(57)【要約】【課題】高速システムで長時間印字を繰り返した場合でも、現像装置内のトナー攪拌スパイラル等のトナー攪拌搬送部材へのトナー付着が低減し、安定して高品質の画像品質が得られる現像装置を提供することである。【解決手段】現像剤担持体にトナーを搬送する攪拌搬送手段を備えた現像装置であって、前記現像剤担持体および攪拌搬送手段が所定時間駆動しても、前記攪拌搬送手段に所定量以上のトナーが補給されないときに、または印字率の平均が所定値以下であるときに、前記攪拌搬送手段に搬送トナーと逆極性の電圧を所定時間印加する手段を設ける。【選択図】図２
2007121644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤担持体にトナーを搬送する攪拌搬送手段を備えた現像装置であって、前記現像剤担持体および攪拌搬送手段が所定時間駆動しても、前記攪拌搬送手段に所定量以上のトナーが補給されないときに、前記攪拌搬送手段に搬送トナーと逆極性の電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
現像剤担持体にトナーを搬送する攪拌搬送手段を備えた現像装置であって、前記現像剤担持体および攪拌搬送手段が所定時間駆動しても、印字率の平均が所定値以下であるときに、前記攪拌搬送手段に搬送トナーと逆極性の電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
前記攪拌搬送手段は、回転軸とこの回転軸の外周面にスパイラル状に形成されたトナー攪拌羽根を備えたトナー搬送スパイラルであることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記攪拌搬送手段は、トナーと接触する表面がフッ素樹脂またはアクリル樹脂でコーティングされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナーが、トナー粒子に対しシリカが０．５重量％以上、金属酸化物が１．０重量％以上外添したものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
一成分現像装置である請求項１〜５のいずれかに記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子写真法、静電記録法などを用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に使用する現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置において、現像剤としては、キャリアーを用いずにトナー内部に磁性体を含有させる磁性一成分現像剤とトナーと磁性キャリアーとからなる二成分現像剤が広く使用されている。近年では、画像形成装置の軽量・小型化を目的として、一成分現像方式が好適に用いられることが多い。一成分現像方式は、内部に磁性を有する円筒状の導電性現像剤担持体上に導電性磁性トナーを保持させ、これを静電潜像に接触させて現像するものである。この際、現像部である、静電潜像保持体表面と現像剤担持体のスリーブ表面との間にトナー粒子により導電路が形成され、この導電路を経てスリーブよりトナー粒子に電荷が導かれ、静電潜像の画像部との間のクーロン力によりトナー粒子が画像部に付着して現像される。
【０００３】
特許文献１には、電子写真用一成分現像装置が記載されている。この特許文献１では、トナーの攪拌による劣化防止するために、現像ロールと軸方向に平行に設けられた攪拌搬送部材として、線状部材からスパイラル状に形成させたスパイラルアジテータを用いることを開示している。
しかし、特許文献１に記載の現像装置では、トナーへの搬送ストレスは軽減する事はできるが、高速システムに用いた場合、十分なトナー搬送量を得る事ができない。
【０００４】
一方、特許文献２には、現像剤担持体（現像ロール）に現像剤を搬送する現像剤搬送スクリューを備え、長手方向から現像剤の供給を受ける現像装置において現像剤搬送スクリューが現像剤供給側から反対側へ複数個に電気的に分割され、軸方向多段階の電圧が印加可能とした現像装置が記載されている。特許文献２の現像装置は、現像剤搬送スクリューの軸方向に多段階に電圧を印加することにより、現像剤供給を円滑に行うことを目的としている。
しかし、特許文献２に記載の現像装置では、高速で低濃度印字等を行った場合、現像装置内のトナーがストレスを受けチャージアップによるソフトブロッキングや現像剤搬送スクリューのトナー付着が発生し、画像濃度不良や地肌カブリ等の不具合が発生する。
【０００５】
すなわち、通常の磁性一成分現像装置においては、特に線速をアップし印字速度50枚（Ａ４）／分以上を実現する場合、磁性トナーの搬送性を高めることが必要になる。その場合、トナー搬送スパイラルの回転速度を高めなければならないため長期に印字を繰り返すと、トナーがストレスを受け、ソフトブロッキングや攪拌スパイラルへのトナー付着等の現象が発生する。これらの現象が発生すると、トナー搬送力が低下し、現像装置内のトナー量が極端に少なくなったり、或いは多くなったりして適正なトナー量を維持できなくなり印字画像において濃度低下や地肌カブリ等の不具合を生じるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−３５３１７号公報
【特許文献２】特開平０７−５７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、高速システムで長時間印字を繰り返した場合でも、現像装置内のトナー攪拌スパイラル等のトナー攪拌搬送部材へのトナー付着が低減し、安定して高品質の画像品質が得られる現像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記したように、高速システム等で長期に低濃度印字を行なった場合、現像装置内のトナーは高速で攪拌搬送を繰り返される結果、ストレスを受け、ソフトブロッキングや攪拌スパイラルへのトナー付着等を起こす。本発明者は、このような現象が生じた場合に、前記攪拌搬送手段に搬送トナーと逆極性の電圧を印加することにより、磁性トナーがほぐされ、搬送性を一定に保つことができるという新たな知見を得た。上記のような現象が生じるのは、具体的には、前記現像剤担持体および攪拌搬送手段が所定時間駆動しても、前記攪拌搬送手段に所定量以上のトナーが補給されないとき、または印字率の平均が所定値以下のときであるので、このときに前記攪拌搬送手段に搬送トナーと逆極性の電圧を所定時間印加することにより、チャージアップによるトナー攪拌搬送部材へのトナー付着を防ぎ、画像濃度不具合や地肌カブリ等の不具合を防ぐことができることを新たに見出して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の現像装置は、以下の構成からなる。
（１）現像剤担持体にトナーを搬送する攪拌搬送手段を備えた現像装置であって、前記現像剤担持体および攪拌搬送手段が所定時間駆動しても、前記攪拌搬送手段に所定量以上のトナーが補給されないときに、前記攪拌搬送手段に搬送トナーと逆極性の電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする現像装置。
（２）現像剤担持体にトナーを搬送する攪拌搬送手段を備えた現像装置であって、前記現像剤担持体および攪拌搬送手段が所定時間駆動しても、印字率の平均が所定値以下であるときに、前記攪拌搬送手段に搬送トナーと逆極性の電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする現像装置。
（３）前記攪拌搬送手段は、回転軸とこの回転軸の外周面にスパイラル状に形成されたトナー攪拌羽根を備えたトナー搬送スパイラルであることを特徴とする（１）または（２）に記載の現像装置。
（４）前記攪拌搬送手段は、トナーと接触する表面がフッ素樹脂またはアクリル樹脂でコーティングされていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の現像装置。
（５）前記トナーが、トナー粒子に対しシリカが０．５重量％以上、金属酸化物が１．０重量％以上外添したものであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の現像装置。
（６）一成分現像装置である（１）〜（５）のいずれかに記載の現像装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の現像装置によれば、高速システム等で長期にわたり低濃度印字を行った場合でも、チャージアップによるトナー攪拌搬送手段へのトナー付着を防ぎ、画像濃度不具合や地肌かぶり等の不具合を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明に係る現像装置について、図を用いて説明をする。図１は本発明の一実施形態に係る現像装置の断面図を示し、図２はその概略平面図を示す。
【００１２】
この実施形態に係る現像装置２０は、静電潜像担持体１（感光体等）と対向して配置された現像剤担持体３（現像ローラ等）を有しており、この現像剤担持体３の後方には、第１および第２のトナー搬送スパイラル２１,２２が配設されている。これらは現像ハウジング２内に収容されている。また、現像装置２０には、トナー搬送路１２を介して磁性一成分トナー１１の入ったトナーコンテナ１３が付設されており、該トナーコンテナ１３からトナー搬送路１２を経て現像装置の現像ハウジング２内へ磁性一成分トナー１１が補給される。
【００１３】
第１および第２のトナー搬送スパイラル２１,２２は、回転軸８，１０とこの回転軸８，１０の外周面にスパイラル状に形成されたトナー攪拌羽根７，９とを備え、かつ仕切り壁１５を介して略平行に設置されている。
【００１４】
そして、第１のトナー搬送スパイラル２１は、回転軸１０の回転により図２の右側から左側に向けて磁性一成分トナー１１を搬送する。図２の現像装置の左側に搬送されたトナー１１は、第１および第２のトナー搬送スパイラル２１,２２間を仕切る仕切り壁１５の一端に形成された開口（図示せず）を通って、第２のトナー搬送スパイラル２２の室に搬送されれる。ついで、トナー１１は、第２のトナー搬送スパイラル２２により左側から右側に搬送されると共に、トナー１１の一部は現像剤担持体３に送られる。図２の右側に搬送されたトナー１１は仕切り壁１５の一端に形成された開口（図示せず）を通って、第１のトナー搬送スパイラル２１の室に搬送されるサイクルを繰り返す。
【００１５】
現像剤担持体３の両端部にはシ−ル材４，４が取り付けられており、トナーは現像ローラ３上に磁力とシール材５の規制でトナー薄層を形成する。。また、現像ハウジング２の内面には、現像剤担持体３を超えてトナーが飛散しないようにシ−ル材５が取り付けられている。なお、図２において、１４は現像装置の駆動ボックスを示している。
【００１６】
第１および第２のトナー搬送スパイラル２１,２２は、回転軸８，１０とトナー攪拌羽根７，９とが一体に形成されていても良く、または別々の部材でも良いが、いずれも導電性の部材からなり、トナー搬送スパイラルの回転軸８、１０は現像ハウジング２に絶縁性の軸受け部材で支持されている。
【００１７】
各トナー搬送スパイラルの回転軸８、１０には、図１に示すように、起電力E（マイナス極性）の電源が取り付けられており、スイッチ（Sw）により起電力E（マイナス極性）の電圧が印加可能となっている。すなわち、直流バイアスと交流バイアスを前記トナー搬送スパイラルの軸８または１０に接続し、現像ハウジング２との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。この交流バイアスが供給する交流成分はＤｕｔｙ比を５０％以下とした矩形波で構成する。そして、前記スイッチは、電圧印加をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御回路（図示せず）に電気的に接続される。
【００１８】
前記制御回路は、現像剤担持体３およびトナー搬送スパイラル２１，２２が所定時間駆動しても、前記攪拌搬送手段に所定量以上のトナーが補給されないときに、トナー搬送スパイラル２１，２２に搬送トナー１１と逆極性、すなわちトナーがプラス帯電の場合は、マイナスの電圧を印加する。ここで、現像剤担持体３およびトナー搬送スパイラル２１，２２が所定時間駆動しても、前記攪拌搬送手段に所定量以上のトナーが補給されないときとは、例えば低い印字率で長期に印字を繰り返した場合などが挙げられる。特に線速をアップし印字速度約５０枚（Ａ４）／分以上の高速印字を行なう場合に、低印字率で長期に印字を繰り返すと、磁性トナー１１があまり消費されない状態で、トナー搬送スパイラル２１，２２が高速回転することになり、トナーがストレスを受け、ソフトブロッキングや攪拌スパイラルへのトナー付着等の現象が発生するのである。
【００１９】
これに対して、上記のように、トナー搬送スパイラル２１，２２に搬送トナー１１と逆極性の電圧を印加することにより、磁性トナーがほぐされ、搬送性が一定に保たれる効果が表れる。具体的には、トナー搬送スパイラル２１，２２（回転軸８，１０とトナー攪拌羽根７，９）をアルミニウム等の導電性部材で構成し、現像装置および現像装置内トナーの電位に対し、トナーと逆極性の電圧を好ましくは０．５〜３ＫＶ程度印加する。
【００２０】
また、電圧印加のタイミングとして、トナー搬送スパイラルへの電圧印加を常に行うと、高濃度の印字などトナーが常に入れ替わるような印字を行った場合、トナーの現像装置スリーブ上での帯電量が十分に得ることができず、濃度低下等の不具合が発生する場合がある。したがって、トナー搬送スパイラルへの電圧は、所定時間以上現像装置が駆動してもトナーコンテナ１３のトナー補給モーター（図示せず）が所定時間以上作動しない場合、断続的に印加する方法が効果的である。
【００２１】
図３に、前記電圧印加のＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御するフローチャートの一例を示す。図３に示すように、画像形成動作のスタート時は、トナー搬送スパイラル２１，２２への電圧印加はＯＦＦとし、現像装置の駆動時間を計測する。前記駆動時間Ｔ1（分）中にトナー補給モーターが時間Ｔ2（分）以上作動しない場合、トナー補給モーターからの信号を受けた制御回路がトナー搬送スパイラル２１，２２への電圧印加をＴ3（分）行い、その後電圧印加をＯＦＦとする。この操作を印字操作の間繰り返す。
【００２２】
トナー補給モーターの駆動時間に代えて、印字率を求めて当該印字率が所定範囲以下であった場合に、トナーと逆極性の電圧を印加するようにしてもよい。すなわち、図４に示すように、現像装置２０の駆動時間Ｔ1（分）中の平均印字率がＡ％以下の場合に、当該印字率測定手段からの信号を受けた制御回路がトナー搬送スパイラルへの電圧印加をＴ3時間行い、その後電圧印加をＯＦＦとする。この操作を印字操作の間繰り返す。電圧印加を行い、印加をＯＦＦにした後は、前記駆動時間をリセットして再び計測し、前記動作を繰り返すことにより制御を行う。前記平均印字率は、例えば画像信号に基づいて、算出することもできるし、定着後の画像をモニターし、算出することもできる。なお、平均印字率とは、累積印字率／プリント枚数をいう。
【００２３】
前記駆動時間Ｔ1は５〜２０分、好ましくは１０〜１５分であるのがよい。前記トナー補給モーター作動時間Ｔ2は５〜３０秒、好ましくは１０〜２０秒であるのがよい。また、前記平均印字率Ａは２０〜６０％が好ましく、３０〜５０％であるのがより好ましい。また、前記電圧印加時間Ｔ3は４０〜１００秒が好ましく、５０〜８０秒であるのがより好ましい。
【００２４】
前記トナー搬送スパイラル２１，２２は、アクリル樹脂やフッ素樹脂等の付着性の低い樹脂で表面をコーティングするのが好ましい。これによりトナーのトナー搬送スパイラル２１，２２への付着が軽減し、画像濃度不具合や地肌かぶり等の不具合を防ぐのにより効果的である。
【００２５】
（現像剤）
本発明に係る現像剤は、磁性一成分現像剤および二成分現像剤のいずれも用いることができる。好ましくは磁性一成分現像剤である。磁性一成分トナーは、所定量の結着樹脂に、磁性粉、離型剤、着色剤および電荷制御剤を添加し、それをヘンシェルミキサーなどの混合装置で攪拌混合して得ることができる。前記攪拌混合して得られる混合物を二軸押出機などで溶融混練し、冷却後、ハンマーミルやジェットミルなどの粉砕機で粉砕する。次に、風力分級機などの分級機を用いて分級した後、所定粒径のトナー粒子を得る。次に、得られたトナー粒子に対して、所定量の前記外添剤を添加し、ヘンシェルミキサーなどの混合装置で撹拌混合して製造することができる。
前記結着樹脂、磁性粉、離型剤、着色剤および電荷制御剤としては、特に限定はなく、従来から使用されているものを使用できる。
【００２６】
また、磁性一成分トナーにおいて、トナー粒子に対し、外添剤としてシリカを０．５重量％以上、好ましくは０．５〜２．０重量％添加するか、または金属酸化物を１．０重量％以上、好ましくは１．０〜３．０重量％添加するのが好ましい。これにより、トナーのチャージアップを緩和することでき、トナー付着の軽減により効果的である。
【００２７】
（外添剤）
前記外添剤としては、前記したシリカが挙げられる。シリカと共に、前記金属酸化物として、例えば、酸化チタン、アルミナなどを用いてもよい。シリカ粉末としては、例えば日本アエロジル社製のアエロジルＲＡ２００Ｈ、ＮＡＹ２００、ＮＡ５０Ｈ、Ｒ９７２、Ｒ９７４、９０、シリカＤ−１７、Ｔ−８０５、Ｒ−８１２、ＲＡ２００、ＨＲＸ−Ｃ；キャボット社製のＴＧ８２０Ｆ、ＴＧ８２４Ｆ、Ｃａｂ−ｏ−ＳｉｌＭ−５、ＭＳ−７、ＭＳ−７５、ＨＳ−５、ＥＨ−５、Ｓ−１７、ＴＳ−７２；日本触媒社製のＫＥ−Ｅ３０、ＫＥ−Ｅ４０などが挙げられる。
また、シリカの中でも疎水性シリカが好ましく、前記疎水性シリカは、トルエンなどの溶剤中に、シリカを混合し、これに疎水化処理をするためのシランカップリング剤および／またはシリコーンオイルを加え、超音波照射をしながら攪拌し、ついで溶剤を溜去して得られる固形物を乾燥、加熱処理して粉体とし、これをジェットミルなどの粉砕機で解砕して、所望の体積基準の粒子径分布をもった粉体として得ることができる。
【００２８】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００２９】
[実施例１]
現像剤である磁性一成分トナーを次のような方法で製造した。まず、ポリエステル樹脂Ｘ（ガラス転移点：６０°Ｃ、軟化点：１５０°Ｃ、酸価：７．０、ゲル分率：３０％）３０重量部、ポリエステル樹脂Ｙ（ガラス転移点：５０°Ｃ、軟化点：１００°Ｃ、酸価：４．０、ゲル分率：無し）７０重量部、磁性粉体７５重量部、電荷制御成分３重量部、電荷制御樹脂８重量部、およびワックス成分３重量部をヘンシェルミキサにて混合した。そして、これを２軸押し出し機で混練した後、フェザーミルにより粗粉砕した。その後、ターボミルで微粉砕を行い、気流式分級機で分級して、平均粒子径が８．０μｍのトナー粒子を得た。得られたトナー粒子１００重量部に対して、シリカ０．４重量％と酸化チタン０．８重量％とをヘンシェルミキサにて混合し、磁性一成分トナーを得た。初期トナー量は、１８０ｇであった。
得られたトナーを用いて、周速４４０ｍｍ／ｓｅｃ、印字速度Ａ４横８０枚／分の電子写真試験機に図１および図２の構造を有する現像装置をセットし、トナー搬送スパイラルへの電圧印加を図３の制御を用いて印字試験行った。トナー搬送スパイラルへの印加電圧は−３．０ＫＶとした。なお、現像条件、印字試験パターンは以下の条件である。
（１）現像条件
Ｖｏ＝４００Ｖ
Ｖdc＝３００Ｖ
Ｓ／Ｄ＝１．４
ＤＳ＝０．４０ｍｍ
ブレードギャップ＝０．４ｍｍ
マグロール磁極数：４極
Ｓ１極磁束密度＝８００×１０-4Ｔ
Ｖｐｐ＝１．５ＫＶ
Ｄｕｔｙ比＝４０％
周波数＝２．３ｋＨｚ
ここで、Ｖｏは感光体ドラム表面電位、Ｖdcは直流バイアス、Ｓ／Ｄは感光体ドラムに対する現像ローラの周速比、ＤＳは感光体ドラムと現像ローラ間距離、Ｖｐｐはピーク交流バイアスである。
（２）印字パターン
０〜５０，０００枚          ；Ａ４横６％原稿    ８０枚／分（連続印字）
５０，００１〜６０，０００枚；Ａ４横０．２％原稿  ８枚／分（間欠印字）
（３）電圧印加条件
Ｔ１＝１２分
Ｔ２＝１５秒
Ｔ３＝１分
【００３０】
[実施例２]
印加電圧を−０．５ＫＶとした以外は実施例１と同一条件で印字試験を行った。
【００３１】
[実施例３]
トナー搬送スパイラルへの電圧印加１分ＯＮを３０秒に短縮した以外は実施例１と同一条件で印字実験を行った。
【００３２】
[実施例４]
導電性のトナー搬送スパイラルをフッ素樹脂でコーティングしたものに変更した以外は実施例１と同一条件で印字実験を行った。
【００３３】
[実施例５]
磁性一成分トナーをトナーコアに対し、疎水性シリカを０．５％、金属酸化物（酸化チタン）を１．０％添加した以外は実施例１と同一条件で印字実験を行った。
【００３４】
[実施例６]
疎水性シリカを１．２％、金属酸化物を３．０％添加し、実施例１と同条件で印字実験を行った。
【００３５】
[比較例１]
トナー搬送スパイラルへの電圧印加無しに変更した以外は実施例１と同一条件で印字実験を行った。
【００３６】
[比較例２]
トナー搬送スパイラルへの電圧印加を常にＯＮに変更した以外は実施例１と同一条件で印字実験を行った。
【００３７】
（評価試験）
[実施例１〜６、比較例１、２]
前記電子写真試験機を用いて、前記実施例１〜６、比較例１、２のいずれかの条件にて、トナー重量、画像濃度、かぶり濃度の評価を行った。画像濃度およびかぶり濃度は、前記印字パターン条件で印字を行って、以下の測定方法および評価基準に基づいて評価を行い、これらの結果を表１に示した。
画像濃度および画像かぶり濃度は、グレタグマクベス社製スペクトロアイ反射濃度計を用いて測定を行った。判定基準は、下記に示すとおりである。
（１）現像装置内トナー重量
１００〜２５０ｇ          ○（良好）
〜１００ｇ，２５０ｇ〜    ×（悪い）
（２）画像濃度
１．３以上                ○（良好）
１．３未満１．１以上      △（やや良好）
１．１未満                ×（悪い）
（３）かぶり濃度
０．００６以下            ○（良好）
０．００７〜０．０１２    △（やや良好）
０．０１３以上            ×（悪い）
【表１】
2007121644.tif 000003
表１に示すように、実施例１〜６については、全ての項目について良好な結果が得られたが、比較例１および２については、長期印字により現像装置内のトナー重量を一定に保つことができず、画像不具合を生じた。
【００３８】
以上により、トナー攪拌スパイラルへ所定の条件により所定電圧を印加することにより、トナーが十分攪拌されると共に、トナー搬送スパイラルへのトナー付着を防ぎ、画像濃度不具合や地肌かぶり等の不具合を防ぐことができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る現像装置の概略側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る現像装置の概略平面図である。
【図３】電圧印加制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】電圧印加制御の他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  静電潜像担持体
２  現像装置ハウジング
３  現像剤担持体
５  シール材
７  攪拌搬送部材
１１  トナー
１２  トナー搬送路
１３  トナー補給コンテナ
２０  現像装置
２１  トナー搬送スパイラル
２２  トナー搬送スパイラル
【図１】
2007121644.tif 000004
【図２】
2007121644.tif 000005
【図３】
2007121644.tif 000006
【図４】
2007121644.tif 000007