JP2007334217A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本複写機は、感光体表面上の画像部と現像スリーブ表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、感光体表面上の非画像部と現像スリーブ表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が下記の数1に示す式を満たす。Vr[m/sec]は現像スリーブ線速、Vpc[m/sec]は感光体線速、ε[F/m]は磁性キャリアの誘電率、ρ[Ω・m]は磁性キャリアの体積抵抗率、T[sec]は現像ニップ幅Nip[m]を現像スリーブ線速で除した値(Nip/Vr)、ΔVr[m/sec]は感光体線速と現像スリーブ線速の相対速度差(Vr−Vpc)である。
【数1】
【選択図】図1
Description
感光体表面と現像スリーブ表面とを互いに連れ回り方向へ移動させ、かつ、感光体の線速よりも現像スリーブの線速の方が速い場合、感光体40へ現像されたトナーT1が後からやってくるキャリアCによって摺擦される。このとき、二成分現像剤が感光体40から離れる現像ニップ出口付近では、感光体40と現像スリーブ65との距離が広がって電界が弱まっている。そのため、図13中(1)で示すように、現像ニップ出口付近における感光体40上のトナーT1の多くが、後からやってくるキャリアCに摺擦されたときにキャリアCに掻き取られて再付着する。一般に、帯電量が少ないトナーの量が多いほど過剰に現像され、同時にキャリアCによって掻き取られる量も増える。よって、現像ニップ出口付近でキャリアCに摺擦されたトナーT1の帯電量が少ない場合、図13中(2)に示すように、そのキャリアCには過剰な量のトナーT2が被覆した状態になる。このようなキャリアCがその後に非画像部へ移動すると、図13中(3)に示すように、そのキャリアCに過剰に付着したトナーT2が非画像部へ移動して、これがハット画像となる。過剰にトナーが被覆されたキャリアほどトナーを非画像部へ移動させやすくなるので、非画像部へ移動するトナーT3の量は、トナー帯電量が少ないほど増加する。
現像スリーブ表面を感光体表面に対してカウンター方向に移動させる場合、感光体40へ現像されたトナーT1がキャリアCによって摺擦される。このとき、二成分現像剤が感光体40から離れる現像ニップ出口付近では、感光体40と現像スリーブ65との距離が広がって電界が弱まっている。そのため、図13中(1)で示すように、現像ニップ出口付近における感光体40上のトナーT1の多くが、キャリアCに摺擦されたときにキャリアCに掻き取られて再付着する。そして、現像ニップ出口付近でキャリアCに摺擦されたトナーT1の帯電量が少ない場合、図13中(2)に示すように、そのキャリアCには過剰な量のトナーT2が被覆した状態になる。このようなキャリアCがその後に非画像部へ移動すると、図13中(3)に示すように、そのキャリアCに過剰に付着したトナーT2が非画像部へ移動して、これがハット画像となる。過剰にトナーが被覆されたキャリアほどトナーを非画像部へ移動させやすくなるので、非画像部へ移動するトナーT3の量は、トナー帯電量が少ないほど増加する。
ε[F/m]は、上記磁性キャリアの誘電率である。
ρ[Ω・m]は、上記磁性キャリアの体積抵抗率である。
T[sec]は、上記現像剤担持体上の二成分現像剤が上記潜像担持体との接触領域を通過するのに要する時間であり、二成分現像剤が潜像担持体に接触する潜像担持体表面移動方向長さNip[m]を、現像剤担持体の表面移動速度(線速)Vr[m/sec]で除した値(Nip/Vr)である。
ΔVr[m/sec]は、上記潜像担持体の表面移動速度(線速)Vpc[m/sec]と上記現像剤担持体の表面移動速度(線速)Vr[m/sec]との相対速度差(Vr−Vpc)である。
δ[m]は、上記露光手段により露光される上記潜像担持体表面上の画像部に対して潜像担持体表面移動方向に隣接する非画像部の潜像担持体表面移動方向長さが、該画像部と該非画像部との境界でのエッジ効果が発生する領域の潜像担持体表面移動方向長さの1/eである。
また、請求項2の発明は、表面移動する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光することにより該表面に静電潜像を形成する露光手段と、該潜像担持体と対向する位置に配置され、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が該潜像担持体の表面に接触するように該二成分現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、該潜像担持体と該現像剤担持体との間に所定の直流電圧を印加する電圧印加手段とを有し、該現像剤担持体の表面が該潜像担持体の表面に対してカウンター方向へ移動するように構成された画像形成装置において、上記潜像担持体表面上の画像部と上記現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、該潜像担持体表面上の非画像部と該現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が、上記数1に示す式を満たすように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、上記二成分現像剤中のトナーと磁性キャリアとの間の付着力が10[nN]以下となり、該二成分現像剤中のトナー含有率が10[%]以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1、2又は3の画像形成装置において、上記二成分現像剤中のトナーの平均帯電量と同じ極性で、かつ、帯電量の絶対値qとトナー粒径Tdとの比率(q/Td)が0.1[fC/μm]以下であるトナーの含有率が20[%]以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3又は4の画像形成装置において、上記二成分現像剤中の磁性キャリアの重量平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4又は5の画像形成装置において、上記二成分現像剤中の磁性キャリアの体積抵抗率が109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項1、2、3、4、5又は6の画像形成装置において、上記潜像担持体と上記現像剤担持体との最小間隔が200[μm]以上400[μm]以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1、2、3、4、5、6又は7の画像形成装置において、上記潜像担持体との対向領域における上記現像剤担持体上の現像剤担持量が35[mg/cm2]以上55[mg/cm2]以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7又は8の画像形成装置において、上記二成分現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの被覆率が50[%]以上70[%]以下となるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、表面移動する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光することにより該表面に静電潜像を形成する露光手段と、該潜像担持体と対向する位置に配置され、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が該潜像担持体の表面に接触するように該二成分現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、該潜像担持体と該現像剤担持体との間に所定の直流電圧を印加する電圧印加手段とを有する画像形成装置で、該現像剤担持体の表面を該潜像担持体の表面に対して連れ回り方向へ移動させ、かつ、該現像剤担持体の表面移動速度(線速)Vr[m/sec]を該潜像担持体の表面移動速度(線速)Vpc[m/sec]よりも速くて画像形成を行う画像形成方法において、上記潜像担持体表面上の画像部と上記現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、該潜像担持体表面上の非画像部と該現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が、上記数1に示す式を満たすようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、表面移動する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光することにより該表面に静電潜像を形成する露光手段と、該潜像担持体と対向する位置に配置され、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が該潜像担持体の表面に接触するように該二成分現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、該潜像担持体と該現像剤担持体との間に所定の直流電圧を印加する電圧印加手段とを有する画像形成装置で、該現像剤担持体の表面を該潜像担持体の表面に対してカウンター方向へ移動させて画像形成を行う画像形成方法において、上記潜像担持体表面上の画像部と上記現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、該潜像担持体表面上の非画像部と該現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が、上記数1に示す式を満たすようにしたことを特徴とするものである。
まず、本複写機の基本的な構成について説明する。
図2は、本実施形態に係る複写機の概略構成図である。この複写機はプリンタ部100、これを載せる給紙装置200、プリンタ部100の上に固定されたスキャナ300などを備えている。また、このスキャナ300の上に固定された原稿自動搬送装置(以下、ADFという)400なども備えている。
上記プリンタ部100は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色の画像を形成するための4組のプロセスカートリッジ18Y,18C,18M,18Kからなる画像形成ユニット20を備えている。各符号の数字の後に付されたY、C、M、Kは、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用の部材であることを示している(以下同様)。プロセスカートリッジ18Y,18C,18M,18Kの他には、露光手段としての光書込ユニット21、中間転写ユニット17、二次転写装置22、レジストローラ対49、給紙カセット44、ベルト定着方式の定着ユニット25などが配設されている。
上記光書込ユニット21は、図示しない光源、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ー光を照射する。
図3は、上記プロセスカートリッジ18Y,18C,18M,18Kのうち、イエロー用のプロセスカートリッジ18Yと、シアン用のプロセスカートリッジ18Cとの概略構成を示す拡大図である。なお、他のプロセスカートリッジ18M,18Kについても、トナーの色が異なる点以外はそれぞれ同じ構成となっているので、これらの説明については省略する。同図において、トナー像を生成する像生成部たるプロセスカートリッジ18Yは、ドラム状の感光体40Y、帯電器60、現像器61、ドラムクリーニング装置63、除電器64などを有している。
感光体40Yは、例えばアルミニウム等からなる素管に、感光性を発揮する有機感光材からなる感光層が被覆され、更にこの上に厚さ3.5〜5.0[μm]のフィラー補強電荷輸送層が被覆されたドラム状のものである。ドラム状のものに代えて、ベルト状のものを採用してもよい。
現像剤担持体たる筒状の現像スリーブ65は、非磁性材料からなり、その表面がサンドブラスト処理等によって十点平均表面粗さRzが10〜12[μm]程度まで粗面化せしめられたものである。この粗面化により、現像剤搬送能力が高められている。粗面化の代わりに、表面に微小の溝を設けてもよい。現像スリーブ65は、図示しない駆動手段によって回転せしめられるようになっている。このように回転駆動せしめられる現像スリーブ65の内部には、マグネットローラ72がスリーブに連れ回らないように固定されている。このマグネットローラ72は、その周方向に分かれる複数の磁極を有している。これら磁極の影響により、現像スリーブ65の周囲上には磁界が形成される。
上記撹拌部66内において、2つの搬送スクリュー68の間には仕切壁69が設けられている。この仕切壁69により、撹拌部66内が2つに仕切られている。2つの搬送スクリュー68のうち、図中右側に配設されている方は、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、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65に供給する。図中奥端まで搬送された現像剤は、仕切壁69に設けられた図示しない開口部を通って図中左側の搬送スクリュー68に受け渡される。そして、この搬送スクリュー68の回転駆動により、今度は図中側から手前側へと搬送された後、仕切壁69に設けられた図示しないもう一方の開口部を通って図中右側の搬送スクリュー68上に戻る。このようにして、現像剤は撹拌部66内を循環搬送せしめられる。
Y用の感光体40Y上に形成されたYトナー像は、後述の中間転写ベルト10に中間転写される。中間転写後の感光体40Yの表面は、ドラムクリーニング装置63によって転写残トナーがクリーニングされる。ドラムクリーニング装置63は、ファーブラシ、回収ローラ77、スクレーパブレード78、回収スクリュー79、クリーニングブレード75などを備えている。
上記ファーブラシ76は、芯材にアクリルカーボン製の起毛が無数に植毛されたローラ状ブラシである。そして、図示しない無数の起毛の先端を感光体40Yに順次摺擦させるように、感光体40Yとの対向部でカウンタ方向の表面移動となる図中反時計回りに回転駆動される。回収ローラ77は、ファーブラシ76に接触するように、ブラシとの対向部でカウンタ方向の表面移動となる図中反時計回りに回転駆動されながら、図示しない電源から正極性のクリーニングバイアスの印加を受ける。感光体40Y上の転写残トナーは、ファーブラシ76の起毛によって掻き取られてファーブラシ76内に捕捉された後、このクリーニングバイアスの影響を受けて回収ローラ77表面に静電的に付着して回収される。回収された転写残トナーは、回収ローラ77に当接するスクレーパブレード78によってローラ表面から掻き取られて、回収スクリュー79上に落下する。図示しない駆動手段によって回転駆動される回収スクリュー79は、このように落下してくる転写残トナーを受け取ってトナーリサイクル装置89に送る。
上記ファーブラシ76で捕捉し切れなかった転写残トナーは、ブラシよりもドラム回転方向下流側に配設されたクリーニングブレード75によって掻き取られて、ファーブラシ76に捕捉されるようになる。このクリーニングブレード75は、例えばポリウレタンゴム製などの弾性材料から構成されている。
図4は、上記画像形成ユニット20、中間転写ユニット17、二次転写装置22と、レジストローラ対49、定着ユニット25を示す拡大構成図である。
中間転写ユニット17は、中間転写ベルト10やベルトクリーニング装置90などを有している。また、張架ローラ14、駆動ローラ15、二次転写バックアップローラ16、4つの中間転写バイアスローラ62Y,62C,62M,62K、3つの接地ローラ74なども有している。
中間転写ベルト10は、ベルトループ内側から図示しないベース層、弾性層、表面層を有している。ベース層は、例えば伸びの少ないフッ素系樹脂や、伸びの大きなゴム材料に帆布など伸びにくい材料を含有又は積層せしめた層である。表面層は、フッ素系樹脂など、表面エネルギーが低くてトナーと良好な離型性を発揮する材料からなる層である。弾性層は、例えばフッ素系ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムなどの弾性材料からなる層で、ベルト全体にある程度の弾性を発揮させるために設けられている。
中間転写ベルト10上に重ね合わせ転写された4色トナー像は、後述の二次転写ニップで図示しない転写紙に二次転写される。二次転写ニップ通過後の中間転写ベルト10の表面に残留する転写残トナーは、図中左側の駆動ローラ15との間にベルトを挟み込むベルトクリーニング装置90によってクリーニングされる。なお、同図では、ベルトクリーニング装置90として、上述のドラムクリーニング装置63と同様にファーブラシ方式とクリーニングブレード方式とを併用させたものの例を示した。但し、何れか一方の方式によるものでもよい。
上記中間転写ユニット17の図中下方には、2本の張架ローラ23によって紙搬送ベルト24を張架している二次転写装置22が配設されている。紙搬送ベルト24は、少なくとも何れか一方の張架ローラ23の回転駆動に伴って、図中反時計回りに無端移動せしめられる。2本の張架ローラ23のうち、図中右側に配設された一方のローラは、上記中間転写ユニット17の二次転写バックアップローラ16との間に、中間転写ベルト10及び紙搬送ベルト24を挟み込んでいる。この挟み込みにより、中間転写ユニット17の中間転写ベルト10と、二次転写装置22の紙搬送ベルト24とが接触する二次転写ニップが形成されている。そして、この一方の張架ローラ23には、トナーと逆極性の二次転写バイアスが図示しない電源によって印加される。この二次転写バイアスの印加により、二次転写ニップには中間転写ユニット17の中間転写ベルト10上の4色トナー像をベルト側からこの一方の張架ローラ23側に向けて静電移動させる二次転写電界が形成される。後述のレジストローラ対49によって中間転写ベルト10上の4色トナー像に同期するように二次転写ニップに送り込まれた転写紙には、この二次転写電界やニップ圧の影響を受けた4色トナー像が二次転写せしめられる。なお、このように一方の張架ローラ23に二次転写バイアスを印加する二次転写方式に代えて、転写紙を非接触でチャージさせるチャージャを設けてもよい。
上記二次転写ニップよりもベルト移動方向上流側には、レジストローラ対49が配設されている。後述の給紙装置200からプリンタ部100内に給紙された図示しない転写紙は、このレジストローラ対49のローラ間に挟まれる。一方、上記中間転写ユニット17において、中間転写ベルト10上に形成された4色トナー像は、ベルトの無端移動に伴って上記二次転写ニップに進入する。レジストローラ対49は、ローラ間に挟み込んだ転写紙を二次転写ニップにて4色トナー像に密着させ得るタイミングで送り出す。これにより、二次転写ニップでは、中間転写ベルト10上の4色トナー像が転写紙に密着する。そして、転写紙上に二次転写されて、白色の転写紙上でフルカラー画像となる。このようにしてフルカラー画像が形成された転写紙Pは、紙搬送ベルト24の無端移動に伴って二次転写ニップを出た後、紙搬送ベルト24上から定着ユニット25に送られる。
上記定着ユニット25は、定着ベルト26を2本のローラによって張架しながら無端移動せしめるベルトユニットと、このベルトユニットの一方のローラに向けて押圧される加圧ローラ27とを備えている。これら定着ベルト26と加圧ローラ27とは互いに当接して定着ニップを形成しており、上記紙搬送ベルト24から受け取った転写紙をここに挟み込む。ベルトユニットにおいける2本のローラのうち、加圧ローラ27から押圧される方のローラは、内部に図示しない熱源を有しており、これの発熱によって定着ベルト26を加圧する。加圧された定着ベルト26は、定着ニップに挟み込まれた転写紙を加熱する。この加熱やニップ圧の影響により、フルカラー画像が転写紙に定着せしめられる。
図示しない原稿のコピーがとられる際には、例えばシート原稿の束が原稿自動搬送装置400の原稿台30上セットされる。但し、その原稿が本状に閉じられている片綴じ原稿である場合には、コンタクトガラス32上にセットされる。このセットに先立ち、複写機本体に対して原稿自動搬送装置400が開かれ、スキャナ300のコンタクトガラス32が露出される。この後、閉じられた原稿自動搬送装置400によって片綴じ原稿が押さえられる。
このようにして原稿がセットされた後、図示しないコピースタートスイッチが押下されると、スキャナ300による原稿読取動作がスタートする。但し、原稿自動搬送装置400にシート原稿がセットされた場合には、この原稿読取動作に先立って、原稿自動搬送装置400がシート原稿をコンタクトガラス32まで自動移動させる。原稿読取動作では、まず、第1走行体33と第2走行体34とがともに走行を開始し、第1走行体33に設けられた光源から光が発射される。そして、原稿面からの反射光が第2走行体34内に設けられたミラーによって反射せしめられ、結像レンズ35を通過した後、読取センサ36に入射される。読み取りセンサ36は、入射光に基づいて画像情報を構築する。
トナーとしては、結着樹脂に着色剤、帯電制御剤及び、離型促進剤等の他の材料を含有させた母体粒子に、更に添加剤等を外添させたものを用いることが望ましい。上記離型促進剤については、結着樹脂100重量部に対して、1〜15重量部、好ましくは、2〜10重量部の離型促進剤を含有せしめることが望ましい。離型促進剤の含有率が1重量部未満では、定着ベルト26へのトナーのホットオフセットを十分に抑えることができないからである。また、15重量部を超えると現像能力の低下、凝集トナーによる異常画像の発生、転写性の低下、耐久性の低下などを招来してしまうからである。2〜10重量部にすると、ソリッド部における画像濃度が高く、且つ、ドット再現性の良い高品位の画像を得ることができる。
添加剤の含有率の測定には種々の方法があるが、蛍光X線分析法で求めるのが一般的である。添加剤の含有率既知のトナーについて、蛍光X線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有率を求める方法である。
(a)2価のカルボン酸、その低級アルキルエステル、酸無水物の何れかから選ばれる少なくとも一種
(b)下記化1の化学式で示されるジオール成分
(d)エポキシ樹脂
(e)2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物又はそのグリシジルエーテル
(f)エポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物
(g)エポキシ基と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物
上記(c)における3価以上の多価アルコールの例としては、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ショ糖、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタトリオール、グリセロール、ジグリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。3価以上の多価単量体の配合割合は、単量体組成物全体の1〜30[モル%]程度が適当である。1[モル%]未満の時には、トナーの耐オフセット性が低下し、また、耐久性も悪化し易いからである。また、30[モル%]を超えると、トナーの定着性が悪化し易いからである。
上述した3価以上の多価単量体については、特にベンゼントリカルボン酸、これらの酸の無水物、エステル等のベンゼントリカルボン酸類などが好ましい。ベンゼントリカルボン酸類を用いると、定着性と耐オフセット性の両立を図ることができる。
上述したポリオール樹脂としては、各種のタイプのものが使用できるが、特に、次に列記する物質を反応させて得たものを用いることが望ましい。
上述したポリエステル樹脂やポリオール樹脂については、高い架橋密度を持たせると、透明性や光沢度が得られ難くなる。このため、好ましくは、非架橋や弱い架橋(THF不溶分が5%以下)をもたせることが好ましい。
(1)結着樹脂、着色剤、帯電制御剤、離型促進剤、磁性体等をヘンシェルミキサーの如き混合機によって十分に混合する。
(2)バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサー、連続式の2軸押出し機、連続式の1軸混練機などによって混合物を十分に混練する。連続式の2軸押し出し機としては、神戸製鋼所社製KTK型2軸押出し機、東芝機械社製TEM型2軸押出し機、KCK社製2軸押出し機、池貝鉄工社製PCM型2軸押出し機、栗本鉄工所社製KEX型2軸押出し機などが知られている。また、連続式の1軸混練機としては、ブッス社製コ・ニーダなどが知られている。
(3)混練物を冷却後、ハンマーミル等を用いて粗粉砕し、更にジェット気流を用いた微粉砕機や機械式粉砕機によって微粉砕する。そして、旋回気流を用いた分級機やコアンダ効果を用いた分級機によって所定の粒度に分級して、母体粒子を得る。
(1)重合性モノマー、重合開始剤(必要に応じて)、着色剤等を水性分散媒中で造粒する。
(2)造粒されたモノマー組成物粒子を適当な粒子径に分級する。
(3)この分級によって得た規定内粒径のモノマー組成物粒子を重合反応させる。
(4)適当な処理をして分散剤を取り除いた後、重合反応によって得られた重合生成物をろ過、水洗、乾燥して母体粒子を得る。
(1)樹脂や着色剤等を混練機等で混練し、溶融状態のトナー芯材を得る。
(2)トナー芯材を水中に入れて強く撹拌し、微粒子状の芯材を作成する。
(3)シェル材溶液中に上記芯材微粒子を入れ、撹拌しながら、貧溶媒を滴下し、芯材表面をシェル材で覆ってカプセル化させる。
(4)これによって得られたカプセルをろ過後、乾燥して母体粒子を得る。
上記保護層に用いる樹脂としては、ポリフッ化炭素、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フェノール樹脂、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。また保護層の形成法としては、磁性キャリアの表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布する方法が挙げられる。樹脂の使用量については、磁性キャリア100重量部に対して1〜10重量部にすることが好ましい。保護層の膜厚としては、0.02〜2[μm]であることが好ましく、特に好ましくは0.05〜1[μm]、更に好ましくは、0.1〜0.6[μm]である。膜厚が厚いとキャリア及び現像剤の流動性が低下する傾向にあり、膜厚が薄いと経時での膜削れ等の影響を受けやすい傾向にある。
・芯材
Cu−Znフェライト粒子(重量平均径:35[μm])5000重量部
・コート材
トルエン450重量部
シリコーン樹脂SR2400(東レ・ダウコーニング・シリコーン製、不揮発分50%)450重量部
アミノシランSH6020(東レ・ダウコーニング・シリコーン製)10重量部
カーボンブラック10重量部
図5は感光体の感光層を示す拡大断面図である。なお、上述のように、各プロセスカートリッジにおける各機器の構成は同様であるので、以下、Y、M、C、Kの符号を省略して説明する。
同図において、感光体40は、図示しない導電性支持体の上に被覆された感光層を有している。この感光層は、導電性支持体側から表面側に向けて、電荷発生層40aと、電荷輸送層40bと、更にこの上に被覆されたフィラー補強電荷輸送層40cとから構成されている。
以上のようにして設けられる電荷発生層40aの膜厚は、0.01〜5[μm]程度が適当であり、好ましくは0.05〜2[μm]である。
上記下引き層には、モアレ抑制や残留電位の低減化を図るべく、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物の微粉末顔料を加えてもよい。また、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、クロムカップリング剤などを使用することもできる。この他、Al2O3を陽極酸化にて設けたものや、ポリパラキシリレン(パリレン)等の有機物あるいは、SiO2、SnO2、TiO2、ITO、CeO2等の無機物を真空薄膜作成法にて設けたものも使用可能である。下引き層の膜厚は0[μm]よりも厚く20[μm]以下が適当であり、好ましくは1〜10[μm]である。
各層に添加することが可能な酸化防止剤としては、次に掲げるものを例示することができる。
(a)フェノール系化合物
2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、n−オクタデシル−3−(4’−ヒドロキシ−3’、5’−ジ−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス−(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−チオビス−(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−ブチリデンビス−(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス−(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス−[メチレン−3−(3’、5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、ビス[3,3’−ビス(4’−ヒドロキシ−3’−t−ブチルフェニル)ブチリックアッシド]クリコ−ルエステル、トコフェロール類など。
(b)パラフェニレンジアミン類
N−フェニル−N’−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、N、N’−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、N−フェニル−N−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、N、N’−ジ−イソプロピル−p−フェニレンジアミン、N、N’−ジメチル−N、N’−ジ−t−ブチル−p−フェニレンジアミンなど。
(c)ハイドロキノン類
2,5−ジ−t−オクチルハイドロキノン、2,6−ジドデシルハイドロキノン、2−ドデシルハイドロキノン、2−ドデシル−5−クロロハイドロキノン、2−t−オクチル−5−メチルハイドロキノン、2−(2−オクタデセニル)−5−メチルハイドロキノンなど。
(d)有機硫黄化合物類
ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジテトラデシル−3,3’−チオジプロピオネートなど。
(e)有機燐化合物類
トリフェニルホスフィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィン、トリ(ジノニルフェニル)ホスフィン、トリクレジルホスフィン、トリ(2,4−ジブチルフェノキシ)ホスフィンなど。
(a)リン酸エステル系可塑剤
リン酸トリフェニル、リン酸トリクレジル、リン酸トリオクチル、リン酸オクチルジフェニル、リン酸トリクロルエチル、リン酸クレジルジフェニル、リン酸トリブチル、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリフェニルなど。
(b)フタル酸エステル系可塑剤
フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソオクチル、フタル酸ジ−n−オクチル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ブチルラウリル、フタル酸メチルオレイル、フタル酸オクチルデシル、フマル酸ジブチル、フマル酸ジオクチルなど。
(c)芳香族カルボン酸エステル系可塑剤
トリメリット酸トリオクチル、トリメリット酸トリ−n−オクチル、オキシ安息香酸オクチルなど。
(d)脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤
アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジ−n−ヘキシル、アジピン酸ジ−2−エチルヘキシル、アジピン酸ジ−n−オクチル、アジピン酸−n−オクチル−n−デシル、アジピン酸ジイソデシル、アジピン酸ジカプリル、アゼライン酸ジ−2−エチルヘキシル、セバシン酸ジメチル、セバシン酸ジエチル、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジ−n−オクチル、セバシン酸ジ−2−エチルヘキシル、セバシン酸ジ−2−エトキシエチル、コハク酸ジオクチル、コハク酸ジイソデシル、テトラヒドロフタル酸ジオクチル、テトラヒドロフタル酸ジ−n−オクチルなど。
(e)脂肪酸エステル誘導体
オレイン酸ブチル、グリセリンモノオレイン酸エステル、アセチルリシノール酸メチル、ペンタエリスリトールエステル、ジペンタエリスリトールヘキサエステル、トリアセチン、トリブチリンなど。
(f)オキシ酸エステル系可塑剤
アセチルリシノール酸メチル、アセチルリシノール酸ブチル、ブチルフタリルブチルグリコレート、アセチルクエン酸トリブチルなど。
(g)エポキシ可塑剤
エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシステアリン酸デシル、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシステアリン酸ベンジル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジデシルなど。
(h)二価アルコールエステル系可塑剤
ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジ−2−エチルブチラートなど。
(i)含塩素可塑剤
塩素化パラフィン、塩素化ジフェニル、塩素化脂肪酸メチル、メトキシ塩素化脂肪酸メチルなど。
(j)ポリエステル系可塑剤
ポリプロピレンアジペート、ポリプロピレンセバケート、ポリエステル、アセチル化ポリエステルなど。
(k)スルホン酸誘導体
p−トルエンスルホンアミド、o−トルエンスルホンアミド、p−トルエンスルホンエチルアミド、o−トルエンスルホンエチルアミド、トルエンスルホン−N−エチルアミド、p−トルエンスルホン−N−シクロヘキシルアミドなど。
(l)クエン酸誘導体
クエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリエチル、クエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリ−2−エチルヘキシル、アセチルクエン酸−n−オクチルデシルなど。
(m)その他
ターフェニル、部分水添ターフェニル、ショウノウ、2−ニトロジフェニル、ジノニルナフタリン、アビエチン酸メチルなど。
(a)炭化水素系化合物
流動パラフィン、パラフィンワックス、マイクロワックス、低重合ポリエチレンなど。
(b)脂肪酸系化合物
ラウリン酸、ミリスチン酸、パルチミン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸など。
(c)脂肪酸アミド系化合物
ステアリルアミド、パルミチルアミド、オレインアミド、メチレンビスステアロアミド、エチレンビスステアロアミドなど。
(d)エステル系化合物
脂肪酸の低級アルコールエステル、脂肪酸の多価アルコールエステル、脂肪酸ポリグリコールエステルなど。
(e)アルコール系化合物
セチルアルコール、ステアリルアルコール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリグリセロールなど。
(f)金属石けん
ステアリン酸鉛、ステアリン酸カドミウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなど。
(g)天然ワックス
カルナバロウ、カンデリラロウ、蜜ロウ、鯨ロウ、イボタロウ、モンタンロウなど。
(h)その他
シリコーン化合物、フッ素化合物など。
(a)ベンゾフェノン系
2−ヒドロキシベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’、4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,2’、4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ4−メトキシベンゾフェノンなど。
(b)サルシレート系
フェニルサルシレート、2,4ジ−t−ブチルフェニル3,5−ジ−t−ブチル4ヒドロキシベンゾエートなど。
(c)ベンゾトリアゾール系
(2’−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、(2’−ヒドロキシ5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、(2’−ヒドロキシ5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、(2’−ヒドロキシ3’−ターシャリブチル5’−メチルフェニル)5−クロロベンゾトリアゾール
(d)シアノアクリレート系
エチル−2−シアノ−3,3−ジフェニルアクリレート、メチル2−カルボメトキシ3(パラメトキシ)アクリレートなど。
(e)クエンチャー(金属錯塩系)
ニッケル(2,2’チオビス(4−t−オクチル)フェノレート)ノルマルブチルアミン、ニッケルジブチルジチオカルバメート、ニッケルジブチルジチオカルバメート、コバルトジシクロヘキシルジチオホスフェートなど。
(f)HALS(ヒンダードアミン)
ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、1−[2−〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ〕エチル]−4−〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ〕−2,2,6,6−テトラメチルピリジン、8−ベンジル−7,7,9,9−テトラメチル−3−オクチル−1,3,8−トリアザスピロ〔4,5〕ウンデカン−2,4−ジオン、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなど。
本実施形態においては、現像スリーブ65と感光体40とが連れ回り方向へ駆動し、かつ、現像スリーブ65の線速が感光体40の線速よりも速く設定されているので、現像ニップでは現像スリーブ65上の現像剤が感光体40の表面を追い越すような状況になる。このような状況においては、画像部を通過した現像剤がその画像部に対して先端側に隣接する非画像部と対向する事態が生じる。この場合、画像部通過時に現像剤穂先部へ移動した電荷が現像剤穂先部に保持されたまま、その現像剤穂先部が非画像部と対向することになる。これにより、現像剤穂先部の電荷量に応じて、その非画像部に形成される電界が変化する。
図6に示すように、非画像部に対向した現像剤穂先部の電荷量が所定値Q0以下であれば、非画像部に形成される電界は、トナーが現像スリーブ65側へ向かう方向の電界(以下、「逆現像方向電界」という。)となる。この場合、現像剤穂先部に付着したトナーが非画像部へ移動することはない。しかし、非画像部に対向した現像剤穂先部の電荷量が所定値Q0を越えている場合、非画像部に形成される電界は、現像方向電界となり、現像剤穂先部に付着したトナーが非画像部へ移動してしまう。その結果、ハット画像となるトナーが非画像部に付着し、ハット画像が発生する。よって、ハット画像の発生を防止するには、画像部を通過した現像剤穂先部の電荷量をいかにして所定値Q0以下となるようにするかが重要となる。
感光体40の画像部に対向する現像剤には、トナーが感光体40へ向かう方向の現像方向電界が働くので、その影響により、図7に示すように、現像剤穂先部にトナーと同極性の電荷が移動する。磁性キャリアの抵抗が低い場合や、現像剤穂先部が画像部と対向する時間が長い場合ほど、多くの電荷が現像剤穂先部へ移動する。このときに移動する電荷量Q[C/m2]は、磁性キャリアの体積抵抗率をρ[Ω・m]とし、磁性キャリアの誘電率をε[F/m]とし、感光体40と現像スリーブ65との間隔(現像ギャップ)をd[m]とし、現像ポテンシャルをV1[V]とし、現像剤穂先部が画像部と対向する時間t[sec]としたとき、下記の数2に示す式から求めることができる。
図8にように二次元平面に現像スリーブと感光体を配置し、それぞれ感光体表面には潜像電荷密度分布を与え、現像スリーブには印加される電圧を与え、現像スリーブと感光体との間の電場を計算する。この電場の計算手法は、差分法によりポアソン方程式を解き電場を計算する手法をとる。この手法の詳細は、「電界解析による現像・転写プロセスのシミュレーション」(門永雅史、栗林夏城、仲野正雄:電子写真技術のシミュレーションに関する講習会、日本機械学会、p33、2005)に記載されている。また、潜像電荷密度分布の計算手法は、「放電場解析による帯電・線像形成プロセスのシミュレーション」(渡辺好夫:電子写真技術のシミュレーションに関する講習会、日本機械学会、p19、2005)に記載されている手法を用いる。このようにして求めた感光体表面の電界の一例を図9に示す。
本発明者らは、図2に示したプリンタ部100及び給紙装置200を備える評価試験機にて、順方向現像方式を採用し、ハット画像の評価試験(以下、「評価試験1」という。)を行った。本評価試験1の条件と評価結果は、下記の表1に示すとおりである。
次に挙げる項目については、上記表1における各条件において同一とした。
・感光体40のフィラー補強電荷輸送層40cの厚み:5.0[μm]
・現像スリーブ直径:25[mm]
・現像スリーブ表面の十点平均粗さRz:10[μm]
・現像器61内の現像剤収容量:500[g]
・現像磁極によるスリーブ表面上の法線方向のピーク磁束密度:120[mT]
・現像ギャップ:350[μm]
・剤搬送量:45[mg/cm2]
・磁性キャリアの重量平均粒径:35[μm]
・磁性キャリアに対するトナーの被覆率:60[%]
・トナーの体積平均粒径:7.5[μm]
電極間距離が1[mm]で表面積が2×4[cm2]である2つの電極を収容したフッ素樹脂からなる容器に磁性キャリアを充填し、両電極間に1000[V]の直流電圧を印加する。そして、ハイレジスタンスメーター4329A(横川ヒューレットパッカード社製4329A+LJK5HVLVWDQFHOHWHU)にて、直流抵抗を測定した。その後、得られた抵抗値から算出した体積抵抗率を磁性キャリアの体積抵抗率[Ω・cm]とした。
電極が取り付けられた内径18[mm]の円筒状セルに磁性キャリアを入れ、セル内の磁性キャリアを厚さ0.65[mm]、直径18[mm]の円盤状に押し固めた状態で、TR−10C型誘電体損測定器(安藤電気株式会社)にて測定した。なお、周波数は1[kHz]、RATIOは11×10-9である。
レーザードップラー速度計を使用したトナー粒子帯電量分布測定装置(Eスパートアナライザー:ホソカワミクロン株式会社製)を用いてトナー帯電量と粒径を測定し、帯電量分布を得る。
この測定方法の詳細について説明すると、まず、磁石で構成されている現像剤保持台に現像剤を保持させる。次いで、現像剤保持台に保持した現像剤を、エアーガン(窒素ガス)により、磁性キャリアとトナーとに分離して、トナー粒子のみを測定部に吸引導入する。測定部に吸引導入されたトナーは順次帯電量を計測され、トナーの帯電量分布を得る。得られた帯電量分布より、トナー帯電量と粒径との比がある範囲となる含有率を求める。
なお、測定に使用した装置は、遠心分離装置:日立工機社製、CP100MX(最高回転数:100、000rpm、最大加速度:720、000G、アングルロータP100AT2)、画像ファイリング用顕微鏡:デジタル顕微鏡VK−8510、画像処理ソフト:Image−ProPlus(プラネトロン)である。
図10は、粉体付着力測定装置の測定セルの説明図である。
測定セル1は、粉体を付着させた試料面2aを有する試料基板2と、試料基板2から分離した粉体を付着させる付着面3aを有する受け基板3と、試料基板2の試料面2aと受け基板3の付着面3aの間に設けられたスペーサ4とから構成される。この装置を用いてトナーとキャリアとの間の付着力を測定する方法を、図11に基づいて説明すると、まず、試料基板2上に接着層11を形成する。接着層11は、キャリアを敷き詰めやすくするために、10μmオーダーの均一な薄膜にする必要がある。薄膜の形成方法としては、試料基板2上に接着剤を付け、平板により接着剤を押し広げる方法で行った。次に、キャリアを接着層11に敷き詰める。図11には、試料基板2に粉体を付着させた状態の一例が示されている。図11に示すように、試料基板2上に接着層11が設けられ、接着層11にはキャリアが敷き詰められ、キャリア上にトナー同士が接触しないようにトナーが付着している(トナーの付着方法については後述する。)。キャリアを敷き詰めるのは、トナーがキャリアの間に入り込んで、接着層11に付着するのを避けるためである。図11に示すように、キャリアの粒径が接着層11の層厚に較べて十分に大きい場合、キャリアは一層で良い。次に、キャリア上にトナーを付着させる。キャリア上にトナーを多量に付着させると、遠心分離したトナー同士が接触又は積層してしまうため、各粒子の粒径を計測することができない。このため、トナーの付着量を制御する必要があり、隣接する粉体同士が接触しないように付着させることにより、遠心分離したトナーは粉体同士の接触又は積層が無く、トナーの粒径を容易に計測できる。トナーの付着方法としては、圧縮空気等を利用してトナーをキャリア上に散布する方法で行った。
遠心分離装置5は、測定セル1を回転させるロータ6と、保持手段7とを備えている。ロータ6は、自身の回転中心軸9に対して垂直な断面で穴形状であり、保持手段7を設置する試料設置部8を有している。保持手段7は、棒状部7aと、棒状部7aに設けられ測定セル1を保持するセル保持部7bと、測定セル1をセル保持部7bから押し出すための穴部7cと、棒状部7aを試料設置部8に固定する設置固定部7dとを備えている。セル保持部7bは、測定セル1を設置したときに、測定セル1の垂直方向がロータの回転中心軸9に垂直となるように構成される。
この装置を用いて、回転数を1000[rpm]から100000[rpm]まで17段階に分けて遠心分離し、それぞれの回転数において用いた受け基板の画像をファイリングする。そして、ファイリングした画像を画像処理ソフトにかけてトナーの個数をカウントし、最終的に付着力の分布曲線を作成する。得られた付着力分布から、付着力がある値以下となる含有率を求める。
具体的には、コールターマルチサイザー2e型(コールター社製)によって測定したトナーの個数分布や体積分布のデータを、インターフェイス(日科機社製)を介してパーソナルコンピュータに送って解析した。より詳しく説明すると、1級塩化ナトリウムを用いた1%のNaCl水溶液を電解液として用意し、この電解水溶液100〜150[ml]中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を0.1〜5[ml]加える。更に、これに被検試料たるトナーを2〜20[mg]加え、超音波分散器で約1〜3分間分散処理する。そして、別のビーカーに電解水溶液100〜200[ml]を入れ、その中に分散処理後の溶液を所定濃度になるように加えて、上記コールターマルチサイザー2e型にかける。アパーチャーとしては、100[μm]のものを用い、50000個のトナー粒子の粒径を測定する。チャンネルとしては、2.00〜2.52[μm]未満;2.52〜3.17[μm]未満;3.17〜4.00[μm]未満;4.00〜5.04[μm]未満;5.04〜6.35[μm]未満;6.35〜8.00[μm]未満;8.00〜10.08[μm]未満;10.08〜12.70[μm]未満;12.70〜16.00[μm]未満;16.00〜20.20[μm]未満;20.20〜25.40[μm]未満;25.40〜32.00[μm]未満;32.00〜40.30[μm]未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00[μm]以上32.0[μm]以下のトナー粒子を対象とする。そして、下記の数5に示す式から、トナーの体積平均粒径を算出した。
マイクロトラック粒度分析計(Honewell社製モデルHRA9320−X100)にて、磁性キャリアの粒径分布を測定する。測定条件については、次のように設定する。
・粒径範囲:100〜8[μm]
・チャネル長さ(チャネル幅):[2μm]
・チャネル数:46
・屈折率:2.42
そして、かかる測定条件にて測定した粒径分布と、下記の数6に示す式から、磁性キャリアの重量平均粒径を算出した。
上述のマイクロトラック粒度分析計を用いて、磁性キャリアと同様にしてトナーの重量平均粒径[μm]を測定する。そして、下記の数7に示す式から被覆率を求めた。
まず、非磁性パイプ内に磁石を挿入した採取管を用意する。そして、上記ドクターブレード73による規制位置を通過した現像スリーブ65の表面に担持されている現像剤に対して、採取管を当ててその現像剤の一部を採取する。次いで、採取管から磁石を引き抜いて採取現像剤を取り除き、その重量を測定する。そして、採取によって現像剤のなくなったスリーブ箇所の面積を、ビデオ撮影画像に基づく画像解析によって求める。その後、その面積と、先に測定しておいた重量とに基づいて、剤搬送量[mg/cm2]を算出した。
本評価試験1におけるハット画像評価は、良い(○)、悪い(△)、非常に悪い(×)の3段階で行った。
上記表1の条件番号4、5、6、8、9、10、11、14、16より、現像ポテンシャル/地肌ポテンシャル(以下、「ポテンシャル比率」)が高くなるほど、ハット画像評価が良好になることがわかる。
また、条件番号1、2、3においてはハット画像が発生せず、評価はいずれも○となった。他の条件番号と比較すると、磁性キャリアの体積抵抗率が高いほど、ハット画像が発生するポテンシャル比率が異なることがわかる。
また、条件番号6、7、11、12より、現像時間が短くなるほどハット画像評価が良好になることがわかる。
また、条件番号13、15を除くすべての条件番号において、上記数1に示した式を満たしていない条件ではハット画像が発生していることがわかる。これらの条件番号13、15を考察すると、トナー帯電量と粒径との比が−1.0[fC/μm]以下の含有率と、トナーキャリア間付着力が10[nN]以下の含有率とを低くすることにより、ハット画像の発生を抑制できることがわかる。
なお、この評価試験の結果は、順方向現像方式を採用した場合であるが、カウンター方向現像方式を採用した場合でも、同様の結果となることが確認されている。なお、このときの評価試験においては、感光体40の線速を125[mm/sec]に固定し、現像スリーブの線速を調整することで、現像スリーブ上の現像剤が感光体との接触領域を通過するのに要する時間を制御し、上記表1に示す条件と同じ条件を実現した。
次に、本発明者らは、図2に示したプリンタ部100及び給紙装置200を備える評価試験機にて、順方向現像方式を採用し、各パラメーターを下記の表2に示す17通りの条件にそれぞれ変更しながら、基準画像をプリントアウトして、画像品質を評価する評価試験(以下、「評価試験2」という。)を行った。なお、下記の表2における「剤搬送量」とは、ドクターブレード73との対向位置を通過して現像領域に達する現像スリーブ65表面上における単位面積あたりの現像剤量である。
・感光体40のフィラー補強電荷輸送層40cの厚み:5.0[μm]
・感光体40の線速:245[mm/s]
・感光体40の露光部電位(静電潜像電位):−150〜−500[V]
・感光体40の地肌部電位:−600[V](但し、条件番号14、15はそれぞれ−650V、−550V)
・直流現像バイアス:−500[V]
・現像スリーブ直径:25[mm]
・現像スリーブ表面の十点平均粗さRz:10[μm]
・現像器61内の現像剤収容量:500[g]
・現像磁極によるスリーブ表面上の法線方向のピーク磁束密度:120[mT]
・トナーの体積平均粒径:7.5[μm]
また、条件番号16では、現像ギャップが狭すぎることに起因して、現像スリーブ65の表面にトナーが固着してしまった。この影響により、サンプルとなり得るプリントアウト画像を得ることができなかった。逆に、条件番号17では、現像ギャップが広すぎることに起因して、非常に悪いレベルの粒状性や耐文字周囲抜けとなった。
(A)重量平均粒径:20〜60[μm]
(B)体積抵抗率:109〜1014[Ω・cm]
かかる構成の画像形成装置によれば、指定した磁性キャリアが用いられる限り、その重量平均粒径が小さすぎることによるキャリア付着や、その重量平均粒径が大きすぎることによる粒状性の著しい悪化を抑えることができる。また、その体積抵抗率が小さすぎることによるキャリア付着や、その体積抵抗率が大きすぎることによる粒状性及び耐文字周辺抜けの著しい悪化を抑えることができる。
(C)現像ギャップの設定:200〜400[μm]
(D)線速比:1.2〜2.5
(E)剤搬送量:35〜55[mg/cm2]
(F)磁性キャリアに対するトナー被覆率:50〜70[%]
(G)地肌ポテンシャル:50〜150[V]
上記(C)の条件を具備することにより、現像ギャップが狭すぎることによる現像スリーブ65の表面へのトナー固着や、現像ギャップが広すぎることに粒状性及び耐文字周囲抜けの著しい悪化を抑えることができる。また、上記(D)の条件を具備することにより、線速比が小さすぎることによる画像濃度不足や、線速比が大きすぎることによるHTベタ部後端かすれの著しい悪化を抑えることができる。また、上記(E)の条件を具備することにより、剤搬送量が少なすぎることによる画像濃度不足や、剤搬送量が多すぎることによる感光体へのトナー固着を抑えることができる。また、上記(F)の条件を具備することにより、トナー被覆率が低すぎることによる画像濃度不足や、トナー被覆率が高すぎることによる地汚れを抑えることができる。また、上記条件(G)を具備することにより、地肌ポテンシャルが小さすぎることによる地汚れの著しい悪化や、地肌ポテンシャルが大きすぎることによるキャリア付着及び文字周囲抜けの著しい悪化を抑えることができる。
また、本評価試験2においては、上述のトナー補給装置を用いたトナー補給によって現像器61内の現像剤のトナー濃度を所定の範囲内に維持させることで、磁性キャリアに対するトナーの被覆率を、50〜70[%]に調整している。このように、上記トナー補給装置やこれの動作を制御する上記制御部などの組合せが、被覆率調整手段として機能している。
この効果は、現像スリーブ65の表面が感光体40の表面に対してカウンター方向へ移動するように構成されていても、上記数1に示す式を満たすように構成されていれば、同様に得られる。
また、本実施形態においては、二成分現像剤中のトナーと磁性キャリアとの間の付着力が10[nN]以下となり、二成分現像剤中のトナー含有率が10[%]以下となるように構成されている。これにより、画像部の先端側に隣接する非画像部にトナーが現像されてハット画像が形成されるのを防止しつつ、良好な現像が行える。
また、本実施形態においては、現像剤中のトナーの平均帯電量と同じ極性で、かつ、帯電量の絶対値qとトナー粒径Tdとの比率(q/Td)が0.1[fC/μm]以下であるトナーの含有率が20[%]以下となるように構成されている。これにより、画像部の先端側に隣接する非画像部にトナーが現像されてハット画像が形成されるのを防止しつつ、良好な現像が行える。
また、本実施形態においては、二成分現像剤中の磁性キャリアの重量平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下となるように構成されている。これにより、重量平均粒径が小さすぎることによるキャリア付着や、その重量平均粒径が大きすぎることによる粒状性の著しい悪化を抑えることができる。
また、本実施形態においては、二成分現像剤中の磁性キャリアの体積抵抗率が109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下となるように構成されている。これにより、体積抵抗率が小さすぎることによるキャリア付着や、その体積抵抗率が大きすぎることによる粒状性及び耐文字周辺抜けの著しい悪化を抑えることができる。
また、本実施形態においては、感光体40と現像スリーブ65との最小間隔(現像ギャップ)が200[μm]以上400[μm]以下となるように構成されている。これにより、現像ギャップが狭すぎることによる現像スリーブ65の表面へのトナー固着や、現像ギャップが広すぎることに粒状性及び耐文字周囲抜けの著しい悪化を抑えることができる。
また、本実施形態においては、感光体40との対向領域における現像スリーブ65上の現像剤担持量(剤搬送量)が35[mg/cm2]以上55[mg/cm2]以下となるように構成されている。これにより、剤搬送量が少なすぎることによる画像濃度不足や、剤搬送量が多すぎることによる感光体へのトナー固着を抑えることができる。
また、本実施形態においては、二成分現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの被覆率が50[%]以上70[%]以下となるように構成されている。これにより、トナー被覆率が低すぎることによる画像濃度不足や、トナー被覆率が高すぎることによる地汚れを抑えることができる。
18Y,18C,18M,18K プロセスカートリッジ
20 画像形成ユニット
21 光書込ユニット
40Y,40C,40M,40K 感光体
61 現像器
65 現像スリーブ
72 マグネットローラ
100 プリンタ部
200 給紙装置
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置
Claims (11)
- 表面移動する潜像担持体と、
該潜像担持体の表面を露光することにより該表面に静電潜像を形成する露光手段と、
該潜像担持体と対向する位置に配置され、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が該潜像担持体の表面に接触するように該二成分現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、
該潜像担持体と該現像剤担持体との間に所定の直流電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
該現像剤担持体の表面が該潜像担持体の表面に対して連れ回り方向へ移動し、かつ、該現像剤担持体の表面移動速度(線速)Vr[m/sec]が該潜像担持体の表面移動速度(線速)Vpc[m/sec]よりも速く設定された画像形成装置において、
上記潜像担持体表面上の画像部と上記現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、該潜像担持体表面上の非画像部と該現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が、下記の数1に示す式を満たすように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
ε[F/m]は、上記磁性キャリアの誘電率である。
ρ[Ω・m]は、上記磁性キャリアの体積抵抗率である。
T[sec]は、上記現像剤担持体上の二成分現像剤が上記潜像担持体との接触領域を通過するのに要する時間であり、二成分現像剤が潜像担持体に接触する潜像担持体表面移動方向長さNip[m]を、現像剤担持体の表面移動速度(線速)Vr[m/sec]で除した値(Nip/Vr)である。
ΔVr[m/sec]は、上記潜像担持体の表面移動速度(線速)Vpc[m/sec]と上記現像剤担持体の表面移動速度(線速)Vr[m/sec]との相対速度差(Vr−Vpc)である。
δ[m]は、上記露光手段により露光される上記潜像担持体表面上の画像部に対して潜像担持体表面移動方向に隣接する非画像部の潜像担持体表面移動方向長さが、該画像部と該非画像部との境界でのエッジ効果が発生する領域の潜像担持体表面移動方向長さの1/eである。 - 表面移動する潜像担持体と、
該潜像担持体の表面を露光することにより該表面に静電潜像を形成する露光手段と、
該潜像担持体と対向する位置に配置され、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が該潜像担持体の表面に接触するように該二成分現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、
該潜像担持体と該現像剤担持体との間に所定の直流電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
該現像剤担持体の表面が該潜像担持体の表面に対してカウンター方向へ移動するように構成された画像形成装置において、
上記潜像担持体表面上の画像部と上記現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、該潜像担持体表面上の非画像部と該現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が、上記数1に示す式を満たすように構成されていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置において、
上記二成分現像剤中のトナーと磁性キャリアとの間の付着力が10[nN]以下となり、該二成分現像剤中のトナー含有率が10[%]以下となるように構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2又は3の画像形成装置において、
上記二成分現像剤中のトナーの平均帯電量と同じ極性で、かつ、帯電量の絶対値qとトナー粒径Tdとの比率(q/Td)が0.1[fC/μm]以下であるトナーの含有率が20[%]以下となるように構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3又は4の画像形成装置において、
上記二成分現像剤中の磁性キャリアの重量平均粒径が20[μm]以上60[μm]以下となるように構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4又は5の画像形成装置において、
上記二成分現像剤中の磁性キャリアの体積抵抗率が109[Ω・cm]以上1014[Ω・cm]以下となるように構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5又は6の画像形成装置において、
上記潜像担持体と上記現像剤担持体との最小間隔が200[μm]以上400[μm]以下となるように構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6又は7の画像形成装置において、
上記潜像担持体との対向領域における上記現像剤担持体上の現像剤担持量が35[mg/cm2]以上55[mg/cm2]以下となるように構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7又は8の画像形成装置において、
上記二成分現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの被覆率が50[%]以上70[%]以下となるように構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 表面移動する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光することにより該表面に静電潜像を形成する露光手段と、該潜像担持体と対向する位置に配置され、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が該潜像担持体の表面に接触するように該二成分現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、該潜像担持体と該現像剤担持体との間に所定の直流電圧を印加する電圧印加手段とを有する画像形成装置で、該現像剤担持体の表面を該潜像担持体の表面に対して連れ回り方向へ移動させ、かつ、該現像剤担持体の表面移動速度(線速)Vr[m/sec]を該潜像担持体の表面移動速度(線速)Vpc[m/sec]よりも速くて画像形成を行う画像形成方法において、
上記潜像担持体表面上の画像部と上記現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、該潜像担持体表面上の非画像部と該現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が、上記数1に示す式を満たすようにしたことを特徴とする画像形成方法。 - 表面移動する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を露光することにより該表面に静電潜像を形成する露光手段と、該潜像担持体と対向する位置に配置され、トナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤が該潜像担持体の表面に接触するように該二成分現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、該潜像担持体と該現像剤担持体との間に所定の直流電圧を印加する電圧印加手段とを有する画像形成装置で、該現像剤担持体の表面を該潜像担持体の表面に対してカウンター方向へ移動させて画像形成を行う画像形成方法において、
上記潜像担持体表面上の画像部と上記現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V1[V]に対する、該潜像担持体表面上の非画像部と該現像剤担持体表面との電圧差の絶対値V2[V]の比率が、上記数1に示す式を満たすようにしたことを特徴とする画像形成方法。
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