JP5081424B2 - Developing device and image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は現像装置、及びこれを用いて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to a developing device and an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile machine that forms an image using the developing device.

従来、この種の現像装置として、現像ローラや磁性キャリアに吸着させたトナーを現像に用いるのではなく、トナー搬送基板等のトナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いるものが知られている。   Conventionally, as a developing device of this type, a toner that has been hopped on the surface of a toner carrier such as a toner carrying substrate is used for development instead of using toner adsorbed on a developing roller or a magnetic carrier for development. It has been.

例えば、特許文献1に記載の現像装置は、絶縁性の支持板の上に所定のピッチで配設された複数の電極を具備するトナー搬送基板を有している。これら電極は、互いに連続して並んでいる3個以上の電極からなる電極組が繰り返し配設されたものである。3個以上の電極からなる電極組におけるそれぞれの電極に対しては、互いに位相ズレしたパルス電圧が印加される。これにより、搬送基板上には、トナーをホッピングさせながら基板の一端側から他端側に向けて順次移動させていく進行電界が形成される。そして、搬送基板の表面上のトナーは、ある電極の上からこれに隣り合う電極の上に向けてのホッピングを、基板の一端側から他端側に向かう方向で繰り返して行うことで、搬送基板と感光体等の潜像担持体とが所定の間隙を介して対向している現像領域に搬送される。この現像領域でホッピングするトナーのうち、潜像担持体上の潜像の近傍まで浮上したトナーは、搬送基板に向けて下降することなく、潜像による電界に引かれて潜像に付着する。かかる構成では、現像ローラや磁性キャリアなどに吸着しているトナーではなく、ホッピングによって吸着力を発揮していないトナーを現像に用いる。これにより、従来の1成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。例えば、周囲の非画像部との電位差が僅か数十[V]である静電潜像にトナーを選択的に付着させることも可能である。   For example, the developing device described in Patent Document 1 includes a toner transport substrate including a plurality of electrodes arranged at a predetermined pitch on an insulating support plate. These electrodes are formed by repeatedly arranging electrode sets composed of three or more electrodes arranged continuously. A pulse voltage that is out of phase with each other is applied to each electrode in an electrode set including three or more electrodes. As a result, a traveling electric field is formed on the transport substrate, in which the toner is sequentially moved from one end side to the other end side while hopping the toner. The toner on the surface of the transport substrate is repeatedly hopped from above one electrode toward the adjacent electrode in a direction from one end side to the other end side of the substrate. And a latent image carrier such as a photosensitive member are conveyed to a developing region facing each other with a predetermined gap. Of the toner that hops in this development area, the toner that has floated to the vicinity of the latent image on the latent image carrier does not descend toward the transport substrate, but is attracted to the electric field by the latent image and adheres to the latent image. In such a configuration, not the toner adsorbed on the developing roller or the magnetic carrier but the toner that does not exhibit the adsorbing force by hopping is used for the development. As a result, it is possible to realize low-potential development that cannot be realized by the conventional one-component development method or two-component development method. For example, toner can be selectively attached to an electrostatic latent image having a potential difference of only a few tens [V] with respect to surrounding non-image portions.

また、特許文献2に記載の現像装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。これら電極は、互いに隣り合う2つの電極からなる電極対が繰り返し配設されたものである。それぞれの電極対における2つの電極の間には交番電界が形成される。すると、電極対における一方の電極の上に位置していたトナーが浮上して他方の電極の上に着地したり、他方の電極の上から浮上して一方の電極の上に着地したりする。そして、このようにしてホッピングを繰り返しながら、筒状のトナー担持体の回転駆動に伴う表面移動よって現像領域まで搬送される。かかる構成においても、ホッピングさせたトナーを現像に用いることで、従来の1成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。   The developing device described in Patent Document 2 has a cylindrical toner carrier having a plurality of electrodes arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction. These electrodes are formed by repeatedly arranging electrode pairs composed of two adjacent electrodes. An alternating electric field is formed between the two electrodes in each electrode pair. Then, the toner located on one electrode in the electrode pair floats and landes on the other electrode, or floats on the other electrode and landes on one electrode. Then, while repeating the hopping in this way, the cylindrical toner carrier is transported to the developing region by the surface movement accompanying the rotational driving. Even in such a configuration, by using the hopped toner for development, it is possible to realize low-potential development that cannot be realized by the conventional one-component development method or two-component development method.

特開2002−341656号公報JP 2002-341656 A 特開平3−21967号公報JP-A-3-21967

しかしながら、これらの現像装置においては、トナーのホッピング量を経時的に低下させ、やがてホッピング不良による現像不良を引き起こすことがあった。そこで、本発明者らは、かかるホッピング不良を引き起こす原因について鋭意研究を行ったところ、次のようなことがわかってきた。即ち、トナーをトナー担持体の表面上で良好にホッピングさせるためには、そのトナーを十分に帯電させておかなければならない。そこで、トナーについては、トナー担持体に供給するのに先立って、ブレードや磁性キャリアなどに擦りつけて十分に帯電させておく。ところが、このように十分に帯電させたトナーをトナー担持体に供給しても、トナー担持体に設けられた電極が剥き出しになっていれば、トナーは電極との接触に伴ってその電荷を容易にリークさせてしまう。特許文献2に記載の現像装置においては、トナー担持体として、複数の電極が剥き出しになっているものを用いているため、トナー担持体の表面上に供給したトナーの電荷を複数の電極に容易にリークさせてしまう。これにより、トナーの電荷が失われてホッピング不良を引き起こしていた。一方、特許文献1に記載の現像装置においては、トナー担持体(トナー搬送基板)として、複数の電極の上に絶縁性材料などからなる表面保護層が被覆されたものを用いているので、かかるリークを引き起こすことがない。ところが、表面保護層の材料によっては、トナーの正規極性とは逆極性側への摩擦帯電を促してしまう。具体的には、トナー担持体の表面上に供給されたトナーは、ホッピングに伴ってトナー担持体の表面と摺擦する。この摺擦によってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電が助長されれば問題ない。しかし、表面保護層の材料によっては、表面保護層がトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性と同極性側に摩擦帯電する一方で、トナーの正規帯電極性とは逆極性側への摩擦帯電を促してしまうことがある。このような表面保護層では、トナーの正規極性側への帯電量をホッピングに伴って徐々に低下させていき、やがてトナーの帯電不良を引き起こしてしまうことがわかった。   However, in these developing devices, the hopping amount of the toner is decreased with time, and eventually a development failure due to a hopping failure may occur. Therefore, the present inventors have conducted intensive research on the cause of such hopping failure, and have found the following. That is, in order to hop the toner satisfactorily on the surface of the toner carrier, the toner must be sufficiently charged. Therefore, the toner is sufficiently charged by being rubbed against a blade or a magnetic carrier before being supplied to the toner carrier. However, even if the sufficiently charged toner is supplied to the toner carrier, if the electrode provided on the toner carrier is exposed, the toner can easily be charged with the contact with the electrode. Will leak. In the developing device described in Patent Document 2, since a toner carrying member having a plurality of exposed electrodes is used, the charge of the toner supplied onto the surface of the toner carrying member can be easily supplied to the plurality of electrodes. Will leak. As a result, the charge of the toner is lost, causing hopping failure. On the other hand, in the developing device described in Patent Document 1, since a toner carrier (toner transport substrate) in which a surface protective layer made of an insulating material or the like is coated on a plurality of electrodes is used. Does not cause leaks. However, depending on the material of the surface protective layer, frictional charging to the side opposite to the normal polarity of the toner is promoted. Specifically, the toner supplied onto the surface of the toner carrier is rubbed with the surface of the toner carrier as the hopping occurs. There is no problem if this rubbing promotes frictional charging of the toner toward the normal charging polarity. However, depending on the material of the surface protective layer, the surface protective layer is frictionally charged to the same polarity side as the normal charging polarity of the toner as it rubs against the toner, whereas the toner has a polarity opposite to the normal charging polarity of the toner. It may promote frictional charging. It has been found that such a surface protective layer gradually reduces the amount of charge on the normal polarity side of the toner with hopping, and eventually causes toner charging failure.

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる現像装置、及びごれを用いる画像形成装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a developing device that can suppress development failure due to toner hopping failure, and an image forming device using dirt. It is to be.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、所定方向に並ぶ複数の電極とこれら電極を覆う表面保護層とを具備するトナー担持体の表面上に担持したトナーを、それら複数の電極に電圧が印加されることで形成された電界によって該表面上でホッピングさせながら、潜像担持体に担持される潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置であって、上記トナー担持体が、基体と、この基体に設けられた複数の凹部の中にそれぞれ形成された複数の上記電極と、該基体の表面における該凹部でない領域、及び複数の該凹部の中にそれぞれ形成された該電極の表面、を覆うように形成された上記表面保護層とを具備するものであり、且つ、該表面保護層トナー担持体の表面上でホッピングするトナーとの摺擦に伴って該トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものであることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の現像装置であって、上記トナーの主成分が、ポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ、上記表面保護層が、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)、ウレタン、第4級アンモニウム塩、及びニグシロン系染料からなる群から選ばれる1つ、あるいは1つ以上の組合せによる材料からなることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項1又は2の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a toner carried on the surface of a toner carrier comprising a plurality of electrodes arranged in a predetermined direction and a surface protective layer covering these electrodes. A developing device that develops the latent image by adhering to the latent image carried on the latent image carrier while hopping on the surface by an electric field formed by applying a voltage to the toner carrying The body is formed in the base, the plurality of electrodes formed in the plurality of recesses provided in the base, the non-recessed region on the surface of the base, and the plurality of recesses, respectively. It is intended to include a the above surface protective layer formed to cover the surface of the electrode, and, the surface protective layer, with the friction with the toner hopping on the surface of the toner carrying member Regular charging of the toner It is characterized in that is made of a material that promote the frictional charging of the sexual side.
The invention of claim 2 is the developing device of claim 1, wherein the main component of the toner is made of polyester or styrene acrylic, and the surface protective layer is made of a silicone resin, a nylon resin, a melamine resin, It is characterized by comprising a material selected from one or a combination of one or more selected from the group consisting of acrylic resins, polyvinyl alcohol (PVA), urethane, quaternary ammonium salts, and nigsylone dyes.
According to a third aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus having a latent image carrier that carries a latent image and a developing unit that develops the latent image on the latent image carrier. Alternatively, the second developing device is used.

これらの発明においては、トナー担持体の表面保護層がホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促すことで、表面保護層との摺擦に伴うトナーの正規帯電極性とは逆極性側への摩擦帯電を回避する。これにより、ホッピングに伴うトナーの帯電量(正規帯電極性)の低下を抑えることで、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。   In these inventions, the surface protective layer of the toner carrier promotes frictional charging toward the normal charge polarity side of the toner in accordance with the friction with the toner to be hopped, so that the toner accompanying the friction with the surface protective layer is urged. Avoid frictional charging to the side opposite to the normal charging polarity. Thereby, by suppressing the decrease in the toner charge amount (regular charge polarity) due to hopping, it is possible to suppress the development failure due to the toner hopping failure.

まず、本発明に関する実験について説明する。図1に示すように、ガラス基板1上にアルミニウムを蒸着することによって、p[μm]のピッチで移動方向に配列された複数の電極21、22、23・・・からなる電極バターン2を形成し、その上に保護層3として厚み約3[μm]、体積抵抗率約1010[Ω・cm]の樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板4を構成し、この基板4の上には、帯電させたトナー層5を形成する。 First, an experiment related to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, by depositing aluminum on a glass substrate 1, an electrode pattern 2 composed of a plurality of electrodes 21, 22, 23,... Arranged in the moving direction at a pitch of p [μm] is formed. A substrate 4 as a toner carrier is formed by forming a protective layer 3 on which a resin coat having a thickness of about 3 [μm] and a volume resistivity of about 10 10 [Ω · cm] is formed. A charged toner layer 5 is formed on the substrate 4.

このトナー層5は、基板4に対して図示しない2成分現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成した。トナーはポリエステル系の粒径約6[μm]のものを使い、基板4上に薄層に形成された状態でのトナーの帯電量は約−22[μC/g]であった。この状態のトナー層5に対して、図2に示すように、奇数番目の電極21、23・・・の集合体である奇数番目電極群に交流電源6から交流電圧を印加する一方で、偶数番目の電極22・・・の集合体である偶数番目電極群に前記交流電圧とは逆位相の交流電圧を印加すると、トナー5は奇数番目電極群21、23・・・と偶数番目電極群22・・・を往復するような運動を行う。この現象を以下、フレア(あるいはフレア現象)と呼ぶ。また、フレア現象を引き起こしている状態をフレア状態という。   The toner layer 5 was formed by developing a solid image into a thin layer on the substrate 4 by a two-component developing device (not shown). As the toner, a polyester-based particle size of about 6 [μm] was used, and the charge amount of the toner formed in a thin layer on the substrate 4 was about −22 [μC / g]. For the toner layer 5 in this state, as shown in FIG. 2, while applying an AC voltage from the AC power source 6 to the odd-numbered electrode group which is an assembly of the odd-numbered electrodes 21, 23. When an AC voltage having a phase opposite to that of the AC voltage is applied to the even-numbered electrode group, which is an aggregate of the th-th electrodes 22..., The toner 5 has the odd-numbered electrode groups 21, 23. Perform a reciprocating motion. This phenomenon is hereinafter referred to as flare (or flare phenomenon). The state causing the flare phenomenon is called flare state.

電極21、22、23・・・のピッチがそれぞれ50、100、200及び400[μm]である4種類の基板4を用いて、交流電源6から電極21、22、23・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値であるVmax[V]を何点かに振りながら(変えながら)、フレアの活性度を高速度カメラで観察したところ、図3に示すような結果を得た。因みに、電極21、22、23・・・の幅と、電極21、22、23・・・の隣同士の距離は、電極21、22、23・・・のピッチの1/2となるようにした。   Applied between the electrodes 21, 22, 23... From the AC power source 6 using four types of substrates 4 with the pitches of the electrodes 21, 22, 23. The flare activity was observed with a high-speed camera while changing (changing) Vmax [V], which is the absolute value of the difference between the positive peak value and negative peak value of the alternating current voltage, to several points. Results as shown in FIG. 3 were obtained. Incidentally, the width of the electrodes 21, 22, 23... And the distance between the electrodes 21, 22, 23... Are 1/2 of the pitch of the electrodes 21, 22, 23. did.

ここで、フレアの活性度とは、基板4の表面に張り付いて動かないトナーの様子を観察することで約5段階の官能評価により求められたものである。図3から、Vmaxやpの値に関わらず、Vmax[V]/p[μm]によってフレアの活性度がほぼ一義的に得られることが確認できる。そして、Vmax[V]/p[μm]>1の時にフレアが活性化し始めて、Vmax[V]/p[μm]>3ではフレアが完全に活性化していることが分かる。   Here, the activity of flare is obtained by sensory evaluation of about five stages by observing the state of toner that sticks to the surface of the substrate 4 and does not move. From FIG. 3, it can be confirmed that the flare activity can be obtained almost uniquely by Vmax [V] / p [μm] regardless of the values of Vmax and p. It can be seen that the flare starts to be activated when Vmax [V] / p [μm]> 1, and the flare is completely activated when Vmax [V] / p [μm]> 3.

また、基板4表面の電気的特性の影響を調べるために、基板4の表層3の体積抵抗率を何点か振って(変えて)、同様にフレア活性度を確認した。表層3に用いた材料はシリコーン系樹脂であり、そこに分散されるカーボン微粒子の量を変更することにより、10〜1014[Ω・cm]の体積抵抗率の保護層(厚みは約5[μm])3を形成した。代表的なものとして、電極21、22、23・・・のピッチが50[μm]のものを使って、上述と同様の実験をしたところ、図4に示す結果を得た。 In addition, in order to investigate the influence of the electrical characteristics of the surface of the substrate 4, the flare activity was confirmed in the same manner by changing (changing) the volume resistivity of the surface layer 3 of the substrate 4 at several points. The material used for the surface layer 3 is a silicone-based resin, and by changing the amount of carbon fine particles dispersed therein, a protective layer having a volume resistivity of 10 7 to 10 14 [Ω · cm] (thickness is about 5 [μm]) 3 was formed. As a representative example, the same experiment as described above was performed using the electrodes 21, 22, 23... Having a pitch of 50 [μm], and the result shown in FIG. 4 was obtained.

この結果から、表層3の体積抵抗率が10〜1012[Ω・cm]の範囲にあることが適正であることが確認できる。これは、体積抵抗率が非常に高い表層3を用いると、飛翔を繰り返すトナーと表層3との摩擦によって基板4の表面が帯電したままになってしまう。そして、この帯電により、基板の表面電位が変動して、現像に寄与するバイアスを不安定にしてしまう。また、逆にあまりに表層3の導電性が高いと、電極21、22、23・・・間で電荷のリーク(ショート)が発生してしまうために、効率的なバイアス効果が得られなくなるからである。表層3は、基板4の表面に蓄積した電荷が電極群21、22、23・・・にうまく逃げられるように、適当な抵抗率(体積抵抗率で10〜1012[Ω・cm])となっている必要がある。なお、この体積抵抗率の最適範囲は、図2に示す装置を具備する実験設備を用いた実験によって得られたものである。図2に示す装置に代えて、図11に示す現像ローラ(詳細は後述する)を備える現像装置の場合には、最適範囲が前述のものと変わってくることもある。このような場合には、その現像装置における体積抵抗率の最適範囲を実験によって調べた上で、適切な体積抵抗率に調整することが望ましい。 From this result, it can be confirmed that the volume resistivity of the surface layer 3 is in the range of 10 9 to 10 12 [Ω · cm]. This is because if the surface layer 3 having a very high volume resistivity is used, the surface of the substrate 4 remains charged due to friction between the toner that repeatedly flies and the surface layer 3. This charging causes the surface potential of the substrate to fluctuate, making the bias contributing to development unstable. On the other hand, if the conductivity of the surface layer 3 is too high, charge leakage (short circuit) occurs between the electrodes 21, 22, 23..., And an efficient bias effect cannot be obtained. is there. The surface layer 3 has an appropriate resistivity (volume resistivity of 10 9 to 10 12 [Ω · cm]) so that charges accumulated on the surface of the substrate 4 can be easily escaped to the electrode groups 21, 22, 23. It is necessary to become. The optimum range of the volume resistivity is obtained by an experiment using an experimental facility equipped with the apparatus shown in FIG. In the case of a developing device provided with a developing roller (details will be described later) shown in FIG. 11 instead of the device shown in FIG. 2, the optimum range may be different from that described above. In such a case, it is desirable to adjust the volume resistivity to an appropriate one after examining the optimum range of the volume resistivity in the developing device by experiments.

本発明者らは、基板4の表面の摩擦帯電特性の影響を調べるために、表層3をシリコーン系樹脂及びフッ素系樹脂の2種類として上記と同様なフレア活性度観察を行った。表層3は、カーボン微粒子を微量分散させることにより、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂のいずれのコート層としても体積抵抗率を1011〜1012[Ω・cm]とした。交流電源6から電極21、22、23・・・に交番バイアスを印加してフレア活性度を観察すると、表層3がシリコーン系樹脂の場合は長時間フレア状態を維持していたが、表層3がフッ素系樹脂の場合は直ぐにフレアが消滅しトナーが基板4に張り付いたままとなってしまった。 In order to examine the influence of the triboelectric charging characteristics of the surface of the substrate 4, the inventors performed flare activity observations similar to the above with the surface layer 3 being two types of silicone resin and fluorine resin. The surface layer 3 has a volume resistivity of 10 11 to 10 12 [Ω · cm] as a coating layer of either a silicone resin or a fluorine resin by finely dispersing carbon fine particles. When an alternating bias is applied from the AC power source 6 to the electrodes 21, 22, 23... And the flare activity is observed, the flare state is maintained for a long time when the surface layer 3 is a silicone resin. In the case of the fluorine-based resin, the flare disappeared immediately and the toner remained stuck to the substrate 4.

上記観察後に、基板4上のトナーの帯電量を測定したところ、表層3がシリコーン系樹脂の場合には基板4上のトナーの帯電量は初期に比べて若干の低下がみられただけであったが、表層3がフッ素系樹脂の場合には基板4上のトナーの帯電量はトナーの電荷がほとんど無くなっていた。試しに、帯電していないトナーをそれぞれの表層3の表面に擦り付けてみたところ、表層3がシリコーン系樹脂の場合にはトナーが正規の極性の摩擦電荷を得られたのに対し、表層3がフッ素系樹脂の場合にはほとんど摩擦電荷を得られないばかりか若干逆の極性となっていた。つまり、フレア現象は、トナーと基板4の表面とが無数回衝突するプロセスであるため、表層3の材料はトナーの電荷を奪ってしまうものではなく、トナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましいことが理解できる。これは材料の摩擦帯電系列に習うものであり、表層3の材料としては、例えばガラス系のものや、2成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。   After the above observation, the charge amount of the toner on the substrate 4 was measured. When the surface layer 3 was a silicone resin, the charge amount of the toner on the substrate 4 was only slightly reduced compared to the initial value. However, when the surface layer 3 is made of a fluororesin, the toner charge on the substrate 4 is almost free of toner charge. As a test, when an uncharged toner was rubbed against the surface of each surface layer 3, when the surface layer 3 was a silicone resin, the toner obtained a triboelectric charge of normal polarity, whereas the surface layer 3 In the case of fluororesins, the frictional charge was hardly obtained, and the polarity was slightly reversed. In other words, the flare phenomenon is a process in which the toner and the surface of the substrate 4 collide with each other innumerably, so the material of the surface layer 3 does not take away the charge of the toner but is a material that can give the toner a regular charge. It can be understood that this is preferable. This is learned from the triboelectric series of materials, and as the material of the surface layer 3, for example, a glass-based material or a material used for a carrier coat of a two-component developer is preferably used.

次に、図5に示すような系での実験結果について説明する。基板Aはアルミニウムからなる基板7の上に厚み約20[μm]の樹脂層(これは感光体を想定したもの)8を形成することで構成する。基板7は接地し、樹脂層8にはベタ画像相当の0.4[mg/cm]のトナー層9を形成する。このトナー層9は図示しない2成分現像器によって樹脂層8に対してベタ現像をすることで形成したものである。 Next, experimental results in the system as shown in FIG. 5 will be described. The substrate A is configured by forming a resin layer (this is assumed to be a photoreceptor) 8 having a thickness of about 20 [μm] on a substrate 7 made of aluminum. The substrate 7 is grounded, and a 0.4 [mg / cm 2 ] toner layer 9 corresponding to a solid image is formed on the resin layer 8. The toner layer 9 is formed by performing solid development on the resin layer 8 with a two-component developing device (not shown).

この基板Aに間隔d[μm]で対向するように基板Bを設置する。この基板Bは上記基板4と同様に構成され、表層3は以降の作業によってここに転移するトナーの量を光学的な測定装置(反射光濃度測定器)によって計測しやすいように白色のコート層とする。図3から、Vmax[V]/p[μm]=4であればいずれの条件でも安定なフレアを形成できるので、Vmax[V]/p[μm]=4となる4種の条件を用いて、基板Bへのトナー転移量の現像ギャップ(d[μm])依存性を調べると、図6に示すような結果が得られた。図6のグラフの縦軸は、基板Bにおける表層3の光学濃度増加量を示しており、表層3にトナーが全く付着していない状態では、光学濃度増加量が0となる。同グラフにおいて、光学濃度増加量が0よりも大きくなっている結果が含まれているが、これは基板Aの樹脂層8に付着していたトナー層9における一部のトナーが基板B上に形成される電界の影響を受けてトナー層9から基板Bの表層3に転移したためである。このような転移が発生すると、重ね合わせ現像において、先行する現像時に潜像担持体(例えば感光体)上に形成されたトナー層のトナーが、後続の現像時に後続色の現像装置内に転移して混色を引き起こしてしまう。また、先行する現像で得られた潜像担持体上の画像を乱してしまう。このような混色や画像の乱れを回避し得るのは、同グラフにおいて光学濃度増加量が0となっている条件である。そして、同グラフにより、かかる条件は、ピッチ間距離pが現像ギャップdより小さいこと、すなわちp<dであることがわかる。   The substrate B is placed so as to face the substrate A with a distance d [μm]. The substrate B is configured in the same manner as the substrate 4, and the surface layer 3 is a white coat layer so that the amount of toner transferred here can be easily measured by an optical measuring device (reflected light density measuring device) in the following operations. And From FIG. 3, if Vmax [V] / p [μm] = 4, a stable flare can be formed under any conditions. Therefore, four types of conditions where Vmax [V] / p [μm] = 4 are used. When the dependence of the toner transfer amount on the substrate B on the development gap (d [μm]) was examined, the results shown in FIG. 6 were obtained. The vertical axis of the graph in FIG. 6 indicates the amount of increase in the optical density of the surface layer 3 on the substrate B, and the amount of increase in the optical density is 0 when no toner adheres to the surface layer 3. The graph includes the result that the optical density increase amount is larger than 0. This is because a part of the toner in the toner layer 9 adhered to the resin layer 8 of the substrate A is on the substrate B. This is because the toner layer 9 is transferred to the surface layer 3 of the substrate B under the influence of the electric field formed. When such a transition occurs, in the overlay development, the toner in the toner layer formed on the latent image carrier (for example, the photoreceptor) during the previous development is transferred into the subsequent color developing device during the subsequent development. Cause color mixing. In addition, the image on the latent image carrier obtained by the preceding development is disturbed. Such color mixing and image disturbance can be avoided under the condition that the optical density increase is zero in the graph. From the graph, it can be seen that such a condition is that the pitch distance p is smaller than the development gap d, that is, p <d.

これは、トナー担持体(基板B)上に形成される電界カーテンの影響が、潜像担持体(基板A)上の静電潜像電場やトナー像に対して及ばない条件であると考えることができる。このような条件のもとでは、例えば1200dpiや2400dpiの孤立ドットをスキャベンジなしで正確に現像できるばかりでなく、上述したように、潜像担持体(基板A)上でのトナー像重ねのような作像プロセスを利用する際にも、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱すこと無く、且つ、現像装置内のトナーの混色を招くことも無く、非常に高画質なトナー像重ねを実現することができる。   This is considered to be a condition that the influence of the electric field curtain formed on the toner carrier (substrate B) does not reach the electrostatic latent image electric field or toner image on the latent image carrier (substrate A). Can do. Under such conditions, for example, 1200 dpi or 2400 dpi isolated dots can be accurately developed without scavenging, and as described above, the toner image is superimposed on the latent image carrier (substrate A). Even when using the image forming process, the toner image previously formed on the latent image carrier is not disturbed, and the toner in the developing device is not mixed. Image superposition can be realized.

ところで、従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、2成分現像方式や1成分現像方式などがある。2成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。この2成分現像方式では、高画質を狙うためには、潜像担持体上の静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは30μm程度のキャリアも使われ始めている。   Conventionally, developing devices used in image forming apparatuses such as copying machines, printers, and facsimiles include a two-component developing method and a one-component developing method. The two-component development method is very suitable for high-speed development, and is the mainstream method for current medium-speed and high-speed image forming apparatuses. In this two-component development method, in order to aim for high image quality, it is necessary to make the state of the developer very dense in the contact portion with the electrostatic latent image on the latent image carrier. For this reason, the carrier particles are now being reduced in diameter, and carriers of about 30 μm are beginning to be used on a commercial level.

1成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速の画像形成装置の主流方式である。この1成分現像方式では、現像ローラ等の現像剤担持体の表面に担持したトナーをホッピングさせずに現像に用いる。具体的には、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層に形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて潜像担持体上の静電潜像を現像する。ここでの1成分現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが接触するものであり、後者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であるものである。   The one-component developing method is the mainstream method of current low-speed image forming apparatuses because the mechanism is small and light. In this one-component development system, toner carried on the surface of a developer carrying member such as a developing roller is used for development without hopping. Specifically, in order to form a toner thin layer on the developing roller, a toner regulating member such as a blade or a roller is brought into contact with the toner on the developing roller, and at that time, the developing roller or the toner regulating member and the toner are The toner is charged by friction. The charged toner layer formed as a thin layer on the developing roller is carried to the developing unit and develops the electrostatic latent image on the latent image carrier. The one-component development method here is roughly divided into a contact type and a non-contact type. The former is a type in which the developing roller and the latent image carrier are in contact, and the latter is a type in which the developing roller and the latent image carrier are non-contact. It is a contact.

上記2成分現像方式と1成分現像方式との欠点を補い合うべく、特開平3−100575号公報に記載のものなどのように2成分現像方式と1成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式も幾つか提案されている。   In order to compensate for the disadvantages of the two-component development method and the one-component development method, there is also a hybrid method in which the two-component development method and the one-component development method are hybridized, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-100575. Several proposals have been made.

高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特開平3−113474号公報に記載の方式がある。この方式は、上記ハイブリッド化方式に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものである。   As a method for developing high-resolution minute uniform dots, for example, there is a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-113474. In this method, a high-resolution dot developability is realized by installing a wire to which a high-frequency bias is applied to the developing unit, to form a toner cloud in the developing unit, as compared to the hybrid method.

また、特開平3−21967号公報(特許文献2)には、最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 3-21967 (Patent Document 2) proposes a method of forming an electric field curtain on a rotating roller in order to form the most efficient and stable toner cloud.

また、進行波電界による電界カーテンで現像剤を搬送する現像装置が特開2003−15419号公報に記載されている。また、現像ローラの周面上にほぼ1層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有する現像装置が特開平9−269661号公報に記載されている。また、特開2003−84560号公報には、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、該電極に所定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前記非磁性トナーを付着搬送させる現像装置が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2003-15419 discloses a developing device that transports a developer by an electric field curtain using a traveling wave electric field. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-269661 discloses a developing device having a plurality of magnetic poles that attract substantially one layer of carriers almost uniformly on the peripheral surface of the developing roller. Japanese Patent Laid-Open No. 2003-84560 discloses that a periodic conductive electrode pattern is provided on the surface of a developer carrying member carrying non-magnetic toner via an insulating portion, and a predetermined bias potential is applied to the electrode. Describes a developing device that generates an electric field gradient in the vicinity of the surface of the developer carrying member and adheres and conveys the non-magnetic toner onto the developer carrying member.

そして、従来の2成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。しかし、キャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなどいろいろな副作用が生じる。   In the conventional two-component development method, the demand for higher image quality is increasing, and the dot size of the required pixel itself needs to be equal to or smaller than the current carrier particle size, so that it is isolated. In terms of dot reproducibility, carrier particles must be further reduced. However, as the carrier diameter is reduced, the permeability of the carrier particles decreases, so that carrier detachment from the developing roller tends to occur, and when the detached carrier particles adhere to the latent image carrier, the carrier In addition to image defects due to the attachment itself, various side effects such as scratching the latent image carrier from the origin are caused.

このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。   In order to prevent this carrier detachment, attempts have been made to increase the magnetic permeability of carrier particles from the material surface and to increase the magnetic force of the magnet included in the developing roller. Development is extremely difficult due to this balance. In addition, due to the downsizing of the developing roller, the developing roller is becoming smaller in diameter, and it becomes difficult to design a developing roller having a strong magnetic field configuration that can completely prevent carrier detachment. Yes.

そもそも2成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる2成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。   In the first place, the two-component development method is a process of forming a toner image by rubbing the ears of a two-component developer called a magnetic brush against the electrostatic latent image. Unevenness tends to occur in the developability. Although an image quality can be improved by forming an alternating electric field between the developing roller and the latent image carrier, it is difficult to completely eliminate the fundamental image unevenness such as the unevenness of the ears of the developer.

また、潜像担持体上の現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには、潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げることが効果的であることが知られているが、この場合、2成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。   In order to improve transfer efficiency and cleaning efficiency in the step of transferring the developed toner image on the latent image carrier and the step of cleaning the toner remaining on the latent image carrier after the transfer, It is necessary to reduce the non-electrostatic adhesion between the carrier and the toner as much as possible. As a method for reducing the non-electrostatic adhesion force between the latent image carrier and the toner, it is known that reducing the friction coefficient on the surface of the latent image carrier is effective. Since the spikes of the agent smoothly pass through the developing portion, the development efficiency and the dot reproducibility become very poor.

1成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。また、この1成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、1成分現像方式は一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。   In the one-component development method, the toner layer on the developing roller thinned by the toner regulating member is sufficiently pressed on the developing roller, so that the toner responsiveness to the electric field in the developing unit is very high. bad. Therefore, in general, in order to obtain high image quality, it is mainstream to form a strong alternating electric field between the developing roller and the latent image carrier. However, even if this alternating electric field is formed, an electrostatic latent image is formed. On the other hand, it is difficult to stably develop a certain amount of toner, and it is difficult to uniformly develop high resolution minute dots. In addition, this one-component development system applies a very large stress to the toner when the toner thin layer is formed on the developing roller, so that the toner circulating in the developing device deteriorates very quickly. As the toner deteriorates, unevenness and the like easily occur in the process of forming a toner thin layer on the developing roller, and the one-component developing method is generally not suitable as a high-speed and highly durable image forming apparatus.

ハイブリッド化方式(特開平3−100575号公報)では、現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかし、現像部においてはやはり1成分現像方式と同様の問題があり、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。   In the hybrid system (Japanese Patent Laid-Open No. 3-110355), although the size of the developing device itself and the number of parts increase, some problems are overcome. However, the developing unit still has the same problem as the one-component developing method, that is, it is difficult to develop a high-resolution minute uniform dot.

特開平3−113474号公報に記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。   The method described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-113474 can be considered to realize highly stable and high-quality development, but the configuration of the developing device is complicated.

また、特開平3−21967号公報(特許文献2)に記載の方法は、小型且つ高画質の現像を得るには非常に優れたものと解釈できるが、本発明者らが鋭意研究した結果、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を限定しなくてはならないことが発見された。すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、返って粗悪な画質を提供してしまうことになる。また、この方式はトナー担持体上でホッピングするトナーをトナー担持体の表面移動によって現像領域まで搬送するものであるが、トナー担持体を表面移動させずに、ホッピングよる移動のみによってトナーを現像領域まで搬送する特開2002−341656号公報(特許文献1)に記載の方式でも、同様のことが言える。   Moreover, although the method described in JP-A-3-21967 (Patent Document 2) can be interpreted as being extremely excellent for obtaining a small-sized and high-quality development, as a result of intensive studies by the present inventors, In order to obtain an ideal high image quality, it was discovered that the conditions such as the electric field curtain and development to be formed must be limited. In other words, if image formation is performed under conditions that deviate from the appropriate conditions, not only the effect is not obtained, but also poor image quality is provided. In this method, the toner to be hopped on the toner carrier is transported to the development area by moving the surface of the toner carrier. However, the toner is only moved by hopping without moving the surface of the toner carrier. The same can be said for the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-341656 (Patent Document 1).

また、潜像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順次に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくような作像プロセスにおいては、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような現像方式でなくてはいけない。非接触一成分現像方式や、3−113474号公報に記載のトナークラウド現像方式を用いることで、潜像担持体上に順次に各色トナーを形成していくことは可能であるが、いずれの方式も、潜像担持体と現像ローラとの間には交番電界が形成されてしまうために、潜像担持体上に先に形成されたトナー像からトナーの一部が引き剥がされて現像装置に入り込んでしまう。これによって、潜像担持体上の画像が乱されてしまうばかりでなく、現像装置内のトナーが混色するという問題も生じてしまう。これらは高画質画像を得るには致命的であり、この問題を解決する方法としては潜像担持体と現像ローラとの間には交番電場を形成しない方法で、クラウド現像を実現する必要がある。   In the image forming process in which the first toner image is formed on the latent image carrier and the second toner image and the third toner image are sequentially formed thereon, the latent image carrier is first formed. The developing method must not disturb the toner image formed on the body. By using the non-contact one-component developing method or the toner cloud developing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-11474, it is possible to sequentially form each color toner on the latent image carrier. However, since an alternating electric field is formed between the latent image carrier and the developing roller, a part of the toner is peeled off from the toner image previously formed on the latent image carrier to the developing device. Get in. This not only disturbs the image on the latent image carrier, but also causes a problem that the toner in the developing device is mixed. These are fatal for obtaining high-quality images, and as a method for solving this problem, it is necessary to realize cloud development by a method in which an alternating electric field is not formed between the latent image carrier and the developing roller. .

このようなクラウド現像を実現できる方法としては、先に挙げた特開平3−21967号公報(特許文献2)や特開2002−341656号公報(特許文献1)に記載の方式が有効と考えられるが、これらに関しては先にも述べた通り、適当な条件の元で利用しないと全く効果が無い。具体的には、条件が不適切であると、トナーをクラウド化させることができなくなる。更には、トナーをクラウド化させたとしても、重ね合わせ現像においては、先行する現像で得られた潜像担持体上のトナー層中のトナーを後続色の現像装置内に転移させ、画像の乱れや混色を引き起こしてしまう。   As methods for realizing such cloud development, the methods described in JP-A-3-21967 (Patent Document 2) and JP-A-2002-341656 (Patent Document 1) are considered effective. However, as described above, there is no effect if these are not used under appropriate conditions. Specifically, if the conditions are inappropriate, the toner cannot be clouded. Furthermore, even if the toner is made cloudy, in the overlay development, the toner in the toner layer on the latent image carrier obtained in the preceding development is transferred into the developing device of the subsequent color, and the image is distorted. And cause color mixing.

そこで、本実施形態に係る画像形成装置においては、上述した実験の結果に鑑みて、Vmax[V]/p[μm]>1という条件を具備させている。かかる構成では、トナーを確実にクラウド化せしめることができる。よって、本実施形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、且つより小型にできる。   Therefore, the image forming apparatus according to the present embodiment has a condition of Vmax [V] / p [μm]> 1 in view of the results of the above-described experiment. With such a configuration, the toner can be reliably clouded. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to achieve higher image quality and to be smaller than the prior art.

図7は本発明の実施形態に係る画像形成装置におけるトナー担持体の代表例を示すものである。このトナー担持体31は、回転ローラ形状に形成したもので、移動方向にp[μm]のピッチで配列されて空間周期的に配置された複数の電極41、42、43・・・からなる電極バターンにおける奇数番目の電極の集合体である奇数番目電極群を束ねた電極軸40Aと、偶数番目の電極の集合体である偶数番目電極群を束ねた電極軸40Bを回転軸として回転することができる。それぞれの電極軸40A、40Bには、図示しない電極ブラシ等によって交流電源からバイアス電位として交流電圧が印加される。この交流電圧は、図15に示されるように、上述の奇数番目電極群を束ねた電極軸(40A)に印加される矩形波状のA相パルス電圧と、偶数番目電極群を束ねた電極軸(40B)に印加される矩形波状のB相パルス電圧とからなる。これらA相パルス電圧、B相パルス電圧は、図示のように互いに逆位相になっており、単位時間あたりにおける平均電位は互いに同じである。なお、図16に示すように、一方の電極軸に周波数fの矩形波状のパルス電圧を印加する一方で、もう一方の電極軸には、前記パルス電圧の平均電位となる直流電圧を印加しても、逆位相のパルス電圧を採用する場合と同様に、フレア現象を生起せしめることが可能である。   FIG. 7 shows a representative example of the toner carrier in the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention. This toner carrier 31 is formed in the shape of a rotating roller, and is composed of a plurality of electrodes 41, 42, 43... Arranged in a spatial direction and arranged at a pitch of p [μm] in the moving direction. It is possible to rotate about the axis 40A of the odd-numbered electrode group that is an aggregate of the odd-numbered electrodes in the pattern and the electrode axis 40B of the even-numbered electrode group that is the aggregate of the even-numbered electrodes. it can. An AC voltage is applied to each of the electrode shafts 40A and 40B as a bias potential from an AC power source by an electrode brush (not shown) or the like. As shown in FIG. 15, the AC voltage includes a rectangular wave-shaped A-phase pulse voltage applied to the electrode shaft (40A) in which the odd-numbered electrode groups are bundled and an electrode shaft (in which even-numbered electrode groups are bundled). 40B) and a rectangular wave B-phase pulse voltage applied. These A-phase pulse voltage and B-phase pulse voltage are in opposite phases as shown in the figure, and the average potentials per unit time are the same. As shown in FIG. 16, a rectangular wave pulse voltage having a frequency f is applied to one electrode axis, while a DC voltage that is an average potential of the pulse voltage is applied to the other electrode axis. However, it is possible to cause a flare phenomenon as in the case of employing a pulse voltage having an opposite phase.

上記トナー担持体31は、図8(a)に示すように、絶縁体であるアクリル樹脂の円筒51に軸穴52を設け、図8(b)に示すようにステンレス製の電極軸40A、40Bを円筒51の軸穴52に圧入して電極軸40A、40Bを奇数番目電極群41、43・・・、偶数番目電極群42・・・にそれぞれ接続する。次に、図9(a)〜(e)に示す各工程でパターン電極を形成する。図9はトナー担持ローラ31の表面を回転軸に沿った方向に見た図である。図9(a)に示す工程では、図8に示す工程よって得られたローラ51の表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。図9(b)に示す工程では、溝のピッチが100[μm]、溝幅が50[μm]となるように溝53の切削を行う。図9(c)に示す工程では、溝切削を行ったローラ51に無電解ニッケル54のメッキを施し、図9(d)に示す工程では、無電解ニッケル54のメッキを施したローラ31の外周を旋削して不要な導体膜を取り除く。この時点で電極41、42、43・・・が溝53の部分に互いに絶縁して形成される。その後、ローラ51にシリコーン系樹脂をコーティングすることでローラ51の表面を平滑にし、同時に表面保護層(厚み約5[μm]、体積抵抗率約1010[Ω・cm])55を形成してトナー担持ローラ31を製作した。図10は、トナー担持ローラ31を平面状に展開した状態を示す。 As shown in FIG. 8 (a), the toner carrier 31 is provided with a shaft hole 52 in an acrylic resin cylinder 51 as an insulator, and as shown in FIG. 8 (b), stainless steel electrode shafts 40A and 40B. Are pressed into the shaft hole 52 of the cylinder 51 to connect the electrode shafts 40A, 40B to the odd-numbered electrode groups 41, 43. Next, a pattern electrode is formed in each step shown in FIGS. FIG. 9 is a view of the surface of the toner carrying roller 31 as viewed in the direction along the rotation axis. In the process shown in FIG. 9A, the surface of the roller 51 obtained by the process shown in FIG. In the step shown in FIG. 9B, the groove 53 is cut so that the groove pitch is 100 [μm] and the groove width is 50 [μm]. In the step shown in FIG. 9C, the electroless nickel 54 is plated on the roller 51 that has been groove-cut, and in the step shown in FIG. 9D, the outer periphery of the roller 31 that has been electroless nickel 54 plated. To remove unnecessary conductive film. At this time, the electrodes 41, 42, 43,... Thereafter, the surface of the roller 51 is smoothed by coating the roller 51 with silicone resin, and at the same time, a surface protective layer (thickness of about 5 [μm], volume resistivity of about 10 10 [Ω · cm]) 55 is formed. A toner carrying roller 31 was manufactured. FIG. 10 shows a state in which the toner carrying roller 31 is developed in a planar shape.

このトナー担持ローラ31は、上記基板4と同様に、保護層55上に薄いトナー層が形成される。そして、電極軸40A、40Bに対して図15に示した交流電圧がバイアス電位として図示しない交流電源から電極ブラシ等を経て印加されると、トナーは奇数番目電極群41、43・・・と偶数番目電極群42・・・を往復するような運動(フレア)を行う。交流電源から電極41、42、43・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値をVmax[V]とし、Vmax[V]/p[μm]>1の時にフレアが活性化し始めて、Vmax[V]/p[μm]>3ではフレアが完全に活性化している。また、トナー担持体31は、上記基板4と同様に、表層55の体積抵抗率が10〜1012[Ω・cm]の範囲にあることが適正であり、表層55がシリコーン系樹脂である。表層55の材料は、上述のように、トナーとの摩擦でトナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましく、例えばガラス系のものや、2成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。pは現像ギャップdより小さいこと、すなわちp<dに設定される。 In the toner carrying roller 31, a thin toner layer is formed on the protective layer 55 in the same manner as the substrate 4. When the AC voltage shown in FIG. 15 is applied to the electrode shafts 40A and 40B as a bias potential from an AC power source (not shown) via an electrode brush or the like, the toner is odd-numbered electrode groups 41, 43. A movement (flare) is performed so as to reciprocate the second electrode group 42. The absolute value of the difference between the positive peak value and the negative peak value of the AC voltage applied between the electrodes 41, 42, 43... From the AC power source is Vmax [V], and Vmax [V] / p [μm]. The flare starts to be activated when> 1, and the flare is completely activated when Vmax [V] / p [μm]> 3. In the toner carrier 31, as with the substrate 4, it is appropriate that the volume resistivity of the surface layer 55 is in the range of 10 9 to 10 12 [Ω · cm], and the surface layer 55 is a silicone resin. . As described above, the material of the surface layer 55 is preferably a material that can impart a regular charge to the toner by friction with the toner. For example, it is used for a glass-based material or a carrier coat of a two-component developer. It is preferable to use a material. p is set to be smaller than the development gap d, that is, p <d.

図11は本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は上記トナー担持ローラ31を利用した現像装置を有するものである。トナー担持ローラ31に対しては、通常の2成分現像器56により2成分現像剤の穂が当接されている。具体的には、粒径50[μm]の磁性キャリア粉と粒径約6[μm]のポリエステルトナーを重量比で7〜8[wt%]混合させた2成分現像剤を、2成分現像器56の永久磁石を内包するマグネットスリーブ57によってトナー担持ローラ31まで搬送し、そこでトナーの一部がマグネットスリーブ57とトナー担持ローラ31との間に印加される直流バイアス電位によってトナー担持ローラ31に転移する。トナー担持ローラ31に転移したトナーは、トナー担持体31上でフレアを形成しながら、トナー担持体31が図示しない駆動部により回転駆動されることで潜像担持体58との対向部に搬送され、トナー担持ローラ31表面の平均電位と潜像担持体58電位との差によって潜像担持体58上の静電潜像に付着することで該静電潜像を現像してトナー像を形成する。なお、電極軸40A、40B間には交流電源59から電極ブラシ等によってバイアス電位として交流電圧が印加され、奇数番目電極群41、43・・・と偶数番目電極群42・・・との間に時間周期的な電位差が形成される。   FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating an image forming apparatus according to the present embodiment. This image forming apparatus has a developing device using the toner carrying roller 31. The toner carrying roller 31 is in contact with the spikes of the two-component developer by a normal two-component developer 56. Specifically, a two-component developer in which a magnetic carrier powder having a particle size of 50 [μm] and a polyester toner having a particle size of about 6 [μm] are mixed in a weight ratio of 7 to 8 [wt%] A magnetic sleeve 57 containing 56 permanent magnets is conveyed to the toner carrying roller 31, where a part of the toner is transferred to the toner carrying roller 31 by a DC bias potential applied between the magnet sleeve 57 and the toner carrying roller 31. To do. The toner transferred to the toner carrying roller 31 is conveyed to a portion facing the latent image carrier 58 when the toner carrier 31 is rotationally driven by a driving unit (not shown) while forming a flare on the toner carrier 31. A toner image is formed by developing the electrostatic latent image by adhering to the electrostatic latent image on the latent image carrier 58 by the difference between the average potential on the surface of the toner carrying roller 31 and the potential of the latent image carrier 58. . An AC voltage is applied as a bias potential from an AC power source 59 by an electrode brush or the like between the electrode shafts 40A and 40B, and between the odd-numbered electrode groups 41, 43... And the even-numbered electrode groups 42. A time-periodic potential difference is formed.

現像に寄与しなかった不要なトナーは現像部から再びマグネットスリーブ57に戻ってくる。フレアが形成されているので、トナー担持ローラ31に対するトナーの付着力は非常に低く、トナー担持ローラ31によって現像部から戻ってきたトナーは、マグネットスリーブ57の回転に追随した2成分現像剤の穂によって容易に掻き取られたり馴らされたりする。これを繰り返すことによって、トナー担持ローラ31上には常にほぼ一定量のトナーフレアが形成されることになる。2成分現像器56は、容器60内の2成分現像剤63を攪拌しながら搬送して循環させ、マグネットスリーブ57がその2成分現像剤の一部をトナー担持ローラ31まで搬送すると共に現像部から現像に寄与しなかった不要なトナーを戻す。   Unnecessary toner that has not contributed to the development returns to the magnetic sleeve 57 from the developing portion again. Since the flare is formed, the adhesion force of the toner to the toner carrying roller 31 is very low, and the toner returned from the developing portion by the toner carrying roller 31 is the ear of the two-component developer following the rotation of the magnet sleeve 57. Is easily scraped or habituated. By repeating this, a substantially constant amount of toner flare is always formed on the toner carrying roller 31. The two-component developer 56 conveys and circulates the two-component developer 63 in the container 60 while stirring, and the magnet sleeve 57 conveys a part of the two-component developer to the toner carrying roller 31 and from the developing unit. Unnecessary toner that did not contribute to development is returned.

潜像担持体58としては、厚み13[μm]の有機感光体を使用し、1200dpiのレーザ書き込み系を利用して潜像を形成する場合について以下に説明する。感光体58は、図示しない駆動部により回転駆動されて帯電装置により一様に帯電され、露光手段としてのレーザ書き込み系により露光されて静電潜像が形成される。この場合、感光体58の帯電電位は−300〜−500[V]とし、ベタ部での書き込み電位が0〜−50[V]となるような条件で静電潜像を形成する。   As the latent image carrier 58, a case where an organic photoreceptor having a thickness of 13 [μm] is used and a latent image is formed using a 1200 dpi laser writing system will be described below. The photosensitive member 58 is rotationally driven by a driving unit (not shown), is uniformly charged by a charging device, and is exposed by a laser writing system as an exposure unit to form an electrostatic latent image. In this case, the electrostatic potential image is formed under the condition that the charging potential of the photoconductor 58 is −300 to −500 [V] and the writing potential at the solid portion is 0 to −50 [V].

この静電潜像は、トナー担持体31上でフレアを形成するトナーにより現像されてトナー像となる。この時、帯電量が約−22[μC/g]で粒径が6[μm]であるトナーを使って、地汚れが無く、ベタ部の埋まりも良く、且つ1200dpiの1ドットが再現できるように条件を設定したところ、トナー担持体31と感光体58とのギャップは約500[μm]、トナー担持体31の奇数番目電極群と偶数番目電極群には、−400[V]と0[V]のそれぞれをピークに持つ各瞬間瞬間における平均電位が−200[V]の交流バイアスを、5[kHz]の周波数で交流電源59から印加することで実現した(奇数番目電極群と偶数番目電極群で交流バイアスの位相を互いに逆位相とした)。   The electrostatic latent image is developed with toner that forms flare on the toner carrier 31 to become a toner image. At this time, using toner having a charge amount of about −22 [μC / g] and a particle diameter of 6 [μm], there is no background stain, the solid portion is well filled, and one dot of 1200 dpi can be reproduced. As a result, the gap between the toner carrier 31 and the photoconductor 58 is about 500 [μm], and the odd-numbered electrode group and the even-numbered electrode group of the toner carrier 31 are −400 [V] and 0 [0]. V] is realized by applying an AC bias with an average potential of −200 [V] from each AC power source 59 at a frequency of 5 [kHz] at each instantaneous moment having a peak of each of V] (an odd-numbered electrode group and an even-numbered electrode group). The AC bias phases of the electrode groups were opposite to each other).

トナー担持体31上のトナー像は給紙装置から給送されてきた記録紙等の記録媒体へ転写手段により転写され、その記録媒体は定着装置によりトナー像が定着されて外部へ排出される。
トナー担持ローラ31上に過剰なトナーが乗っていると、トナーの電荷によって電界カーテンがシールドされてしまいフレアが形成できなくなるので、トナー担持ローラ31上に乗っている単位面積当りのトナー量は0.2[mg/cm]となるように、マグネットスリーブ57とトナー担持ローラ31との間には電源から約200[V]の直流バイアスが印加されている。ちなみに、フレアによるトナーの拡散効果があるので、マグネットスリーブ57からトナー担持ローラ31へのトナー転移には多少のムラがあっても問題なく、マグネットスリーブ57とトナー担持ローラ31との間には上記直流バイアスにACバイアスを重畳するような工夫は特に必要なく、また、2成分現像剤の穂を厳格に均一にするような工夫も特に必要ない。
The toner image on the toner carrier 31 is transferred to a recording medium such as recording paper fed from a paper feeding device by a transfer means, and the toner image is fixed to the recording medium by a fixing device and discharged to the outside.
If excessive toner is placed on the toner carrying roller 31, the electric field curtain is shielded by the charge of the toner and flare cannot be formed, so the amount of toner on the toner carrying roller 31 per unit area is 0. A DC bias of about 200 [V] is applied between the magnet sleeve 57 and the toner carrying roller 31 from the power source so as to be 2 [mg / cm 2 ]. Incidentally, since there is a toner diffusion effect due to flare, there is no problem even if there is some unevenness in toner transfer from the magnet sleeve 57 to the toner carrying roller 31, and there is no problem between the magnet sleeve 57 and the toner carrying roller 31. There is no particular need to devise superimposing the AC bias on the direct current bias, and no particular contrivance to make the spikes of the two-component developer strictly uniform.

一方、感光体58上のベタ画像として必要とされるトナー量が0.4[mg/cm]であることから、現像部でのトナー枯渇が生じないように、トナー担持ローラ31の移動速度は、感光体58の移動速度の2倍以上にする必要があり、ここでは感光体58の移動速度の2.5倍としている。トナー担持ローラ31の移動方向と感光体58の移動方向は、図11に示すように同じ向きでも良いが、逆向きでも良い。マグネットスリーブ57とトナー担持ローラ31の移動方向は、戻りトナーの掻き取り効果を得るために、図11のように逆向きであるのが好ましい。
以上の系によって、感光体58の線速300[mm/s]の元で、ベタ部の埋まり性、1200dpiドット再現性、に優れた地汚れの無い高画質現像を実現できることが確認された。
On the other hand, since the amount of toner required as a solid image on the photoreceptor 58 is 0.4 [mg / cm 2 ], the moving speed of the toner carrying roller 31 is prevented so that the toner does not run out in the developing unit. Needs to be at least twice as fast as the moving speed of the photosensitive member 58, and here, it is set to 2.5 times the moving speed of the photosensitive member 58. The moving direction of the toner carrying roller 31 and the moving direction of the photosensitive member 58 may be the same as shown in FIG. The moving direction of the magnet sleeve 57 and the toner carrying roller 31 is preferably reverse as shown in FIG. 11 in order to obtain a return toner scraping effect.
With the above system, it was confirmed that high-quality development without smearing excellent in solid portion filling property and 1200 dpi dot reproducibility can be realized under the linear velocity of 300 [mm / s] of the photoconductor 58.

次に、本実施形態に係る画像形成装置の特徴的な構成について説明する。本画像形成装置においては、トナーとして、母材樹脂(トナーの主成分)がポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ正規帯電極性がマイナス極性(負極性)であるものを用いている。そして、潜像担持体58の一様帯電部(地肌部)と潜像部とを共にトナーの正規帯電極性と同極性(本例ではマイナス極性)にし、且つ地肌部よりも電位を減衰せしめた潜像部に対してトナーを選択的に付着させるいわゆる反転現像を行うようになっている。   Next, a characteristic configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described. In this image forming apparatus, a toner having a base material resin (main component of toner) made of polyester or styrene acrylic and having a normal charging polarity of negative polarity (negative polarity) is used. Then, both the uniformly charged portion (background portion) and the latent image portion of the latent image carrier 58 have the same polarity as the normal charging polarity of the toner (negative polarity in this example), and the potential is attenuated more than the background portion. So-called reversal development in which toner is selectively attached to the latent image portion is performed.

図11における筒状のトナー担持ローラ31は、先に図1に示したように、ガラス基板1と、複数の電極(21、22・・・)と、これら電極を覆う表面保護層たる保護層3とを有している。この保護層3としては、トナー担持体たるトナー担持ローラ31の表面上でホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側(本例ではマイナス側)への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いている。即ち、トナーの方が保護層3よりも摩擦帯電系列上でマイナス側に位置しているのである。このような関係を実現し得る保護層3の材料としては、シリコーン、ナイロン、メラミン樹脂、アクリル樹脂、PVA、ウレタンなどの有機材料を例示することができる。また、第四級アンモニウム塩やニグシロン系染料などでもよい。更には、これまでに例示した材料の2つ以上を混合した材料でもよい。これらの材料は、トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促すことに加えて、自らの絶縁性によってトナー電荷の電極へのリークを回避することが可能である。   As shown in FIG. 1, the cylindrical toner carrying roller 31 in FIG. 11 includes a glass substrate 1, a plurality of electrodes (21, 22...), And a protective layer that is a surface protective layer covering these electrodes. 3. The protective layer 3 is made of a material that promotes frictional charging to the normal charging polarity side (minus side in this example) of the toner in accordance with the rubbing with the toner hopping on the surface of the toner carrying roller 31 as a toner carrying body. Is used. That is, the toner is positioned on the minus side in the triboelectric charging series rather than the protective layer 3. Examples of the material of the protective layer 3 that can realize such a relationship include organic materials such as silicone, nylon, melamine resin, acrylic resin, PVA, and urethane. Moreover, a quaternary ammonium salt, a nigusilon type dye, etc. may be sufficient. Furthermore, the material which mixed 2 or more of the material illustrated so far may be used. In addition to promoting frictional charging of the toner toward the normal charging polarity side of the toner, these materials can avoid leakage of toner charge to the electrodes due to its insulating properties.

このような保護層3を具備する本画像形成装置においては、トナー担持体たるトナー担持ローラ31の保護層3(表面保護層)がホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す。そして、保護層3との摺擦に伴うトナーの正規帯電極性とは逆極性側への摩擦帯電を回避する。これにより、ホッピングに伴うトナーの帯電量(正規帯電極性)の低下を抑えることで、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。   In this image forming apparatus having such a protective layer 3, the protective layer 3 (surface protective layer) of the toner carrying roller 31 serving as a toner carrying member is rubbed with the toner to be hopped, and the toner is charged at the normal charging polarity side. Promotes frictional charging. Then, frictional charging to the side opposite to the normal charging polarity of the toner due to rubbing with the protective layer 3 is avoided. Thereby, by suppressing the decrease in the toner charge amount (regular charge polarity) due to hopping, it is possible to suppress the development failure due to the toner hopping failure.

なお、トナーとして、正規帯電極性がプラス極性(正極性)であるものを用いてもよい。この場合には、保護層3として、トナーとの摺擦に伴ってトナーのプラス極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものを用いればよい。   As the toner, a toner whose normal charging polarity is positive polarity (positive polarity) may be used. In this case, the protective layer 3 may be made of a material that promotes frictional charging of the toner toward the positive polarity side as the toner rubs.

また、トナーの帯電系列とは、トナー母材樹脂(粒子)にシリカ、酸化チタンなどの外添剤を添加したトナー全体としての帯電系列を意味する。帯電系列における序列については、次のようにして調べることが可能である。即ち、トナーを表面保護層上で所定時間だけ表面保護層に摺擦せしめた後、そのトナーを吸引して採取する。そして、採取したトナーの帯電量をエレクトロメータで測定する。この測定結果がトナーの負極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもマイナス側の帯電系列となる。また、測定結果がトナーの正極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもプラス側の帯電系列となる。   The toner charging series means a charging series of the whole toner in which an external additive such as silica or titanium oxide is added to the toner base resin (particles). The order in the charging series can be examined as follows. That is, after the toner is rubbed against the surface protective layer for a predetermined time on the surface protective layer, the toner is sucked and collected. Then, the charge amount of the collected toner is measured with an electrometer. If this measurement result indicates an increase in the charge amount of the toner to the negative polarity, the toner becomes a negative charge series with respect to the surface protective layer. Further, if the measurement result indicates an increase in the charge amount of the toner to the positive polarity, the toner becomes a positive charge series with respect to the surface protective layer.

また、保護層3と電極との間に中間層を設けてもよい。この場合、中間層として、Ti、Sn、Fe、Cu、Cr、Ni、Zn、Mg、Al、T、SnO、Fe、Fe、CuO、Cr、NiO、ZnO、MgO、Al等の導電性の材料からなるものを用いることも可能である。 An intermediate layer may be provided between the protective layer 3 and the electrode. In this case, as the intermediate layer, Ti, Sn, Fe, Cu , Cr, Ni, Zn, Mg, Al, T i O 2, SnO 2, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, CuO, Cr 2 O 3, It is possible to use a conductive material such as NiO, ZnO, MgO, Al 2 O 3 or the like.

図12は本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図11に示す実施形態において、現像器56は、マグネットスリーブ57を省略して簡略化した構成とし、トナー担持ローラ31に対するトナー供給を2成分現像剤のカスケード現像現象によって行う。現像器56は単純なカスケードを利用してトナー担持ローラ31に薄いトナー層を形成するため、トナー担持ローラ31へのトナー転移率が図11に示す実施形態に比べて低下するが、その分トナー担持ローラ31の回転速度を高くすることにより、感光体58への現像速度に対応することができる。図12に示す実施形態のマグネットスリーブ57を省略した2成分現像器56及びトナー担持ローラ31からなる現像装置は、実質的に従来の2成分現像器と同サイズとなるため、図12に示す実施形態は小型で高画質の作像エンジンを構成することが可能である。   FIG. 12 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, in the embodiment shown in FIG. 11, the developing device 56 has a simplified configuration in which the magnet sleeve 57 is omitted, and the toner supply to the toner carrying roller 31 is performed by the cascade development phenomenon of the two-component developer. Since the developing device 56 forms a thin toner layer on the toner carrying roller 31 using a simple cascade, the toner transfer rate to the toner carrying roller 31 is lower than that in the embodiment shown in FIG. By increasing the rotation speed of the carrying roller 31, it is possible to cope with the developing speed on the photoconductor 58. The developing device including the two-component developing device 56 and the toner carrying roller 31 in which the magnet sleeve 57 of the embodiment shown in FIG. 12 is omitted is substantially the same size as the conventional two-component developing device. It is possible to configure a compact and high-quality image forming engine.

よって、本実施形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、且つより小型にできる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to achieve higher image quality and to be smaller than the prior art.

図13は本発明の別の実施形態を示す。この実施形態は、図12に示す実施形態において、2成分現像器56の代りにトナーのみを有する1成分現像器64が用いられ、この1成分現像器64はトナー担持ローラ31に対してトナーを転位させてトナー担持ローラ31上に薄いトナー層を形成する。この場合、1成分現像器64は、容器65内のトナー66を循環パドル67で攪拌して循環させながらトナー担持ローラ31に供給し、トナー担持ローラ31上のトナーをトナー規制部材としてのメータリングブレード68により一定厚に規制して薄いトナー層とする。   FIG. 13 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, in the embodiment shown in FIG. 12, a one-component developing device 64 having only toner is used instead of the two-component developing device 56, and this one-component developing device 64 supplies toner to the toner carrying roller 31. A thin toner layer is formed on the toner carrying roller 31 by shifting. In this case, the one-component developing device 64 supplies the toner 66 in the container 65 to the toner carrying roller 31 while being stirred and circulated by the circulation paddle 67, and the toner on the toner carrying roller 31 is metered as a toner regulating member. The blade 68 regulates the thickness to a constant value to form a thin toner layer.

トナー担持ローラ31へのトナー供給安定性という意味では、図11に示す実施形態や図12に示す実施形態にやや劣る部分もあるが、それは条件を詰めれば解決できる問題であり、何よりも非常に小型軽量且つ高画質な現像装置を提供することができる。   In terms of the stability of toner supply to the toner carrying roller 31, there are some inferior parts to the embodiment shown in FIG. 11 and the embodiment shown in FIG. 12, but this is a problem that can be solved if conditions are narrowed down. A small, light and high-quality developing device can be provided.

よって、本実施形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、且つより小型にできる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to achieve higher image quality and to be smaller than the prior art.

図14は本発明のさらに別の実施形態を示す。この実施形態は、図11に示す実施形態における2成分現像器56及びトナー担持ローラ31からなる現像装置と同じ現像装置を利用して構成され、感光体上に各色のトナー像を重ねて形成する画像形成装置の例である。この実施形態では、感光体としてのベルト状の有機感光体69は、図示しない2つのローラに掛け渡され、図示しない駆動部により回転駆動される。   FIG. 14 shows yet another embodiment of the present invention. In this embodiment, the same developing device as the developing device including the two-component developing device 56 and the toner carrying roller 31 in the embodiment shown in FIG. 11 is used, and the toner images of the respective colors are formed on the photoreceptor. 1 is an example of an image forming apparatus. In this embodiment, the belt-shaped organic photoconductor 69 as a photoconductor is wound around two rollers (not shown) and is rotationally driven by a drive unit (not shown).

感光体69の左側には、複数色、例えばブラック、イエロー、シアン、マゼンタの画像をそれぞれ形成する複数の画像形成手段としての作像装置70K、70Y、70C、70Mが配列されている。感光体69は、まず、作像装置70Kにて帯電装置71Kにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、ブラックの画像データで変調された光ビーム72Kによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図11に示す実施形態における2成分現像器56及びトナー担持ローラ31からなる現像装置と同じ構成の現像装置73Kにより現像されてブラックのトナー像となる。その後、感光体69は除電器74Kにより除電されて次の画像形成に備える。   On the left side of the photoreceptor 69, image forming devices 70K, 70Y, 70C, and 70M are arranged as a plurality of image forming units that respectively form images of a plurality of colors, for example, black, yellow, cyan, and magenta. First, the photosensitive member 69 is uniformly charged by the charging device 71K in the image forming device 70K, and is exposed by the light beam 72K modulated by the black image data by a writing device as an exposure unit (not shown). An electrostatic latent image is formed, and this electrostatic latent image is developed by a developing device 73K having the same configuration as the developing device comprising the two-component developing device 56 and the toner carrying roller 31 in the embodiment shown in FIG. It becomes a toner image. Thereafter, the photoreceptor 69 is neutralized by the static eliminator 74K to prepare for the next image formation.

次いで、感光体69は、作像装置70Yにて帯電装置71Yにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、イエローの画像データで変調された光ビーム72Yによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図11に示す実施形態における2成分現像器56及びトナー担持ローラ31からなる現像装置と同じ構成の現像装置73Yにより現像されて上記ブラックのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。その後、感光体69は除電器74Yにより除電されて次の画像形成に備える。   Next, the photosensitive member 69 is uniformly charged by the charging device 71Y in the image forming device 70Y, and exposed by a light beam 72Y modulated by yellow image data by a writing device as an exposure unit (not shown). An electrostatic latent image is formed, and this electrostatic latent image is developed by the developing device 73Y having the same configuration as the developing device comprising the two-component developing device 56 and the toner carrying roller 31 in the embodiment shown in FIG. The yellow toner image overlaps with the toner image. Thereafter, the photoreceptor 69 is neutralized by the static eliminator 74Y to prepare for the next image formation.

次に、感光体69は、作像装置70Cにて帯電装置71Cにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、シアンの画像データで変調された光ビーム72Cによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図11に示す実施形態における2成分現像器56及びトナー担持ローラ31からなる現像装置と同じ構成の現像装置73Cにより現像されて上記ブラックのトナー像及び上記イエローのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、感光体69は除電器74Cにより除電されて次の画像形成に備える。   Next, the photoreceptor 69 is uniformly charged by the charging device 71C in the image forming device 70C, and exposed by a light beam 72C modulated by cyan image data by a writing device as an exposure unit (not shown). Thus, an electrostatic latent image is formed, and the electrostatic latent image is developed by the developing device 73C having the same configuration as the developing device including the two-component developing device 56 and the toner carrying roller 31 in the embodiment shown in FIG. A black toner image and a cyan toner image overlapping the yellow toner image are obtained. Thereafter, the photoreceptor 69 is neutralized by the static eliminator 74C to prepare for the next image formation.

次に、感光体69は、作像装置70Mにて帯電装置71Mにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、マゼンタの画像データで変調された光ビーム72Mによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図11に示す実施形態における2成分現像器56及びトナー担持ローラ31からなる現像装置と同じ構成の現像装置73Mにより現像されて上記ブラックのトナー像、上記イエローのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるマゼンタのトナー像となることでフルカラー画像が形成される。   Next, the photosensitive member 69 is uniformly charged by the charging device 71M in the image forming device 70M, and exposed by a light beam 72M modulated by magenta image data by a writing device as an exposure unit (not shown). Thus, an electrostatic latent image is formed, and this electrostatic latent image is developed by the developing device 73M having the same configuration as the developing device including the two-component developing device 56 and the toner carrying roller 31 in the embodiment shown in FIG. A full-color image is formed by forming a black toner image, a yellow toner image, and a magenta toner image overlapping the cyan toner image.

一方、図示しない給紙装置から記録紙等の記録媒体が給送され、この記録媒体は電源から転写バイアスが印加される転写手段としての転写ローラ75により感光体69上のフルカラー画像が転写される。フルカラー画像が転写された記録媒体は、定着装置76によりフルカラー画像が定着され、外部へ排出される。感光体69は、フルカラー画像転写後にクリーニング手段としてのクリーナ77により残留トナー等が除去される。
なお、現像装置73K、73Y、73C、73Mは、図12の2成分現像器56及びトナー担持ローラ31からなる現像装置又は図13の1成分現像器64及びトナー担持ローラ31からなる現像装置を用いてもよい。
On the other hand, a recording medium such as recording paper is fed from a sheet feeding device (not shown), and a full color image on the photosensitive member 69 is transferred to the recording medium by a transfer roller 75 as a transfer unit to which a transfer bias is applied from a power source. . The recording medium on which the full color image is transferred is fixed by the fixing device 76 and discharged to the outside. Residual toner and the like are removed from the photoconductor 69 by a cleaner 77 as a cleaning unit after the transfer of a full-color image.
The developing devices 73K, 73Y, 73C, and 73M use the developing device that includes the two-component developing device 56 and the toner carrying roller 31 shown in FIG. 12, or the developing device that includes the one-component developing device 64 and the toner carrying roller 31 shown in FIG. May be.

この実施形態では、同一の感光体69上に4色分の書き込みを行うので、通常の4連タンデム方式と比較すると、原理的に位置ズレがほとんど発生せず、感光体上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる。   In this embodiment, four colors are written on the same photoconductor 69, and therefore, in principle, there is almost no positional deviation compared to the normal quadruple tandem system, and colors can be superimposed on the photoconductor. Therefore, it is possible to obtain a high-quality full-color image with no positional deviation.

なお、図14に示した画像形成装置においては、上述した実験の結果に鑑みて、Vmax[V]/p[μm]>1という条件に加えて、p[μm]<d[μm]という条件も具備させている。かかる構成では、上述したように、感光体69上に一度形成されたトナー像に対しては全く影響を与えることが無く、しかも、感光体69上に形成された先行色のトナー層を後続色の現像装置内に転移させることもない。よって、スキャベンジや混色などの問題が一切無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。   In the image forming apparatus shown in FIG. 14, in view of the result of the above-described experiment, in addition to the condition of Vmax [V] / p [μm]> 1, the condition of p [μm] <d [μm]. Is also provided. In this configuration, as described above, the toner image once formed on the photoconductor 69 is not affected at all, and the preceding color toner layer formed on the photoconductor 69 is replaced with the subsequent color. It is not transferred into the developing device. Therefore, there are no problems such as scavenging and color mixing, and a high-quality image forming process can be performed stably over a long period of time.

これまで、互いに隣り合う2つの電極の間でトナーを往復移動させるようにホッピングせしめてフレア現象を得ながら、トナー担持体の表面移動によってトナーを現像領域まで搬送する画像形成装置の実施形態について説明してきたが、次のような画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。即ち、特開2002−341656号公報に記載の方式のように、トナー担持体において、ある電極の上からこれに隣り合う電極の上に向けてのホッピングを、トナー担持体の一端側から他端側に向かう方向で繰り返して行わせることで、トナーを現像領域に向けて搬送する画像形成装置である。また、このようなホッピングによるトナーの移動と、トナー担持体の表面移動との両方によってトナーを現像領域に向けて搬送する画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。   So far, an embodiment of an image forming apparatus that conveys toner to a developing region by moving the surface of a toner carrier while hopping so as to reciprocate the toner between two adjacent electrodes and obtaining a flare phenomenon will be described. However, the present invention can also be applied to the following image forming apparatus. That is, as in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-341656, in the toner carrier, hopping from above one electrode toward the adjacent electrode is performed from one end of the toner carrier to the other end. The image forming apparatus conveys the toner toward the developing region by repeatedly performing in the direction toward the side. The present invention can also be applied to an image forming apparatus that conveys toner toward the developing region by both the movement of toner by such hopping and the surface movement of the toner carrier.

本発明に関する実験に用いた系を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the system used for the experiment regarding this invention. 同系のフレア状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flare state of the same system. 同系の実験結果であるVmax[V]/p[μm]とフレア活性度との関を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between Vmax [V] / p [micrometer] which is an experimental result of the same system, and flare activity. 同系の実験結果である表層3の体積抵抗率とフレア活性度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the volume resistivity and flare activity of the surface layer 3 which are the experimental results of the same system. 本発明に関する実験に用いた系を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the system used for the experiment regarding this invention. 同系の実験結果である現像ギャップと基板A上の光学濃度増加分との関係を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the development gap and the increase in optical density on the substrate A, which is the same experimental result. 本発明の実施形態におけるトナー担持体の代表例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a representative example of a toner carrier in an embodiment of the present invention. 同トナー担持体の製造工程の一部を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the toner carrier. 同トナー担持体の製造工程の他の一部を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing another part of the manufacturing process of the toner carrier. 同トナー担持体を平面状に展開した状態を示す展開図である。FIG. 4 is a development view showing a state where the toner carrier is developed in a planar shape. 本発明の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another embodiment of this invention. 同トナー担持体の電極に印加されるA相パルス電圧及びB相パルス電圧の特性を示す波形図。FIG. 6 is a waveform diagram showing characteristics of an A-phase pulse voltage and a B-phase pulse voltage applied to the electrode of the toner carrier. 同トナー担持体の電極に印加されるパルス電圧及び平均電圧の特性を示す波形図。FIG. 6 is a waveform diagram showing characteristics of a pulse voltage and an average voltage applied to the electrode of the toner carrier.

符号の説明Explanation of symbols

1:ガラス基板
2:電極バターン
21、22、23:電極
3:保護層
4:基板
5、9:トナー層
6:交流電源
7:基板
8:樹脂層
A、B:基板
31:トナー担持体
40:電極バターン
40A、40B:電極軸
41、42、43:電極
51:円筒
55:表層
56:2成分現像器
58:感光体
59:交流電源
64:1成分現像器
69:感光体
70K、70Y、70C、70M:作像装置
73K、73Y、73C、73M:現像装置
1: Glass substrate 2: Electrode pattern 21, 22, 23: Electrode 3: Protective layer 4: Substrate 5, 9: Toner layer 6: AC power supply 7: Substrate 8: Resin layer A, B: Substrate 31: Toner carrier 40 : Electrode pattern 40A, 40B: Electrode shaft 41, 42, 43: Electrode 51: Cylinder 55: Surface layer 56: Two-component developer 58: Photoconductor 59: AC power source 64: One-component developer 69: Photoconductor 70K, 70Y, 70C, 70M: Image forming device 73K, 73Y, 73C, 73M: Developing device

Claims (3)

所定方向に並ぶ複数の電極とこれら電極を覆う表面保護層とを具備するトナー担持体の表面上に担持したトナーを、それら複数の電極に電圧が印加されることで形成された電界によって該表面上でホッピングさせながら、潜像担持体に担持される潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置であって、
上記トナー担持体が、基体と、この基体に設けられた複数の凹部の中にそれぞれ形成された複数の上記電極と、該基体の表面における該凹部でない領域、及び複数の該凹部の中にそれぞれ形成された該電極の表面、を覆うように形成された上記表面保護層とを具備するものであり、
且つ、該表面保護層トナー担持体の表面上でホッピングするトナーとの摺擦に伴って該トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものであることを特徴とする現像装置。
A toner carried on the surface of a toner carrier comprising a plurality of electrodes arranged in a predetermined direction and a surface protective layer covering these electrodes is applied to the surface by an electric field formed by applying a voltage to the plurality of electrodes. A developing device that develops the latent image by adhering to the latent image carried on the latent image carrier while hopping above .
The toner carrier includes a substrate, a plurality of electrodes formed in a plurality of recesses provided on the substrate, a region on the surface of the substrate that is not the recess, and a plurality of the recesses, respectively. The surface protective layer formed to cover the surface of the formed electrode, and
And, wherein the surface protective layer, characterized in that it is made of a material encouraging frictional charge to the normal charging polarity of the toner with the friction with the toner hopping on the surface of the toner carrying member Development device.
請求項1の現像装置であって、
上記トナーの主成分が、ポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ、上記表面保護層が、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)、ウレタン、第4級アンモニウム塩、及びニグシロン系染料からなる群から選ばれる1つ、あるいは1つ以上の組合せによる材料からなることを特徴とする現像装置。
The developing device according to claim 1,
The main component of the toner is made of polyester or styrene acrylic, and the surface protective layer is made of silicone resin, nylon resin, melamine resin, acrylic resin, polyvinyl alcohol (PVA), urethane, quaternary ammonium salt, and nigusilon. A developing device comprising one or a combination of one or more selected from the group consisting of dyes.
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項1又は2の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus having a latent image carrier that carries a latent image, and a developing unit that develops the latent image on the latent image carrier.
An image forming apparatus using the developing device according to claim 1 or 2 as the developing means.
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