JP2009069670A - Developing device, process cartridge, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、現像装置と、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ、及び前記現像装置またはプロセスカートリッジを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。 The present invention relates to a developing device, a process cartridge provided with the developing device, and an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile, or a complex machine including the developing device or the process cartridge.
従来、複写機,プリンタ,ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、2成分現像方式や1成分現像方式などがある。
このうち2成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。
2. Description of the Related Art Conventionally, developing devices used in image forming apparatuses such as copying machines, printers, and facsimiles include a two-component developing method and a one-component developing method.
Of these, the two-component development method is very suitable for high-speed development, and is the mainstream method of current medium-speed and high-speed image forming apparatuses.
1成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在、低速の画像形成装置の主流方式である。この1成分現像方式では、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現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナー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に形成された帯電トナー層は、感光体等の像担持体と対向する現像部に運ばれて像担持体上の静電潜像を現像する。 The one-component developing method is currently the mainstream method for low-speed image forming apparatuses because the mechanism is small and light. In this one-component development system, in order to form a toner thin layer on the developing roller, a toner regulating member such as a blade or a roller is brought into contact with the toner on the developing roller. The toner is charged by the friction. The charged toner layer formed in a thin layer on the developing roller is conveyed to a developing unit facing the image carrier such as a photoconductor to develop the electrostatic latent image on the image carrier.
また、現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと像担持体とが接触するもの
であり、後者は現像ローラと像担持体とが非接触であるものである。
The developing system is roughly divided into a contact type and a non-contact type. The former is a type in which the developing roller and the image carrier are in contact, and the latter is a type in which the developing roller and the image carrier are not in contact. is there.
ところで、像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順次に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくようなイメージ・オン・イメージ作像プロセスにおいては、先に像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような非接触型の現像方式でなくてはならない。 By the way, in the image-on-image forming process in which the first toner image is formed on the image carrier and the second toner image and the third toner image are sequentially formed thereon, In addition, it must be a non-contact developing system that does not disturb the toner image formed on the image carrier.
上記の2成分現像方式では現像部に磁気穂を形成しているため、現像ローラと像担持体との安定したギャップが取りにくい。また、1成分現像装置に比して現像剤層が厚く、いわゆるエッジ効果と呼ばれる現象が起こり易く非接触型には向かない。一方、1成分現像方式では、現像ローラ上のトナー層は薄層化されているため交番電場を形成することで非接触に現像することができる。しかし、トナー層を薄層化するためにトナーにストレスを与えるため高耐久化が困難である。 In the above two-component development method, since a magnetic spike is formed in the developing portion, it is difficult to form a stable gap between the developing roller and the image carrier. In addition, the developer layer is thicker than that of a one-component developing device, and a phenomenon called a so-called edge effect is likely to occur and is not suitable for a non-contact type. On the other hand, in the one-component development method, since the toner layer on the developing roller is thinned, it can be developed in a non-contact manner by forming an alternating electric field. However, since the toner layer is stressed to make the toner layer thinner, it is difficult to achieve high durability.
上記の2成分現像方式と1成分現像方式との欠点を補い合うべく、特許文献1(特開平3−100575号公報)や特許文献2(特開2002−182467号公報)に記載の従来技術のように、現像ローラ上で接触部材による摩擦帯電を用いないで所定極性に帯電したトナーをトナー担持体上に供給して担持させることができる現像装置として、二成分現像剤からなる磁気ブラシを表面に形成したトナー供給部材を用い、トナー供給部材上の磁気ブラシよりトナーのみがトナー担持体に供給される2成分現像方式と1成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式の現像装置が提案されている。これらの現像装置では、トナー供給部材(磁気ローラ、磁気ブラシ形成体)上に二成分現像剤を担持して磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシ中のトナーは磁性粒子との摩擦により所定極性に帯電される。そして、このトナー供給部材上の磁気ブラシから所定極性に帯電されたトナーのみが、トナー担持体(現像ローラ、トナー層保持体)上に移動して担持される。 In order to compensate for the disadvantages of the two-component development method and the one-component development method, the conventional techniques described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-110355) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-182467) are used. In addition, as a developing device that can supply and carry toner charged to a predetermined polarity on a developing roller without using frictional charging by a contact member on a developing roller, a magnetic brush made of a two-component developer is provided on the surface. There has been proposed a hybrid developing device that uses a formed toner supply member and hybridizes a two-component developing method and a one-component developing method in which only toner is supplied from a magnetic brush on the toner supplying member to a toner carrier. Yes. In these developing devices, a two-component developer is carried on a toner supply member (magnetic roller, magnetic brush forming body) to form a magnetic brush. The toner in the magnetic brush is charged to a predetermined polarity by friction with the magnetic particles. Only the toner charged to a predetermined polarity from the magnetic brush on the toner supply member is moved and carried on the toner carrier (developing roller, toner layer holder).
また、非接触型の現像方式としては、例えば特許文献3(特開平3−113474号公報)に記載の従来技術のような方式がある。この方式は、上記ハイブリッド化方式に対して、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。 As a non-contact type development method, for example, there is a method as in the prior art described in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-113474). In this method, a high-resolution dot developability is realized by installing a wire to which a high-frequency bias is applied to the developing unit, to form a toner cloud in the developing unit, as compared to the hybrid method.
2成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、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。 In the two-component development method, the demand for higher image quality is increasing, and the required dot size of the pixel itself is required to be equal to or smaller than the current carrier particle diameter. In this sense, 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 tends to be detached from the developing roller. If the detached carrier particles adhere to the image carrier, the carrier adheres. Not only does this cause image defects, but it also causes various side effects such as damaging the image carrier from that point.
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。 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.
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。 In the first place, the two-component development method is a process of forming a toner image by rubbing the ears of a two-component developer called a magnetic brush against the electrostatic latent image. Unevenness tends to occur in the developability. 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.
また、像担持体上の現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に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、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。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、像担持体表面の摩擦係数を下げること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。 In order to improve transfer efficiency and cleaning efficiency in the step of transferring the developed toner image on the image carrier and the step of cleaning the toner remaining on the image carrier after the transfer, It is necessary to reduce the non-electrostatic adhesion with the toner as much as possible. As a method for reducing the non-electrostatic adhesion between the image carrier and the toner, it is known that it is effective to reduce the coefficient of friction on the surface of the image carrier. Since the spikes pass through the developing portion smoothly, the developing efficiency and the dot reproducibility become very poor.
1成分現像方式は、磁性粒子を用いないため、2成分現像剤の磁気ブラシが像担持体へ当たる状態の影響で、静電潜像に忠実でなく多少現像ムラが発生してしまう現象、いわゆる磁気ブラシマークが発生しない。更に、2成分現像装置に比して現像剤層が薄く、いわゆるエッジ効果と呼ばれる現象も少ない。このため、1成分現像装置は、高精細な画像の再現性に優れている。なかでも、非磁性1成分現像剤を用いるものは、カラー化への対応が優れており、高繊細なカラー画像を得る現像装置として適している。
しかし、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。そして、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、1成分現像方式は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。
In the one-component development method, since magnetic particles are not used, a phenomenon that development unevenness occurs somewhat due to the influence of the state in which the magnetic brush of the two-component developer strikes the image carrier, which is not faithful to the electrostatic latent image. Magnetic brush mark does not occur. Furthermore, the developer layer is thinner than in a two-component developing device, and there is little phenomenon called the so-called edge effect. For this reason, the one-component developing device is excellent in reproducibility of high-definition images. Among them, the one using a non-magnetic one-component developer is excellent in colorization and suitable as a developing device for obtaining a high-definition color image.
However, in this one-component development method, a very large stress is applied to the toner when the toner thin layer is formed on the developing roller, so that the toner circulating in the developing device is deteriorated very quickly. As the toner deteriorates, unevenness and the like easily occur in the process of forming a toner thin layer on the developing roller, and the one-component developing method is generally not suitable as a high-speed and high-durability image forming apparatus.
前述の2成分現像方式と1成分現像方式のハイブリッド化方式では、幾つかの課題は克服される。しかしながら、2成分現像剤を使用するためトナーとキャリアとの撹拌によってキャリアが劣化して帯電性能が低下していくため、キャリアを定期的に交換する必要がある。
また、特許文献2に記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。
In the above-described hybrid system of the two-component development system and the one-component development system, several problems are overcome. However, since the two-component developer is used, the carrier deteriorates due to the stirring of the toner and the carrier and the charging performance is lowered. Therefore, the carrier needs to be periodically replaced.
Further, although the method described in Patent Document 2 is considered to realize highly stable and high-quality development, the configuration of the developing device becomes complicated.
以上のような従来技術の問題点に対し、後述の本発明に係る「トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させる」タイプのトナー供給方法では、トナー粒子は静電搬送部材の表面を跳びはねるように振動しながら帯電するため、2成分現像方式のように帯電のためのキャリアを必要としない。また、大部分の時間はトナー粒子とトナー担持体表面とは非接触である。したがって、トナー粒子とトナー担持体表面とが静電的に付着する力は弱い。よって、従来の1成分現像方式に比べ、トナーに対してのストレスが少ないため高耐久化が可能である。 To solve the above-mentioned problems of the prior art, in the toner supply method of the type “to form a cloud by separating the toner from the surface of the toner carrier by the electric field between the electrodes” according to the present invention described later, the toner particles are electrostatically conveyed. Since charging is performed while vibrating so as to jump off the surface of the member, a carrier for charging is not required unlike the two-component development method. In most of the time, the toner particles and the surface of the toner carrier are not in contact with each other. Accordingly, the electrostatic force between the toner particles and the surface of the toner carrier is weak. Therefore, compared to the conventional one-component development method, since the stress on the toner is less, high durability can be achieved.
さらに、通常の1成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に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。しかし、本発明に係る「トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させる」タイプのトナー供給方法では、トナー粒子は静電搬送部材の表面を跳びはねるように振動しながら現像ローラにトナーを供給するため、現像ローラ上に圧接されないで薄層化ができるのでトナー応答性が速くなり高画質化ができる。 Further, in the normal one-component development method, the toner layer on the developing roller thinned by the toner regulating member is sufficiently pressed against the developing roller, so that the toner response to the electric field in the developing unit Sex is very bad. Therefore, in general, in order to obtain high image quality, it is the mainstream to form a strong alternating electric field between the developing roller and the image carrier, but even if this alternating electric field is formed, Therefore, it is difficult to stably develop a fixed amount of toner, and it is difficult to uniformly develop high resolution minute dots. However, in the toner supply method of the present invention, in which the toner is separated from the surface of the toner carrier by the electric field between the electrodes to form a cloud, the toner particles are developed while vibrating so as to jump off the surface of the electrostatic conveying member. Since the toner is supplied to the roller, the layer can be thinned without being pressed onto the developing roller, so that the toner responsiveness is increased and the image quality can be improved.
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させながら現像用トナー担持体にトナーを供給する新規な構成の現像装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、その新規な構成の現像装置を備えた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。
The present invention has been made in view of the above points. A developing device having a novel configuration for supplying toner to a developing toner carrier while forming a cloud by separating the toner from the surface of the toner carrier by an electric field between electrodes. The purpose is to provide.
Another object of the present invention is to provide a process cartridge and an image forming apparatus provided with the developing device having the novel configuration.
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第1の手段は、像担持体上の静電潜像をトナーで現像して可視像化する現像装置において、内部に複数の電極を備えたトナー担持体であって前記複数の電極間の電界が時間的に変化するように該電極に電圧を供給する電圧供給手段を備えて前記トナーを前記電極間の電界により前記トナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させる電界発生部材を有する第1のトナー担持体と、前記第1のトナー担持体の前記電界発生部材面へトナーを供給するためのトナー供給手段と、前記第1のトナー担持体の前記電界発生部材面のトナー層を規制するトナー規制部材と、現像に使用するためのトナーを格納するためのトナー格納部と、前記トナー格納部のトナーを攪拌するトナー攪拌部材とを備え、前記第1のトナー担持体に近接して、前記像担持体の静電潜像を現像する現像部に第2のトナー担持体を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following solutions.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a developing device that develops an electrostatic latent image on an image carrier with a toner to make a visible image, the toner carrier having a plurality of electrodes therein, A voltage supply means for supplying a voltage to the electrodes so that the electric field between the electrodes changes with time, and an electric field generating member for separating the toner from the surface of the toner carrier by the electric field between the electrodes to form a cloud; A first toner carrier, toner supply means for supplying toner to the surface of the electric field generating member of the first toner carrier, and a toner layer on the surface of the electric field generating member of the first toner carrier. A toner regulating member for regulating, a toner storage unit for storing toner for use in development, and a toner agitating member for agitating the toner in the toner storage unit, in proximity to the first toner carrier. Before Characterized in that a second toner carrier to a developing unit for developing an electrostatic latent image on the image bearing member.
本発明の第2の手段は、第1の手段の現像装置において、前記第1のトナー担持体と前記第2のトナー担持体とは非接触であることを特徴とする。
また、本発明の第3の手段は、第1または第2の手段の現像装置において、前記第1のトナー担持体の電極に電圧を供給する電圧供給手段と、前記第2のトナー担持体に電圧を供給する電圧供給手段は共通であることを特徴とする。
According to a second means of the present invention, in the developing device of the first means, the first toner carrier and the second toner carrier are not in contact with each other.
According to a third means of the present invention, in the developing device of the first or second means, a voltage supply means for supplying a voltage to the electrode of the first toner carrier, and a second toner carrier The voltage supply means for supplying the voltage is common.
本発明の第4の手段は、第1〜第3のいずれか1つの手段の現像装置において、前記複数の電極を有する第1のトナー担持体は、現像装置筐体内部に格納されていることを特徴とする。
また、本発明の第5の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置において、前記第2のトナー担持体と前記像担持体とは非接触であることを特徴とする。
According to a fourth means of the present invention, in the developing device of any one of the first to third means, the first toner carrier having the plurality of electrodes is stored inside the developing device casing. It is characterized by.
According to a fifth means of the present invention, in the developing device according to any one of the first to fourth means, the second toner carrier and the image carrier are not in contact with each other. .
本発明の第6の手段は、像担持体上の静電潜像をトナーで現像して可視像化した後、前記像担持体上のトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、前記像担持体上の静電潜像を現像する手段として、第1〜第5のいずれか1つの手段の現像装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第7の手段は、第6の手段の画像形成装置において、前記現像装置を複数備え、前記像担持体上で複数のトナー像を互いに重ね合わせて得られる画像を前記記録材に転移させて多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
According to a sixth means of the present invention, after the electrostatic latent image on the image carrier is developed with a toner to form a visible image, the toner image on the image carrier is finally transferred to a recording material to obtain an image. In the image forming apparatus for forming, the developing device of any one of the first to fifth means is provided as means for developing the electrostatic latent image on the image carrier.
A seventh means of the present invention is the image forming apparatus of the sixth means, comprising a plurality of the developing devices, wherein an image obtained by superimposing a plurality of toner images on the image carrier is recorded on the recording material. To form a multicolor or full-color image.
本発明の第8の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、少なくとも第1〜第5のいずれか1つの手段の現像装置を備え、前記画像形成装置に対して着脱可能に設けられたことを特徴とする。
また、本発明の第9の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置であって、第8の手段のプロセスカートリッジを単数または複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a process cartridge provided in an image forming apparatus for forming an image by an electrophotographic process, comprising at least the developing device of any one of the first to fifth means. It is characterized in that it is detachable from the forming apparatus.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus for forming an image by an electrophotographic process, comprising a single or a plurality of process cartridges of the eighth means to form a single color, a multicolor or a full color image. It is characterized by.
第1の手段の現像装置では、クラウドを形成させる電界発生部材を有した第1のトナー担持体によりトナーを振動させて帯電させるため、第2のトナー担持体上のトナーを摩擦帯電するための接触部材を設ける必要がないので、第2のトナー担持体上のトナーフィルミングや、トナー担持体及び接触部材の摩耗による現像特性の経時的な変化などの問題がない。また、2成分現像剤を使用しないので劣化したキャリアを定期的に交換する必要がない。 In the developing device of the first means, since the toner is vibrated and charged by the first toner carrier having the electric field generating member for forming the cloud, the toner on the second toner carrier is frictionally charged. Since there is no need to provide a contact member, there are no problems such as toner filming on the second toner carrier, and changes in development characteristics over time due to wear of the toner carrier and the contact member. Further, since a two-component developer is not used, it is not necessary to periodically replace a deteriorated carrier.
第2の手段の現像装置では、第1のトナー担持体と第2のトナー担持体とは非接触にすることで線速比を2.5倍以上に設定することができるので、第1のトナー担持体と第2のトナー担持体のトナーとの接触確率を増加させることができる。これにより、トナー供給能力が高まり、ベタ画像の現像でトナー担持体上のトナーが多量に消費されても、該トナー担持体上のトナー担持量を速やかに回復することができる。 In the developing device of the second means, the linear velocity ratio can be set to 2.5 times or more by making the first toner carrier and the second toner carrier non-contact with each other. The contact probability between the toner carrier and the toner on the second toner carrier can be increased. As a result, the toner supply capability is increased, and even when a large amount of toner on the toner carrying member is consumed in the development of the solid image, the toner carrying amount on the toner carrying member can be quickly recovered.
第3の手段の現像装置では、第1のトナー担持体のa相またはb相の電極に電圧を供給する電圧供給手段と,第2のトナー担持体の電極に電圧を供給する電圧供給手段を共通にすることで、第1のトナー担持体から第2のトナー担持体へのトナー供給を効率よく行うことが出来る。また、電圧供給手段を共通化出来るので、小型化が達成できる。 In the developing device of the third means, voltage supply means for supplying voltage to the a-phase or b-phase electrode of the first toner carrier and voltage supply means for supplying voltage to the electrode of the second toner carrier are provided. By using the common toner, it is possible to efficiently supply the toner from the first toner carrier to the second toner carrier. Further, since the voltage supply means can be shared, miniaturization can be achieved.
第4の手段の現像装置では、トナーを電界によりクラウド化させる複数の電極を有する第1のトナー担持体を現像装置筐体内部に格納し密閉することで、クラウドによる装置外部へのトナー飛散を防止できる。また、外気より第1のトナー担持体を遮断することができるので、外気の温度、湿度の影響を受けにくいため、安定したクラウド状態を維持することができる。 In the developing device of the fourth means, the first toner carrier having a plurality of electrodes that cloud the toner by an electric field is stored inside the developing device housing and sealed, thereby preventing the toner from scattering to the outside of the device by the cloud. Can be prevented. Further, since the first toner carrier can be shielded from the outside air, it is difficult to be affected by the temperature and humidity of the outside air, so that a stable cloud state can be maintained.
第5の手段の現像装置では、第2のトナー担持体にクラウドによりトナーを供給することにより、トナーを圧接しないでトナー層が薄層化できるので、第2のトナー担持体と像担持体とを非接触にして交番電場を形成することで、トナー応答性が良好で一定量のトナーを安定して現像できるので高画質にすることができる。 In the developing device of the fifth means, by supplying the toner to the second toner carrier by the cloud, the toner layer can be thinned without pressing the toner, so that the second toner carrier, the image carrier, By forming an alternating electric field without contact, toner responsiveness is good and a certain amount of toner can be stably developed, so that high image quality can be achieved.
第6の手段の画像形成装置では、像担持体上の潜像を現像する手段として、第1〜第5のいずれか1つの手段の現像装置を備えたことにより、第1〜第5のいずれか1つの手段の効果が得られ、安定して良好な画像形成を行うことができる。
また、第7の手段の画像形成装置では、第6の手段の効果に加え、前記像担持体上にトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像を記録材に形成することにより、安定して良好な多色またはフルカラー画像を形成することができる。
In the image forming apparatus of the sixth means, any one of the first to fifth means is provided by providing the developing device of any one of the first to fifth means as means for developing the latent image on the image carrier. Thus, the effect of one means can be obtained, and stable and good image formation can be performed.
In the image forming apparatus of the seventh means, in addition to the effect of the sixth means, an image obtained by superimposing a plurality of toner images on the image carrier is formed on the recording material, thereby stably Good multicolor or full color images can be formed.
第8の手段のプロセスカートリッジでは、少なくとも第1〜第5のいずれか1つの手段の現像装置を備えたことにより、安定して良好な画像形成を行うことができるプロセスカートリッジを提供することができる。また、このプロセスカートリッジは、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。 In the process cartridge of the eighth means, it is possible to provide a process cartridge capable of performing stable and good image formation by providing at least the developing device of any one of the first to fifth means. . Further, since the process cartridge is detachably attached to the image forming apparatus, the process cartridge can be easily replaced or recycled, which contributes to improvement of maintainability of the image forming apparatus and resource saving. it can.
第9の手段の画像形成装置では、第8の手段のプロセスカートリッジを単数または複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することにより、安定して良好な単色、多色またはフルカラー画像を形成することができる。また、プロセスカートリッジは、画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。また、画像形成装置の保守や管理も容易になる。 In the image forming apparatus of the ninth means, one or more process cartridges of the eighth means are provided, and a single color, multicolor or full color image is formed, thereby stably forming a good single color, multicolor or full color image. can do. Further, since the process cartridge is detachably attached to the main body of the image forming apparatus, it can be easily replaced or recycled, which contributes to improving the maintainability of the image forming apparatus and saving resources. it can. In addition, maintenance and management of the image forming apparatus are facilitated.
以下、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。各図において、同一の部分は同一の記号で表されている。
図1は本発明を適用可能な画像形成装置の一構成例を示す概略構成図である。図1の画像形成装置10において、符号11は負帯電の有機感光体(OPC)をベルト形状に構成した像担持体であり、この像担持体11は駆動ローラと従動ローラからなる複数のローラ11b,11c,11dに掛け渡されて、図示を省略した回転駆動機構によって図中の矢印方向に回転されるようにして備えられている。また、この像担持体11には、現像に用いるトナーの色(例えばブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y))が異なる複数の現像カートリッジ13K,13M,13C,13Y、および後述する帯電装置12K,12M,12C,12Y、書込装置14K,14M,14C,14Yが各色ごとに対向して配置されており、像担持体11の移動にしたがって、帯電、露光(光書込)、現像の電子写真プロセスを行い、順次各色のトナー像を像担持体11上に重ねていくように構成されている(これを「1パスカラー」と言う)。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same part is represented by the same symbol.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one configuration example of an image forming apparatus to which the present invention can be applied. In the
なお、現像カートリッジ13K,13M,13C,13Y、帯電装置12K,12M,12C,12Y、書込装置14K,14M,14C,14Yからなる各色ごとの作像ユニットは、図示しない制御部の制御によって選択的に駆動できるようになっており、図示しない操作部で選択された情報(例えば白黒、多色、フルカラー等)に応じて、1色の作像ユニット(例えばブラック用の現像カートリッジ13K、帯電装置12K、書込装置14K)のみを駆動すれば像担持体上に単色画像(白黒画像)が形成され、2色または3色の複数の作像ユニットを駆動すれば像担持体上に多色画像が形成され、全ての作像ユニットを駆動すれば像担持体上にフルカラー画像が形成される。
An image forming unit for each color including the developing
また、図1の画像形成装置10において、符号15は記録用紙等の転写材を格納し、また画像形成時に転写材を搬送開始させる給紙装置であり、給紙カセットや給紙ローラ、分離ローラ等で構成される。符号16は像担持体11上に形成された画像を転写材に転写する転写ローラ、符号17は転写材上に形成された未定着のトナー像を加熱・加圧して固定するための定着装置、符号18は定着後の転写材を排紙する排紙トレイである。また、符号19は、トナー像転写後の像担持体表面を清掃して残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置である。なお、図1の画像形成装置では、像担持体11表面の転写残トナー粒子を回収するためのクリーニング装置19を設けているが、このクリーニング装置19は設けなくてもよい。クリーニング装置19を設けない場合、転写残トナー粒子は像担持体11表面に残留したままとなるが、4つの帯電装置12によって帯電され、やがて転写材に転写されて像担持体11上から除去される。転写残トナー粒子が転写材に転写されると多少の画像の乱れが生じるが、わずかの乱れであれば視覚的に認識されない。
In the
図1の画像形成装置10において、画像形成時には、上記の電子写真プロセスにより像担持体11上に各色のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像(または単色画像、多色画像)を形成し、この画像形成にタイミングを合わせて給紙装置15から送られた転写材が像担持体11と転写ローラ16との接触部へと搬送され、当該接触部において像担持体11上に形成された画像が転写ローラ16に印加された電圧によって転写材上に転写される。その後、転写材が定着装置17に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ17aおよび加圧ローラ17bに挟まれつつ加熱・加圧されることで転写材上に定着され、転写材上に可視像が形成される。そして定着後の転写材は、排紙トレイ18に排出される。
In the
以上のような構成の画像形成装置10に用いられる現像カートリッジ13K,13M,13C,13Yは、それぞれブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)のトナー像を現像するための現像カートリッジである。かかる現像カートリッジ13K,13M,13C,13Yは、図9に示すように像担持体11がローラ11cを支点として下方に回動退避する事で、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容易に可能となっている。
The developing
書込装置14K,14M,14C,14Yは、画像情報に従って帯電後の像担持体11に光ビームLK,LM,LC,LYを露光し、それぞれブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)色に対応した潜像を書き込むための装置であり、レーザ光源と光偏向器(ポリゴンスキャナ、振動ミラー等)と走査結像光学系を用いた光走査装置や、LEDアレイとレンズアレイを用いたライン状の書込装置等、種々のものを使用する事ができる。
The
次に図2を用いて本例の現像カートリッジ等、像担持体上にトナー像を形成させる手段について説明する。なお、各色の現像カートリッジは同一構造であるので、1つのみを例に上げて説明する。 Next, means for forming a toner image on the image carrier, such as the developing cartridge of this example, will be described with reference to FIG. Since the developing cartridges of the respective colors have the same structure, only one will be described as an example.
図2において、符号12(図1の12K,12M,12C,12Y)は像担持体11の表面を一様に帯電させるための帯電装置であり、本実施形態ではコロナ帯電を採用している。コロナ帯電の如く非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体11を帯電させる事ができる。
In FIG. 2, reference numeral 12 (12K, 12M, 12C, 12Y in FIG. 1) denotes a charging device for uniformly charging the surface of the
符号13(図1の13K,13M,13C,13Y)は現像カートリッジ=現像装置であり、トナー担持体13aは、画像形成時には、像担持体11に対して50〜1000μm、好ましくは150〜400μmの間隙をあけて非接触に対向している。
また、図2の現像装置13は、トナー担持体13aへトナー粒子を供給するための供給ローラ13hが配置されており、トナー担持体13aと供給ローラ13hは、不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。
Reference numeral 13 (13K, 13M, 13C, 13Y in FIG. 1) denotes a developing cartridge = developing device, and the
2 is provided with a
トナーの搬送方向における現像領域の上流側部分には、トナー薄層を形成するためにトナー層を規制するトナー規制部材13cが設置されている。この規制部材13cは、ブレードやローラなどでトナーに当接させ、そのときにトナー担持体13aやトナー規制部材13cとトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。更に供給ローラ13hの像担持体11とは反対側領域には、現像ケーシング13e内のトナーを攪拌しながら供給ローラ13hへ汲み上げるためのトナー攪拌部材であるパドル13dが設置されている。
A
現像装置13の現像ケーシング13e内のトナー格納部には図示せぬトナー粒子が格納されている。以下、本実施形態におけるトナーの態様を説明する。
本例のトナー粒子は、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいはポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものを用い、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた、重量平均粒径約5μmの非磁性トナー粒子である。
The toner storage unit in the developing
The toner particles of this example may be obtained by radical polymerization in the state where a styrene or acrylic polymerizable monomer is dispersed in water together with a polymerization initiator as a binder resin, or a polyester resin is dispersed in water. Non-magnetic toner particles having a weight average particle diameter of about 5 μm obtained by granulating using a polymer obtained by addition reaction and adding a colorant, a charge control agent and the like to this.
次に像担持体上にトナー像を形成させる動作について説明する。
まず帯電装置12によって像担持体11表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体11上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め像担持体11の表面が一様帯電させられる。次いで図示しない書込装置(図1の14K,14M,14C,14Y)から画像情報に応じた光ビームLが照射される。光ビームLは帯電装置12と現像カートリッジ13の間を通過するため、すでに一様帯電させられた像担持体11に対して光ビームLが照射される事となり、負帯電性の感光体である像担持体11の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
Next, an operation for forming a toner image on the image carrier will be described.
First, the surface of the
現像カートリッジ13は像担持体11上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させ、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が前述のように各現像カートリッジ(図1の13K,13M,13C,13Y)との対向部において繰り返され、像担持体11上に4色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成される。
The developing
図1の画像形成装置10において、通常の画像形成動作においては、給紙装置15の給紙カセットから給紙ローラ等で供給される記録用紙等の転写材は、図示しない搬送ローラや搬送ベルトで装置上方に向けて搬送され、像担持体11と転写ローラ16が当接する転写部に送られる。そして、転写材は転写ローラ16と像担持体11の間に挟まれた状態で移動し、移動中に像担持体11からトナー像が転写させられる。転写材が転写部を通過し、図示しない搬送ローラや搬送ベルトで搬送されて定着装置17に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ17aおよび加圧ローラ17bに挟まれつつ加熱されることで転写材上に定着させられ、転写材上に可視像が形成される。
In the
また、各色のトナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードにおいては、現像カートリッジ13K,13M,13C,13Y、帯電装置12K,12M,12C,12Y、書込装置14K,14M,14C,14Yからなる各色ごとの作像ユニットにより、像担持体11上に所定パターンの各色ごとのトナー像が形成され、図示しない光学センサ(Pセンサ)によってかかるトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて各色の書込装置の書込タイミングや、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。また、像担持体11上のトナーパターンは、転写ローラ16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、各色ごとの現像対向ローラ11aK,11aM,11aC,11aYに印加された電圧によって各色の現像カートリッジに回収される。
In the mode for adjusting the color misregistration and toner density of each color toner image, the developing
像担持体11と対向する転写ローラ16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である転写ローラである。
The
以上、本発明が適用される画像形成装置の一実施形態について説明したが、図2に示したような構成の現像装置では、トナー規制部材13cにより薄層化されたトナー担持体13a上のトナー層は、トナー担持体13a上に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、トナー担持体13aと像担持体11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。
The image forming apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied has been described above. In the developing device having the configuration shown in FIG. 2, the toner on the
そこで本発明に係る現像装置では、「トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させる」タイプのトナー供給方法を採用し、トナーを電極間の電界により第1のトナー担持体表面から引き離し、クラウドを形成させながら現像用の第2のトナー担持体にトナーを供給する構成として、第2のトナー担持体上に圧接されないでトナーの薄層化ができるようにしたものであり、これにより、現像用の第2のトナー担持体上には圧接されないでトナーの薄層化ができるので、トナー応答性が速くなり高画質化が可能となる。以下、本発明の具体的な実施例を説明する。 Therefore, the developing device according to the present invention employs a toner supply method of the type “to form a cloud by separating the toner from the surface of the toner carrier by the electric field between the electrodes”, and the first toner carrier by the electric field between the electrodes. As a configuration for supplying toner to the second toner carrier for development while being separated from the surface and forming a cloud, the toner can be thinned without being pressed onto the second toner carrier. As a result, the toner can be thinned without being pressed onto the second toner carrier for development, so that the toner responsiveness is increased and the image quality can be improved. Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
[実施例1]
図3にて前述の第1の手段の実施例を説明する。
図3に示す現像装置13は、内部に複数の電極を備えたトナー担持体であって複数の電極間の電界が時間的に変化するように該電極に電圧を供給する電圧供給手段(図示せず)を備えてトナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させる電界発生部材を有する第1のトナー担持体13Aと、第1のトナー担持体13Aの電界発生部材面へトナーを供給するためのトナー供給手段13hと、第1のトナー担持体13Aの電界発生部材面のトナー層を規制するトナー規制部材13cと、現像に使用するためのトナーを格納するためのトナー格納部13gと、トナー格納部13gのトナーを攪拌するトナー攪拌部材13dとを備え、第1のトナー担持体13Aに近接して、像担持体11の静電潜像を現像する現像部に第2のトナー担持体13Bを設けた構成としたものである。
[Example 1]
An embodiment of the first means will be described with reference to FIG.
The developing
より具体的には、現像装置13の現像ケーシング13e内には、内部に複数の電極を備えた第1のトナー担持体13Aが設置され、この第1のトナー担持体13Aの左方には、第1のトナー担持体13Aへトナー粒子を供給するためのトナー供給手段であるトナー供給ローラ13hが配置されており、トナー担持体13Aとトナー供給ローラ13hは、不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。
また、第1のトナー担持体13Aのトナー搬送方向におけるトナー供給ローラ13hの下流側部分には、トナー薄層を形成するためにトナー層を規制するトナー規制部材13cが設置されている。このトナー規制部材13cは、ブレードやローラなどでトナーに当接させ、トナーを一定量に規制する。
More specifically, a
In addition, a
ここで、第1のトナー担持体13Aの電界発生部材の構成について図4を参照して詳細に説明する。
図4は第1のトナー担持体13Aの電界発生部材の像担持体11側表面を拡大した部分断面図である。第1のトナー担持体13Aの電界発生部材は、支持基材101上に複数の電極102-1a、102-1b、102-2a、102-2b・・・102-na、102-nbをトナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に、搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、電極102の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層103を積層したものである。
Here, the configuration of the electric field generating member of the
FIG. 4 is an enlarged partial sectional view of the
本実施例における支持基材101としては、ガラス基材、樹脂基材或いはセラミックス基材等の絶縁性材料からなる基材、或いは、ステンレススチール(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材などを用いることができる。
As the supporting
電極102は、支持基材101上にAl、Ni−Cr等の導電性材料を0.1〜10μm厚、好ましくは0.5〜2.0μmで成膜し、これを、フォトリソグラフ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これら、複数の電極102の幅Rは粉体(トナー粒子)の平均粒径の1倍以上20倍以下としている。
The
表面保護層103としては、例えばSiO2、TiO2、TiO4、SiON、BN、TiN、Ta2O5などを厚さ0.5〜10μm、好ましくは厚さ0.5〜3μmで成膜して形成している。
As the surface
図5は第1のトナー担持体13Aの外観であり、2相の電極(a相の電極1a,2a・・・、b相の電極1b,2b・・・)を有し、a相の電極軸Aとb相の電極軸Bを回転軸として回転することができる。また、それぞれの電極軸には、図示されない電極ブラシなどによってバイアス電位を印加することができる。
FIG. 5 shows the appearance of the
図6(a)は第1のトナー担持体13Aの断面構成例を示したものであり、図6(a)のように、支持基材101の円筒に軸穴を設け、導電性の金属製の電極軸Aと電極軸Bを圧入する。
また、図6(b)は第1のトナー担持体13Aを軸に平行な方向から見た図であり、図6(b)において、a相の電極は左側の電極軸Aから、b相の電極は右側の電極軸Bから出ており、a相とb相で櫛歯状の電極構成になっている。第1のトナー担持体13Aの端部はベタ電極となっており、ここから電極ブラシなどを介して配線し、電圧供給手段(図4に示す電源104)からa相とb相の電圧を供給している。
FIG. 6A shows an example of a cross-sectional configuration of the
FIG. 6B is a view of the
図4の構成では電極は2相であり、奇数番目の電極をa相、偶数番目の電極をb相とする。図7にa相とb相に印加する電圧を示す。電圧は矩形波であり、Vppは200V〜1000V、周波数fは0.1〜5kHzであり、電圧の中心値V0は画像部電位と非画像部電位の間で現像条件によって変動させている。a相とb相の電圧は位相がπだけずれて印加されている。この位相差によって、a相とb相間には常にVppだけの電位差が生じている。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界に応じてトナーが電極間をホッピングする。図7では印加する電圧は矩形波であるが、矩形波の場合、電圧の切り替わりが瞬時に起き、トナーのホッピングには適しているが、電圧の波形は矩形波に限らず、サイン波でも三角波でもよい。 In the configuration of FIG. 4, the electrodes have two phases, the odd-numbered electrodes are a phase and the even-numbered electrodes are b phase. FIG. 7 shows voltages applied to the a phase and the b phase. The voltage is a rectangular wave, Vpp is 200 V to 1000 V, the frequency f is 0.1 to 5 kHz, and the central value V0 of the voltage varies between the image portion potential and the non-image portion potential depending on the development conditions. The a-phase and b-phase voltages are applied with a phase shift of π. Due to this phase difference, there is always a potential difference of Vpp between the a phase and the b phase. Due to this potential difference, an electric field is generated between the electrodes, and the toner hops between the electrodes in accordance with the electric field. In FIG. 7, the applied voltage is a rectangular wave. However, in the case of a rectangular wave, voltage switching occurs instantaneously and is suitable for toner hopping. However, the voltage waveform is not limited to a rectangular wave, and a sine wave or a triangular wave is also possible. But you can.
図3に示す現像装置13では、上記の構成に加えて、第1のトナー担持体13Aのトナー搬送方向におけるトナー規制部材13cの下流側部分には、第1のトナー担持体13Aに近接して、像担持体11の静電潜像を現像する現像部(現像領域)に第2のトナー担持体13Bが設置されている。
In the developing
この第2のトナー担持体13Bは、像担持体11と非接触なら、Al、ステンレス、Cuなどハードな金属ローラを用いることができる。また、ゴム材などの弾性体で形成したローラでもかまわない。上記ゴム材としては、天然ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴムなど広く使用することができる。また、耐摩耗性の向上など耐久性向上、導電化による画質の向上、低電位潜像及び低電位なバイアス電圧による現像の実現を目的として、上記ゴム材にTiO2、Fe2O3、SiO2、SnO2などの無機化合物微粉体、NaTiO2などのウィスカ類、カーボンブラックなどを含有させてもよい。
If the
また、第2のトナー担持体13Bの表面は、確実なトナー搬送性及び搬送安定性、形成されるトナー薄層均一性及びトナー薄層均一安定性、トナーフィルミングの発生の防止、表層の摩耗の防止などの画質、耐久性向上を目的として、少なくとも表面部に好都合な樹脂層を設けてもよい。上記樹脂層の材料としては、有機高分子化合物、有機低分子化合物を含有する有機高分子化合物、熱硬化樹脂、カーボンブラックを含有する有機化合物及び樹脂、無機化合物微粒子を含有する有機化合物及び樹脂などを用いることができる。
Further, the surface of the
更に図3に示す現像装置13では、現像ケーシング13e内のトナー供給ローラ13hの像担持体11とは反対側の領域には、現像に使用するためのトナーを格納するためのトナー格納部13gと、トナー格納部13gのトナーを攪拌しながらトナー供給ローラ13hへ汲み上げるためのトナー攪拌部材であるパドル13dが設置されている。
Further, in the developing
図3の第1のトナー担持体13Aは、図示しない回転駆動装置によって時計方向に回転する。また、第2のトナー担持体13Bは、図示しない回転駆動装置によって像担持体11の走行方向に回転するのが望ましいが、像担持体11の走行方向とは逆方向でもかまわない。
トナー供給ローラ13hにより第1のトナー担持体13Aに供給されたトナーは、トナー規制部材13cにより薄層化され摩擦帯電された後、第1のトナー担持体13Aの表面に形成された電極間の電界によりクラウドを形成し、第2のトナー担持体13Bとの近接部に運ばれる。
The
The toner supplied to the
第2のトナー担持体13Bとの近接部に運ばれたトナーはクラウドを形成しながら第2のトナー担持体13Bに供給されるので、第1のトナー担持体13Aから帯電済みのトナーのみを第2のトナー担持体13B上に供給し担持させることができる。したがって、第2のトナー担持体13B上のトナーを薄層化ブレードなどの接触部材で摩擦帯電する必要がなく、第2のトナー担持体13B上のトナーフィルミングや、接触部材の摩耗による現像特性の経時的な変化、薄層化ブレードなどの接触部材が非動作時などに長時間接触状態があることによる画像のセットムラなどの問題がなくなる。
このようにして第2のトナー担持体13Bに移行されたトナーは、像担持体11との対抗部である現像領域に運ばれ、像担持体上の静電潜像が現像される。
Since the toner carried to the vicinity of the
The toner transferred to the
以上のように、本実施例の現像装置13では、クラウドを形成させる電界発生部材を有した第1のトナー担持体13Aによりトナーを振動させて帯電させるため、第2のトナー担持体13B上のトナーを摩擦帯電するための接触部材を設ける必要がないので、第2のトナー担持体13B上のトナーフィルミングや、トナー担持体及び接触部材の摩耗による現像特性の経時的な変化などの問題がない。また、2成分現像剤を使用しないので劣化したキャリアを定期的に交換する必要がない。
As described above, in the developing
[実施例2]
次に図3にて第2の手段の実施例を説明する。
本実施例の現像装置13は、実施例1の構成に加えて、第1のトナー担持体13Aと第2のトナー担持体13Bは、非接触で50〜500μm程度の隙間を形成していて、第2のトナー担持体13Bに対する部材の当接は一切無い。
また、本実施例では、トナー供給ポテンシャルΔVsupを150V以下にするとともに、第1のトナー担持体13Aの第2のトナー担持体13Bに対する線速比を2.5以上に設定した。そして、第1のトナー担持体13Aと第2のトナー担持体13Bの間には、両ローラに印加したバイアス電圧による電位差(トナー補給ポテンシャル)で電界が形成される。トナー供給ポテンシャルΔVsupを150V以下にしないと、未現像状態で第2のトナー担持体13Bを作動させると第2のトナー担持体13B上のトナー付着量が増加してしまう。その場合、必然的にベタ消費後の第2のトナー担持体13Bへのトナー供給能力は低下するので、それを補うために、第2のトナー担持体13Bに対する第1のトナー担持体13Aの線速比を高めることが有効である。
[Example 2]
Next, an embodiment of the second means will be described with reference to FIG.
In the developing
In this embodiment, the toner supply potential ΔVsup is set to 150 V or less, and the linear speed ratio of the
[実施例3]
次に第3の手段の実施例を説明する。
本実施例の現像装置13は、実施例1または2の構成に加えて、第1のトナー担持体13Aの電極に電圧を供給する電圧供給手段と、第2のトナー担持体13Bに電圧を供給する電圧供給手段を共通にしたものである。
[Example 3]
Next, an embodiment of the third means will be described.
In addition to the configuration of the first or second embodiment, the developing
図3の第1のトナー担持体13Aの電極構成は2相であり、奇数番目の電極をa相、偶数番目の電極をb相としており、a相とb相の電圧は位相がπだけずれて印加されている。この位相差によって、a相とb相間には常にVppだけの電位差が生じている。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界に応じてトナーが電極間をホッピングし、クラウドを形成する。
The electrode configuration of the
図8(a)に第1のトナー担持体13Aのa相とb相に印加する電圧を示す、同図(b)に第2のトナー担持体13Bに印加する電圧を示す。この例では、第1のトナー担持体13Aのa相に印加する電圧と、第2のトナー担持体13Bに印加する電圧とが同じであり、このように第1のトナー担持体13Aのa相かb相のどちらか一方の電圧を第2のトナー担持体13Bに印加することで、第1のトナー担持体13Aと第2のトナー担持体13Bとの間に電位差が生じ、電界が発生するので、a相かb相間を交互に移動するトナーの一部が第2のトナー担持体13Bに移動する。
図8では印加する電圧は矩形波であるが、矩形波の場合、電圧の切り替わりが瞬時に起き、トナーのホッピングには適しているが、矩形波に限るものではなく、サイン波でも三角波でもよい。
FIG. 8A shows voltages applied to the a phase and b phase of the
In FIG. 8, the applied voltage is a rectangular wave, but in the case of a rectangular wave, voltage switching occurs instantaneously and is suitable for toner hopping. However, it is not limited to a rectangular wave, and may be a sine wave or a triangular wave. .
[実施例4]
次に第4の手段の実施例を説明する。
本実施例の現像装置13では、実施例1〜3のいずれかの構成に加えて、複数の電極を有する第1のトナー担持体13Aは、図3に示すように、現像装置の筐体(ケーシング)13e内部に格納されている構成としたものである。
[Example 4]
Next, an embodiment of the fourth means will be described.
In the developing
第1のトナー担持体13Aには電極表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層103があり、特に高分子絶縁性材料の表面保護層の場合、空気中の湿気を吸湿して体積抵抗が変化してしまう。第1のトナー担持体13Aでは、複数の電極の電極間隔が数十ミクロンと狭いため、わずかな体積抵抗の変化でもクラウド電界に影響してしまう。
そこで、空気中の湿気の吸湿を防止するため、第1のトナー担持体13Aは、図3に示すように、現像ケーシング13eの内部に格納し、第2のトナー担持体13Bの現像開口部付近には、シール13iを設けて、シール13iが第2のトナー担持体13Bに軽接触して現像ケーシング13e内部を外気より遮断するようにしている。このように、本実施例では第1のトナー担持体13Aは現像ケーシング13eの内部に密閉されているので、外気の湿度の影響を受けにくい。
The
Therefore, in order to prevent moisture in the air from being absorbed, the
[実施例5]
次に第5の手段の実施例を説明する。
本実施例の現像装置13では、実施例1〜4のいずれかの構成に加えて、第2のトナー担持体13Bと像担持体11とは非接触な構成としたものである。
すなわち本実施例では、第2のトナー担持体13B上のトナーを像担持体11の表面に接触させずに現像を行う非接触現像方式を採用したものであり、非接触現像方式では、第2のトナー担持体13Bが像担持体11の表面を接触することはないので、第2のトナー担持体13Bを硬度が70°以上の比較的硬い金属材料等で形成することも可能である。なお、非接触現像方式を採用する場合、第2のトナー担持体13Bと像担持体11との距離は、トナー層の層厚以上、150μm以下の範囲内に設定する。
[Example 5]
Next, an embodiment of the fifth means will be described.
In the developing
That is, in this embodiment, a non-contact development method is used in which development is performed without bringing the toner on the
上記第2のトナー担持体13Bの表層コート材料は、帯電がトナーと逆極性でも良いし、トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせない場合は同極性でも良い。前者の表層コート材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また、後者の表層コート材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン(登録商標)系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体(FEP )、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体(ECTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリビニルフルオライド(PVF)等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一にトナー担持体13Bにコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、10^3[Ω・cm]以上10^8[Ω・cm]以下に設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施例で使用するベース層の体積抵抗率は10^3[Ω・cm]以上10^5[Ω・cm]以下なので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。ただし、非接触現像方式を採用する場合には、接触による電荷リークの心配が少ないので、電界強度を高めるために、10^3[Ω・cm]未満の体積抵抗率に設定することも可能である。
The surface layer coating material of the
[実施例6]
次に第6、第7の手段の画像形成装置の実施例を説明する。
本実施例の画像形成装置の基本的な構成、動作は図1と同様であり、前述した通りである。本実施例の画像形成装置では、各色の現像装置(現像カートリッジ)13K,13M,13C,13Yとして、図3に示した構成の現像装置13を備えたものであり、この現像装置の具体的な構成は実施例1〜5で説明した通りである。
本実施例では、実施例1〜5で説明した構成の現像装置を備えたことにより、安定して良好な画像形成を行うことができる。また、図1に示すように、各色の現像装置(現像カートリッジ)13K,13M,13C,13Yに図3に示した構成の現像装置13を備えたことにより、安定して良好なフルカラー画像形成を行うことができる。
[Example 6]
Next, an embodiment of the image forming apparatus of the sixth and seventh means will be described.
The basic configuration and operation of the image forming apparatus of this embodiment are the same as those in FIG. 1, and are as described above. In the image forming apparatus of this embodiment, each color developing device (developing cartridge) 13K, 13M, 13C, 13Y includes the developing
In this embodiment, since the developing device having the configuration described in
[実施例7]
次に第8、第9の手段の画像形成装置の実施例を説明する。
本実施例では、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジとして、カートリッジ内に少なくとも実施例1〜5のいずれかの現像装置13を備え、画像形成装置に対して着脱可能に設けたものである。
[Example 7]
Next, an embodiment of the image forming apparatus of the eighth and ninth means will be described.
In this embodiment, as a process cartridge installed in an image forming apparatus that forms an image by an electrophotographic process, at least the developing
ここで、本実施例において「プロセスカートリッジ」とは、少なくとも現像装置13を含んで一体に構成され、画像形成装置本体から着脱可能とされたカートリッジである。すなわち、図3に示すような現像カートリッジ13もプロセスカートリッジの一種として見做すことができ、図9の構成例では、図3に示すような構成の現像カートリッジ13を、それぞれブラック、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13K,13M,13C,13Yとしたものであり、このプロセスカートリッジ13K,13M,13C,13Yは、図9に示すように像担持体11がローラ11cを支点として下方に回動退避する事で、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容易に可能となっている。
Here, in this embodiment, the “process cartridge” is a cartridge that is integrally configured including at least the developing
なお、上記の説明では、現像カートリッジ13をプロセスカートリッジの一種として見做したが、図3に示す現像装置13と帯電装置12を一体化してプロセスカートリッジとしてもよい。
In the above description, the developing
また、図1や図9の例では、ベルト状の感光体を像担持体11として、この像担持体上に複数色のトナー像を重ねて形成する構成としているが、この構成に代えて、符号11の部材を中間転写ベルトとし、この中間転写ベルトと各現像カートリッジ13K,13M,13C,13Yとの間にドラム状の感光体を配置し、各感光体上に各色のトナー像を形成した後、中間転写ベルトに重ねて転写する構成とすることもできる(図示は省略する)。そして、このような構成の場合には、各現像カートリッジと感光体及び帯電装置(また、必要に応じてクリーニング部材)を一体に構成してプロセスカートリッジとすることもできる。
すなわち、この構成では、図3に示す構成の現像カートリッジ13と感光体(図示せず)及び帯電装置12を一体に構成してプロセスカートリッジとし、このプロセスカートリッジを中間転写ベルトに沿って4つ並設し、画像形成時には、書込装置14K、14M、14C、14Yから各プロセスカートリッジの感光体に対して、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの画像情報に応じた書込光をそれぞれ照射し、各プロセスカートリッジはこの書込光に応じた潜像を現像装置13のトナーで現像してトナー像を各感光体上に形成し、中間転写ベルトに重ね合わせて転写する。そして、中間転写ベルトに転写されたトナー像は転写ローラ16で転写材に転写し、定着装置17で転写材上のトナー像を定着する。
In the example of FIGS. 1 and 9, a belt-like photoconductor is used as the
In other words, in this configuration, the developing
以上、本発明の画像形成装置の構成例を説明したが、本発明を適用できる画像形成装置は、本発明の現像カートリッジや、それを備えたプロセスカートリッジを着脱できる限り特に制限はなく、上記のような感光体ベルトを用いた直接転写方式のカラー画像形成装置や、中間転写ベルトを用いた中間転写方式のカラー画像形成装置の構成の他、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラ−画像形成装置、転写材搬送ベルトを用いた直接転写方式のカラー画像形成装置、あるいはモノクロ画像形成装置などにも適用可能である事はいうまでもない。
なお、本発明では、静電搬送を行う電界発生部材をトナー担持体に適用したが、電界発生部材で静電搬送される物はトナーに限らず、粉体全般に応用できる。
The configuration example of the image forming apparatus of the present invention has been described above. However, the image forming apparatus to which the present invention can be applied is not particularly limited as long as the developing cartridge of the present invention and the process cartridge including the same can be attached and detached. In addition to the structure of a direct transfer type color image forming apparatus using such a photoreceptor belt and an intermediate transfer type color image forming apparatus using an intermediate transfer belt, color images using a transfer drum, an intermediate transfer drum, etc. Needless to say, the present invention can also be applied to a forming apparatus, a direct transfer type color image forming apparatus using a transfer material conveying belt, or a monochrome image forming apparatus.
In the present invention, the electric field generating member that performs electrostatic conveyance is applied to the toner carrier. However, the object that is electrostatically conveyed by the electric field generating member is not limited to toner, and can be applied to powders in general.
10:画像形成装置
11:像担持体
12(12K,12M,12C,12Y):帯電装置
13(13K,13M,13C,13Y):現像装置(現像カートリッジ)
13A:第1のトナー担持体
13B:第2のトナー担持体
13c:トナー規制部材
13d:パドル(トナー攪拌部材)
13e:現像ケーシング
13g:トナー格納部
13h:トナー供給ローラ(トナー供給手段)
13i:シール
14(14K,14M,14C,14Y):書込装置
15:給紙装置
16:転写ローラ
17:定着装置
18:排紙トレイ
10: image forming apparatus 11: image carrier 12 (12K, 12M, 12C, 12Y): charging device 13 (13K, 13M, 13C, 13Y): developing device (developing cartridge)
13A:
13e:
13i: Seal 14 (14K, 14M, 14C, 14Y): Writing device 15: Paper feeding device 16: Transfer roller 17: Fixing device 18: Paper discharge tray
Claims (9)
内部に複数の電極を備えたトナー担持体であって前記複数の電極間の電界が時間的に変化するように該電極に電圧を供給する電圧供給手段を備えて前記トナーを前記電極間の電界により前記トナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させる電界発生部材を有する第1のトナー担持体と、
前記第1のトナー担持体の前記電界発生部材面へトナーを供給するためのトナー供給手段と、
前記第1のトナー担持体の前記電界発生部材面のトナー層を規制するトナー規制部材と、
現像に使用するためのトナーを格納するためのトナー格納部と、
前記トナー格納部のトナーを攪拌するトナー攪拌部材とを備え、
前記第1のトナー担持体に近接して、前記像担持体の静電潜像を現像する現像部に第2のトナー担持体を設けたことを特徴とする現像装置。 In a developing device that develops an electrostatic latent image on an image carrier with a toner to make a visible image,
A toner carrier having a plurality of electrodes therein, and a voltage supply means for supplying a voltage to the electrodes so that the electric field between the electrodes changes temporally, and the electric field between the electrodes A first toner carrier having an electric field generating member that is separated from the surface of the toner carrier to form a cloud;
Toner supply means for supplying toner to the surface of the electric field generating member of the first toner carrier;
A toner regulating member that regulates a toner layer on the surface of the electric field generating member of the first toner carrier;
A toner storage for storing toner for use in development;
A toner agitating member for agitating the toner in the toner storage unit,
A developing device, wherein a second toner carrier is provided in a developing unit for developing an electrostatic latent image on the image carrier in the vicinity of the first toner carrier.
前記第1のトナー担持体と前記第2のトナー担持体とは非接触であることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
The developing device according to claim 1, wherein the first toner carrier and the second toner carrier are not in contact with each other.
前記第1のトナー担持体の電極に電圧を供給する電圧供給手段と、前記第2のトナー担持体に電圧を供給する電圧供給手段は共通であることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1 or 2,
2. A developing device according to claim 1, wherein a voltage supply means for supplying a voltage to the electrode of the first toner carrier and a voltage supply means for supplying a voltage to the second toner carrier are common.
前記複数の電極を有する第1のトナー担持体は、現像装置筐体内部に格納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 3,
The developing device according to claim 1, wherein the first toner carrier having the plurality of electrodes is stored in a developing device casing.
前記第2のトナー担持体と前記像担持体とは非接触であ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 4,
The developing device, wherein the second toner carrier and the image carrier are not in contact with each other.
前記像担持体上の静電潜像を現像する手段として、請求項1〜5のいずれか1項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus for developing an electrostatic latent image on an image carrier with a toner to make a visible image, and finally transferring the toner image on the image carrier to a recording material to form an image.
An image forming apparatus comprising the developing device according to claim 1 as means for developing an electrostatic latent image on the image carrier.
前記現像装置を複数備え、前記像担持体上で複数のトナー像を互いに重ね合わせて得られる画像を前記記録材に転移させて多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 6.
An image forming apparatus comprising a plurality of the developing devices, wherein an image obtained by superimposing a plurality of toner images on the image carrier is transferred to the recording material to form a multicolor or full color image.
少なくとも請求項1〜5のいずれか1項に記載の現像装置を備え、前記画像形成装置に対して着脱可能に設けられたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 A process cartridge installed in an image forming apparatus that forms an image by an electrophotographic process,
A process cartridge comprising at least the developing device according to claim 1, wherein the process cartridge is detachably attached to the image forming apparatus.
請求項8に記載のプロセスカートリッジを単数または複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus that forms an image by an electrophotographic process,
9. An image forming apparatus comprising a single or a plurality of process cartridges according to claim 8 for forming a single color, multicolor or full color image.
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