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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置や静電潜像を可視化する現像装置に係り、さらに詳しくは、非磁性一成分現像剤の供給搬送手段に関し、予め摩擦帯電させることなく、非接触で現像剤を担持体に付着・搬送させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真装置の現像剤としてはトナーのみからなる一成分現像剤と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤とが知られている。二成分現像剤を用いた代表的な現像装置を図2に示す。この現像装置では、トナ−76とキャリア80を撹拌ローラ79で混合撹拌することによりトナー76を帯電させ、キャリア80の表面にトナー76を付着させた状態でマグネットを内包した現像剤担持体72により、静電潜像担持体71と現像剤担持体72との対向位置にある現像領域に搬送させる。このため、十分な搬送量が得られ高濃度の画像を得ることができる。
【0003】
しかしながら、二成分現像剤では現像濃度を一定に維持するために、トナー76とキャリア80の混合比を一定に維持する必要があり、現像装置全体の構成が複雑になる。また、トナー76とキャリア80との撹拌によってキャリア80表面にトナー微粉が堆積・固着し、帯電性能が低下していくため、キャリア80は定期的に交換する必要がある。加えて、マグネットやキャリア80は現像装置のコストアップや重量アップ、更には現像装置の大型化などを招く。
【0004】
したがって、二成分現像法は、サービスマンが定期的に保守点検する複写機では広く使われているが、ユーザ自身がサプライ品の管理をするプリンタ装置においては、保守性、コスト、サイズ、重量等の理由で敬遠されているのが実状である。
【0005】
一方、一成分現像剤を用いた現像装置では、その取扱が簡便である。一成分現像剤(以下、トナーと略称)としては、非磁性一成分現像剤が知られている。非磁性一成分現像装置では、現像剤供給部材(例えば、スポンジ等からなるトナー供給ローラ)を用い、現像剤担持体に現像剤供給部材を押し当てることで、トナーの供給を機械的・電気的に行うことによって、トナーの供給と塗布を行っている。
【0006】
この種の現像装置として一般的なものについて、図3を基に説明する。まず、感光体71(静電潜像担持体)表面に図示しない潜像形成手段により静電像が形成され、その後、感光体71に対向する現像ローラ72(現像剤担持体)によりトナー76(非磁性一成分現像剤)が静電的に付着されて現像が行われ、静電像が可視化される。
【0007】
この現像過程において、現像ローラ72上には帯電したトナー76が薄層形成されている。このトナー76の薄層形成は、まず、現像槽75内に配置され現像ローラ72に圧接されるトナー供給ローラ77(現像剤供給部材)によりトナー76が現像ローラ72に供給・塗布される。その後、現像剤層規制部材であるブレード74により現像ローラ72に付着しているトナー76が薄層均一化される。
【0008】
また、トナー76の帯電は、現像ローラ72とトナー供給ローラ77との間、または現像ローラ72とブレード74との間の少なくとも一方での摺擦による摩擦帯電や電荷注入帯電による方法が一般に用いられる。
【0009】
このような非磁性一成分現像剤を用いた現像装置では、全面黒ベタの原稿のようにトナーを多く消費する現像を行ったとき、トナー供給不足が問題となる。すなわち、二成分現像法と異なりキャリアによるトナー搬送が行えないので、現像ローラ72上のトナー消費量に見合ったトナー供給量を維持できなくなり、濃度が徐々に低下する現象が生じやすい。
【0010】
この問題を解決する従来技術として、例えば、一成分現像剤として上記非磁性トナーの代わりに磁性トナーを用いることが広く知られている。磁性トナーは、磁気力により磁気的に吸引して搬送することができるため、現像ローラ72へトナー消費量に見合う十分なトナー量を供給することが可能となる。しかしながら、磁性トナーは磁性粉をトナーの主樹脂に添加しているので、着色が困難となり、カラー化に対応することが難しくなる。
【0011】
従って、一成分現像剤としては非磁性トナーを用いる方が有利である。しかし、この場合、トナーの搬送やトナーの帯電、更に現像剤担持体上にトナーを均一に且つ薄層化して形成することが問題となる。
【0012】
即ち、非磁性トナーの場合、磁気力によるトナー搬送が行えないため、トナー搬送方法を工夫する必要がある。また、磁性トナーを用いた場合ではトナーは磁気力により現像ローラに付着しているが、非磁性トナーの場合、現像ローラへのトナーの付着は主に鏡像力とファンデルワールス力によって生じているため、トナー層厚を薄層に形成しなければ、現像ローラからのトナーの脱落や飛散が生じてしまう。
【0013】
さらに、トナーの帯電が現像ローラ72またはブレード74との摩擦帯電によるものでは、帯電量はトナー層厚に逆比例するため、安定した高いトナー帯電を得るためにも、均一な薄層形成が必要となる。
【0014】
非磁性トナーを用いた現像装置でのトナー搬送方法としては、前述した従来例で示したように、トナー供給ローラを用いる方法やそれに準ずるものとして多数開示された技術がある。
【0015】
例えば、特開昭58−98762号公報やUSP4,083,326に開示されたように、トナー供給ローラとして繊維ブラシを用いる方法がある。即ち、表面に繊維ブラシを有するトナー供給ローラを現像ローラに接触させることにより、繊維ブラシに含まれたトナーを供給することができる。また、トナー供給ローラとして弾性発泡体を用いる方法が特開平2−191974号公報に開示されている。この方法は、弾性発泡体の発泡セル中にトナーを含ませることにより、トナーを供給するものである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、繊維ブラシや弾性発泡体からなるトナー供給ローラ77を用いた場合、十分なトナー供給量を得るためには、トナー供給ローラ77を現像ローラー72に圧接させる必要があるため、トナー供給ローラー77と現像ローラ72との圧接部において、トナーにストレスがかかりトナーが劣化しやすくなる。また、現像ローラ72の駆動トルクが大きくなるという問題が生じる。
【0017】
さらに、トナー供給ローラ77として、繊維ブラシを用いた場合、ブラシ間へのトナー目詰まりやブラシの毛倒れ等の経時的な劣化が生じやすくなる。また、弾性発泡体を用いた場合でも、発泡セル中へのトナー目詰まりによる経時的な劣化が生じやすくなる。
【0018】
また、トナー供給ローラ77やその駆動装置を設けることにより、現像装置の構造が複雑となり、一成分現像剤を用いる利点の一つである装置の簡易さが失われると同時に、コストも高くなるという問題もある。
【0019】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、現像ローラに圧接摺擦する現像剤供給部材を用いることなく、トナーを現像ローラ上に付着・搬送させ、非磁性一成分現像剤の供給を十分に行うことができ、かつ、トナーへのストレス及びトナーの経時的劣化が少なく、高濃度の画像が安定して得られる現像装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【0021】
(1)非磁性トナーを現像剤担持体上に付着させる現像剤付着領域の下流側に現像剤の層厚を規制するブレードを設けた現像装置において、
非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、前記現像剤付着領域の前記導電性電極パターンに電気的に接触する導電性部材を設け、
前記導電性部材を介して前記現像剤付着領域の前記導電性電極パターンの電極間に対してのみ所望のバイアス電位を与えることで、現像剤担持体表面近傍の電極間に電界勾配を発生せしめ、前記現像剤担持体上に前記非磁性トナーを付着搬送させることを特徴とする。
ブレードは、トナー搬送によって形成された現像ローラ上のトナーに対し、層厚を規制するためのものであり、本発明においては、現像領域において現像ローラ感光体間に作用する電界によってその移動が制御されるように、ブレードとの摩擦によって、さらには、ブレードに所定の電圧を印加することにより、トナーを帯電させる機能を有する。現像工程は、上記帯電された現像ローラ上のトナーを現像領域においてクーロン力の作用により感光体に移動させる工程であり、通常の場合と変わらない。
これにより、本発明によるトナー搬送のために印加したバイアスが、現像領域において、現像のバイアスを撹乱することなく、搬送バイアスと現像バイアスを独立して与えることができる。
なお、上記部材以外に、現像ローラの外周に電気的作用を有する部材が存在する場合には、該部材が配設される領域においても本発明に係るバイアスを印加させない操作を行うことが好ましい。たとえば、現像領域下流側において、現像ローラ上の帯電トナーを除電するために設けられる部材等が該当する。
【0022】
この構成においては、現像剤担持体表面近傍に生じた電界勾配によって、トナー粒子にGradient力という力を発生させることができ、非磁性トナーであっても摩擦帯電させることなくトナーを現像剤担持体上に付着搬送させることできる。
【0023】
従来方法との比較を示せば、以下の通りである。
トナーを部材間で摺擦して摩擦電荷を付与し、鏡像力Fiでローラに付着させる場合、帯電量q、粒径dのトナー粒子に働く鏡像力Fiは、知られているように、数式1に示される。
【0024】
【数1】
【0025】
ここでεp は、現像剤担持体の比誘電率である。
【0026】
一方、本発明のように、電界勾配でトナーを付着搬送する場合、直径d、比誘電率εtのトナー粒子に働く力Fgは、数式2に示される。
【0027】
【数2】
【0028】
すなわち、トナーが帯電していなくても、電界の勾配を作りだすことにより、トナー粒子内に偏った分極が生じ、トナー粒子にGradient力と呼ばれる力を発生させることができるのである。
【0029】
本発明では、このGradient力Fgを活用することにより、トナーを現像剤担持体に付着せしめ、担持体の回転に伴ってトナーを搬送することができる。
【0030】
(2)前記電極パターンは、前記現像剤担持体の軸方向に延びたストライプ状の電極群で構成されており、前記現像剤担持体の移動方向に所定の間隙を設けて複数の電極を配設していることを特徴とする。
【0031】
上記電極に電圧を印加すると、電極上は同電位となり、該電極近傍は一様な電界となるため電界勾配は生じないが、この構成のように、軸方向に伸びたストライプ状の電極を現像剤担持体の移動方向に所定の間隔を開けて配置し、電極に電圧を印加することにより、担持体の移動方向に電界の勾配を効果的に生成することができる。
【0032】
さらに詳しく説明すると、電極の軸方向をY、軸方向に垂直で現像剤担持体表面上の方向(隣接する電極の方向)をX、軸方向に垂直で現像剤担持体から離れる方向をZと定義すると、Gradient力をもたらす電界勾配▽E2 は、数式3で示される。
【0033】
【数3】
【0034】
現像剤担持体の軸方向にストライプ状の電極を延伸させ、現像剤担持体の移動方向に所定の間隙を設けてストライプ電極を繰り返し配設することにより、Z方向の電界EzはX方向の変化に伴って変調され、上記数式の第1項の電界勾配成分を生じせしめる。よって、数式3で表される電界勾配▽E2を効果的に生み出すことができる。
【0035】
(3)前記電極パターン群は、絶縁層を介して前記非磁性トナーと接することを特徴とする。
【0036】
この構成は、たとえば、ポリイミド等の絶縁部材上に電極を形成後、さらに、該電極形成側を絶縁フィルムで張り合わせることにより実現することができる。これにより、電極間に不所望なリークの発生を防止することができる。
【0037】
(4)前記バイアス電位は、異なる電位が交互に印加されていることを特徴とする。
【0038】
この構成においては、電界勾配を電極上に集中することができる。
図6は、600dpiの電極ピッチ(42μm間隔)で形成した電極に+60V、+300Vの電圧を交互に印加した場合の等電位線30、電気力線31、Gradient力のベクトル32を表した解析結果の一例である。
【0039】
極性が同一で大きさの異なる電圧を印加することにより、Gradient力32を特定の電極部に集中して働かせることができる。Gradient力はクーロン力に比べて小さい力であるが、電極部に集中して働かせることにより、クーロン力と同等の力を発生させることができる。図では、+300Vの電圧が印加された電極上に、トナー15が付着している様子を図示している。
【0040】
なお、この場合、電極の無い場所(たとえば、+60Vが印加されている電極上及び+60Vと+300Vが印加されている電極間)ではトナーを付着させる力が働かないが、電極に付着したトナーをブレードで均すことにより、周方向にも一様な厚さのトナー層を形成することができる。
【0041】
(5)前記バイアス電位は、プラス電位とマイナス電位が交互に印加されていることを特徴とする。
【0042】
この構成においては、電極上以外の場所においても電界勾配を働かせることができるので、電極以外の部分においてもトナーを付着させることができる。したがって、現像ローラ上により均一にトナーを形成することができる。
【0043】
(6)前記プラス電位とマイナス電位の絶対値が等しいことを特徴とする。
【0044】
図7は、600dpiの電極ピッチ(42μm間隔)で形成した電極に−120V、+120Vの電圧を交互に印加した場合の等電位線30、電気力線31、Gradient力のベクトル32を表した解析結果である。
【0045】
極性の異なる電圧を交互に印加することにより、現像ローラ上の電極の無い部分に対しても電界勾配を生成することができ、さらに、プラスとマイナスの電位の絶対値を等しくすることにより、場所によらず電界勾配の値を揃えることができ、現像剤担持体上により一様な付着力を生じせしめることができる。この場合、電極部へ電界勾配を集中させる場合に比べて付着力は小さくなるが、むらの少ないトナー層を付着せしめることができる。
【0046】
図7では、+120Vの電圧が印加された電極上及び+120Vの電圧が印加された電極と−120Vの電圧が印加された電極間、さらには、−120Vの電圧が印加された電極上にも、トナー15が付着している様子を図示している。このように、同一極性の電圧を印加する場合に比べて、トナーをより均一に付着させることが可能となる。
【0047】
したがって、下流側に配設されるドクターブレード等の層厚規制部材に、トナーを均一に均す機能を付加させる必要がなく、現像ローラに対する押圧力を低減させることができる。
【0053】
(7)前記電極パターン群の間隔をp、前記電極の幅をdとするとき、pとdの大きさをほぼ等しく設定することを特徴とする。
【0054】
この構成においては、現像剤担持体上にむらの少ないトナー層を付着させることができ、ブレードで均す際の押圧を軽減できる。
【0055】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態に係る現像装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0056】
まず、図8により、本発明が適用される電子写真装置の概略構成についつて説明する。感光体2は、矢印方向に一定速度で回転駆動されるドラムもしくはベルト構造の静電潜像保持体である。この感光体2の周囲に対向するように、各種の画像形成プロセス手段が配置されている。
【0057】
上記画像形成プロセス手段は、感光体2表面を均一に帯電する帯電器3、画像に応じた光による像を照射する光学系4、該光学系により露光されることで感光体2表面に形成された静電潜像を可視像化するための現像ローラ(現像剤担持体)1を含んだ現像装置11、現像されたトナーの像を適宜搬送されてくるシート状の用紙Pに転写する転写器5、転写されなかった残留現像剤を除去するクリーニング装置6、及び感光体2表面に残る帯電電荷を除去する除電器7などがあり、この順序で、感光体2の回転方向に配置されている。
【0058】
用紙Pは、上述した転写器5が配置された感光体2と対向する転写領域へと送り込まれる。トナー像を転写された用紙Pは、感光体2より剥離され、定着装置8へと送り込まれる。
【0059】
次に、本発明が適用される現像装置の構成を第1図により説明する。現像装置11内には、現像剤である非磁性トナー15と、この非磁性トナー15を保持するトナー担持体としての現像ローラ1と、撹拌ローラ14を有している。
【0060】
さらに、現像ローラ1に搬送後の非磁性トナー15を帯電させるためのドクターブレード12(図4参照)が、搬送領域の下流側に設けられている。これにより、現像領域(現像ローラ1と感光体2とが対向する領域)において、現像ローラ1上のトナーが現像ローラ1−感光体2間の電界に従い、感光体2上に移動することで現像が行われる。該ドクターブレードは、また、現像ローラ1に付着・搬送されることにより形成されたトナー層を均一化、所定の厚さに制限する機能を有する。
【0061】
撹拌ローラ14は、非磁性トナー15を現像ローラ1に流しかける(供給する)役目を果たしている。通常、非磁性トナー15の量が十分ある場合は現像ローラ1と非磁性トナー15は必然的に接触するが、非磁性トナー15の量が少なくなると非磁性トナー15と現像ローラ1との接触領域が少なくなる。撹拌ローラ14により、非磁性トナー15が少なくなっても積極的に非磁性トナー15を現像ローラ1に接触させることができる。
【0062】
現像ローラ1と静電潜像を保持する感光体2は、接触状態で回転し、現像ローラ1に保持された非磁性トナー15によって静電潜像が現像される。
【0063】
図1に示すような構造の現像槽に、非磁性トナー15として平均粒径7μmの負帯電トナーを入れ現像剤担持体表面に、図4のような周期的な電極21,22(導電性電極パターン)を形成し、該電極21,22に電圧を印加し、電界勾配を発生させた。
【0064】
以下に、本発明の現像装置の構成について、より詳細に説明する。
図4は、現像装置11を斜め上方から見た図であり、現像ローラ1のほぼ直上にブレード12が配設されており、また、その下流側に図示しない感光体2が配設される。
【0065】
現像ローラ1の芯金には、現像領域24において感光体2−現像ローラ1間に所望の電界を発生させるための電源VBが接続されている。該電源VBは、直流もしくは直流に交流を重畳したバイアス電圧を出力する。
【0066】
本発明の現像ローラ1の特徴とするところは、その表面に軸方向に延びた複数の電極が形成されていることである。また、よりよい効果を得るために、該電極は2つのグループに分けられており、同一のグループに属する電極には同一の電圧が印加されるようになっている。
【0067】
また、該電極に電源からの電圧が印加可能なように、図からわかるように、1つおきに電極が現像ローラ1の幅方向にずれて形成されている。なお、グループの数及び電圧の供給方法は、上記に限られない。
【0068】
また、現像領域24下流側であって、ブレード12の配設位置よりも上流側の領域に位置する電極21,22に対して、外部電源V1,V2からの所定の電圧を印加するための導電シート23a,23bが接触して配設されている。
【0069】
図では、導電シート23aは+Y方向により延伸して形成された4つの電極21に対して電気的接続を行うように、また、導電シート23bは−Y方向により延伸して形成された4つの電極21に対して電気的接続を行うように、また、導電シート23bは−Y方向により延伸して形成された3つの電極22に対して電気的接続を行うように構成されている場合の一例を示している。
【0070】
なお、導電シート23a,23bは、必要とする現像幅(たとえば、A3タテの場合には297mm)の外側で電極21,22と接触するように配設されていることが好ましい。現像幅内に配設する構造であれば、導電シート23a,23bと接触する電極21,22を露出して形成する必要があり、後述するように電極間のショートといった問題があるからである。
【0071】
さらに、導電シート23aを現像ローラ1の側面(図では手前側)まで延伸し、導電シート23bを現像ローラ1の他の側面まで延伸し、現像ローラ1の側面において電気的接続を行う形態であってもよい。
【0072】
また、導電シート23a,23bと電気的接続が行われる電極の数は例示的であり、上記値に限定されるものではなく、現像ローラ1上へのトナー搬送量が十分得られるように任意に設定可能である。
【0073】
該導電シート23a,23bは、現像装置11の筐体等に絶縁部材を介して固定されており、したがって、現像ローラ1の回転によって、導電シート23a,23bと電気的接続が得られる電極21,22に対してのみ電源V1及びV2からの電圧を供給することができる。
【0074】
また、ばね等を用いることによって、電極部22,23に確実に押圧するようにしてもよい。また、現像ローラ1の外形状に沿うように、薄層に形成するとよい。
【0075】
さらに、電源V1及びV2はそれぞれ独立にその電圧値が設定可能なように構成されている。なお、電源V1及びV2が出力する電圧値は、図示しないCPU等の制御部によって可変可能なように制御される形態であってもよい。
【0076】
上記現像ローラ1の作製にあたっては、後述するように、ポリイミドフィルム等の絶縁部材に電極を形成したものを通常の現像ローラの外周に貼り付けるという方法を採った。
【0077】
図5に示すように、電極幅wが50μm、電極ピッチpが120μm、シート厚dが120μmのFPCを試作し、現像ローラ1に貼り付け、図1に示すような現像装置として組込み実験を行った。
【0078】
電極部21,22には+400V/−400Vの電圧を印加した。ブレード通過前の単位面積当りのトナー付着量M/Aは、1〜2mg/cm2 であり、必要なトナー量を付着せしめることができた。
【0079】
このときのトナーの比電荷量Q/Mは、0.7μC/gであり、未帯電状態のトナーが電界勾配による吸引力で付着していることがわかった。ブレード通過後のトナーは0.3mg/cm2に規制できた。
【0080】
比較のため、図3に示した供給ローラタイプの現像槽で同様の実験を試みた。ブレード通過前の単位面積当りのトナー付着量M/Aは、13.1mg/cm2であり、過剰なトナーが現像ローラ上に付着し、ブレードで掻きとる必要があることがわかった。
【0081】
本実施形態では、現像ローラ1の回りにFPC電極を巻きつけて実験を行ったが、電極構造を有する現像ローラを一体化して製作して実施することもできる。
【0082】
図5において、電極面からZ方向にhだけ離れると電界Ezは変化し、電界勾配が生じるが、電極面からのギャップhが大きいとEzは急激に減衰し、Ezの変化も小さくなる。したがって本来ギャップhは0か小さいほうが、電界勾配を有効に用いることができる。
【0083】
しかしながら、hが0、すなわち、電極が露出した状態であると、万一ギアの摩耗粉などの導電性パーティクルや導電性の異物などが異なる電極上に覆い被さった場合に該電極間がリークし、電極及び電源の損傷につながる場合がある。よって、図1の実施形態においては、導電シート23a,23bとの接触部を除き、電極上を10〜25μmのポリイミド絶縁層で被覆した。その結果、連続稼働においてもリークが発生することはなかった。
【0084】
600dpiの電極ピッチ(42μm間隔)で形成した電極21,22を現像剤担持体1上に図4の如く配設し、図1で示すような現像装置として組み込んだ。電極21には+60Vを、電極22には+300Vの電圧が印加されるように、交互に印加したところ、電極22部に集中してトナーが付着した。
【0085】
この状態ではトナー層は、周方向に層厚むらを有するため、ドクターブレード12で均一に均してトナー層の均一化を図った。均一にトナー層を平坦化するブレード機構として、円弧板ばね機構12を用いた。円弧板ばねの厚さは0.2mm、円弧部半径2.6mm、平板部長さ14mmであり、40gf/cmの線圧で規制したところ、約0.3mg/cm2 の均一なトナー層が得られた。
【0086】
図4に示すように、電極21に電圧Vlが印加されるべく、電源に接続された導電シート部材23aを現像ローラ1の周端部にて密着させ、電極22に電圧V2が印加されるべく、導電シート部材23bを密着させ、電極21,22には現像ローラ1がホッパー内のトナーと接触するときにのみ電圧が印加されるようにした。
【0087】
すなわち、感光体2と対向する現像領域24の上流側にドクターブレード12が設けられ、ドクターブレード12の上流側で現像ローラ1の周端部に、電極21,22と各々接続される導電シート23a,23bが、それぞれ設けられている。
【0088】
以上のような構成において、非磁性トナー15は電界勾配によるGradient力で現像ローラ1に付着し、付着した非磁性トナー15は、ドクターブレード12で摩擦帯電され電圧が印加されない領域でも鏡像力で現像ローラ1に保持される。
【0089】
現像部では静電潜像Viと現像バイアスVBの電位差にしたがって帯電した非磁性トナー15が現像される。非磁姓トナー15を現像ローラ1に搬送するときにのみ電極21,22にバイアスを印加させることで、該搬送バイアスが現像バイアスに干渉することがないので、現像特性を安定化することができた。
【0090】
600dpiの電極ピッチ(42μm間隔)で形成した電極21,22を現像ローラl上に図4の如く配設し、図1で示すような現像装置として組み込んだ。電極21には−120Vを、電極22には+120Vの電圧を交互に印加したところ、電極21,22部のみならず、その間隙部分にもトナーが付着した。この状態ではトナー層が厚すぎるため、ドクターブレード12で均一に均してトナー層の均一化を図った。
【0091】
均一にトナー層を平坦化するブレード機構として、円弧板ばね機構12を用いた。実験の結果、20gf/cm以下の線圧で、約0.3mg/cm2 の均一なトナー層が得られた。
【0092】
以上、電極幅と電極ピッチをほぼ等しくし、隣り合う電極に極性が異なり大きさの等しい電圧を加えることで、より小さいブレード圧で所望のトナー層厚を現像ローラ1上に形成することができた。
【0093】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【0094】
(1)非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、該電極に所望のバイアス電位を与えることで、現像剤担持体表面近傍に電界勾配を発生せしめ、前記現像剤担持体上にトナーを付着搬送させるので、トナー供給部材をトナー担持体に圧接させることなく、非磁性一成分トナーを現像剤担持体上に形成して付着搬送させることできる。従って、現像装置が簡略化され、より小さな負荷トルクで現像剤担持体を駆動でき、装置全体も小型・軽量化できる。
【0095】
また、予め摩擦帯電させる工程が不要で、非接触でトナーを担持体上に付着・搬送できるので、トナーに与えるストレスを低減でき、トナー融着を防止でき、長寿命のプリンタが実現できる。
【0096】
従来、非磁性一成分現像システムは、トナーの供給不足が原因で20ppm以上のプリンタに適用することは難しかったが、本発明により、磁性トナーをマグネットローラで付着搬送する磁性現像システムと同様な供給追従性が得られ、非磁性一成分トナーを高速機にも適用することが可能となる。
【0097】
さらに、非磁性トナーであるから、カラー化に適しており、モノクロ、カラー、低速、高速を問わず、今後の電子写真方式の現像エンジンとして、幅広く使用することができる。
【0098】
(2)電極パターンを、現像剤担持体の軸方向に延びたストライプ状の電極群で構成し、現像剤担持体の移動方向に所定の間隙を設けて複数の電極を配設しているので、担持体の移動方向に電界の勾配を効果的に生成することができる。
【0099】
(3)前記電極パターン群は絶縁層を介してトナーと接するので、電極間に不所望なリークの発生を防止することができる。
【0100】
(4)前記バイアス電位は、異なる電位が交互に印加されているので、電界勾配を電極上に集中させることができる。
【0101】
(5)前記バイアス電位は、プラス電位とマイナス電位が交互に印加されているので、電極上以外の場所においても電界勾配を働かせることができるので、電極以外の部分においてもトナーを付着させることができる。したがって、現像ローラ上により均一にトナーを形成することができる。
【0102】
(6)前記プラス電位とマイナス電位の絶対値が等しいので、場所によらず電界勾配の値を揃えることができ、現像剤担持体上により一様な付着力を生じさせることができる。この場合、電極部へ電界勾配を集中させる場合に比べて付着力は小さくなるが、トナーをより均一に付着させることが可能となる。したがって、下流側に配設されるドクターブレード等の層厚規制部材に、トナーを均一に均す機能を付加させる必要がなく、現像ローラに対する押圧力を低減させることもできる。
【0103】
(7)前記電極に印加するバイアス電位は、非磁性トナーを担持体に付着させるときにのみ印加し、一旦付着したトナーを規制する工程や現像に供する工程では前記電極へのバイアスを印加させないので、本発明によるトナー搬送のために印加したバイアスが、現像領域において、現像のバイアスを撹乱することなく、搬送バイアスと現像バイアスを独立して与えることができる。
【0104】
(8)前記電極パターン群の間隔をp、電極の幅をdとするとき、pとdの大きさをほぼ等しく設定するので、現像剤担持体上にむらの少ないトナー層を付着させることができ、ブレードで均す際の押圧を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る現像装置を採用した電子写真方式の構成図である。
【図2】二成分現像装置の概略断面図である。
【図3】非磁性一成分現像装置の概略断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る現像剤担持体の斜視図である。
【図5】同電極パターンとバイアス印加条件を示す構成図である。
【図6】同トナー近傍の電界勾配とトナーに働くGradient力の大きさ・向きを示す解析結果の一例である。
【図7】同トナー近傍の電界勾配とトナーに働くGradient力の大きさ・向きを示す解析結果の他の例である。
【図8】同電子写真装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
1−現像剤担持体(現像ローラ)
15−非磁性トナー
21,22−電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophotographic apparatus and a developing apparatus for visualizing an electrostatic latent image. More specifically, the present invention relates to a non-magnetic one-component developer supply / conveying means. It relates to technology that adheres to and transports the body.
[0002]
[Prior art]
As a developer for an electrophotographic apparatus, a one-component developer composed only of toner and a two-component developer composed of toner and carrier are known. A typical developing apparatus using a two-component developer is shown in FIG. In this developing device, the
[0003]
However, in the case of the two-component developer, it is necessary to maintain the mixing ratio of the
[0004]
Therefore, the two-component development method is widely used in copiers that are regularly inspected and serviced by service personnel. However, in printer devices that are managed by users themselves, maintainability, cost, size, weight, etc. The fact is that it is shunned for the reason.
[0005]
On the other hand, a developing apparatus using a one-component developer is easy to handle. As a one-component developer (hereinafter abbreviated as toner), a non-magnetic one-component developer is known. In a non-magnetic one-component developing device, a developer supply member (for example, a toner supply roller made of a sponge or the like) is used, and the developer supply member is pressed against the developer carrying member, thereby supplying toner mechanically and electrically. In this way, the toner is supplied and applied.
[0006]
A general apparatus of this type will be described with reference to FIG. First, an electrostatic image is formed on the surface of the photosensitive member 71 (electrostatic latent image carrier) by a latent image forming unit (not shown), and then a toner 76 (developer carrier) facing the
[0007]
In this developing process, a thin layer of
[0008]
The
[0009]
In such a developing device using a non-magnetic one-component developer, a shortage of toner supply becomes a problem when a developing process that consumes a large amount of toner is performed as in a solid black document. That is, unlike the two-component development method, the toner cannot be conveyed by the carrier, so that the toner supply amount corresponding to the toner consumption amount on the developing
[0010]
As a conventional technique for solving this problem, for example, it is widely known to use a magnetic toner instead of the non-magnetic toner as a one-component developer. Since the magnetic toner can be conveyed by being magnetically attracted by a magnetic force, it is possible to supply a sufficient amount of toner corresponding to the amount of toner consumption to the developing
[0011]
Therefore, it is advantageous to use a non-magnetic toner as the one-component developer. However, in this case, there is a problem that the toner is transported, the toner is charged, and the toner is uniformly and thinly formed on the developer carrier.
[0012]
That is, in the case of non-magnetic toner, since toner cannot be conveyed by magnetic force, it is necessary to devise a toner conveying method. In the case of using magnetic toner, the toner adheres to the developing roller by magnetic force. In the case of non-magnetic toner, the toner adheres to the developing roller mainly due to mirror image force and van der Waals force. Therefore, if the toner layer thickness is not formed as a thin layer, the toner will fall off or scatter from the developing roller.
[0013]
Furthermore, if the toner is charged by frictional charging with the developing
[0014]
As a toner conveying method in a developing device using non-magnetic toner, as shown in the above-described conventional example, there are a number of techniques disclosed as a method using a toner supply roller and the like.
[0015]
For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-98762 and US Pat. No. 4,083,326, there is a method of using a fiber brush as a toner supply roller. That is, the toner contained in the fiber brush can be supplied by bringing the toner supply roller having the fiber brush on the surface into contact with the developing roller. A method of using an elastic foam as a toner supply roller is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-191974. In this method, toner is supplied by including the toner in a foam cell of an elastic foam.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the
[0017]
Further, when a fiber brush is used as the
[0018]
In addition, the provision of the
[0019]
The present invention has been made in view of such circumstances, and allows toner to be adhered and transported onto the developing roller without using a developer supplying member that is pressed and rubbed against the developing roller, thereby sufficiently supplying the non-magnetic one-component developer. It is an object of the present invention to provide a developing device that can be carried out at the same time, is less susceptible to toner stress and toner deterioration over time, and can stably obtain a high-density image.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, means for solving the above-described problems are configured as follows.
[0021]
(1) In a developing device provided with a blade that regulates the layer thickness of the developer on the downstream side of the developer adhesion region where the nonmagnetic toner is deposited on the developer carrier.
A periodic conductive electrode pattern is provided on the surface of the developer carrying member carrying the non-magnetic toner via an insulating portion, and a conductive member that is in electrical contact with the conductive electrode pattern in the developer adhesion region is provided. ,
Through the conductive memberOf the developer adhesion regionThe conductive electrode patternBetween the electrodesInOnly forBy applying the desired bias potential, near the developer carrier surfaceBetween the electrodesAn electric field gradient is generated, and the non-magnetic toner is adhered and conveyed onto the developer carrying member.
The blade is for regulating the layer thickness of the toner on the developing roller formed by toner conveyance. In the present invention, the movement of the blade is controlled by the electric field acting between the developing roller photoreceptors in the developing region. As described above, the toner has a function of charging the toner by friction with the blade and by applying a predetermined voltage to the blade. The developing step is a step of moving the charged toner on the developing roller to the photosensitive member by the action of Coulomb force in the developing region, and is not different from a normal case.
Accordingly, the bias applied for toner conveyance according to the present invention can independently provide the conveyance bias and the development bias in the development region without disturbing the development bias.
In addition to the above members, when there is a member having an electric action on the outer periphery of the developing roller, it is preferable to perform an operation without applying a bias according to the present invention even in a region where the member is disposed. For example, a member provided to neutralize charged toner on the developing roller corresponds to the downstream side of the developing region.
[0022]
In this configuration, the electric field gradient generated in the vicinity of the surface of the developer carrier can generate a force called a gradient force on the toner particles. It can be adhered and conveyed on top.
[0023]
A comparison with the conventional method is as follows.
When the toner is rubbed between the members to apply a frictional charge and adheres to the roller with a mirror image force Fi, the mirror image force Fi acting on the toner particles having the charge amount q and the particle diameter d is expressed by a mathematical formula as known in the art. It is shown in 1.
[0024]
[Expression 1]
[0025]
Where εp Is the relative dielectric constant of the developer carrier.
[0026]
On the other hand, when the toner is adhered and transported with an electric field gradient as in the present invention, the diameter d and the relative dielectric constant εtThe force Fg acting on the toner particles is expressed by
[0027]
[Expression 2]
[0028]
That is, even if the toner is not charged, by creating a gradient of the electric field, biased polarization occurs in the toner particles, and a force called a gradient force can be generated in the toner particles.
[0029]
In the present invention, by utilizing the gradient force Fg, the toner can be adhered to the developer carrying member, and the toner can be conveyed along with the rotation of the carrying member.
[0030]
(2) The electrode pattern includes a striped electrode group extending in the axial direction of the developer carrying member, and a plurality of electrodes are arranged with a predetermined gap in the moving direction of the developer carrying member. It is characterized by having installed.
[0031]
When a voltage is applied to the electrode, the electrode has the same potential and a uniform electric field is generated in the vicinity of the electrode, so that an electric field gradient does not occur. However, as in this configuration, a striped electrode extending in the axial direction is developed. An electric field gradient can be effectively generated in the direction of movement of the carrier by arranging the agent carrier at a predetermined interval in the direction of movement and applying a voltage to the electrodes.
[0032]
More specifically, the axial direction of the electrode is Y, the direction perpendicular to the axial direction on the surface of the developer carrier (the direction of the adjacent electrode) is X, and the direction perpendicular to the axial direction and away from the developer carrier is Z. When defined, the electric field gradient that produces the gradient force ▽ E2 Is shown in
[0033]
[Equation 3]
[0034]
By extending a striped electrode in the axial direction of the developer carrying member, and repeatedly arranging the stripe electrode with a predetermined gap in the moving direction of the developer carrying member, the electric field Ez in the Z direction changes in the X direction. And the electric field gradient component of the first term of the above formula is generated. Therefore, the electric field gradient ▽ E represented by
[0035]
(3) The electrode pattern group is in contact with the non-magnetic toner through an insulating layer.
[0036]
This configuration can be realized, for example, by forming an electrode on an insulating member such as polyimide and then bonding the electrode forming side with an insulating film. Thereby, generation | occurrence | production of the unwanted leak between electrodes can be prevented.
[0037]
(4) The bias potential is characterized in that different potentials are applied alternately.
[0038]
In this configuration, the electric field gradient can be concentrated on the electrode.
FIG. 6 is an analysis result showing an
[0039]
By applying voltages having the same polarity but different magnitudes, the
[0040]
In this case, the force to attach the toner does not work in a place where there is no electrode (for example, on the electrode to which + 60V is applied and between the electrodes to which + 60V and + 300V is applied). The toner layer having a uniform thickness can also be formed in the circumferential direction by leveling with.
[0041]
(5) The bias potential is characterized in that a positive potential and a negative potential are alternately applied.
[0042]
In this configuration, the electric field gradient can be applied at a place other than on the electrode, so that the toner can be adhered at a part other than the electrode. Therefore, the toner can be formed more uniformly on the developing roller.
[0043]
(6) The absolute values of the positive potential and the negative potential are equal.
[0044]
FIG. 7 shows an analysis result representing an
[0045]
By alternately applying voltages with different polarities, it is possible to generate an electric field gradient even on the part where there is no electrode on the developing roller, and by making the absolute values of the positive and negative potentials equal, Regardless of this, the values of the electric field gradient can be made uniform, and a more uniform adhesion force can be generated on the developer carrier. In this case, the adhesion force is smaller than when the electric field gradient is concentrated on the electrode portion, but a toner layer with less unevenness can be adhered.
[0046]
In FIG. 7, on the electrode to which the voltage of +120 V is applied, between the electrode to which the voltage of +120 V is applied and the electrode to which the voltage of −120 V is applied, and also on the electrode to which the voltage of −120 V is applied, A state in which the
[0047]
Therefore, it is not necessary to add a function of uniformly leveling toner to a layer thickness regulating member such as a doctor blade disposed on the downstream side, and the pressing force against the developing roller can be reduced.
[0053]
(7)When the interval between the electrode pattern groups is p and the width of the electrode is d, the sizes of p and d are set to be substantially equal.TheFeatures.
[0054]
In this configuration, a toner layer with less unevenness can be adhered on the developer carrying member, and the pressure when leveling with the blade can be reduced.
[0055]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a developing device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0056]
First, a schematic configuration of an electrophotographic apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The
[0057]
The image forming process means is formed on the surface of the
[0058]
The sheet P is sent to a transfer area facing the
[0059]
Next, the construction of the developing apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The developing
[0060]
Further, a doctor blade 12 (see FIG. 4) for charging the developing
[0061]
The stirring
[0062]
The developing
[0063]
A negatively charged toner having an average particle diameter of 7 μm as
[0064]
Hereinafter, the configuration of the developing device of the present invention will be described in more detail.
FIG. 4 is a view of the developing
[0065]
A power source VB for generating a desired electric field between the
[0066]
A feature of the developing
[0067]
In addition, every other electrode is formed so as to be shifted in the width direction of the developing
[0068]
Conductives for applying a predetermined voltage from the external power sources V1 and V2 to the
[0069]
In the figure, the
[0070]
The
[0071]
Further, the
[0072]
In addition, the number of electrodes that are electrically connected to the
[0073]
The
[0074]
Moreover, you may make it press to the
[0075]
Further, the power supplies V1 and V2 are configured such that their voltage values can be set independently. The voltage values output from the power supplies V1 and V2 may be controlled so as to be variable by a control unit such as a CPU (not shown).
[0076]
In the production of the developing
[0077]
As shown in FIG. 5, an FPC having an electrode width w of 50 μm, an electrode pitch p of 120 μm, and a sheet thickness d of 120 μm is prototyped and attached to the developing
[0078]
A voltage of +400 V / −400 V was applied to the
[0079]
The specific charge amount Q / M of the toner at this time is 0.7 μC / g, and it has been found that the uncharged toner is attached by the suction force due to the electric field gradient. The toner after passing through the blade is 0.3 mg / cm2We were able to regulate.
[0080]
For comparison, the same experiment was attempted in the supply roller type developing tank shown in FIG. The toner adhesion amount M / A per unit area before passing through the blade is 13.1 mg / cm2It was found that excessive toner adhered to the developing roller and had to be scraped off with a blade.
[0081]
In this embodiment, the FPC electrode is wound around the developing
[0082]
In FIG. 5, the electric field Ez changes and an electric field gradient is generated when the electrode surface is separated by h in the Z direction. However, when the gap h from the electrode surface is large, Ez is rapidly attenuated and the change in Ez is also small. Therefore, the electric field gradient can be effectively used when the gap h is originally 0 or smaller.
[0083]
However, when h is 0, that is, when the electrodes are exposed, when conductive particles such as gear wear powder or conductive foreign matter are covered on different electrodes, the gap between the electrodes leaks. , May lead to electrode and power supply damage. Therefore, in the embodiment of FIG. 1, the electrodes are covered with a 10-25 μm polyimide insulating layer except for the contact portions with the
[0084]
[0085]
In this state, since the toner layer has a layer thickness unevenness in the circumferential direction, the toner layer is uniformly leveled by the
[0086]
As shown in FIG. 4, in order to apply the voltage Vl to the
[0087]
That is, a
[0088]
In the configuration as described above, the
[0089]
In the developing unit, the
[0090]
[0091]
An arc
[0092]
As described above, a desired toner layer thickness can be formed on the developing
[0093]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
[0094]
(1) A periodic conductive electrode pattern is provided on the surface of the developer carrying member carrying the non-magnetic toner via an insulating portion, and a desired bias potential is applied to the electrode so that the developer carrying member is provided near the surface. An electric field gradient is generated and the toner is adhered and transported on the developer carrier, so that a non-magnetic one-component toner is formed on the developer carrier and is transported without pressing the toner supply member against the toner carrier. Can be made. Therefore, the developing device is simplified, the developer carrying member can be driven with a smaller load torque, and the entire device can be reduced in size and weight.
[0095]
In addition, since the step of preliminarily triboelectrically charging is unnecessary and the toner can be adhered and transported onto the carrier without contact, the stress applied to the toner can be reduced, toner fusion can be prevented, and a long-life printer can be realized.
[0096]
Conventionally, it has been difficult to apply a non-magnetic one-component development system to a printer with 20 ppm or more due to insufficient supply of toner. However, according to the present invention, the same supply as a magnetic development system in which magnetic toner is adhered and conveyed by a magnet roller is used. Followability can be obtained, and non-magnetic one-component toner can be applied to a high-speed machine.
[0097]
Further, since it is a non-magnetic toner, it is suitable for colorization and can be widely used as a developing engine for future electrophotographic systems regardless of monochrome, color, low speed, and high speed.
[0098]
(2) Since the electrode pattern is composed of a striped electrode group extending in the axial direction of the developer carrying member, and a plurality of electrodes are provided with a predetermined gap in the moving direction of the developer carrying member. The gradient of the electric field can be effectively generated in the moving direction of the carrier.
[0099]
(3) Since the electrode pattern group is in contact with the toner through the insulating layer, it is possible to prevent undesired leakage between the electrodes.
[0100]
(4) Since different potentials are alternately applied to the bias potential, the electric field gradient can be concentrated on the electrode.
[0101]
(5) Since a positive potential and a negative potential are alternately applied to the bias potential, an electric field gradient can be applied at a place other than on the electrode, so that the toner can be adhered to a portion other than the electrode. it can. Therefore, the toner can be formed more uniformly on the developing roller.
[0102]
(6) Since the absolute values of the positive potential and the negative potential are equal, the value of the electric field gradient can be made uniform regardless of the location, and a more uniform adhesion force can be generated on the developer carrier. In this case, the adhesion force is smaller than when the electric field gradient is concentrated on the electrode portion, but the toner can be more uniformly adhered. Therefore, it is not necessary to add a function of uniformly leveling toner to a layer thickness regulating member such as a doctor blade disposed on the downstream side, and the pressing force against the developing roller can be reduced.
[0103]
(7) The bias potential applied to the electrode is applied only when the non-magnetic toner is adhered to the carrier, and the bias to the electrode is not applied in the process of regulating the adhered toner or the process of developing. The bias applied for toner conveyance according to the present invention can independently provide the conveyance bias and the development bias in the development region without disturbing the development bias.
[0104]
(8) When the interval between the electrode pattern groups is p and the width of the electrode is d, the sizes of p and d are set to be approximately equal, so that a toner layer with less unevenness can be deposited on the developer carrying member. It is possible to reduce the pressure when leveling with the blade.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an electrophotographic system employing a developing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a two-component developing device.
FIG. 3 is a schematic sectional view of a non-magnetic one-component developing device.
FIG. 4 is a perspective view of a developer carrier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing the same electrode pattern and bias application conditions.
FIG. 6 is an example of an analysis result indicating an electric field gradient in the vicinity of the toner and a magnitude / direction of a gradient force acting on the toner.
FIG. 7 is another example of the analysis result indicating the electric field gradient in the vicinity of the toner and the magnitude and direction of the gradient force acting on the toner.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the electrophotographic apparatus.
[Explanation of symbols]
1-developer carrier (developing roller)
15-Non-magnetic toner
21,22-electrode
Claims (7)
非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、前記現像剤付着領域の前記導電性電極パターンに電気的に接触する導電性部材を設け、
前記導電性部材を介して前記現像剤付着領域の前記導電性電極パターンの電極間に対してのみ所望のバイアス電位を与えることで現像剤担持体表面近傍の電極間に電界勾配を発生せしめ、
前記現像剤担持体上に前記非磁性トナーを付着させることを特徴とする現像装置。In a developing device provided with a blade that regulates the layer thickness of the developer on the downstream side of the developer adhesion region for adhering the non-magnetic toner to the developer carrier,
A periodic conductive electrode pattern is provided on the surface of the developer carrying member that carries the non-magnetic toner via an insulating portion, and a conductive member that is in electrical contact with the conductive electrode pattern in the developer adhesion region is provided. ,
By which the electric field gradient between the electrodes of the developer carrying member surface vicinity by providing a desired bias potential only for via the conductive member between the electrodes of the conductive electrode pattern of the developer attachment region,
A developing device, wherein the non-magnetic toner is adhered on the developer carrying member.
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