JP3900729B2 - Development device - Google Patents

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  • Developing For Electrophotography (AREA)
  • Dry Development In Electrophotography (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像装置に関し、更に詳しくは、電子写真方式の複写機、プリンタ等の静電記録装置に用いられる一成分非接触現像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子写真領域においてもフルカラー化が進行している。1色ごとの画像形成プロセスを基本とする電子写真をフルカラー化するに当たって、一般的に行なわれているプロセスは次のとおりである。まず、第1色目の色で像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像をいったん中間転写体に転写する。次に第1色目のトナー像が転写され清掃された後の像担持体上に第2色目のトナー像を形成して、第1色目のトナー像が転写されている中間転写体上に第2色目のトナー像を重ね合わせる。この工程を色数だけ繰り返し、全色のトナー像が中間転写体上の形成された後、中間転写体から記録紙への全色トナーの一括転写が行なわれる。
【0003】
像担持体から中間転写体への1次転写部並びに中間転写体から記録紙への2次転写部においては、それぞれの部材の移動方向は同一で速度は略等速とする必要がある。このため、画像形成装置内の各エレメントの配置には制約が生じることとなる。
【0004】
現像部におけるトナー担持体と像担持体との移動方向は、一般的に同一方向である(以下これを「ウィズ現像」と記す)。図3に、この場合の中間転写体を用いた画像形成装置の概略図を示す。像担持体たる感光体1は、帯電チャージャ2によって表面を所定の極性に帯電された後、回転の過程においてプリンタヘッド3から照射されるレーザ光によって表面に静電潜像を形成する。この潜像は、次に現像部に至り、中心軸の周りに回転する現像ユニット4のいずれかの現像器によって現像される。このようにして顕像化されたトナー像は、中間転写体5上に1次転写される。感光体1上の転写残トナーは、その回転の過程において、クリーナ6によって清掃され、別のトナー像形成プロセスに移る。一方、現像ユニット4は、これに伴い90度回転することによって、第2色目の現像に供する。
【0005】
このようにして、色分解された4種類の画像の露光、現像、1次転写を順に行ない、中間転写体5上に4色のトナー像が重ね合わされた後、転写ローラ8によって記録紙7上に一括転写される。記録紙7が搬送ローラによって定着部へ搬送され、定着器9によって加熱融解されることで、記録紙7上にトナー像が固定化される。
【0006】
ここで、現像部における現像方式として、図3のように、トナー担持体10と感光体1を所定の間隙を介して対向させる非接触方式が知られている。トナー担持体10と感光体1は接触することなく対向し、現像領域を形成している。トナー担持体10の表面と感光体1の表面は現像領域で互いに同方向に移動し、トナー担持体10は次々にトナーを現像領域に供給し、感光体1もこれと略同速度で回転することによって、連続した画像形成に供する。
【0007】
更に、非接触方式においては、高周波の現像バイアスの作用により、現像領域に交番電界を発生させる方法が用いられる。即ち、トナー担持体に図示しない振動バイアス電源を接続することで、トナー担持体10と感光体1とが対向する現像領域に交番電界を発生させて、トナー担持体10により帯電したトナー14をその電界中に搬送する。搬送されたトナー14は、トナー担持体10から感光体1に向う現像方向及び、感光体1からトナー担持体10に向う回収方向に交互に加速され、感光体1上の潜像部に付着することとなる。このような方法によって、カブリの防止及び階調再現性等の向上が図られるものである。なお、このような振動バイアスは、DCバイアスにACバイアスを重畳することによって構成するのが一般的である。更に、DCバイアスは、感光体1における潜像部電位と背景図電位の中間程度とすることが一般的である。
【0008】
一方、このようなフルカラー画像形成装置においては、モノクロの画像形成装置と比較して、現像器が多色分必要になるため装置が大型化してしまう傾向がある。この点に鑑みて、現像装置においては、装置の小型化を図る観点から、一成分現像方式が用いられることが多い。一成分現像方式を用いた画像形成装置は、二成分現像方式を用いた場合と比較して、トナーとキャリアの攪拌機構が不要となり、その分小型化に貢献できるものである。また、一成分現像方式の場合には、トナーとキャリアの混合比の調整などの二成分現像方式特有の制御が不要で、装置の簡素化、低コスト化にも資するものである。
【0009】
ここで、図3に示す画像形成装置においては、定着器9と現像器ユニット4とが極めて近い位置関係にある。これは、現像器においては、重力を利用してトナーの薄層の形成を行なっているため、トナー担持体10の回転方向は重力方向に対して制約を受けることとなるからである。即ち、図3に示すように、トナー担持体10は、像担持体1との対向部で下向きに移動する方向に回転させる必要があり、これによって、像担持体1の回転方向、中間転写体5の回転方向、及び記録用紙7の移動方向が制約されることによるものである。このため、定着器9で発生する廃熱が現像器ユニット4まで及び、現像器の温度を上昇させてしまうこととなる。
【0010】
フルカラー画像形成装置においては、通常は、軟化点の低い溶け易いトナーが用いられる。したがって、上記のように、現像器の温度が上昇した場合には、このようなトナーの性質によって現像器内でトナーが凝集、固化してしまい、画像ノイズとなって現れるという問題が生じる。このような画像ノイズの問題を回避するために、定着器9を現像器ユニット4の上方に配置することも考えられるが、装置の大型化や通紙経路の延長に伴う装置の複雑化に繋がることとなり、好ましくない。
【0011】
そこで、この問題を解消するためには、図2のように、現像部におけるトナー担持体と像担持体との移動方向を逆方向とする現像方法(以下これを「カウンタ現像」と記す)が有効である。このようにすれば、定着器9と現像ユニット4とが離間して配置でき、上記のような廃熱による不具合点が発生しないこととなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、振動バイアスを作用させて一成分トナーを現像した場合、図2に示すようなカウンタ現像においては、ウィズ現像と比較して、現像バイアス条件の若干の変化によって画像濃度が大きく変化してしまうという問題がある。印加する現像バイアスのDCバイアス値を変化させながら出力画像濃度を測定した結果(以下「現像特性」と記す)を図4に示す。この結果の示すとおり、カウンタ現像においては、ウィズ現像と比較して、横軸(DCバイアス値)に対する縦軸(画像の透過濃度)の傾きγが立ったものとなっている。このことは、バイアス電源の出力のばらつき等によって、適正画像が得られなくなるという問題があるを示している。また、この結果から、カウンタ現像の場合の透過濃度は、使用環境の変化等による潜像電位変化やトナーの帯電量に対しても影響を受けやすいことが類推される。
【0013】
さらに、非接触現像の場合は、感光体やトナー担持体が軸芯に対して振れていると、両者の間隔の変化により現像ギャップが変化してしまい、結果的に画像濃度ムラが生じるという問題も内在している。
【0014】
本発明は、上記の問題点に鑑み、一成分非接触カウンタ現像により現像を行なう画像形成装置においても、画像濃度の安定性を得ることができ、また、現像ギャップの変動に対しても安定した画像濃度が得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、像担持体と、一成分トナーを薄層化して担持したトナー担持体とが所定の間隙を介して対向し、該対向部において現像バイアスを作用させて現像を行なう現像装置であって、前記対向部において前記トナー担持体表面は、前記像担持体表面と逆方向に移動するとともに、前記現像バイアスは、トナーをトナー担持体から像担持体に向う方向に移動させる現像電界を発生させる第1電位およびトナーを像担持体からトナー担持体に向う方向に移動させる回収電界を発生させる第2電位の間を振動する振動期間と第1電位及び第2電位の間の第3電位を一定期間維持する休止期間とを有し、振動期間から休止期間の移行に際しては、第2電位を経た後に第3電位に移行する現像バイアスであり、前記第3電位は、前記第1電位と前記第2電位の中間の電位より第1電位側に偏った電位であることを特徴とする現像装置である。
【0016】
この発明によれば、現像バイアス波形の休止期間に対応する期間においても回収が促進されるため、現像特性の傾きが低くなり、使用環境等による潜像電位の変化やバイアス電源の出力のばらつきの影響を抑えて適正画像を得ることが可能であり、現像部における現像ギャップの変化の影響を抑えて網点ムラのない画像を得ることができる現像装置を提供できる。
【0017】
さらに、請求項2ないし請求項3にかかる発明は、前記第3電位又は、前記第3電位を維持する一定期間以外の期間における前記現像電界を発生させる時間比率は変更可能であることを特徴とする請求項1記載の現像装置である。
【0018】
この発明によれば、前記休止期間における前記現像バイアスの電位又は、前記現像部における前記第1電位を印加する時間比率を変更することで現像部においてリークを生じさせることなく画像濃度を調節できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる現像装置の実施の形態の一例を説明する。
【0022】
まず、図2を参照して、感光体1は、帯電チャージャ2によって、表面を一様にマイナス帯電される。その後、プリントヘッド3による当該色の画像に対応したビームを照射されることで、その光減衰効果によりビーム照射部位に潜像を形成する。感光体1はこのようにして潜像を担持し、現像領域に至ることとなる。
【0023】
図1は、本発明にかかる現像装置のうち、感光体1と現像器4Kの部分を取り出した要部断面図である。
【0024】
本発明にかかる現像装置においては、トナー担持体たる現像ローラ10Kの表面と感光体1の表面が現像領域において互いに逆方向に移動するよう構成されている。現像ローラ10Kは、金属の芯金11の周りに弾性を有する抵抗層12を設けて構成されている。トナーホッパ13内に収容されたトナー14は供給羽根15の回転によって現像ローラ10Kの近傍に供給され、現像ローラ10Kの回転に伴って感光体1と対向する現像領域へ搬送される。
【0025】
ここで、トナー14は、現像ローラ10Kと、これに接触する規制部材16との間で薄層化されるとともにマイナス電荷を付与され、鏡像力による引力により現像ローラ10Kに担持される。その後、振動バイアス電源20によって感光体1と現像ローラ10Kとの間に形成される現像電界の下で、感光体上の潜像部に対してトナーの現像が行なわれる。現像されずに現像ローラ10Kに残留した現像残のトナーは、シール部材17との接触域を経た後、トナーホッパ13に戻る。
【0026】
なお、現像器4Kはブラック色のトナーの現像器であり、以上の構成は、イエロー色、マゼンダ色、シアン色のそれぞれの現像器4Y、4M、4Cにおいてもまったく同様である。
【0027】
上記の装置の現像バイアス電源20から発生させる現像バイアスについて、図5(a)乃至(c)に示す3種類の現像バイアスによる実験を行なった。トナーはマイナス極性に帯電してある。以下、図5(b)または図5(c)に示すように、振動期間(パルス部)と休止期間(ブランク部)を持つ波形を「ブランク波形」と記し、さらに、図5(b)に示すように、休止期間の入るタイミングとして、回収方向(プラス)電位の後に休止期間が入る場合を「GKB」と、図5(c)に示すように、現像方向(マイナス)電位の後に休止期間が入る場合を「KGB」と称することとする。
【0028】
このような振動波形は、DCバイアスにACバイアスを重畳することにより生成する。このときのDCバイアスの値を「Vdc」と示す。また、「Vpp」は、波形の振幅を示し、「Duty」は、振動期間における現像方向(マイナス)時間比率を示す。更に、ブランク波形においては、休止期間の電位レベルを「ブランクレベル」と表記し、このブランクレベルは、Vdcレベルを0%、回収側(プラス)の最大振幅レベルを+100%、現像側(マイナス)の最大振幅レベルを−100%として設定する。
【0029】
5(a)、図5(b)及び図5(c)の各波形を用いたときの現像特性を図6に示す。ここで、感光体と現像ローラの距離を0.15mm、現像ローラ抵抗を1E5Ω、振動期間周波数を3kHz、Vppを1.6kV、Dutyを33%として固定し、ブランク波形では、パルス部とブランク部の時間を同一とし、1回のパルスに続いて1回のブランクを挿入した(これを「1パルス1ブランク」又は「1P1B」と表記する)。
【0030】
これにより、KGBタイプのブランク波形では、現像の始まるDCバイアス値が小さくなることがわかる。連続波形の場合には、現像方向パルスによって感光体方向に加速されたトナーが、続く回収方向のパルスによって現像ローラ方向に引き戻されるのに対して、KGBブランク波形では、現像方向パルスに続くブランク期間も、引き続き感光体方向に移動することが原因で、現像が促進されているものと考えられる。
【0031】
これに対して、ブランクの入れ方が異なるGKBタイプについては、上とは逆に回収が促進されることなり、図6の結果もウィズ現像と同様の現像特性となった。即ち、カウンタ現像方式においてもバイアス波形を現像方向から回収方向に振動させた後に休止期間を有する波形とすることによって、ウィズ現像と同じく画像濃度の安定性を確保できることとなる。
【0032】
この結果に基づいて、GKBブランク波形について詳細なパラメータの検討を行なった。この実験においては、Vpp=1.6kV、Duty=35%、ブランクレベル=0%、及び1パルス1ブランクを基準として、パルス部とブランク部の時間比率、Duty、ブランクレベルのそれぞれの変化に対する現像特性の変化を調べた。
【0033】
まず、図7は、2パルス1ブランクと1パルス2ブランクの場合の現像特性を、基準(1パルス1ブランク)と比較して示している。この結果により、この程度の時間比率変化では、現像特性はほとんど変化していないことがわかる。
【0034】
次に、図8は、基準に対してDutyを変化させた場合の現像特性の変化を示す。この結果により、Dutyを変化させることにより、その形を変えることなく現像特性をシフトさせることができることがわかる。
【0035】
図9は、基準に対してブランクレベルを変化させた場合の現像特性である。この結果により、ブランクレベルを振ることによっても、Dutyを振る場合と同様に、その形を変化させることなく現像特性をシフトすることができることが判る。
【0036】
以上の結果より、Dutyとブランクレベルのいずれか一方又は両方を調整することで、画像濃度を調整することが可能であるといえる。
【0037】
なお、DCバイアス値を変化させることによっても画像濃度の調整を行なうことが可能であるが、単純にDCオフセット値で画像濃度を変えると、図4からわかるように、DCバイアス値が高くなると潜像部電位と現像方向パルス部電位との電位差が大きくなり、潜像部へのリークが生じる虞がある。また逆に、DCバイアス値がが低くなると背景部電位と回収方向パルス電位との電位差が大きくなり背景部へのリークが生じる虞がある。したがって、DCバイアス値で画像濃度調節を行なうことは、好ましい選択ではない。これに対して、Dutyとブランクレベルで画像濃度調節を行なうに当たっては、最大電界に影響することなく濃度調節が可能であり、リークに対して安定な調整パラメータであると結論できる。
【0038】
以上の検討は、軸芯に対してフレのない現像ローラを用いた場合の結果であったが、表面に弾性層等の抵抗層を有する現像ローラの場合は、その形成時にある程度のフレが残存してしまう。このフレによる現像ギャップの変動は現像電界の変動として作用し、結果的には現像ローラ周期の濃度ムラとして画像上に現れることとなる。このような濃度ムラは、特に現像電界の弱い低濃度網点画像部で発生しやすいものである。
【0039】
そこで、画像濃度制御面での有効性を見出したGKBブランク波形を用いて、このような濃度ムラの改善を検討した。この実験では、50μmのフレを有し、抵抗値は上記の実験の場合と同様である現像ローラを用いた。その結果、波形パラメータのうち、パルス部とブランク部の時間比率及びDutyについては、濃度ムラに対する影響が認められないのに対して、ブランクレベルについてはVdcに比べてより現像側に設定することで濃度ムラの改善効果が認められる。図10にその結果を示す。
【0040】
以上を整理すると、GKBブランク波形を用いて、現像ギャップ変動に対して安定性を確保した上で、リークを生じさせることなく画像濃度調整を行なうためには、ブランクレベルをVdcに比べてより現像側に設定しておき、Dutyで濃度調整を行うことが望ましいといえる。ただし、ブランクレベルを極端に現像側に設定すると、周波数にも依存するところではあるが、濃度調整に当たってDutyを極端に小さく設定する必要が生じてしまう。そうすると、バイアス波形が立ち上がりきらなくなるという副作用も発生してくるため、ブランクレベルとしては、0%〜約−30%、Dutyとしては、20%以上の領域で設定することが望ましいといえる。
【0041】
なお、以上では、感光体上の露光部を潜像部とする反転現像について説明したが、本発明は、背景部となるべき部位を露光する正規現像においても同様に適用できるものである。さらに、現像トナーについては、現像の際マイナス帯電する場合について説明したが、本発明は、現像トナーをプラス帯電して現像を行なう場合についても同様に適用できるものである。この場合は、上記の説明の全てにおいて、感光体表面電位及び現像バイアス電位の正負を逆にして考えればよいものである。
【0042】
【発明の効果】
以上詳述したように、一成分非接触カウンタ現像において、現像ローラに印加するバイアス波形を、現像方向から回収方向へ振動させた後に休止期間を有する波形とすることにより、ウィズ現像と同等の画像濃度安定性を確保することができる。
【0043】
また、感光体と現像ローラ間のギャップ変化があっても、上記バイアス波形を用いてその休止期間電位をDCバイアス値に比べて更に現像側に偏らせることで、濃度ムラを抑制することができる。
【0044】
さらに、本発明の画像形成装置にて濃度調整を行なうに当たっては、現像方向時間比率と休止期間電位を調節することにより行うことでリークに悪影響なく濃度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態の例を示す要部断面図である。
【図2】 図2は、カウンタ現像により現像を行なうルカラー画像形成装置の該略図である。
【図3】 図3は、ウィズ現像により現像を行なうルカラー画像形成装置の該略図である。
【図4】 図4は、連続波形バイアスを印加したときのカウンタ現像とウィズ現像の現像特性を示したグラフである。
【図5】 図5は、各種バイアス波形を示すグラフであり、図5(a)は、連続波形を、図5(b)は、KGBブランク波形を、図5(c)は、GKBブランク波形をそれぞれ示す。
【図6】 図6は、カウンタ現像時のバイアス波形のタイプによる現像特性の変化を示すグラフである。
【図7】 図7は、GKBブランク波形での、現像特性のパルス部とブランク部の時間比率依存を示すグラフである。
【図8】 図8は、GKBブランク波形での、現像特性のDuty依存を示すグラフである。
【図9】 図9は、GKBブランク波形での、現像特性のブランクレベル依存を示すグラフである。
【図10】 図10は、GKBブランク波形での、ブランクレベルと網点濃度ムラの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1:感光体、2:帯電チャージャ、3:プリンタヘッド、4:現像ユニット、4C:シアントナー現像器、4M:マゼンダトナー現像器、4Y:イエロートナー現像器、4K:ブラックトナー現像器、5:中間転写体、6:クリーナ、7:記録用紙、8:転写ローラ、9:定着器、10:現像ローラ、11:芯金、12:弾性抵抗層、13:トナーホッパ、14:トナー、15:供給羽根、16:規制部材、17:シール部材、20:現像バイアス電源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing device, and more particularly to a one-component non-contact developing device used in an electrostatic recording apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, full-colorization is also progressing in the electrophotographic region. The process generally performed for full-color electrophotography based on the image forming process for each color is as follows. First, a toner image is formed on the image carrier with the first color, and the toner image is once transferred to the intermediate transfer member. Next, a second color toner image is formed on the image carrier after the first color toner image is transferred and cleaned, and the second color toner image is transferred onto the intermediate transfer body on which the first color toner image is transferred. Superimpose the color toner images. This process is repeated for the number of colors, and after all color toner images are formed on the intermediate transfer member, all color toners are collectively transferred from the intermediate transfer member to the recording paper.
[0003]
In the primary transfer portion from the image bearing member to the intermediate transfer member and the secondary transfer portion from the intermediate transfer member to the recording paper, it is necessary that the movement directions of the respective members are the same and the speed is substantially constant. For this reason, there are restrictions on the arrangement of the elements in the image forming apparatus.
[0004]
The moving direction of the toner carrier and the image carrier in the developing unit is generally the same direction (hereinafter referred to as “with development”). FIG. 3 is a schematic view of an image forming apparatus using the intermediate transfer member in this case. The photosensitive member 1 serving as an image carrier is charged with a predetermined polarity by the charging charger 2 and then forms an electrostatic latent image on the surface by laser light emitted from the printer head 3 in the process of rotation. The latent image is then developed by one of the developing units of the developing unit 4 that reaches the developing unit and rotates around the central axis. The toner image thus visualized is primarily transferred onto the intermediate transfer member 5. The transfer residual toner on the photosensitive member 1 is cleaned by the cleaner 6 in the process of rotation, and proceeds to another toner image forming process. On the other hand, the developing unit 4 is rotated 90 degrees along with this, and is used for the development of the second color.
[0005]
In this way, exposure, development, and primary transfer of the four types of color-separated images are sequentially performed, and after the four color toner images are superimposed on the intermediate transfer member 5, the recording roller 7 is transferred by the transfer roller 8. Are collectively transferred. The recording paper 7 is transported to the fixing unit by the transport roller and heated and melted by the fixing device 9, so that the toner image is fixed on the recording paper 7.
[0006]
Here, as a developing method in the developing unit, as shown in FIG. 3, a non-contact method in which the toner carrying member 10 and the photosensitive member 1 are opposed to each other with a predetermined gap is known. The toner carrying member 10 and the photosensitive member 1 face each other without being in contact with each other to form a developing region. The surface of the toner carrying member 10 and the surface of the photosensitive member 1 move in the same direction in the developing region, the toner carrying member 10 supplies toner to the developing region one after another, and the photosensitive member 1 also rotates at substantially the same speed. Thus, it is used for continuous image formation.
[0007]
Further, in the non-contact method, a method of generating an alternating electric field in the development region by the action of a high-frequency development bias is used. That is, by connecting a vibration bias power source (not shown) to the toner carrying member, an alternating electric field is generated in the developing region where the toner carrying member 10 and the photosensitive member 1 face each other, and the toner 14 charged by the toner carrying member 10 Transport into electric field. The conveyed toner 14 is alternately accelerated in the developing direction from the toner carrier 10 toward the photoconductor 1 and in the collecting direction from the photoconductor 1 toward the toner carrier 10, and adheres to the latent image portion on the photoconductor 1. It will be. By such a method, fog prevention and gradation reproducibility can be improved. In general, such an oscillating bias is configured by superimposing an AC bias on a DC bias. Furthermore, the DC bias is generally set to a middle level between the latent image portion potential on the photoconductor 1 and the background potential.
[0008]
On the other hand, in such a full-color image forming apparatus, as compared with a monochrome image forming apparatus, a developing device is required for a plurality of colors, so that the apparatus tends to be large. In view of this point, in a developing device, a one-component developing system is often used from the viewpoint of reducing the size of the device. The image forming apparatus using the one-component development method does not require a toner / carrier stirring mechanism, and can contribute to downsizing as compared with the case of using the two-component development method. In the case of the one-component development method, control unique to the two-component development method such as adjustment of the mixing ratio of the toner and the carrier is unnecessary, which contributes to simplification of the apparatus and cost reduction.
[0009]
Here, in the image forming apparatus shown in FIG. 3, the fixing unit 9 and the developing unit 4 are in a very close positional relationship. This is because in the developing device, a thin layer of toner is formed using gravity, and therefore the rotation direction of the toner carrier 10 is restricted with respect to the direction of gravity. That is, as shown in FIG. 3, it is necessary to rotate the toner carrier 10 in a direction in which the toner carrier 10 moves downward at a portion facing the image carrier 1, thereby the rotation direction of the image carrier 1 and the intermediate transfer member. This is because the rotational direction of 5 and the moving direction of the recording paper 7 are restricted. For this reason, the waste heat generated in the fixing device 9 reaches the developing device unit 4 and raises the temperature of the developing device.
[0010]
In a full-color image forming apparatus, normally, a toner having a low softening point and being easily soluble is used. Accordingly, as described above, when the temperature of the developing device rises, there is a problem in that the toner aggregates and solidifies in the developing device due to such properties of the toner, and appears as image noise. In order to avoid such a problem of image noise, it is conceivable to arrange the fixing device 9 above the developing unit 4, but this leads to complication of the apparatus due to enlargement of the apparatus and extension of the sheet passing path. This is not preferable.
[0011]
Therefore, in order to solve this problem, as shown in FIG. 2, there is a developing method (hereinafter referred to as “counter development”) in which the moving direction of the toner carrier and the image carrier in the developing unit is reversed. It is valid. In this way, the fixing device 9 and the developing unit 4 can be arranged apart from each other, and the above-described troubles due to waste heat do not occur.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the one-component toner is developed by applying the vibration bias, the image density greatly changes in the counter development as shown in FIG. 2 due to a slight change in the development bias condition as compared with the width development. There is a problem. FIG. 4 shows the results of measuring the output image density (hereinafter referred to as “development characteristics”) while changing the DC bias value of the developing bias to be applied. As shown by this result, in the counter development, a slope γ of the vertical axis (image transmission density) with respect to the horizontal axis (DC bias value) is more established than in the width development. This indicates a problem that an appropriate image cannot be obtained due to variations in the output of the bias power source. Further, from this result, it can be inferred that the transmission density in the case of the counter development is easily affected by the latent image potential change and the toner charge amount due to the change in the use environment.
[0013]
Further, in the case of non-contact development, if the photosensitive member or the toner carrier is swung with respect to the shaft core, the development gap changes due to the change in the distance between the two, resulting in image density unevenness. Is also inherent.
[0014]
In view of the above problems, the present invention can obtain stability of image density even in an image forming apparatus that performs development by one-component non-contact counter development, and is also stable against fluctuations in the development gap. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of obtaining an image density.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an image carrier and a toner carrier carrying a single-component toner in a thin layer are opposed to each other with a predetermined gap, and development is performed at the opposed portion. A developing device that performs development by applying a bias, wherein the surface of the toner carrier moves in the opposite direction to the surface of the image carrier at the facing portion, and the developing bias removes toner from the toner carrier. A vibration period oscillating between a first electric potential for generating a developing electric field that moves in a direction toward the carrier and a second electric potential for generating a recovery electric field that moves toner in a direction from the image carrier to the toner carrier. and a rest period for maintaining the third potential for a certain period between the potential and the second potential, when the transition rest period from the vibration period, the developing bias der to shift to the third potential after a second potential The third potential is a developing device according to claim potential der Rukoto biased than an intermediate potential between the second potential and the first potential to the first potential.
[0016]
According to the present invention, since collection is promoted even during a period corresponding to the pause period of the development bias waveform, the slope of the development characteristic is lowered, and the latent image potential changes due to the use environment and the variation in the output of the bias power source. It is possible to provide a developing device that can obtain an appropriate image while suppressing the influence, and that can suppress an influence of a change in the developing gap in the developing unit and can obtain an image without halftone dot unevenness .
[0017]
Furthermore, the invention according to claims 2 to 3 is characterized in that the third electric potential or a time ratio for generating the developing electric field in a period other than a predetermined period for maintaining the third electric potential can be changed. The developing device according to claim 1.
[0018]
According to the present invention, the image density can be adjusted without causing a leak in the developing unit by changing the potential of the developing bias in the pause period or the time ratio of applying the first potential in the developing unit.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of a developing device according to the present invention will be described.
[0022]
First, referring to FIG. 2, the surface of the photoreceptor 1 is negatively charged uniformly by the charging charger 2. Thereafter, the print head 3 emits a beam corresponding to the image of the color, thereby forming a latent image on the beam irradiation site due to the light attenuation effect. In this way, the photoreceptor 1 carries the latent image and reaches the development area.
[0023]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part of a developing device according to the present invention, in which a portion of a photoreceptor 1 and a developing device 4K is taken out.
[0024]
In the developing device according to the present invention, the surface of the developing roller 10K, which is a toner carrier, and the surface of the photoreceptor 1 are configured to move in opposite directions in the developing region. The developing roller 10 </ b> K is configured by providing a resistance layer 12 having elasticity around a metal core 11. The toner 14 accommodated in the toner hopper 13 is supplied to the vicinity of the developing roller 10K by the rotation of the supply blade 15, and is conveyed to the developing region facing the photoreceptor 1 as the developing roller 10K rotates.
[0025]
Here, the toner 14 is thinned between the developing roller 10K and the regulating member 16 in contact with the developing roller 10K, is given a negative charge, and is carried on the developing roller 10K by attractive force due to mirror image force. Thereafter, toner is developed on the latent image portion on the photoconductor under a developing electric field formed between the photoconductor 1 and the developing roller 10K by the vibration bias power source 20. The undeveloped toner remaining on the developing roller 10K without being developed passes through the contact area with the seal member 17 and then returns to the toner hopper 13.
[0026]
The developing device 4K is a developing device for black toner, and the above configuration is the same for the developing devices 4Y, 4M, and 4C for yellow, magenta, and cyan.
[0027]
The developing bias to be generated from the developing bias power source 20 of the apparatus, experiments were conducted with three kinds of the developing bias shown in FIG. 5 (a) to (c). The toner is negatively charged. Hereinafter, as shown in FIG. 5 (b) or FIG. 5 (c), the waveform having a period of oscillation (pulse unit) and rest period (blank portion) marked "blank waveform" Furthermore, FIG. 5 (b) As shown in FIG. 5 , “GKB” indicates that the rest period enters after the recovery direction (plus) potential, and the rest period after the development direction (minus) potential as shown in FIG. The case where “” is entered is referred to as “KGB”.
[0028]
Such a vibration waveform is generated by superimposing an AC bias on a DC bias. The value of the DC bias at this time is indicated as “Vdc”. “Vpp” indicates the amplitude of the waveform, and “Duty” indicates the development direction (minus) time ratio in the vibration period. Further, in the blank waveform, the potential level during the rest period is expressed as “blank level”. This blank level is 0% for the Vdc level, + 100% for the maximum amplitude level on the collection side (plus), and on the development side (minus). The maximum amplitude level is set to -100%.
[0029]
FIG. 5 (a), the Figure 6 shows the developing characteristic when using the waveforms shown in FIG. 5 (b) and FIG. 5 (c). Here, the distance between the photosensitive member and the developing roller is fixed to 0.15 mm, the developing roller resistance is 1E5Ω, the vibration period frequency is 3 kHz, Vpp is 1.6 kV, and Duty is 33%. The same time was used, and one blank was inserted after one pulse (this is expressed as “1 pulse 1 blank” or “1P1B”).
[0030]
As a result, it can be seen that the DC bias value at which development starts is small in the KGB type blank waveform. In the case of the continuous waveform, the toner accelerated in the direction of the photosensitive member by the development direction pulse is pulled back in the direction of the development roller by the subsequent recovery direction pulse, whereas in the KGB blank waveform, the blank period following the development direction pulse. However, it is considered that development is promoted due to the subsequent movement toward the photoconductor.
[0031]
On the other hand, for the GKB type in which the way of inserting the blank is different, the recovery is promoted contrary to the above, and the result of FIG. 6 also has the same development characteristics as the with development. That is, also in the counter development method, the stability of the image density can be ensured in the same manner as with the developing by making the waveform having a pause period after the bias waveform is oscillated from the developing direction to the collecting direction.
[0032]
Based on this result, detailed parameters were examined for the GKB blank waveform. In this experiment, development was performed for each change in the time ratio of the pulse part to the blank part, the duty, and the blank level on the basis of Vpp = 1.6 kV, Duty = 35%, blank level = 0%, and 1 pulse / blank. Changes in characteristics were investigated.
[0033]
First, FIG. 7 shows the development characteristics in the case of 2 pulse 1 blank and 1 pulse 2 blank compared with the reference (1 pulse 1 blank). From this result, it can be seen that the development characteristics hardly change with this time ratio change.
[0034]
Next, FIG. 8 shows changes in development characteristics when the duty is changed with respect to the reference. From this result, it can be seen that by changing the Duty, the development characteristics can be shifted without changing its shape.
[0035]
FIG. 9 shows development characteristics when the blank level is changed with respect to the reference. From this result, it can be seen that even if the blank level is changed, the development characteristics can be shifted without changing the shape as in the case of changing the duty.
[0036]
From the above results, it can be said that the image density can be adjusted by adjusting one or both of the duty and the blank level.
[0037]
The image density can also be adjusted by changing the DC bias value. However, if the image density is simply changed by the DC offset value, as shown in FIG. The potential difference between the image portion potential and the developing direction pulse portion potential becomes large, and there is a risk of leakage to the latent image portion. Conversely, when the DC bias value is lowered, the potential difference between the background portion potential and the recovery direction pulse potential is increased, and there is a possibility that leakage to the background portion occurs. Therefore, performing image density adjustment with a DC bias value is not a preferred choice. On the other hand, when adjusting the image density at the duty and blank levels, it can be concluded that the density adjustment is possible without affecting the maximum electric field, and that the adjustment parameter is stable against leakage.
[0038]
The above examination was a result when a developing roller having no shaft core was used. However, in the case of a developing roller having a resistance layer such as an elastic layer on the surface, a certain amount of flare remains at the time of formation. Resulting in. The fluctuation of the development gap due to this flare acts as the fluctuation of the development electric field, and as a result, appears on the image as density unevenness of the development roller cycle. Such density unevenness is likely to occur particularly in a low density halftone dot image portion having a weak developing electric field.
[0039]
Therefore, the improvement of such density unevenness was examined using a GKB blank waveform that was found to be effective in terms of image density control. In this experiment, a developing roller having a flare of 50 μm and a resistance value similar to that in the above experiment was used. As a result, among the waveform parameters, the time ratio between the pulse part and the blank part and the duty are not affected by the density unevenness, whereas the blank level is set on the development side more than Vdc. An effect of improving density unevenness is observed. FIG. 10 shows the result.
[0040]
To summarize the above, in order to perform image density adjustment without causing leakage while securing stability against fluctuations in the development gap using the GKB blank waveform, the blank level is more developed than Vdc. It can be said that it is desirable to adjust the density with the duty in advance. However, if the blank level is set extremely on the development side, it is necessary to set the Duty to be extremely small for density adjustment, although it depends on the frequency. Then, a side effect that the bias waveform cannot be fully raised occurs. Therefore, it can be said that it is desirable to set the blank level in the range of 0% to about -30% and the duty in the range of 20% or more.
[0041]
In the above, the reversal development in which the exposed portion on the photoconductor is the latent image portion has been described. However, the present invention can be similarly applied to regular development in which a portion to be the background portion is exposed. Further, the development toner has been described as being negatively charged during development, but the present invention is also applicable to the case where development is performed with positive charge of the development toner. In this case, in all of the above explanations, the positive and negative of the photoreceptor surface potential and the developing bias potential can be considered in reverse.
[0042]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the one-component non-contact counter development, the bias waveform applied to the developing roller is changed to a waveform having a pause period after being oscillated from the developing direction to the collecting direction, thereby obtaining an image equivalent to that of with developing. Concentration stability can be ensured.
[0043]
Even if there is a gap change between the photosensitive member and the developing roller, density unevenness can be suppressed by using the bias waveform to bias the rest period potential further toward the developing side compared to the DC bias value. .
[0044]
Further, when the density adjustment is performed in the image forming apparatus of the present invention, the density control can be performed without adversely affecting the leak by adjusting the development direction time ratio and the rest period potential.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing an example of an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a color image forming apparatus that performs development by counter development.
FIG. 3 is a schematic diagram of a full-color image forming apparatus that performs development with width development.
FIG. 4 is a graph showing development characteristics of counter development and width development when a continuous waveform bias is applied.
5 is a graph showing various bias waveforms, FIG. 5 (a) is a continuous waveform, FIG. 5 (b) is a KGB blank waveform, and FIG. 5 (c) is a GKB blank waveform. Respectively.
FIG. 6 is a graph showing changes in development characteristics depending on the type of bias waveform during counter development.
FIG. 7 is a graph showing the dependence of the development characteristics on the time ratio between the pulse part and the blank part in the GKB blank waveform.
FIG. 8 is a graph showing duty dependency of development characteristics in a GKB blank waveform.
FIG. 9 is a graph showing the dependency of development characteristics on the blank level in a GKB blank waveform.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between blank level and halftone dot density unevenness in a GKB blank waveform.
[Explanation of symbols]
1: Photoconductor, 2: Charger charger, 3: Printer head, 4: Development unit, 4C: Cyan toner developer, 4M: Magenta toner developer, 4Y: Yellow toner developer, 4K: Black toner developer, 5: Intermediate transfer member, 6: cleaner, 7: recording paper, 8: transfer roller, 9: fixing device, 10: developing roller, 11: cored bar, 12: elastic resistance layer, 13: toner hopper, 14: toner, 15: supply Blade: 16: Restriction member, 17: Seal member, 20: Development bias power source

Claims (3)

像担持体と、一成分トナーを薄層化して担持したトナー担持体とが所定の間隙を介して対向し、該対向部において現像バイアスを作用させて現像を行なう現像装置であって、前記対向部において前記トナー担持体表面は、前記像担持体表面と逆方向に移動するとともに、前記現像バイアスは、トナーをトナー担持体から像担持体に向う方向に移動させる現像電界を発生する第1電位およびトナーを像担持体からトナー担持体に向う方向に移動させる回収電界を発生する第2電位の間を振動する振動期間と第1電位及び第2電位の間の第3電位を一定期間維持する休止期間とを有し、振動期間から休止期間の移行に際しては、第2電位を経た後に第3電位に移行する現像バイアスであり、前記第3電位は、前記第1電位と前記第2電位の中間の電位より第1電位側に偏った電位であることを特徴とする現像装置。An image carrier and a toner carrier on which a one-component toner is thinly carried are opposed to each other through a predetermined gap, and a developing device that performs development by applying a developing bias at the opposed portion. The surface of the toner carrier moves in a direction opposite to the surface of the image carrier, and the developing bias generates a first electric potential that generates a developing electric field that moves toner in a direction from the toner carrier to the image carrier. And a vibration period that oscillates between a second potential that generates a recovery electric field that moves the toner in a direction from the image carrier to the toner carrier, and a third potential that is between the first potential and the second potential is maintained for a certain period. and a rest period, during the transition rest period from the vibration period, the developing bias der to shift to the third potential after a second potential is, the third potential, the first potential and the second potential Middle of Developing apparatus is characterized in potential der Rukoto biased from the first potential side position. 前記休止期間における前記第3電位は、変更可能であることを特徴とする請求項1記載の現像装置。  The developing device according to claim 1, wherein the third potential in the pause period can be changed. 前記第3電位を維持する一定期間以外の期間における前記現像電界を発生する時間比率は変更可能であることを特徴とする請求項1記載の現像装置。  The developing device according to claim 1, wherein a time ratio for generating the developing electric field in a period other than the predetermined period for maintaining the third potential is changeable.
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