JP4946491B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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トナーと、キャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤を表面に担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して現像剤担持体上の前記現像剤から前記トナーまたは前記逆極性粒子を分離するための分離機構と、を備え、像担持体上の潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置であって、前記逆極性粒子の表面電荷密度が前記キャリアの表面電荷密度の1.2倍〜2.2倍の範囲であることを特徴とする現像装置。
前記分離機構は、前記現像剤担持体における現像領域よりも現像剤移動方向上流側に設けられた逆極性粒子回収部材と該逆極性粒子回収部材に電圧を印加する手段を備えていることを特徴とする1に記載の現像装置。
前記逆極性粒子回収部材に印加する電圧は、前記逆極性粒子が正に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加する電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧を印加し、前記逆極性粒子が負に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加する電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧を印加することを特徴とする2に記載の現像装置。
前記現像剤担持体及び前記逆極性粒子回収部材の少なくとも一方に交流電圧を印加することを特徴とする3に記載の現像装置。
前記逆極性粒子回収部材と前記現像剤担持体との間の電界強度の最大値が2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下であることを特徴とする4に記載の現像装置。
前記逆極性粒子回収部材が、前記現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材及び現像装置のケーシングの少なくとも一方を兼ねることを特徴とする2乃至5のいずれか1項に記載の現像装置。
前記逆極性粒子回収部材と前記現像剤担持体との間に形成される電界により、前記トナーからの前記逆極性粒子の分離率が、9.3〜50.3%の範囲にあることを特徴とする2乃至6のいずれか1項に記載の現像装置。
前記分離機構は、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に設けられ、前記現像剤担持体上の現像剤からトナーを分離して担持するトナー担持体を備え、該トナー担持体上のトナーにより前記像担持体上の静電潜像を現像することを特徴とする1に記載の現像装置。
前記トナー担持体に印加する電圧は、前記トナーが負に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧を印加し、前記トナーが正に帯電されるときは前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧を印加することを特徴とする8に記載の現像装置。
前記トナー担持体及び前記現像剤担持体の少なくとも一方に交流電圧を印加することを特徴とする9に記載の現像装置。
前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間の電界強度の最大値が2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下であることを特徴とする10に記載の現像装置。
前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に形成される電界により、前記トナーからの前記逆極性粒子の分離率が、9.3〜50.3%の範囲にあることを特徴とする8乃至11のいずれか1項に記載の現像装置。
前記現像剤に前記逆極性粒子を外添したトナーを補給することを特徴とする1乃至12のいずれか1項に記載の現像装置。
前記トナーは、前記トナーと同極性に帯電する同極性粒子が外添されていることを特徴とする13に記載の現像装置。
前記トナーへの前記逆極性粒子及び前記同極性粒子の外添処理は、前記同極性粒子を外添した後に前記逆極性粒子を外添することを特徴とする14に記載の現像装置。
前記像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、像担持体上の静電潜像を現像するための1乃至15のいずれか1項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
(実験例1)
図1に示した構成を有する現像装置を用い耐刷テストを行った。図中22は逆極性粒子を分離するための分離回収ローラである。現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と以下の製法により製造した10種類のトナーを使用した。トナーの製法は、湿式造粒法により作製された体積平均粒径約6.5μmのトナー母材100質量部に対し、外添剤aとして疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)により表面処理を施した個数平均一次粒径20nmの疎水性シリカ0.6質量部と、外添剤bとして個数平均一次粒径30nmのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理をした疎水性酸化チタン0.5質量部とをヘンシェルミキサ(三井金属鉱山社製)を用いて40m/sの速度で2分間外添処理した。表1に示すトナー種類のうち、逆極性粒子なしのトナーはここまでの方法で得られたトナーである。それ以外のトナーについては、さらにこの外添処理を施したトナーに対し、逆極性粒子である外添剤cとして個数平均粒径350nmのチタン酸ストロンチウムに、表1に示す各種表面処理を施した。逆極性粒子の表面処理としては次のものを用いた。表中、フッ素系シリコンオイルとあるものはフッ素変性シリコンオイルを乾式法で表中所定の添加量で処理したものである。また、ジメチルポリシロキサンとあるものはジメチルポリシロキサンを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。また、湿式i−ブチルメトキシシラン/湿式アミノシランとあるものはi−ブチルメトキシシランとアミノシランを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。また、ジメチルポリシロキサン/乾式アミノシランとあるものはジメチルポリシロキサンを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したのち、アミノシランを乾式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。また、湿式i−ブチルメトキシシラン/乾式アミノシランとあるものはi−ブチルメトキシシランを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したのち、アミノシランを乾式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。ここで乾式法とは疎水化剤を溶剤で希釈し、逆極性粒子に上記希釈液を加えて混合し、この混合物を加熱・乾燥した後解砕する方法である。湿式法とは逆極性粒子を水系中に分散してスラリー状にした上で疎水化剤を添加混合し、これを加熱、乾燥した後解砕する方法である。この逆極性粒子である外添剤cを、トナー母剤100質量部に対して2質量部の割合で加え、ヘンシェルミキサを用いて40m/sの速度で20分間外添処理をしてトナーを得た。なお、現像剤中のトナー比率は8質量%とした。ただし、トナー比率は現像剤全量に対するトナー、後処理剤および逆極性粒子の合計量の割合である(以下、同様である)。
(キャリア表面電荷密度の測定方法)
キャリアの表面電荷密度σについては、キャリアを球体と考えて数1で求められる。式中dはキャリアの粒径、ρはキャリアの粒子密度、Mはキャリア質量、Qはキャリアの電荷量を示す。このうちキャリアの電荷量およびキャリア質量については図3の装置を用いて次のように測定した。図中32は磁石ローラ、31は磁石ローラに対し円周方向に自由に回転できるよう設けられた導電性スリーブ、34は金属性の導電性電極である。あらかじめ質量を測定しておいた耐刷前の未使用の現像剤を磁力によってスリーブローラ上に均一に吸着させておき、図示しないスイッチにより磁石ローラの回転と電圧の印加を開始する。スリーブローラ表面と電極34の間隔は2mm、印加する電圧は2kVとした。その結果、現像剤中のトナーはキャリアからすべて分離し、34に示す導電性の電極側に移動した。なお、スリーブローラ表面と電極34の間に形成される電界の絶対値の最大値は2000V/2mm=1.0×106V/mであり、この大きさの電界ではトナーに付着した逆極性粒子はトナーから分離せず、電極34側にトナーとともに移動する。
一方、逆極性粒子の表面電荷密度についてもキャリアの場合と同様、逆極性粒子の粒径d、逆極性粒子の粒子密度ρ、逆極性粒子の質量M、逆極性粒子の電荷量Qから求めることができる。このうち逆極性粒子の電荷量および逆極性粒子質量については図4、図5に示す装置を用いて次のように測定した。まず、図4の装置において、磁石ローラ32に対し、円周方向に自由に回転できるよう設けられた導電性スリーブ31の表面に耐刷前の現像剤を磁石ローラ32の磁力によって均一に吸着させておき、直流電源33によって電圧を印加しながら磁石ローラ32を回転させた。その下を接地された導電性の平板電極36上を通過させ、現像剤中のトナーとトナーに付着した逆極性粒子を電界により飛翔させて平板電極36表面にトナー層を形成した。この際印加する電圧は150V、導電性スリーブ31表面と平板電極36の上面の最近接距離は2mmとした。この際、形成される電界は150V/2mm=0.075×106V/mと小さく、トナーからの逆極性粒子の分離は生じない程度にした。トナー層を形成した後、平板電極36を図5の装置に付け替えた。
(実験例2)
図2に示した構成を有する現像装置を用い耐刷テストをおこなった。現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と実験例1で使用したのと同じ種類の各粒子を外添したトナーを用いた。現像剤担持体には−400Vの直流電圧を印加した。トナー担持体には振幅1.6kV、DC成分−300V、Duty比50%、周波数2kHzの矩形波の現像バイアスを印加した。現像剤担持体の電位に対してトナー担持体の平均電位は100Vの電位差を有し、最大電位差は電位差900Vである。トナー担持体には表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用い、現像剤担持体とトナー担持体との最近接部のギャップは0.3mmとした。像担持体上に形成された静電潜像の背景部電位は−550V、画像部電位は−60Vであり、像担持体とトナー担持体との最近接部のギャップは0.15mmとした。トナー担持体と現像剤担持体との間に形成されるトナー分離電界の絶対値の最大値は900V/0.3mm=3.0×106V/mであった。
(実験例3)
逆極性粒子回収部材を除いた以外は実験例2と同様の構成の現像装置を用い耐刷テストをおこなった。現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と実験例1および2で使用したのと同じ種類の各粒子を外添したトナーを用いた。
(実験例4)
図2に示した構成を有する現像装置を用い耐刷テストを、現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と以下の製法により製造したトナーを作成し、使用した。すなわち、湿式造粒法により作製された体積平均粒径約6.5μmのトナー母材100質量部に対し、外添剤aとして疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)により表面処理を施した個数平均一次粒径20nmの疎水性シリカ0.6質量部と、外添剤bとして個数平均一次粒径30nmのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理をした疎水性酸化チタン0.5質量部をヘンシェルミキサ(三井金属鉱山社製)を用いて40m/sの速度で2分間表面処理を行って、1段目の外添処理をした。
(実験例5)
図4、図5の装置を用い、逆極性粒子表面電荷密度測定で示したのと同様の手順で平行平板電極の一方の電極に逆極性粒子を含むトナー層を形成した。トナーとしては実験例1−2で用いたのと同様のものを用いた。このトナーに含まれる逆極性粒子であるチタン酸ストロンチウム量は2質量%である。電極上に形成されたトナー層から、電界による逆極性粒子分離量を評価したところ、図6に示すような結果が得られた。図6に示すとおり、電界により分離された逆極性粒子量は約2.5×106V/mから立ち上がり、電界を大きくすると分離量も増大することがわかった。また、5.5×106V/m以上の電界を用いるとトナー担持体と現像剤担持体との間で、リークが発生した。以上のことから、トナーに含まれる逆極性粒子を電界により分離するためには2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下の電界が有効なことがわかる。
2a、2b 現像装置
3 帯電装置
4 転写ローラ
5 クリーニングブレード
6 現像領域
7 トナー補給装置
11 現像剤担持体
12 スリーブローラ
13 磁石ローラ
14 電源
15 規制部材(規制ブレード)
16 現像剤槽
17 バケットローラ
18 ケーシング
19 補給ローラ
20 ATDCセンサ
21 ホッパ
22 逆極性粒子分離部材
23 補給トナー
24 現像剤
25 トナー担持体
31 導電性スリーブ
32 マグネットロール
33 バイアス電源
34 円筒電極
36、37 電極
38 可変容量コンデンサ
45 差動アンプ
46 荷電粒子
40、41、50、51 電源
42 PC
47 A/D変換器
Claims (16)
- トナーと、キャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤を表面に担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して現像剤担持体上の前記現像剤から前記トナーまたは前記逆極性粒子を分離するための分離機構と、を備え、像担持体上の潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置であって、前記逆極性粒子の表面電荷密度が前記キャリアの表面電荷密度の1.2倍〜2.2倍の範囲であることを特徴とする現像装置。
- 前記分離機構は、前記現像剤担持体における現像領域よりも現像剤移動方向上流側に設けられた逆極性粒子回収部材と該逆極性粒子回収部材に電圧を印加する手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記逆極性粒子回収部材に印加する電圧は、前記逆極性粒子が正に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加する電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧を印加し、前記逆極性粒子が負に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加する電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧を印加することを特徴とする請求項2に記載の現像装置。
- 前記現像剤担持体及び前記逆極性粒子回収部材の少なくとも一方に交流電圧を印加することを特徴とする請求項3に記載の現像装置。
- 前記逆極性粒子回収部材と前記現像剤担持体との間の電界強度の最大値が2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下であることを特徴とする請求項4に記載の現像装置。
- 前記逆極性粒子回収部材が、前記現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材及び現像装置のケーシングの少なくとも一方を兼ねることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記逆極性粒子回収部材と前記現像剤担持体との間に形成される電界により、前記トナーからの前記逆極性粒子の分離率が、9.3〜50.3%の範囲にあることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記分離機構は、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に設けられ、前記現像剤担持体上の現像剤からトナーを分離して担持するトナー担持体を備え、該トナー担持体上のトナーにより前記像担持体上の静電潜像を現像することを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記トナー担持体に印加する電圧は、前記トナーが負に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧を印加し、前記トナーが正に帯電されるときは前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧を印加することを特徴とする請求項8に記載の現像装置。
- 前記トナー担持体及び前記現像剤担持体の少なくとも一方に交流電圧を印加することを特徴とする請求項9に記載の現像装置。
- 前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間の電界強度の最大値が2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下であることを特徴とする請求項10に記載の現像装置。
- 前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に形成される電界により、前記トナーからの前記逆極性粒子の分離率が、9.3〜50.3%の範囲にあることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記現像剤に前記逆極性粒子を外添したトナーを補給することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の現像装置。
- 前記トナーは、前記トナーと同極性に帯電する同極性粒子が外添されていることを特徴とする請求項13に記載の現像装置。
- 前記トナーへの前記逆極性粒子及び前記同極性粒子の外添処理は、前記同極性粒子を外添した後に前記逆極性粒子を外添することを特徴とする請求項14に記載の現像装置。
- 前記像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、像担持体上の静電潜像を現像するための請求項1乃至15のいずれか1項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
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