JP4094204B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機およびプリンタなどの乾式２成分系現像剤を使用した画像形成装置および画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、乾式２成分デジタル画像形成装置には、たとえば、シリコーン樹脂で被膜された磁性キャリアと、少なくとも結着樹脂、着色剤および必要に応じて選ばれるその他の添加物を含むトナーとから構成される２成分現像剤が用いられている。
【０００３】
このような２成分現像剤に使用されている静電荷現像剤中のトナーは、乾式２成分デジタル画像形成装置の定着部において使用される。
【０００４】
図１は、本発明とともに従来の乾式２成分デジタル画像形成装置を示す構成図である。該画像形成装置は、感光体と、感光体１上に静電潜像を形成するレーザ装置５と、静電潜像をトナー像に顕像化する現像装置９と、トナー像を紙に定着する定着部２とを含む。定着部２には、シリコーンコートされたアルミ管にヒータランプが内蔵された熱ローラ４と、外周部がシリコーンゴム製で芯材が鉄の圧ローラ６とが備えられている。定着部２において、紙が、熱ローラ４と圧ローラ６とで上下に挟まれて通される際、熱と圧力とによって紙上のトナーが紙に融着して定着する。
【０００５】
トナーとしては、たとえば主樹脂にアクリルスチレン樹脂、電荷調整剤に含金アゾ化合物およびビスクロム酸塩、着色剤にカーボンブラック、ならびにワックスにポリエチレンワックス（ＰＥＷＡＸ）およびポリプロピレンワックス（ＰＰＷＡＸ）を用いたものがある。トナーは、これらの材料を混合し、たとえば２軸混練押出機で混練し、冷却ローラでフレーク状に粗砕してジェットミルで分級し、生トナーを作製した後、生トナーに流動化剤としてシリカおよび抵抗調整剤としてのマグネタイトを混合することによって生成される。生成されたトナーは、たとえば芯材が鉄粉でシリコーンコートされたキャリアと撹拌混合されることによって、２成分現像剤として用いられる。
【０００６】
近年、高画質化のための様々な検討がなされており、特開平７−２７１１３３号公報において、静電潜像保持体と、現像剤担持体と、これに内蔵された磁界発生手段としてのマグネットローラを含む現像装置を用いる画像形成方法が記載されている。この画像形成方法は、マグネットローラを固定して現像剤担持体を回転し、特にフェライトキャリアとカラートナーとを少なくとも含有する２成分系の現像剤を現像剤担持体上で循環搬送し、潜像保持体とそれに対向する現像剤担持体の現像領域で、潜像をカラートナーで現像し、潜像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する方法である。この画像形成方法において、該キャリアが、キャリア芯材表面を少なくとも樹脂で被膜した、重量平均粒径が２５〜６０μｍ、５００Ｖの電圧を印加したときの電流値が２０〜１５０μＡを使用することによって、高画質化を図ることが提案されている。
【０００７】
キャリア電流値が前記の範囲であることが重要としているのは、電流値が１５０μＡより大きいと、特定のトナー飛散防止電界を印加時にリークが発生し、現像電界に乱れが生じて画像ムラが発生し、２０μＡより小さいと、キャリアが特定のトナー飛散防止電界印加時に電極板に強く付着し、トナー飛散防止効果が激減するという理由からである。また特定のトナー飛散防止電界を印加することによって、現像特性の向上、すなわち画像濃度の向上、カブリの軽減、ハイライト再現、ライン幅再現性の向上等が示されている。
【０００８】
前述のようなキャリアの特性にした場合、たとえば芯材に鉄粉を用いてシリコーンで被膜されたキャリアにおいて、電流値が９０μＡでは１ラインのライン幅が細くなりすぎ、ドットのドット径は測定できない現象が発生する。電流値が２０μＡでは１ラインのライン幅と１ドットのドット径との両立は可能であるが、画像濃度を満足しない。
【０００９】
また前記公報において、好適に用いられるキャリアの芯材としては、９６％以上のＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅの特定の組成から成るフェライト粒子が、表面均質化および球状化が容易で帯電能が安定するため好ましいとの記載もある。
【００１０】
図２は、図１に示す画像形成装置内の現像装置９の一部を示す拡大図である。現像装置９は現像ローラ１８、ドクタブレード１４および現像剤１２を含む。現像ローラ１８は、現像スリーブ１６と磁性軸心部材であるマグネットロール１７とで構成され、感光体１と、距離Ｄ１をあけて近接して配置され、感光体１の回転方向３とは逆回転方向１０に回転可能に構成される。ドクタブレード１４は、穂立ち高さを制御する穂立ち高さ制御板であって、現像剤流路において感光体１より上流側に現像ローラ１８と、距離Ｄ２をあけて対向配置される。なお穂立ち高さとは、現像剤１２を現像ローラ１８で回転させたときに感光体１と接する面上に出す現像剤１２の現像ロール１８表面から現像剤頂点までの高さをいう。
【００１１】
前述の電流値２０〜１５０μＡを持つフェライトキャリアを使用して、たとえば現像ローラ１８の直径が２０ｍｍ、感光体１と現像ローラ１８との距離Ｄ１が２ｍｍ、現像ローラ１８とドクタブレード１４との距離Ｄ２が１．５ｍｍ、およびプロセススピードが８８ｍｍ／ｓｅｃに設定された現像条件下では、フェライトキャリアの穂立ちが小さいので、画像濃度が極端に低い値となり、良好な静電荷現像剤として充分とは言えない。
【００１２】
このような現状にあって、現像剤設計のキャリア物性を保持する上で高品質で、安定な画質が得られる静電荷現像剤の開発が望まれている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に記載されている内容で、シリコーンコート鉄粉キャリアを用いて画像を形成する場合、キャリア電流が大きくなるほど、原稿の濃度が低下するなどの問題が生じ、高解像度の画像形成を行うほど、その現象は著しくなる。
【００１４】
安価な鉄粉系キャリアを使用した乾式２成分系電子写真装置において、高画質化にかかすことができないライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度の向上を図るためには、前記公報のように、重量平均粒径２５〜６０μｍ、５００Ｖの電圧印加時の電流値２０〜１５０μＡの特性を有するキャリアを使用することが考えられる。しかし、この特性だけでは、課題とする高画質で、１ラインのライン幅が８３μｍ以上、および１ドットのドット径が６０μｍ以上で再現される出力画像を得ることは難しい。
【００１５】
すなわち重量平均粒径２５〜６０μｍ、５００Ｖの電圧印加時の電流値２０〜１５０μＡの特性を有するキャリアを使用すると、５０μＡ以上の電流値では１ラインのライン幅と１ドットのドット径が再現されにくく、測定できない問題がある。この問題は本発明の実施例および比較例において確認している。
【００１６】
また、静電荷現像剤中のトナー体積平均粒径が変わる場合、および画像形成する装置においてｄｐｉ（dot per inch）解像度が変わる場合に、１ラインのライン幅と１ドットのドット径およびベタ濃度の画像濃度の変化が生じる。すなわち現像剤のキャリアの電流が４０μＡであり、キャリア体積平均粒径が６０μｍであっても、これに使用されるトナーの体積平均粒径１０μｍで大きくなるとき、１ラインのライン幅が細くなり、１ドットのドット径が薄れて再現されなくなって、画像劣化が生じる。ただし、ベタの画像濃度は満足する。原因として、現像剤中のトナー粒径が大きくなることによって帯電性が落ち、帯電量が低くなり、エッジ効果も薄れ、ライン幅およびドット径の再現が劣化する。
【００１７】
また画像形成装置のｄｐｉ解像度が６００ｄｐｉ以下の３００ｄｐｉに変わると、１ラインのライン幅が太くなりすぎ、１ドットのドット径も太くなり、目視ではつぶれたような現象が発生して良好な画質とは言えない。
【００１８】
また図１に示した画像形成装置において、レーザ装置５の最小ビーム径Ｄ０と最小有効スポット径Ｄｒとの比が、０．７≦Ｄｒ／Ｄ０≦１．０の範囲より外れた場合、Ｄｒ／Ｄ０が小さいと現像でのエッジ効果を受け難いのでドット径が細くなり、Ｄｒ／Ｄ０が大きいとドット径が太くなり、つぶれて鮮明なドットが再現されない。共に高画質とは言えない現象が発生する。なお最小ビーム径Ｄ０とは、感光体１に照射されるビームのうちレーザ装置５で使用される最小ビーム径をいい、最小有効スポット径Ｄｒは、感光体１に照射されたビームによって感光体１上に形成されるスポットの径のうち、感光体１での潜像に利用可能なスポット径をいう。
【００１９】
本発明の目的は、安価な鉄粉系キャリアを用いた乾式２成分系現像剤を使用したデジタル画像形成装置および方法において、高画質化に欠かすことができないライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を向上することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電潜像を形成し、外径が３５ｍｍφ以下の感光体ドラムと、
感光体ドラムの表面に光を照射して静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
芯材としての鉄粉の表面がシリコーンで被膜されたキャリアおよびトナーを含む２成分系現像剤、ならびに磁性軸心部材の外周部を覆う導電性の現像スリーブを含む現像ローラであって、感光体に近接する領域で感光体ドラムに前記現像剤を搬送する現像ローラを有して、感光体ドラムの静電潜像を顕像化する現像手段とを含むデジタル画像形成装置であって、
トナーの主樹脂は、アクリルスチレンであり、
前記シリコーンとして、ジメチルシリコーンを用い、
感光体ドラムと現像ローラとの距離が２ｍｍであり、
前記キャリアは、現像ローラを内蔵した現像装置に、現像スリーブと対向して、一定距離２ｍｍをあけて感光体ドラムの代わりに、感光体を形成していない感光体ドラム状のドラム素管を使用した対向電極を設け、現像スリーブとドラム素管の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ内の磁性軸心部材を回転させてドラム素管との間に２００Ｖの直流電圧を印加して検出されたキャリア電流値が３０μＡであり、
キャリア体積平均粒径が６０μｍであり、
前記デジタル画像形成装置の解像度が６００ｄｐｉであり、かつ、トナー体積平均粒径が７．５μｍであることを特徴とする画像形成装置である。
【００２１】
本発明に従えば、キャリア電流値が３０μＡであるので、エッジ効果は良くなってライン幅およびドット径は再現され、画像濃度が極端に落ちるという問題を回避することができる。またキャリア体積平均粒径が６０μｍであるので、現像剤の帯電量が低くなってライン幅が再現されにくくなることは、なく、また帯電量が高くなって画像濃度が落ちる傾向になるという問題を回避することができる。したがってライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を満足する画像を得ることができる。
【００２３】
本発明に従えば、キャリア電流値およびキャリア体積平均粒径が規定されていても、解像度を６００ｄｐｉとすることによって、ライン幅およびドット径が太くなってつぶれる傾向になることを回避することができる。またトナー体積平均粒径を７．５μｍにすることによって、現像剤の帯電量が落ちてドット径が再現されず測定できなくなることは、なく、またトナー粒径を小さくすると帯電量が高くなってベタ濃度が低下する傾向になることを回避することができる。したがってライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度をさらに満足する画像を得ることができる。
【００２６】
また本発明は、前記現像剤は、トナー濃度８重量％であることを特徴とする。
また本発明は、感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比は、
２．２≦Ｒ２／Ｒ１≦３
に選ばれることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、キャリア電流、キャリア体積平均粒径、画像形成装置の解像度、トナー粒径、トナー濃度を規定しても、ライン幅およびドット径の再現、ならびにベタ画像濃度の最適化を図ることは容易ではなく、感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比Ｒ２／Ｒ１を２．２以上、３以下として、現像条件およびプロセス条件をコントロールすることによって、さらに最適画像を得ることができる。
【００２８】
本発明は、外径が３５ｍｍφ以下の感光体ドラムの表面に光を照射して静電潜像を形成し、
芯材としての鉄粉の表面がシリコーンで被膜されたキャリアおよびトナーを含む２成分系現像剤を、磁性軸心部材の外周部を覆う導電性の現像スリーブを含む現像ローラにより感光体ドラムに搬送することによって、感光体ドラムの静電潜像を顕像化し、
顕像化されたトナー像を記録紙に転写し、
転写されたトナー像を記録紙に定着するデジタル画像形成方法であって、
トナーの主樹脂は、アクリルスチレンであり、
前記シリコーンとして、ジメチルシリコーンを用い、
感光体ドラムと現像ローラとの距離が２ｍｍであり、
前記キャリアは、現像ローラを内蔵した現像装置に、現像スリーブと対向して、一定距離２ｍｍをあけて感光体ドラムの代わりに、感光体を形成していない感光体ドラム状のドラム素管を使用した対向電極を設け、現像スリーブとドラム素管の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ内の磁性軸心部材を回転させてドラム素管との間に２００Ｖの直流電圧を印加して検出されたキャリア電流値が３０μＡであり、
キャリア体積平均粒径が６０μｍであり、
前記デジタル画像形成方法の解像度が６００ｄｐｉであり、かつ、トナー体積平均粒径が７．５μｍであることを特徴とする画像形成方法である。
【００２９】
本発明に従えば、最適なキャリア電流値およびキャリア体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を満足する画像を得ることができる。
【００３１】
本発明に従えば、キャリア電流値およびキャリア体積平均粒径に加えて、最適な解像度およびトナー体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度をさらに満足する画像を得ることができる。
【００３４】
また本発明は、前記現像剤は、トナー濃度８重量％であることを特徴とする。
また本発明は、感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比は、
２．２≦Ｒ２／Ｒ１≦３
に選ばれることを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、現像条件およびプロセス条件をコントロールすることによって、さらに最適画像を得ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による静電荷現像剤を用いた画像形成方法について説明する。まず前記画像形成方法において実施したキャリア電流測定法、キャリア粒径測定法、トナー粒径測定法、線幅およびドット径測定法、画像濃度測定法ならびに帯電量測定法について説明する。これらの測定方法は以下に示す方法に限定されない。
【００３７】
（ａ）トナー粒径測定法
コールター社製マルチサイザ測定機にて、トナーの粒度分布を測定した。体積平均粒径Ｄ５０値を取った。
【００３８】
（ｂ）キャリア電流測定法
キャリア試料を約１０００ｇ採取し、室内温度２０〜２６℃および湿度５０〜６０％ＲＨ間環境に１５分以上暴露した。
【００３９】
図３は、図２に示した現像装置９においてキャリア電流を測定する方法を説明するための図である。図２に示した現像ローラ１８を内蔵した現像装置９に、導電性の現像スリーブ１６と対向して、一定距離Ｄ１に感光体１の代わりに、感光体を形成していない感光体用ドラムであるドラム素管２１を使用した対向電極を設けた。現像スリーブ１６とドラム素管２１の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ１６内のマグネットロール１７を回転させて対向電極であるドラム素管２１との間に２００Ｖの直流電圧を印加し、抵抗を間に入れ電流値にて検出した。検出された電流値の単位は、μＡである。
【００４０】
（ｃ）キャリア粒径測定法
キャリア試料約１００ｇを０．１ｇの桁まで秤取し、篩の目開きが１４９μｍから４４μｍの５種類の篩を用い、上から１４９，１０５，７４，６３，４４μｍの大きさの順に積み重ね、底に受け皿を設置した。積重ねた篩を振動機によって水平回転数２８５ｒｐｍ、振動回数１５０ｒｐｍで１５分間振る。篩後、各篩上および受け皿上のキャリアを秤取した。重量百分率で算出し、ＪＩＳ−Ｈ２６０１に準拠して行った。
【００４１】
（ｄ）帯電量測定法
キャリアとトナーとがトナー濃度Ｂ％で混合された現像剤を約０．２ｇ秤量採取した。採取した現像剤Ｃｇを直ちにブローオフ機（ＴＢ−２００型：東芝ケミカル社製）によって測定した。ブローオフ圧は、１．０ｋｇ／ｃｍ2とし、３０秒後のブローオフ値をＡとして、次の方程式によって帯電量を求めた。
帯電量（μＣ ／ ｇ） ＝ Ａ × １００ ／（Ｂ×Ｃ）
【００４２】
（ｅ）ライン幅およびドット径測定法
顕微鏡画像データを用いて、ライン幅およびドット径を測定した。画像入力、キャリブレーション、処理範囲設定、抽出、計測およびデータ表示のプロセスで測定して解析した。画像入力およびキャリブレーションの装置として、デジタルハイビジョン マイクロスコープ （ＢＳ−７８００：ＣＳＫ社製）を用いた２００倍レンズ使用にて、画像サンプルをデータに取込み、キャリブレーションを行った。つぎにこのデータを解析ソフト（Ｗｉｎ ＲＯＯＦ：ＭＩＴＡＮＩ社製）で処理範囲を設定して抽出し、対象とするラインまたはドットの面積を算出した。ライン幅については長手方向の距離を分母としてラインの面積を分母で割ってライン幅を、ドット径についてはドットである物体の水平方向フェレ径、物体の垂直方向のフェレ径より、それぞれ求めた。
【００４３】
（ｆ）画像濃度測定法
マクベス濃度計（マクベス社製）を用いて画像濃度を測定した。
【００４４】
本発明による静電荷現像剤を用いた画像形成方法について、実施例および比較例によって説明する。本発明における静電荷現像剤は、後述する素材などに限定されない。実施例１〜１１として、ふさわしいものを割り出すために、いくつかの実施例を取扱うこととする。
【００４５】
実施例および比較例において用いる現像剤を得るため、まずトナーを作製した。トナーの主樹脂となるアクリルスチレン９１重量部と、電荷調整剤としての含金アゾ化合物２重量部と、着色剤としてのカーボンブラック６重量部と、ワックスとしてのポリエチレンワックス１重量部とを、混合機を用いて前混合した後、２軸押出し混練機で混練した。混練物を冷却ローラで冷却した後、粗砕機によってフレーク状に粗砕し、ジェットミルで分級して体積平均粒径７．５μｍおよび１０μｍの２種類の生トナーを得た。生トナーの体積平均粒径は、前述の（ａ）トナー粒径測定法によって測定した。各生トナーに流動化剤としてのシリカ０．５重量部と、抵抗調整剤としてのマグネタイト１重量部とを混合機で外添し、体積平均粒径７．５μｍおよび１０μｍの２種類のトナーを得た。
【００４６】
次いで得られたトナーを用いて現像剤を作製した。得られたトナーと、芯材を鉄粉として表面がシリコーンで被膜され、下記の表１に記載のキャリア物性を有する各キャリアとを、８重量％のトナー濃度で撹拌混合し、帯電量３５μＣを確保するまで撹拌し、各種トナー物性およびキャリア物性を有する現像剤を得た。キャリアが被膜されるシリコーンとして、具体的にはジメチルシリコーンを用いた。前記キャリア物性のキャリア電流値およびキャリア体積平均粒径は、前述の（ｂ）キャリア電流測定法および（ｃ）キャリア粒径測定法によってそれぞれ測定し、帯電量は、前述の（ｅ）帯電量測定法によって測定した。前記キャリア電流値は、キャリアコート剤としてのシリコーンコート量（レジン量）を調整することによって調整した。
【００４７】
トナーの主樹脂としては、前述のアクリルスチレンの他、スチレン、α−メチルスチレン、ハロゲン化スチレン、スチレンスルホン酸、スルホンアミドスチレン、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸プロピルおよびメタアクリル酸ブチルなどを用いることができる。
【００４８】
電荷調整剤としては、前述の含金アゾ化合物の他、ビスクロム酸塩などを用いることができる。
【００４９】
着色剤としては、前述のカーボンブラックの他、アセチレンブラックおよびアニリンブラックなどが挙げられる。
【００５０】
ワックスとしては、ポリエチレンワックス以外のポリオレフィンワックス、たとえばポリプロピレンワックスなどを用いてもよい。
【００５１】
前記実施例のトナーの材料には、ワックス、抵抗調整剤および流動化剤を含むが、これらの添加物は必須ではなく、また必要に応じてその他の添加物を含むトナーであってもよい。
【００５２】
前述のようにして得られた現像剤を、解像度６００ｄｐｉのデジタル複写機（ＡＲ機：シャープ社製）または解像度３００ｄｐｉの複写機（ＡＲ改造機：シャープ社製）に用いて、１ラインのライン幅および１ドットのドット径の再現性、ベタの画像濃度および画質などを評価した。前記複写機における現像条件は、プリンタモードで、図２に示したように、感光体１の直径３０ｍｍ、現像ローラ１８の直径２０ｍｍ、感光体１と現像ローラ１８との距離（Ｄ１）２ｍｍ、現像ローラ１８とドクタブレード１４との距離（Ｄ２）１．５ｍｍ、およびプロセススピード８８ｍｍ／ｓｅｃに設定した。
【００５３】
（比較例１）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干少なめにして、キャリアの電流値が４８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５４】
（比較例２）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干多めにして、キャリアの電流値が２２μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５５】
（比較例３）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で少なくして、キャリアの電流値が５５μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５６】
（比較例４）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で多めにして、キャリアの電流値が１８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５７】
（比較例５）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干少なめにして、キャリアの電流値が４８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は８０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５８】
（比較例６）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干少なめにして、キャリアの電流値が４８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は３０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５９】
（実施例１）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で予め定める値にして、キャリアの電流値が３０μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６０】
（比較例７）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径１０μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６１】
（比較例８）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度３００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６２】
（比較例９）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径１０μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度３００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６３】
（実施例２）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝０．６にして評価した。
【００６４】
（実施例３）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝０．７にして評価した。
【００６５】
（実施例４）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝１にして評価した。
【００６６】
（実施例５）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝１．１にして評価した。
【００６７】
（実施例６）
現像剤、複写機および現像条件に加え、感光体と現像ローラとの周速比（現像ローラ線速／ドラム線速）を３に設定して評価した。
【００６８】
（実施例７）
現像剤、複写機および現像条件に加え、感光体と現像ローラとの周速比（現像ローラ線速／ドラム線速）を２．２に設定して評価した。
【００６９】
（評価基準）
１ライン線幅再現性
◯：８３μｍ以上 △：７５μｍ以上８３μｍ以下 ×：７５μｍ未満
１ドット径再現性
◯：６０μｍ以上 △：５０μｍ以上６０μｍ以下 ×：５０μｍ未満
ベタ画像濃度（ＩＤ）
◯：１.３５以上 △：１.２８以上１.３５未満 ×：１.２８未満
γ特性（階調性）
形成された写真画像を目視にて以下のように判定した。
◯：良い △：普通 ×：悪い
カブリ（白度計）
◯：０．８以下 △：０．８〜１．２ ×：１．２以上
【００７０】
図４は、各実施例および比較例のキャリア電流値におけるライン幅の再現性または画像濃度を示すグラフである。図５は、各実施例および比較例のキャリア電流値におけるドット径の再現性または画像濃度を示すグラフである。
【００７１】
実施例１〜７および比較例１〜９について、前記評価基準にて評価した結果を下記の表１に示す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
（評価結果）
表１、図４および図５から、比較例１〜４は、キャリア体積平均粒径一定におけるキャリア電流の変化の影響を示している。比較例３のようにキャリア電流が５５μＡのとき、ベタ画像濃度が出ているのみで、ラインおよびドットの再現性、γ特性、ならびにカブリは悪い。比較例１のように電流値が４８μＡのとき、γ特性が少し悪い。比較例２のように電流値が２２μＡのとき、いずれの評価項目についてもほとんど問題がなかった。比較例４のように電流値が１８μＡのとき、ベタ濃度が低い。
【００７４】
比較例１，５，６は、キャリア電流一定におけるキャリア体積平均粒径の変化の影響を示している。比較例５のように電流値が４８μＡでキャリア体積平均粒径が８０μｍのとき、ラインおよびドットの再現性、γ特性、ならびにカブリが悪い。比較例６のように電流値が４８μＡでキャリア体積平均粒径が３０μｍのとき、ベタ濃度が不足する。
【００７５】
実施例１、比較例７，８，９は、比較例１および２のようにキャリア物性が適当な場合において、解像度およびトナー粒径の変化の影響を示している。実施例１のように解像度６００ｄｐｉおよびトナー粒径７．５μｍのとき、いずれの評価項目についてもほとんど問題がない画像が得られた。比較例７のように解像度６００ｄｐｉおよびトナー粒径１０μｍのとき、ラインおよびドットの再現性、ならびにγ特性がやや劣っていた。比較例８のように解像度３００ｄｐｉおよびトナー粒径７．５μｍのとき、ラインおよびドットの再現性がやや劣っていた。比較例９のように解像度３００ｄｐｉおよびトナー粒径１０μｍのとき、ラインおよびドットの再現性、ならびにγ特定がやや劣っていた。比較例７，８，９については、やや劣る評価結果となったが、特に問題となるほどではなかった。
【００７６】
実施例２〜５は、実施例１のようにキャリア物性、解像度およびトナー粒径が適当な場合において、レーザ装置の最小有効スポット径（Ｄｒ）／最小ビーム径（Ｄ０）の変化の影響を示している。実施例２のようにＤｒ／Ｄ０が０．６のとき、ラインおよびドットの再現性がやや劣っていた。実施例３および４のようにＤｒ／Ｄ０が各々０．７および１．０のとき、すべての評価項目について良好で問題のない画質を得た。実施例５のようにＤｒ／Ｄ０が１．１のとき、ラインおよびドットの再現性がやや劣っていた。
【００７７】
実施例６および７は、実施例３および４のようにキャリア物性、解像度、トナー粒径およびレーザ装置の最小有効スポット径（Ｄｒ）／最小ビーム径（Ｄ０）が適当な場合において、現像／プロセスの周速比の変化の影響を示している。実施例６のように周速比３のとき、すべての評価項目について満足する画像が得られた。実施例７のように周速比２．２のとき、ベタ濃度のみやや劣っていた。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、最適なキャリア電流値およびキャリア体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を満足する画像を得ることができる。
【００７９】
本発明によれば、キャリア電流値およびキャリア体積平均粒径に加えて、最適な解像度およびトナー体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度をさらに満足する画像を得ることができる。
【００８１】
本発明によれば、現像条件およびプロセス条件をコントロールすることによって、さらに最適画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明とともに従来の乾式２成分デジタル画像形成装置を示す構成図である。
【図２】図１に示した画像形成装置内の現像装置９の一部を示す拡大図である。
【図３】図２に示した現像装置９においてキャリア電流を測定する方法を説明するための図である。
【図４】キャリア電流値とライン幅の再現性または画像濃度との関係を示すグラフである。
【図５】キャリア電流値とドット径の再現性または画像濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 定着部
５ レーザ装置
９ 現像装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機およびプリンタなどの乾式２成分系現像剤を使用した画像形成装置および画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、乾式２成分デジタル画像形成装置には、たとえば、シリコーン樹脂で被膜された磁性キャリアと、少なくとも結着樹脂、着色剤および必要に応じて選ばれるその他の添加物を含むトナーとから構成される２成分現像剤が用いられている。
【０００３】
このような２成分現像剤に使用されている静電荷現像剤中のトナーは、乾式２成分デジタル画像形成装置の定着部において使用される。
【０００４】
図１は、本発明とともに従来の乾式２成分デジタル画像形成装置を示す構成図である。該画像形成装置は、感光体と、感光体１上に静電潜像を形成するレーザ装置５と、静電潜像をトナー像に顕像化する現像装置９と、トナー像を紙に定着する定着部２とを含む。定着部２には、シリコーンコートされたアルミ管にヒータランプが内蔵された熱ローラ４と、外周部がシリコーンゴム製で芯材が鉄の圧ローラ６とが備えられている。定着部２において、紙が、熱ローラ４と圧ローラ６とで上下に挟まれて通される際、熱と圧力とによって紙上のトナーが紙に融着して定着する。
【０００５】
トナーとしては、たとえば主樹脂にアクリルスチレン樹脂、電荷調整剤に含金アゾ化合物およびビスクロム酸塩、着色剤にカーボンブラック、ならびにワックスにポリエチレンワックス（ＰＥＷＡＸ）およびポリプロピレンワックス（ＰＰＷＡＸ）を用いたものがある。トナーは、これらの材料を混合し、たとえば２軸混練押出機で混練し、冷却ローラでフレーク状に粗砕してジェットミルで分級し、生トナーを作製した後、生トナーに流動化剤としてシリカおよび抵抗調整剤としてのマグネタイトを混合することによって生成される。生成されたトナーは、たとえば芯材が鉄粉でシリコーンコートされたキャリアと撹拌混合されることによって、２成分現像剤として用いられる。
【０００６】
近年、高画質化のための様々な検討がなされており、特開平７−２７１１３３号公報において、静電潜像保持体と、現像剤担持体と、これに内蔵された磁界発生手段としてのマグネットローラを含む現像装置を用いる画像形成方法が記載されている。この画像形成方法は、マグネットローラを固定して現像剤担持体を回転し、特にフェライトキャリアとカラートナーとを少なくとも含有する２成分系の現像剤を現像剤担持体上で循環搬送し、潜像保持体とそれに対向する現像剤担持体の現像領域で、潜像をカラートナーで現像し、潜像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する方法である。この画像形成方法において、該キャリアが、キャリア芯材表面を少なくとも樹脂で被膜した、重量平均粒径が２５〜６０μｍ、５００Ｖの電圧を印加したときの電流値が２０〜１５０μＡを使用することによって、高画質化を図ることが提案されている。
【０００７】
キャリア電流値が前記の範囲であることが重要としているのは、電流値が１５０μＡより大きいと、特定のトナー飛散防止電界を印加時にリークが発生し、現像電界に乱れが生じて画像ムラが発生し、２０μＡより小さいと、キャリアが特定のトナー飛散防止電界印加時に電極板に強く付着し、トナー飛散防止効果が激減するという理由からである。また特定のトナー飛散防止電界を印加することによって、現像特性の向上、すなわち画像濃度の向上、カブリの軽減、ハイライト再現、ライン幅再現性の向上等が示されている。
【０００８】
前述のようなキャリアの特性にした場合、たとえば芯材に鉄粉を用いてシリコーンで被膜されたキャリアにおいて、電流値が９０μＡでは１ラインのライン幅が細くなりすぎ、ドットのドット径は測定できない現象が発生する。電流値が２０μＡでは１ラインのライン幅と１ドットのドット径との両立は可能であるが、画像濃度を満足しない。
【０００９】
また前記公報において、好適に用いられるキャリアの芯材としては、９６％以上のＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅの特定の組成から成るフェライト粒子が、表面均質化および球状化が容易で帯電能が安定するため好ましいとの記載もある。
【００１０】
図２は、図１に示す画像形成装置内の現像装置９の一部を示す拡大図である。現像装置９は現像ローラ１８、ドクタブレード１４および現像剤１２を含む。現像ローラ１８は、現像スリーブ１６と磁性軸心部材であるマグネットロール１７とで構成され、感光体１と、距離Ｄ１をあけて近接して配置され、感光体１の回転方向３とは逆回転方向１０に回転可能に構成される。ドクタブレード１４は、穂立ち高さを制御する穂立ち高さ制御板であって、現像剤流路において感光体１より上流側に現像ローラ１８と、距離Ｄ２をあけて対向配置される。なお穂立ち高さとは、現像剤１２を現像ローラ１８で回転させたときに感光体１と接する面上に出す現像剤１２の現像ロール１８表面から現像剤頂点までの高さをいう。
【００１１】
前述の電流値２０〜１５０μＡを持つフェライトキャリアを使用して、たとえば現像ローラ１８の直径が２０ｍｍ、感光体１と現像ローラ１８との距離Ｄ１が２ｍｍ、現像ローラ１８とドクタブレード１４との距離Ｄ２が１．５ｍｍ、およびプロセススピードが８８ｍｍ／ｓｅｃに設定された現像条件下では、フェライトキャリアの穂立ちが小さいので、画像濃度が極端に低い値となり、良好な静電荷現像剤として充分とは言えない。
【００１２】
このような現状にあって、現像剤設計のキャリア物性を保持する上で高品質で、安定な画質が得られる静電荷現像剤の開発が望まれている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に記載されている内容で、シリコーンコート鉄粉キャリアを用いて画像を形成する場合、キャリア電流が大きくなるほど、原稿の濃度が低下するなどの問題が生じ、高解像度の画像形成を行うほど、その現象は著しくなる。
【００１４】
安価な鉄粉系キャリアを使用した乾式２成分系電子写真装置において、高画質化にかかすことができないライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度の向上を図るためには、前記公報のように、重量平均粒径２５〜６０μｍ、５００Ｖの電圧印加時の電流値２０〜１５０μＡの特性を有するキャリアを使用することが考えられる。しかし、この特性だけでは、課題とする高画質で、１ラインのライン幅が８３μｍ以上、および１ドットのドット径が６０μｍ以上で再現される出力画像を得ることは難しい。
【００１５】
すなわち重量平均粒径２５〜６０μｍ、５００Ｖの電圧印加時の電流値２０〜１５０μＡの特性を有するキャリアを使用すると、５０μＡ以上の電流値では１ラインのライン幅と１ドットのドット径が再現されにくく、測定できない問題がある。この問題は本発明の実施例および比較例において確認している。
【００１６】
また、静電荷現像剤中のトナー体積平均粒径が変わる場合、および画像形成する装置においてｄｐｉ（dot per inch）解像度が変わる場合に、１ラインのライン幅と１ドットのドット径およびベタ濃度の画像濃度の変化が生じる。すなわち現像剤のキャリアの電流が４０μＡであり、キャリア体積平均粒径が６０μｍであっても、これに使用されるトナーの体積平均粒径１０μｍで大きくなるとき、１ラインのライン幅が細くなり、１ドットのドット径が薄れて再現されなくなって、画像劣化が生じる。ただし、ベタの画像濃度は満足する。原因として、現像剤中のトナー粒径が大きくなることによって帯電性が落ち、帯電量が低くなり、エッジ効果も薄れ、ライン幅およびドット径の再現が劣化する。
【００１７】
また画像形成装置のｄｐｉ解像度が６００ｄｐｉ以下の３００ｄｐｉに変わると、１ラインのライン幅が太くなりすぎ、１ドットのドット径も太くなり、目視ではつぶれたような現象が発生して良好な画質とは言えない。
【００１８】
また図１に示した画像形成装置において、レーザ装置５の最小ビーム径Ｄ０と最小有効スポット径Ｄｒとの比が、０．７≦Ｄｒ／Ｄ０≦１．０の範囲より外れた場合、Ｄｒ／Ｄ０が小さいと現像でのエッジ効果を受け難いのでドット径が細くなり、Ｄｒ／Ｄ０が大きいとドット径が太くなり、つぶれて鮮明なドットが再現されない。共に高画質とは言えない現象が発生する。なお最小ビーム径Ｄ０とは、感光体１に照射されるビームのうちレーザ装置５で使用される最小ビーム径をいい、最小有効スポット径Ｄｒは、感光体１に照射されたビームによって感光体１上に形成されるスポットの径のうち、感光体１での潜像に利用可能なスポット径をいう。
【００１９】
本発明の目的は、安価な鉄粉系キャリアを用いた乾式２成分系現像剤を使用したデジタル画像形成装置および方法において、高画質化に欠かすことができないライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を向上することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静電潜像を形成し、外径が３５ｍｍφ以下の感光体ドラムと、
感光体ドラムの表面に光を照射して静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
芯材としての鉄粉の表面がシリコーンで被膜されたキャリアおよびトナーを含む２成分系現像剤、ならびに磁性軸心部材の外周部を覆う導電性の現像スリーブを含む現像ローラであって、感光体に近接する領域で感光体ドラムに前記現像剤を搬送する現像ローラを有して、感光体ドラムの静電潜像を顕像化する現像手段とを含むデジタル画像形成装置であって、
トナーの主樹脂は、アクリルスチレンであり、
前記シリコーンとして、ジメチルシリコーンを用い、
感光体ドラムと現像ローラとの距離が２ｍｍであり、
前記キャリアは、現像ローラを内蔵した現像装置に、現像スリーブと対向して、一定距離２ｍｍをあけて感光体ドラムの代わりに、感光体を形成していない感光体ドラム状のドラム素管を使用した対向電極を設け、現像スリーブとドラム素管の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ内の磁性軸心部材を回転させてドラム素管との間に２００Ｖの直流電圧を印加して検出されたキャリア電流値が３０μＡであり、
キャリア体積平均粒径が６０μｍであり、
前記デジタル画像形成装置の解像度が６００ｄｐｉであり、かつ、トナー体積平均粒径が７．５μｍであることを特徴とする画像形成装置である。
【００２１】
本発明に従えば、キャリア電流値が３０μＡであるので、エッジ効果は良くなってライン幅およびドット径は再現され、画像濃度が極端に落ちるという問題を回避することができる。またキャリア体積平均粒径が６０μｍであるので、現像剤の帯電量が低くなってライン幅が再現されにくくなることは、なく、また帯電量が高くなって画像濃度が落ちる傾向になるという問題を回避することができる。したがってライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を満足する画像を得ることができる。
【００２３】
本発明に従えば、キャリア電流値およびキャリア体積平均粒径が規定されていても、解像度を６００ｄｐｉとすることによって、ライン幅およびドット径が太くなってつぶれる傾向になることを回避することができる。またトナー体積平均粒径を７．５μｍにすることによって、現像剤の帯電量が落ちてドット径が再現されず測定できなくなることは、なく、またトナー粒径を小さくすると帯電量が高くなってベタ濃度が低下する傾向になることを回避することができる。したがってライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度をさらに満足する画像を得ることができる。
【００２６】
また本発明は、前記現像剤は、トナー濃度８重量％であることを特徴とする。
また本発明は、感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比は、
２．２≦Ｒ２／Ｒ１≦３
に選ばれることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、キャリア電流、キャリア体積平均粒径、画像形成装置の解像度、トナー粒径、トナー濃度を規定しても、ライン幅およびドット径の再現、ならびにベタ画像濃度の最適化を図ることは容易ではなく、感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比Ｒ２／Ｒ１を２．２以上、３以下として、現像条件およびプロセス条件をコントロールすることによって、さらに最適画像を得ることができる。
【００２８】
本発明は、外径が３５ｍｍφ以下の感光体ドラムの表面に光を照射して静電潜像を形成し、
芯材としての鉄粉の表面がシリコーンで被膜されたキャリアおよびトナーを含む２成分系現像剤を、磁性軸心部材の外周部を覆う導電性の現像スリーブを含む現像ローラにより感光体ドラムに搬送することによって、感光体ドラムの静電潜像を顕像化し、
顕像化されたトナー像を記録紙に転写し、
転写されたトナー像を記録紙に定着するデジタル画像形成方法であって、
トナーの主樹脂は、アクリルスチレンであり、
前記シリコーンとして、ジメチルシリコーンを用い、
感光体ドラムと現像ローラとの距離が２ｍｍであり、
前記キャリアは、現像ローラを内蔵した現像装置に、現像スリーブと対向して、一定距離２ｍｍをあけて感光体ドラムの代わりに、感光体を形成していない感光体ドラム状のドラム素管を使用した対向電極を設け、現像スリーブとドラム素管の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ内の磁性軸心部材を回転させてドラム素管との間に２００Ｖの直流電圧を印加して検出されたキャリア電流値が３０μＡであり、
キャリア体積平均粒径が６０μｍであり、
前記デジタル画像形成方法の解像度が６００ｄｐｉであり、かつ、トナー体積平均粒径が７．５μｍであることを特徴とする画像形成方法である。
【００２９】
本発明に従えば、最適なキャリア電流値およびキャリア体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を満足する画像を得ることができる。
【００３１】
本発明に従えば、キャリア電流値およびキャリア体積平均粒径に加えて、最適な解像度およびトナー体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度をさらに満足する画像を得ることができる。
【００３４】
また本発明は、前記現像剤は、トナー濃度８重量％であることを特徴とする。
また本発明は、感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比は、
２．２≦Ｒ２／Ｒ１≦３
に選ばれることを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、現像条件およびプロセス条件をコントロールすることによって、さらに最適画像を得ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による静電荷現像剤を用いた画像形成方法について説明する。まず前記画像形成方法において実施したキャリア電流測定法、キャリア粒径測定法、トナー粒径測定法、線幅およびドット径測定法、画像濃度測定法ならびに帯電量測定法について説明する。これらの測定方法は以下に示す方法に限定されない。
【００３７】
（ａ）トナー粒径測定法
コールター社製マルチサイザ測定機にて、トナーの粒度分布を測定した。体積平均粒径Ｄ５０値を取った。
【００３８】
（ｂ）キャリア電流測定法
キャリア試料を約１０００ｇ採取し、室内温度２０〜２６℃および湿度５０〜６０％ＲＨ間環境に１５分以上暴露した。
【００３９】
図３は、図２に示した現像装置９においてキャリア電流を測定する方法を説明するための図である。図２に示した現像ローラ１８を内蔵した現像装置９に、導電性の現像スリーブ１６と対向して、一定距離Ｄ１に感光体１の代わりに、感光体を形成していない感光体用ドラムであるドラム素管２１を使用した対向電極を設けた。現像スリーブ１６とドラム素管２１の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ１６内のマグネットロール１７を回転させて対向電極であるドラム素管２１との間に２００Ｖの直流電圧を印加し、抵抗を間に入れ電流値にて検出した。検出された電流値の単位は、μＡである。
【００４０】
（ｃ）キャリア粒径測定法
キャリア試料約１００ｇを０．１ｇの桁まで秤取し、篩の目開きが１４９μｍから４４μｍの５種類の篩を用い、上から１４９，１０５，７４，６３，４４μｍの大きさの順に積み重ね、底に受け皿を設置した。積重ねた篩を振動機によって水平回転数２８５ｒｐｍ、振動回数１５０ｒｐｍで１５分間振る。篩後、各篩上および受け皿上のキャリアを秤取した。重量百分率で算出し、ＪＩＳ−Ｈ２６０１に準拠して行った。
【００４１】
（ｄ）帯電量測定法
キャリアとトナーとがトナー濃度Ｂ％で混合された現像剤を約０．２ｇ秤量採取した。採取した現像剤Ｃｇを直ちにブローオフ機（ＴＢ−２００型：東芝ケミカル社製）によって測定した。ブローオフ圧は、１．０ｋｇ／ｃｍ2とし、３０秒後のブローオフ値をＡとして、次の方程式によって帯電量を求めた。
帯電量（μＣ ／ ｇ） ＝ Ａ × １００ ／（Ｂ×Ｃ）
【００４２】
（ｅ）ライン幅およびドット径測定法
顕微鏡画像データを用いて、ライン幅およびドット径を測定した。画像入力、キャリブレーション、処理範囲設定、抽出、計測およびデータ表示のプロセスで測定して解析した。画像入力およびキャリブレーションの装置として、デジタルハイビジョン マイクロスコープ （ＢＳ−７８００：ＣＳＫ社製）を用いた２００倍レンズ使用にて、画像サンプルをデータに取込み、キャリブレーションを行った。つぎにこのデータを解析ソフト（Ｗｉｎ ＲＯＯＦ：ＭＩＴＡＮＩ社製）で処理範囲を設定して抽出し、対象とするラインまたはドットの面積を算出した。ライン幅については長手方向の距離を分母としてラインの面積を分母で割ってライン幅を、ドット径についてはドットである物体の水平方向フェレ径、物体の垂直方向のフェレ径より、それぞれ求めた。
【００４３】
（ｆ）画像濃度測定法
マクベス濃度計（マクベス社製）を用いて画像濃度を測定した。
【００４４】
本発明による静電荷現像剤を用いた画像形成方法について、実施例および比較例によって説明する。本発明における静電荷現像剤は、後述する素材などに限定されない。実施例１〜１１として、ふさわしいものを割り出すために、いくつかの実施例を取扱うこととする。
【００４５】
実施例および比較例において用いる現像剤を得るため、まずトナーを作製した。トナーの主樹脂となるアクリルスチレン９１重量部と、電荷調整剤としての含金アゾ化合物２重量部と、着色剤としてのカーボンブラック６重量部と、ワックスとしてのポリエチレンワックス１重量部とを、混合機を用いて前混合した後、２軸押出し混練機で混練した。混練物を冷却ローラで冷却した後、粗砕機によってフレーク状に粗砕し、ジェットミルで分級して体積平均粒径７．５μｍおよび１０μｍの２種類の生トナーを得た。生トナーの体積平均粒径は、前述の（ａ）トナー粒径測定法によって測定した。各生トナーに流動化剤としてのシリカ０．５重量部と、抵抗調整剤としてのマグネタイト１重量部とを混合機で外添し、体積平均粒径７．５μｍおよび１０μｍの２種類のトナーを得た。
【００４６】
次いで得られたトナーを用いて現像剤を作製した。得られたトナーと、芯材を鉄粉として表面がシリコーンで被膜され、下記の表１に記載のキャリア物性を有する各キャリアとを、８重量％のトナー濃度で撹拌混合し、帯電量３５μＣを確保するまで撹拌し、各種トナー物性およびキャリア物性を有する現像剤を得た。キャリアが被膜されるシリコーンとして、具体的にはジメチルシリコーンを用いた。前記キャリア物性のキャリア電流値およびキャリア体積平均粒径は、前述の（ｂ）キャリア電流測定法および（ｃ）キャリア粒径測定法によってそれぞれ測定し、帯電量は、前述の（ｅ）帯電量測定法によって測定した。前記キャリア電流値は、キャリアコート剤としてのシリコーンコート量（レジン量）を調整することによって調整した。
【００４７】
トナーの主樹脂としては、前述のアクリルスチレンの他、スチレン、α−メチルスチレン、ハロゲン化スチレン、スチレンスルホン酸、スルホンアミドスチレン、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸プロピルおよびメタアクリル酸ブチルなどを用いることができる。
【００４８】
電荷調整剤としては、前述の含金アゾ化合物の他、ビスクロム酸塩などを用いることができる。
【００４９】
着色剤としては、前述のカーボンブラックの他、アセチレンブラックおよびアニリンブラックなどが挙げられる。
【００５０】
ワックスとしては、ポリエチレンワックス以外のポリオレフィンワックス、たとえばポリプロピレンワックスなどを用いてもよい。
【００５１】
前記実施例のトナーの材料には、ワックス、抵抗調整剤および流動化剤を含むが、これらの添加物は必須ではなく、また必要に応じてその他の添加物を含むトナーであってもよい。
【００５２】
前述のようにして得られた現像剤を、解像度６００ｄｐｉのデジタル複写機（ＡＲ機：シャープ社製）または解像度３００ｄｐｉの複写機（ＡＲ改造機：シャープ社製）に用いて、１ラインのライン幅および１ドットのドット径の再現性、ベタの画像濃度および画質などを評価した。前記複写機における現像条件は、プリンタモードで、図２に示したように、感光体１の直径３０ｍｍ、現像ローラ１８の直径２０ｍｍ、感光体１と現像ローラ１８との距離（Ｄ１）２ｍｍ、現像ローラ１８とドクタブレード１４との距離（Ｄ２）１．５ｍｍ、およびプロセススピード８８ｍｍ／ｓｅｃに設定した。
【００５３】
（比較例１）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干少なめにして、キャリアの電流値が４８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５４】
（比較例２）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干多めにして、キャリアの電流値が２２μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５５】
（比較例３）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で少なくして、キャリアの電流値が５５μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５６】
（比較例４）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で多めにして、キャリアの電流値が１８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５７】
（比較例５）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干少なめにして、キャリアの電流値が４８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は８０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５８】
（比較例６）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で若干少なめにして、キャリアの電流値が４８μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は３０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアを用いて、前述のようにして得た現像剤を前記複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００５９】
（実施例１）
鉄粉の芯材の表面を被覆するキャリアコート剤において、シリコーンコート量をレジン量で予め定める値にして、キャリアの電流値が３０μＡとなるように調整し、キャリア体積平均粒径は６０μｍのキャリアを作製した。これらのキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６０】
（比較例７）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径１０μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６１】
（比較例８）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度３００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６２】
（比較例９）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径１０μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度３００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件で評価した。
【００６３】
（実施例２）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝０．６にして評価した。
【００６４】
（実施例３）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝０．７にして評価した。
【００６５】
（実施例４）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝１にして評価した。
【００６６】
（実施例５）
実施例３と同様のキャリア物性に設定したキャリアと、体積平均粒径７．５μｍのトナーとを用いて、前述のようにして現像剤を得た。得られた現像剤を前述の解像度６００ｄｐｉの複写機に使用し、前記現像条件に加え、レーザ装置の設定を最小有効スポット径／ビーム径＝１．１にして評価した。
【００６７】
（実施例６）
現像剤、複写機および現像条件に加え、感光体と現像ローラとの周速比（現像ローラ線速／ドラム線速）を３に設定して評価した。
【００６８】
（実施例７）
現像剤、複写機および現像条件に加え、感光体と現像ローラとの周速比（現像ローラ線速／ドラム線速）を２．２に設定して評価した。
【００６９】
（評価基準）
１ライン線幅再現性
◯：８３μｍ以上 △：７５μｍ以上８３μｍ以下 ×：７５μｍ未満
１ドット径再現性
◯：６０μｍ以上 △：５０μｍ以上６０μｍ以下 ×：５０μｍ未満
ベタ画像濃度（ＩＤ）
◯：１.３５以上 △：１.２８以上１.３５未満 ×：１.２８未満
γ特性（階調性）
形成された写真画像を目視にて以下のように判定した。
◯：良い △：普通 ×：悪い
カブリ（白度計）
◯：０．８以下 △：０．８〜１．２ ×：１．２以上
【００７０】
図４は、各実施例および比較例のキャリア電流値におけるライン幅の再現性または画像濃度を示すグラフである。図５は、各実施例および比較例のキャリア電流値におけるドット径の再現性または画像濃度を示すグラフである。
【００７１】
実施例１〜７および比較例１〜９について、前記評価基準にて評価した結果を下記の表１に示す。
【００７２】
【表１】
（評価結果）
表１、図４および図５から、比較例１〜４は、キャリア体積平均粒径一定におけるキャリア電流の変化の影響を示している。比較例３のようにキャリア電流が５５μＡのとき、ベタ画像濃度が出ているのみで、ラインおよびドットの再現性、γ特性、ならびにカブリは悪い。比較例１のように電流値が４８μＡのとき、γ特性が少し悪い。比較例２のように電流値が２２μＡのとき、いずれの評価項目についてもほとんど問題がなかった。比較例４のように電流値が１８μＡのとき、ベタ濃度が低い。
【００７４】
比較例１，５，６は、キャリア電流一定におけるキャリア体積平均粒径の変化の影響を示している。比較例５のように電流値が４８μＡでキャリア体積平均粒径が８０μｍのとき、ラインおよびドットの再現性、γ特性、ならびにカブリが悪い。比較例６のように電流値が４８μＡでキャリア体積平均粒径が３０μｍのとき、ベタ濃度が不足する。
【００７５】
実施例１、比較例７，８，９は、比較例１および２のようにキャリア物性が適当な場合において、解像度およびトナー粒径の変化の影響を示している。実施例１のように解像度６００ｄｐｉおよびトナー粒径７．５μｍのとき、いずれの評価項目についてもほとんど問題がない画像が得られた。比較例７のように解像度６００ｄｐｉおよびトナー粒径１０μｍのとき、ラインおよびドットの再現性、ならびにγ特性がやや劣っていた。比較例８のように解像度３００ｄｐｉおよびトナー粒径７．５μｍのとき、ラインおよびドットの再現性がやや劣っていた。比較例９のように解像度３００ｄｐｉおよびトナー粒径１０μｍのとき、ラインおよびドットの再現性、ならびにγ特定がやや劣っていた。比較例７，８，９については、やや劣る評価結果となったが、特に問題となるほどではなかった。
【００７６】
実施例２〜５は、実施例１のようにキャリア物性、解像度およびトナー粒径が適当な場合において、レーザ装置の最小有効スポット径（Ｄｒ）／最小ビーム径（Ｄ０）の変化の影響を示している。実施例２のようにＤｒ／Ｄ０が０．６のとき、ラインおよびドットの再現性がやや劣っていた。実施例３および４のようにＤｒ／Ｄ０が各々０．７および１．０のとき、すべての評価項目について良好で問題のない画質を得た。実施例５のようにＤｒ／Ｄ０が１．１のとき、ラインおよびドットの再現性がやや劣っていた。
【００７７】
実施例６および７は、実施例３および４のようにキャリア物性、解像度、トナー粒径およびレーザ装置の最小有効スポット径（Ｄｒ）／最小ビーム径（Ｄ０）が適当な場合において、現像／プロセスの周速比の変化の影響を示している。実施例６のように周速比３のとき、すべての評価項目について満足する画像が得られた。実施例７のように周速比２．２のとき、ベタ濃度のみやや劣っていた。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、最適なキャリア電流値およびキャリア体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度を満足する画像を得ることができる。
【００７９】
本発明によれば、キャリア電流値およびキャリア体積平均粒径に加えて、最適な解像度およびトナー体積平均粒径を規定して、ライン幅およびドット径の再現性、ならびに画像濃度をさらに満足する画像を得ることができる。
【００８１】
本発明によれば、現像条件およびプロセス条件をコントロールすることによって、さらに最適画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明とともに従来の乾式２成分デジタル画像形成装置を示す構成図である。
【図２】図１に示した画像形成装置内の現像装置９の一部を示す拡大図である。
【図３】図２に示した現像装置９においてキャリア電流を測定する方法を説明するための図である。
【図４】キャリア電流値とライン幅の再現性または画像濃度との関係を示すグラフである。
【図５】キャリア電流値とドット径の再現性または画像濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 定着部
５ レーザ装置
９ 現像装置
Claims (6)
- 静電潜像を形成し、外径が３５ｍｍφ以下の感光体ドラムと、
感光体ドラムの表面に光を照射して静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
芯材としての鉄粉の表面がシリコーンで被膜されたキャリアおよびトナーを含む２成分系現像剤、ならびに磁性軸心部材の外周部を覆う導電性の現像スリーブを含む現像ローラであって、感光体に近接する領域で感光体ドラムに前記現像剤を搬送する現像ローラを有して、感光体ドラムの静電潜像を顕像化する現像手段とを含むデジタル画像形成装置であって、
トナーの主樹脂は、アクリルスチレンであり、
前記シリコーンとして、ジメチルシリコーンを用い、
感光体ドラムと現像ローラとの距離が２ｍｍであり、
前記キャリアは、現像ローラを内蔵した現像装置に、現像スリーブと対向して、一定距離２ｍｍをあけて感光体ドラムの代わりに、感光体を形成していない感光体ドラム状のドラム素管を使用した対向電極を設け、現像スリーブとドラム素管の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ内の磁性軸心部材を回転させてドラム素管との間に２００Ｖの直流電圧を印加して検出されたキャリア電流値が３０μＡであり、
キャリア体積平均粒径が６０μｍであり、
前記デジタル画像形成装置の解像度が６００ｄｐｉであり、かつ、トナー体積平均粒径が７．５μｍであることを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像剤は、トナー濃度８重量％であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比は、
２．２≦Ｒ２／Ｒ１≦３
に選ばれることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。 - 外径が３５ｍｍφ以下の感光体ドラムの表面に光を照射して静電潜像を形成し、
芯材としての鉄粉の表面がシリコーンで被膜されたキャリアおよびトナーを含む２成分系現像剤を、磁性軸心部材の外周部を覆う導電性の現像スリーブを含む現像ローラにより感光体ドラムに搬送することによって、感光体ドラムの静電潜像を顕像化し、
顕像化されたトナー像を記録紙に転写し、
転写されたトナー像を記録紙に定着するデジタル画像形成方法であって、
トナーの主樹脂は、アクリルスチレンであり、
前記シリコーンとして、ジメチルシリコーンを用い、
感光体ドラムと現像ローラとの距離が２ｍｍであり、
前記キャリアは、現像ローラを内蔵した現像装置に、現像スリーブと対向して、一定距離２ｍｍをあけて感光体ドラムの代わりに、感光体を形成していない感光体ドラム状のドラム素管を使用した対向電極を設け、現像スリーブとドラム素管の間に曝露したキャリアを磁気吸引させ、現像スリーブ内の磁性軸心部材を回転させてドラム素管との間に２００Ｖの直流電圧を印加して検出されたキャリア電流値が３０μＡであり、
キャリア体積平均粒径が６０μｍであり、
前記デジタル画像形成方法の解像度が６００ｄｐｉであり、かつ、トナー体積平均粒径が７．５μｍであることを特徴とする画像形成方法。 - 前記現像剤は、トナー濃度８重量％であることを特徴とする請求項４記載の画像形成方法。
- 感光体線速Ｒ１と現像ローラ線速Ｒ２との周速比は、
２．２≦Ｒ２／Ｒ１≦３
に選ばれることを特徴とする請求項４または５記載の画像形成方法。
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