KR20080094622A - Image forming apparatus - Google Patents

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마나미 하라구찌
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Abstract

An image forming apparatus is provided to obtain an excellent development property while preventing an injection of electric charges into an electrostatic image through a carrier by using a dual-component developer including a toner and the carrier. An image forming apparatus comprises a photosensitive drum(1) and a developing sleeve(41). An electrostatic image is formed on the photosensitive drum. The developing sleeve carries a developer including a toner carrier. An alternating voltage is applied to the sleeve to form an alternating electric field between the sleeve and the drum to develop the electrostatic image with the developer. A relation K1<K2 is satisfied, where K1: a slope at an electric field intensity Ed=(Vp2-VL)/D, K2: a slope at an electric field intensity Eb=(Vp1-VL)/D, VL: a potential[V] of the electrostatic image at which a maximum density is obtained, Vp1: a peak potential that provides a potential difference to move the toner toward the drum, Vp2: a peak potential that provides a potential difference to move the toner toward the sleeve, and D: a closest distance[m] between the drum and the sleeve.

Description

화상 형성 장치{IMAGE FORMING APPARATUS}Image forming apparatus {IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은, 상 담지체 상에 형성된 정전상을 가시화하기 위해 토너를 이용하여 화상을 얻는 복사기 또는 프린터 등의 화상 형성 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 현상제로서 토너와 캐리어를 갖는 2성분 현상제를 이용하는 화상 형성 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine or a printer which obtains an image by using toner to visualize an electrostatic image formed on an image carrier. More specifically, the present invention relates to an image forming apparatus using a two-component developer having a toner and a carrier as a developer.

전자 사진 프로세스를 이용한 종래의 복사기, 프린터 및 기타 화상 형성 장치에서는, 상 담지체로서 기능을 하는 전자 사진 감광체(이하, 간단히 「감광체」라고 함)의 표면을 균일하게 대전시키고, 이어서 그 표면을 화상 정보에 의해 결정된 패턴으로 노광한다. 따라서, 감광체의 표면 상에 정전상(잠상)이 형성된다. 감광체 상에 형성한 정전상은 현상제를 이용하여 현상 장치에 의해 토너상으로서 현상된다. 감광체 상의 토너상은, 직접 또는 중간 전사체를 통하여 전사재에 전사된다. 이어서, 전사재에 토너상이 정착됨으로써 기록 화상을 얻는다.In conventional copiers, printers, and other image forming apparatuses using an electrophotographic process, the surface of an electrophotographic photosensitive member (hereinafter simply referred to as "photosensitive member") functioning as an image carrier is uniformly charged, and then the surface is imaged. It exposes by the pattern determined by the information. Thus, an electrostatic image (latent image) is formed on the surface of the photoconductor. The electrostatic image formed on the photosensitive member is developed as a toner image by a developing apparatus using a developer. The toner image on the photosensitive member is transferred to the transfer material either directly or through an intermediate transfer member. Then, the toner image is fixed to the transfer material to obtain a recorded image.

대략 두 종류의 현상제가 있다: 실질적으로 토너 입자만으로 이루어지는 1성분 현상제와, 토너 입자와 캐리어 입자를 구비한 2성분 현상제가 있다. 일반적으로, 2성분 현상제를 이용한 현상 방식은, 더 양호한 색으로 고선명 화상을 형성할 수 있다는 점에서 1성분 현상제를 이용한 방식에 비해 이점을 갖는다. There are roughly two kinds of developers: one-component developers consisting substantially of toner particles, and two-component developers having toner particles and carrier particles. In general, the developing method using the two-component developer has an advantage over the method using the one-component developer in that a high definition image can be formed with better color.

통상의 2성분 현상제에 있어서, 일반적으로 직경이 약 5㎛ 내지 100㎛의 자성 입자(캐리어) 및 직경이 약 1㎛ 내지 10㎛의 비자성 토너의 입자가 소정의 혼합비로 혼합된다. 캐리어의 기능은 대전된 토너를 담지하여 그 토너를 현상부까지 반송하는 것이다. 토너는 캐리어와 혼합됨으로써, 마찰 대전을 통해 소정의 극성의 소정의 대전량으로 대전된다.In a typical two-component developer, generally magnetic particles (carriers) having a diameter of about 5 µm to 100 µm and particles of nonmagnetic toner having a diameter of about 1 µm to 10 µm are mixed at a predetermined mixing ratio. The function of the carrier is to carry the charged toner and to convey the toner to the developing unit. The toner is mixed with the carrier, so that the toner is charged to a predetermined charge amount of a predetermined polarity through triboelectric charging.

전자 사진 프로세스를 이용하는 복사기, 프린터 및 그 밖의 화상 형성 장치의 디지털화, 풀 컬러화 및 고속화의 견지에서 진행됨에 따라서, 그 출력 화상이 최근에 원본 출력물로서의 가치를 갖게 되고, 인쇄 시장에의 참가도 매우 기대되고 있다. 그러므로, 사진 프로세스 화상 형성 장치는 화질이 끝까지 변하지 않도록 하여 보다 고품질(고선명)의 화상을 출력할 수 있도록 요구된다. 고선명의 화질을 얻기 위해서는 현상성을 향상시키는 것이 필수적이다.In view of the digitization, full colorization, and speedup of copiers, printers, and other image forming apparatuses using electrophotographic processes, the output images have recently become valuable as original outputs, and the participation in the printing market is also highly anticipated. It is becoming. Therefore, the photographic process image forming apparatus is required to be able to output a higher quality (high definition) image so that the image quality does not change to the end. In order to obtain high definition image quality, it is essential to improve developability.

2성분 현상제를 이용하는 현상 프로세스에 있어서, 2성분 현상제는 통상 현상기 내의 현상제 담지체 상에 담지되고, 감광체 상의 정전상과 대향하는 현상부까지 반송된다. 현상제 담지체 상의 2성분 현상제의 자기 브러시(magnetic brush)를 감광체에 접촉 또는 근접시킨다. 이어서, 현상제 담지체와 감광체 사이에 인가된 소정의 현상 바이어스에 의해, 토너만이 감광체 상으로 전이된다. 따라서, 정전상에 대응하는 토너상이 감광체 상에 형성된다.In the developing process using the two-component developer, the two-component developer is usually supported on the developer carrying member in the developing machine and conveyed to the developing portion facing the electrostatic image on the photoconductor. The magnetic brush of the two-component developer on the developer carrier is brought into contact with or close to the photosensitive member. Then, only the toner is transferred onto the photoconductor by a predetermined developing bias applied between the developer carrier and the photoconductor. Thus, a toner image corresponding to the electrostatic image is formed on the photosensitive member.

널리 이용되고 있는 현상 바이어스는 DC 전압 성분과 AC 전압 성분이 중첩된 교번 바이어스이다. 현상성은, 보다 많은 토너 입자들을 캐리어로부터 떼어내어, 현상 방법에 이용하는 경우에, 개선된다. 이를 달성하기 위해, 토너는 보다 높은 전계 강도를 받을 필요가 있다. A widely used development bias is an alternating bias in which a DC voltage component and an AC voltage component are overlapped. The developability is improved when more toner particles are removed from the carrier and used in the developing method. To achieve this, the toner needs to receive higher electric field strength.

토너에 인가되는 전계 강도를 강화시키기 위한 빠른 길은, 단순하게 현상제 담지체와 감광체 사이에 보다 높은 레벨의 현상 바이어스를 인가하는 것이다. 그러나, 현상 바이어스를 필요 이상의 레벨까지 증가시키는 것은, 현상제 담지체로부터 캐리어를 통해 정전상에의 전하 주입을 야기할 수 있으며, 이는 정전상을 흐트러뜨린다.A quick way to enhance the field strength applied to the toner is to simply apply a higher level of development bias between the developer carrier and the photosensitive member. However, increasing the development bias to a level higher than necessary may cause charge injection into the electrostatic phase from the developer carrier through the carrier, which disturbs the electrostatic image.

종래 인기있는 감광체에는, 유기 재료로 이루어지는 전하 발생층, 전하 수송층, 표면 보호층이 금속 기체 상에 적층된 유기 광 도전체(OPC) 감광체가 있다.Background Art Popular photoconductors include an organic photoconductor (OPC) photoconductor in which a charge generating layer, a charge transport layer, and a surface protective layer made of an organic material are laminated on a metal substrate.

한편, 비정질 실리콘 감광체(이하 "a-Si 감광체" 라고 함) 등의 단층의 감광체가 상술된 바와 같은 고해상도를 갖는 정전상을 형성하는데 효율적이라는 것은 공지된 사실이다. 그 이유 중 하나는, 다음과 같다.On the other hand, it is known that a single layer photoconductor such as an amorphous silicon photoconductor (hereinafter referred to as "a-Si photoconductor") is effective in forming an electrostatic image having a high resolution as described above. One of the reasons is as follows.

a-Si 감광체의 내부 전하 발생 메카니즘이 감광체의 표면 상에 있는 반면, OPC 감광체의 내부 전하 발생 메카니즘은 감광체의 기체 부근에 위치된다. 이는 감광체의 표면에 도달하기 전에 a-Si 감광체 내부에서 발생된 전하가 확산되는 것을 방지하고, 결과적으로 매우 고선명의 정전상이 얻어진다.The internal charge generating mechanism of the a-Si photosensitive member is on the surface of the photosensitive member, while the internal charge generating mechanism of the OPC photosensitive member is located near the gas of the photosensitive member. This prevents the charge generated inside the a-Si photoconductor from diffusing before reaching the surface of the photoconductor, resulting in a very high definition electrostatic image.

a-Si 감광체의 단점은, 그 표면 저항이 OPC 감광체보다 낮고, a-Si 감광체에서는 현상제 담지체로부터의 캐리어를 통한 상술된 전하 주입의 영향이 OPC 감광체보다 훨씬 커진다. 따라서, a-Si 감광체를 이용하는 경우에는 형성된 정전상이 전하 주입에 의해 쉽게 흐트러질 수 있으므로, OPC 감광체가 교번 바이어스인 현상 바이어스의 피크-투-피크 전압(Vpp)을 낮추어서 이용되는 경우보다 전하의 이동이 훨신 더 제한되어야 한다. The disadvantage of the a-Si photosensitive member is that its surface resistance is lower than that of the OPC photosensitive member, and in the a-Si photosensitive member, the influence of the above-mentioned charge injection through the carrier from the developer carrier is much larger than that of the OPC photosensitive member. Therefore, in the case of using an a-Si photosensitive member, the formed electrostatic image can be easily disturbed by charge injection, so that the charge transfer of the OPC photosensitive member is lower than the peak-to-peak voltage (Vpp) of the developing bias, which is an alternate bias. This should be much more limited.

현상 바이어스 Vpp를 낮추는 것은, 현상제 담지체로부터 캐리어를 통한 감광체에 주입된 전하를 감소시키지만, 현상제에 인가된 전계를 약하게 한다. 따라서, 캐리어로부터 토너를 분리하는 힘이 저감되어, 현상성이 낮아진다. Lowering the development bias Vpp reduces the charge injected into the photoconductor through the carrier from the developer carrier, but weakens the electric field applied to the developer. Therefore, the force for separating the toner from the carrier is reduced, and developability is lowered.

일본 특개평 H08-160671호에 제안되어 있는 바와 같이, 고화질의 화상을 형성하기 위해서는, 캐리어의 전기 저항을 설정하는 것이 유효하게 된다.As proposed in Japanese Patent Laid-Open No. H08-160671, in order to form a high quality image, setting the electrical resistance of the carrier becomes effective.

그러나, 캐리어의 전기 저항을 높게 설정하는 것은, 현상성, 즉 토너를 캐리어로부터 분리시키는(토출시키는) 능력을 저하시키는 경향이 있음을 알았다. However, it has been found that setting the electrical resistance of the carrier high tends to lower the developability, that is, the ability to separate (discharge) the toner from the carrier.

전술한 바와 같이, 2성분 현상제의 캐리어는 토너를 현상부에 반송하는 역할 외에도, 마찰 대전에 의해 토너를 대전시키는 역할을 갖는다. 따라서, 캐리어는 토너가 대전되는 전하와는 반대의 극성을 갖는 전하로 대전된다. 예를 들어, 토너가 네가티브 전하로 대전되는 경우, 캐리어는 포지티브 전하로 대전된다. As described above, the carrier of the two-component developer has a role of charging the toner by frictional charging, in addition to conveying the toner to the developing portion. Thus, the carrier is charged with a charge having a polarity opposite to the charge with which the toner is charged. For example, when the toner is charged with negative charge, the carrier is charged with positive charge.

토너를 대전하는 경우, 높게 설정된 캐리어의 전기 저항은 그 캐리어에 축적된 전하가 이동하기 어려워진다. 따라서, 이 캐리어의 전하와 토너의 전하가 서로 끌어당기므로, 큰 부착력이 발생하고 토너가 캐리어로부터 분리되는 것을 저지한다. 낮게 설정된 캐리어의 전기 저항은 캐리어 내의 전하가 캐리어의 표면에서 확산되기 쉬워지므로, 토너와 캐리어의 부착력이 감소되고, 캐리어로부터의 토너 분리가 용이해 진다.When the toner is charged, the electrical resistance of the carrier set high makes it difficult for the charge accumulated in the carrier to move. Thus, the charge of this carrier and the charge of the toner are attracted to each other, so that a large adhesion force is generated and the toner is prevented from being separated from the carrier. The electrical resistance of the carrier set lower makes it easier for charge in the carrier to diffuse on the surface of the carrier, thereby reducing the adhesion between the toner and the carrier and facilitating separation of the toner from the carrier.

현상제 담지체와 감광체 사이에 인가된 현상 바이어스를 증가시키는 것보다 토너가 받는 전계 강도를 강화시키는 다른 방법은, 캐리어의 유전율을 높이는 것을 포함한다. 캐리어의 유전율이 크면, 캐리어 내부에 발생되는 분극 전하가 캐리어 내의 전압차를 감소시키고, 그에 상응하여 감광체측 상의 캐리어와 감광체 사이의 에어 스페이스 상에 전계가 집중된다. 따라서, 캐리어에 부착되어 있는 토너는 강화된 전계 강도를 받는다. Another method of enhancing the electric field strength received by the toner, rather than increasing the developing bias applied between the developer carrier and the photoconductor, includes increasing the dielectric constant of the carrier. If the dielectric constant of the carrier is large, the polarized charge generated inside the carrier reduces the voltage difference in the carrier, and correspondingly an electric field is concentrated in the air space between the carrier and the photosensitive member on the photosensitive member side. Thus, the toner attached to the carrier is subjected to enhanced electric field strength.

캐리어의 유전율을 높이는 것은, 일단 감광체에 운반된 토너도 제거하기 쉬워져 현상성이 저하된다고 생각된다.Increasing the dielectric constant of the carrier is considered to be easy to remove the toner once carried to the photoconductor, thereby degrading developability.

전술한 바와 같이, DC 전압 성분과 AC 전압 성분이 중첩된 교번 바이어스가 현상제 담지체와 감광체 사이에 인가되는 현상 바이어스로서 이용된다. 현상 바이어스가 토너를 감광체에 이동시키는 방향으로 인가되어 있을 때(이하, "현상 방향의 바이어스"라고 함)에는, 토너는 캐리어로부터 분리되어, 감광체로 운반된다. 토너를 현상제 담지체에 이동시키는 방향으로 현상 바이어스를 인가하도록 (이하, "풀백 방향 바이어스(pullback direction bias)"라고 함) 교번 바이어스가 절환될 경우, 토너는 현상제 담지체를 향해 운반된다.As described above, an alternating bias in which a DC voltage component and an AC voltage component are overlapped is used as a developing bias applied between the developer carrying member and the photosensitive member. When the developing bias is applied in the direction of moving the toner to the photoconductor (hereinafter referred to as "bias in the developing direction"), the toner is separated from the carrier and conveyed to the photoconductor. When the alternating bias is switched to apply a development bias in the direction of moving the toner to the developer carrier (hereinafter referred to as "pullback direction bias"), the toner is conveyed toward the developer carrier.

우선, 현상 방향 바이어스가 인가될 경우, 전술한 이유로부터 저유전율 캐리어 B보다 고유전율 캐리어 A가, 토너가 받는 전계 강도는 더 높고, 캐리어로부터 더 많은 토너 입자가 분리되어 감광체로 운반된다. 또한, 교번 바이어스가 절환되어 풀백 방향의 바이어스가 인가되어 있는 경우에도, 저유전율 캐리어 B보다도 고유전율 캐리어 A가, 토너가 더 높은 전계 강도를 받으며, 감광체로부터 더 많은 토너 입자를 분리시킬 수 있으므로, 현상성에 대한 유전율의 영향이 약해진다는 점ㅇ 에서 불편하다.First, when the developing direction bias is applied, the high dielectric constant carrier A has a higher electric field strength than the low dielectric constant carrier B than the low dielectric constant carrier B, and more toner particles are separated from the carrier and transported to the photosensitive member. In addition, even when the alternating bias is switched so that the bias in the pullback direction is applied, the high dielectric constant carrier A has a higher electric field strength than the low dielectric constant carrier B, and the toner receives a higher electric field strength and can separate more toner particles from the photosensitive member. This is inconvenient in that the influence of permittivity on developability is weakened.

도 15는, 상이한 유전율 특성을 갖는 종래의 일반적인 2종류의 캐리어(고유전율 캐리어 A, 저유전율 캐리어 B)를 이용한 경우들 간의 현상성의 차를 도시한다. 도 15에서, 횡축은 현상 바이어스의 피크-투-피크 전압 Vpp를 나타내고, 종축은 감광체 상에 형성된 토너상의 토너층의 단위 면적당 대전량 Q/S[C/㎠]를 나타낸다. Q/S[C/㎠]는, 최고 농도가 얻어지는 감광체 상의 토너 층의 토너의 단위 중량당 대전량 Q/M[μC/g]과, 그 토너층의 단위 면적당 토너 담지량 M/S[mg/㎠]를 곱하여 계산된 값이다. Q/S[C/㎠]는 현상제의 현상 능력, 즉 토너가 캐리어와 토너 간의 부착력을 극복하여, 감광체 상으로 얼마나 많은 토너가 전이되었는지를 나타낸다. 최고 농도란, 고체 화상의 농도이며, 반전 현상의 경우에는, 현상 바이어스의 DC 성분과 감광체의 화상부 전위 간의 전위차가 최대로 되는 화상 농도이다.Fig. 15 shows the difference in developability between cases in which two conventional carriers (high dielectric constant carrier A, low dielectric constant carrier B) having conventional dielectric properties having different dielectric properties are used. In Fig. 15, the horizontal axis represents the peak-to-peak voltage Vpp of the developing bias, and the vertical axis represents the charge amount Q / S [C / cm 2] per unit area of the toner layer on the toner formed on the photosensitive member. Q / S [C / cm 2] is the charge amount Q / M [μC / g] per unit weight of the toner of the toner layer on the photoconductor at which the highest concentration is obtained, and the amount of toner loading M / S [mg / g] per unit area of the toner layer. Cm 2]. Q / S [C / cm 2] indicates how much toner has been transferred onto the photoconductor by overcoming the developing ability of the developer, that is, the toner has adhered between the carrier and the toner. The highest density is the density of a solid image, and in the case of inversion, the image density at which the potential difference between the DC component of the development bias and the image portion potential of the photosensitive member is maximized.

도 15에 도시된 것은, 사용된 감광체가 막 두께(감광층의 두께) 30㎛인 OPC 감광체인 경우에 얻어진 결과이다.Shown in FIG. 15 is the result obtained when the photoconductor used was an OPC photoconductor having a film thickness (thickness of the photosensitive layer) of 30 µm.

도 15로부터, 현상 바이어스의 Vpp 레벨에 상관없이, 저유전율 캐리어 B보다 고유전율 캐리어 A가, Q/S[C/㎠]가 더 높음을 알 수 있다. 도 4는, 고유전율 캐리어 A와 저유전율 캐리어 B의 유전율의 전계 의존성을 도시한다. 캐리어의 유전율은 캐리어에 인가되는 전계에 따라서 변화되는 특성을 갖는다. 도 4에서, 고유전율 캐리어 A의 유전율은, 현상 방향의 바이어스 및 풀백 방향 바이어스에서, 저유전율 캐리어 B보다 높다. 그러나, 도 15에 도시된 바와 같이, 토너를 감광체로 이동시키는 전계 강도에 대해 현상 방향 바이어스 인가시의 유전율의 영향이, 토너를 감광체로부터 분리시키는 전계 강도에 대한 풀백 방향 바이어스 인가시의 유전율의 영향보다 크기 때문에, 저유전율 캐리어 B보다 고유전율 캐리어 A가 Q/S[C/㎠]가 더 높다. 따라서, 유전율의 차로부터 생긴 전계 강도의 차 때문에, 저유전율 캐리어 B보다 고유전율 캐리어 A가 현상성이 더 좋다. It can be seen from FIG. 15 that the high dielectric constant carrier A has higher Q / S [C / cm 2] than the low dielectric constant carrier B, regardless of the Vpp level of the developing bias. 4 shows the electric field dependence of the dielectric constant of the high dielectric constant carrier A and the low dielectric constant carrier B. FIG. The dielectric constant of the carrier has a characteristic that changes depending on the electric field applied to the carrier. In Fig. 4, the dielectric constant of the high dielectric constant carrier A is higher than the low dielectric constant carrier B in the bias in the developing direction and in the pullback direction bias. However, as shown in Fig. 15, the influence of the dielectric constant upon application of the development direction bias on the electric field strength for moving the toner to the photoconductor influences the permittivity upon application of the pullback direction bias on the electric field strength for separating the toner from the photoconductor. Because of its larger size, the high dielectric constant carrier A has a higher Q / S [C / cm 2] than the low dielectric constant carrier B. Therefore, due to the difference in electric field strength resulting from the difference in dielectric constant, the high dielectric constant carrier A is more developable than the low dielectric constant carrier B.

또한, 현상성은 감광체의 캐패시턴스에 의해서도 크게 영향을 받는다. 감광체의 캐패시턴스(단위 면적당 캐패시턴스)가 증가함에 따라 현상성이 저하되고, 그 저하가 허용 한계를 초과하여 진행하는 경우, 다양한 화상 결함이 발생한다. 감광체의 캐패시턴스와 현상성 간의 관계를 다음에 설명한다. The developability is also greatly influenced by the capacitance of the photosensitive member. As the capacitance of the photoconductor (capacitance per unit area) increases, developability decreases, and various image defects occur when the reduction progresses beyond an allowable limit. The relation between the capacitance of the photoconductor and the developability will be described next.

최고 농도의 토너상이 OPC 감광체 상에 형성되는 경우를 예로 들면, 다음 조건 하에서; 현상 콘트라스트(감광체 상의 화상부 전위와 현상 바이어스의 DC 전압 간의 전위차)는, For example, when the toner image of the highest concentration is formed on the OPC photosensitive member, under the following conditions; The development contrast (potential difference between the image unit potential on the photoconductor and the DC voltage of the developing bias) is

Vcont=250VVcont = 250V

토너 대전량 Q/M=-30μC/gToner Charge Q / M = -30μC / g

토너 담지량 M/S=0.65mg/㎠ 이다. Toner loading amount M / S = 0.65 mg / cm 2.

이 토너상의 토너층에 의해 30㎛의 막 두께를 갖는 OPC 감광체 상에 생성된 전위(충전 전위) ΔV는, 아래 수학식에 의해 계산된다.The potential (charge potential) ΔV generated on the OPC photosensitive member having a film thickness of 30 탆 by the toner layer on this toner is calculated by the following equation.

Figure 112008027901001-PAT00001
Figure 112008027901001-PAT00001

여기서, here,

Figure 112008027901001-PAT00002
Figure 112008027901001-PAT00002

Q/M은 감광체 상에서의 단위 중량당 토너 전하량을 나타낸다. Q / M represents the amount of toner charge per unit weight on the photoconductor.

M/S는 감광체 상에서의 최고 농도부의 단위 면적당 토너 중량을 나타낸다. M / S represents the toner weight per unit area of the highest concentration portion on the photoconductor.

λt는 감광체 상에서의 최고 농도부의 토너층 두께를 나타낸다. λt represents the thickness of the toner layer at the highest concentration portion on the photoconductor.

d는 감광체의 막 두께를 나타낸다. d represents the film thickness of the photosensitive member.

εt는 토너층의 비유전율을 나타낸다. ε t represents the relative dielectric constant of the toner layer.

εd는 감광체의 비유전율을 나타낸다. ε d represents the relative dielectric constant of the photoconductor.

ε0는 진공 유전율을 나타낸다. ε 0 represents the vacuum dielectric constant.

상기 조건 하에서, ΔV=243V로 되고, Vcont=250V를 메운다. 즉, 토너층의 전하가 정전상의 전위를 만족스럽게 메운다(충전 효율: 97％).Under the above conditions,? V = 243V, and Vcont = 250V is filled. That is, the charge in the toner layer satisfactorily fills the potential of the electrostatic image (charge efficiency: 97%).

a-Si 감광체 재료의 재료 특성은, 그 비유전율이 OPC 감광체보다 약 3배 크다(a-Si 감광체 : 약 10, OPC 감광체 : 약 3.3). 따라서, a-Si 감광체 및 OPC 감광체가 동일한 막 두께(예를 들어, 30㎛)를 갖는 경우, a-Si 감광체의 캐패시턴스(예를 들어, 2.95×10-6F/㎡)는 OPC 감광체의 캐패시턴스(예를 들어, 0.97×10-6F/㎡)보다 약 3배 크다.The material characteristic of the a-Si photosensitive member material is about three times larger than that of the OPC photosensitive member (a-Si photosensitive member: about 10, OPC photosensitive member: about 3.3). Therefore, when the a-Si photosensitive member and the OPC photosensitive member have the same film thickness (for example, 30 μm), the capacitance of the a-Si photosensitive member (for example, 2.95 × 10 −6 F / m 2) is the capacitance of the OPC photosensitive member. (For example, 0.97 × 10 −6 F / m 2) about three times larger.

OPC 감광체를 이용하는 상기 예에서와 같은, Vcont는 250V이고, 토너 전하량 Q/M은 -30μC/g인 상기 조건 하에서, a-Si 감광체 상에 최고 농도 토너상을 형성하 는 경우를 고려한다. 상기 수학식으로부터, ΔV=250V를 만족시키기 위해 필요한 토너량은 1.15mg/㎠이고, 이는 a-Si 감광체 상으로 전이될 토너량이 상기 OPC 감광체 상의 토너량의 약 1.7배임을 의미한다. 반대로, a-Si 감광체는, 0.65mg/㎠의 토너 담지량 M/S를 얻기 위해, 약 1/1.7의 OPC 감광체의 현상 콘트라스트를 필요로 한다. 따라서, a-Si 감광체가 약 147V의 현상 콘트라스트 Vcont를 필요로 하여, 고농도부의 전하를 채우게 된다.As in the above example using the OPC photosensitive member, consider the case of forming the highest concentration toner image on the a-Si photosensitive member under the above conditions in which Vcont is 250 V and the toner charge amount Q / M is -30 µC / g. From the above equation, the amount of toner required to satisfy ΔV = 250V is 1.15 mg / cm 2, which means that the amount of toner to be transferred onto the a-Si photosensitive member is about 1.7 times the amount of toner on the OPC photosensitive member. In contrast, the a-Si photoconductor requires the development contrast of the OPC photoconductor of about 1 / 1.7 to obtain a toner loading amount M / S of 0.65 mg / cm 2. Therefore, the a-Si photosensitive member needs a development contrast Vcont of about 147 V to fill the charge in the high concentration portion.

그러나, 넓은 톤 재현 범위가 요구되는 경인쇄 시장 등에서, Vcont=147V에서의 γ특성(상 노광량에 관한 화상 농도 특성)이 너무 급준하여 높은 톤 재현성을 달성할 수 없어서, 사진 화상 등의 하프톤 화상을 재현하기 어려운 결과를 초래할 수 있다. However, in the light printing market and the like where a wide tone reproduction range is required, the γ characteristic (image density characteristic with respect to the image exposure amount) at Vcont = 147 V is so steep that high tone reproducibility cannot be achieved, and therefore halftone images such as photographic images This may result in difficult to reproduce.

정전상을 뚜렷하게 하기 위해, OPC 감광체의 막 두께(감광층 두께)를 감소시키려는 시도가 행해졌다. 이 경우에서도, 감광체의 막 두께 감소가 감광체의 캐패시턴스의 증가를 초래하여, a-Si 감광체에 관해 앞서 설명한 바와 동일한 문제를 야기할 수 있다. In order to sharpen the electrostatic image, attempts have been made to reduce the film thickness (photosensitive layer thickness) of the OPC photosensitive member. Even in this case, the decrease in the film thickness of the photoconductor may lead to an increase in the capacitance of the photoconductor, which may cause the same problem as described above for the a-Si photoconductor.

감광체의 비유전율을 높게 설정하거나 또는 감광체의 막 두께를 감소시키는 것으로부터 발생하는 문제에 대처하기 위한 가능한 방법은, 토너상의 토너층의 Q/S[C/㎠]를 증가시키는 것, 즉 토너 대전량 Q/M[μC/g]을 증가시키는 것이다. 예를 들면, 토너 대전량 Q/M[μC/g]을 상기 예의 -30μC/g으로부터 -60μC/g로 변경시킨다. 이 상태에서, 예를 들어 240V의 현상 콘트라스트 Vcont에서, 0.65mg/㎠의 토너 담지량 M/S[mg/㎠]을 얻는다면, 토너층에 의해 생성되는 전위 ΔV는 238V(즉, 대략 240V)이고, 충전 효율은 약 100％이다. A possible way to cope with the problems resulting from setting the relative dielectric constant of the photoconductor high or reducing the film thickness of the photoconductor is to increase the Q / S [C / cm 2] of the toner layer on the toner, i.e., toner charging It is to increase the quantity Q / M [μC / g]. For example, the toner charging amount Q / M [µC / g] is changed from -30 µC / g in the above example to -60 µC / g. In this state, for example, at a developing contrast Vcont of 240 V, a toner loading amount M / S [mg / cm 2] of 0.65 mg / cm 2 is obtained, the potential ΔV generated by the toner layer is 238 V (ie, approximately 240 V) and The charging efficiency is about 100%.

그러나, 실제로 토너 대전량 Q/M[μC/g]을 증가시키는 것은, 캐리어 및 토너의 정전기력을 상당히 증가시키기 때문에, 현상성을 심각하게 저하시킬 수 있다.In practice, however, increasing the toner charge amount Q / M [μC / g] may significantly reduce the developability because it significantly increases the electrostatic force of the carrier and toner.

설명한 바와 같이, a-Si 감광체 및 낮은 표면 저항을 갖는 그 밖의 감광체로서는, 현상 중에 정전상으로의 전하 주입이 방지되어야 하므로, 현상 바이어스의 Vpp를 증가될 수 없다. As described, the a-Si photosensitive member and other photosensitive members having low surface resistance cannot increase the Vpp of the developing bias because charge injection into the electrostatic image must be prevented during development.

a-Si 감광체, 박막 OPC 감광체 및 큰 캐패시턴스를 갖는 그 밖의 감광체로서는, 토너 대전량 Q/M[μC/g]을 높게 설정하는 것이 현상성을 심각하게 저하시키는 몇몇 경우를 제외하고는, 토너 대전량 Q/M[μC/g]을 높게 설정하는 것은 블랭크 스팟(blank spot) 등의 화상 결함을 방지하면서 안정적이며 만족스러운 톤 재현성을 얻기에 효율적이다. As the a-Si photosensitive member, the thin film OPC photosensitive member, and other photosensitive members having a large capacitance, setting the toner charging amount Q / M [μC / g] to a high value, except in some cases, seriously degrades developability, Setting the quantity Q / M [μC / g] high is efficient to obtain stable and satisfactory tone reproducibility while preventing image defects such as blank spots.

본 발명의 목적은, 토너와 캐리어를 구비하는 2성분 현상제를 이용하고, 캐리어를 통한 정전상에의 전하 주입을 방지하면서, 양호한 현상성을 얻을 수 있는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus which can obtain good developability by using a two-component developer having a toner and a carrier, and preventing charge injection into an electrostatic image through the carrier.

본 발명의 다른 목적은, 현상 시에 고유전율의 캐리어 이용에 의해, 현상성이 기하급수적으로 개선되는 현상 방식을 이용한 현상기를 갖는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus having a developing device using a developing method in which developability is improved exponentially by using a carrier having a high dielectric constant during development.

본 발명의 또 다른 목적은, 높은 대전량의 토너 이용에 무관하게, 현상성이 기하급수적으로 개선되는 현상 방식을 이용한 현상기를 갖는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an image forming apparatus having a developing device using a developing method in which developability is improved exponentially regardless of the use of a high charge amount of toner.

본 발명의 또 다른 목적은, 큰 캐패시턴스의 감광체 이용에 무관하게, 장기간 동안 지속적으로 고선명 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an image forming apparatus capable of forming a high definition image continuously for a long time regardless of the use of a large capacitance photosensitive member.

본 발명의 또 다른 목적은, 상 담지체와 현상제 담지체 간의 전계 변화에 의해 변경되는 캐리어 저항 특성을 적절하게 설정하는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an image forming apparatus for appropriately setting carrier resistance characteristics changed by electric field changes between an image carrier and a developer carrier.

본 발명의 다른 특징들이 첨부 도면을 참조하여 이하의 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.Other features of the present invention will become apparent from the following description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 다른 목적들 및 특징들이 첨부 도면을 참조하여 읽어보면 이하의 상세한 설명을 통해 더 명백해질 것이다. Other objects and features of the present invention will become more apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명의 화상 형성 장치에 따르면, 토너와 캐리어를 구비하는 2성분 현상제를 이용하여, 캐리어를 통한 정전상에의 전하 주입을 방지하면서, 양호한 현상성을 얻을 수 있다.According to the image forming apparatus of the present invention, by using a two-component developer having a toner and a carrier, good developability can be obtained while preventing charge injection into an electrostatic image through the carrier.

이하, 본 발명에 따른 화상 형성 장치를 도면에 의거하여 더 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the image forming apparatus which concerns on this invention is demonstrated in detail based on drawing.

<제1 실시예><First Embodiment>

화상 형성 장치Image forming apparatus

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치(100)의 주요부의 개략적인 단면 구성을 도시한다.1 shows a schematic cross-sectional configuration of the main part of an image forming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

화상 형성 장치(100)는, 소위 감광 드럼인 원통형의 전자 사진 감광체(이하 간단히 "감광체"라고 함)(1)를 가지며, 이는 상 담지체로서 기능한다. 감광체(1)의 주위에는, 대전 수단인 대전기(2), 노광 수단인 노광기(3), 현상 수단인 현상기(4), 전사 수단인 전사 대전기(5), 크리닝 수단인 클리너(7), 전노광 수단으로서의 전노광기(8) 등이 배치되어 있다. 또한, 전사재 P가 반송되는 방향을 따라, 감광체(1)와 전사 대전기(5)가 서로 대향하는 전사 포인트 N의 하류 포인트에, 정착 수단으로서의 정착기(6)가 배치되어 있다.The image forming apparatus 100 has a cylindrical electrophotographic photosensitive member (hereinafter simply referred to as "photosensitive member") 1, which is a so-called photosensitive drum, which functions as an image carrier. Around the photosensitive member 1, a charger 2 as a charging means, an exposure machine 3 as an exposure means, a developing device 4 as a developing means, a transfer charger 5 as a transfer means, a cleaner 7 as a cleaning means And the pre-exposure 8 as the pre-exposure means are arranged. In addition, the fixing unit 6 as a fixing means is disposed at a downstream point of the transfer point N where the photosensitive member 1 and the transfer charger 5 oppose each other along the direction in which the transfer material P is conveyed.

감광체(1)는, 적어도 유기 광 도전체층을 갖는 통상의 OPC 감광체 및 적어도 아몰퍼스 실리콘층을 갖는 통상의 a-Si 감광체일 수 있다.The photoconductor 1 may be a conventional OPC photoconductor having at least an organic photoconductor layer and a conventional a-Si photoconductor having at least an amorphous silicon layer.

OPC 감광체에서는, 도전성 기체 상에, 유기 광 도전체를 주로 형성하는 광 도전층을 구비한 감광층(감광막)이 형성된다. 통상의 OPC 감광체는, 일반적으로 도 2에 도시한 바와 같이, 금속 기체(11) 상에, 유기 재료로 구성된 전하 발생층(12), 전하 수송층(13), 및 표면 보호층(14)이 적층되어 구성된다.In the OPC photosensitive member, a photosensitive layer (photosensitive film) having a photoconductive layer mainly forming an organic photoconductor is formed on a conductive substrate. A typical OPC photosensitive member is generally laminated with a charge generating layer 12, a charge transport layer 13, and a surface protective layer 14 made of an organic material on a metal substrate 11, as shown in FIG. It is configured.

a-Si 감광체는 도전성 기체 상에, 비정질 실리콘(아몰퍼스 실리콘)을 주로 형성하는 광 도전층을 구비한 감광층(감광막)을 갖는다. 통상의 a-Si 감광체는, 일반적으로, 다음의 층 구조를 갖는다.The a-Si photosensitive member has a photosensitive layer (photosensitive film) provided with a photoconductive layer which mainly forms amorphous silicon (amorphous silicon) on a conductive substrate. A normal a-Si photosensitive member generally has the following layer structure.

a-Si 감광체는, 감광체 지지체(기체)(21) 상에 감광막(22)이 배치된, 도 3a 에 도시된 층 구조를 가질 수 있다. 본 예에서의 감광막(22)은, a-Si:H, X(H는 수소 원자, X는 할로겐 원자)의 광 도전성을 갖는 광 도전층(23)으로 형성된다.The a-Si photosensitive member may have a layer structure shown in FIG. 3A in which the photosensitive film 22 is disposed on the photosensitive member support (gas) 21. The photosensitive film 22 in this example is formed of the photoconductive layer 23 which has the photoconductivity of a-Si: H, X (H is a hydrogen atom, X is a halogen atom).

도 3b에 도시된 a-Si 감광체는 감광체 지지체(21) 상에 감광막(22)을 갖는다. 이 감광막(22)은, a-Si:X, X의 광 도전성을 갖는 광 도전층(23) 및 아몰퍼스 실리콘계 표면층(24)으로 형성된다.The a-Si photosensitive member shown in FIG. 3B has a photosensitive film 22 on the photosensitive member support 21. This photosensitive film 22 is formed of the photoconductive layer 23 and the amorphous silicon-based surface layer 24 having the photoconductivity of a-Si: X, X.

도 3c에 도시된 a-Si 감광체는 감광체 지지체(21) 상에 감광막(22)을 갖는다. 이 감광막(22)은, a-Si:H, X의 광 도전성을 갖는 광 도전층(23), 아몰퍼스 실리콘계 표면층(24), 및 아몰퍼스 실리콘계 전하 주입 저지층(25)으로 형성된다.The a-Si photosensitive member shown in FIG. 3C has a photosensitive film 22 on the photosensitive member support 21. This photosensitive film 22 is formed of the photoconductive layer 23 having the photoconductivity of a-Si: H, X, the amorphous silicon-based surface layer 24, and the amorphous silicon-based charge injection blocking layer 25.

도 3d에 도시된 a-Si 감광체는 감광체 지지체(21) 상에 감광막(22)을 갖는다. 이 감광막(22)은, 전하 발생층(26) 및 전하 수송층(27)으로 구성된 광 도전층(23)과, 아몰퍼스 실리콘계 표면층(24)으로 형성된다. 전하 발생층(26)은 a-Si:H, X로 구성된다. a-Si 감광체는 표면 마모에 저항력이 있으며, 고내구성을 특징으로 하기 때문에 a-Si 감광체를 사용하는 것은 유리하다. The a-Si photosensitive member shown in FIG. 3D has a photosensitive film 22 on the photosensitive member support 21. This photosensitive film 22 is formed of the photoconductive layer 23 composed of the charge generating layer 26 and the charge transport layer 27 and the amorphous silicon surface layer 24. The charge generating layer 26 is composed of a-Si: H and X. It is advantageous to use an a-Si photosensitive member because the a-Si photosensitive member is resistant to surface abrasion and is characterized by high durability.

감광체(1)는 상기 층 구조를 갖는 것에 한정되는 것이 아니라, 또 다른 층 구조를 갖는 감광체가 될 수도 있다.The photoconductor 1 is not limited to one having the above layer structure, but may be a photoconductor having another layer structure.

도 1의 감광체(1)는, 도 1의 화살표 A로 표시된 방향으로 소정의 원주 속도로 회전 및 구동된다. 회전하는 감광체(1)의 표면은 대전기(2)에 의해 실질적으로 균일하게 대전된다. 노광기(3)에 대향하는 감광체(1)의 일부가 화상 신호에 대응하여 노광기(3)로부터 발광되는 레이저광으로 조사되어, 감광체(1) 상에 원고 화상에 대응하는 정전상이 형성된다. The photosensitive member 1 of FIG. 1 is rotated and driven at a predetermined circumferential speed in the direction indicated by the arrow A in FIG. The surface of the rotating photosensitive member 1 is charged substantially uniformly by the charger 2. A part of the photosensitive member 1 opposite to the exposure machine 3 is irradiated with laser light emitted from the exposure machine 3 in response to the image signal, so that an electrostatic image corresponding to the original image is formed on the photosensitive member 1.

감광체(1)에 형성된 정전상이 감광체(1)의 회전에 의해 현상기(4)에 대향하는 위치에 도달하면, 현상기(4) 내부에 있으며 비자성 토너 입자(토너) T와 자성 캐리어 입자(캐리어) C를 구비하는 2성분 현상제에 의해 토너상으로서 현상된다. 토너상은 2성분 현상제의 성분들로부터 실질적으로 토너만으로 형성된다.When the electrostatic image formed on the photoconductor 1 reaches the position opposite to the developer 4 by the rotation of the photoconductor 1, it is inside the developer 4 and has nonmagnetic toner particles (toner) T and magnetic carrier particles (carrier). It is developed as a toner image by a two-component developer having C. The toner image is formed substantially from the toner only from the components of the two-component developer.

현상기(4)는 2성분 현상제를 포함하는 현상 용기(현상기 본체)(44)를 갖는다. 또한, 현상기(4)는 현상제 담지체로 기능하는 현상 슬리브(41)를 갖는다. 현상 슬리브(41)는 현상 용기(44)의 개구부(44a)에 현상 슬리브(41)가 회전할 수 있도록 배치되고, 자계 발생 수단인 롤러 형상의 마그네트(42)를 내부에 보유하고 있다.The developing device 4 has a developing container (developing body) 44 containing a two-component developer. The developing device 4 also has a developing sleeve 41 which functions as a developer carrying member. The developing sleeve 41 is disposed in the opening 44a of the developing container 44 so that the developing sleeve 41 can rotate, and has a roller-shaped magnet 42 as a magnetic field generating means therein.

본 실시예에서의 현상 슬리브(41)는, 그 표면이 현상 슬리브(41)가 감광체(1)와 대향하는 부분, 즉, 현상부 G에서 감광체(1)의 표면 이동 방향과 동일 방향(B 방향)으로 이동되도록 회전 및 구동된다. 2성분 현상제는 현상 슬리브(41)의 표면 상에 담지되고, 이어서 조절 부재(43)에 의해 제어되는 2성분 현상제의 제어 량이, 현상 슬리브(41)가 감광체(1)와 대향하는 현상부 G로 반송된다.The developing sleeve 41 in the present embodiment has the same direction as the surface movement direction of the photosensitive member 1 in the portion where the developing sleeve 41 faces the photosensitive member 1, that is, the developing part G (B direction). Is rotated and driven to move. The two-component developer is supported on the surface of the developing sleeve 41, and then the control amount of the two-component developer controlled by the adjusting member 43 is a developing portion in which the developing sleeve 41 opposes the photosensitive member 1. Returned to G.

캐리어 C는 대전된 토너를 담지하여 그 토너를 현상부 G까지 운반하는 기능을 한다. 토너 T는 캐리어 C와 혼합됨으로써, 마찰 대전을 통해 소정의 극성의 소정의 전하량으로 대전된다. 현상부 G에서, 마그네트(42)에 의해 발생된 자계가 현상 슬리브(41) 상의 2성분 현상제를 자기 브러시로 하여, 자기 브러시를 형성한다. 본 실시예에서, 자기 브러시는 감광체(1)의 표면에 접촉되고, 소정 레벨의 현상 바이어스가 현상 슬리브(41)에 인가되어, 2성분 현상제로부터 토너 T만을 감광체(1) 상의 정전상으로 전이시킨다.The carrier C serves to carry the charged toner and to transport the toner to the developing unit G. The toner T is mixed with the carrier C, thereby charging with a predetermined amount of electric charge of a predetermined polarity through triboelectric charging. In the developing portion G, the magnetic field generated by the magnet 42 forms a magnetic brush using the two-component developer on the developing sleeve 41 as a magnetic brush. In this embodiment, the magnetic brush is in contact with the surface of the photoconductor 1, and a predetermined level of development bias is applied to the developing sleeve 41, so that only the toner T is transferred from the two-component developer to the electrostatic image on the photoconductor 1 Let's do it.

감광체(1) 상에 형성된 토너상은 전사 대전기(5)에 의해 전사재 P에 정전적으로 전사된다. 이어서, 전사재 P는 정착기(6)에 반송되고, 전사재 P가 가열 및 가압되어, 그 전사재 P의 표면에 토너 T가 정착되도록 한다. 그 후, 전사재 P는 출력 화상으로서 화상 형성 장치로부터 배출된다.The toner image formed on the photosensitive member 1 is electrostatically transferred to the transfer material P by the transfer charger 5. Subsequently, the transfer material P is conveyed to the fixing unit 6, and the transfer material P is heated and pressurized, so that the toner T is fixed to the surface of the transfer material P. Thereafter, the transfer material P is discharged from the image forming apparatus as an output image.

전사 단계 후에 감광체(1) 상에 잔류하는 토너 T가 클리너(7)에 의해 제거된다. 클리너(7)에 의해 클리닝된 감광체(1)는 전노광기(8)에 의한 광 조사를 통해 전기적으로 초기화되고, 이어서 상기 화상 형성 동작이 반복된다. The toner T remaining on the photoconductor 1 after the transfer step is removed by the cleaner 7. The photosensitive member 1 cleaned by the cleaner 7 is electrically initialized through light irradiation by the pre-exposure 8, and then the image forming operation is repeated.

캐리어의 유전율Carrier's permittivity

전술한 바와 같이, 토너 T와 캐리어 C를 구비하는 2성분 현상제를 이용한 화상 형성 장치는 바람직하게는 이하를 충족시킨다. As described above, the image forming apparatus using the two-component developer having the toner T and the carrier C, preferably satisfies the following.

한가지는, 현상 바이어스의 피크-투-피크 전압이 너무 많이 증가되는 것을 제한함으로써, 현상 중에 정전상에의 전하 주입을 방지하는 것이다. 또 한가지는, 본 실시예에서 사용되는 감광체와 같은, 1.7×10-6F/㎡ 크기의 캐패시턴스를 갖는 감광체(아몰퍼스 실리콘 감광체)를 다루기 위해서, 토너의 대전량을 증가시킬 필요성에도 불구하고, 토너가 정전상의 전위를 메울 수 있는 현상 능력의 저하를 방지하는 것이다.One is to limit the increase of the peak-to-peak voltage of the development bias by too much, thereby preventing charge injection into the electrostatic phase during development. Another thing is toner, despite the necessity of increasing the charge amount of the toner, in order to deal with a photosensitive member (amorphous silicon photosensitive member) having a capacitance of 1.7 × 10 −6 F / m 2, such as the photosensitive member used in this embodiment. This is to prevent the deterioration of developing ability to fill the potential of the electrostatic image.

이를 달성하기 위한 가능한 방법은, 토너가 받는 실제 전계 강도를 강화시키는 것이다.A possible way to achieve this is to enhance the actual field strength that the toner receives.

따라서, 본 발명의 목적 중 하나는, 높은 대전량의 토너 이용에도 불구하고, 현상성을 기하급수적으로 개선시키는 현상 방식을 제안하는 것이다. 본 발명의 목적 중 다른 하나는, 큰 캐패시턴스를 갖는 감광체 이용에도 불구하고, 화상 형성 장치가 장기간 동안 지속적으로 고선명 화상을 형성할 수 있도록 하는 것이다. Therefore, one of the objects of the present invention is to propose a developing method which improves developability exponentially in spite of using a high charge amount of toner. Another of the objects of the present invention is to enable the image forming apparatus to form a high definition image continuously for a long time despite the use of a photosensitive member having a large capacitance.

따라서, 본 발명은 현상 바이어스 인가 하에서 캐리어의 유전율의 전계 의존성을 적절한 값으로 설정하는 것을 포함한다. 그 상세한 설명은 이하에 설명한다.Therefore, the present invention includes setting the electric field dependence of the dielectric constant of the carrier to an appropriate value under application of developing bias. The detailed description will be described below.

도 4는, 상이한 전기 유전율 특성을 갖는 종래의 일반적인 2종류의 캐리어(고유전율 캐리어 A, 저유전율 캐리어 B)에서의 비유전율 ε의 전계 의존성을 도시한다. 도 4에서, 횡축은 전계 강도[V/m]를 나타내고, 종축은 비유전율 ε을 나타낸다. 비유전율이란, 유전율/진공 유전율로 표시되고, 진공 유전율은 8.854×10-12F/m이다. 비유전율은 유전율에 비례하는 값이다.Fig. 4 shows the electric field dependence of the relative dielectric constant? In two conventional carriers (high dielectric constant carrier A, low dielectric constant carrier B) having different electric dielectric constant characteristics. In Fig. 4, the horizontal axis represents electric field strength [V / m], and the vertical axis represents relative permittivity?. The relative dielectric constant is expressed by permittivity / vacuum permittivity and the vacuum permittivity is 8.854 × 10 -12 F / m. The relative dielectric constant is a value proportional to the dielectric constant.

캐리어의 비유전율은, 도 5에 도시된 장치에 의해 측정될 수 있다. The relative dielectric constant of the carrier can be measured by the apparatus shown in FIG.

소정의 원주 속도(통상, 감광체의 표면 이동 속도)로 회전하는 알루미늄제의 원통체(이하, "알루미늄 드럼"이라고 함) Dr이, 소정의 거리 D(통상, 현상 시의 최근접 거리)만큼 이격되어, 캐리어만을 포함한 현상기(4)의 현상 슬리브(41)와 대향한다. 소정의 원주 속도(통상, 현상 시의 원주 속도)로 현상 슬리브(41)를 회전시키면서, 전원 HV(NF사 제품, HVA 4321)가 알루미늄 드럼 Dr과 현상 슬리브(41) 간에 AC 전압(Sin파)을 인가한다. Sin파의 주파수를 스윕하면서, 인가 전압에 대한 응답 전류를 측정함으로써, 임피던스를 측정한다. 본 예에서, 캐리어의 임피던스 는 솔라트론이라는 영국 회사 제품인 유전체 측정 시스템 5 (126096W)에 의해 자동으로 측정되었다. 임피던스 측정 장치는 도 5에서 Z로 표시된다. 측정된 임피던스로부터 캐리어의 캐패시턴스가 계산되고, 계산된 캐패시턴스에 대해, 현상 슬리브(41)와 알루미늄 드럼 사이의 거리 및 캐리어가 알루미늄 드럼과 접촉하는 접촉 면적으로부터, 캐리어의 비유전율이 계산되었다. 캐리어의 비유전율의 전계 의존성은, 인가되는 Sin파의 진폭을 스윕핑함으로써 측정되었다.An aluminum cylindrical body (hereinafter referred to as an "aluminum drum") Dr, which rotates at a predetermined circumferential speed (usually, the surface movement speed of the photosensitive member), is spaced apart by a predetermined distance D (usually, the nearest distance during development). And opposes the developing sleeve 41 of the developing device 4 including only the carrier. While rotating the developing sleeve 41 at a predetermined circumferential speed (typically, the circumferential speed at the time of developing), the power source HV (NVA Co., Ltd., HVA 4321) has an AC voltage (Sin wave) between the aluminum drum Dr and the developing sleeve 41. Is applied. The impedance is measured by measuring the response current to the applied voltage while sweeping the frequency of the Sin wave. In this example, the impedance of the carrier was automatically measured by dielectric measurement system 5 (126096W), a British company manufactured by Solartron. The impedance measuring device is indicated by Z in FIG. 5. The capacitance of the carrier was calculated from the measured impedance, and for the calculated capacitance, the relative dielectric constant of the carrier was calculated from the distance between the developing sleeve 41 and the aluminum drum and the contact area where the carrier contacts the aluminum drum. The electric field dependence of the relative dielectric constant of the carrier was measured by sweeping the amplitude of the applied Sin wave.

도 4의 횡축에 의해 도시된 전계 강도[V/m]는, 알루미늄 드럼 Dr과 현상 슬리브(41)가 서로 가장 근접해 있는 위치(최근접 거리 D)에서의 전계 강도 E이며, 알루미늄 드럼 Dr과 현상 슬리브(41) 간에 인가된 전압을 거리 D로 나눔으로써 계산된다. The electric field strength [V / m] shown by the horizontal axis of FIG. 4 is electric field strength E in the position (closest distance D) where aluminum drum Dr and the developing sleeve 41 are closest to each other, and are developed with aluminum drum Dr. It is calculated by dividing the voltage applied between the sleeves 41 by the distance D.

도 4에서, 실선은 고유전율 캐리어 A의 유전율의 전계 의존성을 나타내며, 파선은 저유전율 캐리어 B의 유전율의 전계 의존성을 나타낸다.In Fig. 4, the solid line shows the electric field dependence of the dielectric constant of the high dielectric constant carrier A, and the broken line shows the electric field dependence of the dielectric constant of the low dielectric constant carrier B.

도 4로부터, 저유전율 캐리어 B보다 고유전율 캐리어 A가, 그 전계 강도에 대한 비유전율의 기울기가 더 크다는 것이 이해된다. It is understood from FIG. 4 that the dielectric constant carrier A has a larger slope of the relative dielectric constant with respect to the electric field strength than the low dielectric constant carrier B.

고유전율 캐리어 A 및 저유전율 캐리어 B는, 각각, 도 4에서 전계 강도가 E1에서 E2로 변할 경우, 비유전율 ε이 εA1=12로부터 εA2=43으로 변동하는 캐리어 및 비유전율 ε이 εB1=7로부터 εB2=10으로 변동하는 캐리어이다. In the high dielectric constant carrier A and the low dielectric constant carrier B, respectively, the relative dielectric constant ε varies from εA1 = 12 to εA2 = 43 when the electric field strength changes from E1 to E2 in FIG. 4 from εB1 = 7. It is a carrier which fluctuates by (epsilon) B2 = 10.

도 6은, 현상 동작 시에서의 감광체(1) 상의 정전상의 전위 및 현상 슬리브(41)에 인가되는 현상 바이어스를 도시한다. 도 6에서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 전위를 나타낸다.6 shows the potential of the electrostatic image on the photosensitive member 1 and the developing bias applied to the developing sleeve 41 in the developing operation. In FIG. 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents potential.

본 실시예에 사용된 현상 바이어스는, 구형파의 통상의 현상 바이어스(교번 바이어스)이다. 이 현상 바이어스는 AC 전압 성분(피크-투-피크 전압 Vpp: 피크 전위 Vp1 및 Vp2)와 Vdc로 표시된 DC 전압 성분(Vdc)을 중첩시킨다. 이 현상 바이어스는 감광체(1)의 정전상과 현상 슬리브(41) 사이에 인가된다.The developing bias used in this embodiment is a normal developing bias (alternating bias) of a square wave. This developing bias superimposes the AC voltage component (peak-to-peak voltage Vpp: peak potentials Vp1 and Vp2) and the DC voltage component Vdc, denoted Vdc. This developing bias is applied between the electrostatic image of the photosensitive member 1 and the developing sleeve 41.

본 명세서의 설명에서는, 본 실시예가 정전상이 화상부를 노광함으로써 형성되는 화상 노광 방식을 이용한다는 것을 전제로 한다. 즉, 정전상의 암부와 명부 중, 화상부는 명부이다. 본 실시예의 감광체(1)는 네거티브 전하로 대전되는 것을 설명의 또 다른 전제로 한다. 또한, 본 실시예의 토너는 캐리어와의 마찰에 의한 대전을 통해 네거티브 전하로 대전되고, 본 실시예는 감광체의 대전 극성과 동일 극성의 전하로 마찰에 의해 대전된 토너를 이용하는 반전 현상 방식(감광체 상의 노광된 화상부를 현상하는 현상 방식)을 이용하는 것임을 가정하여 설명한다.In the description of this specification, it is assumed that the present embodiment uses an image exposure system in which an electrostatic image is formed by exposing an image portion. That is, the image part is a list among the dark part and list of an electrostatic image. Another premise of explanation is that the photoconductor 1 of this embodiment is charged with negative charge. In addition, the toner of this embodiment is charged with negative charge through charging by friction with a carrier, and this embodiment uses an inversion developing method using a toner charged by friction with a charge of the same polarity as that of the photosensitive member (on the photosensitive member). It is assumed that the development method for developing the exposed image part) is used.

도 6에서, VD는 감광체(1)의 대전 전위(암부 전위)를 나타내며, 본 실시예의 감광체(1)는 대전기(2)에 의해 네거티브 전하로 대전된다. 도 6에서 VL은 노광기(3)에 의해 노광된 화상부의 영역의 전위, 즉 명부 전위를 나타내며, 최고 농도를 얻기 위한 전위이다. 따라서, VL 전위부는 토너 부착량이 최대인 영역이다.In Fig. 6, VD represents the charging potential (dark potential) of the photosensitive member 1, and the photosensitive member 1 of this embodiment is charged with negative charge by the charger 2. In FIG. 6, VL represents the potential of the region of the image portion exposed by the exposure machine 3, that is, the potential of the root, and is the potential for obtaining the highest density. Therefore, the VL potential portion is an area where the toner deposition amount is maximum.

상술한 바와 같이, 구형파 현상 바이어스가 현상 슬리브(41)에 인가된다. 따라서, 피크 전위 중 전위 Vp1이 현상 슬리브(41)에 부여된 기간에는, VL 전위로부터의 최대 전위차가 생성되고, 이 전위차로부터 기인하는 전계(이하 "현상 전계"라고 함)가 토너를 감광체(1)로 전이시킨다. 다른 한편, 현상 슬리브(41)에 전위 Vp2가 부여된 기간에는, VL 전위로부터의 전위차가 현상 전계를 형성하는 전위차의 반대 방향으로 생성되고, 그 결과의 전계는 VL 전위부로부터 토너를 현상 슬리브(41)를 향해 풀백한다(이하 "풀백 전계"라고 함). As described above, the square wave developing bias is applied to the developing sleeve 41. Therefore, in the period in which the potential Vp1 is applied to the developing sleeve 41 among the peak potentials, a maximum potential difference from the VL potential is generated, and an electric field resulting from this potential difference (hereinafter referred to as "developing electric field") causes the toner to be exposed to the photoreceptor 1 ). On the other hand, in the period in which the potential Vp2 is applied to the developing sleeve 41, the potential difference from the VL potential is generated in the opposite direction to the potential difference forming the developing electric field, and the resulting electric field causes the toner to develop from the VL potential portion. 41) (hereinafter referred to as "pullback electric field").

이제, 도 6 및 도 7을 참조하여, 현상 바이어스의 VL 전위에 대한 시간 변화를 설명한다. 도 7에서 시점 a, b, c, d, e 각각에서의 전계 강도 Ea, Eb, Ec, Ed는, 이하의 식으로 표현된다.6 and 7, the time change with respect to the VL potential of the developing bias will now be described. In FIG. 7, the electric field strengths Ea, Eb, Ec, and Ed at each of the viewpoints a, b, c, d, and e are represented by the following equations.

Ea=Ec=Ee=|(Vdc-VL)/D|Ea = Ec = Ee = | (Vdc-VL) / D |

Eb=|(Vp1-VL)/D|Eb = | (Vp1-VL) / D |

Ed=|(Vp2-VL)/D|Ed = | (Vp2-VL) / D |

[여기서, VL은 최고 농도가 얻어지는 정전상의 전위[V]를 나타내고, [Where VL represents the potential [V] of the electrostatic image at which the highest concentration is obtained,

Vp1은, 교번 바이어스에서의 피크 전위 중, 토너를 감광체를 향하여 이동시키도록 한 VL 전위로부터의 전위차를 제공하는 피크 전위[V]를 나타내고,Vp1 represents a peak potential [V] that provides a potential difference from the VL potential for moving the toner toward the photoconductor among the peak potentials in the alternating bias,

Vp2는, 교번 바이어스에서의 피크 전위 중, 토너를 현상 슬리브를 향하여 이동시키도록 한 VL 전위로부터의 전위차를 제공하는 피크 전위[V]를 나타내고, Vp2 represents a peak potential [V] that provides a potential difference from the VL potential for moving the toner toward the developing sleeve among the peak potentials in the alternating bias,

Vdc는, 현상 바이어스의 DC 바이어스 성분[V]을 나타내고, Vdc represents the DC bias component [V] of development bias,

D는, 감광체(1)와 현상 슬리브(41) 간의 최근접 거리[m]을 나타낸다.]D represents the closest distance [m] between the photosensitive member 1 and the developing sleeve 41.]

또한, Vp1, Vp2는, 토너의 대전 극성에 따라서, 이하의 식으로 표현된다.In addition, Vp1 and Vp2 are expressed by the following formulas depending on the charging polarity of the toner.

토너 극성이 네거티브인 경우 : Vp1=Vdc-|Vpp/2|Toner polarity is negative: Vp1 = Vdc- | Vpp / 2 |

토너 극성이 포지티브인 경우 : Vp1=Vdc+|Vpp/2|When Toner Polarity is Positive: Vp1 = Vdc + | Vpp / 2 |

토너 극성이 네거티브인 경우 : Vp2=Vdc+|Vpp/2|Toner polarity is negative: Vp2 = Vdc + | Vpp / 2 |

토너 극성이 포지티브인 경우 : Vp2=Vdc-|Vpp/2|Toner Polarity Positive: Vp2 = Vdc- | Vpp / 2 |

[여기서, Vpp는, 교번 바이어스에서의 피크-투-피크 전압[V]을 나타내고, [Where Vpp represents peak-to-peak voltage [V] at alternating bias,

Vdc는, 현상 바이어스의 DC 바이어스 성분[V]을 나타낸다.]Vdc represents the DC bias component [V] of the developing bias.]

요컨대, 전계 강도 Ea, Ec 및 Ee는, 현상 바이어스의 DC 바이어스와 감광체(1) 상의 정전상의 최고 농도부의 전위(VL 전위) 간의 전위차를, 감광체(1)와 현상 슬리브(41)가 서로 가장 근접해 있는 위치에서의 거리 D로 나눔으로써 얻어진다. 전계 강도 Eb(현상 전계 강도)는, 토너를 감광체(1)를 향하여 이동시키는 전계를 형성하는 감광체(1) 상의 VL 전위로부터의 전위차를 제공하는 피크 전위와 감광체(1) 상의 VL 전위 간의 전위차를, 감광체(1)와 현상 슬리브(41) 간의 최근접 거리 D로 나눔으로써 얻어진다. 전계 강도 Ed(풀백 전계 강도)는, 토너를 현상 슬리브(41)를 향하여 이동시키는 전계를 형성하는 감광체(1) 상의 VL 전위로부터의 전위차를 제공하는 피크 전위와 VL 전위 간의의 전위차를, 감광체(1)와 현상 슬리브(41) 간의 최근접 거리 D로 나눔으로써 얻어진다. In other words, the electric field strengths Ea, Ec, and Ee represent the potential difference between the DC bias of the developing bias and the potential (VL potential) of the highest concentration portion of the electrostatic image on the photosensitive member 1, and the photosensitive member 1 and the developing sleeve 41 are closest to each other. It is obtained by dividing by the distance D from the position. The electric field intensity Eb (developed electric field intensity) is a potential difference between a peak potential that provides a potential difference from the VL potential on the photoconductor 1 that forms an electric field for moving the toner toward the photoconductor 1 and the VL potential on the photoconductor 1. Is obtained by dividing by the nearest distance D between the photosensitive member 1 and the developing sleeve 41. The electric field strength Ed (full-back electric field strength) is a potential difference between the peak potential and the VL potential that provides a potential difference from the VL potential on the photoconductor 1 that forms an electric field for moving the toner toward the developing sleeve 41. It is obtained by dividing by the nearest distance D between 1) and the developing sleeve 41.

도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 캐리어의 유전율은 전계에 의존한다. 따라서, 도 8에서 화살표로 도시된 바와 같이, 현상 바이어스의 어플리케이션 하에서는, Ea→Eb→Ec→Ed→Ee의 순의 전계 강도 변화에 따라서, 캐리어의 비유전율이 변화한다.As described with reference to FIG. 4, the permittivity of the carrier depends on the electric field. Therefore, as shown by the arrows in Fig. 8, under the application of the developing bias, the relative dielectric constant of the carrier changes in accordance with the change in the electric field strength in the order of Ea → Eb → Ec → Ed → Ee.

예를 들어, 고유전율 캐리어 A의 비유전율은 ε1→ε3→ε1→ε2→ε1의 순으로 변화하는 반면, 저유전율 캐리어 B의 비유전율은, ε4→ε6→ε4→ε5→ε4의 순으로 변화한다. 이러한 비유전율의 변화는 도 9에 도시된 바와 같이, 시간 변화에 대해 플롯된다.For example, the relative dielectric constant of the high dielectric constant carrier A changes in the order ε1 → ε3 → ε1 → ε2 → ε1, while the relative dielectric constant of the low dielectric constant carrier B changes in the order of ε4 → ε6 → ε4 → ε5 → ε4. do. This change in relative permittivity is plotted against time change, as shown in FIG. 9.

현상 전계가 인가될 때의 고유전율 캐리어 A의 비유전율은 ε3으로 비교적 높은 반면, 현상 전계가 인가될 때의 저유전율 캐리어 B의 비유전율은, 약 ε6이며, 비교적 낮다. 따라서, 현상 전계가 인가될 때의 캐리어 유전율의 증가율은, 고유전율 캐리어 A에서보다 저유전율 캐리어 B에서 더 작다. 이 차이는, 캐리어들 간의 내부 전압 강하의 차를 생성하고, 결국은 현상성의 차를 생성한다. The relative dielectric constant of the high dielectric constant carrier A when the developing electric field is applied is relatively high as ε3, while the relative dielectric constant of the low dielectric constant carrier B when the developing electric field is applied is about ε6 and relatively low. Therefore, the rate of increase in carrier dielectric constant when the developing electric field is applied is smaller in the low dielectric constant carrier B than in the high dielectric constant carrier A. This difference creates a difference in the internal voltage drop between the carriers, and eventually a developable difference.

도 10은, 본 실시예에 따른 캐리어 C(이하, 간단히 "캐리어 C"라고 함)의 유전율의 전계 의존성을 도시한다.Fig. 10 shows the electric field dependence of the permittivity of the carrier C (hereinafter simply referred to as "carrier C") according to the present embodiment.

고유전율 캐리어 A 및 저유전율 캐리어 B인 경우에서와 같이, 캐리어 C의 유전율은 전계에 의존한다. 그러나, 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 캐리어 C는 소정의 전계 강도 Ep에서 그 유전율의 전계 의존성의 기울기를 급준하게 하는 특성(변곡점 P)을 갖는다.As in the case of the high dielectric constant carrier A and the low dielectric constant carrier B, the dielectric constant of the carrier C depends on the electric field. However, as can be seen in FIG. 10, the carrier C has a characteristic (inflection point P) that sharpens the slope of the electric field dependence of its permittivity at a predetermined electric field intensity Ep.

캐리어 C의 유전율 ε이, 현상 슬리브(41)의 전위와 감광체(1) 상의 정전상의 전위 간의 전위차 ΔV를, 감광체(1)와 현상 슬리브(41) 간의 최근접 거리 D로 나눔으로써 얻어진 전계 강도 E(=ΔV/D)의 변화에 대해, 기울어진다(기울기=Δε/ΔE). 캐리어 C의 특성은, 관계 Ed<Ep<Eb를 만족시키는 전계 강도 Ep에서 유전율 ε의 전계 의존성의 기울기(Δε/ΔE)가 변화하도록 된다.The electric field strength E obtained by dividing the potential difference ΔV between the potential of the developing sleeve 41 and the potential of the electrostatic image on the photosensitive member 1 by the nearest distance D between the photosensitive member 1 and the developing sleeve 41. For a change in (= ΔV / D), it is inclined (slope = Δε / ΔE). The characteristics of the carrier C are such that the slope (Δε / ΔE) of the electric field dependence of the dielectric constant ε changes at the electric field strength Ep satisfying the relationship Ed <Ep <Eb.

도 10에 도시한 바와 같이, 캐리어 C는, 관계 X<Ep를 만족시키는 전계 강도 X에서의 유전율 ε의 전계 의존성의 기울기(Δε/ΔE)로 K1이 주어지고, 관계 Y>Ep를 만족시키는 전계 강도 Y에서의 유전율 ε의 전계 의존성의 기울기(Δε/ΔE)로 K2가 주어지는 경우, |K1|<|K2|를 만족시킨다. 전계 강도 Ed에서의 유전율의 기울 기는 K1이며, 전계 강도 Eb에서의 유전율의 기울기는 K2이다. 따라서, 전계 강도 Eb에서의 유전율의 기울기 |K2|는 전계 강도 Ed에서의 유전율의 기울기 |K1|보다도 크다.As shown in Fig. 10, the carrier C is given with K1 as the slope (Δε / ΔE) of the electric field dependence of the dielectric constant ε at the electric field strength X satisfying the relationship X <Ep, and the electric field satisfying the relationship Y> Ep. When K2 is given by the slope (Δε / ΔE) of the electric field dependence of the dielectric constant ε at the intensity Y, | K1 | <| K2 | is satisfied. The slope of dielectric constant at field strength Ed is K1, and the slope of dielectric constant at field strength Eb is K2. Therefore, the slope | K2 | of the dielectric constant at the electric field strength Eb is larger than the slope | K1 | of the dielectric constant at the electric field strength Ed.

도 10에 도시한 바와 같이, 상술한 현상 바이어스가 캐리어 C에 인가되면, Ea→Eb→Ec→Ed→Ee 순의 전계 강도 변화에 따라서, 캐리어 C의 비유전율은 ε7→ε9→ε7→ε8→ε7의 순으로 변화한다.As shown in Fig. 10, when the above-described developing bias is applied to the carrier C, the relative dielectric constant of the carrier C changes from ε7 → ε9 → ε7 → ε8 → in accordance with the change in the electric field strength in the order of Ea → Eb → Ec → Ed → Ee. It changes in order of ε7.

이러한 캐리어 C의 유전율의 변화는, 도 12b에 도시된 바와 같이, 시간 변화에 대해 플롯된다. 도 12a는 캐리어 A 및 캐리어 B에서의 유전율 변화를 도시한다(도 9와 마찬가지임).This change in permittivity of carrier C is plotted against time change, as shown in FIG. 12B. FIG. 12A shows the change in permittivity in carrier A and carrier B (same as FIG. 9).

도 12b는, 현상 전계(전계 강도 Eb)가 인가되어 있는 동안 캐리어 C의 비유전율은 ε9로 오히려 높은 반면, 풀백 전계(전계 강도 Ed)가 인가되어 있는 동안 캐리어 C의 비유전율은 ε8로 오히려 낮게 유지된다. 12B shows that the relative dielectric constant of the carrier C is rather high as ε9 while the developing electric field (field strength Eb) is applied, while the relative dielectric constant of the carrier C is rather low as ε8 while the pullback electric field (field strength Ed) is applied. maintain.

캐리어 C의 유전율은, 현상 전계 Eb가 형성된 경우에만, 급격하게 증가하고, 캐리어 분극에 기인한 캐리어 내부의 전압 강하는 감소되어, 캐리어의 주위에 형성되는 전계를 강화시키고, 즉 토너가 받는 실제 전계를 증가시킨다. 따라서, 저유전율 캐리어 B보다 캐리어 C에서 더 쉽게 토너를 캐리어로부터 분리시킨다.The dielectric constant of the carrier C increases rapidly only when the developing electric field Eb is formed, and the voltage drop inside the carrier due to carrier polarization is reduced to strengthen the electric field formed around the carrier, i.e., the actual electric field received by the toner. To increase. Thus, the toner is separated from the carrier more easily in the carrier C than the low dielectric constant carrier B.

다른 한편, 풀백 전계 Ed가 형성된 경우에는, 캐리어의 유전율이 낮아지며, 캐리어 내부의 전압 강하를 증가시키고, 캐리어의 주위에 형성되는 전계가 약해진다. 따라서, 풀백 전계가 인가되는 경우, 고유전율 캐리어 A보다 캐리어 C에서 감광체(1)로부터 캐리어로 풀백될 토너가 제한될 기회도 적어진다.On the other hand, when the pullback electric field Ed is formed, the dielectric constant of the carrier is lowered, the voltage drop inside the carrier is increased, and the electric field formed around the carrier is weakened. Therefore, when the pullback electric field is applied, there is less chance that the toner to be pulled back from the photosensitive member 1 to the carrier in the carrier C is less than the high dielectric constant carrier A.

따라서, 현상 전계 Eb가 인가될 때에만 캐리어 C의 유전율이 증가되고, 고유전율 캐리어 A와 같이 양호한 현상성이 확보되는 반면, 캐리어 C는 풀백 전계 Ed가 인가될 때에는 저유전율이 유지되어, 풀백력이 약해진다. 그 결과, 고유전율 캐리어 A 및 저유전율 캐리어 B에서보다 캐리어 C에서 전체 현상성이 더 높다. 따라서, 캐리어 C에, 전계 강도 Eb에서의 유전율 기울기 K2가 전계 강도 Ed에서의 유전율 기울기 K1보다 더 높아지는 특성이 제공되는 것이 중요하다.Therefore, the dielectric constant of the carrier C is increased only when the developing electric field Eb is applied, and good developability is ensured as in the high dielectric constant carrier A, while the low dielectric constant of the carrier C is maintained when the pullback electric field Ed is applied. This weakens. As a result, the overall developability is higher in the carrier C than in the high dielectric constant carrier A and the low dielectric constant carrier B. Therefore, it is important for the carrier C to be provided with the property that the dielectric constant gradient K2 at the electric field strength Eb becomes higher than the dielectric constant gradient K1 at the electric field strength Ed.

이상, 캐리어 C의 유전율 특성에 대한 개략적인 설명이 상기 제공되었다. 상술한 캐리어 C의 유전율 특성과 같은 전기적 유전율 특성을 갖는 캐리어를 이용하는 것은, 고유전율 캐리어 A 또는 저유전율 캐리어 B를 이용하는 경우와 비교하여, 현상성을 기하급수적으로 개선시킨다. 즉, 상술한 구조를 갖는 캐리어를 사용하는 것은, 높은 대전량의 토너의 현상성을 기하급수적으로 개선시키며, 큰 캐패시턴스를 갖는 감광체 사용에도 불구하고, 장기간 동안 지속적으로 고선명 화상을 형성할 수 있다.In the above, a schematic description of the dielectric constant characteristic of the carrier C has been provided above. The use of a carrier having the same electrical permittivity characteristic as that of the carrier C described above improves explosiveness exponentially as compared with the case of using the high dielectric constant carrier A or the low dielectric constant carrier B. That is, using a carrier having the above-described structure exponentially improves the developability of a high charge amount of toner, and can form a high definition image continuously for a long time despite the use of a photosensitive member having a large capacitance.

본 발명의 발명자들의 연구에 따르면, a-Si 감광체는 일반적으로 1.7×10-6F/㎡ 또는 그 이상의 캐패시턴스를 가지며, 또한 막 두께가 비교적 얇은 OPC 감광체가 이 레벨의 캐패시턴스를 가질 수 있다. OPC 감광체는 통상 20㎛ 또는 그 이상의 두께이며, 따라서 단위 면적당 캐패시턴스는 1.7×10-6F/㎡ 또는 그 이하이다.According to the study of the inventors of the present invention, an a-Si photosensitive member generally has a capacitance of 1.7 × 10 −6 F / m 2 or more, and an OPC photosensitive member having a relatively thin film thickness can have this level of capacitance. OPC photoreceptors are typically 20 μm or more in thickness, so the capacitance per unit area is 1.7 × 10 −6 F / m 2 or less.

감광체(1)의 단위 면적당 캐패시턴스는, 이하와 같이 계산될 수 있다.The capacitance per unit area of the photosensitive member 1 can be calculated as follows.

C=(ε0×εd)/dC = (ε 0 × εd) / d

C: 캐패시턴스C: capacitance

ε0: 진공 유전율ε 0 : vacuum permittivity

εd: 감광체의 유전율εd: dielectric constant of photoreceptor

d: 감광체의 막 두께d: film thickness of photosensitive member

본 발명의 발명자들의 연구는, 본 발명은 감광체(1)의 단위 면적당 캐패시턴스가 1.7×10-6F/㎡ 또는 그 이상인 경우에 매우 효율적임을 알 수 있었다. 또한, 최고 농도 화상 영역과 하프톤 화상 영역 간의 경계 및 그 밖의 위치에서 화상의 블랭크 스팟을 저감하기 위해서는, 잠상 전위를 토너의 전하로 메우는 것이 중요하다. 충전 전위 ΔV는 수학식 1로 표현되며, 화상 내의 블랭크 스팟을 저감하기 위해, (충전 전위 ΔV/현상 콘트라스트 Vcont)×100으로 계산된 충전 효율(％)은 바람직하게는 90％ 또는 그 이상이다.The inventors of the present invention have found that the present invention is very efficient when the capacitance per unit area of the photoconductor 1 is 1.7 × 10 −6 F / m 2 or more. Further, in order to reduce the blank spot of the image at the boundary between the highest density image area and the halftone image area and other positions, it is important to fill the latent image potential with the charge of the toner. The charging potential [Delta] V is expressed by Equation 1, and in order to reduce the blank spot in the image, the charging efficiency (%) calculated as (charge potential [Delta] V / developing contrast Vcont) x 100 is preferably 90% or more.

이하에, 고유전율 캐리어 A, 저유전율 캐리어 B, 및 본 발명에 따른 캐리어 C의 구체적인 특징들을 이하에 설명한다. Hereinafter, specific features of the high dielectric constant carrier A, the low dielectric constant carrier B, and the carrier C according to the present invention will be described below.

<고유전율 캐리어 A><High dielectric constant carrier A>

고유전율 캐리어 A는, 예를 들어, 코어재로서 자성이 이하의 식 (1) 또는 (2)로 표현된 마그네타이트 또는 페라이트를 이용한 캐리어이다. The high dielectric constant carrier A is, for example, a carrier using magnetite or ferrite whose magnetism is represented by the following formula (1) or (2) as a core material.

MOㆍFe2O3 ㆍㆍㆍ (1)MO · Fe 2 O 3...

MㆍFe2O4 ㆍㆍㆍ (2)M.Fe 2 O 4 (2)

여기서, M은 3가, 2가 또는 1가의 금속 이온을 나타낸다.Here, M represents a trivalent, divalent or monovalent metal ion.

M의 예는, Be, Mg, Ca, Rb, Sr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Pb 및 Li를 포함하고, 이들은 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.Examples of M include Be, Mg, Ca, Rb, Sr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, Pb and Li, which alone Or in combination.

상기의 자성을 갖는 금속 화합물 입자의 구체적 화합물은, Cu-Zn-Fe계 페라이트, Mn-Mg-Fe계 페라이트, Mn-Mg-Sr-Fe계 페라이트 또는 Li-Fe계 페라이트와 같은 철계 산화물이다.Specific compounds of the metal compound particles having the above magnetic properties are iron oxides such as Cu-Zn-Fe ferrite, Mn-Mg-Fe ferrite, Mn-Mg-Sr-Fe ferrite or Li-Fe ferrite.

페라이트 입자는 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 페라이트 입자 제조 방법의 일례에는, 분쇄된 페라이트 조성물에, 바인더, 물, 분산제, 유기 용매 등을 혼합하고, 스프레이 드라이어법이나 유동 조립법을 이용하여 입자를 형성한다. 이어서, 로터리 킬른(rotary kiln)이나 회분식 소성로(batch baking furnace)에서 700℃ 내지 1400℃, 바람직하게는 800℃ 내지 1300℃의 온도로 그 입자들을 소성한다. 다음으로, 입자 분배를 제어하기 위해 체를 이용하여 입자들을 분류하여, 캐리어용의 코어재 입자를 획득한다. 페라이트 입자의 표면을, 디핑(dipping)에 의해 실리콘 수지 또는 그 밖의 수지의 약 0.1 내지 1.0 질량％로 코팅한다.Ferrite particles can be produced by known methods. In one example of the method for producing ferrite particles, a binder, water, a dispersant, an organic solvent, or the like is mixed with the pulverized ferrite composition, and particles are formed using a spray dryer method or a fluid granulation method. The particles are then calcined at a temperature of 700 ° C. to 1400 ° C., preferably 800 ° C. to 1300 ° C., in a rotary kiln or batch baking furnace. Next, the particles are sorted using a sieve to control particle distribution to obtain core material particles for the carrier. The surface of the ferrite particles is coated with about 0.1 to 1.0 mass% of the silicone resin or other resin by dipping.

이러한 방식으로 제조된 캐리어를 고유전율 캐리어 A라고 한다.The carrier produced in this manner is called high dielectric constant carrier A.

<저유전율 캐리어 B><Low Dielectric Carrier B>

저유전율 캐리어 B의 예는 이하를 포함한다. Examples of the low dielectric constant carrier B include the following.

첫번째 예는, 마그네타이트 입자와 열가소성 수지를 용융 및 혼합하고, 이어 서 그 혼합물을 분쇄함으로써 제조된 자성재 분산형 수지 캐리어를 코어재로 이용한다. 두번째 예는, 마그네타이트 입자와 열가소성 수지를 용매 중에 용융 및 분산시켜 슬러리를 획득하고, 그 슬러리를 스프레이 드라이어 등으로 분무 건조시킴으로써 제조된 자성재 분산형 수지 캐리어를 코어재로서 이용한다. 세번째 예는, 마그네타이트 입자 및 헤마타이트 입자 존재시 페놀을 직접 중합의 반응에 의해 경화시킨 자성재 분산형 수지 캐리어를 코어재로서 이용한다. 이와 같이 준비된 캐리어의 코어재를, 유동층 코팅 장치 등에 의해, 열가소성 수지 또는 그 밖의 수지를 1.0 내지 4.0 질량％로 코팅한다.In the first example, the magnetic material dispersed resin carrier produced by melting and mixing the magnetite particles and the thermoplastic resin and then pulverizing the mixture is used as the core material. In the second example, a magnetic material dispersed resin carrier prepared by melting and dispersing magnetite particles and a thermoplastic resin in a solvent to obtain a slurry and spray-drying the slurry with a spray dryer or the like is used as the core material. The third example uses a magnetic material dispersed resin carrier in which a phenol is cured by a direct polymerization reaction in the presence of magnetite particles and hematite particles as a core material. The core material of the carrier thus prepared is coated with 1.0 to 4.0 mass% of a thermoplastic resin or other resin by a fluidized bed coating apparatus or the like.

이렇게 제조된 캐리어를 저유전율 캐리어 B라고 한다.The carrier thus produced is referred to as low dielectric constant carrier B.

<본 발명에 따른 캐리어 C>Carrier C according to the present invention

본 발명에 따른 캐리어 C는, 다공성(porous) 코어에 실리콘 수지 등의 수지를 유입시켜, 코어 내의 공극을 수지로 채우는 수지 충전 다공성 캐리어(resin-filled porous carrier)일 수 있다.The carrier C according to the present invention may be a resin-filled porous carrier in which a resin such as a silicone resin is introduced into a porous core to fill the voids in the core with the resin.

상기와 같이 준비된 캐리어 C는, 예를 들어, 이하의 방식으로 제조될 수 있다. 먼저, 고유전율 캐리어 A에 이용되는 소정량의 금속 산화물, 소정량의 산화철(Fe2O3) 및 소정량의 첨가물을 칭량하여 혼합한다. 첨가물의 예로서는, BaO, Al2O3, TiO2, SiO2, SnO2 및 Bi2O5 등의 주기율표의 IA, ⅡA, ⅢA, ⅣA, VA, ⅢB 및 VB족에 속하는 하나 이상의 원소의 산화물을 들 수 있다. 다음으로, 결과의 혼합물을 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 5시간동안 미리 소성하고, 이어서 지름이 약 0.3 내지 3㎛의 입자로 분쇄한다. 필요하다면, 분쇄된 재료에, 결착제 및 발포제를 추가하여, 100℃ 내지 200℃의 가열 분위기에서 분무 건조하고, 지름이 약 20 내지 50㎛의 입자로 성형크기로 성형한다. 이어서, 5％ 또는 그 미만의 산소 농도를 갖는 불활성 가스 분위기(예를 들어, N2 가스)에서 1000℃ 내지 1400℃의 소결 온도로 8 내지 12시간 동안 소성한다. 그리하여, 다공성 코어가 얻어진다. 다음으로, 8 내지 15 질량％로 디핑함으로써 다공성 코어를 실리콘 수지로 메우고, 180℃ 내지 220℃의 불활성 가스 분위기 하에서 그 실리콘 수지를 경화시킨다.The carrier C prepared as described above can be produced, for example, in the following manner. First, a predetermined amount of metal oxide, a predetermined amount of iron oxide (Fe 2 O 3 ), and a predetermined amount of additive used in the high dielectric constant carrier A are weighed and mixed. Examples of the additive include oxides of one or more elements belonging to groups IA, IIA, IIIA, IVA, VA, IIIB and VB of the periodic table such as BaO, Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , SnO 2 and Bi 2 O 5 . Can be mentioned. Next, the resulting mixture is prebaked at a temperature of 700 ° C. to 1000 ° C. for 5 hours, and then ground to particles of about 0.3 to 3 μm in diameter. If necessary, to the ground material, a binder and a blowing agent are added, spray-dried in a heating atmosphere of 100 ° C. to 200 ° C., and molded into a molding size into particles having a diameter of about 20 to 50 μm. Subsequently, it is baked for 8 to 12 hours at a sintering temperature of 1000 ° C to 1400 ° C in an inert gas atmosphere (for example, N 2 gas) having an oxygen concentration of 5% or less. Thus, a porous core is obtained. Next, by dipping to 8-15 mass%, the porous core is filled with a silicone resin, and the silicone resin is cured under an inert gas atmosphere of 180 ° C to 220 ° C.

상기 제조 방법에서, 코어의 침투성 정도, 코어 자체의 저항, 및 충전하는 실리콘 수지 또는 그 밖의 수지를 제어함으로써, 캐리어의 유전율의 전계 의존성은 변곡점, 기울기 K1 및 K2, 전계 Eb 및 Ed가 인가될 때의 유전율 및 그 밖의 양상들에 대해 제어될 수 있다.In the above manufacturing method, by controlling the degree of permeability of the core, the resistance of the core itself, and the filling silicone resin or other resin, the electric field dependence of the dielectric constant of the carrier is applied when the inflection point, the slopes K1 and K2, the electric fields Eb and Ed are applied. Can be controlled for permittivity and other aspects.

상기 항목들을 제어하는 것은, 캐리어 C 내부의 절연부와 도전부 간의 원하는 균형을 확보하는 것을 가능하게 하고, 그리하여 캐리어를 통해 흐르는 전하량이 제어될 수 있다. Controlling these items makes it possible to ensure a desired balance between the insulator and the conductive part inside the carrier C, so that the amount of charge flowing through the carrier can be controlled.

예를 들면, 코어가 전체적으로 고유전율 캐리어 A와 같은 도전성 재료로 형성된 캐리어의 경우, 캐리어 내부 및 캐리어들 간에 전기적 패스가 쉽게 생성되어, 저항값의 급격한 강하를 야기한다. 다른 한편, 본 발명에 따른 캐리어 C에서, 다공성 코어의 공극을 수지로 채움으로써, 그 수지부에서 전하의 흐름을 어느 정도 차단한다. For example, in the case of a carrier whose core is formed entirely of a conductive material such as high dielectric constant carrier A, an electrical path is easily generated within and between the carriers, causing a sharp drop in the resistance value. On the other hand, in the carrier C according to the present invention, by filling the pores of the porous core with a resin, the flow of charge in the resin portion is blocked to some extent.

따라서, 현상 바이어스의 인가는, 캐리어 C에서 급준한 유전율을 야기하지 않고, 원하는 전계 강도에서 유전율을 변화시킬 수 있다. Therefore, application of the developing bias can change the dielectric constant at a desired electric field strength without causing a steep dielectric constant in the carrier C.

본 발명의 구체예에 대해 이하에 설명한다.The specific example of this invention is demonstrated below.

<구체예><Example>

도 13은, 실제의 현상 동작 시에서의, 감광체(1) 상의 정전상의 전위 및 현상 슬리브(41)에 인가된 현상 바이어스의 구체예를 도시한다. 도 13에서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 전위를 나타낸다.FIG. 13 shows a specific example of the electrostatic potential on the photosensitive member 1 and the developing bias applied to the developing sleeve 41 in the actual developing operation. In Fig. 13, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents potential.

본 구체예에서는, 현상 바이어스로서, Vpp=1.8㎸, DC 전압 성분 Vdc=-350V, 주파수 f=12㎑(1주기 83.3μsec)인 구형파의 현상 바이어스(교번 바이어스)를 이용한다. 이 현상 바이어스는, 감광체(1)의 정전상과 현상 슬리브(41) 사이에 인가된다.In this specific example, a developing bias (alternating bias) of a square wave having Vpp = 1.8 Hz, DC voltage component Vdc = -350 V, and frequency f = 12 Hz (one period 83.3 µsec) is used. This developing bias is applied between the electrostatic image of the photosensitive member 1 and the developing sleeve 41.

본 구체예의 정전상은 이미지 노광 방식에 의해 형성된다. 본 구체예의 토너는 캐리어와의 마찰에 의해 네가티브 전하로 대전된다. 본 구체예에 사용된 현상 방식은 반전 현상 방식이다.The electrostatic image of this embodiment is formed by an image exposure method. The toner of this embodiment is charged with negative charge by friction with the carrier. The developing method used in this embodiment is a reverse developing method.

도 13에서의 VD는 감광체(1)의 대전 전위를 나타내며, 이는 본 실시예에서 대전기(2)에 의해 -500V로 대전된다. 도 13에서의 VL은 노광기(3)에 의해 노광된 화상부의 영역을 나타내며, 최고 농도를 얻기 위한 전위인 -100V로 설정된다.VD in FIG. 13 represents the charging potential of the photosensitive member 1, which is charged to -500V by the charger 2 in this embodiment. VL in FIG. 13 represents the area of the image portion exposed by the exposure machine 3, and is set to -100 V, which is a potential for obtaining the highest density.

상술한 바와 같이, 구형파의 현상 바이어스가 현상 슬리브(41)에 인가된다. 따라서, Vp1 전위=-1250V가 부여되될 경우, VL 전위=-100V로부터의 최대 전위차(=1150V)가 생성되고, 이 전위차로부터 기인하는 현상 전계는 토너를 캐리어로부 터 분리시킨다. 현상 슬리브(41)에 전위 Vp2=550V가 부여되는 경우, VL 전위로부터의 650V 전위차가 생성되고, VL 전위부로부터 토너를 현상 슬리브(41)를 향해 풀백하는 풀백 전계가 형성된다.As described above, the developing bias of the square wave is applied to the developing sleeve 41. Thus, when Vp1 potential = -1250V is given, the maximum potential difference (= 1150V) from VL potential = -100V is generated, and the developing electric field resulting from this potential difference separates the toner from the carrier. When the potential Vp2 = 550 V is applied to the developing sleeve 41, a 650 V potential difference from the VL potential is generated, and a pullback electric field for pulling back the toner from the VL potential portion toward the developing sleeve 41 is formed.

도 14를 참조하여, 현상 바이어스의 VL 전위의 시간 변화를 설명한다. 도 7에서, 시점 a, b, c, d, e에서의 각각의 전계 강도 Ea, Eb, Ec, Ed는, 이하의 식으로 표현된다.Referring to Fig. 14, the time change of the VL potential of the developing bias will be described. In Fig. 7, the electric field strengths Ea, Eb, Ec, and Ed at the viewpoints a, b, c, d, and e are represented by the following formulas.

감광체(1)와 현상 슬리브(41) 간의 최근접 거리 D는 300㎛로 설정된다.The closest distance D between the photosensitive member 1 and the developing sleeve 41 is set to 300 µm.

Ea=Ec=Ee=|(Vdc-VL)/D|=0.83×106V/mEa = Ec = Ee = | (Vdc-VL) /D|=0.83×10 6 V / m

Eb=|(Vp1-VL)/D|=3.8×106V/mEb = | (Vp1-VL) /D|=3.8×10 6 V / m

Ed=|(Vp2-VL)/D|=2.2×106V/mEd = | (Vp2-VL) /D|=2.2×10 6 V / m

따라서, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 현상 바이어스의 인가 하에서의 캐리어 유전율의 변화를 시간 변화에 대해 플롯하는 경우, 고유전율 캐리어 A, 저유전율 캐리어 B 및 본 발명에 따른 캐리어 C의 유전율은 이하와 같이 된다.Therefore, as shown in Figs. 12A and 12B, when plotting the change in carrier dielectric constant under application of development bias against time variation, the dielectric constants of high dielectric constant carrier A, low dielectric constant carrier B and carrier C according to the present invention are It becomes as follows.

고유전율 캐리어 A :ε1=15, ε2=26, ε3=40High dielectric constant carrier A: ε1 = 15, ε2 = 26, ε3 = 40

저유전율 캐리어 B :ε4=7, ε5=8, ε6=9Low dielectric constant carrier B: ε 4 = 7, ε 5 = 8, ε 6 = 9

본 발명의 캐리어 C :ε7=9, ε8=12, ε9=30Carrier C of the present invention: ε7 = 9, ε8 = 12, ε9 = 30

각 캐리어의 유전율을 비교한다. 현상 전계 Eb에서, 유전율에 대해 보면, 고유전율 캐리어 A의 유전율은 ε3에서 가장 높고, 본 발명의 캐리어 C의 유전율은 ε9에서 두번째로 높고, 저유전율 캐리어 B의 유전율은 ε6에서 가장 낮다. 따라 서, 토너를 캐리어로부터 분리시키기 위한 전계의 강도는 고유전율 캐리어 A가 가장 높고, 본 발명의 캐리어 C가 두번째로 높고, 저유전율 캐리어 B가 가장 낮다. Compare the permittivity of each carrier. In the developing electric field Eb, the dielectric constant of the high dielectric constant carrier A is the highest at ε3, the dielectric constant of the carrier C of the present invention is the second highest at ε9, and the dielectric constant of the low dielectric constant carrier B is the lowest at ε6. Therefore, the intensity of the electric field for separating the toner from the carrier is the highest in the high dielectric constant carrier A, the second highest in the carrier C of the present invention, and the lowest in the low dielectric constant carrier B.

다음으로, 풀백 전계의 경우의 캐리어 유전율을 비교한다. 풀백 전계 Ed에서, 고유전율 캐리어 A의 유전율이 ε2에서 가장 높고, 본 발명의 캐리어 C의 유전율이 ε8에서 두번째로 높고, 저유전율 캐리어 B의 유전율이ε5에서 가장 낮다. 따라서, 토너를 풀백하는 전계 강도도, 고유전율 캐리어 A가 가장 높고, 본 발명의 캐리어 C가 두번째로 높고, 저유전율 캐리어 B가 가장 낮다. Next, the carrier dielectric constant in the case of a pullback electric field is compared. In the pullback electric field Ed, the dielectric constant of the high dielectric constant carrier A is the highest at ε2, the dielectric constant of the carrier C of the present invention is the second highest at ε8, and the dielectric constant of the low dielectric constant carrier B is the lowest at ε5. Therefore, the electric field strength for pulling back the toner also has the highest high dielectric constant carrier A, the second highest carrier C of the present invention, and the lowest low dielectric constant carrier B.

보다 많은 토너 입자들을 캐리어로부터 분리시키면서, 보다 많은 토너 입자들이 풀백되도록 하는 것이 현상성을 개선하는 효율적인 방법이다. 고유전율 캐리어 A의 경우, 토너를 현상하는 전계 강도는 높지만 풀백 전계 강도도 마찬가지로 높으며, 현상성을 나타내는 Q/S는 27×10-3[μC/㎠]이다. 저유전율 캐리어 B의 경우, 풀백 전계는 약하지만 현상 전계도 약하므로, 현상성은 낮다(Q/S=23×10-3[μC/㎠]). 본 발명의 캐리어 C의 경우, 토너를 현상하는 전계 강도는 높은 반면, 풀백 전계는 약하므로, 높은 현상성이 얻어진다(Q/S=35×10-3[μC/㎠]).Separating more toner particles from the carrier, allowing more toner particles to pull back is an efficient way to improve developability. In the case of the high dielectric constant carrier A, the electric field strength for developing the toner is high but the pullback electric field strength is similarly high, and the Q / S showing developability is 27 x 10 -3 [μC / cm 2]. In the case of the low dielectric constant carrier B, the pullback electric field is weak but the developing electric field is also weak, so that developability is low (Q / S = 23 × 10 −3 [μC / cm 2]). In the case of the carrier C of the present invention, since the electric field strength for developing the toner is high while the pullback electric field is weak, high developability is obtained (Q / S = 35 × 10 −3 [μC / cm 2]).

또 다른 구체예에서, 예를 들어, Vpp가 1.3㎸의 경우, 현상 전계 Eb는 3.0×106V/m이고, 풀백 전계 Ed는 1.3×106V/m이다.In another embodiment, for example, when Vpp is 1.3 kV, the developing field Eb is 3.0 × 10 6 V / m and the pullback field Ed is 1.3 × 10 6 V / m.

Vpp=1.3㎸에서, 현상 전계 Eb를 3.0×106V/m으로, 풀백 전계 Ed를 1.3× 106V/m로 설정하고, 본 발명에 따른 캐리어 C의 유전율은, 그 결과적인 Q/S 값[C/㎠]이, 고유전율 캐리어 A를 이용하는 경우와 저유전율 캐리어 B를 이용하는 경우에 얻어지는 것보다 더 높도록 한다. 따라서, 캐리어 C 대신에 캐리어 D가 비교에 사용될 것이다. 캐리어 D는 본 발명의 캐리어 C와 동일한 방법으로 제조되지만, 예를 들어, 소성 온도 및 가열 분위기를 캐리어 C 생성시에 사용된 것으로부터 변화시킴으로써, 상이한 코어의 침투성 정도, 상이한 코어 저항, 및 상이한 실리콘 수지 또는 그 밖의 수지 충전량을 갖는다.At Vpp = 1.3 Hz, the developing electric field Eb is set to 3.0 x 10 6 V / m, and the pullback electric field Ed is 1.3 x 10 6 V / m, and the permittivity of the carrier C according to the present invention is the resulting Q / S. The value [C / cm 2] is higher than that obtained when the high dielectric constant carrier A and the low dielectric constant carrier B are used. Thus, instead of carrier C, carrier D will be used for comparison. Carrier D is prepared in the same manner as Carrier C of the present invention, but for example, by varying the firing temperature and heating atmosphere from those used in the production of Carrier C, the degree of permeability of different cores, different core resistances, and different silicones It has a resin or other resin filling amount.

본 발명에 따른 캐리어 D의 유전율의 전계 의존성을 도 11에 도시한다. 도 11로부터 유전율 기울기의 변화는 캐리어 C보다 낮은 전계의 캐리어 D에서 발생함을 알 수 있다. 캐리어 D의 유전율은, 현상 전계(전계 강도 Eb)가 인가되는 동안에 비유전율이 ε12에서 오히려 높은 반면, 풀백 전계(전계 강도 Ed)의 인가 동안에는 비유전율 ε11에서 오히려 낮다는 점에서, 캐리어 C의 유전율과 마찬가지이다. 11 shows the electric field dependence of the permittivity of the carrier D according to the present invention. It can be seen from FIG. 11 that the change in the dielectric constant slope occurs in the carrier D of the electric field lower than the carrier C. FIG. The permittivity of carrier C is relatively high at relative permittivity at ε12 while the developing electric field (field strength Eb) is applied, while lower at relative permittivity ε11 during application of pullback electric field (Ed field strength Ed). Same as

Vpp=1.3㎸에서, 현상 전계 Eb를 3.0×106V/m으로, 및 풀백 전계 Ed를 1.3×106V/m으로 설정하면, 고유전율 캐리어 A, 저유전율 캐리어 B 및 본 발명에 따른 캐리어 D의 유전율은, 아래와 같다.At Vpp = 1.3 kV, when the developing electric field Eb is set to 3.0 x 10 6 V / m and the pullback electric field Ed is 1.3 x 10 6 V / m, a high dielectric constant carrier A, a low dielectric constant carrier B and a carrier according to the present invention The dielectric constant of D is as follows.

고유전율 캐리어 A:ε1=15, ε2=19, ε3=33High dielectric constant carrier A: ε 1 = 15, ε 2 = 19, ε 3 = 33

저유전율 캐리어 B:ε4=7, ε5=7, ε6=8Low dielectric constant carrier B: ε4 = 7, ε5 = 7, ε6 = 8

본 발명의 캐리어 D:ε10=8, ε11=10, ε12=29Carrier D of the present invention: epsilon 10 = 8, epsilon 11 = 10, epsilon 12 = 29

저유전율 캐리어 B에 관하여, ε4는 ε5와 동일한 것으로 표현되어 있지만, 실제로 ε4는 ε5보다 작다. 이는 ε4 및 ε5의 실제 값을 정수로 반올림했기 때문이다. 즉, 저유전율 캐리어 B의 유전율은, 도 11에서, 전계 강도 Ea, Ec, Ee 내지 전계 강도 Ed의 영역에서, 어떠한 기울기도 가질 수도 있다.Regarding the low dielectric constant carrier B, ε 4 is expressed as the same as ε 5, but in reality ε 4 is smaller than ε 5. This is because the actual values of ε4 and ε5 are rounded to integers. That is, the dielectric constant of the low dielectric constant carrier B may have any inclination in the region of the electric field strengths Ea, Ec, Ee to electric field strength Ed in FIG.

Vpp가 1.3㎸인 경우의 비교 결과는, Vpp가 1.8㎸인 경우와 동일하다. 고유전율 캐리어 A의 경우, 토너를 현상하는 전계 강도는 높지만, 풀백 전계 강도도 마찬가지로 높으므로, 현상성이 그다지 높지는 않다(Q/S는 22×10-3[μC/㎠]). 저유전율 캐리어 B의 경우, 풀백 전계는 약하지만, 현상 전계도 약하므로, 현상성은 낮다(Q/S는 21×10-3[μC/㎠]). 본 발명의 캐리어 D의 경우, 토너를 현상하는 전계 강도는 높은 반면, 풀백 전계는 약하므로, 높은 현상성이 얻어진다(Q/S는 27×10-3[μC/㎠]).The comparison result when Vpp is 1.3 kV is the same as the case where Vpp is 1.8 kV. In the case of the high dielectric constant carrier A, the electric field strength for developing the toner is high, but the pullback electric field strength is similarly high, so the developability is not so high (Q / S is 22 x 10 -3 [μC / cm 2]). In the case of the low dielectric constant carrier B, the pullback electric field is weak, but the developing electric field is also weak, so that developability is low (Q / S is 21 × 10 −3 [μC / cm 2]). In the case of the carrier D of the present invention, since the electric field strength for developing the toner is high while the pullback electric field is weak, high developability is obtained (Q / S is 27 × 10 −3 [μC / cm 2]).

따라서, 코어의 침투성 정도, 코어 자체의 저항, 구멍을 충전하는 실리콘 수지 또는 그 밖의 수지량 등을 변화시킴으로써, 광범위의 전계에서 개선시킬 수 있다. Therefore, it is possible to improve in a wide range of electric fields by changing the degree of permeability of the core, the resistance of the core itself, the amount of silicone resin or other resin filling the pores, and the like.

상술한 바와 같이, Vpp를 낮춤으로써, 현상 시의 전하 주입이 방지될 수 있다. 그러나, Vpp를 낮추는 것은 그에 따른 토너를 현상하기 위한 전계 강도의 감쇠를 도입하며, 현상성 자체에 영향을 미친다. 따라서, 제한 없이 Vpp를 낮추는 것은 바람직하지 못하다.As described above, by lowering Vpp, charge injection during development can be prevented. However, lowering Vpp introduces attenuation of the electric field strength for developing the toner, thereby affecting the developability itself. Therefore, lowering Vpp without limitation is undesirable.

적정한 Vpp는, 본 발명의 발명자들에 의해 수행된 연구에 따르면, 적절한 Vpp 값이 사용되는 토너와 캐리어 간의 부착력에 따라 변화하며, 바람직하게는, 이하를 충족시킨다(Eb는 Ed보다도 크다). The appropriate Vpp varies according to the studies conducted by the inventors of the present invention, and the appropriate Vpp value changes depending on the adhesion between the toner and the carrier used, and preferably, the following (Eb is larger than Ed).

1.6×106V/m<Eb<3.9×106V/m1.6 × 10 6 V / m <Eb <3.9 × 10 6 V / m

1.6×105V/m<Ed<2.5×106V/m1.6 × 10 5 V / m <Ed <2.5 × 10 6 V / m

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예 및 구체예에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.The present invention has been described above through specific examples. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above examples and embodiments.

예를 들면, 상기 실시예 및 구체예에서는, 감광체는 네거티브 전하로 대전되고, 이미지 노광 방식에 의해 감광체 상에 정전상이 형성되지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 감광체의 대전 극성은 포지티브일 수도 있다. 토너가 부착되어서는 안되는 비화상부를 노광함으로써, 정전상을 형성하는 배경 노광 방식에 의해 감광체 상에 정전상이 형성될 수도 있다. 또한, 이용되는 현상 방식은 극성이 감광체의 대전 극성과는 반대인 전하로 토너를 충전하는 정규 현상 방식(감광체의 노광되어 있지 않은 화상부를 현상하는 방식)일 수도 있다.For example, in the above embodiments and embodiments, the photoconductor is charged with negative charge, and an electrostatic image is formed on the photoconductor by an image exposure method, but the present invention is not limited thereto, and the charging polarity of the photoconductor may be positive. have. By exposing the non-image portion to which the toner should not adhere, an electrostatic image may be formed on the photosensitive member by a background exposure method for forming an electrostatic image. Further, the developing method used may be a normal developing method (a method of developing an unexposed image portion of the photosensitive member) in which toner is charged with a charge whose polarity is opposite to the charging polarity of the photosensitive member.

본 발명에 따르면, 토너와 캐리어를 구비하는 2성분 현상제를 이용하는 화상 형성 장치에서, 캐리어를 통한 정전상에의 전하 주입을 방지하면서, 양호한 현상성을 얻는다.According to the present invention, in an image forming apparatus using a two-component developer having a toner and a carrier, good developability is obtained while preventing charge injection into an electrostatic image through the carrier.

본 발명을 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 청부 청구범위는 그러 한 모든 수정 및 등가 구조물 및 기능들을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다. Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Claims should be construed broadly to cover all such modifications and equivalent structures and functions.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 형성 장치를 도시하는 개략적인 단면 구성도.1 is a schematic cross-sectional view showing an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 감광체의 층 구조의 일례를 도시하는 개략도.2 is a schematic diagram showing an example of a layer structure of a photoconductor.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 감광체의 층 구조의 다른 예를 도시하는 개략도.3A, 3B, 3C and 3D are schematic diagrams showing another example of the layer structure of the photoconductor.

도 4는 현상 바이어스가 인가되는 동안의 캐리어의 유전율 변동을 도시하는 그래프.4 is a graph showing the variation of dielectric constant of a carrier while developing bias is applied.

도 5는 캐리어의 유전율을 어떻게 측정하는지를 도시하는 개략도.5 is a schematic diagram illustrating how to measure the permittivity of a carrier.

도 6은 현상 바이어스와 정전상의 전위 간의 관계를 설명하는 설명도.6 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a developing bias and an electrostatic potential.

도 7은 현상 바이어스와 정전상의 전위 간의 관계를 설명하는 설명도.7 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a developing bias and an electrostatic potential.

도 8은 현상 바이어스가 인가되는 동안의 캐리어의 유전율 변동을 도시하는 그래프.8 is a graph showing the permittivity variation of a carrier while developing bias is applied.

도 9는 현상 바이어스의 인가하에서, 시간 변화에 대한 캐리어의 유전율 변동을 도시하는 차트.9 is a chart showing the dielectric constant variation of a carrier with respect to time change under the application of a developing bias.

도 10은 현상 바이어스가 인가되는 동안의 캐리어의 유전율 변동을 도시하는 그래프.10 is a graph showing the variation of dielectric constant of a carrier while developing bias is applied.

도 11은 현상 바이어스가 인가되는 동안의 캐리어의 유전율 변동을 도시하는 그래프.11 is a graph showing the variation of dielectric constant of a carrier while developing bias is applied.

도 12a 및 도 12b는 현상 바이어스의 인가하에서, 시간 변화에 대한 캐리어 의 유전율 변동을 도시하는 차트.12A and 12B are charts showing the permittivity variation of a carrier with respect to a time change under the application of a developing bias.

도 13은 특정 예에서의 현상 바이어스와 정전상의 전위 간의 관계를 도시하는 설명도.13 is an explanatory diagram showing a relationship between a developing bias and an electrostatic potential in a specific example.

도 14는 특정 예에서의 현상 바이어스와 정전상의 전위 간의 관계를 도시하는 설명도.14 is an explanatory diagram showing a relationship between a developing bias and an electrostatic potential in a specific example.

도 15는 다른 캐리어를 이용함으로써 생성되는 현상성의 차를 도시하는 그래프.15 is a graph showing the difference in developability produced by using different carriers.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 화상 형성 장치100: image forming apparatus

1: 감광체1: photosensitive member

2: 대전기2: charger

3: 노광기3: exposure machine

4: 현상기4: developing machine

5: 전사 대전기5: Warrior Charger

6: 정착기6: fuser

7: 클리너7: cleaner

8: 전노광기8: preexposure

Claims (5)

화상 형성 장치로서, As an image forming apparatus, 상 담지체; 및Phase carriers; And 토너와 캐리어를 구비하는 현상제를 담지하는 현상제 담지체 - 상기 현상제 담지체는 상기 상 담지체에 형성된 정전상을 상기 현상제로 현상하고, 상기 현상제 담지체와 상기 상 담지체 사이에 교번 전계를 형성하도록, 상기 현상제 담지체에 교번 전압이 인가됨 -A developer carrying member carrying a developer having a toner and a carrier, wherein the developer carrying member develops an electrostatic image formed on the image carrying member with the developer, and alternates between the developer carrying member and the image carrying member. An alternating voltage is applied to the developer carrier to form an electric field 을 포함하고,Including, 횡축이 상기 캐리어가 받는 전계 강도를 나타내고, 종축이 상기 캐리어의 유전율을 나타내는 그래프에서,In the graph where the abscissa indicates the electric field strength received by the carrier and the ordinate indicates the permittivity of the carrier, 전계 강도 Ed=|(Vp2-VL)/D|에서의 기울기를 K1이라 하고,The slope at the electric field strength Ed = | (Vp2-VL) / D | is K1, 전계 강도 Eb=|(Vp1-VL)/D|에서의 기울기를 K2라 할 경우,When the slope at the electric field strength Eb = | (Vp1-VL) / D | is K2, 관계 |K1|<|K2|이 만족되고,The relationship | K1 | <| K2 | is satisfied, VL은, 최고 농도가 얻어지는 상기 정전상의 전위[V]를 나타내고,VL represents the potential [V] of the electrostatic image from which the highest concentration is obtained, Vp1은, 상기 교번 전압에서의 피크 전위 중, 상기 토너를 상기 상 담지체를 향하여 이동시키는 상기 VL 전위로부터의 전위차를 제공하는 피크 전위[V]를 나타내고,Vp1 represents a peak potential [V] that provides a potential difference from the VL potential for moving the toner toward the image carrier among the peak potentials at the alternating voltage, Vp2는, 상기 교번 전압에서의 피크 전위 중, 상기 토너를 상기 현상제 담지체를 향하여 이동시키는 상기 VL 전위로부터의 전위차를 제공하는 피크 전위[V]를 나타내고,Vp2 represents a peak potential [V] that provides a potential difference from the VL potential for moving the toner toward the developer carrier among the peak potentials at the alternating voltage, D는, 상기 상 담지체와 상기 현상제 담지체 간의 최근접 거리[m]를 나타내는 화상 형성 장치.D denotes a closest distance [m] between the image carrier and the developer carrier. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계 강도 Eb 및 상기 전계 강도 Ed의 범위가 다음식: The electric field strength Eb and the electric field strength Ed range from the following equation: 1.6×106V/m<Eb<3.9×106V/m1.6 × 10 6 V / m <Eb <3.9 × 10 6 V / m 1.6×105V/m<Ed<2.5×106V/m1.6 × 10 5 V / m <Ed <2.5 × 10 6 V / m 을 만족시키는 화상 형성 장치.An image forming apparatus that satisfies. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상 담지체는 1.7×10-6F/㎡ 또는 그 이상의 캐패시턴스를 갖는 화상 형성 장치.And the image carrier has a capacitance of 1.7 × 10 −6 F / m 2 or more. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상 담지체는 감광체를 포함하며, 상기 감광체는 아몰퍼스 실리콘층을 포함하는 화상 형성 장치.And the image bearing member includes a photosensitive member, and the photosensitive member includes an amorphous silicon layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상 담지체는 감광체를 포함하며, 상기 감광체는 유기 광 도전체층을 포함하는 화상 형성 장치.And the image carrier includes a photoconductor, and the photoconductor includes an organic photoconductor layer.
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