JP2005148097A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低融点トナーを用いて、プリント速度の高速化、省電力化および小型化が可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 低融点トナー２を用い、現像剤担持体の滑り角をθ[°]、現像剤担持体の外周線速度をＶｄｖ[mm/sec]、現像剤供給手段の外周面弾性体硬さをＡｓｐ、現像剤供給手段の外周線速度をＶｓｐ[mm/sec]、現像剤供給手段の外周面の弾性体が現像剤担持体と当接して凹む深さをδ[mm]とした場合、それらを用いて、現像剤供給手段３と現像剤担持体４との摩擦によりトナーが劣化せず、現像剤担持体４の表面にトナーが融着しない条件を設定するためのパラメータを設定し、実験によりその範囲を求め、その範囲内となるように、現像剤供給手段３および現像剤担持体４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、現像剤を弾性体からなる外周面に付着させる現像剤供給ローラと、現像剤供給ローラの外周面の回転方向とは逆方向に当接する外周面を回転させることで現像剤供給ローラから現像剤を得て潜像を担持する感光体に供給する現像ローラの構成の改良に関する。

従来の電子写真方式の画像形成装置の現像剤（以下、トナーと記載）としては、トナー同士が熱融着するのを防いで保存性を高めるために、硬く溶けにくい粉状のトナーが用いられている。例えば、ガラス転移点Ｔｇの指数が摂氏６８度以上で定義される高融点の特性で、物理的に粉末にする粉砕法により生成された粒径約１０μｍのトナー（以後、粉砕トナーと記載）が、一般的に低コストであるという理由で用いられている。粉砕法により生成されるトナーは物理的に粉末にするため、粒径および組成にややばらつきがあるが従来のプリント速度では不具合なく画像形成することが可能であった。
また、近年の電子写真方式によるプリント速度を向上させる要望に対応させた場合に発生する現像ローラの摩耗については、現像剤供給ローラにおける現像ローラとの当接面の変形量を増加させ、現像剤供給ローラの外周面の回転（線）速度と現像ローラの外周面の回転（線）速度の比が一定値未満になるように制御することで抑える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２３９９８８号公報（第３〜５頁、図５）

上記した従来の画像形成装置で従来からの粉砕トナーをそのまま用いて、電子写真方式によるプリント速度を向上させ場合には、硬く溶けにくいトナーを素早く定着させるために定着工程で大電力が必要になり、大電力による熱の放熱あるいは安全性等の確保のために筐体等の大型化が必要になる。しかしながら、近年の画像形成装置に対しては、さらなるプリント速度の高速化と共に、省電力化および小型化が求められている。つまり、従来の画像形成装置では、大電力化によってプリント速度を向上させることはできても、省電力化および小型化に対応することが難しいという問題がある。

具体的には、例えば、プリント速度の高速化については、上記した特許文献１の画像形成装置で求められていた現像ローラの外周の線速度が７０〜１５０ｍｍ／秒程度であったのに対して１５０ｍｍ／秒以上が求められている。それと同時に、プリンタの省電力化および小型化を実施するためには、従来の硬く溶けにくいトナーを用いたままでは非常に難しいので、定着工程の電力負担を軽減するために低融点のトナーが使用されるようになってきた。低融点のトナーとは、例えば、ガラス転移点Ｔｇの指数が摂氏６７度以下で定義されるか、あるいは、軟化温度Ｔｓの指数が摂氏８０度以下かつ流出開始温度Ｔｆｂの指数が摂氏１２０度以下で定義される低融点の特性を有するものである。
しかしながら、この低融点トナーを、例えば、特許文献１の画像形成装置の現像ローラの外周の線速度を１５０ｍｍ／秒以上の条件にして単純に使用しようとすると、低融点トナーは軟らかく溶けやすいため、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により、現像ローラの表面にトナーが融着するという問題があった。

本発明は、上述した如き従来の問題を解決するためになされたものであって、軟らかく溶けやすい低融点のトナーを用いて、プリント速度の高速化と共に省電力化および小型化が可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、弾性体からなる外周面に現像剤を付着させる現像剤供給手段と、外周面を現像剤供給手段の外周面に当接させると共に現像剤供給手段の外周面の移動方向とは逆方向に移動させることで現像剤供給手段から現像剤を得て潜像担持体に供給する現像剤担持体とを少なくとも備える電子写真方式の画像形成装置であって、
現像剤として、ガラス転移点Ｔｇの指数が摂氏６７度以下で定義されるか、あるいは、軟化温度Ｔｓの指数が摂氏８０度以下かつ流出開始温度Ｔｆｂの指数が摂氏１２０度以下で定義される低融点の特性を有するものが用いられ、
現像剤担持体の滑り角をθ[°]、現像剤担持体の外周の線速度をＶｄｖ[mm/sec]、現像剤供給手段の外周面の弾性体の硬さをアスカーＦ型のスプリング式硬さ試験機で測定した値をＡｓｐ[度]、現像剤供給手段の外周の線速度をＶｓｐ[mm/sec]、現像剤供給手段の外周面の弾性体が現像剤担持体と当接する重なり量をδ[mm]を用いてパラメータＦが式
Ｆ≡θ×δ×Ａｓｐ×（Ｖｓｐ＋Ｖｄｖ）
により定義され、
パラメータＦについて
３．０×１０^５＜Ｆ＜６．０×１０^５
となるように、
現像剤供給手段および現像剤担持体は、画像形成装置内における配置、各外周の線速度、および、外周の材料が設定される。

本発明は、スポンジローラと現像ローラとの摩擦によりトナーが劣化せず、現像ローラの表面にトナーが融着しないための条件を設定するためのパラメータを定義すると共にそのパラメータの範囲を数式により設定し、その数式を満足するように画像形成装置内におけるスポンジローラおよび現像ローラの配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、低融点のトナーを用いて、現像ローラの外周の線速度を早めることでプリント速度を速めて画像形成する場合でも、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により、現像ローラの表面にトナーが融着することがなく、良好な印字および連続印字による耐久性を満足させることができる。従って、本発明の画像形成装置では、低融点のトナーを用いてプリント速度の高速化することができ、トナーが低融点のトナーであるので省電力化および小型化が可能になる。

以下、本発明を図示した実施形態に基づいて説明する。

[実施の形態１]
図１は、本発明の実施の形態１の電子写真方式の画像形成装置における現像部の概略構成を示す側面断面図である。

図１の現像部において、トナーカートリッジ１は、粉体状の現像剤であるトナー２を収容する容器である。トナー２（現像剤）としては、本実施の形態では従来と同様の粉砕トナーを用いるが、その特性としては後述するようにガラス転移点で規定された低融点のトナーが用いられる。
なお、トナーが溶ける条件は、単純にトナーに与えられる温度のみで決定されるものではなく、トナーに与えられる熱量（温度×時間）で決定されるので、印刷速度が速くなれば、定着部における加熱時間は短くなり、定着器の加熱設定温度を上げる必要があり、定着器の加熱設定温度の指数のみでは低融点のトナーを定義できない。このため、本実施の形態の低融点のトナーは、ガラス転移点の指数を用いて定義される。なお、次の実施の形態２でもガラス転移点の指数を用いて低融点のトナーが定義されるが、実施の形態３、４では、軟化温度の指数と流出開始温度の指数の組み合わせにより定義される。

ガラス転移点は、高分子の結晶部分における結晶状態がこわれて流動性を示す（融解）ようになる状態遷移時の温度が融点であるのに対し、高分子の非結晶部分における状態遷移時の温度であり、低温時には分子運動性が低いことからガラス状態であったものが、温度上昇により分子運動性が高くなりゴム状態になる場合の境目の温度であり、例えば、チュウインガムのベースとなる酢酸ビニルは摂氏３０度近辺でガラス転移するので、口の中に入れる前のガムが硬いのに対して、口の中に入れたガムは軟らかくなる等の例がよく知られている。

スポンジローラ３（現像剤供給手段）は、その外周面（以後、周面と記載）がスポンジ等の弾性体から構成されるローラ形状であり、その外周面にトナー２を付着させる。現像ローラ４（現像剤担持体）は、その周面をスポンジローラ３の周面に当接させると共にスポンジローラ３の周面の移動方向とは逆方向に移動させることでスポンジローラ３からトナー２を得てトナー層を形成し、トナーを後述する感光ドラム７に供給する。

現像ブレード５は、現像ローラ４上のトナー層の層圧を所定の厚さに規制して薄層化すると共に、トナー２を所定の極性に帯電させるものである。ＬＥＤヘッド６は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を画素数に応じて各ローラの軸方向に列状に並べて構成される露光ヘッドであり、後述する感光ドラム７の周面上に静電潜像を形成するための露光を実施するものである。感光ドラム７（潜像担持体）は、表面に感光体が形成されたドラム形状であり、帯電されてからＬＥＤヘッド６で露光することにより、その表面に静電潜像が形成され、現像ローラ４からトナー２の供給を受けて静電潜像の画像を現像する。

転写ローラ８は、感光ドラム７上の現像された画像を示すトナー２を、後述する印字媒体１１に移動させて画像を転写させるものである。帯電ローラ９は、感光ドラム７の表面の露光前の感光体を所定の極性に帯電させるためのものである。クリーニングローラ１０は、感光ドラム７上の現像された画像を示すトナー２が転写ローラ８で印字媒体１１に転写された後に、感光ドラム７上に残ったトナー２を掻き取るものである。印字媒体１１は、例えば、紙あるいはＯＨＰ用フィルム等のようにその表面にトナー画像が転写されるものである。

各ローラ３、４、８〜１０および感光ドラム７には、各々回転駆動力を伝達するためのギヤ（不図示）が圧入その他の方法で固定されており、各ギヤを分類して示すために、スポンジローラ３に固定されたギヤをスポンジギヤ、現像ローラ４に固定されたギヤを現像ギヤ、感光ドラム７に固定されたギヤをドラムギヤ、転写ローラ８に固定されたギヤを転写ギヤ、帯電ローラ９に固定されたギヤをチャージギヤ、現像ギヤとスポンジギヤの間に接地される不図示のギヤをアイドルギヤと称することとする。

また、各ローラ３、４、８〜１０およびＬＥＤヘッド６には、画像形成装置（プリンタ）本体の電源あるいは図示しない電源によりバイアス電圧が印加される。なお、画像形成装置（プリンタ）本体の電源とは、例えば、一般的な電子写真方式のプリンタに用いられる高圧電源であり、図示しない制御部により制御される。

トナー２は、トナーカートリッジ１から徐々に落下してスポンジローラ３の回りに溜まり、スポンジローラ３に付着された後に現像ローラ４に移動してトナー層を形成し、感光ドラム７の静電潜像を現像してトナー画像となり、そのトナー画像が転写ローラ８により印字媒体１１に転写される。また、印字媒体１１への転写後も感光ドラム７に残ったトナー２はクリーニングローラ１０により掻き落とされる。そのため、スポンジローラ３の周面と現像ローラ４の周面は接触し、現像ローラ４、転写ローラ８、帯電ローラ９、クリーニングローラ１０の各周面と感光ドラム７の周面が接触している。

特に、スポンジローラ３と現像ローラ４は、スポンジローラ３の周面がスポンジ等の軟らかい弾性体であるため、スポンジローラ３を現像ローラ４に押しつけるようにしてスポンジローラ３を凹ませた状態で接触している。

図２は、図１のスポンジローラ３および現像ローラ４を拡大して示す側面断面図である。
図２に示すように、スポンジローラ３の中心軸と現像ローラ４の中心軸を結んだ直線において、スポンジローラ３の周面が変形することにより現像ローラ４の周面と重なる長さを重なり量と称することとし、その長さをδと称する。スポンジローラ３の周面と現像ローラ４の周面とは、その接触面で逆方向に移動しているため、長さδが大きくなるということは、スポンジローラ３の現像ローラ４への押しつけ力およびスポンジローラ３の変形量が増大することを意味し、摩擦力、帯電力も増大する。

また、本実施の形態の画像形成装置の動作は以下のように実施される。
図１に示した画像形成装置において、図示しない制御部から印刷指示が入力されると、図示しない画像形成装置（プリンタ）本体のモータが回転を開始し、図示しないプリンタ本体に設けられた数個のギヤを個押してドラムギヤに駆動力が伝達され感光ドラム７が回転する。それと共に、ドラムギヤの回転により現像ギヤに駆動力が伝達されて感光ドラム７との接触面が同方向に移動するように現像ローラ４が回転し、さらに、現像ギヤからアイドルギヤを経てスポンジギヤに駆動力が伝達されて現像ローラ４との接触面が逆方向に移動するようにスポンジローラ３が回転する。

一方、ドラムギヤから転写ギヤに駆動力が伝達されて感光ドラム７との接触面が同方向に移動するように転写ローラ８が回転し、ドラムギヤからチャージギヤに駆動力が伝達されて感光ドラム７との接触面が同方向に移動するように帯電ローラ９が回転する。

また、上記したプリンタ本体のモータが回転を開始するとほぼ同時に、プリンタ本体に設けられた図示しない電源により、各ローラ３、４、８〜１０に対して各々予め設定された所定値のバイアス電圧が印加される。

感光ドラム７の周面に設けられる感光体表面は、まず、帯電ローラ９に印加されるバイアス電圧によりその感光体層の接触面が帯電され、感光ドラム７の回転により一様に帯電される。次に、感光ドラム７が回転して帯電された部分がＬＥＤヘッド６の下方の露光位置に到達すると、図示しない制御部から受信する印字すべき画像のデータに従ってＬＥＤヘッド６が発光し、感光ドラム７の感光体表面上に静電潜像が形成される。さらに感光ドラム７が回転して静電潜像が形成された部分が現像ローラ４の位置に到達すると、感光ドラム７上の静電潜像と現像ローラ４との電位差により、現像ブレード５により薄層化された現像ローラ４上のトナー層のトナーが感光ドラム７に移動し、静電潜像を現像する。

また、この画像形成装置における現像ローラへのトナーの供給は、一般的に、まず、軟らかい弾性体で形成されたスポンジローラ３の周面にトナー２を付着させ、そのトナー２が付着したスポンジローラ３を現像ローラ４に押しつけてスポンジローラ３の周面が変形した状態で、その両ローラ３、４の各接触面の移動方向が逆方向になるように回転させることで、トナー２を移動し易くしておき、両ローラ３、４に印加されたバイアス電圧の電位差により、スポンジローラ３に付着しているトナー２を現像ローラ４に供給する。

ここで、両ローラ３、４の各接触面の移動方向が逆方向になるように回転させる理由は、第１に、接触部分の摩擦を利用してトナーを帯電させるためであり、第２に、次の画像の現像への悪影響を防ぐため感光ドラム７上の静電潜像を現像させてから回転により戻ってきた現像ローラ４上の残置トナーを掻き落とすためであり、第３に、現像ローラ４に対して均一にトナー２を供給するためである。

本実施の形態では、トナー２の劣化を示すパラメータとして、一般に「かぶり」と称されているパラメータを使用する。「かぶり」とは、いわゆる地かぶりのことであり、白色の印字媒体１１を用いた場合に、未使用（未記録）状態における印字媒体１１の白色部分の反射濃度（単位：％）から、一度、電子写真方式のプリンタ内を通過させて印刷工程を経た後の当該印字媒体１１における白色であるべき部分（情報が何も記録されない部分）の反射濃度（単位：％）を差し引いた値である。例えば、「かぶり」が２％である場合とは、未使用の印字媒体１１の白色部分の反射濃度を１００％として、記録後の印字媒体１１の白色部分の反射濃度が９８％であることを示している。

つまり、「かぶり」の値が高いほど、本来白色であるべき部分が着色されてしまうこと（画像以外の部分にトナーが付着されること）を示している。通常の現像装置においては、この「かぶり」が２．５％以上になると、人の目で見て白色であるべき部分が着色されているように見える。この「かぶり」の発生する原因としては、トナー２が劣化したことにより、その帯電が十分に実施できなくなることが原因である。従って、「かぶり」の値は、トナーの劣化した程度も示していることになる。

本実施の形態の画像形成装置では、トナー２のガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の低融点の粉砕トナーを用いて、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成する場合に、スポンジローラ３と現像ローラ４との摩擦によりトナーが劣化せず、現像ローラ４の表面にトナーが融着しないための条件を設定するために、以下の数式１に示したようにパラメータＦを定義した。

Ｆ≡θ×δ×Ａｓｐ×（Ｖｓｐ＋Ｖｄｖ） ・・・（１）
但し、現像ローラ４の滑り角： θ[°]、現像ローラ４の外周の線速度： Ｖｄｖ[mm/sec]、スポンジローラ３の外周面の弾性体の硬さをアスカーＦ型[高分子計器株式会社製]のスプリング式硬さ試験機で測定した値： Ａｓｐ[度]、スポンジローラ３の外周の線速度： Ｖｓｐ[mm/sec]、スポンジローラ３の外周面の弾性体が現像ローラ４と当接することで凹む深さ（重なり量）： δ[mm]

ここで、現像ローラ４の滑り角θとは、現像ローラ４の周面の摩擦係数の代替値である。また、トナー２のガラス転移点Ｔｇは、例えば、示差走査カロリーメータＤＳＣ−７[パーキンエルマー社製]を用い、その昇温時間を摂氏８０度／分に設定してトナー１０ｍｇを測定することにより求めることができる。

図３は、図１および図２の現像ローラ４における滑り角θを測定する方法の一例を示す図である。
まず、図３において実線で示したように、測定する現像ローラ４を水平に置いたアクリル板性の滑り台１２の上に置く。滑り台１２は、表面粗さＲｚが１μｍ以下である。次に、滑り台１２の現像ローラ４の軸方向の延長方向にある一端（図３中では右端）を持ち、他端（図３中では左端）を支点として徐々に引き上げ、水平面に対する滑り台１２の角度を測定する。そして、現像ローラ４’が滑り台１２’の上を軸方向に滑り始める角度θを記録し、その角度θを滑り角とする。

言い換えれば、本実施の形態における滑り角θとは、測定対象の現像ローラ４を水平な板の上に置き、現像ローラ４の長手方向にあたる板の一端を支点とし、他端を一定の速度で上方に引き上げた時、その現像ローラ４が長手方向に板の上を滑り始める角度である。

なお、図３の滑り台１２上には、現像ローラ４がその円周方向に転がらないように現像ローラ４のシャフトを支持するための円柱状のピン１３を打ち込んであるが、シャフトもピン１３も表面は滑らかであり、両者の形状は円筒状で直交した状態で接触するため接触部は１点になるので、接触部の摩擦力は非常に少なくなり、現像ローラ４が滑り台１２上を滑る際の抵抗としては無視することができる。

スポンジローラ３の外周面の弾性体の硬さを示すＡｓｐについては、スポンジ等の軟らかい材料の硬さを示す指標としてはアスカーＦ型のスプリング式硬さ試験機で測定した値が広く使用されており、硬さの指標になりうるものである。また、他の値はＳＩ単位系の値である。

従って、上記のように定義したＦの値は、現像ローラ４とスポンジローラ３との間に作用する力を便宜的に表す指標となりうるものである。そこで、本実施の形態では実験によりその範囲を求めた。実験結果を以下の表１に示す。

表１の実験では、ガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の特性を有する低融点の粉砕トナーと、構成要素である滑り角θ、重なり量δ、硬さＡｓｐ、現像ローラ線速度Ｖｓｐ、スポンジローラ線速度Ｖｄｖの各値を変化させることで上記したＦの値を変化させた数種の画像形成装置を用いてＡ４用紙で３万枚の連続印字を実施し、その後のトナーの劣化（上記「かぶり」の値）と現像ローラ表面へのトナーの融着の有無を調べた。なお、実験で連続印字する用紙数を３万枚としたのは、この画像形成装置の寿命が３万枚に設定されているためである。

表１に示したように、Ｆの値が３．０×１０^５よりも小さい比較例１−１の場合には、連続印字を実施する前の初期印字の時点で良好な印字が得られなかったため、連続印字後の「かぶり」の値とトナー融着の有無を調べていない。この場合には、スポンジローラ３の現像ローラ４に対する帯電、前回の現像用のトナーの掻き落とし、および、今回の現像用のトナーの供給の動作が十分に実施されておらず、連続動作するまでもなくＦの値が不適切と判断できるためである。

また、Ｆの値が６．０×１０^５よりも大きい比較例１−２の場合には、「かぶり」の値が２．５％を超えており、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生しているので、この場合もＦの値が不適切と判断できる。

他の実施例１−１〜１−６の場合には、「かぶり」の値が２．５％未満であり、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生していないので、この場合のＦの値は適切と判断できる。

上記した実験結果から、Ｆの値が３．０×１０^５よりも小さい場合と、６．０×１０^５よりも大きい場合には、画像形成装置の印字あるいは連続印字による耐久性に問題があることがわかる。つまり、トナー２としてガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の特性を有する粉砕トナーを用いた場合には、Ｆの値を３．０×１０^５よりも大きく、かつ、６．０×１０^５よりも小さい範囲内となるように、スポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、良好な印字および連続印字による耐久性を満足することがわかる。このＦの範囲を式に示すと次の数式２となる。

３．０×１０^５＜Ｆ＜６．０×１０^５ ・・・（２）

このように、本実施の形態では、スポンジローラ３と現像ローラ４との摩擦によりトナーが劣化せず、現像ローラ４の表面にトナーが融着しないための条件を設定するためのパラメータＦを定義すると共にそのパラメータＦの範囲を数式２により設定し、その数式２を満足するように画像形成装置内におけるスポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、トナー２のガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の低融点の粉砕トナーを用いて、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成する場合でも、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により、現像ローラの表面にトナーが融着することがなく、良好な印字および連続印字による耐久性を満足させているので、低融点のトナーを用いてプリント速度の高速化することができる。また、さらに本実施の形態では、トナーが低融点の粉砕トナーであるので画像形成装置を省電力化および小型化することができる。

[実施の形態２]
上記した実施の形態１では、トナー２としてガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の低融点の粉砕トナーを用いた場合を示したが、粉砕トナーは、上記したように粒径約１０μｍであるが物理的に粉末にするため粒径および組成にややばらつきがあるため、現像される画像の発色にもややばらつきが発生する。近年になりトナー２としては化学的に重合させたトナー（以後、重合トナーと記載）が利用できるようになった。重合トナーは、その形状を球形に近くできるので画像形成装置の駆動に必要なトルクを軽減することができ、さらに、その粒径をほぼ均一にできるので現像される画像の発色も均一にすることができる。そこで、以下に示す実施の形態２では、低融点のトナーとしてその形状が球形に近い重合トナーを用いる場合について説明する。

従って、本実施の形態は、画像形成装置の構成および動作、Ｆの定義、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成すること等については、実施の形態１と同様であるが、トナー２としてガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の低融点の重合トナーを用いる点が実施の形態１とは異なる場合である。本実施の形態は、その場合のＦの範囲を実験により求めるものであり、実験結果を以下の表２に示す。

表２の実験では、ガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の特性を有する低融点の重合トナーを用いる点を除けば、表１の実験と同様の設定である。

表２に示したように、Ｆの値が１．０×１０^５よりも小さい比較例２−１の場合には、連続印字を実施する前の初期印字の時点で良好な印字が得られなかったため、連続印字後の「かぶり」の値とトナー融着の有無を調べていない。この場合には、スポンジローラ３の現像ローラ４に対する帯電、前回の現像用のトナーの掻き落とし、および、今回の現像用のトナーの供給の動作が十分に実施されておらず、連続動作するまでもなくＦの値が不適切と判断できるためである。

また、Ｆの値が７．０×１０^５よりも大きい比較例２−２の場合には、「かぶり」の値が２．５％を超えており、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生しているので、この場合もＦの値が不適切と判断できる。

他の実施例２−１〜２−６の場合には、「かぶり」の値が２．５％未満であり、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生していないので、この場合のＦの値は適切と判断できる。

上記した実験結果から、Ｆの値が１．０×１０^５よりも小さい場合と、７．０×１０^５よりも大きい場合には、画像形成装置の印字あるいは連続印字による耐久性に問題があることがわかる。つまり、トナー２としてガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の特性を有する低融点の重合トナーを用いた場合には、Ｆの値を１．０×１０^５よりも大きく、かつ、７．０×１０^５よりも小さい範囲内となるように、スポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、良好な印字および連続印字による耐久性を満足することがわかる。このＦの範囲を式に示すと次の数式３となる。

１．０×１０^５＜Ｆ＜７．０×１０^５ ・・・（３）

このように、本実施の形態では、スポンジローラ３と現像ローラ４との摩擦によりトナーが劣化せず、現像ローラ４の表面にトナーが融着しないための条件を設定するためのパラメータＦを定義すると共にそのパラメータＦの範囲を数式３により設定し、その数式３を満足するように画像形成装置内におけるスポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、トナーとしてガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の低融点の重合トナーを用いて、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成する場合でも、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により、現像ローラの表面にトナーが融着することがなく、良好な印字および連続印字による耐久性を満足させているので、低融点のトナーを用いてプリント速度の高速化することができる。また、数式３では数式２よりもＦの範囲が広がるため、本実施の形態の数式３を満足する画像形成装置の設定は、数式２を満足する設定よりも容易となる。さらに本実施の形態では、トナーが低融点の重合トナーであるので画像形成装置を省電力化および小型化することができることに加え、重合トナーの粒子の形状が球形に近く、粒径および組成が均一であり、粒径も粉砕トナーの１０μｍより小さい７μｍ程度に小さくできることから、画像形成装置の駆動に必要なトルクを軽減することができ、現像される画像の発色も均一にして、印字性能あるいは画像品質を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、粒子の形状が球形に近いトナー２として重合トナーを用いたが、例えば、粉砕トナーの形状を後処理等によりほぼ球形にできる場合には、その球形化した粉砕トナーを用いても良い。

また、本実施の形態では、トナー２として単純な均一構造の重合トナーを用いたが、例えば、現像剤の殻の軟化温度が、その殻中に満たされる現像剤の軟化温度よりも高いカプセル構造の重合トナーを用いることができる。カプセル構造の重合トナーとしては、例えば、粒径が７μｍでシェルと称される殻の厚さが数十ｎｍのマイクロカプセル型トナー[日本ゼオン株式会社製]を用いれば良い。その場合には、上記した重合トナーを用いた場合のメリットに加えて、さらにトナー同士が熱融着して劣化するのを防いで保存性を高めることができるので、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により現像ローラの表面にトナーが融着する事態を、さらに回避することができる。

[実施の形態３]
上記した実施の形態１では、トナー２としてガラス転移点Ｔｇが摂氏６７度以下の低融点の粉砕トナーを用いた場合を示したが、低融点のトナーとしては、例えば、トナーの溶け易さを軟化温度Ｔｓを用いて測定することができ、さらに、トナーの硬さを流出開始温度Ｔｆｂを用いて測定することができる。本実施の形態３では軟化温度Ｔｓと流出開始温度Ｔｆｂを用いて測定したトナーを利用する場合について説明する。

従って、本実施の形態は、画像形成装置の構成および動作、Ｆの定義、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成すること等については、実施の形態１と同様であるが、トナー２として軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点の粉砕トナーを用いる点が実施の形態１とは異なる場合である。ここで、軟化温度Ｔｓおよび流出開始温度Ｔｆｂは、トナー２の融解し易さを示す指数である。これは、例えば、流動特性評価装置：フローテスターＣＦＴ−５００Ｃ[株式会社島津製作所製]を用いて、直径１ｃｍ、長さが１ｃｍ以上になるように成型器で加重をかけてトナーの試料を作成し、溶融したトナーが通過するダイスとしてφが０．５ｍｍ、長さが１ｍｍのものを使用し、測定条件として加重：１０ｋｇ、昇温速度：摂氏３度／ｍｉｎで時間経過と共に一定の割合で昇温し、資料が固体域から遷移域、ゴム状弾性域を経て流動域に至るまでの経過を測定することで得ることができる。その際の、固体域から遷移域に移る時の温度が軟化温度Ｔｓであり、ゴム状弾性域から資料が流れ出す流動域に移る時の温度が流動開始温度Ｔｆｂである。つまり、軟化温度Ｔｓの値が低いトナーの方が溶けやすく、流動開始温度Ｔｆｂの値が低いトナーの方が軟らかいことになる。本実施の形態は、その場合のＦの範囲を実験により求めるものであり、実験結果を以下の表３に示す。

表３の実験では、軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点の粉砕トナーを用いる点を除けば、表１の実験と同様の設定である。

表３に示したように、Ｆの値が３．０×１０^５よりも小さい比較例３−１の場合には、連続印字を実施する前の初期印字の時点で良好な印字が得られなかったため、連続印字後の「かぶり」の値とトナー融着の有無を調べていない。この場合には、スポンジローラ３の現像ローラ４に対する帯電、前回の現像用のトナーの掻き落とし、および、今回の現像用のトナーの供給の動作が十分に実施されておらず、連続動作するまでもなくＦの値が不適切と判断できるためである。

また、Ｆの値が６．０×１０^５よりも大きい比較例３−２の場合には、「かぶり」の値が２．５％を超えており、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生しているので、この場合もＦの値が不適切と判断できる。

他の実施例３−１〜３−６の場合には、「かぶり」の値が２．５％未満であり、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生していないので、この場合のＦの値は適切と判断できる。

上記した実験結果から、Ｆの値が３．０×１０^５よりも小さい場合と、６．０×１０^５よりも大きい場合には、画像形成装置の印字あるいは連続印字による耐久性に問題があることがわかる。つまり、トナー２として軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点の粉砕トナーを用いた場合には、Ｆの値を３．０×１０^５よりも大きく、かつ、６．０×１０^５よりも小さい範囲内となるように、スポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、良好な印字および連続印字による耐久性を満足することがわかる。このＦの範囲を式に示すと次の数式４となる。

３．０×１０^５＜Ｆ＜６．０×１０^５ ・・・（４）
なお、数式４では、Ｆの範囲が数式２と同様の範囲になっている。

このように、本実施の形態では、スポンジローラ３と現像ローラ４との摩擦によりトナーが劣化せず、現像ローラ４の表面にトナーが融着しないための条件を設定するためのパラメータＦを定義すると共にそのパラメータＦの範囲を数式４により設定し、その数式４を満足するように画像形成装置内におけるスポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、トナーとして軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点（軟らかく溶けやすい）の粉砕トナーを用いて、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成する場合でも、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により、現像ローラの表面にトナーが融着することがなく、良好な印字および連続印字による耐久性を満足させているので、低融点のトナーを用いてプリント速度の高速化することができる。また、本実施の形態では、トナーが低融点の粉砕トナーであるので画像形成装置を省電力化および小型化することができる。

[実施の形態４]
上記した実施の形態３では、トナー２として軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点の粉砕トナーを用いた場合を示したが、粉砕トナーは、実施の形態２で説明したように物理的に粉末にするため粒径および組成がややばらつき、現像される画像の発色もややばらつくので、近年では形状が球形に近く、その粒径がほぼ均一の重合トナーを用いる場合も多くなってきている。以下に示す実施の形態４では、低融点のトナーとしてその形状が球形に近い重合トナーを用いる場合について説明する。

従って、本実施の形態は、画像形成装置の構成および動作、Ｆの定義、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成すること等については、実施の形態３と同様であるが、トナー２として軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点の重合トナーを用いる点が実施の形態３とは異なる場合である。本実施の形態は、その場合のＦの範囲を実験により求めるものであり、実験結果を以下の表４に示す。

表４の実験では、軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点の重合トナーを用いる点を除けば、表３の実験と同様の設定である。

表４に示したように、Ｆの値が１．０×１０^５よりも小さい比較例４−１の場合には、連続印字を実施する前の初期印字の時点で良好な印字が得られなかったため、連続印字後の「かぶり」の値とトナー融着の有無を調べていない。この場合には、スポンジローラ３の現像ローラ４に対する帯電、前回の現像用のトナーの掻き落とし、および、今回の現像用のトナーの供給の動作が十分に実施されておらず、連続動作するまでもなくＦの値が不適切と判断できるためである。

また、Ｆの値が７．０×１０^５よりも大きい比較例４−２の場合には、「かぶり」の値が２．５％を超えており、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生しているので、この場合もＦの値が不適切と判断できる。

他の実施例４−１〜４−６の場合には、「かぶり」の値が２．５％未満であり、また、現像ローラ４の表面のトナーの融着も発生していないので、この場合のＦの値は適切と判断できる。

上記した実験結果から、Ｆの値が１．０×１０^５よりも小さい場合と、７．０×１０^５よりも大きい場合には、画像形成装置の印字あるいは連続印字による耐久性に問題があることがわかる。つまり、トナー２として軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下の特性を有する低融点の重合トナーを用いた場合には、Ｆの値を１．０×１０^５よりも大きく、かつ、７．０×１０^５よりも小さい範囲内となるように、スポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、良好な印字および連続印字による耐久性を満足することがわかる。このＦの範囲を式に示すと次の数式５となる。

１．０×１０^５＜Ｆ＜７．０×１０^５ ・・・（５）
なお、数式５では、Ｆの範囲が数式３と同様の範囲になっている。

このように、本実施の形態では、スポンジローラ３と現像ローラ４との摩擦により、現像ローラ４の表面にトナーが融着しないための条件を設定するためのパラメータＦを定義すると共にそのパラメータＦの範囲を数式５により設定し、その数式５を満足するように画像形成装置内におけるスポンジローラ３および現像ローラ４の配置、各ローラの外周面の材料および各最外周の線速度を設定することで、トナーとして軟化温度Ｔｓが摂氏８０度以下で流出開始温度Ｔｆｂが摂氏１２０度以下である低融点（軟らかく溶けやすい）の重合トナーを用いて、現像ローラ４の外周の線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の条件にして画像形成する場合でも、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により、現像ローラの表面にトナーが融着することがなく、良好な印字および連続印字による耐久性を満足させているので、低融点のトナーを用いてプリント速度の高速化することができる。また、数式５では数式４よりもＦの範囲が広がるため、本実施の形態の数式５を満足する画像形成装置の設定は、数式４を満足する設定よりも容易となる。さらに本実施の形態では、トナーが低融点の重合トナーであるので画像形成装置を省電力化および小型化することができることに加え、重合トナーの粒子の形状が球形に近く、粒径および組成が均一であり、粒径も粉砕トナーの１０μｍより小さい７μｍ程度に小さくできることから、画像形成装置の駆動に必要なトルクを軽減することができ、現像される画像の発色も均一にして、印字性能あるいは画像品質を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、粒子の形状が球形に近いトナー２として重合トナーを用いたが、実施の形態２と同様に、例えば、粉砕トナーの形状を後処理等によりほぼ球形にできる場合には、その球形化した粉砕トナーを用いても良く、また、重合トナーを用いても良い。カプセル構造の重合トナーを用いた場合には、上記した重合トナーを用いた場合のメリットに加えて、さらにトナー同士が熱融着して劣化するのを防いで保存性を高めることができるので、現像剤供給ローラと現像ローラとの摩擦により現像ローラの表面にトナーが融着する事態を、さらに回避することができる。

本発明の実施の形態１の電子写真方式の画像形成装置における現像部の概略構成を示す側面断面図である。 図１のスポンジローラ３および現像ローラ４を拡大して示す側面断面図である。 図１および図２の現像ローラ４における滑り角θを測定する方法の一例を示す図である。

符号の説明

１ トナーカートリッジ、 ２ トナー、 ３ スポンジローラ（現像剤供給手段）、 ４ 現像ローラ（現像剤担持体）、 ５ 現像ブレード、 ６ ＬＥＤヘッド、 ７ 感光ドラム（潜像担持体）、 ８ 転写ローラ、 ９ 帯電ローラ、 １０ クリーニングローラ、 １１ 印字媒体、 １２ 滑り台、 １３ ピン、 δ 重なり量、 θ 滑り角。

Claims (5)

1. 弾性体からなる外周面に現像剤を付着させる現像剤供給手段と、
   外周面を現像剤供給手段の外周面に当接させると共に現像剤供給手段の外周面の移動方向とは逆方向に移動させることで現像剤供給手段から現像剤を得て潜像担持体に供給する現像剤担持体と
   を少なくとも備える電子写真方式の画像形成装置であって、
   前記現像剤として、ガラス転移点Ｔｇの指数が摂氏６７度以下で定義されるか、あるいは、軟化温度Ｔｓの指数が摂氏８０度以下かつ流出開始温度Ｔｆｂの指数が摂氏１２０度以下で定義される低融点の特性を有するものが用いられ、
   前記現像剤担持体の滑り角をθ[°]、現像剤担持体の外周の線速度をＶｄｖ[mm/sec]、現像剤供給手段の外周面の弾性体の硬さをアスカーＦ型のスプリング式硬さ試験機で測定した値をＡｓｐ[度]、現像剤供給手段の外周の線速度をＶｓｐ[mm/sec]、現像剤供給手段の外周面の弾性体が現像剤担持体と当接する重なり量をδ[mm]を用いてパラメータＦが式
   Ｆ≡θ×δ×Ａｓｐ×（Ｖｓｐ＋Ｖｄｖ）
   により定義され、
   前記パラメータＦについて
   ３．０×１０^５＜Ｆ＜６．０×１０^５
   となるように、
   前記現像剤供給手段および前記現像剤担持体は、画像形成装置内における配置、前記各外周の線速度、および、前記外周の材料が設定される
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記低融点の現像剤としてその形状が略球形であるものを用いた場合、
   前記現像剤供給手段および前記現像剤担持体は、前記パラメータＦの前記範囲を拡大させて以下の範囲内となる条件を満足させるように、画像形成装置内における配置、前記各外周の線速度、および、前記外周の材料が設定される
   １．０×１０^５＜Ｆ＜７．０×１０^５
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記低融点の現像剤として、化学的に重合させて造粒されたものが用いられる
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記低融点の現像剤として、現像剤の殻の軟化温度が、該殻中に満たされる現像剤の軟化温度よりも高いカプセル構造の現像剤が用いられる
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記現像剤担持体の外周面を移動させる線速度は、１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上である
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。

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