(57)【要約】【課題】トナー飛散に起因する地汚れの発生及び装置の劣化を従来よりも抑えることができる現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】  感光体１と、感光体１に向けて開口部４０ａが形成された現像容器４０と、現像容器４０内に開口部４０ａから一部が露出するように配設され、内蔵する磁界発生手段によりトナー４１及びキャリア４２を含む２成分現像剤４３を磁気ブラシとして表面に担持し、感光体１に対向する現像領域でトナーのみを感光体１上の潜像に供給する現像ローラ４４とを有する現像装置において、「「２成分現像剤４３中のキャリア４２に対するトナー４１の静電的付着力Ｆｑ」と「トナーとキャリアとの動摩擦係数μ」との積が開口部４０ａでトナー４１にかかる慣性力の最大値をＦｄｍａｘ」を下回ってしまう「帯電不足トナー」の個数比率を１０［％］以下に留める。【選択図】  図２
2005070733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体と、
該潜像担持体に向けて開口部が形成された現像容器と、
該現像容器内に該開口部から一部が露出するように配設され、内蔵する磁界発生手段によりトナー及びキャリアを含む２成分現像剤を磁気ブラシとして表面に担持し、該潜像担持体に対向する現像領域でトナーのみを該潜像担持体上の潜像に供給する現像剤担持体とを有する現像装置において、
２成分現像剤中のキャリアに対するトナーの静電的付着力をＦｑとし、上記開口部でトナーにかかる慣性力の最大値をＦｄｍａｘとし、トナーとキャリアとの動摩擦係数をμとしたとき、次の関係式を満たすトナーの比率が１０［％］以下であることを特徴とする現像装置。
【数１】
2005070733.tif 000010
【数２】
2005070733.tif 000011
【数３】
2005070733.tif 000012
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記現像容器の開口部で上記現像剤担持体に内蔵される磁界発生手段による磁束密度分布の磁束密度変化量の最大値が０．４５［Ｔ／ｄｅｇ］以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２の現像装置において、
上記現像剤担持体に内蔵される上記磁界発生手段のうち、上記現像領域に対向する位置にある磁極による磁束密度分布の磁束密度変化量の最大値が０．４５［Ｔ／ｄｅｇ］以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１、２、又は３の現像装置において、
上記キャリアの粒径が３５［μｍ］以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４の現像装置において、
上記トナーが、３［μｍ］以上７［μｍ］以下の粒径のトナーを個数比率で７０［％］以上含むことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５の現像装置において、
上記トナーにおける重量平均径を個数平均径で除した値が、１．３以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
静電潜像を担持する像担持体と、
該像担持体を帯電させる帯電装置と、
現像剤を現像剤担持体に担持し該像担持体に対向する現像領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像してトナー像化する現像装置と、
現像後のトナー像を転写材に転写した後に該像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、該像担持体と、該現像装置とを少なくとも備えたプロセスカートリッジにおいて、
上記現像装置として、請求項１、２、３、４、５又は６のものを用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項８】
静電潜像を担持する像担持体と、
該像担持体を帯電させる帯電装置と、
現像剤を現像剤担持体に担持し該像担持体に対向する現像領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像してトナー像化する現像装置と、
現像後のトナー像を転写材に転写した後に該像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、該像担持体及び該現像装置に加えて、該帯電装置と該クリーニング装置の少なくとも一つを備えたプロセスカートリッジにおいて、
上記現像装置として、請求項１、２、３、４、５又は６のものを用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
潜像担持体と、
該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、
該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備える画像形成装置において、
請求項１、２、３、４、５若しくは６の現像装置、又は、請求項７若しくは８のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に用いられる画像形成装置、及びこれに搭載する現像装置、プロセスカートリッジに関する。さらに詳しくは、潜像担持体上に担持された潜像を、トナー及びキャリアを含有する二成分現像剤によって現像する現像装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆる二成分現像方式の画像形成装置が知られている。この二成分現像方式の画像形成装置は、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体の表面にトナー及びキャリアを含む二成分現像剤を磁気ブラシとして担持し、潜像担持体に対向する現像領域でトナーのみを潜像担持体上の潜像に供給する。しかし、この二成分現像方式の画像形成装置においては、現像容器の開口部からトナーが飛散する現象が起きていた。トナーの帯電量が不十分であると、トナーとキャリアとの静電的な付着力が低下し、トナーがキャリアから離脱してしまうためである。現像容器の開口部からトナーが飛散すると、潜像担持体上の非画像部にトナーが付着して転写紙が汚れるいわゆる地汚れが発生したり、装置内の他の部材が汚染されて劣化したりする虞がある。
【０００３】
そこで、特許文献１においては、ｑ／ｄ値（ｑ：トナーの電荷量、ｄ：トナーの粒径）の度数分布のピーク値及びボトム値を所定の数値範囲に規定したトナーが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３７７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のトナーであっても、実際には帯電量の小さいトナーや、粒径の大きいトナーが含まれている割合が高い。帯電量の小さいトナーや粒径の大きいトナーは、後述するように、キャリアとの静電的付着力が弱い。よって、特許文献1記載のトナーであっても、トナー飛散を顕著に生ずるおそれがある。また、特許文献１では、現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの運動変化がトナーに及ぼす影響を考慮していない。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、トナー飛散に起因する地汚れの発生及び装置の劣化を従来よりも抑えることができる画像形成装置、及びこの画像形成装置に搭載される現像装置、プロセスカートリッジを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体に向けて開口部が形成された現像容器と、該現像容器内に該開口部から一部が露出するように配設され、内蔵する磁界発生手段によりトナー及びキャリアを含む２成分現像剤を磁気ブラシとして表面に担持し、該潜像担持体に対向する現像領域でトナーのみを該潜像担持体上の潜像に供給する現像剤担持体とを有する現像装置において、２成分現像剤中のキャリアに対するトナーの静電的付着力をＦｑとし、上記開口部でトナーにかかる慣性力の最大値をＦｄｍａｘとし、トナーとキャリアとの動摩擦係数をμとしたとき、次の関係式を満たすトナーの比率が１０［％］以下であることを特徴とするものである。
【数４】
2005070733.tif 000003
【数５】
2005070733.tif 000004
【数６】
2005070733.tif 000005
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記現像容器の開口部で上記現像剤担持体に内蔵される磁界発生手段による磁束密度分布の磁束密度変化量の最大値が０．４５［Ｔ／ｄｅｇ］以下であることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項２の現像装置において、上記現像剤担持体に内蔵される上記磁界発生手段のうち、上記現像領域に対向する位置にある磁極による磁束密度分布の磁束密度変化量の最大値が０．４５［Ｔ／ｄｅｇ］以下であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１、２、又は３の現像装置において、上記キャリアの粒径が３５［μｍ］以下であることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４の現像装置において、上記トナーが、３［μｍ］以上７［μｍ］以下の粒径のトナーを個数比率で７０［％］以上含むことを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の現像装置において、上記トナーにおける重量平均径を個数平均径で除した値が、１．３以下であることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電装置と、現像剤を現像剤担持体に担持し該像担持体に対向する現像領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像してトナー像化する現像装置と、現像後のトナー像を転写材に転写した後に該像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、該像担持体と、該現像装置とを少なくとも備えたプロセスカートリッジにおいて、上記現像装置として、請求項１、２、３、４、５又は６のものを用いることを特徴とするものである。
請求項８の発明は、静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電装置と、現像剤を現像剤担持体に担持し該像担持体に対向する現像領域に搬送して該像担持体上の潜像を現像してトナー像化する現像装置と、現像後のトナー像を転写材に転写した後に該像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、該像担持体及び該現像装置に加えて、該帯電装置と該クリーニング装置の少なくとも一つを備えたプロセスカートリッジにおいて、上記現像装置として、請求項１、２、３、４、５又は６のものを用いることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備える画像形成装置において、請求項１、２、３、４、５若しくは６の現像装置、又は、請求項７若しくは８のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。
【０００７】
これらの発明においては、次に説明する理由により、トナー飛散に起因する地汚れの発生や装置の劣化を従来よりも抑えることができる。すなわち、現像剤担持体上の２成分現像剤は、現像剤担持体に内蔵される磁界発生手段の磁束密度ベクトルに沿って磁気ブラシを形成する。磁束密度の変化に伴って磁気ブラシが立ち上がる領域や、立ち上がっていた磁気ブラシが倒れる領域では、磁気ブラシの動きが速く、特に磁気ブラシ先端のキャリアの動きが速くなる。このとき、トナーの帯電量が小さく、トナーとキャリアとの静電的付着力が弱いと、トナーがキャリアの運動変化に追随できなくなり、トナーがキャリアから離脱して飛散してしまう。つまり、トナーとキャリアとの付着力がキャリアの運動変化に伴ってトナーに生じる慣性力を下回ると、トナーがキャリアから離脱して飛散してしまう。このときのトナー飛散条件は、帯電したトナーとキャリアとの静電的付着力をＦｑとし、開口部におけるトナーの慣性力の最大値をＦｄｍａｘとし、キャリアに対するトナーの動摩擦係数をμとすると、関係式（１）で表わすことができる。現像剤担持体上において、この関係式（１）を具備してしまうトナーの割合、即ち、静電的付着力Ｆｑと動摩擦係数μとの積が慣性力Ｆｄｍａｘを下回ってしまう「帯電不足トナー」の割合が多くなると、トナー飛散量が地汚れを顕著に発生させるほど増加してしまうことになる。このような考察に基づいて、本発明者らは、後述する実験例を実施して、上記関係式（１）を具備する「帯電不足トナー」の割合と、トナー飛散量との関係を調べてみた。すると、「帯電不足トナー」の個数比率を１０［％］以下に留めれば、地汚れを生じない程度までトナー飛散量を少なくできることがわかった。よって、現像剤担持体上にて「帯電不足トナー」の個数比率を１０［％］以下にするようにトナーの帯電特性を設定したことで、トナー飛散による地汚れや、装置の劣化を従来よりも抑えることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、トナー飛散に起因する地汚れの発生及び装置の劣化を従来よりも抑えることができる画像形成装置、及びこれに搭載される現像装置及びプロセスカートリッジを提供することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置であるレーザープリンタ（以下、単にプリンタという）に適用した実施形態について説明する。まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図１は、このプリンタの概略構成図である。同図において、潜像担持体であるドラム状の感光体１の周囲には、帯電手段２、露光手段３、現像装置４、転写手段５、クリーニング手段７、除電手段８などが配設されている。また、転写手段５の図中左側方には、定着手段６が配設されている。
【００１０】
上記感光体１は、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転駆動され、上記帯電手段２との対向位置にて、例えば後述のトナーの帯電極性と同極性に一様帯電せしめられる。帯電手段２としては、コロトロン等によって感光体１に対して非接触で帯電処理を施す帯電チャージャの他、帯電バイアスが印加される帯電ローラ等の帯電部材を感光体１に接触させる接触帯電方式のものを用いることができる。一様帯電せしめられた感光体１の表面は、パーソナルコンピューター等から送られてくる画像情報に基づいて図示しないレーザー発信手段を駆動する上記露光手段３によるレーザー光Ｌの光走査によって静電潜像を担持する。この静電潜像は、感光体１の表面移動に伴って上記現像装置４との対向位置である現像領域を通過する際に、トナーが付着せしめられてトナー像に現像される。
【００１１】
上記転写手段５は、上記現像領域よりもドラム回転方向下流側において、転写ローラを感光体１表面に当接させながら回転させて転写ニップを形成している。この転写ローラは、図示しない電源によってトナーとは逆極性の転写バイアスが印加されている。感光体１上で現像された上記トナー像は、感光体１の表面移動に伴って転写ニップに進入する。
【００１２】
転写ニップの図中右側方には、図示しないレジストローラ対が配設されている。このレジストローラ対は、図示しない給紙手段から送られてくる転写紙をローラ間に挟み込んだ後、感光体１上のトナー像に重ね合わせ得るタイミングで転写ニップに向けて送り出す。よって、転写ニップでは、感光体１上のトナー像が転写紙に重ね合わせながら押圧される。そして、上記転写バイアスが印加される転写ローラと、感光体１の静電潜像との間に形成される転写電界やニップ圧の影響を受けて、トナー像が感光体１表面から転写紙上に静電転写される。なお、転写手段５としては、図示のような転写ローラ方式のものの他、転写ベルト方式のものや、転写チャージャ方式のものを用いることもできる。
【００１３】
このようにしてトナー像が転写された転写紙は、感光体１や転写ローラの回転に伴って転写ニップを出た後、上記定着手段６に送られる。定着手段６は、図示しないハロゲンランプ等の発熱手段を内包する定着ローラと、これに当接しながら回転する押圧ローラとによって定着ニップを形成しており、送り込まれて来た転写紙をこの定着ニップに挟み込む。そして、加熱処理や加圧処理により、転写紙上にトナー像を定着せしめる。
【００１４】
上記転写ニップを通過した感光体１表面に付着している転写残トナーは、上記クリーニング手段７によってドラム表面から除去される。この除去によってクリーニングが施された感光体１表面は、除電手段８によって残留電荷が除去された後、上記帯電手段２によって一様帯電せしめられて初期化される。
【００１５】
図２は、上記現像装置４の概略構成図である。図２に示すように、現像装置４は、現像容器４０内に、マイナス帯電性のトナー４１とキャリア４２とを含む二成分現像剤４３を収容する。また、この現像装置４は、現像容器４０の開口部４０ａから一部を露出させ、感光体１との間に所定の間隔（以下、現像ギャップという）をもって対向する現像剤担持体たる現像スリーブ４４が配設されている。また、この現像装置４は、現像スリーブ４４上の現像剤の層厚を規制する規制部材４５、現像容器４０内の２成分現像剤４３を撹拌する撹拌部材（図示せず）や、トナー濃度センサ（図示せず）等を備えている。
【００１６】
上記現像スリーブ４４は、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動せしめられるパイプ状の非磁性材料からなり、その内部にはこれに連れ回らないように固定された磁界発生手段たるマグネットローラを備えている。このマグネットローラは、現像領域の位置から周方向に並ぶ５つの磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｎ２を有している。図３（ａ）は、マグネットローラの磁束密度分布の波形図である。図３（ａ）に示すように、これらのうち、現像容器４０の開口部にある磁極Ｓ１は、現像領域に対向するように配設された現像磁極となっており、５つの磁極の中で最も強い磁力を発揮する。そして、現像スリーブ４４上の二成分現像剤を現像領域で穂立ちさせて磁気ブラシを形成する役割を担っている。かかる磁極Ｓ１極の磁力によって現像スリーブ４４上に形成された磁気ブラシは、その先端を感光体１に摺擦させながら、現像ギャップＧを通過する。
【００１７】
本実施形態において、感光体１は、直径５０［ｍｍ］で、２００［ｍｍ／ｓｅｃ］の線速で図中時計回りに回転駆動せしめられる。また、現像スリーブ４４は、直径φ＝１８［ｍｍ］で、３００［ｍｍ／ｓ］の線速で図中反時計回りに回転駆動せしめられる。このようにして回転駆動せしめられる感光体１と現像スリーブ４４との間には、現像ギャップが形成されている。現像ギャップは、０．４〜０．８［ｍｍ］の範囲に設定することができ、現像ギャップの値を小さくすることで、現像効率の向上を図ることも可能である。また、感光体１の非画像部電位ＶＤ、潜像部電位ＶＬ、現像スリーブ（に印加される現像バイアスの）電位ＶＢは、それぞれ−３５０［Ｖ］、−５０［Ｖ］、−２５０［Ｖ］になっている。すると、上記現像領域にて、感光体１の潜像部と摺擦する磁気ブラシの先端のトナーには、２００［Ｖ］（ＶＬ−ＶＢ＝２００）の現像ポテンシャルが作用する。これにより、磁性キャリアの表面から感光体１の潜像部に静電的に転移してトナー像を形成する。一方、感光体１の非画像部と摺擦する磁気ブラシの先端のトナーには、−１００［Ｖ］（ＶＤ−ＶＢ＝−１００）の非現像ポテンシャルが作用するため、非画像部へのトナー付着が阻止される。
【００１８】
現像スリーブ４４の回転に伴って上記現像領域を通過した後の磁気ブラシは、立てていた穂を磁力の低下に伴って寝かしながら、上記磁極Ｎ１の磁力によって現像スリーブ４４上に拘束されて移動する。そして、上記磁極Ｓ２と、磁極Ｓ３との間に形成される反発磁界の影響を受けて、現像スリーブ４４表面から離脱して現像容器４０内に戻される。この後、反発磁界よりもスリーブ回転方向下流側では、磁極Ｓ３の磁力によって現像容器４０内の二成分現像剤が現像スリーブ４４表面に汲み上げられる。そして、規制部材４５の先端と現像スリーブ４４表面との間に形成されるドクタギャップで層厚が規制された後、上記現像領域に搬送される。規制部材４５による層厚規制位置には、磁極Ｎ２が配設されている。この磁極Ｎ２で現像スリーブ４４表面に引き寄せされながら層厚が規制される二成分現像剤中では、トナーの摩擦帯電が促進される。
【００１９】
次に、本実施形態に係るプリンタの特徴的な構成について説明する。上記現像スリーブ４４上の２成分現像剤４３は、現像スリーブ４４に内蔵されるマグネットローラの磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｎ２からの磁束密度ベクトルに沿って磁気ブラシを形成する。磁束密度の変化に伴って磁気ブラシを立ち上げたり、立ち上がっていた磁気ブラシを寝かしたりする。このように磁気ブラシが立ち上がったり、寝たりする領域では、磁気ブラシの動きが速く、特に磁気ブラシ先端のキャリア４２の動きが速くなる。このとき、トナーの帯電量が小さく、トナー４１とキャリア４２との静電的付着力が弱いと、トナーがキャリア４２の運動変化に追随できなくなり、トナー４１がキャリア４２から離脱して飛散してしまう。つまり、トナー４１とキャリア４２との付着力がキャリア４２の運動変化に伴ってトナー４１に生じる慣性力を下回ると、トナー４１がキャリア４２から離脱して飛散する。このときのトナー４１の飛散条件は、帯電したトナー（粒子）４１とキャリア４２との静電的付着力をＦｑとし、開口部４０ａにおけるトナー４１の慣性力の最大値をＦｄｍａｘとし、キャリア４２に対するトナー４１の動摩擦係数をμとすると、以下の関係式（１）により示される。
【数７】
2005070733.tif 000006
【００２０】
ここで、トナー４１とキャリア４２との静電的付着力Ｆｑは、次の関係式（２）から求められる。この関係式（２）から、トナー４１とキャリア４２との静電的付着力は、帯電量が低い場合ほど、トナーの粒径が大きい場合ほど低下することがわかる。この関係式（２）における定数ｋは、概ね０．５になる。
【数８】
2005070733.tif 000007
また、トナー４１の慣性力Ｆｄは、次の関係式（３）により求められる。ここで、速度変化ａは、実際に磁気ブラシの位置を高速度カメラにより追跡することで求められ、トナー４１とキャリア４２の接点における接線方向成分の加速度となる。また、トナー４１のキャリア４２に対する動摩擦係数μは、現像剤の安息角を測定することで見積もることができる。通常、この動摩擦係数μは、０．３〜０．５の値をとる。
【数９】
2005070733.tif 000008
【００２１】
現像スリーブ４４上において、上記関係式（１）を具備してしまうトナー４１の割合、即ち、上記静電的付着力Ｆｑと動摩擦係数μとの積が上記慣性力Ｆｄｍａｘを下回ってしまう「帯電不足トナー」の割合が多くなると、トナー飛散量が地汚れを顕著に発生させるほど増加してしまうことになる。このような考察に基づいて、本発明者らは、後述する実験例を実施した。
【００２２】
［実験例１］
まず、従来一般に用いられているトナーの帯電量分布と粒径分布を図４及び図５に示す。このトナーを用い、上記現像装置４において現像を行い実際に飛散したトナーを現像装置４外で捕集し、ホソカワミクロン社製のＥ−Ｓｐａｒｔ  ａｎａｌｙｚｅｒにより、帯電量分布を測定した。その結果を図６に示す。図６に示すように、飛散したトナーは、０ピークと、０ピークよりも帯電量の小さい領域に低いピークを持つ、所謂二山形状を示す帯電量分布を示した。これらの結果からトナー径に対するμＦｑとＦｄｍａｘとの関係を調べた。その結果を図７に示す。図７の結果から、関係式（１）を満たすトナーが飛散していることがわかる。
【００２３】
次に、トナーの帯電特性を変えたトナーを各種用意し、関係式（１）を満たすトナーの割合と飛散したトナー量との関係を調べた。その結果を図８に示す。なお、トナーの帯電特性は、キャリアの帯電特性を変化させることで変化させた。キャリアには、帯電特性以外は、同じ条件であるものを用いている。図８の結果から、関係式（１）を満たすトナーの割合を１０％以下に設定した実施例１〜実施例３のトナーを用いた場合には、トナー飛散量を２０［ｍｇ／ｍｉｎ］以下にできることがわかった。これに対し、関係式（１）を満たすトナーの割合を１０％を超えて設定した比較例１及び比較例２のトナーを用いた場合には、トナー飛散量が２０［ｍｇ／ｍｉｎ］を超えていることがわかった。画像形成に影響を与えないトナー飛散のレベルは、Ａ３対応の３００［ｍｍ］幅の現像ローラを用いた幾つかの機種の測定データにより、２０［ｍｇ／ｍｉｎ］以下であることが確認されている。このことから、関係式（１）を満たすトナーの割合を１０［％］以下に留めれば、画像形成に影響を与えない程度までトナー飛散量を少なくできることがわかる。
【００２４】
［実験例２］
また、上記現像装置４においては、関係式（１）を満たすトナーの割合を１０％以下に留めるには、トナーの慣性力Ｆｄｍａｘを低減させることが好ましい。トナーの慣性力Ｆｄｍａｘを低減させるには、磁気ブラシの速度変化ａ、すなわち、磁束密度のベクトル変化を低減させればよい。開口部における法線磁束密度Ｂｒの変化ｄＢｒ（＝Ｂｒ／ｄθ）の最大値ｄＢｒｍａｘを低減させることで、磁束密度のベクトル変化を低減させることができる。特に、現像容器４０の開口部４０ａでトナーが飛散すると、開口部４０ａから感光体１の地肌部に付着したり、装置の他の部材を汚染したりする虞がある。また、現像容器４０の開口部４０ａにおいても、一般に現像極である磁極Ｓ１の磁束密度が最大となるように形成されている。よって、現像極（磁極Ｓ１）の磁束密度のベクトル変化を低減させることは、トナーの飛散防止効果が大きい。
【００２５】
図３（ａ）は、上記現像装置の現像スリーブに内蔵されたマグネットローラの磁束密度分布図である。図３（ｂ）は、従来の現像装置の現像スリーブに内蔵されたマグネットローラの磁束密度分布図である。図３（ｂ）に示す磁束密度分布の現像極の磁束密度の変化量は０．６８［Ｔ／ｄｅｇ］であり、トナー飛散量が３３［ｍｇ／ｓｅｃ］となった。これに対し、図３（ａ）に示す磁束密度分布の現像極の磁束密度の変化量を０．４３［Ｔ／ｄｅｇ］とした場合、トナー飛散量は１９［ｍｇ／ｓｅｃ］と減少した。この結果から、現像極である磁極Ｓ１の磁束密度の変化量を低減させることで、トナーの飛散防止効果があることがわかる。なお、磁束密度の変化量は小さいほど好ましいが、０．２［Ｔ／ｄｅｇ］以下では、磁気ブラシを形成するのに十分な磁束密度が得られないことが確認されている。
【００２６】
［実験例３］
また、上記トナーには、粒径が３５［μｍ］以下であるキャリアを用いることが好ましい。キャリアの粒径が小さくなると、キャリアに発生する磁気モーメントが小さくなり、磁気ブラシの速度変化が低減されるからである。なお、キャリアの粒径は小さいほど、磁気ブラシの速度変化は低減される。しかし、キャリア粒径はトナー粒径に対して少なくとも５倍以上ないと、トナーがスペエサとなってキャリア表面にトナーが付着しにくくなり、良好な磁気ブラシの形成を阻害してしまうことが確認されている。
【００２７】
図９は、キャリア粒径とトナー飛散量との関係を示す特性図である。図９に示すように、キャリア粒径を３５［μｍ］以下に設定することにより、トナー飛散量を１９［ｍｇ／ｍｉｎ］以下に抑えることができる。
【００２８】
［実験例４］
また、上記トナーについては、粒径３〜７［μｍ］のトナーを７０［％］以上の個数比率で含むものを指定することが望ましい。粒径３［μｍ］を下回るトナーの個数比率が多くなると、微粉トナーとして振る舞い、帯電量が極めて高くなって現像能力が低下してしまうからである。また粒径７［μｍ］を上回るトナーの個数比率が多くなると、静電的付着力Ｆｑが低下して、トナー飛散量が急激に増加してしまうからである。
【００２９】
ここで、マグネットローラ及びキャリアを固定条件とした場合、トナーに係る慣性力Ｆｄにおけるａ＝ｄｖ／ｄｔは、定数として考えることができる。そこで、関係式（１）との関係から、トナーの飛散条件の指標、すなわち静電的付着力の指標としてαを用いると、次の関係式が導き出される。但し、関係式中、ｄ（＝２ｒ）は、トナーの粒径を示す。実験例１における実施例１、２及び比較例１、２、３におけるトナーの指標αは、０．２×１０−３となる。
【数１０】
2005070733.tif 000009
図１０は、平均粒径５．５［μｍ］のトナーを用いたときに現像装置から飛散したトナーの粒径ｄを静電的付着力αの小さいものから順にソートして並べたグラフである。図１０の結果から、トナーの粒径が７［μｍ］を超えると、非静電的付着力αが極めて小さくなる。このことから、粒径が７［μｍ］を上回るトナーが飛散し易くなることがわかる。
【００３０】
［実験例５］
また、上記トナーには、平均粒径の分散度β（重量平均粒径／個数平均粒径）が１．３以下であるものを用いることが好ましい。分散度βが大きくなるに従って粒径分布がブロードになるため、特に帯電量が低くなる大粒径のトナーの割合が増加してトナー飛散を起こし易くなるからである。具体的には、本発明者らは、後述のようにして求めた分散度βと、トナー飛散量との関係を調査してみた。この結果を図１１に示す。図１１の結果から、分散度βを１．３以下にすると、トナー飛散量を上限の２０［ｍｇ／ｍｉｎ］以下にし易くなることがわかる。
【００３１】
上記分散度βについては、次のようにして求めることができる。即ち、まず、コールターマルチサイザー３（コールター社製）と、これ用の解析ソフト（コールター社製）がインストールされたパーソナルコンピューター（ＩＢＭ社製）とを用いて、トナーの平均粒径及び粒度分布を測定する。このとき、Ｋｄ値については１０［μｍ］の標準粒子を用いて設定し、アパーチャカレントについてはオートマティックの設定で行なった。また、電解液としては１級塩化ナトリウムを用いた１［％］ＮａＣｌ水溶液を用いた。これの代わりに、ＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールターサイエンティフィックジャパン社製）を使用することができる。上述のＮａＣｌ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ホン酸塩）を０．１〜５［ｍｌ］加え、更に測定試料を２〜２０［ｍｇ］加える。このようにして試料を懸濁した電解液に対し超音波分散器で約１〜３分間分散処理を施した。そして、１００［μｍ］アパーチャーチューブを用いて、２［μｍ］以上のトナーを５万個サンプリングして個数平均粒径及び重量平均粒径を求めた。なお、個数平均粒径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。これに対して重量平均は全粒子の体積を全面積で除したものであり、ｄｗ＝Σｎｄ４／Σｎｄ３となる。粒径分布がブロードになるに従ってｄｗの値が大きくなるので、個数平均との比率によって分散度βを表すことができる。
【００３２】
図１２は、本実施形態におけるプロセスカートリッジ５０Ａを示す概略説明図である。
同図に示すように感光体１と現像装置４とを、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物（プロセスカートリッジ）として構成している。
このようにプロセスカートリッジをプリンタ本体に対して着脱可能に構成することにより、保守性、交換性を向上させることができる。例えば、部品又は装置に起因した故障が起きた場合、プロセスカートリッジを交換するだけで早期に原状回復させることができ、サービス時間の短縮化を図ることができる。
また、本実施形態の現像装置は、上述したようにトナー汚染を低減させることができるので、感光体表面やプロセスカートリッジ内のトナー汚染を従来に比して低減させることができる。この結果、異常画像の低減及びプロセスカートリッジの高寿命化を図ることができる。
【００３３】
〔変形例１〕
次に、上記実施形態のプロセスカートリッジにおける別の変形例１について説明する。
図１３は、本変形例１におけるプロセスカートリッジ５０Ｂを示す概略構成図である。このプロセスカートリッジ５０Ｂ内の感光体１、現像装置４等の各装置の基本的な構成及び動作は、上記実施形態のものと同様である。また、プリンタ本体に対して着脱可能に構成されている点も同様である。相違点は、プロセスカートリッジとして一体構造物となる装置の構成にある。すなわち、上記実施形態のプロセスカートリッジ５０Ａでは、感光体１と現像装置４とを一体構造物としているが、本変形例１のプロセスカートリッジ５０Ｂではクリーニング手段７と、帯電手段２と、感光体１と、現像装置４とを一体構造物としている。
なお、プロセスカートリッジ５０Ｂの構成に代えて、クリーニング手段７又は帯電手段２のどちらか一方と、現像装置４、感光体１とにより構成してもよい。また、他の装置をプロセスカートリッジ内に加えてもよい。
【００３４】
このようにプロセスカートリッジをプリンタ本体に対して着脱可能に構成することにより、感光体１と現像装置４のみを一体化した上記実施形態の場合に比して、さらに保守性、交換性を向上させることができる。
また、本変形例の現像装置によれば、上述したようにトナー汚染を低減させることができるので、感光体表面やクリーニング手段７、帯電手段２への負荷を従来に比して低減させることができ各装置の劣化を抑えることができる。この結果、異常画像の低減及びプロセスカートリッジの高寿命化を図ることができる。このようなプロセスカートリッジを用いることにより、プロセスカートリッジの交換回数を減らして省資源化を図ることができる。
【００３５】
以上、本実施形態に係るプリンタは、関係式（１）の関係を満たすトナーの比率が１０［％］以下になるようにトナーの帯電特性を設定しているので、トナー飛散による地汚れや、装置の劣化を従来よりも抑えることができる。
また、本実施形態に係るプリンタは、現像容器４０の開口部４０ａ、特に現像極としての磁極Ｓ１での磁束密度分布の磁束密度変化量の最大値が０．４５［Ｔ／ｄｅｇ］以下に抑えられ、トナーの慣性力Ｆｄｍａｘが小さく抑えられている。よって、キャリアから離脱して飛散するトナーが少なくなり、トナー飛散に起因する地汚れや装置の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態に係るプリンタは、キャリアの粒径が３５［μｍ］以下であるトナーを用いることで、磁気ブラシの速度変化量が低減され、トナーの慣性力Ｆｄｍａｘが小さく抑えられている。よって、キャリアから離脱して飛散するトナーが少なくなり、トナー飛散に起因する地汚れや装置の劣化を抑えることができる。
また、本実施形態に係るプリンタは、３［μｍ］以上７［μｍ］以下の粒径のトナーを個数比率で７０［％］以上含むトナーを用いることで、過剰帯電による現像能力の低下を抑えつつ、トナー飛散による地汚れの発生及び装置の劣化を抑えることができる。
また、本実施形態に係るプリンタは、重量平均径を個数平均径で除した値が、１．３以下であるトナーを用いることでトナー飛散による地汚れの発生及び装置の劣化をさらに確実に抑えることができる。
また、本実施形態に係るプリンタは、現像装置４と感光体１とをプリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成することにより、保守性、交換性を向上することができる。また、トナー汚染を従来に比して低減させることができるのでプロセスカートリッジ内のトナー汚染を従来よりも抑えることができる。その結果、異常画像の低減及びプロセスカートリッジの高寿命化を図ることができる。
また、本変形例に係るプリンタは、現像装置４、感光体１、クリーニング装置７、帯電装置２をプリンタ本体に対して着脱可能に一体構成物として構成することにより、保守性、交換性を上記実施形態に比して向上させることができる。また、トナー汚染を従来に比して低減させることができるのでプロセスカートリッジ内のトナー汚染を従来よりも抑えることができる。その結果、異常画像の低減及びプロセスカートリッジの高寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】上記プリンタの現像装置の概略構成を拡大して示す概略構成図。
【図３】（ａ）は、上記現像装置の現像スリーブに内蔵されたマグネットローラの磁束密度分布図。（ｂ）は、従来の現像装置の現像スリーブに内蔵されたマグネットローラの磁束密度分布図。
【図４】従来用いられているトナーの帯電量分布図。
【図５】従来用いられているトナーの粒径分布図。
【図６】飛散したトナーの帯電量分布図。
【図７】キャリア粒径とトナー飛散量との関係を示す特性図。
【図８】関係式（１）を満たすトナーの割合とトナー飛散量との関係を示す特性図。
【図９】キャリアの粒径とトナー飛散量との関係を示す特性図
【図１０】静電的付着力とトナー粒径との関係を示す特性図。
【図１１】分散度β（重量平均粒径／個数平均粒径）とトナー飛散量との関係を示す特性図。
【図１２】プロセスカートリッジの構成を示す説明図。
【図１３】プロセスカートリッジの構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００３７】
１    感光体
２    帯電手段
４    現像装置
７    クリーニング手段
４０    現像容器
４０ａ    開口部
４１    トナー
４２    キャリア
４３    ２成分現像剤
４４    現像スリーブ
４５    規制部材
５０Ａ、５０Ｂ    プロセスカートリッジ
【図１】
2005070733.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005070733.tif 000019
【図８】
2005070733.tif 000020
【図９】
2005070733.tif 000021
【図１０】
2005070733.tif 000022
【図１１】
2005070733.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
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