JP4047137B2

JP4047137B2 - 現像装置及びプロセスカートリッジ

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Publication number: JP4047137B2
Application number: JP2002326168A
Authority: JP
Inventors: 秀明長谷川; 和美山内; 順仁内藤; 靖尚大朋; 信雄大嶋; 吉寛小川
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Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-11-08
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、おもに電子写真方式を用いた画像形成装置に着脱自在なプロセスカートリッジ、及び現像装置に関する。
【０００２】
ここで、画像形成装置としては、例えば、電子写真方式を用いた、電子写真複写機、ＬＥＤプリンタ、レーザビームプリンタ等の電子写真プリンタ、電子写真ファクシミリ装置等、静電記録方式を用いた画像形成装置等、が含まれる。又、画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段及びクリーニング手段の少なくとも一つ或いは全部と、電子写真感光体等の像担持体とを一体的に構成し、画像形成装置本体に対して着脱可能としたものである。
【０００３】
【従来の技術】
複写機やレーザービームプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、露光手段により画像情報に対応した光を、帯電した像担持体としての電子写真感光体（感光体）に照射して潜像を形成し、この潜像に現像装置で記録材料である現像剤（トナー）を供給して顕像化して現像像（トナー像）とし、更に感光体から記録媒体としての記録紙へ画像を転写することで記録紙上に画像を形成している。
【０００４】
現像装置には、現像を行う現像部にトナー収納部である現像容器（トナー容器）が連結しており、画像を形成することでトナーは消費されていく。現像手段としてのトナー容器を有する現像装置、像担持体としての感光体、感光体に潜像を形成するために感光体の表面を帯電する帯電手段等は、プロセスカートリッジとして一体に構成されていることが多く、トナーが無くなったら使用者はプロセスカートリッジを交換することで、再び画像を形成することができる。
【０００５】
又、電子写真の現像方式においては、種々の現像方式が実用化されているが、中でもシンプルな構造の現像装置でトラブルが少なく、寿命も長く、メンテナンスが容易であることから、磁性トナーを用いた一成分現像方式が好ましく用いられている。
【０００６】
近年、レーザービームプリンタの高速化に伴い、プロセスカートリッジに対して高速化、高寿命化が求められるなかで、プロセスカートリッジに充填されるトナー量の増加が図られるとともに、トナー容器も大容量化する必要がある。
【０００７】
プロセスカートリッジの高速化、大容量化を達成する上で、トナーに求められる性能は、より高度なものになってきており、なかでも以下に述べる（Ａ）低温定着性と（Ｂ）帯電安定性は重要であることから、従来より数々の提案が行われてきた。
【０００８】
（Ａ）低温定着性について説明する。
【０００９】
高速現像システムにおいては、熱と圧力で記録媒体にトナーを定着させる定着工程における定着不良を防止する目的で、結着樹脂の主成分がポリエステルであるトナーが一般的に使用される。
【００１０】
ポリエステル系トナーは、従来から広く用いられているスチレン−アクリル系トナーに比べると、ガラス転移温度（Ｔｇ）が比較的低く、低温定着性にすぐれるため、高速定着システムに適している。
【００１１】
しかし、一方では、ポリエステルは吸湿性、親水性が高いため、高温高湿環境下で使用した場合、ポリエステル樹脂の吸湿によってトナーの流動性が低下してしまい、種々の問題が発生する。
【００１２】
ポリエステル系トナーに関して、特許文献１ではポリエステル樹脂の特定の分子量成分の構成割合を変化させることによって、低温定着性及び耐高温オフセット性を向上させる技術が開示されており、又、特許文献２では疎水性シリカを外添することで、トナーの表面性及び流動性を改善する技術が開示されている。
【００１３】
しかしながら、いずれの提案もポリエステル系トナーの疎水特性を向上させる技術に関するものではなく、高温高湿環境下でのトナー流動性に関しては改善の余地がある。
【００１４】
（Ｂ）帯電安定性について説明する。
【００１５】
大容量トナーを収納した現像システムにおいて、トナーの帯電量の立ち上がりが速く、環境安定性に優れ、長期の使用においてもトナーに安定した帯電付与を行う帯電安定性は重要である。
【００１６】
磁性トナーは磁性酸化鉄を含有させることで、トナーに磁性を持たせており、トナー粒子表面での磁性酸化鉄の分散状態はトナーの帯電特性に大きな影響を与えている。
【００１７】
トナー粒子表面に磁性酸化鉄の露出が少ないほど、即ち結着樹脂成分によってトナー粒子表面が覆われている割合が多いほど、トナーの帯電性が向上し、より高い現像性が得られるが、低温低湿環境下での過剰帯電につながる恐れがある。
【００１８】
逆に、トナー粒子表面に磁性酸化鉄の露出が多いほど、即ち結着樹脂成分によってトナー粒子表面が覆われている割合が少ないほど、トナー粒子表面の磁性酸化鉄が帯電リークサイトとなるため、（特に高温高湿環境下では）トナーは十分に帯電できないため、現像性が劣り、画像不良につながる。
【００１９】
もちろんトナーの帯電性に関しては、無機微粒子、金属酸化物等の外添剤の添加により改良の余地はあるが、高寿命化が求められる現像システムにおいては、長期使用における外添剤の遊離や剥離による帯電性の変化を回避する必要がある。そこで、外添剤の添加よりも、結着樹脂や磁性酸化鉄といった、いわゆるトナー母体による帯電量制御が重要であり、即ちトナー粒子表面における磁性酸化鉄の露出量を適正にすることが重要になってくる。
【００２０】
ここで、一成分磁性トナー粒子表面に存在している磁性酸化鉄の量を知る方法として、トナーの特定溶媒に対する疎水特性を評価する方法、即ち特定有機溶媒に対する濡れ性評価がある。
【００２１】
この濡れ性評価は、特定有機溶媒に対してのトナーの濡れ（沈降度合い）を透過率で測定し、特定有機溶媒に対する濡れ性（水に対する疎水特性）を評価するものである。つまり、低濃度でトナーが濡れやすいほど吸湿しやすいトナーであることを示している。一般に特定有機溶媒としては、メタノール／水混合溶媒が使用される。
【００２２】
磁性トナーのメタノール／水混合溶媒に対する濡れ性は、一成分磁性トナー粒子の表面材料組成及びその存在状態により大きな影響を受ける。トナー粒子表面に磁性酸化鉄の露出が少ないほど、即ち結着樹脂成分によってトナー粒子表面が覆われている割合が多いほど、高いメタノール濃度で磁性トナーが濡れる、即ち濡れにくくなる。又、逆にトナー粒子表面に磁性酸化鉄の露出が多いほど、即ち結着樹脂成分によってトナー粒子表面が覆われている割合が少ないほど、低いメタノール濃度で磁性トナーが濡れる、即ち濡れやすくなる。
【００２３】
ここで、トナー粒子表面での磁性酸化鉄の露出を多くすると、帯電能力は低下し、濡れ性が悪化するため高温高湿環境下での流動性が悪くなる傾向にある。言い換えると、低温低湿環境下における磁性トナーの過帯電を防止し、長期使用にわたってトナーの帯電を安定化させるためには、トナー粒子表面へ磁性酸化鉄をある程度露出、分散させる必要があるが、トナー粒子表面に露出した磁性酸化鉄はトナーの濡れ性を悪化させ、高温高湿環境下でのトナーの流動性を悪化させる。
【００２４】
特に、大容量トナーを収納した高速現像システムにおいては、低温定着の観点からポリエステル系トナーを用いる必要があるため、更に樹脂の吸湿性（親水性）が加わり、高温高湿環境下における流動性の悪化は顕著になり、以下に示すような種々の問題が発生してしまう。
【００２５】
・第１の問題としては、トナー容器から感光体へとトナーを担持搬送する現像剤担持体である現像ローラへのトナー供給が均一に行われないことが原因でフェーディング等の画像不良が発生する。
【００２６】
・第２の問題としては、現像ローラから規制部材によって掻きとられたトナーが現像ローラ裏に滞留してしまい、現像ローラと摺擦され続けることで過剰帯電になってしまうことが原因で画像濃度の低下、カブリ等の画像不良が発生する。
【００２７】
・第３の問題としては、流動性の低下が原因で循環不良になってしまったトナーが、現像ローラ裏に滞留してしまい、現像ローラ近傍で発生する摺擦熱にさらされることが原因でトナーが熱的損傷を受け（トナー劣化）、画像不良につながる。
【００２８】
・第４の問題としては、大容量のトナー容器において、そのために、流動性の悪いトナーはトナーの自重によって、パッキングを起こしやすく、そのような状態で高温高湿環境下に保管された場合、現像容器内でのブロッキングを生じる恐れがある。
【００２９】
上記第１〜第４の問題の対策として、トナーの流動性という観点から、特許文献３では樹脂の物性を変化、特許文献４ではトナー粒子に含有されるワックスによる流動性変化、特許文献５においては、磁性体の流動性指数を変化させることで、トナーの流動性を高める技術が開示されている。
【００３０】
又、トナーの疎水特性という観点から、特許文献６では高い疎水特性を有するシリカを外添したトナーが開示されている。
【００３１】
又、大容量トナーを収納した現像装置構成に関して、特許文献７では、トナーを収納するトナー容器内を複数の部屋に仕切り、それぞれの部屋に配設された攪拌部材によってトナーを攪拌、搬送する技術が開示されている。
【００３２】
これによると、トナーの自重を分散させ、トナー容器内のトナー循環を大きくすることができるため、大容量トナーを収納した場合においても、トナーの循環不良によるパッキング、トナー劣化等の問題が発生することなく、長期にわたる使用においても良好な画像を得ることができる。
【００３３】
【特許文献１】
特開２０００−１４７８３２号公報
【特許文献２】
特開平０６−２４２６３０号公報
【特許文献３】
特開平０７―２８１４７８号公報
【特許文献４】
特開２０００−２８４５２２号公報
【特許文献５】
特開平０６―２３０６０４号公報
【特許文献６】
特開２０００−３１０８８４号公報
【特許文献７】
特開２００１−２０１９３１号公報
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献３、特許文献４、特許文献５に開示された、樹脂の物性を変化させたり、トナー粒子に含有されるワックスによって流動性を変化させたり、又、磁性体の流動性指数を変化させることで、トナーの流動性を高める技術においては、目的のトナー流動性指数を得るためにはトナーの各種原材料の物性を変化させるため、コスト面での負荷がかかる上に、結果的に良好な現像特性を得られなくなる場合がある。
【００３５】
そして、特許文献６に開示された外添剤を添加する方法は、外添剤自体には高い疎水特性があるが、その外添条件によってトナー粒子表面への分散状態も異なるため、トナー本来の疎水特性を表しているとは言い難い。特に、大容量、高速現像システムにおいては、長期の使用にわたってもトナー特性の変化なく安定した帯電量を維持することが重要になってくるため、外添剤によるトナー特性（疎水特性）の改良だけでは十分ではない。
【００３６】
一方、長期にわたる使用が求められる高速現像システムにおいては、高い疎水特性を有するトナーを用いた場合でも、それだけでは不十分であり、現像装置構成の最適化が必須であることは言うまでもない。
【００３７】
又、特許文献７で開示された、大容量トナーを収納した現像装置構成に関する、トナー容器内を複数の部屋に仕切り、それぞれの部屋に配設された攪拌部材によってトナーを攪拌、搬送する技術においても、トナー容器自体の大型化は避けられず、複数の攪拌部材が必要となってくるため、装置の小型化及びコストの面で問題が生じてしまう。
【００３８】
又、攪拌部材の回転速度を制御する制御手段及び攪拌駆動手段を設けて、使用環境及び使用状況に応じて攪拌部材の回転速度を変化させることで、トナーの帯電量を安定させ、トナー循環を制御する方法も提案されているが、この場合も新たに駆動手段及び制御手段を設ける必要があるため、装置の小型化及びコストの面で不具合を生じてしまう。
【００３９】
従って、本発明の目的は、大容量トナーを収納した高速現像システムを用いた画像形成装置に具備される現像装置において、装置の小型化、コストの面での不具合を生じることなく、低温定着性に優れたポリエステル系一成分磁性トナーを用いて、それによって発生するトナーの流動性の悪化を回避し、環境安定性にすぐれ、長期の使用においても画像不良の発生がなく、良好な画像を形成する現像装置及びそれを備えたプロセスカートリッジを提供することである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置及びプロセスカートリッジにて達成される。要約すれば、第１の本発明は、少なくとも結着樹脂及び磁性酸化鉄を含む一成分磁性トナーにて構成される現像剤を収納する現像容器と、前記現像剤を担持、搬送する現像剤担持体と、前記現像容器内に備えられ、該現像容器内の前記現像剤を撹拌する単一の撹拌部材と、を有する現像装置において、
前記一成分磁性トナーは、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が８０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であり、
且つ、前記撹拌部材は、前記現像剤担持体の回転半径よりも大きい回転半径を備え、現像動作時において前記現像剤担持体の回転速度ａ（ｒｐｓ）は前記撹拌部材の回転速度ｂ（ｒｐｓ）に対して一定速度であり、０．１≦ｂ／ａ≦０．２を満たすことを特徴とする現像装置を提供する。
【００４１】
第２の本発明は、少なくとも結着樹脂及び磁性酸化鉄を含む一成分磁性トナーにて構成される現像剤を収納する現像容器と、前記現像剤を担持、搬送する現像剤担持体と、前記現像容器内に備えられ、該現像容器内の前記現像剤を撹拌する複数の撹拌部材と、を有する現像装置において、
前記一成分磁性トナーは、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が８０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であり、
且つ、前記複数の撹拌部材のうち前記現像剤担持体の近くに設けられた撹拌部材は、前記現像剤担持体の回転半径よりも大きい回転半径を備え、現像動作時において前記現像剤担持体の回転速度ａ（ｒｐｓ）は、前記複数の撹拌部材のうち前記現像剤担持体の近くに設けられた撹拌部材の回転速度ｂ（ｒｐｓ）に対して一定速度であり、０．１≦ｂ／ａ≦０．２を満たすことを特徴とする現像装置を提供する。
【００４２】
本発明の他の態様によれば、像担持体と、上記第１又は第２の本発明に従ったいずれかの現像装置と、を備え、画像形成装置に着脱自在に設けられたプロセスカートリッジが提供される。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る現像装置及びプロセスカートリッジを図面に則して更に詳しく説明する。
【００４５】
実施例１
画像形成装置としては、本発明は、静電記録方式のものにも適用できるが、電子写真方式の画像形成装置に対して特に有効である。そして、本実施例の画像形成装置は、図２に示すように、ホストコンピュータ、ネットワーク等から画像情報を受け取り、それを記録紙上に画像出力するレーザービームプリンタ１４であり、プロセスカートリッジＣは、画像形成装置本体１４の所定部（装着手段１５）に対して所定の要領で挿入装着され、又、装置本体１４から抜き外しできるようにされている。
【００４６】
画像形成装置１４に備えられたプロセスカートリッジＣを図１に示す。図１で示すように、プロセスカートリッジＣは、像担持体である電子写真感光体（感光体）１と、感光体１を均一に帯電するための帯電手段７と、現像手段である、感光体１に非接触で対向配置された現像装置４０として、現像剤担持体である現像ローラ２及びトナー規制部材５と連結している現像剤（トナー）Ｔの収納部である現像容器（トナー容器）４と、トナー容器４内に配置され、トナー容器４内のトナーを攪拌する攪拌部材６と、クリーニング手段８と、クリーニング手段８により感光体１から除去された廃トナーを収容する廃トナー容器９とが一体的に構成されている。
【００４７】
プロセスカートリッジＣを装着する画像形成装置であるレーザープリンタ１４には、図２に示すようにプロセスカートリッジＣの上方に、画像情報に対応してレーザー光１０を照射する露光手段であるレーザースキャナー１１が、また下方には感光体１に対向する転写手段１２が配設されている。
【００４８】
上記構成において、感光体１が帯電手段７によって均一に帯電され、その表面をレーザースキャナー１１から照射されるレーザー光１０によって走査露光なされ、目的の画像情報の静電潜像が形成される。感光体１表面の静電潜像は、現像装置４０の現像ローラ２に印加される現像バイアス等の作用によって、トナー容器４内のトナーＴが付着されて現像像（トナー像）として可視化される。現像バイアスは、直流と交流の重畳電圧である。感光体１上のトナー像は、転写手段１２で記録媒体である記録紙へ転写される。記録紙は、定着手段１３を通って表面にトナー像が画像として定着され、本体外部へ排出される。
【００４９】
次に、本発明に使用される現像剤である一成分磁性トナーＴに関して詳しく説明する。
【００５０】
磁性トナーＴは、結着樹脂として、主成分がポリエステル樹脂のものを有し、又、磁性酸化鉄を有している。トナー粒子表面への磁性酸化鉄の露出を最適化するうえで、磁性酸化鉄はＳｉ元素を磁性酸化鉄を基準として０．１〜２．０質量％、及び、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｌから選ばれる、少なくとも一つの元素を磁性酸化鉄を基準として、０．１〜４．０質量％有していることが好ましい。磁性酸化鉄中のＳｉはトナーの帯電の立ち上がりに有効であり、また、Ｚｎは磁性酸化鉄のトナー表面への露出具合等のバランスに優れており、トナーの帯電量の環境安定性に対して有効な働きをする。
【００５１】
磁性酸化鉄粒子の製造法に関して以下に簡単に説明する。
【００５２】
（Ｓ１）硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対しケイ素元素の含有量が０．４８％となるようにケイ酸ソーダを添加した後、苛性ソーダ溶液を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。（Ｓ２）水溶液のｐＨを１０に調整しながら空気を吹き込み、８０乃至９０℃で酸化反応を行い、種晶を生成させるスラリー液を調製する。（Ｓ３）そして、種晶の生成が確認されたら、このスラリー液に更に硫酸第一鉄水溶液を適宜加え、スラリー液のｐＨを１０に調整しながら空気を吹き込み酸化反応を進める。その間に、未反応の水酸化第一鉄濃度を調べながら反応の進行率を調べつつ、適宜硫酸亜鉛を加え、更に水溶液のｐＨを酸化反応の初期はｐＨを９に、反応中期にはｐＨを８に、反応後期にはｐＨを６にというように段階的に調整することで磁性酸化鉄内での金属元素の分布を制御し、酸化反応を完結させる。（Ｓ４）生成した磁性酸化鉄粒子を常法により洗浄、ロ過乾燥する。（Ｓ５）得られた磁性酸化鉄粒子の一次粒子は、凝集して凝集体を形成しているので、ミックスマーラーを使用して磁性酸化鉄粒子の凝集体に圧縮力及びせん断力を付与して、凝集体を解砕して磁性酸化鉄粒子を一次粒子にするとともに、磁性酸化鉄粒子の表面を平滑にして磁性酸化鉄粒子を得た。
【００５３】
次に、トナーの製造法に関して以下に簡単に説明する。
【００５４】
（Ｓ１）下記混合物を、１４０℃に加熱された２軸エクストルーダで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、得られた粗粉砕物を、ターボミル（ターボ工業社製）を用いて、機械式粉砕させて微粉砕し、得られた微粉砕粉を固定壁型風力分級機で分級して分級粉を生成する。（Ｓ２）更に、得られた分級粉をコアンダ効果を利用した多分割分級装置（日鉄鉱業社製エルボジェット分級機）で超微粉及び粗粉を同時に厳密に分級除去して、重量平均粒径（Ｄ４）６．５μｍの負帯電性磁性トナー粒子を得た。（Ｓ３）この得られたトナー粒子１００質量部に対し、ヘキサメチルジシラザン１５ｗｔ％とジメチルシリコーン１５ｗｔ％で疎水化処理したメタノールウェッタビリティ８０％、ＢＥＴ比表面積１２０ｍ²／ｇの疎水性シリカ微粉体を１．３質量部とチタン酸ストロンチウム１．０質量部を外添混合して、以下の組成のトナーＴ(Ｉ)を作製した。
・結着樹脂１００質量部
・磁性酸化鉄粒子９０質量部
・ワックス４質量部
・荷電制御剤２質量部
【００５５】
上記のように作製された磁性トナーＴ(Ｉ)に対して、メタノール／水混合溶
液に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が８０％の時のメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内で、又、透過率が１０％の時のメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であった。
【００５６】
磁性トナーの場合、メタノール／水混合溶液に対して、濡れ始めてから濡れ終わるまでのメタノール濃度差が小さくなるほど、トナー表面の磁性酸化鉄等の材料分散状態が均一であることを表しており、環境安定性、帯電均一性に優れていることを意味する。
【００５７】
ここで、本発明における磁性トナーの濡れ性、即ち疎水特性の測定に用いた、メタノール滴下透過率曲線を用いた測定法について簡単に説明する。装置としては、例えば、（株）レスカ社製の粉体濡れ性試験機ＷＥＴ−１００Ｐを用い、下記の条件及び手順で測定したメタノール滴下透過率曲線を利用する。
【００５８】
（Ｓ１）まず、メタノール４０体積％と、水６０体積％を含む含水メタノール液７０ｍｌを容器中に入れ、その測定用サンプル中の気泡等を除去するために超音波分散器で５分間分散を行う。（Ｓ２）この中に検体である磁性トナーを０．５ｇ精秤して添加し、磁性トナーの疎水特性を測定するためのサンプル液を調製する。（Ｓ３）次に、この測定用サンプル液を６．６７ｓ^-1の速度で攪拌しながら、メタノールを１．３ｍｌ／ｍｉｎ．の滴下速度で連続的に添加し、波長７８０ｎｍの光で透過率を測定することで、図３に示したような、縦軸メタノール濃度、横軸透過率である、メタノール滴下透過率曲線を作成する。この際に、メタノールを滴定溶媒としたのは、磁性トナー粒子に含有される染料、顔料、荷電制御剤等の溶出の影響が少なく、磁性トナーの表面状態がより正確に観察できるためである。
【００５９】
本実施例における磁性酸化鉄及びトナーＴの製造法（外添条件）について上述したが、これに限らず、メタノール／水混合溶液に対する濡れ性を適正にすることができれば、その方法は問わない。
【００６０】
実験例１
上記の構成において、低温低湿環境（１５℃、１０％）及び高温高湿環境（３０℃、８０％）下で印字率２％の画像パターンの連続プリントを行った場合、いずれの環境下においてもプロセスカートリッジＣの使用初期からトナーなし状態になるまで、約２０万枚のプリントにわたって、安定したトナーの帯電量が保持され、画像濃度の低下やカブリ、フェーディング等の画像不良なく、良好な画像が得られた。
【００６１】
この時の、現像ローラ２上に担持されたトナーの帯電量ｑ（μＣ／ｇ）を、低温低湿環境において吸引法を用いてケースレー社製の６５１４型エレクトロメータで測定した結果図５、及び高温高湿環境において同様の測定を行った結果を図６に示した。いずれの環境下においてもトナーの帯電量ｑ（μＣ／ｇ）は安定して−１０付近の値が得られていることが分かる。
【００６２】
ここで、本実施例１のトナーをトナー（Ｉ）とする。そして、実験例１同様に、トナー（Ｉ）に対して、上記の方法で測定した濡れ性が異なるトナー（ＩＩ）を用いた比較例１、及びトナー（ＩＩＩ）を用いた比較例２にて、上記同様に、低温低湿環境（１５℃、１０％）及び高温高湿環境（３０℃、８０％）下で印字率２％の画像パターンの連続プリントを行い、比較検討する。
【００６３】
比較例１
現像装置構成は図１に示した現像装置４０と同様である。比較例１においては、トナーの製造法がトナー（Ｉ）の製造法と一部異なる。
【００６４】
具体的には、分級後に得られたトナー粒子を、３００℃の熱風中に瞬間的に通過させる処理を行った。その得られたトナー粒子１００質量部に対し、ヘキサメチルジシラザン１５ｗｔ％とジメチルシリコーン１５ｗｔ％で疎水化処理したメタノールウェッタビリティ８０％，ＢＥＴ比表面積１２０ｍ²／ｇの疎水性シリカ微粉体を１．３質量部とチタン酸ストロンチウム１．０質量部を外添混合してトナーＴ（ＩＩ）を作製した。
【００６５】
上記の処理によって、トナー粒子表面に存在する磁性酸化鉄の一部を樹脂が覆う状態になり、疎水特性（濡れ性）が高まる。
【００６６】
トナーＴ（ＩＩ）において、上記と同様な方法で、メタノール／水混合溶液に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した結果を表１に示した。透過率８０％時のメタノール濃度は体積％で６８％であり、透過率１０％時では７４％であった。
【００６７】
上記のトナーＴ（ＩＩ）を用いて、実験例１同様に、低温低湿環境（１５℃、１０％）及び高温高湿環境（３０℃、８０％）下で印字率２％の画像パターンの連続プリントを行ったところ、高温高湿環境下においても高い流動性を維持することができたが、トナーの帯電性が高いため、現像ローラ上のトナーの帯電分布が不均一になってしまい、局所的にカブリが発生してしまった。又、低温低湿環境下ではプリント枚数の増加にともない、過剰帯電状態になってしまい、画像全面において濃度の低下、カブリが発生してしまった。
【００６８】
比較例２
比較例２においては、現像装置構成は図１に示した現像装置４０と同様であるが、トナーの製造法がトナー（Ｉ）の製造法と一部異なる。
【００６９】
具体的には、粉砕工程は衝突式気流粉砕を用いた微粉砕機で粉砕し、得られたトナー粒子１００質量部に対し、ヘキサメチルジシラザン１５ｗｔ％とジメチルシリコーン１５ｗｔ％で疎水化処理したメタノールウェッタビリティ８０％，ＢＥＴ比表面積１２０ｍ²／ｇの疎水性シリカ微粉体を１．３質量部とチタン酸ストロンチウム１．０質量部を外添混合してトナーＴ（ＩＩＩ）を作製した。
【００７０】
上記粉砕法を用いることで、粉砕コストを抑えることができる反面、トナー粒子表面における磁性酸化鉄の分散状態を制御できないため、疎水特性（濡れ性）が低下する。
【００７１】
トナーＴ（ＩＩＩ）においても、上記と同様な方法で、メタノール／水混合溶液に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した結果を表１に示した。透過率８０％時のメタノール濃度は体積％で４２％であり、透過率１０％時では４３％であった。
【００７２】
上記のトナーＴ（ＩＩＩ）を用いて、上記同様に、低温低湿環境（１５℃、１０％）及び高温高湿環境（３０℃、８０％）下で印字率２％の画像パターンの連続プリントを行ったところ、高温高湿環境下において、流動性が極めて悪く、トナー劣化による画像不良が発生した。又、特に高温高湿環境下においては、トナーの帯電が十分に行われないことによるカブリが発生してしまった。
【００７３】
ここで、トナー（Ｉ）、トナー（ＩＩ）、トナー（ＩＩＩ）の濡れ性を示した表１を参照すると、トナー（Ｉ）は、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が８０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であり、更に、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が１０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内である。そして、トナー（ＩＩ）、トナー（ＩＩＩ）は、それ以外の範囲にある。
【００７４】
【表１】

【００７５】
実験例１、及び比較例１、２の結果より、メタノール／水混合溶媒に対するトナーの濡れ性を上記の範囲内になるようにトナーを作成することで、ポリエステル系樹脂を主成分とする決着樹脂を含む一成分磁性トナーにおいても、トナー粒子表面の磁性酸化鉄の露出の割合が好適となり、耐電安定性が好適に維持され、濃度低下、カブリの発生等の画像不良を防止できることが明らかである。
【００７６】
トナーの濡れ性を適正に定めた以外に、本発明のもう一つの特徴としては、現像ローラの回転速度ａ（ｒｐｓ）を撹拌部材の回転速度ｂ（ｒｐｓ）に対して一定速度として回転し、０．１≦ｂ／ａ≦０．２を満たすようにしたことが挙げられる。
【００７７】
本実施例１における現像装置４０では、トナーＴ(Ｉ)の充填量を１０００ｇ
とし、外径が２０ｍｍの現像ローラ２の周速ｄ（ｍｍ／ｓｅｃ）を２２０、即ち回転速度ａ（ｒｐｓ）を３．５とし、また、回転半径が４０ｍｍである攪拌部材６の回転速度ｂ（ｒｐｓ）を０．５２５とすることで、０．１≦ｂ／ａ≦０．２の関係を満足する。
【００７８】
又、攪拌部材６は、図４に示したように、厚み１００μｍの可撓性シートであるＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）シート６１を、回転軸となる支持部材６２に貼り付けたものを用いた。
【００７９】
このように、攪拌部材６の回転軸に取り付ける部材として、ＰＰＳのような弾性シート部材６１を用いることで、プロセスカートリッジＣの搬送中に振動（タッピング）がかかり、トナー容器内のトナーの密度が増した場合でも、プロセスカートリッジ使用初期において、攪拌部材６に過剰なトルクがかかることを防止することができる。
【００８０】
又、トナー容器４内で十分なトナー循環を得るためには攪拌部材６の回転半径を少なくとも現像ローラ２の回転半径（外径）より大きくすることが好ましい。
【００８１】
尚、本実施例では画像形成動作時の現像ローラ２の回転速度ａは画像印字率、解像度等にかかわらず一定とし、又、攪拌部材６は現像ローラ２と不図示のギア列を介して同期しており、回転速度比ｂ／ａは常に一定になるようにした。
【００８２】
ここで下記比較例３、４において、回転速度比ｂ／ａを変えて、実験例１と同様な連続プリントを行い、本実施例１との比較検討を行う。
【００８３】
比較例３
攪拌部材６の回転速度ｂ（ｒｐｓ）を０．３１５に設定（０．１＞ｂ／ａ）した以外は実施例１と同様である。
【００８４】
実験例１と同様な条件で連続プリントを行ったところ、トナー容器４内でのトナー循環が小さくなることで、プリント枚数が増えるに従って現像ローラ２裏に滞留したトナーが過帯電状態になり、カブリや画像濃度の低下が発生してしまった。
【００８５】
特に、高温高湿環境ではトナーの流動性悪化により現像ローラ２裏に滞留したトナーが過帯電状態になりやすく、更にパッキング状態によるトナー劣化が発生して、画像濃度の低下やカブリ、現像ローラ２へのトナーの供給不良によるフェーディング画像が発生した。
【００８６】
比較例４
攪拌部材６の回転速度ｂ（ｒｐｓ）を０．７３５に設定（０．２＜ｂ／ａ）した以外は実施例１と同じである。
【００８７】
実験例１と同様な条件で連続プリントを行ったところ、トナー容器内でのトナー循環は大きくなるが、特に低温低湿環境ではトナーの流動性が高いため、トナー循環が必要上に大きくなってしまうことによってプロセスカートリッジ使用初期のトナー帯電の立ち上がりが悪くなり、初期の画像濃度の低下やカブリが発生してしまった。
【００８８】
又、高温高湿環境では、トナーのパッキング、フェーディング等は発生しないが、攪拌部材から受ける機械的ダメージによってトナーの劣化が早まり、プリント枚数の増加に伴い、帯電不良による画像濃度の低下やカブリが発生した。
【００８９】
実験例１、比較例３、比較例４において、現像ローラ２上に担持されたトナーの帯電量ｑ（μＣ／ｇ）を、吸引法を用いてケースレー社製の６５１４型エレクトロメータで測定した結果を低温低湿環境及び高温高湿環境について、それぞれ図５及び図６に示した。
【００９０】
本実施例１においては、いずれの環境下においてもトナーの帯電量ｑ（μＣ／ｇ）は安定して−１０付近の値が得られていることが分かる。しかし、０．１≦ｂ／ａ≦０．２の関係を満足していない比較例３、４に関しては、トナーの帯電量が安定せず、画像不良が発生した。
【００９１】
又、表２〜４に、トナーＴ(Ｉ)、Ｔ（ＩＩ）、及びＴ（ＩＩＩ）の充填量を
１０００ｇ、現像ローラ２の周速ｄ（ｍｍ／ｓｅｃ）を２２０、回転速度ａ（ｒｐｓ）を３．５の条件で、攪拌部材６の回転速度ｂ（ｒｐｓ）を０．１７５から１．０５（０．０５≦ｂ／ａ≦０．３）の範囲内で所定の速度に設定して、連続プリントを行い、画像濃度、カブリ、フェーディングの項目で評価を行った結果をまとめた。
【００９２】
【表２】

【００９３】
【表３】

【００９４】
【表４】

【００９５】
この結果から分かるように、トナーＴ(Ｉ)を用い、且つ攪拌部材６の回転速
度ｂ（ｒｐｓ）が現像ローラの回転速度ａ（ｒｐｓ）に対して、０．１≦ｂ／ａ≦０．２の関係を満たす時は画像不良の発生がなく、トナーなしの状態まで良好な画像が得られた。
【００９６】
このように、トナー粒子表面での材料分散状態の最適化により適度な疎水特性を有した磁性トナーを用い、且つ、攪拌部材の回転速度ｂ（ｒｐｓ）を現像ローラの回転速度ａ（ｒｐｓ）に対して、０．１≦ｂ／ａ≦０．２の関係を満たすように設定することで、大容量トナーを収納した高速現像システムにおいても、その長期の使用にわたって画像不良の発生がなく、良好な画像を得ることができた。
【００９７】
ここで、一成分磁性トナーの濡れ性の評価であるが、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が８０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であれば、透過率が１０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であるので、本発明の範囲にあるものとする。
【００９８】
ここで、攪拌部材は、本実施例のものに限らず、回転軸に、マイラーやＰＥＴをシート状にして貼りつけたものであれば、同様の効果が得られる。
【００９９】
実施例２
本実施例における画像形成装置及びトナーは実施例１と同様である。
【０１００】
実施例２における現像装置は、図７に示したように、更に大容量トナーを収納しており、トナー容器内に攪拌部材を複数有していることを特徴とする。
【０１０１】
このような構成においては、トナーの自重を分散することができ、トナー容器内のトナー循環を大きくすることができるため、プロセスカートリッジの更なる大容量化を達成することができる。
【０１０２】
本実施例では、トナーの充填量を１５００（ｇ）、現像ローラに近い側の攪拌部材６ａの回転速度ｃ（ｒｐｓ）を０．５２５、現像ローラから遠い側の攪拌部材６ｂの回転速度ｅ（ｒｐｓ）を０．２５に設定した以外は実施例１と同じにした。
【０１０３】
尚、撹拌部材６ａ、撹拌部材６ｂはいずれも撹拌半径４０ｍｍとし、図４に示したように、厚み１００μｍのＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）シート６１を支持部材６２に貼り付けたものを用いた。
【０１０４】
又、トルク低減の観点から、攪拌部材６ａと攪拌部材６ｂの回転位相をずらすように設定することが好ましい。
【０１０５】
上記構成において、実施例１にて行った実験例１と同様に、低温低湿環境（１５℃、１０％）及び高温高湿環境（３０℃、８０％）下で印字率２％の画像パターンの連続プリントを行った場合、いずれの環境下においてもプロセスカートリッジの使用初期からトナーなし状態になるまで、約３０万枚のプリントにわたって、安定したトナーの帯電量が保持され、画像濃度の低下やカブリ、フェーディング等の画像不良なく、良好な画像が得られた。
【０１０６】
本実施例における構成では、現像ローラ２に近い側の攪拌部材６ａは０．１≦ｃ／ａ≦０．２の関係を満たすが、現像ローラ２から遠い側の攪拌部材６ｂは上式の関係を満たしていない。これは、トナー容器４内の現像ローラ２近傍におけるトナー循環においては、現像ローラ２に近い側の攪拌部材６ａの回転速度ｃの影響が支配的であり、現像ローラ２から遠い側の攪拌部材６ｂの回転速度ｅには依存しないことを意味している。
【０１０７】
但し、攪拌部材６ｂに関しては、現像ローラ２側にトナーを均一に搬送することができ、且つトナーに機械的ダメージを与えないような範囲内に設定することが重要であり、０．０６≦ｅ／ａ≦０．２３の関係を満たす範囲内に設定することが好ましく、更に好ましくは０．１≦ｅ／ａ≦０．２の範囲内である。
【０１０８】
このように、トナー容器４内に複数の攪拌部材を有する現像装置においては、現像ローラ２に近い側に配置された少なくとも一つの攪拌部材６ａの回転速度ｃを０．１≦ｃ／ａ≦０．２の関係を満たす範囲内に設定することで、画像不良の発生なく、長期の使用にわたって良好な画像を維持することができた。
【０１０９】
本実施例におけるプロセスカートリッジは、現像装置及び感光体等の潜像担持体以外に、帯電手段、クリーニング装置を備えたものを用いたが、帯電手段かクリーニング手段のいずれかを備えたもの、或いは帯電手段とクリーニング手段を備えないものにおいても、本発明は適用できる。
【０１１０】
又、画像形成装置は図２に示された構成に限るものではなく、現像装置や像担持体等のプロセス手段をプロセスカートリッジ化せず、それぞれが独立して設けられているものに関してもこの発明は適用できる。又、現像装置は着脱自在であってもなくてもよい。
【０１１１】
又、プロセスカートリッジ又は現像装置が複数用いられ、複数色のトナー像を重ねてカラー画像を形成するカラー画像形成装置においても、それぞれのプロセスカートリッジ、又は現像装置において本発明は適用できる。
【０１１２】
以上に説明した現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置及びプロセスカートリッジによれば、表面での材料分散状態の最適化によって、高い疎水特性を有した磁性トナーを用い、現像容器内における攪拌部材の回転速度を最適化することで、大容量トナーを収納した高速現像システムにおいても、その長期の使用にわたって画像不良の発生がなく、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロセスカートリッジの一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】実施例１におけるメタノール滴下透過率曲線を示すグラフである。
【図４】本発明に係る攪拌部材の一例を示す長手方向からの正面図である。
【図５】低温低湿環境における、実施例１、比較例３、及び比較例４における、プリント枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフである。
【図６】高温高湿環境における、実施例１、比較例３、及び比較例４における、プリント枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係るプロセスカートリッジの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１感光体（像担持体）
２現像ローラ（現像剤担持体）
４トナー容器（現像容器）
６攪拌部材
７帯電手段
８クリーニング手段
１４画像形成装置
４０現像装置
６１シート部材
６２支持部材（回転軸）
Ｃプロセスカートリッジ

Claims

少なくとも結着樹脂及び磁性酸化鉄を含む一成分磁性トナーにて構成される現像剤を収納する現像容器と、前記現像剤を担持、搬送する現像剤担持体と、前記現像容器内に備えられ、該現像容器内の前記現像剤を撹拌する単一の撹拌部材と、を有する現像装置において、
前記一成分磁性トナーは、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が８０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であり、
且つ、前記撹拌部材は、前記現像剤担持体の回転半径よりも大きい回転半径を備え、現像動作時において前記現像剤担持体の回転速度ａ（ｒｐｓ）は前記撹拌部材の回転速度ｂ（ｒｐｓ）に対して一定速度であり、０．１≦ｂ／ａ≦０．２を満たすことを特徴とする現像装置。
前記一成分磁性トナーが有する前記結着樹脂は、ポリエステル樹脂を含むことを特徴とする請求項１の現像装置。
前記一成分磁性トナーは、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が１０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
前記撹拌部材は、前記現像容器に両端を支持された回転軸と可撓性シート部材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像装置。
画像形成装置に着脱自在であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の現像装置。
像担持体と、請求項１〜４のいずれかの現像装置と、を備え、画像形成装置に着脱自在に設けられたプロセスカートリッジ。
少なくとも結着樹脂及び磁性酸化鉄を含む一成分磁性トナーにて構成される現像剤を収納する現像容器と、前記現像剤を担持、搬送する現像剤担持体と、前記現像容器内に備えられ、該現像容器内の前記現像剤を撹拌する複数の撹拌部材と、を有する現像装置において、
前記一成分磁性トナーは、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が８０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であり、
且つ、前記複数の撹拌部材のうち前記現像剤担持体の近くに設けられた撹拌部材は、前記現像剤担持体の回転半径よりも大きい回転半径を備え、現像動作時において前記現像剤担持体の回転速度ａ（ｒｐｓ）は、前記複数の撹拌部材のうち前記現像剤担持体の近くに設けられた撹拌部材の回転速度ｂ（ｒｐｓ）に対して一定速度であり、０．１≦ｂ／ａ≦０．２を満たすことを特徴とする現像装置。
前記一成分磁性トナーが有する前記結着樹脂は、ポリエステル樹脂を含むことを特徴とする請求項７の現像装置。
前記一成分磁性トナーは、メタノール／水混合溶媒に対する濡れ性を７８０ｎｍの波長光の透過率で測定した場合、透過率が１０％のときのメタノール濃度が４５〜６５体積％の範囲内であることを特徴とする請求項７又は８の現像装置。
前記複数の撹拌部材は、前記現像容器に両端を支持された回転軸と可撓性シート部材を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれかの項に記載の現像装置。
前記複数の撹拌部材のうち前記現像剤担持体の遠くに設けられた撹拌部材は、前記現像剤担持体の回転半径よりも大きい回転半径を備えることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の現像装置。
前記複数の撹拌部材のうち前記現像剤担持体の遠くに設けられた撹拌部材の回転速度ｅ（ｒｐｓ）は、０．０６≦ｅ／ａ≦０．２３を満たすことを特徴とする請求項１１の現像装置。
画像形成装置に着脱自在であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかの項に記載の現像装置。
像担持体と、請求項７〜１２のいずれかの現像装置と、を備え、画像形成装置に着脱自在に設けられたプロセスカートリッジ。