JP2004109284A

JP2004109284A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004109284A
Application number: JP2002269490A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Koike; 小池　孝幸; Hajime Koyama; 小山　一; Nobutaka Takeuchi; 竹内　信貴
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】トナーの帯電不足を防ぎつつ現像剤の寿命延長を図り、長期間に渡って高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】２成分現像剤を担持する現像スリーブ４３と、現像剤量を規制するドクタブレード４５とを備えた現像装置４によって、感光体ドラム１上に形成された潜像を現像して可視像化する画像形成装置において、トナーの円形度が０．９５以上であり、且つ、現像スリーブ４３上の静電潜像現像領域における単位面積あたりの現像剤担持量ρ［ｇ／ｃｍ^２］と、現像剤のかさ密度［ｇ／ｃｍ^３］と、現像スリーブ４３とドクタブレード４５との間隙Ｇｄ［ｍｍ］が、
｛（かさ密度×Ｇｄ／１０）／６｝＜ρ＜｛（かさ密度×Ｇｄ／１０）／２｝
の関係式を満たす。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、２成分現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤量規制部材と、現像剤収容室とからなる現像装置によって、像担持体上の潜像を現像して可視像化する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置では、現像剤担持体によりトナー粒子を搬送し、静電潜像を担持した像担持体にトナー粒子を供給し、像担持体と現像剤担持体との間に電圧を印加しながら静電潜像を顕像化する現像方法が知られている。
【０００３】
上記現像方法として、磁気ブラシ現像法が知られている。この現像法は、例えばトナー粒子とキャリア粒子との２成分現像剤により、内部に磁石を配置した現像スリーブの表面に磁気ブラシを形成させ、微小な現像間隙を保持して対向させた感光体ドラムにこの磁気ブラシを摺擦または近接させる。そして現像スリーブと感光体ドラムとの間に電圧を印加することによって、トナー粒子を現像スリーブ側から感光体ドラム側へ付着させて現像を行なう現像法である。
【０００４】
上記磁気ブラシ現像法を用いた２成分現像においては、現像スリーブ上の単位面積当たりの現像剤量を所望の値になるように調整することが、高画質や、高耐久の点から非常に重要になる。
すなわち、現像スリーブ上の現像剤汲み上げ量がある適正な範囲を超えて多い場合、感光体に磁気ブラシが強く摺擦されることになる。すると、感光体磨耗が生じるという問題がある。また、現像スリーブがキャリアを磁気的に保持する力が磁気ブラシの先端で弱くなるために、キャリアが感光体ドラムに付着してしまう所謂キャリア付着の問題も生じる。さらに、一度感光体ドラム上に現像されたトナーを磁気ブラシが掻き取ってしまい、画像濃度が求められている値に達しなかったり、画像濃度が不均一になったりするという問題がある。
一方、現像スリーブ上の現像剤汲み上げ量がある適正な範囲よりも少ない場合、十分な濃度が出ない等の問題がある。
【０００５】
このように画質の安定性に大きな影響を与える現像スリーブ上の現像剤汲み上げ量を所望の値になるように調整するために、一般的に、現像剤量規制部材として板状のブレードを設けている。この現像剤量規制部材は、現像スリーブの表面に形成された磁気ブラシの高さを規制するためのものである。そして、この現像剤量規制部材を、現像スリーブに対して微小な間隙を保持して配設することで、感光体ドラムに供給する現像スリーブ上の現像剤量を適性な量に規制することができる。すなわち、現像スリーブと現像剤量規制部材との間隙（以下、「ドクタギャップ」という）を調整することにより、現像スリーブ上の現像剤汲み上げ量を調整しているのである。
【０００６】
そして、磁気ブラシ現像法を用いた２成分現像では、適性な量に規制された現像スリーブ上の現像剤中のトナー粒子を、電圧を印加することにより感光体ドラム上の静電潜像に付着させて画像を形成する。ここで、静電潜像に対して適量のトナーを付着させるには、トナー粒子の帯電量を調整する必要がある。これは、トナーの帯電量が不充分であると、トナーがキャリアから離脱しやすくなることから、トナー飛散や地肌カブリといった問題が発生してしまうからである。トナー粒子を帯電させるには、２成分現像剤を用いる場合、トナー粒子とキャリア粒子との摩擦帯電を利用する方法が一般的である。具体的には、現像装置内において、現像剤を搬送する搬送経路内でトナーとキャリアとをあらかじめ所定量混合する。そして、現像スリーブ上に汲み上げられた後に現像剤量規制部材により余剰な現像剤を削ぎ落とす際に受けるストレスにより、トナー粒子はキャリア粒子との間で強い摩擦を受け、帯電して電荷を保持することとなる。上記現像剤量規制部材から受けるストレスの大きさによって、トナー粒子の帯電量を調整することができる。
【０００７】
このように、磁気ブラシ現像法を用いた２成分現像においては、現像スリーブ上の現像剤汲み上げ量と、トナーの帯電量とを、適正な量に調整しながら画像形成を行うことが肝要である。
【０００８】
ここで、現像剤寿命を考慮した場合には、現像剤量規制部材からのストレスを低減させる必要があり、このためにはドクタギャップを広くすれば良い。しかし、このドクタギャップを単に広くしただけでは、現像剤汲み上げ量が過多になり、前述した画像上の不具合が発生してしまう。
また、ドクタギャップを広くして現像剤量規制部材からのストレスを低減させると、トナーとキャリアとの間の摩擦帯電が不充分になってしまう。
【０００９】
従来、ドクタギャップを広くしながら、適正な現像剤汲み上げ量を維持する画像形成装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１で開示された画像形成装置は、現像スリーブに内蔵され、現像剤量を規制する領域に近接している磁極の半値幅と、この磁極に対向配置された現像剤量規制部材の周方向の厚さと、現像スリーブの直径とが所定の関係式を満たしている。この画像形成装置によれば、現像剤汲み上げ量の増加を抑制した状態でドクタギャップを広く使用することが可能になる。よって、現像剤にかかるストレスが低減されることによる高寿命化が期待できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１で開示された画像形成装置で、ドクタギャップを広げた場合には、トナーとキャリアとの間の摩擦帯電を充分に付与することができない。すると、前述したように低帯電トナーが感光体上の非画像部に付着してしまうことによる地肌カブリの発生や、キャリアから離脱しやすいことによるトナー飛散等の発生を抑えることが出来ない。このように、現像剤量規制部材からのストレス低減による現像剤の寿命延長と、高品質画像の形成とを両立させることは困難であった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナーの帯電不足を防ぎつつ現像剤の寿命延長を図り、長期間に渡って高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することである。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２４４０７号公報（第３−７頁、第２図）
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を担持し搬送する回転可能な現像剤担持体と、静電潜像現像領域へ供給する現像剤量を規制する現像剤量規制部材と、現像剤収容室とを備えた現像装置によって、像担持体上に形成された潜像を現像して可視像化する画像形成装置において、上記トナーの円形度が０．９５以上であり、且つ、現像剤担持体上の静電潜像現像領域における単位面積あたりの現像剤担持量ρ［ｇ／ｃｍ^２］と、現像剤のかさ密度［ｇ／ｃｍ^３］と、上記現像剤担持体と現像剤量規制部材との間隙Ｇｄ［ｍｍ］が上記数１の関係式を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像剤担持体の内部に磁界発生手段を設け、且つ、上記現像剤量規制部材の少なくとも一部を磁性材料を用いて構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記現像剤量規制部材よりも上記現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側に現像剤均し部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の画像形成装置において、上記トナーの粒子の体積平均粒径が４［μｍ］以上、８［μｍ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４の画像形成装置において、上記トナーの体積平均粒径と個数平均粒径とが、（体積平均粒径／個数平均粒径）≦１．２０の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、上記トナーの凝集度が３０％以下であることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、上記トナーが外添剤として無機微粒子を含有していることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置において、上記トナーが、有機溶媒中に少なくともウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤を含むトナー組成物を溶解または分散させ、該溶解または分散物を水系媒体中に分散し、重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄して得られることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、７又は８の画像形成装置において、上記キャリアの重量平均粒径が２０［μｍ］以上、６０［μｍ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、７、８又は９の画像形成装置において、上記現像装置を複数備え、カラー画像を形成することを特徴とするものである。
表１に示す実験結果より、上記数１の関係を満たすことで、従来に比べドクタギャップを広めにして現像剤へのストレスを低減できるとともに、現像剤担持体の現像剤汲み上げ量の増加を抑えることができる。ここで、ドクタギャップを広めにするとトナーとキャリアとの間の摩擦帯電が不十分となるが、トナーの円形度を０．９５以上とすることで、トナーに適正な帯電を付与させることができる。これは、トナーの円形度が０．９５より小さすぎると、トナー表面の凹凸が大きくなってキャリアと接触する部分が限定されてしまい短時間の攪拌では十分な帯電が得られない。一方、円形度が０．９５以上であればトナー表面の凹凸が小さくなりトナーの表面は万遍なくキャリアと接触することが可能になるため、短時間の撹拌でも充分に帯電することができるものと考えられる。請求項１乃至１０の発明によれば、上記トナーの円形度が０．９５以上、且つ、上記数１の関係を満たしているので、現像剤が現像剤量規制部材から受けるストレスを低減させた状態で適正な汲み上げ量を維持しつつ、トナーに適正な帯電を付与させることができる。これにより、従来に比べて現像剤寿命を延長でき、長期に渡ってトナー飛散や地肌カブリを防いで、高品質な画像形成ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画像形成装置である電子写真複写機（以下単に、「複写機」という）に適用した一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の複写機全体の概略構成図である。また図２は、図１の複写機の現像装置を示す概略構成図である。
【００１５】
まず、本実施形態の複写機の概略構成及び動作について説明する。
像担持体としての感光体ドラム１は胴体の周面に感光体が塗布されて形成されたもので、不図示の駆動機構によって図中矢印方向に回転する。回転する感光体ドラム１は、まず帯電装置２によって所望の電位に均一帯電され、その後に露光装置３によって露光が行われ、画像に対応した静電潜像が形成される。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は以下に説明する現像装置４を用いて可視像化される。
【００１６】
上記現像装置４内には現像に使用されるトナーとキャリアとからなる現像剤４０が収容されている。また、感光体ドラム１に対向する部分から現像スリーブ４３が一部分露出するよう設置されている。この現像スリーブ４３には、電源４６（図２参照）によって電圧が印加され、感光体ドラム１上の静電潜像との間に画像に対応した電界を形成する。この電界によって現像スリーブ４３上に汲み上げられた現像剤４０中の帯電トナーが感光体ドラム１へと付着し、トナー像を形成する。
【００１７】
以上の様に現像されたトナー像は、転写装置５によって感光体ドラム１から記録紙Ｓに転写され、記録紙Ｓが定着装置６を通過する間に熱と圧力とによって紙上に定着する。一方、記録紙Ｓに転写されずに感光体ドラム１上に残留したトナーはクリーニング部材７によって除去される。クリーニングされたトナーは不図示のリサイクルトナー搬送経路を通過して現像装置４内に再び補給され、次回の画像形成に用いられる。
【００１８】
現像を行うにつれ、現像剤中のトナー濃度は低下するが、不図示のトナー補給機構によって随時必要な量が補給され、上記工程のもとに繰り返し画像形成が行われる。
【００１９】
次に、複写機の各部の詳細について説明する。
感光体ドラム１は、アルミ等の素管上に感光性を有する無機または有機感光体を塗布することにより感光層を形成したものであり、感光層は電化発生層と電荷輸送層からなり、帯電装置により表面が均一帯電される。なお、潜像担持体としてはベルト状の感光体を使用してもよい。
【００２０】
図２において、現像装置４はトナーとキャリアとからなる現像剤４０を収容する現像剤収容室４１を備え、内部には現像剤４０を撹拌、搬送するために回転駆動する一対のスクリュ４２が設けられている。また、上述したように感光体ドラム１に対向する部分から現像スリーブ４３が一部分露出するよう設置されている。現像剤搬送経路には隔壁が設けられ、現像スリーブ４３から離れた方の搬送経路の図示していないトナー補給口からトナーが補給されるようになっている。そして、補給直後の未混合の状態で現像剤４０が現像スリーブ４３に供給されないよう、補給されたトナーは長手方向に搬送される間に充分にキャリアとの混合が行われる。その後、図示していない開口部からもう一方の搬送経路に受け渡され、現像スリーブ４３に汲み上げられるようになっている。
【００２１】
上記現像スリーブ４３はアルミニウムや非磁性ステンレス鋼等の材質であって、サンドブラストや溝を形成するなどして、表面に適当な凹凸を有する非磁性の円筒状部材である。この現像スリーブ４３は、図示しない回転駆動装置により適した線速を持って回転駆動する。また、その内部に複数の磁極を持つ磁石部材としてのマグネットローラ４４を固定配置することによって、現像剤４０を保持し、感光体ドラム１上の静電潜像に現像剤４０を搬送、供給することが可能となる。
【００２２】
現像スリーブ４３内部のマグネットローラ４４は複数の磁極を備えており、それぞれに必要な役割がある。基本的に必要とされるのは、現像領域で現像剤４０を穂立ちさせる現像極、現像剤４０を現像スリーブ４３上に汲み上げる汲み上げ極、及び現像剤を搬送する搬送極であり、５〜１０極で構成することが可能である。
【００２３】
さらに、上記現像スリーブ４３と感光体ドラム１との最近接点より、現像スリーブ４３回転方向上流側には現像剤量規制部材としてのドクタブレード４５を設置している。このドクタブレード４５によって現像スリーブ４３上の現像剤量を所望量に規制する。そして、現像スリーブ４３内部のマグネットローラ４４により磁気ブラシを形成させ、感光体ドラム１上の静電潜像に接触させる。また、現像スリーブ４３には、感光体ドラム１との間の現像領域において現像電界を形成するための現像バイアス電圧を印加する電源４６が接続されている。この現像電界により現像スリーブ４３上の現像剤中帯電トナーが感光体ドラム１上の静電潜像に付着することにより画像を形成することが可能となる。
【００２４】
現像スリーブ４３の線速は感光体ドラム１の線速に対して１．１倍〜３．０倍の間で用いるのが良く、より好ましくは１．５倍〜２．５倍で用いるのが良い。この範囲より遅い線速で使用した場合には画像濃度が不足してしまう。一方、この範囲より速いと、トナー飛散や画像の乱れを生じてしまう。
また、感光体ドラム１と現像スリーブ４３との間の現像ギャップＧｐは、使用するキャリア粒径や汲み上げ量ρによって最適値は異なるが、現像能力に余裕度を持たせるためにも０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの狭い幅で使用するのが好適である。
【００２５】
上記現像剤４０を構成するトナーとしては、従来公知の製法で得られるトナーを用いることができる。例えば、結着樹脂、ワックス成分、着色剤、その他場合によっては荷電制御剤等をミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練する。その後、冷却固化し、これをジェットミル等の粉砕機で粉砕し、その後分級することによって所望のトナーが得られる。
このように従来公知の製法で得られたトナーを用いることができるが、画像品質や製造コストの点から、小粒径、かつ円形状であり、なおかつ狭幅分布の粒径分布のトナーを製造しやすい重合法で製造したトナーがより好ましい。
【００２６】
上記重合法によるトナーの製造方法としては、まず、有機溶媒中に少なくともウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤を含むトナー組成物を溶解または分散させる。そして、この溶解または分散物を水系媒体中に分散し、重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄して得られる。この重合法による製造方法によれば、小粒径かつ球形状トナーを環境負荷少なく、コスト抑えて作ることができる。
【００２７】
上記重合法で得られるトナーの体積平均粒径としては、４〜８μｍであれば好適である。一般的にはトナーの粒子径は小さい程、高解像で高画質の画像を得るために有利であるといわれている。しかし、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利になりがちである。また、トナーが小粒径になるほど、キャリア表面にトナーが融着しやすくなり、キャリアの帯電能力低下が早まる。一方、トナー粒径がこの範囲よりも大きい場合には、高解像な画像を得ることが困難になってしまう。また、トナーの体積平均粒径と個数平均粒径の比（体積平均粒径／個数平均粒径）についても同様である。すなわち、体積平均粒径に対して個数平均粒径が大き過ぎる場合には微粉が多く存在するためキャリア表面にトナーが融着しやすくなるため好ましくない。よって、トナーの体積平均粒径と個数平均粒径の比（体積平均粒径／個数平均粒径）は、１．２０以下が好適である。
【００２８】
トナーの流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤としては、シリカやアルミナ、酸化チタン等の無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、５ｍμｍ〜２μｍであることが好ましく、特に５ｍμｍ〜５００ｍμｍであることが好ましい。また、ＢＥＴ法による比表面積は、２０〜５００ｍ^２／ｇであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの０．０１〜５重量％であることが好ましく、特に０．５〜３．０重量％であることが好ましい。
【００２９】
現像剤中のキャリアとトナーとの含有比は、キャリア１００重量部に対してトナー１〜１０重量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径２０〜２００μｍ程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、ポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、およびシリコーン樹脂等が使用できる。キャリア粒径としては、後述する比較例及び実施例においては３５μｍのキャリアを使用して行ったが、２０μｍ〜１００μｍであれば適当であり、２０μｍ〜６０μｍであれば、緻密な磁気ブラシを形成することによって画像の高解像度化にも好適である。キャリア粒径もトナーと同様粒径が小さい程高解像な画像を得ることができるが、小さ過ぎるとキャリア飛散、キャリア付着を引き起こしてしまうため好ましくない。
【００３０】
以上の構成において、現像装置４の寿命は主に現像剤４０の劣化によって決定される。特に現像装置４内で繰り返し使用され続けるキャリアの帯電能力の低下が大きい。キャリアの帯電能力低下は、トナーの成分が局部的にキャリアに付着してしまうために発生する。特にオイルレストナーには定着離形性を確保するためにワックスが分散しており、現像剤にストレスを加えた場合には、それにより発生する熱によりワックス成分がトナー表面に浸出し、キャリア表面がワックスによってフィルミングされてしまう。その結果、トナー極性と同極性のワックスがキャリアに付着することにより、トナーと接触してもトナーを帯電させることが出来なくなってしまう現象である。このようにキャリアの帯電能力が低下すると、全体的なトナーの帯電量低下を招くため、トナー飛散や地肌カブリといった諸問題を引き起こしてしまう。
【００３１】
現像装置４中で現像剤４０にストレスを与える主な部分は、ドクタブレード４５である。図３は現像装置４のみを単体で取り出し、外部から駆動を与え、長時間に渡り、トナーの入れ替え無しで現像剤４０を撹拌し続けた際のキャリアの帯電能力を調べた実験結果を示すグラフである。現像装置４にドクタブレード４５が有る場合と無い場合とについて、初期から経時での変化を比較検討したものである。グラフ（イ）と（ハ）は現像装置４にドクタブレード４５がある場合であり、グラフ（ロ）は無い場合である。キャリアの帯電能力は、現像剤４０からキャリアのみを取り出し、新しいトナーと所定量混合撹拌した際の帯電量ＣＡである。
【００３２】
図３のグラフ（イ）からも明らかなように、ドクタブレード４５の無い現像剤４０中のキャリアは帯電量ＣＡがほとんど低下していない。これに対して、ドクタブレード４５が有るグラフ（ロ）では、現像剤４０の帯電量ＣＡの著しい低下が見られる。このことから、現像剤４０の寿命を大きく左右しているのはドクタブレード４５であることが判る。
【００３３】
従って、現像装置４として長寿命化を図るためには、ドクタブレード４５からの現像剤４０へのストレスを低減させることが最も有効である。そして、ストレスを低減するには、現像スリーブ４３とドクタブレード４５との間隙を可能な限り広くして用いることが先ず挙げられる。
但し、現像スリーブ４３とドクタブレード４５との間隙（以下、「ドクタギャップ」という）Ｇｄと汲み上げ量ρは、図４のグラフ（ニ）に示されるような関係があるため、単に広くすると適正な汲み上げ量をオーバーしてしまう。
【００３４】
そこで、本実施形態に係る複写機では、ドクタブレード４５に、磁性材料を使用した。これによりドクタブレード４５に近接しているマグネットローラ４４内の磁極から出た磁束がドクタブレード４５に集中する。これにより、同程度の汲み上げ量でも、図４のグラフ（ホ）のように磁性材料を使用しない場合のグラフ（ニ）に比べてドクタギャップＧｄを広く使用することが可能となった。
また、現像スリーブ４３内のマグネットローラ４４の汲み上げ極の磁力を下げることによっても、図４のグラフ（ヘ）のように同等な効果を得ることが可能であることが判った。
【００３５】
ここでドクタギャップＧｄを広くすると、現像スリーブ４３上を汲み上がってきた現像剤４０は、ドクタブレード４５からの押圧を強く受けないため、現像スリーブ表面に、現像剤を搬送するスクリュ４２の履歴が残る場合がある。すると、現像スリーブ長手方向に渡って均一な汲み上げ量が得られない場合がある。
この場合には、ドクタブレード４５の現像スリーブ回転方向上流側に汲み上がってきた現像剤４０を均すための現像剤均し部材４７を設けることによって、汲み上げ量のむらを無くすことが可能になる。
【００３６】
以上の様にしてドクタブレード４５を設置した現像装置４をもって、長時間現像剤４０を撹拌し続けた際の帯電量ＣＡを評価した結果が、図３のグラフ（ハ）である。現像剤均し部材４７を設けることによって、適正な量を保ちながら、長手方向に渡ってむらの無い汲み上げ量を得ると同時に、ドクタギャップ間隙Ｇｄを広くすることが可能となる。これにより、現像剤４０へのストレスを低減させることが可能になる。
【００３７】
図５は、同一汲み上げ量ρでドクタギャップＧｄが狭い場合（グラフ（イ））と広い場合（グラフ（ロ））、及び、ドクタブレード４５を外した場合（グラフ（ハ））について、トナーの帯電量を測定したグラフである。ドクタギャップＧｄが狭い場合（グラフ（ト））に比べると、ドクタギャップＧｄが広い場合（グラフ（チ））ではトナーの帯電量が飽和するまでに時間がかかってしまっていることが判る。これは、ドクタブレード４５が無しの場合（グラフ（リ））では殆ど帯電していないことから、ドクタギャップＧｄを広くしたことによって、トナーとキャリアとの間の摩擦帯電が起こりにくくなったためと考えられる。
【００３８】
このため、ドクタギャップＧｄが広い場合には、現像剤４０に用いられるトナーは、低ストレス下でも短時間で充分に帯電することができる帯電性を保持することが必要となる。特に、小粒径トナーを用いた場合には、トナーの流動性、特に凝集度が低下してしまい、キャリアと均一に接触することが困難になるため、短時間での均一帯電はさらに困難になる。
【００３９】
小粒径で、かつ形状の異なるトナーについて、凝集度と帯電立ち上がり性の評価を行ったところ、以下のことが判った。なお、帯電立ち上がり性についてはあらかじめ計量したトナーとキャリアとを１０秒という短時間で撹拌した際の帯電量ＴＡ１０の測定をもって行った。
図６は、粒径５μｍの小粒径トナーで円形度の異なるトナーを用い、添加剤量を振ることによって凝集度を変化させた場合の帯電立ち上がり性ＴＡ１０を測定した結果を示すグラフである。
【００４０】
上記円形度は、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００（東亜医用電子株式会社製）により平均円形度として計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を０．１〜０．５ｍｌ加え、更に測定試料を０．１〜０．５ｇ程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、分散液濃度を３０００〜１万個／μｌとして上記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
【００４１】
図６の測定結果から判るように、トナーの円形度が高く、より球形に近い場合には、円形度の低いトナーと同程度の凝集度でも帯電の立ち上がり性が良く、特に凝集度３０％以下ではほぼ飽和帯電量に達している。これは、トナーの円形度が低いとトナー表面に大きな凹凸があり、キャリアと接触する部分が限定されるため、短時間の攪拌では充分な帯電ができないものと考えられる。一方、トナーの円形度が高くより真球に近ければ、トナーの表面は万遍なくキャリアと接触することが可能になるため、短時間の撹拌でも充分に帯電することが可能になるためと考えられる。このように円形度の高いトナーを用いて、上記ドクタギャップＧｄを広くした現像装置４中で撹拌した場合の帯電量の推移はほぼ図５のグラフ（ト）と同様の結果が得られた。このように、ドクタギャップＧｄを広くした場合でも、円形度の高いトナー（例えば、円形度０．９５以上）を用いることによって、現像装置４内で充分な帯電量を保持し得ることが判った。
【００４２】
上記現像装置４を用い、実際の画像形成装置において、汲み上げ量としてどのような範囲が適当であるか、また、適正なトナー形状について、以下の実施例で明確にした。
特に汲み上げ量に関しては、「現像剤のかさ密度×Ｇｄ」を汲み上げ量として取り得る最大の値として用い、汲み上げ量をこの値に対してどの範囲で使用することが、寿命及び画像に対して有効であるかについて、種々の検討を行った。その結果、次の数２の関係を満たすことが、有効であることが判った。
【数２】
｛（かさ密度×Ｇｄ／１０）／６｝＜ρ＜｛（かさ密度×Ｇｄ／１０）／２｝
【００４３】
さらに、上記数２の関係を満たし、なおかつ円形度０．９５以上のトナーを用いることで、ドクタブレード４５から現像剤４０にかかるストレスを軽減させながら、同時にトナーの帯電も必要充分なだけ得ることができることが確認された。
【００４４】
以上のような実施例の内容において以下の一比較例と、実施例１，２の条件で画像面積率５％チャートを連続１０００００枚出力するランニング試験を行った。そして、ランニング試験前後のキャリアの帯電能力ＣＡを確認すると同時に、画像上地肌カブリ、及びトナー飛散について目視による評価を行った。
【００４５】
なお、ランニング試験に用いた複写機のメカ条件は次のように設定した。
感光体ドラム径：φ３０ｍｍ
感光体線速：１６０ｍｍ／ｓｅｃ
現像スリーブ径：φ１８ｍｍ
現像スリーブ線速：２４０ｍｍ／ｓｅｃ、
キャリア粒径：３５μｍ
現像ギャップＧｐ（現像スリーブと感光体ドラムとの間隙）：０．３ｍｍ
【００４６】
また、ドクタギャップＧｄに対する汲み上げ量の調整は、ドクタブレード４５に磁性材料を用いたり、現像スリーブ４３内のマグネットローラ４４の汲み上げ極の磁力を下げたりして行った。
【００４７】
〔比較例１〕
本比較例１では、トナー粒径が５μｍ、円形度が０．９０、嵩密度が２．１ｇ／ｃｍ^３であるトナー及び現像剤を用いた。また、ドクタギャップＧｄを０．４ｍｍ、汲み上げ量を０．０５０ｇ／ｃｍ^２にして評価を行った。
本比較例１においては、ランニング初期からトナー飛散や地肌カブリが発生し、ランニング後の帯電量ＣＡも大きく低下している。これは、トナーの帯電立ち上がり性が低く、ドクタブレードから受ける現像剤のストレスが大きいためと考えられる。
【００４８】
〔実施例１〕
上記比較例１に対して、トナーの円形度が０．９５、現像剤の嵩密度が２．０ｇ／ｃｍ^３で、ドクタギャップＧｄを０．６ｍｍ、汲み上げ量を０．０５１ｇ／ｃｍ^２にして評価を行った。
本実施例１においては、トナーの帯電立ち上がり性も良く、現像剤にかかるストレスも抑制されている。よって、初期から経時においてもトナー飛散、地肌カブリが発生することなく、キャリアの帯電能力も維持されたままで、ほとんど変化なく使用することが可能となる。
【００４９】
〔実施例２〕
上記比較例１に対して、トナーの円形度が０．９８、現像剤の嵩密度が２．０ｇ／ｃｍ^３で、ドクタギャップＧｄを０．６ｍｍ、汲み上げ量を０．０３２ｇ／ｃｍ^２にして評価を行った。
本実施例２においても、上記実施例１と同様に、トナー飛散、地肌カブリを引き起こすことなくランニング試験を終えることが出来、トナーの帯電立ち上がり性や現像剤ストレスについて、満足する構成であるといえる。
【００５０】
以上の結果をまとめると、下記の表１の通りとなる。
【００５１】
【表１】

【００５２】
上記実施形態においては、単色の画像を形成する複写機の例について説明したが、現像装置を複数備え、カラー画像の形成を行うカラー複写機にも適用できることはもちろんである。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を担持する現像剤担持体としての現像スリーブと、静電潜像現像領域へ供給する現像剤量を規制する現像剤量規制部材としてのドクタブレードと、現像剤収容室とを備えた現像装置によって、像担持体としての感光体ドラム上に形成された潜像を現像して可視像化する画像形成装置としての複写機において、上記トナーの円形度が０．９５以上であり、且つ、現像剤担持体としての現像スリーブ上の静電潜像現像領域における単位面積あたりの現像剤担持量ρ［ｇ／ｃｍ^２］と、現像剤のかさ密度［ｇ／ｃｍ^３］と、上記現像剤担持体としての現像スリーブと現像剤量規制部材としてのドクタブレードとの間隙Ｇｄ［ｍｍ］が上記数２の関係式を満たす。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記現像剤担持体としての現像スリーブの内部に磁界発生手段としてのマグネットローラを設け、且つ、上記現像剤量規制部材としてのドクタブレードの少なくとも一部を磁性材料を用いて構成した。現像剤担持体としての現像スリーブと現像剤量規制部材としてのドクタブレードとの間隙であるドクタギャップＧｄを広くすると、図４のグラフ（ニ）に示すように、汲み上げ量ρが多くなり適性な汲み上げ量をオーバーしてしまう場合がある。ドクターブレードの少なくとも一部を磁性材料で構成することで、ドクタブレードに近接している磁界発生手段としてのマグネットローラの磁極から出た磁束がドクタブレードに集中する。これにより、図４のグラフ（ホ）のように、ドクタギャップＧｄを広くした場合であっても、現像スリーブとドクタブレードとの間で汲み上げ量が抑制され、汲み上げ量ρの増加を抑制することができる。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記現像剤量規制部材の現像剤搬送方向上流側に現像剤均し部材を配設した。上記ドクタギャップＧｄを広くすると、ドクタブレードからの押圧力が弱くなるため、現像スリーブ表面に現像剤を搬送するスクリュの履歴が残り、現像スリーブ長手方向に渡って均一な汲み上げ量が得られない場合があった。よって、ドクタブレードよりも現像スリーブの現像剤搬送方向上流側に現像剤均し部材を設けることによって、現像スリーブ表面の現像剤のスクリュ履歴を除去し、汲み上げ量のむらを無くすことができる。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記トナーの粒子の体積平均粒径が４μｍ以上、８μｍ以下である。一般的にはトナーの粒子径は小さい程、高解像で高画質の画像を得るために有利である。しかし、トナーの粒子の体積平均粒径が４μｍよりも小さすぎると、転写性やクリーニング性に対しては不利になりがちである。また、キャリア表面にトナーが融着しやすくなり、キャリアの帯電能力の低下が早まってしまう。一方、トナーの粒子の体積平均粒径が８μｍよりも大きすぎると、高解像な画像を得ることが困難になってしまう。よって、トナーの粒子の体積平均粒径が４μｍ以上、８μｍ以下であることで、転写性やクリーニング性の悪化、及びキャリアの帯電能力の低下を防いで、高品質な画像を形成することができる。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記トナーの体積平均粒径と個数平均粒径とが、（体積平均粒径／個数平均粒径）≦１．２０の関係を満たす。体積平均粒径と個数平均粒径の比が１．２０よりも大きすぎると、微粉が多く存在するためキャリア表面にこの微粉トナーが融着しやすくなってしまう。よって、体積平均粒径と個数平均粒径の比が１．２０以下であれば、微粉トナーが少なく、微粉トナーのキャリア表面への融着を防いで高品質な画像を形成することができる。また、トナーの粒径分布が狭いので、高画質化が可能となる。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記トナーの凝集度が３０％以下である。図６のグラフに示すように円形度が高く球形に近いトナーでは、凝集度３０％以下で、トナーとキャリアとを１０秒という短時間で撹拌した際の帯電量ＴＡ１０の数値が高く、帯電立ち上がり性が良好である。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記トナーが外添剤として無機微粒子を含有している。よって、トナーの流動性が向上し、これにより帯電性を向上させることができる。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記トナーが、有機溶媒中に少なくともウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤を含むトナー組成物を溶解または分散させ、該溶解または分散物を水系媒体中に分散し、重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄して得られる。よって、小粒径かつ球形状トナーを環境負荷少なく、コスト抑えて作ることができる。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記キャリアの重量平均粒径が２０μｍ以上、６０μｍ以下である。キャリア粒径は小さい程、緻密な磁気ブラシを形成することができるため、画像の高解像度化を図ることができる。しかし、キャリアの重量平均粒径が２０μｍよりも小さ過ぎると、キャリア飛散や感光体へのキャリア付着を引き起こしてしまう。一方、キャリアの重量平均粒径が６０μｍよりも大きすぎると、高解像な画像を得ることが困難になってしまう。よって、キャリアの重量平均粒径が２０μｍ以上、６０μｍ以下であることで、キャリア飛散や感光体へのキャリア付着を防いで、画像の高解像度化を図ることができる。
また、上記画像形成装置としての複写機において、上記現像装置を複数備え、カラー画像を形成する。上記現像装置を複数備えることによって、高品質なフルカラーの画像を得ることができる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１乃至１０の発明においては、トナーの帯電不足を防ぎつつ現像剤の寿命延長を図り、長期間に渡って高品質な画像を形成することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る複写機の要部概略構成図。
【図２】図１の複写機の現像装置を示す概略構成図。
【図３】長時間に渡り、トナーの入れ替え無しで現像剤を現像装置中で撹拌し続けた際のキャリアの帯電能力を調べた実験結果を示すグラフ。
【図４】ドクタギャップＧｄと汲み上げ量ρとの関係を示すグラフ。
【図５】攪拌時間とトナーの帯電量との関係を示すグラフ。
【図６】小粒径トナーで円形度の異なるトナーを用い、トナーの凝集度と１０秒間攪拌したときのトナー帯電量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１　　　感光体
２　　　帯電装置
３　　　露光装置
４　　　現像装置
５　　　転写装置
６　　　定着装置
７　　　クリーニング部材
４０　　現像剤
４３　　現像スリーブ
４４　　マグネットローラ
４５　　ドクタブレード
４６　　電源
４７　　現像剤均し部材

Claims

トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を担持し搬送する回転可能な現像剤担持体と、静電潜像現像領域へ供給する現像剤量を規制する現像剤量規制部材と、現像剤収容室とを備えた現像装置によって、
像担持体上に形成された潜像を現像して可視像化する画像形成装置において、
上記トナーの円形度が０．９５以上であり、且つ、
現像剤担持体上の静電潜像現像領域における単位面積あたりの現像剤担持量ρ［ｇ／ｃｍ^２］と、現像剤のかさ密度［ｇ／ｃｍ^３］と、上記現像剤担持体と現像剤量規制部材との間隙Ｇｄ［ｍｍ］が下記数１の関係式を満たすことを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、
上記現像剤担持体の内部に磁界発生手段を設け、且つ、
上記現像剤量規制部材の少なくとも一部を磁性材料を用いて構成したことを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２の画像形成装置において、
上記現像剤量規制部材よりも上記現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側に現像剤均し部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２又は３の画像形成装置において、
上記トナーの粒子の体積平均粒径が４［μｍ］以上、８［μｍ］以下であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３又は４の画像形成装置において、
上記トナーの体積平均粒径と個数平均粒径とが、
（体積平均粒径／個数平均粒径）≦１．２０
の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、
上記トナーの凝集度が３０％以下であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、
上記トナーが外添剤として無機微粒子を含有していることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置において、
上記トナーが、有機溶媒中に少なくともウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤を含むトナー組成物を溶解または分散させ、該溶解または分散物を水系媒体中に分散し、重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄して得られることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４、５、７又は８の画像形成装置において、
上記キャリアの重量平均粒径が２０［μｍ］以上、６０［μｍ］以下であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１、２、３、４、５、７、８又は９の画像形成装置において、
上記現像装置を複数備え、カラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。