(57)【要約】【課題】  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、画像劣化を抑える高寿命の現像装置を備えるクリーナレス方式の正帯電型電子写真画像形成装置の提供。【解決手段】  非磁性一成分トナーを用いるクリーナレス現像方式であって、少なくとも供給ローラ、現像ローラ、層厚規制部材、トナー攪拌翼、トナー充填部を含む現像装置を備える正帯電型電子写真画像形成装置において、前記トナー攪拌翼が接触する前記トナー充填部底部の供給ローラ側の高さが供給ローラの中心の高さより低い正帯電型電子写真画像形成装置とする。【選択図】     図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性一成分トナーを用いるクリーナレス現像方式であって、少なくとも供給ローラ、現像ローラ、層厚規制部材、トナー攪拌翼、トナー充填部を含む現像装置を備える正帯電型電子写真画像形成装置において、前記トナー攪拌翼が接触するトナー充填部底部の供給ローラ側の高さが供給ローラの中心の高さより低いことを特徴とする正帯電型電子写真画像形成装置。
【請求項２】
トナー攪拌翼の先端が現像装置のトナー充填部内壁面に接触することを特徴とする請求項１記載の正帯電型電子写真画像形成装置。
【請求項３】
供給ローラ上にトナー層を挟むように現像装置の外枠から内側に張り出しているトナー充填部内壁面下端部の先端の位置が供給ローラの中心と供給ローラの攪拌翼側先端の間にあることを特徴とする請求項２記載の正帯電型電子写真画像形成装置。
【請求項４】
回転中のトナー攪拌翼の先端が現像装置に充填されたフル充填トナー上の空気層に飛び出すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の正帯電型電子写真画像形成装置。
【請求項５】
トナー攪拌翼の固定端から自由端への方向と、トナー攪拌翼と供給ローラの各回転中心を結ぶ線に直角で、供給ローラの攪拌翼側接線とから形成される角度であって、前記自由端が供給ローラに最接近したときの角度を２０乃至７０度になるように、トナー攪拌翼の固定端の位置を攪拌翼の回転中心から離した構成とすることを特徴とする特許請求の範囲の請求項１乃至４のいずれか一項に記載の正帯電型電子写真画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非磁性一成分現像方式の正帯電型電子写真画像形成装置、特には、該装置内部のトナーアジテーター（攪拌翼）の形状、材料および現像器ハウジングの内部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、この感光体表面を均一に帯電させる帯電装置と、感光体表面に画像に応じた電気的な像（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可視像化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備え、画像を記録（印刷）し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内において像担持体としての機能を有する感光体は、大型の画像形成装置、高速機で主として用いられ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、優れた安定性、安全性、使いやすさ等の多くの利点を有する有機感光体が主流になっている。有機感光体は、無機系感光体が正帯電型であることに対し、負帯電型であることが一般的である。その理由は、正帯電型の感光体に必要な電子輸送材料には良好な特性を持つものが少なく、その開発が遅れたためである。しかし、最近、良好な電子輸送材料が開発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特有の利点（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）についての市場の認識が進み、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てきた。
【０００４】
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。後者の非磁性一成分現像方式は、特に、クリーナレス現像方式であると、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になって好ましいことが知られている。このクリーナレス現像方式の非磁性一成分現像装置は、前記感光体ドラムに対向して配置される現像ローラと、この現像ローラにトナーを供給すると同時に現像ローラにより運ばれる回収トナーを掻き取るための供給ローラと、トナー充填部と、このトナー充填部に収容されているトナーが凝集しないように攪拌するために回転する攪拌翼とを備える。さらにこの攪拌翼は、前記トナーを供給ローラを介して現像ローラに向けて適量ずつ供給する機能も有している。
【０００５】
前記静電潜像を可視像化するために用いられるトナーのうち、二成分トナーの攪拌翼は、トナーとキャリアとを摩擦帯電させることにより、現像に必要な電荷を帯びさせると共にトナーとキャリアを相互に付着させる機能を有している。また、キャリアとして用いられるフェライトなどの比重が大きいため、一般的に二成分トナーの攪拌翼の回転翼は高負荷に対する耐久性を有する剛性材料で構成され、多数の翼が軸を中心に形成されていることが多く、また、高トルク駆動モータにより回転される。
【０００６】
一方、比重の大きいキャリアを含まない一成分トナーは、比重の小さい樹脂を母体として帯電制御材、着色剤および外添剤などからなるので、トナー自体が小さくて軽い上、攪拌翼の主要な目的がトナーの摩擦帯電ではなく、トナーが凝集しない程度に混合することを目的としているので、攪拌翼として剛性を持たせる必要が無い。剛性翼を用いると、かえってトナーから外添剤やその他の成分が剥ぎ取られ、トナーを劣化させる怖れが大きい。従って、一成分トナーの攪拌翼はしなやかな弾性体からなる翼を数枚備えたものを緩やかに回転させる構造とされることが多い。
【０００７】
図２の概略断面図に示す従来の非磁性一成分現像方式の現像装置３０におけるトナーの攪拌および供給ローラ２４へのトナー供給は、トナー充填部２１内のトナー攪拌翼２２により攪拌しながら行われる。この攪拌翼２２は、図４の斜視図に示すように、回転軸２２ａに透明で弾性を有するプラスチックシート片２２ｂを貼付した構成の弾性シート翼２２ｃにより構成される。トナー攪拌翼２２の機能はトナー２３がブリッジ現象を生じないように充分に攪拌することであり、またさらには供給ローラ２４に所要量のトナー２３を供給することである（特許文献１、特許文献２参照）。さらに、攪拌翼の受ける負荷変動を小さくして、画質への影響を少なくするような攪拌翼の形状を備える現像装置の発明も知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００１−３１８５１７号公報
【特許文献２】特開２００１−３１８５１８号公報
【特許文献３】実開平７−５０７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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式についての一般的な問題点としては現像装置（または現像ユニット）の寿命が短いことがあげられる。その短寿命の原因は、未転写トナーが現像装置（または現像ユニット）に回収され繰り返し再利用されるためにトナーの劣化（たとえば、外添剤の剥がれ等による帯電性能の低下）が起き易いこと、かつ繰り返し印字プロセスによって現像装置内部に劣化トナーが蓄積されていくこととおよび現像装置に混入した紙粉がトナーの帯電性能を低下させること等が併せて画像形成に悪影響を及ぼすためであり、さらに、回収された劣化トナーと正常なトナーとの混合が必ずしも充分とは言えない従来の現像装置構造を用いた場合に、特にトナーの帯電性能の違いから、トナーが凝集し易くなり、その結果トナーの流動性が極度に悪化して画像形成に悪影響を及ぼすためと考えられる。
【０００９】
また、前述のクリーナレス現像方式における現像装置の寿命に関する問題点は、正帯電型プロセスの場合に特に顕著となる。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、正帯電トナーは負帯電化し易いベースレジン材料に正の帯電制御剤を混入させたり、正帯電し易い外添剤をレジンの外周に付着させることにより強制的に正帯電化させて使用しているが、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前記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することがある。その場合、容易に母材のベースレジンの持つ負帯電性が表れるようになるからである。
【００１０】
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るからである。
【００１１】
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、画質の低下を招く前に安全率を考慮して、前述のように当初の充填トナー量の５０％〜７０％程度を消費した時点で、新規トナーの補充または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を採用したのである。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。
【００１２】
本発明は、以上説明し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、画像劣化を抑える高寿命の現像装置を備えるクリーナレス方式の正帯電型電子写真画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、非磁性一成分トナーを用いるクリーナレス現像方式であって、少なくとも供給ローラ、現像ローラ、層厚規制部材、トナー攪拌翼、トナー充填部を含む現像装置を備える正帯電型電子写真画像形成装置において、前記トナー攪拌翼が接触する前記トナー充填部底部の供給ローラ側の高さが供給ローラの中心の高さより低い正帯電型電子写真画像形成装置とすることにより、前記目的が達成される。
【００１４】
本発明によれば、トナー攪拌翼先端が現像装置のトナー充填部内壁面に接触する特許請求の範囲の請求項１記載の正帯電型電子写真画像形成装置とすることが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、供給ローラ上にトナー層を挟むように現像装置の外枠から内側に張り出しているトナー充填部内壁面下端部の先端の位置が供給ローラの中心と供給ローラの攪拌翼側先端の間にある特許請求の範囲の請求項２記載の正帯電型電子写真画像形成装置とすることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、回転中のトナー攪拌翼の先端が現像装置に充填されたフル充填トナー上の空気層に飛び出す特許請求の範囲の請求項１乃至３のいずれか一項に記載の正帯電型電子写真画像形成装置とすることが望ましい。
【００１７】
本発明によれば、トナー攪拌翼の固定端から自由端への方向と、トナー攪拌翼と供給ローラの各回転中心を結ぶ線に直角で、供給ローラの攪拌翼側接線とから形成される角度であって、前記自由端が供給ローラに最接近したときの角度を２０乃至７０度になるように、トナー攪拌翼の固定端の位置を攪拌翼の回転中心から離した構成とする特許請求の範囲の請求項１乃至４のいずれか一項に記載の正帯電型電子写真画像形成装置とすることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、前述のような構成としたので、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、画像劣化を抑える高寿命の現像装置を備えたクリーナレス方式の正帯電型電子写真画像形成装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の正帯電型電子写真装置に関し、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方式の非磁性一成分現像装置の概略断面図、図３は本発明にかかる現像装置のトナー攪拌翼の一実施例の斜視図である。
【００２０】
図１を用いて本発明にかかる非磁性一成分現像装置を含む正帯電型電子写真画像形成装置の一実施例について説明する。非磁性一成分トナー１がトナー充填部５に充填される場合、充填方法は種々の方法を採用することができるが、図１の実施例では蓋３を外してトナー１を充填する。充填量はトナー充填部５の上部に空気層４が必ずできる量とすることが好ましい。トナー１充填直後の、トナー１量が最も多いときでも、トナー充填部５上部には空気層４があって、トナー攪拌翼（アジテータ）２の回転によって翼の先端が前記空気層４に飛び出していることがトナーを凝集しないように攪拌する上で必要であるからである。しかし、前記トナー充填部５上部の蓋３の内面に翼の先端が接触する必要は必ずしも無い。
【００２１】
トナー１が充填され、トナー攪拌翼２が回転すると、供給ローラ６にトナーが供給される。その後、供給ローラ６の上にはトナーが充満するが、このとき、従来の現像装置３０（図２）では供給ローラのトナー充填部側の上部にはトナー充填部のトナーの全重量が載っている状態となり、その重量圧力により、トナーの流動性に悪影響を与えていたが、本発明の好ましい実施例では、供給ローラ６上にトナー１層を挟むように現像装置２５の外枠から内側に張り出しているトナー充填部内壁面下端部の先端１２の位置が供給ローラ６の中心６ａと供給ローラの攪拌翼側先端１４の間にあるようにされているので、供給ローラ６上のトナー１の堆積量が少なくなり、供給ローラ６上におけるトナー１の流動性の悪化防止に効果があるので好ましいのである。しかし、トナー充填部内壁面下端部の先端１２の位置が供給ローラの攪拌翼側先端１４よりさらにトナー充填部内側に張り出すと、トナー攪拌翼の攪拌がスムーズでなくなり、トナーの供給ローラへの供給に悪影響が出始めるので好ましくない。
【００２２】
トナー攪拌翼（アジテータ）２は図３の斜視図に示すように、十字柱状回転軸２ａの４ヶ所の凹部に等角度間隔となるように取り付けられた弾性シート翼２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの４翼を備え、さらに好ましくは前記弾性シート翼２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの相互の角度を２分する位置に補助シート翼２ｆ、２ｇ（不図示）、２ｈ（不図示）、２ｉを備え、前記弾性シート翼と補助シート翼とを併せて８翼を備えた構成を有する。各補助シート翼２ｆ、２ｇ（不図示）、２ｈ（不図示）、２ｉは軸方向長さを軸方向の中央部のみの長さにされ、自由端側の先端はトナー充填部５内面に接触しないが、弾性シート翼２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅはトナー充填部内面に面接触可能な長さにされている。さらに好ましくは中央部２ｂ1とその外側に接する側端部２ｂ2のシート片を分離可能にすることも好ましい。さらに、補助シート翼の自由端側の先端はトナー充填部５内面に接しないような長さにされていると、よりいっそう軸方向におけるトナーの攪拌混合作用を促進することができ、かつ回転軸近辺のトナー１の攪拌の促進にも有効である。また、前記弾性シート翼２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅはトナー充填部５のトナー１が実際に充填されている内面に接しているので、トナー充填部５内面に付着したトナー１を擦り落とす作用も有する。本発明にかかるトナー攪拌翼２の形状を決める考え方は、前述したように、強く攪拌し過ぎてトナー１が劣化を起こさないように緩やかにしながら、トナー充填部５に充填されたトナー１が攪拌されずに停滞するトナーを無くすことである。トナー充填部５の中で、比較的動きの少ないトナー１の場所は壁面と回転軸近辺であるので、そのトナー１を動き易くする形状にすることが本発明にかかるトナー攪拌翼のポイントの一つである。
【００２３】
弾性シート翼２ｂの一面を構成する各シート片２ｂ1、２ｂ2はそれぞれ弾性を有するプラスチック製で弾性を有するシート状のもの、例えば、ポリエステルの０．１５ｍｍ厚のシートなどからなり、前記十字柱状の回転軸２ａの各凹部辺面に取り付けられたリブ（補強材）２０１ｂ、２０３ｂを介して各弾性シート翼２ｂ、２ｆの一端部を貼付し、他端は自由端部となるように構成されている。他の弾性シート翼２ｂ、２ｃ、２ｄについても同様である。弾性シート翼２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの材料はポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン等他の材料とすることもできる。前記リブ２０１ｂに前記弾性シート翼２ｂが貼付される面は貼付された弾性シート翼２ｂが供給ローラに最接近したとき、攪拌翼２の回転軸中心２ａと供給ローラ６の回転軸中心６ａとを結ぶ線と供給ローラ表面との交点における供給ローラの接線と、弾性シート翼２ｂの非接触時の方向とで形成される角度７が２０〜７０度となるように傾斜角８が付けられている。角度７は４０度程度が最も好ましいことが分かった。角度７が２０度より小さいと、供給ローラへのトナーの押圧力が強くなる。また、トナー充填部内壁面に付着したトナーの掻き落とし能力も悪くなる。角度７が７０度より大きいと供給ローラへの供給力が悪くなり、トナーの流動性も悪くなる他、トナー１の外添剤が剥がれるなどによるトナー劣化が多くなる。また、前記リブ２０１ｂは、攪拌翼２の回転負荷を小さくして、できるだけ低駆動トルクモータの使用を可能にするために枠状等にして、トナー１による回転時の抵抗を小さくして負荷を少なくすることが好ましい。回転軸２ａが図１のトナー攪拌翼２の矢印方向に回転することにより、攪拌翼２がトナー充填部５内のトナー１を攪拌するとともに、トナー充填部５から供給ローラ６にトナー１をスムーズに供給する機能を持つ。
【００２４】
従来は、トナー充填部５の底部の供給ローラ側において、供給ローラとの仕切りのための仕切り壁が前記図２のように明確にされて、弾性シート翼の先端が供給ローラに直接接触しないようにされていたが、さらにその構成により、供給ローラの下側を通ってくる回収トナーのトナー充填部への戻りを難くしていた。
【００２５】
本発明では、図１の符号９で示すように、供給ローラとの間にある仕切りを壁と言えない程度に低くされていることが重要な点である。このようにすることにより、回収された未現像トナー、未転写トナーは供給ローラの下側を通ってトナー充填部へ戻り易くなる。回収された未現像トナー、未転写トナーがトナー充填部へ戻って、新しいトナーと充分に攪拌されることにより、劣化トナーの含有比率が高いトナーの濃度を薄めることができるので、トナー充填部のトナー残量を従来より少なくしても良好な画像が得られるようになるのである。すなわち、現像装置の寿命を延ばすことができたのである。
【００２６】
但し、そのままでは、弾性シート翼２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅが回転中に供給ローラに近づくと供給ローラに接触してしまうので、柵、格子または網状の接触防止体が必要である。この接触防止体はトナーの通過には実質的に影響のない程度の大きい目または格子、柵の間隔のもので充分である。
【００２７】
前述の説明では、攪拌翼２の回転軸２ａは前述の説明では、弾性シート翼を四翼（好ましくはさらに補助シート翼を四翼加えたもの）とするために十字柱形としたが、等角度間隔に弾性シート翼を２翼以上取りつけることができれば他の形状でもよい。例えば一文字状、三叉柱状、三角柱、四角柱、五角柱、五星状、六角柱またはそれ以上の多柱状、多星状等でもよいし、また弾性シート翼を等角度間隔で確実に固定できれば、他の形状であってもかまわない。さらに、補助シート翼のない攪拌翼としてもよい。
【００２８】
図１に示す前記感光体ドラムユニット４０に組み合わせて配置する現像装置２５においては、トナー充填部５に収容されているトナー１を、トナー攪拌翼２により攪拌しながら供給ローラ６に向けて送り出し、前記供給ローラ６の表面に付着したトナーは供給ローラ６の回転とともに現像ローラ１３側に運ばれ、反時計方向に回転する現像ローラ１３との間で、トナー１に帯電付与しながら、現像ローラ１３の表面に薄層として付着させる。前記現像ローラ１３の表面に付着されたトナー１は、層厚規制部材１５により一定の厚さを有する薄層として形成され、感光体トラ１６ムと接触する部分で、トナー１が感光体の静電潜像に付着され、良好なトナー画像として可視像化される。
【００２９】
前記現像装置２５と組み合わせて配置される感光体ドラムユニット４０の下部には、感光体１６に形成されたトナー画像を用紙に転写するための転写ローラ１７が配置されている。また、前記感光体ドラム１６の周囲には、その感光体ドラム１６の回転方向（矢印）にしたがって、転写ローラ１７とメモリ除去部材１８と、スコロトロン帯電装置１９および露光部材２０が配置される。前記感光体ドラム１６の表面にスコロトロン帯電装置１９により一様な帯電を行い、露光部材２０から画像情報を伴う光を照射して静電潜像を形成する。前記現像ローラ１３の表面に付着されたトナー１は、層厚規制部材１５により一定の厚さを有する薄層として形成され、感光体ドラム１６と接触する部分で、トナー１が感光体ドラム１６表面上の静電潜像に付着され、トナー画像として可視像化される。前記感光体ドラム１６に形成されたトナー画像は、用紙２１が感光体ドラム１６と転写部材１７の間を通る際に、前記転写部材１７に印加された所定の電圧により転写される。前記トナー画像を担持する用紙２１は、定着装置２２に搬送され、熱ローラと加圧ローラの間を通って定着されて、図示しない排出ローラにより排出される。このような構成を採用することにより、本発明にかかる現像装置２５を備えた非磁性一成分接触現像方式の画像形成装置とすることができる。
【００３０】
トナー攪拌翼２として、図３に示す８枚の翼を有する現像装置２５に正帯電用の粉砕トナーを３００グラムでフル充填し、図１に示す画像形成装置として感光体ドラムユニットと組み合わせ、市販の非磁性一成分接触現像方式プリンタを改造して取付け、常温常湿環境で連続印字試験を行った。その結果、下記表１に示すように、本発明にかかる画像形成装置では、印字枚数１２千枚で、トナー残量が初期充填量の６分に１になったが、かぶりやスジのない良好な画像が得られた。一方、従来の画像形成装置では、８千枚の印字で、トナー残量が初期の２分の１までは良好な画像が得られたが、１万枚に印字で、トナー残量が３分の１になったときに、画像にかぶり、スジが画像に見られる画像不良となった。この連続印字試験によれば、本発明にかかる正帯電型電子写真画像形成装置が、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し、画像劣化を抑える高寿命の現像装置を備えるクリーナレス方式の正帯電型電子写真画像形成装置であることが明らかである。
【００３１】
【表１】
2005134817.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明にかかる正帯電型画像形成装置の概略断面図
【図２】従来の正帯電型画像形成装置の概略断面図
【図３】本発明にかかるトナー攪拌翼の一実施例の斜視図
【図４】従来の現像装置のトナー攪拌翼の斜視図
【符号の説明】
【００３３】
１    非磁性一成分トナー
２    トナー攪拌翼
５    トナー充填部
６    供給ローラ
１３  現像ローラ
１５  層厚規制部材
２５  現像装置（現像ユニット）
【図１】
2005134817.tif 000004
【図２】
2005134817.tif 000005
【図３】
2005134817.tif 000006
【図４】
2005134817.tif 000007