JP4639693B2 - Developing device and image forming apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、帯電された導電性トナーによって静電潜像を可視像化する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a developing device used in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, and more particularly to a developing device that visualizes an electrostatic latent image with a charged conductive toner and an image forming apparatus using the same. About.
従来における電子写真方式の画像形成装置では、絶縁性トナーを摩擦帯電して電荷を与え、現像に供する方法が広く一般的に用いられている。
ここで、トナーを帯電させる方法としては、トナーのバインダ樹脂や添加剤との組合せによりトナーの摩擦帯電性を予め制御しておき、現像装置内でトナーが攪拌されたり搬送されたりしていることを利用し、搬送経路の途中におけるトナーの攪拌動作や搬送動作によりトナー同士を摩擦させることで、摩擦帯電を生じやすい物質とトナーとの摩擦によってトナーを帯電させる方法が多く採用されている。
In a conventional electrophotographic image forming apparatus, a method in which an insulating toner is triboelectrically charged to give electric charge and used for development is widely used.
Here, as a method for charging the toner, the triboelectric chargeability of the toner is controlled in advance by a combination with the binder resin or additive of the toner, and the toner is stirred or transported in the developing device. In many cases, the toner is charged by friction between a substance that easily causes frictional charging and the toner by rubbing the toners by agitating operation or conveying operation of the toner in the middle of the conveying path.
このようなトナーの帯電方法において、摩擦によって帯電したトナーの帯電量には、ある程度の帯電分布が存在しているため、トナーには、帯電量が少ない低帯電トナーや、トナー全体の帯電極性とは逆の帯電極性を有する逆極性トナーが含まれていることが多い。
このとき、低帯電トナーは、現像装置内のトナー担持体から離れて画像形成装置内を漂う所謂トナークラウドとなりやすく、このトナークラウドは画像形成装置の不良原因となる。
また、逆極性トナーは、像担持体上の静電潜像のうち、本来トナーが付着しない背景部に引きつけられ、背景部の一様な汚れである所謂かぶりを発生させる。
更に、この種の摩擦帯電方法にあっては、環境変化や経時変化の影響を受けやすく、トナーや攪拌部材等の摩擦帯電機構の表面状態が変化し、結果的に、トナーの帯電状態が不安定になり易い。
In such a toner charging method, since a certain amount of charge distribution exists in the charge amount of the toner charged by friction, the toner includes a low charge toner with a small charge amount and a charge polarity of the entire toner. Often contains a reverse polarity toner having a reverse charge polarity.
At this time, the low-charge toner tends to become a so-called toner cloud that floats away from the toner carrier in the developing device and floats in the image forming device, and this toner cloud causes a failure of the image forming device.
Further, the reverse polarity toner is attracted to the background portion to which the toner does not adhere in the electrostatic latent image on the image carrier, and generates a so-called fog that is uniform contamination of the background portion.
Furthermore, this type of triboelectric charging method is easily affected by environmental changes and changes over time, and the surface state of the triboelectric charging mechanism such as the toner and the agitating member changes, resulting in an unsatisfactory charging state of the toner. It tends to be stable.
そこで、このような不具合を解消するために、導電性トナーを使用する方法、具体的には、導電性トナーへ電荷を注入して帯電し、現像に供する方法が知られている。
この方法は、摩擦帯電を利用しないため、種々の利点がある。
特に、導電性トナーは電荷が移動し易く、均一な電荷をトナーに与えることができるため、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくいことは最大の特長である。また、摩擦帯電機構が不要なため、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能であることも、大きな魅力である。
In order to solve such a problem, a method of using a conductive toner, specifically, a method of injecting a charge into the conductive toner and charging it for development is known.
This method has various advantages because it does not use triboelectric charging.
In particular, since the conductive toner easily moves the charge and can give the toner a uniform charge, the greatest feature is that it can prevent fogging and toner clouding and is less susceptible to environmental changes and deterioration over time. In addition, since a frictional charging mechanism is not required, the structure is simple, and the size and cost can be reduced.
ところが、導電性トナーが汎用的にならない最大の理由は、コロトロンやバイアスロールといった汎用的な静電転写方式では、吸湿した記録紙へのトナー像の転写が困難なためである。
また、カラー画像を形成する場合、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現するが、導電性トナーではトナーを重ねることができず、カラー化に対応できないためである。
この原因は、トナーが導電性であるが故に、吸湿して低抵抗になった記録紙やトナー相互間でトナー電荷の移動が発生し、トナーへの静電吸着力が失われてしまうことによる。
However, the biggest reason why conductive toner does not become versatile is that it is difficult to transfer a toner image onto a moisture-absorbing recording paper in a general-purpose electrostatic transfer system such as a corotron or a bias roll.
Also, when forming a color image, various colors are reproduced by superimposing color toners having different color materials, but the conductive toner cannot superimpose the toner and cannot cope with colorization.
This is due to the fact that the toner charge is transferred between the recording paper and the toner that have absorbed moisture and become low resistance because the toner is conductive, and the electrostatic adsorption force to the toner is lost. .
また、別の技術的課題として、導電性トナーは容易に電荷注入するため、潜像電位が不安定になると、現像バイアスと静電潜像の背景部との間の小さな電位差(クリーニング電位とする)でも、トナーへ逆極性の電荷が電荷注入し、かぶりの原因になり易い。 As another technical problem, since conductive toner easily injects electric charge, if the latent image potential becomes unstable, a small potential difference between the developing bias and the background portion of the electrostatic latent image (the cleaning potential is set). ) However, charge of reverse polarity is injected into the toner, which is likely to cause fogging.
このような技術的課題を解決するために、従来にあっては、以下のa〜eの先行技術が提案されている。
すなわち、
a トナーとして、正負両極性のうち一方の極性に帯電し易く、かつ、該極性に帯電した後は他方の極性に帯電し難い特性を具備させた提案、言い換えれば、電荷を注入しやすいが、リークしにくいトナー材料に関する提案(例えば特許文献1参照)、
b 基体の少なくとも一方の面に絶縁性媒質を所定量塗工し、所定レベルの体積固有抵抗値を備えた記録紙(転写媒体)を用いることで、紙の電荷保持量を安定且つ均一とする提案(例えば特許文献2参照)、
c 現像後かつ転写に先立ち静電潜像の画像部電位を現像時の画像部電位の所定レベルまで低減させ、トナーの飛び散りを抑制する提案(例えば特許文献3参照)、
d 導電性トナーと絶縁性トナーとの混合により、転写時には、紙から導電性トナーへの電荷注入を絶縁性トナー(絶縁体)にて防ぎ、導電性トナーと紙との非接触化を図ることで、導電性トナーの電荷保持性を保つようにした提案(例えば特許文献4参照)、
e 像担持体上の導電性トナーを加熱することでトナーを軟化・溶融し、軟化・溶融したトナーの粘着力を利用することにより像担持体から被記録材への転写性を良好に保つようにした非静電転写技術に関する提案(例えば特許文献5参照)、などが試みられてきた。
In order to solve such a technical problem, the following prior arts a to e have been conventionally proposed.
That is,
a As a toner, a proposal that has the property of being easily charged to one of the positive and negative polarities and not easily charged to the other polarity after being charged to the other polarity, in other words, it is easy to inject charges, Proposals related to toner materials that do not leak easily (for example, see Patent Document 1),
b Applying a predetermined amount of an insulating medium to at least one surface of the substrate, and using a recording paper (transfer medium) having a predetermined volume specific resistance value makes the charge retention amount of the paper stable and uniform. Proposal (see, for example, Patent Document 2),
c A proposal for reducing the image portion potential of the electrostatic latent image after development and prior to transfer to a predetermined level of the image portion potential during development to suppress toner scattering (see, for example, Patent Document 3),
d By mixing conductive toner and insulating toner, during transfer, charge injection from the paper to the conductive toner is prevented by the insulating toner (insulator), and the conductive toner and the paper are made non-contact. And a proposal for maintaining the charge retention of the conductive toner (see, for example, Patent Document 4),
e. Heating the conductive toner on the image carrier softens and melts the toner, and uses the adhesive force of the softened and melted toner to maintain good transferability from the image carrier to the recording material. Proposals related to the non-electrostatic transfer technology (see, for example, Patent Document 5) have been attempted.
しかしながら、いずれの先行技術も絶縁トナー同等の転写性を得ることができないばかりでなく、例えば先行技術a,dにあっては、特殊な材料を使用しなければならないし、また、先行技術bにあっては、特殊な記録紙を使用しなければならず、更に、先行技術c,eにあっては、特殊な作像プロセスが必要不可欠になるため、いずれの先行技術にあっても、汎用性を大きく損なう懸念があり、現段階において実用化には至っていない。 However, not all of the prior arts can obtain transfer properties equivalent to insulating toners. For example, in the prior arts a and d, a special material must be used, and in the prior art b. In this case, a special recording paper must be used. Furthermore, in the prior arts c and e, a special image forming process is indispensable. There is a concern that the performance will be greatly impaired, and it has not been put into practical use at this stage.
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the above technical problem, and has improved electrostatic transferability and color suitability, which are disadvantages when using a conventional conductive toner. It is an object of the present invention to provide a simple and versatile developing device that can effectively prevent toner clouding and is not easily affected by environmental changes and deterioration over time, and an image forming apparatus using the developing device.
すなわち、本発明は、図1(a)に示すように、導電性トナー2にて静電潜像Zを可視像化する現像装置において、静電潜像Zを担持した像担持体1に対向配置され、帯電された導電性トナー2を担持搬送するトナー担持体3と、このトナー担持体3と像担持体1との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体1上の静電潜像Zをトナー現像する現像電界形成手段4と、トナー担持体3に対向配置され且つ当該トナー担持体3との対向部で同方向に回動する電荷注入部材6を有し、この電荷注入部材6とトナー担持体3との間に周速差を設けた状態で現像電界より大きな直流電界成分からなる電荷注入電界を作用させ、両者間に導電性トナー2を挟んで摺擦しながら導電性トナー2に電荷を注入する電荷注入手段5と、電荷注入手段5よりトナー担持体3の回転方向上流側にてトナー担持体3に対向配置されるトナー供給部材9を有し、このトナー供給部材9とトナー担持体3とを対向部にて逆方向に回動させ且つトナー担持体3とトナー供給部材9との間にトナー供給電界を作用させた状態でトナー担持体に導電性トナー2を供給するトナー供給手段8とを備え、トナー供給部材9及び電荷注入部材6はトナー担持体3に対して当該トナー担持体3の回転方向に沿って隣合わせに配置され、導電性トナー2は現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷注入電界作用域にて低抵抗に変化するものであることを特徴とする。
That is, according to the present invention, as shown in FIG. 1A, in the developing device that visualizes the electrostatic latent image Z with the
このような技術的手段において、導電性トナー2を扱う現像方式としては、例えば一成分現像方式や二成分現像方式などのいずれの現像方式であってもよい。
また、トナー担持体3としては、導電性トナー2を担持搬送するものであれば、ロール状、ベルト状など任意の形態でよく、磁極のレイアウト等も任意に設定して差し支えない。
更に、現像電界形成手段4は、像担持体1とトナー担持体3との間に現像電界を形成するものを広く含み、ここでいう現像電界としては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
In such technical means, the developing method for handling the
The
Further, the developing electric
また、本発明において、導電性トナー2の態様としては、導電性トナー基体をベースとし、この表面に絶縁性又は半導電性被覆層を設けた態様や、例えば絶縁性トナー基体をベースとし、その表面に導電性微粒子を埋設する等各種の態様がある。
前者の態様にあっては、導電性トナー基体は結果的に導電性を有するトナー基体であればよく、例えば絶縁性トナー基体内に導電性微粒子を混入させたり、絶縁性トナー基体の外表面近傍に導電性微粒子を付着させる等適宜選定して差し支えない。また、被覆層の好ましい態様としては、例えば無定形高分子を主成分とする被覆層が挙げられる。ここで、無定形高分子を主成分とする被覆層とは、少なくとも無定形高分子相の割合が80%以上であること意味する。更に、被覆層としては、導電性トナー基体を完全に被覆する態様に限らず、不完全に被覆する態様をも含む。この場合において、抵抗調整は被覆層の一部に凹所を設けたり、あるいは、層厚を調整することにより行うようにすればよい。
一方、後者の態様にあっては、絶縁性トナー基体は電子写真方式等で使用される絶縁性トナーであればよく、例えばスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂等を使用したものが挙げられる。更に、導電性微粒子としては、絶縁性トナー基体に埋め込む観点からは、好ましくは大きさがサブミクロンのものがよく、例えばITO、酸化すず、酸化亜鉛、酸化チタン等の微粒子が挙げられる。更に、導電性微粒子にあっては、導電性トナー2をカラートナーに適用するためには、透明性を備えていることが好ましく、このことでカラー適性(特に発色性)に優れた導電性トナー2を得ることが可能になる。
In the present invention, the
In the former mode, the conductive toner substrate may be a toner substrate having conductivity as a result. For example, conductive fine particles may be mixed in the insulating toner substrate, or near the outer surface of the insulating toner substrate. The conductive fine particles may be appropriately selected, for example. Moreover, as a preferable aspect of a coating layer, the coating layer which has an amorphous polymer as a main component is mentioned, for example. Here, the coating layer containing the amorphous polymer as a main component means that at least the ratio of the amorphous polymer phase is 80% or more. Furthermore, the coating layer is not limited to a mode in which the conductive toner substrate is completely coated, but includes a mode in which the conductive toner substrate is completely coated. In this case, the resistance adjustment may be performed by providing a recess in a part of the coating layer or adjusting the layer thickness.
On the other hand, in the latter mode, the insulating toner substrate may be an insulating toner used in an electrophotographic system, and examples thereof include those using styrene acrylic resin or polyester resin. Further, the conductive fine particles preferably have a size of submicron from the viewpoint of embedding in the insulating toner base, and examples thereof include fine particles such as ITO, tin oxide, zinc oxide, and titanium oxide. Further, in the case of the conductive fine particles, in order to apply the
更に、電荷注入手段5としては、図1(b)に示すように、電荷注入部材6とトナー担持体3との間に電荷注入電界EDを作用させ、導電性トナー2に電荷注入するものであればよい。このとき、電荷注入電界は必ずしも現像電界より大きいものに限られず、また、電荷注入部材6はトナーに対して電荷を注入する機能部材であれば例えばロール状、プレート状、ブレード状のもの等適宜選定して差し支えないが、代表的には導電性ロール又は導電性ゴムを接着した導電板が挙げられる。尚、電荷注入部材6の材質はアルミニウム、ステンレス等が使用されるがこれに限らず適宜選定して差し支えない。
更にまた、電荷注入手段5としては、電荷注入部材6とトナー担持体3との間に電荷注入電界を生成させるための要素として、通常電源等の電荷注入電界形成手段7が用いられる。ここでいう電荷注入電界としては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。そして、本発明においては、電荷注入電界は現像電界より大きな直流電界成分からなるものが用いられる。
Further, as shown in FIG. 1B, the charge injection means 5 injects charges into the
Furthermore, as the charge injection means 5, a charge injection electric field forming means 7 such as a normal power source is used as an element for generating a charge injection electric field between the
また、電荷注入手段5は、トナー供給手段8の下流側に別途設けられ、トナー担持体3に担持された状態のトナーに対して電荷注入する電荷注入部材6を有する。このため、電荷注入部材6はトナー供給手段8のトナー供給部材9と分離して設けられる態様であるから、電荷注入に対する機能性のみを追求することが可能になり、トナーの帯電性を確保する上で好ましい。
The
特に、電荷注入手段5の電荷注入方式としては、電荷注入部材6とトナー担持体3との間に導電性トナー2を挟んで摺擦しながら電荷注入する方式(摺擦型電荷注入方式)が好ましく、本発明では、この方式を採用している。この方式にあっては、導電性トナー2と電荷注入部材6との接触確率を高め、かつ、導電性トナー2の接触抵抗を低減することが可能になり、その分、低い電荷注入電界にてトナーに対して効率的に電荷注入することが可能である。このとき、電荷注入部材6とトナー担持体3との間に導電性トナー2を単層状態で挟むことが重要であり、これにより、均一な帯電を可能とし、逆極性トナーの発生を有効に防止することができる。
In particular, as the charge injection method of the charge injection means 5, there is a method of injecting charges while rubbing the
また、摺擦型電荷注入方式の代表的態様として、本発明では、電荷注入手段5が電荷注入部材6とトナー担持体3との間に周速差を持たせている。
より具体的には、電荷注入手段5としては回動可能な電荷注入部材6を有し、トナー担持体3との間に周速差を持たせて電荷注入部材6を回動させる態様が挙げられる。この態様では、電荷注入部材6の回動方向は任意であるが、トナーの帯電性を考慮すると、電荷注入部材6とトナー担持体3との周速差が1.5倍以上であることが好ましい。
Further, as a typical embodiment of the sliding type charge injection method, in the present invention, a charge injection means 5 has to have a peripheral speed difference between the
More specifically, the charge injection means 5 has a rotatable
また、本発明に関連する参考形態として、前記周速差を持たせる別の具体的態様としては、トナー担持体3に対向して電荷注入部材6を固定配置し、トナー担持体3との間に周速差を持たせるようにした態様が挙げられる。本態様の電荷注入部材6としてはブレード状部材が好ましい。
Further, as a reference form related to the present invention, as another specific aspect for giving the peripheral speed difference, a
更に、摺擦型電荷注入方式を採用した電荷注入手段5にあっては、導電性トナー2の見かけ上の抵抗を下げた状態で電荷注入することが可能であり、その分、電荷注入電界をある程度低く設定したとしても、帯電性能を良好に保つことが可能である。
このため、現像電界に比べて電荷注入電界を必ずしも大きく設定しなくても、導電性トナー2に対して電荷注入を行うことが可能になる。
よって、導電性トナー2としては、現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷注入電界作用域にて低抵抗に変化するという挙動を実現することができる。つまり、図2(a)に示すように、導電性トナー2は、現像電界作用域にて高抵抗に変化し、電荷注入電界作用域にて低抵抗に変化する抵抗可変部11を備えている挙動を示すのである。
Further, in the charge injection means 5 adopting the rubbing type charge injection method, it is possible to inject the charge with the apparent resistance of the
For this reason, it is possible to inject the electric charge into the
Therefore, the
但し、導電性トナー2はトナーへ印加する電界の大きさに依存して抵抗変化する挙動を示すため、現像電界作用領域に比べて電荷注入電界作用域にて導電性トナー2をより低抵抗にするには、現像電界より大きな電荷注入電界を作用させることが好ましく、本発明では、現像電界より大きな直流電界成分からなる電荷注入電界を作用させている。
このように、電荷注入電界>現像電界の関係を満たす電荷注入手段5にあっては、導電性トナー2の電気抵抗を以下のようにスイッチングさせることが必要である。
すなわち、静電潜像Zの画像部電位と現像バイアス電位とで形成される現像電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング(抵抗変化)するようにすればよい。
However, since the
Thus, in the charge injection means 5 that satisfies the relationship of charge injection electric field> development electric field, it is necessary to switch the electric resistance of the
That is, switching from a high resistance to a low resistance (resistance change) may be performed with an electric field larger than the developing electric field formed by the image portion potential of the electrostatic latent image Z and the developing bias potential and smaller than the charge injection electric field. .
本態様においては、導電性トナー2としては、体積抵抗率が電荷注入電界にて1010Ω・cm以下であり且つ現像電界にて1011Ω・cm以上であることが好ましい。これは、電荷注入電界にて1010Ω・cm以下であれば、電荷注入し易く、一方、現像電界にて1011Ω・cm以上であれば、電荷保持し易いことによる。
In this embodiment, the
更に、導電性トナー2の抵抗変化の好ましい態様としては、例えば静電潜像Zの背景部電位と現像バイアス電位とで形成されるクリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング(抵抗変化)するものが挙げられる。
本態様によれば、クリーニング電界と電荷注入電界との中間電界にて導電性トナー2は高抵抗から低抵抗へスイッチングするため、クリーニング電界作用域においては、導電性トナー2は高抵抗に保たれることになり、トナー担持体3上の先端の導電性トナー2に逆極性の電荷が誘導されることはない。
このため、トナー担持体3上の導電性トナー2に逆極性電荷が誘導され、静電潜像の背景部に付着するという所謂かぶり現象は有効に抑制される。
更にまた、導電性トナー2の抵抗変化の好ましい態様としては、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチングする態様が挙げられる。
本態様によれば、転写電界と電荷注入電界との中間電界にて導電性トナー2は高抵抗から低抵抗へとスイッチングするため、転写電界作用域では、導電性トナー2は高抵抗に保たれることになり、転写時において、導電性トナー2と記録紙との間で電荷の移動が発生することはなく、例えば高含水紙などに対しても導電性トナー2の電荷が保持され、良好な転写性能が得られる。
Further, as a preferable aspect of the resistance change of the
According to this aspect, since the
For this reason, a so-called fog phenomenon in which a reverse polarity charge is induced in the
Furthermore, as a preferable aspect of the resistance change of the
According to this aspect, since the
また、トナー担持体3としては、表面を被覆し且つ導電性トナー2との間で電荷移動が抑制可能な高抵抗層を備えた態様であることが好ましい。
このように、トナー担持体3に高抵抗層を具備させるようにすれば、導電性トナー2とトナー担持体3との間で電荷を移動させ難くすることが可能であり、その分、逆極性トナーが発生し難くなるという利点が得られる。
この点、トナー担持体3の表面層が低抵抗であると、電荷注入電界での電荷注入動作時に導電性トナー2とトナー担持体3との間で分極(電荷交換)し、導電性トナー2に逆極性電荷が誘導され、逆極性トナーが発生し易いという懸念がある。
Further, the
As described above, if the
In this respect, if the surface layer of the
ここで、高抵抗層の好ましい態様としては、電荷注入電界作用域にてトナー担持体3と導電性トナー2との間で電荷交換が行われない程度の放電時定数を有するものであればよい。この場合、トナー担持体3の電荷注入電界作用域に対する通過時間は数十ミリ秒であるので、トナー担持体3の高抵抗層の放電時定数が100ミリ秒以上得られれば両者間での電荷交換は困難になると推測される。
そして、このような挙動を具現化するには、高抵抗層としては、電荷注入電界作用域にて体積抵抗率が1011Ω・cm以上であることが好ましい。
Here, as a preferable aspect of the high resistance layer, any layer may be used as long as it has a discharge time constant such that charge exchange is not performed between the
And in order to embody such behavior, it is preferable that the high resistivity layer has a volume resistivity of 10 11 Ω · cm or more in the charge injection field action region.
この点について補足すると、一般的に、トナー担持体3に要求される機能としては、低電位性、自己放電性、過電流制御、トナー帯電制御がある。低電位性とは、一般的な像担持体1の帯電電位が所定電圧(例えば500V〜600V)程度に制限されるため、十分な現像電界を得るためには、トナー担持体3での電気容量的な電圧損失を小さくすることが必要である。そのために、トナー担持体3の高抵抗層は薄層ほどよいが、ピンホール等を考慮して数十μm以下に設定される。また、自己放電性とは、トナー担持体3に電荷が蓄積しないように抵抗を設定することで、従来の一成分現像方式では、トナー担持体3が一回転する時間である数100ミリ秒以下の放電時定数が得られるように体積抵抗率を1011Ω・cm未満程度に設定される。また、過電流制御とは、例えば電荷注入部材6とトナー担持体3とを接触配置させ、両者間に電荷注入電界を作用させた際に過電流を防止するための抵抗が必要不可欠であり、この観点からすれば、109Ω・cm以上であれば実用上問題が無い。
Supplementing this point, generally, the functions required of the
したがって、109Ω・cm〜1011Ω・cmに設定すれば、自己放電性、過電流制御を満足することは可能であるが、この抵抗値ではトナー帯電制御性(電荷注入性)が悪く、逆極性トナーが発生し易くなってしまう。
そこで、自己放電性を除く他の要件を充足するには、高抵抗層の体積抵抗率を1011Ω・cm以上にすることが好ましい。ところで、本態様においては、トナー担持体3は表面に高抵抗層を備えているが、自己放電性については不十分になる懸念がある。この状態において、自己放電性をも充足するためには、例えばトナー担持体3にトナー担持体3の表面電位が除電可能な除電部材を補助除電機構として配設する手法が挙げられるが、本発明にあっては、補助除電機構を別途設けなくても、後述するように、トナー供給手段8のトナー供給部材9を工夫することにより除電機能を付与することが可能である。
Therefore, if it is set to 10 9 Ω · cm to 10 11 Ω · cm, it is possible to satisfy the self-discharge property and the overcurrent control, but the toner charge controllability (charge injection property) is poor at this resistance value. Therefore, reverse polarity toner is likely to be generated.
Therefore, in order to satisfy other requirements excluding self-discharge, it is preferable to set the volume resistivity of the high resistance layer to 10 11 Ω · cm or more. By the way, in this embodiment, the
特に、本発明にあっては、電荷注入手段5の上流側にトナー供給手段8を備えている態様に限られる。このトナー供給手段8はトナー担持体3に対向するトナー供給部材9を有する。このトナー供給部材9としては、トナー担持体3側にトナーを供給する回転機能部材であればロール状部材等適宜選定して差し支えなく、また、トナー担持体3とは接触、非接触を問わない。
そして、本発明にあっては、トナー供給部材9とトナー担持体3とを対向部にて逆方向に回動させることが必要である。
このように、トナー供給部材9とトナー担持体3とを対向部にて逆方向に回動させると、導電性トナー2は、トナー供給部材9とトナー担持体3との間の対向部に完全に狭持されることなく、トナー担持体3側へ供給される。このため、導電性トナー2は前記対向部にて摺擦及び帯電されることなくトナー担持体3へと供給される。この結果、電荷注入部材6による導電性トナー2への電荷注入時において、導電性トナー2への帯電効率の低下や逆極性トナーの発生を抑えることが可能である。
この点、トナー供給部材9とトナー担持体3とを対向部にて同方向に回動させると、導電性トナー2はトナー供給部材9とトナー担持体3との対向部に狭持摺擦された状態で移動するため、その間導電性トナー2が帯電される可能性がある。
In particular, the present invention is limited to a mode in which the
In the present invention, it is necessary to rotate the toner supply member 9 and the
As described above, when the toner supply member 9 and the
In this regard, when the toner supply member 9 and the
また、トナー供給部材9とトナー担持体3との間にはトナー供給電界を作用させることが必要であり、トナー供給電界を生成する要素としては、例えばトナー供給部材9とトナー担持体3との間に電源等のトナー供給電界形成手段10が用いられる。
このとき、トナー供給電界は、トナー担持体3側に導電性トナー2を転移させるものであればよいが、トナー担持体3の帯電履歴を有効に解消するという観点からすれば、電荷注入電界と同極性で且つこの電荷注入電界に対して絶対値にて小さい電界、あるいは、電荷注入電界に対して逆極性の電界を作用させることが好ましい。
ここで、トナー供給電界として、電荷注入電界と同極性で且つ電荷注入電界より絶対値の小さい電界を使用する場合には、トナー供給電界が電荷注入電界にて帯電されたトナー担持体3の帯電電位を弱める方向に作用することから、トナー担持体3の帯電電位を除電することができ、その分、トナー担持体3の帯電履歴を解消することができる。特に、トナー供給電界として、電荷注入電界と逆極性の電界を使用する場合には、前記トナー担持体3の帯電電位を弱める作用が更に大きくなるため、トナー担持体3に対する除電作用を更に確実にすることができる。
更にまた、上述したトナー供給電界は、トナー担持体3の帯電電位を除電するほか、その静電力によりトナー担持体3上の残留トナーをトナー供給部材9側に回収するように働くため、トナー供給部材9とトナー担持体3との対向部にて残留トナーを剥離回収することも可能になり、その分、残留トナーによる現像履歴も有効に解消することができる。
In addition, it is necessary to apply a toner supply electric field between the toner supply member 9 and the
At this time, the toner supply electric field is not limited as long as the
Here, when an electric field having the same polarity as the charge injection electric field and having an absolute value smaller than the charge injection electric field is used as the toner supply electric field, charging of the
Furthermore, the above-described toner supply electric field not only removes the charged potential of the
また、トナー供給電界としては適宜選定して差し支えないが、トナー担持体3に対する履歴解消効果を高めるという観点からすれば、交番電界を作用させることが好ましい。このように、トナー供給電界として交番電界を作用させることにより、トナー担持体3の帯電電位の減衰効果及び残留トナーの回収効果を促進させることができ、その分、トナー供給部材8のトナー担持体3に対する履歴解消効果を高めることが可能となる。本態様にあっては、特に、直流電圧、交流電圧のパラメータを適宜選定して差し支えないが、直流電圧(100〜400V)と交流電圧(周波数1〜10KHz、ピークツウピーク電圧100〜400V)を作用させることが好ましい。
The toner supply electric field may be appropriately selected, but it is preferable to apply an alternating electric field from the viewpoint of enhancing the history cancellation effect on the
また、トナー供給部材9には表面に粗面を有する導電性部材によって形成されるものが好ましい。このようにトナー供給部材9が導電性部材であることは、トナー担持体3に対する除電性を確保するためであり、また、表面に粗面を具備させるようにすれば、トナー搬送性を容易に確保することが可能である。このような観点からすれば、トナー供給部材9としては、表面を粗面化処理された、例えば、研磨処理された導電性ロールが好ましい。
The toner supply member 9 is preferably formed of a conductive member having a rough surface. The toner supply member 9 is a conductive member as described above in order to ensure the charge-removing property with respect to the
また、本発明は、現像装置を組み込んだ画像形成装置をも対象とする。
この場合、本発明に係る画像形成装置は、静電潜像Zを担持した像担持体1と、この像担持体1に対向配置される現像装置とを備えたものであればよい。
The present invention is also directed to an image forming apparatus incorporating a developing device.
In this case, the image forming apparatus according to the present invention only needs to include the
次に、本発明に係る現像装置の作用について説明する。
導電性トナー2は、図2(b)に示すように、電荷注入手段5の電荷注入部材6とトナー担持体3との間に電荷注入電界を作用させ、この電荷注入電界作用域にて電荷注入され、トナー担持体3側へ移動する。
このとき、導電性トナー2は、図1(b)及び図2(a)に示すように、例えば電荷注入部材6とトナー担持体3との間に挟まれ摺擦されながら電荷注入されるため、電荷注入電界作用域では、導電性トナー2の抵抗可変部11が低抵抗に変化し、導電性トナー2には容易に電荷が注入される。
この後、トナー担持体3上に担持された導電性トナー2は、図2(b)に示すように、像担持体1とトナー担持体3との間の現像領域へ搬送され、現像電界作用域に入り、像担持体1へと移動して像担持体1上の静電潜像Zを可視像化する。
このとき、例えば現像電界作用域において、電荷注入電界作用域よりも導電性トナー2の抵抗が高くなる条件(例えば電荷注入電界>現像電界の関係を満たす、あるいは、導電性トナー2を摺擦させない状態で現像電界を作用させるなど)を採用するようにすれば、導電性トナー2は、図2(a)に示すように、現像電界作用域では、前記導電性トナー2の抵抗可変部11が高抵抗に変化することから、導電性トナー2は電荷を保持した状態を保ち、導電性トナー2相互間等で電荷の移動は行われない。
Next, the operation of the developing device according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 2B, the
At this time, as shown in FIGS. 1B and 2A, for example, the
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the
At this time, for example, the condition in which the resistance of the
本発明に係る現像装置によれば、電荷注入電界作用域、現像電界作用域の条件を適宜選定し、現像電界より大きな直流電界からなる電荷注入電界を作用させることにより、導電性トナーに電荷を注入する場合に導電性トナーを低抵抗に変化させ、導電性トナーに対し容易に電荷を注入させることができ、しかも、現像する場合に導電性トナーを高抵抗に変化させ、導電性トナーの電荷保持性を向上させることができる。
従って、本発明によれば、導電性トナーに対する電荷注入性を安定化させることができ、その分、導電性トナーに対する電荷注入性と、注入された電荷保持性とを容易に両立させることが可能になり、導電性トナーに対する電荷注入性を良好に保ちながら、現像電界作用域にて不要に電荷注入される事態を有効に回避することができる。
According to the developing apparatus according to the present invention, the charge injection field effect zone, the conditions of the developing electric field acting area appropriately selected by Rukoto reacted charge injection electric field consisting of large DC electric field from the developing electric field, the charge on the conductive toner When the toner is injected, the conductive toner can be changed to a low resistance, and the charge can be easily injected into the conductive toner. Charge retention can be improved.
Therefore, according to the present invention, the charge injection property for the conductive toner can be stabilized, and accordingly, the charge injection property for the conductive toner and the injected charge retention property can be easily made compatible. Thus, it is possible to effectively avoid the situation where unnecessary charge injection is performed in the developing electric field action region while maintaining good charge injection property to the conductive toner.
また、本発明によれば、電荷注入電界作用域にて導電性トナーの抵抗を容易に低減可能とし、それ以外では導電性トナーを高抵抗に保つことが可能である。このため、転写電界作用域にて、例えば導電性トナーを摺擦することなく、トナーの移動を低電界で行うようにすれば、導電性トナーの抵抗を高くすることが可能になり、転写時における導電性トナーの電荷保持性を良好に保つことができる。
それゆえ、導電性トナーに保持している電荷が吸湿した記録紙やトナー相互間で移動することを有効に防止することができ、トナーへの静電吸着力を維持することができる。
よって、高含水紙などへのトナー画像の転写も可能となり、しかも、カラートナーの重ねによるカラー画像を形成することも可能になるから、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができる。
このように、本発明に係る現像装置によれば、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である、静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置を提供することができる。
In addition, according to the present invention, the resistance of the conductive toner can be easily reduced in the electric charge injection field application region, and otherwise the conductive toner can be kept at a high resistance. For this reason, if the toner is moved in a low electric field without rubbing the conductive toner in the transfer electric field action region, for example, it becomes possible to increase the resistance of the conductive toner. The charge retention of the conductive toner in can be kept good.
Therefore, it is possible to effectively prevent the electric charge held in the conductive toner from moving between the moisture-absorbing recording paper and the toner, and the electrostatic attraction force to the toner can be maintained.
Therefore, it is possible to transfer a toner image onto a highly water-containing paper or the like, and it is also possible to form a color image by overlaying color toners, so that good transfer performance for conductive toner can be easily realized. it can.
As described above, according to the developing device of the present invention, it is possible to effectively prevent fogging and toner cloud by improving electrostatic transferability and color suitability, which are disadvantages when using conventional conductive toner. In addition, it is possible to provide a simple and versatile developing device that is not easily affected by environmental changes and deterioration over time.
特に、本発明においては、電荷注入部材の上流側にトナー供給手段のトナー供給部材を配設し、トナー供給部材とトナー担持体とを対向部にて逆方向に回動させることにより、導電性トナーは同対向部にて完全に狭持摺擦されることなく、即ちほとんど帯電されることなくトナー担持体へと供給され電荷注入手段へと導かれることが可能になる。
そして、本発明の電荷注入手段では、電荷注入部材をトナー担持体と対向部で同方向に回動させ、両者間に導電性トナーを挟んで摺擦しながら電荷注入電界を作用させることにより、低い電荷注入電界にてトナーに対して効率的に電荷注入することが可能となる。
更に、トナー供給手段としてトナー供給部材に所定のトナー供給電界を作用させることにより、トナー担持体の帯電電位を除電する機能を有するほか、トナー担持体上の残留トナーを回収することも可能になる。これにより、電荷注入時における導電性トナーへの帯電効率の低下や逆極性トナーの発生を有効に防ぐことが可能となる。
このため、現像電界作用域にて、低電荷トナーや逆極性トナーが生成されることは少なく、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができる。
更に、このような現像装置を用いた画像形成装置によれば、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができ、しかも、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができるため、導電性トナーを用いた良好な作像性能を簡単且つ確実に実現することができる。
In particular, in the present invention, the toner supply member of the toner supply means is disposed on the upstream side of the charge injection member, and the toner supply member and the toner carrier are rotated in the opposite direction at the opposite portion, thereby providing conductivity. The toner can be supplied to the toner carrier without being completely pinched and rubbed at the opposite portion, that is, hardly charged, and guided to the charge injection means.
Then, in the charge injection means of the present invention, the charge injection member is rotated in the same direction at the toner carrier and the facing portion, and a charge injection electric field is applied while rubbing and rubbing the conductive toner therebetween. Charges can be efficiently injected into toner with a low charge injection electric field.
Furthermore, by applying a predetermined toner supply electric field to the toner supply member as a toner supply means, it has a function of eliminating the charged potential of the toner carrier, and it is also possible to collect residual toner on the toner carrier. . As a result, it is possible to effectively prevent a reduction in charging efficiency of the conductive toner and generation of reverse polarity toner during charge injection.
For this reason, low charge toner and reverse polarity toner are rarely generated in the development electric field action region, fog and toner cloud can be effectively prevented, and development performance with respect to conductive toner can be kept good.
Furthermore, according to the image forming apparatus using such a developing device, it is possible to maintain a good developing performance with respect to the conductive toner, and it is possible to easily realize a good transfer performance with respect to the conductive toner. Thus, good image forming performance using conductive toner can be realized easily and reliably.
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態1
図3は本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態1を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所定方向に回転する像担持体としての感光体ドラム20を有し、この感光体ドラム20の周囲には、感光体ドラム20を帯電する帯電装置21と、この感光体ドラム20上に静電潜像Zを形成する潜像書込装置としての例えば露光装置22と、感光体ドラム20上に形成された静電潜像Zを可視像化する現像装置30と、感光体ドラム20上で可視像化されたトナー像を記録媒体である記録紙28に転写する転写装置24と、感光体ドラム20上の残留トナーを清掃するクリーニング装置25とを順次配設したものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 3 shows
In the figure, the image forming apparatus according to the present embodiment has a
本実施の形態において、現像装置30は、図4(a)に示すように、導電性トナー40を含む現像剤Gが収容される現像ハウジング31を有し、この現像ハウジング31には感光体ドラム20に対向して現像用開口32を開設すると共に、この現像用開口32に面して現像ロール(現像電極)33を配設し、この現像ロール33に所定の現像バイアスを印加することで、感光体ドラム20と現像ロール33との間の現像領域に現像電界を作用させ、更に、現像ハウジング31内には前記現像ロール33と対向して電荷注入ロール(注入電極)34及びトナー供給ロール35を設けたものである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the developing
更に、この現像装置30は、現像ハウジング31内のトナー供給ロール35の奥側には導電性トナー40が含まれる現像剤Gを撹拌するアジテータ36を配設したものである。
そして、現像ロール33には現像バイアス電源37からの現像バイアスが印加され、電荷注入ロール34には電荷注入バイアス電源38からの電荷注入バイアスが印加される。一方、トナー供給ロール35には電荷注入バイアスとは逆極性を有するトナー供給バイアス電源39からのトナー供給バイアスが印加される。それにより、感光体ドラム20の静電潜像Zと現像ロール33との間には現像電界が、現像ロール33と電荷注入ロール34との間には電荷注入電界が、現像ロール33とトナー供給ロール35との間にはトナー供給電界が作用する。
Further, the developing
A developing bias from a developing
ここで、本実施の形態において、現像ロール33にあっては、図4(b)に示すように、金属製シャフト331の周囲に弾性ベース層332を設け、この弾性ベース層332の周囲に高抵抗層333を直接若しくは中間層を介して被覆するようにしたものである。
金属製シャフト331としてはアルミニウムやステンレス等の金属製の中実体からなる芯金や内部を中空にくり抜いた刃金属製の円筒体が用いられる。また、弾性ベース層332としては、例えばシリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリウレタン系エラストマー等が挙げられ、導電性付与のため、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、イオン導電剤等が付与されている。更に、高抵抗層333としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等に、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム等の導電性材料を付与して抵抗調整を行ったものが挙げられる。尚、現像ロール33としては、金属製シャフトに直接高抵抗層を設ける態様もある。
Here, in the present embodiment, in the developing
As the
この現像ロール33の製造方法としては、円筒状金型の中空部に、金属製シャフト331をセットし、上記円筒状金型と金属製シャフト331との空隙部に上記弾性ベース層332の形成材料を注型した後、加熱し架橋させる。更に、この中間品の外周に、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等により高抵抗層333を塗工し、塗工後に乾燥及び加熱処理を行うものが挙げられる。
そして、高抵抗層333としては、後述するように、電荷注入電界作用域にて電荷注入ロール34と現像ロール33との間で電荷交換が抑制される範囲で適宜選定されており、例えば体積抵抗率が1011Ω・cm以上に設定されている。
As a method for manufacturing the developing
As described later, the
更に、本実施の形態において、電荷注入ロール34の回転方向については現像ロール33と対向部にて同方向に回動させるが、電荷注入特性を考慮すると、電荷注入ロール34としては、現像ロール33との対向部にて同方向で且つ周速差(例えば1.5倍以上)をもって回動し、電荷注入ロール34と現像ロール33との間に導電性トナー40を挟持し、摺擦しながら電荷注入する態様が好ましい。
Further, in the present embodiment, the rotation direction of the
尚、電荷注入ロール34に代えて、現像ロール33に対向して図示外の電荷注入ブレードの一端を固定配置し、この電荷注入ブレードの先端部を前記現像ロール33に接触配置するようにしてもよい。この電荷注入ブレードとしては、金属支持板に導電性のゴム又は樹脂製の導電弾性体を貼り付けたものが用いられる。
本態様においては、固定型の電荷注入ブレードと現像ロール33との間には当然ながら周速差があるから、本実施の形態と同様な作用を奏する。
Instead of the
In this embodiment, since there is a difference in peripheral speed between the fixed charge injection blade and the developing
また、本実施の形態において、現像ロール33は、例えば表面をアルマイト処理したアルミニウム製のロールで構成され、電荷注入ロール34は、例えばサンドブラスト法や化学エッチング法等により表面に小さく均一な凹凸面を形成したアルミニウム製のロールから構成され、また、トナー供給ロール35は、例えばウレタンゴム、シリコーンゴム等の導電性のフォームロールで構成されており、現像ロール33に対して電荷注入ロール34及びトナー供給ロール35は軽く接触又は微小間隙をもって支持されている。
更にまた、本実施の形態で用いられる現像剤Gとしての導電性トナー40については後述する。
Further, in the present embodiment, the developing
Furthermore, the
尚、本実施の形態で用いられる現像装置30以外の各デバイスについては適宜選定して差し支えない。例えば転写装置24としては、図3に示すように、例えば感光体ドラム20に対向して図示外の転写ロールを配設し、この転写ロールに転写バイアスを印加することで感光体ドラム20と転写ロールとの間に転写電界を作用させ、記録媒体である記録紙28に感光体ドラム20上のトナー像を静電的に転写させるもの等適宜選定して差し支えない。
Note that each device other than the developing
ここで、本実施の形態における導電性トナー40としては、例えば図5(a)に示すように、導電性を有する材料からなる導電性トナー基体(導電性コア)401を有し、この導電性コア401の周囲を絶縁性被覆層(例えば絶縁性樹脂層)402で被覆すると共に、導電性コア401の一部が露出するように前記絶縁性被覆層402に適宜数の凹部403を設けたものが用いられる。
本実施の形態において、導電性トナー40は、重合法や各種公知のカプセル化技術で作製することができる。この時、導電性コア401は、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂に導電性カーボンブラック、磁性粉、ITO/酸化チタン/酸化すず等の透明導電粉等の導電剤を分散させたり、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂からなる粒子表面を前記導電剤により被覆することによって、作製する。
このような態様の導電性トナー40は、高電界を印加すると低抵抗化する傾向を示す。そして、低抵抗化する電界の大きさについては、導電性トナー40の主として凹部403の占有割合、あるいは、絶縁性被覆層402の厚さなどに依存する。
このメカニズムについては、導電性コア401が絶縁性被覆層402にて被覆されているため、導電性コア401は、直接的にトナー相互や電極部材等に接触することがなく、絶縁性被覆層402を介して一定の微小間隙を保つことになり、この結果、例えば高電界が印加された時、トンネル効果等により導通することになる、と推測される。
Here, as the
In the present embodiment, the
The
With respect to this mechanism, since the
また、導電性トナー40の他の態様としては、例えば図5(b)に示すように、導電性コア401を絶縁性若しくは半導電性の被覆層404にて被覆し、被覆層404の厚さhを適宜調整することにより、導電性トナー40の抵抗を調整可能とした態様等適宜選定して差し支えない。
このとき、半導電性の被覆層404については、それ自体半導電性の材料を用いるようにしてもよいし、例えば絶縁性樹脂に、酸化チタンや酸化すず等の金属酸化物や導電性カーボンを微量含有させた半導電性樹脂を用いるようにしてもよい。
As another embodiment of the
At this time, the
ここで、導電性トナー40の好ましい態様としては、導電性コア401の表面に無定形高分子を主成分とする、言い換えれば無定形高分子相の割合が80%以上である被覆層404が被覆されたものが挙げられる。
本態様において、導電性コア401としては、例えば通常の絶縁性トナーからなる絶縁性トナー基体(絶縁性コア)の外表面近傍に導電性微粒子を付着させる態様や、絶縁性コアの内部に導電性微粒子を混入させるものなど適宜選定して差し支えない。
Here, as a preferable embodiment of the
In this embodiment, as the
次に、導電性トナーの製造方法については、湿式製造方法、乾式製造方法、及び、両者を組み合わせる等適宜選定して差し支えない。
先ず、絶縁性コアの製造については、乾式製造方法である混練粉砕法や、湿式製造方法である乳化凝集法、溶解懸濁法等いずれの方法で作製してもよいが、トナーの粒度分布シャープ化や形状制御の自由度という観点から乳化凝集法が好ましい。乳化凝集法とは、乳化重合により樹脂微粒子分散液を調製し、また着色剤を溶媒に分散した着色剤分散液や必要に応じて離型剤分散液を調製した後、これらを混合し、トナー粒径に相当する凝集粒子を形成し、加熱して凝集粒子を融合・合一してトナーを製造する方法である。この製造プロセスは一括で混合し凝集してもよいし、凝集工程を複数段階的に行わせ、第1段階の母体凝集を形成した後、凝集形成の第2段階で加えた粒子を第1段階の母体凝集粒子の表面に付着させるようにしてもよい。
このような乳化凝集法によるトナー作製時に、絶縁性コア表面に導電性微粒子を付着させ、更に、被覆層を被膜形成するようにしてもよい。
尚、上述した製造方法は、絶縁性コアの表面に導電性微粒子を付着させるようにしているが、乳化凝集法によるトナー作製時に絶縁性コア内に導電性微粒子を混入させるようにしても差し支えない。
Next, the conductive toner manufacturing method may be selected as appropriate, such as a wet manufacturing method, a dry manufacturing method, or a combination of both.
First, the insulating core may be produced by any method such as a kneading pulverization method that is a dry production method, an emulsion aggregation method that is a wet production method, or a dissolution suspension method. From the viewpoint of freedom of control and shape control, the emulsion aggregation method is preferred. In the emulsion aggregation method, a resin fine particle dispersion is prepared by emulsion polymerization, and a colorant dispersion in which a colorant is dispersed in a solvent and, if necessary, a release agent dispersion are prepared, and then these are mixed to prepare a toner. In this method, agglomerated particles corresponding to the particle diameter are formed and heated to fuse and coalesce the agglomerated particles to produce a toner. This manufacturing process may be mixed and agglomerated in a lump, or the aggregation process may be performed in a plurality of stages, and after the formation of the first stage of the matrix aggregation, the particles added in the second stage of the agglomeration formation are the first stage. You may make it adhere to the surface of the parent | base aggregate particle.
At the time of toner preparation by such an emulsion aggregation method, conductive fine particles may be attached to the surface of the insulating core, and a coating layer may be formed.
In the above-described manufacturing method, conductive fine particles are adhered to the surface of the insulating core. However, the conductive fine particles may be mixed in the insulating core during toner preparation by the emulsion aggregation method. .
また、導電性トナーの乾式製造方法としては、例えば乳化凝集法で製造した絶縁性コアを乾燥後、その表面に導電性微粒子を付着させ、更に、被覆層としての樹脂微粒子を被膜形成するようにしたものが挙げられる。
この製造方法は、例えば撹拌混合機に絶縁性コアと導電性微粒子とを混入した後に所定時間撹拌混合し、絶縁性コアに導電性微粒子を付着させ、導電性コアを形成する(撹拌混合工程(I))。
しかる後、撹拌混合機に導電性コアとポリエステルやスチレンアクリルなどからなる樹脂微粒子とを混入した後、所定時間撹拌混合し、導電性コアの周囲に被覆層(絶縁層)を形成するようにすればよい(撹拌混合工程(II))。
ここで、導電性トナーの乾式製造方法の具体例を挙げると、例えば平均粒径6.5μmの絶縁性コアに例えばIOT微粒子(住友金属鉱山株式会社製)所定量(例えば15wt%)加え、サンプルミル(型式:SK−M10型協立理工株式会社製)により所定時間撹拌混合し(例えば12000rpm、30秒)、絶縁性コアの表面にITO微粒子を付着させる。しかる後、ITO微粒子が付着された絶縁性コア(導電性コア)に、ポリエステル等の樹脂微粒子を所定量(例えば10wt%)加え、前記サンプルミルにて所定時間撹拌混合し(例えば12000rpm、30分)、所定の絶縁層を形成するようにするものが挙げられる。
尚、後述する実施例では、この乾式製造方法の具体例にて作製した導電性トナーを用いた。
Further, as a dry production method of conductive toner, for example, after drying an insulating core produced by an emulsion aggregation method, conductive fine particles are adhered to the surface, and further, resin fine particles as a coating layer are formed into a film. The thing which was done is mentioned.
In this manufacturing method, for example, after mixing an insulating core and conductive fine particles in a stirring mixer, the mixture is stirred and mixed for a predetermined time, and the conductive fine particles are adhered to the insulating core to form a conductive core (stirring and mixing step ( I)).
After that, after mixing the conductive core and resin fine particles made of polyester, styrene acrylic, etc. into the stirring mixer, the mixture is stirred for a predetermined time to form a coating layer (insulating layer) around the conductive core. (Stirring and mixing step (II)).
Here, specific examples of the conductive toner dry manufacturing method include, for example, a predetermined amount (for example, 15 wt%) of IOT fine particles (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) in an insulating core having an average particle diameter of 6.5 μm, The mixture is stirred and mixed for a predetermined time (for example, 12000 rpm, 30 seconds) by a mill (model: SK-M10 type, manufactured by Kyoritsu Riko Co., Ltd.), and ITO fine particles are adhered to the surface of the insulating core. Thereafter, a predetermined amount (eg, 10 wt%) of resin fine particles such as polyester is added to the insulating core (conductive core) to which the ITO fine particles are adhered, and the mixture is stirred and mixed in the sample mill for a predetermined time (eg, 12000 rpm, 30 minutes). ), And the like that form a predetermined insulating layer.
In the examples described later, the conductive toner prepared in the specific example of this dry manufacturing method was used.
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
今、作像プロセスが開始されると、先ず、感光体ドラム20表面が帯電装置21により帯電され、露光装置22が帯電された感光体ドラム20上に静電潜像Zを書き込み、現像装置30が前記静電潜像Zを可視像化する。
しかる後、感光体ドラム20上のトナー像は転写部位へと搬送され、転写装置24が記録媒体である記録紙28に感光体ドラム20上のトナー像を静電的に転写する。
尚、感光体ドラム20上の残留トナーはクリーニング装置25にて清掃される。
Next, the operation of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described.
When the image forming process is started, first, the surface of the
Thereafter, the toner image on the
The residual toner on the
次に、本実施の形態に係る現像装置30の作動について図6を基に詳述する。
現像装置30は、現像ハウジング31内において導電性トナー40がアジテータ36により撹拌され、撹拌された導電性トナー40は、トナー供給ロール35表面に供給される。次に、このトナー供給ロール35に供給されたトナーは、トナー供給ロール35の回転により、現像ロール33とトナー供給ロール35との対向位置に搬送される。
ここで、現像ロール33と供給ロール35との間には、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスと、トナー供給ロール35に接続しているトナー供給バイアス電源39との差により形成されたトナー供給電界が作用しており、このトナー供給電界作用域で導電性トナー40はトナー供給ロール35から現像ロール33に供給担持される。
このとき、トナー供給ロール35と現像ロール33は対向部にて逆方向に回動しているため、導電性トナー40は双方のロール間に狭持及び摺擦されることなく、即ちほとんど帯電することなく現像ロール33へ移転する。
Next, the operation of the developing
In the developing
Here, between the developing
At this time, since the
そして、現像ロール33上に担持された導電性トナー40は、電荷注入ロール34との対向位置に搬送される。このとき、現像ロール33と電荷注入ロール34との間には、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスと、電荷注入ロール34に接続している電荷注入バイアス電源38との差により形成された電荷注入電界が作用している。この電荷注入作用域において、導電性トナー40は現像ロール33と電荷注入ロール34との間に単層状態で挟まれ、かつ、現像ロール33と電荷注入ロール34との間に挟持され、摺擦されながら電荷注入される。尚、図6では、符号40aは電荷注入前の導電性トナー、40bは電荷注入後の導電性トナーを夫々示す。
Then, the
このような状態において、導電性トナー40と電荷注入ロール34との接触確率が高められ、しかも、導電性トナー40の接触抵抗を小さくすることが可能になり、その分、導電性トナー40の見かけ上の抵抗が小さくなり、導電性トナー40は低抵抗な状態で電荷注入される。このため、電荷注入電界としては、比較的低電界であっても、導電性トナー40には効率的に電荷注入が行われる。
In such a state, the contact probability between the
そして、電荷注入された導電性トナー40は、そのまま現像ロール33上を搬送され、現像ロール33と感光体ドラム20との対向部位に進む。ここで、感光体ドラム20上の静電潜像Zと、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー40に加わることとなる。
また、感光体ドラム20上に露光装置22(図3参照)によって書き込まれた静電潜像部分は、表面帯電が除電されていることから、現像電界によって、この部分のみ導電性トナー40が感光体ドラム20に移動し、静電潜像Zを可視像化する。
本実施の形態において、この現像電界は電荷注入電界より低電界となっているため、電荷注入電界にて導電性トナー40に注入された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施される。
Then, the
Further, since the surface charge of the electrostatic latent image portion written on the
In this embodiment, since the development electric field is lower than the charge injection electric field, the charge injected into the
また、感光体ドラム20に転移せず現像ロール33上に残留した現像残トナー(導電性トナー)40は、現像ロール33の回転によってトナー供給ロール35との対向位置へ運ばれる。
ここで、トナー供給ロール35と現像ロール33との対向部には電荷注入電界に対して逆極性のトナー供給電界が作用しており、このトナー供給電界作用域には静電力が働いている。この静電力は現像ロール33上の現像残トナー40をトナー供給ロール35側へ回収するように作用するため、トナー供給ロール35との対向位置へ運ばれてきた現像ロール33上の現像残トナー40は剥離回収される。
更に、トナー供給電界は電荷注入電界に対して逆極性の電界であり、電荷注入電界にて帯電された現像ロール33の帯電電位を弱める方向に作用することから、現像ロール33の帯電電位を除電することができ、その分、現像ロール33の帯電履歴は解消される。
Further, the undeveloped toner (conductive toner) 40 that has not been transferred to the
Here, a toner supply electric field having a polarity opposite to the charge injection electric field acts on a portion where the
Further, the toner supply electric field is an electric field having a polarity opposite to that of the charge injection electric field, and acts to weaken the charging potential of the developing
また、本実施の形態では、感光体ドラム20上で可視像化されたトナー像は、図3に示すように、感光体ドラム20と転写装置24との対向する位置で、記録紙28に転写される。
このとき、この転写工程において、感光体ドラム20と転写装置24とで形成される転写電界として、電荷注入電界より低電界で行うようにすれば、電荷注入電界にて導電性トナー40に注入された電荷が、転写電界で逃げることなく、良好な転写が実施される。
In this embodiment, the toner image visualized on the
At this time, in this transfer step, if the transfer electric field formed by the
また、本実施の形態では、電荷注入ロール34による電荷注入方式として、摺擦型電荷注入方式が採用されているが、この方式は逆極性トナー(WST:Wrong Sign Tonerの略)の発生率を下げる点で好ましい。
図7〜図11に基づいて説明すると、今、現像電極と注入電極との間に導電性トナーを入れ、電荷注入電界を作用させると、例えば図7に示すように、電荷注入電界(導電性トナーの粒子層への印加電界に相当)の大きさに応じて逆極性トナー(WST)の発生率が変化する。
図7によれば、電荷注入電界が低電界であると、図8に示すように、帯電効率が悪く、帯電できないトナーが、帯電したトナーに付着し、又は、現像電極との非静電的付着力により現像電極側へ移動する。従って、電荷注入電界を高める程、帯電効率の上昇によりWSTが減少することが理解される。
一方、電荷注入電界が高電界であると、図9に示すように、帯電したトナーが現像電極へ移動し、多層を形成すると、トナー相互で電荷交換して分極してしまい、上層トナーがWST化する。従って、電荷注入電界を高める程、分極に起因するWSTが増加する傾向にある。
In the present embodiment, as the charge injection method by the
Referring to FIGS. 7 to 11, when a conductive toner is put between the developing electrode and the injection electrode and a charge injection electric field is applied, for example, as shown in FIG. The generation rate of the reverse polarity toner (WST) changes according to the magnitude of the electric field applied to the toner particle layer.
According to FIG. 7, when the electric charge injection field is a low electric field, as shown in FIG. 8, toner that has poor charging efficiency and cannot be charged adheres to the charged toner or is non-electrostatic with the developing electrode. It moves to the developing electrode side by the adhesive force. Therefore, it can be understood that the higher the charge injection field, the lower the WST due to the increase in charging efficiency.
On the other hand, when the charge injection electric field is a high electric field, as shown in FIG. 9, the charged toner moves to the developing electrode, and when a multi-layer is formed, the toner exchanges with each other and polarizes, so that the upper toner becomes WST. Turn into. Therefore, WST due to polarization tends to increase as the charge injection electric field is increased.
そこで、WSTの発生率を下げるための解決策としては、例えば図10(a)に示すように、低電界で高い注入効率を実現する、あるいは、図10(b)に示すように、WSTが現像電極へ移動しないようにするという方針が考えられる、更に、図11(a)に示すように、高電界でもトナー層間で分極しないようにする、あるいは、図11(b)(c)に示すように、トナーが多層にならない、言い換えれば、重ならないようにする、という方針が考えられる。
上述した電荷注入方式は、このような方針に基づいて案出されたものであり、現像ロール(現像電極に相当)33と電荷注入ロール(注入電極に相当)34との間に導電性トナー40を挟持し、摺擦しながら電荷注入する方式では、電荷注入ロール34との接触確率を高め、かつ、接触抵抗を低減することが可能であるため、低い電荷注入電界にてトナーを単層状態で効率的に電荷注入することが可能になるのである。また、トナー層間にせん断力を与えるため、トナーが分極状態で重なることを防止でき、高電界でもWSTの発生を防止できるのである。
Therefore, as a solution for reducing the occurrence rate of WST, for example, as shown in FIG. 10A, a high injection efficiency is realized with a low electric field, or as shown in FIG. It is conceivable to avoid moving to the developing electrode. Further, as shown in FIG. 11 (a), it should not be polarized between the toner layers even in a high electric field, or as shown in FIGS. 11 (b) and 11 (c). In this way, it is conceivable that the toner is not multilayered, in other words, not to overlap.
The above-described charge injection method is devised based on such a policy, and the
◎実施の形態2
図12は、本発明に係る現像装置が適用された実施の形態2の画像形成装置を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所謂タンデム型と称されるものであり、装置本体60の上方に原稿を読み取る画像読取ユニット61を配設する一方、装置本体60内に四つの色成分(本実施の形態ではY:イエロ、M:マゼンタ、C:シアン、K:ブラック)の作像エンジン62(具体的には62a〜62d)を横方向に配列し、その下方には各作像エンジン62の配列方向に沿って循環搬送される中間転写ベルト63を配設すると共に、この中間転写ベルト63には当該中間転写ベルト63上の画像を記録媒体としての例えば記録紙64に転写させる二次転写装置65を配設し、更に、装置本体60の下方には前記記録紙64が収容される供給カセット66を配設し、この供給カセット66からの記録紙64を二次転写装置65を経て定着装置67へと導くようにしたものである。
FIG. 12 shows an image forming apparatus according to a second embodiment to which the developing device according to the present invention is applied.
In the figure, the image forming apparatus according to the present embodiment is a so-called tandem type, and an
本実施の形態において、作像エンジン62は、例えば感光体ドラム71を有し、この感光体ドラム71の周囲に、感光体ドラム71を帯電する帯電器72、帯電された感光体ドラム71上に静電潜像を書き込むレーザ装置等の潜像書込装置73、感光体ドラム71上の静電潜像を各色成分トナーにて可視像化する現像装置74(具体的には74a〜74d)、感光体ドラム71上のトナー像を中間転写ベルト63に一次転写させる一次転写装置75及び感光体ドラム71上の残留トナーを除去するドラムクリーナ76を順次配設したものである。
一方、中間転写ベルト63は、複数(本例では四つ)の張架ロール81〜84に掛け渡されており、張架ロール81は駆動ロール、その他の張架ロール82〜84は従動ロールとして機能するようになっている。
更に、本実施の形態に係る現像装置74は、実施の形態1の現像装置を使用しており、その詳細な説明は省略する。
In the present embodiment, the
On the other hand, the
Furthermore, the developing
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について、図12を基に説明する。
夫々の現像装置74(具体的には74a〜74d)によって、感光体ドラム71上の静電潜像は現像され、可視像化(トナー像)される。
そして、感光体ドラム71と中間転写ベルト63とが接する位置にある一次転写装置75には、感光体ドラム71上のトナー像と逆極性の電圧が印加されているため、感光体ドラム71上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト63上に一次転写される。
更に、中間転写ベルト63上に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト63の回動に伴って、二次転写装置65へ搬送されると共に、供給カセット66から搬送された記録紙64が、中間転写ベルト63と二次転写装置65との接触領域へ搬送され、二次転写装置65にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することで、中間転写ベルト63上のトナー像は、記録紙64に静電吸引される。この後、トナー像が転写された記録紙64は定着装置67により定着され、記録紙64へのトナー像の定着が行われる。
Next, the operation of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The electrostatic latent image on the
A voltage having a polarity opposite to that of the toner image on the
Further, the toner image primarily transferred onto the
本実施の形態においても、導電性トナーは、実施の形態1と同様の特性を備えていることから、電荷注入領域では電荷注入電界(高電界)を印加することにより低抵抗へ変化する。そのため、導電性トナーへの電荷注入が容易に行われる。一方、現像領域及び転写領域では、現像電界及び転写電界(いずれも低電界)が印加されても、導電性トナーは高抵抗を保つため、現像電界及び転写電界が印加されたときに導電性トナーの注入電荷が逃げることもなく、安定して現像、転写が可能になる。
また、クリーニング電界においてかぶりの原因となる電荷の移動が発生することもなく、更に、記録紙64やトナー相互間で電荷の移動が発生しないことから、静電転写方式において、吸湿した記録紙64へのトナー像の転写が可能になり、また、カラートナーを重ねて、カラー画像を形成することが可能になる。
更に、導電性トナーが多量の導電性フィラー(例えばカーボンブラック等)を含んでいないため、トナーが低温で溶融し、定着による良好な画質が実現可能となる。
Also in the present embodiment, since the conductive toner has the same characteristics as in the first embodiment, the resistance is changed to a low resistance by applying a charge injection electric field (high electric field) in the charge injection region. Therefore, charge injection into the conductive toner is easily performed. On the other hand, in the development area and the transfer area, the conductive toner maintains a high resistance even when a development electric field and a transfer electric field (both low electric fields) are applied. Therefore, the developed charge can be stably developed without escaping the injected charge.
Further, there is no movement of charge that causes fogging in the cleaning electric field, and no movement of charge occurs between the
Furthermore, since the conductive toner does not contain a large amount of conductive filler (for example, carbon black), the toner melts at a low temperature, and good image quality by fixing can be realized.
尚、本実施の形態では、複数の感光体ドラムを有するタンデム型の画像形成装置構成を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、例えば1個の感光体ドラムに対し複数個の現像装置若しくはロータリ型現像装置を設け、1サイクル毎に1色のトナー像を形成すると共に中間転写体へ順次転写し、複数サイクルで各色成分トナー像を多重転写することで、カラー画像を形成する態様についても同様に適用できる。また、記録紙搬送体上に用紙を保持、搬送し転写を行う用紙搬送転写方式でも同様に適用できる。
また、本実施の形態では、カラー機で説明したが、モノクロ専用機でも同様に適用できることは勿論である。
尚、本実施の形態における現像装置74として、実施の形態1の現像装置を用いた。
In the present embodiment, the configuration of the tandem type image forming apparatus having a plurality of photosensitive drums has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of photosensitive drums are provided for one photosensitive drum. This type of development device or rotary type development device is provided to form a color image by forming a toner image of one color every cycle and sequentially transferring it to an intermediate transfer member, and transferring multiple color component toner images in multiple cycles. The same applies to the embodiment. Further, the present invention can be similarly applied to a paper conveyance transfer system in which a paper is held on a recording paper conveyance body, conveyed, and transferred.
In the present embodiment, the color machine has been described, but it is needless to say that the present invention can be similarly applied to a monochrome-only machine.
The developing device of the first embodiment is used as the developing
◎実施の形態3
図13は、静電転写方式を用いない画像形成装置に本発明を適用した実施の形態3を示す。
本実施の形態に係る画像形成装置においては、感光体ドラム90の周囲に、感光体ドラム90を帯電する帯電装置91と、帯電された感光体ドラム90上に各色成分(本例ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック)の静電潜像を書き込む露光装置92と、感光体ドラム90上に形成された各色成分潜像を各色成分トナーにて可視像化する現像装置93と、感光体ドラム90上のトナー像を転写させるための粘着中間転写ロール94と、感光体ドラム90上の残留トナーを清掃するクリーニング装置95とが配設されている。
また、粘着中間転写ロール94の下方には、加熱源を有する二次転写ロール96が配設されている。
尚、符号98は記録紙97を送出する記録紙供給装置、99は定着済みの記録紙97を搬送する搬送ベルトである。
FIG. 13 shows
In the image forming apparatus according to the present embodiment, around the
A
本実施の形態において、粘着中間転写ロール94は、例えば、シリコーンゴム等の弾性部材で構成されているため、感光体ドラム90と粘着中間転写ロール94との間、及び、二次転写ロール96と粘着中間転写ロール94との間は、所定のニップ域をもって弾性接触した状態となっている。
また、本実施の形態における現像装置93及び導電性トナーは、実施の形態1又は実施の形態2で用いたものと同様なものを使用することが可能であり、その他の装置についても、適宜選定して差し支えない。
In the present embodiment, since the adhesive
Further, the developing
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
本実施の形態において、感光体ドラム90上に担持された静電潜像は、現像装置93によって感光体ドラム90の一回転ごとに異なる色成分のトナー像を重ねられる。この重ねられたトナー像は、粘着中間転写ロール94上に押圧されることにより、粘着中間転写ロール94の粘着力によって一括して粘着中間転写ロール94上に転写される。
その後、粘着中間転写ロール94上に転写されたトナー像は、二次転写ロール96によって加熱されるとともに、粘着中間転写ロール94の離型性は向上し、また、トナー像も加熱されることにより粘性化する。これにより、トナー像は、粘着中間転写ロール94と二次転写ロール96との間にある記録紙97に再転写され、同時に定着も完了する。
Next, the operation of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described.
In the present embodiment, the electrostatic latent image carried on the
Thereafter, the toner image transferred onto the adhesive
このような作像過程において、本実施の形態で用いられる導電性トナーの特性は実施の形態1と同様な特性を備えているので、電荷注入された導電性トナーは現像電界作用領域では高抵抗化した状態で感光体ドラム90の静電潜像を可視像化し、感光体ドラム90上でトナー像を重ねることが可能になる。
In such an image forming process, the conductive toner used in the present embodiment has the same characteristics as those in the first embodiment. In this state, the electrostatic latent image on the
以下の各実施例で用いる現像装置モデルを図14に、また、転写装置モデルを図15にそれぞれ示す。
<現像装置モデル>
図14に示す現像装置モデルは、実施の形態1に係る現像装置30(図4参照)をモデル化したものである。
図4及び図14において、符号121は電荷注入ロール34に相当する電荷注入プレート(トナー供給プレート)であり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート121には電荷注入電源125が接続されており、電荷注入バイアスV1が印加されている。
また、符号122は現像装置30の現像ロール33に相当するトナー担持ロールであり、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、このトナー担持ロール122には現像バイアス電源126が接続されており、現像バイアスV2が印加されている。
更に、符号123は感光体ドラム20に相当する像担持プレートであり、例えば表面に55μm厚のPETフィルムを貼り付けたアルミニウムプレートにて構成され、トナー担持ロール122に対して所定の間隙を介して対向配置され、略水平方向に移動する。
そして、像担持プレート123には像担持バイアス電源127が接続されており、所定の像担持バイアスV3が印加されている。
FIG. 14 shows a developing device model used in each of the following embodiments, and FIG. 15 shows a transfer device model.
<Developer model>
The developing device model shown in FIG. 14 is a model of the developing device 30 (see FIG. 4) according to the first embodiment.
4 and 14,
A charge
A developing
Further,
An image carrying
このような現像装置モデルにおいて、電荷注入プレート121上に、導電性トナー120(実施の形態1で用いた導電性トナー40に相当)を約一層散布し、図14中の右方向へスライドさせる。
このとき、電荷注入プレート121に印加された電荷注入バイアスV1とトナー担持ロール122に印加された現像バイアスV2とにより、電荷注入プレート121とトナー担持ロール122との間には電荷注入電界Aが形成されており、この電荷注入電界Aにより、電荷注入プレート121上の導電性トナー120に電荷が注入されると共に、導電性トナー120は静電吸引力によりトナー担持ロール122へ移動する。
次いで、トナー担持ロール122へ移動した導電性トナー120は、トナー担持ロール122の回転により現像領域まで搬送されると、像担持プレート123に印加された像担持バイアスV3とトナー担持ロール122に印加された現像バイアスV2とにより現像電界Bが形成され、この現像電界Bにより、導電性トナー120が像担持プレート123へ移動する。
In such a developing device model, about one layer of conductive toner 120 (corresponding to the
At this time, a charge injection electric field A is formed between the
Next, when the
このような現像動作過程において、現像装置30の現像性能を良好に保つには、電荷注入電界Aが現像電界Bよりも高電界であり、電荷注入電界Aと現像電界Bとの中間電界以上の高電界にて導電性トナー120の抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングすることが好ましいことが確認された。
このことは、後述する実施例にて裏付けられる。
また、多層のトナー像を移動させる必要がない単色の作像プロセスであれば、感光体ドラム20の背景部へのトナー付着のみを防止するようにすればよい。
このとき、現像ロール33と背景部の電位差によって形成される電界(クリーニング電界)の影響で、現像ロール33上の先端のトナーに逆極性の電荷が誘導され、背景部に付着しかぶりの原因になる可能性がある。
そこで、この場合には、導電性トナー120の特性として、クリーニング電界より大きく、電荷注入電界A以下で電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングさせ、所定範囲の電気抵抗を満たすようにすればよい。
一般に、クリーニング電界は現像電界Bよりも小さいので、上述した導電性トナー(電荷注入電界Aと現像電界Bとの中間電界以上の高電界にて抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチング特性を具備)120はそのまま使用することができる。
In such a developing operation process, in order to keep the developing performance of the developing
This is supported by the examples described later.
In addition, in the case of a monochromatic image forming process that does not require the movement of a multilayer toner image, only toner adhesion to the background portion of the
At this time, due to the influence of the electric field (cleaning electric field) formed by the potential difference between the developing
Therefore, in this case, as a characteristic of the
In general, since the cleaning electric field is smaller than the developing electric field B, the conductive toner (which has a switching characteristic from a high resistance to a low resistance at a high electric field higher than the intermediate electric field between the charge injection electric field A and the developing electric field B is provided. ) 120 can be used as it is.
<転写装置モデル>
図15に示す転写装置モデルは、実施の形態1で用いられる転写装置24(図3参照)をモデル化したものである。
図3及び図15において、符号131は電荷注入ロール34に相当する電荷注入プレート(トナー供給プレート)であり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート131には電荷注入電源135が接続されており、電荷注入バイアスV4が印加されている。
また、符号132は感光体ドラム20に相当する像担持ロールであり、例えば表面に55μm厚のPETフィルムを貼り付けたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、この像担持ロール132には像担持バイアス電源136が接続されており、像担持バイアスV5が印加されている。
更に、符号133は転写装置24の転写ロール等の電極部材に相当する記録媒体プレートであり、表面に記録媒体134(例えば図3中の記録紙28に相当)を貼り付けたアルミニウムプレートにて構成される。
そして、この記録媒体プレート133には転写バイアス電源137が接続され、転写バイアスV6が印加されている。
<Transfer device model>
The transfer device model shown in FIG. 15 is a model of the transfer device 24 (see FIG. 3) used in the first embodiment.
3 and 15,
A charge
An image carrying
Further,
A transfer
このような転写装置モデルにおいて、トナー供給プレート131上に、導電性トナー120を約一層散布し、図15中の右方向へスライドさせる。
このとき、像担持ロール132に印加された像担持バイアスV5と電荷注入プレート131に印加された電荷注入バイアスV4とにより、電荷注入プレート131と像担持ロール132との間には電荷注入電界Aが形成されており、この電荷注入電界Aにより、像担持ロール132上の導電性トナー120に電荷が注入される。
次いで、像担持ロール132へ移動した導電性トナー120は、像担持ロール132の回転により転写領域まで搬送されると、記録媒体プレート133に印加された転写バイアスV6と像担持ロール132に印加された像担持バイアスV5とにより転写電界Cが形成され、この転写電界Cにより、導電性トナー120が記録媒体プレート133へ移動する。
In such a transfer device model, about one layer of
At this time, due to the image carrying bias V5 applied to the
Next, when the
このような転写動作過程において、転写装置24の転写性能を良好に保つには、電荷注入電界Aが転写電界Cよりも高電界であり、電荷注入電界Aと転写電界Cとの中間電界以上の高電界にて導電性トナー120の抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングすることが好ましいことが確認された。
このことは、後述する実施例にて裏付けられる。
In such a transfer operation process, in order to keep the transfer performance of the
This is supported by the examples described later.
◎実施例1
図16は、実施の形態1に係る現像装置モデル(図14参照)において、実施の形態1に係る導電性トナーに相当する導電性トナー120に電界を印加したとき、この導電性トナー120の体積抵抗率変化を測定した結果である。
同図によれば、導電性トナー120は、高電界が印加されると、高抵抗から低抵抗へと急激に低抵抗化することが理解される。
Example 1
FIG. 16 shows the volume of the
As can be seen from the drawing, the
ここで、電荷注入電界A及び現像電界Bと、導電性トナー120の電気抵抗との関係について説明する。
一般的に、導電性トナー120に印加される電界Eは、以下のように表現される。
E=(V−VS)/εt(Dp+Dt+Dm+Dg)
但し、V:対向電極の電位、VS:移動前トナー層上の電位、Dp〜Dg:ニップを形成する各層の誘電厚さ(Dp:像担持体誘電厚さ、Dt:トナー層誘電厚さ、Dm:トナー担持体誘電厚さ、Dg:空隙層誘電厚さ)、εt:トナーの比誘電率である。
以上から予測すると、上記条件では、電荷注入時に導電性トナー120へ印加される電界は7×104V/cm、現像時に導電性トナー120に印加される電界は8×103V/cmであった。
このとき、同図に示すように、8×103V/cmと7×104V/cmとの間で、導電性トナー120の体積抵抗率は、1016Ω・cmから109Ω・cmへ変化している。
Here, the relationship between the charge injection electric field A and the development electric field B and the electric resistance of the
In general, the electric field E applied to the
E = (V−VS) / εt (Dp + Dt + Dm + Dg)
Where V: potential of the counter electrode, VS: potential on the toner layer before movement, Dp to Dg: dielectric thickness of each layer forming the nip (Dp: dielectric thickness of the image carrier, Dt: dielectric thickness of the toner layer, Dm: toner carrier dielectric thickness, Dg: void layer dielectric thickness), εt: relative dielectric constant of toner.
Predicting from the above, under the above conditions, the electric field applied to the
At this time, the volume resistivity of the
そして、電荷注入電界A領域及び現像電界B領域の通過時間は0.01秒程度であるので、電荷を容易に注入するためには、時定数0.01秒以下であることが好ましく、導電性トナー120の体積抵抗率は、1010Ω・cm以下であればよい。
また、帯電した電荷を保持するためには、現像電界Bが印加されている時間内で、電荷移動等が起こらないことが必要なので、時定数で0.1秒以上であることが好ましく、導電性トナー120の体積抵抗率は、1011Ω・cm以上であればよい。
尚、導電性トナー120の体積抵抗率は、φ30mmのセル中にトナーを充填し、上下面に電圧を印加し、流れる電流を測定することにより計算した。
Since the transit time of the charge injection electric field A region and the development electric field B region is about 0.01 seconds, it is preferable that the time constant is 0.01 seconds or less in order to inject charges easily. The volume resistivity of the
Moreover, in order to hold the charged electric charge, it is necessary that no charge transfer or the like occurs within the time during which the developing electric field B is applied. The volume resistivity of the
The volume resistivity of the
◎実施例2
図17は、実施の形態1に係る現像装置モデル(図14参照)において、像担持バイアス電源127の像担持バイアス変化に対する現像トナー量(層数に換算)を、実施の形態1に係る導電性トナーに相当する導電性トナー120を用いた時と、比較例に係る絶縁性被覆層404(図5参照)を有していない導電性トナー120を用いた時とで比較測定した結果である。
本実施例は、現像バイアスV2を0V、電荷注入バイアスV1を−150Vに固定設定し、一連の作像プロセスを3回繰り返して、像担持プレート123上に多重現像させた。ここで、トナー担持ロール122の表面には12μm厚のPETフィルムを巻き付けてあり、電荷注入プレート121と同速度で回転する。像担持プレート123の表面には、25μm厚のフィルム状感光体が貼り付けてあり、トナー担持ロール122の1/2の速度で移動させた。
Example 2
FIG. 17 shows the amount of development toner (converted to the number of layers) with respect to a change in the image carrying bias of the image carrying
In this embodiment, the developing bias V2 is fixed to 0 V and the charge injection bias V1 is fixed to -150 V, and a series of image forming processes is repeated three times to perform multiple development on the
本実施例において、像担持プレート123電圧(像担持バイアスV3)を−150Vに変化させたとき、導電性トナー120を用いた現像トナー量(層数)は増加する一方、比較例に係る導電性トナー(絶縁性被覆層404を有していない導電性トナー)を用いた現像トナー量はほとんど増加していない。
これにより、カラー画像を形成する場合、導電性トナー120は、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現できるが、比較例に係る導電性トナーでは、カラー化に対応できないことが理解される。
In this embodiment, when the voltage of the image carrier plate 123 (image carrier bias V3) is changed to −150 V, the amount of toner (number of layers) developed using the
As a result, when forming a color image, the
◎実施例3
図18は、実施の形態1に係る転写装置モデル(図15参照)において、記録媒体プレート133電圧(転写バイアスV6)と転写率(%)との関係を測定した結果である。
本実施例において、記録媒体プレート133の表面に貼り付けた記録媒体134としては、絶縁紙、半導電紙(5×108Ω・cm、高含水紙状態)を使用した。
そして、像担持ロール132電圧(像担持バイアスV5)を0V、電荷注入プレート131電圧(電荷注入バイアスV4)を−400Vに固定設定し、また、半導電紙に対し絶縁性被覆層404(図5参照)で絶縁コートされていない導電性トナーを使用した比較例についても測定した。このとき、像担持ロール132の表面には55μm厚のPETフィルムを巻き付けてあり、電荷注入プレート131と同速度で回転する。
本実施例の測定結果により、本実施例に係る導電性トナー120は、絶縁紙及び半導電紙(高含水紙)において、80%以上の転写率が可能である一方、比較例に係る導電性トナーは、半導電紙(高含水紙)において30%前後の転写率しか得られず、転写不良を発生してしまう。
このように、本実施例に係る導電性トナー120(転写時に形成される転写電界Cよりも大きく、電荷注入電界Aよりも小さい中間電界以上で、高抵抗から低抵抗へと抵抗変化するスイッチングする抵抗可変部を具備)を用いれば、高含水転写、多重転写が可能になる。
Example 3
FIG. 18 shows the measurement results of the relationship between the recording
In this example, as the
Then, the
According to the measurement results of this example, the
As described above, the
◎実施例4
本実施例は、実施例2と同様なモデルを用い、トナー担持ロール(現像ロールに相当)122の高抵抗層の体積抵抗率をパラメータとし、導電性トナーに対する粒子層への印加電界とWST発生率との関係を測定したものである。
本実施例の実験条件としては、電荷注入プレート121は、速度210mm/sec.、プレート表面が素アルミニウム、トナー担持ロール122への食い込み量が1100μmに設定され、また、トナー担持ロール122の速さは120mm/sec.、高抵抗層は20μm厚で硬度がアスカC50°にて適宜体積抵抗率にて構成されている。更に、トナーとしては、実施例1と同様である。
結果を図19に示す。
同図によれば、トナー担持ロール122の高抵抗層が1011Ω・cm以上で、WST発生率が大幅に低減していることが理解される。
尚、トナー担持ロール122の高抵抗層の体積抵抗率の測定装置としては、図20に示すように、電荷注入プレート121上にトナー担持ロール122を所定の押圧力P(例えば2kg/単位長さ)にて押圧し、この状態で、両者間に所定の電荷注入電界ED(本例ではV=100Vを印加)を作用させ、このときの注入電流I(A)を測定し、この測定結果に基づいて高抵抗層の体積抵抗率を算出するようにしたものである。
Example 4
In this example, a model similar to that in Example 2 is used, and the volume resistivity of the high resistance layer of the toner carrying roll (corresponding to the developing roll) 122 is used as a parameter, and the electric field applied to the particle layer and WST generation with respect to the conductive toner. It is a measurement of the relationship with the rate.
As an experimental condition of this embodiment, the
The results are shown in FIG.
According to the figure, it can be understood that the high resistance layer of the
Incidentally, as a device for measuring the volume resistivity of the high resistance layer of the
◎実施例5
図4に示す現像装置モデルを用い、トナー供給ロール(供給電極)35の回転方向及び速度比をパラメータとし、トナー供給電界(導電性トナーの粒子層印加電界)を変化させ、その際に帯電されるトナーの注入電荷量を測定した。
ここで、実験条件としては、トナー供給ロール(供給電極)35は表面が素アルミニウムにて構成され、現像ロール(現像電極)33に対し1100μm食い込んで配設されている。
また、現像ロール33は直径40mmであり、電極表面が25μm厚ポリエステルと導電性スポンジとからなり、速さ120mm/sec.にて移動する。更に、導電性トナーとしては実施の形態1の具体例で示したものを用いた。また、注入電荷量の測定は、ホソカワミクロン製のイ−スパートアナライザを用いた。
Example 5
Using the developing device model shown in FIG. 4, the toner supply electric field (electric field applied to the particle layer of the conductive toner) is changed using the rotation direction and speed ratio of the toner supply roll (supply electrode) 35 as parameters, and charged at that time. The amount of charge injected into the toner was measured.
Here, as an experimental condition, the toner supply roll (supply electrode) 35 has a surface made of elemental aluminum and is disposed so as to bite into the development roll (development electrode) 33 by 1100 μm.
The developing
図21はトナー供給電界と注入電荷量との関係を示す。尚、図21中、「Against」は現像電極と供給電極との対向部位での移動方向が逆方向であることを指し、「With」はその移動方向が同方向であることを指す。
図21によれば、供給電極移動方向がAgainstであるモデルが注入電荷量の少ないことが確認される。
これは、導電性トナー40が現像電極と供給電極とのニップ域を通過しないため、その分、帯電されず、これに伴って、注入電荷量が少ないものと推測される。
FIG. 21 shows the relationship between the toner supply electric field and the injected charge amount. In FIG. 21, “Against” indicates that the moving direction of the developing electrode and the supply electrode facing each other is the opposite direction, and “With” indicates that the moving direction is the same direction.
According to FIG. 21, it is confirmed that the model in which the supply electrode moving direction is Against has a small amount of injected charges.
This is presumed that since the
更に、この現像装置モデルを用い、トナー供給ロール35の回転方向を「Against」とし、供給電極と現像電極の速度比を1.75とし、トナー供給バイアスとして、DC電圧のみ、DC電圧+AC電圧にてDC電圧を150V(一定)とし、AC電圧の周波数、又は、ピークツウピーク電圧を変化させ、そのときの注入電荷量を測定した。その結果を図22に示す。
同図によれば、図21に示す結果からも明らかなように、トナー供給ロール35の回転方向を「Against」とした注入電荷量の少なくなる条件下において、更にAC電圧の周波数又はピークツウピーク電圧をある程度大きくさせることで、より注入電荷量が低減されることが理解される。
Further, using this developing device model, the rotation direction of the
As is apparent from the results shown in FIG. 21, the AC voltage frequency or peak-to-peak is further reduced under the condition that the amount of injected charge is reduced when the rotation direction of the
◎実施例6
本実施例は、実施例5と同様な現像装置モデルを用い、電荷注入ロール(注入電極)34の回転方向を「With」とし、注入電極/現像電極速度比をパラメータとし、電荷注入電界(導電性トナーの粒子層印加電界)を変化させ、そのときのWST発生率、トナー移動量及び注入電荷量を測定した。その結果を図23〜図25に示す。尚、実験条件などについては実施例5と同様である。
図23によれば、注入電極/現像電極速度差を設けることによってWST発生率が低下していることが理解される。特に、本実施例では、速度比の一例をパラメータとして例示しているが、1.5倍以上の速度差を設けるようにすれば、等速の場合に比べて、例えば1/10以下程度までWST発生率を低下させることができる。尚、実施の形態2のモデルについて同様な実験を行ったところ、同様な傾向が見られた。
このことは、本実施例モデルが電荷注入効率向上と多層化防止の点で寄与しているものと推測される。
このことは図24,図25によって裏付けられる。
図24によれば、注入電極/現像電極速度差を設けることによってトナー移動量(層数)が1以下であることが理解され、また、図25によれば、注入電極/現像電極速度差を設けることによって注入電荷量が増加していることが理解される。
Example 6
In this example, a developing device model similar to that in Example 5 is used, the rotation direction of the charge injection roll (injection electrode) 34 is “With”, the injection electrode / development electrode speed ratio is a parameter, and the charge injection electric field (conductivity) Then, the WST generation rate, the amount of toner movement, and the amount of injected charge were measured. The results are shown in FIGS. The experimental conditions are the same as in Example 5.
According to FIG. 23, it is understood that the WST occurrence rate is lowered by providing the injection electrode / development electrode speed difference. In particular, in this embodiment, an example of the speed ratio is illustrated as a parameter. However, if a speed difference of 1.5 times or more is provided, for example, about 1/10 or less compared to the case of constant speed. The WST occurrence rate can be reduced. In addition, when the same experiment was conducted about the model of
This is presumed that this example model contributes to the improvement of charge injection efficiency and the prevention of multilayering.
This is supported by FIG. 24 and FIG.
According to FIG. 24, it is understood that the amount of toner movement (number of layers) is 1 or less by providing the injection electrode / development electrode speed difference, and according to FIG. It can be understood that the amount of injected charge is increased by the provision.
1…像担持体,2…導電性トナー,3…トナー担持体,4…現像電界形成手段,5…電荷注入手段,6…電荷注入部材,7…電荷注入電界形成手段,8…トナー供給手段,9…トナー供給部材,10…トナー供給電界形成手段、Z…静電潜像
DESCRIPTION OF
Claims (7)
静電潜像を担持した像担持体に対向配置され、帯電された導電性トナーを担持搬送するトナー担持体と、
このトナー担持体と像担持体との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体上の静電潜像をトナー現像する現像電界形成手段と、
トナー担持体に対向配置され且つ当該トナー担持体との対向部で同方向に回動する電荷注入部材を有し、この電荷注入部材とトナー担持体との間に周速差を設けた状態で前記現像電界より大きな直流電界成分からなる電荷注入電界を作用させ、両者間に導電性トナーを挟んで摺擦しながら導電性トナーに電荷を注入する電荷注入手段と、
電荷注入手段よりトナー担持体の回転方向上流側にて当該トナー担持体に対向配置されるトナー供給部材を有し、このトナー供給部材とトナー担持体とを対向部にて逆方向に回動させ且つトナー担持体とトナー供給部材との間にトナー供給電界を作用させた状態でトナー担持体に導電性トナーを供給するトナー供給手段とを備え、
前記トナー供給部材及び前記電荷注入部材は前記トナー担持体に対して当該トナー担持体の回転方向に沿って隣合わせに配置され、
前記導電性トナーは現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷注入電界作用域にて低抵抗に変化するものであることを特徴とする現像装置。 In a developing device that visualizes an electrostatic latent image with conductive toner,
A toner carrier that is disposed opposite to an image carrier carrying an electrostatic latent image and carries a charged conductive toner; and
A developing electric field is formed between the toner carrier and the image carrier, and a developing electric field forming means for developing the electrostatic latent image on the image carrier in the developing electric field region;
A charge injection member disposed opposite to the toner carrier and rotating in the same direction at a portion facing the toner carrier, with a peripheral speed difference between the charge injection member and the toner carrier. A charge injection means for injecting a charge into the conductive toner while applying a charge injection electric field composed of a direct current electric field component larger than the developing electric field and rubbing the conductive toner between the two;
A toner supply member disposed opposite to the toner carrier on the upstream side in the rotation direction of the toner carrier from the charge injecting means, and the toner supply member and the toner carrier are rotated in opposite directions at the opposite portion; And a toner supply means for supplying conductive toner to the toner carrier in a state where a toner supply electric field is applied between the toner carrier and the toner supply member ,
The toner supply member and the charge injection member are arranged adjacent to the toner carrier along the rotation direction of the toner carrier,
The developing apparatus according to claim 1, wherein the conductive toner changes to a high resistance in a developing electric field application region and changes to a low resistance in a charge injection electric field application region .
導電性トナーは、導電性トナー基体の周囲に絶縁性若しくは半導電性被覆層を被覆したものであることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
The developing apparatus according to claim 1, wherein the conductive toner is obtained by coating an insulating or semiconductive coating layer around a conductive toner substrate.
トナー供給手段は、トナー担持体とトナー供給部材との間に電荷注入電界と逆極性のトナー供給電界を作用させることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
The toner supply means causes a toner supply electric field having a polarity opposite to the electric charge injection electric field to act between the toner carrier and the toner supply member.
トナー供給手段はトナー担持体とトナー供給部材との間に交番電界が含まれるトナー供給電界を作用させることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
2. A developing apparatus according to claim 1, wherein the toner supply means applies a toner supply electric field including an alternating electric field between the toner carrier and the toner supply member.
トナー供給手段は、トナー担持体とトナー供給部材との間に電荷注入電界と同極性で且つ当該電荷注入電界に対して絶対値で小さいトナー供給電界を作用させることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
The toner supply means causes a toner supply electric field having the same polarity as the electric charge injection electric field and a small absolute value to the electric charge injection electric field to act between the toner carrier and the toner supply member.
トナー供給手段のトナー供給部材は、表面に粗面を有する導電性部材であることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
The developing device according to claim 1, wherein the toner supply member of the toner supply means is a conductive member having a rough surface.
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