JP4845655B2 - 廃トナー回収ボックス、画像形成装置及び廃トナー回収方法 - Google Patents
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Description
廃トナー回収ボックスの構成として、ボックス形状のトナーカートリッジ内にトナー搬送部を設けた構成がある(例えば、特許文献1)。この構成においては、トナーを外部に補給するスクリューの軸に偏心カムを設け、前記偏心カムにより平板を水平方向に往復動させ、前記平板に一体に形成されたハの字形の内向きの突起でトナーを搬送するものである。さらに、カートリッジ内には、トナーの残量を検知するための構成も設けられている。一方、現像に供されるために現像装置内に導入されるトナーは円滑な移動により供給不良が生じないようにすることが重要である。しかし、収容されるトナーの一部には、凝固していわゆるブロッキング現象を生じているものもあり、円滑な移動が阻害されることがある。そこで、従来では、このようなブロッキングを生じているトナーをほぐすための構成が提案されている(例えば、特許文献2)。この構成においては、現像収容部に配置されている往復動可能な板部材を配置し、板部材にトナーの流入口および流入したトナー内に進入する突起部を設け、板部材を往復動させることで突起部によってトナーをほぐすようにする場合がある。
特許文献1に開示された技術は、予めカートリッジ内に収容されていたトナーの凝集を防止しつつ最後まで効率的にトナーを補給することを目的とするもので、ハの字形に配置された搬送部材としての突起の搬送方向は、互いに交差して異なるものの、相互作用により一方向的にトナーをトナー検知手段に向かわせるものとなっている。
したがって、この搬送方式を廃トナー回収ボックスに適用しようとした場合、廃トナー回収容器に十分トナーが収容されていないにもかかわらず満杯になることが考えられる。
一方、特許文献2に開示された技術においては、導入されたトナーを往復動する板部材により押し動かすことで移動させることができるが、導入されるトナーは、導入側で最も量が多く、導入部から順に移動するに従って内部空間で均せることによって板部材で押し動かされる量が少なくなってしまい、トナー検知手段の位置まで到達する量が減少してしまう場合がある。このため、廃トナーボックス内に回収されたトナーが導入口付近が最も多くこの位置からトナー検知手段の位置までに至る過程で順次少なくなった状態で堆積していると、例えば満杯状態であってもその検知ができないことによって廃トナー回収ボックスの導入口付近に溢れて廃トナー回収ボックスの接地部周辺を汚損してしまう虞がある。
本発明の廃トナー回収ボックスは、廃トナー入口部と、前記廃トナー入口部から導入されたトナーを、廃トナー満杯検知を行う廃トナー満杯検知ユニットに向けて移動させる廃トナー搬送手段とを備え、ワックスの含有量が2.5〜6.5質量%のトナーを用いる画像形成装置の廃トナー回収ボックスであって、前記廃トナー搬送手段は、水平面上で、かつ前記廃トナー回収ボックスの縦・横方向に走るリブにより矩形状に区画され、前記縦・横方向で角度を有して廃トナーを押し動かすことができる複数の堰板部を並列させた搬送部材を備えた攪拌板と、前記攪拌板に一体に形成されたカム受部に収容され、前記攪拌板を水平方向及び鉛直方向に揺動させる偏心カムと、前記偏心カムを駆動する駆動手段とを備え、前記攪拌板の厚みAと、鉛直方向の揺動幅Bと、水平方向の揺動幅Cが、
13mm>A>7mm
10mm>B>4mm
7mm>C>3mm
であり、前記廃トナーの粉体間摩擦力Mに対して、
B>0.4×e^(0.94×M)
4mN・m>M>2mN・m
であることを特徴とする。
また、前記攪拌板の縦断面の一部は、三角形状であることが、好ましい。
さらに、前記攪拌板の縦断面の一部は、逆T字状であることが、好ましい。
また、前記攪拌板の縦断面の一部は、水平方向に沿って傾けられた形状であることが、好ましい。
さらに、前記攪拌板の縦断面の一部の垂線に対しての角度は、−70〜+70°であることが、好ましい。
また、トナーは、1成分現像用粉砕トナーであることが、好ましい。
本発明の画像形成装置は、前記廃トナー回収ボックスを有することを特徴とする。
本発明の廃トナー回収方法は、廃トナー入口部と、前記廃トナー入口部から導入されたトナーを、廃トナー満杯検知を行う廃トナー満杯検知ユニットに向けて移動させる廃トナー搬送手段とを備え、ワックスの含有量が2.5〜6.5質量%のトナーを用いる画像形成装置の廃トナー回収ボックスにおける廃トナー回収方法であって、前記廃トナー搬送手段は、水平面上で、かつ前記廃トナー回収ボックスの縦・横方向に走るリブにより矩形状に区画され、前記縦・横方向で角度を有して廃トナーを押し動かすことができる複数の堰板部を並列させた搬送部材を備えた攪拌板と、前記攪拌板に一体に形成されたカム受部に収容され、前記攪拌板を水平方向及び鉛直方向に揺動させる偏心カムと、前記偏心カムを駆動する駆動手段とを備え、前記攪拌板の厚みAと、鉛直方向の揺動幅Bと、水平方向の揺動幅Cを、
13mm>A>7mm
10mm>B>4mm
7mm>C>3mm
とし、前記廃トナーの粉体間摩擦力Mに対して、
B>0.4×e^(0.94×M)
4mN・m>M>2mN・m
とすることを特徴とする。
図1に示す画像形成装置においては、露光ユニット3により、略水平方向に並設された4つの画像形成ユニット4、5、6、7への光書き込みが行われ静電潜像が形成される。各静電潜像は各画像形成ユニットの現像手段によりそれぞれ可視像化される。各画像形成ユニットに形成された各トナー像は中間転写ベルト8上に順次重ねて転写される。給紙カセット1に積載された転写紙が給紙ローラ2により給紙され、レジストローラ対9で斜めずれを修正された後所定のタイミングで2次転写部位へ送られる。2次転写部位で2次転写ローラ10により中間転写ベルト8上の重ね合わせトナー像は転写紙に一括転写される。その後定着ユニット11によりカラートナー像は転写紙上に画像として定着され、排紙ローラ対12により装置上面の排紙トレイ15に出力画像として排出される。中間転写ベルト8上の転写残トナーは、クリーニング機構13により、中間転写ベルト8上より除去され、粉体回収ボックスとしての廃トナー回収ボックス14へ蓄積される。
廃トナー回収ボックス14の寸法比がX、Y方向に大きくZ方向に小さくなるために、トナーを均一に蓄積していくのが非常に難しい。部分的に固まって蓄積されてしまうと廃トナーが搬送されずに詰まって他の部分にまで不都合が生じたり、廃トナーの容量フル検出(満杯検出)の検出精度が著しく悪くなる不都合が生じる。
また、このようにしても、トナーの搬送方向を単純に逆向きにするだけであるので、トナーの流れや流れる量を微妙にコントロールすることが難しく、依然として廃トナーの容量フル検出精度が低いという問題を解消できない。
本実施形態では、前述の事情に鑑み、簡単な構成でトナーの流れ及び流れる量を容易に且つ高精度に制御でき、トナー検知手段の位置まで確実にトナーを移動させるようにして廃トナーの満杯検知の精度を高めることができる廃トナー回収ボックス14を提供することができる。
カム軸27は、攪拌板26に一体に形成された複数の支持片31によって支持されている。カム軸27は、駆動ギア28側が分割されており、カップリング32によって接続されている。
廃トナー満杯検知ユニット23は、粉体検知手段としての廃トナー満杯検知手段34を有している。廃トナー満杯検知手段34としては、例えば光反射型フォトセンサを用いることができる。攪拌板26は合成樹脂で一体に形成されており、略水平面の異なる位置に配置された複数の搬送部33A〜33Pを有している。
各搬送部33は、縦・横に走るリブにより矩形状に区画されており、廃トナー搬送手段24の移動方向(矢印25で示す往復運動方向)に対して略水平面上で角度を有してトナーを押し動かすことができる複数の堰板部を並列させた搬送部材(搬送部33Fでいえば33Fa)で形成されている。各搬送部材は、略等間隔に斜交状に配置されており、各搬送部材間は溝となっている。各搬送部33は、例えば33Hタイプと、これとは搬送方向が異なる例えば33Kのタイプの2種類から構成されている。搬送部33A、33B、33H、33M、33N、33Pではトナーの搬送方向は実線矢印で示す方向となり、搬送部33C、33D、33E、33F、33G、33I、33J、33K、33L、33Pでは破線矢印で示す方向となる。つまり、トナーが押し動かされる方向が搬送部33A〜33P同士で異なるようになっている。これらのうち、例えば搬送部33A、33B、33M、33N、33P、33Gの搬送方向は、廃トナー満杯検知手段34に近づく方向であり、例えば搬送部33J、33K、33Lの搬送方向は廃トナー満杯検知手段34から遠ざかる方向である。
仕切り板36は、搬送部33F、33Gと搬送部33J、33Mとの間における上部と下部の廃トナーの流れおよび流れる量を規制するものである。これらの仕切り板35、36は、搬送部によって生じるトナーの流れに突き当たる位置に配置されている。
図8は、攪拌板を支持部材により支持した時の往復運動により搬送方向が支持部材を境にして逆転するメカニズムを説明する図である。攪拌板26の偏心カム30から離れた側の端部を支持部材40で支持した状態で往復運動を行うと、支持部材40を境にして両側でトナーの搬送方向が逆転する。すなわち、偏心カム30寄りの搬送部33Aではボックス内のトナーを下から上へすくい上げるような動きとなり(矢印R)、トナーの搬送方向は図中左方向となる。一方、搬送部33Bでは、搬送部33Aと同じ構成を有するものの、ボックス内のトナーを上から下へ掻き上げるような動きとなり(矢印L)、トナーの搬送方向は図中右方向となる。この特性を利用して、廃トナー入口部20に近い部分では入口から離れる方向、入口から遠い部分では入口に向かう方向の搬送流れが生じるように支持部材40を配置し、前述のような全体としての搬送流れを得ている。なお、本実施例では、各搬送部間でのトナーの移動量を異ならせる構成として、搬送部に有する堰板部の並列間隔を搬送部同士で異ならせたが、これに代えて、図9に示すように、各エリアに位置する搬送部33がトナーと接触する面、つまり、トナーを押し動かすことができる面の高さを異ならせて堰板間に充填されるトナーの量を異ならせて移動させるようにしてもよい。
これにより、加圧能力と搬送能力を高めた構造とすることができ、特に加圧能力に優れており、斜めの形状は搬送能力に優れている。さらに、斜めの角度が規定されているため、粉体の搬送力がさらに向上する。
図10は、攪拌板によりトナーの高さを均す場合の構成を示す図であり、便宜上、複数の形態を纏めて示している。
図10において、攪拌板のリブは、その断面形態として、図10中、符合(α)で示すように、底辺が粉体回収ボックス14の下ケース22と平行する断面三角形状としたり、符合(β)で示すように、逆T字状としたり、さらには、符合(γ)で示すように、下ケース22の面を基準とした垂線に対して角度θ(好ましくは−70〜+70°)を設定して傾けた形態とすることができる。いずれの場合にも、加圧部材100Aが昇降した際にその下方に位置するトナーと接触する面を大きくして圧縮率を上げて押し崩しやすくしている。なお、上記各形態のいずれかを組み合わせて用いることも可能である。このような構成にすることにより、トナーの移送のための運動形態を利用してトナー高さを均すことができるとともに、トナーの粒子間に存在する空間を狭小化してトナーの収容スペースの拡大が可能となる。
粉体搬送加圧手段の厚みAが、13mm以上であると、粉体収容ボックスが大きくなってしまうため実用的ではない。
7mm以下であると、水平方向への粉体搬送力が低下するため効率よく粉体を収容することが困難となる。
鉛直方向の揺動幅Bが、10mm以上であると、圧密する能力は十分であるが廃トナーボックスの鉛直方向の大きさが大きくなってしまうため実用的ではない。
4mm以下であると、粉体を十分な圧密をすることができないため効率よく粉体を収容することが困難になる。
さらに、B>0.4×e^(0.94×M)である。
ここで、粉体間摩擦力Mが、4mN・m以上であると、実質上、この領域を越える摩擦力を有する粉体はほとんど存在しないが、これを超えると圧密することが困難となり効率よく粉体を収容することができない。
2mN・m以下であると、圧密する能力が不足しているため効率よく粉体を収容することが困難となる。
水平方向の揺動幅Cが、7mm以上であると、粉体を送る量が多くなるため効率よく粉体を収容することが困難になる。
3mm以下であると、粉体を送る量が少なくなるため廃トナーボックスに詰まりが発生してしまう。
図11は、本発明に使用する粉体間摩擦力測定装置の装置構成概要側面図である。本測定装置は、粉体を投入する容器114と、容器114内に堆積した粉体の粉体間摩擦力を測定するため粉体内に侵入する円錐ロータ110と、ロータのトルク値測定用トルクメータ111、ロータ移動用昇降機112、ロータ位置検出用位置検出器113、容器ロードセル115、試料台116等からなる。
円錐ロータ110の形状は任意に設計可能であるが、円錐の頂角が20〜150°であるものが適している。円錐の頂角が20°より小さいと粉体の粉体層との抵抗が小さいため、トルクや荷重が小さく、細かい流動性の違いを評価できない。逆に、頂角が150°より大きい場合には、粉体の粉体層を押さえつける方向の力が大きくなり、粉体粒子の変形が生じやすくなり粉体間摩擦力の評価には適していない。
円錐ロータ110の軸方向長さ(進退方向長さ)は、粉体の粉体層の中に円錐ロータ110表面が連続的に存在するような、十分な長さが必要である。また、円錐ロータ110表面には溝(軸方向、放射方向、周方向、螺旋方向、傾斜方向等)が切ってある方が良い。本発明では、円錐ロータ110の材質面とトナー粒子との間の摩擦力を測定するのではなく、粉体粒子と粉体粒子との摩擦力を測定する。そのためには、円錐ロータ110が回転しながら粉体の粉体層の中に侵入していくとき、円錐ロータ110表面に切ってある溝の中に粉体粒子が入り込んできて、その入り込んだ粉体粒子と周りの粉体粒子との摩擦状態を測定するようにした方が適している。この溝の形成方向、溝の断面形状は問わないが、円錐ロータ110の材質面とトナー粒子との接触が小さくなるように工夫する必要がある。その一例を図12に示す。
測定は、容器114に粉体を一定量投入し、本装置にセットする。その後、円錐ロータ110を回転させながら容器114に容れられた粉体の粉体層の中に侵入させる。
また、粉体の粉体層を加圧して、圧密状態を作り出し、その圧密状態のトナー層に円錐ロータ110を下降させ測定を行なうようにしても良い。
測定条件としては、
(1)円錐ロータの回転数:1.0rpm
(2)円錐ロータの侵入速度:1.0mm/min
(3)トナー層の加圧:1.5kg/cm2以上で60秒以上加圧
(4)円錐ロータ形状:円錐の頂角が30°
であり、円錐ロータが20mm進入した時点で、回転トルクを測定する。
粉体間摩擦力の調整は、WAX量、円形度、粒子径、外添剤などで調整可能である。ワックス量、特にトナー表面に露出しているワックス量が粒子間摩擦力に大きな影響を与え、表面ワックス露出量が多いと摩擦力は高くなる。一般的なオイルレス粉砕トナーは0.05〜0.08程度の場合が多いのに対し、本発明では、FTIRによる表面ワックス量定量によると0.10〜0.12である。
また、円形度は球形に近づくと粒子間の接触面積が減少することで摩擦力は小さくなる。さらに、粒径は大きいと粒子間の接触面積が減少するため摩擦力は小さくなる。また、外添剤は量を増やすと、外添剤粒子径が小さくなるほど摩擦力は低下する。ただし、外添で調整するのは耐久も含めて変化が大きくなるため好ましくない。
トナー3gを自動ペレット成型器(Type M No.50 BRP−E;MAEKAWA TESTING MACHINE CO.製)で6tの荷重で1分間プレスして40mmΦ(厚さ約2mm)ペレットを作製した。そのトナーペレット表面をFTIR−ATR法により測定した。用いた顕微FTIR装置は、PERKIN ELMER社製Spectrum OneにMultiScope FTIRユニットを設置したもので、直径100μmのゲルマニウム(Ge)結晶のマイクロATRで測定した。赤外線の入射角41.5°、分解能4cm−1、積算20回で測定した。
このトナー母体には、(1)結着樹脂成分となる熱可塑性樹脂中に、着色剤、帯電制御剤、離型剤等を溶融混合して均一に分散させて組成物とした後、前記組成物を粉砕、分級することにより得られるトナー母体、(2)結着樹脂原料である重合性単量体中に着色剤、帯電制御剤、離型剤等を溶解あるいは懸濁させ、重合開始剤を添加後、分散安定剤を含有する水系分散媒体中に分散させ、所定温度まで加温して懸濁重合を開始し、重合終了後に濾過、洗浄、脱水及び乾燥することにより得られるトナー母体、(3)乳化重合により得た極性基を含有する結着樹脂の一次粒子を、着色剤並びに帯電制御剤を添加することで凝集させ二次粒子とし、更に結着樹脂のガラス転移温度より高い温度で攪拌して会合させた粒子を、濾過、乾燥することにより得られるトナー母体、(4)親水性基含有樹脂を結着樹脂とし、それに着色剤等を添加して有機溶媒に溶解させた後、前記樹脂を中和して転相、その後乾燥することにより着色粒子を得る転相乳化法トナー母体等が挙げられ、そのいずれも使用することができる。
本発明は粉砕法トナーを用いて説明を行うが、これに限定される物ではない。また、その後トナー母体表面に必要に応じて外添剤を加えてトナーを得ることができる。
バインダー樹脂の種類は特に制限されず、フルカラートナーの分野で公知のバインダー樹脂、例えば、ポリエステル系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体樹脂、エポキシ系樹脂、COC(環状オレフィン樹脂(例えば、TOPAS−COC(Ticona社製)))等であってよいが、現像器内での耐ストレス性の観点から、ポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。
本発明において好ましく使用されるポリエステル系樹脂としては、多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を重縮合させることにより得られたポリエステル樹脂が使用可能である。多価アルコール成分のうち2価アルコール成分としては、例えば、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3,3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。3価以上のアルコール成分としては、例えば、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、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
3価以上のカルボン酸成分としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、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,1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、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、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、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、ピロメリット酸、エンポール三量体酸、これらの酸の無水物、低級アルキルエステル等が挙げられる。
より好ましい第1バインダー樹脂は、上述した多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を重縮合させて得られたポリエステル樹脂、特に多価アルコール成分としてビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を用い、多価カルボン酸成分としてテレフタル酸およびフマル酸を用いて得られたポリエステル樹脂である。
より好ましい第2バインダー樹脂はビニル系ポリエステル樹脂、特にポリエステル樹脂の原料モノマーとしてビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、テレフタル酸、トリメリット酸およびコハク酸を用い、ビニル系樹脂の原料モノマーとしてスチレンおよびブチルアクリレートを用い、両反応性モノマーとしてフマル酸を用いて得られたビニル系ポリエステル樹脂である。
本発明においては第1バインダー樹脂の合成時に炭化水素系ワックスが内添されることが好ましい。第1バインダー樹脂に炭化水素系ワックスを予め内添するには、第1バインダー樹脂を合成する際に、第1バインダー樹脂を合成するためのモノマー中に炭化水素系ワックスを添加した状態で第1バインダー樹脂の合成を行えば良い。例えば、第1バインダー樹脂としてのポリエステル系樹脂を構成する酸モノマーおよびアルコールモノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態で縮重合反応を行えば良い。第1バインダー樹脂がビニル系ポリエステル樹脂の場合には、ポリエステル樹脂の原料モノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態で、当前記モノマーを撹拌および加熱しながら、これにビニル系樹脂の原料モノマーを滴下して重縮合反応およびラジカル重合反応を行えばよい。
一般に、ワックスの極性が低いほうが定着部材ローラとの離型性に優れている。
本発明に用いられるワックスは、極性の低い炭化水素系ワックスである。
(炭化水素系ワックス)
炭化水素系ワックスとは、炭素原子と水素原子のみからなるワックスであり、エステル基、アルコール基、アミド基などを含まない。具体的な炭化水素系ワックスとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンの共重合体、などのポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油ワックス、フィッシャートロプシュワックス、などの合成ワックスなどが挙げられる。このうち、本発明において好ましいものは、ポリエチレンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスであり、さらに好ましくはポリエチレンワックス、パラフィンワックスである。
(ワックスの融点)
本発明におけるワックスの融点は、示差走査型熱量計(DSC)にて測定される昇温時のワックスの吸熱ピークであり、70℃〜90℃の範囲にあることが好ましい。90℃よりも高いと、定着プロセスにおけるワックスの溶融が不十分になり、定着部材との分離性が確保できなくなる。また70℃よりも低いと、高温高湿環境においてトナー粒子同士が融着するなど、保存安定性に問題が生じる。低温での定着分離性に余裕を持たせるためには、ワックスの融点は70℃〜85℃がより好ましく、さらに好ましくは70℃〜80℃の範囲である。
(ワックスの吸熱ピーク)
また、示差走査型熱量計(DSC)にて測定される昇温時のワックス吸熱ピークの半値幅は、7℃以下であることが好ましい。本発明におけるワックスの融点は比較的低いため、吸熱ピークがブロード、つまり低温域から溶融するようなワックスは、トナーの保存安定性に悪影響を及ぼす。
(ワックスの含有量)
本発明のトナー中におけるワックスの含有量は、2.5〜6.0質量%、好ましくは3.0〜5.0質量%の範囲にある。ワックスの含有量が2.5質量%以下であると、定着プロセスにおいて溶融トナーと定着部材との間に染み出すワックスの量が不十分であり、溶融トナー−定着部材間の接着力が下がらないため、記録部材が定着部材から離れない。一方、ワックスの含有量が6.0質量%を超過すると、トナー表面に露出するワックス量が増加し、トナー粒子の流動性の悪化により、現像ユニットから感光体、感光体から記録部材への転写効率が低下し、画像品位が著しく低下するだけでなく、トナーの表面のワックスが離脱し、現像部材や感光体の汚染を引き起こすため、好ましくない。
トナー粒子中における第1バインダー樹脂(内添ワックス質量を含む)と第2バインダー樹脂の含有割合は質量比で20/80〜60/40、好ましくは25/75〜55/45である。第1バインダー樹脂が少なすぎると分離性、耐高温オフセット性が低下して問題となる。第1バインダー樹脂が多すぎると光沢性、耐熱保管性が低下する。
より好ましくは上記のような質量比で使用された第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂からなるバインダー樹脂の軟化点は100〜125℃、特に105〜125℃である。本発明においてはワックスが内添された第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂からなるバインダー樹脂の軟化点が上記範囲内であればよい。
ワックス内添第1バインダー樹脂の酸価は5〜50KOHmg/gが好ましく、10〜40KOHmg/gであることがさらに好ましい。第2バインダー樹脂の酸価は0〜10KOHmg/gが好ましく、1〜5KOHmg/gであることがさらに好ましい。特に、ポリエステル系樹脂を用いる場合このような酸価を有する樹脂を用いることによって、各種着色剤等の分散性を向上させるとともに、十分な帯電量を有するトナーとすることができる。
第1バインダー樹脂はテトラヒドロフラン(THF)に不溶な成分を含有していることが、耐高温オフセット性の観点から好ましい。ワックス内添第1バインダー樹脂中でのTHF不溶成分含有量で0.1〜15質量%、特に0.2〜10質量%、さらに0.3〜5質量%が好ましい。
本発明で使用される着色剤としては、従来からフルカラートナーの着色剤として使用されている公知の顔料及び染料が使用可能である。例えば、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、銅フタロシアニン、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド184、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ソルベント・イエロー162、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー185、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等を挙げることができる。トナー粒子中における着色剤の含有量としては全バインダー樹100質量部に対し2〜15質量部の範囲が好ましい。着色剤は、使用される第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂との混合バインダー樹脂中に分散されたマスターバッチの形態で使用されることが分散性の観点から好ましい。マスターバッチの添加量は含有される着色剤の量が上記範囲内となるような量であればよい。マスターバッチ中の着色剤含有率は20〜40質量%が好適である。
本発明のトナーにおいて、従来からフルカラートナーで使用されている公知の荷電制御剤を用いても良い。
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、4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)、4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)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4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、4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。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
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、好ましくはバインダー樹脂100質量部に対して、0.1〜10質量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5質量部の範囲がよい。10質量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷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。
本発明では、無機微粒子以外に流動性や現像性を補助するための外添剤として他の無機微粒子が用いることができる。
無機微粒子の具体例としては、例えば酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、酸化チタン、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
本発明における外添剤総量としては、トナー母体に対して2.0〜5.0質量部であることが好ましい。外添剤総量が上記の範囲より多い場合、カブリ、現像性、定着分離性が悪化する。外添剤総量が上記の範囲より少ない場合、流動性、転写性、耐熱保管性が悪化する。
本発明のトナーは、上記炭化水素系ワックスが内添された第1バインダー樹脂、第2バインダー樹脂、および着色剤を従来の方法で混合、混練、粉砕、分級し、所望の粒径を有するトナー粒子(着色樹脂粒子)を得、外添剤と混合することにより得ることができる。
次に、本発明を実施例によってさらに具体的に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
ビニル系モノマーとして、スチレン600g、アクリル酸ブチル110g、アクリル酸30g及び重合開始剤としてジクミルパーオキサイド30gを滴下ロートに入れた。ポリエステルの単量体のうち、ポリオールとして、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン1230g、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン290g、イソドデセニル無水コハク酸250g、テレフタル酸310g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸180g及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド7g、ワックスとしてパラフィンワックス(融点73.3℃、示差走査型熱量計で測定される昇温時の吸熱ピークの半値幅は4℃)を340g(仕込モノマー100質量部に対して11.0質量部)、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下に、160℃の温度で撹拌しつつ、滴下ロートよりビニル系モノマー樹脂と重合開始剤の混合液を一時間かけて滴下した。160℃に保持したまま2時間付加重合反応を熟成させた後、230℃に昇温して縮重合反応を行わせた。重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂H1を得た。樹脂軟化点は130℃であった。
ポリオールとして、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン2210g、テレフタル酸850g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸120g及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド0.5gを、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下230℃に昇温して縮重合反応を行わせた。重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂L1を得た。樹脂軟化点は115℃であった。
第1および第2バインダー樹脂からなるバインダー樹脂100質量部(内添ワックスの質量を含む)に対して、C.I.Pigment Red 57−1を4質量部含有相当のマスターバッチをヘンシェルミキサーで十分混合した後、2軸押し出し混練機(PCM−30:池貝鉄工社製)を使用して、溶融混練し、得られた混練物を冷却プレスローラーで2mm厚に圧延し、冷却ベルトで冷却した後、フェザーミルで粗粉砕した。その後、機械式粉砕機(KTM:川崎重工業社製)で平均粒径10〜12μmまで粉砕し、さらに、ジェット粉砕機(IDS:日本ニューマチックエ業社製)で粗粉分級しながら粉砕した後、微粉分級をロータ型分級機(ティープレックス型分級機タイプ:100ATP:ホソカワミクロン社製)を使用して分級を行い、着色樹脂粒子1を得た。この着色樹脂粒子1の粒子径は7.5μmであった。
この着色樹脂粒子1100質量部に対して無機微粒子を所望の量(質量部)添加し、ヘンシェルミキサーで混合処理しマゼンタトナー粒子を得た。
結果を表1に示す。
粒子間摩擦力の大きいトナーの場合、トナーが自重でしまらないため上下方向の揺動により機械的に固める必要がある。さらに攪拌羽根の格子高さを高く、格子間隔を狭くすることで廃トナーの移動を強力に行う必要がある。この関係はトナーの粒子間摩擦力と強い相関があるため使用するトナーの耐久・環境も含めた粒子間摩擦力に応じた羽根・揺動設計が必要となる。
本発明では、粉体間摩擦力に応じた上下遥動幅と水平遥動幅と搬送手段の高さが規定されているため、上下の運動により粉体を固めながら残りを搬送して効率よく粉体を回収することができる。また、加圧能力と搬送能力を高めた構造であって、特に逆T形状と三角形状は加圧能力に優れており、斜めの形状は搬送能力に優れている。さらに、斜めの角度が規定されているため、粉体の搬送力がさらに向上する。
2 給紙ローラ
3 露光ユニット
4 画像形成ユニット
5 画像形成ユニット
6 画像形成ユニット
7 画像形成ユニット
8 中間転写ベルト
9 レジストローラ対
10 2次転写ローラ
11 定着ユニット
12 排紙ローラ対
13 クリーニング機構
14 廃トナー回収ボックス(粉体回収ボックス)
15 排紙トレイ
17 トナー攪拌棒
18 搬送スクリュー
20 廃トナー入口部
21 上ケース
22 下ケース
23 廃トナー満杯検知ユニット
24 廃トナー搬送手段
25 矢印
26 攪拌板
27 カム軸
28 駆動ギア
29 カム受部
30 偏心カム
31 支持片
32 カップリング
33A〜33P 搬送部
34 廃トナー満杯検知手段
35 仕切り板
36 仕切り板
40 支持部材
100A 加圧部材
110 円錐ロータ
111 トルク値測定用トルクメータ
112 ロータ移動用昇降機
113 ロータ位置検出用位置検出器
114 容器
115 容器ロードセル
116 試料台
Claims (8)
- 廃トナー入口部と、
前記廃トナー入口部から導入されたトナーを、廃トナー満杯検知を行う廃トナー満杯検知ユニットに向けて移動させる廃トナー搬送手段とを備え、
ワックスの含有量が2.5〜6.5質量%のトナーを用いる画像形成装置の廃トナー回収ボックスであって、
前記廃トナー搬送手段は、
水平面上で、かつ前記廃トナー回収ボックスの縦・横方向に走るリブにより矩形状に区画され、前記縦・横方向で角度を有して廃トナーを押し動かすことができる複数の堰板部を並列させた搬送部材を備えた攪拌板と、
前記攪拌板に一体に形成されたカム受部に収容され、前記攪拌板を水平方向及び鉛直方向に揺動させる偏心カムと、
前記偏心カムを駆動する駆動手段とを備え、
前記攪拌板の厚みAと、鉛直方向の揺動幅Bと、水平方向の揺動幅Cが、
13mm>A>7mm
10mm>B>4mm
7mm>C>3mm
であり、
前記廃トナーの粉体間摩擦力Mに対して、
B>0.4×e^(0.94×M)
4mN・m>M>2mN・m
である
ことを特徴とする廃トナー回収ボックス。 - 請求項1に記載の廃トナー回収ボックスにおいて、
前記攪拌板の縦断面の一部は、三角形状である
ことを特徴とする廃トナー回収ボックス。 - 請求項1又は2に記載の廃トナー回収ボックスにおいて、
前記攪拌板の縦断面の一部は、逆T字状である
ことを特徴とする廃トナー回収ボックス。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の廃トナー回収ボックスにおいて、
前記攪拌板の縦断面の一部は、水平方向に沿って傾けられた形状である
ことを特徴とする廃トナー回収ボックス。 - 請求項4に記載の廃トナー回収ボックスにおいて、
前記攪拌板の縦断面の一部の垂線に対しての角度は、−70〜+70°である
ことを特徴とする廃トナー回収ボックス。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の廃トナー回収ボックスにおいて、
トナーは、1成分現像用粉砕トナーである
ことを特徴とする廃トナー回収ボックス。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の廃トナー回収ボックスを有する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 廃トナー入口部と、
前記廃トナー入口部から導入されたトナーを、廃トナー満杯検知を行う廃トナー満杯検知ユニットに向けて移動させる廃トナー搬送手段とを備え、
ワックスの含有量が2.5〜6.5質量%のトナーを用いる画像形成装置の廃トナー回収ボックスにおける廃トナー回収方法であって、
前記廃トナー搬送手段は、
水平面上で、かつ前記廃トナー回収ボックスの縦・横方向に走るリブにより矩形状に区画され、前記縦・横方向で角度を有して廃トナーを押し動かすことができる複数の堰板部を並列させた搬送部材を備えた攪拌板と、
前記攪拌板に一体に形成されたカム受部に収容され、前記攪拌板を水平方向及び鉛直方向に揺動させる偏心カムと、
前記偏心カムを駆動する駆動手段とを備え、
前記攪拌板の厚みAと、鉛直方向の揺動幅Bと、水平方向の揺動幅Cを、
13mm>A>7mm
10mm>B>4mm
7mm>C>3mm
とし、
前記廃トナーの粉体間摩擦力Mに対して、
B>0.4×e^(0.94×M)
4mN・m>M>2mN・m
とする
ことを特徴とする廃トナー回収方法。
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