JP2009204665A - Developing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、電子写真方式の画像形成装置、およびこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。 The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus and a developing device used in the image forming apparatus.
電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式では、現像剤としてトナーのみを用いる1成分現像方式と、現像剤としてトナーおよびキャリアを用いる2成分現像方式とが知られている。 As a developing method employed in an electrophotographic image forming apparatus, a one-component developing method using only toner as a developer and a two-component developing method using toner and a carrier as developers are known.
1成分現像方式では、一般に、トナー担持体とトナー担持体に押圧して設けられた規制板との間の規制部にトナーを通過させることでトナーを摩擦帯電するとともに所望厚みのトナー薄層をトナー担持体外周面に保持させることができため、現像装置の構成簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。また、トナー担持体上には厚さ十数μmを上限とするトナー層が形成されるために、トナー担持体を像担持体との間に微小隙間を保った状態に設定することができ、その結果、トナー担持体および像担持体間に強電界を形成して高いトナー移動速度を得て、高精細な高品質画像を得ることができる。しかしながら、1成分現像方式では、規制部で受ける強いストレスによってトナーの劣化が促進されやすく、トナーの帯電量が耐久とともに低下しやすく、また、規制板表面やトナー担持体表面がトナーや他の外添剤によって汚染されることでトナーへの電荷付与性が低下し、その結果、かぶり等の問題を引き起こすことから現像装置の長寿命化が困難である。 In the one-component development method, generally, the toner is frictionally charged by passing the toner through a regulating portion between the toner carrying member and a regulating plate provided by pressing the toner carrying member, and a toner thin layer having a desired thickness is formed. Since it can be held on the outer peripheral surface of the toner carrier, it is advantageous in terms of simplification of the configuration of the developing device, size reduction, and cost reduction. Further, since a toner layer having an upper limit of a thickness of several tens of μm is formed on the toner carrier, the toner carrier can be set in a state where a minute gap is maintained between the image carrier and As a result, a strong electric field is formed between the toner carrier and the image carrier to obtain a high toner moving speed, and a high-definition high-quality image can be obtained. However, in the one-component development method, the deterioration of the toner is likely to be promoted by the strong stress received in the restricting portion, the toner charge amount is likely to decrease with durability, and the surface of the restricting plate and the toner carrier surface is not easily removed from the toner and other external surfaces. Contamination with the additive lowers the charge imparting property to the toner, resulting in problems such as fogging, making it difficult to extend the life of the developing device.
これに対し、2成分現像方式は、トナーをキャリアとの混合・攪拌による摩擦接触により帯電させるため、トナーが受けるストレスが小さく、トナー劣化の面で有利である。また、トナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積がトナー粒子に比べて大きいため、トナーや他の外添剤による汚染に対しても相対的に強く、現像剤の長寿命化に有利である。しかしながら、現像剤搬送ローラ上でキャリアにより形成される磁気ブラシは、その長さが1成分現像方式におけるトナー担持体上のトナー層厚の20〜50倍にも及ぶうえに、ミクロ的には不均一に形成されている。その結果、リーク防止等を考慮して像担持体との間の電界を1成分現像方式の場合よりも弱く設定しなければならず、且つ像担持体に磁気ブラシの少なくとも一部が接触するように像担持体との間の隙間を設定する必要があるため、像担持体へのトナー移動速度が遅く、しかも磁気ブラシによる像担持体上のトナー像の掻き取りが生じることから、画像品質は1成分現像方式に劣るものとなる。 On the other hand, the two-component development method is advantageous in terms of toner deterioration because the toner is charged by frictional contact by mixing and stirring with the carrier, so that the stress received by the toner is small. In addition, since the carrier, which is a charge imparting member to the toner, has a surface area larger than that of the toner particles, it is relatively resistant to contamination by toner and other external additives, and is advantageous in extending the life of the developer. It is. However, the magnetic brush formed by the carrier on the developer conveying roller has a length that is 20 to 50 times the thickness of the toner layer on the toner carrier in the one-component developing system, and is not microscopic. It is formed uniformly. As a result, the electric field between the image carrier and the image carrier must be set to be weaker than in the case of the one-component development method in consideration of leakage prevention and the like, and at least a part of the magnetic brush is in contact with the image carrier. Since it is necessary to set a gap between the image carrier and the image carrier, the toner movement speed to the image carrier is slow, and the toner image on the image carrier is scraped off by the magnetic brush. This is inferior to the one-component development method.
前記1成分現像方式と2成分現像方式の両方の長所を取り入れた現像方式として、特許文献1には、2成分現像方式と同様に2成分現像剤の状態でトナー帯電を行った後、磁極体を内包した搬送ローラ(供給ローラ)で現像剤を磁力によって外周面上に磁気ブラシ状態で保持しながらその回転によって現像ローラに対向する領域に搬送し、この領域に形成された電界の作用によって搬送ローラ上の現像剤からトナーだけを現像ローラに供給して現像ローラ上にトナー薄層を形成し、このトナー層を現像ローラの回転によって像担持体との対向する領域(現像領域)に搬送して、像担持体上の静電潜像の現像に供する1成分現像を行ういわゆるハイブリッド現像方式が提案されている。この現像方式によれば、現像装置の長寿命化と高画質化の両立が可能となる。
As a developing method incorporating the advantages of both the one-component developing method and the two-component developing method,
しかしながら、前記ハイブリッド現像方式では、現像に供されることなく現像ローラ上に残っているトナーを現像装置内において現像ローラから充分に分離・回収しないと、画像メモリ(または現像履歴現象)が発生するという問題があった。この問題は、搬送ローラと現像ローラとの対向領域において、新規トナーを搬送ローラから現像ローラに供給しつつ、現像後の現像ローラ上にあるトナーを搬送ローラ上の磁気ブラシで掻き取って回収するという相反する機能を両立させることの困難さから生じており、画像形成速度の高速化対応等のために前記対向領域に形成される電界をトナー供給寄りに設定した場合に特に画像メモリが顕著に発生する。 However, in the hybrid development method, if the toner remaining on the developing roller without being used for development is not sufficiently separated and collected from the developing roller in the developing device, an image memory (or development history phenomenon) occurs. There was a problem. The problem is that the toner on the developing roller after development is scraped and collected by the magnetic brush on the conveying roller while supplying new toner from the conveying roller to the developing roller in the area where the conveying roller and the developing roller are opposed to each other. The image memory is particularly prominent when the electric field formed in the opposite area is set closer to the toner supply in order to cope with the increase in the image forming speed. appear.
この画像メモリの問題への対策として、特許文献2や特許文献3では、搬送ローラ(磁気ローラ)と現像ローラを備えたハイブリッド現像方式の現像装置によれば、搬送ローラと現像ローラが対向する領域において、搬送ローラの1つの磁極と対向するような異磁極を現像ローラに着磁することで、磁気ブラシの拘束力を増強して、画像メモリの発生防止を図ることが提案されている。
As a countermeasure to the problem of the image memory, in
しかしながら、上記特許文献においては、現像ローラ内に配置する磁極の周方向縁部(搬送ローラ上に保持された現像剤に対する現像ローラ表面の離れ際に対応する部分)の磁力を弱くするよう着磁設定する提案がなされているが、着磁設定の難易度が上がり、生産性にも影響を及ぼすことになる。また、磁気ブラシの拘束力が大きくなると、搬送ローラおよび現像ローラの駆動に要するトルクも大きくなり、駆動用モータのコストアップや大型化も懸念される。 However, in the above patent document, the magnetic force is weakened so as to weaken the magnetic force at the circumferential edge of the magnetic pole disposed in the developing roller (the portion corresponding to the developer roller held away from the developer roller surface). Proposals have been made to set this, but the difficulty of setting the magnetization will increase, and the productivity will be affected. Further, when the binding force of the magnetic brush is increased, the torque required for driving the transport roller and the developing roller is also increased, and there is a concern that the driving motor is increased in cost and size.
そこで、本願発明は、前記ハイブリッド現像方式の現像装置において、各ローラの駆動トルクを増大させることなく、画像メモリを防止することができる現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a developing device capable of preventing an image memory without increasing the driving torque of each roller in the hybrid developing type developing device, and an image forming apparatus including the developing device. Objective.
この目的を達成するため、本願発明の現像装置は、複数の第1の磁極部を有する第1の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の搬送スリーブを有し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を該搬送スリーブの外周面上に保持しつつ搬送する搬送ローラと、第2の磁極部を有する第2の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の現像スリーブを有し、第1の領域を介して前記搬送ローラに対向するとともに第2の領域を介して像担持体に対向して配置される現像ローラと、前記搬送ローラと前記現像ローラとの間に第1の電界を形成して、前記搬送ローラが保持している現像剤中の非磁性トナーを前記現像ローラに移動させる第1の電界形成部と、前記現像ローラと前記像担持体との間に第2の電界を形成して、前記現像ローラが保持している非磁性トナーを前記像担持体の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第2の電界形成部とを備え、前記第2の磁極部は、前記第2の領域から前記第1の領域へ前記現像スリーブが回転する間の領域に配置され、前記現像スリーブを介して、磁性体を前記第2の磁極部の上方で保持することを特徴とするものである。 In order to achieve this object, a developing device of the present invention includes a first magnetic pole body having a plurality of first magnetic pole portions and a cylindrical conveying sleeve that is driven to rotate around its outer periphery, and includes a non-magnetic toner and a magnetic sleeve. A transport roller that transports a developer including a carrier while holding the developer on the outer peripheral surface of the transport sleeve, a second magnetic pole body having a second magnetic pole portion, and a cylindrical developing sleeve whose outer periphery is rotationally driven. A developing roller disposed opposite to the conveying roller via the first area and opposed to the image carrier via the second area, and between the conveying roller and the developing roller. Between the developing roller and the image carrier, and a first electric field forming unit that moves the non-magnetic toner in the developer held by the conveying roller to the developing roller. Forming a second electric field and developing A non-magnetic toner held by a roller is moved to an electrostatic latent image on the image carrier and developed to form a toner image, and the second magnetic pole portion includes: The developing sleeve is disposed in a region during which the developing sleeve rotates from the second region to the first region, and holds the magnetic body above the second magnetic pole portion via the developing sleeve. It is what.
本願発明に係る現像装置によれば、磁性粒子を第2の磁極部の上方で保持し、像担持体を現像する際に消費されずに現像ローラ上に残存したトナーを前記磁性粒子に衝突させ通過させることにより、トナーの膜厚のばらつきを低減すると共に、現像スリーブとトナーとの間の付着力を低減してトナーの現像スリーブからの分離・回収を支援することができる。こうして、画像メモリの発生をより確実に回避することができる。 According to the developing device of the present invention, the magnetic particles are held above the second magnetic pole portion, and the toner remaining on the developing roller without being consumed when developing the image carrier is caused to collide with the magnetic particles. By allowing the toner to pass, it is possible to reduce the variation in the thickness of the toner and reduce the adhesion force between the developing sleeve and the toner, thereby supporting the separation and recovery of the toner from the developing sleeve. In this way, the generation of the image memory can be avoided more reliably.
以下、添付図面を参照して本願発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語(例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」)を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本願発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following description, terms indicating a specific direction (for example, “up”, “down”, “left”, “right”, and other terms including them, “clockwise direction”, “counterclockwise” ”) Is used to facilitate understanding of the invention with reference to the drawings, and the present invention should not be construed as being limited by the meaning of these terms. Further, in the image forming apparatus and the developing apparatus described below, the same reference numerals are used for the same or similar components.
〔1.画像形成装置〕
図1は、本願発明に係る1つの実施形態による電子写真式画像形成装置の主要部を概略的に図示するものである。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置1は、像坦持体である感光体12を有する。この実施形態において、感光体12は円筒体で構成されているが、本願発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体12は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印14方向に回転するようにしてある。感光体12の周囲には、感光体12の回転方向に沿って、帯電ステーション16、露光ステーション18、現像ステーション20、転写ステーション22、およびクリーニングステーション24が配置されている。
[1. Image forming apparatus]
FIG. 1 schematically shows a main part of an electrophotographic image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The image forming apparatus may be any of a copier, a printer, a facsimile machine, and a multi-function machine having a combination of these functions. The
帯電ステーション16は、感光体(像担持体)12の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置26を備えている。この実施形態では、帯電装置26は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置(例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置)も使用できる。露光ステーション18は、感光体12の近傍又は感光体12から離れた場所に配置された露光装置28から出射された画像光30が、帯電された感光体12の外周面に向けて進行するための通路32を有する。露光ステーション18を通過した感光体12の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分と当初の帯電電位をほぼ維持する部分からなる静電潜像が形成される。この実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション20は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置34を有する。現像装置34の詳細は後に説明する。転写ステーション22は、感光体12の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート38に転写する転写装置36を有する。実施形態では、転写装置36は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置(例えば、ワイヤ放電式転写装置)も使用できる。クリーニングステーション24は、転写ステーション22でシート38に転写されることなく感光体12の外周面に残留する未転写トナーを感光体12の外周面から回収するクリーニング装置40を有する。実施形態では、クリーニング装置40は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置(例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置)も使用できる。
The
このような構成を備えた画像形成装置1の画像形成時、感光体12はモータ(図示せず)の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション16を通過する感光体外周部分は、帯電装置26で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション18で画像光30が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体12の回転と共に現像ステーション20に搬送され、そこで現像装置34によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体12の回転と共に転写ステーション22に搬送され、そこで転写装置36によりシート38に転写される。現像剤像が転写されたシート38は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート38に現像剤像が固定される。転写ステーション22を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション24に搬送され、そこでシート38に転写されることなく感光体12の外周面に残存する現像剤が回収される。
When the
〔2.現像装置〕
現像装置34は、図1に示すように、概略、感光体12と現像領域96で対向する現像ローラ48、現像ローラ48と供給回収領域88で対向する搬送ローラ54、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む2成分現像剤を攪拌する現像剤攪拌室66、および電界形成装置110を備える。なお、この実施形態で用いる現像剤においては、相互の摩擦接触によりトナーが負極性、キャリアが正極性に帯電されるものとするが、トナーが正極性、キャリアが負極性に帯電されるものであってもよい。
[2. Development device]
As shown in FIG. 1, the developing
ハウジング42は感光体12に向けて開放された開口部44を備えており、この開口部44の近傍に形成された空間46にトナー搬送部材である現像ローラ48が設けてある。現像ローラ48は、感光体12と平行に且つ感光体12の外周面と所定の現像ギャップ50を介して配置されている。
The
現像ローラ48は、矢印78方向に回転駆動可能に支持されている円筒状の現像スリーブ45と、この現像スリーブ内に回転不能に固定配置された円柱状の磁石体(第2の磁極体)47とを有している。導電性を有する磁石体47は、後述する電界形成装置110に電気的に接続されており、これにより現像ローラ48に所定の現像バイアスが印加されるようになっている。
The developing
本願発明に係る現像装置によれば、磁石体47は、その外周部に保持磁極N(第2の磁極部)が着磁されている。より具体的には、図2の拡大図に示すように、保持磁極Nは、現像ローラ48の現像スリーブ45が現像領域96から供給回収領域88へ移動する間に配置されている。すなわち、保持磁極Nは、現像ローラ48と搬送ローラ54の中心O1,O2を結ぶ線分を基線BLとした場合、現像ローラ48の中心として図中時計方向に基線BLから所定の角度(θ)の位置に着磁されている。
According to the developing device according to the present invention, the
後述するが、本実施形態に係る現像装置は、画像形成時でないとき、電界形成装置110により搬送ローラ54と現像ローラ48の間の電圧を制御して、磁性粒子Mとして少量の磁性キャリアを搬送ローラ54から現像ローラ48に供給するように構成されている。すなわち磁性キャリアからなる磁性粒子Mは、保持磁極Nの磁力により、磁石体47に対する固定位置に保持されて磁気ブラシを形成する。すなわち現像ローラ48が回転するとき、磁性粒子Mは、現像スリーブ45に対しては摺動し、磁石体47に対しては静止した位置に(現像スリーブ45を介して)保持磁極Nの上方に保持される。
As will be described later, the developing device according to the present embodiment transports a small amount of magnetic carrier as magnetic particles M by controlling the voltage between the
一般に、感光体12を現像する際に消費されずに現像スリーブ45上に残存したトナー(以下「現像残トナー」という。)は、感光体12の潜像の画像部と非画像部(トナーの消費)に対応して膜厚にばらつきが生じる。膜厚にばらつきを有するトナーが、均一化されることなく、再度現像に供されると、いわゆる画像メモリ(または現像履歴現象)が生じる。これに対し、実施形態に係る現像装置によれば、現像スリーブ45に付着して回転する現像残トナーが、保持磁極Nの上方で保持された磁性粒子Mに衝突して通過するとき、現像スリーブ45との付着力が低減されるとともに、膜厚のばらつきが低減または解消される。このように、現像スリーブ45に対する現像残トナーの付着力を低減することにより、現像残トナーを現像スリーブ45から分離・回収し易くするとともに、現像残トナーがあったとしても膜厚のばらつきを解消することにより、画像メモリの発生をより確実に回避することができる。
Generally, toner remaining on the developing
ここで現像スリーブ45に接する磁性粒子Mに働く力を微視的に検討する。図2に示すように保持磁極Nは、周方向の磁場引力Fcおよび半径方向の磁場引力Frを磁性粒子Mに作用する。このとき、現像スリーブ45が矢印78の方向に回転しているにもかかわらず、磁性粒子Mが現像スリーブ45と共に回転することなく、保持磁極Nの上方に保持されるには、現像スリーブ45と磁性粒子Mの間の摩擦力μ・Fr(μは現像スリーブ45と磁性粒子Mの間の摩擦係数)が、保持磁極Nによる周方向の磁場引力Fcより小さいことが必要である(すなわち、Fc>μ・Fr)。後述の実験例で説明するように、摩擦係数μが1以下であるとき、上記関係式を満足することが確認されており、保持磁極Nは、現像スリーブ45の上方に磁性粒子Mを保持して、画像メモリの発生を回避することができる。
Here, the force acting on the magnetic particles M in contact with the developing
なお、この実施形態では、現像残トナーの付着力を低減し、膜厚のばらつきを解消する磁性粒子Mとして、2成分現像剤に含まれる磁性キャリアを用いたが、上記機能を有するものであれば任意の形態を有するものであってもよく、図示しない磁性金属板を用いることができる。この場合も同様に、現像スリーブ45と磁性金属板との間の摩擦係数μは1以下に設定される。
In this embodiment, the magnetic carrier contained in the two-component developer is used as the magnetic particle M that reduces the adhesion force of the residual toner and eliminates the variation in the film thickness. For example, it may have an arbitrary form, and a magnetic metal plate (not shown) can be used. In this case as well, the friction coefficient μ between the developing
保持磁極Nの上方で保持された磁性粒子Mに加えて、あるいはこれに代わって、図2に示すように、現像ローラ48の磁石体47に中心軸方向に延びるスリット51を設け、スリット51上にある現像残トナーに対する現像ローラ48による電気的な吸引力を弱めるように構成してよい。スリット51は、現像ローラ48の軸方向(図2の紙面奥行き方向)に長さを有するものである。その結果、現像残トナーの現像スリーブ45に対する付着力を低減して、現像残トナーを現像スリーブ45からより確実に分離・回収して、画像メモリの発生を回避することができる。
In addition to or instead of the magnetic particles M held above the holding magnetic pole N, a
上記の実施形態とは異なり、保持磁極Nに最も近接する搬送ローラの主磁極の極性が異なると仮定したとき、磁性粒子Mを保持磁極Nの上方で保持することがより困難となる。したがって、保持磁極Nに最も近接する搬送ローラの主磁極の極性は、実施形態のように保持磁極Nと同一であることが好ましい。 Unlike the above embodiment, when it is assumed that the polarity of the main magnetic pole of the transport roller closest to the holding magnetic pole N is different, it becomes more difficult to hold the magnetic particles M above the holding magnetic pole N. Therefore, it is preferable that the polarity of the main magnetic pole of the transport roller closest to the holding magnetic pole N is the same as that of the holding magnetic pole N as in the embodiment.
現像ローラ48は、表面処理が施された例えばアルミニウム等の金属からなる円筒状部材で構成されることができる。前記表面処理としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コーティングや、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングが用いられるが、これらに限定されない。また、前記コーティングの内部または表面に導電剤が添加されてもよい。前記導電剤としては、電子導電剤またはイオン導電剤が使用可能である。前記導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック粒子や、金属粉、金属酸化物の微粒子等が例示されるが、これらに限定されない。また、前記イオン導電剤としては、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、両性化合物、そのたのイオン性高分子材料等が例示されるが、これらに限定されない。
The developing
図1に戻ると、現像ローラ48の背後には、別の空間52が形成されている。空間52には、現像剤搬送部材である搬送ローラ54が、現像ローラ48と平行に且つ現像ローラ48の外周面と所定の供給回収ギャップ56を介して配置されている。搬送ローラ54は、回転不能に固定された磁石体58(第1の磁極体)と、磁石体58の周囲を現像ローラ48と同方向である矢印80方向に回転駆動可能に支持された搬送スリーブ60を有する。搬送スリーブ60の上方には、ハウジング42に固定され、搬送スリーブ60の中心軸と平行に延びる規制板62が、所定の規制ギャップ64を介して対向配置されている。
Returning to FIG. 1, another space 52 is formed behind the developing
磁石体58は、搬送ローラ54の内面に対向し、搬送ローラ54の中心軸方向に延びる、複数の磁極(第1の磁極部)を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板62の近傍にある搬送ローラ54の上部内周面部分近傍にある磁極S1、供給回収ギャップ56の近傍にある搬送ローラ54の左側内周面部分に対向する主磁極N1、搬送ローラ54の下部内周面部分に対向する磁極S2、搬送ローラ54の右側内周面部分に対向する、2つの隣接する同極性の磁極N2,N3を含む。
The
搬送ローラ54の背後には、現像剤攪拌室66が形成されている。攪拌室66は、搬送ローラ54の近傍に形成された前室68と搬送ローラ54から離れた後室70を有する。前室68には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー72が回転可能に配置され、後室70には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー74が回転可能に配置されている。図示するように、前室68と後室70は、両者の間に設けた隔壁76で分離してもよい。この場合、前室68と後室70の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室68の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室70へ送り込まれ、また後室70の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室68に送り込まれるようにしてある。
A
供給領域90で搬送ローラ54の搬送スリーブ60から現像ローラ48の現像スリーブ45にトナーを効率的に移動させるために、現像ローラ48と搬送ローラ54は電界形成装置110と電気的に接続されている。
In order to efficiently move the toner from the conveying
図3に電界形成装置110の具体例を示す。電界形成装置110は、第1の電源112と第2の電源114とを有する。ここで、第1および第2の電源112,114が第1の電界形成部を構成し、第1の電源112が第2の電界形成部を構成している。
FIG. 3 shows a specific example of the electric
第1の電源112は、現像ローラ48とグランド116との間に接続された直流電源118を含む。直流電源118は、トナー6の帯電極性と同一極性の直流電圧VDC1(例えば、−300ボルト)を現像ローラ48に印加する。第2の電源114は、搬送ローラ54とグランド116との間に直列に接続された直流電源120および交流電源122を有する。これにより、搬送ローラ54には、直流電源120による所定の直流成分VDC2(例えば、−400ボルト)に、交流電源122による所定の交流成分(振幅VP−Pが例えば1,500ボルト)が重畳された振動電圧が印加されるようになっている。
The
上記のように現像ローラ48に電圧VDC1が印加されることによって、感光体12と現像ローラ48との間に電界(第2の電界)が形成されることになる。この電界の作用によって、現像ローラ48上の負極性トナーが、現像ローラ48(VDC1:−300ボルト)と静電潜像画像部(VL:−80ボルト)との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ48(VDC1:−300ボルト)と静電潜像非画像部(VH:−600ボルト)との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。
By applying the voltage V DC1 to the developing
また、搬送ローラ54と現像ローラ48との間の供給回収領域88には、図4に例示するような振動電界(第1の電界)が形成される。これにより、搬送ローラ54の電位が現像ローラ48の電位に対してマイナス側の時間帯領域で負極性トナーを搬送ローラ54から現像ローラ48に移動させるトナー供給作用を果たし、逆に、搬送ローラ54の電位が現像ローラ48の電位に対してプラス側の時間帯領域で負極性トナーを現像ローラ48側から搬送ローラ54に戻すトナー回収作用を果たすことになる。また、トナー回収作用の時間帯領域では、搬送ローラ54上の正極性キャリアに対して現像ローラ48側へ移動させる方向(キャリア供給方向)の静電力が作用することになるが、現像ローラ48へのキャリア移動は抑制される。
Further, an oscillating electric field (first electric field) as illustrated in FIG. 4 is formed in the supply /
なお、本実施形態では、搬送ローラ54と現像ローラ48との間に形成される電界を振動電界とし、第1の電源112は、平均的には非磁性トナーを搬送ローラ54から現像ローラ48に移動させる方向の振動電界を形成するように構成したが、これに限定されるものではなく、供給領域90において搬送スリーブ60から現像ローラ48へのトナー供給が可能である限りにおいて直流電界であってもよい。すなわち、第1の電源112は、非磁性トナーを搬送ローラ54から現像ローラ48に移動させる方向の直流電界を形成するように構成してもよい。なお、より高いトナー帯電性能を得るためには、トナー分離電界の強度が2.5×106V/m以上であることが好ましい。
In this embodiment, the electric field formed between the
続いて、上記のように構成される現像装置34の動作を説明する。
画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像スリーブ45と搬送スリーブ60はそれぞれ矢印78,80方向に回転する。前スクリュー72は矢印82方向に回転し、後スクリュー74は矢印84方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室66に収容されている現像剤は、前室68と後室70を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。キャリア粒子はトナー粒子に比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
Next, the operation of the developing
During image formation, the developing
帯電された現像剤は、前スクリュー72によって前室68を搬送される過程で搬送ローラ54に供給される。前スクリュー72から搬送ローラ54に供給された現像剤は、磁極N3の近傍で、磁極N3の磁力によって、搬送スリーブ60の外周面に保持される。搬送スリーブ60に保持された現像剤は、磁石体58によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、搬送スリーブ60の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板62の対向領域(規制領域)86で磁極S1に保持されている現像剤は、規制板62により、規制ギャップ64を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ64を通過した現像剤は、磁極S1の磁力で保持されつつ搬送スリーブ60と共に移動し、現像ローラ48と搬送ローラ54が対向する領域(供給回収領域)88に搬送される。
The charged developer is supplied to the
供給回収領域88は、搬送スリーブ60の回転方向に関して上流側の領域(供給領域)90と、下流側の領域(回収領域)92からなり、供給領域90において形成された電界により、キャリアに付着しているトナーが現像ローラ48に電気的に供給され、回収領域92において形成された電界により、現像残トナーが磁極N1の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られて搬送スリーブ60に回収される。消費されたトナーは、現像剤収容室66で再び供給される。こうして、現像に伴いトナーが消費されても、搬送ローラ54上の現像剤のトナー比率は略一定に維持される。
The supply /
供給領域90で現像ローラ48に保持されたトナーは、現像ローラ48の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体12と現像ローラ48が対向する領域(現像領域)96で、感光体12の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体12の外周面は帯電装置26で負極性の所定の電位VHが付与され、露光装置28で画像光30が投射された静電潜像画像部が所定の電位VLまで減衰し、露光装置28で画像光30が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位VHを維持している。したがって、現像領域96では、感光体12と現像ローラ48との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー6が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。
The toner held on the developing
本実施形態では、非画像形成時、すなわち感光体12の静電潜像を現像剤像として可視像化しないとき、電界形成装置110を制御して、トナーではなく、少量の磁性キャリアが現像ローラ48に電気的に供給されるように供給回収領域88における電界を制御する。こうして現像ローラ48に供給された磁性キャリアは、感光体12を経由して、磁性粒子Mとして磁石体47の保持磁極Nの上方に保持される。
In this embodiment, during non-image formation, that is, when the electrostatic latent image on the
こうして画像形成時に生じる現像残トナーは、現像スリーブ45上で保持された磁性キャリアに衝突して通過するとき、現像スリーブ45との付着力および膜厚のばらつきが低減され、回収領域92におけるトナーの回収効率を改善し、画像メモリの発生を回避することができる。
The development residual toner generated at the time of image formation collides with the magnetic carrier held on the
また上述のように、現像ローラ48の磁石体47は、現像スリーブ45との間で中心軸方向に延びるスリット51を有し、現像残トナーに対する現像ローラ48による電気的な吸引力を弱めるように構成されている。これにより、回収領域92におけるトナーの回収効率をよりいっそう改善して、画像メモリの発生をより確実に回避することができる。
Further, as described above, the
このようにして現像剤からトナーが消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤に補給されることが好ましい。そのために、現像装置34は、ハウジング42に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室70の上方にはトナー補給部98が設けてある。トナー補給部98は、トナーを収容するための容器100を有する。容器100の底部には開口部102が形成されており、この開口部102に補給ローラ104が配置されている。補給ローラ104は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室70に落下補給するようにしてある。
When the toner is consumed from the developer in this manner, it is preferable that an amount of toner corresponding to the consumed amount is supplied to the developer. For this purpose, the developing
〔3.現像剤の具体的な材料〕
現像剤を構成するトナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
[3. Specific materials of developer]
Specific materials of the toner, carrier, charged particles, and other particles included in the developer will be described.
〔トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約3〜15μmである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
〔toner〕
As the toner, a known toner that has been conventionally used in an image forming apparatus can be used. The toner particle size is, for example, about 3 to 15 μm. A toner containing a colorant in a binder resin, a toner containing a charge control agent or a release agent, and a toner holding an additive on the surface can also be used.
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。 The toner can be produced by a known method such as a pulverization method, an emulsion polymerization method, or a suspension polymerization method.
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約80〜160℃の範囲、ガラス転移点が約50〜75℃の範囲であることが好ましい。 The binder resin used for the toner is not limited. For example, styrene resin (monopolymer or copolymer containing styrene or styrene-substituted product), polyester resin, epoxy resin, vinyl chloride resin, phenol resin. , Polyethylene resin, polypropylene resin, polyurethane resin, silicone resin, or any mixture of these resins. The binder resin preferably has a softening temperature in the range of about 80 to 160 ° C and a glass transition point in the range of about 50 to 75 ° C.
また、トナーに用いられる着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂100重量部に対して、2〜20重量部であることが好ましい。 The colorant used in the toner is a known material such as carbon black, aniline black, activated carbon, magnetite, benzine yellow, permanent yellow, naphthol yellow, phthalocyanine blue, first sky blue, ultramarine blue, rose bengal, lei. Key red or the like can be used. In general, the addition amount of the colorant is preferably 2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin.
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、4級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Cr、Co、Al、Fe等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の割合で用いることが好ましい。 As the charge control agent, materials conventionally known as charge control agents can be used. Specifically, for the positively charged toner, for example, nigrosine dyes, quaternary ammonium salt compounds, triphenylmethane compounds, imidazole compounds, and polyamine resins can be used as charge control agents. For the negatively charged toner, metal-containing azo dyes such as Cr, Co, Al, and Fe, salicylic acid metal compounds, alkyl salicylic acid metal compounds, and curixarene compounds can be used as charge control agents. The charge control agent is preferably used at a ratio of 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin.
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の割合で用いることが好ましい。 As the release agent, a known release agent conventionally used as a release agent can be used. As the material for the release agent, for example, polyethylene, polypropylene, carnauba wax, sazol wax, or a mixture of them as appropriate is used. The release agent is preferably used at a ratio of 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin.
その他の添加剤として、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコーンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー100重量部に対して、0.1〜5重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は9〜100nmであることが好ましい。 As other additives, a fluidizing agent that promotes fluidization of the developer may be added. As the fluidizing agent, for example, inorganic fine particles such as silica, titanium oxide, and aluminum oxide, and resin fine particles such as acrylic resin, styrene resin, silicone resin, and fluorine resin can be used. In particular, it is preferable to use a material hydrophobized with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, silicone oil, or the like. The fluidizing agent is preferably added at a ratio of 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the toner. The number average primary particle size of these additives is preferably 9 to 100 nm.
〔キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約15〜100μmが好ましい。
[Carrier]
As the carrier, a known carrier that has been generally used can be used. Either a binder type carrier or a coat type carrier may be used. The carrier particle size is not limited, but is preferably about 15 to 100 μm.
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。 The binder type carrier is obtained by dispersing magnetic fine particles in a binder resin, and those having fine particles or a coating layer charged positively or negatively on the surface can be used. The charging characteristics such as the polarity of the binder type carrier can be controlled by the material of the binder resin, the chargeable fine particles, and the type of the surface coating layer.
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。 Examples of the binder resin used for the binder-type carrier include thermoplastic resins such as vinyl resins, polyester resins, nylon resins, polyolefin resins, and the like typified by polystyrene resins, and curable resins such as phenol resins. .
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属(Mn、Ni、Mg、Cu等)を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に50〜90重量%の量で添加することが適当である。 Magnetic fine particles of the binder type carrier include spinel ferrite such as magnetite and gamma iron oxide, and magnets such as spinel ferrite and barium ferrite containing one or more metals other than iron (Mn, Ni, Mg, Cu, etc.). Plumbite type ferrite, iron or alloy particles having an oxide layer on the surface can be used. The shape of the carrier may be granular, spherical, or needle-shaped. In particular, when high magnetization is required, it is preferable to use iron-based ferromagnetic fine particles. In consideration of chemical stability, it is preferable to use ferromagnetic fine particles of magnetoplumbite type ferrite such as spinel ferrite and barium ferrite containing magnetite and gamma iron oxide. A magnetic resin carrier having a desired magnetization can be obtained by appropriately selecting the type and content of the ferromagnetic fine particles. The magnetic fine particles are suitably added in an amount of 50 to 90% by weight in the magnetic resin carrier.
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。 Silicone resin, acrylic resin, epoxy resin, fluorine resin, etc. are used as the surface coating material for the binder type carrier. The charge imparting ability of the carrier can be improved by coating and curing these resins on the carrier surface to form a coat layer.
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。 For example, the charging fine particles or the conductive fine particles are fixed to the surface of the binder-type carrier by, for example, mixing the magnetic resin carrier and the fine particles uniformly, adhering these fine particles to the surface of the magnetic resin carrier, and then mechanically / thermally. This is done by driving fine particles into the magnetic resin carrier by applying a strong impact force. In this case, the fine particles are not completely embedded in the magnetic resin carrier, but are fixed so that a part thereof protrudes from the surface of the magnetic resin carrier. Organic and inorganic insulating materials are used for the chargeable fine particles. Specifically, organic insulating materials include polystyrene, styrene-based copolymers, acrylic resins, various acrylic copolymers, nylon, polyethylene, polypropylene, fluororesin, and cross-linked products thereof such as organic insulating fine particles. is there. The charge imparting ability and the charge polarity can be adjusted to the material of the chargeable fine particles, the polymerization catalyst, the surface treatment and the like. As the inorganic insulating material, negatively charged inorganic fine particles such as silica and titanium dioxide, and positively charged inorganic fine particles such as strontium titanate and alumina are used.
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。 The coat type carrier is a carrier in which carrier core particles made of a magnetic material are coated with a resin, and like the binder type carrier, chargeable fine particles that are charged positively or negatively can be fixed to the surface of the carrier. The charging characteristics such as the polarity of the coated carrier can be adjusted by selecting the type of the surface coating layer and the electrifying fine particles. As the coating resin, the same resin as the binder resin of the binder type carrier can be used.
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して3〜50重量%、好ましくは6〜30重量%が好ましい。 The mixing ratio of the toner and the carrier may be adjusted so as to obtain a desired toner charge amount, and the toner ratio is preferably 3 to 50% by weight, preferably 6 to 30% by weight based on the total amount of the toner and the carrier. .
〔4.実験〕
次に、本実施形態の現像装置を用いて、磁性粒子Mが現像スリーブ45と共に回転することなく、保持磁極Nの上方に保持されるため必要とされる、現像スリーブ45と磁性粒子Mの間の摩擦係数について説明する。
[4. Experiment)
Next, between the developing
磁性粒子Mとしては、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル樹脂コートがなされてなるコート型キャリアで、平均粒径約33μmのコニカミノルタテクノロジーズ社製bizhub C350用キャリアを用いた。
また、現像ローラ48としては、円柱状の磁石体47の周囲に回転駆動可能に支持された外径が18mmの現像スリーブ45を有し、磁石体47が基線BLに対して現像ローラ48の中心と反時計方向を正の方向として約70度をなす半径上に着磁された保持磁極Nを有するものを用いた。
As the magnetic particle M, a carrier for bizhub C350 manufactured by Konica Minolta Technologies Inc. having an average particle diameter of about 33 μm was used, which is a coated carrier in which a carrier core particle made of a magnetic material is coated with an acrylic resin.
The developing
このとき、図2に示す磁性粒子Mが保持磁極Nから受ける現像ローラ48の半径方向および円周方向の磁束密度(Br,Bc)は、基線BLとのなす角度(θ)に対して図4に示すグラフのように推移することが確認された。このとき、保持磁極Nが形成された位置(θ=約70度)において、半径方向の磁束密度(Br)はピーク値を有し、円周方向の磁束密度(Bc)はゼロとなり、これを中心として対称的に分布している。なお、半径方向の磁束密度(Br)は中心に向かう方向を正の方向とし、円周方向の磁束密度(Bc)は現像ローラ48の回転方向と一致する方向を正の方向としてプロットしている。
なお、磁性粒子Mが保持磁極Nから受ける磁力引力(Fr,Fc)は、磁束密度に比例するので、図4と同様の分布を有する。
At this time, the magnetic flux density (Br, Bc) in the radial direction and the circumferential direction of the developing
Note that the magnetic attractive force (Fr, Fc) that the magnetic particles M receive from the holding magnetic pole N is proportional to the magnetic flux density and therefore has the same distribution as in FIG.
また、磁性粒子Mは、半径方向の磁力引力(Fr)と同じ垂直抗力を現像スリーブ45から受けるとともに、その垂直抗力に摩擦係数(μ)を乗じた摩擦力(μ・Fr)を現像スリーブ45から受ける。磁性粒子Mは、トナーの現像スリーブ45との付着力および膜厚のばらつきを低減するために、保持磁極Nの上方で保持して、トナーと衝突させるべきものであるので、円周方向の磁力引力(Fc)が摩擦力(μ・Fr)より大きくなるように摩擦係数を選択する必要がある。さもなければ、すなわち磁性粒子Mが受ける円周方向の磁力引力(Fc)が摩擦力(μ・Fr)より小さい場合、磁性粒子Mは現像スリーブ45に固着してこれと共に回転し、上記目的を達成することができない。
Further, the magnetic particles M receive the same vertical drag as the magnetic attractive force (Fr) in the radial direction from the developing
ここで、基線BLとのなす角度(θ)の関数F(θ)を次のように定義する。
F(θ)=μ・Fr−Fc
このとき、円周方向の磁力引力(Fc)が摩擦力(μ・Fr)より大きくなる(すなわちF(θ)<0となる)ような角度(θ)が現像スリーブ45上に存在すれば、磁性粒子Mは現像スリーブ45と共に回転することなく、所望の効果を期待することができる。
Here, a function F (θ) of an angle (θ) formed with the base line BL is defined as follows.
F (θ) = μ · Fr−Fc
At this time, if there exists an angle (θ) on the developing
摩擦係数(μ)がそれぞれ0.05、0.7、1.0であるときの上記関数F(θ)をプロットしたグラフとして図6〜図8を得た。これらのグラフから明らかなように、摩擦係数(μ)が0.05および0.7であるときは、円周方向の磁力引力(Fc)が摩擦力(μ・Fr)より大きくなるような角度(θ)が現像スリーブ45に存在するが、摩擦係数(μ)が1.0であるときはそのような条件を満たす角度(θ)は殆ど存在しない。したがって、磁性粒子Mを保持磁極Nの上方で保持して、トナーと衝突させることにより、トナーの現像スリーブ45との付着力および膜厚のばらつきを低減するためには、現像スリーブ45と磁性粒子Mの間の摩擦係数は1.0以下であることが好ましい。
6 to 8 were obtained as graphs plotting the function F (θ) when the friction coefficient (μ) was 0.05, 0.7, and 1.0, respectively. As is apparent from these graphs, when the friction coefficient (μ) is 0.05 and 0.7, the angle at which the circumferential magnetic attractive force (Fc) is larger than the frictional force (μ · Fr). Although (θ) exists in the developing
なお、磁性粒子Mは、保持磁極Nにより捕獲される前に現像スリーブ45と共に回転しているときには、回転に伴う遠心力(mv2/r,m:磁性粒子Mの質量、v:現像スリーブ45の周速度、r:現像スリーブ45の外径)を受ける。ただし、現像スリーブ45の周速度が高い場合(たとえば900m/s)であっても遠心力は10−8N程度であり、半径方向の磁力引力(Fr)に比して十分に小さいので無視することができる。
When the magnetic particles M are rotated together with the developing
このように、磁性粒子Mを保持磁極Nの上方で保持し、現像残トナーを磁性粒子Mに衝突させ通過させることにより、現像残トナーの膜厚のばらつきの低減、および現像スリーブとトナーとの間の付着力の低減を実現し、もって現像残トナーの現像スリーブからの分離・回収を支援することにより、画像メモリの発生を確実に回避することができる。 In this way, by holding the magnetic particles M above the holding magnetic pole N and causing the undeveloped toner to collide with and pass through the magnetic particles M, the variation in the undeveloped toner thickness can be reduced, and the developing sleeve and the toner By reducing the adhesion force between them and supporting the separation / collection of the undeveloped toner from the developing sleeve, the generation of the image memory can be surely avoided.
1:画像形成装置、2:現像剤、4:キャリア、6:トナー、8:荷電粒子、10:スペント、12:感光体、16:帯電ステーション、18:露光ステーション、20:現像ステーション、22:転写ステーション、24:クリーニングステーション、26:帯電装置、28:露光装置、30:画像光、32:通路、34:現像装置、36:転写装置、38:シート、40:クリーニング装置、42:ハウジング、44:開口部、45:スリーブ、46:第2の空間、47:磁石体、48:現像ローラ、49:現像ローラ中心、50:現像ギャップ、51:スリット、52:第2の空間、54:搬送ローラ、55:搬送ローラ中心、56:供給回収ギャップ、58:磁石体、59:各中心を結ぶ直線、60:スリーブ、63:規制板、64:規制ギャップ、66:現像剤攪拌室、68:前室、70:後室、72:前スクリュー、74:後スクリュー、76:隔壁、86:規制領域、88:供給回収領域、90:供給領域、92:回収領域、94:放出領域、96:現像領域、98:トナー補給部、100:容器、102:開口部、104:補給ローラ、110:電界形成装置、112:第1の電源、114:第2の電源、116:グランド、118:直流電源、120:直流電源、122:交流電源、N1:主磁極(第1磁極部)、N:保持磁極(第2磁極部)、M:磁性粒子。 1: image forming apparatus, 2: developer, 4: carrier, 6: toner, 8: charged particles, 10: spent, 12: photoconductor, 16: charging station, 18: exposure station, 20: developing station, 22: Transfer station 24: Cleaning station 26: Charging device 28: Exposure device 30: Image light 32: Passage 34: Development device 36: Transfer device 38: Sheet 40: Cleaning device 42: Housing 44: opening, 45: sleeve, 46: second space, 47: magnet body, 48: developing roller, 49: developing roller center, 50: developing gap, 51: slit, 52: second space, 54: Conveying roller, 55: Conveying roller center, 56: Supply / recovery gap, 58: Magnet body, 59: Straight line connecting each center, 60: Sleeve, 63: Restricting plate, 64 Regulation gap, 66: Developer stirring chamber, 68: Front chamber, 70: Rear chamber, 72: Front screw, 74: Rear screw, 76: Partition, 86: Restriction area, 88: Supply recovery area, 90: Supply area, 92: Collection area, 94: Release area, 96: Development area, 98: Toner replenishment section, 100: Container, 102: Opening section, 104: Replenishment roller, 110: Electric field forming device, 112: First power supply, 114: Second power supply, 116: ground, 118: DC power supply, 120: DC power supply, 122: AC power supply, N1: main magnetic pole (first magnetic pole part), N: holding magnetic pole (second magnetic pole part), M: magnetic particles .
Claims (9)
第2の磁極部を有する第2の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の現像スリーブを有し、第1の領域を介して前記搬送ローラに対向するとともに第2の領域を介して像担持体に対向して配置される現像ローラと、
前記搬送ローラと前記現像ローラとの間に第1の電界を形成して、前記搬送ローラが保持している現像剤中の非磁性トナーを前記現像ローラに移動させる第1の電界形成部と、
前記現像ローラと前記像担持体との間に第2の電界を形成して、前記現像ローラが保持している非磁性トナーを前記像担持体の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第2の電界形成部とを備え、
前記第2の磁極部は、前記第2の領域から前記第1の領域へ前記現像スリーブが回転する間の領域に配置され、前記現像スリーブを介して、磁性体を前記第2の磁極部の上方で保持することを特徴とする現像装置。 A first magnetic pole body having a plurality of first magnetic pole portions and a cylindrical conveying sleeve whose outer periphery is driven to rotate, and a developer containing non-magnetic toner and a magnetic carrier on the outer circumferential surface of the conveying sleeve A transport roller for transporting while holding
A second magnetic pole body having a second magnetic pole portion and a cylindrical developing sleeve whose outer periphery is driven to rotate are opposed to the conveying roller through the first area and through the second area. A developing roller disposed opposite the image carrier;
A first electric field forming unit that forms a first electric field between the conveying roller and the developing roller, and moves the non-magnetic toner in the developer held by the conveying roller to the developing roller;
A second electric field is formed between the developing roller and the image carrier, and the nonmagnetic toner held by the developing roller is moved to the electrostatic latent image on the image carrier and developed. A second electric field forming unit for forming a toner image,
The second magnetic pole portion is disposed in a region during which the developing sleeve rotates from the second region to the first region, and the magnetic material of the second magnetic pole portion is interposed through the developing sleeve. A developing device characterized by being held above.
前記第1の電界形成部は、前記第2の電界形成部がトナー像を形成しないときに、前記搬送ローラが保持している現像剤中の磁性キャリアを前記現像ローラに移動させることを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。 The magnetic body consists of a magnetic carrier,
The first electric field forming unit moves the magnetic carrier in the developer held by the transport roller to the developing roller when the second electric field forming unit does not form a toner image. The developing device according to claim 1 or 2.
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