JP2003228240A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
て、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制して現像領域へ安
定した量の現像剤の搬送をおこない、高品位な画像を長
期にわたり得る。 【解決手段】 2成分現像装置の現像スリーブ7の表面
粗さRzが5〜20μmであり、かつ、磁性キャリアが
すくなくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有し、
該粒子径Dと該結着樹脂膜厚hが1<[D/h]<10
であり、該磁性キャリアの重量平均粒径dが20〜60
μmとする。
Description
ミリ、プリンター等の画像形成装置に関するものであ
り、詳しくは、磁性キャリアとトナーとからなる2成分
現像剤を用いた画像形成装置に関するものである。
成装置においては、磁性キャリアとトナーとからなる2
成分現像剤を用いて現像をおこなう2成分現像装置と、
トナーのみを用いて現像を行う1成分現像装置とが知ら
れている。2成分現像装置は、通常、内部に複数の磁極
を有する磁石体からなるマグネットローラを備え、回転
可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像スリ
ーブを有している。この現像スリーブ表面にトナーを付
着させた磁性キャリアを担持しながら像担持体との対向
部である現像領域に搬送して、2成分現像剤からなる磁
気ブラシにて現像を行うものである。2成分現像装置に
おいては、磁性キャリアとトナーとを撹拌混合すること
で帯電を行うので、トナーの帯電性が安定し、比較的安
定した良好な画像が得られる。しかしながら、キャリア
劣化や現像剤中のトナーが消費されてトナー濃度が変動
するためトナーと磁性キャリアの混合比の変動するとい
った欠点がある。トナーと磁性キャリアの混合比の変動
を抑制するためには、トナー濃度制御装置を備え、必要
に応じてトナーを補給してこの変動を抑制する。
面に担持したトナーを現像領域に搬送して現像を行うも
のである。2成分現像装置のキャリア劣化やトナー濃度
制御装置を備えなければならないという欠点は有しない
が、帯電性が安定しにくいという欠点をもっている。ま
た、一般的にトナーを担持する力が弱く、トナーの搬送
性が悪い。そこで、現像スリーブの表面粗さを粗くする
ことにより搬送性を改善して画像品質を向上させるとい
う提案がなされている(特公昭64−12386号公報
参照)。
ア表面へのトナーのフィルミング防止、キャリア均一表
面の形成、表面酸化防止、感湿性低下の防止、感光体の
キャリアによるキズあるいは摩耗からの保護すること等
が望まれる。また、現像剤の寿命の延長、帯電極性の制
御または帯電量の調節等をおこなうことも必要である。
このような目的のため、通常適当な樹脂材料で被覆等を
施すことにより固く高強度の被覆層を設けることが行な
われている。例えば特定の樹脂材料で被覆されたもの
(特開昭58−108548号公報)が開示されてい
る。また、更にその被覆層に種々の添加剤を添加するも
の(特開昭54−155048号公報、特開昭57−4
0267号公報、特開昭58−108549号公報、特
開昭59−166968号公報、特公平1−19584
号公報、特公平3−628号公報、特開平6−2023
81号公報)が開示されている。さらに、キャリア表面
に添加剤を付着させたものを用いるもの(特開平5−2
73789号公報)が開示されている。さらに、コート
膜厚よりも大きい導電性粒子をコート膜に含有させたも
のを用いるもの(特開平9−160304号公報)が開
示されている。また、特開平8−6307号公報には、
ベンゾグアナミン−n−ブチルアルコール−ホルムアル
デヒド共重合体を主成分としてキャリア被覆材に用いる
ことが記載されている。また、特許第2683624号
公報には、メラミン樹脂とアクリル樹脂の架橋物をキャ
リア被覆材として用いることが記載されている。
本出願人は、特開2001―188388号公報におい
て、「少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有
するキャリアにおいて、該粒子径Dと該結着樹脂膜厚h
が1<[D/h]<5であることを特徴とする電子写真
用キャリア」を提案している。このキャリアは、被覆膜
に比べ粒子の方が凸となるので、現像剤を摩擦帯電させ
るための攪拌により、トナーとの摩擦あるいはキャリア
同士の摩擦で、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和
することができる。これにより、キャリアへのトナーの
スペントを防止することが可能となるとともに、帯電発
生箇所である結着樹脂の膜削れも防止することが可能と
なり、経時でのキャリア表面形状変化が小さく、さらに
耐久性が大幅に向上する。
現像装置においては、高画質化の要求に伴い、磁性キャ
リアを小粒径化し、磁気ブラシに起因するキャリアの穂
跡やざらつき感を低減させるものが増えてきている。し
かしながら、磁性キャリアは小粒径になるほど流動性が
悪くなる傾向があり、これに伴い現像スリーブが現像剤
を担持しにくくなる。このため、現像スリーブによる現
像剤の汲み上げ量(現像スリーブに担持され現像剤量規
制部材を通過する単位面積当たりの現像剤量)が低下す
る傾向がある。特に経時においては、現像スリーブ表面
形状の摩耗、現像剤の劣化、現像スリーブ表面へのトナ
ーフィルミングによる摩擦抵抗の変動などにより、汲み
上げ量が低下する要因が重なる。このような場合、2成
分現像装置においても、従来の大きさのキャリアでは見
られなかった、画像に悪影響を及ぼすレベルの汲み上げ
量低下をひきおこす。これにより、現像領域への現像剤
搬送量が不足して画質が劣化してしまう。
あり、その目的とするところは、2成分現像剤を用いた
画像形成装置において、現像剤の汲み上げ量の低下を抑
制して現像領域へ安定した量の現像剤の搬送をおこな
う。これにより、高品位な画像を長期にわたり得ること
のできる画像形成装置を提供することである。
「現像剤担持体内の磁石体に対向して現像剤担持体に押
圧され、該現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制
する剛体かつ磁性を有する材質からなる棒状の現像剤量
規制体を備え像担持体と非接触で現像を行う現像装置に
おいて、前記像担持体の表面は不定形粒子によるサンド
ブラト処理によって、Rz値0.2〜1.5μmのあら
さとしたのち、粒径大粒子によるサンドブラスト処理に
よりあらさをRz値5〜10μmの範囲になるよう加工
したことを特徴とする現像装置」が提案されている。こ
の現像装置は、現像スリーブへのトナーの融着を防止し
て、現像スリーブ上の現像剤の層厚を一定に規制して濃
度むらを防止するものである。この公報では、現像剤の
汲み上げ量の低下を抑制して現像領域へ安定した量の現
像剤の搬送をおこない、高品位な画像を長期にわたり得
るという本発明の課題については、何ら記載されていな
い。
に、請求項1の発明は、内部に固定された磁界発生手段
を有し、表面上に磁性キャリアとトナーとからなる2成
分現像剤を担持して回転する非磁性現像スリーブからな
る現像剤担持体と、該現像剤担持体上に担持された現像
剤の量を規制する剛体からなる現像剤量規制部材とを備
えた現像装置を用いて像担持体上の静電潜像をトナー像
化する画像形成装置において、上記現像スリーブの表面
粗さRzが5〜20μmであり、かつ、上記磁性キャリ
アがすくなくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有
し、該粒子径Dと該結着樹脂膜厚hが1<[D/h]<
10であり、該磁性キャリアの重量平均粒径dが20〜
60μmであることを特徴するものである。請求項1の
画像形成装置においては、小粒径の磁性キャリアからな
る2成分現像剤を用いた場合でも、表面粗さの粗い現像
スリーブを用いて現像剤と現像スリーブとの摩擦抵抗を
改善することで、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制す
る。さらに、磁性キャリアの特性(粒径、コート膜)及
び、現像スリーブの表面粗さを規定する。これにより、
キャリアの小粒径化、現像スリーブの粗面化に伴い現像
剤へのストレスが増加しても、現像剤の劣化を抑制し
て、経時においる磁性キャリアの表面形状変化による汲
み上げ量の低下を防止する。そして、高画質化と、経時
においても汲み上げ量の低下を抑制して現像領域への安
定した量の現像剤を搬送することとを両立できるように
する。以下、詳細に説明する。まず、磁性キャリアによ
る穂跡やざらつき感の発生防止による高画質化のため
に、磁性キャリアを重量平均粒径が60μm以下の小粒
径キャリアにすることが必要である。また、磁性キャリ
アの粒径の下限を規定し、流動性および現像剤へのスト
レスが悪くなり過ぎないようにする。表1を用いて後述
する実験により、磁性キャリアの重量平均粒径が20μ
m以下であると、流動性が著しく悪くなるとともに、後
述するコート膜を有する場合でも現像剤の劣化が著しく
なり、経時で汲み上げ量低下が大きくなることがわかっ
た。そこで、磁性キャリアの重量平均粒径は20〜60
μmの範囲とする。次に、ストレスに強いキャリアを用
いるとともに、現像スリーブの表面粗さを規定し汲み上
げ量の低下を改善する。磁性キャリアとしては、コート
膜が少なくとも結着樹脂と粒子を有し、該粒子径Dと該
結着樹脂膜厚hが1<[D/h]<10の範囲のものを
用いて、磁性キャリアの耐久性を向上させる。この様な
コート膜を有する磁性キャリアは、被覆膜に比べ粒子の
方が凸となるので、現像剤を摩擦帯電させるための攪拌
により、トナーとの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦
で、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和することが
できる。これにより、キャリアへのトナーのスペントを
防止することが可能となる。とともに、帯電発生箇所で
ある結着樹脂の膜削れも防止することが可能となる。そ
こで、経時でのキャリア表面形状変化が小さく、さらに
耐久性が大幅に向上させることが可能となる。なお、D
/hが1以下の場合、粒子は結着樹脂中に埋もれてしま
うため、効果が著しく低下し好ましくない。D/hが1
0以上の場合、粒子と結着樹脂との接触面積が少ないた
め充分な拘束力が得られず、該粒子が容易に脱離してし
まうため好ましくない。次に、現像スリーブの表面粗さ
を初期、経時の汲み上げ量低下抑制の点から規定する。
現像スリーブの表面粗さRzが5μm未満であると、現
像剤と現像スリーブとの摩擦抵抗とを改善する効果が小
さく、現像剤の汲み上げ量低下おこる。一方、Rzが2
0μm以上であると上記ストレスに強い磁性キャリアを
用いた場合でも、キャリア割れ又は、被覆樹脂の剥がれ
等が発生しやすくなる。これは、キャリアの表面形状変
化による汲み上げ量低下、現像剤の寿命の低下につなが
り好ましくない。そこで、現像スリーブの表面粗さRz
は5〜20μmとする。以上述べたように、現像スリー
ブの表面粗さRzが5〜20μmであり、かつ、磁性キ
ャリアがすくなくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜
を有し、該粒子径Dと該結着樹脂膜厚hが1<[D/
h]<10であり、重量平均粒径を20〜60μmとす
る。これにより、高画質化を図るとともに、経時におい
ても汲み上げ量の低下を抑制して現像領域への安定した
量の現像剤を搬送することができる。請求項2の発明
は、請求項1の画像形成装置において、上記現像スリー
ブがサンドブラスト加工により表面加工されたものであ
ることを特徴とするものである。請求項3の発明は、請
求項1または2の画像形成装置において、上記磁性キャ
リアの重量平均粒径dと上記現像スリーブの表面粗さR
zとの比d/Rzが3≦d/Rz≦5であることを特徴
とするものである。請求項4の発明は、請求項1、2ま
たは3の画像形成装置において、上記現像スリーブの軸
トルクが0.5〜4.0kgf・cmであることを特徴
とするものである。請求項5の発明は、請求項1、2、
3または4の画像形成装置において、上記磁性キャリア
の上記コート膜に含まれる上記粒子がアルミナまたは/
及びシリカであることを特徴とするものである。請求項
6の発明は、請求項1、2、3、4または5の画像形成
装置において、上記磁性キャリアの上記コート膜に含ま
れる上記粒子の含有量が上記コート膜組成成分の50〜
95wt%であることを特徴とするものである。請求項
7の発明は、請求項1、2、3、4、5または6の画像
形成装置において、上記現像スリーブ径が15mm以上
であることを特徴とするものである。請求項8の発明
は、請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成
装置において、上記現像スリーブ線速が700mm/s
以下であることを特徴とするものである。請求項9の発
明は、請求項1、2、3、4、5、6、7または8の画
像形成装置において、上記現像剤量規制部材が磁性を有
する材料からなることを特徴とするものである。
ミリ、プリンター等の画像形成装置に適用した一実施形
態について説明する。本実施形態に係る画像形成装置
は、像担持体としての感光体の周辺に、帯電装置、露光
装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置が順に配
設されている。また、給紙トレイより転写紙を給紙する
給紙搬送装置と、トナー像を転写された転写紙が感光体
から分離した後、トナーを転写紙に定着する定着装置と
を備えている。このように構成された画像形成装置で
は、回転する感光体の表面は帯電装置により一様に帯電
された後、画像情報に基づき露光装置のレーザー光線等
を照射され、感光体上に潜像形成を形成する。感光体上
に形成された静電潜像に現像装置により帯電したトナー
を付着させることでトナー像を形成する。一方、転写紙
は給紙搬送装置により給紙トレイより給紙され、次いで
感光体と転写装置とが対向する転写部に搬送される。そ
して転写装置により、転写紙に感光体上のトナー像とは
逆極性の電荷を付与することで、感光体上に形成された
トナー像を転写紙へ転写する。次いで、転写紙は、感光
体から分離され、定着装置に送られ、トナーを転写紙に
定着することで画像が得られる。
像装置の概略構成図である。図1に基づき上記画像形成
装置に採用される現像装置について詳しく説明する。こ
の現像装置1は感光体8の側方に配設され、トナー及び
磁性キャリアとを含む2成分現像剤(以下「現像剤」と
いう。)を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性
の現像スリーブ7を備えている。この現像スリーブ7
は、現像ケーシングの感光体1側に形成された開口部か
ら一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装
置により、図中矢印b方向に回転する。また、現像スリ
ーブ7の内部には、磁界発生手段としての固定磁石群か
らなる図示しないマグネットローラが固定配置されてい
る。また、現像装置1は、現像スリーブ7上に担持され
る現像剤の量を規制する剛体からなる現像剤規制部材と
してのドクタ9を備えている。該ドクタ9に対して、現
像スリーブ7回転方向上流側には、現像剤を収容する現
像剤収容部4が形成され、該現像剤収容部4の現像剤を
攪拌混合する第1及び第2の攪拌スクリュ5、6が設け
られている。また、現像剤収容部4の上方に配置される
トナー補給口23と、現像剤収容部4へ補給されるトナ
ー充填したトナーホッパ2と、トナー補給口23とトナ
ーホッパ2とを接続するトナー送流装置3とが設けられ
ている。
び第2の攪拌スクリュ5、6が回転することにより、現
像剤収容部4内の現像剤が攪拌され、トナーと磁性キャ
リアとが互いに逆極性に摩擦帯電される。この現像剤
は、矢印b方向に回転駆動する現像スリーブ7の周面に
供給され、供給された現像剤は現像スリーブ7の周面に
担持され、現像スリーブ7の回転によって、その回転方
向(矢印b方向)に搬送される。次いで、この搬送され
た現像剤は、ドクタ9によって量を規制され、規制後の
現像剤が感光体8と現像スリーブ7とが対向する現像領
域に運ばれる。この現像領域で現像剤中のトナーが、感
光体8表面の静電潜像に静電的に移行し、その静電潜像
がトナー像として可視像化される。
は上記現像スリーブ7として、表面粗さが5〜20μm
のもの、好ましくは表面粗さRzが5〜15μmのもの
を用いる。現像スリーブ7の表面粗さRzを上記の範囲
に調整するには、例えばサンドブラスト加工、溝加工、
研削加工、サンドペーパー法、インデックスセーバー加
工などを用いればよい。なかでも、サンドブラスト加工
は、操作が簡易で加工の効率もよく、更にランダムに表
面加工(粗面化)が行われるため、全ての方向に対する
現像剤と現像スリーブ7の摩擦抵抗が等しく改善される
と考えられる。よって、汲み上げ量をむらなく均一にす
ることができ、濃度むらを防止して高画質化を図ること
ができる。表面粗さRzは、十点平均粗さを意味し、小
坂研究所製,サーフコーダーSE−30Hにより測定し
た。なおこの十点平均粗さは、固体表面の微細な凹凸の
深さを良く反映するものである。また、用いられる現像
スリーブ7の材質としては、通常の現像装置に用いられ
るものであれば特に限定されることない。具体的には、
ステンレス鋼、アルミニウム、セラミックス等の非磁性
材料や、更にこれらにコーティング等したものなどが用
いられる。また、現像スリーブの形状も特に限定される
ことはない。
材料としては、例えば、鉄、ステンレス等の金属材料、
フェライト、マグネタイト等の磁性粒子を配合した樹脂
材料が挙げられる。また、このような磁性材料で構成さ
れた金属板等の別部材をドクタ9に直接もしくは間接的
に固定してもよい。
は、重量平均粒径dが20〜60μmであり、すくなく
とも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有し、該粒子径
Dと該結着樹脂膜厚hが1<[D/h]<10、好まし
くは1<[D/h]<5の範囲であるものを用いた。キ
ャリア心材の具体的材料としては、2成分現像剤用の磁
性キャリアとして公知のもの、例えば、フェライト、マ
グネタイト、鉄、ニッケル等、キャリアの用途、使用目
的に合わせ適宜選択して用いればよい。また、上記コー
ト膜の粒子の具体的材料としては、アルミナ、シリカ等
があげられる。アルミナは、粒径10μm以下の粒子が
好ましく、表面処理していないもの、疎水化処理など表
面処理したもの全てを用いることができる。また、シリ
カは、トナー用に用いられているもの、及びそれ以外の
ものも用いることができ、表面処理していないもの、疎
水化処理など表面処理したもの全てを用いることができ
る。また、帯電及び抵抗調節剤として、カーボンブラッ
クあるいは酸性触媒を単独または併用して用いることも
可能である。カーボンブラックは、キャリアあるいはト
ナー用として一般的に使われているもの全てを用いるこ
とができる。酸性触媒は、触媒作用を持つものを用いる
ことができる。例えば、完全アルキル化型、メチロール
基型、イミノ基型、メチロール/イミノ基型等の反応性
基を有するものであるが、これらに限るものではない。
また、コート膜の結着樹脂としては、2成分現像剤用の
磁性キャリアのコート膜結着樹脂として公知のもの、例
えばアクリル樹脂等が挙げられる。
た技術で、コート樹脂膜厚よりも大きい導電性粒子をコ
ート膜中に含有させたもの(特開平9−160304号
公報)が挙げられる。これとの相違点として、コート膜
中に含有させる粒子の抵抗が挙げられる。該技術では、
キャリアの抵抗を上げないために、該粒子を導電路とし
て用いている。しかし、本実施形態では該粒子を導電路
として用いていない。即ち、本発明において該粒子は、
従来のように抵抗調節材として用いるのではなく、コー
ト膜樹脂の保護材及び表面形状の調節材として用いてい
る。
比較例(従来使用されている小粒径の磁性キャリア)を
挙げ、これらを用いた実験によりさらに具体的に説明す
る。 (実施例1) アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 56.0部 グアナミン溶液(固形分77重量%) 15.6部 アルミナ粒子[0.3μm、固有抵抗1014(Ω・cm)] 160.0 部 トルエン 900部 ブチルセロソルブ 900部 これらをホモミキサーで10分間分散して被覆膜形成溶
液を調合した。芯材として焼成フェライト粉[F−30
0:平均粒径;50μm(パウダーテック社製)]を用
い、膜厚0.15μmになるようにスピラコーター(岡
田精工社製)によりこの被覆膜形成溶液塗布し乾燥し
た。得られたキャリアを電気炉中にて150℃で1時間
放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き
100μmの篩を用いて解砕し、キャリアとした。ここ
で、キャリアのコート膜に含まれるアルミナ粒子の粒子
径D=0.3μmと結着樹脂膜厚h=0.15μmの比
D/hは2.0となる。なお、結着樹脂膜厚測定は、透
過型電子顕微鏡にてキャリア断面を観察することによ
り、キャリア表面を覆う被覆膜を観察することができる
ため、その膜厚の平均値をもって膜厚とした。 (比較例1) アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 56.0部 グアナミン溶液(固形分77重量%) 15.6部 トルエン 900部 ブチルセロソルブ 900部 をホモミキサーで10分間分散して被覆膜形成溶液を調
合した。芯材として焼成フェライト粉[F−300:平
均粒径;50μm(パウダーテック社製)]を用い、膜
厚0.15μmになるようにスピラコーター(岡田精工
社製)によりこの上記被覆膜形成溶液塗布し乾燥した。
得られたキャリアを電気炉中にて150℃で1時間放置
して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き10
0μmの篩を用いて解砕し、キャリアとした。
リアを、図1の現像装置にセットし、上記画像形成装置
にてブラック単色によるA4、60、000枚のランニ
ングを行なった。なお、現像スリーブ7は、サンドブラ
スト加工をおこない、表面粗さRzが10μmのものを用
いた。現像スリーブ7の軸トルクは1.2kgf・cm
である。トルクの測定方法は、実施例1、比較例1のキ
ャリアを用いた現像剤において、トナー濃度TC=5%
に調節したものを入れた状態でおこなった。そして、現
像スリーブ7以外のギヤを外し、現像スリーブ軸にトル
クゲージ(東日製作所社製)を取り付け、手回しにより
静トルクを測定する。このような条件でランニングを行
った際の汲み上げ量変動を測定し、初期の汲み上げ量に
対する低下率(%)を示したものを図2に示す。また、
汲み上げ量は、その低下率が30%を超えると、ベタが
薄くなったり、穂跡画像が出るなどの画質劣化を生じる
ことが、実験により確認されている。よって、画像に影
響を及ぼすことがない汲み上げ量低下率の許容レベルを
30%とした。図2より、実施例1のキャリアは比較例
1のキャリアに較べ汲み上げ量変動が小さく、現像剤寿
命の規格であるA4、60,000枚においてもその低
下率は22%程度であった。これは、画像に影響を及ぼ
すレベルの汲み上げ量低下率30%には達していないこ
とがわかる。一方、比較例1のキャリアは、A4、6
0,000枚において低下率は40%に達し、ベタが薄
くなったり、穂跡画像が出るなど、画像に悪影響を及ぼ
した。
2に基づき説明する。 (実験2)上記実施例1、比較例1の磁性キャリアと他
の条件は同一で、キャリア粒径dを65,60,40,
20,18μmと変化させたものを用いた。実験1と同
様な方法でA4、60、000枚ランニングを行い、経
時の汲み上げ量低下を評価した。結果は表1に示す。表
1より、実施例1の磁性キャリアを使用した場合、キャ
リア粒径を20μm以上にすることにより、A4、6
0、000枚ランニング終了時の汲み上げ量低下率は画
像に影響を及ぼすレベル30%には達しない。しかし、
比較例1のキャリアでは、キャリア粒径が65μm以上
でないと、汲み上げ量低下率30%以下にはできなかっ
た。
粒子の粒子径Dと結着樹脂膜厚hの比D/hについて実
験3に基づき説明する。 (実験3)上記実施例1の磁性キャリアと他の条件は同
一で、コート膜の結着樹脂膜厚hを変え、D/hを3.
8,9.7とした磁性キャリアを実施例2,3とした。
また、アルミナ粒子の代わりにシリカ粒子[0.2μ
m、固有抵抗1013(Ω・cm)]を用い、D/hを
2.0としたものを実施例4とした。さらに、アルミナ
粒子の代わりに酸化チタン粒子[0.02μm、固有抵
抗固有抵抗107(Ω・cm)]を用い、D/hを0.
13としてものを比較例2とした。実施例1,2,3,
4および比較例2を用い、上記実験1と同様な方法でブ
ラック単色によるA4、60、000枚のランニングを
おこない、経時の汲み上げ量低下を評価した。この結果
を表2示す。実施例1のD/hが2.0の磁性キャリア
と同様、実施例2,3のD/hが3.8,9.7のいず
れの磁性キャリアでも、経時の汲み上げ量低下率が小さ
く、画像に影響を及ぼすレベル30%には達していな
い。また、実施例4のシリカ粒子を含むD/hが2.0
の磁性キャリアも、経時の汲み上げ量低下率が小さく、
画像に影響を及ぼすレベル30%には達していない。一
方、比較例2のD/hが0.13のキャリアでは、経時
の汲み上げ量低下率は40%を超え、ベタが薄くなった
り、穂跡画像が出るなど、画像に悪影響を及ぼした。
Rz、磁性キャリアの粒径d、コート膜の特性(粒子径
Dと結着樹脂膜厚hの比D/h)を規定することで、画
像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下を防止するこ
とができる。さらに現像剤の汲み上げ量低下を抑制する
ためには、磁性キャリアの劣化をさらに低減させたい。
ここで、磁性キャリアに与えるストレスの大きさは、磁
性キャリアの粒径dと現像スリーブ7の表面粗さRzと
の比d/Rzに大きく影響される。具体的には、d/R
zが小さいほど磁性キャリアに対するストレスが大き
く、d/Rzが大きくなるほどストレスが小さくなる。
そこで、d/Rzとキャリア劣化について検討した結果
を実験4に基づき説明する。
おいて、現像スリーブの表面粗さRzを4,5,12,
20,30と変化させたものを用いた。また、磁性キャ
リアは、上記実施例1のキャリア磁性キャリアと他の条
件は同一で、キャリア粒径dを14、22、36、4
0、60、70、80と変化させた磁性キャリアを用い
た。そして、実験1と同様な方法でA4、60、000
枚ランニングを行い、経時の汲み上げ量低下を評価し
た。さらに、A4、60、000枚ランニング後の磁性
キャリアの表面状態をSEMにて観察し、膜剥がれの状
態及びスペントの状態を評価した。結果は表3に示す。
表3より、表面粗さRzが5〜20μmで、かつ、キャ
リア粒径dを22〜60μmの範囲では、A4、60、
000枚ランニング終了時の汲み上げ量低下率は画像に
影響を及ぼすレベル30%には達しない。特に、d/R
zが3≦D/Rの範囲では、膜剥がれの状態及びスペン
トの状態の評価もよく、現像剤の経時劣化が少ないとい
える。しかしながら、d/Rzが3より小さい場合、上
記磁性キャリア表面の膜剥がれ、キャリアスペントが観
察され、現像剤の劣化が進んでいることがわかった。一
方、d/Rzが5より大きい場合、ストレスは小さく現
像剤の劣化は小さかったが、画像に影響を及ぼすレベル
の汲み上げ量低下が発生した。そこで、磁性キャリアの
粒径dと現像スリーブ7の表面粗さRzとの比d/Rz
を3≦d/Rz≦5とすることで、磁性キャリアの劣化
を低減して、現像剤の劣化を小さくするとともに、汲み
上げ量低下をさらに抑制することができる。
たように、コート膜の粒子としては、アルミナ、シリカ
等が好ましい。さらに、アルミナ、シリカ等の含有率が
コート膜組成成分の50〜95wt%の範囲、好ましく
は70〜90wt%であることで、その効果は顕著であ
る。また、アルミナとシリカを混合して用いてもよい。
この粒子の含有率が50wt%よりも少ない場合には、
キャリア粒子表面での結着樹脂の占める割合に比べ、該
粒子の占める割合が少ない。このため、結着樹脂への強
い衝撃を伴う接触を緩和する効果が小さいので、十分な
耐久性が得られず好ましくない。一方、95wt%より
も多い場合には、キャリア表面での結着樹脂の占める割
合に比べ、該粒子の占める割合が多過ぎるため、帯電発
生箇所である結着樹脂の占める割合が不十分となり、十
分な帯電能力を発揮できない。それに加え、結着樹脂量
に比べ粒子量が多過ぎるので、結着樹脂による粒子の保
持能力が不十分となり、粒子が脱離し易くなるので、十
分な耐久性が得られず好ましくない。また、先に挙げた
本発明に類似する(特開平9−160304号公報)
が、粒子の含有率範囲について本発明と異なっている。
該技術では「コート樹脂の0.01〜50重量%」、即
ち、本発明の含有率計算方法に換算すると、「コート膜
組成成分の0.01〜33.33wt%」であり、この
場合、従来に比べ耐久性は向上する。しかしながら、先
にも述べたとおり、キャリア粒子表面での結着樹脂の占
める割合に比べ、該粒子の占める割合が少ないので、結
着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和する効果が小さ
く、十分な耐久性が得られず好ましくない。
小さくして、経時での汲み上げ量低下を抑制するために
は、現像スリーブ7の軸トルクは小さい方が好ましい。
しかしながら、現像スリーブ7の軸トルクが小さすぎる
と、トナーの帯電立ち上がり性が悪くなるという問題が
ある。そこで、現像スリーブの軸トルクを変化させて、
帯電性立ち上がり性と経時での汲み上げ量低下とについ
て検討したものを、実験5に基づき説明する。
おいて、現像装置1の現像スリーブ7の軸トルクを0.
4,0.5,1.0,2.0,4.0,4.5kgf・
cmと変化させた。また、磁性キャリアは、上記実施例
1、比較例1のキャリア磁性キャリアと同一のものを用
いた。そして、実験1と同様な方法でA4、60、00
0枚ランニングを行い、経時の汲み上げ量低下とトナー
の帯電立ち上がり性とを評価した。結果は表4に示す。
表4より、実施例1の磁性キャリアを使用した場合、現
像スリーブ7の軸トルクが0.5〜4.0kgf・cm
であると、経時の汲み上げ量低下と帯電立ち上がり性を
両立することができる。一方、比較例1の磁性キャリア
では、現像スリーブ7の軸トルクが0.5kgf・cm
以上にすると、帯電立ち上がり性はよいが、現像剤劣化
により、経時での汲み上げ量低下がおこってしまった。
さらに、現像スリーブ7の軸トルクが4.0kgf・c
m以上にすると、現像剤劣化が激しく、経時により安定
した帯電立ち上がり性が得られなかった。このように、
従来より用いられている比較例1のキャリアでは、経時
での汲み上げ量低下防止と帯電立ち上がり性とを両立す
ることはできなかった。
て説明する。現像スリーブ7の径はスペース及びコスト
面からみると、なるべく小さいほうが良い。しかしなが
ら、現像スリーブの線速が同じ場合、現像スリーブ径が
小さいほど現像剤が単位時間当たりに現像領域に汲み上
がげられる回数が多くなり、現像剤の劣化が大きくな
る。また、現像スリーブ径が小さいと周長が小さいた
め、現像スリーブの摩耗が激しく、耐久性が落ちる。さ
らに、現像スリーブが小さいと、現像スリーブ内の磁極
数を多くとることができないので、極間での戻り方向の
剤循環を良くすることができず、現像スリーブ上の現像
剤の分散・攪拌性能を確保できずに、汲み上げムラが起
こる。これらについて、実験6に基づき説明する。
キャリアを用いた。そして、現像スリーブ径を12,1
5,25,35,40mmと変化させて、現像単体機に
より現像器のみでA4、60、000枚相当の時間空回
しをおこない、経時での汲み上げ量低下を評価した。結
果は表5に示す。表5より、実施例1のキャリアを使用
した場合で、現像スリーブ径が12mmであると、経時
の汲み上げ量低下がおこった。また、汲み上げムラ、キ
ャリア付着も発生した。また、現像スリーブ径が15m
m以上では、現像剤劣化による経時での画像に影響する
ような汲み上げ量低下は起こらず、上記汲み上げムラ、
キャリア付着もおきなかった。一方、比較例1の磁性キ
ャリアでは、現像スリーブ径が12mmであると、経時
の汲み上げ量低下がおこった。また、汲み上げムラ、キ
ャリア付着も発生した。また、現像スリーブ径が15〜
35mmの範囲では、上記汲み上げムラ、キャリア付着
もおきないものの、経時での現像剤の劣化による汲み上
げ量低下が起こった。そして、汲み上げ量低下を許容レ
ベルに抑制するためには、現像スリーブ径を40mm以
上とすることが必要であった。
説明する。現像スリーブ線速が大きいと、現像剤のスト
レスが大きく、経時で現像剤が劣化して、画像に影響す
るような汲み上げ量低下が起こりやすい。これについ
て、実験7に基づき説明する。
キャリアを用いた。そして、現像スリーブ線速130、
150、300、500、700、750mm/sと変
化させた。それ以外は実施例1と同様な方法で実験を行
い、A4、60、000枚ランニングを行い、経時の汲
み上げ量低下を評価した。結果は表6に示す。表6よ
り、実施例1の磁性キャリアでは、現像スリーブ線速1
30mm/s〜700mm/sの範囲では、経時での画像
に影響するような汲み上げ量低下率30%には達しな
い。しかし、現像スリーブ線速750mm/sでは、現
像剤のストレスが大きく、経時での画像に影響するよう
な汲み上げ量低下が起こる。一方、比較例1の磁性キャ
リアでは、線速150〜750mm/sの範囲では、現
像剤のストレスが大きく、経時で画像に影響するような
汲み上げ量低下が起こった。そして、線速を130mm
/s以下にしなければ、この低下を抑制することができ
なかった。
上述のようにドクタ9として磁性を有する材料を用い
た。これにより、ドクタ9手前の現像剤の保持力が大き
くなり、汲み上げ量低下を抑制しやすいというメリット
がある。しかしながら、保持力が大きい分、現像剤に対
するストレスも大きくなる。よって、このような画像形
成装置に、上記磁性キャリアを用いることは、現像剤の
劣化を抑えるうえで有効である。これにより、経時での
画像に影響するような汲み上げ量低下を防止することが
できる。
装置によれば、現像剤の汲み上げ量低下を抑制して現像
領域へ安定した量の現像剤の搬送をおこない、高品位な
画像を長期にわたり得ることができる。また、現像スリ
ーブ7としてサンドブラスト加工により表面加工された
ものを用いる。サンドブラスト加工では、ランダムに粗
面化がおこなわれるため、現像剤と現像スリーブ7との
摩擦抵抗が全ての方向に対して等しく改善することがで
きる。よって、汲み上げ量をむらなく均一に改善するこ
とができるので、濃度むらを起こす虞がない。さらに、
磁性キャリアの重量平均粒径dと現像スリーブ7の表面
粗さRzとの比d/Rzが3≦d/Rz≦5を満たすよ
うにする。ここで、現像剤の汲み上げ量低下をさらに抑
制するために、磁性キャリアの劣化をさらに低減さるこ
とが望まれる。磁性キャリアに与えるストレスの大きさ
は、磁性キャリアの粒径dと現像スリーブ7の表面粗さ
Rzとの比d/Rzに大きく影響される。具体的には、
d/Rzが小さいほど磁性キャリアに対するストレスが
大きく、d/Rzが大きくなるほどストレスは小さくな
るが、汲み上げ量低下はおきやすい。表3を用いて上述
した実験により、d/Rzが3より小さい場合、上記磁
性キャリアの表面の膜剥がれ、キャリアスペントが観察
された。一方、d/Rzが5より大きい場合、ストレス
は小さく現像剤の劣化は小さかったが、画像に影響を及
ぼすレベルの汲み上げ量低下が発生した。そこで、磁性
キャリアの粒径dと現像スリーブ7の表面粗さRzとの
比d/Rzを3≦d/Rz≦5とすることで、磁性キャ
リアの劣化を低減し、現像剤寿命を延ばすとともに、汲
み上げ量の変動をさらに抑制することができる。また、
現像スリーブ7の軸トルクを0.5〜4.0kgf・c
mとする。ここで、現像剤へのストレスを小さくして、
経時での汲み上げ量低下を抑制するためには、現像スリ
ーブ7の軸トルクは小さい方が好ましい。表4を用いて
上述した実験により、現像スリーブ7の軸トルクが4.
0kgf・cmより大きくなると、上記磁性キャリアか
らなる現像剤を用いても画像に影響を及ぼすレベルの汲
み上げ量低下がおこることがわかった。一方、現像スリ
ーブ7の軸トルクが0.5kgf・cmより小さくなる
と、トナーの帯電立ち上がり性が悪くなってしまう。そ
こで、現像スリーブ7の軸トルクを0.5〜4.0kg
f・cmとすることで、帯電性立ち上がり性と経時での
汲み上げ量低下抑制とを両立させる。比較例として、従
来の小粒径の磁性キャリアからなる現像剤では、現像ス
リーブ7の軸トルクが0.5kgf・cm以下でなけれ
ば画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下がおこっ
た。このため、帯電性立ち上がり性と両立させることは
できなかった。また、磁性キャリアのコート膜に含まれ
る粒子としてアルミナまたは/及びシリカを用いること
で、キャリアの耐久性を向上させることができ、経時で
の汲み上げ量低下を抑制することができる。また、磁性
キャリアのコート膜に含まれる粒子の含有量がコート膜
組成成分の50〜95wt%とする。粒子の含有率が5
0wt%よりも少ない場合には、磁性キャリア粒子表面
での結着樹脂の占める割合に比べ、該粒子の占める割合
が少ない。このため、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触
を緩和する効果が小さく、十分な耐久性が得られず好ま
しくない。一方、95wt%よりも多い場合には、磁性
キャリア表面での結着樹脂の占める割合に比べ、該粒子
の占める割合が多過ぎるため、帯電発生箇所である結着
樹脂の占める割合が不十分となり、十分な帯電能力を発
揮できない。さらに、結着樹脂量に比べ粒子量が多過ぎ
るので、結着樹脂による粒子の保持能力が不十分とな
り、粒子が脱離し易くなるので、十分な耐久性が得られ
ず好ましくない。また、現像スリーブ7の径を15mm
以上とする。ここで、スペース及びコスト面からは、現
像スリーブ7の径をなるべく小さくしたいが、経時での
汲み上げ量低下を抑制するためには、現像スリーブ7の
径を小さくしすぎると好ましくない。これは、現像スリ
ーブ7の線速が同じ場合、現像スリーブ7の径が小さい
ほど現像剤が単位時間当たりに現像領域に汲み上がげら
れる回数が多くなり、現像剤の劣化が大きくなる。ま
た、現像スリーブ径が小さいと周長が短いため、現像ス
リーブ7の摩耗が激しく、耐久性が悪くなる。さらに、
現像スリーブ7が小さいと、現像スリーブ7内の磁極数
を多くとることができないので、極間での戻り方向の剤
循環を良くすることができない。このため、現像スリー
ブ7上の現像剤の分散・攪拌性能を確保できずに汲み上
げムラが起こる。表5を用いて上述した実験により、現
像スリーブ径が15mmより小さいと、経時の汲み上げ
量変動、汲み上げムラ、キャリア付着が発生することが
わかった。現像スリーブ径が15mm以上では、現像剤
劣化による経時での画像に影響するレベルの汲み上げ量
低下はおこらず、また上記汲み上げムラ、キャリア付着
もおきなかった。比較例として、従来の小粒径の磁性キ
ャリアからなる現像剤では、現像スリーブ径が40mm
以上でなければ、画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ
量低下は抑制できなかった。よって、従来の小粒径の磁
性キャリアからなる現像剤では、現像スリーブ7の径を
小さくして、省スペース化及び低コスト化を図ることは
難しい。また、現像スリーブ7の線速を700mm/s
以下とする。現像スリーブ線速が大きいと、現像剤のス
トレスが大きく、現像剤が劣化して画像に影響するレベ
ルの汲み上げ量低下がおこりやすい。表6を用いて上述
した実験により、現像スリーブ線速700mm/sより
大きいと、現像剤のストレスが大きく、経時で画像に影
響するレベルの汲み上げ量低下がおこることがわかっ
た。しかし、現像スリーブ線速が700mm/s以下で
は、経時での画像に影響するレベルの汲み上げ量低下は
おこらなかった。比較例として、従来の小粒径の磁性キ
ャリアからなる現像剤では、現像スリーブ線速が130
mm/s以下でなければ、画像に影響を及ぼすレベルの
汲み上げ量低下は抑制できなかった。よって、高速化に
対応することが難しい。また、現像剤量規制部材として
のドクタ9が磁性を有する材料からなるものとする。こ
れにより、ドクタ9手前の現像剤の保持力が大きくな
り、汲み上げ量低下を抑制できるというメリットがあ
る。しかしながら、保持力が大きい分、現像剤に対する
ストレスも大きくなる。よって、このような画像形成装
置に、上記磁性キャリアを用いることは、現像剤の劣化
を抑えるうえで有効である。
現像剤を用いた画像形成装置において、現像剤の汲み上
げ量の低下を抑制して現像領域へ安定した量の現像剤の
搬送をおこなうことができる。これにより、高品位な画
像を長期にわたり得ることができるという優れた効果が
ある。
像装置の概略構成図。
合の汲み上げ量低下率を表すグラフ。
Claims (9)
- 【請求項1】内部に固定された磁界発生手段を有し、表
面上に磁性キャリアとトナーとからなる2成分現像剤を
担持して回転する非磁性現像スリーブからなる現像剤担
持体と、該現像剤担持体上に担持された現像剤の量を規
制する剛体からなる現像剤量規制部材とを備えた現像装
置を用いて像担持体上の静電潜像をトナー像化する画像
形成装置において、 上記現像スリーブの表面粗さRzが5〜20μmであ
り、かつ、上記磁性キャリアがすくなくとも結着樹脂と
粒子を有するコート膜を有し、該粒子径Dと該結着樹脂
膜厚hが1<[D/h]<10であり、該磁性キャリア
の重量平均粒径dが20〜60μmであることを特徴す
る画像形成装置。 - 【請求項2】請求項1の画像形成装置において、上記現
像スリーブがサンドブラスト加工により表面加工された
ものであることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項3】請求項1または2の画像形成装置におい
て、上記磁性キャリアの重量平均粒径dと上記現像スリ
ーブの表面粗さRzとの比d/Rzが3≦d/Rz≦5
であることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項4】請求項1、2または3の画像形成装置にお
いて、上記現像スリーブの軸トルクが0.5〜4.0k
gf・cmであることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項5】請求項1、2、3または4の画像形成装置
において、上記磁性キャリアの上記コート膜に含まれる
上記粒子がアルミナまたは/及びシリカであることを特
徴とする画像形成装置。 - 【請求項6】請求項1、2、3、4または5の画像形成
装置において、上記磁性キャリアの上記コート膜に含ま
れる上記粒子の含有量が該コート膜組成成分の50〜9
5wt%であることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項7】請求項1、2、3、4、5または6の画像
形成装置において、上記現像スリーブ径が15mm以上
であることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項8】請求項1、2、3、4、5、6または7の
画像形成装置において、上記現像スリーブ線速が700
mm/s以下であることを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項9】請求項1、2、3、4、5、6、7または
8の画像形成装置において、上記現像剤量規制部材が磁
性を有する材料からなることを特徴とする画像形成装
置。
Priority Applications (7)
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- 2002-02-01 JP JP2002025172A patent/JP2003228240A/ja active Pending
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2003
- 2003-02-01 CN CNB2006101064097A patent/CN100504643C/zh not_active Expired - Fee Related
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