JP2006308804A - Development device, process cartridge and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、特にトナーを進行波電界によって搬送する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a developing device, a process cartridge, and an image forming apparatus, and more particularly to a developing device, a process cartridge, and an image forming apparatus that convey toner by a traveling wave electric field.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ/ファックス/複写機複合機等の各種画像形成装置として、像担持体を帯電させ、静電潜像を形成して、この静電潜像に着色体などの粉体(本明細書では「トナー」又は「トナー粒子」という。)を付着させて現像し、トナー像を被記録媒体(転写材、用紙、記録紙、中間転写体などを含む意味である。)に転写する電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。 As various image forming apparatuses such as printers, facsimiles, copying machines, plotters, printer / fax / copier multifunction machines, etc., the image carrier is charged to form an electrostatic latent image, and the electrostatic latent image is colored. And a toner image (including transfer material, paper, recording paper, intermediate transfer body, etc.) by developing a toner image (hereinafter referred to as “toner” or “toner particles”). An image forming apparatus using an electrophotographic process for transferring to (.) Is known.
このような画像形成装置において、特許文献1、2に記載されているようにトナーを進行波電界(移相電界、搬送電界などともいう。)によって搬送する静電搬送基板を備えて、この静電搬送基板の先端部から像担持体の潜像に向けてトナーを噴出することで現像するようにした現像装置、特許文献3に記載されているように静電搬送基板上でトナーをホッピングさせて像担持体の潜像を現像する現像装置が知られている。
また、トナーを静電搬送する装置としては、特許文献4ないし8に記載されているようなものも知られている。
従来のこのようなトナーの静電搬送を行なう現像装置に使用されているトナー搬送部材は、特許文献1ないし3などにも記載されているように、ガラス基板、FPC、PCBなどの部材上に電極を形成し、これを積層することによってトナーを搬送する進行波電界を発生させるトナー搬送基板(部材)を構成している。
As described in
しかしながら、上述した従来のトナー搬送部材にあっては、搬送部材の表面材料が帯電やトナー帯電に対して帯電序列の組み合わせに不具合があると、トナーと搬送部材表面間にクーロン力が働き、吸着、固着又はトナーの帯電劣化が生じるという課題がある。また、搬送部材は、環境雰囲気の湿度に敏感であり、湿度50%を超えると、特に、液架橋力による固着が大きくなってトナーが搬送部材表面に固着して搬送されなくなるという課題もある。 However, in the above-described conventional toner conveying member, if the surface material of the conveying member has a problem in charging or a combination of charging sequences with respect to toner charging, a Coulomb force acts between the toner and the surface of the conveying member, and adsorption However, there is a problem that fixing or toner charge deterioration occurs. In addition, the conveyance member is sensitive to the humidity of the environmental atmosphere. When the humidity exceeds 50%, there is a problem that the fixation due to the liquid cross-linking force increases and the toner is fixed to the surface of the conveyance member and cannot be conveyed.
しかも、特に低帯電や無帯電トナーが搬送部材表面に供給されると、搬送電界での電界移相に追随できずに、搬送部材表面に滞留することになり、適正帯電されたトナーの物理的なストッパーとなり搬送効率が著しく低下するか、搬送不能になるという課題もある。 In addition, particularly when low-charged or uncharged toner is supplied to the surface of the conveying member, it cannot follow the electric field phase shift in the conveying electric field and stays on the surface of the conveying member. There is also a problem that the conveyance efficiency is remarkably lowered or the conveyance becomes impossible.
そのため、このような搬送部材を画像形成装置の現像装置に使用した場合、搬送部材に対するトナーの固着、付着が生じると、トナーが搬送されないまま堆積し、現像装置に使用した場合には現像できなくなるという課題を伴うことになる。また、搬送部材の上表面(2π)のみの搬送であるために、トナー搬送量には限界があり、高速現像に対応できなくなるという課題もある。 Therefore, when such a transport member is used in the developing device of the image forming apparatus, if toner adheres to or adheres to the transport member, the toner accumulates without being transported and cannot be developed when used in the developing device. It will be accompanied by the problem. Further, since only the upper surface (2π) of the conveying member is conveyed, there is a limit in the amount of toner conveyance, and there is a problem that it becomes impossible to cope with high-speed development.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、トナーの滞留、堆積を低減した安定した現像を行なうことができる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a developing device, a process cartridge, and an image forming apparatus capable of performing stable development with reduced toner retention and accumulation.
上記の課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、所定の間隔で配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーを搬送して像担持体の潜像を現像するための現像装置において、前記電極を構成する電極線がスケルトン構造で空間的に積層配置されたスケルトン搬送部材を少なくとも2つ備え、1つは前記トナーを現像のために順方向に搬送する現像用スケルトン搬送部材、他の1つは現像に寄与しなかったトナーを戻すために逆方向に搬送する戻し用スケルトン搬送部材である構成とした。 In order to solve the above problems, the developing device according to the present invention conveys toner by a conveying electric field formed by applying a multiphase voltage to a plurality of electrodes arranged at a predetermined interval, and carries an image. In a developing device for developing a latent image of a body, at least two skeleton conveying members in which electrode lines constituting the electrode are spatially stacked and arranged in a skeleton structure are provided, one for developing the toner The developing skeleton conveying member that conveys in the forward direction, and the other one is a returning skeleton conveying member that conveys the toner that did not contribute to development in the reverse direction.
ここで、前記スケルトン搬送部材に対向してトナーの飛散を抑えるバイアス電圧が印加されるバイアス電極部材を備えていることが好ましい。この場合、前記戻し用スケルトン搬送部材に対向するバイアス電極部材には開口部が形成されていることが好ましい。 Here, it is preferable that a bias electrode member to which a bias voltage for suppressing scattering of toner is applied to face the skeleton conveying member is provided. In this case, it is preferable that an opening is formed in the bias electrode member facing the return skeleton transport member.
また、前記戻し用スケルトン搬送部材のトナー入口部分側に、帯電トナーと同極のバイアス電圧が印加される電極部材を備えていることが好ましい。また、前記戻し用スケルトン搬送部材のトナー出口部分側に、帯電トナーと同極のバイアス電圧が印加される電極部材を備えていることが好ましい。 Preferably, an electrode member to which a bias voltage having the same polarity as that of the charged toner is applied is provided on the toner inlet portion side of the return skeleton conveying member. Preferably, an electrode member to which a bias voltage having the same polarity as that of the charged toner is applied is provided on the toner outlet portion side of the return skeleton conveying member.
さらに、前記戻し用スケルトン搬送部材の内の前記現像用スケルトン搬送部材側の電極線の層にはこれ以外の電極線の層よりも帯電トナーを大きく反発飛翔させるパルス状電圧が印加されることが好ましい。この場合、前記戻し用スケルトン搬送部材の内の前記現像用スケルトン搬送部材側の電極線の層に印加されるパルス状電圧がこれ以外の電極線の層に印加されるパルス状電圧よりも電圧値が高く、又は、トナーを引き付ける時間が長く、若しくは、周波数が高いことが好ましい。 Further, a pulsed voltage that causes the charged toner to repel and fly larger than the other electrode wire layers may be applied to the electrode wire layer on the developing skeleton carrying member side of the return skeleton carrying member. preferable. In this case, the pulse voltage applied to the electrode wire layer on the developing skeleton transfer member side of the return skeleton transfer member is higher than the pulse voltage applied to the other electrode wire layers. Is high, or the time for attracting the toner is long or the frequency is high.
また、前記戻し用スケルトン搬送部材のトナー出口部分は前記現像用スケルトン搬送部材側に近づいていることが好ましい。さらに、前記スケルトン搬送部材の電極線の表面には絶縁保護膜が形成されていることが好ましい。さらにまた、トナー濃度の検知結果に基づいて前記現像用スケルトン搬送部材にトナーを供給するトナー供給部材に与えるバイアス電圧を調整することが好ましい。また、前記現像用スケルトン搬送部材の搬送面に前記像担持体が対向配置されることが好ましい。 Further, it is preferable that a toner outlet portion of the return skeleton conveying member is close to the developing skeleton conveying member side. Furthermore, it is preferable that an insulating protective film is formed on the surface of the electrode wire of the skeleton transport member. Furthermore, it is preferable to adjust a bias voltage applied to a toner supply member that supplies toner to the developing skeleton conveying member based on a toner density detection result. Further, it is preferable that the image carrier is disposed to face the transport surface of the developing skeleton transport member.
本発明に係るプロセスカートリッジは、像担持体と、帯電手段と、クリーニング手段の少なくともいずれかと、本発明に係る現像装置とを備え、画像形成装置本体に対して着脱可能な構成としたものである。 A process cartridge according to the present invention includes an image carrier, a charging unit, a cleaning unit, and a developing device according to the present invention, and is configured to be detachable from the image forming apparatus main body. .
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る現像装置又は本発明に係るプロセスカートリッジを1又は複数備えたものである。 An image forming apparatus according to the present invention includes one or a plurality of developing devices according to the present invention or process cartridges according to the present invention.
本発明に係る現像装置によれば、電極を構成する電極線がスケルトン構造で空間的に積層配置されたスケルトン搬送部材を複数用いて現像及びトナーの戻しを行なうので、トナーの滞留、堆積を低減し、トナー搬送量の増大を図ることができるとともに、トナーを循環させることができ、安定した現像を行なうことができる。 According to the developing device of the present invention, development and toner return are performed using a plurality of skeleton conveying members in which electrode wires constituting the electrode are spatially stacked and arranged in a skeleton structure, so that toner retention and accumulation are reduced. In addition, the toner conveyance amount can be increased and the toner can be circulated, so that stable development can be performed.
本発明に係るプロセスカートリッジ及び画像形成装置によれば、本発明に係る現像装置を備えているので、トナーの滞留、堆積を低減し、トナー搬送量の増大を図り、トナーを循環させることができ、安定した現像を行なうことができる。 According to the process cartridge and the image forming apparatus according to the present invention, since the developing device according to the present invention is provided, the retention and accumulation of toner can be reduced, the toner conveyance amount can be increased, and the toner can be circulated. , Stable development can be performed.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る現像装置で使用するスケルトン搬送部材の第1例について図1ないし図5を参照して説明する。なお、図1は同スケルトン搬送部材の平面説明図、図2は図1のA−A線に沿う拡大断面説明図、図3は同スケルトン搬送部材の側面説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, a first example of a skeleton transport member used in the developing device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an explanatory plan view of the skeleton conveying member, FIG. 2 is an enlarged sectional explanatory view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory side view of the skeleton conveying member.
このスケルトン搬送部材1は、3枚のスケルトン電極部材11をトナー搬送方向と交差する方向の両端部に絶縁部材15、15を介して積層したものである。スケルトン電極部材11は、所定の間隔でそれぞれ空隙13を介して複数の電極線12を形成したものである。そして、このスケルトン電極部材11を両端部に絶縁部材15、15を介して積層することで、各層の電極線12が空間的(空間を介して)積層された構造にしている。つまり、スケルトン搬送部材1は、各層のスケルトン電極部材11の電極線12間には空間14が介在するスケルトン構造となる。この場合、電極線12に印加する電圧がn相(ここでは3相とする。)であれば、3枚のスケルトン電極部材11は隙間13を1/nずつ搬送方向にずらして積層することで移相電界を発生させることができる。
This
具体的には、例えば、SUS304、303、306、316、Ni及びその合金、また高張性合金等の薄板(箔)をエッチングすることで、あるいは、電鋳などによって、電極線12と空間13を交互に形成したスケルトン電極部材11を作製することができる。この場合、例えば、厚さ100μmのSUS304を用いて電極線12は100μmの線幅とし、空隙13は500μm幅で形成した。
Specifically, for example, the
そして、このスノコ状、またはスダレ状に電極線12が形成されたスケルトン電極部材11の両端部に、絶縁部材15として例えば厚さ100μmのポリイミド板を挟み、次層のスケルトン電極部材11を500μmの間隙13を100μm位置をずらして接合して、同様に、絶縁部材15としての厚さ100μmのポリイミド板を挟み、次層のスケルトン電極部材11を500μmの間隙13を100μm位置をずらして接合して、3層のスケルトン電極部材11、11、11を接合する。
Then, for example, a polyimide plate having a thickness of 100 μm is sandwiched between the both ends of the
これにより、立体的には、図で最下層のスケルトン電極部材11を1層目とすると、1層目のスケルトン電極部材11の特定の電極線12を基準とすれば、この基準となる電極線12に対して搬送方向に200μm、高さ方向100μmずれた位置に2層目のスケルトン電極部材11の電極線12が位置し、更に基準となる電極線12に対して搬送方向に400μm、高さ方向300μmずれた位置に3層目のスケルトン電極部材11の電極線12が位置することになる。
Accordingly, in a three-dimensional manner, when the lowermost
このように構成したスケルトン搬送部材1においては、図4に示すように、電圧印加手段2によってn相(ここでは、3相)のパルス状電圧Va、Vb、Vcを各スケルトン電極部材11に印加することによって、進行波電界が形成されて、帯電したトナーTが搬送方向に搬送される。なお、進行波電界による帯電トナーの搬送原理については後述する。
In the
このとき、スケルトン搬送部材1は電極線12が空間的に積層されスケルトン構造であるため、各スケルトン電極部材11間の空間14、14もトナーの搬送空間となり、最上層のスケルトン電極部材11の表面、この最上層の下層のスケルトン電極部材11との間の空間14、及び、更に下層のスケルトン電極部材11との間の空間14を介して、トナーが搬送されることになる。つまり、従来は搬送部材の上表面(2π)のみの搬送であったのに対し、電極間空間(電極の下面)を含めた4πで搬送することができる。
At this time, since the
したがって、従来のようなガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、SUSなどの導電性材料からなる基板にSiO2等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板上に電極を形成したものに比べて、トナーの搬送空間(搬送経路)が3倍に増加することになって、単位時間当たりのトナー搬送量を増加することができる。 Therefore, a conventional substrate made of an insulating material such as a glass substrate, a resin substrate or a ceramic substrate, or a substrate made of a conductive material such as SUS, and an insulating film such as SiO 2 formed thereon, a polyimide film, etc. Compared to the case where electrodes are formed on a substrate made of a material that can be deformed flexibly, the toner conveyance space (conveyance path) increases three times, and the toner conveyance amount per unit time increases. be able to.
また、帯電不良トナーは電極線間の隙間から落下分離して、適正帯電トナーを選択的に搬送することができる。さらに、スケルトン搬送部材1は各電極線12が空間的に配置されたスケルトン構造であるため、各電極線12間にトナーが付着、固着する部材がなく、また、電極線12は駆動周波数に依存する振動と共振振動で、印加電圧と幅(長さ)にもよるが0.1μm以上の振動(大きくは50μm程度の振動が確認された。)が生じ、これは高湿雰囲気でもまた仮に電極線に一部トナーが付着しても振動剥離され、トナーの付着固着が防止できる。
Further, the poorly charged toner can be separated from the gap between the electrode wires and selectively transport the properly charged toner. Furthermore, since the
上述した製作例では電極線12は200μmピッチで、その線間は100μmである。駆動電圧400Vを印加したときの線間電界は4kV/mmであった。帯電トナーが付着した場合、これを隔離する限界電位でこれ以上の電界強度が必要である。特に、高温高湿では付着力が強くなり、6kV/mm以上が求められる。この場合、電極線12の表面に撥水性材料や吸着水が少ない無機酸化膜をコートすることで、このトナーの付着力を小さくし、剥離電界を低くすることができる
In the manufacturing example described above, the
また、スケルトン電極部材は高価な半導体技術を適用しないでも安価な従来技術で製作することができ、コストの低減も図れる。なお、スケルトン電極部材の電極線ピッチ、電極線幅、上下の電極線間の間隙などは上記説明に限定されるものではなく、また、移相電界を発生させる駆動電圧も上記の例に限るものではない。 Further, the skeleton electrode member can be manufactured by an inexpensive conventional technique without applying an expensive semiconductor technique, and the cost can be reduced. Note that the electrode line pitch, electrode line width, gap between the upper and lower electrode lines, etc. of the skeleton electrode member are not limited to the above description, and the drive voltage for generating the phase-shift electric field is not limited to the above example. is not.
ここで、電極線12に対するトナーの付着を更に低減する電極線12の構造の異なる例について図5及び図6を参照して説明する。なお、図5及び図6は同電極線12の要部拡大断面説明図である。
図5に示す例は、電極線12を、搬送方向に沿う断面形状で、少なくとも搬送方向に対向する端部に搬送方向上下側に向うテーパ面12a、12bを有する形状としたものである。図6に示す例は、電極線12を、搬送方向に沿う断面形状で、少なくとも搬送方向に対向する端部に搬送方向上側に向うテーパ面12aを有する形状としたものである。
Here, different examples of the structure of the
In the example shown in FIG. 5, the
電極線12の断面形状をこのような形状にすることで、図5あるいは図6に示すように、搬送されて来たトナーTがテーパ面12a、12bに衝突して反跳して搬送方向上側又は下側に向かうことになり、電極線12の端部を平坦面に形成した場合に比べて電極線12に付着、固着し難くなる。
By making the cross-sectional shape of the
次に、スケルトン電極部材11の電極線12間の電気的な接触ショートを防止するための構成について説明する。
スケルトン電極部材11の電極線12に上述したように複相の駆動電圧を印加してトナーを搬送させるとき、スケルトン電極部材11間は、電界駆動時に電界によって吸引と反撥を駆動周波数ごとに繰り返し、電極材料の剛性と構造に依存する固有振動数があり、該当する自励振動振幅が発生する。このとき、その振幅の大きさと慣性により、対峙するスケルトン電極部材11間の間隙如何によっては一部で電極線12、12間で接触を生じて電気的に接触ショートする可能性がある。
Next, a configuration for preventing an electrical contact short circuit between the
When applying the multi-phase driving voltage to the
これを防止するため、高絶縁材料(1*10E9〜16Ω/cm)で硬度(ビッカース硬度40以上)の有機材料(フッソ系、シリコーン系、アクリル系、ポリイミド系、ウレア系、ポリカ系樹脂等がある)、無機材料(SiO2、ZrO2、BaTiO3、Ta2O5、Si3N4、Y2O3等の単体やこれらの複合材料)を用いて、浸漬法、スプレー法、もしくはエッチング工法でマスキングレジスト材料を残す方法、真空成膜ではスパッタ法、CVD(気相成長)法、LP(低温)CVD法等によって、スケルトン電極部材11の表面に表面保護層(保護膜)を形成する。これによって、この保護膜によりスケルトン電極部材11は駆動時の自励振動振幅が発生しても接触時の電気的なショートが発生することを防止できる。
To prevent this, an organic material (fluorine-based high-insulating material (1 * 10E 9 ~16Ω / cm ) Hardness (Vickers hardness of 40 or higher), silicone, acrylic, polyimide, urea, polycarbonate resins Using an inorganic material (a simple substance such as SiO 2 , ZrO 2 , BaTiO 3 , Ta 2 O 5 , Si 3 N 4 , Y 2 O 3, or a composite material thereof), an immersion method, a spray method, or A surface protective layer (protective film) is formed on the surface of the
ここで重要なことは、保護膜材料とトナーとの帯電序列の位置関係が静電搬送特性に大きく影響を与えることである。トナーが負帯電の場合、有機材料ではシリコーン系とポリカ系の樹脂を用いることで帯電トナーの帯電劣化が少なくなる。無機材料ではSiO2では帯電劣化が起こるが、Ta2O5、Si3N4では帯電劣化が少ない。 What is important here is that the positional relationship of the charging sequence between the protective film material and the toner greatly affects the electrostatic transport characteristics. When the toner is negatively charged, the charging deterioration of the charged toner is reduced by using a silicone-based or polycarbonate-based resin as the organic material. In inorganic materials, charging deterioration occurs in SiO 2 , but there is little charging deterioration in Ta 2 O 5 and Si 3 N 4 .
また、ZrO2系、BaTiO3系、Y2O3系の単独又はこれらの複合材料は、帯電量が静電搬送の行程で搬送距離と駆動周波数にもよるがトナー帯電量が微増から30%増加する。したがって、これらの材料を表面保護膜に用いることで、低帯電トナーの適正帯電トナーへの補償を搬送途中で自動的に行うことができる。。 In addition, ZrO 2 , BaTiO 3 , Y 2 O 3 singly or a composite material thereof has a charge amount of 30% from a slight increase depending on the transport distance and drive frequency in the electrostatic transport process. To increase. Therefore, by using these materials for the surface protective film, compensation of the low-charged toner to the appropriately charged toner can be automatically performed during the conveyance. .
次に、スケルトン電極部材11の他の例について図7を参照して説明する。なお、図7は同スケルトン電極部材の要部平面説明図である。
このスケルトン電極部材11は、各電極線12、12間に搬送方向に沿って直線状の補強用手段である架橋部21を電極線12と一体的に形成している。
Next, another example of the
In the
すなわち、スノコ状或いはスダレ状のスケルトン電極部材11は電極線12が直線状である場合、機械的強度が不足し、変形や伸びが大きく、撓み、カールなどが発生するおそれがある。このスケルトン電極部材11を空間積層構成に調整するとき、横方向に張力が必要であり、このとき、材料の破断降伏点を超える張力が掛かると容易に伸びることになる。
That is, when the
そこで、各電極線12、12間に1又は複数の架橋部21を、相互対峙隣接する電極線12、12間に直線的に設けて固定し、又は千鳥状に設けて直線滴に固定し(図7の例)、平面的に見てメッシュ構造にすることによって機械的強度を補強することができる。
Therefore, one or a plurality of bridging
この場合、電極線12の幅をaとしたとき、上述したn相(3相)の電圧印加で移相電界を発生させるときには3層空間積層構成となって、同じ層では各電極線12、12間の隙間13は5×a程度になるが、上述した架橋部21の線幅はa程度であり、架橋部21のピッチは10a〜100aが好ましく、特に好ましくは、30×a〜60×aが金属材料の剛性が維持され、撓みも無く、静電搬送駆動時の振動による上下電極線12の接触ショートも防止できる。
In this case, when the width of the
また、電極線12の線幅aは、構成と駆動電圧にもよるが30μm〜500μmが好ましく、特に好ましくは、80μm〜200μmの範囲であり、この範囲にすることで、スケルトン電極部材11を形成する金属材料の厚さTが100〜300mであれば、金属材料の剛性を維持でき、撓みも無く、静電搬送駆動時の振動による上下電極線12間の接触ショートも生じない。
The line width a of the
次に、電極線12間の架橋部21の他の例について図8を参照して説明する。なお、図8は同スケルトン電極部材の架橋部の要部平面説明図である。
つまり、架橋部21の平面形状は上述した直線形状に限るものではなく、図7(a)〜(f)に示すような形状とすることもできる。なお、同図(a)は傾斜線、(b)はS字曲線、(c)は順配置テーパ形状(テーパの向きが同じ)、(d)は交互配置テーパ形状(テーパの向きが交互に変わる)、(e)鋭角形状、(f)は半月形状の例である。
Next, another example of the bridging
That is, the planar shape of the bridging
すなわち、架橋部21を設ける場合、帯電トナーの搬送方向に対して進行波電界の力を妨害しないように、上下の電極線12の重畳を可能な限り少なくすることが好ましい。したがって、傾斜、曲率線、テーパなどを持たせることによって、上下電極線12の重なりを少なくすることができる。さらに、これらの形状にすることで、電界分布に偏向を与えることができて、トナー搬送に拡散と集中を与えることができる。これにより、例えば現像装置に用いた場合、一部現像等で消費されることで不均一になるトナー分布を、拡散と集中によって可能な限り均一な分布に補正することできるようになる。
In other words, when the bridging
次に、スケルトン搬送部材1の他の例について図9及び図10を参照して説明する。なお、図9は同スケルトン搬送部材の側面説明図、図10は同スケルトン搬送部材の隙間維持部材の異なる配置例を説明する平面説明図である。
このスケルトン搬送部材1は、上下のスケルトン電極部材11,11の電極線12,12間に隙間維持手段としての絶縁性の隙間維持部材22を介在させている。この隙間維持部材22は、絶縁材料22aの周面に熱可塑性樹脂22bをコートしたものを用いて、上下の電極線12,12のいずれか一方又は双方に熱圧着で接合固定している。
Next, another example of the
In the
絶縁材料22aとしては、例えば、有機絶縁材料で耐熱性が大きく、例えば、ガラス転移点が100℃以上のポリイミド、液晶プラスチック、尿素樹脂、フッ素樹脂、またこれらにガラス繊維を混入させたものなどを用いることができる。また、熱可塑性樹脂22bの厚みは0.5〜3μmとしている。なお、隙間維持部材22全体を熱可塑性樹脂材料で形成することもできる。また、隙間維持部材22の絶縁材料22aの径は上下の電極線12間の距離にもよるが、例えば50μm〜300μmとする。
As the insulating
また、この隙間維持部材22の配置は例えば図10に示すようにすることができる。図10(a)は直線状に配置した例、同図(b)はランダムに配置した例、同図(c)は斜め交互に配置した例、同図(d)は斜めに配置した例である。特に、搬送領域の搬送方向と交差する方向の両端部では、トナーを内側に向けるように配置することが好ましい。
The
なお、隙間維持部材22の断面形状は上述した円形状に限るものではなく、図11に示すように三角形状にしても、あるいは、図12に示すように楕円形状にしてもよく、その他四角形などの多角形状とすることもできる。
Note that the cross-sectional shape of the
このように、上下のスケルトン電極部材11,11の電極線12,12間に隙間維持部材22を介在させることによって、上下の電極線12間の機械強度を補強し、且つ駆動時の電極線12の振動による上下電極線12の接触ショートを防止することができる。
Thus, by interposing the
次に、スケルトン搬送部材1の更に他の例について図13を参照して説明する。なお、図13は同スケルトン搬送部材の側面説明図である。
このスケルトン搬送部材1は、スケルトン電極部材11の搬送方向と交差する方向の両端部を絶縁材料からなる端部固定部材24で固定したものである。
Next, still another example of the
The
つまり、電極線12の空間積層構造体を作製する場合、各電極線12間は上下方向では隙間維持部材22によって保護されるが、スケルトン電極部材11の両端部の固定と形状固定のためには、スケルトン電極部材11の両端部に高絶縁材料からなる端部固定部材24を設けて間隙の確保と絶縁性更に形状固定を行なうようにしている。この場合、トナー搬送に必要な領域を確保するためにスケルトン電極部材11の両端部で固定することが好ましい。
That is, when a space laminated structure of the
次に、スケルトン搬送部材1の更にまた他の例について図14を参照して説明する。なお、図14は同スケルトン搬送部材の側面説明図である。
このスケルトン搬送部材1は、前述したように3枚のスケルトン電極基板11をトナー搬送方向に電極線12を印加する電圧の相をn相(この例では3相)として、1/nずつ位置をずらして空間的に積層配置するとともに、搬送方向と交差する方向にも位置をずらして配置している。
Next, still another example of the
As described above, the
つまり、前述したようにスケルトン電極基板11に架橋部21を設けて補強した場合、上下で架橋部21が同じ位置にあると、進行波電界に歪が生じるおそれがあるので、3枚のスケルトン電極基板11を搬送方向と交差する方向にも位置をずらして配置することで、電極線12間を架橋する架橋部21の重なりが少なくなり、進行波電界の歪が小さくなる。これによって、安定したトナー搬送を行なうことができる。
That is, when the
次に、スケルトン搬送部材の第2例について図15及び図16を参照して説明する。なお、図15は同スケルトン搬送部材の平面説明図、図16はスケルトン搬送部材の側面説明図である、
このスケルトン搬送部材51は、隙間53を介することで空間的に並べて配置した複数の電極線52を有し、各電極線52の両端部を絶縁性の電極線固定部材55で固定保持し、電極線固定部材55に設けた3本のバスライン(印加電圧が3相の例)56と電極線52を電気的に接続したものである。
Next, a second example of the skeleton transport member will be described with reference to FIGS. 15 and 16. 15 is an explanatory plan view of the skeleton conveying member, and FIG. 16 is an explanatory side view of the skeleton conveying member.
The
具体的には、図17に示すように例えばSUS304などの導電性部材に電極線52を100μm線幅で、空隙53を100μm幅で形成して両端部を架橋部62で架橋した部材61を製作し、図18(a)に示すように、この部材61の両端部に電極線固定部材55を固定した後、図18(b)に示すように、部材61の架橋部62を切断することにより、両端部が電極線固定部材55に固定保持された複数の電極線52が空隙53を介して配置された部材を形成する。そして、図18(c)及び図24に示すように、電極線固定部材55に形成した3本のバスライン(共通電極ライン)56と電極線52とを順次ワイヤボンディング57などで電気的に接続する。
Specifically, as shown in FIG. 17, for example, a
なお、共通電極ラインと個々の電極線52とは図20及び図21に示すようにFPCやAFCコネクタなどを用いて行なうこともできる。つまり、FPC65の3本の共通電極ライン66を形成してコンタクトホール67を他のライン66は絶縁層68で被覆することなどで形成し、電極線52と異方性接合AFC69を介して接続する。
Note that the common electrode line and the
このように、ライン状に異なる相の電圧が印加される電極線52を、隙間53を介することで空間的に並べて複数配置したスケルトン搬送部材51においては、例えば潜像を形成するドラム状の像担持体の周面に沿ってスケルトン搬送部材の形状を倣わせて配置することができ、現像領域幅を広くとることも容易になる。
In this way, in the
そして、電極線52間には空間(隙間53)が形成されたスケルトン構造であるので、低帯電トナーや無帯電トナーは隙間から落下して、正常な帯電トナーだけを選択的に搬送して例えば現像に供することができる。また、スケルトン搬送部材1と同様に電極線へのトナーの付着、固着を防止することができる。
Since the space (gap 53) is formed between the
次に、スケルトン搬送部材1によるトナー搬送の原理について説明する。
スケルトン搬送部材1の複数の電極線12に対してn相のパルス状電圧を印加することにより、複数の電極線12によって移相電界(進行波電界)が発生し、スケルトン搬送部材1上の帯電したトナーは反発力及び/又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
Next, the principle of toner conveyance by the
By applying an n-phase pulse voltage to the plurality of
例えば、スケルトン搬送部材1の複数の電極線12に対して図22に示すように、グランドG(0V)と正の電圧+との間で変化するA相、B相、C相の3相のパルス状駆動波形(電圧)を、タイミングをずらして印加する。
For example, as shown in FIG. 22 with respect to the plurality of
このとき、図23に示すように、スケルトン搬送部材1上に負帯電トナーTがあり、スケルトン搬送部材1の空間的に連続した複数の電極線12(ここでは3層のスケルトン電極部材11間で連続する電極線12)にそれぞれ「G」、「G」、「+」、「G」、「G」が印加された(同図(a))とすると、負帯電トナーTは「+」の電極102上に位置する。次のタイミングで複数の電極102にはそれぞれ「+」、「G」、「G」、「+」、「G」が印加され(同図(b))、負帯電トナーTには左側の「G」の電極線12との間で反発力が、右側の「+」の電極線12との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーTは「+」の電極線12側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極線12には、同図(c)に示すように、それぞれ「G」、「+」、「G」、「G」、「+」が印加され、負帯電トナーTには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーTは更に「+」の電極線12側に移動する。
At this time, as shown in FIG. 23, the negatively charged toner T is present on the
そこで、上述したスケルトン搬送部材1を用いた本発明に係る現像装置の第1実施形態について図24を参照して説明する。なお、図24は同実施形態の模式的説明図である。
この現像装置は、ケース100内に、潜像が形成される像担持体101との対向領域に現像のためにトナーを搬送する(順方向に搬送する)スケルトン搬送部材1と同様の構成の現像用スケルトン搬送部材111と、この現像用スケルトン搬送部材111の下側に配置した、像担持体101の地肌電位で電界反跳したトナーなどの現像に寄与しなかったトナーを戻すために逆方向に搬送するスケルトン搬送部材1と同様の構成の戻し用スケルトン搬送部材112とを備えている。
Therefore, a first embodiment of the developing device according to the present invention using the
The developing device has a configuration similar to that of the
ここで、現像用スケルトン搬送部材111は、潜像が形成されるベルト状(ドラム状でもよい。)感光体で構成した像担持体101に対して先端部が臨み、このスケルトン搬送部材111の先端部からトナーを噴出させることで、像担持体101の潜像にトナーを付着させて現像する。また、スケルトン搬送部材111の後端部側(トナー供給側)には、帯電トナーを供給する、例えば磁気ブラシで帯電トナーを保持する現像剤担持体103を配置し、この現像剤担持体103から帯電トナーの供給を受けるためにスケルトン搬送部材111には傾斜部111Aを設けている。
Here, the developing
また、戻し用スケルトン搬送部材112は、後端部(トナー入口部分)が像担持体101に臨み、先端部(トナー出口部分)が現像用スケルトン搬送部材111のトナー供給部分側に臨むように配置している。なお、先端部、後端部はトナーの搬送方向上流側を後端部、搬送方向下流側を先端部とする。
The return
この現像装置においては、現像用スケルトン搬送部材111の上面及び各層のスケルトン電極部材11間の空間14(中空内部)、更に下面を、付着することなく移相電界の進行方向にトナーが0.5〜2m/secの高速で移動する。このとき、理想的に直線に構成されたスケルトン搬送部材111で搬送される高速の帯電トナーは束状になってスケルトン搬送部材111の先端部分から最大500μmまで高速で飛翔するが、さらにその先はトナーの慣性で1〜5mm先方まで飛翔する。
In this developing apparatus, the amount of toner is 0.5 in the traveling direction of the phase-shifting electric field without adhering to the upper surface of the developing
そこで、像担持体101をスケルトン搬送部材111の先端部から0.2〜0.5mmの位置に配置することで、スケルトン搬送部材111の先端部から噴出されたトナーが像担持体101の潜像の画像部分に付着し、非画像部(地肌部)に対しては付着せず、非接触で潜像の現像を行なうことができる。
Therefore, by arranging the
このとき、スケルトン搬送部材111は前述したようにトナーの付着、固着が生じないし、多くの量のトナーを搬送することができるので、安定した現像を高速で行なうことができる。
At this time, the
そして、現像用スケルトン搬送部材111の先端部から噴出された帯電トナーのうち像担持体101の地肌電位によって反発されて現像に寄与しなかった帯電トナーは、戻し用スケルトン搬送部材112の駆動電界に取り込まれて逆方向に搬送され、戻し用スケルトン搬送部材112から逆送末端部(出口部分)から再度現像用スケルトン搬送部材111に駆動電界に取り込まれて、循環(リサイクル)され、効率的にトナーを使用することができる。
The charged toner that is repelled by the background potential of the
また、この現像装置においては、現像用スケルトン搬送部材111に対向して上側にトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されるバイアス電極部材113を配置し、戻し用スケルトン搬送部材112に対向して下側にトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されるバイアス電極部材114を配置している。これらのバイアス電極部材113、114の像担持体101側は現像用スケルトン搬送部材111の先端部を挟んで開口が狭くなるように傾斜部113a、114aを持たせている。
In this developing device, a
バイアス電極部材113、114としては、例えば金属板、或いは有機部材の表面に導電性材料の被膜を形成したものなどを用いることができる。また、バイアス電極部材113と現像用スケルトン搬送部材111との隙間、バイアス電極部材114と戻し用スケルトン搬送部材112との隙間は、例えば0.5mm〜10mmの範囲内にすることが好ましい。
As the
このように、トナーを搬送するときに、トナーがスケルトン電極部材11の電極線12の端面に飛翔衝突したときに、飛翔方向が曲げられて、スケルトン搬送部材111、112で形成される電界領域から飛び出して飛散するおそれがある。また、トナーのホッピングはスケルトン電極部材11の表面から200〜500μm高さに集中している。スケルトン搬送部材111、112の上下は、このホッピングによるトナーが搬送電界外に飛翔した場合はトナー飛散として、クラウド状態の無制御となり、また、環境汚染を生じたり、搬送トナー量の制御ができなくなる。
Thus, when the toner is transported, when the toner collides with the end face of the
そこで、上下のスケルトン搬送部材111、112の上方、下方に、トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されるバイアス電極部材113、114を配置することによって、搬送電界の範囲まで空間電界制御をすることができ、スケルトン搬送部材111、112で形成される電界領域から飛び出そうとするトナーを反発させてスケルトン搬送部材111側に戻すことができ、帯電トナーの封じ込みとホッピングによる飛散を防止することでき、トナー搬送量の効率を向上させることができる。
Therefore, by arranging
さらに、この現像装置では、下側のバイアス電極部材114の現像剤担持体103側に開口部(切り欠き、初期状態でスケルトン搬送部材111の端面から後退している状態にある場合を含む)115を設けている。また、像担持体101側(トナーリサイクル近傍の入口側)にも開口部を設けることができる。なお、バイアス電界が機能を損なわれない範囲で小径の穴がある構造のもの、あるいは、メッシュ状の部材などを用いることもできる。
Further, in this developing device, an opening (notched, including a case where the
つまり、帯電トナーは静電搬送されると、スケルトン電極部材11やその表面の絶縁材料とその駆動周波数と距離にもよるが、数百から数千回の衝突と接地したときのトナー自身のローリングがあり、帯電劣化が生じる。また、環境湿度にも影響し、RH80%では帯電劣化が20〜30%生じる。ただし、後述するように、表面材料によっては帯電劣化を無くし、むしろ若干の向上を図ることができる。
That is, when the charged toner is electrostatically transported, depending on the
この帯電劣化したトナーは再帯電させるために分離する必要がある。それゆえ、弱帯電や帯電劣化トナーは電界拘束が弱く、駆動電界やバイアス電極電界に拘束制御されず落下する、これをバイアス電極部材112の開口部115やメッシュ部材の穴から落下させ、劣化トナー回収手段119を通じて、再度、現像剤担持体102などのトナー帯電手段に送り、適正帯電を維持したトナーは再度スケルトン搬送部材111に戻してリサイクルさせることができる。
This charged and deteriorated toner needs to be separated for recharging. Therefore, the weakly charged or charged deteriorated toner has a weak electric field constraint and falls without being controlled by the drive electric field or the bias electrode electric field, and is dropped from the
また、この現像装置においては、戻し用スケルトン搬送部材112の入口部分(像担持体101側)に、帯電トナーと同極性のバイアス電圧が印加される反跳バイアス電極部材117を設けている。この反跳バイアス電極部材117は、例えば、電極線や帯状、棒状の部材を用いることができる。
Further, in this developing device, a recoil
つまり、この反跳バイアス電極部材117に帯電トナーと同極性電位バイアス電圧を(必要に応じて、上下のバイアス電極部材113、114よりも大きい電圧)を印加することで、像担持体101の現像線速による空気の風速に取り込まれる飛散トナーを電界で反撥させて戻し用スケルトン搬送部材112の駆動電界に送り込むことで、トナーを効率的に回収することができる。
That is, the
また、同様に、戻し用スケルトン搬送部材112の出口部分に、帯電トナーと同極性のバイアス電圧が印加される反跳バイアス電極部材118を設けている。この反跳バイアス電極部材118は、例えば、電極線や帯状、棒状の部材を用いることができる。
Similarly, a recoil
つまり、戻し用スケルトン搬送部材112によるトナーの戻し搬送において、静電搬送距離が長く、帯電劣化が大きくなるトナーと、適正帯電が維持されたトナーとが生じるので、不適正弱帯電トナーを搬送行程中に分離させ、現像に耐えうる帯電トナーだけを戻し用スケルトン搬送部材112の逆送末端部において同極性電位バイアスを印加した反跳バイアス電極部材118で反跳させて現像用スケルトン搬送部材111に取り込ませるようにしている。これにより、リサイクルさせるトナーの帯電量の均一化を図ることができる。
That is, in the return transport of the toner by the return
次に、この現像装置の戻し用スケルトン搬送部材112の電極線12に対して駆動電圧を印加する電圧印加手段について図25を参照して説明する。
この電圧印加手段は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路201と、このパルス信号発生回路201からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧V11、V12、V13を生成出力する波形増幅器202a、202b、202cとを有する。
Next, voltage applying means for applying a driving voltage to the
The voltage application means generates and outputs a pulse signal from a pulse
パルス信号発生回路201は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各120°に位相シフトした2組みパルスで、次段の波形増幅器202a〜202cに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して200Vのスイッチングを行なうことができるレベルの出力電圧10〜15Vのパルス信号を生成して出力する。波形増幅器202a、202b、202cは、各電極線12に対して、3相の駆動波形(パルス状電圧)V11、V12、V13を印加する。
The pulse
ここで、スケルトン搬送部材112の各電極線12に対しては、例えば図26に示すように、各相の−100Vの印加時間taを繰り返し周期tfの1/3である約30%(正確には33%)に設定した3相パルス状電圧V11、V12、V13を印加する。
Here, for each
ここで、スケルトン搬送部材112の現像領域の各スケルトン電極部材11の各電極線12に対しては、上述した図26に示すように、電圧値、デューティ、周波数が同じパルス状電圧を位相をずらして印加することもできるが、スケルトン搬送部材112は各層のスケルトン電極部材11の電極線12が空間的に積層されているので、下層のスケルトン電極部材11の電極線12で搬送されるトナーを隙間13を介して上方のスケルトン電極部材11の電極線12上に移送し、現像用スケルトン搬送部材111に最も近い電極線12で帯電トナーを大きくホッピング(反発飛翔)させることもできる。
Here, with respect to each
つまり、戻し用スケルトン搬送部材の内の現像用スケルトン搬送部材側の電極線の層にはこれ以外の電極線の層よりも帯電トナーを大きく反発飛翔させるパルス状電圧が印加されるようにすることで、戻し用スケルトン搬送部材上で帯電トナーを大きくホッピングさせ、順送方向に搬送する現像用スケルトン搬送部材に向けて帯電トナーを大きく飛翔させ、トナーを現像用スケルトン搬送部材側に電界的に集めることで、帯電トナーの濃度維持とその利用効率の向上を図ることができる。 In other words, a pulse voltage that causes the charged toner to repel and fly larger than the other electrode wire layers is applied to the electrode wire layer on the developing skeleton carrying member side of the return skeleton carrying member. Then, the charged toner is largely hopped on the return skeleton conveying member, and the charged toner is greatly ejected toward the developing skeleton conveying member that is conveyed in the forward feeding direction, and the toner is collected in the electric field on the developing skeleton conveying member side. As a result, it is possible to maintain the density of the charged toner and improve its utilization efficiency.
そこで、このようなパルス状電圧について図27ないし図29を参照して説明する。
まず、図27に示すパルス状電圧は、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21を−150Vとし、下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23を−100Vとすることで、最上層のスケルトン電極部材11によるトナーのホッピングが最も大きくなる。
Therefore, such a pulse voltage will be described with reference to FIGS.
First, in the pulse voltage shown in FIG. 27, the pulse voltage V21 applied to the
また、図28に示すパルス状電圧は、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21のパルスデューティを40〜60%とし、下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23のパルスデューティを33%とすることで、最上層のスケルトン電極部材11がトナーを反発させる時間(トナーの飛翔時間)が長くなる。
The pulse voltage shown in FIG. 28 has a pulse duty of the pulse voltage V21 applied to the
さらに、図19に示すパルス状電圧は、図27と同様に、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21を−150Vとし、下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23を−100Vとするとともに、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21のパルスデューティを40〜60%とし、下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23のパルスデューティを33%とすることで、最上層のスケルトン電極部材11によるトナーを反発させる時間(トナーの飛翔時間)を長くし、しかもトナーを高くホッピングさせることができる。
Further, in the same manner as in FIG. 27, the pulse voltage shown in FIG. 19 is such that the pulse voltage V21 applied to the
次に、現像剤担持体103について説明する。上述したようにスケルトン搬送部材111、112を用いて帯電トナーを循環リサイクルで搬送しながら現像を行なう場合、静電搬送時には搬送時のホッピングで近接間は攪拌によって均一化することができるが、長尺的にはトナー濃度ムラが発生するおそれがある。また、像担持体101に対して帯電トナーが現像に供された部分ではトナー濃度は低濃度になるが現像に供されなかった部分にでは高濃度のままである。そのため、この帯電トナーの濃度ムラによって、後の現像においてゴーストが発生するおそれがある。
Next, the
ここで、現像剤担持体103からスケルトン搬送部材111に汲み込むときのトナー量は現像剤担持体103に印加するバイアス電位によって調整することができる。そこで、現像剤担持体103からの帯電トナーの繰出しのためのバイアス電位が一定であっても、現像の繰り返しではトナー濃度に分布が生じることから、現像剤担持体103のバイアス電極を分割するとともに、分割されたバイアス電極に対応する各領域トナー濃度をセンサで検出して、この検出結果に基づいて分割されたバイアス電極に印加するバイアス電位を調整することにより、トナー濃度の補正を行うようにする。実際的には、A4サイズの幅210mmの場合には3又は4分割、A3サイズの幅290mmの場合には4ないし6分割してバイアス電位を調整することよってスケルトン搬送部材111上でのトナー濃度ムラを解消することができた。
Here, the amount of toner when pumping from the
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを備える色重ねで画像を形成する本発明に係る画像形成装置の第1実施形態について図30を参照して説明する。
この画像形成装置は、ベルト状感光体からなる像担持体301と、この像担持体301の周回方向(矢示方向)に沿って上流側から下流側に配置した、イエローの像を形成するために像担持体301を一様に帯電させ、像担持体301上に書込み装置303によって形成された潜像にイエローのトナーを付着させて現像する本発明に係る現像装置を含むプロセスカートリッジ304Yと、以下同様にしてマゼンタの画像形成を行なうプロセスカートリッジ304Mと、シアンの画像形成を行なうプロセスカートリッジ304Cと、ブラックの画像形成を行なうプロセスカートリッジ304Kと、像担持体1上に各色のトナー像が重ね合わされて形成されたフルカラートナー像を転写する転写装置305と、定着装置306と、転写材307を収容する給紙装置308などとを備えている。
Next, a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention that forms an image with color superposition provided with a process cartridge according to the present invention will be described with reference to FIG.
This image forming apparatus forms an
ここで、像担持体301は、搬送ローラ311、従動ローラ312、転写装置305を構成する転写対向ローラ305B、プロセスカートリッジ304Y、304M、304C、304Kに対向する対向ローラ313Y、313M、313C、313Yの間に架け渡され、搬送ローラ311の回転により矢示方向に周回移動する。
Here, the
書込み装置303は、画像情報に従って帯電された像担持体301に対して潜像を書き込むものであり、レーザーを用いた光走査装置やLEDアレイ等、種々のものを使用することができる。
The
プロセスカートリッジ304は、図31に示すように、像担持体301を一様に帯電させる非接触式帯電装置であるコロトロンチャージャ321と、本発明に係る現像装置322とを一体化して、画像形成装置本体310に対して着脱可能に構成したものである。現像装置322は、前述した実施形態と同様に、ケース100内に、像担持体301に対してトナーを先端部から噴出する現像用スケルトン搬送部材111及びトナーを戻すための戻し用スケルトン搬送部材112などを配置するとともに、スケルトン搬送部材111に帯電トナーを供給する磁気ブラシを用いる現像剤担持体103と、現像剤担持体103によって汲み上げられるトナーを収容する収容部104内にトナーとキャリアを攪拌するパドル105を配置している。また、現像剤担持体103上の現像剤の層厚を規制する層厚規制部材106を設けている。
As shown in FIG. 31, the
転写装置305は、転写ローラ305Aと転写対向ローラ305Bとを備えている。定着装置306は、加熱ローラ306A及びこれに対向する加圧ローラ306Bを備えている。
The
そして、この画像形成装置においては、複写機として機能するときには、図示しないスキャナから読み込まれた画像情報がA/D変換、MTF補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。また、プリンタとして機能するときには、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。 In this image forming apparatus, when functioning as a copying machine, image information read from a scanner (not shown) is subjected to various image processing such as A / D conversion, MTF correction, gradation processing and the like to write data. Converted. Also, when functioning as a printer, image processing is performed on image information in a format such as a page description language or a bitmap transferred from a computer or the like, and converted into write data.
そして、画像形成に先駆けて、像担持体301は表面の移動速度が所定の速度となるように矢印方向に周回移動を開始する。このとき、所定のタイミングで、プロセスカートリッジ304Yの帯電装置321によって像担持体301が均一に帯電され、帯電させられた像担持体301に対し、書込み装置303は、先ずイエロー画像の書込みデータに応じてレーザー光303aを照射して露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることで光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。そして、現像装置322によってイエローのトナーが像担持体301上に形成された静電潜像の画像部に付着されて、イエローのトナー像が像担持体301上に形成される。
Prior to image formation, the
次に、イエローのトナー像が形成された領域を含めて、プロセスカートリッジ304Mの帯電装置321によって像担持体301がイエロー画像を含めて均一に帯電され、帯電させられた像担持体301に対し、書込み装置303は、マゼンタ画像の書込みデータに応じてレーザー光303aを照射して露光を行ない、マゼンタ画像の静電潜像を形成する。そして、現像装置322によってマゼンタのトナーが像担持体301上に形成された静電潜像の画像部に付着されて、イエローのトナー像にマゼンタのトナー像が重ね合わされたトナー像が像担持体301上に形成される。
Next, the
以下、同様にして、帯電、露光(書込み)、現像が行なわれて、イエローとマゼンタのトナー像にシアンのトナー像が重ね合わされたトナー像が像担持体301上に形成され、これら3色が重ね合わされたトナー像にブラックのトナー像が重ね合わされたトナー像が像担持体301上に形成される。
Similarly, charging, exposure (writing), and development are performed, and a toner image in which a cyan toner image is superimposed on a yellow and magenta toner image is formed on the
一方、所定のタイミングで給紙装置308から転写材307が給紙されて転写装置305によって像担持体301上の色重ねされたトナー像が転写材307に転写され、定着装置306で定着処理された後、フルカラー画像が形成された転写材307が排紙部509に排紙される。
On the other hand, the
そして、この画像形成装置においては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジ304は、画像形成装置本体310から着脱可能としている。つまり、プロセスカートリッジ304は、図32に示すように、像担持体301が装置本体310から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
In this image forming apparatus, the
そこで、上述したスケルトン搬送部材1を用いた本発明に係る現像装置の第2実施形態について図33を参照して説明する。なお、図33は同実施形態の模式的説明図である。
この現像装置は、ケース400内に、潜像が形成される像担持体401との対向領域に現像のためにトナーを搬送する(順方向に搬送する)スケルトン搬送部材1と同様の構成の現像用スケルトン搬送部材411と、この現像用スケルトン搬送部材411の下側に配置した、像担持体401の地肌電位で電界反跳したトナーなどの現像に寄与しなかったトナーを戻すために逆方向に搬送するスケルトン搬送部材1と同様の構成の戻し用スケルトン搬送部材412とを備えている。
Therefore, a second embodiment of the developing device according to the present invention using the
The developing device has a configuration similar to that of the
この現像装置では、現像用スケルトン搬送部材411の搬送面に対して潜像が形成される像担持体401の周面を対向させて配置して現像ニップ部を形成し、スケルトン搬送部材411によってトナーを現像ニップ部に搬送することで、像担持体401の潜像にトナーを付着させて現像する。また、スケルトン搬送部材411の後端部側(トナー供給側)には、帯電トナーを供給する、例えば磁気ブラシで帯電トナーを保持する現像剤担持体403を配置している。
In this developing device, a developing nip portion is formed by arranging the peripheral surface of the
また、戻し用スケルトン搬送部材412は、後端部(トナー入口部分)が像担持体401に臨み、先端部(トナー出口部分)が現像用スケルトン搬送部材411に向かって近づくように傾斜部412Aが形成されている。なお、先端部、後端部はトナーの搬送方向上流側を後端部、搬送方向下流側を先端部とする。
The return
このように、戻し用スケルトン搬送部材412の逆送末端部分に傾斜部412Aを形成して物理的に現像用スケルトン搬送部材411に近づけることによって、戻し用スケルトン搬送部材412で搬送される帯電トナー飛翔速度0.5〜1.5m/sの慣性を利用して、帯電トナーを噴射させて現像用スケルトン搬送部材411に取り込ませることができる。
As described above, the
これにより、帯電劣化や弱帯電トナーはトナーの飛翔速度が0.3m/s以下であり、現像用スケルトン搬送部材411の近傍に到達せず、下方に落下し、再度、トナー帯電手段にシステムに戻して再帯電を行うことができる。
As a result, the charge-deteriorated or weakly-charged toner has a toner flying speed of 0.3 m / s or less, does not reach the vicinity of the developing
この現像装置においては、現像用スケルトン搬送部材411の上面及び各層のスケルトン電極部材11間の空間14(中空内部)、更に下面を、付着することなく移相電界の進行方向にトナーが0.5〜2m/secの高速で搬送、ホッピングされながら移動する。このとき、スケルトン搬送部材411は前述したようにトナーの付着、固着が生じないし、多くの量のトナーを搬送することができるので、安定した現像を高速で行なうことができる。
In this developing device, the toner is 0.5 in the traveling direction of the phase-shifting electric field without adhering to the upper surface of the developing
そして、現像用スケルトン搬送部材111で搬送、ホッピングされた帯電トナーのうち像担持体401の地肌電位によって反発されて現像に寄与しなかった帯電トナーは、現像用スケルトン搬送部材111の端部から戻し用スケルトン搬送部材412の駆動電界に取り込まれて逆方向に搬送され、戻し用スケルトン搬送部材412の逆送末端部(出口部分)から再度現像用スケルトン搬送部材411に駆動電界に取り込まれて、循環(リサイクル)され、効率的にトナーを使用することができる。
Then, the charged toner that is repelled by the background potential of the
また、この現像装置においては、現像用スケルトン搬送部材411に対向して上側にトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されるバイアス電極部材413を配置している。バイアス電極部材413としては、例えば金属板、或いは有機部材の表面に導電性材料の被膜を形成したものなどを用いることができる。また、バイアス電極部材413と現像用スケルトン搬送部材411との隙間は、例えば0.5mm〜10mmの範囲内にすることが好ましい。
In this developing device, a
このように、トナーを搬送するときに、トナーがスケルトン電極部材11の電極線12の端面に飛翔衝突したときに、飛翔方向が曲げられて、スケルトン搬送部材411で形成される電界領域から飛び出して飛散するおそれがある。また、トナーのホッピングはスケルトン電極部材11の表面から200〜500μm高さに集中している。スケルトン搬送部材411の上方向にホッピングしたトナーが搬送電界外に飛翔した場合はトナー飛散として、クラウド状態の無制御となり、また、環境汚染を生じたり、搬送トナー量の制御ができなくなる。
In this way, when toner is transported, when the toner collides with the end face of the
そこで、スケルトン搬送部材411の上方に、トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されるバイアス電極部材413を配置することによって、搬送電界の範囲まで空間電界制御をすることができ、スケルトン搬送部材411で形成される電界領域から飛び出そうとするトナーを反発させてスケルトン搬送部材411側に戻すことができ、帯電トナーの封じ込みとホッピングによる飛散を防止することでき、トナー搬送量の効率を向上させることができる。
Therefore, by disposing a
また、現像用スケルトン搬送部材411の先端部側前方及び戻し用スケルトン搬送部材412の後端部後方側に帯電トナーと同極性のバイアス電圧が印加されるバイアス電極部材417を配置している。このバイアス電極部材417は、例えば、電極線や帯状、棒状の部材を用いることができる。これにより、現像に供されずに現像用スケルトン搬送部材411の先端部まで搬送された帯電トナーを反発させて戻し用スケルトン搬送部材411の搬送電界に確実に取り込ませることができる。
Further,
また、同様に、戻し用スケルトン搬送部材412の傾斜部412Aに対応して、帯電トナーと同極性のバイアス電圧が印加される反跳バイアス電極部材418を設けている。この反跳バイアス電極部材418は、例えば、電極線や帯状、棒状の部材を用いることができる。
Similarly, a recoil
つまり、戻し用スケルトン搬送部材412によるトナーの戻し搬送において、静電搬送距離が長く、帯電劣化が大きくなるトナーと、適正帯電が維持されたトナーとが生じるので、不適正弱帯電トナーを搬送行程中に分離、落下させ、現像に耐えうる帯電トナーだけを戻し用スケルトン搬送部材412の逆送末端部において同極性電位バイアスを印加したバイアス電極部材418で反跳させて現像用スケルトン搬送部材411に取り込ませるようにしている。これにより、リサイクルさせるトナーの帯電量の均一化を図ることができる。
That is, in the return transport of the toner by the return
この現像装置においては、前述したようにスケルトン搬送部材411の上面及び各層のスケルトン電極部材11間の空間14(中空内部)、更に下面を、付着することなく移相電界の進行方向にトナーが搬送され、多くの量のトナーを搬送することができるので、安定した現像を高速で行なうことができる。
In this developing device, as described above, the toner is transported in the traveling direction of the phase-shifting electric field without adhering to the upper surface of the
次に、この現像装置のスケルトン搬送部材411の電極線12に対して電圧を印加する電圧印加手段について図34を参照して説明する。なお、ここでは、前記スケルトン搬送部材1の電極線12は、像担持体401にトナーを搬送する搬送領域の電極線12と、像担持体上401の潜像を現像するために対向する対向領域(現像領域)の電極線12とに分けてパルス状電圧を印加するものとする。なお、前述した実施形態と対応する部分には同じ符号を付している。
Next, voltage applying means for applying a voltage to the
この電圧印加手段は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路201と、このパルス信号発生回路201からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧V11、V12、V13を生成出力する波形増幅器202a、202b、202cと、パルス信号発生回路201からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧V21、V22、V23を生成出力する波形増幅器203a、203b、203cとを有する。
The voltage application means generates and outputs a pulse signal from a pulse
パルス信号発生回路201は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各120°に位相シフトした2組みパルスで、次段の波形増幅器202a〜202c、203a〜203cに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して200Vのスイッチングを行なうことができるレベルの出力電圧10〜15Vのパルス信号を生成して出力する。
The pulse
波形増幅器202a、202b、202cは、搬送領域の各電極線12に対して、3相の駆動波形(パルス状電圧)V11、V12、V13を印加し、波形増幅器203a、203b、203cは、現像領域の各電極12に対して、3相の駆動波形(パルス状電圧)V21、V22、V23を印加する。
The
ここで、スケルトン搬送部材411の搬送領域の各電極線12に対しては、前述した図26に示すように、各相の−100Vの印加時間taを繰り返し周期tfの1/3である約30%(正確には33%)に設定した3相パルス状電圧V11、V12、V13を印加する。
Here, for each
また、スケルトン搬送部材1の現像領域の各電極線12に対しては、図35に示すように、各相の−100Vの印加時間taを繰り返し周期tfの2/3である約67%に設定した3相パルス状電圧V21、V22、V23を印加する。
Further, as shown in FIG. 35, for each
ここで、スケルトン搬送部材411の現像領域の各スケルトン電極部材11の各電極線12に対しては、上述した図35に示すように、電圧値、デューティ、周波数が同じパルス状電圧を位相をずらして印加することもできるが、スケルトン搬送部材1は各層のスケルトン電極部材11の電極線12が空間的に積層されているので、下層のスケルトン電極部材11の電極線12で搬送されるトナーを、隙間13を介して上方のスケルトン電極部材11の電極線12上に移送することもでき、このようにすれば、現像領域では最も上の(最も像担持体に近い)スケルトン電極部材11にトナーを集めて、効率的な現像を行えるようになる。
Here, with respect to each
このようにする場合には、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21を例えば−100V、下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23を−200Vにすることで、下側の層の電界強度が大きき、トナーは最上層のスケルトン電極部材11と移送されて集中する。
In this case, the pulse voltage V21 applied to the
同様に、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21のパルスデューティを30%とし、下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23のパルスデューティを50%とすることで、下側の層がトナーを反発させる時間が長くなり、トナーは最上層のスケルトン電極部材11と移送されて集中する。
Similarly, the pulse duty of the pulse voltage V21 applied to the
さらに、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21を−200Vとし、下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23を−300Vとするとともに、最上層のスケルトン電極部材11の電極線12に印加するパルス状電圧V21の周波数を下2つの層のスケルトン電極部材11,11の電極線12に印加するパルス状電圧V21、V23の周波数より高く(ここでは6kHzと3kHzの例)することで、最上層のスケルトン電極部材11へのトナーの集中と、ホッピング高さを高くすることができる。
Further, the pulse voltage V21 applied to the
次に、本発明に係る他のプロセスカートリッジを備える本発明に係る画像形成装置の第2実施形態について図36を参照して説明する。
この画像形成装置は、像担持体、帯電手段、現像手段としての本発明に係る現像装置、クリーニング手段を備えた作像手段であるブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)のトナー像を形成するプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y(以下、区別しないときには単に「プロセスカートリッジ501」という。なお、他も同じである。)と、光書込み装置502K、502M、502C、502Yと、転写材506を搬送する搬送ベルト503A及びプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yに搬送ベルト503Aを挟んで対向する転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byと、定着装置504と、転写材506を収容する給紙装置505とを備えている。
Next, a second embodiment of the image forming apparatus according to the present invention including another process cartridge according to the present invention will be described with reference to FIG.
The image forming apparatus includes an image carrier, a charging unit, a developing unit according to the present invention as a developing unit, and an image forming unit including a cleaning unit, black (K), magenta (M), cyan (C), and yellow. (Y)
ここで、光書込み装置502K、502M、502C、502Yは画像情報に従ってプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yの帯電後の像担持体に潜像を書き込むためのものであり、ポリゴンを用いた光走査装置やLEDアレイ等、種々のものを使用することができる。
Here, the
搬送ベルト503Aは、搬送ローラ511、従動ローラ512及びテンションローラ513,514間に架け渡され、搬送ローラ511の回転により矢示方向に周回移動する。そして、搬送ローラ511と対向して転写材506を搬送ベルト503A上に吸着させるための吸着ローラ515を配置し、また、搬送ベルト503Aの出口側には搬送ベルト503Aにトナー像を形成したときのパターンを検出するPセンサ516を配置している。
The
転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byは、少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有し、導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン(EPDM)等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値(体積抵抗率)を106〜1010Ω・cmの中抵抗に調整した弾性体ローラである。 The transfer rollers 503Bk, 503Bm, 503Bc, and 503By have at least a core metal and a conductive elastic layer covering the core metal, and the conductive elastic layer is an elastic material such as polyurethane rubber or ethylene-propylene-diene polyethylene (EPDM). In addition, an elastic roller in which a conductivity imparting agent such as carbon black, zinc oxide or tin oxide is blended and dispersed to adjust the electric resistance value (volume resistivity) to a medium resistance of 10 6 to 10 10 Ω · cm.
定着装置504は、加熱ローラ504a及びこれに対向して加圧ローラ504bを備えている。
The fixing
そして、この画像形成装置において、通常の画像形成動作では、給紙装置505から供給される記録用紙等の転写材506は吸着ローラ515に所定の電圧が印加されることで転写体である転写材搬送ベルト503Aに吸着させられる。転写材506は転写材搬送ベルト503Aに担持された状態で転写材搬送ベルト503Aとともに移動し、移動中にプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yから順次各色のトナー像が転写させられ、転写材506上にカラーのトナー像が形成される。転写材506が搬送ベルト503Aを通過して定着装置504に到達すると、転写材506上のトナー像は加熱ローラ504a及び加圧ローラ504bに挟まれつつ加熱されることで転写材506上に定着させられ、転写材506上に可視像が定着形成される。その後、カラー画像が形成された転写材506は装置本体510上部の排紙部507に排出される。
In this image forming apparatus, in a normal image forming operation, the
また、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードでは、作像ユニット501K、501M、501C、501Yから転写材搬送ベルト503A上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Pセンサ516によってそのトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込みタイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整させられる。転写材搬送ベルト503A上のトナーパターンは吸着ローラ515に印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byに印加された電圧によってプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yに回収される。
In the mode in which the color misregistration and toner density of each color toner image are adjusted, a toner image having a predetermined pattern is directly formed on the transfer
次に、本発明にプロセスカートリッジ501について図37を参照して説明する。なお、図37は同プロセスカートリッジの拡大説明図である。
このプロセスカートリッジ501は、像担持体521と、接触帯電部材531と、上述した第2実施形態に係る現像装置541と、クリーニング装置551とを備えている。
Next, the
The
像担持体521は、負帯電の有機感光体であり、図示しない回転駆動機構によって矢印方向(図で反時計回り方向)に回転されるようにして備えられている。接触帯電部材531は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した可撓性の帯電ローラである。接触帯電部材(帯電ローラ)531の芯金上に形成される中抵抗層としては、上記の発泡ウレタン層に限定されるものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン(EPDM)、ブタジエンアクリロニトリルゴム(NBR)、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることができる。
The
クリーニング装置551は、像担持体521の回転方向に対してカウンタ方向で当接させられたクリーニングブレード552と、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部553などを備えている。
The
次に、このように構成したプロセスカートリッジ501の動作について説明する。
この画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能することができる複合機であり、複写機として機能するときには、スキャナから読み込まれた画像情報がA/D変換、MTF補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能するときには、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。
Next, the operation of the
This image forming apparatus is a multifunction machine that can function as a copying machine and a printer. When the image forming apparatus functions as a copying machine, image information read from the scanner is subjected to various processes such as A / D conversion, MTF correction, and gradation processing. The image processing is performed and converted into write data. When functioning as a printer, image information is subjected to image processing on image information in a format such as a page description language or a bitmap transferred from a computer or the like, and converted into write data.
そして、画像形成に先駆けて、像担持体521は表面の移動速度が所定の速度となるように、矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ531は像担持体521に対してつれまわり回転させられる。このとき帯電ローラ531の芯金には帯電バイアス印加電源から−100Vの直流電圧および振幅1200V周波数2kHzの交流電圧が印加され、これにより像担持体521の表面が約−100Vに帯電させられる。
Prior to image formation, the
帯電させられた像担持体521に対し、光書込み装置502は書込みデータに応じてレーザー光502aを照射して露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることで光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
The optical writing device 502 irradiates the charged
光書込み装置502によって像担持体521上に形成された静電潜像は本発明に係る現像装置541によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体521上に可視化される。
The electrostatic latent image formed on the
像担持体521上に形成させられたトナー像が転写ローラ503Bと像担持体521との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置505から転写材506が搬送され、像担持体521上のトナー像は転写ローラ503Bに印加された電圧により転写材506へと転写される。トナー像が転写された転写材506は定着装置504によって定着処理され転写材506上にカラー画像が出力される。
The
一方、転写されずに像担持体521上に残留したトナー(転写残トナー)はクリーニング装置551によって清掃され、清掃後の像担持体521表面は次回の画像形成のために使用される。
On the other hand, toner remaining on the
そして、これらのブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yは、画像形成装置本体510から着脱可能としている。つまり、プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yは、図38に示すように、転写材搬送ベルト503Aが装置本体510から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
The
1…スケルトン搬送部材
2…電圧印加手段
11…スケルトン電極部材
12…電極線
13…空隙
14…空間
21…架橋部
22…隙間維持部材
52…電極線
53…隙間
55…電極線固定部材
101…像担持体
103…現像剤担持体
104…トナー収容部
111…現像用スケルトン搬送部材
112…戻し用スケルトン搬送部材
113、114…バイアス電極部材
117、118…バイアス電極部材
304、501…プロセスカートリッジ
DESCRIPTION OF
Claims (14)
An image forming apparatus for forming a color image, comprising: a plurality of process cartridges according to claim 12.
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---|---|---|---|
JP2005130259A JP2006308804A (en) | 2005-04-27 | 2005-04-27 | Development device, process cartridge and image forming apparatus |
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Cited By (1)
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JP2009115872A (en) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Ricoh Co Ltd | Development device and image forming apparatus |
-
2005
- 2005-04-27 JP JP2005130259A patent/JP2006308804A/en active Pending
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