1撹拌部材71の機能は、剤面GSに浮遊する補給トナーを現像剤G中に潜り込ませるものであるので、羽根部材の強度はそれほど要求されない。したがって、羽根部材を可撓性材料で形成することで、第1撹拌部材71の本来の機能を維持しつつ、第1撹拌部材71が現像剤に与えるダメージを軽減することができる。
以上説明したように、本実施の形態1においては、現像剤貯留部50に、現像剤Gの剤面GSの位置で現像剤Gを撹拌する第1撹拌部材71と、現像剤Gに埋没する位置で現像剤Gを撹拌する第2撹拌部材72と、を設置しているために、現像剤Gに与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で、短時間に効率的に補給トナーが充分に現像剤Gに分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じるのを抑止することができる。
なお、本実施の形態1では、現像剤貯留部50の流出口を底部に設けたが、現像剤貯留部50の流出口を底部の近傍(底部より若干高い位置)に設けることもできる。その場合にも、本実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態2.
図7〜図10にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図7は、実施の形態2における現像剤撹拌装置の(A)上面図と(B)側断面図とであって、前記実施の形態1における図4に相当する図である。本実施の形態2の現像剤撹拌装置は、第1撹拌部材71及び第2撹拌部材72の構成と、レベルセンサの検知タイミングと、が前記実施の形態1のものとは相違する。
図7に示すように、本実施の形態2における現像剤撹拌装置は、現像剤貯留部50の天井部に、現像剤排出経路51に通じる流入口と、トナー補給管41(搬送スクリュ45が内設されている。)に通じるトナー補給口が設けられている。さらに、現像剤貯留部50の底部には、現像剤供給経路52(ロータリフィーダ60)に通じる流出口が設けられている。また、現像剤貯留部50の側面には、内部に貯留された現像剤Gの剤面GSの高さを検知するレベルセンサ75が設置されている。
ここで、本実施の形態2では、現像剤貯留部50の内部に貯留された現像剤Gの剤面GSの位置で現像剤を撹拌する第1撹拌部材71と、現像剤貯留部50の内部に貯留された現像剤Gに埋没する位置で現像剤Gを撹拌する第2撹拌部材72、73と、が一体化された搬送部材70として構成されている。
そして、本実施の形態2においても、現像部5Yから供給されて貯留された現像剤Gとともに、トナー容器40Yからトナー補給管41を介して補給された補給トナーが、撹拌部材70(第1撹拌部材71及び第2撹拌部材72、73)に撹拌・混合された後に、現像剤貯留部50の流出口から排出されることになる。
詳しくは、第1撹拌部材71は、垂直方向に延設された回転軸部と、回転軸部に対して螺旋状に設置されたスクリュ部材と、で構成されている。撹拌部材70における第1撹拌部材71は、現像剤Gの剤面GSの近傍にのみ設置されている。そして、駆動モータ110によって回転軸部とともにスクリュ部材が所定方向に回転駆動されることで、第1撹拌部材71によって剤面GS近傍の現像剤が補給トナーとともに下方に押し込まれることになる(図7の矢印方向への移動である。)。
第2撹拌部材72は、垂直方向に延設された回転軸部(第1撹拌部材71の回転軸部としても共用されている。)と、回転軸部に対して螺旋状に設置されたスクリュ部材(第1撹拌部材71のスクリュ部材の螺旋方向とは逆方向に形成されている。)と、で構成されている。撹拌部材70における第2撹拌部材72は、現像剤Gに埋没する位置にのみ設置されている。また、現像剤貯留部50の外周部近傍にも、2つの板状の第2撹拌部材73が設置されている。この板状の第2撹拌部材73は、駆動モータ110によって回転軸部が回転されると、減速ギア列111A〜111Dを介して回転駆動力が伝達されて、回転軸部を中心にして回転駆動される。そして、駆動モータ110によって第2撹拌部材72、73が回転駆動されることで、第2撹拌部材72、73によって現像剤の撹拌・混合が充分におこなわれることになる。
さらに詳しく、現像剤貯留部50における現像剤及び補給トナーの流れについて説明する。
トナー補給管41から補給された補給トナーは、その一部が剤面GS上に浮遊するが、浮遊しているトナーは第1撹拌部材71によって現像剤G中に押し込まれながら分散・混合される。そして、現像剤は、スクリュ状の第2搬送部材72の回転によって下から上に持ち上げられた後に、外周部近傍を回転する板状の第2撹拌部材73の回転によって下方に移動して、再びスクリュ状の第2搬送部材72の周囲に寄せ集められる。このように、スクリュ状の第2搬送部材72と、板状の第2撹拌部材73と、によって、内部の現像剤Gが対流するため、現像剤の撹拌・混合が均一におこなわれる。トナーの帯電は、トナーとキャリアとの摩擦によって付与されるため、トナーをすばやく良好に帯電させるためにはトナーとキャリアとの接触確率を上げることが重要である。本実施の形態2の構成によれば、スクリュ状の第2搬送部材72と、板状の第2撹拌部材73と、によって現像剤Gの対流が盛んにおこなわれるため、現像剤Gへのダメージを大きくすることなく、トナーをすばやく良好に帯電させることができる。
また、本実施の形態2では、第1撹拌部材71と第2撹拌部材72、73とを1つの撹拌部材70として一体化しているために、駆動モータ110が1つですむことになる。
ここで、本実施の形態2では、レベルセンサ75が、第2撹拌部材の回転周期における所定のタイミングに合わせて現像剤貯留部50の剤面GSの高さを検知するように制御している。
これは、図8に示すように、板状の第2搬送部材73の回転位置によって、レベルセンサ75の近傍における剤面GSの高さが大きく変動するためである。図8(A)は現像剤貯留部50を上方からみた上面図であって、図8(B)〜(D)は第2撹拌部材73がそれぞれB1〜B3の回転位置にあるときの剤面GSとレベルセンサ75との高さ関係を示す側面図である。図8に示すように、第2撹拌部材73がレベルセンサ75の位置を通過する前後で現像剤の疎密による剤面GSの大きな高さ変動が生じる。このように、剤面GSに大きな高さ変動が生じている瞬間に、レベルセンサ75によって剤面GSの高さ検知をおこなってしまうと、レベルセンサ75の検出結果に基いておこなわれるフィーダ63の回転数制御も精度の低いものになって、剤面GSの高さを狙いの高さ(第1撹拌部材71の位置である。)に制御できなくなってしまう。
これに対して、本実施の形態2では、第2撹拌部材73の回転位置が、レベルセンサ75の近傍における剤面GSの高さが安定する位置(適正検出位置)であるとき(図8(D)の状態である。)にのみ、レベルセンサ75によって剤面GSの高さを検知するように制御している。
すなわち、レベルセンサ75によって剤面GSの高さを随時検知するように制御した場合には、図9(A)に示すように、レベルセンサ75の出力の変動があるのに対して、レベルセンサ75によって剤面GSの高さを適正なタイミングで検知するように制御した場合には、図9(B)に示すように、レベルセンサ75の出力の変動は生じずに出力が適正化される。
具体的には、図10に示すフローチャートを参照して、まず、第2撹拌部材73の回転位置が適正位置であるかが検出される(ステップS8)。その結果、第2撹拌部材73の回転位置が適正位置でないものと判断された場合には、レベルセンサ75による検知はおこなわずに、本フローを終了する(ステップS8)。これに対して、第2撹拌部材73の回転位置が適正位置であるものと判断された場合には、先に図5で説明したフローと同様に、レベルセンサ75による検知をおこなってステップS2以降のフローがおこなわれる。
なお、第2撹拌部材73の回転位置が適正位置であるかの検出は、第2撹拌部材73の適正な回転位置B3を光学的にフォトセンサで検出することで達成できる。
なお、本実施の形態2では、板状の第2撹拌部材73の回転周期における所定のタイミングに合わせてレベルセンサ75によって現像剤貯留部50の剤面GSの高さを検知するように制御した。これに対して、第1撹拌部材71や、スクリュ状の第2撹拌部材72の回転位置によって、レベルセンサ75の近傍における剤面GSの高さが大きく変動する場合には、それらの回転周期における所定のタイミングに合わせてレベルセンサ75によって現像剤貯留部50の剤面GSの高さを検知するように制御することもできる。
以上説明したように、本実施の形態2においても、前記実施の形態1と同様に、現像剤貯留部50に、現像剤Gの剤面GSの位置で現像剤Gを撹拌する第1撹拌部材71と、現像剤Gに埋没する位置で現像剤Gを撹拌する第2撹拌部材72、73と、を設置しているために、現像剤Gに与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で、短時間に効率的に補給トナーが充分に現像剤Gに分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じるのを抑止することができる。
実施の形態3.
図11にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図11は、実施の形態3における現像剤撹拌装置の(A)上面図と、(B)側断面図と、(C)A−A断面図と、である。本実施の形態3の現像剤撹拌装置は、第1撹拌部材71及び第2撹拌部材72の構成が、前記実施の形態1のものとは相違する。
図11に示すように、本実施の形態3における現像剤撹拌装置は、現像剤貯留部50の天井部に、現像剤排出経路51に通じる流入口と、トナー補給管41に通じるトナー補給口が設けられている。さらに、現像剤貯留部50の底部には、現像剤供給経路52(ロータリフィーダ60)に通じる流出口が設けられている。また、現像剤貯留部50の側面には、内部に貯留された現像剤Gの剤面GSの高さを検知するレベルセンサ75が設置されている。
ここで、本実施の形態3では、現像剤貯留部50の内部に貯留された現像剤Gの剤面GSの位置で現像剤を撹拌する第1撹拌部材71と、現像剤貯留部50の内部に貯留された現像剤Gに埋没する位置で現像剤Gを撹拌する第2撹拌部材72、73と、が一体化された搬送部材70として構成されている。
そして、本実施の形態3においても、現像部5Yから供給されて貯留された現像剤Gとともに、トナー容器40Yからトナー補給管41を介して補給された補給トナーが、撹拌部材70(第1撹拌部材71及び第2撹拌部材72、73)に撹拌・混合された後に、現像剤貯留部50の流出口から排出されることになる。
詳しくは、第1撹拌部材は、垂直方向に延設された回転軸部と、回転軸部とともに回転するとともに垂直方向に対して傾斜して配設された板状部材71と、で構成されている。撹拌部材70における第1撹拌部材71(板状部材)は、現像剤Gの剤面GSの近傍にのみ設置されている。そして、駆動モータ110によって回転軸部とともに板状部材が所定方向に回転駆動されることで、第1撹拌部材71によって剤面GS近傍の現像剤が補給トナーとともに下方に押し込まれることになる。
第2撹拌部材72は、垂直方向に延設された回転軸部(第1撹拌部材71の回転軸部としても共用されている。)と、回転軸部に対して螺旋状に設置されたスクリュ部材と、で構成されている。撹拌部材70におけるスクリュ状の第2撹拌部材72は、現像剤Gに埋没する位置にのみ設置されている。また、現像剤貯留部50の外周部近傍にも、2つの板状の第2撹拌部材73が設置されている。そして、この板状の第2撹拌部材73上に、上述した第1撹拌部材71の板状部材が設置されている。この板状の第2撹拌部材73は、駆動モータ110によって回転軸部が回転されると、減速ギア列111A〜111Dを介して回転駆動力が伝達されて、回転軸部を中心にして第1撹拌部材71とともに回転駆動される。そして、駆動モータ110によって第2撹拌部材72、73が回転駆動されることで、第2撹拌部材72、73によって現像剤の撹拌・混合が充分におこなわれることになる。
なお、本実施の形態3において、第1撹拌部材71の板状部材を可撓性材料で形成することもできる。第1撹拌部材71の機能は、剤面GSに浮遊する補給トナーを現像剤G中に潜り込ませるものであるので、板状部材の強度はそれほど要求されない。したがって、板状部材を可撓性材料で形成することで、第1撹拌部材71の本来の機能を維持しつつ、第1撹拌部材71が現像剤に与えるダメージを軽減することができる。
以上説明したように、本実施の形態3においても、前記各実施の形態と同様に、現像剤貯留部50に、現像剤Gの剤面GSの位置で現像剤Gを撹拌する第1撹拌部材71と、現像剤Gに埋没する位置で現像剤Gを撹拌する第2撹拌部材72、73と、を設置しているために、現像剤Gに与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で、短時間に効率的に補給トナーが充分に現像剤Gに分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じるのを抑止することができる。
なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
この発明の実施の形態1における画像形成装置を示す全体構成図である。 作像部を示す断面図である。 現像剤撹拌装置及び現像部を示す斜視図である。 現像剤撹拌装置を示す構成図である。 現像剤撹拌装置でおこなわれる制御を示すフローチャートである。 フィーダ回転数と現像剤流量との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態2における現像剤撹拌装置を示す構成図である。 第2撹拌部材の回転位置による現像剤の剤面の変化を示す模式図である。 レベルセンサの検出時間とレベルセンサ出力との関係を示すグラフである。 図7の現像剤撹拌装置でおこなわれる制御を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態3における現像剤撹拌装置を示す構成図である。
符号の説明
1Y、1M、1C、1K 感光体ドラム(像担持体)、
5Y 現像装置(現像部)、
6Y、6M、6C、6K 作像部、
40Y、40M、40C、40K トナー容器、
50 現像剤貯留部(現像剤撹拌装置)、
51 現像剤排出経路、
52 現像剤供給経路、
60 ロータリフィーダ、
70 撹拌部材、
71 第1撹拌部材、
72、73 第2撹拌部材、
75 レベルセンサ、
80 エアーポンプ、
100 画像形成装置本体、
G 現像剤(2成分現像剤)、 GS 現像剤の剤面。

Claims (10)

  1. 像担持体上に形成された潜像を現像する現像部から排出された現像剤にトナーを混合して撹拌した後に当該現像部に戻す現像剤撹拌装置であって、
    現像剤が貯留されるとともに、前記現像部に向けて現像剤を流出する流出口を底部又はその近傍に具備した現像剤貯留部を備え、
    前記現像剤貯留部は、
    内部に貯留された現像剤の剤面の位置で現像剤を撹拌する第1撹拌部材と、
    内部に貯留された現像剤に埋没する位置で現像剤を撹拌する第2撹拌部材と、
    を具備し
    前記第1撹拌部材は、
    垂直方向に延設された回転軸部と、
    前記回転軸部に対して螺旋状に設置されたスクリュ部材と、
    を具備し、
    前記第2撹拌部材は、
    前記回転軸部において前記スクリュ部材が形成された位置よりも前記底部に近い側に螺旋状に設置された第2のスクリュ部材と、
    前記現像剤貯留部の外周部近傍において垂直方向に延在するように形成されて前記回転軸部を中心にして前記回転軸部とともに回転する板状部材と、
    を具備したことを特徴とする現像剤撹拌装置。
  2. 前記第1撹拌部材の前記スクリュ部材は、前記現像剤貯留部において現像剤を前記剤面の側から前記底部の側に向けて移動させるように形成され、
    前記第2撹拌部材の前記第2のスクリュ部材は、前記現像剤貯留部において現像剤を前記底部の側から前記剤面の側に向けて移動させるように形成され、
    前記板状部材は、前記回転軸部とともに同じ回転数で回転する前記スクリュ部材及び前記第2のスクリュ部材に対して減速された回転数で回転することを特徴とする請求項1に記載の現像剤撹拌装置。
  3. 前記板状部材は、前記回転軸部を中心にして回転方向に180度ずれた位置に配設された2つの板状部材であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像剤撹拌装置。
  4. 前記現像剤貯留部は、内部に貯留された現像剤の剤面の高さを一定範囲内に制御する剤面高さ制御手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の現像剤撹拌装置。
  5. 前記剤面高さ制御手段は、
    前記現像剤貯留部の内部に貯留された現像剤の剤面の高さを検知するレベルセンサと、
    前記レベルセンサの検知結果に基いて前記現像剤貯留部に対して流出又は/及び流入される現像剤の量を調整する調整手段と、
    を具備したことを特徴とする請求項4に記載の現像剤撹拌装置。
  6. 前記レベルセンサは、前記第1撹拌部材又は/及び前記第2撹拌部材の回転周期における所定のタイミングに合わせて前記現像剤の剤面の高さを検知することを特徴とする請求項5に記載の現像剤撹拌装置。
  7. 前記レベルセンサは、前記現像剤貯留部の前記外周部に設置されて、前記板状部材の回転周期における所定のタイミングに合わせて前記現像剤の剤面の高さを検知することを特徴とする請求項6に記載の現像剤撹拌装置。
  8. 前記第1撹拌部材は、その一部又は全部が可撓性材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像剤撹拌装置。
  9. 前記現像剤貯留部は、内部にトナーを供給するトナー補給口を前記第1撹拌部材の上方に設けたことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の現像剤撹拌装置。
  10. 請求項1〜請求項9のいずれかに記載の現像剤撹拌装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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