(57)【要約】【課題】現像装置全体の駆動投入エネルギーに対しての現像剤の従横攪拌、補給トナーの分散、及びトナー帯電立ち上げの効率の良い現像装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】現像剤攪拌搬送部材は、駆動源に接続して駆動回転される回転軸部と、該回転軸部の周囲に形成された螺旋状羽根部材により現像剤を主に該回転軸に平行に搬送する搬送部と、該回転軸に平行又は斜行する態様でその両端部又は両端部近傍が前記螺旋状羽根部材固定された複数の線状部材により現像剤を主に剪断、攪拌する攪拌部とから構成され、前記攪拌部の複数の線状部材の断面の該回転軸の法線方向に占める長さの和Ｂ（＝Σｂ）の最大値ＢMAXがＲｃ＜ＢMAX≦５０Ｒｃ、０．０１（Ｄ−ｄ）＜ＢMAX≦０．２（Ｄ−ｄ）の関係に設定されている。【選択図】        図７
2004191882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積平均粒径が１０μｍ以下のトナーと体積平均粒径が１００μｍ以下のキャリアとを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容部と、
表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され、前記２成分現像剤の薄層を担持して、前記像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に平行して配置され前記２成分現像剤を攪拌して前記現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材と、
を備え、前記現像剤担持体と前記像担持体との近接位置で前記現像剤担持体上の前記２成分現像剤からトナーを前記像担持体に転移させて、前記静電潜像を可視化する現像装置において、
前記現像剤攪拌搬送部材が、
駆動源から駆動力を得て回転駆動される回転軸と、
該回転軸部の周囲に形成された螺旋状羽根部材により前記２成分現像剤を主として前記回転軸の軸方向に平行な方向に搬送する搬送部と、
前記回転軸の軸方向に対して所定の角度をもって前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材からなり、前記２成分現像剤を主として剪断し、攪拌する攪拌部とから構成され、
前記攪拌部の複数の線状部材の断面の前記回転軸の法線方向に占める長さの和Ｂ（＝Σｂ）の最大値ＢMAXが、キャリアの体積平均粒径をＲｃとしたときに、
Ｒｃ＜ＢMAX≦５０Ｒｃ
０．０１（Ｄ−ｄ）＜ＢMAX≦０．２（Ｄ−ｄ）
ただし、Ｄ：該攪拌搬送部材の螺旋状羽根部材の回転軌跡の直径［ｍｍ］
ｄ：該攪拌搬送部材の回転軸の外径［ｍｍ］
の関係に設定されていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材の５０％以上が、前記螺旋状羽根部材の先端部の回転軌跡上を含む回転軌跡近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材の６０％ないし９５％が、前記２成分現像剤に埋没した状態で回転するように前記現像剤攪拌搬送部材が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
【請求項４】
前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材の軸方向断面であって、同一回転軌跡面に存在する前記線状部材の断面の占有率が７０％以下に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材が
回転軌跡の異なる線状部材を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記現像剤攪拌搬送部材の回転軸の６０％以上が、前記２成分現像剤に埋没した状態で回転するように前記現像剤攪拌部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項７】
前記複数の線状部材を備えた現像剤攪拌搬送部材の少なくとも一対が現像剤搬送方向が異なるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項８】
前記複数の線状部材の一部の線状部材の回転軌跡の周速が、前記現像剤担持体の周速以下に設定されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項９】
前記複数の線状部材が螺旋状羽根部材との固定位置とは異なる位置で連結部材により連結されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１０】
前記線状部材の回転軸の法線方向に占める幅Ｗが前記２成分現像剤中のキャリアの体積平均粒径Ｒｃの２０倍以下になるように前記幅Ｗが設定されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１１】
前記現像剤攪拌搬送部材の動トルク変動が＋２５％から−２５％の間に設定されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１２】
前記２成分現像剤が、４５ｓｅｃ／５０ｇ（ＪＩＳＺ−２５０２）以下の流動度であることを特徴とする請求項１、３及び６のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１３】
前記２成分現像剤のトナーの加速凝集度が２０％以下であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項１４】
前記現像剤担持体に直流成分に交流成分を重畳させるバイアス電界を印加し、前記現像剤担持体上の２成分現像剤のトナーで前記静電潜像を可視化することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項１５】
前記現像剤攪拌搬送部材を少なくとも二つ以上の樹脂成型部品を合体した組み立て部品で構成することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項１６】
前記トナーが、有機溶媒中に少なくとも、ウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤を含むトナー組成物を溶解または分散させ、該溶解または分散物を水系媒体中に分散し、重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄して得られたカラートナーであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項１７】
前記トナーは、重量平均粒径が４．０〜８．０μｍであり、粒径分布がＤｖ／Ｄｎ≦１．２５（Ｄｖ：重量平均粒径、Ｄｎ：個数平均粒径）であることを特徴とする請求項１または１６記載の現像装置。
【請求項１８】
前記トナーが、平均円形度０．９０〜０．９９のトナーであることを特徴とする請求項１、１６または１７のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１９】
前記現像剤担持体上のトナーの感光体に対向した面におけるトナーの被覆率をＰ［％］、現像剤担持体線速ｖＤと感光体線速ｖＰの線速比をｖＤ／ｖＰとすると、Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）が、
１／０．９８≦Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）／１００≦１．５／０．８
の範囲になるように制御することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項２０】
前記２成分現像剤が、磁性キャリアとトナーからなり、
前記磁性キャリアの体積平均粒径がトナーの体積平均粒径より大きく、磁化が３０〜１０００ｅｍｕ／ｃｍ＾３（１１ｋＯｅ磁場中）であることを特徴とする請求項１、６、７、１０、１２及び１３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項２１】
現像剤層の最大現像電位差印加時における磁石を内包した前記現像剤担持体にキャリアを坦持させ、幅６５ｍｍ、長さ１ｍｍの面積の電極をギャップ０．９ｍｍで当接させ、耐圧上限レベル未満の印加電圧を印加した時の抵抗値が１０＾７Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項２２】
像担持体を帯電させる帯電手段と、
像担持体に潜像を形成するために光書き込みを行う露光装置と、
前記露光装置によって形成された潜像を現像する請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の現像装置と、
前記現像装置によって現像された顕像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記転写手段によって転写された記録媒体上の顕像を定着する定着装置と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
暗部電位をＶＤ、露光後電位をＶＬ、現像バイアス電圧をＶＢとすると
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖ
を満足していることを特徴とする請求項２２記載の画像形成装置。
【請求項２４】
像担持体、帯電装置、現像装置、クリ−ニング装置より選ばれる少なくとも１つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、
前記現像装置が、請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の現像装置からなることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。
【請求項２５】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の現像装置を使用して現像する現像方法において、
動トルク変動が＋２５％から−２５％の間で前記現像剤攪拌搬送部材を回転させることを特徴とする現像方法。
【請求項２６】
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の現像装置を使用して現像する現像方法において、
前記現像剤担持体上のトナーの感光体に対向した面におけるトナーの被覆率をＰ［％］、現像剤担持体線速ｖＤと感光体線速ｖＰの線速比をｖＤ／ｖＰとすると、Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）が、
１／０．９８≦Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）／１００≦１．５／０．８
の範囲になるように制御することを特徴とする現像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等において、感光体表面に形成された静電荷像を顕像化するための現像装置、該現像装置を使用した画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発明として例えば特開平１０−６３０８１号公報記載の発明が公知である。この発明は、現像剤に過大な力を作用させずに、補給トナーを現像剤中に即時に分散させて適切な帯電量を付与することが可能であり、かつ現像剤収容部における現像剤のトナー濃度を均一化する能力の高い現像装置を提供するためになされたもので、トナーとキャリアとを混合した２成分現像剤を収容する現像剤収容部に、現像剤が循環移送される現像剤搬送路が設けられ、この現像剤搬送路内には送りねじ状の翼体を有する現像剤搬送部材が設けられており、この翼体間にメッシュ状のスクリーン部材が取り付けられている。この現像剤搬送部材が回転することによって、現像剤が搬送されるとともに、メッシュ状のスクリーン部材を複数回通過し、現像剤の攪拌が行なわれるとともに、トナーとキャリアとの摩擦によって適切な帯電が行なわれるように構成している。
【０００３】
また、特開２０００−１９８２３号公報に開示された発明も公知である。この発明は、現像装置の駆動開始時及び長時間連続攪拌時の現像剤劣化、現像剤の帯電量不足、画像濃度の低下、放置混色の増加等の問題を解消するためになされたもので、攪拌部の突起部材の最大投影面積Ｘが、
（Ｐ×Ｄ）／２００≦Ｘ≦（Ｐ×Ｄ）／７
０．０１５〔Ｄ×（Ｆ＋ｆ）〕≦Ｘ≦０．２〔Ｄ×（Ｆ＋ｆ）〕
の関係になるように設定している。なお、式中、Ｐは搬送部４５Ｂの螺旋状羽根部材のピッチ距離［ｍｍ］、Ｄは搬送部４５Ｂの螺旋状羽根部材の先端部の回転軌跡の直径［ｍｍ］、Ｘは突起部材の突設方向に対して垂直方向から投影したときの突起部材の最大投影面積［ｍｍ２］、Ｆは搬送部４５Ｂの根元部における回転軸方向の幅寸法［ｍｍ］、ｆは搬送部４５Ｂの先端部における幅寸法［ｍｍ］である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−６３０８１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−１９８２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の発明では、スクリーン部材をパドル状に２ヶ所設けた場合は該部が最下方位置や現像ローラと最近接対向の際の動トルクが平均トルクより大幅に高まり、トルク変動が大きく、駆動モータトルク余裕を大きくとる必要があった。また該駆動モータトルクに余裕が少ないと現像系の回転ムラによって現像画像にピッチムラ、バンディング等の濃度ムラが発生し易い。一方、螺旋状スクリュー部分の一部又は全体をスクリーン部材で構成した場合は、スクリュー部材の開口個所に現像剤の横送り能力がないので、現像剤の横攪拌（現像ローラ軸方向の攪拌）の能力が低減する。
【０００７】
また、後者の発明では、螺旋状スクリューの回転軸部に突設された複数の突起部材は剤を遠心方向に抛出する機能があるが、空隙発生個所への現像剤の自重落下移動を利用する態様の現像剤の攪拌効果は殆ど得られない。流動する現像剤の分散混合、攪拌機能に関し改良の余地がある。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、トルクをあまり高めることなく、現像剤を効率よく、高速で剪断することが可能であって、補給トナーの現像剤への分散性・縦攪拌性（円周方向の攪拌性）を改良した現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置並びにこの現像装置を使用した現像方法を提供することにある。
【０００９】
また、他の目的は、現像装置全体の駆動投入エネルギーに対しての現像剤の縦横攪拌（円周方向及び軸方向）、補給トナーの分散、及びトナー帯電立ち上げの効率の良い現像装置及び画像形成装置並びに前記現像装置を使用した現像方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため第１の手段は、体積平均粒径が１０μｍ以下のトナーと体積平均粒径が１００μｍ以下のキャリアとを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容部と、表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され、前記２成分現像剤の薄層を担持して、前記像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に平行して配置され前記２成分現像剤を攪拌して前記現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材とを備え、前記現像剤担持体と前記像担持体との近接位置で前記現像剤担持体上の前記２成分現像剤からトナーを前記像担持体に転移させて、前記静電潜像を可視化する現像装置において、前記現像剤攪拌搬送部材が、駆動源から駆動力を得て回転駆動される回転軸と、該回転軸の周囲に形成された螺旋状羽根部材により前記２成分現像剤を主として前記回転軸部の軸方向に平行な方向に搬送する搬送部と、前記回転軸部の軸方向に対して所定の角度をもって前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材からなり、前記２成分現像剤を主として剪断し、攪拌する攪拌部とから構成され、前記攪拌部の複数の線状部材の断面の前記回転軸の法線方向に占める長さの和Ｂ（＝Σｂ）の最大値ＢMAXが、キャリアの体積平均粒径をＲｃとしたときに、
Ｒｃ＜ＢMAX≦５０Ｒｃ
０．０１（Ｄ−ｄ）＜ＢMAX≦０．２（Ｄ−ｄ）
ただし、Ｄ：現像剤攪拌搬送部材の螺旋状羽根部材の回転軌跡の直径［ｍｍ］
ｄ：現像剤攪拌搬送部材の回転軸の外径［ｍｍ］
の関係に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
このように構成すると、二成分現像剤（以下、単に現像剤と称す）を高い効率で、かつ高速で剪断することが可能となり、補給トナーの現像剤への分散性・縦攪拌性をトルクを高めないで改良することができる。
【００１２】
第２の手段は、第１の手段において、前記螺旋状羽根部材固定された複数の線状部材の５０％以上を、螺旋状羽根部材の先端部の回転軌跡上又は近傍に配置したことを特徴とする。
【００１３】
このように構成すると、現像剤の高効率、高速剪断を行い攪拌効率を向上させることができる。
【００１４】
第３の手段は、第１または第２の手段において、前記螺旋状羽根部材固定された複数の線状部材の６０％ないし９５％を、現像剤に埋没した状態で回転させることを特徴とする。
【００１５】
このように構成すると、トルク変動抑制により、駆動モータトルク抑制や、現像ローラ回転ムラ等によるピッチムラ、バンディング等の画像濃度ムラを防止することができる。
【００１６】
第４の手段は、第１ないし第３の手段において、前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材の軸方向断面であって、同一回転軌跡面に存在する該線状部材断面の占有率を７０％以下にすることを特徴とする。
【００１７】
このように構成すると、遊離トナーや現像剤の自重落下現象を利用して、攪拌搬送部材のトルクを上げずに現像剤の攪拌効率を向上させることができる。
【００１８】
第５の手段は、第１ないし第４の手段において、前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材が回転軌跡の異なる線状部材を含むこと、言い換えれば、一部の回転軌跡を互いに異なる回転軌跡になるように前記複数の線状部材を配置したことを特徴とする。
【００１９】
このように構成すると、最大トルクを上げないで剪断、分散機能を高め、攪拌効率を向上させることができる。
【００２０】
第６の手段は、第１の手段において、前記現像剤攪拌搬送部材の回転軸部の６０％以上を現像剤中に埋没させた状態で回転させることを特徴とする。
【００２１】
このように構成すると、攪拌効率の向上及び省スペース化を図ることができる。
【００２２】
第７の手段は、第１ないし第６の手段において、複数の線状部材を備えた現像剤攪拌搬送部材の少なくとも一対が現像剤搬送方向が異なるように設定されていることを特徴とする。
【００２３】
このように構成すると、現像剤の攪拌搬送部材の回転軸方向の偏りを防止することができる。
【００２４】
第８の手段は、第１ないし第７の手段において、前記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材の一部の回転軌跡周速が、像担持体と対向する現像剤担持体の周速以下に設定されていることを特徴とする。
【００２５】
このように構成すると、駆動トルクの低減を図ることができる。
【００２６】
第９の手段は、第１ないし第８の手段において、前記複数の線状部材が螺旋状羽根部材との固定位置とは異なる位置で連結部材により連結されていることを特徴とする。
【００２７】
このように構成すると、線状部材の変形防止による攪拌効率を高効率、高安定に維持することができる。
【００２８】
第１０の手段は、第１ないし第９の手段において、前記線状部材の回転軸の法線方向に占める幅Ｗが前記２成分現像剤中のキャリアの体積平均粒径Ｒｃの２０倍以下になるように前記幅Ｗが設定されていることを特徴とする。
【００２９】
このように構成すると、現像剤の分散性向上と駆動トルク上昇防止の両立を図ることができる。
【００３０】
第１１の手段は、第１ないし第１０の手段において、前記現像剤攪拌搬送部材の動トルク変動が＋２５％から−２５％の間に設定されていることを特徴とする。
【００３１】
このように構成すると、ピッチムラ、バンディング等の画像濃度ムラを防止することができる。
【００３２】
第１２の手段は、第１、第３及び第６の手段において、前記現像剤の流動度が４５ｓｅｃ／５０ｇ（ＪＩＳＺ−２５０２）以下であることを特徴とする。
【００３３】
このように構成すると、現像剤の分散性の向上と駆動トルクの低減を図ることができる。
【００３４】
第１３の手段は、第１の手段において、現像剤中のトナーの加速凝集度がパウダーテスタの計測値で２０％以下であることを特徴とする。ただし、加速凝集度測定篩のメッシュ径は７５μｍ、４５μｍ、２２μｍである。
【００３５】
このように構成すると、現像剤の分散性の向上と駆動トルクの低減を図ることができる。
【００３６】
第１４の手段は、第１の手段において、像担持体と対向する現像剤担持体に、直流成分に交流成分を重畳させるバイアス電界を印加し、該現像剤担持体上の２成分現像剤中のトナーで前記静電潜像を可視化することを特徴とする。
【００３７】
このように構成すると、現像剤攪拌部のトルク低減によって現像剤の寿命向上を図ることができるとともに、現像ムラを抑制することが可能になる。
【００３８】
第１５の手段は、第１の手段において、前記現像剤攪拌搬送部材を少なくとも二つ以上の樹脂成型部品を合体した組み立て部品で構成することを特徴とする。
【００３９】
このように構成すると、像剤攪拌部材の材料費、加工費等のコスト低減を図ることができる。
【００４０】
第１６の手段は、第１５の手段におけるトナーが、有機溶媒中に少なくとも、ウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤を含むトナー組成物を溶解または分散させ、該溶解または分散物を水系媒体中に分散し、重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄して得られたカラートナーであることを特徴とする。
【００４１】
このように構成すると、現像剤の分散性の向上と駆動トルクの低減を図ることができる。
【００４２】
第１７の手段は、第１または第１６の手段において、前記トナーは、重量平均粒径が４．０〜８．０μｍであり、粒径分布がＤｖ／Ｄｎ≦１．２５（Ｄｖ：重量平均粒径、Ｄｎ：個数平均粒径）であることを特徴とする。
【００４３】
このように構成すると、現像剤の分散性の向上と駆動トルクの低減を図ることができる。
【００４４】
第１８の手段は、第１、第１６及び第１７の手段において、前記トナーが、平均円形度０．９０〜０．９９のトナーであることを特徴とする。ただし、「円形度＝粒子の投影面積と同じ面積を有する円の周囲長／粒子投影像の周囲長」である。
【００４５】
このように構成すると、現像剤の分散性の向上と駆動トルク低減を図ることができる。
【００４６】
第１９の手段は、第１の手段において、現像剤担持体上トナーの感光体に対向した面におけるトナーの被覆率をＰ［％］、現像剤担持体線速ｖＤと感光体線速ｖＰの線速比をｖＤ／ｖＰとするとＰ・（ｖＤ／ｖＰ）が、
１／０．９８≦Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）／１００≦１．５／０．８
の範囲になるように制御することを特徴とする。
【００４７】
すなわち、
１０２≦Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）≦１８７．５
ただし、２成分現像剤における前記被覆率Ｐは、ｒ／Ｒ＜１の場合、次式で近似できる。
【００４８】
Ｐ＝１００×Ｃ×（√３）／｛２π（１００−Ｃ）（１＋ｒ／Ｒ）＾２（ｒ／Ｒ）（ρｔ／ρｃ）｝
Ｃ：トナー濃度（重量％）
ｒ：トナーの体積平均粒径
Ｒ：キャリアの体積平均粒径
ρｔ：トナーの真比重
ρｃ：キャリアの真比重
このように構成すると、濃度ムラ、ざらつき感の少ない高品質画像を得ることができる。
【００４９】
第２０の手段は、第１の手段において、現像剤が磁性キャリアとトナーからなる２成分現像剤であり、該磁性キャリアの体積平均粒径がトナーの体積平均粒径より大きく磁化が３０乃至１０００ｅｍｕ／ｃｍ＾３（１１ｋＯｅ磁場中）である事を特徴とする。なお、本明細書中で＾は冪乗を示し、ｃｍ＾３はｃｍの３乗、すなわち、立方センチメータを意味する。
【００５０】
このように構成すると、低ストレス現像とキャリア付着防止の両立を図ることができる。
【００５１】
第２１の手段は、第１の手段において、現像剤層の最大現像電位差印加時のダイナミック抵抗が１０＾７Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００５２】
ただし、ダイナミック抵抗とは、磁石を内包したローラ（φ２０；６００ＲＰＭ）にキャリアを坦持して、幅６５ｍｍ、長さ１ｍｍの面積の電極をギャップ０．９ｍｍで当接させ、耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）未満の印加電圧を印加した時の抵抗値を示す。
【００５３】
このように構成すると、低ポテンシャル現像と地汚れ防止の両立を図ることができる。
【００５４】
第２２の手段は、像担持体を帯電させる帯電手段と、像担持体に潜像を形成するために光書き込みを行う露光装置と、前記露光装置によって形成された潜像を現像する請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の現像装置と、前記現像装置によって現像された顕像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写手段によって転写された記録媒体上の顕像を定着する定着装置とを備えていることを特徴とする。
【００５５】
第２３の手段は、第２２記載の画像形成装置において、
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖ
を満足していることを特徴とする。
【００５６】
このように構成すると、トナー消費量低減と定着エネルギー低減を図ることができる。
【００５７】
第２４の手段は、像担持体、帯電装置、現像装置、クリ−ニング装置より選ばれる少なくとも１つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、前記現像装置が、請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の現像装置からなることを特徴とする。
【００５８】
このおうに構成すると、プロセスカートリッジ現像剤へのハザード低減による長寿命化及び現像能力の向上を図ることができる。
【００５９】
第２５の手段は、第１ないし第１０の手段に係る現像装置を使用して現像する現像方法において、動トルク変動が＋２５％から−２５％の間で前記現像剤攪拌搬送部材を回転させることを特徴とする。
【００６０】
このように構成すると、ピッチムラ、バンディング等の画像濃度ムラを防止することができる。
【００６１】
第２６の手段は、第１ないし第１８の手段に係る現像装置を使用して現像する現像方法において、前記現像剤担持体上のトナーの感光体に対向した面におけるトナーの被覆率をＰ［％］、現像剤担持体線速ｖＤと感光体線速ｖＰの線速比をｖＤ／ｖＰとすると、Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）が、
１／０．９８≦Ｐ・（ｖＤ／ｖＰ）／１００≦１．５／０．８
の範囲になるように制御することを特徴とする。
【００６２】
このように構成すると、濃度ムラ、ざらつき感の少ない高品質画像を得ることができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、前述の従来例と同等及び各実施形態で同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００６４】
図１は本発明の実施に係る画像形成システム装置全体の概略構成を示す図である。同図において、静電潜像担持体である感光体ドラム（以下、単に感光体と称す）１の周囲には、当該感光体１表面を帯電するための帯電装置２、一様帯電処理面に潜像を形成するためのレーザ光線で書き込む画像露光部３、感光体１表面の潜像に帯電トナーを付着させることによってトナー像を形成する現像装置４、感光体１表面に形成されたトナー像を記録紙へ転写するための転写装置５、感光体１上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置６、感光体１上の残留電位を除去するための除電ランプ７が順に配設されている。このような構成において、帯電装置２の帯電ローラによって表面が一様に帯電された感光体１は、露光によって表面に静電潜像が形成され、トナーのみからなる１成分系現像剤又はトナーとキャリアを混合した２成分系現像剤を用いる現像装置４によってトナー像が形成される。このトナー像は、転写ベルトなどからなる転写装置５によって、不図示の給紙トレイから搬送されてくる記録紙へ感光体１表面から転写される。この転写の際に感光体１に静電的に付着した記録紙は、記録紙の重さ、剛性、記録紙と分離搬送手段との吸着力、分離爪等の効果で感光体１表面から分離される。そして、未定着の記録紙上のトナー像は加熱及び加圧する定着器８によって記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体１上に残留したトナーは、クリーニング装置６によって除去され回収される。残留トナーが除去された感光体１は除電ランプ７で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００６５】
図２は現像装置４の構成を示す図である。本実施形態に係る現像装置４は２成分現像剤を使用する現像装置である。現像装置４は現像容器４０と、現像容器４０の感光体１側の開口部４１に設けられた現像ローラ４２と、前記開口部４１の現像ローラ４２の表面に対向する位置に設けられたドクタブレード４３と、２段にわたって設けられ、現像剤４６を移送するとともに現像剤４６を攪拌する現像剤攪拌搬送部材４４，４５（以下、ダブルスクリューとも称す）とからなる。現像剤担持体である現像ローラ４１は感光体１に近接するように配置されていて、双方の対向部分には、感光体１と磁気ブラシが接触する現像領域が形成されている。現像ローラ４２は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブと、この現像スリーブを回転駆動する不図示の回転駆動機構からなり、この回転機構は前記現像スリーブを図２において時計回りに回転させる。以下、現像スリーブも含めて現像ローラと称す。なお、符号４６ａはスクリュー部現像剤だまりの現像剤４６の最上面を示し、符号４０ａはトナー補給孔を示す。
【００６６】
現像ローラ４１の表面はサンドブラストもしくは数十〜数百ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行い１０〜２０μｍＲＺの範囲に入るように荒らしている。感光体１はアルミ等の素管に感光性を有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したドラムタイプのものである。２成分現像剤はキャリア表面をトナー一層で最蜜に覆い尽くす程度の被覆率を１００％と見なした場合、非磁性トナーを用いたとき、高々７０％程度になるようにトナー補給を制御してトナー帯電不足によるトナー飛散や地汚れを防止している。なお、ＲＺは十点平均粗さを表す。
【００６７】
本実施形態においては、前記トナーのキャリアに対する被覆率を５０％中心に制御し、感光体１のドラム径が６０ｍｍで、ドラム線速が２４０ｍｍ／秒に設定され、現像スリーブのスリーブ径が２０ｍｍで、ローラ線速が６００ｍｍ／秒に設定されている。したがって、ドラム線速に対するスリーブ線速の比は２．５倍である。すると接触現像であれば、トナーと感光体１表面は現像ニップにおいて確実に１回ないし１．５回の割合でトナー粒径レベル範囲で接触することになり、現像電界が十分作用すれば、画像の欠落のないかつ画像濃度の十分な画像を得ることができる。
【００６８】
２成分現像剤における被覆率Ｐは、
ｒ／Ｒ≪１
の場合、
Ｐ＝１００×Ｃ×（√３）／｛２π（１００−Ｃ）（１＋ｒ／Ｒ）＾２（ｒ／Ｒ）（ρｔ／ρｃ）｝
Ｃ：トナー濃度（重量％）
ｒ：トナーの体積平均粒径
Ｒ：キャリアの体積平均粒径
ρｔ：トナーの真比重
ρｃ：キャリアの真比重
で近似できる。なお、現像バイアスが交番電界を生じる振動バイアスを用いると、現像剤担持体の潜像担持体に対する線速比を上記の２．５倍相当ではなく高々１．５倍程度にしても現像剤中のトナーを有効に現像に使用でき十分な現像を行なうことができる。図３に前記各要素とトナー飛散、地汚れの状態を比較して示す。
【００６９】
図４ないし図６に従来のダブルスクリューに使用している現像剤攪拌搬送部材の例を示す。
【００７０】
図４に示した現像剤攪拌搬送部材１０は回転軸１１の外周に螺旋状にスクリュー羽根１２を設けたもので、横方向の現像剤攪拌性については良いが、補給トナーの微分散については積極的な役割を示す構成になっていない。
【００７１】
図５に示した現像剤攪拌搬送部材１３は図４に示した現像剤攪拌搬送部材１０の軸方向にメッシュ部材１４を設け、スクリュー羽根１２と一体に回転させるようにしたもので、補給トナーの分散性が改善されるが、最大駆動トルクの上昇や横攪拌性能の低下等を招き、改良の余地が多々ある。なお、メッシュ部材は例えば、ＳＵＳ３０４世の平織り金網で、線径は０．２８ｍｍ、目開き１ｍｍ、開口率６１％である。
【００７２】
図６に示した現像剤攪拌搬送部材１５はスクリュー羽根１２が設けられた回転軸１１に棒状の部材１６を軸表面から円周方向に突出させ、撹拌機能を持たせたもので、このように構成すると分散性は改善されるが、駆動トルクを上昇させる割合に比べ該改善効果が少ない。
【００７３】
図７ないし図１１に本発明の実施形態に係るダブルスクリュー４４，４５に使用している現像剤攪拌搬送部材の例を示す。
【００７４】
図７は現像剤攪拌搬送部材１７を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図７に示した現像剤攪拌搬送部材１７は、駆動源に接続して駆動回転される回転軸１１と、この回転軸１１の周囲に形成された螺旋状のスクリュー羽根１２と、前記スクリュー羽根１２に固定され、前記回転軸１１の軸方向に平行に配された複数本の線状部材１８とからなる。スクリュー羽根１２は現像剤４６を主に回転軸１１に平行に搬送する搬送部として機能し、線状部材１８は現像剤４６を主に剪断、攪拌する攪拌部として機能する。なお、この実施形態では、潜像部材１８は回転軸１１に平行に配置されているが、斜めに配置することもできる。
【００７５】
この現像剤攪拌搬送部材１７では、前記線状部材１８の断面の回転軸１１の法線方向に占める長さの和Ｂ（＝Σｂ）の最大値ＢMAXが、
Ｒｃ＜ＢMAX≦５０Ｒｃ  ・・・（１）
０．０１（Ｄ−ｄ）＜ＢMAX≦０．２（Ｄ−ｄ）  ・・・（２）
ただし、Ｒｃ：キャリアの体積平均粒径
Ｄ：現像剤攪拌搬送部材のスクリュー羽根の回転軌跡の直径［ｍｍ］
ｄ：現像剤攪拌搬送部材の回転軸の外径［ｍｍ］
に設定されている。
【００７６】
線状部材１８の１本当たりの断面の回転軸１１の法線方向に占める長さ（真円断面では直径に相当）についてはキャリア直径の２０倍以下が補給トナーの微分散の上から好適である。また、複数の線状部材１８の５０％以上（図７では１００％−断面比）を、スクリュー羽根１２の先端部の回転軌跡上又は近傍に配置し、角速度に対する線状部材１８の線速をなるべく大きくして攪拌性能の効率向上を図っている。
【００７７】
また、スクリュー羽根１２に固定された複数の線状部材１８は現像剤４６中に完全に埋没させずに６０％ないし９５％を、現像剤４６に埋没させた状態で回転させるようにしている。符号４６ｂは現像剤４６の上面４６ｂを示す。これによりトルク変動を抑え、かつ補給トナーを効率良く現像剤４６中に分散させることができる。なお、前記線状部材１８の断面は図８に示すように円（ａ）、楕円（ｂ）、正方形（ｃ）、三角形（ｄ）、菱形（ｅ）、長方形（ｆ）などの種々の形状を取り得るが、図示しているように進行（移動）方向下流側に面した表面が現像剤４６を抱え込み難いようキャリアの体積平均粒径を超える様な深さを有する凹部がなるべく存在しないように構成することが望ましい。なお、現像剤攪拌搬送部材１７の回転軸１１は特に攪拌能力がないので、回転軸１１の６０％〜１００％を現像剤に埋没させた状態で回転させることによって、殆ど攪拌効率を落とさずに省スペース化を図ることができる。
【００７８】
なお、図２のように複数本の現像剤攪拌搬送部材１７を使用する場合には、少なくとも一対の現像剤攪拌搬送部材１７の現像剤搬送方向が逆方向になるように配置すると、現像剤のバランスを良好に維持し易い。また、前記スクリュー羽根１２に固定された複数の線状部材１８の一部の回転時の周速が、感光体（像担持体）と対向する現像ローラ４２（現像剤担持体）の周速以下にし、トルクを下げても攪拌性能は良好に維持することができる。
【００７９】
図９は図７に示した現像剤攪拌搬送部材１７の第１変形例を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この変形例に係る現像剤攪拌搬送部材１７ａは、図７の場合よりの多くの線状部材１８を設置したもので、分散機能を高めながら、最大駆動トルクが左程高まらないように、複数の線状部材１８の回転軌跡が異なるものを含むように線状部材１８の配置位置を設定したものである。この変形例においても図７に示したものの場合と同様に、複数の線状部材１８の軸方向断面であって、同一回転軌跡面に存在する該線状部材断面の占有率を７０％以下にし、攪拌効率向上に伴う最大トルク上昇を抑制している。
【００８０】
図１０は図７に示した現像剤攪拌搬送部材１７の第２変形例を示す正面図である。この第２の変形例に係る現像剤攪拌搬送部材１７ｂでは、横攪拌機能を示すスクリュー羽根１２を回転軸１１近傍で中抜きにしたリボン状のスクリュー羽根１２ａとし、現像ローラ４２との間で授受される現像剤以外にはなるべくストレスを与えず現像剤の寿命伸張と低トルク化を図ったものである。なお、複数の線状部材１８は図７の例の場合と同様に設けられている。
【００８１】
図１１は図７に示した現像剤攪拌搬送部材１７の第３変形例を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００８２】
この第３変形例に係る現像剤攪拌搬送部材１７ｃは、図７に示した現像剤攪拌搬送部材１７に対して複数の線状部材１８を連結する線状部材１９を螺旋状に配したもので、この変形例では、１本の線状部材１８を固定した隣接するスクリュー羽根１２の中間部で各線状部材１８と１本の前記線状部材１９が接合されている。これにより、線状部材１８の構造的な変形を抑制している。
【００８３】
このように本実施形態及び各変形例に係る現像剤攪拌搬送部材１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃは複雑な形状となっているが、少なくとも２つの分割部品構成にし、樹脂成型部品を合体した組み立て部品にすると、容易かつ安価に製造できる。
【００８４】
図１２ないし図１６は前述のように構成した本発明の実施形態の各特性を示す図である。
【００８５】
図１２は本実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材の条件と地汚れとの関係を示す特性図で、キャリア粒径をパラメータにとったときのＢMAXと地汚れとの関係を示す。図１２から隣接する線状部材１８間の幅が広すぎても狭すぎても、補給トナーを現像剤４６中に分散させる機能が発揮できないことが分かる。また、隣接する線状部材１８間の最適幅はキャリア粒径により影響されることがこの図から分かる。
【００８６】
図１３は図１２で分かった特性からキャリア粒径の依存性を考慮し、平均粒径５０μｍキャリアの例を抜粋し、横軸は線状部材幅をキャリア粒径で割った値で示した。２５μｍ及び１００μｍのキャリア粒径の現像剤の場合も地汚れランク４以上を示す良好な線状部材幅の範囲もほぼ同様で、キャリア粒径より大きくかつ５０倍以下であった。
【００８７】
他の主な固定条件は、
現像ローラ径：３０ｍｍ
現像ローラの線速：３８０ｍｍ／ｓｅｃ
スクリュー羽根：最外径２４ｍｍ
螺旋ピッチ：２０ｍｍ
スクリュー羽根の線速：３７０ｍｍ／ｓｅｃ
現像ローラとスクリュー羽根との最外径部間隙：３ｍｍ
である。
【００８８】
図１４は動トルク特性を示す図で、現像ローラ４２とスクリュー羽根１２を通常通り同時回転させて剤循環がほぼ定常状態を示した状態で、現像ローラ４２を停止させて、スクリュー羽根１２のみを回転させた状態での動トルク（ＢMAXに対する最大トルク比）を示している。この例では、攪拌搬送、特に線状部材１８が現像剤４６中の最も剤密度が高まる鉛直下方にある場合や現像ローラ４２に最近接状態で対向した場合に最大トルクを示す例を示した。ＢMAX＝０を基準値１００として相対トルクでパラメータである［Ｄ−ｄ］が違う場合、１００を表すトルクは違う場合がある。なお、［Ｄ−ｄ］は前述のように、Ｄが現像剤攪拌搬送部材のスクリュー羽根の回転軌跡の直径［ｍｍ］を、ｄが現像剤攪拌搬送部材の回転軸の外径［ｍｍ］を表すことから、実際に現像剤の搬送と撹拌に寄与する半径方向の長さ寸法に対応する。
【００８９】
図１５は図１４の横軸を［Ｄ−ｄ］との比に置き換えて示したもので、Ｄ−ｄ＝１４ｍｍと７ｍｍはほぼ同じ線上にのっている。
【００９０】
他の主な固定条件は、
線状部材線径：１ｍｍ
現像ローラ径：３０ｍｍ
現像ローラの線速：３８０ｍｍ／ｓｅｃ
スクリュー羽根：最外径２４ｍｍ
螺旋ピッチ：２０ｍｍ
スクリュー羽根の線速：３７０ｍｍ／ｓｅｃ
現像ローラとスクリュー羽根との最外径部間隙：３ｍｍ
である。
【００９１】
このように各部が構成された本実施形態によれば、現像装置全体としても動トルク変動を低く抑えることができ、ピッチムラ、バンディング等の画像濃度ムラ防止と容易に両立させることができる。
【００９２】
図１６に混合率について、本実施形態に係るスクリュー羽根（現像剤攪拌搬送部材）を使用した場合と従来のスクリュー羽根の場合とを比較した例を示す。
【００９３】
混合率はスクリュー羽根１２の軸方向を現像剤中で５等分する位置でかつ現像ローラから最も遠い位置における５箇所の現像剤をサンプリングし、トナー濃度を測定してそのバラツキを経時的に追跡し、偏差として求めたものである。
【００９４】
初期剤の設定方法：スクリュー羽根の軸方向の剤循環・攪拌・搬送部の中央位置を境に前後にトナー濃度の異なる現像剤を所定量セットする。（例：前側トナー濃度８重量％、後側トナー濃度４重量％）
トナー濃度の標準偏差（ｎ分後）：σｎ
初期標準偏差：σ０…最も大きい
規格化標準偏差：σｎ’＝σｎ／σ０…初期は１になる
σｎ’＝ｅ＾−ｋαｔ
ｋ：定数（今回は０．４）
本実施形態に係るスクリュー羽根１２を使用し、混合率α＝１５の場合は、従来例の混合率α＝１０の場合に比べて同じ規格化標準偏差を示すまでに要する時間（但し初期は除く）は１／１．５で済む。しかも、トルク上昇分は図１４や図１５に示すように高々１０％に抑えることができる。
【００９５】
図１７は本発明の実施形態に係るトナーの構成を示す概念図である。本実施形態では、トナーの球形化、シャープ化、外添剤等で補給トナーが粒径オーダに微分散し易くしてある。
【００９６】
トナー２０は、樹脂２１中に、着色剤２２、離型剤２３、極性制御剤２４が分散し、表面に外部添加剤２５が点在した構成となっている。トナー２０中に分散された顔料系着色剤２２の分散粒径は個数平均径で０．５μｍ以下であり、かつその個数平均径が０．７μｍ以上の個数割合が５個数％以下で、着色剤２２が微分散されている。このように微分散させることにより、トナー粒径の微分側成分についても顔料系着色剤２２の成分比率のばらつきを少なくトナー表面の摩擦帯電性についても同様ばらつきを少なくすることができる。また、トナー２０同士の静電凝集を抑制でき、トナー凝集性を低く抑えることができる。なお、現像剤中のトナーの加速凝集度がパウダーテスタの計測値で２０％以下が好ましい。ただし、加速凝集度測定篩のメッシュ径は７５μｍ、４５μｍ、２２μｍである。
【００９７】
本実施形態に係るトナー２０は、有機溶媒中に少なくとも、イソシアネート基を含有するポリエステル系プレポリマーＡが溶解し、顔料系着色剤２２が分散し、離型剤２３が溶解ないし分散している油性分散液を水系媒体中に無機微粒子及び／又はポリマー微粒子の存在下で分散させるとともに、この分散液中で該プレポリマーＡをポリアミン及び／又は活性水素含有基を有するモノアミンＢと反応させてウレア基を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを形成させ、このウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを含む分散液からそれに含まれる液状媒体を除去することにより得られるものである。ウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃにおいて、そのＴｇは４０〜６５℃、好ましくは４５〜６０℃である。その数平均分子量Ｍｎは２５００〜５００００、好ましくは２５００〜３００００である。その重量平均分子量Ｍｗは１万〜５０万、好ましくは３万〜１０万である。
【００９８】
このトナー２０は、プレポリマーＡとアミンＢとの反応によって高分子量化されたウレア結合を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃをバインダー樹脂２１として含む。そして、そのバインダー樹脂中２１には着色剤２２が高分散している。このように構成したトナー２０は、トナー表面の摩擦帯電特性差が小さくトナー同士の静電凝集がし難く、補給トナーの分散が良い。
【００９９】
また、本実施形態に係るトナー２０では、顔料系着色剤２２の分散粒径及び形状は定着後でも殆ど変化せず、定着後の出力画像で、着色剤による光散乱、回折現象が粗分散の場合より顕著で、着色力が高く、かつ色調の鮮明な透過性の高い優れたカラートナーとなっている。このトナー２０では、少量トナー付着で十分な色調再現性が得られ、トナー消費量低減と定着エネルギー低減、及び高品質画像形成を両立させることができる。なお、染料系着色剤については分散粒径が分子オーダーに近いナノメータスケールになるので上記凝集性については有利である。
【０１００】
本実施形態に係るトナー２０は、磁性体を含有させた、磁性トナーでも使用することもできる。
【０１０１】
具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金及びその混合物等が挙げられる。
【０１０２】
これらの磁性体は平均粒径が０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂１００重量部に対して２０〜２００重量部、特に好ましくは結着樹脂１００重量部に対して４０〜１５０重量部である。
【０１０３】
用いられる添加剤としては、従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。
【０１０４】
また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００重量部に対して０．５〜１．８重量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５重量部である。
【０１０５】
図１８は本発明の実施形態に係る現像剤の構成を示す図である。同図に示すように本実施形態に係る現像剤は、キャリア芯材２６の周りに帯電又は未帯電トナー２０がキャリア芯材２６の表面を完全に覆い尽くさないレベルに存在する。なお、キャリア芯材２６の外周面はキャリアコート層２７によりコーティングされている。
【０１０６】
図１９は本発明の実施形態に係る現像剤の流動度測定装置を示す図である。同図において、本実施形態に係る流動度測定装置３０は、支持台３１と、漏斗支持器３２と、漏斗支持器３２を支持台３１に対して所定の高さで取り付けるための支柱３３とからなり、支柱３３は支持台３１からほぼ垂直に立設されている。漏斗支持器３２は支柱３３から突出した板状部分に漏斗３４を支持する支持部３２ａが設けられ、この支持部３２ａに漏斗３４が上から挿入され、支持される。なお、漏斗３４の下方の支持台３１上にはコップなどの容器３５をおいて、漏斗３４から流れ出す現像剤４６を受けるようになっている。本発明では現像剤４６の重力による自己流動を分散、攪拌に利用するため、現像剤４６の流動度は４５ｓｅｃ／５０ｇ以下が好ましい。
【０１０７】
次に、トナー中の顔料系着色剤の分散粒径等のトナー物性の測定法について詳述する。
【０１０８】
トナー中の着色剤の分散粒径及び粒度分布を測定するには、トナー２０をエポキシ樹脂に包埋し、ミクロトームＭＴ６０００−ＸＬ（盟和商事製）にてトナーを約１００ｎｍに超薄切片化した測定サンプルを用意する。
【０１０９】
これを電子顕微鏡（日立製作所社製  Ｈ−９０００ＮＡＲ）を用いて加速電圧１００ｋＶにしてＴＥＭ写真を１００００〜４００００倍にて複数個撮影し、その画像情報をＩＭＡＧＥ  ＡＮＡＬＹＺＥＲの画像処理解析装置ＬＵＺＥＸ  IIIにて画像データに変換する。対象顔料系着色剤粒子は粒径にして０．１μｍ以上の粒径を有する粒子について無作為にサンプリングが３００回を超えるまで測定を繰り返し、平均粒径と粒度（粒径）分布を求める。
【０１１０】
本実施形態に係るトナー２０の重量平均粒径（Ｄｖ）は４〜８μｍであり、その個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は、
１．００≦Ｄｖ／Ｄｎ≦１．２５
である。Ｄｖ／Ｄｎをこのように規定することにより、高解像度、高画質のトナー２０を得ることが可能となる。また、より高品質の画像を得るには、着色剤２２の重量平均粒径（Ｄｖ）を４〜８μｍにし、個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）を、
１．００≦Ｄｖ／Ｄｎ≦１．２５
にし、かつ３μｍ以下の粒子を個数％で１〜１０個数％にするのがよい。より好ましくは、重量平均粒径を４〜６μｍにし、Ｄｖ／Ｄｎを、
１．００≦Ｄｖ／Ｄｎ≦１．１５
にするのがよい。このようなトナー２０は、放置で強固に凝集し難く、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性のいずれにも優れ、とりわけフルカラー複写機などに用いた場合に画像の光沢性に優れ、更に２成分現像剤においては、長期にわたるトナー２０の収支が行われても、現像剤４６中のトナー２０の粒子径の変動が少なくなり、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定したトナー帯電性、現像性が得られる。
【０１１１】
一般的には、トナー２０の粒子径は小さければ小さい程、高解像で高画質の画像を得るために有利であると言われているが、逆に、転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、本発明で規定した範囲よりもトナー２０の体積平均粒子径が小さい場合、２成分現像剤４６では現像装置における長期の攪拌においてキャリア２８の表面（キャリヤコート層２７表面）にトナー２０が融着して、キャリア２８の帯電能力を低下させる。一方、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラ４２へのトナー２０のフィルミングや、トナー２０を薄層化するためのドクタブレード４３等の部材へのトナー２０の融着が発生しやすくなる。これらの現象は、トナー２０中の微粉の含有率が大きく関係し、特に３μｍ以下の粒子含有量が１０％を超えると、トナー２０のキャリア２８への付着が生じにくくなる上、高いレベルで帯電の安定性を図ることがむつかしくなる。
【０１１２】
逆に、トナーの粒子径が本発明で規定した範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤４６中のトナー２０の収支が行われた場合にトナー２０の粒子径の変動が大きくなる場合が多い。また、重量平均粒子径／個数平均粒子径が１．２５よりも大きい場合も同様であることが明らかとなった。
【０１１３】
トナー２０の平均粒径及び粒度分布は、カーコールターカウンタ法により測定される。トナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンタＴＡ−IIやコールターマルチサイザII（いずれもコールター社製）があげられる。本実施形態においてはコールターカウンタＴＡ−II型を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス（日科技研社製）と、ＰＣ９８０１パーソナルコンピューター（ＮＥＣ製）とを接続し測定した。
【０１１４】
次に、トナーの個数分布及び体積分布の測定方法について述べる。
【０１１５】
まず、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加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて形成した約１％ＮａＣｌ水溶液である。例えば、ＩＳＯＴＯＮ−II（コールター社製）が使用できる。ここで、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャとして１００μｍアパーチャを用いて、トナー粒子の体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。
【０１１６】
チャンネルとしては、
２．００〜２．５２μｍ未満；
２．５２〜３．１７μｍ未満；
３．１７〜４．００μｍ未満；
４．００〜５．０４μｍ未満；
５．０４〜６．３５μｍ未満；
６．３５〜８．００μｍ未満；
８．００〜１０．０８μｍ未満
１０．０８〜１２．７０μｍ未満；
１２．７０〜１６．００μｍ未満；
１６．００〜２０．２０μｍ未満；
２０．２０〜２５．４０μｍ未満；
２５．４０〜３２．００μｍ未満；
３２．００〜４０．３０μｍ未満
の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とする。本実施形態のトナー２０に係わる体積分布から求めた体積基準の重量平均粒径（Ｄｖ）と、その個数分布から求めた個数平均粒径（Ｄｎ）により、その比Ｄｖ／Ｄｎを求めた。
【０１１７】
本実施形態に係るトナー２０の円形度は、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２０００（シスメックス（株）製）により計測される。前記トナー２０において、その平均円形度は０．９００〜０．９９０であり、特定の形状と形状の分布を有すことが重要である。平均円形度が０．９００未満ではトナーは不定形の形状を示し、満足した転写性やチリのない高画質画像を与えない。不定形のトナー粒子は感光体等への平滑性媒体への接触点が多く、また突起先端部に電荷が集中することから、ファンデルワールス力や鏡像力が比較的球形な粒子よりも高い。そのため静電的な転写工程においては、不定形粒子と球形の粒子の混在したトナーでは球形の粒子が選択的に移動し、文字部やライン部画像抜けが起る。また、残されたトナーは次の現像工程のために除去しなければならず、クリーナ装置が必要であったり、トナーイールド（画像形成に使用されるトナーの割合）が低かったりする不具合点が生じる。粉砕トナーの円形度は本装置で計測した場合、通常０．９１０〜０．９２０である。
【０１１８】
他の現像条件は以下のようになる。
【０１１９】
前述したが、現像剤４６の搬送方向（図２において反時計回り方向）における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、即ち、現像スリーブ上の現像剤量を規制するドクタブレード４３が設置されている。このドクタブレード４３と現像スリーブ（現像ローラ）４２との間隔であるドクタギャップは０．３〜０．７ｍｍ程度に設定されている。現像部に搬送する現像剤量としては、２０〜１００ｍｇ／ｃｍ＾２が好適である。更に現像ローラ４２の感光体ドラム１とは反対側領域には、現像容器４０内の現像剤４６を攪拌しながら現像スリーブへ汲み上げるための攪拌・搬送手段（スクリュー、パドル等−図２ではスクリュー羽根４４，４５）が設置されている。また、感光体ドラム１と現像スリーブとの間隔である現像ギャップは０．３ｍｍに設定されている。現像ギャップは、キャリア粒径が５０μｍであれば１０倍程度（０．５５ｍｍ）以下に設定するのが良い。現像ギャップをこれより広くすると直流現像バイアス電圧印加条件下では、望ましいとされる画像濃度が出にくくなる。
【０１２０】
現像スリーブ４２（現像ローラに同じ）内には、当該現像スリーブの周表面に現像剤４６の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁石ローラ体（磁石ローラ）が固定状態で備えられている。この磁石ローラ体から発せられる法線方向磁力線に沿うように、現像剤４６中のキャリア２８が現像スリーブ４２上にチェーン状に穂立ちを起こし、このチェーン状に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構成される。当該磁気ブラシは現像スリーブ４２の回転によって現像スリーブ４２と同方向（図で見て反時計回り方向）に移送されることとなる。上記磁石ローラ体は、複数の磁極（磁石）を備えている。また現像主磁極上の現像スリーブ４２表面における現像領域の出口における好適な法線方向の磁束密度は６０ｍＴ以上である。汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上させるために磁石（磁極）を更に増やして構成してもよい。該磁性キャリア２８の体積平均粒径がトナー２０の平均体積粒径より大きく磁化が３０〜１０００ｅｍｕ／ｃｍ＾３（１ｋＯｅ磁場中）にすると現像時に感光体１へのキャリア付着を抑制する効果と、前記現像剤４６からなる磁気ブラシの穂先端が感光体１に接触する場合の過剰接触圧防止によりざらつき感のない高品質画像を得ることができる。
【０１２１】
本実施形態では、最大現像電位差印加時のダイナミック抵抗が１０＾７Ω・ｃｍ以下の抵抗のキャリア２８を使用し、現像時間が短時間であっても現像電界に見合った十分なトナー２０を感光体１に付着させることができる。また前記キャリア２８の低抵抗化は現像剤層の誘電率を高め現像電界強度を強める役割も果たし、低電界現像ポテンシャルでも十分なトナー付着量の得られる現像ができた。
【０１２２】
ここで低電界ポテンシャル現像条件の一例について述べる。
【０１２３】
本実施形態では感光体１の帯電（露光前）電位Ｖ０を−３５０Ｖ、露光後電位ＶＬを−５０Ｖとして現像バイアス電圧ＶＢを−２５０Ｖすなわち現像ポテンシャル（ＶＬ−ＶＢ＝２００Ｖ）として現像工程が行われるものである。この時
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖ
を満たす。上式で｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖは感光体１の露光された部分と露光されていない部分の放電を避けるためにパッシェンの放電則より設定したものである。本実施形態はネガポジのプロセスである。
【０１２４】
現像スリーブ４２上のトナーは感光体１上に形成された潜像に対して、現像スリーブ４２に印加された現像バイアスにより現像され、感光体１上で顕像化される。ちなみに本実施形態では感光体１の線速を２００ｍｍ／ｓ、現像スリーブ４２の線速を３００ｍｍ／ｓとしている。感光体１の直径を５０ｍｍ、供給部材の直径を１８ｍｍ、現像スリーブ４２の直径を１６ｍｍとして、現像行程が行われる。ここで現像スリーブ４２上のトナー帯電量は−１０〜−３０μＣ／ｇの範囲である。感光体１の厚みを２８μｍとし、光学系のビームスポット径を５０×６０μｍ、光量を０．２３ｍＷとしている。
【０１２５】
感光体１の帯電（露光前）電位Ｖ０を−３００Ｖ、露光後電位ＶＬを−１００Ｖとして現像バイアス電圧を−２５０Ｖすなわち現像ポテンシャル（ＶＬ−ＶＢ＝１５０Ｖ）として現像工程が行われるものである。
【０１２６】
感光体１上に形成されたトナーの顕像はその後、転写、定着工程を経て画像として完成される。転写は転写紙もしくは中間転写体の裏側に当接させたバイアス印加したローラもしくはチャージャー等が配設される。
【０１２７】
ここで前述の低電位現像の効果のひとつである低光量露光について説明する。
【０１２８】
光量を高密度としてビーム径を絞って露光する手法を用いて、２値プロセスが提案されてきた。ところが光量をアップする事による課題が存在する。１つは高密度の光量のビーム径を絞る事は光学設計の余裕度が低減し、部品精度の向上が不可欠でコストが上昇してしまうという点である。更にもう１つの点は光量が大きいために感光体１に対する帯電・露光における、通電電荷量アップによるいわゆる静電ハザードを受けて、寿命が短くなる要因の１つとなるという点である。そこで本実施形態では感光体１の初期帯電電位を低くし、露光量も同時に低減させることにより、汎用光学部品を使用して高精細な潜像を形成すると共に感光体１への静電ハザードを低減して長寿命化を可能にできる。
【０１２９】
低電位現像におけるγ曲線（現像電位差に対する現像量−図示せず）をみると、その傾きが大きく比較的低電位でも現像し易くすぐに飽和できる。これは現像ローラ４２上のトナー坦持量を一定にしてベタ画像で坦持体上の多くの割合のトナーを効率良く現像するのが比較的容易であることを示す。小径ドットを形成する場合も、本実施形態のように構成すると、帯電電位を低く抑えることができ、従来の約半分の光量でドット潜像を下げることが可能で、均一なドット画像を形成することができる。
【０１３０】
図１を基に本発明の本発明実施例のひとつである低電位プロセスによるプロセスカ−トリッジを有する画像形成装置の概略構成を示す。
【０１３１】
本実施形態においては、感光体１、帯電装置２、現像手装置４段及びクリ−ニング装置６等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。前述の現像装置４を有するプロセスカ−トリッジを有する画像形成装置は、感光体１が所定の周速度で回転駆動される。感光体１は回転過程において、帯電装置２によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザビ−ム走査露光等の露光装置から出射される画像露光光を受け、感光体１の周面に静電潜像が順次形成される。形成された静電潜像は、現像装置４によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体１と転写装置５との間に感光体１の回転と同期して給送された転写材に、前記転写装置５により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体１面から分離されて定着装置８へ導かれ、定着され、複写物（コピ−）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体１の表面は、クリーニング装置６によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、除電装置７でさらに除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
【０１３２】
感光体ユニット、現像装置とも本発明で寿命は延びるが、それぞれの寿命が一致するとは限らないので、独立して取り付け、取り外しが可能なプロセスカートリッジを使用すると、その寿命に応じてそれぞれ別々に容易に交換することができる。また、独立して配設できるので簡単な機構を追加することにより、非現像時に現像ローラを感光体から退避させることも可能なので、現像ローラへのトナーフィルミングの促進が低減され、更に現像装置の寿命が延びる。
【０１３３】
図１に示した本実施例の現現像器において、現像時、現像スリーブには、電源により現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。背景部電位と画像部電位は、上記振動バイアス電位の最大値と最小値の間に位置している。これによって現像部に向きが交互に変化する交互電界が形成される。この交互電界中で現像剤のトナーとキャリアが激しく振動し、トナーが現像スリーブおよびキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体ドラムに飛翔し、感光体ドラムの潜像に対応して付着する。
【０１３４】
振動バイアス電圧の最大値と最小値の差（ピーク間電圧）は、０．５〜５ＫＶが好ましく、周波数は１〜１０ＫＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、上記したように背景部電位と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【０１３５】
振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここでデューティ比とは、振動バイアスの１周期中でトナーが感光体に向かおうとする時間の割合である。このようにすることにより、トナーが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着してざらつき感を少なくし、解像力を向上させることができる。またトナーとは逆極性の電荷を有するキャリアが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部にキャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。
【０１３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トルクをあまり高めることなく、現像剤を効率よく、高速で剪断することが可能であって、補給トナーの現像剤への分散性・縦攪拌性に優れた現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置並びにこの現像装置を使用した現像方法を提供することができる。
【０１３７】
また、本発明によれば、現像装置全体の駆動投入エネルギーに対しての現像剤の縦横攪拌、補給トナーの分散、及びトナー帯電立ち上げの効率の良い現像装置及び画像形成装置並びに前記現像装置を使用した現像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に係る画像形成システム装置全体の概略構成を示す図である。
【図２】図１における現像装置の構成を示す図である。
【図３】キャリアの体積平均粒径Ｒ、トナーの体積平均粒径ｒ、キャリアの真比重ρｃ、トナーの真比重ρｔ、トナー濃度Ｃ、被覆率Ｐとトナー飛散、地汚れの状態を比較して示す図である。
【図４】従来から実施されている現像剤攪拌搬送部材の一例を示す図である。
【図５】従来から実施されている現像剤攪拌搬送部材の他の例を示す図である。
【図６】従来から実施されている現像剤攪拌搬送部材のさらに他の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材の一例を示す図である。
【図８】図７における現像剤攪拌搬送部材の線状部材の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材の他の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材のさらに他の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材のさらに他の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る現像装置の撹拌搬送部材条件と地汚れの関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る現像装置の撹拌搬送部材条件の地汚れの関係をパラメータを変えて示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る現像装置の撹拌搬送部材条件と最大トルク比との関係を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る現像装置の撹拌搬送部材条件と再々トルク比との関係をパラメータを変えて示す図である。
【図１６】本発明の実施形態の係る現像装置の現像剤の混合率を比較して示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に係るトナーの構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る現像剤の構成を示す図である。
【図１９】本実施形態における現像剤の流動度測定器を示す図である。
【符号の説明】
１  感光体
２  帯電装置
３  画像露光装置
４  現像装置
４０  現像容器
４１  現像ローラ
４２  開口部
４３  ドクタブレード
４４，４５  現像剤攪拌搬送部材
５  転写装置
６  クリーニング装置
７  除電送値
８  定着装置
１１  回転軸
１２，１２ａ  スクリュー羽根
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  現像剤攪拌搬送部材
１８  線状部材
１９  連結部材
２０  トナー
２１  樹脂
２２  着色剤
２３  離型剤
２４  極性制御剤
２５  外部添加剤
２６  キャリア芯材
２７  キャリアコート層
２８  キャリア
３０  流動度測定装置
３４  漏斗
【図１】
2004191882.tif 000003
【図２】
2004191882.tif 000004
【図３】
2004191882.tif 000005
【図４】
2004191882.tif 000006
【図５】
2004191882.tif 000007
【図６】
2004191882.tif 000008
【図７】
2004191882.tif 000009
【図８】
2004191882.tif 000010
【図９】
2004191882.tif 000011
【図１０】
2004191882.tif 000012
【図１１】
2004191882.tif 000013
【図１２】
2004191882.tif 000014
【図１３】
2004191882.tif 000015
【図１４】
2004191882.tif 000016
【図１５】
2004191882.tif 000017
【図１６】
2004191882.tif 000018
【図１７】
2004191882.tif 000019
【図１８】
2004191882.tif 000020
【図１９】
2004191882.tif 000021