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JP2015041082A - 現像装置、画像形成装置 - Google Patents

現像装置、画像形成装置 Download PDF

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JP2015041082A JP2013173700A JP2013173700A JP2015041082A JP 2015041082 A JP2015041082 A JP 2015041082A JP 2013173700 A JP2013173700 A JP 2013173700A JP 2013173700 A JP2013173700 A JP 2013173700A JP 2015041082 A JP2015041082 A JP 2015041082A
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和則 橋本
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Masahito Koyanagi
雅人 小柳
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Gosuke Goto
剛輔 後藤
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Abstract

【課題】装置の小型化及び低コスト化を実現し、かつ画像不良の発生を抑制する。
【解決手段】感光体ドラム1へ供給するためのトナー5を表面に担持する現像ローラ3であって、第一誘電体部31と第二誘電体部32がその表面に散在する現像ローラ3と、現像ローラ3に担持されるトナーの層厚を規制する現像ブレード4と、現像ローラ3の回転方向において、現像部よりも下流側であって規制部よりも上流側で現像ローラ3と当接して設けられ、現像ローラ3に担持されるトナーを帯電可能な帯電補助シート7と、を備え、帯電系列上において、帯電補助シート7が第一誘電体部31と第二誘電体部32の間に位置する。
【選択図】図2

Description

本発明は、現像装置、及び現像装置を備える画像形成装置に関する。
従来、レーザプリンタ等の画像形成装置に備えられる現像装置として、現像ローラ(現像剤担持体)に対してトナー(現像剤)を供給し、かつ現像ローラに担持されるトナーを剥ぎ取るトナー供給ローラ(現像剤供給部材)を有する現像装置が知られている。トナー供給ローラは、主にベタ画像追従不良やゴースト対策として採用されるものである。ベタ画像追従不良とは、100%ベタ画像を画像全面に描いた場合に、画像後端濃度が下がる現象をいう。また、ゴーストとは、例えば、濃度の高いベタ画像形成後、ハーフトーン画像やベタ白画像を形成した場合に、ハーフトーン画像やベタ白画像上にベタ画像の後が現れる現象をいう。
近年、現像装置の小型化及び低コスト化の要請のため、上記トナー供給ローラを省いた現像装置が提案されている。その場合、別の手段によって、ベタ画像追従不良やゴーストの発生を抑制するための対策をとる必要がある。
特許文献1において、トナー供給ローラが省かれた現像装置として、現像ローラ(現像剤担持体)の表面に誘電体部と導電体部が規則的又は不規則に混在して分布する構成が開示されている。このような構成において、現像ローラの表面の誘電体部を現像ブレード(規制部材)が直接又はトナーを介して摺擦して、誘電体部を帯電することにより、誘電体部と導電体部との隣接部上に微小閉電界を形成する。そして、トナーは、この微小閉電界によるグラディエント力を受けて、現像ローラの表面に吸引され、担持される。
また、特許文献2において、帯電性の異なる複数の種類の物質が規則的又は不規則に混合露出した現像ローラが開示されている。そして、これらの物質のうち、少なくとも2種類の物質を帯電部材によって帯電し、現像ローラ近傍に多数の微小閉電界を形成する。トナーは、この微小閉電界によるグラディエント力を受けて、現像ローラの表面に吸引され、担持される。
また、特許文献3において、現像ローラと像担持体との当接部である現像部よりも現像ローラの回転方向の下流側に設けられる摩擦帯電ローラによって、現像ローラ上の誘電体部を摺擦することにより帯電する構成が開示されている。このように、誘電体部を帯電することによって、誘電体部と導電体部との隣接部上に微小閉電界を形成する。トナーは、この微小閉電界によるグラディエント力を受けて、現像ローラの表面に吸引され、担持される。
特許第3272056号公報 特開平04−218079号公報 特開平04−127177号公報
特許文献1の現像装置においては、例えば、トナーの帯電極性が負極性の場合には、帯電系列上、(−)トナー<現像ブレード<誘電体部(+)となるように構成されている。
このような構成においては、誘電体部に担持されたトナーは静電的に強く誘電体部に付着されているため現像ブレードによる規制が難しい。そのため、ベタ白画像形成時における現像ローラ上のトナーコート量がベタ画像形成時と比較して大きくなる場合が生じ、このトナーコート量の差がゴーストとして画像に現れる虞がある。
また、現像ブレードには、トナーコート量を調整する機能はあるが、トナー供給ローラのように現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る機能はない。そのため、低印字画像を連続出力した場合、現像ローラにトナーが融着し、画像不良が発生する虞がある。そのような画像不良を回避するため、現像装置の寿命を短く設定せざるを負えなくなる。
また、特許文献2、3の現像装置のように、トナー供給ローラや摩擦帯電ローラを採用する構成においては、現像ローラ上のトナーが強くこすりつけられたり、剥ぎ取られたりする。そのため、現像ローラにトナーが融着したり、トナーの劣化が促進され、画像不良が発生する虞がある。そのような画像不良を回避するため、現像装置の寿命を短く設定せざるを負えなくなる。
上記課題に鑑みて、本発明の目的は、装置の小型化及び低コスト化を実現し、かつ画像不良の発生を抑制することである。
上記目的を達成するため、本発明に係る現像装置の代表的な構成は、
像担持体へ現像剤を供給するために現像剤を表面に担持する現像剤担持体であって、第一誘電体部と第二誘電体部が前記表面に散在する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体の回転方向において、前記現像剤担持体と前記像担持体との当接部よりも下流側であって前記現像剤担持体と前記規制部材との当接部よりも上流側で前記現像剤担持体と当接して設けられ、前記現像剤担持体に担持される現像剤を帯電する可撓性を持ったシート状の帯電補助部材と、
を備え、
帯電系列上において、前記帯電補助部材が、前記第一誘電体部と前記第二誘電体部の間に位置することを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、
上記現像装置と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する第一電圧印加手段と、
前記規制部材に電圧を印加する第二電圧印加手段と、
を備える画像形成装置において、
前記現像剤が前記第一誘電体部から前記規制部材へ移動する電界を形成するように、前記第一電圧印加手段が前記現像剤担持体に電圧を印加し、前記第二電圧印加手段が前記規制部材に電圧を印加することを特徴とする。
本発明によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現し、かつ画像不良の発生を抑制することができる。
実施例1に係る現像装置を示す概略断面図 実施例1の現像ローラについて説明する概略図 現像ローラの他の例について示す断面概略図 実施例1のベタ画像形成時における帯電状態を示す模式的断面図 実施例2のベタ画像形成時における帯電状態を示す模式的断面図 実施例2のベタ白画像形成時における帯電状態を示す模式的断面図 実施例2の現像ローラへのトナー付着メカニズムについての説明図 実施例2の規制部でのトナー層厚規制メカニズムについての説明図 実施例2の誘電体部、帯電層の電位関係を示す模式図 現像ブレード先端部分におけるトナー規制状態を示す図 実施例3に係る現像装置を示す概略断面図 実施例3及びその変形例の構成における電位関係を示す模式図 本実施例に係る画像形成装置を示す概略断面図
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
まず、図13を用いて、本実施例に係る画像形成装置について説明する。図13は、本実施例に係る画像形成装置を示す概略断面図である。本実施例に係る画像形成装置100は、主な構成として、感光体ドラム1、現像装置2、クリーニング装置8、帯電ローラ7、露光装置91、転写ローラ93、定着器94等を有する。
感光体ドラム1、現像装置2、クリーニング装置8、帯電ローラ7は、プロセスカートリッジPとして一体化されており、画像形成装置本体(画像形成装置100のうち、プロセスカートリッジPを除いた部分)に対して着脱可能に構成されている。現像装置2は負の正規帯電極性(静電潜像を現像するための帯電極性。本実施例では負極性の静電潜像を反転現像するので、トナーの正規帯電極性は負である。)をもつ現像剤としてのトナーを内包している。
露光装置91から発信されたレーザービームが反射ミラー92を介して感光体ドラム1上の露光位置Aに達するように、露光装置91、反射ミラー92は配置されている。感光体ドラム1の下部には、転写ローラ93が配置されている。転写後の紙等の転写材Sは定着器94に送られる。転写位置に対して感光体ドラム1の移動方向下流にはクリーニング装置8が設置されている。付属のブレードが感光体ドラム1上のトナーを掻き落とせるように接触配置されている。
画像形成装置の画像形成動作について説明する。コントローラ部70が所定の制御プログラムや参照テーブルに従って以下の画像形成動作を統括的に制御する。まず、矢印X方向に150mm/secで回転している外径24mmの感光体ドラム1の表面上を、帯電ローラ7で所定電位に帯電する。露光位置Aにおいて、画像信号に応じて露光装置91から発信されたレーザービームにより、感光体ドラム1上に静電潜像を形成する。形成した静電潜像を現像位置Cにおいて現像装置2で現像し、現像剤像としてのトナー像を形成する。感光体ドラム1上に形成されたトナー像は、転写位置Bにて転写材Sに転写される。トナー像を転写された転写材Sは定着器94に送られる。定着器94は転写材S上のトナー像を加圧及び加熱して転写材Sに定着し、最終画像とする。
(実施例1)
次に、図1を用いて、実施例1に係る現像装置2について説明する。図1は、実施例1に係る現像装置を示す概略断面図である。実施例1に係る現像装置2は、レーザプリンタ等の電子写真画像形成装置の現像手段として用いられる。図1に示すように、現像装置2
は、現像剤担持体としての現像ローラ3、規制部材としての現像ブレード4、現像容器6、帯電補助部材としての帯電補助シート7を備えている。
以下、現像ローラ3と、像担持体としての感光体ドラム1との当接部を現像部といい、現像ローラ3と現像ブレード4との当接部を規制部という。実施例1においては、現像ローラ3は、感光体ドラム1に接触して設けられている。
現像容器6は、非磁性一成分系現像剤であるトナー5を収容する。現像ローラ3は周速180mm/secで矢印Y方向に回転駆動する。また、現像ブレード4は、現像ローラ3上に担持されるトナーの層厚を規制する。また、現像ブレード4は、帯電層41を備え、現像ローラ3上の誘電体部にトナー5を介して所定の電荷を付与する電荷付与手段、及びトナー5に所定の電荷を付与する現像剤帯電手段としての機能を有している。
また、帯電補助シート7は、現像ローラ3の回転方向における、現像部よりも下流側で、かつ規制部よりも上流側に設けられている。帯電補助シート7は、可撓性を持つシート状の帯電補助部材であり、現像容器6内のトナー5が漏れないようにシールする現像剤漏れ防止シートとしての機能も有している。
なお、実施例1に係る現像装置2は、現像ローラ3にトナーを供給し、かつ現像ローラ3に担持されるトナーを剥ぎ取る機能を有する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラを有していない。
現像ローラ3は、その表面に互いに仕事関数の異なる第一誘電体部31と第二誘電体部32を有する(後述する図2参照)。そして、現像ブレード4の帯電層41や帯電補助シート7が、トナーを介して又は直接に、第一誘電体部31と第二誘電体部32を摺擦する。それにより、各誘電体部が別々の電位に帯電され、各誘電体部の隣接部上に微小閉電界(マイクロフィールド)が形成される。現像ローラ3表面へ搬送されたトナーは、微小閉電界によるグラディエント力を受けて、現像ローラ3表面に吸引され担持される。このように、実施例1において、現像ローラ3は、グラディエント力を利用して、その表面に多層のトナーを担持している。
さらに、図2、図3を用いて、実施例1の現像ローラの詳細について説明する。図2は、実施例1の現像ローラについて説明する概略図である。図2(a)は、実施例1の現像ローラの平面図であって、図2(b)は、図2(a)のa−a断面図である。図3は、現像ローラの他の例について示す概略断面図である。
実施例1において、表面に電荷を保持できる高抵抗率の第一誘電体部31と、ある程度電荷を保持しつつも電荷が減衰する中抵抗率の第二誘電体部32とが微小面積で散在(混在露出)するように現像ローラ3を構成した。第一誘電体部31と第二誘電体部32は、トナー5、現像ブレード4の帯電層41、帯電補助シート7等との接触によって互いに異なる電位に帯電される。その結果、現像ローラ3の表面には、図2(b)の電気力線Eで示すような微小閉電界(マイクロフィールド)が形成される。
第一誘電体部31は、例えば一辺の長さが5〜500μm程度の四角形状になるようにする。これは、表面に電荷を保持し、画像ムラを抑制するために最適な値である。一辺の長さ<5μmの場合には、第一誘電体部31表面に保持する電荷量が少なく、十分な微小閉電界を形成することができない。また、一辺の長さ>500μmの場合には、第一誘電体部31と第二誘電体部32の電位差が大きくなり、ムラの多い画像となる。
図2(a)、図2(b)に示すような表層部を形成するには、例えば、第二誘電体部3
2をウレタン樹脂とし、これをアルミニウム、鉄又は銅などの導電性基体の上に0.5mm程度の厚さに塗布する。そして、この表面に、仕事関数上大きく離れたポリエチレンからなる第一誘電体部31を、例えば、一辺の長さ200μm、厚さ50μm程度にして熱融着する。このようにして、ウレタン樹脂を第二誘電体部32、ポリエチレンを第一誘電体部31とした表面を有する現像ローラ3が作製される。実施例1において、このときの第二誘電体部32の総面積が全体の50%(従って第一誘電体部31の総面積は全体の50%)になるようにした。
実施例1においては、現像ローラ3と感光体ドラム1とが接触する接触現像方式を採用する。そのため、感光体ドラム1を傷つけないようにするため、現像ローラ3は、表面からの測定による硬度で30〜70度(JISA)の範囲内の弾性ローラであることが望ましい。
なお、微細な第一誘電体部31と第二誘電体部32を形成する方法は上記の例に限られるものではなく、各種の方法が採用可能である。例えば、図3に示すように、軸芯体30aの外周上に、導電性ゴム材料の弾性層30bと、誘電体粒子を分散した樹脂材料からなる材料をコーティング等して形成される表面層30cとを有し、表面層30cを研磨することにより作製されるものでもよい。
実施例1においては、現像ローラ3の帯電方法として、現像ローラ3表面の第一誘電体部31と第二誘電体部32、及び帯電補助シート7について仕事関数の関係を利用している。現像ローラ3表面の第一誘電体部31に用いた材料の仕事関数は、表面分析装置(AC−2型、理研計器(株)製)を用い、照射光量250nWにて測定すると5.57eVであった。同様の測定方法で測定した、現像ローラ3表面の第二誘電体部32に用いた材料の仕事関数は5.86eVであった。また、実施例1においては、帯電補助シート7として、厚さ0.1mmのポリイミド樹脂のシートを用いた。同様の測定方法で測定した、帯電補助シート7の仕事関数は5.78eVであった。
また、実施例1において、図1に示す第一電圧印加手段としての現像バイアス印加手段61によって、現像ローラ3に直流の現像バイアスとして−300Vを印加した。また、感光体ドラム1には、不図示の帯電装置や露光装置を用いて、ベタ白画像部で−500V、ベタ画像部で−100Vになるように潜像設計を施した。実施例1では、好適な画像濃度を得るため、ベタ画像形成時の感光体ドラム1上のトナーコート量として0.54mg/cmを要する。そのため、現像ローラ3上のトナーコート量として0.45mg/cmを要する。
実施例1では、現像ローラ3の第一誘電体部31、第二誘電体部32、帯電補助シート7の仕事関数が、帯電系列上、(−)第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31(+)、となるように各材料を選択した。このような構成とすることで、ベタ画像印字後において、帯電補助シート7と第一誘電体部31との摩擦により第一誘電体部31には正極性の電荷が付与され、帯電補助シート7と第二誘電体部32との摩擦により第二誘電体部32には負極性の電荷が付与される。
次に、図4を用いて、実施例1におけるベタ画像追従不良の良化メカニズムについて説明する。図4は、実施例1のベタ画像形成時における、第一誘電体部、第二誘電体部、及びトナーの帯電状態を示す模式的断面図である。図4(a)は、現像部付近を示す図であって、図4(b)は、現像ローラと帯電補助シートとの当接部付近を示す図である。ここで、ベタ画像追従不良とは、100%ベタ画像を画像全面に描いた場合に、画像後端濃度が下がる現象をいう。
実施例1では、ベタ画像形成に現像ローラ3上にコートされた全トナーを現像に使う。図4に示す白抜きのトナーは無帯電又は低帯電のトナーで、−(マイナス)表示のトナーは現像ローラ3表面と現像ブレード4の帯電層41に規制(摺擦)されマイナスに帯電したトナーである。
ベタ画像形成について説明する。図4(a)に示すように、ベタ画像形成時において、現像部では現像ローラ3上の全トナーが現像され、感光体ドラム1へ転移される。そのため、現像工程が終了すると、現像ローラ3上にはトナー5が無い状態となる。現像ローラ3上にトナーが無いため、現像ローラ3と帯電補助シート7の当接部では、図4(b)に示すように、第一誘電体部31及び第二誘電体部32が、帯電補助シート7と直接当接し摩擦帯電される。
このとき、上述したように、帯電系列上、(−)第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31(+)となっているので、第一誘電体部31は正極性に、第二誘電体部32は負極性に帯電する。そのため、第一誘電体部31と第二誘電体部32との間に微小閉電界が形成される。そして、現像容器6内にて、現像ローラ3上に形成された微小閉電界によるグラディエント力によって、3層程度のトナー層が形成される。そのため、ベタ画像を印字した後でも、現像ローラ3が画像形成に十分なトナーを担持することができ、ベタ画像追従不良が発生することなく、均一なベタ画像を印字し続けることができる。
以上述べたように、実施例1の現像装置2は、現像ローラ3の表面が第一誘電体部31と第二誘電体部32とが微小面積で混在露出するように構成されている。そして、帯電系列上、(−)第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31となるよう第一誘電体部31、第二誘電体部32、帯電補助シート7を構成する。また、帯電補助シート7は、現像ローラ3の回転方向における、現像部よりも下流側に配置されている。このような構成により、ベタ画像を印字した後において、第一誘電体部31と第二誘電体部32との間に微小閉電界が形成することができる。そのため、ベタ画像を印字した後でも、微小閉電界によるグラディエント力によって現像ローラ3にトナーを十分に担持することができ、ベタ画像追従不良が発生することなく均一なベタ画像を印字し続けることができる。
このように、実施例1においては、トナー供給ローラを省いて小型化及び低コスト化を実現した現像装置において、ベタ画像追従不良を良化させ、トナーの劣化を抑えた現像装置を提供することができる。そして、図1に示す実施例1の現像装置を搭載した図13に示す画像形成装置を用いてA4サイズ1000枚の画像形成を行った場合、好適な画像濃度を維持し、画像不良の発生無く、良好な画像が得られた。
また、実施例1では、帯電補助シート7と現像ローラ3との当接圧を、帯電補助シート7と現像ローラ3の間をトナー通ることができる程度の当接圧とした。そのため、トナーへのストレスを大幅に抑えることができた。このように帯電補助部材として、可撓性を持ったシート状の部材を用いることで、トナーへ加わるストレスを低減できる。
また、実施例1では、帯電補助シート7として、絶縁性のポリイミド樹脂のシートを用いている。帯電補助シート7と第一誘電体部31が摩擦帯電すると、帯電補助シート7は負極性に帯電し、帯電補助シート7と第二誘電体部32が摩擦帯電すると、帯電補助シート7は正極性に帯電する。このように、交互に正負の電荷を帯電するため、帯電補助シート7のチャージアップが防止される。そのため、帯電補助シート7の帯電能力が低下することなく、現像ローラ3表面の高抵抗誘電体部31と中抵抗誘電体部32を確実に帯電させ、微小閉電界を形成することができる。
実施例1では、第一誘電体部31を高抵抗誘電体とし、第二誘電体部32を中抵抗誘電
体としたがこの限りではなく、第一誘電体部31を中抵抗誘電体とし、第二誘電体部32を高抵抗誘電体としてもよい。また、第一誘電体部31と第二誘電体部32がともに高抵抗誘電体であっても、中抵抗誘電体であっても良い。
実施例1では、第一誘電体部31と第二誘電体部32と帯電補助シート7を前述の材料構成としているが、帯電系列上、(−)第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31(+)の関係を満たすものであれば他の材料構成でもよい。
なお、実施例1では、感光体ドラム1と現像ローラ3を接触配置する接触現像方式を採用したが、接触現像時トナーへかかる圧力を無くすため、感光体ドラム1と現像ローラ3を非接触して配置する非接触現像方式を採用してもよい。
(実施例2)
次に、図5〜図10を参照して、実施例2について説明する。
実施例2においても、実施例1と同様に、現像ローラ3の表面が第一誘電体部31、第二誘電体部32とが微小面積で混在露出するように構成した。そして、実施例2は、第一誘電体部31、第二誘電体部32、帯電補助シート7、トナー5、帯電層41が、帯電系列上、(−)トナー5<第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31<帯電層41(+)となるように構成することを特徴とする。
帯電層41とトナー5の材料の仕事関数の測定には、実施例2においても、実施例1と同様に、表面分析装置(AC−2型、理研計器(株)製)を用い、照射光量250nWにて測定を行った。また、実施例2においては、厚さ0.1mmのリン青銅金属薄板上に厚さ0.1mmのポリアミド樹脂をラミネート加工し帯電層41を形成することにより現像ブレード4を形成した。このとき、帯電層41の仕事関数は、5.42eVであった。また、実施例2のトナー5には、非磁性スチレンアクリル系+ポリエステル系樹脂を使用した負帯電トナーを用いた。このとき、トナー5の仕事関数は、6.01eVであった。
実施例2では、現像ローラ3の第一誘電体部31、第二誘電体部32、現像ブレード4の帯電層41、帯電補助シート7及びトナー5の各材料に関して、以下の条件を満たすものを選択した。その条件とは、各材料の仕事関数が、帯電系列上、(−)トナー5<第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31<帯電層41(+)となるようにすることである。このような材料構成とすることで、トナー5と、第一誘電体部31及び第二誘電体部32との摩擦により、トナー5に負極性の電荷を付与することができる。また、帯電層41と第一誘電体部31及び第二誘電体部32との摩擦により、帯電層41に正極性の電荷を付与することができる。
また、ベタ画像印字後において、帯電補助シート7と第一誘電体部31との摩擦により、第一誘電体部31には正極性の電荷を付与することができ、帯電補助シート7と第二誘電体部32との摩擦により、第二誘電体部32には負極性の電荷を付与することができる。
また、トナー5と第一誘電体部31及び第二誘電体部32との摩擦、及び、現像ブレード4の帯電層41と第一誘電体部31及び第二誘電体部32との摩擦により、現像ローラ3と帯電層41の間にはトナー5が現像ブレード4側に移動する電位差が生じる。
以下、図5、図6を用いて、実施例2における現像システムについて説明する。図5は、実施例2のベタ画像形成時における、第一誘電体部、第二誘電体部、及びトナーの帯電状態を示す模式的断面図である。図5(a)は、規制部付近を示す図であって、図5(b
)は、現像部付近を示す図であって、図5(c)は、現像ローラと帯電補助シートとの当接部付近を示す図である。図6は、実施例2のベタ白画像形成時における、第一誘電体部、第二誘電体部、及びトナーの帯電状態を示す模式的断面図である。図6(a)は、規制部付近を示す図であって、図6(b)は、現像部付近を示す図であって、図6(c)は、現像ローラと帯電補助シートとの当接部付近を示す図である。
実施例2では、ベタ画像形成に現像ローラ3上にコートされた全トナーを現像に使っている。なお、図5、図6に示す白抜きのトナーは無帯電又は低帯電のトナーで、−(マイナス)表示のトナーは現像ローラ3表面と現像ブレード4の帯電層41に規制され帯電したトナーである。
まず、図5を用いて、ベタ画像形成を行った場合における、ベタ画像追従不良の抑制について説明する。図5(a)に示すように、規制部において、トナー5と、帯電層41と、第一誘電体部31及び第二誘電体部32とが互いの摩擦により、トナー5には負極性の電荷が付与され、帯電層41、第一誘電体部31及び第二誘電体部32には正極性の電荷が付与される。第一誘電体部31と第二誘電体部32とは同じ正極性ではあるが、電位は異なっているため、微小閉電界が形成される。
そして、図5(b)に示すように、現像部において、現像ローラ3上の全トナーが現像され、感光体ドラム1へ転移される。そのため、現像工程が終了すると、現像ローラ3上にはトナー5が無い状態となる。現像ローラ3上にトナーが無いため、現像ローラ3と帯電補助シート7の当接部では、図5(b)に示すように、第一誘電体部31及び第二誘電体部32が、帯電補助シート7と直接当接し摩擦帯電される。
このとき、実施例2においては、実施例1と同様に、帯電系列上、(−)第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31(+)となっているので、第一誘電体部31は正極性に帯電し、第二誘電体部32は負極性に帯電する。そのため、第一誘電体部31と第二誘電体部32との間に微小閉電界が形成される。
そして、現像容器6内にて、現像ローラ3上に形成された微小閉電界によるグラディエント力で、3層程度のトナー層が形成される。そのため、図5(a)に示すように、ベタ画像の印字後においても、現像ローラ3上に3層程度のトナーコート量を得ることができるので、ベタ画像追従不良を抑制することができる。
次に、図6を用いて、ベタ白画像形成を行った場合における、ベタ画像追従不良の抑制について説明する。ベタ画像形成時と同様に、図6(a)に示すように、規制部において、トナー5と、帯電層41と、第一誘電体部31及び第二誘電体部32とが互いに摩擦により、トナー5には負極性の電荷が付与される。また、帯電層41、第一誘電体部31及び第二誘電体部32には正極性の電荷が付与される。第一誘電体部31と第二誘電体部32とは同じ正極性ではあるが、電位は異なっているため、微小閉電界が形成される。
そして、図6(b)に示すように、現像部では、現像ローラ3上のトナー5は感光体ドラム1に転移されずに、現像ローラ3上に残ったままになる。その後、図6(c)に示すように、現像ローラ3と帯電補助シート7の当接部では、帯電補助シート7と、トナー5と、第一誘電体部31及び第二誘電体部32とが互いの摩擦により帯電する。トナー5には負極性の電荷が付与され、第一誘電体部31及び第二誘電体部32には正極性の電荷が付与される。
そして、現像容器6内にて、現像ローラ3上に形成された微小閉電界によるグラディエント力で、4層程度のトナー層が形成される。そのため、図6(a)に示すように、ベタ
白画像の印字後においても、現像ローラ3上に4層程度のトナーコート量を得ることができるので、ベタ画像追従不良を抑制することができる。
以上、図5、図6を用いて説明したように、実施例2において、ベタ画像形成時における規制部通過後のトナーコート量と、ベタ白画像形成時における規制部通過後のトナーコート量とを同等とすることができる。その結果、ゴースト画像の発生を抑制することができる。
図7〜図9を用いて、実施例2におけるゴースト画像の発生の良化メカニズムについて詳細に説明する。ここで、ゴーストとは、例えば、濃度の高いベタ画像形成後、ハーフトーン画像やベタ白画像を形成した場合に、ハーフトーン画像やベタ白画像上にベタ画像の後が現れる現象をいう。
図7、図8に示す白抜きのトナーは、無帯電又は低帯電のトナーであり、−(マイナス)表示のトナーは、現像ローラ3表面と現像ブレード4の帯電層41に規制され帯電したトナー、及び現像ローラ3表面を転がり帯電したトナーである。
まず、図7を用いて、現像ローラ3表面にトナーが付着するメカニズムについて説明する。図7は、実施例2における現像ローラへのトナー付着メカニズムについての説明図である。図7(a)〜図7(c)は、ベタ画像形成時の現像ローラへのトナー付着メカニズムについて説明する図であって、図7(d)〜図7(f)は、ベタ白画像形成時の現像ローラへのトナー付着メカニズムについて説明する図である。
ベタ画像形成後は、現像ローラ3表面にトナーがコートされておらず、現像ローラ3は帯電補助シート7と直接摺擦する。それによって、図7(a)に示すように、第一誘電体部31は正極性に、第二誘電体部32は負極性に帯電し、その結果、微小閉電界Eを形成する。
そして、図7(b)に示すように、無帯電又は低帯電のトナーが、微小閉電界Eが発生する第一誘電体部31の表面にグラディエント力で吸引され、現像ローラ3表面に接触したトナーは−(マイナス)に帯電する。この付着したトナーは、図7(b)に示すように現像ローラ3表面に凹凸を形成し、その隙間にトナー5を担持し、図7(c)に示す3層程度のトナー層を形成する。
一方、ベタ白画像形成後は、現像ローラ3表面にトナーコートの−(マイナス)電荷が積層されるため、第一誘電体部31と第二誘電体部32上のトナー層表面電位は−(マイナス)側にシフトし、図7(d)に示すように、微小閉電界Eを形成する。そして、無帯電又は低帯電のトナーが、図7(e)に示すように、微小閉電界Eが発生する第一誘電体部31にグラディエント力で吸引される。そして、現像ローラ3表面にトナー5の凹凸を形成し、その隙間にトナー5を担持し、図7(f)に示す4層程度のトナー層を形成する。
次に、図8、図9を用いて、現像ブレード4によるトナー層規制メカニズムについて説明する。図8は、実施例2における規制部でのトナー層厚規制メカニズムについての説明図である。図8(a)〜図8(c)は、ベタ画像形成時の規制部でのトナー層厚規制メカニズムについて説明する図であって、図8(d)〜図8(f)は、ベタ白画像形成時の規制部でのトナー層厚規制メカニズムについて説明する図である。図9は、実施例2の第一誘電体部、第二誘電体部、及び現像ブレードの帯電層の電位を示す模式図である。図9(a)は、トナーが負極性に帯電している場合を示し、図9(b)は、トナーが正極性に帯電している場合を示す。
ベタ画像形成時は、図8(a)に示すように、現像ローラ3表面に3層程度のトナー層が形成されており、図8(b)に示すように、グラディエント力による拘束が弱い上層のトナーは、規制部で機械的に現像ローラ3表面から剥ぎ取られる。下層のトナーは、図8(c)に示すように、規制部へ搬送されマイナス帯電する。また、このとき、トナーと現像ローラ3が摺擦するため、第一誘電体部31と第二誘電体部32は正極性に帯電する。
一方、ベタ白画像形成時は、図8(d)に示すように、現像ローラ3表面に4層程度のトナー層が形成されている。図8(e)に示すように、グラディエント力による拘束が弱い上層のトナーは、規制部で機械的に現像ローラ3表面から剥ぎ取られる。下層のトナーは、図8(f)に示すように、規制部へ搬送されマイナス帯電する。
ここで、実施例2では、帯電系列上、(−)トナー5<第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31<帯電層41(+)となるように構成されている。第一誘電体部31、第二誘電体部32、帯電層41の電位関係は、図9(a)に示すように、第二誘電体部32=現像バイアス(以下、Vdcとする)+α、第一誘電体部31=Vdc+β、帯電層41=Vdc+γとする(仕事関数差によりα<β<γ)。
これにより、図8(e)に示すように、現像ローラ3表面のマイナストナーは、帯電層41と、第一誘電体部31及び第二誘電体部32の間の電界により、現像ローラ3表面から剥ぎ取られやすくなる。このとき、ベタ画像形成時と比較し、より上層にマイナストナーが積層されているため、電界により剥ぎ取られるトナー量は多くなる。
実施例2においては、以上述べたような現像ローラ3表面へのトナー付着メカニズム及びトナー層規制メカニズムにより、ベタ画像形成時とベタ白画像形成時の規制部通過後のトナーコート量を同等とすることができ、ゴースト画像発生を大幅に良化できる。
なお、実施例2においては、現像ローラ3表面のトナーコート状態が最も変化する、ベタ画像形成とベタ白画像形成の詳細を述べたが、ハーフトーン画像形成時においても、前述のメカニズムにより規制部通過後のトナーコート量を同等とすることができる。
また、実施例2においても、実施例1と同様に、帯電補助シート7と現像ローラ3との当接圧を、帯電補助シート7と現像ローラ3の間をトナー通ることができる程度の当接圧としている。そのため、トナーへのストレスを大幅に抑えることができた。
また、実施例2においても、実施例1と同様に、帯電補助シート7として絶縁性のポリイミド樹脂のシートを用いている。帯電補助シート7と第一誘電体部31が摩擦帯電すると、帯電補助シート7は負極性に帯電し、帯電補助シート7と第二誘電体部32が摩擦帯電すると、帯電補助シート7は正極性に帯電する。このように、交互に正負の電荷を帯電するため、帯電補助シート7のチャージアップが防止される。そのため、帯電補助シート7の帯電能力が低下することなく、現像ローラ3表面の高抵抗誘電体部31と中抵抗誘電体部32を確実に帯電させ、微小閉電界を形成することができる。
以上述べたように、実施例2の現像装置2は、現像ローラ3表面を、第一誘電体部31と第二誘電体部32とが微小面積で混在露出するように構成する。そして、帯電系列上、(−)トナー5<第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31<帯電層41、となるようにトナー5、第一誘電体部31、第二誘電体部32、帯電補助シート7、帯電層41を構成する。これにより、現像剤供給部材を省いて小型化及び低コスト化を実現した現像装置において、ゴーストやベタ画像追従不良が良化し、トナーの劣化を大幅に抑えた現像装置を提供することができる。そして、実施例2の現像装置を搭載した画像形成
装置を用いてA4サイズ1000枚の画像形成を行った場合、好適な画像濃度を維持し、画像不良の発生無く、良好な画像が得られた。
なお、実施例2では、第一誘電体部31を高抵抗誘電体とし、第二誘電体部32を中抵抗誘電体としたがこの限りではなく、第一誘電体部31が中抵抗誘電体とし、第二誘電体部32が高抵抗誘電体でも良い。また、第一誘電体部31と第二誘電体部32がともに高抵抗誘電体であっても、中抵抗誘電体であっても良い。
実施例2では、現像ローラ3の第一誘電体部31と第二誘電体部32、現像ブレード4の帯電層41、帯電補助シート7、トナー5を前述の材料構成としているが、本発明はこれに限られるものではない。この材料構成以外の場合でも、帯電系列上、(−)トナー5<第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31<帯電層41(+)であればよい。例えば、トナーが正帯電極性である場合には帯電系列上、(−)帯電層41<第一誘電体部31<帯電補助シート7<第二誘電体部32<トナー5(+)となるように各材料を構成すればよい。それにより、第一誘電体部31、第二誘電体部32、帯電層41の電位関係を、図9(b)のようにできる。
また、帯電系列上、第一誘電体部31及び第二誘電体部32と帯電層41の差が大きい場合には、規制時、電界による現像ローラ3上トナーの剥ぎ取り効果が大きくなり、画像濃度が下がることがある。この場合には、現像ローラ3の回転速度を速めることにより、好適な画像濃度を維持することができる。
実施例2では、帯電層41の導電性について述べていないが、導電化することにより帯電層41上の電荷のチャージアップが防止でき、トナーに不必要な電荷を持たせるのを防ぐことができる。このような導電化した帯電層41を用いた場合も、前述したゴースト良化のメカニズムには影響なく、実施例2と同等の効果を得ることができる。
また、実施例2では、現像ブレード4に帯電層41を設ける構成としている。しかし、帯電層41を省いた場合でも、現像ブレード4の材質の仕事関数が、帯電系列上、(−)トナー5<第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31<現像ブレード4(+)、の関係を保つものであれば良い。
ここで、図10は、現像ブレード先端部分におけるトナー規制状態を示している。実施例2では、現像ローラ3と現像ブレード4の当接方法について述べていないが、本発明の効果をより引き出すことができるように、図10(a)に示すように、現像ブレード4の先端面が現像ローラ3に対して法線方向を向くよう配置すると良い。これにより、図10(b)に示すように、電界により剥ぎ取られた上層のマイナストナーは、現像ブレード4の先端部の帯電層41に付着し、次々と搬送されてくるマイナストナーに図10(b)中の矢印方向へ押し上げられる。このため、電界により剥ぎ取られたマイナストナーは規制部に留まらず、現像ローラ3表面の上層マイナストナーはより確実に剥ぎ取られ、実施例2と同等、もしくはそれ以上の効果を得ることができる。
なお、実施例2では、感光体ドラム1と現像ローラ3を接触配置する接触現像方式を採用したが、接触現像時トナーへかかる圧力を無くすため、感光体ドラム1と現像ローラ3を非接触して配置する非接触現像方式を採用してもよい。
(実施例3)
次に、図11、図12を参照して、実施例3について説明する。図11は、実施例3に係る現像装置を示す概略断面図である。図12は、実施例3及びその変形例の第一誘電体部、第二誘電体部、現像ブレードの電位関係を示す模式図である。図12(a)は、実施
例3であって、現像バイアスが負極性であり、トナーが負極性に帯電している場合を示している。図12(b)は、実施例3の変形例であって、現像バイアスが正極性であり、トナーが正極性に帯電している場合を示している。また、図12(c)は、実施例3の変形例であって、現像バイアスが正極性であり、トナーが負極性に帯電している場合を示している。図12(d)は、実施例3の変形例であって、現像バイアスが負極性であり、トナーが正極性に帯電している場合を示している。いずれの場合においても、誘電体部31からトナーが剥ぎ取られる電界が発生する電位関係に設定されている。
実施例3に係る現像装置2において、実施例1で説明した図1に示す現像装置と異なり、現像ブレード4に帯電層41が設けられていない。そして、実施例3に係る画像形成装置は、現像ブレード4に電圧を印加する第二電圧印加手段としてのバイアス印加手段62を有している。バイアス印加手段62が現像ブレード4に電圧(ブレードバイアス)を印加することにより、現像ローラ3表面のトナーコート量を制御する。その他の構成については、実施例1と同様であるため、同一の構成については同一の符号を用いて、その説明は省略する。
実施例3においても、実施例1、2と同様に現像ローラ3は、第一誘電体部31、第二誘電体部32とが微小面積で混在露出するように構成した。また、第一誘電体部31と第二誘電体部32と帯電補助シート7及びトナー5は、帯電系列上、(−)トナー5<第二誘電体部32<帯電補助シート7<第一誘電体部31(+)、となるように構成した。
実施例3では、第一誘電体部31、第二誘電体部32に対してトナーが剥ぎ取られる電界をバイアス印加手段62によるブレードバイアスにて形成するため、画像形成中の各誘電体部の電位を正確に把握しなければならない。実施例3での各誘電体部の電位測定は、以下の手順で行った。
(1)ベタ白画像形成後現像ローラ3を取り出し、表面1cm×1cm、厚み3mmの測定用サンプルを切り出す。
(2)画像形成終了から30分後、走査型プローブ顕微鏡(SPA300,SIIナノテクノロジー(株)製)のKFMモードにて、上記サンプルの高抵抗誘電体部31と中抵抗誘電体部32の電位を測定する。
(3)第一誘電体部31、第二誘電体部32の比誘電率、抵抗率から30分での電位減衰を計算し、画像形成時の各誘電体部の電位を決定する。
実施例3では、上記(2)で測定した値は第一誘電体部31、第二誘電体部32の電位はそれぞれ、11V、2.5Vであった。そして、実施例3で採用した第一誘電体部31(ポリエステル樹脂粒子)は比誘電率=3.2、抵抗率=1E+14(Ω・m)であり、電位減衰率は47%であるため、画像形成中の第一誘電体部31の電位は20.8Vであった。一方、第二誘電体部32(ウレタン)は比誘電率=7、抵抗率=2E+13(Ω・m)であり電位減衰率は76%であるため画像形成中の第二誘電体部32の電位は10.7Vであった。
実施例3において、バイアス印加手段62によってブレードバイアスを印加し、画像形成した場合の結果を表1に示す。実施例3では負帯電極性のトナーを用いているため、対現像ローラブレードバイアスをプラスに設定すると、トナー5が現像ローラ3表面から現像ブレード4へと移動する向きに電界が発生する。ここで、対現像ローラブレードバイアスとは、ブレードバイアス−現像バイアスで定義される値であり、すなわち、現像ローラ3と現像ブレード4との電位差である。
Figure 2015041082

○△×評価基準
ゴースト ○:発生無し、△:軽微に発生、許容レベル、×:NGレベル
濃度 ○:濃度薄無し、△:許容レベル、×:NGレベル
表1に示すように、対現像ローラブレードバイアスをマイナスからプラスへと変化させることで、ゴースト画像が良化する。このゴ−スト画像が良化するメカニズムは実施例1と同様で、図8(b)、図8(e)の3層目及び4層目のトナーを対現像ローラブレードバイアスによる電界で剥ぎ取るためである。規制部侵入直前においては、ベタ画像形成後よりもベタ白画像形成後の方が、より多くのトナーが現像ローラ3上に担持されるため、ベタ白画像形成後の剥ぎ取り性は重要となる。
また、負極性トナー5は、規制部に侵入すると、現像ローラ3表面から現像ブレード4側へ移動する。実施例3では第一誘電体部31の対現像ローラ電位差が20V程度であるため、対現像ローラブレードバイアスは+20V〜30Vにて、ゴースト画像が大幅に良化する。また、対現像ローラブレードバイアスをプラスに大きくすることで、規制時、電界による現像ローラ3上トナーの剥ぎ取り効果が大きくなり、画像濃度が下がるが、現像ローラの回転速度を速めることにより、好適な画像濃度を維持することができる。
図12(a)は、トナーが負極性で現像バイアスVdcが負極性である場合、即ち実施例3で示す電位関係となるように構成した場合を示す。現像ローラ3に印加する現像バイアスVdcを−300Vとした場合、第一誘電体部31は−280Vとなり、第二誘電体部32は−290Vとなる。そして、ブレードバイアスを−270Vとした場合(対現像ローラブレードバイアスは+30V)に、第一誘電体部31と第二誘電体部32に対してトナーが剥ぎ取られる電界が発生する。
同様に、実施例3の変形例として、図12(b)にトナーが正極性で現像バイアスVdcが正極性である場合を示す。また、図12(c)にトナーが負極性で現像バイアスVdcが正極性である場合、図12(d)にトナー正極性で現像バイアスVdcが負極性である場合の電位関係をそれぞれ示す。
以上、実施例3においては、現像ローラ3表面を、第一誘電体部31と第二誘電体部32とが微小面積で混在露出する構成とし、第二誘電体部32、第一誘電体部31、現像ブレード4の電位、現像ローラ3の電位の絶対値を図12(a)に示す関係に設定する。すなわち、バイアス印加手段62による現像ブレード4への印加電圧の絶対値を、現像バイアス印加手段61による現像ローラ3への印加電圧の絶対値よりも大きく設定する。そして、帯電補助シート7を現像ローラ3の回転方向に関して、現像部よりも下流側の位置に配置して、ベタ画像形成時に現像ローラ3の表面を摺擦するようにする。これにより、現像剤供給部材を省いて小型化及び低コスト化を実現した現像装置において、トナーへの負荷を抑えつつ、ゴーストやベタ画像追従不良を大幅に良化する画像形成装置を提供することができる。実施例3の現像装置を搭載した画像形成装置を用いて、第二誘電体部32の電位、第一誘電体部31の電位、ブレードバイアスを図12(a)の設定とし、A4サイ
ズ1000枚の画像形成を行った。その場合、好適な画像濃度を維持し画像不良の発生無く、良好な画像が得られた。
実施例3では、現像ブレード4、第一誘電体部31、第二誘電体部32、トナー5を前述の材料構成としている。しかしながら、第二誘電体部32が帯電系列上トナー5と第一誘電体部31との間に位置し、ブレードにバイアスを印加できるよう導電性を与えられるように、各材料を構成するものであればこの材料構成に限られるものではない。例えば、トナーが正帯電極性である場合には、帯電系列上、(−)第一誘電体部31<帯電補助シート7<第二誘電体部32<トナー5(+)となるように各材料を構成すればよい。そして、現像ブレード4に第一誘電体部31の帯電量の絶対値以上の負極性電位を印加することで、第二誘電体部32、第一誘電体部31、現像ブレード4の電位関係を、図12(b)に示すようにできる。
また、第一誘電体部31の帯電後の電位と現像ブレード4のバイアスの差が大きい場合には、規制時、電界による現像ローラ3上トナーの剥ぎ取り効果が大きくなり、画像濃度が下がることがある。この場合には、現像ローラの回転速度を速めることにより、好適な画像濃度を維持することができる。
2…現像装置、3…現像ローラ(現像剤担持体)、4…現像ブレード(規制部材)、5…トナー、7…帯電補助シート(帯電補助部材)、31…第一誘電体部、32…第二誘電体部

Claims (8)

  1. 像担持体へ現像剤を供給するために現像剤を表面に担持する現像剤担持体であって、第一誘電体部と第二誘電体部が前記表面に散在する現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を規制する規制部材と、
    前記現像剤担持体の回転方向において、前記現像剤担持体と前記像担持体との当接部よりも下流側であって前記現像剤担持体と前記規制部材との当接部よりも上流側で前記現像剤担持体と当接して設けられ、前記現像剤担持体に担持される現像剤を帯電する可撓性を持ったシート状の帯電補助部材と、
    を備え、
    帯電系列上において、前記帯電補助部材が、前記第一誘電体部と前記第二誘電体部の間に位置することを特徴とする現像装置。
  2. 前記第一誘電体部と前記第二誘電体部とは仕事関数が異なることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 前記規制部材は、前記現像剤担持体に当接する帯電層を備えており、
    帯電系列上において、前記第一誘電体部と前記第二誘電体部が、前記現像剤と前記帯電層との間に位置することを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  4. 帯電系列上において、前記第一誘電体部及び前記第二誘電体部が、前記現像剤と同極性側に位置することを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  5. 像担持体へ現像剤を供給するために現像剤を表面に担持する現像剤担持体であって、第一誘電体部と第二誘電体部が前記表面に散在する現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体に当接する帯電層を備えており、前記現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を規制する規制部材と、
    前記現像剤担持体の回転方向において、前記現像剤担持体と前記像担持体との当接部よりも下流側であって前記現像剤担持体と前記規制部材との当接部よりも上流側で前記現像剤担持体と当接して設けられ、前記現像剤担持体に担持される現像剤を帯電する帯電補助部材と、
    を備え、
    帯電系列上において、前記帯電補助部材が、前記第一誘電体部と前記第二誘電体部の間に位置し、かつ帯電系列上において、前記第一誘電体部と前記第二誘電体部が、前記現像剤と前記帯電層との間に位置することを特徴とする現像装置。
  6. 現像剤を収容する容器を備え、
    前記帯電補助部材は、前記容器から現像剤が漏れるのを防止する現像剤漏れ防止シートであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の現像装置と、
    前記現像剤担持体に電圧を印加する第一電圧印加手段と、
    前記規制部材に電圧を印加する第二電圧印加手段と、
    を備える画像形成装置において、
    前記第一誘電体部から前記規制部材へ前記現像剤が移動する電界を形成するように、前記第一電圧印加手段が前記現像剤担持体に電圧を印加し、前記第二電圧印加手段が前記規制部材に電圧を印加することを特徴とする画像形成装置。
  8. 前記現像剤が負極性の場合、前記第二電圧印加手段による印加電圧の絶対値の方が、前記第一電圧印加手段による印加電圧の絶対値よりも大きく、
    前記現像剤が正極性の場合、前記第二電圧印加手段による印加電圧の絶対値の方が、前記第一電圧印加手段による印加電圧の絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
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