JP4952448B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置に係り、特に、駆動初期から安定した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。

現像ロール上に形成されたトナー層が感光体上に現像された後、同一方向に回転しているウレタンスポンジからなる供給ロールによって現像ロール上の残トナーが均一に掻き落とされ、新たなトナーが現像ロール上に供給される。
現像ロールはウレタンゴムからなり、表面に約１０ミクロンの溝が形成されており、この溝にトナーが食い込むことで現像ロール上にトナーが搬送される。しかし、現像器の駆動初期の段階では、現像ロール上の溝がはっきりと形成されているため、トナーとの付着性が高く、供給ロールによる掻き落とし効果が均一に行われない。その結果、新たなトナーが供給され、ドクターブレードで規制されても均一なトナー層が形成されず、画像上にムラになる、いわゆる雨降り現象と呼ばれる欠陥が発生する。

現像ロールは印字枚数を重ねることでドクターとの摩擦のため、この溝が除々に削られ、トナーとの付着力が下がり、均一な掻き落としが可能となり、印字後半では雨降り現象は生じなくなる。
一方、トナーは外添剤のシリカに疎水処理としてシリコーンオイルが処理されており、ドラムとの摩擦力を下げることでフィルミングなどの欠陥を防ぐ役割を果たしているが、シリコーンオイルの粘度特性によって現像ロールとの付着性が変化する。即ち、シリコーンオイルの動粘度が低いと現像ロールとの付着力は下がる傾向にあり、ドラムとの摩擦力低減の役割を果たすことができず、結果としてフィルミングが発生してしまう。

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経時的に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、本発明の一態様は、現像器と、この現像器に着脱・交換可能であり、該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、前記現像器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、第１のシリコーンオイルにより処理された無機微粒子により外添処理されており、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は、前記第１のシリコーンオイルよりも高動粘度の第２のシリコーンオイルにより処理された無機微粒子により外添処理されてい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用いられるトナーにおいて、第１及び第２のシリコーンオイルとしては、ポリジメチルシロキサンを用いることができる。また、外添剤としては、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種を用いることができる。

本発明によると、現像装置の駆動初期から経時的に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、第１のシリコーンオイルにより処理された無機微粒子により外添処理されており、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は、前記第１のシリコーンオイルよりも高動粘度の第２のシリコーンオイルにより処理された無機微粒子により外添処理されていることを特徴とする。

このように、トナーカートリッジに充填されるトナーの外添粒子を処理するシリコーンオイルの動粘度を、１本目とそれ以降とで異ならせることにより、１本目のトナーカートリッジを用いる現像装置の駆動初期においては雨降り現象を防止し、２本目以降のトナーカートリッジの使用時においては、フィルミングの発生を防止することができる。

このような効果は、次のような知見に基づくものである。
１本目のトナーカートリッジを用いる現像装置の駆動初期において、トナーと現像ロールとの付着力が高いため、供給ロールによる掻き落とし効果が均一に行われず、新たなトナーが供給され、ドクターブレードで規制されても均一なトナー層が形成されず、画像上にムラになる、いわゆる雨降り現象と呼ばれる欠陥が発生するが、動粘度の低いシリコーンオイルで処理された無機微粒子により外添処理されたトナーを用いることにより、トナーと現像ロールとの付着力が低減され、雨降り現象が防止される。

また、現像ロールは印字枚数を重ねることでドクターとの摩擦のため、この溝が除々に削られ、トナーとの付着力が下がり、フィルミングが発生してしまうが、動粘度の高いシリコーンオイルで処理された無機微粒子により外添処理されたトナーを用いることにより、トナーと現像ロールとの付着力が増加し、フィルミングが防止される。

本発明の一実施形態において、シリコーンオイルとしては、特に限定されないが、ポリジメチルシロキサンを好ましく用いることができる。
１本目のトナーカートリッジに充填されるトナーの外添粒子を処理する第１のシリコーンオイルは、２０ないし４５ｍｍ^２／ｓの動粘度を有するものであることが望ましい。また、２本目以降のトナーカートリッジに充填されるトナーの外添粒子を処理する第２のシリコーンオイルは、第１のシリコーンオイルの動粘度より高い、１００ないし１０００ｍｍ^２／ｓの動粘度を有するものであることが望ましい。

また、外添剤としては、特に限定されないが、シリカ、アルミナ、チタニア等を用いることができる。
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、動粘度の低い第１のシリコーンオイルにより処理された外添剤を含むトナーであり、２本目以降のトナーカートリッジである場合には、第１のシリコーンオイルよりも動粘度の高い第２のシリコーンオイルにより処理された外添剤を含むトナーである。

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、そこには動粘度の低い第１のシリコーンオイルにより処理された外添剤を含む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、第１のシリコーンオイルよりも動粘度の高い第２のシリコーンオイルにより処理された外添剤を含む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
１．トナー母体の作成
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の着色微粒子を得た。

２．シリカ微粒子のシリコーンオイル処理
シリカ微粒子としてＯＸ５０（日本アエロジル（株）製：平均粒子径約４０ｎｍ）をミキサーに入れ、ミキサー温度２５０℃、周速９０ｍ／ｓで攪拌し、シリカ微粒子１００質量部に対し、ジメチルシリコーンオイル１１質量部となるように、動粘度１０００ｍｍ^２／ｓのジメチルシリコーンオイルを噴霧し、シリカ微粒子に付着させた。更に同条件でミキサーを攪拌し続け、６０分間保持し、表面処理シリカ微粒子Ａを得た。

同様にして、下記表１に示すように、種々の動粘度のシリコーンオイルを用いて、表面シリカ微粒子Ｂ、Ｃ、Ｄを得た。

３．トナーの作成
シアン色着色微粒子 １００質量部
表面処理シリカ微粒子Ａ １．２質量部
ヘキサメチルジシラザンン処理シリカ微粒子
ＴＧ−８１０Ｇ（キャボット社製） ０．３質量部
上記割合で、容積２０Ｌのヘンシェルミキサーにシアン色着色微粒子３ｋｇ、表面処理シリカ微粒子Ａ１３６ｇ、ヘキサメチルジシラザン処理シリカＴＧ−８１０Ｇを９ｇ投入し、周速４０ｍ／ｓで２分間混合してトナーＡを作製した。同様にシリカ微粒子Ｂ、シリカ微粒子Ｃ、シリカ微粒子Ｄを用いて、トナーＢ、トナーＣ、トナーＤを作製した。

４．トナーカートリッジへの充填
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。

５．耐久試験
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。
耐久試験により雨降り障害及びフィルミングを評価した結果を下記表３に示す。

上記表３から、次のことがわかる。
１本目ないし６本目のカートリッジのすべてに高動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子Ａを外添剤として用いたトナーＡを充填した比較例１では、初期の現像ロールとの付着性が高いため、雨降り障害が発生した。なお、高動粘度のシリコーンオイルの使用によりドラムとの摩擦力が低減したため、フィルミングの発生はなかった。

次に、１本目ないし６本目のカートリッジのすべてに低動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子Ｂ、Ｃ、Ｄを外添剤として用いたトナーＢ、Ｃ、Ｄを充填した比較例２ないし４では、初期の現像ロールとの付着性が弱いため雨降り障害が発生せず、良好な画像が得られたが、高動粘度のシリコーンオイルの使用によりドラムとの摩擦力の低減効果が弱いため、印字枚数の後半においてフィルミングが発生し、耐久性に問題が発生した。

これに対し、１本目のカートリッジに低動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子Ｂを外添剤として用いたトナーＢ、Ｃ、Ｄを充填し、２ないし６本目のカートリッジに、１本目に充填したトナーで用いたシリコーンオイルよりも高動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子Ａを外添剤として用いたトナーＡを充填した実施例１ないし３では、印字初期において現像ロールとの付着性が下がり、供給ロールの掻き落としムラがなく、良好な画像が得られ、また、印字後半におけるフィルミングの発生もなく、良好な画像が得られた。

なお、実施例１ないし３とは逆に、１本目のカートリッジに高動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子Ａを外添剤として用いたトナーＡを充填し、２ないし６本目のカートリッジに、１本目に充填したトナーで用いたシリコーンオイルよりも低動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子Ｂを外添剤として用いたトナーＢを充填した比較例５では、印字初期に現像ロールとの付着性が高く、雨降り障害が発生し、印字後半ではフィルミングが発生した。
以上のように、１本目のカートリッジに低動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカを外添剤として用いたトナーを用い、２ないし６本目のカートリッジに、１本目に充填したトナーで用いたシリコーンオイルよりも高動粘度のシリコーンオイルで処理されたシリカを外添剤として用いたトナーを用いることにより、画像濃度が経時的に安定した効果が得られた。

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、この現像器に着脱・交換可能であり、該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、前記現像器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、第１のシリコーンオイルにより処理された無機微粒子により外添処理されており、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は、前記第１のシリコーンオイルよりも高動粘度の第２のシリコーンオイルにより処理された無機微粒子により外添処理されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記第１及び第２のシリコーンオイルは、ポリジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記無機微粒子は、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種であ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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