JP3634401B2 - Development device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、像担持体上に潜像を形成し現像して可視化する、電子写真方式等を利用した画像形成装置における現像装置に関し、特に現像にトナーとキャリアとを有する二成分現像剤を使用する現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子写真方式のカラーレーザビームプリンタの一例を図4に示す。このカラープリンタは、プリンタ本体内に第1、第2、第3及び第4の4つの画像形成ステーションPM、PC、PY及びPKを備え、又その一側、即ち図4の右側に給紙部(説明を簡単にするために給紙カセット30のみを図示する)が、その反対側、即ち図4の左側に定着部(図示せず)がそれぞれ配設されている。又プリンタ本体内の前記給紙部から前記定着部に至る経路の下側には、転写材を搬送する無端状の転写材搬送手段、例えば転写ベルト16が周知の態様で複数のローラ間に架張されている。この転写ベルト16は図示矢印で示す方向に駆動され、前記給紙部を通じて送給される転写材を担持し、前述した各画像形成ステーションPM、PC、PY及びPKへと順次搬送する。
【0003】
各画像形成ステーションPM 、PC 、PY 及びPK は実質的に同一の構成を有し、通常のように図示矢印方向に回転駆動される像担持体である感光ドラム4M、4C、4Y及び4Kを含み、各感光ドラムの周辺には、感光ドラムを一様帯電する一次帯電器22M、22C、22Y及び22K、感光ドラム上に形成された静電潜像を現像する現像器9M、9C、9Y及び9K、現像により得られた可視画像のトナー像を転写材へ転写する転写帯電器17M、17C、17Y及び17K、感光ドラム上に残存するトナーを除去するドラムクリーナ25M、25C、25Y及び25Kが、ドラム回転方向に順次配設されている。又各感光ドラム4M、4C、4Y及び4Kの上方には、像露光装置23M、23C、23Y及び23Kがそれぞれ設けられている。
【0004】
前記現像器9Mにはマゼンタ色のトナーが、現像器9Cにはシアン色のトナーが、現像器9Yにはイエロー色のトナーが、現像器9Kには黒色のトナーがそれぞれ収容されている。前記像露光装置23M、23C、23Y及び23Kは、本例では、半導体レーザ、ポリゴンミラー、fθレンズ等からなり、電気デジタル画素信号の入力を受けて、この信号に対応して変調されたレーザビームを前記一次帯電器22M、22C、22Y及び22Kと現像器9M、9C、9Y及び9Kとの間でドラム母線方向に走査してドラム面を露光し、ドラム面に対応する色の静電潜像を形成するようになっている。像露光装置23Mにはカラー画像のマゼンタ成分像に対応する画素信号が、像露光装置23Cにはシアン成分像に対応する画素信号が、像露光装置23Yにはイエロー成分像に対応する画素信号が、そして像露光装置23Kには黒成分像に対応する画素信号がそれぞれ入力される。
【0005】
又第1の画像形成ステーションPM と給紙部との間には、転写材吸着手段を構成する図示しない吸着帯電器と接地された金属製のローラが転写ベルト16を挟んで対向設置されており、給紙部から供給される転写材を前記転写ベルト16に確実に吸着させるためにコロナ放電及び電荷の注入を行なう。一方、第4の画像形成ステーションPK と定着部との間には除電用帯電器(図示せず)が設けられており、この除電用帯電器には転写ベルト16に吸着されている転写材を分離するために交流電圧が印加される。
【0006】
上記構成のカラープリンタにおいて、転写材が給紙カセット30より転写ベルト16上に給紙されると、上述の吸着帯電器及びローラの作用により転写材は転写ベルト16上に確実に吸着される。転写ベルト16の図示矢印方向への移動に伴なって、第1の画像形成ステーションPM の感光ドラム4Mにはマゼンタトナー像が、第2の画像形成ステーションPC の感光ドラム4Cにはシアントナー像が、第3の画像形成ステーションPY の感光ドラム4Yにはイエロートナー像が、そして第4の画像形成ステーションPK の感光ドラム4Kには黒トナー像がそれぞれ分担されて形成される。
【0007】
これら各色のトナー像は、転写ベルト16の移動によって転写材が第1〜第4の画像形成ステーションPM 〜PK の感光ドラム4M〜4Kの下部を順次に通過して定着部の方向へと搬送される間に、各画像形成ステーションの転写帯電器17M、17C、17Y及び17Kにより転写材上に順次に重ねて転写されてカラー画像が合成される。転写材は、第4の画像形成ステーションPK を通過した後、交流電圧が印加された前記除電用帯電器により除電され、転写ベルト16から分離される。転写ベルト16から分離された転写材は定着部に送られ、この定着部内で転写された画像が定着された後、転写材排出口からトレイへと排出され、かくして1つの複写サイクルが終了する。
【0008】
ところで、電子写真方式のカラーレーザビームプリンタや複写機等のフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、画像の色味などの観点から、現像装置に二成分現像剤が多く用いられている。周知のように、この二成分現像剤のトナー濃度(即ち、キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合)は画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。現像剤のトナー粒子は現像時に消費され、トナー濃度は変化する。このため、現像剤濃度制御装置(ATR)を使用して適時現像剤のトナー濃度を正確に検出し、その変化に応じてトナー補給を行ない、トナー濃度を常に一定に制御し、画像の品位を保持する必要がある。
【0009】
例えば上述の電子写真方式のカラーレーザビームプリンタの各画像形成ステーションに使用されている従来の現像剤濃度制御装置を備えた現像装置の一例を図5に示す。代表例として、黒トナー像を形成する第4の画像形成ステーションの現像装置9Kを図示するが、第1〜第3の画像形成ステーションにも同様な構成の現像装置が使用されている。
【0010】
この現像装置9Kは、感光ドラム4Kに対向して配置されており、その内部は垂直方向に延在する隔壁10によって第1室(現像室)11と第2室(撹拌室)12とに区画されている。第1室11には矢印方向に回転する非磁性の現像スリーブ3が配置されており、この現像スリーブ3内にマグネット13が固定配置されている。現像スリーブ3はブレード14によって層厚を規制された二成分現像剤(磁性キャリアと非磁性トナーを含む)の層を担持搬送し、感光ドラム4Kと対向する現像領域で現像剤を感光ドラム4Kに供給して静電潜像を現像する。現像効率、即ち潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ3には電源15から直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加されている。
【0011】
第1室11及び第2室12にはそれぞれ現像剤撹拌スクリュー41及び42が配置されている。スクリュー41は第1室11中の現像剤を撹拌搬送し、又スクリュー42は、図示しないトナー補給槽のトナー排出口から搬送スクリュー43の回転によって供給されたトナーと既に現像装置9K内にある現像剤44とを撹拌搬送し、トナー濃度を均一化する。隔壁10には図5における手前側と奥側の端部において第1室11と第2室12とを相互に連通させる現像剤通路(図示せず)が形成されており、上記スクリュー41、42の搬送力により、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した第1室11内の現像剤が一方の通路から第2室12内へ移動し、第2室12内でトナー濃度の回復した現像剤が他方の通路から第1室11内へ移動するように構成されている。
【0012】
一方、現像剤濃度制御装置はいわゆる反射光量検知方式と呼ばれるものであり、所定のタイミングで作動されたときに、感光ドラム4K上に形成された所定のパッチ状の静電潜像を、一定条件下で現像装置9Kにより現像することにより形成されたパッチ状の基準濃度の参照画像20に、双方向発光型のLED(発光ダイオード)1から光を照射し、その反射光をホトダイオード2で受光し、この反射光量から現時点でのトナー濃度を検出し、これを基準濃度に対応する基準レベルの信号と比較し、トナーが過補給であったのか、補給不足であったのかを判断し、この判断に基づいて現像装置9Kに適当量のトナーを補給し、トナー濃度を適正に制御するようにしたものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプリンタによって画像を出力したところ、反射濃度で0.3以下のハーフトーン領域においてガサツキが生じてしまった。このガサツキは文字原稿等においては比較的発生しないが、写真等の濃度の薄い画像で多く生じた。
【0014】
そこで、ガサツキの発生原因について検討を行ったところ、以下のことが分かった。通常、ドット潜像によりハイライト部の潜像を形成する場合、ミクロ的に見ると感光ドラム上の潜像は、アナログ潜像のようなブロードな潜像ではなく局所的な潜像となっている。更により低濃度を再現しようとすると、感光ドラムの感光体膜厚の影響から潜像がなまる。例えば反射濃度が0.2程度の画像を再現しようとすると、そのときの潜像の最大コントラストV0 は150〜250V程度となってしまう。又反転現像の場合、カブリをとるために非画像部の表面電位は、現像バイアスのDC成分よりも100〜200Vだけ高く設定されているので、V0 が150〜250Vの場合の現像バイアスのDC成分との電位差Vcontは0〜100V程度になってしまう。
【0015】
このVcontが0〜100Vというのは、トナーが感光ドラム側に着くか現像スリーブ側に着くかの非常に不安定なコントラストである。そのために二成分現像剤によって上記潜像を現像する際、現像剤の磁気ブラシの接触状態が現像効率に大きく寄与し、磁気ブラシの穂のムラに対応したドットの欠落等によるガサツキが発生し易くなる。
【0016】
その画像のガサツキをなくす目的で、現像バイアスに図6のような矩形波の交番電圧を重畳させると、トナーが現像スリーブと感光ドラムとの間(SD間)で十分に往復運動する。しかしながらハイライト部の潜像電位は浅く、摩擦帯電電荷の低いトナーでは静電付着力が弱く、往復運動で現像スリーブ側に引き戻され易い。このため摩擦帯電電荷の高いトナーだけが現像に使用され、摩擦帯電電荷の低いトナーは現像に寄与しない結果となって、依然としてガサツキの発生を防止できない。
【0017】
本発明の目的は、ハイライト部のガサツキをなくして、良好な現像により高画質の画像を得ることを可能とした現像装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置によって達成される。要約すれば本発明は、非磁性トナー及び磁性キャリアを備える現像剤を担持して現像部へ搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に内蔵される磁界発生手段と、を有し、前記現像剤担持体上に形成された現像剤の磁気ブラシを像担持体上に形成された静電潜像に接触させて現像電界により現像する現像装置において、
前記現像部において、前記像担持体と前記現像剤担持体との間隙をr(mm)、磁気ブラシの穂の高さをh(mm)とすると、
0.2≦r/h≦0.7、 且つ 0.2mm≦r
の関係を満たし、
前記現像電界の1周期中に、トナーを前記像担持体から前記現像剤担持体へ付勢する戻し電界部及びトナーを前記現像剤担持体から前記像担持体へ付勢する飛翔電界部を交互に複数回繰り返す矩形波状の交番電界部と、前記交番電界部に引き続いて形成される直流電界部と、を有し、前記直流電界部は前記飛翔電界部の次に形成され、
前記交番電圧の1周期の長さは周波数表示で6kHz〜14kHzであることを特徴とする現像装置である。
【0019】
【実施例】
実施例1
図1は、本発明の現像装置を備えた画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。本実施例では、画像形成装置の各画像形成ステーションPM、PC、PY、PKに設置された現像装置9M、9C、9Y、9Kの現像部、及びそられの現像スリーブに印加する現像バイアスに特徴がある。本実施例の画像形成装置及び現像装置自体の構成は、図4に示した従来の画像形成装置及び図5に示した現像装置と基本的に同じであるので、画像形成装置については図1において図4の部材と同一の部材に同一の符号を付してその説明は省略し、又現像装置は必要な限り図5を参照して説明を加える。
【0020】
図1の各画像形成ステーションPM 、PC 、PY 、PK で感光ドラム4M、4C、4Y、4K上に形成された静電潜像は、それぞれの現像装置9M、9C、9Y、9Kの現像スリーブに共通の電源15からシーケンス的に現像バイアスを印加することにより、現像されてトナー像とされる。各現像装置9M、9C、9Y、9Kで使用する現像剤は、マイナスに帯電する非磁性トナーとプラスに帯電するキャリア(磁性粒子)とを有する二成分現像剤である。
【0021】
本実施例において、非磁性トナーとキャリアの混合比は、現像剤のトナー濃度が約5重量%となるようにした。非磁性トナーは約8μmの体積平均粒径を有する。又キャリアはフェライト粒子(最大磁化率60emu/g)を樹脂コーティングしてなっており、その重量平均粒径は50μmであり、抵抗値は108Ω・cm以上である。キャリアの透磁率は約5.0である。
【0022】
以下、各画像形成ステーションで使用されている現像装置の代表として、先の図5に示した黒トナー像を形成する第4の画像形成ステーションPKの現像装置9Kを例に採って説明するが、第1〜第3の画像形成ステーションPM〜PYの現像装置9M〜9Yにおいても同様にされる。
【0023】
図5に示すように、第4ステーションの現像装置9Kの感光ドラム4Kに近接した部位に開口部が設けられ、非磁性の現像スリーブ3がこの開口部から感光ドラム4K方向に突出するようにして、現像装置9K内に回転自在に設置されている。現像装置9K内には黒トナーを含む二成分現像剤44が収容されている。
【0024】
本実施例では、現像スリーブ3の外径寸法は32mmであり、その周速は280mm/秒である。又現像スリーブ3は感光ドラム4Kとの間の間隙(SD間隙)rが0.5mm(500μm)となるように、感光ドラム4Kに対して配置されている。現像スリーブ3内には磁界発生手段である磁石13が、現像スリーブ3の回転に対して非回転に固定設置されている。
【0025】
磁石13は、現像スリーブ3と感光ドラム4Kとが対向した現像部に位置した現像磁極N1 と、現像スリーブ3の回転方向に関してその磁極N1 の下流方向に磁極S3 と、現像剤を搬送するための磁極S2 、N2 及びS1 とを有している。磁石13は現像磁極N1 が感光ドラム4Kに対向するように配置される。現像磁極N1 は現像部の近傍に磁界を形成し、この磁界によって現像スリーブ3上に担持された二成分現像剤に磁気ブラシが形成される。
【0026】
現像スリーブ3の上方にはブレード14が現像装置9Kに固定設置されている。このブレード14は現像スリーブ3と所定の間隙を置いて配置され、本実施例ではその間隙を800μmとした。ブレード14はアルミニウム、SUS316等の非磁性材料からなり、現像スリーブ3上の現像剤の層厚を規制する。
【0027】
第1室(現像室)11及び第2室(撹拌室)12には、それぞれ現像剤撹拌スクリュー41及び42が設置されている。スクリュー41は図中の矢印方向に回転駆動されることによって、第1室11内の現像剤を現像スリーブ3の長手方向に向けて搬送し、又スクリュー42は上記とは逆方向に回転駆動されることによって、第2室12内の現像剤を現像スリーブ3の長手方向に上記と逆方向に搬送する。このとき図示しないトナー補給装置から搬送スクリュー43により撹拌室12内に補給されたトナーが、このスクリュー42で搬送される現像剤と撹拌、混合される。
【0028】
現像スリーブ3は磁極S2 の近傍で現像剤を担持し、担持された現像剤は現像スリーブ3の回転に伴い現像部に向けて搬送される。現像剤が現像部近傍に到達すると、現像剤のキャリア(磁性粒子)が磁極N1 の磁気力で連なりがながら現像スリーブ3の表面から立ち上がり、現像スリーブ3の表面上に磁気ブラシが形成される。磁気ブラシの先端は感光ドラム4Kの表面を摺擦し、感光ドラム4Kの潜像を現像する。このとき現像効率を高めるために、現像スリーブ3と感光ドラム4Kとの間に直流電圧に交番電圧を重畳した現像バイアスを印加し、その現像バイアスの印加下で磁気ブラシによる現像を行なわせる。
【0029】
本発明では、このとき、ハイライト部が滑らかでガサツキがなく、且つT/T+C比(現像剤のトナー濃度。T:トナー重量、C:キャリア重量である)の変動による濃度変動の少ない画像を得るために、直流電圧に1周期が所定長さの交番電圧を所定の周期数だけ重畳した現像バイアスを使用する。この現像バイアスについては後述する。
【0030】
更に本発明では、T/T+C比の変動による画像濃度の変動をより一層抑制するために、現像スリーブ3と感光ドラム4KとのSD間隙の距離を広げて現像効率を下げた。そしてこの現像効率の低下を補うために、現像部の現像磁極N1 によって形成される磁気ブラシの穂の高さ(現像穂高)を高くした。SD間隙と現像穂高の関係も後で述べる。
【0031】
本発明で用いた現像バイアスの波形図を図2示す。この現像バイアスは、直流電圧に1周期が所定長さの交番電圧を所定の周期数だけ重畳しており、交番電界部の後に直流電界部の区間を有したパターンをしている。これを1セットして同じパターンで現像スリーブ3に現像バイアスを印加するものである。本実施例では、500Vの直流電圧に、ピークツウピーク電圧が2kV(2kVpp)、1周期の長さが周波数表示で14kHzの矩形波を2周期分重畳し、交番電界部の後に2kHzの直流電界部を有する現像バイアスとしてある。
【0032】
先ず、図2の波形のaの部分では、現像スリーブ3に対し感光ドラム4Kとの間で2kVppの交番電圧が印加され、そのうちのプラス(+)の高電界(戻し電界)が高周波数(28kHz)でかかる。そのとき現像スリーブ3上の磁気ブラシ中のマイナスに帯電しているトナーは、キャリアから離れずにそのままでいる。次に波形のbの部分では、現像スリーブ3にマイナス(−)の高電界(飛翔電界)が高周波数(28kHz)でかかる。そのときマイナスに帯電しているトナーはキャリアから離れて感光ドラム4Kの面に向かう。次に波形のcの部分では、再びaの部分と同様の戻し電界がかかり、トナーが現像スリーブ3側に戻されるが、その戻される距離はbの部分の飛翔電界よる飛翔距離よりも直流成分(DC)の分だけ短く、完全には現像スリーブ3に戻らない。次に波形のdの部分では、再びbの部分と同様な飛翔電界によりトナーが感光ドラム4Kの面に向かう。その後、波形のeの部分でDC電界によりトナーが等速度運動を行ない、感光ドラム4K上の潜像に到達する。つまり交番電界を2周期印加する間に、摩擦帯電電荷が高くキャリアに付着していたトナーも電界で振動を受けるので、現像に寄与するようになる。
【0033】
このように、本発明に係る現像バイアスによれば、矩形波に比べトナーの引き戻し時間が短いから十分な現像時間があり、トナーの帯電性に拘らず現像に寄与させることができる。従って感光ドラム上の低電位潜像部であるハイライト部に対しても十分なトナーを供給できると考えられる。
【0034】
次に、現像スリーブ3と感光ドラム4Kとの間のSD間隙の距離と磁気ブラシの現像部における穂の高さ(現像穂高)の関係について説明する。本実施例において、SD間隙の距離(これをr(mm)とする)と磁気ブラシの現像穂高(これをh(mm)とする)とを種々変えて現像を行ない、得られた画像のハイライト部の滑らかさ及びトナー融着を評価した。
【0035】
磁気ブラシの現像穂の高さの測定は、一例として例えば図3に示すようにして行なった。図3(a)に示すように、高さzが予め既知の台52を現像スリーブ3上に載置する。次に適当な長さのガラス板51を台52と現像スリーブ3との間に立てかけると、現像スリーブ3の表面上に形成されている現像穂53にガラス板51が接して、図3(b)に示すように、現像穂53中のトナーがガラス板51に付着する。そのガラス板51のトナーが付着した部分の長さxを測定する。又ガラス板51と現像スリーブ3との接点からガラス板51と台52とが接する位置までの現像スリーブ3上の長さkを測定する。現像スリーブ3とガラス板51とがなす角度をαとすると、現像スリーブ3の表面上の現像穂53の高さhは、
現像穂高h=xsinα、 α=tan− z/k
である。
【0036】
画像のハイライト部の滑らかさ及びトナー融着を評価した結果を表1に示す。
【0037】
【表1】
【0038】
表1に示されるように、現像スリーブ3と感光ドラム4KのSD間隙rと現像穂高hとの関係r/hが0.2未満では、現像部で現像スリーブ3と感光ドラム4との間にメカニカルな圧縮力が働いて、現像穂にトナーの融着が発生する。r/hが0.7よりも大きい場合は、著しい画質の劣化が発生した。又SD間隙rが0.2mm未満では、現像穂による感光ドラム上の摺擦が生じ、得られる画像に掃き目状の画質劣化が発生した。
【0039】
以上から、本発明では、SD間隙rと現像穂高hとが、
0.2≦r/h≦0.7 且つ 0.2mm≦r
を満たし、前述した現像バイアスを用いることを条件とした。
【0040】
以上は、第4の画像形成ステーションPK の現像装置9Kについて説明したが、第1〜第3の画像形成ステーションPM 〜PY の現像装置9M〜9Yについても同様にされる。
【0041】
これによりアナログ潜像の画像部のガサツキは勿論のこと、ドット潜像によるハイライト部が滑らかでガサツキがなく、且つ現像剤の濃度変動による濃度変動を抑えた高画質のカラー画像を得ることが可能になった。
【0042】
実施例2
先の実施例では、現像バイアスとして、図2に示すように、500VのDC電圧に、ピークツウピーク電圧が2kVで1周期が14Hzの矩形波を2周期重畳させた波形を用いたが、本実施例では、矩形波を3周期設けたことが特徴である。その他は実施例1と同様にした。
【0043】
本実施例においても、同様に、ハイライト部が滑らかでガサツキがなく、且つ現像剤の濃度変動による濃度変動を抑えた高画質のカラー画像を得ることができた。
【0044】
本発明で用いる現像バイアスは、一般に1セットのパターン中にDC電圧のみが存在する区間を有していれば、1セット中に矩形波は何周期分重畳してもよい。このような現像バイアスによれば、ピークツウピーク電圧2kVでプラスの高電界及びマイナスの高電界が交互に印加され、1周期が14kHzの矩形波が数周期形成されるので、ハイライト部が滑らかでガサツキをなくす効果がある。
【0047】
本発明においては、一般に現像バイアスの交番電圧の1周期の長さは、周波数表示で6kHzから16kHzを採用することができる。交番電圧の1周期が6kHz〜16kHzの間であれば、その交番電界を複数回印加する間に、摩擦帯電電荷が高くキャリアに付着していたトナーも電界で振動を受けて、現像に関与するようになるので、感光ドラム上の低電位潜像部であるハイライト部に対しても十分なトナーを供給でき、ハイライト部の滑らかさに優れたカラー画像を提供することを可能にできた。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、「0.2≦r/h≦0.7、 且つ 0.2mm≦r」の構成により、磁気ブラシの像担持体への接触状態を良好にして「トナー融着」や「磁気ブラシの掃き目による画質劣化」を防止し、さらに、「直流電界部を矩形波状の飛翔電界部の次に形成する」構成により、現像時(直流電界形成時)、キャリア(磁気ブラシ)の像担持体への接触状態をより一層軽くして、つまり、矩形波にしたことによりキャリアが現像剤担持体側に付勢される状態、一方、トナーは像担持体側に存在する状態が長くなり、このような状態にしてから直流電界部を形成するので、トナーの帯電状態に関わらず高帯電トナーをも現像に寄与させることができ、その結果、ドットの欠落を防止してハイライト部のガサツキのない高画質の画像を得ることができる。
更に、本発明では、「交番電圧の1周期の長さは周波数表示で6kHz〜14kHzである」構成とすることにより、交番電界を印加する間に、摩擦帯電電荷が高くキャリアに付着していたトナーも電界で振動を受けて、現像への寄与度が高くなり、ハイライト部に対して十分なトナーの供給が行え、滑らかなハイライト部の再現が可能となる。
即ち、本発明によれば、上記構成により、ハイライト部のガサツキをなくして高画質の画像を得ることができる、といった相乗効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の現像装置を備えた画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図2】図1の画像形成装置に設置した現像装置で使用した現像バイアスを示す波形図である。
【図3】現像剤の磁気ブラシの現像穂高の測定方法を示す説明図である。
【図4】従来の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図5】図4の画像形成装置に設置した現像装置を示す概略構成図である。
【図6】図5の現像装置で使用した現像バイアスを示す波形図である。
【符号の説明】
3 現像スリーブ
4M、4C、4Y、4K 感光ドラム
9M、9C、9Y、9K 現像装置
13 磁石
15 現像バイアス電源
16 転写ベルト[0001]
[Industrial application fields]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a developing device in an image forming apparatus using an electrophotographic system that forms a latent image on an image carrier and develops and visualizes it, and in particular, a two-component developer having toner and carrier for development The present invention relates to a developing device that uses.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional electrophotographic color laser beam printer is shown in FIG. This color printer includes first, second, third and fourth image forming stations P M , P C , P Y and P K in the printer body, and one side thereof, that is, the right side of FIG. In addition, a paper feeding section (only the
[0003]
Each of the image forming stations P M , P C , P Y and P K has substantially the same configuration, and is a
[0004]
The developing
[0005]
Also between the first image forming station P M and the sheet feeding section, a metal roller (not shown) that is grounded and the adsorption charger constituting the transfer material attracting means is opposed disposed across the
[0006]
In the color printer configured as described above, when the transfer material is fed onto the
[0007]
The toner images of these colors are transferred by the
[0008]
By the way, in a color image forming apparatus for forming a full color or multicolor image such as an electrophotographic color laser beam printer or a copying machine, a two-component developer is often used in the developing device from the viewpoint of the color of the image. Yes. As is well known, the toner concentration of the two-component developer (that is, the ratio of the toner particle weight to the total weight of the carrier particles and toner particles) is an extremely important factor in stabilizing the image quality. The toner particles of the developer are consumed during development, and the toner density changes. For this reason, the developer concentration control device (ATR) is used to accurately detect the toner concentration of the developer in a timely manner, and the toner is replenished in accordance with the change, so that the toner concentration is always controlled to be constant and the image quality is improved. Need to hold.
[0009]
For example, FIG. 5 shows an example of a developing device provided with a conventional developer concentration control device used in each image forming station of the above-described electrophotographic color laser beam printer. As a representative example, the developing
[0010]
The developing
[0011]
Developer stirring
[0012]
On the other hand, the developer concentration control device is a so-called reflected light amount detection method, and when operated at a predetermined timing, a predetermined patch-like electrostatic latent image formed on the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an image is output by the above-described conventional printer, roughness occurs in a halftone region having a reflection density of 0.3 or less. Although this roughness does not occur relatively in character originals or the like, it often occurs in low-density images such as photographs.
[0014]
Then, when the cause of the occurrence of roughness was examined, the following was found. Normally, when forming a latent image of a highlight portion with a dot latent image, when viewed microscopically, the latent image on the photosensitive drum is not a broad latent image like an analog latent image but a local latent image. Yes. If an attempt is made to reproduce a lower density, the latent image is blurred due to the influence of the photosensitive drum film thickness of the photosensitive drum. For example, if an image having a reflection density of about 0.2 is to be reproduced, the maximum contrast V 0 of the latent image at that time is about 150 to 250V. In the case of reversal development, the surface potential of the non-image area is set to be 100 to 200 V higher than the DC component of the developing bias in order to remove the fog, so that the developing bias DC when V 0 is 150 to 250 V is set. The potential difference Vcont from the component is about 0 to 100V.
[0015]
The Vcont of 0 to 100 V is a very unstable contrast whether the toner reaches the photosensitive drum side or the developing sleeve side. Therefore, when developing the latent image with a two-component developer, the contact state of the magnetic brush of the developer greatly contributes to the development efficiency, and it is easy to cause roughness due to missing dots corresponding to unevenness of the magnetic brush head. Become.
[0016]
If a rectangular wave alternating voltage as shown in FIG. 6 is superimposed on the developing bias for the purpose of eliminating the roughness of the image, the toner sufficiently reciprocates between the developing sleeve and the photosensitive drum (between SD). However, the latent image potential of the highlight portion is shallow, and the toner having a low triboelectric charge has a low electrostatic adhesion, and is easily pulled back to the developing sleeve side by reciprocating motion. For this reason, only a toner having a high triboelectric charge is used for development, and a toner having a low triboelectric charge does not contribute to the development, so that it is still impossible to prevent the occurrence of roughness.
[0017]
An object of the present invention is to provide a developing device that can eliminate the roughness of highlight portions and obtain a high-quality image by good development.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the developing device according to the present invention. In summary, the present invention includes a developer carrying member that carries a developer including a non-magnetic toner and a magnetic carrier and conveys the developer to a developing unit, and a magnetic field generating unit built in the developer carrying member. In a developing device for developing with a developing electric field by bringing a magnetic brush of developer formed on the developer carrier into contact with an electrostatic latent image formed on an image carrier,
In the developing unit, when the gap between the image carrier and the developer carrier is r (mm) and the height of the magnetic brush head is h (mm),
0.2 ≦ r / h ≦ 0.7 and 0.2 mm ≦ r
Satisfy the relationship
During one cycle of the developing electric field, a return electric field part for urging toner from the image carrier to the developer carrier and a flying electric field part for urging toner from the developer carrier to the image carrier are alternated. A rectangular wave-shaped alternating electric field portion that repeats a plurality of times, and a direct-current electric field portion formed subsequent to the alternating electric field portion, the direct-current electric field portion is formed next to the flying electric field portion,
The length of one cycle of the alternating voltage is 6 kHz to 14 kHz in frequency display.
[0019]
【Example】
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus provided with the developing device of the present invention. In the present embodiment, the image is applied to the developing units of the developing
[0020]
The electrostatic latent images formed on the
[0021]
In this embodiment, the mixing ratio of the non-magnetic toner and the carrier is such that the toner concentration of the developer is about 5% by weight. The non-magnetic toner has a volume average particle size of about 8 μm. The carrier is resin-coated with ferrite particles (maximum magnetic susceptibility 60 emu / g), and its weight average particle diameter is 50 μm and its resistance value is 10 8 Ω · cm or more. The permeability of the carrier is about 5.0.
[0022]
Hereinafter, as a representative of a developing device used in each image forming station, it will be described by taking the developing
[0023]
As shown in FIG. 5, an opening is provided in the vicinity of the
[0024]
In this embodiment, the developing
[0025]
[0026]
Above the developing
[0027]
Developer stirring screws 41 and 42 are installed in the first chamber (developing chamber) 11 and the second chamber (stirring chamber) 12, respectively. The
[0028]
The developing
[0029]
In the present invention, at this time, an image having a smooth highlight portion, no roughness, and a small density fluctuation due to a change in T / T + C ratio (toner density of developer; T: toner weight, C: carrier weight) is obtained. In order to obtain this, a developing bias is used in which an alternating voltage having a predetermined length in one cycle is superimposed on the DC voltage by a predetermined number of cycles. This developing bias will be described later.
[0030]
Furthermore, in the present invention, in order to further suppress fluctuations in image density due to fluctuations in the T / T + C ratio, the developing efficiency is lowered by widening the SD gap distance between the developing
[0031]
FIG. 2 shows a waveform diagram of the developing bias used in the present invention. This developing bias has a pattern in which an alternating voltage having a predetermined length of one cycle is superimposed on the DC voltage by a predetermined number of cycles and has a section of the DC electric field portion after the alternating electric field portion. One set of these is applied and a developing bias is applied to the developing
[0032]
First, in the part a of the waveform in FIG. 2, an alternating voltage of 2 kV pp is applied to the developing
[0033]
As described above, the developing bias according to the present invention has a sufficient developing time since the toner pull-back time is shorter than that of the rectangular wave, and can contribute to the development regardless of the charging property of the toner. Therefore, it is considered that sufficient toner can be supplied to the highlight portion which is a low potential latent image portion on the photosensitive drum.
[0034]
Next, the relationship between the SD gap distance between the developing
[0035]
For example, the height of the developing brush of the magnetic brush was measured as shown in FIG. As shown in FIG. 3A, a
Developing Hotaka h = xsinα, α = tan - z / k
It is.
[0036]
Table 1 shows the results of evaluating the smoothness of the highlight portion of the image and the toner fusion.
[0037]
[Table 1]
[0038]
As shown in Table 1, when the relationship r / h between the SD gap r between the developing
[0039]
From the above, in the present invention, the SD gap r and the development head height h are
0.2 ≦ r / h ≦ 0.7 and 0.2 mm ≦ r
And the development bias described above was used.
[0040]
Above it has been described developing
[0041]
As a result, it is possible to obtain a high-quality color image in which the highlight portion due to the dot latent image is smooth and free from roughness, and the density fluctuation due to the density fluctuation of the developer is suppressed, as well as the roughness of the image area of the analog latent image. It became possible.
[0042]
Example 2
In the previous embodiment, as shown in FIG. 2, a waveform obtained by superposing two periods of a rectangular wave having a peak-to-peak voltage of 2 kV and a period of 14 Hz on a DC voltage of 500 V was used as the developing bias. The embodiment is characterized in that three periods of rectangular waves are provided. Others were the same as in Example 1.
[0043]
In the present embodiment as well, a high-quality color image in which the highlight portion is smooth and free from roughness and the density fluctuation due to the density fluctuation of the developer is suppressed can be obtained.
[0044]
As long as the developing bias used in the present invention generally has a section in which only a DC voltage exists in one set of patterns, the rectangular wave may be superimposed for any number of periods in one set. According to such a developing bias, a positive high electric field and a negative high electric field are alternately applied at a peak-to-peak voltage of 2 kV, and a rectangular wave having one period of 14 kHz is formed, so that the highlight portion is smooth. This has the effect of eliminating rust.
[0047]
In the present invention, generally, the length of one period of the alternating voltage of the developing bias can be 6 kHz to 16 kHz in terms of frequency. If one cycle of the alternating voltage is between 6 kHz and 16 kHz, the toner having a high triboelectric charge and adhering to the carrier is also subjected to vibration by the electric field and is involved in development while the alternating electric field is applied a plurality of times. As a result, sufficient toner can be supplied to the highlight portion, which is a low-potential latent image portion on the photosensitive drum, and a color image having excellent smoothness of the highlight portion can be provided. .
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the configuration of “0.2 ≦ r / h ≦ 0.7 and 0.2 mm ≦ r” improves the contact state of the magnetic brush with the image carrier, “Fusion” and “Image quality degradation due to magnetic brush sweep” are prevented, and the “DC electric field part is formed next to the rectangular wave-like flying electric field part” structure enables development (DC electric field formation), carrier The contact state of the (magnetic brush) with the image carrier is further reduced, that is, the carrier is urged toward the developer carrier by the rectangular wave, while the toner is present on the image carrier. Since the DC electric field part is formed after such a state becomes longer, highly charged toner can contribute to the development regardless of the charged state of the toner, and as a result, dot loss is prevented. High image quality without blurry highlights Images can be obtained.
Furthermore, according to the present invention, by adopting a configuration in which “the length of one cycle of the alternating voltage is 6 kHz to 14 kHz in terms of frequency”, the frictional charge is high and the carrier is attached to the carrier while the alternating electric field is applied. The toner is also vibrated by the electric field and contributes to the development. Thus, a sufficient amount of toner can be supplied to the highlight portion, and the smooth highlight portion can be reproduced.
That is, according to the present invention, the above configuration can provide a synergistic effect that a high-quality image can be obtained without the roughness of the highlight portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus provided with a developing device of the present invention.
2 is a waveform diagram showing a developing bias used in a developing device installed in the image forming apparatus of FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing a method for measuring a developing head height of a magnetic brush of a developer.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional image forming apparatus.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a developing device installed in the image forming apparatus of FIG. 4;
6 is a waveform diagram showing a developing bias used in the developing device of FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
3 Developing
Claims (1)
前記現像部において、前記像担持体と前記現像剤担持体との間隙をr(mm)、磁気ブラシの穂の高さをh(mm)とすると、
0.2≦r/h≦0.7、 且つ 0.2mm≦r
の関係を満たし、
前記現像電界の1周期中に、トナーを前記像担持体から前記現像剤担持体へ付勢する戻し電界部及びトナーを前記現像剤担持体から前記像担持体へ付勢する飛翔電界部を交互に複数回繰り返す矩形波状の交番電界部と、前記交番電界部に引き続いて形成される直流電界部と、を有し、前記直流電界部は前記飛翔電界部の次に形成され、
前記交番電圧の1周期の長さは周波数表示で6kHz〜14kHzであることを特徴とする現像装置。A developer carrying member that carries a developer including a non-magnetic toner and a magnetic carrier and conveys the developer to a developing unit; and a magnetic field generating unit that is built in the developer carrying member. In a developing device that develops a developing electric field by bringing a magnetic brush of developer formed into contact with an electrostatic latent image formed on an image carrier,
In the developing unit, when the gap between the image carrier and the developer carrier is r (mm) and the height of the magnetic brush head is h (mm),
0.2 ≦ r / h ≦ 0.7 and 0.2 mm ≦ r
Satisfy the relationship
During one cycle of the developing electric field, a return electric field part for urging toner from the image carrier to the developer carrier and a flying electric field part for urging toner from the developer carrier to the image carrier are alternated. A rectangular wave-shaped alternating electric field portion that repeats a plurality of times, and a direct-current electric field portion formed subsequent to the alternating electric field portion, the direct-current electric field portion is formed next to the flying electric field portion,
The length of one cycle of the alternating voltage is 6 kHz to 14 kHz in frequency display.
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