JP2008122427A - Developing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に使用される現像装置及び現像装置を有する画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a developing device used in an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile machine, and a printer, and an image forming apparatus having the developing device.
従来、現像方式としては、実用化されているものも含めて多数存在する。代表的な現像方式としては、2成分現像方式と1成分現像方式がある。
2成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速出力機の主流方式である。高画質を狙うためには、静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは30μm程度のキャリアも使われ始めている。しかし、高画質化に対する要求は益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さいことが必要であるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。しかしキャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなど、いろいろな副作用が生じる。このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
また、そもそも2成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる2成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。
現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。
また、潜像担持体に現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げるのが効果的であることが知られているが、この場合、2成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。
Conventionally, there are a large number of development methods including those in practical use. Typical development methods include a two-component development method and a one-component development method.
The two-component development method is very suitable for high-speed development, and is the mainstream method for current medium-speed and high-speed output machines. In order to aim for high image quality, it is necessary to make the state of the developer in contact with the electrostatic latent image very dense. For this reason, the carrier particles are now being reduced in diameter, and carriers of about 30 μm are beginning to be used on a commercial level. However, the demand for higher image quality is increasing, and the required dot size of the pixel itself must be equal to or smaller than the current carrier particle size, which means the reproducibility of isolated dots. Then, it is necessary to further reduce the carrier particles. However, as the carrier diameter is reduced, the permeability of the carrier particles decreases, so that the carrier is easily detached from the developing roller. If the detached carrier particles adhere to the latent image carrier, the carrier adheres. Not only does this cause image defects, but it also causes various side effects such as scratching the latent image carrier starting from the image defects. In order to prevent this carrier detachment, attempts have been made to increase the magnetic permeability of carrier particles from the material surface and to increase the magnetic force of the magnet included in the developing roller. Development is extremely difficult due to this balance. In addition, due to the downsizing of the developing roller, the developing roller is becoming smaller in diameter, and it becomes difficult to design a developing roller having a strong magnetic field configuration that can completely prevent carrier detachment. Yes.
In the first place, the two-component development system is a process of forming a toner image by rubbing the ears of a two-component developer called a magnetic brush against an electrostatic latent image. Unevenness tends to occur in the developability of isolated dots.
Although an image quality can be improved by forming an alternating electric field between the developing roller and the latent image carrier, it is difficult to completely eliminate the fundamental image unevenness such as the unevenness of the ears of the developer.
In order to improve transfer efficiency and cleaning efficiency in the step of transferring the developed toner image to the latent image carrier and the step of cleaning the toner remaining on the latent image carrier after the transfer, the latent image carrier It is necessary to reduce the non-electrostatic adhesion force between the toner and the toner as much as possible. As a method for reducing the non-electrostatic adhesion force between the latent image carrier and the toner, it is known that it is effective to reduce the friction coefficient on the surface of the latent image carrier. Since the spikes of the agent smoothly pass through the developing portion, the development efficiency and the dot reproducibility become very poor.
1成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速出力機の主流方式である。現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材との摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて現像される。ここでの現像方式には大きく、接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であり、後者は接触しているものである。いずれの方式にしても、現像ローラ上に薄層化されているトナー層は、十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。また、この1成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。 The one-component developing method is the mainstream method of current low-speed output machines because the mechanism is small and light. In order to form a thin toner layer on the developing roller, a toner regulating member such as a blade or a roller is brought into contact, and at that time, the toner is charged by friction with the developing roller and the toner regulating member. The charged toner layer formed as a thin layer on the developing roller is transported to the developing unit and developed. The developing system here is largely divided into a contact type and a non-contact type. In the former, the developing roller and the latent image carrier are not in contact, and the latter is in contact. In any system, the toner layer thinned on the developing roller is sufficiently pressed, so that the toner responsiveness to the electric field in the developing unit is very poor. Therefore, in general, in order to obtain high image quality, it is mainstream to form a strong alternating electric field between the developing roller and the latent image carrier. However, even if this alternating electric field is formed, an electrostatic latent image is formed. On the other hand, it is difficult to stably develop a certain amount of toner, and it is difficult to uniformly develop high resolution minute dots. In addition, this one-component developing system applies a very large stress to the toner when the toner thin layer is formed on the developing roller, so that the toner circulating in the developing device deteriorates very quickly. As the toner deteriorates, unevenness and the like are likely to occur in the process of forming a toner thin layer on the developing roller, which is generally not suitable as a high-speed or highly durable image forming apparatus.
そこで、2成分方式と1成分方式の欠点を補い合うべく、特許文献1などのように、ハイブリッド化されたものも幾つか提案されている。こういったハイブリッド化によって現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかしながら、現像部においてはやはり1成分と同様の問題、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。
そこで、高解像度の微小均一ドットを現像する方法として、例えば特許文献2の方法がある。これは上記ハイブリッド構成に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものである。この方式により、現像装置の構成こそ複雑にはなったが、高安定かつ高画質な現像が実現できているものと考えられる。
また、最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、特許文献3及びそこで引用されている公知例においては、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている。この方法は、小型かつ高画質の現像を得るには非常に優れたものと解釈できるが、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を限定しなくてはならない。すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、返って粗悪な画質を提供してしまうことになる。
そこで、トナークラウドを形成する現像方式としては、特許文献4などのように、トナー担持体の機械的な駆動をなくし、3相以上の交互電場によってトナーを静電的に搬送し現像する方法が開示されている。搬送基板へ供給するトナーの帯電量を一定にするために、特許文献5では、現像領域手前にトナーを貯める領域を設けてその領域で電圧を印加しトナーの帯電を行っている。
しかしながら、上記方法では、局所的にトナーの帯電を高めることはできても、トナーの帯電を均一にすることは非常に困難であり、高画質を得るためにより均一な帯電が望まれていた。
In order to compensate for the shortcomings of the two-component method and the one-component method, some hybrid devices such as
Therefore, as a method for developing high-resolution minute uniform dots, for example, there is a method disclosed in
In order to form the most efficient and stable toner cloud,
Therefore, as a developing method for forming a toner cloud, there is a method of eliminating the mechanical driving of the toner carrier and electrostatically conveying and developing the toner by an alternating electric field of three or more phases, as in
However, in the above method, even though the charge of the toner can be locally increased, it is very difficult to make the charge of the toner uniform, and a more uniform charge is desired to obtain high image quality.
そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、ドット再現性に優れたフレア現像方式において、供給トナーの帯電量分布を安定させ、高画質を維持できる現像装置及び画像形成装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and a problem thereof is a developing device capable of stabilizing the charge amount distribution of the supplied toner and maintaining high image quality in a flare development method having excellent dot reproducibility. An image forming apparatus is provided.
前記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、移動するトナー担持体表層に、絶縁部を介して、前記移動方向に対して交互に電極群を設け、前記交互の電極群の間に時間周期的な電位差が形成される現像装置において、複数の磁極を有する磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に磁性粒子と非磁性トナーとを有する2成分現像剤を担持して、トナー担持体と対向した供給領域へ搬送し、前記供給領域で前記現像剤の磁気ブラシを形成し、前記現像剤担持体に直流電圧を印加してトナーを前記トナー担持体に供給することを特徴とする現像装置である。ここで、電極群とは、両端から交互に設置されている電極の集合体である。
本発明は、トナー担持体と現像剤担持体の距離をd(mm)、現像剤担持体に形成される単位面積あたりの磁気ブラシの重量をρ(mg/mm2)、トナー担持体と現像剤担持体の移動速度比(現像剤担持体速度/トナー担持体速度)をaとしたとき、
ρ・a/d>4
の関係が成立することを特徴とする。
本発明は、トナー担持体の表面が、トナーとの摩擦においてトナーに対して正規の電荷を与えることができる材料によって被覆されていることを特徴とする。
本発明は、トナー担持体の表面が、体積抵抗率にして109〜1012(Ω・cm)の材料によって被覆されていることを特徴とする。
本発明は、トナー担持体が回転ローラ形状であり、回転軸の一方に電極が接続され、回転軸のもう一方に電極が接続されていることを特徴とする。
本発明は、前記交互の電極群に印加される時間周期的電位の各瞬間における電位平均値が、静電潜像担持体に形成されている画像部電位と非画像部電位との間の値であることを特徴とする。
本発明は、前記記載の現像装置を使用することで、静電潜像担持体上に2種以上のトナー画像を重ね合わせることを特徴とする画像形成装置である。
The features of the present invention, which is a means for solving the above problems, are listed below.
The present invention provides a developing device in which a moving toner carrier surface layer is provided with electrode groups alternately with respect to the moving direction via an insulating portion, and a time-periodic potential difference is formed between the alternating electrode groups. A two-component developer having magnetic particles and non-magnetic toner is carried on a developer carrying member having a built-in magnetic field generating means having a plurality of magnetic poles, and conveyed to a supply area facing the toner carrying member, In the developing device, a magnetic brush of the developer is formed in a supply region, and a DC voltage is applied to the developer carrier to supply toner to the toner carrier. Here, the electrode group is an assembly of electrodes that are alternately installed from both ends.
In the present invention, the distance between the toner carrier and the developer carrier is d (mm), the weight of the magnetic brush per unit area formed on the developer carrier is ρ (mg / mm 2 ), and the toner carrier and the developer are developed. When the moving speed ratio of the developer carrier (developer carrier speed / toner carrier speed) is a,
ρ · a / d> 4
The relationship is established.
The present invention is characterized in that the surface of the toner carrying member is coated with a material capable of giving a regular charge to the toner in friction with the toner.
The present invention is characterized in that the surface of the toner carrier is coated with a material having a volume resistivity of 10 9 to 10 12 (Ω · cm).
The present invention is characterized in that the toner carrier is in the form of a rotating roller, an electrode is connected to one of the rotating shafts, and an electrode is connected to the other of the rotating shafts.
According to the present invention, an average value of potential at each instant of time-periodic potential applied to the alternating electrode group is a value between an image portion potential and a non-image portion potential formed on the electrostatic latent image carrier. It is characterized by being.
The present invention is an image forming apparatus in which two or more kinds of toner images are superimposed on an electrostatic latent image carrier by using the developing device described above.
本発明は、前記解決するための手段によって、ドット再現性に優れたフレア現像方式において、供給トナーの帯電量分布を安定させ、高画質を維持できる現像装置及び画像形成装置を提供することが可能となった。 According to the present invention, it is possible to provide a developing device and an image forming apparatus capable of stabilizing the charge amount distribution of the supplied toner and maintaining high image quality in the flare developing method having excellent dot reproducibility by the means for solving the problems. It became.
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that it is easy for a person skilled in the art to make other embodiments by changing or correcting the present invention within the scope of the claims, and these changes and modifications are included in the scope of the claims. The following description is an example of the best mode of the present invention, and does not limit the scope of the claims.
図1は、フレア現像基板を示した図である。ここで、フレアとは、例えば交互に配置された2つの電極群に、反転位相の交流電圧を印加することで、電極上でトナーが浮遊する現象である。図1のように、ガラス基板4上にアルミ蒸着によって電極パターン3を形成し、その上に保護層として厚み約3μm、体積抵抗率約1010Ω・cmの樹脂コート2を施したフレア現像基板に対して、2成分現像器によってトナー供給を行った。2成分現像器は通常のものを用いたが、具体的には粒径55μmの磁性キャリア粉と粒径約7μmのポリエステルトナーを重量比で5〜7wt%で混合された2成分現像剤を、現像剤担持体12によってフレア現像基板への供給領域まで搬送し、供給領域にて印加されるバイアス電位によってトナーの一部がフレア現像基板へと転移する。ここで、現像剤担持体12は、内部に複数の磁極を有する磁界発生手段である固定されたマグネットローラの外周を被覆した非磁性体であり、表面に凹凸を有している。
FIG. 1 is a view showing a flare developing substrate. Here, flare is a phenomenon in which, for example, toner floats on an electrode by applying an alternating voltage having an inverted phase to two electrode groups arranged alternately. As shown in FIG. 1, an
図2には、供給領域にて直流バイアスを印加した場合と交流バイアスを印加した場合における、2成分現像器内のトナーの帯電量分布とフレア現像基板上に供給されたトナー帯電量分布をそれぞれ示す。
なお、本実施例で用いたのは実際にプリントを繰り返し行った現像器内のトナーで、トナーの帯電量はおよそ−30μC/g程度であった。図2から、直流バイアスと交流バイアスでは、フレア現像基板上に供給されるトナーの帯電量分布が異なっている。交流バイアスを印加した場合、瞬間的に強い電圧が印加されるために、帯電量の高いトナーや付着力の高いトナーも供給される。それに対して直流バイアスを印加した場合は、現像されやすいトナーのみが選択的に供給される。
FIG. 2 shows the toner charge amount distribution in the two-component developer and the toner charge amount distribution supplied onto the flare development substrate when a DC bias is applied and when an AC bias is applied, respectively. Show.
In this embodiment, the toner in the developing device that was actually repeatedly printed was used, and the charge amount of the toner was about −30 μC / g. From FIG. 2, the charge amount distribution of the toner supplied onto the flare developing substrate is different between the DC bias and the AC bias. When an AC bias is applied, since a strong voltage is instantaneously applied, toner having a high charge amount and toner having a high adhesion force are also supplied. On the other hand, when a DC bias is applied, only toner that is easily developed is selectively supplied.
図3には、フレア現像基板上に供給されたトナーの帯電量と、現像基板上でのフレア活性度を示している。ここで、フレア活性度とは、基板表面に張り付いて動かないトナーの様子を観察することで約5段階の官能評価により求められたものである。具体的には、目視観察により静電搬送基板上のトナーが100%飛び跳ねていれば「非常に活性」、全部静止していて1個も跳ねていなければ「完全静止」、n%飛んでいれば「非常に活性」を100%「完全静止」を0%としてn%にプロットしている。
フレア現像基板上のトナーの帯電量が高すぎると鏡像力の寄与が大きくなるため、トナーは動きにくくなる。すなわち、フレアを活性化するための最適な帯電量が存在する。2成分現像器内ではトナーはキャリアとの混合・攪拌および消費・補給が繰り返されることで帯電量は変化している。帯電量が変化してしまうと、フレアの活性度も変化してしまうため、図2で示すように、直流バイアスを印加して常に供給される帯電量分布を一定にしている。
FIG. 3 shows the charge amount of the toner supplied on the flare development substrate and the flare activity on the development substrate. Here, the flare activity is obtained by sensory evaluation of about five stages by observing the state of toner that sticks to the substrate surface and does not move. Specifically, if the toner on the electrostatic transfer board jumps 100% by visual observation, it is “very active”, and if all of the toner is stationary and not even one of them is “completely stationary”, it can fly n%. For example, “very active” is plotted in n% with 100% “completely resting” being 0%.
If the charge amount of the toner on the flare development substrate is too high, the contribution of the mirror image force becomes large, so that the toner becomes difficult to move. That is, there is an optimum charge amount for activating the flare. In the two-component developing device, the charge amount of the toner is changed by repeating mixing, stirring, consumption, and replenishment with the carrier. When the charge amount changes, the flare activity also changes. Therefore, as shown in FIG. 2, the charge amount distribution always supplied by applying a DC bias is made constant.
直流バイアス印加時であってもその条件によっては供給される帯電量分布は異なる。図4には、上記の供給条件で現像器内の現像剤が劣化した場合の結果を示している。なお、このときの供給条件は下記に示すとおりである。
トナー担持体と現像剤担持体の距離d: 0.35mm
現像剤担持体上磁気ブラシ重量ρ: 1mg/mm2
トナー担持体と現像剤担持体速度比a: 2
ρ・a/d=5.7(>4)
この条件は、本発明で規定する範囲内である。図4から、現像剤の劣化にもかかわらず供給される帯電量分布がほぼ同範囲となっている。
これに対して、規定範囲外での帯電量分布についても図4に併せて示す。なお、供給条件は下記に示すとおりである。
トナー担持体と現像剤担持体の距離d: 0.55mm
現像剤担持体上磁気ブラシ重量ρ: 1mg/mm2
トナー担持体と現像剤担持体速度比a: 2
ρ・a/d=3.6(<4)
図4から、上記条件では、現像剤の帯電量分布の変化につられて供給されるトナーの帯電量分布も変化している。これは、付着力の増加に伴って弱帯電トナーが供給できなくなったためである。供給領域においてフレア現像基板極近傍にトナーが多く存在するために、実際にはフレア現像に適さない帯電量分布のトナーも供給されるからである。
Even when a DC bias is applied, the supplied charge amount distribution varies depending on the conditions. FIG. 4 shows the result when the developer in the developing device deteriorates under the above supply conditions. The supply conditions at this time are as shown below.
Distance d between toner carrier and developer carrier d: 0.35 mm
Magnetic brush weight on developer carrier ρ: 1 mg / mm 2
Toner carrier and developer carrier speed ratio a: 2
ρ · a / d = 5.7 (> 4)
This condition is within the range defined by the present invention. As shown in FIG. 4, the supplied charge amount distribution is almost in the same range regardless of the deterioration of the developer.
On the other hand, the charge amount distribution outside the specified range is also shown in FIG. The supply conditions are as shown below.
Distance d between toner carrier and developer carrier d: 0.55 mm
Magnetic brush weight on developer carrier ρ: 1 mg / mm 2
Toner carrier and developer carrier speed ratio a: 2
ρ · a / d = 3.6 (<4)
From FIG. 4, under the above conditions, the charge amount distribution of the toner supplied in accordance with the change in the charge amount distribution of the developer also changes. This is because the weakly charged toner cannot be supplied as the adhesion force increases. This is because a lot of toner is present in the vicinity of the flare development substrate in the supply region, so that toner having a charge amount distribution that is not actually suitable for flare development is supplied.
また、基板表面の電気的特性の影響を調べるために、表層の体積抵抗率を何点か振って、同様のフレア活性度を確認した。表層に用いた材料はシリコーン系樹脂であり、そこに分散されるカーボン微粒子の量を変更することにより、107〜1014Ω・cmの体積抵抗率、厚みは約5μmの保護層を形成した。
図5は、体積抵抗率とフレア活性度の関係を示す図である。この図から、体積抵抗率が109〜1012Ω・cmの範囲にあることが適正である。これは、体積抵抗率が非常に高い表層を用いると、飛翔を繰り返すトナーとの摩擦によってトナー担持体であるトナー担持ローラ19の表面が帯電したままになってしまい、また逆にあまりに導電性が高いと、電極群間で電荷のリーク(ショート)が発生してしまうために、効率的なバイアス効果が得られなくなるからである。基板表面に蓄積した電荷が電極群にうまく逃げられるように、適当な抵抗率として体積抵抗率で109〜1012Ω・cmとなっている必要がある。
In addition, in order to investigate the influence of the electrical characteristics of the substrate surface, the same flare activity was confirmed by varying the volume resistivity of the surface layer. The material used for the surface layer is a silicone resin, and by changing the amount of carbon fine particles dispersed therein, a protective layer having a volume resistivity of 10 7 to 10 14 Ω · cm and a thickness of about 5 μm was formed. .
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between volume resistivity and flare activity. From this figure, it is appropriate that the volume resistivity is in the range of 10 9 to 10 12 Ω · cm. This is because, when a surface layer having a very high volume resistivity is used, the surface of the
さらに、基板表面の摩擦帯電特性の影響を調べるために、表面コート層を、シリコーン系樹脂及びフッ素系樹脂の2種類として上記と同様なフレア活性度観察を行った。カーボン微粒子を微量分散させることにより、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂のいずれのコート層に関しても体積抵抗率は1011〜1012Ω・cmとした。基板に交番バイアスを印加してフレア活性度を観察すると、シリコーン系樹脂では長時間フレア状態を維持していたが、フッ素系樹脂の場合には直ぐにフレアが消滅しトナーが基板に張り付いたままとなった。観察後に、基板上のトナーの帯電量を測定したところ、シリコーン系樹脂の場合には初期に比べて若干の低下がみられただけであったが、フッ素系樹脂の場合にはトナーの電荷がほとんど無くなっていた。そこで、帯電していないトナーをそれぞれの表面に擦り付けると、シリコーン系樹脂の場合にはトナーが正規の極性の摩擦電荷を得られたのに対し、フッ素系樹脂の場合にはほとんど摩擦電荷を得られないばかりか若干逆の極性となっていた。したがって、フレア現象は、トナーと基板表面とが無数回衝突するプロセスであるため、基板表面材料はトナーの電荷を奪ってしまうものではなく、トナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましい。これは材料の摩擦帯電系列に習うものであり、基板表面材料としては、例えばガラス系のものや、2成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。 Furthermore, in order to investigate the influence of the triboelectric charging characteristics on the substrate surface, the flare activity was observed in the same manner as described above with the surface coat layer being two types of silicone resin and fluorine resin. By minutely dispersing the carbon fine particles, the volume resistivity was set to 10 11 to 10 12 Ω · cm for any coating layer of the silicone resin and the fluorine resin. When the flare activity was observed by applying an alternating bias to the substrate, the flare state was maintained for a long time with the silicone resin, but in the case of the fluorine resin, the flare immediately disappeared and the toner stuck to the substrate. It became. After the observation, the charge amount of the toner on the substrate was measured. In the case of the silicone resin, only a slight decrease was observed compared to the initial value, but in the case of the fluorine resin, the charge of the toner was reduced. It was almost gone. Therefore, when an uncharged toner is rubbed against each surface, a triboelectric charge of normal polarity was obtained in the case of a silicone resin, whereas an almost triboelectric charge was obtained in the case of a fluororesin. In addition to being unable to do so, it had a slightly opposite polarity. Therefore, since the flare phenomenon is a process in which the toner and the substrate surface collide with each other innumerably, the substrate surface material does not take away the charge of the toner, and is preferably a material that can give the toner a regular charge. . This is learned from the triboelectric charging series of materials, and as the substrate surface material, for example, a glass-based material or a material used for a carrier coat of a two-component developer is preferably used.
図6に本発明のトナー担持体の代表例を示す。図6−1aは概観であり、図中左手前から右奥への電極群を束ねた電極軸6と、前記電極群に対して交互に右奥から左手前に向けて設置された電極群を束ねた電極軸7とを回転軸として回転することができる。また、それぞれの電極軸6、7には、図示されない電極ブラシ等によってバイアス電位を印加することができる。以下にこのトナー担持体であるトナー担持ローラ19の構成を説明する。
図6−1bの(1)のように、アクリル樹脂の円筒に軸穴を設け、(2)のようにステンレス製の電極軸を圧入する。次に、図6−2cの(1)〜(5)の工程によりパターン電極を形成する。図6−2cはトナー担持ローラ19表面を、回転軸に沿った方向に見たときの図である。図6−2c(1)では、図6−1bによって得られたローラの表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。(2)では溝のピッチが100μm、溝幅が50μmとなるように溝切削を行う。(3)では無電解ニッケルメッキを施し、(4)では外周を旋削して不要な導体膜を取り除く。この時点で電極が溝部分に形成される。その後、シリコーン系樹脂でコーティングすることでローラ表面を平滑にし、同時に表面保護層(厚み約5μm、体積抵抗率約1010Ω・cm)とした。
FIG. 6 shows a representative example of the toner carrier of the present invention. FIG. 6-1a is an overview, and an
As shown in (1) of FIG. 6-1b, a shaft hole is provided in an acrylic resin cylinder, and a stainless steel electrode shaft is press-fitted as shown in (2). Next, a patterned electrode is formed by the steps (1) to (5) in FIG. FIG. 6-2c is a diagram when the surface of the
図7は、図6のトナー担持ローラを利用した現像装置例である。図6−2(d)において、トナー担持ローラ19の移動方向に対して、交互に電極軸6と電極軸7からの電極群6a、7a及び絶縁部22を有している。トナー担持ローラ19に印加する交流電圧は、図6−2(d)に示す電極軸6と電極軸7に反転位相で印加され、時間周期的な電位差が形成されている。交流電圧は、−400Vと0Vのそれぞれをピークに持つ平均電位が−200V、5kHzの周波数で印加することで実現した。なお、交流電圧は、ピークtoピークが200V〜1000V、周期が0.5kHz〜5kHzで良好である。トナー担持ローラ19に対しては、通常の2成分現像器により2成分現像剤10の穂が当接されている。具体的には、粒径55μmの磁性キャリア粉と粒径約6μmのポリエステルトナーを重量比で5〜7wt%で混合させた2成分現像剤10である。
現像剤担持体12には−400Vの電圧が印加され、現像剤担持体12の電位−400Vとトナー担持ローラ19の平均電圧−200Vとの差により、マイナス帯電トナーが現像剤担持体12からトナー担持ローラ19へ供給される。
トナー担持ローラ19に供給されたトナーは、トナー担持ローラ19上でフレアを形成しながら潜像担持体13との対向部に搬送され、トナー担持ローラ19表面の平均電位と潜像担持体13電位との差によってトナー像が形成され、現像に寄与しなかった不要なトナーは再び現像剤担持体12に戻ってくる。フレアが形成されているので、トナー担持ローラ19に対するトナーの付着力は非常に低く、トナー担持ローラ19によって現像部から戻ってきたトナーは、現像剤担持体12の回転に追随した2成分現像剤の穂によって容易に掻き取られたり馴らされたりする。これを繰り返すことによって、トナー担持ローラ19上には常にほぼ一定量のトナーフレアが形成されることになる。
FIG. 7 shows an example of a developing device using the toner carrying roller of FIG. 6D, the
A voltage of −400 V is applied to the
The toner supplied to the
潜像担持体13として、厚み13μmの有機感光体を使用し、1200dpiのレーザー書き込み系を利用して潜像形成をする場合の実施例を以下に示す。感光体帯電電位を−300Vとし、ベタ部での書き込み電位が−50Vとなるような条件で潜像を形成する。この時、トナー帯電量が約−22μC/gの6μmトナーを使って地汚れが無く、ベタ埋まりも良く、かつ1200dpiの1ドットが再現できるように条件設定したところ、トナー担持ローラ19と感光体13とのギャップは約500μm、トナー担持ローラ19に印加する電位は−400Vと0Vのそれぞれをピークに持つ平均電位が−200Vの交流バイアスを、5kHzの周波数で印加することで実現した。トナー担持ローラ19上に過剰なトナーが乗っていると、トナーの電荷によって電界カーテンがシールドされてしまいフレアが形成できなくなるので、トナー担持ローラ19上に乗っている単位面積辺りのトナー量は0.2mg/cm2となるように、現像剤担持体12とトナー担持ローラ19との間には直流バイアス約200Vが印加されている。一方、感光体13上のベタ画像として必要とされるトナー量が0.4mg/cm2であることから、現像部でのトナー枯渇が生じないように、トナー担持ローラ19の移動速度は感光体13の移動速度の2倍以上にする必要があり、ここでは2.5倍としている。トナー担持ローラ19と感光体13の移動方向は、図8のように同じ向きでも良いが、逆向きでも良い。現像剤担持体12とトナー担持ローラ19の移動方向は、戻りトナーの掻き取り効果を得るために、図8のように逆向きであるのが好ましい。以上の系によって、感光体線速300mm/sのもとで、ベタ埋まり性、1200dpiドット再現性、に優れた地汚れの無い高画質現像が実現できることが確認された。
An embodiment in which an organic photoreceptor having a thickness of 13 μm is used as the latent image carrier 13 and a latent image is formed using a 1200 dpi laser writing system will be described below. A latent image is formed under the conditions that the photosensitive member charging potential is −300V and the writing potential at the solid portion is −50V. At this time, when 6 μm toner having a toner charge amount of about −22 μC / g was used and conditions were set so that there was no background stain, solid filling was possible, and 1 dot of 1200 dpi could be reproduced,
図8は図7の現像装置を利用して構成された、感光体13上色重ね画像形成装置の例であり、このようなシステムとすることにより同一感光体13上に4色分の書き込みを行うので、通常の4連タンデム方式と比較すると原理的に位置ズレがほとんど発生しない。また、本発明による現像装置20を用いることにより、感光体13上に一度形成されたトナー像に対しては全く影響を与えることが無いので、スキャベンジや混色などの問題が一切無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。
FIG. 8 shows an example of a color superimposed image forming apparatus on the photoconductor 13 configured by using the developing device of FIG. 7. With such a system, writing for four colors on the same photoconductor 13 is performed. As a result, in principle, there is almost no positional deviation compared to the normal quadruple tandem system. Further, by using the developing
1 トナー層
2 樹脂コート
3 アルミ蒸着電極
4 ガラス基板
5 樹脂ローラ
6 電極軸A
6a 電極群
7 電極軸B
7a 電極群
8 樹脂円筒
9 軸
10 2成分現像剤
11 攪拌スクリュ
12 現像剤担持体
13 潜像担持体(感光体)
14 クリーナ
15 帯電器
16 除電器
17 ベルトOPC
18 定着器
19 トナー担持ローラ(トナー担持体)
20 現像装置
21 画像形成装置
22 絶縁部
DESCRIPTION OF
14 Cleaner 15 Charger 16 Charger 17 Belt OPC
18
20 Developing Device 21
Claims (7)
前記現像装置は、複数の磁極を有する磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に磁性粒子と非磁性トナーとを有する2成分現像剤を担持して、トナー担持体と対向した供給領域へ搬送し、前記供給領域で前記現像剤の磁気ブラシを形成し、前記現像剤担持体に直流電圧を印加してトナーを前記トナー担持体に供給する
ことを特徴とする現像装置。 In the developing device in which an electrode group is alternately provided in the moving toner carrier surface layer via an insulating portion with respect to the moving direction, and a time-periodic potential difference is formed between the alternating electrode group.
The developing device carries a two-component developer having magnetic particles and non-magnetic toner on a developer carrying member having a magnetic field generating means having a plurality of magnetic poles, and transports it to a supply region facing the toner carrying member. A developing device characterized in that a magnetic brush for the developer is formed in the supply region, and a DC voltage is applied to the developer carrier to supply toner to the toner carrier.
前記現像装置は、トナー担持体と現像剤担持体の距離をd(mm)、現像剤担持体に形成される単位面積あたりの磁気ブラシの重量をρ(mg/mm2)、トナー担持体と現像剤担持体の移動速度比(現像剤担持体速度/トナー担持体速度)をaとしたとき、
ρ・a/d>4
の関係が成立する
ことを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
In the developing device, the distance between the toner carrier and the developer carrier is d (mm), the weight of the magnetic brush per unit area formed on the developer carrier is ρ (mg / mm 2 ), and the toner carrier and When the moving speed ratio of the developer carrier (developer carrier speed / toner carrier speed) is a,
ρ · a / d> 4
A developing device characterized in that the relationship is established.
前記現像装置は、トナー担持体の表面が、トナーとの摩擦においてトナーに対して正規の電荷を与えることができる材料によって被覆されている
ことを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1 or 2,
In the developing device, the surface of the toner carrying member is coated with a material capable of giving a regular charge to the toner in friction with the toner.
前記現像装置は、トナー担持体の表面が、体積抵抗率にして109〜1012(Ω・cm)の材料によって被覆されている
ことを特徴とする現像装置。 In the developing device according to any one of claims 1 to 3,
In the developing device, the surface of the toner carrier is covered with a material having a volume resistivity of 10 9 to 10 12 (Ω · cm).
前記現像装置は、トナー担持体が回転ローラ形状であり、
回転軸の一方に、電極群が接続され、
回転軸のもう一方に、電極群が接続されている
ことを特徴とする現像装置。 The developing device according to any one of claims 1 to 4,
In the developing device, the toner carrier has a rotating roller shape,
An electrode group is connected to one of the rotating shafts,
A developing device, wherein an electrode group is connected to the other end of the rotating shaft.
前記現像装置は、前記交互の電極群に印加される時間周期的電位の各瞬間における電位平均値が、静電潜像担持体に形成されている画像部電位と非画像部電位との間の値である
ことを特徴とする現像装置。 The developing device according to any one of claims 1 to 5,
In the developing device, the average potential value at each moment of the time-periodic potential applied to the alternating electrode group is between the image portion potential formed on the electrostatic latent image carrier and the non-image portion potential. A developing device characterized in that it is a value.
ことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus uses the developing device according to claim 1 to superimpose two or more types of toner images on an electrostatic latent image carrier. apparatus.
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