JP2013174664A - 現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現像ローラ42と、ドクタブレード45等の規制部材とを有し、現像ローラ42の表面に規則的な凹凸形状を備える現像装置で、ドクタブレード45の材質が金属製であり、凹凸形状の凸部42aの最上部は頂面42tを形成しており、凹部42bを挟んで隣接し、一方の位置が他方の位置よりも上流側となる二つの頂面42tのうち、上流頂面42t1における上流頂面下流側端部42t1bは、下流頂面42t2における下流頂面上流側端部42t2aに対して、表面移動方向下流側に位置する。
【選択図】図1
Description
特許文献1では、現像ローラの表面に網目状の凹部の幅と、網目状の凹部囲まれて形成される凸部の幅との関係を規定している。具体的には、凹部の幅を凸部の幅よりも大きくする設定であり、凸部の幅は10〜50[μm]、凹部の幅はこの凸部の幅の1.2〜9倍に設定することが記載されている。
図34は、特許文献1に記載された構成を備えた現像ローラ42の表面拡大説明図である。
図34に示す現像ローラ42は、図34中矢印Bで示す表面移動方向に対して、45[°]傾斜した複数本の溝部(図34中のL1で示す直線に平行な溝)と、これとは逆方向に45[°]傾斜した複数本の溝部(図34中のL2で示す直線に平行な溝)とによって網目状の凹部42bが形成されている。この網目状の凹部42bに囲まれる領域が凸部42aとなっており、凸部42aの最上部は略平面状(厳密には、表面移動方向について円筒状の現像ローラ42の周面に沿った曲線状で、回転軸方向については直線状となる曲面)の頂面42tを形成している。このような現像ローラ42に不図示の規制部材が接触すると、規制部材が接触する頂面42t上に存在するトナーはすり切られ、規制部材が接触しない凹部42b内に収容されたトナーのみが担持・搬送される。
このような構成の現像ローラ42では、上流頂面42t1における表面移動方向下流端である上流頂面下流側端部42t1bの表面移動方向の位置が、下流頂面42t2における表面移動方向上流端である下流頂面上流側端部42t2aの表面移動方向の位置よりも図34中の距離δだけ上流側となっている。
また、上記特許文献1には、凹部の幅はこの凸部の幅の1.2〜9倍に設定することが記載されているが、凹部の幅が凸部の幅の1.2倍となっている図34の形状よりも凹部の幅を広げると、上流頂面下流側端部42t1bが下流頂面上流側端部42t2aに対してさらに上流側となる。
上流凸部42a1の側壁にドクタブレードのエッジ部が突き当たる構成で、ドクタブレードとして金属ブレードを用いると、金属ブレードが突き当たることで上流凸部42a1が磨耗し、凹部42bの体積が変化する。表面に凹凸を形成した現像ローラ42では、凹部42bの容量によって所望量のトナーを担持するため、凸部42aの磨耗により凹部42bの体積が変化すると、トナー搬送量が経時で変動する。
このように、規制部材が、二つの凸部のうちの下流凸部の頂面のみに接触する状態から上流凸部の頂面にのみ接触する状態となるまでの間は、少なくとも何れか一方の頂面に接触しているため、規制部材が凹部に入り込むことを防止できる。よって、金属製の規制部材を用いたとしても、規制部材が凹部に入り込むことに起因して凸部が磨耗し、凹部の体積が変動することを防止でき、トナー搬送量が変動することを防止できる。
以下、本発明を画像形成装置としての複写機(以下、複写機500という)に適用した、本発明の一つ目の実施形態(以下、実施形態1という)について説明する。
図2は、実施形態1の複写機500の概略構成図である。複写機500は、複写装置本体(以下、プリンタ部100という)、給紙テーブル(以下、給紙部200という)及びプリンタ部100上に取り付けるスキャナ(以下、スキャナ部300という)から構成される。
四つのプロセスカートリッジ1の、符号の後に付されたY,M,C,Kという添字は、イエロー,マゼンタ,シアン,黒用の仕様であることを示している。四つのプロセスカートリッジ1(Y,M,C,K)は、それぞれ使用するトナーの色が異なる他はほぼ同様の構成になっているので、以下、K,Y,M,Cという添字を省略して説明する。
感光体クリーニング装置5は、中間転写ベルト7と対向する位置を通過した感光体2の表面上に残留する転写残トナーのクリーニングを行う。
一方、二次転写ニップで転写紙Pに転写されず中間転写ベルト7の表面上に残留したトナーは、転写ベルトクリーニング装置11によって回収される。
各色トナーボトル400に収容されたトナーは、各色に対応する不図示のトナー補給装置によって、各色の現像装置4に供給される。
図3は、現像装置4の概略構成を示す模式図であり、図2中の紙面奥側から見た断面図である。図4及び図5は、現像装置4の斜視説明図であり、それぞれ異なる方向の斜め上方から現像装置4を見た斜視説明図である。
現像装置4には、内部と外部とを連通する開口部56が長手方向(図中Y軸方向)に沿って延在するように設けられている。開口部56内にはトナーを内部から外部(感光体と対向する現像領域α)まで担持搬送する円筒状の現像ローラ42が設けられている。
図10は、下ケース413の図示を省略した現像装置4の他方の端部(図2中の手前側端部)近傍の拡大斜視図であり、図11は、図10の状態から現像ローラ42の図示を省略した現像装置4の拡大斜視図である。
また、供給ニップβでは、供給ローラ44の表面は下方から上方に向かって移動し、現像ローラ42の表面は上方から下方に向かって移動する。そして、現像装置4の供給ニップβでは、供給ローラ44と現像ローラ42とは接触している。
また、現像バイアス電源142は、現像領域αに搬送されたトナーによる潜像の現像のために、現像ローラ42から感光体2へトナーを向かわせるための第一電圧と、感光体2から現像ローラ42へトナーを向かわせるための第二電圧とを備えた交番電圧を現像ローラ42に印加する電圧印加部である。
現像領域αで現像に寄与せず、現像領域αを通過した現像ローラ42の表面上のトナーTは、供給ニップβにおける現像ローラ42の回転方向上流側の部分で供給ローラ44によって回収され、現像ローラ42表面のリセットがなされる。つまり、供給ローラ44は、回収ローラとしての役割も有している。
実施形態1の現像装置4では、現像ローラ42と供給ローラ44とが対向する供給ニップβでは、現像ローラ42の表面移動方向と供給ローラ44の表面移動方向とが逆方向となっている。これにより、供給ニップβにおける現像ローラ42の表面と供給ローラ44の表面との線速差が大きくなり、供給ニップβでの供給ローラ44による回収性能の向上を図ることが出来る。よって、トナーが現像ローラ42に担持されたままとなることを抑制し、現像ローラ42の表面にトナーが固着することを抑制でき、現像剤担持体の表面に現像剤が固着することに起因する現像時の濃度ムラの発生を抑制することが出来る。
また、実施形態1の現像装置4では、現像ローラ42と供給ローラ44との線速比は、現像ローラ42の表面移動速度:供給ローラ44の表面移動速度=1:0.85となっているが、線速比としてはこの値に限るものではない。
図12は、現像ローラ42の斜視説明図であり、図13は、現像ローラ42の側面図である。
現像ローラ42は、現像ローラ軸421を中心に回転可能に設けられており、現像ローラ軸421の軸方向が現像装置4の長手方向(図中Y軸方向)と平行になるように配置されている。現像ローラ42の現像ローラ軸421の軸方向両端は中ケース412の側壁部412sに対して回転可能に取り付けられている。現像ローラ42の表面の一部は開口部56から現像装置4の外部に露出し、この露出した表面が下方から上方に表面移動してトナーを搬送するように、現像ローラ42は図3中の矢印B方向に回転する。
また、現像ローラ42は、軸方向両端部近傍に設けられたスペーサー422が感光体2の表面に接触することにより、現像領域αにおける現像ローラ円筒部420の表面と感光体2の表面との距離(現像ギャップ)を一定に保っている。
現像ローラ42は、基材42gである金属材料スリーブの表面に凹凸加工を施し、凹凸加工を施した金属材料スリーブに対して、ニッケル鍍金を施することで、錆の発生等の現像ローラ42の腐食の防止や、トナーの帯電性補助を行う表面層42fを形成している。
次に、本発明を適用した現像装置4の一つ目の実施例(以下、実施例1と呼ぶ)について説明する。
図1は、実施形態1の現像ローラ42の説明図であり、図1(a)は、ドクタ部の拡大説明図であり、図1(b)は、現像ローラ42全体の概略図、(c)は、実施例1の現像ローラ42の表面の一部の拡大図である。
溝形成部420aは、現像ローラ42の軸方向において中央部を含む部分であり、トナーを適切に担持させるために凹凸加工がその表面に施されている。溝形成部420aにおける軸方向の任意の位置においては、凹凸加工によって凹凸パターンが外周面の全周にわたって形成されている。実施例1の現像ローラ42では、凹凸加工として所謂転造加工が用いられ、凸部42aは互いに巻き方向の異なる螺旋状の所定数の第一溝L1および第二溝L2に囲まれて形成されている。巻き方向の異なる螺旋状の溝を形成することで、現像ローラ42の表面には網目状の凹凸が形成される。転造加工としては、従来公知の加工方法を採用することができる。また、第一溝L1および第二溝L2は、それぞれ現像ローラ42の軸方向(図1(c)中の一点鎖線Iに平行な方向)に対して所定角度(実施例1では、L1とIとの角度θ1及びL2とIとの角度θ2ともに45[°]であるが、これに限定されるものではない)で逆方向に傾斜している。
実施例1の現像ローラ42では、W2がW1の1/2より大きくなるように、軸方向に対して45[°]傾斜した方向について、頂面42tの長さWaは50[μm]であり、凹部42bの幅Wbは40[μm]である。さらに、凹部42bの底から凸部42aの頂面42tまでの高さである凹部深さW3は10[μm]である。頂面42tの長さWa、凹部42bの幅Wb及び凹部深さW3の値は一例であり、この値に限られるものではない。
図1(c)中の矢印Bは、現像ローラ42の表面移動方向を示しており、B1側が上流側、B2側が下流側である。そして、現像ローラ42に対するドクタブレード45の接触位置は、現像ローラ42の表面移動に伴い、現像ローラ42における下流側の位置から上流側の位置へと変位する。
このような構成の実施例1の現像ローラ42では、上流頂面42t1における表面移動方向下流端である上流頂面下流側端部42t1bの表面移動方向の位置が、下流頂面42t2における表面移動方向上流端である下流頂面上流側端部42t2aの表面移動方向の位置よりも図1(c)中の距離γだけ下流側となっている。
これは、以下の理由による。
図34に示す構成では、表面移動方向について頂面42tの中央部付近にドクタブレード45が接触している状態では、接触面積は大きくなり、頂面42tの上流側端部または下流側端部付近にドクタブレード45が接触している状態では、接触面積は小さくなる。また、ドクタブレード45が下流頂面42t2に接触している状態で、接触位置が下流頂面上流側端部42t2aに近付くにつれ、接触面積が減少するが、その間に、ドクタブレード45と上流頂面42t1がと接触する状態とはならないため、下流頂面上流側端部42t2aが接触位置となる状態では、接触面積が非常に狭い状態となる。このように接触面積が非常に狭い状態であると、ドクタブレードの接触圧が集中し、現像ローラ42側の接触部である凸部42aに磨耗が生じ易くなる。現像ローラ42の凸部42aに磨耗が生じると、凹部42bの体積が変化するため、磨耗が進行することことでトナー搬送量が変化する。
また、ドクタブレード45が凹部42bに入り込むことに起因する磨耗を防止することで、現像装置4の高寿命化に繋がる。
次に、本発明を適用した現像装置4の二つ目の実施例(以下、実施例2と呼ぶ)について説明する。
図14は、実施例2の現像ローラ42の説明図であり、図14(a)は、現像ローラ42全体の概略図、(b)は、実施例2の現像ローラ42の表面の一部の斜視拡大図である。また、図15は、実施例2の現像ローラ42の表面の一部の概略拡大上面図である。
図14及び図15に示すように、実施例2の現像ローラ42も互いに巻き方向の異なる螺旋状の所定数の第一溝L1および第二溝L2によって網目状の凹部42bが形成されており、第一溝L1および第二溝L2によって囲まれた部分に凸部42aが形成されている。実施例2の現像ローラ42においても溝形成部420aにおける軸方向の任意の位置においては、凹凸加工によって凹凸パターンが外周面の全周にわたって形成されている。
また、実施例2の現像ローラ42の第一溝L1の幅Wb1および第二溝L2の幅Wb2はともに40[μm]である。また、第一溝L1および第二溝L2によって形成される凸部42aの頂面42tは、第一溝L1に直交する方向の幅Wa1が80[μm]で、第二溝L2に直交する方向の幅Wa2が60[μm]となっている。ここで、頂面42tの幅は図15に示すように、各溝に対して垂直方向と定義する。
図14(b)及び図15に示すように、実施例2の現像ローラ42においても、上流頂面42t1の上流頂面下流側端部42t1bの位置が、下流頂面42t2の下流頂面上流側端部42t2aの位置よりも表面移動方向について距離γだけ下流側となっている。
次に、本発明を適用した現像装置4の三つ目の実施例(以下、実施例3と呼ぶ)について説明する。
図16は、実施例3の現像ローラ42の説明図であり、図16(a)は、現像ローラ42全体の概略図、(c)は、実施例3の現像ローラ42の表面の一部の斜視拡大図である。また、図17は、現像ローラ42の回転軸に対する二種の溝部の傾きを示す概略図であり、図17(a)は、実施例1や実施例2の場合の説明図であり、図17(b)は実施例3の場合の説明図である。
実施例1及び実施例2は、図17(a)に示すように、第一溝L1と直線Iとの角度θ1及び第二溝L2と直線Iとの角度θ2が共に0〜90[°]の範囲となっており、第一溝L1と第二溝L2との交点Rを通る破線Nを挟んで第一溝L1と第二溝L2とが逆方向に傾斜している。
一方、実施例3は、図17(b)に示すように、角度θ1は0〜90[°]であり、角度θ2は90〜180[°]であって、θ1+θ2<180[°]の範囲を満たす構成となっている。そして、第一溝L1と第二溝L2との交点Rを通る破線Nを挟んで第一溝L1と第二溝L2とが同方向に傾斜している。
このような構成により、実施例3の現像装置4は、上述した実施例1及び実施例2の現像装置4と同様に、ドクタブレード45が凹部42bに入り込むことを防止できる。このため、実施例3の現像装置4でも、現像ローラ42の表面に接触するドクタブレード45が凹部42bに入り込むことに起因して、トナー搬送量が変動することを防止でき、安定した量のトナー搬送を実現できる。また、実施例1及び実施例2と同様に、ドクタブレード45が凹部42bに入り込むことに起因するトナー搬送量変動以外の問題の発生も防止することができる。
しかし、ドクタブレード45が下流頂面42t2に接触した状態で表面移動が成されると、下流頂面42t2の下流頂面上流側端部に接触位置が到達する前に、上流頂面42t1と接触し始める。そして、ドクタブレード45が上流頂面42t1と接触している間に第二上流頂面42t3と接触し始める。
このように、任意の頂面42tを下流頂面42t2としたときに、この下流頂面42t2に凹部を挟んで隣接し、上流側に位置する全ての頂面42tとの関係について、上述した上流頂面下流側端部が下流頂面上流側端部に対して下流側に位置する関係を満たす必要はなく、少なくとも一つの上流側に位置する頂面42tとの間で上述した関係を満たすことでドクタブレード45が凹部42bに入り込むことを防止できる。
図18は、供給ローラ44の斜視説明図であり、図19は、供給ローラ44の側面図である。現像装置4の内部のトナー収容部43の上方の現像ローラ42側には、円筒状の供給ローラ44が設けられている。供給ローラ44は、その軸部である供給ローラ軸441を中心に円筒状の発泡材が巻きついた構成であり、この円筒状の発泡材が表面にトナーを担持する供給ローラ円筒部440となる。
また、上述したように、供給ローラ44は現像ローラ42と対向する箇所である供給ニップβで現像ローラ42の表面移動方向に対して逆方向に表面が移動するように回転する。さらに、現像装置4は、図3に示すように、供給ニップβの位置が、現像ローラ42に対するドクタブレード45の当接位置に対して、上方に位置する配置となっている。
供給ローラ44には、供給バイアス電源144によって供給バイアスが印加され、供給ニップβで予備帯電されたトナーを現像ローラ42に押し付ける作用を補助する。供給ローラ44は図3及び図6中の時計回りの方向に回転し、表面に付着させた現像剤を現像ローラ42の表面に塗布供給する。
図20は、ドクタブレード45の斜視説明図であり、図21は、ドクタブレード45の側面図である。
図6〜図11に示すように、現像ローラ42の下方で下ケース413の内側となる中ケース412には、ドクタブレード45が設けられている。
ドクタブレード45は、規制部材を構成する薄い板状の金属部材であるブレード部材450と、ブレード部材450の一端が固定されている金属製の台座部452(図3中のブレードフォルダ45c)とを有する。そして、ブレード部材450の他端側が現像ローラ42に接触するように構成されている。
ドクタブレード45の現像ローラ42に対する接触状態は、先端が接触する先端当て(エッジ当て)状態(図1(a)に示す状態)、及び、先端よりも根元側の面部が接触する腹当て状態(図22に示す状態)、の何れでもよい。
しかし、図1(a)に示す先端当て状態の方が、凸部42aの頂面42tに存在するトナーTをすり切ることができ、凹部42bに存在するトナーTのみを現像領域αに搬送することで、現像領域αに搬送するトナー量が安定するため、より好ましい。また、凸部42aの頂面42tに存在するトナーTをすり切ることで、トナーへの圧力をかけることなくトナー薄層を形成することが可能となり、トナーの耐久性の向上を図ることができる。
図23は、パドル46の斜視説明図であり、図24は、パドル46の側面図である。
現像装置4内には、トナーが収容される空間としてトナー収容部43が設けられており、このトナー収容部43内にはパドル46が現像ケーシング41に対して回転可能に取り付けられている。
パドル羽460の付け根部分には穴が複数の穴がパドル軸461の軸方向に平行になるように並べて設けられており、パドル軸461は、そのの軸方向に平行になるように複数の凸部が並べて設けられている。そして、パドル羽460の穴にパドル軸461の凸部を挿入して、熱カシメすることによって、パドル軸461に対してパドル羽460を固定する。
トナー収容部43の現像ローラ42側には底面部43bから垂直に立ち上がる側壁面部43sが形成されており、この側壁面部43sはパドル軸461の中心と同等若しくは若干低い程度のところでX軸に平行なローラに向かう方向に水平になって段部50を形成している。
供給スクリュ48は、供給スクリュ軸481と、この供給スクリュ軸481に固定された螺旋状の羽部である供給スクリュ羽部480となるスクリュ部材である。供給スクリュ軸481を中心に回転可能に設けられており、供給スクリュ軸481の軸方向が現像装置4の長手方向(図中Y軸方向)と平行になるように配置されている。供給スクリュ軸481の軸方向両端は中ケース412の側壁部412sに対して回転可能に取り付けられている。
上ケース411の開口部56を形成する縁部分には、入口シール47としてマイラー等のシート部材が長手方向に沿って貼着されている。入口シール47は略矩形のシートであってその短手の一端が上ケース411の縁部分に貼着され、他端は自由端とされている。入口シール47の自由端側は現像装置4の内部方向に突出されており、さらに、現像ローラ42に接触するように設けられている。入口シール47は、現像ローラ42の回転方向上流側が上ケース411に固定されており、現像ローラ42の回転方向下流側が自由端とされ、現像ローラ42に対して、入口シール47の面部分が接触するように配置している。また、上ケース411の現像装置4の内部側は供給ローラ44の上部形状に沿うように湾曲形状をしており、上ケース411の湾曲形状の表面と供給ローラ44の表面との隙間は、1.0[mm]である。
図8〜図11に示すように、現像装置4の開口部56の長手方向両端部にあたる中ケース412の一部にはサイドシール59が貼着されている。サイドシール59は、現像ローラ42の軸方向両端近傍に設けられたスペーサー422よりも軸方向における内側で、且つ、現像ローラ42にドクタブレード45が接触する軸方向の端部が重なる領域に設けられている。このようなサイドシール59によって現像ケーシング41における開口部56の長手方向端部からトナーが漏れ出ることを防止している。
また、中ケース412に設けられたトナー残量センサ49は、トナー収容部43内のトナーの量を検知するものである。
トナー補給口55から現像装置4内に補給されたトナーは、供給スクリュ48によってトナー収容部43に供給され、パドル46によって攪拌される。また、パドル46の跳ね上げによって現像ローラ42及び供給ローラ44の方向に跳ね上げ、搬送される。供給ローラ44に供給されたトナーは、供給ローラ44が現像ローラ42と接触する供給ニップβで現像ローラ42の表面に受け渡される。現像ローラ42の表面に受け渡されたトナーのうち現像領域αに搬送する所定量を超えた分のトナーは、ドクタブレード45によって現像ローラ42の表面から掻き落とされる。
複写機500で用いるトナーとしては、高速のトナー搬送に対応できるよう流動性の高いトナーを用いている。具体的には、加速凝集度が40[%]以下のトナーを用いている。この加速凝集度とは、トナーの流動性を示す指数である。
<測定装置>
・ホソカワミクロン製 パウダテスタ
<測定方法>
・測定対象サンプルを恒温槽に放置(35±2[℃],24±1[h])
・パウダテスタを用いて測定
・目開きの異なる三種の篩を使用(例えば、75[μm],44[μm],22[μm])
・篩ったときのトナー残量から算出、以下の計算により、凝集度を求める。
{(上段の篩に残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100
{(中段の篩に残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100×3/5
{(下段の篩に残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100×1/5
上記三つの計算値の合計をもって加熱凝集度[%]とする。
実施形態1では、下記(1)式より得られた値を円形度aと定義する。この円形度はトナー粒子の凹凸の度合いの指標であり、トナーが完全な球形の場合1.00を示し、表面形状が複雑になるほど円形度は小さな値となる。
(L0:粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長、L:粒子の投影像の周囲長)
平均円形度が0.90〜1.00の範囲では、トナー粒子に角がないため、現像装置4内での現像剤(トナー)の攪拌トルクが小さく、攪拌の駆動が安定するために異常画像の発生を防止できる。
また、ドットを形成するトナーの中に、角張ったトナー粒子がいないため、転写で転写媒体に圧接する際に、その圧がドットを形成するトナー全体に均一にかかり、転写中抜けが生じにくい。
さらに、トナー粒子が角張っていないことから、トナー粒子そのものの研磨力が小さく、感光体2や、帯電部材3等の表面を傷つけたり、摩耗させたりすることを防止できる。
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。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280[℃]に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量[%]、好ましくは3〜10重量[%]である。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
離型剤としては、融点が50〜120[℃]の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着装置12の定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2[μm]であることが好ましく、特に5×10−3〜0.5[μm]であることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500[m2/g]であることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5[wt%]であることが好ましく、特に0.01〜2.0[wt%]であることが好ましい。
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。有機溶媒は、沸点が100[℃]未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
特許文献1に記載の現像装置では、一定の規則的な凹凸形状が形成された現像ローラに接触する規制部材としてゴム製のものを用いていた。しかしながら、ゴム製の規制部材を用いた構成では、製造時の組み付け公差や経時使用のブレードの削れによって、規制部材の突き出し量が変化すると、現像ローラ上のトナー量がばらつくことがあった。具体的には、現像ローラ上のトナーが極端に少なくなって、画像濃度が薄くなったり、逆に、現像ローラ上トナー量が多くなってしまい、帯電不良が発生して、画像の地肌部が汚れる地汚れが発生したりすることがあった。
これに対して、現像装置4のドクタブレード45として、金属製のブレードを用いることにより、ドクタブレード45の突き出し量がある程度の範囲で変化しても、現像ローラ42上のトナー量を安定させることができる。
次に、ドクタブレード45として、金属製のブレードを用いた場合と、ゴム製のブレードを用いた場合とについて、ドクタブレード45の突き出し量の変化に対する現像ローラ42上のトナー量の安定性を比較した実験について説明する。
ここで、図25を用いてドクタブレード45の突き出し量を変化させる方法について説明する。
ここで稜線を形成するエッジ部において、稜線は丸みを帯びていても良いし、面取りされていても良い。すなわち、エッジ部は、ドクタブレード45の対向面45bと、先端面45aとを延長させた面が交差する箇所近傍を示す。
具体的には平板状のドクタブレード45の自由端側の先端の現像ローラ42側の角部(丸みがあっても良いし、面取りされていても良い)が現像ローラ42の凸部42aに接触するようになっていれば良い。
ここで、ドクタブレード45を接触させる方法としては、平板状のブレード部材を折り曲げて、その曲げ部分を接触させる方法もあるが、トナーをすりきる効果については上述のようにブレード部材の自由端側の先端を接触させる方法のほうが、効果が高く望ましい。
図26中の破線で示すグラフは、ゴムブレードを用いた場合の実験結果であり、実線で示すグラフは、金属ブレードを用いた場合の実験結果である。
これに対して、ドクタブレード45の位置が、−(マイナス)方向にあるときには、金属ブレードの場合(実線)は、図26に示すように安定した搬送量を示す領域がある。一方、従来の現像装置で用いられていたゴムブレードの場合(破線)、−(マイナス)方向の位置のときは、現像ローラ42上にほとんどトナーが搬送されなかった。
よって、本発明のようにドクタブレード45として金属製のブレードを用いることにより、ドクタブレード45の取り付け時の、図25中のZ方向の設計公差の余裕度が上がるため、組み付け性が向上する。さらに、メカ公差の余裕度が上がり、部品を低コスト化できる。
図26を用いて説明したように、ドクタブレード45として金属ブレードを用いた場合に、トナー量が安定する領域が得られるのは、ドクタブレード45の先端であるエッジ部45eが現像ローラ42に接触するためである。具体的には図27に示すように、エッジ部45eが頂面42tに当たる場合は、トナーTがドクタブレード45によりすり切られるように薄層化するため、現像ローラ42の規則的な凹凸形状の凹部42bに埋まったトナーTのみが搬送されることとなる。このため、現像ローラ42表面のトナー量を凹部42bの体積に応じた所望量とすることができ、現像ローラ42によるトナーの搬送量を安定させることができる。また、金属板バネ材料からなる金属ブレードであれば、ある程度の剛性を有しているため、ゴムのような樹脂のものよりもその弾性によって現像ローラ42の凹部42bに食い込んで、凹部42b内のトナーを掻き出す可能性が低く、現像ローラ42によるトナーの搬送量を安定させることができる。
次に、ドクタブレード45に金属ブレードを用いて、図25中の初期接触位置Q1における法線方向の移動距離X1の値を変化させたときのエッジ当てを維持できるドクタブレード45の位置の範囲を測定した実験2について説明する。
図28のグラフでは、ドクタブレード45が接触位置Qにおいて、現像ローラ42表面の接線方向にあるときのドクタブレード45の位置をゼロとして、図25(a)から図25(b)へのブレードフォルダ45cの移動距離X1の値を横軸としている。また、図28のグラフでは、図25(b)に示す状態からブレードフォルダ45cを図中矢印Z方向に移動させ、図25(c)の状態になったときを縦軸のゼロとしている。そして、図25(c)に示す状態からさらにブレードフォルダ45cを図中矢印Z方向に移動させ、ドクタブレード45が現像ローラ42の表面から離間するまでの図中Z方向のブレードフォルダ45cの移動距離を縦軸としている。
次に、ドクタブレード45に用いる金属ブレードとして、その材料がりん青銅である場合と、ステンレス(SUS)である場合とで、スジ画像の発生の有無を確認した。本実験においては、現像ローラ42表層(表面層42f)のビッカース硬度をりん青銅よりも大きく、ステンレスよりも小さく設定している。具体的には表面層がアルミニウムで形成されている現像ローラ42を使用した。なお、ビッカース硬度の測定方法としては、JIS Z 2244に規定の方法を用いることができる。
本実験で用いたりん青銅のビッカース硬度は80[Hv]である。ドクタブレード45としてこれよりも低い硬度の金属ブレードを用いれば、本実験のりん青銅を用いたドクタブレード45と同様に固着を抑制する効果があると考えられる。また、硬度に関しては、本実験ではビッカース硬度を採用しているが、材質、形状に応じて、ブリネル硬度、ロックウェル硬度を計測する方法で比較しても良い。
ここで、実験3で用いたドクタブレード45を確認したところ、スジ画像が発生したSUS製のドクタブレード45にはトナーが固着しており、スジ画像が発生しなかった、りん青銅製のドクタブレード45にはトナー固着がほとんど確認されなかった。
図29より、りん青銅はSUSに比べて削れ易いことがわかる。
りん青銅製のドクタブレード45を用いた場合、トナーが軽度に固着を起こしても、そのトナーの固着が成長する前に、現像ローラ42との摺擦によってドクタブレード45ごと固着したトナーが削られるため、固着が成長せず、画像上問題になるスジが発生しないものと考えられる。
ここで、現像ローラ42の表層の硬度を高くするためにニッケル鍍金等を施しても良い。また、現像ローラ42の表層の硬度を高くした場合においても、ステンレスよりも、りん青銅のほうが削れ易いため、トナー固着に対してはりん青銅を利用することがより望ましいと考えられる。また、りん青銅よりも低い硬度(ビッカース硬度80[Hv]以下)の金属であれば固着を抑制する効果があると考えられる。
実施形態1の現像ローラ42は、感光体2に供給するトナーを担持する表面である溝形成部420aの表面上における幅方向(表面移動方向に直行する方向)についての何れの位置においても、現像ローラ42の表面移動方向一周分の間に、凸部42aの高さ方向についての最上部となる表面である頂面42tが一箇所以上存在する。
一方、実施形態1の現像装置4では、感光体2に対して現像ローラ42がギャップを形成するように配置し、現像バイアス電源142によって、現像ローラ42に直流バイアスに交流バイアスを重畳させた電圧を印加している。これにより、トナーTを現像ローラ42から感光体2にジャンピングさせて潜像を現像する構成を取ることができ、現像ローラ42の感光体2に対する位置の精度に関わらず、画像欠損を防止することができる。
以下、本発明を画像形成装置としてのプリンタ(以下、プリンタ600という)に適用した、本発明の二つ目の実施形態(以下、実施形態2という)について説明する。
図30は、実施形態2のプリンタ600の要部の概略断面図である。図30に示すように、プリンタ600は、4つのプロセスユニットとしてのプロセスカートリッジ1、複数の張架ローラに張架されて図30中の矢印A方向に移動する中間転写体としての中間転写ベルト7、露光手段としての露光装置6、及び、定着手段としての定着装置12等を備えている。
(態様A)
トナーT等の現像剤を表面上に担持して表面が無端移動し、感光体2等の潜像担持体と対向する現像領域α等の現像領域で潜像担持体の表面の潜像に現像剤を供給して現像する現像ローラ42等の現像剤担持体と、現像剤担持体の表面に接触し、現像領域に向かう現像剤の量を規制するドクタブレード45等の規制部材とを有し、現像剤担持体の表面に凹凸形状を備える現像装置において、規制部材の材質が金属製であり、凹凸形状の凸部42a等凸部の最上部は略平面状の頂面42t等の頂面を形成しており、凹凸形状の凹部42b等の凹部を挟んで隣接し、現像剤担持体の表面移動方向で一方の位置が他方の位置よりも上流側となる二つの凸部のうち、上流頂面42t1等の上流側に位置する上流凸部の頂面における表面移動方向下流端である上流頂面下流側端部42t1b等の上流頂面下流側端部は、下流頂面42t2等の下流側に位置する下流凸部の頂面における表面移動方向上流端である下流頂面上流側端部42t2a等の下流頂面上流側端部に対して、表面移動方向下流側に位置する。これによれば、上記実施形態1について説明したように、上流頂面下流側端部が下流頂面上流側端部よりも表面移動方向下流側に位置するため、規制部材が二つの凸部のうちの下流凸部の頂面にのみ接触した状態で、現像剤担持体が表面移動すると、規制部材が下流頂面上流側端部に接触する前に、上流頂面下流側端部に接触する。その後、規制部材が下流頂面上流側端部に接触するまでは、下流凸部の頂面と上流凸部の頂面との両方の凸部の頂面に接触した状態になる。さらにその後、規制部材が下流頂面上流側端部に接触した後は、二つの凸部のうちの上流凸部の頂面にのみ接触する状態となる。このように、規制部材が、二つの凸部のうちの下流凸部の頂面のみに接触する状態から上流凸部の頂面にのみ接触する状態となるまでの間は、少なくとも何れか一方の頂面に接触しているため、規制部材が凹部に入り込むことを防止できる。よって、現像剤担持体の表面に接触する金属製の規制部材が凹部に入り込むことに起因して、トナー搬送量が変動することを防止できる。
(態様B)
(態様A)において、凹部42b等の凹部は、互いに平行であり、かつ、現像ローラ42等の現像剤担持体の表面移動方向に直交する軸方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成された複数の第一溝L1等の第1の溝と、互いに平行であり、かつ、軸方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成され、第1の溝と交差する複数の第二溝L2等の第2の溝とによって形成形成され、第1の溝と第2の溝とで囲まれる領域に凸部42a等の凸部が形成されている。これによれば、上記実施形態1について説明したように、転造加工等の従来公知の加工方法を採用して現像剤担持体の表面に規則的な凹凸形状を作成することができる。
(態様C)
(態様A)または(態様B)において、現像ローラ現像剤担持体の表面はニッケル鍍金が施されている。これによれば、上記実施形態1で説明したように、ニッケル鍍金を施すことにより、現像剤担持体の錆びを防止すると共に、トナー等の一成分の現像剤を所望の極性(マイナス極性)に帯電させることができる。
(態様D)
(態様A)乃至(態様C)の何れか一つの態様において、現像ローラ42等の現像剤担持体は、現像領域α等の現像領域において感光体2等の潜像担持体に対して一定の間隔を持って非接触の状態で対向するように配置される構成であり、現像剤担持体に交番電圧を印加する現像バイアス電源142等の現像バイアス印加手段を有する。これによれば、上記実施形態1で説明したように、現像剤担持体から現像剤を潜像担持体にジャンピングさせて現像する構成を取ることができ、現像剤担持体と潜像担持体との隙間にある程度の精度誤差があっても、画像欠損の発生を防止することができる。
(態様E)
(態様A)乃至(態様D)の何れか一つの態様において、トナーT等の現像剤として、非磁性または磁性の一成分の現像剤を用いる。これによれば、上記実施形態1について説明したように、一成分の現像剤を用いることで発生しやすいフィルミングの発生を抑制できる。
(態様F)
少なくとも感光体2等の潜像担持体と、潜像担持体表面を帯電させるための帯電部材3等の帯電手段と、潜像担持体上に静電潜像を形成するための露光装置6等の潜像形成手段と、静電潜像を現像してトナー像化するための現像手段とを有する複写機500等の画像形成装置において、現像手段として、〔態様A〕乃至〔態様E〕の何れか一つの態様の現像装置を用いる。これによれば、上記実施形態1について説明したように、現像剤担持体の表面に接触する規制部材が凹部に入り込むことに起因して、トナー搬送量が変動することを防止できるため、画像濃度が安定し、均一な画像を作成出来る画像形成装置を提供することが出来る。
(態様G)
潜像を担持する感光体2等の潜像担持体と、潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える複写機500等の画像形成装置における少なくとも潜像担持体と現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジ1等のプロセスカートリッジにおいて、〔態様A〕乃至〔態様E〕の何れか一つの態様の現像装置を用いる。これによれば、上記実施形態1について説明したように、現像剤担持体の表面に接触する規制部材が凹部に入り込むことに起因して、トナー搬送量が変動することを防止抑制して、画像濃度が安定する現像装置を、プロセスカートリッジを構成する他の部材ともに装置本体から取り外すことができ、均一な画像を作成出来る現像装置の交換性の向上を図ることができる。
2 感光体
4 現像装置
6 露光装置
7 中間転写ベルト
12 定着装置
41 現像ケーシング
42 現像ローラ
42a 凸部
42a1 上流凸部
42a2 下流凸部
42b 凹部
42f 表面層
42t 頂面
42t1 上流頂面
42t1b 上流頂面下流側端部
42t2 下流頂面
42t2a 下流頂面上流側端部
42g 基材
42t3 第二上流頂面
43 トナー収容部
44 供給ローラ
45 ドクタブレード
100 プリンタ部
300 スキャナ部
500 複写機
L1 第一溝
L2 第二溝
P 転写紙
α 現像領域
β 供給ニップ
Claims (7)
- 現像剤を表面上に担持して表面が無端移動し、潜像担持体と対向する現像領域で該潜像担持体の表面の潜像に現像剤を供給して現像する現像剤担持体と、
該現像剤担持体の表面に接触し、該現像領域に向かう現像剤の量を規制する規制部材とを有し、
該現像剤担持体の表面に凹凸形状を備える現像装置において、
上記規制部材の材質が金属製であり、
上記凹凸形状の凸部の最上部は略平面状の頂面を形成しており、
該凹凸形状の凹部を挟んで隣接し、上記現像剤担持体の表面移動方向で一方の位置が他方の位置よりも上流側となる二つの該凸部のうち、上流側に位置する上流凸部の頂面における表面移動方向下流端である上流頂面下流側端部は、下流側に位置する下流凸部の頂面における表面移動方向上流端である下流頂面上流側端部に対して、表面移動方向下流側に位置することを特徴とする現像装置。 - 請求項1の現像装置において、
上記凹部は、互いに平行であり、かつ、現像剤担持体の表面移動方向に直交する軸方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成された複数の第1の溝と、互いに平行であり、かつ、該軸方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成され、該第1の溝と交差する複数の第2の溝とによって形成形成され、
該第1の溝と該第2の溝とで囲まれる領域に上記凸部が形成されていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1または2の現像装置において、
上記現像剤担持体の表面はニッケル鍍金が施されていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の現像装置において、
上記現像剤担持体は、上記現像領域において上記潜像担持体に対して一定の間隔を持って非接触の状態で対向するように配置される構成であり、
該現像剤担持体に交番電圧を印加する現像バイアス印加手段を有することを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載の現像装置において、
上記現像剤として、非磁性または磁性の一成分の現像剤を用いることを特徴とする現像装置。 - 少なくとも潜像担持体と、
該潜像担持体表面を帯電させるための帯電手段と、
該潜像担持体上に静電潜像を形成するための潜像形成手段と、
該静電潜像を現像してトナー像化するための現像手段とを有する画像形成装置において、
該現像手段として、請求項1乃至5の何れか1項に記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。 - 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置における少なくとも該潜像担持体と該現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、
上記現像手段として、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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