JP2008070570A - 現像装置、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】剤溜り、現像剤の劣化、現像スリーブ固着、現像担持量の経時安定性を満足することのできる現像装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像領域における現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤担持量を30〜60[mg/cm2]、トナーの重量平均粒径が4.5〜8.0[μm]であり、トナーの重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下とした。また、現像剤担持体の表面に、凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]の不規則な凹凸パターンを形成し、現像ギャップPGと、現像剤規制部材と現像剤担持体とのギャップをDGとの関係が、1.0≦(DG/PG)≦3.0とした。
【選択図】図8
【解決手段】現像領域における現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤担持量を30〜60[mg/cm2]、トナーの重量平均粒径が4.5〜8.0[μm]であり、トナーの重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下とした。また、現像剤担持体の表面に、凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]の不規則な凹凸パターンを形成し、現像ギャップPGと、現像剤規制部材と現像剤担持体とのギャップをDGとの関係が、1.0≦(DG/PG)≦3.0とした。
【選択図】図8
Description
本発明は、磁性粒子とトナーとを含む2成分現像剤を有する現像装置および画像形成装置に関するものである。
従来、現像剤担持体表面上に非磁性トナー粒子と磁性キャリア粒子からなる2成分現像剤を担持して、像担持体たる感光体上の画像情報に応じて形成される静電潜像を2成分現像剤により現像する現像装置が知られている。この現像装置は、現像担持体表面に所謂磁気ブラシを形成した現像剤を、静電潜像を担持した感光体の表面近傍に搬送供給して、微小な間隔を保持して感光体と対向させた現像担持体に直流現像バイアス(必要に応じて、交流成分を重畳させる)を印加することによって、トナー粒子を現像担持体側から感光体側へ静電潜像を現像して顕像化する。
このように磁気ブラシを形成して現像を行うブラシ方式の現像装置における現像剤担持体は、通常、円筒状に形成された現像スリーブと、現像スリーブ内部に配置される複数の磁極を備えた磁石ローラとから構成されている。この磁石ローラは、現像スリーブ表面に現像剤を穂立ちされる磁界を形成するためのものである。この磁石ローラに対して現像スリーブが相対移動することで、現像スリーブ表面に穂立ちした現像剤が搬送される。現像領域において、現像スリーブ上の現像剤は、磁石ローラがもつ現像磁極から発せられる磁力線に沿って穂立ちする。穂立ちしてブラシ状になった現像剤は、現像スリーブの表面移動に伴って撓むようにして現像剤担持体表面に接触し、静電潜像にトナーを供給する。
また、現像剤を担持する現像スリーブには種々のタイプのものがあるが、一般的には現像スリーブ表面に粗面化処理が施されたタイプが使用される。現像スリーブ表面の粗面化処理としては、表面の長手方向に延びた複数の溝を有するタイプや、サンドブラスト等により表面に凹凸処理を施したタイプが使用される。前者の溝を有するタイプは現像剤の搬送力には優れる反面、溝の有無に伴うスリーブ周方向での現像剤担持量の増減が発生するために画像上にスリーブピッチの濃度ムラが発生しやすくなる。一方、ブラスト仕上げの現像スリーブの場合は、前述のような溝ピッチに伴う異常画像が発生しないので、フルカラー画像を出力する画像形成装置での高画質対応を考えるとブラスト仕上げのスリーブの方が好ましい。
近年では電子写真方式のカラー化が進み、高画質、高再現性の要求が高まってきている。フルカラー電子写真トナーにはイエロー、マゼンタ、シアンに着色されたトナーが使用される。また必要に応じてブラックトナーも使用される。さらに、高い解像力と画像の鮮明さを得るためにトナーの粒径も小粒径であることが望ましい。しかしトナーを小粒径化すると、現像剤劣化に伴う流動性低下が顕著になるという副作用が生じてしまう。
このような現像剤の流動性の低下は、次のような要因で発生すると考えられる。すなわち、現像剤規制部材によって現像剤担持体上の現像剤を規制し、現像領域に搬送する現像剤量を規制しているが、この現像剤規制部材を通過するとき、現像剤が大きな機械的ストレスを受けてしまう。この機械的なストレスにより、流動性を付与するためにトナーに外添された外添剤が埋没したり、キャリア表面の決着樹脂が削れたりすることが要因で発生する。
ブラスト仕上げの現像スリーブは、溝を有する現像スリーブと比較すると現像剤の搬送力が弱いため、現像剤の流動性の低下に伴い現像剤担持量が低下してしまう。その結果、現像能力が低下して、画像濃度が低下してしまう。このような現像能力の低下を抑制するために、1.現像スリーブの線速を感光体の線速よりも高くする。2.現像ポテンシャルを上げる。3.現像剤のトナー濃度を高くして現像剤の帯電量を下げる。などの対策が考えられる。しかし、1.現像スリーブの線速を感光体の線速よりも高くする対策においては、現像領域で現像剤が感光体と摺擦して、キャリアがトナーと逆極性に摩擦帯電して、キャリアが感光体に付着する所謂「キャリア付着」という問題が顕在化する問題が生じる。また、2.現像ポテンシャルを上げた場合は、弱磁気特性のキャリアが感光体に現像されてしまい、やはりキャリア付着という問題が顕在化してしまう。また、通過電荷量が増加して感光体の寿命を短くするなどの課題もある。また、3.現像剤のトナー濃度を高くして現像剤の帯電量を下げた場合は、トナー飛散・地汚れなどの問題が顕在化してしまう。
また、現像剤の流動性の低下に伴う現像剤担持量の低下を見越して、現像剤規制部材と現像スリーブとのギャップを予め広めに設定して、初期の現像剤担持量を高めに設定することも考えられる。しかし、単純に現像剤担持量を高めに設定しただけでは、現像領域に過剰な現像剤が供給されて、感光体と現像スリーブとの間に現像剤が滞留する所謂「剤溜り」が生じてしまう。このような剤溜りが生じると、現像スリーブ端部からの現像剤落ちが発生する。また、感光体と現像スリーブとの間に滞留した現像剤は、感光体と現像スリーブとの間でストレスを受け、現像スリーブへの現像剤固着が生じる
また、現像領域に供給される現像剤量が多くなる結果、磁気ブラシの穂長さが長くなり、感光体と現像剤とが接触する期間が長くなる。これにより、磁気ブラシの先端部分では、非潜像部分に対向していた期間に、キャリア表面に付着していたトナーが非潜像部分から受ける静電力で現像スリーブ側に移動するトナードリフトが生じやすい。よって、トナードリフトが生じた後の磁気ブラシが潜像後端部を摺擦する場合、トナー供給能力が小さいものになると共に、潜像後端部分に付着しているトナーを静電的に引きつけて、掻き取ってしまう所謂「スキャベジング現象」が生じてしまう。その結果、後端白抜けや細線再現性の低下が生じてしまう。
また、現像領域に供給される現像剤量が多くなる結果、磁気ブラシの穂長さが長くなり、感光体と現像剤とが接触する期間が長くなる。これにより、磁気ブラシの先端部分では、非潜像部分に対向していた期間に、キャリア表面に付着していたトナーが非潜像部分から受ける静電力で現像スリーブ側に移動するトナードリフトが生じやすい。よって、トナードリフトが生じた後の磁気ブラシが潜像後端部を摺擦する場合、トナー供給能力が小さいものになると共に、潜像後端部分に付着しているトナーを静電的に引きつけて、掻き取ってしまう所謂「スキャベジング現象」が生じてしまう。その結果、後端白抜けや細線再現性の低下が生じてしまう。
特に最近では画像形成装置の高速化に伴い、現像スリーブも線速アップすることが求められており、剤落ち、スリーブ固着などに対して余裕度が無くなってきている。更に最近は定着部にオイル塗布機能を有しない、離型剤を含有するオイルレスカラートナーも上市されているが、低融点の離型剤は現像スリーブ表面に融着しやすく、現像剤の搬送力確保の観点からも不利な要素となっている。このように画質が重要視されるカラー画像では、経時で画像品質を維持する上では現像剤担持量の安定化及び高速化対応の両立は重要な技術課題である。
特許文献1には、ブラスト仕上げの現像スリーブへの現像剤固着を防止するために、現像領域において磁気ブラシを穂立ちさせる主磁極の現像スリーブ表面における法線方向の磁束密度の減衰率を40%以上にするものが記載されている。これにより、磁気ブラシの穂長さを短くすることができ、初期の現像剤担持量を高めに設定した場合における後端白抜けや細線再現性の低下を抑制することができる。
また、特許文献2には、「剤溜り」を防止するために、感光体と溝タイプの現像スリーブとの現像ギャップGが0.1〜0.3mmの装置において、現像領域に供給される現像剤量ρ(mg/mm2)と現像ギャップGとの関係ρ/Gを、2.5(mg/mm3)未満としたものが記載されている。
また、特許文献3には、現像剤の劣化を抑制するために、現像剤規制部材通過前の現像剤層の層厚Tupと現像剤規制部材と現像スリーブとの隙間Gdとの関係が、7<(Tup/Gd)<20の関係を満たすようにしたものが記載されている。
しかしながら、特許文献1では「剤溜り」を抑制することができず、現像剤落ちや現像剤固着を抑制することができない。また、現像剤の流動性が低下して現像剤担持量が低下すると、十分な穂長さを形成することができず濃度低下などの不具合が生じてしまう虞がある。
また、特許文献2の構成をブラストタイプの現像スリーブに適用した場合、現像剤の流動性の低下よる現像剤担持量の低下によって、画像濃度が低下してしまう。
また、特許文献3においても、「剤溜り」を抑制することができず、現像剤落ちや現像剤固着を抑制することができない。また、特許文献3では、現像剤が劣化するまでの期間を延ばすことができるが、現像剤が劣化すると、現像剤担持量が低下して画像濃度が低下してしまう。
また、特許文献2の構成をブラストタイプの現像スリーブに適用した場合、現像剤の流動性の低下よる現像剤担持量の低下によって、画像濃度が低下してしまう。
また、特許文献3においても、「剤溜り」を抑制することができず、現像剤落ちや現像剤固着を抑制することができない。また、特許文献3では、現像剤が劣化するまでの期間を延ばすことができるが、現像剤が劣化すると、現像剤担持量が低下して画像濃度が低下してしまう。
このように、従来においては、解像度の高い高品位な画像を長期に亘って確保のために不可欠となる剤溜り、現像剤の流動性低下や現像担持量の低下などをすべて満足できる現像装置はなかった。そして、本発明者らは、鋭意研究のすえ、上記の問題全てを解決できる現像装置の構成を見出したのである。
すなわち、本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、剤溜り、現像剤流動性の低下、それに伴う現像剤担持量の低下を抑制し、長期に亘り高品位な画像を得ることのできる現像装置および画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、表面に潜像を担持する像担持体に対向して設けられ、表面に磁性粒子とトナーとを含む2成分現像剤を担持して、前記像担持体との間に現像ギャップを形成する現像剤担持体を備え、前記現像剤担持体上のトナーを前記像担持体側に移動させて、潜像を現像する現像装置であって、前記現像剤担持体上のトナーを前記像担持体側へ移動させる現像領域における、前記現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤担持量が、30[mg/cm2]以上、60[mg/cm2]以下であり、前記トナーの重量平均粒径が4.5[μm]以上、8.0[μm]以下であり、トナーの重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下であり、前記現像剤担持体における、表面の凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]であり、前記現像剤担持体表面の前記凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]であり、前記現像剤担持体における表面の凹凸は高さおよび間隔が不規則な凹凸パターンであり、前記現像剤担持体と対向して、現像領域に搬送する現像剤量を規制する現像剤規制部材の、前記現像剤担持体とのギャップDGを、前記像担持体と前記現像剤担持体との現像ギャップPGで除算した値が、1.0以上3.0以下であることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の現像装置において、前記像担持体と前記現像剤担持体とのギャップPGを、0.25[mm]以上0.35[mm]以下とした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または2の現像装置において、前記磁性粒子として、磁性粒子の芯材上に酸化アルミニウムの粒子が含有されている磁性粒子を用い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乃至3いずれかの現像装置において、前記磁性粒子として、重量平均粒径が20[μm]以上、45[μm]以下の磁性粒子を用い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乃至4いずれかの現像装置において、前記磁性粒子として、体積抵抗値が12[log(Ω・cm)]以上、16[log(Ω・cm)]以下の磁性粒子を用い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乃至5いずれかの現像装置において、前記トナーとして、平均円形度が0.95以上のトナーを用いたこを特徴とする現像装置。
また、請求項7の発明は、請求項1乃至6いずれかの現像装置において、前記トナーとして、3[μm]以下の粒子個数比率が5[%]以下のトナーを用いたこと特徴とする現像装置。
また、請求項8の発明は、請求項1乃至7いずれかの現像装置において、前記トナーとして、平均粒径50[nm]以下の疎水性シリカ粒子0.3[wt%]以上1.5[wt%]以下、および、平均粒径50[nm]以下の疎水性酸化チタンを0.2[wt%]以上、1.2[wt%]以下を流動性付与剤として添加されたトナーを用い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乃至7いずれかの現像装置において、前記トナーとして、平均粒径80[nm]以上140[nm]以下の疎水性シリカ微粒子を流動性付与剤として添加されたトナーを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1乃至9いずれかの現像装置において、前記現像担持体に直流成分だけからなる直流現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項1乃至10いずれかの現像装置を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項11の画像形成装置において、イエロー現像剤を備えた現像装置と、マゼンタ現像剤を備えた現像装置と、シアン現像剤を備えた現像装置と、ブラック現像剤を備えた現像装置とを有して、フルカラー画像を形成することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の現像装置において、前記像担持体と前記現像剤担持体とのギャップPGを、0.25[mm]以上0.35[mm]以下とした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または2の現像装置において、前記磁性粒子として、磁性粒子の芯材上に酸化アルミニウムの粒子が含有されている磁性粒子を用い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乃至3いずれかの現像装置において、前記磁性粒子として、重量平均粒径が20[μm]以上、45[μm]以下の磁性粒子を用い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乃至4いずれかの現像装置において、前記磁性粒子として、体積抵抗値が12[log(Ω・cm)]以上、16[log(Ω・cm)]以下の磁性粒子を用い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乃至5いずれかの現像装置において、前記トナーとして、平均円形度が0.95以上のトナーを用いたこを特徴とする現像装置。
また、請求項7の発明は、請求項1乃至6いずれかの現像装置において、前記トナーとして、3[μm]以下の粒子個数比率が5[%]以下のトナーを用いたこと特徴とする現像装置。
また、請求項8の発明は、請求項1乃至7いずれかの現像装置において、前記トナーとして、平均粒径50[nm]以下の疎水性シリカ粒子0.3[wt%]以上1.5[wt%]以下、および、平均粒径50[nm]以下の疎水性酸化チタンを0.2[wt%]以上、1.2[wt%]以下を流動性付与剤として添加されたトナーを用い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乃至7いずれかの現像装置において、前記トナーとして、平均粒径80[nm]以上140[nm]以下の疎水性シリカ微粒子を流動性付与剤として添加されたトナーを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1乃至9いずれかの現像装置において、前記現像担持体に直流成分だけからなる直流現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項1乃至10いずれかの現像装置を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項11の画像形成装置において、イエロー現像剤を備えた現像装置と、マゼンタ現像剤を備えた現像装置と、シアン現像剤を備えた現像装置と、ブラック現像剤を備えた現像装置とを有して、フルカラー画像を形成することを特徴とするものである。
請求項1乃至12の発明によれば、後述する発明者らの研究のすえ、次の条件を満たすことで、剤溜り、現像剤流動性の低下、それに伴う現像剤担持量の低下を抑制し、長期に亘り高品位な画像を確保することができる。
すなわち
1.現像剤担持体上のトナーを像担持体側へ移動させる現像領域における、現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤担持量が、30[mg/cm2]以上、60[mg/cm2]以下であること。
2.トナーの重量平均粒径が4.5[μm]以上、8.0[μm]以下であり、トナーの重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下であること。
3.現像剤担持体における、表面の凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]であり、前記現像剤担持体表面の前記凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]であり、前記現像剤担持体における表面の凹凸は高さおよび間隔が不規則な凹凸パターンであること。
4.現像剤担持体と対向して、現像領域に搬送する現像剤量を規制する現像剤規制部材の、前記現像剤担持体とのギャップDGを、前記像担持体と前記現像剤担持体との現像ギャップPGで除算した値が、1.0以上3.0以下であること。
すなわち
1.現像剤担持体上のトナーを像担持体側へ移動させる現像領域における、現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤担持量が、30[mg/cm2]以上、60[mg/cm2]以下であること。
2.トナーの重量平均粒径が4.5[μm]以上、8.0[μm]以下であり、トナーの重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下であること。
3.現像剤担持体における、表面の凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]であり、前記現像剤担持体表面の前記凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]であり、前記現像剤担持体における表面の凹凸は高さおよび間隔が不規則な凹凸パターンであること。
4.現像剤担持体と対向して、現像領域に搬送する現像剤量を規制する現像剤規制部材の、前記現像剤担持体とのギャップDGを、前記像担持体と前記現像剤担持体との現像ギャップPGで除算した値が、1.0以上3.0以下であること。
以下、本発明を画像形成装置である電子写真方式のフルカラープリンタ(以下、プリンタという)に適用した場合の実施形態について説明する。図1は、このプリンタの内部構成を示す概略構成図である。図1において、箱状の装置本体1内には複数個の感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kがそれぞれ装置本体1に着脱可能に装着されている。装置本体1内の中央部には記録材担持体としての転写ベルト3が、装置本体1の対角線方向に斜めに配置されている。転写ベルト3は、その一つに回転駆動力が伝達される複数のローラに架け渡されて図中矢印A方向に回転駆動可能に設けられている。
感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kは、像担持体としてのドラム状の感光体4Y、4M、4C、4Kを有し、各感光体の表面が転写ベルト3と接触するように転写ベルト3の上方に配設されている。感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kの配列は、感光体2Yを給紙側とし、感光体ユニット2Kが定着装置9側に位置するように4Y、4M、4C、4Kの順となっている。感光体4Y、4M、4C、4Kとしては、ベルト状の感光体等を用いてもよい。
現像剤供給手段となる現像装置5Y、5M、5C、5Kは、感光体4Y、4M、4C、4Kとそれぞれ対向配置されている。例えば、現像装置5Yは、イエロートナー(以下Yという)とキャリアを有する2成分現像剤を、感光体4Y上の静電潜像に供給して現像するものである。現像装置5Mは、マゼンタ(以下Mという)トナーとキャリアを有する2成分現像剤を、感光体4M上の静電潜像に供給して現像するものである。現像装置5Cは、シアン(以下Cという)トナーとキャリアを有する2成分現像剤を、感光体4C上の静電潜像に供給して現像するものである。現像装置5Kは、例えばブラック(以下Kという)トナーとキャリアとを有する2成分現像剤を、感光体4K上の静電潜像に供給して現像するものである。
感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kの上方には露光手段としての書き込み装置6が配置され、感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kの下方には両面ユニット7が配置されている。両面ユニット7の下方には、サイズの異なる転写材Pが収納可能な給紙ユニット13、14が配設されている。装置本体1の左方には反転ユニット8が配置され、装置本体1の右側には手差しトレイ15が矢印B方向に開閉可能に設けられている。転写ベルト3と反転ユニット8との間には定着装置9が配置されている。定着装置9の転写材搬送方向下流側には反転搬送路10が分岐して形成されている。反転搬送路10は、シート状の転写材Pを搬送路内に配置された排紙ローラ11によって装置上部に設けられた排紙トレイ12に案内する。
感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kは、感光体4Y、4M、4C、4K上にY、M、C、K各色のトナー像を形成するためのユニットであり、装置本体1に配置される場所を除いては同一構成となっている。ここでは、感光体ユニット2Yの構成について説明する。図2は、感光体ユニット2Yの内部構成を示す概略構成図である。感光体ユニット2Yは、図2に示すように、感光体4Yと、感光体4Yに当接する帯電ローラ16Yと、感光体4Yの表面をクリーニングするクリーニング装置17Yとから構成され、装置本体1に着脱可能に取付けられる。クリーニング装置17Yは、ブラシローラ18Y及びクリーニングブレード19Yとから構成される。
図3は、書き込み装置6の構成を示す概略構成図である。書き込み装置6では、図3に示すように同軸上に配置された2つの回転多面鏡20、21がポリゴンモータ22により回転される。回転多面鏡20、21は、図示しない2つのレーザ光源としてのレーザダイオードからのY画像データで変調されたY用レーザ光、M画像データにより変調されたM用レーザ光と、他の2つのレーザ光源としてのレーザダイオードからのC画像データにより変調されたC用レーザ光、K画像データにより変調されたK用レーザ光とを左右に振り分けて反射する。回転多面鏡20、21からのY用レーザ光及びM用レーザ光は2層のfθレンズ23を通る。このfθレンズ23からのY用レーザ光は、ミラー24で反射されて長尺WTL25を通過した後にミラー26、27を介して感光体ユニット2Yの感光体4Yに照射される。fθレンズ23からのM用レーザ光は、ミラー28で反射されて長尺WTL29を通過した後にミラー30、31を介して感光体ユニット2Mの感光体4Mに反射される。回転多面鏡20、21からのC用レーザ光及びK用レーザ光は2層のfθレンズ32を通る。このfθレンズ32からのC用レーザ光は、ミラー33で反射されて長尺WTL34を通過した後にミラー34、36を介して感光体ユニット2Cの感光体4Cに照射される。fθレンズ32からのK用レーザ光は、ミラー37で反射されて長尺WTL38を通過した後にミラー39、40を介して感光体ユニット2Kの感光体4Kに照射される。
現像装置5Y、5M、5C、5Kは、トナー色が異なる以外は同一構成になっているので、現像装置5Yの構成について説明する。図4は、現像装置5Yの内部構成を示す概略構成図である。現像装置5Yは、図4に示すように、現像剤収容部としての現像ケース53内にYトナーとキャリアを有する2成分現像剤を収容する。また、現像ケース53内には、現像ケース53の開口部53aを介して感光体4Yと対向するように配置された現像剤担持体としての現像スリーブ54と、現像剤を攪拌しながら搬送するスクリュー部材55、56とを備えている。
現像スリーブの表面は、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制して現像領域へ安定した量の現像剤の搬送を行うために凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]の不規則な凹凸パターンが形成されている。この現像スリーブ表面の不規則な凹凸パターンは、サンドブラスト処理や、電磁ブラスト処理、金属溶射処理などの粗面化処理を施すことで形成する。サンドブラス処理は、アランダムなどの不定形粒子やガラスビーズなどの球状の定形粒子をスリーブ表面に吹き付けることで、表面に不規則な凹凸パターンを形成する。電磁ブラスト処理は、磁性材で構成される短線状の線条材を収容した収容槽にスリーブを挿入し、電磁コイルにて、収容槽内に回転磁場を発生させる。すると、収容槽内に収容されている線条材が回転磁場によりスリーブの外周を回転するなどしてスリーブ表面に衝突する。これにより、スリーブ表面に不規則な凹凸パターンが形成される。
なお、上記凹凸の平均間隔Smは、図6に示すように、粗さ曲線から、基準長さlを抜き取り、一の山及びそれに隣り合う一つの谷からなるSm(輪郭曲線要素)の平均線方向長さの平均である。なお、ここでいう山とは、平均線と交差する点から再び平均線と交差する点までの間プラス(平均線よりも上側)に変位する部分である。また、谷とは、平均線と交差する点から再び平均線と交差する点までの間マイナス(平均線よりも下側)に変位する部分である。
なお、上記凹凸の平均間隔Smは、図6に示すように、粗さ曲線から、基準長さlを抜き取り、一の山及びそれに隣り合う一つの谷からなるSm(輪郭曲線要素)の平均線方向長さの平均である。なお、ここでいう山とは、平均線と交差する点から再び平均線と交差する点までの間プラス(平均線よりも上側)に変位する部分である。また、谷とは、平均線と交差する点から再び平均線と交差する点までの間マイナス(平均線よりも下側)に変位する部分である。
上記現像ケース53は、感光体4Yへの現像剤の供給側に位置する第1の空間部65と、供給口62から補給トナーの供給を受ける第2の空間部64側とに仕切り壁57によって分割されている。スクリュー部材56は空間部65に、スクリュー部材55は空間部64にそれぞれ配置され、現像ケース53に設けた図示しない軸受部材によって回転自在に支持されている。無論、現像スリーブ54も図示しない軸受部材を介して現像ケース53に回転自在に支持され、図示しない駆動手段から回転駆動力が伝達されることで回転する。また、現像ケース53には、現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ63が空間部65内にその検知面が臨むように装着されている。
上記構成の現像装置5Yにおいて、現像ケース53内の2成分現像剤は、スクリュー部材55、56の等速回転により、現像装置5Y内を循環しながらYトナーとキャリアが攪拌により摩擦帯電する。そして、搬送スクリュー56は現像剤の一部を現像スリーブ54に供給し、現像スリーブ54はその現像剤を磁気的に担持して搬送する。具体的に説明すると、現像剤を構成するキャリアは、現像スリーブ54内に配置された図示しない磁石ローラから発せられる図5に示すような磁力線に沿うようにして現像スリーブ54上にチェーン状に穂立ちされるとともに、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに対して帯電トナーが付着されて磁気ブラシが形成されるようになっている。形成された磁気ブラシは、現像スリーブ54の回転にともなって現像スリーブ54と同方向、すなわち反時計回り方向に搬送されることとなる。現像スリーブ54上の現像剤は、現像スリーブ54表面の法線方向の磁力のピークと対向する位置に配置された現像剤規制部材61により、現像剤チェーン穂の穂高さ(担持量)が規制される。感光体4Y上の静電潜像は、現像スリーブ54上のYトナーで現像されてYトナー像となる。現像ケース53内の現像剤のトナー濃度が所定の値になると、Yトナーがトナー補給口62から現像ケース53内の空間部64側に補給される。このYトナーはスクリュー部材55による攪拌で現像剤と混合され、空間部65側へ補給される。
上記構成のプリンタにおいて、図示しない操作部により画像形成が指示されると、感光体4Y、4M、4C、4Kが図示しない駆動源により回転駆動されて図1中時計回り方向に回転する。感光体ユニット2Y、2M、2C、2Kの各帯電ローラ16Y、16M、16C、16Kは、図示しない電源から帯電バイアスが印加されて感光体4Y、4M、4C、4Kをそれぞれ一様に帯電させる。感光体4Y、4M、4C、4Kは、帯電ローラ16Y、16M、16C、16Kにより一様に帯電された後に書き込み装置6にて、Y、M、C、K各色の画像データで変調されたレーザ光により露光されて、各表面に静電潜像が形成される。これらの感光体4Y、4M、4C、4K上の静電潜像は、現像装置5Y、5M、5C、5Kにより現像されてY、M、C、K各色のトナー像となる。
給紙カセット13、14のうち選択された方の給紙カセットからは、給紙ローラ45、46により1枚の転写材Pが分離されて、感光体ユニット2Yよりも給紙側に配置されたレジストローラ1へ給紙される。本実施形態では、装置本体1の右方側部に手差しトレイ15が配置され、この手差しトレイ15からも転写材Pがレジストローラ51へ給紙可能である。レジストローラ51は、各転写材Pを感光体4Y、4M、4C、4K上のトナー像と先端が一致するタイミングで転写ベルト3上へ送り出す。送り出された転写材Pは、紙吸着ローラ52によって帯電される転写ベルト3に静電的に吸着されて各転写部へと搬送される。搬送された転写材Pには、各転写部を順に通過する際に、転写ブラシ47、48、49、50により感光体4Y、4M、4C、4K上のY、M、C、K各色のトナー像が順次に重ね合わせて転写される。これにより、4色重ね合わせのフルカラートナー像が形成される。フルカラートナー像が形成された転写材Pは、定着装置9によりフルカラートナー像が定着される。定着後の転写材Pは、指定されたモードに応じた排出路を通って排紙トレイ12に反転排出されるか、定着装置9から直進して反転ユニット8内を通ってストレートに排紙される。
以上の作像動作は、4色重ね合わせのフルカラーモードが図示しない操作部で選択された時の動作である。例えば、3色重ね合わせのフルカラーモードが操作部で選択された場合には、Kトナー像の形成が省略されてY、M、C3色のトナー像の重ね合わせによるフルカラー画像が転写材P上に形成される。また白黒画像形成モードが操作部で選択された場合には、Kトナー像の形成のみが行われて白黒画像が転写材P上に形成される。
次に、本実施形態の特徴点である現像装置3について詳細に説明する。
本実施形態の現像スリーブ54としてブラスト仕上げの現像スリーブを用いている。このブラスト仕上げの現像スリーブは、主に現像剤劣化に伴う剤流動性低下に起因して、現像剤担持量が低下する。溝を有するタイプの現像スリーブでは、多少剤の流動性が低下しても高い現像剤搬送力で補うことが可能で現像剤担持量低下が抑制できる。しかし、ブラスト仕上げの現像スリーブ54では、剤搬送力が低いために剤流動性低下が剤担持量低下に繋がってしまう。なお、現像剤の流動性低下は、現像剤が現像剤規制部材を通過する際に、ストレスを受けて、トナーの流動性付与剤が埋没したり、キャリア表面の結着樹脂が削れてしたりすることなどにより発生する。
本実施形態の現像スリーブ54としてブラスト仕上げの現像スリーブを用いている。このブラスト仕上げの現像スリーブは、主に現像剤劣化に伴う剤流動性低下に起因して、現像剤担持量が低下する。溝を有するタイプの現像スリーブでは、多少剤の流動性が低下しても高い現像剤搬送力で補うことが可能で現像剤担持量低下が抑制できる。しかし、ブラスト仕上げの現像スリーブ54では、剤搬送力が低いために剤流動性低下が剤担持量低下に繋がってしまう。なお、現像剤の流動性低下は、現像剤が現像剤規制部材を通過する際に、ストレスを受けて、トナーの流動性付与剤が埋没したり、キャリア表面の結着樹脂が削れてしたりすることなどにより発生する。
そこで、本実施形態の現像装置は、剤担持量低下を抑えるとともに、高品位な画像が得られるように、次のような構成を少なくとも備えている。
1.現像領域における現像スリーブ上の単位面積あたりの現像剤担持量が30[mg/cm2]以上、60[mg/cm2]以下。
2.重量平均粒径が4.5[μm]以上、8.0[μm]以下であり、重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下のトナー。
3.凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]の不規則な凹凸パターンが表面に形成された現像スリーブ。
4.現像ギャップPGと、現像剤規制部材と現像剤担持体とのギャップをDGとの関係が、1.0≦(DG/PG)≦3.0。
1.現像領域における現像スリーブ上の単位面積あたりの現像剤担持量が30[mg/cm2]以上、60[mg/cm2]以下。
2.重量平均粒径が4.5[μm]以上、8.0[μm]以下であり、重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下のトナー。
3.凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]の不規則な凹凸パターンが表面に形成された現像スリーブ。
4.現像ギャップPGと、現像剤規制部材と現像剤担持体とのギャップをDGとの関係が、1.0≦(DG/PG)≦3.0。
以下に、図7、図8を用いて、具体的説明する。なお、図8は、図7に示す、現像ギャップPGが0.3mmのときの、トナー粒度分布(Dw/Dn)、現像剤担持量、現像剤規制部材61と現像スリーブとのギャップDG、の関係を示したものである。
現像スリーブ54から感光体4上に効率良くトナーを現像させるためには、現像スリーブ上の単位面積あたり現像剤の担持量は30〜60[mg/cm2]になるように調製する必要がある。担持量が30[mg/cm2]より低い場合には、図8に示すように、現像能力が不足する。現像能力を確保するためには、現像スリーブと感光体間に印加させる電界をより大きくする必要がある。このため、弱磁気特性のキャリアが感光体に現像されてしまい、キャリア付着という問題が顕在化してしまう。また、通過電荷量が増加して感光体の寿命を短くなってしまう。また、担持量が60[mg/cm2]よりも高い場合には、感光体上に現像されたトナーに対して、磁気ブラシによる掻き取り(スキャベジング現象)が発生しやすくなり、図8に示すように、ハーフトーン部の白抜け、カスレなどの異常画像発生の要因となりうる。よって、現像領域における現像剤担持量は60[mg/cm2]以下と少なめに設定した方が細線再現性に対して有利に作用して、良好な画像品質を得ることができる。
なお、現像剤担持量の測定については、現像装置を30sec駆動させてから、現像スリーブ上の主走査方向に手前側、中央、奥側の3箇所を各3回ずつ測定して各平均値を算出することにより求められる。
また、トナーの重量平均粒径は4.5〜8.0[μm]であり、重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下になるよう調整するのが好ましい。トナーの小粒径化は解像度を上げるためには不可欠であるが、副作用として、流動性、保存性において悪化傾向にある。トナー粒径が4.5μm未満では、現像剤の流動性が極端に悪化して、現像剤中の均一なトナー濃度を確保することが困難となる。またトナー小粒径化はキャリアに対する被覆率が上昇する方向であり、被覆率が高くなり過ぎた場合には、キャリア汚染の加速化及びトナー飛散誘発が懸念される。トナー及び現像剤の流動性を向上させる手段として、トナーに添加剤を多く添加する手段は副作用が発生する為に本質的な改善は期待できない。しかし、トナーの粒径分布の均一性にすることにより、トナー小粒径化に伴う副作用が克服される。つまり、トナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Dw/Dnが1に近いことが望ましく、1.20以下にすることにより、流動性悪化の抑制効果が得られて、小粒径トナーを使用した場合でもトナー濃度の均一化が図られる。このように、トナーの重量平均粒径が4.5〜8.0μm、かつトナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Dw/Dnを1.20以下にすることにより、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上も図られ、さらに高品質な画像が得られる。
また、Dw/Dn値が小さいほど、粒径分布がシャープであることを意味する。Dw/Dnを1.20以下とすることで、トナーの粒径分布をシャープでき、剤の流動性が向上する効果に加えて、剤嵩密度も上昇する効果が得られる。また、現像劣化に伴う剤流動性低下についても、Dw/Dnが1.20以上のものに比べて、ストレスを付加した場合における、流動性低下幅が小さくなる効果が得られる。
トナーの粒度分布は種々の方法で測定可能であるが、本例においてはコールターマルチサイザーを用いて行なった。即ち、測定装置としてはコールターマルチサイザーIIe型(ベックマン・コールター社製)を用い、個数分布、重量分布を出力するインターフェイス(日科機社製)及びパーソナルコンピューターを接続し、電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製した。
測定法としては、前記電解水溶液100〜150ml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0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加え、超音波分散器で約1〜3分の分散処理を行った。さらに、別のビーカーに電解水溶液100〜200mlを入れ、その中に前記サンプル分散液を所定の濃度になるように加え、前記コールターマルチサイザーIIe型によりアパーチャーとして100μmアパーチャーを用い、50,000個の粒子の平均を測定することにより行った。
個数平均粒径Dnは各チャンネルにおける平均粒径に個数をかけて算術的に平均化したものである。この場合の個数平均粒径Dnは以下の式で表される。
(式1)
Dn={Σ(nD)}/Σ(n)
また、重量平均粒径Dwは、個数基準で測定された粒子の粒径分布(個数頻度と粒径との関係)に基づいて算出されたものである。この場合の重量平均粒径Dwは以下の式で表される。
(式2)
Dw={1/Σ(nD3)}×{Σ(nD4)}
式1、2中のDは各チャネルに存在する粒子の平均粒径([μm])を示し、nは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。なお、チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本実施形態の場合には、2[μm]の長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。
(式1)
Dn={Σ(nD)}/Σ(n)
また、重量平均粒径Dwは、個数基準で測定された粒子の粒径分布(個数頻度と粒径との関係)に基づいて算出されたものである。この場合の重量平均粒径Dwは以下の式で表される。
(式2)
Dw={1/Σ(nD3)}×{Σ(nD4)}
式1、2中のDは各チャネルに存在する粒子の平均粒径([μm])を示し、nは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。なお、チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本実施形態の場合には、2[μm]の長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。
また、前述のようにブラストタイプの現像スリーブは溝を有するタイプと比較して現像剤搬送力が低いわけだが、現像スリーブの表面粗さとして、凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、Smが100〜200[μm]を満足することで、現像剤搬送力を確保することができる。これにより、経時にわたり安定的な剤搬送量を確保することができる。
また、剤搬送力が低い場合、現像領域に単位面積あたり30〜60[mg/cm2]の現像剤が確保できるように、DGを広くする必要がある。そうすると、現像領域に搬送される現像剤の層厚が高くなり、剤溜りが発生し、剤落ちが発生してしまう。一方、現像剤搬送力が高い場合は、DGを狭くする必要がある。DGが狭いと、トナー凝集物、粗大粒子や異物が現像剤規制部材を通過することができず、現像剤規制部材のところで詰まってしまう。その結果、現像領域に搬送される現像剤量が減ったりして異常画像の原因となり得る。このとから、DGにも適正な範囲があり、その適正範囲は、0.3〜0.8[mm]である。よって、現像スリーブの搬送力は、DGがこの範囲に収まるように、上記凹凸の最大高さRz、Smが調整される。そして、凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、Smが100〜200[μm]を満足することで、DGを0.3〜0.8[mm]の範囲で、現像領域に搬送される現像剤量を30〜60[mg/cm2]にすることができる。
また、剤搬送力が低い場合、現像領域に単位面積あたり30〜60[mg/cm2]の現像剤が確保できるように、DGを広くする必要がある。そうすると、現像領域に搬送される現像剤の層厚が高くなり、剤溜りが発生し、剤落ちが発生してしまう。一方、現像剤搬送力が高い場合は、DGを狭くする必要がある。DGが狭いと、トナー凝集物、粗大粒子や異物が現像剤規制部材を通過することができず、現像剤規制部材のところで詰まってしまう。その結果、現像領域に搬送される現像剤量が減ったりして異常画像の原因となり得る。このとから、DGにも適正な範囲があり、その適正範囲は、0.3〜0.8[mm]である。よって、現像スリーブの搬送力は、DGがこの範囲に収まるように、上記凹凸の最大高さRz、Smが調整される。そして、凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]、Smが100〜200[μm]を満足することで、DGを0.3〜0.8[mm]の範囲で、現像領域に搬送される現像剤量を30〜60[mg/cm2]にすることができる。
また、図7に示すDG/PGの関係が1から3の範囲であれば、剤落ち、現像スリーブへの固着を克服できることが明らかとなった。剤の嵩密度が異なる現像剤を用いて評価したところ、現像剤担持量の多い少ないに関わらず、DGが規定値を超えると剤落ち、現像スリーブ固着が発生する現象が認められた。更に調査したところDG/PGに寄与していることが明らかになり、DG/PGが3を超えると剤落ちが認められた。またDG/PGが1を下回る場合には、現像スリーブと感光体間の現像ニップ部における剤量が不足しすぎて、現像能力の低下に伴う不具合(過剰なトナー濃度上昇、現像ポテンシャル過多による白斑点)が発生することが懸念する。またトナー飛散の余裕度も低下する。
また、現像ギャップPGは、0.25〜0.35mmの範囲が好ましい。現像ギャップPGが0.35[mm]を越えると、現像ギャップPGが広すぎ、現像スリーブ54から感光体4へ向けて現像電界が届かず、再び現像スリーブ表面に戻る廻り込み電界等になりやすくなる。そして、トナーが画像部に均一に付着せず、特にハーフトーン画像でムラとなって粒状性が悪化する。また、現像ギャップPGを小さくし過ぎるとギャップの微妙な変動で現像剤を挟んで現像スリーブ54と感光体4とが接触したり、その間にトナーが挟まれてパッキング状態になり現像スリーブ54にトナーが固着したりする恐れがある。よって、現像ギャップの下限は0.25[mm]にしている。
また、現像バイアスとして直流(DC)バイアスのみを印加し、交流(AC)バイアスは印加しないようにしている。これは、現像バイアスとしてDCバイアスにACバイアスを重畳した重畳バイアスを印加するものでは、ACバイアスによって瞬時的に高い電圧が印加される。このため、感光体4と現像スリーブ54間でリークが発生し、感光体上の潜像を乱してしまう。このため画像がぼそつく所謂ボソツキ画像が発生する場合がある。よって、本実施形態においては、現像バイアスとして直流(DC)バイアスのみを印加することで、ボソツキ画像を抑制して、高品位な画像を実現している。
次に、本実施形態の現像装置に好適に用いることのできる磁性粒子たるキャリアについて、説明する。
本実施形態の現像装置に用いられるキャリアは、磁性を有する芯材粒子と、その表面を被覆する非磁性の結着樹脂とからなる。そして、この結着樹脂には、抵抗、帯電特性などを調整する目的で種々の粒子を添加させるが、本実施形態のキャリアにおいては、酸化アルミニウムを添加するのが好ましい。酸化アルミニウムを添加することで、キャリア表面の膜削れ促進の抑制効果が得られて、キャリア抵抗の急激な低下を抑えることが可能となる。
本実施形態の現像装置に用いられるキャリアは、磁性を有する芯材粒子と、その表面を被覆する非磁性の結着樹脂とからなる。そして、この結着樹脂には、抵抗、帯電特性などを調整する目的で種々の粒子を添加させるが、本実施形態のキャリアにおいては、酸化アルミニウムを添加するのが好ましい。酸化アルミニウムを添加することで、キャリア表面の膜削れ促進の抑制効果が得られて、キャリア抵抗の急激な低下を抑えることが可能となる。
また、重量平均粒径が20[μm]以上、45[μm]以下の小粒径キャリアであることが好ましい。重量平均粒径が20〜45[μm]のキャリアを用いることで、次のような利点が得られる。1.単位重量当たりの表面積が広いために、個々のトナーに充分な摩擦帯電を与えることができ、低帯電量トナー、逆帯電量トナーの発生が少ない。その結果、地汚れ発生の抑制効果が得られる。2.表面積が広く、地汚れが発生しにくいことから、トナーの平均帯電量を低くすることができ、充分な画像濃度が得られる。従って、小粒径キャリアは、小粒径トナー使用時の不具合点を補うことが可能であり、小粒径トナーの利点を引き出すのに有効である。3.小粒径キャリアは緻密な磁気ブラシを形成し、かつ穂の流動性が良い。このため、画像の穂後が発生しにくいという特徴がある。しかし、キャリアの小粒径化は、キャリア粒子当たりの磁気モーメントが低下して、現像スリーブ上の磁気的なキャリア保持力が低下して、キャリア付着が発生しやすくなり、感光体の傷や定着ローラの傷の発生原因になりうる。
このようなキャリア付着に対しては、体積固有抵抗を12[Log(Ω・cm)]以上16[Log(Ω・cm)]以下に調整したキャリアを用いることで、改善効果が得られる。体積固有抵抗が16[Log(Ω・cm)]を超える場合、エッジ効果が許容できないレベルに悪化して好ましくない。なお、ハイレジスト計の測定可能下限を下回った場合には、実質的には体積固有抵抗値は得られず、ブレークダウンしたものとして扱うことにする。本明細書でいう体積固有抵抗とは、ギャップ2mmを隔てた平行電極間にキャリアを投入しタッピングした後、両電極間にDC1000Vを印加し30[sec]後の抵抗値をハイレジスト計で計測した値を体積抵抗率に変換した値をいう。
キャリアは、磁性を有する芯材粒子と、その表面を被覆する非磁性の結着樹脂とからなる。被覆層たるこの結着樹脂層を形成するための樹脂としては、従来からキャリアの製造に用いられている公知のものを用いることができる。例えば、次の化1式で表される繰り返し単位を含むシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。なお、式中で、R1は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数1〜4の低級アルキル基、またはアリール基(フェニル基、トリル基など)を示す。また、R2は、炭素数1〜4のアルキレン基、またはアリーレン基(フェニレン基など)を示す
上述の結着樹脂層に用いられるストレートシリコーン樹脂としては、KR271、KR272、KR282、KR252、KR255、KR152(信越化学工業社製)、SR2400、SR2406(東レダウコーニングシリコーン社製)等を例示することができる。樹脂層には、変性シリコーン樹脂も用いることができる。このようなものとしては、エポキシ変性シリコーン、アクリル変性シリコーン、フェノール変性シリコーン、ウレタン変性シリコーン、ポリエステル変性シリコーン、アルキッド変性シリコーン等が挙げられる。これらのうち、変性シリコーン樹脂の具体例としては、エポキシ変性物:ES−1001N、アクリル変性シリコーン:KR−5208、ポリエステル変性物:KR−5203、アルキッド変性物:KR−206、ウレタン変性物:KR−305(以上、信越化学工業社製)、エポキシ変性物:SR2115、アルキッド変性物:SR2110(東レダウコーニングシリコーン社製)等が挙げられる。
上述のシリコーン樹脂には、アミノシランカップリング剤を適量(0.001〜30重量%)含有させることができるが、このようなものとしては以下のようなものが挙げられる。
・H2N(CH2)3Si(OCH3)3:MW179.3
・H2N(CH2)3Si(OC2H5)3:MW221.4
・H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2(OC2H5):MW161.3
・H2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2:MW191.3
・H2NCH2CH2NHCH2Si(OCH3)3:MW194.3
・H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2:MW206.4
・H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3:MW224.4
・(CH3)2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2:MW219.4
・(C4H9)2NC3H6Si(OCH3)3:MW291.6
・H2N(CH2)3Si(OCH3)3:MW179.3
・H2N(CH2)3Si(OC2H5)3:MW221.4
・H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2(OC2H5):MW161.3
・H2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2:MW191.3
・H2NCH2CH2NHCH2Si(OCH3)3:MW194.3
・H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2:MW206.4
・H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3:MW224.4
・(CH3)2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2:MW219.4
・(C4H9)2NC3H6Si(OCH3)3:MW291.6
また、上述の結着樹脂層には、次に示すものを単独又は上述のシリコーン樹脂と混合して使用することも可能である。即ち、ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸フェニル共重合体等)スチレン−メタクリル酸エステル共重合体(スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等)スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂等である。
磁性キャリアの芯材粒子表面に結着樹脂層を形成する方法としては、スプレードライ法、浸漬法、或いはパウダーコーティング法等公知の方法を用いることができる。特に、流動床型コーティング装置を用いる方法は、均一な塗付膜を形成するのに有効である。
キャリア芯材粒子表面上に形成する結着樹脂層の厚みは、通常0.02〜1[μm]、好ましくは0.03〜0.8[μm]である。樹脂層の厚みはきわめて小さいことから、樹脂層を被覆した芯材粒子からなるキャリアとキャリア芯材粒子の粒度分布は実質的に同じである。
必要に応じて磁性キャリアの電気抵抗率を調整することが望ましい。芯材粒子上の被覆樹脂の抵抗調整、膜厚の制御によって調整することが可能である。抵抗調整のために、導電性微粉末を被覆樹脂層に添加して使用することも可能である。上記導電性微粉末としては、導電性ZnO、Al等の金属又は金属酸化物粉、種々の方法で調製されたSnO2又は種々の元素をドープしたSnO2、TiB2、ZnB2、MoB2等のホウ化物、炭化ケイ素、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ(パラ−フェニレンスルフィド)ポリピロール、ポリエチレン等の導電性高分子、ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。これらの導電性微粉末は、コーティングに使用する溶媒、或いは被覆用樹脂溶液に投入した後、ボールミル、ビーズミル等メディアを使用した分散機、或いは高速回転する羽根を備えた攪拌機を使用することによって均一に分散することが出来る。
次に、本実施形態の現像装置に好適に用いることのできるトナーについて説明する。
本実施形態の現像装置に好適に用いるトナーは、上述したように、トナーの重量平均粒径が4.5〜8.0[μm]であり、重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下の粒径分布を持つものである。これにより、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上も図られ、さらに高品質な画像が得られる。さらに、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以下にすることによって、流動性、保存性における品質改善効果は顕著であり、現像装置中へのトナー補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性において良好な水準が得られる。
本実施形態の現像装置に好適に用いるトナーは、上述したように、トナーの重量平均粒径が4.5〜8.0[μm]であり、重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下の粒径分布を持つものである。これにより、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上も図られ、さらに高品質な画像が得られる。さらに、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以下にすることによって、流動性、保存性における品質改善効果は顕著であり、現像装置中へのトナー補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性において良好な水準が得られる。
また、平均円形度が0.95以上のトナーを用いるのが好ましい。このようなトナーを用いることで、近年の高画質化に対応し得る高レベルのドット再現性を実現することが可能になる。
平均円形度については、フロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製、商品名)を用いて測定することが可能である。具体的には、容器中の予め不純固形物を除去した水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ホン酸塩を0.1〜0.5[ml]加え、更に測定試料(トナー)を0.1〜0.5[g]程度加える。その後、このトナーが分散した懸濁液を、超音波分散器で約1〜3分間分散処理し、分散液濃度が3000〜1[万個/μl]となるようにしたものを上記分析装置にセットして、トナーの形状及び分布を測定する。そして、この測定結果に基づき、個々の粒子画像について、投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値を求めたものの平均値を算出する。この平均値が平均円形度である。
平均円形度については、フロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製、商品名)を用いて測定することが可能である。具体的には、容器中の予め不純固形物を除去した水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ホン酸塩を0.1〜0.5[ml]加え、更に測定試料(トナー)を0.1〜0.5[g]程度加える。その後、このトナーが分散した懸濁液を、超音波分散器で約1〜3分間分散処理し、分散液濃度が3000〜1[万個/μl]となるようにしたものを上記分析装置にセットして、トナーの形状及び分布を測定する。そして、この測定結果に基づき、個々の粒子画像について、投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値を求めたものの平均値を算出する。この平均値が平均円形度である。
トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤と帯電制御剤とから構成される。このトナーは、重合法、造粒法等の各種のトナー製法によって作成された不定形または球形のトナーであることができる。また、磁性トナー及び非磁性トナーのいずれも使用可能である。
トナーに含有せしめる結着樹脂としては従来からトナー用結着樹脂として使用されてきたものを適用することが可能である。具体的には、ポリスチレン、ポリクロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン/p−クロロスチレン共重合体、スチレン/プロピレン共重合体、スチレン/ビニルトルエン共重合体、スチレン/ビニルナフタレン共重合体、スチレン/アクリル酸メチル共重合体、スチレン/アクリル酸エチル共重合体、スチレン/アクリル酸ブチル共重合体、スチレン/アクリル酸オクチル共重合体、スチレン/メタクリル酸メチル共重合体、スチレン/メタクリル酸エチル共重合体、スチレン/メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン/α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン/アクリロニトリル共重合体、スチレン/ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン/ビニルメチルケトン共重合体、スチレン/ブタジエン共重合体、スチレン/イソプレン共重合体、スチレン/アクリロニトリル/インデン共重合体、スチレン/マレイン酸共重合体、スチレン/マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルブチルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等である。これらを単独で或いは2種以上混合して使用することができる。
トナーに含有せしめる着色剤としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色のトナーを得ることが可能な染顔料であって、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料及び染料を適用することができる。具体的には、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローGローダミン6Cレーキ、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、マラカイトグリーン、マラカイトグリーンヘキサレート、ローズベンガル、モノアゾ系染顔料、ジスアゾ系染顔料、トリスアゾ系染顔料等である。これらの着色剤の使用量は、結着樹脂に対して、通常1〜30wt%、好ましくは3〜20wt%である。
トナーに含有せしめる帯電制御剤としては、正の帯電制御剤及び負の帯電制御剤、いずれのものも使用可能であるが、カラートナーの場合、色調を損なうことのない透明色から白色のものを使用するのが好ましい。例えば正極性のものとしては、4級アンモニウム塩類、イミダゾール金属錯体や塩類等を例示することができる。また、負極性のものとしては、サリチル酸錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等を例示することができる。
トナーには、優れた離型性を発揮させる目的で、低分子量のポリエチレン、ポリプロピレン等の合成ワックス類の他、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ろう、ホホバ油等の植物系ワックス類;みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス類;モンタンワックス、オゾケライト等の鉱物系ワックス類;硬化ヒマシ油、ヒドロキシステアリン酸、脂肪酸アミド、フェノール脂肪酸エステル等の油脂系ワックス類を含有することも可能である。これらの離型促進剤を単独で或いは2種以上混合して使用することができる。
また、トナーには、前述した離型促進剤の他に、必要に応じてトナーの熱特性、電気特性、物理特性などを調整する目的で、各種の可塑剤(フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等)、抵抗調整剤(酸化錫、酸化鉛、酸化アンチモン等)等の助剤を添加することも可能である。
また、トナーには、必要に応じて上述の離型促進剤や助剤等以外の流動性付与剤を混合することもできる。その流動性付与剤としては、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子、フッ化マグネシウム微粒子、炭化ケイ素微粒子、炭化ホウ素微粒子、炭化チタン微粒子、炭化ジルコニウム微粒子、窒化ホウ素微粒子、窒化チタン微粒子、窒化ジルコニウム微粒子、マグネタイト微粒子、二硫化モリブデン微粒子、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸マグネシウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子、フッ素系樹脂微粒子、アクリル系樹脂微粒子等を例示することができる。これらを単独で或いは2種以上混合して使用することが可能である。なお、流動性付与剤としては、一次粒子の粒径が0.1μmより小さく、表面をシランカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化処理し、疎水化度40以上のものが好ましい。
特に、トナーに添加する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50[nm]以下のものが好ましい。両微粒子の平均粒径が50[nm]以下のものを用いることで、攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデアワールス力は格段に向上する。これにより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像機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、良好な画像品質を得ることができる。また、転写残トナーの低減を図ることができる。
さらに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。しかし、帯電立ち上がり特性は、悪化傾向にある。このことにより、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、上述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の添加量が0.3〜1.5[wt%]の範囲で、疎水性酸化チタン微粒子が0.2〜1.2[wt%]の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれないことが判明した。これにより、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て、トナー飛散も抑制効果も得られる。
さらに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。しかし、帯電立ち上がり特性は、悪化傾向にある。このことにより、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、上述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の添加量が0.3〜1.5[wt%]の範囲で、疎水性酸化チタン微粒子が0.2〜1.2[wt%]の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれないことが判明した。これにより、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て、トナー飛散も抑制効果も得られる。
さらに流動性付与剤として、平均粒径が80〜140[nm]の疎水性シリカ微粒子を添加してもよい。疎水性シリカ微粒子を添加することで、トナー粒子間の付着力を低減させる効果が得られる。これにより、転写性の向上のみならず、低面積画像を出力した場合に発生しやすい局所的に発生する転写ムラも抑制することが可能となる。よって、画像における品質改善効果は顕著であり、長期に亘って良好な画像品質が得られる。
トナーついては、従来から公知の様々な方法で製造されたものを用いることができる。例えば次のような製造法である。即ち、結着樹脂、着色剤及び顔料、帯電制御剤さらに必要に応じて離型剤等を適当な比率でヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機を使用して十分に混合する。その後、スクリュー型押出し式連続混練機、2本ロールミル、3本ロールミル、加圧加熱ニーダーを用いて溶融混練を行う。カラートナーの場合には、顔料の分散性を向上させる目的で結着樹脂の一部と顔料を予め溶融混練して得られるマスターバッチ顔料を着色剤として使用することが一般的である。このようにして得られた混練物を冷却固化させた後にハンマーミル等の粉砕機を用いて粗粉砕をする。さらに、粗粉砕物をジェットミル粉砕機で粉砕処理した後に気流式分級機等に連結されたローター粉砕機等を用いて表面処理を行う。例えば衝突式粉砕機としてはハンマーミル、ボールミル、チューブミル、振動ミル等を挙げることができる。圧縮空気及び衝突板を主構成要素として具備してなるジェット式粉砕機としてはIタイプ及びIDSタイプ衝突式粉砕機(日本ニューマチック工業社製)を好ましく使用できる。またローター粉砕機としてはロールミル、ピンミル、流動層式ジェットミル等を例示できる。特に外壁としての固定容器とこの固定容器と中心軸を同一にする回転片とを主構成要素として具備してなるローター式粉砕機としてはターボミル(ターボ工業社製)、クリプトロン(川崎重工業社製)、ファインミル(日本ニューマチック工業社製)等が使用できる。連結された分級機には気流式分級機としてはディスパージョンセパレータ(DS)式分級機(日本ニューマチック工業社製)、多分割式分級機(エルボージェット;日鉄鉱業社製)等が使用できる。さらに気流式分級機、機械式分級機を用いて微粉分級を行い、微細粒子を得ることができる。
かかる方法によって得られた微細粒子に対して流動性付与剤の添加混合を行う場合には、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル等の公知の設備が使用可能である。また懸濁重合法、非水分散重合法により、モノマーと着色剤、流動性付与剤から直接トナーを製造する方法であってもよい。
次に、本実施形態の現像装置について、実施例1〜13、比較例1〜7を用いてさらに詳細に説明する。
まず、各実施例、比較例について説明する。また、各実施例及び比較例で用いた、キャリア1〜5の特性は最後の方の表1にまとめ、各実施例及び比較例についての主な特性は表2にまとめた。
[実施例1]
*トナー製造例
(マスターバッチ顔料成分)
・顔料 キナクリドン系マゼンタ顔料
(C.I.Pigment Red122) 50重量部
・結着樹脂 エポキシ樹脂 50重量部
・水 30重量部
上記原材料をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロール表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行ない、マスターバッチ顔料(1)を得た。次に、このマスターバッチ顔料(1)を用いて、以下の方法によりトナーを作成した。
*トナー製造例
(マスターバッチ顔料成分)
・顔料 キナクリドン系マゼンタ顔料
(C.I.Pigment Red122) 50重量部
・結着樹脂 エポキシ樹脂 50重量部
・水 30重量部
上記原材料をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロール表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行ない、マスターバッチ顔料(1)を得た。次に、このマスターバッチ顔料(1)を用いて、以下の方法によりトナーを作成した。
(トナー成分)
・結着樹脂 エポキシ樹脂(R−304、三井化学) 100重量部
・着色剤 マスターバッチ顔料(1) 13重量部
・帯電制御剤 サリチル酸亜鉛塩(ボントロンE84、オリエント化学)2重量部
かかる組成の混合物を2軸混練機にて溶融混練し、該混練物を粉砕部に平板型衝突板を具備したジェットミル粉砕機で平均粒径7.3[μm]になるように微粉砕し、さらにDSタイプ気流式分級機に連結したターボミルを使用して表面処理を行なったが平均粒径7[μm]であった。さらに微粉分級して、重量平均粒径7.5[μm]、3[μm]以下粒子個数比率を8[%]、平均円形度が0.937の微細粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性酸化チタン微粒子50gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナー(Dw/Dn:1.20)を得た。
・結着樹脂 エポキシ樹脂(R−304、三井化学) 100重量部
・着色剤 マスターバッチ顔料(1) 13重量部
・帯電制御剤 サリチル酸亜鉛塩(ボントロンE84、オリエント化学)2重量部
かかる組成の混合物を2軸混練機にて溶融混練し、該混練物を粉砕部に平板型衝突板を具備したジェットミル粉砕機で平均粒径7.3[μm]になるように微粉砕し、さらにDSタイプ気流式分級機に連結したターボミルを使用して表面処理を行なったが平均粒径7[μm]であった。さらに微粉分級して、重量平均粒径7.5[μm]、3[μm]以下粒子個数比率を8[%]、平均円形度が0.937の微細粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性酸化チタン微粒子50gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナー(Dw/Dn:1.20)を得た。
*キャリア1の製造例
[キャリア被覆層]
・シリコン樹脂溶液[固形分23重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 132.2重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.66重量部
・無機酸化微粒子A 酸化アルミニウム 粒径:0.40[μm]、真比重:3.9
粒子粉体固有抵抗:1012Ω・cm] 145重量部
・トルエン 300重量部
をホモミキサーで10分間分散し、シリコン樹脂被覆膜形成溶液を得た。芯材として平均粒径;35[μm]焼成フェライト粉(真比重5.5)5000重量部を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に膜厚0.15[μm]になるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて240℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き63[μm]の篩を用いて解砕し、体積固有抵抗:15.9[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア1]を得た。
[キャリア被覆層]
・シリコン樹脂溶液[固形分23重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 132.2重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.66重量部
・無機酸化微粒子A 酸化アルミニウム 粒径:0.40[μm]、真比重:3.9
粒子粉体固有抵抗:1012Ω・cm] 145重量部
・トルエン 300重量部
をホモミキサーで10分間分散し、シリコン樹脂被覆膜形成溶液を得た。芯材として平均粒径;35[μm]焼成フェライト粉(真比重5.5)5000重量部を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に膜厚0.15[μm]になるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて240℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き63[μm]の篩を用いて解砕し、体積固有抵抗:15.9[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア1]を得た。
次に上記方法で得られたカラートナー及びキャリア1を用いてトナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:30[μm]、Sm:150[μm]のブラストタイプ現像スリーブ、DG:0.6[mm]、現像剤担持量平均値:35[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。なお、上記現像剤担持量は、主走査方向に手前側、中央、奥側3箇所の各3回測定した平均値である。
[実施例2]
上記実施例1における表面処理工程を経た粉体を用いて、微粉分級して、重量平均粒径7.7[μm]、3[μm]以下粒子個数比率を4%、平均円形度が0.941の微細粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径0.3[μm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径0.3[μm]の疎水性酸化チタン微粒子50gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナー(Dw/Dn:1.15)を得た以外は、実施例1と同一キャリアを用いて、実施例1と同一条件(現像剤担持量平均値は40[mg/cm2])で評価を行った。
上記実施例1における表面処理工程を経た粉体を用いて、微粉分級して、重量平均粒径7.7[μm]、3[μm]以下粒子個数比率を4%、平均円形度が0.941の微細粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径0.3[μm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径0.3[μm]の疎水性酸化チタン微粒子50gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナー(Dw/Dn:1.15)を得た以外は、実施例1と同一キャリアを用いて、実施例1と同一条件(現像剤担持量平均値は40[mg/cm2])で評価を行った。
[実施例3]
[重合トナーの製造例]
イオン交換水710gに、0.1M−Na3PO4水溶液450gを投入し、60℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000rpmにて攪拌した。これに1.0M−CaCl2水溶液68gを徐々に添加し、Ca3(PO4)2を含む水系媒体を得た。
[重合トナーの製造例]
イオン交換水710gに、0.1M−Na3PO4水溶液450gを投入し、60℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000rpmにて攪拌した。これに1.0M−CaCl2水溶液68gを徐々に添加し、Ca3(PO4)2を含む水系媒体を得た。
(トナー成分)
・スチレン 170g
・n−ブチルアクリレート 30g
・キナクリドン系マゼンタ顔料 10g
・ジ−t−ブチルサリチル酸金属化合物 2g
・ポリエステル樹脂 10g
上記処方を60℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000rpmにて均一に溶解、分散した。これに、重合開始剤2,2‘−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)10gを溶解し、重合性単量体組成物を調整した。前記、水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10000rpmで20分間攪拌し、重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌しつつ、80℃に昇温し、10時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で一部水系媒体を留去して冷却し、塩酸を加えリン酸カルシウムを溶解させた後、濾過、水洗、乾燥をして、重量平均粒径が6.2μm、3μm以下粒子個数比率が2%、平均円形度が0.954の着色懸濁粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーを得た(Dw/Dn:1.12)。実施例1と同一キャリア1を用いて、実施例1と同一条件(現像剤担持量平均値は45[mg/cm2])で評価を行った。
・スチレン 170g
・n−ブチルアクリレート 30g
・キナクリドン系マゼンタ顔料 10g
・ジ−t−ブチルサリチル酸金属化合物 2g
・ポリエステル樹脂 10g
上記処方を60℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000rpmにて均一に溶解、分散した。これに、重合開始剤2,2‘−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)10gを溶解し、重合性単量体組成物を調整した。前記、水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10000rpmで20分間攪拌し、重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌しつつ、80℃に昇温し、10時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で一部水系媒体を留去して冷却し、塩酸を加えリン酸カルシウムを溶解させた後、濾過、水洗、乾燥をして、重量平均粒径が6.2μm、3μm以下粒子個数比率が2%、平均円形度が0.954の着色懸濁粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーを得た(Dw/Dn:1.12)。実施例1と同一キャリア1を用いて、実施例1と同一条件(現像剤担持量平均値は45[mg/cm2])で評価を行った。
[実施例4]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:40、Sm:150[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:30[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:40、Sm:150[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:30[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[実施例5]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:20、Sm:150[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:50[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:20、Sm:150[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:50[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[実施例6]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:20、Sm:130[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:60[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:20、Sm:130[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:60[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[実施例7]
*キャリア2の製造例
被覆層処方が以下に記す、アクリル樹脂系とシリコン樹脂系の混合系に変更した以外は実施例1同様にして、体積固有抵抗:14.5[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア2]を得た。
・アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 19.9重量部
・グアナミン溶液(固形分70重量%) 6.2重量部
・酸性触媒(固形分40重量%) 0.11重量部
・シリコン樹脂溶液[固形分20重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 92.9重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.21重量部
・無機酸化微粒子B 酸化アルミニウム 粒径:0.37μm、真比重3.9
粒子粉体固有抵抗:1013Ω・cm] 97重量部
・トルエン 400重量部
*キャリア2の製造例
被覆層処方が以下に記す、アクリル樹脂系とシリコン樹脂系の混合系に変更した以外は実施例1同様にして、体積固有抵抗:14.5[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア2]を得た。
・アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 19.9重量部
・グアナミン溶液(固形分70重量%) 6.2重量部
・酸性触媒(固形分40重量%) 0.11重量部
・シリコン樹脂溶液[固形分20重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 92.9重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.21重量部
・無機酸化微粒子B 酸化アルミニウム 粒径:0.37μm、真比重3.9
粒子粉体固有抵抗:1013Ω・cm] 97重量部
・トルエン 400重量部
上記実施例3のトナー、使用するキャリアを[キャリア2]に変更する以外は、実施例1と同一条件で評価を行った。
[実施例8]
*キャリア3の製造例
実施例7において、無機微粉末の代わりに導電性粒子A[粒子粉体固有抵抗:108Ω・cm]を用いたこと以外は同様にして、体積固有抵抗:11.2[Log(Ω・cm)]の[キャリア3]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる導電性粒子および導電性微粒子は芯材に対して被覆率が83%であった。
*キャリア3の製造例
実施例7において、無機微粉末の代わりに導電性粒子A[粒子粉体固有抵抗:108Ω・cm]を用いたこと以外は同様にして、体積固有抵抗:11.2[Log(Ω・cm)]の[キャリア3]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる導電性粒子および導電性微粒子は芯材に対して被覆率が83%であった。
上記実施例7において、使用するキャリアを[キャリア3]に変更する以外は、実施例1と同一条件で評価を行った。
[実施例9]
*キャリア4の製造例
実施例1において、キャリアの重量平均粒径が18[μm](真比重5.7)、微粒子添加量を変更した以外は同様にして、体積固有抵抗:15.7[Log(Ω・cm)]、磁化:66Am2/kgの[キャリア4]を得た。
・アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 43.7重量部
・グアナミン溶液(固形分70重量%) 13.6重量部
・酸性触媒(固形分40重量%) 0.24重量部
・シリコン樹脂溶液[固形分20重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 204.4重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.46重量部
・無機酸化微粒子B 酸化アルミニウム 粒径:0.37[μm]、真比重3.9
[粒子粉体固有抵抗:1013Ω・cm] 195重量部
・トルエン 800重量部
*キャリア4の製造例
実施例1において、キャリアの重量平均粒径が18[μm](真比重5.7)、微粒子添加量を変更した以外は同様にして、体積固有抵抗:15.7[Log(Ω・cm)]、磁化:66Am2/kgの[キャリア4]を得た。
・アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 43.7重量部
・グアナミン溶液(固形分70重量%) 13.6重量部
・酸性触媒(固形分40重量%) 0.24重量部
・シリコン樹脂溶液[固形分20重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 204.4重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.46重量部
・無機酸化微粒子B 酸化アルミニウム 粒径:0.37[μm]、真比重3.9
[粒子粉体固有抵抗:1013Ω・cm] 195重量部
・トルエン 800重量部
上記実施例3において、キャリア1からキャリア4に変更した以外は、実施例3と同一トナーを用いて、実施例3と同一条件(現像剤担持量平均値は58[mg/cm2])で評価を行った。
[実施例10]
*キャリア5の製造例
実施例1において、キャリアの重量平均粒径が71[μm](真比重5.3)、微粒子添加量を変更した以外は同様にして、体積固有抵抗:14.5[Log(Ω・cm)]、磁化:69Am2/kgの[キャリア5]を得た。
・アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 39.7重量部
・グアナミン溶液(固形分70重量%) 12.4重量部
・酸性触媒(固形分40重量%) 0.22重量部
・シリコン樹脂溶液[固形分20重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 185.8重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.42重量部
無機酸化微粒子B 酸化アルミニウム 粒径:0.37[μm]、真比重3.9
粒子粉体固有抵抗:1013Ω・cm] 60重量部
・トルエン 800重量部
*キャリア5の製造例
実施例1において、キャリアの重量平均粒径が71[μm](真比重5.3)、微粒子添加量を変更した以外は同様にして、体積固有抵抗:14.5[Log(Ω・cm)]、磁化:69Am2/kgの[キャリア5]を得た。
・アクリル樹脂溶液(固形分50重量%) 39.7重量部
・グアナミン溶液(固形分70重量%) 12.4重量部
・酸性触媒(固形分40重量%) 0.22重量部
・シリコン樹脂溶液[固形分20重量%
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 185.8重量部
・アミノシラン[固形分100重量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 0.42重量部
無機酸化微粒子B 酸化アルミニウム 粒径:0.37[μm]、真比重3.9
粒子粉体固有抵抗:1013Ω・cm] 60重量部
・トルエン 800重量部
上記実施例3において、キャリア1からキャリア5に変更した以外は、実施例3と同一トナーを用いて、実施例3と同一条件(現像剤担持量平均値は32[mg/cm2])で評価を行った。
[実施例11]
実施例3における微細粒子を用いて、該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100g、平均粒径100[nm]の疎水性シリカ微粒子75g、を添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーを得た(Dw/Dn:1.12)。実施例1と同一キャリアを用いて、実施例1と同一条件で評価を行った。
実施例3における微細粒子を用いて、該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100g、平均粒径100[nm]の疎水性シリカ微粒子75g、を添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーを得た(Dw/Dn:1.12)。実施例1と同一キャリアを用いて、実施例1と同一条件で評価を行った。
[実施例12]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:35[μm]、Sm:100[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:30[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:35[μm]、Sm:100[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:30[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[実施例13]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:30[μm]、Sm:200[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:50[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:30[μm]、Sm:200[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:50[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[実施例14]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:30[μm]、Sm:170[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:60[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:30[μm]、Sm:170[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:60[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[比較例1]
上記実施例1で得られたカラートナー及びキャリア1を用いてトナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:40[μm]、Sm:120[μm]のブラストタイプ現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:45[mg/cm2]、PG:0.4[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例1で得られたカラートナー及びキャリア1を用いてトナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:40[μm]、Sm:120[μm]のブラストタイプ現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:45[mg/cm2]、PG:0.4[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[比較例2]
上記実施例2におけるトナーとキャリアを用いて、比較例1と同一条件で評価を行った。
上記実施例2におけるトナーとキャリアを用いて、比較例1と同一条件で評価を行った。
[比較例3]
上記実施例3におけるトナーとキャリアを用いて、比較例1と同一条件で評価を行った。
上記実施例3におけるトナーとキャリアを用いて、比較例1と同一条件で評価を行った。
[比較例4]
上記実施例1におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:25[μm]、Sm:の200[μm]のブラストタイプ現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:25[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例1におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:25[μm]、Sm:の200[μm]のブラストタイプ現像スリーブ、DG:0.3[mm]、現像剤担持量平均値:25[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[比較例5]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:28[μm]、Sm:200[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:65[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:28[μm]、Sm:200[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:65[mg/cm2]、PG:0.3[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[比較例6]
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:22[μm]、Sm:200[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:60[mg/cm2]、PG:0.25[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
上記実施例3におけるトナーと実施例1のキャリアを用いて、トナー濃度(TC)5[wt%]の現像剤を作成して、リコー製IPSiO color 8100機(表面粗さRz:22[μm]、Sm:200[μm]のブラスト現像スリーブ、DG:0.9[mm]、現像剤担持量平均値:60[mg/cm2]、PG:0.25[mm])で実機評価を行った。通紙条件は、画像面積率:5%、デューティ:1P/Jで100K枚通紙した。
[比較例7]
上記実施例1でのトナー作成時に粉砕及び微粉分級条件を変更して、重量平均粒径が7.5μm、3μm以下粒子個数比率が21%、平均円形度が0.934の微細粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーを得た(Dw/Dn:1.24)。実施例1と同一キャリアを用いて、実施例1と同一条件で評価を行った。
上記実施例1でのトナー作成時に粉砕及び微粉分級条件を変更して、重量平均粒径が7.5μm、3μm以下粒子個数比率が21%、平均円形度が0.934の微細粒子を得た。該微細粒子20kgに対して平均粒径30[nm]の疎水性シリカ微粒子100g、平均粒径30[nm]の疎水性チタン微粒子100gを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーを得た(Dw/Dn:1.24)。実施例1と同一キャリアを用いて、実施例1と同一条件で評価を行った。
上記実施例1〜14、比較例1〜7について、帯電安定性、剤落ち、トナー飛散、現像剤担持量、画質について評価した。
帯電量安定性(低下量)とは、初期のキャリア95重量%に対しトナー5重量%の割合で混合し摩擦帯電させたサンプルを、一般的なブローオフ法[東芝ケミカル(株)製:TB−200]にて測定した帯電量(Q1)から、ランニング後の現像剤中のトナーを前記ブローオフ装置にて除去し得たキャリアを、前記方法と同様の方法で測定した帯電量(Q2)を差し引いた量のことを言い、目標値は10.0(μc/g)以内である。
剤落ちについては、20K枚通紙ごとに現像装置下部の汚れ状況で判定した。少しでも剤落ちが認められた場合は「×」判定とした。また剤落ちが認められても、感光体ドラムに致命的な損傷がなく、軽微な異常画像発生の場合は評価を継続した。
トナー飛散については、20K枚通紙ごとに現像装置下部に溜まったトナーの重量測定を行って100K枚通紙後に積算して判定する。判定基準としては、500[mg]以下が許容レベルである。
現像剤担持量については、現像装置を30[sec]駆動させてから、現像スリーブ上の主走査方向に手前側、中央、奥側の3箇所を各3回ずつ測定して全平均を求める。担持量は小数点1桁目を四捨五入して整数値で取り扱うこととする。判定基準は、初期と100K枚通紙後で比較を行い、変動幅が7[mg/cm2]以内を許容する。
画質評価については、ハイライト部の均一性で評価を行った。下記の式で定義された粒状度(明度範囲:50〜80)を測定し、その数値を下記のようにランクに置き換え、表示した(ランク10が最良)。
粒状度=exp(aL+b)∫{WS(f)}1/2VTF(f)df
L:平均明度
f:空間周波数(cycle/mm)
WS(f):明度変動のパワースペクトラム
VTF(f):視覚の空間周波数特性
a,b:係数
L:平均明度
f:空間周波数(cycle/mm)
WS(f):明度変動のパワースペクトラム
VTF(f):視覚の空間周波数特性
a,b:定数
<ランク>
ランク10:−0.10〜0
ランク9:0〜0.05
ランク8:0.05〜0.10
ランク7:0.10〜0.15
ランク6:0.15〜0.20
ランク5:0.20〜0.25
ランク4:0.25〜0.30
ランク3:0.30〜0.40
ランク2:0.40〜0.50
ランク1:0.50以上
ランク7以上を許容レベルとする。
粒状度=exp(aL+b)∫{WS(f)}1/2VTF(f)df
L:平均明度
f:空間周波数(cycle/mm)
WS(f):明度変動のパワースペクトラム
VTF(f):視覚の空間周波数特性
a,b:係数
L:平均明度
f:空間周波数(cycle/mm)
WS(f):明度変動のパワースペクトラム
VTF(f):視覚の空間周波数特性
a,b:定数
<ランク>
ランク10:−0.10〜0
ランク9:0〜0.05
ランク8:0.05〜0.10
ランク7:0.10〜0.15
ランク6:0.15〜0.20
ランク5:0.20〜0.25
ランク4:0.25〜0.30
ランク3:0.30〜0.40
ランク2:0.40〜0.50
ランク1:0.50以上
ランク7以上を許容レベルとする。
表1に示すように、(現像剤規制部材と現像スリーブとのギャップDG/現像ギャップPG)が、1〜3の範囲、初期時の現像剤担持量が30〜60[mg/cm2]、トナーの重量平均粒径が4.5〜b8.0[μm]、(Dw/Dn)が1.20以下、現像スリーブ表面粗さ(Rz:20〜40μm、Sm:100〜200[μm])の実施例1〜14については、初期および100K枚画像出力後ともに画像品質(ハイライト均一性)が許容レベルであった。また、剤落ちがなくトナー飛散、担持量変化、帯電量安定性も許容レベルであった。
一方、DG/PGが0.8の比較例1〜3は、初期の画像品質から許容レベル以下であった。れは、PGに比べてDGが狭いため、現像ギャップPGに比べて現像剤規制部材通過後の現像剤の層厚が薄くなる。その結果、現像領域で、現像剤の感光体との接触圧にムラができ、画像に濃度ムラができる。その結果、初期時のハイライト均一性が許容レベル以下となったと考えられる。また、トナー飛散、担持量変化とも許容レベル以下となり、100K枚後の画像品質が大幅に低下した。これは、現像剤と感光体との接触圧が十分でないため、画像濃度が低下するため、画像濃度制御時に画像濃度を戻すべく、トナーが供給され現像剤のトナー濃度を高くする。その結果、比較例1〜3においては、トナー濃度が初期時に比べて、100K枚後のトナー濃度が高くなる。このように、トナー濃度が高まると、現像剤の帯電量が下がるため、トナー飛散が多くなる。その結果、比較例1〜3においては、トナー飛散が許容レベルである500[mg]を越えたと考えられる。
また、現像剤担持量が大幅に少なくなるため、感光体と現像剤との接触圧がますます不均一となる結果、100K枚後のハイライト均一性が3ランクも下がったと考えられる。現像剤担持量が大幅に少なくなったのは、詳細は定かではないが、トナー濃度が上昇して剤流動性が低下したためと考えられる。
また、現像剤担持量が大幅に少なくなるため、感光体と現像剤との接触圧がますます不均一となる結果、100K枚後のハイライト均一性が3ランクも下がったと考えられる。現像剤担持量が大幅に少なくなったのは、詳細は定かではないが、トナー濃度が上昇して剤流動性が低下したためと考えられる。
また、比較例4においては、初期における現像剤担持量が30[mg/cm2]以下であるため、現像領域に供給される現像剤量が少ない。このため、画像濃度が薄く、現像剤の感光体との接触圧にムラができ、濃度ムラができる。その結果、初期時におけるハイライト均一性が悪化したと考えられる。また、画像濃度が薄いため、画像濃度制御で、現像剤の濃度が高められる。その結果、現像剤の帯電量が下がるため、トナー飛散が多くなる。よって、比較例4においても、トナー飛散が許容レベル以下となったと考えられる。
また、比較例5においては、初期の現像剤担持量が、60[mg/cm2]以上であるため画像にしろ抜け、カスレなどが発生し、初期のハイライト均一性が低下したと考えられる。また、比較例5においては、DGを0.9[mm]と設定しているため、現像スリーブの層厚が高くなる。このように層厚が高いので、図4に示すように現像ケース53の開口部53aと現像スリーブとのギャップを大きくしている。同じように、DGを0.9[mm]と設定しているため、現像ケース53の開口部53aと現像スリーブとのギャップを大きくしている実施例5や実施例13、14では、トナー帯電量が高く、トナー濃度も低めに維持されているため、攪拌スクリューなどによって攪拌されたトナーが、開口部53aと現像スリーブとのギャップから漏れ出す量が少ない。しかし、比較例5においては、経時でトナー帯電量が低下し、トナー濃度が上昇しているため、攪拌スクリューなどによって攪拌されたトナーが、開口部53aと現像スリーブとのギャップから漏れ出す量が多くなりトナー飛散が許容レベル以上となったと考えられる。
比較例6は、DG/PGが3.0以上であるため、現像ギャップPGに比べて現像剤規制部材通過後の現像剤の層厚が厚くなる。その結果、初期時において剤溜りが発生する。このような剤溜りが生じる結果、現像領域へ搬送される現像剤量が安定しなくなる。その結果、画像に濃度ムラが生じ、初期時の均一ハイライト性が許容レベル以下となったと考えられる。また、このように、剤溜りが発生するため、比較例6では、剤落ちが発生する。
また、比較例6では、剤溜りが生じるため、現像スリーブへのトナー固着が生じてしまう。その結果、現像領域へ搬送される現像剤量が安定しなくなる要因に加えて、感光体と現像スリーブとの間の電界が均一でなくなる要因も重なり、濃度ムラが悪化する。このため、100K枚後のハイライト均一性が著しく低下したものになったと考えられる。また、剤溜りにより、トナー飛散も生じトナー飛散が許容レベル以上となったと考えられる。
また、比較例6では、剤溜りが生じるため、現像スリーブへのトナー固着が生じてしまう。その結果、現像領域へ搬送される現像剤量が安定しなくなる要因に加えて、感光体と現像スリーブとの間の電界が均一でなくなる要因も重なり、濃度ムラが悪化する。このため、100K枚後のハイライト均一性が著しく低下したものになったと考えられる。また、剤溜りにより、トナー飛散も生じトナー飛散が許容レベル以上となったと考えられる。
また、比較例7は、(Dw/Dn)が、1.20以上であるため、ストレスによる現像剤の流動性の低下が加速される。このように、現像剤の流動性が悪化すると、狭い現像ギャップPGを現像剤が通過し難くなり、剤溜りが発生し、剤落ちが発生したと考えられる。また、流動性が著しく悪化するために、現像スリーブの現像剤搬送力・帯電量安定性が極端に低下する。このため、現像剤変動幅7以上、帯電量安定性も10[μc/g]以上となり、許容レベル以下となったと考えられる。また、現像スリーブの搬送力が低下するため、現像領域へ搬送される現像剤担持量が減り、画像濃度が低下する。このため、上述同様、現像剤のトナー濃度が高まり、現像剤の帯電量が下がり、トナー飛散が多くなってしまう結果、トナー飛散が許容レベル以上となったと考えられる。また、剤溜りが発生するので、比較例6同様、現像スリーブへのトナー固着、剤溜りによる現像領域への現像剤の安定供給が阻害されるため、100K枚後におけるハイライト均一性が著しく低下したと考えられる。また、粒径分布がブロードで、円平均粒径も0.95以下のトナーを用いているため、初期時においても、粒状度の悪い画像となったためハイライト均一性が許容レベル以下となったと考えられる。
次に、トナーの特性をそれぞれ異ならせた実施例1、実施例2、実施例3、実施例11
について説明する。表1からわかるように、実施例1よりも、実施例2、実施例2よりも実施例3、11の方が、ハイライト均一性が高いことがわかる。これは、実施例1においては、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以上に対し、実施例2、3、11は、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以下である。このため、実施例1に比べて、画像の粒状度が高まり実施例2、3、11のハイライト均一性が高くなったと考えられる。
また、実施例2の平均円形度は、0.95以下に対して、実施例3、11の平均円形度は095以上であるので、実施例2に比べて画像の粒状度が高まり実施例3、11の方のハイライト均一性が高くなったと考えられる。
について説明する。表1からわかるように、実施例1よりも、実施例2、実施例2よりも実施例3、11の方が、ハイライト均一性が高いことがわかる。これは、実施例1においては、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以上に対し、実施例2、3、11は、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以下である。このため、実施例1に比べて、画像の粒状度が高まり実施例2、3、11のハイライト均一性が高くなったと考えられる。
また、実施例2の平均円形度は、0.95以下に対して、実施例3、11の平均円形度は095以上であるので、実施例2に比べて画像の粒状度が高まり実施例3、11の方のハイライト均一性が高くなったと考えられる。
また、実施例4、実施例11に示すように、平均円形度は、0.95以上、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以下の重合トナーを用いることで、現像剤担持量が30[mg/cm2]以下となっても、粒状度の高い画像が得られ、良好なハイライト均一性が得られた。
また、実施例11の画像を確認したところ、他の実施例に比べてボソツキが改善されていた。これは、実施例11は、80〜140[nm]の疎水シリカを加えたため、転写時のボソツキが改善されたからと考えられる。
次に、キャリアの特性をそれぞれ異ならせた実施例3、実施例7、実施例8、実施例9、実施例10について説明する。表1に示すように、実施例10は、他の実施例(実施例3、7〜9)に比べて、ハイライト均一性、トナー飛散が低下しているのがわかる。これは、実施例10のキャリアの重量平均粒径が45[μm]よりも大きい、71[μm]であるため、地汚れ、ハイライト均一性が悪いと考えられる。
また、実施例8においては、のキャリアの体積抵抗が12[Log(Ω・cm)]以下であるため、他の実施例に比べて、トナー飛散が悪いと考えられる。
また、実施例9においては、他の実施例に比べてクリーニングブレードの磨耗が大きかった。また、実施例9の画像を確認したところ、白ぽち画像が確認された。これは、実施例9は、キャリアの粒径が20μm以下であるため、感光体へのキャリア付着が起こったためと考えられる。
また、実施例8においては、のキャリアの体積抵抗が12[Log(Ω・cm)]以下であるため、他の実施例に比べて、トナー飛散が悪いと考えられる。
また、実施例9においては、他の実施例に比べてクリーニングブレードの磨耗が大きかった。また、実施例9の画像を確認したところ、白ぽち画像が確認された。これは、実施例9は、キャリアの粒径が20μm以下であるため、感光体へのキャリア付着が起こったためと考えられる。
以上、本実施形態の現像装置によれば、トナーの平均粒径を8[μm]以下、現像剤担持体表面を不規則な凹凸面とし、現像剤担持量を30[mg/cm2]以上、60[mg/cm2]以下とすることで、濃度ムラ、カスレや白抜けなどが抑制され、解像度の高い高品位の画像を得ることができる。そして、トナー粒径分布(Dw/Dn)が1.20以下、トナーの重量平均粒径を4.5[μm]以上とすることで、剤の流動性の低下を良好に抑制することができる。さらに、凹凸の最大高さRzを20〜40[μm]、凹凸の平均間隔Smを100〜200[μm]の現像剤担持体たる現像スリーブとすることで、安定した現像剤担持量を確保することができる。また、DG/PGを1から3の範囲にすることで、剤溜り、現像剤担持体へのトナー固着を抑制することができる。これにより、経時に亘り解像度の高い高品位の画像を維持することができる。
また、現像ギャップPGを、0.25[mm]以上0.35[mm]以下とすることで、感光体と現像スリーブとの間に良好な現像電界を形成することができ、廻り込み電界等による、トナー付着の不均一を抑制し、画像濃度ムラが生じるのを抑制することができる。さらに、ギャップの微妙な変動で現像剤を挟んで現像スリーブ54と感光体4とが接触したり、その間にトナーが挟まれてパッキング状態になり現像スリーブ54にトナーが固着したりするのを抑制することができる。
また、磁性粒子たるキャリアの芯材上に酸化アルミニウムの粒子を含有することで、キャリア表面の膜削れ促進の抑制効果が得られて、キャリア抵抗の急激な低下を抑えることができる。
また、キャリアの重量平均粒径を20[μm]以上、45[μm]以下とすることで、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上も図れ、さらに高品質な画像を得ることができる。
また、キャリアの体積抵抗値を12[log(Ω・cm)]以上、16[log(Ω・cm)]以下とすることで、廻り込み電界等による、トナー付着の不均一を抑制するともにキャリア付着を抑制することができる。
また、平均円形度が0.95以上のトナーを用いることで、高レベルのドット再現性を実現することができる。
また、トナー粒度分布における3μm以下の粒子個数比率を5%以下にすることによって、流動性、保存性における品質改善効果は顕著であり、現像装置中へのトナー補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性において良好な水準を得ることができる。
また、平均粒径50[nm]以下の疎水性シリカ粒子0.3[wt%]以上1.5[wt%]以下、および、平均粒径50[nm]以下の疎水性酸化チタンを0.2[wt%]以上、1.2[wt%]以下の流動性付与剤が添加されたトナーを用いている。これにより、攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデアワールス力は格段に向上させることができる。よって、所望の帯電レベルを得るために行われる現像機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、良好な画像品質を得ることができる。また、転写残トナーの低減を図ることができる。
さらに、トナーに、平均粒径80[nm]以上140[nm]以下の疎水性シリカ微粒子からなる流動性付与剤を添加してもよい。これにより、トナー粒子間の付着力を低減させる効果が得られ、転写性の向上のみならず、低面積画像を出力した場合に発生しやすい局所的に発生する転写ムラも抑制することが可能となる。よって、画像における品質改善効果は顕著であり、長期に亘って良好な画像品質が得られる。
直流成分だけからなる直流現像バイアスとすることで、感光体4と現像スリーブ54間でリークの発生を抑制し、ボソツキ画像の発生を抑制することができる。
1 装置本体
2 感光体ユニット
3 転写ベルト
4 感光体
5 現像装置
6 書き込み装置
9 定着装置
2 感光体ユニット
3 転写ベルト
4 感光体
5 現像装置
6 書き込み装置
9 定着装置
Claims (12)
- 表面に潜像を担持する像担持体に対向して設けられ、表面に磁性粒子とトナーとを含む2成分現像剤を担持して、前記像担持体との間に現像ギャップを形成する現像剤担持体を備え、前記現像剤担持体上のトナーを前記像担持体側に移動させて、潜像を現像する現像装置であって、
前記現像剤担持体上のトナーを前記像担持体側へ移動させる現像領域における、前記現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤担持量が、30[mg/cm2]以上、60[mg/cm2]以下であり、
前記トナーの重量平均粒径が4.5[μm]以上、8.0[μm]以下であり、
トナーの重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)の比(Dw/Dn)が1.20以下であり、
前記現像剤担持体における、表面の凹凸の最大高さRzが20〜40[μm]であり、前記現像剤担持体表面の前記凹凸の平均間隔Smが100〜200[μm]であり、前記現像剤担持体における表面の凹凸は高さおよび間隔が不規則な凹凸パターンであり、
前記現像剤担持体と対向して、現像領域に搬送する現像剤量を規制する現像剤規制部材の、前記現像剤担持体とのギャップDGを、前記像担持体と前記現像剤担持体との現像ギャップPGで除算した値が、1.0以上3.0以下であることを特徴とする現像装置。 - 請求項1の現像装置において、
前記像担持体と前記現像剤担持体とのギャップPGを、0.25[mm]以上0.35[mm]以下としたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1または2の現像装置において、
前記磁性粒子として、磁性粒子の芯材上に酸化アルミニウムの粒子が含有されている磁性粒子を用いたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至3いずれかの現像装置において、
前記磁性粒子として、重量平均粒径が20[μm]以上、45[μm]以下の磁性粒子を用いたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至4いずれかの現像装置において、
前記磁性粒子として、体積抵抗値が12[log(Ω・cm)]以上、16[log(Ω・cm)]以下の磁性粒子を用いたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至5いずれかの現像装置において、
前記トナーとして、平均円形度が0.95以上のトナーを用いたこを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至6いずれかの現像装置において、
前記トナーとして、3[μm]以下の粒子個数比率が5[%]以下のトナーを用いたこと特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至7いずれかの現像装置において、
前記トナーとして、平均粒径50[nm]以下の疎水性シリカ粒子0.3[wt%]以上1.5[wt%]以下、および、平均粒径50[nm]以下の疎水性酸化チタンを0.2[wt%]以上、1.2[wt%]以下を流動性付与剤として添加されたトナーを用いたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至7いずれかの現像装置において、
前記トナーとして、平均粒径80[nm]以上140[nm]以下の疎水性シリカ微粒子を流動性付与剤として添加されたトナーを用いたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至9いずれかの現像装置において、
前記現像担持体に直流成分だけからなる直流現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を設けたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1乃至10いずれかの現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項11の画像形成装置において、
イエロー現像剤を備えた現像装置と、マゼンタ現像剤を備えた現像装置と、シアン現像剤を備えた現像装置と、ブラック現像剤を備えた現像装置とを有して、フルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
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