JP5424118B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents
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22≦Dw≦32
1.00≦Dw/Dp≦1.20
なる関係を満たすとともに、粒径が20μmよりも小さな粒子の含有量が7重量%以下であり、粒径が36μmよりも小さな粒子の含有量が90〜100重量%の範囲になるように形成されたものである。
図1〜図11にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、3は原稿を原稿読込部に搬送する原稿搬送部、4は原稿の画像情報を読み込む原稿読込部、5は出力画像が積載される排紙トレイ、7は転写紙等の記録媒体Pが収容される給紙部、9は記録媒体Pの搬送タイミングを調整するレジストローラ、11Y、11M、11C、11BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成される像担持体としての感光体ドラム、13は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成される静電潜像を現像する現像装置、14は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成されたトナー像を記録媒体P上に重ねて転写する転写バイアスローラ(1次転写バイアスローラ)、を示す。
また、17は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、18は中間転写ベルト17上のカラートナー像を記録媒体P上に転写するための2次転写バイアスローラ、20は記録媒体P上の未定着画像を定着する定着装置、28は各色(イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック)のトナー(トナー粒子)を現像装置13に供給する各色のトナー容器、を示す。
まず、原稿は、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス上に載置された原稿の画像情報が光学的に読み取られる。
書込み部において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、中間転写ベルト17との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト17の内周面に当接するように転写バイアスローラ14が設置されている。そして、転写バイアスローラ14の位置で、中間転写ベルト17上に、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(1次転写工程である。)。
その後、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKにおける一連の作像プロセスが終了する。
その後、中間転写ベルト17表面は、中間転写ベルトクリーニング部(不図示である。)の位置に達する。そして、中間転写ベルト17上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部に回収されて、中間転写ベルト17における一連の転写プロセスが終了する。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送された記録媒体Pが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9に導かれる。レジストローラ9に達した記録媒体Pは、タイミングを合わせて、2次転写ニップに向けて搬送される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、排紙ローラによって装置本体1外に出力画像として排出されて、排紙トレイ5上にスタックされて、一連の画像形成プロセスが完了する。
図2は、作像部を示す構成図である。図3(A)は現像装置13の上部(第2搬送部材としての第2搬送スクリュ13b2の位置である。)を長手方向にみた概略断面図(水平方向の断面図)であって、図3(B)は現像装置13の下部(第1搬送部材としての第1搬送スクリュ13b1の位置である。)を長手方向にみた概略断面図である。図4は、現像装置13の循環経路を長手方向にみた概略断面図(垂直方向の断面図)である。また、図5は、現像装置を示す断面図(現像ローラ13aの回転中心軸に直交する断面図である。)である。さらに、図6は、現像ローラ13a上に形成される磁極H1〜H6の法線方向成分の磁力分布を示す図である。また、図7は、仕切り部材13dの近傍に形成される磁場を示す模式図である。また、図8は、仕切り部材13dの近傍を示す拡大図である。
なお、各作像部はほぼ同一構造であるために、図2〜図8にて作像部及び現像装置は符号のアルファベット(Y、C、M、BK)を除して図示する。
像担持体としての感光体ドラム11は、外径が30mm程度の負帯電の有機感光体であって、不図示の回転駆動機構によって反時計方向に回転駆動される。
クリーニング部15は、感光体ドラム11に摺接するクリーニングブレードが設置されていて、感光体ドラム11上の未転写トナーを機械的に除去・回収する。
なお、トナーTの供給は、トナー濃度の情報に限定されず、感光体ベルトや中間転写ベルト等に形成されたトナー像の反射率等から検知される画像濃度の情報に基づいて実施されてもよい。また、これらの異なる情報を組み合わせて、トナーTの供給の実施を判断してもよい。
図2〜図8を参照して、現像装置13は、現像剤担持体としての現像ローラ13a、搬送部材としての搬送スクリュ13b1、13b2(オーガスクリュ)、現像剤規制部材としてのドクターブレード13c、仕切り部材13d、等で構成されている。
現像剤担持体としての現像ローラ13aは、外径が18mm程度の小径の現像ローラであって、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブ13a2が不図示の回転駆動機構によって反時計方向に150〜600rpm程度で回転されるように構成されている。図3、図5、図6(A)を参照して、現像ローラ13aのスリーブ13a2内には、スリーブ13a2の周面に複数の磁極H1〜H6を形成するマグネット13a1が固設されている。現像ローラ13a上に担持された現像剤Gは、現像ローラ13aの矢印方向の回転にともなって搬送されて、ドクターブレード13cの位置に達する。そして、現像ローラ13a上の現像剤Gは、この位置で適量に規制された後に、感光体ドラム11との対向位置(現像領域である。)まで搬送される。そして、現像領域に形成された電界(現像電界)によって、感光体ドラム11上に形成された潜像にトナーが吸着される。
まず、第6磁極H6(汲上げ磁極)が磁性体としてのキャリアに作用して、第1搬送経路に収容された現像剤Gが現像ローラ13a上に汲上げられる。現像ローラ13a上に担持された現像剤Gは、その一部がドクターブレード13cの位置で掻き取られて、第1搬送経路に戻される。一方、第6磁極H6による磁力が作用するドクターブレード13cの位置で、ドクターブレード13cと現像ローラ13aとのドクターギャップを通過して現像ローラ13a上に担持された現像剤Gは、第1磁極H1(主磁極)の位置で穂立ちして現像領域において磁気ブラシとなって感光体ドラム11に摺接する。こうして、現像ローラ13aに担持された現像剤G中のトナーTが感光体ドラム11上の潜像に付着する。その後、第1磁極H1の位置を通過した現像剤Gは、第2磁極H2、第3磁極H3によって第4磁極H4(剤離れ磁極)の位置まで搬送される。そして、剤離れ磁極H4の位置で、反発磁界(図7において、現像ローラ13aから離れる方向に作用する磁界である。)がキャリアに作用して、現像ローラ13a上に担持されていた現像工程後の現像剤Gが現像ローラ13aから脱離される。脱離後の現像剤Gは、第2搬送経路内に落下して第2搬送スクリュ13b2によって第2搬送経路の下流に向けて搬送される。
なお、6つの磁極H1〜H6については、後でさらに詳しく説明する。
このような構成により、記録媒体Pの搬送経路の短縮化と、画像形成装置本体1の水平方向の小型化と、を目的として、中間転写ベルト17の下方に感光体ドラム11を配設した場合であっても、現像ギャップにおいて感光体ドラム11に対して現像ローラ13aの回転方向を順方向とすることができるために、ドクターブレード13cを現像ローラ13aの上方に配設して感光体ドラム11に対する現像ローラ13aの回転方向が逆方向になる場合に比べて、現像ギャップにおける現像時間を充分に確保することができて現像能力を高めることができる。
第1搬送部材としての第1搬送スクリュ13b1は、現像ローラ13aに対向する位置に配設されていて、現像剤Gを長手方向(回転軸方向)に水平に搬送する(図3(B)の破線矢印に示す左方向の搬送である。)とともに、汲上げ磁極H6(第6磁極)の位置で現像ローラ13a上に現像剤Gを供給(図3(B)の白矢印方向の供給である。)する。第1搬送スクリュ13b1は、図2の反時計方向に回転する。
そして、第2搬送スクリュ13b2は、第1搬送スクリュ13b1による搬送経路の下流側から第1中継部13fを介して循環される現像剤Gを第1搬送部材13b1による搬送経路の上流側に第2中継部13gを介して搬送する(図3の一点鎖線矢印に示す搬送である。)。
2つの搬送スクリュ13b1、13b2は、現像ローラ13aや感光体ドラム11と同様に、回転軸がほぼ水平になるように配設されている。また、2つの搬送スクリュ13b1、13b2は、いずれも、軸径が6〜10mm程度の軸部に外径が20mm程度のスクリュ部(スクリュピッチ:40mm程度、条数:1条又は2条)が螺旋状に巻装されたものである。また、2つの搬送スクリュ13b1、13b2の回転数は、600〜900rpm程度に設定されている。
図3及び図4を参照して、第2搬送スクリュ13b2による搬送経路(第2搬送経路)の下流側と、第1搬送スクリュ13b1による搬送経路(第1搬送経路)の上流側と、は第2中継部13gを介して連通している。第2搬送スクリュ13b2による第2搬送経路の下流側に達した現像剤Gが、第2中継部13gにて自重落下して、第1搬送経路の上流側に達することになる。
また、図3及び図4を参照して、第1搬送スクリュ13b1による搬送経路の下流側と、第2搬送スクリュ13b2による搬送経路の上流側と、は第1中継部13fを介して連通している。そして、第1搬送スクリュ13b1による第1搬送経路にて現像ローラ13a上に供給されなかった現像剤Gが、第1中継部13fの近傍に留まって盛り上がって、第1中継部13fを介して第2搬送スクリュ13b2による第2搬送経路の上流側に搬送(供給)されることになる。
なお、第1中継部13fにおける現像剤の搬送性(第1搬送経路から第2搬送経路への重力方向に逆らった現像剤の受け渡しである。)を向上させるために、第1搬送スクリュ13b1の下流側の位置(第1中継部13fに対応する位置である。)に、パドル形状部や、スクリュの巻き方向が逆方向に形成されたスクリュ部、を設けることもできる。
また、図3、図4を参照して、トナー補給口13eは、第2搬送スクリュ13b2による搬送経路の上流側の上方であって、現像領域から離れた位置(現像ローラ13aの長手方向の範囲の外側である。)に配設されている。このようにトナー補給口13eを第1中継部13fの近傍に設置することで、第2搬送経路において、現像ローラ13aから離脱した現像剤が比重の小さい補給トナーの上方から降りかかり、第2搬送経路の下流側に向けて比較的長い時間をかけて現像剤に対して補給トナーの分散・混合を充分におこなうことができる。
なお、本実施の形態1では、トナー補給口13eを第2搬送スクリュ13a2による搬送経路中に配設したが、トナー補給口13eの位置はこれに限定されることなく、例えば、第1搬送経路の上流側の上方に配置することもできる。
本実施の形態1において用いられるトナーT(現像剤G中のトナー、トナー容器28中のトナーである。)は、重合トナーであって、結着樹脂として、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、又は、それらを複合したもの、等を用いることができる。また、これらの重合トナーの製造方法(重合方法)としては、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等を用いることができる。
また、トナーTの外添剤としては、無機微粒子(例えば、シリカ1.0重量%、酸化チタン0.5重量%のものである。)を用いることが好ましい。さらに、離型剤として、酸化ライスワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、カルナウバワックス、等を用いることができる。また、必要に応じて、帯電制御剤を含有させることもできる。
また、本実施の形態1において用いられるトナーTは、体積平均粒径が6μmのものであり、粒径が5μm以下のものが60〜80個数%になるように形成されている。
なお、本実施の形態1では重合トナーを用いたが、粉砕トナーを用いることもできる。
詳しくは、キャリアCは、芯材となるフェライト粒子に、膜厚が0.5μmのメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコートして、上述した粒径になるように形成したものである。また、キャリアCとしては、マグネタイトを芯材としたコーティングキャリアを用いることもできる。
このような小粒径のキャリアCを用いることで、出力画像のベタ均一性やハーフトーン画質を向上させることができる。
図5、図7等を参照して、本実施の形態1における現像装置13には、現像ローラ13aに対向する位置に、第1搬送経路と第2搬送経路とを仕切る仕切り部材13d(分離板)が設けられている。換言すると、現像ローラ13aに対向する位置であって、第1搬送経路と第2搬送経路との間に、現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが現像ローラ13aに再び担持されるのを低減するための仕切り部材13dが設けられている。
詳しくは、仕切り部材13dは、第1搬送経路と第2搬送経路とを隔絶する壁部として機能していて、現像ローラ13aに向けて突出するように形成されている。また、仕切り部材13dは、現像ケース(図2においてハッチングで示すケース部材である。)と一体的に形成されている。仕切り部材13dは、現像ローラ13aに対向する対向面13d2と現像ローラ13aとのギャップCGが2mm以下(好ましくは、0.1〜0.5mmである。)になるように形成されている。本実施の形態1では、ギャップCGが0.3mmに設定されている。
図7を参照して、第2搬送経路と第1搬送経路との境界領域には、第5磁極H5の影響により第2搬送経路の内部から現像ローラ13a(第1搬送経路の側である。)に向かう磁界が形成される。この磁界を遮る位置に仕切り部材13dを設けることで、第2搬送経路内に回収された直後の現像剤が現像ローラ13aに再担持されてしまう不具合を防止することができる。また、この仕切り部材13dは、現像ローラ13aに対して非接触で対向するように配設されているために、現像ローラ13aの表面を傷つける不具合を低減することができる。
なお、仕切り部材13dは、非磁性材料で形成されているために、磁性体であるキャリアが仕切り部材13dに磁気的に吸着して第2搬送経路内の現像剤の流動を阻害したり第1搬送経路への現像剤の移動を促進したりする不具合が低減される。
さらに、現像ローラ13aの回転中心軸に直交する断面(図5である。)でみたときに、剤離れ磁極H4を形成する2つの磁極H3、H5の間を等分する現像ローラ13a上の位置Kが、現像ローラ13aの回転中心軸を通る仮想水平線S1よりも上方になるように形成されている。なお、上述した位置Kは、第3磁極H3のピーク磁力の位置と現像ローラ13aの中心位置とを通る直線A3と、第5磁極H5のピーク磁力の位置と現像ローラ13aの中心位置とを通る直線A5と、の間に等しい角度にて引かれる直線が現像ローラ13aの表面に交わる位置(直線と現像ローラ13aの表面とが交わる2点のうち、第2搬送スクリュ13b2に近い方である。)である。また、本実施の形態1では、現像ローラ13aと第2搬送スクリュ13b2との軸間距離が26mm程度に設定されている。
このように構成することにより、現像ローラ13aに担持された現像工程後の現像剤Gには、剤離れ磁極H4の位置で、現像ローラ13aから現像剤Gを積極的に離脱させる方向に働く磁気力(図7中の一点鎖線で示す外向きの磁気力である。)に加えて、現像ローラ13aの回転による遠心力や、下流側の現像剤によって押される圧力や、重力等の合力が作用することになる。これにより、現像ローラ13aに担持された現像工程後の現像剤Gが、図5の第2象限の位置で、現像ローラ13aからの離脱不良が生じることなく効率的に現像ローラ13aから離脱して、離脱した現像剤Gが第2搬送経路にスムーズに回収されることになる。したがって、第2搬送経路において現像ローラ13a上から離脱された現像工程後の現像剤Gが、その直後に現像ローラ13aに再担持されにくくなり、出力画像上に画像濃度ムラ(濃度偏差)が生じる不具合が確実に軽減される。
剤離れ磁極H4(第4磁極)の位置(又は、位置K)は、第3磁極H3と第5磁極H5との位置(半値中央角度)と大きさ(ピーク磁力)とを調整することで可変することができる。ただし、剤離れ磁極H4の位置での現像剤の連れ回り(離脱不良)を確実に防止するためには、第3磁極H3と第5磁極H5とのピーク磁力を25〜60mT程度に設定することが好ましい。
図6(B)は、第5磁極H5のピーク磁力を65mTに設定した場合の磁力分布である。このような場合には、仕切り部材13dの近傍に作用する磁力(キャリアCを現像ローラ13a側に引き付ける磁力である。)が強くなってしまうことになる。
さらに、図5を参照して、本実施の形態1では、現像ローラ13aの回転中心軸に直交する断面でみたときに、仕切り部材13dの先端部が、第2搬送スクリュ13b2の回転中心軸を通る仮想水平線S2よりも上方にあるように形成されている。これにより、第2搬送経路内に回収された現像剤Gが仕切り部材13dを越えて第1搬送経路に流動する不具合を軽減することができる。
このような構成により、剤離れ磁極H4の位置で現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが仕切り部材13dの傾斜面13d1に沿って滞留することなくスムーズに第2搬送経路に導かれることになり、離脱後の現像剤が現像ローラ13aの再担持される不具合を低減することができる。
流動性の悪い小径の現像剤に対しても傾斜面13d1への滞留を確実に防止するために、仕切り部材13dの傾斜面13d1の傾斜角θが40度以上になるように形成することが好ましい。本実施の形態1では、傾斜面13d1の傾斜角θが45度程度に設定されている。
図9において、「●」は新品の現像剤(初期剤)を用いたときの結果を示し、「■」は現像装置内で12時間使用した現像剤(ラン剤)を用いたときの結果を示す。なお、この実験において、キャリア径が35μmのキャリアを用いた現像剤はトナーとの混合比を9重量%に調整したものであり、その他のキャリア径のキャリアを用いた現像剤は体積平均粒径が6μmのトナーで同じ被覆率になるようにトナー濃度を調整したものである。
図9の実験結果から、キャリア径が小さいほど現像剤の流動性が低下することと、ラン剤の方がトナー添加剤の離脱が進んで流動性が低下することと、がわかる。
図10において、縦軸に示す「仕切り部材上の残り剤量ランク」は、現像装置を所定時間稼動した後に仕切り部材13d上に残る現像剤量を目視でランク付けしたものであって、ランク「1」は仕切り部材13d上から現像剤が漏れてしまう状態であって、ランク「2」は仕切り部材13d上から現像剤が漏れないものの仕切り部材13dの傾斜面13d1上に現像剤が残留してしまう状態であって、ランク「3」は仕切り部材13dの傾斜面13d1上に現像剤がまったく残留しない状態である。また、図10において、「●」は傾斜面13d1の傾斜角θを45度に設定した仕切り部材13dを用いたときの結果であり、「■」は傾斜面13d1の傾斜角θを30度に設定した仕切り部材13dを用いたときの結果であり、「×」は傾斜面13d1の傾斜角θを20度に設定した仕切り部材13dを用いたときの結果である。
図10の実験結果から、傾斜面13d1の傾斜角θを現像剤の安息角よりも大きく設定することで、仕切り部材13dの傾斜面13d1上に現像剤が滞留する不具合を防止できることがわかる。さらには、現像剤の安息角に関わらず、傾斜面13d1の傾斜角θを45度以上に設定することで、仕切り部材13dの傾斜面13d1上に現像剤が滞留する不具合を低減できることがわかる。
これにより、仕切り部材13dは、その傾斜面13d1が現像ローラ13aに対して滑らかに対向するようになる。したがって、剤離れ磁極H4の位置で現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが仕切り部材13dの傾斜面13d1に沿ってスムーズに第2搬送経路に導かれることになり、離脱後の現像剤が現像ローラ13aの再担持される不具合を低減することができる。
これにより、剤離れ磁極H4の位置で現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが仕切り部材13dの傾斜面13d1に沿って滞留することなくスムーズに第2搬送経路に導かれることになり、離脱後の現像剤が現像ローラ13aの再担持される不具合を低減することができる。なお、仕切り部材13dにおいて、傾斜面13d1以外の表面の摩擦係数は、樹脂材料からなる仕切り部材13dの材料そのものの摩擦係数となる。同様に、第2搬送経路において、低摩擦領域W1以外の領域(例えば、図8中の領域W2)の表面の摩擦係数も、樹脂材料からなるケースの材料そのものの摩擦係数となる。
これにより、第2搬送経路において、上流側に比べて剤面が高くなり傾斜面13d1での現像剤の滞留が生じやすい下流側にて、現像ローラ13aから離脱された現像剤Gの傾斜面13d1での滞留を確実に低減することができる。なお、第2搬送経路において、範囲B以外の範囲(上流側の範囲である。)の表面の摩擦係数は、樹脂材料からなるケースの材料そのものの摩擦係数となる。
これにより、仕切り部材13dの先端部と現像ローラ13aとのギャップCGが部分的に狭くなって現像ローラ13aに仕切り部材13dが接触する不具合を低減することができる。
これにより、第1搬送スクリュ13b1を現像ローラ13aの汲上げ磁極H6に近づけることができて、第1搬送スクリュ13b1による現像ローラ13aへの現像剤Gの供給性を高めることができる。
具体的に、図11(A)に示す仕切り部材13dは、先端部から遠ざかる側の傾斜面13d12の傾斜角を、先端部に近づく側の傾斜面13d11の傾斜角よりも大きく設定している。また、図11(B)に示す仕切り部材13dは、傾斜面13d1の傾斜角が、先端部から遠ざかるにつれて漸増するように設定している。
このように構成することによって、仕切り部材13dの傾斜面13d1を第5磁極H5から遠ざけることができるために、傾斜面13d1上を流動する現像剤が第5磁極H5の磁力によって現像ローラ13a側に引き付けられる不具合を低減することができる。
図12にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図12は、実施の形態2における現像装置13の一部を示す拡大図であって、前記実施の形態1における図8に相当する図である。本実施の形態2における現像装置は、仕切り部材13dの近傍に撹拌部材13kが設置されている点が、前記実施の形態1のものと相違する。
これにより、剤離れ磁極H4の位置で現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが、仕切り部材13dの傾斜面13d1に沿って滞留することなく、パドル状部材13kによって積極的に撹拌されて、スムーズに第2搬送経路に導かれることになり、離脱後の現像剤が現像ローラ13aの再担持される不具合を低減することができる。
図13及び図14にて、この発明の実施の形態3について詳細に説明する。
図13(A)は、実施の形態3における現像装置13の一部を示す拡大図であって、前記実施の形態2における図12に相当する図である。図13(B)は、第2搬送経路を長手方向にみた概略上面図である。また、図14(A)は、別の形態の現像装置13の一部を示す拡大図であって、前記実施の形態2における図12に相当する図である。図14(B)は、振動部材13hを長手方向にみた図である。
本実施の形態3における現像装置は、仕切り部材13dの近傍に設ける撹拌部材13hの構成が、前記実施の形態2のものと相違する。
これにより、剤離れ磁極H4の位置で現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが、仕切り部材13dの傾斜面13d1に沿って滞留することなく、振動部材13hの振動によって積極的に撹拌されて、スムーズに第2搬送経路に導かれることになり、離脱後の現像剤が現像ローラ13aの再担持される不具合を低減することができる。
具体的には、振動部材13hの下流側端部の軸部が挿設される穴部(現像装置13の側壁に形成されている。)の穴径を、上流側端部の軸部が挿設される穴部の穴径よりも、大きく形成する。これにより、振動部材13hのU字部が第2搬送スクリュ13b2のスクリュ部に接触することで振動する振動部材13hの振幅が、上流側に比べて下流側が大きくなる。したがって、振動部材13hの下流側の撹拌力が、上流側よりも大きくなる。
このように構成することにより、上流側に比べて剤面が高くなり傾斜面13d1での現像剤の滞留が生じやすい下流側にて、現像ローラ13aから離脱された現像剤Gの傾斜面13d1での滞留を確実に低減することができる。
具体的に、図14(A)及び図14(B)に示す振動部材13hは、その胴部が傾斜面13d1に貼着されていて、長手方向中央部に設けられた突出部が第2搬送スクリュ13b2のスクリュ部に接触するように曲げ加工が施されている。そして、振動部材13hの突出部が、回転する第2搬送スクリュ13b2のスクリュ部に接触することで、振動部材13hの突出部が図14(A)の両矢印方向に振動することになる。
これにより、剤離れ磁極H4の位置で現像ローラ13aから離脱された現像剤Gが、仕切り部材13dの傾斜面13d1に沿って滞留することなく、振動部材13hの振動によって積極的に撹拌されて、スムーズに第2搬送経路に導かれることになり、離脱後の現像剤が現像ローラ13aの再担持される不具合を低減することができる。
この発明の実施の形態4について詳細に説明する。
本実施の形態4における現像装置は、使用されるキャリアCが、前記各実施の形態のものと相違する。
22≦Dw≦32
1.00≦Dw/Dp≦1.20
なる関係を満たすように形成されたものを用いている。さらに、このキャリアCは、粒径(キャリア粒径)が20μmよりも小さな粒子(キャリア粒子)の含有量が7重量%以下であり、粒径が36μmよりも小さな粒子の含有量が90〜100重量%の範囲になるように形成されている。
また、本実施の形態4では、キャリアCの重量平均粒径Dwを22〜32μm(より好ましくは、23〜30μmである。)の範囲に設定しているため、現像装置13に収容された現像剤Gのトナー濃度に変化が生じても、キャリアCに対するトナーTの被覆率の変動を比較的抑えることができるとともに、キャリア付着の発生を抑制して高精細な画像を出力することができる。
また、キャリアCの重量平均粒径Dwと個数平均粒径Dpとの比(Dw/Dp)を1.00〜1.20の範囲に設定することで、キャリアCの粒径分布を比較的狭くすることができる。そのため、キャリア粒子1粒当りの表面積が均一化され、キャリアCに対するトナーTの被覆率が安定して、さらに出力画像の濃度が安定する(頁内画像安定性が向上する。)。
さらに、キャリア粒径を小粒径化してキャリアCの比表面積を増加させることで、キャリアCにかかるストレスを分散させることができるため、キャリア劣化の速度を低くすることができる。すなわち、現像剤Gに対するストレスが増加してキャリア劣化が進行する不具合が軽減される。
さらに、キャリアの比表面積を増加させることで、一度にキャリア粒子表面に接触するトナー量が増加して、トナーとキャリアとの接触確率が増加するため、回収経路に戻された現像剤がすぐに供給経路に戻されてしまった場合でも、トナーはキャリアと搬送経路で必要十分な摩擦を得ることができる。
このように、本実施の形態4では、現像剤の供給経路と回収経路とを別々に設けるとともに、上述した特性を有するキャリアを用いているため、それぞれの長所が有効に発揮されることになる。
これにより、現像剤の流動性が向上して、現像ローラ13aから第2搬送経路(供給経路)に戻ってきたトナー濃度の低い現像剤と、第1搬送経路(供給経路)から第2搬送経路(供給経路)に直接的に戻ってきたトナー濃度の高い現像剤と、が合流したときに、双方の現像剤が即座に混ざり合い、搬送経路での短時間の撹拌でも速やかな現像剤の均一化をさらに促進することができる。
これにより、キャリアの結着樹脂層に適度な硬度を持たせることができるため、現像剤をさらに長寿命化することができる。
これにより、感光体ドラム11上へのキャリア付着の発生を抑えることができる。
トナーの帯電量の変動が生じると、画像濃度の変動が発生する。そのため、トナーの帯電量は常に一定であることが望ましい。トナー帯電量は現像剤中のトナーとキャリアとの比率と相関があり、一般的にトナー濃度が高くなるとトナー帯電量は低くなる。これは、キャリア粒子表面に対するトナーの被覆率が変化することに起因しており、被覆率が高くなるとキャリア粒子の単位表面積当りのトナー量が増加して、帯電作用が分散されるためにトナー帯電量が低くなる。したがって、トナー帯電量を安定させるためには、トナー濃度の変化に対しての被覆率変動が少ない(感度が低い)ことが好ましい。
このキャリア表面積に対するトナーの被覆率は、次式にて算出することができる。
被覆率(%)=(Wt/Wc)×(ρc/ρt)×(Dw/Dt)×(1/4)×100
なお、上式において、Dwはキャリアの重量平均粒径(μm)、Dtはトナーの重量平均粒径(μm)、Wtはトナーの重量(g)、Wcはキャリアの重量(g)、ρtはトナー真密度(g/cm3)、ρcはキャリア真密度(g/cm3)、をそれぞれ表わす。上式より、被覆率はキャリアの粒径Dwの関数であり、キャリアの粒径Dwが小さいほどトナー濃度(Wt/Wc)が変化したときの被覆率の変動が小さくなることがわかる。そのため、キャリアの粒径Dwが小さいほどトナー濃度が変化したときのトナー帯電量の変動は少なくなり、トナー帯電量を安定化させることができる。
なお、「キャリア付着」は、静電潜像の画像部又は地肌部にキャリアが付着する現象である。キャリア付着は、感光体ドラムや定着ローラの表面を傷つける原因となったり、白抜け画像等の異常画像の原因となったりする。
なお、20μmより小さい粒径を有するキャリア粒子の含有量は0.5重量%以上に設定することが好ましい。この含有量が0.5重量%以上であれば、それほど製造コストを高くすることなく、所望の値を得ることが可能となる。
Dw={1/Σ(nD3)}×{Σ(nD4)} ・・・(1)
式(1)中、Dは各チャネルに存在する粒子の代表粒径(μm)を示し、nは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。なお、チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本実施の形態4においては2μmの長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。
また、キャリアの個数平均粒径Dp(キャリア芯材やトナーに関する個数平均粒径も同様である。)は、個数基準で測定された粒子の粒径分布に基づいて算出されたものである。具体的に、個数平均粒径Dpは以下の式で表わされる。
Dp=(1/ΣN)×(ΣnD) ・・・(2)
式(2)中、Nは計測した全粒子数を示し、nは各チャネルに存在する粒子の総数を示し、Dは各チャネル(2μm)に存在する粒子粒径の下限値を示す。本実施の形態4において、粒径分布を測定するための粒度分析計としては、マイクロトラック粒度分析計(モデルHRA9320−X100:Honewell社製)を用いた。また、その測定条件は、以下の通りである。
[1]粒径範囲:100〜8μm
[2]チャネル長さ(チャネル幅):2μm
[3]チャネル数:46
[4]屈折率:2.42
粒子G1としては、例えば、アルミナ粒子、シリカ粒子、チタニア粒子、酸化亜鉛粒子、酸化スズ粒子などが挙げられ、これら粒子は疎水性や導電性などを変化させるために表面処理を施していてもよい。これら粒子の中でも、特にアルミナ粒子、シリカ粒子、チタニア粒子は適度な硬度を持ち、且つ、結着樹脂との相性もよく、分散性、接着性の面からも好適であるといえる。また、これら粒子の表面に、例えば二酸化スズを含む酸化インジウムの水和物の被覆を形成させ、導電性粒子として樹脂被覆層に含有させ、キャリア粒子の抵抗調整剤を兼ねて使用することも可能である。
粒子G1の粒径は、被覆樹脂層の厚さに対して大きい場合、キャリア粒子間のスペーサー効果や、キャリア表面に付着したスペント成分の掻き取り効果が発揮され、スペーサー効果としては、キャリア粒子同時の衝突の衝撃を和らげ、掻き取り効果としてはスペント成分にて被覆樹脂層の成分が覆われてしまって被覆樹脂層の機能が充分に発揮されなくなる事態を防止することができる。また、樹脂被覆層の厚さに対して小さい場合、上述のスペーサー効果や掻き取り効果は発揮されないが、樹脂被覆層中に均一に分散させれば、樹脂被覆層の強度を高める効果が非常に高くなる。このように、樹脂被覆層の厚さと粒子G1の粒径との関係で、樹脂被覆層の耐久性を高めるアプローチの仕方が異なるため、粒子G1の粒径は機種の課題に合わせて適宜選択してよい。また、樹脂被覆層の厚さに対して粒径の大きい硬質粒子と小さい硬質粒子とを同時に処方してもよい。
被覆層に含まれる粒子G1の含有量は、2〜50重量%(より好ましくは、2〜30重量%である。)とすることが好ましい。
被覆層における粒子G1の含有量が多いほど、強度を高める効果は大きいが、粒子G1の含有量が50重量%を超えると、被覆層内部における粒子G1の分散状態が大幅に悪化する。粒子の分散状態が悪化すると、被覆層内部で粒子G1の一部が互いに凝集してしまうため、粒子G1の効果が平均的には発揮されにくくなる。これに対して、粒子G1の被覆層における含有量が2重量%未満であると、含有量が少なすぎるために、粒子G1を添加した効果を充分に得ることができない。
なお、粒子G1の被覆層における含有量は、次式によって表される。
粒子G1の含有量(重量%)=[粒子G1の含有量/被覆層に含まれる材料の総量(粒子G1+結着樹脂+その他の成分)]×100
キャリアの形状が真球に近づくと、現像剤の流動性が向上して、現像ローラ13aから第2搬送経路に戻ってきたトナー濃度の低い現像剤と、第1搬送経路を搬送されてきたトナー濃度の高い現像剤と、が合流したときに、即座に混ざり合うことができ、第2搬送経路での短時間の撹拌でも、速やかに現像剤のトナー濃度を均一化することが可能となる。
ここで、形状係数SF1、SF2は、例えば、日立製作所製FE−SEM(S−800)を用い300倍に拡大したキャリア粒子像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介して、例えば、ニレコ社製画像解析装置(Luzex AP)に導入し解析をおこない、下式より算出し得られた値である。
SF1=(L2/A)×(π/4)×100
SF2=(P2/A)×(1/4π)×100
なお、上式中、Lは粒子の絶対最大長(外接円の長さ)、Pは粒子の周囲長、Aは粒子の投影面積を示す。形状係数SF1はキャリア粒子の丸さの度合いを示し、形状係数SF2はキャリア粒子の凹凸の度合いを示している。すなわち、円(球形)から離れるとSF1は値が大きくなる。また、表面の凹凸の起伏が激しくなるとSF2の値も大きくなる。それぞれの値は、真円(球)に近づくにつれて100に近い値となる。
形状係数SF1が100〜130と球形に近く、形状係数SF2が100〜120である平滑な芯材は、焼成条件、熱による後処理、および組成の調整などによって得られる。例えば、「US2003/0209820A1」に記載されているように、粉砕処理した不定形のフェライト粒子、あるいはフェライト化反応させるための原材料をプラズマにさらすことによっても表面の平滑化、および球形化が可能である。
アクリル樹脂とアミノ樹脂との反応物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アクリル樹脂とアミノ樹脂との架橋反応物が好適である。また、アクリル樹脂としては、特に制限はなく、全てのアクリル樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができるが、これらの中でも、ガラス転移温度(Tg)は20〜100℃が好ましく、25〜80℃がより好ましい。アクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)がこの範囲内であると、アクリル樹脂は適度な弾性を有しており、現像剤を摩擦帯電させるための攪拌における、トナーとキャリアとの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦で、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触の際、該衝撃を吸収することができ、被覆層を破損することなく維持することが可能となる。ガラス転移温度(Tg)が20℃未満であると、常温においても結着樹脂がブロッキングするため、保存性が悪く実用上使用できないことがある。一方、ガラス転移温度(Tg)が100℃を超えると、結着樹脂が硬く脆性が高くなり過ぎて衝撃を吸収することができず、その脆さから結着樹脂が削れると共に、該粒子を保持することができず、脱離しやすくなることがある。
また、アミノ樹脂としては、特に制限はなく、従来から知られているアミノ樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、グアナミン、メラミンを用いることで、帯電量付与能力を著しく向上させることができる。
シリコーン樹脂としては、特に制限はなく、一般的に知られているシリコーン樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、オルガノシロサン結合のみからなるストレートシリコーン樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などで変性したシリコーン樹脂、などが挙げられる。このシリコーン樹脂は、市販品を用いることができ、ストレートシリコーン樹脂としては、信越化学工業社製のKR271、KR255、KR152;東レ・ダウコーニング・シリコーン社製のSR2400、SR2406、SR2410、等が挙げられる。変性シリコーン樹脂としては、例えば、信越化学工業社製のKR206(アルキド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性);東レ・ダウコーニング・シリコーン社製のSR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキド変性)、などが挙げられる。なお、シリコーン樹脂単体で用いることも可能であるが、架橋反応する成分、帯電量調整成分等を同時に用いることも可能である。
キャリア粒子の被覆層に用いられる結着樹脂としては、上述の樹脂以外にも、必要に応じてキャリア用被覆樹脂として一般的に用いられているものを使用することができ、例えば、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
被覆層は、例えば、結着樹脂や粒子G1等を溶剤に溶解させて塗布溶液を調製した後、該塗布溶液を芯材の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼付を行うことにより形成することができる。この塗布方法としては、例えば、浸漬法、転動流動層法、スプレー法などが挙げられる。また、上述の溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、セルソルブチルアセテート、ブチルセロソルブなどが挙げられる。また、上述の焼付としては、特に制限はなく、外部加熱方式であってもよいし、内部加熱方式であってもよく、例えば、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉等を用いる方法、マイクロウエーブを用いる方法、などが挙げられる。
芯材としては、特に制限はなく、2成分現像剤のキャリアとして公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケルが好適に挙げられる。また、近年著しく進む環境面への影響を配慮し、フェライトであれば、従来の銅−亜鉛系フェライトではなく、例えば、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Mn−Mg−Srフェライト等を用いることが好適である。また、Mn−Mg−Srフェライト、Mn系フェライト、マグネタイトは、詳細は後述するが、高い磁化を持つため、キャリア付着を抑制するために有効な材料である。
画像の地肌部や画像部へのキャリア付着はFm<Fcとなったときに、キャリア粒子、又は、切断された磁気ブラシの形態で付着することにより生じる。なお、Fmは磁気束縛力であり、Fcはキャリア付着を引き起こす力である。このキャリア付着を引き起こす力Fcは、現像ポテンシャル、地肌ポテンシャル、キャリアにかかる遠心力、キャリアの抵抗、および現像剤帯電量に関係している。したがって、キャリア付着を防止するためには、Fcを小さくするように各パラメータを設定することが有効であるが、現像能力、地汚れ、およびトナー飛散などに密接に関係するため大幅には変えることは難しい。
一方、磁気束縛力Fmについてみると、
Fm=K・M・(∂H/∂x)
で表わされる。ここで、Kはキャリアの質量であり、
K=(4/3)・π・r3・ρ
で表わされる。ここで、rはキャリアの半径であり、ρはキャリアの真比重である。また、Mは単位質量当りの磁化である。また、(∂H/∂x)は、キャリアの存在する位置における磁界の強さ(H)の勾配である。キャリアに対する磁気束縛力(Fm)は、キャリア半径(r)の3乗に比例するから、キャリアの小粒径化にともなって、粒径の3乗の割合で急激に小さくなり、キャリア付着が非常に起きやすくなる。
そこで、本願発明者は、キャリアの磁化を振ったサンプルを試作して検討し、1000エルステッド(Oe)の磁場を印加したときの磁化が、50emu/g以上(好ましくは70emu/g以上である。)とすることにより、キャリア付着が改良されることを見出した。また、キャリア付着の観点からは、その上限値に特に制約はなく、通常、150emu/g程度が上限となるが、強すぎる磁化は磁気ブラシの滑らかさを損なう場合があり、高画質化の観点から100emu/g以下であることが好ましい。キャリア付着が発生すると、感光体ドラムや定着ローラの傷の原因となり、画像品質の低下を招く。キャリア芯材粒子の磁化が上述した範囲よりも小さくなると、充分な強さの磁気束縛力Fmが得られないため、キャリア付着が生じやすくなるので実用上好ましくない。
B−Hトレーサー(BHU−60/理研電子(株)製)を使用し、円筒のセルにキャリア芯材粒子1.0gを詰めて装置にセットする。磁場を徐々に大きくし、3000エルステッドまで変化させ、次に徐々に小さくして零にした後、反対向きの磁場を徐々に大きくし3000エルステッドとする。さらに、徐々に磁場を小さくして零にした後、最初と同じ方向に磁場をかける。このようにして、BHカーブを図示し、その図より1000エルステッドの磁化を算出する。
本実施の形態4のキャリアで使用する、1000エルステッドの磁場を印加したときに50emu/g以上となる芯材粒子としては、例えば、鉄、コバルトなどの強磁性体、マグネタイト、ヘマタイト、Li系フェライト、Mn−Zn系フェライト、Cu−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライト、Ba系フェライト、Mn系フェライトなどが挙げられる。フェライトとは、一般に次式で表わされる焼結体である。
(MO)x(NO)y(Fe2O3)z
ただし、x+y+z=100mol%であって、M、Nはそれぞれ、Ni、Cu、Zn、Li、Mg、Mn、Sr、Caなどであり、2価の金属酸化物と3価の鉄酸化物との完全混合物から構成されている。
本実施の形態4のキャリアを構成する芯材粒子の材料としては、公知の各種の磁性材料が用いられるが、より好ましく用いられる1000エルステッドの磁場を印加したときの磁化が70emu/g以上の芯材粒子としては、上述したように、例えばマグネタイト、Mn−Mg−Sr系フェライト、Mn系フェライトなどが挙げられる。具体的には、MFL−35S、MFL−35HS(パウダーテック社製)、DFC−400M、DFC−410M、SM−350NV(同和鉄粉工業社製)が好適な例として挙げられる。
キャリアの抵抗率が1×1011(Ω・cm)よりも低いと、現像ギャップ(感光体ドラム11と現像ローラ13aとの間の最近接距離である。)が狭くなった場合、キャリアに電荷が誘導されてキャリア付着が発生しやすくなる。感光体ドラム11の線速度、および、現像ローラ13aの線速度が大きい場合、キャリア付着に関して悪化の傾向が見られる。また、現像ローラ13aにACバイアスを印加する場合は顕著である。通常、カラートナー現像用のキャリアとして、充分なトナー付着量を得るため、低抵抗のものが使用される。上述の抵抗範囲のキャリアは、適正なトナー帯電量のもとで使用することにより、充分な画像濃度が得られる。
また、キャリアの抵抗率が1×1016(Ω・cm)より大きいと、トナーに対して反対極性の電荷が溜まりやすくなり、キャリアが帯電してキャリア付着が起きやすくなる。
なお、キャリア抵抗率は、次の方法により測定することができる。
図示は省略するが、電極間距離2mm、表面積2×4cmの電極対を収容したフッ素樹脂製容器からなるセルにキャリアを充填し、両極間に100Vの直流電圧を印加し、ハイレジスタンスメーター4329A(4329A+LJK 5HVLVWDQFH OHWHU;横川ヒューレットパッカード株式会社製)にて直流抵抗を測定する。このキャリア抵抗測定時のキャリアの充填は、キャリアをセルにあふれるまで入れた後に、セル全体を20回タッピングして、セルの上面を非磁性でできた水平なヘラを用いてセルの上端に沿って1回の操作で平らにかきとる程度である。充填の際に、加圧は不要である。また、キャリアの抵抗率の調整は、樹脂被覆層へ含有させる抵抗調整剤の量や樹脂被覆層の膜厚の制御等によって可能である。抵抗調整剤としては、上述した、表面処理を施した硬質粒子やカーボンブラックが好適な例として挙げられる。特に、硬質粒子の表面処理が、下層が二酸化スズの層、上層が二酸化スズを含む酸化インジウムの層である導電性被覆層を形成することで処理されていると、導電性付与効果が高い上に、抵抗調整剤の色を白色にすることができ、カラー画像の色汚れを発生させにくくなるため、好適である。
本実施の形態4において、トナー容器28や現像装置13に収容されているトナーTは、少なくとも結着樹脂及び着色剤を含有して構成され、さらに離型剤、帯電制御剤、またこれらの他に、必要に応じてその他の成分を含んで構成される。
トナーの製造方法としては、特に1つのものに限定されるものではなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、粉砕法、水系媒体中で油相を乳化、懸濁又は凝集させトナー母体粒子を形成させる、懸濁重合法、乳化重合法、ポリマー懸濁法等が挙げられる。
着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン、等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。着色剤のトナーにおける含有量は1〜15重量%が好ましく、3〜10重量%がより好ましい。
着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして使用してもよい。この樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、スチレン又はその置換体の重合体、スチレン系共重合体、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリブチルメタクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィン、等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ワックス類、等が好適に挙げられる。ワックス類としては、例えば、カルボニル基含有ワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素、等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、カルボニル基含有ワックスが好ましい。カルボニル基含有ワックスとしては、例えば、ポリアルカン酸エステル、ポリアルカノールエステル、ポリアルカン酸アミド、ポリアルキルアミド、ジアルキルケトン、等が挙げられる。前記ポリアルカン酸エステルとしては、例えば、カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート等が挙げられる。ポリアルカノールエステルとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエート等が挙げられる。前記ポリアルカン酸アミドとしては、例えば、ジベヘニルアミド等が挙げられる。前記ポリアルキルアミドとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリルアミド等が挙げられる。前記ジアルキルケトンとしては、例えば、ジステアリルケトン等が挙げられる。これらカルボニル基含有ワックスの中でも、ポリアルカン酸エステルが特に好ましい。ポリオレフィンワッックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられる。長鎖炭化水素としては、例えば、パラフィンワックス、サゾールワックス等が挙げられる。
離型剤の融点としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、40〜160℃が好ましく、50〜120℃がより好ましく、60〜90℃が特に好ましい。融点が、40℃未満であると、ワックスが耐熱保存性に悪影響を与えることがあり、160℃を超えると、低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすいことがある。
離型剤の溶融粘度としては、ワックスの融点より20℃高い温度での測定値として、5〜1,000cpsが好ましく、10〜100cpsがより好ましい。溶融粘度が、5cps未満であると、離型性が低下することがあり、1,000cpsを超えると、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果が得られなくなることがある。
離型剤の前記トナーにおける含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1〜40重量%が好ましく、3〜30重量%がより好ましい。この含有量が、40重量%を超えると、トナーの流動性が悪化することがある。
帯電制御剤としては、特に制限はなく、感光体に帯電される電荷の正負に応じて正又は負の荷電制御剤を適宜選択して用いることができる。負の帯電制御剤としては、例えば、電子供与性の官能基を持つ樹脂又は化合物、アゾ染料、有機酸の金属錯体、などを用いることができる。具体的には、ボントロン(品番:S−31、S−32、S−34、S−36、S−37、S−39、S−40、S−44、E−81、E−82、E−84、E−86、E−88、A、1−A、2−A、3−A)(以上、オリエント化学工業社製))、カヤチャージ(品番:N−1、N−2)、カヤセットブラック(品番:T−2、004)(以上、日本化薬社製))、アイゼンスピロンブラック(T−37、T−77、T−95、TRH、TNS−2)(以上、保土谷化学工業社製)、FCA−1001−N、FCA−1001−NB、FCA−1001−NZ、(以上、藤倉化成社製)、などが挙げられる。正の荷電制御剤としては、例えば、ニグロシン染料等の塩基性化合物、4級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、高級脂肪酸の金属塩等を用いることができる。具体的には、ボントロン(品番:N−01、N−02、N−03、N−04、N−05、N−07、N−09、N−10、N−11、N−13、P−51、P−52、AFP−B)(以上、オリエント化学工業社製)、TP−302、TP−415、TP−4040(以上、保土谷化学工業社製)、コピーブルーPR、コピーチャージ(品番:PX−VP−435、NX−VP−434)(以上、ヘキスト社製)、FCA(品番:201、201−B−1、201−B−2、201−B−3、201−PB、201−PZ、301)(以上、藤倉化成社製)、PLZ(品番:1001、2001、6001、7001)(以上、四国化成工業社製)、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
帯電制御剤の添加量は、結着樹脂の種類、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、結着樹脂100重量部に対し0.1〜10重量部が好ましく、0.2〜5重量部がより好ましい。この添加量が10重量部を超えると、トナーの帯電性が大きすぎ、帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招くことがあり、0.1重量部未満であると、帯電立ち上り性や帯電量が充分でなく、トナー画像に影響を及ぼしやすいことがある。
トナー材料には、結着樹脂、離型剤、着色剤、及び帯電制御剤の他に、必要に応じて無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、金属石鹸、等を添加することができる。
無機微粒子としては、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸カルシウム等を用いることができ、シリコーンオイルやヘキサメチルジシラザンなどで疎水化処理されたシリカ微粒子や、特定の表面処理を施した酸化チタンを用いることがより好ましい。シリカ微粒子としては、例えば、アエロジル(品番:130、200V、200CF、300、300CF、380、OX50、TT600、MOX80、MOX170、COK84、RX200、RY200、R972、R974、R976、R805、R811、R812、T805、R202、VT222、RX170、RXC、RA200、RA200H、RA200HS、RM50、RY200、REA200)(以上、日本アエロジル社製)、HDK(品番:H20、H2000、H3004、H2000/4、H2050EP、H2015EP、H3050EP、KHD50)、HVK2150(以上、ワッカーケミカル社製)、カボジル(品番:L−90、LM−130、LM−150、M−5、PTG、MS−55、H−5、HS−5、EH−5、LM−150D、M−7D、MS−75D、TS−720、TS−610、TS−530)(以上、キャボット社製)等を用いることができる。無機微粒子の添加量としては、トナー母体粒子100重量部に対し0.1〜5.0重量部が好ましく、0.5〜3.2重量部がより好ましい。
上述したトナー材料を混合し、その混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、例えば、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、神戸製鋼所社製KTK型二軸押出機、東芝機械社製TEM型押出機、ケイシーケイ社製二軸押出機、池貝鉄工所社製PCM型二軸押出機、ブス社製コニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、バインダー樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件でおこなうことが好ましい。具体的には、溶融混練温度は、バインダー樹脂の軟化点を参考にしておこなわれ、この軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。
粉砕では、混練で得られた混練物を粉砕する。この粉砕においては、まず、混練物を粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、ジェット気流中で粒子同士を衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
分級は、粉砕で得られた粉砕物を分級して所定粒径の粒子に調整する。この分級は、例えば、サイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子部分を取り除くことにより行うことができる。
粉砕及び分級が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中に分級し、所定の粒径のトナーを製造する。
また、トナーの流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造されたトナー母体粒子に、さらに疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。添加剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。なお、添加剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中又は漸次添加剤を加えていけばよい。この場合、混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。また、はじめに強い負荷を、次に、比較的弱い負荷を与えてもよいし、その逆でもよい。使用できる混合設備としては、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。次いで、粗大粒子、凝集粒子の除去を目的に、篩を通過させることでトナーを得ることができる。
これらの結果は、上述したキャリアCについてのいくつかの特性を制限したことによる効果を実証するものである。なお、本発明は、ここに例示される実施例に限定されるものではない。また、以下において、「部」は重量部を、「%」は重量%を表す。
[トナーの作製]
(結着樹脂合成例1)
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、イソフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、160℃まで冷却して、これに32部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソフォロンジイソシアネート188部と2時間反応を行いイソシアネート含有プレポリマー(P1)を得た。次いで、プレポリマー(P1)267部とイソホロンジアミン14部を50℃で2時間反応させ、重量平均分子量64000のウレア変性ポリエステル(U1)を得た。上記と同様に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部を常圧下、230℃で8時間重縮合し、次いで10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5000の変性されていないポリエステル(E1)を得た。ウレア変性ポリエステル(U1)200部と変性されていないポリエステル(E1)800部を酢酸エチル/MEK(1/1)混合溶剤2000部に溶解、混合し、結着樹脂(B1)の酢酸エチル/MEK溶液を得た。一部減圧乾燥し、結着樹脂(B1)を単離した。Tgは62℃であった。
(ポリエステル樹脂合成例A)
テレフタル酸:60部
ドデセニル無水コハク酸:25部
無水トリメリット酸:15部
ビスフェノールA(2,2)プロピレンオキサイド:70部
ビスフェノールA(2,2)エチレンオキサイド:50部
上記組成物を、温度計、攪拌器、コンデンサー及び窒素ガス導入管を備えた容量1Lの4つ口丸底フラスコ内に入れ、このフラスコをマントルヒーターにセットし、窒素ガス導入管より窒素ガスを導入してフラスコ内を不活性雰囲気下に保った状態で昇温し、次いで0.05gのジブチルスズオキシドを加えて温度を200℃に保って反応させポリエステルA得た。このポリエステルAのピーク分子量は4200であり、ガラス転移点は59.4℃であった。
(マスターバッチ作成例1)
顔料:C.I.Pigment Yellow 155:40部
結着樹脂:ポリエステル樹脂A:60部
水:30部
上記原材料をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロ−ル表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行い、パルベライザーで1mmφの大きさに粉砕し、 マスターバッチ(M1)を得た。
(トナー製造例A)
ビーカー内に前記の結着樹脂(B1)の酢酸エチル/MEK溶液240部、ペンタエリスリトールテトラベヘネート(融点81℃、溶融粘度25cps)20部、マスターバッチ(M1)8部を入れ、60℃にてTK式ホモミキサーにて12000rpmで攪拌し、均一に溶解、分散させ、トナー材料液を用意した。
ビーカー内にイオン交換水706部、ハイドロキシアパタイト10%懸濁液(日本化学工業(株)製スーパタイト10)294部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2部を入れ均一に溶解した。ついで、60℃に昇温し、TK式ホモミキサーにて12000rpmに攪拌しながら、上記トナー材料溶液を投入し10分間攪拌した。ついで、この混合液を攪拌棒および温度計付のコルベンに移し、98℃まで昇温して溶剤を除去し、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、トナー粒子を得た。ついで、このトナー粒子100部に疎水性シリカ1.0部と、疎水化酸化チタン1.0部をヘンシェルミキサーにて混合して、「トナーA」を得た。この「トナーA」の超薄切片を作成し、透過型電子顕微鏡(日立社製H−9000H)を用いて、トナーの断面写真(倍率×100,000)を撮影し、写真から、ランダム選択した100点の着色剤部分の分散径から平均値を求めた。ここで、1粒子の分散径は最長径と最短径の平均とし、また、凝集状態にあるものは凝集体自身を1粒子とした。着色剤の平均分散粒径は、0.40μmであった。また、0.7μm以上の分散粒径を持つ着色剤は、4.5%であった。
次に、「トナーA」の粒径を、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターTA2」を用い、アパーチャー径100μmで測定したところ、体積平均粒径(Dv)=6.2μm、個数平均粒径(Dn)=5.1μmであった。引き続き、「トナーA」の円形度を、フロー式粒子像分析装置FPIA−1000(東亜医用電子株式会社製)により平均円形度として計測した。測定は、上述した装置に、予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩)を0.1〜0.5ml加え、さらに測定試料を0.1〜0.5g程度加え、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜1万個/μlに調整した測定液をセットしておこなった。得られた「トナーA」の円形度は0.96であった。
(キャリア製造例)
(製造例1)
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:50重量%):1500重量部
シリコーン樹脂溶液(固形分20重量%):1575重量部
アミノシラン(固形分濃度:100重量%):4重量部
トルエン:6000重量部
以上の各材料をホモミキサーにて10分間分散し、樹脂層形成液を調合した。キャリア芯材として表1の芯材aを用い、上述の樹脂溶液を芯材表面に厚みが0.2μmとなるようにスピラコーター(岡田精工社製)により55℃の雰囲気下で30g/minに割合で塗布し、乾燥させた。層厚の調整は液量によっておこなった。得られたキャリアを、電気炉中にて150℃で1時間放置して焼成し、冷却後に目開き100μmの篩を用いて解砕して、表2中のキャリアIを得た。
芯材の体積平均粒径の測定は、マイクロトラック粒度分析計(日機装株式会社)のSRAタイプを使用し、0.7μm以上、125μm以下のレンジ設定で行ったものを用いた。
被覆層における樹脂部分の平均厚みは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリア断面を観察し、芯材表面と粒子との間に存在する樹脂部の厚みhaと、粒子間に存在する樹脂部の厚みhbと、芯材や粒子上の樹脂部の厚みhcとを、キャリア表面に沿って0.2μm間隔で50点測定し、得られた測定値を平均して求めた。
(製造例2〜15)
キャリア芯材として表1の芯材b〜oを用いたこと以外は、製造例1と全く同様にして、表2のキャリアII〜XVを得た。
(製造例16)
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:50重量%):1500重量部
シリコーン樹脂溶液(固形分20重量%):1575重量部
アミノシラン(固形分濃度:100重量%):4重量部
チタニア微粒子(体積平均粒径0.02μm):1500重量部
トルエン:6000重量部
樹脂層形成液の材料を上記のものに変更したこと以外は、製造例15と同様にして、キャリアXVIを得た。
(実施例1)
トナー製造例で得たトナーAを7重量部とキャリア製造例1で得られたキャリアIを93重量部用いて、ミキサーで10分撹拌し、現像機内に収容する現像剤を作成した。作成した現像剤を用いて以下の評価を行なった。
<画像の精細性>
市販のデジタルフルカラープリンタ(株式会社リコー製、imagio Neo C455)に図2に示す現像装置を搭載した改造機を用意して、現像装置内に現像剤をセットするとともに補給用トナーをセットし、画像面積5%の文字チャート(1文字の大きさが2mm×2mm程度)を出力し、その文字再現性から画像の精細性の評価をおこなった。評価のランク分けは次のようにおこなった。
◎:非常に良好なレベル、○:良好なレベル、△:許容できるレベル、×:実用上使用できないレベル
<耐久性>
上記の画像精細性評価の画像を10万枚出力して、耐久性評価用のランニング試験とした。このランニング試験後と試験前との、キャリアの帯電能力低下量および抵抗変化量をもって耐久性の評価をおこなった。
キャリアの帯電能力低下量の測定は以下の方法にておこなった。
まず、初期のキャリア93重量%に対しトナー7重量%の割合で混合し摩擦帯電させたサンプルを、一般的なブローオフ法(東芝ケミカル株式会社製、TB−200)にて測定し、この値を初期帯電量とする。次に、ランニング後の現像剤からトナーを上述のブローオフ装置にて除去し、得られたキャリア93重量%に対し新規にトナーを7重量%の割合で混合し、初期のキャリアと同様に摩擦帯電させたサンプルを、初期のキャリアと同様に帯電量測定をおこない、初期帯電量との差を帯電能力低下量とする。帯電能力低下量の目標値は10.0μC/g以内である。帯電能力の低下の主なる原因はキャリア表面へのトナースペントと考えられ、トナースペントを減らすことで、帯電能力の低下を抑えることができる。
キャリア抵抗値変化量の測定は以下の方法にておこなった。
図示は省略するが、キャリアを抵抗計測平行電極の電極間(ギャップ2mm)に投入し、DC1,000Vを印加して30秒後の抵抗値をハイレジスト計で計測した。得られた値を体積抵抗率に変換した値を初期抵抗値とする。次に、ランニング後の現像剤中のトナーを上述したブローオフ装置にて除去し、得たキャリアに対して上述の抵抗測定方法と同様の方法で抵抗測定をおこない、得られた値を体積抵抗率に変換し、初期抵抗値との差をキャリア抵抗値変化量とする。キャリア抵抗値変化量の目標値は絶対値で3.0〔Log(Ω・cm)〕以内である。抵抗変化の原因は、キャリアの被覆層の削れ、トナー成分のスペント、キャリア被覆層中の大粒子脱離などであるため、これらを減らすことで、キャリア抵抗の変化を抑えることができる。
<頁内濃度安定性>
上記の画像精細性評価の画像を10万枚出力した後に、画像濃度ムラを評価することで、ランニング後の頁内画像安定性評価試験とした。また、ランニング前の時点での画像濃度ムラの評価もおこない、初期の頁内画像安定性評価試験とした。
画像濃度ムラの評価は目視にておこない、ランク評価とした。
◎:画像上にムラが一切存在しない状態
○:問題とはならないレベルの濃度ムラがわずかに観察される状態
△:問題とはならないレベルの濃度ムラが観察される状態
×:許容範囲外で濃度ムラが非常に目立つ状態
<地肌部キャリア付着>
市販のデジタルフルカラープリンタ(株式会社リコー製、imagio Neo C455)に図2に示す現像装置を搭載した改造機を用意して、現像装置内に現像剤と補給用トナーとをセットし、地肌ポテンシャルを150Vに固定し、画像面積1%のA3文字チャート(1文字の大きさが2mm×2mm程度)を出力し、その地肌部のキャリア付着発生個数により評価をおこなった。評価のランク分けは次のようにおこなった。
◎:0個、○:2個以上5個以下、△:6個以上10個以下、×:11個以上
(比較例1)
評価用装置に、従来の現像装置を用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価をおこなった。
(実施例2〜11、比較例2〜6)
評価に用いるキャリアとして製造例2〜16にて作成したキャリアを用いたこと以外は、実施例1と同様にして評価をおこなった。
製造例に用いたキャリア芯材を表1、製造例にて作成したキャリアを表2、上記実施例1〜11、比較例1〜6の組み合わせと評価結果を表3に示す。
22≦Dw≦32
1.00≦Dw/Dp≦1.20
なる関係を満たすように形成されたものを用いている。さらに、このキャリアCは、粒径が20μmよりも小さな粒子の含有量が7重量%以下であり、粒径が36μmよりも小さな粒子の含有量が90〜100重量%の範囲になるように形成されている。
このようなキャリアCを用いることにより、表1〜表3の結果からも、頁内画像安定性が向上するとともに、キャリア劣化の速度を低くすることができることがわかる。
さらに、現像ローラ13aと第1搬送スクリュ13b1との中心間距離(軸間距離)が、現像ローラ13aと第2搬送スクリュ13b2との中心間距離(軸間距離)よりも、短くなるように形成されている。これにより、第1搬送経路から現像ローラ13aに向けて現像剤を無理なく供給することができるとともに、現像装置13を比較的小型化することができる。
また、第1搬送経路において、第1搬送スクリュ13b1によって現像ローラ13aに近い側から現像剤を持ち上げられるように、第1搬送スクリュ13b1の回転方向や形状を設定することが好ましい。これにより、第1搬送経路から現像ローラ13aに向けて現像剤が効率良く供給されて、現像剤にかかるストレスをより低減させることができる。
図15〜図17にて、この発明の実施の形態5について詳細に説明する。
図15は、実施の形態5における現像装置13の一部を示す拡大図であって、前記実施の形態2における図12に相当する図である。また、図16は、現像装置13の一部を示す分解斜視図である。
本実施の形態5における現像装置は、仕切り部材13dが現像ケースと別体で設けられている点が、仕切り部材13dが現像ケースと一体で設けられている前記実施の形態1のものと相違する。
詳しくは、図16に示すように、板状に形成された仕切り部材13dは、現像ローラ13aの両端の軸部13a11、13a21(図3をも参照できる。)にホルダ13m、13nを介して保持されている。
これに対して、仕切り部材13dの他端側は、現像ローラ13aの他端側の軸部13a21に第2ホルダ13nを介して保持されている。この現像ローラ13aの他端側の軸部13a21は、スリーブ13a2と一体的に形成されていて現像ケース13w(側板)に回転自在に保持される。そして、現像ローラ13aの他端側の軸部13a21を第2ホルダ13nの軸受部に挿入した状態で、第2ホルダ13nの穴部を仕切り部材13dの雌ネジ部に合わせて双方の部材13d、13nをネジ13sにて螺合・締結する。ここで、現像ローラ13aの他端側の軸部13a21は稼動時に回転するので、第2ホルダ13nの軸受部にはスベリ軸受としての機能をもたせている。
そして、図15を参照して、このように現像ローラ13aにホルダ13m、13nを介して保持された状態の仕切り部材13dは、その一部が、現像ケース13wの先端部13w1(第1搬送経路と第2搬送経路とを仕切る壁部の先端部である。)上に重なるように設置される。
さらに、現像装置13が駆動力等の外力を受けることで、現像ケース13wに長手方向のネジレが生じても、仕切り部材13dは現像ケース13wに対して別部材として形成されているために、仕切り部材13dにネジレが生じて現像ローラ13aとのギャップCGに大きな偏差が生じるような不具合(長手方向の位置によってギャップCGが大きく異なる不具合である。)も発生しにくい。特に、仕切り部材13dは、機械的強度が高くネジレに対して強い現像ローラ13aに位置決めされているために、現像装置13が駆動力等の外力を受けても、現像ローラ13aとともに仕切り部材13dにネジレが生じにくくなる。また、仮に現像ローラ13aにネジレが生じても、仕切り部材13dに生じるネジレは現像ローラ13aのネジレと共通するものになるため、双方の部材13a、13dのギャップCGに大きな偏差が生じるような不具合も発生しにくい。
なお、縦軸の現像剤Gの「回収率」は、現像ローラ13a上に担持された現像工程後の現像剤Gのすべてが現像ローラ13aから離脱して第2搬送経路に回収された場合を「100%」としている。
図17に示すように、現像ローラ13aと仕切り部材13dとのギャップCGが大きくなるにつれて、第2搬送経路における現像剤Gの回収率は低下する。ここで、第2搬送経路における現像剤Gの回収率が80%より小さくなると、現像剤Gの連れ回り(現像工程後の現像剤Gが現像ローラ13aから離脱せずに、再び現像工程に用いられてしまう現象である。)による画像濃度不良が生じてしまうので、ギャップCGは0.45mm以下に設定したい。また、ギャップCGが狭すぎると、仕切り部材13dが現像ローラ13aに干渉して、現像ローラ13a表面にダメージを与えてしまう可能性があるため、ギャップCGは0.1mm以上に設定したい。このように、現像ローラ13aと仕切り部材13dとのギャップCGは、0.1〜0.45mmの比較的狭い範囲に収める必要がある。このような狭い範囲のギャップCGを、不具合なく高い精度で確保するためには、本実施の形態5における構成が有用になる。
詳しくは、シール部材13xは、発泡ポリウレタン等からなる弾性部材であって、仕切り部材13dと現像ケース13wとの間に、潰された状態で設置される。これにより、仕切り部材13dと現像ケース13wとを別部材とすることにより、双方の部材13d、13wの間に隙間(又は、段差)が生じてしまっても、そこから現像剤Gが漏出する不具合(第2搬送経路から第1搬送経路へ現像剤が漏出する不具合である。)が抑止される。
仕切り部材13dの曲げ弾性係数を高めに設定することで、現像装置13が駆動力等の外力を受けた場合であっても、仕切り部材13dにネジレ等の変形が生じにくくなる。そのため、現像ローラ13aと仕切り部材13dとのギャップCGが変動する不具合が軽減される。
また、仕切り部材13dの熱膨張係数を低めに設定することで、環境変動(温度変動)が生じた場合であっても、仕切り部材13dに熱的変形が生じにくくなる。そのため、現像ローラ13aと仕切り部材13dとのギャップCGが変動する不具合が軽減される。
また、本実施の形態5では、現像ケース13wや仕切り部材13dの他に、ホルダ13m、13nやネジ13sも非磁性材料で形成されている。これにより、ホルダ13m、13nやネジ13sに磁性体であるキャリアが磁気的に吸着して第2搬送経路内の現像剤の流動を阻害したり第1搬送経路への現像剤の移動を促進したりする不具合が低減される。
図18及び図19にて、この発明の実施の形態6について詳細に説明する。
図18は、実施の形態6における現像装置13の一部を示す拡大図であって、前記実施の形態5における図15に相当する図である。また、図19は、現像装置13の第2搬送経路の近傍を示す斜視図である。
本実施の形態6における現像装置は、仕切り部材13dが現像ケースに対して調整可能に設置されている点が、仕切り部材13dが現像ケースと一体で設けられている前記実施の形態1のものと相違する。
さらに具体的に、現像ケース13wの先端部13w1には、ネジ13sの雄ネジ部が挿入される長穴(図18中の両矢印方向を長手方向とする長穴であって、不図示である。)が形成されている。また、仕切り部材13dの第1搬送経路側の面上には、ボス部13d20とともに雌ネジ部が形成されている。そして、ネジ13sを、第2搬送経路側から上述した長穴に挿入して、仕切り部材13dのボス部13d20の雌ネジ部に螺合させることで、仕切り部材13dを現像ケース13wの先端部13w1に固定する。
ここで、このネジ13sによる固定・締結をおこなう前(ネジ13sの本締めをおこなう前)に、仮締め状態のネジ13sを上述した長穴に沿うように移動させて、仕切り部材13dを図18中の両矢印方向にスライド移動させながら、仕切り部材13dと現像ローラ13aとのギャップCGが狙いの値(本実施の形態6では、0.05〜1mmである。)になるように調整する。そして、仕切り部材13dと現像ローラ13aとのギャップCGが狙いの値に調整された状態で、ネジ13sの本締めをおこない、仕切り部材13dを現像ケース13wに固定する。
それらの場合にも、剤離れ磁極の位置と第2搬送経路の位置とを最適化することで、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
11、11Y、11C、11M、11BK 感光体ドラム(像担持体)、
13 現像装置(現像部)、
13a 現像ローラ(現像剤担持体)、
13b1 第1搬送スクリュ(第1搬送部材)、
13b2 第2搬送スクリュ(第2搬送部材)、
13c ドクターブレード(現像剤規制部材)、
13d 仕切り部材、
13d1、13d11、13d12 傾斜面、
13d2 対向面、
13e トナー補給口、
13f 第1中継部、 13g 第2中継部、
13h 振動部材(撹拌部材)、
13k パドル部材(撹拌部材)、
H1 第1磁極(主磁極)、 H2 第2磁極(搬送磁極)、
H3 第3磁極(剤離れプレ磁極)、
H4 第4磁極(剤離れ磁極)、
H5 第5磁極(剤離れ後磁極)、
H6 第6磁極(汲上げ磁極)、
G 現像剤(2成分現像剤)、 T トナー、 C キャリア。
Claims (27)
- キャリアとトナーとを有する現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、
前記像担持体に対向するとともに、周囲に複数の磁極が形成された現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の下方に対向するように配設されるとともに、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環経路を形成する複数の搬送部材と、
を備え、
前記複数の搬送部材は、
前記現像剤担持体に対向するとともに、現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第1搬送部材と、
前記第1搬送部材の上方に配設されて前記現像剤担持体に対向するとともに、前記現像剤担持体から離脱された現像剤を長手方向に搬送する第2搬送部材と、
を具備し、
前記現像剤担持体に対向する位置に、前記第1搬送部材による第1搬送経路と前記第2搬送部材による第2搬送経路とを仕切る仕切り部材をさらに備え、
前記第2搬送部材は、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに、前記第2搬送部材の回転中心軸の位置が前記現像剤担持体の上端を通る仮想水平線の下方であって前記現像剤担持体の下端を通る仮想水平線の上方になるように配設され、
前記現像剤担持体は、前記複数の磁極のうち前記現像剤担持体に担持された現像剤を離脱するための剤離れ磁極が同極となる2つの磁極に挟まれて形成されるとともに、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに前記剤離れ磁極を形成する前記2つの磁極の間を等分する前記現像剤担持体上の位置が前記現像剤担持体の回転中心軸を通る仮想水平線よりも上方になるように形成されたことを特徴とする現像装置。 - 前記仕切り部材は、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに、その先端部が前記現像剤担持体の回転中心軸を通る仮想水平線よりも上方にあることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに、その先端部が前記第2搬送部材の回転中心軸を通る仮想水平線よりも上方にあることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記第2搬送経路の側に形成される傾斜面の傾斜角が現像剤の安息角よりも大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記第2搬送経路の側に形成される傾斜面の傾斜角が40度以上になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記第2搬送経路の側に形成される傾斜面の傾斜角が前記現像剤担持体に近い側よりも遠い側で大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに、前記第2搬送経路の側に形成される傾斜面に沿って延長して描かれる仮想線と前記現像剤担持体の表面とが交わる2点からそれぞれ前記現像剤担持体の回転中心軸までを結ぶ2つの仮想線分がなす角度が90度以下になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記現像剤担持体に対向する対向面と前記現像剤担持体とのギャップが前記現像剤担持体の走行方向に沿って一定になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記現像剤担持体に対向する対向面と前記現像剤担持体とのギャップが2mm以下になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記第2搬送経路の側に形成される傾斜面の摩擦係数がその他の表面の摩擦係数に比べて低くなるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記第2搬送経路の側に形成される傾斜面の摩擦係数が前記第2搬送経路における現像剤搬送方向の上流側に比べて現像剤搬送方向の下流側が低くなるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれかに記載の現像装置。
- 前記第2搬送経路は、前記仕切り部材の近傍の現像剤を撹拌する撹拌部材を具備したことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれかに記載の現像装置。
- 前記撹拌部材は、所定方向に回転するパドル状部材であることを特徴とする請求項12に記載の現像装置。
- 前記撹拌部材は、前記第2搬送部材に接触することにより振動する振動部材であることを特徴とする請求項12に記載の現像装置。
- 前記撹拌部材は、その撹拌力が第2搬送経路の上流側に比べて下流側が大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項12〜請求項14のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、現像ケースと一体的に形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項15のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、現像ケースと別体となるように形成されるとともに、前記現像剤担持体に対して位置決めされたことを特徴とする請求項1〜請求項15のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、前記現像剤担持体の両端の軸部にホルダを介して保持され、
前記仕切り部材と前記現像ケースとの隙間を封止するシール部材を設置したことを特徴とする請求項17に記載の現像装置。 - 前記仕切り部材は、現像ケースと別体となるように形成されるとともに、前記現像剤担持体とのギャップを調整可能に前記現像ケースに固定されることを特徴とする請求項1〜請求項15のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、その曲げ弾性係数が前記現像ケースの曲げ弾性係数よりも大きくなるように形成されたことを特徴とする請求項17〜請求項19のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、その熱膨張係数が前記現像ケースの熱膨張係数よりも小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項17〜請求項20のいずれかに記載の現像装置。
- 前記仕切り部材は、非磁性材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項21のいずれかに記載の現像装置。
- 前記キャリアは、その重量平均粒径が20〜60μmになるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項22のいずれかに記載の現像装置。
- 前記第1搬送部材は、前記現像剤担持体の回転中心軸に直交する断面でみたときに、前記第1搬送部材の回転中心軸の位置が前記第2搬送部材の回転中心軸を通る仮想垂直線と前記現像剤担持体の回転中心軸を通る仮想垂直線との間になるように配設されたことを特徴とする請求項1〜請求項23のいずれかに記載の現像装置。
- 前記キャリアは、
その重量平均粒径をDw(μm)として、その個数平均粒径をDp(μm)としたときに、
22≦Dw≦32
1.00≦Dw/Dp≦1.20
なる関係を満たすとともに、
粒径が20μmよりも小さな粒子の含有量が7重量%以下であり、粒径が36μmよりも小さな粒子の含有量が90〜100重量%の範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項24のいずれかに記載の現像装置。 - 画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、
請求項1〜請求項25のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1〜請求項25のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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