JP2011133665A - Developing device and developer carrier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、現像剤を担持して搬送する現像剤担持体を備えた現像装置および画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a developing device and an image forming apparatus including a developer carrying member that carries and conveys a developer.
電子写真方式を採用した複写機やプリンタにおいては、静電潜像担持体として設けられたドラム状の電子写真感光体、すなわち感光ドラムの表面に形成した潜像を現像装置から供給される一成分系現像剤である磁性トナーにより現像し顕像化することが行われている。このような現像装置では、トナー粒子相互の摩擦、現像剤層厚規制部材(現像ブレード)による摩擦、および現像剤担持体(現像スリーブ)と磁性トナー粒子との摩擦等によって、感光ドラム上に形成された静電像電荷とは逆極性の電荷を磁性トナー粒子に与える。そして、その磁性トナーを現像スリーブ上に極めて薄く層状に形成して感光ドラムと現像スリーブで形成される現像領域まで搬送する。その後、現像領域において、現像スリーブ内に固定された磁石による磁界の作用によってトナーを感光ドラム側に飛翔させる。 In copiers and printers employing an electrophotographic system, a drum-shaped electrophotographic photosensitive member provided as an electrostatic latent image carrier, that is, a single component supplied from a developing device with a latent image formed on the surface of the photosensitive drum Development with a magnetic toner, which is a system developer, to make a visible image has been performed. In such a developing device, the toner particles are formed on the photosensitive drum by friction between toner particles, friction by a developer layer thickness regulating member (developing blade), friction between the developer carrier (developing sleeve) and magnetic toner particles, and the like. The magnetic toner particles are given a charge having the opposite polarity to the electrostatic image charge. Then, the magnetic toner is formed in a very thin layer on the developing sleeve and conveyed to a developing area formed by the photosensitive drum and the developing sleeve. Thereafter, in the developing region, the toner is caused to fly to the photosensitive drum side by the action of a magnetic field by a magnet fixed in the developing sleeve.
このような現像装置に用いられている現像剤担持体(現像スリーブ)として、従来から少なくとも樹脂およびグラファイトを含有するカーボンや樹脂等からなる塗料を円筒管の外周表面にコーティング(塗布)した構成を有するものが知られている。このような構成の現像スリーブによれば、外周表面にカーボンなどの塗料のコーティングをすることで、外周表面が適度に削れていくことによって、現像剤や外添剤による汚染を防止することが可能となる。 As a developer carrying member (developing sleeve) used in such a developing device, a structure in which a coating made of carbon or resin containing at least a resin and graphite is conventionally coated (applied) on the outer peripheral surface of a cylindrical tube. What you have is known. According to the developing sleeve having such a configuration, by coating the outer peripheral surface with a paint such as carbon, it is possible to prevent contamination by the developer and external additives by appropriately scraping the outer peripheral surface. It becomes.
一方特許文献1には、現像剤層厚規制部材と現像剤担時体との当接部に磁性トナーが部分的に凝集、固着するのを防ぐため、現像剤担時体の外周表面の表面粗さ(凹凸の相対負荷長さtp値、算術平均高さRa値)を適宜の範囲に規定することが提案されている。 On the other hand, in Patent Document 1, in order to prevent magnetic toner from partially aggregating and adhering to the contact portion between the developer layer thickness regulating member and the developer carrier, the surface of the outer peripheral surface of the developer carrier is disclosed. It has been proposed to define the roughness (relative uneven load length tp value, arithmetic average height Ra value) in an appropriate range.
しかしながら、特許文献1に記載の技術においても、現像剤層厚規制部材と現像剤担持体の当接および近接によって、薄層化および均一化されずに現像剤の層形成不良によるブロッチが発生した。このブロッチは、現像剤の摩擦帯電量が大きくなりがちな低温低湿環境下において顕著に発生しやすい。 However, even in the technique described in Patent Document 1, due to the contact and proximity of the developer layer thickness regulating member and the developer carrier, blotting due to poor layer formation of the developer occurs without being thinned and made uniform. . This blotch tends to occur remarkably in a low temperature and low humidity environment where the triboelectric charge amount of the developer tends to be large.
そこで本発明は、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention prevents the occurrence of blotches due to poor developer layer formation in a low-temperature and low-humidity environment with a simple configuration, stably maintains the image density over a long period of use, and develops with good environmental stability. An object of the present invention is to provide a developing device having characteristics and capable of forming a high-quality image.
そのため本発明の現像剤担持体は、現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体において、前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δqが0.09≦Δq≦0.13の範囲であり、算術平均粗さRaが0.55μm≦Ra≦0.80μmの範囲で形成されていることを特徴とする。 For this reason, the developer carrying member of the present invention has a square surface roughness of the surface carrying the developer in the developer carrying member that carries the developer and conveys the developer to another member. The mean square slope Δq is in the range of 0.09 ≦ Δq ≦ 0.13, and the arithmetic average roughness Ra is in the range of 0.55 μm ≦ Ra ≦ 0.80 μm.
また、本発明の現像装置は、現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体を備え、前記現像剤によって画像を形成する現像装置において、
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δqが0.09≦Δq≦0.13の範囲であり、算術平均粗さRaが0.55μm≦Ra≦0.80μmの範囲で形成されていることを特徴とする。
Further, the developing device of the present invention includes a developer carrying member that carries the developer and conveys the developer to the other member, and forms an image with the developer.
The surface roughness of the developer-carrying surface of the developer carrier is such that the root mean square slope Δq is 0.09 ≦ Δq ≦ 0.13, and the arithmetic average roughness Ra is 0.55 μm ≦ Ra. It is formed in the range of ≦ 0.80 μm.
本発明によれば現像剤担持体は、現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δqが0.09≦Δq≦0.13の範囲であり、算術平均粗さRaが0.55μm≦Ra≦0.80μmの範囲で形成する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができる。 According to the present invention, the surface of the developer carrying surface of the developer carrying member has a root mean square slope Δq of 0.09 ≦ Δq ≦ 0.13 and an arithmetic average roughness Ra of 0. .55 μm ≦ Ra ≦ 0.80 μm. This prevents the occurrence of blotches due to poor developer layer formation in a low-temperature, low-humidity environment with a simple structure, stably maintains image density over long-term use, and has development characteristics with good environmental stability. And a developing device capable of forming a high-quality image.
また、本発明によれば現像装置は、現像剤担持体における現像剤を担持する面の表面粗さを、二乗平均平方根傾斜Δqが0.09≦Δq≦0.13の範囲であり、算術平均粗さRaが0.55μm≦Ra≦0.80μmの範囲で形成する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができる。 Further, according to the present invention, the developing device has a surface roughness of the developer carrying surface of the developer carrying member, the root mean square slope Δq being in the range of 0.09 ≦ Δq ≦ 0.13, and the arithmetic mean The roughness Ra is formed in the range of 0.55 μm ≦ Ra ≦ 0.80 μm. This prevents the occurrence of blotches due to poor developer layer formation in a low-temperature, low-humidity environment with a simple structure, stably maintains image density over long-term use, and has development characteristics with good environmental stability. And a developing device capable of forming a high-quality image.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態を適用可能な電子写真方式を採用した画像形成装置の概略構成を示した図である。静電潜像担持体としての感光ドラム1は、例えば矢印aの方向に100〜300mm/secのプロセススピード(周速度)をもって回転駆動されるように構成されている。感光ドラム1の周辺には、回転方向(矢印a方向)に沿って順に、帯電装置2、露光装置3、現像装置4、転写装置5およびクリーニング装置6が環状をなすように配置されている。帯電装置2は、例えば周知の帯電ローラなどからなるものであり、感光ドラム1の外周表面を所定電位に均一に帯電する機能を備えている。また帯電装置2は、帯電バイアス印加電源(帯電部材用電源)2aを備えており、帯電バイアス印加電源2aから帯電装置2の芯金2bに所定のバイアス電圧が印加されることで感光ドラム1の外周表面が接触帯電方式で所定の極性・電位に一様に帯電処理される。なお、本実施形態における帯電バイアス印加電源2aは、交流電圧のバイアス電圧(AC+DC)を帯電装置2に印加するAC印加方式が採用されている。この方式では直流電圧成分として−750Vの電圧、交流電流成分として1200Hzの周波数、1100μAの電流を帯電装置2に印加することで、感光ドラム1の外周表面電位(帯電電位、暗電位)として−600Vを得るようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image forming apparatus adopting an electrophotographic system to which the present embodiment can be applied. The photosensitive drum 1 as an electrostatic latent image carrier is configured to be rotationally driven at a process speed (peripheral speed) of 100 to 300 mm / sec in the direction of an arrow a, for example. Around the photosensitive drum 1, a
また、露光装置3は、具体的な構成図は省略するが、例えばレーザ光などを記録すべき画像の画像データに応じてON/OFFする周知のレーザスキャナ等からなるものである。これは、上述したように帯電装置2により均一帯電された感光ドラム1の外周表面が、露光装置3から画像信号に従って出射されるレーザで露光されることによって感光ドラム1の外周表面に静電潜像が形成される(露光された部分は、Vl=−200Vとなる)。感光ドラム1の外周表面に形成される静電潜像を現像する現像装置4は、現像容器である現像ホッパ4aを有しており、その現像ホッパ4a内部には、静電潜像担持体である感光ドラム1に対向して配置される現像剤担持体である現像スリーブ4bが設けられている。この現像スリーブ4bの内部には、磁界発生手段としてマグネットロール4cが固定配置されているとともに、現像スリーブ4bの外周表面側には、現像ブレードユニット10に現像剤層厚規制部材として設けられた現像ブレード10aが設けられている。そして、現像ホッパ4aに設けられたトナー補給口4dより、静電潜像を可視化するための磁性現像剤Tが投入されて現像ホッパ4a内に収容される構成になされている。
The
本実施形態における磁性現像剤Tとしては、負帯電性磁性1成分トナー(以下、単にトナーという)が用いられている。そのトナーは、例えば、結着樹脂としてスチレンn一ブチルアクリレート共重合体100重量部に、磁性体粒子80重量部、モノアゾ系鉄錯体の負荷電制御剤2部、ワックスとして低分子量ポリプロピレン3部を140℃に加熱された2軸エクストルーダーで溶融混錬し、冷却した混錬物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均径5.0μmの分級粉を得た後、体積平均拉径5.0μmの分級品に疎水性シリカ微粉体1.0重量部をヘンシェルミキサーで混合したものが採用される。 As the magnetic developer T in the present embodiment, negatively chargeable magnetic one-component toner (hereinafter simply referred to as toner) is used. The toner includes, for example, 100 parts by weight of a styrene-n-butyl acrylate copolymer as a binder resin, 80 parts by weight of magnetic particles, 2 parts of a negative charge control agent of a monoazo iron complex, and 3 parts of a low molecular weight polypropylene as a wax. It is melt-kneaded with a twin screw extruder heated to 140 ° C, the cooled kneaded product is coarsely pulverized with a hammer mill, the coarsely pulverized product is finely pulverized with a jet mill, and the resulting finely pulverized product is air-classified. Then, after obtaining a classified powder having a weight average diameter of 5.0 μm, 1.0 part by weight of hydrophobic silica fine powder is mixed with a classified product having a volume average diameter of 5.0 μm by a Henschel mixer.
トナーの定着性の指標であるメルトインデックス(MI)は、20g/10minに設定されている。なお、そのときのメルトインデックス(MI)の測定は、JIS−K7210に記載された装置(熱可塑性プラスチックの流れ試験方法に用いる装置)を用いて行う。その際の条件は、測定温度:125℃、荷重:5kg、試料充填量:5−10gとして手動切り取り法で測定したものであり、そのときの測定値は10分値に換算したものである。また、トナーの平均粒径の測定には、コールターマルチサイザーII型(コールター社製)を使用して行った。また、本実施形態の現像装置4に用いられるトナーとしては、MI3〜30g/10min、体積平均粒径8.0〜9.6μmの範囲のものを採用することが可能である。一方、感光ドラム1と対向して配置されている現像スリーブ4bは、内部に多極永久磁石からなるマグネットロール4cが回転しないよう固定されているとともに、トナーTを外周表面に薄い層状に担持しながら矢印b方向に回転駆動されるように構成されている。また、その現像スリーブ4bと感光ドラム1とは、両部材の間隔が最近接位置で300μmのギャップを保って対向するように配置されている。このような現像スリーブ4bの外周表面には、後述する導電性微粒子を含有した被膜層4eが、約0.5μm〜30μmの厚さに形成されている。この被膜層4eの構造は、本願発明の要部となるものであるので後段において詳細に説明する。
The melt index (MI), which is an index of toner fixability, is set to 20 g / 10 min. The melt index (MI) at that time is measured by using an apparatus described in JIS-K7210 (an apparatus used for a thermoplastic flow test method). The conditions at that time are the measurement temperature: 125 ° C., the load: 5 kg, the sample filling amount: 5-10 g, measured by the manual cutting method, and the measured value at that time is converted to a 10-minute value. The average particle size of the toner was measured using a Coulter Multisizer II type (manufactured by Coulter). Further, as the toner used in the developing device 4 of the present embodiment, a toner having a range of
さらに、上述した現像スリーブ4bの外周表面には、現像ブレードユニット10に設けられた板状の現像ブレード(現像剤量規制部材)10aが、現像スリーブ4bの外周表面上の薄層状トナーTを介して近接するように配置されている。この現像ブレード10aの自由端部分が、上述した現像スリーブ4bの外周表面の所定位置に近接されることによって、現像スリーブ4bの回転方向下流側の外周表面上に均一な厚さのトナー層が薄層状に形成される。このとき薄層状トナーTは、現像スリーブ4bと距離Wの間隔を開けて配置された磁性ブレード10aにより規制されて、現像スリーブ4b上にトナー薄層に塗布される。距離Wは、一般に100μm〜1mmの範囲に設定されることが多い。このような条件での現像スリーブ4b上のトナー量(トナーコート量)Wは、約1.50(mg/cm2)となった。また、上記構成を有する現像装置4によって感光ドラム1の外周表面の静電潜像を現像するにあたっては、上述した現像スリーブ4bに対して、直流に交流を重畳した交互電圧がバイアス電源(不図示)から印加される。そして、その現像スリーブ4bと感光ドラム1との間に形成される現像電界によって静電潜像の現像が実行される。
Further, on the outer peripheral surface of the developing
本実施形態では、現像スリーブ4bに対して、直流電圧に、ACを重畳した現像バイアスを印加され、現像装置4により負帯電性トナーで反転現像することによって感光ドラム1上の静電潜像が現像されるようになっている。
In the present embodiment, a developing bias in which AC is superimposed on a DC voltage is applied to the developing
一方、転写装置5は、上述した感光ドラム1に当接した転写ローラ5aと、その転写ローラ5aに正極性で所定電圧の転写電圧を印加する不図示の転写電源とから構成されている。転写ローラ5aは、導電性芯金5bの外周表面を円筒状のスポンジ層で囲繞した(取り囲んだ)もので、そのスポンジ層としては、EPDM、ウレタンゴム、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、NBR等を発泡加硫させたものが採用されており導電性を持たせている。この転写ローラ5aのスポンジ部の外径は、例えばφ16.0mmに設定されている。
On the other hand, the transfer device 5 includes a
転写装置5は、感光ドラム1に並行に配置して不図示の押圧手段で感光ドラム1に対して所定の押圧力をもって圧接させられているが、本実施形態の場合は、感光ドラム1の回転駆動に伴って反時計方向に従動回転されるように構成されている。そして本実施形態では、これら感光ドラム1と転写ローラ5aとの圧接ニップ部が転写部位となる。不図示の給紙部から給紙された転写材Pは、所定のタイミングに合わせて感光ドラム1と転写ローラ5aの圧接ニップ部である転写部位に給送される。すなわち、回転する感光ドラム1の外周表面上に形成されたトナー画像の先端部が転写部位に到達したとき、転写材Pの先端部も丁度転写部位に到達するタイミングにて転写材Pが転写部位に給送される。転写部位に給送された転写材Pは、その外周表面が感光ドラム1に密着して転写装置5に挟持搬送されていく。転写部位に転写材Pの先端部が到達してから後端部が転写部位を抜け出るまでの間、転写ローラ5aの芯金5bには転写バイアス印加電源(転写部材用電源)からトナーと逆極性の所定の直流バイアスが転写バイアスとして印加される。本実施形態では+7μAのDC定電流が印加される。
The transfer device 5 is arranged in parallel to the photosensitive drum 1 and is brought into pressure contact with the photosensitive drum 1 with a predetermined pressing force by a pressing means (not shown). In the present embodiment, the rotation of the photosensitive drum 1 is performed. It is configured to be driven and rotated counterclockwise as it is driven. In this embodiment, the pressure nip portion between the photosensitive drum 1 and the
転写材Pが転写部位を挟持搬送されていく過程において、転写ローラ5aによって形成される転写電界の作用と転写部位における押圧力により、感光ドラム1側のトナー画像が転写材P側に順次に転写されていく。そして、転写部位を通過し、感光ドラム1面から分離された転写材Pは、不図示の定着装置へ搬送されてトナー画像が定着され、その後、装置本体外部に排出されるか、または、裏面にも像形成するものであれば転写部位への再搬送手段へ搬送される。
In the process in which the transfer material P is nipped and conveyed, the toner image on the photosensitive drum 1 side is sequentially transferred to the transfer material P side by the action of the transfer electric field formed by the
転写が完了し、転写材が分離した後の感光ドラム1の外周表面は、転写材Pに転写されずに感光ドラム1面に残ったトナー(転写残りトナー)や紙粉等の残留付着汚染物の除去のためクリーニング装置6のクリーニングブレード(不図示)で清浄面化される。なお、本実施形態においては、帯電ローラ2および転写装置5が感光ドラム1に従動回転されているが、それぞれギア等をとりつけてモータ等の駆動手段により強制駆動してもよい。
After the transfer is completed and the transfer material is separated, the outer peripheral surface of the photosensitive drum 1 is not transferred to the transfer material P and remains on the surface of the photosensitive drum 1 (transfer residual toner) and residual adhered contaminants such as paper dust. The surface is cleaned by a cleaning blade (not shown) of the cleaning device 6 for removing the surface. In this embodiment, the charging
次に、本発明の要部である現像装置4の現像スリーブ(現像剤担持体)4bの構造について詳細に説明する。現像装置4が起動して現像スリーブ4bが矢印bの方向に回転すると、現像容器(現像剤収納室)としての現像ホッパ4a内でトナーTどうしまたは現像スリーブ4bの外周表面とトナーTの接触摩擦によって、負極性の電荷がトナーTに与えられる。そして、現像ブレード10aによって薄層状になされたトナーTが感光ドラム1と現像スリーブ4bとで形成される現像領域に搬送される。現像領域でのトナー層の厚みは感光ドラム1と現像スリーブ4bとの間隙よりも薄く、いわゆる非接触現像が行なわれる。ここで、前述したように現像スリーブ4bの外周表面は、導電性微粒子を含有した被膜層4eが、約0.5μm〜30μmの厚さとなるように形成されている。その被膜層4eとしては、被膜形成高分子材料(樹脂)に導電性微粒子が含まれたものが使用されており、そのときの導電性微粒子は、結晶性グラファイト、または結晶性グラファイトとカーボン微粒子であることが好ましい。さらに、被膜形成高分子材料としては、熱可塑性樹脂(例えばスチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、繊維素系樹脂、アクリル系樹脂等)、熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂等)、あるいは光硬化性樹脂等を使用することができる。中でも、シリコン樹脂、フッ素樹脂のような離型性のあるもの、あるいはポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリアミド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、スチレン系樹脂のような機械的性質に優れたものがより好ましい。
Next, the structure of the developing sleeve (developer carrier) 4b of the developing device 4 which is the main part of the present invention will be described in detail. When the developing device 4 is activated and the developing
ここで、本願発明の解決すべき課題である「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」について説明する。現像剤の層形成不良におけるブロッチが発生したときの現像スリーブ4bの外周表面を、本願発明者が詳しく観察してみると、現像スリーブ4bの外周表面に近接しているニップ部(以下、ブレードニップ部という)でトナーが層形成不良を起こし波状形状を示した。そして、そのとき現像スリーブ4b上のトナー帯電量(以下、「トリボ」という。)を測定してみると、正常な場合と比べて高い値であることが分かった。すなわち、正常に帯電されたトナー以外で、部分的に帯電が過剰に行なわれたトナーは、静電気的鏡像力により現像スリーブ4bに付着し易くなる。また、ブレードニップ部において帯電過剰トナーと通常帯電量トナー間で静電的な凝集が起こり、トナー層の円滑な形成が阻害されたと考えられる。
Here, “blotch in poor developer layer formation”, which is a problem to be solved by the present invention, will be described. When the inventor of the present application closely observes the outer peripheral surface of the developing
この現象は、トナーが小粒径化するほど単位体積あたりの表面積は増加し、トナーの帯電可能な表面積が増加すること、およびその小粒径のトナーに対する現像スリーブの拘束力が弱く所定位置から動いてしまう事が原因であると考えられる。これによって、「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」が発生すると考えた。 This phenomenon is caused by the fact that the surface area per unit volume increases as the particle size of the toner decreases, the surface area of the toner that can be charged increases, and the restraining force of the developing sleeve on the toner of the small particle size is weak, so It is thought that it is caused by moving. As a result, it was considered that “blotch due to poor developer layer formation” occurred.
そこで本願発明者は以下の知見を得た。つまり、このような「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」の発生を防止するためには、トナーを十分に拘束・確保することが必要であり、そのために現像スリーブに所定範囲の凹凸形状を設けることが必要であると考えた。そしてこれらの凹凸は、トナーが凝集し難い凹凸形状にするために、トナーに対する十分な拘束力を備えていなければならない。 Therefore, the present inventor has obtained the following knowledge. In other words, in order to prevent the occurrence of such “blotting due to poor developer layer formation”, it is necessary to sufficiently restrain and secure the toner. For this purpose, the development sleeve is provided with a concavo-convex shape within a predetermined range. I thought it was necessary. These irregularities must have a sufficient restraining force for the toner in order to make the irregularities in which the toner hardly aggregates.
そこで、十分な拘束力を備えた凹凸を検証するに当たり、表面粗さを規定する複数のパラメータについて確認を行った。確認を行ったパラメータは最大高さRmax、十点平均粗さRz、負荷長さ率tp、凹凸の平均間隔Sm、展開長さ率lr、二乗平均平方根傾斜Δqであり、これらの各パラメータを算術平均粗さRaと組み合わせてブロッチの発生を確認した。その結果、ブロッチの発生に最も影響を与えるのは、凹凸の微小範囲における傾斜の標準偏差である二乗平均平方根傾斜Δqであることがわかった。つまり、凹凸形状における夫々の微小部分の傾斜が急峻になると、現像スリーブにトナーが確保され移動が規制されることから、所定の位置に残留し易くなるとの知見を得た。そこで、二乗平均平方根傾斜Δqと算術平均粗さRaとで凹凸形状を規定することで、効果的にブロッチの発生を抑制できると考えた。 Therefore, when verifying the unevenness with sufficient restraining force, a plurality of parameters defining the surface roughness were checked. The confirmed parameters are the maximum height Rmax, the ten-point average roughness Rz, the load length rate tp, the average interval Sm of the irregularities, the developed length rate lr, and the root mean square slope Δq. The occurrence of blotch was confirmed in combination with the average roughness Ra. As a result, it was found that the root mean square slope Δq, which is the standard deviation of the slope in the minute range of the unevenness, has the most influence on the occurrence of blotch. In other words, it has been found that when the inclination of each minute portion in the concavo-convex shape becomes steep, toner is secured in the developing sleeve and movement is restricted, so that it easily remains at a predetermined position. Therefore, it was considered that the occurrence of blotches can be effectively suppressed by defining the concavo-convex shape by the root mean square slope Δq and the arithmetic average roughness Ra.
(二乗平均平方根傾斜および算術平均粗さ)
ここで、算術平均粗さRaと二乗平均平方根傾斜Δqについて説明する。
図2は、算術平均粗さRaを説明するための図であり、図3は、二乗平均平方根傾斜Δqを説明するための図である。算術平均粗さRaは図2に示される様に基準長さLにおいて、
(Root mean square slope and arithmetic mean roughness)
Here, the arithmetic average roughness Ra and the root mean square slope Δq will be described.
FIG. 2 is a diagram for explaining the arithmetic average roughness Ra, and FIG. 3 is a diagram for explaining the root mean square slope Δq. Arithmetic mean roughness Ra is a reference length L as shown in FIG.
と定義されるものであり、凹凸形状の基準長さLにおけるf(x)の絶対値の平均を表している。 And represents the average of the absolute values of f (x) at the reference length L of the concavo-convex shape.
また、二乗平均平方根傾斜Δqは、図3に示されるように基準長さLにおいて、 In addition, the root mean square slope Δq is as shown in FIG.
と定義されるものであり、凹凸形状の局部傾斜d|f(x)|/dxの二乗平均平方根傾斜を表している。 And represents the root mean square slope of the local slope d | f (x) | / dx of the concavo-convex shape.
図4(a)から(c)は、現像スリーブ外周表面形状の一部を拡大して模式的に示した拡大断面図である。図4(a)と図4(b)とは、同じ二乗平均平方根傾斜Δqであるが、図4(b)の方が算術平均粗さRaが大きくなっており凹凸形状が異なる。また、図4(a)と図4(c)とでは、算術平均粗さRaは同じであるが、図4(c)は図4(a)より二乗平均平方根傾斜Δqが小さい。 4A to 4C are enlarged sectional views schematically showing a part of the outer peripheral surface shape of the developing sleeve in an enlarged manner. 4 (a) and 4 (b) have the same root mean square slope Δq, but FIG. 4 (b) has a larger arithmetic mean roughness Ra and a different concavo-convex shape. 4 (a) and 4 (c) have the same arithmetic average roughness Ra, but FIG. 4 (c) has a smaller root mean square slope Δq than FIG. 4 (a).
二乗平均平方根傾斜Δqは、図3に示されている様に基準長さLに対する局所傾斜である。図4(a)、(b)においては二乗平均平方根傾斜Δqが同じであるので局所傾斜の標準偏差は等しいが、図4(a)の凹凸は、図4(b)の凹凸と比較して算術平均粗さRaが小さいので微小な傾斜谷部を持っている。また、図4(c)の様な凹凸形状では、図4(a)より二乗平均平方根傾斜Δqが小さく、傾斜の標準偏差が小さいので、起伏谷部が画一的であり、より鏡面状態に近い表面形状である。 The root mean square slope Δq is a local slope with respect to the reference length L as shown in FIG. 4A and 4B, since the root mean square slope Δq is the same, the standard deviation of the local slope is the same, but the unevenness in FIG. 4A is compared with the unevenness in FIG. 4B. Since the arithmetic average roughness Ra is small, it has a minute slope valley. Further, in the concavo-convex shape as shown in FIG. 4C, the root mean square slope Δq is smaller than that in FIG. 4A, and the standard deviation of the slope is small, so that the undulation valley portion is uniform and more mirror-like. Close surface shape.
このような、算術平均粗さ:Raと二乗平均平方根傾斜Δqとで凹凸形状を規定するにあたり、凹凸形状と現像剤(トナー)の層形成不良によるブロッチの発生との関係について評価を行った。なおこの評価において、ブロッチは発生しないものの、現像スリーブの外周表面とトナーの接触摩擦によるトリボが十分に得られず高画質を維持できなかった結果については画質劣化と表記した。 In defining the concavo-convex shape by such arithmetic average roughness: Ra and root mean square slope Δq, the relationship between the concavo-convex shape and the occurrence of blotch due to poor developer (toner) layer formation was evaluated. In this evaluation, although no blotch occurred, the result that the tribo due to contact friction between the outer peripheral surface of the developing sleeve and the toner was not sufficiently obtained and the high image quality could not be maintained was described as image quality deterioration.
図5は、現像スリーブ4bの外周表面における面粗度(Ra値およびΔq値)と、その際の層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。検証Iと検証IIとを比較してみると、算術平均粗さRaは同じであるが、二乗平均平方根傾斜Δqの値によって層形成不良によるブロッチの発生に差が見られることが判る。また、検証IIと検証IIIとから、二乗平均平方根傾斜Δqは同じでも、算術平均粗さRaの値によっても層形成不良によるブロッチの発生に差が見られることが判る。
FIG. 5 is a table showing the relationship between the surface roughness (Ra value and Δq value) on the outer peripheral surface of the developing
図6は、図5に示した検証よりも、面粗度を高く設定した場合の、面粗度に対する層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。検証IVと検証Vから同値のRa値でもΔq値の違いにより、現像剤の層形成不良によるブロッチは発生しないもののトリボが十分に得られず出力した画像の劣化が見受けられた。また、検証Vと検証VIから同値のΔqであっても、Raの違いによってトリボが十分に得られず出力した画像の劣化が見受けられた。 FIG. 6 is a table showing the relationship between the layer formation state and the image quality state with respect to the surface roughness when the surface roughness is set higher than the verification shown in FIG. Even with the same Ra value from verification IV and verification V, due to the difference in Δq value, blotting due to defective layer formation of the developer did not occur, but sufficient tribo was not obtained, and the output image was deteriorated. In addition, even if Δq is the same value from the verification V and the verification VI, a sufficient amount of tribo cannot be obtained due to the difference in Ra, and the output image was deteriorated.
これらの検証により現像剤の層形成不良によるブロッチは、算術平均粗さRaが良好な画質を得られるのに十分な範囲であっても二乗平均平方根傾斜Δqが小さい図4(c)の様な外周表面の凹凸形状において顕著に発生することが明らかになった。これは図4(c)の様な、外周表面における凹凸形状の起伏傾斜が小さく鏡面状態に近いことで、現像スリーブに担時されるトナー量を減少させ、単位重量あたりのトナー帯電量が増加し、それによって微粉トナーがより多くの電荷を蓄えることが原因と考えられる。しかし、図4(c)は、過剰帯電トナーとなった微粉トナーを保持する微小部分の傾斜をもつ起伏谷部を備えていないために、通常トナーとの間に静電的な凝集が起こり、層形成不良を発生させると推測される。一方、微小部分の傾斜をもつ起伏谷部を持っていれば良好な画質を得られる帯電量を持ったトナーを十分保持できるので層形成不良が発生しないと推測される。 As a result of these verifications, the blotch due to poor developer layer formation is such that the root mean square slope Δq is small as shown in FIG. 4C even if the arithmetic average roughness Ra is in a range sufficient to obtain good image quality. It became clear that it occurred remarkably in the uneven shape on the outer peripheral surface. This is because, as shown in FIG. 4C, the uneven slope on the outer peripheral surface is small and close to a mirror surface state, thereby reducing the amount of toner carried on the developing sleeve and increasing the toner charge amount per unit weight. This is considered to be caused by the fact that fine toner accumulates more electric charge. However, since FIG. 4C does not include the undulation valley portion having the inclination of the minute portion that holds the finely powdered toner that has become the overcharged toner, electrostatic aggregation occurs with the normal toner, It is estimated that defective layer formation occurs. On the other hand, it is presumed that poor formation of the layer does not occur because the toner having a charge amount capable of obtaining a good image quality can be sufficiently retained if the undulation valley portion having a minute portion slope is provided.
ここで、層形成不良が発生しない最適な領域を見つけるべく、二乗平均平方根傾斜Δqと算術平均粗さRaの値を振って、各値における層形成状態および画像状態の確認を行った。 Here, in order to find an optimal region where no layer formation failure occurs, the values of the root mean square slope Δq and the arithmetic average roughness Ra were varied, and the layer formation state and the image state at each value were confirmed.
図7は、上記の検証に基づいて、二乗平均平方根傾斜Δqと、算術平均粗さRaと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。同表における横軸は二乗平均平方根傾斜Δq、縦軸が算術平均粗さRaとなっている。このグラフにおいて、トナーの層形成不良によるブロッチが発生しないものは○、発生するものは×とし、現像剤の層形成不良によるブロッチは発生しないものの出力した画像が劣化するものは△とした。なお、ここでは体積平均粒径が9.6μmのトナーを用いて確認を行った。 FIG. 7 is a graph summarizing the relationship between the root mean square slope Δq, the arithmetic mean roughness Ra, and the occurrence of blotches due to poor developer layer formation based on the above verification. In the table, the horizontal axis represents the root mean square slope Δq, and the vertical axis represents the arithmetic average roughness Ra. In this graph, ◯ indicates that no blotch occurs due to poor toner layer formation, and X indicates that it does not occur, and Δ indicates that the output image deteriorates although no blotch occurs due to poor developer layer formation. Here, confirmation was performed using a toner having a volume average particle diameter of 9.6 μm.
また図8は、トナーの平均粒径を小さくし、体積平均粒径8.0μmのトナーを用いた場合における二乗平均平方根傾斜Δqと、算術平均粗さRaと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。 FIG. 8 shows a mean square slope Δq, an arithmetic average roughness Ra, and a blotch due to poor developer layer formation when the average particle size of the toner is reduced and a toner having a volume average particle size of 8.0 μm is used. It is a graph that summarizes the relationship with the occurrence of
これらのグラフより、二乗平均平方根傾斜Δqと算術平均粗さRaの適正範囲が、Δqは、0.09≦Δq≦0.13の範囲で、Raは、0.55μm≦Ra≦0.80μmの範囲で、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生を抑制できることが判った。また、この時の現像スリーブ上における現像剤の単位重量あたりの帯電量Q/Mは、−20μC/g≦Q/M≦―3μC/gの範囲であり、単位面積あたりのコート量M/Sは、0.5mg/cm-2≦M/S≦2.5mg/cm-2の範囲であった。 From these graphs, the appropriate range of the root mean square slope Δq and the arithmetic mean roughness Ra is such that Δq is in the range of 0.09 ≦ Δq ≦ 0.13, and Ra is 0.55 μm ≦ Ra ≦ 0.80 μm. In the range, it was found that the occurrence of blotches due to poor developer layer formation can be suppressed. The charge amount Q / M per unit weight of the developer on the developing sleeve at this time is in the range of −20 μC / g ≦ Q / M ≦ −3 μC / g, and the coating amount M / S per unit area. Was in the range of 0.5 mg / cm −2 ≦ M / S ≦ 2.5 mg / cm −2 .
なお、ブロッチの発生は抑制することができたが、トナーの凝集については、目視で認識できない範囲では発生していると考えられ、その発生率が極めて少なくなっていると考えられる。また、この検証で用いたトナーの粒径の分布は、今日電子写真による画像形成で用いられるトナーの粒径のほぼ全てを含む分布である。 Although the occurrence of blotches could be suppressed, the toner aggregation is considered to occur within a range where it cannot be visually recognized, and the occurrence rate is considered to be extremely low. Further, the particle size distribution of the toner used in this verification is a distribution including almost all the particle size of the toner used in image formation by electrophotography today.
(現像スリーブの作製)
以下、本実施形態を適用可能な現像スリーブの作製方法の一例を挙げて説明するが本発明はこれに限定されるものではない。現像スリーブ4bの元素材として形成したアルミニウム製の円筒管(スリーブ)の外周表面上に、以下のようにして作製した被膜層を均一にコーティングすることで形成した。
フェノール樹脂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・100重量部
グラファイト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・80重量部
カーボンブラック・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・20重量部
粗し粒子(5μm)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15重量部
荷電制御剤(CA剤)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・5重量部
(Production of development sleeve)
Hereinafter, an example of a method for producing a developing sleeve to which this embodiment can be applied will be described. However, the present invention is not limited to this. It was formed by uniformly coating the coating layer produced as follows on the outer peripheral surface of an aluminum cylindrical tube (sleeve) formed as the original material of the developing
Phenolic resin ... 100 parts by weight Graphite ...・ ・ ・ ・ 80 parts by weight Carbon black ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 20 parts by weight Coarse particles (5 μm) ... 15 parts by weight Charge control agent (CA agent) ... 5 parts by weight
以上のように処方されたコート材をメタノール/ブタノール(1:1)混合溶媒250重量部中にサンドミルを用いて分散混合して塗料化する。そして、これをエアスプレー法にてアルミニウム製の円筒管(スリーブ)の外周表面上に10μmの膜厚となるように均一に被膜層4eを形成し、それを乾燥して現像スリーブ4bとした。そして、上述したようにして形成した現像スリーブ4bの外周表面の面粗度を、表面粗度計(小坂研究所製、サーフコーダーSE−30H型)を使用して測定した。そのときの測定は、カットオフ0.8mm、測定距離8.0mm、送り速度0.5mm/secにて行なうこととし、各6回測定の値の平均値を取ることにより表記した。
The coating material formulated as described above is dispersed and mixed in 250 parts by weight of a methanol / butanol (1: 1) mixed solvent using a sand mill to form a paint. Then, a
このようにして作製した現像スリーブを用いて、気温15℃、湿度10%RHの環境下にて現像を行う。 Development is performed in an environment of an air temperature of 15 ° C. and a humidity of 10% RH using the developing sleeve thus produced.
このように、現像スリーブにおける外周表面の面粗さを、二乗平均平方根傾斜Δqと算術平均粗さRaで規定し、Δqの値は、0.09≦Δq≦0.13、Raの値は、0.55μm≦Ra≦0.80μmとする。このように形成された現像スリーブを用いた現像装置を作製する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができた。 Thus, the surface roughness of the outer peripheral surface of the developing sleeve is defined by the root mean square slope Δq and the arithmetic average roughness Ra, the value of Δq is 0.09 ≦ Δq ≦ 0.13, and the value of Ra is 0.55 μm ≦ Ra ≦ 0.80 μm. A developing device using the developing sleeve thus formed is produced. This prevents the occurrence of blotches due to poor developer layer formation in a low-temperature, low-humidity environment with a simple structure, stably maintains image density over long-term use, and has development characteristics with good environmental stability. And a developing device capable of forming a high-quality image.
1 感光ドラム
2 帯電装置
3 露光装置
4 現像装置
5 転写装置
6 クリーニング装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δqが0.09≦Δq≦0.13の範囲であり、算術平均粗さRaが0.55μm≦Ra≦0.80μmの範囲で形成されていることを特徴とする現像装置。 In a developing apparatus that includes a developer carrying member that carries the developer and conveys the developer to another member, and forms an image with the developer.
The surface roughness of the developer-carrying surface of the developer carrier is such that the root mean square slope Δq is 0.09 ≦ Δq ≦ 0.13, and the arithmetic average roughness Ra is 0.55 μm ≦ Ra. A developing device characterized by being formed in a range of ≦ 0.80 μm.
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