JP2015166859A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トナーを担持するトナー担持体と、トナー担持体にトナーを搬送するトナー搬送部と、トナー搬送部に現像剤を供給する現像剤供給部材と、トナー搬送部に供給された現像剤を回収する現像剤回収部材と、を有し、トナー搬送部の表層面はトナー搬送方向と交差する方向に延在する複数の凸部を有し、隣接する凸部の間のトナー搬送方向の開口幅はトナーの粒径以上且つキャリアの粒径未満であり、凸部の高さはトナーの粒径以下であり、トナー搬送部からトナー担持体へトナーを供給するトナー供給部において、トナー搬送部とトナー担持体とは、相対速度差を有するように移動可能である。
【選択図】図2
Description
△V∝Q/S=(M/S)×(Q/M)・・・式(1)
図1は、本発明に係る現像装置を用いた実施形態である画像形成装置の模式図である。
図2は、本発明に係る現像装置の実施形態を示す模式図である。
本実施形態における現像装置20は、感光体1に対向して配置される。現像装置20の現像容器21の開口部には、現像ロール(トナー担持体)25が感光体1に対向して配設されている。現像ロール25は、金属材料を基層25bとする円筒状の部材に、弾性層25aを被覆した構造の部材で形成されている。
現像容器21の内部には、トナー供給部材23が現像ロール25に対向し、接触するように配置されている。このため、現像ロール25及びトナー供給部材23の少なくとも一方は、弾性又は可撓性を有する部材で構成される必要がある。トナー供給部材23は、現像ロール25と対向するトナー供給部Uへトナーを搬送するトナー搬送部23aと、内部に固定配置される複数の永久磁石23bと、から成る。さらに、トナー搬送部23aには、複数の凸部がトナー搬送部23aの移動方向に対して規則的に並んでいる。
さらに、トナー搬送部23aの移動方向に対して、トナー供給部Uより上流、且つ、現像剤供給部材である撹拌供給部材22とトナー供給部材23とが対向する現像剤供給部Xより下流の位置に、現像剤回収部材27が配置されている。
図3(a)はトナー搬送部23aの凸部の構造を示す模式図である。図3(b)は、その断面図を示す。
次に、図4を用いて、現像ロール25上へのトナー被覆について概略を説明する。なお、本発明における被覆とは、例えば、現像ロールの表面にトナー(粒子)が接触している形態をいい、必ずしも多数のトナーが現像ロールの表面全面を覆い尽くした形態には限定されない。その他、詳細な説明は後述する。
以下、トナーによる被覆について、さらに図4を用いて詳細に説明する。
(Sta:開口部Stの面積cm2、Sa:領域Sの面積cm2、ρ:トナー真比重g/cm3、dt:定着後のトナー層厚cm、κ:開口部Stにおけるトナー量g/cm2)
トナー搬送部23a上の二成分現像剤8は、トナー供給部材23と現像剤回収部材27とが対向する回収部Wまで搬送される。回収部Wは、トナー供給部材内部に固定配置される複数の永久磁石23bのN37極(図8参照)と、現像剤回収部材内部に固定配置される複数の永久磁石27bのS37極(図8参照)によって強い磁界が発生している。このため、回収部Wまで搬送された二成分現像剤8は、トナー搬送部23a上を被覆したトナーを除き、現像剤回収部材27に回収される。
現像ロール25とトナー搬送部23aとは、両者が対向するトナー供給部Uにおいて同方向に回転しており、両速度は相対速度差を有している。本実施形態においては、現像ロール25の移動速度v25は200mm/s、トナー供給部材23(トナー搬送部23a)の移動速度v23は260mm/sに設定した。
この場合は、上述のt秒後の現像ロール25上を被覆するトナー9a、9bが接触するときの両者の中心間距離Rがトナー粒径(トナーの直径)に等しいrtとなることである。
t=R/v25=rt/v25・・・式(2)
v23t=λ・・・式(3)
v23/v25=λ/R=λ/rt・・・式(4)
v23/v25≧1.17
である。
開口幅Zが2rt≦Z<rcの条件における移動速度比v23/v25の導出について説明する。
表3〜表5は、トナー搬送部23a上の構造が異なるトナー供給部材23を用いて同様の検討を行った結果である。
上述の検討においては、トナー供給部材23上の凸構造は周期的な構造(λ固定)としたが、異なる周期の構造が混在していても構わない。
(b)条件(B)のときは、(0.8λ0+0.2rt)以上(1.2λ0−0.2rt)以下
(a)条件(A)のときは、0.9λ0以上1.1λ0以下
(b)条件(B)のときは、(0.9λ0+0.1rt)以上(1.1λ0−0.1rt)以下
トナー供給部材23上の凸構造は、光硬化性樹脂を用いた光ナノインプリント法や熱可塑性樹脂を用いた熱ナノインプリント法、レーザーを走査しエッジングを行うレーザーエッジング法などにより形成することができる。
トナー供給部材23上の凸構造の測定はAFM(Pacific nanotechnology社製Nano-I)を用い、当該測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。このとき、サンプリングは現像ロールの表層面をカッターやレーザーなどにより切り取り、平滑なシート状に作成した。
トナーの粒度分布は、コールターマルチサイザーIII(ベックマンコールター社製)を用い、当該測定装置の操作マニュアルに従い測定を行う。具体的には、電解液100ml(ISOTON)に、分散剤として界面活性剤を0.1g加え、さらに測定試料(トナー)を5mg加える。試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約2分間分散処理して測定サンプルとする。
現像ロール25を外した現像装置20の現像容器21内に磁性キャリアのみを入れて、1分程度通常の現像動作を行う。このとき、電圧印加部は取り外し、トナー供給部材23と現像剤回収部材27は電気的に浮いた状態とする。対向部であるトナー供給部Uの位置に、トナー供給部材23に対向するように、表面電位計MODEL347(トレック社製)のプローブを設置し、表面電位を測定する。現像動作前後の電位差(動作後電位−動作前電位)を計測し、電位差がプラスであればトナー搬送部23aは磁性キャリアに比べて帯電系列上ポジ側、マイナスであればネガ側と判断することができる。
被覆量は、現像ロール25上を被覆したトナーを吸引し、その重さ(mg)、及び吸引部の面積(cm2)を計測し、その商である単位面積における重さ(mg/cm2)を算出して求めた。
図19は、本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。
トナー供給部材23は、図19の矢印方向に回転可能なトナー搬送部23aと、内部に固定配置された永久磁石23bと、から成る。トナー搬送部23aには、その移動方向に対して、複数の凸部23a3が規則的に並ぶ凸構造が形成され、凸部23a3の高さはトナー粒径以下である。また、隣接する凸部23a3間の開口幅は、トナー粒径以上、キャリア粒径未満である。本実施形態においては、トナー搬送部23aとしてアルミロールを用い、アルミロールに対し、レーザーエッジング法により上述の第1実施形態と同様の形状の凸構造を形成した。
次に、現像ロール25上をトナーで被覆する工程について説明する。
より上流、且つ、現像部Tより下流の位置に現像ロール25と接触するように配することにより、現像後の残トナーを回収し、現像履歴によるゴーストの発生を防ぐことができる。
図20は、本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。
トナー供給部材23は、回転可能な永久磁石23bと、搬送ロール23cと、それらに掛け回されて図20の矢印方向に循環可能な無端形状のトナー搬送部23aと、から成る。磁性部材である永久磁石23bは、無端形状のトナー搬送部23aが回転する循環経路の内側に配されている。搬送ロール23cは、導電性と剛性のある素材なら何でもよく、SUS、鉄、アルミなどで形成される。トナー搬送部23aには、その移動方向に対して、複数の凸部23a3が規則的に並ぶ凸構造が形成され、凸部23a3の高さはトナー粒径以下である。また、隣接する凸部23a3間の開口幅は、トナー粒径以上、キャリア粒径未満である。
次に、現像ロール25上をトナーで被覆する工程について説明する。
図21は、本発明に係る現像装置の他の実施形態を示す模式図である。
トナー供給部材23は、図21の矢印方向に回転可能なトナー搬送部23aから成る。トナー搬送部23aには、その移動方向に対して、複数の凸部23a3が規則的に並ぶ凸構造が形成され、凸部23a3の高さはトナー粒径以下である。また、隣接する凸部23a3間の開口幅は、トナー粒径以上且つキャリア粒径未満である。
次に、現像ロール25上をトナーで被覆する工程について説明する。
現像ロール25の移動方向に対して、トナー供給部Uより上流、且つ、現像部Tより下流の位置で、現像剤の供給回収部材32に回収された現像剤が現像ロール25と接触するように、現像剤の供給回収部材32が配されている。この供給回収部材32は、現像後の残トナーを回収するクリーニング部材も兼ねて、現像履歴によるゴーストの発生を防ぐことができる。
20・・・現像装置
21・・・現像容器
22・・・撹拌供給部材
23・・・トナー供給部材
23a・・・トナー搬送部
23b・・・永久磁石
25・・・現像ロール(トナー担持体)
25a・・・弾性層
25b・・・基層
27・・・現像剤回収部材
27a・・・現像剤搬送部
27b・・・永久磁石
U・・・トナー供給部
W・・・回収部
X・・・現像剤供給部
Y・・・対向部
Claims (18)
- 非磁性トナーと磁性キャリアを含む現像剤により、像担持体に形成した静電像を現像する現像装置において、
像担持体に供給するトナーを担持するトナー担持体と、
前記トナー担持体にトナー供給部からトナーを搬送して供給するトナー搬送部と、
前記トナー搬送部に前記現像剤を供給する現像剤供給部材と、
前記トナー搬送部に供給された現像剤を回収する現像剤回収部材と、
を有し、
前記トナー搬送部の表層面はトナー搬送方向と交差する方向に延在する複数の凸部を有し、隣接する前記凸部の間の前記トナー搬送方向の開口幅は前記トナーの粒径以上且つ前記キャリアの粒径未満であり、前記凸部の高さは前記トナーの粒径以下であり、
前記トナー搬送部から前記トナー担持体へトナーを供給するトナー供給部において、前記トナー搬送部と前記トナー担持体とは、相対速度差を有するように移動可能であることを特徴とする現像装置。 - 隣接する前記凸部の間のトナー搬送方向の前記開口幅は、前記トナーの平均粒径以上、かつ、前記キャリアの平均粒径未満であることを特徴とする請求項1記載の現像装置。
- 前記トナー搬送部の表層面の移動速度をv23(mm/s)、前記トナー担持体の表層面の移動速度をv25(mm/s)、前記トナーの平均粒径をrt(μm)、前記磁性キャリアの平均粒径をrc(μm)、隣接する前記凸部の間の前記トナー搬送方向の開口幅をZ(μm)、複数の前記凸部の間隔の周期をλ(μm)としたとき、
rt≦Z<2rtの場合は、v23/v25 ≧ λ/rt
2rt≦Z<rcの場合は、v23/v25 ≧ (λ−rt)/rt
の関係を有することを特徴とする請求項2記載の現像装置。 - 前記開口幅は、前記トナーの平均粒径の3倍よりも小さいことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の現像装置。
- 前記トナーのトナー粒度分布における累積個数分布が10%の粒径をrt10(μm )、90%の粒径をrt90(μm )、前記凸部の高さをD(μm )としたとき、
rt10/2≦ D ≦rt90/2
の関係を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の現像装置。 - 前記トナー搬送部の表層面と前記トナーと前記磁性キャリアとの帯電系列は、前記トナーと前記トナー搬送部の表層面との間に前記磁性キャリアが入るように並ぶことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記トナー搬送部は、内部に磁性部材が配されて回転可能であり、
前記現像剤回収部材は、回転可能な現像剤搬送部と、前記現像剤搬送部の内部に配置された磁性部材と、を有し、前記トナー搬送部の回転方向において、前記トナー供給部よりも上流であって、前記現像剤供給部材から前記トナー搬送部へ現像剤を供給する現像剤供給部よりも下流に配置され、
前記トナー搬送部の内部に配置された磁性部材と、前記現像剤回収部材の内部に配置された磁性部材と、により、前記現像剤回収部材に現像剤を回収する磁気力を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の現像装置。 - 前記現像剤回収部材は、回転可能な前記トナー担持体の回転方向において、前記トナー供給部よりも上流であって、前記トナー担持体からトナーを供給されて前記像担持体の静電像を現像する現像部よりも下流の位置で前記トナー担持体と接触することを特徴とする請求項7記載の現像装置。
- 前記トナー搬送部は、内部に磁性部材が配されて回転可能であり、
前記現像剤回収部材は、前記トナー搬送部と対向する位置に配置された磁性部材を有し、前記トナー搬送部の回転方向において、前記トナー供給部よりも上流であって、前記現像剤供給部材から前記トナー搬送部へ現像剤を供給する現像剤供給部よりも下流に配置され、
前記トナー搬送部の内部に配置された磁性部材と、前記トナー搬送部と対向する位置に配置された磁性部材と、により、前記現像剤回収部材に現像剤を回収する磁気力を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の現像装置。 - 前記トナー搬送部は、回転可能であり、その回転の内側に配された磁性部材を有し、
前記現像剤回収部材は、前記トナー搬送部と対向する位置に固定配置される規制部材を有し、前記トナー搬送部の回転方向において、前記トナー供給部よりも上流であって、前記現像剤供給部材から前記トナー搬送部へ現像剤を供給する現像剤供給部よりも下流に配置され、
前記磁性部材と、前記規制部材と、により、前記現像剤回収部材に現像剤を回収する磁気力を形成することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の現像装置。 - 前記トナー搬送部は、回転可能な搬送ロールと、回転可能な前記磁性部材と、とに架け渡されて前記搬送ロールと前記磁性部材との間を循環可能なベルト形状を有することを特徴とする請求項10記載の現像装置。
- 前記像担持体に形成した静電像を現像後の前記トナー担持体の残トナーを除去するクリーニング部材を有し、
前記クリーニング部材は、前記トナー担持体の移動方向に対して、前記トナー供給部よりも上流であって、前記トナー担持体からトナーを供給されて前記像担持体の静電像を現像する現像部よりも下流に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の現像装置。 - 前記トナー搬送部は、回転可能であり、
前記現像剤回収部材は、回転可能な現像剤搬送部と、前記現像剤搬送部の内部に配置された磁性部材と、を有し、前記現像剤供給部材から現像剤の供給を受けて前記現像剤搬送部により搬送される現像剤を前記トナー搬送部に接触させることで前記トナー搬送部に現像剤を供給するとともに、前記磁性部材の磁気力により現像剤を回収することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像装置。 - 前記現像剤回収部材は、前記トナー担持体の回転方向において、前記トナー供給部よりも上流であって、前記トナー担持体からトナーを供給されて前記像担持体の静電像を現像する現像部よりも下流の位置で前記トナー担持体と接触することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記現像剤回収部材は、前記像担持体に形成した静電像を現像後の前記トナー担持体の残トナーを除去するクリーニング部材を兼ねていることを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の現像装置。
- 前記トナー担持体は、弾性又は可撓性を有する部材で構成され、前記像担持体と接触して配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記トナー担持体は、導電性の剛性部材で構成され、前記像担持体と非接触に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像装置。
- 像担持体に静電像を形成し、前記静電像を現像装置により現像して画像形成する画像形成装置において、
前記現像装置として請求項1乃至請求項17のいずれか1項に記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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