JP4281053B2

JP4281053B2 - Electrophotographic image forming apparatus

Info

Publication number: JP4281053B2
Application number: JP2003207266A
Authority: JP
Inventors: 清三北川; 唯志浅川; 好彦田中; 幸雄高野; 弘木村
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: JP2005062234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置、特には正帯電プロセスと非磁性一成分方式の現像ユニットを有する画像形成装置およびトナーユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の電子写真方式を利用した画像形成装置は、像担持体である感光体と、この感光体の外周面に近接して、この感光体表面を均一に帯電させる帯電装置と、前記感光体表面に目的の画像に対応する静電潜像を書き込む露光装置と、この静電潜像にトナーを付着させて現像することによりトナー像を作る現像装置と、このトナー像を転写紙に転写させる転写装置等を備える。さらにこの転写紙上のトナーを転写紙に融着させる定着装置を経て画像が記録された紙として出力する機能を有する。
【０００３】
このような画像形成装置で像担持体としての機能を有する感光体は、大型装置、高速機での使用がメインであるセレン系およびアモルファスシリコン等の無機系感光体を除き、低コスト、良好な安定性、豊富な材料および装置設計に対するマッチングの容易性等の多くの利点を有する有機光導電性材料を用いて感光層を形成した有機感光体が主流になっている。
【０００４】
有機感光体は、前記無機系感光体が通常、正帯電型の感光体であることに対し、負帯電型の感光体であることが一般的である。その理由は、負帯電型の有機感光体に必要な材料、特に良好な正孔輸送性有機材料の種類が非常に多くかつ古くから見つけ出されてきたため、多くの負帯電型感光体が開発されてきたことに対し、正帯電型に必要な電子輸送性有機材料には良好な特性を持つものが少なく感光体の開発が困難であったためである。
【０００５】
ところが、最近になって良好な特性を持つ電子輸送性の有機材料が見つけ出されたことに加えて、正帯電型有機感光体を用いた電子写真プロセスの利点である、オゾン発生量が少なく、低コストで信頼性の高いスコロトロン帯電装置が使用可能であること、高速、高解像度が可能であること、環境安全性に優れること等が着目されるようになると、市場からの開発要望も強くなり、次第に正帯電型有機感光体を搭載する正帯電方式の画像形成装置が見直され、増加する状況となってきた。
【０００６】
正帯電現像方式としては、負帯電現像方式と同様に、キャリアとトナーを混合した二成分トナーを現像剤として用いる二成分現像方法と、磁性あるいは非磁性一成分トナーを現像剤として用いる一成分現像方法とが一般的な方法として知られている。中でも装置の小型、低価格化、高画質化、トナーのリサイクル等の点で有利な現像方法として、非磁性一成分のクリーナレス現像方法が知られている。この方法は特に小型、低価格、高解像度機において優れており、広く用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記非磁性一成分方式のクリーナレス現像方法についての一般的な欠点としては現像ユニットおよびドラムユニットの寿命が短いことがあげられる。その原因は、未転写トナーが現像ユニットに回収され再利用されるため、繰り返し印字によって現像ユニット内部に劣化トナーが蓄積され次第に増加して画質の低下を招き易く、繰り返し使用後に良好な画像を得ることに関して、信頼性に問題があるためである。
【０００８】
クリーナレス現像方式には正帯電および負帯電型の両プロセスの方式があるが、上記欠点は正帯電型プロセスで特に顕著となる。その理由の第一は正帯電トナーを構成するベースレジン材料が本来負帯電化し易いことがあげられる。すなわち、負帯電化し易いベースレジン材料を帯電制御剤や外添剤により強制的に正帯電化させているものの、接触摩擦等の機械的ダメージあるいは電気化学的ダメージにより帯電制御剤や外添剤がベースレジンからしばしば剥がれたり、埋没したり、あるいは化学的に変化し、容易に負帯電化するからである。
【０００９】
第二は転写時に感光体表面に吸着された紙粉が現像プロセスで回収されてトナーに混入すると、紙粉が元来負帯電し易い性質を有するため、トナーが負帯電トナーの場合には負帯電同士のため混入しても影響が小さいが、正帯電トナーでは負帯電トナーと混合することになって全体として正帯電性能の低下となり、画質の劣化に大きく影響するからである。
【００１０】
従って、正帯電型非磁性一成分クリーナレス方式の現像装置またはユニットでは、数多くの優れた点を有する一方で、繰り返し使用後に得られる画質の安定性、信頼性には問題があった。この問題を回避するため、実際の装置では、劣化トナーが蓄積し、画質の低下を来たす前、例えば当初のトナー量の３分の２程度を消費した時点で、トナーを含む現像装置またはユニット毎廃棄するというやり方が多く見られた。このことが正帯電型非磁性一成分クリーナレス方式の現像装置またはユニットの寿命を短くし、ランニングコストの点で不利と言われる原因であった。
【００１１】
本発明は、以上のべた点に鑑みてなされたものであり、繰り返し使用後における正帯電トナーの帯電性能の低下を抑制し、画像劣化を抑える電子写真画像形成装置およびトナーユニットの提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明によれば、前記目的は、現像ローラと、少なくともベースレジン及び帯電制御剤を含む正帯電非磁性一成分トナーを収納し、前記トナーを前記現像ローラへ供給するための開口部を有し、この開口部以外は隔壁により前記現像ローラとは区別されるトナー容器と、を含む現像ユニットとを備えた転写後の未転写トナーの回収と現像を同時に行なうクリーナレス方式の電子写真画像形成装置において、前記トナー容器内で前記トナーと接触するトナー容器内部材に、５００〜１０００Ｖの正の直流電圧を印加するための電気的接続部を有することを特徴とする電子写真画像形成装置とすることにより、達成される。
【００１５】
請求項２記載の本発明によれば、トナー容器中で、正の直流電圧を印加するための電気的接続部を有する部分が、少なくともトナー攪拌翼である請求項１記載の電子写真画像形成装置とすることが望ましい。
【００１６】
請求項３記載の本発明によれば、トナー容器中で、正の直流電圧を印加するための電気的接続部を有する部分が、少なくともトナー容器の内表面である請求項１記載の電子写真画像形成装置とすることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子写真画像形成装置に関し、図を用いて詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下、説明する実施例に限定されるものではない。図１は本発明にかかる電子写真画像形成装置の一実施例の要部概略断面図であり、点線で示す現像ユニット１０とドラムユニット２０を示す。現像ユニット１０はトナー容器１とトナー攪拌翼２と供給ローラ３と現像ローラ４と層厚規制ブレード５とを備える（トナー容器とトナー攪拌翼をあわせ、「トナー容器内部材」又は「トナーユニット内部材」と総称する）。本発明ではこのトナー容器１とトナー攪拌翼の少なくとも一方の材料（特に表面材料）として、トナーのベースレジンより摩擦帯電系列で負側にある材料を用いる。供給ローラ３と現像ローラ４と層厚規制ブレード５に印加される直流電圧については、それぞれいわゆる回路図記号を用いて示した。トナー容器１とトナー攪拌翼２には直流電圧が印加されない。ドラムユニット２０は感光体ドラム６と紙粉取りローラ９を備える。さらに前記ドラム６の外周にはユニット外の帯電装置、露光装置、転写装置等（いずれも図示せず）の電子写真プロセス装置が配置され、その他に定着装置（図示せず）等を備えることにより画像形成装置が構成されるが、この図ではそれらの各プロセス装置を省略した。
【００２１】
図２は本発明の異なる電子写真画像形成装置の要部概略断面図であり、点線で示す現像ユニット３０とドラムユニット２０を示す。現像ユニット３０はトナー容器１１とトナー攪拌翼１２と供給ローラ３と現像ローラ４と層厚規制ブレード５とを備え、それらのうち、トナーに接触する部分（符号１１、１２、３、４、５）には直流電圧が印加される。図中の表記として図１と同様に直流電圧の印加をいわゆる回路図記号で示した。図のその他の部分については図１と同じであるから説明を省略する。
図１および図２では現像ユニット１０、３０とドラムユニット２０とをそれぞれ分離されたユニットとしたが、本発明は現像ユニットとドラムユニットが実質的に一ユニットとして一体化されたものであってもよい。また、図示はしないが、現像ユニット１０、３０中のトナー容器１、１１を分離して取り外しが可能なトナーユニットとしてもよい。
【００２２】
以下、本発明にかかる電子写真画像形成装置の実施例について、前記図面を参照して説明する。本発明にかかる電子写真画像形成装置は、電子写真感光体６の外周に配置される正帯電装置、露光装置、現像ユニット、転写装置、紙粉除去装置等による電子写真プロセス機能を感光体６の回転と共に順に奏することにより、画像形成が行われる。
【００２３】
ドラムユニット２０内の電子写真感光体６としては、正帯電用の単層感光層が形成された感光体ドラムが好ましいが、正帯電用であれば、単層感光層でなくともよい。正帯電装置としては、コロトロン、スコロトロン、帯電ローラ等があるが、低コストで信頼性の高いスコロトロン帯電装置が好ましい。現像ユニットについては下記に説明する。その他の各電子写真プロセス装置については、よく知られた通常の電子写真プロセス装置を形状、寸法変更などの単なる設計的変更を加えるのみで本発明に使用することができる。
【００２４】
図１にかかる画像形成装置の現像ユニット１０のトナー容器１内において、このトナー容器１とトナー攪拌器２の樹脂材料として、少なくともトナーと接する表面をトナーのベースレジンに対して摩擦帯電系列で負側にある樹脂が用いられる。そのような樹脂として、具体的にはスチレン−アクリル共重合樹脂、ポリエステル樹脂などのトナーのベースレジンに対しては、負帯電性側にあるポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、テフロン（登録商標）樹脂等があげられる。いずれも筐体として必要とされる機械的強度に応じて、他の樹脂や金属などと複合体であってもよいが、少なくともトナーと接する表面を前記のようにトナーのベースレジンに対して摩擦帯電系列で負側にある樹脂にする必要がある。トナー容器１および攪拌器２は、通常、しばしば使用され、実用性の高いポリスチレン樹脂やＡＢＳ樹脂をベースとして、その表面に、それぞれトナーのベースレジンに対して摩擦帯電系列で負側にある前述の樹脂をコートしたものが好ましい。
【００２５】
ここでいうトナー容器とは、内部にトナーとトナー攪拌器を備え、トナーが凝集しないように攪拌すると共に、供給ローラ、現像ローラ側に面して開口部を有し、この開口部からトナーを供給ローラヘ送り出す機能を有する。現像ユニットは前記トナー容器の外側にある前記供給ローラ、現像ローラ、層厚規制部材等からなる。このようにトナー容器は、現像ユニット内で、供給ローラ、現像ローラ、層厚規制部材等と容器隔壁で区別されているので、前述のように、トナー容器のみを分離し、トナーユニット化して、取り外しができるようにすることも可能になるのである。
【００２６】
前記ベースレジンに帯電制御剤、着色剤および離型剤を分散させたトナー母材表面に、シリカなどが均一に付着されたトナー（図示せず）は、前記トナー容器１と攪拌部材（翼）２の少なくともトナーと接する部分が前記トナーのベースレジンに対して摩擦帯電系列で負側にある樹脂で形成されるので、攪拌部材（翼）２により攪拌される際に、摩擦により正帯電を受ける。このトナーはトナー容器中での攪拌により正帯電にされると共に、供給ローラ３に運ばれ、供給ローラ３の矢印方向の回転により現像ローラ４との接触部へ搬送され、この接触部でさらに摩擦帯電を受けながら、現像ローラに搬送される。この供給ローラ３にはトナーを正帯電にするために正の直流電圧が印加されることが好ましい。次にトナーが現像ローラ４上でブレード状金属弾性体（層厚規制部材）５と現像ローラ４との押圧部に達すると、トナーは押圧または圧接によりローラ４および層厚規制部材５から摩擦帯電および電荷注入されるとともに２層程度のトナー層厚に規制された後、像担持体（感光体）６の表面にまで搬送され、そこで静電潜像を可視像化する。これらの現像ローラ４と層厚規制部材５にもそれぞれ正の直流電圧が印加され、トナーを正に帯電する機能を持たせることが好ましい。
【００２７】
前記のような正帯電用のトナーの種類には、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル共重合体等の各種熱可塑性樹脂などに顔料や染料等の着色剤、帯電制御剤や離型剤を分散させた母体に対して、流動性や転写性を確保するためのシリカ、アルミナ、酸化チタン微粒子などの外部添加剤が加えられた粉砕トナーや、スチレン、アクリル系等の高分子化合物の単量体を着色剤、帯電制御剤や離型剤とともに懸濁法や乳化凝法などの公知の重合法により共重合させて得られる球状のスチレン−アクリル共重合体微粒子を母体として、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの微粒子からなる外部添加剤が加えられた重合トナーなどを用いることができる。
【００２８】
トナーの供給ローラ３は、金属軸に直径１５ｍｍとなるように導電性処理された発泡ウレタンやシリコーン等のスポンジを円柱状または円筒状に形成したものからなり、金属軸に前述した直流電圧が印加されることにより、トナーに正帯電を与えながら、図１の矢印で示す方向に回転して、接触する現像ローラ４にトナーを搬送する。また、現像ローラ４の回転方向は供給ローラとは接触部において、適切な速度差で逆方向となるように矢印方向に回転させることにより、接触部で摩擦帯電させると共に現像後の現像ローラ上の残留トナーを供給ローラとの接触部で掻き落とす機能も有する。掻き落とされたトナーはトナー容器１に戻り、再度攪拌されて再使用される。
【００２９】
現像ローラ４は、金属軸に直径２０ｍｍになるように導電性処理されたシリコーンゴムを巻き付け、表面にテフロン（登録商標）あるいはウレタンコート処理することにより所望の特性を得ている。この現像ローラ４の金属軸にも前述のように供給ローラ３と同様、正の直流電圧が印加される。
【００３０】
前記ブレード状金属弾性体５の弾性体材料としてはステンレススチール（ＳＵＳ３０４）の０．１ｍｍ厚、幅はＡ４用紙用では約２３５ｍｍ、Ａ３用紙用では約３３０ｍｍのものが用いられる。前記金属弾性体５の材料としては、その他にリン青銅や他の金属弾性体が用いられる。この金属弾性体５は一長辺（上記２３５ｍｍまたは３３０ｍｍ）の一端側は現像ユニットの枠体に固定され、対抗する他端側は自由端状にされて現像ローラ表面に接触し、トナーの層厚を規制し、トナーに正帯電を与える。金属弾性体５の他端側先端はローラ表面との押圧接触力を調整しやすいように屈曲されている。この屈曲部の曲率半径ＲはＲ＝０．２ｍｍ程度が好ましい。これより曲率半径Ｒが小さいと、曲げによる表面のササクレが出やすくなり、大きすぎるとトナー層厚の調整が難しくなる。この金属弾性体５の前記一端から他端である自由端方向への長さは約２０ｍｍの寸法である。ただし、この長さは前記弾性体５の厚みや現像ローラの径によって適宜変えることができる。現像ローラ４に対する線圧は２０〜８０ｇ／ｃｍの範囲から適宜選択して決められるが、４０ｇ／ｃｍが最適である。
【００３１】
図２の概略断面図で示す本発明の異なる画像形成装置の現像ユニット３０では、前記図１に示す現像ユニット１０に比べて、トナー容器１１とトナー攪拌器１２の形成材料が異なり、それぞれ直流電圧が印加されることが異なる。直流電圧は通常４００ボルトから１０００ボルトの範囲から選ばれる。画像形成装置の他の構成装置は図１と同様であるから、説明を略す。
【００３２】
前記トナー攪拌部材（翼）１２はポリスチレン樹脂やＡＢＳ樹脂などをベース樹脂材として、外部電線との接続部は少なくとも導電性となるように金属層が接着形成されることが好ましいが、他の導電材料であってもよい。また、トナー容器の材料には通常、価格および成形性の面からポリスチレン樹脂やＡＢＳ樹脂等が用いられるので、その場合は少なくともその内表面を導電性材料にすることが好ましい。価格、成形性に問題がなければ、金属材料を用いることもできる。
【００３３】
絶縁性である前記樹脂などからなるトナー容器の内表面を導電性にするには通常のよく知られた方法でニッケル等の金属メッキなどを施してもよいが、ＰＥＴフィルムにアルミニウム蒸着膜を形成してなるアルミペットフィルムをコートする方法が安価で好ましい。他方、トナー容器の形成材料を導電性樹脂にしてもよい。この場合はメッキや導電性フィルムのコートの必要はない。
【００３４】
導電性樹脂は通常の樹脂にカーボン粉末を添加して形成される。導電性樹脂としては、１０¹²Ωｃｍより低い抵抗値の樹脂が使用可能であるが、特には１０⁵Ωｃｍより低い抵抗範囲の導電性樹脂が好ましい。
【００３５】
さらに、本発明では、図２に示すような電圧印可により、トナーを正帯電するための機能部分と、図１に示すような接触帯電により、トナーを正帯電化する機能部分との両方を備えるように構成することも好ましい。また、さらに図１と図２により示したようなトナー容器一体型の現像ユニットからトナー容器を分離させて、トナー容器単独でも画像形成装置に取り付け、取り外しを可能にしたトナーユニットとしても、前述の図１と図２に示す画像形成装置と同様に本発明による効果を得ることができる。
【００３６】
前記図１、図２等に示される各画像形成装置が、繰り返し使用後における正帯電トナーの帯電性能の低下を抑制できることを下記の実験により、評価し確認した。
【００３７】
（評価方法）
非磁性一成分トナーが充填されたトナー容器から、導電性シリコーンゴムの表面にテフロン（登録商標）コートされた現像ローラにより前記トナーを電子写真用感光体へ搬送する構成を有し、市販の１２枚／分の印刷スピード能力を有するクリーナレス方式のレーザープリンターを用いて、２枚毎の間欠ランニングを行い、トナー帯電量と画像品質の変化を評価した。スチレン−アクリル共重合樹脂をベースレジンとするトナーをトナー容器に、当初３００グラム充填し、従来のトナー廃棄基準であるトナー残量１００グラムに対し、強制的にトナー廃棄アラームが作動しないようにして、残量が５０グラムとなるまでランニングし、画像を評価した。
【００３８】
（実験例１）
トナー攪拌器としてアルミニウムを芯材とし、表面にトナーのベースレジン（スチレン−アクリル共重合樹脂）に対して摩擦帯電系列で負側にあるテフロン（登録商標）をコートしたものを用いた。
【００３９】
（実験例２）
トナー容器として、内表面側にテフロン（登録商標）コートしたＡＢＳ樹脂で形成したものを用いた。
（実験例３）
トナーユニットとして、実施例１と同様のトナー攪拌器を有し、現像ユニットから分離可能なユニットとした他は実施例１と同様のものを用いた。
（実験例４）
トナーユニットとして、実施例２のトナー容器と同様の内表面を有し、現像ユニットから分離可能なユニットとした他は実施例２と同様のものを用いた。
【００４０】
（比較実験例）
攪拌器としてアルミニウムをそのまま用い、トナー容器の樹脂材料として、ＡＢＳ樹脂をそのまま用いた。
以上の評価結果を下記表１に示す。なお、表中の単位「ｃｏｕｌ．」は「クーロン」を表す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１の結果から、トナー容器中で摩擦帯電によるトナーへの帯電がされない比較実験例ではトナー残量が１００グラムより少なくなるとトナー帯電量がかなり低下すると共に、画像にカブリが発生するが、トナー容器中で摩擦帯電によるトナーへの帯電が行われる本発明にかかる実験例１と２では、トナー残量が５０グラムになってもトナー帯電量がそれほど下がらずかつ良好な画像も維持することから、明らかにトナー帯電量の低下を抑制でき、画像の安定化に効果のあることが分かる。
【００４３】
（実験例５）
トナー攪拌器としてアルミニウムを用い、直流電圧を印加するための電気的接続点を設け、直流電圧５００ボルトと１０００ボルトをそれぞれ印加した。
【００４４】
（実験例６）
トナー容器として、内表面側にアルミＰＥＴ―ラミネートフィルムをコートしたＡＢＳ樹脂を用いて導電性を持たせ、直流電圧を内表面に印加するための電気的接続点を設け、直流電圧５００ボルトと１０００ボルトをそれぞれ印加した。
【００４５】
（実験例７）
トナーユニットとして、実施例５と同様のトナー攪拌器を有し、現像ユニットから分離可能なユニットとした他は実施例１と同様のものを用い、直流電圧を印加するための電気的接点に、直流電圧５００ボルトと１０００ボルトをそれぞれ印加した。
【００４６】
（実験例８）
トナーユニットとして、実施例６のトナー容器と同様の内表面を有し、現像ユニットから分離可能なユニットとした他は実施例１と同様のものを用い、直流電圧を印加するための電気的接点に、直流電圧５００ボルトと１０００ボルトをそれぞれ印加した。
【００４７】
（比較実験例）
トナー攪拌器としてアルミニウムをそのまま用い、トナー容器の樹脂材料として、ＡＢＳ樹脂をそのまま用い、直流電圧の印加をしなかった（前記比較実験例と同じ）。
以上の評価結果を下記表２に示す。
【００４８】
【表２】

【００４９】
表２の結果から、トナー容器中でトナーへの電圧印加による帯電がされない比較実験例ではトナー残量が１００グラムより少なくなるとトナー帯電量がかなり低下すると共に、画像にカブリが発生するが、トナー容器中でトナーへの電圧印加による帯電が行われる本発明にかかる実験例５乃至８では、５００ボルト印加、１０００ボルト印加のいずれの場合でも、トナー残量が５０グラムになってもトナー帯電量がそれほど下がらずかつ良好な画像も維持することから、トナー容器中で電圧印加によって明らかにトナー帯電量の低下を抑制でき、画像の安定化に効果のあることが分かる。
以上説明した実験では摩擦帯電の場合と、電圧印加の場合を別々の構成として、実験をしたが、両方の構成を備えた場合でも、前述と同様のトナー帯電量の低下を抑制でき、画像の安定化に効果が得られることは言うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともベースレジンと帯電制御剤を含む正帯電非磁性一成分トナーを使用し、このトナーを収納し、前記トナーをトナー搬送部へ供給するための開口部以外は隔壁により前記搬送部と区別されるトナー容器を含む現像ユニットを備える電子写真画像形成装置において、前記現像ユニット内で前記トナーと接触するトナー容器内部材が、前記トナーのベースレジンより摩擦帯電系列で負側にある材料により形成される構成と、正の直流電圧を印加するための電気的接続部を有する構成のうち、少なくともいずれか一方の構成を備える電子写真画像形成装置としたので、繰り返し使用後における正帯電トナーの帯電性能の低下を抑制し、画像劣化を抑える電子写真画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電子写真画像形成装置の要部概略断面図
【図２】本発明にかかる異なる電子写真画像形成装置の要部概略断面図
【符号の説明】
１、１１トナー容器
２、１２攪拌器
３供給ローラ
４現像ローラ
５層厚規制部材
６電子写真感光体
７直流電圧印加接続
８直流電圧印加接続
１０現像ユニット
３０現像ユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus, and more particularly to an image forming apparatus and a toner unit having a positive charging process and a non-magnetic one-component developing unit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an image forming apparatus using an electrophotographic system such as a printer, a facsimile machine, a copying machine, etc., uniformly charges the surface of a photoconductor as an image carrier and close to the outer peripheral surface of the photoconductor. A charging device; an exposure device that writes an electrostatic latent image corresponding to a target image on the surface of the photoreceptor; a developing device that creates a toner image by attaching toner to the electrostatic latent image and developing the toner; and the toner A transfer device for transferring the image onto the transfer paper is provided. Further, it has a function of outputting as a paper on which an image is recorded through a fixing device for fusing the toner on the transfer paper to the transfer paper.
[0003]
A photoreceptor having a function as an image carrier in such an image forming apparatus is low in cost and good except for inorganic photoreceptors such as selenium and amorphous silicon, which are mainly used in large-sized devices and high-speed machines. Organic photoreceptors in which a photosensitive layer is formed using an organic photoconductive material having many advantages such as stability, abundant materials, and ease of matching with device design have become mainstream.
[0004]
The organic photoreceptor is generally a negatively charged type photoreceptor, whereas the inorganic photoreceptor is usually a positively charged type photoreceptor. The reason for this is that many kinds of materials required for negatively charged organic photoreceptors, particularly good hole transporting organic materials, have been discovered for a long time, and many negatively charged photoreceptors have been developed. On the other hand, there are few electron transporting organic materials necessary for the positively charged type, and it is difficult to develop a photoreceptor.
[0005]
However, in addition to the recent discovery of an electron transporting organic material with good characteristics, the amount of ozone generation, which is an advantage of an electrophotographic process using a positively charged organic photoreceptor, is small. When attention is paid to the availability of a low-cost and highly reliable scorotron charging device, high speed and high resolution, and excellent environmental safety, development demands from the market will increase. Increasingly, positively charged image forming apparatuses equipped with positively charged organic photoreceptors have been reviewed and increased.
[0006]
As for the positively charged developing method, as in the negatively charged developing method, a two-component developing method using a two-component toner mixed with a carrier and a toner as a developer, and a one-component developing using a magnetic or non-magnetic one-component toner as a developer. The method is known as a general method. Among them, a non-magnetic one-component cleaner-less developing method is known as an advantageous developing method in terms of downsizing, cost reduction, high image quality, toner recycling, and the like. This method is particularly excellent in small-sized, low-cost, high-resolution machines, and is widely used.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, a general disadvantage of the non-magnetic one-component cleanerless developing method is that the life of the developing unit and the drum unit is short. The cause is that untransferred toner is collected and reused in the developing unit, so that the deteriorated toner accumulates inside the developing unit due to repeated printing, and gradually increases, leading to a decrease in image quality, and a good image is obtained after repeated use. This is because there is a problem in reliability.
[0008]
The cleanerless development method includes both positively charged and negatively charged processes, but the above-mentioned drawback is particularly noticeable in the positively charged process. The first reason is that the base resin material constituting the positively charged toner is easily easily negatively charged. That is, the base resin material that is easily negatively charged is forcibly positively charged with a charge control agent or external additive, but the charge control agent or external additive may be damaged by mechanical damage or electrochemical damage such as contact friction. This is because they are often peeled off from the base resin, buried, or chemically changed and easily negatively charged.
[0009]
The second is that paper dust adsorbed on the surface of the photoconductor during transfer is collected in the development process and mixed in the toner, so the paper dust is inherently easily negatively charged. This is because even if the toner is charged, the influence is small. However, the positively charged toner is mixed with the negatively charged toner, resulting in a decrease in the positive charging performance as a whole, which greatly affects the deterioration of the image quality.
[0010]
Accordingly, the positively charged non-magnetic one-component cleanerless type developing device or unit has many excellent points, but has a problem in the stability and reliability of image quality obtained after repeated use. In order to avoid this problem, in the actual apparatus, before the deteriorated toner accumulates and the image quality deteriorates, for example, when about 2/3 of the initial toner amount is consumed, each developing device or unit including the toner There were many ways to dispose of it. This shortened the life of the positively charged non-magnetic one-component cleanerless type developing device or unit, and was the cause of being disadvantageous in terms of running cost.
[0011]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an electrophotographic image forming apparatus and a toner unit that suppress a decrease in charging performance of a positively charged toner after repeated use and suppress image deterioration. To do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the object is to house a developing roller, a positively charged nonmagnetic one-component toner including at least a base resin and a charge control agent, and supply the toner to the developing roller. A cleaner-less system for collecting and developing untransferred toner after transfer having a developing unit including a toner container including an opening and a toner container that is separated from the developing roller by a partition except for the opening. In the electrophotographic image forming apparatus, the electrophotographic image forming apparatus includes an electrical connection portion for applying a positive DC voltage of 500 to 1000 V to an inner member of the toner container that contacts the toner in the toner container. This is achieved by using a forming apparatus.
[0015]
According to the second aspect of the present invention, in the toner container, the portion having an electrical connection portion for applying a positive DC voltage is at least a toner stirring blade. Is desirable.
[0016]
According to the third aspect of the present invention, in the toner container, the portion having an electrical connection for applying a positive DC voltage is at least the inner surface of the toner container. A forming apparatus is desirable.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the electrophotographic image forming apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the examples described below as long as the gist thereof is not exceeded. FIG. 1 is a schematic sectional view of an essential part of an embodiment of an electrophotographic image forming apparatus according to the present invention, showing a developing unit 10 and a drum unit 20 indicated by dotted lines. The developing unit 10 includes a toner container 1, a toner stirring blade 2, a supply roller 3, a developing roller 4, and a layer thickness regulating blade 5 (the toner container and the toner stirring blade are combined to form a “toner container inner member” or “ Collectively referred to as “material”). In the present invention, as the material (particularly the surface material) of the toner container 1 and the toner stirring blade, a material that is on the negative side in the triboelectric charging series from the toner base resin is used. The DC voltage applied to the supply roller 3, the developing roller 4, and the layer thickness regulating blade 5 is indicated by using so-called circuit diagram symbols. No DC voltage is applied to the toner container 1 and the toner stirring blade 2. The drum unit 20 includes a photosensitive drum 6 and a paper dust removing roller 9. Further, an electrophotographic process device such as a charging device outside the unit, an exposure device, a transfer device (not shown) is disposed on the outer periphery of the drum 6, and in addition, a fixing device (not shown) is provided. Although an image forming apparatus is configured, each of these process apparatuses is omitted in this figure.
[0021]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the main part of a different electrophotographic image forming apparatus of the present invention, showing a developing unit 30 and a drum unit 20 indicated by dotted lines. The developing unit 30 includes a toner container 11, a toner agitating blade 12, a supply roller 3, a developing roller 4, and a layer thickness regulating blade 5, and a portion that contacts the toner (

reference numerals

11, 12, 3, 4, 5). ) Is applied with a DC voltage. As shown in the figure, the application of a DC voltage is indicated by a so-called circuit diagram symbol as in FIG. The other parts of the figure are the same as in FIG.
1 and 2, the developing

units

10 and 30 and the drum unit 20 are separated from each other. However, in the present invention, the developing unit and the drum unit may be substantially integrated as one unit. Although not shown, the toner units 1 and 11 in the developing

units

10 and 30 may be separated and removed as a toner unit.
[0022]
Embodiments of an electrophotographic image forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The electrophotographic image forming apparatus according to the present invention has an electrophotographic process function of a positive charging device, an exposure device, a developing unit, a transfer device, a paper dust removing device and the like disposed on the outer periphery of the electrophotographic photosensitive member 6. Image formation is performed by performing in order with rotation.
[0023]
The electrophotographic photosensitive member 6 in the drum unit 20 is preferably a photosensitive drum on which a single-layer photosensitive layer for positive charging is formed. However, it may not be a single-layer photosensitive layer for positive charging. As the positive charging device, there are a corotron, a scorotron, a charging roller, and the like. A low-cost and highly reliable scorotron charging device is preferable. The developing unit will be described below. As for each of the other electrophotographic process apparatuses, a well-known ordinary electrophotographic process apparatus can be used in the present invention only by making a design change such as a change in shape and size.
[0024]
In the toner container 1 of the developing unit 10 of the image forming apparatus according to FIG. 1, as a resin material of the toner container 1 and the toner agitator 2, at least the surface in contact with the toner is negative in a triboelectric charging series with respect to the toner base resin. The resin on the side is used. Specific examples of such resins include polyethylene resins, vinyl chloride resins, Teflon (registered trademark) resins, etc., on the negatively chargeable side of toner base resins such as styrene-acrylic copolymer resins and polyester resins. Can be given. Any of these may be a composite with other resin or metal depending on the mechanical strength required for the housing, but at least the surface in contact with the toner is rubbed against the base resin of the toner as described above. It is necessary to use a resin on the negative side in the charging series. The toner container 1 and the stirrer 2 are usually often used, and the surface of the toner container 1 and the stirrer 2 is the negative side in the triboelectric charging series with respect to the base resin of the toner on the surface of the highly practical polystyrene resin or ABS resin. What coated the resin is preferable.
[0025]
The toner container here includes a toner and a toner stirrer inside, and stirs the toner so that it does not aggregate. The toner container has an opening facing the supply roller and the developing roller. It has a function of feeding to the supply roller. The developing unit includes the supply roller, the developing roller, a layer thickness regulating member, and the like outside the toner container. Thus, since the toner container is distinguished from the supply roller, the developing roller, the layer thickness regulating member, and the like in the developing unit by the container partition wall, as described above, only the toner container is separated into a toner unit, It can also be made removable.
[0026]
A toner (not shown) in which silica or the like is uniformly attached to the surface of a toner base material in which a charge control agent, a colorant, and a release agent are dispersed in the base resin, the toner container 1 and a stirring member (wing). 2 is formed of a resin that is in the negative side of the triboelectric charging series with respect to the base resin of the toner, so that it is positively charged by friction when stirred by the stirring member (blade) 2. . The toner is positively charged by agitation in the toner container and is conveyed to the supply roller 3 and is conveyed to the contact portion with the developing roller 4 by the rotation of the supply roller 3 in the direction of the arrow. While being charged, it is conveyed to the developing roller. A positive DC voltage is preferably applied to the supply roller 3 in order to positively charge the toner. Next, when the toner reaches the pressing portion between the blade-shaped metal elastic body (layer thickness regulating member) 5 and the developing roller 4 on the developing roller 4, the toner is frictionally charged from the roller 4 and the layer thickness regulating member 5 by pressing or pressure contact. After the charge is injected and the toner layer thickness is restricted to about two layers, the toner is conveyed to the surface of the image carrier (photoconductor) 6 where the electrostatic latent image is visualized. It is preferable that a positive DC voltage is also applied to the developing roller 4 and the layer thickness regulating member 5, respectively, so that the toner is charged positively.
[0027]
As for the kind of toner for positive charging as described above, colorants such as pigments and dyes, charge control agents and release agents are dispersed in various thermoplastic resins such as polyester resins and styrene-acrylic copolymers. Colored pulverized toner to which external additives such as silica, alumina and titanium oxide fine particles are added to ensure the fluidity and transferability of the matrix, and monomers of polymer compounds such as styrene and acrylic. Silica, alumina, titanium oxide, etc. based on spherical styrene-acrylic copolymer fine particles obtained by copolymerization by known polymerization methods such as suspension method and emulsion coagulation method together with an agent, charge control agent and release agent Polymerized toner to which an external additive composed of fine particles is added can be used.
[0028]
The toner supply roller 3 is formed by forming a foamed urethane or silicone sponge, which is conductively processed to a diameter of 15 mm on the metal shaft, into a columnar shape or a cylindrical shape, and applies the above-described DC voltage to the metal shaft. As a result, while positively charging the toner, the toner rotates in the direction indicated by the arrow in FIG. Further, the rotation direction of the developing roller 4 is rotated in the direction of the arrow so as to be opposite to the supply roller at an appropriate speed difference, thereby causing frictional charging at the contact portion and on the developing roller after development. It also has a function of scraping off residual toner at the contact portion with the supply roller. The toner scraped off returns to the toner container 1 and is stirred again and reused.
[0029]
The developing roller 4 has a desired characteristic obtained by winding a silicone rubber conductively processed to a diameter of 20 mm around a metal shaft and treating the surface with Teflon (registered trademark) or urethane coating. As described above, a positive DC voltage is applied to the metal shaft of the developing roller 4 as in the case of the supply roller 3.
[0030]
As the elastic material of the blade-shaped metal elastic body 5, stainless steel (SUS304) having a thickness of 0.1 mm and a width of about 235 mm for A4 paper and about 330 mm for A3 paper are used. As the material of the metal elastic body 5, phosphor bronze or other metal elastic bodies are used. One end of one long side (235 mm or 330 mm) of the metal elastic body 5 is fixed to the frame of the developing unit, and the other end is opposed to a free end so as to be in contact with the surface of the developing roller. Regulates thickness and gives positive charge to toner. The tip of the other end of the metal elastic body 5 is bent so that the pressing contact force with the roller surface can be easily adjusted. The curvature radius R of the bent portion is preferably about R = 0.2 mm. If the radius of curvature R is smaller than this, surface creases are likely to be generated by bending, and if it is too large, it is difficult to adjust the toner layer thickness. The length of the metal elastic body 5 from the one end to the free end, which is the other end, is about 20 mm. However, this length can be appropriately changed depending on the thickness of the elastic body 5 and the diameter of the developing roller. The linear pressure on the developing roller 4 is appropriately selected and determined from the range of 20 to 80 g / cm, but 40 g / cm is optimal.
[0031]
The developing unit 30 of the image forming apparatus of the present invention shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2 differs from the developing unit 10 shown in FIG. 1 in the formation materials of the toner container 11 and the toner agitator 12, and each has a DC voltage. Is different. The DC voltage is usually selected from the range of 400 volts to 1000 volts. The other components of the image forming apparatus are the same as those in FIG.
[0032]
The toner stirring member (blade) 12 is preferably made of polystyrene resin, ABS resin, or the like as a base resin material, and a metal layer is preferably bonded and formed so that the connection portion with the external electric wire is at least conductive. It may be a material. Further, since a polystyrene resin, an ABS resin, or the like is usually used as a material for the toner container from the viewpoint of cost and moldability, it is preferable to use at least the inner surface of the toner container as a conductive material. If there is no problem in price and formability, a metal material can be used.
[0033]
In order to make the inner surface of the toner container made of insulating resin or the like conductive, metal plating such as nickel may be applied by an ordinary well-known method, but an aluminum vapor deposition film is formed on the PET film. The method of coating the aluminum pet film is inexpensive and preferable. On the other hand, the material for forming the toner container may be a conductive resin. In this case, there is no need for plating or coating of a conductive film.
[0034]
The conductive resin is formed by adding carbon powder to a normal resin. As the conductive resin, a resin having a resistance value lower than 10 ¹² Ωcm can be used, and a conductive resin having a resistance range lower than 10 ⁵ Ωcm is particularly preferable.
[0035]
Further, the present invention includes both a functional part for positively charging the toner by voltage application as shown in FIG. 2 and a functional part for positively charging the toner by contact charging as shown in FIG. Such a configuration is also preferable. Further, the toner unit can be separated from the toner container integrated developing unit as shown in FIGS. 1 and 2 so that the toner unit can be attached to the image forming apparatus alone or removed from the image forming apparatus. Similar to the image forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the effect of the present invention can be obtained.
[0036]
The following experiments evaluated and confirmed that each of the image forming apparatuses shown in FIGS. 1 and 2 and the like can suppress a decrease in charging performance of the positively charged toner after repeated use.
[0037]
(Evaluation methods)
A toner container filled with non-magnetic one-component toner is transported to the electrophotographic photoreceptor by a developing roller whose surface of conductive silicone rubber is coated with Teflon (registered trademark). Using a cleanerless laser printer having a printing speed capability of sheets / min, intermittent running was performed for every two sheets, and changes in toner charge amount and image quality were evaluated. The toner container is initially filled with 300 grams of toner having a styrene-acrylic copolymer resin as a base resin, so that the toner disposal alarm is not activated for the remaining amount of toner of 100 grams, which is the conventional toner disposal standard. Ran until the remaining amount reached 50 grams and evaluated the image.
[0038]
(Experimental example 1)
A toner stirrer having aluminum as a core material and a surface coated with Teflon (registered trademark) on the negative side in the triboelectric charging series with respect to the toner base resin (styrene-acrylic copolymer resin) was used.
[0039]
(Experimental example 2)
As the toner container, a toner container formed of an ABS resin coated with Teflon (registered trademark) on the inner surface side was used.
(Experimental example 3)
As the toner unit, the same toner stirrer as in Example 1 was used, and the same unit as in Example 1 was used except that the unit was separable from the developing unit.
(Experimental example 4)
As the toner unit, the same toner surface as that of the toner container of Example 2 was used, but the same unit as that of Example 2 was used except that the unit was separable from the developing unit.
[0040]
(Comparative experiment example)
Aluminum was used as it was as a stirrer, and ABS resin was used as it was as a resin material for the toner container.
The above evaluation results are shown in Table 1 below. The unit “coul.” In the table represents “Coulomb”.
[0041]
[Table 1]

[0042]
From the results shown in Table 1, in the comparative experimental example in which the toner is not charged by frictional charging in the toner container, the toner charge amount is considerably lowered and the image is fogged when the remaining amount of toner is less than 100 grams. In Experimental Examples 1 and 2 according to the present invention in which the toner is charged by frictional charging in the container, the toner charge amount does not decrease so much and a good image is maintained even when the remaining amount of toner reaches 50 grams. Obviously, the decrease in the toner charge amount can be suppressed, and it can be seen that the image stabilization is effective.
[0043]
(Experimental example 5)
Aluminum was used as a toner stirrer, an electrical connection point for applying a DC voltage was provided, and DC voltages of 500 volts and 1000 volts were applied, respectively.
[0044]
(Experimental example 6)
As a toner container, an ABS resin coated with an aluminum PET-laminate film on the inner surface side is used to provide conductivity, and an electrical connection point for applying a DC voltage to the inner surface is provided. Each bolt was applied.
[0045]
(Experimental example 7)
As the toner unit, the same toner stirrer as in Example 5 was used, and the same unit as in Example 1 was used except that the unit was separable from the developing unit, and an electrical contact for applying a DC voltage was used. DC voltages of 500 volts and 1000 volts were applied, respectively.
[0046]
(Experimental example 8)
The toner unit is the same as that of the first embodiment except that the toner unit has the same inner surface as that of the toner container of the sixth embodiment and can be separated from the developing unit, and an electrical contact for applying a DC voltage. In addition, DC voltages of 500 volts and 1000 volts were applied, respectively.
[0047]
(Comparative experiment example)
Aluminum was used as the toner stirrer as it was, ABS resin was used as the resin material for the toner container, and no DC voltage was applied (same as in the comparative experimental example).
The above evaluation results are shown in Table 2 below.
[0048]
[Table 2]

[0049]
From the results shown in Table 2, in the comparative experimental example in which charging is not performed by applying voltage to the toner in the toner container, when the toner remaining amount is less than 100 grams, the toner charge amount is considerably reduced and the image is fogged. In Experimental Examples 5 to 8 in which charging is performed by applying voltage to the toner in the container, the toner charge amount even when the remaining amount of toner reaches 50 grams, regardless of whether 500 volts or 1000 volts are applied. Therefore, it can be understood that a decrease in the toner charge amount can be clearly suppressed by applying a voltage in the toner container, and the image can be stabilized.
In the experiments described above, the case of friction charging and the case of voltage application were made as separate configurations. However, even when both configurations were provided, the decrease in toner charge amount similar to the above can be suppressed, and the image It goes without saying that an effect is obtained for stabilization.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, a positively charged nonmagnetic one-component toner containing at least a base resin and a charge control agent is used, and the partition is provided by the partition except for an opening for storing the toner and supplying the toner to the toner transport unit. In an electrophotographic image forming apparatus including a developing unit including a toner container that is distinguished from a conveyance unit, a toner container inner member that comes into contact with the toner in the developing unit is more negative in a triboelectric charging series than the toner base resin. Since the electrophotographic image forming apparatus has at least one of a configuration formed of a certain material and a configuration having an electrical connection for applying a positive DC voltage, the positive electrode after repeated use is used. It is possible to provide an electrophotographic image forming apparatus that suppresses deterioration of charging performance of charged toner and suppresses image deterioration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an electrophotographic image forming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part of a different electrophotographic image forming apparatus according to the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11

Toner container

2,12 Stirrer 3 Supply roller 4 Developing roller 5 Layer thickness control member 6 Electrophotographic photosensitive member 7 DC voltage application connection 8 DC voltage application connection 10 Developing unit 30 Developing unit

Claims

A developing roller and a positively charged nonmagnetic one-component toner containing at least a base resin and a charge control agent are accommodated, and an opening for supplying the toner to the developing roller is provided. In a cleanerless electrophotographic image forming apparatus that simultaneously collects and develops untransferred toner after transfer , and includes a developing unit including a toner container that is distinguished from a roller, the toner in the toner container An electrophotographic image forming apparatus comprising an electrical connection portion for applying a positive DC voltage of 500 to 1000 V to a toner container inner member that comes into contact.

2. The electrophotographic image forming apparatus according to claim 1, wherein a portion having an electrical connection part for applying a positive DC voltage in the toner container is at least a toner stirring blade.

2. The electrophotographic image forming apparatus according to claim 1, wherein a portion having an electrical connection portion for applying a positive DC voltage in the toner container is at least an inner surface of the toner container.