JP2008298843A - トナー収容容器および現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー収容容器内のトナーの凝集状態を正確に推定できる手段を備えた画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】トナー収納容器４３の内部に温度検知手段４６と湿度検知手段４７とを備え、これら温度検知手段４６および湿度検知手段４７の検知情報を、時計機能を備えた制御部４８に出力し、この検知情報に基づいてトナー収容容器４３に入っているトナーＴの使用を禁止あるいは、前記トナー収容容器４３内に配置された第１のトナー攪拌部材４４もしくは現像器内に配置された第２のトナー攪拌部材４５の少なくとも一方の撹拌時間を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられるトナー収容容器およびこれを用いた現像装置に関する。

近年、省エネルギーや高速化、カラー化により、トナーのより低温での定着性能が求められている。トナーを低温で定着させる場合、トナー樹脂の融点を下げる等の必要があり、これにより保存性が悪化する傾向がある。また低温定着に有利といわれているポリエステル樹脂は一般的に吸水性が高く、高湿下では保存性が悪化する。
保存性の悪いトナーが現像器に輸送されると、高温高湿下で長時間さらされた場合、トナーが凝集してしまい、画像上に黒点となって現れたり、さらには現像器を破壊してしまうといった問題がある。

このような問題を解決するために、特許文献１ではトナーの凝集を温度センサーによる温度情報および時間情報を用いて推定している例がある。しかし、温度および時間情報だけではトナーの凝集状態を正確に判断することは困難であった。
特にトナーからなる一成分現像剤を用いる一成分現像装置では、二成分現像装置のようにトナー補給後にキャリアとの攪拌などで凝集トナーがほぐれやすくなるといった過程がなく、不具合を発生しやすい。また、現像装置に収容されるトナーの重量に対して補給トナー重量の割合が高い現像装置においては、補給トナーは比較的早く現像領域に運ばれるため、より不具合を発生しやすいといった問題がある。

特開２００３−２６３０２２号公報

本発明の課題は、トナー収容容器内のトナーの凝集状態を正確に推定できる手段を備えた現像装置を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、トナー収容容器内部に温度と湿度を検知する手段とこれらに時計機能を備え、温度と湿度の履歴情報を記録し、これらの履歴情報に基づいてトナー収容容器内のトナーの凝集状態を推定することにより、トナー収容容器内のトナーの凝集状態を正確に推定することができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のトナー収容容器および現像装置は、以下の構成を有する。
（１）画像形成装置内に設置され、この画像形成装置内の現像器にトナーを供給するためのトナー収納容器であって、内部に温度検知手段と湿度検知手段とを備え、これら温度検知手段および湿度検知手段の検知情報を、時計機能を備えた制御部に出力するようにしたことを特徴とするトナー収納容器。
（２）画像形成装置に設けられ静電潜像を現像するための現像装置であって、
内部に温度検知手段と湿度検知手段と第１のトナー攪拌部材とを備えたトナー収納容器と、第２のトナー攪拌部材を備え前記トナー収納容器からトナーが供給される現像器と、時計機能を有し前記温度検知手段および湿度検知手段からの検知出力情報および時間情報に基づいてトナーの使用を禁止するか、または第１のトナー攪拌部材および第２のトナー攪拌部材の少なくとも一方の攪拌時間を制御する制御部とを備えたことを特徴とする現像装置。
（３）前記温度検知手段および湿度検知手段で検知された温度または湿度が設定限界温度または設定限界湿度以上であるとき、トナーの使用を禁止するように制御することを特徴とする（２）に記載の現像装置。
（４）前記温度検知手段で検知された温度が設定限界温度未満でかつ所定温度以上であるとき、当該温度条件の累計時間を計測し、累計時間が設定限界日数以上であり、かつ湿度検知手段で検知された湿度が設定限界湿度以上であるとき、トナーの使用を禁止し、前記湿度が設定限界湿度未満であるとき、第１のトナー攪拌部材および第２のトナー攪拌部材の少なくとも一方の攪拌時間を制御することを特徴とする（２）に記載の現像装置。
（５）前記温度検知手段で検知された温度が設定限界温度未満でかつ所定温度以上であるとき、当該温度条件の累計時間を計測し、累計時間が限界日数未満でかつ所定日数以上であり、かつ湿度検知手段で検知された湿度が当該累計時間での所定湿度以上であるとき、第１のトナー攪拌部材および第２のトナー攪拌部材の少なくとも一方の攪拌時間を制御することを特徴とする（２）に記載の現像装置。
（６）前記トナーは一成分現像剤として使用されることを特徴とする（２）に記載の現像装置。
（７）前記一成分現像剤を用いた現像装置内の現像器に収容される前記トナー重量をＭとしたとき、１回の最大トナー補給量Ｎとの関係がＮ／Ｍ≧０．０８であることを特徴とする（６）に記載の現像装置。

本発明によれば、トナー収容容器内部に温度センサーおよび湿度センサーを備え、これらと共に時計機能を備えたので、従来の温度センサーと時計機能だけの場合よりも正確にトナーの凝集状態を推測できる。その結果、トナーの凝集が生じる前にトナー攪拌を行うことができるので、トナーの凝集を抑制し、画像の不具合の発生を低減できる。

本発明にかかる画像形成装置の一例を、図１に示す。図の例の画像形成装置は、ドラム状の静電潜像担持体１の周囲に、同図中に矢印で示したその回転方向に沿って順に、帯電手段２と、露光手段３と、現像手段４と、転写手段５と、クリーニング手段６と、除電ランプ７とをこの順に配設したものである。

静電潜像担持体１としては、アモルファスシリコン感光体を用いるのが好ましい。また、帯電手段２としては、コロトロン、スコロトロンなどの公知の帯電器を用いることができる。図の例はスコロトロン式の帯電器であって、符号２１は放電ワイヤ、符号２２はシールド、符号２３はグリッドである。
露光手段３としては、例えば画像形成装置がレーザープリンタ、デジタル式の静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置などである場合、入力された電子データに基づいて静電潜像担持体１の表面に静電潜像を形成できる、半導体レーザアレイなどを用いることができる。

現像手段４としては、非磁性１成分トナーＴを補給するための第１のトナー攪拌部材４４を備えたトナー収容容器（トナーコンテナ）４３と以下に示す現像器を用いている。即ち、前記現像器は、前記トナー収容容器４３から供給された前記トナーＴを収容するためのハウジング４０と、前記トナーＴを攪拌するための第２のトナー攪拌部材４５と、静電潜像担持体１の回転に伴って回転する現像剤担持体４１と、この現像剤担持体４１の表面にその回転に伴って連続して、前記トナーＴを帯電、付着させて所定厚みのトナー薄層ＴＬを形成するための規制ブレード４２とを備えている。また、規制ブレード４２は、例えばステンレス鋼板などの金属製の板材にて形成している。

前記トナー収容容器４３は、図２に示すように、その内部に内部の雰囲気温度を検知する温度検知手段４６と湿度を検知する湿度検知手段４７を備え、この温度検知手段４６および湿度検知手段４７により検知された検知情報は、時計機能を備えた制御部４８の温度および湿度の履歴を記録する履歴情報記録部に出力される。そしてこの制御部４８により前記温度および湿度の履歴に基づいて前記第１のトナー攪拌部材４４および第２のトナー攪拌部材４５の少なくとも一方の攪拌時間が制御される。なお、前記制御部４８は、前記温度検知手段４６および湿度検知手段４７とこれらによる検知情報、並びに時間情報を記録する履歴情報記録部とからなるユニットと接続し、前記履歴情報記録部から温度および湿度の検知情報および時間情報を読み取るようにしてもよい。
温度検知手段４６としては、接触式の白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対等、あるいは非接触式の放射温度計等の温度センサーが挙げられる。好ましくは熱電対を用いるのがよい。湿度検知手段４７としては、毛髪湿度センサー、高分子湿度センサー、セラミック湿度センサー、塩化リチウム湿度センサー等湿度センサーが挙げられる。好ましくはセラミック湿度センサーである。時計機能を有するものとしてはタイマー等公知のものを用いることができる。

転写手段５として、図の例では、少なくともその表面が導電性を有し、所定の電位に接続された転写ローラを用いている。これにより、転写手段５として帯電器を用いる場合に比べて、画像形成装置内でのオゾンの発生を抑えて、当該オゾンによる放電生成物の発生や感光体表面への酸化物被膜の形成を抑制することができる。したがって画像流れの発生をさらに確実に防止することができる。

さらにクリーニング手段６としては、静電潜像担持体１の表面に当接させて、残留したトナーを掻き落とすためのクリーニングブレード６１と、当該クリーニングブレード６１で掻き落としたトナーを収容するためのトナー回収容器６２とを備えたものを用いている。
上記各部を備えた図の例の画像形成装置を用いて画像形成を行うには、静電潜像担持体１を矢印の方向に回転させながら、その表面を、帯電手段２によって一様に帯電させ、次いで露光手段３によって露光して静電潜像を形成した後、この静電潜像を、現像手段４によってトナー像に現像する。

詳しくは、規制ブレード４２を用いて現像剤担持体４１の表面に連続的に形成した非磁性１成分トナーＴの薄層ＴＬを、図に示したように静電潜像担持体１の表面に接触させることによって、該静電潜像担持体１上に形成された静電潜像をトナー像に現像する。あるいは図示していないが、トナー薄層ＴＬを、静電潜像担持体１の表面と一定間隔に保持した非接触の状態として、電位差によって、非磁性１成分トナーを静電潜像担持体１の表面に移動させて静電潜像をトナー像に現像することもできる。

次に、このトナー像を、転写手段５によって紙などの被印刷物の表面に転写した後、図示しない定着手段によって被印刷物の表面に定着させることで、一連の画像形成の工程が完了する。
また、トナー像転写後の静電潜像担持体１は、その表面に残留したトナーをクリーニング手段６によって除去し、さらに除電ランプ７を用いて露光して除電することによって次の画像形成に備える。

本発明では、画像出力（画像形成）の際、トナー収容容器４３内に設置された温度検出手段４６および湿度検出手段４７からの検知情報、そして時計機能により得られる時間情報に基づいて、制御部４８により前記トナー収容容器４３に入っているトナーＴの使用を禁止あるいは、前記トナー収容容器４３内に配置された第１のトナー攪拌部材４４および現像器内に配置された第２のトナー攪拌部材４５の少なくとも一方の撹拌時間を制御する。

図３に、その制御の一例をフローチャートで示した。この例では、温度検出手段４６で検知された温度が設定限界温度（例えば４０〜５０℃）以上であればトナー収容容器４３内のトナーに凝集があるとして「使用不可」のメッセージを表示し、画像出力（画像形成）を停止する。温度が所定温度（例えば３０〜４０℃）未満であれば、トナー収容容器４３内のトナーは使用可能であり、画像出力は実行される。温度が前記所定温度以上で前記設定限界温度未満である場合、温度情報に基づいて初期または前回のトナー収容容器４３の第１のトナー攪拌部材４４によりトナー攪拌を行った後、前記所定温度以上で前記設定限界温度未満の累積時間が、所定日数（例えば６〜１０日）未満であれば、画像出力は実行される。前記累積時間が設定限界日数（例えば１４〜１８日）以上であれば、湿度検出手段４７で検知されたそのときの湿度が設定限界湿度（例えば７０〜８０％）以上では「使用不可」のメッセージを表示して、画像出力（画像形成）を停止し、前記設定限界湿度未満であれば、次のトナー補給時にトナー収容容器４３の第１のトナー攪拌部材４４によりトナー攪拌を５〜２０分間行った後、画像出力を行う。また、前記累積時間が前記所定日数以上前記設定限界日数未満である場合、湿度が所定湿度（例えば４０〜５０％）未満であれば画像出力は実行可能とし、前記所定湿度以上の場合は、次のトナー補給時にトナー収容容器４３の第１のトナー攪拌部材４４によりトナー攪拌を５〜２０分間行った後、画像出力を行う。
前記温度、湿度および累積時間のそれぞれの適切な設定値は、使用するトナーの粒径または組成、外添剤、トナー収容容器４３に収容されるトナー重量Ｍと１回の最大トナー補給量Ｎとの比Ｎ／Ｍ、あるいは現像器の材質等により異なるので、それらに応じて適切な値を設定するのがよい。
なお、トナー補給は、ハウジング４０内のトナー量を図示しないトナー量検知センサーにより監視し、所定量以下になったときに行われる。

本発明のトナー収容容器４３は、一成分現像剤を用いた現像装置または二成分現像剤を用いた現像装置に用いることができる。好ましくは一成分現像剤を用いた現像装置に用いるのがよい。トナーとキャリアを用いた二成分現像ではトナーがキャリアと混合されることによりほぐされるので、トナーの凝集が生じにくい。しかし、一成分現像では、温度や湿度の影響やトナーの粒径、用いる外添剤等によっては、トナーの凝集が生じやすくなる。
したがって、本発明のトナー収容容器４３を用いることにより、トナー収容容器４３内のトナー攪拌を制御するので、一成分現像であっても、トナーの凝集が低減される。

また、前記一成分現像剤を用いた現像装置内の現像器に収容されるトナーＴの重量をＭとしたとき、１回の最大トナー補給量Ｎとの関係がＮ／Ｍ≧０．０８であるのが好ましい。即ち、Ｎ／Ｍが０．０８以上であると、補給トナーを多く補給できるが、現像器に収容されるトナー重量に対して補給されるトナーの重量割合が高く、凝集しやすくなり、十分ほぐされていない補給トナーが比較的早く現像領域に運ばれるため、不具合を発生しやすくなる。特に現像器に収容されるトナーの重量が６０ｇ以下の現像装置では、補給されるトナーの重量割合が高くなるので、一層不具合を発生しやすい。
これに対して、本発明では、Ｎ／Ｍが０．０８以上であってもトナー収容容器４３内のトナー攪拌を制御することにより、十分ほぐされたトナーＴを現像器に補給することができるので、画像の不具合を低減できる。

以下、実施例を挙げて、本発明のトナー収容容器および現像装置をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

（トナーの製造）
エチレングリコール５２モル％、テレフタル酸４１モル％、無水１,２,４−トリベンゼンカルボン酸７モル％を、温度計、ステンレススチール製攪拌器、ガラス製窒素導入管および流下式コンデンサーを備えた容量２リットルの４つ口フラスコに入れた。そして、このフラスコをマントルヒータにセットし、ガラス製窒素ガス導入管より窒素ガスを導入して反応器内を不活性雰囲気に保った状態で２２０℃まで昇温させ、この状態で攪拌しながら重合反応を行わせた。なお、飛散・昇華等によって単量体が減少した場合には、減少量に相当する量の単量体をフラスコ内に補充した。反応生成物をフラスコからバットに取出し、室温まで冷却してポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂と下記に示す成分とからトナーＴを作製した。
上記ポリエステル樹脂 １００重量部
カーボンブラック（MA-100 三菱化学製） ５．０重量部
電荷制御剤 （N-07 オリエント化学製） ４．０重量部
離型剤 （カルナバワックス 東亜化成製） ６．０重量部
上記成分をヘンシェルミキサーで攪拌混合した後、２軸押出し機で溶融混練した。次いでジェットミル粉砕し、分級機で風力分級を行って、平均粒径９μｍのトナー粒子を得た。このトナー１００重量部に対し、シリカ微粒子（ＲＡ２００ 日本アエロジル製）を０．６重量部添加し、前記混合撹拌機中でまぶし処理して一成分現像剤としてのトナーＴを得た。

（保存試験およびトナー凝集状態）
上記で得られたトナーＴをトナーコンテナ４３に搭載し、表１に示す条件で温度、湿度が一定の恒温恒湿槽に一定期間放置した。
その後、トナーＴを取り出し、目開き１００μｍのメッシュにて篩って、トナーＴの凝集状態を調べた。結果を表１に示した。トナーＴの凝集状態は、下記の基準に従って判定した。
なし：篩をすべて通過すれば凝集なし。
ソフト：篩上に凝集トナーが残り、手で押さえればメッシュを通るものはソフト凝集あり。
ハード：篩上に凝集トナーが残り、手で押さえてもメッシュを通らないものはハード凝集あり。

（評価）
トナーコンテナ４３内部に温湿度センサーによる温度および湿度と時間を記録できるユニットを装着し、ＤＰ−５６０改造機（京セラミタ製、非磁性１成分現像システム、現像器内トナー重量Ｍ５０ｇ。トナー補給は、トナーコンテナ４３から一回につき５ｇ補給（Ｎ）した。即ち、Ｎ／Ｍ＝０．１であった。）本体の前記制御部４８を前記ユニットから温度および湿度と時間情報を読み取れるように設定した。そして、前記トナーＴ ５０ｇを前記トナーコンテナ４３に搭載し、表１に示す保存条件で保存した後、ＤＰ−５６０改造機の現像器にトナーコンテナ４３を装着し、図３に示したフローチャートに従って制御して画像を出力した。前記制御での各設定値は下記に示すとおりである。
温度：設定限界温度４５℃、所定温度３５℃
湿度：設定限界湿度７５％、所定湿度４５％
累積時間：設定限界累積時間１６日、所定累積時間８日
トナーコンテナ４３のトナー攪拌時間：１０分
その結果、保存条件Ｎｏ．１〜１１では問題のない画像が出力された。一方、保存条件１２〜１５では「使用不可」の表示が出て、画像出力は停止した。

[比較例１]
上記した制御を行わない以外は実施例１と同じトナーコンテナ４３を表１に示す保存条件で保存した後、現像器にトナーコンテナ４３を装着し、画像を出力した。
その結果、保存条件Ｎｏ．１〜７では問題のない画像が出力されたが、保存条件Ｎｏ．８〜１１では画像にトナーの凝集によるが黒点が発生した。また、保存条件Ｎｏ．１２〜１５では画像にトナーの凝集によるが黒点が発生し、現像ローラ４１に傷がついた。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す模式図である。 温度および湿度の検知情報に基づいたトナーコンテナ内のトナー攪拌時間および画像出力の制御ブロック図である。 温度および湿度の検知情報に基づいてトナーコンテナ内のトナー攪拌時間を制御するためのフローチャートを示す図ある。

符号の説明

１ 静電潜像担持体（感光体）
４１ 現像剤担持体（現像ローラ）
４２ 規制ブレード
４３ トナー収容容器（トナーコンテナ）
４４ 第１のトナー攪拌部材
４５ 第２のトナー攪拌部材
ＴＬ トナー薄層
Ｔ 非磁性１成分トナー

Claims (7)

1. 画像形成装置内に設置され、この画像形成装置内の現像器にトナーを供給するためのトナー収納容器であって、内部に温度検知手段と湿度検知手段とを備え、これら温度検知手段および湿度検知手段の検知情報を、時計機能を備えた制御部に出力するようにしたことを特徴とするトナー収納容器。
2. 画像形成装置に設けられ静電潜像を現像するための現像装置であって、
   内部に温度検知手段と湿度検知手段と第１のトナー攪拌部材とを備えたトナー収納容器と、第２のトナー攪拌部材を備え前記トナー収納容器からトナーが供給される現像器と、時計機能を有し前記温度検知手段および湿度検知手段からの検知出力情報および時間情報に基づいてトナーの使用を禁止するか、または第１のトナー攪拌部材および第２のトナー攪拌部材の少なくとも一方の攪拌時間を制御する制御部とを備えたことを特徴とする現像装置。
3. 前記温度検知手段および湿度検知手段で検知された温度または湿度が設定限界温度または設定限界湿度以上であるとき、トナーの使用を禁止するように制御することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 前記温度検知手段で検知された温度が設定限界温度未満でかつ所定温度以上であるとき、当該温度条件の累計時間を計測し、累計時間が設定限界日数以上であり、かつ湿度検知手段で検知された湿度が設定限界湿度以上であるとき、トナーの使用を禁止し、前記湿度が設定限界湿度未満であるとき、第１のトナー攪拌部材および第２のトナー攪拌部材の少なくとも一方の攪拌時間を制御することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
5. 前記温度検知手段で検知された温度が設定限界温度未満でかつ所定温度以上であるとき、当該温度条件の累計時間を計測し、累計時間が限界日数未満でかつ所定日数以上であり、かつ湿度検知手段で検知された湿度が当該累計時間での所定湿度以上であるとき、第１のトナー攪拌部材および第２のトナー攪拌部材の少なくとも一方の攪拌時間を制御することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
6. 前記トナーは一成分現像剤として使用されることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
7. 前記一成分現像剤を用いた現像装置内の現像器に収容される前記トナー重量をＭとしたとき、１回の最大トナー補給量Ｎとの関係がＮ／Ｍ≧０．０８であることを特徴とする請求項６記載の現像装置。

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