JP2006343358A - プロセスユニット及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 移動する表面に潜像を担持する感光体2と、現像スリーブ42の移動する表面に担持した現像剤によって感光体2上の潜像を現像する現像装置40と、現像スリーブ42を回転駆動させる駆動源とを有する画像形成装置において、前記現像装置40が、前記駆動源から伝達される回転駆動力を中継して現像スリーブ42に伝達する複数のギヤからなる駆動伝達ギヤ列を有し、感光体2が、1mm表面移動する間における駆動伝達ギヤ列内の各ギヤそれぞれの回転軌道上の移動歯数が0.72歯以上である。
【選択図】 図1
Description
しかも、直流電圧印加方式は、直流電圧に交流電圧を重畳する方式よりも像担持体へのトナー付着性能である現像能力が低い。しかし、像担持体の地肌汚れ特性については、直流電圧の現像バイアスと非画像部との電位差(=地肌部電位差)が小さい場合でも直流電圧現像方式の方が、重畳現像方式よりも地汚れの程度がはるかに良い。これは交流電圧の重畳により、トナーが現像剤担持体と像担持体との間を往復する内に飛び散ってしまうのに対し、直流印加方式は現像剤担持体から像担持体への一方向の電界の作用によって飛び散りの機会がはるかに低いためである。
さらに、近年粉砕トナーに替わって、粒径分布が狭く、形状が均一なことから、画像品位が高く、転写効率が高い重合法で製造された重合トナーが使用されるようになってきている。重合トナーを用いた画像形成装置では、直流電圧現像方式のほうが重畳現像方式よりも細部の再現性が高い場合もあり、必ずしも重畳現像方式が総合画質で有利ではなくなってきている。またACバイアスを用いないDCバイアスのみの現像方式は、ACバイアス電源を必要としない分コストを下げることが可能となり、そのユーザーメリットは大きい。これにより、直流電圧現像方式を採用し、かつ、重合トナーを用いた画像形成装置は画質の面とコストの面の両方から今後主流になることも考えられる。
また、現像間隔を小さくすることでも現像能力を向上させることが可能である。しかし、現像間隔を小さくすることで現像能力を向上させても、磁気ブラシによる像担持体との摺擦力が強くなり、前記と同様にエッジ効果が顕著となり、エッジ効果による白抜けが発生してしまう。現像領域を小さくすることによる副作用として後端白抜けの発生や、横ライン再現性劣化、現像剤ストレスの増大による現像剤寿命の低下などが挙げられる。
さらに、現像領域における像担持体と現像スリーブとの間隔を狭くすることは、現像能力を向上させるが、磁気ブラシを像担持体に押圧する摺擦力が大きくなる。これによって、現像に寄与した穂はその保持しているトナーが減少するため、現像後に逆に像担持体から既に現像されたトナーを掻きとってしまう逆現像が発生する。その結果、画像後端がかすれたり、ベタ画像周辺が白く抜けたりする、白抜け画像が発生してしまう。特に、現像の主磁極と像担持体との角度が0度となるように構成された場合には、現像間隔が一番狭い位置で現像剤が穂立ちされた状態で像担持体と衝突するため、トナーの掻き取り力が大きくなるために、画像後端がかすれたり、ベタ画像周辺が白く抜けたりする白抜け画像が発生して、画像品位を大きく低下させる。
さらに、現像能力向上のための現像条件において、副作用的に発生する白抜け等の画像品位の低下を抑えるプロセスユニット及び画像形成装置を提供することである。
1.本発明のプロセスユニットは、少なくとも、表面に潜像を担持する像担持体と、現像剤担持体の移動する表面に担持した現像剤によって像担持体上の潜像を現像する現像装置と、画像形成装置本体に設けられた前記駆動源から伝達される回転駆動力を中継して現像剤担持体に伝達する複数のギヤからなる前記駆動伝達ギヤ列とを有し、本体に対して着脱可能であるプロセスユニットにおいて、前記像担持体は、1mm表面移動する間における前記駆動伝達ギヤ列を構成する各ギヤそれぞれの回転軌道上の移動歯数が0.72歯以上であることを特徴とする。
2.また、本発明のプロセスユニットは、さらに、前記駆動源からの回転駆動力を前記駆動伝達ギヤ列よりも原動側の位置で前記駆動伝達ギヤ列に伝達するように画像形成装置本体に配設された前記原動側回転部材における回転軸線方向の端部に形成された原動側係合部に対し、回転軸線方向に突き合わされて係合することで回転する従動側係合部を有し、前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤのうち、前記駆動源からの回転駆動力が最初に伝達される第1ギヤが、前記従動側係合部に一体的に形成されて、前記従動側係合部と同じ回転軸線上で回転することを特徴とする。
3.また、本発明のプロセスユニットは、さらに、前記従動側係合部及び前記第1ギヤを少なくともその回転軸線方向と直交する平面内で移動可能に保持する保持体を有し、該従動側係合部及び該第1ギヤが、前記従動側係合部と前記原動側係合部との係合に伴って自らの回転軸線を前記原動側回転部材の回転軸線に近づけるように移動することを特徴とする。
4.また、本発明のプロセスユニットは、さらに、少なくとも前記第1ギヤとこれに噛み合う下流ギヤとが、負転位されているものであることを特徴とする。
6.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記駆動源からの回転駆動力を前記駆動伝達ギヤ列よりも原動側の位置で前記駆動伝達ギヤ列に伝達するように画像形成装置本体に配設された前記原動側回転部材を備え、画像形成装置本体に着脱可能に支持される現像装置が、前記原動側回転部材の回転軸線方向の端部に形成された原動側係合部に対して回転軸線方向に突き合わされて係合することで回転する従動側係合部を有し、前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤのうち、前記駆動源からの回転駆動力が最初に伝達される第1ギヤが、従動側係合部に一体的に形成されて、従動側係合部と同じ回転軸線で回転することを特徴とする。
7.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像装置が、前記従動側係合部及び前記第1ギヤを少なくともその回転軸線方向と直交する平面内で移動可能に保持する保持体を有し、前記従動側係合部及び前記第1ギヤが、前記従動側係合部と前記原動側係合部との係合に伴って自らの回転軸線を前記原動側回転部材の回転軸線に近づけるように移動することを特徴とする。
8.また、本発明の画像形成装置は、さらに、少なくとも前記第1ギヤとこれに噛み合う下流ギヤとが、負転位をされているものであることを特徴とする。
10.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記駆動源からの回転駆動力を前記駆動伝達ギヤ列よりも原動側の位置で前記駆動伝達ギヤ列に伝達するように画像形成装置本体に配設された前記原動側回転部材を備え、画像形成装置本体に着脱可能に支持される転写装置が、前記原動側回転部材の回転軸線方向の端部に形成された前記原動側係合部に対して回転軸線方向に突き合わされて係合することで回転する前記従動側係合部を有し、前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤのうち、前記駆動源からの回転駆動力が最初に伝達される第1ギヤが、前記従動側係合部に一体的に形成されて、前記従動側係合部と同じ回転軸線で回転することを特徴とする。
11.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記転写装置が、前記従動側係合部及び前記第1ギヤを少なくともその回転軸線方向と直交する平面内で移動可能に保持する保持体を有し、前記従動側係合部及び前記第1ギヤが、前記従動側係合部と前記原動側係合部との係合に伴って自らの回転軸線を前記原動側回転部材の回転軸線に近づけるように移動することを特徴とする。
12.また、本発明の画像形成装置は、さらに、少なくとも前記第1ギヤとこれに噛み合う下流ギヤとが、負転位をされているものであることを特徴とする。
14.本発明の画像形成装置は、現像剤担持体の移動する表面に担持した現像剤によって像担持体上の潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置において、前記現像剤担持体が、複数の磁極を有するマグネットローラを内包し、前記マグネットローラは前記像担持体に現像剤を摺擦させる磁気ブラシを形成する主磁極を備えており、前記主磁極による磁界の半値幅中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とが、前記像担持体の回転中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とに対して形成する角度Rが、前記現像剤担持体の回転する上流方向に対して2°〜8.5°の範囲にあることを特徴とする。
15.また、本発明の画像形成装置は、さらに、上述1ないし12のいずれかに記載の画像形成装置において、前記現像剤担持体に印加する現像バイアスが直流電圧(DC電圧)であり、前記像担持体の線速Vpと前記現像剤担持体の線速Vsとの線速比Vs/Vpが1.7〜2.0の範囲であり、前記像担持体と前記現像剤担持体との現像間隔Gpが、0.1〜0.45mmの範囲であるであることを特徴とする。
16.また、本発明の画像形成装置は、さらに、上述13又は15に記載の画像形成装置において、前記現像剤担持体が、複数の磁極を有するマグネットローラを内包し、前記マグネットローラは前記像担持体に現像剤を摺擦させる磁気ブラシを形成する主磁極を備えており、前記主磁極による磁界の半値幅中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とが、前記像担持体の回転中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とに対して形成する角度Rが、前記現像剤担持体の回転する上流方向に対して2°〜8.5°の範囲にある
ことを特徴とする
18.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、体積平均粒径が3〜8μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
19.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする。
20.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーであることを特徴とする。
21.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、略球形状であることを特徴とする。
22.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、その形状が長軸r1、短軸r2、厚さr3で規定され(但し、r1≧r2≧r3とする。)、長軸r1と短軸r2との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲にあり、厚さr3と短軸r2との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲にあることを特徴とする。
23.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記キャリアは、磁性粒子表面に樹脂を被覆し、体積平均粒径が30〜80μmの範囲にあることを特徴とする。
24.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記キャリアは、電気抵抗が6〜10LogΩ・cmの範囲にあることを特徴とする。
さらに、現像能力を落とすことなく、比較的簡単な現像条件の組み合わせによって高濃度画像部と低濃度画像部の境界で発生する白抜け現象を低減させることができた。
さらに、現像能力向上のための現像条件において副作用的に発生する、現像剤の飛散及びエッジ効果による白抜けの発生を低減させることができた。
図1は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。この画像形成装置は、イエロー(Y)、マゼンダ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色の画像を形成するための4組の画像形成部1Y,M,C,Kを備えていて、フルカラー画像を形成することができる。各符号の数字の後に付されたY,M,C,Kは、イエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示している(以下同様、但し、特に断らない限り、同一であり、符号Y,M,C,Kは省略する)。画像形成部1Y、1M、1C、1Kの他には、光書込ユニット10、転写装置11、レジストローラ対19、3つの給紙カセット20、定着装置21などが配設されている。
前記光書込ユニット10は、4つの光書込器を備えている。それぞれの光書込器は、光源、ポリゴンミラー、f−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて後述の感光体の表面にレーザ光を照射する。
帯電装置30は、交流電圧が印加される帯電ローラを感光体2に摺擦させることで、ドラム表面を一様帯電せしめる。帯電処理が施された感光体2の表面には、前記光書込ユニット10によって変調及び偏向されたレーザ光が走査されながら照射される。すると、ドラム表面に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像装置40によって現像されてトナー像となる。
現像装置40は、そのケーシングの開口から一部露出させるように配設された現像剤担持体たる現像スリーブ42を有している。また、第1搬送スクリュー43、第2搬送スクリュー44、現像ドクタ45、トナー濃度センサ(以下、Tセンサという)46なども有している。
ケーシング内には、磁性キャリアと、マイナス帯電性のトナーとを含む2成分現像剤が収容されている。この2成分現像剤は第1搬送スクリュー43、第2搬送スクリュー44によって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、現像スリーブ42の表面に担持される。そして、現像ドクタ45によってその層厚が規制されてから感光体2に対向する現像領域に搬送され、ここで感光体2上の静電潜像にトナーを付着させる。この付着により、感光体2上にトナー像が形成される。現像によってトナーを消費した2成分現像剤は、現像スリーブ42の回転に伴ってケーシング内に戻される。
第1搬送スクリュー43と、第2搬送スクリュー44との間には仕切壁47が設けられている。この仕切壁47により、現像スリーブ42や第1搬送スクリュー43等を収容する第1収容部と、第2搬送スクリュー44を収容する第2収容部とがケーシング内で分かれている。第1搬送スクリュー43は、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第1収容部内の2成分現像剤を図中手前側から奥側へと搬送しながら現像スリーブ42に供給する。第1搬送スクリュー43によって前記第1収容部の端部付近まで搬送された2成分現像剤は、仕切壁47に設けられた図示しない開口部を通って前記第2収容部内に進入する。第2収容部内において、第2搬送スクリュー44は、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、前記第1収容部から送られてくる2成分現像剤を第1搬送スクリュー43とは逆方向に搬送する。第2搬送スクリュー44によって第2収容部の端部付近まで搬送された2成分現像剤は、仕切壁47に設けられたもう一方の開口部(図示せず)を通って第1収容部内に戻る。
Y用の感光体2上に形成されたトナー像は、後述の紙搬送ベルトに搬送される転写紙P上に転写される。転写後の感光体2の表面は、ドラムクリーニング装置48によって転写残トナーがクリーニングされた後、不図示の除電器によって除電される。そして、帯電装置30によって一様帯電せしめられて次の画像形成に備えられる。他色用の画像形成部も同様である。
給紙カセット20から紙搬送路に給紙された転写紙Pは、レジストローラ対19のローラ間に挟まれる。レジストローラ対19は、ローラ間に挟み込んだ転写紙Pを各転写ニップにてトナー像を重ね合わせ得るタイミングで送り出す。これにより、各転写ニップで転写紙Pにトナー像が重ね合わせ転写される。フルカラー画像が形成された転写紙Pは、定着装置21に送られる。
定着装置21は、内部にハロゲンランプ等の熱源を有する加熱ローラ21aと、これに圧接せしめられる加圧ローラ21bとによって定着ニップを形成している。そして、この定着ニップに転写紙Pを挟み込みながら、その表面にフルカラー画像を定着せしめる。定着装置21を通過した転写紙Pは、図示しない排紙ローラ対を経て機外へと排出される。
現像スリーブ軸50の図中右側方には、従動側回転部材が現像装置40のケーシングの側面に突設せしめられた保持軸54に回転自在に保持されている。この従動側回転部材は、回転軸方向の端部に形成された凸部55及び2つの爪53からなる従動側係合部と、これと同じ回転軸線で回転するように一体的に形成された第1ギヤ52とを有している。この従動側回転部材の第1ギヤ52が、現像スリーブ軸50に固定されたローラギヤ51に噛み合っている。
画像形成装置本体の側板70における外面(図中上側の面)には、駆動モータから駆動を受ける駆動軸68が取り付けられている。駆動軸68には、駆動ギヤ69が回転自在に取り付けられている。かかる構成の駆動軸67の図中左側方には、軸61、原動側係合部62、駆動出力ギヤ66等を有する原動側回転部材60が側板70に回転自在に支持されている。原動側回転部材60の軸61は、側板70を画像形成装置外側(図中上側)から内側(図中下側)に貫通するように取り付けられている。この軸61における画像形成装置外側の箇所には、駆動出力ギヤ66が固定されており、先に説明した駆動ギヤ69に噛み合っている。また、軸61における画像形成装置内側の箇所には、茶筒の蓋状の凹部を有するカップ部65と、これの内側の底面に立設せしめられた2つの爪53とを有する原動側係合部62が設けられている。図示しない駆動モータが回転すると、その回転駆動力が駆動ギヤ69から駆動出力ギヤ66へと伝わって、原動側係合部62が回転する。
現像スリーブ42の表面については、V溝等の溝を彫ったり、サンドブラストによって粗面化せしめたりして、ローラによる2成分現像剤の汲み上げ量を安定化させることが望ましい。そうすれば、汲み上げ量の変動による現像濃度ムラを抑えることができる。一般的に、V溝等の溝加工を施した現像スリーブ42の方が、サンドブラストを施した現像スリーブ42に比べ長期間の使用でも磨耗がなく安定した現像剤の搬送が可能であるのでより好ましい。
なお、図3に示したように、現像装置40が画像形成装置本体に装着された状態では、現像スリーブ軸50の一端面に対し、画像形成装置本体の側板70に固定されたバネ材が接触するようになっている。このバネ材主電極として図示しない電源から現像バイアスを印加している。
従来のカップリング継手において、2つの係合部が大きく軸心ズレしていても、それらを回転させることができるものとして、オルダム継手が知られている。このオルダム継手は、2つの係合部が大きく軸心ズレしていても、それらを強制的に回転させるものであるため、軸心ズレによる駆動伝達速度変動が避けられなかった。さらに、オルダム継手では、2つの係合部のうち、一方の端部に、溝状の凹部を設けるとともに、もう一方の端部に、その溝状の凹部に対して溝長手方向にスライド移動可能に係合する凸部を設けている。そして、原動側係合部の回転に応じて、凸部を凹部内にて溝長手方向にスライド移動させることで、軸心ズレが生じていないような状態を形成する。これにより、両係合部に軸心ズレがあっても、両係合部を強制的に回転させるようにしている。かかる構成では、原動側係合部を1回転させる間において、凸部と溝状の凹部との摩擦力が大きくなる回転位置と、小さくなる回転位置とが発生する。摩擦力が大きくなる回転位置では、原動側係合部の回転軸をその軸線方向に直交する方向に撓ませようとする強い力が働くが、その力を利用して凸部をスライド移動させることで、両係合部を何とか回転させている。この結果、原動側係合部の回転位置の違いにより、モータ等の回転駆動源に対する負荷が異なって、原動側から従動側への駆動伝達量が変動するのである。このように、従来のオルダム継手は、互いに軸心ズレしている両係合部を凸部のスライド移動によって無理に回転せしめるものであり、軸心ズレをなくして両係合部の回転を実現するものではなかった。
そこで、本発明の画像形成装置においては、従来にはなかった新規な構成(後述する)を従動側回転部材52、53、55に採用することにより、両係合部の軸心ズレを解消するようになっている。
図5(b)に示した原動側係合部62は、軸61が図示しない画像形成装置本体の側板の転がり軸受けに回転自在に支持されていることにより、軸線方向と直交する平面内で移動することができない。しかし、図5(a)に示した従動側回転部材52、53、55は、上述したように、軸線方向と直交する平面内の任意の方向に移動することができる。従動側係合部に設けられた凸部55には、第1ギヤ52側から端面側に向けて先細りになるテーパーが設けられている。このテーパーにより、凹部55の先端の径は、原動側係合部62のカップ部65の内径よりもかなり小さくなっている。このため、現像装置40の装着の際に、両係合部が完全に同一軸線上に存在していなくても、現像装置40が画像形成装置本体に徐々に装着されていくのに伴って、従動側係合部の凸部55の先端が、原動側係合部62のカップ部65内に進入する。そして、現像装置40が完全にセットされるように更に画像形成装置本体に向けて押し込まれると、凹部55がその先端のテーパーをカップ部65の内壁に突き当てながらカップ部65内に進入することにより、軸線方向と直交する平面内で軸線に近づく方向に移動する。これにより、現像装置40が完全にセットされた段階では、両係合部の軸心が完全に一致するようになる。なお、かかる軸線方向と直交する平面内での移動に加えて、現像装置40セット時の押し込み力の反作用により、現像装置40のケーシング側板と従動側回転部材との部品交差によるガタや予め設定されている間隙分だけ軸線方向へ従動側回転部材が移動することも予想される。しかし、そのような軸線方向への移動は本発明における作用効果に影響せず、従動側回転部材の移動を成分分解した場合の軸線と直交する平面内での移動成分が有効となることを付記しておく。
なお、ナノメートル(nm)などといった微小寸法オーダーで見た場合には、両係合部の軸線を完全に一致させることは困難である。但し、ギヤを用いた駆動伝達系の機械設計の観点からすれば、0.01〜0.1mmの範囲の軸心ズレであれば、同一軸線上であると考えて差し障りない。本発明において「同一軸線上で回転する」とは、この程度の軸心ズレを含む概念である。
また、原動側回転部材60は、駆動源たる図示しない駆動モータに対して現像装置40よりも原動側の位置で回転駆動される部材である。
従動側係合部と原動側係合部との組合については、図6に示すように、従動側係合部の爪53と、原動側係合部62のカップ部65とを係合させるようにしてもよい。但し、図5(a)に示したように、従動側係合部の先端にテーパーのある凸部55を設け、これをカップ部65に係合させるようにした方が、より確実な係合が得られる。
負転位とは、ギヤを加工する際の歯切り用のラック工具の基準ピッチ線を、歯車の基準ピッチ線よりもギヤ中心から見て内側に設定して歯切りをする加工を意味する。負転移量とは、標準歯車のピッチ円とラック工具の基準ピッチ線との差である。負転位によって歯元の切込みが深くなる結果、歯底のふところが広くなって歯先と歯底の干渉を抑えることが可能になる。
具体的には、まず、モジュールが0.8又は0.6である複数のギヤを用意した。そして、各ギヤについて、感光体2が1mm移動する間におけるギヤの歯の移動数である画像周波数を0〜3歯/mmの範囲内で変化させながら、それぞれの画像周波数にてバンディングチャートと呼ばれる帯状画像を出力した。次に、これらのバンディングチャートをスキャナーで読み取って画像データに変換した後、各画像データにおける明度振幅を画像解析ソフト(株式会社ソリューションシステムズ製のLabview)で解析して、明度振幅と画像周波数との関係をグラフ化した。モジュールが0.8であるギヤを用いた場合における明度振幅と画像周波数との関係を図7に示す。また、モジュールが0.6であるギヤを用いた場合における明度振幅と画像周波数との関係を図8に示す。なお、明度振幅とは、濃度ムラの度合を示す指標であり、その値が小さくなるほど濃度ムラが少なくなる。図7では、明度振幅を濃度ムラの許容範囲である0.08以下に留めるのは、画像周波数を約0.70歯/mm以上に設定したときであることがわかる。測定誤差等を考慮すると、モジュール0.8のギヤにて濃度ムラを確実に許容範囲内に収めるためには、画像周波数を0.72歯/mm以上に設定する必要があると考えられる。一方、図8では、明度振幅を濃度ムラの許容範囲である0.08以下に留めるのは、画像周波数を0.20歯/mm以上に設定したときであることがわかる。よって、画像周波数を0.20以上に設定すれば、モジュール0.6のギヤにて濃度ムラを許容範囲内に収めることができる。
なお、画像周波数は、「画像周波数歯/mm=1/画像ピッチ=(線速比×歯数)/2πr」という関係式によって求めることができる(但し、πは円周率、rは現像スリーブ42半径)。また、画像ピッチは、「画像ピッチmm=2πr/(線速比×歯数)」という関係式によって求めることができる。
そこで、画像形成装置においては、現像装置40の各ギヤの画像周波数を0.72歯以上に設定している。よって、各ギヤの歯の触れ合いに起因する現像スリーブ42の回転速度変動を抑えて、現像濃度ムラを視認できなくなる程度に留めることができる。なお、第1ギヤ52、ローラギヤ51の線速やピッチは同じであるので、これらギヤの画像周波数は同じになる。
現像バイアスとして、直流電圧印加方式を採用し、かつ、以下に説明する現像条件が好ましい。とくに、感光体2の線速Vpと現像スリーブ42の線速Vsとの線速比Vs/Vpは、1.7〜2.0が好ましい。現像スリーブ42の線速Vsを早くすることにより、感光体2上の静電潜像に対して現像スリーブ42上の穂が接触する頻度が高くなる。接触頻度が高くなるほど一般的に現像能力は向上させることができる。したがって、DC電圧印加方式では、線速比Vs/Vpが1.7未満では、現像能力が低く、トナー付着量を高くすることができず、低い画像濃度の画像しか得られない。また、フルカラー画像においては、中間色の再現性が低下することから画像品位が低下する。一方、線速比Vs/Vpが2.0を越えると、掻き取り力が強くなり、ベタ画像及びハーフトーン画像では筋上の掻き取り跡が表れたり、後端部の白抜けが表れたりして画像品位が低下する。また、縦の細線と横の細線の再現幅が異なって、縦の線は太く横の線は細くなり、画像の再現性が低下する。
また、感光体2と現像スリーブ42との間の現像間隔Gpについては、0.1〜0.45mmの範囲にする。好ましくは、0.25〜0.40mmの範囲にする。現像間隔が狭いほど現像能力が向上するが、ある距離を境に現像能力はほぼ飽和する傾向にあることが分かった。さらに、これよりも現像間隔Gpを広くする場合に比べ、現像トナー像の粒状度を大きく改善して、高画質な画像を得ることができる。但し、現像間隔Gpをこのように狭小化させた場合、2つの係合部の軸心ズレを解消しても、現像スリーブ42の微妙な回転速度変動に起因する現像濃度ムラが目立ってしまうことがある。現像間隔を0.45mmよりも大きく設定していた従前においては、かかる現像濃度ムラはそれほど目立たなかったが、0.45mm以下にすると、目立ってしまうのである。さらに、白抜け等の異常画像が形成されず、細線再現性、フルカラーの中間色再現性等の優れた高品位の画像を得るには0.40mm以下が好ましい。
なお、この現像濃度ムラは、現像スリーブ42に駆動を伝達する各種ギヤの歯の触れ合いによって生ずるものである。しかしながら、本発明の画像形成装置では、各ギヤの歯の触れ合いを良くしたことで、現像間隔Gpを小さくしても、振動が少なくなり、現像の濃度ムラが少なくなった。ただし、現像間隔Gpが0.1mm未満では、感光体2にトナーの固着が生ずる恐れがある。また、現像剤担持体、感光体2の表面が必ずしも滑らかではないために、所定の現像能力を維持することが困難である。さらに、製造上の安定性、実用上の機械・装置の作り込みの精度を顧慮して安定した画像形成装置を得るには0.25mm以上が好ましい。
また、図10は、マグネットローラの磁束密度分布の波形図である。なお、図10の磁極配置は、構成例であり、現像の主磁極以外の磁極の個数や配置はこれに限定されない。図10に示すように、マグネットローラ42bは、感光体2との対向領域である現像領域の箇所から現像スリーブ42の回転方向に磁極S1、N1、S2、S3、N2を備えている。これらのうち、現像スリーブ42と感光体2のそれぞれの中心を結ぶ線L2より回転方向上流側の位置にその磁極の半値幅L3の中心線L1があるように配設された現像の主磁極S1は、5つの磁極の中で最も強い磁力を発揮する。そして、現像スリーブ42上の二成分現像剤を現像領域で穂立ちさせて磁気ブラシを形成する役割を担っている。かかる現像の主磁極S1の磁力によって現像スリーブ42上に形成された磁気ブラシは、その先端を感光体2に摺擦させながら、現像領域を通過する。
次に、上記構成の画像形成装置において、カラー画像を得る行程について説明する。まず、画像形成部1Y、1C、1M、1Kにおいて、感光体2Y、2C、2M、2Kが帯電装置によって一様に帯電される。その後、光学ユニットにより、画像情報に基づきレーザ光Lが走査露光されて感光体2Y、2C、2M、2K表面に潜像が形成される。感光体2Y、2C、2M、2K上の潜像は、現像装置12の現像スリーブ42Y、42C、42M、42K上に担持された各色のトナーによって現像されてトナー像として可視像化される。感光体2Y、2C、2M、2K上のトナー像は、各一次転写ローラ17Y、17C、17M、17Kの作用によって反時計回りに回転駆動される転写ベルト12b上に順次重ねて転写される。このときの各色の作像動作は、そのトナー像が転写ベルト12b上の同じ位置に重ねて転写されるように、転写ベルト12bの移動方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。一次転写終了後の感光体2Y、2C、2M、2Kは、クリーニング装置によってその表面がクリーニングされ、次の画像形成に備えられる。トナーボトルに充填されているトナーは、必要性に応じて図示しない搬送経路によって現像装置40Y、40C、40M、40Kに所定量補給される。
一方、上記給紙カセット2内の転写紙Pは、給紙カセット20の近傍に配設された給紙ローラによって、搬送され、レジストローラ対19によって所定のタイミングで2次転写部に搬送される。そして、二次転写部において、転写ベルト12b上に形成されたトナー画像が転写紙Pに転写される。トナー画像が転写された転写紙Pは、定着装置21を通過することで画像定着が行われ、排出ローラによって排出される。感光体2と同様に、転写ベルト12b上に残った転写残のトナーは、転写ベルト12bに接触するベルトクリーニング装置によってクリーニングされる。
そして、前記現像の主磁極S1は、現像の主磁極S1による磁界の半値幅L3の中心線L1が、感光体2の回転中心と現像スリーブ42の回転中心とを結ぶ線分L2となす角度(以下、現像の主磁極角度という)Rが2°〜8.5°となるように配置されている。この現像の主磁極角度Rが2°よりも小さいと、上述した上方への現像剤飛散抑制効果が小さい。そのために、飛散したキャリアが感光体2に付着し、感光体2に付着したキャリアが転写ニップに運ばれることで、感光体2を傷つけたり、キャリア付着による白抜け画像が発生したりしてしまう。また、この現像の主磁極角度Rが2°よりも小さいと、現像剤の穂のトナー掻き取り力が大きく、白抜け画像が発生してしまう。一方、この現像の主磁極角度Rが9°を超えると、現像能力の低下により、画像濃度ムラが発生してしまう。以上の理由により、現像の主磁極角度Rは、2〜8.5°が好ましく、6°近傍がより好ましい。
また、磁性キャリアとしては、体積平均粒径が30〜80μmの粒径のものを用いることが望ましい。体積平均粒径を80μm以下にすることで、作像時の現像剤穂立ち(キャリアチェーン)の太さを均一に細くして、より緻密なトナーの受け渡しをすることができる。また、現像スリーブ42上の単位面積当たりにおける現像剤穂立ちの密度も多くなるので、感光体2上の潜像に隙間無くトナーを受け渡すことが可能になる。これにより、よりドット再現性に優れた画像を形成することができる。なお、重量平均粒径が80μmを越えると、同じキャリア量で比較した場合に、磁性キャリアの総表面積が小さくなって、トナーの保有量が少なくなる。そして、これによるトナー濃度の低下を防止すべく、現像スリーブ42の回転速度を早くしてしまうと、トナー飛散による画像汚れが生じ易くなってしまう。一方、体積平均粒径を30μm未満では、現像スリーブ42内に固設されたマグネットローラによる磁力保持力が小さくなってキャリア飛散が生じ易くなる。そこで、画像形成装置では、後述する指定法により、体積平均粒径30〜80μmの磁性キャリアを用いるべき旨をユーザーに指定している。
また、この磁性キャリアの電気抵抗は、6〜10Log(Ω・cm)の範囲にする。電気抵抗によって現像領域におけるキャリア自身にかかる電界に影響する。電気抵抗が6Log未満では、現像領域における電界を大きくすることができず現像能力が低い、10Logを越えると、現像領域における電界を大きくして現像能力を大きくするが、地かぶり、白抜けが表れ、さらに、キャリア付着が多くなる。したがって、現像能力、地かぶり、白抜けに対しては、6〜10Log(Ω・cm)の範囲にする。
具体的には、Cu−Znフェライト、Mn−Znフェライト、Fe2O3ヘマタイト、Fe3O4マグネタイト等の粒子表面に樹脂被覆する。または、これらを樹脂中に分散させた樹脂分散キャリアなどが使用できる。フェライト系は比重はほほ5前後であり、Fe分を多くしてO酸素を少なくすることで比重を大きくすることができる。ただし、比重が5.5を越えて金属系の磁性体になると搬送、混合時にトナーへのストレスが大きくなり、スペントによってキャリアの帯電性が低下する。また、比重が2.6未満では、トナーとの混合性が低下して、逆帯電トナー等が増加する。
キャリアの被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。またポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂及びスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリブチレンテレフタレート樹脂等の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、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、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、及びシリコーン樹脂等が使用できる。また必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
600Dpi以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は3〜8μmが好ましい。体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。(Dv/Dn)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
トナーの形状係数SF−1は100〜180、形状係数SF−2は100〜180の範囲にあることが好ましい。図13は、形状係数SF−1、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。((a))トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。((b))トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体2との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体2との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);前記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;前記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);前記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(R,R,R’,R’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基NCOと、水酸基を有するポリエステルの水酸基OHの当量比NCO/OHとして、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。NCO/OHが5を超えると低温定着性が悪化する。NCOのモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、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、ピ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、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、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、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像スリーブ42との静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
(外添剤)
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5nm〜2μmであることが好ましく、特に5nm〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が50nm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置40内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。
しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
(トナーの製造方法)
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、R−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
挙げられる。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
前記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、R−シアノアクリル酸、R−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
図14は、本発明のトナーの形状を模式的に示す図である。図14において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本発明のトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)((b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)((c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真を撮り、観察しながら測定した。
(第1変形例)
第1変形例は、以下に特筆しない限り、その構成は実施形態に係る画像形成装置と同様である。図15、図16は、第1変形例における従動側回転部材と原動側回転部材とを示す拡大構成図である。現像装置40のケーシング241の側面には、従動側回転部材をその軸線方向と直交する面方向に移動可能に保持するための保持部241aが形成されている。この保持部241は、円筒状の形状になっており、その開口側の端部は、円状の開口に向けて突出している。この円筒状の保持部241の中に、従動側回転部材が収容されている。保持部241の円筒空間の直径が、従動側回転部材の直径よりも大きくなっていることで、保持部241内で従動側回転部材がその回転軸線方向と直交する面方向に遊動するようになっている。
この画像形成装置では、従動側回転部材の中央部に設けられた貫通穴に、これよりも小径の保持軸を挿入して、従動側回転部材をその回転軸線方向と直交する方向に遊動させる仕組みになっていた。これに対し、第1変形例では、かかる保持軸を設けていない。その代わりに、従動側回転部材の中央部に、原動側回転部材60の駆動出力シャフト部261に挿入して係合せしめるための貫通穴256が設けられている。この駆動出力シャフト261は、従動側回転部材の貫通穴256にスムーズに係合せしめるために、係合する側の先端部に図15に示すようなテーパ−を設け、根元側から先端側に向けて先細にしている。また、第1変形例では、実施形態に係る画像形成装置の原動側回転部材60における爪の代わりに、駆動出力シャフト261に貫通して固定されたピン263を設けている。
現像装置40が画像形成装置に装着されると、図15に示すように従動側回転部材の貫通穴256と、原動側回転部材60の駆動出力シャフト部261の先端部とが係合する。そして、併せて、従動側回転部材の2つの爪253と、駆動出力シャフト261に貫通して固定されているピン263とが引っかかることにより、両係合部が連結する。従動側回転部材の第1ギヤ252の端部構造と、原動側回転部材60の駆動出力シャフト261とにより、軸継手が構成されているのである。この軸継手によって、駆動出力シャフト261の回転駆動力が第1ギヤ252に繋がれるのである。そして、第1ギヤ252に噛合っている不図示のローラギヤに回転駆動力が伝達されて、現像スリーブ42が回転するのである。
第1変形例では、現像装置40の側板241に、その側面から突出する上述の保持部241aが形成されている。この保持部241aは、円筒状の構造になっており、その内部に円筒空間を有している。この円筒空間の直径は、従動側回転部材の回転外周の直径よりも大きくなっている。従動側回転部材は、保持部241aの円筒空間内に保持され、且つその回転方向に貫かれた貫通穴256に挿入される原動側回転部材60の駆動出力シャフト261と係合する。なお、保持部241aの円筒軸線方向の端部には、円筒内部に向けてリング状に突出する突出部Aを設けている。この突出部Aは、その内径が従動側回転部材の外周の直径よりも小さくなっており、円筒空間内の従動側回転部材を円筒空間内から脱落させない役割を担っている。従動側回転部材が保持部241aの円筒空間内で円筒軸線方向に遊動したとしても、保持部241aの突出部Aに突き当たることで、円筒空間内からの脱落が阻止される仕組みである。
保持部241aの円筒空間の直径については、従動側回転部材の回転外周の直径よりも0.5〜1.0mm大きくしている。これにより、保持部241aの円筒空間の内壁と、この中に保持される従動側回転部材との間に隙間を形成して、駆動出力シャフト261との係合に伴う従動側回転部材の回転軸線方向と直交する方向への遊動を可能にしている。
図17、18、19に示した従動側回転部材は、その貫通穴256開口部として、シャフト入口側から出口側にかけて直径を変化させない円筒状のものを有している。かかる開口部に代えて、出口側に向けて小径になるテーパーを入口側に設けたものを採用してもよい。このような開口部では、係合前における従動側回転部材の貫通穴256の中心と、駆動出シャフト261の中心とが大きくずれていても、貫通穴256の幅広の入口に駆動出力シャフト261の先端を当て、駆動出力シャフト261を貫通穴256内にスムーズに進入させることができる。
第2変形例の構成は、以下に特筆しない限り、実施形態に係る画像形成装置と同様である。第2変形例では、画像形成部1Y,M,C,Kが、それぞれ、画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能なプロセスユニット301Y,M,C,Kになっている。各プロセスユニット301Y,M,C,Kは、寿命到達時に交換される。
図20は、第2変形例のプロセスユニットを示す拡大構成図である。同図に示すように、プロセスユニット301は、ドラム状の感光体302の回りに、現像装置340、帯電装置330、ドラムクリーニング装置348等を有している。これらは、共通の支持体たるケーシングに支持されて、画像形成装置本体に対して、1つのユニットとして一体的に着脱される。
図21は、プロセスユニットと、画像形成装置本体側板とを示す平断面図である。プロセスユニット301の感光体302のドラム中心には、画像形成装置本体側板370に回転自在に支持されるドラム駆動シャフト371を挿入するためのシャフト穴が設けられている。このドラム駆動シャフト371は、感光体302のシャフト穴に挿入されない根元側の箇所の回転周面から突出するピン371aを有しており、これを感光体302の突起302aに引っ掛けながら回転することで、感光体302回転駆動力を伝達する。
ドラム駆動シャフト371の後端部には、ドラム駆動ギヤ372が固定されており、これには、中継ギヤ373や第2駆動出力ギヤ374が噛み合っている。中継ギヤ373には、ドラム駆動ギヤ372の他に、駆動ギヤ369が噛み合っており、この駆動ギヤ369は更に第1駆動出力ギヤ366と噛み合っている。
駆動ギヤ369は、図示しないモータによって回転駆動せしめられる最上流側のギヤであり、これが各種のギヤに回転駆動力を伝達する。この駆動ギヤ369の図中右側方には、原動側回転部材60が回転可能に配設されており、その第1駆動出力ギヤ366を駆動ギヤ369に噛み合わせている。駆動出力ギヤ366は、第1駆動出力軸の後端部に固定されており、第1駆動出力軸360の先端には原動側係合部362が固定されている。
従動側回転部材の第1ギヤ352には、第1スクリューギヤ375や第2スクリューギヤ376が噛み合っている。第1スクリューギヤ375、第2スクリューギヤ376は、第1搬送スクリュー343、第2搬送スクリュー344の端部に固定されている。原動側回転部材からの回転駆動力が、第1ギヤ352を介して、第1スクリューギヤ375、第2スクリューギヤ376に伝達されることで、第1搬送スクリュー343、第2搬送スクリュー344が回転する。第1スクリューギヤ375には、更に、ローラギヤ351が噛み合っており、これに回転駆動力が伝達されることで、現像スリーブ342が回転する。
最上流側の駆動ギヤ396の回転駆動力は、中継ギヤ373、ドラム駆動ギヤ372、第2原動側回転部材の第2駆動出力ギヤ374に順次伝達されていく。第2駆動出力ギヤ374は、第2駆動出力軸377の後端部に固定されており、第2駆動出力軸377の先端には原動側回転係合部378が固定されている。
第2原動側回転部材の第2係合部378は、ドラムクリーニング装置348の回収スクリュー378に回転駆動力を送るためのものである。現像装置340は、第2係合部378と係合する第2従動側回転部材も有しており、これには第3ギヤ380が形成されている。第2原動側回転部材、第2従動側回転部材は、それぞれ、実施形態に係る画像形成装置の原動側回転部材、従動側回転部材と同様の構成になっている。第2従動側回転部材が、第2原動側回転部材との係合に伴って位置補正されることで、両者の軸心ズレが解消される仕組みである。
図22は、第3変形例における感光体とリボルバ現像ユニットとを示す概略構成図である。感光体602の図中左側方に配設されたリボルバ現像ユニット600は、回転軸を中心にして図中時計回りに回転する支持体に、Y,M,C,K用の4つの現像装置600,M,C,Kを支持している。支持体が回転軸を中心にして図中時計回りに回転することで、これら現像装置600Y,M,C,Kが回転軸を中心にして公転する。そして、90°、180°、270°、360°回転する毎に、現像装置600M、C、K、Yが感光体602に対向する現像位置にセットされる。感光体602には、Y,M,C,K用の静電潜像が順次形成され、これらが現像装置600Y,M,C,Kによって順次Y,M,C,Kトナー像に現像される。現像されたY,M,C,Kトナー像は、図示しない中間転写ベルト上に順次重ね合わせて転写される。この重ね合わせの転写によって中間転写ベルト上に形成された4色トナー像は、図示しない領域で転写紙Pに一括転写される。
4つの現像装置600Y,M,C,Kは、それぞれ現像位置に移動すると、図示しない駆動受入ギヤを、画像形成装置本体側に回転自在に固定された駆動出力ギヤに噛み合わせる。これにより、現像スリーブや攪拌部材に対する駆動伝達が行われるようになる。現像装置600Y,M,C,Kの駆動受入ギヤは、これが固定されている軸を現像スリーブと供給する仕組みになっている。第3変形例においては、駆動受入ギヤの画像周波数を0.72歯以上に設定している。よって、駆動出力ギヤと駆動受入ギヤとの歯の触れ合いに起因する現像スリーブの回転速度変動を抑えて、現像濃度ムラを視認できなくなる程度に留めることができる。
図23は、第4変形例における転写装置と画像形成装置本体側板とを示す平断面図である。この転写装置411は、各種ローラを支持体418によって回転自在に支持しており、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。支持体418に回転自在に支持されながら、図示しない2つの張架ローラとともに紙搬送ベルト412を張架している駆動ローラ413は、後述する駆動伝達系によって回転駆動されることで、表面移動体たる紙搬送ベルト412を無端移動せしめる。
駆動ローラ413の軸部材413aの一端側は支持体418から大きく突出しており、その突出している箇所に駆動ローラギヤ481が固定されている。また、その突出している箇所の先端は、画像形成装置本体側板470に設けられた位置決め用軸受けに挿入される。これにより、転写装置411は、駆動ローラ413を基準にして、画像形成装置本体ひいては各感光体に対する位置決めがなされる。
駆動ローラギヤ481は、支持体418に保持される従動側の回転係合部たる転写係合ギヤ482に噛み合っている。そして、この転写係合ギヤ482は、画像形成装置本体側板470から突出している原動側の転写回転係合部483と嵌合する。これら転写回転係合部483、転写係合ギヤ482は、それぞれ、実施形態に係る画像形成装置の原動側回転部材62、従動側回転部材52、53及び55と同様の構成になっている。転写係合ギヤ482が、転写回転係合部483との嵌合に伴って位置補正されることで、両者の軸芯ズレが解消される仕組みである。
転写係合ギヤ482は、駆動出力軸485の一端部に固定されており、駆動出力軸485のもう一端部には駆動出力ギヤ484が固定されている。この駆動出力ギヤ484が最上流側の駆動ギヤ486と噛み合うことで、駆動ギヤ486の回転駆動力が、駆動出力ギヤ484、転写回転係合部483、転写係合ギヤ482、駆動ローラギヤ481、駆動ローラ413に順次伝達される。
第4変形例では、次のようにして現像濃度ムラを引き起こすおそれがある。即ち、まず、転写手段たる転写装置411において、駆動ローラギヤ481と転写係合ギヤ481との噛み合いによる振動が発生する。この振動が、軸部材413a、画像形成装置本体側板470、図示しない現像スリーブ軸を介して順次現像スリーブに伝わったり、駆動ローラ413から紙搬送ベルト412を介して感光体2に伝わったりして、現像濃度ムラが引き起こされるのである。
そこで、感光体2が1mm表面移動する間における転写装置411の駆動伝達ギヤ列内の駆動ローラギヤ481及び転写係合ギヤ481の回転軌道上の移動歯数を、それぞれ0.72歯以上に設定している。かかる設定により、両ギヤの噛み合いによって発生する振動が感光体に伝播することに起因する現像濃度ムラを有効に抑えることができる。
図24は、第5変形例の現像装置における駆動伝達ギヤ列を示す模式図である。この駆動伝達ギヤ列は、図示しない保持軸によって回転軸線方向と直交する平面内に移動可能に保持される従動側回転部材の第1ギヤ552と、図示しない現像スリーブ軸に固定されたローラギヤ551との間に、中継ギヤユニット556が介在している。この中継ギヤユニット556は、ローラギヤ551に噛み合う小径ギヤ557と、これよりも径の大きな大径ギヤ558とが、互いに同じ回転軸線上で回転するように一体形成された2段ギヤとなっている。第1ギヤ552によって受け入れられた回転駆動力は、大径ギヤ558、小径ギヤ557、ローラギヤ551に順次伝わって、図示しない現像スリーブを回転させる。大径ギヤ558、小径ギヤ557、ローラギヤ551は、それぞれ、第1ギヤ552よりも駆動伝達方向の下流側で駆動を伝達する下流ギヤとして機能する。
かかる構成の第5変形例においては、第1ギヤ552、大径ギヤ558、小径ギヤ557、ローラギヤ551のそれぞれについて、感光体2が1mm表面移動する間におけるギヤ回転軌道上の移動歯数を0.72歯以上に設定している。
また、実施形態に係る画像形成装置においては、現像装置が従動側係合部53、55及び第1ギヤ52を少なくともその回転軸線方向と直交する平面内で移動可能に保持する保持体たる保持軸54を有し、従動側係合部及び第1ギヤ52が、それぞれ従動側係合部と原動側係合部との係合に伴って自らの回転軸線を原動側回転部材の回転軸線に近づけるように移動する。これにより、原動側回転部材と従動側回転部材との軸心ズレによる現像スリーブの回転速度変動を解消することができる。
また、実施形態に係る画像形成装置においては、第1ギヤ52とこれに噛み合う下流ギヤであるローラギヤ51とが、負転位をされているものである。かかる構成では、上述した理由により、現像装置の装着によって第1ギヤ52が原動側の軸心に近づく移動をした結果、第1ギヤ52とローラギヤ51との軸間距離が設定値よりも狭くなったとしても、両ギヤ間での歯底当たりによる現像スリーブの大きな速度変動を解消することができる。
また、実施形態に係る画像形成装置においては、像担持体たる感光体と、現像スリーブとが互いに0.1〜0.4mmの現像間隔を介して対向するように配設される。かかる構成では、上述した理由により、ざらつき感がなく、ドット再現性に優れた画像を形成することができる。
図25は、現像バイアスとトナー付着個数の関係を示すグラフである。
実施例1ないし4、比較例1及び2から、AC重畳印加方式のほうが、DC電圧印加方式よりもトナー濃度を薄くして地汚れトナーの総量を少なくしているにもかかわらず、地汚れ量は格段に多い。これはDC電圧印加方式が、現像スリーブから像担持体へ1方向で移動して付着するのに対して、AC重畳印加方式は、AC周波数に応じて、現像スリーブと感光体2との間の移動を繰り返すうちに非画像部に飛散して地汚れ量を増加させている。実施例1は特に地汚れが良いが、これはキャリア粒径が他の実施例に比べて小さくトナーへの摩擦帯電能力が粒径の大きいキャリアより高いためと推定される。キャリア粒径が小さいほど、同一の重量におけるキャリアの表面積が増加し、結果トナーのキャリアへの接触確率が高まることから、トナーの帯電が安定化し、地汚れトナーの総量が少なくなるからと予測される。
図26は、現像能力評価結果である現像バイアスに対するトナー付着量の関係を示すグラフである。縦軸の付着量は、吸引治具で単位面積あたりの現像トナーを感光体上から採取してその重さを電子天秤で測定しても良いし、実験用が像形成装置に備わる光学式濃度センサによって感光体上の付着トナーの濃度測定値である出力電圧を相応のトナー量相関データで変換して表しても良い。
図26から明らかなように、実施例1〜4はDCのみの比較例に比して同一の現像ポテンシャル(=潜像露光部電位−DCバイアス電位)に対して単位面積あたりのトナー付着量が増加しており、現像能力が、AC+DC現像に近づいている。
図27は、現像能力評価結果である現像バイアスに対するトナー付着量の関係を示すグラフである。
現像能力が限界に近い状態である付着量が0.45mg/cm2に至る現像ポテンシャルはトナー濃度が7%の時に比べて若干高出力である必要があるが、この条件においては実施例1、4の条件はほぼAC+DC現像と同等の現像能力を発揮できる。
また、図27から明らかなように、現像能力の指標である単位面積あたりのトナー付着量は、ある現像ポテンシャル以上は限界に近い状態になるために付着しなくなる。トナー濃度5%の条件では、線速比1.9と2.0の条件でほぼ同等であり、記載はしていないが2.1の条件でも向上することは無かった。一方、線速比を高くするほど、磁気ブラシの感光体への摺擦回数は増えることになり、スキャベンジ作用による白抜けを誘発することになる。よって線速比は2.0以下としている。
通常現像能力を最大限に確保するために現像の主磁極角度Rは0°にすることが多い。そのため現像の主磁極角度を感光体に対して傾けることはあまりやらない。しかしながら本実験結果によると、現像の主磁極の角度Rを6°傾けることによる現像能力の低下はそれほどではなく、画像に影響を与えるほどではなかった。逆に白抜けの改善効果が顕著に見られた。現像ギャップにおいて、感光体に接触する現像剤の穂立ちの角度が寝るために、穂立ちが感光体上のすでに現像されたトナーを物理的に掻き取るスキャベンジ力が低下するためと考えられる。また、感光体に接触する現像剤の穂立ちの角度が寝て、感光体に接触する穂立ちの単位時間当たりの面積が増加するために、エッジ効果によって現像ポテンシャルが低下した領域にも良好な現像を行えるようになったためと考えられる。一方、現像の主磁極角度Rを9°にして同様に実験したところ、現像ギャップにおいて穂立ちの角度が寝すぎたために感光体に対して十分に接触しなくなり、その結果現像不良となった。
工場での大量生産時の歩留まりを考慮すると現像の主磁極の角度Rの角度公差は±2°程度を許容する必要がある。この観点で再度の検証実験を行った。磁気ブラシの摺擦力が高く、白抜けし易いと考えられる感光体と現像スリーブの線速比2.0の条件において0°、3.5°、6°、8.5°、9°の5水準で実験した。図29に検証結果を示す。これよりRが3.5°、6°、8.5°の範囲でエッジ効果による白抜け量はトナー濃度が高くなっても7のやや悪い程度で収まっている。したがって量産品のばらつきである6°±2.5°の範囲における画像形成ならば白抜けは許容できるものと判断する。尚、9°では現像不良が発生したためプロットはせず、また、Rが0°のときはトナー濃度によってはエッジ効果による白抜けが許容できないレベルとなり、また感光体上へのキャリア飛散による転写時の白抜けも発生していた。
なお、白抜け量の測定は以下の方法で行う。使用測定器はHEIDERBERG社製NEXSCAN F5100を用いる。取り込み条件は解像度1200dpiで行う。サンプルは1枚中で画像濃度を振っている白抜け量測定チャートを用いる。ベタ部IDは1.5程度、ハーフトーン部IDは0.5程度であることが測定条件である。所望の画像濃度を得るために現像ポテンシャルを変化させる場合もある。転写紙は特に規定しない。得られる白抜け量は白抜けが発生している面積の積分値である。本発明で課題となっている白抜けは画像先端部で顕著であるため、画像先端部の白抜け量を比較する。白抜け量の目標値は自他社機の実力を踏まえて5以下とする。白抜け量が5以下であれば白抜けは目視で確認できるものの、それほど問題とならないレベルである。白抜け量と目視評価との関係は、以下の通りである。白抜け量1以下:白抜け確認できず。白抜け量1以上5以下:白抜けがあることが分かる程度で、問題とならないレベル。白抜け量5以上8以下:白抜け0.5mm程度あり、やや悪いレベル。白抜け量8以上:白抜け0.5mm以上あり、非常に悪いレベル。
図32の結果から、現像間隔Gpが狭いほど現像γが高くなっていることがわかる。現像ギャップ0.50mmでは線速比を2.0まで上げても現像γ1.5を達成できない。よって、現像γ1.5以上を得るためには、現像間隔Gpは0.45mm以下であること好ましい。しかし、現像間隔Gpが狭くなると、現像の穂立ちの感光体へのあたりが強くなり、感光体フィルミングの悪化につながる。また組み付け時の公差振れ幅を小さくする必要が出てくるが、現像間隔Gpの組み付け公差を狭めるには製造コストがそれにつれて増大するために、実質0.20mm程度が下限であると認識されている。また、図8の結果から、線速比が上がるほど現像γが高くなっていることがわかる。よって、現像間隔Gp0.45mm以下で現像γ1.5以上を達成するためには、線速比は1.7以上、大量生産に対するばらつき余裕度を考慮すれば1.8以上がより好ましい。しかし、線速比が上がるほど副作用で後端かすれやタテヨコライン比の悪化が発生するため、現実問題として線速比2.0が上限である。逆に、現像間隔Gpが狭ければ線速比に対して現像γが大きくなり、線速比を上げなくとも現像γ1.5を得ることが可能となる。
本発明の画像形成装置では、現像磁極S1による磁界の半値幅中心線L1と、感光体10の回転中心と現像スリーブの回転中心とを結ぶ線分l2とがなす現像磁極角度Rが2°〜8.5°である。この現像磁極角度Rが2°より小さいと、現像剤飛散抑制効果が小さく、また現像ギャップでの現像剤の穂のトナー掻き取り能力が強く、白抜け画像を発生させてしまう。現像磁極角度Rが8.5°を超えると、現像不良となり画像濃度ムラが発生してしまう。
本発明の画像形成装置では、現像剤受け止め部材として入り口シール30を備えているので、例え現像スリーブから離脱した現像剤が下方に落下しても、装置本体1内が汚染されない。本発明の画像形成装置では、粒径が均一な重合トナーを用いているため、高画質化を図ることが可能である。本実施形態に係るプリンタは、以下に挙げる現像条件の組み合わせより、低コストな直流バイアス印加方式を搭載しても、高画質な画像を得ることが可能となる。現像ギャップは0.25〜0.45mmが好ましい。感光体10の線速Vpと現像スリーブの線速Vsとの比(Vs/Vp)が1.7〜2.0であることが好ましい。また、本発明の画像形成装置では、以下に挙げる条件で示されるトナーを用いることにより、小粒径で、粒径分布がシャープで、かつ略球形状のトナーを得ることができ、画質の向上や異常画像の発生の余裕度向上を図ることができる。体積平均粒径は3μm以上8μm以内で、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は1.00〜1.40であることが好ましい。形状係数SF−1は100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2は100〜180であることが好ましい。また、トナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーであることが好ましい。トナーの形状は長軸r1、短軸r2、厚さr3で規定され、長軸r1と短軸r2との比(r2/r1)が0.5〜1.0であり、厚さr3と短軸r2との比(r3/r2)が0.7〜1.0であることが好ましい。
2 感光体(像担持体)
40 現像装置
41 ケーシング(筺体)
42 現像スリーブ(現像剤担持体)
51 ローラギヤ(第2ギヤ)
52 第1ギヤ(従動側回転部材の一部)
53 凹部(従動側回転部材や従動側係合部の一部)
55 爪(従動側回転部材や従動側係合部の一部)
60、160 原動側回転部材
62 原動側係合部
301 プロセスユニット
Claims (24)
- 少なくとも、表面に潜像を担持する像担持体と、
現像剤担持体の移動する表面に担持した現像剤によって前記像担持体上の潜像を現像する現像装置と、
画像形成装置本体に設けられた駆動源から伝達される回転駆動力を中継して現像剤担持体に伝達する複数のギヤからなる駆動伝達ギヤ列とを有し、本体に対して着脱可能であるプロセスユニットにおいて、
前記像担持体は、1mm表面移動する間における前記駆動伝達ギヤ列を構成する各ギヤそれぞれの回転軌道上の移動歯数が0.72歯以上である
ことを特徴とするプロセスユニット - 請求項1に記載のプロセスユニットにおいて、
前記駆動源からの回転駆動力を前記駆動伝達ギヤ列よりも原動側の位置で前記駆動伝達ギヤ列に伝達するように画像形成装置本体に配設された原動側回転部材における回転軸線方向の端部に形成された原動側係合部に対し、回転軸線方向に突き合わされて係合することで回転する従動側係合部を有し、
前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤのうち、前記駆動源からの回転駆動力が最初に伝達される第1ギヤが、前記従動側係合部に一体的に形成されて、前記従動側係合部と同じ回転軸線上で回転する
ことを特徴とするプロセスユニット。 - 請求項2に記載のプロセスユニットにおいて、
前記従動側係合部及び前記第1ギヤを少なくともその回転軸線方向と直交する平面内で移動可能に保持する保持体を有し、従動側係合部及び第1ギヤが、該従動側係合部と前記原動側係合部との係合に伴って自らの回転軸線を前記原動側回転部材の回転軸線に近づけるように移動する
ことを特徴とするプロセスユニット。 - 請求項3に記載のプロセスユニットにおいて、
少なくとも前記第1ギヤとこれに噛み合う下流ギヤとが、負転位されているものである
ことを特徴とするプロセスユニット。 - 少なくとも、移動する表面に潜像を担持する像担持体と、
現像剤担持体の移動する表面に担持した現像剤によって前記像担持体上の潜像を現像する現像装置と、
前記現像剤担持体を回転駆動させる駆動源とを有する画像形成装置において、
前記現像装置が、前記駆動源から伝達される回転駆動力を中継して前記現像剤担持体に伝達する複数のギヤからなる駆動伝達ギヤ列を有し、
前記像担持体が、1mm表面移動する間における前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤそれぞれの回転軌道上の移動歯数が0.72歯以上である
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5に記載の画像形成装置において、
前記駆動源からの回転駆動力を前記駆動伝達ギヤ列よりも原動側の位置で前記駆動伝達ギヤ列に伝達するように画像形成装置本体に配設された前記原動側回転部材を備え、
画像形成装置本体に着脱可能に支持される現像装置が、前記原動側回転部材の回転軸線方向の端部に形成された前記原動側係合部に対して回転軸線方向に突き合わされて係合することで回転する従動側係合部を有し、
前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤのうち、前記駆動源からの回転駆動力が最初に伝達される第1ギヤが、前記従動側係合部に一体的に形成されて、前記従動側係合部と同じ回転軸線で回転する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項6に記載の画像形成装置において、
前記現像装置が、前記従動側係合部及び第1ギヤを少なくともその回転軸線方向と直交する平面内で移動可能に保持する保持体を有し、
前記従動側係合部及び前記第1ギヤが、該従動側係合部と前記原動側係合部との係合に伴って自らの回転軸線を前記原動側回転部材の回転軸線に近づけるように移動する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項7に記載の画像形成装置において、
少なくとも第1ギヤとこれに噛み合う下流ギヤとが、負転位をされているものである
ことを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも、移動する表面に潜像を担持する像担持体と、
現像剤担持体の移動する表面に担持した現像剤によって前記像担持体上の潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体に対向する位置で表面移動する表面移動体あるいは表面移動体の表面に保持した記録体に前記像担持体上の可視像を転写する転写装置と、
前記表面移動体に駆動力を付与するための駆動源とを備える画像形成装置において、
前記転写装置が、画像形成装置本体に配設された前記駆動源から伝達される回転駆動力を中継して前記表面移動体に伝達する複数のギヤからなる駆動伝達ギヤ列を有し、
前記像担持体が1mm表面移動する間における前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤそれぞれの回転軌道上の移動歯数が0.72歯以上である
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項9の画像形成装置において、
前記駆動源からの回転駆動力を前記駆動伝達ギヤ列よりも原動側の位置で前記駆動伝達ギヤ列に伝達するように画像形成装置本体に配設された前記原動側回転部材を備え、
画像形成装置本体に着脱可能に支持される転写装置が、前記原動側回転部材の回転軸線方向の端部に形成された前記原動側係合部に対して回転軸線方向に突き合わされて係合することで回転する従動側係合部を有し、
前記駆動伝達ギヤ列内の各ギヤのうち、前記駆動源からの回転駆動力が最初に伝達される第1ギヤが、前記従動側係合部に一体的に形成されて、前記従動側係合部と同じ回転軸線で回転する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10の画像形成装置において、
前記転写装置が、前記従動側係合部及び前記第1ギヤを少なくともその回転軸線方向と直交する平面内で移動可能に保持する保持体を有し、
前記従動側係合部及び前記第1ギヤが、該従動側係合部と前記原動側係合部との係合に伴って自らの回転軸線を前記原動側回転部材の回転軸線に近づけるように移動する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項11に記載の画像形成装置において、
少なくとも前記第1ギヤとこれに噛み合う下流ギヤとが、負転位をされているものである
ことを特徴とする画像形成装置。 - 移動する表面に潜像を担持する像担持体と、
現像剤担持体の移動する表面に担持した現像剤によって前記像担持体上の潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体に印加する現像バイアスは、直流電圧(DC電圧)であり、
前記像担持体の線速Vpと前記現像剤担持体の線速Vsとの線速比Vs/Vpが1.7〜2.0の範囲であり、
前記像担持体と前記現像剤担持体との現像間隔Gpが、0.1〜0.45mmの範囲である
ことを特徴とする画像形成装置。 - 移動する表面に潜像を担持する像担持体と、
現像剤担持体の移動する表面に担持した現像剤によって前記像担持体上の潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体が、複数の磁極を有するマグネットローラを内包し、
前記マグネットローラは、前記像担持体に現像剤を摺擦させる磁気ブラシを形成する主磁極を備えており、
前記主磁極による磁界の半値幅中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とが、前記像担持体の回転中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とに対して形成する角度Rが、前記現像剤担持体の回転する上流方向に対して2°〜8.5°の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし12に記載の画像形成装置において、
前記現像剤担持体に印加する現像バイアスが直流電圧(DC電圧)であり、
前記像担持体の線速Vpと前記現像剤担持体の線速Vsとの線速比Vs/Vpが1.7〜2.0の範囲であり、
前記像担持体と前記現像剤担持体との現像間隔Gpが、0.1〜0.45mmの範囲である
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項13又は15に記載の画像形成装置において、
前記現像剤担持体が、複数の磁極を有するマグネットローラを内包し、
前記マグネットローラは、前記像担持体に現像剤を摺擦させる磁気ブラシを形成する主磁極を備えており、
前記主磁極による磁界の半値幅中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とが、前記像担持体の回転中心と前記現像剤担持体の回転中心とを結ぶ線とに対して形成する角度Rが、前記現像剤担持体の回転する上流方向に対して2°〜8.5°の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項15又は16に記載の画像形成装置において、
前記現像剤は、キャリアとトナーとを混合する二成分現像剤を用いる
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項17に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、体積平均粒径が3〜8μm)で、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項18に記載の画像形成装置において、
前記現像装置で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項18又は19に記載の画像形成装置において、
前記現像装置で用いられるトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項20に記載の画像形成装置において、
前記現像装置で使用されるトナーは、略球形状である
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項21に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、その形状が長軸r1、短軸r2、厚さr3で規定され(但し、r1≧r2≧r3とする。)、長軸r1と短軸r2との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲にあり、厚さr3と短軸r2との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項17に記載の画像形成装置において、
前記キャリアは、磁性粒子表面に樹脂を被覆し、体積平均粒径が30〜80μmの範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項23に記載の画像形成装置において、
前記キャリアは、電気抵抗が6〜10LogΩ・cmの範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。
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