DE69917954T2 - Entwicklungsvorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet - Google Patents

Entwicklungsvorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet Download PDF

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Kazuhiro Ikoma-shi Matsuyama
Toshihiko Nara-shi Takaya
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Nobuyuki Ibaraki-shi Azuma
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Entwicklungsvorrichtung, die ein elektrostatisches latentes Bild, das auf einem Element, das ein elektrostatisches latentes Bild trägt, durch die Verwendung von Toner, der als ein Färbemittel dient, sichtbar macht und insbesondere eine Entwicklungsvorrichtung, die einen aus einer Komponente bestehenden Entwickler als Toner verwendet.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Eine Bilderzeugungsvorrichtung, wie etwa Kopiermaschinen und Drucker, die ein elektrophotographisches System enthält, ist mit einer Entwicklungsvorrichtung versehen, die ein elektrostatisches latentes Bild auf einer Oberfläche eines Lichtleiters, der als ein ein Bild tragendes Element dient, bildet, einen Entwickler, wie etwa Toner, der als ein Färbemittel dient, dem Lichtleiter zum Sichtbarmachen des elektrostatischen latenten Bildes zuführt und ein selektives Anhaften des Toners bewirkt.
  • Durch die Entwicklungsvorrichtung wird ein elektrostatisches latentes Bild, das auf dem Lichtleiter gebildet ist, entwickelt und das entwickelte Tonerbild wird auf ein Übertragungsmaterial, wie etwa ein Bogen, übertragen. Daraufhin verbleibt der Teil des Toners, der nicht übertragen wurde, auf der Oberfläche des Lichtleiters. Dieser restliche nicht benötigte Toner wird von der Oberfläche des Lichtleiters entfernt, so dass die Bildung eines Bilds nachfolgend ausgeführt werden kann. Zu diesem Zweck wird eine Reinigungsvorrichtung zum Entfernen des Toners, der nach der Übertragung auf der Oberfläche des Lichtleiters verbleibt, angeordnet, wobei die Reinigungsvorrichtung einen Behälter zum Aufnehmen des nicht benötigten Toners, der durch die Reinigungsvorrichtung entfernt wird, enthält.
  • Um die Anforderungen zur Verkleinerung einer Bilderzeugungsmaschine zu erfüllen, die mit einer derartigen Entwicklungsvorrichtung, die oben beschrieben wurde, versehen ist, wird ein Raum zum Anordnen von Verarbeitungsmitteln zum Erzeugen eines Bildes um den Lichtleiter verkleinert, mit dem Ergebnis, dass eine Verkleinerung der Entwicklungsvorrichtung ebenfalls dringend erforderlich ist.
  • Die Entwicklungsvorrichtung ist im Einzelnen mit einer Entwicklungswalze versehen, die ein Magnetbürstensystem enthält, das einen Entwickler des Zweikomponententyps, der Toner und einen magnetischen Träger enthält, zu einem Entwicklungsbereich, der dem Lichtleiter zugewandt ist, unter Verwendung einer magnetischen Kraft befördert, wodurch der Entwickler nach der Entwicklung in einem Entwicklerbehälter gesammelt wird. Um die Entwicklung zu stabilisieren, ist es deswegen erforderlich, verbrauchten Toner wieder aufzufüllen und das Verhältnis des in einem Entwickler enthaltenen Toners zu steuern, d. h. die Konzentration des Toners so zu steuern, dass sie konstant wird.
  • In der Entwicklungsvorrichtung, die das oben erwähnte System enthält, d. h. in dem Magnetbürsten-Entwicklungssystem ist im Allgemeinen das Verhältnis des Trägers zu einem Entwickler größer als das des Toners und demzufolge wird der Entwicklerbehälter zum Aufbewahren des Entwicklers groß, wodurch die gesamte Entwicklungsvorrichtung ebenfalls groß wird. Es ist außerdem notwendig, ein Rührelement vorzusehen, um eine Ladungsmenge des Toners in dem Entwickler konstant zu machen sowie um die Konzentration des Toners zu steuern. In einem derartigen System sind zwei oder mehr Rührelemente vorgesehen, was einen Engpass für die Verkleinerung der Entwicklungsvorrichtung darstellte.
  • Deswegen wird eine solche Entwicklungsvorrichtung vorgeschlagen und praktisch verwendet, die eine Entwicklung unter Verwendung eines Entwicklers des Einkomponententyps ausführt, d. h. ein Toner, der ein Entwickler des Einkomponententyps ohne Träger ist. Gemäß einer derartigen Entwicklungsvorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, ist es nicht erforderlich, die Konzentration des Toners zu steuern, es ist möglich, die Größe des Entwicklerbehälters auf Grund des Fehlens des Trägers beträchtlich zu verkleinern und es ist somit möglich, die Entwicklungsvorrichtung zu verkleinern. Außerdem ist die Entwicklungsvorrichtung hervorragend in Bezug auf die Einfachheit der Wartung usw. Kurz gesagt, da keine Notwendigkeit besteht, einen Entwickler, der sich insbesondere auf Grund der Verschlechterung des Trägers verschlechtert hat, zu ersetzen, ist die Wartung für die Ersetzung eliminiert.
  • Es ist ferner lediglich erforderlich, Toner nachzufüllen, wobei keine Notwendigkeit besteht, die Konzentration des Toners zu erfassen und eine Steuerung für die Erfassung ist nicht erforderlich, mit dem Ergebnis, dass die Steuerung der Entwicklungsvorrichtung vereinfacht ist. Wie bei der Entwicklungsvorrichtung, die den Toner des Einkomponententyps verwendet, ist es im Einzelnen lediglich erforderlich, bei Bedarf Toner nachzufüllen.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird eine Entwicklungsvorrichtung 4 z. B. so angeordnet, dass sie einem Lichtleiter 1, der als ein ein Bild tragendes Element dient, zugewandt ist, wobei die Entwicklungsvorrichtung 4 ein elektrostatisches latentes Bild, das auf dem Lichtleiter 1 gebildet ist, sichtbar macht. In der Entwicklungsvorrichtung 4 ist eine Entwicklungswalze 41 drehbar angeordnet, so dass sie insbesondere einem Öffnungsabschnitt eines Entwicklerbehälters 40 zugewandt ist, der Toner enthält, der als ein Entwickler des Einkomponententyps dient. Die Entwicklungswalze 41 ist zum Öffnungsabschnitt des Entwicklerbehälters 40 teilweise freiliegend und ist z. B. so positioniert, dass sie mit dem Lichtleiter 1 in Kontakt gelangt. Dieser Kontaktbereich bildet einen Entwicklungsbereich.
  • Die Entwicklungswalze 41 trägt den Einkomponenten-Toner auf ihrer Oberfläche und befördert ihn zu dem Entwicklungsbereich, der dem Lichtleiter 1 zugewandt ist. Nach der Entwicklung befördert die Entwicklungswalze Toner, der nicht für die Entwicklung verwendet wurde, in den Entwicklerbehälter 40 und sammelt ihn dort. Um den gesammelten Toner von der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 auf einmal zu entfernen, ist eine Zufuhrwalze 42 so angeordnet, dass sie gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt wird, wodurch der Toner, der auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 getragen wird, abgeschabt wird. Dann wird Toner der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 durch diese Zufuhrwalze 42 erneut zugeführt.
  • Der Einkomponenten-Toner wird durch die Zufuhrwalze 42 zugeführt und auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 absorbiert. Um die Absorptionsmenge zu steuern, ist ein Steuerungselement 43, das gegen die Oberfläche der Ent wicklungswalze 41 gedrückt wird, angeordnet. Toner, der sich durch das Steuerungselement 43 hindurchbewegt hat, wobei seine Menge auf einen konstanten Wert gesteuert wird, erreicht den Entwicklungsbereich, der dem Lichtleiter 1 zugewandt ist und mit diesem in Kontakt gelangt, wie oben erwähnt wurde, und haftet in Überstimmung mit dem elektrostatischen latenten Bild, das auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 gebildet ist, selektiv an, wodurch die Entwicklung ausgeführt wird.
  • Um eine zufrieden stellende Entwicklung zu erreichen, wird ferner eine Entwicklungsvorspannung (Va) im Allgemeinen an die Entwicklungswalze 41 geliefert. Diese Entwicklungsvorspannung ist auf einen Spannungswert eingestellt, so dass der Toner an dem elektrostatischen latenten Bild anhaftet, während der Toner an einem Hintergrundbereich des Lichtleiters (ein Hintergrundabschnitt ohne Bild) nicht anhaftet.
  • Um den Einkomponenten-Toner, der von der Entwicklungswalze absorbiert wurde, außerdem mit einer vorgegebenen Polarität zu laden und eine vorgegebene Potentialstärke zu geben, ist das Steuerungselement 43, das in der oben erwähnten Weise angedrückt wird, an der nachgeordneten Stelle in der Drehrichtung der Entwicklungswalze 41 angeordnet, wobei dem Steuerungselement 43 eine Steuerungsspannung (Vb) zum Laden des Einkomponenten-Toners mit der vorgegebenen Polarität zugeführt wird. Somit wird als ein Ergebnis des Durchlaufens des Steuerungselements der Einkomponenten-Toner, dessen Menge konstant gehalten wird, zu dem Entwicklungsbereich befördert, während er auf ein vorgegebenes Potential oder höher aufgeladen wird.
  • Bei der obigen Konfiguration wird der Entwickler des Einkomponententyps, d. h. der Toner von der Entwicklungswalze angezogen und in den Entwicklungsbereich befördert, wodurch der Toner an dem elektrostatischen latenten Bild auf dem Lichtleiter anhaftet. Es wird dementsprechend realisiert, dass das Anhaften des Toners an dem Hintergrund ohne latentes Bild verhindert wird, um eine zufrieden stellende Entwicklung auszuführen.
  • Die Entwicklungsvorrichtung der obigen Konfiguration bringt die Entwicklungswalze 41 mit dem Lichtleiter 1 in Kontakt, um eine Entwicklung auszuführen, so dass die Einstellung eines Werts des ohmschen Widerstandes der Entwicklungswalze 41 ein wichtiger Faktor für die Bestimmung von Entwick lungscharakteristiken darstellt. In Reaktion darauf sind bisher eine Vielzahl von Techniken vorgeschlagen worden. Es ist z. B. versucht worden, eine Entwicklung in einer bevorzugten Weise unter Verwendung einer Entwicklungswalze mit einem großen ohmschen Widerstand auszuführen.
  • Selbst wenn eine Entwicklungswalze mit einem großen ohmschen Widerstand verwendet wird, ist die Varianz des Widerstandswertes mit der Temperatur und der Feuchtigkeit trotzdem groß und die Entwicklungscharakteristiken schwanken stark auf Grund der Variation des Widerstandswertes, so dass ein Problem der großen Schwankung der Bilddichte auftritt. Außerdem besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich in Folge von elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche einer Schicht mit großem ohmschen Widerstand der Entwicklungswalze ansammeln, ein Entwicklungsgeisterbild bildet.
  • Um diese Probleme zu lösen, sind eine Vielzahl von Entwicklungshilfsmitteln implementiert worden, derartige Mittel führen jedoch zu einem Ansteigen der Gesamtkosten.
  • Es ist ferner außerdem eine Idee zum Lösen der oben erwähnten Probleme vorgeschlagen worden, wobei eine Entwicklungswalze mit kleinem ohmschen Widerstand verwendet wird. Gemäß diesem Verfahren besteht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass ein elektrischer Durchschlag einer Tonerschicht und ein Überstrom wegen der Verwendung der Entwicklungswalze mit kleinem ohmschen Widerstand auftreten, und es ist deswegen schwierig, diese Idee in der dargestellten Form zu einer praktischen Verwendung zu bringen. Weiterhin wird in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen JP-A2-93671 (1990) und JP-A3-87759 (1991) ein Verfahren zum Stabilisieren von Entwicklungscharakteristiken durch das Koppeln eines Schutzwiderstands, der ein großer ohmscher Widerstand von 1 MΩ-100 MΩ ist, mit der Entwicklungswalze mit kleinem ohmschen Widerstand vorgeschlagen.
  • Wie oben erwähnt wurde, ist in letzter Zeit eine Verkleinerung von Kopiermaschinen und Druckern mit dem Trend zu ihrem schnelleren Betrieb erforderlich geworden und deswegen sind eine Technik zum Sicherstellen einer Entwicklungsleistung in dem Entwicklungsbereich der Entwicklungsvorrichtung sowie eine Verkleinerung der eigentlichen Entwicklungsvorrichtung erwünscht.
  • Das heißt, um die schnelleren Bilderzeugungsvorrichtungen zu realisieren, wird ein Konzept zum effektiven Befördern eines Entwicklers in der Entwicklungsvorrichtung aufgestellt, und um außerdem die Entwicklungsvorrichtung zu verkleinern, damit die Verkleinerung von Bilderzeugungsvorrichtungen realisiert werden kann, ist eine Entwicklungsvorrichtung erforderlich, die einen Einkomponenten-Toner verwendet.
  • Bei einer derartigen Entwicklungsvorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, werden Entwicklungscharakteristiken konstant gehalten, indem der Wert des ohmschen Widerstands der Entwicklungswalze stabilisiert wird, wodurch eine ausgezeichnete Entwicklung realisiert wird. Die Entwicklungswalze ist so hergestellt, dass sie einen kleinen ohmschen Widerstand besitzt, und eine Vorrichtung mit großem ohmschen Widerstand ist angeschlossen, wobei eine derartige Prozedur jedoch unzureichend ist.
  • Mit anderen Worten, infolge eines Problems, das den eigentlichen Einkomponenten-Toner betrifft, tritt ein Überstrom auf, wenn der Einkomponenten-Toner mit dem Lichtleiter in Kontakt gelangt. Kurz gesagt, es ist nicht ausreichend, lediglich eine vorgegebene Spannung an das Steuerungselement 43 zum Ausbilden von gleichförmig geladenem Toner auf der Entwicklungswalze mit gleichförmiger Schichtdicke zu liefern, und deswegen wird eine beträchtliche Spannung an die Zufuhrwalze 42, die Toner der Entwicklungswalze 41 zuführt, geliefert. Wenn die Entwicklungswalze 41 mit kleinem ohmschen Widerstand verwendet wird, treten ein elektrischer Durchschlag einer Tonerschicht und ein Überstrom auf, mit dem Ergebnis, dass eine bevorzugte Entwicklungscharakteristik nicht erreicht werden kann.
  • Das Auftreten von Überstrom kann verhindert werden, indem der Innenwiderstand des eigentlichen Toners auf einen großen Wert eingestellt wird. Dem Toner wird jedoch ein äußerer Zusatz zugefügt, um verschiedene Probleme, wie etwa Verflüssigung, zu vermeiden. Deswegen werden der Oberflächenwiderstand und der Kontaktwiderstand des Toners häufig Materialfaktoren auf Grund des Einflusses des äußeren Zusatzes, so dass es tatsächlich unmöglich ist, den Widerstandswert des Toners, der in der Form einer dünnen Schicht vorhanden ist, auf einen hohen Wert einzustellen oder ihn auf einem konstanten Wert zu halten, indem lediglich der Wert des Innenwiderstands des Toners gesteuert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, in einer Entwicklungsvorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, die Sicherheit vor einem elektrischen Durchschlag einer Tonerschicht und einem Überstrom zu verbessern, die beim Verwenden einer Entwicklungswalze mit kleinem ohmschen Widerstand auftreten, damit eine stabile Tonerschicht gebildet werden kann und um eine Entwicklungscharakteristik zu stabilisieren.
  • Es ist im Einzelnen eine Aufgabe der Erfindung, durch genaues Beschränken und Steuern der elektrischen Charakteristiken des Toners und jedes Elements einen elektrischen Durchschlag einer Tonerschicht und ein Auftreten von Überstrom zu verhindern, selbst wenn eine Entwicklungswalze mit kleinem ohmschen Widerstand verwendet wird, wodurch eine Entwicklungsvorrichtung geschaffen wird, die eine Entwicklung in bevorzugter Weise ausführen kann.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine zufrieden stellende Entwicklung zu erreichen, ein hochwertiges Bild zu erhalten und Entwicklungsgeisterbilder und dergleichen auszulöschen.
  • Eine Vorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, zum Lösen der oben erwähnten Aufgaben gemäß der Erfindung umfasst:
    ein Element, das ein elektrostatisches latentes Bild trägt;
    eine Entwicklungswalze, die einen Einkomponenten-Toner trägt und an einen Entwicklungsbereich befördert, der dem Element, das ein elektrostatisches latentes Bild trägt, zugewandt ist;
    ein Steuerungselement, das wenigstens eine Menge des von der Entwicklungswalze getragenen Einkomponenten-Toners steuert;
    wobei die Entwicklungswalze durch Beschichten einer leitenden Welle mit einer elastischen Halbleiterschicht geformt ist; und
    ein ohmscher Widerstand Rt der Entwicklungswalze folgendermaßen definiert ist:
    Figure 00070001
    wobei S1 (cm2) eine Fläche der Entwicklungswalze ist, die mit dem Element, das ein elektrostatisches latentes Bild trägt, über eine Tonerschicht, die auf eine Oberfläche der Entwicklungswalze gebildet ist, in Kontakt gelangt, nachdem sich die Entwicklungswalze an dem Steuerungselement vorbeibewegt hat, Dd1 (cm) eine Schichtdicke der Halbleiterschicht ist und ρd (Ω·cm) der spezifische ohmsche Volumenwiderstand der Halbleiterschicht ist, und ein ohmscher Widerstand Rt (Ω) der auf der Entwicklungswalze gebildeten Tonerschicht folgendermaßen eingestellt ist: Rt > 5·107.
  • Der ohmsche Widerstand Rt der Tonerschicht ist durch den Innenwiderstand Ri des Einkomponenten-Toners, den Kontaktwiderstand Rc zwischen Tonerpartikeln und den Oberflächenwiderstand Rs bestimmt und definiert als:
    Figure 00080001
  • Auf diese Weise wird es möglich, eine ausgezeichnete Entwicklung ohne Verschlechterung der Bildqualität zu realisieren, indem der Widerstandswert der Entwicklungswalze und insbesondere der Widerstandswert der Halbleiterschicht minimal gemacht wird. Im Einzelnen wird der ohmsche Widerstand der Tonerschicht so eingestellt, dass er gleich einem vorgegebenen Widerstandswert oder größer ist, wodurch ein Überstrom verhindert wird, eine Ungleichförmigkeit in der Tonerschicht wird an der Position des Steuerungselements verhindert und eine ausgezeichnete Entwicklung wird realisiert, wobei ein Überstrom unterdrückt wird.
  • In der Entwicklungsvorrichtung der obigen Konfiguration ist eine Schichtdicke der auf der Oberfläche der Entwicklungswalze durch das Steuerungselement gebildeten Tonerschicht auf einen Wert im Bereich von 10-30 μm eingestellt, so dass dadurch ein elektrischer Durchschlag der Tonerschicht vermieden und ein Überstrom verhindert werden kann. Es ist demzufolge möglich, einen Faktor der Verschlechterung der Bildqualität infolge eines Entwicklungsfehlers zu eliminieren.
  • In der Entwicklungsvorrichtung der oben gezeigten Konfiguration ist ferner die Halbleiterschicht der Entwicklungswalze aus einem Urethanharz mit einem Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen von 1 % oder weniger hergestellt, so dass die Varianz des Widerstandswertes, die mit der Varianz der Temperatur und Feuchtigkeit verbunden ist, beschränkt werden kann, wobei verhindert wird, dass das Element, welches das elektrostatische latente Bild trägt, kontaminiert wird und es somit möglich ist, eine Verschlechterung der Bildqualität wirkungsvoll zu verhindern.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der Entwicklungswalze, die in der Erfindung verwendet wird, möglich, einen Wert ihres ohmschen Widerstands auf einen kleinen Wert einzustellen, so dass es durch wiederholtes Ausführen einer Entwicklung möglich ist, das Ansteigen eines Potentials infolge akkumulierter elektrischer Ladung oder dergleichen auf der Oberfläche der Entwicklungswalze zu begrenzen. Mit anderen Worten, zum Zeitpunkt der Entwicklung wird elektrische Ladung über eine Drehachse von der Oberfläche der Entwicklungswalze entfernt. Es ist deswegen außerdem möglich, ein Problem eines Entwicklungsgeisterbildes und dergleichen, das durch das Ansteigen eines Potentials bewirkt wird, zu lösen.
  • Um Toner zuzuführen und die Schichtdicke des Toners konstant zu halten, werden bei der Entwicklungswalze eine Vielzahl von Elementen, z. B. das Steuerungselement, ein Zufuhrelement zum Zuführen von Toner und ein Ladungsentfernungselement zum Trennen des Toners von der Entwicklungswalze nach der Entwicklung angeordnet. Durch das Einstellen der Werte des ohmschen Widerstands dieser Kontaktelemente auf einen vorgegebenen Wert oder einen kleineren Wert ist es möglich, ein Entwicklungsgeisterbild und eine Ungleichförmigkeit des Toners zu verhindern, so dass eine stabile Entwicklung realisiert ist.
  • Um die Aufgabe der Erfindung zum Verhindern eines Überstroms zu lösen, umfasst die Entwicklungsvorrichtung:
    ein Ladungsentfernungselement, mit dem die Entwicklungswalze nach der Entwicklung in Kontakt gelangt, um Ladungen des Toners, der auf der Entwicklungswalze verbleibt, zu entfernen,
    wobei an das Ladungsentfernungselement ein ohmscher Schutzwiderstand, der einen Überstrom verhindert, elektrisch angeschlossen ist.
  • Die Entwicklungsvorrichtung umfasst ferner:
    ein Zufuhrelement, das Toner, der auf der Entwicklungswalze nach der Entwicklung zurückbleibt, entfernt und Toner neu zuführt,
    wobei an das Zufuhrelement ein ohmscher Schutzwiderstand, der einen Überstrom verhindert, elektrisch angeschlossen ist.
  • Ferner ist ein ohmscher Schutzwiderstand, der einen Überstrom verhindert, an das Steuerungselement elektrisch angeschlossen.
  • Der ohmsche Schutzwiderstand ist somit an die entsprechenden Elemente angeschlossen, die mit der Entwicklungswalze in Kontakt gelangen, wodurch ein Überstrom, der aus der unbeabsichtigt bewirkten Ungleichförmigkeit einer Dicke der Tonerschicht und dergleichen resultiert, verhindert wird und es wird dadurch möglich, eine stabilere Entwicklung zu realisieren. Es ist im Einzelnen möglich, einen Überstrom wirkungsvoll zu verhindern, der aus einem kleinen Wert des ohmschen Widerstands der Entwicklungswalze resultiert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Andere sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher aus der folgenden genauen Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung erfolgt, in der:
  • 1 eine Ansicht ist, die eine erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung 4, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, zeigt, wobei die Ansicht den Aufbau der Entwicklungsvorrichtung 4 zeigt, die mit einem Lichtleiter 1, der ein elektrostatisches latentes Bild trägt und eine Entwicklung ausführt, in Kontakt gelangt;
  • 2 eine schematische Darstellung ist, um den ohmschen Widerstand einer Tonerschicht durch eine Tonerschicht zu beschreiben, die auf der Oberfläche einer Entwicklungswalze 41 in der in 1 gezeigten Entwicklungsvorrichtung 4 gebildet ist;
  • 3 eine Ersatzschaltung des ohmschen Widerstands einer Tonerschicht, die in 2 gezeigt ist, zeigt;
  • 4 ein Blockschaltplan zum Beschreiben einer Gesamtansicht des vollständigen Aufbaus einer Bilderzeugungsvorrichtung ist, die mit der in 1 ge zeigten Entwicklungsvorrichtung 4 ausgerüstet ist;
  • 5 eine Ansicht ist, die eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen des Wertes des statischen ohmschen Widerstands des Toners in Form einer dünnen Schicht zeigt, wobei der Toner für die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung verwendet wird;
  • 6 eine Darstellung ist, die eine Spannung-Strom-Charakteristik zeigt, die ein Beispiel von Ergebnissen der Messung des Werts des statischen ohmschen Widerstands von Toner in Form einer dünnen Schicht ist, wobei der Toner für die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung verwendet wird;
  • 7 eine Ansicht ist, die eine Vorrichtung zum Messen des Wertes des statischen ohmschen Widerstandes einer Entwicklungswalze beschreibt, die die Entwicklungsvorrichtung der Erfindung bildet;
  • 8 ein Blockschaltplan einer Vorrichtung zum Messen von Widerstandsschwankungen in der Umfangsrichtung der Entwicklungswalze ist, die die Entwicklungsvorrichtung der Erfindung bildet;
  • 9 eine Darstellung ist, die das Ergebnis der Messung von Widerstandsschwankungen in der Umfangsrichtung der Entwicklungswalze zeigt, die die Entwicklungsvorrichtung der Erfindung bildet;
  • 10 eine Darstellung ist, die eine Entwicklungscharakteristik beschreibt, wenn eine spezifische Ladung von Toner als ein Parameter in der Entwicklungsvorrichtung gemäß der Erfindung betrachtet wird;
  • 11 eine Darstellung ist, die eine Entwicklungscharakteristik beschreibt, wenn der Betrag des Ansteigens eines Oberflächenpotentials der Entwicklungswalze, die die Entwicklungsvorrichtung der Erfindung bildet, als ein Parameter betrachtet wird;
  • 12 eine Ansicht ist, die die Konfiguration eines Ladungsentfernungsabschnitts nach der Entwicklung zeigt, der ein Beispiel zum Beschreiben eines ohmschen Schutzwiderstandes ist, der in der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung zum Schutz gegen einen Überstrom verwendet wird; und
  • 13 eine Ersatzschaltung des Ladungsentfernungsabschnitts ist, der in 12 gezeigt ist.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
  • Eine Ausführungsform einer Entwicklungsvorrichtung gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. 1 ist ein Blockschaltplan, der eine Entwicklungsvorrichtung 4 gemäß der Erfindung zeigt, die so positioniert ist, dass sie insbesondere einem Lichtleiter 1 zugewandt ist, der als ein Element zum Tragen eines latenten Bildes einer Bilderzeugungsvorrichtung dient. 2 ist eine schematische Darstellung zum Beschreiben der Beziehung zwischen dem Innenwiderstand, dem Oberflächenwiderstand und dem Kontaktwiderstand des Einkomponenten-Toners gemäß der Erfindung. 3 zeigt eine elektrische Ersatzschaltung des ohmschen Widerstands einer Tonerschicht, die in 2 gezeigt ist. 4 ist ein Blockschaltplan, der einen Überblick über den Aufbau einer Bilderzeugungsvorrichtung zeigt, die mit der in 1 gezeigten Entwicklungsvorrichtung 4 ausgerüstet ist.
  • Zuerst wird ein Überblick den Aufbau einer Bilderzeugungsvorrichtung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Bilderzeugungsvorrichtung ist mit einem Lichtleiter 1 ausgerüstet. Der Lichtleiter ist nahezu in der Mitte des Hauptkörpers der Bilderzeugungsvorrichtung positioniert, die ein ein Bild tragendes Element zum Tragen eines elektrostatischen latenten Bildes enthält, das bei der Operation zum Erzeugen eines Bildes in der Pfeilrichtung bei einer konstanten Geschwindigkeit rotatorisch angetrieben wird und in der Form einer Trommel gebildet ist. Eine Vielzahl von Mitteln für den Bilderzeugungsprozess sind so um diesen Lichtleiter 1 positioniert, das sie diesem zugewandt sind.
  • Die oben erwähnten Mittel (Vorrichtungen) für den Bilderzeugungsprozess sind: eine Ladeeinrichtung 2, die die Oberfläche des Lichtleiters 1 gleichförmig lädt; ein nicht gezeigtes optisches System zum Aussenden eines Bildes 3 durch Licht, das einem Bild entspricht; eine erfindungsgemäße Entwicklungsvorrich tung 4 zum Sichtbarmachen eines elektrostatischen latenten Bildes, das auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 gebildet wird, wenn sie durch das optische System belichtet wird; eine Übergabeeinheit 5 zum Übergeben eines entwickelten Bildes (ein Bild aus Toner 10) auf ein bogenförmiges Papier P, das bei Bedarf weiterbewegt wird, eine Reinigungsvorrichtung 6 zum Entfernen eines Entwicklers (Toner), der auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 zurückbleibt und nicht übertragen wird, nach der Übertragung; und eine Ladungsentfernungseinheit 7, die elektrische Ladung, die auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 zurückbleibt, entfernt. Sie sind in dieser Reihenfolge in der Drehrichtung des Lichtleiters 1 positioniert.
  • Eine große Anzahl von Papierbogen P sind z. B. in einem Fach oder einer Kassette gespeichert und einer der gespeicherten Papierbogen wird durch Zufuhrmittel zugeführt und in einen Übergabebereich gebracht, der dem Lichtleiter 1 zugewandt ist, wobei die Übergabeeinheit 5 so positioniert ist, dass sie mit dem vorderen Ende eines Tonerbildes, das auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 gebildet ist, übereinstimmt. Dieser übertragene Papierbogen P wird von dem Lichtleiter 1 abgelöst und in eine Fixiervorrichtung 8 geschickt.
  • Die Fixiervorrichtung 8 fixiert ein unfixiertes Tonerbild, das auf den Papierbogen übertragen wurde, damit es ein permanentes Bild wird, wobei eine Fläche davon, die dem Tonerbild zugewandt ist, eine Heizwalze ist, die auf eine Temperatur zum Schmelzen und Fixieren von Toner erwärmt ist, und wobei eine Druckwalze, die mit Druck zur Heizwalze beaufschlagt ist und bewirkt, dass der Papierbogen P an der Heizwalze anhaftet, angeordnet ist. Der Papierbogen P, der diese Fixiervorrichtung 8 durchlaufen hat, wird aus der Bilderzeugungsvorrichtung über eine Entladewalze in ein (nicht gezeigtes) Entladefach entladen.
  • Wenn die Bilderzeugungsvorrichtung ein Kopiergerät ist, bestrahlt das (nicht gezeigte) optische System ein Originaldokument zum Kopieren und sendet Reflexionslicht von dem Originaldokument als ein optisches Bild 3 aus. Wenn die Bilderzeugungsvorrichtung dagegen ein Drucker oder ein digitales Kopiergerät ist, sendet das optische System ein optisches Bild aus, das durch Ein-Aus-Steuerung eines Halbleiterlasers in Reaktion auf Bilddaten erhalten wird. Im Einzelnen werden in einem digitalen Kopiergerät Bilddaten, die zum Kopieren durch Messen von Reflexionslicht von einem Originaldokument durch einen Bilderfassungssensor (eine CCT-Vorrichtung usw.) erhalten werden, in das optische System eingegeben, das den Halbleiterlaser enthält, und ein optisches Bild, das den Bilddaten entspricht, wird ausgegeben. Ferner wird in einem Drucker das reflektierte Licht in ein optisches Bild, das den Bilddaten von einer anderen Verarbeitungsvorrichtung, wie etwa ein Textprozessor und ein Personalcomputer, entspricht, umgesetzt und das optische Bild wird ausgesendet. Bei dieser Umsetzung zu einem optischen Bild wird nicht nur ein Halbleiterlaser, sondern außerdem eine LED-Vorrichtung, ein Flüssigkristallverschluss oder dergleichen verwendet.
  • Somit wird dann, wenn die Operation zum Erzeugen eines Bildes in der Bilderzeugungsvorrichtung begonnen wird, der Lichtleiter 1 in der Pfeilrichtung rotatorisch angetrieben und die Oberfläche des Lichtleiters 1 wird durch die Ladeeinrichtung 2 gleichförmig auf ein Potential mit spezifizierter Polarität geladen. Nach dieser Aufladung wird das optische Bild 3 durch das (nicht gezeigte) optische System ausgesendet und ein elektrostatisches latentes Bild, das dem optischen Bild entspricht, wird auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 gebildet. Zum Sichtbarmachen dieses elektrostatischen latenten Bildes wird das Bild anschließend durch die Entwicklungsvorrichtung 4 entwickelt. Bei der Erfindung wird diese Entwicklung unter Verwendung eines Einkomponenten-Toners ausgeführt, wobei der Toner auf dem elektrostatischen latenten Bild, das auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 z. B. durch eine Kraft der statischen Elektrizität gebildet wird, selektiv absorbiert wird, wodurch die Entwicklung ausgeführt wird.
  • Das Tonerbild, das auf diese Weise auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 entwickelt wurde, wird elektrostatisch auf das Papier P übertragen, das bei Bedarf synchron mit der Drehung des Lichtleiters 1 durch die Übergabeeinheit 5, die in dem Übergabebereich positioniert ist, befördert wird. Bei dieser Übertragung lädt die Übertragungseinheit 5 die Rückseite des Papiers P bei einer Polarität, die der Ladungspolarität des Toners entgegengesetzt ist, wodurch das Tonerbild auf die Seite des Papiers P übertragen wird.
  • Nach der Übertragung verbleibt ein Teil des Tonerbildes, der nicht übertragen wurde, auf der Oberfläche des Lichtleiters 1, wobei dieser Tonerrest von der Oberfläche des Lichtleiters 1 durch die Reinigungsvorrichtung 6 entfernt wird, und die Oberfläche des Lichtleiters 1 wird durch die Ladungsentfernungsein heit 7 auf ein gleichförmiges Potential, z. B. ein Potential von nahezu 0 entladen, damit Lichtleiter 1 erneut verwendet werden kann.
  • Das weitergeleitete Papier P wird dagegen von dem Lichtleiter 1 abgezogen und zur Fixiervorrichtung 8 befördert. Durch diese Fixiervorrichtung 8 wird das Tonerbild auf dem Papier P flüssig gemacht, gepresst und infolge einer Druckkraft zwischen Walzen auf das Papier P geschmolzen. Ein Papier, das sich durch diese Fixiervorrichtung 8 hindurchbewegt, wird als ein Papier P mit erzeugtem Bild in ein Entladefach oder dergleichen entladen, das außerhalb der Bilderzeugungsvorrichtung angeordnet ist.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung
  • Anschließend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Mit anderen Worten, eine Entwicklungsvorrichtung, die einen erfindungsgemäßen Einkomponenten-Toner verwendet, wird genau beschrieben.
  • Zuerst wird der Aufbau einer Entwicklungsvorrichtung, die eine Entwicklung unter Verwendung eines Einkomponenten-Toners ausführt, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. In einem Entwicklerbehälter 40, der Einkomponenten-Toner, z. B. nicht magnetischen Einkomponenten-Toner 10 enthält, umfasst die Entwicklungsvorrichtung 4 eine Entwicklungswalze 41 und eine Zufuhrwalze 42 zum Zuführen des Einkomponenten-Toners 10 auf die Seite der Entwicklungswalze 41, die drehbar angeordnet ist, und zwei Schraubenwalzen 9 zum Befördern des Einkomponenten-Toners 10, der bei Bedarf nachgefüllt wird, in den Entwicklerbehälter 40 sind in der Zeichnung auf der rechten Seite des Entwicklerbehälters 40 angeordnet.
  • Die Entwicklungswalze 41, die in dem Entwicklerbehälter 40 angeordnet ist, ist teilweise freiliegend und ist so angeordnet, dass sie sich in der gleichen Richtung in dem Entwicklungsbereich, der dem Lichtleiter 1 in der Zeichnung zugewandt ist, dreht, um den Toner an den Entwicklungsbereich, der dem Lichtleiter 1 zugewandt ist, zu befördern. Mit anderen Worten, die Drehrichtung des Lichtleiters 1 und die Drehrichtung der Entwicklungswalze 41 sind so eingestellt, dass sie entgegengesetzt sind. Die oben erwähnte Zufuhrwalze 42 wird gegen diese Entwicklungswalze 41 gedrückt.
  • Bei diesem Aufbau ist die Entwicklungswalze 41 so gebildet, indem z. B. die Oberfläche einer Metallwalze (mit einer Drehachse) mit einem elastischen Polymermaterial beschichtet ist. Als elastisches Polymermaterial werden Polyurethan, in dem Kohlenstoff verteilt ist, Ionen leitender fester Gummi oder dergleichen verwendet, wodurch es möglich ist, einen vorgegebenen Wert des ohmschen Widerstandes beizubehalten, der keine Verschmelzung des Toners usw. bewirkt, und es funktioniert wirkungsvoll zum Zeitpunkt des Zuführens einer Entwicklungsvorspannung, wie später erwähnt wird. Ein beispielhafter Aufbau der Entwicklungswalze 41, die bei der Erfindung verwendet wird, wird später beschrieben.
  • Ein nicht gezeigter Antriebsmotor ist mit dieser Entwicklungswalze 41 verbunden und die Entwicklungswalze 41 wird in der Zeichnung in der Pfeilrichtung rotatorisch angetrieben. Der nicht magnetische Einkomponenten-Toner 10 wird auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41, die sich dreht, absorbiert und an den Entwicklungsbereich befördert, der der Oberfläche des Lichtleiters 1 zugewandt ist. Da die Entwicklungswalze 41 gegen die Oberfläche des Lichtleiters 1 gedrückt wird, wird der gedrückte Bereich zu dem Entwicklungsbereich und der Einkomponenten-Toner 10 wird auf einem elektrostatischen latenten Bild, das auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 gebildet ist, absorbiert, wodurch eine Entwicklung ausgeführt wird. Dieser Entwicklungsbereich, in dem die Entwicklungswalze 41 und der Lichtleiter 1 in gegenseitigen Kontakt gelangen, d. h. ein Kontaktbereich ist mit einer gewünschten Kontaktfläche S1 (cm2) eingestellt. Diese Kontaktfläche S1 wird ebenfalls genau beschrieben.
  • Als Einkomponenten-Toner 10, der z. B. ein nicht magnetischer Einkomponenten-Toner ist, dessen mittlere Partikelgröße etwa 10 μm beträgt, wird Polyester-Toner oder Styren-Acryl-Toner verwendet.
  • An diese Entwicklungswalze 41 wird von einer Entwicklungsvorspannungs-Leistungsschaltung 11 eine Entwicklungsvorspannung Va geliefert. Diese Entwicklungsvorspannung Va ist auf eine Polarität und einen Spannungswert eingestellt, so dass bewirkt wird, dass der Toner an dem elektrostatischen latenten Bild, das auf dem Lichtleiter 1 gebildet ist, anhaftet, wobei bewirkt wird, dass der Toner nicht an dem anderen Bereich, d. h. an einem Bereich ohne Bild anhaftet.
  • In Bezug auf die Drehrichtung wird die Zufuhrwalze 42 rotatorisch so angetrieben, dass sie sich in die entgegengesetzte Richtung zu der Drehrichtung der Entwicklungswalze 41 an einem Abschnitt (mit Druck beaufschlagter Bereich) dreht, wo die Entwicklungswalze der Entwicklungswalze 41 zugewandt ist. Mit anderen Worten, die Drehrichtung der Entwicklungswalze 41 und die Drehrichtung der Zufuhrwalze 42 sind so eingestellt, dass sie gleich sind. Für diese Zufuhrwalze 42 wird ein Material verwendet, welches das Gleiche ist wie für die Entwicklungswalze 41, und eine Steuerung des elektrischen Widerstands kann außerdem durch ein Widerstands-Steuermaterial ausgeführt werden, welches das Gleiche ist wie das für die Entwicklungswalze 41. Ferner wird ein geschäumtes Material verwendet, um die Elastizität der Zufuhrwalze 42 zu verbessern.
  • Eine Vorspannung Vc wird von einer Vorspannungs-Leistungsschaltung 12 an die Zufuhrwalze 42 angelegt und insgesamt wird eine Vorspannung in der Richtung zum Verschieben des Toners zu der Seite der Entwicklungswalze 41, d. h. in die Richtung zum Abstoßen des Toners auf der Seite der Zufuhrwalze 42 und zum Zuführen an die Entwicklungswalze 41 eingestellt. Wenn z. B. ein Toner mit negativer Polarität verwendet wird, wird eine Vorspannung Vc, die kleiner als die an die Entwicklungswalze 41 angelegte Spannung ist, an die Zufuhrwalze 42 angelegt.
  • Die Entwicklungswalze 41 und die Zufuhrwalze 42 sind mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor verbunden und sie werden in der Zeichnung in der Pfeilrichtung rotatorisch angetrieben, wodurch Toner durch die Zufuhrwalze 42 der Entwicklungswalze 41 zugeführt wird und nach der Entwicklung wird Toner, der nicht für die Entwicklung auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 verwendet wurde, abgelöst (entfernt). Dieser Toner, der durch die Zufuhrwalze 42 zugeführt wird, wird auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 angeordnet und bevor der Toner an den Entwicklungsbereich, welcher der Oberfläche des Lichtleiters 1 zugewandt ist, befördert wird, wird die Tonermasse pro Flächeneinheit durch eine Klinge 43, die mäßig gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt wird, auf eine Tonerschicht mit fester Dicke gesteuert, wobei die Klinge als ein Element zur Steuerung der Tonermasse pro Flächeneinheit dient.
  • Die Klinge wird durch einen mäßigen Druck gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt. Diese Klinge 43 wird gebildet, indem ein Klingenelement verwendet wird, das aus einem plattenförmigen Metallmaterial hergestellt ist, und ein flacher Abschnitt (Flächenabschnitt) in der Nähe ihres vorderen Endes wird gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt. Deswegen wird der Toner 10, der der Entwicklungswalze 41 zugeführt wurde, auf einen vorgegebenen Betrag der elektrischen Ladung und Dicke gemäß einem vorbestimmten Einstelldruck und einer Einstellposition der Klinge 43 gesteuert und wird an den Entwicklungsbereich, der dem Lichtleiter 1 zugewandt ist und mit diesem in Kontakt gelangt, befördert.
  • Die Klinge 43, die als ein Steuerungselement dient, ist so angeordnet, dass ein Ende davon an der Seite des Entwicklerbehälters 40 befestigt ist und ein ebener Abschnitt des freien Endes von ihrem anderen Ende wird gegen die Oberfläche der Entwicklungswalze 41 gedrückt. Das Steuerungselement 43 ist z. B. aus einer Metallplatte aus Phosphorbronze, rostfreiem Stahl (SUS) oder dergleichen hergestellt, wobei die Plattendicke etwa 0,1 – 0,2 mm beträgt und ein ebener Abschnitt in der Nähe eines vorderen Endes davon wird gegen die Entwicklungswalze 41 bei einem vorgegebenen Druck in Richtung ihrer Länge gedrückt (die Richtung einer Drehachse der Entwicklungswalze). Dementsprechend wird der Einkomponente-Toner 10, der über die Zufuhrwalze 42 auf die Oberfläche der Entwicklungswalze 41 befördert wird, durch das Steuerungselement 43 auf eine konstante Masse pro Flächeneinheit gesteuert und an den Entwicklungsbereich, der mit dem Lichtleiter 1 in Kontakt gelangt, befördert.
  • Außerdem wird an diese Klinge 43 eine vorgegebene Spannung Vb von einer Vorspannungs-Leistungsschaltung 13 geliefert. Diese Vorspannung Vb wird auf einen Wert eingestellt, der in einer Richtung zum Abstoßen des Toners 10 zu der Seite der Entwicklungswalze 41, z. B. zu der Seite der negativen Polarität bei der Verwendung von Toner mit negativer Polarität größer ist. Ferner kann die Vorspannung Vb, die an die Klinge 43 geliefert wird, auf das gleiche Potential eingestellt sein wie die Entwicklungsvorspannung Vb, die an die Entwicklungswalze 41 geliefert wird oder in ihrem absoluten Wert auf einen größeren Wert eingestellt sein.
  • Andererseits wird bei dem Toner 10, der an den Entwicklungsbereich befördert wird, der dem Lichtleiter 1 zugewandt ist, bewirkt, dass er in Übereinstimmung mit einem elektrostatischen latenten Bild, das auf der Oberfläche des Lichtlei ters 1 gebildet ist, selektiv anhaftet, wodurch das elektrostatische latente Bild durch die Farbe des Toners entwickelt wird. Dann wird der Toner 10, der nicht für die Entwicklung verwendet wurde, durch Drehung der Entwicklungswalze 41 in den Entwicklerbehälter 40 zurückgegeben. An der Position, an der der Toner zurückgegeben wird, ist ein Ladungsentfernungselement 44 zum Entfernen von Ladung des Toners angeordnet, das gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt wird. Dieses Ladungsentfernungselement 44 ist in der Drehrichtung der Entwicklungswalze 41 vor der Zufuhrwalze 42 angeordnet, wobei ein Endabschnitt davon an dem Entwicklerbehälter 40 so befestigt ist, dass er mäßig gegen die Entwicklungswalze 42 gedrückt wird, und ein ebener Abschnitt des freien Endes davon wird gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt, wobei die Elastizität des Ladungsentfernungselements 44 ausgenutzt wird.
  • Nach der Entwicklung wird die Ladung des Toners, der nicht für die Entwicklung verwendet wurde, durch das Ladungsentfernungselement 44 entfernt, wenn er durch eine Drehung der Entwicklungswalze 41 in dem Entwicklerbehälter 40 gesammelt und dadurch wiederverwendet wird. Außerdem wird an dieses Ladungsentfernungselement 44 eine Vorspannung Vd zum Entfernen der Ladung des Toners von einer Leistungsschaltung 14 geliefert.
  • Somit befördert die Entwicklungsvorrichtung 4 den Toner 10 an einen Bereich, der dem Lichtleiter 1 zugewandt ist, und macht ein latentes Bild sichtbar, das auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 gebildet ist. Wie oben erwähnt wurde, wird dieses Tonerbild, das auf der Oberfläche des Lichtleiters 1 gebildet ist, auf ein Papier P übertragen, das bei Bedarf durch die Wirkung der Übergabeeinheit 5 in einen Übergabebereich befördert wird, und anschließend wird das Papier durch die Fixiervorrichtung 8 aus der Bilderzeugungsvorrichtung entladen.
  • Der Lichtleiter 1 wird unter Verwendung eines OPC-Lichtleiters oder dergleichen gebildet, der gebildet wird, indem eine untere Schicht auf die Oberfläche einer leitenden Basis aus Metall oder Harz aufgebracht wird, eine Trägererzeugungsschicht (CGL) als eine obere Schicht davon aufgebracht wird und als die äußerste Schicht eine Trägerübertragungsschicht (CTL) aufgebracht wird, deren Hauptkomponente Polycarbonat ist. In der Erfindung ist der Lichtleiter 1 nicht auf einen derartigen Lichtleiter beschränkt, sondern er kann jedes tragende Element sein, das ein elektrostatisches latentes Bild trägt.
  • Aufbau einer Entwicklungswalze
  • Die Entwicklungswalze 41 wurde oben beschrieben und ihr Aufbau wird nun genauer beschrieben.
  • Die Entwicklungswalze 41 wird hergestellt, indem ein Kern (Achse 41a) aus Metall oder Harz mit kleinem ohmschen Widerstand mit einer Halbleiterschicht 46 beschichtet wird, die ein elastisches Element ist, dessen Dielektrizitätszahl etwa 10 beträgt, wie z. B. durch 5 gezeigt ist. Auf der Oberfläche dieser Halbleiterschicht 46 wird eine Tonerschicht 45 gebildet.
  • Das elastische Element, das die Oberfläche der Entwicklungswalze 41 bedeckt, ist vorzugsweise aus den folgenden Materialien gebildet: ein Material auf der Grundlage eines Dispersionsharzes mit eingestelltem Widerstand, bei dem leitende feine Partikel als ein Steuermaterial des elektrischen Widerstands, z. B. entweder Kohlenstoff oder TiO2 (Titanoxid) oder beides in ein Harz gemischt und verteilt sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus EPDM, Urethan, Silikon, Nitrilbutadien-Gummi, Chloropren-Gummi, Styren-Butadien-Gummi, Butadien-Gummi und dergleichen besteht; und ein Material auf der Grundlage eines den elektrischen Widerstand einstellenden Harzes, bei dem ein Ionen leitendes Material, ein oder mehrere anorganische Ionen leitende Materialien, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Natriumperchlorat, Calciumperchlorat, Natriumchlorit und dergleichen besteht, dem Harz zugefügt sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus EPDM, Urethan, Silikon, Nitrilbutadien-Gummi, Chloropren-Gummi, Styren-Butadien-Gummi, Butadien-Gummi und dergleichen besteht. Wenn ein Schaumbildner bei einem Verschäumungs/Mischprozess verwendet wird, um eine Elastizität des elastischen Elements zu erhalten, werden Silikontenside, wie etwa Polydiallyl-Siloxan und Polysiloxan-Polyalkynoxid-Blockcopolymer, vorzugsweise als Schaumbildner verwendet.
  • Als ein Beispiel des Schaumformungsprozesses enthält ein Beispiel einer Heißblas-Schaumformung die folgenden Schritte: Mischen des oben erwähnten Materials in geeigneten Verhältnissen, Rühren der sich ergebenden Mischung durch eine Misch/Injektionseinrichtung, Einführen der Mischung in eine Injektions-Extrusionsform, Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur zwischen 80 und 120 °C und Spritzen des Formteils. Eine bevorzugte Erwär mungsdauer liegt im Bereich von etwa 5 bis 100 Minuten.
  • Wenn das elastische Element durch Spritzgießen mit einem Kernstab einteilig geformt wird, kann ein einteilig geformtes Teil erhalten werden, indem ein leitender Metallkernstab (Welle) in der Mitte einer im Voraus vorbereiteten Form angeordnet wird, die Mischung ähnlich wie im oben erwähnten Beispiel in die Form eingegeben wird und die Mischung während einer Zeitdauer im Bereich von etwa 10 bis 160 Minuten erwärmt und vulkanisiert wird.
  • Als Ruß (Carbon black), der eines der Materialien zur Steuerung des elektrischen Widerstands für die Entwicklungswalze 41 ist, wird Ruß mit einer spezifischen Stickstoffabsorptionsoberfläche im Bereich von 20 m2/g bis 130 m2/g und einer DBP-Ölabsorptionsmenge im Bereich von 60 ml/g bis 120 ml/g (ISAF, HAF, GPF, SRF oder dergleichen) verwendet. Der Ruß wird mit Polyurethan in einem Verhältnis von 0,5 bis 15 Gew.-% (in manchen Fällen etwa 70 Teile) pro 100 Gew.-% Polyurethan gemischt.
  • Beispiele des Polyurethans enthalten einen weichen Polyurethanschaum und ein Polyurethan-Elastomer. Außerdem können die oben genannten Materialien EPDM, Urethan, Silikon, Nitrilbutadien-Gummi, Chloropren-Gummi, Butadien-Gummi verwendet werden.
  • Wenn die Entwicklungswalze 41 aus einem Material gebildet wird, das auf EPDM basiert, anstelle eines Materials, das auf Polyurethan basiert, wird das EPDM, das Ethylen, Propylen und eine dritte Komponente, wie etwa Dicyclopentadien, Ethyliden-Norbornen, 1,4-Hexadien, enthält, vorzugsweise gebildet, indem Ethylen, Propylen und eine dritte Komponente in Proportionen von 5 bis 95 Gew.-%, 5 bis 95 Gew.-% bzw. 0 bis 50 Gew.-% auf der Grundlage des Iodwertes gemischt werden. Um außerdem eine zufrieden stellende Dispersionsfähigkeit zu erreichen, beträgt eine geeignete Menge eines Rußes, der eingemischt wird, 1 bis 30 Gew.-% pro 100 Teile des EPDM. Wie oben beschrieben wurde, enthalten Beispiele eines verwendungsfähigen Rußes ISAF, HAF, GPF, SRF und dergleichen.
  • In Kombination mit Ruß oder einem Material zur Widerstandssteuerung können als ein Basismaterial zur Widerstandseinstellung Ionen leitende Materialien, wie etwa Natriumperchlorat, Tetraethylammonium-Chlorid, oder Tenside, wie etwa Dimethyl-Polysiloxan, Polyoxyethylen-Lauryl-Ether, in einem Verhältnis von 0,1 bis 10 Gew.-% pro 100 Gew.-% des EPDM für eine weitere Verbesserung der Dispersität und Homogenität verwendet werden.
  • Beispiele der oben genannten Ionen leitenden Materialien enthalten anorganische Ionen leitende Materialien, wie etwa Natriumperchlorat, Calciumperchlorat, Natrumchlorid, und organische Ionen leitende Materialien, wie etwa modifizierte Fettsäure, Dimethylammonium-Ethosulfat, Stearylammonium-Acetat, Laurylammonium-Acetat, Octadecyl-Trimethylammonium-Perchlorat und dergleichen. Diese Materialien können allein oder in Kombination von mehreren Materialien verwendet werden.
  • Aufbau einer Klinge, die als ein Element zur Steuerung einer Tonerschichtdicke dient Wie in 1 gezeigt ist, ist das eine Ende der Klinge 43 über eine vorgegebene Länge an dem Entwicklerbehälter 40 befestigt und ihr freies Ende, welches nicht befestigt ist, wird mit einem mäßigen Druck gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt. Die Klinge 43 ist im Einzelnen an dem einen Endabschnitt an dem Entwicklerbehälter 40 befestigt, so dass sie z. B. unter Ausnutzung einer Elastizität der Klinge selbst gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt wird.
  • Die Klinge 43, die eine Metallplatte mit einer Plattendicke von etwa 0,05 – 0,5 mm ist, berührt die Entwicklungswalze 41 bei einem vorgegebenen Druck durch eine Elastizität ihres Materials, d. h. durch elastische Verformung und steuert die Dicke einer Tonerschicht und die Menge der aufgebrachten elektrischen Ladung. Das vordere Ende der Klinge 43, das die Entwicklungswalze 41 berührt, besitzt z. B. eine Fläche, die um einen geringen Betrag in eine Richtung geneigt ist, in der sich ein Winkel, der durch die Entwicklungswalze und die Klinge 43 gebildet ist, öffnet, wobei die Klinge 43 in einem Biegevorgang oder dergleichen in eine Richtung weg von der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 gebogen wird. Außerdem kann ein Beschichtungsvorgang oder dergleichen bei einem Abschnitt der Klinge 43, der die Entwicklungswalze 41 berührt, angewendet werden, um die Ladungsmenge des Toners zu steuern und eine Tonerverschmelzung zu unterdrücken.
  • Im Allgemeinen wird ein Material, das eine Elastizität besitzt, als ein Material zum Bilden der Klinge 43 verwendet. Es ist z. B. möglich, Federstahl, wie etwa SUS, rostfreien Stahl, wie etwa SUS301, SUS304, SUS420J2, SUS631, und eine Kupferlegierung, wie etwa C1700, C1720, C5210, C7701, zu verwenden.
  • Im Unterschied zu einem Prozess zum mechanischen Schneiden, Schleifen und Biegen wird die gering geneigte Fläche des freien Endes der Klinge 43 durch ein Bearbeitungsverfahren hergestellt, wie etwa: ein spanförmiges vorderes Ende, das zuvor in einem Formungsprozess in einer gewünschten Form ausgebildet wurde, wird mit einem leitenden Klebstoff angebracht; und ein Differenzprozess wird auf das vordere Ende der Klinge angewendet und eine Metallfolie wird mit einem leitenden Klebstoff darauf angeordnet.
  • Die Klinge 43 wird im Wesentlichen so verwendet, dass bewirkt wird, dass die oben erwähnte Basis mit der Entwicklungswalze 41 in Kontakt gelangt. Um jedoch die Ladungsmenge des Toners zu stabilisieren und eine Tonerablagerung auf der Oberfläche der Klinge zu unterdrücken, kann eine Fläche, die die Entwicklungswalze berührt, beschichtet sein. Als Beschichtungsmaterial werden die folgenden Materialien verwendet: ein Material mit einer Filmdicke von 8 – 12 μm, das durch Sprühbeschichtung eines Fluor enthaltenden Harzes hergestellt wird, oder ein Kohlenstoff enthaltendes Harz auf der Oberfläche der Klinge, Trocknen bei etwa 80 °C während 30 Minuten oder mehr, um dann bei 260 °C für 30 Minuten zu brennen, und leichtes Schleifen mit einer Papierfeile Nr. 10000; sowie ein Material, das hergestellt wird, indem ein Oxidationsprozess auf Aluminium angewendet wird, das auf der Oberfläche der Klinge gebildet ist, und Ausbilden eines Almite-Films mit einer Dicke von etwa 50 – 100 μm auf einer Oberfläche davon.
  • Aufbau eines Ladungsentfernungselements
  • In 1 kommt das Ladungsentfernungselement 44 mit der Entwicklungswalze 44 in direktem Kontakt und entfernt nach der Entwicklung die Ladung des Toners, wenn es gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt wird, und löst den Toner von der Entwicklungswalze 41 ab, wodurch er wieder verwendet wird. Im Unterschied zu einem derartigen Ladungsentfernungsverfahren gibt es ein Verfahren zum Entfernen von Ladung durch eine Koronaentladungseinheit oder durch die Anordnung eines sich drehenden Kontaktablöseelements, um den Toner von der Entwicklungswalze 41 abzulösen, wodurch er wiederverwen det wird.
  • Bei dem Ladungsentfernungselement 44, das in 1 gezeigt ist, wird ein plattenförmiges elastisches Element verwendet und gegen die Entwicklungswalze 41 bei einem mäßigen Druck in der gleichen Weise wie die Klinge 43 gedrückt, wobei die Vorspannung Vd von der Leistungsschaltung 14 an das Element geliefert wird, um nach der Entwicklung die Ladung des gesammelten Toners zu entfernen. Ein Material, das für ein elastisches Element verwendet wird, ist deswegen Nylon, PET (Polyethylenterephthalat), ein PTFE (Polytetrafluoroethylen), das Harz enthält, Polyurethan oder dergleichen. Dieses Material wird als ein Basismaterial (Hauptkomponente) verwendet und wird so hergestellt, dass es einen geeigneten elektrischen Widerstand besitzt, indem ein Material zur Steuerung des elektrischen Widerstands, wie etwa Kohlenstoff, verwendet wird. An ein derartiges Ladungsentfernungselement 44, das einen ohmschen Widerstand besitzt, wird die Ladungsentfernungsspannung Vd von der Leistungsversorgung 14 geliefert.
  • Als Ruß, der als ein Material zur Steuerung des elektrischen Widerstands verwendet wird, werden Ruße mit einem spezifischen Oberflächenbereich der Stickstoffabsorption in einem Bereich von 20 m2/g bis 130 m2/g, z. B. Ofenruße oder Kanalruße, wie etwa ISAF, HAF, GPF und SRF verwendet. Ein Mischungsverhältnis des Rußes beträgt 10 Gew.-% oder mehr (in einigen Fällen 70 Gew.-% oder weniger) pro 100 Gew.-% von Polyurethan (das Gleiche gilt für Nylon, PET und andere Harze).
  • Einkomponenten-Toner
  • Der Toner 10, der ein nicht magnetischer Einkomponenten-Entwickler ist, wird hergestellt, indem 80 – 90 Gew.-% von Styrenacryl-Copolymer, 5 – 10 Gew.-% Ruß und 0 – 5 Gew.-% eines Ladungssteuerungsmittels gemischt werden und die sich ergebende Mischung pulverisiert wird, woraufhin eine Klassifikation ausgeführt wird, um negativ geladene Tonerpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 5 bis 10 μm zu erhalten. Um die Fließfähigkeit zu verbessern, werden 0,5 bis 1,5 Gew.-% Silika (SiO2) mit den Tonerpartikeln gemischt oder die Tonerpartikel werden mit Silika beschichtet. Dadurch wird der nicht magnetische Einkomponenten-Toner 10 erhalten.
  • Der Toner 10 ist nicht auf den negativ geladenen Typ beschränkt, sondern es können außerdem positiv geladene Toner verwendet werden. Der positiv geladene Toner kann einfach hergestellt werden, indem ein Bindemittelharz, das eine Hauptkomponente darstellt, ein Ladungssteuerungsmittel und dergleichen in geeigneter Weise ausgewählt werden. Dieser Toner 10 ist nicht nur einsetzbar als schwarzer Toner zur Verwendung in monochromen Kopiergeräten und Druckern, sondern auch als Farbtoner zur Verwendung in Farbkopierern und Druckern.
  • Der nicht magnetische Einkomponenten-Toner 10 ist nicht auf den Toner mit der oben erwähnten Zusammensetzung beschränkt, sondern Toner mit Zusammensetzungen, die später beschrieben werden, sind bei der Entwicklungsvorrichtung der Erfindung einsetzbar.
  • Als ein Bindemittelharz, das eine Hauptkomponente darstellt, können aushärtende Harze, wie etwa Polystyren, Polyethylen, Polyester, Polypropyren mit geringem Molekulargewicht, Epoxyharze, Polyamid und Polyvenylbutyral neben Styren-Acryl-Copolymer verwendet werden.
  • Als ein Farbstoff zur Verwendung bei schwarzem Toner können neben dem oben genannten Ruß Ofenruß, Nigrosin-Farbstoffe, metallhaltige Farbstoffe und dergleichen verwendet werden. Als Farbstoffe zur Verwendung in Farbtoner können Gelb-Farbstoffe, wie etwa auf Benzidin basierende gelbe Pigmente, Phonon-Gelb, unlösliche Azo-Pigmente auf Azetoazetanilid-Basis, Monoazo-Pigmente und Azomethin-Pigmente; Magenta-Farbstoffe, wie etwa Magenta-Farben auf Xanthenbasis, Wolfram-Molybdat-Beizpigmente, Anthrachinon-Farben, Farbestoffmaterialien, die Xanthen-Farben und organische Carboxylate enthalten, Schwefelindigo und unlösliche Azo-Pigmente auf Naphtholbasis; und Zyan-Farbstoffe, wie etwa Pigmente auf Kupfer-Phthalocyanin-Basis verwendet werden.
  • Ferner können als ein Verflüssigungsmittel für Toner neben Silika, das als ein Beschichtungsmittel verwendet wird, koloides Silika, Titanoxid, Aluminiumoxid, Zinkstearat, Polyvinyliden-Fluorid und eine Mischung davon verwendet werden.
  • Ferner können als ein Ladungssteuerungsmittel für negativ geladenen Toner Farbstoffe mit Azo-Komponente, organometallische Komplexe, chloriniertes Paraffin und dergleichen verwendet werden. Als ein Ladungssteuerungsmittel für positiv geladenen Toner können dagegen Nigrosin-Farben, Metallsalze von Fettsäuren, Amin, quarternäre Ammoniumsalze und dergleichen verwendet werden.
  • In der Entwicklungsvorrichtung 4, die den Einkomponenten-Toner 10 verwendet, wie oben beschrieben wurde, wird die Tonermasse pro Flächeneinheit des Toners durch die Klinge 43, die gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt wird, auf eine konstante Schichtdicke gesteuert. Danach wird der Toner 10 an den Entwicklungsbereich befördert und ein elektrostatisches latentes Bild, das auf dem Lichtleiter 1 gebildet ist, wird entwickelt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Vorspannungen Va, Vc und Vb an die Entwicklungswalze 41, die Zufuhrwalze 42 bzw. die Klinge 43 geliefert. Deswegen treten ein elektrischer Durchschlag des Toners und ein Überstrom auf, so dass die Entwicklungscharakteristik unstabil werden kann.
  • Unter Berücksichtigung dieses Punktes wird bei der Erfindung dann, wenn ein Bereich, in dem der Lichtleiter 1 und die Entwicklungswalze 41 in gegenseitigen Kontakt gelangen, mit S1 (cm2) bezeichnet wird, die Schichtdicke der Halbleiterschicht der Entwicklungswalze 41 mit Dd1 (cm) bezeichnet wird und der spezifische ohmsche Volumenwiderstand der Entwicklungswalze 41 mit ρd (Ωcm) bezeichnet wird, der ohmsche Widerstand Rd der Entwicklungswalze 41 als Rd = ρ d·(Dd 1/S1) definiert und der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rd ist auf einen Bereich begrenzt, der die Beziehung 104 < Rd <5·106 erfüllt. Wenn der ohmsche Widerstand der Tonerschicht 45, die auf der Entwicklungswalze 41 in Form einer dünnen Schicht gebildet ist, mit Rt (Ω) bezeichnet ist, ist ihr Widerstandswert auf einen Bereich begrenzt, der die Beziehung Rt > 5·107 erfüllt. Der Wert des ohmschen Widerstands Rt der Tonerschicht ist, wie in 2 gezeigt ist, durch den Innenwiderstand Ri des Toners 10 selbst, den Oberflächenwiderstand Rs des Toners 10 und den Kontaktwiderstand Rc zwischen Tonerpartikeln bestimmt.
  • Der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt der Tonerschicht, der durch die entsprechenden Widerstände Rs, Ri und Rc bestimmt ist, wie in 2 gezeigt ist, kann durch eine Ersatzschaltung, die in 3 gezeigt ist, ausgedrückt werden. Der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt der Tonerschicht kann dementsprechend durch den nachfolgenden Ausdruck (1) angegeben werden:
    Figure 00270001
  • Wie in 2 gezeigt ist, enthält eine Tonerschicht, die gleichförmig auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 gebildet ist, eine Reihe von entsprechenden Partikeln des Toners 10. Der Innenwiderstand Ri des Toners ist durch die Auswahl des oben erwähnten Hauptharzes, die Menge von Ruß, die intern zugefügt wird, usw. bestimmt. Der Oberflächenwiderstand Rs des Toners variiert in Abhängigkeit von der Art und der Menge des Ladungssteuerungsmittels zur Steuerung einer Ladungscharakteristik und eines äußeren Zusatzes, wie etwa Silika, zur Verbesserung der Fluidität. Der Kontaktwiderstand Rc zwischen Tonerpartikeln variiert hauptsächlich gemäß dem Füllungsfaktor und dem Druck. Diese Widerstandswerte werden durch Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst und können stark variieren.
  • Es ist bisher allgemein gültig, dass der spezifische ohmsche Volumenwiderstand von Toner der spezifische ohmsche Volumenwiderstand ρi des inneren Bestandteils des Toners ist. Als ein Verfahren zum Messen dieses spezifischen ohmschen Volumenwiderstands pi bei zerkleinertem Toner ist das Folgende üblich: ein Verfahren zum Messen einer Masse vor dem Zerkleinern; und ein Verfahren zum Aufbringen von Druck auf den Toner und Messen einer Masse, nachdem er erwärmt und bei einer Temperatur von etwa 200 °C geschmolzen wurde. Es ist jedoch im Verlauf von einer Vielzahl von Experimenten unter Verwendung von Toner herausgefunden worden, dass eine geringe Korrelation zwischen der Größe des spezifischen ohmschen Volumenwiderstands von Toner, der durch derartige Verfahren gefunden wurde, und dem Auftreten eines Überstroms in der Entwicklungsvorrichtung 4, die die Entwicklungswalze 41 mit kleinem ohmschen Widerstand verwendet, vorhanden ist. In Bezug auf den Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt einer tatsächlichen Tonerschicht, der durch den Ausdruck (1) angegeben ist, sind der Oberflächenwiderstand Rs und der Kontaktwiderstand Rc häufig dominierend.
  • Dementsprechend wird in der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung der Wert des ohmschen Widerstands Rt einer Tonerschicht, die auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 in Form einer dünnen Schicht gebildet ist, gemessen und der zu verwendende Toner wird eingeschränkt, was eines der Verfahren zum Verhindern eines Überstroms darstellt. Es ist sehr schwierig, die Widerstandswerte der entsprechenden ohmschen Widerstände Rs, Rc, Ri einzeln zu messen und zu steuern. Deswegen wird ein einfaches Verfahren zum Messen eines Wertes, der nahe an dem Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt einer wirklichen Tonerschicht liegt, nachfolgend gezeigt.
  • 5 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Messen des Widerstandswerts des ohmschen Widerstands Rt der Tonerschicht 45, die auf der Entwicklungswalze 41 in Form einer dünnen Schicht gebildet ist. In der Zeichnung ist die Tonerschicht 45 des Toners 10 auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 gleichförmig gebildet, deren Aufbau mit tatsächlichen Entwicklungsbedingungen übereinstimmt, wobei anschließend bewirkt wird, dass die Entwicklungswalze mit einem Aluminiumrohr 100 anstelle des Lichtleiters 1 bei einem Druck in Kontakt gelangt, der gleich einem Druck ist, der im praktischen Gebrauch verwendet wird. Bei einem Stillstand der entsprechenden Elemente wird die gleiche Entwicklungsvorspannung V1 von einer Spannungsquelle 101 an die leitende Drehachse 41a der Entwicklungswalze 41 geliefert. Dann wird ein Strom It, der über die Tonerschicht 45 fließt, durch ein Mikroamperemeter 102 genau gemessen. Somit wird ein statischer Widerstandswert, der der ohmsche Widerstand Rt der Tonerschicht 45 ist, gemessen.
  • In diesem Fall ist es durch das Messen des Stroms It bei einem Stillstand der entsprechenden Elemente möglich, einen genauen Stromwert zu messen, außer einem Störungsfaktor, wie etwa ein Tonerladestrom und ein Tonerdurchgangsstrom, die im Betrieb auftreten.
  • Der Widerstandswert des statischen ohmschen Widerstands Rt (Ω) der Tonerschicht 45 wird durch den nachfolgenden Ausdruck (2) angegeben:
    Figure 00280001
    wobei V1 (V) eine von der Spannungsquelle 101 gelieferte Spannung ist und It (A) ein Strom ist, der durch das Mikroamperemeter 102 gemessen wird.
  • Dabei wird der statische spezifische ohmsche Volumenwiderstand ρt (Ω·cm) der Tonerschicht 45 durch den folgenden Ausdruck (3) angegeben:
    Figure 00280002
    wobei 1 (cm) eine effektive Länge des Aluminiumrohrs 102 ist, w (cm) ist eine Kontaktspaltbreite und Dt1 (cm) ist eine Dicke der Tonerschicht 45.
  • Der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt (Ω) der Tonerschicht 45 wird durch den folgenden Ausdruck (4) unter Verwendung des statischen spezifischen ohmschen Widerstands ρt der Tonerschicht 45 angegeben:
    Figure 00290001
    wobei S1 (cm2) eine Fläche ist, die mit einem Lichtleiter in Kontakt gelangt.
  • Der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rd (Ω) der Entwicklungswalze 41 wird durch den folgenden Ausdruck (5) angegeben:
    Figure 00290002
    wobei Dd1 (cm) eine Schichtdicke der Halbleiterschicht 46 ist und ρt (Ω·cm) deren spezifischer ohmscher Volumenwiderstand ist.
  • Eine elektrische Feldstärke Et (MV/m), die an die Tonerschicht 45 angelegt wird, wird durch den folgenden Ausdruck (6) angegeben:
    Figure 00290003
    wobei Vs eine Vorspannung ist, die an die Tonerschicht 45 angelegt wird, und Dt2 (μm) eine Schichtdicke der Tonerschicht 45 ist.
  • Der Wert des Widerstands Rd
    Figure 00290004
    der Entwicklungswalze 41, die in der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung verwendet wird, ist in einem Bereich eingestellt, der über 104 und unter 5·106 liegt, wie oben beschrieben wurde. Da der untere Grenzwert eines Widerstandswerts des ohmschen Widerstands Rt der Tonerschicht 5·107 ist, gibt es kein Problem bei der praktischen Verwendung, wenn ein Spannungsabfall in der Halbleiterschicht 46 der Entwicklungswalze 41 eines Messsystems, das in 5 gezeigt ist, ignoriert wird.
  • Das Ergebnis der Messung des statischen Widerstandswerts (Rt) der Tonerschicht 45 durch das oben gezeigte Verfahren, d. h. durch das in 5 gezeigte Verfahren und die Darstellung einer Spannung/Strom-Charakteristik der Tonerschicht 45 sind in 6 gezeigt. Es erscheint, dass der gemessene Strom der Tonerschicht im unteren Spannungsabschnitt eine verhältnismäßig lineare Charakteristik angibt und plötzlich ein Überstrom fließt, wenn ein bestimmter Wert Vth (V) erreicht wird. Dieser Spannungswert Vth ist eine Entladungsanfangsspannung, bei der zwischen Tonerpartikeln eine Luftentladung oder eine Oberflächenentladung auftritt.
  • Somit ist die Spannung/Strom-Charakteristik in einem Bereich der Spannung bis zu der Entladungsanfangsspannung linear, so dass ein Widerstandswert, der durch den Ausdruck (2) auf der Grundlage eines Stromwerts, der bei einer Spannung in diesem Bereich gemessen wird, als der statische Widerstandswert Rt der Tonerschicht definiert wird. Um in der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung 4 die Schichtdicke der Tonerschicht und den Betrag der Ladung zu stabilisieren, wird eine Vorspannung an mehrere Elemente geliefert, die um die Entwicklungswalze 41 angeordnet sind und die mit dieser in Kontakt gelangen. Es ist deshalb eine solche Einstellung zwingend erforderlich, dass bei einer Vorspannung, die an die Tonerschicht 45 geliefert wird, keine Entladung auftritt.
  • Selbst wenn eine Spannung, die an die Tonerschicht 45 geliefert wird, im Bereich der Entladungsanfangsspannung der Tonerschicht liegt, erfolgt ein unregelmäßiger Spannungsabfall der Entwicklungswalze 41 infolge eines ungleichförmigen Stroms, wenn in der Tonerschicht ein großer Strom fließt, da der Widerstandswert der Tonerschicht, die in Form einer dünnen Schicht ist, in gewissem Umfang nicht gleichförmig ist. Dementsprechend wird eine Vorspannung, die an die Tonerschicht geliefert wird, ungleichförmig mit dem Ergebnis, dass die Dicke der Tonerschicht und der Betrag der Ladung ungleichförmig werden und die Bildqualität schlechter wird.
  • Deswegen ist in der Erfindung der Widerstandswert der Tonerschicht auf einen Wert eingestellt, der in Bezug auf den Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 in gewissem Umfang größer ist, wodurch ein Einfluss eines Spannungsabfalls, der auftritt, wenn eine Vorspannung angelegt wird, minimal gemacht wird. Somit kann die Ladungsmenge des Toners gleichförmig gemacht werden, wodurch die Entwicklung stabilisiert wird.
  • Im Folgenden werden Beispiele gezeigt, bei denen eine Stabilität bei der Entwicklung, die durch die Entwicklungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung durchgeführt wird, verbessert ist.
  • Beispiel 1
  • Unter Bezugnahme auf fünf Arten von Toner als Einkomponenten-Toner sind Ergebnisse der Messung des spezifischen ohmschen Volumenwiderstands pi in dem Toner, des Widerstandswerts des statischen ohmschen Widerstands Rt einer Tonerschicht eines Entwicklungsspaltabschnitts und die Entladungsanfangsspannung Vt in Tabelle 1 gezeigt. Als das in 5 gezeigte Amperemeter 102 wurden ein Gerät R6871 der Firma Advantest und ein Gerät 677A der Firma TREK verwendet. Tabelle 1
    Figure 00310001
  • Für den Toner L, der in der Tabelle 1 gezeigt ist, wird eine geringe Menge von Metalloxid als äußerer Zusatz verwendet. Deswegen ist trotz des großen spezifischen ohmschen Volumenwiderstands pi in dem Toner der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt einer Tonerschicht selbst klein. Da sich der Widerstandswert einer Tonerschicht in Abhängigkeit eines Prozesses des Toners der äußeren Zugabe ändert, ist es unverständlich, dass zwischen dem spezifischen ohmschen Volumenwiderstand pi im Toner und dem Wert des ohmschen Widerstandes Rt einer Tonerschicht keine Korrelation vorhanden ist. In der erfindungsgemäßen Entwicklungsvorrichtung, die die Entwicklungswalze 41 mit kleinem ohmschen Widerstand verwendet, ist es demzufolge wichtig, den Widerstandswert Rt einer Tonerschicht auf der Grundlage der oben erwähnten Messverfahren zu steuern, um die oben erwähnten Probleme, wie etwa ein Überstrom der Tonerschicht, zu lösen.
  • Die Ergebnisse der tatsächlichen Ausführung einer Entwicklung durch die Verwendung der entsprechenden Toner, die in 1 gezeigt sind, werden nachfolgend beschrieben.
  • Als der Lichtleiter 1, der in der in 4 gezeigten Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, wird ein negativ geladener Leiter verwendet, dessen leitende Basis einen Durchmesser von 65 mm besitzt und der durch die Ladeeinrichtung 2 auf ein Potential von –55 V geladen wird. Der Lichtleiter 1, dessen Basis geerdet ist, wird in der Pfeilrichtung bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 190 mm/s gedreht.
  • Die Entwicklungswalze 41 ist aufgebaut, indem die Oberfläche der Rotationsachse 41a, die aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und deren Durchmesser 18 mm beträgt, mit der elastischen Halbleiterschicht 46 beschichtet ist, deren Dicke 8 mm beträgt. Damit der Wert des mittleren ohmschen Widerstands (Rd) der Entwicklungswalze 41 zwischen 104 und 5·106 (Ω) liegt, wird die oben beschriebene Widerstandssteuerungsbasis verwendet. Die Entwicklungswalze 41 besitzt eine Gummihärte von 65-70 Grad der Asker C-Härte gemäß SRIS (Norm der Gesellschaft der Gummiindustrie, Japan) und besitzt eine Oberflächenrauigkeit von 2-8 μm bei einer mittleren Rauigkeit Rz von 10 Punkten gemäß JISB0601. Wie in 1 gezeigt ist, wird diese Entwicklungswalze 41 in der Pfeilrichtung bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 285 mm/s rotatorisch angetrieben. Außerdem wird eine Spannung von –400 V als eine Entwicklungsvorspannung Va von der Leistungsschaltung 11 an die Drehachse 41a aus rostfreiem Stahl der Entwicklungswalze 41 geliefert, wobei die Entwicklungswalze 41 über eine Tonerschicht, die auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 gebildet ist, gegen den Lichtleiter 1 gedrückt wird, so dass eine Entwicklungsspaltbreite 1,5 mm beträgt.
  • Die Zufuhrwalze 42 ist aufgebaut, indem die Oberfläche einer Drehachse, die aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, mit leitendem Urethanschaum beschichtet ist, dessen spezifischer ohmscher Volumenwiderstand 105 (Ω·cm) beträgt und dessen Zelldichte 80-100 Zellen/Zoll beträgt. Es wird bewirkt, dass die Zufuhrwalze 42, deren Durchmesser 20 mm beträgt, mit der Entwicklungswalze 41 bei einer Kontakttiefe von 0,5 mm in Kontakt gelangt. Dann wird die Zufuhrwalze 42 in der Pfeilrichtung bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 170 mm/s rotatorisch angetrieben. An die Drehachse aus rostfreiem Stahl dieser Zufuhrwalze 42 wird von der Leistungsschaltung 12 eine Spannung von –550 V als eine Vorspannung Vc geliefert.
  • Die Klinge 43, die als ein Steuerungselement dient, wird aufgebaut, indem eine rostfreie Platte, deren Plattendicke etwa 0,1 mm beträgt, verwendet wird und gegen die Entwicklungswalze 41 gedrückt wird. Die Klinge 43 besitzt im Einzelnen den Aufbau einer einseitig eingespannten Blattfeder, wobei bewirkt wird, dass deren freies Ende an der Entwicklungswalze 41 in Kontakt gelangt und elastisch verformt wird, wodurch ein vorgegebener Druck auf eine Tonerschicht, die auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 gebildet ist, ausgeübt wird. Außerdem wird an diese Klinge 43 von der Leistungsschaltung 13 eine Spannung von –550 V als eine Vorspannung (Vb) geliefert.
  • Das Ladungsentfernungselement 44, das ein plattenförmiges elastisches Element ist und hergestellt wird, indem Kohlenstoff in einer Harzbasis verteilt wird, ist so aufgebaut, dass eine ihrer Flächen an der Entwicklungswalze 41 bei einem vorgegebenen Druck in Kontakt gelangt. Außerdem wird an dieses Ladungsentfernungselement 44 von der Leistungsschaltung 14 eine Spannung von –350 V als eine Ladungsentfernungsvorspannung (Vd) geliefert.
  • In der auf diese Weise aufgebauten Entwicklungsvorrichtung wurde eine gleichförmige dünne Tonerschicht 45 auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 gebildet und eine umgekehrte Kontaktentwicklung wurde in Bezug auf den Lichtleiter 1 ausgeführt, wie oben erwähnt wurde. Zu diesem Zeitpunkt war die Tonermasse pro Flächeneinheit m/a auf einen Wert zwischen 0,8 und 1,0 mg/cm2 eingestellt, die Tonerladungsmenge q/m war auf einen Wert zwischen –10 und –20 μC/g eingestellt und die Tonerschichtdicke Dt war auf einen Wert zwischen 10 und 30 μm eingestellt.
  • Gemäß dem Ergebnis der Entwicklung unter Verwendung des Einkomponenten-Toners L mit einer Tonerbezeichnung L, der in der Tabelle 1 gezeigt ist, war die Bildqualität zunächst sehr schlecht. Im Einzelnen war die Dichte ungleichmäßig und ein Verschwimmen oder dergleichen trat mehrfach auf.
  • In diesem Fall wurde beobachtet, dass die Tonerschicht, nachdem sie sich in einem Vorentwicklungsschritt an der Klinge 43 vorbeibewegt hat, ungleichförmig war. Bei der eigentlichen Ausführung der Entwicklung wurde eine Bildqua lität mit einer starken Ungleichförmigkeit der Dichte erreicht. Wenn die Potentialdifferenz zwischen der Klinge 43 und der Entwicklungswalze 41 außerdem von 100 V auf 150 V angehoben wurde, wurde die Tonerschicht, nachdem sie sich an der Klinge 43 vorbei bewegt hatte, noch stärker gestört.
  • Da der Widerstandswert (Rt) einer Tonerschicht in dem Toner L klein ist, fließt ein großer Strom, die Ungleichförmigkeit einer Vorspannung, die an die Tonerschicht geliefert wird, wird unter dem Einfluss eines Spannungsabfalls der Entwicklungswalze 41 verstärkt und die Dicke der Tonerschicht 45 wird ungleichmäßig, wodurch die Bildqualität schlechter wird.
  • Als ein Ergebnis der Ausführung eines identischen Entwicklungsexperiments unter Verwendung des Toners TW, der in der Tabelle 1 gezeigt ist und einen kleinen Widerstandswert (Rt) einer Tonerschicht besitzt, der jedoch ein größerer Wert ist als bei dem Toner L, wurde dagegen die Tonerschicht wenig gestört und die Dichteungleichförmigkeit nach der Entwicklung lag in einem annehmbaren Bereich. Für die anderen Toner RV, BN, KO und K25, die größere Widerstandswerte (Rt) einer Tonerschicht besitzen als der Toner TW, wurde das gleiche Entwicklungsexperiment mit dem Ergebnis ausgeführt, dass keine Störung in der Tonerschicht beobachtet wurde, wobei die Bildqualität nach der Entwicklung außerdem ausgezeichnet war.
  • Es wurde jedoch beobachtet, dass dann, wenn der Toner L verwendet wurde, eine Ungleichförmigkeit einer Tonerschicht in einem Toner, der einen kleinen Widerstandswert (Rt) einer Tonerschicht besitzt, mit dem Ergebnis erzeugt wurde, dass die Bildqualität schlechter wurde. In diesem Fall war es vorzuziehen, dass der Wert des statischen ohmschen Widerstands Rt einer Tonerschicht über 50 MΩ lag. Wenn Toner mit Werten des statischen ohmschen Widerstands Rt von 100 MΩ und mehr von den in Tabelle 1 gezeigten Tonern verwendet wurden, wurde keine Verschlechterung der Bildqualität beobachtet, wie oben erwähnt wurde, und es konnte eine noch bessere Bildqualität erreicht werden.
  • Es ist demzufolge bei der Erfindung möglich, das Auftreten eines Überstroms zu verhindern und eine stabile Entwicklung auszuführen, indem ein Toner verwendet wird, der solche Charakteristiken besitzt, dass der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt einer Tonerschicht gleich 5·107 (Ω) beträgt oder größer ist. Es kann festgestellt werden, dass der ohmsche Widerstand Rt einer Tonerschicht vorzugsweise 100 MΩ beträgt oder größer ist.
  • Wenn jedoch der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 einen Widerstandswert von 104 (Ω) oder weiniger besitzt und wenn der Toner TW mit einem ohmschen Widerstand Rt einer Tonerschicht von nahezu 50 MΩ eines unteren Grenzwertes davon verwendet wird, wird in der Tonerschicht möglicherweise infolge eines Überstroms eine Störung erzeugt, mit dem Ergebnis, dass die Bildqualität schlechter wurde. Wenn der Toner TW verwendet wird, ist es deswegen möglich, eine Entwicklung in ausgezeichneter Weise auszuführen, indem eine Entwicklungswalze 41 gewählt wird, deren Widerstandswert (Rd) über 104 (Ω) liegt.
  • In Bezug auf den ohmschen Widerstand (Rd) der Entwicklungswalze 41, die für die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung verwendet wird, beträgt der untere Grenzwert 104 (Ω), wie oben erwähnt wurde. Nachfolgend wird der obere Grenzwert beschrieben, der den unteren Grenzwert einschließt. Im Einzelnen wurde in dem obigen Beispiel der Widerstandswert Rt einer Tonerschicht beschrieben. Es ist so wie oben beschrieben wurde, dass der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 wichtig ist, selbst in einem Bereich, der einen derartigen Widerstandswert Rt der Tonerschicht steuert.
  • Oben erfolgte eine Diskussion einer elektrischen Charakteristik der Entwicklungswalze 41 häufig auf der Grundlage des spezifischen ohmschen Volumenwiderstands. Wenn jedoch die Entwicklungswalze 41 verwendet wird, die gemäß der Erfindung einen kleinen ohmschen Widerstand besitzt, um eine ausgezeichnete Entwicklung zu realisieren, ist es erforderlich, den Widerstandswert an einem Kontaktabschnitt, an dem die Entwicklungswalze an den entsprechenden Elementen in Kontakt gelangt, genauer zu steuern. Durch die Steuerung des Widerstandswerts ist es möglich, eine exzellente Entwicklung zu realisieren, wie oben beschrieben wurde. Anschließend erfolgt eine Beschreibung auf der Grundlage eines Widerstandswerts, der durch den Ausdruck (4) gegeben ist.
  • 7 zeigt eine Messvorrichtung, die eine einfache Vorrichtung zum Messen des Widerstandswerts der Entwicklungswalze 41, die die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung bildet, beschreibt. Dieser Widerstandswert ist ein Wert, der in einem Zustand gemessen wird, wenn die Entwicklungswalze gegen den Lichtleiter 1 gedrückt wird.
  • In 7 übt die einfache Vorrichtung zum Messen des Widerstandswerts der Entwicklungswalze 41 durch die Verwendung eines Gewichts 105 eine Last F auf Abschnitte der Achse 41a auf beiden Seiten der Entwicklungswalze 41 aus, wobei die Entwicklungswalze 41 auf einer Metallerfassungselektrode 104 angeordnet ist, die auf einer isolierenden ebenen Platte 103 positioniert ist. In diesem Zustand wird von einer Leistungsquelle 106 eine konstante Spannung an die Achse 41a der Entwicklungswalze 41 geliefert und ein Strom, der in der Erfassungselektrode 104 fließt, wird durch das Amperemeter 102 gemessen. Im Ergebnis kann der Widerstandswert des ohmschen Widerstands (Rw) der Entwicklungswalze 41 in dem gedrückten Zustand durch eine gelieferte Spannung und einen fließenden Strom, der gemessen wird, angegeben werden.
  • Wenn in den Widerstandswerten eine Ungleichförmigkeit vorhanden ist, wird ein Mittelwert, der durch Messen von einigen Punkten in der Umfangsrichtung gegeben ist, als der typische Wert des Widerstandswerts der Entwicklungswalze 41 betrachtet. Deswegen wird nach der Messung in dem Zustand von 7 nach dem Drehen um einen vorgegebenen Winkel eine Messung unter der gleichen Bedingung ausgeführt.
  • 8 zeigt dagegen eine Vorrichtung, die Widerstandswerte des gesamten Umfangs in der Umfangsrichtung der Entwicklungswalze 41 messen kann, indem die Entwicklungswalze 41 tatsächlich gedreht wird. Das Prinzip ist gleich dem unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Prinzip. Das heißt, die Achse 41a ist an ihren beiden Enden durch ein Unterstützungselement 108 so unterstützt, dass sich die Entwicklungswalze zur Erfassungselektrode 107 bewegen kann, um zu bewirken, dass die Entwicklungswalze gegen eine walzenförmige Erfassungselektrode 107 gedrückt wird, die drehbar unterstützt ist, und es wird bewirkt, dass die Entwicklungswalze 41 durch Druckmechanismen 109, die beiden Enden der Achse 41a entsprechen, gegen die Erfassungselektrode 107 gedrückt wird. Eine Antriebswalze 107, die gedrückt wird um zu bewirken, dass sich die Erfassungselektrode 107 dreht, ist an der gegenüberliegenden Seite zu den Druckmechanismen 109 angeordnet. Die Drehkraft eines Motors 110 wird auf eine Welle 110a der Antriebswalze 110 über einen Transmissionsmechanismus 112 übertragen, wodurch diese Antriebswalze 110 gedreht wird.
  • Die Entwicklungswalze 41 wird demzufolge so angetrieben, dass sie sich in Übereinstimmung mit der Drehung der Erfassungselektrode 107 dreht.
  • In der obigen Konfiguration wird die Entwicklungswalze 41 durch die Verwendung des Druckmechanismus 109 bei einem vorgegebenen Druck F gegen die Erfassungselektrode 107 gedrückt. Der Durchmesser der Erfassungselektrode 107 ist so eingestellt, dass er gleich dem Durchmesser des Lichtleiters 1 ist, der tatsächlich verwendet werden soll, und der Druck F ist so eingestellt, dass er gleich einem Druck ist, der bewirkt, dass die Entwicklungswalze gegen den Lichtleiter drückt. Außerdem ist die Kontaktfläche (S1) eines Spaltabschnitts, der gebildet wird, wenn die Entwicklungswalze 41 gegen die Erfassungselektrode 107 gedrückt wird, auf die gleiche Fläche eingestellt, die gebildet wird, wenn die Entwicklungswalze gegen den eigentlichen Lichtleiter 1 gedrückt wird. Dann wird der Motor 111 gedreht, um zu bewirken, dass sich die Entwicklungswalze 41 für eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen dreht.
  • In diesem Zustand wird eine Vorspannung von der Leistungsschaltung 106 an die Drehachse 41a der Entwicklungswalze 41 geliefert und es wird eine Messung durch das Amperemeter 102, das zwischen die Erfassungselektrode 107 und Masse geschaltet ist, ausgeführt, wodurch ein Widerstandswert ermittelt werden kann. Demzufolge kann der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 in der Erfindung in einem Zustand gemessen werden, der einem Arbeitszustand ähnlich ist.
  • Ein Beispiel, bei dem mehrere Entwicklungswalzen verwendet werden, um eine Wirkung eines Widerstandswertes der erfindungsgemäßen Entwicklungswalze zu überprüfen, wird nachfolgend beschrieben.
  • Beispiel 2
  • Unter Bezugnahme auf eine Widerstandsschicht der Entwicklungswalze 41, wie z. B. zwei Arten der Entwicklungswalzen (A, B) des elektronisch leitenden Typs, die hergestellt werden, indem Ruß in einem Urethanharz verteilt wird, und eine Art der Walze (C) des Ionen leitenden Typs, deren Basis ein Urethanharz ist, wird die Ungleichförmigkeit des Widerstands in der Umfangsrichtung gemessen, indem die in 8 gezeigte Messvorrichtung verwendet wird, wobei der mittlere Wert, der größte Wert und der kleinste Wert der Widerstandswerte des ohmschen Widerstands (Rd) in Bezug auf die entsprechenden Walzen in Tabelle 2 gezeigt sind. Die Widerstandswerte wurden erhalten, indem ein Stromwert durch das Amperemeter 102 des Typs R6871 der Firma Advantest gemessen wurde, wenn eine Spannung von 10 V geliefert wurde. Tabelle 2
    Figure 00380001
  • Die äußere Form der Entwicklungswalze 41 ist in dem Beispiel 1 beschrieben, wobei der Außendurchmesser 34 mm beträgt, die Dicke Dd der Widerstandsschicht 46 beträgt 8 mm, die Länge in der axialen Richtung beträgt 320 mm und die Spaltbreite, die ausgebildet wird, wenn der Druck F 1 kg beträgt, ist etwa 1, 5 mm.
  • Bei den entsprechenden Entwicklungswalzen A bis C, die in Tabelle 2 gezeigt sind, ist der mittlere Widerstandswert insgesamt klein, insbesondere bei den Entwicklungswalzen A und B, während der mittlere Widerstandswert bei der Entwicklungswalze C groß ist. Obwohl der mittlere Widerstandswert der Entwicklungswalze A größer ist als der der Ertwicklungswalze B, ist der größte Wert der Entwicklungswalze A mehr als das Fünfzigfache des kleinsten Wertes. Daher ist bei der Entwicklungswalze C, die einen großen mittleren Widerstandswert besitzt, die Ungleichförmigkeit der Widerstandswerte in der Umfangsrichtung verhältnismäßig klein.
  • Bei der Entwicklungswalze A, die in Tabelle 2 gezeigt ist, werden fünf Arten von Entwicklungswalzen des elektronisch leitenden Typs, bei denen Ruß verteilt ist, durch Veränderung des Widerstandswertes hergestellt. 9 zeigt einen Zustand, bei dem die Ergebnisse der Messung der Widerstandsungleichförmigkeit der Walzen in der Umfangsrichtung durch die in 8 gezeigte Messvorrichtung aufgezeichnet sind. 9 ist eine Darstellung, bei der die vertikale Achse den Drehwinkel (eine Position in der Umfangsrichtung) der Entwicklungswalze 41 darstellt und die horizontale Achse einen Widerstandswert darstellt. Wie in 2 gezeigt ist, sind bei den Entwicklungswalzen des Typs A die Schwankungen des Widerstandswerts zwischen dem größten Wert und dem kleinsten Wert groß, wenn der Widerstandswert groß ist. Es erscheint, dass die Schwankungen des Widerstandswerts stabilisiert werden, wenn der Widerstandswert klein ist.
  • Es erscheint, dass ein Abschnitt, der 107 (Ω) übersteigt, bei einer Walze vorhanden ist, deren mittlerer Widerstandswert der Größte ist, wie in 9 gezeigt ist. Als ein Ergebnis der Entwicklung eines Bildes mit mittlerem Ton, das vollständig grau war, unter Verwendung der Entwicklungswalze, deren Widerstandswert über 107 (Ω) lag, trat ein Phänomen auf, wobei die Dichte des Bildes in einem Bereich schwach wurde, in dem der Widerstandswert groß war. Dieses Phänomen resultierte daraus, dass ein Spannungsabfall durch einen Entwicklungsstrom in der Halbleiterschicht der Entwicklungswalze bewirkt wurde und die Entwicklungsvorspannung verringert wurde. Dieses Phänomen hängt hauptsächlich von dem Widerstandswert der Halbleiterschicht 46 der Entwicklungswalze ab und deren Schwellenwert variiert mehr oder weniger gemäß einer Prozessgeschwindigkeit usw. Bei der Entwicklungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist das erkennbar, wenn der Widerstandswert größer als 107 (Ω) ist, während das ignoriert werden kann, wenn der Widerstandswert kleiner als 107 (Ω) ist.
  • Demzufolge wurde dann, wenn die Entwicklungswalze A, die in Tabelle 2 gezeigt ist, verwendet wurde, teilweise ein großer Widerstandswert angegeben, die Ungleichförmigkeiten der Entwicklung oder dergleichen, die sich zuvor zeigten, wurden jedoch nicht verursacht. Ferner war es im Fall der Entwicklungswalze B möglich, ein hervorragendes Ergebnis der Entwicklung zu erreichen, ohne dass Entwicklungsungleichmäßigkeiten bewirkt wurden. Ferner wurde dann, wenn die Entwicklungswalze C mit einem stabilen Widerstandswert verwendet wurde, das gesamte Bild, das entwickelt wurde, wegen des großen Widerstandswertes verhältnismäßig schwach. Bei der in 9 gezeigten Walze mit dem großen Widerstandswert war die Ungleichförmigkeit der Entwicklung an einem Abschnitt, bei dem ein großer Widerstandswert angegeben wurde, bedeutend. Deswegen wird dann, wenn der größte Wert der Entwicklungswalze 41 kleiner als 107 (Ω) ist, eine Ungleichförmigkeit erzeugt, dies ist jedoch vernachlässigbar. Bei dem kleinsten Wert ist es möglich, die Entwicklungswalze 41 zu verwenden, die einen Widerstandswert anzeigt, der kleiner als 104 (Ω) ist, wie oben erwähnt wurde.
  • Wenn eine Entwicklungswalze 41 verwendet wird, bei der der Widerstandswert größer als 104 (Ω) und kleiner als 107 (Ω) ist, wie oben erwähnt wurde, und ein Toner verwendet wird, bei dem der ohmsche Widerstand Rt (Widerstandswert einer Tonerschicht) gleich 5·107 (Ω) oder größer ist, ist es deswegen gemäß der Erfindung möglich, eine ausgezeichnete Entwicklung zu realisieren, ohne eine Verschlechterung der Bildqualität zu bewirken. Es kann in diesem Fall eine stabilere Entwicklung erwartet werden, wenn der obere Grenzwert des ohmschen Widerstandes (Rd) der Entwicklungswalze 41 auf einen Wert von 5·106 (Ω) oder kleiner eingestellt wird.
  • Somit wird dann, wenn der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 auf einen vorgegebenen Bereich gesteuert wird und kleiner als 107 (Ω) des oberen Grenzwertes ist, eine stabile Entwicklung durch Kompromisse bei dem Widerstandswert Rt einer Tonerschicht realisiert, selbst wenn Schwankungen des Widerstandswertes verursacht werden. Selbst wenn eine Ungleichförmigkeit in dem Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 erzeugt wird, ist diese daher vernachlässigbar, solange sie in dem Steuerungsbereich liegt, und es kann insgesamt eine ausgezeichnete Entwicklung erwartet werden.
  • Der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 ist ein Wert nach der Normmessbedingung gemäß JISZ-8703. Ein Widerstandswert ändert sich dagegen zwischen einem Zustand von hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit von 35 °C bzw. 85 % RH und einem Zustand von geringer Temperatur und geringer Feuchtigkeit von 5 °C bzw. 20 % RH. Es kann folglich erwartet werden, dass sich eine Entwicklungscharakteristik ändert.
  • Daher besteht gemäß der Erfindung dann, wenn ein Urethanharz als eine Halbleiterschicht der Entwicklungswalze 41, die die Entwicklungsvorrichtung bildet, verwendet wird, das Ergebnis der Messung des Feuchtigkeitsabsorptionsvermögens und eines Widerstandswertes gemäß JISK-7209A darin, dass sich der Widerstandswert für eine Urethanbasis, deren Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen 2-5 % beträgt, zwischen einem Zustand von hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit und einem Zustand von geringer Temperatur und geringer Feuchtigkeit um eine oder zwei Größenordnungen verändert. Der Wider standswert ändert sich dagegen um eine halbe oder höchstens eine Größenordnung bei einer Urethanbasis, deren Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen 0,5-1 % beträgt, so dass Schwankungen der Entwicklermenge gemäß der Änderung eines Widerstandswertes gering sind und somit eine hervorragende Bildqualität beibehalten werden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung
  • Wie oben erwähnt wurde, ist es bei der Erfindung möglich, eine hervorragende Entwicklung ohne Verschlechterung der Bildqualität zu erwarten, wenn in einem Zustand, bei dem der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 in einem gesteuerten Bereich eingestellt ist, ein Toner verwendet wird, bei dem der Widerstandswert Rt einer Tonerschicht 50 MΩ oder größer ist und vorzugsweise 100 MΩ oder größer ist. Wenn jedoch ein Experiment unter verschiedenen Bedingungen ausgeführt wird, tritt manchmal eine Verschlechterung der Bildqualität auf. Das Ergebnis der Analyse, d. h. ein Faktor, der auf den Bedingungen eines Experiments basiert, bei dem eine Verschlechterung der Bildqualität erfolgt, wird nachfolgend beschrieben. Es ist im Einzelnen ermittelt worden, dass eine Stabilität der Entwicklung nicht nur durch die Steuerung des Widerstandswertes Rt einer Tonerschicht sichergestellt wurde und hauptsächlich von dem Widerstandswert abhängt, selbst wenn der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 in dem oben erwähnten Bereich eingestellt wurde.
  • Deswegen wird die Dicke einer Tonerschicht innerhalb eines Einstellbereichs von 10-30 μm gesteuert. Wenn dieser Steuerungsbereich überschritten wurde, war die Bildqualität häufig verschlechtert. Wenn die Tonerschicht kleiner als 10 μm ist, ist die Tonerschicht dünn, wie aus dem Ausdruck (6) deutlich ist. Selbst wenn die gleiche Spannung an die Tonerschicht angelegt wird, steigt die elektrische Feldstärke an und die Gefahr wächst, dass die Tonerschicht an einem Abschnitt der Klinge 43 und einem Entwicklungsabschnitt, der an dem Lichtleiter 1 in Kontakt gelangt, elektrisch durchbrochen wird, wodurch sich die Bildqualität verschlechtert. Wenn eine Tonerschicht mehr als 30 μm beträgt, ist die Ladungscharakteristik der Tonerschicht verschlechtert und ein Phänomen, wie etwa ein Geisterbild der Entwicklung und ein Verschwimmen, tritt auf, mit dem Ergebnis, dass sich die Bildqualität stark verschlechtert.
  • Es ist demzufolge möglich, eine stabilere Entwicklung zu realisieren, indem die Schichtdicke einer Tonerschicht im Bereich von 10-30 μm gesteuert wird, wie oben erwähnt wurde.
  • Wenn eine Vorspannung, die an die entsprechenden Elemente geliefert wird, zu groß ist, verschlechtert sich die Bildqualität infolge eines elektrischen Durchschlags der Tonerschicht. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, betrug die gemessene Spannung, die einen elektrischen Durchschlag einer Tonerschicht bewirkt, 400-500 V in Bezug auf die Dicke einer Tonerschicht von 20 μm. Laut dem Ausdruck (6) beträgt demzufolge die elektrische Feldstärke Et beim elektrischen Durchschlag 20-25 (MV/m). Das Ergebnis zeigte, dass es wichtig war, den oberen Grenzwert einer Spannung, die an eine Tonerschicht geliefert wird, die sandwichartig zwischen Materialien mit geringem ohmschen Widerstand eingesetzt ist, auf 20 (MV/m) einzustellen und so zu steuern, dass sie 20·Dt2 (V) beträgt. Somit wird eine Spannung, die an die Zufuhrwalze 42, die Klinge 43 und das Ladungsentfernungselement 44, die mit der Entwicklungswalze 41 in Kontakt gelangen, geliefert wird, auf 20·Dt2 (V) oder weniger eingestellt, wie oben erwähnt wurde, wodurch die Schichtdicke einer Tonerschicht gesteuert und verhindert werden kann, dass die Entwicklung infolge eines elektrischen Durchschlags einer Tonerschicht schlechter wird.
  • Wenn der Widerstandswert der entsprechenden Elemente, an die eine Vorspannung geliefert wird, insbesondere die Entwicklungswalze 41, die Zufuhrwalze 42, die Klinge 43 und das Ladungsentfernungselement 44 klein ist, ist es möglich, den oben erwähnten oberen Grenzwert weiter zu vergrößern. Mit anderen Worten, es ist möglich, den oberen Grenzwert weiter anzuheben. Bei der Entwicklungsvorrichtung gemäß der Erfindung sind jedoch die Entwicklungswalze 41, die Zufuhrwalzen 42, die Klinge 43 und das Ladungsentfernungselement 44 aus einem Material mit kleinem ohmschen Widerstand gebildet, so dass es möglich ist, eine ausgezeichnete Entwicklung zu realisieren, indem der obere Grenzwert für jedes Element festgelegt wird.
  • Die Entwicklungsvorspannung Va wird an die Entwicklungswalze 41, die Vorspannung Vc wird an die Zufuhrwalze 42, die Vorspannung Vb wird an die Klinge 43 und die Spannung Vd wird an das Ladungsentfernungselement 44 geliefert. Es ist deswegen lediglich erforderlich, die entsprechenden Vorspannungen so einzustellen, dass die Absolutwerte der Differenzen zwischen der Entwicklungsvorspannung Va, die an die Entwicklungswalze 41 geliefert wird, und den entsprechenden Vorspannungen, die an die Zufuhrwalze 42, die Klinge 43 und das Ladungsentfernungselement 44 geliefert werden, gleich 20·Dt2(V) oder kleiner werden, wie oben beschrieben wurde.
  • Eine weitere Ausführungsform der obigen Ausführungsform der Erfindung Anschließend werden die Klinge 43 zum Steuern einer Tonerschicht, die Zufuhrwalze 42 und das Ladungsentfernungselement 44, die die Entwicklungsvorrichtung gemäß der Erfindung bilden, beschrieben.
  • Es gibt im Einzelnen einen Unterschied zwischen einer Charakteristik nach der Entwicklung eines weißen Abschnitts und einer Charakteristik nach der Entwicklung eines schwarzen Abschnitts, wobei sich die Charakteristik auf eine Entwicklungscharakteristik, wie etwa eine spezifische Ladung und die Tonermasse pro Flächeneinheit der Tonerschicht 45, die auf der Entwicklungswalze 41 und der Zufuhrwalze 42 gebildet ist, bezieht. Das hat zur Folge, dass sich ein Problem des Geisterbilds der Entwicklung ergibt, da eine Differenz der Entwicklermenge während der Drehperiode der Entwicklungswalze 41 und der Zufuhrwalze 42 erzeugt wird und eine Differenz der Bilddichte erzeugt wird.
  • 10 zeigt eine Entwicklungscharakteristik, wenn die spezifische Ladung q/m als ein Parameter betrachtet wird. Es ist z. B. offensichtlich, dass bei etwa 100 V des Entwicklungspotentials eines mittleren Farbtons die Entwicklermenge bei einer hohen spezifischen Ladung kleiner ist als die Entwicklermenge bei einer geringen spezifischen Ladung. Wenn eine Auffrischung von Toner auf der Entwicklungswalze nach der Entwicklung unzureichend ist, verbleibt nach der Entwicklung eines weißen Abschnitts Toner auf der Entwicklungswalze, der gesammelt werden soll, ohne dass er für die Entwicklung verwendet wurde. Deswegen verstärkt sich eine Reibungsladung oder dergleichen zwischen dem Toner und dem Ladungsentfernungselement 44 und der Toner wird zu kleinen Partikeln gemacht, mit dem Ergebnis, dass deren spezifische Ladung im Allgemeinen groß wird. Demzufolge wird die mittlere Dichte bei der Entwicklung von weißen Abschnitten heller als die bei der Entwicklung von schwarzen Abschnitten, was ein so genanntes positives Geisterbild darstellt.
  • 11 zeigt eine Entwicklungscharakteristik, wenn der Anstiegsbetrag ΔV eines Oberflächenpotentials auf der Entwicklungswalze 41 als ein Parameter betrachtet wird. Es ist ermittelt worden, dass sich die Kurve nach links verschiebt, wenn das Oberflächenpotential ansteigt. Betrachtet man einen Bereich um 100 V eines Mittelton-Entwicklungspotentials, ist es deswegen offensichtlich, dass eine Entwicklermenge größer wird, wenn ein Oberflächenpotential ansteigt. Wenn aus einem bestimmten Grund Ladung, die sich auf der Oberfläche der Entwicklungswalze befindet, nicht durch die Halbleiterschicht 46 der Entwicklungswalze 41 hindurchgeht und über die Drehachse 41a abfließt, steigt das Oberflächenpotential der Entwicklungswalze 41 an. Ob das Oberflächenpotential der Entwicklungswalze ansteigt oder nicht, hängt von der Größenrelation zwischen einer Zeitkonstanten, die durch den Widerstandswert und die Kapazität der Entwicklungswalze festgelegt ist, und einer Prozessgeschwindigkeit ab.
  • Da an diesem Punkt der Widerstandswert der Entwicklungswalze, die die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung bildet, minimal gemacht ist, ist die Möglichkeit des Auftretens eines Entwicklungsgeisterbildes, das sich aus der Akkumulation von Ladung auf der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 ergibt, dann reduziert, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Entwicklungswalze 41 etwa 285 mm/s beträgt. Es bleibt jedoch die Gefahr, dass sich die Bildqualität verschlechtert, wenn das gleiche Phänomen des Ansteigens eines Oberflächenpotentials bei der Zufuhrwalze 42, der Klinge 43 und dem Ladungsentfernungselement 44 auftritt.
  • Bei der Zufuhrwalze 42 wird dagegen die Drehgeschwindigkeit auf der Grundlage des Verhältnisses ihrer Umfangsgeschwindigkeit zu der Umfangsgeschwindigkeit der Entwicklungswalze 41 festgelegt, das so gewählt wird, dass es zwischen 0,5 und 2,0 liegt. Der Widerstandswert wird außerdem durch eine Kraft zum Drücken gegen die Entwicklungswalze 41, eine Kontaktspaltfläche, die durch die Schwammhärte festgelegt ist, und den spezifischen ohmschen Volumenwiderstand festgelegt. Als ein Ergebnis der Ausführung eines Experiments durch Änderung dieser Bedingungen wurde ermittelt, dass das Ansteigen des Oberflächenpotentials verhindert werden kann, wenn der Widerstandswert 100 (kΩ) beträgt oder kleiner ist. Es ist somit möglich, das Problem eines Geisterbildphänomens zu lösen.
  • Ferner steigt das Potential der Klingenoberfläche im Prinzip nicht an, wenn eine Blattfederklinge, die aus Metall hergestellt ist, als Klinge 43 zur Steuerung einer Tonerschicht verwendet wird. Wenn jedoch ein Harzmaterial mit großem ohmschen Widerstand oder dergleichen beschichtet ist, steigt das Potential an und die Gleichförmigkeit der Tonerschicht wird vermindert. Die Klinge 43 ist ein feststehendes Element und es hängt von der Geschwindigkeit der Ladungsakkumulation und der Zeitkonstante des Elements ab, ob die Oberflächenladung ansteigt oder nicht. Da diese Geschwindigkeit der Ladungsakkumulation größtenteils von einer elektrischen Charakteristik des Toners abhängt, ist ein numerischer Wert davon nicht bekannt. Als ein Ergebnis eines Experiments, das in einem Bereich des Widerstandswertes Rt der Tonerschicht und des Widerstandswertes (Rd) der Entwicklungswalze 41 mit den entsprechenden Tonern, die im Beispiel 1 gezeigt wurden, ausgeführt wurde, ist jedoch festgestellt worden, dass die Auswahl eines Beschichtungsmaterials mit einem Widerstandswert von 10 (k Ω) oder weniger vorzuziehen ist, wenn die Klinge damit beschichtet ist. Es ist somit möglich, eine Gleichförmigkeit der Tonerschicht 45 zu realisieren und eine ausgezeichnete Entwicklung auszuführen und es ist außerdem möglich, ein Problem, wie etwa ein Geisterbild, zu lösen. Wenn die Klinge 43 unter Verwendung einer Metallklinge ohne Anwendung eines Beschichtungsprozesses gebildet wird, treten die oben genannten Probleme nicht auf.
  • Ferner ist das Ladungsentfernungselement 44 ebenso unbeweglich wie die Klinge 43. Es wurde deswegen experimentell bestätigt, dass ein Problem des Ansteigens des Oberflächenpotentials gelöst ist, wenn das Ladungsentfernungselement aus einem Harzmaterial hergestellt ist, das einen Widerstandswert von 10 (kΩ) oder weniger besitzt, der kleiner ist als der Widerstandswert der Zufuhrwalze 42.
  • Wenn die Zufuhrwalze 42, die mit der Entwicklungswalze 41 in Kontakt gelangt, sowohl eine Funktion zum Entfernen einer Tonerschicht nach der Entwicklung als auch eine Funktion zum Zuführen frischen Toners zufrieden stellend erfüllen kann, kann ein Entwicklungsgeisterbild verhindert werden. Da jedoch eine Vorspannung in eine Richtung zum Zuführen von Toner an die Entwicklungswalze 41 an die Zufuhrwalze 42 geliefert wird, wird das Entfernen einer Tonerschicht nach der Entwicklung eine reine mechanische Aktion, wobei das Entfernen begrenzt ist. Ferner ist dann, wenn der entfernte Toner auf der Zufuhrwalze 42 verbleibt, die Funktion zum Zuführen von Toner beeinträchtigt. Es ist demzufolge schwierig, die beiden oben erwähnten Funktionen zufrieden stellend zu erfüllen, wenn ein einzelnes Element der Zufuhrwalze 42 verwendet wird.
  • In der Entwicklungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, wird eine Ladungsentfernungsspannung, z. B. eine Spannung von etwa –200 V von der Leistungsschaltung 14 an das Ladungsentfernungselement 44, das aus einem leitenden Harzfilm hergestellt ist, geliefert. Indem dieses Ladungsentfernungselement 44 zusätzlich angeordnet wird, wird die Tonerschicht nach der Entwicklung durch eine elektrische Kraft entfernt und es ist somit möglich, die Funktionen zu trennen. Deswegen ist die Belastung der Zufuhrwalze 42 zum Entfernen von Toner, der sich auf der Entwicklungswalze 41 befindet, verringert und eine Wirkung zum Verhindern eines Entwicklungsgeisterbildes ist verstärkt. Es ist lediglich erforderlich, die Ladungsentfernungsspannung, die an das Ladungsentfernungselement 44 geliefert wird, in einem Bereich einzustellen, in dem die Tonerschicht nicht elektrisch durchschlagen wird, wobei ein optimaler Wert der Ladungsentfernungsspannung für jeden verwendeten Toner unterschiedlich ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung
  • In den entsprechenden Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, werden der Widerstandswert der Entwicklungswalze und der Widerstandswert der Tonerschicht gesteuert, um einen Überstrom zu verhindern und um eine Verschlechterung der Bildqualität durch die Entwicklung beim Vorhandensein eines elektrischen Durchschlags einer Tonerschicht zu verhindern. Es ist außerdem erläutert worden, dass der Widerstandswert der Entwicklungswalze 41 in einem Bereich von niedrigen Werten eingestellt ist, um ein Geisterbildphänomen zu vermeiden, und die Bereiche der Widerstandswerte der entsprechenden Elemente, die mit der Entwicklungswalze in Kontakt gelangen, wurden beschrieben, wobei diese Elemente die Zufuhrwalze 42, die Klinge 43 und das Ladungsentfernungselement 44 in den Ausführungsformen der Erfindung sind.
  • Unter Bezugnahme auf die Entwicklungswalze 41, die die erfindungsgemäße Entwicklungsvorrichtung bildet, ist der Widerstandswert auf einen kleinen Wert eingestellt, wie oben erwähnt wurde. Dabei bleibt eine Befürchtung über einen Entwicklungsausfall infolge eines Überstroms. Wenn im Einzelnen die Schichtdicke der Tonerschicht 45 und der Widerstandswert (Rt) der Tonerschicht in den gesteuerten Bereichen liegen, gibt es kein Problem. Wenn jedoch die Gleichförmigkeit der Tonerschicht infolge eines anderen Faktors gestört ist, kann ein Überstrom auftreten. Eine Ausführungsform, die das wirkungsvoll verhindert, wird nachfolgend beschrieben.
  • In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird als ein Verfahren zum Verhindern eines Überstroms bei der Verwendung der Entwicklungswalze 41 mit einem kleinen ohmschen Widerstand der Widerstandswert der Tonerschicht gesteuert. Ferner wird die Schichtdicke der Tonerschicht gesteuert, wodurch ein Überstrom verhindert und eine ausgezeichnete Entwicklung ausgeführt wird. Ferner werden Vorspannungen, die über die entsprechenden Elemente geliefert werden, die mit der Entwicklungswalze 41 in Kontakt gelangen, und eine Differenz der Vorspannungen gesteuert, wodurch ein Überstrom verhindert wird.
  • Die Tonerschicht kann jedoch infolge einer unerwarteten Ursache beeinträchtigt sein, wie etwa das Beimischen eines fremden Gegenstands in die Entwicklungsvorrichtung. In der Folge besteht eine Möglichkeit, dass ein Überstrom auftritt. Ein Überstromschutz als eine Gegenmaßnahme wird nachfolgend beschrieben.
  • 12 zeigt eine Konfiguration, bei der eine Vorspannung (Vd) von einer Leistungsschaltung 14 über einen Widerstand 50 an das Ladungsentfernungselement 44 geliefert wird. In diesem Fall ist der Widerstandswert des Widerstands 50 für einen Überstromschutz äußerst wichtig. Um den Widerstandswert des Widerstands 50 zu beschreiben, zeigt 13 deswegen eine elektrische Ersatzschaltung von 12.
  • Eine Potentialdifferenz zwischen der Entwicklungsvorspannung Va, die an die Entwicklungswalze 41 geliefert wird, und der Vorspannung Vd, die an das Ladungsentfernungselement 44 geliefert wird, ist eine Spannungsquelle 51, wie in 12 gezeigt ist, und der Widerstand Rd der Halbleiterschicht, der Widerstand Rt der Tonerschicht und der Widerstand Re des Ladungsentfernungselements 44 sowie der Schutzwiderstand 50 sind in Reihe geschaltet.
  • Der Widerstandswert des Widerstands Rd der Entwicklungswalze 41 und der Widerstandswert des Widerstands Re des Ladungsentfernungselements 44 sind so eingestellt, dass sie hinreichend kleiner sind als der Widerstandswert des Widerstands Rt der Tonerschicht. Im Allgemeinen wird fast die gesamte Vorspannung (51), die geliefert werden soll, an die Tonerschicht 45 angelegt und ein Wert des fließenden Stroms ist klein. Da jedoch dann, wenn kein Schutzwiderstand 50 vorhanden ist, der Gesamtwiderstand klein ist, fließt ein Überstrom, eine Tonerverschmelzung tritt auf und an der Entwicklungswalze und dem Ladungsentfernungselement 44 wird eine Beschädigung des Elements bewirkt, wenn die Tonerschicht beeinträchtigt ist und der Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt der Tonerschicht offensichtlich stark vermindert ist.
  • Wenn der Schutzwiderstand 50 in Reihe eingesetzt ist, wie in 12 gezeigt ist (siehe die Ersatzschaltung von 13), liegt selbst dann, wenn der scheinbare Widerstandswert des ohmschen Widerstands Rt der Tonerschicht verringert wird, fast die gesamte Spannung (51), die an die Elemente angelegt wird, an dem Schutzwiderstand 50 an und ein Überstrom kann verhindert werden, solange der Schutzwiderstand 50 so eingestellt ist, dass er ausreichend größer als der ohmsche Widerstand Rd der Entwicklungswalze 41 und der ohmsche Widerstand Rc des Ladungsentfernungselements 44 ist.
  • Um einen Überstrom minimal zu machen, ist es demzufolge lediglich erforderlich, den Widerstandswert des Schutzwiderstands 50 auf einen großen Wert einzustellen. Wenn jedoch der Widerstandswert des Schutzwiderstands 50 zu groß ist, wird die gelieferte Spannung im Normalzustand an der Tonerschicht 45 und dem Schutzwiderstand 50 geteilt und eine Spannung, die an der Tonerschicht 45 anliegt, wird klein infolge eines Spannungsabfalls, der durch den Schutzwiderstand 50 bewirkt wird. Wenn das geschieht, wird eine Wirkung der Vorspannung (Vd) die zunächst erwartet wurde, verringert. Deswegen ist es verhältnismäßig wichtig, den Spannungswert des Schutzwiderstands 50 auszuwählen, wobei nachfolgend ein geeigneter Wert beschrieben wird.
  • Während in 12 beschrieben wurde, dass der Schutzwiderstand 50 zwischen dem Ladungsentfernungselement 44 und der Leistungsschaltung 14 angeordnet ist, kann der gleiche Schutzwiderstand bei Bedarf zwischen die Zufuhrwalze 42 und die Leistungsschaltung 12 sowie zwischen die Klinge 43 und die Leistungsschaltung 13 eingesetzt werden. Für die Verwendung dieser Schutzwiderstände 50 oder dergleichen wird nachfolgend der Bereich des Widerstandswerts beschrieben.
  • Ein Entwicklungsstrom Id (A), der erzeugt wird, wenn geladener Toner von der Entwicklungswalze 41 auf den Lichtleiter 1 übergeht, wird durch den folgenden Ausdruck (7) angegeben:
    Figure 00490001
    wobei m/a (kg/m2) eine Tonermasse pro Flächeneinheit auf dem Lichtleiter 1 nach der Entwicklung ist, q/m (C/kg) ist eine spezifische Ladung des Toners, 1 (m) ist eine effektive Breite eines Bildes und v (m/s) ist eine Umfangsgeschwindigkeit des Lichtleiters.
  • Wenn z. B. die Tonermasse pro Flächeneinheit auf dem Lichtleiter nach einer vollständig schwarzen Entwicklung 1,0 mg/m2 beträgt, die spezifische Ladung des Toners –20 μC/g beträgt, die effektive Breite eines Bildes 300 mm beträgt und die Umfangsgeschwindigkeit des Lichtleiters 1 190 mm/s beträgt, ist der absolute Wert des Entwicklungsstroms gemäß dem Ausdruck (7) 11,4 μA. Dieser Stromwert zum Zeitpunkt einer vollkommen schwarzen Entwicklung ist der größte Wert des Entwicklungsstroms.
  • Dieser Entwicklungsstrom Id wird durch den Tonerübergang in einem Entwicklungsabschnitt (ein Bereich, in dem die Entwicklungswalze 41 und der Lichtleiter 1 in gegenseitigen Kontakt gelangen) erzeugt. Die gleiche Idee gilt für die Zufuhrwalze 42, die Klinge 43 und das Ladungsentfernungselement 44, die mit der Entwicklungswalze 41 in Kontakt gelangen. Ein Spannungsabfall Vr der Schutzwiderstände 50 oder dergleichen, der durch einen Tonerübergangsstrom Ir bewirkt wird, wird auf der Grundlage des Widerstandswerts Rr der Schutzwiderstände 50 oder dergleichen durch den folgenden Ausdruck (8) angegeben: Vr = Ir·Rr (8)
  • Wenn dieser Spannungsabfall Vr nicht hinreichend klein in Bezug auf eine zu liefernde Vorspannung ist, wird eine Spannung, die eigentlich an die Tonerschicht 45 anzulegen ist, klein, so dass eine Vorspannungswirkung verringert ist. Deswegen ist der obere Grenzwert (Rr) der Schutzwiderstände 50 oder dergleichen durch das annehmbare Ausmaß eines Spannungsabfalls festgelegt, der durch einen Tonerübergangsstrom in Normalzustand bewirkt wird. Der obere Grenzwert (Rr) der entsprechenden Schutzwiderstände 50 oder dergleichen ist durch das annehmbare Ausmaß eines Überstroms in einem anomalen Zustand festgelegt.
  • Als ein Ergebnis von Prüfungen, die unter Verwendung von mehreren Tonern ausgeführt wurden, ist experimentell bestätigt worden, dass der Wert der spezifischen Ladung von Toner, der praktisch verwendet werden konnte, –5 bis –30 μC/g und vorzugsweise –10 bis –20 C/g bei der Verwendung von negativ geladenem Toner betrug. Die Tonermasse pro Flächeneinheit auf dem Lichtleiter 1, die für eine Schwarzentwicklung erforderlich ist, beträgt etwa 1,0 mg/cm2, wobei die Tonermasse pro Flächeneinheit mehr oder weniger in Übereinstimmung mit einer Schwärzungscharakteristik des Toners variiert. Die effektive Breite 1 (m) eines Bilds und die Umfangsgeschwindigkeit v (m/s) des Lichtleiters sind Konstruktionsvariable. Wenn deswegen die spezifische Ladung von –30 μC/g und die Tonermasse pro Flächeneinheit von 1,0 mg/cm2 in den Ausdruck (7) eingesetzt werden, wird der größte Übergangsstrom Imax (μA), der bei der praktischen Anwendung angenommen wird, durch den folgenden Ausdruck (9) angegeben: Imax = 300·1·v (9)
  • Wenn dann der obere Grenzwert des annehmbaren Wertes eines Überstroms, der keine Tonerverschmelzung oder eine Elementbeschädigung zur Folge hat, so eingestellt ist, dass er das N-fache des größten Übergangsstroms ist, wird der untere Grenzwert Rmin (Ω) des Schutzwiderstands 50 auf der Grundlage der Ausdrücke (8) und (9) durch den folgenden Ausdruck (10) angegeben:
    Figure 00500001
  • Der Wert "V", der in dem Ausdruck (10) verwendet wird, ist eine Differenz zwischen einer Vorspannung, die an die Entwicklungswalze 41 geliefert wird, und einem Oberflächenpotential des Lichtleiters 1, der ein Element darstellt, das die Entwicklungswalze berührt, wie in 13 gezeigt ist.
  • Am Ladungsentfernungselement 44 kann eine Spannung nicht durch die Tonerschicht 45 gehalten werden und es fließt wahrscheinlich ein Überstrom, da nach der Schwarzentwicklung wenig Toner auf der Entwicklungswalze 41 verbleibt. Da jedoch dieser Überstrom nicht in der Tonerschicht, sondern direkt zwischen der Entwicklungswalze 41 und dem Ladungsentfernungselement 44 fließt, wird der obere Grenzwert des annehmbaren Wertes etwas größer im Vergleich mit der Zufuhrwalze 42 und der Klinge 43. Als ein Ergebnis der tatsächlichen Ausführung einer Entwicklungsprüfung mit 10-50000 Bogen wurde durch Auswählen von verschiedenen Schutzwiderstandswerten auf der Grundlage des Ausdrucks (10) ein Problem der Entwicklungsverschlechterung usw., das durch einen Überstrom bewirkt wird, gelöst, indem n = 5 für die Zufuhrwalze 42 und die Klinge 43 und n = 10 bei dem Ladungsentfernungselement eingestellt wurden.
  • Dementsprechend ergibt sich der minimale Wert eines Schutzwiderstands, der an das Ladungsentfernungselement 44, die Zufuhrwalze 42 und die Klinge 43 eingesetzt wird, indem in den Ausdruck (10) für den Wert "n" der Wert "5" oder "10" eingesetzt wird. Der Wert "V" des Ausdrucks (10) ist ein Potential einer Differenz zwischen der Entwicklungsvorspannung (Va) und der Ladungsentfernungsvorspannung (Vd) für das Ladungsentfernungselement 44, eine Differenz zwischen der Entwicklungsvorspannung und der Zufuhrvorspannung (Vc) für die Zufuhrwalze 42 und eine Differenz zwischen der Entwicklungsvorspannung und der Steuerungsvorspannung (Vb) für die Klinge 43.
  • Als ein Ergebnis von einer Vielzahl von Experimenten unter Verwendung von Toner mit solchen Charakteristiken wie die oben erwähnte spezifische Ladung, die Tonermasse pro Flächeneinheit und die Schichtdicke und durch Ändern einer Spannung, die an die entsprechenden Elemente geliefert wird, wurde herausgefunden, dass eine Potentialdifferenz, die an die Tonerschicht angelegt wird, wenigstens 40 V beträgt. Es ist möglich, einen derartigen Fall zu behandeln, indem zunächst eine große Vorspannung geliefert wird, deren Größe einem Spannungsabfall an dem Abschnitt des Schutzwiderstands entspricht. Unter der Annahme, dass die elektrische Durchbruchspannung der Tonerschicht 45 bei etwa 400 V liegt, ist dann, wenn eine eingestellte Potentialdifferenz 40V beträgt, ein Spielraum der Spannung in Bezug auf den elektrischen Durchschlag der Tonerschicht höchstens das Zehnfache und der annehmbare Betrag des Spannungsabfalls am Abschnitt des Schutzwiderstands beträgt 360 V. Es wird somit möglich, den Bereich des Schutzwiderstands auf einem großen Wert einzustellen. Selbst wenn eine Ungleichförmigkeit in der Tonerschicht unerwartet bewirkt wird, ist es deshalb möglich, einen Überstrom zu verhindern und eine ausgezeichnete Entwicklung auszuführen.
  • Wie ferner unter Bezugnahme auf den Ausdruck (9) erwähnt wurde, besteht der Grund für die Berechnung des größten Wertes des Übertragungsstroms einer Tonerschicht darin, dass der größte Wert der spezifischen Ladung von Toner, der praktisch verwendet werden kann, 30 μC/g beträgt und die Tonermasse pro Flächeneinheit auf dem Lichtleiter 1, die für eine Schwarzentwicklung erforderlich ist, beträgt etwa 1,0 mg/m2. Die Zufuhrwalze 42 besitzt jedoch die Funktion zum Entfernen von Toner an der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 nach der Entwicklung und die Funktion zum Laden von Toner in den Entwicklerbehälter 40 und ihn an der Entwicklungswalze 41 aufzubringen. Deswegen wird in einem Mechanismus zum Entfernen des Toners an der Entwicklungswalze 41 nach der Entwicklung ein entgegengesetzter Strom fließen und somit wird der größte Strom kleiner als der größte Entwicklungsstrom in der Entwicklungsposition. Als ein Ergebnis der Messung eines Stroms, der tatsächlich an der Zufuhrwalze 42 floss, betrug der Strom 1/5 des größten Entwicklungsstroms oder weniger. Demzufolge wird der obere Grenzwert Rmax (Ω) des Schutzwiderstands an der Zufuhrwalze 42 auf der Grundlage der Ausdrücke (8) und (9) durch den folgenden Ausdruck (11) angegeben:
    Figure 00520001
  • Anschließend wird die Klinge 43 untersucht. Da Toner zuvor an der Oberfläche der Entwicklungswalze 41 von der Zufuhrwalze 42 aufgebracht wurde, kann in Bezug auf die Klinge 43 eingeschätzt werden, dass die Übertragungsmenge von Toner klein ist und ein Tonerladungsstrom dominiert. Deswegen ist dort der größte Strom kleiner als der größte Entwicklungsstrom eines Entwicklungsabschnitts. Als ein Ergebnis der Messung eines Stroms, der tatsächlich an der Klinge 43 floss, betrug der Strom 1/3 des größten Entwicklungsstroms oder weniger.
  • Ferner verbleibt auf der Entwicklungswalze 41 nach einer Weißentwicklung nahezu die gleiche Menge von Toner wie vor der Entwicklung vorhanden war. Wenn dieser Toner durch das Ladungsentfernungselement 44 elektrisch entfernt werden soll, fließt der größte Strom Imax, wie durch den Ausdruck (9) gezeigt ist. Es ist praktisch jedoch effektiver, dass das Auffrischen von Toner, der auf der Entwicklungswalze verbleibt, durch einen Ausgleich zwischen dem elektrischen Entfernen und einem mechanischen Entfernen durch die Zufuhrwalze 42 realisiert wird. Deswegen wird eine Entfernungsvorspannung auf einen kleineren Wert eingestellt und die Entfernungsmenge des Toners an ei nem Ladungsentfernungsabschnitt wird so eingestellt, dass sie nicht 100 % beträgt. Somit wird ein Ladungsentfernungsstrom kleiner als Imax. Außerdem wird dann, wenn das Ladungsentfernungselement 44 ein feststehendes Element wie eine Platte ist, der entfernte Toner nicht effizient in den Entwicklerbehälter 40 befördert mit dem Ergebnis, dass ein Ladungsentfernungsstrom klein wird. Im Ergebnis einer Messung eines Stroms, der tatsächlich an dem Ladungsentfernungselement 44 nach einer Weißentwicklung floss, betrug der Strom 1/3 des größten Entwicklungsstroms Imax oder weniger.
  • Dementsprechend sind die oberen Grenzwerte Rmax (Ω) der Schutzwiderstände an der Klinge 43, das als ein Steuerungselement der Tonerschicht dient, und an dem Ladungsentfernungselement 44 auf der Grundlage der Ausdrücke (8) und (9) durch den folgenden Ausdruck (12) angegeben:
    Figure 00530001
  • Es war eine wohlbekannte Idee zu verhindern, dass ein Überstrom zwischen der Entwicklungswalze 41 und dem Lichtleiter 1 erzeugt wird, indem der oben beschriebene Schutzwiderstand zwischen der Entwicklungswalze 41 und der Leistungsschaltung 11, die als eine Stromquelle für die Entwicklungsvorspannung dient, einzusetzen. In diesem Fall wird jedoch der folgende Nebeneffekt bewirkt.
  • Wenn z. B. eine Entwicklermenge gemäß dem Schwarz/Weiß-Verhältnis eines Bildes schwankt, schwankt ein Entwicklungsstrom. Demzufolge schwankt der Betrag des Spannungsabfalls an dem Abschnitt der Entwicklungswalze 41 gemäß dem Schwarz/Weiß-Verhältnis. Folglich wird eine Ungleichförmigkeit der Dichte, die mit dem Schwarz/Weiß-Verhältnis verbunden ist, insbesondere bei der Bildqualität eines mittleren Farbtons wahrnehmbar. Um dieses Problem zu lösen, wurde in der Entwicklungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Entwicklungswalze 41 mit kleinem ohmschen Widerstand verwendet und die Schutzschaltung 50 wurde zwischen das Ladungsentfernungselement 44 und die Leistungsschaltung 14 eingesetzt, wie in 12 gezeigt ist, wobei kein Schutzwiderstand zwischen die Entwicklungswalze 41 und die Leistungsschaltung 11 eingesetzt wurde. Außerdem wurde als ein Ergebnis der experimentellen Untersuchung der größten Potentialdifferenz, die am Entwicklungsabschnitt an die Tonerschicht angelegt wurde, festgestellt, dass das Risiko eines Überstroms in Bezug auf den Lichtleiter 1 vermieden werden konnte, wenn die größte Potentialdifferenz auf 400 V oder weniger eingestellt wurde.
  • Dementsprechend ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Schutzwiderstand zwischen der Zufuhrwalze 42 und der Leistungsschaltung 14, die sie versorgt, oder zwischen das Ladungsentfernungselement 44 und die Leistungsschaltung 12, die es versorgt, oder zwischen die Klinge 43 und die Leistungsschaltung 13, die sie versorgt, eingesetzt, wie in 12 gezeigt ist, wodurch ein Überstrom verhindert werden kann, selbst wenn die oben erwähnte Potentialdifferenz größer wird, wobei ein Bereich, in dem der Schutzwiderstand eingestellt werden kann, größer ist, ein Auftreten eines Überstroms verhindert wird und eine ausgezeichnete Entwicklung realisiert wird.
  • Ferner wird ohne das Einsetzen des Schutzwiderstandes zwischen die Entwicklungswalze 41 und die Leistungsschaltung 11 die Entwicklungsvorspannung (Va) geliefert, so dass eine Potentialdifferenz an einem Entwicklungsabschnitt, der mit dem Lichtleiter 1 in Kontakt gelangt, 400 V oder kleiner wird, wie oben erwähnt wurde, wodurch ein Überstrom verhindert und eine stabile Entwicklung realisiert wird. Wenn das Oberflächenpotential des Lichtleiters 1 z. B. –550 V beträgt und das Potential an einem Abschnitt, der von Laserlicht oder dergleichen bestrahlt wird, etwa "0" ist, ist es wenigstens erforderlich, die Entwicklungsvorspannung auf –400 V oder kleiner (im Absolutwert) einzustellen.
  • Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne vom Schutzumfang abzuweichen, der in den Ansprüchen einschließlich deren Interpretation im Rahmen der Spezifikation und der Zeichnung dargelegt ist. Diese Ausführungsformen sind deshalb in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die voranstehende Beschreibung angegeben wird und alle Änderungen die in der Bedeutung und dem Bereich der Gleichwertigkeit der Ansprüche liegen, sollen deswegen darin eingeschlossen sein.

Claims (6)

  1. Vorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, mit: einem Element (1), das ein elektrostatisches latentes Bild trägt; einer Entwicklungswalze (41), die einen Einkomponenten-Toner trägt und an einen Entwicklungsbereich befördert, der dem Element (1), das ein elektrostatisches latentes Bild trägt, zugewandt ist; einem Steuerungselement (43), das wenigstens eine Menge des von der Entwicklungswalze (41) getragenen Einkomponenten-Toners (10) steuert; wobei die Entwicklungswalze (41) durch Beschichten einer leitenden Welle (41a) mit einer elastischen Halbleiterschicht (46) geformt ist; und ein ohmscher Widerstand Rd (Ω) der Entwicklungswalze (41) folgendermaßen definiert ist:
    Figure 00550001
    wobei S1 (cm2) eine Fläche der Entwicklungswalze (41) ist, die mit dem Element (1), das ein elektrostatisches latentes Bild trägt, über eine Tonerschicht, die auf einer Oberfläche der Entwicklungswalze (41) gebildet ist, in Kontakt gelangt, nachdem sich die Entwicklungswalze (41) an dem Steuerungselement (43) vorbeibewegt hat, und ρd (Ω·cm) der spezifische ohmsche Volumenwiderstand der Halbleiterschicht (46) ist, und ein ohmscher Widerstand Rt (Ω) der auf der Entwicklungswalze (41) gebildeten Tonerschicht folgendermaßen eingestellt ist: Rt > 5·107.
  2. Vorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, nach Anspruch 1, bei der die Schichtdicke der auf der Oberfläche der Entwicklungswalze (41) durch das Steuerungselement (43) gebildeten Tonerschicht auf einen Wert im Bereich von 10-30 μm eingestellt ist.
  3. Vorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, nach Anspruch 1, bei der die Halbleiterschicht (46) der Entwicklungswalze (41) aus einem Urethanharz mit einem Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen von 1 % oder weni ger hergestellt ist.
  4. Vorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, nach Anspruch 1, ferner mit: einem Ladungsentfernungselement (44), mit dem die Entwicklungswalze (41) nach der Entwicklung in Kontakt gelangt, um die Ladung des Toners auf der Entwicklungswalze (41) zu entfernen, wobei an das Ladungsentfernungselement (44) ein ohmscher Schutzwiderstand (50), der einen Überstrom verhindert, elektrisch angeschlossen ist.
  5. Vorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, nach Anspruch 1, ferner mit: einem Zufuhrelement (42), das Toner, der auf der Entwicklungswalze (41) nach der Entwicklung zurückbleibt, entfernt und Toner neu zuführt, wobei an das Zufuhrelement (42) ein ohmscher Schutzwiderstand, der einen Überstrom verhindert, elektrisch angeschlossen ist.
  6. Vorrichtung, die einen Einkomponenten-Toner verwendet, nach Anspruch 1, bei der an das Steuerungselement (43) ein ohmscher Schutzwiderstand, der einen Überstrom verhindert, elektrisch angeschlossen ist.
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