JP2017173521A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗が同一のキャリアを使用する場合に比べて、現像不良を低減すること。
【解決手段】現像剤の保持体（Ｒ０）を回転可能に支持する収容部（Ｖ）であって、トナー（１）と、トナー（１）と摩擦帯電される第１のキャリア（２）と、第１のキャリア（２）に比べて大径且つ低電気抵抗値の第２のキャリア（３）と、を含む現像剤を収容する収容部（Ｖ）と、を備えたことを特徴とする現像装置（Ｇ）。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像装置および画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置において、現像装置で使用される現像剤に関して、以下の特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１としての特開平６−２３６０７７号公報には、平均粒径が１０〜５０μmの小粒径の磁性キャリアと、平均粒径が５０〜１５０μmの大粒径の磁性キャリアとが混合された現像剤を使用して、画像濃度と解像度を向上させる技術が記載されている。特許文献１に記載の現像剤では、２種類のキャリアは、共に、体積固有抵抗が１０^９［Ω・ｃｍ］のものを使用している。

特開平６−２３６０７７号公報（「０００６」、「００１１」）

本発明は、電気抵抗が同一のキャリアを使用する場合に比べて、現像不良を低減することを技術的課題とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の現像装置は、
像保持体に対向して配置され、表面に現像剤を保持して回転する現像剤の保持体と、
前記現像剤の保持体を回転可能に支持する収容部であって、トナーと、前記トナーと摩擦帯電される第１のキャリアと、前記第１のキャリアに比べて大径且つ低電気抵抗値の第２のキャリアと、を含む前記現像剤を収容する収容部と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像装置において、
前記第１のキャリアに比べて、前記第２のキャリアの含有率の方が少ないことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項３に記載の発明の画像形成装置は、
像を表面に保持する像保持体と、
前記像保持体の表面に保持された潜像を可視像に現像する請求項１または２に記載の現像装置と、
可視像を媒体に転写する転写装置と、
媒体に転写された可視像を媒体に定着させる定着装置と、
を備えたことを特徴とする。

請求項１，３に記載の発明によれば、電気抵抗が同一のキャリアを使用する場合に比べて、現像不良を低減することができる。
請求項２に記載の発明によれば、第２のキャリアの含有率が多い場合に比べて、ＢＣＯや現像不良を低減することができる。

図１は本発明の実施例１の画像形成装置の説明図である。 図２は実施例１の現像剤の説明図である。 図３は従来の二成分現像剤の説明図である。 図４は実験例１の実験結果の説明図であり、横軸に大径キャリアの混合率を取り、縦軸に画像不良の評価を取ったグラフである。 図５は実験例２の実験結果の説明図であり、横軸に平均キャリア粒径を取り、縦軸に画像粒状性のグレードを取ったグラフである。 図６は実験例３の実験結果の説明図であり、図６Ａは小径キャリアの抵抗値と像抜けの画質欠陥の実験結果のグラフ、図６Ｂは小径キャリアの抵抗値とキャリア飛散による画像白抜けの実験結果のグラフである。 図７は実験例４の実験結果の説明図であり、横軸に大径キャリアの抵抗値を取り、縦軸に像抜けのグレードを取ったグラフである。 図８は実験例５の実験結果の説明図であり、横軸に大径キャリアの粒径を取り、縦軸に転写不良のグレードを取ったグラフである。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（以下、実施例と記載する）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

図１は本発明の実施例１の画像形成装置の説明図である。
図１において、実施例１の画像形成装置の一例としての複写機Ｕは、記録部の一例であって、画像記録装置の一例としてのプリンタ部Ｕ１を有する。プリンタ部Ｕ１の上部には、読取部の一例であって、画像読取装置の一例としてのスキャナ部Ｕ２が支持されている。スキャナ部Ｕ２の上部には、原稿搬送装置の一例としてのオートフィーダＵ３が支持されている。実施例１のスキャナ部Ｕ２には、入力部の一例としてのユーザインタフェースＵ０が支持されている。前記ユーザインタフェースＵ０は、操作者が入力をして、複写機Ｕの操作が可能である。

オートフィーダＵ３の上部には、媒体の収容容器の一例としての原稿トレイＴＧ１が配置されている。原稿トレイＴＧ１には、複写しようとする複数の原稿Ｇｉが重ねて収容可能である。原稿トレイＴＧ１の下方には、原稿の排出部の一例としての原稿の排紙トレイＴＧ２が形成されている。原稿トレイＴＧ１と原稿の排紙トレイＴＧ２との間には、原稿の搬送路Ｕ３ａに沿って、原稿の搬送ロールＵ３ｂが配置されている。

スキャナ部Ｕ２の上面には、透明な原稿台の一例としてのプラテンガラスＰＧが配置されている。実施例１のスキャナ部Ｕ２には、プラテンガラスＰＧの下方に、読取り用の光学系Ａが配置されている。実施例１の読取り用の光学系Ａは、プラテンガラスＰＧの下面に沿って、左右方向に移動可能に支持されている。なお、読取り用の光学系Ａは、通常時は、図１に示す初期位置に停止している。
読取り用の光学系Ａの右方には、撮像部材の一例としての撮像素子ＣＣＤが配置されている。撮像素子ＣＣＤには、画像処理部ＧＳが電気的に接続されている。
画像処理部ＧＳは、プリンタ部Ｕ１の書込回路ＤＬに電気的に接続されている。書込回路ＤＬは、潜像の形成装置の一例としての露光装置ＲＯＳに電気的に接続されている。

プリンタ部Ｕ１には、像保持体の一例としての感光体ドラムＰＲが配置されている。感光体ドラムＰＲの周囲には、帯電部材の一例としての帯電ロールＣＲ、現像装置Ｇ、転写装置の一例としての転写ユニットＴＵ、清掃器の一例としてのドラムクリーナＣＬｐが配置されている。

転写ユニットＴＵの下方には、媒体の収容容器の一例としての給紙トレイＴＲ１〜ＴＲ４が配置されている。各給紙トレイＴＲ１〜ＴＲ４から、搬送路ＳＨ１が延びている。搬送路ＳＨ１には、媒体の取り出し部材の一例としてのピックアップロールＲｐ、捌き部材の一例としての捌きロールＲｓ、搬送部材の一例としての搬送ロールＲａ、送出部材の一例としてのレジロールＲｒが配置されている。
転写ユニットＴＵの左方には、加熱ロールＦｈや加圧ロールＦｐを有する定着装置Ｆが配置されている。定着装置Ｆから、排紙トレイＴＲｈの間は排出路ＳＨ２で接続されている。排出路ＳＨ２とレジロールＲｒとの間は、反転路ＳＨ３で接続されている。排出路ＳＨ２には、正逆回転可能な搬送ロールＲｂや排出ロールＲｈが配置されている。

（画像形成動作の説明）
前記原稿トレイＴＧ１に収容された複数の原稿Ｇｉは、プラテンガラスＰＧ上の原稿の読み取り位置を順次通過して、原稿の排紙トレイＴＧ２に排出される。
前記オートフィーダＵ３を使用して自動的に原稿を搬送して複写を行う場合は、読取り用の光学系Ａは初期位置に停止した状態で、プラテンガラスＰＧ上の読み取り位置を順次通過する各原稿Ｇｉを露光する。
原稿Ｇｉを作業者が手でプラテンガラスＰＧ上に置いて複写を行う場合、読取り用の光学系Ａが左右方向に移動して、プラテンガラスＰＧ上の原稿が、露光されながら走査される。
原稿Ｇｉからの反射光は、読取り用の光学系Ａを通って、撮像素子ＣＣＤに集光される。前記撮像素子ＣＣＤは、撮像面上に集光された原稿の反射光を電気信号に変換する。

画像処理部ＧＳは、撮像素子ＣＣＤから入力された読取信号を、デジタルの画像信号に変換して、プリンタ部Ｕ１の書込回路ＤＬに出力する。前記書込回路ＤＬは、入力された画像書込信号に応じた制御信号を、露光装置ＲＯＳに出力する。
露光装置ＲＯＳは、レーザービームＬを出力して、帯電ロールＣＲで帯電された感光体ドラムＰＲの表面に潜像を形成する。感光体ドラムＰＲの表面の潜像は、現像装置Ｇで可視像に現像される。転写ユニットＴＵの転写ロールＴＲは、感光体ドラムＰＲの表面の可視像を、搬送路ＳＨ１を搬送されてきた媒体の一例としての記録シートＳに転写する。記録シートＳに転写された可視像は、定着装置Ｆで定着される。定着装置Ｆを通過した記録シートＳは、両面印刷がされる場合には、反転路ＳＨ３に搬送され、排紙トレイＴＲｈに排出される場合には、排出ロールＲｈで排出される。

（現像剤の説明）
図２は実施例１の現像剤の説明図である。
実施例１の現像装置Ｇでは、収容部の一例としての現像容器Ｖを有する。現像容器Ｖには、現像剤の保持体の一例としての現像ロールＲ０や、現像剤の搬送部材の一例としての撹拌オーガＲ１，Ｒ２が回転可能に支持されている。現像容器Ｖには、現像剤が収容されている。実施例１では、現像剤として、トナー１と、第１のキャリアの一例としての小径キャリア２と、第２のキャリアの一例としての大径キャリア３とを含む現像剤が使用される。

実施例１では、小径キャリア２は、体積平均粒径が１５〜２５μｍ、体積抵抗値が１０^９〜１０^１１［Ω］のものが好ましく、一例として、体積平均粒径が２５μｍで体積抵抗値が１０^９［Ω］のものが好適に使用可能である。
また、実施例１では、大径キャリア３は、体積平均粒径が３５〜７０μｍ、体積抵抗値が１０^８［Ω］以下のものが好ましく、一例として、体積平均粒径が３５μｍで体積抵抗値が１０^７［Ω］のものが好適に使用可能である。なお、各キャリア２，３は、磁性材料の一例としての鉄やフェライトで構成された芯材の表面に、導電材の一例としてのカーボンが分散された樹脂を皮膜したものを使用可能である。そして、カーボンの含有量を変更することで、体積抵抗値を調整可能である。

（現像装置Ｇの機能）
前記構成を備えた実施例１の現像装置Ｇでは、現像容器Ｖの現像剤は、撹拌されながら搬送される。現像容器Ｖで撹拌中に、トナー１とキャリア２，３とが摩擦帯電する。摩擦帯電したトナー１は、キャリア２，３に対して、静電的に吸着される。また、磁性のキャリア２，３は、磁力で、現像ロールＲ０で吸着される。したがって、現像ロールＲ０の回転に伴って、現像ロールＲ０と感光体ドラムＰＲとが対向する現像領域Ｑ２に、トナー１およびキャリア２，３が搬送される。そして、現像領域Ｑ２では、現像ロールＲ０に印加される現像電圧で、感光体ドラムＰＲの潜像に対して、トナー１が移動して可視像に現像される。

図３は従来の二成分現像剤の説明図である。
図３において、従来のトナー０１とキャリア０２とを含む二成分現像剤では、現像領域０３において感光体０４にトナー０１が移動して潜像が現像される。ここで、特許文献１に記載の技術のように、画質を向上させるために、キャリア０２を小径化していくと、キャリア０２と現像ロールとの間の磁力が弱くなり、キャリア０２が感光体０４に移行する不具合、いわゆる、ＢＣＯ：Beads Carry Overが発生する問題がある。

ＢＣＯ対策のために、現像電圧（例えば、−極性）を利用して、静電気力を利用して、キャリア０２が感光体０４に移動しないようにすることが考えられる。このためには、キャリア０２の電気抵抗値を高くして、絶縁性に近づけ、キャリア０２の摩擦帯電時の電荷（例えば、＋極性）を自然放電しにくくすることが考えられる。
しかしながら、キャリア０２の電気抵抗値が高くなると、キャリア０２とトナー０１との静電気力も上昇する。したがって、現像に伴って一旦感光体０４にトナー０１が移動しても、キャリア０２に残った電荷でトナー０１が引き寄せられて、キャリア０２に再吸着される恐れがある。キャリア０２にトナー０１が再吸着されると、現像される画像の濃度が低下したり、部分的に画像が抜けたりする現像不良が発生する恐れがある。本願発明者の実験に基づく知見から、特許文献１に記載されているように、抵抗値が１０^９［Ω］以上になると、キャリア０２の大きさ、形状に関わらず、濃度不足等の現像不良が発生しやすくなることがわかった。

これに対して、実施例１では、高抵抗の小径キャリア２と低抵抗の大径キャリア３とが含有されている。したがって、小径キャリア２で画質が向上すると共に、高抵抗の小径キャリア２が感光体ドラムＰＲに移動するＢＣＯの発生が低減される。また、低抵抗の大径キャリア３が含まれており、小径キャリア２から大径キャリア３に電荷が逃げることが可能となっている。特に、小径キャリア２の中に大径キャリア３が混合されていると、空隙が発生しやすい。よって、大径キャリアが混合されない場合に比べて、大径キャリア３に小径キャリア２が接触しやすく、導電経路が確保されやすい。
したがって、小径キャリア２からトナー１が離れると、小径キャリア２の電荷が、電気抵抗の低い大径キャリア３に流れ、自然放電されやすい。したがって、実施例１では、特許文献１に記載の技術に比べて、画像の濃度が低下する等の現像不良の発生が低減される。

（実験例）
次に、実施例１の効果を確認するための実験を行った。
（実験例１）
実験は、富士ゼロックス株式会社製のDocu centre-V C-7755の現像装置を改造して行った。なお、使用した現像剤は、キャリア２，３は実施例１のものを使用した。
実験例１では、小径キャリア２と大径キャリア３との混合比を変えて実験を行った。実験例１の評価は、画像に過剰にトナーが付着する現象、いわゆる、かぶりを、官能評価で行った。評価では、グレードＧが低いほど、かぶりが少なく、グレードＧが高いほどかぶりが多いとして、評価した。
図４に実験結果を示す。

図４は実験例１の実験結果の説明図であり、横軸に大径キャリアの混合率を取り、縦軸に画像不良の評価を取ったグラフである。
図４において、大径キャリア３が多くなるほど、かぶりは少なくなることが確認された。なお、小径キャリア２が少なくなると解像度等が低くなるという別の問題が発生する。大径キャリア３の比率が、小径キャリア２よりも少なくなるに連れて、かぶりが少なくなることも確認された。グレードがいくつから許容範囲とするかは、利用者の要求する画像品質や設計、仕様等で異なるが、仮にグレード１以下が許容値であるとした場合には、大径キャリア３の混合率は２５％以下であることが望ましいことが確認された。

（実験例２）
実験例２では、キャリアの粒径に対する画質の粒状性（画像のノイズ、ざらつき）の評価の実験を行った。実験例２では、小径キャリア２の体積平均粒子径を変えながら行った。画像粒状性の評価は、官能評価で行った。なお、キャリアの粒径測定は、ベックマン・コールター社製のCOULTER MULTISIZER IIを使用した。その他は、実験例１と同様にして行った。
実験結果を図５に示す。

図５は実験例２の実験結果の説明図であり、横軸に平均キャリア粒径を取り、縦軸に画像粒状性のグレードを取ったグラフである。
図５において、小径キャリア２の平均粒子径が大きくなると、画質粒状性が悪化、すなわち、画質が低下することが確認された。グレードの許容範囲が、仮に、４．５以下の場合は、グラフから、体積平均粒子径が２９μm以下であることが好ましいことが確認された。

（実験例３）
実験例３では、小径キャリアの抵抗値と画質の評価の実験を行った。実験例３では、小径キャリア２の体積抵抗値を変えながら、像抜けの画質欠陥の評価と、キャリア飛散による画像白抜けの評価とを行った。
なお、小径キャリア２として、体積平均粒径が２５μｍのものを使用した。また、像抜けの評価は、官能評価で評価し、キャリア飛散による画像白抜けの評価は、白抜けの個数を計数して評価した。キャリアの電気抵抗値の測定は、日置電機株式会社製のSM-8215を使用した。その他は、実験例１と同様にして行った。
実験結果を図６に示す。

図６は実験例３の実験結果の説明図であり、図６Ａは小径キャリアの抵抗値と像抜けの画質欠陥の実験結果のグラフ、図６Ｂは小径キャリアの抵抗値とキャリア飛散による画像白抜けの実験結果のグラフである。
図６Ａにおいて、小径キャリアの体積抵抗値が大きくなるほど、像抜けが発生しやすくなることが確認された。一方で、図６Ｂにおいて、小径キャリアの体積抵抗値が小さくなるほど、白抜けが発生しやすくなることが確認された。したがって、仮に、像抜けのグレードの許容値が３．５以下、白抜け個数の許容値を２０個以下とした場合は、体積抵抗値は、１０^８〜１０^１１［Ω］が望ましく、特に、１０^９〜１０^１１［Ω］が好ましいことが確認された。

（実験例４）
実験例４では、大径キャリアの抵抗値と画質の評価の実験を行った。実験例４では、大径キャリア３の体積抵抗値を変えながら、像抜けの画質欠陥の評価を行った。
なお、大径キャリア３として、体積平均粒径が４０μｍのものを使用した。また、像抜けの評価は、実験例３と同様にした。また、キャリアの電気抵抗値の測定は、日置電機株式会社製のSM-8215を使用した。その他は、実験例１と同様にして行った。
実験結果を図７に示す。

図７は実験例４の実験結果の説明図であり、横軸に大径キャリアの抵抗値を取り、縦軸に像抜けのグレードを取ったグラフである。
図７において、大径キャリアの体積抵抗値が大きくなるほど、像抜けが発生しやすくなることが確認された。したがって、仮に、像抜けのグレードの許容値が３．５以下とした場合は、大径キャリア３の体積抵抗値は、１０^８［Ω］以下が望ましく、１０^７［Ω］以下が特に好ましいことが確認された。

（実験例５）
実験例５では、大径キャリアの体積平均粒子径と画質の評価の実験を行った。実験例５では、大径キャリア３の体積平均粒子径を変えながら、トナーのストレスによる転写不良での画質欠陥の評価を行った。
なお、転写不良の評価は、官能評価で行った。また、キャリアの粒径の測定は、実験例２と同様である。その他は、実験例１と同様にして行った。
実験結果を図８に示す。

図８は実験例５の実験結果の説明図であり、横軸に大径キャリアの粒径を取り、縦軸に転写不良のグレードを取ったグラフである。
図８において、大径キャリアの体積平均粒子径が大きくなるほど、転写不良が発生しやすくなることが確認された。したがって、仮に、グレードの許容値が２．５以下とした場合は、大径キャリア３の体積平均粒子径は、７３［μｍ］以下が望ましく、７０［μｍ］以下が特に好ましいことが確認された。

（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記各実施例において、画像形成装置の一例としての複写機Ｕを例示したが、これに限定されず、プリンタ、ＦＡＸ、あるいはこれら複数の機能を備えた複合機等に適用可能である。また、単色現像の画像形成装置に限定されず、多色、いわゆるカラーの画像形成装置により構成することも可能である。

１…トナー、
２…第１のキャリア、
３…第２のキャリア、
Ｆ…定着装置、
Ｇ…現像装置、
ＰＲ…像保持体、
Ｒ０…現像剤の保持体、
Ｓ…媒体、
ＴＵ…転写装置、
Ｕ…画像形成装置、
Ｖ…収容部。

Claims (3)

1. 像保持体に対向して配置され、表面に現像剤を保持して回転する現像剤の保持体と、
   前記現像剤の保持体を回転可能に支持する収容部であって、トナーと、前記トナーと摩擦帯電される第１のキャリアと、前記第１のキャリアに比べて大径且つ低電気抵抗値の第２のキャリアと、を含む前記現像剤を収容する収容部と、
   を備えたことを特徴とする現像装置。
2. 前記第１のキャリアに比べて、前記第２のキャリアの含有率の方が少ないことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 像を表面に保持する像保持体と、
   前記像保持体の表面に保持された潜像を可視像に現像する請求項１または２に記載の現像装置と、
   可視像を媒体に転写する転写装置と、
   媒体に転写された可視像を媒体に定着させる定着装置と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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