JP2005024595A - Image forming apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming apparatus which solves the problems of carrier deposition, roughening, edge effect, and degradation in the graininess due to decrease in pumping property with time, the problems caused when a polymerization toner having a small particle size and a carrier are used, and which realizes stable high picture quality with time. <P>SOLUTION: The apparatus is specified in such a way that: the toner is a polymerization toner having 4 to 6 μm volume average particle size; the magnetic carrier has ≥20 μm and ≤40 μm volume average particle size and shows ≥70 emu/g saturation magnetization in a 10 kOe magnetic field; the gap (Gp) between an image carrying body 8 and a developing sleeve 7 is ≤0.4 mm; the surface of the developing sleeve 7 has a plurality of grooves running in the axial direction in various positions in the circumference direction; and the electric field generated by a development electric field generating means 10 is an AC field at ≥5.4 kHz frequency with ≤900 V peak-to-peak voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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に関するものであり、詳しくは、磁性キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真複写装置等においては、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するために、磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式などが採用されている。この方式による現像装置は、通常、内部に複数の磁極を有する磁石体からなるマグネットローラを備え、回転可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像スリーブを有し、この現像スリーブ表面にトナーを付着させた磁性キャリアを保持し現像領域に搬送して現像を行うものである。
【０００３】
最近の高画質化の要求からトナー、トナー、キャリアを小粒径化していく傾向がある。図２にトナー、キャリアの粒径と画質（ここではドットのボソツキを粒状性として官能評価した。）の関係を示す。トナー、キャリアとも小粒径化するほど粒状性がよくなることがわかる。しかし、キャリアを小粒径化すると、キャリア１個あたりの磁荷も、かかる磁力も小さくなるためキャリア付着が非常に悪化する。特にキャリアの重量平均粒径が２０μｍより小さいと、剤の流動性が悪化し、剤へのストレスも大きくなるため、経時での汲み上げ量低下、キャリア付着をふせぐことがかなり難しくなる。
【０００４】
キャリア付着には、２種類ある。一つは、画像のエッジ部にトナーが現像されるさい、現像されたトナーのカウンターチャージがキャリアに残り、非画像部の地肌部にキャリアが現像されてしまうキャリア付着（エッジ部キャリア付着）である。もう一種類は、画像ベタ部の現像ポテンシャルが広い場合にキャリアに静電誘導された電界で画像ベタ部にキャリアが付着してしまうキャリア付着（画像部キャリア付着）である。前者のエッジ部キャリア付着にはキャリアのカウンターチャージを逃がす、画像エッジ部の電界強調を低減する、などが効果が大きい。キャリアのカウンターチャージをｕｐさせない方法としては、キャリアの抵抗を下げることが効果が大きく、この方法はエッジ部の電界強調も低減できる。また、地肌ポテンシャルを狭めることもチャージｕｐしたキャリアの現像をおさえ、エッジ強調も低減できるため効果がある。後者の画像部のキャリア付着に対しては、キャリアの抵抗を上げることが、静電誘導によるチャージｕｐを低減できるため効果が大きい。また、現像ポテンシャルを狭めると静電誘導も押さえられ、チャージｕｐしたキャリアの現像も減るため効果がある。
【０００５】
しかし、現像ポテンシャル、地肌ポテンシャルは、画像濃度、地汚れに対しても効果が大きいため、キャリア付着のみで決めることができない。また、キャリア抵抗はエッジ部キャリア付着、画像部キャリア付着に相反して効いてしまうので、それぞれのキャリア付着に対して最適値でも悪い場合には他の手段を用いなければならない。
【０００６】
キャリア抵抗、電界以外で、キャリア付着を改善する方法としては、磁力をｕｐする方法がある。メカ側で磁力を上げる方向としては現像スリーブのマグの磁力を上げる、極の半値幅を広げるなどの方法があるが、現像ローラーの大型化、高コスト化、穂が硬くなることによる細線・ベタ画像の悪化などの副作用がある。
【０００７】
また、キャリアの小粒径化を行うと、芯剤、コート層とも組成を均一化することが難しくなる。そのため、一部のキャリアで潜像をリークさせ、画像がザラツいてしまう、という問題も発生しやすい。
【０００８】
特許文献１では、飽和磁化５０〜９０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径１５〜４５μｍのキャリアを用いた画像形成方法が提案さている。しかし、このキャリアをそのまま交番電界の現像バイアスに用いると、ボソツキかエッジ部強調画像が発生してしまう。また特許文献２では、飽和磁化１０〜３００ｅｍｕ／ｇ、平均粒径１０〜１００μｍのキャリアを用いた画像形成方法が提案されている。しかし、このキャリアをそのまま交番電界の現像バイアスに用いると、ボソツキかエッジ部強調画像が発生してしまう。
【０００９】
エッジ部強調画像には各種の評価方法があるが、ここではハーフトーン中にはるベタ画像の周辺が白く抜ける画像の抜け幅で評価する。
【００１０】
さらに、トナー、キャリアを小粒径化していくと現像剤の流動性が悪化する。また、トナー製造過程での粉砕エネルギーは無制限に大きくすることはできず、また省エネルギーの観点からも重合トナーを使う最近の傾向があるが、重合トナーは粉砕トナーと異なり表面の凸凹が小さいため、添加剤が埋めこまり易く、経時的な流動性の悪化を起こし易い。経時的な剤の流動性の低下は汲み上げ量の低下を引き起こす。
【００１１】
図３に粉砕トナー、重合トナー、小粒径キャリアの経時汲み上げ低下の結果を示す。粉砕トナーに比べ重合トナーは経時の嵩密度低下が大きいことがわかる（嵩密度が小さいほうが流動性が悪い。）。図４に粉砕トナー、重合トナー、小粒径キャリアの経時汲み上げ低下の結果を示す。重合トナーは粉砕トナーに比べ、汲み上げ量の低下が大きいことがわかる。重合トナーの経時的な添加剤埋めこまりを防ぐ方法としては１００ｎｍ程度の径の大きい添加剤を外添することが知られているが、この方法では経時的な剤の流動性悪化は改善できるものの、初期的なトナーの凝集性が若干悪くなり、システムによってはトナー補給、搬送が難しくなる、という欠点がある。
【００１２】
本出願人は、特願平２００２−３３７０９号で、サンドブラスト処理をした現像スリーブを用いても、アルミナを添加したコート層をもつキャリアを用いることで、汲み上げ低下を防ぐ発明を提案した。しかし、重合トナー特有の添加剤埋め込みの悪さによる剤の流動性悪化による汲み上げ低下に関しては効果がない。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−５５４９４号公報
【特許文献２】
特開平６−１４９０６１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、小粒径重合トナー、キャリアを用いた場合に問題となる、キャリア付着、ザラツキ、エッジ効果、経時汲み上げ低下による粒状度悪化を改善して、経時的に、安定した高画質を達成することができる画像形成装置を提供することである。
【００１５】
【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、表面に静電潜像を担持する像担持体と、内部に固定された磁界発生手段を有し、表面上に磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を担持して回転する非磁性現像スリーブからなる現像剤担持体と、該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、該像担持体上の静電潜像を、該現像剤担持体上に担持された二成分現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、上記トナーが体積平均粒径４〜６μｍである重合トナー、上記磁性キャリアの体積平均粒径が２０［μｍ］以上４０［μｍ］以下、同じく磁性キャリアの１０ｋＯｅ磁場中における飽和磁化が７０［ｅｍｕ／ｇ］以上、像担持体と現像スリーブとの間の間隔（Ｇｐ）が０．４ｍｍ以下、現像スリーブは、表面における周方向の互いに異なる箇所に軸線方向に延びる複数の溝が複数形成されたもの、上記現像電界発生手段において発生させる電界が周波数が５．４ｋＨｚ以上、ピーク−ピーク電圧が９００Ｖ以下の交番電界であることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本実施形態に係る画像形成装置は、像担持体としての感光体の周辺に、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置等が順に配設されている。また、給紙トレイより転写紙を給紙する給紙搬送装置と、トナー像を転写された転写紙が感光体から分離した後、トナーを転写紙に定着する定着装置とを備えている。このように構成された画像形成装置では、回転する感光体の表面は帯電装置により一様に帯電された後、画像情報に基づき露光装置のレーザー光線等を照射され、感光体上に潜像形成を形成する。感光体上に形成された静電潜像に現像装置により帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成する。一方、転写紙は給紙搬送装置により給紙トレイより給紙され、次いで感光体と転写装置とが対向する転写部に搬送される。そして転写装置により、転写紙に感光体上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体上に形成されたトナー像を転写紙へ転写する。次いで、転写紙は、感光体から分離され、定着装置に送られ、トナーを転写紙に定着することで画像が得られる。
【００１７】
図１は本実施形態に係る画像形成装置の現像装置１の概略構成図である。図１に基づき上記画像形成装置に採用される現像装置１について詳しく説明する。この現像装置１は感光体８の側方に配設され、トナー及び磁性キャリアとを含む２成分現像剤（以下「現像剤」という。）を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ７を備えている。この現像スリーブ７は、現像ケーシングの感光体１側に形成された開口部から一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装置により、図中矢印ｂ方向に回転する。現像スリーブの材質としては、通常の現像装置に用いられるものであれば特に限定されることなく、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミックス等の非磁性材料や、更にこれらにコーティング等したものなどが用いられる。また、現像スリーブの形状も特に限定されることはない。また、現像スリーブ７の内部には、磁界発生手段としての固定磁石群からなる図示しないマグネットローラが固定配置されている。また、現像装置１は、現像スリーブ７上に担持される現像剤の量を規制する剛体からなる現像剤規制部材としてのドクタ９を備えている。該ドクタ９に対して、現像スリーブ７回転方向上流側には、現像剤を収容する現像剤収容部４が形成され、該現像剤収容部４の現像剤を攪拌混合する第１及び第２の攪拌スクリュ５、６が設けられている。また、現像剤収容部４の上方に配置されるトナー補給口２３と、現像剤収容部４へ補給されるトナー充填したトナーホッパ２と、トナー補給口２３とトナーホッパ２とを接続するトナー送流装置３とが設けられている。
【００１８】
上記構成の現像装置１においては、第１及び第２の攪拌スクリュ５、６が回転することにより、現像剤収容部４内の現像剤が攪拌され、トナーと磁性キャリアとが互いに逆極性に摩擦帯電される。この現像剤は、矢印ｂ方向に回転駆動する現像スリーブ７の周面に供給され、供給された現像剤は現像スリーブ７の周面に担持され、現像スリーブ７の回転によって、その回転方向（矢印ｂ方向）に搬送される。次いで、この搬送された現像剤は、ドクタ９によって量を規制され、規制後の現像剤が感光体８と現像スリーブ７とが対向する現像領域に運ばれる。この現像領域で現像剤中のトナーが、感光体８表面の静電潜像に静電的に移行し、その静電潜像がトナー像として可視像化される。
【００１９】
本発明で用いるキャリアの芯材は、Ｚｎ−Ｃｕフェライト、Ｆｅ３Ｏ４マグネタイト等、各種フェライト粒子を用いる。キャリアに用いる芯材のの重量平均粒径が４０μｍ以下、かつ、２２μｍ以下の含有率が１〜２重量％以下、飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ以上であることが、キャリア付着、および高画質の観点からは望ましい。キャリアの飽和磁化は７０ｅｍｕ／ｇ以上（５〜１０ｋエルステッドで、磁化が飽和した値）であることがキャリア付着にたいしてのぞましい。キャリアの磁気特性の測定は、ＢＨＵ−６０型磁化測定装置（理研測定製）を用いる。具体的に述べると測定試料は約１．０ｇ秤量し、内径７ｍｍφ、高さ１０ｍｍのセルにつめ、前記の装置にセットする。測定は印加磁場を徐々に加え最大１０ｋエルステッドまで変化させる。次いで印加磁場を減少せしめ、最終的に記録紙上に試料のヒステリシスカーブを得る。これより、飽和磁化を求める。キャリアの粒度分布の測定は、マイクロトラック粒度分布計（日機装株式会社）のＳＲＡタイプを使用し、０．７〜１２５μｍのレンジ設定でおこなった。
実施例のフルカラープリンターの機械条件は以下のようになっている。
線速 １２５（ｍｍ／ｓｅｃ）
感光体径 ３０（ｍｍ）
スリーブ／感光体線速比 １．５
Ｇｐ ０．４（ｍｍ）
Ｇｄ（現像ローラー−ドクターＧａｐ） ０．６５（ｍｍ）
現像剤汲み上げ量 ６０（ｍｇ／ｃｍ２）
ローラー径 φ１８（ｍｍ）
主極角度 ０°
主極磁束密度 １００（ｍＴ）
ドクター対向極磁束密度 ７０（ｍＴ）
帯電電位Ｖ０ −４５０（Ｖ）
露光後電位ＶＬ −６０（Ｖ）
現像バイアスＶＢ（ＤＣ成分） −３００（Ｖ）
現像バイアスＶＢ（ＡＣ成分） ・矩形波
・周波数２．７５ｋＨｚ
・デューティ５０％
・Ｖｐｐ９００Ｖ（ピーク・ツウ・ピーク電圧）
なお、上記主極角度は感光体と現像スリーブとの中心点を結ぶ線分に対し、主極（図１中のＰ１で示す極）のなす角度である。現像スリーブはアルミの押し出しにＶ字型の溝を切削によってきったものである。Ｖ溝の本数は１００本、深さ７０μｍの直角の溝となっている。また、現像剤量規制体は剛性かつ磁性を有する材料である。現像剤量規制体は鉄、ステンレス等の金属材料からなるものに限らず、フェライト、マグネタイト等の磁性粒子を配合した樹脂材料で構成することも可能である。さらに、現像剤量規制体自体を磁性材料で構成することなく、磁性材料で構成された金属板等の別部材を現像剤量規制体に直接もしくは間接的に固定する構成とすることによっても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
（比較例の粉砕トナー）
スチレン−アクリル樹脂（三洋化成社製、ハイマー７５） ８５部
カーボンブラック（三菱化学社製、＃４４） ８部
含金属アゾ染料（オリエント化学社製、ボントロンＳ−３４） ２部
カルナバワックス（セラリカ野田社製、ＷＡ−０３） ５部
上記処方の混合物を１４０℃の熱ロールで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これをジェットミルで粉砕し分球して平均粒径７．０μｍのトナーを得た。
このトナー１００重量部に対して、疎水性シリカＲ−９７２（日本アエロジル社製）１．０％をヘンシェルミキサーで混合してトナーを得た。
【００２１】
実施例に用いたキャリアは下記のようになっている。
（実施例のキャリア）
アクリル樹脂溶液（固形分５０重量％） ５６．０部
グアナミン溶液（固形分７７重量％） １５．６部
トルエン ９００部
ブチルセロソルブ ９００部
をホモミキサーで１０分間分散して被覆膜形成溶液を調合し、芯材として焼成フェライト粉［平均粒径；３５μｍ（パウダーテック社製）］を用い、膜厚０．１５μｍになるようにスピラコーター（岡田精工社製）により塗布し乾燥した。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た。
重量平均キャリア径は３５μｍである。
【００２２】
（実施例のトナー）。
実施例のトナーは、有機溶媒中に変性ポリエステル系樹脂から成るプレポリマー、該プレポリマーと伸長または架橋する化合物、およびトナー組成分を溶解又は分散させ、該溶解又は分散物を水系媒体中で架橋反応及び／又は伸長反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られる。具体的には、本実施例のトナーは、有機溶媒中に少なくとも、イソシアネート基を含有するポリエステル系プレポリマーＡが溶解し、顔料系着色剤が分散し、離型剤が溶解ないし分散している油性分散液を水系媒体中に無機微粒子及び／又はポリマー微粒子の存在下で分散させるとともに、この分散液中で該プレポリマーＡをポリアミン及び／又は活性水素含有基を有するモノアミンＢと反応させてウレア基を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを形成させ、このウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを含む分散液からそれに含まれる液状媒体を除去することにより得られるものである。ウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃにおいて、そのＴｇは４０〜６５℃、好ましくは４５〜６０℃である。その数平均分子量Ｍｎは２５００〜５００００、好ましくは２５００〜３００００である。その重量平均分子量Ｍｗは１万〜５０万、好ましくは３万〜１０万である。このトナーは、該プレポリマーＡと該アミンＢとの反応によって高分子量化されたウレア結合を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃをバインダー樹脂として含む。そして、そのバインダー樹脂中には着色剤が高分散している。このトナー１００重量部に対して、疎水性シリカＲ−９７２（日本アエロジル社製）２．０％をヘンシェルミキサーで混合してトナーを得た。
【００２３】
（現像剤の製造）
上記トナー ７部
上記キャリア ９３部
をターブラーミキサーにて１０分混合して現像剤を作成した。
【００２４】
キャリア、トナーの粒径と粒状度の関係を図２に示す。粒径７．０μｍトナーの場合は、キャリア粒径４０μｍ、で粒状度ランク４を達成できる。粒径６．０μｍトナーであれば、キャリア粒径４０μｍで、粒状度ランク５の達成が可能となる。ランニングによる汲み上げ量低下の推移を図４に示す。サンドブラスト処理の現像スリーブの場合、初期６０ｍｇ／ｃｍ２に調整した汲み上げ量が、１５万枚のランニングによって粉砕トナーの場合４０ｍｇ／ｃｍ２までしか低下しないのに比較して、重合トナーの場合およそ半分にまで低下する。一方、Ｖ溝の現像スリーブをもちいた場合、重合トナーを用いても、４５ｍｇ／ｃｍ２まで低下を押さえることが可能になる。これはＶ溝の搬送力がサンドブラストの搬送力よりも大きいため、現像剤の流動性が低下しても汲み上げ量の低下が押さえられるため、と考える。
【００２５】
図５にキャリア芯剤の磁化、粒径と、キャリア付着との関係を示す。キャリアの平均粒径が５５μｍの場合、キャリア芯剤の飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇでもキャリア付着の個数は５０個／１００ｃｍ２と実使用上問題ないレベルとなっている。これに対し、３５μｍキャリアでは、数１００個以上（数え切れない）となりまったく使用に耐えない。しかし、３５μｍキャリアでも芯剤の抵抗を７０ｅｍｕ／ｇとすることで、キャリア付着個数を５０個／１００ｃｍ２と、実使用上問題ないレベルとなった。
【００２６】
図６に実施例の構成で、Ｖｐｐを６００、９００、１２００、１５００Ｖと振り、それぞれのザラツキを評価した結果を図６に示す。Ｖｐｐ９００Ｖ以下でザラツキランク５を達成できることがわかる。
【００２７】
図７に実施例の構成で、Ｖｐｐを６００、９００、１２００Ｖと振り、Ｇｐ０．３〜０．６ｍｍまで振り、それぞれのベタ周辺ハーフトーン白抜けを評価した結果を図６に示す。評価方法はドット画像で官能評価にて行った。白ぬけ幅０．５ｍｍ以下が問題ないレベルとして、（ザラツキが問題ない）Ｖｐｐ９００ＶでもＧｐ０．４ｍｍ以下であれば、白ぬけ幅０．５ｍｍ以下を達成することが可能になる。
【００２８】
図８に実施例の構成で汲み上げ量を変化させた場合の、粒状度の変化を示す。周波数２．７ｋＨｚでは汲み上げ量を振ってもランク４を達成することはできない。一方、周波数５．４ｋＨｚであれば汲み上げ量が４５ｍｇ／ｃｍ２でも粒状度ランク４を達成することが可能になる。
【００２９】
以上のように、体積平均粒径４〜６μｍである重合トナー、平均粒径２０〜４０μｍであるキャリア、キャリアの飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ以上、感光体−スリーブギャップ（Ｇｐ）が０．２ｍｍから０．４ｍｍ、現像スリーブの表面がＶ溝スリーブ、現像バイアスの交番電界の周波数が４．５〜５．４ｋＨｚ、現像バイアスの交番電界のピーク−ピーク電圧が９００Ｖ以下であることにより、キャリア付着、ザラツキ、エッジ効果、経時汲み上げ低下による粒状度悪化を改善して、経時的に、安定した高画質を達成する画像形成装置を提供することが可能となった。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、小粒径重合トナー、キャリアを用いた場合に問題となる、キャリア付着、ザラツキ、エッジ効果、経時汲み上げ低下による粒状度悪化を改善して、経時的に、安定した高画質を達成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部の概略構成図。
【図２】トナー、キャリアの粒径と画質との関係を示すグラフ。
【図３】粉砕トナー、重合トナー、小粒径キャリアの経時での汲み上げ量変化を示すグラフ。
【図４】粉砕トナー、重合トナー、小粒径キャリアの経時での汲み上げ量変化を示すグラフ。
【図５】キャリア芯剤の磁化、粒径と、キャリア付着との関係を示すグラフ。
【図６】Ｖｐｐの値を変化させザラツキを評価した結果を示すグラフ。
【図７】Ｖｐｐの値を変化させハーフトーン城抜けを評価した結果を示すグラフ。
【図８】現像剤汲み上げ量と粒状度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 現像装置
２ トナーホッパ
３ トナー送流装置
４ 現像剤収容部
５ 第１攪拌スクリュ
６ 第２攪拌スクリュ
７ 現像スリーブ
８ 感光体
９ ドクタ
１０ 電源
２３ トナー補給口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile machine, and a printer, and more particularly to an image forming apparatus using a two-component developer composed of a magnetic carrier and toner.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an electrophotographic copying apparatus or the like, a magnetic brush developing method using a two-component developer composed of a magnetic carrier and a toner is used to develop an electrostatic latent image formed on a latent image carrier. It has been adopted. A developing device according to this method usually includes a developing sleeve which is a cylindrical developer carrying member that is rotatably provided and includes a magnet roller including a magnet body having a plurality of magnetic poles therein. The magnetic carrier with the toner attached thereto is held and conveyed to the development area for development.
[0003]
Due to the recent demand for higher image quality, there is a tendency to reduce the particle size of toner, toner and carrier. FIG. 2 shows the relationship between the particle size of toner and carrier and the image quality (here, sensory evaluation is performed using the dot blur as the graininess). It can be seen that the smaller the particle size of both the toner and the carrier, the better the graininess. However, if the carrier particle size is reduced, the magnetic charge per carrier and the magnetic force are also reduced, so that the carrier adhesion is greatly deteriorated. In particular, when the weight average particle diameter of the carrier is smaller than 20 μm, the fluidity of the agent is deteriorated and the stress on the agent is also increased, so that it is very difficult to prevent the pumping amount from decreasing with time and the carrier adhesion.
[0004]
There are two types of carrier adhesion. One is the carrier adhesion (edge carrier adhesion) in which when the toner is developed on the edge portion of the image, the counter charge of the developed toner remains on the carrier, and the carrier is developed on the background portion of the non-image portion. is there. The other type is carrier adhesion (image part carrier adhesion) in which the carrier adheres to the image solid part by an electric field electrostatically induced in the carrier when the development potential of the image solid part is wide. For the former edge part carrier adhesion, the effect of releasing the counter charge of the carrier, reducing the electric field enhancement at the image edge part, etc. is significant. As a method for preventing the carrier counter charge from being increased, lowering the carrier resistance is highly effective, and this method can also reduce the electric field enhancement at the edge portion. In addition, narrowing the background potential is effective because it suppresses the development of the charged carrier and reduces edge enhancement. Increasing the carrier resistance is effective in reducing the charge up due to electrostatic induction with respect to carrier adhesion in the latter image area. Further, if the development potential is narrowed, electrostatic induction is suppressed, and the development of charged up carriers is reduced, which is effective.
[0005]
However, since the development potential and the background potential have a great effect on the image density and background stain, they cannot be determined only by carrier adhesion. Further, since the carrier resistance works against the edge part carrier adhesion and the image part carrier adhesion, another means must be used when the optimum value is not good for each carrier adhesion.
[0006]
As a method for improving carrier adhesion other than carrier resistance and electric field, there is a method of increasing magnetic force. There are methods to increase the magnetic force of the developing sleeve, such as increasing the magnetic force of the developing sleeve and widening the half width of the pole on the mechanical side, but the development roller is larger, the cost is increased, and the fine line and solid due to the hardness of the ear There are side effects such as image deterioration.
[0007]
Further, when the carrier particle size is reduced, it is difficult to make the composition of the core agent and the coating layer uniform. For this reason, there is a problem that a latent image is leaked by some carriers and the image becomes rough.
[0008]
Patent Document 1 proposes an image forming method using a carrier having a saturation magnetization of 50 to 90 emu / g and an average particle diameter of 15 to 45 μm. However, if this carrier is used as it is for the developing bias of the alternating electric field as it is, a blurred or edge-enhanced image is generated. Patent Document 2 proposes an image forming method using a carrier having a saturation magnetization of 10 to 300 emu / g and an average particle diameter of 10 to 100 μm. However, if this carrier is used as it is for the developing bias of the alternating electric field as it is, a blurred or edge-enhanced image is generated.
[0009]
There are various evaluation methods for the edge-emphasized image. Here, the evaluation is based on the missing width of the image in which the periphery of the solid image is whitened during the halftone.
[0010]
Furthermore, as the toner and carrier are made smaller in particle size, the fluidity of the developer deteriorates. In addition, the pulverization energy in the toner production process cannot be increased without limit, and there is a recent tendency to use a polymerized toner from the viewpoint of energy saving. Additives tend to be buried, and fluidity over time tends to deteriorate. The decrease in fluidity of the agent over time causes a decrease in pumping volume.
[0011]
FIG. 3 shows the results of reduction in pumping with time of pulverized toner, polymerized toner, and small particle size carrier. It can be seen that the polymerized toner has a larger decrease in bulk density over time than the pulverized toner (the smaller the bulk density, the worse the fluidity). FIG. 4 shows the results of reduction in pumping with time of pulverized toner, polymerized toner, and small particle size carrier. It can be seen that the amount of pumped toner is significantly lower than the pulverized toner. Although it is known that an additive having a large diameter of about 100 nm is externally added as a method for preventing the embedding of the additive over time in the polymerized toner, this method can improve the fluidity deterioration of the agent over time. However, the initial toner cohesion is slightly deteriorated, and depending on the system, it is difficult to supply and transport the toner.
[0012]
In Japanese Patent Application No. 2002-33709, the present applicant has proposed an invention that prevents a decrease in pumping by using a carrier having a coat layer to which alumina is added even if a developing sleeve subjected to sandblasting is used. However, there is no effect on pumping reduction due to deterioration of fluidity of the agent due to poor embedding of the additive unique to the polymerized toner.
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2002-55494 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-149061
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above background, and its purpose is to reduce carrier adhesion, roughness, edge effect, and granularity deterioration due to a decrease in pumping over time, which is a problem when a small particle size polymerized toner and carrier are used. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus that can improve and achieve stable high image quality over time.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 comprises an image carrier that carries an electrostatic latent image on the surface, and a magnetic field generating means fixed inside, and comprises a magnetic carrier and toner on the surface. A developer carrying member comprising a non-magnetic developing sleeve that carries and rotates the two-component developer, and a developing electric field generating means for generating a developing electric field between the image carrier and the developer carrying member. In the image forming apparatus for converting the electrostatic latent image on the image carrier into a toner image by the action of the developing electric field using the toner in the two-component developer carried on the developer carrier. Is a polymerized toner having a volume average particle size of 4 to 6 μm, the volume average particle size of the magnetic carrier is 20 [μm] or more and 40 [μm] or less, and the saturation magnetization of the magnetic carrier in a 10 kOe magnetic field is 70 [emu / g]. As described above, the image carrier and the developing sleeve The gap (Gp) is 0.4 mm or less, the developing sleeve has a plurality of grooves extending in the axial direction at different locations in the circumferential direction on the surface, and the electric field generated by the developing electric field generating means has a frequency Is an alternating electric field having a peak-peak voltage of 900 V or less.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the image forming apparatus according to the present exemplary embodiment, a charging device, an exposure device, a developing device, a transfer device, a cleaning device, and the like are sequentially arranged around a photoconductor as an image carrier. In addition, a paper feeding / conveying device that feeds the transfer paper from the paper feeding tray and a fixing device that fixes the toner onto the transfer paper after the transfer paper on which the toner image has been transferred are separated from the photoreceptor. In the image forming apparatus configured as described above, the surface of the rotating photoconductor is uniformly charged by the charging device and then irradiated with the laser beam of the exposure device based on the image information to form a latent image on the photoconductor. Form. A toner image is formed by attaching toner charged by a developing device to the electrostatic latent image formed on the photoreceptor. On the other hand, the transfer paper is fed from a paper feed tray by a paper feed / conveyance device, and then conveyed to a transfer portion where the photoconductor and the transfer device face each other. The transfer device applies a charge having a polarity opposite to that of the toner image on the photoconductor to the transfer paper, thereby transferring the toner image formed on the photoconductor to the transfer paper. Next, the transfer paper is separated from the photoconductor, sent to a fixing device, and an image is obtained by fixing the toner to the transfer paper.
[0017]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a developing device 1 of the image forming apparatus according to the present embodiment. The developing device 1 employed in the image forming apparatus will be described in detail with reference to FIG. The developing device 1 is disposed on the side of the photosensitive member 8 and is a non-magnetic developer developer that supports a two-component developer (hereinafter referred to as “developer”) containing toner and a magnetic carrier on the surface. A developing sleeve 7 is provided. The developing sleeve 7 is attached so as to be partially exposed from an opening formed on the photosensitive member 1 side of the developing casing, and is rotated in the direction of arrow b in the drawing by a driving device (not shown). The material of the developing sleeve is not particularly limited as long as it is used in a normal developing device, and nonmagnetic materials such as stainless steel, aluminum, ceramics, and those coated thereon are used. Further, the shape of the developing sleeve is not particularly limited. In addition, a magnet roller (not shown) composed of a fixed magnet group as a magnetic field generating means is fixedly arranged inside the developing sleeve 7. Further, the developing device 1 includes a doctor 9 as a developer regulating member made of a rigid body that regulates the amount of developer carried on the developing sleeve 7. A developer accommodating portion 4 for accommodating the developer is formed on the upstream side of the rotation direction of the developing sleeve 7 with respect to the doctor 9, and the first and second components for stirring and mixing the developer in the developer accommodating portion 4 are formed. Stir screws 5 and 6 are provided. Further, a toner replenishing port 23 disposed above the developer accommodating portion 4, a toner hopper 2 filled with toner to be replenished to the developer accommodating portion 4, and a toner feeding device that connects the toner replenishing port 23 and the toner hopper 2. 3 is provided.
[0018]
In the developing device 1 configured as described above, the first and second stirring screws 5 and 6 are rotated to stir the developer in the developer container 4, and the toner and the magnetic carrier rub against each other in opposite polarities. Charged. This developer is supplied to the peripheral surface of the developing sleeve 7 that is rotationally driven in the direction of arrow b, and the supplied developer is carried on the peripheral surface of the developing sleeve 7, and the rotation direction of the developing sleeve 7 (arrow) (b direction). Next, the amount of the conveyed developer is regulated by the doctor 9, and the regulated developer is conveyed to a development area where the photoconductor 8 and the development sleeve 7 face each other. In this developing area, the toner in the developer is electrostatically transferred to the electrostatic latent image on the surface of the photoconductor 8, and the electrostatic latent image is visualized as a toner image.
[0019]
As the core material of the carrier used in the present invention, various ferrite particles such as Zn-Cu ferrite and Fe3O4 magnetite are used. The weight average particle diameter of the core material used for the carrier is 40 μm or less, the content of 22 μm or less is 1 to 2 wt% or less, and the saturation magnetization is 70 emu / g or more. Is desirable. It is preferable for the carrier adhesion that the saturation magnetization of the carrier is 70 emu / g or more (5 to 10 k Oersted and the magnetization is saturated). For the measurement of the magnetic properties of the carrier, a BHU-60 type magnetization measuring device (manufactured by Riken Measurement) is used. Specifically, about 1.0 g of a measurement sample is weighed, packed in a cell having an inner diameter of 7 mmφ and a height of 10 mm, and set in the above-described apparatus. In the measurement, an applied magnetic field is gradually applied and changed to a maximum of 10 k Oersted. Next, the applied magnetic field is decreased, and finally a hysteresis curve of the sample is obtained on the recording paper. From this, saturation magnetization is obtained. The particle size distribution of the carrier was measured by using an SRA type of a Microtrac particle size distribution meter (Nikkiso Co., Ltd.) with a range setting of 0.7 to 125 μm.
The mechanical conditions of the full-color printer of the example are as follows.
Line speed 125 (mm / sec)
Photoconductor diameter 30 (mm)
Sleeve / photoreceptor linear speed ratio 1.5
Gp 0.4 (mm)
Gd (Developing roller-Doctor Gap) 0.65 (mm)
Developer pumping amount 60 (mg / cm2)
Roller diameter φ18 (mm)
Main pole angle 0 °
Main pole magnetic flux density 100 (mT)
Doctor opposite pole magnetic flux density 70 (mT)
Charging potential V0 -450 (V)
Post-exposure potential VL-60 (V)
Development bias VB (DC component) -300 (V)
Development bias VB (AC component) • Square wave • Frequency 2.75 kHz
・ Duty 50%
・ Vpp900V (peak to peak voltage)
The main pole angle is an angle formed by a main pole (a pole indicated by P1 in FIG. 1) with respect to a line segment connecting the center points of the photosensitive member and the developing sleeve. The developing sleeve is formed by cutting a V-shaped groove into an aluminum extrusion. The number of V-grooves is 100 and a right-angle groove having a depth of 70 μm. The developer amount regulating body is a material having rigidity and magnetism. The developer amount regulating body is not limited to a metal material such as iron or stainless steel, but may be composed of a resin material in which magnetic particles such as ferrite and magnetite are blended. Further, the developer amount restricting body itself is not made of a magnetic material, and another member such as a metal plate made of a magnetic material is directly or indirectly fixed to the developer amount restricting body. The effect of can be obtained.
[0020]
(Compared pulverized toner)
Styrene-acrylic resin (manufactured by Sanyo Kasei Co., Ltd., Hymer 75) 85 parts carbon black (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., # 44) 8 parts metal-containing azo dye (Orient Chemical Co., Ltd., Bontron S-34) 2 parts carnauba wax (Cerarica Noda WA-03) 5 parts A mixture of the above formulation was melt-kneaded with a 140 ° C. hot roll, cooled and solidified, pulverized with a jet mill, and sized to obtain a toner having an average particle size of 7.0 μm. It was.
To 100 parts by weight of this toner, 1.0% of hydrophobic silica R-972 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was mixed with a Henschel mixer to obtain a toner.
[0021]
The carriers used in the examples are as follows.
(Example carrier)
Acrylic resin solution (solid content 50% by weight) 56.0 parts Guanamin solution (solid content 77% by weight) 15.6 parts Toluene 900 parts Butyl cellosolve 900 parts are dispersed with a homomixer for 10 minutes to prepare a coating film forming solution. Then, a fired ferrite powder [average particle diameter: 35 μm (manufactured by Powdertech)] was used as a core material, and was applied by a Spira coater (manufactured by Okada Seiko Co., Ltd.) so as to have a film thickness of 0.15 μm. The obtained carrier was baked by standing in an electric furnace at 150 ° C. for 1 hour.
The weight average carrier diameter is 35 μm.
[0022]
(Toner of Example).
In the toner of the example, a prepolymer composed of a modified polyester resin in an organic solvent, a compound that extends or crosslinks with the prepolymer, and a toner composition are dissolved or dispersed, and the solution or dispersion is crosslinked in an aqueous medium. It is obtained by carrying out a reaction and / or elongation reaction and removing the solvent from the resulting dispersion. Specifically, in the toner of this embodiment, at least the polyester-based prepolymer A containing an isocyanate group is dissolved in the organic solvent, the pigment-based colorant is dispersed, and the release agent is dissolved or dispersed. An oil-based dispersion is dispersed in an aqueous medium in the presence of inorganic fine particles and / or polymer fine particles, and the prepolymer A is reacted with polyamine and / or monoamine B having an active hydrogen-containing group in this dispersion to give urea. It is obtained by forming a urea-modified polyester resin C having a group and removing the liquid medium contained in the dispersion liquid containing the urea-modified polyester resin C. In the urea-modified polyester resin C, the Tg is 40 to 65 ° C, preferably 45 to 60 ° C. The number average molecular weight Mn is 2500 to 50000, preferably 2500 to 30000. The weight average molecular weight Mw is 10,000 to 500,000, preferably 30,000 to 100,000. This toner contains, as a binder resin, a urea-modified polyester resin C having a urea bond that has been polymerized by the reaction between the prepolymer A and the amine B. The colorant is highly dispersed in the binder resin. To 100 parts by weight of this toner, 2.0% of hydrophobic silica R-972 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was mixed with a Henschel mixer to obtain a toner.
[0023]
(Manufacture of developer)
7 parts of the toner and 93 parts of the carrier were mixed with a tumbler mixer for 10 minutes to prepare a developer.
[0024]
The relationship between the particle size and granularity of the carrier and toner is shown in FIG. In the case of a toner having a particle diameter of 7.0 μm, a granularity rank of 4 can be achieved with a carrier particle diameter of 40 μm. If the toner has a particle diameter of 6.0 μm, it is possible to achieve a granularity rank of 5 with a carrier particle diameter of 40 μm. Fig. 4 shows the changes in the pumping amount due to running. In the case of the sandblasted developing sleeve, the pumping amount adjusted to 60 mg / cm2 at the initial stage is reduced to only about 40 mg / cm2 in the case of pulverized toner by running 150,000 sheets. descend. On the other hand, when a developing sleeve having a V groove is used, it is possible to suppress the decrease to 45 mg / cm 2 even if polymerized toner is used. This is considered because the conveyance force of the V-groove is larger than the conveyance force of the sandblast, so that the decrease in the pumping amount can be suppressed even when the developer fluidity is lowered.
[0025]
FIG. 5 shows the relationship between the magnetization and particle size of the carrier core agent and the carrier adhesion. When the average particle diameter of the carrier is 55 μm, even if the saturation magnetization of the carrier core agent is 50 emu / g, the number of carriers attached is 50/100 cm 2, which is a level that is not problematic in practical use. On the other hand, with a 35 μm carrier, it is several hundreds or more (cannot be counted) and cannot be used at all. However, even with a 35 μm carrier, by setting the resistance of the core to 70 emu / g, the number of adhered carriers was 50/100 cm 2, which is a level that is not problematic in practical use.
[0026]
FIG. 6 shows the result of evaluating the roughness of each of the examples according to the configuration of the example, with Vpp varied as 600, 900, 1200, 1500 V. FIG. It can be seen that roughness rank 5 can be achieved at Vpp 900 V or less.
[0027]
FIG. 6 shows the results of evaluating the solid peripheral halftone white spots by swinging Vpp to 600, 900, and 1200 V, swinging to Gp 0.3 to 0.6 mm in the configuration of the example in FIG. The evaluation method was a sensory evaluation with a dot image. As a level at which the whitening width of 0.5 mm or less is not a problem, even if Vpp900V (no roughening) is Gp of 0.4 mm or less, the whitening width of 0.5 mm or less can be achieved.
[0028]
FIG. 8 shows the change in granularity when the pumping amount is changed in the configuration of the embodiment. At a frequency of 2.7 kHz, rank 4 cannot be achieved even if the pumping amount is varied. On the other hand, if the frequency is 5.4 kHz, the granularity rank 4 can be achieved even if the pumping amount is 45 mg / cm 2.
[0029]
As described above, a polymerized toner having a volume average particle diameter of 4 to 6 μm, a carrier having an average particle diameter of 20 to 40 μm, a saturation magnetization of the carrier of 70 emu / g or more, and a photoreceptor-sleeve gap (Gp) of 0.2 mm. When the surface of the developing sleeve is V-groove sleeve, the frequency of the alternating electric field of the developing bias is 4.5 to 5.4 kHz, and the peak-peak voltage of the alternating electric field of the developing bias is 900 V or less, It has become possible to provide an image forming apparatus that improves the graininess due to roughness, edge effect, and decrease in pumping over time, and achieves stable high image quality over time.
[0030]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is stable over time by improving carrier adhesion, roughness, edge effect, and granularity deterioration due to decrease in pumping over time, which are problems when a small particle size polymerized toner and carrier are used. The high image quality can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between toner and carrier particle sizes and image quality.
FIG. 3 is a graph showing changes in pumping amount over time of pulverized toner, polymerized toner, and small particle size carrier.
FIG. 4 is a graph showing changes in pumping amount over time of pulverized toner, polymerized toner, and small particle size carrier.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the magnetization and particle size of a carrier core agent and carrier adhesion.
FIG. 6 is a graph showing the result of evaluating roughness by changing the value of Vpp.
FIG. 7 is a graph showing the result of evaluating halftone castle penetration by changing the value of Vpp.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between developer pumping amount and granularity.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Developing device 2 Toner hopper 3 Toner feeding device 4 Developer accommodating part 5 1st stirring screw 6 2nd stirring screw 7 Developing sleeve 8 Photoconductor 9 Doctor 10 Power supply 23 Toner supply port

Claims (1)

表面に静電潜像を担持する像担持体と、
内部に固定された磁界発生手段を有し、表面上に磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を担持して回転する非磁性現像スリーブからなる現像剤担持体と、
該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、
該像担持体上の静電潜像を、該現像剤担持体上に担持された二成分現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、
上記トナーが体積平均粒径４〜６μｍである重合トナー、
上記磁性キャリアの体積平均粒径が２０［μｍ］以上４０［μｍ］以下、
同じく磁性キャリアの１０ｋＯｅ磁場中における飽和磁化が７０［ｅｍｕ／ｇ］以上、
像担持体と現像スリーブとの間の間隔（Ｇｐ）が０．４ｍｍ以下、
現像スリーブは、表面における周方向の互いに異なる箇所に軸線方向に延びる複数の溝が複数形成されたもの、
上記現像電界発生手段において発生させる電界が周波数が５．４ｋＨｚ以上、ピーク−ピーク電圧が９００Ｖ以下の交番電界であることを特徴とする画像形成装置。An image carrier carrying an electrostatic latent image on the surface;
A developer carrier comprising a non-magnetic developing sleeve having a magnetic field generating means fixed therein, carrying a two-component developer comprising a magnetic carrier and toner on the surface, and rotating;
A developing electric field generating means for generating a developing electric field between the image carrier and the developer carrier;
In the image forming apparatus for converting the electrostatic latent image on the image carrier into a toner image by the action of the development electric field using the toner in the two-component developer carried on the developer carrier.
A polymerized toner in which the toner has a volume average particle size of 4 to 6 μm;
The volume average particle size of the magnetic carrier is 20 [μm] or more and 40 [μm] or less,
Similarly, the saturation magnetization of the magnetic carrier in a 10 kOe magnetic field is 70 [emu / g] or more,
The gap (Gp) between the image carrier and the developing sleeve is 0.4 mm or less,
The developing sleeve has a plurality of grooves extending in the axial direction at different locations in the circumferential direction on the surface,
An image forming apparatus characterized in that the electric field generated in the developing electric field generating means is an alternating electric field having a frequency of 5.4 kHz or more and a peak-peak voltage of 900 V or less.

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