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JP2007322916A - 現像剤供給装置、現像剤容器、現像剤、及び、画像形成装置 - Google Patents

現像剤供給装置、現像剤容器、現像剤、及び、画像形成装置 Download PDF

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JP2007322916A JP2006155106A JP2006155106A JP2007322916A JP 2007322916 A JP2007322916 A JP 2007322916A JP 2006155106 A JP2006155106 A JP 2006155106A JP 2006155106 A JP2006155106 A JP 2006155106A JP 2007322916 A JP2007322916 A JP 2007322916A
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toner
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developer container
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桂子 松本
Mugijirou Uno
麦二郎 宇野
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博之 大鍛治
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

【課題】現像剤にダメージを与えることなく、比較的レイアウトの自由度が高く、比較的簡易かつ小型で、現像剤容器から現像剤が安定的に排出され、現像剤のトナー濃度が安定する、現像剤供給装置、現像剤容器、現像剤、及び、画像形成装置を提供する。
【解決手段】一部又は全部が変形可能に構成された現像剤容器40Yと、現像剤容器40Yに収容された現像剤を気体とともに吸引して現像剤を現像部5Yに向けて排出するポンプ32と、を備える。トナーは、体積平均粒径が50〜500nmになるように形成された添加剤を具備する。キャリアは、その重量平均粒径が20〜60μmになるように形成される。現像剤は、そのキャリア濃度が1〜30質量%になるように形成される。
【選択図】図3

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに設置される現像剤供給装置、現像剤容器、現像剤に関し、特に、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤を現像部に供給する現像剤供給装置、現像剤容器、現像剤、及び、画像形成装置に関するものである。
従来から、複写機、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置において、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤(添加剤等を添加する場合も含むものとする。)を収容した現像部(現像装置)に、適宜に新しい2成分現像剤を補給して現像剤の入替えをおこなう技術(これをトリクル現像方式という。)が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
2成分現像剤を用いた現像装置は、現像装置内におけるトナー消費に応じて、現像装置の一部に設けられた開口から現像装置内に適宜にトナーが補給される。補給されたトナーは、現像装置内の現像剤とともに、搬送スクリュ等の撹拌部材によって撹拌・混合される。撹拌・混合された現像剤は、その一部が現像ローラに供給される。現像ローラに担持された現像剤は、ドクターブレードによって適量に規制された後に、その2成分現像剤中のトナーが感光体ドラムとの対向位置で感光体ドラム上の潜像に付着する。
このように、通常の現像工程において現像装置内に収容された2成分現像剤中のキャリアは消費されることなく現像装置内に残るために、キャリアに経時劣化が生じてしまう。詳しくは、キャリアが現像装置内で長時間かけて撹拌・混合されることでキャリアのコーティング層が磨耗又は剥離してキャリアの帯電能力が低下する「膜削れ現象」や、キャリアの表面にトナーの成分や添加剤が付着してキャリアの帯電能力が低下する「スペント現象」が生じてしまう。
トリクル現像方式は、このようなキャリアの経時劣化による出力画像の画質低下を防止するためのものである。すなわち、現像装置内に新しい2成分現像剤(プレミクストナー)を適宜に補給するとともに、現像装置内に収容された2成分現像剤の一部を適宜に現像装置外に排出することで、現像装置内の劣化キャリアを減じて現像装置内に収容された現像剤の量と帯電能力とを維持するものである。
このようなトリクル現像方式を用いた画像形成装置は、キャリアの経時劣化が生じるごとに現像装置や現像剤を新品のものに交換する必要のある装置に比べて、経時においても出力画像の画質が安定化することになる。
一方、特許文献2等には、トリクル現像方式を用いた画像形成装置であって、内壁面に螺旋状突起を有するボトル状の現像剤容器に、キャリアとトナーとの配合比等を規定した2成分現像剤を収容する技術が開示されている。特許文献2等の技術では、ボトル状の現像剤容器を回転駆動することで開口部から現像剤を排出して、排出した現像剤を現像装置に供給している。
他方、特許文献3等には、トナー収納容器に収容されたトナーを、スクリューポンプ(モーノポンプ)を用いて現像装置に搬送するトナー補給装置が開示されている。
詳しくは、画像形成装置本体には、フレキシブルなトナー収納容器が着脱自在に設置される。装置本体に設置されたトナー収納容器は、トナー排出口を有するノズルを介してチューブに連通する。チューブの一端には、スクリューポンプが接続されている。スクリューポンプは、ロータ、ステータ、吸引口、ユニバーサルジョイント、モータ、等で構成される。そして、モータによってステータ内のロータを所定方向に回転駆動させることでチューブ内に負圧(吸引圧力)を発生させて、トナー収納容器に収容されたトナーがトナー排出口から排出されてチューブ内を空気とともに移動することになる。チューブ内を移動したトナーは、スクリューポンプの吸引口から吸引された後に、ステータとロータとの隙間に送入されてロータの回転に沿って他端側に送出される。送出されたトナーは、スクリューポンプの送出口から排出されて、現像装置内に補給される。
このようなトナー補給装置は、トナーの供給元となるトナー収納容器と、トナーの供給先となる現像装置と、の間のトナー搬送経路をフレキシブルなチューブで形成できるために、画像形成装置全体のレイアウトの自由度が向上することが知られている。すなわち、スクリューポンプを用いたトナー補給装置は、フレキシブルなチューブ内から空気を吸引してチューブ内に圧力を発生させてトナーを搬送するものであるために、トナー収納容器、現像装置、トナー供給経路のレイアウトを比較的自由に設定することができて、画像形成装置を小型化することができる。
特開2001−194860号公報 特開2004−29306号公報 特開2002−214894号公報
上述した特許文献2等の技術は、キャリアの比重がトナーの比重に対して大きいために、ボトル状現像剤容器を回転駆動するうちにトナーとキャリアとが分離してしまう可能性が高かった。トナーとキャリアとの割合(トナー濃度)を一定に維持できないまま現像剤を現像装置に向けて搬送してしまうと、画像濃度等の画像品質が安定しなくなってしまう。さらに、ボトル状現像剤容器を回転駆動するうちにトナーの凝集体が形成されてしまい、白ポチ等の異常画像が発生してしまう場合もあった。
このような問題を解決するために、特許文献3等の技術を応用して、エアーポンプやスクリューポンプ等のポンプを用いて、トナーとキャリアとが予め混合された現像剤(プレミクストナー)を空気とともに搬送する方策が考えられる。すなわち、現像剤を収容する現像剤容器が回転駆動されることがないために、トナーの凝集体が形成されたり現像剤に機械的ストレスが加わったりすることがなく、トナーとキャリアとが分離してしまう不具合も生じにくくなることが予想される。
しかし、その場合には、フレキシブルな現像剤容器に収容された現像剤を安定的に排出する必要がある。すなわち、現像剤容器内におけるキャリアの空隙が充分でないと現像剤容器から現像剤を安定的に供給(排出)できなくなる可能性が高く、上述の空隙を充分にとってしまうと現像剤容器が大型化してしまうことになる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、現像剤にダメージを与えることなく、比較的レイアウトの自由度が高く、比較的簡易かつ小型で、現像剤容器から現像剤が安定的に排出され、現像剤のトナー濃度が安定する、現像剤供給装置、現像剤容器、現像剤、及び、画像形成装置を提供することにある。
本願発明者は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、トナーとキャリアとが予め混合された現像剤(プレミクストナー)をフレキシブルな現像剤容器に収容して、現像剤容器に収容された現像剤を気体とともにポンプを用いて搬送することで、トナーの凝集体が形成されたり現像剤に機械的ストレスが加わったりすることがなく、トナーとキャリアとが分離してしまう不具合も生じにくくなる。その際、現像剤容器に収容される現像剤に係わる種々の特性値を最適化することで、現像剤容器から現像剤を安定的に排出することができる。
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項1記載の発明にかかる現像剤供給装置は、トナーとキャリアとからなる現像剤を現像部に供給する現像剤供給装置であって、前記現像剤を収容するとともに、一部又は全部が変形可能に構成された現像剤容器と、前記現像剤容器に収容された前記現像剤を気体とともに吸引して当該現像剤を前記現像部に向けて排出するポンプと、を備え、前記トナーは、体積平均粒径が50〜500nmになるように形成された添加剤を具備し、前記キャリアは、その重量平均粒径が20〜60μmになるように形成され、前記現像剤は、そのキャリア濃度が1〜30質量%になるように形成されたものである。
また、請求項2記載の発明にかかる現像剤供給装置は、前記請求項1に記載の発明において、前記トナーは、その重量平均粒径が3〜8μmになるように形成されるとともに、重量平均粒径をD4として個数平均粒径をD1としたときに、
1.0≦D4/D1≦1.4
なる関係が成立するように形成されたものである。
また、請求項3記載の発明にかかる現像剤供給装置は、前記請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記トナーは、その平均円形度が0.93〜1.00になるように形成されたものである。
また、請求項4記載の発明にかかる現像剤供給装置は、前記請求項1〜請求項3のいずれかに記載の発明において、前記キャリアは、その重量平均粒径が20〜45μmになるように形成されたものである。
また、請求項5記載の発明にかかる現像剤供給装置は、前記請求項1〜請求項4のいずれかに記載の発明において、前記ポンプを、スクリューポンプとしたものである。
また、請求項6記載の発明にかかる現像剤供給装置は、前記請求項1〜請求項5のいずれかに記載の発明において、前記現像剤容器は、前記ポンプによる吸引により減容可能に構成されたものである。
また、請求項7記載の発明にかかる現像剤供給装置は、前記請求項1〜請求項6のいずれかに記載の発明において、前記現像部は、その内部に収容された現像剤の一部を排出する排出手段を備えたものである。
また、この発明の請求項8記載の発明にかかる現像剤容器は、トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像剤容器であって、一部又は全部が変形可能に構成され、請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像剤供給装置に着脱自在に設置されるものである。
また、この発明の請求項9記載の発明にかかる現像剤は、トナーとキャリアとからなる現像剤であって、請求項8に記載の現像剤容器に収容されるものである。
また、この発明の請求項10記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像剤供給装置を備えたものである。
本発明は、トナーとキャリアとからなる現像剤を変形可能な現像剤容器に収容して、現像剤容器に収容された現像剤を気体とともにポンプを用いて搬送するとともに、現像剤容器に収容される現像剤に係わる種々の特性値を最適化している。これにより、現像剤にダメージを与えることなく、比較的レイアウトの自由度が高く、比較的簡易かつ小型で、現像剤容器から現像剤が安定的に排出され、現像剤のトナー濃度が安定する、現像剤供給装置、現像剤容器、現像剤、及び、画像形成装置を提供することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態1.
図1〜図4にて、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1は画像形成装置としてのプリンタを示す全体構成図であり、図2はその作像部を示す拡大図であり、図3はその現像剤供給経路を示す概略図であり、図4は現像剤供給装置を示す断面図である。
図1に示すように、画像形成装置本体100の上方にある現像剤容器保持部50には、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した4つの現像剤容器40Y、40M、40C、40Kが着脱自在(交換自在)に設置されている。
現像剤容器保持部50の下方には中間転写ユニット15が配設されている。その中間転写ユニット15の中間転写ベルト8に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部6Y、6M、6C、6Kが並設されている。
図2を参照して、イエローに対応した作像部6Yは、感光体ドラム1Yと、感光体ドラム1Yの周囲に配設された帯電部4Y、現像装置5Y(現像部)、クリーニング部2Y、除電部(不図示である。)等で構成されている。そして、感光体ドラム1Y上で、作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程)がおこなわれて、感光体ドラム1Y上にイエロー画像が形成されることになる。
なお、他の3つの作像部6M、6C、6Kも、使用されるトナーの色が異なる以外は、イエローに対応した作像部6Yとほぼ同様の構成となっていて、それぞれのトナー色に対応した画像が形成される。以下、他の3つの作像部6M、6C、6Kの説明を適宜に省略して、イエローに対応した作像部6Yのみの説明をおこなうことにする。
図2を参照して、感光体ドラム1Yは、不図示の駆動モータによって図2中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部4Yの位置で、感光体ドラム1Yの表面が一様に帯電される(帯電工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、露光装置7(図1を参照できる。)から発せられたレーザ光Lの照射位置に達して、この位置での露光走査によってイエローに対応した静電潜像が形成される(露光工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、現像装置5Yとの対向位置に達して、この位置で静電潜像が現像されて、イエローのトナー像が形成される(現像工程である。)。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、中間転写ベルト8及び第1転写バイアスローラ9Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上のトナー像が中間転写ベルト8上に転写される(1次転写工程である。)。このとき、感光体ドラム1Y上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
その後、感光体ドラム1Yの表面は、クリーニング部2Yとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード2aによって機械的に回収される(クリーニング工程である。)。
最後に、感光体ドラム1Yの表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1Y上の残留電位が除去される。
こうして、感光体ドラム1Y上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。
なお、上述した作像プロセスは、他の作像部6M、6C、6Kでも、イエロー作像部6Yと同様におこなわれる。すなわち、作像部の下方に配設された露光部7から、画像情報に基いたレーザ光Lが、各作像部6M、6C、6Kの感光体ドラム上に向けて照射される。詳しくは、露光部7は、光源からレーザ光Lを発して、そのレーザ光Lを回転駆動されたポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学素子を介して感光体ドラム上に照射する。
その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト8上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト8上にカラー画像が形成される。
ここで、図1を参照して、中間転写ユニット15は、中間転写ベルト8、4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9K、2次転写バックアップローラ12、クリーニングバックアップローラ13、テンションローラ14、中間転写クリーニング部10、等で構成される。中間転写ベルト8は、3つのローラ12〜14によって張架・支持されるとともに、1つのローラ12の回転駆動によって図1中の矢印方向に無端移動される。
4つの1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kは、それぞれ、中間転写ベルト8を感光体ドラム1Y、1M、1C、1Kとの間に挟み込んで1次転写ニップを形成している。そして、1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kに、トナーの極性とは逆の転写バイアスが印加される。
そして、中間転写ベルト8は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Kの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム1Y、1M、1C、1K上の各色のトナー像が、中間転写ベルト8上に重ねて1次転写される。
その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト8は、2次転写ローラ19との対向位置に達する。この位置では、2次転写バックアップローラ12が、2次転写ローラ19との間に中間転写ベルト8を挟み込んで2次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト8上に形成された4色のトナー像は、この2次転写ニップの位置に搬送された転写紙等の被転写材P上に転写される。このとき、中間転写ベルト8には、被転写材Pに転写されなかった未転写トナーが残存する。
その後、中間転写ベルト8は、中間転写クリーニング部10の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト8上の未転写トナーが回収される。
こうして、中間転写ベルト8上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。
ここで、2次転写ニップの位置に搬送された被転写材Pは、装置本体100の下方に配設された給紙部26から、給紙ローラ27やレジストローラ対28等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、給紙部26には、転写紙等の被転写材Pが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ27が図1中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の被転写材Pがレジストローラ対28のローラ間に向けて給送される。
レジストローラ対28に搬送された被転写材Pは、回転駆動を停止したレジストローラ対28のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト8上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対28が回転駆動されて、被転写材Pが2次転写ニップに向けて搬送される。こうして、被転写材P上に、所望のカラー画像が転写される。
その後、2次転写ニップの位置でカラー画像が転写された被転写材Pは、定着部20の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が被転写材P上に定着される。
その後、被転写材Pは、排紙ローラ対29のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対29によって装置外に排出された被転写Pは、出力画像として、スタック部30上に順次スタックされる。
こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。
次に、図2にて、作像部における現像装置(現像部)の構成・動作について、さらに詳しく説明する。
現像装置5Yは、感光体ドラム1Yに対向する現像ローラ501Y、現像ローラ501Yに対向するドクターブレード502Y、現像剤収容部503Y、504Y内に配設された2つの搬送スクリュ505Y、現像剤中のトナー濃度を検知する濃度検知センサ506Y、排出手段としての現像剤吐出口511Y、等で構成される。現像ローラ501Yは、内部に固設されたマグネットや、マグネットの周囲を回転するスリーブ等で構成される。現像剤収容部503Y、504Y内には、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤G(現像剤)が収容されている。現像剤収容部504Yは、その上方に形成された開口510Yを介して現像剤供給装置に連通している。
このように構成された現像装置5Yは、次のように動作する。
現像ローラ501Yのスリーブは、図2の矢印方向に回転している。そして、マグネットにより形成された磁界によって現像ローラ501Y上に担持された現像剤Gは、スリーブの回転にともない現像ローラ501Y上を移動する。
ここで、現像装置5Y内の現像剤Gは、現像剤中のトナーの割合が所定の範囲内(例えば、トナー濃度が1.5〜5.0重量%である。)になるように調整される。詳しくは、現像装置5Y内のトナー消費に応じて、現像剤容器40Yに収容されている現像剤Gが、現像剤供給装置30を介して現像剤収容部504Y内に補給される。なお、現像剤供給装置30の構成・動作については、後で詳しく説明する。
その後、現像剤収容部504Y内に補給された新品現像剤は、2つの搬送スクリュ505Yによって、既設の現像剤Gとともに混合・撹拌されながら、2つの現像剤収容部503Y、504Yを循環する(図2の紙面垂直方向の移動である。)。そして、現像剤G中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着して、現像ローラ501Y上に形成された磁力によりキャリアとともに現像ローラ501Y上に担持される。
現像ローラ501Y上に担持された現像剤Gは、図2中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード502Yの位置に達する。そして、現像ローラ501Y上の現像剤Gは、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体ドラム1Yとの対向位置(現像領域である。)まで搬送される。そして、現像領域に形成された電界によって、感光体ドラム1Y上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ501Y上に残った現像剤Gはスリーブの回転にともない現像剤収容部503Yの上方に達して、この位置で現像ローラ501Yから離脱される。
図3を参照して、現像剤容器40Yが装置本体の現像剤容器保持部にセットされると、現像剤容器40Yにノズル51(中継部材)が接続される(図4を参照できる。)。そして、現像剤容器40Y内に収容された現像剤Gが、現像剤供給装置30によって、現像装置5Y内に向けて搬送されることになる。
なお、装置本体100の現像剤容器保持部50に設置された各現像剤容器40Y、40M、40C、40K内の現像剤は、各色の現像装置内のトナー消費に応じて、トナー色ごとに設けられた現像剤供給装置30によってそれぞれの現像剤供給経路を経て適宜に各現像装置内に補給される。4つの現像剤供給経路(現像剤供給装置)は、搬送されるトナー(現像剤)の色が異なる以外はほぼ同一構造である。
ここで、本実施の形態1における現像装置5Yは、トリクル現像方式が用いられている。
図2及び図3に示すように、本実施の形態1における画像形成装置には、現像装置5Y内に収容された現像剤Gの一部を現像装置5Y外に排出する排出手段としての現像剤吐出口511Yが設けられている。
詳しくは、現像剤収容部504Yにおける壁面の上端近傍には、排出手段としての現像剤吐出口511Yが設けられている。
そして、現像剤容器40Yから現像剤供給装置30を介して現像装置5Y内に新品現像剤Gが補給されて現像装置5Y内の現像剤量が所定量を超えると、過剰になった現像剤Gが現像剤吐出口511Yから現像装置5Y外に排出される(オーバーフロー法である。)。現像剤吐出口511Yから排出された現像剤Gは、現像剤回収経路85を経由して現像剤回収部86まで搬送される。
このように、新品現像剤Gの補給にともない現像剤面が上昇して、現像剤吐出口511Yの高さを超えた現像剤Gが現像装置5Y外に排出されるので、現像装置5Y内の現像剤面(現像剤量)は常に一定に保たれることになる。
すなわち、本実施の形態1では、現像装置5Y内に新品現像剤(新品キャリア)を適宜に補給するとともに、現像装置5Y内に収容された現像剤の一部を適宜に現像装置5Y外に排出しているので、現像装置5Y内の劣化キャリアを減じて現像装置5Y内に収容された現像剤の量と帯電能力とを維持することができる。
なお、本実施の形態1では、現像装置5Yから現像剤を排出する排出手段としてオーバーフロー法を用いたが、現像剤吐出口に開閉自在なシャッタを設けて、シャッタの開閉によって現像剤の排出をおこなうこともできる。
次に、図3及び図4にて、現像剤容器40内のトナーを現像装置5Yに導く、現像剤供給装置30について詳述する。
なお、図4では、現像剤容器及び現像装置における符号のアルファベット(Y、M、C、BK)を省略して図示する。
図4に示すように、現像剤供給装置30は、新品の現像剤が収容された現像剤容器40、ポンプとしてのスクリューポンプ32〜38、搬送管としてのチューブ31、中継部材としてのノズル51、等で構成されている。
本実施の形態1におけるスクリューポンプは、ロータ34及びステータ33を備えた吸引型ポンプであって、ロータ34を作動することにより吸引口36に吸引力を発生させる(チューブ31内から空気を送出して負圧を発生させる。)。
スクリューポンプ主部32は、ステータ33とロータ34とで構成される。ステータ33は、ゴム等の弾性材料からなる雌ねじ状部材であって、その内部にはダブルピッチの螺旋溝が形成されている。ロータ34は、金属や樹脂等からなる雄ねじ状部材であって、ステータ33内に回動自在に嵌挿されている。ロータ34は、駆動軸37にスプリングピン38を介して連結されていて、駆動軸37が回転されることによって回転駆動される。ここで、駆動軸37による回転運動は偏心運動であることから、スクリューポンプを一軸偏心スクリューポンプとも呼ぶ。ロータ34が回転することによって、吸引口36には吸引圧力が発生して、吸引口36から吸い込んだ現像剤が駆動軸37の方向(サブホッパ95側である。)へ吐出されることになる。
搬送管としてのチューブ31は、柔軟性と耐トナー性とに優れた材料からなり、その内径が2〜8mmになるように形成されている。チューブ31の材料としては、ポリウレタン、ニトリル、EPDM、シリコン等のゴム材料や、エラストマー樹脂を用いることができる。
このようなフレキシブルなチューブ31を用いることで、現像剤供給経路のレイアウトの自由度が増して、画像形成装置が小型化される。また、本実施の形態1における現像剤供給装置30は、スクリューポンプによってチューブ31内に圧力を発生させることによって現像剤を移送するものであるために、現像剤容器40を現像装置5よりも低い位置に配設することもできる。
チューブ31は、その一端がスクリューポンプの吸引口36に接続され、他端がノズル51に接続されている。ノズル51には現像剤容器40が着脱可能に設置される。そして、現像剤容器40内の現像剤Gが、ノズル51の先端に設けられた現像剤排出口52を介して、チューブ31内に移送されることになる。
ノズル51の搬送経路53中には、現像剤容器40内の現像剤Gの残量を検知する残量検知手段80〜82(エンド検知手段)が設けられている。残量検知手段は、発光素子80、受光素子81、ガラス管82等で構成される。搬送経路53内に現像剤がある場合には、現像剤がない場合に比べて、受光素子81の受光量が多くなるために、搬送経路53内の現像剤の有無を検知することができる。
以下、ノズル51(画像形成装置本体100)に着脱される現像剤容器40について詳述する。
図4を参照して、現像剤容器40は、装置本体100の現像剤容器保持部50に保持される。現像剤容器40は、変形可能に構成された袋状の容器主部42と、口金部材43を備えた保護ケース41と、で構成される。容器主部42は、ポリエチレン、ナイロン等の樹脂材料又は紙からなるフレキシブルなシート材(厚さが50〜250μm程度であって、単層構造又は複層構造である。)を折り込んで(又は、4枚を溶着して)、気密性を保持して袋状に形成したものである。保護ケース41は、剛性を有する紙、段ボールやプラスチック等の材料で形成され、容器主部42の周囲を覆うとともに、一部に口金部材43が一体的に設置されている。
口金部材43は、袋状の容器主部42の口部に熱溶着(又は接着)されている。口金部材43は、樹脂、紙等からなるケース44、発泡ポリウレタン等からなるシール45、シャッタ46、スプリング47、シャッタケース48、等からなる。一方、装置本体側のノズル51は、先端部に現像剤排出口52(開口)が形成され、軸芯部に搬送経路53(現像剤排出路)が形成されている。
そして、現像剤容器40が現像剤容器保持部50にセットされると(現像剤容器を装着するときである。)、ノズル51が口金部材43のシャッタ46を押し上げて現像剤容器40内に挿入される(図4の状態である。)。これによって、容器主部42とノズル51の搬送経路53とが現像剤排出口52を介して連通する。このとき、シール45がノズル51に密着して、現像剤容器40からの現像剤の漏出を防止する。
これに対して、現像剤容器40が現像剤容器保持部50の上方に引き抜かれると(現像剤容器を取出するときである。)、スプリング47の付勢力によってシャッタ46がシール45の位置まで押し戻される。これによって、容器主部42と搬送経路53との連通が遮断される。このとき、シール45がシャッタ46に密着して、現像剤容器40からの現像剤の漏出を防止する。
このような現像剤容器40の着脱動作は、既設の現像剤容器40内の現像剤がすべて消費されて(残量がゼロになって)、既設の現像剤容器40を新品のものに交換するときにおこなわれる。なお、本実施の形態1における現像剤容器40は、変形可能であって減容して折り畳むことが可能であるために、運搬時や保管時における取扱性を向上させることができるとともに、収納スペースが低減されて回収物流コストを低廉化することができる。また、スクリューポンプ32〜38による空気の吸引により現像剤容器40は徐々に減容するために、現像剤容器40内において現像剤の架橋やトナーの凝集体が発生しにくくなる。さらに、現像剤に与える機械的ストレスもほとんどない。
以上のように構成された現像剤供給装置30は、次のように動作することになる。
スクリューポンプ32が作動すると、現像剤容器40内の現像剤Gは、ノズル51、チューブ31(搬送管)を介して、スクリューポンプの吸引口36まで搬送される。ここで、容器主部42からノズル51、チューブ31を介してスクリューポンプに至る現像剤供給路は密閉されているために、スクリューポンプが作動して発生した吸引力がチューブ31、ノズル51を介して容器主部42内の現像剤排出口52近傍の現像剤に伝達されて、現像剤の移送が可能となる。
その後、図3を参照して、チューブ31を介してスクリューポンプの吸引口36まで移送された現像剤は、ステータ33とロータ34との隙間に送入されてロータ34の回転に沿って他端側(駆動軸側37である。)に送出される。送出された現像剤は、スクリューポンプの現像剤送出口側下方に設置されたホッパ部としてのサブホッパ95内に排出される。その後、サブホッパ95に排出された現像は、搬送スクリュによって搬送された後に、開口510Yを介して現像装置5Y内に補給される。なお、本実施の形態1では、現像剤容器40から排出された現像剤を現像剤供給装置30及びサブホッパ95を介して現像装置5に供給する構成としたが、現像剤容器40から排出された現像剤を現像剤供給装置30のみを介し現像装置5に直接的に供給する構成にすることもできる。
なお、現像剤供給装置30による現像装置5Yへの現像剤補給は、現像装置5Yに設置された濃度検知センサ506Yのセンサ出力に応じておこなわれる。詳しくは、濃度検知センサ506Yが現像剤中のトナー濃度が低いものと検知した場合には、補給信号が発信されて、スクリューポンプがセンサ出力に応じて必要な時間だけ駆動される。
ここまで述べたように、本実施の形態1では、スクリューポンプによる吸引により減容可能に構成されたフレキシブルな現像剤容器40が用いられているために、容器40内での撹拌がなくて充填前に一度均一に分散されたキャリアが分離しにくい。そのため、比重の大きいキャリアが分離して容器内で沈み込み優先的に排出口から排出されるような不具合が生じにくい。すなわち、常にキャリア濃度(現像剤におけるキャリアの割合である。)が一定の現像剤(プレミックストナー)が現像装置5に補給されるために、現像装置内のトナー濃度制御不良による異常画像の発生を抑制できる。
さらに、トナーとキャリアとが帯電された状態で現像剤容器40に充填されていることにより、キャリアの周りにトナーがある程度電気的に付着した状態で存在して、キャリア同士は反発するため、キャリアが凝集しにくく、均一な分散状態を維持しやすい。
ここで、減容可能に構成された現像剤容器40では、現像剤容器40の上層部における空隙の空気を徐々に排出しながらトナーを排出する。そのため、経時で現像剤容器40の空隙率が小さくなるのにともない、現像剤が圧縮されて現像剤容器40から排出しにくくなりやすい。
これに対して、本実施の形態1では、現像剤の特性値を最適化してトナーとキャリアとを充分に帯電させているために、比重が大きいことにより下方の現像剤排出口52に移動しやすいキャリアとともにトナーも移動することになり、充分に分散された現像剤が経時においても現像剤容器40から安定的に排出されることになる。
具体的に、本実施の形態1では、現像剤容器40内での現像剤の均一分散性の向上と、現像剤容器40における現像剤の排出性の向上と、を達成するために、現像剤のキャリア濃度(現像剤中のキャリアの割合である。)が1〜30質量%(より好ましくは、5〜20質量%である。)になるように設定されている。
キャリア濃度が1質量%よりも小さい場合には、キャリアと電気的に付着するトナーが少なくなってしまう。また、キャリア濃度が30質量%よりも大きい場合には、現像剤の排出性が悪化しやすくなる。
また、本実施の形態1における現像剤は、体積平均粒径(平均一次粒径)が50〜500nm(より好ましくは、50〜300nmである。)になるように形成された微粒子の添加剤が外添されたトナーと、平均粒径(重量平均粒径)が20〜60μm(好ましくは、20〜45μmである。)になるように形成されたキャリアと、が混合されたものである。
一般的に、流動性を付与する目的でトナーに外添される添加剤としては、体積平均粒径が10〜30nmのシリカ等がある。これに対して、本実施の形態1では、体積平均粒径が大きな添加剤をトナーに外添しているために、トナー粒子間に適度な空隙が形成されて、現像剤容器40内の空気が排出されていく過程で現像剤の圧縮が抑制される。また、粒径が比較的大きな添加剤をトナーに添加してキャリアとトナーとの間に空隙が形成されるために、キャリア表面積が大きくなりトナーの付着量が増えても、トナー構成成分のスペントを抑制できる。
添加剤の体積平均粒径が50nmより小さい場合には、添加剤がトナー表面の凹部に入り込んでしまってトナー粒子間の空隙が形成されにくくなる。添加剤の体積平均粒径が500nmより大きい場合には、現像剤の流動性が低下して、現像剤容器40からの現像剤の排出性が悪化してしまう。
また、本実施の形態1におけるキャリアの平均粒径(20〜60μm)は、一般的なキャリアの平均粒径(50〜100μm程度である。)よりも小さくなっている。そのため、トナー中での分散均一性が向上する。また、キャリア表面積が増えるために、キャリアに付着するトナーが多くなり、現像剤(プレミックストナー)の排出性が向上する。
ここで、本実施の形態1では、出力画像の高画質化を達成するために、小粒径で粒径分布が広すぎないトナーが用いられている。具体的に、トナーの重量平均粒径は3〜8μmになるように設定されている。さらに、トナーの重量平均粒径をD4として、トナーの個数平均粒径をD1としたときに、
1.0≦D4/D1≦1.4
なる関係が成立するように設定されている。
これにより、微小な潜像ドットに対しての再現性が向上するとともに、トナーの帯電量分布が均一になって地肌汚れが少なくなる。
さらに、本実施の形態1では、転写工程時の転写性を向上させるために、球形トナーが用いられている。具体的に、トナーの平均円形度が0.93〜1.00の範囲になるように設定されている。
これにより、トナー粒子同士の接触面積や、トナー粒子と感光体ドラムとの接触面積が小さくなって、転写性が向上することになる。
なお、このように粒径分布が狭く小粒径・球形のトナーを用いた場合にはトナー粒子間の空隙が小さくなって現像剤容器の排出性が悪化しやすくなってしまうために、上述した現像剤容器の排出性を向上させるための現像剤の特性値最適化が特に有効になる。
ここで、本実施の形態1における現像剤は、現像剤容器40からの排出性が向上するように構成されているものの、現像剤容器40内の空隙率が小さすぎるとその排出性は悪化してしまう。そのため、現像剤容器40内の容積すべてを現像剤で占めることなく、適度な空気層を設けることが好ましい。本実施の形態1では、現像剤容器40の容積のうち12%以上が空気層となるように設定されている。
そして、上述した現像剤(プレミックストナー)が充填された現像剤容器40を現像剤供給装置に搭載することにより、高画質化に適した現像剤が現像装置5に向けて安定して供給されるため、現像装置内の現像剤の劣化が抑制され、長期的に高画質画像が得られるようになる。
なお、現像装置5内に予め収容される現像剤は、現像剤容器40に収容された現像剤と同じものであることが好ましい。これにより、現像剤容器40から現像装置5に現像剤(プレミックストナー)が供給されても、現像装置5内の現像剤が初期剤の特性を維持しやすくなり、画質の変化を抑制できる。
以下、本実施の形態1に用いられるトナーについて補足的に説明する。
本実施の形態1に用いられるトナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤を含有し、必要に応じて離型剤や帯電制御剤、その他の成分が含有される。また、添加剤として上述のもの以外に、必要に応じて流動性向上剤やその他の成分が添加される。これら材料に関しては、公知のものがすべて可能である。
結着樹脂としては、例えば、スチレン、パラクロレスチレン、ビニルトルエン、塩化ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)タクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−クロロエチル、(メタ)アクリロニトリル酸、(メタ)アクリアミド、(メタ)アクリル酸、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル。ビニルメチルケトン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルピリジン、ブタジエン等の単量体の重量体、又は、これらの単量体の2種類以上からなる共重合体、あるいはそれらの混合物が挙げられる。その他、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ロジン、変性ロジン、テルベン樹脂、フェノール樹脂、水添石油樹脂、アイオノマー樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂等が単独あるいは混合して使用できる。
着色剤としては公知の染料及び顔料がすべて使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレトVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。使用量は一般にバインダー樹脂100重量部に対し0.1〜50重量部である。
帯電制御剤としては、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む。)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくは結着樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、2〜5重量部の範囲がよい。0.1重量部未満では、トナーの負帯電が不足し実用的でない。10重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、キャリアとの静電的吸引力の増大のため、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等の低分子量ポリオレフィンワックスやフィッシャー・トロプシュワックス等の合成炭化水素系ワックスや密ロウ、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス、モンタンワックス、等の天然ワックス類、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油ワックス類、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、等の高級脂肪酸及び高級脂肪酸の金属塩、高級脂肪酸アミド等及びこれらの各種変性ワックスが挙げられる。
これらは1種または2種以上を併用して用いることができるが、融点が70〜125℃の範囲のものを使用するのが好ましい。融点が70℃以上とすることにより転写性、耐久性が優れたトナーとすることができ、融点を125℃以下とすることにより定着時に速やかに溶融し、確実な離型効果を発揮できる。これらの離型剤の使用量は、トナーに対して1〜15重量%が好適である。1重量%より少ない場合にはオフセット防止効果が不充分であり、15重量%以上では転写性、耐久性が低下する。
添加剤(外添剤)としては、少なくとも体積平均粒径50〜500nm、嵩密度0.3g/cm3以上の微粒子を添加する。外添量としては、トナー母体に対して0.2〜3重量%が好ましい。この範囲より少ないとトナー間やトナーとその他との間に適度な空隙を形成する効果が発現されない。逆に多いと、流動性を阻害したり、脱離量が多くなることにより外添剤の凝集体ができ、画像品質を低下させる。
上述の添加剤と合わせて、この範囲以外の添加剤を添加することも可能であり、流動性向上を目的として体積平均粒径が小さい微粒子を添加することが好ましい。
本実施の形態1の添加剤において、無機化合物としては、SiO2 、TiO2 、Al2 O3 、MgO、CuO、ZnO、SnO2 、CeO2 、Fe2 O3 、BaO、CaO、K2 O、Na2 O、ZrO2 、CaO・SiO2 、K2 O(TiO2)n、Al2 O3 ・2SiO2 、CaCO3 、MgCO3 、BaSO4 、MgSO4 、SrTiO3等を例示することができ、好ましくは、SiO2 、TiO2 、Al2 O3 があげられる。特にこれら無機化合物は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。
また、有機化合物の添加剤としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を2種以上併用しても差し支えない。このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。
ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合又は共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
本実施の形態1における添加剤(微粒子)は、現像装置内の現像剤用のトナーとしても優れている。すなわち、トナー粒子、感光体ドラム、帯電付与部材との接触面積が非常に小さく、均等に接触するので付着力低減効果が大きく、現像・転写効率の向上に有効である。さらに、コロの役割を果たすため、感光体ドラムを摩耗又は損傷させることなく、クリーニングブレードと感光体ドラムとの高ストレス(高荷重、高速度等)下でのクリーニングの際も、トナー粒子に埋没し難く、あるいは少々埋没しても離脱、復帰が可能であるので、長期間にわたって安定した特性を得ることができる。さらに、トナーの表面から適度に脱離し、クリーニングブレードの先端部に蓄積し、いわゆるダム効果によって、ブレードからトナーが通過する現象を防止する効果がある。
本実施の形態1におけるトナーの製造方法としては、トナー構成材料を溶融混練後、粉砕分級して得る方法が従来の方法として一般的であるが、この方法に限らず、重合法等も含めてさまざまな方法が可能である。
重合法としては懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法などが可能であり、重合法とは異なるが溶解懸濁法、ポリマー懸濁法等の他、伸長反応法等が使用可能である。先に説明した粒径範囲や円形度のトナーを容易に得られる点では、従来の方法以外が好ましい。また、粉砕分級後のトナーを加熱処理することにより円形度を調整しても良い。
本実施の形態1における添加剤の添加方法は特に制限されず、トナー母体粒子と添加剤とを各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子と添加剤とを界面活性剤等で均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法等がある。
先に説明したトナーの粒径分布は、コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置を用いて測定することができる。これら装置として、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。
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約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、さらに測定試料を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分間分散処理をおこない、上述の測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの重量、個数を測定して、重量分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)を求めることができる。
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40.30μm未満の粒子を対象とする。
先に説明したトナーの円形度は、次式により得られた値である。
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)
この円形度はトナー粒子の凹凸の度合いの指標であり、トナーが完全な球形の場合1.00を示し、表面形状が複雑になるほど円形度は小さな値となる。
円形度は東亜医用電子製フロー式粒子像分析装置FPIA−1000を用いて測定することができる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水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フォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、さらに測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理をおこない、分散液濃度を3000〜10000個/μlとして上述の装置によりトナーの形状を測定する。
以下、本実施の形態1に用いられるキャリアについて補足的に説明する。
本実施の形態1におけるキャリアは、重量平均粒径が20〜60μm(好ましくは、20〜45μmである。)になるように形成されている。この粒径範囲は、現像装置内の現像剤用のキャリアとしても優れている。
キャリアの平均粒径が20μm未満であると、キャリア粒子の分布において微粉が多くなり、1粒子当たりの磁化が低くなってキャリア飛散を生じることがある。これに対してキャリアの平均粒径が45μmを超えると、現像工程時のキャリアの穂立ちが粗くなって、ベタやハーフトーンの均一性が劣る場合がある(特に、平均粒径が60μmを超えると顕著になる。)。また比表面積が低下するため、小粒径トナーではトナーの飛散が生じることがある。
キャリアとしては、粒径以外に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、芯材と芯材を被覆する樹脂層とを有するものが好ましい。
芯材の材料としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、50〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム(Mn−Sr)系材料、マンガン−マグネシウム(Mn−Mg)系材料等が好ましく、画像濃度の確保の点では、鉄粉(100emu/g以上)、マグネタイト(75〜120emu/g)等の高磁化材料が好ましい。また、トナーが穂立ち状態となっている感光体ドラムへの当りを弱くでき高画質化に有利である点で、銅−ジンク(Cu−Zn)系(30〜80emu/g)等の弱磁化材料が好ましい。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
キャリアの樹脂層の材料としては、特に制限はなく、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アミノ系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂、等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
樹脂層には、必要に応じて導電粉等を含有させてもよく、その導電粉としては、例えば、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が挙げられる。これらの導電粉の平均粒子径としては、1μm以下が好ましい。平均粒子径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
キャリアの樹脂層は、例えば、前記シリコーン樹脂等を溶剤に溶解させて塗布溶液を調製した後、該塗布溶液を前記芯材の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼付をおこなうことにより形成することができる。塗布方法としては、例えば、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法等が挙げられる。
キャリアにおける樹脂層の量としては、0.01〜5.0質量%が好ましい。樹脂層の量が、0.01質量%未満であると、芯材の表面に均一な樹脂層を形成することができないことがあり、5.0質量%を超えると、樹脂層が厚くなり過ぎてキャリア同士の造粒が発生し、均一なキャリア粒子が得られないことがある。
本実施の形態1で用いられる現像剤(プレミックストナー)は、上述したトナーとキャリアとを混合したものである。トナーとキャリアとは混合により摩擦帯電する。混合は公知の混合機を使用しておこなうことができる。
また、現像装置内に予め収容される現像剤(初期剤)も、上述したトナーとキャリアとを混合したものである。現像剤におけるキャリアの含有量(キャリア濃度)としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、90〜98質量%が好ましく、93〜97質量%がより好ましい。
以上説明したように、本実施の形態1においては、トナーとキャリアとからなる現像剤を変形可能な現像剤容器40に収容して、現像剤容器40に収容された現像剤を気体とともにポンプ32を用いて搬送するとともに、現像剤容器40に収容される現像剤に係わる種々の特性値を最適化している。これにより、現像剤にダメージを与えることなく、比較的レイアウトの自由度が高く、比較的簡易かつ小型で、現像剤容器40から現像剤が安定的に排出され、現像剤のトナー濃度が安定する。
実施の形態2.
図5にて、この発明の実施の形態2について詳細に説明する。
図5は、実施の形態2における画像形成装置を示す全体構成図である。本実施の形態2の画像形成装置は、中間転写ユニット15の上方に作像部6Y、6M、6C、6Kが並設されている点が、中間転写ユニット15の下方に作像部6Y、6M、6C、6Kが並設されている前記実施の形態1のものとは相違する。
図5に示すように、本実施の形態2における画像形成装置100は、中間転写ユニット15の上方に作像部6Y、6M、6C、6Kが並設されている。各作像部6Y、6M、6C、6Kは、前記実施の形態1のものと同様に、感光体ドラム、帯電部、現像装置(現像部)、クリーニング部、除電部等で構成されている。
なお、本実施の形態2では、感光体ドラムが図5中の反時計方向に回転して、中間転写ベルトが図5中の時計方向に周回する。さらに、現像装置(感光体ドラムの左側に配設されている。)の現像ローラは時計方向に回転して、ドクターブレードは現像ローラの上方に配設されている。
また、本実施の形態2でも、前記実施の形態1と同様に、トナーとキャリアとからなる現像剤が変形可能な現像剤容器(不図示である。)に収容され、現像剤容器に収容された現像剤が気体とともにポンプ(不図示である。)によって搬送される。
さらに、本実施の形態2でも、現像剤のキャリア濃度が1〜30質量%(より好ましくは、5〜20質量%である。)になるように設定されている。また、現像剤は、体積平均粒径が50〜500nm(より好ましくは、50〜300nmである。)になるように形成された添加剤が外添されたトナーと、平均粒径(重量平均粒径)が20〜60μm(好ましくは、20〜45μmである。)になるように形成されたキャリアと、が混合されたものである。
以上説明したように、本実施の形態2においても、前記実施の形態1と同様に、トナーとキャリアとからなる現像剤を変形可能な現像剤容器に収容して、現像剤容器に収容された現像剤を気体とともにポンプを用いて搬送するとともに、現像剤容器に収容される現像剤に係わる種々の特性値を最適化している。これにより、現像剤にダメージを与えることなく、比較的レイアウトの自由度が高く、比較的簡易かつ小型で、現像剤容器から現像剤が安定的に排出され、現像剤のトナー濃度が安定する。
実施例.
以下、実施例及び比較例について説明する。
図5及び図6は、前記実施の形態2の画像形成装置を用いてランニングテストをおこなった結果を示すものである。ランニングテストをおこなうにあたり、4種類のトナー(トナーa〜d)と3種類のキャリア(キャリアe〜g)とを作製した。
(トナーaの作製)
トナー母体構成材料:
ポリエステル樹脂(Mw22000) 50部
ポリエステル樹脂(Mw40000) 50部
カーボンブラック 8部
カルナバワックス(融点83℃) 5部
サリチル酸亜鉛塩 2部
上記組成のトナー母体構成材料をヘンシェルミキサー「MF20C/I型」、(三井三池加工機 社製)に仕込み、充分に撹拌混合した後、東芝機械社製2軸押出機にて混練し、冷却した。次いで、重量平均粒径(D4)が5.0±0.5μm、重量平均粒径と個数平均粒径(D1)の比(D4/D1)が1.40〜1.45となるように、粉砕、分級をおこない、トナー母体を作製した。ここで上述の混練は、2軸押出機出口での混練生成物の温度が125℃前後となるように設定しておこなった。この母体の平均円形度は0.91であった。このトナー母体に以下の添加剤をヘンシェルミキサーを用いて添加混合し、トナーaを得た。
添加剤:
疎水性シリカ 1.0部
(ヘキサメチルジシラザンで疎水化処理したシリカ、平均一次粒径120nm)
疎水性シリカ 0.8部
(ヘキサメチルジシラザンで疎水化処理したシリカ、平均一次粒径20nm)
酸化チタン 0.8部
(イソブチルトリメトキシシランで疎水化処理したシリカ、平均一次粒径15nm)
(トナーbの作製)
トナーaと同じトナー母体構成材料を用い、重量平均粒径(D4)が5.0±0.5μm、重量平均粒径と個数平均粒径(D1)の比(D4/D1)が1.15〜1.20となるように、粉砕、分級をおこなう以外は、トナーaと同様の方法でトナー母体を作製した。この母体の平均円形度は0.91であった。このトナー母体にトナーaと同じ添加剤を同じ方法で添加混合して、トナーbを得た。
(トナーcの作製)
トナーbの母体をサーフュージョン(日本ニューマチック製)を用いて、温度300℃、熱風風量1000l/min、供給風量100l/min、回転数600rpmに設定した装置内を通して、トナー母体を得た。得られたトナー母体は重量平均粒径(D4)が5.1μm、重量平均粒径と個数平均粒径(D1)の比(D4/D1)が1.19、平均円形度が0.96であった。このトナー母体にトナーaと同じ添加剤を同じ方法で添加混合して、トナーcを得た。
(トナーdの作製)
トナーaの母体を用いて、トナーaに用いた添加剤のうち、疎水性シリカ 1部(ヘキサメチルジシラザンで疎水化処理したシリカ、平均一次粒径120nm)を除く以外は、同じ添加剤を添加混合してトナーdを得た。
(キャリアeの作製)
芯材:
Cu−Znフェライト粒子(重量平均径:50μm) 1000部
コート材:
トルエン 80部
シリコーン樹脂SR2400 80部
(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、不揮発分50%)
アミノシランSH6020 2部
(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)
カーボンブラック(#44 三菱化成工業社製) 2部
上記コート材をホモミキサーで30分間分散してコート液を調製し、このコート液と芯材を流動床内に回転式底板ディスクと撹拌羽根を設けた、旋回流を形成させながらコートをおこなうコーティング装置に投入して、そのコート液を芯材上に塗布した。さらに、得られたキャリアを電気炉で250℃で2時間焼成をおこない、キャリアeを得た。
(キャリアfの作製)
芯材:
Cu−Znフェライト粒子(重量平均径:35μm) 1000部
コート材:
トルエン 90部
シリコーン樹脂SR2400 90部
(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、不揮発分50%)
アミノシランSH6020 2部
(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)
カーボンブラック(#44 三菱化成工業社製) 2部
上記コート材をホモミキサーで30分間分散してコート液を調製し、このコート液と芯材を流動床内に回転式底板ディスクと撹拌羽根を設けた、旋回流を形成させながらコートをおこなうコーティング装置に投入して、そのコート液を芯材上に塗布した。さらに、得られたキャリアを電気炉で250℃で2時間焼成をおこない、キャリアfを得た。
(キャリアgの作製)
芯材:
Cu−Znフェライト粒子(重量平均径:100μm) 1000部
コート材:
シリコン樹脂溶液SR2100 80部
(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、不揮発分50%) 80部
カーボンブラック(#44 三菱化成工業社製) 3.5部
トルエン 100部
上記コート材をホモミキサーで30分間分散してコート液を調製し、このコート液と芯材を流動床内に回転式底板ディスクと撹拌羽根を設けた、旋回流を形成させながらコートをおこなうコーティング装置に投入して、そのコート液を芯材上に塗布した。さらに、得られたキャリアを電気炉で250℃で2時間焼成をおこない、キャリアgを得た。
前記各実施の形態で述べた効果を確認するためにおこなった実施例1は次のようなものである。
(実施例1)
トナーaを90部とキャリアeを10部とをターブラーミキサーで撹拌混合し、現像剤(プレミックストナー)を作製した。この現像剤975gを容積2650cm3の現像剤容器40(ブラックトナー用)に、空気層が35〜40体積%存在するように充填した。そして、前記実施の形態2における画像形成装置の現像剤供給装置にセットし、排出性(補給性)を確認した。図5は、そのときの結果を示すものである。現像剤容器40に充填された現像剤は、現像剤容器から安定的に排出された。
次に、トナーaを7部とキャリアeを93部とをターブラーミキサーで撹拌混合し、現像剤(初期剤)を得た。この現像剤を前記実施の形態2における現像装置内に充填し、画像面積20%のモノクロ画像で10万枚の連続出力(ランニングテスト)をおこなった。連続出力後の出力画像は初期から良好であって、高い画像濃度で細線再現性がよく、地肌汚れや転写ムラ、クリーニング不良のないものであった。図6は、そのときの結果を示すものである。
なお、図5及び図6における、評価項目は以下の内容である。
(現像剤容器からの現像剤排出性)
現像剤供給装置30のスクリューポンプ32とサブホッパ95の搬送スクリュとが2秒間駆動して58秒間停止する動作を1回の補給として、この動作を繰り返すように設定した。現像剤を充填した現像剤容器を上下に10回振り、現像剤供給装置にセットして10分放置後、現像剤の排出を開始した。
20回からの連続10回分と、60回からの連続10回分と、100回からの連続10回分と、について、「平均排出量」と「標準偏差」とを算出することにより、排出量の安定性を確認した。
また、20回目、60回目、100回目に排出された現像剤の「キャリア濃度」を測定することにより、キャリア分散状態の均一性を確認した。なお、キャリア濃度は、質量を測定した現像剤をブローしてトナーを除去し、残ったキャリア質量を測定することにより算出した。
(画像濃度)
被転写材Pとしてのリコー製 PPC用紙(タイプ6200 A4)の角部4ヶ所及び中央部1ヶ所に1インチ×1インチの黒ベタ画像を出力し、これら5点の画像濃度を測定した。画像濃度は分光計(X−ライト社製、938 スペクトロデンシトメータ)で測定した。画像濃度の平均値が1.2以上であれば、問題ない画像濃度である。図6中のランクは次のようなものである。
ランク:
5…画像濃度1.4以上
4…画像濃度1.3〜1.4
3…画像濃度1.2〜1.3
2…画像濃度1.1〜1.2
1…画像濃度1.1未満
(地肌汚れ)
上述したリコー製 PPC用紙(タイプ6200 A4)に白ベタ画像を出力し、任意の5点について画像濃度を測定した。同時に画像形成装置を通さない同じ種類の白紙で、任意の5点について画像濃度を測定した。それぞれの平均値から地肌汚れの評価を行った。ここで、まったく地肌汚れがない状態においては、画像の濃度は紙の濃度と同等な値を示し、濃度が大きいほど地肌汚れは悪い結果となることが認められる。図6中のランクは次のようなものである。なお、許容範囲はランク3以上である。
ランク(白紙濃度からの増加量):
5…0.002未満
4…0.002〜0.005
3…0.005〜0.010
2…0.010〜0.020
1…0.020以上
(転写性)
1インチ×1インチの黒ベタ部が地肌部をはさんで4列×4行に並んだ画像を出力する途中で、画像形成装置を強制的に停止して、感光体ドラム上に転写前のベタ部があり、かつ中間転写ベルト上に転写後のベタ部がある状態とする。転写前後のベタ部について、付着トナー量を比較することにより転写率を算出する。なお、トナー付着量はテープにベタ部のトナーを転写させ、テープ転写後から転写前の重量を引いた値である。
転写率(%)=転写後のベタ部付着量(mg)÷転写前のベタ部付着量(mg)×100
図6中のランクは次のようなものである。
ランク(許容範囲はランク3以上である):
5…98%以上
4…95〜98%
3…90〜95%
2…85〜90%
1…85%未満
(クリーニング性)
A4黒ベタ画像を出力する際に、クリーニング工程を通過した感光体ドラム上の転写残トナーをテープに転写させ、これを白紙に貼り付け、この濃度を測定した。また、トナーを転写させない同じテープを白紙に貼り付け、この濃度を測定してブランクとした。ブランクとの差が少ないほどクリーニング性が良好である。なお、濃度は分光計(X−ライト社製、938 スペクトロデンシトメータ)で測定した。図6中のランクは次のようなものである。
ランク(許容範囲はランク2以上である):
3…クリーニング不良による線状または帯状の汚れなく、かつブランクとの濃度差が0.005未満
2…クリーニング不良による線状または帯状の汚れなく、かつブランクとの濃度差が0.005〜0.01
1…クリーニング不良による線状または帯状の汚れあり、あるいはブランクとの濃度差が0.01以上
(細線再現性)
主走査、副走査方向ともに、600dot/inch、150line/inchの1ドット格子ライン画像を出力し、ライン画像の切れ、かすれを5段階で目視評価した。図6中のランクは次のようなものである。
ランク:
5…大変良い、
4…良い、
3…普通、
2…悪い、
1…大変悪い
その他におこなった実施例及び比較例は、以下のようなものである。
(比較例1)
実施例1のトナーaをトナーdに変える以外は、実施例1と同様に現像剤の作製をおこない、実施例1と同様の評価をおこなった。比較的粒径の大きい添加剤がないため、実施例1の場合よりも現像剤排出量の安定性が劣り、トナー濃度が低いときがあったために現像剤が劣化しやすく、10万枚出力後には画像濃度が低下した。またクリーニング性も不充分となった。
(比較例2)
実施例1のキャリアeをキャリアgに変える以外は、実施例1と同様に現像剤の作製をおこない、実施例1と同様の評価をおこなった。キャリア粒径が大きいため、現像剤の均一性が劣った。補給されるキャリア量及びトナー量にばらつきが生じるためか、実施例1の場合よりも現像剤が劣化しやすく、10万枚出力後には地肌汚れが許容できないレベルとなった。
(実施例2)
実施例1のトナーaをトナーbに変え、キャリアeをキャリアfに変える以外は、実施例1と同様に現像剤の作製をおこない、実施例1と同様の評価をおこなった。トナーの微粉が減り流動性が向上するため現像剤排出性が向上した。またキャリア粒径が小さくなったために、現像剤の均一性が向上した。さらに、初期画像も良好で画像の劣化も少なかった。
(実施例3)
実施例2のトナーbとキャリアfを用いて、トナー80部、キャリア20部に変える以外は実施例2と同様に現像剤の作製をおこなった。この現像剤1040gを、実施例1と同じ現像剤容器40に空気層が35〜40体積%存在するように充填し、実施例1と同様に排出性を確認した。現像装置5に収容する現像剤については実施例2と同様に作製し、実施例1と同様の評価をおこなった。
現像剤中のキャリア濃度が高くなったが、現像剤の均一性と排出量の安定性は実施例2とほとんど変わらなかった。一方、補給されるキャリア量が増えたために、10万枚出力後の画像劣化はほとんどなかった。
(比較例3)
実施例2のトナーbとキャリアfを用いて、トナー68部、キャリア32部に変える以外は実施例2と同様に現像剤の作製をおこなった。この現像剤1100gを、実施例1と同じ現像剤容器40に空気層が35〜40体積%存在するように充填し、実施例1と同様に排出性を確認した。現像装置5に収容する現像剤については実施例2と同様に作製し、実施例1と同様の評価をおこなった。
現像剤中のキャリア含有割合が高くなったところ、現像剤の排出安定性が劣るようになった。その結果、画像形成装置の調整に対して補給されるトナー量が対応できず、現像剤が劣化しやすくなって、10万枚出力後の画質は実施例2や実施例3の場合より劣った。
(実施例4)
実施例2のトナーbをトナーcに変え、トナー85部、キャリア15部に変える以外は、実施例2と同様に現像剤の作製をおこなった。この現像剤1010gを、実施例1と同じ現像剤容器40に空気層が35〜40体積%存在するように充填し、実施例1と同様に排出性を確認した。現像装置5に収容される現像剤については、現像剤容器に収容される現像剤と同じトナーとキャリアの組合せにする以外は、実施例1と同様に作製し、実施例1と同様の評価をおこなった。
トナーが比較的狭い分布で小粒径かつ円形度が高くても、現像剤容器からの現像剤の排出安定性が実施例2の場合よりも劣ることはなかった。また、このようなトナーとキャリアの組合せにより、10万枚出力後の画質は実施例2の場合よりも良いものであった。
以上説明した実施例1〜4及び比較例1〜3にて、先に前記各実施の形態で述べた効果が充分に確認された。
なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
この発明の実施1の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 図1の画像形成装置における作像部を示す断面図である。 図1の画像形成装置における現像剤供給経路を示す概略図である。 現像剤供給装置を示す断面図である。 この発明の実施2の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 ランニングテストの結果を示す表図である。 ランニングテストの結果を示す別の表図である。
符号の説明
5、5Y 現像装置(現像部)、
30 現像剤供給装置、
31 チューブ(搬送管)、
32 スクリューポンプ主部、 33 ステータ、 34 ロータ、
36 吸引口、 37 駆動軸、
40、40Y、40M、40C、40K 現像剤容器、
51 ノズル、 52 現像剤排出口、
85 現像剤回収経路、 86 現像剤回収部、
95 サブホッパ(ホッパ部)
100 画像形成装置本体、 511Y 現像剤吐出口(排出手段)、
G 現像剤(2成分現像剤)、 C キャリア、 T トナー。

Claims (10)

  1. トナーとキャリアとからなる現像剤を現像部に供給する現像剤供給装置であって、
    前記現像剤を収容するとともに、一部又は全部が変形可能に構成された現像剤容器と、
    前記現像剤容器に収容された前記現像剤を気体とともに吸引して当該現像剤を前記現像部に向けて排出するポンプと、を備え、
    前記トナーは、体積平均粒径が50〜500nmになるように形成された添加剤を具備し、
    前記キャリアは、その重量平均粒径が20〜60μmになるように形成され、
    前記現像剤は、そのキャリア濃度が1〜30質量%になるように形成されたことを特徴とする現像剤供給装置。
  2. 前記トナーは、その重量平均粒径が3〜8μmになるように形成されるとともに、重量平均粒径をD4として個数平均粒径をD1としたときに、
    1.0≦D4/D1≦1.4
    なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の現像剤供給装置。
  3. 前記トナーは、その平均円形度が0.93〜1.00になるように形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の現像剤供給装置。
  4. 前記キャリアは、その重量平均粒径が20〜45μmになるように形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の現像剤供給装置。
  5. 前記ポンプは、スクリューポンプであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の現像剤供給装置。
  6. 前記現像剤容器は、前記ポンプによる吸引により減容可能に構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の現像剤供給装置。
  7. 前記現像部は、その内部に収容された現像剤の一部を排出する排出手段を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の現像剤供給装置。
  8. トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像剤容器であって、
    一部又は全部が変形可能に構成され、
    請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像剤供給装置に着脱自在に設置されることを特徴とする現像剤容器。
  9. トナーとキャリアとからなる現像剤であって、
    請求項8に記載の現像剤容器に収容されることを特徴とする現像剤。
  10. 請求項1〜請求項7のいずれかに記載の現像剤供給装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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