JP2004109701A - Method and device for development and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の静電画像形成プロセスに適用可能な現像方法、現像装置及び画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
(a)現在、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、光導電性を有する感光層を表面に設けた像担持体(以下、「感光体」と記す。)上に静電潜像(以下、「潜像」と記す。)を形成し、この潜像を、現像剤を収納した現像装置を用いて可視像化し、この可視像をシート状の記録媒体に転写して最終画像を得ている。
【0003】
現像装置に収納される現像剤は、主にトナーと磁性キャリアによって構成される二成分現像剤(以下、単に「現像剤」と記す。)が、カラー化が容易なことから広く用いられている。現像剤は、現像装置内の攪拌・混合により摩擦帯電される。この摩擦帯電された静電電荷によってトナーが磁性キャリア表面に静電的に付着する。トナーが付着した磁性キャリアは、内部に磁石を有する筒状の現像剤担持体(以下、「現像スリーブ」と記す。)表面に磁力で引き付けられて担持され、回転する現像スリーブ上を現像領域に向けて搬送させられる。
【0004】
現像スリーブの感光体に対向する対向領域のうち、最も現像スリーブが感光体に接近している最接近位置における現像スリーブの内部には、現像のための磁石(以下、「第1の磁石」と記す。)が配置されている。
【0005】
現像スリーブ上を搬送される現像剤が、この第1の磁石に近づくにつれて、第1の磁石の磁力線に沿って、現像剤中の多数の磁性キャリアが集合して穂又はチェーンを形成する。この多数の穂が、まるでブラシのように見えることから磁気ブラシと、一般に呼称され、この磁気ブラシの状態を利用する現像方式を磁気ブラシ現像と呼称されている。
【0006】
この磁気ブラシ現像では、現像領域で磁気ブラシが感光体に接触しており、誘電体である磁性キャリアが、感光体と現像スリーブ間の電界強度を高めることで、磁気ブラシの穂の先端部を構成している磁性キャリアの表面から潜像(感光体表面)へとトナーが直に移ることで、現像がなされると考えられている。
【0007】
この考えによれば、従来の磁気ブラシ現像では、現像スリーブの表面の内、最接近位置を中心として限られた領域で、磁性キャリアが集合した穂によって形成される磁気ブラシから潜像に移行するトナーしか現像に寄与せず、磁気ブラシがない部分、磁気ブラシが潜像に非接触の部位では、磁気ブラシ先端部から直に潜像へトナーが移行することによる現像は起こり得ない。
【0008】
つまり、トナー現像できる部位は磁気ブラシの先端部が感光体に接触している限られた領域であり、そのため、現像されるトナーを多くすることは、この限られた領域という条件以外の他の条件を調整する下では非常に困難であった。
【0009】
(b)この限られた領域の中で、高濃度の画像を得る現像方法として、二成分現像剤を用いて、磁性粒子の穂に担持されたトナー粒子と現像剤担持体上に担持されたトナー粒子とを交番電界により現像する現像方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0010】
上記開示の現像方法では、現像領域は磁性粒子が摺擦している領域であって、この領域にある磁性粒子の穂に保持されたトナー粒子と現像剤担持体上のトナー粒子だけでは十分な高濃度の画像を得ることが困難である。また、磁性粒子の穂が少ないため電極効果によりソリッド部のベタ埋まりの良い滑らかな高品位の画像を得るのは困難である。
【0011】
(c)別の現像方法として、潜像担持体と近接する現像領域が二つの磁極間に挟まれるように該二つの磁極を配置し、現像剤の層厚よりも現像スリーブと潜像担持体の間隙が大きくなるように設定し、上記現像剤をジャンピングさせることにより現像を行なう非接触極間現像方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
【0012】
この現像方法においては、ハイライト部の再現性を極めて良好にすることが可能であり、ハーフトーン部においても細密な画像が得られるが、現像効率が劣り、ベタ黒画像の濃度が不十分となったり、「かすれ」を生じる場合があった。
【0013】
以上にみたように、従来の現像方法では、現像効率や、ベタ黒画像の画像濃度に関してさらなる品質の改善の必要がある。
【0014】
(d)本発明者等は、非公知であるが、新しい現像方法として、「内部に磁石を有する現像剤担持体を像担持体に対向して配置し、この現像剤担持体表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を層状に担持させて、前記現像剤担持体と前記磁石間に速度差を与えることにより前記二成分現像剤層を前記像担持体との少なくとも対向領域で磁気ブラシを形成しつつ流動させ、この流動の過程で磁性キャリアから離脱した遊離トナーを前記像担持体上の潜像に付着させて現像に供する現像方法」を提案し、出願している。
【0015】
上記提案技術にかかる現像方法では遊離トナーで現像することから、後述するように現像が行なわれる領域が上記(a)の所謂磁気ブラシ現像法のように磁性キャリアが像担持体に直接接している領域のみ行なう現像よりも、現像に寄与する遊離トナーが存在するため、現像領域が広がり、現像される量が増して現像効率が向上し、ソリッド部のベタ濃度の高い画像を得られることがわかった。
【特許文献1】
特許第2668781号公報
【特許文献2】
特開平5−303284号公報([0008]〜[0009])
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記(d)の現像方法を基礎として、像担持体と現像剤担持体とが対向する位置全てを現像に寄与させることで、トナーにより現像される領域を多くし、ソリッド部における画像濃度が高く、かつ、ベタ黒画像の画像濃度も高い高品位の画像を得ることができる現像方法、現像装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
(1).像担持体に対向して配置され、内部に磁石を有する現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、像担持体表面上に形成される潜像をトナーで現像する現像方法が、現像領域内で、表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成する現像方法であって、
像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域に磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる部分が少なくとも1ヶ所以上存在することとした(請求項1)。
(2).像担持体に対向して配置され、内部に磁石を有する現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、像担持体表面上に形成される潜像をトナーで現像する現像方法が、現像領域内で、表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成する現像方法であって、
像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域に磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、そして穂が寝る連続部分が少なくとも1ヶ所以上存在することとした(請求項2)。
(3).(1)又は(2)に記載の現像方法において、前記現像方法は、現像剤担持体上で磁性キャリアが集合した穂が立ち上がるときに、現像領域内の磁石により、磁気ブラシの先端が現像剤担持体上の磁性キャリアの集合した現像剤層から分離した状態であることとした(請求項3)。
(4).(1)乃至(3)の何れかに記載の現像方法において、前記現像方法は、現像剤担持体上で磁性キャリアが集合した穂が寝るときに、現像領域内の磁石により、磁気ブラシの先端が現像剤担持体上の磁性キャリアの集合した現像剤層と一緒になった状態であることとした(請求項4)。
(5).像担持体に対向して配置され、内部に磁石を有する現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、像担持体表面上に形成される潜像をトナーで現像する現像方法において、
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域内で、表面にトナーを有する磁性キャリアから、トナーを像担持体に散布して現像することとした(請求項5)。
(6).(5)に記載の現像方法において、
前記現像方法は、現像領域内で形成される磁気ブラシを像担持体に接触させて、磁性キャリア表面からトナーを離脱させ、この離脱させた遊離トナーを像担持体へ散布させ、現像することとした(請求項6)。
(7).(5)又は(6)に記載の現像方法において、前記現像方法は、現像領域内で形成される磁気ブラシを像担持体に接触させて、既に現像されているトナーを像担持体から離脱させることとした(請求項7)。
(8).像担持体に対向して配置され、内部に磁石を有する現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、像担持体表面上に形成される潜像をトナーで現像する現像方法において、
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域内で、トナーを表面に有する磁性キャリアにより形成される磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて、トナーを現像させることとした(請求項8)。
(9).(8)に記載の現像方法において、前記現像方法は、現像領域内で、磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて、既に現像されたトナーを像担持体から離脱させることとした(請求項9)。
(10).像担持体に対向して配置され、内部に磁石を有する現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、像担持体表面上に形成される潜像をトナーで現像する現像方法において、
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域で、表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成し、磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、そして穂が寝る間にトナーを離脱させて現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に接触させて離脱させる遊離トナーを像担持体へ散布して現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて現像することとした(請求項10)。
(11).(10)に記載の現像方法において、前記現像方法は、現像領域で形成される磁気ブラシを像担持体に接触させて、像担持体からトナーを離脱させ、かつ、磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて、既に現像されたトナーを像担持体から離脱させることとした(請求項11)。
(12).像担持体に対向して配置され、内部に磁石を有する現像剤担持体が、トナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、像担持体表面上に形成される潜像をトナーで現像する現像方法において、
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域で、表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成し、磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、さらに寝る間にトナーを離脱させて現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に近接させて現像することとした(請求項12)。
(13).(12)に記載の現像方法において、前記現像方法は、現像剤担持体上に形成される磁性ブラシが、像担持体に非接触状態で現像することとした(請求項13)。
(14).(1)乃至(13)の何れかに記載の現像方法において、前記現像方法は、現像剤担持体(Vs)と像担持体(Vp)との線速比(Vs/Vp)は、0.9<Vs/Vp<4の範囲にあることとした(請求項14)。
(15).(1)乃至(14)の何れかに記載の現像方法において、前記現像方法は、前記像担持体と前記現像剤担持体間に印加する電界で現像するのであり、この電界を交番電界とした(請求項15)。
(16).像担持体に対向して配置され、内部に磁石を有する現像剤担持体を備え、この現像剤担持体がトナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持して、現像領域に搬送し、現像剤担持体と像担持体の間に電界を印加し、像担持体表面上に形成される潜像をトナーで現像する現像装置において、
前記現像装置は、(1)乃至(15)の何れかに記載の現像方法により現像するものとした(請求項16)。
(17).光導電性を有し、表面に潜像を形成する像担持体と、像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に対向して配置され、表面にトナーとトナーを保持する磁性キャリアを収納し、像担持体表面にトナー像を形成する現像装置と、像担持体表面に形成されるトナー像を記録部材に転写する転写装置とを有する画像形成装置において、前記画像形成装置は、(16)に記載の現像装置を有することとした(請求項17)。
【0018】
【発明の実施の形態】
[1]現像装置
本発明の現像方法は、以下に説明する現像装置を用いて行なうことができる。
[1−1]現像装置の基本構成(請求項16関連)
ここでは、以下に説明する現像方法を実施することができる現像装置110の基本構成を説明する。
【0019】
図1において、感光層を表面に設け筒状をした感光体100の周囲には、感光体100表面を帯電するための帯電装置101が設けられている。感光体100は図1において矢印で示す反時計回りの向きに回転される。この感光体100に対向し、所定の現像ギャップGPを有するようにして、内部に磁石を有する筒状をした現像スリーブ111cが配置されている。
【0020】
現像ケーシング115内には現像剤(前記したようにトナーと磁性キャリアからなる)が収容されていて、撹拌スクリュー112、113の回転により撹拌されて現像スリーブ111cに供給される。
【0021】
現像ケーシング115の上部にはトナー供給手段としての構成部分があり、トナー収納部116が設けられていて、消費されたトナーに見合う適量分が現像ケーシング115内に補給されるようになっている。
【0022】
感光体100について、帯電器101よりもこの感光体100の回転方向100Rの下流部位には、予め帯電器101により一様に帯電された帯電処理面に潜像を形成するためのレーザー光線Lbの照射される位置があり、この位置でのレーザー光線の照射により潜像Liが形成される。潜像Liが形成された感光体100は、現像スリーブ111cとが対向する対向領域に至り、この対向領域で該潜像Liに帯電したトナーが付着してトナー像が形成される。
【0023】
現像スリーブ111cの回転と伴に搬送される現像剤の搬送方向111R(図において時計回り方向)の上流側部分には、トナーを保持した磁性キャリアによる磁気穂の穂高さ、すなわち、現像スリーブ111上の現像剤層の厚みを規制する層厚規制部材としてのドクターブレード114が設けられている。
【0024】
従来、ドクターブレードとしては非磁性材料のみからなる板状のものが使用されていたが、本実施形態におけるドクターブレード114は、磁性材料からなる板を従来の非磁性の板に接合した構成を有している。磁性材料を用いることで、後述するように、穂高の揃った磁気穂が形成されやすくなる。
【0025】
図1では、感光体100上のトナー像を記録紙へ転写するための転写装置、感光体100上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置、感光体100上の残留電位を除去するための除電装置等は省略してある。
【0026】
このような構成において、カラー画像の形成に際しては感光体100上のトナー像が、例えばシアンのトナー画像であるとすると、これが中間転写ベルト上に転写され、順次、マゼンタ、イエロー、ブラックなどのトナー像が同様の画像形成プロセスにより中間転写ベルト上に重ね合わせて転写されてフルカラートナー像が形成される。このフルカラートナー画像は不図示の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写され、この記録紙上の未定着のトナー画像は該記録紙が中間転写ベルトから分離された後、不図示の定着装置を通過する間に定着される。一方、転写されずに感光体100上に残留したトナーは、クリーニング装置によって除去され回収される。残留トナーを除去された感光体100は除電ランプで初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【0027】
現像スリーブ111cは現像ローラ111の一部をなし、不動の磁石の回りを回転するように構成されている。現像ローラ111の構造を示した図2において、現像ローラ111は不動部材である現像ケーシング115に固定されている固定軸111a及びこの固定軸111aと一体の円柱状をした磁石支持体111bと、磁石支持体111bのまわりをギャップを介して覆っている筒状の現像スリーブ111c及びこの現像スリーブ111cと一体的な回転部材111d等からなる。
【0028】
固定軸111aに対して回転部材111dは軸受111eを介して回転自在であり、回転軸111dは図示省略の回転駆動手段から動力を伝達されて回転駆動される。
【0029】
磁石支持体111bの外周部には、図3に示すように所定の間隔をおいて複数の磁石MG1a、MG1b、MG1c、MG2、MG3、MG4、MG5、MG6(以下、全体をMGと総称する。)が固定されている。これらの磁石MGの周囲を現像スリーブ111cが回転されるわけである。
【0030】
現像スリーブ111cとしては、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体が用いられ、円筒形の該現像スリーブ111cが不図示の回転駆動機構によって磁石MGのまわりを図1、図3の例では時計回りの向きに回転されるようになっている。
【0031】
これらの磁石MGは、現像スリーブ111cの回転と共に現像剤を穂立ちさせつつ搬送するように磁界を形成する。これらの磁石MGから発せられる法線方向磁力線に沿うように、磁性キャリアが集合して穂が形成され、さらに、この穂が集合して磁気ブラシが形成される。穂や、磁気ブラシは磁性キャリアの集合からなり、この磁性キャリアには帯電したトナーが保持されている。
【0032】
現像スリーブ111cは現像ギャップGPを介して感光体100に近接して配置されていて、双方の対向領域で現像が行われる。本例では、感光体100も現像スリーブ111cも共に筒状をしているので、凸曲面同士が近接して対向する対向領域では、現像スリーブ111cと感光体100との間隔が最も接近する位置である最接近位置を間にしてその両側に進むにつれて次第に間隔が広がるという対向面を構成する。なお、感光体100が筒状でなく、例えば、ベルト状に構成されることにより、平面状の場合でも、同じように最接近位置は構成される。図1、図2に示した例では、現像スリーブ111cの中心O1と、感光体100の中心O2とを結ぶ仮想の線上に最接近位置がある。
【0033】
図3において、現像スリーブ111cの回りに、前記した第2の磁石MG1a、第1の磁石MG1b、磁石MG1c、MG2、MG3、MG4、MG5、MG6に対応して、これら磁石による磁力分布が符号P1a、P1b、P1c、P2、P3、P4、P5、P6で模視的に示すように生じている。
【0034】
第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)は最接近位置に対応して位置し、現像スリーブ111cの回転方向111R上であって、この第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)を挟んで上記回転方向上流側に第2の磁石MG1a(磁力分布P1a)、下流側に磁石MG1c(磁力分布P1c)がそれぞれ位置している。
【0035】
さらに、現像スリーブ111cの回転方向111R上であって、この磁石MG1c(磁力分布P1c)の上記回転方向下流側に、磁石MG3(磁力分布P3)、磁石MG4(磁力分布P4)、磁石MG5(磁力分布P5)、磁石MG6(磁力分布P6)が順に位置している。これらのうち、第2の磁石MG1a(磁力分布P1a)、第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)、磁石MG1c(磁力分布P1c)は、現像スリーブ111cと感光体100との対向領域内に位置している。
【0036】
この現像装置110を用いた本発明の現像方法は、少なくとも第2の磁石MG1a(磁力分布P1a)及び第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)により形成される磁気ブラシの立ち上がりから寝るまでの動作態様を利用して行なう。
【0037】
磁石MG1c(磁力分布P1c)は隣り合う第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)の形成する磁力の半値幅を、磁石MG6(磁力分布P6)は隣り合う第2の磁石MG1a(磁力分布P1a)の形成する磁力の半値幅を、それぞれ磁気ブラシの上記動作態様が現像に効果的に行なわれるように所定の狭い幅に規制する。これにより、現像性能を高めることができる。
【0038】
図4(a)において、本例では、全ての磁石MGは互いに隣り合うことで互いに磁石の形成する磁力の半値幅を規制する関係にあり、相互に協働して、各磁石(磁力分布)の機能を有効に果たし得るような磁石の形成する磁力の半値幅の値を設定している。
【0039】
磁石の形成する磁力の半値幅を狭くすることにより、穂が立ち上がり、そして寝るという動作が急激に(速く)行なわれて磁気ブラシはカクカク動くようになる。このため、磁気ブラシの動きが速くなり、穂の形態が乱されるなど攪乱効果を生じて磁性キャリアからのトナーの分離、飛翔が起こり易くなると考えられる。また、現像剤が感光体に接触している時間を短くできるため、磁性キャリアへのカウンターチャージの誘起も起こり難くなると考えられる。
【0040】
磁石MG4(磁力分布P4)は現像スリーブ111c上に現像剤を汲み上げる機能を有する。磁石MG3(磁力分布P3)は穂切れ極である。磁石2、磁石5、磁石6(磁力分布P2、P5、P6)は現像スリーブ111c上に汲み上げられた現像剤を対向領域まで搬送する機能を有する。
【0041】
これら各磁石MG1a(磁力分布P1a)、MG1b(P1b)、MG1c(P1c)、MG2(P2)、MG3(P3)、MG4(P4)、MG5(P5)、MG6(P6)の中心は現像スリーブの半径方向に向けて配置されている。
【0042】
本例では磁石を8極で構成し現像スリーブ111cと感光体100との対向領域では3つの磁石(磁石MG1a、磁石MG1b、磁石MG1c)を設けているが、遊離トナーをより多く発生させるためには、磁石を4つ以上設けてもよい。現像剤の汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上させるために、磁石P3からドクターブレード114の間に磁石を増やして10極や12極で構成しても良い。
【0043】
第2の磁石MG1a、MG1b、MG1cは、この順で現像スリーブ111cの回転方向111R上流側から並ぶ横断面の小さな磁石から構成されており、これら磁石は希土類金属合金により作製されている。サマリウム合金磁石、特にサマリウムコバルト合金磁石などを用いることもできる。希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネルギー積が358kJ/m3であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石では最大エネルギー積が80kJ/m3前後である。
【0044】
このような磁石によって従来の磁石と異なり、相当に小サイズ化しても必要な現像ローラ表面磁力を確保できる。或る程度現像スリーブ径を大きくすることが許容される場合には、従来のフェライト磁石やフェライトボンド磁石を用い、現像スリーブ側に向いた磁石先端部を細く形成することで磁石の形成する磁力の半値幅を狭くすることが可能である。
【0045】
本例では、図4(a)に示すように、第1の磁石MG1b、磁石MG2、磁石MG3、磁石MG6がN極をなし、磁石MGa、MG1c、磁石MG5がS極をなしている。例えば第1の磁石MG1bとして、現像ローラ上で85mT以上の法線方向磁力を有する磁石が用いられた。例えば60mT以上の磁力を有すれば、磁性キャリア付着などの異常画像の発生が無いことが確認されている。これよりも小さい磁力の場合には磁性キャリア付着が発生した。
【0046】
第2の磁石MG1a、第1の磁石MG1b、磁石MG1cの各磁石幅は2mmであった。この時の磁力分布P1bの磁力の半値幅は16°であった。更に磁石の幅を狭くすることで、磁力の半値幅は更に細くなることが確認された。1.6mm幅を用いた際の第1の磁石MG1bによる磁力分布P1bの磁力の半値幅は12°であった。
【0047】
第1の磁石MG1bと第2の磁石MG1a、磁石MG1cなど磁石の位置関係を示した図4(b)において、磁力分布P1a、磁力分布P1cの各磁力の半値幅は35°以下に形成する。この部分での磁力の半値幅は外側に位置する磁力分布P2や磁力分布P6の磁力の半値幅が大きいために磁力分布P1bでのように半値幅を相対的に狭く設定することができない。
【0048】
第1の磁石MG1bと第2の磁石MG1a、磁石MG1cの位置関係については、第1の磁石MG1bの両側にある第2の磁石MG1a、磁石MG1cによる挟角を30°以下に形成する。上記の例では、磁力分布P1bでの半値幅を16°に設定するために当該挟角は22°とした。更に磁石MG1a、磁石MG1cとこれら磁石の各外側にある磁石MG2、MG6とによる変極点(0mT:磁力がN極からS極、S極からN極に変わる点)の挟角を120°以下にしている。
【0049】
この現像装置110では、図3に示すように、固定軸111aには接地されたバイアス用の電源VPが接続されている。固定軸111aに接続された電源VPの電圧は、図2に示した導電性の軸受111e、導電性の回転部材111dを経て現像スリーブ111cに印加される。一方、図3において、感光体100を構成する最下層の導電性支持体31は接地されている。
【0050】
こうして、対向領域には、磁性キャリアから離脱したトナーを感光体100側へ移動させる電界を形成しておき、トナーを感光体100側に向けて移動させることに供している。
【0051】
以上、図1乃至図4で説明したように、感光体100に対向して配置され、内部に磁石MGを有する現像スリーブ111cを備え、この現像スリーブ111cがトナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む現像剤を表面に担持して、この担持した現像剤を感光体100との間の対向領域に搬送し、現像スリーブ111cと感光体100との間に電界を印加し、感光体100の表面上に形成されている潜像Liをトナーで現像する現像装置110が構成される。本発明の現像方法は、かかる現像装置110を用いて行なうことができる。
【0052】
なお、本例の現像装置はレーザー光線Lbで書き込む方式の画像形成装置と組み合わせた例としている。帯電装置101により感光体100上に一様に負極性の電荷を乗せ、書込量を少なくするために文字部をレーザー光線Lbで露光することで、低下した電位の文字部(潜像Li)に負極性のトナーで現像する所謂反転現像方式を採用している。これは一例であり、本発明の現像方式の中で、感光体100に乗せる帯電電荷の極性は大きな問題ではない。
【0053】
この現像装置110では、内部に磁石MGを有する現像スリーブ111cを感光体100に対向して配置しており、このスリーブ111c表面にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を層状に担持させて、不動の磁石MGに対して現像スリーブ111cを回動させることで、現像スリーブ111cと磁石間MGに速度差を与え、この速度差を利用して現像剤層を少なくとも対向領域で磁気ブラシを形成しつつ流動させ、この流動の過程で磁性キャリアから離脱した遊離トナーを感光体100上の潜像Liに付着させて現像に供することを前提としている。
【0054】
[1−2]速度差
現像スリーブ111cと磁石間MGに速度差を与える手段として、上記例では磁石MGを不動とし、現像スリーブ111cを回動させることとしたが、これに限らず、現像スリーブ111cを不動とし、磁石MGを回動させることにより現像スリーブ111cと磁石間MGに速度差を与えて、同様の現像を行なうこと、また、現像スリーブ111cと磁石MGを反対方向に回動することも可能である。
【0055】
[1−3]現像ギャップ
磁性キャリア粒径が5感光体100と現像スリーブ111との間隔である現像ギャップGPは、磁気ブラシの先端部を感光体100に接触させるタイプ、非接触のタイプ、さらにこれらのタイプでも穂立ち位置を最接近位置に対応させて配置するか、ずらして配置させるかなど種々の条件により一概にはいえず、個々の具体条件に従い定める。
【0056】
[1−4]現像剤
現像スリーブ111cの感光体100とは反対側の領域には、現像ケーシング115内の現像剤を攪拌しながら現像スリーブ111cへ汲み上げるための攪拌スクリュー112が設けられている。現像ケーシング115内の現像剤は、トナーTと磁性キャリアCからなり、この現像剤は図示しない駆動手段により回転させられる攪拌スクリュー112、113で混合・攪拌され、トナーTが摩擦帯電される。このときのトナー帯電量(q/m)は、−5〜−60μC/g、好ましくは、−10〜−30μC/gがよい。
【0057】
また、磁性キャリアCとしては、鉄、ニッケル、コバルト等の金属又はこれらと他の金属による合金、マグネタイト、γ−ヘマタイト、二酸化クロム、銅亜鉛フェライト、マンガン亜鉛フェライト等の酸化物、マンガン−銅−アルミニウム等のホイスラー合金等の強磁性体粒子を用いることができる。
【0058】
さらに、この強磁性体粒子をスチレン−アクリル系、シリコーン系、フッ素系等の樹脂で被覆してもよい。これらは、トナーTとの帯電性を考慮して適宜選択することができる。磁性体粒子を被覆する樹脂には、荷電制御剤、導電性物質等を添加してもよい。
【0059】
また、スチレン−アクリル系、ポリエステル系等の樹脂中にこれらの磁性体粒子を分散させたものであってもよい。強磁性体の飽和磁化の強さは、45〜85emu/gが好ましい。45emu/g未満では、飽和磁化の強さが低いために、搬送性が低下し、また、感光体100への磁性キャリア付着が多くなる。85emu/gを越えると、飽和磁化の強さが高いために、磁気ブラシが強くなり、スキャベンジ効果が強く、ハーフトーン部にスキャベンジ跡が生じ、画像品質を低下させる。
【0060】
トナーTとしては、少なくとも熱可塑性の樹脂とカーボンブラック、銅フタロシアニン系、キナクリドン系、ビスアゾ系の顔料を有するものを用いる。樹脂としては、スチレン−アクリル系、ポリエステル系の樹脂が好ましい。この他に、定着助剤としてポリプロピレン等のワックス、トナー帯電量を制御するための含合金染料を内添することができる。さらに、表面処理したシリカ、アルミナ、酸化チタン等の酸化物、窒化物、炭化物等を外添してもよい。さらに、脂肪酸金属塩、樹脂微粒子等を併せて外添してもよい。
【0061】
[1−5]穂、磁気ブラシ、穂立ち部の説明(請求項1〜4関連)
図1、図3、図4等に示したように、現像スリーブ111cの外周面からは、その内部に設けた磁石MGにより磁力分布P1a、P1b、P1c、P2、P3、P4、P5、P6が放射状に形成されている。
【0062】
現像スリーブ111cの回転により、現像剤は該現像スリーブ111c上に担持されて該現像スリーブ111cと共に搬送される。この搬送過程で各磁力分布中を現像剤が通過するとき、磁性キャリアが穂状に集合した磁気穂が現像スリーブ111c上の現像剤層から立ち上がり、そして該磁気穂が寝るという現象がある。ここで、磁気穂は磁力分布における法線方向磁力線に沿うように形成される。
【0063】
ここでは、図1に示した磁力分布のうち、任意の1つの磁力分布、例えば、磁力分布P1aを通過する現像剤が形成する磁気穂に着目してその変化を模視的に例示した図5を参照しつつ、磁気穂、遊離トナー、穂立ち部等について説明する。
【0064】
図5において、磁力分布P1a内で形成されている法線方向磁力線を▲1▼〜▲7▼の符号で模式的に示す。これらの法線磁力線▲1▼〜▲7▼は、法線磁力線▲1▼が現像スリーブ111cの略接線方向に向いていて、法線磁力線▲2▼〜▲3▼への番号が進むにつれて、立ち上がりの角度を増し、法線磁力線▲4▼で現像スリーブ111cの周面に略垂直となり、最も高く立ち上がった状態となる。
【0065】
この法線磁力線▲4▼を対称軸として先程の立ち上がり時における各法線磁力線▲3▼、▲2▼、▲1▼と対称に、法線磁力線▲5▼、▲6▼、▲7▼の順に寝る方向に傾きを増していき、法線磁力線▲7▼では現像スリーブ111cの略接線方向近くまで傾いて寝た状態となっている。法線磁力線▲4▼は、図1における中心O1と中心O2とを結ぶ線分と合致する。
【0066】
これらの法線磁力線▲1▼〜▲7▼は、現像スリーブ111cの表面から外方に向けて定位置に形成されている。現像スリーブ111c上に担持されて該現像スリーブ111cと共に搬送される現像剤は、該現像スリーブ111c上に層をなしているが、図5では繁雑さを避けるため図示を省略している。また、磁性キャリアCCにはトナーTが静電力で保持されているが、これも個々に図示すると繁雑になるので図示を省略している。
【0067】
現像スリーブ111c上の現像剤層が現像スリーブ111cとともに移動し磁力分布P1aにさしかかると、図5(a)に示すように、法線磁力線▲1▼に沿って磁性キャリアCCが穂状に集合した磁気穂(或いは磁気穂が集合した磁気ブラシ)として現像剤層から分離して立ち上がる。
【0068】
即ち、現像スリーブ111c上で磁性キャリアCCが集合した磁気穂(単に、穂ともいう。)が立ち上がるときに、現像領域内の磁石により磁気ブラシの先端が現像スリーブ111c上の磁性キャリアCCの集合した現像剤層から分離した状態を生じ、以下に述べるように磁性キャリアCCからトナーTが離脱して遊離トナーとなる(請求項1、3関連)。
【0069】
この磁気穂は現像スリーブ111cの軸長手方向から見ると穂状をなし、磁気穂が紙面を貫く方向である現像スリーブ111cの長手方向に磁石MG1aに対向して形成されている。
【0070】
図5(a)に示したように現像剤層から法線磁力線▲1▼に沿って磁性キャリアCCが立ち上がるときに、該磁性キャリアCCからトナーTが離脱する。こうして磁性キャリアから離脱し空間に放たれたトナーTは磁気穂の立ち上がり側(磁気穂の現像スリーブ111c周面に対向する側の裏側)の空間に遊離する。
【0071】
この遊離トナーは現像に寄与し、かかる磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる部分が少なくとも1ヵ所以上あれば、遊離トナーが発生するので現像が可能となる(請求項1関連)。
【0072】
また、磁気穂が現像剤層から立ち上がることにより現像剤層側でも現像剤に変位が生じ、この変位により現像剤層側からも磁性キャリアよりトナーが離脱されて、遊離トナーTを生じる。この遊離トナーTの発生については、後に図7乃至図9等により後述する。
【0073】
なお、隣り合う磁気ブラシの間の現像剤層、従って穂が立ち上がらない部分においても磁性キャリアCCからトナーが離脱して遊離トナーTとなり、現像に供される。
【0074】
かかる遊離トナーTは、感光体100の画像部(帯電後露光された部位つまり、潜像Li部)が対向領域にあるときに生じて画像部への飛翔がなされ、感光体の非画像部(帯電されたままで未露光の部位)が対向領域にあるときには遊離トナーTは生じなかった。
【0075】
図5(a)に示した状態から、さらに現像スリーブ111cの回転が進むことにより、磁気穂は法線磁力線▲1▼から法線磁力線▲2▼に沿うように形態及び位置を変える。この変化後における磁気穂の状態を図5(b)に示す。この変化の過程で、磁性キャリアCCからは、新たにトナーTが離脱され、磁気穂の立ち上がり側(磁気穂の回転方向111Rでの上流側)に向けて放たれて遊離トナーとなる。
【0076】
図5(b)に示した状態から、さらに現像スリーブ111cの回転が進むことにより、磁気穂は法線磁力線▲2▼から法線磁力線▲3▼に沿うように形態及び位置を変える。この変化後における磁気穂の状態を図5(c)に示す。この変化の過程で、磁性キャリアCCからは、新たにトナーTが離脱され、磁気穂の立ち上がり側(磁気穂の回転方向111Rでの下流側)に向けて放たれて遊離トナーとなる。
【0077】
図5(c)に示した状態から、さらに現像スリーブ111cの回転が進むことにより、磁気穂は、法線磁力線▲3▼から法線磁力線▲4▼に沿うように形態及び位置を変え現像スリーブ111c周面から直立状に最も立ち上がった状態となる。この変化後における磁気穂の状態を図5(d)に示す。この変化の過程で、磁性キャリアCCからは、新たにトナーTが離脱され、磁気穂の先端部のまわりに放たれ、遊離トナーとなる。
【0078】
図5(d)に示した状態から、さらに現像スリーブ111cの回転が進むことにより、磁気穂は法線磁力線▲5▼に沿うように形態及び位置を変える。この法線磁力線▲5▼は法線磁力線▲4▼よりも回転方向111R上の下流側に隣接して位置し現像スリーブ111c周面から離れるにつれて下流側(寝る側)に傾いて形成されているので、磁気穂もこれに沿う形で形成される。
【0079】
この変化後における磁気穂の状態を図5(e)に示す。この変化の過程で、磁性キャリアCCからは、新たにトナーTが離脱されて磁気穂が寝る側と反対側(磁気穂の回転方向111Rでの上流側)及び磁気穂の先端部近傍に放たれた遊離トナーとなる。
【0080】
図5(e)に示した状態から、さらに現像スリーブ111cの回転が進むことにより、磁気穂は、法線磁力線▲5▼からさらに寝る度合いを増した法線磁力線▲6▼に沿うように形態及び位置を変える。この変化後における磁気穂の状態を図5(f)に示す。この変化の過程で、磁性キャリアCCからは、新たにトナーTが離脱されて磁気穂が寝る側と反対側(磁気穂の回転方向111Rでの下流側)及び磁気穂の先端部近傍に放たれた遊離トナーとなる。
【0081】
図5(f)に示した状態から、さらに現像スリーブ111cの回転が進むことにより、磁気穂は、磁力線▲6▼からさらに寝る度合いを増した磁力線▲7▼に沿うように形態及び位置を変える。この変化後における磁気穂の状態を図5(g)に示す。この変化の過程で、磁性キャリアCCからは、新たにトナーTが離脱されて磁気穂が寝る側(現像スリーブ111c周面に対向する側の裏側)の空間に遊離する。
【0082】
図5(g)に示した状態から、さらに現像スリーブ111cの回転が進むことにより、図示しないが、磁気穂および磁気穂が集合した磁気ブラシは寝るときに現像スリーブ111cの周面に形成されている現像剤層と一緒になり、この変位により現像剤層側からも磁性キャリアよりトナーが離脱されて、遊離トナーを生じる。
【0083】
即ち、現像スリーブ111c上で磁性キャリアCCが集合した磁気穂(穂)が寝るときに、現像領域内の磁石により、磁気穂が集合した磁気ブラシの先端が現像スリーブ111c上の磁性キャリアCCの集合した現像剤層と一緒になった状態となり、その際に遊離トナーを生じる(請求項4関連)。
【0084】
図5では、1つの磁気穂のみに着目してその変位と遊離トナーの発生状態を模視的に図示したので、あたかも各法線磁力線▲1▼〜▲7▼のうちの一つにだけ磁気穂が形成されこれだけが変位していくかのように見えるが、実際には、各磁力線▲1▼〜▲7▼に沿ってそれぞれに同時的に磁気穂が形成されていて、現像スリーブ111cの回転に従い、次々に隣の法線磁力線に磁気穂が変位し、この変位を伴う流動の過程で磁性キャリアからトナーが離脱し、この離脱した遊離トナーが現像に供される。
【0085】
図5の例では、各法線磁力線▲1▼〜▲7▼に沿って形成される磁気穂の集合で磁気ブラシが形成される。本例では、対向領域内で磁気穂が立ち上がり、そしてこの磁気穂が寝るまでの間の現像スリーブまわりの領域が穂立ち部である。
【0086】
ここで、磁気穂が立ち上がり、そして磁気穂が寝るまでの連続部分とは、現像スリーブ111c上を現像剤が搬送される過程でこの現像剤が磁石MGの磁力により、現像スリーブ111c上の現像剤層から磁気穂としてその先端部が分離したときから、この磁気穂の先端部が現像スリーブ111c上の現像剤層と一緒になったときまでの間であり、主としてこの間での磁気穂の形態変化に応じて磁性キャリアに保持されていたトナーが磁性キャリアから離脱する。かかる連続部分が1ヵ所以上存在すれば、磁性キャリアから離脱した遊離トナーを現像に寄与させることができる(請求項2関連)。
【0087】
別の表現をすれば、1つの磁力分布での多数の法線磁力線に沿って形成される磁気穂の集合を磁気ブラシと称し、この磁気ブラシを構成する磁気穂が位置する現像スリーブ111cまわりの領域が穂立ち部であり、この穂立ち部で形成されている磁気ブラシ(磁気穂)の磁性キャリアから離脱した遊離トナーを用いて現像する。
【0088】
以上、磁力分布P1aについて、磁気穂、磁気ブラシ、穂立ち部などを説明したが、磁力分布P1b、磁力分布P1cについても対向領域において、磁力分布P1aにおけると同様な磁気穂、磁気ブラシ、穂立ち部などが形成される。
【0089】
磁気穂の形態変化に応じて多量の遊離トナーを生じさせ、この遊離トナーは磁気ブラシ(磁気穂)のまわりに多量に存在することから、この遊離トナーを現像に供することができ、従来の磁性キャリアから直接潜像にトナーを転移させる現像法に比べて、現像効率を高めることが可能となる。
【0090】
上記遊離トナーを生じさせる磁気穂の形態変化は前記したように磁石の形成する磁力の半値幅を狭くすることにより穂が立ち上がり、そして寝るという動作が急激に(速く)行なわれて磁気ブラシがカクカク動くという現象によるところが大きいと考えられる。
【0091】
以上説明した現像装置では、以下に説明する本発明の現像方法を行なうための構成を備えることにより、従来の現像領域よりも広い範囲で現像領域を設定することから、現像スリーブ111cの線速(Vs)と感光体100の線速(Vp)との線速比(Vs/Vp)を大きくすることなく、現像されるトナーの供給量を多くする現像装置を提供することができる。
【0092】
[2]現像方法
本発明の現像方法は、磁気ブラシの穂立ち部を対向領域に少なくとも1つ形成する。感光体100の径に比べて現像スリーブ111cの径が小さいので、対向領域は最大限、現像スリーブ111cの投影面積に相当する「直径幅×軸方向長さ」の領域であり、これが最大対向領域ということになる。
【0093】
しかし、本例では、図1に示したように、ケース115が現像スリーブ111cのまわりを囲んだ構成であり、上記最大対向領域のうち、現像スリーブ側から感光体の潜像へ付着するトナーの飛翔経路を妨げない必要な部位だけを開口させており、この開口部を介して現像スリーブ111cと感光体100とが直接対向している。
【0094】
本例の現像方法では、トナー飛散を防止するなどのため、上記最大対向領域よりも、ケース115の開口部115aの回転方向111R方向での寸法を小さくしている。このため、開口部115aで制限された、上記最大対向領域よりも狭い制限された対向領域で感光体100と現像スリーブ111cとが直接対向している。
【0095】
本発明の現像方法において、現像領域は、磁性キャリアが集合する磁気穂が磁気ブラシを形成しているか又は現像スリーブ111c上に薄い現像剤層を形成しているかの状態に係わらず現像剤中のトナーTが感光体100に向かって現像される領域と定義される。
【0096】
以下の実施形態例では、開口部115aの範囲である制限された対向領域で行なわれる現像態様を説明する。
【0097】
基本構成として示した図1、図3、図4等における磁石配置、磁力分布のもとで、現像スリーブ111cが回転方向111Rの向きに回転することにより、磁力分布P4で汲み上げられた現像剤はドクターブレード114部のドクターギャップを通過することで通過量を一定に規制されて、回転方向に磁力分布P6により(磁力分布P5の寝る途中にドクターブレード114があるため)搬送されて、上記制限された対向領域(以下、単に対向領域という。)に至る。
【0098】
対向領域には、磁力分布P1a、P1b、P1cが形成されていて、これらの磁力分布部で磁気ブラシができ、現像スリーブ111cの回転に応じて、現像剤は磁気ブラシを形成しつつ流動し、この対向領域内の現像領域でトナーが潜像に転移して現像がなされ、現像後の残りの現像剤は穂切れ極であるP3で殆ど全て取り除かれ、撹拌スクリュー112側に落ちる。
【0099】
図6は図1乃至図4に示した現像装置の基本構成のもとで、磁気ブラシ、穂立ち部等を示している。図6において、磁力分布P1a、P1b、P1cでの磁気ブラシをそれぞれ符号BR1a、BR1b、BR1cで示す。これらの磁気ブラシは図5で説明したような磁気穂が多数の法線磁力線▲1▼〜▲7▼に沿って集合したもので、外観上の形状はそれほどの変化はないが、各磁気穂を構成する磁性キャリアはトナーを保持しつつ流動し、この流動の過程で磁性キャリアからトナーを離脱して遊離トナーを生じさせる。
【0100】
磁気ブラシは多数の磁気穂からなり、空間に位置を占める。この多数の磁気穂の示す空間領域をブラシの穂立ち部と称する。磁気ブラシBR1、BR2、BR3の各穂立ち部をそれぞれ穂立ち部SP1a、SP1b、SP1cで示す。このように、対向領域で3つの穂立ち部がある。本例では、磁気ブラシBR1bが感光体100に接触し、磁気ブラシBR1aは感光体100に非接触である。
【0101】
穂立ち部SP1bは感光体100に対して最も近い最接近位置に対応して位置している第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)により形成され、穂立ち部SP1aはこの穂立ち部SP1bよりも回転方向111R(現像剤の搬送方向と同義)上流側に配置された第2の磁石MG1a(磁力分布P1a)により形成される。
【0102】
図6に示した例では、対向領域で3つの穂立ち部SP1a、SP1b、SP1cが形成されている。これらの穂立ち部における磁気ブラシから遊離トナーを生じさせて現像する場合、これら穂立ち部のうちで最上流側の位置にある穂立ち部SP1aと、最接近位置にある穂立ち部SP1bにより潜像の付着すべき部位に十分にトナーは付着がなされていわば、飽和状態となるため、穂立ち部SP1bの下流側に位置する穂立ち部SP1cでは現像は殆ど行なわれない。
【0103】
なお、現像スリーブ111cと感光体100との間に印加される電界が交番電界のもとでは、穂立ち部SP1b下流側でトナーの振動が起こり、潜像電位に整えられてトナー付着がなされる。
【0104】
本例で穂立ち部SP1cが現実に存在している例が示されているのは、第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)の半値幅を最接近位置に狭い半値幅で設定するために当該第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)に隣接して第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)を設けなければならず、そのため、第1の磁石MG1b(磁力分布P1b)により自動的に穂立ち部SPcが生じているのである。
【0105】
例えば、磁石MGの構成を変えたり、現像スリーブの径を変えたり、ケース115を形状、寸法を変えたりすることにより、図6に示された構成において穂立ち部SP1a、SP1bだけが存在する構成、或いは対向領域内で最接近位置の近傍を含むそれより上流側に少なくとも1つの穂立ち部を構成することができれば本発明の課題は達せられる。
【0106】
図1乃至図4、図6に示したように、▲1▼対向領域に3極(磁石MG1a、MG1b、MG1c)を配置し他の5極(磁石MG2、MG3、MG4、MG5、MG6)と合わせて全8極の磁石による現像ローラを用い、対向領域では上記3極により3つの穂立ち部を形成する現像装置で現像した結果と、▲2▼対向領域の感光体との最接近位置には1つの磁石(本例の3つの磁石MG1a、MG1b、MG1cに代えて、単一の磁石)のみを配置し、他の磁極は図1乃至図4に示した5極(磁石MG2、MG3、MG4、MG5、MG6)に準じた配置の全6極とし、対向領域では1つの穂立ち部のみを形成する構成の現像ローラを具備した現像装置で現像した結果とを比較したところ、▲1▼の現像装置による現像結果の方が▲2▼の現像装置による現像結果に比べて、黒ベタ追従性がよく、画像のざらつき・後端白抜け等の画質も向上していた。
【0107】
なお、上記▲2▼の現像装置では、感光体との最接近位置にくる磁石の磁力の半値幅は21°でこの1極のみが感光体との対向領域に存在している構成であり、また、上記▲1▼、▲2▼の現像装置とも、現像ギャップ、汲み上げ量は同じ条件で行なった。
【0108】
本発明の現像方法ではさらに、対向領域で穂立ち部を形成する磁石であって感光体100に最も近い位置に配置された第1の磁石MG1bにより前記2つの穂立ち部のうち1つの穂立ち部である穂立ち部SP1bを形成し、この穂立ち部SP1bよりも現像剤搬送方向(回転方向111c)上流側の位置に配置した第2の磁石MG1aにより他の1つの穂立ち部SP1aを形成することで、対向間隔が次第に狭まり遂に最接近位置に至るまでの現像剤搬送路過程を利用して、この間で遊離トナーを生じさせて効果的に現像を実現することができる。
以下に現像方法の詳細を説明する。
[2−1]接触させる現像方法
本例は対向領域内で形成される少なくとも1つの磁気ブラシを感光体100に接触させる現像法であり、その例は、図6により既に概要を説明した。
【0109】
本例の現像方法によれば、磁気ブラシを感光体100に接触させることから、遊離トナーによる現像及び、磁気ブラシ先端のキャリア上のトナーが感光体と摺擦又は近接(中には摺接に至らず近接する穂もある)することによりトナーが潜像に直接付着する所謂接触現像による現像により、感光体100上に現像されたトナーを磁気ブラシ先端の磁性キャリアで離脱させることで、ソリッド部のベタ埋まりの良い滑らかで、非画像部のかぶりの少なく、かつ横細線や文字の鮮鋭度も優れた高品位の画像を得る現像方法を提供することができる。
【0110】
[2−1.1]穂立ち部中心を最接近位置に合わせた例
図6において、対向領域内で形成される2つの磁気ブラシのうち、1つの磁気ブラシBR1bの穂立ち部SP1bが最接近位置に位置して磁気ブラシが感光体100に接しており、他の1つの磁気ブラシBR1aの穂立ち部SP1aがこの最接近位置よりも上流側に位置して感光体100から離間している。
【0111】
このような穂立ち部による現像方法では、現像スリーブ111cと感光体100との対向間隔が次第に狭まり遂に最接近位置に至るまでの現像剤搬送路過程を利用して、この間で遊離トナーを生じさせて現像し、かつ、感光体100上に現像されたトナーを磁気ブラシBR1bによりで離脱させることでベタ濃度が高くしかも横細線や文字の鮮鋭度も優れた高品位の画像を得ることができる。
【0112】
[2−1.1a]現像態様
前記図6において、磁気ブラシBR1bが感光体100に接触し、磁気ブラシBR1aは感光体100に非接触である。図6における穂立ち部SP1a〜穂立ち部SP1b部に至る領域での磁気ブラシの状態を拡大して示したのが図7である。
【0113】
図7に、穂立ち部SP1aと穂立ち部SP1bに対応する現像領域dにおける磁気ブラシの状態及びとナーの状態を観察しこれを模視的に示した。
図7において、磁気穂が立ち上がり寝るまでの領域A0が現像領域の最上流位置にあたる一定領域に対応して観察される。この領域A0は、磁力分布P1aによって、現像剤中の磁性キャリアCCが、表面にトナーTを有しながら複数の磁性キャリアCCが集合して磁気穂を形成し、さらに、その法線磁力線に沿って磁性キャリアCCの穂が立ち上がり、そして現像スリーブ111c側に寝るまでの領域である。
【0114】
図7において領域A0よりも下流側に隣接した一定領域で、磁気ブラシBR1bの磁気穂が立ち上がり始める領域A1が対応して観察される。この領域A1は磁性キャリアCCの穂が立ち上がり始める領域であり、磁力分布P1bの近傍に近づいた現像剤中の磁性キャリアCCが、表面にトナーTを有しながら、複数の磁性キャリアCCが集合して磁気穂を形成し、さらに、その法線磁力線に沿って磁性キャリアCCの穂が立ち上がり始めている。
【0115】
現像領域で領域A1よりも下流側に隣接した一定領域で、立ち上がる磁気穂が感光体100に接する領域Bが観察される。さらに、領域Bで接した磁気穂がこの領域Bの下流側の一定領域で感光体100に摺接している領域Cが観察される。
【0116】
前記図6では、領域A0、領域A1、領域B、領域Cが存在し、最接近位置に領域Cが対応する関係にあるが、他の例では、現像ギャップGPがある程度大きくなると領域B、領域Cは存在しなくなる場合もあり得るし、最接近位置に対するこれらの領域A0、領域A1、領域B、領域Cの位置関係がずれることもあり得る。また、磁気穂の長さは不均一であるし、磁場の雰囲気が一定していないため(また、磁性キャリアの磁気特性に分布があったり、磁気穂を形成するキャリア数が不均一であったりすることも考えられる)、磁気穂が感光体100に接触する位置(領域)は変化する。
【0117】
(a)領域A0での現像(請求項1、2関連)
領域A0での磁性キャリアCCの穂の立ち上がりから穂が寝るまでの状況を模視的に示した図8において、第2の磁石MG1aの配置されている位置に対応する現像スリーブ111c上では、第2の磁石MG1aの極性に係わらず磁気ブラシBR1aを形成し、磁気穂が立ち上がり始めの部に相当する磁石の間(例えば、磁石MG6と第2の磁石MG1aとの間や、第2の磁石MG1aと第1の磁石MG1bとの間に対応する現像スリーブ111c上)では現像剤の層が接線磁力が強いため、現像剤が現像スリーブ111c側に押し付けられている。
【0118】
図8に示すように、それまで磁性キャリアCCの集団の現像剤層中に閉じこめられていた磁性キャリアCCは、互いに磁力を有しているために、磁石間では現像スリーブ法線方向の磁力線は小さいが、互いに隣接する磁石は逆極になっているために現像スリーブ接線磁力は大きいため、これが磁石間では磁石上のものと比較して薄い磁性キャリアCCの集団である現像剤層を形成する力になっていて、磁性キャリアCCを現像剤層の集団の中に留めておかれる。
【0119】
この現像剤層が磁石P1aに対応する位置にくると、いくつかの磁性キャリアCCが集合して磁気穂を形成して立ち上がる。この磁気穂を形成するために集合する磁性キャリアCCの個数は、一般にドクターブレード114を通過する現像剤の量で決定されるが、それ以外にも磁性キャリアCCの磁気的性質、磁石の有する磁力の大きさ、磁石の形状、配置の仕方による磁力線の大きさ及び傾きによって決定される。
【0120】
また、磁石P1aは固定されているが、現像スリーブ111cは回転しているために、立ち上がり始めた磁気穂の位置における磁力線の角度、大きさも変わっていく。このとき、磁性キャリアCCの磁気応答性に遅れがあるため、磁力線に沿った形状に磁気ブラシがすぐに揃わない、さらに、多数の磁性キャリアCCが集合した磁気穂は、集団からの拘束力から抜け出して立ち上がるが、磁石の大きな磁場が作用し、すべての磁性キャリアCCの磁気的な極性はは同一方向を向いており、互いに反発力が作用している。これらのために、磁性キャリアCCの現像剤層が突然に割れて、磁性キャリアCCの磁気穂が磁気ブラシとして立ち上がる。
【0121】
したがって、磁性キャリアCCが磁気穂を形成して立ち上がることで、トナーTが磁性キャリアCCの集団の中に閉じこめられていたのが空間が解放され、さらに、磁性キャリアCCの表面に吸着しているトナーTに大きな遠心力が作用することで、トナーTは磁性キャリアCC表面から離脱して現像空間が解放され遊離トナーTとなる。
【0122】
さらに、磁気穂は磁場の変化のため一定速度で立ち上がったり、寝たりせず、加速度を持つ。このため、トナーTには慣性力が働き、立ち上がり、寝るまでの連続部分において磁性キャリアCC表面から離脱して現像空間に解放されて遊離トナーTとなる。また、磁性キャリアCC表面から離脱した遊離トナーTは、磁性キャリアCCとの静電的付着力、物理的付着力が作用していないために、現像電界等によって容易に移動させることができる。
【0123】
(b)領域A1による現像(請求項1関連)
磁性キャリアCCによる磁気穂が立ち上がり始める領域A1の様子を示した図9を参照しつつ説明する。磁性キャリアCCの粒径等の粉体特性、飽和磁化の強さ等の磁気特性と磁石の飽和磁化の強さ等の磁気特性、幅及び形状等の形態特性により磁性キャリアCC表面のトナーTに作用する力を制御し、遊離トナーTを発生させることができる。
【0124】
図9に示した穂立ち部SP1bの上流側部において磁気穂が立ち上がり始めるとき遊離トナーTを生じることで、感光体100上の潜像Liに対するトナーTの付着量を大きくすることができ、いわゆる現像性の高い現像方法を得ることができる。
【0125】
このように、領域A1で、低い電界でも現像できる遊離トナーTを生じさせることで、いわゆる現像性の高い現像方法を得ることができる。なお、以上説明したような領域A0及び領域A1における磁性キャリアCCとトナーTの挙動は、本願発明者らが、実体顕微鏡(オリンパス社製:SZH10)とハイスピードカメラ(フォトロン社製:FASTCAM−Ultima−I2)とを用いて、9000〜40500コマ/秒の撮影速度で撮影した映像により確認されている。また、以下に説明する領域Bと領域Cについても、同じように確認されている。
【0126】
(c)領域Bによる現像(請求項5、6関連)
領域Bでは磁気穂(磁気ブラシ)を感光体100に接触させ、この接触がなされたときに、磁性キャリアから散布状に(ふりまくような状態で)トナーを離脱させて遊離トナーを生じさせ、この遊離トナー以って現像に供される。
【0127】
即ち、現像領域で形成される磁気ブラシを感光体100(像担持体)に接触させて、磁性キャリア表面からトナーを離脱させ、この離脱させた遊離トナーを現像スリーブ111cへ散布させ、現像する(請求項5、6)
本例では、図10に示すように、表面にトナーTを有する磁性キャリアCCから、トナーTを感光体100に散布する如くして遊離トナーをふりまき、この遊離トナーを以って現像に供するのである。この感光体100へのトナーTの散布状の態様は磁気ブラシを構成する磁気穂が感光体100に強く接触することにより生ずる。
【0128】
散布状にトナーを離脱させて生ずる遊離トナーの発生部位は、最接近位置を含む近傍部である。現像スリーブ111cと感光体100とは、最接近位置で最も間隔が狭く、この最接近位置を中心に両側に離れるほど、上記間隔は次第に広くなる。一方、穂立ち部SP1bは最接近域を中心に形成されているので、磁気ブラシは、最接近位置の上流側近傍で初めて感光体100に接触して、散布状に遊離トナーを生じる。この散布状に遊離トナーを生じる部位は、現像ギャップや、磁気ブラシの穂の高さなどの関係で、最接近位置を中心に多少の位置のずれを含む。又、磁性キャリアの粒径分布や磁気特性分布があるため、穂立ちする位置にばらつきがある。散布状にトナーを離脱させて生ずる遊離トナーの発生部位は、最接近位置を含む近傍部とした所以である。
【0129】
図10は磁性キャリアCCの磁気穂が感光体100に強く接触する状況となっている領域Bを模式的に示している。現像スリーブ111c上で、領域Bにおける磁性キャリアCCが集合して形成される磁気穂の大きさ、特にその高さは、上述したように、磁性キャリアCCの粒径等の粉体特性、飽和磁化の強さ等の磁気特性と現像主磁石の飽和磁化の強さ等の磁気特性、幅及び形状等の形態的特性により決定される。
【0130】
そのために、領域Bでは、現像スリーブ111c上にある磁性キャリアCCの磁気穂は、現像スリーブ111c上で滑る場合を除いて、ほぼ現像スリーブ111cと同じ速度で移動している。そのために、磁性キャリアCCの磁気穂の高さが現像スリーブ111cと感光体100との距離よりも高くなる場合は、磁気穂の先端部が第1の磁石MG1bの磁力線に沿って立ち上がる速度と現像スリーブ111cの周速の両方の速度を以って感光体100に強く接触する。
【0131】
感光体100に強く接触する前に、磁性キャリアCCの磁気穂が完全に立ち上がっていたとしても、現像スリーブ111cが円筒状をしているので、最接近位置に近づくにつれて次第に現像スリーブ111cから感光体100までの間隔が狭まり、最接近位置(中心O1と中心O2とを結ぶ仮想線上の位置)が最もその間の距離が狭くなっており、したがって、磁気穂は、次第に狭くなっていく方向に移動して行くため、磁気穂の高さが、現像スリーブ111cと感光体100との間の最近接部よりも大きい場合は、磁気穂は、最接近位置を含むその近傍部で現像スリーブ111cの周速から感光体100の周速を相殺した速度以上で矢印Fで示す向きに感光体100に強く接触する。
【0132】
この接触時に、磁性キャリアCC上に静電的に付着しているトナーTが、衝撃によって磁性キャリアCC表面から離脱する。この離脱時におけるトナーTの状態を観察すると、あたかも、磁気穂を構成している磁性キャリアCCから多量のトナーTがふりまかれたような状態を呈しているので、これを磁性キャリアから散布状にトナーを離脱させたと表現している。
【0133】
このように、散布状に離脱されて遊離状態となった遊離トナーは、遠心力による運動の慣性力、感光体100表面の潜像Liによる電界と現像スリーブ111と感光体100間に印加されている電界によって矢印F1で示すように感光体100に向けて移動し潜像Liに付着して現像がなされる。
【0134】
この現像方法では、感光体100に対する磁気穂の接触を通じて散布状に離脱されて遊離状態となった遊離トナー、つまり、感光体に極めて近い空間で散布状に生じた多量の遊離トナーによりなされるので、現像性能を高めることができる。
【0135】
また、領域Bでは、感光体100に接触した前記磁気ブラシの接触により既に感光体100上に付着しているトナーを感光体100上から離脱させ、再び磁性キャリアCC上に付着させる。これにより、図7に示した領域Cよりも回転方向111Rでの上流側の現像領域(対向領域)で非画像部又は低電位の画像部に現像されたトナーTが引き戻されるので高品位の画像を得る(請求項7関連)。
【0136】
(d)領域Cでの現像
領域Cにおける現像状況を模式的に示した図11により現像方法を説明する。現像スリーブ111cと感光体100との間には、図3で示した電源VPによりトナーTを現像するための電界が印加されている。この電界強度は、本例で最接近位置に位置する領域Cで最も強い。
【0137】
領域Cでは、穂立ち部SP1bにおける磁性キャリアCCの磁気ブラシが、感光体100に摺擦したまま現像スリーブ111上を搬送され、現像スリーブ111cと感光体100間に印加されている電界により磁性キャリアCCからトナーTが感光体100上の潜像Liに付着して現像がなされる。ここでの現像は、既に磁性キャリアCCから遊離して磁性キャリアCC近傍に存在している遊離トナーが電界の作用で潜像Liに移動して付着するトナーと、磁性キャリアCCから直接潜像に付着するトナーの両者が含まれると考えられる。
【0138】
領域Cでは、前記最接近位置を含むその近傍部で感光体100に接触した前記磁気ブラシの該接触状態のもとで、既に感光体100上に付着しているトナーを感光体100上から磁気ブラシの摺擦により離脱させ、先に現像されている感光体100上からトナーTを離脱させ、再び磁性キャリアCC上に付着させる。これにより、領域Cにおける現像では非画像部又は低電位の画像部に現像されたトナーTを引き戻されるので高品位の画像を得る。なお、磁気ブラシを感光体100に近接させて通過する磁気ブラシの存在し、程度の差はあれ磁気ブラシと同様の現像機能を果たす(請求項8、9関連)。
【0139】
すなわち、領域Cでは、感光体100側に開かれた空間を有する磁性キャリアCC上のトナーTは、感光体100と現像スリーブ111との間の電界及び感光体100と磁性キャリアCCとの間に生ずる電界により感光体100の潜像Liに現像される。
【0140】
一方、図7に示した領域Cよりも回転方向111Rでの上流側の現像領域における現像により表面に存在するトナーTが少なくなって、帯電量が過多になった磁性キャリアCCは、感光体100を摺擦しながら移動するために、先に現像したトナーTに追いつき、強く接触することでその衝撃力と、互いに逆極性に帯電していることから生ずる静電的なクーロン力とによって、磁性キャリアCC表面に吸着させて、感光体100から離脱させる。
【0141】
この場合、主に感光体100上の非画像部では、帯電装置101による静電荷が少ないために、トナーTを感光体100に吸着しておく電界が小さいことから、非画像部に付着したトナーTを多く離脱させることができる。このために、非画像部における地汚れを防止して、高品位の画像を得ることができる。
【0142】
(e)領域A0乃至領域Cまでを通じての現像
領域A0乃至領域Cまでを通じての現像は、二成分現像剤層を感光体100との少なくとも対向領域で磁気ブラシを形成しつつ流動させ、この流動の過程で磁性キャリアから離脱した遊離トナーで現像し、かつ、磁気ブラシを感光体100に接触させることで磁性キャリアから散布状に離脱した遊離トナーで現像し、かつ、磁気ブラシを感光体100に摺擦させる現像法の一例である。
【0143】
つまり、領域A0及び領域A1では、磁性キャリアCCが集合して磁気穂になり、その立ち上がりから穂が寝るまでの間にトナーTを磁性キャリアCCから離脱させ遊離トナーTをつくる。現像スリーブ111cと感光体100間には、電源VP(図3参照)により現像のための電界が印加されているので、この遊離トナーTは電界の作用によりそのまま感光体100に向かい現像される。
【0144】
さらに、領域Bでは、磁性キャリアCCの磁気穂がさらに感光体100に接触し、磁性キャリアCC上からトナーTを散布状に離脱させて生じた遊離トナーを感光体100上に散布して、感光体100の潜像Liを現像する。
【0145】
さらに、この接触により、先に現像されている感光体100上のトナーTが吸着され、再び磁性キャリアCC上に回収される。これにより、図7に示した領域Cよりも回転方向111Rでの上流側の現像領域で非画像部又は低電位の画像部に現像されたトナーTが引き戻されるので高品位の画像を得る。
【0146】
さらに、領域Cでは、磁気ブラシ先端の磁性キャリアCCが感光体100に摺擦して、電源VPにより印加されている電界により磁性キャリアCCから、また遊離トナーTで感光体100上の潜像Liを現像する。また、この摺擦により、先に現像されている感光体100上からトナーTを離脱させ、再び磁性キャリアCC上に付着させる。こうして、図7に示した領域Cにおける現像では非画像部又は低電位の画像部に現像されたトナーTが感光体100から磁性キャリアCCに引き戻されるので高品位の画像を得る(請求項10、11関連)。なお、現像ギャップを適度にとることで、領域Cで散布後、感光体100に磁気ブラシを摺接でなく近接した態様で現像を行なう場合もある。
【0147】
本例における現像方法は、別の表現をすれば、感光体100に対向して配置され、内部に磁石を有する現像スリーブ111cが、トナーTとトナーTを保持する磁性キャリアCCとを含む二成分現像剤を表面に担持し、感光体100との間に形成される現像領域に搬送し、感光体100表面上に形成される潜像LiをトナーTで現像する現像方法において、現像スリーブ111cは、表面にトナーTを有する磁性キャリアCCが集合した磁気穂が立ち上がり、そして磁気穂が寝る間にトナーTを離脱させて現像し、かつ現像領域内で形成される磁気ブラシを感光体100に強く接触させて、感光体100へのトナーTの散布を生じさせ現像し、かつ現像領域内の磁性キャリアCCを感光体100に摺擦又は近接させて現像する現像方法である。
【0148】
このように、本例の現像方法では、現像スリーブ111cの感光体100との対向面の中で、磁性キャリアCCの運動態様が特徴的な領域に注目した磁性キャリアCCの運動態様を制御することで、▲1▼磁気ブラシを形成しつつ流動する過程で発生する遊離トナーによる現像、▲2▼磁気ブラシを感光体に接触するときに磁性キャリアから散布状に離脱して発生する遊離トナーによる現像、▲3▼現像領域内の磁性キャリアCCを感光体100に摺擦又は近接させて行なう現像、▲4▼先に現像されている感光体100上のトナーTが感光体100に接触した磁気ブラシに吸着され再び磁性キャリアCC上に回収される現像、などにより、感光体100上のトナー量を多くして高品位の画像を得ることができる。
【0149】
本発明の現像方法は、感光体100に対向して配置され、内部に磁石を有する現像スリーブ111が、トナーTとトナーTを保持する磁性キャリアCとを含む二成分現像剤を表面に担持し、感光体100との間に形成される現像領域に搬送し、感光体100表面上に形成される潜像LiをトナーTで現像する現像方法において、現像スリーブ111は、現像領域で、表面にトナーTを有する磁性キャリアCCが集合した磁気穂が立ち上がり、そして穂が寝る間にトナーTを離脱させて現像し、かつ現像領域内で形成される磁気ブラシを感光体100に強く接触させて、感光体100へのトナーTの散布を生じさせ現像し、かつ現像領域内の磁性キャリアCCを感光体100に摺擦させて現像する現像方法である。
[2−2] 非接触現像方法(請求項12、13関連)
本例の現像方法は、対向領域で感光体100に磁気ブラシの穂立ち部を非接触状態で遊離トナーを用いて現像する現像方法である。かかる非接触状態は現像ギャップGPと、現像剤の汲み上げ量、すなわちドクターギャップと、対向領域に存在する磁石の磁力強度、さらには磁性キャリアの粒径や飽和磁気モーメント等の兼ね合いにより構成することができる。
【0150】
本例の現像方法によれば、磁気ブラシが感光体100に非接触であることから、ハーフトーン部でのザラツキがなく、横細線や文字の鮮鋭度も優れた画像を得る現像方法を提供することができる。
【0151】
本発明の現像方法は、図12において、現像スリーブ111c上の磁気ブラシの穂が感光体100に接触することのない近接した非接触状態にして現像する点に特徴がある。
【0152】
本例の現像方法では、現像スリーブ111cが、現像領域で、現像剤を磁気ブラシを形成しつつ流動させ、この流動の過程で表面にトナーTを有する磁性キャリアCCが集合した磁気穂が立ち上がり、そして磁気穂が寝る間にトナーTを離脱させて磁性キャリアCC表面からトナーTを離脱させて遊離トナーTを生じさせてこの遊離トナーで現像する。また、現像スリーブ111cと感光体100との対向領域で、磁気穂(磁気ブラシ)の磁性キャリアCCを感光体100に近接させて現像する現像方法である。
【0153】
上記において、現像スリーブ111c上の磁気穂が感光体100に接触することのない非接触状態に保たれ、磁気ブラシBR1a、BR1bについて前記領域A0相当の近接領域[A0]が感光体100と非接触で構成されて磁性キャリアCCの集合した磁気穂が立ち上がりそして磁気穂が寝る間に前記図5や、図8、図9などで説明したように、トナーTを離脱させて遊離トナーTを生じさせる。
【0154】
さらに、領域[A0]では、磁気ブラシが現像スリーブ111cを搬送される間に、磁気ブラシの先端部が感光体100に近接して移動し、これにより磁性キャリアCC上のトナーTが潜像Liに向けて離脱されて飛翔して現像される。
【0155】
また、磁気ブラシが現像スリーブ111cとともに搬送される間は、磁気ブラシの先端部を感光体100に近接させても、既に感光体100の潜像Liに付着しているトナーTを離脱させることがないために、トナー付着量を低下させることがなく、画像品位を低下させることがない。
【0156】
[2−3]速度差(請求項14関連)
以上の現像方法において、現像スリーブ111cの線速(Vs)と感光体100の線速(Vp)との線速比(Vs/Vp)は0.9<Vs/Vp<4の範囲として現像する。
【0157】
現像スリーブ111cと感光体100は、対向領域では同方向に回転している。現像スリーブ111cの線速が感光体100の線速より小さくとも、つまり線速比(Vs/Vp)が1以下でも磁性キャリアCC表面から離脱させるトナーTが十分にあるため、現像されるトナー付着量を多く維持することが可能になる。
【0158】
線速比(Vs/Vp)は0.9より大きな線速比とした現像スリーブ111の回転により現像されるトナーTを多くして、画像濃度の高い画像を得ることができる。遊離トナーTの量によっては、更に線速比を下げられる可能性が残っている。
【0159】
さらに、図7に示した領域Cでは磁気ブラシが感光体100に摺擦又は近接すると、磁性キャリアCCの磁気穂に接触する回数が多くなるために感光体100から離脱するトナー量が増加する。特に、線速比(Vs/Vp)が4以上では、ハーフトーン部の後端白抜けや横細線画像のカスレが多くなるため、線速比(Vs/Vp)は4未満であることが好ましい。
【0160】
[2−4] 現像バイアス(請求項15関連)
以上の現像方法において、遊離トナーは、現像スリーブ111c感光体100間に印加された電界で現像される。
図13は、図3における電源VPとして直流電源を用いた場合であって、反転現像方式における直流電界を印加しているときの現像状態を模式的に示した図である。有機顔料をキャリア生成材料に用いる感光体100では、一般に負極性に帯電させて負極性のトナーで画像形成することが多く、本例もこれによる。尤も、現像方式の中で、感光体100に乗せる帯電電荷の極性は大きな問題ではない。
【0161】
レーザー光線Lbで書き込む場合、書込量を少なくするために文字部を露光するため、この部分の帯電電荷がキャリア生成材料から生成される正孔により中和されて、図13に示すように、画像部(文字部)の電位である画像部電位が低下する。
【0162】
この低下した電位の画像部に、図3において現像スリーブ111cに接続した電源VPにより負側に偏倚した直流電圧を印加することで、負極性の遊離トナー及び磁性キャリアCCに保持されたトナー(図13、図14では何れもトナーTと表示)に現像スリーブ111c側か画像部に向かうベクトルが作用する。
【0163】
図13において、感光体100上の非画像部に仮にトナーが存在したとしても、非画像部側から現像スリーブ111c側へ向かうベクトルが作用することにより非画像部から確実に離間させられて地肌汚れが防止される。
【0164】
本発明の現像方法は、キャリアCCの粒径等の粉体特性、飽和磁化の強さ等の磁気特性と磁石の飽和磁化の強さ等の磁気特性、幅及び形状等の形態特性によりキャリアCC表面のトナーTに作用する力を制御し、遊離トナーTを発生させることができる。さらに、この遊離トナーTを生ずる磁気ブラシを形成することで、感光体100上の潜像Liに対するトナー付着量を大きくすることができ、いわゆる現像性の高い現像方法を得ることができる。
【0165】
図14は、図3における電源VPとして交番電圧電源を用いた場合、更に詳くは、直流と交流を重畳した電圧を発生する電源を用いることで、現像バイアスの電界を交番電界としたときの反転現像方式における現像状態を模式的に示した図である。
【0166】
このように、感光体100と現像スリーブ111cが対向する部位において、交番電界を印加することもできる。本例の現像方法では、現像スリーブ111cに印加するバイアス電界は、特に、直流と交流を重畳させて発生させる交番電界が好ましい。
【0167】
図14において、上述した直流電界の場合と同じように、例えば、負極性トナーTは、現像スリーブ111cと感光体100との間に印加された電界により現像される。
【0168】
この場合も、現像スリーブ111c上の磁性キャリアCCが誘電体であるために、感光体100と磁性キャリアCCが集合した磁気穂では、さらに電界が強められることにより、磁性キャリアCC上に付着しているトナーTが、感光体100の潜像Liに現像される。さらに、交番電界が印加されていることにより、現像されて感光体100上にあるトナーTが振動するように運動し、次第に潜像Liに忠実に揃えられ高品位の画像を得ることができる。また、ここでも、感光体100に磁気ブラシの穂が近接していると磁性キャリアCCによって強調された電界が生ずるために、この部分でトナーTが振動するようにより激しく運動し、さらに、潜像Liに忠実に揃えられ高品位の画像を得ることができる。
【0169】
つまり、現像バイアス電界として、負側に偏倚した交番電界が印加されていることにより、画像部においては遊離トナーTは画像部に向かう強弱のベクトルの作用を受けつつ確実に画像部に到達し、非画像部に仮に存在したとしても、非画像部側から現像スリーブ111c側へ向かう強弱のベクトルの作用を受けつつ確実に非画像部から離間させられて地肌汚れが防止される。
【0170】
[3]対向領域に形成される電界強度(請求項1、2、5、8、10、12関連)
本願発明者らが、前記した実体顕微鏡(オリンパス社製:SZH10)とハイスピードカメラ(フォトロン社製:FASTCAM−Ultima−I2)とを用いた観察系により、現像領域前域部A0付近のトナー飛翔を、トナー平均帯電量A(C/kg)、トナー濃度TC(wt%)、トナー平均粒径d(m)、磁性キャリア平均粒径D(m)、現像剤担持体の直径R(m)、現像剤担持体の線速vSL(m/sec)をパラメータとして詳細に観察したところ、以下の表1に示すように、現像のためキャリアからトナーが飛翔するためにはその飛翔位置Pでの電界強度Eとして次式(▲1▼式)の条件を満足することが必要であることがわかった。
【0171】
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)| ・・・・▲1▼式
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)である。
【0172】
表1において、ρT =1250、ρC =5000、現像剤担持体(上記例における現像スリーブ111c相当)上には上記飛翔位置Pから像担持体表面(上記例における感光体100相当)との最短距離をL(m)とし、現像電界として現像剤担持体に、直流成分−500V、交流成分としてVp−p:800V、周波数:4.5kHの矩形波を重畳した交番電界を印加し、像担持体は画像部電位−100Vで行った。撮影速度は18000コマ/秒である。
【0173】
【表1】
【0174】
ここで、表1において、○印はトナー飛翔有り、×印はトナー飛翔無しを表し、○×印は僅かではあるが飛翔していることを示す。このようにトナー飛翔の有無を生じるのは、トナーの帯電量に分布があるためと考えられる。表1において、〇印のついた欄の条件で▲1▼式を満足している。
【0175】
▲1▼式の根拠は次のような考察に基づく。▲1▼式は、トナーが飛翔する条件であるので、運動を考慮した場合の、キャリアからトナーが飛び出す閾値を示す電界の式として次の▲2▼式の成立を考える必要がある。
【0176】
【数1】
【0177】
そこで先ず、キャリア上に付着したトナーには、van der Waals力を無視した場合、次の▲3▼式で示すトナー−キャリア間付着力Ftが作用する。
【0178】
【数2】
【0179】
この付着力Ftより電界からの力が勝ったときトナーはキャリアから離れるから、そのときの電界Eは、次の▲4▼式で示される。
【0180】
【数3】
【0181】
上記の▲4▼式でqは、▲5▼式で示される。
【0182】
【数4】
【0183】
よって、電界Eは次の▲6▼式で示される。
【0184】
【数5】
【0185】
定数αについて実験的に検討したところ、定数αは次の▲7▼式で示されることがわかった。
【0186】
【数6】
【0187】
▲7▼式において、nはキャリア1個当たりに付着しているトナー数で、均一にトナーがキャリア上に付着していると仮定した場合、トナー濃度TCにおけるnは重量比の関係から、次の▲8▼式で示される。
【0188】
【数7】
【0189】
▲8▼式で、m:トナーの質量、d:トナーの直径(粒径)、ρT:トナーの比重であり、M:キャリアの質量、D:キャリアの直径(粒径)、ρC:キャリアの比重である。また、Rは現像剤担持体の直径、vSLは現像剤担持体の線速である。
▲6▼式に▲7▼式、▲8▼式のα、nなどを代入整理することで、上記▲2▼式を得る。この▲2▼式はキャリアからトナーが飛び出す電界の閾値を示すものであるから、▲2▼式より、現像を可能にする遊離トナーの発生に関する▲1▼式が導かれる。
【0190】
ここで、▲7▼式、▲8▼式における物理的な理由は不明であるが、この意味するところは、
R:現像剤担持体の直径が長くなるほど曲率半径は大きくなり磁気ブラシの穂立ちがなだらかになり、機械的力が弱まるため、より大きな電界が必要になる、
vSL:現像剤担持体の線速が早くなるほど、キャリア上トナーに機械的作用力が働き、キャリア上トナーの飛び出す電界は小さくなる、
n:一般にTCが高くなると、トナー帯電量qは小さくなり、機械的作用力の影響が大きくなり、キャリア上トナーはより小さい電界で飛び出す。また、TCの変化でqが変化しない場合も、nが大きい方が1個のトナーが飛翔したときにキャリア上に残るカウンターチャージの影響が小さいため、より小さい電界で飛び出すことが可能となる、
と考えられる。
【0191】
これまでの現像方法、現像装置などの説明において、現像スリーブと感光体100との対向領域における現像態様として、▲1▼磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる部分が1ヵ所以上存在する態様(請求項1関連)▲2▼磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、そして穂が寝る連続部分が少なくとも1ヵ所以上存在する態様(請求項2関連)▲3▼表面にトナーを有する磁性キャリアから、トナーを現像スリーブ111cに散布する態様(請求項5関連)▲4▼トナーを表面に有する磁性キャリアにより形成される磁気ブラシを感光体100に摺接又は近接させて、トナーを現像させる態様(請求項8関連)▲5▼表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成し、磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、そして穂が寝る間にトナーを離脱させて現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に接触させて離脱させる遊離トナーを像担持体へ散布して現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて現像する態様(請求項10関連)▲6▼表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成し、磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、さらに寝る間にトナーを離脱させて現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に近接させて現像する態様(請求項12関連)について述べた。
【0192】
これらの現像態様において、現像スリーブ111cと感光体100との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が、
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)となる領域を構成し、この領域で上記▲1▼〜▲6▼などの現像態様を実施することにより、遊離トナーの発生及びその飛翔を得て本発明の課題とする高品質の現像を得ることができた。
【0193】
[4]画像形成装置(請求項17関連)
以上説明した本発明にかかる現像方法を行なう現像装置を備えた画像形成装置を例示する。この画像形成装置は、前記図1乃至図4で説明した基本構成を備えた現像装置を具備している。この現像装置は、必要に応じて、前記した内容の変更を加えて実施される。
【0194】
図15は、画像形成装置の一例としてのカラー複写機の概略構成を示している。このカラー複写機は、カラー画像読取装置(以下、カラースキャナという)1、カラー画像記録装置(以下、カラープリンタという)2、給紙バンク3、図示省略の制御部等で構成されている。
【0195】
上記カラースキャナ1は、コンタクトガラス4上の原稿5の画像を照明ランプ6、ミラー群7a、7b及びレンズ8を介してカラーセンサ9に結像して、原稿5のカラー画像情報を、例えばレッド(Red)、グリーン(Green)、ブルー(Blue)(以下、それぞれR、G、Bという)の色分解光毎に読み取り、電気的な画像信号に変換する。
【0196】
カラーセンサ9は、本例ではR、G、Bの色分解手段とCCD(charge coupled device)のような光電変換素子で構成され、原稿4の画像を色分解した3色のカラー画像を同時に読み取っている。そして、このカラースキャナ1で得たR、G、Bの色分解画像信号強度レベルをもとにして図示しない画像処理部で色変換処理を行い、ブラック(Black、以下、Bkという)、シアン(Cyan、以下、Cという)、マゼンタ(Magenta、以下、Mという)、イエロー(Yellow、以下、Yという)のカラー画像データを得る。
【0197】
上記Bk、C、M、Yのカラー画像データを得るためのカラースキャナ1の動作は次のとおりである。後述のカラープリンタ2の動作とタイミングを取ったスキャナスタ−ト信号を受けて、照明ランプ6及びミラー群7a、7b等からなる光学系が矢印左方向へ原稿5を走査し、1回の走査毎に1色のカラー画像データを得る。この動作を合計4回繰り返すことによって、順次4色のカラー画像データを得る。そして、その都度カラープリンタ2で順次顕像化しつつ、これを重ねあわせて最終的な4色フルカラー画像を形成する。
【0198】
上記カラープリンタ2は、像担持体としての筒状をした感光体100、書き込み光学ユニット10、現像装置としてのリボルバ現像ユニット11、中間転写装置12、定着装置13等で構成されている。
【0199】
感光体100は矢印の反時計方向に回転し、その周りには、感光体クリ−ニング装置14、除電ランプ15、帯電器101、帯電電位検出手段としての電位センサ16、リボルバ現像ユニット11の選択された現像器24(これが前記図1乃至図4で説明した現像装置110に相当する)、現像濃度パターン検知器17、中間転写装置12の中間転写ベルト18などが配置されている。
【0200】
また、上記書き込み光学ユニット10は、カラースキャナ1からのカラー画像データを光信号に変換して、原稿5の画像に対応した光書き込みを行い、感光体100に潜像を形成する。この書き込み光学ユニット10は、光源としての半導体レーザー19、図示しないレーザー発光駆動制御部、ポリゴンミラー20とその回転用モ−タ21、f/θレンズ22、反射ミラー23などで構成されている。
【0201】
また、上記リボルバ現像ユニット11は、Bk現像器24K、C現像器24C、M現像器24M、Y現像器24Y、及び各現像器を矢印の反時計方向に回転させる後述のリボルバ回転駆動部などで構成されている。
【0202】
各現像器は、感光体100に対向して配置され、内部に磁石を有する現像スリーブ111cを備え、このスリーブ111cがトナーとトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持して、この担持した二成分現像剤を感光体100との間の対向領域に搬送し、現像スリーブ111cと感光体100との間に電界を印加し、感光体100の表面上に形成されている潜像をトナーで現像する。
【0203】
各現像器24内のトナーは磁性キャリアであるフェライトキャリアとの撹拌によって負極性に帯電され、また、各現像スリ−ブ111cには現像バイアス用の電源VP(図3参照)によって負の直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアス等が印加され、現像スリ−ブ111cが感光体100の導電性支持体31(図3参照)に対して所定電位にバイアスされている。前記▲1▼式を満足する電界強度はこの電源VPにより与えることができる。
【0204】
複写機本体の待機状態では、リボルバ現像ユニット11はBk現像器24Kが現像位置にセットされており、コピ−動作が開始されると、カラースキャナ1で所定のタイミングからBkカラー画像データの読み取りが開始し、このカラー画像データに基づきレーザー光による光書き込み、潜像形成が始まる(以下、Bk画像データによる潜像をBk潜像という。C、M、Yについても同様)。
【0205】
このBk潜像の先端部から現像可能とすべくBk現像位置に潜像先端部が到達する前に、Bk現像スリ−ブ111cを回転開始して、Bk潜像をBkトナーで現像する。そして、以後Bk潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がBk現像位置を通過した時点で、速やかに次の色の現像器が現像位置にくるまで、リボルバ現像ユニット11が回転する。これは少なくとも、次の画像データによる潜像先端部が到達する前に完了させる。なお、このリボルバ現像ユニット11については、後で詳しく説明する。
【0206】
また、上記中間転写装置12は、中間転写ベルト18、ベルトクリ−ニング装置25、搬送ベルト38、紙転写コロナ放電器(以下、紙転写器という)26などで構成されている。中間転写ベルト18は駆動ローラ18a、転写対向ロ−ラ18b、クリ−ニング対向ロ−ラ18c及び従動ロ−ラ群に張架されており、図示しない駆動モ−タにより駆動制御される。
【0207】
この中間転写ベルト18の材質は、ETFE(エチレンテトラフロロエチレン)であり、その電気抵抗は表面抵抗で108〜1010Ω/cm2程度である。またベルトクリ−ニング装置25は、入口シ−ル、ゴムブレ−ド、排出コイル、入口シ−ル及びゴムブレ−ドの接離機構等で構成されており、1色目のBk画像を中間転写ベルト18に転写した後の2、3、4色目の画像をベルト転写している間はブレード接離機構によって中間転写ベルト18面から入口シ−ル、ブレ−ドを離間させておく。また紙転写器26は、コロナ放電方式にてAC電圧+DC電圧、又はDC電圧を印加して、中間転写ベルト18上の重ねトナー像を記録紙27に一括転写する。
【0208】
また、カラープリンタ2内の記録紙カセット28及び給紙バンク3内の記録紙カセット300a、b、cには、各種サイズの記録紙27が収納されており、指定されたサイズの記録紙27のカセットから、給紙コロ30、31a、b、cによってレジストロ−ラ対30方向に給紙、搬送される。また、OHP用紙や厚紙などの手差し給紙用にプリンタ2の右側面に手差しトレイ33がある。
【0209】
上記構成のカラー複写機において、画像形成サイクルが開始されると、まず感光体100は矢印の反時計方向に、中間転写ベルト18は矢印の時計回りに図示しない駆動モ−タによって回転される。中間転写ベルト18の回転に伴ってBkトナー像形成、Cトナー像形成、Mトナー像形成、Yトナー像形成が行われ、最終的にBk、C、M、Yの順に中間転写ベルト18上に重ねてトナー像が形成される。
【0210】
上記Bkトナー像形成は次のように行われる。帯電器101はコロナ放電によって感光体100を負電荷で一様帯電する。そして、半導体レーザー19はBkカラー画像信号に基づいてラスタ露光を行う。このラスタ像が露光されたとき、当初一様荷電された感光体100の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Bk潜像が形成される。
【0211】
Bk潜像にBk現像スリーブ上の負帯電のBkトナーが接触することにより、感光体100の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分にはBkトナーが吸着し、潜像と相似なBkトナー像が形成される。
【0212】
感光体100上に形成されたBkトナー像は、感光体100と接触状態で等速駆動している中間転写ベルト18の表面に、ベルト転写器34によって転写される(以下、感光体100から中間転写ベルト18へのトナー像転写をベルト転写という)。
【0213】
感光体100上の若干の未転写残留トナーは、感光体100の再使用に備えて感光体クリ−ニング装置14で清掃される。ここで回収されたトナーは回収パイプを経由して図示しない排トナータンクに蓄えられる。
【0214】
感光体100側ではBk画像形成工程の次にC画像形成工程に進み、所定のタイミングでカラースキャナ1によるC画像データ読み取りが始まり、そのC画像データによるレーザー光書き込みで、C潜像形成を行う。そして、先のBk潜像の後端部が通過した後で、かつC潜像の先端部が到達する前にリボルバー現像ユニット11の回転動作が行われ、C現像器24Cが現像位置にセットされてC潜像がCトナーで現像される。
【0215】
以後、C潜像領域の現像を続けるが、C潜像の後端部が通過した時点で、先のBk現像器24Kの場合と同様にリボルバー現像ユニット11の回転動作を行い、次のM現像器24Mを現像位置に移動させる。これもやはり次のM潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。なお、M及びYの画像形成工程については、それぞれのカラー画像データ読み取り、潜像形成、現像の動作が上述のBK、Cの工程と同様であるので説明は省略する。
【0216】
上記中間転写ベルト18には、感光体100に順次形成するBk、C、M、Yのトナー像を、同一面に順次位置合わせして、4色重ねのトナー像が形成され、次の転写工程において、この4色のトナー像が記録紙27に紙転写器26により一括転写される。
【0217】
上記画像形成動作を開始する時期に、記録紙27は上記記録紙カセット又は手差しトレイのいずれかから給送され、レジストローラ対32のニップで待機している。紙転写器26に中間転写ベルト18上のトナー像先端がさしかかるときに、丁度、記録紙27の先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対32が駆動され、搬送ベルト38の助けで記録紙27とトナー像とのレジスト合わせが行われる。
【0218】
記録紙5が中間転写ベルト18上のトナー像と重ねられて正電位の紙転写器26の上を通過する。このとき、コロナ放電電流で記録紙27が正電荷で荷電され、トナー画像のほとんどが記録紙27上に転写される。続いて紙転写器26の左側に配置した図示しないAC+DCコロナによる分離除電器との対向部を通過するときに、記録紙27は除電され、中間転写ベルト18から剥離されて、搬送ベルト27から搬送ベルト35に移る。
【0219】
中間転写ベルト18面から4色重ねトナー像を一括転写された記録紙27は、紙搬送ベルト35で定着装置36に搬送され、所定温度に制御された定着ロ−ラ36aと加圧ロ−ラ36bのニップ部でトナー像が溶融定着され、排出ローラ対37で装置本体外に送り出され、図示しないコピ−トレイに表向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。
【0220】
一方、ベルト転写後の感光体100の表面は、感光体クリ−ニング装置14(ブラシロ−ラ、ゴムブレ−ド)でクリ−ニングされ、除電ランプ15で均一に除電される。また、記録紙27にトナー像を転写した後の中間転写ベルト18の表面は、ベルトクリ−ニング装置25のブレードを再びブレ−ド接離機構で押圧することによってクリ−ニングされる。
【0221】
ここで、リピ−トコピ−のときは、カラースキャナ1の動作及び感光体100への画像形成は、1枚目の4色目(Y)の画像形成工程に引き続き、所定のタイミングで2枚目の1色目(Bk)の画像形成工程に進む。また、中間転写ベルト18の方は、1枚目の4色重ねトナー像の記録紙27への一括転写工程に引き続き、表面のベルトクリ−ニング装置25でクリ−ニングされた領域に、2枚目のBkトナー像がベルト転写されるようにする。その後は、1枚目と同様動作になる。
【0222】
以上は、4色フルカラーコピ−を得るコピ−モ−ドであったが、3色コピ−モ−ド、2色コピ−モ−ドの場合は、指定された色と回数の分について、上記同様の動作を行うことになる。
【0223】
また、単色コピ−モ−ドの場合は、所定枚数が終了するまでの間、リボルバ現像ユニット11の所定色の現像器のみを現像作動状態にして、ベルトクリ−ニング装置25のブレ−ドを中間転写ベルト18に押圧状態のまま連続してコピ−動作を行う。
【0224】
また、A3サイズのフルカラーコピーモードの場合には、中間転写ベルト18が1周するごとに1色のトナー像を形成し、4回転で4色のトナー像を形成していくのが望ましいが、装置全体を小さく、つまり中間転写ベルト18の周長を抑え、小サイズの場合のコピースピードを確保し、かつ最大サイズのコピースピードも落さないようにするためには、中間転写ベルト18が2周する間に1色のトナー像を形成するのが好ましい。この場合には、Bkトナー像を中間転写ベルト18に転写した後、次の中間転写ベルト18の1周では、カラープリンタ2における現像及び転写が行われずに空回転し、その次の1周で次色のCトナーによる現像を行い、そのCトナー像を中間転写ベルト18に転写するように順次行っていく。このとき現像器切り換えのためのリボルバ現像ユニット11の回転動作は、上記空回転時に行う。
【0225】
本発明の画像形成装置では、遊離トナーで現像を行なう現像装置を備え、対向領域で前記▲1▼式満足する所定の電界強度のもとで、遊離トナーで現像することで、広い範囲で現像領域を設定することにより、現像されるトナーの供給量を多くすることで、機械を設計する際の現像ギャップ、現像スリーブの回転数等の許容範囲を広くすることでき、また、ソリッド部や横細線の高品位の画像、特に、カラーの画像では、ハーフトーン部の再現性の優れた画像を得る画像形成装置を提供することができる。
【0226】
【発明の効果】
請求項1乃至13記載の発明では、従来の現像領域よりも広い範囲で現像領域を設定することにより、現像領域におけるトナーの現像される量を多くして、ソリッド部のベタ濃度の高い画像を得ることができる。
【0227】
請求項14記載の発明では、ハーフトーン部の後端白抜けや横細線画像のカスレを防止することができる。
【0228】
請求項15記載の発明では、トナーが振動するようにより激しく運動し、さらに、潜像に忠実に揃えられ高品位の画像を得ることができる。
【0229】
請求項16記載の発明では、従来の現像領域よりも広い範囲で現像領域を設定することから、現像スリーブの回転数を高くしなくとも、現像されるトナーの供給量を多くする現像装置を提供することができる。
【0230】
請求項17記載の発明では、広い範囲で現像領域を設定することにより、現像されるトナーの供給量を多くすることで、機械を設計する際の現像ギャップ、現像スリーブの回転数等の許容範囲を広くすることでき、また、ソリッド部や横細線の高品位の画像、特に、カラーの画像では、ハーフトーン部の再現性の優れた画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】現像装置の基本構成を説明した正面図である。
【図2】現像スリーブの断面図である。
【図3】現像装置の基本構成を説明した概略構成図である。
【図4】図4(a)は磁力分布とその大きさ程度を示した図、図4(b)は各磁石の位置関係を説明した図である。
【図5】図5(a)乃至(g)は、磁気穂の変位と遊離トナーの発生を段階的に説明した図である。
【図6】対向領域に複数の穂立ち部を形成した例を説明した図である。
【図7】穂立ち部を拡大して模視的に示した図である。
【図8】穂立ち部を拡大して模視的に示した図である。
【図9】穂立ち部を拡大して模視的に示した図である。
【図10】磁気穂が感光体に接触して散布状に遊離トナーが発生する状態を説明した斜視図である。
【図11】磁気穂が感光体に摺接(又は近接)する状態を拡大して模視的に示した図である。
【図12】穂立ち部が感光体に近接して移動する例を説明した図である。
【図13】像担持体上でトナーに作用する静電力を模視的に説明した図である。
【図14】像担持体上でトナーに作用する静電力を模視的に説明した図である。
【図15】画像形成装置の概略構成を説明した図である。
【符号の説明】
BR1a、BR1b、BR1c 磁気ブラシ
SP1a、SP1b、SP1c 穂立ち部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing method, a developing device, and an image forming apparatus applicable to an electrostatic image forming process such as a copying machine, a printer, and a facsimile.
[0002]
[Prior art]
(A) At present, in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, an electrostatic latent image is formed on an image carrier (hereinafter, referred to as a “photoconductor”) having a photoconductive photosensitive layer provided on a surface thereof. (Hereinafter, referred to as a “latent image”), and the latent image is visualized using a developing device containing a developer, and the visible image is transferred to a sheet-shaped recording medium to obtain a final image. I have an image.
[0003]
As a developer housed in the developing device, a two-component developer mainly composed of a toner and a magnetic carrier (hereinafter, simply referred to as “developer”) is widely used because it is easy to colorize. . The developer is triboelectrically charged by stirring and mixing in the developing device. The toner is electrostatically attached to the surface of the magnetic carrier by the frictionally charged electrostatic charge. The magnetic carrier with the toner attached thereto is attracted and carried on a surface of a cylindrical developer carrier (hereinafter, referred to as a “developing sleeve”) having a magnet therein by a magnetic force, and the rotating developing sleeve is moved to a developing area on the rotating developing sleeve. It is transported toward.
[0004]
A magnet for development (hereinafter, referred to as a “first magnet”) is provided inside the development sleeve at the closest position where the development sleeve is closest to the photoconductor in the opposing region of the development sleeve facing the photoconductor. Will be described).
[0005]
As the developer conveyed on the developing sleeve approaches the first magnet, a large number of magnetic carriers in the developer gather along the lines of magnetic force of the first magnet to form ears or chains. Since these many ears look like a brush, they are generally referred to as a magnetic brush, and a developing method using the state of the magnetic brush is referred to as a magnetic brush development.
[0006]
In this magnetic brush development, the magnetic brush is in contact with the photoreceptor in the development area, and the magnetic carrier, which is a dielectric, increases the electric field strength between the photoreceptor and the developing sleeve, thereby causing the tip of the tip of the magnetic brush to be removed. It is considered that the toner is transferred directly from the surface of the constituting magnetic carrier to the latent image (the surface of the photoreceptor), whereby the development is performed.
[0007]
According to this idea, in the conventional magnetic brush development, a transition from the magnetic brush formed by the spikes of the magnetic carriers to the latent image occurs in a limited area of the surface of the developing sleeve centered on the closest position. In a portion where only the toner contributes to the development and there is no magnetic brush, or in a portion where the magnetic brush is not in contact with the latent image, development due to the transfer of the toner directly from the tip of the magnetic brush to the latent image cannot occur.
[0008]
In other words, the portion where the toner can be developed is a limited area where the tip of the magnetic brush is in contact with the photoreceptor. Therefore, increasing the amount of toner to be developed is not a condition other than the limited area. It was very difficult to adjust the conditions.
[0009]
(B) As a developing method for obtaining a high-density image in this limited area, a two-component developer was used to carry toner particles carried on the ears of the magnetic particles and carried on the developer carrier. A developing method for developing toner particles with an alternating electric field has been disclosed (for example, see Patent Document 1).
[0010]
In the developing method disclosed above, the developing region is a region where the magnetic particles are rubbing, and the toner particles held on the ears of the magnetic particles in this region and the toner particles on the developer carrier are not sufficient. It is difficult to obtain a high density image. In addition, since there are few ears of the magnetic particles, it is difficult to obtain a smooth high-quality image with good solid filling of the solid portion due to the electrode effect.
[0011]
(C) As another developing method, the two magnetic poles are arranged so that the developing area adjacent to the latent image carrier is sandwiched between the two magnetic poles, and the developing sleeve and the latent image carrier are arranged to be thinner than the layer thickness of the developer. There is known a non-contact inter-electrode developing method in which the gap is set to be large and the developer is jumped to perform development (for example, see Patent Document 2).
[0012]
In this development method, reproducibility of a highlight portion can be made extremely good, and a fine image can be obtained even in a halftone portion. However, the development efficiency is poor, and the density of a solid black image is insufficient. In some cases, or "fading".
[0013]
As described above, in the conventional developing method, it is necessary to further improve the quality with respect to the developing efficiency and the image density of the solid black image.
[0014]
(D) The present inventors, although not known, have proposed a new developing method as follows: "a developer carrier having a magnet therein is disposed opposite to an image carrier, and a toner is provided on the surface of the developer carrier; A two-component developer containing a magnetic carrier is carried in a layered manner, and a speed difference is provided between the developer carrier and the magnet, so that the two-component developer layer is magnetically formed at least in a region opposed to the image carrier. A developing method in which a free toner separated from a magnetic carrier in the process of flowing while forming a brush is attached to a latent image on the image carrier to be subjected to development.
[0015]
In the developing method according to the above proposed technique, development is performed with free toner, so that the area where development is performed is in direct contact with the magnetic carrier as in the above-mentioned (a) magnetic brush developing method, as described later. It can be seen that since the free toner that contributes to the development is present compared to the development performed only in the area, the development area is widened, the development amount is increased, the development efficiency is improved, and an image having a high solid density in the solid part can be obtained. Was.
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2668781
[Patent Document 2]
JP-A-5-303284 ([0008] to [0009])
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
According to the present invention, based on the developing method of the above (d), all the positions where the image carrier and the developer carrier are opposed to each other contribute to the development, so that the area developed by the toner is increased, and An object of the present invention is to provide a developing method, a developing device, and an image forming apparatus capable of obtaining a high-quality image having a high image density and a high solid black image density.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration to achieve the above object.
(1). A developer carrier, which is disposed opposite the image carrier and has a magnet inside, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner, and is formed between the image carrier and the developer carrier. The developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner to the developing area is performed by separating the magnetic carrier having toner on the surface into ears and the magnetic carrier surface in the developing area. A developing method for forming a magnetic brush containing free toner,
The electric field intensity E (V / m) formed in the region where the image carrier and the developer carrier are opposed to each other is
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) |
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: Linear velocity of developer carrier (m / sec)
At least one or more portions where the spikes of the magnetic carriers stand are present in the region to be formed (claim 1).
(2). A developer carrier, which is disposed opposite the image carrier and has a magnet inside, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner, and is formed between the image carrier and the developer carrier. The developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner to the developing area is performed by separating the magnetic carrier having toner on the surface into ears and the magnetic carrier surface in the developing area. A developing method for forming a magnetic brush containing free toner,
The electric field intensity E (V / m) formed in the region where the image carrier and the developer carrier are opposed to each other is
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) |
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: Linear velocity of developer carrier (m / sec)
At least one or more continuous portions where the spikes of the magnetic carriers rise and lie down in the region where the spikes lie (claim 2).
(3). (1) In the developing method according to (1) or (2), when the spikes on which the magnetic carriers are gathered rise on the developer carrying member, the magnet in the developing area causes the tip of the magnetic brush to be in a developer state. The magnetic carrier on the carrier is separated from the aggregated developer layer (claim 3).
(4). (1) In the developing method according to any one of (1) to (3), the developing method may be configured such that when the ears on which the magnetic carriers are gathered fall on the developer carrier, the magnet in the developing area is used to move the tip of the magnetic brush. Is in a state of being combined with the developer layer in which the magnetic carriers on the developer carrier are gathered (claim 4).
(5). A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
In the developing method, an electric field intensity E (V / m) formed in a region where the image carrier and the developer carrier are opposed to each other is reduced.
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) |
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: Linear velocity of developer carrier (m / sec)
The toner is spread on the image carrier from the magnetic carrier having the toner on the surface in the region to be developed and developed.
(6). In the developing method according to (5),
The developing method includes contacting a magnetic brush formed in a developing area with an image carrier to separate toner from the surface of the magnetic carrier, and dispersing the separated free toner to the image carrier to perform development. (Claim 6).
(7). In the developing method according to (5) or (6), in the developing method, the magnetic brush formed in the developing area is brought into contact with the image carrier to release the already developed toner from the image carrier. (Claim 7).
(8). A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
In the developing method, an electric field intensity E (V / m) formed in a region where the image carrier and the developer carrier are opposed to each other is reduced.
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) |
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: Linear velocity of developer carrier (m / sec)
The toner is developed by rubbing or approaching a magnetic brush formed of a magnetic carrier having a toner on the surface thereof to the image carrier in a region to become (claim 8).
(9). (8) In the developing method described in (8), in the developing method, the magnetic brush is rubbed or brought close to the image carrier in the developing area to release the already developed toner from the image carrier. Claim 9).
(10). A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
In the developing method, an electric field intensity E (V / m) formed in a region where the image carrier and the developer carrier are opposed to each other is reduced.
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) |
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: Linear velocity of developer carrier (m / sec)
In the region where the magnetic carrier having the toner on the surface is gathered, a magnetic brush including the free toner to be detached from the surface of the magnetic carrier is formed, and the gathered ears of the magnetic carrier rise, and while the ear is sleeping The toner is released and developed, and the free toner to be released by contacting the magnetic brush with the image carrier is sprayed and developed on the image carrier, and the magnetic brush is rubbed or brought close to the image carrier. It was developed (claim 10).
(11). In the developing method described in (10), in the developing method, the magnetic brush formed in the developing area is brought into contact with the image carrier to release toner from the image carrier, and the magnetic brush is attached to the image carrier. By rubbing or approaching, the already developed toner is separated from the image carrier.
(12). A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
In the developing method, an electric field intensity E (V / m) formed in a region where the image carrier and the developer carrier are opposed to each other is reduced.
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) |
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: Linear velocity of developer carrier (m / sec)
In the area where the magnetic carrier having the toner on the surface is gathered, a magnetic brush including the free toner to be detached from the magnetic carrier surface is formed, and the magnetic carrier gathers the rising ear, and the toner is collected while sleeping. The development is performed by detaching the magnetic brush, and the development is performed by bringing the magnetic brush close to the image carrier.
(13). (12) In the developing method described in (12), in the developing method, the magnetic brush formed on the developer carrier develops the image carrier in a non-contact state.
(14). In the developing method according to any one of (1) to (13), in the developing method, a linear velocity ratio (Vs / Vp) between the developer carrier (Vs) and the image carrier (Vp) is 0.1. 9 <Vs / Vp <4.
(15). (1) In the developing method according to any one of (1) to (14), in the developing method, development is performed by an electric field applied between the image bearing member and the developer bearing member. (Claim 15).
(16). A developer carrier having a magnet therein is disposed facing the image carrier, and the developer carrier carries a two-component developer including a toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, In a developing device that conveys to a developing area, applies an electric field between the developer carrier and the image carrier, and develops a latent image formed on the surface of the image carrier with toner.
The developing device performs development by the developing method according to any one of (1) to (15).
(17). An image carrier having photoconductivity and forming a latent image on the surface, a charging device for charging the image carrier, and a magnetic carrier that is disposed opposite to the image carrier and holds the toner and the toner on the surface. In an image forming apparatus including a developing device that accommodates and forms a toner image on the surface of an image carrier and a transfer device that transfers a toner image formed on the surface of the image carrier to a recording member, the image forming device includes: (16) A developing device according to (16).
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[1] Developing device
The developing method of the present invention can be performed using a developing device described below.
[1-1] Basic configuration of developing device (related to claim 16)
Here, the basic configuration of the developing
[0019]
In FIG. 1, a charging device 101 for charging the surface of the
[0020]
The developer (consisting of the toner and the magnetic carrier as described above) is contained in the developing casing 115, and is supplied to the developing sleeve 111c by being stirred by rotation of the stirring
[0021]
A component serving as a toner supply unit is provided at the upper part of the developing casing 115, and a
[0022]
With respect to the
[0023]
At the upstream side in the transport direction 111R (clockwise in the figure) of the developer transported with the rotation of the developing sleeve 111c, the height of the magnetic ears by the magnetic carrier holding the toner, that is, on the developing sleeve 111 A doctor blade 114 is provided as a layer thickness regulating member for regulating the thickness of the developer layer.
[0024]
Conventionally, a plate-shaped doctor blade made of only a non-magnetic material has been used. However, the doctor blade 114 in this embodiment has a configuration in which a plate made of a magnetic material is joined to a conventional non-magnetic plate. are doing. The use of a magnetic material facilitates the formation of magnetic spikes with uniform spike height, as described later.
[0025]
In FIG. 1, a transfer device for transferring the toner image on the
[0026]
In such a configuration, when forming a color image, if the toner image on the
[0027]
The developing sleeve 111c forms a part of the developing roller 111 and is configured to rotate around an immobile magnet. In FIG. 2 showing the structure of the developing roller 111, the developing roller 111 has a fixed shaft 111a fixed to a developing casing 115 as an immovable member, a cylindrical magnet support 111b integrated with the fixed shaft 111a, and a magnet. It comprises a cylindrical developing sleeve 111c which covers the periphery of the support 111b via a gap, and a rotating member 111d integral with the developing sleeve 111c.
[0028]
The rotating member 111d is rotatable with respect to the fixed shaft 111a via a bearing 111e, and the rotating shaft 111d is rotationally driven by transmitting power from a rotation driving unit (not shown).
[0029]
As shown in FIG. 3, a plurality of magnets MG1a, MG1b, MG1c, MG2, MG3, MG4, MG5, MG6 (hereinafter, collectively referred to as MG) are provided at a predetermined interval on the outer peripheral portion of the magnet support 111b. ) Is fixed. The developing sleeve 111c is rotated around these magnets MG.
[0030]
As the developing sleeve 111c, a non-magnetic material such as aluminum, brass, stainless steel, or conductive resin is used, and the cylindrical developing sleeve 111c is moved around the magnet MG by a rotation drive mechanism (not shown) in FIGS. In the example, it is rotated clockwise.
[0031]
These magnets MG form a magnetic field such that the developer is transported while raising the developer with the rotation of the developing sleeve 111c. The magnetic carriers gather to form spikes along the lines of magnetic force in the normal direction emitted from these magnets MG, and the spikes gather to form a magnetic brush. The ears and the magnetic brush are composed of a collection of magnetic carriers, and the magnetic carriers hold charged toner.
[0032]
The developing sleeve 111c is arranged close to the
[0033]
In FIG. 3, the magnetic force distribution of these magnets is denoted by a reference sign P1a around the developing sleeve 111c, corresponding to the second magnet MG1a, the first magnet MG1b, the magnets MG1c, MG2, MG3, MG4, MG5, and MG6. , P1b, P1c, P2, P3, P4, P5, and P6 as shown schematically.
[0034]
The first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b) is located corresponding to the closest position, is on the rotation direction 111R of the developing sleeve 111c, and is located in the rotation direction with the first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b) interposed therebetween. The second magnet MG1a (magnetic force distribution P1a) is located on the upstream side, and the magnet MG1c (magnetic force distribution P1c) is located on the downstream side.
[0035]
Further, on the rotation direction 111R of the developing sleeve 111c and downstream of the magnet MG1c (magnetic distribution P1c) in the rotational direction, the magnet MG3 (magnetic distribution P3), the magnet MG4 (magnetic distribution P4), and the magnet MG5 (magnetic distribution). Distribution P5) and magnet MG6 (magnetic force distribution P6) are located in this order. Among them, the second magnet MG1a (magnetic force distribution P1a), the first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b), and the magnet MG1c (magnetic force distribution P1c) are located in a region where the developing sleeve 111c and the
[0036]
The developing method of the present invention using the developing
[0037]
The magnet MG1c (magnetic force distribution P1c) indicates the half width of the magnetic force formed by the adjacent first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b), and the magnet MG6 (magnetic force distribution P6) indicates the width of the adjacent second magnet MG1a (magnetic force distribution P1a). The half width of the magnetic force to be formed is regulated to a predetermined narrow width so that the above-described operation mode of the magnetic brush is effectively performed for development. Thereby, the developing performance can be improved.
[0038]
In FIG. 4A, in this example, all the magnets MG are adjacent to each other, thereby regulating the half width of the magnetic force formed by the magnets. The value of the half width of the magnetic force formed by the magnet is set so as to effectively perform the above function.
[0039]
By narrowing the half width of the magnetic force formed by the magnet, the operation of raising the ears and sleeping is performed rapidly (quickly), and the magnetic brush moves jerkingly. For this reason, it is considered that the movement of the magnetic brush is accelerated, and a disturbance effect such as disturbing of the shape of the ear is generated, so that separation and flying of the toner from the magnetic carrier are likely to occur. In addition, since the time during which the developer is in contact with the photoreceptor can be shortened, it is considered that the induction of the counter charge to the magnetic carrier hardly occurs.
[0040]
The magnet MG4 (magnetic force distribution P4) has a function of pumping the developer onto the developing sleeve 111c. The magnet MG3 (magnetic force distribution P3) is a pole for cutting ears. The
[0041]
The center of each of the magnets MG1a (magnetic force distribution P1a), MG1b (P1b), MG1c (P1c), MG2 (P2), MG3 (P3), MG4 (P4), MG5 (P5), and MG6 (P6) is located at the center of the developing sleeve. They are arranged radially.
[0042]
In this example, the magnets are configured with eight poles, and three magnets (magnets MG1a, MG1b, and MG1c) are provided in a region where the developing sleeve 111c and the
[0043]
The second magnets MG1a, MG1b, MG1c are composed of magnets having small cross sections arranged in this order from the upstream side in the rotation direction 111R of the developing sleeve 111c, and these magnets are made of a rare earth metal alloy. A samarium alloy magnet, particularly a samarium cobalt alloy magnet, can also be used. Among the rare earth metal alloy magnets, a typical iron neodymium boron alloy magnet has a maximum energy product of 358 kJ / m.3And the maximum energy product of the iron-neodymium boron alloy bonded magnet is 80 kJ / m3Before and after.
[0044]
With such a magnet, unlike a conventional magnet, a necessary magnetic force on the surface of the developing roller can be secured even if the size is considerably reduced. If it is permissible to increase the diameter of the developing sleeve to a certain extent, a conventional ferrite magnet or ferrite bonded magnet is used, and the magnet tip formed toward the developing sleeve is made thinner to reduce the magnetic force generated by the magnet. It is possible to narrow the half width.
[0045]
In this example, as shown in FIG. 4A, the first magnet MG1b, the magnet MG2, the magnet MG3, and the magnet MG6 form an N pole, and the magnets MGa, MG1c, and MG5 form an S pole. For example, as the first magnet MG1b, a magnet having a normal magnetic force of 85 mT or more on the developing roller was used. For example, it has been confirmed that if the magnetic force is 60 mT or more, no abnormal image such as the adhesion of a magnetic carrier is generated. In the case of a magnetic force smaller than this, magnetic carrier adhesion occurred.
[0046]
Each magnet width of the second magnet MG1a, the first magnet MG1b, and the magnet MG1c was 2 mm. At this time, the half width of the magnetic force of the magnetic force distribution P1b was 16 °. Further, it was confirmed that the half width of the magnetic force was further reduced by reducing the width of the magnet. The half width of the magnetic force of the magnetic force distribution P1b by the first magnet MG1b when using the 1.6 mm width was 12 °.
[0047]
In FIG. 4B showing a positional relationship between the first magnet MG1b, the second magnet MG1a, and the magnet MG1c, the half width of each magnetic force of the magnetic force distributions P1a and P1c is set to 35 ° or less. The half width of the magnetic force in this portion cannot be set to be relatively narrow as in the magnetic force distribution P1b because the half width of the magnetic force of the magnetic force distributions P2 and P6 located outside is large.
[0048]
Regarding the positional relationship between the first magnet MG1b, the second magnet MG1a, and the magnet MG1c, the included angle between the second magnet MG1a and the magnet MG1c on both sides of the first magnet MG1b is set to 30 ° or less. In the above example, the included angle is set to 22 ° in order to set the half width in the magnetic force distribution P1b to 16 °. Further, the included angle of the inflection point (0 mT: the point at which the magnetic force changes from the N pole to the S pole and the magnetic pole changes from the N pole to the S pole and from the S pole to the N pole) by the magnets MG1a and MG1c and the magnets MG2 and MG6 outside each of the magnets is set to 120 ° or less. ing.
[0049]
In the developing
[0050]
In this way, an electric field for moving the toner separated from the magnetic carrier to the
[0051]
As described above with reference to FIGS. 1 to 4, the developing sleeve 111 c is provided to face the
[0052]
Note that the developing device of the present embodiment is an example in which the developing device is combined with an image forming device of a method of writing with a laser beam Lb. The charging device 101 uniformly applies a negative charge on the
[0053]
In the developing
[0054]
[1-2] Speed difference
As a means for giving a speed difference between the developing sleeve 111c and the MG between the magnets, the magnet MG is immobilized and the developing sleeve 111c is rotated in the above example. However, the present invention is not limited to this. By rotating the developing sleeve 111c and the magnet MG between the magnets, it is possible to perform the same development, and to rotate the developing sleeve 111c and the magnet MG in opposite directions.
[0055]
[1-3] Development gap
The developing gap GP in which the magnetic carrier particle size is 5 is the distance between the
[0056]
[1-4] Developer
A stirring screw 112 for pumping the developer in the developing casing 115 to the developing sleeve 111c while stirring the developer in the developing casing 115 is provided in a region of the developing sleeve 111c opposite to the
[0057]
Examples of the magnetic carrier C include metals such as iron, nickel, and cobalt or alloys of these and other metals, oxides such as magnetite, γ-hematite, chromium dioxide, copper zinc ferrite, and manganese zinc ferrite; Ferromagnetic particles such as a Heusler alloy such as aluminum can be used.
[0058]
Further, the ferromagnetic particles may be covered with a styrene-acrylic, silicone, fluorine-based resin, or the like. These can be appropriately selected in consideration of the chargeability with the toner T. A charge control agent, a conductive substance, and the like may be added to the resin that coats the magnetic particles.
[0059]
Further, the magnetic particles may be dispersed in a styrene-acrylic or polyester resin. The saturation magnetization of the ferromagnetic material is preferably 45 to 85 emu / g. If it is less than 45 emu / g, since the intensity of the saturation magnetization is low, the transportability decreases, and the adhesion of the magnetic carrier to the
[0060]
As the toner T, a toner having at least a thermoplastic resin and pigments of carbon black, copper phthalocyanine, quinacridone, and bisazo is used. As the resin, a styrene-acrylic or polyester resin is preferable. In addition, a wax such as polypropylene and an alloy-containing dye for controlling the charge amount of the toner can be internally added as a fixing aid. Furthermore, oxides, nitrides, carbides and the like of surface-treated silica, alumina, titanium oxide and the like may be externally added. Further, a fatty acid metal salt, resin fine particles and the like may be externally added together.
[0061]
[1-5] Description of ears, magnetic brushes, and spikes (related to claims 1-4)
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, etc., magnetic force distributions P1a, P1b, P1c, P2, P3, P4, P5, and P6 are formed from the outer peripheral surface of the developing sleeve 111c by a magnet MG provided therein. It is formed radially.
[0062]
Due to the rotation of the developing sleeve 111c, the developer is carried on the developing sleeve 111c and is conveyed together with the developing sleeve 111c. When the developer passes through each magnetic force distribution in this transport process, there is a phenomenon that magnetic spikes in which magnetic carriers are gathered in a spike shape rise from the developer layer on the developing sleeve 111c, and the magnetic spikes fall asleep. Here, the magnetic spikes are formed along the normal magnetic field lines in the magnetic force distribution.
[0063]
Here, FIG. 5 schematically illustrates a change of the magnetic force distribution shown in FIG. 1 by focusing on a magnetic force formed by a developer passing through an arbitrary magnetic force distribution, for example, a magnetic force distribution P1a. , The magnetic spikes, the free toner, the spikes and the like will be described.
[0064]
In FIG. 5, normal magnetic lines of force formed in the magnetic force distribution P1a are schematically indicated by reference numerals (1) to (7). These normal magnetic force lines (1) to (7) are such that as the normal magnetic force line (1) is oriented substantially in the tangential direction of the developing sleeve 111c and the numbers of the normal magnetic force lines (2) to (3) advance. The rising angle is increased, and becomes substantially perpendicular to the peripheral surface of the developing sleeve 111c at the normal magnetic force line (4), so that the developing state is the highest.
[0065]
The normal magnetic field lines (5), (6), and (7) are symmetrically set to the normal magnetic field lines (3), (2), and (1) at the time of the above-described rising with the normal magnetic field lines (4) as the axis of symmetry. In the normal magnetic field line (7), the developing sleeve 111c is slanted to near the tangential direction of the developing sleeve 111c. The normal magnetic force line {circle around (4)} matches the line segment connecting the center O1 and the center O2 in FIG.
[0066]
These normal magnetic lines of force {1} to {7} are formed at fixed positions outward from the surface of the developing sleeve 111c. The developer carried on the developing sleeve 111c and transported together with the developing sleeve 111c forms a layer on the developing sleeve 111c, but is not shown in FIG. 5 to avoid complexity. Further, the toner T is held by electrostatic force in the magnetic carrier CC, but it is not shown because it becomes complicated when individually shown.
[0067]
When the developer layer on the developing sleeve 111c moves together with the developing sleeve 111c and approaches the magnetic force distribution P1a, as shown in FIG. 5A, the magnetic carrier CC gathers in a spike shape along the normal magnetic force line (1). It rises separately from the developer layer as ears (or magnetic brushes on which magnetic ears are gathered).
[0068]
That is, when the magnetic spikes (simply called spikes) in which the magnetic carriers CC are gathered rise on the developing sleeve 111c, the tips of the magnetic brushes are gathered by the magnets in the developing area by the magnets in the developing area. As a result, the toner T separates from the magnetic carrier CC and becomes free toner as described below.
[0069]
The magnetic ear forms a spike when viewed from the axial longitudinal direction of the developing sleeve 111c, and is formed facing the magnet MG1a in the longitudinal direction of the developing sleeve 111c, which is a direction in which the magnetic ear penetrates the paper surface.
[0070]
As shown in FIG. 5A, when the magnetic carrier CC rises from the developer layer along the normal magnetic force line {circle around (1)}, the toner T separates from the magnetic carrier CC. In this way, the toner T released from the magnetic carrier and released into the space is released into the space on the rising side of the magnetic chain (the back side of the magnetic chain facing the peripheral surface of the developing sleeve 111c).
[0071]
The free toner contributes to the development, and if at least one or more portions where the spikes of the magnetic carrier stand are at least one portion, the free toner is generated, so that the development can be performed.
[0072]
When the magnetic ears rise from the developer layer, the developer is displaced also on the developer layer side, and the displacement causes the toner to be released from the magnetic carrier also from the developer layer side, thereby generating free toner T. The generation of the free toner T will be described later with reference to FIGS.
[0073]
It should be noted that the toner is separated from the magnetic carrier CC and becomes a free toner T in the developer layer between the adjacent magnetic brushes, that is, in the portion where the spike does not rise, and is used for development.
[0074]
Such free toner T is generated when the image portion of the photoreceptor 100 (the portion exposed after charging, that is, the latent image Li portion) is in the opposing region, and flies to the image portion, and the non-image portion ( The free toner T was not generated when the uncharged portion (which was charged) was in the facing region.
[0075]
As the rotation of the developing sleeve 111c further progresses from the state shown in FIG. 5A, the shape and position of the magnetic chain changes from the normal magnetic force line (1) to the normal magnetic force line (2). The state of the magnetic ear after this change is shown in FIG. In the course of this change, the toner T is newly detached from the magnetic carrier CC, and is released toward the rising side of the magnetic ear (upstream in the rotation direction 111R of the magnetic ear) to become free toner.
[0076]
As the rotation of the developing sleeve 111c further progresses from the state shown in FIG. 5B, the shape and position of the magnetic chain changes from the normal magnetic force line (2) to the normal magnetic force line (3). The state of the magnetic ear after this change is shown in FIG. In the course of this change, the toner T is newly detached from the magnetic carrier CC and released toward the rising side of the magnetic chain (downstream in the rotation direction 111R of the magnetic chain) to become free toner.
[0077]
As the rotation of the developing sleeve 111c further progresses from the state shown in FIG. 5C, the shape and position of the magnetic spikes are changed so that the magnetic spikes extend from the normal magnetic force line (3) to the normal magnetic force line (4). It is in a state of rising most upright from the peripheral surface of 111c. The state of the magnetic ear after this change is shown in FIG. In the course of this change, the toner T is newly detached from the magnetic carrier CC, released around the tip of the magnetic chain, and becomes free toner.
[0078]
As the rotation of the developing sleeve 111c further progresses from the state shown in FIG. 5D, the shape and position of the magnetic chain change along the normal magnetic force line (5). The normal magnetic field line (5) is located adjacent to the downstream side in the rotation direction 111R with respect to the normal magnetic field line (4), and is formed to be inclined toward the downstream side (side down) as the distance from the peripheral surface of the developing sleeve 111c increases. Therefore, the magnetic spikes are formed along this shape.
[0079]
The state of the magnetic ear after this change is shown in FIG. In the course of this change, the toner T is newly released from the magnetic carrier CC and is discharged to the opposite side (upstream in the rotation direction 111R of the magnetic spike) of the magnetic spike and the vicinity of the tip of the magnetic spike. It becomes a free toner.
[0080]
As the rotation of the developing sleeve 111c further progresses from the state shown in FIG. 5E, the magnetic spikes are formed so as to follow the normal magnetic force lines (6) whose sleeping degree is increased from the normal magnetic force lines (5). And change the position. The state of the magnetic ear after this change is shown in FIG. In the course of this change, the toner T is newly released from the magnetic carrier CC and is discharged to the opposite side (downstream in the rotation direction 111R of the magnetic chain) of the magnetic chain and the vicinity of the tip of the magnetic chain. It becomes a free toner.
[0081]
As the rotation of the developing sleeve 111c further progresses from the state shown in FIG. 5F, the shape and position of the magnetic chain change so as to follow the magnetic force line {circle around (7)} from which the magnetic force line {circle around (6)} is further increased. . The state of the magnetic ear after this change is shown in FIG. In the course of this change, the toner T is newly released from the magnetic carrier CC and is released into the space on the side where the magnetic ears lie (back side opposite to the peripheral surface of the developing sleeve 111c).
[0082]
Although the rotation of the developing sleeve 111c further advances from the state shown in FIG. 5G, although not shown, the magnetic brushes and the magnetic brushes on which the magnetic brushes are gathered are formed on the peripheral surface of the developing sleeve 111c when lying down. The toner is separated from the magnetic carrier also from the developer layer side by this displacement, and free toner is generated.
[0083]
That is, when the magnetic spikes (spikes) in which the magnetic carriers CC are gathered on the developing sleeve 111c lie, the magnets in the developing area cause the tip of the magnetic brush in which the magnetic spikes are gathered to gather the magnetic carriers CC on the developing sleeve 111c. The developer layer is brought into a state of being combined with the developer layer, and at that time, free toner is generated (related to claim 4).
[0084]
FIG. 5 schematically shows the displacement and the state of generation of free toner by focusing on only one magnetic spike, so that the magnetic force is applied to only one of the normal magnetic force lines (1) to (7). It looks as if the spikes are formed and only this is displaced, but in reality, the magnetic spikes are formed simultaneously along each of the magnetic force lines (1) to (7), and the developing sleeve 111c With rotation, magnetic spikes are successively displaced to adjacent normal magnetic force lines, and the toner is detached from the magnetic carrier in the course of the flow accompanied by the displacement, and the detached free toner is used for development.
[0085]
In the example of FIG. 5, a magnetic brush is formed by a set of magnetic ears formed along the normal magnetic lines of force {1} to {7}. In this example, the magnetic spike rises in the opposing area, and the area around the developing sleeve until the magnetic spike lies down is the spike.
[0086]
Here, the continuous portion from when the magnetic ears rise and the magnetic ears lie down is defined as a portion of the developer on the developing sleeve 111c by the magnetic force of the magnet MG in the process of transporting the developer on the developing sleeve 111c. The period from when the tip of the magnetic spike separates from the layer to the time when the tip of the magnetic spike comes together with the developer layer on the developing sleeve 111c, and mainly the morphological change of the magnetic spike during this period Accordingly, the toner held on the magnetic carrier is separated from the magnetic carrier. If one or more such continuous portions exist, the free toner released from the magnetic carrier can contribute to the development (related to claim 2).
[0087]
In other words, a set of magnetic spikes formed along a number of normal magnetic lines of force in one magnetic force distribution is called a magnetic brush, and a set of magnetic spikes around the developing sleeve 111c where the magnetic spikes constituting the magnetic brush are located is located. The area is a spike portion, and development is performed using free toner separated from a magnetic carrier of a magnetic brush (magnetic spike) formed in the spike portion.
[0088]
The magnetic force distribution, P1a, the magnetic spike, the magnetic brush, the spike portion and the like have been described above. However, the magnetic force distribution P1b, the magnetic force distribution P1c, and the magnetic spike, the magnetic brush, the spike similar to the magnetic force distribution P1a in the facing region. A part or the like is formed.
[0089]
A large amount of free toner is generated in accordance with the change in the shape of the magnetic spike. Since the free toner is present in a large amount around the magnetic brush (magnetic spike), the free toner can be used for development. The development efficiency can be improved as compared with a development method in which toner is directly transferred from a carrier to a latent image.
[0090]
As described above, the form change of the magnetic spike causing the free toner is achieved by narrowing the half-value width of the magnetic force formed by the magnet so that the spike rises, and the operation of sleeping is performed rapidly (fastly), and the magnetic brush is jerky. It is thought that the movement is largely due to the phenomenon of movement.
[0091]
The developing device described above is provided with a configuration for performing the developing method of the present invention described below, so that the developing region is set in a wider range than the conventional developing region. It is possible to provide a developing device that increases the supply amount of toner to be developed without increasing the linear velocity ratio (Vs / Vp) between the linear velocity (Vs) and the linear velocity (Vp) of the
[0092]
[2] Development method
In the developing method of the present invention, at least one spike portion of the magnetic brush is formed in the facing region. Since the diameter of the developing sleeve 111c is smaller than the diameter of the
[0093]
However, in this example, as shown in FIG. 1, the case 115 has a configuration surrounding the developing sleeve 111c, and the toner adhering to the latent image on the photoconductor from the developing sleeve side in the maximum facing area is considered. Only a necessary portion that does not obstruct the flight path is opened, and the developing sleeve 111c and the
[0094]
In the developing method of the present embodiment, the dimension of the opening 115a of the case 115 in the rotation direction 111R is made smaller than that of the maximum facing area in order to prevent toner scattering. For this reason, the
[0095]
In the developing method of the present invention, the developing region is formed in the developer regardless of the state in which the magnetic spikes in which the magnetic carriers gather form a magnetic brush or a thin developer layer on the developing sleeve 111c. The area where the toner T is developed toward the
[0096]
In the following embodiment, a description will be given of a development mode performed in a limited facing region that is a range of the opening 115a.
[0097]
When the developing sleeve 111c rotates in the rotation direction 111R under the magnet arrangement and magnetic force distribution shown in FIGS. 1, 3, and 4 shown as the basic configuration, the developer pumped up by the magnetic force distribution P4 is The passing amount is regulated to be constant by passing through the doctor gap of the doctor blade 114 portion, and the doctor blade 114 is conveyed in the rotational direction by the magnetic force distribution P6 (because the doctor blade 114 is in the middle of the magnetic force distribution P5), and the above-described restriction is applied. (Hereinafter simply referred to as an opposing region).
[0098]
Magnetic force distributions P1a, P1b, and P1c are formed in the facing region, and a magnetic brush is formed in these magnetic force distribution portions. In accordance with the rotation of the developing sleeve 111c, the developer flows while forming a magnetic brush, The toner is transferred to the latent image in the developing region in the facing region and development is performed, and almost all of the remaining developer after the development is removed at P3, which is the ear-cut pole, and falls to the stirring screw 112 side.
[0099]
FIG. 6 shows a magnetic brush, a spike portion, and the like based on the basic configuration of the developing device shown in FIGS. In FIG. 6, the magnetic brushes in the magnetic force distributions P1a, P1b, and P1c are indicated by reference numerals BR1a, BR1b, and BR1c, respectively. In these magnetic brushes, magnetic spikes as described in FIG. 5 are gathered along a number of normal magnetic force lines {1} to {circle around (7)}. Is flowing while holding the toner, and in the course of this flow, the toner is separated from the magnetic carrier to generate free toner.
[0100]
The magnetic brush is composed of a number of magnetic ears and occupies a space. The space region indicated by the magnetic spikes is referred to as a brush spike. The ears of the magnetic brushes BR1, BR2, BR3 are indicated by ears SP1a, SP1b, SP1c, respectively. Thus, there are three spikes in the facing area. In this example, the magnetic brush BR1b is in contact with the
[0101]
The spike portion SP1b is formed by a first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b) located corresponding to the closest position to the
[0102]
In the example shown in FIG. 6, three raised portions SP1a, SP1b, and SP1c are formed in the facing region. When developing the toner by generating free toner from the magnetic brushes at these spikes, the spike SP1a at the most upstream position of the spikes and the spike SP1b at the closest position. If the toner is sufficiently attached to the portion where the image is to be attached, the toner is saturated, and therefore, the development is scarcely performed in the spike SP1c located downstream of the spike SP1b.
[0103]
When the electric field applied between the developing sleeve 111c and the
[0104]
In this example, an example in which the spike portion SP1c actually exists is shown because the half width of the first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b) is set at the closest position with a narrow half width. The first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b) must be provided adjacent to the first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b). Therefore, the first magnet MG1b (magnetic force distribution P1b) automatically causes the ears to be raised. SPc has occurred.
[0105]
For example, by changing the configuration of the magnet MG, changing the diameter of the developing sleeve, or changing the shape and size of the case 115, only the spike portions SP1a and SP1b are present in the configuration shown in FIG. Alternatively, the object of the present invention can be attained if at least one spike portion can be formed on the upstream side of the opposed region including the vicinity of the closest position.
[0106]
As shown in FIGS. 1 to 4 and 6, {circle around (1)} three poles (magnets MG1a, MG1b, MG1c) are arranged in the facing region and the other five poles (magnets MG2, MG3, MG4, MG5, MG6) In the opposite region, a developing device using three poles to form three raised portions using a developing roller with magnets of eight poles in total, and (2) the closest position to the photoconductor in the opposite region Has only one magnet (instead of the three magnets MG1a, MG1b, MG1c in this example, a single magnet), and the other magnetic poles have the five poles (magnets MG2, MG3, MG4, MG5, MG6). The results were compared with those of a developing device provided with a developing roller having a configuration in which all the six poles were arranged in accordance with MG4, MG5, and MG6, and only one spike was formed in the facing region. The result of the development by the development device of Compared to development result by the apparatus, solid black follow-up property is good, the image quality of the roughness-rear blank area of the image was also improved.
[0107]
In the developing device of the above item (2), the half width of the magnetic force of the magnet coming closest to the photoconductor is 21 °, and only this one pole exists in the area facing the photoconductor. Further, the development gaps and the pumping amounts of the developing devices of the above (1) and (2) were the same.
[0108]
Further, in the developing method of the present invention, one of the two ears is formed by the first magnet MG1b, which is a magnet that forms the ears in the opposing region and is located closest to the
The details of the developing method will be described below.
[2-1] Development method of contacting
This example is a developing method in which at least one magnetic brush formed in the facing region is brought into contact with the
[0109]
According to the developing method of the present embodiment, since the magnetic brush is brought into contact with the
[0110]
[2-1.1] Example in which center of ear stand is set to closest position
In FIG. 6, among the two magnetic brushes formed in the facing region, the spike portion SP1b of one magnetic brush BR1b is located at the closest position, and the magnetic brush is in contact with the
[0111]
In such a developing method using the raised portions, the distance between the developing sleeve 111c and the
[0112]
[2-1.1a] Development mode
6, the magnetic brush BR1b is in contact with the
[0113]
In FIG. 7, the state of the magnetic brush and the state of the knurl in the development area d corresponding to the ridge portions SP1a and SP1b are observed and schematically shown.
In FIG. 7, an area A0 until the magnetic ears rise and lie down is observed corresponding to a certain area corresponding to the uppermost stream position of the developing area. In the region A0, the magnetic carrier distribution in the developer causes the magnetic carriers CC in the developer to form a magnetic chain by aggregating a plurality of magnetic carriers CC while having the toner T on the surface. This is a region from the time when the ears of the magnetic carrier CC rise to the time when the magnetic carrier CC falls to the side of the developing sleeve 111c.
[0114]
In FIG. 7, in a certain area adjacent to the downstream side of the area A0, an area A1 where the magnetic brushes of the magnetic brush BR1b start to rise is correspondingly observed. This region A1 is a region where the ears of the magnetic carrier CC start to rise, and the magnetic carrier CC in the developer approaching the vicinity of the magnetic force distribution P1b has a plurality of magnetic carriers CC gathering while having the toner T on the surface. Magnetic spikes, and the spikes of the magnetic carrier CC start to rise along the normal magnetic field lines.
[0115]
In a certain area adjacent to the downstream side of the area A1 in the developing area, an area B where the rising magnetic spike contacts the
[0116]
In FIG. 6, the area A0, the area A1, the area B, and the area C exist, and the area C corresponds to the closest position. In another example, the area B, the area B, C may not exist, or the positional relationship of these areas A0, A1, B, and C with respect to the closest position may be shifted. In addition, the length of the magnetic spikes is not uniform, and the atmosphere of the magnetic field is not constant (in addition, the magnetic characteristics of the magnetic carriers have a distribution, and the number of carriers forming the magnetic spikes is not uniform. The position (region) where the magnetic ear contacts the photoconductor 100 changes.
[0117]
(A) Development in area A0 (related to claims 1 and 2)
In FIG. 8 schematically showing a state from the rising of the ears of the magnetic carrier CC to the falling of the ears in the region A0, on the developing sleeve 111c corresponding to the position where the second magnet MG1a is arranged, Irrespective of the polarity of the second magnet MG1a, a magnetic brush BR1a is formed, and the magnetic brushes are formed between the magnets corresponding to the portion where the magnetic ears start to rise (for example, between the magnet MG6 and the second magnet MG1a, or the second magnet MG1a). On the developing sleeve 111c corresponding to the area between the first and second magnets MG1b), the developer is pressed against the developing sleeve 111c because the layer of the developer has a strong tangential magnetic force.
[0118]
As shown in FIG. 8, the magnetic carriers CC previously confined in the developer layer of the group of magnetic carriers CC have a magnetic force with each other. Although small, the magnets adjacent to each other have opposite poles, so that the tangential magnetic force of the developing sleeve is large, so that this forms a developer layer which is a group of magnetic carriers CC thinner between the magnets than the one on the magnet. Forced to keep the magnetic carrier CC in the population of the developer layer.
[0119]
When the developer layer comes to a position corresponding to the magnet P1a, some magnetic carriers CC gather to form magnetic spikes and rise. The number of magnetic carriers CC gathered to form the magnetic ears is generally determined by the amount of developer passing through the doctor blade 114. In addition, the magnetic properties of the magnetic carrier CC and the magnetic force of the magnet Is determined by the size and inclination of the line of magnetic force depending on the size of the magnet, the shape of the magnet, and the manner of arrangement.
[0120]
Further, since the magnet P1a is fixed, but the developing sleeve 111c is rotating, the angle and magnitude of the magnetic force lines at the position of the magnetic chain that has started rising also change. At this time, since the magnetic responsiveness of the magnetic carrier CC is delayed, the magnetic brush is not immediately aligned in the shape along the line of magnetic force. Although it escapes and rises, a large magnetic field of the magnet acts, the magnetic polarities of all the magnetic carriers CC are in the same direction, and repulsive forces act on each other. As a result, the developer layer of the magnetic carrier CC is suddenly broken, and the magnetic spikes of the magnetic carrier CC rise as magnetic brushes.
[0121]
Therefore, when the magnetic carrier CC forms magnetic spikes and rises, the space where the toner T is confined in the group of the magnetic carriers CC is released, and further, the toner T is adsorbed on the surface of the magnetic carrier CC. When a large centrifugal force acts on the toner T, the toner T separates from the surface of the magnetic carrier CC, and the developing space is released to become free toner T.
[0122]
Further, the magnetic spike does not rise or sleep at a constant speed due to a change in the magnetic field, but has acceleration. For this reason, an inertial force acts on the toner T, so that the toner T is separated from the surface of the magnetic carrier CC and released into the developing space in a continuous portion until the toner T rises and lays down, and becomes free toner T. Further, the free toner T detached from the surface of the magnetic carrier CC can be easily moved by a developing electric field or the like because no electrostatic or physical adhesive force acts on the magnetic carrier CC.
[0123]
(B) Development in the area A1 (related to claim 1)
A description will be given with reference to FIG. 9 showing a state of a region A1 where the magnetic spikes of the magnetic carrier CC start rising. The toner T on the surface of the magnetic carrier CC is formed by the powder characteristics such as the particle size of the magnetic carrier CC, the magnetic characteristics such as the saturation magnetization intensity, the magnetic characteristics such as the saturation magnetization intensity of the magnet, and the morphological characteristics such as width and shape. The acting force can be controlled to generate the free toner T.
[0124]
Since the free toner T is generated when the magnetic spikes start to rise at the upstream side of the spike portion SP1b shown in FIG. 9, the amount of the toner T attached to the latent image Li on the
[0125]
As described above, by generating the free toner T that can be developed even with a low electric field in the area A1, a so-called developing method having high developability can be obtained. The behavior of the magnetic carrier CC and the toner T in the region A0 and the region A1 as described above was determined by the inventors of the present invention using a stereo microscope (Olympus: SZH10) and a high-speed camera (Photron: FASTCAM-). Ultima-I2) Is confirmed by an image photographed at a photographing speed of 9000 to 40500 frames / sec. Further, the same is confirmed in the regions B and C described below.
[0126]
(C) Development by region B (related to
In the area B, the magnetic brush (magnetic brush) is brought into contact with the
[0127]
That is, the magnetic brush formed in the developing area is brought into contact with the photoreceptor 100 (image carrier) to separate the toner from the surface of the magnetic carrier, and the separated free toner is spread on the developing sleeve 111c and developed (
In this example, as shown in FIG. 10, free toner is sprinkled from the magnetic carrier CC having the toner T on the surface so that the toner T is sprayed on the
[0128]
The site where the free toner is generated by separating the toner in a scattered manner is the vicinity including the closest position. The distance between the developing sleeve 111c and the
[0129]
FIG. 10 schematically shows a region B where the magnetic spikes of the magnetic carrier CC strongly contact the
[0130]
Therefore, in the region B, the magnetic spikes of the magnetic carrier CC on the developing sleeve 111c are moving at substantially the same speed as the developing sleeve 111c, except that they slide on the developing sleeve 111c. Therefore, when the height of the magnetic spike of the magnetic carrier CC is higher than the distance between the developing sleeve 111c and the
[0131]
Even if the magnetic spike of the magnetic carrier CC completely rises before strongly contacting the
[0132]
During this contact, the toner T electrostatically attached to the magnetic carrier CC is separated from the surface of the magnetic carrier CC by impact. Observation of the state of the toner T at the time of this detachment shows that a large amount of the toner T is scattered from the magnetic carrier CC constituting the magnetic spikes. Is described as having separated the toner.
[0133]
As described above, the free toner separated and released in the form of a scatter is applied to the inertial force of the movement due to the centrifugal force, the electric field due to the latent image Li on the surface of the
[0134]
In this developing method, the toner is formed by a large amount of free toner which is separated and released in a scattered manner through contact of the magnetic chain to the
[0135]
Further, in the region B, the toner that has already adhered to the
[0136]
(D) Development in region C
The developing method will be described with reference to FIG. 11, which schematically shows the state of development in the area C. An electric field for developing the toner T is applied between the developing sleeve 111c and the
[0137]
In the area C, the magnetic brush of the magnetic carrier CC in the spike portion SP1b is conveyed on the developing sleeve 111 while rubbing against the
[0138]
In the area C, under the contact state of the magnetic brush in contact with the
[0139]
That is, in the region C, the toner T on the magnetic carrier CC having a space opened to the
[0140]
On the other hand, the toner T present on the surface due to the development in the development region on the upstream side in the rotation direction 111R from the region C shown in FIG. To move while rubbing against the toner T that has been developed earlier, catching up on the previously developed toner T, making strong contact with the toner T, and the electrostatic Coulomb force generated by being charged to opposite polarities. It is adsorbed on the surface of the carrier CC and is separated from the
[0141]
In this case, mainly in the non-image area on the
[0142]
(E) Development through areas A0 to C
In the development through the areas A0 to C, the two-component developer layer is caused to flow while forming a magnetic brush at least in an area facing the
[0143]
That is, in the region A0 and the region A1, the magnetic carriers CC gather to form magnetic spikes, and the toner T is separated from the magnetic carrier CC during the period from the rise to the fall of the spikes to form free toner T. Since an electric field for development is applied between the developing sleeve 111c and the
[0144]
Further, in the region B, the magnetic spikes of the magnetic carrier CC further come into contact with the
[0145]
Further, by this contact, the toner T on the
[0146]
Further, in the area C, the magnetic carrier CC at the tip of the magnetic brush rubs against the
[0147]
In other words, the developing method according to the present embodiment includes a two-component developing sleeve 111c disposed opposite to the
[0148]
As described above, in the developing method of the present embodiment, the movement mode of the magnetic carrier CC is controlled by focusing on a region where the movement mode of the magnetic carrier CC is characteristic in the surface of the developing sleeve 111c facing the
[0149]
According to the developing method of the present invention, a developing sleeve 111 disposed opposite to the
[2-2] Non-contact developing method (claims 12 and 13)
The developing method of the present embodiment is a developing method in which the spikes of the magnetic brush are developed on the
[0150]
According to the developing method of the present embodiment, since the magnetic brush is not in contact with the
[0151]
The developing method of the present invention is characterized in that in FIG. 12, the magnetic brush on the developing sleeve 111c is developed in a non-contact state in which the magnetic brush ears do not come into contact with the
[0152]
In the developing method of this example, the developing sleeve 111c causes the developer to flow while forming a magnetic brush in the developing area, and in the course of this flow, the magnetic spikes in which the magnetic carriers CC having the toner T on the surface are gathered, Then, the toner T is released while the magnetic ears are sleeping, and the toner T is released from the surface of the magnetic carrier CC to generate free toner T, which is developed with the free toner. Further, in the developing method, a magnetic carrier CC of a magnetic brush (magnetic brush) is brought close to the
[0153]
In the above, the magnetic brushes on the developing sleeve 111c are kept in a non-contact state without contact with the
[0154]
Further, in the area [A0], while the magnetic brush is being conveyed through the developing sleeve 111c, the tip of the magnetic brush moves close to the
[0155]
Further, while the magnetic brush is being transported together with the developing sleeve 111c, the toner T already attached to the latent image Li on the
[0156]
[2-3] Speed difference (related to claim 14)
In the above-described developing method, the linear velocity ratio (Vs / Vp) between the linear velocity (Vs) of the developing sleeve 111c and the linear velocity (Vp) of the
[0157]
The developing sleeve 111c and the
[0158]
A linear velocity ratio (Vs / Vp) with a linear velocity ratio greater than 0.9 increases the amount of toner T developed by the rotation of the developing sleeve 111, so that an image with a high image density can be obtained. Depending on the amount of the free toner T, there is a possibility that the linear velocity ratio can be further reduced.
[0159]
Further, in the area C shown in FIG. 7, when the magnetic brush rubs or approaches the
[0160]
[2-4] Development bias (related to claim 15)
In the above-described developing method, the free toner is developed by the electric field applied between the
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a development state when a DC power supply is used as the power supply VP in FIG. 3 and a DC electric field is applied in the reversal development method. In the
[0161]
In the case of writing with the laser beam Lb, the character portion is exposed to reduce the writing amount, so that the charged charges in this portion are neutralized by holes generated from the carrier generating material, and as shown in FIG. The image portion potential, which is the potential of the portion (character portion), decreases.
[0162]
By applying a DC voltage biased to the negative side by the power supply VP connected to the developing sleeve 111c in FIG. 3 to the image portion having the lowered potential, the free toner of negative polarity and the toner held by the magnetic carrier CC (FIG. 13 and 14, a vector directed toward the developing sleeve 111c or the image portion acts on the toner T).
[0163]
In FIG. 13, even if toner is present in the non-image area on the
[0164]
The developing method of the present invention is based on the powder characteristics such as the particle size of the carrier CC, the magnetic characteristics such as the saturation magnetization intensity, the magnetic characteristics such as the saturation magnetization intensity of the magnet, and the morphological characteristics such as width and shape. By controlling the force acting on the toner T on the surface, the free toner T can be generated. Further, by forming a magnetic brush that generates the free toner T, the amount of toner attached to the latent image Li on the
[0165]
FIG. 14 shows a case where an alternating voltage power supply is used as the power supply VP in FIG. 3, and more specifically, a power supply which generates a voltage in which DC and AC are superimposed is used to make the electric field of the developing bias an alternating electric field. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a development state in a reversal development method.
[0166]
As described above, an alternating electric field can be applied to the portion where the
[0167]
In FIG. 14, similarly to the case of the DC electric field described above, for example, the negative polarity toner T is developed by the electric field applied between the developing sleeve 111c and the
[0168]
Also in this case, since the magnetic carrier CC on the developing sleeve 111c is a dielectric material, the magnetic field in which the
[0169]
That is, since the alternating electric field deviated to the negative side is applied as the developing bias electric field, in the image portion, the free toner T surely reaches the image portion while receiving the action of the strong and weak vector toward the image portion. Even if it is present in the non-image portion, it is reliably separated from the non-image portion while receiving the action of the strong and weak vectors from the non-image portion side to the developing sleeve 111c side, thereby preventing background contamination.
[0170]
[3] Electric field strength formed in the facing region (related to
The inventors of the present invention used the above-described stereo microscope (Olympus: SZH10) and a high-speed camera (Photron: FASTCAM-Ultima-I).2), The development region front area A0In the vicinity of the toner, the average toner charge A (C / kg) and the toner densityC(Wt%), toner average particle diameter d (m), magnetic carrier average particle diameter D (m), developer carrier diameter R (m), developer carrier linear velocity vSL(M / sec) as a parameter, and as shown in Table 1 below, as shown in Table 1 below, in order for toner to fly from the carrier for development, the electric field intensity E at the flying position P was expressed by the following equation (1). It was found that it was necessary to satisfy the condition of (Expression).
[0171]
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) | ・ ・ ・ ・ ▲ 1 ▼ type
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: The linear velocity (m / sec) of the developer carrying member.
[0172]
In Table 1, ρT= 1250, ρC= 5000, the shortest distance from the flying position P to the image carrier surface (corresponding to the
[0173]
[Table 1]
[0174]
Here, in Table 1, the mark “有 り” indicates that the toner is flying, the mark “X” indicates that the toner is not flying, and the mark “○” indicates that the toner is slightly flying. The reason for the presence / absence of the toner flying is considered to be due to the distribution of the charge amount of the toner. In Table 1, Expression (1) is satisfied under the conditions in the column marked with a triangle.
[0175]
The basis of equation (1) is based on the following considerations. Since the expression (1) is a condition under which the toner flies, it is necessary to consider the following expression (2) as an electric field expression that indicates a threshold value at which the toner jumps out of the carrier in consideration of the movement.
[0176]
(Equation 1)
[0177]
Therefore, first, when the van der Wals force is ignored, the toner-carrier adhesion force F expressed by the following equation (3) is applied to the toner adhered on the carrier.tWorks.
[0178]
(Equation 2)
[0179]
This adhesive force FtWhen the force from the electric field wins, the toner separates from the carrier, and the electric field E at that time is expressed by the following equation (4).
[0180]
(Equation 3)
[0181]
In the above equation (4), q is expressed by the equation (5).
[0182]
(Equation 4)
[0183]
Therefore, the electric field E is expressed by the following equation (6).
[0184]
(Equation 5)
[0185]
When the constant α was experimentally examined, it was found that the constant α was expressed by the following equation (7).
[0186]
(Equation 6)
[0187]
In the equation (7), n is the number of toners adhering to one carrier, and assuming that the toner is uniformly adhering to the carrier, the toner density TCIs represented by the following equation (8) from the relation of the weight ratio.
[0188]
(Equation 7)
[0189]
In equation (8), m: mass of toner, d: diameter (particle size) of toner, ρT: Specific gravity of toner, M: mass of carrier, D: diameter (particle size) of carrier, ρC: Specific gravity of carrier. R is the diameter of the developer carrier, vSLIs the linear velocity of the developer carrying member.
The above equation (2) is obtained by substituting α, n and the like in equations (7) and (8) into equation (6). Since the expression (2) indicates the threshold value of the electric field at which the toner jumps out of the carrier, the expression (1) is derived from the expression (2) regarding the generation of free toner that enables development.
[0190]
Here, the physical reason in equations (7) and (8) is unknown, but this means that
R: As the diameter of the developer carrying member becomes longer, the radius of curvature becomes larger, the spikes of the magnetic brush become gentler, and the mechanical force becomes weaker, so that a larger electric field is required.
vSL: As the linear velocity of the developer carrying member increases, the mechanical force acts on the toner on the carrier, and the electric field of the toner on the carrier decreases.
n: generally TCIncreases, the toner charge amount q decreases, the effect of the mechanical action force increases, and the toner on the carrier jumps out with a smaller electric field. Also, TCAlso, when q does not change due to the change of the above, since the influence of the counter charge remaining on the carrier when one toner flies is small when n is large, it is possible to fly out with a smaller electric field.
it is conceivable that.
[0191]
In the description of the developing method and the developing device so far, the developing mode in the area where the developing sleeve and the
[0192]
In these developing modes, the electric field intensity E (V / m) formed in the region where the developing sleeve 111c and the
E ≧ | (A · ρT・ D ・ R) / (3B1/2・ Ε0・ VSL) |
Where B = TC・ D3・ ΡC/ (100-TC) ・ D3・ ΡT
Here, A: average toner charge (C / kg), TC: Average toner particle diameter (m), D: average magnetic carrier particle diameter (m), ρT: Specific gravity of toner (kg / m3), ΡC: Carrier specific gravity (kg / m3), Ε0= 8.854 × 10-12(F / m), R; diameter (m) of developer carrier, vSL: An area where the linear velocity (m / sec) of the developer carrying member is formed, and the development mode such as the above (1) to (6) is performed in this area to obtain the generation of the free toner and its flying. As a result, high-quality development, which is the object of the present invention, could be obtained.
[0193]
[4] Image forming apparatus (related to claim 17)
An image forming apparatus provided with a developing device for performing the developing method according to the present invention described above will be exemplified. This image forming apparatus includes a developing device having the basic configuration described with reference to FIGS. This developing device is implemented by changing the contents described above as necessary.
[0194]
FIG. 15 shows a schematic configuration of a color copying machine as an example of an image forming apparatus. The color copying machine includes a color image reading device (hereinafter, referred to as a color scanner) 1, a color image recording device (hereinafter, referred to as a color printer) 2, a paper feed bank 3, a control unit (not shown), and the like.
[0195]
The color scanner 1 forms an image of an original 5 on a
[0196]
In this example, the color sensor 9 is composed of R, G, and B color separation means and a photoelectric conversion element such as a CCD (charge coupled device), and simultaneously reads three color images obtained by performing color separation on the image of the
[0197]
The operation of the color scanner 1 for obtaining the color image data of Bk, C, M, and Y is as follows. Upon receiving a scanner start signal that is timed with the operation of the
[0198]
The
[0199]
The
[0200]
The writing optical unit 10 converts the color image data from the color scanner 1 into an optical signal, performs optical writing corresponding to the image of the original 5, and forms a latent image on the
[0201]
Further, the
[0202]
Each developing device includes a developing sleeve 111c having a magnet therein, which is disposed to face the
[0203]
The toner in each developing unit 24 is charged to a negative polarity by stirring with a ferrite carrier which is a magnetic carrier, and a negative DC voltage is applied to each developing sleeve 111c by a power supply VP for developing bias (see FIG. 3). The developing sleeve 111c is biased to a predetermined potential with respect to the conductive support 31 (see FIG. 3) of the
[0204]
In the standby state of the copying machine main body, the
[0205]
Before the front end of the latent image reaches the Bk development position so that development can be performed from the front end of the Bk latent image, the rotation of the Bk development sleeve 111c is started to develop the Bk latent image with Bk toner. Thereafter, the developing operation of the Bk latent image area is continued, but when the rear end of the latent image passes the Bk developing position, the
[0206]
The
[0207]
The material of the
[0208]
The
[0209]
In the color copier having the above-described structure, when the image forming cycle is started, first, the
[0210]
The formation of the Bk toner image is performed as follows. The charger 101 uniformly charges the
[0211]
When the negatively charged Bk toner on the Bk developing sleeve comes into contact with the Bk latent image, the toner does not adhere to the portion where the charge of the
[0212]
The Bk toner image formed on the
[0213]
Some untransferred residual toner on the
[0214]
On the
[0215]
Thereafter, the development of the C latent image area is continued, but when the rear end of the C latent image passes, the
[0216]
The Bk, C, M, and Y toner images sequentially formed on the
[0219]
At the time when the image forming operation is started, the
[0218]
The
[0219]
The
[0220]
On the other hand, the surface of the
[0221]
Here, in the case of the repeat copy, the operation of the color scanner 1 and the image formation on the
[0222]
The above is a copy mode for obtaining a four-color full-color copy. However, in the case of a three-color copy mode and a two-color copy mode, the above-described operations are performed for the designated color and the number of times. A similar operation is performed.
[0223]
In the case of the single-color copy mode, only the developing unit of the predetermined color of the
[0224]
In the case of the full-color copy mode of A3 size, it is desirable to form a one-color toner image each time the
[0225]
The image forming apparatus of the present invention is provided with a developing device that performs development with free toner, and develops with free toner under the predetermined electric field strength that satisfies the above formula (1) in the opposing area, so that the development can be performed over a wide range. By setting the area, the supply amount of the toner to be developed is increased, so that the allowable range of the developing gap, the number of rotations of the developing sleeve, and the like in designing the machine can be widened. In the case of a thin line high-quality image, particularly, a color image, an image forming apparatus that can obtain an image with excellent reproducibility of a halftone portion can be provided.
[0226]
【The invention's effect】
According to the first to thirteenth aspects of the present invention, by setting the development area in a wider range than the conventional development area, the amount of toner to be developed in the development area is increased, and an image having a high solid density in a solid portion is obtained. Obtainable.
[0227]
According to the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to prevent a trailing edge white spot in a halftone portion and blurring of a horizontal thin line image.
[0228]
According to the fifteenth aspect of the present invention, the toner moves more violently so as to vibrate, and further, a high-quality image can be obtained which is faithfully aligned with the latent image.
[0229]
According to the sixteenth aspect of the present invention, a developing device is provided in which the developing area is set in a wider range than the conventional developing area, so that the supply amount of the toner to be developed is increased without increasing the rotation speed of the developing sleeve. can do.
[0230]
According to the present invention, by setting the developing area in a wide range, the supply amount of the toner to be developed is increased, so that the allowable range of the developing gap, the rotational speed of the developing sleeve, and the like when designing the machine. In the case of a high-quality image of a solid portion or a horizontal thin line, particularly, a color image, an image having excellent halftone portion reproducibility can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view illustrating a basic configuration of a developing device.
FIG. 2 is a sectional view of a developing sleeve.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a basic configuration of a developing device.
FIG. 4A is a diagram illustrating a magnetic force distribution and its magnitude, and FIG. 4B is a diagram illustrating a positional relationship between magnets.
FIGS. 5 (a) to 5 (g) are diagrams illustrating the displacement of the magnetic chain and the generation of loose toner in a stepwise manner.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which a plurality of spikes are formed in a facing region.
FIG. 7 is an enlarged view schematically showing an upright portion.
FIG. 8 is an enlarged view schematically showing a spike portion.
FIG. 9 is a diagram schematically showing an enlarged earing portion.
FIG. 10 is a perspective view illustrating a state in which loose toner is generated in a scattered manner when a magnetic spike comes into contact with a photoconductor.
FIG. 11 is an enlarged view schematically showing a state in which a magnetic ear slides (or approaches) a photoconductor.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which a spike moves toward a photoconductor.
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating an electrostatic force acting on a toner on an image carrier.
FIG. 14 is a diagram schematically illustrating an electrostatic force acting on a toner on an image carrier.
FIG. 15 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus.
[Explanation of symbols]
BR1a, BR1b, BR1c Magnetic brush
SP1a, SP1b, SP1c @ Hot Stand
Claims (17)
像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域に磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる部分が少なくとも1ヶ所以上存在することを特徴とする現像方法。A developer carrier, which is disposed opposite the image carrier and has a magnet inside, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner, and is formed between the image carrier and the developer carrier. The developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner to the developing area is performed by separating the magnetic carrier having toner on the surface into ears and the magnetic carrier surface in the developing area. A developing method for forming a magnetic brush containing free toner,
Field intensity is formed in the region opposed to the image bearing member and the developer carrying member E (V / m) is E ≧ | (A · ρ T · d · R) / (3B 1/2 · ε 0 · v SL ) |
However, B = T C · D 3 · ρ C / (100-T C) · d 3 · ρ T
Here, A: average toner charge (C / kg), T C : toner concentration (wt%), d: average toner particle size (m), D: average magnetic carrier particle size (m), ρ T : toner Specific gravity (kg / m 3 ), ρ C : carrier specific gravity (kg / m 3 ), ε 0 = 8.854 × 10 −12 (F / m), R: diameter of developer carrier (m), v SL : Linear velocity of developer carrier (m / sec)
Wherein at least one or more portions where the spikes of the magnetic carrier stand are present in the region to be formed.
像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域に磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、そして穂が寝る連続部分が少なくとも1ヶ所以上存在することを特徴とする現像方法。A developer carrier, which is disposed opposite the image carrier and has a magnet inside, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner, and is formed between the image carrier and the developer carrier. The developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner to the developing area is performed by separating the magnetic carrier having toner on the surface into ears and the magnetic carrier surface in the developing area. A developing method for forming a magnetic brush containing free toner,
Field intensity is formed in the region opposed to the image bearing member and the developer carrying member E (V / m) is E ≧ | (A · ρ T · d · R) / (3B 1/2 · ε 0 · v SL ) |
However, B = T C · D 3 · ρ C / (100-T C) · d 3 · ρ T
Here, A: average toner charge (C / kg), T C : toner concentration (wt%), d: average toner particle size (m), D: average magnetic carrier particle size (m), ρ T : toner Specific gravity (kg / m 3 ), ρ C : carrier specific gravity (kg / m 3 ), ε 0 = 8.854 × 10 −12 (F / m), R: diameter of developer carrier (m), v SL : Linear velocity of developer carrier (m / sec)
Wherein the spikes in which the magnetic carriers are gathered rise in a region to be formed and at least one or more continuous portions where the spikes lie are present.
前記現像方法は、現像剤担持体上で磁性キャリアが集合した穂が立ち上がるときに、現像領域内の磁石により、磁気ブラシの先端が現像剤担持体上の磁性キャリアの集合した現像剤層から分離した状態であることを特徴とする現像方法。The developing method according to claim 1, wherein
In the developing method, when the spikes on which the magnetic carriers gather on the developer carrier rise, the tip of the magnetic brush is separated from the developer layer on which the magnetic carriers gather on the developer carrier by a magnet in the developing area. A developing method characterized in that the developing method is performed.
前記現像方法は、現像剤担持体上で磁性キャリアが集合した穂が寝るときに、現像領域内の磁石により、磁気ブラシの先端が現像剤担持体上の磁性キャリアの集合した現像剤層と一緒になった状態であることを特徴とする現像方法。The developing method according to claim 1, wherein
In the developing method, when the ears on which the magnetic carriers are gathered fall on the developer carrier, the tip of the magnetic brush is moved together with the developer layer on the developer carrier on which the magnetic carriers are gathered by the magnet in the developing area. A developing method, wherein
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域内で、表面にトナーを有する磁性キャリアから、トナーを像担持体に散布して現像することを特徴とする現像方法。A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
The developing method, the electric field intensity is formed in the region opposed to the image bearing member and the developer carrying member E (V / m) is E ≧ | (A · ρ T · d · R) / (3B 1/2 · ε 0 · v SL ) |
However, B = T C · D 3 · ρ C / (100-T C) · d 3 · ρ T
Here, A: average toner charge (C / kg), T C : toner concentration (wt%), d: average toner particle size (m), D: average magnetic carrier particle size (m), ρ T : toner Specific gravity (kg / m 3 ), ρ C : carrier specific gravity (kg / m 3 ), ε 0 = 8.854 × 10 −12 (F / m), R: diameter of developer carrier (m), v SL : Linear velocity of developer carrier (m / sec)
Developing a toner from a magnetic carrier having a toner on its surface by spraying the toner on an image carrier in a region to be developed.
前記現像方法は、現像領域内で形成される磁気ブラシを像担持体に接触させて、磁性キャリア表面からトナーを離脱させ、この離脱させた遊離トナーを像担持体へ散布させ、現像することを特徴とする現像方法。The developing method according to claim 5,
The developing method includes contacting a magnetic brush formed in a developing area with an image carrier to separate toner from the surface of the magnetic carrier, and spraying the separated free toner to the image carrier to perform development. Characteristic development method.
前記現像方法は、現像領域内で形成される磁気ブラシを像担持体に接触させて、既に現像されているトナーを像担持体から離脱させることを特徴とする現像方法。The developing method according to claim 5, wherein
The developing method is characterized in that a magnetic brush formed in a developing area is brought into contact with an image carrier to release already developed toner from the image carrier.
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域内で、トナーを表面に有する磁性キャリアにより形成される磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて、トナーを現像させることを特徴とする現像方法。A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
The developing method, the electric field intensity is formed in the region opposed to the image bearing member and the developer carrying member E (V / m) is E ≧ | (A · ρ T · d · R) / (3B 1/2 · ε 0 · v SL ) |
However, B = T C · D 3 · ρ C / (100-T C) · d 3 · ρ T
Here, A: average toner charge (C / kg), T C : toner concentration (wt%), d: average toner particle size (m), D: average magnetic carrier particle size (m), ρ T : toner Specific gravity (kg / m 3 ), ρ C : carrier specific gravity (kg / m 3 ), ε 0 = 8.854 × 10 −12 (F / m), R: diameter of developer carrier (m), v SL : Linear velocity of developer carrier (m / sec)
Developing a toner by rubbing or bringing a magnetic brush formed of a magnetic carrier having a toner on its surface into contact with an image carrier in a region to be formed.
前記現像方法は、現像領域内で、磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて、既に現像されたトナーを像担持体から離脱させることを特徴とする現像方法。The developing method according to claim 8,
The developing method is characterized in that a magnetic brush is rubbed or brought into contact with an image carrier in a developing area to release already developed toner from the image carrier.
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域で、表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成し、磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、そして穂が寝る間にトナーを離脱させて現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に接触させて離脱させる遊離トナーを像担持体へ散布して現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて現像することを特徴とする現像方法。A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
The developing method, the electric field intensity is formed in the region opposed to the image bearing member and the developer carrying member E (V / m) is E ≧ | (A · ρ T · d · R) / (3B 1/2 · ε 0 · v SL ) |
However, B = T C · D 3 · ρ C / (100-T C) · d 3 · ρ T
Here, A: average toner charge (C / kg), T C : toner concentration (wt%), d: average toner particle size (m), D: average magnetic carrier particle size (m), ρ T : toner Specific gravity (kg / m 3 ), ρ C : carrier specific gravity (kg / m 3 ), ε 0 = 8.854 × 10 −12 (F / m), R: diameter of developer carrier (m), v SL : Linear velocity of developer carrier (m / sec)
In the region where the magnetic carrier having the toner on the surface is gathered, a magnetic brush including the free toner to be detached from the surface of the magnetic carrier is formed, and the gathered ears of the magnetic carrier rise, and while the ear is sleeping The toner is released and developed, and the free toner to be released by contacting the magnetic brush with the image carrier is sprayed and developed on the image carrier, and the magnetic brush is rubbed or brought close to the image carrier. A developing method characterized by developing.
前記現像方法は、現像領域で形成される磁気ブラシを像担持体に接触させて、像担持体からトナーを離脱させ、かつ、磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させて、既に現像されたトナーを像担持体から離脱させることを特徴とする現像方法。The developing method according to claim 10,
In the developing method, the magnetic brush formed in the developing area is brought into contact with the image carrier to release the toner from the image carrier, and the magnetic brush is rubbed or brought close to the image carrier, and the toner is already developed. A developing method, wherein the toner is released from the image carrier.
前記現像方法は、像担持体と現像剤担持体との対向領域に形成される電界強度E(V/m)が
E≧|(A・ρT・d・R)/(3B1/2・ε0・vSL)|
ただし、B=TC・D3・ρC/(100−TC)・d3・ρT
ここで、A:トナー平均帯電量(C/kg)、TC:トナー濃度(wt%)、d:トナー平均粒径(m)、D:磁性キャリア平均粒径(m)、ρT:トナー比重(kg/m3)、ρC:キャリア比重(kg/m3)、ε0=8.854×10−12(F/m)、R;現像剤担持体の直径(m)、vSL:現像剤担持体の線速(m/sec)
となる領域で、表面にトナーを有する磁性キャリアが集合した穂と、磁性キャリア表面から離脱させる遊離トナーとを含む磁気ブラシを形成し、磁性キャリアの集合した穂が立ち上がり、さらに寝る間にトナーを離脱させて現像し、かつ、磁気ブラシを像担持体に近接させて現像することを特徴とする現像方法。A developer carrier having a magnet therein, which is disposed opposite to the image carrier, carries a two-component developer including toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, and is formed between the developer and the image carrier. In a developing method of transporting the latent image formed on the surface of the image carrier with toner,
The developing method, the electric field intensity is formed in the region opposed to the image bearing member and the developer carrying member E (V / m) is E ≧ | (A · ρ T · d · R) / (3B 1/2 · ε 0 · v SL ) |
However, B = T C · D 3 · ρ C / (100-T C) · d 3 · ρ T
Here, A: average toner charge (C / kg), T C : toner concentration (wt%), d: average toner particle size (m), D: average magnetic carrier particle size (m), ρ T : toner Specific gravity (kg / m 3 ), ρ C : carrier specific gravity (kg / m 3 ), ε 0 = 8.854 × 10 −12 (F / m), R: diameter of developer carrier (m), v SL : Linear velocity of developer carrier (m / sec)
In the area where the magnetic carrier having the toner on the surface is gathered, a magnetic brush including a free toner to be detached from the surface of the magnetic carrier is formed. A developing method, wherein the developing is performed by detaching the magnetic brush and the magnetic brush is brought close to the image carrier.
前記現像方法は、現像剤担持体上に形成される磁性ブラシが、像担持体に非接触状態で現像することを特徴とする現像方法。The developing method according to claim 12,
In the developing method, the magnetic brush formed on the developer carrier develops the image carrier in a non-contact state.
前記現像方法は、現像剤担持体(Vs)と像担持体(Vp)との線速比(Vs/Vp)は、0.9<Vs/Vp<4の範囲にあることを特徴とする現像方法。The developing method according to any one of claims 1 to 13,
In the developing method, a linear velocity ratio (Vs / Vp) between the developer carrier (Vs) and the image carrier (Vp) is in a range of 0.9 <Vs / Vp <4. Method.
前記現像方法は、前記像担持体と前記現像剤担持体間に印加する電界で現像するのであり、この電界が交番電界であることを特徴とする現像方法。The developing method according to any one of claims 1 to 14,
In the developing method, the developing is performed by an electric field applied between the image carrier and the developer carrier, and the electric field is an alternating electric field.
前記現像装置は、請求項1乃至15の何れかに記載の現像方法により現像することを特徴とする現像装置。A developer carrier having a magnet therein is disposed facing the image carrier, and the developer carrier carries a two-component developer including a toner and a magnetic carrier holding the toner on the surface, In a developing device that conveys to a developing area, applies an electric field between the developer carrier and the image carrier, and develops a latent image formed on the surface of the image carrier with toner.
A developing device for performing development by the developing method according to claim 1.
前記画像形成装置は、請求項16に記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。An image carrier having photoconductivity and forming a latent image on the surface, a charging device for charging the image carrier, and a magnetic carrier arranged to face the image carrier and holding toner and toner on the surface. An image forming apparatus having a developing device for storing and forming a toner image on the surface of the image carrier and a transfer device for transferring the toner image formed on the surface of the image carrier to a recording member,
An image forming apparatus comprising the developing device according to claim 16.
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