JP2008304671A - 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置、キャリア、トナー、現像剤 - Google Patents
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Abstract
【課題】記録材サイズの変動や、作像タイミングの変動があっても、トナー濃度位相制御機構の機能を維持することができる現像装置と、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ、画像形成装置を提供する。
【解決手段】本発明は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体1上の潜像を現像し顕像化する現像装置5(及びそれを備えたプロセスカートリッジ、画像形成装置)において、前記現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させる現像剤トナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減するとともに、画像が転写される記録材のサイズの変動に応じて、現像剤攪拌搬送部材5b、5cの回転数を変化させ、トナー濃度の位相制御機能を維持する。
【選択図】図2
【解決手段】本発明は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体1上の潜像を現像し顕像化する現像装置5(及びそれを備えたプロセスカートリッジ、画像形成装置)において、前記現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させる現像剤トナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減するとともに、画像が転写される記録材のサイズの変動に応じて、現像剤攪拌搬送部材5b、5cの回転数を変化させ、トナー濃度の位相制御機能を維持する。
【選択図】図2
Description
本発明は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて現像を行う現像装置と、その現像装置を備えたプロセスカートリッジと、前記現像装置または前記プロセスカートリッジを備え、電子写真方式を利用して画像形成を行う複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置と、前記現像装置、プロセスカートリッジあるいは画像形成装置に用いられるキャリア、トナー、現像剤に関する。さらに本発明は、前記プロセスカートリッジを複数備え、カラー作像が可能な画像形成装置に関する。
電子写真方式を利用して画像形成を行う画像形成装置に用いられる現像装置の一例として、二成分現像剤を用いて現像を行う現像装置が知られている。ここで、二成分現像剤とは、着色粒子からなるトナーと、磁性材料からなるキャリアとを混合させた材料である。
従来、二成分現像剤を用いて現像を行う2軸搬送タイプの現像装置として、現像剤担持体(現像ローラ)への現像剤供給および回収用の現像剤攪拌搬送部材(スクリュ、オーガ等)および供給回収搬送路と、トナー補給後の搬送攪拌用の現像剤攪拌搬送部材および攪拌搬送路で構成され、これらが現像剤担持体の下方に略水平方向に配置されている構成のものが知られている。このような現像装置においては、現像剤が、攪拌搬送部材(例えば攪拌搬送スクリュ)によって攪拌と搬送をされながら、トナーとキャリアが均一に混ぜられていく。
従来、二成分現像剤を用いて現像を行う2軸搬送タイプの現像装置として、現像剤担持体(現像ローラ)への現像剤供給および回収用の現像剤攪拌搬送部材(スクリュ、オーガ等)および供給回収搬送路と、トナー補給後の搬送攪拌用の現像剤攪拌搬送部材および攪拌搬送路で構成され、これらが現像剤担持体の下方に略水平方向に配置されている構成のものが知られている。このような現像装置においては、現像剤が、攪拌搬送部材(例えば攪拌搬送スクリュ)によって攪拌と搬送をされながら、トナーとキャリアが均一に混ぜられていく。
上記のような現像装置を備えた画像形成装置では、像担持体上に形成した静電潜像に、現像剤のトナーを静電的に付着させて現像(顕像化)を行うため、作像工程により、現像剤のトナーが消費されていく。よって、作像工程が続いていくと、現像剤中のトナーの濃度が下がっていくため、現像剤にトナーを補給する必要がある。この時、画像形成装置が行えるトナー補給方式は、連続的なトナー補給ではなく、あるタイミングによって一定量を補給し、補給を停止する、という間欠補給の場合が多い。本発明は、このようなトナーの間欠補給を行う画像形成装置に関わるものである。
このような画像形成装置においては、トナー補給は間欠であるため、そのトナー補給には周期が存在する。この周期は、そのまま、現像装置内で、現像剤のトナー濃度が空間的に周期性を持つことにつながる。このようなトナー濃度の周期はトナー濃度のムラであり、そのような濃度ムラを持ったまま現像工程が行われると、顕像化した画像にその濃度ムラが影響し、画像濃度ムラとして発現する場合がある。そのため、このようなトナー濃度のムラは極力低減しなければならない。
そこで従来は、現像剤攪拌搬送部材で現像剤を拡散させることによってそのトナー濃度変動を小さくしてきた。例えば、特許文献1に記載の従来技術によれば、それぞれのスクリュに速度差を設けたり、スクリュの形状を切り欠き楕円板状にすることにより、現像剤搬送部材の拡散能力を上げる技術が開示されている。しかし、それらの技術を用いても、現像剤が現像剤担持体に到達するまでに十分に拡散しきれず、現像剤担持体に汲み上げられた現像剤にもトナー濃度変動が残ってしまっているのが現状である。特に、補給周期が、現像剤が現像装置内を1周するのにかかる時間と比べ大きい場合、現像装置内で長波長のトナー濃度変動が発生してしまうため、拡散が非常に難しい。
上記従来技術の問題に対して鑑みられたのが、本発明者らにより先に提案された特願2006−142692による発明であり、この発明によれば、現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させている。これにより、現像剤の中での空間的なトナー濃度の周期的なムラが打ち消しあい、濃度ムラを無くすことができる。
しかし、上記の現像剤トナー濃度の位相制御機構には一つの制約がある。以下、それについて説明する。
今、トナー補給の周期をTtとし、二股に分かれる現像剤の搬送距離の差をΔd、現像剤の搬送速度をVとすると、
Tt=Δd/V/(n+1/2) (nは整数) ・・・[1]
が成立する必要がある。これを図3、図4を用いて説明する。
今、トナー補給の周期をTtとし、二股に分かれる現像剤の搬送距離の差をΔd、現像剤の搬送速度をVとすると、
Tt=Δd/V/(n+1/2) (nは整数) ・・・[1]
が成立する必要がある。これを図3、図4を用いて説明する。
図3は、先願及び後述の本発明に係る2軸搬送タイプの現像装置の搬送路と現像剤攪拌搬送部材5b、5cを図示したものであり、現像剤担持体の図示は省略している。図3に示すように、この現像装置では、トナーとキャリアからなる現像剤は、略水平方向に平行に配置された2つの現像剤攪拌搬送部材(第1搬送スクリュ5b、第2搬送スクリュ5c)により攪拌搬送され、ケーシング内の搬送路を循環しているが、2つの搬送路を仕切る仕切り板5dに開口部50が設けられており、第1搬送スクリュ5b、第2搬送スクリュ5cと、開口部50とで位相制御機構を構成している。そして本機構においては、現像剤の流れは二股になっている。一つは、図4に示すように、第1の周回経路52−1であり、これは従来の2軸搬送タイプの現像装置と同様である。もう一つが第2の周回経路52−2であり、これは、開口部50があることによって、第1の周回経路52−1を搬送される現像剤の一部が、開口部50を通って、第1搬送スクリュー5bから、第2搬送スクリュー5cへと流入する。その合流するところを、合流部51とする。この合流部51で、合流する両現像剤の位相が半位相ずれてトナー濃度ムラが打ち消しあう条件式は、次式のようになる。すなわちトナー補給周期Ttは、
Tt=Δd/V/(n+1/2) (nは整数) ・・・[1]
となる。
図4との対応により、Δdは両搬送路の経路差長であり、
Δd=TS12+TS22
である。
Tt=Δd/V/(n+1/2) (nは整数) ・・・[1]
となる。
図4との対応により、Δdは両搬送路の経路差長であり、
Δd=TS12+TS22
である。
上記の式[1]が成り立つ時、二股に分かれた現像剤が再び合流したときに、位相が半周期ずれ、トナー濃度ムラを打ち消し合わせることができる。Δdは現像装置の構成によって決まるため、適切なトナー補給の周期(タイミング)は、該現像装置の構成によって規定される。よって、トナー補給の周期Ttは、上述の式[1]で規定される値に維持させる必要がある。
しかし、画像形成装置によっては、トナー補給のタイミングに外乱が発生する場合がある。その一つとして、記録材搬送のタイミングがある。以下、これについて説明する。
しかし、画像形成装置によっては、トナー補給のタイミングに外乱が発生する場合がある。その一つとして、記録材搬送のタイミングがある。以下、これについて説明する。
記録材(通常は定型サイズ(A5,B5,A4,B4,A3等)の記録紙)の搬送開始時、モータを駆動させる瞬間は、モータのトルクがゼロの静止状態から駆動させるため、大きな動力(消費電力)を必要とする(一旦駆動を開始してしまえば、駆動力は下がり、安定する)。そのため、その駆動開始のタイミングでは、最大消費電力の低減の観点から、他の動力は使用しないことが望ましい。トナー補給にも相応の動力(電力)を消費するため、上記の理由から、画像形成装置によっては、記録材搬送開始のタイミングとトナー補給タイミングに一定のオフセット時間Δtを設け、タイミングをずらしている。これにより、瞬間的に大きな電力を発生させないようにしている。その模式図を図5に示す。図5では、記録材搬送周期にΔtという一定時間だけオフセットを持って、トナー補給周期Ttが設定されている。
今、トナー補給の周期をTt[s]、記録材搬送の周期をTp[s]とする。本発明が対象とする画像形成装置においては、トナー補給周期Ttは、記録材搬送周期Tpと値は同一である。しかし、上記の最大消費電力の低減の狙いにより、両者はオフセット時間Δt分だけ、ずらされた状態である。よって、記録材搬送周期Tpが変動すると、それに付随して、トナー補給周期Ttも変動を受ける。
ここで、一般的な画像形成装置においては、記録材のサイズ(A5,B5,A4,B4,A3等)や画像データ入力のタイミング(作像タイミング(ジョブタイミング))が変われば、それに対応して、記録材搬送周期Tpも適切値に変動させる。そして、要求される記録材サイズや、ジョブタイミングは、ユーザーの指定であるため、当然ながら、画像形成装置は選択できない。このように、記録材サイズやジョブタイミングが変動すると、それに対応して記録材搬送周期Tpにずれが発生する。このとき、それに付随して、トナー補給周期Ttが変動を受けるため、上記の式[1]が成立しなくなり、トナー濃度の位相制御機構が破綻するという課題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、上記のようなユーザーの指定による記録材サイズの変動や、作像(ジョブ)タイミングの変動があっても、トナー濃度位相制御機構の機能(現像剤の搬送を二股に分け、位相を半周期ずらしてトナー濃度周期を打ち消す機能)を維持することができる構成の現像装置と、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することを目的とする。また、本発明は、その現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置に用いるのに最適なキャリア、トナー、現像剤を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第1の手段は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体上の潜像を現像し顕像化する現像装置において、前記現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させる現像剤トナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減するとともに、画像が転写される記録材のサイズの変動に応じて現像剤攪拌搬送部材の回転数を変化させ、前記トナー濃度の位相制御機能を維持することを特徴とする。
本発明の第1の手段は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体上の潜像を現像し顕像化する現像装置において、前記現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させる現像剤トナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減するとともに、画像が転写される記録材のサイズの変動に応じて現像剤攪拌搬送部材の回転数を変化させ、前記トナー濃度の位相制御機能を維持することを特徴とする。
本発明の第2の手段は、第1の手段の現像装置において、前記位相制御機構は、トナー補給や現像によるトナー消費により空間的にトナー濃度変動している現像装置内の現像剤の流れに対し、所定の地点で分岐点を作り、該分岐点で分岐させた各々の現像剤を異なる経路を通過させることにより該現像剤中のトナー濃度変動の位相をずらした後、位相のずれた現像剤同士を再び合流させて位相制御を行うことを特徴とする。
本発明の第3の手段は、第1または第2の手段の現像装置において、前記現像剤を担持して回転し前記像担持体と対向する位置で該像担持体上の潜像に現像剤のトナーを供給して現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と平行に配置され互いに異なる方向に現像剤を搬送する2つの現像剤攪拌搬送部材と、該2つの現像剤攪拌搬送部材の間に配置された仕切り板とを少なくとも有し、前記位相制御機構として、前記仕切り板に、前記1対の現像剤攪拌搬送部材の軸方向に亘って両端の現像剤の受け渡し部以外に少なくとも1つの開口部を有することを特徴とする。
また、本発明の第4の手段は、第3の手段の現像装置において、前記2つの現像剤攪拌搬送部材は、回転軸部に螺旋状の羽部を供え、回転することにより現像剤を軸方向に搬送するスクリュ状の部材であることを特徴とする。
また、本発明の第4の手段は、第3の手段の現像装置において、前記2つの現像剤攪拌搬送部材は、回転軸部に螺旋状の羽部を供え、回転することにより現像剤を軸方向に搬送するスクリュ状の部材であることを特徴とする。
本発明の第5の手段は、画像形成装置に装備され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、少なくとも、前記像担持体と、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置を一体に備えたことを特徴とする。
また、本発明の第6の手段は、少なくとも、表面に静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて前記像担持体上の静電潜像を現像し顕像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5の手段のプロセスカーリッジを備えたことを特徴とする。
また、本発明の第6の手段は、少なくとも、表面に静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて前記像担持体上の静電潜像を現像し顕像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5の手段のプロセスカーリッジを備えたことを特徴とする。
本発明の第7の手段は、少なくとも、表面に静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて前記像担持体上の静電潜像を現像し顕像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、前記現像装置として、前記現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させる現像剤トナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減する現像装置を備えるとともに、画像が転写される記録材のサイズの変動や、作像タイミングが変わった時、記録材間(以下、紙間と言う)の距離を調整することで、記録材搬送の周期Tpは変動させないことを特徴とする。
本発明の第8の手段は、第7の手段の画像形成装置において、前記記録材のサイズが、W1からW2に変動したとき、前記紙間の距離d1’を、元の紙間距離をd1とした時、
d1’=d1+W1−W2
にすることを特徴とする。
d1’=d1+W1−W2
にすることを特徴とする。
本発明の第9の手段は、第7または第8の手段の画像形成装置において、前記現像装置の位相制御機構は、トナー補給や現像によるトナー消費により空間的にトナー濃度変動している現像装置内の現像剤の流れに対し、所定の地点で分岐点を作り、該分岐点で分岐させた各々の現像剤を異なる経路を通過させることにより該現像剤中のトナー濃度変動の位相をずらした後、位相のずれた現像剤同士を再び合流させて位相制御を行うことを特徴とする。
本発明の第10の手段は、第7〜第9のいずれか1つの手段の画像形成装置において、前記現像装置は、前記現像剤を担持して回転し前記像担持体と対向する位置で該像担持体上の潜像に現像剤のトナーを供給して現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と平行に配置され互いに異なる方向に現像剤を搬送する2つの現像剤攪拌搬送部材と、該2つの現像剤攪拌搬送部材の間に配置された仕切り板とを少なくとも有し、前記位相制御機構として、前記仕切り板に、前記1対の現像剤攪拌搬送部材の軸方向に亘って両端の現像剤の受け渡し部以外に少なくとも1つの開口部を有することを特徴とする。
また、本発明の第11の手段は、第10の手段の画像形成装置において、前記現像装置の2つの現像剤攪拌搬送部材は、回転軸部に螺旋状の羽部を供え、回転することにより現像剤を軸方向に搬送するスクリュ状の部材であることを特徴とする。
また、本発明の第11の手段は、第10の手段の画像形成装置において、前記現像装置の2つの現像剤攪拌搬送部材は、回転軸部に螺旋状の羽部を供え、回転することにより現像剤を軸方向に搬送するスクリュ状の部材であることを特徴とする。
本発明の第12の手段は、第7〜第11のいずれか1つの手段の画像形成装置に装備され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、少なくとも、前記像担持体と、前記現像装置を一体に備えたことを特徴とする。
本発明の第13の手段は、第5または第12の手段のプロセスカートリッジを複数備え、該複数のプロセスカートリッジの像担持体上に色の異なるトナー像を形成し、該トナー像を記録材に直接又は中間転写体を介して重ね合わせて転写し、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
本発明の第14の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5または第12の手段のプロセスカーリッジ、あるいは第6〜第11、第13のいずれか1つの手段の画像形成装置に用いられるキャリアであって、体積平均粒径が20〜60μmであることを特徴とする。
本発明の第15の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5または第12の手段のプロセスカーリッジ、あるいは第6〜第11、第13のいずれか1つの手段の画像形成装置に用いられるトナーであって、体積平均粒径が3〜8μmで、体積平均粒径と個数平均粒径との比が、1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
また、本発明の第16の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5または第12の手段のプロセスカーリッジ、あるいは第6〜第11、第13のいずれか1つの手段の画像形成装置に用いられるトナーであって、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする。
さらに本発明の第17の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5または第12の手段のプロセスカーリッジ、あるいは第6〜第11、第13のいずれか1つの手段の画像形成装置に用いられるトナーであって、トナー母体粒子表面に平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3g/cm3以上の微粒子が外添加されていることを特徴とする。
また、本発明の第16の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5または第12の手段のプロセスカーリッジ、あるいは第6〜第11、第13のいずれか1つの手段の画像形成装置に用いられるトナーであって、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする。
さらに本発明の第17の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5または第12の手段のプロセスカーリッジ、あるいは第6〜第11、第13のいずれか1つの手段の画像形成装置に用いられるトナーであって、トナー母体粒子表面に平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3g/cm3以上の微粒子が外添加されていることを特徴とする。
本発明の第18の手段は、第1〜第4のいずれか1つの手段の現像装置、あるいは第5または第12の手段のプロセスカーリッジ、あるいは第6〜第11、第13のいずれか1つの手段の画像形成装置に用いられる現像剤であって、第14の手段のキャリアと、第15〜第17のいずれか1つの手段のトナーとを用いたことを特徴とする。
本発明では、二成分現像剤を用いた現像装置、その現像装置を備えたプロセスカートリッジあるいは画像形成装置において、意図的に現像剤の流れに分岐点を作り、分岐させた各々の現像剤で異なる経路を通過させることにより、現像剤のトナー濃度変動の位相をずらした後、位相のずれた現像剤同士を再び合流させる位相制御機構を現像装置内に取り入れたものであり、位相を制御することによってトナー濃度の均一化を瞬時に行うことができるため、現像剤担持体(例えば現像ローラのスリーブ)に現像剤が汲み上げられる前にトナー濃度の変動、さらにはトナー帯電量のばらつきを十分に抑えることができる。
そして、本発明においては、記録材のサイズの変動に応じて現像剤攪拌搬送部材(搬送スクリュ等)の回転数を変化させ、回転数を調整することにより、前述の式[1]における現像剤速度Vを変動させることができる。これにより、記録材サイズの変動により一旦、式[1]が不成立になっても、その分の誤差を打ち消すように、現像剤攪拌搬送部材の回転数の変化によって現像剤速度Vを調節すれば、再び式[1]を成立させることができる。これにより、トナー濃度位相制御機構の機能(現像剤の搬送を二股に分け、位相を半周期ずらしてトナー濃度周期を打ち消す機能)を維持することができる。
また、本発明においては、記録材のサイズの変動や、作像タイミングが変わった時、紙間の距離を、記録材搬送の周期Tpが変動しないように調節する。これによって、ユーザーによる記録材サイズの指定(変更)や作像タイミングが変わっても、トナー補給の周期Ttを変動させずに維持することができるため、トナー濃度位相制御機構の機能(現像剤の搬送を二股に分け、位相を半周期ずらしてトナー濃度周期を打ち消す機能)を維持することができる。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。ここでは、電子写真方式の画像形成装置に適用した一実施例について説明する。
この画像形成装置は、イエロー(以下、「Y」と記す)、シアン(以下、「C」と記す)、マゼンタ(以下、「M」と記す)、ブラック(以下、「K」と記す)の4色のトナーを用いて多色またはカラー画像を形成するものである。
図1は本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。ここでは、電子写真方式の画像形成装置に適用した一実施例について説明する。
この画像形成装置は、イエロー(以下、「Y」と記す)、シアン(以下、「C」と記す)、マゼンタ(以下、「M」と記す)、ブラック(以下、「K」と記す)の4色のトナーを用いて多色またはカラー画像を形成するものである。
まず、画像形成装置の基本的な構成について説明する。この画像形成装置は、画像形成ユニット30内に像担持体として4つの感光体1Y、1C、1M、1Kを備えている。なお、ここではドラム状の感光体を例に挙げているが、ベルト状の感光体を採用することもできる。各感光体1Y、1C、1M、1Kは、中間転写体としての中間転写ベルト10に沿って並設されており、それぞれ中間転写ベルト10に接触しながら、図中の矢印の方向に回転駆動する。各感光体1Y、1C、1M、1Kは、比較的薄い円筒状の導電性基体上に、光導電性の感光層を形成し、更にその感光層の上に保護層を形成したものである。また、感光層と保護層との間に中間層を設けても良い。なお、本実施例の感光体の外径は30mmである。
図2は、4つの感光体1Y、1C、1M、1Kのうちの、一つの感光体周りの構成を示す概略図であり、一つの作像部の構成を示している。なお、各感光体1Y、1C、1M、1K周りの構成はすべて同じであるため、1つの作像部の構成についてのみ図示し、色分け用の符号Y、C、M、Kについては省略してある。
感光体1の周りには、転写残トナーを感光体から除去するクリーニング装置7、帯電手段としての帯電装置3、現像手段としての現像装置5の順に配置されている。ここで、図2に示す作像部の帯電装置3、現像装置5、クリーニング装置7と、感光体1とは、図示しないカートリッジ内に一体に構成されており、プロセスカートリッジを構成している。そして、このプロセスカートリッジは、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成され、交換が可能となっている。すなわち、図1に示す画像形成装置は、中間転写ベルト10に沿って4つのプロセスカートリッジを着脱可能に並設した構成である。
また、図2に示す作像部(プロセスカートリッジ)の帯電装置3と現像装置5との間には、潜像形成手段としての露光装置4から発せられる光が感光体1まで通過できるようにスペースが確保されている。
帯電装置3は、回動可能なローラ状の帯電部材3aを感光体1に近接させて配置し、帯電部材3aに外部から交流に直流を重畳させた電圧を印加し、感光体1と帯電部材間で放電をさせて感光体1を帯電する。本実施形態では感光体1の帯電電位は−500Vである。また、帯電部材30aを接触させた接触帯電ローラを用いて感光体1を帯電させても良い。
このようにして帯電した感光体1の表面には、露光装置4によって光が露光されて、各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置4は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体1に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施形態の露光装置4は、複数の半導体レーザ光源、光偏向器、走査結像用光学系等からなるレーザ走査方式の露光装置であるが、LEDアレイと結像手段からなる露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。
現像装置5は、2軸搬送タイプの現像装置であり、現像剤を担持する現像剤担持体である現像ローラ5aと、現像剤を攪拌搬送する攪拌搬送部材である攪拌搬送スクリュ5cと供給搬送スクリュ5bからなる。攪拌搬送スクリュ5cと供給搬送スクリュ5bは仕切り板5dによって端部以外が隔てられている。ケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ5aが部分的に露出している。また、ここでは、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いている。
現像装置5は、図1に示したトナーボトル31Y、31C、31M、31Kから、図示しない補給手段により対応する色のトナーの補給を受けてこれを内部に収容している。このトナーボトル31Y、31C、31M、31Kは、それぞれが単体で交換できるように、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。このような構成とすることで、トナーエンド時にはトナーボトル31Y、31C、31M、31Kだけを交換すればよい。したがって、トナーエンド時にまだ寿命になっていない他の構成部材はそのまま利用でき、ユーザーの出費を抑えることができる。
トナーボトル31Y、31C、31M、31Kから現像装置5内に補給されたトナーは、攪拌搬送スクリュー5cによって現像剤と撹拌されながら供給搬送スクリュー5bへと搬送され、そこで現像ローラ5a上に担持されることになる。この現像ローラ5aは、内部に固定された磁界発生手段としての複数の磁極が着磁されたマグネットローラ(あるいは複数の固定磁石)と、その周りを同軸回転する現像スリーブとから構成されている。供給スクリュ部の現像剤は、マグネットローラが発生させる磁力により現像ローラ上に汲み上げられ、現像剤規制部材5eによって薄層化されたあと、現像ローラ5a上に穂立ちした状態となって感光体1と対向する現像領域まで搬送される。
ここで、現像ローラ5aは、感光体1と対向する領域(以下、「現像領域」と記す)において感光体1の表面よりも速い線速で同方向に表面移動する。そして、現像ローラ5a上に穂立ちしたキャリアは、感光体1の表面を摺擦しながら、キャリア表面に付着したトナーを感光体1の表面に供給する。このとき、現像ローラ5aには、図示しない電源から−350Vの現像バイアスVBが印加され、これにより現像領域には現像電界が形成される。そして、感光体1上の静電潜像と現像ローラ5aとの間では、現像ローラ5a上のトナーに静電潜像側に向かう静電力が働くことになる。これにより、現像ローラ5a上のトナーは、感光体1上の静電潜像に静電的に付着することになる。この付着によって感光体1上の静電潜像は、それぞれ対応する色のトナー像に現像(顕像化)される。
転写装置6における中間転写ベルト10は、3つの支持ローラ11、12、13に張架されており、図中矢印の方向に無端移動する構成となっている。この中間転写ベルト10上には、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。静電転写方式には、転写チャージャを用いた構成もあるが、ここでは転写チリの発生が少ない転写ローラを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体1Y、1C、1M、1Kと接触する中間転写ベルト10の部分の裏面に、それぞれ転写装置6としての一次転写ローラ14Y、14C、14M、14Kを配置している。ここでは、各一次転写ローラ14Y、14C、14M、14Kにより押圧された中間転写ベルト10の部分と各感光体1Y、1C、1M、1Kとによって、一次転写ニップ部が形成される。そして、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像を中間転写ベルト10上に転写する際には、各一次転写ローラ14に正極性のバイアスが印加される。これにより、各一次転写ニップ部には転写電界が形成され、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像は、中間転写ベルト10上に静電的に付着し、転写される。
転写装置6で転写されずに感光体上に残留した転写残トナーは、クリーニング装置7にて回収され,図示しない排トナー回収ボトルへと送られる。ここでクリーニング装置7ではゴムのクリーニングブレードが感光体1に当接されており、感光体1から転写残トナーを除去する。なお、ブレード以外にファーブラシ等によるクリーニングを行っても良い。
中間転写ベルト10の周りには、その表面に残留したトナーを除去するためのベルトクリーニング装置15が設けられている。このベルトクリーニング装置15は、中間転写ベルト10の表面に付着した不要なトナーをファーブラシ及びクリーニングブレードで回収する構成となっている。なお、回収した不要トナーは、ベルトクリーニング装置15内から図示しない搬送手段により図示しない廃トナータンクまで搬送される。
また、支持ローラ13に張架された中間転写ベルト10の部分には、二次転写ローラ16が接触して配置されている。この中間転写ベルト10と二次転写ローラ16との間には二次転写ニップ部が形成され、この部分に、所定のタイミングで記録材としての記録紙が送り込まれるようになっている。この記録紙は、露光装置4の図中下側にある給紙カセット20内に収容されており、給紙ローラ21、レジストローラ対22等によって、二次転写ニップ部まで搬送される。そして、中間転写ベルト10上に重ね合わされたトナー像は、二次転写ニップ部において、記録紙上に一括して転写される。この二次転写時には、二次転写ローラ16に正極性のバイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト10上のトナー像が記録紙上に転写される。
二次転写ニップ部の転写紙搬送方向下流側には、定着手段としての加熱定着装置23が配置されている。この加熱定着装置23は、ヒータを内蔵した加熱ローラ23aと、圧力を加えるための加圧ローラ23bとを備えている。二次転写ニップ部を通過した転写紙は、これらのローラ間に挟み込まれ、熱と圧力を受けることになる。これにより、転写紙上に載っていたトナーが溶融し、トナー像が転写紙に定着される。そして、定着後の転写紙は、排紙ローラ24によって、装置上面の排紙トレイ上に排出される。
<トナー濃度位相制御機構の説明>
ここで、本発明に係る現像装置におけるトナー濃度位相制御の説明を図3、図4を参照して行う。図3において、攪拌搬送部材である第1搬送スクリュ5bと第2搬送スクリュ5cは、図2における供給搬送スクリュ5bと攪拌搬送スクリュ5cに相当する。既に課題の欄で説明したように、第1、第2の搬送スクリュ5b、5cが設けられた2つの搬送路の間には、仕切り部材5dが存在するが、その仕切り板5dの略中央部には開口部50を空けており、現像剤はその開口部50を通り、第1搬送スクリュ5b側から、第2搬送スクリュ5c側へその一部を流入させることが出来る。この現像剤の流れを模式的に示したのが図4である。図4において、現像剤の流れは二股になっている。一つは第1の周回経路52−1であり、従来の2軸搬送タイプの現像装置と同様である。もう一つが第2の周回経路52−2であり、これは、該開口部50があることによって、第1の周回経路52−1を搬送される現像剤の一部が、開口部50を通って、第1搬送スクリュ5bから第2搬送スクリュ5cへと流入する。その合流するところを合流部51とする。この合流部51で、合流する両現像剤の位相が半位相ずれてトナー濃度ムラが打ち消しあうためには、次の式を満たす必要がある。すなわち、トナー補給周期をTtとし、二股に分かれる現像剤の搬送距離の差(両搬送路の経路差長)をΔd、現像剤の搬送速度をVとすると、
Tt=Δd/V/(n+1/2) (nは整数) ・・・[1]
である。
また、図4との対応により、
Δd=TS12+TS22となる。
式[1]が成立するとき、現像剤のトナー濃度周期は合流部51にて打ち消され、濃度ムラの無い良好な画像が得られる。
ここで、本発明に係る現像装置におけるトナー濃度位相制御の説明を図3、図4を参照して行う。図3において、攪拌搬送部材である第1搬送スクリュ5bと第2搬送スクリュ5cは、図2における供給搬送スクリュ5bと攪拌搬送スクリュ5cに相当する。既に課題の欄で説明したように、第1、第2の搬送スクリュ5b、5cが設けられた2つの搬送路の間には、仕切り部材5dが存在するが、その仕切り板5dの略中央部には開口部50を空けており、現像剤はその開口部50を通り、第1搬送スクリュ5b側から、第2搬送スクリュ5c側へその一部を流入させることが出来る。この現像剤の流れを模式的に示したのが図4である。図4において、現像剤の流れは二股になっている。一つは第1の周回経路52−1であり、従来の2軸搬送タイプの現像装置と同様である。もう一つが第2の周回経路52−2であり、これは、該開口部50があることによって、第1の周回経路52−1を搬送される現像剤の一部が、開口部50を通って、第1搬送スクリュ5bから第2搬送スクリュ5cへと流入する。その合流するところを合流部51とする。この合流部51で、合流する両現像剤の位相が半位相ずれてトナー濃度ムラが打ち消しあうためには、次の式を満たす必要がある。すなわち、トナー補給周期をTtとし、二股に分かれる現像剤の搬送距離の差(両搬送路の経路差長)をΔd、現像剤の搬送速度をVとすると、
Tt=Δd/V/(n+1/2) (nは整数) ・・・[1]
である。
また、図4との対応により、
Δd=TS12+TS22となる。
式[1]が成立するとき、現像剤のトナー濃度周期は合流部51にて打ち消され、濃度ムラの無い良好な画像が得られる。
上記のように、式[1]が成り立つ時、二股に分かれた現像剤が再び合流したときに、位相が半周期ずれ、トナー濃度ムラを打ち消し合わせることができるが、Δdは現像装置の構成によって決まるため、適切なトナー補給の周期(タイミング)は、該現像装置の構成によって規定される。よって、トナー補給の周期Ttは、上述の式[1]で規定される値に維持させる必要がある。
しかし、課題の欄で述べたように、画像形成装置によっては、トナー補給のタイミングに外乱が発生する場合があり、その一つとして、記録材搬送のタイミングがある。
しかし、課題の欄で述べたように、画像形成装置によっては、トナー補給のタイミングに外乱が発生する場合があり、その一つとして、記録材搬送のタイミングがある。
記録材(通常は定型サイズ(A5,B5,A4,B4,A3等)の記録紙)の搬送開始時、モータを駆動させる瞬間は、モータのトルクがゼロの静止状態から駆動させるため、大きな動力(消費電力)を必要とする(一旦駆動を開始してしまえば、駆動力は下がり、安定する)。そのため、その駆動開始のタイミングでは、最大消費電力の低減の観点から、他の動力は使用しないことが望ましい。トナー補給にも相応の動力(電力)を消費するため、上記の理由から、画像形成装置によっては、記録材搬送開始のタイミングとトナー補給タイミングに一定のオフセット時間Δtを設け、タイミングをずらしている。これにより、瞬間的に大きな電力を発生させないようにしている。図5はそのタイミングを示す模式図である。図5では、記録材搬送周期にΔtという一定時間だけオフセットを持って、トナー補給周期Ttが設定されている。
今、トナー補給の周期をTt[s]、記録材搬送の周期をTp[s]とする。本発明が対象とする画像形成装置においては、トナー補給周期Ttは、記録材搬送周期Tpと値は同一である。しかし、上記の最大消費電力の低減の狙いにより、両者はオフセット時間Δt分だけ、ずらされた状態である。よって、記録材搬送周期Tpが変動すると、それに付随して、トナー補給周期Ttも変動を受ける。
ここで、一般的な画像形成装置においては、記録材のサイズ(A5,B5,A4,B4,A3等)や画像データ入力のタイミング(作像タイミング(ジョブタイミング))が変われば、それに対応して、記録材搬送周期Tpも適切値に変動させる。そして、要求される記録材サイズや、ジョブタイミングは、ユーザーの指定であるため、当然ながら、画像形成装置は選択できない。このように、記録材サイズやジョブタイミングが変動すると、それに対応して記録材搬送周期Tpにずれが発生する。このとき、それに付随して、トナー補給周期Ttが変動を受けるため、上記の式[1]が成立しなくなり、トナー濃度の位相制御機構が破綻するという課題がある。本発明はこの課題を解決するものである。
以下、本発明の解決手段の具体的な実施例について説明する。
(実施例1)
本発明の解決手段の一例としては、上述のトナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減する現像装置(及びそれを用いたプロセスカートリッジ、画像形成装置)において、画像が転写される記録材のサイズの変動に応じて現像剤攪拌搬送部材(第1搬送スクリュ5b、第2搬送スクリュ5c)の回転数を変化させ、トナー濃度の位相制御機能を維持するものである。
本発明の解決手段の一例としては、上述のトナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減する現像装置(及びそれを用いたプロセスカートリッジ、画像形成装置)において、画像が転写される記録材のサイズの変動に応じて現像剤攪拌搬送部材(第1搬送スクリュ5b、第2搬送スクリュ5c)の回転数を変化させ、トナー濃度の位相制御機能を維持するものである。
より具体的には、本発明の現像装置(及びそれを用いたプロセスカートリッジ、画像形成装置)では、記録材サイズが変動し、記録材搬送周期Tpが変動した時、搬送スクリュー5b、5cの回転数を調整し、現像剤の搬送速度Vを変動させる。このVの変動は、前記の式[1]が成立するように適切に変更させるため、式[1]は成立を維持する。よって、記録材サイズの変動により、一旦、式[1]が不成立になっても、その分の誤差を打ち消すように、搬送スクリュ5b、5cの速度の変化によって現像剤の搬送速度Vを調節すれば、再び式[1]を成立させることができる。これにより、トナー濃度位相制御機構の機能(現像剤の搬送を二股に分け、位相を半周期ずらしてトナー濃度周期を打ち消す機能)を維持することができる。
(実施例2)
次に本発明の解決手段の別の例としては、上述のトナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減する現像装置を備えた画像形成装置において、画像が転写される記録材のサイズの変動や、作像タイミングが変わった時、記録材間(紙間と言う)の距離を調整することで、記録材搬送の周期Tpは変動させないようにするものである。
次に本発明の解決手段の別の例としては、上述のトナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減する現像装置を備えた画像形成装置において、画像が転写される記録材のサイズの変動や、作像タイミングが変わった時、記録材間(紙間と言う)の距離を調整することで、記録材搬送の周期Tpは変動させないようにするものである。
上述のトナー濃度位相制御機構においては、図5に示すように、記録材搬送周期(紙搬送周期)Tpが一定であれば、Δtというオフセットをもって、トナー補給周期Ttも同一値にて一定となっている。この状態では、このトナー補給周期に合わせて、上記の式[1]のΔdの値を規定すれば、合流部51にて半位相ずらした合流が実現でき、トナー濃度ムラを打ち消すことができる。ここで、図6に示すように、記録材サイズ(紙サイズ)が、紙サイズ1から紙サイズ2に変動したとする。従来、紙間距離d1は一定であるので、図6のように紙サイズが変動すれば、紙搬送周期もそれに応じて変動する。図6はそれを示している。このように紙搬送周期にずれが発生すると、上記の式[1]が成立しなくなり、トナー濃度位相制御機構が機能しない。
そこで本発明の画像形成装置においては、紙サイズの変動や、作像タイミングが変わった時には、例えば図7に示すように、紙間の距離を調整することで、紙搬送周期Tpは変動させないようにする。
図7においては、紙間を「(1)元々の紙間距離d1」から、「(2)調整した紙間距離d2」に変更している。図7では、d2>d1の様子を示している。この相殺効果により、紙搬送周期Tpは変動を受けず、その結果、トナー補給周期Ttも変動を受けない。これにより、トナー濃度位相制御機構の機能を維持することができる。
図7においては、紙間を「(1)元々の紙間距離d1」から、「(2)調整した紙間距離d2」に変更している。図7では、d2>d1の様子を示している。この相殺効果により、紙搬送周期Tpは変動を受けず、その結果、トナー補給周期Ttも変動を受けない。これにより、トナー濃度位相制御機構の機能を維持することができる。
(実施例3)
次に第3の実施例として、本発明の画像形成装置においては、実施例2の構成に加えて、紙サイズが、W1からW2に変動したとき、前記紙間の距離d1’を、元の紙間距離をd1とした時、
d1’=d1+W1−W2
にする。
図7に示すように、紙サイズがW1からW2に変動したとき、紙間の距離d2を、元の紙間距離d1に対して、
d2=d1+W1−W2
に調整することで、トナー濃度位相制御機構の機能を維持することができる。
次に第3の実施例として、本発明の画像形成装置においては、実施例2の構成に加えて、紙サイズが、W1からW2に変動したとき、前記紙間の距離d1’を、元の紙間距離をd1とした時、
d1’=d1+W1−W2
にする。
図7に示すように、紙サイズがW1からW2に変動したとき、紙間の距離d2を、元の紙間距離d1に対して、
d2=d1+W1−W2
に調整することで、トナー濃度位相制御機構の機能を維持することができる。
(実施例4)
次に、上記の位相制御機構を備えた現像装置及びそれを用いたプロセスカートリッジ、画像形成装置に用いるのに好適な二成分現像剤(トナー、キャリア)について説明する。
次に、上記の位相制御機構を備えた現像装置及びそれを用いたプロセスカートリッジ、画像形成装置に用いるのに好適な二成分現像剤(トナー、キャリア)について説明する。
[現像剤の特性について]
本発明に係る二成分現像剤のキャリア(磁性キャリア)については、体積平均粒径が20〜60μmが好ましい。平均粒径が60μm以下の小粒径のキャリアを用いることで、現像能力を低下させることなく、汲み上げ量を低減することができ、現像装置内で循環する現像剤量を低減することができる。特にストレスのかかる現像剤規制部材(ドクタ等)を通過する現像剤量が少なくなることから、長寿命化に寄与する。また、キャリアの低容量化がなされるため、キャリア貯蔵部等の装置の小型化が図れる。さらには現像領域における磁気ブラシがより緻密になるために高画質化や画質の安定性が達成される。なお、キャリアの平均粒径が60μmより大きいと現像剤循環部でオーバーフローが起きやすくなり、安定な現像剤の循環が行えない。また、キャリアの平均粒径が20μmより小さいと感光体にキャリアが付着したり、現像装置からキャリアが飛散しやすくなるという不具合が発生する。
キャリアの平均粒径測定については、マイクロトラック粒度分析計(日機装株式会社)のSRAタイプを使用し、0.7[μm]以上、125[μm]以下のレンジ設定で行うことができる。
本発明に係る二成分現像剤のキャリア(磁性キャリア)については、体積平均粒径が20〜60μmが好ましい。平均粒径が60μm以下の小粒径のキャリアを用いることで、現像能力を低下させることなく、汲み上げ量を低減することができ、現像装置内で循環する現像剤量を低減することができる。特にストレスのかかる現像剤規制部材(ドクタ等)を通過する現像剤量が少なくなることから、長寿命化に寄与する。また、キャリアの低容量化がなされるため、キャリア貯蔵部等の装置の小型化が図れる。さらには現像領域における磁気ブラシがより緻密になるために高画質化や画質の安定性が達成される。なお、キャリアの平均粒径が60μmより大きいと現像剤循環部でオーバーフローが起きやすくなり、安定な現像剤の循環が行えない。また、キャリアの平均粒径が20μmより小さいと感光体にキャリアが付着したり、現像装置からキャリアが飛散しやすくなるという不具合が発生する。
キャリアの平均粒径測定については、マイクロトラック粒度分析計(日機装株式会社)のSRAタイプを使用し、0.7[μm]以上、125[μm]以下のレンジ設定で行うことができる。
[トナー特性について]
本発明に係る二成分現像剤のトナー特性のうち、トナーの粒径について、トナーの体積平均粒径は3〜8μmが好ましい。粒径が小さくかつ粒径分布のシャープなトナーを用いることで、トナー粒子間の間隙が小さくなるため、色再現性を損なうことなくトナーの必要付着量を低減することができる。よって現像における濃度変動を小さくすることができる。また、600dpi以上の微小なドット画像の安定再現性が向上し、長期間安定した高画質を得ることができる。一方、体積平均粒径(D4)が3μm未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。体積平均粒径(D4)が8μmを超えると、画像のパイルハイトが大きくなり、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しい。また、同時に体積平均粒径(D4)と個数平均粒径(D1)との比(D4/D1)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましく、1.00〜1.30の範囲にあればより好ましい。(D4/D1)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。
このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
本発明に係る二成分現像剤のトナー特性のうち、トナーの粒径について、トナーの体積平均粒径は3〜8μmが好ましい。粒径が小さくかつ粒径分布のシャープなトナーを用いることで、トナー粒子間の間隙が小さくなるため、色再現性を損なうことなくトナーの必要付着量を低減することができる。よって現像における濃度変動を小さくすることができる。また、600dpi以上の微小なドット画像の安定再現性が向上し、長期間安定した高画質を得ることができる。一方、体積平均粒径(D4)が3μm未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。体積平均粒径(D4)が8μmを超えると、画像のパイルハイトが大きくなり、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しい。また、同時に体積平均粒径(D4)と個数平均粒径(D1)との比(D4/D1)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましく、1.00〜1.30の範囲にあればより好ましい。(D4/D1)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。
このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液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ルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
トナーの形状係数SF−1は100〜180、形状係数SF−2は100〜180の範囲にあることが好ましい。図8(A),(B)は、形状係数SF−1、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記の式[2]で表される。これはトナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式[2]
この形状係数SF−1の値が100の場合、トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式[2]
この形状係数SF−1の値が100の場合、トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記の式[3]で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式[3]
この形状係数SF−2の値が100の場合、トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式[3]
この形状係数SF−2の値が100の場合、トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナー間の接触状態が点接触となるためにトナー同士の吸着力は弱まり、したがって流動性が高くなる。ゆえに現像剤の循環性が向上するため、ストレスが小さくなり、長期的に安定した一方向循環を行うことが可能となる。また、トナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなり高画質化に寄与する。一方、形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、流動性が悪化し、現像剤の循環性が悪いために好ましくない。また転写率が低下するため好ましくない。
トナーの形状が球形に近くなると、トナー間の接触状態が点接触となるためにトナー同士の吸着力は弱まり、したがって流動性が高くなる。ゆえに現像剤の循環性が向上するため、ストレスが小さくなり、長期的に安定した一方向循環を行うことが可能となる。また、トナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなり高画質化に寄与する。一方、形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、流動性が悪化し、現像剤の循環性が悪いために好ましくない。また転写率が低下するため好ましくない。
本発明のトナーは、トナーの粒子表面に平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3mg/cm3以上の微粒子(以下、単に微粒子という)を付着させたものである。なお、通常の流動性向上剤にはシリカ等がよく用いられるが、例えば、このシリカの平均一次粒径は通常10〜30nm、嵩密度が0.1〜0.2mg/cm3である。
本発明において、トナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、トナー粒子と対象体との間に適度な空隙が形成される。また、微粒子は、トナー粒子、感光体、帯電付与部材との接触面積が非常に小さく、均等に接触するので付着力低減効果が大きく、現像・転写効率の向上に有効である。また、現像剤の流動性が高まるためストレスの低減効果があり、長寿命化にも寄与する。さらに、コロの役割を果たすため、感光体を摩耗または損傷させることなく、クリーニングブレードと感光体との高ストレス(高荷重、高速度等)下でのクリーニングの際も、トナー粒子に埋没し難く、あるいは少々埋没しても離脱、復帰が可能であるので、長期間にわたって安定した特性を得ることができる。さらに、トナーの表面から適度に脱離し、クリーニングブレードの先端部に蓄積し、いわゆるダム効果によって、ブレードからトナーが通過する現象を防止する効果がある。これらの特性は、トナー粒子の受けるシェアを低減させる作用を示すので、高速定着(低エネルギー定着)のためトナーに含有されている低レオロジー成分によるトナー自身のフィルミングの低減効果を発揮する。しかも、微粒子として、平均一次粒径が50〜500μmの範囲のものを用いると、十分にその優れたクリーニング性能を活かすことができる上、極めて小粒径であるため、トナーの粉体流動性を低下させることがない。さらに、詳細は明らかでないが、表面処理された微粒子はトナーに外部添加されても、仮にキャリアを汚染した場合においても現像剤劣化の度合が少ない。よって経時的にトナーの流動性および帯電性の変化が少ないため、長期的に現像剤の循環を安定に行うことができる。また、画質の安定性も高くなる。
微粒子の平均一次粒径(以下、平均粒径という)は、50〜500nmのものが用いられ、特に100〜400nmのものが好ましい。50nm未満であると、微粒子がトナー表面の凹凸の凹部分に埋没してコロの役割を低下する場合が生じる。一方、500μmよりも大きいと、微粒子がブレードと感光体表面の間に位置した場合、トナー自身の接触面積と同レベルのオーダーとなり、クリーニングされるべきトナー粒子を通過させる、即ちクリーニング不良を発生させやすくなる。
また、嵩密度が0.3mg/cm3未満では、流動性向上への寄与はあるものの、トナー及び微粒子の飛散性および付着性が高くなるために、トナーのコロとしての効果や、クリーニング部で蓄積して、トナーのクリーニング不良を防止するいわゆるダム効果といった働きが低下してしまう。
また、嵩密度が0.3mg/cm3未満では、流動性向上への寄与はあるものの、トナー及び微粒子の飛散性および付着性が高くなるために、トナーのコロとしての効果や、クリーニング部で蓄積して、トナーのクリーニング不良を防止するいわゆるダム効果といった働きが低下してしまう。
本発明の微粒子において、無機化合物としては、SiO2、TiO2、Al2O3、MgO、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO・SiO2、K2O(TiO2)n、Al2O3・2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、MgSO4、SrTiO3等を例示することができ、好ましくは、SiO2、TiO2、Al2O3があげられる。特にこれら無機化合物は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。
また,有機化合物の微粒子としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を2種以上併用しても差し支えない。このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。
ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
なお、微粒子の嵩密度は下記の方法により測定した。100mlのメスシリンダーを用いて、微粒子を徐々に加え100mlにした。その際、振動は与えなかった。このメスシリンダーの微粒子を入れる前後の重量差により嵩密度を測定した。
嵩密度(g/cm3)=微粒子量(g/100ml)÷100
嵩密度(g/cm3)=微粒子量(g/100ml)÷100
本発明の微粒子を、トナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子と微粒子を各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子と微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。
本発明のトナー濃度位相制御機構を備えた現像装置及びそれを用いたプロセスカートリッジ、画像形成装置においては、上記のようなトナーとキャリアを用いた現像剤を使用することにより、トナー濃度ムラの発生を低減して、より高画質な画像形成を行うことができる。
1(1Y、1C、1M、1K):感光体(像担持体)
3:帯電装置
4:露光装置(潜像形成手段)
5:現像装置
5a:現像ローラ
5b:攪拌搬送スクリュ(第1の搬送スクリュ(現像剤攪拌搬送部材))
5c:供給搬送スクリュ(第2の搬送スクリュ(現像剤攪拌搬送部材))
6:転写装置
7:感光体クリーニング装置
10:中間転写ベルト(中間転写体)
11、12、13:支持ローラ
14(14Y、14C、14M、14K):一次転写ローラ
15:ベルトクリーニング装置
16:二次転写ローラ
20:給紙カセット
21:給紙ローラ
22:レジストローラ対
23:加熱定着装置(定着手段)
24:排紙ローラ
31Y、31C、31M、31K:トナーボトル
3:帯電装置
4:露光装置(潜像形成手段)
5:現像装置
5a:現像ローラ
5b:攪拌搬送スクリュ(第1の搬送スクリュ(現像剤攪拌搬送部材))
5c:供給搬送スクリュ(第2の搬送スクリュ(現像剤攪拌搬送部材))
6:転写装置
7:感光体クリーニング装置
10:中間転写ベルト(中間転写体)
11、12、13:支持ローラ
14(14Y、14C、14M、14K):一次転写ローラ
15:ベルトクリーニング装置
16:二次転写ローラ
20:給紙カセット
21:給紙ローラ
22:レジストローラ対
23:加熱定着装置(定着手段)
24:排紙ローラ
31Y、31C、31M、31K:トナーボトル
Claims (18)
- トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて像担持体上の潜像を現像し顕像化する現像装置において、
前記現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させる現像剤トナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減するとともに、画像が転写される記録材のサイズの変動に応じて現像剤攪拌搬送部材の回転数を変化させ、前記トナー濃度の位相制御機能を維持することを特徴とする現像装置。 - 請求項1に記載の現像装置において、
前記位相制御機構は、トナー補給や現像によるトナー消費により空間的にトナー濃度変動している現像装置内の現像剤の流れに対し、所定の地点で分岐点を作り、該分岐点で分岐させた各々の現像剤を異なる経路を通過させることにより該現像剤中のトナー濃度変動の位相をずらした後、位相のずれた現像剤同士を再び合流させて位相制御を行うことを特徴とする現像装置。 - 請求項1または2に記載の現像装置において、
前記現像剤を担持して回転し前記像担持体と対向する位置で該像担持体上の潜像に現像剤のトナーを供給して現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と平行に配置され互いに異なる方向に現像剤を搬送する2つの現像剤攪拌搬送部材と、該2つの現像剤攪拌搬送部材の間に配置された仕切り板とを少なくとも有し、前記位相制御機構として、前記仕切り板に、前記1対の現像剤攪拌搬送部材の軸方向に亘って両端の現像剤の受け渡し部以外に少なくとも1つの開口部を有することを特徴とする現像装置。 - 請求項3に記載の現像装置において、
前記2つの現像剤攪拌搬送部材は、回転軸部に螺旋状の羽部を供え、回転することにより現像剤を軸方向に搬送するスクリュ状の部材であることを特徴とする現像装置。 - 画像形成装置に装備され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、
少なくとも、前記像担持体と、請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置を一体に備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 少なくとも、表面に静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて前記像担持体上の静電潜像を現像し顕像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置、あるいは請求項5に記載のプロセスカーリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも、表面に静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて前記像担持体上の静電潜像を現像し顕像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、
前記現像装置として、前記現像剤の搬送経路を二股に分け、トナー濃度の位相を半周期ずらした状態で再び合流させる現像剤トナー濃度の位相制御機構を備えてトナー濃度変動を低減する現像装置を備えるとともに、
画像が転写される記録材のサイズの変動や、作像タイミングが変わった時、記録材間(以下、紙間と言う)の距離を調整することで、記録材搬送の周期Tpは変動させないことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項7に記載の画像形成装置において、
前記記録材のサイズがW1からW2に変動したとき、前記紙間の距離d1’を、元の紙間距離をd1とした時、
d1’=d1+W1−W2
にすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項7または8に記載の画像形成装置において、
前記現像装置の位相制御機構は、トナー補給や現像によるトナー消費により空間的にトナー濃度変動している現像装置内の現像剤の流れに対し、所定の地点で分岐点を作り、該分岐点で分岐させた各々の現像剤を異なる経路を通過させることにより該現像剤中のトナー濃度変動の位相をずらした後、位相のずれた現像剤同士を再び合流させて位相制御を行うことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項7〜9のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
前記現像装置は、前記現像剤を担持して回転し前記像担持体と対向する位置で該像担持体上の潜像に現像剤のトナーを供給して現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体と平行に配置され互いに異なる方向に現像剤を搬送する2つの現像剤攪拌搬送部材と、該2つの現像剤攪拌搬送部材の間に配置された仕切り板とを少なくとも有し、前記位相制御機構として、前記仕切り板に、前記1対の現像剤攪拌搬送部材の軸方向に亘って両端の現像剤の受け渡し部以外に少なくとも1つの開口部を有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10に記載の画像形成装置において、
前記現像装置の2つの現像剤攪拌搬送部材は、回転軸部に螺旋状の羽部を供え、回転することにより現像剤を軸方向に搬送するスクリュ状の部材であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項7〜11のいずれか1項に記載の画像形成装置に装備され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、
少なくとも、前記像担持体と、前記現像装置を一体に備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項5または12に記載のプロセスカートリッジを複数備え、該複数のプロセスカートリッジの像担持体上に色の異なるトナー像を形成し、該トナー像を記録材に直接又は中間転写体を介して重ね合わせて転写し、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置、あるいは請求項5または12に記載のプロセスカーリッジ、あるいは請求項6〜11、13のいずれか1項に記載の画像形成装置に用いられるキャリアであって、
体積平均粒径が20〜60μmであることを特徴とするキャリア。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置、あるいは請求項5または12に記載のプロセスカーリッジ、あるいは請求項6〜11、13のいずれか1項に記載の画像形成装置に用いられるトナーであって、
体積平均粒径が3〜8μmで、体積平均粒径と個数平均粒径との比が、1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とするトナー。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置、あるいは請求項5または12に記載のプロセスカーリッジ、あるいは請求項6〜11、13のいずれか1項に記載の画像形成装置に用いられるトナーであって、
形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とするトナー。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置、あるいは請求項5または12に記載のプロセスカーリッジ、あるいは請求項6〜11、13のいずれか1項に記載の画像形成装置に用いられるトナーであって、
トナー母体粒子表面に平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3g/cm3以上の微粒子が外添加されていることを特徴とするトナー。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像装置、あるいは請求項5または12に記載のプロセスカーリッジ、あるいは請求項6〜11、13のいずれか1項に記載の画像形成装置に用いられる現像剤であって、
請求項14記載のキャリアと、請求項15〜17のいずれか1項に記載のトナーとを用いたことを特徴とする現像剤。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007151246A JP2008304671A (ja) | 2007-06-07 | 2007-06-07 | 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置、キャリア、トナー、現像剤 |
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ID=40233461
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JP2007151246A Pending JP2008304671A (ja) | 2007-06-07 | 2007-06-07 | 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置、キャリア、トナー、現像剤 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017161871A (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | コニカミノルタ株式会社 | 画像形成装置 |
-
2007
- 2007-06-07 JP JP2007151246A patent/JP2008304671A/ja active Pending
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