JP5347230B2 - Developing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば複写機,ファクシミリ装置,プリンタ或いはこれらの複合機などに適用可能な電子写真方式の現像装置、及びかかる現像装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to an electrophotographic developing device that can be applied to, for example, a copying machine, a facsimile machine, a printer, or a multifunction machine of these, and an image forming apparatus including such a developing device.
電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。 As a developing method employed in an electrophotographic image forming apparatus, a one-component developing method using only toner as a main component of a developer and a two-component developing method using toner and a carrier as main components of a developer are known. ing.
一成分現像方式の現像装置は、トナーを担持して搬送するトナー担持部材と該トナー担持部材のトナー担持面に接触する摩擦荷電部材を備えている。トナー担持部材に担持されているトナーは、摩擦荷電部材の接触位置を通過する際、摩擦荷電部材と摩擦接触して薄層化されると共に所定の極性に帯電される。このように、一成分現像装置は、トナーの帯電を摩擦荷電部材との摩擦接触によって行っているため、構成が簡単・小型・安価であるという利点がある。しかし、摩擦荷電部材の接触位置で強いストレスを受けることからトナーが劣化し易く、そのためにトナーの帯電性が比較的早期に損なわれる。また、トナー担持部材と摩擦荷電部材との接触圧によって両者にトナーが付着してトナーを帯電する能力が低下し、結果的に、現像装置の寿命が比較的短くなる。 The developing device of the one-component development system includes a toner carrying member that carries and conveys toner, and a friction charging member that contacts the toner carrying surface of the toner carrying member. When the toner carried on the toner carrying member passes through the contact position of the frictional charging member, the toner is brought into frictional contact with the frictional charging member to be thinned and charged to a predetermined polarity. As described above, the one-component developing device has an advantage that the configuration is simple, small, and inexpensive because the toner is charged by frictional contact with the frictional charging member. However, since the toner is subject to strong stress at the contact position of the frictional charging member, the toner is liable to deteriorate, so that the chargeability of the toner is impaired relatively early. In addition, the contact pressure between the toner carrying member and the frictional charging member reduces the ability of the toner to adhere and charge the toner, resulting in a relatively short life of the developing device.
二成分現像方式の現像装置は、トナーとキャリアを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電するため、トナーの受けるストレスは一成分現像装置に比べて少ない。キャリアも、その表面積はトナーに比べて大きいことから、トナーが付着して汚れることも少ない。しかし、長期間の使用によりキャリアの表面に付着する汚れ(スペント)が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が低下し、かぶりやトナー飛散の問題が生じる。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことが考えられるが、これは現像装置の大型化を招く。 In the developing device of the two-component developing method, the toner and the carrier are charged to a predetermined polarity by frictional contact between the toner and the carrier, so that the toner receives less stress than the one-component developing device. Since the surface area of the carrier is larger than that of the toner, the toner is less likely to be adhered and soiled. However, dirt (spent) adhering to the surface of the carrier increases due to long-term use, and therefore, the ability to charge the toner is reduced, causing the problem of fogging and toner scattering. In order to extend the life of the two-component developing device, it is conceivable to increase the amount of carrier accommodated in the developing device, but this leads to an increase in the size of the developing device.
二成分現像装置に係わる上述の問題を解消するため、特許文献1には、キャリア又はキャリアとトナーを少しずつ現像剤に補給するとともに、帯電性能の低下した現像剤を少しずつ排出することによって、劣化したキャリアの増加を抑える現像装置が開示されている。この技術によれば、現像装置を大型化することなく、現像剤の長寿命化が可能である。しかし、排出されたキャリアを回収する機構が必要である。また、キャリアの消費量が多く、それによるコストと環境面の問題を含む。さらに、未劣化キャリアと劣化キャリアの比率が安定するまでには一定量以上の印刷を繰り返す必要がある。 In order to solve the above-mentioned problem related to the two-component developing device, Patent Document 1 discloses that a carrier or carrier and toner are replenished to the developer little by little, and the developer whose charging performance is lowered is gradually discharged. A developing device that suppresses an increase in deteriorated carriers is disclosed. According to this technique, it is possible to extend the life of the developer without increasing the size of the developing device. However, a mechanism for collecting the discharged carrier is necessary. In addition, the consumption of the carrier is large, which includes cost and environmental problems. Further, it is necessary to repeat printing of a certain amount or more until the ratio of the undegraded carrier and the deteriorated carrier is stabilized.
特許文献2には、マトリックス樹脂中に樹脂微粒子と導電性微粉末を分散して含有した樹脂被覆層を芯材上に設けたキャリア及びそれを用いた画像形成方法が開示されている。このキャリアは、他の粒子(キャリア粒子、トナー粒子)や部材(ローラ、スクリュー)との接触によってその表面が部分的に削れた場合、新たな樹脂微粒子が表面に露出し、これがトナーと接触して該トナーを必要程度まで帯電する。しかし、樹脂被覆層の厚さは限られており、この樹脂被覆層が消費されるとキャリアが寿命に達する。 Patent Document 2 discloses a carrier in which a resin coating layer containing resin fine particles and conductive fine powder dispersed in a matrix resin is provided on a core material, and an image forming method using the carrier. When the surface of this carrier is partially scraped by contact with other particles (carrier particles, toner particles) or members (rollers, screws), new resin fine particles are exposed on the surface, which comes into contact with the toner. The toner is charged to the required level. However, the thickness of the resin coating layer is limited, and when this resin coating layer is consumed, the carrier reaches the end of its life.
特許文献3には、キャリアと荷電粒子を表面に担持したトナーとからなる二成分現像剤及びそれを用いた現像方法が提案されている。荷電粒子は、キャリアの表面に主にトナーが付着してできる汚れ(スペント)を取り除き、キャリアの長寿命化を図るための研磨材として添加されている。また、特許文献3には、静電潜像担持体のクリーニング領域において、荷電粒子が静電潜像担持体の表面を研磨する機能を発揮することも記載されている。しかし、荷電粒子はトナーの帯電極性と逆の極性に帯電される性質を有することから、静電潜像の非画像部に付着して早期に消費されてしまうという問題がある。特に、画像部の面積が小さな画像(例えば、文字画像)を作成する場合、大量の荷電粒子が消費され、キャリアを研磨して再生する能力が十分に発揮されないという問題がある。 Patent Document 3 proposes a two-component developer composed of a carrier and a toner carrying charged particles on the surface, and a developing method using the developer. The charged particles are added as an abrasive for removing dirt (spent) mainly caused by toner adhering to the surface of the carrier and extending the life of the carrier. Patent Document 3 also describes that charged particles exhibit a function of polishing the surface of the electrostatic latent image carrier in the cleaning region of the electrostatic latent image carrier. However, since charged particles have a property of being charged to a polarity opposite to the charging polarity of the toner, there is a problem that the charged particles adhere to non-image portions of the electrostatic latent image and are consumed at an early stage. In particular, when an image having a small area (for example, a character image) is created, there is a problem that a large amount of charged particles is consumed, and the ability to polish and regenerate the carrier is not sufficiently exhibited.
特許文献4には、磁気ローラと、現像ローラを備えた現像装置を有し、磁気ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像(静電潜像画像部)を現像する画像形成装置が提案されている。特徴として、特許文献4の発明では、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなくトナーとキャリアとの間に介在し、トナーの粉砕微粉がキャリアの表面に付着してスペントが形成されることを防止する荷電粒子が現像剤に含まれている。しかし、荷電粒子は、現像装置に初期導入された現像剤中にのみ含まれている。また、荷電粒子はトナーとキャリアのいずれの表面にも保持されていないために、その一部が、トナーとの電気的な結合によってトナーと共に現像ローラに供給された後感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に消費されることから、例えば文字画像のように画像面積比(白黒比)の小さな画像を大量に印刷すると、荷電粒子だけが大量に消費されてしまい、長期的に安定したトナーの荷電性が得られないという問題がある。
このため、画像面積比の小さな画像を印刷する場合であっても、荷電粒子をできるだけ多く現像剤中へ回収できるようにすることが求められる。この要求に対して、磁気ローラと現像ローラとの間に、磁気ローラが保持している現像剤中のトナーを現像ローラに移動させる第1の電界を形成する一方、現像ローラと感光体との間に第2の電界を形成して、磁気ローラが保持しているトナーを感光体の静電潜像に移動させてこの静電潜像をトナー画像として可視像化するように構成することが考えられる。この場合、磁気ローラから現像ローラへトナーを供給するトナー供給部では、トナーと逆極性の荷電粒子はトナーから分離しキャリアに保持されて現像剤中に回収され、現像剤槽内に蓄積される。この蓄積された荷電粒子は、現像剤槽内で現像剤に加わるストレスによってキャリア表面に付着し固定化され、キャリアに対する荷電補助機能を果たすことができる。かかる荷電粒子をできるだけ回収して現像剤槽内に蓄積することで、現像剤のキャリアに、長期に亘って安定したトナー帯電性を付与することが可能になる。 For this reason, even when printing an image with a small image area ratio, it is required to collect as many charged particles as possible in the developer. In response to this requirement, a first electric field is formed between the magnetic roller and the developing roller to move the toner in the developer held by the magnetic roller to the developing roller. A second electric field is formed between them, and the toner held by the magnetic roller is moved to the electrostatic latent image on the photosensitive member so that the electrostatic latent image is visualized as a toner image. Can be considered. In this case, in the toner supply unit that supplies the toner from the magnetic roller to the developing roller, the charged particles having the opposite polarity to the toner are separated from the toner, held on the carrier, collected in the developer, and accumulated in the developer tank. . The accumulated charged particles adhere to the carrier surface and are fixed by the stress applied to the developer in the developer tank, and can perform a charge assist function for the carrier. By collecting such charged particles as much as possible and accumulating them in the developer tank, it becomes possible to impart a stable toner charging property to the developer carrier over a long period of time.
現像装置をこのように構成する場合、磁気ローラ上に形成される磁気ブラシからのトナーの分離を促進し、また、トナー供給領域での荷電粒子のトナーからの分離促進や現像ローラ上に形成されるトナー層の均一化を図る等のためには、振動電界を印加することが望ましい。このような振動電界を現像ローラに印加する場合、磁気ローラに、トナーを現像ローラに移動させる方向の直流電界に加えて上記現像ローラの振動電界を打ち消す振動電界を磁気ローラに印加することで、振動電界による往復運動を停止させて荷電粒子の効率的な回収を図ることができる。
しかしながら、この場合には、磁気ローラから現像ローラへのトナー供給が直流電界のみによって行われることとなるため、現像ローラ上に均一なトナー層を形成する上で不利になる。また、現像ローラへの確実なトナー供給を低エネルギで行うことも難しくなる。
When the developing device is configured in this way, it promotes the separation of toner from the magnetic brush formed on the magnetic roller, promotes the separation of charged particles from the toner in the toner supply region, and is formed on the developing roller. In order to make the toner layer uniform, it is desirable to apply an oscillating electric field. When applying such an oscillating electric field to the developing roller, by applying an oscillating electric field to the magnetic roller that cancels the oscillating electric field of the developing roller in addition to the DC electric field in the direction of moving the toner to the developing roller, The reciprocating motion by the oscillating electric field can be stopped to efficiently collect charged particles.
However, in this case, toner supply from the magnetic roller to the developing roller is performed only by a DC electric field, which is disadvantageous in forming a uniform toner layer on the developing roller. It also becomes difficult to reliably supply toner to the developing roller with low energy.
そこで、本発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤のキャリアに、長期に亘って安定したトナー帯電性を付与するに際して、現像剤中の逆極性の荷電粒子の現像剤槽内への蓄積を損なうことなく、現像ローラ上に均一なトナー層を低エネルギで形成することができるようにすることを目的としてなされたものである。 In view of this, the present invention provides an accumulation of charged particles of opposite polarity in the developer in the developer tank when providing a stable toner charging property over a long period to the carrier of the two-component developer including the toner and the carrier. The purpose of this is to make it possible to form a uniform toner layer on the developing roller with low energy without impairing the toner.
この目的を達成するため、本発明は、少なくともトナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
相互の摩擦接触によって互いに異なる極性に帯電するトナー及びキャリアと、上記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され該トナーとは異なる極性に帯電する荷電粒子と、を含む現像剤を貯える現像剤貯留部と、
該現像剤貯留部から上記現像剤を搬送する第1の搬送部材と、
第1の領域を介して上記第1の搬送部材に対向し、第2の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第2の搬送部材と、
上記第1の搬送部材と上記第2の搬送部材との間に、上記第1の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第2の搬送部材に移動させる第1の電界を形成し、上記第2の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第2の電界を形成して、上記第2の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像をトナー画像として可視像化する電界形成手段と、を備え、
上記第1の電界は、トナーを第1の搬送部材側に移動させるパルス電圧と、トナーを第2の搬送部材側に移動させるパルス電圧とが交互に印加される振動電界であって、さらに、所定期間だけパルス電圧の印加が休止されるブランク部を備え、該ブランク部前後の電界方向がトナーを第2の搬送部材側に移動させる方向である電圧波形を有している、
ことを特徴とする。
In order to achieve this object, the present invention provides a developing device that visualizes an electrostatic latent image on an electrostatic latent image carrier using a developer containing at least a toner and a carrier,
A developer containing toner and carrier that are charged with different polarities by frictional contact with each other, and charged particles that are removably held on the surface of the toner and charged with a different polarity from the toner is stored. A developer reservoir,
A first conveying member that conveys the developer from the developer reservoir;
A second conveying member facing the first conveying member via a first region and facing the electrostatic latent image carrier via a second region;
A first electric field is formed between the first conveying member and the second conveying member to move the toner in the developer held by the first conveying member to the second conveying member. and, above SL to form a second electric field between the second conveying member and the electrostatic latent image bearing member, the second conveying member is the held the toner the electrostatic latent image bearing the is moved to the electrostatic latent image of the body and a electric field forming means that turn into a visible image as a toner image the electrostatic latent image,
The first electric field is an oscillating electric field in which a pulse voltage for moving the toner toward the first conveying member and a pulse voltage for moving the toner toward the second conveying member are alternately applied, and A blank portion in which the application of the pulse voltage is suspended for a predetermined period, and the electric field direction before and after the blank portion has a voltage waveform that is a direction in which the toner is moved to the second conveying member side;
It is characterized by that.
このような発明によれば、トナーとキャリアを含む二成分現像剤のキャリアに、長期に亘って安定したトナー帯電性を付与するに際して、振動電界の作用により第2の搬送部材上に低エネルギで均一なトナー層を形成することが可能となり、また、振動電界の電圧波形に一定期間だけパルス電圧の印加が休止されるブランク部を設けたことで、トナーとは逆極性の荷電粒子の第1の搬送部材側への回収効率を高めることができる。 According to such an invention, when imparting a stable toner charging property over a long period to the carrier of the two-component developer including the toner and the carrier, low energy is applied to the second conveying member by the action of the oscillating electric field. A uniform toner layer can be formed, and a blank portion in which the application of a pulse voltage is suspended for a certain period in the voltage waveform of the oscillating electric field is provided, so that the first charged particles having a polarity opposite to that of the toner are provided. The recovery efficiency to the conveying member side can be increased.
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語(例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」)を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, terms indicating a specific direction (for example, “up”, “down”, “left”, “right”, and other terms including them, “clockwise direction”, “counterclockwise” ”) Is used to facilitate understanding of the invention with reference to the drawings, and the present invention should not be construed as being limited by the meaning of these terms. Further, in the image forming apparatus and the developing apparatus described below, the same reference numerals are used for the same or similar components.
〔1.画像形成装置〕
図1は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置1は、静電潜像坦持体である感光体12を有する。実施形態において、感光体12は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体12は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印14方向に回転するようにしてある。感光体12の周囲には、感光体12の回転方向に沿って、帯電ステーション16、露光ステーション18、現像ステーション20、転写ステーション22、およびクリーニングステーション24が配置されている。
[1. Image forming apparatus]
FIG. 1 shows a portion related to image formation of an electrophotographic image forming apparatus according to the present invention. The image forming apparatus may be any of a copier, a printer, a facsimile machine, and a multi-function machine having a combination of these functions. The image forming apparatus 1 includes a photoreceptor 12 that is an electrostatic latent image carrier. In the embodiment, the photoconductor 12 is formed of a cylindrical body, but the present invention is not limited to such a form, and an endless belt type photoconductor can be used instead. The photoreceptor 12 is drivingly connected to a motor (not shown), and is rotated in the direction of arrow 14 based on the driving of the motor. Around the photoconductor 12, a charging station 16, an exposure station 18, a developing station 20, a transfer station 22, and a cleaning station 24 are arranged along the rotation direction of the photoconductor 12.
帯電ステーション16は、感光体12の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置26を備えている。実施形態では、帯電装置26は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置(例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置)も使用できる。露光ステーション18は、感光体12の近傍又は感光体12から離れた場所に配置された露光装置28から出射された画像光30が、帯電された感光体12の外周面に向けて進行するための通路32を有する。露光ステーション18を通過した感光体12の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション20は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置34を有する。現像装置34の詳細は後に説明する。転写ステーション22は、感光体12の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート38に転写する転写装置36を有する。実施形態では、転写装置36は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置(例えば、ワイヤ放電式転写装置)も使用できる。クリーニングステーション24は、転写ステーション22でシート38に転写されることなく感光体12の外周面に残留する未転写トナーを感光体12の外周面から回収するクリーニング装置40を有する。実施形態では、クリーニング装置40は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置(例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置)も使用できる。 The charging station 16 includes a charging device 26 that charges a photosensitive layer, which is the outer peripheral surface of the photosensitive member 12, to a predetermined potential. In the embodiment, the charging device 26 is represented as a cylindrical roller. However, instead of this, other types of charging devices (for example, a rotary or fixed brush-type charging device or a wire-discharge-type charging device) may be used. Can be used. In the exposure station 18, the image light 30 emitted from the exposure device 28 disposed in the vicinity of the photosensitive member 12 or away from the photosensitive member 12 travels toward the outer peripheral surface of the charged photosensitive member 12. A passage 32 is provided. On the outer peripheral surface of the photoconductor 12 that has passed through the exposure station 18, an electrostatic latent image is formed that includes a portion where the image light is projected and the potential is attenuated and a portion where the charged potential is substantially maintained. In the embodiment, the portion where the potential is attenuated is the electrostatic latent image portion, and the portion where the charged potential is substantially maintained is the electrostatic latent image non-image portion. The developing station 20 includes a developing device 34 that visualizes the electrostatic latent image using a powder developer. Details of the developing device 34 will be described later. The transfer station 22 includes a transfer device 36 that transfers a visible image formed on the outer peripheral surface of the photoreceptor 12 to a sheet 38 such as paper or film. In the embodiment, the transfer device 36 is represented as a cylindrical roller, but other types of transfer devices (for example, wire discharge transfer devices) can also be used. The cleaning station 24 includes a cleaning device 40 that collects untransferred toner remaining on the outer peripheral surface of the photoconductor 12 without being transferred to the sheet 38 at the transfer station 22 from the outer peripheral surface of the photoconductor 12. In the embodiment, the cleaning device 40 is shown as a plate-like blade, but other types of cleaning devices (for example, a rotary type or a fixed type brush type cleaning device) may be used instead.
このような構成を備えた画像形成装置1の画像形成時、感光体12はモータ(図示せず)の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション16を通過する感光体外周部分は、帯電装置26で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション18で画像光30が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体12の回転と共に現像ステーション20に搬送され、そこで現像装置34によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体12の回転と共に転写ステーション22に搬送され、そこで転写装置36によりシート38に転写される。現像剤像が転写されたシート38は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート38に現像剤像が固定される。転写ステーション22を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション24に搬送され、そこでシート38に転写されることなく感光体12の外周面に残存する現像剤が回収される。 When the image forming apparatus 1 having such a configuration forms an image, the photoconductor 12 rotates clockwise based on the driving of a motor (not shown). At this time, the outer peripheral portion of the photoreceptor passing through the charging station 16 is charged to a predetermined potential by the charging device 26. The charged outer periphery of the photoconductor is exposed to image light 30 at an exposure station 18 to form an electrostatic latent image. The electrostatic latent image is conveyed to the developing station 20 along with the rotation of the photosensitive member 12, where it is visualized as a developer image by the developing device 34. The visualized developer image is conveyed to the transfer station 22 along with the rotation of the photosensitive member 12, and is transferred to the sheet 38 by the transfer device 36 there. The sheet 38 to which the developer image has been transferred is conveyed to a fixing station (not shown), where the developer image is fixed to the sheet 38. The outer peripheral portion of the photosensitive member that has passed through the transfer station 22 is conveyed to the cleaning station 24 where the developer remaining on the outer peripheral surface of the photosensitive member 12 without being transferred to the sheet 38 is recovered.
〔2.現像装置〕
現像装置34は、第1の成分粒子である非磁性トナーと第2の成分粒子である磁性キャリアを含む2成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング42を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング42の一部は削除してある。ハウジング42は感光体12に向けて開放された開口部44を備えており、この開口部44の近傍に形成された空間46にトナー搬送部材(第2の搬送部材)である現像ローラ48が設けてある。現像ローラ48は、円筒状の部材(第2の回転円筒体)であり、感光体12と平行に且つ感光体12の外周面と所定の現像ギャップ50を介して、回転可能に配置されている。
[2. Development device]
The developing device 34 includes a housing 42 that houses a two-component developer including non-magnetic toner as first component particles and a magnetic carrier as second component particles, and various members described below. In order to facilitate understanding of the invention by simplifying the drawings, a part of the housing 42 is omitted. The housing 42 includes an opening 44 that is open toward the photosensitive member 12, and a developing roller 48 that is a toner conveying member (second conveying member) is provided in a space 46 formed in the vicinity of the opening 44. It is. The developing roller 48 is a cylindrical member (second rotating cylindrical body), and is arranged in parallel to the photosensitive member 12 and rotatably via the outer peripheral surface of the photosensitive member 12 and a predetermined developing gap 50. .
現像ローラ48の背後には、別の空間52が形成されている。空間52には、現像剤搬送部材(第1の搬送部材)である搬送ローラ54が、現像ローラ48と平行に且つ現像ローラ48の外周面と所定の供給回収ギャップ56を介して配置されている。搬送ローラ54は、回転不能に固定された磁石体58と、磁石体58の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ60(第1の回転円筒体)を有する。スリーブ60の上方には、ハウジング42に固定され、スリーブ60の中心軸と平行に伸びる規制板62が、所定の規制ギャップ64を介して対向配置されている。 A separate space 52 is formed behind the developing roller 48. In the space 52, a transport roller 54 that is a developer transport member (first transport member) is disposed in parallel with the developing roller 48 and through an outer peripheral surface of the developing roller 48 and a predetermined supply / recovery gap 56. . The conveyance roller 54 includes a magnet body 58 that is fixed so as not to rotate, and a cylindrical sleeve 60 (first rotating cylinder body) that is rotatably supported around the magnet body 58. Above the sleeve 60, a restricting plate 62 fixed to the housing 42 and extending in parallel with the central axis of the sleeve 60 is disposed so as to oppose a predetermined restricting gap 64.
磁石体58は、スリーブ60の内面に対向し、搬送ローラ54の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板62の近傍にあるスリーブ60の上部内周面部分に対向する磁極S1、供給回収ギャップ56の近傍にあるスリーブ60の左側内周面部分に対向する磁極N1、スリーブ60の下部内周面部分に対向する磁極S2、スリーブ60の右側内周面部分に対向する、2つの隣接する同極性の磁極N2,N3を含む。 The magnet body 58 has a plurality of magnetic poles facing the inner surface of the sleeve 60 and extending in the central axis direction of the transport roller 54. In the embodiment, the plurality of magnetic poles are a magnetic pole S1 facing the upper inner peripheral surface portion of the sleeve 60 in the vicinity of the regulating plate 62, and a magnetic pole facing the left inner peripheral surface portion of the sleeve 60 in the vicinity of the supply / recovery gap 56. N1, a magnetic pole S2 facing the lower inner peripheral surface portion of the sleeve 60, and two adjacent magnetic poles N2 and N3 of the same polarity facing the right inner peripheral surface portion of the sleeve 60.
搬送ローラ54の背後には、現像剤攪拌室66が形成されている。攪拌室66は、搬送ローラ54の近傍に形成された前室68と搬送ローラ54から離れた後室70を有する。前室68には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー72が回転可能に配置され、後室70には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー74が回転可能に配置されている。図示するように、前室68と後室70は、両者の間に設けた隔壁76で分離してもよい。この場合、前室68と後室70の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室68の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室70へ送り込まれ、また後室70の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室68に送り込まれるようにしてある。 A developer stirring chamber 66 is formed behind the transport roller 54. The stirring chamber 66 includes a front chamber 68 formed in the vicinity of the transport roller 54 and a rear chamber 70 separated from the transport roller 54. A front screw 72 that is a pre-stirring and conveying member that conveys the developer while stirring the developer from the front surface to the back surface of the drawing is rotatably disposed in the front chamber 68, and the rear chamber 70 is rotated from the back surface to the front surface of the drawing. A rear screw 74 that is a rear stirring member transporting member that transports the developer while stirring is disposed rotatably. As shown in the figure, the front chamber 68 and the rear chamber 70 may be separated by a partition wall 76 provided therebetween. In this case, the partition portions near both ends of the front chamber 68 and the rear chamber 70 are removed to form a communication passage, and the developer that has reached the downstream end of the front chamber 68 passes through the communication passage. The developer that has been fed to 70 and reaches the downstream end of the rear chamber 70 is fed to the front chamber 68 via a communication passage.
このように構成された現像装置34の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ48とスリーブ60はそれぞれ矢印78,80方向に回転する。前スクリュー72は矢印82方向に回転し、後スクリュー74は矢印84方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室66に収容されている現像剤2は、前室68と後室70を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。図2に示すように、キャリア4はトナー6に比べて相当大きい。そのため、図3に示すように、正極性に帯電したキャリア4の周囲に、負極性に帯電したトナー6が、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。 The operation of the developing device 34 configured as described above will be described. During image formation, the developing roller 48 and the sleeve 60 rotate in the directions of arrows 78 and 80, respectively, based on driving of a motor (not shown). The front screw 72 rotates in the direction of arrow 82 and the rear screw 74 rotates in the direction of arrow 84. Thereby, the developer 2 accommodated in the developer stirring chamber 66 is stirred while being circulated and conveyed through the front chamber 68 and the rear chamber 70. As a result, the toner and the carrier contained in the developer come into frictional contact with each other and are charged with opposite polarities. In the embodiment, it is assumed that the carrier is positively charged and the toner is negatively charged. As shown in FIG. 2, the carrier 4 is considerably larger than the toner 6. Therefore, as shown in FIG. 3, the negatively charged toner 6 adheres around the positively charged carrier 4 mainly based on the electrical attraction force of both.
図1に戻り、帯電された現像剤2は、前スクリュー72によって前室68を搬送される過程で搬送ローラ54に供給される。前スクリュー72から搬送ローラ54に供給された現像剤2は、磁極N3の近傍で、磁極N3の磁力によって、スリーブ60の外周面に保持される。スリーブ60に保持された現像剤2は、磁石体58によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ60の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板62の対向領域(規制領域86)で磁極S1に保持されている現像剤2は、規制板62により、規制ギャップ64を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ64を通過した現像剤2は、磁極N1が対向する、現像ローラ48と搬送ローラ54が対向する領域(供給回収領域)88に搬送される。後に詳細に説明するように、供給回収領域88のうち、主にスリーブ60の回転方向に関して上流側の領域(供給領域)90では、現像ローラ48とスリーブ60との間に形成された電界の存在により、キャリア4に付着しているトナー6が現像ローラ48に電気的に供給される。また、供給回収領域88のうち、主にスリーブ60の回転方向に関して下流側の領域(回収領域)92では、後に説明するように、現像に寄与することなく供給回収領域88に送り戻された現像ローラ48上のトナーが、磁極N1の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ60に回収される。キャリア4は磁石体58の磁力によってスリーブ60の外周面に保持されており、スリーブ60から現像ローラ48に移動することはない。供給回収領域88を通過した現像剤2は、磁石体58の磁力に保持され、スリーブ60の回転と共に磁極S2の対向部を通過して磁極N2とN3の対向領域(放出領域94)に到達すると、磁極N2とN3によって形成される反発磁界によってスリーブ60の外周面から前室68に放出され、前室68を搬送されている現像剤2に混合される。 Returning to FIG. 1, the charged developer 2 is supplied to the transport roller 54 in the process of being transported through the front chamber 68 by the front screw 72. The developer 2 supplied from the front screw 72 to the conveyance roller 54 is held on the outer peripheral surface of the sleeve 60 by the magnetic force of the magnetic pole N3 in the vicinity of the magnetic pole N3. The developer 2 held by the sleeve 60 constitutes a magnetic brush along the magnetic field lines formed by the magnet body 58, and is conveyed in the counterclockwise direction based on the rotation of the sleeve 60. The amount of developer 2 held by the magnetic pole S <b> 1 in the area facing the restriction plate 62 (restriction area 86) is regulated by the restriction plate 62 to a predetermined amount. The developer 2 that has passed through the regulation gap 64 is conveyed to a region (supply / recovery region) 88 where the developing roller 48 and the conveying roller 54 are opposed to each other, where the magnetic pole N1 is opposed. As will be described in detail later, in the supply / recovery region 88, an upstream region (supply region) 90 mainly in the rotation direction of the sleeve 60, the presence of an electric field formed between the developing roller 48 and the sleeve 60. Thus, the toner 6 adhering to the carrier 4 is electrically supplied to the developing roller 48. Further, in the supply / recovery area 88, a region (collection area) 92 on the downstream side mainly in the rotation direction of the sleeve 60, as will be described later, the development sent back to the supply / recovery area 88 without contributing to the development. The toner on the roller 48 is scraped off by a magnetic brush formed along the magnetic field lines of the magnetic pole N1 and collected in the sleeve 60. The carrier 4 is held on the outer peripheral surface of the sleeve 60 by the magnetic force of the magnet body 58 and does not move from the sleeve 60 to the developing roller 48. When the developer 2 that has passed through the supply / recovery region 88 is held by the magnetic force of the magnet body 58 and passes through the opposing portion of the magnetic pole S2 along with the rotation of the sleeve 60, the developer 2 reaches the opposing region (discharge region 94) of the magnetic poles N2 and N3. The repulsive magnetic field formed by the magnetic poles N2 and N3 is discharged from the outer peripheral surface of the sleeve 60 to the front chamber 68 and mixed with the developer 2 being conveyed through the front chamber 68.
供給領域90で現像ローラ48に保持されたトナー6は、現像ローラ48の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体12と現像ローラ48が対向する領域(現像領域)96で、感光体12の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体12の外周面は帯電装置26で負極性の所定の電位VHが付与され、露光装置28で画像光30が投射された静電潜像画像部が所定の電位VLまで減衰し、露光装置28で画像光30が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位VHを維持している。したがって、現像領域96では、感光体12と現像ローラ48との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー6が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。 The toner 6 held on the developing roller 48 in the supply area 90 is conveyed in the counterclockwise direction along with the rotation of the developing roller 48, and is an area (developing area) 96 where the photosensitive body 12 and the developing roller 48 face each other. It adheres to the electrostatic latent image portion formed on the outer peripheral surface. In the image forming apparatus according to the embodiment, a predetermined negative potential V H is applied to the outer peripheral surface of the photoreceptor 12 by the charging device 26, and the electrostatic latent image image portion on which the image light 30 is projected by the exposure device 28 is predetermined. attenuated until the potential V L, an electrostatic latent image non-image portion of the image light 30 is not projected by the exposing device 28 maintains a substantially charge potential V H. Accordingly, in the developing region 96, the negatively charged toner 6 adheres to the electrostatic latent image portion due to the action of the electric field formed between the photosensitive member 12 and the developing roller 48, and the electrostatic latent image portion. The latent image is visualized as a developer image.
このようにして現像剤2からトナー6が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤2に補給されることが好ましい。そのために、現像装置34は、ハウジング42に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室70の上方にはトナー補給部98が設けてある。トナー補給部98は、トナーを収容するための容器100を有する。容器100の底部には開口部102が形成されており、この開口部102に補給ローラ104が配置されている。補給ローラ104は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室70に落下補給するようにしてある。 When the toner 6 is consumed from the developer 2 in this way, it is preferable to supply the developer 2 with an amount of toner corresponding to the consumed amount. For this purpose, the developing device 34 includes means for measuring the mixing ratio of the toner and the carrier accommodated in the housing 42. In addition, a toner replenishment section 98 is provided above the rear chamber 70. The toner supply unit 98 includes a container 100 for storing toner. An opening 102 is formed at the bottom of the container 100, and a supply roller 104 is disposed in the opening 102. The replenishing roller 104 is drivingly connected to a motor (not shown), and the motor is driven based on the output of the means for measuring the mixing ratio of toner and carrier so that the toner drops and replenishes the rear chamber 70.
〔3.電界形成手段〕
供給領域90でスリーブ60から現像ローラ48にトナー6を効率的に移動させるために、現像ローラ48とスリーブ60は電界形成装置110と電気的に接続されている。かかる電界形成装置の具体例としては様々の態様が考えられる。後述するように、現像ローラへのトナー供給時に、より多くの荷電粒子を現像剤中へ回収する場合についての参考例が図5A〜図9に示してある。
[3. Electric field forming means]
In order to efficiently move the toner 6 from the sleeve 60 to the developing roller 48 in the supply region 90, the developing roller 48 and the sleeve 60 are electrically connected to the electric field forming device 110. Various embodiments can be considered as specific examples of the electric field forming apparatus. As will be described later, FIGS. 5A to 9 show reference examples for collecting more charged particles into the developer when supplying toner to the developing roller.
図5Aに示す参考例1の電界形成装置110は、現像ローラ48に接続された第1の電源112とスリーブ60に接続された第2の電源114を有する。第1の電源112は、現像ローラ48とグランド116との間に接続された直流電源118を有し、トナー6の帯電極性と同一極性の第1の直流電圧VDC1(例えば、−200ボルト)を現像ローラ48に印加している。第2の電源114は、スリーブ60とグランド116との間に接続された直流電源120を有し、トナー6の帯電極性と同一極性で且つ第1の直流電圧よりも高圧の第2の直流電圧VDC2(例えば、−400ボルト)をスリーブ60に印加する。この結果、供給領域90では、現像ローラ48とスリーブ60との間に形成された直流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー6がスリーブ60から現像ローラ48に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア4は、スリーブ60から現像ローラ48に吸引されることはない。また、現像領域96では、現像ローラ48に保持されている負極性トナーが、図5Bに示すように、現像ローラ48(VDC1:例えば、−200ボルト)と静電潜像画像部(VL:例えば、−80ボルト)との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ48(VDC1:例えば、−200ボルト)と静電潜像非画像部(VH:例えば、−600ボルト)との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。 Field forming device 110 of Example 1 shown in FIG. 5A, a second power supply 11 4 connected to the first power supply 11 2 and the sleeve 60 connected to the developing roller 48. The first power supply 112 includes a DC power supply 118 connected between the developing roller 48 and the ground 116, and a first DC voltage V DC1 (for example, −200 volts) having the same polarity as the charging polarity of the toner 6. Is applied to the developing roller 48. The second power supply 114 has a DC power supply 120 connected between the sleeve 60 and the ground 116, and has the same polarity as the charging polarity of the toner 6 and a second DC voltage that is higher than the first DC voltage. V DC2 (eg, −400 volts) is applied to the sleeve 60. As a result, in the supply region 90, the negatively charged toner 6 is electrically attracted from the sleeve 60 to the developing roller 48 under the action of a DC electric field formed between the developing roller 48 and the sleeve 60. Is done. At this time, the positively charged carrier 4 is not attracted to the developing roller 48 from the sleeve 60. In the developing region 96, the negative polarity toner held on the developing roller 48, as shown in FIG. 5B, is developed between the developing roller 48 (V DC1 : for example, −200 volts) and the electrostatic latent image portion (V L : For example, −80 volts) and adheres to the electrostatic latent image portion. At this time, the negative polarity toner is not electrostatic latent image non-imaged due to a potential difference between the developing roller 48 (V DC1 : for example −200 volts) and the electrostatic latent image non-image part (V H : for example −600 volts). It does not adhere to the part.
参考例2に係る図6Aの電界形成装置122において、第1の電源124は、実施形態1の電源と同様に、現像ローラ48とグランド126との間に接続された直流電源128を有し、トナー6の帯電極性と同一極性の第1の直流電圧VDC1(例えば、−200ボルト)を現像ローラ48に印加している。第2の電源130は、スリーブ60とグランド126との間に直流電源132と交流電源134を有する。直流電源132は、トナー6の帯電極性と同一極性で且つ第1の直流電圧よりも高圧の第2の直流電圧VDC2(例えば、−400ボルト)をスリーブ60に印加している。図6Bに示すように、交流電源134は、スリーブ60とグランド126との間にピーク・ツー・ピーク電圧VP−Pが例えば300ボルトの交流電圧VACを印加する。その結果、供給領域90では、現像ローラ48とスリーブ60との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー6がスリーブ60から現像ローラ48に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア4は、スリーブ60の内部の固定磁石の磁力によってスリーブ60に保持され、現像ローラ48に供給されることはない。また、現像領域96では、現像ローラ48に保持されている負極性トナーは、現像ローラ48(VDC1:例えば、−200ボルト)と静電潜像画像部(VL:例えば、−80ボルト)との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。 In the electric field forming apparatus 122 of FIG. 6A according to Reference Example 2, the first power supply 124 has a DC power supply 128 connected between the developing roller 48 and the ground 126, similarly to the power supply of the first embodiment. A first DC voltage V DC1 (for example, −200 volts) having the same polarity as the charging polarity of the toner 6 is applied to the developing roller 48. The second power source 130 includes a DC power source 132 and an AC power source 134 between the sleeve 60 and the ground 126. The DC power supply 132 applies a second DC voltage V DC2 (for example, −400 volts) having the same polarity as the charging polarity of the toner 6 and higher than the first DC voltage to the sleeve 60. As shown in FIG. 6B, the AC power supply 134 applies an AC voltage VAC having a peak-to-peak voltage V PP of, for example, 300 volts between the sleeve 60 and the ground 126. As a result, in the supply region 90, the negatively charged toner 6 is electrically transferred from the sleeve 60 to the developing roller 48 under the action of a pulsating electric field formed between the developing roller 48 and the sleeve 60. Sucked. At this time, the positively charged carrier 4 is held by the sleeve 60 by the magnetic force of the fixed magnet inside the sleeve 60 and is not supplied to the developing roller 48. In the developing region 96, the negative polarity toner held on the developing roller 48 includes the developing roller 48 (V DC1 : for example, −200 volts) and the electrostatic latent image portion (V L : for example, −80 volts). And adhere to the electrostatic latent image portion.
参考例3に係る図7Aに示す電界形成装置136において、第1の電源138は、現像ローラ48とグランド140との間に直流電源142と交流電源144を有する。直流電源142は、トナー6の帯電極性と同一極性の第1の直流電圧VDC1(例えば、−200ボルト)を現像ローラ48に印加する。交流電源144は、現像ローラ48とグランド140との間に振幅(ピーク・ツー・ピーク電圧)VP−Pが例えば1,600ボルトの交流電圧VACを印加する。第2の電源146は、現像ローラ48と交流電源144との間の端子148とスリーブ60との間に接続された直流電源150を有する。直流電源150は、所定の直流電圧VDC2を出力することができ、陽極が端子148、陰極がスリーブ60に接続されており、これにより、スリーブ60が現像ローラ48に対して負極性にバイアスされている(図7B参照)。したがって、供給領域90では、現像ローラ48とスリーブ60との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー6がスリーブ60から現像ローラ48に電気的に吸引される。また、現像領域96では、現像ローラ48上の負極性トナーが、現像ローラ48(VDC1:例えば、−200ボルト)と静電潜像画像部(VL:例えば、−80ボルト)との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。 In the electric field forming device 136 shown in FIG. 7A according to Reference Example 3, the first power source 138 includes a DC power source 142 and an AC power source 144 between the developing roller 48 and the ground 140. The DC power supply 142 applies a first DC voltage V DC1 (for example, −200 volts) having the same polarity as the charging polarity of the toner 6 to the developing roller 48. The AC power supply 144 applies an AC voltage VAC having an amplitude (peak-to-peak voltage) VP-P of, for example, 1,600 volts between the developing roller 48 and the ground 140. The second power source 146 includes a DC power source 150 connected between the terminal 148 between the developing roller 48 and the AC power source 144 and the sleeve 60. The DC power supply 150 can output a predetermined DC voltage V DC2 , and the anode is connected to the terminal 148 and the cathode is connected to the sleeve 60, whereby the sleeve 60 is biased to the negative polarity with respect to the developing roller 48. (See FIG. 7B). Accordingly, in the supply region 90, the negatively charged toner 6 is electrically attracted from the sleeve 60 to the developing roller 48 due to the action of the pulsating electric field formed between the developing roller 48 and the sleeve 60. Is done. In the developing area 96, the negative polarity toner on the developing roller 48 is caused by a potential difference between the developing roller 48 (V DC1 : for example −200 volts) and the electrostatic latent image portion (V L : for example −80 volts). Is attached to the electrostatic latent image portion.
参考例4に係る図8に示す電界形成装置152は、図5Aに示す参考例の電界形成装置において、第1の電源112と第2の電源114にそれぞれ交流電界形成装置154,156を追加したものである。交流電界形成装置154,156の出力電圧はVAC1,VAC2である。電圧VAC1,VAC2の電圧値や周期は同一であってもよいし、違ってもよい。参考例5に係る図9に示す電界形成装置158は、図5Aに示す参考例の電源において、第1の電源112に交流電源160を追加したものである。交流電源160の出力電圧はVACである。これらの形態の電界形成装置152,158も、電界形成装置110,122,136と同様に、現像ローラ48とスリーブ60との間に形成された脈流電界の作用を受けて、供給領域90では負極性に帯電しているトナー6をスリーブ60から現像ローラ48に供給し、現像領域96では負極性に帯電しているトナー6を現像ローラ48から静電潜像画像部(VL:例えば、−80ボルト)との電位差に基づき、静電潜像画像部に供給する。尚、この図9に示した参考例5の電界形成装置158の基本構成は、交流電源160の電圧波形が異なる点を除いては、後述する本発明実施形態に係る電界形成装置の基本構成と共通するものである。 The electric field forming apparatus 152 shown in FIG. 8 according to the reference example 4 is different from the electric field forming apparatus shown in FIG. 5A in that AC electric field forming apparatuses 154 and 156 are added to the first power supply 112 and the second power supply 114, respectively. Is. The output voltages of the AC electric field forming devices 154 and 156 are V AC1 and V AC2 . The voltage values and periods of the voltages V AC1 and V AC2 may be the same or different. An electric field forming device 158 shown in FIG. 9 according to Reference Example 5 is obtained by adding an AC power supply 160 to the first power supply 112 in the power supply of the reference example shown in FIG. 5A. The output voltage of the AC power supply 160 is V AC. Similarly to the electric field forming devices 110, 122, and 136, the electric field forming devices 152 and 158 of these forms also receive the action of the pulsating electric field formed between the developing roller 48 and the sleeve 60, and in the supply region 90. The negatively charged toner 6 is supplied from the sleeve 60 to the developing roller 48, and in the developing region 96, the negatively charged toner 6 is supplied from the developing roller 48 to the electrostatic latent image portion (V L : For example, Based on a potential difference of −80 volts). The basic configuration of the electric field forming device 158 of Reference Example 5 shown in FIG. 9 is the same as the basic configuration of the electric field forming device according to the embodiment of the present invention described later, except that the voltage waveform of the AC power supply 160 is different. It is common.
〔4.現像剤〕
一般に、トナーとキャリアを主成分とする2成分現像剤は、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ(スペント)が発生し、これがキャリアの寿命を低下させる。そこで、この問題を解消するために、本発明では、2成分現像剤に第3の成分として荷電粒子(インプラント粒子)が添加されている。
[4. Developer)
In general, in a two-component developer containing toner and carrier as main components, dirt (spent) is generated by the toner adhering to the surface of the carrier, and this reduces the life of the carrier. In order to solve this problem, in the present invention, charged particles (implant particles) are added as a third component to the two-component developer.
図2〜4を参照して具体的に説明すると、本発明の画像形成装置及び現像装置は、トナー6とキャリア4の他に、トナー6との摩擦接触によりトナー6を正規の極性(実施形態では負極性)に帯電する、トナー6よりも小径の荷電粒子8を含む。実施の形態において、荷電粒子8は、トナー6の外周面に離脱可能に保持されており、トナー補給部98からトナー6と共に補給される。 2 to 4, the image forming apparatus and the developing apparatus according to the present invention make the toner 6 have a normal polarity (not shown) by frictional contact with the toner 6 in addition to the toner 6 and the carrier 4. In this case, charged particles 8 having a diameter smaller than that of the toner 6 are included. In the embodiment, the charged particles 8 are detachably held on the outer peripheral surface of the toner 6 and are replenished together with the toner 6 from the toner replenishing unit 98.
画像形成時、荷電粒子8はトナー6やキャリア4とともに、ハウジング42の中を搬送された後、スリーブ60に保持されて規制領域86、供給回収領域88、放出領域94を移動する。この搬送過程で、トナー6の表面に保持されて正極性に帯電している荷電粒子8は、供給回収領域88の電界中に置かれると、トナー6に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー6の外周面から離脱する。離脱した荷電粒子8は、該分離した荷電粒子8とキャリア4との間に作用するストレスによってキャリア4の外周面に保持される又は打ち込まれる。図4に示すように、キャリア4の外周面の一部又は全体がスペント10で覆われている場合、荷電粒子8はスペント10に打ち込まれる。キャリア4の外周面に保持され又は打ち込まれた荷電粒子8は、トナー6との摩擦接触によりトナー6と逆の極性に帯電する。実施形態では、トナー6は負極性に帯電されるため、荷電粒子8は正極性に帯電される。その結果、荷電粒子8が打ち込まれたキャリア4は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペント10に被覆されていても、スペント10の無い状態と同様の荷電性を維持し、トナー6を所定の極性に帯電する。 At the time of image formation, the charged particles 8 are transported through the housing 42 together with the toner 6 and the carrier 4, and then are held by the sleeve 60 and move in the regulation region 86, the supply / recovery region 88, and the discharge region 94. In this conveyance process, the charged particles 8 held on the surface of the toner 6 and charged to the positive polarity are placed in the electric field of the supply / recovery region 88, which is opposite to the electric force acting on the toner 6. The toner 6 is detached from the outer peripheral surface of the toner 6 by receiving the electric force in the direction. The separated charged particles 8 are held or driven on the outer peripheral surface of the carrier 4 by stress acting between the separated charged particles 8 and the carrier 4. As shown in FIG. 4, when a part or the whole of the outer peripheral surface of the carrier 4 is covered with the spent 10, the charged particles 8 are driven into the spent 10. The charged particles 8 held or driven on the outer peripheral surface of the carrier 4 are charged to a polarity opposite to that of the toner 6 by frictional contact with the toner 6. In the embodiment, since the toner 6 is charged to a negative polarity, the charged particles 8 are charged to a positive polarity. As a result, the carrier 4 into which the charged particles 8 are implanted maintains the same chargeability as the state without the spent 10 even if at least a part of the outer peripheral surface thereof is covered with the spent 10, and the toner 6 is preliminarily provided. Charged to the polarity.
上述のように、荷電粒子8は、トナー6と逆の極性に帯電される。そのため、図10に示すように、供給回収領域88では、現像ローラ48とスリーブ60の間に形成される電界に基づいてトナー6はスリーブ60から現像ローラ48に移動する。また、トナー6から分離した荷電粒子8は、供給領域90でトナー6が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に素早く保持されて、トナー6と共に現像ローラ48に供給されることがない、または現像ローラ6に供給されるとしてもその量は極めて僅かである。 As described above, the charged particles 8 are charged with a polarity opposite to that of the toner 6. Therefore, as shown in FIG. 10, in the supply / recovery area 88, the toner 6 moves from the sleeve 60 to the developing roller 48 based on the electric field formed between the developing roller 48 and the sleeve 60. Further, the charged particles 8 separated from the toner 6 are quickly held on the carrier surface of the developer that is relatively carrier-rich by the toner 6 being taken away in the supply region 90 and supplied to the developing roller 48 together with the toner 6. Even if not supplied or supplied to the developing roller 6, the amount is extremely small.
ところで、図11に示すように、図1に示す現像装置から現像ローラを除いた形態の現像装置34’に同様の荷電粒子を用いた場合、異なる結果を招く。具体的に、現像装置34’の搬送ローラ54が対向する感光体12の外周面には静電潜像が形成されている。静電潜像は、例えば、ほぼ帯電電位を維持している高電位の静電潜像非画像部と、露光装置28で光30が投射されて電位の減衰している低電位の静電潜像画像部を有し、これら高電位の静電潜像非画像部と低電位の静電潜像画像部が搬送ローラ54の対向部を通過していく。そして、画像形成時、現像領域において、例えば、負極性に帯電されているトナー6は、低電位の静電潜像画像部に付着し、静電潜像非画像部には付着しない。しかし、トナー6を負極性に帯電させる荷電粒子8は、それ自身が正極性に帯電している。したがって、現像領域で自由状態にある荷電粒子8は、図12に示すように、静電潜像非画像部に付着する。このように、現像装置34’によれば、トナー6から分離した荷電粒子8が現像領域で感光体12の静電潜像非画像部に大量消費される。その結果、上述した現像装置34に比べてキャリア4の外周面に打ち込まれる荷電粒子8の数が極めて少なく、スペントが付着したキャリア4は十分なトナー荷電性能を持ち得ない。 By the way, as shown in FIG. 11, when similar charged particles are used in the developing device 34 ′ in which the developing roller is removed from the developing device shown in FIG. 1, different results are brought about. Specifically, an electrostatic latent image is formed on the outer peripheral surface of the photoconductor 12 facing the conveying roller 54 of the developing device 34 '. The electrostatic latent image includes, for example, a high potential electrostatic latent image non-image portion that maintains a substantially charged potential and a low potential electrostatic latent image in which the light 30 is projected by the exposure device 28 and the potential is attenuated. An image image portion is provided, and the high potential electrostatic latent image non-image portion and the low potential electrostatic latent image image portion pass through a facing portion of the conveying roller 54. At the time of image formation, in the development area, for example, the negatively charged toner 6 adheres to the low-potential electrostatic latent image portion and does not adhere to the electrostatic latent image non-image portion. However, the charged particles 8 for charging the toner 6 to the negative polarity are themselves charged to the positive polarity. Accordingly, the charged particles 8 in a free state in the development region adhere to the electrostatic latent image non-image portion as shown in FIG. As described above, according to the developing device 34 ′, the charged particles 8 separated from the toner 6 are consumed in a large amount in the electrostatic latent image non-image portion of the photosensitive member 12 in the developing region. As a result, the number of charged particles 8 that are driven into the outer peripheral surface of the carrier 4 is extremely small compared to the developing device 34 described above, and the carrier 4 to which the spent adheres cannot have sufficient toner charging performance.
ところで、上述の特許文献4で説明した現像装置では、荷電粒子は、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなく両者の間に比較的自由な状態で存在する。また、現像装置に初期導入された荷電粒子は、トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電している。そのため、トナーと電気的に結合してトナーと共に現像ローラに供給された後、感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に無くなり、それと共にトナーの荷電性が低下する。しかし、本願発明の現像装置では、上述のように、供給回収領域88でトナー6から分離した荷電粒子8はその後素早くキャリア4に保持されてスリーブ60の外周面に留まることから、トナー6と同じように現像ローラ48を介して感光体12に供給されて消費されることはないので、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。もっとも、本実施例においてもいくらかの荷電粒子8はトナー6と共に現像ローラ48に供給されるが、荷電粒子8はトナーと共に補給部98から新たに補給されるため、無くなることはなく、よって、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。 By the way, in the developing device described in the above-mentioned Patent Document 4, charged particles exist in a relatively free state between the toner and the carrier without being held on either surface. The charged particles initially introduced into the developing device are charged with a polarity opposite to the charging polarity of the toner. For this reason, after being electrically coupled to the toner and supplied to the developing roller together with the toner, it adheres to the non-image portion of the electrostatic latent image on the photosensitive member and gradually disappears, and at the same time, the chargeability of the toner decreases. However, in the developing device according to the present invention, as described above, the charged particles 8 separated from the toner 6 in the supply / recovery region 88 are then quickly held by the carrier 4 and remain on the outer peripheral surface of the sleeve 60. As described above, since the toner is not supplied to the photoconductor 12 via the developing roller 48 and consumed, stable toner chargeability can be obtained over a long period of time. However, in this embodiment, some of the charged particles 8 are supplied to the developing roller 48 together with the toner 6. However, since the charged particles 8 are newly supplied from the supply unit 98 together with the toner, they are not lost. Thus, stable toner chargeability can be obtained.
なお、実施形態では、トナー6とキャリア4との摩擦接触によりトナー6は負極性、キャリア4は正極性に帯電される。また、荷電粒子8は、トナー6との接触により該トナーを負極性に帯電するとともに、荷電粒子8は正極性に帯電する。本発明に用いるトナー、キャリア、荷電粒子の帯電性は、そのような組み合わせに限るものでない。具体的に、トナー6とキャリア4との摩擦接触によりトナー6は正極性、キャリア4は負極性に帯電され、荷電粒子8は、トナー6との接触により該トナーを正極性に帯電するとともに、荷電粒子8は負極性に帯電する組み合わせも考えられる。 In the embodiment, the toner 6 is charged to a negative polarity and the carrier 4 is charged to a positive polarity by frictional contact between the toner 6 and the carrier 4. Further, the charged particles 8 are charged negatively by contact with the toner 6, and the charged particles 8 are charged positively. The chargeability of the toner, carrier, and charged particles used in the present invention is not limited to such a combination. Specifically, the toner 6 is charged positively by the frictional contact between the toner 6 and the carrier 4, the carrier 4 is charged negatively, and the charged particles 8 are charged positively by the contact with the toner 6. A combination in which the charged particles 8 are negatively charged is also conceivable.
〔5.具体的な材料〕
トナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
[5. Specific materials)
Specific materials of the toner, carrier, charged particles, and other particles contained in the developer will be described.
〔荷電粒子〕
好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択される。荷電粒子の個数平均粒径は、例えば、0.5〜1.5μmである。キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電するトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電する微粒子が用いられる。そのような微粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ベリリウム、チタン酸マグネシウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。微粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸2−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸2−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、N−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾールがある。
[Charged particles]
The charged particles preferably used are appropriately selected according to the charging polarity of the toner. The number average particle diameter of the charged particles is, for example, 0.5 to 1.5 μm. When using toner that is negatively charged by frictional contact with the carrier, charged particles are fine particles that are positively charged by contact with the toner. Such fine particles include, for example, inorganic fine particles such as strontium titanate, barium titanate, calcium titanate, beryllium titanate, magnesium titanate, alumina, acrylic resin, benzoguanamine resin, nylon resin, polyimide resin, polyamide resin, etc. It can be composed of a thermoplastic resin or a thermosetting resin. The resin constituting the fine particles may contain a positive charge control agent that is positively charged by contact with the toner. As the positive charge control agent, for example, nigrosine dye, quaternary ammonium salt and the like can be used. The charged particles may be composed of nitrogen-containing monomers. Examples of the material constituting the nitrogen-containing monomer include 2-dimethylaminoethyl acrylate, 2-diethylaminoethyl acrylate, 2-dimethylaminoethyl methacrylate, 2-diethylaminoethyl methacrylate, vinylpyridine, N-vinylcarbazole, There is vinylimidazole.
キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電するトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電する微粒子が用いられる。このような微粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子、また、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子が使用できる。トナーとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を、荷電粒子を構成する樹脂に含有させてもよい。負荷電制御剤には、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用できる。荷電粒子は、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体であってもよい。 In the case of a toner that is positively charged by frictional contact with the carrier, fine particles that are negatively charged by contact with the toner are used as the charged particles. Examples of such fine particles include inorganic fine particles such as silica and titanium oxide, and fine particles made of thermoplastic resin or thermosetting resin such as fluororesin, polyolefin resin, silicone resin, and polyester resin. A negative charge control agent that is negatively charged by contact with the toner may be contained in the resin constituting the charged particles. Examples of negative charge control agents include salicylic acid-based and naphthol-based chromium complexes, aluminum complexes, iron complexes, and zinc complexes. The charged particles may be a copolymer of a fluorine-containing acrylic monomer or a fluorine-containing methacrylic monomer.
荷電粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理してもよい。特に、無機微粒子に正極帯電性を付与する場合、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。微粒子に負極性帯電性を付与する場合、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。 In order to control the chargeability and hydrophobicity of the charged particles, the surface of the inorganic fine particles may be surface-treated with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, silicone oil, or the like. In particular, when imparting positive electrode chargeability to inorganic fine particles, it is preferable to surface-treat with an amino group-containing coupling agent. When imparting negative chargeability to the fine particles, it is preferable to surface-treat with a fluorine group-containing coupling agent.
〔トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約3〜15μmである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。
〔toner〕
As the toner, a known toner that has been conventionally used in an image forming apparatus can be used. The toner particle size is, for example, about 3 to 15 μm. A toner containing a colorant in a binder resin, a toner containing a charge control agent or a release agent, and a toner holding an additive on the surface can also be used.
The toner can be produced by a known method such as a pulverization method, an emulsion polymerization method, or a suspension polymerization method.
〔バインダー樹脂〕
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約80〜160℃の範囲、ガラス転移点が約50〜75℃の範囲であることが好ましい。
[Binder resin]
The binder resin used for the toner is not limited. For example, styrene resin (monopolymer or copolymer containing styrene or styrene-substituted product), polyester resin, epoxy resin, vinyl chloride resin, phenol resin. , Polyethylene resin, polypropylene resin, polyurethane resin, silicone resin, or any mixture of these resins. The binder resin preferably has a softening temperature in the range of about 80 to 160 ° C and a glass transition point in the range of about 50 to 75 ° C.
〔着色剤〕
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂100重量部に対して、2〜20重量部であることが好ましい。
[Colorant]
For the colorant, a known material such as carbon black, aniline black, activated carbon, magnetite, benzine yellow, permanent yellow, naphthol yellow, phthalocyanine blue, first sky blue, ultramarine blue, rose bengal, lake red, etc. should be used. Can do. In general, the addition amount of the colorant is preferably 2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin.
〔荷電制御剤〕
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、4級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Cr、Co、Al、Fe等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の割合で用いることが好ましい。
[Charge control agent]
As the charge control agent, materials conventionally known as charge control agents can be used. Specifically, for the positively charged toner, for example, nigrosine dyes, quaternary ammonium salt compounds, triphenylmethane compounds, imidazole compounds, and polyamine resins can be used as charge control agents. For the negatively charged toner, metal-containing azo dyes such as Cr, Co, Al, and Fe, salicylic acid metal compounds, alkyl salicylic acid metal compounds, and curixarene compounds can be used as charge control agents. The charge control agent is preferably used at a ratio of 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin.
〔離型剤〕
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の割合で用いることが好ましい。
〔Release agent〕
As the release agent, a known release agent conventionally used as a release agent can be used. As the material for the release agent, for example, polyethylene, polypropylene, carnauba wax, sazol wax, or a mixture of them as appropriate is used. The release agent is preferably used at a ratio of 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the binder resin.
〔その他の添加剤〕
その他、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー100重量部に対して、0.1〜5重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は9〜100nmであることが好ましい。
[Other additives]
In addition, a fluidizing agent that promotes fluidization of the developer may be added. As the fluidizing agent, for example, inorganic fine particles such as silica, titanium oxide, and aluminum oxide, and resin fine particles such as acrylic resin, styrene resin, silicone resin, and fluorine resin can be used. In particular, it is preferable to use a material hydrophobized with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, silicon oil or the like. The fluidizing agent is preferably added at a ratio of 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the toner. The number average primary particle size of these additives is preferably 9 to 100 nm.
〔キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約15〜100μmが好ましい。
[Carrier]
As the carrier, a known carrier that has been generally used can be used. Either a binder type carrier or a coat type carrier may be used. The carrier particle size is not limited, but is preferably about 15 to 100 μm.
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。 The binder type carrier is obtained by dispersing magnetic fine particles in a binder resin, and those having fine particles or a coating layer charged positively or negatively on the surface can be used. The charging characteristics such as the polarity of the binder type carrier can be controlled by the material of the binder resin, the chargeable fine particles, and the type of the surface coating layer.
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。 Examples of the binder resin used for the binder-type carrier include thermoplastic resins such as vinyl resins, polyester resins, nylon resins, polyolefin resins, and the like typified by polystyrene resins, and curable resins such as phenol resins. .
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属(Mn、Ni、Mg、Cu等)を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に50〜90重量%の量で添加することが適当である。 Magnetic fine particles of the binder type carrier include spinel ferrite such as magnetite and gamma iron oxide, and magnets such as spinel ferrite and barium ferrite containing one or more metals other than iron (Mn, Ni, Mg, Cu, etc.). Plumbite type ferrite, iron or alloy particles having an oxide layer on the surface can be used. The shape of the carrier may be granular, spherical, or needle-shaped. In particular, when high magnetization is required, it is preferable to use iron-based ferromagnetic fine particles. In consideration of chemical stability, it is preferable to use ferromagnetic fine particles of magnetoplumbite type ferrite such as spinel ferrite and barium ferrite containing magnetite and gamma iron oxide. A magnetic resin carrier having a desired magnetization can be obtained by appropriately selecting the type and content of the ferromagnetic fine particles. The magnetic fine particles are suitably added in an amount of 50 to 90% by weight in the magnetic resin carrier.
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。 Silicone resin, acrylic resin, epoxy resin, fluorine resin, etc. are used as the surface coating material for the binder type carrier. The charge imparting ability of the carrier can be improved by coating and curing these resins on the carrier surface to form a coat layer.
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。 For example, the charging fine particles or the conductive fine particles can be fixed to the surface of the binder type carrier by, for example, mixing the magnetic resin carrier and the fine particles uniformly and adhering the fine particles to the surface of the magnetic resin carrier. This is done by driving fine particles into the magnetic resin carrier by applying a strong impact force. In this case, the fine particles are not completely embedded in the magnetic resin carrier, but are fixed so that a part thereof protrudes from the surface of the magnetic resin carrier. Organic and inorganic insulating materials are used for the chargeable fine particles. Specifically, organic insulating materials include polystyrene, styrene-based copolymers, acrylic resins, various acrylic copolymers, nylon, polyethylene, polypropylene, fluororesin, and cross-linked products thereof such as organic insulating fine particles. is there. The charge imparting ability and the charge polarity can be adjusted to the material of the chargeable fine particles, the polymerization catalyst, the surface treatment and the like. As the inorganic insulating material, negatively charged inorganic fine particles such as silica and titanium dioxide, and positively charged inorganic fine particles such as strontium titanate and alumina are used.
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。 The coat type carrier is a carrier in which carrier core particles made of a magnetic material are coated with a resin, and like the binder type carrier, chargeable fine particles that are charged positively or negatively can be fixed to the surface of the carrier. The charging characteristics such as the polarity of the coated carrier can be adjusted by selecting the type of the surface coating layer and the electrifying fine particles. As the coating resin, the same resin as the binder resin of the binder type carrier can be used.
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して3〜50重量%、好ましくは6〜30重量%が好ましい。 The mixing ratio of the toner and the carrier may be adjusted so as to obtain a desired toner charge amount, and the toner ratio is preferably 3 to 50% by weight, preferably 6 to 30% by weight based on the total amount of the toner and the carrier. .
〔参考試験〕
図1の現像装置を有する画像形成装置と図11に示す現像装置を備えた画像形成装置を用いて、荷電粒子の効果を調べた。実験用に、荷電粒子を担持していないトナーAと、荷電粒子を担持したトナーBを用意した。
[Reference test]
The effect of charged particles was examined using an image forming apparatus having the developing device of FIG. 1 and an image forming apparatus having the developing device shown in FIG. For the experiment, toner A not carrying charged particles and toner B carrying charged particles were prepared.
〔トナーA〕
トナーAの製造方法は以下のとおりである。湿式造粒法で作成された体積平均粒径約6.5μmのトナー母材100重量部に、複数の添加剤−第1の疎水性シリカ0.2重量部、第2の疎水性シリカ0.5重量部、疎水性酸化チタン0.5重量部−を添加した。次に、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用い、添加剤が添加されたトナー母材を攪拌して添加剤をトナー母材の表面に付着させ、負極帯電性のトナーAを得た。ミキサの回転速度は40m/秒、攪拌時間は3分間であった。第1の疎水性シリカは、個数平均一次粒径16nmのシリカ(#130:日本アエロジル社製)を疎水化剤のヘキサメチルジラザン(HMDS)で表面処理して得たものである。第2の疎水性シリカは、固体平均一次粒径20nmのシリカ(#90:日本アエロジル社製)をHMDSで表面処理して得たものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径30nmのアナターゼ型酸化チタンを、水系湿式環境で、疎水化剤のイソブチルトリメトキシシランにより表面処理して得たものである。
[Toner A]
The manufacturing method of the toner A is as follows. To 100 parts by weight of a toner base material having a volume average particle diameter of about 6.5 μm prepared by a wet granulation method, 0.2 parts by weight of a plurality of additives-first hydrophobic silica and 0.2% of second hydrophobic silica are added. 5 parts by weight and 0.5 parts by weight of hydrophobic titanium oxide were added. Next, using a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd., the toner base material to which the additive was added was agitated to adhere the additive to the surface of the toner base material, and negatively charged toner A was obtained. The rotating speed of the mixer was 40 m / second, and the stirring time was 3 minutes. The first hydrophobic silica is obtained by surface-treating silica (# 130: manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having a number average primary particle diameter of 16 nm with a hydrophobizing agent hexamethyldilazan (HMDS). The second hydrophobic silica is obtained by surface-treating silica (# 90: manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having a solid average primary particle size of 20 nm with HMDS. The hydrophobic titanium oxide is obtained by surface-treating anatase-type titanium oxide having a number average primary particle size of 30 nm with a hydrophobizing agent, isobutyltrimethoxysilane, in an aqueous wet environment.
〔トナーB〕
トナーBの製造方法は以下のとおりである。トナーAに、荷電粒子として個数平均粒径350nmのチタン酸ストロンチウムを添加した。荷電粒子の添加量は、トナーAに含まれるトナー母材粒子100重量部に対して、2重量部であった。次に、荷電粒子が添加されたトナーAを三井鉱山社製のヘンシェルミキサで攪拌し、トナーの表面に荷電粒子を付着させて、トナーBを得た。ミキサの回転速度は40m/秒、攪拌時間は3分間であった。
[Toner B]
The manufacturing method of the toner B is as follows. To toner A, strontium titanate having a number average particle diameter of 350 nm was added as charged particles. The amount of charged particles added was 2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of toner base material particles contained in toner A. Next, the toner A to which charged particles were added was stirred with a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd., and the charged particles were adhered to the surface of the toner to obtain toner B. The rotating speed of the mixer was 40 m / second, and the stirring time was 3 minutes.
〔キャリア〕
実験に用いたキャリアは、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350キャリアである。このキャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル系樹脂をコーティングしたコート型キャリアである。
[Carrier]
The carrier used in the experiment is a bizhub C350 carrier manufactured by Konica Minolta Business Technologies. This carrier is a coated carrier in which carrier core particles made of a magnetic material are coated with an acrylic resin.
〔試験例1〕
現像装置は図1に示す形態の現像装置を使用した。現像剤は、上述のキャリアとトナーBを用いた。現像剤中のトナー比率を8%に調整した。トナー比率は、現像剤全体の重量に対する、トナーと荷電粒子を含む添加材との合計重量の割合である。電界形成装置は、図9に示す形態を採用し、搬送ローラに直流電圧VDC2:−500ボルトを印加し、現像ローラには、直流電圧VDC1:−300ボルトと交流電圧を印加した。交流電圧は、周波数:2kHz、振幅VP−P:1,600ボルト、マイナスデューティ比(トナー回収デューティ比):40%、プラスデューティ比(トナー供給デューティ比):60%の矩形波であった(図13参照)。したがって、負極性に帯電したトナーをスリーブから現像ローラにバイアスする供給電位差(トナー供給電圧)は1,000ボルト、現像ローラからスリーブにトナーをバイアスする回収電圧差(トナー回収電圧)は600ボルトである。
[Test Example 1]
As the developing device, a developing device having the form shown in FIG. 1 was used. As the developer, the carrier and toner B described above were used. The toner ratio in the developer was adjusted to 8%. The toner ratio is a ratio of the total weight of the toner and the additive containing charged particles to the total weight of the developer. The electric field forming apparatus employs the form shown in FIG. 9, and a DC voltage V DC2 of −500 volts is applied to the conveying roller, and an AC voltage of DC voltage V DC1 of −300 volts is applied to the developing roller. AC voltage frequency: 2 kHz, the amplitude V P-P: 1,600 volts, minus the duty ratio (toner collecting duty ratio): 40%, plus a duty ratio (toner supply duty ratio): was 60% of the rectangular wave (See FIG. 13). Therefore, the supply potential difference (toner supply voltage) for biasing the negatively charged toner from the sleeve to the developing roller is 1,000 volts, and the recovery voltage difference (toner recovery voltage) for biasing the toner from the developing roller to the sleeve is 600 volts. is there.
現像ローラには、表面をアルマイト処理したアルミニウムローラを用いた。現像ローラとスリーブの供給回収ギャップは0.3mmに設定した。これにより、現像ローラとスリーブの間に形成されるトナーの供給電界は、3.3×106V/m(=1,000V/0.3mm)であった。規制板とスリーブの規制ギャップは、スリーブ上の磁気ブラシが現像ローラの外周面に接触するように、0.4mmとした。現像ローラとスリーブは同一方向に回転し、供給回収領域でスリーブ上の現像剤搬送方向と現像ローラ上のトナーが逆方向に移動するようにした。感光体の帯電電位は−550ボルト、感光体に形成された静電潜像非画像部画像部の電位は−60ボルトであった。感光体と現像ローラの現像ギャップは0.15mmに設定した。 As the developing roller, an aluminum roller whose surface was anodized was used. The supply / recovery gap between the developing roller and the sleeve was set to 0.3 mm. As a result, the electric field supplied to the toner formed between the developing roller and the sleeve was 3.3 × 10 6 V / m (= 1,000 V / 0.3 mm). The regulation gap between the regulation plate and the sleeve was 0.4 mm so that the magnetic brush on the sleeve was in contact with the outer peripheral surface of the developing roller. The developing roller and the sleeve rotate in the same direction so that the developer transport direction on the sleeve and the toner on the developing roller move in the opposite directions in the supply and recovery area. The charged potential of the photosensitive member was −550 volts, and the potential of the electrostatic latent image non-image portion image portion formed on the photosensitive member was −60 volts. The developing gap between the photoconductor and the developing roller was set to 0.15 mm.
〔試験例2〕
試験例1と同一の現像剤を用いた。現像装置は、図11に示す現像装置を用いた。スリーブには、振幅1,400ボルト、直流電圧−300ボルト、マイナスデューティ比50%、周波数4kHzの矩形波を印加した。スリーブと感光体の現像ギャップは0.3mmに設定した。その他の条件は、試験例1と同一である。
[Test Example 2]
The same developer as in Test Example 1 was used. The developing device shown in FIG. 11 was used as the developing device. A rectangular wave having an amplitude of 1,400 volts, a DC voltage of -300 volts, a negative duty ratio of 50%, and a frequency of 4 kHz was applied to the sleeve. The development gap between the sleeve and the photosensitive member was set to 0.3 mm. Other conditions are the same as in Test Example 1.
〔試験例3〕
荷電粒子を有するトナーBに代えて、荷電粒子の無いトナーAを用いた。その他の条件は、試験例1と同一である。
[Test Example 3]
Instead of toner B having charged particles, toner A having no charged particles was used. Other conditions are the same as in Test Example 1.
〔評価〕
コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製複写機bizhub C350を改造した画像形成装置を用い、複数の条件で画像面積率5%のオリジナル画像を50,000枚印刷した。10,000枚の印刷ごとに現像装置内の現像剤をサンプリングし、トナー帯電量を測定した。結果を図14に示す。この図から明らかなように、試験例1では、印刷枚数の増加に拘わらず、トナーの帯電量はほぼ一定の値を維持した。これに対し、試験例2,3では、印刷枚数の増加と共にトナーの帯電量が低下した。
[Evaluation]
Using an image forming apparatus modified from Konica Minolta Business Technologies Co., Ltd. bizhub C350, 50,000 original images with an image area ratio of 5% were printed under a plurality of conditions. The developer in the developing device was sampled every 10,000 printed sheets, and the toner charge amount was measured. The results are shown in FIG. As is apparent from this figure, in Test Example 1, the toner charge amount maintained a substantially constant value regardless of the increase in the number of printed sheets. In contrast, in Test Examples 2 and 3, the toner charge amount decreased as the number of printed sheets increased.
50,000枚印刷後、現像剤からキャリアを分離し、キャリアの表面を走査電子顕微鏡で観察した。図15Aは、荷電粒子を有するトナーBを含む現像剤から分離されたキャリアの表面拡大写真である。写真に表れている小さな粒子をX線光電子分光法(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)で分析したところ、荷電粒子の主成分であるストロンチウムが検出された。この検出結果は、キャリアの表面に荷電粒子が打ち込まれていることが裏付けるものであった。図15B、図15Cは、荷電粒子の無いトナーBを含む現像剤から分離されたキャリアの表面拡大写真である。図15Aと比較すると明らかなように、キャリアの表面に微小粒子は殆ど存在しなかった。 After printing 50,000 sheets, the carrier was separated from the developer, and the surface of the carrier was observed with a scanning electron microscope. FIG. 15A is an enlarged photograph of the surface of a carrier separated from a developer containing toner B having charged particles. When small particles appearing in the photograph were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis), strontium, the main component of the charged particles, was detected. This detection result confirmed that charged particles were implanted into the surface of the carrier. 15B and 15C are enlarged photographs of the surface of the carrier separated from the developer containing toner B without charged particles. As is clear from comparison with FIG. 15A, there were almost no microparticles on the surface of the carrier.
〔荷電粒子の帯電極性〕
図16に示す実験装置170を用いて荷電粒子の帯電極性を確認した。実験装置170は、固定円筒体172と、円筒体172の内部に回転可能に配置されたマグネットローラ174と、マグネットローラ174を囲む外筒176を有する。円筒体172と外筒176との間には、負極性のトナーを円筒体172から外筒176に向けて電気的に付勢しない電界、すなわち、トナーと逆極性の荷電粒子を円筒体172から外筒176に向けて付勢する電界を加えた。そして、荷電粒子を含むトナーBとキャリアからなる現像剤を攪拌した後、攪拌後の現像剤を円筒体172の外周面に保持させてマグネットローラ174を回転した。結果、円筒体172から外筒176に向かう電界付勢力を受けた荷電粒子のチタン酸ストロンチウムが現像剤から分離して離脱し、外筒176の内面上に確認された。これにより、チタン酸ストロンチウムがトナーとは逆の極性(正極性)に帯電していることが分かる。
[Charge polarity of charged particles]
The charged polarity of the charged particles was confirmed using an experimental apparatus 170 shown in FIG. The experimental apparatus 170 includes a fixed cylindrical body 172, a magnet roller 174 rotatably disposed inside the cylindrical body 172, and an outer cylinder 176 that surrounds the magnet roller 174. Between the cylindrical body 172 and the outer cylinder 176, an electric field that does not electrically bias the negative polarity toner from the cylindrical body 172 toward the outer cylinder 176, that is, charged particles having a polarity opposite to that of the toner from the cylindrical body 172. An electric field urging toward the outer cylinder 176 was applied. Then, after the developer composed of toner B containing charged particles and the carrier was stirred, the developer after stirring was held on the outer peripheral surface of the cylindrical body 172, and the magnet roller 174 was rotated. As a result, strontium titanate of charged particles that received an electric field urging force from the cylindrical body 172 toward the outer cylinder 176 was separated from the developer and separated, and was confirmed on the inner surface of the outer cylinder 176. This shows that strontium titanate is charged with the opposite polarity (positive polarity) to that of the toner.
〔結論〕
以上より、現像装置の中で、トナーとは逆の極性に帯電するチタン酸ストロンチウムがキャリアの表面に付着し、それにより、キャリアがトナーを帯電する能力の低下を補い、長期に亘ってトナーの帯電量が必要な値に保たれることが分かった。
[Conclusion]
As described above, in the developing device, strontium titanate charged to the opposite polarity to the toner adheres to the surface of the carrier, thereby compensating for the decrease in the ability of the carrier to charge the toner, It was found that the charge amount was kept at the required value.
本実施形態では、現像剤2中の逆極性の荷電粒子8の現像剤攪拌室66内への蓄積を損なうことなく、現像ローラ48上に均一なトナー層を低エネルギで形成することができるようにするために、搬送ローラ54のスリーブ60と現像ローラ48との間で、スリーブ60が保持している現像剤2中のトナー4を現像ローラ48に移動させる電界を直流電界のみで構成している。一方、現像ローラ48と感光体12との間で、現像ローラ48が保持しているトナー4を感光体12の静電潜像に移動させてこの静電潜像をトナー画像として可視像化する電界を、直流電界と振動電界とを重畳して構成した。
このような電界形成装置の基本構成は、交流電源の出力電圧波形が異なる点を除いては、図9の参考例5として示されたものと基本的には同様である。従って、以下の本発明実施形態の説明では、図9に示したものに対応する構成要素には同一の符号を用いることとする。
In the present embodiment, a uniform toner layer can be formed on the developing roller 48 with low energy without impairing the accumulation of the charged particles 8 of opposite polarity in the developer 2 in the developer stirring chamber 66. Therefore, an electric field for moving the toner 4 in the developer 2 held by the sleeve 60 to the developing roller 48 between the sleeve 60 of the conveying roller 54 and the developing roller 48 is constituted only by a DC electric field. Yes. On the other hand, the toner 4 held by the developing roller 48 is moved to the electrostatic latent image on the photosensitive member 12 between the developing roller 48 and the photosensitive member 12, and the electrostatic latent image is visualized as a toner image. The electric field to be formed was configured by superimposing a DC electric field and an oscillating electric field.
The basic configuration of such an electric field forming device is basically the same as that shown as Reference Example 5 in FIG. 9 except that the output voltage waveform of the AC power supply is different. Therefore, in the following description of the embodiment of the present invention, the same reference numerals are used for the components corresponding to those shown in FIG.
すなわち、本実施形態に係る電界形成装置では、その基本構成を図9に示すように、現像ローラ48に接続された第1の電源112では、交流電源160による振動電界のパルス電圧VAC(ピーク・ツー・ピーク電圧VPPが例えば1000ボルト)が、第1の直流電源118による直流電界の直流電圧VDC1(例えば、−500ボルト)に重畳される。一方、スリーブ60に接続された第2の電源114では、第2の直流電源120による直流電界の直流電圧VDC2(例えば、=−800ボルト)を出力する。
本実施形態では、図17に示すように、現像ローラ48側に接続された上記振動電界は、所定期間だけパルス電圧の印加が休止されるブランク部BPを備えた電圧波形を有している。かかるブランク部BPは、振動電界のパルス電圧の一定周期毎に設けられている。また、より好ましくは、このブランク部BPは、その前後の電界方向が、トナー4を現像ローラ48側へ移動させる方向(換言すれば、トナー4とは逆極性の荷電粒子8をスリーブ60側に回収する方向)となるように設定されている。
That is, in the electric field forming apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, the first power supply 112 connected to the developing roller 48 has a pulse voltage V AC (peak) of the oscillating electric field generated by the AC power supply 160 as shown in FIG. The two-peak voltage V PP is 1000 volts, for example, and is superimposed on the DC voltage V DC1 (for example, −500 volts) of the direct current electric field generated by the first DC power supply 118. On the other hand, the second power source 114 connected to the sleeve 60 outputs a DC voltage V DC2 (for example, = −800 volts) of a DC electric field generated by the second DC power source 120.
In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the oscillating electric field connected to the developing roller 48 side has a voltage waveform including a blank portion BP in which application of a pulse voltage is suspended for a predetermined period. The blank part BP is provided for every fixed period of the pulse voltage of the oscillating electric field. More preferably, in the blank portion BP, the electric field direction before and after the blank portion BP moves the toner 4 to the developing roller 48 side (in other words, charged particles 8 having a polarity opposite to that of the toner 4 are moved to the sleeve 60 side. It is set to be the direction of collection).
この構成においては、供給回収領域88では、図17に示すように、矢印Yで示す方向にトナー供給電圧が印加され、振動電界のパルス電圧の一定周期毎に設けられたブランク部BPでは、所定期間だけパルス電圧の印加が休止される。尚、この休止期間中は、第1の直流電源118による直流電界の直流電圧VDC1と、第2の直流電源120による直流電界の直流電圧VDC2に基づく電位差が供給回収領域88に作用することになる。
また、上記ブランク部BPの前後では、つまり、パルス電圧の印加が休止される直前および印加再開の直後には、トナー供給電圧の印加方向(矢印Y方向)の電界が作用する。これにより、特に、パルス電圧の印加が休止される直前においては、トナー4が現像ローラ48側に移動動作を行っており、パルス電圧の印加が休止された直後には、移動途中のトナー4は、その慣性力により確実に現像ローラ48に到達し保持される。また、トナー4から遊離した逆極性の荷電粒子8もより確実にスリーブ60側に回収される。また、ブランク部BPの直後にトナー供給方向(矢印Y方向)のパルスを印可することにより、ブランク部BPにおいてスリーブ60に回収されずに残留し浮遊している逆極性の荷電粒子8を確実にスリーブ60側に吸引することができる。
一方、パルス電圧の印加中にあっては、トナー4は振動しながら現像ローラ48上に均一な層を形成する。また、荷電粒子8は振動することによりトナー4から比較的容易に遊離し、しかも常にスリーブ60への回収方向の電界による力を受けているので、確実に回収されて現像剤攪拌室66内に蓄積される。
In this configuration, in the supply / recovery area 88, as shown in FIG. 17, the toner supply voltage is applied in the direction indicated by the arrow Y, and in the blank portion BP provided for every fixed period of the pulse voltage of the oscillating electric field, Application of the pulse voltage is suspended for a period of time. During this suspension period, a potential difference based on the DC voltage V DC1 of the DC electric field generated by the first DC power supply 118 and the DC voltage V DC2 of the DC electric field generated by the second DC power supply 120 acts on the supply and recovery region 88. become.
Further, an electric field in the application direction of the toner supply voltage (arrow Y direction) acts before and after the blank portion BP, that is, immediately before the application of the pulse voltage is stopped and immediately after the application is restarted. As a result, the toner 4 moves toward the developing roller 48 immediately before the application of the pulse voltage is stopped, and immediately after the application of the pulse voltage is stopped, the toner 4 that is moving is not moved. The inertial force ensures that the developing roller 48 is reached and held. Further, the reverse polarity charged particles 8 released from the toner 4 are more reliably collected on the sleeve 60 side. In addition, by applying a pulse in the toner supply direction (arrow Y direction) immediately after the blank portion BP, the charged particles 8 having the opposite polarity that remain in the blank portion BP without being collected in the sleeve 60 and are floating are reliably obtained. Suction can be performed on the sleeve 60 side.
On the other hand, during application of the pulse voltage, the toner 4 forms a uniform layer on the developing roller 48 while vibrating. Further, the charged particles 8 are relatively easily separated from the toner 4 by vibration and are always subjected to the force of the electric field in the collecting direction to the sleeve 60, so that the charged particles 8 are reliably collected and enter the developer stirring chamber 66. Accumulated.
このように、本実施形態によれば、振動電界の作用により現像ローラ48上に低エネルギで均一なトナー層を形成することができ、また、振動電界の電圧波形に一定期間だけパルス電圧の印加が休止されるブランク部BPを設けたことで、荷電粒子8のスリーブ60側への回収をより確実に行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, a uniform toner layer with low energy can be formed on the developing roller 48 by the action of the oscillating electric field, and a pulse voltage is applied to the voltage waveform of the oscillating electric field only for a certain period. By providing the blank portion BP that is stopped, the charged particles 8 can be more reliably collected on the sleeve 60 side.
〔実験I〕
本実施形態に係る現像装置を採用したことによる効果を確かめるために、次のような実験Iを行った。
〔実施例1〕
現像装置は、図17に示す電界形成装置を組み込んだものを用いた。
作像条件は次の通りとした。
・感光体電位:−600ボルト
・現像DCバイアス(第1の直流電圧VDC1):−500ボルト
・現像ACバイアス(第1の交流電圧VAC1):ピーク・ツー・ピーク電圧(VPP)が1000ボルト,周波数は3kHz,20周期毎にその20周期目のトナー移動方向へ印加の後に5msだけパルス電圧の印加を休止させるブランク部を設定
・スリーブDCバイアス(第2の直流電圧VDC2):−800ボルト
[Experiment I]
In order to confirm the effect of adopting the developing device according to the present embodiment, the following experiment I was performed.
[Example 1]
A developing device incorporating the electric field forming device shown in FIG. 17 was used.
The imaging conditions were as follows.
Photoconductor potential: -600 volts Development DC bias (first DC voltage V DC1 ): -500 volts Development AC bias (first AC voltage V AC1 ): Peak-to-peak voltage (V PP ) is 1000 V, frequency is 3 kHz, and a blank portion for stopping application of the pulse voltage for 5 ms after application in the 20th cycle in the toner movement direction every 20 cycles is set. Sleeve DC bias (second DC voltage V DC2 ): -800 volts
現像剤は次のものを用いた。
・トナー:トナー粒径が6μmで、荷電粒子として粒径が0.5−1.5μmのチタン酸ストロンチウムを1.5%外添処理したもの
・キャリア:粒径が30μmのフェライトコートキャリア
・混合比:10%
The following developers were used.
Toner: Toner particle size of 6 μm and 1.5% external addition treatment of strontium titanate with a particle size of 0.5-1.5 μm as a charged particle Carrier: Ferrite coated carrier with a particle size of 30 μm Ratio: 10%
以上の条件で、画像面積率が5%の画像を100,000枚印刷後、印刷不良発生の有無を調べた。
100,000枚印刷後でも、画像濃度が1.5であり、濃度むらもなく、また、いわゆる地肌かぶりも見られず、良好な印刷結果が得られた。
Under the above conditions, after printing 100,000 sheets of an image with an image area ratio of 5%, the presence or absence of printing defects was examined.
Even after printing 100,000 sheets, the image density was 1.5, there was no density unevenness, and no so-called background fogging was seen, and good printing results were obtained.
〔比較例1〕
実施例1の条件において、現像ACバイアスの電圧波形をブランク部の無い連続波とした。この点を除いて他の条件は全て実施例と同一とし、実施例1と同様の耐久印刷試験を行った。
画像濃度は1.5と良好であったが、約70,000枚程度で地肌かぶりが発生した。また、トナー層の不均一に起因する濃度むらが発生した。
これは、現像ACバイアスにトナー移動方向(つまり、荷電粒子をスリーブ側に回収する方向)への印加後のブランクが無いことで、荷電粒子が往復運動のみを繰り返すので現像ローラにも付着し、荷電粒子のスリーブ側への回収性が悪化し現像槽内での荷電粒子蓄積効果が低下してキャリアの帯電性能低下を招いたことによるものと考えられる。
[Comparative Example 1]
Under the conditions of Example 1, the voltage waveform of the development AC bias was a continuous wave without a blank portion. Except for this point, all other conditions were the same as in the example, and the same durability printing test as in Example 1 was performed.
The image density was as good as 1.5, but background fogging occurred at about 70,000 sheets. Further, density unevenness due to non-uniformity of the toner layer occurred.
This is because there is no blank after application in the developing AC bias in the toner moving direction (that is, the direction in which the charged particles are collected on the sleeve side), and the charged particles repeat only the reciprocating motion, so that they also adhere to the developing roller. This is considered to be due to the deterioration of the charge collection performance of the charged particles on the sleeve due to the deterioration of the charged particle accumulation effect in the developing tank and the deterioration of the charging performance of the carrier.
〔比較例2〕
実施例1の条件において、現像ACバイアスを印加せず、現像バイアスをDCのみとした。この点を除いて他の条件は全て実施例と同一とし、実施例1と同様の耐久印刷試験を行った。
画像濃度は1.1と低く、約80,000枚程度で地肌かぶりが発生した。また、トナー層の不均一に起因する濃度むらも発生した。
これは、現像ACバイアスが印加されないことで、トナーが磁気ブラシから離れ難くなるので、トナー移動量が低下すると共にトナー層の不均一化も招くことによるものと考えられる。
[Comparative Example 2]
Under the conditions of Example 1, the development AC bias was not applied, and the development bias was only DC. Except for this point, all other conditions were the same as in the example, and the same durability printing test as in Example 1 was performed.
The image density was as low as 1.1, and background fogging occurred at about 80,000 sheets. Further, density unevenness due to non-uniformity of the toner layer also occurred.
This is presumably because the toner does not easily move away from the magnetic brush when the development AC bias is not applied, so that the toner movement amount is reduced and the toner layer is non-uniform.
〔実施例2〕
実施例1の条件において、現像ACバイアスのピーク・ツー・ピーク電圧を2000ボルト,周波数を3kHz,ブランク部を設ける周期を30周期,ブランク期間を10msとした。また、スリーブDCバイアスを400ボルトとした。
以上の点を除いて他の条件は全て実施例と同一とし、実施例1と同様の耐久印刷試験を行った。
100,000枚印刷後でも、画像濃度が1.5であり、濃度むらもなく、また、トナー飛散や地肌かぶりも見られず、良好な印刷結果が得られた。
[Example 2]
Under the conditions of Example 1, the peak-to-peak voltage of the developing AC bias was 2000 volts, the frequency was 3 kHz, the period for providing the blank portion was 30 periods, and the blank period was 10 ms. The sleeve DC bias was 400 volts.
Except for the above points, all other conditions were the same as in the example, and the same durability printing test as in Example 1 was performed.
Even after printing 100,000 sheets, the image density was 1.5, there was no uneven density, and no toner scattering or background fogging was observed, and good printing results were obtained.
〔評価〕
以上のように、現像ACバイアスにトナー移動方向へ印加後に所定期間休止させるブランクを一定周期で設けた実施例1及び実施例2では、何れも、高い画像濃度を確保でき、濃度むらや地肌かぶりも生じなかったのに対して、現像ACバイアスをブランクの無い連続波とした比較例1では、画像濃度は確保できたものの、濃度むらや地肌かぶりが発生した。また、現像ACバイアスを印加せず現像バイアスをDCのみとした比較例2では、画像濃度も低く、試験初期あるいは早期から濃度むらや地肌かぶりが発生した。
これらの試験結果から、現像ACバイアスにトナー移動方向へ印加後に所定期間休止させるブランクを一定周期で設けることで、荷電粒子の現像槽内への回収性の向上およびトナー層の均一化が達成でき、これにより、高い画像濃度を確保でき、しかも濃度むらや地肌かぶりの発生を有効に防止できることが確認された。
[Evaluation]
As described above, in both the first and second embodiments in which the blanks that are stopped for a predetermined period after being applied to the developing AC bias in the toner moving direction are provided at a constant period, high image density can be ensured, and density unevenness and background fogging can be ensured. In contrast, in Comparative Example 1 in which the development AC bias was a continuous wave with no blank, the image density was secured, but uneven density and background fogging occurred. Further, in Comparative Example 2 in which the development AC bias was not applied and the development bias was only DC, the image density was low, and density unevenness and background fogging occurred from the beginning or early of the test.
From these test results, it is possible to improve the recovery of charged particles in the developing tank and make the toner layer uniform by providing a blank that is paused for a predetermined period after being applied to the developing AC bias in the toner movement direction. As a result, it was confirmed that a high image density can be secured, and the occurrence of density unevenness and background fogging can be effectively prevented.
〔実験II〕
実施例1で用いたものと同一の現像装置および現像剤を使用し、電界形成条件を様々に変更して、画像面積率が5%の画像を100,000枚印刷後、印刷不良発生の有無を調べる試験を行った。
各条件での試験結果は、次の4段階のランク分けにて評価した。
・×:許容できない印刷状態
・△:○より劣るが許容できる印刷状態
・○:初期よりは低下するが良好な印刷状態
・◎:初期と全く変わらない良好な印刷状態
試験結果を表1に示す。
[Experiment II]
Using the same developing device and developer as those used in Example 1, changing the electric field forming conditions in various ways, and after printing 100,000 sheets of an image with an image area ratio of 5%, whether print defects occurred A test was conducted to investigate.
The test results under each condition were evaluated by the following four ranks.
-: Unacceptable printing state-△: Inferior printing state but acceptable printing state-○: Good printing state that is lower than the initial state-A: Good printing state that is not different from the initial state Table 1 shows the test results .
表1の試験結果に基づいて、現像ACバイアスの各条件についてより有効な範囲を調べた。
現像ACバイアスのピーク・ツー・ピーク電圧(VPP)については、VPP=800ボルトでは、低周波数側で濃度むらが発生し易く、高周波数側では濃度不足が生じ易くなっている。VPP=1000,2000,2500ボルトでは、800Hzの低周波数で濃度むらが発生し易くなっている。また、VPP=2800になると、現像ニップやトナー供給回収ニップで放電が発生し、所謂べた画像では白点が、白紙部では黒点がそれぞれ発生し易くなった。従って、現像ACバイアスのピーク・ツー・ピーク電圧(VPP)については、1000ボルトから2500ボルトの範囲に設定することで、濃度むらや放電が生じないより良好な画像を得ることができる。また、周波数が6000Hzと高くなると、濃度不足が生じ易くなっている。
Based on the test results in Table 1, a more effective range for each condition of the development AC bias was examined.
As for the peak-to-peak voltage (V PP ) of the developing AC bias, when V PP = 800 volts, density unevenness is likely to occur on the low frequency side, and insufficient density is likely to occur on the high frequency side. When V PP = 1000, 2000, 2500 volts, uneven density tends to occur at a low frequency of 800 Hz. Further, when V PP = 2800, discharge occurred in the development nip and the toner supply / recovery nip, and white spots were easily generated in so-called solid images and black spots were easily generated in white paper portions. Therefore, by setting the peak-to-peak voltage (V PP ) of the developing AC bias within the range of 1000 volts to 2500 volts, it is possible to obtain a better image that does not cause uneven density or discharge. Further, when the frequency is as high as 6000 Hz, the concentration is likely to be insufficient.
ブランク部の設定周期については、電圧パルス60周期にまで長くしてブランク部の頻度を低下させると、荷電粒子のスリーブ側への回収性が悪化し現像槽内での荷電粒子蓄積効果によるキャリアの帯電性向上効果が低くなり、100,000枚印刷後には地肌かぶりが発生し易くなる。この傾向は、VPP=1000ボルト,2500ボルトの何れにおいても同じであった。一方、ブランク部の設定周期を電圧パルス8周期にまで短くしてブランク部の頻度を高めると、濃度むらが発生し易くなる。従って、ブランクを設ける周期については、電圧パルスの10から50周期毎とするのが好ましい。
また、この場合において、電圧パルスの周波数A(kHz)に対して、ブランク部の期間を(5/1000A)秒から(20/1000A)秒の範囲に設定することで、画像濃度を確保でき濃度むらや地肌かぶりの無いより良好な印刷状態が得られることが判った。
As for the setting period of the blank part, if the frequency of the blank part is lowered by extending it to the voltage pulse 60 period, the recoverability of charged particles to the sleeve side deteriorates, and the carrier due to the charged particle accumulation effect in the developing tank is deteriorated. The effect of improving the charging property is reduced, and the background fog is likely to occur after printing 100,000 sheets. This tendency was the same for both V PP = 1000 volts and 2500 volts. On the other hand, when the frequency of the blank part is increased by shortening the set period of the blank part to 8 voltage pulses, uneven density tends to occur. Therefore, it is preferable that the blank is provided every 10 to 50 periods of the voltage pulse.
In this case, with respect to the frequency A (kHz) of the voltage pulse, by setting the blank period in the range of (5/1000 A) seconds to (20/1000 A) seconds, the image density can be secured. It was found that a better printing state without unevenness or background fogging can be obtained.
1:画像形成装置、2:現像剤、4:キャリア、6:トナー、8:荷電粒子、10:スペント、12:感光体、16:帯電ステーション、18:露光ステーション、20:現像ステーション、22:転写ステーション、24:クリーニングステーション、26:帯電装置、28:露光装置、30:画像光、32:通路、34:現像装置、36:転写装置、38:シート、40:クリーニング装置、42:ハウジング、44:開口部、46:第2の空間、48:現像ローラ、50:現像ギャップ、52:第2の空間、54:搬送ローラ、56:供給回収ギャップ、58:磁石体、60:スリーブ、63:規制板、64:規制ギャップ、66:現像剤攪拌室、68:前室、70:後室、72:前スクリュー、74:後スクリュー、76:隔壁、86:規制領域、88:供給回収領域、90:供給領域、92:回収領域、94:放出領域、96:現像領域、98:トナー補給部、100:容器、102:開口部、104:補給ローラ、112:第1の電源、114:第2の電源、118:第1の直流電源、120:第2の直流電源、160:交流電源、BP:ブランク部。 1: image forming apparatus, 2: developer, 4: carrier, 6: toner, 8: charged particles, 10: spent, 12: photoconductor, 16: charging station, 18: exposure station, 20: developing station, 22: Transfer station 24: Cleaning station 26: Charging device 28: Exposure device 30: Image light 32: Passage 34: Development device 36: Transfer device 38: Sheet 40: Cleaning device 42: Housing 44: opening, 46: second space, 48: developing roller, 50: developing gap, 52: second space, 54: transport roller, 56: supply / recovery gap, 58: magnet body, 60: sleeve, 63 : Restriction plate, 64: restriction gap, 66: developer stirring chamber, 68: front chamber, 70: rear chamber, 72: front screw, 74: rear screw, 76: partition wall, 8 : Restriction area, 88: supply / recovery area, 90: supply area, 92: collection area, 94: discharge area, 96: development area, 98: toner replenishment section, 100: container, 102: opening, 104: replenishment roller, 112: 1st power supply, 114: 2nd power supply, 118: 1st DC power supply, 120: 2nd DC power supply, 160: AC power supply, BP: Blank part.
Claims (5)
相互の摩擦接触によって互いに異なる極性に帯電するトナー及びキャリアと、上記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され該トナーとは異なる極性に帯電する荷電粒子と、を含む現像剤を貯える現像剤貯留部と、
該現像剤貯留部から上記現像剤を搬送する第1の搬送部材と、
第1の領域を介して上記第1の搬送部材に対向し、第2の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第2の搬送部材と、
上記第1の搬送部材と上記第2の搬送部材との間に、上記第1の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第2の搬送部材に移動させる第1の電界を形成し、上記第2の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第2の電界を形成して、上記第2の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像をトナー画像として可視像化する電界形成手段と、を備え、
上記第1の電界は、トナーを第1の搬送部材側に移動させるパルス電圧と、トナーを第2の搬送部材側に移動させるパルス電圧とが交互に印加される振動電界であって、さらに、所定期間だけパルス電圧の印加が休止されるブランク部を備え、該ブランク部前後の電界方向がトナーを第2の搬送部材側に移動させる方向である電圧波形を有している、
ことを特徴とする現像装置。 A developing device that visualizes an electrostatic latent image on an electrostatic latent image carrier using a developer including at least a toner and a carrier,
A developer containing toner and carrier that are charged with different polarities by frictional contact with each other, and charged particles that are removably held on the surface of the toner and charged with a different polarity from the toner is stored. A developer reservoir,
A first conveying member that conveys the developer from the developer reservoir;
A second conveying member facing the first conveying member via a first region and facing the electrostatic latent image carrier via a second region;
A first electric field is formed between the first conveying member and the second conveying member to move the toner in the developer held by the first conveying member to the second conveying member. and, above SL to form a second electric field between the second conveying member and the electrostatic image bearing member, the second conveying member is the held the toner the electrostatic latent image bearing the is moved to the electrostatic latent image of the body and a electric field forming means that turn into a visible image as a toner image the electrostatic latent image,
The first electric field is an oscillating electric field in which a pulse voltage for moving the toner toward the first conveying member and a pulse voltage for moving the toner toward the second conveying member are alternately applied, and A blank portion in which the application of the pulse voltage is suspended for a predetermined period, and the electric field direction before and after the blank portion has a voltage waveform that is a direction in which the toner is moved to the second conveying member side;
A developing device.
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