JP2004347707A - Developing device and image forming apparatus using the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small image forming apparatus with no development history without using a recovery member in a hybrid developing system. <P>SOLUTION: In the developing device comprising a toner carrier 2 which faces to an image carrier 1 carrying an electrostatic latent image, is freely rotatable and carries toner on a surface, and a developer carrier 3 which faces to the toner carrier 2, is freely rotatable and carries a two-component developer comprising toner and a magnetic carrier on a surface, a shape factor of each toner used is ≤125, and in the particle size distribution of the toner, a percentage of particles whose particle diameter is ≤0.5 times a volume average particle diameter is ≤1% of the whole and a percentage of particles whose particle diameter is ≥1.5 times is ≤5% of the whole. The image forming apparatus uses the developing device. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、トナーと磁性キャリアとを具備した二成分現像剤を用い、像担持体上の静電潜像をトナー現像するように構成した現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やプリンタ等の画像形成装置で使用される現像装置としては、所謂ハイブリッド現像方式を採用したものが知られている。
これは、感光体等の像担持体に対向し且つトナーを担持するドナーロールと、このドナーロールに対向し且つトナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を担持するトナー搬送ロールとを備え、磁気ブラシによりトナー搬送ロールから大量の現像剤を供給し、ドナーロール上にトナー層を形成するようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
このハイブリッド現像方式では、通常、一成分現像方式に比べトナーの帯電安定性が向上することや、二成分現像剤を用いて直接像担持体上で現像する二成分現像方式に比べ、微細な網点画像や階調の再現性に優れる等の利点がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２１１９７０号公報（発明の実施の形態の欄、図１）
【特許文献２】
特開平９−２５１２３７号公報（発明の実施の形態の欄、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のハイブリッド現像方式では、ドナーロール上でトナーが消費された部分に対してトナー供給領域でトナーを補充する方法が採られているが、トナーが消費された部分だけでなく、トナーが残存する非消費部分にもトナーが供給され、そのため前回のトナー消費パターンが現像された画像上に現れるという現像履歴の問題がある。
【０００５】
また、ドナーロール上にてトナーを供給、掻き取りを繰り返すと、大きい粒径のトナーと小さい粒径のトナーとの物理的付着力の差（大きい粒径のトナーは、ドナーロールへの物理的付着力が小さいため、ニップ領域で受ける掻き取り力に対し容易に掻き取られるが、小さい粒径のトナーは逆に掻き取られにくい）により、ドナーロール上のトナーの粒径が徐々に小粒径化してくる。
【０００６】
このドナーロール上での粒径の変化は、現像特性や転写特性に変化をもたらし、現像されないでドナーロール上に残留するトナー領域と、現像されて新しいトナーが供給された領域との間で、トナーの濃度差が生じ、これが画像欠陥（現像履歴）をもたらす可能性がある。
特に、通常使用される所謂不定形トナーでは、上述した傾向が強く現れ、ドナーロール上に残留するトナーの小粒径化が進行する。
また、このような現象はトナーの粒度分布が広いほど顕著であり、トナーの平均粒径が、初期の粒径より１０％以上小粒径化すると現像履歴として認識されるようにもなる。
【０００７】
そのため、現像領域を通過したドナーロールから一旦全てのトナーを除去し、その後ドナーロールとトナー供給用ロールとの対向部（トナー供給領域）でドナーロールにトナーを再び担持させる方法が知られている。
例えば、トナー除去手段としてスクレーパを使用すれば、このスクレーパとドナーロールとの接触部でトナーが互いに融着するという問題がある。
そこで、トナー供給用ロールとは別に、新たにトナー回収用ロールを加え、ドナーロール上のトナーをトナー回収用ロールで掻き取る方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）が、装置が大型化する欠点がある。
【０００８】
そこで、装置の小型化という要請を満たすと共に、現像履歴やトナーの小径化を防ぐためには、回収用ロールを使用せずにドナーロール上の残留トナーを確実に取ることが必要で、ドナーロールに対し如何にしてトナーを掻き取り、新たにトナーを供給するかが課題となる。
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、小型形状で、また、長期に亘って現像特性の安定した現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、静電潜像を担持する像担持体１に対向し、回動自在で且つ表面にトナーを担持するトナー担持体２と、このトナー担持体２に対向し、回動自在で且つ表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体３とを有する現像装置において、使用するトナーの形状係数が１２５以下であり、トナーの粒度分布が、体積平均粒径に対し０．５倍以下の粒径の粒子割合を全体の１％以下とし且つ１．５倍以上の粒径の粒子割合を全体の５％以下として設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このような技術的手段において、現像剤担持体３は、内部に磁界発生手段を具備し、二成分現像剤を搬送担持するものであれば適宜選定して差し支えなく、例えば、回転可能な非磁性スリーブと、この非磁性スリーブ内に固定的に配設され且つ磁界発生手段が設けられた磁石部材とを具備した態様がある。
また、磁界発生手段は、複数の磁極を有しているものであればよく、例えば、磁極の構成例としては、現像に寄与するためのトナー供給磁極や、現像剤を捕獲できる機能を備えたピックアップ磁極や、現像剤を搬送する搬送磁極等を備えたものが挙げられるが、これに限られるものではなく、適宜選定してよい。
【００１１】
更に、トナー担持体２は、少なくとも表面が弾性部材であることが好ましいが、金属であっても差し支えない。尚、弾性部材の場合、像担持体１とは接触して配置することが好ましい。また、トナー担持体２には、現像用の現像バイアス５が印加されている。
更に、現像剤担持体３には、現像剤中のトナーをトナー担持体２側に供給する供給バイアス６が印加されており、この供給バイアス６としては、通常、直流電圧が使用されるが、交流重畳直流電圧であっても差し支えない。
【００１２】
本態様におけるトナーは、磁性キャリアに付着するものであれば、磁性でも非磁性でもよい。また、トナーの形状係数１２５以下とは、球形度の高いトナーを示している。
また、粒度分布としては、体積平均粒径に対し０．５倍以下の粒径の粒子割合を全体の１％以下とし且つ１．５倍以上の粒径の粒子割合を全体の５％以下となるように設定することが好ましい。この場合、体積平均粒径の０．５倍以下の粒子が１％を超えると、トナー担持体２上でのトナーの小粒径化が起こり易く、現像履歴の点で好ましくなく、一方、１．５倍以上の粒子が５％を超えると、画像の細線再現性等の点で好ましくない。
【００１３】
更に、現像剤担持体３上の現像剤層厚を制御し、トナー担持体２へのトナー供給量を均一化する観点からは、現像剤担持体３と所定の間隔をもって対向する位置に、制御部材７を配設することが好ましく、この制御部材７と現像剤担持体３との間隙を、トナー担持体２と現像剤担持体３との間隙より大きくすることが、一層好ましい。
【００１４】
更にまた、トナー担持体２上の残留トナーを現像剤にてより効果的に掻き取る観点からは、現像剤担持体３の周速を、トナー担持体２の周速の１．５倍以上にすることがよい。
そして、本態様では、現像剤担持体３の後部には、現像剤を撹拌する撹拌部４が設けられている。
ここで、トナー担持体２上の残留トナーを回収する目的で、現像剤担持体３とは別に回収用の現像剤担持体を配設しても差し支えない。
尚、本件は、上述した現像装置に限られるものではなく、回収部材を付加する態様であっても差し支えない。これらの現像装置を使用した画像形成装置をも対象とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像を担持する感光体であり、この感光体２１はスコロトロン等の帯電装置２２によって帯電され、レーザ書き込み装置やＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この静電潜像は、光の当たった部分の感光体２１表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
【００１６】
また、現像装置３０は、現像ハウジング３１内にトナー及びキャリアからなる二成分現像剤を収容し、トナー供給用のトナー搬送ロール３３と、ドナーロール３２とを備えている。
本実施の形態では、感光体２１上のトナー画像は、転写ロール２６によって、記録材２８上に転写され、この転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー画像は記録材２８に定着される。尚、定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることにより、トナー画像を記録材２８に定着するようになっている。
また、感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
【００１７】
ここで、本件発明の特徴点である現像装置３０について、図３に基づいて詳細に説明する。
同図において、現像装置３０は、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面し且つ感光体２１と対向して接触する位置に、ドナーロール３２をＡ方向に回動自在に収容している。このドナーロール３２にはバイアス電源３４が接続され、所定の現像バイアスＶＢが印加されるようになっている。
本実施の形態では、このドナーロール３２の外周部は弾性部材で被覆した構成を採っているが、例えばアルミニウムやステンレス等からなる金属ロールであっても差し支えない。
また、ドナーロール３２と感光体２１とは接触した構成を採っているが、非接触であっても差し支えない。
【００１８】
ドナーロール３２の後部（感光体２１と反対側）には、トナー供給用のトナー搬送ロール３３が所定の間隔を置いて配設され、更にこのトナー搬送ロール３３の背後には、撹拌部材３６が配設されている。この撹拌部材３６は、例えばスパイラル状のオーガから構成され、二成分現像剤（現像剤）Ｇを撹拌帯電した後、トナー搬送ロール３３に現像剤Ｇを供給するように構成されている。
尚、本実施の形態では、撹拌部材３６を二個備えた態様としているが、二個に限定されるものではなく、一個でもよいし、三個以上あってもよい。また、オーガ以外に磁性あるいは非磁性のロールでも差し支えない。
この撹拌部材３６によって撹拌された二成分現像剤Ｇは、トナー搬送ロール３３のピックアップ磁極（本例ではＳ３）近傍で捕獲され、トナー搬送ロール３３の回転スリーブ３３ａの回転により担持搬送されるようになっている。
【００１９】
本実施の形態において、トナー搬送ロール３３は、回転可能な回転スリーブ３３ａと、この回転スリーブ３３ａの内部に固定的に配設された磁石体３３ｂとを備えている。
上記磁石体３３ｂは、例えば、水平面右側に合わせてピックアップ磁極（本例ではＳ３）を配設し、回転スリーブ３３ｂの回転方向（反時計回り）に対し、ピックアップ磁極（Ｓ３）から下流側へ所定角度間隔（例えば６０°間隔）で搬送磁極（本例ではＮ１）と、トナー供給磁極（本例ではＳ１）と、搬送磁極（本例ではＮ２）と、搬送磁極（本例ではＳ２）とを配置したものである。
なお、本実施の形態において、トナー供給磁極（Ｓ１）は、ドナーロール３２に対向し、ピックアップ磁極（Ｓ３）は、二成分現像剤Ｇを捕獲するようになっているが、夫々の磁極の配置や数は適宜選定して差し支えない。
【００２０】
一方、回転スリーブ３３ａは、Ａ方向に回転すると共に、磁石体３３ｂのトナー供給磁極（Ｓ１）が配設されるトナー供給領域Ｂにおいて、ドナーロール３２と対向するようになっている。
更に、回転スリーブ３３ａには、バイアス電源３５が接続され、所定の供給バイアスＶＳが印加されている。
また、本実施の形態では、回転スリーブ３３ａの周速は、ドナーロール３２の周速の１．５倍に設定している。
【００２１】
ここで、現像バイアスＶＢ、供給バイアスＶＳについて説明する。尚、本実施の形態では、現像剤Ｇはトナーとキャリアからなる二成分現像剤Ｇを使用しており、これらは互いに摩擦帯電により、トナーはマイナス極性、キャリアはプラス極性に帯電するものとする。
そして、感光体２１の外周面は、マイナスに帯電（例えば−６００Ｖ）され、露光により電位の減衰した部分（例えば−１００Ｖ）にトナーが付着し現像が行われる。
この場合、現像バイアスＶＢは−４００Ｖ、供給バイアスＶＳは−４５０〜−７５０Ｖに設定される。
このように、ドナーロール３２及び回転スリーブ３３ａに電圧を印加することで、トナー搬送ロール３３とドナーロール３２との間のトナー供給領域Ｂでは、マイナス極性に帯電しているトナーをトナー搬送ロール３３からドナーロール３２に向けて吸引する電界が形成される。
尚、現像バイアスＶＢ、供給バイアスＶＳを供給するバイアス電源３４，３５には、直流電圧が用いられるが、例えば交流重畳直流電圧を電源とするようにしてもよい。
【００２２】
また、トナー搬送ロール３３の現像剤の流れの上流側（磁石体３３ｂの搬送磁極Ｎ１近傍）には、トナー搬送ロール３３と所定の間隔を保って保持され、トナー搬送ロール３３表面の現像剤層厚を制御する制御部材３７が配設されている。
尚、この制御部材３７とトナー搬送ロール３３とのなす間隙は、トナー搬送ロール３３とドナーロール３２との間隙より０．２ｍｍ以上広くとっている。
【００２３】
そして、本実施の形態で用いる二成分現像剤Ｇは、トナーと磁性キャリアからなる現像剤であり、トナーは、例えば非磁性トナーを用いるが、磁性キャリアと磁気特性が異なるものであれば、磁性トナーを用いても差し支えない。
また更に、トナーは、スチレンアクリル系樹脂の重合トナーで、形状係数が１２５以下の所謂球形トナーであり、粒度分布において、粒径が平均粒径の０．５倍以下のトナーの量が１％以下、粒径が平均粒径の１．５倍以上のトナーの量が５％以下の分布を有するものを使用する。
【００２４】
ここで、トナーの形状係数（ＳＦ：Ｓｈａｐｅ Ｆａｃｔｏｒ）は、主に顕微鏡画像あるいは電子顕微鏡画像を基に画像解析を行うことで数値化されるもので、次の式で定義される。
ＳＦ＝（ＭＬ^２／Ａ）×（π／４）×１００
尚、上式で、ＭＬはトナー粒子の絶対最大長を示し、Ａはトナー粒子の投影面積を示している。
また、トナーの粒度分布は、コールターカウンタによって測定する。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について、現像装置３０を中心に説明する。
図３において、二成分現像剤Ｇは、撹拌部材３６により撹拌されて、トナーがマイナス極性に、キャリアがプラス極性に帯電された後、トナー搬送ロール３３内のピックアップ磁極（Ｓ３）によって捕獲される。
この後、捕獲された二成分現像剤Ｇは、ピックアップ磁極（Ｓ３）及び搬送磁極（Ｎ１）の磁気吸引力とトナー搬送ロール３３表面との摩擦力により、トナー搬送ロール３３（具体的には回転スリーブ３３ａ）の回転方向に搬送される。
【００２６】
この搬送された二成分現像剤Ｇは、制御部材３７の近傍に到達すると、搬送磁極（Ｎ１）により穂立ちを形成する。更に、この二成分現像剤Ｇの穂立ちは、制御部材３７にて制御されることにより、現像剤層としてトナー搬送ロール３３上に形成され、この現像剤層は、トナー供給領域Ｂに搬送される。
また、トナー供給領域Ｂに搬送された二成分現像剤Ｇの現像剤層は、トナー供給磁極（Ｓ１）の磁気吸引力により磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシを形成する二成分現像剤Ｇにおけるトナーのみが、ドナーロール３２とトナー搬送ロール３３との間に形成される供給電界によって、ドナーロール３２側へ静電吸着される。
【００２７】
そして、ドナーロール３２上に保持されたトナーは、感光体２１の静電潜像に応じてこれを可視像化する。
一方、感光体２１上の潜像を現像することなく通過したドナーロール３２上のトナーは、トナー供給領域Ｂに進入すると、トナー搬送ロール３３に保持された現像剤Ｇによる掻き取り力によってドナーロール３２から引き剥がされる。
【００２８】
このように、ドナーロール３２に供給されたトナーは、ドナーロール３２の回転に従ってＡ方向に搬送され、現像領域で感光体２１上に形成されている静電潜像の現像に利用される。また、現像に利用されることなく現像領域を通過したトナーは、現像剤Ｇの掻き取り力によって現像剤Ｇへ戻され、磁石体３３ｂの磁極Ｓ２と磁極Ｓ３との反発磁界により回転スリーブ３３ａから離れて撹拌部材３６に供給される。
【００２９】
本実施の形態では、形状係数１２５以下の所謂球形トナーを使用していることから、ドナーロール３２への物理的付着力が小さく、現像剤Ｇによる掻き取り効果が大きいことから、容易にドナーロール３２から引き剥がすことが可能である。
また、使用するトナーの粒度分布を制御し、平均粒径の０．５倍以下の粒径の量を１％以下にし、更に、平均粒径の１．５倍以上の粒径の量を５％以下に抑えたため、長期に亘って使用してもトナーの粒度変化が生じにくい。
尚、トナーの粒度分布が上述の範囲以外であれば、後述の実施例１でも示すように、現像履歴の発生に繋がる可能性があり、また、細線再現性が低下してくる。
【００３０】
更に、本実施の形態においては、トナー搬送ロール３３の周速をドナーロール３２の周速の１．５倍にしていることから、現像剤Ｇによる掻き取り効果が大きく、トナーを容易にドナーロール３２から引き剥がすことになり、より一層好ましい態様となっている。
従って、本実施の形態によれば、長期に亘って、現像履歴の発生もなく、画像の安定した現像が可能な、小型の現像装置が可能になる。
【００３１】
◎実施例１
本実施例では、五種のトナーを使用し、同一のフェライト系キャリアを使用して現像剤とした。
トナーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、公知の乳化重合方式により作製したスチレンアクリル系樹脂の重合トナーであり、トナーＥは、混練粉砕方式により作製したスチレンアクリル系樹脂の粉砕トナーである。従って、トナーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは所謂球形トナーであり、トナーＥは所謂不定形トナーである。
【００３２】
評価方法は、図４（ａ）に示すテストチャートを使用し、富士ゼロックス（株）製ＤｏｃｕＣｏｌｏｒ１２５０の改造機にて行い、次の条件で行った。
感光体の表面電位：−６５０Ｖ
ドナーロールへ印加する現像バイアスＶＢ：−４５０Ｖ
トナー搬送ロールへ印加する供給バイアスＶＳ：−５７５Ｖ
感光体周速：２２０ｍｍ／ｓ
ドナーロール周速：２８０ｍｍ／ｓ
トナー搬送ロール周速：５６０ｍｍ／ｓ
ＴＧ（制御部材と回転スリーブの間隔：Ｔｒｉｍｍｅｒ Ｇａｐ）：０．７ｍｍ
ＤＲＳ（ドナーロールとトナー搬送ロールの間隔：Ｄｏｎｏｒｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ Ｓｐａｃｅ）：０．５ｍｍ
尚、ＶＳには９ｋＨｚ、最大振幅５００Ｖの矩形波の交流電界を重畳させた。
【００３３】
評価項目は、ドナーロール３２上の１回転目の現像量を２０回転目の現像量で除した値であるリロード率、ドナーロール３２上１回転目のトナー平均粒径から２０回転目のトナー平均粒径を引いた値を、１回転目の平均粒径で除した値であるＤ５０変化率、及び、図４（ａ）のテストチャートを用い、ベタ画像のパッチを現像した後の全面ハーフトーン画像を評価し、現像履歴の有無を確認した。
尚、図４（ｂ）は、このテストチャートを用いた際の現像履歴発生状況を示しており、ハーフトーン画像（網点画像）の一部が飛んでいる。
【００３４】
評価結果は、図５に示すように、本件発明によるトナーＡ，Ｃでは、リロード率、Ｄ５０変化率、テストチャートの画像評価はいずれも問題なく、その他のトナー（具体的にはＢ，Ｄ，Ｅ）ではいずれも現像履歴が発生した。
ここで、トナーＢ，Ｃは本件の粒度分布の範囲を超えたものであり、トナーＥは粒度分布は範囲内にあるが、形状係数が異なり、所謂不定形粉の例である。
更に、この評価結果により、トナーの形状係数が１２５以下であれば現像履歴は発生せず、また、リロード率が９０％以上で且つＤ５０変化率が１０％未満の場合、現像履歴は発生しないことも判明した。
また、粒度分布に対する更なる検討を行うために、トナーＡ〜Ｅ以外で、粒度分布の異なるトナーを作成し、同様のテストを行ったところ、平均粒径の０．５倍以下の量が１％以下であり、１．５倍以上の量が５％以下の粒度分布を備えれば、リロード率、Ｄ５０変化率、テストチャートの画像評価はいずれも問題ないことを確認した。
【００３５】
◎実施例２
本実施例では、実施例１で使用したトナーＣを用い、実施例１と同様の評価方法を行った。尚、感光体２１の周速２２０ｍｍ／ｓ、ドナーロール３２の周速２８０ｍｍ／ｓとしたときの、トナー搬送ロール３３の周速を変化させ、リロード率、Ｄ５０変化率を測定した。
その結果、図６に示すように、周速比が１．５以上であれば、リロード率９０％以上、Ｄ５０変化率１０％未満で、現像履歴が確認されず、良好な画像が得られた。
【００３６】
◎実施例３
本実施例では、実施例１で使用したトナーＣを用い、感光体２１の周速２２０ｍｍ／ｓ、ドナーロール３２の周速２８０ｍｍ／ｓ、トナー搬送ロール３３の周速５６０ｍｍ／ｓとしたときの、制御部材３７と回転スリーブ３３ａの間隔（ＴＧ：Ｔｒｉｍｍｅｒ Ｇａｐ）及びドナーロール３２とトナー搬送ロール３３との間隔（ＤＲＳ：Ｄｏｎｏｒｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ Ｓｐａｃｅ）を変化させ、リロード率、Ｄ５０変化率を測定した。
その結果、図７に示すように、ＴＧがＤＲＳより０．２ｍｍ以上大きい条件で、リロード率が９０％以上、Ｄ５０変化率が１０％未満となり、画像には現像履歴が発生しなかった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、二成分現像剤を使用するハイブリッド型現像装置において、トナーの形状係数が及び粒度分布を工夫したので、トナー担持体上でのトナー粒径の小径化を有効に防止することができ、長期に亘って、現像履歴等の画像欠陥を生じにくく、画像品質のよい、小型の現像装置を提供できる。
更に、本件の現像装置を用いることで、画像品質がよく、小型化可能な画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。
【図３】実施の形態１の現像装置の詳細を示す説明図である。
【図４】画像評価に用いたテストチャートと現像履歴発生例を示す。
【図５】実施例１の結果を示す説明図である。
【図６】実施例２の結果を示す説明図である。
【図７】実施例３の結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１…像担持体，２…トナー担持体，３…現像剤担持体，４…撹拌部，５…現像バイアス，６…供給バイアス，７…制御部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing device used in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, and more particularly to developing a latent electrostatic image on an image carrier using a two-component developer having a toner and a magnetic carrier. And an improvement in an image forming apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a developing device used in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a device employing a so-called hybrid developing method is known.
It comprises a donor roll facing an image carrier such as a photoreceptor and carrying toner, and a toner transport roll facing the donor roll and carrying a two-component developer containing toner and magnetic carrier. Further, a large amount of developer is supplied from a toner transport roll by a magnetic brush to form a toner layer on a donor roll (for example, see Patent Document 1).
In the hybrid developing method, usually, the charging stability of the toner is improved as compared with the one-component developing method, and a finer mesh is used as compared with the two-component developing method in which development is performed directly on the image carrier using a two-component developer. There are advantages such as excellent reproducibility of point images and gradation.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-21970 (column of the embodiment of the invention, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-9-251237 (column of the embodiment of the invention, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this type of hybrid developing method, a method of replenishing toner in a toner supply area with respect to a portion where toner is consumed on a donor roll is adopted. The toner is also supplied to the non-consumed portion where the remaining toner remains, so that there is a problem in the development history that the previous toner consumption pattern appears on the developed image.
[0005]
Further, when the toner is repeatedly supplied and scraped on the donor roll, the difference in physical adhesion between the toner having a large particle diameter and the toner having a small particle diameter (the toner having a large particle diameter is physically attached to the donor roll). Because the adhesive force is small, it is easily scraped off by the scraping force received in the nip area, but toner with a small particle diameter is hardly scraped off.) It is getting bigger.
[0006]
This change in the particle size on the donor roll causes a change in the development characteristics and transfer characteristics, and between the toner region remaining on the donor roll without being developed and the region where the new toner is developed and supplied, A difference in toner density occurs, which can lead to image defects (development history).
In particular, in the case of a so-called irregular-shaped toner that is usually used, the above-mentioned tendency appears strongly, and the particle size of the toner remaining on the donor roll progresses.
Such a phenomenon is more remarkable as the particle size distribution of the toner is wider. When the average particle diameter of the toner is reduced by 10% or more from the initial particle diameter, the toner is recognized as a development history.
[0007]
Therefore, a method is known in which all the toner is temporarily removed from the donor roll that has passed through the developing area, and then the toner is again carried on the donor roll at a portion (toner supply area) between the donor roll and the toner supply roll. .
For example, if a scraper is used as the toner removing means, there is a problem that the toner is fused to each other at a contact portion between the scraper and the donor roll.
Therefore, a method has been disclosed in which a toner collecting roll is newly added in addition to the toner supply roll, and the toner on the donor roll is scraped by the toner collecting roll (for example, see Patent Document 2). There is a disadvantage of increasing the size.
[0008]
Therefore, in order to satisfy the demand for downsizing of the apparatus and to prevent the development history and the toner diameter from being reduced, it is necessary to reliably remove the residual toner on the donor roll without using a recovery roll. On the other hand, how to scrape off the toner and supply new toner is an issue.
The present invention has been made in order to solve the above technical problems, and provides a developing device which is small in size, has stable developing characteristics over a long period of time, and an image forming apparatus using the same. It is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the present invention, as shown in FIGS. 1A and 1B, a toner carrier 2 that is opposed to an image carrier 1 that carries an electrostatic latent image, is rotatable, and carries toner on its surface. In a developing device having a developer carrier 3 which is opposed to the toner carrier 2 and is rotatable and carries a two-component developer containing a toner and a magnetic carrier on the surface, the shape factor of the toner used is 125 or less, and the particle size distribution of the toner is such that the proportion of particles having a particle diameter of 0.5 times or less with respect to the volume average particle diameter is 1% or less of the whole and the proportion of particles having a particle diameter of 1.5 times or more with respect to the whole It is characterized by being set to 5% or less.
[0010]
In such technical means, the developer carrying member 3 may be appropriately selected as long as it has a magnetic field generating means therein and carries and carries a two-component developer. There is an embodiment including a sleeve and a magnet member fixedly disposed in the non-magnetic sleeve and provided with a magnetic field generating means.
Further, the magnetic field generating means may have a plurality of magnetic poles. For example, examples of the magnetic pole configuration include a toner supply magnetic pole for contributing to development and a function of capturing a developer. Examples include a magnetic pole having a pickup magnetic pole, a transport magnetic pole for transporting the developer, and the like. However, the present invention is not limited thereto, and may be appropriately selected.
[0011]
Further, at least the surface of the toner carrier 2 is preferably an elastic member, but may be a metal. In the case of an elastic member, it is preferable to dispose the elastic member in contact with the image carrier 1. Further, a developing bias 5 for development is applied to the toner carrier 2.
Further, a supply bias 6 for supplying the toner in the developer to the toner carrier 2 is applied to the developer carrier 3, and a DC voltage is usually used as the supply bias 6. An AC superimposed DC voltage may be used.
[0012]
The toner in this embodiment may be magnetic or non-magnetic as long as it adheres to the magnetic carrier. Further, a toner having a shape factor of 125 or less indicates a toner having a high sphericity.
As for the particle size distribution, the ratio of particles having a particle size of 0.5 times or less to the volume average particle size is 1% or less of the whole and the ratio of particles having a particle size of 1.5 times or more is 5% or less of the whole. It is preferable to set so that In this case, when the number of particles having a volume average particle diameter of 0.5 times or less exceeds 1%, the particle diameter of the toner on the toner carrier 2 tends to be small, which is not preferable in view of the development history. If the ratio of particles having a ratio of 0.5 times or more exceeds 5%, it is not preferable in terms of reproducibility of fine lines of an image.
[0013]
Further, from the viewpoint of controlling the thickness of the developer layer on the developer carrier 3 and making the amount of toner supplied to the toner carrier 2 uniform, the control position is set at a position facing the developer carrier 3 at a predetermined interval. The member 7 is preferably provided, and the gap between the control member 7 and the developer carrier 3 is more preferably made larger than the gap between the toner carrier 2 and the developer carrier 3.
[0014]
Further, from the viewpoint of more effectively scraping the residual toner on the toner carrier 2 with the developer, the peripheral speed of the developer carrier 3 is set to 1.5 times or more the peripheral speed of the toner carrier 2. It is good to do.
In the present embodiment, a stirring section 4 for stirring the developer is provided at a rear portion of the developer carrier 3.
Here, for the purpose of collecting the residual toner on the toner carrier 2, a developer carrier for collection may be provided separately from the developer carrier 3.
Note that the present invention is not limited to the above-described developing device, and may be a mode in which a collecting member is added. The present invention also covers an image forming apparatus using these developing devices.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
◎ Embodiment 1
FIG. 2 shows Embodiment 1 of the image forming apparatus including the developing device to which the present invention is applied.
In the figure, reference numeral 21 denotes a photosensitive member that carries an electrostatic latent image made of an organic photosensitive member that rotates in the direction of the arrow. The photosensitive member 21 is charged by a charging device 22 such as a scorotron, and has a laser writing device and an LED. An electrostatic latent image is written by an exposure device 23 having an array. This electrostatic latent image is formed as a potential image due to a decrease in the surface potential of the photoreceptor 21 in a portion irradiated with light and a contrast with a high potential portion not exposed to light.
[0016]
Further, the developing device 30 accommodates a two-component developer including a toner and a carrier in a developing housing 31 and includes a toner transport roll 33 for supplying toner and a donor roll 32.
In the present embodiment, the toner image on the photoreceptor 21 is transferred onto a recording material 28 by a transfer roll 26, and the transferred recording material 28 is conveyed to a fixing device 50, where the toner image is transferred by the fixing device 50. The image is fixed on the recording material 28. The fixing device 50 includes, for example, a heating roll system and a heating roll 51 and a pressing roll 52, and a toner image is formed by passing the recording material 28 between the heating roll 51 and the pressing roll 52. Is fixed on the recording material 28.
The toner remaining on the photoconductor 21 is removed by, for example, a doctor blade type cleaning device 29.
[0017]
Here, the developing device 30 which is a feature of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In the figure, a developing device 30 has a developing housing 31 opening toward the photoconductor 21, and a donor roll 32 is provided at a position facing the opening of the developing housing 31 and facing the photoconductor 21 and in contact therewith. It is housed so as to be rotatable in the A direction. A bias power supply 34 is connected to the donor roll 32 so that a predetermined developing bias VB is applied.
In the present embodiment, the outer peripheral portion of the donor roll 32 is covered with an elastic member, but may be a metal roll made of, for example, aluminum or stainless steel.
Further, the configuration is such that the donor roll 32 and the photoconductor 21 are in contact with each other, but may be non-contact.
[0018]
A toner conveying roller 33 for supplying toner is disposed at a predetermined interval behind the donor roll 32 (on the side opposite to the photoreceptor 21), and a stirring member 36 is provided behind the toner conveying roller 33. It is arranged. The stirring member 36 is formed of, for example, a spiral auger. The stirring member 36 charges the two-component developer (developer) G with stirring, and then supplies the developer G to the toner transport roll 33.
In this embodiment, two stirrers 36 are provided. However, the number of stirrers 36 is not limited to two, but may be one, or three or more. A magnetic or non-magnetic roll other than the auger may be used.
The two-component developer G stirred by the stirring member 36 is captured near the pickup magnetic pole (S3 in this example) of the toner transport roll 33, and is carried and transported by the rotation of the rotating sleeve 33a of the toner transport roll 33. Has become.
[0019]
In the present embodiment, the toner transporting roll 33 includes a rotatable rotating sleeve 33a and a magnet 33b fixedly disposed inside the rotating sleeve 33a.
For example, the magnet body 33b is provided with a pickup magnetic pole (S3 in this example) in accordance with the right side of the horizontal plane, and a predetermined direction from the pickup magnetic pole (S3) to the downstream in the rotation direction (counterclockwise) of the rotating sleeve 33b. The transport magnetic pole (N1 in this example), the toner supply magnetic pole (S1 in this example), the transport magnetic pole (N2 in this example), and the transport magnetic pole (S2 in this example) are arranged at angular intervals (for example, 60 ° intervals). It is arranged.
In this embodiment, the toner supply magnetic pole (S1) faces the donor roll 32, and the pickup magnetic pole (S3) captures the two-component developer G. The number and number may be appropriately selected.
[0020]
On the other hand, the rotary sleeve 33a rotates in the direction A, and faces the donor roll 32 in the toner supply area B where the toner supply magnetic pole (S1) of the magnet 33b is disposed.
Further, a bias power supply 35 is connected to the rotating sleeve 33a, and a predetermined supply bias VS is applied.
In the present embodiment, the peripheral speed of the rotating sleeve 33a is set to 1.5 times the peripheral speed of the donor roll 32.
[0021]
Here, the developing bias VB and the supply bias VS will be described. In the present embodiment, a two-component developer G composed of a toner and a carrier is used as the developer G. The two components are frictionally charged, and the toner is negatively charged and the carrier is positively charged. .
Then, the outer peripheral surface of the photoconductor 21 is negatively charged (for example, -600 V), and the toner is attached to a portion (for example, -100 V) of which the potential is attenuated by exposure, so that the development is performed.
In this case, the developing bias VB is set to -400V, and the supply bias VS is set to -450 to -750V.
In this way, by applying a voltage to the donor roll 32 and the rotating sleeve 33 a, the toner charged in the negative polarity is transferred to the toner transport roll 33 in the toner supply area B between the toner transport roll 33 and the donor roll 32. , An electric field to be attracted toward the donor roll 32 is formed.
A DC voltage is used for the bias power supplies 34 and 35 for supplying the developing bias VB and the supply bias VS. For example, an AC superimposed DC voltage may be used as a power supply.
[0022]
On the upstream side of the flow of the developer on the toner transport roll 33 (near the transport magnetic pole N1 of the magnet 33b), the developer is held at a predetermined distance from the toner transport roll 33, and the developer layer on the surface of the toner transport roll 33 is formed. A control member 37 for controlling the thickness is provided.
Note that the gap between the control member 37 and the toner transport roll 33 is 0.2 mm or more wider than the gap between the toner transport roll 33 and the donor roll 32.
[0023]
The two-component developer G used in the present embodiment is a developer including a toner and a magnetic carrier. As the toner, for example, a non-magnetic toner is used. Toner may be used.
Further, the toner is a so-called spherical toner having a shape factor of 125 or less, which is a polymerized toner of a styrene acrylic resin. In the particle size distribution, the amount of toner having a particle size of 0.5 times or less the average particle size is 1%. Hereinafter, a toner having a distribution in which the amount of toner having a particle size of 1.5 times or more the average particle size is 5% or less is used.
[0024]
Here, the shape factor (SF) of the toner is quantified by performing image analysis mainly based on a microscope image or an electron microscope image, and is defined by the following equation.
SF = (ML ² / A) × (π / 4) × 100
In the above equation, ML indicates the absolute maximum length of the toner particles, and A indicates the projected area of the toner particles.
The particle size distribution of the toner is measured by a Coulter counter.
[0025]
Next, the operation of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described focusing on the developing device 30.
In FIG. 3, the two-component developer G is agitated by the agitating member 36, the toner is charged to the negative polarity, and the carrier is charged to the positive polarity, and then captured by the pickup magnetic pole (S3) in the toner transport roll 33. .
Thereafter, the captured two-component developer G is transferred to the toner transporting roll 33 (specifically, the rotation of the toner transporting roll 33 by the magnetic attraction of the pickup magnetic pole (S3) and the transporting magnetic pole (N1) and the frictional force with the surface of the toner transporting roll 33. It is transported in the direction of rotation of the sleeve 33a).
[0026]
When the transported two-component developer G reaches the vicinity of the control member 37, the transported magnetic pole (N1) forms a spike. Further, the spikes of the two-component developer G are formed on the toner transport roll 33 as a developer layer by being controlled by the control member 37, and the developer layer is transported to the toner supply area B. You.
Further, the developer layer of the two-component developer G conveyed to the toner supply area B forms a magnetic brush by the magnetic attraction of the toner supply magnetic pole (S1), and the two-component developer G forming the magnetic brush forms the magnetic brush. Only the toner is electrostatically attracted to the donor roll 32 by the supply electric field formed between the donor roll 32 and the toner transport roll 33.
[0027]
Then, the toner held on the donor roll 32 visualizes the electrostatic latent image on the photoconductor 21 according to the electrostatic latent image.
On the other hand, when the toner on the donor roll 32 that has passed without developing the latent image on the photoreceptor 21 enters the toner supply area B, the toner G on the 32.
[0028]
As described above, the toner supplied to the donor roll 32 is transported in the direction A according to the rotation of the donor roll 32, and is used for developing the electrostatic latent image formed on the photoconductor 21 in the developing area. Further, the toner that has passed through the development area without being used for development is returned to the developer G by the scraping force of the developer G, and is repelled from the rotating sleeve 33a by the repulsive magnetic field of the magnetic poles S2 and S3 of the magnet 33b. It is supplied to the stirring member 36 apart.
[0029]
In the present embodiment, since a so-called spherical toner having a shape factor of 125 or less is used, the physical adhesion to the donor roll 32 is small, and the scraping effect by the developer G is large. 32 can be peeled off.
Further, the particle size distribution of the toner to be used is controlled so that the amount of the particle size 0.5 times or less the average particle size is 1% or less, and the amount of the particle size 1.5 times or more the average particle size is 5%. % Or less, the particle size of the toner hardly changes even when used for a long time.
If the particle size distribution of the toner is out of the above-mentioned range, there is a possibility that a development history will be generated, and the reproducibility of fine lines will be reduced, as shown in Example 1 described later.
[0030]
Further, in this embodiment, since the peripheral speed of the toner transport roll 33 is set to 1.5 times the peripheral speed of the donor roll 32, the scraping effect by the developer G is large, and the toner is easily transferred to the donor roll. 32, which is an even more preferable embodiment.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a small-sized developing device capable of stably developing an image without generating a development history for a long time.
[0031]
◎ Example 1
In the present embodiment, five kinds of toners were used, and the same ferrite carrier was used as a developer.
The toners A, B, C, and D are styrene acrylic resin polymerized toners manufactured by a known emulsion polymerization method, and the toner E is a styrene acrylic resin pulverized toner manufactured by a kneading and pulverizing method. Therefore, the toners A, B, C, and D are so-called spherical toners, and the toner E is a so-called irregular toner.
[0032]
The evaluation method was performed using a test chart shown in FIG. 4A with a modified DocuColor 1250 manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd. under the following conditions.
Surface potential of photoconductor: -650V
Development bias VB applied to donor roll: -450V
Supply bias VS applied to the toner transport roll: -575 V
Photoconductor peripheral speed: 220 mm / s
Donor roll peripheral speed: 280 mm / s
Peripheral speed of toner transport roll: 560 mm / s
TG (interval between control member and rotating sleeve: Trimmer Gap): 0.7 mm
DRS (interval between donor roll and toner transport roll: Donor roll to Roll Space): 0.5 mm
Note that a rectangular wave AC electric field having a frequency of 9 kHz and a maximum amplitude of 500 V was superimposed on VS.
[0033]
The evaluation items are a reload ratio, which is a value obtained by dividing a development amount of the first rotation on the donor roll 32 by a development amount of the 20th rotation, and a toner average particle diameter of the 20th rotation from the toner average particle diameter of the first rotation on the donor roll 32. The D50 change rate, which is a value obtained by dividing the value obtained by subtracting the particle size by the average particle size at the first rotation, and the entire surface halftone after the development of the solid image patch using the test chart of FIG. The images were evaluated and the presence or absence of a development history was confirmed.
FIG. 4B shows a development history occurrence state when this test chart is used, and a part of a halftone image (halftone image) is skipped.
[0034]
As shown in FIG. 5, the evaluation results show that the toners A and C according to the present invention have no problem in the reload rate, the D50 change rate, and the image evaluation of the test chart, and the other toners (specifically, B, D, In E), a development history occurred.
Here, the toners B and C are out of the range of the particle size distribution of the present invention, and the toner E is in the range of the particle size distribution but has a different shape coefficient, and is an example of so-called irregular shaped powder.
Further, according to the evaluation results, no development history occurs when the shape factor of the toner is 125 or less, and no development history occurs when the reload rate is 90% or more and the D50 change rate is less than 10%. Also turned out.
Further, in order to further examine the particle size distribution, toners having different particle size distributions other than the toners A to E were prepared and the same test was carried out. % Or less, and when the amount of 1.5 times or more has a particle size distribution of 5% or less, it was confirmed that the reload ratio, the D50 change ratio, and the image evaluation of the test chart were all satisfactory.
[0035]
◎ Example 2
In the present embodiment, the same evaluation method as in Embodiment 1 was performed using the toner C used in Embodiment 1. When the peripheral speed of the photosensitive member 21 was set to 220 mm / s and the peripheral speed of the donor roll 32 was set to 280 mm / s, the peripheral speed of the toner transport roll 33 was changed, and the reload ratio and the D50 change ratio were measured.
As a result, as shown in FIG. 6, when the peripheral speed ratio was 1.5 or more, the reloading rate was 90% or more, and the D50 change rate was less than 10%, the development history was not confirmed, and a good image was obtained. .
[0036]
◎ Example 3
In this embodiment, the toner C used in the first embodiment is used, and the peripheral speed of the photosensitive member 21 is 220 mm / s, the peripheral speed of the donor roll 32 is 280 mm / s, and the peripheral speed of the toner transport roll 33 is 560 mm / s. The interval between the control member 37 and the rotating sleeve 33a (TG: Trimmer Gap) and the interval between the donor roll 32 and the toner transport roll 33 (DRS: Donor roll to Roll Space) were changed, and the reload rate and the D50 change rate were measured.
As a result, as shown in FIG. 7, under the condition that the TG was larger than the DRS by 0.2 mm or more, the reload ratio was 90% or more and the D50 change rate was less than 10%, and no development history occurred in the image.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, in the hybrid developing device using the two-component developer, the shape factor and the particle size distribution of the toner are devised, so that the toner particle diameter on the toner carrier is effectively prevented from being reduced. Therefore, it is possible to provide a small-sized developing device which is less likely to cause image defects such as a development history for a long period of time and has good image quality.
Further, by using the developing device of the present invention, it is possible to provide an image forming apparatus with good image quality and downsizing.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are explanatory views showing an outline of a developing device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating Embodiment 1 of the image forming apparatus to which the present invention has been applied.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating details of a developing device according to the first embodiment;
FIG. 4 shows a test chart used for image evaluation and an example of occurrence of a development history.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the results of Example 1.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the results of Example 2.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the results of Example 3.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... image carrier, 2 ... toner carrier, 3 ... developer carrier, 4 ... stirring part, 5 ... developing bias, 6 ... supply bias, 7 ... control member

Claims (7)

静電潜像を担持する像担持体に対向し、回動自在で且つ表面にトナーを担持するトナー担持体と、このトナー担持体に対向し、回動自在で且つ表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体とを有する現像装置において、
使用するトナーの形状係数が１２５以下であり、トナーの粒度分布が、体積平均粒径に対し０．５倍以下の粒径の粒子割合を全体の１％以下とし且つ１．５倍以上の粒径の粒子割合を全体の５％以下として設定されていることを特徴とする現像装置。A toner carrier facing the image carrier carrying the electrostatic latent image and rotatable and carrying toner on the surface; and a toner and magnetic carrier facing the toner carrier and rotatable and carrying the toner on the surface. And a developer carrying member carrying a two-component developer comprising:
The toner used has a shape factor of 125 or less, and the particle size distribution of the toner is such that the proportion of particles having a particle diameter of 0.5 times or less with respect to the volume average particle diameter is 1% or less of the whole and 1.5 times or more. A developing device, wherein the particle ratio of the diameter is set to 5% or less of the whole. 請求項１記載の現像装置において、
トナー担持体と現像剤担持体とは、対向する領域で互いに逆方向に移動するように回転することを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
A developing device, wherein the toner carrier and the developer carrier rotate so as to move in opposite directions in opposing regions. 請求項１記載の現像装置において、
現像剤担持体とトナー担持体間には、現像剤担持体からトナー担持体へトナーを供給するための所定の電界が印加されていることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
A developing device, wherein a predetermined electric field for supplying toner from the developer carrier to the toner carrier is applied between the developer carrier and the toner carrier. 請求項１記載の現像装置において、
現像剤担持体の周速をトナー担持体の周速の１．５倍以上にすることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
A developing device wherein the peripheral speed of the developer carrier is 1.5 times or more the peripheral speed of the toner carrier. 請求項１記載の現像装置において、
現像剤担持体には、その外周上の現像剤の層厚を制御する制御部材を備えたことを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
A developing device, wherein the developer carrier is provided with a control member for controlling a layer thickness of the developer on an outer periphery thereof. 請求項５記載の現像装置において、
トナー担持体と現像剤担持体との間隙が、現像剤担持体と制御部材とのなす間隙より小さいことを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 5,
A developing device, wherein a gap between the toner carrier and the developer carrier is smaller than a gap between the developer carrier and the control member. 請求項１乃至６いずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising the developing device according to claim 1.

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