JP4013191B2

JP4013191B2 - Image forming method

Info

Publication number: JP4013191B2
Application number: JP2002288380A
Authority: JP
Inventors: 聖新井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004126091A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置の現像剤担持体を回転させない状態で所定時間以上放置した時、その後の印字において画像上に濃度むらが現れるのを低減させる画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現像カートリッジを装着する画像形成装置において、現像カートリッジに収容された現像剤（以下、トナー）に偏りが生じた場合にも、常にトナーを適正な状態に復帰させるべく、現像カートリッジが新品の場合には、新品現像器立ち上げモードを実施してトナーの均一化とトナーを帯電するために必要な時間だけ空回転を行い、新品でない場合にはトナー均一化モードを実施し、トナーの均一化に必要な時間だけ空回転を行うことが引用文献１に記載されている。
【０００３】
【引用文献１】
特開２００１−５６６０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
画像形成装置の現像ローラを回転させない状態で所定時間以上放置しておき、その後印字を開始すると画像上に現像ローラ周期の濃度むらが現れる（以下、これを放置バンディングと呼ぶ）。放置バンディングは放置された状態での現像ローラの現像器に対する相対的な位置関係により決定される。例えば、感光体と対向する現像器ハウジング開口部に設けられる現像ローラの下側に規制ブレード、上側にシールが設けられている構造の現像器では、現像ローラを回転させないで放置したときに現像ローラ周方向で下規制ブレードと上シール間で現像室側（ハウジング内）に該当する部分（以下、現像室部と呼ぶ）の画像濃度が、放置状態でハウジング外部に露出していた該当部分（以下、露出部と呼ぶ）に比べて高濃度となり、現像ローラ周期でバンド状の濃度むらとして現れる。この放置バンディングは恒常的に続く現象ではなく、放置直後の印字１枚目に最も強く現れ、印字枚数毎に濃度むらは目立たなくなり、数枚の印字で解消される。
【０００５】
放置バンディングは放置時間の長さ、トナーの劣化度合い、環境条件によりその程度が変化する。放置時間が長くなればなるほどバンディングは顕著になり、特に高温・高湿環境ではバンディングは顕著になる。
しかし、上記引用文献１では、トナーの均一化とトナー帯電に必要な時間だけ空回転を行うことは提案しているが、放置バンディングについて何ら考慮していない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決しようとするもので、画像上への放置バンディングの出現を抑制しようとするものである。
本発明は、現像室部と露出部を有し、ニップ部において現像剤供給ローラと同方向回転し、表面が導電性であるとともに表面粗さＲｚ３〜６μｍの現像ローラを像担持体に対向させて画像形成する方法であって、使用するトナーとして粒径５μｍ以下の微粉の体積率を１０％以下としたことを特徴とする。
また、本発明は、トナーに添加する外添剤における遊離外添剤の存在比率を個数比率で８％以下とすることを特徴とする。
また、本発明は、トナーのワックス含有率を４ｗｔ％以下としたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施形態に用られる画像形成装置の要部断面図である。
本実施形態においては、像担持体である感光体７に形成された静電潜像を現像する現像器は、ハウジング１の感光体７と対向する開口部に現像剤担持体である現像ローラ２が設けられ、現像ローラ２との接触部（ニップ部）において同方向（図の矢印方向）に回転する供給ローラ３がハウジング内に設けられ、供給ローラ３によりハウジング内に収容されたトナー４を現像ローラ２の表面に供給している。現像ローラ２の上側にはシール材５が、下側には規制ブレード６がそれぞれ設けられている。
【０００８】
供給ローラ３の回転により現像ローラ２とのニップ部にトナーが供給されると両ローラ間に圧接された状態で搬送され、その過程で摩擦帯電され、さらに規制ブレード６で多層規制されるとともに摩擦帯電され、現像ローラ２と感光体７の対向部に搬送されてＡＣジャンピング現像が行われる。印字休止時に現像ローラ２のシール材５と規制ブレード６間のハウジング内に位置する部分が現像室部２ａであり、感光体側に露出している部分が露出部２ｂである。
【０００９】
次に、放置バンディング発生のメカニズムについて考察すると、放置終了から現像ローラ回転を行った際の現像ローラ上トナー表面電位を表面電位計で測定した場合、表面電位（絶対値）が低いピークが現像ローラ周期で見られる。なお、このとき現像ローラは接地されている。この表面電位の低いピークの現れる箇所は現像室部に相当する。回転を続けるつれてこのピークは小さくなり、最終的に全体が均一な表面電位となる。同様に、放置バンディング発生時の現像ローラ上のトナー帯電量（μＣ／ｇ）と搬送量（ｍｇ／ｃｍ²）を現像室部と露出部のそれぞれの該当箇所について測定したところ、現像室部は高画像濃度部で、露出部は低画像濃度であり、現像室部と露出部でトナー搬送量はほぼ同じであったが、トナー帯電量は現像室部に対して露出部がほぼ倍の大きさであった。
【００１０】
この結果から、放置終了から現像ローラ回転開始直後に見られる現像室部と露出部の表面電位の違いは、トナー帯電量の違いによるものと考えることができ、放置バンディングは現像ローラ上のトナー帯電量の違い、その結果のトナー飛翔性の差によって現れるものと考えられる。回転が進むと、トナー帯電量が均一化され、放置バンディングも解消される。放置終了から回転開始初期の場所によって帯電量に差が生じ、その後均一化されるということは、現像室部と露出部では、現像ローラ上のトナー帯電量の立ち上がりに差が生じていることを示しており、これが放置バンディングの直接原因となっていると考えられる。
【００１１】
トナー帯電量の立ち上がりを直接支配している要因としては、トナーを摩擦帯電させる現像ローラ最表面の状態が最も効いている可能性が高い。具体的には、トナー微粉（粒径の小さいトナー）が現像ローラの最表面に付着しているが、その付着量や水分量等の場所による違いが現像ローラとトナーの摩擦帯電の違いを産み、ひいては放置バンディングを引き起こすものと考えられる。実際に放置バンディングが発生する現像ローラの最表面をみると、トナー微粉が付着している様子が観測された。
【００１２】
前述したように、図１の画像形成装置に用いられる現像器では、現像時に規制ブレードが現像ローラの下側に来る下規制方式であり、現像ローラと供給ローラはそのニップ部でお互い同方向に回転している。また、現像室は現像ローラに接触する規制ブレードとシール材とで外空間から隔てられ、現像ローラの露出部に保持されているトナーと、感光体との間で非接触のＡＣジャンピング現像方式で現像が行われている。また、この現像器は攪拌部材を有しておらず、後述するように、ロータリー現像装置に保持されてロータリー回転動作が行われる際にトナーの攪拌が行われ、現像器内は内部に現像ローラ軸方向とほぼ平行に形成されている内壁で仕切られ、この内壁により現像室内トナーに対流が生まれることにより、攪拌効果が促進されると共に、劣化トナーの対流を抑制しており、現像部は比較的狭く、放置時には現像ローラと供給ローラとの間でトナーは圧接された状態となる。
【００１３】
また、現像ローラ表面のうち、現像室部の画像濃度が露出部の画像濃度に比べて高濃度で、現像室部ではトナーが多く存在し、前述したように、供給ローラと現像ローラの間でトナーが圧接された状態になっている。これに対して露出部では規制ブレードで規制された分の少量のトナーが現像ローラ上に存在する。このような状態の違いにより、放置中に現像ローラ上に付着するトナー微粉やトナー外添剤を含めてその量や固着力が異なっており、これらが帯電の立ち上がりに違いを生じさせて放置バンディングの発生に至っていると考えられる。なお、放置バンディングは、特にハーフ画像で目立ち、ベタ画像ではトナー現像量が十分多いので目立たない。画像濃度値の平均値（ハーフ画像では約０．７）に対し、隣接する高濃度部と低濃度部の濃淡差が７％以上（画像濃度値の平均が０．７の場合では０．０５以上）であると、放置バンディングとして問題のあるレベルとなる。このことはＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋでの色間差はない。
【００１４】
そこで、本実施形態では、後述するように、現像ローラの空回転動作を所定時間行って放置バンディングを低減ないしは抑制する。ここで、空回転動作とは、印字を行わない状態で現像ローラを回転させる動作であり、具体的には、例えば現像ローラに印加する現像バイアスをＯＦＦとするか、感光体への像露光ＯＦＦ（像露光しない）状態（現像バイアスＯＮ、感光体への帯電を行う帯電器への供給電圧ＯＮにおいても）での回転動作である。また、空回転動作を行う所定時間とは、現像ローラの回転に伴う画像濃度の差が解消される時間であり、その決定方法については後述する。
【００１５】
放置バンディングは、特に現像ローラとして金属製ローラを使用した場合に顕著に現れ、また、比較的粒度分布が広く、微粉体積率が多い粉砕トナーを使用し、トナーの添加成分として酸化チタン粉末、オイルレス定着を実現するためにトナーにワックス成分を含ませた場合にも顕著となる。これらの要因が放置バンディングにどのように影響を及ぼすかを考えると、以下のようなメカニズムが考えられる。
【００１６】
金属ローラは導電性で、鏡像力によりその表面にトナー微粉を吸着しやすい。こうしたトナー付着がトナー帯電部材としての現像ローラ表面に影響を及ぼすと考えられる。放置後に現像ローラ露出部と、現像室部で帯電の立ち上がりが異なるのは、前述したように、現像ローラ露出部では放置直前に規制ブレードを通って規制された少量のトナーが現像ローラ上に存在しているのに対し、現像室部では現像ローラと供給ローラの間に多量のトナーが存在し、かつ現像ローラと供給ローラのニップ間でトナーが圧接されているという状態に違いがあり、また、規制ブレードとシールで密閉された空間にあるので、温度・湿度とも露出部とは異なる。こうしたことから、現像室部と露出部とでは、金属露出最表面に付着するトナー微粉（添加剤を含めて）の量、固着力、水分量等が異なっており、これらが帯電量の立ち上がりの違いを生じさせているからである。
【００１７】
また、最近の画像形成装置の印字速度は従来に比べて高速になっている。このため、現像ローラ、供給ローラの耐久性を考慮した現像ローラと供給ローラの回転は、それらのニップ部において同方向回転となっている。しかし、ニップ部において同方向回転とした場合は、現像ローラ上のトナーのリセット性（剥離性）が、ニップ部において逆方向に回転する場合に比べて劣るという欠点がある。前述したように、放置バンディングの主因は現像ローラ上表面のトナー微粉の付着と、その状態の相違によるものと考えられるため、このようなニップ部での同方向回転でのリセット性の悪さが付着トナー微粉の掻き取り力を弱め、放置バンディングを出やすくしていると考えられる。
【００１８】
特に、多層規制のために金属現像ローラに比較的粗いディンプルを形成してある場合には、ディンプルの底部にあるトナーほどリセットされにくいという欠点も生じる。また、トナー成分の中で帯電量を制御するための添加剤として酸化チタンの微粉末を添加しており、この粉末が現像ローラ最表面に付着している可能性も高い。さらにオイルレス定着を実現するために、ワックス成分を添加しているが、ワックス成分が微粉末として存在していると、水分等の影響で現像ローラに付着しやすく、これがトナー帯電量の立ち上がりに差を生じさせている可能性もある。
【００１９】
次に、放置バンディングを抑制する空回転動作を行う画像形成装置についてさらに説明する。
表面に導電性表層が形成されている現像ローラを使用する現像器では、前述したように、放置バンディングの発生が起こり易くなる。ここで、導電性表層とは、体積抵抗率が１×１０^-2Ω・ｍ以下である材質からなるものを指し、主として金属、あるいは金属酸化物、窒化物等の化合物、その他グラファイト等の導電性物質からなるものである。
【００２０】
このようなローラとしては、以下のようなものが上げられる。
▲１▼金属製のスリーブ、またはローラで、表層も金属からなるローラである。単体の金属または合金でも良く、表層の材質がそれ以外の金属と異なる金属または合金からなっていても良い。
▲２▼表層にメッキ、物理蒸着、化学蒸着、圧着、溶射などで金属層、その他の導電性層が形成されたローラである。
▲３▼表層以外の材質が金属でなくとも表層のみが導電性層からなっているローラである。例えば表層以外の主材がゴムでできており、表層に金属層が設けられているローラである。
▲４▼表層に導電性物質が分散された状態が存在し、表層を形成しているローラである。
【００２１】
このように表層が導電性であると、トナーを形成する各成分からなる微粉末とローラ表面の間に微粉末の持つ電荷に起因する強い鏡像力が引力として働き、微粉末が現像ローラ上に強固に付着する。ローラ表面に微粉が付着した状態では、ローラとトナー間での接触帯電・摩擦帯電の立ち上がりに変化が生じるが、その付着状態が現像室部と露出部で異なることで、放置バンディングが発生すると考えられる。
【００２２】
さらに、印刷速度の高速化を狙ってトナー搬送量の増加をもくろむ場合、例えば、前述したように、金属からなるローラの表面にブラスト処理を施して表面にディンプルを形成して数μｍ程度の面粗さとし、現像ローラの実表面積を増やす場合がある。このような場合、ブラストにより形成されるディンプルの底部にあるトナーほどリセットされにくくなるので、濃度むらが出やすくなる傾向がある。また、高速化のために現像ローラとトナー供給ローラの回転方向をニップ部において同方向となるような構成とした場合も現像ローラ上にリセット性が劣ってしまう場合がある。
【００２３】
次に、本実施形態における現像ローラーの一具体例を上げる。
母材質：炭素鋼（ＳＴＫＭ材）
ブラスト処理：画像印字相当部のみブラスト処理によりディンプル形成
メッキ：ブラスト処理後ＮｉＰ無電界メッキを行う（メッキ厚：約１０μｍ）
面粗さ：メッキ後表面のＲｚ３〜６μｍ
外形：φ１８ｍｍ
このような現像ローラを用いた画像形成装置において、所定時間現像ローラの空回転動作を行うことにより、放置バンディングを抑制することができる。
【００２４】
次に、放置バンディングを抑制可能なトナーについて説明する。
トナーの基本成分は表１に示す通りである。
【００２５】
【表１】

上記のトナー成分のうち、放置バンディング発生に大きく関与するのは微粉として存在する成分である。そこで、以下の３つパラメータについていろいろ検討した結果、以下のような範囲を規定することで、放置バンディングの抑制ができることが判明した。
▲１▼粒径５μｍ以下のトナー微粉体積率を１０％以下、好ましくは５％以下
粒径が５μｍ以下のトナー、遊離外添剤、ワックス微粉を全て含む微粉の体積率を１０％以下、好ましくは５％以下とすることで放置バンディングを抑制することができる。
▲２▼遊離外添剤（ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂）の存在比率を個数比率で８％以下
母粒子に付着しているトナー表面から遊離した粒径が１０〜１００ｎｍの外添剤が現像ローラに付着し、放置バンディングを発生させるので、全外添剤に対する遊離外添剤の存在比率（個数比率）を８％以下とすることにより、その発生を抑えることが可能となる。
▲３▼ワックス含有率を４ｗｔ％以下
ワックスを添加したトナーでは、特に微粉トナーの場合にワックス部分で粉砕時に割れることで、ワックスからなる微粉が発生する。特に、高湿環境ではワックスの現像ローラへの付着力が水架橋力により増すため、放置バンディングの発生がより顕著になる。そこで、ワックス含有率を４％ｗｔ以下とすることにより、ワックス微粉の発生が少なくなり、このため、放置時に現像ローラ表面に付着するワックスの量が少なくなり、放置バンディングが抑制される。
【００２６】
トナー成分の具体例を表２に示す。
【００２７】
【表２】

なお、平均粒径、微粉体積率はマルチサイザーを用い、遊離外添剤の個数比率はＰＴ−１０００を使用して測定した値である。このトナーを用いることにより放置バンディングを抑制することができた。
【００２８】
次に、空回転動作を行うタイミングについて説明する。
図２は電源ＯＮ時の空回転動作フローを示す図である。
電源ＯＮした時には、その時点で装着されている現像器がどのような状態で放置されていたかが不明なので、空回転動作を行う。即ち、本体電源ＯＮすると（ステップＳ１）、現像ローラの空回転を行い（ステップＳ２）、その後、次の動作に移る（ステップＳ３）。
こうして、放置状態が不明な電源ＯＮ時に生ずるバンディングを抑制することができる。
【００２９】
図３は電源ＯＮ後、空回転動作終了時、または最終印字終了時からの経過時間が所定時間以上となった場合の空回転動作フローを示す図である。
図２に示したように電源ＯＮ後の空回転を行った後、印字要求が来た際に、電源ＯＮ後の空回転終了時、または最終印字終了時からの経過時間を検知し、その時間が所定の時間以上となった場合に空回転動作を行うものである。そのために、画像形成装置はタイマーを有していなければならない。
本体電源ＯＮすると（ステップＳ１１）、現像ローラを空回転する（ステップＳ１２）。次いで、印字要求があると（ステップＳ１３）、電源ＯＮ後の空回転時からの経過時間を検知し（ステップＳ１４）、経過時間が所定時間以上か否か判断し（ステップＳ１５）、所定時間以上であれば現像ローラの空回転を行う（ステップＳ１６）。経過時間が所定時間に達しない場合、或いは空回転終了後、印字動作を行う（ステップＳ１７）。次に、印字要求があると（ステップＳ１８）、前回印字動作時からの経過時間を検知し（ステップＳ１９）、経過時間が所定時間以上か否か判断し（ステップＳ２０）、所定時間以上であれば現像ローラの空回転を行う（ステップＳ２１）。経過時間が所定時間に達しない場合、或いは空回転終了後、印字動作を行い（ステップＳ２２）、次に印字要求があると同様の処理を繰り返す。
【００３０】
図４は新品現像器検知時の空回転動作フローを説明する図である。
現像器として新品を装着した際には、新品は基本的には比較的長い放置状態にあった考えられるので、十分な空回転を行う。即ち、新品現像器装着を検知すると（ステップＳ３１）、現像ローラの空回転を行い（ステップＳ３２）、次の動作に移る（ステップＳ３３）。
【００３１】
次に、空回転時の現像ローラ回転時間の決定方法について説明する。
放置バンディングの発生状況は、前述したように、環境（温度、湿度）、トナーの劣化度（消費量）等により変化する。そこで、以下に述べるような方法で現像ローラの空回転時間を決定する。
▲１▼温度−湿度、マップ上での領域決定
図５に示すように、温度と湿度のマップ上で幾つかの領域（Ｉ〜ＩＩＩ）を設定しておく。図５において、横軸は温度、縦軸は湿度で、この例では、温度は１０℃から４０℃まで５℃刻み、湿度は１５％から９０％まで５％刻みのマトリックス状に領域を区分し、概ね低温領域はＩ、高温領域はＩＩＩ、温度湿度ともその中間はＩＩとしている。そして、印字要求があった際の温度・湿度を画像形成装置に搭載されたセンサにより検知し、図５の領域を選択する。
▲２▼温度−湿度マップ上領域とトナー消費量のマトリックス
図５に示した温度−湿度マップのマトリックスでの領域とトナー消費量について、図６に示すようなマトリックスを作成し、引き数（図６中のａ，ｂ，ｃ）を設定しておく。図５の温度−湿度領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩに対してトナー消費量０〜３０％、３０〜７０％、７０〜１００％の場合にそれぞれ引き数ａ，ｂ，ｃを設定する。そして、印字要求があった際のトナー消費量（印字デューティ、印字枚数から求める）を検知し、図６の引き数を選択する。
▲３▼引き数と経過時間とのマトリックス
図６のマトリックスでの引き数と電源ＯＮ後空回転終了時間、または最終印字終了時間からの経過時間との関係から、図７に示すような現像ローラの空回転時間を決定するためのマトリックスを設定する。
図７では経過時間０〜１時間、１〜３時間、３〜６時間、６〜１２時間、１２時間以上、電源ＯＮ後新品検知時それぞれについて、図６の引き数ａ，ｂ，ｃ，ｄの値を空回転時間として決めておく。ここでの引き数の単位は秒で、０秒の場合は空回転動作は行わないことを意味している。そして、印字要求があった際、その経過時間をタイマーにより検知し、図７のマトリックスから所要の空回転時間を決定し、空回転動作に移る。このように決定したそれぞれの空回転動作を各タイミングに行うことにより、放置バンディングの発生を防止することができる。なお、図７において、電源ＯＮ後の空回転、および新品現像器検知時の空回転は前の状態が不明なので、引き数の値は大きくしている。
【００３２】
次にロータリー現像器の切り換え動作毎に現像ローラの空回転動作を行う例について説明する。
図８はロータリー現像器を説明する図である。
ラック式の保持部材からなるロータリーフレーム１１は、４室を有していて、それぞれＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色の現像カートリッジを各室に収容できるようになっている。ロータリーフレーム１１は停止時にはホームポジションにあって、駆動出力歯車１３を有するワンウエイクラッチ１２により矢印に示す一方向に回転し、各色の現像ローラ２を感光体７と対向する現像位置に順次もたらす構造になっている。
【００３３】
このようなロータリー現像器は、例えば、４色の現像器を感光体に対して並列に配置した場合等に比べ、現像位置が１箇所で済み、画像形成装置の小型化が可能となる。ロータリー式現像器では各色現像器を現像位置にもたらすために回転しているが、その回転時に現像器内に存在するトナーが攪拌される。この攪拌効果により内部に攪拌部材のない現像器を用いた場合（図１の画像形成装置）でも、トナーの滞留を防ぎ、かつ攪拌効果によりトナー帯電の立ち上がりを助長する効果も有している。
【００３４】
次に、ロータリー式現像器における空回転動作を説明する。
図９は現像ローラ空回転時の動作処理フローを説明する図である。
本実施形態のロータリー現像器においては、駆動歯車が１つであり、ロータリーの回転と現像ローラの回転を切り換えて行っている。そのため現像ローラの回転を行うためには、現像位置にもってくる必要がある。ステップＳ４１のスタンバイ状態では、ロータリーがホームポジションにある。ここで、空回転動作要求（例えば、前回空回転から所定時間が経過）があると（ステップＳ４２）、ロータリーを回転し、一色目の現像器を現像位置へ回転させる（ステップＳ４３）。次いで、現像位置において、一色目の現像器についで空回転動作を行う（ステップＳ４４）。次に、ロータリーを９０°回転させ、次の色の現像器を現像位置へもたらし（ステップＳ４５）、二色目の現像器の空回転動作を行う（ステップＳ４６）。以上の動作を四色目の現像器まで繰り返し行う。このような空回転動作により放置バンディングを抑制することができる。なお、ステップ４２の次に、トナー攪拌のためにロータリーのみ回転させる動作ステップを入れてもよい。
【００３５】
ロータリー現像器に関する上記空回転動作の例ではスタンバイ状態における空回転動作について説明したが、勿論、図２〜図４で説明したように、電源ＯＮ後、前回印字動作から所定時間経過後、新品現像器装着検知時に空回転動作を行うようにしてもよく、また、空回転動作の所要時間は図５〜図７で説明した方法で決定すればよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば粒径５μｍ以下の微粉の体積率を１０％以下としたトナーを使用することにより、さらに、遊離外添剤の存在比率を個数比率で８％以下とし、さらにワックス含有率を４ｗｔ％以下とすることにより、現像ローラ放置状態により生ずる濃度むらを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態で用いらる画像形成装置の要部断面図である。
【図２】電源ＯＮ時の空回転動作フローを示す図である。
【図３】電源ＯＮ後、空回転動作終了時、または最終印字終了時からの経過時間が所定時間以上となった場合の空回転動作フローを示す図である。
【図４】新品現像器装着検知時の空回転動作フローを説明する図である。
【図５】温度−湿度マップ上での領域設定を説明する図である。
【図６】終了時間からの経過時間の関係を説明する図である。
【図７】現像ローラの空回転時間を決定するマトリックスを示す図である。
【図８】ロータリー現像器を説明する図である。
【図９】ロータリー現像器での空回転動作フローを説明する図である。
【符号の説明】
１…ハウジング、２…現像ローラ、３…供給ローラ、４…トナー、５…シール材、６…規制ブレード、７…感光体、１０…現像カートリッジ、１１…ロータリーフレーム、１２ワンウエイクラッチ、１３…駆動出力歯車。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming method for reducing the occurrence of density unevenness on an image when the developer carrying member of an image forming apparatus is left unrotated for a predetermined time or longer.
[0002]
[Prior art]
In the image forming apparatus to which the developing cartridge is mounted, when the developer (hereinafter referred to as toner) contained in the developing cartridge is biased, the developing cartridge is always new so that the toner is always returned to an appropriate state. The new developer start-up mode is used to perform idle rotation only for the time required to equalize the toner and charge the toner, and if it is not new, the toner uniformization mode is performed to equalize the toner. Cited Document 1 describes that idling is performed for a necessary time.
[0003]
[Cited document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-56601 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the developing roller of the image forming apparatus is left unrotated for a predetermined period of time and then printing is started, uneven density of the developing roller cycle appears on the image (hereinafter referred to as neglected banding). The neglected banding is determined by the relative positional relationship between the developing roller and the developing device in the neglected state. For example, in a developing device having a structure in which a regulating blade is provided on the lower side of the developing roller provided in the opening of the developing device housing facing the photosensitive member and a seal is provided on the upper side, the developing roller when the developing roller is left unrotated. The image density of the portion corresponding to the developing chamber side (inside the housing) (hereinafter referred to as the developing chamber portion) between the lower regulating blade and the upper seal in the circumferential direction (hereinafter referred to as the developing chamber portion) is exposed to the outside of the housing in the state of being left (hereinafter referred to as “the developing chamber portion”). The density is higher than that of the exposed portion), and appears as band-shaped density unevenness in the developing roller cycle. This neglected banding is not a phenomenon that continues constantly, but appears most strongly on the first printed sheet immediately after it is neglected, and the density unevenness becomes inconspicuous for each number of printed sheets and is eliminated by several printed sheets.
[0005]
The degree of neglected banding varies depending on the length of the neglected time, the degree of toner deterioration, and environmental conditions. Banding becomes more prominent as the standing time becomes longer, and banding becomes more prominent especially in a high temperature / high humidity environment.
However, although the cited document 1 proposes to perform idling for the time required for toner uniformization and toner charging, no consideration is given to neglected banding.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is intended to solve the above-described problems, and is intended to suppress the appearance of neglected banding on an image.
The present invention possess an exposed portion and developing chamber portion, the then rotating the developer supply roller in the nip portion, the developing roller surface roughness Rz3~6μm is opposed to the image bearing member together with the surface is conductive Te a method for image forming, characterized in that the volume ratio of the particle size 5μm or less of fine powder as a toner used is 10% or less.
Further, the present invention is characterized in that the ratio of the number of free external additives in the external additive added to the toner is 8% or less.
Further, the present invention is characterized in that the wax content of the toner is 4 wt% or less.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an image forming apparatus used in this embodiment.
In the present embodiment, the developing device that develops the electrostatic latent image formed on the photoconductor 7 that is an image carrier is a developing roller 2 that is a developer carrier in an opening facing the photoconductor 7 of the housing 1. And a supply roller 3 that rotates in the same direction (arrow direction in the figure) at a contact portion (nip portion) with the developing roller 2 is provided in the housing, and the toner 4 accommodated in the housing by the supply roller 3 It is supplied to the surface of the developing roller 2. A sealing material 5 is provided on the upper side of the developing roller 2, and a regulation blade 6 is provided on the lower side.
[0008]
When toner is supplied to the nip portion with the developing roller 2 by the rotation of the supply roller 3, the toner is conveyed while being pressed against both rollers, and is frictionally charged in the process. The toner is charged and conveyed to the opposite portion between the developing roller 2 and the photoconductor 7, and AC jumping development is performed. The portion located in the housing between the sealing material 5 and the regulating blade 6 of the developing roller 2 during the printing pause is the developing chamber portion 2a, and the portion exposed to the photosensitive member side is the exposed portion 2b.
[0009]
Next, the mechanism of the occurrence of neglected banding will be considered. When the surface potential of the toner on the developing roller is measured with a surface potential meter when the developing roller is rotated from the end of the neglecting, the peak of the surface potential (absolute value) is low. Seen in the cycle. At this time, the developing roller is grounded. The portion where the low peak of the surface potential appears corresponds to the developing chamber portion. As the rotation continues, this peak becomes smaller and finally the entire surface becomes a uniform surface potential. Similarly, when the toner charge amount (μC / g) and the transport amount (mg / cm ² ) on the developing roller when leaving banding occurs are measured for the corresponding portions of the developing chamber portion and the exposed portion, the developing chamber portion is In the high image density part, the exposed part has a low image density, and the toner conveyance amount was almost the same in the developing chamber part and the exposed part, but the toner charge amount was almost twice as large in the exposed part as compared to the developing chamber part. That was it.
[0010]
From this result, it can be considered that the difference in surface potential between the developing chamber portion and the exposed portion, which is seen immediately after the start of rotation of the developing roller from the end of leaving, is due to the difference in the toner charge amount. This is considered to be caused by the difference in the amount and the difference in the toner flying property as a result. As the rotation proceeds, the toner charge amount becomes uniform, and neglected banding is also eliminated. The difference in charge amount occurs depending on the location from the end of the standing to the beginning of rotation and is then uniformized. This means that there is a difference in the rise of the toner charge amount on the developing roller between the developing chamber and the exposed portion. This is considered to be the direct cause of neglected banding.
[0011]
As a factor that directly controls the rising of the toner charge amount, the state of the outermost surface of the developing roller that frictionally charges the toner is most likely to be most effective. Specifically, toner fine powder (toner with a small particle size) adheres to the outermost surface of the developing roller, but the difference depending on the location, such as the amount of adhesion and the amount of water, gives rise to the difference in frictional charging between the developing roller and the toner. It is thought that this will cause neglected banding. Looking at the outermost surface of the developing roller where the neglected banding actually occurred, it was observed that toner fine powder was adhered.
[0012]
As described above, the developing device used in the image forming apparatus of FIG. 1 is a lower regulating system in which the regulating blade comes below the developing roller during development, and the developing roller and the supply roller are in the same direction at the nip portion. It is rotating. The developing chamber is separated from the outer space by a regulating blade that contacts the developing roller and a sealing material, and is a non-contact AC jumping developing system between the toner held on the exposed portion of the developing roller and the photosensitive member. Development is in progress. Further, this developing device does not have a stirring member, and as will be described later, the toner is stirred when the rotary developing operation is performed by being held in the rotary developing device, and the inside of the developing device has a developing roller inside. It is partitioned by an inner wall that is formed almost parallel to the axial direction. This inner wall creates convection in the toner in the developing chamber, thereby promoting the stirring effect and suppressing the convection of deteriorated toner. When left unattended, the toner is pressed between the developing roller and the supply roller.
[0013]
Also, on the surface of the developing roller, the image density in the developing chamber is higher than the image density in the exposed portion, and there is a lot of toner in the developing chamber, and as described above, between the supply roller and the developing roller. The toner is pressed. In contrast, in the exposed portion, a small amount of toner regulated by the regulating blade is present on the developing roller. Due to the difference in the state, the amount and fixing force of toner particles and toner additives adhering to the developing roller during standing are different. It is thought that this has led to the occurrence of The neglected banding is particularly noticeable in a half image and is not noticeable in a solid image because the toner development amount is sufficiently large. Compared to the average value of image density values (about 0.7 for a half image), the density difference between adjacent high density portions and low density portions is 7% or more (0.05 when the average image density value is 0.7). If this is the case, it becomes a problem level as neglected banding. This means that there is no difference between colors in Y, M, C, and K.
[0014]
Therefore, in this embodiment, as will be described later, the idling banding is reduced or suppressed by performing the idling operation of the developing roller for a predetermined time. Here, the idling operation is an operation of rotating the developing roller in a state where printing is not performed. Specifically, for example, the developing bias applied to the developing roller is turned off or the image exposure to the photosensitive member is turned off. This is a rotation operation in a state where the image is not exposed (even when the developing bias is ON and the supply voltage to the charger for charging the photosensitive member is ON). The predetermined time for performing the idling operation is a time for eliminating the difference in image density due to the rotation of the developing roller, and the determination method will be described later.
[0015]
The neglected banding is particularly noticeable when a metal roller is used as the developing roller, and a pulverized toner having a relatively wide particle size distribution and a high fine powder volume ratio is used. This also becomes prominent when a wax component is included in the toner in order to achieve less fixing. Considering how these factors affect neglected banding, the following mechanisms can be considered.
[0016]
The metal roller is conductive and easily adsorbs toner fine powder on its surface by mirror image force. Such toner adhesion is considered to affect the surface of the developing roller as a toner charging member. As described above, the rising of charging is different between the developing roller exposed part and the developing chamber part after being left, as described above, a small amount of toner regulated through the regulating blade is present on the developing roller immediately before leaving the developing roller exposed part. On the other hand, there is a difference in the state that a large amount of toner exists between the developing roller and the supply roller in the developing chamber and the toner is pressed between the nips of the developing roller and the supply roller. Because it is in a space sealed with a regulating blade and a seal, both the temperature and humidity are different from the exposed part. For this reason, the amount of toner fine powder (including additives), adhesion strength, moisture content, etc. that adhere to the metal exposed outermost surface are different between the developing chamber portion and the exposed portion. This is because it makes a difference.
[0017]
Further, the printing speed of recent image forming apparatuses is higher than the conventional one. For this reason, the rotation of the developing roller and the supply roller in consideration of the durability of the developing roller and the supply roller is the same direction rotation at the nip portion thereof. However, when the nip portion is rotated in the same direction, there is a disadvantage that the resetting property (peelability) of the toner on the developing roller is inferior to the case of rotating in the opposite direction at the nip portion. As described above, the main cause of neglected banding is considered to be due to the adhesion of toner fine powder on the upper surface of the developing roller and the difference in the state thereof. It is thought that the scraping power of the toner fine powder is weakened and it is easy to leave the banding.
[0018]
In particular, when a relatively rough dimple is formed on the metal developing roller due to multi-layer regulation, there is a disadvantage that the toner at the bottom of the dimple is less likely to be reset. Further, a fine powder of titanium oxide is added as an additive for controlling the charge amount in the toner component, and there is a high possibility that this powder adheres to the outermost surface of the developing roller. In addition, a wax component is added to achieve oilless fixing, but if the wax component exists as a fine powder, it easily adheres to the developing roller due to the influence of moisture, etc., which increases the toner charge amount. There may be a difference.
[0019]
Next, an image forming apparatus that performs an idling operation for suppressing neglected banding will be further described.
In a developing device using a developing roller having a conductive surface layer formed on the surface, as described above, neglected banding is likely to occur. Here, the conductive surface layer refers to a material having a volume resistivity of 1 × 10 ⁻² Ω · m or less, and is mainly composed of a metal, a compound such as a metal oxide or nitride, or other conductive materials such as graphite. It consists of a sex substance.
[0020]
Examples of such rollers include the following.
(1) A metal sleeve or roller, the surface layer of which is also a metal roller. A single metal or alloy may be used, and the material of the surface layer may be made of a metal or alloy different from other metals.
(2) A roller having a metal layer and other conductive layers formed on the surface layer by plating, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, pressure bonding, thermal spraying, or the like.
(3) A roller in which only the surface layer is made of a conductive layer even if the material other than the surface layer is not metal. For example, a roller in which the main material other than the surface layer is made of rubber and a metal layer is provided on the surface layer.
(4) A roller in which a conductive material is dispersed on the surface layer to form the surface layer.
[0021]
Thus, when the surface layer is conductive, a strong mirror image force due to the charge of the fine powder acts as an attractive force between the fine powder composed of each component forming the toner and the roller surface, and the fine powder is applied on the developing roller. It adheres firmly. When fine powder adheres to the roller surface, the rise of contact charging and frictional charging between the roller and toner occurs, but it is considered that neglected banding occurs because the adhesion state differs between the developing chamber part and the exposed part. It is done.
[0022]
Furthermore, when aiming to increase the toner conveyance amount with the aim of increasing the printing speed, for example, as described above, the surface of a metal roller is subjected to blasting to form dimples on the surface, which is about several μm. The roughness may increase the actual surface area of the developing roller. In such a case, since the toner at the bottom of the dimple formed by blasting is less likely to be reset, uneven density tends to occur easily. In addition, resetting performance may be poor on the developing roller even when the rotation direction of the developing roller and the toner supply roller is the same in the nip portion in order to increase the speed.
[0023]
Next, a specific example of the developing roller in this embodiment will be given.
Base material: Carbon steel (STKM material)
Blasting process: Dimple formation by blasting only for image printing equivalent part: NiP electroless plating after blasting (plating thickness: about 10 μm)
Surface roughness: Rz 3-6 μm on the surface after plating
Outline: φ18mm
In such an image forming apparatus using the developing roller, the idle banding can be suppressed by performing the idling operation of the developing roller for a predetermined time.
[0024]
Next, a toner capable of suppressing neglected banding will be described.
The basic components of the toner are as shown in Table 1.
[0025]
[Table 1]

Of the above toner components, the components that are largely involved in the occurrence of neglected banding are those present as fine powder. Therefore, as a result of various examinations on the following three parameters, it has been found that neglected banding can be suppressed by defining the following ranges.
(1) The volume fraction of fine powder having a particle size of 5 μm or less is 10% or less, preferably 5% or less. The volume fraction of fine powder including toner, free external additive, and wax fine powder having a particle size of 5 μm or less is preferably 10% or less By setting the ratio to 5% or less, neglected banding can be suppressed.
( ₂ ) The content ratio of free external additives (TiO ₂ , SiO ₂ ) is 8% or less by number ratio. The external additive having a particle size of 10 to 100 nm released from the toner surface adhering to the mother particles is applied to the developing roller. Since it adheres and causes banding to occur, the occurrence ratio (number ratio) of free external additives with respect to all external additives can be suppressed to 8% or less to suppress the occurrence.
{Circle around (3)} In a toner to which a wax content of 4 wt% or less is added, particularly in the case of a fine powder toner, a fine powder composed of wax is generated by cracking at the wax portion during pulverization. In particular, in a high-humidity environment, the adhesion of wax to the developing roller is increased by the water cross-linking force, so that the occurrence of neglected banding becomes more remarkable. Therefore, by setting the wax content to 4% wt or less, the generation of fine wax powder is reduced. For this reason, the amount of wax adhering to the surface of the developing roller at the time of leaving is reduced, and the leaving banding is suppressed.
[0026]
Specific examples of the toner component are shown in Table 2.
[0027]
[Table 2]

In addition, the average particle diameter and the fine powder volume ratio are values measured using a multisizer, and the number ratio of the free external additives is measured using PT-1000. By using this toner, neglected banding could be suppressed.
[0028]
Next, the timing for performing the idling operation will be described.
FIG. 2 is a diagram showing an idling operation flow when the power is turned on.
When the power is turned on, since it is unclear in what state the developing device mounted at that time is left, the idling operation is performed. That is, when the main body power is turned on (step S1), the developing roller is idled (step S2), and then the next operation is started (step S3).
In this way, it is possible to suppress the banding that occurs when the power is turned on and the neglected state is unknown.
[0029]
FIG. 3 is a diagram showing a flow of the idling operation when the idling operation ends after the power is turned on, or when the elapsed time from the end of the final printing becomes a predetermined time or more.
As shown in FIG. 2, when a print request is made after idling after turning on the power, the elapsed time from the end of idling or after the last printing after turning on the power is detected. When idling exceeds a predetermined time, the idling operation is performed. Therefore, the image forming apparatus must have a timer.
When the main body is turned on (step S11), the developing roller is idly rotated (step S12). Next, when there is a print request (step S13), the elapsed time from the idling after the power is turned on is detected (step S14), and it is determined whether or not the elapsed time is a predetermined time or more (step S15). If so, the developing roller is idled (step S16). If the elapsed time does not reach the predetermined time, or after the idling is completed, the printing operation is performed (step S17). Next, when there is a print request (step S18), an elapsed time from the previous printing operation is detected (step S19), and it is determined whether the elapsed time is a predetermined time or more (step S20). For example, the developing roller is idled (step S21). If the elapsed time does not reach the predetermined time, or after the idling is completed, a printing operation is performed (step S22), and the same processing is repeated when there is a next printing request.
[0030]
FIG. 4 is a diagram for explaining the idling operation flow when a new developing device is detected.
When a new unit is mounted as a developing device, the new unit is basically considered to have been left in a relatively long state, and therefore, sufficient idle rotation is performed. That is, when installation of a new developing device is detected (step S31), the developing roller is idled (step S32), and the next operation is performed (step S33).
[0031]
Next, a method for determining the developing roller rotation time during idling will be described.
As described above, the state of occurrence of neglected banding varies depending on the environment (temperature, humidity), the degree of toner degradation (consumption), and the like. Therefore, the idle rotation time of the developing roller is determined by the method described below.
(1) Determination of temperature-humidity and area on map As shown in FIG. 5, several areas (I to III) are set on a map of temperature and humidity. In FIG. 5, the horizontal axis is temperature, and the vertical axis is humidity. In this example, the temperature is divided from 10 ° C. to 40 ° C. in 5 ° C., and the humidity is divided from 15% to 90% in a matrix of 5%. In general, the low temperature region is I, the high temperature region is III, and the temperature and humidity are both in the middle. Then, the temperature / humidity at the time when the print request is made is detected by a sensor mounted on the image forming apparatus, and the region shown in FIG. 5 is selected.
(2) Temperature-humidity map area and toner consumption matrix A matrix as shown in FIG. 6 is created for the area and toner consumption in the temperature-humidity map matrix shown in FIG. 6) are set in advance. The arguments a, b, and c are set when the toner consumption is 0 to 30%, 30 to 70%, and 70 to 100% with respect to the temperature-humidity regions I, II, and III in FIG. Then, the amount of toner consumption (obtained from the print duty and the number of printed sheets) when a print request is made is detected, and the argument shown in FIG. 6 is selected.
(3) Matrix of argument and elapsed time From the relationship between the argument in the matrix of FIG. 6 and the idle rotation end time after power-on or the elapsed time from the final print end time, the developing roller as shown in FIG. Sets a matrix for determining the idling time of.
In FIG. 7, the arguments a, b, c, and d in FIG. Is determined as the idling time. The unit of the argument here is second, and when it is 0 second, it means that the idling operation is not performed. When a print request is made, the elapsed time is detected by a timer, the required idling time is determined from the matrix in FIG. 7, and the idling operation is started. By performing each idle rotation operation determined in this way at each timing, it is possible to prevent the occurrence of neglected banding. In FIG. 7, the idling speed after turning on the power and the idling speed at the time of detecting a new developer are unknown, so the value of the argument is increased.
[0032]
Next, an example in which the developing roller is idled for each switching operation of the rotary developer will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating the rotary developing device.
The rotary frame 11 made of a rack-type holding member has four chambers, and can accommodate Y, M, C, and K developing cartridges in the respective chambers. The rotary frame 11 is in a home position when stopped, and is rotated in one direction indicated by an arrow by a one-way clutch 12 having a drive output gear 13 to sequentially bring the developing rollers 2 of the respective colors to the developing positions facing the photoreceptor 7. It has become.
[0033]
Such a rotary developing device requires only one developing position, for example, compared to a case where four color developing devices are arranged in parallel to the photosensitive member, and the image forming apparatus can be downsized. The rotary developing device is rotated to bring each color developing device to the developing position, and the toner present in the developing device is agitated during the rotation. Due to this agitation effect, even when a developing device without an agitation member is used (the image forming apparatus in FIG. 1), there is an effect of preventing toner retention and promoting the rise of toner charging by the agitation effect.
[0034]
Next, the idling operation in the rotary developing device will be described.
FIG. 9 is a diagram for explaining an operation processing flow when the developing roller idles.
In the rotary developing device of this embodiment, there is one drive gear, and the rotation of the rotary and the rotation of the developing roller are switched. Therefore, in order to rotate the developing roller, it is necessary to bring it to the developing position. In the standby state in step S41, the rotary is at the home position. Here, when there is an idling operation request (for example, a predetermined time has elapsed since the previous idling) (step S42), the rotary is rotated and the first color developer is rotated to the developing position (step S43). Next, at the development position, the idling rotation operation is performed after the first color developer (step S44). Next, the rotary is rotated 90 ° to bring the next color developer to the development position (step S45), and the second color developer is idled (step S46). The above operation is repeated until the fourth color developer. Such idle rotation operation can suppress neglected banding. After step 42, an operation step of rotating only the rotary for stirring the toner may be inserted.
[0035]
In the example of the idling operation related to the rotary developing device, the idling operation in the standby state has been described. Of course, as described with reference to FIGS. The idle rotation operation may be performed at the time of detecting the device mounting, and the time required for the idle rotation operation may be determined by the method described with reference to FIGS.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using a toner in which the volume ratio of fine powder having a particle diameter of 5 μm or less is 10% or less, the abundance ratio of free external additives is 8% or less in number ratio, Further, by setting the wax content to 4 wt% or less, it is possible to suppress density unevenness caused by leaving the developing roller.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an image forming apparatus used in the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an idling operation flow when power is turned on.
FIG. 3 is a diagram showing an idling operation flow when the idling operation ends after the power is turned on, or when the elapsed time from the end of the final printing becomes a predetermined time or more.
FIG. 4 is a diagram illustrating an idling rotation operation flow when a new developing device is detected.
FIG. 5 is a diagram for explaining region setting on a temperature-humidity map.
FIG. 6 is a diagram for explaining a relationship of an elapsed time from an end time.
FIG. 7 is a diagram illustrating a matrix for determining the idling time of the developing roller.
FIG. 8 is a diagram illustrating a rotary developing device.
FIG. 9 is a diagram illustrating an idling operation flow in the rotary developing device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing, 2 ... Developing roller, 3 ... Supply roller, 4 ... Toner, 5 ... Sealing material, 6 ... Restricting blade, 7 ... Photoconductor, 10 ... Developing cartridge, 11 ... Rotary frame, 12 One-way clutch, 13 ... Drive Output gear.

Claims

Possess an exposed portion and developing chamber portion, the then rotating the developer supply roller at the nip, the surface of the developing roller surface roughness Rz3~6μm is opposed to the image bearing member with is conductive for imaging A method for forming an image, characterized in that a volume ratio of fine powder having a particle diameter of 5 μm or less as a toner to be used is 10% or less.

2. The image forming method according to claim 1, wherein the ratio of the number of free external additives in the external additive added to the toner is 8% or less.

3. The image forming method according to claim 1, wherein the toner has a wax content of 4 wt% or less.