JP3817384B2

JP3817384B2 - Image forming apparatus

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Authority: JP
Inventors: 毅山本
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Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2019-03-09
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置および静電記録装置等に用いられる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置では、感光ドラム等の像担持体に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤を用いて現像して可視化し、得られた可視画像（トナー像）を転写材に転写して画像を得ている。
【０００３】
現像方法としては、一般に、トナーのみからなる一成分現像剤を用いた一成分現像法と、磁性キャリア(磁性粒子)とトナーからなる二成分現像剤を用いた二成分現像法とがあるが、一成分現像法の方が、現像装置の構成が簡単かつメンテナンスが容易であるため、一成分現像法に基づく現像装置が多々提案されている。
【０００４】
特開昭５８-１１６５５９には、磁性トナーを用いず、非磁性トナーを用いて現像を行う非磁性一成分現像法が提案されており、この現像法によれば、近年の画像品質に対する要求を満足するカラー画像を得ることが可能な上、低コストかつ小型の現像装置が実現されている。
【０００５】
図９に、従来の画像形成装置に設置された非磁性一成分現像法による現像装置を示す。本現像器Ｅは、非磁性トナー（非磁性一成分現像剤）を収容した現像容器３の開口部内に、現像剤担持体として矢印方向に回転駆動される現像ローラ１を備え、現像ローラ１に対し、現像剤供給回収部材としてのトナー供給回収ローラ１９および現像剤規制部材としての規制ブレード２０が当接設置されている。
【０００６】
トナー供給回収ローラ１９は、ＳＵＳ等の芯金１９ａの外周面にウレタンフォーム等の弾性部材１９ｂを被覆してなっており、弾性部材１９ｂで現像ローラ１の表面に弾性当接して回転することにより、現像容器３内に蓄えられた非磁性トナーを現像ローラ１の表面に供給するとともに、現像ローラ１の回転にともない現像で使用されずに現像容器３に戻ってきた現像残りのトナーを、現像ローラ１の表面から掻き落とす作用をなす。
【０００７】
規制ブレード２０は、リン青銅等からなる支持部材２０ａにウレタンゴム等の弾性部材２０ｂを接着してなっており、弾性部材２０ｂにより現像ローラ１の表面に弾性当接して、現像ローラ１上に担持されたトナーを規制することにより、トナーの薄層に形成するとともにトナーに電荷を付与させる作用をなす。
【０００８】
つぎに、上記の現像器Ｅを用いた従来の画像形成装置を図１０により説明する。図１０に示すように、画像形成装置は、像担持体として図の矢印方向に所定の周速度で回転駆動される感光ドラム１１を有し、感光ドラム１１の周囲に、帯電器１６、露光器１５、上記の現像器Ｅ、クリーニング器１８等が配置されている。
【０００９】
画像形成するには、まず、感光ドラム１１を回転し、その回転過程で、感光ドラム１１の表面を帯電器１６により所望の極性・電位に一様帯電し、ついで露光装置１５により所望の画像データーに応じた画像露光を施して、感光ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。つぎに感光ドラム１１と現像器Ｄの現像ローラ１とが対向した現像部で、感光ドラム１１上の静電潜像を現像ローラ１上の非磁性トナーにより現像し、感光ドラム１１上に静電潜像に応じたトナー像を形成する。
【００１０】
ついでこのトナー像を感光ドラム１１と転写ローラ１３とが対向した転写部に搬送された転写材Ｐに、転写ローラ１３に転写バイアスを印加して転写する。その後、この転写材Ｐを定着器１４へ導入して、トナー像を転写材Ｐに加熱定着することにより、転写材Ｐに画像が得られ、一連の画像形成工程が終了する。
【００１１】
転写後の感光ドラム１１は、クリーニング器１８により、転写されずに表面に残留した転写残りトナーを除去、回収した後、再度、上記と同様な帯電、露光、現像等の画像形成工程に供される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の非磁性一成分現像法を用いた画像形成装置は、近年、さらなる小型化および低コスト化が求められており、画像形成工程の短縮(工程の一部省略を含む)が種々検討されている。
【００１３】
従来、上記の画像形成工程のうちクリーニング工程を省いたクリーナレスの画像形成装置が提案されているが、単にクリーニング器１８を省くと、下記に示す問題があった。
【００１４】
感光ドラム１の表面を清掃するクリーニング手段がないと、感光ドラム上に転写残りのトナーや紙粉等が蓄積して、静電潜像を形成するための均一帯電や画像露光を遮るので、静電潜像に電位ムラが発生して、出力画像の濃度ムラを生じる。
【００１５】
また現像器Ｅは、トナー供給回収ローラ１９を現像ローラ１に当接回転して摺擦することにより、現像ローラ１に対するトナーの供給および回収を行っており、さらにはトナーへの電荷付与を、規制ブレード１３をトナーが通過する際の接触摩擦により行っているので、現像容器３内のトナーは、感光ドラム１１上で現像に使用されるまでに加わる機械的な負荷が極めて大きく、トナーのダメージが他の現像法に比べて非常に大きい。
【００１６】
さらにトナー供給回収ローラ１９の配置位置や回転方向によっては、現像に寄与しなかったトナーを完全に回収することができず、現像ローラ１上にトナーが残留することがあった。現像ローラ１上に残留したトナーは、再度規制ブレード２０の部分を通過して現像領域に搬送されることになり、このような工程が連続的に繰り返されると、トナーの帯電量や流動性を制御している外添剤等が、その都度受けるメカニカルな軋轢や熱の蓄積によりトナー内部に埋め込まれ、所望の帯電特性と流動性が得られない劣化トナーになることが起こる。
【００１７】
この劣化トナーは画像形成プロセス中に多くの問題を引き起こす。たとえば劣化トナーが現像に寄与した場合、適正な現像特性が得られないために現像不良が発生したり、画像の中抜け等の転写不良を引き起こすことがある。さらには現像ローラ１上への新たなトナー供給が阻害され、トナーコート量（塗布量）の低下が生じて、濃度不良等を発生することもある。また劣化トナーが規制ブレード２０のニップ部や現像ローラ１の表面に融着すると、スジ等のコート不良が発生するとともに、現像ローラ上に新たに供給されたトナーへの電荷付与を阻害する。このため未帯電トナーが現像部に搬送されることになり、カブリやムラ等の画像不良を発生することがある。
【００１８】
上記の非磁性一成分現像法は、トナーにかかる負荷が大きいだけでなく、現像器Ｅ自身にかかる負荷も大きく、トナー供給回収ローラ１９に、上述したようなスポンジ系ローラを用いた場合、現像ローラ１に対する摺擦が長時間に及ぶと、現像ローラ自身の摩擦、損傷およびトナーの目詰まり等により、トナー供給回収ローラとしての役割が不十分となり、良好なトナー供給および回収ができなくなることもある。
【００１９】
このように非磁性トナーを用いた一成分現像法は、現像器構成が簡易で良好な現像が可能であるが、トナーおよび現像器にかかる負荷が大きく、従来の磁性一成分現像法や二成分現像法に比べて、長期的な安定性や耐久性が著しく乏しい。したがって、非磁性一成分現像法は、トナー補給の際に現像器を丸ごと交換するカートリッジタイプの現像器で主に利用されており、複写機のような現像剤を補給していくタイプの現像器にはあまり採用されていないのが現状である。
【００２０】
さらに、近年、消費電力の低減を目的として、より低い温度での定着が可能なトナーの開発が進められており、それにともない低温定着用トナーに対応した低ストレスの現像プロセスが期待されているが、このような特性を具備した非磁性一成分現像法は未だない。
【００２１】
従って、本発明の目的は、一成分現像剤の非磁性トナーを用いて画像形成するに際し、現像時にトナーにかかる負荷、特に電荷付与および現像ローラへの供給時にトナーにかかる負荷を著しく低減して、低温定着用トナーにも対応可能な低ストレスコートを実現することができ、現像ローラ上に反転トナーや未帯電トナーを含まないトナー層を形成でき、クリーナレスな画像形成工程を実現可能とすることができ、長期にわたり高品位な画像を得ることが可能で、小型および低コストを実現できる画像形成装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体上に形成した静電潜像を現像剤を用いて現像する現像器とを備え、前記現像により得られた可視画像を転写材に転写する画像形成装置であって、前記現像器は、非磁性一成分現像剤を収容した現像容器と、前記現像容器の開口部に前記像担持体に対し対向設置された回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像剤担持体と像担持体とが対向した現像部より上流側で、前記現像剤担持体に非接触配置された回転する現像剤供給部材と、前記現像剤供給部材の回転方向に関し、前記現像剤担持体と現像剤供給部材との対向部よりも上流側で、前記現像剤供給部材に一端を接触して配置された現像剤流路制御部材と、前記現像剤供給部材および現像剤流路制御部材に電圧を印加する電源と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像部よりも上流側かつ現像剤流路制御部材の配置位置よりも下流側で、前記現像剤担持体に接触配置された現像剤規制手段と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像部より下流側で、前記現像剤担持体および像担持体に対し対向配置された現像剤回収手段と、前記現像剤回収手段に電圧を印加する電源と、前記現像剤回収手段の下方に設置された現像剤搬送手段とを有する画像形成装置において、
前記現像剤回収手段は、前記像担持体の回転方向に関し、前記現像部よりも上流側に設けられ、
前記現像剤回収手段は、前記現像剤担持体上の現像残りの現像剤を前記現像剤担持体から静電的に除去すると共に、前記像担持体上の転写残りの現像剤を前記像担持体から静電気的に除去して、前記現像容器の前記現像剤搬送手段が設置された現像剤収納部に現像剤を回収することを特徴とする画像形成装置である。
【００２３】
本発明によれば、好ましくは、前記現像剤回収手段は、前記現像剤担持体および像担持体に対し対向配置され、前記現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を静電気的に除去する金属ローラと、前記金属ローラの表面に先端を接触させて、前記金属ローラの表面に付着した現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を除去するスクレーパとからなる。前記現像部において、前記現像剤担持体の回転方向が前記像担持体の回転方向と逆方向である。前記金属ローラと前記像担持体との対向部において、前記金属ローラの回転方向が前記像担持体の回転方向と同方向である。前記スクレーパにより除去した前記現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を前記現像剤収納部に回収するように、前記スクレーパを配置する。
更に本発明によれば、好ましくは、前記現像剤回収手段に電圧が印加されることによって、前記現像剤担持体上の現像残りの現像剤が前記現像剤担持体から前記現像剤回収手段へ回収される電界と、前記像担持体上の転写残りの現像剤が前記像担持体から前記現像剤回収手段へ回収される電界と、が形成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２５】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略断面図、図２は、図１の画像形成装置に設置された現像器を拡大して示す断面図である。まず、図１により本発明の画像形成装置の全体構成を説明する。
【００２６】
図１において、符号１１は像担持体としての感光ドラムであり、感光ドラム１１は図中矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この感光ドラム１１の周囲には、帯電器１６、露光器１５および現像器Ｄが配置されている。
【００２７】
画像形成するには、まず、感光ドラム１１を回転し、その回転過程で、感光ドラム１１の表面を帯電器１６により所望の極性・電位に一様帯電し、ついで露光装置１５により所望の画像データーに応じた画像露光を施して、感光ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。つぎに感光ドラム１１と現像器Ｄの現像ローラ１とが対向した現像部で、感光ドラム１１上の静電潜像を現像ローラ１上の非磁性トナーにより現像し、感光ドラム１１上に静電潜像に応じたトナー像を形成する。
【００２８】
この現像の際、現像に寄与しなかった現像ローラ１上の現像残りのトナーは、現像ローラ１に印加されたバイアスと、現像器Ｄのトナー回収ローラ８に印加されたバイアスとにより形成される電界によって、トナー回収ローラ８に付着して回収され、現像器Ｄ内に戻される。トナー回収ローラ８は、現像ローラ１および感光ドラム１１対向して配置されている。
【００２９】
感光ドラム１１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１１と転写ローラ１３とが対向した転写部に搬送された転写材Ｐに、転写ローラ１３に転写バイアスを印加して転写する。その後、この転写材Ｐを定着器１４へ導入して、トナー像を転写材Ｐに加熱定着することにより、転写材Ｐに画像が得られ、一連の画像形成工程が終了する。
【００３０】
従来であると、転写後の感光ドラム１１は、転写部で転写材Ｐに転写されずに表面に残留した転写残りトナーを、クリーニング手段により除去、回収した後、再び、上記と同様な帯電、露光の次工程に供せられるが、本発明では、転写残りトナーを除去、回収する専用のクリーニング手段を持っておらず、このため感光ドラム１１は、転写残りトナーを担持したまま、再度、帯電、露光の次工程に進むことになる。
【００３１】
感光ドラム１とともに再度の帯電、露光の工程を経た転写残りトナーは、その一部がトナー回収ローラ８との対向部において、感光ドラム１１の表面に新たに形成された静電潜像が作る電位と、トナー回収ローラ８に印加されたバイアスとによって形成される電界により、トナー回収ローラ８上に付着して回収され、現像器Ｄ内に戻される。
【００３２】
このように、本発明によれば、感光ドラム１１上の転写残りトナーは、新たな静電潜像の非画像部(非露光部)に存在する転写残りトナーのみが除去されて、トナー回収ローラ８側に回収される。新たな静電潜像の画像部(露光部)に存在するその他の転写残りトナーは、いずれ次の現像工程で現像に使用されるため、感光ドラム１１上に担持したまま現像工程に導入されても影響はない。
【００３３】
その後は、上記の新たな静電潜像に対して、同様な現像、転写および定着工程が行われ、このような画像形成を繰り返す。
【００３４】
以下、本発明で使用する現像器Ｄおよびこの現像器Ｄを用いたクリーナレス機構について詳細に説明する。
【００３５】
図２に示すように、本発明において、現像器Ｄは、非磁性一成分現像剤の非磁性トナーを収容した現像容器３を有し、現像容器３内に現像ローラ１、トナー供給ブラシ４、トナー流路制御部材５、トナー規制ブレード７、前記のトナー回収ローラ８、トナー剥ぎ取り用スクレーパ９およびトナー攪拌部材１０を備えている。現像容器３内は、開口部手前まで延びる仕切り部材１２によって仕切られ、仕切り部材１２の下部には連絡口１２ａが設けられている。
【００３６】
現像ローラ１は、現像容器３の開口部内に感光ドラム１１と所定間隔を開けて対向設置され、図中矢印方向に回転駆動される。本実施例では、現像ローラ１としてＳＵＳ、アルミニウム等の金属ローラを用いた。現像ローラ１には所定の現像バイアスを印加する電源２が接続されている。
【００３７】
この現像ローラ１は金属製に限られず、たとえば感光ドラム１１に現像ローラ１を当接させて現像を行う接触現像法を採用する場合には、現像ローラを、芯金上に単層もしくは複数層の弾性層を有する弾性ローラに構成してもよい。弾性層の材料としては、シリコーンゴム、ＮＢＲゴム、ＥＰＤＭゴム、ウレタンゴム等の一般的なゴム材料が使用可能である。この弾性層の表面を、ナイロン等の樹脂にカーボン等を分散させた導電性樹脂で被覆することもできる。
【００３８】
弾性層のゴム硬度は、表面の導電性膜を含めた状態でＪＩＳ−Ａゴム硬度計により測定して、２０〜７０°のものが適当である。弾性層の表面はトナーの搬送性を考慮して、表面粗さＲｚが１〜２０μｍであることが好ましく、表面粗さＲｚは、具体的には、使用するトナーの粒径、形状にあわせて設定される。弾性現像ローラの抵抗値は、表面の導電性膜を含めた状態で測定して、体積抵抗率１０³〜１０⁹Ωｃｍ程度となるように設定することが好ましい。
【００３９】
トナー供給ブラシ４は、現像容器３内の非磁性トナーを取り込んで現像ローラ１に供給するためのもので、現像ローラ１と約１００μｍ〜１ｍｍの間隔を開けて、現像ローラ１の回転方向と同方向(最近接部で逆方向)に回転可能に配置されている。トナー供給ブラシ４の芯金には、電源６により現像バイアスに所望のＤＣ電圧＝Ｖｆを重畳した電圧が印加され、現像ローラ１との間で所望の電界が形成される。
【００４０】
トナー供給ブラシ４の繊維は、導電性のもののみでも構わないが、本実施例では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、１０²〜１０⁸Ωｃｍ程度の低抵抗の導電性繊維２０と、１０⁸〜１０¹⁵Ωｃｍ程度の高抵抗の絶縁性繊維２１の２種類を混毛したブラシ部材を、ＳＵＳ等の金属芯金に巻き付けたファーブラシを用いている。
【００４１】
本実施例では、現像剤として負の帯電極性を持つトナーを使用するため、上記の絶縁性繊維２１は正極性の帯電極性を有することが好ましく、本実施例では、絶縁性繊維２１としてナイロン繊維(１０⁸〜１０¹⁵Ωｃｍ)を使用した。もちろん、ナイロンに限るものではなく、トナーの特性に応じて絶縁性繊維の種類を選択すればよく、本実施例のような場合には、レーヨン等の繊維を使用することもできる。
【００４２】
導電性繊維２０は、上記した範囲の抵抗値を満たすことが第１の条件であるが、導電性繊維の大半は、絶縁性繊維原料の絶縁性樹脂にカーボン等の導電剤を分散して紡糸していることが多く、その分散方法は繊維メーカーによって様々であり、単繊維（モノフィラメント）の表面全てに導電剤が露出しているとは限らない。すなわち、導電性繊維２０の単繊維の断面を示す図４に示されるように、単繊維の表面には、導電部２０ａ以外に絶縁部２０ｂが存在する。したがって、絶縁部２０ｂとのトナーの接触を考慮して、導電性繊維用の絶縁性樹脂には、トナーに対し正帯電性のものを選ぶことが好ましく、本実施例では、ナイロン系の樹脂を用いた。
【００４３】
本実施例では、トナー供給ブラシ４によりトナーをクラウド化して、トナーを現像ローラ１に供給する。このためブラシ４の導電性繊維２０、絶縁性繊維２１とも弾力を必要とし、その繊度を１〜１０デニール／フィラメント程度とし、それらが混毛された状態で１〜２０万本／インチ²の植密度もち、かつパイル長が１〜１０ｍｍになるように設定した。
【００４４】
トナー流路制御部材５は、トナー供給ブラシ４からのトナーをクラウド化するとともに、現像ローラ１の方向へトナーを叩き出すためのものであり、トナー供給ブラシ４と接触するように配置されている。本実施例では、トナー流路制御部材５として、ＳＵＳ、リン青銅等の金属の厚さ１００μｍ〜１ｍｍ程度の薄板を用いた。トナー流路制御部材５は、薄板によるストレート形状を取っているが、これに限るものではなく、トナーをクラウド化する方向によっては、これに適した形状に成形することもできる。
【００４５】
トナー流路制御部材５のトナー供給ブラシ４との接触面には、ここに介在するトナーへの電荷付与を考慮して、トナーに対し電荷付与能が高い樹脂、たとえばナイロンにカーボンを分散して抵抗値を１０⁵Ωｃｍ程度に調整したものを積層してもよい。これにより、トナー流路制御部材５によるトナーへの電荷付与が加わって、トナーへの電荷付与がさらに安定する。
【００４６】
トナー規制手段としての規制ブレード７は、現像ローラ１上にコートされたトナーの層厚を規制するためのもので、本実施例では、厚さ０．１ｍｍ程度の金属製薄板の先端に、ＪＩＳ硬度５０°〜７０°のウレタンゴム、シリコーンゴム等のゴム材質の弾性体７ａを積層したブレードを用い、現像ローラ１に当接するように配置している。
【００４７】
現像ローラ１として前述した弾性ローラを用いた場合には、トナー規制ブレード７は厚さ０．１ｍｍ程度の金属製薄板を使用することが好ましい。この場合、トナー規制ブレードは、先端部から約２ｍｍの位置で現像ローラ１とは反対方向に折り曲げた形状に形成し、その折曲部が約２０ｇ／ｃｍ程度の線圧で現像ローラ１に食い込むように接触することがよい。
【００４８】
トナー回収ローラ８は、転写部において感光ドラム１１上に残留した転写残りトナー、および現像部において現像に寄与せずに現像ローラ１上に残留した現像残りトナーを静電気的に回収するためのもので、現像ローラ１と約１００μｍ〜１ｍｍ、感光ドラム１と約１００μｍ〜１ｍｍの間隔を開けて、図中矢印で示すように、現像ローラ１および感光ドラム１１の回転方向と逆方向(最近接部で同方向)に回転可能となるように、対向設置されている。電源１７により所望のバイアスを印加する構成をとっているが、
本実施例では、トナー回収ローラ８は、金属ローラの表面を鏡面に加工して構成したが、トナーの回収効率を考慮して、金属ローラ表面にテフロン等のフッ素系樹脂による表面加工を行ってもよい。たとえば金属ローラ表面に急冷めっき加工を施し、その際に形成されるめっき表面のクラックにフッ素系樹脂を溶かし込んで得たローラ表面は、トナーに対する離型性が高く、またフッ素系樹脂(絶縁部)とめっき部(導電部)による電界集中効果により、現像残りトナーをより回収しやすくなる。このような表面加工を施すことにより、ローラ表面の耐摩耗性も向上する。
【００４９】
トナー剥ぎ取り手段としてのスクレーパ９は、トナー回収ローラ８に回収されて付着したトナーをローラ８の表面から除去して、トナー収納部Ａに戻すためのもので、本実施例では、スクレーパ９はウレタンゴム、シリコーンゴム等のゴム部材からなり、これをトナー回収ローラ８の表面に先端でエッジ当接するように配置した。
【００５０】
スクレーパ９を形成するゴム部材は、トナー回収ローラ８から機械的にトナーを掻き落とせるように、ＪＩＳ硬度で５０°〜７０°のゴム硬度を有することが好ましい。スクレーパ９のエッジ位置は、掻き落とされたトナーが確実にトナー収納部Ａに戻るように、トナー回収ローラ８の下半周の位置に設定している。
【００５１】
仕切り部材１２は、現像ローラ１のトナー回収ローラ８との対向部の下方位置まで設けられており、トナー収納部Ａとトナー供給部Ｂとの間を仕切って、トナー回収ローラ８から掻き落とされたトナーがトナー供給部Ｂ側まで飛散することがないようにしている。したがって、トナー収納部Ａへの現像残りトナーの戻しをより確実にすることができる。
【００５２】
仕切り部材１２は、トナー供給部Ｂでクラウド化されたトナーのうちの所望の電荷を持たないトナーが、現像ローラ１と回収ローラ８とのギャップを通過して、現像器外に飛散するのを防止するのにも有効である。
【００５３】
本実施例では、非磁性トナーには、ポリスチレンやポリエステル系の熱可塑性樹脂に、着色剤および負の荷電制御剤を混合分散し、粉砕して形成した、重量平均粒径が５μｍ以上のものを使用した。また感光ドラム１１にはＯＰＣ感光体を用い、画像の現像方法は、イメージ露光部に負極性の非磁性トナーを付着させる反転現像方式を採用した。
【００５４】
現像容器３の内部は、図５に示すように、概念上、トナー収納部としての領域Ａ、トナー供給部としての領域Ｂ、およびトナー回収部としての領域Ｃの３つに区分けすることができる。現像容器３内のトナーは、常時、領域Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａの方向に循環される。
【００５５】
トナー収納部Ａ内に収納されたトナーは、攪拌部材１０による搬送で仕切り部材１２の下部の連絡口１２ａを通って、トナー供給部Ｂのトナー供給ブラシ４に送られる。トナー供給ブラシ４に送られたトナーは、鏡映力等によってブラシ４の繊維間および繊維の表面に付着し、ブラシ４の回転とともにトナー流路制御部材５方向に搬送され、流路制御部材５と接触して安定して電荷が付与される。そして図６に示すように、トナーＴは、トナー流路制御部材５を通過した後、トナー供給ブラシ４の繊維が流路制御部材５から外れるときの弾性力により、ブラシ４の回転方向に弾き出され、クラウド状となって矢印Ａの方向に飛翔する。
【００５６】
なお、トナー供給ブラシ４をトナー流路制御部材５に接触させて、ブラシ４中のトナーを弾き出すようにしているので、ブラシ繊維間に残留した未帯電トナーや反転トナー等をも放出することができ、これらのトナーによる繊維の詰まりをも防止することができる。
【００５７】
トナー供給ブラシ４と現像ローラ１との間には、現像ローラ１に印加された現像バイアスと、電源６によりトナー供給ブラシ４に印加されたバイアスとにより電界が形成されており、矢印Ａ方向に飛翔したクラウド状のトナーは、この電界によって矢印Ｂのように現像ローラ１に引き寄せられて、現像ローラ１の表面に担持される。
【００５８】
たとえば図７（ａ）に示すように、現像バイアスのＤＣ分をＶｄｃ＝−４５０Ｖと設定した場合、電源６により、現像バイアスにΔＶ＝−７５０Ｖ程度のＤＣ電圧が重畳されたバイアスをトナー供給ブラシ４に印加するように設定すれば、負に帯電したトナーはＤＣ電圧の差分による電界の作用により、トナー供給ブラシ４から現像ローラ１へと引き寄せられていく。
【００５９】
このようにして現像ローラ１上に供給されたトナーは、鏡映力により現像ローラ１上に担持された後、規制ブレード７まで搬送され、ブレード７による規制によってトナー層厚を調整されるとともに、さらなる摩擦帯電電荷の付与が行われ、均一な帯電量分布を有する緻密なトナー層に形成される。
【００６０】
このように、帯電したトナーを一度クラウド化し、電界により非接触でトナーを現像ローラ１上に供給するので、トナーへの機械的ストレスを顕著に低減させることができ、また十分に帯電したトナーのみを現像ローラ１上に供給して、帯電量分布の偏りが少ない非常にシャープなトナー層を形成することができる。
【００６１】
現像ローラ１上にトナー層されたトナーは、帯電器１６によるＶＤ＝約−７００Ｖの一様帯電、露光装置１５による画像露光によって静電潜像が形成された感光ドラム１との対向部において、図７（ｂ）に示すように、感光ドラム１１上の潜像電位（露光部ＶＬ＝−１００Ｖ、未露光部ＶＤ＝−７００Ｖ）と、現像ローラ１に印加した現像バイアスのＶｄｃ＝−４５０Ｖによる電界によって露光部に付着して、感光ドラム１上に潜像に応じたトナー像を形成する。
【００６２】
現像に寄与せずに現像ローラ１上に担持されたまま現像容器３内に戻ってきた現像残りのトナーは、図８（ａ）に示すように、トナー回収ローラ８に印加したＤＣバイアスのＶｃ＝約−２００Ｖと、現像ローラ１に印加した現像バイアスのＶｄｃ＝−４５０Ｖとで形成された電界により、トナー回収ローラ８の表面に静電的に付着して回収される。回収されたトナーは、トナー回収ローラ８の回転とともに現像器３内に搬送され、スクレーパ９により掻き落とされて、トナー収納部Ａに収容される。
【００６３】
このように、回収ローラ８とスクレーパ９を用いれば、現像ローラ１に対し回収ローラ８の表面が常時フレッシュな電極面に維持でき、回収ローラ８と現像ローラ１との間に常に安定した電界を形成することができる。
【００６４】
以上のようにして、現像残りトナーを現像ローラ１から完全に離脱させ、トナー収納部Ａに確実に回収することにより、現像容器３内に図３の領域Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａの方向のトナーの循環路を作ることができ、トナーに連続した負荷を与えることがなく、トナー自身の発熱を防止して、トナーの劣化を最小限に抑制することができる。その結果、トナーの寿命が格段に延び、長期にわたり良好な画像形成を行うことができる。
【００６５】
感光ドラム１１上に形成されたトナー像は、転写ローラ１３方向に搬送され、転写部（転写ローラ１３との対向部）において、転写ローラ１３に印加した転写バイアスにより転写材Ｐ上に転写され、ついで定着器１４において転写されたトナー像が転写材Ｐに定着される。転写部において転写材Ｐに転写されずに感光ドラム１１上に残留した転写残りトナーは、感光ドラム１１上に担持されたまま、再び帯電、露光の次工程に進む。
【００６６】
転写残りトナーには、しばしば、現像時から含まれている未帯電トナーや反転極性トナー、あるいは転写時に電荷注入もしくは放電により帯電極性が変化した未帯電トナーや反転極性トナーが含まれている。これらの転写残りトナーを担持した感光ドラム１１が、帯電器１６により再びＶＤ＝−７００Ｖに帯電されると、同時に感光ドラム１１上の転写残りトナーも、所望の負極性に均一に再帯電される。
【００６７】
感光ドラム１１は、露光装置１５により新たな静電潜像が形成され、その静電潜像は、表面に転写残りトナーを担持したまま、トナー回収ローラ８との対向部に搬送されることになる。図８（ｂ）に示すように、トナー回収ローラ８には、Ｖｃ＝約−２００ＶのＤＣバイアスが印加されているため、新たな静電潜像の非画像部（未露光部）（ＶＤ＝−７００Ｖ）の電位に対しては、感光ドラム１１上の転写残りトナーが回収ローラ８側に引き寄せる電界が形成される。一方、新たな静電潜像の画像部（露光部）（ＶＬ＝−１００Ｖ）の電位に対しては、転写残りトナーが感光ドラム１１側に拘束されるような電界が形成される。したがって、新たな潜像の非画像部の部分に存在する転写残りトナーのみがトナー回収ローラ８に回収され、画像部に存在する転写残りトナーは、感光ドラム１１上に担持したまま次の現像工程に導入され、現像に使用される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トナー流路制御部材の一端と接触配置したトナー供給ブラシにトナーを取り込ませ、供給ブラシの回転により供給ブラシがトナー流路制御部材から外れる際の弾性力によって、供給ブラシからトナーを弾き出してクラウド化するとともに、現像ローラと供給ブラシとの間に形成した電界によって、クラウド化したトナーのうちから所望の電荷量を持ったトナーのみを現像ローラ上に供給するようにしているので、従来の現像ローラと接触配置したトナー供給ローラのときのような、現像ローラとの接触および摺擦によるトナーの供給がないため、現像ローラへのトナー供給にともなうトナーのストレスを格段に低減することができる。またクラウド化したトナーから適正な帯電量を有するトナーを選択的に供給するので、未帯電トナーあるいは反転トナーを供給されにくくするだけでなく、規制ブレードによるトナーへの電荷付与も少なくて済み、その結果、規制ブレードの接触圧を低減できて、トナーへの負荷をより低減することができた。
【００６９】
また現像に寄与せずに現像容器に戻ってきた現像残りトナーを、現像ローラに対し非接触配置したトナー回収ローラで静電的に引き剥がしてトナー収納部に確実に戻すことにより、現像容器内にトナーの循環路を形成するようにしたので、現像残りトナーが規制ブレードのニップ部を繰り返し通過して、トナーへ連続的な負荷が加わるのをなくすことができ、このため蓄熱等による外添剤のトナーへの埋め込みを顕著に抑制し、トナーの劣化を防止できた。
【００７０】
さらにトナー回収ローラは、感光ドラムの回転方向に関し、現像部よりも上流側に設けられ、現像を行いながら感光ドラムとの対向部において、感光ドラム上の転写残りトナーをも回収できるので、感光ドラムに対し従来のような専用のクリーニング機構を省略することができ、画像形成装置全体の小型化、低コスト化が可能となる。
【００７１】
したがって、本発明によれば、トナーへの負荷を顕著に低減し、かつカブリ等のない高品位な画像を長期間にわたり得ることができ、また装置全体の小型化、低コスト化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された現像器を拡大して示す断面図である。
【図３】図２の現像器に設置されたトナー供給ブラシおよびその繊維を示す説明図である。
【図４】図３の繊維のうちの導電性繊維の断面の様子の一例を示す断面図である。
【図５】図２の現像器内でのトナーの循環方向を示す概念図である。
【図６】図２の現像器におけるトナー供給ブラシによる現像ローラへのトナーの供給法を示す説明図である。
【図７】図１の画像形成装置におけるトナー供給および現像に用いるバイアスの構成例を示す説明図である。
【図８】図１の画像形成装置における現像残りトナーの回収および転写残りトナーの回収に用いるバイアスの構成例を示す説明図である。
【図９】従来の画像形成装置に設置された現像器を示す概略断面図である。
【図１０】従来の画像形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１現像ローラ
２現像バイアス用電源
３現像容器
４トナー供給ブラシ
５トナー流路制御部材
６トナー供給ブラシ用電源
７規制ブレード
８トナー回収ローラ
９スクレーパ
１０攪拌部材
１１感光ドラム
１２仕切り部材
Ｄ現像器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus used in an electrophotographic apparatus and an electrostatic recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an image forming apparatus using an electrophotographic method, an electrostatic latent image is formed on an image carrier such as a photosensitive drum, and this electrostatic latent image is developed and visualized using a developer, and the obtained visible image is obtained . An image (toner image) is transferred to a transfer material to obtain an image.
[0003]
Development methods generally include a one-component development method using a one-component developer consisting only of toner and a two-component development method using a two-component developer consisting of a magnetic carrier (magnetic particles) and toner. Since the one-component developing method has a simpler configuration and easier maintenance, a number of developing devices based on the one-component developing method have been proposed.
[0004]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 58-116559 proposes a non-magnetic one-component development method in which development is performed using non-magnetic toner without using magnetic toner. According to this development method, there has been a demand for image quality in recent years. A satisfactory color image can be obtained, and a low-cost and small-sized developing device is realized.
[0005]
FIG. 9 shows a developing device using a non-magnetic one-component developing method installed in a conventional image forming apparatus. The developing device E includes a developing roller 1 which is driven to rotate in the direction of an arrow as a developer carrying member in an opening of a developing container 3 containing nonmagnetic toner (nonmagnetic one-component developer). On the other hand, a toner supply / recovery roller 19 as a developer supply / recovery member and a regulating blade 20 as a developer regulating member are disposed in contact with each other.
[0006]
The toner supply / recovery roller 19 is formed by covering an outer peripheral surface of a core metal 19a such as SUS with an elastic member 19b such as urethane foam, and is rotated by elastically contacting the surface of the developing roller 1 with the elastic member 19b. The non-magnetic toner stored in the developing container 3 is supplied to the surface of the developing roller 1, and the undeveloped toner that has returned to the developing container 3 without being used for developing as the developing roller 1 rotates is developed. It acts to scrape off the surface of the roller 1.
[0007]
The regulating blade 20 is formed by adhering an elastic member 20b such as urethane rubber to a support member 20a made of phosphor bronze or the like. The elastic member 20b elastically contacts the surface of the developing roller 1 and is carried on the developing roller 1. By regulating the toner, the toner is formed in a thin layer of toner and has an effect of imparting electric charge to the toner.
[0008]
Next, a conventional image forming apparatus using the developing device E will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10, the image forming apparatus has a photosensitive drum 11 that is driven to rotate at a predetermined peripheral speed in the direction of the arrow in the figure as an image carrier, and around the photosensitive drum 11, a charger 16 and an exposure unit. 15. The developing device E, the cleaning device 18 and the like are arranged.
[0009]
In order to form an image, first, the photosensitive drum 11 is rotated, and in the rotation process, the surface of the photosensitive drum 11 is uniformly charged to a desired polarity and potential by the charger 16, and then the desired image data is obtained by the exposure device 15. In accordance with the image exposure, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 11. Next, the electrostatic latent image on the photosensitive drum 11 is developed with the nonmagnetic toner on the developing roller 1 at the developing portion where the photosensitive drum 11 and the developing roller 1 of the developing device D face each other, and electrostatically is applied on the photosensitive drum 11. A toner image corresponding to the latent image is formed.
[0010]
Next, the toner image is transferred to a transfer material P conveyed to a transfer portion where the photosensitive drum 11 and the transfer roller 13 face each other by applying a transfer bias to the transfer roller 13. Thereafter, the transfer material P is introduced into the fixing device 14 and the toner image is heated and fixed on the transfer material P, whereby an image is obtained on the transfer material P, and a series of image forming steps is completed.
[0011]
After the transfer, the photosensitive drum 11 is removed and collected by the cleaning device 18 after the transfer residual toner remaining on the surface without being transferred. Then, the photosensitive drum 11 is again subjected to an image forming process such as charging, exposure, and development as described above. The
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, there has been a demand for further downsizing and cost reduction of image forming apparatuses using the above-described non-magnetic one-component development method, and various studies have been made on shortening the image forming process (including omitting part of the process). Yes.
[0013]
Conventionally, there has been proposed a cleanerless image forming apparatus in which the cleaning process is omitted from the above image forming processes. However, if the cleaning device 18 is simply omitted, there are the following problems.
[0014]
If there is no cleaning means for cleaning the surface of the photosensitive drum 1, toner remaining on the photosensitive drum, paper dust, etc. accumulates on the photosensitive drum, blocking uniform charging and image exposure for forming an electrostatic latent image. Potential unevenness occurs in the electrostatic latent image, causing density unevenness in the output image.
[0015]
The developing device E supplies and collects toner to the developing roller 1 by sliding the toner supply and collecting roller 19 in contact with the developing roller 1 and rubbing it. Since the toner is caused by contact friction when the toner passes through the regulating blade 13, the mechanical load applied to the toner in the developing container 3 before being used for development on the photosensitive drum 11 is extremely large, and the toner is damaged. Is very large compared to other development methods.
[0016]
Further, depending on the arrangement position and rotation direction of the toner supply / recovery roller 19, the toner that has not contributed to the development cannot be completely recovered, and the toner may remain on the developing roller 1. The toner remaining on the developing roller 1 passes again through the portion of the regulating blade 20 and is conveyed to the developing region. When such a process is continuously repeated, the charge amount and fluidity of the toner are reduced. The controlled external additive or the like is embedded in the toner due to mechanical flaws and heat accumulation that are received each time, resulting in a deteriorated toner that cannot obtain desired charging characteristics and fluidity.
[0017]
This deteriorated toner causes many problems during the image forming process. For example, when the deteriorated toner contributes to the development, an appropriate development characteristic cannot be obtained, so that a development failure may occur, or a transfer failure such as an image dropout may occur. Furthermore, the supply of new toner onto the developing roller 1 is hindered, and the toner coat amount (application amount) may be reduced, resulting in density defects and the like. Further, when the deteriorated toner is fused to the nip portion of the regulating blade 20 or the surface of the developing roller 1, a coating defect such as a streak occurs and the charge application to the toner newly supplied onto the developing roller is hindered. For this reason, uncharged toner is transported to the developing unit, and image defects such as fogging and unevenness may occur.
[0018]
The above-mentioned non-magnetic one-component development method not only has a large load on the toner but also a large load on the developing device E itself. When the above-described sponge roller is used as the toner supply / recovery roller 19, the development is performed. If the rubbing against the roller 1 takes a long time, the role of the toner supply / recovery roller becomes insufficient due to friction and damage of the developing roller itself and clogging of the toner, and it may not be possible to supply and recover a good toner. is there.
[0019]
As described above, the one-component development method using the non-magnetic toner has a simple developing device configuration and can be favorably developed. However, the load on the toner and the developing device is large, and the conventional magnetic one-component development method and two-component development method are used. Compared to the development method, long-term stability and durability are extremely poor. Thus, non-magnetic one-component developing method is a cartridge type developing device for whole exchange developing device when the toner supply is mainly used, the type of developing unit continue to replenish the developer, such as copiers The current situation is that it has not been adopted very much.
[0020]
Further, in recent years, development of toner capable of fixing at a lower temperature has been promoted for the purpose of reducing power consumption, and accordingly, a low-stress development process corresponding to low-temperature fixing toner is expected. A non-magnetic one-component development method having such characteristics has not yet been developed.
[0021]
Accordingly, an object of the present invention is to significantly reduce the load applied to the toner during development, particularly the load applied to the charge and supply to the developing roller, when forming an image using a non-magnetic toner of a one-component developer. It is possible to realize a low-stress coat that can be used for low-temperature fixing toner, and to form a toner layer that does not contain reversal toner or uncharged toner on the developing roller, thereby enabling a cleanerless image forming process. It is possible to provide an image forming apparatus that can obtain a high-quality image over a long period of time and can realize a small size and low cost.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the image forming apparatus according to the present invention. In summary, the present invention includes an image carrier on which an electrostatic latent image is formed, and a developing unit that develops the electrostatic latent image formed on the image carrier using a developer. An image forming apparatus for transferring the obtained visible image to a transfer material, wherein the developing device has a developing container containing a non-magnetic one-component developer and an opening of the developing container facing the image carrier. With respect to the rotating developer carrier installed, a power source for applying a voltage to the developer carrier, and the rotation direction of the developer carrier, from the developing unit in which the developer carrier and the image carrier are opposed to each other. On the upstream side, with respect to the rotation direction of the developer supply member that rotates in a non-contact manner with respect to the developer carrier, and upstream of the facing portion between the developer carrier and the developer supply member Side of the developer supply member disposed at one end in contact with the developer supply member. A control member, a power source for applying a voltage to the developer supply member and the developer flow path control member, and an arrangement of the developer flow path control member upstream of the developing portion with respect to the rotation direction of the developer carrier. A developer regulating means arranged in contact with the developer carrying body at a position downstream of the position; and a developer carrying body and an image carrying body at a downstream side from the developing section with respect to a rotation direction of the developer carrying body. An image forming apparatus having a developer collecting means disposed opposite to the power supply, a power source for applying a voltage to the developer collecting means, and a developer conveying means installed below the developer collecting means.
The developer collecting means is provided on the upstream side of the developing portion with respect to the rotation direction of the image carrier,
The developer recovery means electrostatically removes the developer remaining on the developer carrying member from the developer carrying member, and removes the developer remaining on the image carrying member from the image carrier. The image forming apparatus is characterized in that the developer is electrostatically removed from the developer container, and the developer is collected in a developer storage portion in which the developer conveying means of the developer container is installed.
[0023]
According to the present invention, preferably, the developer collecting means is disposed opposite to the developer carrying body and the image carrying body and electrostatically removes the undeveloped developer and the untransferred developer. The roller comprises a scraper that makes the tip contact with the surface of the metal roller and removes the developer remaining on the surface of the metal roller and the developer remaining on the transfer. In the developing unit, the rotation direction of the developer carrier is opposite to the rotation direction of the image carrier. At the facing portion between the metal roller and the image carrier, the rotation direction of the metal roller is the same as the rotation direction of the image carrier. The scraper is disposed so that the developer remaining after development and the developer remaining after transfer removed by the scraper are collected in the developer storage section.
Furthermore, according to the present invention, it is preferable that a developer remaining on the developer carrying member is collected from the developer carrying member to the developer collecting unit by applying a voltage to the developer collecting unit. And an electric field in which the developer remaining after transfer on the image carrier is collected from the image carrier to the developer collecting means is formed.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a developing unit installed in the image forming apparatus of FIG. First, the overall configuration of the image forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
[0026]
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a photosensitive drum as an image carrier, and the photosensitive drum 11 is rotationally driven in the direction of the arrow in the drawing at a predetermined peripheral speed. Around the photosensitive drum 11, a charger 16, an exposure unit 15 and a developing unit D are arranged.
[0027]
In order to form an image, first, the photosensitive drum 11 is rotated, and in the rotation process, the surface of the photosensitive drum 11 is uniformly charged to a desired polarity and potential by the charger 16, and then the desired image data is obtained by the exposure device 15. In accordance with the image exposure, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 11. Next, the electrostatic latent image on the photosensitive drum 11 is developed with the nonmagnetic toner on the developing roller 1 at the developing portion where the photosensitive drum 11 and the developing roller 1 of the developing device D face each other, and electrostatically is applied on the photosensitive drum 11. A toner image corresponding to the latent image is formed.
[0028]
During this development, the undeveloped toner on the developing roller 1 that has not contributed to the development is formed by the bias applied to the developing roller 1 and the bias applied to the toner collecting roller 8 of the developing device D. Due to the electric field, the toner adheres to the toner collecting roller 8 and is collected and returned to the developing device D. The toner collecting roller 8 is disposed to face the developing roller 1 and the photosensitive drum 11.
[0029]
The toner image formed on the photosensitive drum 11 is transferred to a transfer material P conveyed to a transfer portion where the photosensitive drum 11 and the transfer roller 13 face each other by applying a transfer bias to the transfer roller 13. Thereafter, the transfer material P is introduced into the fixing device 14 and the toner image is heated and fixed on the transfer material P, whereby an image is obtained on the transfer material P, and a series of image forming steps is completed.
[0030]
Conventionally, after the transfer, the photosensitive drum 11 is transferred to the transfer material P without being transferred to the transfer material P at the transfer portion. In the present invention, there is no dedicated cleaning means for removing and collecting the transfer residual toner. Therefore, the photosensitive drum 11 is charged again while carrying the transfer residual toner. Then, the process proceeds to the next step of exposure.
[0031]
The transfer residual toner that has undergone the recharging and exposure processes together with the photosensitive drum 1 is a potential that is formed by a newly formed electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum 11 at a portion facing the toner collecting roller 8. Then, the electric field formed by the bias applied to the toner recovery roller 8 is attached and recovered on the toner recovery roller 8 and returned to the developing device D.
[0032]
As described above, according to the present invention, the transfer residual toner on the photosensitive drum 11 is removed only from the transfer residual toner existing in the non-image portion (non-exposed portion) of the new electrostatic latent image, and the toner collecting roller. Collected on the 8th side. Other transfer residual toner existing in the image portion (exposure portion) of the new electrostatic latent image is used for development in the next development step, and is therefore introduced into the development step while being carried on the photosensitive drum 11. Has no effect.
[0033]
Thereafter, similar development, transfer, and fixing steps are performed on the new electrostatic latent image, and such image formation is repeated.
[0034]
Hereinafter, the developing device D used in the present invention and the cleanerless mechanism using the developing device D will be described in detail.
[0035]
As shown in FIG. 2, in the present invention, the developing device D has a developing container 3 containing a nonmagnetic toner of a nonmagnetic one-component developer, and the developing roller 1, toner supply brush 4, A toner flow path control member 5, a toner regulating blade 7, the toner collecting roller 8, a toner stripping scraper 9, and a toner stirring member 10 are provided. The inside of the developing container 3 is partitioned by a partition member 12 that extends to the front of the opening, and a communication port 12 a is provided at the lower portion of the partition member 12.
[0036]
The developing roller 1 is disposed in the opening of the developing container 3 so as to face the photosensitive drum 11 at a predetermined interval, and is driven to rotate in the direction of the arrow in the figure. In this embodiment, a metal roller such as SUS or aluminum is used as the developing roller 1. A power supply 2 for applying a predetermined developing bias is connected to the developing roller 1.
[0037]
The developing roller 1 is not limited to metal. For example, in the case of adopting a contact developing method in which development is performed by bringing the developing roller 1 into contact with the photosensitive drum 11, the developing roller is disposed on a core or a single layer or a plurality of layers. You may comprise in the elastic roller which has this elastic layer. As a material for the elastic layer, general rubber materials such as silicone rubber, NBR rubber, EPDM rubber, urethane rubber, and the like can be used. The surface of the elastic layer can be covered with a conductive resin in which carbon or the like is dispersed in a resin such as nylon.
[0038]
The rubber hardness of the elastic layer is suitably 20 to 70 ° as measured with a JIS-A rubber hardness meter including the surface conductive film. In consideration of toner transportability, the surface of the elastic layer preferably has a surface roughness Rz of 1 to 20 μm. Specifically, the surface roughness Rz matches the particle size and shape of the toner used. Is set. The resistance value of the elastic developing roller is preferably set such that the volume resistivity is about 10 ³ to 10 ⁹ Ωcm, measured in a state including the conductive film on the surface.
[0039]
The toner supply brush 4 takes in the non-magnetic toner in the developing container 3 and supplies it to the developing roller 1. The toner supplying brush 4 is spaced from the developing roller 1 by about 100 μm to 1 mm and has the same rotation direction as the developing roller 1. It is arranged to be rotatable in the direction (reverse direction at the closest part). A voltage obtained by superimposing a desired DC voltage = Vf on the developing bias is applied to the core of the toner supply brush 4 by the power source 6, and a desired electric field is formed between the developing roller 1 and the core.
[0040]
The fibers of the toner supply brush 4 may be only conductive, but in this embodiment, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the low-resistance conductivity of about 10 ² to 10 ⁸ Ωcm. A fur brush in which a brush member in which two kinds of fibers 20 and high-resistance insulating fibers 21 of about 10 ⁸ to 10 ¹⁵ Ωcm are mixed is wound around a metal core such as SUS is used.
[0041]
In this embodiment, since toner having a negative charging polarity is used as a developer, the insulating fiber 21 preferably has a positive charging polarity. In this embodiment, the insulating fiber 21 is a nylon fiber. (10 ⁸ to 10 ¹⁵ Ωcm) was used. Of course, the material is not limited to nylon, and the type of insulating fiber may be selected according to the characteristics of the toner. In the case of this embodiment, a fiber such as rayon can also be used.
[0042]
The first condition is that the conductive fiber 20 satisfies the resistance value in the above-mentioned range, but most of the conductive fiber is spun by dispersing a conductive agent such as carbon in the insulating resin of the insulating fiber raw material. In many cases, the dispersion method varies depending on the fiber manufacturer, and the conductive agent is not always exposed on the entire surface of the single fiber (monofilament). That is, as shown in FIG. 4 which shows the cross section of the single fiber of the conductive fiber 20, the insulating part 20b exists in addition to the conductive part 20a on the surface of the single fiber. Accordingly, in consideration of the contact of the toner with the insulating portion 20b, it is preferable to select an insulating resin for conductive fibers that is positively charged with respect to the toner. In this embodiment, a nylon resin is used. Using.
[0043]
In this embodiment, the toner is made into a cloud by the toner supply brush 4 and supplied to the developing roller 1. For this reason, both the conductive fibers 20 and the insulating fibers 21 of the brush 4 require elasticity, and the fineness is set to about 1 to 10 denier / filament, and the planting density of 1 to 200,000 pieces / inch ² in a state where they are mixed. The pile length was set to 1 to 10 mm.
[0044]
The toner flow path control member 5 is used to cloud the toner from the toner supply brush 4 and knock out the toner in the direction of the developing roller 1, and is disposed so as to contact the toner supply brush 4. . In this embodiment, a thin plate having a thickness of about 100 μm to 1 mm made of metal such as SUS or phosphor bronze is used as the toner flow path control member 5. The toner flow path control member 5 has a straight shape made of a thin plate, but is not limited thereto, and can be formed into a shape suitable for this depending on the direction in which the toner is clouded.
[0045]
The contact surface of the toner flow path control member 5 with the toner supply brush 4 is obtained by dispersing carbon in a resin having high charge imparting ability with respect to the toner, for example, nylon, in consideration of charge imparting to the toner interposed therein. You may laminate what adjusted resistance value to about 10 < ⁵ > ohm-cm. As a result, charge imparting to the toner by the toner flow path control member 5 is added, and the charge imparting to the toner is further stabilized.
[0046]
The regulating blade 7 as the toner regulating means is for regulating the layer thickness of the toner coated on the developing roller 1. In this embodiment, the regulating blade 7 is attached to the tip of a thin metal plate having a thickness of about 0.1 mm. A blade formed by laminating an elastic body 7a made of a rubber material such as urethane rubber or silicone rubber having a hardness of 50 ° to 70 ° is used to be in contact with the developing roller 1.
[0047]
When the elastic roller described above is used as the developing roller 1, the toner regulating blade 7 is preferably a metal thin plate having a thickness of about 0.1 mm. In this case, the toner regulating blade is formed in a shape bent in a direction opposite to the developing roller 1 at a position of about 2 mm from the tip, and the bent portion bites into the developing roller 1 with a linear pressure of about 20 g / cm. It is better to make contact.
[0048]
The toner collecting roller 8 is for electrostatically collecting untransferred toner remaining on the photosensitive drum 11 in the transfer unit and undeveloped toner remaining on the developing roller 1 without contributing to development in the developing unit. The developing roller 1 and the photosensitive drum 1 are spaced apart from each other by a distance of about 100 μm to 1 mm, and the photosensitive drum 1 is about 100 μm to 1 mm. It is installed oppositely so that it can rotate in the same direction. The power source 17 is configured to apply a desired bias.
In this embodiment, the toner recovery roller 8 is configured by processing the surface of the metal roller into a mirror surface. However, in consideration of the toner recovery efficiency, the surface of the metal roller is subjected to surface processing with a fluorine resin such as Teflon. Also good. For example, the surface of a roller obtained by quenching the surface of a metal roller and dissolving the fluororesin in cracks on the plating surface formed at that time is highly releasable with respect to the toner, and the fluororesin (insulating part) ) And the electric field concentration effect by the plating part (conductive part), it becomes easier to collect the toner remaining after development. By performing such surface processing, the wear resistance of the roller surface is also improved.
[0049]
The scraper 9 as a toner stripping means is for removing the toner collected and adhered to the toner collecting roller 8 from the surface of the roller 8 and returning it to the toner storage portion A. In this embodiment, the scraper 9 is The rubber member is made of a rubber member such as urethane rubber or silicone rubber, and is arranged so as to be in edge contact with the surface of the toner collecting roller 8 at the tip.
[0050]
The rubber member forming the scraper 9 preferably has a JIS hardness of 50 ° to 70 ° so that the toner can be mechanically scraped off from the toner collecting roller 8. The edge position of the scraper 9 is set to the position of the lower half circumference of the toner collection roller 8 so that the scraped toner surely returns to the toner storage portion A.
[0051]
The partition member 12 is provided up to a position below the portion of the developing roller 1 facing the toner recovery roller 8, and is scraped off from the toner recovery roller 8 by partitioning between the toner storage portion A and the toner supply portion B. The toner is prevented from scattering to the toner supply part B side. Accordingly, it is possible to more reliably return the undeveloped toner to the toner storage portion A.
[0052]
The partition member 12 prevents the toner having a desired charge from the toner that is clouded by the toner supply unit B from passing through the gap between the developing roller 1 and the collecting roller 8 and scattering outside the developing device. It is also effective in preventing.
[0053]
In this embodiment, the non-magnetic toner has a weight average particle diameter of 5 μm or more, which is formed by mixing and dispersing a colorant and a negative charge control agent in polystyrene or a polyester-based thermoplastic resin and pulverizing. used. Further, an OPC photosensitive member is used for the photosensitive drum 11, and a reversal developing method in which a negative non-magnetic toner is attached to the image exposure portion is adopted as an image developing method.
[0054]
As shown in FIG. 5, the inside of the developing container 3 can be conceptually divided into an area A as a toner storage unit, an area B as a toner supply unit, and an area C as a toner recovery unit. . The toner in the developing container 3 is always circulated in the direction of areas A → B → C → A.
[0055]
The toner stored in the toner storage portion A is conveyed to the toner supply brush 4 of the toner supply portion B through the communication port 12a at the lower part of the partition member 12 by the conveyance by the stirring member 10. The toner sent to the toner supply brush 4 adheres between the fibers of the brush 4 and the surface of the fibers by a mirroring force or the like, and is conveyed in the direction of the toner flow path control member 5 along with the rotation of the brush 4. A stable charge is applied in contact with the. As shown in FIG. 6, after passing through the toner flow path control member 5, the toner T is ejected in the rotation direction of the brush 4 by the elastic force when the fibers of the toner supply brush 4 are detached from the flow path control member 5. Then, it flies in the direction of arrow A in the form of a cloud.
[0056]
Since the toner supply brush 4 is brought into contact with the toner flow path control member 5 so as to eject the toner in the brush 4, uncharged toner or reversal toner remaining between the brush fibers may also be discharged. It is also possible to prevent clogging of fibers by these toners.
[0057]
An electric field is formed between the toner supply brush 4 and the developing roller 1 by the developing bias applied to the developing roller 1 and the bias applied to the toner supplying brush 4 by the power source 6, and is in the direction of arrow A. The flying cloud-like toner is attracted to the developing roller 1 as indicated by an arrow B by this electric field, and is carried on the surface of the developing roller 1.
[0058]
For example, as shown in FIG. 7A, when the DC of the developing bias is set to Vdc = −450 V, the toner supply brush applies a bias in which a DC voltage of about ΔV = −750 V is superimposed on the developing bias by the power source 6. 4, the negatively charged toner is attracted from the toner supply brush 4 to the developing roller 1 by the action of the electric field due to the difference in DC voltage.
[0059]
The toner supplied onto the developing roller 1 in this way is carried on the developing roller 1 by a mirroring force, and then conveyed to the regulating blade 7, and the toner layer thickness is adjusted by regulation by the blade 7, Further, triboelectric charge is applied to form a dense toner layer having a uniform charge amount distribution.
[0060]
In this way, the charged toner is clouded once, and the toner is supplied to the developing roller 1 in a non-contact manner by an electric field, so that mechanical stress on the toner can be remarkably reduced, and only sufficiently charged toner can be obtained. Can be supplied onto the developing roller 1 to form a very sharp toner layer with little bias in the charge amount distribution.
[0061]
The toner layered on the developing roller 1 is uniformly charged with VD = about −700 V by the charger 16 and is exposed to the photosensitive drum 1 where an electrostatic latent image is formed by image exposure by the exposure device 15. As shown in FIG. 7B, the latent image potential on the photosensitive drum 11 (exposure portion VL = −100 V, unexposed portion VD = −700 V) and the developing bias applied to the developing roller 1 Vdc = −450 V. A toner image is formed on the photosensitive drum 1 in accordance with the latent image by adhering to the exposed portion by an electric field.
[0062]
As shown in FIG. 8 (a), the undeveloped toner that has returned to the developing container 3 while being carried on the developing roller 1 without contributing to the development is DC bias Vc applied to the toner collecting roller 8. = Approx. −200 V and the developing bias applied to the developing roller 1 Vdc = −450 V, and electrostatically adheres to the surface of the toner collecting roller 8 and is collected. The collected toner is conveyed into the developing device 3 along with the rotation of the toner collecting roller 8, scraped off by the scraper 9, and stored in the toner storage portion A.
[0063]
As described above, when the collection roller 8 and the scraper 9 are used, the surface of the collection roller 8 can be maintained at a fresh electrode surface with respect to the developing roller 1, and a stable electric field can be constantly provided between the collection roller 8 and the development roller 1. Can be formed.
[0064]
As described above, the undeveloped toner is completely separated from the developing roller 1 and reliably collected in the toner storage portion A, so that the developing container 3 can be moved in the region A → B → C → A in FIG. A toner circulation path can be formed, a continuous load is not applied to the toner, heat generation of the toner itself can be prevented, and toner deterioration can be minimized. As a result, the life of the toner is remarkably extended, and good image formation can be performed over a long period of time.
[0065]
The toner image formed on the photosensitive drum 11 is conveyed in the direction of the transfer roller 13 and transferred onto the transfer material P by a transfer bias applied to the transfer roller 13 at a transfer portion (a portion facing the transfer roller 13). Next, the toner image transferred by the fixing device 14 is fixed to the transfer material P. The untransferred toner remaining on the photosensitive drum 11 without being transferred to the transfer material P in the transfer portion is again carried to the next process of charging and exposure while being carried on the photosensitive drum 11.
[0066]
The untransferred toner often includes uncharged toner or reverse polarity toner that has been included since development, or uncharged toner or reverse polarity toner whose charge polarity has changed due to charge injection or discharge during transfer. When the photosensitive drum 11 carrying these transfer residual toners is again charged to VD = −700 V by the charger 16, the transfer residual toner on the photosensitive drum 11 is also uniformly recharged to a desired negative polarity. .
[0067]
On the photosensitive drum 11, a new electrostatic latent image is formed by the exposure device 15, and the electrostatic latent image is conveyed to a portion facing the toner recovery roller 8 while carrying the transfer residual toner on the surface. Become. As shown in FIG. 8B, since a DC bias of Vc = about −200 V is applied to the toner recovery roller 8, a non-image portion (unexposed portion) of a new electrostatic latent image (VD = With respect to the potential of −700 V), an electric field is formed in which the untransferred toner on the photosensitive drum 11 is attracted to the collecting roller 8 side. On the other hand, with respect to the potential of the image portion (exposure portion) (VL = −100 V) of the new electrostatic latent image, an electric field is formed so that the untransferred toner is restrained to the photosensitive drum 11 side. Therefore, only the transfer residual toner existing in the non-image portion of the new latent image is recovered by the toner recovery roller 8, and the transfer residual toner existing in the image portion is carried on the photosensitive drum 11 in the next development step. And used for development.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the toner is taken into the toner supply brush arranged in contact with one end of the toner flow path control member, and the elasticity when the supply brush is detached from the toner flow path control member by the rotation of the supply brush. The toner is ejected from the supply brush by the force to make a cloud, and only the toner having a desired charge amount from the clouded toner is put on the development roller by the electric field formed between the developing roller and the supply brush. Since the toner is supplied, there is no toner supply due to contact with the developing roller and rubbing as in the case of the toner supplying roller arranged in contact with the conventional developing roller, so the toner accompanying the toner supply to the developing roller The stress can be significantly reduced. In addition, since the toner having an appropriate charge amount is selectively supplied from the clouded toner, not only the uncharged toner or the reversal toner is hardly supplied, but also the charge imparted to the toner by the regulation blade can be reduced. As a result, the contact pressure of the regulating blade can be reduced, and the load on the toner can be further reduced.
[0069]
Further, the undeveloped toner that has returned to the developing container without contributing to the development is electrostatically peeled off by the toner collecting roller arranged in a non-contact manner with respect to the developing roller, and is reliably returned to the toner storage portion, so that Since the toner circulation path is formed in the toner, it is possible to eliminate the continuous development of the toner remaining after development through the nip portion of the regulating blade and the continuous load on the toner. The embedding of the agent into the toner was remarkably suppressed, and the deterioration of the toner could be prevented.
[0070]
Further, the toner collecting roller is provided on the upstream side of the developing unit with respect to the rotation direction of the photosensitive drum, and the toner remaining on the photosensitive drum can also be collected at the portion facing the photosensitive drum while performing development. On the other hand, the conventional dedicated cleaning mechanism can be omitted, and the entire image forming apparatus can be reduced in size and cost.
[0071]
Therefore, according to the present invention, it is possible to remarkably reduce the load on the toner and to obtain a high-quality image without fogging over a long period of time, and to reduce the size and cost of the entire apparatus. It was.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of a developing device installed in the image forming apparatus of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a toner supply brush and its fibers installed in the developing unit of FIG. 2;
4 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional state of conductive fibers in the fibers of FIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a toner circulation direction in the developing unit of FIG. 2;
6 is an explanatory diagram illustrating a method of supplying toner to a developing roller with a toner supply brush in the developing device of FIG. 2;
7 is an explanatory diagram showing a configuration example of a bias used for toner supply and development in the image forming apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of a bias used for collecting undeveloped toner and collecting untransferred toner in the image forming apparatus of FIG. 1;
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a developing device installed in a conventional image forming apparatus.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a conventional image forming apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Developing roller 2 Developing bias power supply 3 Developing container 4 Toner supply brush 5 Toner flow path control member 6 Toner supply brush power source 7 Regulator blade 8 Toner recovery roller 9 Scraper 10 Stirring member 11 Photosensitive drum 12 Partition member D Developer

Claims

An image carrier on which an electrostatic latent image is formed, and a developing device that develops the electrostatic latent image formed on the image carrier using a developer, and transferring a visible image obtained by the development to a transfer material An image forming apparatus for transferring to the image forming apparatus, wherein the developing unit includes a developing container containing a non-magnetic one-component developer, and a rotating developer carrying member disposed opposite to the image carrier at an opening of the developing container. A developer, a power source for applying a voltage to the developer carrier, and a rotation direction of the developer carrier, the developer carrying member upstream of the developing portion where the developer carrier and the image carrier face each other. A developer supply member that rotates in a non-contact manner with respect to the body, and the developer supply member on the upstream side of the facing portion between the developer carrier and the developer supply member with respect to the rotation direction of the developer supply member A developer flow path control member disposed in contact with one end thereof, and the development A power source for applying a voltage to the supply member and the developer flow path control member, and a rotation direction of the developer carrier, on the upstream side of the developing portion and downstream of the arrangement position of the developer flow path control member, Developer regulating means arranged in contact with the developer carrying member, and development arranged opposite to the developer carrying member and the image carrying member on the downstream side of the developing unit with respect to the rotation direction of the developer carrying member. In an image forming apparatus, comprising: a developer collecting unit; a power source for applying a voltage to the developer collecting unit; and a developer conveying unit installed below the developer collecting unit.
The developer collecting means is provided on the upstream side of the developing portion with respect to the rotation direction of the image carrier,
The developer recovery means electrostatically removes the developer remaining on the developer carrying member from the developer carrying member, and removes the developer remaining on the image carrying member from the image carrier. An image forming apparatus , wherein the developer is electrostatically removed from the developer container, and the developer is collected in a developer storage portion in which the developer conveying means of the developer container is installed.

The developer collecting means is disposed opposite to the developer carrier and the image carrier, a metal roller for electrostatically removing the developer remaining after development and the developer remaining after transfer, and a surface of the metal roller. The image forming apparatus according to claim 1, further comprising a scraper that removes the developer remaining after development and the developer remaining after transfer, the tip being brought into contact with the metal roller.

Wherein the developing unit, the developer carrier rotating direction the image carrier according to claim 1 or 2 of the image forming apparatus is a direction opposite to the direction of rotation of the.

3. The image forming apparatus according to claim 2 , wherein the rotation direction of the metal roller is the same as the rotation direction of the image carrier at a facing portion between the metal roller and the image carrier .

The image forming apparatus according to claim 2, wherein the scraper is disposed so that the developer remaining after development and the developer remaining after transfer removed by the scraper are collected in the developer storage unit. .

By applying a voltage to the developer collecting means, an electric field in which the developer remaining on the developer carrying body is collected from the developer carrying body to the developer collecting means, and on the image carrying body The image forming apparatus according to claim 1, wherein an electric field for collecting the developer remaining after the transfer from the image carrier to the developer collecting unit is formed.