JP2004198728A

JP2004198728A - Image forming pparatus and processing cartridge

Info

Publication number: JP2004198728A
Application number: JP2002367044A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Suzuki; 宏克鈴木; Koichi Kato; 弘一加藤; Kazumi Suzuki; 一己鈴木; Hiroshi Yasutomi; 啓安富; Hideki Kosugi; 秀樹小杉; Ichiro Kadota; 一郎門田; Hiroshi Nakai; 洋志中井; Jun Yura; 純由良
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a long life image forming apparatus and its process cartridge that can form a high quality image without texture stain with high reliability over aging while suppressing the toner flying from the developing section. <P>SOLUTION: This image forming apparatus has an image carrier 1 having a photosensitive layer, and a developing section 4 to electrify the toner by mixing it with the carrier and to supply the toner to the static latent image formed on the image carrier 1. Denoting the thickness of the photosensitive layer by Pdμm, and tha absolute surface potential of the image carrier 1 by ¾VD¾ volt, this device is constituted to satisfy the relation ¾VD¾/Pd≤30. Further, the toner in the developing section 4 is controlled so that the ratio of the toner whose static charge per unit particle diameter is -0.1fC/μm or larger becomes 10% or less in number. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに着脱可能に設置されるプロセスカートリッジとに関し、特に、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像形成装置に対して、高画質化、高速化、長寿命化の要望が一層高まっている。そして、これらの要望を満足するために、現像剤を構成するトナーとして小粒径化かつ球形化されたトナーを用いた２成分現像方式の画像形成装置が盛んに開発されている。
【０００３】
詳しくは、高画質化を達成するためには、第１に、小粒径化されたトナーを用いるのがよいことが知られている。そして、トナーを小粒径化する製造方法としては、トナー粒径の制御が比較的容易な重合法等が知られている。
また、第２に、トナー粒子を球形に近づけることで高画質化を達成できることも知られている。特に、トナーを球形化した場合には、像担持体上に形成されるトナー像の画像高さ（パイルハイト）が低減されるとともに、そのトナー像を被転写材に転写する際の転写性が向上する。
【０００４】
また、高速化を達成するためには、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いた２成分現像方式が好適であることが知られている。２成分現像方式は、高速の画像形成装置において、安定した高寿命の現像工程を提供することができる。
また、長寿命化を達成するためには、作像プロセスにおいて感光体ドラム等の像担持体にかかる静電的なストレスを軽減するのがよいとされている。これにより、像担持体の寿命が向上して、装置全体の長寿命化が達成される。
【０００５】
一方、２成分現像剤を用いた画像形成装置において、経時においても安定した画像濃度を得ることを目的として、現像部内において２成分現像剤における未帯電トナーの割合を定める技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１２９２６８号公報（第２−３頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の画像形成装置は、長寿命化を目的として静電的なストレスを低減した感光体ドラムを用いた場合に、経時で地肌汚れ画像が発生しやすいという問題があった。
【０００８】
一般的に、デジタル式の画像形成装置等において、感光体ドラム上の表面電位は、帯電電位ＶＤが非画像部電位となり、露光電位ＶＬが画像部電位となる。そして、現像部に現像電圧ＶＢ（現像バイアス）を印加することによって、現像ポテンシャルΔＶ１（＝ＶＢ−ＶＬ）と、地肌ポテンシャルΔＶ２（＝ＶＤ−ＶＢ）とが定まる。
ここで、現像ポテンシャルΔＶ１は、感光体ドラム上の静電潜像に対する現像性に大きく影響する。他方、地肌ポテンシャルΔＶ２は、感光体ドラム上の地肌汚れに大きく影響する。
【０００９】
ここで、感光体ドラム上の静電的ストレスを低減して長寿命化を達成するために、感光体ドラム上の帯電電位が小さくなるように設定した場合、上述の現像ポテンシャルと地肌ポテンシャルとが小さくなって、現像性と地肌汚れとに対して余裕度が低下する。すなわち、経時において帯電電位が低下したり、トナーの帯電量が上昇して現像性が低下した場合等に、現像性を確保するとともに地肌汚れの発生を抑止することが難しくなる。
【００１０】
さらに、感光体ドラムの感光層における自己クーロン反発を低減して高画質化を達成するために、感光体ドラムの感光層を薄膜化した場合には、感光体ドラムを長寿命化することが難しく、感光体ドラムの劣化が早まるとともに地肌汚れがさらに生じやすくなる。
【００１１】
他方、小粒径化かつ球形化されたトナーを２成分現像方式に用いた画像形成装置においては、現像部においてトナーの流動性が悪化することにより、現像部からトナーが飛散して装置内を汚したり画像不良をおこすことがある。
すなわち、小粒径化かつ球形化されたトナーは、表面積が小さく堆積時に密集しやすいために、現像剤中の空隙が減ってトナーの流動性が悪化する。トナーの流動性が悪化すると、キャリアとの充分な撹拌による摩擦帯電が妨げられて、飛散しやすい不良帯電トナーが増加する。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、地肌汚れがなく高画質な画像を経時においても安定的に形成できるとともに、現像部からのトナー飛散が軽減された、長寿命の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、地肌汚れのない良好な画像を継続的に形成するとともに、現像部からのトナー飛散を軽減するには、像担持体の感光層の膜厚と表面電位との関係を適正に設定して、現像部におけるトナーの帯電量分布を適正に維持する必要がある。
【００１４】
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる画像形成装置は、感光層を有する像担持体と、トナーとキャリアとを混合して当該トナーを帯電させるとともに、前記像担持体上に形成される静電潜像に前記トナーを供給する現像部とを備え、前記感光層の膜厚をＰｄμｍとし、前記像担持体上における表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜ボルトとしたときに、｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０なる関係が成立して、前記現像部内の前記トナーは、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率を１０個数％未満とされたものである。
【００１５】
また、請求項２記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１記載の発明において、前記トナーは、体積平均粒径が３〜６μｍとなるように形成されたものである。
【００１６】
また、請求項３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記キャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍとなるように形成されたものである。
【００１７】
また、請求項４記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記現像部内にトナーを補給するトナー補給部と、該トナー補給部のトナー補給量を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記現像部において前記キャリアに対する前記トナーの被覆率が２０〜７０％となるように前記トナー補給部を制御するものである。
【００１８】
また、請求項５記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記トナーは、円形度が０．９６以上となるように形成されたものである。
【００１９】
また、請求項６記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記像担持体は、前記感光層の膜厚Ｐｄが２０μｍ以下となるように形成されたものである。
【００２０】
また、請求項７記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記像担持体は、表面層にフィラーを備えたものである。
【００２１】
また、請求項８記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光部を備え、前記露光部は、光源から射出される露光光の前記像担持体上におけるビーム径が１０〜４０μｍとなるように構成されたものである。
【００２２】
また、請求項９記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項８に記載の発明において、前記露光部の前記光源は、半導体レーザであって、前記露光部は、前記露光光を前記像担持体の幅方向に走査露光して前記静電潜像を形成するものである。
【００２３】
また、請求項１０記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項８に記載の発明において、前記露光部の前記光源は、前記像担持体に対向するように幅方向に配列された複数の発光ダイオードであって、前記露光部は、前記露光光を前記像担持体の幅方向に一括露光して前記静電潜像を形成するものである。
【００２４】
また、この発明の請求項１１記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、前記像担持体と前記現像部とが一体的に構成されたプロセスカートリッジであって、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に構成されたものである。
【００２５】
また、本明細書において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体にトナーを供給する現像部と、像担持体をクリーニングするクリーニング部とのうち、少なくとも１つと、像担持体とが、一体的にカートリッジ化されて、画像形成装置本体に着脱自在に構成された集合体と定義する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態．
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１及び図２にて、本実施の形態における画像形成装置の構成・動作について説明する。図１は実施の形態における画像形成装置を示す構成図であり、図２は図１の画像形成装置における作像部（プロセスカートリッジ）を示す構成図である。
【００２７】
図１及び図２において、１は像担持体としての感光体ドラム、２は感光体ドラム１の表面を帯電する帯電部、３は光源から露光光Ｌを射出して感光体ドラム１上に静電潜像を形成する露光部、４は感光体ドラム１上に形成された静電潜像を現像する現像部、５は現像部４内の現像剤を担持して感光体ドラム１にトナーを供給する現像ローラ、６は現像部４内のトナーとキャリアとを混合する撹拌ローラ、７は現像部４内のトナー濃度を検出する磁気センサ、８は現像ローラ５上の現像剤の量を規制するドクターブレード、１０は感光体ドラム１表面の電位を除電する除電部、１２は感光体ドラム１上の未転写トナーを回収するクリーニング部、１３は各プロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍで形成されたトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、１４は被転写材Ｐを所定のタイミングで転写部１５に搬送するレジストローラ、１５は中間転写ベルト１３上で形成したカラートナー像を被転写材Ｐに転写する転写部、１６は転写工程後の被転写材Ｐを定着部１７に搬送する搬送ベルト、１７は被転写材Ｐ上の未定着のトナー像を定着する定着部、１８は現像部４内に未使用のトナーを供給するトナー補給部、１９はトナー補給部１８を制御する制御部を示す。
【００２８】
ここで、図１に示すように、中間転写ベルト１３の外周には、４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍと、転写部１５とが配設されている。４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍは、それぞれ、図２に示すように、感光体ドラム１、帯電部２、現像部４、クリーニング部１２を具備し、装置本体に対して着脱自在に構成されている。
また、４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍの現像部４には、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの異なる色のトナーが収納されている。そして、４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍにて、それぞれ、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタに対応した各色の作像プロセスがおこなわれる。
【００２９】
また、感光体ドラム１は、機能分離型の有機電子写真感光体（ＯＰＣ）である。詳しくは、感光体ドラム１は、ドラム状の素管からなる導電性基体上に、感光層と保護層とを順次積層したものである。感光層は、電荷発生層と電荷輸送層とを順次積層したものである（導電性基体側が電荷発生層である。）。保護層は、層中にフィラーを含有する。
【００３０】
そして、感光層の膜厚をＰｄμｍとし、感光体ドラム１上に形成される表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜ボルトとしたときに、
｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０
なる関係が成立するように設定されている。これにより、感光体ドラム１の感光層の一部が経時で静電破壊されるのが防止されて、感光体ドラム１の寿命が向上する。
なお、｜ＶＤ｜が最大となるのは、概ね、感光層に帯電電位が印加されるときであるので、上式は感光体ドラム１上の帯電電位と感光層膜厚とについての関係式ととらえることもできる。
また、本実施の形態では、感光体ドラム１の感光層の膜厚が２０μｍ以下となるように設定されている。
【００３１】
また、図２を参照して、現像部４は、現像ローラ５、撹拌ローラ６、磁気センサ７、ドクターブレード８等で構成される。そして、現像部４内には、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤が収納されている。
現像部４の現像ローラ５は、感光体ドラム１に近接するように配置されており、両部材の対向部分に現像領域が形成される。現像ローラ５には、アルミニウム、真ちゅう、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒状に形成してなる現像スリーブが設けられている。そして、現像スリーブは、不図示の回転駆動機構によって、図１及び図２の時計方向に回転駆動される。
現像ローラ５の現像スリーブ内には、現像スリーブ上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体が固設されている。
【００３２】
このように構成された現像部４において、撹拌ローラ６によって混合された現像剤が、現像ローラ５の位置に搬送される。このとき、現像剤を構成するキャリアは、磁石ローラ体から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ上にチェーン状に穂立ちする。ここで、このチェーン状に穂立ちするキャリアには、帯電したトナーが付着していて、現像ローラ５上に磁気ブラシが形成される。
【００３３】
現像ローラ５上に形成された磁気ブラシは、現像スリーブの回転移送にともなって、現像スリーブと同方向に移送される。そして、磁気ブラシは、ドクターブレード８の位置（現像領域の上流側である。）で、適当な現像剤の量に規制される。
その後、現像ローラ５上の磁気ブラシは、現像領域に達して、現像剤中のトナーが、感光体ドラム１上に形成された静電潜像に吸着してトナー像を形成する。
【００３４】
なお、現像部４の底部には、磁気センサ７が設置されている。磁気センサ７は、現像剤の透磁率を検出するセンサであり、現像部４内の現像剤の透磁率変化によって現像剤のトナー濃度（トナー量）を検出する。この磁気センサ７の検出結果は、制御部１９に転送される。
【００３５】
そして、磁気センサ７の検出結果に基づいて、制御部１９によってトナー補給部１８が制御されて、現像部４に適宜トナーが補給される（矢印Ｔのトナー補給経路である。）。
ここで、トナー補給部１８から補給されるトナー補給量は、現像部４においてキャリアに対するトナーの被覆率が２０〜７０％となるように制御されたものである。これについては、後で詳述する。
【００３６】
また、現像部４内のトナーは、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ（×１０^-15クーロン／μｍ）以上となるトナーの比率が１０個数パーセント未満となるように設定されている。すなわち、現像部４内におけるトナーの帯電量分布は、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率が、現像部４内における全体のトナーに対して１０個数パーセント未満となるものである。
【００３７】
また、初期的に現像部４内に収納されるトナーと、トナー補給部１８から現像部４内に補給されるトナーとは、同一材料からなるものであって、体積平均粒径が３〜６μｍであり、円形度が０．９６以上となるように形成されたものである。
さらに、現像部４内に収納されたキャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍとなるように形成されたものである。
【００３８】
なお、本実施の形態では、現像部４内のトナー濃度の制御を磁気センサ７にておこなった。これに対して、感光体ドラム１上に形成する濃度パターンの画像濃度を検出する光学センサを用いて、現像部４内のトナー濃度を制御することもできる。すなわち、感光体ドラム１上に形成した濃度パターンの画像濃度の大小に係わる光学センサの検出結果に基づいて、トナー補給部１８から補給するトナー補給量を調整することができる。
【００３９】
また、図２を参照して、露光部３は、主として、セルフォックレンズ等の等倍結像素子を感光体ドラム１の幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に配列してなるレンズアレイ部３ａと、光源としての複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を感光体ドラム１の幅方向に配列してなるＬＥＤ基板部３ｂとからなる。ここで、露光部３は、レンズアレイ部３ａが感光体ドラム１表面に近接するように配置される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、露光部３の光源として複数の発光ダイオードを用いて、いわゆるリニアアレイ光源型の露光部を構成した。
これに対して、露光部３の光源として半導体レーザ（ＬＤ）を用いて、いわゆるレーザ走査型の露光部を構成することもできる。その場合、露光部において、光源から感光体ドラム１までの光路中に、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ、ミラー等の光学素子が配置されることになる。
【００４１】
ここで、本実施の形態における露光部３は、感光体ドラム１表面における露光光Ｌのビーム径が、１０〜４０μｍとなるように構成されている。
なお、露光光Ｌのビーム径とは、露光光のビーム最大強度（軸上強度）に対して強度が１／ｅ²（≒０．１３５）となる点までの径と定義される。
【００４２】
次に、画像形成装置全体の動作について説明する。
まず、図１及び図２を参照して、各プロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍにおいて、図の反時計方向に回転する感光体ドラム１は、帯電部２との対向位置で、その表面が帯電される。
そして、帯電部２で帯電された感光体ドラム１表面は、さらに回転して、露光光Ｌの照射位置に達する。そして、原稿等の各色の画像情報に対応した露光光Ｌの照射によって、各感光体ドラム１上に各色に対応した静電潜像が形成される。なお、原稿等の画像情報は、不図示の原稿読取部で光学的に読み取られたものである。
【００４３】
その後、潜像が形成された感光体ドラム１表面は、現像部４との対向位置（現像領域である。）に達する。そして、この現像部４で、上述のごとく、感光体ドラム１上の潜像が現像される。
その後、現像部４により現像された各感光体ドラム１表面は、それぞれ、中間転写ベルト１３との対向位置に達する。そして、各プロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍの感光体ドラム１上に形成された各色のトナー像が、順次、中間転写ベルト１３上に重ねて転写される。こうして、中間転写ベルト１３上には、ブラックトナー、イエロートナー、シアントナー、マゼンタトナーによるカラーのトナー像が形成される。
【００４４】
その後、中間転写ベルト１３位置を通過した未転写トナーを有する感光体ドラム１表面は、クリーニング部１２との対向位置に達する。そして、感光体ドラム１に当接するクリーニングブレードにより、ドラム表面に付着する未転写トナーがクリーニング部１２内に回収される。
その後、クリーニング部１２を通過した感光体ドラム１表面は、除電部１０の位置に達する。そして、この位置で感光体ドラム１表面の表面電位は除電されて、感光体ドラム１上における一連のプロセスを終了する。
【００４５】
一方、カラートナー像が形成された中間転写ベルト１３表面は、転写部１５との対向位置に達する。そして、転写部１５の位置で、レジストローラ１４によってタイミングを合わせて搬送された被転写材Ｐ上に、中間転写ベルト１３上のカラートナー像が転写される。
その後、転写部１５位置を通過した未転写トナーを有する中間転写ベルト１３表面は、不図示のベルトクリーニング部との対向位置に達する。そして、中間転写ベルト１３に当接するベルトクリーニングブレードにより、中間転写ベルト１３表面に付着する未転写トナーがベルトクリーニング部内に回収される。
【００４６】
ここで、転写部１５に搬送される被転写材Ｐは、不図示の給紙部から給送されて、レジストローラ１４を経由して搬送されたものである。
その後、トナー像が転写された後の被転写材Ｐは、搬送ベルト１６を経由して、定着部１７の位置に達する。そして、この位置で、転写工程後の被転写材Ｐ上のトナー像が、定着される。
そして、定着工程後の被転写材Ｐは、図示せぬ排紙部を通過して、画像形成装置の外部に向けて排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００４７】
次に、上述の画像形成装置に用いられる感光体ドラム１について、詳述する。
先に説明したように、感光体ドラム１は、導電性基体、電荷発生層と電荷輸送層とからなる感光層、表面層としての保護層等からなる。そして、それらの材料としては、公知のものを用いることができる。
詳しくは、感光体ドラム１の導電性基体は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属又はそれらの合金；ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド等のプラスチック又はガラス等の絶縁性基板上にＡｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属膜又はＩｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂等の金属酸化物膜を設けたもの等を用いることができる。
【００４８】
また、感光層の電荷発生層は、電荷発生物質のみから形成することができる。さらには、電荷発生層は、電荷発生物質をバインダー樹脂中に均一に分散させて形成することもできる。
そして、このような電荷発生層の成分を適当な溶媒中に分散する。さらに、これを導電性基体上に塗布して乾燥させることにより、導電性基体上に所望の電荷発生層が形成される。
【００４９】
電荷発生層を構成する電荷発生物質としては、例えば、特開昭５３−９５０３３号公報、特開昭５３−１３２５４７号公報、特開昭５４−２１２９号公報、特開昭５４−１２７４２号公報、特開昭５４−１７７３３号公報、特開昭５４−１７７３４号公報、特開昭５４−２１７２８号公報、特開昭５４−２２８３４号公報、特開昭５７−１９５７６７号公報等に記載された公知のものを用いることができる
【００５０】
具体的には、電荷発生物質として、シーアイピグメントブルー２５（ＣＩ２１１８０）、シーアイピグメントレッド５２（ＣＩ４５１００）、シーアイベーシックレッド３（ＣＩ４５２１０）等の有機顔料；ポルフィリン骨格を有するフタロシアニン系顔料；カルバゾール骨格を有するアゾ顔料；スチルベン骨格を有するアゾ顔料；ジスチリルベンゼン骨格を有するアゾ顔料；トリフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料；ジベンゾチオフェン骨格を有するアゾ顔料；オキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料；フルオレノン骨格を有するアゾ顔料；ビススチルベン骨格を有するアゾ顔料；ジスチリルオキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料；ジスチリルカルバゾール骨格を有するアゾ顔料；カルバゾール骨格を有するトリスアゾ顔料；シーアイピグメントブルー１６（ＣＩ７４１００）等のフタロシアニン系顔料；シーアイバットブラウン５（ＣＩ１７３４１０）等のインジゴ顔料；アルゴスカーレッドＢ（バイオレット社製）、インダンスレンスカーレットＲ（バイエル社製）等のペリレン系顔料；スクエアリック顔料等の有機顔料を用いることができる。
【００５１】
電荷発生層にバインダー樹脂を用いる場合には、そのバインダー樹脂として、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリケトン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリアクリルアミド等を用いることができる。
バインダー樹脂の量は、電荷発生物質が１００重量部に対して、５〜１００重量部、好ましくは１０〜５０重量部である。また、その際に用いられる溶媒としては、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、シクロヘキサン、メチルエチルケトン、１，１，２−トリクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、ジクロロメタン、エチルセルソルブ等の単独溶媒又は混合溶媒を用いることができる。
また、電荷発生層の平均膜厚は０．０１〜２μｍ、好ましくは０．１〜１μｍである。
【００５２】
また、感光層の電荷輸送層は、電荷輸送物質、バインダー樹脂、レベリング剤から形成することができる。なお、電荷輸送層は、上述の成分に可塑剤を加えて形成することもできる。
そして、このような電荷輸送層の成分を適当な溶媒中に溶解する。さらに、これを電荷発生層上に塗布して乾燥させることにより、電荷発生層上に所望の電荷輸送層が形成される。
【００５３】
電荷輸送層を構成する電荷輸送物質としては、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート及びその誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド縮合物及びその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、９−（ｐ−ジエチルアミノスチリル）アントラセン、１，１−ビス（４−ジベンジルアミノフェニル）プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、フェニルヒドラゾン類、α−スチルベン誘導体等の電子供与性物質を用いることができる。
【００５４】
電荷輸送層に用いるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート、酢酸セルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルトルエン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００５５】
電荷輸送層を形成するための溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、モノクロルベンゼン、１，２−ジクロロエタン、シクロヘキサノン、ジクロロメタン、１，１，２−トリクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタン等の単独溶媒又はこれらの混合溶媒を用いることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態の感光体ドラム１は、耐摩耗性を向上させるために、上述の電荷輸送層上にさらに保護層を設けている。そして、表面層としての保護層中には、フィラーが含有されている。
表面層中に含有されるフィラーとしては、有機フィラーと無機フィラーとのうち、どちらを用いることもできる。
【００５７】
有機フィラーとしては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、ａ−カーボン粉末等の材料を用いることができる。
無機フィラーとしては、シリカ、酸化すず、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、アンチモンをドープした酸すず、すずをドープした酸化インジウム等の金属酸化物、フッ化すず、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等の金属フッ化物、チタン酸カリウム、窒化ホウ素等の材料を用いることができる。なお、無機フィラーは、耐摩耗性に優れているために、表面層のフィラーとして特に好適な材料である。
【００５８】
これらのフィラーは、表面層のフィラーとして、単独で用いることもできるし、２種以上を混合して用いることもできる。また、表面層中の分散性を向上させるために、上述のフィラーに対して表面処理剤で表面処理をおこなうこともできる。
また、ボールミル、サンドミル等の公知の工法によって、感光体ドラム１の表面層の塗工液中にフィラーを分散させて、表面層を形成する。なお、表面層におけるフィラーの含有量は、全固形分に対して５〜４０重量％が好ましく、さらに好ましくは１０〜３０重量％である。また、フィラーの体積平均粒径は、０．０５〜１．０μｍが好ましい。
【００５９】
なお、本実施の形態では、感光体ドラム１の感光層上に、表面層として保護層を設けた。これに対して、感光体ドラム１の感光層上に保護層を設けずに、感光層の電荷輸送層を表面層として用いてもよい。この場合、感光層の電荷輸送層中にフィラーを含有させることで、感光体ドラム１を高寿命化することができる。
また、本実施の形態では、導電性基体上に電荷発生層を設けたが、電荷発生層に係わる接着性や電荷ブロッキング性を向上させるために、導電性基体と電荷発生層との間に下引き層を設けることもできる。
さらに、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラム１を用いたが、像担持体として感光体ベルトを用いることもできる。
【００６０】
次に、上述の画像形成装置に用いられるトナーについて、詳述する。
トナーは、結着樹脂、着色剤、離型剤等からなる母体粒子に添加剤を添加したものである。詳しくは、まず、結着樹脂、着色剤、離型剤等からなる混合物を、熱ロールミルで溶融混練する。その後、その混合物を冷却固化して、さらに粉砕分級して母体粒子を形成する。そして、その母体粒子に添加剤をヘンセルミキサー等で混合付着させて、トナー粒子を形成する。
【００６１】
ここで、トナー母体粒子を構成する結着樹脂、着色剤としては、公知のトナー用結着樹脂を用いることができる。
具体的には、結着樹脂は、軟化点が９０〜１５０℃、ガラス転移温度が５０〜７０℃、数平均分子量が２０００〜６０００、重量平均分子量が８０００〜１５００００のものを用いることが好ましい。また、着色剤は、着色力と帯電性とのバランスの観点から、トナー粒子における含有量が２〜１２％程度のものが好ましい。
【００６２】
また、トナー母体粒子を構成する離型剤についても、公知のものを用いることができる。
具体的には、カルナウバワックス、モンタンワックス、酸化ライスワックスを単独で用いるか、複数組み合わせて用いることが好ましい。離型剤の含有量は、トナー樹脂成分に対して１〜１０％の範囲とすることが好ましい。また、離型剤の体積平均粒径は、トナーバインダー中に分散させる前の状態で、１０〜３００μｍの範囲が好ましい。
【００６３】
また、トナー母体粒子に添加される添加剤としては、酸化チタン、シリカ等の無機微粉体が好ましい。これらの添加剤を用いることによって、効率的な帯電付与が可能となる。
なお、トナーの製造方法は、上述の粉砕法に限定されることなく、乳化重合法や溶解懸濁法等の公知の重合法を用いることもできる。
【００６４】
そして、本実施の形態で用いるトナーは、その円形度が０．９６以上となるように形成されたものである。
ここで、トナー粒子の円形度は次式で定義される。
円形度＝（粒子の投影面積と同じ面積を有する円の周囲長）/（粒子投影像の周囲長）
したがって、円形度が１．００のとき、そのトナー粒子は真球形状となる。なお、トナーの円形度の測定は、代表的には、フロー式粒子像測定器「ＦＰＩＡ」（ホソカワミクロン社製）を用いて測定することができる。
【００６５】
また、本実施の形態で用いるトナーは、その体積平均粒径が、３〜６μｍとなるように形成されたものである。
ここで、体積平均粒径の測定は、代表的には、粒径分布測定器「コールターカウンターＴＡ２型」（コールターエレクトロニクス社製）を用いて測定することができる。
【００６６】
次に、上述の画像形成装置に用いられるキャリアについて、詳述する。
キャリアは、磁性を有した核体粒子に被覆層を設けたものである。
ここで、キャリアを構成する核体粒子としては、公知のものを用いることができる。
具体的には、核体粒子として、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属や、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の合金又は化合物を用いることができる。
【００６７】
また、キャリアの被覆層に用いられる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン；ポリビニル又はポリビニリデン系樹脂、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン；塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体；スチレン／アクリル酸共重合体；オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコン樹脂のようなシリコン樹脂又はその変性品（例えば、アルキド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン等）；弗素樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトポリカーボネート；アミノ樹脂、例えば、尿素・ホルムアルデヒド樹脂；エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００６８】
また、本実施の形態で用いるキャリアは、その体積平均粒径が、２０〜５０μｍとなるように形成されたものである。
ここで、体積平均粒径の測定は、上述の粒径分布測定器を用いて測定することができる。
以上述べたトナー及びキャリアの形成条件は、トナー画像において粒状性等に係わる画質を確保しつつ、トナー飛散を抑止するためのものである。
【００６９】
次に、現像部４内において制御すべき、キャリア表面に対するトナーの被覆率について詳述する。
ここで、本実施の形態における被覆率は次式で定義される。
被覆率（％）＝（トナーの全投影面積）/（キャリアの全表面積）×１００
【００７０】
詳しくは、上式に係わる現像剤全体の被覆率を求めるには、まず、トナー及びキャリアの粒径分布を複数領域に細分化して、それらの各領域ごとに被覆率を求める。そして、これらの各領域の被覆率から全体の被覆率を求める。
すなわち、上式は、トナー及びキャリアの粒径分布のばらつきを考慮したものであり、実際の現像剤の充填状態に即した正確な被覆率を求めるためのものである。
【００７１】
具体的には、被覆率は以下のように算出される。
トナーの全投影面積については、まず、トナーの粒径を、上述の粒径分布測定器を用いて測定して、トナー粒径分布を細区分化したヒストグラムデータに集約する。そして、細区分化した各チャンネルごとに、トナー代表粒径Ｒｔ（上下端の粒径平均値）と、そのチャンネルに含まれるトナーの個数ｎｔとを決定する。そして、それらを用いてチャンネルにおける全トナーの投影面積（π（Ｒｔ／２）²×ｎｔ）を求める。そして、各チャンネルごとに求めた投影面積の総和ｓ１を求める。
ｓ１＝Σ（π（Ｒｔ／２）²×ｎｔ）
【００７２】
さらに、チャンネルごとの全トナー質量（４／３π（Ｒｔ／２）³×σｔ×ｎｔ）を求める。ここで、σｔは、トナーの密度である。そして、各チャンネルごとに求めた質量の総和ｗ１を求める。
ｗ１＝Σ（４／３π（Ｒｔ／２）³×σｔ×ｎｔ）
そして、上式で求めたｓ１とｗ１とを用いて、トナー１グラム（ｇ）あたりの全投影面積を求める。
（トナー１ｇあたりの全投影面積）＝（ｓ１／ｗ１）
【００７３】
キャリアの全表面積についても、まず、キャリアの粒径を、上述の粒径分布測定器を用いて測定して、キャリア粒径分布を細区分化したヒストグラムデータに集約する。そして、細区分化した各チャンネルごとに、キャリア代表粒径Ｒｃ（上下端の粒径平均値）と、そのチャンネルに含まれるキャリアの個数ｎｃとを決定する。そして、それを用いてチャンネルにおける全キャリアの表面積（４π（Ｒｃ／２）²×ｎｃ）を求める。そして、各チャンネルごとに求めた表面積の総和ｓ２を求める。
ｓ２＝Σ（４π（Ｒｃ／２）²×ｎｃ）
【００７４】
さらに、チャンネルごとの全キャリア質量（４／３π（Ｒｃ／２）³×σｃ×ｎｃ）を求める。ここで、σｃは、キャリアの密度である。そして、各チャンネルごとに求めた質量の総和ｗ２を求める。
ｗ２＝Σ（４／３π（Ｒｃ／２）³×σｃ×ｎｃ）
そして、上式で求めたｓ２とｗ２とを用いて、キャリア１グラム（ｇ）あたりの全表面積を求める。
（キャリア１ｇあたりの全表面積）＝（ｓ２／ｗ２）
【００７５】
ここで、トナーの全質量をＭｔ、トナー１ｇあたりの全投影面積をＳｔ、キャリアの全質量をＭｃ、キャリア１ｇあたりの全表面積をＳｃとしたときに、被覆率Ｔｎは、
Ｔｎ＝（Ｓｔ×Ｍｔ）／（Ｓｃ×Ｍｃ）×１００．．．式（１）
となる。
【００７６】
また、現像部４内の現像剤のトナー濃度をＣ(％)としたときに、
Ｃ＝Ｍｔ／（Ｍｔ＋Ｍｃ）×１００
Ｍｔ／Ｍｃ＝Ｃ／１００−Ｃ
が成り立つために、上記式（１）は次式で表すことができる。
被覆率Ｔｎ＝（Ｃ×Ｓｔ）／〔（１００−Ｃ）×Ｓｃ〕×１００．．式（２）
【００７７】
そして、トナー及びキャリアは上述の所定条件にて形成されているために、式（２）において、トナー１ｇあたりの全投影面積Ｓｔとキャリア１ｇあたりの全表面積Ｓｃとは定数となる。したがって、トナー濃度Ｃを所定範囲に制御することで、現像部４内のキャリアに対するトナーの被覆率Ｔｎを所定範囲に維持することができる。
【００７８】
すなわち、制御部１９は、式（２）に基づいて、現像部４内のキャリアに対するトナーの被覆率が２０〜７０％となるように、トナー補給部１８から補給されるトナー補給量を制御（トナー濃度制御）する。
【００７９】
次に、図３〜図８を用いて、本実施の形態の画像形成装置における効果を確認するための実験例について説明する。
まず、図３〜図７を参照して、実験Ａ１〜Ａ６と実験Ｂ１〜Ｂ８とについて説明する。実験Ａ１〜Ａ６と実験Ｂ１〜Ｂ８とは、感光層の膜厚Ｐｄ、感光体ドラム１上の表面電位ＶＤ（感光体電位）、キャリアに対するトナーの被覆率、低帯電トナー率のそれぞれについて、いくつかの水準のものを用いて、上述の画像形成装置にて通紙試験をおこなったものである。
【００８０】
図５は、実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８の実験条件及び実験結果を示す表である。図５中の感光体Ｎｏは、感光体膜厚Ｐｄと感光体電位ＶＤとの組み合わせを示す図３中の感光体Ｎｏに対応する。
図３に示すように、実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８において、感光体膜厚Ｐｄについて、２０μｍ、１５μｍの２水準の感光体ドラムを用いている。また、感光体電位ＶＤについて、−９００ボルト、−６００ボルト、−４５０ボルトの３水準となるように作像プロセスが調整されている。
なお、図５では、感光層膜厚Ｐｄに対する感光体電位ＶＤの比率（｜ＶＤ｜／Ｐｄ）を併記している。
【００８１】
また、図５中の現像剤Ｎｏは、トナー被覆率と低帯電トナー率との組み合わせを示す図４中の現像剤Ｎｏに対応する。
図４に示すように、実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８において、トナーの被覆率について、４０％、６０％、８０％、１００％の４水準となるように現像部４内における初期現像剤のトナー濃度が調整されている。また、低帯電トナー率について、３個数％、７個数％、１５個数％、３０個数％の４水準となるように帯電量分布が調整されている。
なお、図５では、低帯電トナー率を併記している。
【００８２】
ここで、低帯電トナー率とは、現像部内のトナーにおける単位粒径当りの帯電量（ｑ／ｄ）についての帯電量分布（ｑ／ｄ分布）において、帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率である。
具体的には、低帯電トナー率は、以下のように求められる。まず、現像部内のトナーをサンプリングして（例えば、３０００個のトナー）、それらのトナーの帯電量を測定して、全トナーの帯電量分布を求める。そして、帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーのカウント（個数）から、全トナーのカウントを除して、低帯電トナー率を求める。
【００８３】
なお、上述したトナーの帯電量の測定は、代表的には、「Ｅスパートアナライザー」（ホソカワミクロン社製）を用いることができる。
詳しくは、帯電量測定は、次のようにおこなわれる。まず、極性が互いに異なり音響振動する２枚の電極間に、測定対象のトナー粒子を落下させる。電極間に落下したトナー粒子は、振動して、電極の電界作用により電極に移動する。このときのトナー粒子の振動数と移動距離とを、レーザードップラー法によって、同時に測定する。そして、それらの測定値から、個々のトナー粒子の粒子径と帯電量とが算出される。こうして、特定のトナー粒子径の範囲にある粒子群における帯電量分布が測定されるとともに、それら粒子群の総帯電量が測定される（例えば、「ＪａｐａｎＨａｒｄｃｏｐｙ’９０論文集」第１０１−１０４頁参照）。
【００８４】
さらに、図４及び図６を参照して、低帯電トナー率と被覆率とは相関があって、被覆率が大きくなると低帯電トナー率も大きくなる。
図６は、トナーの被覆率による、トナーの帯電量分布を示すグラフである。図６において、横軸は帯電量（ｑ／ｄ）を示し、縦軸はトナーのカウントを示す。また、分布Ｇ１は被覆率４０％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ１に対応するものであり、分布Ｇ２は被覆率６０％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ２に対応するものであり、分布Ｇ３は被覆率８０％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ３に対応するものであり、分布Ｇ４は被覆率１００％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ４に対応するものである。
図６に示すように、帯電量分布は被覆率の増加にともない、そのピーク値がゼロに近づくように変化して、低帯電トナー率も大きくなる。
【００８５】
また、図５に示す実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８は、上述の実験条件にて、図１の画像形成装置にて５００００枚の画像形成をおこない、経時における画質の安定性と感光体ドラムの寿命とを評価したものである。
図５に示す感光体ドラム寿命（ＯＰＣ耐久）は、画像の非画像部に発生するつぶ状のトナー付着の程度によって評価する。すなわち、高い静電ストレスをかけて感光体ドラムを使用していくと、感光層内の内部電界が大きくなって部分的に静電破壊が生じる。その静電破壊が生じた表面部分では電荷を保持できなくなって、つぶ状トナー付着が発生する。したがって、つぶ状トナー付着の程度を評価することで、感光体ドラムの寿命を把握することができる。
図５におけるＯＰＣ耐久の評価結果は、つぶ状トナー付着のレベルを目視にて、◎、○、△、×の４段階（◎が最もよい。）で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００８６】
また、経時における画質の安定性は、画像の地肌汚れの程度によって評価する。地肌汚れは、トナーの付着を予定していない画像の非画像部において、トナーが付着してしまう現象である。地肌汚れの評価は、非画像部における画像濃度を測定することによっておこなう。図５における地肌汚れの評価結果は、地肌汚れのレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００８７】
図５の実験Ｂ１〜Ｂ３についての実験結果に示すように、｜ＶＤ｜／Ｐｄが３０を超えるとき、つぶ状トナー付着が多く発生してＯＰＣ耐久が許容レベルを下回るのが確認された。
また、図５の実験Ｂ４〜Ｂ６についての実験結果に示すように、低帯電トナー率が１０個数％を超えるとき、許容レベルを下回る地肌汚れが発生することが確認された。
さらに、図５の実験Ｂ７〜Ｂ８についての実験結果に示すように、｜ＶＤ｜／Ｐｄが３０を超え、低帯電トナー率が１０個数％を超えるとき、許容レベルを下回るＯＰＣ耐久及び地肌汚れが発生することが確認された。
【００８８】
これに対して、図５の実験Ａ１〜Ａ６についての実験結果に示すように、｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０なる関係が成立して、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、ＯＰＣ耐久と地肌汚れとが許容レベル内であることが確認された。
以上述べたように、｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０なる関係が成立して、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、経時においても安定的に画像形成をおこなうことができる。
【００８９】
また、図５の各実験において、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、現像部から飛散するトナー量が極めて少なくなることが確認された。
図７は、低帯電トナー率とトナー飛散レベルとの関係を示すグラフである。図７において、横軸は低帯電トナー率を示し、縦軸はトナー飛散レベルを示す。ここで、トナー飛散レベルは、通紙試験後における画像形成装置内のトナー飛散量を、５段階の限度見本に基づいて評価したものである。なお、トナー飛散レベルは、数値が大きくなるほどトナー飛散量が多い状態である。また、図７において、直線Ｊは、添加剤の添加量の異なる５種類のトナー（図７における５種類のプロットに対応するものである。）についての、低帯電トナー率とトナー飛散レベルとの関係を示すデータに基づいて直線近似したものである。
図７に示すように、低帯電トナー率とトナー飛散レベルとには相関があり、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、トナー飛散量が著しく減少することが確認された。
【００９０】
次に、図８を参照して、実験Ｅ１〜Ｅ７と実験Ｆ１〜Ｆ７とについて説明する。
図８は、実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７の実験条件及び実験結果を示す表である。実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７は、トナーの体積平均粒径（トナー粒径）、キャリアの体積平均粒径（キャリア粒径）、トナーの被覆率、トナーの円形度、感光層膜厚Ｐｄ、露光光のビーム径のそれぞれについて、いくつかの水準のものを用いて、上述の画像形成装置にて通紙試験をおこなったものである。
【００９１】
図８に示すように、実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７において、現像剤に係わるパラメータは次のように水準をふった。トナーの体積平均粒径については、４．５μｍ、５．５μｍ、７μｍの３水準のトナーを用いている。キャリアの体積平均粒径については、３５μｍ、５５μｍの２水準のキャリアを用いている。トナーの被覆率については、４０％、６０％、８０％の３水準となるように現像部内のトナー濃度が調整されている。トナーの円形度について、０．９４、０．９６、０．９８の３水準のトナーを用いている。
また、実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７において、潜像形成に係わるパラメータは次のように水準をふった。感光体膜厚Ｐｄについては、２０μｍ、３０μｍの２水準の感光体ドラムを用いている。露光光のビーム径については、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍの３水準となるように露光部が調整されている。
【００９２】
また、図８に示す実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７は、上述の実験条件にて、図１の画像形成装置にて画像形成をおこない、地肌汚れ、粒状性、階調性、鮮鋭性、文字中抜けの5項目について、画像評価したものである。
図８に示す地肌汚れは、上述の図５と同様に、地肌汚れのレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。
【００９３】
図８に示す粒状性とは、画像のざらつき感をあらわし、以下に説明する粒状度として算出されるものである。
まず、画像評価チャートにある階調パターン（２１２線／インチのディザパターンである。）を用いて、高明度から低明度までの１６パッチの画像を、画像形成装置の原稿読取部（スキャナ）で読み取る。なお、１パッチの大きさは約１ｃｍ×１ｃｍであり、原稿読取部の読み取り解像度は２４００ｄｐｉである。
【００９４】
そして、原稿読取部で読み込んだ画像の輝度を明度データに変換して、次式にて粒状度を算出する。
粒状度＝ｄ×ｅｘｐ（ａ×Ｌ＋ｂ）×Σ（ＷＳ（ｆ））^1/2×ＶＴＦ（ｆ）＋ｃ
ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数、Ｌはパッチの平均明度、ＷＳ（ｆ）は明度変動のパワースペクトラム、ｆは空間周波数（サイクル／ｍｍ）、ＶＴＦ（ｆ）は視覚の空間周波数特性である。
上式は、パッチ内全域の明度むらを周波数解析して視覚の周波数特性を乗ずるもので、視覚特性の重み付けをしたざらつき感が評価できる（例えば、リコーテクニカルレポートＮｏ２３（１９９７年）「ハーフトーンカラー画像のノイズ評価法」参照）。
図８における粒状性の評価結果は、上式で求めた粒状度に基づいて、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９５】
また、図８に示す階調性とは、濃度（又は色）の連続性とダイナミックレンジの広さをあらわすものであり、以下のように評価する。
まず、画像評価パターンのうち２１２線ディザの階調パターンの１７パッチについて、分光反射濃度計「Ｘ−ｒｉｔｅ９３８」（Ｘ−ｒｉｔｅ社製）を用いて明度を測定する。そして、入力レベルに対する明度の直線性を評価する。その際、直線回帰における相関係数を２乗した数値が１に近いほど、階調性がよいことになる。
図８における階調性の評価結果は、階調性のレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９６】
また、図８に示す鮮鋭性とは、画像における解像力をあらわすものであり、以下のように評価する。
まず、画像評価パターンのうち、６サイクル／ｍｍのペアラインについて、濃度プロファイルを測定して、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を求める。ＭＴＦはペアラインのつぶれやかすれの程度をあらわし、ＭＴＦが１に近いほど鮮鋭性がよいことになる。
図８における鮮鋭性の評価結果は、鮮鋭性のレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９７】
また、図８に示す文字中抜けとは、文字画像におけるライン部の中心部分が白く抜けてしまう現象である。文字中抜けの評価は、小さなポイント文字について、目視にてランク付けをおこなうものである。
図８における文字中抜けの評価結果は、文字中抜けのレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９８】
図８の実験Ｆ１についての実験結果に示すように、トナーの体積平均粒径が７μｍのとき、粒状性について著しく許容レベルを下回ることが確認され、階調性と鮮鋭性とについても許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ２についての実験結果に示すように、キャリアの体積平均粒径が５５μｍのとき、粒状性について許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ３〜Ｆ４についての実験結果に示すように、キャリアに対するトナーの被覆率が８０％のとき、地肌汚れについて許容レベルを下回ることが確認された。
【００９９】
また、図８の実験Ｆ５についての実験結果に示すように、トナーの円形度が０．９４のとき、文字中抜けについて許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ６についての実験結果に示すように、感光層膜厚Ｐｄが３０μｍのとき、階調性と鮮鋭性とについて許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ７についての実験結果に示すように、露光光のビーム径が５０μｍのとき、階調性と鮮鋭性とについて許容レベルを大きく下回ることが確認された。
【０１００】
これに対して、図８の実験Ｅ１〜Ｅ７についての実験結果に示すように、トナー体積平均粒径が６μｍ以下で、キャリア体積平均粒径が５０μｍ以下で、トナー被覆率が７０％以下で、トナー円形度が０．９６以上で、感光層膜厚Ｐｄが２０μｍ以下で、ビーム径が４０μｍ以下のとき、地肌汚れ、粒状性、階調性、鮮鋭性、文字中抜けのすべての項目について許容レベル内であることが確認された。
【０１０１】
以上説明したように、本実施の形態においては、感光体ドラム１における感光層の膜厚をＰｄ（μｍ）とし、感光体ドラム１上における表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜（ボルト）としたときに、
｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０
なる関係が成立するように、感光層膜厚Ｐｄに対して最適な感光体電位が設定されている。
また、現像部４において、単位粒径当りの帯電量ｑ／ｄが−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率が、１０個数％未満となるように帯電量分布が制御されている。
これによって、地肌汚れのない良好な画質を長期間にわたって維持することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態においては、上述の構成に加えて、現像部４内における現像剤の条件として、トナーの体積平均粒径を３〜６μｍとし、キャリアの体積平均粒径を２０〜５０μｍとし、トナーの円形度を０．９６以上としているために、上述の画質に対してより一層高い画質を提供することができる。
具体的には、トナーの体積平均粒径を６μｍ以下として小粒径化し、円形度を０．９６以上にして球形化することで、画像の粒状性が向上する。また、キャリアの体積平均粒径を５０μｍ以下にして小粒径化することで、現像領域における現像ローラ５上の磁気ブラシがより均一化されるために、画像の粒状性がさらに向上する。また、トナーの円形度を０．９６以上にして球形化することで、転写工程におけるライン画像等に対する文字中抜けの発生が抑止される。
【０１０３】
なお、トナー体積平均粒径とキャリア体積平均粒径とに、それぞれ、下限値を設けたのは次の理由による。
すなわち、トナー体積平均粒径が３μｍ未満になると、トナー飛散が抑止できなくなって、ハンドリング性が悪化するためである。
また、キャリア体積平均粒径が２０μｍ未満になると、キャリアの飽和磁化の程度が低下して現像ローラ５からキャリアが離脱しやすくなって、離脱したキャリアが感光体ドラム１上に付着して感光体ドラム寿命が短くなったり、異常画像が発生するためである。
【０１０４】
また、本実施の形態においては、上述の構成に加えて、感光体ドラム１や潜像形成やトナー濃度制御に係わる条件として、感光層の膜厚Ｐｄを２０μｍ以下とし、感光体ドラム１の表面層にフィラーを含有させ、ＬＥＤ（又はＬＤ）の光源から射出される露光光Ｌのビーム径を１０〜４０μｍとし、現像部４内におけるキャリアに対するトナーの被覆率が２０〜７０％となるようにトナー濃度制御をしているために、上述の画質に対してより一層高い画質を経時においても安定的に提供することができる。
【０１０５】
具体的には、感光層膜厚Ｐｄを２０μｍ以下にして薄膜化することで、感光層の電荷輸送層における電荷の自己クーロン反発による潜像の拡大が制限されるので、画像の鮮鋭性が向上する。また、感光体ドラム１の表面層中にフィラーを添加することで、感光体ドラム１表面の膜削れが抑止されるので、上述の感光層膜厚Ｐｄを長期間維持して感光体ドラム１の経時劣化を防止できるとともに、感光体ドラム１上の安定した帯電電位による安定した画質を提供することができる。
【０１０６】
また、露光光Ｌのビーム径を４０μｍ以下にすることで、感光体ドラム１上において１画素に与えるエネルギー密度が高くなってドット画像の再現性がよくなるので、画像の階調性及び鮮鋭性が向上する。すなわち、ビーム径が４０μｍを超えた場合には、潜像が大きくなり、再現できる最小ドット面積が大きくなってしまうために、画像の階調性及び鮮鋭性は低下する。
なお、ビーム径に下限値を設けたのは、ビーム径が１０μｍ未満になると、ベタ画像がうまらなくなり画像濃度が不充分となって、画像の色再現性が低下するためである。
【０１０７】
また、キャリアに対するトナーの被覆率を７０％以下に制御することで、帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上の弱帯電トナー及び逆帯電トナーが１０個数％未満に維持されるので、経時においても地肌汚れのない良好な画質を維持できるとともに、経時におけるトナー飛散の発生も軽減することができる。
なお、トナー被覆率に下限値を設けたのは、トナー被覆率が２０％未満になると、トナーのチャージアップが大きくなって、画像濃度が低下するためである。
【０１０８】
ここで、本実施の形態において、露光部３は光源として複数のＬＥＤを用いたリニアアレイ光源型露光部であるために、感光体ドラム１と露光部３の光学素子との距離が比較的短くて、飛散したトナーが光学素子に付着しやすい構成となっている。しかし、上述したように、本実施の形態の画像形成装置は、経時におけるトナー飛散が制限されるために、露光部３の光学素子に対する清掃をおこなうことなく、長期的に良好な画像を維持することができる。
【０１０９】
これに対して、露光部３としてＬＤ光源を用いたレーザ走査型露光部を用いた場合には、一般的に、画素クロックが小さく１画素当りの走査時間が短くなって、感光層における自己クーロン反発が比較的大きくなる。そのため、上述の如く感光層膜厚Ｐｄを薄膜化することがより有効となる。すなわち、ＬＤ光源を用いたレーザ走査型露光部により感光体ドラム１上に静電潜像を形成する場合、感光層膜厚Ｐｄが２０μｍを超えると、感光層の自己クーロン反発によって静電潜像が拡大するために、ビーム径の小径化をおこなっても画像の階調性及び鮮鋭性は改善されない。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの２成分現像剤を用いるカラー画像形成装置に対して、本発明を適用した。これに対して、モノクロの２成分現像剤を用いる画像形成装置に対しても、当然に本発明を適用することができる。そして、その場合であっても、本実施の形態と同様の効果を奏することになる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、感光体ドラム１、帯電部２、現像部４、クリーニング部１２の作像部材を一体化したプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍの構成とした。これに対して、感光体ドラム１、帯電部２、現像部４、クリーニング部１２の作像部材をプロセスカートリッジの構成としない場合であっても、当然に本発明を適用することができる。そして、その場合であっても、本実施の形態と同様の効果を奏することになる。
【０１１２】
なお、本発明が上記実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態の中で示唆した以外にも、実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、地肌汚れがなく高画質な画像を経時においても安定的に形成できるとともに、現像部からのトナー飛散が軽減された、長寿命の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における画像形成装置を示す構成図である。
【図２】図１の画像形成装置における作像部を示す構成図である。
【図３】実験Ａ〜Ｂの感光体ドラムの水準を示す表である。
【図４】実験Ａ〜Ｂの現像剤の水準を示す表である。
【図５】実験Ａ〜Ｂの条件及び結果を示す表である。
【図６】トナーの被覆率による、トナーの帯電量分布を示すグラフである。
【図７】低帯電トナー率とトナー飛散レベルとの関係を示すグラフである。
【図８】実験Ｅ〜Ｆの条件及び結果を示す表である。
【符号の説明】
１感光体ドラム（像担持体）、２帯電部、３露光部、
４現像部、５現像ローラ、６撹拌ローラ、
７磁気センサ、８ドクターブレード、
１０除電部、１２クリーニング部、
１３中間転写ベルト、１４レジストローラ、
１５転写部、１６搬送ベルト、１７定着部、
１８トナー補給部、１９制御部、Ｌ露光光、Ｐ被転写材、
Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍプロセスカートリッジ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus using an electrophotographic method, such as a copying machine, a printer, a facsimile, or a multifunction peripheral thereof, and a process cartridge detachably mounted therein, and particularly includes a toner and a carrier. The present invention relates to an image forming apparatus and a process cartridge using a two-component developer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, demands for higher image quality, higher speed, and longer life of image forming apparatuses have been increasing. In order to satisfy these demands, a two-component developing type image forming apparatus using a toner having a small particle size and a spherical shape as a toner constituting a developer has been actively developed.
[0003]
Specifically, it is known that, in order to achieve high image quality, first, it is preferable to use a toner having a small particle diameter. As a manufacturing method for reducing the particle size of the toner, a polymerization method or the like in which the control of the toner particle size is relatively easy is known.
Second, it is also known that high image quality can be achieved by making the toner particles closer to a spherical shape. In particular, when the toner is formed into a spherical shape, the image height (pile height) of the toner image formed on the image carrier is reduced, and the transferability when the toner image is transferred to the transfer material is improved. I do.
[0004]
It is known that a two-component developing method using a two-component developer composed of a toner and a carrier is suitable for achieving high speed. The two-component developing method can provide a stable and long-life developing process in a high-speed image forming apparatus.
Further, in order to achieve a longer life, it is said that it is better to reduce electrostatic stress applied to an image carrier such as a photosensitive drum in an image forming process. As a result, the life of the image carrier is improved, and the life of the entire apparatus is extended.
[0005]
On the other hand, in an image forming apparatus using a two-component developer, a technique for determining a ratio of an uncharged toner in a two-component developer in a developing unit has been disclosed for the purpose of obtaining a stable image density even with the lapse of time. For example, see Patent Document 1.)
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-129268 (pages 2-3)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional image forming apparatus has a problem that a background stain image is likely to be generated over time when a photosensitive drum with reduced electrostatic stress is used for the purpose of extending the life.
[0008]
Generally, in a digital image forming apparatus or the like, as for the surface potential on the photosensitive drum, the charging potential VD becomes the non-image portion potential, and the exposure potential VL becomes the image portion potential. Then, by applying a developing voltage VB (developing bias) to the developing section, a developing potential ΔV1 (= VB−VL) and a background potential ΔV2 (= VD−VB) are determined.
Here, the development potential ΔV1 greatly affects the developability of the electrostatic latent image on the photosensitive drum. On the other hand, the background potential ΔV2 greatly affects the background stain on the photosensitive drum.
[0009]
Here, when the charging potential on the photoconductor drum is set to be small in order to reduce the electrostatic stress on the photoconductor drum and achieve a longer life, when the developing potential and the background potential are set to be small. As a result, the margin for developing property and background stain decreases. That is, when the charge potential decreases over time or the charge amount of the toner increases to deteriorate the developability, it becomes difficult to secure the developability and to suppress the generation of the background stain.
[0010]
Furthermore, if the photosensitive layer of the photosensitive drum is made thinner in order to reduce self-Coulomb repulsion in the photosensitive layer of the photosensitive drum and achieve high image quality, it is difficult to extend the life of the photosensitive drum. In addition, the deterioration of the photosensitive drum is accelerated, and the background stain is more likely to occur.
[0011]
On the other hand, in an image forming apparatus using a toner having a small particle diameter and a spherical shape in a two-component developing method, the toner fluidity deteriorates in the developing section, so that the toner scatters from the developing section and the inside of the apparatus is dispersed. It may cause stains and image defects.
That is, the toner having a small particle size and a spherical shape has a small surface area and is likely to be densely formed at the time of deposition, so that voids in the developer are reduced and the fluidity of the toner is deteriorated. When the fluidity of the toner deteriorates, frictional charging due to sufficient agitation with the carrier is hindered, and the number of poorly charged toners that are easily scattered increases.
[0012]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to stably form a high-quality image without background contamination over time, and to reduce toner scattering from a developing unit. An object of the present invention is to provide a long-life image forming apparatus and a process cartridge.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present application has conducted studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, has come to know the following matters.
That is, in order to continuously form a good image without background contamination and reduce toner scattering from the developing unit, the relationship between the film thickness of the photosensitive layer of the image carrier and the surface potential is appropriately set. In addition, it is necessary to appropriately maintain the charge amount distribution of the toner in the developing unit.
[0014]
The present invention is based on the above-described matter. That is, the image forming apparatus according to the first aspect of the present invention comprises an image carrier having a photosensitive layer, a toner and a carrier mixed with each other. And a developing unit for supplying the toner to the electrostatic latent image formed on the image carrier, the photosensitive layer having a thickness of Pdμm, and the absolute value of the surface potential on the image carrier. When the value is | VD | volt, a relationship of | VD | / Pd ≦ 30 is established, and the toner in the developing unit has a charge amount per unit particle size of −0.1 fC / μm or more. The ratio of the toner is less than 10% by number.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the first aspect, the toner is formed so as to have a volume average particle diameter of 3 to 6 μm.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the first or second aspect, the carrier is formed to have a volume average particle diameter of 20 to 50 μm. is there.
[0017]
An image forming apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the image forming apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein a toner replenishing section for replenishing toner in the developing section, A control unit for controlling a toner replenishment amount, wherein the control unit controls the toner replenishment unit such that a coverage of the toner on the carrier in the developing unit is 20 to 70%.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the toner is formed to have a circularity of 0.96 or more. Things.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the image carrier has a thickness Pd of the photosensitive layer of 20 μm or less. It is formed as follows.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the image carrier has a surface layer provided with a filler.
[0021]
An image forming apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the image forming apparatus according to any one of the first to seventh aspects, further comprising an exposure unit that forms an electrostatic latent image on the image carrier. The exposure unit is configured such that a beam diameter of exposure light emitted from a light source on the image carrier is 10 to 40 μm.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the eighth aspect, the light source of the exposure unit is a semiconductor laser, and the exposure unit transmits the exposure light to the image. The electrostatic latent image is formed by scanning and exposing in the width direction of the carrier.
[0023]
According to a tenth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the eighth aspect, the plurality of light sources of the exposure unit are arranged in a width direction so as to face the image carrier. A light emitting diode, wherein the exposure unit forms the electrostatic latent image by exposing the exposure light in a width direction of the image carrier.
[0024]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a process cartridge in which the image carrier and the developing unit are integrally formed. The image forming apparatus described above is configured to be detachable from the apparatus main body.
[0025]
In this specification, the “process cartridge” includes at least one of a charging unit that charges an image carrier, a developing unit that supplies toner to the image carrier, and a cleaning unit that cleans the image carrier. In this case, the image carrier is defined as an assembly integrally formed as a cartridge and detachably attached to the image forming apparatus main body.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the configuration and operation of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an image forming apparatus according to an embodiment, and FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an image forming unit (process cartridge) in the image forming apparatus of FIG.
[0027]
1 and 2, reference numeral 1 denotes a photosensitive drum as an image carrier, 2 denotes a charging unit for charging the surface of the photosensitive drum 1, and 3 denotes a light source that emits exposure light L from the light source and places it on the photosensitive drum 1. An exposure unit 4 for forming an electrostatic latent image and a developing unit 4 for developing the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 carry a developer in the developing unit 4 and a toner is applied to the photosensitive drum 1. A developing roller for supplying, a stirring roller 6 for mixing the toner and the carrier in the developing unit 4, a magnetic sensor 7 for detecting a toner concentration in the developing unit 4, and a regulating amount 8 of the developer on the developing roller 5. A doctor blade 10, a charge eliminator 10 for eliminating the electric potential of the surface of the photosensitive drum 1, a cleaning unit 12 for collecting untransferred toner on the photosensitive drum 1, and 13 formed by each of the process cartridges K, Y, C, and M Transfer in which the transferred toner images are superimposed and transferred And 14 are registration rollers for transporting the transfer material P to the transfer unit 15 at a predetermined timing, 15 is a transfer unit for transferring a color toner image formed on the intermediate transfer belt 13 to the transfer material P, and 16 is a transfer process. A transport belt that transports the transferred material P to the fixing unit 17, a fixing unit 17 that fixes an unfixed toner image on the transferred material P, and a toner 18 that supplies unused toner into the developing unit 4 A supply unit 19 is a control unit that controls the toner supply unit 18.
[0028]
Here, as shown in FIG. 1, four process cartridges K, Y, C, and M, and a transfer unit 15 are arranged on the outer periphery of the intermediate transfer belt 13. Each of the four process cartridges K, Y, C, and M includes a photosensitive drum 1, a charging unit 2, a developing unit 4, and a cleaning unit 12 as shown in FIG. It is configured.
The developing units 4 of the four process cartridges K, Y, C, and M store toners of different colors of black, yellow, cyan, and magenta. Then, in the four process cartridges K, Y, C, and M, an image forming process of each color corresponding to black, yellow, cyan, and magenta is performed.
[0029]
The photoconductor drum 1 is a function-separated type organic electrophotographic photoconductor (OPC). More specifically, the photosensitive drum 1 is formed by sequentially laminating a photosensitive layer and a protective layer on a conductive base formed of a drum-shaped elementary tube. The photosensitive layer is obtained by sequentially laminating a charge generation layer and a charge transport layer (the charge generation layer is on the conductive substrate side). The protective layer contains a filler in the layer.
[0030]
When the thickness of the photosensitive layer is Pd μm and the absolute value of the surface potential formed on the photosensitive drum 1 is | VD | volt,
| VD | / Pd ≦ 30
The following relationship is established. As a result, a part of the photosensitive layer of the photosensitive drum 1 is prevented from being electrostatically damaged with time, and the life of the photosensitive drum 1 is improved.
It is to be noted that | VD | is generally maximized when a charging potential is applied to the photosensitive layer, so the above equation is a relational expression between the charging potential on the photosensitive drum 1 and the thickness of the photosensitive layer. You can also catch it.
In the present embodiment, the thickness of the photosensitive layer of the photosensitive drum 1 is set to be 20 μm or less.
[0031]
Referring to FIG. 2, the developing unit 4 includes a developing roller 5, a stirring roller 6, a magnetic sensor 7, a doctor blade 8, and the like. The developing unit 4 contains a two-component developer including a toner and a carrier.
The developing roller 5 of the developing unit 4 is arranged so as to be close to the photosensitive drum 1, and a developing region is formed at a portion where both members face each other. The developing roller 5 is provided with a developing sleeve formed of a non-magnetic material such as aluminum, brass, stainless steel, or a conductive resin in a cylindrical shape. The developing sleeve is driven to rotate clockwise in FIGS. 1 and 2 by a rotation driving mechanism (not shown).
In the developing sleeve of the developing roller 5, a magnet roller body for forming a magnetic field so as to make the developer stand on the developing sleeve is fixed.
[0032]
In the developing unit 4 configured as described above, the developer mixed by the stirring roller 6 is transported to the position of the developing roller 5. At this time, the carrier constituting the developer spikes in a chain shape on the developing sleeve along the lines of magnetic force generated from the magnet roller body. Here, the charged toner is attached to the carrier that rises in a chain shape, and a magnetic brush is formed on the developing roller 5.
[0033]
The magnetic brush formed on the developing roller 5 is transported in the same direction as the developing sleeve with the rotational transport of the developing sleeve. The magnetic brush is regulated at an appropriate amount of the developer at the position of the doctor blade 8 (upstream of the developing area).
Thereafter, the magnetic brush on the developing roller 5 reaches the developing area, and the toner in the developer is attracted to the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 to form a toner image.
[0034]
Note that a magnetic sensor 7 is provided at the bottom of the developing unit 4. The magnetic sensor 7 is a sensor that detects the magnetic permeability of the developer, and detects the toner concentration (toner amount) of the developer based on a change in the magnetic permeability of the developer in the developing unit 4. The detection result of the magnetic sensor 7 is transferred to the control unit 19.
[0035]
The toner supply unit 18 is controlled by the control unit 19 based on the detection result of the magnetic sensor 7, and toner is appropriately supplied to the development unit 4 (the toner supply path indicated by the arrow T).
Here, the toner replenishing amount supplied from the toner replenishing unit 18 is controlled such that the toner coverage on the carrier in the developing unit 4 is 20 to 70%. This will be described later in detail.
[0036]
The toner in the developing unit 4 has a charge amount per unit particle size of -0.1 fC / μm (× 10 ^-15 (Coulomb / μm) or more is set to be less than 10% by number. That is, the charge amount distribution of the toner in the developing unit 4 is such that the ratio of the toner having a charge amount per unit particle size of −0.1 fC / μm or more is 10% by number of the total toner in the developing unit 4. It is less than.
[0037]
The toner initially contained in the developing unit 4 and the toner supplied into the developing unit 4 from the toner replenishing unit 18 are made of the same material and have a volume average particle diameter of 3 to 6 μm. And is formed such that the circularity is 0.96 or more.
Further, the carrier housed in the developing section 4 is formed so that the volume average particle diameter is 20 to 50 μm.
[0038]
In the present embodiment, the magnetic sensor 7 controls the toner concentration in the developing unit 4. On the other hand, the toner density in the developing unit 4 can be controlled by using an optical sensor that detects the image density of the density pattern formed on the photosensitive drum 1. That is, the amount of toner supplied from the toner supply unit 18 can be adjusted based on the detection result of the optical sensor relating to the magnitude of the image density of the density pattern formed on the photosensitive drum 1.
[0039]
Referring to FIG. 2, exposure unit 3 is mainly configured by arranging equal-magnification imaging elements such as selfoc lenses in the width direction of photosensitive drum 1 (a direction perpendicular to the plane of FIG. 2). It comprises a lens array section 3a and an LED substrate section 3b in which a plurality of light emitting diode (LED) elements as light sources are arranged in the width direction of the photosensitive drum 1. Here, the exposure unit 3 is arranged such that the lens array unit 3a is close to the surface of the photosensitive drum 1.
[0040]
In the present embodiment, a so-called linear array light source type exposure unit is configured using a plurality of light emitting diodes as the light source of the exposure unit 3.
On the other hand, a so-called laser scanning type exposure unit can be configured using a semiconductor laser (LD) as a light source of the exposure unit 3. In that case, in the exposure section, optical elements such as a cylindrical lens, a polygon mirror, an fθ lens, and a mirror are arranged in the optical path from the light source to the photosensitive drum 1.
[0041]
Here, the exposure unit 3 in the present embodiment is configured such that the beam diameter of the exposure light L on the surface of the photosensitive drum 1 is 10 to 40 μm.
The beam diameter of the exposure light L is 1 / e of the maximum intensity (on-axis intensity) of the exposure light beam. ^Two It is defined as the diameter up to the point where (≒ 0.135).
[0042]
Next, the operation of the entire image forming apparatus will be described.
First, referring to FIGS. 1 and 2, in each of the process cartridges K, Y, C, and M, the photosensitive drum 1 rotating in the counterclockwise direction in FIG. Be charged.
Then, the surface of the photosensitive drum 1 charged by the charging unit 2 further rotates and reaches the irradiation position of the exposure light L. Then, an electrostatic latent image corresponding to each color is formed on each photosensitive drum 1 by irradiating exposure light L corresponding to image information of each color such as a document. The image information of the document or the like is optically read by a document reading unit (not shown).
[0043]
Thereafter, the surface of the photosensitive drum 1 on which the latent image has been formed reaches a position facing the developing unit 4 (a developing region). Then, the developing unit 4 develops the latent image on the photosensitive drum 1 as described above.
Thereafter, the surface of each photoconductor drum 1 developed by the developing unit 4 reaches a position facing the intermediate transfer belt 13. Then, the toner images of the respective colors formed on the photosensitive drums 1 of the respective process cartridges K, Y, C and M are sequentially transferred onto the intermediate transfer belt 13 in a superimposed manner. Thus, a color toner image is formed on the intermediate transfer belt 13 using the black toner, the yellow toner, the cyan toner, and the magenta toner.
[0044]
Thereafter, the surface of the photosensitive drum 1 having the untransferred toner that has passed through the position of the intermediate transfer belt 13 reaches a position facing the cleaning unit 12. Then, the untransferred toner adhering to the drum surface is collected in the cleaning unit 12 by the cleaning blade in contact with the photosensitive drum 1.
After that, the surface of the photosensitive drum 1 that has passed through the cleaning unit 12 reaches the position of the charge removing unit 10. Then, at this position, the surface potential of the surface of the photosensitive drum 1 is eliminated, and a series of processes on the photosensitive drum 1 is completed.
[0045]
On the other hand, the surface of the intermediate transfer belt 13 on which the color toner image has been formed reaches a position facing the transfer unit 15. Then, the color toner image on the intermediate transfer belt 13 is transferred onto the transfer target material P conveyed at the timing of the transfer section 15 by the registration roller 14 at a proper timing.
Thereafter, the surface of the intermediate transfer belt 13 having the untransferred toner that has passed the position of the transfer unit 15 reaches a position facing a belt cleaning unit (not shown). Then, the untransferred toner adhering to the surface of the intermediate transfer belt 13 is collected in the belt cleaning unit by the belt cleaning blade in contact with the intermediate transfer belt 13.
[0046]
Here, the transfer material P conveyed to the transfer unit 15 is supplied from a paper supply unit (not shown) and conveyed via the registration rollers 14.
Thereafter, the transfer material P to which the toner image has been transferred reaches the position of the fixing unit 17 via the transport belt 16. Then, at this position, the toner image on the transfer target material P after the transfer process is fixed.
Then, the transfer material P after the fixing process passes through a paper discharge unit (not shown) and is discharged to the outside of the image forming apparatus.
Thus, a series of image forming processes is completed.
[0047]
Next, the photosensitive drum 1 used in the above-described image forming apparatus will be described in detail.
As described above, the photoconductor drum 1 includes a conductive substrate, a photosensitive layer including a charge generation layer and a charge transport layer, a protective layer as a surface layer, and the like. Known materials can be used as those materials.
More specifically, the conductive substrate of the photosensitive drum 1 is made of a metal such as Al, Ni, Fe, Cu, Au or an alloy thereof; Al, Ag on a plastic such as polyester, polycarbonate, polyimide, or an insulating substrate such as glass. , Au or other metal film or In _Two O _Three , SnO _Two And the like provided with a metal oxide film such as
[0048]
Further, the charge generation layer of the photosensitive layer can be formed only from a charge generation substance. Further, the charge generation layer can be formed by uniformly dispersing a charge generation substance in a binder resin.
Then, such components of the charge generation layer are dispersed in an appropriate solvent. Further, this is applied on a conductive substrate and dried to form a desired charge generating layer on the conductive substrate.
[0049]
Examples of the charge generating material constituting the charge generating layer include JP-A-53-95033, JP-A-53-132547, JP-A-54-2129, and JP-A-54-12742. Known methods described in JP-A-54-17733, JP-A-54-17732, JP-A-54-21728, JP-A-54-22834, JP-A-57-195767 and the like. Can be used
[0050]
Specifically, organic pigments such as C.I. Pigment Blue 25 (CI21180), C.I. Pigment Red 52 (CI45100), and C.I. Basic Red 3 (CI45210); a phthalocyanine-based pigment having a porphyrin skeleton; Azo pigments having a stilbene skeleton; azo pigments having a distyrylbenzene skeleton; azo pigments having a triphenylamine skeleton; azo pigments having a dibenzothiophene skeleton; azo pigments having an oxadiazole skeleton; azos having a fluorenone skeleton Azo pigments having a distyryloxadiazole skeleton; azo pigments having a distyrylcarbazole skeleton; trisazo pigments having a carbazole skeleton; Phthalocyanine-based pigments such as CI Pigment Blue 16 (CI74100); indigo pigments such as C-Ivat Brown 5 (CI173410); perylene-based pigments such as Argoscar Red B (manufactured by Violet); Organic pigments such as squaric pigments can be used.
[0051]
When a binder resin is used for the charge generation layer, the binder resin may be polyamide, polyurethane, polyester, epoxy resin, polyketone, polycarbonate, silicone resin, acrylic resin, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, polyvinyl ketone, polystyrene, poly-N -Vinyl carbazole, polyacrylamide and the like can be used.
The amount of the binder resin is 5 to 100 parts by weight, preferably 10 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the charge generating substance. The solvent used at that time may be a single solvent such as tetrahydrofuran, cyclohexanone, dioxane, dichloroethane, cyclohexane, methyl ethyl ketone, 1,1,2-trichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, dichloromethane, and ethyl cellosolve. Solvents or mixed solvents can be used.
The average thickness of the charge generation layer is 0.01 to 2 μm, preferably 0.1 to 1 μm.
[0052]
The charge transport layer of the photosensitive layer can be formed from a charge transport material, a binder resin, and a leveling agent. Note that the charge transport layer can also be formed by adding a plasticizer to the above components.
Then, the components of such a charge transport layer are dissolved in an appropriate solvent. Further, this is applied on the charge generation layer and dried to form a desired charge transport layer on the charge generation layer.
[0053]
Examples of the charge transport material constituting the charge transport layer include poly-N-vinylcarbazole and its derivatives, poly-γ-carbazolylethylglutamate and its derivatives, pyrene-formaldehyde condensate and its derivatives, polyvinylpyrene, and polyvinylphenanthrene. Oxazole derivatives, imidazole derivatives, triphenylamine derivatives, 9- (p-diethylaminostyryl) anthracene, 1,1-bis (4-dibenzylaminophenyl) propane, styrylanthracene, styrylpyrazolin, phenylhydrazones, α-stilbene An electron donating substance such as a derivative can be used.
[0054]
As the binder resin used for the charge transport layer, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene copolymer, styrene-maleic anhydride copolymer, polyester, polyvinyl chloride, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, Polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyacrylate resin, phenoxy resin, polycarbonate, cellulose acetate resin, ethyl cellulose resin, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, polyvinyl toluene, poly-N-vinyl carbazole, acrylic resin, silicone resin, A thermoplastic or thermosetting resin such as an epoxy resin, a melamine resin, a urethane resin, a phenol resin, and an alkyd resin can be used.
[0055]
Solvents for forming the charge transport layer include tetrahydrofuran, dioxane, toluene, monochlorobenzene, 1,2-dichloroethane, cyclohexanone, dichloromethane, 1,1,2-trichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane and the like. Or a mixed solvent thereof can be used.
[0056]
Note that the photoconductor drum 1 of the present embodiment further includes a protective layer on the charge transport layer in order to improve abrasion resistance. And the filler is contained in the protective layer as a surface layer.
As the filler contained in the surface layer, either of an organic filler and an inorganic filler can be used.
[0057]
Materials such as fluororesin powder such as polytetrafluoroethylene, silicone resin powder, and a-carbon powder can be used as the organic filler.
As inorganic fillers, metal oxides such as silica, tin oxide, zinc oxide, titanium oxide, alumina, zirconium oxide, indium oxide, antimony oxide, bismuth oxide, calcium oxide, antimony-doped tin oxide, and tin-doped indium oxide. , Tin fluoride, metal fluorides such as calcium fluoride and aluminum fluoride, and materials such as potassium titanate and boron nitride can be used. The inorganic filler is a material particularly suitable as a filler for the surface layer because of its excellent wear resistance.
[0058]
These fillers can be used alone or as a mixture of two or more kinds as fillers for the surface layer. In order to improve the dispersibility in the surface layer, the above-mentioned filler may be subjected to a surface treatment with a surface treatment agent.
The filler is dispersed in the coating liquid for the surface layer of the photoreceptor drum 1 by a known method such as a ball mill and a sand mill to form a surface layer. The content of the filler in the surface layer is preferably 5 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight, based on the total solid content. The filler preferably has a volume average particle size of 0.05 to 1.0 μm.
[0059]
In this embodiment, a protective layer is provided as a surface layer on the photosensitive layer of the photosensitive drum 1. On the other hand, the charge transport layer of the photosensitive layer may be used as the surface layer without providing the protective layer on the photosensitive layer of the photosensitive drum 1. In this case, the life of the photosensitive drum 1 can be extended by including a filler in the charge transport layer of the photosensitive layer.
Further, in the present embodiment, the charge generation layer is provided on the conductive substrate. However, in order to improve the adhesion and the charge blocking property of the charge generation layer, a lower layer is provided between the conductive substrate and the charge generation layer. A pull layer can also be provided.
Further, in the present embodiment, the photosensitive drum 1 is used as the image carrier, but a photosensitive belt can be used as the image carrier.
[0060]
Next, the toner used in the above-described image forming apparatus will be described in detail.
The toner is obtained by adding an additive to base particles composed of a binder resin, a colorant, a release agent, and the like. Specifically, first, a mixture comprising a binder resin, a colorant, a release agent, and the like is melt-kneaded by a hot roll mill. Thereafter, the mixture is cooled and solidified, and further pulverized and classified to form base particles. Then, an additive is mixed and adhered to the base particles with a Hensel mixer or the like to form toner particles.
[0061]
Here, as the binder resin and the colorant constituting the toner base particles, known toner binder resins can be used.
Specifically, it is preferable to use a binder resin having a softening point of 90 to 150 ° C., a glass transition temperature of 50 to 70 ° C., a number average molecular weight of 2,000 to 6,000, and a weight average molecular weight of 8,000 to 150,000. Further, the content of the colorant in the toner particles is preferably about 2 to 12% from the viewpoint of the balance between the coloring power and the chargeability.
[0062]
Known release agents can be used for the toner base particles.
Specifically, it is preferable to use carnauba wax, montan wax, and oxidized rice wax singly or in combination. The content of the release agent is preferably in the range of 1 to 10% based on the toner resin component. The volume average particle size of the release agent is preferably in the range of 10 to 300 μm before being dispersed in the toner binder.
[0063]
As the additive to be added to the toner base particles, inorganic fine powder such as titanium oxide and silica is preferable. By using these additives, efficient charging can be provided.
The method for producing the toner is not limited to the above-described pulverization method, and a known polymerization method such as an emulsion polymerization method or a solution suspension method can also be used.
[0064]
The toner used in the present embodiment is formed so that the circularity is 0.96 or more.
Here, the circularity of the toner particles is defined by the following equation.
Circularity = (perimeter of a circle having the same area as the projected area of the particle) / (perimeter of the projected image of the particle)
Therefore, when the circularity is 1.00, the toner particles have a true spherical shape. The circularity of the toner can be typically measured using a flow type particle image measuring device “FPIA” (manufactured by Hosokawa Micron Corporation).
[0065]
Further, the toner used in the present embodiment is formed so that the volume average particle size is 3 to 6 μm.
Here, the measurement of the volume average particle size can be typically performed using a particle size distribution measuring device “Coulter Counter TA2” (manufactured by Coulter Electronics Co., Ltd.).
[0066]
Next, a carrier used in the above-described image forming apparatus will be described in detail.
The carrier is obtained by providing a core layer having magnetic properties with a coating layer.
Here, as the core particles constituting the carrier, known particles can be used.
Specifically, ferromagnetic metals such as iron, cobalt, and nickel, and alloys or compounds such as magnetite, hematite, and ferrite can be used as the core particles.
[0067]
Further, as the resin used for the coating layer of the carrier, polyethylene, polypropylene, chlorinated polyethylene, chlorosulfonated polyethylene; polyvinyl or polyvinylidene-based resin, for example, polystyrene, acrylic resin, polyacrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, Polyvinyl butyral, polyvinyl chloride, polyvinyl carbazole, polyvinyl ether, polyvinyl ketone; vinyl chloride / vinyl acetate copolymer; styrene / acrylic acid copolymer; (Eg, alkyd resin, polyester, epoxy resin, polyurethane, etc.); fluorine resin, eg, polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, poly (vinylidene fluoride) Chloro DOO polycarbonate; amino resins such as urea-formaldehyde resins; it is possible to use an epoxy resin or the like.
[0068]
Further, the carrier used in the present embodiment is formed so that the volume average particle diameter thereof is 20 to 50 μm.
Here, the volume average particle diameter can be measured using the above-mentioned particle diameter distribution measuring device.
The toner and carrier forming conditions described above are for preventing toner scattering while securing image quality related to graininess and the like in a toner image.
[0069]
Next, the coverage of the toner on the carrier surface to be controlled in the developing unit 4 will be described in detail.
Here, the coverage in the present embodiment is defined by the following equation.
Coverage (%) = (total projected area of toner) / (total surface area of carrier) × 100
[0070]
More specifically, to determine the coverage of the entire developer according to the above equation, first, the particle size distribution of the toner and the carrier is subdivided into a plurality of regions, and the coverage is determined for each of those regions. Then, the overall coverage is determined from the coverage of each of these regions.
That is, the above equation takes into account the variation in the particle size distribution of the toner and the carrier, and is used to determine an accurate coverage in accordance with the actual state of developer filling.
[0071]
Specifically, the coverage is calculated as follows.
For the total projected area of the toner, first, the particle size of the toner is measured using the above-described particle size distribution measuring device, and is aggregated into histogram data obtained by subdividing the toner particle size distribution. Then, for each subdivided channel, the representative toner particle size Rt (the average value of the particle size at the upper and lower ends) and the number nt of the toner contained in the channel are determined. Then, using these, the projected area of all the toners in the channel (π (Rt / 2)) ^Two × nt). Then, a total sum s1 of the projection areas obtained for each channel is obtained.
s1 = Σ (π (Rt / 2) ^Two Xnt)
[0072]
Further, the total toner mass per channel (4 / 3π (Rt / 2) ^Three × σt × nt). Here, σt is the density of the toner. Then, a total sum w1 of the mass obtained for each channel is obtained.
w1 = Σ (4 / 3π (Rt / 2) ^Three × σt × nt)
Then, the total projected area per gram (g) of toner is determined using s1 and w1 determined by the above equation.
(Total projected area per g of toner) = (s1 / w1)
[0073]
Regarding the total surface area of the carrier, first, the particle size of the carrier is measured by using the above-described particle size distribution measuring device, and collected into histogram data obtained by subdividing the carrier particle size distribution. Then, for each of the subdivided channels, the carrier representative particle size Rc (the average value of the particle size at the upper and lower ends) and the number nc of the carriers included in the channel are determined. Then, the surface area of all carriers in the channel (4π (Rc / 2)) ^Two × nc). Then, a total sum s2 of the surface areas obtained for each channel is obtained.
s2 = Σ (4π (Rc / 2) ^Two × nc)
[0074]
Furthermore, the total carrier mass per channel (4 / 3π (Rc / 2) ^Three × σc × nc). Here, σc is the carrier density. Then, the total sum w2 of the mass obtained for each channel is obtained.
w2 = Σ (4 / 3π (Rc / 2) ^Three × σc × nc)
Then, the total surface area per gram (g) of the carrier is determined using s2 and w2 determined by the above equation.
(Total surface area per 1 g of carrier) = (s2 / w2)
[0075]
Here, when the total mass of the toner is Mt, the total projected area per 1 g of the toner is St, the total mass of the carrier is Mc, and the total surface area per 1 g of the carrier is Sc, the coverage Tn is
Tn = (St × Mt) / (Sc × Mc) × 100. . . Equation (1)
It becomes.
[0076]
When the toner concentration of the developer in the developing section 4 is C (%),
C = Mt / (Mt + Mc) × 100
Mt / Mc = C / 100-C
Is satisfied, the above equation (1) can be expressed by the following equation.
Coverage Tn = (C × St) / [(100−C) × Sc] × 100. . Equation (2)
[0077]
Since the toner and the carrier are formed under the above-mentioned predetermined conditions, the total projected area St per 1 g of the toner and the total surface area Sc per 1 g of the carrier are constants in the equation (2). Therefore, by controlling the toner concentration C within a predetermined range, the toner coverage Tn of the carrier in the developing unit 4 can be maintained within the predetermined range.
[0078]
That is, the control unit 19 controls the toner supply amount supplied from the toner supply unit 18 based on Expression (2) such that the toner coverage on the carrier in the developing unit 4 is 20 to 70% ( (Toner density control).
[0079]
Next, an experimental example for confirming the effects of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, Experiments A1 to A6 and Experiments B1 to B8 will be described with reference to FIGS. Experiments A1 to A6 and Experiments B1 to B8 were conducted by examining the film thickness Pd of the photosensitive layer, the surface potential VD (photoconductor potential) on the photosensitive drum 1, the toner coverage on the carrier, and the low charged toner rate. A paper-passing test was performed using the above-mentioned image forming apparatus using the above-mentioned standard.
[0080]
FIG. 5 is a table showing experimental conditions and experimental results of Experiments A1 to A6 and Experiments B1 to B8. The photoconductor No. in FIG. 5 corresponds to the photoconductor No. in FIG. 3 showing a combination of the photoconductor thickness Pd and the photoconductor potential VD.
As shown in FIG. 3, in Experiments A1 to A6 and Experiments B1 to B8, two-level photoconductor drums having a photoconductor thickness Pd of 20 μm and 15 μm are used. Further, the image forming process is adjusted so that the photoconductor potential VD has three levels of -900 volts, -600 volts, and -450 volts.
In FIG. 5, the ratio (| VD | / Pd) of the photosensitive member potential VD to the photosensitive layer thickness Pd is also shown.
[0081]
Further, the developer No. in FIG. 5 corresponds to the developer No. in FIG. 4 showing a combination of the toner coverage and the low charge toner rate.
As shown in FIG. 4, in Experiments A1 to A6 and Experiments B1 to B8, the initial developer in the developing unit 4 was adjusted so that the toner coverage was four levels of 40%, 60%, 80%, and 100%. Has been adjusted. In addition, the charge amount distribution is adjusted so that the low charged toner ratio is at four levels of 3%, 7%, 15%, and 30%.
In FIG. 5, the low charge toner ratio is also shown.
[0082]
Here, the low charge toner ratio means that the charge amount is −0.1 fC / μm or more in the charge amount distribution (q / d distribution) of the charge amount per unit particle size (q / d) of the toner in the developing unit. Is the ratio of the toner.
Specifically, the low charge toner ratio is determined as follows. First, the toner in the developing section is sampled (for example, 3000 toners), and the charge amounts of the toners are measured to obtain the charge amount distribution of all the toners. Then, the count of all the toners is subtracted from the count (number) of the toner having the charge amount of −0.1 fC / μm or more, and the low charge toner ratio is obtained.
[0083]
Note that the above-described measurement of the charge amount of the toner can be typically performed by using an “E spurt analyzer” (manufactured by Hosokawa Micron Corporation).
Specifically, the charge amount measurement is performed as follows. First, toner particles to be measured are dropped between two electrodes having different polarities and acoustically vibrating. The toner particles that fall between the electrodes vibrate and move to the electrodes due to the electric field effect of the electrodes. At this time, the frequency and the moving distance of the toner particles are simultaneously measured by the laser Doppler method. Then, the particle size and charge amount of each toner particle are calculated from the measured values. In this way, the charge amount distribution of the particle group within the specific toner particle size range is measured, and the total charge amount of the particle group is measured (for example, “Japan Hardcopy '90 Transactions”, pp. 101-104. reference).
[0084]
Further, referring to FIGS. 4 and 6, there is a correlation between the low charged toner ratio and the coverage, and the higher the coverage, the higher the low charged toner ratio.
FIG. 6 is a graph showing the distribution of the charge amount of the toner according to the coverage of the toner. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the charge amount (q / d), and the vertical axis indicates the toner count. The distribution G1 is a charge amount distribution when the coverage is 40% and corresponds to the developer No. 1 in FIG. 4, and the distribution G2 is a charge amount distribution when the coverage is 60% and is shown in FIG. The distribution G3 corresponds to the developer No. 2, and the distribution G3 is the charge amount distribution when the coverage is 80%, and corresponds to the developer No. 3 in FIG. 4, and the distribution G4 is the charging when the coverage is 100%. The quantity distribution corresponds to the developer No. 4 in FIG.
As shown in FIG. 6, the charge amount distribution changes so that the peak value approaches zero as the coverage increases, and the low-charge toner ratio also increases.
[0085]
In the experiments A1 to A6 and the experiments B1 to B8 shown in FIG. 5, 50,000 images were formed by the image forming apparatus of FIG. Is evaluated.
The life of the photosensitive drum (OPC durability) shown in FIG. 5 is evaluated based on the degree of crush-like toner adhesion occurring in a non-image portion of an image. In other words, when the photosensitive drum is used with high electrostatic stress, the internal electric field in the photosensitive layer becomes large, causing partial electrostatic breakdown. Electric charges cannot be held on the surface portion where the electrostatic breakdown has occurred, and crushed toner adheres. Therefore, the life of the photosensitive drum can be grasped by evaluating the degree of adhesion of the crushed toner.
The evaluation results of the OPC durability in FIG. 5 are obtained by visually observing the level of adhesion of the crushed toner on four levels of ◎, △, Δ, and X (◎ is the best). Regarding the evaluation levels, ◎ and ○ are acceptable ranges, and △ and × are unacceptable.
[0086]
Further, the stability of the image quality over time is evaluated based on the degree of background contamination of the image. Background stain is a phenomenon in which toner adheres to a non-image portion of an image to which toner is not scheduled to adhere. The evaluation of the background stain is performed by measuring the image density in the non-image portion. The evaluation result of the background stain in FIG. 5 is obtained by evaluating the level of the background stain in four levels of ◎, △, Δ, and ×. Regarding the evaluation levels, ◎ and ○ are acceptable ranges, and △ and × are unacceptable.
[0087]
As shown in the experimental results of Experiments B1 to B3 in FIG. 5, when | VD | / Pd exceeds 30, it was confirmed that a large amount of crushed toner adhered and the OPC durability was lower than an allowable level.
In addition, as shown in the experimental results of Experiments B4 to B6 in FIG. 5, when the low-charged toner ratio exceeds 10% by number, it has been confirmed that background stains lower than the allowable level occur.
Further, as shown in the experimental results of Experiments B7 and B8 in FIG. 5, when | VD | / Pd exceeds 30, and the low-charged toner ratio exceeds 10% by number, the OPC durability and the background contamination that are below the allowable level are reduced. It was confirmed that this would occur.
[0088]
On the other hand, as shown in the experimental results of Experiments A1 to A6 in FIG. 5, the relationship of | VD | / Pd ≦ 30 holds, and when the low charge toner ratio is less than 10% by number, the OPC durability and It was confirmed that the background contamination was within an allowable level.
As described above, the relationship of | VD | / Pd ≦ 30 is established, and when the low-charged toner ratio is less than 10% by number, image formation can be performed stably over time.
[0089]
In each experiment of FIG. 5, it was confirmed that when the low-charged toner ratio was less than 10% by number, the amount of toner scattered from the developing unit was extremely small.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the low charge toner ratio and the toner scattering level. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the low charge toner rate, and the vertical axis indicates the toner scattering level. Here, the toner scattering level is obtained by evaluating the toner scattering amount in the image forming apparatus after the paper passing test based on a five-stage limit sample. The toner scattering level is such that the larger the value, the larger the toner scattering amount. In FIG. 7, a straight line J represents the relationship between the low-charge toner ratio and the toner scattering level for five types of toners (corresponding to five types of plots in FIG. 7) with different amounts of additives. This is a straight line approximation based on data indicating the relationship.
As shown in FIG. 7, there is a correlation between the low-charged toner rate and the toner scattering level, and it has been confirmed that when the low-charged toner rate is less than 10% by number, the toner scattering amount is significantly reduced.
[0090]
Next, experiments E1 to E7 and experiments F1 to F7 will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a table showing experimental conditions and results of experiments E1 to E7 and experiments F1 to F7. In Experiments E1 to E7 and Experiments F1 to F7, the volume average particle diameter of toner (toner particle diameter), the volume average particle diameter of carrier (carrier particle diameter), toner coverage, toner circularity, and photosensitive layer thickness Pd The paper passing test was performed with the above-described image forming apparatus using several levels of the exposure light beam diameter.
[0091]
As shown in FIG. 8, in Experiments E1 to E7 and Experiments F1 to F7, the parameters relating to the developer were given the following levels. Regarding the volume average particle diameter of the toner, three levels of toner of 4.5 μm, 5.5 μm, and 7 μm are used. Regarding the volume average particle diameter of the carrier, two levels of carriers of 35 μm and 55 μm are used. The toner density in the developing unit is adjusted so that the toner coverage is at three levels of 40%, 60%, and 80%. With respect to the circularity of the toner, three levels of toner of 0.94, 0.96 and 0.98 are used.
Further, in Experiments E1 to E7 and Experiments F1 to F7, parameters relating to the formation of the latent image were set as follows. Regarding the photoconductor film thickness Pd, two levels of photoconductor drums of 20 μm and 30 μm are used. The exposure part is adjusted so that the beam diameter of the exposure light becomes three levels of 30 μm, 40 μm, and 50 μm.
[0092]
Further, in Experiments E1 to E7 and Experiments F1 to F7 shown in FIG. 8, an image was formed by the image forming apparatus of FIG. 1 under the above-described experimental conditions, and background stain, graininess, gradation, sharpness, Image evaluation was performed for the five items with missing characters.
The background stain shown in FIG. 8 is obtained by evaluating the level of the background stain in four levels of ◎, △, Δ, and ×, as in FIG. 5 described above.
[0093]
The granularity shown in FIG. 8 represents the roughness of an image and is calculated as the granularity described below.
First, using a gradation pattern (a dither pattern of 212 lines / inch) in an image evaluation chart, an image of 16 patches from high lightness to low lightness is read by a document reading unit (scanner) of an image forming apparatus. read. The size of one patch is about 1 cm × 1 cm, and the reading resolution of the document reading unit is 2400 dpi.
[0094]
Then, the luminance of the image read by the document reading unit is converted into brightness data, and the granularity is calculated by the following equation.
Granularity = d × exp (a × L + b) × Σ (WS (f)) ^1/2 × VTF (f) + c
Here, a, b, c, and d are constants, L is the average brightness of the patch, WS (f) is the power spectrum of the brightness variation, f is the spatial frequency (cycle / mm), and VTF (f) is the visual spatial frequency. It is a characteristic.
The above equation is obtained by frequency-analyzing the brightness unevenness of the entire area in the patch and multiplying the visual frequency characteristic by the frequency characteristic. The roughness can be evaluated by weighting the visual characteristic (for example, Ricoh Technical Report No. 23 (1997) “Halftone Color Image Noise Evaluation Method ").
The evaluation results of the granularity in FIG. 8 are evaluated on the basis of the granularity obtained by the above equation and evaluated in four stages of ◎, △, Δ, and ×. Regarding the evaluation levels, ◎ and ○ are acceptable ranges, and △ and × are unacceptable.
[0095]
The gradation shown in FIG. 8 indicates the continuity of the density (or color) and the width of the dynamic range, and is evaluated as follows.
First, the brightness of 17 patches of the 212-line dither gradation pattern in the image evaluation pattern is measured using a spectral reflection densitometer “X-rite 938” (manufactured by X-rite). Then, the brightness linearity with respect to the input level is evaluated. At this time, the closer the value obtained by squaring the correlation coefficient in the linear regression to 1, the better the gradation.
The evaluation result of the gradation in FIG. 8 is obtained by evaluating the gradation level in four levels of 、, △, Δ, and ×. Regarding the evaluation levels, ◎ and ○ are acceptable ranges, and △ and × are unacceptable.
[0096]
The sharpness shown in FIG. 8 indicates the resolution in an image, and is evaluated as follows.
First, an MTF (Modulation Transfer Function) is obtained by measuring a density profile for a pair line of 6 cycles / mm in the image evaluation pattern. The MTF indicates the degree of crushing or fading of the pair line, and the sharper the MTF is, the better the MTF is.
The evaluation result of sharpness in FIG. 8 is obtained by evaluating the sharpness level in four levels of ◎, ○, Δ, and ×. Regarding the evaluation levels, ◎ and ○ are acceptable ranges, and △ and × are unacceptable.
[0097]
In addition, the missing character shown in FIG. 8 is a phenomenon in which a central portion of a line portion in a character image becomes white. In the evaluation of missing characters, a small point character is visually ranked.
The evaluation result of the character hollow in FIG. 8 is obtained by evaluating the level of the character hollow by four levels of ◎, △, Δ, and ×. Regarding the evaluation levels, ◎ and ○ are acceptable ranges, and △ and × are unacceptable.
[0098]
As shown in the experimental result of experiment F1 in FIG. 8, when the volume average particle diameter of the toner is 7 μm, it is confirmed that the granularity is remarkably lower than the allowable level. It was confirmed that it fell below.
In addition, as shown in the experimental result of Experiment F2 in FIG. 8, when the volume average particle size of the carrier was 55 μm, it was confirmed that the granularity was lower than the allowable level.
Further, as shown in the experimental results of Experiments F3 and F4 in FIG. 8, it was confirmed that the background contamination was lower than the allowable level when the toner coverage on the carrier was 80%.
[0099]
In addition, as shown in the experimental result of the experiment F5 in FIG. 8, when the circularity of the toner was 0.94, it was confirmed that the character dropout was below the allowable level.
Further, as shown in the experimental result of Experiment F6 in FIG. 8, when the photosensitive layer thickness Pd was 30 μm, it was confirmed that the gradation and the sharpness were below the allowable levels.
Further, as shown in the experimental result of the experiment F7 in FIG. 8, when the beam diameter of the exposure light was 50 μm, it was confirmed that the gradation and the sharpness were much lower than the allowable levels.
[0100]
On the other hand, as shown in the experimental results for Experiments E1 to E7 in FIG. 8, when the toner volume average particle diameter is 6 μm or less, the carrier volume average particle diameter is 50 μm or less, and the toner coverage is 70% or less, When the toner circularity is 0.96 or more, the photosensitive layer thickness Pd is 20 μm or less, and the beam diameter is 40 μm or less, all the items of background stain, graininess, gradation, sharpness, and missing characters are allowed. It was confirmed that it was within the level.
[0101]
As described above, in the present embodiment, the thickness of the photosensitive layer on the photosensitive drum 1 is Pd (μm), and the absolute value of the surface potential on the photosensitive drum 1 is | VD | (volt). sometimes,
| VD | / Pd ≦ 30
An optimal photoconductor potential is set for the photosensitive layer thickness Pd so that the following relationship is established.
Further, in the developing unit 4, the charge amount distribution is controlled such that the ratio of the toner having the charge amount q / d per unit particle size of −0.1 fC / μm or more is less than 10% by number.
As a result, it is possible to maintain good image quality without background stains for a long period of time.
[0102]
In the present embodiment, in addition to the above-described configuration, as a condition of the developer in the developing unit 4, the volume average particle diameter of the toner is set to 3 to 6 μm, and the volume average particle diameter of the carrier is set to 20 to 50 μm. Since the circularity of the toner is 0.96 or more, it is possible to provide higher image quality than the above image quality.
Specifically, the toner has a volume average particle diameter of 6 μm or less, and has a small particle diameter, and has a circularity of 0.96 or more to be spherical, thereby improving the granularity of an image. Further, by reducing the volume average particle diameter of the carrier to 50 μm or less and reducing the particle diameter, the magnetic brush on the developing roller 5 in the developing area becomes more uniform, so that the granularity of the image is further improved. Further, by forming the toner into a spherical shape with a circularity of 0.96 or more, occurrence of missing characters in a line image or the like in the transfer process is suppressed.
[0103]
The lower limit is set for each of the toner volume average particle diameter and the carrier volume average particle diameter for the following reason.
That is, if the toner volume average particle diameter is less than 3 μm, scattering of the toner cannot be suppressed, and the handling property deteriorates.
Further, when the carrier volume average particle diameter is less than 20 μm, the degree of saturation magnetization of the carrier is reduced and the carrier is easily detached from the developing roller 5, and the detached carrier adheres to the photosensitive drum 1 and This is because the life of the drum is shortened or an abnormal image is generated.
[0104]
In addition, in the present embodiment, in addition to the above-described configuration, as a condition relating to the formation of the photosensitive drum 1 and the latent image and the control of the toner density, the thickness Pd of the photosensitive layer is set to 20 μm or less, and the surface of the photosensitive drum 1 is formed. The layer contains a filler, the beam diameter of the exposure light L emitted from the light source of the LED (or LD) is set to 10 to 40 μm, and the coverage of the carrier with respect to the carrier in the developing unit 4 is set to 20 to 70%. Since the toner density is controlled, a higher image quality than the above image quality can be stably provided over time.
[0105]
Specifically, when the photosensitive layer thickness Pd is reduced to 20 μm or less to reduce the thickness, the enlargement of a latent image due to self-coulomb repulsion of charges in the charge transport layer of the photosensitive layer is limited, so that the sharpness of the image is improved. I do. Further, by adding a filler to the surface layer of the photoconductor drum 1, film shaving on the surface of the photoconductor drum 1 is suppressed. It is possible to prevent deterioration over time and to provide stable image quality due to a stable charging potential on the photosensitive drum 1.
[0106]
Further, by setting the beam diameter of the exposure light L to 40 μm or less, the energy density given to one pixel on the photosensitive drum 1 is increased, and the reproducibility of the dot image is improved, so that the gradation and sharpness of the image are improved. improves. That is, if the beam diameter exceeds 40 μm, the latent image becomes large, and the minimum reproducible dot area becomes large, so that the gradation and sharpness of the image deteriorate.
The reason why the lower limit is set for the beam diameter is that, when the beam diameter is less than 10 μm, a solid image is not formed, the image density becomes insufficient, and the color reproducibility of the image is reduced.
[0107]
Further, by controlling the coverage of the toner with respect to the carrier to 70% or less, the amount of the weakly charged toner and the oppositely charged toner having the charge amount of −0.1 fC / μm or more is maintained at less than 10% by number. It is possible to maintain good image quality without background stains, and to reduce the occurrence of toner scattering over time.
The reason why the lower limit value is provided for the toner coverage is that when the toner coverage is less than 20%, the charge-up of the toner is increased and the image density is reduced.
[0108]
Here, in the present embodiment, since the exposure unit 3 is a linear array light source type exposure unit using a plurality of LEDs as a light source, the distance between the photosensitive drum 1 and the optical element of the exposure unit 3 is relatively short. Thus, the scattered toner is easily attached to the optical element. However, as described above, the image forming apparatus according to the present embodiment maintains a good image for a long period without cleaning the optical element of the exposure unit 3 because toner scattering over time is limited. be able to.
[0109]
On the other hand, when a laser scanning exposure unit using an LD light source is used as the exposure unit 3, the pixel clock is generally small and the scanning time per pixel is short, and the self-coulomb in the photosensitive layer is generally small. Rebound is relatively large. Therefore, it is more effective to reduce the thickness Pd of the photosensitive layer as described above. That is, when an electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 1 by a laser scanning type exposure unit using an LD light source, when the photosensitive layer thickness Pd exceeds 20 μm, the electrostatic latent image is repelled by self-coulomb repulsion of the photosensitive layer. Therefore, even if the beam diameter is reduced, the gradation and sharpness of the image are not improved.
[0110]
In the present embodiment, the present invention is applied to a color image forming apparatus using a two-component developer of black, yellow, cyan, and magenta. On the other hand, the present invention can naturally be applied to an image forming apparatus using a monochrome two-component developer. And even in that case, the same effects as in the present embodiment can be obtained.
[0111]
In the present embodiment, the process cartridges K, Y, C, and M are configured such that the image forming members of the photosensitive drum 1, the charging unit 2, the developing unit 4, and the cleaning unit 12 are integrated. On the other hand, the present invention can naturally be applied to a case where the image forming members of the photosensitive drum 1, the charging unit 2, the developing unit 4, and the cleaning unit 12 are not configured as a process cartridge. And even in that case, the same effects as in the present embodiment can be obtained.
[0112]
It is to be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is apparent that the embodiment can be appropriately modified within the scope of the technical idea of the present invention, in addition to the suggestions in the embodiment. Further, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment, and can be set to numbers, positions, shapes, and the like suitable for carrying out the present invention.
[0113]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it is possible to stably form a high-quality image without background contamination over time, and reduce toner scattering from the developing unit, and provide a long-life image forming apparatus. A process cartridge can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an image forming unit in the image forming apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a table showing levels of photosensitive drums in Experiments A and B.
FIG. 4 is a table showing developer levels in Experiments A and B.
FIG. 5 is a table showing conditions and results of experiments A and B.
FIG. 6 is a graph showing a charge amount distribution of a toner depending on a toner coverage.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a low charge toner ratio and a toner scattering level.
FIG. 8 is a table showing conditions and results of experiments EF.
[Explanation of symbols]
1 photoconductor drum (image carrier), 2 charging unit, 3 exposure unit,
4 developing section, 5 developing roller, 6 stirring roller,
7 magnetic sensor, 8 doctor blade,
10 static elimination section, 12 cleaning section,
13 intermediate transfer belt, 14 registration roller,
15 transfer unit, 16 conveyor belt, 17 fixing unit,
18 toner supply section, 19 control section, L exposure light, P transfer material,
K, Y, C, M process cartridges.

Claims

An image carrier having a photosensitive layer,
A developing unit that mixes the toner and the carrier to charge the toner, and supplies the toner to an electrostatic latent image formed on the image carrier;
When the thickness of the photosensitive layer is Pd μm and the absolute value of the surface potential on the image carrier is | VD | volt,
| VD | / Pd ≦ 30
Relationship is established,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the toner in the developing unit has a charge amount per unit particle diameter of -0.1 fC / [mu] m or more in a ratio of less than 10% by number.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the toner is formed so as to have a volume average particle diameter of 3 to 6 μm.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the carrier has a volume average particle diameter of 20 to 50 μm.

A toner replenishing unit for replenishing toner in the developing unit, and a control unit for controlling a toner replenishing amount of the toner replenishing unit,
4. The toner supply unit according to claim 1, wherein the control unit controls the toner supply unit such that a coverage of the toner with respect to the carrier in the development unit is 20 to 70%. 5. Image forming apparatus.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the toner is formed to have a circularity of 0.96 or more.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image carrier is formed such that a thickness Pd of the photosensitive layer is equal to or less than 20 μm.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image carrier has a filler in a surface layer.

An exposure unit that forms an electrostatic latent image on the image carrier,
The exposure unit according to claim 1, wherein a beam diameter of exposure light emitted from a light source on the image carrier is 10 to 40 μm. 9. Image forming device.

The light source of the exposure unit is a semiconductor laser,
The image forming apparatus according to claim 8, wherein the exposure unit scans and exposes the exposure light in a width direction of the image carrier to form the electrostatic latent image.

The light source of the exposure unit is a plurality of light emitting diodes arranged in the width direction so as to face the image carrier,
9. The image forming apparatus according to claim 8, wherein the exposure unit collectively exposes the exposure light in a width direction of the image carrier to form the electrostatic latent image.

A process cartridge in which the image carrier and the developing unit are integrally configured,
A process cartridge detachably mounted to an apparatus main body of the image forming apparatus according to claim 1.