JP2008224879A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置の駆動初期から安定した画像濃度を保持することの可能な現像装置を提供すること。
【解決手段】現像器と、この現像器に供給されるトナーを収容するトナーカートリッジとを具備する現像装置において、前記トナーカートリッジは、現像装置に着脱・交換可能であり、現像装置に最初に装着される１本目のトナーカートリッジ内に充填されるトナーは、２本目以降のトナーカートリッジ内に充填されるトナーよりも大きい平均粒径を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、現像装置に係り、特に、高画質の画像を形成可能な現像装置に関する。

近年の高画質化に伴い、電子写真トナーは小径化されている。また、環境性等を考慮し、非磁性一成分現像装置においては現像器とトナーカートリッジが分離しており、トナーホッパー内のトナーがなくなると、新しいトナーホッパーに交換し、継続して印字することができるタイプのプリンタが各社より市販されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

このようなタイプの非磁性一成分現像装置は、ドクターブレード、現像ロール、及び現像ロールにトナーを供給する供給ロールを備えており、ドクターブレードは、現像ロール上のトナーを規制することで、トナーに適切な帯電を与え、また現像ロール上にトナー層を均一に形成するように動作する。また、ドクターブレードは、先端を折り曲げた形状をしており、現像ロールに任意の圧力で圧接している。

一般に、ドクターブレードが現像ロールへ加える圧力は、現像ロール上にトナー層を均一に形成する上で重要なファクターとなり、圧力が強すぎると、トナーへの負荷が大きくなって、ドクターブレードにトナーが融着し、白スジなどの不具合を起こす。

一方、現像ロールへの圧力が低いと、トナーに与える帯電量が低くなるため、かぶりが多くなる不具合を引き起こし、またトナー層も厚くなるため層厚が不均一となり、画質が悪化する。

従って、ドクターブレードの現像ロールへの圧力は適切な圧力が設定されている。また、現像ロールと接触するドクターブレード先端部は折り曲げられており、接触面は任意の曲げＲに設定されている。曲げＲが小さいと、トナー通過量が規制されるため、トナー層が少なくなり、濃度が下がる。逆に、曲げＲが大きいとトナー通過量が増えるためにトナー層が厚くなり、濃度が上がる。従って、ドクターブレードと現像ロールとの接触部での曲げＲは適切な曲げＲに設定されている。

しかし、当初、曲げＲを適切に設定したとしても、ドクターブレードの先端と現像ロール上のトナーの外添材との摺擦によって、ドクター表面が徐々に研磨され、ドクター先端の曲げＲが広がる結果、トナー層が厚くなり、画像濃度が上昇するという問題がある。
特開平７−１１０６１９号公報 特開平７−２０９９７４号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、現像装置の駆動初期から安定した画像濃度を保持することの可能な現像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、現像器と、この現像器に供給されるトナーを収容するトナーカートリッジとを具備する現像装置において、前記トナーカートリッジは、現像装置に着脱・交換可能であり、現像装置に最初に装着される１本目のトナーカートリッジ内に充填されるトナーは、２本目以降のトナーカートリッジ内に充填されるトナーよりも大きい平均粒径を有することを特徴とする現像装置を提供する。

このような現像装置において、１本目のトナーカートリッジ内に充填されるトナーの平均粒径は、６．５〜８．５μｍであり、２本目以降のトナーカートリッジ内に充填されるトナーの平均粒径は、５．５〜６．５μｍとすることができる。

また、いずれのトナーも、シリカ、アルミナ、及びチタニアからなる群から選ばれた少なくとも１種の無機微粒子により外添されたものとすることができる。

本発明によると、現像装置の駆動初期から安定した画像濃度を保持することの可能な現像装置が提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る現像装置は、着脱・交換可能なトナーカートリッジを備え、最初に装着される１本目のトナーカートリッジ内に充填されるトナーは、２本目以降のトナーカートリッジ内に充填されるトナーよりも大きい平均粒径を有することを特徴とする。これは、次のような知見に基づくものである。

多数枚の印字を繰り返すとドクターブレード表面が徐々に研磨されるため、曲げＲが大きくなり、トナー層が厚くなって、画像濃度が上昇するという現象が生ずるが、これは、相対的に印字初期の画像濃度が低いということであり、この問題は、印字初期の画像濃度を上げることにより解消し得る。

そのため、本発明の一実施形態では、１本目のトナーカートリッジとして、大きい平均粒径、例えば、平均粒径６．５〜８．５μｍのトナーを充填したものを用いることにより、画像濃度を上昇させている。即ち、平均粒径の大きいトナーは、帯電量が少なく、現像ロール上のトナー層厚が厚くなるため、画像濃度が高くなるからである。

その後、印字を続行するに従って、ドクターブレード表面が徐々に研磨されるため曲げＲが大きくなり、トナー層の厚さが厚くなり、画像濃度が上昇する傾向になるが、２本目のトナーカートリッジとして、小さい平均粒径、例えば、平均粒径５．５〜６．５μｍのトナーを用いることにより、トナー層の厚さが減少する効果と相殺されて、トナー層の厚さは安定し、初期と同等な画像濃度を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る現像装置１を示す断面図である。現像装置１の現像器２は、上部のトナーホッパー３と下部のトナーホッパー４からなるトナーカートリッジ５と、外装フレーム６を有する現像部７とから構成される。

現像部７の内部には、現像ローラ８、この現像ローラ８にトナーを供給する供給ローラ９、及び現像ローラ８上に供給されたトナーの層を一定の厚さに規制するドクターブレード１０、現像部７のトナーを攪拌する攪拌部材１１等が設けられている。

また、感光体ドラム２１、クリーナ２２、帯電ローラ２３は、ドラムユニット部２４として外装フレーム６の内部に現像器２と一体に組み込まれている。ドラムユニット部２４は、現像器２の現像部７と共に現像ドラムユニットを構成している。なお、感光体ドラム２１は、通常、導電性の金属ローラの表面に有機光導電体を一様に被着して成り、金属ローラ部は接地されている。

帯電ローラ２３は、高圧電源（図示せず）により白印字状態の帯電電位（一様に印加する初期化電位、プラス極性で印加する方式とマイナス極性で印加する方式があり、この例ではマイナスの高電圧）を感光体ドラム２１に付与する。この帯電電位の付与により、感光体ドラム２１の周表面の感光層は、例えば−６５０Ｖ（ボルト）のマイナス高電位に一様に帯電する。このように帯電された感光層は、次いで、レーザー光源又はＬＥＤ光源を備える光書込ヘッド（図示せず）により、画像情報に応じて選択的に露光される。この露光により、感光体ドラム２１の表面には電位が略−７０Ｖに減衰したマイナス低電位部が形成され、この−７０Ｖの低電位部と予め帯電した上記−６５０Ｖの高電位部とによる静電潜像が形成される。

トナーカートリッジ５内には、非磁性一成分のトナーが収容されている。このトナーは、トナーカートリッジ５が現像器２に最初に装着される１本目のトナーカートリッジである場合には、大きい平均粒径、例えば平均粒径８μｍのトナーであり、２本目以降のトナーカートリッジである場合には、小さい平均粒径、例えば平均粒径６μｍのトナーである。

現像ローラ８には、高圧電源３１から例えば−３５０Ｖの現像バイアスが印加される。また、供給ローラ９には、他の高圧電源３２から−３００Ｖ〜−６００Ｖの供給バイアスが印加される。そして、ドクターブレード１０には、更に他の高圧電源３３から上記と同様に−３００Ｖ〜−６００Ｖのドクターバイアスが印加される。

トナーは、供給ローラ９との電位差により現像ローラ８の表面に付着した後、ドクターブレード１０により一定の厚さに規制されると共に、ドクターブレード１０を介して高圧電源３２から加わるマイナス高圧電位により弱いマイナス電位に帯電して、現像ローラ８の表面に一定の厚さで付着する。

現像ローラ８は、回転しながら上記のトナーを感光体ドラム２１との対向部に搬送する。現像ローラ８と感光体ドラム２１との対向部では、上記−７０Ｖの静電潜像の低電位部と現像ローラ８との間に−２８０Ｖの電位差が形成される。即ち、静電潜像の低電位部は現像ローラ８に対して相対的にプラス極性の電位を形成する。

この電位差による電界により、マイナス極性に帯電している非磁性のトナーが感光体ドラム２１のプラス極性の静電潜像低電位部に転移してトナー像を形成する。このトナー像は、感光体ドラム２１の回転によって、感光体ドラム２１と転写ローラ（図示せず）との対向部に搬送され、転写に供される。

クリーナ２２は、感光体ドラム２１の周表面に当接するクリーニングブレード２６と搬送スクリュー２５とを備えている。クリーニングブレード２６は感光体ドラム７の周表面に残留する廃トナーを取り除き、搬送スクリュー２５は、その取り除かれた廃トナーを、外装フレーム６の左上外装フレーム６ａに配置されている搬送スクリュー２５ｂを経由して、上部のトナーホッパー３に配設されている廃トナー収容パイプ２８内の搬送スクリュー２５ｃを介し、廃トナー回収袋２７に送出する。

また、下部のトナーホッパー４には、中央部に内部のトナーを攪拌するためのアジテータ２９が配設されており、下部開口には現像部７の開口部との間にシール部材３０が介装されている。内部のトナーは、収容パイプ２８の回転によって、下部隔壁の開口を通って現像部７に補給される。

このトナーの補給の概略を簡単に説明する。トナーカートリッジ５は外ケースと内ケースにより構成されており、内ケースの中には現像部７内にトナーを送るためのトナーアジテータ２９が回転可能な構造で配置されている。

当初は外ケース内にトナーが充填されており、内ケース内にはトナーは入らない状態になっている。

トナーカートリッジ５を図１に示すように現像部７に装着し、両者を固定するためのロックレバー（図示せず）を動かす事により、トナーカートリッジ５に配置されている爪（図示せず）が現像部７に噛み込み、両者が一体化すると同時に、内ケースが回転して外ケースからトナーが入り込み、さらにアジテータ２９の回転により内ケースから現像部７にトナーが補給されるようになっている。

このようにして順次トナーは外ケース→内ケース→現像部→供給口ーラ→現像ローラ→感光体ドラム、という供給フローにより消費される。

トナーが画像形成により消費され、遂には現像部７内にトナーがなくなると、ピエゾ素子等を用いた圧力センサであるトナー有無センサが、トナーからの圧力が所定値以下となったことを検知して制御装置に「トナー無し」信号を通知する。

尚、本例では、トナー残量１０ｇとなった状態でトナー無し検知が出力されるような仕様となっている。

そして、画像欠陥、ハード障害発生防止のために、トナー無し検知が働くと、強制的に印字が禁止されるようになっている。そして、トナーカートリッジ５が取り外され、新しいトナーカートリッジ５が装着される。この場合、取り外されるトナーカートリッジ５が現像器２に最初に装着される１本目のトナーカートリッジである場合には、そこには大きい平均粒径のトナーが充填されており、２本目以降のトナーカートリッジである場合には、小さい平均粒径のトナーが充填されている。

以下、本発明の実施例を示し、本発明についてより具体的に説明する。

実施例
結着樹脂としてポリエステル樹脂（軟化点１４７℃、ガラス転移点７５℃）８３質量部、着色剤としてマゼンタ（Ｃ．Ｉピグメント５７：１）マスターバッチ（濃度：３０％）１０質量部、離型剤としてカルナウバワックス１号粉末（加藤洋行（株）輸入品）６質量部、帯電制御剤としてＬＲ−１４７（日本カーリット（株）製：有機ホウ素系化合物）１質量部を合計５０ｋｇになるように計量し、１５０Ｌヘンシェルミキサーにより１０００ｒｐｍの回転速度で３分間混合した。

混合物をオープン２本ロール混練機へ供給し、混練物を得た。得られた混練物を冷却し、粗砕機で粉砕した後、衝突板式粉砕機：ＩＤＳ−２（日本ニューマチック（株）製）で微粉砕し、ローター式分級機：ＴＴＳＰで分級を行い、平均粒径が約６．０μｍ、約７．０μｍ、約８．０μｍの３種の着色微粒子を得た。

得られた着色微粒子１００質量部に対し、疎水性シリカ：ＲＹ５０（日本アエロジル（株）製）を２．５部、ＴＧ８１０Ｇ（キャボット（株）製）を０．３質量部、アルミナ微粒子：ＡＬ４５−２（昭和電工（株）製）を０．５質量部、チタニア微粒子：ＴＡＦ５２０−Ｏ（富士チタン工業（株）製）を０．５質量部加え、ヘンシェルミキサーにより外添混合し、篩いを行って異物を除去し、各粒径の３種類のトナーＡ，Ｂ，Ｃを得た。トナーＡは平均粒径が約６．０μｍのトナー、トナーＢは平均粒径が約７．０μｍのトナー、トナーＣは平均粒径が約８．０μｍのトナーである。

得られたトナーＡ，Ｂ，Ｃの粒度分布を下記表１に示す。なお、粒度分布は、コールターカウンターIIIにより測定した。

次に、多数本のトナーカートリッジを順次交換してトナー耐久試験を行うために、トナーカートリッジに上記トナーを１８０ｇ充填し、下記表２に示すトナーカートリッジの組み合わせにした。

Ｎ３０００試作機（カシオ計算機（株）製）により、上記トナーカートリッジの組み合わせを用いて、５％印字率の連続印刷からなる耐久試験を４００００枚まで行った。また、トナーカートリッジ１本は約７０００枚印字できるが、トナーカートリッジを６本使用した。現像器内のドクターブレードは、曲げＲが０．２ｍｍ、曲げ角度が６５°、現像ロールへの圧力は２．９３ｋｇｆに設定されている。

５０００枚ごとにベタのパッチ印字を行い、Ｘ−ｒｉｔｅで画像濃度を測定した。５０００枚ごとの画像濃度を下記表３に示す。

上記表３から、１本目のトナーカートリッジとして平均粒径が約８．０μｍのトナーＣを用い、２本目以降のトナーカートリッジとして平均粒径が約６．０μｍのトナーＡを充填したものを用いる実施例１について耐久試験を行った結果、４００００枚まで画像濃度の変化が少なく、良好であることがわかる。これは、次のような作用によるものと考えられる。

即ち、トナーの粒径が大きいと帯電量が小さくなり、現像ロール上のトナー層厚が厚くなるため、画像濃度が高くなる。その後、印字を続けると、ドクターブレード表面が徐々に研磨されるため曲げＲが大きくなり、濃度が上がる傾向になる。これに対し、２本目以降のトナーカートリッジに充填されたトナーの粒径を小さくすると、現像ロール上のトナー層を薄くする作用が働き、これらの作用が相殺されて、現像ロール上のトナー層の厚さが安定化し、初期と同等な画像濃度が示されるのである。

実施例２及び３においても、実施例１と同様、１本目のカートリッジに充填されるトナーの粒径を２本目以降のカートリッジに充填されるトナーの粒径より大きくし、耐久試験を行った結果、４００００枚まで画像濃度の変化が少なく、良好な結果が得られた。

これに対し、比較例１では、トナーカートリッジ内のトナーを全て同一の平均粒径のトナーＡにした結果、初期では画像濃度が低いが、印字を続けるとドクターブレード表面が徐々に研磨されることで曲げＲが大きくなり、結果として画像濃度が上がり、濃度安定性について良好な結果が得られなかった。

また、比較例２でも同様に、トナーカートリッジ内のトナーを全て同一の平均粒径のトナーＢにした結果、画像濃度の安定性について良好な結果が得られなかった。

比較例３では、実施例１及び２とは逆に、１本目のカートリッジに充填されるトナーの粒径を２本目以降のカートリッジに充填されるトナーの粒径より小さくした結果、最も画像濃度の変化が激しくなった。

以上の結果から、トナーカートリッジ式の現像装置において、１本目のカートリッジ内に充填されたトナーの平均粒径を２本目以降のカートリッジ内に充填されたトナーの平均粒径よりも大きくすることで、画像濃度の変化が少なく、良好な画像が得られるという効果がある。

本発明の一実施形態に用いる現像装置を示す図である。

符号の説明

１…現像装置、２…現像器、３…上部トナーホッパー、４…下部トナーホッパー、５…トナーカートリッジ、６…外装フレーム、７…現像部、８…現像ローラ、９…供給ローラ、１０…ドクターブレード、１１…攪拌部材、２１…感光体ドラム、２２…クリーナ、２３…帯電ローラ、２４…ドラムユニット部、２５，２５ｂ，２５ｃ…搬送スクリュー、２６…クリーニングブレード、２７…廃トナー回収袋、２８…廃トナー収容パイプ、２９…アジテータ、３０…シール部材、３１，３２，３３…高圧電源。

Claims (3)

1. 現像器と、この現像器に供給されるトナーを収容するトナーカートリッジとを具備する現像装置において、前記トナーカートリッジは、現像装置に着脱・交換可能であり、現像装置に最初に装着される１本目のトナーカートリッジ内に充填されるトナーは、２本目以降のトナーカートリッジ内に充填されるトナーよりも大きい平均粒径を有することを特徴とする現像装置。
2. 前記１本目のトナーカートリッジ内に充填されるトナーの平均粒径は、６．５〜８．５ μｍであり、前記２本目以降のトナーカートリッジ内に充填されるトナーの平均粒径は、５．５〜６．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記１本目及び２本目以降のトナーカートリッジ内に充填されるトナーは、シリカ、アルミナ、及びチタニアからなる群から選ばれた少なくとも１種の無機微粒子が外添されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。

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