JP5247324B2 - Developing device and image forming apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、像担持体表面に形成された静電潜像を可視化する現像装置及びこれを適用した電子写真方式による複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ及び印刷装置などの画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a developing device that visualizes an electrostatic latent image formed on the surface of an image carrier, and an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a laser printer, a facsimile, and a printing apparatus to which the developing device is applied.
従来、この種の画像形成装置では、像担持体上に一様帯電を行った後、アナログ露光または半導体レーザーないしはLEDなどの光源により画像露光し、上記像担持体上に静電潜像を形成する。 Conventionally, in this type of image forming apparatus, after uniformly charging the image carrier, image exposure is performed by analog exposure or a light source such as a semiconductor laser or LED, and an electrostatic latent image is formed on the image carrier. To do.
その後、静電潜像を現像装置により現像剤像として可視化し、直接ないしは中間転写体を介して転写材にこの現像剤像を転写する。そして、転写材を分離し、定着装置を通して定着された画像を出力する。 Thereafter, the electrostatic latent image is visualized as a developer image by a developing device, and the developer image is transferred to a transfer material directly or via an intermediate transfer member. Then, the transfer material is separated, and a fixed image is output through a fixing device.
近年、このような電子写真方式の画像形成装置の高速化が進んでいるが、高速化に対する現像装置としては、2成分磁気ブラシを用いた現像装置の現像スリーブを複数にすることで現像機会の増加を狙ったものが提案されている(特許文献1参照)。 In recent years, the speed of such an electrophotographic image forming apparatus has been increased. However, as a developing apparatus for increasing the speed, a development opportunity using a two-component magnetic brush is increased by using a plurality of developing sleeves. The thing which aimed at the increase is proposed (refer patent document 1).
また、小型化した複数の現像スリーブを有する現像装置が提案されている(特許文献2参照)。さらに、複数の2成分現像を用いた現像スリーブを有する現像装置が提案されている(特許文献3、4参照)。
Further, a developing device having a plurality of miniaturized developing sleeves has been proposed (see Patent Document 2). Furthermore, a developing device having a developing sleeve using a plurality of two-component developments has been proposed (see
図10に、複数の現像スリーブを有する現像装置の概略構成図を示す。この現像装置において、上流現像スリーブ11は感光ドラム1の回転方向R1の上流側に回転可能に位置し、下流現像スリーブ12は感光ドラム1の回転方向R1の下流側に回転可能に配置されている。この場合、上流現像スリーブ11の回転方向R11及び下流現像スリーブ12の回転方向R12は同一である。なお、S1、S2、N1、N2は、上流及び下流現像スリーブ11、12の磁極を示す。
FIG. 10 shows a schematic configuration diagram of a developing device having a plurality of developing sleeves. In this developing device, the upstream developing
キャリアを有する2成分現像剤の流れを図11に示す。即ち、2成分現像剤は2つの現像スリーブ11、12の近接部で上流から下流に受け渡され、感光ドラム1に面した現像スリーブ11、12の周上に搬送される。
FIG. 11 shows the flow of a two-component developer having a carrier. That is, the two-component developer is transferred from the upstream to the downstream in the vicinity of the two developing
2成分現像剤は主にキャリアでトナーが帯電されるので、搬送するのみで良いが、主に現像スリーブが帯電に寄与する磁性1成分現像剤を用いた場合は、現像スリーブ上に安定な薄層コートにしてトナーの帯電を十分にする必要がある。このため、下流現像スリーブ12での現像剤の流れは図12の矢印のようになり、2成分現像剤を用いた場合とは明らかに異なる。
The two-component developer mainly needs to be transported because the toner is charged by the carrier. However, when a magnetic one-component developer whose development sleeve mainly contributes to charging is used, a stable thin film is formed on the development sleeve. It is necessary to use a layer coat to sufficiently charge the toner. For this reason, the flow of the developer in the downstream developing
図中、19は上流現像スリーブ11の表面に均一層厚に現像剤をコートするための磁性ブレードである。上流現像スリーブ11は下流現像スリーブ12の現像剤層厚規制部材を兼ね、省スペースで小型であるものの、キャリアを用いた2成分現像のように現像剤を均一にコートすることが困難である。
In the figure,
特に、カートリッジ方式ではなく現像剤を随時補給していく補給系で複数の現像スリーブを用いた現像装置は高速機に向いているものの、高速機の現像装置としては耐久性、安定性が要求されるため、さらに現像剤を均一にコートすることが困難となる。 In particular, although a developing device using a plurality of developing sleeves in a replenishment system that replenishes developer as needed is suitable for a high speed machine, durability and stability are required as a high speed developing apparatus. Therefore, it becomes difficult to coat the developer uniformly.
磁性1成分現像剤を用い、上流現像スリーブ11が下流現像スリーブ12の現像剤層厚規制部材を兼ねる現像装置においては、領域Z付近(図10参照)のトナー量、トナー密度が下流現像スリーブ12上のトナーコート層のトナー量と帯電量に特に敏感である。
In a developing device that uses a magnetic one-component developer and the upstream developing
また、2成分現像剤の場合と異なり、耐久時や朝一の電源投入時で領域Zの状態が変化したり、低温、低湿環境や高温、高湿環境で変動してコート不良や帯電不良を起こす。ひどい場合は領域Zでトナー塊を形成してスリーブが融着したり、コートが不均一でむらになることもある。 Also, unlike the case of two-component developers, the state of zone Z changes when the power is turned on in the morning or when the power is turned on in the morning, or fluctuates in low temperature, low humidity environment, high temperature, high humidity environment, and causes defective coating or poor charging. . In severe cases, a toner lump may be formed in the region Z and the sleeve may be fused, or the coating may be uneven and uneven.
そこで、下流現像スリーブ12のN2極において、法線方向磁力の最大位置を現像容器の壁で覆うことで、トナーの下流現像スリーブ12への搬送力を維持しつつ、領域Zへの過剰なトナーの圧迫を防ぐものが提案されている(特許文献5参照)。
Therefore, the N2 pole of the downstream developing
さらに、高速機においては、耐久中の現像スリーブの高速回転に伴う昇温、機械的なシェアによりトナー劣化を起こしやすい。結果として耐久における濃度低下、画質劣化を引き起こす。 Further, in a high-speed machine, toner deterioration is likely to occur due to temperature rise and mechanical share accompanying high-speed rotation of a developing sleeve that is in durability. As a result, the density decreases in durability and the image quality deteriorates.
このため、現像スリーブの高速化に伴って、図13に示すような現像装置が提案されている。即ち、下流現像スリーブ12の感光ドラム1の表面に対向しない部分に反発極である磁極N2、N3を設け、現像容器18に、両磁極N2、N3の法線方向の最大位置をすべて壁20で覆うことで、トナー劣化の低減を図っている(特許文献6参照)。
For this reason, a developing device as shown in FIG. 13 has been proposed with an increase in the speed of the developing sleeve. That is, magnetic poles N2 and N3, which are repulsive poles, are provided in a portion of the downstream developing
これは、反発極を形成することで、領域Zでの現像剤の圧縮を低減する効果があり、トナーの層厚規制部での機械的なシェアを減らすようにしている。 This has the effect of reducing the compression of the developer in the region Z by forming the repulsion pole, and the mechanical share in the toner layer thickness regulating portion is reduced.
このような上流現像スリーブ11が下流現像スリーブ12の現像剤層厚規制部材を兼ねる複数現像系において、上流現像スリーブ11で感光ドラム1上に形成されたトナー像は、下流現像スリーブ12でさらに現像される。このため、最終画像濃度は下流側の現像部で決まる。
In such a multiple developing system in which the upstream developing
即ち、下流現像スリーブ12のトナーが劣化した場合は、結果として濃度薄となる。そして、領域Zで上流現像スリーブ11は下流現像スリーブ12とは逆方向に移動するため、トナーは特に機械的なシェアを受けやすい。
That is, when the toner in the downstream developing
したがって、上流及び下流現像スリーブ11、12が高速回転をする場合、トナーの劣化が顕著となり濃度薄となる。そこで、下流現像スリーブ12に反発極を形成することで、反発極間で下流現像スリーブ12上のトナーは全部ではないが、6割ほどは下流現像スリーブ12から自然に引き剥がされる。
Therefore, when the upstream and downstream developing
これにより、下流現像スリーブ12上に連れまわっていたトナーを減らすことができ、連れまわりがないために、領域Zでのトナー圧縮を低減でき、トナー劣化が抑制され、濃度が維持される。
As a result, the toner carried on the downstream developing
しかしながら、従来例では、反発極である磁極N2−N3間のゼロガウス近傍でトナーが引き剥がされるが、磁極N2、N3を壁20で覆うと、そこに引き剥がされたトナーが溜まってしまう。また、上流及び下流現像スリーブ11、12の高速回転による昇温に加え、壁20とのメカニカルなシェアによってトナー劣化を促進してしまう。
However, in the conventional example, the toner is peeled off in the vicinity of zero gauss between the magnetic poles N2 and N3 which are the repulsive poles. In addition to the temperature rise due to the high-speed rotation of the upstream and downstream developing
このため、下流現像スリーブ12におけるトナーコートを長期間にわたって均一で安定させることができない恐れがある。
For this reason, the toner coat on the downstream developing
本発明の技術的課題は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、下流現像剤担持体におけるトナーコートを長期間にわたって均一に安定させることができ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 technical problem of the present invention has been made in view of the above circumstances, and a developing device capable of uniformly stabilizing a toner coat on a downstream developer carrying member over a long period of time, and image formation using the same A device is provided.
前記目的を達成するため、本発明に係る代表的な現像装置の構成は、前記現像剤を収納する現像容器と、トナー像が形成される像担持体に近接して配設され、前記像担持体の回転方向の上流側及び下流側で同一方向に回転する上流側の現像剤担持体及び下流側の現像剤担持体と、前記上流側及び下流側の現像剤担持体の近傍に設けられ、前記現像剤を攪拌する攪拌手段とを備え、前記上流側の現像剤担持体は、前記下流側の現像剤担持体の現像剤層厚規制部材を兼ね、前記上流側及び下流側の現像剤担持体に、複数の磁極を備えた第1及び第2の磁性部材が配置され、前記第1の磁性部材は、前記下流側の現像剤担持体に面する第1の磁極を有し、前記第2の磁性部材は、前記像担持体に面する第2の磁極と、前記上流側の現像剤担持体に面する第3の磁極と、前記下流側の現像剤担持体の回転方向に沿って前記第2の磁極の下流側で、かつ前記第3の磁極の上流側に配設された同じ極性の第4の磁極及び第5の磁極を有する現像装置において、前記攪拌手段は、前記上流側及び下流側の現像剤担持体に近接する位置に配設され、前記第4及び第5の磁極のうち、上流側に位置する磁極の近傍までを前記現像容器の壁で覆い、その上端が前記第4及び第5の磁極のうち、上流側に位置する磁極の法線方向の磁束密度が最大となる位置以下であり、法線方向の磁束密度の半値となる位置以上であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a typical developing device according to the present invention includes a developing container for storing the developer and an image carrier on which a toner image is formed. An upstream developer carrying body and a downstream developer carrying body that rotate in the same direction on the upstream and downstream sides of the rotation direction of the body, and provided in the vicinity of the upstream and downstream developer carrying bodies, Agitating means for agitating the developer, and the upstream developer carrying member also serves as a developer layer thickness regulating member of the downstream developer carrying member, and the upstream and downstream developer carrying members. The first and second magnetic members having a plurality of magnetic poles are disposed on the body, and the first magnetic member has a first magnetic pole facing the developer carrier on the downstream side, and The second magnetic member has a second magnetic pole facing the image carrier and a surface facing the upstream developer carrier. And a fourth magnetic pole of the same polarity disposed downstream of the second magnetic pole and upstream of the third magnetic pole along the rotational direction of the downstream developer carrier. In the developing device having the fifth magnetic pole and the fifth magnetic pole, the stirring means is disposed at a position close to the upstream and downstream developer carriers, and the upstream of the fourth and fifth magnetic poles. The vicinity of the magnetic pole located on the side is covered with the wall of the developing container, and the upper end thereof is below the position where the magnetic flux density in the normal direction of the magnetic pole located upstream of the fourth and fifth magnetic poles is maximum. It is more than the position which becomes the half value of the magnetic flux density in the normal direction.
また、本発明に係る代表的な画像形成装置の構成は、前記現像装置と、前記像担持体を画像情報に応じて露光する露光手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、前記トナー像が転写された前記転写材に前記トナー像を定着する定着装置と、を有することを特徴とする。 A typical image forming apparatus according to the present invention includes: the developing device; an exposure unit that exposes the image carrier according to image information; a transfer unit that transfers the toner image to a transfer material; And a fixing device that fixes the toner image onto the transfer material onto which the toner image has been transferred.
本発明によれば、高速機においても下流現像剤担持体におけるトナーコートを長期間にわたって均一に安定させることができる。 According to the present invention, the toner coat on the downstream developer carrier can be uniformly stabilized over a long period of time even in a high-speed machine.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係るデジタルモノクロ画像形成装置の構成図である。図2は、図1の画像形成装置における現像装置の構成図である。なお、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質及び形状、その他の相対配置、数値等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a digital monochrome image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a developing device in the image forming apparatus of FIG. It should be noted that the dimensions, materials and shapes, other relative arrangements, numerical values, and the like of the components described in the present embodiment are intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Is not.
[実施形態1]
図1において、画像形成装置100は、画像形成を行うもので、リーダー部200が接続されているか、一体化されている。リーダー部200は、外部情報を画像信号に変える装置である。外部の画像原稿を読み取る画像装置やパソコン等である。そして、画像装置に読み取られた原稿画像の輝度信号やパソコン等から転送された画像信号は画像形成装置100に送信される。
[Embodiment 1]
In FIG. 1, an
画像形成装置100は、像担持体としての感光体ドラム1を備え、帯電工程、潜像形成工程、現像工程、転写工程及び定着工程を基本とする画像形成工程が実施される。
The
帯電工程、潜像形成工程、現像工程において、感光体ドラム1上にはリーダー部200からの画像情報に基づいてトナー像が形成される。転写工程は感光体ドラム1から転写材Pにトナー像を転写する。定着工程は転写材Pにトナー像を定着させる。
In the charging process, latent image forming process, and developing process, a toner image is formed on the
具体的には、画像形成装置100は、帯電手段としての帯電器2を有し、この帯電器2は帯電工程において、帯電バイアスを印加して感光体ドラム1の表面を所定の電位に一様に帯電する。また、画像形成装置100は、潜像形成工程において、リーダー部200からの画像情報に応じてレーザー光Lを照射するレーザー書き込みユニットの露光手段3を有する。
Specifically, the
帯電工程において、一様に所定電位に帯電された感光体ドラム1を潜像形成工程、即ち露光工程でレーザー光Lを照射することによって、照射部分の感光体ドラム1の表面電位が変化し静電潜像を形成する。
In the charging process, the surface potential of the
画像形成装置100は、現像手段として磁性1成分トナーを内包した現像装置40を有し、この現像装置40には同一方向に回転する2つの現像剤担持体(現像スリーブ)41A、41Bが設けられている。そして、現像剤担持体41A、41Bによって感光体ドラム1上に形成された潜像部分に現像剤が転移され、感光体ドラム1にトナー像が形成される。
The
このような現像剤担持体41A、41Bは感光体ドラム1に近接して配設されており、現像剤担持体41Aは感光体ドラム1の回転方向の上流側に位置し、現像剤担持体41Bは感光体ドラム1の回転方向の下流側に位置している。
現像装置40によって感光体ドラム1上に形成されるトナー像は、効率の良い転写を行うためにポスト帯電器5によって帯電され、転写工程にて、転写手段である転写ローラ61によって顕在化されたトナー像を中間転写体である中間転写ベルト62に転写する。
The toner image formed on the
そして、中間転写ベルト62上に転写されたトナー像が、転写ローラ63によって所望の転写材Pに転写される。転写材P上に形成されたトナー像は、定着工程にて定着手段である定着装置7によって定着される。
Then, the toner image transferred onto the
以上の画像形成工程において、感光体ドラム1上に残留したトナー等はクリーナ81によって清掃され、中間転写ベルト62上に残留したトナー等はクリーナ82によって清掃される。そして、前に形成されたトナー像を除去した後に次の画像形成が実施される。
In the above image forming process, the toner remaining on the
感光体ドラム1は直径108mmのa−Si感光体を用いている。アルミニウム等の導電性ドラム基体と、その外周面に形成した感光層(光導電層)で構成された正帯電極性の感光体(ポジ感光体)であり、矢印の方向に例えば800mm/secのプロセススピード(周速)で回転駆動されている。
The
帯電器2は2本の放電ワイヤーとグリッド線から構成されるコロナ帯電器であって、不図示の電源により放電ワイヤーに所定の電圧が印加されると放電動作が行われ、感光体ドラム1の外周面が+200〜+600V程度の範囲で均一に帯電される。本実施の形態では、感光体ドラム1の表面電位(帯電電位)は+500Vとしている。
The
画像情報は、リーダー部200に設置された画像処理部によって所定の画像処理が施され、リーダー部200の読み取り動作に同期して露光手段3に転送される。
The image information is subjected to predetermined image processing by an image processing unit installed in the
露光手段3から発光されるレーザー光Lによって、感光体ドラム1の表面電位は+50〜+500V程度の範囲に露光される。つまり、レーザー光Lによって、感光体ドラム1の帯電電位が+500Vから下げられる。負帯電性(ネガ)トナーを用いた場合は、正規現像方式で潜像が形成される。
The surface potential of the
現像装置40に内包する現像剤は、負帯電性の磁性1成分トナーである。現像装置40の現像剤担持体41A、41Bは、マグネットを内包し、感光体ドラム1とそれぞれ一定の間隔に保たれている。そして、矢印の方向に回転しながら現像剤を拘束し、不図示の現像バイアスによって感光体ドラム1上に現像剤が移動し、所望の濃度の画像形成が行われる。
The developer contained in the developing
ポスト帯電器5では、放電ワイヤーにバイアスが印加され、定電流制御により放電動作が行われ、感光体ドラム1方向に電流が流れる。これにより、トナー像の電荷が増加し、通常画像形成時には、感光体ドラム1上に形成されたトナー像の中間転写ベルト62への転写をアシストする。通常の画像形成時の帯電バイアスとしては、DC成分にAC成分(Vpp1〜5kV)を重畳させ、−100〜−200μA程度の定電流制御を行っている。
In the post charger 5, a bias is applied to the discharge wire, a discharge operation is performed by constant current control, and a current flows in the direction of the
中間転写ベルト62は、感光体ドラム1の転写部を含む領域に渡って平坦に保持された中間転写体であり、感光体ドラム1上のトナー像が転写される。
The
中間転写ベルト62は、3つのローラ64A、64B、64Cにより循環移動可能となっており、感光体ドラム1の回転に同期し、通常画像形成時には、感光体ドラム1の回転速度(周速)と同一の速度で矢印方向に沿って循環移動する。
The
感光体ドラム1上に形成されたトナー像を中間転写ベルト62上に転写する一次転写手段として、転写ローラ61が中間転写ベルト62の感光体ドラム1との対向面の裏側転写部に設けられている。
As a primary transfer means for transferring the toner image formed on the
この転写ローラ61は、中心の導電性支持体と、その外周に形成された中抵抗の弾性層とで構成される。本実施の形態における転写ローラ61は、抵抗が1×107Ω、直径16mmの導電性ゴムローラである。
The
転写ローラ61の導電性支持体に不図示の電源より、トナー像と逆極性の所定の一次転写バイアス、本実施の形態ではプラス側のバイアスを印加して、中間転写ベルト62に感光体ドラム1上に形成されたトナー像の転写を行う。
A predetermined primary transfer bias having a polarity opposite to that of the toner image, in the present embodiment, a positive bias is applied to the conductive support of the
中間転写ベルト62に転写、担持されたトナー像を所望の転写材Pに転写する二次転写手段として、転写ローラ63が中間転写ベルト62の駆動ローラ64Bとの対向表側に設けられている。
As a secondary transfer means for transferring the toner image transferred and carried on the
この転写ローラ63は、中心の導電性支持体と、その外周に形成された中抵抗の弾性層とで構成される。本実施の形態における転写ローラ63は、抵抗が1×108Ω、直径24mmの導電性ゴムローラである。
The
この転写ローラ63の導電性支持体に不図示の電源よりトナー像と逆極性の所定の二次転写バイアス、本実施の形態では、プラス側のバイアスを印加して、中間転写ベルト62に形成されたトナー像の転写材Pへの転写を行う。
The
トナー像が転写された転写材Pは、定着装置7に搬送される。そして、転写材P上のトナー像は、定着装置7の定着ローラ71と加圧ローラ72間の定着ニップ部において転写材Pを加熱、加圧することで熱定着される。その後、トナー像が定着された転写材Pは、外部に排出され、一連の画像形成が終了する。
The transfer material P onto which the toner image has been transferred is conveyed to the
次に、現像装置40をより詳細に説明する。図2〜4において、現像装置40は現像剤を収納する現像容器4を有する。現像剤担持体41A、41Bは感光体ドラム1に近接し、感光体ドラム1の回転方向に沿って現像容器4の開口部に配置されている。
Next, the developing
現像剤担持体41A、41Bは互いに同一方向に回転され、感光体ドラム1の回転方向に対して上流側に位置する現像剤担持体41Aは、層厚規制ブレード42によってトナーのコート厚が規制される。
The
現像容器4内には、現像容器4のトナーを撹拌して現像剤担持体41A、41B側に搬送する攪拌手段のトナー撹拌部材43A、43B、43C、43Dを有する。そして、現像容器4内のトナー量を検知するトナー量検知センサ44を備えている。
The
トナー(磁性1成分トナー)は、ネガトナーで、重量平均粒径は5.0〜7.5μm程度である。樹脂は少なくともスチレンアクリル樹脂またはポリエステル樹脂のいずれか一方から成り、磁性体を60〜90重量部程度入れており、比透磁率が1.5〜2.0程度となっている。また、外添剤として、0.5〜1.5%(重量%)程度のSiO2を含有している。
The toner (magnetic one-component toner) is a negative toner and has a weight average particle diameter of about 5.0 to 7.5 μm. The resin is made of at least one of styrene acrylic resin or polyester resin, contains about 60 to 90 parts by weight of a magnetic material, and has a relative permeability of about 1.5 to 2.0. Further, it contains about 0.5 to 1.5% (% by weight) of
現像容器4の上部には、現像容器4内に補給するトナーを収納したトナー補給容器45が設けられている。現像時に現像容器4内のトナーの量が所定量より減少したことをトナー量検知センサ44で検知した場合には、トナー補給容器45内のトナーが現像容器4内に補給される。
A
トナー補給は、トナー補給容器45の補給口に設けられたマグネットローラ46Aを制御装置300からの制御信号によって回転させることによって行われる。
The toner supply is performed by rotating a
トナー補給は、マグネットローラ46Aの磁力によってトナー補給容器45内のトナーをマグネットローラ46A表面に引き付け、マグネットローラ46Aを回転させる。マグネットローラ46Aと対向配置したトナー規制板43Bとの間の所定のギャップ(隙間)で、マグネットローラ46A表面に担持されるトナーの量を規制する。
Toner replenishment attracts the toner in the
そして、マグネットローラ46A表面に一定量担持されたトナーを、マグネットローラ46Aに当接されたトナー掻き取り板46Cによって掻き取り、現像容器4内へ落下させる。これによって、現像容器4内へトナーが補給され、トナー撹拌部材43A〜43Dによって新旧トナーが混合撹拌される。
Then, a certain amount of toner carried on the surface of the
現像剤担持体41A、41Bは、それぞれ非磁性部材である直径32mmと直径25mmのAl表面にフェノール樹脂と結晶性グラファイトおよびカーボンをある重量比割合で混合して、150℃環境で硬化させた膜を用いる。
The
膜の厚さは安定かつ均一な膜を形成するために、20μm程度とした。Bを樹脂の重量、Pを樹脂以外のものの重量(結晶性グラファイト+カーボン)とすると、この場合はP/B比は1/2とした。 The thickness of the film was about 20 μm in order to form a stable and uniform film. In this case, the P / B ratio was ½, where B is the weight of the resin and P is the weight of the resin other than the resin (crystalline graphite + carbon).
また、現像剤担持体41A、41Bの帯電特性をトナーに対して最適にするために4級アンモニウム塩を20部程度含有するフェノール樹脂を用いた。第4級アンモニウム塩化合物は、添加されるとフェノール樹脂中に均一に分散され、加熱硬化して被覆を形成する際にフェノール樹脂組成物自身が負帯電性を有する物質へと変化する。従って、このような材料を用いて形成された被覆層を有する現像剤担持体を用いれば、現像剤を若干低めに帯電させることが可能となる。
Further, a phenol resin containing about 20 parts of a quaternary ammonium salt was used in order to optimize the charging characteristics of the
現像剤担持体41A内には、複数の磁極(第1の磁極)を備えた固定マグネットローラ(第1の磁性部材)47Aが固定配置されている。また、現像剤担持体41B内にも、複数の磁極(第2の磁極、第3の磁極、第4の磁極、第5の磁極)を備えた固定マグネットローラ(第2の磁性部材)47Bが固定配置されている。
A fixed magnet roller (first magnetic member) 47A having a plurality of magnetic poles (first magnetic poles) is fixedly arranged in the
即ち、現像剤担持体41A内の固定マグネットローラ47Aは、磁場パターンを有する磁極N1、N2、N3、N4、S1、S2、S3、S4が配置されている。また、現像剤担持体41B内の固定マグネットローラ47Bは、磁場パターンを有する磁極N1、N2、N3、S1、S2が配置されている。
That is, the magnetic poles N1, N2, N3, N4, S1, S2, S3, and S4 having a magnetic field pattern are arranged on the fixed
現像剤担持体41A、41Bは、感光体ドラム1の回転速度(プロセススピード)に対して50〜150%の速度で回転し、現像位置での現像剤担持体41A、41Bと感光体ドラム1間のギャップは150〜400μmである。固定マグネットローラ47Aの磁力によって現像剤担持体41A上に担持されるトナーは、層厚規制ブレード42でコート厚が規制される。
The
一方、固定マグネットローラ47Bの磁力によって現像剤担持体41B上に担持されるトナーは、現像剤担持体41Aでコート厚が規制される。なお、現像剤担持体41Aと現像剤担持体41B間のギャップは200〜400μmである。
On the other hand, the toner carried on the
現像剤担持体41A、41Bには、図示しない現像バイアス電源から直流バイアスと交流バイアス(Vpp1〜2kV、周波数1〜4kHz程度)を重畳した現像バイアスが印加される。これにより、トナーを感光体ドラム1側に飛翔させて静電潜像を非接触現像する。
A developing bias in which a DC bias and an AC bias (
ここで、本実施形態における現像装置40の現像剤担持体41A、41Bとトナー撹拌部材43C及び現像容器壁49との関係について詳細に説明する。
Here, the relationship among the
現像剤担持体41A上に担持されるトナーは、層厚規制ブレード42でコート厚が規制されるのに対し、現像剤担持体41B上に担持されるトナーは現像剤担持体41Aによってコート厚が規制される。
The toner carried on the
よって、特許文献5、6のように現像剤担持体41Bのトナー層厚規制を現像剤担持体41Aが兼ねる場合には、領域Zのトナー挙動が現像剤担持体41Bのコート性に大きな影響を及ぼす。このため、現像剤担持体41Bに磁極N2(第4の磁極)、磁極N3(第5の磁極)という反発する磁極を設け、それらの最大磁力部を現像容器壁49で覆うことで領域Zへのトナー侵入量を制限するという思想が従来は存在していた(図5)。
Therefore, when the
しかし、図5に示すような構成にはいくつかの問題があるため、高速化対応を考えた場合に現像剤担持体41Bのコート性を長期間にわたって維持できない。領域Zへのトナー侵入量を制限するために反発磁極N2、N3を現像容器壁49で覆うと、領域Yに現像剤が溜まってしまい、現像剤担持体41Bの高速回転による昇温に加え、現像容器壁49とのメカニカルなシェアによって剤劣化を促進してしまう。
However, the configuration as shown in FIG. 5 has several problems, so that the coating property of the
また、従来の撹拌部材の位置では領域Zに撹拌部材が入り込まないため、トナーが動かない領域(デットゾーン)が存在し、トナー凝集が起こりやすい状況を作っていた。 Further, since the stirrer does not enter the region Z at the position of the conventional stirrer member, there is a region where the toner does not move (dead zone), and the toner is likely to be aggregated.
そこで、撹拌部材43Cを現像剤担持体41A、41BとのギャップがGA=GBとなるよう最近接する位置に配置する。そして、現像容器壁49を反発極の上流側であるN3極近傍までしか設けないようにすることで剤循環を良くし、コート性を長期にわたって維持することを可能にした。
Therefore, the stirring
本実施の形態では、撹拌部材43Cと現像剤担持体41A、41Bとの隙間を1〜10mm程度とし、現像剤担持体41Bと現像容器壁49の隙間を1〜5mm程度とした。
In the present embodiment, the gap between the stirring
まず、反発磁極に対する壁の位置および撹拌部材の位置についての検討を行った。本実験では、図6に示すようなマグネットパターンを有するマグネットローラを下流側の現像剤担持体41Bに用い、コート性、剤循環、耐久変動、環境変動について検討した。検討結果を図7に示す。
First, the position of the wall and the position of the stirring member with respect to the repulsive magnetic pole were examined. In this experiment, a magnet roller having a magnet pattern as shown in FIG. 6 was used for the
なお、コート性とは、現像剤担持体41A、41Bの表面に所定のトナー層が形成されるかどうかである。トナー量は、現像剤担持体41A、41B表面の一定面積のトナー量を吸引することで判別できる。また、量だけでなくマグネットローラの磁力とトナーの比透磁率との関係から現像剤担持体上に形成される磁気的な穂立ちの高さや密度なども意味する。
The coatability is whether or not a predetermined toner layer is formed on the surfaces of the
現像剤担持体41Bのコート性は、搬送されるトナーに対して、現像剤担持体41Aの磁力と現像剤担持体41Bの磁力、現像剤担持体41A、41Bのギャップによって規制される。つまり、トナーの搬送量と磁気規制力の関係によって決定される。
The coatability of the
そのため、トナーの搬送量が多いか、十分に磁気的にトナー量を規制できない場合、現像剤担持体の回転方向にトナー量ムラが発生してしまう。本実施形態では、現像剤担持体41Bのトナー量は約0.5〜1.0mg/cm2を目標値とした。
For this reason, if the toner conveyance amount is large or the toner amount cannot be sufficiently magnetically regulated, toner amount unevenness occurs in the rotation direction of the developer carrier. In this embodiment, the toner amount of the
次に「剤循環」について述べる。剤循環とは、現像剤担持体や容器壁に対するトナーへの圧、並びにトナー同士の圧を極力抑え、トナーの移動スピードを速くし、かつ時間に対して安定することである。 Next, “agent circulation” will be described. The agent circulation is to suppress the pressure applied to the toner on the developer carrying member or the container wall and the pressure between the toners as much as possible, to increase the moving speed of the toner and to be stable with respect to time.
つまり、トナーがある特定箇所で滞ると、パッキングが発生してトナーの劣化につながる。本実施形態では、領域X、Y、Zの3ポイントにおいてトナーの挙動を観察した。領域Xにおけるポイントは、磁極N3−S2極間でトナーが滞留していないかである。 In other words, if the toner stays at a certain location, packing occurs and the toner deteriorates. In this embodiment, the behavior of the toner was observed at three points in the regions X, Y, and Z. The point in the region X is whether or not the toner stays between the magnetic poles N3 and S2.
領域Yにおけるポイントは、反発磁極N2、N3で剥ぎ取られたトナーが滞留していないかである。領域Zにおけるポイントは、過剰なトナーが侵入してきていないか、現像剤担持体41Aによって現像剤担持体41B上からカットされたトナーなどが滞留していないかである。
The point in the area Y is whether the toner peeled off by the repulsive magnetic poles N2 and N3 is not retained. The point in the region Z is whether excessive toner has not invaded or toner cut from the
次に「耐久変動」について述べる。耐久変動で起こることは、トナー劣化による濃度の低下や、流動性の低下による凝集塊の発生などである。現像剤担持体の高速回転による昇温に加え、領域X、Y、Zなどでメカニカルなシェアを受けると外添剤がトナーに埋め込まれ、帯電能や流動性の低下を招く。 Next, “endurance fluctuation” will be described. What happens due to the endurance fluctuation includes a decrease in density due to toner deterioration and the generation of aggregates due to a decrease in fluidity. In addition to the temperature rise due to the high speed rotation of the developer carrier, if the mechanical share is received in the regions X, Y, Z, etc., the external additive is embedded in the toner, leading to a decrease in charging ability and fluidity.
これにより、トナーの搬送性も落ち、現像剤担持体41B上のトナー量、トナー帯電量の低下につながり、現像性が落ちて濃度低下してしまう。
As a result, toner transportability is also reduced, leading to a decrease in the toner amount and toner charge amount on the
最後に「環境変動」について述べる。環境変動としては、高温高湿環境下でのブロッキングや低湿環境下での帯電不良、トナーコートムラに伴う画像ムラが挙げられる。 Finally, “environmental changes” will be described. Examples of environmental fluctuations include blocking in a high temperature and high humidity environment, poor charging in a low humidity environment, and image unevenness due to toner coat unevenness.
領域Zへ過剰にトナーが侵入すると、トナーが詰まり、急激な圧力がトナー自身にかかることで、トナーが粉体としてではなく、固体状態として現像剤担持体41A、41B間を通過してしまうため、不均一でムラのあるコートとなる。
If the toner excessively enters the region Z, the toner is clogged and abrupt pressure is applied to the toner itself, so that the toner passes between the
そして、極端な場合には、現像剤担持体41A、41Bはその抵抗で回転しなくなってしまう。これをブロッキング現象と呼んでいる。また、低湿環境下ではトナーが帯電しやすいため、搬送されるトナーが循環しているトナーか滞留しているトナーかなどの違いで、帯電性や搬送性が異なって静電凝集やコートムラにつながりやすい。
In extreme cases, the
以上の観点で検討を行った結果、従来例である実験0では、初期のコート性は問題なかったものの、耐久によって現像スリーブ41B上のトナー量、トナー帯電量が低下してしまった。
As a result of examination from the above viewpoint, in
これは、反発磁極N2、N3を現像容器壁49で覆っているため、剥ぎ取られたトナーが領域Y部に溜まってしまい、現像剤担持体41A、41Bの高速回転により劣化が促進されてしまったためである。また、撹拌作用が領域Z部に及ばないため、デットゾーンとして高温高湿環境下で長期に使用した場合、ブロッキングが発生する可能性があることがわかった。
This is because the repelling magnetic poles N2 and N3 are covered with the
実験1−1では、現像容器壁49の位置はそのままでトナー撹拌部材43Cの位置を現像剤担持体41A、41Bに最近接する位置に配置した。その結果、実験0に対しては良化したものの、十分な結果は得られなかった。攪拌をこのような位置に配置することで良化傾向にはあるが、現像容器壁49の位置が従来のままでは不十分である。
In Experiment 1-1, the position of the developing
実験1−2では、現像容器壁49の位置を反発磁極の上流側である磁極N3近傍まで開け、トナー撹拌部材43Cの位置を現像剤担持体41A、41Bに最近接する位置に配置した。
In Experiment 1-2, the position of the
このような構成にすることで領域Yにおいて反発磁極N2、N3で剥ぎ取られたトナーがトナー撹拌部材43Cによって循環し、新しいトナーが供給されるため、長期にわたってコート性が維持され、耐久による劣化や環境変動による不良もなかった。
With this configuration, the toner peeled off by the repulsive magnetic poles N2 and N3 in the region Y is circulated by the
このことから、反発磁極N2、N3は現像容器壁49で覆わず、反発磁極N2、N3で剥ぎ取られたトナーをトナー撹拌部材43Cで循環することによる効果が得られた。さらに、N3極近傍の剤挙動を観察したところ、磁極N2−N3間のゼロガウス帯と磁極N3の最大磁束密度位置との間でトナーが剥ぎ取られていることがわかった。よって、現像容器壁49の上端は磁極N3の最大磁束密度位置以下とすることが重要である。
Therefore, the repulsive magnetic poles N2 and N3 are not covered with the developing
実験1−3では、トナー撹拌部材43Cの位置は実験1−1や1−2と同様で、壁の位置を磁極N3よりもさらに上流にした。初期のコート性は問題なかったものの、耐久変動、環境変動は実験1−2より悪い結果となった。
In Experiment 1-3, the position of the
剤の挙動を確認したところ、領域Yや領域Zでは攪拌の効果が発揮されていたが、領域Xでトナーの滞留が観察された。 When the behavior of the agent was confirmed, the stirrer effect was exhibited in the region Y and the region Z, but toner retention was observed in the region X.
これは、磁極N3の磁力が及ばない位置に壁がないために、磁極N3−S2間の磁力が小さい部分にトナーが入ってしまったからである。このことから、領域Xに対する現像容器壁49のシール性を維持するために、壁の上端は磁極N3の磁力の及ぶ範囲、つまり磁極N3の磁力が半値となる位置以上にすべきであることがわかった。
This is because the toner has entered a portion where the magnetic force between the magnetic poles N3 and S2 is small because there is no wall at a position where the magnetic force of the magnetic pole N3 does not reach. From this, in order to maintain the sealing property of the developing
現像容器壁49と反発磁極N2、N3の位置関係を磁束密度との関係からまとめた図8を示す。反発磁極N2、N3によってゼロガウス帯が形成されていることがわかる。
FIG. 8 shows the positional relationship between the
これにより剥ぎ取られるトナーがスリーブ−壁間で滞留しないように、少なくとも磁極N3の最大磁束密度位置までは現像容器壁49を空ける必要がある。
Thus, it is necessary to open the developing
また、磁極N3−S2間には磁力の小さい領域Xが存在するため、この部分で滞留が起こらないように現像容器壁49の上端は少なくとも磁極N3のピークの半値となる位置以上とすべきである。
Further, since the region X having a small magnetic force exists between the magnetic poles N3 and S2, the upper end of the developing
以上のことから、現像容器壁49の上端を磁極N3の最大磁束密度位置以下、磁極N3の磁束密度がピークの半値となる位置以上とする。そして、トナー撹拌部材43Cの位置を現像剤担持体41A、41Bに最近接する位置にすることで、長期間にわたって現像剤担持体41Bのコート性を維持することができた。
From the above, the upper end of the
[実施形態2]
以下、本発明の第2の実施形態について、具体的に説明する。本実施形態は、実施形態1と同様の構成とし、トナー撹拌部材43Cの直径を変えることにより、トナーの循環性を向上させるものである。
[Embodiment 2]
The second embodiment of the present invention will be specifically described below. In the present embodiment, the toner circulation property is improved by changing the diameter of the
現像容器壁49の上端と磁極N3の相対位置は変えずにトナー撹拌部材43Cの径を変えることで最近接位置がどこにあるべきか検討を行った。その結果が図9である。
An examination was made as to where the closest position should be by changing the diameter of the
実験2−1は、トナー撹拌部材43Cの直径を現像剤担持体41B程度とし、現像剤担持体41Bとの最近接位置が磁極N2、N3の間にくるものである。この場合は、領域Yや領域Zに撹拌領域が良好な剤循環となっていた。
In Experiment 2-1, the diameter of the
実験2−2では直径が小さく、現像剤担持体41Bとの最近接位置が磁極N2よりも上となっているものである。この場合、領域Zでの撹拌作用は果たすものの、領域Yへの撹拌作用が十分ではなく、滞留を招いていた。
In Experiment 2-2, the diameter is small, and the closest position to the
また、高温高湿環境下ではトナー撹拌部材43Cにトナーが固まってくっつき、肉団子状になってしまっていた。これは、径が小さくて角速度が速いことにより、トナーとの摩擦が促進されたためであると考えられる。よって、径を小さくして撹拌部材の数を増やすことも得策とは言えない。
In a high temperature and high humidity environment, the toner stirs and adheres to the
実験2−3は、トナー撹拌部材43Cの直径を現像剤担持体41Bの倍以上とし、現像剤担持体41Bとの最近接部が磁極N3よりも下にくるものである。
In Experiment 2-3, the diameter of the
この場合、領域Yへの撹拌作用は良好なものの、径が大きいために曲率が小さく、領域Zへの撹拌作用が十分ではなかった。 In this case, although the stirring action to the region Y was good, the curvature was small due to the large diameter, and the stirring action to the region Z was not sufficient.
以上より、トナー撹拌部材43Cの最近接位置を反発磁極N2、N3の間にすることで領域Yと領域Zへの撹拌作用を最大化することができることがわかった。
From the above, it has been found that the stirring action on the region Y and the region Z can be maximized by setting the closest position of the
また、現像容器壁49は領域Yを覆わずかつ領域Xを覆う位置が最適である。つまり、現像容器壁49の上端は反発極の上流側であるN3極の最大磁束密度の位置以下であり半値となる位置以上となる。
Further, the position where the developing
また、撹拌部材43Cは領域Zへ撹拌作用を及ぼすように現像剤担持体41A、41Bに最近接する位置に配置し、その現像剤担持体41Bとの最近接位置がトナーの溜まり易い磁極N2−N3間にするのが良い。これにより、領域Z及び反発磁極で剥ぎ取られた領域Yのトナーを効率良く循環させ、劣化を防ぐことができる。
Further, the stirring
1 感光体ドラム
2 帯電器
3 露光手段
5 ポスト帯電器
7 定着装置
62 中間転写ベルト
40 現像装置
41A、41B 現像剤担持体
43A〜43D トナー攪拌部材
47A、47B 固定マグネットローラ
49 現像容器壁
N1〜N4、S1〜S4 磁極
DESCRIPTION OF
62 Intermediate transfer belt
40 Developer
41A, 41B Developer carrier
43A-43D Toner stirring member
47A, 47B Fixed magnet roller
49 Developer container wall N1-N4, S1-S4 magnetic pole
Claims (3)
前記攪拌手段は、前記上流側及び下流側の現像剤担持体に近接する位置に配設され、前記第4及び第5の磁極のうち、上流側に位置する磁極の近傍までを前記現像容器の壁で覆い、その上端が前記第4及び第5の磁極のうち、上流側に位置する磁極の法線方向の磁束密度が最大となる位置以下であり、法線方向の磁束密度の半値となる位置以上であることを特徴とする現像装置。 A developer container for storing the developer and an upstream developer that is disposed in the vicinity of the image carrier on which the toner image is formed and rotates in the same direction on the upstream side and the downstream side in the rotational direction of the image carrier. The upstream developer carrier is provided with a carrier and a downstream developer carrier, and stirring means provided in the vicinity of the upstream and downstream developer carriers, and stirring the developer. The first and second magnetic members having a plurality of magnetic poles are disposed on the upstream and downstream developer carriers, which also serve as the developer layer thickness regulating member of the downstream developer carrier. The first magnetic member has a first magnetic pole facing the downstream developer carrier, and the second magnetic member has a second magnetic pole facing the image carrier and the upstream A third magnetic pole facing the developer carrier on the side and the rotation direction of the developer carrier on the downstream side In the downstream side of the pole, and the developing device having a fourth pole and the fifth pole of the third of the same polarity arranged on the upstream side of the pole,
The stirring means is disposed at a position close to the upstream and downstream developer carriers, and of the fourth and fifth magnetic poles up to the vicinity of the magnetic pole located on the upstream side of the developer container. Covered with a wall, the upper end of which is below the position where the magnetic flux density in the normal direction of the magnetic pole located on the upstream side of the fourth and fifth magnetic poles is maximum, and is half the normal direction magnetic flux density A developing device characterized by being at a position or more.
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