JP2005010614A - プロセスカートリッジ、画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置における現像剤収納容量を確保しロングライフと小型化を両立させ、安定した画質を維持できるプロセスカートリッジ、画像形成装置、及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】現像剤（トナー）が収納される現像剤収納空間を、光路を構成する走査用通路１３１（窓部）を挟んで、上方に配置されたトナー補給ボックス１２３と、下方に配置された現像ハウジング１２２とに分割する。この間は、走査用通路１３１の両側に設けられたトナー補給ダクト１３２（現像剤通路）で連通されており、トナー補給ボックス１２３からの現像剤は、トナーアジテータ１３０によりトナー補給ダクト１３２から現像ハウジング１２２に供給され、さらにディスペンスオーガー１２９により現像部の中央部分へも均等に搬送される。この時、現像剤の圧縮比は０．３０から０．４０の範囲とする。
【効果】過剰供給等による詰まりが発生せず、安定した画質が維持できる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタなどの画像形成装置に係り、特に、像担持体上の潜像を現像剤にて可視像化する方式の画像形成装置及び画像形成方法、並びに、それらに用いられるプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスとしては従来から多数知られている。電子写真プロセスにおいては、光導電性物質を利用した静電潜像保持体上に種々の手段により電気的に潜像を形成し、この潜像をトナーを含む現像剤を用いて現像し、静電潜像保持体上のトナー潜像を中間転写体を介して又は介さずに、紙等の被転写体にトナー画像を転写した後、この転写画像を加熱、加圧、加熱加圧あるいは溶剤蒸気等により定着する、という複数の工程を経て、定着画像が形成される。静電潜像保持体上に残ったトナーは必要により種々の方法でクリーニングされ、前記複数の工程が繰り返される。電子写真プロセスを用いたプリンターや複写機は広く普及しており、年々その性能・画質に対する要求は厳しくなっている。
【０００３】
電子写真プロセスにおける現像方式には、一成分現像方式と二成分現像方式がある。二成分現像方式は、高速化に対して有利であることから、最も広く用いられている現像方式であるが、トナーがキャリア表面へ付着することにより現像剤が劣化したり、トナーのみが消費される方式であるため、現像剤中のトナー濃度割合が低下しないようにキャリアとの混合割合を一定に保たなければならず、そのために現像装置が大型化してしまう、トナー濃度制御のためコストが高くなる、といった欠点がある。一方、一成分現像方式では上記のような欠点が無いことから、装置の小型化、低コスト化などへの利点を有しており、スモールオフィス環境やパーソナルユーザ向けの分野における現像方式の主流となっている。
【０００４】
一成分現像方式は、非磁性一成分現像方式と磁性一成分現像方式に大別される。前者は、トナー中に磁性粉を含まないことからカラー化には適している。一方、磁性一成分現像方式は、トナー中の磁性粉により、トナー担持体上に磁力を用いてトナーを担持させておくことができることにから、トナーの搬送性に有利な観点や非画像部へのトナーのカブリを抑制しやすい観点から、白黒静電複写方式においては磁性一成分現像方式が多く用いられる。
【０００５】
このように一成分現像方式は二成分現像方式と比較し、機械の小型化に適しているものの、近年更なる小型化が要求されてきているのに加え、ひとつのプロセスカートリッジ当りのプリント枚数（コピー枚数）も多くする所謂ロングライフ化の要求も強くなっているが、プロセスカートリッジを小型化すると現像剤を詰めるスペースが更に小さくなってしまい、結果としてカートリッジ内の現像剤を使い切るまでのプリントまたはコピー枚数が少なくなってしまうため、小型化とロングライフ化の要求を共に満たすためさまざまな工夫をしている。
【０００６】
例えば、特公平６−１２４７５号公報には画像形成装置に用いるプロセスカートリッジとして、像担持体の回転中心を横切る垂直面に対して現像部位、露光部位及びクリーニング部位を同じ側に位置させることにより機械の小型化を実現しているもの、また特開２００２−０４０７８７公報には現像機の構成を単純にして小型化をし、現像剤を詰めるスペースを確保する方法等種々の記載がある。しかしながらカートリッジ内にデッドスペース等に現像されない現像剤を生じてしまう等の問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特公平６−１２４７５号公報
【特許文献２】
特開２００２−０４０７８７公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に機械の横幅を小型化するには、機械の横に記録媒体を排出させるのでなく、転写から定着工程への記録媒体経路を略鉛直方向に配置し、機械上部に排出するのがよいが、上記のようなプロセスカートリッジ画像形成装置においてはその場合、現像装置が走査光路の下方に配置されているので、装置高さを低減するには、現像装置が走査光路の下側にあるため、現像装置を小さくする必要がある。現像装置には、現像剤を収納する現像剤収納部を有するので、この現像剤収納部を小さくせざるを得ず、現像剤収納容量を維持したまま装置を小型化することが困難であった。
【０００９】
本発明は上記実状に鑑み、従来の技術の問題点を解決することを目的としてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、現像装置における現像剤スペースを削ることなく現像剤収納容量を確保しロングライフと機械の小型化を両立できると共に、安定した画質を維持できるプロセスカートリッジ、画像形成装置、及び画像形成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】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明のプロセスカートリッジは、画像形成装置本体に着脱自在に装着され、潜像担持体と、現像剤を収納する現像剤収納空間を有する現像装置と、を具備し、
前記現像装置は、前記潜像像担持体の潜像書込み位置を挟んで、前記現像剤収納空間を第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とに上下方向で分割すると共に、前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とを現像剤通路を介して連通してなり、
且つ前記現像剤の圧縮比が０．３０〜０．４０である、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の画像形成装置は、画像形成装置本体と、該画像形成装置本体に着脱自在に装着されるプロセスカートリッジと、を有し、
前記プロセスカートリッジが、潜像担持体と、現像剤を収納する現像剤収納空間を有する現像装置と、を具備し、
前記現像装置は、前記潜像担持体の潜像書込み位置を挟んで、前記現像剤収納空間を第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とに上下方向で分割すると共に、前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とを現像剤通路を介して連通してなり、
且つ前記現像剤の圧縮比が０．３０〜０．４０である
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の画像形成方法は、潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像工程と、該静電潜像を現像装置内の現像剤を用いて現像する現像工程と、現像されたトナー画像を被転写体に転写する転写工程と、を有し、
前記現像装置は、前記現像剤を収納する現像剤収納空間を第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とに上下方向で分割すると共に、前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とを現像剤通路を介して連通してなり、
前記潜像工程が、前記現像装置における前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部の間隙を通して潜像を書き込む工程であり、
且つ、前記現像剤の圧縮比が０．３０〜０．４０である、
ことを特徴とする。
【００１３】
従来、上述のように画像形成装置の小型化のためには、現像装置の小型化が欠かせない一方で、ロングライフ化のためには現像装置における現像剤収容空間を上下に一定の高さ持たせ、現像剤量を維持或いは増量させることがよい。しかし、現像剤収容空間を上下に一定の高さ持たせつつ、ロングライフ化のために現像剤量を維持或いは増加させると、同時に現像剤自体の重量によって現像剤収容空間下部の現像剤はブロッキング現象と呼ばれる現像剤の流動性の悪化から、現像ロール等現像部へのトナー供給の低下を生じ、現像性の悪化等の問題を生じる。
【００１４】
そこで、本発明では、現像装置における現像剤収納空間を潜像書込み位置を挟んで上下に分割すると共に、分割した現像収納空間を現像剤通路を介して連通させたので、潜像書込み位置の下方の第２の現像剤収納部の現像剤収納容量を小さくしても第１の現像剤収納部によって現像剤収納容量を確保すると共に、第１の現像剤収納部に収納された現像剤を現像剤通路を通じて第２の現像剤収納部へと補充させ、前記ブロッキング現象を生じにくくさせる。
【００１５】
そして、同時に現像剤の圧縮比を０．３０から０．４０の範囲にすることにより、第１の現像剤収納部から第２の現像剤収納部への過剰供給、第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とをつなぐ現像剤通路内ブロッキングによる詰まりを防止し、安定した現像剤の供給が可能となる。
【００１６】
このため、現像装置における現像剤スペースを削ることなく現像剤収納容量を確保しロングライフと機械の小型化を両立できると共に、安定した画質を維持できる。
【００１７】
本発明においては、例えば潜像を形成する手段として走査型レーザ露光装置を用いた場合は、この走査型レーザ露光装置から出力される走査光路を確保するため、現像装置は、第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部との間に走査光路を構成する窓部を形成し、第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とがこの窓部を挟んで上下に分離された構成であることがよい。また、この窓部の両側に現像剤通路を設けることが好ましい。
【００１８】
また、第１の現像剤収納部には、現像剤を中央から両側へ攪拌搬送する第１の攪拌搬送部材を設けることが好ましい。この第１の攪拌搬送部材は、例えば線材から構成することができ、クランク状に形成することもできるが、軸線方向中央部から両側に向けて異なった巻き方向で、らせん状に形成することが好ましい。
【００１９】
また、第２の現像剤収納部は、現像剤を両側から中央へ攪拌搬送する第２の攪拌搬送部材を設けることが好ましい。これにより現像剤の量を軸方向で均一にすることができる。ただし、現像剤の流動性が良い場合は、第２の攪拌搬送部材は、特別な構造を採用する必要はなく、例えばクランク状にしてもよい。
【００２０】
また、現像剤に含まれるトナー中に磁性粉を３５〜５５重量％含有することにより、機械の小型化と濃度・カブリ及び濃度安定性によりすぐれた画像形成が可能となり好適である。
【００２１】
【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つつ説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材には全図面通して同じ符合を付与して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図である。図３は、本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジにおいて、現像剤の供給経路を示す正面図である。
【００２３】
本実施形態の画像形成装置は、図１に示すように、装置本体２０内に例えば電子写真方式の作像エンジン２１を搭載し、装置本体２０内の作像エンジン２１の下方にシート供給装置２２を装備すると共に、装置本体２０の上部を排出トレイ２７として構成し、装置本体２０内の背面側（図１では左側に相当）にシート供給装置２２から送出されたシートを作像エンジン２１、排出トレイ２７へと導くシート搬送路２３を略鉛直方向に設けたものである。
【００２４】
作像エンジン２１は、例えば電子写真方式を採用したものであって、感光体ドラム３１と、この感光体ドラム３１を帯電する帯電装置（本例では帯電ロール）３２と、帯電された感光体ドラム３１上に静電潜像（以下潜像という）を書き込むレーザ走査装置等の露光装置３３と、感光体ドラム３１上の潜像をトナー現像する現像装置３４と、感光体ドラム３１上の可視像（トナー像）をシートに転写させる転写装置（本例では転写ロール）３５と、感光体ドラム３１上の残留トナーを清掃するクリーニング装置３６とを備えている。
【００２５】
また、シート搬送路２３の感光体ドラム３１の上流側にはシートを位置決め搬送するためのレジストロール２４が設けられ、また、シート搬送路２３の感光体ドラム３１の下流側には定着装置２５が配設されると共に、排出トレイ２７の直前には排出ロール２６が設けられる。
【００２６】
作像エンジン２１の大部分のデバイスがプロセスカートリッジ４０として一体的に構成されている。すなわち、プロセスカートリッジ４０は、図２に示すように感光体ドラム３１、帯電装置３２、現像装置３４及びクリーニング装置３６を内包し、装置本体２０に対して着脱自在に装着されており、所謂ＣＲＵ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ Ｕｎｉｔ）構成になっている。
【００２７】
プロセスカートリッジ４０は、感光体ドラム３１を具備する感光体カートリッジ１００と、現像装置３４をカートリッジ化した現像剤カートリッジ１２０とを一体化したものであり、装置本体２０の上部に設けた開閉カバー８２を開放することにより、装置本体２０に対して着脱自在に装着するようにしたものである。
【００２８】
そして、図示しないが、例えば、感光体カートリッジ１００は、現像剤カートリッジ１２０に対し揺動自在にピン支持されると共に、付勢スプリングにて所定方向に押し付け保持されている。
【００２９】
次に、プロセスカートリッジ４０を構成する各サブカートリッジ（感光体カートリッジ１００、現像剤カートリッジ１２０）の構成要素について詳述する。
【００３０】
先ず、感光体カートリッジ１００は、感光体ドラム３１と、これを帯電する帯電装置（帯電ロール）３２と、感光体ドラム３１を清掃するクリーニング装置３６（本例ではクリーニングブレード３６１、搬送パドル３６２を具備した態様）とをカートリッジケース１０１に保持したものである。
【００３１】
ここで、図示しないが、感光体ドラム３１、帯電装置（帯電ロール）３２は夫々ドラムベアリング、ロールベアリングを介してカートリッジケース１０１に回転自在に保持されている。
また、クリーニング装置３６は、カートリッジケース１０１の一部をクリーニングケースとして構成し、このクリーニングケースの開口縁に設けられて感光体ドラム３１に当接配置されるクリーニングブレード３６１と、このクリーニングケースの開口近傍に設けられてクリーニングブレード３６１で掻き取った残トナーをクリーニングケースの奧側に搬送する搬送パドル３６２とを備えている。搬送パドル３６２はパドルギアを介して回転駆動されている。
また、転写部位の下流側にはシートを剥離するための剥離フィンガー１０５が設けられている。
【００３２】
尚、１０６はカートリッジケース１０１に設けられて感光体ドラム３１の現像領域表面を必要に応じて開閉するシャッター及びそのシャフトである。
【００３３】
一方、現像装置３４をカートリッジ化した現像剤カートリッジ１２０は、例えば一成分現像剤方式を採用したものであって、カートリッジケース１２１に現像ハウジング１２２（第２の現像剤収納部）とトナー補給ボックス１２３（第１の現像剤収納部）とを具備している。現像剤が収納される現像ハウジング１２２及びトナー補給ボックス１２３からなる領域が、現像剤収納空間に相当する。
【００３４】
現像ハウジング１２２の感光体ドラム３１との対向部位には、現像ロール１２５を配設すると共に、この現像ロール１２５の周囲には現像剤層厚規制用の層厚規制ブレード１２６を設け、更に、現像ロール１２５の背面側にはトナー攪拌用の補助アジテータ１２７を配設すると共に、その背面側には補給トナーを現像ロールに搬送するアジテータ１２８を配設している。
【００３５】
また、現像ハウジング１２２内には、アジテータ１２８の背面側には現像ハウジング１２２へ補給されたトナーを均一に搬送するディスペンスオーガー１２９（第２の攪拌搬送部材）を配設している。
【００３６】
トナー補給ボックス１２３内には、補給用トナーを攪拌及びトナー補給ダクト１３２を介して現像ハウジング１２２に搬送するトナーアジテータ１３０（第１の攪拌搬送部材）が設けられている。
【００３７】
ここで、現像剤カートリッジ１２０は、図３に示すように、カートリッジケース１２１のうち、現像ハウジング１２２とトナー補給ボックス１２３の間には露光装置３３からの走査光を通過させるための例えば断面四角形状の走査用通路１３１（窓部）が開設されており、カートリッジケース１２１の走査用通路１３１から外れた両端位置には現像ハウジング１２２とトナー補給ボックス１２３の間を連通接続するトナー補給ダクト１３２（現像剤通路）が設けられている。
【００３８】
このため、感光体ドラム３１の潜像書込位置Ｐの上流側（本例では上方側に相当）にトナー補給ボックス１２３が配設されると共に、前記潜像書込位置Ｐの下流側（本例では下方側）に現像ハウジング１２２が配設される。
【００３９】
そして、トナー補給ボックス１２３に配設されるトナーアジテータ１３０（第１の攪拌搬送部材）は、軸部１３０ａと、この軸部１３０ａの軸線方向中央部から両端に向けて、それぞれ異なった巻き方向で、らせん状に形成された巻き線部１３０ｂとを有し、この軸部１３０ａと巻く線部１３０ｂとが一つの線材から構成されている。したがって、このトナーアジテータ１３０が回転すると、トナー補給ボックス１２３に収納された現像剤を軸線方向両側のトナー補給ダクト１３２に供給することができ、このトナー補給ダクト１３２を介して現像剤が現像ハウジング１２２に供給される。
【００４０】
また、現像ハウジング１２２に配設されるディスペンスオーガー１２９（第２の攪拌搬送部材）は、軸部１２９ａと、この軸部１２９ａの軸線方向端部から中央に向けて互いに異なる方向に形成されたスクリュー部１２９ｂからなるスクリューシャフトとして構成されている。ディスペンスオーガー１２９が回転すると、両側のトナー補給ダクト１３２からの現像剤が中心方向により多く搬送され、現像剤が均等に分散されて次のアジテータ１２８に供給される。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
プロセスカートリッジ４０において、感光体ドラム３１が帯電装置３２により帯電され、露光装置３３により感光体ドラム３１上に潜像が形成された後に、現像装置３４により可視像（トナー像）が形成される。
【００４２】
一方、シート供給装置２２からは所定のタイミングでシートがシート搬送路２３に送出され、レジストロール２４で位置決めされた後に転写部位へと搬送される。
【００４３】
そして、感光体ドラム３１上のトナー像は転写装置３５によりシートに転写され、定着装置２５にてシート上の未定着トナー像が定着された後、定着済みのシートは排出トレイ２７へ排出される。尚、感光体ドラム３１上の残留トナーはクリーニング装置３６にて清掃される。
【００４４】
このような作像過程において、露光装置３３からの走査光は、プロセスカートリッジ４０の走査用通路１３１を通じて感光体ドラム３１の潜像書込位置Ｐに到達するから、プロセスカートリッジ４０が露光装置３３の露光走査性を損なう懸念は全くない。
【００４５】
本実施の形態では、現像剤カートリッジ１２０の現像ハウジング１２２とトナー補給ボックス１２３とは感光体ドラム３１の潜像書込位置Ｐを境として上下に分離されているが、走査用通路１３１を迂回するトナー補給ダクト１３２を通じて連通しているため、露光走査性を損なうことなく、トナーの補給動作が行われる。
【００４６】
また、現像装置３４（現像剤カートリッジ１２０）では、作像過程が進むにつれてトナーが消費されるが、上述のように、トナー補給ボックス１２３内のトナーは、トナー補給ダクト１３２を通じて現像ハウジング１２２のディスペンスオーガー１２９部分に搬送され、このディスペンスオーガー１２９の回転動作に伴って現像ハウジング１２２内に所定量ずつ逐次補給される。
【００４７】
この後、現像ハウジング１２２内に補給された新規トナーは現像アジテータ１２８によって現像ロール方向に搬送され補助アジテータ１２７で攪拌されて現像ロール１２５側に供給され、この現像ロール１２５に保持された現像剤が層厚規制ブレード１２６にて所定の層厚規制を受けた後、感光体ドラム３１との現像領域へ供給される。このようにして、トナー消費に伴ってトナーの補給動作が行われる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、トナー補給ボックス１２３が感光体ドラム３１の潜像書込位置Ｐの上方側に配設されているため、その下方側に配設する態様に比べて、プロセスカートリッジ４０の底部位置を上方に上げて設定することが可能になり、装置本体２０内の下部に配置されるシート供給装置２２などへのレイアウト上の制約は解消される。
【００４９】
また、本実施の形態では、感光体ドラム３１の潜像書込位置Ｐの上流側（本例では上方側）にトナー補給ボックス１２３が配設されるため、装置本体２０内の走査光ラインよりも上方空間の占有スペースは増加するが、装置本体２０内の排出トレイ２７の下部空間はもともとデッドスペースであった部分でもあり、このデッドスペースを有効に利用したに過ぎず、装置本体２０の上部仕様を大幅に変更する必要はない。
【００５０】
更に、トナー補給ボックス１２３のトナー補給量を例えば増加変更するような場合であっても、前記装置本体２０内の上部スペースを有効に利用するようにすれば、装置本体２０の上部仕様（排出トレイ２７周辺）をほとんど変更せずに済む。
このため、各種仕様の画像形成装置を構築するに当たって、装置本体２０の共用化を図ることができる。尚、やむを得ず装置本体２０の上部仕様を変更するにしても、排出トレイ２７位置を僅かに上方に上げる等の軽度の仕様変更で済む。
【００５１】
以下、本実施形態で用いられる現像剤（トナー）について詳細に説明する。
現像剤としては、その圧縮比が０．３０〜０．４０の範囲内ものを使用する。この範囲の圧縮比を有する現像剤を、上記実施形態の画像形成装置（プロセスカートリッジ）に使用することで、第１の現像剤収納部（トナー補給ボックス１２３）から第２の現像剤収納部（現像ハウジング１２２）への現像剤の過剰供給や、現像剤通路（トナー補給ダクト１３２）内のブロッキングによる詰まりを防止し、安定した現像剤の供給が可能となる。
【００５２】
また、現像剤の圧縮比の好ましい範囲は、０．３２〜０．３８であり、より現像装置内で生じる問題を低減できる点でよい。一方で、圧縮比が０．３０を下回る現像剤のように流動性が良いものは第１の現像剤収納部から第２の現像剤収納部への通路に流れ込みやすく、第２の現像剤収納部に現像剤が入りすぎることによるパッキング現象が発生する。また、圧縮比が０．４０を超える現像剤のように流動性の悪いものは第１の現像剤収納部から第２の現像剤収納部への通路への通りが悪く、通路内でトナーが詰まってしまう所謂ブロッキング現象が発生するために好ましくない。
【００５３】
ここで、現像剤の圧縮比は、例えば、以下の方法で上記範囲に制御することができる。例えば、トナーの粒径と磁性体、離型剤等の量にもよるが、平均粒径が６〜９μｍ程度の４μｍ以下の個数が５〜２５％程度あって、且つ外添剤として０．０２μｍ以下の無機金属酸化物がトナーの表面積に対して６０〜９５％程度被覆することにより、現像剤を上記範囲の圧縮比に制御することができる。
【００５４】
なお、一般にトナー粒径は大きくなるほど、４μｍ以下の個数が少なくなるほど、また磁性粉量は少なくなるほど、離型剤量、外添剤量は多くなるほど、圧縮比は減少する傾向にあり、都度調整の必要がある。
【００５５】
圧縮比は、例えば、ホソカワミクロン社製パウダーテスターにより測定することができる。
【００５６】
現像剤の構成要素としては、トナーを含んでいれば特に限定はなく、当該トナーには、従来公知の材料を用いることができる。
【００５７】
例えば、結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレンなどのスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのモノオレフィン類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニルなどのビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル、などのα−メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテルなどのビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトンなどのビニルケトン類、などの単独重合体および共重合体を例示することができ、特に代表的な結着樹脂としてはポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、をあげることができる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジンなどをあげることができる。これらの中でも、スチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合樹脂とポリエステル樹脂が好ましく用いられる。特に低温定着性と耐ブロッキング性の観点からポリエステル樹脂が好ましく用いられる。
【００５８】
トナーは、着色剤として磁性粉を使用する磁性一成分トナーとして用いるのが最も好ましい。結着樹脂中に分散される磁性粉末としては公知の磁性体、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の金属及びこれらの合金、Ｆｅ_３Ｏ_４、γ−Ｆｅ_２Ｏ_３，コバルト添加酸化鉄等の金属酸化物、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト等の各種フェライト、マグネタイト、ヘマタイト等が使用でき、更にそれらの表面をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等の表面処理剤で処理したもの、珪素系化合物やアルミニウム系化合物など無機系材料でコーティングしたもの、あるいはポリマーコーテイングしたもの等でも良い。
【００５９】
この磁性粉末の混合割合は、トナー粒子全体に対して３５〜５５重量％の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは４０〜５０重量％の範囲である。磁性粉末が３５重量％より少ない場合は、トナー担持体のマグネットによるトナーの拘束力が低下し、トナー飛散、カブリの問題が発生する。一方５５重量％を越える場合は画像濃度が低下するという問題がある。又、これらの磁性粉の平均粒径は０．０５〜０．３５μｍ程度のものが結着樹脂への分散性の観点で好ましく用いられる。また、着色力調整のために磁力を有しない磁性粉を併用する場合もある。
【００６０】
トナーは、耐久性や粉体流動性などを向上させる目的で、トナーに微粒子が添加混合される。添加される微粒子としては、例えば、シリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、塩化セリウム、ベンガラ、酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属酸化物やセラミック粒子などを用いることができる。これらの中でも、シリカ微粒子、酸化アルミニウム、酸化チタンを主体としたものであることが好ましい。これらを単独、または併用して用いることも可能であるが、特に、シリカを主体としたものであることが好ましい。
【００６１】
これらの添加量としては、トナーの粒径にもよるが、０．０５から２０質量％の範囲であり、より好ましくは０．１から１５質量％であり、さらに好ましくは０．５から１０質量％の範囲が前記現像剤の圧縮比を得る点で良い。０．０５質量％未満であると現像剤の攪拌等の衝撃により微粒子が現像剤表面に埋め込まれる等の問題が生じ、微粒子の添加効果を得られないため好ましくない。また２０質量％を超える場合、微粒子の遊離等が発生し、現像ロール等へ付着し、その結果帯電制御が困難になる等の問題があるため好ましくない。
【００６２】
また、前記微粒子には耐久性や流動性をさらに向上させる目的で、さらに疎水化処理を施しても良い。疎水化処理は通常の疎水化剤を用いて行うことができる。
【００６３】
疎水化剤の具体例としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤等のカップリング剤、シリコーンオイルやポリマーコーティング処理などが挙げられる。これらの疎水化剤を単独又は組み合わせて用いることができる。
【００６４】
これらの中でも、シラン系カップリング剤とシリコーンオイルを好ましく用いることができる。シラン系カップリング剤としては、クロロシラン、アルコキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤等いずれのタイプも使用することができ、その具体例としては、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、トリメチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、Ｎ，Ｏ−（ビストリメチルシリル）アセトアミド、Ｎ，Ｎ−ビス（トリメチルシリル）ウレア、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３．４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等や、それらの一部の水素原子をフッ素原子に変えた、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシルトリエトキシシラン、３−ヘプタフルオロイソプロポキシプロピルトリエトキシシランなどのフッ素系シラン化合物、水素原子の一部をアミノ基で置換したアミノ系シラン化合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００６５】
また、シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、環状ジメチルシリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、メタクリル変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、メチルスチリル変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
疎水化処理された粒子を用いると高湿度下での帯電量を向上させる事ができ、結果として帯電の環境安定性を向上させる事ができる。
【００６６】
微粒子の疎水化処理法としては、例えば、テトラヒドロフラン、トルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、アセトン等の溶媒で混合希釈した処理剤を、ブレンダー等で強制的に攪拌させた微粒子に滴下したり、スプレーしたりして充分に混合し、必要に応じて洗浄、濾過を行った後、加熱乾燥させ、乾燥後凝集物をブレンダーや乳鉢等で解砕して処理する方法や、微粒子を処理剤の溶媒溶液に浸析した後、乾燥させる、あるいは、微粒子を水中に分散してスラリー状にした上で処理剤溶液を滴下し、その後微粒子を沈降させて加熱乾燥して解砕する方法や、微粒子へ直接処理剤を噴霧する方法等、従来公知の方法を用いることができる。
【００６７】
処理剤の微粒子への付着量は、微粒子に対して０．０１〜５０重量％であることが好ましく、０．１〜２５重量％がより好ましい。付着量は、処理の段階で処理剤の混合量を増やしたり、処理後の洗浄工程数を変える等の方法によって処理量を変えることができる。また、処理剤の付着量は、ＸＰＳや元素分析により定量することができる。処理剤の付着量が少ないと高湿度下で帯電性が低下する場合が有り、処理量が多すぎると低湿度下で帯電が過剰になりすぎたり、遊離した処理剤が現像剤の粉体流動性を悪化させる場合がある。
【００６８】
トナーには、同様に、無機系微粒子に加えて、有機系微粒子が添加されることもある。有機微粒子としては、例えば、スチレン系重合体、（メタ）アクリル系重合体、エチレン系重合体などのビニル系重合体や、エステル系、メラミン系、アミド系、アリルフタレート系などの各種重合体、フッ化ビニリデンなどのフッ素系重合体、ユニリンなどの高級アルコールからなる微粒子などを挙げる事ができ、一次粒径で０．０５〜７．０μｍのものが好ましく用いられる。前記有機微粒子は、一般にクリーニング性や転写性を向上させる目的で添加される。
【００６９】
トナーに添加される微粒子は、トナー粒子と共にサンプルミルやヘンシェルミキサーなどで機械的衝撃力を加えられてトナー粒子表面に付着又は固着することができる。
【００７０】
トナーには、耐オフセット性を向上させる目的でワックスを含有していることが好ましい。ワックスとしては、例えば、低分子量ポリプロピレンや低分子量ポリエチレン等の炭化水素系ワックス、マイクロクリスタリンワックス、シリコーン樹脂、ロジン類、エステル系ワックス、ライスワックス、カルナバワックス、フィッシャートロプシュワックス、モンタンワックス、キャンデリラワックスなどが挙げられる
【００７１】
トナーには、色調を調整するために着色剤を含有させても良い。前記着色剤としては、特に制限はなく、それ自体公知の着色剤を挙げることができ、目的に応じて適宜選択することができる。着色剤としては、例えば、カーボンブラック、ランプブラックや、デュポンオイルレッド、オリエントオイルレッド、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッドの５、１１２、１２３、１３９、１４４、１４９、１６６、１７７、１７８、２２２、４８：１、４８：２、４８：３、５３：１、５７：１、８１：１や、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジの３１、４３や、キノリンイエロー、クロームイエロー、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエローの１２、１４、１７、９３、９４、９７、１３８、１７４、１８０、１８８や、ウルトラマリンブルー、アニリンブルー、カルコイルブルー、メチレンブルークロライド、銅フタロシアニン、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルーの１５、６０、１５：１、１５：２、１５：３や、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーンの７や、マラカイトグリーンオキサレート、ニグロシン染料などが挙げられ、これらを単独又は複数組み合わせて用いることも可能である。これらはあらかじめフラッシング分散処理されたものであってもよい。
【００７２】
また、帯電制御を目的として、種々の物質を添加することが出来る。例えば、フッ素系界面活性剤、サリチル酸系錯体、鉄錯体のような鉄系染料、クロム錯体のようなクロム系染料、マレイン酸を単量体成分として含む共重合体のごとき高分子酸、４級アンモニウム塩、ニグロシンなどのアジン系染料などを０．１〜１０．０重量％の範囲で添加しても良い。なお、結着樹脂が十分な帯電制御機能を有している場合には必ずしも帯電制御剤を添加する必要はない。
【００７３】
トナーは、それ自体公知の製造方法に従って製造することができる。前記製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜決定することができる。例えば、混練粉砕法、混練冷凍粉砕法、液中乾燥法、溶融トナーを不溶解性液体中で剪断撹拌して微粒子化する方法、結着樹脂と着色剤を溶剤に分散させジェット噴霧により微粒子化する方法、あるいは、乳化重合法による樹脂をもちいた乳化凝集法、懸濁重合法、溶解懸濁法などが挙げられる。トナーの体積平均粒径は５〜１５μｍ程度であることが好ましい。
【００７４】
トナーは、吸引法による帯電量が−３．０〜−２０．０（μＣ／ｇ）の帯電量を有することが必要である。低すぎると画像濃度が得られなくなり、高すぎるとカブリが悪化する。ここで、吸引法によるトライボ測定方法を簡単に説明すると、吸引−排出口を有すると共に、内部にトナーを通過させない程度のメッシュを内蔵した金属製容器の排出口を真空ポンプに接続する。容器はクーロンメーターに接続する。吸引口はゴムカバーなどを用いて絶縁する。真空排気と同時に、トナー担持体上のトナーを吸引し、クーロンメーターで電荷量を測定する。吸引前後での容器の重量を測定することで、単位重量当たりの帯電量を測定することが出来る。
【００７５】
【実施例】
以下、実施例につき本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７６】
尚、トナーの粒度は、コールターカウンター社製粒度測定機ＴＡ−ＩＩによりアパーチャー径１００μｍで測定した。外添剤の粒径は、走査型電子顕微鏡写真から求めた。圧縮比はホソカワミクロン社製パウダーテスターで測定した。
【００７７】
（実施例１）
ポリエステル樹脂（ビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加物・テレフタル酸を主体とする架橋ポリエステル、ＴＨＦ不溶分２５％、ＭＩ＝５．０、酸価＝１０．０、Ｔｇ＝５９．１℃）５１．２５重量部、マグネタイト（飽和磁化８２Ａｍ^２／ｋｇ、残留磁化５．５Ａｍ^２／ｋｇ、保磁力４．８ｋＡ／ｍ ＠３９８ｋＡ／ｍ）４５．０重量部、ポリプロピレンワックス（重量平均分子量３０００）３．０重量部、帯電制御剤（商品名Ｔ−７７ 保土ヶ谷化学（株）製）０．７５重量部とを、ヘンシェルミキサーにより粉体混合し、これを設定温度１５０℃のエクストルーダーにより熱混練した。冷却後、粗粉砕、微粉砕した後、分級して、体積平均径＝６．５μｍ、４μｍ以下：２０個数％の分級品を得た。
【００７８】
得られたトナー分級品１００重量部に対して、疎水性チタン化合物を０．１重量部とシリコーンオイル処理シリカ１．２重量部をヘンシェルミキサーで外添混合した後、篩分により凝集物を取り除いて、トナー（現像剤）Ａを得た。酸化チタンは、イルメナイト鉱石を用い、これを硫酸に溶解させて鉄粉を分離し、得られたＴｉＯＳＯ_４を１００部に対してＳｉＣｌ_４を５部添加し、加水分解させた後、水洗し、Ｓｉ成分を含有したＴｉＯ（ＯＨ）_２を得、それを焼成せずにＴｉＯ（ＯＨ）_２ １００部に対してデシルトリメトキシシラン５部及びシリコーンオイル５部を湿式にて処理、乾燥し、ジェットミルにより粉砕して得られた平均粒径０．０５μｍの疎水性酸化チタンであり、シリカは、一次粒子粒径０．０１２μｍのシリコーンオイル処理シリカ（商品名：ＲＹ２００、日本アエロジル製）である。トナー（現像剤）Ａの圧縮比は０．３３であった。
【００７９】
このように作製した現像剤Ａを、図２及び３と同様な構成のプロセスカートリッジにおける現像剤収納空間（第１現像剤収納部及び第２現像剤収納部）へ詰めた。このプロセスカートリッジを、富士ゼロックス社製レーザープリンターＤｏｃｕＰｒｉｎｔ３６０（図１と同様な構成で、上記プロセスカートリッジがセッティングできるよう改造）にセットし、画像密度１％の低画像密度パターン及び画像密度２０％の高画像密度パターンそれぞれで充填されたトナーを使い切るまでプリントし、トナー供給性能、画像濃度、カブリを評価した。結果を表１に示す。
【００８０】
なお、画像濃度はＸ−ｒｉｔｅ濃度計によって測定し、１．４５以上を◎、１．４０以上で１．４５未満を○、１．３５以上で１．４０未満を△、１．３５未満を×とした。画像濃度は３０℃９０％ＲＨ高温高湿（Ｈ−Ｈ）条件、１０℃１５％ＲＨ低温低湿（Ｌ−Ｌ）条件ともに評価した．
カブリは、目視により良好なものを○、明らかに悪いものは×、その中間を△とした。結果を表１に示す。
【００８１】
（実施例２）
実施例１において、磁性粉の添加量を４０重量％とし、外添剤としてのシリコーンオイル処理シリカの添加量を０．８重量部とチタン化合物の添加量を０．２重量％に変更した以外は同様にしてトナー（現像剤）Ｂを得て、評価した。トナーＢの圧縮比は０．４０であった。結果を表１に示す。
【００８２】
（実施例３）
実施例１において、トナーの体積平均径を８．８μｍ、４μｍ以下：１０個数％にし、外添剤としてのシリコーンオイル処理シリカの添加量を１．５重量部にした以外は同様にしてトナー（現像剤）Ｃを得て、評価した。トナーＣの圧縮比は０．３０であった。結果を表１に示す。
【００８３】
（比較例１）
実施例１において、磁性粉量を５５重量％とし、外添剤としてシリカを１．８質量％に増量した以外は同様にしてトナー（現像剤）Ｌを得て、評価した。トナーＬの圧縮比は０．２８であった。結果を表１に示す。
【００８４】
（比較例２）
実施例１において、磁性粉量を１０重量％とし、外添剤としてシリコーンオイル処理シリカ添加量を０．３重量％に変更した以外は同様にしてトナー（現像剤）Ｍを得て、評価した。トナーＭの圧縮比は０．５２であった。結果を表１に示す。
【００８５】
【表１】

【００８６】
表１の結果から、像担持体の潜像書込み位置を挟んで上下に現像剤収納空間を設けたので、現像剤収納容量を十分確保しつつ小型化できると共に、現像剤の圧縮比を０．３０〜０．４０の範囲のものを使用することにより安定したトナー供給が達成できたことがわかる。また、圧縮比がこの範囲にあることにより、低画像密度プリント時の場合、流動性がよすぎることによる過剰なトナー供給＝トナーパッキングによる低濃度を回避でき、また、高画像密度プリント時の場合、流動性が悪くトナー供給が追いつかないための低濃度を回避できることもわかる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、現像装置における現像剤スペースを削ることなく現像剤収納容量を確保しロングライフと機械の小型化を両立できると共に、安定した画質を維持できるという、効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジを示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジにおいて、現像剤（トナー）の供給経路を示す正面図である。
【符号の説明】
２０ 画像形成装置本体
２１ 作像エンジン
２２ シート供給装置
２３ シート搬送路
２４ レジストロール
２５ 定着装置
２６ 排出ロール
２７ 排出トレイ
３１ 感光体ドラム（潜像担持体）
３２ 帯電装置
３３ 露光装置
３４ 現像装置
３５ 転写装置
３６ クリーニング装置
４０ プロセスカートリッジ
１００ 感光体カートリッジ
１２０ 現像剤カートリッジ
１２２ 現像ハウジング（第２の現像剤収納部）
１２３ トナー補給ボックス（第１の現像剤収納部）
１２７ 補助アジテータ
１２８ アジテータ
１２８ 現像アジテータ
１２９ ディスペンスオーガー（第２の攪拌搬送部材）
１３０ トナーアジテータ（第１の攪拌搬送部材）
１３１ 走査用通路（窓部）
１３２ トナー補給ダクト（現像剤通路）

Claims (3)

1. 画像形成装置本体に着脱自在に装着され、潜像担持体と、現像剤を収納する現像剤収納空間を有する現像装置と、を具備するプロセスカートリッジにおいて、
   前記現像装置は、前記潜像像担持体の潜像書込み位置を挟んで、前記現像剤収納空間を第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とに上下方向で分割すると共に、前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とを現像剤通路を介して連通してなり、
   且つ前記現像剤の圧縮比が０．３０〜０．４０である、
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
2. 画像形成装置本体と、該画像形成装置本体に着脱自在に装着されるプロセスカートリッジと、を有する画像形成装置において、
   前記プロセスカートリッジが、潜像担持体と、現像剤を収納する現像剤収納空間を有する現像装置と、を具備してなり、
   前記現像装置は、前記潜像担持体の潜像書込み位置を挟んで、前記現像剤収納空間を第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とに上下方向で分割すると共に、前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とを現像剤通路を介して連通してなり、
   且つ前記現像剤の圧縮比が０．３０〜０．４０である
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像工程と、該静電潜像を現像装置内の現像剤を用いて現像する現像工程と、現像されたトナー画像を被転写体に転写する転写工程と、を有する画像形成方法において、
   前記現像装置は、前記現像剤を収納する現像剤収納空間を第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とに上下方向で分割すると共に、前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部とを現像剤通路を介して連通してなり、
   前記潜像工程が、前記現像装置における前記第１の現像剤収納部と第２の現像剤収納部の間隙を通して潜像を書き込む工程であり、
   且つ、前記現像剤の圧縮比が０．３０〜０．４０である、
   ことを特徴とする画像形成方法。

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