JP2018066843A - 画像形成装置および現像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低融点現像剤を用いて良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】画像形成装置は、現像剤と、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、像担持体の表面を露光して潜像を形成する露光手段と、現像剤を担持し、潜像を現像して現像剤像を形成する現像剤担持体と、現像剤像を像担持体から転写体に転写する転写部とを備える。現像剤は、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含む母粒子と、シリカを含み、粒径の異なる複数種類の外添剤とを有する。現像剤の流動性を、エネルギー分散型X線分析装置で測定した現像剤中のシリカの重量%で除した値は、8.6〜11.4の範囲にある。【選択図】図1
Description
本発明は、電子写真法を用いた画像形成装置および現像装置に関する。
プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の電子写真法を用いた画像形成装置では、感光体ドラム(像担持体)の表面を露光して静電潜像を形成し、トナー(現像剤)によって現像し、そのトナー像を記録媒体に転写する。さらに、熱および圧力を加えてトナー像を記録媒体に定着する。
画像形成装置のエネルギー消費量を低減するためには、トナーの定着温度をできるだけ低くする必要があり、トナーの低融点化が望まれている。
一般に、トナーは、トナー母粒子の表面を外添剤で覆っている(例えば、特許文献1参照)。低融点トナーの場合、定着部以外で溶融しないようにするため、より多くの外添剤でトナー母粒子の表面を覆っている。
ここで、トナー母粒子を覆う外添剤の量が多くなると、外添剤の一部がトナー母粒子から剥離しやすくなる。このように剥離した外添剤が感光体ドラムの表面に付着すると、感光体ドラムの露光を遮り、印刷品質に影響を与える可能性がある。
また、感光体ドラムに当接させたクリーニング部材で外添剤を除去しやすいように、外添剤の粒径を大きくすることも考えられるが、その場合、トナーの流動性が低下する。トナーの流動性が低下すると、感光体ドラムの非画像部(静電潜像以外の部分)にトナーが付着し、汚れと呼ばれる画像不良を生じる可能性がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、低融点現像剤を用いた場合でも高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の画像形成装置は、現像剤と、像担持体と、像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、像担持体の表面を露光して潜像を形成する露光手段と、現像剤を担持し、潜像を現像して現像剤像を形成する現像剤担持体と、現像剤像を像担持体から転写体に転写する転写部とを備える。現像剤は、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含む母粒子と、シリカを含み、粒径の異なる複数種類の外添剤とを有する。現像剤の流動性を、エネルギー分散型X線分析装置で測定した現像剤中のシリカの重量%で除した値は、8.6〜11.4の範囲にある。
本発明の現像装置は、現像剤を有し、像担持体に形成された潜像を現像剤によって現像する現像装置である。現像剤は、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含む母粒子と、シリカを含み、粒径の異なる複数種類の外添剤とを有する。現像剤の流動性を、エネルギー分散型X線分析装置で測定した現像剤中のシリカの重量%で除した値は、8.6〜11.4の範囲にある。
本発明によれば、低融点現像剤を用いた場合でも、高品質な画像を形成することができる。
<画像形成装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態の画像形成装置1の構成を示す図である。画像形成装置1は、例えばカラープリンタであり、電子写真法によりトナー像(現像剤像)を記録媒体Pに印刷するものである。
図1は、本発明の実施の形態の画像形成装置1の構成を示す図である。画像形成装置1は、例えばカラープリンタであり、電子写真法によりトナー像(現像剤像)を記録媒体Pに印刷するものである。
画像形成装置1は、画像形成ユニットとしてのプロセスユニット2Y,2M,2C,2Kと、露光手段(露光装置)としてのLEDヘッド11Y,11M,11C,11Kと、転写体(中間転写体)としての中間転写ベルト13と、転写部(1次転写部)としての1次転写ローラ12Y,12M,12C,12Kと、2次転写部としての2次転写ローラ22および2次転写対向ローラ21と、定着装置23とを備えている。
プロセスユニット2Y,2M,2C,2Kは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)のトナー像を形成するものである。プロセスユニット2Y,2M,2C,2Kは、中間転写ベルト13の移動方向に沿って、ここでは図中右から左に並んで配列されている。なお、プロセスユニットの配列順は、上記の例に限らず、どのような配列順であってもよい。また、プロセスユニットの数は、3つ以下、あるいは5つ以上であってもよい。
プロセスユニット2Y,2M,2C,2Kは、像担持体としての感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kと、帯電部材としての帯電ローラ4Y,4M,4C,4Kと、現像剤担持体としての現像ローラ5Y,5M,5C,5Kと、現像剤供給部材としての供給ローラ6Y,6M,6C,6Kと、現像剤規制部材としての規制ブレード7Y,7M,7C,7Kと、クリーニング部材としてのクリーニングブレード8Y,8M,8C,8Kと、現像剤収容体としてのトナーカートリッジ9Y,9M,9C,9Kとを備えている。
ここで、プロセスユニット2Y,2M,2C,2Kの構成について説明する。プロセスユニット2Y,2M,2C,2Kは、トナーを除いて共通の構成を有するため、「プロセスユニット2」として説明する。また、感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kを「感光体ドラム3」、帯電ローラ4Y,4M,4C,4Kを「帯電ローラ4」、現像ローラ5Y,5M,5C,5Kを「現像ローラ5」、供給ローラ6Y,6M,6C,6Kを「供給ローラ6」、規制ブレード7Y,7M,7C,7Kを「規制ブレード7」、クリーニングブレード8Y,8M,8C,8Kを「クリーニングブレード8」、トナーカートリッジ9Y,9M,9C,9Kを「トナーカートリッジ9」として説明する。同様に、LEDヘッド11Y,11M,11C,11Kを「LEDヘッド11」、1次転写ローラ12Y,12M,12C,12Kを「1次転写ローラ12」として説明する。
図2は、プロセスユニット2の構成を示す図である。感光体ドラム3は、導電性を有する円筒状の支持体の表面(外周面)に光導電層を形成した有機感光体で構成されている。導電性の支持体は、アルミニウムで形成されたパイプである。光導電層は、電荷発生層と電荷輸送層との積層体である。感光体ドラム3は、メインモータ60(図3)の駆動力によって一方向(図1おける時計回り)に回転する。また、ここでは、感光体ドラム3の外径は30mmであり、ドラム部分(シャフトを除く部分)の軸方向の長さは322mmである。
帯電ローラ4は、感光体ドラム3の表面に当接するように配置され、感光体ドラム3の回転に追従して回転する。帯電ローラ4は、帯電ローラバイアス電源63によって帯電電圧が印加され、感光体ドラム3の表面を一様に帯電する。
帯電ローラ4は、導電性のシャフトの表面に、導電性弾性層を形成したものである。導電性弾性層は、エピクロルヒドリンゴム(ECO)を主成分とするイオン導電性のゴムで構成される。導電性弾性層の表面には、イソシアネート(HDI)を含む処理液により表面硬化処理が施され、これにより、感光体ドラム3との化学反応(および、それによる感光体ドラム3の汚染)、並びにトナーおよび外添剤の離型性を向上させている。
現像ローラ5は、感光体ドラム3の表面に当接するように配置されている。現像ローラ5には、感光体ドラム3からギアを介して回転が伝達され、これにより現像ローラ5が回転する。現像ローラ5は、現像ローラバイアス電源62によって現像電圧が印加される。現像ローラ5は、表面にトナーを保持し、感光体ドラム3上の静電潜像を現像する。
現像ローラ5は、導電性のシャフトの表面に、半導電性のウレタンゴムの弾性層を形成したものである。弾性層には、導電性付与剤として、カーボンブラック、導電性フィラー等の電子導電剤またはイオン性導電剤を分散している。アスカーC硬度計(高分子計器株式会社製)で測定した弾性層のアスカーC硬度は77°である。弾性層の部分抵抗値は20MΩであり、外径は19.6mmである。
なお、現像ローラ5の弾性層の部分抵抗値は、外径6mm、幅1.5mmのボールベアリングを、現像ローラ5の軸方向における6箇所に等ピッチで配設し、20.0gfの圧力で現像ローラ5の表面に押し当て、導電性シャフトとボールベアリングとの間に−100Vの直流電圧を印加して測定した場合の抵抗測定値(6箇所)の平均値である。
供給ローラ6は、現像ローラ5の表面に当接するように配置されている。供給ローラ6には、現像ローラ5からの回転が伝達され、これにより現像ローラ5が回転する。供給ローラ6は、供給ローラバイアス電源61によって供給電圧が印加され、現像ローラ5の表面にトナーを供給する。供給ローラ6は、感光体ドラム3に転写されなかったトナーを現像ローラ5から回収する機能も有する。
供給ローラ6は、導電性シャフトの表面に半導電性発泡シリコーンゴムの弾性層を形成したものである。アスカーF硬度計(高分子計器株式会社製)で測定した弾性層のアスカーF硬度は57°である。弾性層の部分抵抗は30MΩであり、外径15.6mmまで研磨されている。弾性層を構成するシリコーンゴムは、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム等の各種合成ゴムに、補強性シリカ充填剤、加硫硬化に必要な加硫剤、および発泡剤を添加することで構成される。
規制ブレード7は、現像ローラ5の軸方向に長い金属製のブレードであり、現像ローラ5の表面に当接している。規制ブレード7は、規制ブレードバイアス電源64によってブレード電圧が印加され、現像ローラ5の表面に形成されるトナー層(現像剤層)の厚さを規制する。
規制ブレード7は、例えばステンレス鋼(SUS)で構成されている。規制ブレード7の厚さ(板厚)は、0.08mmである。また、規制ブレード7において、現像ローラ5との当接部は曲げ加工が施されており、曲げ部の曲率半径は0.18mmであり、曲げ部の粗度Rz(十点平均粗度)は0.6μmである。
クリーニングブレード8は、感光体ドラム3の表面に対向するように配置され、トナー像の1次転写後に感光体ドラム3の表面に残った残留トナーを掻き取って除去する。
トナーカートリッジ9は、各色のトナーを収容した着脱可能な容器であり、現像ローラ5および供給ローラ6にトナーを補給する。
LEDヘッド11は、複数のLED素子(発光素子)を配列した発光素子アレイと、複数のマイクロレンズを配列したレンズアレイとを有している。LEDヘッド11は、LED素子から出射された光が感光体ドラム3の表面に結像する位置に配置されている。LEDヘッド11は、露光制御部49(図3)から入力された画像データに基づいて光を照射し、感光体ドラム3の表面を露光して、潜像(静電潜像)を形成する。
このプロセスユニット2において、感光体ドラム3上の潜像をトナーによって現像する部分(すなわち現像ローラ5、供給ローラ6、規制ブレード7およびトナーカートリッジ9を含む部分)を、現像装置10と称する。また、感光体ドラム3および帯電ローラ4も含めて現像装置10(ドラム一体型現像装置)としてもよい。図1において、プロセスユニット2Y,2M,2C,2Kは、それぞれ現像装置10Y,10M,10C,10Kを有している。
図1に示すように、中間転写ベルト13は、継ぎ目のない無端状ベルトであり、高抵抗のプラスチックフィルムで構成されている。中間転写ベルト13は、ベルト駆動ローラ14、従動ローラ15および2次転写対向ローラ21に張架されている。
ベルト駆動ローラ14は、ベルト駆動モータ68(図3)の駆動力により回転し、中間転写ベルト13を図1に矢印eで示す方向に移動させる。従動ローラ15は、中間転写ベルト13に一定の張力を付与し、中間転写ベルト13に追従して回転する。2次転写対向ローラ21は、後述する2次転写ローラ22と共に、2次転写部を構成する。
中間転写ベルト13の表面(外周面)に接するように、2次転写部で転写されずに中間転写ベルト13上に残ったトナーを除去する中間転写ベルトクリーニング部材33が配置されている。中間転写ベルトクリーニング部材33で除去された廃トナーは、図示しない廃トナー経路を通って搬送され、廃トナー回収部34に回収される。
1次転写部を構成する1次転写ローラ12Y,12M,12C,12Kは、中間転写ベルト13を介して、感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kに当接するように配置されている。1次転写ローラ12Y,12M,12C,12Kと感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kとの間に、1次転写ニップが形成される。
1次転写ローラ12Y,12M,12C,12Kには、1次転写ローラバイアス電源65(図3)によって1次転写電圧が印加される。この1次転写電圧により、感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kの表面のトナー像が、中間転写ベルト13の表面に転写される。
画像形成装置1には、印刷用紙等の記録媒体Pを搬送する搬送路30(図1に破線で示す)が設けられている。画像形成装置1の下部には、搬送路30に記録媒体Pを供給するための給紙機構31が設けられている。
給紙機構31は、媒体収容部としての媒体カセット16と、ホッピングローラ17と、レジストローラ18およびピンチローラ19とを有している。媒体カセット16は、積層状態の記録媒体P(例えば印刷用紙)を収容する。ホッピングローラ17は、ホッピングモータ69の駆動力により回転し、媒体カセット16に収容された記録媒体Pを一枚ずつ繰り出す。レジストローラ18は、ピンチローラ19との間でニップ部を形成している。レジストローラ18は、当該ニップ部に記録媒体Pの先端が当接してから所定のタイミングでレジストモータ70の駆動力により回転し、記録媒体Pのスキュー(斜行)を矯正して2次転写部に向けて搬送する。
記録媒体Pの搬送方向(以下、媒体搬送方向と称する)において給紙機構31の下流側には、2次転写部を構成する2次転写ローラ22と2次転写対向ローラ21とが配置されている。2次転写ローラ22および2次転写対向ローラ21は、中間転写ベルト13を挟み込むように配置されている。
2次転写ローラ22および2次転写対向ローラ21との間に、2次転写ニップが形成される。この2次転写ニップに、給紙機構31から搬送された記録媒体Pが導入される。2次転写ローラ22には、2次転写ローラバイアス電源66(図3)から2次転写電圧が印加される。この2次転写電圧によって、中間転写ベルト13の表面のトナー像は、給紙機構31から給紙された記録媒体Pに転写される。
媒体搬送方向において2次転写部の下流側には、定着装置23が配置されている。定着装置23は、2次転写部で記録媒体Pに転写されたトナーを加熱および加圧して溶融させ、記録媒体Pに定着させるものである。定着装置23は、ヒートローラ24、加圧ローラ25およびサーミスタ26を備えている。
ヒートローラ24は、定着モータ67(図3)の駆動力によって回転する。加圧ローラ25は、ヒートローラ24の回転に追従して回転する。ヒートローラ24は、熱源であるハロゲンランプからなるヒータ24aを内蔵し、ヒータ24aはヒータ制御部50(図3)によって加熱制御される。サーミスタ26は、ヒートローラ24の表面の近傍に配置され、ヒートローラ24の温度を検出する。
また、媒体搬送方向において定着装置23の下流側には、記録媒体Pをスタッカ部32まで搬送する搬送ローラ対27,28,29が設けられている。搬送ローラ対27,28,29は、搬送モータ71(図3)によって駆動される。トナー像が定着した記録媒体Pは、搬送ローラ対27,28,29によって搬送され、画像形成装置1の外部に排出されて、スタッカ部32に載置される。
<画像形成装置の制御系>
図3は、画像形成装置1の制御系を示すブロック図である。画像形成装置1は、プリンタ制御部40と、インタフェース部36と、受信メモリ37、画像データ編集メモリ38と、操作部39と、センサ群41と、ROM42と、RAM43と、演算部44と、モータドライバ47と、電源制御部48と、露光制御部49と、ヒータ制御部50と、定着駆動制御部51と、ベルト駆動制御部52と、搬送制御部53とを備えている。
図3は、画像形成装置1の制御系を示すブロック図である。画像形成装置1は、プリンタ制御部40と、インタフェース部36と、受信メモリ37、画像データ編集メモリ38と、操作部39と、センサ群41と、ROM42と、RAM43と、演算部44と、モータドライバ47と、電源制御部48と、露光制御部49と、ヒータ制御部50と、定着駆動制御部51と、ベルト駆動制御部52と、搬送制御部53とを備えている。
インタフェース部36は、ホストコンピュータ等の上位装置35からのコマンドおよび印刷データを受信する。受信メモリ37は、上位装置35からインタフェース部36を介して入力された印刷データを一時的に記憶する。画像データ編集メモリ38は、受信メモリ37に記憶された印刷データを受け取り、その印刷データを編集処理することによって画像データを生成し、記録する。操作部39は、操作者が画像形成装置1に対する指示を入力する操作キー等と、画像形成装置1の状態を表示する表示部とを有する。
センサ群41は、画像形成装置1の状態を検出する各種センサ、例えば、搬送路30上の記録媒体Pの位置を検出する媒体センサ、トナー像の濃度を検出する濃度センサ等を含む。ROM42は、プリンタ制御部40が実行する各種プログラムを記憶している。RAM43は、画像形成に使用される各種データを記憶する。
プリンタ制御部40は、例えばCPU(Central Processing Unit)等によって構成される。プリンタ制御部40には、受信メモリ37からの指示、センサ群41からの画像形成装置1の状態に関する信号(例えば記録媒体Pの搬送位置に関する信号)等が入力される。プリンタ制御部40は、これらの入力に基づき、モータドライバ47、電源制御部48、露光制御部49、ヒータ制御部50、定着駆動制御部51、ベルト駆動制御部52、および搬送制御部53を制御する。
モータドライバ47は、プリンタ制御部40の指示に基づき、感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kを回転させるメインモータ60を制御する。プロセスユニット2Y,2M,2C,2Kの他のローラは、上述したように、感光体ドラム3Y,3M,3C,3Kに追従して、またはギアを介した回転伝達によって回転する。
電源制御部48は、プリンタ制御部40の指示に基づき、帯電ローラバイアス電源63から帯電ローラ4Y,4M,4C,4Kに印加する帯電電圧と、現像ローラバイアス電源62から現像ローラ5Y,5M,5C,5Kに印加する現像電圧とを制御する。
電源制御部48は、また、プリンタ制御部40の指示に基づき、供給ローラバイアス電源61から供給ローラ6Y,6M,6C,6Kに印加する供給電圧と、規制ブレードバイアス電源64から規制ブレード7Y,7M,7C,7Kに印加されるブレード電圧とを制御する。
電源制御部48は、また、プリンタ制御部40の指示に基づき、1次転写ローラバイアス電源65から1次転写ローラ12Y,12M,12C,12Kに印加する1次転写電圧と、2次転写ローラバイアス電源66から2次転写ローラ22に印加する2次転写電圧とを制御する。
なお、メインモータ60、供給ローラバイアス電源61、現像ローラバイアス電源62、帯電ローラバイアス電源63、規制ブレードバイアス電源64および1次転写ローラバイアス電源65は、図3ではそれぞれ単一のブロックで示されているが、実際には、いずれも4つずつ設けられている。
露光制御部49は、プリンタ制御部40の指示および画像データに基づき、LEDヘッド11Y,11M,11C,11Kの発光を制御する。ヒータ制御部50は、温度調節回路を有し、定着装置23に配置されたサーミスタ26の検出温度に応じて、ヒートローラ24内のヒータ24aを加熱制御する。
定着駆動制御部51は、ヒートローラ24を回転させる定着モータ67の回転を制御する。ベルト駆動制御部52は、ベルト駆動ローラ14を駆動するベルト駆動モータ68の回転を制御する。
搬送制御部53は、ホッピングローラ17を回転させるホッピングモータ69、レジストローラ18を回転させるレジストモータ70、搬送ローラ対27,28,29を回転させる搬送モータ71を制御する。
<トナーの構成>
この実施の形態におけるトナー(現像剤)は、非磁性一成分トナーであり、2成分トナーのようなキャリアを含まない。また、粉砕法によって製造された、いわゆる粉砕トナーである。また、ガラス転移温度Tgが60℃以下の低融点トナーである。以下、トナーの具体的な構成および製造方法について説明する。
この実施の形態におけるトナー(現像剤)は、非磁性一成分トナーであり、2成分トナーのようなキャリアを含まない。また、粉砕法によって製造された、いわゆる粉砕トナーである。また、ガラス転移温度Tgが60℃以下の低融点トナーである。以下、トナーの具体的な構成および製造方法について説明する。
トナーは、少なくとも結着樹脂を含むトナー母粒子に、外添剤(外部添加剤)を添加したものである。結着樹脂は、結晶構造を有する結晶性ポリエステル樹脂を含む。トナー母粒子が結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含むのは、トナーの低融点化のためである。また、結着樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂に加えて、低分子量の非晶性ポリエステル樹脂と、高分子量の非晶性ポリエステル樹脂とを含む。トナー母粒子が結着樹脂として非晶性ポリエステル樹脂を含むのは、トナーの耐久性および保存性の低下を抑制するためである。
なお、結着樹脂として、スチレン−アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、またはスチレン−ブタジエン系樹脂を用いても良く、複数種類の樹脂を組み合わせて用いても良い。
結着樹脂には、離型剤および着色剤が添加される。また、離型剤および着色剤に加えて、帯電制御剤、導電性調整剤、流動性向上剤またはクリーニング性向上剤等の添加剤を添加してもよい。
離型剤の具体例は、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、オレフィンの共重合物、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックス、酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物、もしくはそれらのブロック共重合物、カルナバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類、脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したものなどである。但し、これらの材料に限定されるものではない。離型剤の含有量は、結着樹脂100重量部に対して、0.1〜20重量部が好ましく、より好ましくは0.5〜12重量部である。また、複数のワックスを併用してもよい。
着色剤としては、一般にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー用着色剤として用いられている染料、顔料等を、単独もしくは複数種併用して用いることができる。具体的には、例えば、カーボンブラック、酸化鉄、フタロシアニンブルー、パーマネントブラウンFG、ブリリアントファーストスカーレット、ピグメントグリーンB、ローダミン−Bベース、ソルベントレッド49、ソルベントレッド146、ピグメントブルー15:3、ソルベントブルー35、キナクリドン、カーミン6B、ジスアゾイエロー等を用いることができる。着色剤の含有量は、結着樹脂100重量部に対して、2〜25重量部が好ましく、より好ましくは2〜15重量部である。
帯電制御剤としては、公知のものを用いることができる。例えば、負帯電性トナーの場合には、アゾ系錯体帯電制御剤、サリチル酸系錯体帯電制御剤、カリックスアレン系帯電制御剤などがある。帯電制御剤の含有量は、結着樹脂100重量部に対して、0.05〜15重量部が好ましく、より好ましくは0.1〜10重量部である。
これらの結着樹脂、離型剤、着色剤および帯電制御剤等を、ヘンシェルミキサーを用いて混合した後、二軸混練機により溶融混練し、冷却する。このようにして得られた混合物をカッタミルで粗砕化し、衝突板式粉砕機を用いて粉砕し、さらに、風力分級機を用いて分級を行い、所定の粒径のトナー母粒子を得る。
次に、外添工程として、トナー母粒子1kg(100重量部)に対して、外添剤としてシリカ0.01〜10重量部(より好ましくは0.05〜8重量部)を加え、へンシェルミキサーで撹拌することにより、トナーが得られる。
外添剤は、環境安定性、帯電安定性、現像性、流動性および保存性を向上するために添加され、ここではシリカ(SiO2)を用いる。
また、この実施の形態では、平均粒径の異なる複数種類のシリカを用いる。具体的には、平均粒径16nmの疎水性シリカP1と、平均粒径25nmの疎水性シリカP2と、平均粒径40nmの疎水性シリカP3と、平均粒径100nmのコロイダルシリカP4とを用いる。疎水性シリカP1,P2,P3は日本アエロジル株式会社製であり、コロイダルシリカP4は信越化学工業株式会社製である。
疎水性シリカP1〜P3とコロイダルシリカP4をまとめて、シリカP1〜P4と称する。トナーに含まれるシリカP1〜P4の含有量は、後述するエネルギー分散型X線分析装置で測定されるSi(ケイ素)の含有量(重量%)により測定される。
この実施の形態におけるトナーの平均粒径(体積平均粒径)は、5μm〜7μmである。トナーの平均粒径は、ベックマンコールター株式会社製「コールターマルチサイザーII」を用いて測定したものである。なお、トナーの平均粒径は、トナー母粒子の平均粒径と略同じである。
また、トナーの円形度は、0.955〜0.970である。トナーの円形度は、シスメックス株式会社製「フロー式粒子像分析装置FPIA−3000」を用いて測定したものである。円形度は、以下の式に基づいて算出する。
円形度=L1/L2
ここで、L1は、粒子投影像の面積と同じ面積を有する円の周囲長であり、L2は、粒子投影像の周囲長である。測定した全粒子の円形度の総和を粒子数で除算して、円形度の測定値を得る。
円形度=L1/L2
ここで、L1は、粒子投影像の面積と同じ面積を有する円の周囲長であり、L2は、粒子投影像の周囲長である。測定した全粒子の円形度の総和を粒子数で除算して、円形度の測定値を得る。
この実施の形態におけるトナーは、負帯電性である。トナーの飽和帯電量は、−10μC/g〜−50μC/gである。飽和帯電量の測定は、トナー4重量%と、シリコーンコートフェライトキャリア(関東電化工業株式会社製、平均粒径90μm)96重量%とを1分間ボールミルで混合し、吸引式小型帯電量測定装置“Q/M METER MODEL 210HS”(Trek株式会社製)を用いて行った。
この実施の形態におけるトナー(後述するサンプル1〜11)は、トナー母粒子が共通であるため、熱物性は共通である。トナーの熱物性を示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ株式会社製「EXSTAR600」)により測定したところ、ガラス転移温度Tgは55℃であった。なお、低融点トナーではない一般的なトナーのガラス転移温度は、概ね60℃以上である。
この示差走査熱量の測定において、1回目の昇温過程(トナーの1回目の溶融時)では、30℃〜70℃の間に弱い吸熱ピークが観察され、2回目の昇温過程(トナーを一旦冷却した後の2回目の溶融時)では、30℃〜70℃の間に吸熱ピークが観察されなかった。このように1回目の昇温過程で吸熱ピークが現れ、2回目の昇温過程で現れないのは、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂が含まれていることによる。
<画像形成装置の動作>
まず、本実施の形態における画像形成装置の動作(画像形成動作)について説明する。プリンタ制御部40は、上位装置35からの印刷コマンドと印刷データを受信すると、画像形成動作を開始する。まず、搬送制御部53の制御により、ホッピングローラ17が回転し、媒体カセット16内の記録媒体Pを一枚ずつ搬送路30に送り出す。また、レジストローラ18が回転し、記録媒体Pを2次転写部に向けて搬送する。
まず、本実施の形態における画像形成装置の動作(画像形成動作)について説明する。プリンタ制御部40は、上位装置35からの印刷コマンドと印刷データを受信すると、画像形成動作を開始する。まず、搬送制御部53の制御により、ホッピングローラ17が回転し、媒体カセット16内の記録媒体Pを一枚ずつ搬送路30に送り出す。また、レジストローラ18が回転し、記録媒体Pを2次転写部に向けて搬送する。
各プロセスユニット2では、モータドライバ47の制御により、感光体ドラム3が回転し、この感光体ドラム3に追従して帯電ローラ4が回転する。また、ギアを介した感光体ドラム3からの回転伝達により、現像ローラ5および供給ローラ6が回転する。また、ベルト駆動制御部52の制御により、ベルト駆動ローラ14が回転して、中間転写ベルト13を走行させる。
各プロセスユニット2では、電源制御部48の制御により、帯電ローラ4に−1000Vの帯電電圧が印加され、感光体ドラム3の表面が−500Vに一様に帯電される。また、露光制御部49の制御により、各色の画像データに基づいてLEDヘッド11が感光体ドラム3の表面を露光し、画像データに応じて−50Vの静電潜像を形成する。
供給ローラ6には、電源制御部48の制御により−230Vの供給電圧が印加され、現像ローラ5にトナーが供給される。現像ローラ5の表面に保持されたトナーは、規制ブレード7との摩擦等により約−25μC/gに帯電して、薄層化される。現像ローラ5には−150Vの現像電圧が印加され、トナーが感光体ドラム3上の静電潜像に付着し、静電潜像を現像する。
感光体ドラム3上に形成されたトナー像(現像剤像)が1次転写ニップに達すると、1次転写ローラ12に+1500Vの1次転写電圧が印加される。これにより、感光体ドラム3から中間転写ベルト13の表面にトナー像が転写(1次転写)される。中間転写ベルト13の回転によってトナー像が移動し、2次転写部(2次転写対向ローラ21および2次転写ローラ22)に達する。このタイミングは、レジストローラ18から搬送されてきた記録媒体Pの先端が2次転写部に到達するタイミングと一致している。
中間転写ベルト13上のトナー像および記録媒体Pが2次転写部に到達すると、2次転写ローラ22に+2000Vの2次転写電圧が印加され、中間転写ベルト13から記録媒体Pにトナー像が転写(2次転写)される。転写後に感光体ドラム3の表面に残留したトナーは、中間転写ベルトクリーニング部材33により掻き落とされ、廃トナー回収部34に回収される。
2次転写部でトナー像が転写された記録媒体Pは、定着装置23に搬送される。トナーは静電気力により記録媒体Pに付着しているが、ヒートローラ24および加圧ローラ25によって加熱および加圧されることで、溶融して記録媒体Pに定着する。トナー像が定着した記録媒体Pは、搬送ローラ対27,28,29によって搬送され、画像形成装置1の外部に排出され、スタッカ部32に載置される。
この実施の形態では、負帯電性のトナーを用いた場合について説明したが、正帯電性のトナーを用いてもよい。その場合は、帯電ローラ4および現像ローラ5には正電圧を印加し、1次転写ローラ12には負電圧を印加する。
また、この実施の形態では、中間転写ベルト13を介してトナー像を記録媒体Pに転写する中間転写方式を採用しているが、トナー像を感光体ドラム3から記録媒体Pに直接転写する直接転写方式を採用してもよい。直接転写方式の場合には、記録媒体Pが、感光体ドラム3(像担持体)からトナー像の転写を受ける転写体に相当する。
<感光体周期残像について>
以上の画像形成動作において、トナーからの外添剤の剥離が生じ、剥離した外添剤が現像ローラ5から感光体ドラム3に移動する場合がある。この場合、感光体ドラム3に付着した外添剤がクリーニングブレード8をすり抜けると、図4に示すように、LEDヘッド11による露光位置に到達し、LEDヘッド11の照射光を外添剤が遮る結果となる。特に、画像部(トナーが転写される部分)と非画像部(トナーが転写されない部分)とが隣り合わせになるように印刷を行うと、それ以降の印刷に外添剤の影響が現れやすい。
以上の画像形成動作において、トナーからの外添剤の剥離が生じ、剥離した外添剤が現像ローラ5から感光体ドラム3に移動する場合がある。この場合、感光体ドラム3に付着した外添剤がクリーニングブレード8をすり抜けると、図4に示すように、LEDヘッド11による露光位置に到達し、LEDヘッド11の照射光を外添剤が遮る結果となる。特に、画像部(トナーが転写される部分)と非画像部(トナーが転写されない部分)とが隣り合わせになるように印刷を行うと、それ以降の印刷に外添剤の影響が現れやすい。
図5(A)は、記録媒体Pの印刷面の上部に「A」という太文字(文字部分81とする)を印刷し、文字部分81の周囲を白地のままとし(白地部分82とする)、それより下の領域Bの全体をハーフトーンで印刷した例を示す。なお、図5において、印刷面の上部は、記録媒体Pの搬送方向の先端側であり、印刷面の下部は、記録媒体Pの搬送方向の後端側である。
「A」という文字部分81(ベタパターン)では、トナーから剥離した外添剤が存在したとしてもトナーと共に記録媒体Pに転写されるため、感光体ドラム3上には外添剤が残らず、従って露光を遮ることはない。
これに対し、白地部分82では、トナーは感光体ドラム3に移動せず、トナーから剥離した外添剤だけが感光体ドラム3に移動し、クリーニングブレード8をすり抜けて露光位置に到達する。この外添剤が存在する部分(白地部分82)と、存在しない部分(文字部分81)とのコントラストが、次の印刷パターンにそのまま現れることとなる。
図5(B)は、図5(A)に示した印刷例において、トナーの外添剤の剥離が発生した場合の印刷結果を模式的に示す図である。図5(B)に示す領域Bでは、感光体ドラム3上の外添剤によって露光が遮られることで濃度が薄くなり、上記の文字部分81から感光体ドラム3の1周(一回転)に相当する距離R1だけ下方に、Aという文字(残像83)が濃く浮かび上がる。記録媒体Pの印刷面上で感光体ドラム3の1周後に残像83が表れるため、感光体周期残像と呼ぶ。
図6は、感光体ドラム3の表面に付着する外添剤の量の測定方法を示す模式図である。図6に示すように、感光体ドラム3とLEDヘッド11との間に、高密度のスポンジゴムで構成した捕集部材80を取り付け、感光体ドラム3の表面に接触させた。捕集部材80は、感光体ドラム3の表面に直交するように配置し、外添剤をすり抜けられないように堰き止めて捕集した。ここでは、感光体ドラム3を1周させ、捕集部材80で捕集された外添剤の量を測定した。
図7は、感光体ドラム3を1回転させて捕集部材80で捕集した外添剤の量と、感光体周期残像の判定結果とを示す表である。図8は、図7の結果をグラフで表したものである。なお、感光体ドラム3を1回転させて捕集部材80で捕集した外添剤の量(以下、感光体ドラム3上の外添剤量と称する)は、感光体ドラム3が1回転する間に感光体ドラム3上に付着しクリーニングブレード8で除去されなかった外添剤の量である。
感光体周期残像は、目視検査により、残像の濃淡に応じて10段階で評価した。具体的には、感光体周期残像が目視で全く視認されない場合にはレベル10とし、明確に視認される場合にはレベル1とし、実用上問題のないレベル(すなわち、オフィス用途で使用者が気にならないレベル)をレベル7以上として評価した。
図8のグラフが示すとおり、この感光体ドラム3上の外添剤量は、感光体周期残像の判定結果と負の相関がある。すなわち、感光体ドラム3上の外添剤量が少ないほど、感光体周期残像が発生しにくい(すなわち判定レベルが高い)。また、図8から、感光体ドラム3上の外添剤量が少なくとも0.0019mg以下であれば、感光体周期残像の判定結果がレベル7以上となり、実用上問題のある感光体周期残存は発生しないことが分かる。
次に、外添剤であるシリカの比率と、感光体周期残存との関係について説明する。図9は、シリカP1〜P4の含有量、Si量、感光体ドラム3上の外添剤量および感光体周期残存の判定結果を示す表である。
ここでは、シリカP1〜P4の比率(重量比)を変えて、トナーのサンプル1〜8を作成した。図9においてシリカP1,P2,P3,P4の欄に記載された数値は、各シリカの比率(重量比)を表す。サンプル1〜8は、シリカP1〜P4の含有量を除いて共通であり、トナー母粒子の構成は上述したとおりである。
サンプル1における疎水性シリカP1(平均粒径16nm)、疎水性シリカP2(平均粒径25nm)、疎水性シリカP3(平均粒径40nm)およびコロイダルシリカP4(平均粒径100nm)の比率は、P1:P2:P3:P4=1.0:3.4:0.0:1.0である。
同様に、サンプル2におけるシリカP1〜P4の比率は、P1:P2:P3:P4=1.0:1.8:1.6:1.0である。サンプル3におけるシリカP1〜P4の比率は、P1:P2:P3:P4=1.0:0.0:3.4:1.0である。サンプル4におけるシリカP1〜P4の比率は、P1:P2:P3:P4=0.8:0.0:3.4:1.0である。
また、サンプル5におけるシリカP1〜P4の比率は、P1:P2:P3:P4=0.6:0.0:3.4:1.0である。サンプル6におけるシリカP1〜P4の比率は、P1:P2:P3:P4=0.0:0.0:3.4:1.0である。サンプル7におけるシリカP1〜P4の比率は、P1:P2:P3:P4=1.0:1.8:1.6:0.8である。サンプル8におけるシリカP1〜P4の比率は、P1:P2:P3:P4=1.0:1.8:1.6:0.6である。
図9に示すSi量(重量%)は、トナーに含まれるケイ素(Si)の含有量である。このSi量は、トナー母粒子に対するシリカP1〜P4の合計の重量割合(重量%)を表している。Si量は、エネルギー分散型X線分析装置(島津製作所株式会社製のエネルギー分散型蛍光X線分析装置「EDX−800HS」)で測定したものである。
図9のサンプル1〜3の結果を見ると、シリカP2の割合が減少し、シリカP3の割合が増加するのに伴い、感光体ドラム3上の外添剤量が減少し、感光体周期残像のレベルが向上しているのが分かる。その一方、Si量と感光体周期残像のレベルとの相関は見られない。
このことから、感光体ドラム3上に付着している外添剤量および感光体周期残像は、トナー中の外添剤の含有量(シリカP1〜P4の合計)よりも、外添剤の粒径範囲に大きく影響されることが分かる。これは、小粒径の外添剤がクリーニングブレード8をすり抜けやすい(すなわち除去が難しい)ことを示しており、小粒子の外添剤を使用せずに大粒子の外添剤を使用すれば感光体周期残像が改善することが分かる。
次にサンプル3〜6の結果を見ると、最も小粒径のシリカP1の比率が減少すると、感光体周期残像がさらに改善することが分かる。一方、サンプル7,8では、サンプル2から最も大粒径のシリカP4の比率を減少させているが、感光体周期残像の改善は見られない。
この図9には、トナーの流動性の測定結果も合わせて示している。トナーの流動性は、多機能型紛体物性測定器「マルチテスタMT−1001」(株式会社セイシン企業製)により測定したトナーの凝縮度から求めたものである。測定環境温度を24℃、相対湿度を40%とし、振幅1.0mm、目開き250μm、150μmおよび75μmの3つの篩を用いて、トナーの凝集度(無単位)を測定した。さらに、流動性=100−凝集度という式により、流動性を算出した。
図9から、大粒径の外添剤(例えばシリカP3,P4)の割合が増加するほど、トナーの流動性が低下する傾向があることが分かる。これは同じSi量の場合、小粒径のシリカ外添剤ほどトナー表面を覆う割合が多く、トナー同士が表面で接触することが抑制されるためである。
流動性寄与度は、Si量当たりの流動性を表している。すなわち、小粒径のシリカが多いほど流動性寄与度が高く、大粒径のシリカが多いほど流動性寄与度が低い。そのため、流動性寄与度を用いることにより、トナーに含まれる大粒径外添剤と小粒径外添剤との比率を、概ね把握することができる。図9には、この流動性寄与度も合わせて示している。
図9から、感光体周期残像の判定結果(レベルの高低)と流動性寄与度とに、負の相関があることが分かる。すなわち、流動性寄与度が高いほど感光体周期残像が発生しにくく(判定結果が高く)、流動性寄与度が低いほど感光体周期残像が発生しやすい(判定結果が低い)。
感光体周期残像と流動性の間にも、ある程度の相関はある。但し、例えばサンプル2とサンプル7,8では、流動性は略同じであるが、流動性寄与度は異なっている。そのため、感光体周期残像と流動性寄与度の方が、相関性が高いことが分かる。
図9結果から、流動性寄与度が11.4を超える場合(サンプル1)には、感光体ドラム3上の外添剤量が0.019mgを超え、感光体周期残像の判定結果がレベル7未満(実用上問題があるレベル)となることが分かる。
これに対し、流動性寄与度が11.4以下の場合(サンプル2〜8)には、感光体ドラム3上の外添剤量が0.019mg以下となり、感光体周期残像の判定結果がレベル7以上(実用上問題がないレベル)となることが分かる。この結果から、流動性寄与度を11.4以下とすることにより、感光体周期残像の発生を抑制できることが分かる。
その一方、流動性寄与度が低過ぎる(すなわち外添剤の粒径が大き過ぎる)と、流動性の低下により、汚れ現象が発生する。汚れ現象とは、現像ローラ5上のトナーが過帯電により、あるいは現像ローラ5上のトナー層の層厚が厚くなり過ぎて帯電電荷が増加することにより生じる。この場合、現像ローラ5上のトナーが、感光体ドラム3の非露光部の表面電位より高電位になり、その結果、非露光部にトナーが移動し、記録媒体Pの白地部分に汚れとして現れる。
汚れの評価は、図1に示した画像形成装置1を用い、記録媒体PとしてA4サイズの印刷用紙(普通紙)を用い、記録媒体P上に0.3%Dutyのテストパターン(細い横線)を印刷することによって行った。印刷環境は、オフィス環境(温度24℃、相対湿度50%)、高温高湿環境(温度28℃、相対湿度80%)および低温低湿環境(温度10℃、相対湿度20%)の3通りとし、各印刷環境のそれぞれについて2500枚ずつ2日ずつ印刷を行い、記録媒体Pの白地部分における汚れの有無を目視で確認した。
図10は、シリカP1〜P4の含有量、Si量、感光体周期残存の判定結果、流動性、流動性寄与度、および汚れの判定結果を示す表である。
ここでは、図9に示したサンプル1〜8に加えて、サンプル9〜11を作成して汚れの評価を行った。サンプル9〜11は、シリカP1〜P4の比率(P1:P2:P3:P4=1.0:1.8:1.6:1.0)をサンプル2と同じにし、Si量を2.89、2.85、2.66と異ならせたものである。すなわち、サンプル9〜11は、シリカP1〜P4の比率は共通で、トナー中のシリカP1〜P4の含有量が互いに異なっている。
図10に示した結果から、流動性寄与度が低いほど、流動性が低下し、汚れ現象が発生しやすいことが分かる。流動性寄与度が8.6より低いサンプル3〜6,11では、汚れの発生が確認されている。この結果から、流動性寄与度を8.6以上とすることにより、汚れ現象を抑制できることが分かる。
以上の結果から、流動性寄与度を8.6〜11.4の範囲内とすることにより、感光体周期残像の発生を抑制し、なお且つ汚れ現象を抑制できることが分かる。
なお、ここでは、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂および非晶性ポリエステル樹脂を含むトナーについて説明したが、結晶性ポリエステル樹脂および非晶性ポリエステル樹脂に加えて、さらに別の樹脂を含んでいてもよい。
また、ここでは粉砕法により製造されるトナーについて説明したが、懸濁重合法によって製造されるトナー(いわゆる重合トナー)を用いてもよい。
<実施の形態の効果>
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、トナーが、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含むトナー母粒子と、粒径の異なる複数種類の外添剤(シリカ)とを有し、さらに、トナーの流動性を、エネルギー分散型X線分析装置で測定したSi量で除した値(すなわち流動性寄与度K)が8.6〜11.4の範囲にあるという構成により、感光体周期残像の発生を抑制し、なお且つ汚れ現象を抑制することができる。これにより、低融点トナーを用いた場合であっても高品質な画像を形成することができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、トナーが、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含むトナー母粒子と、粒径の異なる複数種類の外添剤(シリカ)とを有し、さらに、トナーの流動性を、エネルギー分散型X線分析装置で測定したSi量で除した値(すなわち流動性寄与度K)が8.6〜11.4の範囲にあるという構成により、感光体周期残像の発生を抑制し、なお且つ汚れ現象を抑制することができる。これにより、低融点トナーを用いた場合であっても高品質な画像を形成することができる。
また、トナーがガラス転移温度60℃以下の低融点トナーであるため、定着温度を例えば150〜160℃程度まで低くすることができ、これにより画像形成装置1のエネルギー消費量を低減することができる。
さらに、トナーの結着樹脂として、結晶性ポリエステル樹脂に加えて、非晶性ポリエステル樹脂を含むことにより、低融点トナーの耐久性および保存性を改善することができる。
本発明の画像形成装置は、プリンタに限らず、複写機、ファクシミリ装置、MFP(Multi Function Peripheral)、およびラベル製造機等に利用することができる。
1 画像形成装置、 2,2Y,2M,2C,2K プロセスユニット(画像形成ユニット)、 3,3Y,3M,3C,3K 感光体ドラム(像担持体)、 4,4Y,4M,4C,4K 帯電ローラ(帯電部材)、 5,5Y,5M,5C,5K 現像ローラ(現像剤担持体)、 6,6Y,6M,6C,6K 供給ローラ(現像剤供給部材)、 7,7Y,7M,7C,7K 規制ブレード(現像剤規制部材)、 8,8Y,8M,8C,8K クリーニングブレード(クリーニング部材)、 9,9Y,9M,9C,9K トナーカートリッジ(現像剤収容体)、 10,10Y,10M,10C,10K 現像装置、 11,11Y,11M,11C,11K LEDヘッド(露光手段、露光装置)、 12,12Y,12M,12C,12K 1次転写ローラ(転写部、1次転写部)、 13 中間転写ベルト(転写体)、 21 2次転写対向ローラ、 22 2次転写ローラ(2次転写部)、 23 定着装置、 30 搬送路、 31給紙機構、 40 プリンタ制御部、 80 捕集部材、 81 文字部分、 82 白地部分、 83 残像、 P 記録媒体。
Claims (12)
- 現像剤と、
像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、
前記像担持体の表面を露光して潜像を形成する露光手段と、
現像剤を担持し、前記潜像を現像して現像剤像を形成する現像剤担持体と、
前記現像剤像を前記像担持体から転写体に転写する転写部と
を備え、
前記現像剤は、
結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含む母粒子と、
シリカを含み、粒径の異なる複数種類の外添剤と
を有し、
前記現像剤の流動性を、エネルギー分散型X線分析装置で測定した前記現像剤中のシリカの重量%で除した値が、8.6〜11.4の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像剤は、粉砕法によって製造されたものであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤の示差走査熱量測定において、1回目の昇温過程では30℃〜70℃の範囲に吸熱ピークがあり、2回目の昇温過程では30℃〜70℃の範囲に吸熱ピークがないことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤の円形度は、0.955〜0.970の範囲にあることを特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤の飽和帯電量は、−10μC/g〜−50μC/gの範囲にあることを特徴とする請求項1から4までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤は、キャリアを含まないことを特徴とする請求項1から5までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤のガラス転移温度は、60℃以下であることを特徴とする請求項1から6までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記流動性は、前記現像剤の凝集度から求められることを特徴とする請求項1から7までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤は、前記結着樹脂として、結晶性ポリエステル樹脂に加えて、非晶性ポリエステル樹脂を含むことを特徴とする請求項1から8までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記転写体は、中間転写ベルトであることを特徴とする請求項1から9までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 前記転写体は、記録媒体であることを特徴とする請求項1から9までの何れか1項に記載の画像形成装置。
- 現像剤を有し、像担持体に形成された潜像を前記現像剤によって現像する現像装置であって、
前記現像剤は、
結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含む母粒子と、
シリカを含み、粒径の異なる複数種類の外添剤と
を有し、
前記現像剤の流動性を、エネルギー分散型X線分析装置で測定した前記現像剤中のシリカの重量%で除した値が、8.6〜11.4の範囲にあること
を特徴とする現像装置。
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