JP2004226432A

JP2004226432A - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置

Info

Publication number: JP2004226432A
Application number: JP2003010468A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakai; 洋志中井; Koichi Kato; 弘一加藤; Kazumi Suzuki; 一己鈴木; Jun Yura; 純由良; Hiroshi Yasutomi; 啓安富; Hirokatsu Suzuki; 宏克鈴木; Hideki Kosugi; 秀樹小杉; Ichiro Kadota; 一郎門田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】長期間にわたって現像剤を使用した場合や、低い面積率の画像を頻繁に形成した場合や、小径化されたトナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で像担持体表面に潤滑性物質を効率的かつ安定的に供給してトナーフィルミングが確実に抑止される現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像装置２３内の現像剤Ｇは潤滑性物質を備える。そして、現像剤Ｇが収納された状態における現像装置２３の動トルクと現像剤Ｇが収納されていない状態における現像装置２３の動トルクとの差をＷ（ｋｇｆ・ｃｍ）とし、現像装置２３内における現像剤Ｇ中のトナーの質量をＭ（ｇ）としたときに、Ｗ／Ｍ≦０．０４なる関係が成立するように構成する。
【選択図】図１

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設置される現像装置及びプロセスカートリッジとに関し、特に、２成分現像剤を用いた現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、感光体ドラム上におけるトナーフィルミングの発生を抑止することを目的として、現像装置に収納する現像剤中に脂肪酸金属塩等の潤滑性物質を含有させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
詳しくは、像担持体としての感光体ドラムの表面に発生するトナーフィルミングは、現像装置から感光体ドラムに供給されるトナーやその構成材料の一部がその表面に固着する現象である。このトナーフィルミングは、感光体ドラム表面に対するトナーの付着力が大きいときに発生しやすい現象である。そして、トナーフィルミングの程度が進むと、ハーフトーン画像を形成するときに白抜けが発生する等の高画質化の妨げとなる不具合が生じる。
【０００４】
このようなトナーフィルミングを防止するために、トナーとキャリアとからなる現像剤に潤滑性物質を含有させて、現像装置から感光体ドラム表面に向けてトナーとともに潤滑性物質を供給する。これによって、感光体ドラム表面に対するトナーの付着力が低減されて、比較的簡易な構成でトナーフィルミングを抑止することができる。
【０００５】
一方、近年における電子写真方式を用いた画像形成装置において、装置の高耐久化、高画質化に対する要求が益々高くなっている。そして、それらの要求を達成するために、小径化かつ球形化されたトナーと磁性を有するキャリアとからなる２成分現像剤を用いた作像プロセスが多く用いられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２７４７９号公報（第２−３頁、第８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、現像装置内における現像剤中のトナーの状態によって、感光体ドラム表面に対する潤滑性物質の供給性が変動するために、トナーフィルミングを安定的に抑止することができないといった不具合があった。
【０００８】
詳しくは、２成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式においては、トナーとキャリアとを撹拌摩擦することによって、それらを互いに異なる極性に帯電させる。そして、現像ローラ上に担持された現像剤中のトナーを、感光体ドラム上に形成された静電潜像（トナーの帯電極性と反対極性を有する。）に供給して、可視化されたトナー像を感光体ドラム上に形成する。
【０００９】
ここで、トナーに対する帯電付与は、現像装置内において現像ローラに対して微小ギャップ離間して配設されたドクターブレード（薄層形成部材）の位置で、最も顕著におこなわれる。すなわち、現像ローラに担持された現像剤がドクターブレードとの微小ギャップを通過するときに、トナーとキャリアとが強い力で摺擦されるために、トナーに対する帯電付与は大きくなる。
【００１０】
また、このようにドクターブレードの位置でトナーが摺擦されるとき、トナーは帯電されるとともに大きなストレスを受ける。そして、長期間にわたって装置内で現像剤を使用する場合や、低い面積率（例えば、１％程度である。）の画像を頻繁に形成して現像剤中のトナーの入れ替わりが少ない場合等には、ストレスによってトナーの外添剤がトナーに埋没してしまい、トナーの流動性が低下するとともにトナー自体の付着力が増加する。このようなトナーの状態のとき、現像剤中の潤滑性物質は感光体ドラム表面に充分に供給されずに、トナーフィルミングの発生を抑止する力が低下してしまう。
【００１１】
このような現象は、特に、小径化されたトナーを用いた画像形成装置の場合に、トナーの分子間力が大きくなって感光体ドラム表面に対するトナーの付着力も増加して、トナーフィルミングに対する余裕度が小さくなるために、無視できない問題となっている。
【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、長期間にわたって現像剤を使用した場合や、低い面積率の画像を頻繁に形成した場合や、小径化されたトナーを用いた場合等であっても、比較的簡易な構成で像担持体表面に潤滑性物質を効率的かつ安定的に供給してトナーフィルミングが確実に抑止される現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置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、現像剤中の潤滑性物質を像担持体に安定的に供給するためには、現像剤中のトナーに対する外添剤の埋没を制限する必要がある。そして、現像剤が収納された状態と収納されていない状態との現像装置の動トルク差（現像装置内で現像剤が受けるストレスにほぼ比例する力である。）と、現像装置内の現像剤質量及びトナー濃度とを、適正な値に維持することでトナーに対する外添剤の埋没を制限することができる。さらに、潤滑性物質の種類を特定することによって、トナーフィルミングの発生を抑止する効果を向上させることができる。
【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現像装置は、トナーとキャリアとからなる現像剤を収納する現像装置であって、前記現像剤は、潤滑性物質を備え、前記現像剤が収納された状態における装置の動トルクと前記現像剤が収納されていない状態における装置の動トルクとの差をＷ（ｋｇｆ・ｃｍ）とし、装置内における前記現像剤中の前記トナーの質量をＭ（ｇ）としたときに、
Ｗ／Ｍ≦０．０４
なる関係が成立するものである。
【００１５】
また、請求項２記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項１記載の発明において、前記潤滑性物質を、脂肪酸金属塩としたものである。
【００１６】
また、請求項３記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項２に記載の発明において、前記脂肪酸金属塩を、ステアリン酸亜鉛としたものである。
【００１７】
また、請求項４記載の発明にかかる現像装置は、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、前記潤滑性物質を、フッ素含有樹脂としたものである。
【００１８】
また、請求項５記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項４記載の発明において、前記フッ素含有樹脂を、ポリ四フッ化エチレン樹脂としたものである。
【００１９】
また、請求項６記載の発明にかかる現像装置は、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、前記現像剤を担持するとともに像担持体に対向する現像ローラを備え、前記装置の動トルクを、前記現像ローラの回転軸における動トルクとしたものである。
【００２０】
また、請求項７記載の発明にかかる現像装置は、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、前記現像剤中にトナーを供給するトナー供給部を備え、前記トナー供給部は、前記装置の動トルクを検出するトルク検出部の検出結果に基づいて制御されるものである。
【００２１】
また、請求項８記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項７に記載の発明において、前記トナー供給部は、前記潤滑性物質をも供給するものである。
【００２２】
また、この発明の請求項９記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像装置を備えたものである。
【００２３】
また、この発明の請求項１０記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像装置を備えたものである。
【００２４】
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装置と、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置と、像担持体上の未転写トナーを除去するクリーニング装置とのうち、少なくとも１つの装置と、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形成された集合体と定義する。
【００２５】
【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。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
図１は、実施の形態における画像形成装置の要部を示す構成図である。
【００２６】
図１において、２０は像担持体としての感光体ドラム、２１は感光体ドラム２０の長手方向全域に光を当てて感光体ドラム２０の表面電位をリセットする除電部、２２は感光体ドラム２０の表面を帯電するローラ状の帯電装置、２３は感光体ドラム２０上に形成された静電潜像を現像する現像装置、３２は現像装置２３にトナーＴを補充するトナーカートリッジ、３７は画像情報に基づき不図示の光学部から感光体ドラム２０に向けて発せられる露光光、３９は感光体ドラム２０上の未転写トナーを除去するクリーニング装置、４５は被転写材を転写装置４８に向けて搬送するレジストローラ、４７は感光体ドラム２０上に形成されるパッチパターンに投光してその反射光からその画像濃度を検知する画像濃度検知センサ（Ｐセンサ）、４８は感光体ドラム２０上で形成したトナー像を被転写材に転写する転写装置を示す。
【００２７】
また、現像装置２３は、トナー、キャリア、潤滑性物質等からなる現像剤Ｇを収納した現像タンクと、現像タンク内にフレッシュトナーＴを適宜に供給する現像ホッパ３０（トナー供給部）とからなる。現像装置２３の現像タンクには、現像ローラ２４、パドル２５、撹拌ローラ２６、ドクターブレード２７、セパレータ２８、現像搬送スクリュ２９等の部材が配設されている。現像装置２３の現像ホッパ３０には、トナー補給ローラ３１が配設されている。
【００２８】
また、図１において、１０は現像装置２３を駆動する駆動部、１１は現像装置２３の動トルクを検出するトルク検出部、１２はトナー供給部としての現像ホッパ３０を制御して現像装置２３内の現像剤Ｇ中にフレッシュトナーＴを供給する制御部を示す。
ここで、図示は省略するが、駆動部１０は、現像ローラ２４の回転軸を駆動入力軸として、現像ローラ２４を図中矢印方向に回転駆動するとともに、ギアを介して、パドル２５、撹拌ローラ２６、現像搬送スクリュ２９を回転駆動する。したがって、トルク検出部１１は、現像ローラ２４の回転軸における動トルクを検出することになる。なお、現像ホッパ３０のトナー補給ローラ３１は、上述の駆動部１０とは別の駆動部によって駆動される。
【００２９】
ここで、現像装置２３は、現像剤Ｇが収納された状態における装置２３の動トルクと現像剤Ｇが収納されていない状態における装置２３の動トルクとの差をＷ（ｋｇｆ・ｃｍ）とし、装置２３内における現像剤Ｇ中のトナーの質量をＭ（ｇ）としたときに、
Ｗ／Ｍ≦０．０４
なる関係が成立するように構成されている。これについては、後で詳しく説明する。
【００３０】
現像装置２３を含む画像形成装置の各作像装置は、次のように動作する。
まず、紙面の時計回りに回転する感光体ドラム２０は、帯電装置２２との対向位置で、その表面が帯電される。
そして、帯電装置２２の位置で帯電された感光体ドラム２０表面は、さらに回転して露光光３７の照射部に達する。そして、ここで原稿等の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００３１】
その後、潜像が形成された感光体ドラム２０表面は、現像装置２３との対向位置に達する。感光体ドラム２０に対向する現像ローラ２４には、所定の電圧が印加されている。そして、現像ローラ２４上に担持された現像剤中のトナーが、現像ローラ２４と感光体ドラム２０表面の潜像との電位差により、潜像に移動して付着する。このとき、現像ローラ２４上の現像剤中の潤滑性物質も適宜に感光体ドラム２０表面に供給される。
【００３２】
ここで、現像装置２３の現像タンク内において、磁性を有するキャリアとトナーとは相反する極性により静電的に吸着し合い、磁力を有する現像ローラ２４に磁着することで、現像ローラ２４から感光体ドラム２０へのトナーの供給を可能にする。
また、トナーカートリッジ３２に収納されたトナーＴは、フレッシュトナー補給ローラ３３によって、現像ホッパ３０内に供給される。そして、画像濃度検知センサ４７の検知結果と、トルク検出部１１の検出結果とに基づき、制御部１２によってトナー補給ローラ３１の回転時間を制御して、現像ホッパ３０から現像タンク内に適宜トナーを供給する。
【００３３】
詳しくは、現像装置２３内における現像剤Ｇのトナー濃度（現像剤Ｇの質量に対するトナーの質量の比である。）が、上述のＷ／Ｍ≦０．０４なる関係を満足するとともに、感光体ドラム２０上に形成するトナー像の画像濃度が所定の濃度以上となるように、現像ホッパ３０から現像タンクにトナーを供給する。
なお、上式のＷ／Ｍのうち、動トルク差Ｗは、現像装置２３内に現像剤Ｇが収納される前の動トルクのデータ（例えば、工場出荷時のデータであって、制御部１２にメモリされたものである。）と、トルク検出部１１で検出する実測データとを、対比することによって求めることができる。
そして、初期の現像剤Ｇ中のトナー質量を基準として、画像濃度検知センサ４７の検知結果から画像形成によって消費したトナー質量の消費分を推定して、Ｗ／Ｍ≦０．０４を満足するように、予め求めてあるトナー補給ローラ３１の駆動時間とトナーの供給量との関係に基づいて、トナー補給ローラ３１を制御して現像剤Ｇ中にトナーを補給する。
【００３４】
その後、現像装置２３によって現像された感光体ドラム２０表面は、転写装置４８との対向位置に達する。
一方、レジストローラ４５によって、感光体ドラム２０表面のトナー像とタイミングを合わせて、被転写材が転写装置４８に搬送される。そして、転写装置４８により、被転写材にトナー極性とは異なる極性の電圧が付与されて、感光体ドラム２０上の画像が被転写材上に転写される。このとき、感光体ドラム２０上には、被転写材に転写されない未転写のトナーが僅かながら残存する。
【００３５】
その後、転写装置４８を通過した未転写トナーを有する感光体ドラム２０表面は、クリーニング装置３９との対向位置に達する。クリーニング装置３９では、感光体ドラム２０に当接するクリーニングブレード３９ａによって、ドラム表面に付着する未転写トナーがクリーニング装置３９内に回収される。
その後、クリーニング装置３９を通過した感光体ドラム２０表面は、除電部２１との対向位置に達する。そして、ここで感光体ドラム２０表面の電位は除電されて、一連の作像プロセスを終了する。
【００３６】
以上のように構成され、動作する各作像装置は、図２に示す画像形成装置５０に搭載される。
以下、画像形成装置全体の構成と動作とについて説明する。
図２において、５０は画像形成装置、５１は原稿を載置するとともに原稿の画像情報を読み取る原稿読取部、５２は原稿読取部５１の画像情報に基づき感光体ドラム２０上にレーザ光等の露光光３７を照射する光学部、５４は転写紙等の被転写材を収納する給紙部、５５は給紙部５４から被転写材を給送する給紙ローラ、５７は転写工程後の被転写材上のトナーを熱と圧力とにより被転写材に定着する定着部、５８は定着工程後の被転写材を装置外に排出する排紙部を示す。
【００３７】
このように構成された画像形成装置５０は、次のように動作する。
まず、原稿読取部５１に載置された原稿の画像情報が、原稿読取部５１にて光学的に読み取られる。そして、その光学的な画像情報が電気信号に変換された後に、光学部５２に転送される。そして、光学部５２から、その電気信号の画像情報に基づいた露光光３７が感光体ドラム２０に照射される。
そして、上述の作像プロセスが、感光体ドラム２０上でおこなわれる。
【００３８】
一方、給紙部５４からは、被転写材が、給紙ローラ５５の回転摩擦力によって、搬送経路に向けて給送される。そして、レジストローラ４５に達した被転写材は、感光体ドラム２０上に形成されたトナー像と同期して転写装置４８に搬送されて、そこでトナー像が転写される。
そして、トナー像が転写された被転写材はさらに定着部５７に搬送されて、ここでトナー像が定着される。
最後に、定着工程後の被転写材は、排紙部５８を通過して、画像形成装置５０の外に向けて排出される。
【００３９】
なお、現像装置２３は、画像形成装置５０本体に対して着脱自在に構成されている。
これに対して、上述の感光体ドラム２０と、帯電装置２２と、現像装置２３と、クリーニング装置３９とを、一体的に構成したプロセスカートリッジとすることもできる。その場合、このプロセスカートリッジは、画像形成装置５０本体に対して着脱自在に構成されることになる。
【００４０】
次に、本実施の形態における現像装置２３に収納される現像剤Ｇについて詳述する。
まず、現像剤Ｇ中のトナーについて説明する。本実施の形態に用いたトナーは、小径化・球形化されたトナーである。なお、トナーカートリッジ３２内のフレッシュトナーＴは、現像剤Ｇ中のトナーと同等に構成されたものである。
トナーは、結着樹脂、着色剤等からなるトナー母体粒子に、外添剤を添加して形成される。具体的には、まず、結着樹脂、着色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、混合物を冷却固化して、これを粉砕分級してトナー母体粒子をえる。その後、このトナー母体粒子に、外添剤をヘンシェルミキサー等で混合付着させて、トナーを形成する。
【００４１】
ここで、トナー母体粒子における結着樹脂としては、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、ポリスチレン、ポリクロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン／ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン／プロピレン共重合体、スチレン／ビニルトルエン共重合体、スチレン／ビニルナフタリン共重合体、スチレン／アクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリル酸エチル共重合体、スチレン／アクリル酸ブチル共重合体、スチレン／アクリル酸オクチル共重合体、スチレン／メタクリル酸メチル共重合体、スチレン／メタクリル酸エチル共重合体、スチレン／メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン／α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン／ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン／ビニルメチルケトン共重合体、スチレン／ブタジエン共重合体、スチレン／イソプレン共重合体、スチレン／アクリロニトリル／インデン共重合体、スチレン／マレイン酸共重合体、スチレン／マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルブチルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等である。なお、これらは、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。
【００４２】
また、トナー母体粒子における着色剤についても、公知のものを用いることができる。
黒色の着色剤としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が用いられる。シアンの着色剤としては、例えば、フタロシアニンブルー、メチルレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が用いられる。マゼンタの着色剤としては、例えば、ローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が用いられる。イエローの着色剤としては、例えば、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が用いられる。
【００４３】
なお、トナーをより効率的に帯電させるために、上述のトナー母体粒子に少量の帯電付与剤、例えば、染顔料、極性制御剤等を含有させることが好ましい。ここで、極性制御剤としては、例えば、モノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸及びその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のＣｏ、Ｃｒ又はＦｅ等の金属錯体、有機染料、四級アンモニウム塩等を用いることができる。
【００４４】
また、トナーの流動性を高めるために、上述のトナー母体粒子に外添剤を添加することが好ましい。外添剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸パリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が用いられる。
【００４５】
次に、現像剤Ｇ中の潤滑性物質について説明する。
現像剤Ｇ中に含有させる潤滑性物質としては、シリコーンオイル、フッ素オイル等の潤滑性液体、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ等のフッ素含有樹脂、シリコーン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコーングリース、フッ素グリース、パラフィンワックス、脂肪酸エステル類、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑性液体や固体、粉体等を用いることができる。
そして、これらの潤滑性物質を、トナーカートリッジ３２内のフレッシュトナーＴとともに、現像ホッパ３０を介して現像装置２３内に供給することもできる。その場合、取扱い上の面から、潤滑性物質を予めトナーの外添剤として用いるために、粉末状の潤滑性物質とすることが好ましい。
【００４６】
さらに、潤滑性物質は、特性上の面から、脂肪酸金属塩、フッ素含有樹脂とすることが好ましい。
ここで、潤滑性物質としての脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸鉛、ラウリン酸バリウム、ラウリン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ラウリン酸マグネシウム、ラウリン酸リチウム、ラウリン酸鉛、パルミチン酸カルシウム、パルミチン酸マグネシウム、パルミチン酸亜鉛、二塩基性ステアリン酸鉛等を用いることができる。特に、ステアリン酸亜鉛は、種々の副作用が少なくて、好適な材料である。
【００４７】
また、潤滑性物質としてのフッ素含有樹脂としては、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ・フッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロ三フッ化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニル（ＰＶＦ）等を用いることができる。
【００４８】
なお、潤滑性物質は、上述した個々の材料を単独で用いてもよいし、２種以上の材料を混合して用いてもよい。
また、液体状やグリス状の潤滑性物質を用いる場合には、潤滑性物質が、トナーの外添剤として使用する無機微粒子の表面処理剤として機能するため、無機微粒子自体に潤滑性を与えることになる。
【００４９】
次に、現像剤Ｇ中のキャリアについて説明する。
キャリアは、磁性を有する核体粒子に被覆層を形成したものである。
ここで、キャリアの核体粒子としては、公知の磁性体を用いることができる。磁性体としては、例えば、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等がある。
【００５０】
また、キャリアの被覆層に用いられる樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、例えば、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（例えば、ポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、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、ポリウレタン等による変性品）；フッ素樹脂；ポリエステル、例えば、ポリエチレンテレフタレート；ポリウレタン；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。
【００５１】
これらの被覆層を構成する樹脂材料のなかでも、トナースペントを防止する点で好ましいのは、アクリル樹脂、シリコン樹脂又はその変性品及び弗素樹脂であり、特に、シリコン樹脂又はその変性品が好ましい。被覆層の形成法としては、キャリア核体粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布する公知の形成法を用いることができる。
また、キャリア抵抗の調整等の目的で、被覆層中に微粉末を添加することもできる。ここで、被覆層中に分散される微粉末は、０．０１〜５．０μｍ程度の粒径のものが好ましい。また、この微粉末は、被覆層樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部を添加することが好ましく、特に、５〜２０重量部の添加が好ましい。微粉末としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア等の金属酸化物やカーボンブラック等の顔料がある。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態においては、現像剤Ｇには潤滑性物質が含有されており、現像剤Ｇの有無に係わる現像装置２３の動トルク差Ｗ（ｋｇｆ・ｃｍ）と、現像剤Ｇ中のトナーの質量Ｍ（ｇ）との、比Ｗ／Ｍを適切に調整して、
Ｗ／Ｍ≦０．０４
なる関係を満足しているために、トナーに外添剤が埋没する現象が軽減されて、経時における現像剤Ｇの特性変化が抑止される。これにより、現像剤Ｇ中の潤滑性物質が、経時においても感光体ドラム２０に安定的に供給される。
【００５３】
詳しくは、現像装置２３における現像剤Ｇの動作において、現像ローラ２４上に担持された現像剤Ｇが、ドクターブレード２７との微小ギャップを通過する際に、トナーとキャリアとが強く摺擦される。このとき、トナーには、帯電と、ストレスによる外添剤埋没とが発生する。また、現像剤Ｇがドクターブレード２７を通過するときのストレスは、現像装置２３の動トルクに対して大きく寄与する。すなわち、ストレスによるトナーの外添剤埋没の程度は、現像装置２３の動トルク差Ｗの大きさにほぼ比例する。
さらに、現像剤Ｇ中のトナーにおける外添剤埋没の程度は、現像剤Ｇ中のトナーの総質量Ｍにも影響する。すなわち、現像剤Ｇのトナー濃度が高くてトナー質量Ｍが大きい場合には、ドクターブレード２７を通過する際のストレスがトナー質量（厳密には、トナー数量である。）にほぼ比例して分散されるために、動トルクの多少の増加に係わらず、個々のトナーにおける外添剤の埋没の進行を遅くすることができる。
【００５４】
以下、図３を参照して、本実施の形態の効果を確認するための実験Ａ〜Ｅ及び実験Ｊ〜Ｌについて説明する。
図３に示す実験Ａでは、キャリアを次のように作製した。
シリコーン樹脂溶液：１００重量部
カーボンブラック：４重量部
トルエン：１００重量部
このように処方したものを、ホモミキサーで３０分間分散して、被覆層形成液を調製する。そして、この被覆層形成液を、体積平均粒径４０μｍのフェライト１０００重量部の表面に、流動床型塗布装置を用いて塗布して被覆層を形成する。このようにして、キャリアが作製される。
【００５５】
また、トナーは、次のように作製した。
ポリエステル樹脂：８０重量部
スチレン−メチルアクリレート共重合体：２０重量部
カーボンブラック：８重量部
含金属モノアゾ染料：３重量部
これらの混合物を、ヘンシェルミキサーで充分に撹拌混合した後に、ロールミルで１３０〜１４０℃の温度で約３０分間加熱溶融する。その後、室温まで冷却してえられた混練物をジェットミルで粉砕分級し、平均粒径８μｍのトナー母体粒子をえる。さらに、外添剤として、トナー母体粒子１００重量部に対して、外添剤としてシリカＡＥＲＯＳＩＬ−ＲＹ２００（日本アエロジル社製）０．８重量部、潤滑性物質としてパルミチン酸亜鉛０．１重量部をヘンシェルミキサーにて混合する。このようにして、トナーが作製される。
【００５６】
また、現像装置２３に収納する現像剤Ｇは、次のように作製した。
上述のトナー７．０重量部と、上述のキャリア９３．０重量部とを、ボールミルにて混合する。これにより、トナー濃度７％の２成分現像剤Ｇが作製される。
【００５７】
また、実験Ａの評価は、次のようにおこなった。
実験機は、図１及び図２に示した画像形成装置を用いる。ただし、効果確認のため、図１におけるトルク検出部１１は取り外して、その替わりに動トルク測定器（動トルク測定のみを目的とするものである。）を設置した。
詳しくは、動トルク測定器として、小型トルク変換機（「ＴＰ−２ＫＣＥ」共和電業社製）と動ひずみ測定器（「ＤＰＭ−７１１」共和電業社製）とを用いる。
【００５８】
なお、上述の小型トルク変換機及び動ひずみ測定器は、図１の駆動部１０（駆動モータ）と現像ローラ２４との間に接続される。そして、現像装置２３を駆動した際の小型トルク変換機及び動ひずみ測定器の出力値を、「データロガーＮＲ−２０００」（キーエンス社製）を用いて、５００ｍｓ間隔で２分間サンプリングする。そして、そのサンプリングしたデータの平均値を、現像装置２３の動トルクの測定値とする。
【００５９】
図３を参照して、実験Ａに用いた実験機において、動トルク差Ｗは０．８２ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは２１ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０３９となっている。
なお、実験Ａにおいて、使用した現像剤Ｇの質量は３００ｇであり、ドクターギャップ（現像ローラ２４とドクターブレード２７とのギャップである。）は０．６ｍｍであり、スリーブ線速（現像ローラ２４表面の接線方向速度である。）は１８５ｍｍ／ｓとなっている。
【００６０】
そして、上述の実験機を用いて、５万枚の通紙試験（出力する画像の面積率は約１％である。）をおこない、１万枚、２万枚、５万枚通紙後の、感光体ドラム２０上のトナーフィルミング（感光体上フィルミング）と、ハーフトーン画像を出力したときの白抜けの有無（ハーフトーン白抜け）とについてそれぞれ評価する。
なお、実験Ａにおいて、通紙試験中における現像装置２３内の現像剤Ｇのトナー濃度制御は、初期値を維持するように調整している。すなわち、トナー質量Ｍは、通紙試験の間、常に一定に保たれている。
【００６１】
図３を参照して、感光体上フィルミングについては、その程度を５段階にランク分けをして、目視によって評価をおこなったものである。ここで、感光体上フィルミングのランクは、ランク５が最も程度がよく、ランク１が最も程度が悪いものとなっている。
また、ハーフトーン白抜けについては、出力画像を目視で評価したものである。ここで、ハーフトーン白抜けが未発生のときを○とし、発生はしているが許容できるレベルのときを△とし、許容できないレベルで発生しているときを×として表記した。
【００６２】
図３に示すように、実験Ａにおいて、通紙１万枚後に軽微な感光体上フィルミングの発生が確認されたものの、その後にそれ以上フィルミングが悪化することはなかった。また、ハーフトーン白抜けの発生は、経時においても確認されなかった。
【００６３】
次に、図３の実験Ｂについて説明する。
図３に示す実験Ｂは、上述の実験Ａにおいて現像剤Ｇのトナー濃度を１０％に増加したものであり、その他の実験条件は実験Ａと同じである。
このとき、現像装置２３における動トルク差Ｗは０．７８ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは３０ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０２６となっている。
図３に示すように、実験Ｂにおいて、通紙５万枚後に軽微な感光体上フィルミングの発生が確認されたものの、ハーフトーン白抜けの発生は確認されなかった。
【００６４】
次に、図３の実験Ｃについて説明する。
図３に示す実験Ｃは、上述の実験Ｂにおいて現像剤Ｇの質量を２５０ｇに減量したものであり、その他の実験条件は実験Ｂと同じである。
このとき、現像装置２３における動トルク差Ｗは０．７４ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは２５ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０３となっている。
図３に示すように、実験Ｃにおいて、通紙２万枚後に軽微な感光体上フィルミングの発生が確認されたものの、ハーフトーン白抜けの発生は確認されなかった。
【００６５】
次に、図３の実験Ｄについて説明する。
図３に示す実験Ｄは、上述の実験Ｃにおいてトナー作製時に使用した潤滑性物質として、パルミチン酸亜鉛の替わりにステアリン酸亜鉛を用いたものであり、その他の実験条件は実験Ｃと同じである。
このとき、現像装置２３における動トルク差Ｗは０．７５ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは２５ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０３となっている。
図３に示すように、実験Ｄにおいて、経時において感光体上フィルミングの発生は確認されず、ハーフトーン白抜けの発生も確認されなかった。
【００６６】
次に、図３の実験Ｅについて説明する。
図３に示す実験Ｅは、上述の実験Ｃにおいてトナー作製時に使用した潤滑性物質として、パルミチン酸亜鉛の替わりにＰＴＦＥ微粒子を用いたものであり、その他の実験条件は実験Ｃと同じである。
このとき、現像装置２３における動トルク差Ｗは０．７５ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは２５ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０３となっている。
図３に示すように、実験Ｅにおいて、経時において感光体上フィルミングの発生は確認されず、ハーフトーン白抜けの発生も確認されなかった。
【００６７】
次に、図３の実験Ｊについて説明する。
図３に示す実験Ｊは、上述の実験Ａにおいて現像剤Ｇのトナー濃度を５％に減量したものであり、その他の実験条件は実験Ａと同じである。
このとき、現像装置２３における動トルク差Ｗは０．８４ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは１５ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０５６となっている。
図３に示すように、実験Ｊにおいて、通紙１万枚後にレベル２の感光体上フィルミングが確認されるとともに、許容レベルに達しないハーフトーン白抜けも確認された。
【００６８】
次に、図３の実験Ｋについて説明する。
図３に示す実験Ｋは、上述の実験Ａにおいて現像剤Ｇの質量を２５０ｇに減量したものであり、その他の実験条件は実験Ａと同じである。
このとき、現像装置２３における動トルク差Ｗは０．７９ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは１７．５ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０４５となっている。図３に示すように、実験Ｋにおいて、通紙２万枚後にレベル２の感光体上フィルミングが確認されるとともに、許容レベルに達しないハーフトーン白抜けも確認された。
【００６９】
次に、図３の実験Ｌについて説明する。
図３に示す実験Ｌは、上述の実験Ａにおいて現像装置２３のドクターギャップを０．４ｍｍに減少したものであり、その他の実験条件は実験Ａと同じである。
このとき、現像装置２３における動トルク差Ｗは０．８９ｋｇｆ・ｃｍであり、トナー質量Ｍは２１ｇであり、その比Ｗ／Ｍは０．０４２となっている。
図３に示すように、実験Ｌにおいて、通紙５万枚後にレベル１の感光体上フィルミングが確認されるとともに、許容レベルに達しないハーフトーン白抜けも確認された。
【００７０】
以上説明したように、実験Ａ〜Ｅの結果と実験Ｊ〜Ｌの結果とを対比することにより、本実施の形態における以下の効果を確認することができる。
現像剤Ｇが受ける動トルク差Ｗと現像剤Ｇ中のトナー質量Ｍとの比Ｗ／Ｍが０．０４以下のときには、長期間の画像形成をおこなってもトナー表面に外添剤が埋没する現象が進行せずに、感光体ドラム２０上に潤滑性物質を安定的に供給してトナーフィルミングを効果的に防止することができる。特に、潤滑性物質として、ステアリン酸亜鉛又はフッ素含有樹脂を用いた場合には、トナーフィルミングに対する抑止効果が向上する。
これに対して、Ｗ／Ｍが０．０４を超えたときには、トナー表面に外添剤が埋没する現象が早期に進行して、感光体ドラム２０上に潤滑性物質が安定的に供給されずトナーフィルミングが発生してしまう。
【００７１】
なお、本実施の形態では、トルク検出部１１を用いてその検出結果に基づいて現像装置２３に供給するトナー質量を制御することで、上述のＷ／Ｍ≦０．０４なる関係を成立させた。しかし、本発明の適用はこれに限定されることなく、Ｗ／Ｍ≦０．０４なる関係を成立させる種々の構成を用いることができる。
具体的には、現像装置２３において、現像ローラ２４内部のマグネットの磁極配置や、ドクターギャップや、ドクターブレード２７の形状等を最適に設定することで、装置の動トルクを所定値以下になるように制限して、現像剤Ｇのトナー濃度を所定値以上に調整制御することで、トルク検出部１１を用いることなく、上述のＷ／Ｍ≦０．０４なる関係を維持することができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、本発明をモノクロのデジタル複写機に適用したが、本発明の適用はこれに限定されることなく、電子写真方式を用いたその他のあらゆる画像形成装置に対しても、当然に適用することができる。
【００７３】
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。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、比較的簡易な構成で像担持体表面に潤滑性物質を効率的かつ安定的に供給してトナーフィルミングが確実に抑止される現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置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の要部を示す構成図である。
【図２】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３】本発明の効果を確認するための実験の条件及び結果を示す表である。
【符号の説明】
１０駆動部、１１トルク検出部、１２制御部、
２０感光体ドラム（像担持体）、２１除電部、２２帯電装置、
２３現像装置、２４現像ローラ、２５パドル、２６撹拌ローラ、２７ドクターブレード、２８セパレータ、２９現像搬送スクリュ、
３０現像ホッパ（トナー供給部）、３１トナー補給ローラ、
３２トナーカートリッジ、３３フレッシュトナー補給ローラ、
３７露光光、３９クリーニング装置、３９ａクリーニングブレード、４５レジストローラ、４７画像濃度検知センサ、４８転写装置。

Claims

トナーとキャリアとからなる現像剤を収納する現像装置であって、
前記現像剤は、潤滑性物質を備え、
前記現像剤が収納された状態における装置の動トルクと前記現像剤が収納されていない状態における装置の動トルクとの差をＷ（ｋｇｆ・ｃｍ）とし、装置内における前記現像剤中の前記トナーの質量をＭ（ｇ）としたときに、
Ｗ／Ｍ≦０．０４
なる関係が成立することを特徴とする現像装置。
前記潤滑性物質は、脂肪酸金属塩であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
前記脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
前記潤滑性物質は、フッ素含有樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像装置。
前記フッ素含有樹脂は、ポリ四フッ化エチレン樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
前記現像剤を担持するとともに像担持体に対向する現像ローラを備え、
前記装置の動トルクは、前記現像ローラの回転軸における動トルクであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の現像装置。
前記現像剤中にトナーを供給するトナー供給部を備え、
前記トナー供給部は、前記装置の動トルクを検出するトルク検出部の検出結果に基づいて制御されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像装置。
前記トナー供給部は、前記潤滑性物質をも供給することを特徴とする請求項７に記載の現像装置。
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。