(57)【要約】【課題】  高温低湿下でも、現像スリーブ上のトナーの層ムラを、より確実に抑制することを目的とする。【解決手段】  現像剤を収納する現像室１４と、図示しない潜像担持体表面に上記現像剤を供給する現像室内の現像スリーブ５６と、上記現像剤を循環攪拌する攪拌搬送手段３０ａ、３０ｂとを備えた現像装置において、上記現像室１４内における上記現像剤容量の最大値が、上記現像室１４の容量の６０％以上で８０％以下である。また、上記現像スリーブ５６の表面線速は、上記潜像担持体表面線速の０．９倍以上で１．２倍以下である。また、上記現像剤は、５μｍから４５μｍまでの粒径のシリカが外添されたトナーである。【選択図】  図１
2006209015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーのみ又はトナーとキャリアとから成る現像剤を収納する現像室と、潜像担持体表面に前記現像剤を供給する現像室内の現像スリーブと、前記現像剤を循環攪拌する攪拌搬送手段とを備えた現像装置において、
前記現像剤にシリカ粗大粒子を分級したトナーを用いるとともに、前記現像室内における前記現像剤容量の最大値が、前記現像室容量の６０％以上で８０％以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
トナーのみ又はトナーとキャリアとから成る現像剤を収納する現像室と、潜像担持体表面に前記現像剤を供給する現像室内の現像スリーブと、前記現像剤を循環攪拌する攪拌搬送手段とを備えた現像装置において、
前記現像剤にシリカ粗大粒子を分級したトナーを用いるとともに、前記現像スリーブの表面線速は、前記潜像担持体表面線速の０．９倍以上で１．２倍以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記現像剤は、５μｍから４５μｍまでの粒径のシリカが外添されたトナーであることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記現像剤は、磁性キャリアと、５μｍから４５μｍまでの粒径のシリカが外添された非磁性トナーとからなることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置に関し、特に、静電式プリンタ、複写機、ファクシミリ等における静電潜像をトナー像に現像する現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電式プリンタ、複写機、ファクシミリ等における現像装置には、トナーの減少に応じてトナーが補給され、画像濃度を一定に保つようにしている。
現像装置としては、例えば、着脱自在のトナーコンテナから現像装置のトナー補給口を介してトナーを補給し、螺旋羽を有する攪拌運搬手段により、トナーを現像室内で循環させ均一に混ぜる方式のものがある。このような現像装置では、トナー補給口を循環経路の下流側に設けているために、トナー補給口付近にトナーが滞留し、盛り上がったトナーの圧力が高まり、凝集やブロッキングが生成されて、トナーの円滑な流れが阻害される。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１、特許文献２に開示された現像装置では、トナー補給口を循環の上流側に設けるとともに、トナー補給口直下の領域は輸送能力向上域とするが、それより下流の一部分で螺旋羽の高さを小さくすることにより輸送能力低減部を設け、さらにトナー補給口の下流側端部よりも下流に輸送能力低減部の上流側端部を位置させて、安定した滞留部分を形成し、トナーの圧迫を回避する。
ところで、現像剤としてはトナーだけの１成分現像剤と、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤があるが、静電潜像を現像するのはトナーだけであり、トナーの電荷の極性、帯電量、流動性、耐久性を制御するため、シリカ、酸化チタン等をトナー粒子に外添している（まぶしている）。
例えば、特許文献３に開示されたトナーは、５３μｍ以上の凝集シリカ粒子をトナーの全重量に対して０．０１重量％以下とし、平均１次粒径が５０ｎｍ以下のシリカ粒子を外添したものである。
【特許文献１】特開平２００４−１５１３４０号公報（図２、段落００３９）
【特許文献２】特開平２００４−１５１３４１号公報（図２、段落００３７）
【特許文献３】特開平２０００−７５５４０号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１、２の現像装置では、トナー補給制御のオーバーシュート等により、補給口付近のトナーの圧力が高まり、現像ロール（現像スリーブ）上にトナーが凝集・付着し、トナー層に層ムラが発生する。また、特許文献３のトナーでは、高温低湿下で、層ムラが発生しやすい。
【０００５】
特にシリカ粒子に含まれるグリッドと呼ばれる粗大粒子（４５μｍ↑）がトナー微粒子や酸化チタン粒子を凝集させてしまう。この凝集物が現像スリーブ表面に付着し、画像面に黒点を発生させてしまう。また画像形成装置において、静電潜像をトナー像に現像するための現像装置として、画像担持体に現像する際、画像濃度を容易に得るために画像担持体に対して現像スリーブ速度を高く設定しトナー供給を多くしている。しかしスリーブ回転速度が速いほどトナー粒子にストレスがかかってしまいトナー凝集やトナー付着を誘発してしまう。またトナー補給制御のオーバーシュートにより現像層内に現像剤量を多く取り込んでしまい現像層内の圧力が高くなり、トナー凝集やトナー付着を誘発してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、高温低湿下でも、現像スリーブ上のトナーの層ムラを、より確実に抑制することを目的とする。
又本発明の他の目的は、上記トナーを用いた現像装置において特定環境下（湿度２０％以下）でのトナー凝集及びトナー付着の発生しない現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、現像装置容量に対する現像剤容量を所定比率範囲とすること、現像スリーブ（現像ローラ）の速度を静電潜像担持体の速度に対して所定比率範囲とすることにより、現像装置内で受けるトナー圧力をより低減させることにより、トナーの凝集が防止され、層ムラが抑制されることを見出した。
また、本発明者は、従来のシリカ外添トナーの平均一次粒径は、例えば５０ｎｍであり、小さすぎるためトナーの凝集が生じて層ムラが発生しやすく、また、所定粒径以上のシリカ粒子と所定粒径以下のシリカ粒子が共同して層ムラの発生原因になっており、トナーに外添するシリカ粒子の粒径を所定範囲内とすれば、層ムラ（現像スリーブ（現像ローラ）上へのトナーの凝集、付着）が抑制されることを見出した。このトナーにより、高温低湿下でも層ムラが抑制される。
【０００８】
そこで、本発明は、トナー圧力を低減した現像装置で、所定粒径範囲のシリカ粒子を外添したトナーを使用する。具体的にはシリカ製造時に発生する粗大粒子を積極的に分級した分級シリカをトナー原粉に外添する。同時に５μ未満の微粉も分級する。
【０００９】
そして、上述した課題を解決するための第１の手段は、トナーのみ又はトナーとキャリアとから成る現像剤を収納する現像室と、潜像担持体表面に上記現像剤を供給する現像室内の現像スリーブと、上記現像剤を循環攪拌する攪拌搬送手段とを備えた現像装置において、上記現像室内における上記現像剤容量の最大値が、上記現像室容量の６０％以上で８０％以下であることを特徴とする現像装置である。
第２の発明は、トナーのみ又はトナーとキャリアとから成る現像剤を収納する現像室と、潜像担持体表面に上記現像剤を供給する現像室内の現像スリーブと、上記現像剤を循環攪拌する攪拌搬送手段とを備えた現像装置において、上記現像スリーブの表面線速は、上記潜像担持体表面線速の０．９倍以上で１．２倍以下であることを特徴とする現像装置である。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、上記現像剤は、５μｍから４５μｍまでの粒径のシリカが外添されたトナーであることを特徴とする現像装置である。
第４の発明は、第１または第２の発明において、上記現像剤は、磁性キャリアと、５μｍから４５μｍまでの粒径のシリカが外添された非磁性トナーとからなることを特徴とする現像装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
まず、本実施形態の現像装置の構成について、図１、図２を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の現像装置の断面図である。
現像装置２は、現像装置本体４とトナーカートリッジ６とから構成されている。
現像装置本体４は、ハウジング８を含んでおり、このハウジング８はハウジング本体１０とこのハウジング本体１０に装着された上面壁部材１２とから構成されている。
ハウジング本体１０の底壁１６は、並列配置された３個の、横断面形状が円弧状である弧状部１６ａ、１６ｂ及び１６ｃを有する。弧状部１６ａと弧状部１６ｂとの間には実質状鉛直に上方に延びる直立壁２４が形成されており、かかる直立壁２４の両側には直線状径路２６ａ及び２６ｂが規定されている。直立壁２４の両端はハウジング本体１０の両側壁の内面から離隔されており、直立壁２４の両端と側壁の内面との間には所要間隙が存在する。従って、相互に平行に延在する上記２個の直線状径路２６ａ及び２６ｂは両端部において相互に連通せしめられており、かくして一方の直線状径路２６ａに沿って延び、次いで直線状径路２６ａの一端部から他方の直線状径路２６ｂの一端部に続き、直線状径路２６ｂに沿って延び、そして直線状径路２６の多端部から直線状径路２６ａの多端部に続く無端状の循環径路が規定されている（後に更に言及する如く、かかる循環径路を通して現像剤が循環せしめられる）。
【００１３】
上述した循環径路には、現像剤を攪拌しながら循環径路を通して搬送せしめるための現像剤攪拌搬送手段２８が配設されている。現像剤攪拌搬送手段２８は、第一の回転螺旋羽根部材３０ａと第二の回転螺旋羽根部材３０ｂとから構成されている。第一の回転螺旋羽根部材３０ａは中心軸部３２ａと螺旋羽根３４ａとを有する。同様に、第二の回転螺旋羽根部材３０ｂも中心軸部３２ｂと螺旋羽根３４ｂとを有する。第一の回転螺旋羽根部材３０ａはハウジング本体１０の両側壁間に回転自在に装着され、直線状径路２６ａに沿って直線状に延びている。第二の回転螺旋羽根部材３０ｂもハウジング本体１０の両側壁間に回転自在に装着され、直線状径路２６ｂに沿って直線状に延びている。第一の回転螺旋羽根部材３０ａの螺旋羽根３４ａと第二の回転螺旋羽根部材３０ｂの螺旋羽根３４ｂとは所謂螺旋方向が逆に設定される。
【００１４】
ハウジング本体１０における底壁１６の弧状部１６ｃの上方には現像剤適用手段５４が配設されている。この現像剤適用手段５４は、ハウジング本体１０の両側壁間に回転自在に装着された現像スリーブ５６を含んでいる。この現像スリーブ５６内には静止永久磁石が配置されている。現像スリーブ５６が固定されている回転軸５８の一端部は側壁２０を貫通して突出せしめられており、かかる突出端には入力歯車が固定されている。この入力歯車は上記第二の回転螺旋羽根部材３０ｂの入力歯車に噛み合わされており、図示しない駆動源が付勢されると、現像スリーブ５６が矢印４４で示す方向に回転せしめられる。現像スリーブ５６に関連せしめて穂切手段６０が配設されている。後に更に言及する如く、現像室１４内にはトナーのみから成る一成分現像剤（又はトナーとキャリア粒子とから成る二成分現像剤）が収容され、かかる現像剤は矢印４４で示す方向に回転せしめられる第一の回転螺旋羽根部材３０ａ及び第二の回転螺旋羽根部材３０ｂの作用によって上記搬送径路を通して搬送される。現像剤適用手段５４は、矢印４４で示す方向に回転せしめられる現像スリーブ５６の周表面上に現像剤を保持し、かかる現像剤を現像域６２を通して搬送する。穂切手段６０は現像スリーブ５６の周表面に保持されて現像域６２に搬送される現像剤の層厚さを規制する。現像域６２においては現像剤中のトナーが現像すべき静電潜像に適用され、かくして静電潜像がトナー像に現像される。
【００１５】
上述したとおりの現像装置においては、現像室１４内にはトナーのみから成る所謂一成分現像剤（又はトナーとキャリア粒子とから成る所謂二成分現像剤）が充填される。現像が遂行されると、現像剤適用手段５４によってトナーが静電潜像に適用され、従って現像の遂行に応じてトナーが消費される。従って、トナーの消費に応じて現像室１４内にトナーを適宜に補給することが重要である。
而して、後述する実施例からも明確に理解されるとおり、本実施形態の現像装置においては、トナーカートリッジ６に配設されているトナー搬送手段１５４及び１５６を必要に応じて選択的に回転せしめるための専用駆動源を必要とすることなく、トナーカートリッジ６から現像室１４へのトナーの補給が適切に制御される。更に詳述すると、本実施形態の現像装置においては、現像を遂行するために図示しない駆動源を付勢して現像剤適用手段５４と共に現像剤攪拌搬送手段（即ち第一の回転螺旋羽根部材３０ａ及び第二の回転螺旋羽根部材３０ｂ）を回転せしめると、トナーカートリッジ６のトナー搬送手段１５４及び１５６も駆動源に連結されている故に、トナーカートリッジ６のトナー搬送手段１５４及び１５６も駆動され、従ってカートリッジケース１２６内においてトナーがトナー排出開口１３６に向けて搬送される。
【００１６】
一方、現像室１４内においては、現像剤攪拌搬送手段２８を構成する第一の回転螺旋羽根部材３０ａの搬送能力が、上述した如くトナー受入開口を通して現像室１４にトナーが導入せしめられるトナー受入領域の下流側に位置する特定領域β（図２）において局部的に低減せしめられている。それ故に、特定領域βの上流側、即ちトナー受入領域において現像剤が滞留せしめられる。かかる現像剤の滞留は、トナー受入開口を通してトナーが現像室１４内に進入するのを抑制する。トナー受入領域における現像剤の滞留量は、現像室１４内の現像剤量、従って現像剤中のトナー量に応じて変動する。従って、現像室１４内へのトナーの進入に対する抑制度合いが現像室１４内の現像剤中のトナー量によって変動せしめられ、トナー量が低減すると現像室１４内へのトナーの導入が増大し、トナー量が増大すると現像室１４内へのトナーの導入が減少する。かくして、トナーカートリッジ６のトナー搬送手段１５４及び１５６の駆動制御に直接依存することなく、現像室１４へのトナーの補給が適切に制御される。
【００１７】
図２は、現像装置の上面断面図である。
領域α（長さ（Ｂ−Ａ））は滞留したトナーを高速で攪拌搬送する領域である。また、トナー補給開口のやや下流に位置する領域β（長さ（Ｃ−Ｂ））は滞留したトナーを低速で攪拌搬送する領域である。また、領域γ（長さ（Ａ’−Ｃ））は滞留したトナーを高速で攪拌される第一の回転螺旋羽根部材３０ａにおいては図２のβ（Ｃ−Ｂ）で示す特定領域においては、螺旋羽根３４ａの外径が他の部分における外径よりも小さくせしめられており、かかる特定領域において現像剤攪拌搬送手段２８の搬送能力が局部的に低減せしめられている。第一の回転螺旋羽根部材３０ａの特定領域β以外の部分及び第二の回転螺旋羽根部材３０ｂの全体における螺旋羽根３４ａ及び３４ｂの外径は実質上同一に設定されており、従って現像剤攪拌搬送手段２８の上記特定領域β以外の領域における搬送能力は実質上同一である。特定領域βにおいて搬送能力を局部的に低減せしめるためには、螺旋羽根の外径を低減せしめることに代えて、例えば螺旋羽根のピッチのみを小さく設定する、螺旋羽根に切欠を形成する、或いは螺旋羽根を省略することもできる。搬送能力が局部的に低減せしめられた上記特定領域βは、トナー受入開口（Ｅ−Ｄ）を通して現像室１４内にトナーが導入せしめられるトナー受入領域の下流側であることが重要である。かような特定領域βにおいて搬送能力を局部的に低減せしめることによる作用効果については後に更に詳述する。
【００１８】
次に、図３を参照して、本実施形態の現像装置の動作について説明する。
図３は、現像装置駆動時間とトナー落下速度との関係を示すグラフである。
現像剤攪拌搬送装置の諸寸法のうちＢを７５ｍｍに固定してＣを変更した際のトナー落下速度を示す。その他の寸法は、Ｌ＝３００ｍｍ、Ａ＝５５ｍｍ、Ａ‘＝２４５ｍｍ、Ｄ＝５４ｍｍ、Ｅ＝９４ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍである。
グラフ中、Ｘ部分については初期のトナー流れ込み状態であり、攪拌フィン状態の影響が無く１分当たり３７ｇ前後の補給量であった。この量は、補給位置下部の容積が起因しており現像ケース形状によるものである。Ｙ部分については攪拌フィン形状の影響が大きく、溜り幅β（Ｃ−Ｂ）が広いほど拡散に時間がかかるため補給量が減少している。この部分の補給量の差が安定時の現像装置内トナー量に大きく起因している。Ｚ部分については現像装置内のトナー量が安定している状態であるが、溜り幅が少ないほど、１分当たりのトナー補給量が多い。補給位置（（Ｅ＋Ｄ）／２）との関係も影響しているが、β領域の幅（Ｃ−Ｂ）が少ないと溜りによる補給の静止が弱く、現像室内にトナーが過剰に入ってしまいトルクアップを引き起こす可能性がある。
但し、図３によれば、本実施形態の現像装置は、ある時点で（図３のグラフでは駆動時間４５分後）現像装置内のトナー量が飽和する特性を有することが分かる。
【００１９】
そこで、図４を参照して、トナー量飽和特性についてさらに検討する。
図４は、現像装置駆動時間と現像室内のトナー量との関係を示すグラフである。
β領域の幅（Ｃ−Ｂ）を４０ｍｍに固定し、Ｂを変更した結果である。（その他の条件は図３と同様）。Ｂが８５ｍｍ以上になると補給されるトナー量が現像装置内で飽和してしまい圧力上昇により、トナーが凝集し、現像スリーブ５６上にトナー付着が発生した。このことから補給口からあまりに下流側に領域β（低速搬送領域）があると補給を止めることが出来ず、現像室内にトナーが過剰に入ってしまいトルクアップを引き起こす可能性がある。
トナーが過剰に補給され、トナー圧力を上昇させ、トナーの凝集を引き起こし、現像スリーブ５６上のトナーの層ムラの原因になる。
しかし、本実施形態の現像装置は、現像装置の駆動を開始すると、ある時点で、現像室内に蓄積される現像剤（１成分現像剤又は２成分現像剤）重量が飽和する特性がある。そこで、本発明は、この現像剤重量飽和特性を利用し、現像剤の補給レベルを一定値以下に保ち、現像室１４が収納できる値（現像室容量）以下とし、トナーの過剰供給を防止することとしたものである。図４に示すように、現像室容量は２５０ｇであり、Ｂが６５ｍｍ、７５ｍｍの場合は、現像量飽和値は、それぞれ、２００ｇ、１５０ｇとなり、それぞれ、現像室容量の８０％、６０％ととなる。このように、β領域の幅（Ｃ−Ｂ）を４０ｍｍに固定し、Ｂを６５ｍｍ以上で７５ｍｍ以下とすれば、トナーの過剰供給は防止され、ひいては層ムラも防止される。
【００２０】
次に、層ムラを抑制するための、現像スリーブ５６の回転速度についての実験結果を示す。
現像スリーブ５６は潜像担持体との回転数の速度差を設けトナーを供給しており現像スリーブ５６の表面線速度が大きいほど、供給トナーが多くなる。
図５は、現像スリーブ５６の線速と現像スリーブ５６上のトナー付着評価結果を示す表である。
現像装置を上述したとおりの、トナー過剰供給の生じない状態に設定し、評価環境温度３５℃湿度１５％においてのトナー付着を評価した。スリーブ５６の線速が画像担持体（ドラム）の線速の１．４０倍の場合は６千枚でスリーブ上に付着が発生した。１．２０倍とすることにより１０万枚以上トナー付着を防ぐことができ、０．９３倍で３０万枚コピーまでさらに良好にトナー付着を防ぐことができた。この実験結果から、線速比は、０．９３倍から１．２０倍が好適であり、０．９倍から１倍の間がより好適であることが分かる。
【００２１】
図６は、トナーに外添したシリカ粒子の特性を示す表である。
また、図７は、上記各種のシリカ粒子を外添したトナーに対する、現像スリーブ５６上の層ムラ、画像コピー中の白筋・白点及び耐久画像濃度戸の関係を示す表である。
図６、図７によれば、メジアン径が７．９５μｍから１１．３ミクロンｍのシリカ粒子を使用した場合は、層ムラが抑制され、画像コピーの白筋・白点が少なく、耐久画像濃度も良好だった。
これに対して、５．１μｍ未満の微分が多いメジアン径５．２４μｍ、６．１６μｍのシリカ粒子を使用した場合と、５１μｍ超の粗粉が多い１５．４μｍのシリカ粒子を使用した場合は、いずれも層ムラが目だった。
また、上述したメジアン径１５．４μｍのシリカ粒子では、５．１μｍ未満の微粉は充分除去されているものの、５１μｍ超の微粉が多く、白筋・白点が目だった。
また、メジアン径５．２４μｍと６．１６μｍのシリカ粒子は、５１μｍ超の粗粉は充分除去されているものの、５．１μｍ未満の微粉が多く、耐久画像濃度は不充分だった。
【００２２】
このように、本実施形態の現像装置で使用するトナーは、従来のトナー（例えば文献３に開示されたトナーのように、５３μｍ以上の凝集シリカ粒子をトナーの全重量に対して０．０１重量％以下とし、平均１次粒径が５０ｎｍ以下のシリカ粒子を外添したトナー）と異なり、５μｍ以上で４５μｍ以下に分級されたシリカ粒子を外添したトナーであり、この分級効果により、現像室内でのトナーの再凝縮（２次凝縮）が抑制された結果、層ムラが抑制されたものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明によれば、湿度２０％以下でのトナー凝集及びトナー付着の発生しない現像装置を提供することが出来、特に小型化を図った場合においても、高温低湿下でも、現像スリーブ上のトナーの層ムラを、より確実に抑制出来る現像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の現像装置の断面図である。
【図２】本実施形態の現像装置の上面断面図である。
【図３】現像装置駆動時間とトナー落下速度との関係を示すグラフである。
【図４】現像装置駆動時間と現像室内のトナー量との関係を示すグラフである。
【図５】現像スリーブ５６の線速と現像スリーブ５６上のトナー付着評価結果を示す表である。
【図６】トナーに外添したシリカ粒子の特性を示す表である。
【図７】図６で示した上記各種のシリカ粒子を外添したトナーに対する、現像スリーブ５６上の層ムラ、画像コピー中の白筋・白点及び耐久画像濃度との関係を示す表である。
【符号の説明】
【００２５】
２      現像装置
４      現像装置本体
６      トナーカートリッジ
８      ハウジング
１０    ハウジング本体
１２    上面壁部材
１４    現像室
３０ａ  第一の回転螺旋羽根部材
３０ｂ  第二の回転螺旋羽根部材
【図１】
2006209015.tif 000003
【図２】
2006209015.tif 000004
【図３】
2006209015.tif 000005
【図４】
2006209015.tif 000006
【図５】
2006209015.tif 000007
【図６】
2006209015.tif 000008
【図７】
2006209015.tif 000009