JP2007241007A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 トナー収容部と搬送先とのレイアウト自由度を悪化させることなく、補給管内から搬送先にトナーを一気に流れ込ませることによる不具合を抑え、搬送経路でのトナー凝集が発生することなく、さらに添加剤の凝集や遊離を改善し、画像上白抜け、かぶりを改善すること。
【解決手段】 トナーを収容するトナー収容部32と、トナーを該収容部からこれよりも下方にある現像部6に搬送する補給管43Yとを備える画像形成装置であって、前記補給管が、水平からの傾斜角が45度以上の縦方向搬送部と、水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を有し、該トナーの凝集度が振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が0〜1%未満であり、かつ200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が5〜15%であることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図6

Description

本発明は、トナー等の粉体を粉体収容部から搬送管に通して、その粉体収容部よりも下方にある搬送先に向けて搬送する粉体搬送装置及びこれを備える画像形成装置、画像形成方法に関する。
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、トナー搬送装置を用いるものが知られている。このトナー搬送装置は、トナー収容器からトナーを排出するトナー排出手段や、感光体等の潜像担持体に担持された潜像をトナー像に現像する現像器内と上記トナー収容器とを接続する搬送管などを備えている。上記トナー排出手段を必要に応じて作動させ、トナー収容器に収容されているトナーを上記搬送管内に排出し、この搬送管を介して上記現像器内に直接トナーを搬送する。かかるトナー搬送装置を用いる画像形成装置において、トナー収容器を現像器よりも低い位置に配設したとする。そうする
と、トナー収容器から搬送管内に通した粉体たるトナーを、現像器に向けて重力に逆らって持ち上げるように搬送する必要が生ずるため、搬送効率が悪くなったり、搬送管内にトナーを詰まらせ易くなったりする。そこで、トナー収容器については、現像器よりも高い位置に配設して、トナーを重力方向に搬送させるようにするのが一般的である。このような重力方向の搬送を行うトナー搬送装置としては、例えば特許文献1に記載のものが知られている。このトナー搬送装置は、トナー排出手段によってトナー収容器たるトナーボックスから搬送管内に排出したトナーを、自重で落下させて現像器内に送り込んでいる。
ところが、このトナー搬送装置では、トナーボックスから搬送管内に排出されたトナーが管内壁に堆積した後、ある程度まとまった量になった時点で現像器内に一気に流れ込むおそれがあった。このようにトナーを一気に流れ込ませると、例えばトナーと磁性キャリアとを含有する二成分現像剤を用いる二成分現像方式では、二成分現像剤のトナー濃度を正確に制御することが困難になる。また、例えば磁性キャリアを用いずにトナーだけを用いる一成分現像方式では、現像器内で十分に摩擦帯電していないトナーの割合を一気に増やして、潜像担持体の非画像部にトナーを付着させるいわゆる地汚れを引き起こし易くなる。トナーボックスと現像器とを近接配設して搬送管の長さをできるだけ短くしてトナーを堆積させないようにすれば、搬送管内から現像器へのトナーの急激な流れ込みを抑えることはできる。しかし、近接配設という制約によって画像形成装置内のレイアウト自由度を悪化させてしまう。
一方、搬送管に通したトナーを自重によって落下させるのではなく、トナー収容器から排出したトナーを搬送管内に滞留させながら、搬送管内に設けた搬送部材の駆動量によって現像器へのトナー搬送量を調整することも考えられる。しかしながら、かかる構成を採用しても、何らかの衝撃が搬送管に加わると、搬送部材の駆動が停止しているにもかかわらず、管内のトナーが現像器内に一気に流れ込んでしまうといった事態を引き起こすおそれがある。
さらに画像形成装置の小型化、高速化、高画質化により、トナー補給はより小さい搬送部で、よりたくさんのトナー量を、過不足無く現像部に搬送する必要がある。
特に高画質化に対応するべくフルカラー画像形成装置では、一般にY/M/C/Bの4色のトナー搬送部や現像部を装置内に設ける必要があり、搬送部の小型化に拍車をかけ、補給経路がより小さく、かつ複雑にならざるを得ない。
トナー搬送部として、例えば特許文献2のように種々の形態が検討され、これにより粉体を重力に逆らって搬送することによる不具合を解消し、粉体収容部と搬送先とのレイアウト自由度を悪化させることなく、搬送管内から搬送先に粉体を一気に流れ込ませることによる不具合を抑えることが可能となったが、トナーの凝集性との関係については何ら検討されておらず搬送部でのトナー凝集が発生し、画像上白抜けや光沢むらが出たりあるいは一気に搬送されてトナー画像かぶりが出るなどの不具合があった。特にフルカラー画像形成装置においては高品質の画像が要求されるためさらなる改善が必要である。
特許文献3においてはフルカラー現像装置でのトナー凝集度1.0乃至25%のトナーが、また特許文献4では凝集度2〜25%のトナーが提案されているが、これらはいずれも200メッシュ(74μm),100メッシュ(149μm),60メッシュ(250μm)で測定されており非常に篩の目開きが大きい条件であり、この条件で測定された凝集度では補給経路がより小さく、かつ複雑になったときには凝集やつまりが発生してしまう。また、特許文献5においてはトナー凝集度10〜30%のトナーが提案されているが、フルイ目開き150μm、75μm、45μmで測定されており篩の目開きが大きい条件であり、この条件で測定された凝集度では補給経路がより小さく、かつ複雑になったときには凝集やつまりが発生してしまう。一方フルカラー現像装置ではモノクロ現像装置と異なりベタ画像での白抜けが大きな課題となる。これに対しては添加剤の種類や量や添加剤表面処理などさまざまな検討がなされているが長期にわたって十分な品質が得られていない。
特開平8−30097号公報 特開2004−220012 特公平8−14725号公報 特許第2992924号 特開平7−191539号公報
本発明は、こうした実情の下に画像形成装置、とくにフルカラー画像形成装置において、トナー収容部と搬送先とのレイアウト自由度を悪化させることなく、補給管内から搬送先に粉体を一気に流れ込ませることによる不具合を抑え、搬送経路でのトナー凝集が発生することなく、さらに添加剤の凝集や遊離を改善し、画像上白抜け、かぶりを改善することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記目的を達成する画像形成装置を発明するに至った。
すなわち、本発明は
[1] トナーを収容するトナー収容部と、トナーを該収容部からこれよりも下方にある現像部に搬送する補給管とを備える画像形成装置であって、
前記補給管が、水平からの傾斜角が45度以上の縦方向搬送部と、水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を有し、該トナーの凝集度が振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が0〜1%未満であり、かつ200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が5〜15%であることを特徴とする画像形成装置、
[2] 前記補給管が、トナー収容部から現像部まで縦方向搬送部、屈曲部、横方向搬送部の順に形成されていることを特徴とする[1]記載の画像形成装置、
[3] 前記横方向搬送部の傾斜角が30度未満であることを特徴とする[1]または[2]記載の画像形成装置、
[4] 前記補給管内にトナー移動力付与手段を配設し、屈曲部の移動力付与手段の付与能力とそれ以外の搬送部の移動力付与手段の付与能力とが異なることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の画像形成装置、
[5] 前記収容部に収容されているトナーが、篩の目開きが200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの振動篩測定法における凝集度Aと補給管を出た後のトナーの凝集度BがB/A=1.2〜2であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の画像形成装置、
[6] 前記現像部がトナーサブホッパーを有しない[1]〜[5]のいずれかに記載の画像形成装置、
[7] 前記現像部がキャリアとトナーからなる2成分現像剤を有するものであって、現像部に該現像剤を互いに逆方向に搬送する第1の搬送部と第2の搬送部を有し、第1の搬送部と第2搬送部がその両端で連結し、それ以外の部分では互いに隔壁で仕切られて現像剤を還流するようにしてなり、前記補給管のトナー排出口が、第2搬送部の上部に設けてあり、補給管の排出口がサブホッパーを介さず、直接現像剤の還流部に接続していることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の画像形成装置、
[8] トナーを収容するトナー収容部から補給管を通って、トナーを該収容部からこれよりも下方にある現像部に搬送する工程を有する画像形成方法であって、前記補給管が、水平からの傾斜角が45度以上の縦方向搬送部と、水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を有し、該トナーの凝集度が振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が0〜1%未満であり、かつ200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が5〜15%であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法、
[9] 前記補給管が、トナー収容部から現像部まで縦方向搬送部、屈曲部、横方向搬送部の順に形成されていることを特徴とする[8]記載の画像形成方法、
[10] 前記横方向搬送部の傾斜角が30度未満であることを特徴とする[8]または[9]に記載の画像形成方法、
[11] 前記補給管内にトナー移動力付与手段を配設し、屈曲部の移動力付与手段の付与能力とそれ以外の搬送部の移動力付与手段の付与能力とが異なることを特徴とする[8]〜[10]のいずれかに記載の画像形成方法、
[12] 前記収容部に収容されているトナーが、篩の目開きが200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの振動篩測定法における凝集度Aと補給管を出た後のトナーの凝集度BがB/A=1.2〜2であることを特徴とする[8]〜[11]のいずれかに記載の画像形成方法、
[13] 前記現像部がトナーサブホッパーを有しない[8]〜[12]のいずれかに記載の画像形成方法、
[14] 前記現像部がキャリアとトナーからなる2成分現像剤を有するものであって、現像部に該現像剤を互いに逆方向に搬送する第1の搬送部と第2の搬送部を有し、第1の搬送部と第2搬送部がその両端で連結し、それ以外の部分では互いに隔壁で仕切られて現像剤を還流するようにしてなり、前記補給管のトナー排出口が、第2搬送部の上部に設けてあり、補給管の排出口がサブホッパーを介さず、直接現像剤の還流部に接続していることを特徴とする[8]〜[13]のいずれかに記載の画像形成方法、
[15] [1]〜[7]のいずれかに記載の画像形成装置に用いられるトナーであって、前記トナーが、少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有するトナー母体粒子と無機微粒子を含有することを特徴とするトナー、
[16]前記トナーが、混練粉砕法で作られたことを特徴とする[15]記載のトナー、
[17] [1]〜[7]のいずれかに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、前記プロセスカートリッジが、感光体と、帯電装置、現像装置、クリーニング装置より選ばれる少なくとも一つの装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ、
[18] [1]〜[7]のいずれかに記載の画像形成装置に用いられる現像剤であって、前記現像剤が、少なくとも結着樹脂、着色剤を含有するトナーと磁性粒子よりなるキャリアからなることを特徴とする現像剤、
[19] [1]〜[7]のいずれかに記載の画像形成装置に用いられるトナーを収容するトナー入りボトルであって、前記トナー入りボトルが画像形成装置本体と着脱自在であり、前記トナー収容部として用いられることを特徴とするトナー入りボトル、
に関する。
本発明の画像形成装置によれば、トナー収容部とそこからトナーを補給搬送する現像部との間のレイアウト自由度を悪化させることなく、トナー補給管内から搬送先の現像部にトナーを一気に流れ込ませることによる不具合を抑え、補給搬送経路でのトナー凝集が発生することなく、さらに添加剤の凝集や遊離を改善し、画像上白抜け、かぶりを改善することができる。
本発明によれば、トナーを収容するトナー収容部と、トナーを該収容部からこれよりも下方にある現像部に搬送する補給管とを備える画像形成装置であって、前記補給管が、水平からの傾斜角が45度以上の縦方向搬送部と、水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を有し、該トナーの凝集度が振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が0〜1%未満であり、かつ200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が5〜15%であることにより、搬送性が高く、トナー凝集が発生せずかつトナーが一気に過補給され、トナー濃度過多による地汚れの発生もない画像形成装置を提供できる。
さらに凝集度2が5〜15%の凝集性を有することにより適度に搬送時のストレスを受けるため、トナー中に多少凝集体として存在する添加剤がストレスにより解砕され、添加剤としての凝集物が無くなり一次粒子として分散している状態で、トナー表面に付着されるという効果があり、添加剤凝集物核によるベタ画像の白抜けの発生を抑えることができる。本発明の搬送経路を通過することにより、添加剤凝集物を解砕し、白抜けの発生が無い画像形成方法を得ることができる。
振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が1%以上であると、補給管が、水平からの傾斜角が45度以上の縦方向搬送部においてトナー搬送性が悪化し詰まりを発生させる。振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が5%未満であると、水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を搬送する際に、流動性が高すぎて搬送部内のトナー充填密度が低下し、搬送性が安定せず、トナーエンドの誤認知が発生する。また、ストレスがかからないために添加剤凝集物の解砕という効果が得られずベタ画像の白抜け
が発生してしまう。振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が15%を超えると縦方向搬送部においてトナー搬送性が悪化し詰まりが発生しやすくなる。
さらに収容部に収容されているトナーが、篩の目開きが200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの振動篩測定法におけるの凝集度Aと補給管を出た後のトナーの凝集度BがB/A=1.2〜2であることにより、搬送性がさらに良好で、トナー凝集性が悪化せず、さらに外添剤の付着強度が高まり外添剤がトナー母体粒子から遊離することなく、帯電変動の無い安定したトナーを得ることができる。これは補給経路を搬送するときのストレスにより外添剤がトナー母体粒子との間で圧力を受け、付着強度が高まるという効果が発生するためである。トナー母体から遊離している外添剤がなくなることにより、補給管を出た後のトナーの凝集度Bが出る前の凝集度Aよりも若干大きくなるが、その範囲がB/A=1.2〜2であることが好ましい。B/A=1.2未満であると外添剤の付着強度が十分ではなく外添剤遊離が発生し、帯電不良をおこす。B/Aが2を超えると外添剤がトナー母体に埋設してしまい流動性が悪化する。
本発明において、凝集度が振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が0〜1%未満のトナーを得る方法としては、トナー生産工程において200メッシュ、好ましくは250メッシュ、さらに好ましくは280メッシュでトナーを篩うことが最も望ましい。また、200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度が5〜15%のトナーを得る方法としても同様にトナーを篩うが、篩後もトナーが再凝集することも有り得るため、篩だけでは所望の凝集度を得ることができない。本発明の凝集度を得るためには例えば、トナー揮発成分を低下させることが有効で特に常温保存をしている間に発生する揮発成分量を低下させることが好ましく45℃、50分保存したときの揮発成分量が1%未満であることがよい。これは使用する原材料樹脂の残存モノマーを減少させることや、トナー混練工程において脱気を行うこと、さらにカラートナーにおいてはマスターバッチ処理時にオープンロールを使用し樹脂や顔料中の揮発成分を減少させることにより達成することができる。また、例えばトナー中のワックス分散状態を良好にすることも好ましく、トナー中に0.03〜2.5μm、好ましくは0.03〜1.0μmび範囲の分布で分散することにより所望の凝集度をえることができる。ワックスは原材料として30〜300μm、好ましくは30〜100μmの範囲の分布であることによりトナー中の良好な分散が得られる。ワックスとしては、例えば固形のパラフィンワックス、マイクロワツクス、ライスワツクス、脂肪酸アミド系ワックス等公知のものが使用できるが、ビニル系重合ユニットとポリエステル系ユニットとを有するハイブリッド樹脂成分を含有することによりワックスの分散性が向上し、所望の特性を得ることができる。
添加剤としては例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウムなど公知のものが使用できるが、その中でも平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3g/cm3以上の微粒子のものを添加することによりトナートナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、トナー粒子同士の間に適度な空隙が形成され所望の凝集度を得ることができる。特にトナー母体粒子表面に平均一次粒径が50〜300nmで、嵩密度が0.3g/cm3以上のシリカ微粒子が好ましい。
本発明は、電子写真方式による画像形成装置に関するが、とくにフルカラー画像形成装置に好適である。
以下、本発明を適用するに最も好ましいフルカラー画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ(以下、単にプリンタという)の一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、本プリンタを示す概略構成図である。同図において、このプリンタ100は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以下、Y、M、C、Kと記す)のトナー像を生成するための4つのプロセスカートリッジ6Y、6M、6C、6Kを備えている。これらは、画像形成物質として、互いに異なる色のY,M,C,Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。Yトナー像を生成するためのプロセスカートリッジ6Yを例にすると、図2に示すように、ドラム状の感光体1Y、ドラムクリーニング装置2Y、除電装置(
不図示)、帯電装置4Y、現像器5Y等を備えている。画像形成ユニットたるプロセスカートリッジ6Yは、プリンタ100本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。
上記帯電装置4Yは、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転せしめられる感光体1Yの表面を一様帯電せしめる。一様帯電せしめられた感光体1Yの表面は、レーザ光Lによって露光走査されてY用の静電潜像を担持する。このYの静電潜像は、Yトナーと磁性キャリアとを含有するY現像剤を用いる現像器5YによってYトナー像に現像される。そして、中間転写ベルト8上に中間転写される。ドラムクリーニング装置2Yは、中間転写工程を経た後の感光体1Y表面に残留したトナーを除去する。また、上記除電装置は、クリーニング後の感光体1Yの残留電荷を除電する。この除電により、感光体1Yの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。他のプロセスカートリッジ6M、6C、6Kにおいても、同様にして感光体1M、6C、6K上にM、C、Kトナー像が形成されて、中間転写ベルト8上に中間転写される。
上記現像器5Yは、そのケーシングの開口から一部露出させるように配設された現像ロール51Yを有している。また、互いに平行配設された2つの搬送スクリュウ55Y、ドクターブレード52Y、トナー濃度センサ(以下、Tセンサという)56Yなども有している。
現像器5Yのケーシング内には、磁性キャリアとYトナーとを含むY現像剤が収容されている。このY現像剤は2つの搬送スクリュウ55Yによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、上記現像ロール51Yの表面に担持される。そして、ドクターブレード52Yによってその層厚が規制されてからY用の感光体1Yに対向する現像領域に搬送され、ここで感光体1Y上の静電潜像にYトナーを付着させる。この付着により、感光体1Y上にYトナー像が形成される。現像器5Yにおいて、現像によってYトナーを消費したY現像剤は、現像ロール51Yの回転に伴ってケーシング内に戻される。
2つの搬送スクリュウ55Yの間には仕切壁が設けられている。この仕切壁により、現像ロール51Yや図中右側の搬送スクリュウ55Y等を収容する第1供給部53Yと、図中左側の搬送スクリュウ55Yを収容する第2供給部54Yとがケーシング内で分かれている。図中右側の搬送スクリュウ55Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第1供給部53Y内のY現像剤を図中手前側から奥側へと搬送しながら現像ロール51Yに供給する。図中右側の搬送スクリュウ55Yによって第1供給部53Yの端部付近まで搬送されたY現像剤は、上記仕切壁に設けられた図示しない開口部を通って第2供
給部54Y内に進入する。第2供給部54Y内において、図中左側の搬送スクリュウ55Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、第1供給部53Yから送られてくるY現像剤を図中右側の搬送スクリュウ55Yとは逆方向に搬送する。図中左側の搬送スクリュウ55Yによって第2供給部54Yの端部付近まで搬送されたY現像剤は、上記仕切壁に設けられたもう一方の開口部(図示せず)を通って第1供給部53Y内に戻る。
透磁率センサからなる上述のTセンサ56Yは、第2供給部54Yの中央付近の底壁に設けられ、その上を通過するY現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。トナーと磁性キャリアとを含有する二成分現像剤の透磁率は、トナー濃度とある程度の相関を示すため、Tセンサ56YはYトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は、図示しない制御部に送られる。この制御部は、Tセンサ56Yからの出力電圧の目標値であるY用Vtrefを格納したRAMを備えている。このRAM内には、他の現像器に搭載された図示しないTセンサからの出力電圧の目標値であるM用Vtref、C用Vtref、K用Vtrefのデータも格納されている。Y用Vtrefは、後述するY用のトナー搬送装置の駆動制御に用いられる。具体的には、上記制御部は、Tセンサ56Yからの出力電圧の値をY用Vtrefに近づけるように、図示しないY用のトナー補給装置を駆動制御して第2供給部54Y内にYトナーを補給させる。この補給により、現像器5Y内のY現像剤中のYトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他のプロセスユニットの現像器についても、M,C,K用のトナー補給装置を用いた同様のトナー補給制御が実施される。
先に示した図1において、プロセスカートリッジ6Y、6M、6C、6Kの図中下方には、露光装置7が配設されている。潜像形成手段たる露光装置7は、画像情報に基づいて発したレーザ光Lを、プロセスカートリッジ6Y、6M、6C、6Kにおけるそれぞれの感光体に照射して露光する。この露光により、感光体1Y,M,C,K上にY,M,C,K用の静電潜像が形成される。なお、露光装置7は、光源から発したレーザ光(L)を、モータによって回転駆動したポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。露光装置7は、プロセスプロセスカートリッジ6Y、6M、6C、6Kなどとともに、潜像担持体たる感光体上にトナー像を形成するトナー像形成手段を構成している。
露光装置7の図中下側には、紙収容カセット26、これらに組み込まれた給紙ローラ27、レジストローラ対28など有する給紙手段が配設されている。紙収容カセット26は、記録体たる転写紙Pを複数枚重ねて収納しており、それぞれの一番上の転写紙Pには給紙ローラ27を当接させている。給紙ローラ27が図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転せしめられると、一番上の転写紙Pがレジストローラ対28のローラ間に向けて給紙される。レジストローラ対28は、転写紙Pを挟み込むべく両ローラを回転駆動するが、挟み込んですぐに回転を一旦停止させる。そして、転写紙Pを適切なタイミングで後述の2次転写ニップに向けて送り出す。かかる構成の給紙手段においては、給紙ローラ27と、タイミングローラ対たるレジストローラ対28との組合せによって記録体搬送装置が構成されている。この記録体搬送装置は、転写紙Pを収容手段たる紙収容カセット26から後述の2次転写ニップまで搬送するものである。
プロセスカートリッジ6Y、6M、6C、6Kの図中上方には、中間転写体たる中間転写ベルト8を張架しながら無端移動せしめる中間転写ユニット15が配設されている。この中間転写ユニット15は、中間転写ベルト8の他、クリーニング装置10などを備えている。また、4つの1次転写バイアスローラ9Y,M,C,K、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なども備えている。中間転写ベルト8は、これら7つのローラに張架されながら、少なくとも何れか1つのローラの回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。1次転写バイアスローラ9Y,M,C,Kは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト8を感光体1Y,M,C,Kとの間に挟み込んでそれぞれ1次転写ニップを形成している。これらは中間転写ベルト8の裏面(ループ内周面)にトナーとは逆極性(例えばプラス)の転写バイアスを印加する方式のものである。1次転写バイアスローラ9Y,M,C,Kを除くローラは、全て電気的に接地されている。中間転写ベルト8は、その無端移動に伴ってY,M,C,K用の1次転写ニップを順次通過していく過程で、感光体1Y,M,C,K上のY,M,C,Kトナー像が重ね合わせて1次転写される。これにより、中間転写ベルト8上に4色重ね合わせトナー像(以下、4色トナー像という)が形成される。
上記2次転写バックアップローラ12は、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。中間転写ベルト8上に形成された可視像たる4色トナー像は、この2次転写ニップで転写紙Pに転写される。そして、転写紙Pの白色と相まって、フルカラートナー像となる。2次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト8には、転写紙Pに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、クリーニング装置10によってクリーニングされる。
上記2次転写ニップにおいては、転写紙Pが互いに順方向に表面移動する中間転写ベルト8と2次転写ローラ19との間に挟まれて、上記レジストローラ対28側とは反対方向に搬送される。2次転写ニップから送り出された転写紙Pは、定着装置20のローラ間を通過する際に、熱と圧力と影響を受けて、表面のフルカラートナー像が定着される。その後、転写紙Pは、排紙ローラ対29のローラ間を経て機外へと排出される。プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部50aが形成されており、上記排紙ローラ対29によって機外に排出された転写紙Pは、このスタック部50aに順次スタックされる。
上記中間転写ユニット15と、これよりも上方にあるスタック部50aとの間には、ボトル支持部31が配設されている。このボトル支持部31は、Y,M,C,Kトナーを収容するトナー収容部たるトナーボトル32Y,M,C,Kを搭載している。トナーボトル32Y,M,C,Kは、互いに水平よりも少し傾斜した角度で並ぶように配設され、Y、M、C、Kという順で配設位置が高くなっている。トナーボトル32Y,M,C,K内のY,M,C,Kトナーは、それぞれ後述するトナー搬送装置により、プロセスカートリッジ6Y,M,C,Kの現像器に適宜補給される。これらのトナーボトル32Y,M,C,Kは、プロセスカートリッジ6Y,M,C,Kとは独立してプリンタ100本体に脱着可能である。
上述したように、4つのプロセスカートリッジ6Y,M,C,Kは、それぞれ感光体、ドラムクリーニング装置、除電装置、帯電装置及び現像器を有している。そして、これらを一体としてプリンタ本体に対して着脱させるようになっている。古くは、これら感光体等をそれぞれ別々に脱着可能な消耗部品として有し、必要に応じて交換させるようになっていたが、操作者に対してそれぞれの着脱操作を理解させるのが困難であることに起因して、メンテナンス性を悪くしていた。
そこで、これら感光体を一体で交換させることでメンテナンス性の向上を図ったプロセスカートリッジ方式で、且つ現像器内のトナーが無くなった時点を寿命とする方式のものが登場するに至った。しかしながら、かかる構成では、トナーが無くなった時点でまだ十分に寿命の余裕のある部品まで交換しなければならず、無駄が多くなるという不具合があった。
一方、プロセスカートリッジの現像器に供給するためのトナーを収容するトナー収容器を、プロセスカートリッジに対して着脱可能に構成した画像形成装置も知られている(例えば、特開平10−239974号公報に記載のもの)。しかしながら、
かかる画像形成装置では、トナー収容器だけを交換する場合であっても、プロセスカートリッジを画像形成装置本体から取り外さなければならず、トナー収容器の交換性が悪いという不具合があった。
本プリンタ100においては、プロセスカートリッジ6Y,M,C,Kと、トナーボトル32Y,M,C,Kとを、それぞれプリンタ本体に対して別々に着脱可能に構成することで、これらの不具合を解消している。
図3はY用のトナーボトル32Yを示す斜視図である。同図において、Y用のトナーボトル32Yは、ボトル部33Yと、その先端側に固定されたキャップ部34Yとを有している。円柱状に形成されたボトル部33Yには、外側から内側に向けて突出するスクリュー状の突起がその円周面に沿うようにエンボス加工されている。Y用のトナーボトル32Yが後述のY用のトナー搬送装置によって回転せしめられると、ボトル部33Y内のYトナーがこのスクリュー状の突起に沿ってボトル底側からボトル先端側に向けて移動する。
そして、ボトル部33Y内からキャップ部34Y内に進入する。かかる構成では、トナーボトル32Y内にトナー搬送手段を設けなくても、ボトル内でトナーを移動させることができるので、トナー搬送手段の付設によるコストアップを回避することができる。また、ボトルの小型化を図ることもできる。
上記キャップ部34Yは、ボトル部33Yよりも少し径の小さな円柱状に形成され、把手35Yと、シャッタ36Yと、ギヤ部37Yとをその円周面に有している。把手35Yは、円柱軸線方向に延在するようにキャップ円周面に突設せしめられている。また、シャッタ36Yは、円周方向にスライド移動可能になっており、図示した状態ではキャップ円周面に設けられた図示しないトナー排出口を覆い隠している。また、ギヤ部37Yは、キャップ部34Yの軸線方向において、把手35Yやシャッタ36Yが設けられていないボトル部33Y側の領域に設けられており、円周方向の全域に渡って図示しない複数の歯車
を有している。このギヤ部37Yの歯車が後述するトナー搬送装置の駆動ギヤと噛み合うことで、Y用のトナーボトル32Yが回転せしめられる。他色のM,C,K用のトナーボトル32M,C,Kも同様の構成になっている。
図4は、ボトル支持部31と、4つのトナーボトル32Y,M,C,Kとを示す斜視図である。ボトル支持部31は、4つのトナーボトル32Y,M,C,Kをそれぞれ別々に取り付けるための4つのボトル取付部31Y,M,C,Kを有している。同図は、4つのトナーボトル32Y,M,C,Kのうち、K用のトナーボトル32Kが取り付けられる途中の状態を示したものである。操作者は、トナーボトル32Kをボトル支持部31のK用のボトル取付部31Yに載せた後、トナーボトル32Kのキャップ部34Kに設けられた把手35Yを把持して、トナーボトル32Kを回転させる。この回転に伴い、キャップ部34Kに設けられた上述のシャッタ(図示せず)が開くとともに、キャップ部34Kのトナー排出口(図示せず)が露出して鉛直方向下側を向く。また、同時に、キャップ部34Kが、ボトル取付部31Kの図示しない係合部で係合して固定される。他色のトナーボトル32Y,M,Cも同様の操作によってボトル支持部31上に固定されるとともに、トナー排出口を露出させる。
図5は、本プリンタ100におけるY,M,C,K用のトナー補給装置40Y,M,C,Kの一部を示す斜視図である。これらトナー補給装置40Y,M,C,Kは、取り扱うトナーの色が互いに異なる点以外が、それぞれほぼ同様の構成となっている。Yトナーを取り扱うY用のトナー補給装置40Yを例にすると、次のような構成である。即ち、トナー補給装置40Yは、上述のトナーボトル32Yの他、駆動モータ41Y、駆動ギヤ42Y、補給管43Yなどを有している。また、図示を省略しているが、上述のY用のボトル支持部(図4の31Y)も有している。Y用のボトル支持部に正しくセットされたトナー
ボトル32Yは、そのキャップ部34Yのギヤ部37Yを、上記駆動ギヤ42Yに噛み合わせる。駆動モータ41Yによって駆動ギヤ42Yが回転せしめられると、その回転駆動力がギヤ部37Yを介してトナーボトル32Y全体に伝わり、トナーボトル32Yが回転する。そして、キャップ部34Yの鉛直方向下側を向いている図示しないトナー排出口からYトナーが排出されて、補給管43Yに落下する。この補給管43Y内には、図示しない樹脂製のコイルが内設されており、これも上記駆動モータ41Yによって回転駆動されるようになっている。樹脂製のコイルは、トナー排出口から搬送管43Y内に受け入れられたYトナーに対し、管長さ方向への移動力を付与する移動力付与手段として機能している。そして、補給管43Y内に受け入れられたYトナーを移動力の付与によって搬送してY用の現像器(5Y)に補給する。なお、上記駆動モータ41Yの駆動のON/OFF、即ち、Y用の現像器(5Y)へのトナー補給のON/OFFについては、上述のように、Y用の現像器に設けられたTセンサ(56Y)による検知結果に基づいてなされる。このようなTセンサによる検知結果に基づくトナー濃度制御に代えて、他の検知結果に基づくトナー濃度制御を実施させてもよい。例えば、各プロセスカートリッジ(6Y,M,C,K)について、それぞれ感光体の非画像領域に形成した基準トナー像の画像濃度を光学センサで検知させ、この検知結果をトナー濃度制御に用いるようにしてもよい。
図6は、各色のプロセスカートリッジ(6Y,M,C,K)と、各色のトナー搬送装置(40Y,M,C,K)の一部とを示す斜視図である。同図において、各色のプロセスカートリッジ(6Y,M,C,K)は、それぞれ対向するトナー補給装置のトナーボトル(32Y,M,C,K)よりも重力方向下側に配設されている。かかる構成では、粉体を粉体収容部たるトナーボトル(32Y,M,C,K)から、これよりも下方にあるプロセスカートリッジ(6Y,M,C,K)の現像器内に搬送することで、トナーを重力に逆らって搬送することによる不具合を解消することができる。各トナーボトル(32Y,M,C,K)と各プロセスカートリッジ(6Y,M,C,K)とは、比較的離れた位置に配設されており、それらの間には中間転写ユニット15が介在している。
次に、本プリンタの特徴的な構成について説明する。
図7は、Y用のトナー補給装置40Yの一部を示す拡大構成図である。トナーボトル32Yのキャップ部34Yに設けられた図示しないトナー排出口から排出されたYトナーは、補給管43Y内に受け入れられる。この補給管43Yは、トナー排出口からのYトナーを受け入れるための受入部A、ボトル側から搬送先たる図示しない現像器側に向けて真っ直ぐに水平からの傾斜角が45度以上、好ましくは60から90度で直線下降する縦方向搬送部B、水平からの傾斜角が45度未満、好ましくは15〜35度で屈曲する屈曲部Cを有している。また、図示しない現像器に連結する水平ないし傾斜角度20度未満、好ましくは0〜10度の連結部Dも有している。これら屈曲部と連結部とで水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を形成する。屈曲部Cが形成されていることで、これよりも下流側で現像器に連結する連結部Dにおける水平からの傾斜角度が、直線下降部Bよりも大幅に低減されていることがわかる。なお、屈曲部は縦搬送から横搬送に移行する部分であり、より正確には、屈曲部の一部は縦搬送部分を構成し、一部は横搬送部分を構成するものといえる。
補給管43Y内では、たとえ直線下降部BでYトナーがボトル側から現像器側に向けて重力方向に勢い良く流れても、現像器に到達する前に屈曲部Cでその進路の勾配が緩やかになる。このため、Yトナーの流れの勢いが現像器の手前で弱められる。かかる構成のトナー搬送装置40Yでは、先に図6に示したようにトナーボトル32Yとプロセスカートリッジ6Yとの間に中間転写ユニット15を介在させるほど補給管43Yの長さを大きくしていても、現像器の手前でYトナーの流れを弱めることができる。そして、このことにより、補給管43Y内からプロセスカートリッジ6Yの現像器にYトナーを一気に流れ込ませることによる不具合を抑えることができる。また、補給管43Yの長さを比較的大きくしていることで、トナーボトル32Yとプロセスカートリッジ6Yとを遠く離したレイアウトを採用することが可能になっている。このことにより、トナーボトル32Yとプロセスカートリッジ6Yとを近接配設することによるレイアウト自由度の悪化を解消することもできる。なお、他色のトナー補給装置(40M,C,K)も同様の構成になっている。
本プリンタでは、図8に示すように、補給管43Yにおける屈曲後の箇所、即ち、連結部Dの水平からの傾斜角度θを30度未満に設定している。これは、本発明者らが傾斜角度θを30度未満にすることで、Yトナーの現像器への急激な流れ込みを確実に抑え得ることを見出したからである。
図9は、補給管内に配設されたコイル44Yを示す斜視図である。このコイル44Yが図示しない補給管内で回転せしめられることにより、管内の図示しないYトナーに対して現像器側に向かう移動力を付与する。このようなコイル44Yを補給管内に配設することにより、補給管内のトナーをより確実に搬送することができる。なお、図中の符号A、B、C、Dは、それぞれ上述の受入部A、直線下降部B、屈曲部C及び連結部Dを示している。
補給管内においては、トナーの滞留性や摩耗性などに応じて、少なくとも屈曲部Cと直線的な管箇所(A,B,D)とで、コイル44Y等の移動力付与手段の移動力付与能力を異ならせることが望ましい。例えば、屈曲部C内では直線的な管箇所よりもトナーが滞り易くなるため、トナー塊が形成され易くなる。そこで、屈曲部C内でのトナー塊の発生が顕著である場合には、屈曲部C内における移動力付与能力を、直線的な管箇所における移動力付与能力よりも高めるとよい。そうすると、屈曲部C内でのトナー塊の発生を抑えることができる。また例えば、屈曲部C内では、管内壁とトナーとの摩擦が他の管箇所よりも大きくなるため、摩耗によるトナー劣化が生じ易くなる。特に、本プリンタのように移動力付与手段としてコイル44Yを用いている場合には、コイル44Yと管内壁との摩擦も大きくなる(特にカーブ内側)ので、摩耗によるトナー劣化が生じ易くなる。そこで、屈曲部C内での摩耗によるトナー劣化が顕著である場合には、トナー塊の発生が顕著である場合とは逆に、屈曲部C内における移動力付与能力を、他の管箇所における移動力付与能力よりも低くするとよい。そうすると、屈曲部C内での摩耗によるトナー劣化を抑えることができる。本プリンタでは、トナー塊の発生よりも摩耗によるトナー劣化が顕著であったため、図9に示したように、コイル44Yの屈曲部C内でのコイルピッチを他の管箇所よりも大きくしている。そして、このことにより、屈曲部C内における移動力付与能力を他の管箇所よりも小さくしている。
また、補給管内については、上記屈曲部Cの内径を、直線的な管箇所(A,B,D)の内径よりも大きくすることが望ましい。屈曲している屈曲部Cの内径を大きくすることで、そこでのトナー詰まりを抑えることができるからである。また、本プリンタのように、移動力付与手段としてコイル44Yを用いている場合には、屈曲部Cの内径を大きくすることで、そこでのコイル44Yと管内壁との摩擦も低減して、摩耗によるトナー劣化を抑えることもできる。そこで、本プリンタでは、図10に示すように、屈曲部Cの内径d2を、直線下降部Bや連結部Dの内径(d1、d3)よりも大きくしている。
次に、本発明に係るプリンタの各部に採用することが可能な具体的構造例について説明する。図11は、トナー補給装置40Yのトナー補給管43Yと、プロセスカートリッジ6Yのトナー補給口との係合部の具体的な構造例を示した斜視図である。また、図12は、図11の係合部を異なる角度から見た斜視図である。また、図13は、イエロートナーを搬送するトナー補給装置40Yを示す斜視図である。また、図14は、補給管43Yの先端付近に設けられたスプリングを収縮させた状態の同トナー補給装置40Yを示す斜視図である。また、図15は、トナー補給装置40Yによってイエロートナーが補給されるプロセスカートリッジ6Yを補給口62Yの付近で部分的に示す斜視図である。また、図16は、補給口シャッタ67を開いた状態のプロセスカートリッジ6Yを示す斜視図である。
図11に示したプロセスカートリッジ6Yの端部は、プリンタ本体に装着されるときに奥側となる方の端部である。このプロセスカートリッジ6Yの長手方向両端部側面には、図示しない感光体、現像スリーブ、2つのトナー搬送スクリュウ等を長手方向端部で支持するように所定の幅をもって対向する一対の側板61Yが設けられている。側板61Yによって、プロセスカートリッジ6Yの構成部品である感光体、現像スリーブ、2つのトナー搬送スクリュウ等の軸が支持されている。そして、上述の現像器における第1供給部(図2の53Y)の上部に位置するトナー排出口62Yを、一対の側板61の内側領域に該当する現像器ケーシング箇所に設けている。このように、トナー補給口62Yを側板61Yの内側の所定の幅内に設けることにより、トナー補給口62Yを設けるために側板61Yの対向幅を所定の幅より広げなくても良くなる。また、側板61Yの外に新たはトナー補給領域を設けなくても良くなる。よって、プロセスカートリッジの大型化を防ぐことができる。なお、この具体的構造例においては、一対の側板前面が一定の幅で平行に設けられているが、このような形状に限るものではない。例えば、プロセスカートリッジの各構成部品を端部で支持するために側板が部分的に異なる幅で設けられているものにも、この構造例を適用することができる。プロセスカートリッジの各構成部品を支持するために予め定められた側板間の所定幅を変えることなく、その幅内にトナー排出口を設ければよい。
トナー補給口62Yの高さは、図示しない現像スリーブ(図2の51Y)の上端よりも下方に位置している。そして、トナー補給管43Yの先端がトナー排出口62Yの上方に位置しており、トナー補給管43Yの下側にはトナー排出口62Yに対向する開口部45Yが形成されている。このトナー補給管43Yの先端が、トナー補給管43Yのプロセスカートリッジ6Yに対するパイプ状の係合部、即ち管状係合部となっている。このトナー補給管43Yの先端は、プロセスカートリッジ6Yをプリンタ本体に対して着脱する際のプロセスカートリッジ6Y移動方向に対して平行な方向へスライド可能に設けられている。プロセスカートリッジ6Yがプリンタに装着されるとき矢印b方向にカートリッジが挿入され、トナー補給管43Yの開口部45Yがトナー排出口62Yに対向する位置でプロセスカートリッジ6Yが止まって装着が完了する。
プロセスカートリッジ6Y上部には、トナー補給管43Yの先端が入る大きさのリング状の支持部である支持リング63Yを設けても良い。トナー補給管43Yがプロセスカートリッジ6Yに装着されているとき、トナー搬送パイプ43Yの先端が支持リング63Y内部に入り込んでいる。プロセスカートリッジ6Yをプリンタから離脱させるとき、矢印a方向にカートリッジを引き抜くと、トナー補給管43Yが支持リング63Yから抜け、プロセスカートリッジ6Yから離れる。再びプロセスカートリッジ6Yをプリンタに装着するとき、矢印b方向にカートリッジが挿入され、トナー補給管43Yが支持リング63Yに入ってトナー補給管43Yがプロセスカートリッジ6Yに装着される。
トナー補給管43Yは、開口部45Yに開口部シャッタ47Yを有している。一方、プロセスカートリッジ6Yは、排出口62Yに排出口シャッタ67Yを有している。この2つのシャッタは、プロセスカートリッジ6Yのプリンタ本体に対する着脱に連動して開閉するものである。
先ずプロセスカートリッジ6のプリンタ本体に対する着脱方法は、次の通りである。即ち、まず、図1に示したようなセット位置にあるプロセスカートリッジ6Yを抜き出すとき、図17のように装置前面の前カバー101を開く。そして、プロセスカートリッジ6を手前に抜き出す。プリンタ本体内部には、プロセスカートリッジをスライドさせて出し入れできるよう、ガイド部材(不図示)を設けてある。プロセスカートリッジ6を抜き出し始めるとこの抜き出し操作に伴って、ガイド部材が感光体軸先端を誘導して感光体を退避位置に位置させる。更に抜き出すと、各感光体軸先端のガイド部材に対する係合が解除される。これによって図17に示すようにプロセスカートリッジ6が装置前面の開口部45Yから抜き出される。逆に、プロセスカートリッジ6を奥に挿入し、これ以上押し込めることができない位置で停止したら、前カバー101を閉じる。
次に、図11の補給管43Yとプロセスカートリッジ6Yとの係合部における、シャッタの開閉動作の具体例について説明する。 プロセスカートリッジ6Yが装着されていない時、トナー補給管43Yは図13に示すような状態になっている。また、プロセスカートリッジ6Yは図15に示すような状態になっている。補給管43Yは、スプリング46Yで付勢した開口部シャッタ47Yによって、開口部45Yを閉じている。また、プロセスカートリッジ6Yは、スプリング66Yで付勢した開口部シャッタ67Yによって、排出口62Yを閉じている。
プロセスカートリッジ6Yを装着する時は、プロセスカートリッジ6Yをスライドさせて、支持リング63Yにトナー補給管43Yを差し込む。シャッタ47Yは支持リング63Yの内側を通過できないために支持リングに引っかかり、スプリング66Yを収縮せしめて、図14に示すようにシャッタ47Yをスライドさせて開口部45Yを出現させる。この動作と同時に、支持リング63Yを通過したトナー補給管43Yの先端が、プロセスカートリッジの更なるスライドによって補給口シャッタ67Yを押す。そして、これにより、スプリング66Yが収縮して、図16に示すように排出口シャッタ67Yがスライドして排出口62Yを出現させる。プロセスカートリッジ6Yが所定の位置に設置されると、図11に示したような係合状態になる。この係合状態では、開口部45Yと、排出口62Yとが相対向して連通して、トナーの受け渡しが可能になる。開口部45Yと排出口62Yとが対向する位置には、間からのトナー漏れを抑えるシール材が設けられている。
プリンタ本体からプロセスカートリッジ6Yを取り外す時は、プロセスカートリッジ6Yを図11に示した状態から図中矢印a方向に引き抜く。この時、プロセスカートリッジ6Y側では次のような変化が生じる。すなわち、トナー補給管43Yによって収縮していたプロセスカートリッジ6Yのスプリング66Yの復元力により、排出口シャッタ67Yがプリンタ本体奥方向に付勢される。これにより、排出口シャッタ67が矢印a方向に移動して排出口62Yを塞ぎ、プロセスカートリッジ6Yが図15の状態に戻る。一方、トナー補給管43Y側では次のような変化が生じる。すなわち、プロセスカートリッジ6Yの支持リング63Yから、トナー補給管43Yが抜け、支持リング63Yによって収縮していたトナー補給管43Yのスプリング46Yの復元力により、開口部シャッタ47Yはトナー補給管43Yの端部方向に付勢される。これにより、開口部シャッタ47Yは矢印b方向に移動し、開口部45Yを塞ぎ、トナー補給管43Yは図13の状態に戻る。
これまで、電子写真方式のプリンタに本発明を適用した例について説明したが、直接記録方式など、他の方式によってトナー像を形成する画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。この直接記録方式とは、潜像担持体によらず、トナー飛翔装置からドット状に飛翔させたトナー群を記録体や中間記録体に直接付着させて画素像を形成することで、記録体や中間記録体に対してトナー像を直接形成する方式である。また、粉体としてトナーを搬送するトナー搬送装置を用いるプリンタについて説明したが、トナーとは異なる粉体を用いる粉体搬送装置にも本発明の適用が可能である。
以上、実施形態に係るプリンタにおいては、各トナー搬送装置の補給管(例えば43Y)として、屈曲後の傾斜角度θが45度未満、好ましくは30度未満であるものを用いているので、搬送管から搬送先たる現像器へのトナーの急激な流れ込みをより確実に抑えることができる。
また、ボトル側から現像器側へ向かう移動力を補給管内のトナーに付与する移動力付与手段たるコイル(例えば44Y)を配設しているので、補給管内のトナーをより確実に搬送することができる。更に、このコイルについて、屈曲部Cにおける移動力付与能力と、他の管箇所(A,B,D)における移動力付与能力とを異ならせているので、屈曲部C内におけるトナー塊の発生を抑えたり、摩耗によるトナー劣化を抑えたりすることができる。
また、補給管の屈曲部Cの内径を他の管箇所の内径よりも大きくしているので、このことによっても、屈曲部C内におけるトナー塊の発生を抑えたり、摩耗によるトナー劣化を抑えたりすることができる。
また、トナー像形成手段として、感光体と現像器とが1つのユニットとしてプリンタ本体に対して着脱可能に構成されたプロセスカートリッジ(6Y、M、C、K)を用いるとともに、トナー収容部たるトナーボトル(32Y,M,C,K)をカートリッジとは別にプリンタ本体に対して着脱可能に構成している。かかる構成では、トナーボトルを交換する際に、わざわざプロセスカートリッジを取り外さなければならないといった手間を解消することができる。
本発明の画像形成装置に使用するトナーには、添加剤としては例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウムなど公知のものが使用できるが、その中でも平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3g/cm3以上の微粒子のものを添加することによりトナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、トナー粒子同士の間に適度な空隙が形成され所望の凝集度を得ることができる。特にトナー母体粒子表面に平均一次粒径が50〜300nmで、嵩密度が0.3g/cm3以上のシリカ微粒子がこのましい。
本発明に使用するトナーに添加できる微粒子において、無機化合物としては、SiO、TiO、Al、MgO、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO、SrTiO等を例示することができ、好ましくは、SiO、TiO、Al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,有機化合物の微粒子としては、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また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。
本発明の微粒子を、トナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子と微粒子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微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。
ここで、本発明の現像剤に用いられるカラートナーの他の成分の材料に関しては公知のものが全て使用可能である。結着樹脂としては、ポリスチレン、ポリp−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、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉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、単独あるいは混合して使用できる。そのなかでも低温定着性や光沢性の点からポリエステル樹脂が好ましいが、本発明において使用されるポリエステル樹脂は、多価カルボン酸成分と多価アルコール成分との縮重合反応により得られるものである。
多価カルボン酸成分としては、2価カルボン酸類及び必要により3価以上のカルボン酸類からなる。
2価カルボン酸類の具体例としては、(1)マレイン酸、フマール酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、アゼライン酸、メサコン酸、シトラコン酸、グルタコン酸等の炭素数2〜20の脂肪族ジカルボン酸;(2)シクロヘキサンジカルボン酸、メチルメジック酸等の炭素数8〜20の脂環式ジカルボン酸;(3)フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸などの炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸;(4)イソドデセニルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸等の側鎖に炭素数4〜35の炭化水素基を有するアルキルもしくはアルケニルコハク酸;並びに、これら2価カルボン酸の無水物や低級アルキル(メチル、ブチルなど)エステルが挙げられる。
これらの中では上記(1)、(3)、(4)およびこれらジカルボン酸の無水物や低級アルキルエステルが好ましく、(無水)マレイン酸、フマール酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ジメチルテレフタレート、n−ドデセニル(無水)コハク酸が更に好ましい。
3価以上のポリカルボン酸類の具休例としては、(1)1、2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸等の炭素数7〜20の脂肪族ポリカルボン酸;(2)1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸等の炭素数9〜20の脂環式ポリカルボン酸;(3)1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸および1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸;並びにこれらの無水物や低級アルキル(メチル、ブチル等)エステルが挙げられる。3価以上のポリカルボン酸類を用いる場合、これらの中では(3)およびその無水物や低級アルキルエステルが好ましいが、光沢や透明性が低下する傾向となるため、使用量は少量とすベきである。
また多価アルコール成分としては、2価アルコール類としては、例えば(1)エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等の炭素数2〜12のアルキレングリコール;(2)ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のアルキレンエーテルグリコール類;(3)1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の炭素数6〜30の脂環式ジオール:および(4)ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール類;並びに、(5)上記ビスフェノール類のアルキレンオキシド(EO、PO、ブチレンオキシド等)2〜8モル付加物を挙げることができる。(B2)を用いる場合、これらのうち(1)及び(5)が好ましく、(5)が更に好ましい。また、上記(5)の中では、特にビスフェノールAのEO及び/又はPO2〜4モル付加物がトナーに良好な耐オフセット性を与える点で好ましい。
3価以上のアルコール類の具体例としては、(1)ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の炭索数3〜20の脂肪族多価アルコール:(2)1,3,5−トリヒドロキシルメチルベンゼン等の炭素数6〜20の芳香族多価アルコール:並びにこれらのアルキレンオキサイド付加物を挙げ
ることができる。3価以上のアルコール類を用いる場合、これらの中では(1)の化合物が好ましく、その中でも安価な点からグリセロール、トリメチロールプロパン及びペンタエリスリトールが好ましいが、光沢や透明性が低下する傾向となるため、使用量は少量とすべきである。
着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、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。使用量は一般に結着樹脂100重量部に対し0.1〜50重量部である。
本発明の現像剤のカラートナーは、必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。公知のものが全て使用でき、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、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、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。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、サリチル酸系金属錯体のTN−105、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSYVP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージNX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
本発明において補強の帯電制御剤の使用量は、主帯電制御剤量、結着樹脂の種類、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。より好ましくは、0.3〜5重量部の範囲がよい。10重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
本発明の現像剤のカラートナーに離型性を持たせる為に、製造されるトナーの中にワックスを含有させることも可能である。前記ワツクスは、その融点が40〜120℃のものが好ましく、特に50〜110℃のものが好ましい。ワックスの融点が120℃より高いときには低温での定着性が不足する場合があり、一方融点が40℃より低いときには耐オフセツト性、耐久性が低下する場合がある。なお、ワックスの融点は、示差走査熱量測定法(DSC)によって求めることができる。すなわち、数mgの試料を一定の昇温速度、例えば(10℃/min)で加熟したときの融解ピーク値を融点とする。
本発明において用いることができるワックスとしては、例えば固形のパラフィンワックス、マイクロワツクス、ライスワツクス、脂肪酸アミド系ワックス、脂肪酸系ワックス、脂肪族モノケトン類、脂肪酸金属塩系ワックス、脂肪酸エステル系ワックス、部分ケン化脂肪酸エステル系ワックス、シリコーンワニス、高級アルコール、カルナウバワツクスなどを挙げることができる。また低分子量ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンなども用いることができる。特に、環球法による軟化点が70〜150℃のポリオレフィンが好ましく、さらには当該軟化点が120〜150℃のポリオレフィンが好ましい。
また本発明の現像剤のカラートナーには、流動性を向上させるために外添剤を含有させてもよい
。このような外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、5mμ〜2μmであることが好ましく、特に5mμ〜500mμであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5重量%であることが好ましく、特に0.01〜2.0重量%であることが好ましい。無機微粒子の具体例としては、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、ペンガラ、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、窒化ケイ素などを挙げることができる。この他、高分子系微粒子、例えばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体や、シリコーン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ナイロンなどの重縮合系樹脂、熱硬化性樹脂の重合体粒子も用いることができる。
このような外添剤は表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、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好ましい表面処理剤として挙げられる。
さらに、本発明の現像剤のカラートナーには、感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためにクリーニング性向上剤を含有させることができ、このようなクリーニング性向上剤としては、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなど脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造されたポリマー微粒子などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01〜1μmのものが好ましい。
本発明の現像剤を構成するキャリアは、従来公知のものが全て使用可能である。例えば、ガラス、鉄、フェライト、ニッケル、ジルコン、シリカ等を主成分とする粒径30〜1000μm程度の粉末、または該粉末を芯材として、スチレン−アクリル系樹脂、シリコーン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアセタール、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂等をコーティングしたものから適宜選択して使用可能である。トナーとキャリアとの混合割合は、通常キャリア100重量部に対して、トナー0.5〜6.0重量部が適当である。
次に、本発明の現像剤のカラートナーの製造方法について説明する。本発明のカラートナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤および主帯電制御剤を含むトナー成分を機械的混合工程と、溶融混練工程と、粉砕工程と、分級工程と、篩工程を順次経て製造される。原材料を混合工程が終了した後、次いで混合物を混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。この溶融混練は、結着樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが重要である。具体的には、溶融混練温度は、結着剤樹脂の軟化点を考慮して行うことが好ましく、軟化点より低温過ぎると切断が激しく、高温過ぎると分散が進まない。
以上の溶融混練工程が終了した後、次いで混練物を粉砕する。この粉砕工程においては、まず粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
以上の粉砕工程が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中で分級し、所定の粒径、例えば平均粒径が4〜12μmのトナーを製造する。この際、体積平均粒径が5〜9μmであり、更に4μm以下の粒径を有するトナー粒子が10個数%以下存在するような小粒径で粒度分布がシャープなものが好ましく、また上記副製品を再利用する場合は、このような小粒径で粘度分布がシャープなものに対して特に好ましい。すなわち、小粒径で分布がシャープなトナーほど副製品である微粒子が多く生成されるからである。
また、トナーを調製する際には、トナーの流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造されたトナーにさらに先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。外添剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるが、ジャケット等装備して、内部の温度を調節することが好ましい。外添剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中または漸次外添剤を加えていけばよい。もちろん混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。例えば始めに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えても良いし、その逆でも良い。使用できる混合機の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
以下実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
以下、部は重量部を示す。
凝集度測定方法
ホソカワミクロン社(製)のパウダーテスターを使用し振動台の上に次の手順で附属品をセットする。
(イ)バイブロシュート
(ロ)パッキン
(ハ)スペースリング
(ニ)フルイ(3種類)上>中>下
(ホ)オサエバー
次にノブナットで固定し、振動台を作動させる。測定条件は次の通りである。
凝集度1
フルイ目開き(上) 60メッシュ
〃 (中) 100メッシュ
〃 (下) 200メッシュ
凝集度2
フルイ目開き(上) 200メッシュ
〃 (中) 350メッシュ
〃 (下) 635メッシュ
振巾目盛1mm
試料採取量2g
振動時間10秒
測定後、次の計算から凝集度を求める。
(上段篩に残った粉体重量/試料採取量)×100 (a)
(中段篩に残った粉体重量/試料採取量)×100×(3/5) (b)
(下段篩に残った粉体重量/試料採取量)×100×(1/5) (c)
上記3つの計算値の合計をもって凝集度(%)とする。
すなわち、凝集度(%)=(a)+(b)+(c)
[線状ポリエステル樹脂aの合成]
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールA・EO2モル付加物400部、ビスフェノールA・PO2モル付加物250部、テレフタル酸300部、フマル酸65部及び重縮合触媒としてシュウ酸チタニルカリウム2部を入れ220℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで5−20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が29になった時点で取り出し、室温まで冷却後粉砕して線状ポリエステル樹脂aを得た。
線状ポリエステル樹脂aはTHF不溶分を含有しておらず、その酸価は28、水酸基価は45、Tgは63℃、軟化点95℃であった。
軟化点の測定方法
フローテスターを用いて、下記条件で等速昇温し、その流出量が1/2になる温度をもって軟化点とする.
装置 :島津(株)製 フローテスター CFT−500D
荷重 :20kgf/cm
ダイ :1mmφ−1mm
昇温速度:6℃/min
試料量 :1.0g

THF不溶分の測定方法
以下のように測定された値をもって定義する。サンプル約0.5gを秤量し、円筒ろ紙(No.86Rサイズ28×100mm東洋ろ紙社製)に入れてソックスレー抽出器にかけ、溶媒としてテトラハイドロフラン(THF)200mlを用いて、6時間で抽出する。このとき、THFの抽出サイクルが約4分〜5分に一回になるような還流速度で抽出を行う。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出し、十分に乾燥し抽出残分を秤量する。樹脂残分は、初めに投入した樹脂成分の重量をW1gとし、抽出残分中の樹脂成分の重量をW2gとしたときに、(W2/W1)×100(重量%)で表したものである。例えば、磁性トナーでは試料トナー重量から磁性体及び顔料の如きTHF不溶成分の重量を差し引いた重量(W1g)または非磁性トナーでは試料トナー重量から顔料の如きTHF不溶成分の重量を差し引いた重量(W1g)と、抽出残分重量から磁性体及び/又は顔料の如きTHF不溶成分の重量を差し引いた重量(W2g)とから上記式より計算することができる。
ソックスレー抽出装置の一例を図18に示す。
容器15に入っているTHF14は、ヒータ22で加熱され気化し、気化したTHFは管21を通って冷却器18に導かれる。冷却器18は、冷却水19で常時、冷却されている。冷却器18で冷却されて液化したTHFは円筒ろ紙16を有する貯留部にたまり、THFの液面が中管17のよりも高くなると、貯留部からTHFが容器15に排出される。円筒ろ紙に入っているトナーまたは樹脂は、循環するTHFによって抽出処理される。

酸価
JIS K0070に従い酸価を測定する。
サンプル5gを200mlの三角フラスコに秤量し、エタノール:ベンゼン=1:2の混合溶媒約50ml加えて樹脂を溶解する。フェノールフタレン指示薬を用い、あらかじめ標定されたN/10水酸化カリウム-エチルアルコエチルアルコール溶液で滴定し、N/10水酸化カリウム-エチルアルコール溶液の消費量からつぎの計算式で酸価を求める。
酸価=KOH(ml数)×N×56.1/試料重量
(ただしNはN/10 KOHのファクター)

水酸基価
(水酸基価の測定)
・装置及び器具
メスシリンダー(100ml)
全量ピペット(5ml)
平底フラスコ(200ml)
グリセリン浴
・試薬
アセチル化試薬(無水酢酸25gを全量フラスコ100mlに取り、ピリジンを加えて全量を100mlにし、十分に振り混ぜる。)
フェノールフタレイン溶液
0.5mol/l水酸化カリウムエタノール溶液
・測定法
(a)試料を2.0g平底フラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを全量ピペットを用いて加える。
(b)フラスコの口に小さな漏斗を置き、温度95〜100℃のグリセリン浴中に底部約1cmを浸して加熱する。フラスコの首がグリセリン浴の熱を受けて温度が上がるのを防ぐために、中に丸い穴をあけた厚紙の円板をフラスコの首の付け根にかぶせる。
(c)1時間後フラスコをグリセリン浴から取り出し、放冷後漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を分解する。
(d)更に、分解を完全にするため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱し、放冷後エタノール(95%)5mlで漏斗及びフラスコの壁を洗う。
(e)フェノールフタレイン溶液数滴を指示薬として加え、0.5mol/l水酸化カリウムエタノール溶液で滴定し、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときを終点とする。
(f)空試験は、試料を入れないで(a)〜(e)を行う。
・計算
A=[{(B−C)×28.05×f}/S]+D
ただし、A:水酸基価(mgKOH/g)
B:空試験に用いた0.5mol/l水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)
C:滴定に用いた0.5mol/l水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)
f:0.5mol/l水酸化カリウムエタノール溶液のファクター
マスターバッチの作成
イエローY1
線状ポリエステル樹脂a
イエロー顔料(pigment yellow 180)
マゼンタM1
線状ポリエステル樹脂a
マゼンタ顔料(pigmentred 122)
シアンC1
線状ポリエステル樹脂a
シアン顔料(pigmentblue 15−3)
顔料、線状ポリエステル樹脂a、純水を1:1:0.5の割合で、混合し、2本ロールより混練した。混練を70℃で行い、その後、ロール温度を120℃まで上げて、水を蒸発させマスターバッチを予め作製した。
[非線状ポリエステル樹脂b、cの合成]
冷却管、攪拌機及び窒素導入菅の付いた反応槽中に、ビスフェノールA・EO2モル付加物300部、ビスフェノールA・PO3モル付加物450部、テレフタル酸360部、無水フタル酸70部及び重縮合触媒としてシュウ酸チタニルカリウム1.5部を入れ 230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価2以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸62部を加え、所望の粘度となるまで常圧密閉下1.5時間反応後取り出し非線状ポリエステル樹脂bを得た。また同処方にて常圧密閉下2.5時間反応後取り出し非線状ポリエステル樹脂cを得た。
実施例1、2
イエロートナー
線状ポリエステル樹脂a:軟化点 95℃ 44部
非線状ポリエステル樹脂b:(軟化点125℃ 、THF不溶分8重量%)
30部
マスターバッチY1 20部
TN‐105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
カルナバワックス(東亜化成、30〜50μm整粒品) 5部
マゼンタトナー
線状ポリエステル樹脂a:軟化点 95℃ 46部
非線状ポリエステル樹脂b:(軟化点125℃ 、THF不溶分8重量%)
30部
マスターバッチM1 18部
TN‐105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
カルナバワックス(東亜化成 30〜50μm整粒品) 5部
シアントナー
線状ポリエステル樹脂a:軟化点 95℃ 46部
非線状ポリエステル樹脂b:(軟化点125℃ 、THF不溶分8重量%)
30部
マスターバッチC1 18部
TN‐105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
カルナバワックス(東亜化成 30〜50μm整粒品) 5部
ブラックトナー
線状ポリエステル樹脂a:軟化点 95℃ 56部
非線状ポリエステル樹脂b:(軟化点125℃ 、THF不溶分8重量%)
30部
カーボンブラック(キャボット 330R) 8部
TN‐105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
カルナバワックス(東亜化成 30〜50μm整粒品) 5部
材料をへンシェルミキサ[三井三池化工機(株)製FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製、PCM−30]で混練した。ついで超音速ジェット粉砕機ラボジェット[日本ニューマチック工業(株)製]を用いて微粉砕した後、気流分級機[日本ニューマチック工業(株)製 MDS−I]で分級し体積平均粒径が約7μmのトナー粒子を得た。
実施例1の添加剤処方:ついで、トナー粒子100部にコロイダルシリカ[H‐2000:クラリアント(株)製]1.0部と平均粒径250nm、かさ密度0.8g/cmの疎水性シリカ0.5部をへンシェルミキサで混合後、200メッシュで篩い実施例1のトナーを得た。
実施例2の添加剤処方:ついで、トナー粒子100部にコロイダルシリカ[R−972:クライアントジャパン]0.5部と平均粒径100nm、かさ密度1.5g/cmの疎水性シリカ0.8部をへンシェルミキサで混合後、200メッシュで篩い実施例2のトナーを得た。
実施例3、4
ハイブリット樹脂HB(a)の製造例
付加重合反応モノマーとしてスチレン20mol、ブチルメタクリレート5mol、重合開始剤としてt−ブチルハイドロパーオキサイド0.2molを滴下ロートに入れ、付加重合、縮重合両反応性モノマーとしてフマル酸:20mol、縮重合反応モノマーとして無水トリメリット酸:5mol、ビスフェノールA(2,2)プロピレンオキサイド:8mol、ビスフェノールA(2,2)エチレンオキサイド:4mol、エステル化触媒としてステアリン酸すず10molをステンレス攪拌棒、流下式コンデンサー、窒素ガス導入管および温度計を装備したフラスコに入れ、窒素雰囲気下にて135℃で攪拌しつつ、滴下ロートより付加重合系原料をあらかじめ混合したものを5時間かけて滴下した。終了後130℃に保ったまま6時間熟成した後、220℃に昇温して反応して、ハイブリッド樹脂HB(a)を得た。
HB(a)はTHF不溶分を含有しておらず、その酸価は20、水酸基価は50、Tgは60℃、軟化点は110℃、数平均分子量は8000、重量平均分子量は33000、ピークトップ分子量は7500であった。
イエロートナー
線状ポリエステル樹脂a 30部
非線状ポリエステル樹脂c(軟化点135℃ 、THF不溶分12重量%)
32部
ハイブリット樹脂HB(a) 10部
マスターバッチY1 20部
TN−105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
エステルワックス(日本油脂WEP−5、30〜50μm整粒品) 7部
マゼンタトナー
線状ポリエステル樹脂a 32部
非線状ポリエステル樹脂c(軟化点135℃ 、THF不溶分12重量%)
32部
ハイブリット樹脂HB(a) 10部
マスターバッチM1 18部
TN−105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
エステルワックス(日本油脂WEP−5、30〜50μm整粒品) 7部
シアントナー
線状ポリエステル樹脂a 32部
非線状ポリエステル樹脂c(軟化点135℃ 、THF不溶分12重量%)
32部
ハイブリット樹脂HB(a) 10部
マスターバッチC1 18部
TN‐105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
エステルワックス(日本油脂WEP−5、30〜50μm整粒品) 7部
ブラックトナー
線状ポリエステル樹脂a 42部
非線状ポリエステル樹脂c(軟化点135℃ 、THF不溶分12重量%)
32部
ハイブリット樹脂HB(a) 10部
カーボンブラック(キャボット 330R) 8部
TN−105(保土ヶ谷化学、サリチル酸ジルコニウム塩) 1部
エステルワックス(日本油脂WEP−5、30〜50μm整粒品) 7部
材料をへンシェルミキサ[三井三池化工機(株)製FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製 PCM−30]で混練した。ついで超音速ジェット粉砕機ラボジェット[日本ニューマチック工業(株)製]を用いて微粉砕した後、気流分級機[日本ニューマチック工業(株)製 MDS−I]で分級し体積平均粒径が約7μmのトナー粒子を得た。
実施例3の添加剤処方:ついで、トナー粒子100部にコロイダルシリカ[レオロシールZD−30S:トクヤマ(株)製]3.0部と平均粒径420nm、かさ密度0.7g/cmの疎水性シリカ0.5部ををへンシェルミキサで混合後、200メッシュで篩い実施例3のトナーを得た。
実施例4の添加剤処方:ついで、トナー粒子100部にコロイダルシリカ[H‐2000:クラリアント(株)製]2.0部と平均粒径250nm、かさ密度1.8g/cmの疎水性シリカ1.5部をへンシェルミキサで混合後、200メッシュで篩い実施例4のトナーを得た。
比較例1、2
[非線状ポリエステル樹脂dの合成]
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールA・EO2モル付加物600部、フマル酸850部、無水トリメリト酸30部及び重縮合触媒としてジブチルスズオキサイド2部を入れ、220℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで5−20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が20になった時点で取り出し、室温まで冷却後粉砕して非線状ポリエステル樹脂dを得た。非線状ポリエステル樹脂dはTHF不溶分を5%、酸価は22、水酸基価は40、Tgは69℃、軟化点 125℃であった。
マスターバッチの作成
マスターバッチイエローY2
非線状ポリエステル樹脂d
イエロー顔料(pigment yellow 74)
マスターバッチマゼンタM2
非線状ポリエステル樹脂d
マゼンタ顔料(pigmentred 185)
マスターバッチシアンC2
非線状ポリエステル樹脂d
シアン顔料(pigmentblue 15−2)
顔料、非線状ポリエステル樹脂d、純水を1:1:0.5の割合で、混合し、2本ロールにより混練した。混練を70℃で行い、その後、ロール温度を100℃まで上げて、水を蒸発させマスターバッチを予め作製した。
比較例1
シアントナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 70部
マスターバッチシアンC2 20部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 8部
マゼンタトナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 70部
マスターバッチマゼンタM2 20部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 8部
イエロートナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 70部
マスターバッチイエローY2 20部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 8部
ブラックトナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 80部
ブラック顔料(カーボンブラック) 10部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 8部
材料をへンシェルミキサ[三井三池化工機(株)製FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製 PCM−30]で混練した。ついで超音速ジェット粉砕機ラボジェット[日本ニューマチック工業(株)製]を用いて微粉砕した後、気流分級機[日本ニューマチック工業(株)製 MDS−I]で分級し体積平均粒径が約7μmのトナー粒子を得た。
比較例1の添加剤処方:ついで、トナー粒子100部にコロイダルシリカ[レオロシールZD‐30S:トクヤマ(株)製]3.0部をへンシェルミキサで混合後、100メッシュで篩い比較例1のトナーを得た。
比較例2
シアントナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 70部
マスターバッチシアンC2 20部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 2部
マゼンタトナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 70部
マスターバッチマゼンタM2 20部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 2部
イエロートナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 70部
マスターバッチイエローY2 20部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 2部
ブラックトナー処方:
非線状ポリエステル樹脂d 80部
ブラック顔料(カーボンブラック) 10部
オリエント化学工業社製E−84 2部
ポリプロピレン(三洋化成ビスコール660P) 2部
材料をへンシェルミキサ[三井三池化工機(株)製FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製 PCM−30]で混練した。ついで超音速ジェット粉砕機ラボジェット[日本ニューマチック工業(株)製]を用いて微粉砕した後、気流分級機[日本ニューマチック工業(株)製 MDS−I]で分級し体積平均粒径が約7μmのトナー粒子を得た。
比較例2の添加剤処方:ついで、トナー粒子100部にコロイダルシリカ[H‐2000:クラリアント(株)製]5.0部をへンシェルミキサで混合後、200メッシュで篩い実施例5のトナーを得た。
前記に詳述した図1記載の画像形成装置においてトナー補給管の構成を、ボトル側から搬送先たる図示しない現像器側に向けて真っ直ぐに水平からの傾斜角が85度で直線下降する縦方向搬送部B、水平からの傾斜角が20度で屈曲する屈曲部Cを有している。また、図示しない現像器に連結する傾斜角度2度の連結部Dも有しているた画像形成装置を用いてイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックそれぞれについて、画像面積5%で、A4用紙5000枚ランニグをおこない。その後、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック単色についてのベタ画像をA3用紙2枚を出力し、ベタ画像に出たトナー凝集体の数と画像の白抜け個数、白スジの数を測定を数えた。
光沢度測定は、村上式光沢度計 TAPPIT480om−90を使用して、60度の条件で測定を行なった。
測定結果は表1に示す。
Figure 2007241007
実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。 同プリンタのY用のプロセスカートリッジと、その周囲とを示す拡大構成図。 同プリンタのY用のトナーボトルを示す斜視図。 同プリンタにおけるボトル支持部と4つのトナーボトルとを示す斜視図。 同プリンタにおけるY,M,C,K用のトナー補給装置の一部を示す斜視図。 各色のプロセスカートリッジと、各色のトナー搬送装置の一部とを示す斜視図。 Y用のトナー搬送装置の一部を示す拡大構成図。 同トナー搬送装置の搬送管の一部を示す拡大図。 同搬送管内に配設されるコイルを示す斜視図。 同搬送管の一部を示す側面図。 同トナー搬送装置のトナー搬送パイプと、Y用のプロセスカートリッジのトナー補給口との係合部の具体的な構造例を示した斜視図。 同係合部を図11とは異なる角度から見た斜視図。 同トナー搬送装置を示す斜視図。 搬送管の先端付近に設けられたスプリングを圧縮させた状態の同トナー搬送装置を示す斜視図。 同トナー搬送装置によってイエロートナーが補給される同プロセスカートリッジを補給口の付近で部分的に示す斜視図。 補給口シャッタを開いた状態の同プロセスカートリッジを示す部分斜視図。 同プリンタを示す部分斜視図。 ソックスレー抽出器の説明図。
符号の説明
1Y,M,C,K 感光体(潜像担持体)
5Y現像器(搬送先)
6Y,M,C,K プロセスカートリッジ(トナー像形成手段の一部、画像形成ユニット)
7 露光装置(トナー像形成手段の一部)
32Y,M,C,K トナーボトル(トナー収容部)
40Y、M、C、K トナー搬送装置(粉体搬送装置)
43Y搬送管
44Yコイル(移動力付与手段)
θ 傾斜角

Claims (19)

  1. トナーを収容するトナー収容部と、トナーを該収容部からこれよりも下方にある現像部に搬送する補給管とを備える画像形成装置であって、
    前記補給管が、水平からの傾斜角が45度以上の縦方向搬送部と、水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を有し、該トナーの凝集度が振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が0〜1%未満であり、かつ200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が5〜15%であることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記補給管が、トナー収容部から現像部まで縦方向搬送部、屈曲部、横方向搬送部の順に形成されていることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記横方向搬送部の傾斜角が30度未満であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記補給管内にトナー移動力付与手段を配設し、屈曲部の移動力付与手段の付与能力とそれ以外の搬送部の移動力付与手段の付与能力とが異なることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記収容部に収容されているトナーが、篩の目開きが200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの振動篩測定法における凝集度Aと補給管を出た後のトナーの凝集度BがB/A=1.2〜2であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記現像部がトナーサブホッパーを有しない請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成装置。
  7. 前記現像部がキャリアとトナーからなる2成分現像剤を有するものであって、現像部に該現像剤を互いに逆方向に搬送する第1の搬送部と第2の搬送部を有し、第1の搬送部と第2搬送部がその両端で連結し、それ以外の部分では互いに隔壁で仕切られて現像剤を還流するようにしてなり、前記補給管のトナー排出口が、第2搬送部の上部に設けてあり、補給管の排出口がサブホッパーを介さず、直接現像剤の還流部に接続していることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の画像形成装置。
  8. トナーを収容するトナー収容部から補給管を通って、トナーを該収容部からこれよりも下方にある現像部に搬送する工程を有する画像形成方法であって、
    前記補給管が、水平からの傾斜角が45度以上の縦方向搬送部と、水平からの傾斜角が45度未満の横方向搬送部を有し、該トナーの凝集度が振動篩測定法において篩の目開きが200メッシュ/100メッシュ/60メッシュでの凝集度1が0〜1%未満であり、かつ200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの凝集度2が5〜15%であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
  9. 前記補給管が、トナー収容部から現像部まで縦方向搬送部、屈曲部、横方向搬送部の順に形成されていることを特徴とする請求項8記載の画像形成方法。
  10. 前記横方向搬送部の傾斜角が30度未満であることを特徴とする請求項8または9に記載の画像形成方法。
  11. 前記補給管内にトナー移動力付与手段を配設し、屈曲部の移動力付与手段の付与能力とそれ以外の搬送部の移動力付与手段の付与能力とが異なることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の画像形成方法。
  12. 前記収容部に収容されているトナーが、篩の目開きが200メッシュ/350メッシュ/635メッシュでの振動篩測定法における凝集度Aと補給管を出た後のトナーの凝集度BがB/A=1.2〜2であることを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載の画像形成方法。
  13. 前記現像部がトナーサブホッパーを有しない請求項8〜12のいずれかに記載の画像形成方法。
  14. 前記現像部がキャリアとトナーからなる2成分現像剤を有するものであって、現像部に該現像剤を互いに逆方向に搬送する第1の搬送部と第2の搬送部を有し、第1の搬送部と第2搬送部がその両端で連結し、それ以外の部分では互いに隔壁で仕切られて現像剤を還流するようにしてなり、前記補給管のトナー排出口が、第2搬送部の上部に設けてあり、補給管の排出口がサブホッパーを介さず、直接現像剤の還流部に接続していることを特徴とする請求項8〜13のいずれかに記載の画像形成方法。
  15. 請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成装置に用いられるトナーであって、前記トナーが、少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有するトナー母体粒子と無機微粒子を含有することを特徴とするトナー。
  16. 前記トナーが、混練粉砕法で作られたことを特徴とする請求項15記載のトナー。
  17. 請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、前記プロセスカートリッジが、感光体と、帯電装置、現像装置、クリーニング装置より選ばれる少なくとも一つの装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  18. 請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成装置に用いられる現像剤であって、前記現像剤が、少なくとも結着樹脂、着色剤を含有するトナーと磁性粒子よりなるキャリアからなることを特徴とする現像剤。
  19. 請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成装置に用いられるトナーを収容するトナー入りボトルであって、前記トナー入りボトルが画像形成装置本体と着脱自在であり、前記トナー収容部として用いられることを特徴とするトナー入りボトル。
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