JP3618650B2

JP3618650B2 - Development device

Info

Publication number: JP3618650B2
Application number: JP2000253704A
Authority: JP
Inventors: 弘幸平川; 和彦古川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: JP2002072673A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンターなどの画像形成手段として利用される電子写真方式に適用できる現像装置に係り、詳しくは、現像剤担持体表面に薄層状に形成された現像剤としてのトナー粒子が静電潜像の可視化に用いられる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トナー粒子を用いた静電潜像の可視化手段として現像剤担持体表面にトナー粒子から成る薄層を形成して、これを静電潜像担持体に接近または接触させる一成分現像方式が広く利用されている。
【０００３】
この方式の現像装置では、現像剤担持体にトナー層形成部材を圧接し、現像剤担持体表面に現像剤であるトナー粒子の薄層を形成するとともに、圧接部材との接触・摩擦帯電によりトナー粒子に帯電電荷を供給する。
【０００４】
しかしながら、接触・摩擦帯電に依存したこの帯電方式は、帯電現象が古くから知られているにも関わらずそのメカニズムが明確に解明されていないため、トナー層の帯電均一化、あるいは帯電量の人為的制御に多大の困難を伴っている。近年、特殊な帯電特性を有する帯電制御剤が開発されるようになったが、特にカラートナーではこれを用いても帯電特性の制御は極めて困難である。
【０００５】
上記のような接触・摩擦帯電を利用した現像装置に付随した問題を解消するために、トナーに対して外部から直接電荷を供給する手段が提案されている。
【０００６】
このような方法として、実開昭６３−１３８５６０号公報、特開平１０−６３０９６号公報などに開示された現像装置が挙げられる。実開昭６３−１３８５６０号公報に開示されている現像装置は、現像担持体表面に形成されたトナー層にコロナ帯電器を用いてその直上から単極性のイオンを与えるものである。
【０００７】
しかしながら、この様なコロナワイヤーを用いたコロナ帯電器は、ワイヤーの汚れに起因する軸方向に不均一な放電や、それが引き起こす帯電量のばらつき、さらにトナー粒子に電荷を一方向のみから照射することによる、トナー層の深さ方向に対する偏った電荷の付着という問題を残している。また、現像後に現像剤担持体表面に残留したトナーが帯電領域に重ねて搬送された場合にも、新たに供給された現像剤との間で帯電後の電荷量に著しいばらつきを生じてしまう。
【０００８】
また、特開平１０−６３０９６号公報に開示されている現像装置は、トナー粒子の帯電電荷量を低減する手段と電荷を付与する帯電手段からなるものである。現像剤担持体と導電性あるいは半導電性部材から成る層形成ブレードとの間で生じる交流放電を利用したこの電荷低減手段は、現像剤担持体の回転方向下流側に設置された帯電装置との組み合わせで、現像後の現像剤担持体表面に残留した現像剤が繰り返し帯電領域に搬送されることによって生じる帯電量のばらつきを解消し、現像剤の均一な帯電を実現している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１０−６３０９６号公報に示された装置では、トナーの帯電電荷量を低減する手段を別途設ける事で低比電荷を含めた任意の帯電制御を実現しているため、除電および帯電という二つの帯電機構が必要となり、装置の大型化を招くという難点がある。
【００１０】
また、放電電極としても機能するトナー層規制ブレードはトナーの付着を免れられず、付着トナーは期待する除電効果を低下させてしまう。また、トナー融着といったブレードの汚れに起因したトナー層の乱れは、別途クリーニング手段を用意して解決する必要があった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、低比電荷領域を含めた極めて安定したトナーの帯電量制御と、均一なトナー層の形成とを実現することにより、良質な現像画像が得られるようにした構成簡易な現像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【００１２】
（１）静電潜像が形成される画像担持体の表面に、現像剤担持体が近接または接触するように配置され、前記現像剤担持体の表面に担持された現像剤により、前記静電潜像を可視化するようにした現像装置において、
前記現像剤担持体は、誘電性部材からなり、現像用の直流電源に接続され、かつ、絶縁被覆の施された導電性部材からなる現像剤規制部材が、前記現像剤担持体に、対向・圧接するように配置されて、交流コロナ放電用電源と接続され、
前記現像剤担持体上に、前記現像剤規制部材との間で形成された狭ギャップ部で発生させた交流コロナ放電と、前記現像剤担持体の保持する充電電位とで、前記現像剤に所望の帯電電荷を付与し、
前記現像剤担持体の充電電位極性を制御することにより、前記現像剤担持体表面に形成された現像剤の帯電極性を正極または負極に可変的に設定する充電電圧制御部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、現像剤担持体の充電電位と交流コロナ放電現象を利用することにより、現像剤に帯電電荷を付与するので、帯電制御が容易となり、現像剤に均一な帯電電荷を付与することができる。
【００１４】
また、このトナー粒子の帯電は、現像剤担持体の誘電性を利用するため、（従来のような）複雑な帯電機構を用いることなく、低比電荷の範囲内での帯電量制御が可能となる。
さらに、現像剤担持体の充電電位極性を制御することにより、現像剤の帯電極性を容易に切り変えることができるため、複雑な除電装置を必要とすることなく、除電作用をおこないつつ、トナー層に所望の帯電電荷を与えることができる。
【００１５】
（２）前記現像剤担持体の体積抵抗率が１０^４〜１０^６ Ωｃｍであることを特徴とする。
【００１６】
体積抵抗率を１０^４ Ωｃｍより小さくすると、現像剤担持体は充電電位を保持できなくなり、また、体積抵抗率を１０^６ Ωｃｍより大にすると、現像剤担持体の充放電時定数が極めて大きくなり、１サイクル内で充放電が終了しないため、現像剤の帯電制御が極めて困難となる。
【００１７】
この構成によれば、現像剤担持体を電気的に誘電性を有する物質で構成し、かつ、その体積抵抗率を１０^４ Ωｃｍ以上とすることにより、充電電流のリークを防止することができ、かつ、１０^６ Ωｃｍ以下に設定することにより、現像剤担持体の充電電位を有効に機能させることができる。従って、現像剤の帯電制御が容易となる。
【００１８】
（３）前記現像剤規制部材の表面が、膜厚５０μｍ以下の平滑な絶縁膜で被覆されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、絶縁膜の膜厚を５０μｍ以下にしたことにより、現像剤担持体との接触界面で発生する放電電圧を低く抑えることができる。また、その絶縁膜の表面を平滑にしたことにより、トナー粒子の薄層を形成しやすくなる。
【００２２】
（４）前記現像剤規制部材と現像剤担持体とが、同じ回転方向で対向・圧接し、前記現像剤規制部材が、前記現像剤担持体の表面に形成されたトナー層をかき落とすように構成したことを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、現像剤担持体と現像剤規制部材の表面同士が互いに逆向きに摺接するので、現像剤規制部材が、現像剤担持体の表面に形成されたトナー層をかき落とすように作用し、現像剤規制部材の表面は、自身の回転によって、常に、浄化されることとなる。
【００２４】
（５）前記絶縁被覆の施された導電性の現像剤規制部材に印加される交流放電電圧は、圧接部軸方向全域で交流コロナ放電の発生可能な電圧以上に設定され、かつ放電部で現像剤が往復運動することを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、現像剤担持体表面のトナー粒子は狭ギャップ領域で往復運動するので、現像剤担持体表面でのトナー粒子の再配置が促進され、トナー粒子は極めて均一な薄層を形成する。
【００２６】
また、トナー粒子の小径化に伴って要求される低比電荷での帯電制御を実現し、同時に凝集の無い極めて均一なトナー層を得ることで、現像の安定化と画質の向上とを図ることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態に係る現像装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は現像装置の構成を示し、この現像装置は、電荷の有無で表された静電潜像を表面に形成した静電潜像担持体（画像担持体）１に対向するように配設した現像剤担持体（矢印１３方向に回転する）２を有し、その現像剤担持体２は、独立に回転を可能で、静電潜像担持体１と接近するか、あるいは接するように配置され、その現像剤担持体２の表面に形成された一成分現像剤（以下、現像剤という）を用いて、静電潜像担持体１の表面に形成された静電潜像を可視化する。
【００２８】
（構成および動作）
その現像装置は、静電潜像を可視化するための現像剤としてのトナー粒子１５を薄層の状態で担持搬送する現像剤担持体２と、そのトナー粒子１５を層形成しさらに電荷を付与するために絶縁薄膜部材で披覆された導体からなる現像剤規制部材（矢印１４方向に回転する）３と、現像剤担持体２を充電するための導電性ローラ（矢印１６方向に回転する）４と、現像槽内のトナー粒子１５を攪拌するための攪拌部材６と、攪拌部材６を介して現像剤担持体２ヘトナー粒子１５を供給する現像剤供給部材５とから構成され、これら各部材およびトナー粒子１５がハウジング１０内に収納されている。
【００２９】
さらに、現像剤規制部材３で交流放電を発生させるための交流コロナ放電用電源９と、現像剤担持体２の充電電位を制御するために導電性ローラ４に直流電源を印加する充電電圧制御電源７と、および現像用の直流電圧を現像剤担持体２に印加する現像用電源８とを備えている。その充電電圧制御電源７は、充電電圧制御部として機能する制御ユニット４（図２参照）に接続され、その制御ユニット４からの指令で、現像剤担持体２の充電電位極性を制御することにより、現像剤担持体２の表面に形成された現像剤の帯電極性を正極または負極へと可変的に設定（任意に選択）できるようにしている。
【００３０】
その現像剤規制部材３は、現像剤担持体２と同じ回転方向で当接（摺接）するため、現像剤規制部材３が、現像剤担持体２の表面のトナー層をかき取るように作用すると共に、交流コロナ放電の放電電極となる現像剤規制部材３の表面の現像剤による汚染も現像剤担持体２によって払拭され、現像剤規制部材３は常に清浄な状態に保持される。
【００３１】
さらに、より一層の清浄化を図るべく、現像剤規制部材３の表面に付着したトナー粒子１５を、常時、かき落とすために、厚さ１００μｍのステンレス製のブレード１１の先端部を、現像剤規制部材３の表面に摺接させている。従って、その現像剤規制部材３の表面は、自身の回転によって、常に、清浄化されることとなる。
【００３２】
現像剤担持体２には、トナー粒子１５の帯電極性と同極性の直流電圧が現像用電源８から印加され、対向して配置された静電潜像担持体１に形成された静電潜像にトナー粒子が付着または反発するのに必要な電界強度が保持される。この現像剤担持体２は、ベースとなるウレタンゴムにカーボンブラックを分散させたものであり、その体積抵抗率を１０^４〜１０^６ Ωｃｍの範囲に設定することにより、上記の帯電制御をおこなうための条件が満たされる。
【００３３】
体積抵抗率を１０^４ Ωｃｍより小さくすると、現像剤担持体２は充電電位を保持できなくなり、また、体積抵抗率を１０^６ Ωｃｍより大きくすると、現像剤担持体２の充放電時定数が極めて大きくなり、１サイクル内で充放電が終了しないため、現像剤の帯電制御が極めて困難となる。
【００３４】
従って、この現像剤担持体２を電気的に誘電性を有する物質で構成し、かつ、その体積抵抗率を、充電電流のリークを防止するために１０^４ Ωｃｍ以上とし、同時に、現像剤担持体２の充電電位を有効に機能させるために１０^６ Ωｃｍ以下に、つまり、１０^４ Ωｃｍ≦体積抵抗率≦１０^６ Ωｃｍに設定すればよい。
【００３５】
現像剤規制部材３は、導体である金属製の円筒表面を絶縁薄膜で覆ったものであり、その薄膜部材としては絶縁性の高いポリエチレン・テレフタレートあるいはポリエステルなどが好適であり、現像剤担持体２との接触界面で発生する放電電圧を低く設定する目的から、その膜厚は５０μｍ程度にするのが望ましい。また、トナー粒子の薄層を形成するために、その絶縁性薄膜の表面は極めて平滑であることが好ましい。
【００３６】
この絶縁被覆された現像剤規制部材３は、上述したように、現像材担持体２と対向・圧接するように配置され、現像剤の（静電潜像担持体１側への）排出を規制する。また、この現像剤規制部材３には、交流コロナ放電用電源９が接続され、現像材担持体２との間で形成された狭ギャップ部で交流コロナ放電を発生させるように構成されている。
【００３７】
交流コロナ放電用電源９の電圧値は、絶縁薄膜を介して現像剤担持体２との接触界面でコロナ放電を発生させることができる程度の大きさが必要とされ、その値は現像剤規制部材３を覆う絶縁薄膜の材質や膜厚で決定される。
【００３８】
例えば、現像剤担持体２を円筒状に構成した時の直径を３２ｍｍ、誘電層の厚さを７ｍｍ、その抵抗値を１０^６ Ωｃｍ、比誘電率を１１６７とし、現像剤規制部材３をステンレス製の直径１６ｍｍの円筒形状とし、その絶縁皮膜を厚さ５０μｍのポリエチレン・テレフタレート製とした場合、交流印加電圧を１２５０Ｖ_０−Ｐ、その周波数を２ｋＨｚとすることで、前述の帯電制御と均一なトナー層の形成とを実現することができる。
【００３９】
現像剤規制部材３に印加する電圧がこの値よりも小さい場合、接触界面で発生する放電が、現像剤規制部材３の軸方向全域で発生せず、放電により生成された電荷担体を極めて局部的にトナー層へ付与することになり、トナー粒子の帯電分布が極めて不均一なものとなる。また、印加電圧を極端に大きな値にすると、接触界面でのコロナ放電は火花放電へと進展し、現像剤担持体２の表面を炭化させてしまう。なお、好ましい交流印加電圧値は、１２００〜１６５０Ｖ_０−Ｐである。
【００４０】
円筒状に成形されたステンレス製の導電性ローラ４は、現像剤担持体２を充電するために接触するよう構成され、かつ、現像剤担持体２と連れ回り回転する。また、導電性ローラ４には直流電圧電源７が接続され充電電位が決定される。
【００４１】
現像剤供給部材（矢印１７方向に回転する）５は、ステンレス製シャフトにウレタンスポンジを同軸円筒状に加工したものであり、現像剤担持体２と同じ回転方向に所定の周速が与えられて回転し、現像剤供給電源（直流電圧電源）１２に接続される。
【００４２】
導電性ローラ４は、現像剤担持体２の表面に残留したトナー粒子の回収をもおこない、現像剤供給部材５は現像剤攪拌部材６から運ばれた現像剤を効率よく現像剤担持体２へ供給する。
【００４３】
なお、現像剤供給部材５は、使用するウレタンスポンジの抵抗率によって、現像剤担持体２の充電電極を兼ねることも可能である。
【００４４】
トナー粒子１５は、スチレンーアクリル共重合体の基材にカーボンブラックを添加した平均粒径５．５μｍの粒子であり、交流コロナ放電による帯電後には現像剤担持体２の表面に厚さ１１〜１６μｍのトナー層を形成する。
【００４５】
図２は、現像装置の制御系統を示し、１０は制御ユニットで、各種演算機能を有するＣＰＵと記憶機能を有するＲＯＭとＲＡＭを具備し、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従い各部材に制御指令を送出し、現像のために必要な制御をおこなう。その制御ユニット１０の入力側には、現像装置が組み込まれている画像形成装置または外部からの印字要求についての情報が入力され、出力側には、現像剤担持体２、現像剤規制部材３、導電性ローラ４、現像剤供給部材５および現像剤攪拌部材６の各駆動源（または駆動手段）と、充電電圧制御電源（直流）７、現像用電源（直流）８、交流コロナ放電用電源９および現像剤供給電源（直流）１２が接続される。
【００４６】
（トナー帯電メカニズム）
以下に、上記構成により実現されるトナー帯電メカニズムについて、詳細に説明する。
現像剤担持体２の表面に現像剤を介して圧接される導電性の現像剤規制部材３は、交流放電電圧９を印加されて生じた放電現象を利用することにより、現像剤担持体２の表面に形成された現像剤の帯電制御をおこない、かつ、均一なトナー層の形成を実現する。
【００４７】
現像剤担持体２の充電電位を図３に基づいて説明すると、前述したように、制御ユニット４からの指令で、充電電圧制御電源７から導電性ローラ４に印加する直流電圧の極性を制御（正極または負極を選択）することにより、現像剤担持体２の充電電位は正極性または負極性に制御可能であり、図３では両者を併せて図示している。
【００４８】
現像剤担持体２の充電及び回転を停止させた時刻を横軸ゼロとすると、測定経過時間に対する現像剤担持体２の充電電位を含めたトナー層表面電位Ｖ_ｄ＋Ｖ_ｔの減衰特性が得られる。なお、トナー層表面電位は、市販の表面電位計を用いて測定した。
【００４９】
時間の経過とともに現像剤担持体２の電荷は抵抗率および静電容量に依存した放電時定数に従って消失し、最終的にトナー層の帯電電位のみが表面電位として測定される。Ｖ_ｄ１，Ｖ_ｄ２で表された電位差が現像剤担持体２の充電電位であり、この電位差がトナーの帯電に利用される。
【００５０】
図３には、現像剤担持体２の充電電位を示し、また、図４には、電位差Ｖ_ｄ１となる条件で、現像剤規制部材３へ交流放電電圧を印加した時に得られるトナー層表面電位Ｖ_ｄ＋Ｖ_ｔの変化を示す。なお、導電性ローラ４に印加する直流電圧が正極性の場合を示している。
【００５１】
領域Ａでは、現像剤担持体２を充電中に得られる表面電位が測定される。領域Ｂでは、現像剤規制部材３へ交流放電電圧を印加中であるので、交流コロナ放電の除電作用により、表面電位がゼロとなって観測される。領域Ｃからは、現像剤担持体２の充電及び回転の停止、そして交流放電電圧を切断した状態で測定されるトナー層表面電位Ｖ_ｄ＋Ｖ_ｔの減衰特性が現われ、現像剤担持体２の充電電位Ｖ_ｄ１が失われる過程で、トナー層単体の帯電電位Ｖ_ｔは充電電位Ｖ_ｄ１の逆極性の帯電電位として表れる。
【００５２】
次いで、図５には、現像剤担持体２を正極に充電した場合に作用する帯電機構、つまり、現像剤担持体２が正極の充電電位を持った時の交流コロナ放電下でのトナー粒子１５の帯電メカニズム（トナー飛翔なし）を拡大して示す。
【００５３】
トナー粒子１５は、現像剤規制部材３と現像剤担持体２との機械的な力で、現像剤担持体２の表面に薄層状に堆積する。現像剤規制部材３へ交流コロナ放電電圧を印加すると、その狭ギャップ領域は正負の電荷担体に満たされる。この放電で生じた正負両電荷担体は、トナー層の帯電電位および現像剤担持体２の表面電位をゼロとするようにトナー層表面に堆積する。
【００５４】
ここで電子および正イオンの大部分が現像剤担持体２の表面に形成されたトナー粒子１５に保持されると、トナー層単体の総電荷量は、現像剤担持体２の帯電電位Ｖ_ｄ１をキャンセルするのに費やされた電荷担体の分だけ、トナー層の総電荷量ゼロからの偏りとして保持されることとなる。
【００５５】
この結果、トナー層単体の電荷量はゼロとならず、現像剤担持体２の帯電電位Ｖ_ｄ１と逆極性の帯電電荷が余分にトナー層に残り、トナー層表面電位Ｖ_ｄ＋Ｖ_ｔを０Ｖとする除電作用を行いながら、トナー層には所望の帯電電荷を与えることが可能となる。
【００５６】
この様に、本現像装置は、現像剤担持体２の充電電位を制御することにより、現像剤担持体２の表面に形成されたトナー粒子１５の帯電極性を正極または負極へと任意に選択可能（可変的に設定が可能）であり、また、その充電電位を制御することにより、トナー粒子１５の帯電量を制御可能とし、これにより、安定したトナー粒子１５の帯電量制御と、均一なトナー層の形成とを実現して、良質な現像画像を形成することができる。
【００５７】
また、本発明の別の実施形態として、絶縁被覆の施された（導電性）現像剤規制部材３に印加される交流放電電圧のゼロトウピーク電圧Ｖ_０−Ｐを現像剤担持体２との圧接部近傍の軸方向全域で発生可能な放電電圧以上とし、同時に交流放電電圧の周波数を狭ギャップでのトナー粒子の飛翔運動を可能にする値とした場合について説明する。
【００５８】
この場合、現像剤担持体２の表面のトナー粒子１５は狭ギャップ領域で往復運動し、現像剤担持体２の表面でのトナー粒子１５の再配置を実現する。その結果、トナー粒子１５は極めて均一な薄層を形成することになる。
【００５９】
現像剤担持体２を正極に充電した場合に作用する除電・帯電機構、つまり、現像剤担持体２が正極の充電電位を持った時の交流コロナ放電下でのトナー粒子１５の帯電メカニズム（トナー飛翔あり）を拡大して図６に示す。
【００６０】
現像剤規制部剤３と現像剤担持体２との狭ギャップ領域に形成される交番電界に従ってトナー粒子１５が往復運動を行うよう、交流放電電圧の周波数を設定する。この飛翔過程でトナー粒子１５が電子又は正イオンと触れることで、トナー粒子１５が保持していた帯電電荷は一時的に中和され、帯電量はゼロとなる。
【００６１】
現像剤担持体２が狭ギャップを移動することで、トナー粒子１５は現像剤担持体２の表面に再配置され再び層状態を形成する。放電領域はさらに継続するため、トナー層は前述の帯電過程と同様に、現像剤担持体２の充電電位を利用することで帯電電荷を得る。
【００６２】
図６は現像剤担持体２と現像剤規制部材３との接触界面で放電が発生した時の電荷担体とトナー粒子１５との関係を表した説明図であり、トナー粒子１５の帯電メカニズムを表している。電界の作用により放電領域を往復運動するトナー粒子１５は、電子と正イオンの混在する空間でその帯電電荷を中和される。
【００６３】
中和されたトナー粒子１５が現像剤担持体２の表面に堆積し、層を形成した後に、コロナ放電によって生成された電子または正イオンは、現像剤担持体２の充電電位を含めたトナー層の表面電位をゼロとするようにトナー層表面に降り注ぐ。その結果、トナー粒子１５があらかじめ保持していた帯電電荷の除電と、それに引き続くトナー粒子１５の帯電とを、一つの機構で達成可能となる。
【００６４】
図７は、導電性ローラ４への印加電圧Ｖ_４と現像剤供給部材５への印加電圧Ｖ_５の値を変えた時に得られた、帯電直後からの現像剤担持体２の充電電位を含めたトナー層表面電位Ｖ_ｄ＋Ｖ_ｔの変化を表している。
【００６５】
このとき、現像剤担持体２の充電電位Ｖ_ｄは、
Ｖ_ｄ＝初期帯電電位Ｖ_ｉ −収束電位Ｖ_ｃ
で与えられる。Ｖ_ｉおよびＶ_ｃは、それぞれ、Ｔ＝０およびＴ→∞の場合のトナー層表面電位Ｖ_ｄ＋Ｖ_ｔである。例えば、減衰曲線１の場合には、Ｖ_ｉ＝−５５Ｖ、Ｖ_ｃ＝−３５Ｖより、
Ｖ_ｄ＝Ｖ_ｉ −Ｖ_ｃ＝−５５−（−３５）＝−２０Ｖ
となる。
【００６６】
同様に、減衰曲線２の場合には、Ｖ_ｉ＝Ｖ_ｃ＝０Ｖより、
Ｖ_ｄ＝Ｖ_ｉ −Ｖ_ｃ＝０Ｖ
となる。
【００６７】
また、減衰曲線３の場合には、Ｖ_ｉ＝−５Ｖ、Ｖ_ｃ＝−１３Ｖより、
Ｖ_ｄ＝Ｖ_ｉ −Ｖ_ｃ＝−５−（−１３）＝＋８Ｖ
となる。
【００６８】
使用したトナーは負極性の帯電特性を有する平均粒径５．５μｍの粒子である。本実施形態では、導電性ローラ４と共に現像剤供給部材５も充電部材として機能しており、現像剤担持体２の充電電位Ｖ_ｄは、充電電圧制御電源７および現像剤供給電源１２の印加電圧を制御することによりおこなう。
【００６９】
横軸は、Ｖ_４，Ｖ_５への電圧供給および現像剤担持体２の回転を停止した瞬間からの経過時間を表している。印加電圧の設定により初期帯電電位は異なり、時間の経過とともに現像剤担持体２の電荷は自身の抵抗率および静電容量に依存した放電時定数に従って失われ、最終的にトナー層の帯電電位のみが表面電位として表れる。
【００７０】
また、以上説明したように、印加電圧の設定により、現像剤担持体２の充電電位Ｖ_ｄを負極性（曲線１）、充電電位ゼロ（曲線２）あるいは正極性（曲線３）と任意に選択することが可能となる。
【００７１】
このような充電状態で交流コロナ放電をトナー層に対して付与すると、現像剤担持体２の充電電位Ｖ_ｄが負極性の条件ではトナー層を正帯電の領域で、また、現像剤担持体２の充電電位Ｖ_ｄが正極性の条件ではトナー層を負帯電の領域で制御可能となる。
【００７２】
例えば、導電性ローラ４に印加する充電電圧制御電源７の電圧値Ｖ３と現像剤供給部材５に印加する現像剤供給電源１２の電圧値Ｖ_４と、現像剤担持体２の充電電位との関係は、以下の関係にある。
【００７３】
【表１】

【００７４】
条件１で得られたトナー層に交流コロナ放電を付与し、その比電荷量を測定したところ、通常の一成分現像に利用される接触・摩擦帯電方法で−３０μＣ／ｇ程度に帯電するトナー粒子１５を、＋７．２μＣ／ｇとすることが可能となり、同時に、トナー粒子１５の往復運動に伴う再配置によって現像剤担持体２の表面に極めて均一なトナー層を形成することができた。
【００７５】
同様に、現像剤担持体２の充電電位が正極性となるような表２に示す条件２’の設定から、現像剤担持体２の帯電電位を＋２１Ｖとなる条件を選択し、上記条件の交流コロナ放電を付与したところ、−１０．６μＣ／ｇという極めて低比電荷のトナー粒子１５と均一なトナー層を得ることができた。
【００７６】
【表２】

【００７７】
【発明の効果】
請求項１によれば、現像剤担持体の充電電位と交流コロナ放電現象を利用することにより、現像剤に帯電電荷を付与するので、帯電制御が容易となり、現像剤に均一な帯電電荷を付与することができる。
【００７８】
また、このトナー粒子の帯電量は、現像剤担持体の誘電性を利用するため、従来の装置のような複雑で多段階の帯電機構を用いることなく、低比電荷の範囲内での帯電量制御が可能となり、均一なトナー層を形成することができ、バラツキない高品位の画像現像を得ることができる。また、装置の構成が簡素となるため、装置を安価に提供することができる。
さらに、現像剤担持体の充電電位極性を制御することにより、現像剤の帯電極性を容易に設定変更（切り換え）できるため、複雑な除電装置を必要とすることなく、除電作用をおこないつつ、トナー層に所望の帯電電荷を与えることができる。
【００７９】
請求項２によれば、現像剤担持体を電気的に誘電性を有する物質で構成し、かつ、その体積抵抗率を１０^４ Ωｃｍ以上とすることにより、充電電流のリークを防止し、かつ、１０^６ Ωｃｍ以下に設定することにより、現像剤担持体の充電電位を有効に機能させることができ、現像剤の帯電制御が容易となる。
【００８０】
請求項３によれば、絶縁膜の膜厚を５０μｍ以下にしたことにより、現像剤担持体との接触界面で発生する放電電圧を低く抑えることができる。また、その絶縁膜の表面を平滑にしたことにより、トナー粒子の薄層を形成しやすくなる。
【００８２】
請求項４によれば、現像剤担持体と現像剤規制部材の表面同士が互いに逆向きに摺接するので、現像剤規制部材が、現像剤担持体の表面に形成されたトナー層をかき落とすように作用し、現像剤規制部材の表面は、自身の回転によって、常に、浄化されることとなる。
【００８３】
請求項５によれば、現像剤担持体表面のトナー粒子は狭ギャップ領域で往復運動するので、現像剤担持体表面でのトナー粒子の再配置が促進され、トナー粒子は極めて均一な薄層を形成することになる。
【００８４】
また、トナー粒子の小径化に伴って要求される低比電荷での帯電制御を実現し、同時に凝集の無い極めて均一なトナー層を得ることで、現像の安定化と画質の向上とを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る現像装置の構成図である。
【図２】同制御系統図である。
【図３】同現像剤担持体の充電電位減衰曲線を示すグラフである。
【図４】同交流コロナ放電を付与した場合の現像剤担持体充電電位の変化を示すグラフである。
【図５】同トナー粒子帯電メカニズム（トナー飛翔なし）の説明図である。
【図６】同トナー粒子帯電メカニズム（トナー飛翔あり）の説明図である。
【図７】同トナー層表面電位の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１−画像担持体
２−現像剤担持体
３−現像剤規制部材
８−直流電源
１０−充電電圧制御部（制御ユニット）
１２−交流コロナ放電用電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing apparatus applicable to an electrophotographic system used as an image forming means such as a copying machine or a printer. Specifically, toner particles as a developer formed in a thin layer on the surface of a developer carrying member are provided. The present invention relates to a developing device used for visualization of an electrostatic latent image.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a means of visualizing an electrostatic latent image using toner particles, a one-component developing system in which a thin layer of toner particles is formed on the surface of a developer carrier and is brought close to or in contact with the electrostatic latent image carrier Is widely used.
[0003]
In this type of developing device, the toner layer forming member is pressed against the developer carrying member to form a thin layer of toner particles as a developer on the surface of the developer carrying member, and the toner is brought into contact with the pressing member by friction and charging. A charged charge is supplied to the particles.
[0004]
However, this charging method, which relies on contact and frictional charging, has been known for a long time despite the fact that the charging phenomenon has not been clearly elucidated. Control is associated with great difficulty. In recent years, charge control agents having special charging characteristics have been developed, but it is extremely difficult to control charging characteristics even in the case of color toners.
[0005]
In order to solve the problems associated with the developing device using contact / friction charging as described above, means for directly supplying a charge to the toner from the outside has been proposed.
[0006]
Examples of such a method include developing devices disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open Nos. 63-138560 and 10-63096. The developing device disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-138560 gives a monopolar ion to the toner layer formed on the surface of the developing carrier by using a corona charger.
[0007]
However, a corona charger using such a corona wire irradiates the toner particles with charge from only one direction due to non-uniform discharge in the axial direction caused by the dirt on the wire, variation in the amount of charge caused by the discharge. As a result, there remains a problem that the charge is biased in the toner layer depth direction. Further, even when the toner remaining on the surface of the developer carrying member after development is conveyed while being superimposed on the charged region, there is a significant variation in the amount of charge after charging with the newly supplied developer.
[0008]
A developing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-63096 is composed of a means for reducing the charge amount of toner particles and a charging means for imparting charge. This charge reducing means using AC discharge generated between the developer carrying member and the layer forming blade made of a conductive or semiconductive member is connected to a charging device installed downstream in the rotation direction of the developer carrying member. In combination, the developer remaining on the surface of the developer carrying member after development is repeatedly conveyed to the charging region, thereby eliminating the variation in the amount of charge and realizing uniform charging of the developer.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-63096, any charge control including a low specific charge is realized by separately providing a means for reducing the charge amount of the toner. The above-described two charging mechanisms are necessary, and there is a problem that the apparatus is increased in size.
[0010]
Further, the toner layer regulating blade that also functions as a discharge electrode cannot avoid the adhesion of the toner, and the adhered toner reduces the expected static elimination effect. Further, the disturbance of the toner layer due to the contamination of the blade such as toner fusion has to be solved by preparing a separate cleaning means.
The present invention has been made in view of such circumstances, and by realizing extremely stable toner charge amount control including a low specific charge region and formation of a uniform toner layer, a high-quality developed image can be obtained. An object of the present invention is to provide a developing device having a simple configuration.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, means for solving the above-described problems are configured as follows.
[0012]
(1) The developer carrying member is disposed so as to be close to or in contact with the surface of the image carrier on which the electrostatic latent image is formed, and is carried on the surface of the developer carrying member.PresentIn the developing device that visualizes the electrostatic latent image with an image agent,
The developer carrying member is made of a dielectric member, connected to a DC power supply for development, and a developer regulating member made of a conductive member with an insulating coating is opposed to the developer carrying member. Arranged so as to be in pressure contact, connected to AC corona discharge power supply,
An AC corona discharge generated in a narrow gap formed between the developer carrying member and the developer regulating member, and a charging potential held by the developer carrying member,DescriptionGive the image agent a desired charge.,
A charging voltage control unit is provided for variably setting the charging polarity of the developer formed on the surface of the developer carrying member to a positive electrode or a negative electrode by controlling the charging potential polarity of the developer carrying member.It is characterized by that.
[0013]
According to this configuration, the charged electric charge is imparted to the developer by utilizing the charging potential of the developer carrying member and the AC corona discharge phenomenon, so that the charge control is facilitated and the uniform charged charge is imparted to the developer. be able to.
[0014]
In addition, since the toner particles are charged using the dielectric property of the developer carrier, the charge amount can be controlled within a low specific charge range without using a complicated charging mechanism (as in the prior art). Become.
Furthermore, since the charging polarity of the developer can be easily switched by controlling the charging potential polarity of the developer carrying member, the toner layer can be removed while eliminating the charge without requiring a complicated discharging device. Can be provided with a desired charge.
[0015]
(2) The volume resistivity of the developer carrier is 10⁴  -10⁶  It is Ωcm.
[0016]
Volume resistivity is 10⁴  If it is smaller than Ωcm, the developer carrying member can no longer hold the charging potential, and the volume resistivity is 10⁶  If it is larger than Ωcm, the charge / discharge time constant of the developer carrying member becomes extremely large, and charge / discharge is not completed within one cycle, so that the charge control of the developer becomes extremely difficult.
[0017]
According to this configuration, the developer carrying member is made of an electrically dielectric substance, and the volume resistivity is 10⁴  By setting it to Ωcm or more, leakage of charging current can be prevented, and 10⁶  By setting the resistance to Ωcm or less, the charging potential of the developer carrying member can function effectively. Therefore, the charge control of the developer becomes easy.
[0018]
(3) The surface of the developer regulating member is covered with a smooth insulating film having a thickness of 50 μm or less.
[0019]
According to this configuration, by setting the thickness of the insulating film to 50 μm or less, the discharge voltage generated at the contact interface with the developer carrier can be kept low. Further, since the surface of the insulating film is smoothed, it becomes easy to form a thin layer of toner particles.
[0022]
(4)The developer regulating member and the developer carrying member are opposed to and pressed against each other in the same rotation direction, and the developer regulating member scrapes off the toner layer formed on the surface of the developer carrying member. It is characterized by.
[0023]
According to this configuration, the surfaces of the developer carrying member and the developer regulating member are in sliding contact with each other in opposite directions, so that the developer regulating member scrapes off the toner layer formed on the surface of the developer carrying member. In effect, the surface of the developer regulating member is always cleaned by its own rotation.
[0024]
(5)The AC discharge voltage applied to the electrically conductive developer regulating member with the insulating coating is set to be higher than the voltage at which AC corona discharge can be generated in the entire axial direction of the pressure contact portion, and the developer reciprocates in the discharge portion. It is characterized by exercise.
[0025]
According to this configuration, since the toner particles on the surface of the developer carrier reciprocate in a narrow gap region, the rearrangement of the toner particles on the surface of the developer carrier is promoted, and the toner particles form a very uniform thin layer. To do.
[0026]
In addition, it achieves charge control at a low specific charge, which is required as the diameter of toner particles is reduced, and at the same time obtains a very uniform toner layer without aggregation, thereby stabilizing development and improving image quality. Is possible.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a developing device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a developing device, which is disposed so as to face an electrostatic latent image carrier (image carrier) 1 having an electrostatic latent image represented by the presence or absence of electric charge formed on the surface. The developer carrier (rotated in the direction of arrow 13) 2 is provided, and the developer carrier 2 can be rotated independently and is arranged so as to approach or contact the electrostatic latent image carrier 1 Then, the electrostatic latent image formed on the surface of the electrostatic latent image carrier 1 is visualized using a one-component developer (hereinafter referred to as developer) formed on the surface of the developer carrier 2.
[0028]
(Configuration and operation)
The developing device forms a developer carrier 2 that carries and transports toner particles 15 as a developer for visualizing an electrostatic latent image in a thin layer state, and forms the toner particles 15 as a layer, and further imparts charge. Therefore, a developer regulating member (rotated in the direction of arrow 14) 3 made of a conductor covered with an insulating thin film member, and a conductive roller (rotated in the direction of arrow 16) 4 for charging the developer carrier 2 And a stirring member 6 for stirring the toner particles 15 in the developing tank, and a developer supply member 5 for supplying the toner particles 15 to the developer carrier 2 via the stirring member 6. Toner particles 15 are accommodated in the housing 10.
[0029]
Further, an AC corona discharge power source 9 for generating AC discharge in the developer regulating member 3 and a charging voltage control power source for applying a DC power source to the conductive roller 4 in order to control the charging potential of the developer carrier 2. 7 and a developing power source 8 for applying a developing DC voltage to the developer carrier 2. The charging voltage control power source 7 is connected to a control unit 4 (see FIG. 2) that functions as a charging voltage control unit, and controls the charging potential polarity of the developer carrier 2 by a command from the control unit 4. The charging polarity of the developer formed on the surface of the developer carrier 2 can be variably set (selected arbitrarily) to the positive electrode or the negative electrode.
[0030]
Since the developer regulating member 3 is in contact (sliding contact) with the developer carrying member 2 in the same rotational direction, the developer regulating member 3 acts so as to scrape off the toner layer on the surface of the developer carrying member 2. At the same time, contamination by the developer on the surface of the developer regulating member 3 serving as a discharge electrode for AC corona discharge is also wiped off by the developer carrier 2, and the developer regulating member 3 is always kept clean.
[0031]
Further, in order to further clean the toner particles 15 adhering to the surface of the developer regulating member 3, the tip of the stainless steel blade 11 having a thickness of 100 μm is used as the developer regulating member in order to always scrape off the toner particles 15. The surface of the member 3 is in sliding contact. Therefore, the surface of the developer regulating member 3 is always cleaned by its own rotation.
[0032]
The developer carrying member 2 is applied with a DC voltage having the same polarity as the charging polarity of the toner particles 15 from the developing power supply 8, and the electrostatic latent image formed on the electrostatic latent image carrying member 1 disposed to face the developer carrying member 2. The electric field strength necessary for the toner particles to adhere to or repel the toner is maintained. This developer carrier 2 is obtained by dispersing carbon black in a urethane rubber as a base, and has a volume resistivity of 10⁴  -10⁶  By setting in the range of Ωcm, the conditions for performing the above-described charging control are satisfied.
[0033]
Volume resistivity is 10⁴  If it is smaller than Ωcm, the developer carrier 2 can no longer hold the charging potential, and the volume resistivity is 10⁶  If it is larger than Ωcm, the charge / discharge time constant of the developer carrier 2 becomes very large, and charge / discharge is not completed within one cycle, so that it becomes very difficult to control the charge of the developer.
[0034]
Accordingly, the developer carrying member 2 is made of an electrically dielectric material, and its volume resistivity is 10 to prevent leakage of charging current.⁴  In order to make the charging potential of the developer carrier 2 function effectively at the same time,⁶  Ωcm or less, that is, 10⁴  Ωcm ≦ volume resistivity ≦ 10⁶  What is necessary is just to set to ohm-cm.
[0035]
The developer regulating member 3 is obtained by covering a metal cylindrical surface as a conductor with an insulating thin film. As the thin film member, polyethylene, terephthalate, polyester, or the like having high insulating properties is suitable. The developer carrying member 2 For the purpose of setting the discharge voltage generated at the contact interface to low, the film thickness is preferably about 50 μm. Further, in order to form a thin layer of toner particles, the surface of the insulating thin film is preferably extremely smooth.
[0036]
As described above, this insulating-coated developer regulating member 3 is disposed so as to face and press against the developer carrier 2, and regulates the discharge of the developer (to the electrostatic latent image carrier 1). To do. The developer regulating member 3 is connected to an AC corona discharge power source 9 and is configured to generate an AC corona discharge in a narrow gap formed between the developer carrying member 2 and the developer regulating member 3.
[0037]
The voltage value of the AC corona discharge power source 9 needs to be large enough to generate corona discharge at the contact interface with the developer carrier 2 through the insulating thin film, and the value is a developer regulating member. 3 is determined by the material and film thickness of the insulating thin film covering 3.
[0038]
For example, when the developer carrier 2 is formed in a cylindrical shape, the diameter is 32 mm, the thickness of the dielectric layer is 7 mm, and the resistance value is 10⁶  In the case where Ωcm, relative dielectric constant is 1167, the developer regulating member 3 is made of stainless steel and has a cylindrical shape with a diameter of 16 mm, and the insulating film is made of polyethylene terephthalate having a thickness of 50 μm, the AC applied voltage is 1250 V._0-P  By setting the frequency to 2 kHz, the above-described charge control and uniform toner layer formation can be realized.
[0039]
When the voltage applied to the developer regulating member 3 is smaller than this value, the discharge generated at the contact interface does not occur in the whole area of the developer regulating member 3 in the axial direction, and the charge carriers generated by the discharge are extremely localized. To the toner layer, the charge distribution of the toner particles becomes extremely non-uniform. If the applied voltage is set to an extremely large value, corona discharge at the contact interface progresses to spark discharge and carbonizes the surface of the developer carrier 2. In addition, a preferable alternating current applied voltage value is 1200-1650V._0-P  It is.
[0040]
The cylindrical conductive roller 4 formed into a cylindrical shape is configured to come into contact with the developer carrier 2 for charging, and rotates together with the developer carrier 2. Further, a DC voltage power source 7 is connected to the conductive roller 4 to determine a charging potential.
[0041]
A developer supply member (rotated in the direction of arrow 17) 5 is a stainless steel shaft processed with urethane sponge in the shape of a coaxial cylinder, and is given a predetermined peripheral speed in the same rotational direction as the developer carrier 2. It rotates and is connected to a developer supply power source (DC voltage power source) 12.
[0042]
The conductive roller 4 also collects toner particles remaining on the surface of the developer carrier 2, and the developer supply member 5 efficiently transfers the developer carried from the developer agitating member 6 to the developer carrier 2. Supply.
[0043]
The developer supply member 5 can also serve as a charging electrode for the developer carrier 2 depending on the resistivity of the urethane sponge used.
[0044]
The toner particles 15 are particles having an average particle size of 5.5 μm obtained by adding carbon black to a styrene-acrylic copolymer base material, and have a thickness of 11 to 11 on the surface of the developer carrier 2 after charging by AC corona discharge. A 16 μm toner layer is formed.
[0045]
FIG. 2 shows a control system of the developing device. Reference numeral 10 denotes a control unit, which includes a CPU having various arithmetic functions, a ROM and a RAM having a storage function, and gives control commands to each member in accordance with a control program stored in the ROM. Send out and perform necessary control for development. Information on an image forming apparatus incorporating the developing device or an external print request is input to the input side of the control unit 10, and the developer carrier 2, the developer regulating member 3, Each drive source (or drive means) for the conductive roller 4, developer supply member 5 and developer stirring member 6, charging voltage control power supply (DC) 7, development power supply (DC) 8, AC corona discharge power supply 9 And a developer supply power source (DC) 12 is connected.
[0046]
(Toner charging mechanism)
Hereinafter, the toner charging mechanism realized by the above configuration will be described in detail.
The conductive developer regulating member 3 pressed against the surface of the developer carrying body 2 via the developer utilizes the discharge phenomenon generated by applying the AC discharge voltage 9, so that the developer carrying body 2 Charge control of the developer formed on the surface is performed, and formation of a uniform toner layer is realized.
[0047]
The charging potential of the developer carrier 2 will be described with reference to FIG. 3. As described above, the polarity of the DC voltage applied from the charging voltage control power source 7 to the conductive roller 4 is controlled by the command from the control unit 4 ( By selecting the positive electrode or the negative electrode), the charging potential of the developer carrier 2 can be controlled to be positive or negative. FIG. 3 shows both of them together.
[0048]
When the horizontal axis is zero when the charging and rotation of the developer carrier 2 are stopped, the toner layer surface potential V including the charging potential of the developer carrier 2 with respect to the measurement elapsed time._d  + V_t  The attenuation characteristics are obtained. The toner layer surface potential was measured using a commercially available surface potential meter.
[0049]
Over time, the charge on the developer carrier 2 disappears according to the discharge time constant depending on the resistivity and capacitance, and finally only the charged potential of the toner layer is measured as the surface potential. V_d1,  V_d2Is the charging potential of the developer carrier 2, and this potential difference is used for charging the toner.
[0050]
FIG. 3 shows the charging potential of the developer carrier 2, and FIG. 4 shows the potential difference V_d1The toner layer surface potential V obtained when an AC discharge voltage is applied to the developer regulating member 3 under the following conditions:_d  + V_t  Shows changes. In addition, the case where the DC voltage applied to the conductive roller 4 is positive is shown.
[0051]
In region A, the surface potential obtained while charging developer carrier 2 is measured. In the region B, since the AC discharge voltage is being applied to the developer regulating member 3, the surface potential is observed to be zero due to the charge eliminating action of the AC corona discharge. From region C, toner layer surface potential V measured with charging and stopping rotation of developer carrier 2 and with AC discharge voltage cut off._d  + V_t  And the charging potential V of the developer carrier 2 appears._d1In the process where the toner is lost, the charging potential V of the toner layer alone_t  Is the charging potential V_d1It appears as a charged potential of the opposite polarity.
[0052]
Next, FIG. 5 shows a charging mechanism that works when the developer carrying body 2 is charged to the positive electrode, that is, the toner particles 15 under AC corona discharge when the developer carrying body 2 has the positive charging potential. The enlarged charging mechanism (without toner flying) is shown.
[0053]
The toner particles 15 are deposited in a thin layer on the surface of the developer carrier 2 by a mechanical force between the developer regulating member 3 and the developer carrier 2. When an AC corona discharge voltage is applied to the developer regulating member 3, the narrow gap region is filled with positive and negative charge carriers. Both positive and negative charge carriers generated by this discharge are deposited on the surface of the toner layer so that the charging potential of the toner layer and the surface potential of the developer carrier 2 are zero.
[0054]
Here, when most of the electrons and positive ions are held by the toner particles 15 formed on the surface of the developer carrier 2, the total charge amount of the toner layer alone is the charge potential V of the developer carrier 2._d1As much as the amount of charge carriers spent to cancel the toner is held as a deviation from the total charge amount of the toner layer from zero.
[0055]
As a result, the charge amount of the toner layer alone does not become zero, and the charging potential V of the developer carrier 2_d1The charge of the opposite polarity to the toner layer remains in the toner layer, and the toner layer surface potential V_d  + V_t  It is possible to give a desired charged charge to the toner layer while performing a charge eliminating action of 0V.
[0056]
In this manner, the developing device can arbitrarily select the charging polarity of the toner particles 15 formed on the surface of the developer carrier 2 as the positive electrode or the negative electrode by controlling the charging potential of the developer carrier 2. In addition, the charge amount of the toner particles 15 can be controlled by controlling the charging potential, thereby controlling the charge amount of the toner particles 15 stably and uniform toner. It is possible to form a high-quality developed image by forming a layer.
[0057]
Further, as another embodiment of the present invention, a zero-toe peak voltage V of an AC discharge voltage applied to an insulating-coated (conductive) developer regulating member 3_0-P  Is set to be equal to or higher than the discharge voltage that can be generated in the entire axial direction in the vicinity of the press-contact portion with the developer carrier 2, and at the same time, the frequency of the AC discharge voltage is set to a value that enables the flying motion of the toner particles in a narrow gap. To do.
[0058]
In this case, the toner particles 15 on the surface of the developer carrier 2 reciprocate in a narrow gap region, and the toner particles 15 are rearranged on the surface of the developer carrier 2. As a result, the toner particles 15 form a very uniform thin layer.
[0059]
A static elimination / charging mechanism that works when the developer carrier 2 is charged to the positive electrode, that is, a charging mechanism (toner of toner particles 15 under AC corona discharge when the developer carrier 2 has a positive charge potential. FIG. 6 shows an enlarged view of flying.
[0060]
The frequency of the AC discharge voltage is set so that the toner particles 15 reciprocate according to an alternating electric field formed in a narrow gap region between the developer regulating member 3 and the developer carrier 2. When the toner particles 15 come into contact with electrons or positive ions during the flight process, the charged charges held by the toner particles 15 are temporarily neutralized and the charge amount becomes zero.
[0061]
As the developer carrier 2 moves through the narrow gap, the toner particles 15 are rearranged on the surface of the developer carrier 2 to form a layer state again. Since the discharge region continues further, the toner layer obtains a charged charge by utilizing the charging potential of the developer carrier 2 as in the above-described charging process.
[0062]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the charge carrier and the toner particles 15 when a discharge occurs at the contact interface between the developer carrier 2 and the developer regulating member 3, and shows the charging mechanism of the toner particles 15. ing. The toner particles 15 that reciprocate in the discharge region by the action of an electric field are neutralized in their charged charges in a space where electrons and positive ions are mixed.
[0063]
After the neutralized toner particles 15 are deposited on the surface of the developer carrier 2 to form a layer, electrons or positive ions generated by corona discharge are converted into a toner layer including the charging potential of the developer carrier 2. The toner is poured onto the surface of the toner layer so that the surface potential of the toner is zero. As a result, it is possible to achieve neutralization of the charged charges previously held by the toner particles 15 and subsequent charging of the toner particles 15 by one mechanism.
[0064]
FIG. 7 shows the voltage V applied to the conductive roller 4.₄  And the applied voltage V to the developer supply member 5₅  The toner layer surface potential V including the charging potential of the developer carrier 2 immediately after charging, obtained when the value of V is changed._d  + V_t  Represents changes.
[0065]
At this time, the charging potential V of the developer carrier 2_d  Is
V_d  = Initial charging potential V_i  -Convergence potential V_c
Given in. V_i  And V_c  Are the toner layer surface potential V when T = 0 and T → ∞, respectively._d  + V_t  It is. For example, in the case of the attenuation curve 1, V_i  = -55V, V_c  = From -35V
V_d  = V_i  -V_c  = −55 − (− 35) = − 20V
It becomes.
[0066]
Similarly, in the case of decay curve 2, V_i  = V_c  = 0V
V_d  = V_i  -V_c  = 0V
It becomes.
[0067]
In the case of the attenuation curve 3, V_i  = -5V, V_c  = From -13V,
V_d  = V_i  -V_c  = -5-(-13) = + 8V
It becomes.
[0068]
The toner used was particles having an average particle size of 5.5 μm and having negative charge characteristics. In the present embodiment, the developer supply member 5 along with the conductive roller 4 also functions as a charging member, and the charging potential V of the developer carrier 2._d  Is performed by controlling the voltage applied to the charging voltage control power supply 7 and the developer supply power supply 12.
[0069]
The horizontal axis is V_4,V₅  Represents the elapsed time from the moment when the supply of voltage to and the rotation of the developer carrier 2 are stopped. The initial charging potential varies depending on the setting of the applied voltage, and with the passage of time, the charge of the developer carrier 2 is lost according to the discharge time constant depending on its resistivity and capacitance, and finally only the charging potential of the toner layer Appears as the surface potential.
[0070]
Further, as described above, the charging potential V of the developer carrier 2 is set by setting the applied voltage._d  Can be arbitrarily selected as negative polarity (curve 1), zero charging potential (curve 2) or positive polarity (curve 3).
[0071]
When AC corona discharge is applied to the toner layer in such a charged state, the charging potential V of the developer carrier 2_d  Is negatively charged, the toner layer is positively charged, and the charging potential V of the developer carrier 2_d  However, under a positive polarity condition, the toner layer can be controlled in a negatively charged region.
[0072]
For example, the voltage value V 3 of the charging voltage control power source 7 applied to the conductive roller 4 and the voltage value V of the developer supply power source 12 applied to the developer supply member 5.₄  And the charging potential of the developer carrier 2 are as follows.
[0073]
[Table 1]

[0074]
The toner layer obtained under condition 1 was subjected to AC corona discharge, and the specific charge amount was measured. As a result, the toner particles charged to about -30 μC / g by the contact / friction charging method used for ordinary one-component development. 15 could be +7.2 μC / g, and at the same time, a very uniform toner layer could be formed on the surface of the developer carrier 2 by the rearrangement accompanying the reciprocating motion of the toner particles 15.
[0075]
Similarly, from the setting of the condition 2 ′ shown in Table 2 so that the charging potential of the developer carrier 2 is positive, the condition where the charging potential of the developer carrier 2 is +21 V is selected, and the alternating current of the above conditions is selected. When corona discharge was applied, toner particles 15 having an extremely low specific charge of −10.6 μC / g and a uniform toner layer could be obtained.
[0076]
[Table 2]

[0077]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the charged charge is imparted to the developer by utilizing the charging potential of the developer carrying member and the AC corona discharge phenomenon, so that the charge control becomes easy and the uniform charged charge is imparted to the developer. can do.
[0078]
In addition, since the charge amount of the toner particles utilizes the dielectric property of the developer carrier, the charge amount within a range of a low specific charge can be obtained without using a complicated and multistage charging mechanism as in the conventional apparatus. Control is possible, a uniform toner layer can be formed, and high-quality image development without variation can be obtained. In addition, since the configuration of the device is simplified, the device can be provided at low cost.
Furthermore, since the charge polarity of the developer can be easily changed (switched) by controlling the charge potential polarity of the developer carrier, the toner can be discharged while eliminating the need for a complicated charge removal device. The layer can be given a desired charge.
[0079]
According to the second aspect, the developer carrying member is made of an electrically dielectric substance, and the volume resistivity is 10⁴ By setting the resistance to Ωcm or more, charging current leakage is prevented, and 10⁶ By setting the resistance to Ωcm or less, the charging potential of the developer carrying member can be effectively functioned, and the charge control of the developer becomes easy.
[0080]
According to the third aspect, by setting the thickness of the insulating film to 50 μm or less, the discharge voltage generated at the contact interface with the developer carrying member can be suppressed low. Further, since the surface of the insulating film is smoothed, it becomes easy to form a thin layer of toner particles.
[0082]
Claim4According to the above, since the surfaces of the developer carrying member and the developer regulating member are in sliding contact with each other in the opposite directions, the developer regulating member acts to scrape off the toner layer formed on the surface of the developer carrying member. The surface of the developer regulating member is always cleaned by its own rotation.
[0083]
Claim5According to the above, the toner particles on the surface of the developer carrier reciprocate in a narrow gap region, so that the rearrangement of the toner particles on the surface of the developer carrier is promoted, and the toner particles form a very uniform thin layer. become.
[0084]
In addition, it achieves charge control at a low specific charge, which is required as the diameter of toner particles is reduced, and at the same time obtains a very uniform toner layer without aggregation, thereby stabilizing development and improving image quality. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a developing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control system diagram of the same.
FIG. 3 is a graph showing a charge potential decay curve of the developer carrying member.
FIG. 4 is a graph showing a change in developer carrier charging potential when the AC corona discharge is applied.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the toner particle charging mechanism (without toner flying).
FIG. 6 is an explanatory diagram of the toner particle charging mechanism (with toner flying).
FIG. 7 is a graph showing a change in surface potential of the toner layer.
[Explanation of symbols]
1-Image carrier
2-Developer carrier
3-Developer regulating member
8-DC power supply
10-charge voltage control unit (control unit)
12-Power supply for AC corona discharge

Claims

On the surface of the image bearing member on which an electrostatic latent image is formed, is arranged so the developer carrying member is close to or in contact, the current image agent carried on the surface of the developer carrying member, the electrostatic latent image In a developing device that visualizes
The developer carrying member is made of a dielectric member, connected to a DC power supply for development, and a developer regulating member made of a conductive member with an insulating coating is opposed to the developer carrying member. Arranged so as to be in pressure contact, connected to AC corona discharge power supply,
On the developer carrying member, the developer and the AC corona discharge which is generated in a narrow gap portion formed between the regulating member, in the charging potential held by said developer carrying member, before Kigen image agent To give a desired charge ,
A charging voltage control unit is provided for variably setting a charging polarity of the developer formed on the surface of the developer carrying member to a positive electrode or a negative electrode by controlling a charging potential polarity of the developer carrying member. A developing device.

2. The developing device according to claim 1, wherein the developer carrier has a volume resistivity of 10 ⁴ to 10 ⁶ Ωcm.

3. The developing device according to claim 1, wherein the surface of the developer regulating member is covered with a smooth insulating film having a thickness of 50 [mu] m or less.

The developer regulating member and the developer carrying member are opposed to and pressed against each other in the same rotation direction, and the developer regulating member scrapes off the toner layer formed on the surface of the developer carrying member. The developing device according to claim 1, wherein:

The AC discharge voltage applied to the developer regulating member is set to be equal to or higher than the voltage capable of generating the AC corona discharge in the entire axial direction of the pressure contact portion, and the developer reciprocates in the discharge portion. The developing device according to claim 1.