JP4295453B2 - Developing device, image forming apparatus, and image forming method - 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、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置、これに用いられる現像装置、および画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて、像担持体上の静電潜像を現像する二成分現像装置が広く用いられている。二成分現像装置では、キャリア表面に対してトナーが接触している部分の割合（以下、トナー被覆率という）が増加すると、トナーがキャリアと接触して摩擦帯電する場所が少なくなり、摩擦帯電が不充分となる。このため、キャリアがトナーを保持する力が小さくなり、トナー飛散がおこりやすい。
【０００３】
そこで、トナー飛散を低減するために、キャリアのトナー被覆率に着目し、トナー被覆率を規定範囲になるよう制御する二成分現像装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平１０−３１２１０５号公報では、現像剤攪拌室のトナー濃度を次式で表されるキャリア被覆率Ｔｎが１３０％以下になるよう設定し、該剤攪拌室におけるトナー濃度を制御する現像装置を提案している。
Ｔｎ＝１００Ｃ√３／｛２π（１００−Ｃ）・（１＋ｒ／Ｒ）２・（ｒ／Ｒ）・（ρｔ／ρｃ）｝
ここで、Ｃはトナー濃度、ｒはトナー半径、Ｒは磁性キャリアの半径、ρｔはトナーの真比重、ρｃは磁性キャリアの真比重である。この現像装置によれば、上記キャリア被覆率Ｔｎの範囲になるようトナー濃度を制御することで、トナー飛散を低減できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報記載の現像装置では、トナー飛散が増大することがあった。これは、上記トナー被覆率Ｔｎの範囲になるようトナー濃度を制御しても、不充分であることを示している。
【０００６】
ところで、上記公報で示されるトナー被覆率は、トナー平均粒径およびキャリア平均粒径から算出されるものであり、トナーおよびキャリアの粒径分布を考慮したものではない。すなわち、トナー平均粒径およびキャリアの平均粒径を用いて算出した被覆率では、トナー粒径分布およびキャリアの粒径分布にかかわらず平均粒径が同値であれさえすれば同じ被覆率となる。従って、粒径分布を考慮したトナーおよびキャリアの実粒径による充填状態は考慮されていない。そこで、従来のトナー被覆率Ｔｎによる制御では、同被覆率でもトナー飛散の多い場合や少ない場合があると考えられる。
【０００７】
また、上記公報記載の現像装置は、現像領域上流部の現像剤貯留部における現像剤に関するものであり、現像領域下流部のトナー被覆率に関するものではない。ここで、現像領域上流部と下流部とでは、現像領域を通過することで現像剤が移動し、トナー被覆率も異なると考えられる。現像領域においては、像担持体と現像剤担持体との間に電界が形成され、現像剤担持体に担持される磁気ブラシからトナーが像担持体に移動する。この過程で、トナーは磁気ブラシの現像剤担持体近傍（根本部）から像担持体近傍（先端部）に移動し、現像領域下流部では、磁気ブラシ先端部におけるトナー被覆率が高くなる。トナー被覆率が高い磁気ブラシの先端部（キャリアの穂の先端部）が、該穂の動きにともなう衝撃力あるいは像担持体の回転により発生する気流の影響等をうけると、より多くトナーを飛散すると考えられる。すなわち、トナー飛散は、現像領域上流部よりも現像領域下流部の方が増大する傾向があり、特に現像領域下流部におけるトナー飛散を抑える必要がある。
【０００８】
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナー飛散を低減することのできる現像装置、画像形成装置および画像形成方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤の磁気ブラシを担持して像担持体と対向する現像領域まで搬送する現像剤担持体を備え、該現像領域において該磁気ブラシを該像担持体に接触させながら該像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとから求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％以下であることを特徴とするものである。なお、上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率Ｓｔ／Ｓｃは、
Ｓｔ／Ｓｃ＝Ｃ・Ｇｔ／（１−Ｃ）・Ｇｃ （１）
Ｇｔ＝Σ（π（Ｒｔ／２）２×nｔ）／Σ（４／３π（Ｒｔ／２）３×σt×ｎｔ） （２）
Ｇｃ＝Σ（4π（Ｒｃ／２）２×nｃ）／Σ（４／３π（Ｒｃ／２）３×σｃ×nｃ） （３）
ここで、Ｇｔはトナー１gあたりの全投影面積、Ｇｃはキャリア１gあたりの全実表面積、Ｃ×１００はトナー濃度、Ｒｔはトナー粒径分布に区切ったヒストグラムデータの各チャンネル毎のトナー代表径、ｎｔは該各チャンネルの領域に含まれるトナーの個数、σtはトナーの密度、Ｒｃはキャリア粒径分布に区切ったヒストグラムデータの各チャンネル毎のキャリア代表径、ｎｃは該各チャンネルの領域に含まれるキャリアの個数、σｃはキャリアの密度を表す。
【００１０】
請求項１の現像装置においては、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を１００％以下とする。ここで、上述の（１）、（２）、（３）式に示すように、トナーの全実投影面積Ｓｔは、トナーの粒径分布を反映させた全トナーの実投影面積であり、キャリアの全実表面積Ｓｃは、キャリアの粒径分布を反映させた全キャリアの全実表面積である。そして、トナーの全実投影面積Ｓｔとキャリアの全実表面積の比率から得たトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００は、キャリア全表面積に対するトナーの全被覆面積を表すものである。これは、従来のトナーおよびキャリアの平均粒径より算出するトナー被覆率とは異なり、トナーおよびキャリアの粒径分布を反映させ、実粒径による充填状態をは考慮したものである。このため、実際のトナー被覆状態をより正確に表すものと考えられる。そして、本発明者らは、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００とトナー飛散との関係の実験を重ねた結果、上記現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を１００％以下とすると、トナー飛散が低減することを見出した。すなわち、現像領域において磁気ブラシの根本部から先端部に移動し、トナー被覆率が高くなっている領域のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を１００％以下することで、該領域においてもキャリアとトナーとの静電的付着力が良好なものとなる。このため、該領域における磁気ブラシのトナーは、磁気ブラシの穂の運動にともなう衝撃力および像担持体の回転による気流の影響を受けても、飛散しにくい。よって、トナー飛散を低減することができる。
【００１１】
なお、以下、請求項４、１０または１１において、トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率から算出されるＳｔ／Ｓｃ×１００は、請求項１に記載した（１）、（２）、（３）式から算出されるＳｔ／Ｓｃ×１００と同じものである。
【００１２】
請求項２の発明は、静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを備えた画像形成装置において、上記現像装置として請求項１の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、異なる色の二成分現像剤を用いた複数の現像装置を備えた多色画像形成装置であることを特徴とするものである。
【００１４】
ところで、近年の画像形成装置の高速、高耐久化にともなって、帯電プロセス、露光プロセスの省エネ化、感光体ドラムの長寿命化といった課題がクローズアップされている。これらの課題に対しては、従来よりも比較的低電界で現像を行うことが有効である。その手段の一つとして、比較的帯電量の低い現像剤が用いられる。ところが比較的帯電量低い現像剤では、キャリアのトナー保持力が弱く、トナー飛散がおこりやすくなる。
【００１５】
請求項４の発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤の磁気ブラシを担持して像担持体と対向する現像領域まで搬送する現像剤担持体を備え、該現像領域において該磁気ブラシを該像担持体に接触させながら該像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、上記二成分現像剤の平均帯電量ｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇであり、上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率から求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が８０％以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４の現像装置においては、平均帯電量ｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇと比較的低い帯電量を有する二成分現像剤を用いた場合、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を８０％以下とする。ここで、トナーの全実投影面積Ｓｔとキャリアの全実表面積の比率から得たトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００は、キャリア全表面積に対するトナーの全被覆面積を表すものであり、従来のトナーおよびキャリアの平均粒径より算出するトナー被覆率とは異なり、トナーおよびキャリアの粒径分布を反映させ、実粒径による充填状態をは考慮したものである。このため、実際のトナー被覆状態をより正確に表すものと考えられる。本発明者らは、｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇと比較的低い帯電量の二成分現像剤を用い、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００とトナー飛散との関係の実験を重ねた結果、上記現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を８０％以下とすると、トナー飛散が低減することを見出した。すなわち、帯電量が比較的低く、キャリアのトナー保持力が比較的弱い現像剤を用いても、現像領域下流部のトナー被覆率が高い領域のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を８０％以下することで、該領域においてもキャリアとトナーとの静電的付着力を維持できる。このため、該領域における磁気ブラシのトナーは、磁気ブラシの穂の運動にともなう衝撃力および像担持体の回転による気流の影響を受けても飛散しにくい。よって、トナー飛散を低減することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを備えた画像形成装置において、上記現像装置として請求項４の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、異なる色の二成分現像剤を用いた複数の現像装置を備えた多色画像形成装置であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項２、３、５または６の画像形成装置において、上記現像領域下流部における上記二成分現像剤のトナー平均体積粒径Ｄｔとキャリア平均体積粒径Ｄｃが、Ｄｔ／Ｄｃ≧０．１５の関係を満たすことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項２、３、５、６または７の画像形成装置において、上記キャリア平均体積粒径Ｄｃが４０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項２、３、５、６、７または８の画像形成装置において、上記トナーが無機微粒子からなるの外添剤を含むことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１０の発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤の磁気ブラシを担持して像担持体と対向する現像領域まで搬送し、該現像領域において該磁気ブラシを該像担持体に接触させながら該像担持体上の静電潜像を現像する画像形成方法において、上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃととから求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％以下となるようにすることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１０の画像形成方法においては、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を１００％以下となるようにする。ここで、トナーの全実投影面積Ｓｔとキャリアの全実表面積の比率から得たトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００は、キャリア全表面積に対するトナーの全被覆面積を表すものであり、従来のトナーおよびキャリアの平均粒径より算出するトナー被覆率とは異なり、トナーおよびキャリアの粒径分布を反映させ、実粒径による充填状態を考慮したものである。このため、実際のトナー被覆状態をより正確に表すものと考えられる。本発明者らは、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃとトナー飛散との関係の実験を重ねた結果、上記現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を１００％以下とすると、トナー飛散が低減することを見出した。すなわち、現像領域において磁気ブラシの根本部から先端部に移動し、トナー被覆率が大きくなっている領域のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を１００％以下することで、該領域においてもキャリアとトナーとの静電的付着力を維持できる。このため、該領域における磁気ブラシのトナーが磁気ブラシの穂の運動にともなう衝撃力および像担持体の回転による気流の影響を受けにくくなる。よって、トナー飛散を低減することができる。さらに、プロセスコントロールをした場合、現像装置からのトナー飛散によりプロセスコントロールが誤差を含みやすいが、これを防止することもできる。
【００２４】
請求項１１の発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤の磁気ブラシを担持して像担持体と対向する現像領域まで搬送し、該現像領域において該磁気ブラシを該像担持体に接触させながら該像担持体上の静電潜像を現像する画像形成方法において、上記二成分現像剤の平均帯電量ｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇであり、上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとから求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が８０％以下であることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１１の画像形成方法においては、平均帯電量ｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇと比較的低い帯電量を有する二成分現像剤を用いた場合、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を８０％以下とする。ここで、トナーの全実投影面積Ｓｔとキャリアの全実表面積の比率から得たトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００は、キャリア全表面積に対するトナーの全被覆面積を表すものであり、従来のトナーおよびキャリアの平均粒径より算出するトナー被覆率とは異なり、トナーおよびキャリアの粒径分布を反映させ、実粒径による充填状態をは考慮したものである。このため、実際のトナー被覆状態をより正確に表すものと考えられる。本発明者らは、｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇと比較的低い帯電量の二成分現像剤を用い、現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００とトナー飛散との関係の実験を重ねた結果、上記現像領域下流部側の磁気ブラシ先端部のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を８０％以下とすると、トナー飛散が低減することを見出した。すなわち、帯電量が比較的低く、キャリアのトナー保持力が比較的弱い現像剤を用いても、現像領域において磁気ブラシの根本部から先端部に移動し、トナー被覆率が大きくなっている領域のトナーの被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を８０％以下することで、該領域においてもキャリアとトナーとの静電的付着力を維持できる。このため、該領域における磁気ブラシのトナーが磁気ブラシの穂の運動にともなう衝撃力および像担持体の回転による気流の影響を受けにくくなる。よって、トナー飛散を低減することができる。さらに、プロセスコントロールをした場合、現像装置からのトナー飛散によりプロセスコントロールが誤差を含みやすいが、これを防止することもできる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る画像形成装置の全体的な構成について説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
図１に示すように、像担持体として、４つの感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋが設けられており、レジストローラ５側からイエロー（以下、「Ｙ」という）、マゼンタ（以下、「Ｍ」という）、シアン（以下、「Ｃ」という）、ブラック（以下、「Ｋ」という）に対応する各感光体ドラムが並列配置されている。各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、それぞれに対して設けられた帯電手段としての帯電装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにより、その表面を例えば負極性に一様に帯電される。そして、帯電された各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、光書込ユニット２によって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各カラー画像データの光書込が行われる。これにより、各感光体ドラム上に各画像データに対応した静電潜像が形成される。該静電潜像は、各感光体ドラムのそれぞれに対して設けられた現像手段としての現像装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋによって、負極性に帯電された各色トナーにより反転現像され、各感光体ドラムに各色のトナー像が形成される。
【００２７】
次いで、給紙部３，４からレジストローラ５を経て、各感光体ドラムと転写ユニット６との間に形成される転写材搬送経路の各転写領域に転写材が給紙される。転写ユニット６は、駆動ローラ、従動ローラ、テンションローラの複数個のローラに掛け渡されて転写材搬送方向（図中矢印Ａ方向）に循環移動する搬送ベルト６０を有している。
【００２８】
給紙部３，４から給紙された転写材は、該転写ベルト６０に静電的に吸着されて、該転写ベルト６０の循環移動により図中矢印Ａ方向に向けて搬送される。このとき、転写材は、各感光体ドラムに形成された各色トナー像の先端が、搬送ベルト６０との対向点である各転写領域に回転搬送されてくるタイミングで、その印字開始位置が該対向点に一致するように搬送される。そして、各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ上に形成された各色トナー像は、各感光体ドラムと対向するように転写ベルト６０の裏面側にそれぞれ配置された転写手段としての転写ローラによって、順次、転写材上に重ね合わされて転写される。具体的には、各転写ローラによって、転写ベルト６０がトナーの極性と反対の極性（ここでは正極性）に帯電されることにより、各感光体ドラム上の負極性のトナーが転写ベルト６０側に静電力により引き寄せられて、転写材に転写される。
【００２９】
このようにして各色トナー像が転写された転写材は、転写ベルト６０から分離した後、定着装置７に搬送されて該転写材上に転写されたトナー画像が定着された後、カラー画像として機外に排出される。
【００３０】
一方、上記トナー像の転写材への転写後、各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ上に残留した転写残トナーは、各感光体ドラムに対して設けられたクリーニング手段としてのクリーニング装置８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋのクリーニング装置により除去される。このようにしてクリーニングされた各感光体ドラムは、それぞれの帯電装置１０Ｙ，１０Ｍ、１０Ｃ，１０Ｋによって再び帯電されて、次の画像形成工程に移行する。
【００３１】
次に、現像装置の構成について説明する。現像装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋは、収容される現像剤以外は、同一の構成を有し、同一の動作をするので、現像装置１２として説明する。図２は現像装置１２の概略構成図である。
現像装置１２は、トナー及び磁性キャリアよりなる二成分現像剤（以下、現像剤という）を用いるニ成分現像装置である。現像装置１２は、現像剤担持体としての、表面に多極の磁力を持つ多磁極現像ローラ１３と、多磁極現像ローラ１３に担持されて感光体ドラム１１との対向する現像領域まで搬送される現像剤量を規制するドクタブレード１９と、多磁極現像ローラ１３に供給する現像剤を貯留する現像剤収容部１４と、該現像剤収容部１４内に設けられ、現像剤収容部１４内の現像剤を攪拌するアジテータ１５と、該現像剤収容部１４と連通する現像剤収容部１６と、該現像剤収容部１６内に設けられ、現像剤収容部１６内の現像剤を攪拌するアジテータ１７とを備えている。また、現像剤収容部１６は、トナー補給部１８を介して、図示しないトナーカートリッジと連結されている。この現像装置１２において、多磁極現像ローラ１3とドクターブレード１９との距離Ｇｄは、多磁極現像ローラ１３と感光体ドラム１１との最近接距離Ｇｐよりも大きくなるよう配置されている。また、多磁極現像ローラ１3の主極の中央角度は、多磁極現像ローラ１３と感光体ドラム１１の中央とを結ぶ直線に対して、上流方向に０〜１５°の範囲で傾くよう配置されている。
【００３２】
上記構成の現像装置１２では、アジテータ１５，１７が回転することにより、現像剤収容部１４，１６内に収容されている現像剤が、撹拌されながら多磁極現像ローラ１３近傍へ搬送される。ここで、現像剤中のトナーは磁性キャリアとの撹拌によって摩擦帯電している。この現像剤は、多磁極現像ローラ１３の磁力により、多磁極現像ローラ１３上に汲み上げられる。多磁極現像ローラ１３上の現像剤は、ドクタブレード１９で規制されながら、さらに電荷を付与され、薄層化された状態で、現像領域まで搬送される。多磁極現像ローラ１３には図示しない現像バイアス電源によって現像バイアスが印加されており、現像領域における多磁極現像ローラ１３と感光体ドラム１１との間に現像電界が形成されることで、多磁極現像ローラ１３上の帯電したトナーを感光体ドラム１１に向けて供給する。現像終了後の現像剤は多磁極現像ローラ１３によって搬送され、再び現像剤収容部１４内に戻される。
【００３３】
また、現像剤収容部１４，１６内の現像剤のトナー濃度は、感光体ドラム１１上に基準画像を形成し、この基準画像の光学濃度を図示しない光学濃度検出手段によって検出し、感光体ドラム１１地肌部の光学濃度との比をとり、この比に基づいて推測する。これに基づき、充分な画像濃度が得るためにトナー濃度が適当な範囲になるよう、トナー補給部１８を制御する。このトナー補給部１８を介して図示しないトナーカートリッジ内のトナーを現像剤収容部１６内の現像剤に補給する。
【００３４】
ここで、本実施形態の画像形成装置に用いる現像剤について説明する。
トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤からなる混合物を、熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これを粉砕分級して得られる母体粒子に、添加剤をヘンセルミキサー等で混合付着させることによって得られる。この場合の結着樹脂、着色剤としては、従来からトナー用結着樹脂として利用されてきたものの全てが適用される。結着樹脂では軟化点９０〜１５０°Ｃ、ガラス転移温度５０〜７０°Ｃ、数平均分子量２０００〜６０００、重量平均分子量８０００〜１５００００を示すものが特に好ましい。又、着色剤のトナー粒子における含有量は２〜１２％程度が着色力、帯電性維持のバランスを考慮すると最適である。一方、離型剤としては、公知のもの全てが使用できるが、特にカルナウバワックス、モンタンワックス、及び酸化ライスワックスを単独、又は組み合わせで用いることが好ましい。離型剤の使用量としては、トナー樹脂成分に対して１〜１０％の範囲が良く、トナーバインダー中に分散させる前の離型剤の平均体積粒径は特に１０〜３００μｍが好ましい。
【００３５】
また、トナー粒子は平均粒径が１０μｍ以下のものを使用する。高画質化に対応して、トナー粒子を小粒径化することが好ましい。しかし、過度に小径すぎるとトナー飛散等の制御が難しくなるので、平均粒径が５〜８μｍのものが適当である。
【００３６】
キャリアは、磁性を有した核体粒子に必要に応じて被覆層を設けたものを用いる。核体粒子としては従来より公知の磁性体が使用され、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属やマグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の合金あるいは化合物が挙げられる。また、被覆層に用いられる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン；ポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル及びポリビニルケトン；塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体；スチレン／アクリル酸共重合体；オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコン樹脂のようなシリコン樹脂又はその変性品（例えばアルキド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン等）；弗素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトポリカーボネート；アミノ樹脂、例えば尿素・ホルムアルデヒド樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。
キャリア抵抗の調整等の目的で、被覆層中に微粉体を添加することができる。被覆層中に分散される微粉末は、０．０１〜５．０μｍ程度の粒径のものが好ましい。また該微粉末は被覆樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部添加されることが好ましく、特に５〜２０重量部が好ましい。微粉末としては従来より公知のものが使用され、例えばシリカ、アルミナ、チタニア等の金属酸化物やカーボンブラック等の顔料が挙げれれる。
【００３７】
ところで、上記画像形成装置において、現像剤収容部１４，１６中セットされたキャリアの量が同じでも、キャリアのトナー被覆状態が異なり、トナーとキャリアとの安定した摩擦帯電が行われず、トナー飛散が増大することがある。トナー飛散を低減するためには、キャリアのトナー被覆状態を考慮する必要がある。以下、これについて詳細に説明する。
【００３８】
まず、キャリアのトナー被覆状態を表し方について説明する。
従来、トナー被覆率は、トナーおよびキャリアの平均粒径のみを用いて算出されていた。しかしながら、上記平均粒径のみを用いて算出したトナー被覆率では、トナーおよびキャリアの粒径分布に関わらず平均粒径が同値であれさえすれば、同じトナー被覆率となるため、粒径分布を考慮した実粒径の充填状態は計算しきれず、正確性に欠ける。
【００３９】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、トナー被覆状態を、トナーの粒径分布全て、およびキャリアの粒径分布全てを含んだ比率と考えて算出した。すなわち、トナーの粒径を所定の領域に細分化して、それらの各領域でトナーの全投影面積を算出する。同様に、キャリアも粒径を所定の領域に細分化して、それらの各領域でキャリアの全表面積を算出する。各領域で算出したトナーの全投影面積、キャリアの全表面積の総和であるトナーの全実投影面積Ｓｔ、キャリアの全実表面積Ｓｃの比率からトナー被覆率を算出する。すなわち、トナー被覆率＝（トナーの全実投影面積Ｓｔ）／（キャリアの全実表面積Ｓｃ）×１００とする。
【００４０】
さらに、トナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００の算出方法について詳細に説明する。
トナーの全実投影面積を算出する。先ず、トナーの粒径をコールターカウンター等の粒度分布測定器を用いて測定し、細分化したトナー粒径分布に区切ったヒストグラムデータに集約する。それを各チャンネルとして、各チャンネル毎のトナー代表径Ｒｔ（チャンネルの上下端の粒径の平均値）とそのチャンネル領域に含まれるトナーの個数ｎtを用いて、代表粒径の球の投影面積×個数を求め、その値を全チャンネルの総和をｓ１とする。ｓ１＝Σ（π（Ｒｔ／２）２×nｔ）となる。次に各チャンネルの代表粒径の粒子質量×個数を求め、総和をｗ１とする。ｗ１＝Σ（４／３π（Ｒｔ／２）３×σt×ｎｔ）となる。ここでσtはトナーの密度を表す。これより、トナー１ｇあたりの全実投影面積Ｇｔ＝ｓ１×（１ｇ／ｗ１）が導かれる。
【００４１】
同様にキャリアの全実表面積を算出する。キャリアの粒径をコールターカウンター等の粒度分布測定器を用いて測定し、細分化したキャリア粒径分布に区切ったヒストグラムデータに集約する。それを各チャンネルとして、各チャンネル毎のキャリア代表径Ｒｃ（チャンネルの上下端の粒径の平均値）とそのチャンネル領域に含まれるキャリアの個数ｎｃを用いて、代表粒径の球の表面積×個数を求め、その値を全チャンネルの総和をｓ２とする。ｓ２＝Σ（４π（Ｒｃ／２）２×ｎｃ）となる。次に各チャンネルの代表粒径の粒子質量×個数を求め、総和をｗ２とする。ｗ２＝Σ（４／３π（Ｒｃ／２）３×σc×ｎｃ）となる。ここでσｃはキャリアの密度を表す。これより、キャリア１ｇあたりの全実表面積Ｇｃ＝ｓ２×（１ｇ／ｗ２）が導かれる。
【００４２】
ここで、Ｓｔ／Ｓｃは、トナーの全質量Ｍｔ、キャリアの全質量Ｍｃとして、Ｓｔ／Ｓｃ＝Ｇｔ×Ｍｔ／Ｇｃ×Ｍｃで表される。また、トナー濃度をＣ×１００％とするとＣ＝Ｍｔ／（Ｍｔ＋Ｍｃ）より、Ｍｔ／Ｍｃ＝Ｃ／（１−Ｃ）となる。
これらより、Ｓｔ／Ｓｃ＝Ｃ・Ｇｔ／（１−Ｃ）・Ｇｃ・・・（１）
ここで、Ｇｔはトナー１ｇあたりの全実投影面積、Ｇｃはキャリア１ｇあたりの全実表面積、Ｃはトナー濃度である。
【００４３】
これは、トナーの粒径分布全て、およびキャリアの粒径分布全てを含んだ実粒径からの算出法であるので、より実際に近い充填状態を定量化した値を表しているといえる。
【００４４】
さらに、多磁極現像ローラ１３と感光体ドラム１１とが対向する現像領域上流部と下流部とでは、現像領域を通過することで現像剤が移動し、トナー被覆率も異なると考えられる。図３は、高画像面積（黒ベタ）通紙時における、現像領域における現像剤の挙動をしめすモデル図である。多磁極現像ローラ１３の回転にともない、多磁極現像ローラ１３上に現像剤の磁気ブラシ２０が形成される。そして、現像領域においては、磁気ブラシ２０の穂が感光体ドラム１１と接触する。図３に示すように、現像領域上流部の磁気ブラシ２０では、トナーがキャリアに比較的均一に保持されている。一方、現像領域中では、多磁極現像ローラ１３と感光体ドラム１１との間に形成される電界により、磁気ブラシ２０でトナーが多磁極現像ローラ１３側から感光体ドラム１１側へ移動する。これにより、磁気ブラシ２０の先端部がトナー過剰で被覆率が高い状態となる。そして、現像領域下流部へ到ると、磁気ブラシ２０先端部の局所的に高被覆率となっている部分よりトナー飛散が多くおこることが確認された。これは、磁気ブラシ２０の穂が磁極の影響で立ちあがったり寝たりする際に働く衝撃力、あるいは、感光体ドラムの連れまわりにより発生する気流の影響で、磁気ブラシ２０先端部の局所的に高被覆率となっている部分よりトナー飛散が多くおこると考えられる。このように、トナー飛散は、現像領域上流部よりも現像領域下流部の方が増大する傾向があり、特に現像領域下流部におけるトナー飛散を抑える必要がある。なお、低画像面積（白ベタ）通紙時においては、上述のような現象は起こり難く、多磁極現像ローラ１３上の磁気ブラシは、多磁極現像ローラ１３近傍側（根元部）で多くトナーを保持していた。
【００４５】
そして、本発明者らは、現像領域下流部の磁気ブラシ先端部におけるキャリア上のトナーの被覆状態観察、トナー飛散量測定などの実験を重ねた。この結果、図４にしめすような、現像領域下流部におけるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００とトナー飛散量の関係を得た。図４では、トナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００の上昇とともにトナー飛散量は増加しており、その挙動は指数関数的な上昇となっている。また、磁気ブラシ先端のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％以上になるとトナー飛散量が増大し、これ以下では飛散量が少ない。即ち、Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％前後にトナー飛散低減の臨界点があると判断できる。なお、上記実験の複写条件はＡ３全ベタ画像の連続通紙であり、使用した現像剤の平均帯電量はｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜＞２０μＣ／ｇである。
【００４６】
現像領域下流部の現像剤の磁気ブラシ先端部のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％以下においては、キャリア表面の露出部分（トナーが付着される場所）に余裕度があり、帯電したトナーがこのキャリア表面の露出部分に静電付着し、トナーがキャリアに安定して保持される。このため、現像領域通過時、あるいは現像領域通過後に、磁気ブラシの穂が磁極の影響で立ちあがったり寝たりする際に働く衝撃力、あるいは、感光体ドラムの連れまわりにより発生する気流の影響を受けても、トナーが飛散しにくいものと考えられる。
【００４７】
また、キャリア平均体積粒径は３０〜４０μｍの範囲のものを使用するのが良い。このような、小粒径キャリアでは、４０μｍ以上のキャリアに比べて、同重量あたりに含まれるキャリア数が増えるので、キャリア比表面積が増えることになる。よって、キャリア表面に保持できるトナーの数が多くなる。すなわち、トナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が余裕度が生じるため、トナー飛散を低減し易い。また、キャリア小粒径化によってキャリア付着が問題となるが、キャリア芯材の透磁率を高めに設定することで、改善することができる。これらの課題を完全に両立して解決するのは困難であるが、他の条件に対応し、両者のバランスをとった使いこなしによって、トナー飛散とキャリア付着の低減を同時に実現することができる。
【００４８】
また、トナーの外添剤として無機微粒子を添加することが、トナー飛散の低減、および画像品質の維持に有効である。特にシリカ、酸化チタンの無機微粒子を選択的に添加するのが好ましい。このような外添剤により、トナーの流動性が良いくなり、トナーの分散性、帯電立ち上がり性が向上し、トナー飛散の低減に効果を発揮する。
【００４９】
以下、実施例１，２，３，４，５，６，７，８を用いて、更に詳細に説明する。なお、以下説明での組成は全て重量基準である。
【００５０】
トナー
・スチレン-ｎ-ブチルアクリレート共重合体（共重合比８３／１７） ９０部
（Ｍｎ＝１２０００、Ｍｗ／Ｍｎ＝２４、Ｔｇ＝５４℃）
・カーボンブラック １０部
・フェノール誘導体（ボントロンＥ８９、オリエント化学社製） ２部
・ポリプロピレンワックス（サンワックス６６０Ｐ、三洋化成社製） ２部
これらの混合物をヘンシェルミキサー中で十分攪拌混合した後、ロールミルで約３０分間加熱溶融し、室温まで冷却後得られた混練物を粉砕分級し、平均体積粒径５．０、６．８，８．６μｍの分級品を得た。この分級品１００部に対し、シリコーンオイル処理をしたシリカ微粒子０．８部と酸化チタン微粒子０．２部を添加混合し、トナーを得た。トナーの外添剤として、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子を添加した。
【００５１】
キャリア
フェライトコア材に対し、シリコン樹脂溶液（信越化学社製）２００部、カーボンブラック（キャボット社製）３部をトルエン中にて溶解分散させたコート液を流動層式スプレー法にて塗布し、コア材表面を被覆した後、３００℃の電気炉で２時間焼成しシリコン樹脂コートキャリアを得た。
【００５２】
現像剤
上記のトナーとキャリアを混合し、二成分現像剤を調整した。この際のトナー濃度を調整して、初期現像剤の被覆率を上述の式（１）から求めた。なお、トナー、およびキャリアの粒径分布測定は、コールターカウンターＴＡＩＩ型（米国コールターエレクトロニクス社）を使用した。トナーの重量比、および帯電量の測定は従来より公知のブローオフ測定器を常温常湿の環境で使用した。
【００５３】
実験・評価
まず、初期のトナー濃度よりトナー被覆率を任意に設定した上記現像剤を、上記現像装置１３に供給し、これを搭載したＲｉｃｏｈ製の従来複写機にてＡ３サイズの全ベタ画像（画像面積率８０％以上）を少なくとも２０００枚以上の連続通紙した。複写後、以下の方法で、現像領域下流部（出口側）の現像剤の磁気ブラシ先端部をサンプリングし、その際のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００と複写後までのトナー飛散量との関係を調べた。
現像領域下流部の磁気ブラシ先端のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００は、現像後の多磁極現像ローラ１３上の磁気ブラシを光学顕微鏡等で詳細に観察し、トナーとキャリアの全実表面積から画像処理等の方法で正確に算出するのが最も良いと考えられるが、簡易的には、現像後の多磁極現像ローラ１３上の現像剤を、なるべく磁気ブラシの表層部のみサンプリングすることで代用が可能である。
また、トナー飛散の評価であるが、あらかじめ画像形成装置内の現像領域下流部に粉塵量測定装置（例えば、レーザーダストモニター（日立電子エンジニアリング製））を設置し、複写後までに測定される飛散トナーの実重量値を測定した。これに基づき、総合的なトナー飛散量レベルを◎、○、△、×の４段階で評価した。◎は、トナー飛散がほとんど発生していない場合、○はトナー飛散が少ない場合、△はトナー飛散が発生しているが多くはない場合、×はトナー飛散が多く問題となる場合である。評価においては、◎、○、△を「許容」と、×を「非許容」と判断した。
【００５４】
表１は、実施例１〜８、比較例１に関して、トナー平均体積粒径Ｄｔ（μｍ）、キャリア平均体積粒径Ｄｃ（μｍ）、トナー/キャリアの平均体積粒径比（Ｄｔ／Ｄｃ）、現像領域下流部でサンプリングした現像剤のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００（％）と、その際のトナー飛散性の評価結果を示したものである。
【００５５】
【表１】
［実施例１，２、比較例１］
実施例１、２、比較例１では、トナー平均体積粒径Ｄｔ６．８μｍ、キャリア平均体積粒径Ｄｃ３５μｍのものを使用し、現像領域下流部の現像剤のトナー被覆率を５０〜１３０％の範囲で変化させた。また、現像剤の平均帯電量ｑ／ｍは、少なくとも｜ｑ／ｍ｜＞２０μＣ／ｇを満たすことを確認した。
【００５７】
この結果、トナー被覆率が５０％、９０％ではトナー飛散の評価が◎であったが、１３０％になると、評価が×であった。このことから、現像領域下流部の磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率より得たトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％以下とすると、トナー飛散を低減することができる。
【００５８】
［実施例３，４，５，６，７，８］
実施例３，４，５，６，７，８では、トナー平均体積粒径Ｄｔを５．０、６．８，８．６μｍ、キャリア平均体積粒径Ｄｃ２５，３５，４５，５５μｍのものを使用し、キャリア平均体積粒径Ｄｃに対するトナー平均体積粒径ＤｔをＤｔ／Ｄｃを変化させた。トナー被覆率は９０％とした。また、現像剤の平均帯電量ｑ／ｍは、少なくとも｜ｑ／ｍ｜＞２０μＣ／ｇを満たすことを確認した。
【００５９】
この結果、Ｄｔ／Ｄｃ≧０．１５では、トナー飛散の評価が◎、○であるのに対して、Ｄｔ／Ｄｃ＜０．１５では評価が△であった。Ｄｔ／Ｄｃ≧０．１５の関係を満たすことは、トナー平均体積粒径Ｄｔに対するキャリア平均体積粒径Ｄｃの比を小さくする。すなわち、現像剤の重量あたりのトナー表面積に対するキャリア比表面積が比較的大きくすることを意味している。つまり、トナー被覆率の余裕度が向上することであり、トナー飛散の低減に有利である。
【００６０】
また、キャリアを小粒径化すると、Ｄｔ／Ｄｃ≧０．１５を満たす範囲においても、比較的小粒径のトナーを使うことができる。よって、トナーの小粒径化による高画質化を図ることができる。
【００６１】
［実施例２，６，８］
実施例２，６，８では、トナー平均体積粒径Ｄｔを６．８μｍとし、キャリア平均体積粒径Ｄｃを３５，４５，５５μｍと変化させた。トナー被覆率は９０％とした。また、現像剤の平均帯電量ｑ／ｍは、少なくとも｜ｑ／ｍ｜＞２０μＣ／ｇを満たすことを確認した。
【００６２】
この結果、全てのキャリア平均体積粒径Ｄｃにおいて、トナー飛散レベルは評価△以上（許容範囲）であるが、トナー飛散が確実に低減する評価◎となるのはキャリア平均体積粒径Ｄｃが３５μｍの場合のみであった。キャリア平均体積粒径Ｄｃが小さい４０μｍ以下のキャリアを用いると、現像剤の重量あたりのトナー表面積に対するキャリア比表面積が大きくなる。つまり、トナー被覆率の余裕度が向上することであり、トナー飛散の低減に有利である。
【００６３】
また、近年の画像形成装置の高速、高耐久化にともなって、帯電プロセス、露光プロセスの省エネ化、感光体ドラムの長寿命化、といった課題がクローズアップされている。これらの課題に対しては、従来よりも比較的低電界で現像を行うことが要求され、その手段の一つとして、比較的帯電量ｑ／ｍの低い現像剤を用いることがおこなわれている。ところが比較的帯電量の低い現像剤では、キャリアのトナー保持力が弱く、トナー飛散がおこりやすくなる。
【００６４】
本発明者らは、平均帯電量ｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇと比較的低い帯電量を有する現像剤を用いて、現像領域下流部の磁気ブラシ先端部におけるキャリア上のトナーの被覆状態観察、トナー飛散量測定などの実験を重ねた。この結果、図５にしめすような、現像領域下流部におけるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００とトナー飛散量の関係を得た。図５で、（１）は｜ｑ／ｍ｜＞２０μＣ／ｇを満たす現像剤、（２）は｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇを満たす現像剤でのトナー飛散量を示している。図５に示すように、（１）の｜ｑ／ｍ｜＞２０μＣ／ｇを満たす現像剤、（２）の｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇを満たす現像剤とも、磁気ブラシ先端のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００の上昇とともにトナー飛散量は増加しており、その挙動は指数関数的な上昇となっている。また、｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇを満たす現像剤は、磁気ブラシ先端のトナー被覆率が８０％以上になると、トナー飛散量が増大し、これ以下では飛散量が少ない。即ち、｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇを満たす現像剤では、Ｓｔ／Ｓｃ×１００が８０％前後にトナー飛散低減の臨界点があると判断できる。
【００６５】
以下、実施例９を用いて、更に詳細に説明する。なお、平均帯電量ｑ／ｍ以外のトナー、キャリア、現像剤、および実験・評価については、上記実施例１〜８と同様である。
【００６６】
表２は、実施例９、比較例２，３に関して、トナー平均体積粒径Ｄｔ（μｍ）、キャリア平均体積粒径Ｄｃ（μｍ）、トナー/キャリアの平均体積粒径比（Ｄｔ／Ｄｃ）、現像領域下流部でサンプリングした現像剤のトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００（％）と、その際のトナー飛散性の評価結果を示したものである。
【００６７】
【表２】
［実施例９、比較例２，３］
実施例９、比較例２，３では、トナー平均体積粒径を６．８μｍ、キャリア平均体積粒径を３５μｍのものを使用し、現像領域下流部の現像剤のトナー被覆率を５０〜１３０％の範囲で変化させた。また、現像剤の平均帯電量ｑ／ｍは、少なくとも｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇを満たすことを確認した。
【００６９】
この結果、トナー被覆率が５０％ではトナー飛散の評価が◎であったが、９０％、１３０％になると、評価が×であった。表１の｜ｑ／ｍ｜＞２０μＣ／ｇを満たす現像剤の結果と比較すると、比較的帯電量の低い現像剤を用いた場合、トナー飛散に対してトナー被覆率の上限値が低くなる。言い換えれば、｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇを満たす現像剤を用いても、現像領域下流部の磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率より得たトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が８０％以下とすると、トナー飛散を低減することができる。
【００７０】
なお、表１、表２の結果は、現像装置１２からのトナー飛散の評価であるが、上記にて現像装置からのトナー飛散量が低減されれば、画像形成装置についてはトナー飛散による装置機内、機外への汚染の防止ができる。また、画像形成方式についてはプロセスコントロール不良の防止ができる。さらに、本実施形態に示したように、異なる色の現像剤を用いた複数の現像装置を備えた多色画像形成装置に適用すれば、各トナーの混色による画像品質劣化の防止できる。
【００７１】
以上述べたように、現像領域下流部の磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率より得たトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を規定範囲内になるようにすることで、現像装置１２からのトナー飛散が低減できる。
また、静電潜像を担持する像担持体としての感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１上の静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、現像装置として本実施形態の現像装置１３を用いる。これにより、トナー飛散を低減できるので、画像形成装置内、装置外の汚染が防止できる。
また、上記画像形成装置を異なる色の二成分現像剤を用いた複数の現像装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋを備えた多色画像形成装置とする。これにより、各トナーの混色による画像品質劣化の防止できる。
また、上記現像領域下流部における二成分現像剤のトナー平均体積粒径Ｄｔとキャリア平均体積粒径Ｄｃが、Ｄｔ／Ｄｃ≧０．１５の関係を満たすものとする。ここで、画像の高画質化を図るためには、トナーを小粒径化することが望まれる。しかしながら、トナーを小粒径化する程、重量あたりのトナー投影面積Ｓｔが増加してトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が増えるため、トナー飛散が増大しやすい。そこで、キャリア平均体積粒径Ｄｃに対するトナー平均体積粒径ＤｔをＤｔ／Ｄｃを０．１５以上と規定することで、Ｓｔの増加を抑える。これにより、上記トナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００の増加を抑え、トナー飛散の低減に有利とする。
また、上記キャリア平均体積粒径Ｄｃが４０μｍ以下のものととする。このような平均体積粒径Ｄｃが４０μｍ以下の小粒径キャリアを用いることで、同重量あたりのキャリア全実表面積Ｓｃが増える。よって、上記トナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００を低めにすることができ、トナー飛散の低減に有利である。
また、上記トナーが無機微粒子からなる外添剤を含むものとする。これにより、トナーの流動性が良くなる。そこで、補給されるトナーの分散性、帯電の立ち上がりが良くなり、摩擦帯電が良好に行われる。よって、トナー飛散の低減に有利である。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１乃至１１の発明によれば、トナー飛散を低減することのできるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】 現像装置の概略構成図。
【図３】 現像領域における現像剤の挙動をしめすモデル図。
【図４】 現像領域下流部におけるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００とトナー飛散量の関係を示す図。
【図５】 低帯電量の現像剤を用いた場合の、現像領域下流部におけるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００とトナー飛散量の関係を示す図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile, and a printer, a developing device used therefor, and an image forming method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a two-component developing device that develops an electrostatic latent image on an image carrier using a two-component developer composed of a toner and a carrier has been widely used. In the two-component developing device, when the ratio of the portion where the toner is in contact with the carrier surface (hereinafter referred to as toner coverage) increases, the number of places where the toner comes into contact with the carrier and is triboelectrically charged decreases. It becomes insufficient. For this reason, the force with which the carrier holds the toner is reduced, and the toner scatters easily.
[0003]
Therefore, in order to reduce toner scattering, a two-component developing device that controls the toner coverage to be within a specified range has been proposed by paying attention to the toner coverage of the carrier.
[0004]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-312105, development is performed in which the toner concentration in the developer stirring chamber is set so that the carrier coverage Tn expressed by the following formula is 130% or less, and the toner concentration in the agent stirring chamber is controlled. A device is proposed.
Tn = 100C√3 / {2π (100−C) · (1 + r / R) 2 (R / R) / (ρt / ρc)}
Here, C is the toner density, r is the toner radius, R is the radius of the magnetic carrier, ρt is the true specific gravity of the toner, and ρc is the true specific gravity of the magnetic carrier. According to this developing device, toner scattering can be reduced by controlling the toner concentration so as to be in the range of the carrier coverage Tn.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the developing device described in the above publication, toner scattering may increase. This indicates that it is not sufficient to control the toner density so as to be in the range of the toner coverage Tn.
[0006]
Incidentally, the toner coverage shown in the above publication is calculated from the average particle diameter of the toner and the average particle diameter of the carrier, and does not consider the particle size distribution of the toner and the carrier. That is, the coverage calculated using the average particle diameter of the toner and the average particle diameter of the carrier has the same coverage as long as the average particle diameter is the same regardless of the toner particle diameter distribution and the carrier particle diameter distribution. Therefore, the filling state by the actual particle diameter of the toner and the carrier in consideration of the particle diameter distribution is not considered. Therefore, it is considered that the conventional control with the toner coverage ratio Tn may cause the toner scattering to be large or small even at the same coverage ratio.
[0007]
The developing device described in the above publication relates to the developer in the developer reservoir in the upstream area of the development area, and does not relate to the toner coverage in the downstream area of the development area. Here, it is considered that the developer moves by passing through the development area and the toner coverage is different between the upstream area and the downstream area of the development area. In the development area, an electric field is formed between the image carrier and the developer carrier, and the toner moves from the magnetic brush carried on the developer carrier to the image carrier. In this process, the toner moves from the vicinity of the developer carrying member (root) of the magnetic brush to the vicinity of the image carrier (tip), and the toner coverage at the tip of the magnetic brush increases at the downstream of the development region. When the tip of the magnetic brush (the tip of the carrier ear) with a high toner coverage is affected by the impact force accompanying the movement of the ear or the airflow generated by the rotation of the image carrier, more toner is scattered. I think that. That is, the toner scattering tends to increase in the downstream area of the developing area rather than the upstream area of the developing area, and it is particularly necessary to suppress the toner scattering in the downstream area of the developing area.
[0008]
The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide a developing device, an image forming apparatus, and an image forming method capable of reducing toner scattering.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 comprises a developer carrying member that carries a magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier and conveys it to a developing region facing the image carrier, In a developing device that develops an electrostatic latent image on the image carrier while bringing the magnetic brush into contact with the image carrier in a development region, all actual projection of the toner at the tip of the magnetic brush downstream of the development region The area St and the total actual surface area Sc of the carrier Toner coverage obtained from St / Sc × 100 Is 100% or less. The ratio St / Sc of the total actual projected area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier is:
St / Sc = C · Gt / (1-C) ・ G c (1)
Gt = Σ (π (Rt / 2 ) 2 × nt) / Σ (4 / 3π (Rt / 2) 3 × σt × nt) (2)
Gc = Σ (4π (Rc / 2) 2 × nc) / Σ (4 / 3π (Rc / 2) 3 × σc × nc) (3)
Where Gt is toner 1 Total projected area per g, Gc is carrier 1 Total real surface area per g, C × 100 Is the toner density, Rt is the toner representative diameter for each channel of the histogram data divided into the toner particle size distribution, nt is the number of toners contained in the area of each channel, σt is the toner density, and Rc is the carrier particle size distribution The carrier representative diameter for each channel of the histogram data divided into two, nc represents the number of carriers included in the area of each channel, and σc represents the carrier density.
[0010]
In the developing device according to claim 1, the toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush on the downstream side of the developing region × 100 Is 100% or less. Here, as shown in the above formulas (1), (2), and (3), the total actual projected area St of the toner is the actual projected area of the total toner reflecting the toner particle size distribution, and the carrier The total actual surface area Sc is the total actual surface area of all carriers reflecting the particle size distribution of the carriers. The toner coverage St / Sc obtained from the ratio of the total actual projected area St of the toner to the total actual surface area of the carrier × 100 Represents the total coated area of the toner relative to the total surface area of the carrier. This is different from the toner coverage calculated from the average particle diameter of the conventional toner and carrier, and reflects the particle size distribution of the toner and carrier and takes into account the filling state based on the actual particle diameter. For this reason, it is considered that the actual toner covering state is expressed more accurately. Then, the inventors have covered the toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush on the downstream side of the development area. × 100 As a result of repeated experiments on the relationship between toner and toner scattering, the toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush on the downstream side of the development region × 100 It has been found that toner scattering is reduced when the toner content is 100% or less. In other words, the toner coverage ratio St / Sc in the development area where the toner coverage is high due to the movement from the root of the magnetic brush to the tip. × 100 By setting the ratio to 100% or less, the electrostatic adhesion between the carrier and the toner can be improved even in this region. For this reason, the toner of the magnetic brush in the region is less likely to scatter even under the influence of the impact force accompanying the movement of the ears of the magnetic brush and the airflow caused by the rotation of the image carrier. Therefore, toner scattering can be reduced.
[0011]
In the following, the St / Sc calculated from the ratio of the total actual projected area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier according to
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: an image carrier that carries an electrostatic latent image; and a developing device that develops the electrostatic latent image on the image carrier. The developing device is used.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the image forming apparatus of the second aspect, the multicolor image forming apparatus includes a plurality of developing devices using two-component developers of different colors.
[0014]
By the way, with the recent increase in the speed and durability of image forming apparatuses, problems such as charging process, energy saving of exposure process, and long life of the photosensitive drum have been highlighted. For these problems, it is effective to perform development with a relatively low electric field as compared with the prior art. As one of the means, a developer having a relatively low charge amount is used. However, with a developer having a relatively low charge amount, the toner holding power of the carrier is weak, and toner scattering tends to occur.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a developer carrier that carries a magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier and conveys the magnetic brush to a development region facing the image carrier, and the magnetic brush is disposed in the development region. In the developing device for developing the electrostatic latent image on the image carrier while being in contact with the image carrier, the average charge amount q / m of the two-component developer is | q / m | ≦ 20 μC / g, Ratio of the total actual projected area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier at the tip of the magnetic brush at the downstream portion of the developing region Toner coverage obtained from St / Sc × 100 Is 80% or less.
[0016]
5. The developing apparatus according to claim 4, wherein when a two-component developer having an average charge amount q / m of a relatively low charge amount of | q / m | ≦ 20 μC / g is used, the magnetic brush on the downstream side of the development region. Toner coverage St / Sc at the tip × 100 Is 80% or less. Here, the toner coverage St / Sc obtained from the ratio between the total actual projected area St of the toner and the total actual surface area of the carrier × 100 Represents the total coverage area of the toner with respect to the total surface area of the carrier, and differs from the toner coverage calculated from the average particle diameter of the conventional toner and carrier, reflecting the particle size distribution of the toner and carrier, and the actual particle diameter The filling state by is taken into consideration. For this reason, it is considered that the actual toner covering state is expressed more accurately. The inventors have used a two-component developer having a relatively low charge amount of | q / m | ≦ 20 μC / g, and the toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush on the downstream side of the development region × 100 As a result of repeated experiments on the relationship between toner and toner scattering, the toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush on the downstream side of the development region × 100 It has been found that toner scattering is reduced when the ratio is 80% or less. That is, even when a developer having a relatively low charge amount and a relatively weak toner holding power of the carrier is used, the toner coverage ratio St / Sc in the area where the toner coverage ratio is high in the downstream area of the development area × 100 When the ratio is 80% or less, the electrostatic adhesion between the carrier and the toner can be maintained even in this region. For this reason, the toner of the magnetic brush in the region is less likely to scatter even under the influence of the impact force accompanying the movement of the ears of the magnetic brush and the airflow caused by the rotation of the image carrier. Therefore, toner scattering can be reduced.
[0017]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: an image carrier that carries an electrostatic latent image; and a developing device that develops the electrostatic latent image on the image carrier. The developing device is used.
[0018]
The invention according to
[0019]
According to a seventh aspect of the present invention, in the image forming apparatus of the second, third, fifth, or sixth aspect, a toner average volume particle diameter Dt and a carrier average volume particle diameter Dc of the two-component developer in the downstream portion of the development region are Dt /Dc≧0.1 5 It is characterized by satisfying this relationship.
[0020]
According to an eighth aspect of the present invention, in the image forming apparatus of the second, third, fifth, sixth or seventh aspect, the carrier average volume particle diameter Dc is 40 μm or less.
[0021]
According to a ninth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the second, third, fifth, sixth, seventh or eighth aspect, the toner includes an external additive composed of inorganic fine particles.
[0022]
According to a tenth aspect of the present invention, a magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier is carried and conveyed to a development area facing the image carrier, and the magnetic brush is brought into contact with the image carrier in the development area. In the image forming method for developing the electrostatic latent image on the image carrier, the total actual projection area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier at the tip of the magnetic brush downstream of the development area Toner coverage obtained from St / Sc × 100 Is less than 100% To be It is characterized by this.
[0023]
11. The image forming method according to
[0024]
According to an eleventh aspect of the present invention, a magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier is carried and conveyed to a development area facing the image carrier, and the magnetic brush is brought into contact with the image carrier in the development area. In the image forming method for developing the electrostatic latent image on the image carrier, the average charge amount q / m of the two-component developer is | q / m | ≦ 20 μC / g, and The total actual projection area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier at the tip of the magnetic brush Toner coverage obtained from St / Sc × 100 Is 80% or less.
[0025]
12. The image forming method according to
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile, or a printer will be described.
First, the overall configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, four photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K are provided as image carriers. Yellow (hereinafter referred to as “Y”) and magenta (hereinafter referred to as “Y”) are provided from the registration roller 5 side. The photosensitive drums corresponding to “M”, cyan (hereinafter “C”), and black (hereinafter “K”) are arranged in parallel. The surface of each of the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K is uniformly charged to, for example, a negative polarity by charging devices 10Y, 10M, 10C, and 10K as charging means provided for the respective photosensitive drums. Then, each of the charged photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K is optically written with Y, M, C, and K color image data by the
[0027]
Next, the transfer material is supplied from the
[0028]
The transfer material fed from the
[0029]
The transfer material onto which each color toner image has been transferred in this way is separated from the
[0030]
On the other hand, after the transfer of the toner image to the transfer material, the transfer residual toner remaining on the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K is a cleaning device 8Y as a cleaning unit provided for each photosensitive drum. , 8M, 8C and 8K. The photosensitive drums cleaned in this way are charged again by the respective charging devices 10Y, 10M, 10C, and 10K, and the process proceeds to the next image forming process.
[0031]
Next, the configuration of the developing device will be described. Since the developing devices 12Y, 12M, 12C, and 12K have the same configuration and perform the same operation except for the developer stored therein, the developing
The developing
[0032]
In the developing
[0033]
Further, the toner density of the developer in the
[0034]
Here, the developer used in the image forming apparatus of this embodiment will be described.
The toner is a mixture of at least a binder resin, a colorant, and a release agent, melted and kneaded with a hot roll mill, cooled and solidified, and pulverized and classified, and then the additive is added to a Hensel mixer or the like. Obtained by mixing and adhering. As the binder resin and the colorant in this case, all those conventionally used as the binder resin for toner are applied. Particularly preferred binder resins are those having a softening point of 90 to 150 ° C., a glass transition temperature of 50 to 70 ° C., a number average molecular weight of 2000 to 6000, and a weight average molecular weight of 8000 to 150,000. The content of the colorant in the toner particles is about 2 to 12%, which is optimal considering the balance between coloring power and chargeability. On the other hand, as the release agent, all known ones can be used, but it is particularly preferable to use carnauba wax, montan wax, and oxidized rice wax alone or in combination. The amount of the release agent used is preferably in the range of 1 to 10% with respect to the toner resin component, and the average volume particle size of the release agent before being dispersed in the toner binder is particularly preferably 10 to 300 μm.
[0035]
Further, toner particles having an average particle diameter of 10 μm or less are used. It is preferable to reduce the toner particle size in response to high image quality. However, if the diameter is too small, it is difficult to control toner scattering and the like, and those having an average particle diameter of 5 to 8 μm are suitable.
[0036]
As the carrier, a magnetic core particle provided with a coating layer as required is used. As the core particles, conventionally known magnetic materials are used, and examples thereof include ferromagnetic metals such as iron, cobalt, and nickel, and alloys or compounds such as magnetite, hematite, and ferrite. Examples of the resin used for the coating layer include polyethylene, polypropylene, chlorinated polyethylene, chlorosulfonated polyethylene; polyvinyl and polyvinylidene resins such as polystyrene, acrylic resin, polyacrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, Polyvinyl chloride, polyvinyl carbazole, polyvinyl ether and polyvinyl ketone; vinyl chloride / vinyl acetate copolymer; styrene / acrylic acid copolymer; silicone resin such as straight silicone resin composed of organosiloxane bond or a modified product thereof (for example, alkyd Resin, polyester, epoxy resin, polyurethane, etc.); fluorine resin, such as polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polychlorotopoly Boneto; amino resins such as urea-formaldehyde resins, epoxy resins and the like.
A fine powder can be added to the coating layer for the purpose of adjusting the carrier resistance. The fine powder dispersed in the coating layer preferably has a particle size of about 0.01 to 5.0 μm. Moreover, it is preferable that 2-30 weight part of this fine powder is added with respect to 100 weight part of coating resin, and 5-20 weight part is especially preferable. As the fine powder, conventionally known powders are used, and examples thereof include metal oxides such as silica, alumina and titania, and pigments such as carbon black.
[0037]
By the way, in the image forming apparatus, even if the amount of the carrier set in the
[0038]
First, how to express the toner coating state of the carrier will be described.
Conventionally, the toner coverage has been calculated using only the average particle size of toner and carrier. However, in the toner coverage calculated using only the average particle size, the toner coverage is the same as long as the average particle size is the same regardless of the particle size distribution of the toner and the carrier. The filling state of the actual particle size taken into consideration cannot be calculated and is not accurate.
[0039]
Therefore, in the image forming apparatus according to the present exemplary embodiment, the toner covering state is calculated as a ratio including the entire toner particle size distribution and the carrier particle size distribution. That is, the toner particle size is subdivided into predetermined regions, and the total projected area of the toner is calculated in each region. Similarly, the carrier is also subdivided into predetermined regions, and the total surface area of the carrier is calculated in each region. From the total projected area of toner calculated in each region, the total actual projected area St of toner, which is the sum of the total surface area of the carrier, and the ratio of the total actual surface area Sc of the carrier Toner coverage Is calculated. That is, toner coverage = (total actual projected area St of toner) / (total actual surface area Sc of carrier) × 100.
[0040]
Further, toner coverage St / Sc × 100 The calculation method of will be described in detail.
The total actual projected area of the toner is calculated. First, the particle size of the toner is measured using a particle size distribution measuring device such as a Coulter counter, and is collected into histogram data divided into finely divided toner particle size distributions. Using this as each channel, using the toner representative diameter Rt for each channel (average value of the particle diameters at the upper and lower ends of the channel) and the number of toners nt contained in the channel region, the projected area of the sphere with the representative particle diameter × Find the number and calculate the sum of all channels as s 1 And s1 = Σ (π (Rt / 2 ) 2 Xnt). Next, obtain the particle mass x number of representative particle sizes of each channel, and add up the total. w1 And w1 = Σ (4 / 3π (Rt / 2) 3 × σt × nt). Here, σt represents the density of the toner. From this, toner 1g Total actual projected area per area Gt = s 1 × ( 1 g / w1) is derived.
[0041]
Similarly, the total actual surface area of the carrier is calculated. The particle size of the carrier is measured using a particle size distribution measuring device such as a Coulter counter, and is aggregated into histogram data divided into subdivided carrier particle size distributions. Using each channel as a channel, using the carrier representative diameter Rc for each channel (the average value of the particle diameters at the upper and lower ends of the channel) and the number nc of carriers contained in the channel region, the surface area × number of spheres with a representative particle diameter And the sum of all channels is defined as s2. s2 = Σ (4π (Rc / 2) 2 × nc ) Next, the particle mass × number of representative particle diameters of each channel is obtained, and the total is defined as w2. w2 = Σ (4 / 3π (Rc / 2) 3 × σc × nc ) Where σ c Represents the carrier density. From this, career 1g Total real surface area per area Gc = s2 × ( 1g / W2) is derived.
[0042]
Here, St / Sc is expressed as St / Sc = Gt × Mt / Gc × Mc as the total mass Mt of the toner and the total mass Mc of the carrier. In addition, the toner density is C × 100 % If From C = Mt / (Mt + Mc), Mt / Mc = C / (1-C).
From these, St / Sc = C · Gt / (1-C) ・ Gc ... ( 1 )
Where Gt is toner 1g Total actual projected area, Gc is carrier 1g The total actual surface area, C, is the toner concentration.
[0043]
This is a calculation method based on the actual particle size including all the toner particle size distributions and the carrier particle size distributions, and thus can be said to represent a value obtained by quantifying the closer filling state.
[0044]
Further, it is considered that the developer moves by passing through the developing region and the toner coverage is different between the upstream and downstream portions of the developing region where the
[0045]
Then, the inventors repeated experiments such as observation of the coating state of the toner on the carrier at the tip of the magnetic brush at the downstream portion of the development region, and measurement of the amount of scattered toner. As a result, as shown in FIG. 4, the toner coverage St / Sc in the downstream area of the development area × 100 And the amount of toner scattering was obtained. In FIG. 4, the toner coverage St / Sc × 100 As the toner increases, the toner scattering amount increases, and its behavior increases exponentially. Also, the toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush × 100 When the amount is 100% or more, the amount of scattered toner increases. Below this amount, the amount of scattered toner is small. That is, St / Sc × 100 is It can be determined that there is a critical point for toner scattering reduction around 100%. Note that the copying conditions of the above experiment are continuous paper passing of all A3 solid images, and the average charge amount of the developer used is q / m | q / m |> 20 μC / g.
[0046]
Toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush of the developer in the downstream area of the development area × 100 Is less than 100%, the exposed portion of the carrier surface (where the toner adheres) has a margin, and the charged toner is exposed on the carrier surface. Quiet Electrodeposits and the toner is stably held on the carrier. For this reason, when passing through the development area or after passing through the development area, it is affected by the impact force that acts when the ears of the magnetic brush stand up or fall asleep due to the influence of magnetic poles, or by the airflow generated by the rotation of the photosensitive drum. However, it is considered that the toner is difficult to scatter.
[0047]
Moreover, it is good to use a carrier average volume particle diameter of the range of 30-40 micrometers. In such a small particle size carrier, the number of carriers contained in the same weight is increased as compared with a carrier of 40 μm or more, so that the carrier specific surface area is increased. Therefore, the number of toners that can be held on the carrier surface increases. That is, toner coverage St / Sc × 100 However, since a margin is generated, it is easy to reduce toner scattering. Further, although carrier adhesion becomes a problem due to the reduction in the carrier particle size, it can be improved by setting the permeability of the carrier core material to be high. Although it is difficult to solve these problems in a completely compatible manner, it is possible to simultaneously reduce toner scattering and carrier adhesion by adapting to other conditions and balancing them.
[0048]
In addition, adding inorganic fine particles as an external additive for toner is effective in reducing toner scattering and maintaining image quality. In particular, inorganic fine particles of silica and titanium oxide are preferably added selectively. By such an external additive, the fluidity of the toner is improved, the dispersibility of the toner and the charge rising property are improved, and the effect of reducing toner scattering is exhibited.
[0049]
Hereinafter, further detailed description will be given using Examples 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8. In the following description, all compositions are based on weight.
[0050]
toner
・ 90 parts of styrene-n-butyl acrylate copolymer (copolymerization ratio 83/17)
(Mn = 12000, Mw / Mn = 24, Tg = 54 ° C.)
・ 10 parts of carbon black
・ Phenol derivative (Bontron E89, manufactured by Orient Chemical Co., Ltd.) 2 parts
・ Polypropylene wax (Sunwax 660P, Sanyo Kasei Co., Ltd.) 2 parts
After sufficiently stirring and mixing these mixtures in a Henschel mixer, the mixture was heated and melted for about 30 minutes with a roll mill, and the kneaded product obtained after cooling to room temperature was pulverized and classified. average body Pile Classification products having diameters of 5.0, 6.8, and 8.6 μm were obtained. To 100 parts of this classified product, 0.8 parts of silica fine particles treated with silicone oil and 0.2 parts of titanium oxide fine particles were added and mixed to obtain a toner. Inorganic fine particles such as silica and titanium oxide were added as toner external additives.
[0051]
Career
A coating solution in which 200 parts of a silicon resin solution (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and 3 parts of carbon black (manufactured by Cabot) are dissolved and dispersed in toluene is applied to the ferrite core material by a fluidized bed spray method. After coating the surface of the material, it was baked in an electric furnace at 300 ° C. for 2 hours to obtain a silicon resin coated carrier.
[0052]
Developer
The above toner and carrier were mixed to prepare a two-component developer. By adjusting the toner density at this time, the initial developer coverage is calculated by the above formula ( 1 ) The particle size distribution of toner and carrier is measured using Coulter Counter TA. II A mold (Coulter Electronics, USA) was used. For the measurement of the toner weight ratio and charge amount, a conventionally known blow-off measuring device was used in an environment of normal temperature and humidity.
[0053]
Experiment / Evaluation
First, the developer whose toner coverage is arbitrarily set based on the initial toner density is supplied to the developing
Toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush downstream of the development area × 100 It is considered best to observe the magnetic brush on the
In addition, as for the evaluation of toner scattering, a dust amount measuring device (for example, a laser dust monitor (manufactured by Hitachi Electronics Engineering)) is installed in the downstream of the development area in the image forming apparatus in advance, and the scattering measured after copying is performed. The actual weight value of the toner was measured. Based on this, the total toner scattering level is ◎, ○, △, × 4 Rated by stage. A: When toner scattering hardly occurs, B: When toner scattering is small, B: When toner scattering occurs but not so much, X: When toner scattering is a problem. In the evaluation, ◎, ○, and △ were judged as “permitted” and × as “non-permitted”.
[0054]
Table 1 shows the toner average volume particle size Dt (μm), the carrier average volume particle size Dc (μm), the toner / carrier average volume particle size ratio (Dt / Dc) for Examples 1 to 8 and Comparative Example 1. The toner coverage St / Sc × 100 (%) of the developer sampled at the downstream portion of the development area and the evaluation result of the toner scattering property at that time are shown.
[0055]
[Table 1]
[Examples 1 and 2 and Comparative Example 1]
In Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, toner having an average toner volume particle diameter Dt of 6.8 μm and a carrier average volume particle diameter Dc of 35 μm is used, and the toner coverage of the developer in the downstream area of the development region is in the range of 50 to 130%. It was changed with. Further, it was confirmed that the average charge amount q / m of the developer satisfies at least | q / m |> 20 μC / g.
[0057]
As a result, when the toner coverage was 50% and 90%, the evaluation of toner scattering was ◎, but when the toner coverage was 130%, the evaluation was x. From this, the toner coverage St / Sc obtained from the ratio of the total actual projected area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier at the tip of the magnetic brush downstream of the developing region. × 100 If it is 100% or less, toner scattering can be reduced.
[0058]
[Examples 3, 4, 5, 6, 7, 8]
In Examples 3, 4, 5, 6, 7, and 8, toner average volume particle diameter Dt is 5.0, 6.8, 8.6 μm, and carrier average volume particle diameter Dc is 25, 35, 45, 55 μm. Then, the toner average volume particle diameter Dt with respect to the carrier average volume particle diameter Dc was changed by Dt / Dc. The toner coverage was 90%. Further, it was confirmed that the average charge amount q / m of the developer satisfies at least | q / m |> 20 μC / g.
[0059]
As a result, Dt / Dc ≧ 0.15 In this case, the evaluation of toner scattering is ◎ and ○, whereas Dt / Dc < 0.15 The evaluation was Δ. Dt / Dc ≧ 0.15 Satisfying this relationship reduces the ratio of the carrier average volume particle diameter Dc to the toner average volume particle diameter Dt. That is, it means that the carrier specific surface area relative to the toner surface area per weight of the developer is relatively large. That is, the margin of the toner coverage is improved, which is advantageous for reducing toner scattering.
[0060]
Further, when the particle size of the carrier is reduced, Dt / Dc ≧ 0.15 Even within the range satisfying the above, a toner having a relatively small particle diameter can be used. Therefore, high image quality can be achieved by reducing the particle size of the toner.
[0061]
[Examples 2, 6, and 8]
In Examples 2, 6, and 8, the toner average volume particle diameter Dt was changed to 6.8 μm, and the carrier average volume particle diameter Dc was changed to 35, 45, and 55 μm. The toner coverage was 90%. Further, it was confirmed that the average charge amount q / m of the developer satisfies at least | q / m |> 20 μC / g.
[0062]
As a result, in all the carrier average volume particle diameters Dc, the toner scattering level is equal to or higher than the evaluation Δ (allowable range), but the evaluation ◎ that the toner scattering is surely reduced is that the carrier average volume particle diameter Dc is 35 μm. It was only the case. When a carrier having a small carrier average volume particle diameter Dc of 40 μm or less is used, the carrier specific surface area with respect to the toner surface area per developer weight increases. That is, the margin of the toner coverage is improved, which is advantageous for reducing toner scattering.
[0063]
Further, along with recent high speed and high durability of image forming apparatuses, problems such as charging process, energy saving of exposure process, and long life of photosensitive drum have been highlighted. To solve these problems, it is required to perform development with a relatively low electric field as compared with the prior art, and as one of the means, a developer having a relatively low charge amount q / m is used. . However, a developer with a relatively low charge amount has a weak toner holding power of the carrier, and toner scattering is likely to occur.
[0064]
The present inventors have used a developer having an average charge amount q / m of | q / m | ≦ 20 μC / g and a relatively low charge amount, so that the toner on the carrier at the tip of the magnetic brush at the downstream portion of the development region Experiments such as coating state observation and toner scattering amount measurement were repeated. As a result, as shown in FIG. 5, the toner coverage St / Sc in the downstream area of the development area × 100 And the amount of toner scattering was obtained. In FIG. (1) Is a developer satisfying | q / m |> 20 μC / g, (2) Indicates a toner scattering amount in the developer satisfying | q / m | ≦ 20 μC / g. As shown in FIG. (1) Developer satisfying | q / m |> 20 μC / g, (2) For both developer satisfying | q / m | ≦ 20 μC / g, toner coverage St / Sc at the tip of the magnetic brush × 100 As the toner increases, the toner scattering amount increases, and its behavior increases exponentially. Further, the developer satisfying | q / m | ≦ 20 μC / g increases the toner scattering amount when the toner coverage at the tip of the magnetic brush is 80% or more, and the scattering amount is small below this. That is, in the developer satisfying | q / m | ≦ 20 μC / g, St / Sc × 100 is It can be determined that there is a critical point for toner scattering reduction around 80%.
[0065]
Hereinafter, a more detailed description will be given using Example 9. The toner, carrier, developer, and experiment / evaluation other than the average charge amount q / m are the same as those in Examples 1 to 8.
[0066]
Table 2 shows the toner average volume particle size Dt (μm), the carrier average volume particle size Dc (μm), the toner / carrier average volume particle size ratio (Dt / Dc) for Example 9 and Comparative Examples 2 and 3. The toner coverage St / Sc × 100 (%) of the developer sampled at the downstream portion of the development area and the evaluation result of the toner scattering property at that time are shown.
[0067]
[Table 2]
[Example 9, Comparative Examples 2 and 3]
In Example 9 and Comparative Examples 2 and 3, a toner average volume particle size of 6.8 μm and a carrier average volume particle size of 35 μm are used, and the toner coverage of the developer in the downstream area of the development region is 50 to 130%. The range was changed. Further, it was confirmed that the average charge amount q / m of the developer satisfies at least | q / m | ≦ 20 μC / g.
[0069]
As a result, when the toner coverage was 50%, the evaluation of toner scattering was ◎, but 90% , When 130%, the evaluation was x. table 1 As compared with the result of the developer satisfying | q / m |> 20 μC / g, when a developer having a relatively low charge amount is used, the upper limit value of the toner coverage with respect to the toner scattering becomes lower. In other words, even if a developer satisfying | q / m | ≦ 20 μC / g is used, the ratio between the total actual projection area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier at the tip of the magnetic brush downstream of the development region Obtained toner coverage St / Sc × 100 When the toner content is 80% or less, toner scattering can be reduced.
[0070]
Table 1 The results in Table 2 are evaluations of toner scattering from the developing
[0071]
As described above, the toner coverage St / Sc obtained from the ratio of the total actual projected area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier at the tip of the magnetic brush downstream of the developing region. × 100 Is within the specified range, toner scattering from the developing
In addition, in an image forming apparatus including a
The image forming apparatus is a multicolor image forming apparatus including a plurality of developing devices 12Y, 12M, 12C, and 12K using two-component developers of different colors. As a result, it is possible to prevent image quality deterioration due to the color mixture of each toner.
Further, the toner average volume particle diameter Dt and the carrier average volume particle diameter Dc of the two-component developer in the downstream portion of the development area are Dt / Dc ≧ 0. 15 Satisfy the relationship. Here, in order to improve the image quality of the image, it is desired to reduce the particle size of the toner. However, as the toner particle size is reduced, the projected toner area St per weight increases and the toner coverage St / Sc. × 100 Therefore, toner scattering tends to increase. Therefore, the toner average volume particle diameter Dt with respect to the carrier average volume particle diameter Dc is set to Dt / Dc of 0. 15 By defining the above, an increase in St is suppressed. Thus, the toner coverage St / Sc × 100 This is advantageous in reducing toner scattering.
The carrier average volume particle size Dc is 40 μm or less. By using such a small particle diameter carrier having an average volume particle diameter Dc of 40 μm or less, the total actual surface area Sc of the carrier per same weight is increased. Therefore, the toner coverage St / Sc × 100 Can be lowered, which is advantageous in reducing toner scattering.
The toner is made of inorganic fine particles. Outside Includes additives. This improves the fluidity of the toner. Therefore, the dispersibility of the replenished toner and the rising of the charge are improved, and the frictional charging is performed well. Therefore, it is advantageous for reducing toner scattering.
[0072]
【The invention's effect】
According to the first to eleventh aspects of the invention, there is an excellent effect that toner scattering can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a developing device.
FIG. 3 is a model diagram showing the behavior of a developer in a development area.
FIG. 4 is a toner coverage ratio St / Sc at a downstream portion of a development area. × 100 FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the toner scattering amount and toner.
FIG. 5 illustrates a toner coverage ratio St / Sc at a downstream portion of a development area when a low charge amount developer is used. × 100 FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the toner scattering amount and toner.
Claims (11)
上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとから求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％以下であることを特徴とする現像装置。A developer carrying member that carries a magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier and transports it to a developing region facing the image bearing member, while contacting the magnetic brush with the image bearing member in the developing region In the developing device for developing the electrostatic latent image on the image carrier,
The toner coverage ratio St / Sc × 100 obtained from the total actual projected area St of the toner and the total actual surface area Sc of the carrier at the tip of the magnetic brush at the downstream portion of the development region is 100% or less. Development device.
上記現像装置として請求項１の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。In an image forming apparatus comprising: an image carrier that carries an electrostatic latent image; and a developing device that develops the electrostatic latent image on the image carrier.
An image forming apparatus using the developing device according to claim 1 as the developing device.
上記二成分現像剤の平均帯電量ｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇであり、上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとから求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が８０％以下であることを特徴とする現像装置。A developer carrying member that carries a magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier and transports it to a developing region facing the image bearing member, while contacting the magnetic brush with the image bearing member in the developing region In the developing device for developing the electrostatic latent image on the image carrier,
The average charge amount q / m of the two-component developer is | q / m | ≦ 20 μC / g, and the total actual projection area St of the toner at the tip of the magnetic brush at the downstream portion of the development region and the total amount of the carrier A developing device characterized in that the toner coverage St / Sc × 100 obtained from the actual surface area Sc is 80% or less.
上記現像装置として請求項４の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。In an image forming apparatus comprising: an image carrier that carries an electrostatic latent image; and a developing device that develops the electrostatic latent image on the image carrier.
An image forming apparatus using the developing device according to claim 4 as the developing device.
上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとから求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が１００％以下となるようにすることを特徴とする画像形成方法。A magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier is carried and transported to a development area facing the image carrier, and the magnetic brush is brought into contact with the image carrier in the development area and on the image carrier. In an image forming method for developing an electrostatic latent image,
That toner coverage St / Sc × 100 obtained from the total actual surface area Sc of the total actual projection area St and the carrier of the toner in the magnetic brush tip end portion of the development area downstream section is set to be 100% or less An image forming method.
上記二成分現像剤の平均帯電量ｑ／ｍが｜ｑ／ｍ｜≦２０μＣ／ｇであり、上記現像領域下流部の上記磁気ブラシ先端部における上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとから求まるトナー被覆率Ｓｔ／Ｓｃ×１００が８０％以下であることを特徴とする画像形成方法。A magnetic brush of a two-component developer containing toner and a carrier is carried and transported to a development area facing the image carrier, and the magnetic brush is brought into contact with the image carrier in the development area and on the image carrier. In an image forming method for developing an electrostatic latent image,
The average charge amount q / m of the two-component developer is | q / m | ≦ 20 μC / g, and the total actual projection area St of the toner at the tip of the magnetic brush at the downstream portion of the development region and the total amount of the carrier An image forming method, wherein the toner coverage St / Sc × 100 obtained from the actual surface area Sc is 80% or less.
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