JP2006259088A - 現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型の現像装置において、長期に渡りコピープロセスが繰り返された場合、或いはトナーの消費が少ない特殊な使用状態が長期間に及んだ場合にも、地肌汚れ、トナー飛散のない安定した画像の出力が可能な現像装置を提供することである。
【解決手段】 二成分現像剤を用いる現像装置において、トナー粒子に対する外添剤の付着率が５０％以上８０％以下であり、現像器の空回しを開始してからトナー表面に外添剤が確認できなくなるまでの空回し時間が４０分以上９０分以下であり、且つ現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態になった時点での、磁気ブラシによる潜像担持体摺擦領域における磁気ブラシ中トナーの帯電量が、現像剤を現像器に投入し攪拌１分後のトナー帯電量の１００％以上１３０％以下である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、複写機やプリンター及びファクシミリ等の画像形成装置における現像方法、現像装置に関するものである。

近年、複写機やプリンター等の電子写真技術用いた画像形成装置の小型化やパーソナル化の要求に伴って、その現像装置の小型化が図られている。また、こうした要求に伴って、トナーが無くなった時点で、現像装置ごと交換する使い捨てタイプの現像装置や、この現像装置の他に、原稿画像の静電潜像が形成される潜像担持体（感光体）、及び感光体上に残留したトナーを除去するクリーニング部等が一体化された、いわゆるプロセスカートリッジも一般に広く用いられるようになってきている。

しかしながら、このような小型化された現像装置においては、そのトナーと磁性キャリアとからなる現像剤の収容量が少ない。また、現像剤撹拌部の省スペース化も余儀なくされる。これらのため、補給されたトナーがその現像領域に到達するまでの時間が短く、トナーと現像剤（磁性キャリア）との撹拌が不十分になってトナーの帯電量が小さくなり、浮遊トナーが発生し易くなる。この浮遊トナーが発生した場合には、転写紙の地肌汚れがひどくなり好ましくない。

このような問題を解消するために、例えば特開平６−００３９５０号公報においては、攪拌部材を独立で駆動させる手段を設け、非可視像化工程時には攪拌部材の回転数を単独で、可視像化工程時より増大させる方法が提案されている。また、特開平１０−１９８０８９号公報においては、現像剤のトナー濃度レベルに応じて、攪拌手段の攪拌条件を変化させる方法が提案されている。

特開平６−００３９５０号公報 特開平１０−１９８０８９号公報 特開２００３−１４９８５０号公報

しかしながら、上記のいずれの手段もコピープロセスの繰り返しによる現像剤の状態変化が考慮されていない。長期に渡るコピープロセスの繰り返し後、または白紙や低画像面積原稿の連続通紙等、トナーの消費が少ないランを長期間行った後に、高画像面積原稿のコピーを行う場合のような特殊な使用状態においては、現像能力の低下による現像濃度不足が生じることが本発明者らの検討によって明らかとなっている。現像剤の状態、具体的には外添剤の付着率が低下し、キャリアとトナーとの間の付着力上昇によって現像能力が低下していた。また、トナー補給直後の現像剤攪拌部入り口のトナー帯電量分布と補給トナーが該攪拌部を通過し現像剤攪拌部出口直前におけるトナー帯電量分布の弱帯電およびまたは逆帯電トナー成分量との関係を規定することが提案されている（特許文献３参照）。しかし、トナーの帯電挙動は帯電と放電いずれの挙動も確認され必ずしも一方向の変化ではないため使用条件、環境によりその効果は十分なものとはいえない。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、プロセスカートリッジに代表されるような小型の現像装置において、長期に渡りコピープロセスが繰り返された場合、或いはトナーの消費が少ない特殊な使用状態が長期間に及んだ場合にも、地肌汚れ、トナー飛散のない安定した画像の出力が可能な現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ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、磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配置され複数の磁極を備えた磁石ローラ体とを備えて構成された現像スリーブ上に、該現像スリーブを回転させてその外周面に磁性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺擦させ、その摺擦領域で潜像担持体上の潜像を可視化する現像器と、トナー粒子と外添剤とを有する負帯電性トナーと磁性キャリアを少なくとも有する二成分現像剤を用いる現像装置であって、該外添剤の付着率が５０％以上８０％以下であり、該現像器の空回しを開始してからトナー表面に外添剤が確認できなくなるまでの空回し時間が４０分以上９０分以下であり、且つ該現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態になった時点での摺擦領域における磁気ブラシ中トナーの帯電量が、現像剤を現像器に投入し攪拌１分後のトナー帯電量の１００％以上１３０％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、前記外添剤に疎水化処理されたシリカ少なくとも一種用いている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３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、前記外添剤が疎水化処理されたシリカ及び酸化チタンであり、シリカ付着率よりチタニア付着率の方が大である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４の発明は、請求項１乃至３の何れかの現像装置において、前記負帯電性トナーが下記試験方法において測定される平衡状態の外力付与現像剤中のトナーの帯電量分布ピーク位置μ’０と補給トナーの帯電量分布ピーク位置μ’１の関係が０．２ｆｃ／μｍ＞μ’０＞０＞−０．２ｆｃ／μｍ＞μ’１である二成分現像剤を用いたことを特徴とするものである。
（試験方法）（１）ロールミルの容器下部にマグネットを取り付け、マグネットの磁力により容器内の現像剤の磁性キャリアに負荷を与えながら攪拌することが可能な攪拌装置を用意し、撹拌装置のＳＵＳ製密閉容器内にトナー被覆率５０％に混合された現像剤７ｇを投入する。
（２）該現像剤に磁力３０００Ｇの負荷を与えながら回転数２８０ｒｐｍにて攪拌する。
（３）攪拌１０分ごとに容器内の現像剤０．１ｇずつサンプリングし、ＳＥＭによりトナー表面の外添剤の存在状態を観察する。外添剤がトナー表面に埋没して観察されなくなるまで攪拌を続ける。
（４）次に上記により作製された外力付与現像剤６ｇを該ＳＵＳ製密閉容器内に投入し、さらに該現像剤中のトナー１部と同量の補給トナーを添加し、磁力による負荷を与えず回転数２８０ｒｐｍにて攪拌する。
（５）単位時間ごとの帯電量分布を測定し、外力付与現像剤中のトナーと補給トナーの帯電量分布ピーク位置を測定する。
（６）上記により測定されるピーク位置が収束した（平衡状態）外力付与現像剤中のトナー帯電量分布ピーク位置をμ’０、補給トナーの帯電量分布ピーク位置をμ’１とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの現像装置において、摺擦領域の現像剤担持体上の磁気ブラシ量を規制するドクタ部を有し、該ドクタ部通過直前に現像剤滞留部が設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、少なくとも、感光体、帯電手段、画像露光手段、現像手段、転写手段、定着手段、クリーニング手段を有する画像形成装置において、該現像手段が請求項１〜５の何れかの現像装置であることを特徴とした画像形成装置。
また、請求項７の発明は、感光体、帯電手段、およびクリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段と現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在に設けられたプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段が請求項１乃至５の何れかの現像装置を用いることを特徴とするものである。

本発明によれば、現像剤中のトナーが機械的ストレスにより変化した場合でもトナー帯電量が制御され、かつ補給トナーより遊離した外添剤が現像器内に分散されトナー表面外添剤存在状態を保ち、トナー−キャリア間の静電的付着力と非静電的付着力のバランスが保たれることにより安定した画像出力が可能となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明者らは鋭意検討した結果、上述のようなトナー補給に伴う地肌汚れやトナー飛散等の異常は経時での現像剤の状態変化と密接な関わりを持ち、現像装置内におけるトナーの帯電量分布挙動とトナー表面外添剤存在状態とそれら変動によるトナー−キャリア間の付着力変動に相関を持つことを見出し本発明に至った。

一般的な現像装置内での現像剤は、攪拌、現像スリーブによる汲み上げ等による機械的ストレスを絶えず受け続ける。これはトナーへの帯電付与、現像部へのトナー供給など電子写真プロセスにおいて必然的なストレスといえる。さらに小型化された現像装置ではトナー帯電に用いることのできる時間も短時間となるため強いストレスを印加することが必要となる。そのように機械的ストレスを継続して与えられた現像剤は特に現像剤中のトナーが様々な特性変化を来たす。特に外添剤の埋没による帯電特性の変化、非静電的付着力の増加は、現像器の攪拌ストレスとの関係により地肌汚れや補給トナーの飛散に大きく影響をおよぼす。具体的には次のとおりである。トナーの帯電量は攪拌ストレスによっても変化するもので、弱い攪拌では帯電しないトナーも強い攪拌では帯電する。経時的に帯電特性が変化し、強い攪拌を行わなければ帯電しなくなってしまったトナーを初期トナーと同様に攪拌しても帯電が得られないことがある。よって、初期トナーの適正攪拌条件にユニットストレスを設定すると、経時変化したトナーに対して攪拌ストレスが不足し弱帯電トナーが発生するなどの問題がある。また、単に攪拌ストレスを大きくしていると当然外添剤の埋没が促進され非静電付着力が増加すると共に帯電量も増加し、トナー補給された際に補給トナーがキャリアと接触しにくくなり十分な帯電が得られないなどの不具合が発生する。従ってトナー帯電特性変化と攪拌条件のバランスが適当な水準が存在するということになる。

現像剤の機械的ストレスによる状態変化での帯電特性の変化は特にトナー補給時に顕著に観察できる。現像剤に補給されたトナーは現像剤中に十分に分散されると現像剤中のキャリアを介して現像剤中のトナーとの間で電荷が分配される。そして、現像剤中のトナーと補給されたトナーはそれぞれの外添剤埋没状態に応じた帯電量分布をとり平衡状態となる。また、その平衡状態は攪拌条件によって変動する。

ここで、トナー帯電量分布の測定法について説明する。トナーの帯電量分布の測定方法は、チャージスペクトル法を利用した方法や、レーザードップラー速度計を使用した方法などが知られており、いずれの測定方法も用いることができる。ここでは、レーザードップラー速度計を使用したトナー粒子帯電量分布測定装置（Ｅスパートアナライザー；ホソカワミクロン株式会社製）におけるトナーの帯電量分布の測定方法を示す。
まず、磁石で構成されている現像剤保持台に現像剤を保持させる。次いで、現像剤保持台に保持した現像剤を、エアーガン（窒素ガス）により、磁性キャリアとトナーとに分離して、トナー粒子のみを測定部に吸引導入する。測定部に吸引導入されたトナーは順次帯電量を計測され、トナーの帯電量分布を得る。本実施形態における測定条件は以下の通りとした。
窒素ガスブロー圧力：０．４Ｋｇ／ｃｍ２Ｇ
窒素ガスブロー時間：２ｓｅｃ．
窒素ガスブローのインターバル：２ｓｅｃ．
現像剤保持台の回転数：１５０ｒｐｍ

図１に、トナー補給直後のトナー帯電量の分布図を示す。現像剤中のトナーの帯電量分布ピーク位置をμ０、補給トナーの帯電量分布ピーク位置をμ１で表す。横軸は、トナー電荷量ｑをトナー粒径ｄで割った値であり、縦軸は、トナー個数を示す。
帯電量分布ピーク位置とは、もっとも縦軸の値の頻度が高い位置を示す横軸（Ｑ／Ｄ）の値である。前記平衡状態の現像剤中トナーの帯電量分布ピーク位置μ０と補給トナーの帯電量分布ピーク位置μ１の差は、現像剤が機械的ストレスにさらされていないほど小さく、一つの分布に重なってしまうためはっきりとは認識できないが、現像剤中トナーの機械的ストレスによる外添剤の埋没が進行しているほど現像剤中のトナー帯電量ピーク位置と補給されたトナー帯電量分布ピーク位置の差は大きくなり、外添剤が完全に埋没した状態の現像剤で最大となる傾向にある。

図２に後述する試験方法で求めた平衡状態の現像剤中トナーの帯電量分布ピーク位置μ０、補給トナーの帯電量分布ピーク位置μ１の一例を示す。μ０は補給されたトナーに電荷を分配し帯電量は減少する。補給トナーはキャリア及び現像剤中のトナーから電荷を分配され帯電量が上昇する。
本発明では以下の試験方法にて測定されるトナー補給後の平衡状態となった外力付与現像剤中のトナー帯電量分布ピーク位置をμ’０、補給されたトナーの帯電量分布ピーク位置をμ’１とした。
試験方法は、まず以下の条件で過度な機械的ストレスを与えることにより簡易的に現像装置内での現像剤状態変化を再現した外力付与現像剤を作製する。
（外力付与現像剤の作製方法）
外力付与現像剤の作製にはマグロール攪拌機（リコーエンジニアリング社製）を用いる。マグロール攪拌機とはロールミルの容器下部にマグネットが取り付け可能であり、その磁力により容器内の磁性キャリアに対し負荷を与えながら攪拌可能な攪拌装置である。トナー被覆率５０％に混合された現像剤をＳＵＳ製のマグロール専用密閉容器に７ｇ投入する。現像剤に負荷を与える磁力を３０００Ｇとし回転数２８０ｒｐｍにて攪拌を行う。このとき攪拌１０分毎に容器内の現像剤を０．１ｇずつサンプリングしＳＥＭ観察にてトナー表面の外添剤存在状態を観察する。外添剤がトナー表面に埋没し観察されなくなる時間まで攪拌を継続する。

前記にて作製された外力付与現像剤６ｇをマグロール専用密閉容器に投入する。さらに投入した外力付与現像剤中のトナー量と同量の補給トナーを補給し磁力による負荷は与えずに回転数２８０ｒｐｍにて攪拌する。そのときの単位時間毎の帯電量分布を測定し帯電量分布ピーク位置を測定する。
図３，図４に帯電量分布ピーク位置の攪拌時間による変化の例を示す。補給トナーの帯電立ち上がりの挙動と外力付与現像剤中のトナーの電荷の受け渡しによる帯電量低下が観察できる。各帯電量分布のピーク変動は補給トナーが十分に分散されると収束することがわかる。この収束した外力付与現像剤中のトナー帯電量ピーク位置をμ’０、補給トナーの帯電量分布ピーク位置をμ’１とする。
なおこの外力付与現像剤中のトナー帯電量ピーク位置μ’０と補給トナーの帯電量分布ピーク位置μ’１は現像装置内のトナー帯電量分布挙動を示すものではなく、外力付与現像剤中のトナーと補給されたトナー、すなわち機械的ストレスを受けていないトナーの本質的な帯電特性の関係を表すものと考えられる。また、このμ’０とμ’１の関係は外力付与現像剤中のトナーと補給トナーの質量比によって当然変化するものであるが、本発明では上記質量比により外力付与現像剤中のトナーと補給されたトナー、すなわち機械的ストレスを受けていないトナーの本質的な帯電特性の関係を規定するものである。

本発明によるμ’０とμ’１の関係が、負帯電トナーの場合では０．２ｆｃ／μｍ＞μ’０＞０＞−０．２ｆｃ／μｍ＞μ’１、正帯電トナーの場合では−０．２ｆｃ／μｍ＜μ’０＜０＜０．２ｆｃ／μｍ＜μ’１である現像剤は次の利点を有する。すなわち、トナー付着力の増加した外力付与現像剤へのトナー補給において、外力付与現像剤中のトナー静電的付着力を低下させて補給トナーのキャリアへの接触、帯電を容易にし、さらに劣化トナーからの電荷分配を受けることにより補給トナーの帯電立ち上がりを助長し、非静電的付着力が小さい補給トナーの静電的付着力が大きくなることによりキャリアからの離脱が抑制される。

また、トナー特性の変化から逆帯電トナーが発生する可能性を示す本発明のトナーでは実際に使用される場合の攪拌条件を規定する必要がある。本発明の「該現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態となる時点での摺擦領域における磁気ブラシ中のトナー帯電量が初期状態の１００％以上１３０％以下であること」とは外力付与現像剤中のトナーのみのキャリアとの混合状態では、適正なストレスでの攪拌条件において電荷獲得能力が残存することを示している。本発明の初期状態のトナー帯電量とは現像剤を現像器に投入し攪拌１分後のトナー帯電量を示し、「該現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態となる時間の摺擦領域での磁気ブラシ中のトナー帯電量」が初期状態のトナー帯電量の１００％以上１３０％以下である現像剤において本発明が達成されるものである。

非静電的付着力の増加は主にトナー粒子に添加された外添剤の存在状態の変化により生じる。外添剤の離脱、トナー粒子中への埋没によりトナー粒子表面に存在しなくなると非静電付着力は大幅に増加する。本発明では該外添剤付着率が５０％以上８０％以下とすることで、現像器内でストレスを受け外添剤がトナー粒子中に埋没したトナーにも補給トナーから遊離した外添剤が再分散され外添剤存在状態を維持し、非静電付着力の増加を抑制することを見出した。

（添加剤付着率の測定方法）
測定手法は特開平７−１９９５１９（ＦＸ）と特開２０００−１２２３３６（ミノルタ）を参考にした。
＜準備するもの＞
トナー：５．０ｇ
活性剤溶液（イオン交換水：１００ｍｌ，活性剤（ドライウェル：４．４ｍｌ）
２００ｍｌ軟膏瓶
超音波ホモジナイザー
ロート、ろ紙、吸引ポンプ、イオン交換水、乾燥機、乳鉢、乳棒
＊事前に添加剤混合後トナーの蛍光Ｘ線測定を行っておく。
＜手順＞
１．２００ｍｌ軟膏瓶に活性剤溶液とトナーを入れ、蓋をして２０回上下にシェイクする。（図５（１）、（２））
２．１．５〜３時間放置。
３．超音波ホモジナイザー（ＵＨ−３０、２５ＫＨｚ）で１分間照射する（図５（４））。
４．吸引ろ過をし、イオン交換水で２回洗浄する（図５（５））。
５．トナーを一晩４０℃の乾燥機で乾燥させる。
６．トナーを乳鉢で解砕し、蛍光Ｘ線測定を行う。
なお付着率は下式によって求めた。
付着率（％）＝（超音波処理後残存添加剤量（部）／超音波処理前残存添加剤量（部））×１００

本発明の現像装置に用いられるトナーは少なくとも樹脂及び着色剤からなる母体粒子と外添剤から構成される。
この場合の樹脂としては、従来からトナー用結着樹脂として使用されてきたものの全てが適用される。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など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／ビニルナフタリン共重合体、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／ビニルメチルエーテル共重合体、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など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などが挙げられ、これらは、単独であるいは２種以上混合して使用される。また、これらの製造法も特に限定されるものではなく、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合のいずれも利用できる。

本発明の「該現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態となる時間の摺擦領域での磁気ブラシ中のトナー帯電量／初期状態のトナー帯電量比」が１００％以上１３０％以下であるためには樹脂の帯電特性がキャリアに対して十分な帯電能力を持っていることが必要となる。樹脂の帯電能力が不足していると該帯電量比は１００％未満となり補給トナーへの電荷流出後の帯電量維持に支障を来たす。

また、着色剤としては、トナー用として公知のものがすべて使用できる。黒色の着色剤としては、例えばカーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着色剤としては、例えばフタロシアニンブルー、メチルレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。マゼンタの着色剤としては、例えばローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使用できる。イエローの着色剤としては、例えばクロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が使用できる。

更に、これらのトナーは、より効率的に帯電を付与するために、少量の帯電付与剤、例えば染顔料、極性制御剤などを含有することができる。極性制御剤としては、例えばモノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸及びその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のＣｏ、Ｃｒ又はＦｅ等の金属錯体、有機染料、四級アンモニウム塩等がある。帯電付与剤によりμ０、μ‘０、μ１、μ’１の関係は変化することが確認されており、その添加量は前記樹脂や外添剤の種類、重量比の関係により規定されるものである。

トナー粒子の製造法は混練粉砕法、重合法等が挙げられるが、いずれの製造法に限られるものではない。トナー粒子の粒径は３μｍ〜１２μｍが好ましい。３μｍ未満では非静電付着力の影響が大きくなり現像、転写、クリーニング等のプロセスにおいて安定性が低下する。また、１２μｍより大きい画質の低下が発生する。

外添剤として用いられる無機微粒子としては、例えばシリカ、アルミナ、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、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等を挙げることができる。中でも、本発明においてはシリカ、酸化チタンの２種が好ましく用いられる。シリカはトナー非静電付着力の低減、トナー流動性付与の面から、上記無機微粒子の少なくとも一方は、一次平均粒子径が０．０３μｍ以下であることが好ましい。一次平均粒子径が０．０３μｍより大きいと、トナーの流動性不良により補給時の現像剤中へのトナー分散が不均一となりやすいからである。酸化チタンは帯電付与剤と同様にμ０、μ‘０、μ１、μ’１の関係を変化させることが確認されている。従って遊離成分が多くなることは好ましくなく、付着率は９０％以上が好ましく、更に好ましくは９５％以上である。

また、上記無機微粒子のうち少なくとも１種が疎水化処理された疎水性無機微粒子であることが好ましい。疎水化処理剤としては、例えば、ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ｐ−クロルフェニルトリクロルシラン、３−クロルプロピルトリクロルシラン、３−クロルプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジビニルジクロルシラン、ジメチルビニルクロルシラン、オクチルトリクロルシラン、デシルトリクロルシラン、ノニルトリクロルシラン、（４−イソプロピルフェニル）トリクロルシラン、（４−ｔ−ブチルフェニル）トリクロルシラン、ジペンチルジクロルシラン、ジヘキシルジクロルシラン、ジオクチルジクロルシラン、ジノニルジクロルシラン、ジデシルジクロルシラン、ジドデシルジクロルシラン、ジヘキサデシルジクロルシラン、（４−ｔ−ブチルフェニル）オクチルジクロルシラン、ジオクチルジクロルシラン、ジデセニルジクロルシラン、ジノネニルジクロルシラン、ジ−２−エチルヘキシルジクロルシラン、ジ−３，３−ジメチルペンチルジクロルシラン、トリヘキシルクロルシラン、トリオクチルクロルシラン、トリデシルクロルシラン、ジオクチルメチルクロルシラン、オクチルジメチルクロルシラン、（４−イソプロピルフェニル）ジエチルクロルシラン、イソブチルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、トリメトキシ（３，３，３−トリフルオロプロピル）シラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ジエチルテトラチルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等の有機系シラン化合物や、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、クロルフェニ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、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素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、アルコール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、フェノール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、メルカプト変性シリコーンオイル、アクリル、メタクリル変性シリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル等のシリコーンオイル、その他シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤などが挙げられる。中でも、有機系シラン化合物で処理することにより、トナーが環境安定性に優れると同時に、外添剤がある程度トナー母体粒子に埋没した後にも非静電的付着力の増加を抑制することができる。また、添加する無機微粒子のうちいずれか１種が疎水化処理されていれば、効果は得られるが、２種以上が疎水化処理されていれば更なる安定的な効果が得られるので好ましい。

次に、二成分現像剤に用いる磁性キャリアについて詳細に説明する。
磁性キャリアとしては、磁性を有した核体粒子に必要に応じて被覆層を設けたものが広く一般に用いられる。核体粒子としては、従来より公知の磁性体が使用され、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属やマグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金あるいは化合物等が挙げられる。また、被覆層に用いられる樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン及びクロロスルホン化ポリエチレン；ポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばポリスチレン、アクリル樹脂（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル及びポリビニルケトン；塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体；スチレン／アクリル酸共重合体；オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコン樹脂のようなシリコン樹脂又はその変性品（例えばアルキド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変性品）；弗素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン；ポリアミド；ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート；ポリウレタン；ポリカーボネート；アミノ樹脂、例えば尿素・ホルムアルデヒド樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の中でもトナースペントを防止する点で好ましいのは、アクリル樹脂、シリコン樹脂又はその変性品及び弗素樹脂であり、特にシリコン樹脂又はその変性品が好ましい。被覆層の形成法としては、従来と同様、磁性体でなる核体粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。

また、磁性キャリアのキャリア抵抗調整等の目的で、被覆層中に微粉末を添加することができる。被覆層中に分散される微粉末は、０．０１〜５．０μｍ程度の粒径のものが好ましい。また、上記微粉末は被覆樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部添加されることが好ましく、特に５〜２０重量部が好ましい。微粉末としては、従来より公知のものが使用され、例えばシリカ、アルミナ、チタニア等の金属酸化物やカーボンブラック等の顔料が挙げられる。

上記の構成からなる磁性キャリアの体積平均粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。体積平均粒径が５０μｍ以下の磁性キャリアを用いることで、単位重量当たりの磁性キャリア表面積が増大し、補給トナーが磁性キャリアと接触する確率を増加させることができる。

図６は本発明に係る二成分現像剤を用いる現像装置の一例を示す斜視図である。該装置には現像剤担持体として現像スリーブ１に付設して現像剤攪拌部３が設けられている。現像スリーブ１は、磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配置され複数の磁極を備えた磁石ローラ体とを備えている。現像剤攪拌部３は、攪拌部材２ａおよび２ｂを備える。図中右手奥側に、図示しないトナー収容室を備えたトナー補給部６より現像剤攪拌部３中にトナーを補給するための現像剤攪拌部入り口が４が設けられている。また、図中手前側には、補給トナーが現像剤と混合されながら現像剤攪拌部３を通過し、現像剤担持体１に供給するための現像剤攪拌部出口５が設けられている。図中矢印は、現像剤の流れを示す。トナー補給部６より補給されたトナーは、攪拌部材２ａによって現像剤と混合されながら図中手前側に搬送され、現像剤攪拌部出口５を通って現像剤担持体１に供給される。現像剤担持体１に供給されなかった現像剤は、攪拌部材２ｂによって再び図中奥側に搬送され、トナー補給部６からのトナー補給をされる。

図７は本発明に係る二成分現像剤を用いる現像装置の他の例を示す断面図である。現像剤担持体１に付設して摺擦領域の現像剤担持体上の磁気ブラシ量を規制するドクタ部１５を有しており、その近傍に現像剤滞留部１６が存在する。この現像剤滞留部１６では現像剤担持体１によって組み上げられた現像剤がドクタ部１５により所定の量に書き落とされる際、現像剤がパッキング状態になり高いストレスにより摺擦される。該ストレス量は磁極の大きさ、規制される現像剤量、ドクタ部１６の位置により調整される。現像剤滞留部１６で与えるストレス量が大きすぎるとキャリア膜削れが顕著となり、小さすぎるとキャリアへの遊離外添剤及びトナー粒子成分のスペント量が多くなり共にキャリア帯電能を低下させる要因となる。本発明ではそのストレス量を現像器を空回しした時トナー表面に外添剤が確認できなくなる時間で規定しており、好ましくは４０分以上９０分以下、更に好ましくは５０分以上７０分以下である。

図８に本発明の現像装置を用いるプロセスカートリッジの概略構成を示す。図６において、１０はプロセスカートリッジ全体を示し、１１は感光体、１２は帯電手段、１３は現像手段、１４はクリーニング手段を示す。
本発明においては、上述の感光体１１、帯電装置手段１２、現像手段１３及びクリーニング手段１４等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカー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。

本発明の現像装置を用いるプロセスカートリッジを有する画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段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ーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受ける。こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は現像手段によりトナーで現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段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面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物（コピー）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリーニング手段によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
以下の表１に示したトナー処方を変更し、キャリアとキャリア被覆率７０％となる重量比で混合した現像剤Ａ〜Ｅを作成した。

また、磁極の大きさ、規制される現像剤量、ドクタ部１６の位置を調整した現像器Ａ〜Ｃを作成した。現像剤Ａ〜Ｅについて各現像器にて空回しを行い、１０分枚にサンプリングして外添剤存在状態をＳＥＭ観察した結果、現像剤種に大きな差はなく現像器Ａにおいては３０分で外添剤がトナー表面に確認できなくなり、現像器Ｂでは６０分で外添剤がトナー表面に確認できなくなり、現像器Ｃでは１００分攪拌で外添剤がトナー表面に確認できなくなった。

上記現像剤Ａ〜Ｅ及び現像器Ａ〜Ｃを用いカラープリンタ（リコー社製ＩＰＳＩＯ ｃｏｌｏｒ ８１５０）にて以下のように評価を行った。結果を表１に示す。なお前記ｉｍａｇｉｏＭＦ２００はトナー濃度制御により現像剤のキャリアのトナー被覆率が５０％以上８０％以下に制御されるよう調整した。

（評価１：画質安定性評価）
室温２０℃湿度５０％ＲＨ環境にて画像チャート面積５％の連続コピーを行い、１００００枚後に階調印字のテストチャートを５枚出力する。そのテストチャートの階調性、画像のボソツキ、地肌汚れを目視にて程度を５段階にランク分けし、程度の良い方をランク５、悪い方をランク１とする。また、ランク３以上を許容範囲とする。

（評価２：画質安定性評価）
室温３０℃湿度８０％ＲＨ環境にて画像チャート面積５％の連続コピーを行い、１００００枚後に階調印字のテストチャートを５枚出力する。そのテストチャートの階調性、画像のボソツキ、地肌汚れを目視にて程度を５段階にランク分けし、程度の良い方をランク５、悪い方をランク１とする。また、ランク３以上を許容範囲とする。

（評価３：補給時地汚れ評価）
室温１０℃湿度３０％ＲＨ環境にて白紙原稿の連続コピーを行い、２０００枚、５０００枚、１００００枚後にそれぞれ黒ベタ画像を２０枚出力する。黒ベタ原稿を２０枚出力した直後の、１枚目の白紙画像について地肌汚れを評価する。地肌汚れの評価は、目視にて程度を５段階にランク分けし、程度の良い方をランク５、悪い方をランク１とする。また、ランク３以上を許容範囲とする。

各現像剤と現像器の組み合わせにおける評価結果を表２に表す。

以上のように、本発明の「非磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配置され複数の磁極を備えた磁石ローラ体とを備えて構成された現像スリーブ上に、該現像スリーブを回転させてその外周面に磁性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺擦させ、その摺擦領域で潜像担持体上の潜像を可視化する現像器と、トナー粒子と外添剤とを有する負帯電性トナーと磁性キャリアを少なくとも有する二成分現像剤を用いる現像装置であって、該外添剤付着率が５０％以上８０％以下であり、該現像器を空回しした時トナー表面に外添剤が確認できなくなる時間が４０分以上９０分以下であり、且つ該現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態となる時間の摺擦領域での磁気ブラシ中のトナー帯電量が初期状態の１００％以上１３０％以下であることを特徴とする現像装置」はどのような環境、条件においても優れた画像安定性を有する。

（１）以上、本実施の画像形成装置によれば、非磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配置され複数の磁極を備えた磁石ローラ体とを備えて構成された現像スリーブ上に、該現像スリーブを回転させてその外周面に磁性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺擦させ、その摺擦領域で潜像担持体上の潜像を可視化する現像器と、トナー粒子と外添剤とを有する負帯電性トナーと磁性キャリアを少なくとも有する二成分現像剤を用いる現像装置であって、該外添剤付着率が５０％以上８０％以下であり、該現像器を空回しした時トナー表面に外添剤が確認できなくなる時間が４０分以上９０分以下であり、且つ該現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態となる時間の摺擦領域での磁気ブラシ中のトナー帯電量が初期状態の１００％以上１３０％以下である。
よって、外添剤付着率が５０％以上８０％以下であることにより、トナー補給された際、遊離した外添剤が現像器内の現像剤に分散され、攪拌により外添剤が埋没したトナー表面に再分散される。そのためトナー表面の非静電付着力変化を抑制し安定した転写性が維持される。しかし、遊離した外添剤はキャリア表面にも多く付着し、キャリア帯電能を低下させる。そのために該現像器を空回しした時トナー表面に外添剤が確認できなくなる時間が４０分以上９０分以下でなければならない。その時間が短いと現像器内のトナー表面の外添剤維持が困難となり、長いとキャリア帯電能の低下が顕著となる。更に外添剤が確認できない状態となる時間の摺擦領域での磁気ブラシ中のトナー帯電量が初期状態の１００％以上１３０％以下であることで、そのトナーは劣化後も十分な負帯電性を持ち現像器内のトナー帯電量の低下を防ぎ適正なトナー帯電水準を保つことが可能となる。

（２）
更に、前記外添剤に疎水化処理されたシリカ少なくとも一種用いているトナーを用いれば、疎水化処理されたシリカは遊離、現像剤中に分散されても大きな帯電量変動が発生しない。
（３）
更に、前記外添剤が疎水化処理されたシリカ及び酸化チタンであり、シリカ付着率＜チタニア付着率であるトナーを用いれば、疎水化処理した酸化チタンが多くキャリアに付着するとキャリア帯電能が大きく低下する。したがって遊離チタニアは少なくしなければならない。
（４）
更に、前記負帯電性トナーが下記試験方法において測定される平衡状態の外力付与現像剤中のトナーの帯電量分布ピーク位置μ’０と補給トナーの帯電量分布ピーク位置μ’１の関係が０．２ ｆｃ／μｍ＞μ’０＞０＞−０．２ｆｃ／μｍ＞μ’１である二成分現像剤を用いれば、現像器内のトナーを一定の帯電能力を持ったトナーに保つことが可能となる。このような挙動を示すトナーは現像器内に長時間滞留し攪拌されたトナーほど帯電能力が低下し、帯電能力の高い補給トナーに電荷を奪われやすい。つまり長時間攪拌によりチャージアップしたトナーが補給トナーの帯電立ち上がりを阻害することがない。更に一部が逆極性化することで潜像担持体非画像部に現像され転写部では転写されないことから、劣化トナーを画像に影響なく順次自動的に排出され、現像器内のトナーを一定の帯電能力を持ったトナーに保つことが可能となるのである。上記トナーは材料比率にもよるが、ほぼこのような特性を示す。
（５）
更に、摺擦領域の現像剤担持体上の磁気ブラシ量を規制するドクタ部を有し、該ドクタ部通過直前に現像剤滞留部が設けられれば、滞留部にて現像剤が圧密状態になることでキャリアにスペントした物質を削り取り、特に静電力によって高付着力となりキャリアに付着した外添剤はトナー側に埋め込まれキャリア帯電能の低下が抑制される。

帯電量の分布の説明図。 他の状態における帯電量の分布の説明図。 帯電量分布の変化の説明図。 他の帯電量分布の変化の説明図。 実験手順の説明図。 実施形態に係る現像装置の斜視図。 他の実施形態に係る現像装置の概略構成図。 更に他の実施形態に係るプロセスカートリッジの概略構成図。

符号の説明

１ 現像スリーブ
２a 撹拌部材
２b 撹拌部材

Claims (7)

1. 磁性体のスリーブと当該スリーブ内に固定配置され複数の磁極を備えた磁石ローラ体とを備えて構成された現像スリーブ上に、該現像スリーブを回転させてその外周面に磁性を有した現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、対向する潜像担持体に当該磁気ブラシを摺擦させ、その摺擦領域で潜像担持体上の潜像を可視化する現像器と、トナー粒子と外添剤とを有する負帯電性トナーと磁性キャリアを少なくとも有する二成分現像剤を用いる現像装置であって、
   該外添剤の付着率が５０％以上８０％以下であり、該現像器の空回しを開始してからトナー表面に外添剤が確認できなくなるまでの空回し時間が４０分以上９０分以下であり、且つ該現像器の空回しにおいて外添剤が確認できない状態になった時点での摺擦領域における磁気ブラシ中トナーの帯電量が、現像剤を現像器に投入し攪拌１分後のトナー帯電量の１００％以上１３０％以下であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   前記外添剤に疎水化処理されたシリカ少なくとも一種用いているトナーを用いたことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２の現像装置において、
   前記外添剤が疎水化処理されたシリカ及び酸化チタンであり、シリカ付着率よりチタニア付着率の方が大であるトナーを用いたことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至３の何れかの現像装置において、
   前記負帯電性トナーが下記試験方法において測定される平衡状態の外力付与現像剤中のトナーの帯電量分布ピーク位置μ’０と補給トナーの帯電量分布ピーク位置μ’１の関係が０．２ｆｃ／μｍ＞μ’０＞０＞−０．２ｆｃ／μｍ＞μ’１である二成分現像剤を用いたことを特徴とする現像装置。
   （試験方法）
   （１）ロールミルの容器下部にマグネットを取り付け、マグネットの磁力により容器内の現像剤の磁性キャリアに負荷を与えながら攪拌することが可能な攪拌装置を用意し、撹拌装置のＳＵＳ製密閉容器内にトナー被覆率５０％に混合された現像剤７ｇを投入する。
   （２）該現像剤に磁力３０００Ｇの負荷を与えながら回転数２８０ｒｐｍにて攪拌する。
   （３）攪拌１０分ごとに容器内の現像剤０．１ｇずつサンプリングし、ＳＥＭによりトナー表面の外添剤の存在状態を観察する。外添剤がトナー表面に埋没して観察されなくなるまで攪拌を続ける。
   （４）次に上記により作製された外力付与現像剤６ｇを該ＳＵＳ製密閉容器内に投入し、さらに該現像剤中のトナー１部と同量の補給トナーを添加し、磁力による負荷を与えず回転数２８０ｒｐｍにて攪拌する。
   （５）単位時間ごとの帯電量分布を測定し、外力付与現像剤中のトナーと補給トナーの帯電量分布ピーク位置を測定する。
   （６）上記により測定されるピーク位置が収束した（平衡状態）外力付与現像剤中のトナー帯電量分布ピーク位置をμ’０、補給トナーの帯電量分布ピーク位置をμ’１とする。
5. 請求項１乃至４の何れかの現像装置において、
   摺擦領域の現像剤担持体上の磁気ブラシ量を規制するドクタ部を有し、該ドクタ部通過直前に現像剤滞留部が設けられていることを特徴とする現像装置。
6. 少なくとも、感光体、帯電手段、画像露光手段、現像手段、転写手段、定着手段、クリーニング手段を有する画像形成装置において、
   該現像手段が請求項１〜５の何れかの現像装置であることを特徴とした画像形成装置。
7. 感光体、帯電手段、およびクリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段と現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在に設けられたプロセスカートリッジにおいて、
   前記現像手段が請求項１乃至５の何れかの現像装置を用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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