JP5250271B2 - Developing device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を周表面に保持して搬送する磁気ローラと、磁気ローラに所定の隙間をおいて配設された現像ローラとを備え、磁気ローラに保持された現像剤中のトナーが現像ローラの周表面に静電的に付着させられる現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置（例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機）に関する。 The present invention includes a magnetic roller that conveys a two-component developer composed of a magnetic carrier and a non-magnetic toner while holding the peripheral surface, and a developing roller that is disposed with a predetermined gap between the magnetic roller and a magnetic roller. A developing device in which the toner in the developer held on the roller is electrostatically adhered to the peripheral surface of the developing roller, and an image forming apparatus (for example, a copying machine, a printer, a facsimile machine, and a composite machine thereof) including the developing device )
磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を周表面に保持して搬送する磁気ローラと、磁気ローラに所定の隙間をおいて配設された現像ローラとを備え、磁気ローラに保持された現像剤中のトナーが現像ローラの周表面に静電的に付着させられる現像装置は、特許文献１に開示されている。この、いわゆるハイブリッド式現像装置によれば、タンデム型のカラー画像形成装置において、色の異なるトナーを相互に乱すことなく像担持体上又は記録媒体上に正確に重ねることができるので、色ズレの少ない高画質のカラー画像の形成が可能である。
上記現像装置において、現像ローラはアルミニウム製であるが、現像ローラへの印加電位の、感光体ドラムへのリークを防止するため、現像ローラの表面にアルミニウムの酸化皮膜が形成されている（換言すれば、アルマイト処理が施されている）。そして上記現像装置を備えた画像形成装置において、エージング（電源投入後のウォームアップ、ジャム処理後のウォームアップなどの現像準備作動）が行われた場合には、現像ローラと磁気ローラとの間で相対回転が行われるが、その際、磁気ローラ上の現像剤(すなわち磁性キャリアと非磁性トナーとからなる磁気ブラシ)により現像ローラ上の未現像トナーが摺擦される。そして該摺擦において、トナーと現像ローラ表面に形成されたアルミニウムの酸化皮膜との間に摩擦が生ずるが、この摩擦によりトナーの帯電量が過剰にアップしてしまう場合がある。その結果、現像ローラ表面に存在する、帯電性が高く電荷鏡像力の大きな小径のトナーは、より大きな電荷を保持し鏡像力もより大きくなってしまった。このように、現像ローラ表面の、帯電量が過剰にアップしたトナーは、現像ローラに所定のバイアス電圧が印加されても、現像ローラ表面から離れにくくなるので、現像ローラ表面から感光体ドラム表面へのトナーの飛翔が所要のとおりに円滑に遂行されず、感光体ドラム表面に対する現像性が低下するとともに、現像ローラ表面に存在する未現像トナーの、現像ローラから磁気ローラへの引き剥がし性も低下するため、さらに現像性を低下させることになる。このような不具合の発生は、現像ローラと磁気ローラの周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である場合には、より顕著に認められた。よって、表面にアルマイト処理を施した現像ローラを含む現像装置を備えた画像形成装置においては、現像性と引き剥がし性を両立しつつ、長期に渡って安定した画像形成を行うことが困難であった。 In the above developing device, the developing roller is made of aluminum, but an aluminum oxide film is formed on the surface of the developing roller in order to prevent leakage of the potential applied to the developing roller to the photosensitive drum (in other words, Alumite treatment). In the image forming apparatus provided with the above developing device, when aging (development preparation operation such as warm-up after power-on, warm-up after jam processing) is performed, between the developing roller and the magnetic roller Although relative rotation is performed, undeveloped toner on the developing roller is rubbed by a developer on the magnetic roller (that is, a magnetic brush made of a magnetic carrier and nonmagnetic toner). In the rubbing, friction is generated between the toner and the aluminum oxide film formed on the surface of the developing roller. The friction may increase the charge amount of the toner excessively. As a result, the small diameter toner having a high chargeability and a large charge mirror image force present on the surface of the developing roller retains a larger charge and has a larger mirror image force. As described above, the toner whose charging amount is excessively increased on the surface of the developing roller is not easily separated from the surface of the developing roller even when a predetermined bias voltage is applied to the developing roller. The toner does not fly smoothly as required, the developability on the surface of the photosensitive drum is lowered, and the undeveloped toner existing on the surface of the developing roller is also peeled off from the developing roller to the magnetic roller. Therefore, developability is further reduced. The occurrence of such a problem was more noticeable when the peripheral speed difference between the developing roller and the magnetic roller was 600 mm / sec or more. Therefore, in an image forming apparatus provided with a developing device including a developing roller having an alumite treatment on the surface, it is difficult to stably form an image for a long time while achieving both developability and peelability. It was.
本発明の目的は、現像ローラから感光体ドラム表面へのトナーの飛翔が所要のとおりに円滑に遂行されて感光体ドラム表面に対する所要の現像性を確保しかつ、未現像トナーの現像ローラから磁気ローラへの引き剥がし性を所要のとおりに確保することを可能にする、新規な現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することである。 It is an object of the present invention to ensure that required toner develops with respect to the surface of the photosensitive drum by smoothly flying toner from the developing roller to the surface of the photosensitive drum as required, and from the developing roller for undeveloped toner. It is an object of the present invention to provide a novel developing device and an image forming apparatus including the developing device, which can ensure the peelability to a roller as required.
本発明の一局面によれば、
磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を周表面に保持して搬送する磁気ローラと、磁気ローラに所定の隙間をおいて配設された現像ローラとを備え、磁気ローラに保持された現像剤中のトナーが現像ローラの周表面に静電的に付着させられ、磁気ローラと現像ローラの周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である現像装置において、現像ローラの周表面には合成樹脂被覆層が配設され、合成樹脂被覆層は、磁性キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性であり、
現像ローラはアルミニウム製であり、合成樹脂被覆層の下層として、体積抵抗率が１０８〜１０１１Ω・ｃｍである下層が配設され、該下層はアルミニウムの酸化皮膜から形成され、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は１０３〜１０７Ω・ｃｍである、
ことを特徴とする現像装置、が提供される。
合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成される、ことが好ましい。
合成樹脂被覆層は、表面粗さＲａが０．１０〜０．８０、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０である、ことが好ましい。
磁気ローラの内部には静止永久磁石が配設され、現像ローラの内部であって、磁気ローラに対向する側の内部には、静止磁性部材が配設されている、ことが好ましい。
本発明の他の局面によれば、
像担持体と、像担持体に所定の隙間をおいて配置された現像ローラを含む現像装置とを備え、現像ローラの周表面に静電的に付着されたトナーが感光体ドラムの表面に飛翔されることにより感光体ドラムの周表面に形成された静電潜像を現像する画像形成装置において、該現像装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置から構成される、ことを特徴とする画像形成装置、が提供される。
According to one aspect of the present invention,
A magnetic roller that holds and conveys a two-component developer composed of a magnetic carrier and non-magnetic toner on the peripheral surface, and a developing roller that is disposed with a predetermined gap between the magnetic roller and is held by the magnetic roller. In the developing device in which the toner in the developer is electrostatically attached to the peripheral surface of the developing roller and the peripheral speed difference between the magnetic roller and the developing roller is 600 mm / sec or more, the peripheral surface of the developing roller is made of synthetic resin. coating layer is disposed, the synthetic resin coating layer, charge polarity by friction with the magnetic carrier is the same polarity as the toner,
The developing roller is made of aluminum, and a lower layer having a volume resistivity of 108 to 1011 Ω · cm is disposed as a lower layer of the synthetic resin coating layer. The lower layer is formed of an aluminum oxide film, and the volume of the synthetic resin coating layer is The resistivity is 103 to 107 Ω · cm.
A developing device is provided.
The synthetic resin coating layer is preferably composed of silicone-modified polyurethane.
Synthetic resin coating layer, the table surface roughness Ra of 0.10 to 0.80, the surface friction coefficient μ is 0.10 to 0.50, it is preferable.
Inside the magnetic roller is arranged stationary permanent magnet, a the developing roller, in the interior of the side facing the magnetic roller, a stationary magnetic member is disposed, it is preferable.
According to another aspect of the invention,
An image bearing member and a developing device including a developing roller disposed with a predetermined gap between the image bearing member and toner electrostatically attached to the peripheral surface of the developing roller fly to the surface of the photosensitive drum. an image forming apparatus for developing an electrostatic latent image formed on the peripheral surface of the photosensitive drum by being, developing apparatus is composed of a developing device according to any one of claims 1 to 4 An image forming apparatus is provided.
以下、本発明に従って構成された現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置であるタンデム型カラープリンタ（以下、「プリンタ」と略称する）の好適な実施形態を、添付図面を参照して更に詳細に説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a developing device constructed according to the present invention and a tandem color printer (hereinafter abbreviated as “printer”), which is an image forming apparatus provided with the developing device, will be described below with reference to the accompanying drawings. Further details will be described.
図８には、本発明に従って構成された現像装置を備えたプリンタの概略構成断面図が示されている。図示のプリンタは、ほぼ直方体形状のプリンタ本体２を備えている。プリンタ本体２内には、ブラック用作像手段３、シアン用作像手段４、マゼンタ用作像手段５及びイエロー用作像手段６が、水平方向に図８において左から右に向かってこの順に配列されている。これらの作像手段３、４、５及び６は、それぞれ、感光体ドラム１０、帯電器１２、露光装置（実施形態においては露光装置の一部であるＬＥＤヘッド）１４、後に詳述する現像装置１００、転写ローラ１６、クリーニング装置１８などの作像エレメントを備えている。なお、図８においては、図示の簡略化のため、上記作像エレメントの符号は、ブラック用作像手段３においてのみ付してある。各作像手段３、４、５及び６の現像装置１００には、それぞれ、対応する色のトナーを補給するためのトナーコンテナ１００Ａが装着されている。 FIG. 8 shows a schematic sectional view of a printer provided with a developing device constructed according to the present invention. The illustrated printer includes a printer body 2 having a substantially rectangular parallelepiped shape. In the printer main body 2, black image forming means 3, cyan image forming means 4, magenta image forming means 5 and yellow image forming means 6 are arranged in this order from left to right in FIG. 8 in the horizontal direction. It is arranged. These image forming means 3, 4, 5 and 6 are a photosensitive drum 10, a charger 12, an exposure device (LED head which is a part of the exposure device in the embodiment) 14, and a developing device which will be described in detail later. 100, an image forming element such as a transfer roller 16 and a cleaning device 18 are provided. In FIG. 8, for simplification of illustration, the reference numeral of the image forming element is attached only to the black image forming means 3. The developing devices 100 of the image forming units 3, 4, 5, and 6 are each equipped with a toner container 100 </ b> A for supplying corresponding color toner.
作像手段３、４、５及び６の下側には、搬送ベルト機構２０が配設されている。搬送ベルト機構２０は、駆動ローラ２０Ａと、被駆動ローラ２０Ｂと、駆動ローラ２０Ａ及び被駆動ローラ２０Ｂ間に巻き掛けられた無端状の搬送ベルト２０Ｃとを備えている。搬送ベルト２０Ｃの上側の移動面２０ａは、作像手段３、４、５及び６における感光体ドラム１０と転写ローラ１６との間を通ってほぼ水平横方向に延在し、かつ記録媒体である用紙の搬送面を形成している。搬送ベルト２０Ｃは、駆動ローラ２０Ａ及び被駆動ローラ２０Ｂにより、図８において反時計方向（図８における矢印方向）に回転移動させられる。搬送ベルト機構２０の下方には、３個の給紙カセット２２が配設されている。搬送ベルト機構２０の下流側には定着装置２４、排出ローラ２６、排紙トレイ２８などが配設されている。排紙トレイ２８はプリンタ本体２の上面に配設されている。給紙カセット２２のいずれか１個から送り出された用紙は、搬送ベルト機構２０により感光体ドラム１０と転写ローラ１６との間を通して搬送される。用紙には、カラー画像に対応した色のトナーが順次に重合転写され、定着装置２４により定着された後、排出ローラ２６により排紙トレイ２８にいわゆるフェースダウンの形態で排出される。 A conveyor belt mechanism 20 is disposed below the image forming means 3, 4, 5 and 6. The conveyance belt mechanism 20 includes a driving roller 20A, a driven roller 20B, and an endless conveyance belt 20C wound between the driving roller 20A and the driven roller 20B. A moving surface 20a on the upper side of the conveying belt 20C extends between the photosensitive drum 10 and the transfer roller 16 in the image forming units 3, 4, 5 and 6, and extends substantially horizontally and is a recording medium. Forms a paper transport surface. The conveyor belt 20C is rotated and moved counterclockwise in FIG. 8 (arrow direction in FIG. 8) by the driving roller 20A and the driven roller 20B. Below the conveying belt mechanism 20, three paper feeding cassettes 22 are arranged. A fixing device 24, a discharge roller 26, a discharge tray 28, and the like are disposed on the downstream side of the transport belt mechanism 20. The paper discharge tray 28 is disposed on the upper surface of the printer main body 2. The sheet fed from any one of the sheet feeding cassettes 22 is transported between the photosensitive drum 10 and the transfer roller 16 by the transport belt mechanism 20. The toner of the color corresponding to the color image is sequentially superposed and transferred onto the paper, fixed by the fixing device 24, and then discharged to the paper discharge tray 28 by a discharge roller 26 in a so-called face-down manner.
次に、上記プリンタに備えられた現像装置１００を含む作像手段３、４、５及び６について詳細に説明する。なお、作像手段３、４、５及び６の構成及び作用は相互に実質的に同じであるので、以下、それらを代表して、ブラック用作像手段３について説明する。 Next, the image forming means 3, 4, 5, and 6 including the developing device 100 provided in the printer will be described in detail. Since the image forming means 3, 4, 5 and 6 have substantially the same configuration and operation, the black image forming means 3 will be described below as a representative example.
図１を参照して、先にも述べたように、作像手段３は、感光体ドラム１０、帯電器１２、露光装置１４、現像装置１００、転写ローラ１６、クリーニング装置１８などの作像エレメントを備えている。感光体ドラム１０における感光材料として、正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）、ａ−ｓｉ感光体などを用いることができる。露光装置１４は、半導体レーザもしくはＬＥＤヘッドを用いることができる。 As described above with reference to FIG. 1, the image forming unit 3 includes image forming elements such as the photosensitive drum 10, the charger 12, the exposure device 14, the developing device 100, the transfer roller 16, and the cleaning device 18. It has. As the photosensitive material in the photosensitive drum 10, a positively charged organic photosensitive member (positive OPC), an a-si photosensitive member, or the like can be used. The exposure device 14 can use a semiconductor laser or an LED head.
現像装置１００は、適宜の合成樹脂から形成することができるハウジング１１０を備えている。ハウジング１１０の、感光体ドラム１０と対向する端面は開口されており、ハウジング１１０内には磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤が収容されている。ハウジング１１０内には、収容された２成分現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送手段１２０と、現像剤を周表面に磁気的に吸引保持して搬送する磁気ローラ１３０と、磁気ローラ１３０及び感光体ドラム１０の各々の周表面に対し所定の隙間をおいて配設されてトナーのみが付着させられる現像ローラ１４０とがそれぞれ回転自在に配設されている。 The developing device 100 includes a housing 110 that can be formed from an appropriate synthetic resin. An end surface of the housing 110 facing the photosensitive drum 10 is opened, and a two-component developer composed of a magnetic carrier and a nonmagnetic toner is accommodated in the housing 110. In the housing 110, the agitating / conveying means 120 that agitates and conveys the two-component developer contained therein, the magnetic roller 130 that magnetically holds and conveys the developer on the peripheral surface, the magnetic roller 130, and the photosensitive drum. A developing roller 140 that is disposed with a predetermined gap with respect to each peripheral surface 10 and to which only toner is attached is rotatably disposed.
磁気ローラ１３０は、アルミニウムなどの非磁性材料からなる円筒状の磁気スリーブ１３２と、磁気スリーブ１３２内に配設されかつ複数の磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２がこの順に周方向に配列された静止永久磁石１３４とを備えている。静止永久磁石１３４については更に後述する。磁気スリーブ１３２の周表面には２成分現像剤が磁気的に吸引保持されて磁気ブラシが形成され、磁気スリーブ１３２の回転により２成分現像剤が搬送される。この磁気ローラ１３０には、第１の直流電源装置１３６によって所定の直流バイアス電圧が印加されると共に、第１の交流電源装置１３８によって交流バイアス電圧が重畳して印加されるよう構成されている。 The magnetic roller 130 includes a cylindrical magnetic sleeve 132 made of a nonmagnetic material such as aluminum, and a plurality of magnetic poles N1, S1, N2, N3, and S2 arranged in this order in the circumferential direction. And a stationary permanent magnet 134. The stationary permanent magnet 134 will be further described later. The two-component developer is magnetically attracted and held on the peripheral surface of the magnetic sleeve 132 to form a magnetic brush, and the two-component developer is conveyed by the rotation of the magnetic sleeve 132. A predetermined DC bias voltage is applied to the magnetic roller 130 by the first DC power supply device 136, and an AC bias voltage is superimposed and applied by the first AC power supply device 138.
現像ローラ１４０は、導電性の金属、実施形態においてはアルミニウムからなる円筒状部材（スリーブ）１４２と、円筒状部材１４２内に配設された静止磁性部材１４４とを備えている。静止磁性部材１４４は、現像ローラ１４０の、磁気ローラ１３０に対向する内側に配設されている。現像ローラ１４０には、第２の直流電源装置１４６によって所定の直流バイアス電圧が印加されると共に、第２の交流電源装置１４８によって交流バイアス電圧が重畳して印加されるよう構成されている。 The developing roller 140 includes a cylindrical member (sleeve) 142 made of a conductive metal, in the embodiment, aluminum, and a stationary magnetic member 144 disposed in the cylindrical member 142. The stationary magnetic member 144 is disposed on the inner side of the developing roller 140 facing the magnetic roller 130. A predetermined DC bias voltage is applied to the developing roller 140 by the second DC power supply device 146, and an AC bias voltage is applied in a superimposed manner by the second AC power supply device 148.
ハウジング１１０内には、磁気ローラ１３０と隣接する位置に第１の現像剤撹拌室１１２が設けられ、更に第１の現像剤撹拌室１１２と隔壁１１３によって仕切られた第２の現像剤撹拌室１１４が設けられている。第１及び第２の現像剤撹拌室１１２及び１１４は、磁気ローラ１３０の軸方向両端部において相互に連通され、全体として無端状の循環搬送路が形成される。この循環搬送路は、ハウジング１１０内の現像室を構成する。第１の現像剤撹拌室１１２は、磁気ローラ１３０と平行に磁気ローラ１３０に沿って直線状に延在する。第２の現像剤撹拌室１１４は、隔壁１１３を挟んで第１の現像剤撹拌室１１２と平行に直線状に延在する。 In the housing 110, a first developer stirring chamber 112 is provided at a position adjacent to the magnetic roller 130, and further, a second developer stirring chamber 114 partitioned by the first developer stirring chamber 112 and the partition wall 113. Is provided. The first and second developer agitating chambers 112 and 114 communicate with each other at both axial ends of the magnetic roller 130 to form an endless circulation conveyance path as a whole. This circulation conveyance path constitutes a developing chamber in the housing 110. The first developer stirring chamber 112 extends linearly along the magnetic roller 130 in parallel with the magnetic roller 130. The second developer stirring chamber 114 extends linearly in parallel with the first developer stirring chamber 112 with the partition wall 113 interposed therebetween.
撹拌搬送手段１２０は、第１の撹拌搬送部材である第１の回転螺旋羽根部材１２２と、第２の撹拌搬送部材である第２の回転螺旋羽根部材１２４とからなる。第１の回転螺旋羽根部材１２２は、第１の現像剤撹拌室１１２に沿って直線状に延在するよう第１の現像剤撹拌室１１２内に回転自在に配設され、第２の回転螺旋羽根部材１２４は、第２の現像剤撹拌室１１４に沿って直線状に延在するよう第２の現像剤撹拌室１１４内に回転自在に配設されている。ハウジング１１０内にはまた、磁気ローラ１３０の周表面に保持された現像剤の層厚を規制する層厚規制ブレード１１６が設けられている。 The agitating and conveying means 120 includes a first rotating spiral blade member 122 that is a first agitating and conveying member, and a second rotating spiral blade member 124 that is a second agitating and conveying member. The first rotating spiral blade member 122 is rotatably arranged in the first developer agitating chamber 112 so as to extend linearly along the first developer agitating chamber 112, and the second rotating spiral blade 122. The blade member 124 is rotatably disposed in the second developer stirring chamber 114 so as to extend linearly along the second developer stirring chamber 114. A layer thickness regulating blade 116 that regulates the layer thickness of the developer held on the peripheral surface of the magnetic roller 130 is also provided in the housing 110.
実施形態において、静止永久磁石１３４は、複数の磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２がこの順に周方向に配列されるよう構成され、相互に同極である一対の磁極（反発極）は、磁極Ｎ２とＮ３により構成されている。すなわち、静止永久磁石１３４は、現像ローラ１４０に最接近した位置にある磁極Ｎ１、第１の回転螺旋羽根部材１２２により撹拌搬送された２成分現像剤を受け取って保持し、磁気スリーブ１３２の周表面に形成された磁気ブラシの高さを規制する層厚規制ブレード１１６によって穂切りを行う穂切り領域に位置する穂切り磁極Ｎ３、最接近磁極Ｎ１へ穂切りされた磁気ブラシを搬送する搬送磁極Ｓ２、最接近磁極Ｎ１から磁気ブラシを受け取る搬送磁極Ｓ１、搬送磁極Ｓ１から磁気ブラシを受け取って第１の現像剤撹拌室１１２内に搬送する搬送磁極Ｎ２により構成されている。 In the embodiment, the stationary permanent magnet 134 is configured such that a plurality of magnetic poles N1, S1, N2, N3, and S2 are arranged in the circumferential direction in this order, and a pair of magnetic poles (repulsive poles) having the same polarity are It is composed of magnetic poles N2 and N3. That is, the stationary permanent magnet 134 receives and holds the two-component developer agitated and conveyed by the magnetic pole N1 and the first rotating spiral blade member 122 located closest to the developing roller 140, and the peripheral surface of the magnetic sleeve 132 The magnetic pole N3 located in the ear cutting region where the ear is cut by the layer thickness regulating blade 116 that regulates the height of the magnetic brush formed on the head, and the magnetic pole S2 that carries the magnetic brush cut into the closest magnetic pole N1 The transfer magnetic pole S1 receives the magnetic brush from the closest magnetic pole N1, and the transfer magnetic pole N2 receives the magnetic brush from the transfer magnetic pole S1 and transfers the magnetic brush into the first developer stirring chamber 112.
図示の実施形態における作像手段３は上記したように構成されており、以下、作像手段３における現像装置１００の基本的な現像作用について説明する。 The image forming unit 3 in the illustrated embodiment is configured as described above. Hereinafter, a basic developing operation of the developing device 100 in the image forming unit 3 will be described.
図１を参照して、感光体ドラム１０、現像装置１００における現像ローラ１４０、磁気ローラ１３０、第１の回転螺旋羽根部材１２２及び第２の回転螺旋羽根部材１２４は、それぞれ図示しない駆動手段により図１に示す矢印方向に回転駆動される。静電潜像担持体である感光体ドラム１０の表面は、帯電器１２により所定の電圧に一様に帯電され、露光装置１４により露光が行われて感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。第１及び第２の回転螺旋羽根部材１２２及び１２４の回転駆動により、現像剤が攪拌されてトナーが適正なレベルに帯電させられる。第１の現像剤撹拌室１１２内の２成分現像剤は、磁気スリーブ１３２の周表面に保持される。磁気スリーブ１３２の周表面に保持された現像剤は、層厚規正ブレード１１６を通過することにより所定の厚さに形成される。 Referring to FIG. 1, the photosensitive drum 10, the developing roller 140, the magnetic roller 130, the first rotating spiral blade member 122, and the second rotating spiral blade member 124 in the developing device 100 are respectively illustrated by driving means (not shown). 1 is rotated in the direction of the arrow shown in FIG. The surface of the photosensitive drum 10 which is an electrostatic latent image carrier is uniformly charged to a predetermined voltage by the charger 12 and is exposed by the exposure device 14 so that the electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 10. Is formed. By rotating the first and second rotating spiral blade members 122 and 124, the developer is stirred and the toner is charged to an appropriate level. The two-component developer in the first developer stirring chamber 112 is held on the peripheral surface of the magnetic sleeve 132. The developer held on the peripheral surface of the magnetic sleeve 132 is formed to a predetermined thickness by passing through the layer thickness regulating blade 116 .
このようにして磁気スリーブ１３２の周表面に保持された現像剤は、一定の厚さで現像ローラ１４０の周表面に保持される。磁気スリーブ１３２には第１の直流電源装置１３６によって所定の直流バイアス電圧が印加されかつ、第１の交流電源装置１３８によって交流バイアス電圧が重畳して印加されており、現像ローラ１４０には第２の直流電源装置１４６によって所定の直流バイアス電圧が印加されているので、磁気スリーブ１３２と現像ローラ１４０の電位差によって、現像ローラ１４０の周表面にトナーのみが吸着されてトナーの薄層が形成される。 The developer held on the peripheral surface of the magnetic sleeve 132 in this way is held on the peripheral surface of the developing roller 140 with a certain thickness. A predetermined DC bias voltage is applied to the magnetic sleeve 132 by the first DC power supply device 136, and an AC bias voltage is applied in a superimposed manner by the first AC power supply device 138. Since a predetermined DC bias voltage is applied by the DC power supply device 146, only a toner is adsorbed on the peripheral surface of the developing roller 140 by a potential difference between the magnetic sleeve 132 and the developing roller 140, and a thin layer of toner is formed. .
現像ローラ１４０の周表面に静電的に付着されたトナーは、現像ローラ１４０に、第２の交流電源装置１４８によって交流バイアス電圧を重畳して印加することにより、感光体ドラム１０の周表面に形成された静電潜像に飛翔させられ、静電潜像が現像される。なお、トナーの飛散を防ぐために、現像ローラ１４０への交流バイアス電圧の印加は現像の直前に行われる。 The toner electrostatically attached to the peripheral surface of the developing roller 140 is applied to the peripheral surface of the photosensitive drum 10 by applying an alternating bias voltage to the developing roller 140 by a second AC power supply device 148. The electrostatic latent image thus formed is caused to fly and the electrostatic latent image is developed. In order to prevent the toner from scattering, the AC bias voltage is applied to the developing roller 140 immediately before the development.
上記現像装置１００において、磁気ローラ１３０と現像ローラ１４０とは、その対向面においての周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定されている。図示の実施形態において、磁気ローラ１３０及び現像ローラ１４０の回転方向は共に同じ方向に設定されており、相互の対向面においては相互に逆方向に移動するので、上記周速度差は、相互の対向面における相対周速度差を意味する。他方、磁気ローラ１３０及び現像ローラ１４０の回転方向が相互に逆方向である実施形態の場合、相互の対向面においては相互に同じ方向に移動するので、上記周速度差は、単なる周速度差を意味する。 In the developing device 100, the magnetic roller 130 and the developing roller 140 are set to have a peripheral speed difference of 600 mm / sec or more on the facing surface. In the illustrated embodiment, the rotation directions of the magnetic roller 130 and the developing roller 140 are both set in the same direction, and the opposing surfaces move in opposite directions. It means the relative peripheral speed difference on the surface. On the other hand, in the embodiment in which the rotation directions of the magnetic roller 130 and the developing roller 140 are opposite to each other, they move in the same direction on the mutually facing surfaces, so the circumferential speed difference is simply a circumferential speed difference. means.
先に述べたように、従来装置において、現像ローラ１４０と磁気ローラ１４０の周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である場合には、感光体ドラム１０表面に対する現像性が低下するとともに、現像ローラ１４０表面に存在する未現像トナーの、現像ローラ１４０から磁気ローラ１３０への引き剥がし性も低下する、との不具合がより顕著に発生した。このような技術的課題を解消するため、本発明においては、現像ローラ１４０の周表面、すなわち現像ローラ１４０を構成するアルミニウムからなる円筒状部材（スリーブ）１４２の周表面に、合成樹脂被覆層が配設され、この合成樹脂被覆層は、磁性キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性であるよう構成されている。その結果、磁気ローラ１３０上の現像剤(すなわち磁性キャリアと非磁性トナーとからなる磁気ブラシ)により現像ローラ１４０上の未現像トナーが摺擦されて、トナーと現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層との間に摩擦が生じても、この摩擦によるトナーの帯電量の過剰なアップが抑制され、トナーの、現像ローラ１４０表面、すなわち合成樹脂被覆層の表面に対する付着性が低減されるので、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０表面へのトナーの飛翔（すなわちトナーの受け渡し）が所要のとおりに円滑に遂行されて感光体ドラム１０表面に対する所要の現像性を確保しかつ、現像ローラ１４０表面、すなわち合成樹脂被覆層の表面に存在する未現像トナーの、現像ローラ１４０から磁気ローラ１３０への引き剥がし性を所要のとおりに確保することを可能にする。 As described above, in the conventional apparatus, when the peripheral speed difference between the developing roller 140 and the magnetic roller 140 is 600 mm / sec or more, the developability with respect to the surface of the photosensitive drum 10 is lowered and the surface of the developing roller 140 is also removed. The problem that the unpeeled toner existing in the toner is peeled off from the developing roller 140 to the magnetic roller 130 is more remarkable. In order to eliminate such technical problems, in the present invention, a synthetic resin coating layer is formed on the peripheral surface of the developing roller 140, that is, on the peripheral surface of the cylindrical member (sleeve) 142 made of aluminum constituting the developing roller 140. The synthetic resin coating layer is arranged such that the charging polarity by friction with the magnetic carrier is the same as that of the toner. As a result, the undeveloped toner on the developing roller 140 is rubbed by the developer on the magnetic roller 130 (that is, a magnetic brush made of a magnetic carrier and non-magnetic toner), and the synthetic resin coating layer on the surface of the toner and the developing roller 140 Even if friction occurs, excessive increase in the toner charge amount due to this friction is suppressed, and adhesion of the toner to the surface of the developing roller 140, that is, the surface of the synthetic resin coating layer is reduced. The flying of toner from the roller 140 to the surface of the photosensitive drum 10 (that is, the transfer of toner) is smoothly performed as required to ensure the required developability on the surface of the photosensitive drum 10, and the surface of the developing roller 140, It is necessary to peel off undeveloped toner existing on the surface of the synthetic resin coating layer from the developing roller 140 to the magnetic roller 130. It will be possible to achieve in Ri.
トナーとして正帯電トナーを用いた場合、合成樹脂被覆層をシリコーン変性ポリウレタンから構成することが好ましい。この理由は、ポリウレタンとトナーの摩擦帯電系列が同じであるのでトナーの静電的な付着力を低減できること、及びポリウレタンをシリコーンで変性することで付着力を更に低減できること、などである。 When a positively charged toner is used as the toner, the synthetic resin coating layer is preferably composed of silicone-modified polyurethane. This is because the triboelectric charging series of the polyurethane and the toner are the same, so that the electrostatic adhesive force of the toner can be reduced, and the adhesive force can be further reduced by modifying the polyurethane with silicone.
合成樹脂被覆層は、体積抵抗率が１０３〜１０７Ω・ｃｍ、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが０．１０〜０．８０、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０である、ことが好ましい。体積抵抗率が１０３〜１０７Ω・ｃｍであると、現像ローラ１４０への印加電位の、感光体ドラム１０へのリーク及び合成樹脂被覆層の過剰な電荷蓄積及びトナーの過剰な帯電を防止することができる。更に表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａを０．１０〜０．８０、表面摩擦係数μを０．１０〜０．５０とすることで、合成樹脂被覆層の表面を平滑にしてトナーの付着性を抑制することができる。このような構成は、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０表面へのトナーの飛翔を所要のとおりに円滑に遂行しながら現像ローラ１４０表面、すなわち合成樹脂被覆層の表面に存在する未現像トナーの、現像ローラ１４０から磁気ローラ１３０への引き剥がし性を所要のとおりに確保する、との効果の達成に有用である。現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層表面の算術平均粗さＲａが０．８０を超えると、トナー粒子が現像ローラ１４０表面の凹部に入り込んで静電気力以外の拘束力を受けるため、現像性、引き剥がし性を低減させる。 The synthetic resin coating layer has a volume resistivity of 10 3 to 10 7 Ω · cm, a surface roughness (arithmetic average roughness) Ra of 0.10 to 0.80, and a surface friction coefficient μ of 0.10 to 0.50. It is preferable that When the volume resistivity is 10 3 to 10 7 Ω · cm, leakage of the potential applied to the developing roller 140 to the photosensitive drum 10, excessive charge accumulation in the synthetic resin coating layer, and excessive charging of the toner are prevented. can do. Further, by setting the surface roughness (arithmetic average roughness) Ra to 0.10 to 0.80 and the surface friction coefficient μ to 0.10 to 0.50, the surface of the synthetic resin coating layer is smoothed and the toner adheres. Sex can be suppressed. With such a configuration, the toner of undeveloped toner existing on the surface of the developing roller 140, that is, on the surface of the synthetic resin coating layer, while smoothly performing toner flying from the developing roller 140 to the surface of the photosensitive drum 10 as required, This is useful for achieving the effect of securing the peelability from the developing roller 140 to the magnetic roller 130 as required. When the arithmetic average roughness Ra of the surface of the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller 140 exceeds 0.80, the toner particles enter the recesses on the surface of the developing roller 140 and receive binding force other than electrostatic force. Reduce peelability.
使用するトナーの体積平均粒子径は４〜８μm、キャリアの重量平均粒子径は２５〜４５μm程度が好ましい。キャリア重量平均径に関しては、均一なトナー薄層の形成と、未現像トナーの回収のために、磁気ブラシが密に形成される４５μm以下が好ましく、２５μm未満では磁気ブラシローラへの保持力が弱くなりキャリア飛びが発生したり、また流動性の低下や、トナーのキャリアの被覆率や、付着力の関係から、トナー薄層の形成及び未現像トナーの引き剥がしのバランスが取りづらくなる。 The toner used preferably has a volume average particle diameter of 4 to 8 μm and the carrier has a weight average particle diameter of about 25 to 45 μm. Regarding the carrier weight average diameter, in order to form a uniform toner thin layer and to collect undeveloped toner, it is preferably 45 μm or less where the magnetic brush is densely formed, and if it is less than 25 μm, the holding force to the magnetic brush roller is weak. As a result, it becomes difficult to balance the formation of the toner thin layer and the peeling of the undeveloped toner due to the relationship between the carrier skipping, the decrease in fluidity, the coverage of the toner carrier, and the adhesive force.
現像ローラ１４０の表面に形成されるトナーの層厚は、トナー体積平均粒子径×３．５以下にすることが好ましい。それ以上であると、現像後の現像ローラ１４０表面に未現像トナーの残る割合が高くなり、過剰な帯電による現像不良（画像濃度不良）などを発生し易くなる。 The layer thickness of the toner formed on the surface of the developing roller 140 is preferably toner volume average particle diameter × 3.5 or less. If it is more than that, the ratio of undeveloped toner remaining on the surface of the developing roller 140 after development becomes high, and it becomes easy to generate a development failure (image density failure) due to excessive charging.
現像ローラ１４０はアルミニウム製であり、合成樹脂被覆層の下層として、体積抵抗率が１０８〜１０１１Ω・ｃｍである下層が配設され、該下層はアルミニウムの酸化皮膜から形成される、ことが好ましい。アルミニウムの酸化皮膜は蓄電荷効果が小さいので、その表面を正帯電トナーとの摩擦帯電性が小さい合成樹脂、実施形態においてはシリコーン変性ポリウレタンで被覆することにより、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０への印加電位のリークを抑制しかつ、トナーとの摩擦帯電性を低下させてトナーの電気的な付着力を低下させる、との効果の達成に有用である。合成樹脂被覆層の体積抵抗率が低すぎると現像ローラ１４０の端部より、体積抵抗率の低い合成樹脂被覆層を介して印加電位のリークが発生する。また、合成樹脂被覆層の体積抵抗率が高すぎると、アルミニウムの酸化皮膜と合わせて体積抵抗率が高くなりすぎることと、合成樹脂被覆層の蓄電荷性が高くなるので、現像性が低下する。このため、先に述べたように、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は、アルミニウムの酸化皮膜の体積抵抗率よりも低い１０３〜１０７Ω・ｃｍに設定される。合成樹脂被覆層における体積抵抗率の下限未満（１０３Ω・ｃｍ未満）では現像ローラ１４０から感光体ドラム１０への印加電位のリークが発生し、上限（１０７Ω・ｃｍ）を超えると現像性が低下する。該下層、実施形態においてはアルミニウムの酸化皮膜の比誘電率は、５・０以上であることが、過剰な電荷蓄積を抑制するうえで好ましい。 The developing roller 140 is made of aluminum, and it is preferable that a lower layer having a volume resistivity of 108 to 1011 Ω · cm is disposed as a lower layer of the synthetic resin coating layer, and the lower layer is formed of an aluminum oxide film. Since the aluminum oxide film has a small charge storage effect, the surface of the aluminum oxide film is covered with a synthetic resin having a low triboelectric chargeability with the positively charged toner, in the embodiment, silicone-modified polyurethane, so that the developing roller 140 is transferred to the photosensitive drum 10. This is useful for achieving the effects of suppressing the leakage of the applied potential and reducing the triboelectric chargeability with the toner to reduce the electrical adhesion of the toner. If the volume resistivity of the synthetic resin coating layer is too low, leakage of the applied potential occurs from the end portion of the developing roller 140 through the synthetic resin coating layer having a low volume resistivity. Further, if the volume resistivity of the synthetic resin coating layer is too high, the volume resistivity becomes too high together with the aluminum oxide film, and the charge storage property of the synthetic resin coating layer becomes high, so that developability is lowered. . For this reason, as described above, the volume resistivity of the synthetic resin coating layer is set to 103 to 107 Ω · cm, which is lower than the volume resistivity of the aluminum oxide film. When the volume resistivity of the synthetic resin coating layer is less than the lower limit (less than 103 Ω · cm), leakage of the applied potential from the developing roller 140 to the photosensitive drum 10 occurs, and when the upper limit (107 Ω · cm) is exceeded, the developability deteriorates. . In the lower layer, in the embodiment, the relative dielectric constant of the aluminum oxide film is preferably 5.0 or more in order to suppress excessive charge accumulation.
磁気ローラ１３０の内部には静止永久磁石１３４が配設され、現像ローラ１４０の内部であって、磁気ローラ１３０に対向する側の内部には、静止磁性部材１４４が配設されている、ことが好ましい。いわゆるハイブリッド式の現像装置１００は、磁気ローラ１３０において二成分現像剤により形成された磁気ブラシからトナーのみを現像ローラ１４０の表面に供給し、該表面にトナー薄層を形成するよう構成されている。このため、現像ローラ１４０表面の未現像のトナーは磁気ブラシにより磁気ローラ１３０側に回収する必要があるが、磁気ブラシは同時にトナー供給も行うため、電気的な作用だけでは、供給と引き剥がしの両方を達成することができない。そこで、現像ローラ１４０側に静止磁性部材１４４を配置し、磁気ローラ１３０と現像ローラ１４０間の磁気ブラシの強度を高めることにより、トナーの掻き取り効果を高めている。しかしながら、掻き取り効果を高めると、摩擦帯電効果も高まるため、完全に回収し切れない未現像トナーがより摩擦帯電されてしまうという問題が生ずることになる。従って、この構成は、現像ローラ１４０の周表面に先に述べた合成樹脂被覆層を配設し、トナーとの摩擦帯電性を低下させ、トナーの付着力を低下させるよう構成された現像装置１００において、その効果を十分に発揮することができることになる。 A stationary permanent magnet 134 is disposed inside the magnetic roller 130, and a stationary magnetic member 144 is disposed inside the developing roller 140 on the side facing the magnetic roller 130. preferable. The so-called hybrid developing device 100 is configured to supply only toner from the magnetic brush formed of the two-component developer in the magnetic roller 130 to the surface of the developing roller 140 and form a thin toner layer on the surface. . For this reason, undeveloped toner on the surface of the developing roller 140 needs to be collected on the magnetic roller 130 side by a magnetic brush. However, since the magnetic brush also supplies toner at the same time, supply and tearing off can be performed only by electrical action. Both cannot be achieved. Therefore, the static magnetic member 144 is disposed on the developing roller 140 side, and the strength of the magnetic brush between the magnetic roller 130 and the developing roller 140 is increased, thereby enhancing the toner scraping effect. However, if the scraping effect is increased, the frictional charging effect is also increased, which causes a problem that undeveloped toner that cannot be completely collected is frictionally charged. Accordingly, in this configuration, the above-described synthetic resin coating layer is disposed on the peripheral surface of the developing roller 140 to reduce the frictional charging property with the toner and to reduce the adhesion force of the toner. In this case, the effect can be sufficiently exhibited.
現像装置１００の実施例は次のとおりである。磁気ローラ１３０は、アルミニウムからなる円筒状の磁気スリーブ１３２から構成し、現像ローラ１４０は、アルミニウムからなる円筒状部材（スリーブ）１４２表面にアルミニウムの酸化皮膜（厚み：１５μｍ、体積抵抗率１０８〜１０１１Ω・ｃｍ）を形成し、酸化皮膜の表面を合成樹脂であるシリコーン変性ポリウレタン（厚み：１０μｍ）で被覆することにより構成した。図２において、符号１４２は現像ローラ１４０の円筒状部材（スリーブ）、１４２Ａはアルミニウムの酸化皮膜、１４２Ｂは合成樹脂被覆層であるシリコーン変性ポリウレタン樹脂層、Ｔは、シリコーン変性ポリウレタン樹脂層の表面に付着したトナー、をそれぞれ示している。 An example of the developing device 100 is as follows. The magnetic roller 130 includes a cylindrical magnetic sleeve 132 made of aluminum, and the developing roller 140 has an aluminum oxide film (thickness: 15 μm, volume resistivity 10 8 to 10) on the surface of a cylindrical member (sleeve) 142 made of aluminum. 10 11 Ω · cm), and the surface of the oxide film was covered with a silicone-modified polyurethane (thickness: 10 μm), which is a synthetic resin. In FIG. 2, reference numeral 142 denotes a cylindrical member (sleeve) of the developing roller 140, 142A denotes an aluminum oxide film, 142B denotes a silicone-modified polyurethane resin layer that is a synthetic resin coating layer, and T denotes a surface of the silicone-modified polyurethane resin layer. The attached toner is shown.
本発明において用いるシリコーン変性ポリウレタンは、それ自体公知のポリウレタンをシリコーン変性したものであるが、その好適例として、脂肪族不飽和基を有するポリオールと各種のポリイソシアネート化合物との反応により得られる脂肪族不飽和基を少なくとも１個有するポリウレタンをオルガノハイドロジェンポリシロキサンにより変性したものを挙げることができる。即ち、オルガノハイドロジェンポリシロキサンが有するヒドロシリル基（ＳｉＨ基）をポリウレタンが有する脂肪族不飽和基に付加反応させることによりシリコーン変性が行われる。このようなシリコーン変性ポリウレタンにおいて、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、一般に一分子中にヒドロシリル基を２個以上有するものを使用することが好ましく、かかるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、ポリウレタン１００重量部当り０．１〜１００重量部、特に１〜５０重量部の量で用いて変性を行うのがよい。シリコーン変性量が多すぎると、得られる表面保護層が柔らかくなり、耐摩耗性が損なわれるおそれがあり、また、シリコーン変性量が少ないと離型性が低下する傾向にある。 The silicone-modified polyurethane used in the present invention is a silicone-modified polyurethane which is known per se. Preferred examples thereof include aliphatic groups obtained by reacting polyols having aliphatic unsaturated groups with various polyisocyanate compounds. Examples thereof include a polyurethane having at least one unsaturated group modified with an organohydrogenpolysiloxane. That is, silicone modification is performed by addition reaction of the hydrosilyl group (SiH group) of the organohydrogenpolysiloxane with the aliphatic unsaturated group of the polyurethane. In such a silicone-modified polyurethane, it is generally preferable to use one having two or more hydrosilyl groups in one molecule as the organohydrogenpolysiloxane. The modification may be carried out using 1 to 100 parts by weight, particularly 1 to 50 parts by weight. If the amount of silicone modification is too large, the resulting surface protective layer may become soft and the wear resistance may be impaired. If the amount of silicone modification is small, the releasability tends to decrease.
現像ローラ１４０の円筒状部材（スリーブ）１４２表面に、エーテル基1重量％（シリコーン変性ポリウレタンに対して）を導入したシリコーン変性ポリウレタン層（１０μm）を形成した。このシリコーン変性ポリウレタンには、電子導電材としてチタン酸カリウム表面に酸化スズを被覆したものを２５重量％含有させた。チタン酸カリウムは繊維形状であり強化材の効果を有しており、シリコーン変性ポリウレタン層の硬度を高くし、キャリアとの摺擦による削れを抑制する効果も有している。電子導電材としてカーボン、イオン導電材である過塩素酸リチウム（Li+ClO4 -）などを用いてもよく、含有量は１０〜４０重量％が好ましい。１０重量％未満では体積抵抗率が高すぎて樹脂層に電荷が蓄積される。４０重量％を超えると体積抵抗率が低くなりすぎ、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０への印加電位のリークが発生する。 On the surface of the cylindrical member (sleeve) 142 of the developing roller 140, a silicone-modified polyurethane layer (10 μm) having 1% by weight of ether groups (based on silicone-modified polyurethane) was formed. This silicone-modified polyurethane contained 25% by weight of an electroconductive material obtained by coating a surface of potassium titanate with tin oxide. Potassium titanate has a fiber shape and has the effect of a reinforcing material, and also has the effect of increasing the hardness of the silicone-modified polyurethane layer and suppressing scraping due to rubbing with the carrier. Carbon, an ionic conductive material such as lithium perchlorate (Li + ClO 4 − ) or the like may be used as the electronic conductive material, and the content is preferably 10 to 40% by weight. If it is less than 10% by weight, the volume resistivity is too high and charges are accumulated in the resin layer. If it exceeds 40% by weight, the volume resistivity becomes too low and leakage of the applied potential from the developing roller 140 to the photosensitive drum 10 occurs.
シリコーン変性ポリウレタンにカーボン（４８ｎｍ）を含有させると、μは０.１〜０．２、酸化スズ（５００ｎｍ）を含有させると０．４となる。導電材の粒子径は２０〜６００ｎｍ程度が好ましい。 When carbon (48 nm) is contained in the silicone-modified polyurethane, μ is 0.1 to 0.2, and 0.4 when tin oxide (500 nm) is contained. The particle diameter of the conductive material is preferably about 20 to 600 nm.
感光体ドラム１０の表面電位(暗電位)は３５０Ｖ、明電位は２０Ｖ、現像ローラ１４０の周速度／感光体ドラム１０の周速度（Ｓ／Ｄ）＝1．５、磁気ローラ１３０の周速度／現像ローラ１４０周速度（Ｍ／Ｓ）＝１．５である。この実施例において、感光体ドラム１０の周速度は３４０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ１４０の周速度は３７５ｍｍ／ｓｅｃ、磁気ローラ１３０の周速度は６７５ｍｍ／ｓｅｃである。現像ローラ１４０と磁気ローラ１３０は対向面で互いに反対方向に進行するように回転している。感光体ドラム１０と現像ローラ１４０間の隙間は２００μm、現像ローラ１４０と磁気ローラ１３０間の隙間は３００μmである。現像ローラ１４０内部には磁気ローラ１３０と対向する位置に静止磁性部材１４４が配置されている。静止磁性部材１４４は、磁性を有する金属、例えば鉄などから構成することができるが、ここでは永久磁石により構成した。この永久磁石の極性は、磁気ローラ１３０の、対向する位置に配置された永久磁石の極性（Ｎ１極）と反対の極性（Ｓ極）をなす。ちなみに、静止磁性部材１４４の法線方向磁力は４０ｍＴ、磁気ローラ１４０の主極位置の法線方向磁力は９０ｍＴである。 The surface potential (dark potential) of the photosensitive drum 10 is 350 V, the bright potential is 20 V, the peripheral speed of the developing roller 140 / the peripheral speed (S / D) of the photosensitive drum 10 = 1.5, the peripheral speed of the magnetic roller 130 / Developing roller 140 peripheral speed (M / S) = 1.5. In this embodiment, the peripheral speed of the photosensitive drum 10 is 340 mm / sec, the peripheral speed of the developing roller 140 is 375 mm / sec, and the peripheral speed of the magnetic roller 130 is 675 mm / sec. The developing roller 140 and the magnetic roller 130 rotate so as to advance in opposite directions on the opposing surfaces. The gap between the photosensitive drum 10 and the developing roller 140 is 200 μm, and the gap between the developing roller 140 and the magnetic roller 130 is 300 μm. A stationary magnetic member 144 is disposed inside the developing roller 140 at a position facing the magnetic roller 130. The stationary magnetic member 144 can be made of a magnetic metal, such as iron, but here it is made of a permanent magnet. The permanent magnet has a polarity (S pole) opposite to the polarity (N1 pole) of the permanent magnet disposed at the opposite position of the magnetic roller 130. Incidentally, the normal magnetic force of the stationary magnetic member 144 is 40 mT, and the normal magnetic force at the main pole position of the magnetic roller 140 is 90 mT.
トナーとキャリアは、現像剤中のトナー帯電量がＱ／Ｍ＝１６μC／ｇ、トナー体積平均径＝６．５μm、キャリア重量平均径＝３５μmのものを用いた。現像バイアス電圧は、現像ローラ１４０に、直流バイアス電圧＝３００Ｖ、交流バイアス電圧Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝４０％、磁気ローラ１３０に、直流バイアス電圧＝４００Ｖ、現像ローラ１４０と同周期で逆位相の交流バイアス電圧Ｖｐｐ＝２．８ｋＶ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％、をそれそれ印加した。 As the toner and the carrier, those having a toner charge amount in the developer of Q / M = 16 μC / g, a toner volume average diameter = 6.5 μm, and a carrier weight average diameter = 35 μm were used. The development bias voltage is DC bias voltage = 300V, AC bias voltage Vpp = 1.6 kV, frequency f = 2.7 kHz, Duty ratio = 40% for the developing roller 140, DC bias voltage = 400V for the magnetic roller 130, development. The AC bias voltage Vpp = 2.8 kV, the frequency f = 2.7 kHz, and the duty ratio = 70% in the same period and opposite phase as the roller 140 were applied.
上記条件でプリンタが安定した時の現像ローラ１４０表面の帯電量と、その後２０秒間エージングを行ったときの帯電量を比較したところ、安定時１６μC／ｇ、２０秒間エージング後１８μC／ｇであった。 When the amount of charge on the surface of the developing roller 140 when the printer was stabilized under the above conditions was compared with the amount of charge after aging for 20 seconds, it was 16 μC / g when stable and 18 μC / g after aging for 20 seconds. .
図３には、現像装置１００の上記実施例を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層（シリコーン変性ポリウレタン被覆層）の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋ（１０００枚）プリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成し、合成樹脂被覆層表面の算術平均粗さＲａは０．４μm、合成樹脂被覆層表面の摩擦係数μは０．１にそれぞれ設定した。この実験によれば、体積抵抗率が１０３〜１０７Ω・ｃｍの範囲においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤとは、所要のＩＤである１．４を越えた範囲で変化しており（変化量も少ない）、現像性及び引き剥がし性も所要のとおりに得られた。しかしながら、体積抵抗率が１０３Ω・ｃｍ未満（図３において左向きの矢印参照）では、現像ローラ１４０から感光体ドラム４への印加電位のリークが発生し、体積抵抗率が１０７Ω・ｃｍを越えた範囲（図３において右向きの矢印参照）では、合成樹脂被覆層の過剰な電荷蓄積作用及びトナーの過剰な帯電により、１Ｋプリント後におけるＩＤが１．４未満に低下することが認められた。 FIG. 3 shows a change in the volume resistivity (Ω · cm) of the synthetic resin coating layer (silicone-modified polyurethane coating layer) on the surface of the developing roller 140 in the printer (FIG. 8) provided with the above embodiment of the developing device 100. A comparison diagram is shown as an experimental result showing changes in ID (image density) at the start of printing (after aging) and after 1K (1000 sheets) printing. In this experiment, the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller 140 is made of silicone-modified polyurethane, the arithmetic average roughness Ra of the synthetic resin coating layer surface is 0.4 μm, and the friction coefficient μ of the synthetic resin coating layer surface is 0.1. Respectively. According to this experiment, when the volume resistivity is in the range of 10 3 to 10 7 Ω · cm, the ID at the start of printing (after aging) and after 1K printing exceeded the required ID of 1.4. The range varied (the amount of change was small), and developability and peelability were also obtained as required. However, if the volume resistivity is less than 10 3 Ω · cm (see the arrow pointing to the left in FIG. 3), leakage of the applied potential from the developing roller 140 to the photosensitive drum 4 occurs, and the volume resistivity is 10 7 Ω · cm. In the range exceeding (see the arrow pointing to the right in FIG. 3), it is recognized that the ID after 1K printing is reduced to less than 1.4 due to the excessive charge accumulation action of the synthetic resin coating layer and the excessive charging of the toner. It was.
図４には、現像装置１００の上記実施例を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層（シリコーン変性ポリウレタン被覆層）の表面粗さである算術平均粗さＲａを変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成し、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は１０７Ω・ｃｍ、合成樹脂被覆層表面の摩擦係数μは０．４にそれぞれ設定した。この実験によれば、算術平均粗さＲａが０．１〜０．８の範囲においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤとは、所要のＩＤである１．４を越えた範囲でほとんど変化がなく、現像性及び引き剥がし性も所要のとおりに得られた。しかしながら、算術平均粗さＲａが０．８を越えた範囲（図４において右向きの矢印参照）では、現像性及び引き剥がし性が低下し、その結果、１Ｋプリント後におけるＩＤが１．４未満に低下することが認められた。 FIG. 4 shows the arithmetic average roughness Ra, which is the surface roughness of the synthetic resin coating layer (silicone-modified polyurethane coating layer) on the surface of the developing roller 140 in the printer (FIG. 8) provided with the above embodiment of the developing device 100. A comparison diagram is shown as an experimental result showing changes in ID (image density) at the start of printing (after aging) and after 1K printing when changing. In this experiment, the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller 140 is made of silicone-modified polyurethane, the volume resistivity of the synthetic resin coating layer is 10 7 Ω · cm, and the friction coefficient μ on the surface of the synthetic resin coating layer is 0.4. Set each. According to this experiment, when the arithmetic average roughness Ra is in the range of 0.1 to 0.8, the ID at the start of printing (after aging) and after 1K printing exceeds the required ID of 1.4. There was almost no change in the range, and developability and peelability were also obtained as required. However, in the range where the arithmetic average roughness Ra exceeds 0.8 (see the arrow pointing to the right in FIG. 4), the developability and the peelability are lowered, and as a result, the ID after 1K printing is less than 1.4. A decline was observed.
図５には、現像装置１００の上記実施例を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層（シリコーン変性ポリウレタン被覆層）の表面摩擦係数μを変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成し、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は１０７Ω・ｃｍ、合成樹脂被覆層表面の算術平均粗さＲａは０．４μｍにそれぞれ設定した。この実験によれば、表面摩擦係数μが０．１〜０．５の範囲においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤとは、所要のＩＤである１．４を越えた範囲でほとんど変化がなく、現像性及び引き剥がし性も所要のとおりに得られた。しかしながら、表面摩擦係数μが０．５を越えた範囲（図５において右向きの矢印参照）では、現像性及び引き剥がし性が低下し、その結果、１Ｋプリント後におけるＩＤが１．４未満に低下することが認められた。 FIG. 5 shows a print when the surface friction coefficient μ of the synthetic resin coating layer (silicone-modified polyurethane coating layer) on the surface of the developing roller 140 is changed in the printer (FIG. 8) provided with the above embodiment of the developing device 100. A comparative diagram is shown as an experimental result showing changes in ID (image density) at the start (after aging) and after 1K printing. In this experiment, the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller 140 is made of silicone-modified polyurethane, the volume resistivity of the synthetic resin coating layer is 10 7 Ω · cm, and the arithmetic average roughness Ra of the synthetic resin coating layer surface is 0. Each was set to 4 μm. According to this experiment, when the surface friction coefficient μ is in the range of 0.1 to 0.5, the ID at the start of printing (after aging) and after 1K printing exceeded the required ID of 1.4. There was almost no change in the range, and developability and peelability were also obtained as required. However, in the range where the surface friction coefficient μ exceeds 0.5 (see the arrow pointing to the right in FIG. 5), the developability and peelability are reduced, and as a result, the ID after 1K printing is reduced to less than 1.4. Admitted to do.
図６には、従来のいわゆるハイブリッド式現像装置（表面にフッ素シリコーン被覆層を形成した現像ローラを使用したハイブリッド式現像装置）を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ表面のフッ素シリコーン被覆層の表面摩擦係数μを変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、フッ素シリコーン被覆層の体積抵抗率は１０７Ω・ｃｍ、フッ素シリコーン被覆層表面の算術平均粗さＲａは０．４μｍにそれぞれ設定した。この実験においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）のいずれにおいても、所要のＩＤである１．４は得られなかった。これは、フッ素シリコーン被覆層の過剰な電荷蓄積作用及びトナーの過剰な帯電に起因するものである。 FIG. 6 shows a fluorine silicone coating layer on the surface of a developing roller in a printer (FIG. 8) equipped with a conventional so-called hybrid developing device (a hybrid developing device using a developing roller having a fluorosilicone coating layer formed on the surface). A comparative diagram is shown as an experimental result showing changes in ID (image density) at the start of printing (after aging) and after 1K printing when the surface friction coefficient μ is changed. In this experiment, the volume resistivity of the fluorosilicone coating layer was set to 10 7 Ω · cm, and the arithmetic average roughness Ra of the fluorosilicone coating layer surface was set to 0.4 μm. In this experiment, the required ID of 1.4 was not obtained both at the start of printing (after aging) and after 1K printing (image density). This is due to the excessive charge accumulation action of the fluorosilicone coating layer and the excessive charging of the toner.
上記実験において、体積抵抗率（Ω・ｃｍ）は、三菱油化社製のＨＩＲＥＳＴＡ ＵＰ（型式ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を用いて測定した。算術平均粗さＲａは、東京精密社製のＳＵＲＦＣＯＭ １５００ＤＸ（ＪＩＳ Ｂ０６０１-１９９４）を用い、測定条件（算出規格：ＪＩＳ−‘９４規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：４．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ）で測定した。また動摩擦係数μは、ＪＩＳ K７１２５に準拠して測定する。例えば島津製作所製のオートグラフと摩擦係数測定用専用冶具を用いて測定できる。本実験においては、商品名キムワイプ２００S（日本製紙クレシア社製）と現像ローラ表面との動摩擦係数を測定した。重錘は２１６ｇを使用した。 In the above experiments, the volume resistivity (Ω · cm) was measured using HIRESTA UP (model MCP-HT450) manufactured by Mitsubishi Oil Chemical Co., Ltd. Arithmetic average roughness Ra was measured using SURFCOM 1500DX (JIS B0601-1994) manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. (calculation standard: JIS-'94 standard, measurement type: roughness measurement, measurement length: 4.0 mm, (Cutoff wavelength: 0.8 mm, measurement speed: 0.3 mm / s). The dynamic friction coefficient μ is measured according to JIS K7125. For example, it can be measured using an autograph manufactured by Shimadzu Corporation and a dedicated jig for friction coefficient measurement. In this experiment, the dynamic friction coefficient between the trade name Kimwipe 200S (manufactured by Nippon Paper Crecia Co., Ltd.) and the developing roller surface was measured. A weight of 216 g was used.
図７は、上記実験結果及びその他の実験結果に基づいて、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料、該合成樹脂製被覆層の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）、算術平均粗さＲａ（μｍ）及び表面摩擦係数μを組み合わせた実施例（１〜４）及び比較例（１〜５）の実験結果を表にまとめたものである。実施例１〜４においては、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料はシリコーン変性ポリウレタン、該シリコーン変性ポリウレタンの体積抵抗率は１０３〜１０７Ω・ｃｍ、表面粗さＲａが０．１０〜０．８０μｍ、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０、の各範囲内であって、いずれも、ＩＤ,現像性及び引き剥がし性に問題はない。他方、比較例１〜４においては、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料はシリコーン変性ポリウレタンであるが、体積抵抗率、表面粗さＲａ及び表面摩擦係数μの何れかの数値が、各々の上記範囲を外れて設定されている。その結果、ＩＤ、現像性及び引き剥がし性、現像ローラから感光体ドラムへの印加電位のリークのいずれかの不具合が発生した。また、比較例５においては、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料としてフッ素シリコンを使用し、該フッ素シリコンの体積抵抗率は１０３〜１０７Ω・ｃｍ、表面粗さＲａが０．１０〜０．８０μｍ、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０、の各範囲内に設定したが、フッ素シリコーン被覆層の過剰な電荷蓄積作用及びトナーの過剰な帯電により現像性の低下が認められた。 FIG. 7 shows, based on the above experimental results and other experimental results, the material of the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller, the volume resistivity (Ω · cm) of the synthetic resin coating layer, and the arithmetic average roughness Ra ( Table 1 summarizes the experimental results of Examples (1 to 4) and Comparative Examples (1 to 5) combining [mu] m) and the surface friction coefficient [mu]. In Examples 1 to 4, the material of the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller is silicone-modified polyurethane, the volume resistivity of the silicone-modified polyurethane is 10 3 to 10 7 Ω · cm, and the surface roughness Ra is 0.10. In each range of ˜0.80 μm and surface friction coefficient μ of 0.10 to 0.50, there is no problem in ID, developability and peelability. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, the material of the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller is silicone-modified polyurethane, but any one of the values of volume resistivity, surface roughness Ra, and surface friction coefficient μ is It is set outside the above range. As a result, any of the problems of ID, developability and peelability, and leakage of applied potential from the developing roller to the photosensitive drum occurred. Further, in Comparative Example 5, fluorine silicon is used as the material of the synthetic resin coating layer on the surface of the developing roller, the volume resistivity of the fluorine silicon is 10 3 to 10 7 Ω · cm, and the surface roughness Ra is 0.1. The range of 10 to 0.80 μm and the surface friction coefficient μ of 0.10 to 0.50 were set. However, the developability deteriorated due to the excessive charge accumulation action of the fluorosilicone coating layer and the excessive charging of the toner. Admitted.
１００：現像装置
１３０：磁気ローラ
１４０：現像ローラ
１４２：円筒状部材（スリーブ）
１４２A：アルミニウムの酸化皮膜
１４２B：合成樹脂被覆層であるシリコーン変性ポリウレタン樹脂層
T：トナー
100: developing device 130: magnetic roller 140: developing roller 142: cylindrical member (sleeve)
142A: Aluminum oxide film 142B: Silicone-modified polyurethane resin layer as a synthetic resin coating layer
T: Toner
Claims (5)
現像ローラの周表面には合成樹脂被覆層が配設され、合成樹脂被覆層は、磁性キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性であり、
現像ローラはアルミニウム製であり、合成樹脂被覆層の下層として、体積抵抗率が１０８〜１０１１Ω・ｃｍである下層が配設され、該下層はアルミニウムの酸化皮膜から形成され、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は１０３〜１０７Ω・ｃｍである、
ことを特徴とする現像装置。 A magnetic roller that holds and conveys a two-component developer composed of a magnetic carrier and non-magnetic toner on the peripheral surface, and a developing roller that is disposed with a predetermined gap between the magnetic roller and is held by the magnetic roller. In the developing device in which the toner in the developer is electrostatically attached to the peripheral surface of the developing roller, and the peripheral speed difference between the magnetic roller and the developing roller is 600 mm / sec or more,
On the peripheral surface of the developing roller is arranged a synthetic resin coating layer, the synthetic resin coating layer, charge polarity by friction with the magnetic carrier is the same polarity as the toner,
The developing roller is made of aluminum, and a lower layer having a volume resistivity of 108 to 1011 Ω · cm is disposed as a lower layer of the synthetic resin coating layer. The lower layer is formed of an aluminum oxide film, and the volume of the synthetic resin coating layer is The resistivity is 103 to 107 Ω · cm.
A developing device.
該現像装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置から構成される、
ことを特徴とする画像形成装置。 An image bearing member and a developing device including a developing roller disposed with a predetermined gap between the image bearing member and toner electrostatically attached to the peripheral surface of the developing roller fly to the surface of the photosensitive drum. In the image forming apparatus for developing the electrostatic latent image formed on the peripheral surface of the photosensitive drum,
The developing device includes the developing device according to any one of claims 1 to 4 .
An image forming apparatus.
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