JP2007133057A - プレミックストナー供給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化・複雑化を避け、装置のメンテナンスの簡略化を図るプレミックストナー供給装置及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】トナーとキャリアを一定濃度に分散させたプレミックストナー８を供給し、前記プレミックストナー８を充填した、形状が容易に変形する容器と、吸引ポンプ４と、を有するプレミックストナー供給装置１０１において、前記プレミックストナー供給装置１０１は、２成分電子写真方式に使用され、前記吸引ポンプ４で、前記プレミックストナー８を吸引して現像器に供給させることを特徴とするプレミックストナー供給装置１０１、及び前記プレミックストナー供給装置１０１を有する画像形成装置１００を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、コピー、ＦＡＸ、プリンターなどの電子写真装置で２成分現像剤を用いる電子写真装置のトナー濃度制御装置に関し、トナーとキャリアを一定の割合で混合したプレミックストナーをトナーカートリッジから現像器に供給する技術に関するものである。

２成分現像器に充填されている現像剤は、画像を出力するにしたがってキャリア表層のコート層が磨耗したり、あるいは逆にコート層にトナー樹脂や添加剤が付着してトナーを帯電させる能力が徐々に低下して、ある一定レベルを下回ると地肌部汚れやトナー飛散などを引き起こすために、従来定期的にサービスマンがユーザーを訪問して交換していた。このために、メンテナンス費用がかかりコピー単価が高くなってしまうという問題点があった。
この問題を解決するために、特許文献１に開示されているように、補給トナーと別にキャリアを定期的に自動補充させるトリクル現像方式が提案されている。しかしながら、この方式ではトナーカートリッジや補給手段とは別に新しい現像剤を溜めておくスペースや現像器に供給される手段が必要になり、装置の大型化やコストアップにつながってしまっていた。

そこで、特許文献２には、収容された現像剤を排出するための開口部を有する現像剤補給容器において、少なくとも容器内壁から内部に突出するように設けられ前記開口部に向って螺旋状をなす突条部を有し、前記現像剤補給容器の回転に伴って該突条部により搬送された現像剤を前記開口部から現像剤受け入れ装置へ補給し、現像剤は、キャリアとトナーを重量比でキャリア１部に対してトナー１〜３０部の配合割合で含有し、該キャリアの真比重が２．５〜４．５であることを特徴とする現像剤補給容器が、開示されている。これにより、長期使用においても、トナー飛散が無く、現像器内でのトナーの帯電量が安定であり、画増均一性、階調性に優れ、カブリのない高画質の画像を得ることができる補給用現像ユニットを提供している。

また、特許文献３には、画像形成装置に着脱可能に装着される現像剤補給キットであって、現像剤を収容した容器と、前記容器に設けられ現像剤を排出する排出口と、前記容器内面を摺擦しながら現像剤を攪拌すると共に前記排出口へ搬送する可撓性部材と、を有し、現像剤をトナーと略球形のスペーサー粒子との混合物より構成し、前記スペーサー粒子の平均粒径（Ｄ_５０）をトナーの重量平均粒径（Ｄ_４）よりも大きくしたことを特徴とする現像剤補給キットが、開示されている。これにより、現像剤補給キット内に残留する現像剤残量を少なくすると共に現像剤補給キット内の現像剤を撹拌、搬送する際に画像不良の一因となるトナーの粗粒化を防止することができる。

特許文献２、特許文献３には、回転してトナーを供給させるボトルカートリッジの補給トナーに現像剤（キャリア）をいれる方式が提案されている（図１参照）。
しかしながら、この方式では、トナーとキャリアが分離してしまいキャリアだけが先または後に集中して供給されるために現像器内のトナー濃度制御が不安定となり異常画像が発生していた。また、ボトル回転に伴ってトナーの凝集体をボトル内で作ってしまい白ポチなどの異常画像が発生していた。いずれの発明も、トナーやキャリに制限をしているために、コストアップを招いてしまう。さらに、キャリア充填量が大きいために消耗品（トナー・キャリア）がコストアップする。また、キャリアを多く破棄するために環境を悪化させていた。

一方、ビニールなどの形状が容易に変形する容器（以降ＳＴＣと呼ぶ）にトナーを充填させ、このトナーをモーノポンプなどで吸引してトナーを現像器に補給する減容式トナー補給方式（図２参照）では、ＳＴＣ内の空隙が充分でないとトナーを安定的に補給できないという問題があった（図３参照）。また、空隙を大きくするとトナーの入れ目が少なくなるまたは容器が大きくなり装置の大型化になり問題となっていた。

特公昭６０−０１８０６５号公報 特開２００４−２９３０６号公報 特開２００４−３３３５１４号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、装置の大型化・複雑化を避け、装置のメンテナンスの簡略化を図るプレミックストナー供給装置と画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、トナーとキャリアを一定濃度に分散させたプレミックストナーを供給し、前記プレミックストナーを充填した、形状が容易に変形する容器と、吸引ポンプと、を有するプレミックストナー供給装置において、前記プレミックストナー供給装置は、２成分電子写真方式に使用され、前記吸引ポンプで、前記プレミックストナーを吸引して現像器に供給させることを特徴とするプレミックストナー供給装置である。これにより、トナーカートリッジ内でのトナーの攪拌動作が無くなり、また、攪拌動作が全く無く常に一定のままトナー補給がなされる。

本発明は、前記記載のプレミックストナー供給装置において、前記プレミックストナー供給装置が、プレミックストナーを静止状態で２４時間放置した状態での容器内の空隙率が１２％以上であることを特徴とするプレミックストナー供給装置である。これにより、真空パックのようにトナーがパッキングされなくなるので均一濃度で一定量を安定してトナーをＳＴＣから排出できる。
本発明は、前記記載のプレミックストナー供給装置において、前記プレミックストナー供給装置が、トナーに対するキャリアの重量比が３ｗｔ％乃至２０ｗｔ％であることを特徴とするプレミックストナー供給装置である。これにより、トナーの比重が大きくなりキャリアは潤滑剤としても働くので、ラッシュしたトナーがスムーズに流れるために均一濃度で一定量を安定的にトナーを供給できる。

本発明は、前記記載のプレミックストナー供給装置において、前記プレミックストナー供給装置は、前記プレミックストナー供給装置で使用するプレミックストナーに、潤滑剤の添加量が０．３乃至３．０ｗｔ％であることを特徴とする前記プレミックストナー供給装置である。これにより、流動性が維持できるので均一濃度で一定量を安定的にプレミックストナーを供給できる。
本発明は、前記記載のプレミックストナー供給装置において、前記プレミックストナー供給装置は、前記プレミックストナー供給装置で使用するプレミックストナーの加速凝集度が１０％以下のプレミックストナーを用いたことを特徴とする前記プレミックストナー供給装置である。これにより、添加剤処方・トナー材質・帯電特性に寄らず均一濃度で一定量を安定的にプレミックストナーを供給できる。

本発明は、画像形成装置は、前記記載のプレミックストナー供給装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。これにより、常に一定濃度のプレミックストナーが一定の量供給されるので異常画像の発生を抑制できる。

本発明は、上記解決するための手段によって、装置の大型化・複雑化を避け、装置のメンテナンスの簡略化を図るプレミックストナー供給装置と画像形成装置を提供することが可能となった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図２は、減容式トナー補給方式のプレミックストナー供給装置の概要を示した図である。材質が柔らかく形状が畳まれて容積が減っていく形状のトナーカートリッジ（以降ＳＴＣ）にキャリアと混合されているプレミックストナー８が充填してある。このＳＴＣには最下部にノズル９で接続されるトナー排出口が設置されていて、ＳＴＣに充填されているプレミックストナーは自重で落ちて、この排出口に集まってくる。図示していない現像器に設置してあるトナー濃度センサーの出力から現像器内のトナー濃度が低いと判断した場合は、吸引型紛体ポンプ４が駆動される（実施例ではクラッチが繋がりポンプが回転する）。このポンプの駆動によってノズルとポンプを繋いでいるチューブ６を通りプレミックストナーが粉体ポンプに吸引される。説明図ではサブホッパ２が設置されており同時にサブホッパ２の搬送スクリューも駆動されてサブホッパ２から現像器にトナーが供給される。しかし、本発明ではサブホッパ２が無くてポンプから直接トナーを現像器に供給する構成でも良い。必要量現像器にプレミックストナーが供給されると粉体ポンプの駆動が停止し（実施例ではクラッチが切れる）、トナー補給が停止する。

従来の補給方式では、ボトルに螺旋溝が切ってあるボトルからのトナーとキャリアのミックストナーの補給で、ボトルの内部で攪拌されながらボトル出口までトナーが搬送されるために比重の大きなキャリアがボトル底に沈みこみ、このキャリアは優先的に溝に沿って出口まで搬送される。したがって、選択的に先にキャリアが補給されてしまい、現像器内のトナー濃度制御が不安定になって異常画像が発生した。本発明では、減容式のＳＴＣトナーカートリッジであるために、先ずトナーカートリッジ内でのトナーの攪拌動作が無い。そのために充填前に一度均一混合されたプレミックストナーは、トナーとキャリアが均一分散したまま分離することは無い。
図４に静止状態で放置した場合のＳＴＣ内のキャリア分布測定結果を示す。図５に、補給トナー中のキャリアｗｔ％変化を示す。ＳＴＣの場合、トナーを排出すると容器自体が変形してしぼんでゆくために、ＳＴＣ内での攪拌動作が全く無く、図５に示すようにキャリアのｗｔ％は常に一定のままトナー補給がなされる。

減容式のトナー補給方式では、ＳＴＣ上層部の空隙の空気を徐々に排出しながらトナーを排出する。減容式のＳＴＣの場合、空隙率が０％の場合、真空パックのようにトナーがパッキングされてしまうためにＳＴＣ内でトナーが全く動かなくなってしまう。１２％以上の空隙率があるとトナーがなくなるまで安定してトナーをＳＴＣから排出できる。
さらにキャリア重量比で３ｗｔ％以上とすることによりトナーの比重が大きくなり、ＳＴＣ内部でトナーが出口近傍にラッシュしやすくなる。更に添加したキャリアは、潤滑剤としても働くので、ラッシュしたトナーがスムーズに流れるために、より少ない空隙量でトナー供給が可能になる。したがって、ＳＴＣ容積を小さくした状態で安定的にトナー補給が可能となる。逆にキャリア比重を３０％以上とすると逆に流動性が低下するために安定的にトナーを供給できなくなる。

本発明のプレミックストナーを用いると添加量が少なくても流動性が維持できる。しかしながら、さらに流動性を維持するために、潤滑剤を添加量が０．３乃至３．０ｗｔ％プレミックストナーに添加することが、好ましい。プレミックストナーに添加させる潤滑剤としては、例えばＳｉやＴｉはトナーに流動性をもたせるために添加させている。

流動性は加速凝集度で表すことができる。そこで、本発明における加速凝集度の測定方法について説明する。測定器の構成としては、
（１）パウダーテスター（ホソカワミクロン社製）
（部品）篩押さえ、スペースリング、固定シュート、バイブロシュート、押さえバー
（２）篩（３種）（条件１）
（３）デジタル式上皿天秤
となっている。

次に、測定手順を表１に示す。表１の区分Ｎｏ１から７へと手順に従って、測定する。

本発明における加速凝集度の計算は、以下の（ａ）乃至（ｃ）の計算式により、凝集度を求めることができる。
（ａ）（（上段の篩に残った粉体重量）／（試料採取量））×１００
（ｂ）（（中段の篩に残った粉体重量）／（試料採取量））×１００×３／５
（ｃ）（（下段の篩に残った粉体重量）／（試料採取量））×１００×１／５
上記３つの計算値の合計をもって凝集度（％）とする。

本発明における測定条件一覧を表２に示す。

上記測定方法で測定した結果１０％以下であれば添加剤処方・トナー材質・帯電特性に寄らず安定した補給性を維持できる。

図６は、本発明の画像形成装置を示す図である。現像方式は乾式２成分現像方式を採用し、システムとしては４連タンデム型中間転写方式のフルカラー機である。しかしこれは画像形成装置の代表例として挙げたものであり、乾式２成分現像方式であればそれ以外の構成や方式等は限定されない。
まず、画像形成動作を説明する。プリント開始命令が入力されると、潜像担持体としての感光体１１周辺・中間転写ベルト１８周辺・給紙搬送経路等にある各ローラは回転し始め、下部の給紙トレイ２９からは記録紙の給紙が開始される。各感光体１１は、帯電手段としての帯電チャージャ１２によってその表面を一様な電位に帯電され、露光手段としての書込ユニット１３から照射される書込光によってその表面を画像データに従って露光される。

露光された後の電位パターンを静電潜像と呼ぶが、この静電潜像をその表面に担持した感光体１１は、乾式２成分方式の現像ユニットにおいてトナーを供給されることにより、担持している静電潜像を特定色に現像される。図６においては感光体１１が四色分あるので、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（色順はシステムによって異なる）のトナー像が各感光体１１上に現像されることになる。感光体１１上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト２０との接点において、感光体１１に対向して設置された転写手段としての一次転写ローラ１５に印加される転写バイアス及び押圧力によって中間転写ベルト２０上に転写される。これをタイミングを合わせながら四色分繰り返すことにより、像担持体としての中間転写ベルト２０上にフルカラートナー像が形成される。
中間転写ベルト２０上に形成されたフルカラートナー像は、レジストローラ２４でタイミングを合わせて搬送されてくる記録紙に転写される。この時、二次転写ローラ２１によって印加される二次転写バイアス、及び押圧力によって転写が行われる。フルカラートナー像を転写された記録紙は、定着ユニット２２を通過することにより、表面に担持しているトナー像を加熱定着される。

片面プリントならばそのまま直線搬送されて排紙トレイ２３へ、両面プリントならば搬送方向を下向きに変えられ、用紙反転部へ搬送されていく。用紙反転部へ到達した記録紙は、スイッチバックローラ２５で搬送方向を逆転されて紙の後端から用紙反転部を出て行く。この動作によって記録紙の表裏を反転させることができる。表裏反転された記録紙は定着ユニット２２方向には戻らず、再給紙経路を通過して本来の給紙経路に合流する。この後は表面プリントの時と同じ様にトナー像を転写されて、定着ユニット２２を通過して排紙される。これが両面プリント動作である。また各部の動作を最後まで説明すると、一次転写部を通過した感光体１１はその表面に一次転写残トナーを担持しており、これを感光体クリーニングユニット１６によって除去される。その後、ＱＬ（クエンチングランプ）１７によってその表面を一様に除電されて、次の画像の為の帯電に備える。また、二次転写部を通過した中間転写ベルト１８に関しても、その表面に二次転写残トナーを担持しているが、こちらも中間転写ベルトクリーニングユニットによってこれを除去され、次のトナー像の転写に備える。この様な動作の繰り返しで、片面プリント若しくは両面プリントが行われる。

回転してトナーを供給させるボトルカートリッジの補給トナーに現像剤をいれる方式を示した図である。 減容式トナー補給方式のプレミックストナー供給装置の概要を示した図である。 ＳＴＣ空隙容量の差による補給トナー質量の変化を示す図である。 静止状態で放置した場合のＳＴＣ内のキャリア分布測定結果を示す図である。 補給トナー中のキャリアｗｔ％変化を示す図である。 本発明の画像形成装置を示す図である。

符号の説明

１ モーノクラッチ
２ サブホッパ
３ サブホッパクランチ
４ 吸引型粉体ポンプ
５ ＴＥセンサ（トナー残量検知センサ）
６ フレキシブルチューブ
７ トナー容器
８ プレミックストナー
９ ノズル
１０ 現像ユニット
１１ 感光体
１２ 帯電チャージャ
１３ 書込ユニット
１５ 一次転写ローラ
１６ 感光体クリーニングユニット
１７ ＱＬ（クエンチングランプ）
１８ 中間転写ベルト
２０ 中間転写ベルト
２１ 二次転写ローラ
２２ 定着ユニット
２３ 排紙トレイ
２４ レジストローラ
２５ スイッチバックローラ
２９ 給紙トレイ
３５ チャック
３６ ギャップ
３７ セットレバー
３８ ボトル駆動モータ
３９ ＰＣＵ
４０ ＰＣＵ突起部
４１ シャッタ
４２ トナーボトル
１００ 画像形成装置
１０１ プレミックストナー供給装置

Claims (6)

1. トナーとキャリアを一定濃度に分散させたプレミックストナーを供給し、
   前記プレミックストナーを充填した、形状が容易に変形する容器と、
   吸引ポンプと、
   を有するプレミックストナー供給装置において、
   前記プレミックストナー供給装置は、２成分電子写真方式に使用され、
   前記吸引ポンプで、前記プレミックストナーを吸引して現像器に供給させる
   ことを特徴とするプレミックストナー供給装置。
2. 請求項１に記載のプレミックストナー供給装置において、
   前記プレミックストナー供給装置が、プレミックストナーを静止状態で２４時間放置した状態での容器内の空隙率が１２％以上である
   ことを特徴とするプレミックストナー供給装置。
3. 請求項２に記載のプレミックストナー供給装置において、
   前記プレミックストナー供給装置が、トナーに対するキャリアの重量比が３ｗｔ％乃至２０ｗｔ％である
   ことを特徴とするプレミックストナー供給装置。
4. 請求項３に記載のプレミックストナー供給装置において、
   前記プレミックストナー供給装置は、前記プレミックストナー供給装置で使用するプレミックストナーに、潤滑剤の添加量が０．３乃至３．０ｗｔ％である
   ことを特徴とする前記プレミックストナー供給装置。
5. 請求項３に記載のプレミックストナー供給装置において、
   前記プレミックストナー供給装置は、前記プレミックストナー供給装置で使用するプレミックストナーの加速凝集度が１０％以下のプレミックストナーを用いた
   ことを特徴とする前記プレミックストナー供給装置。
6. 画像形成装置は、請求項１乃至５のいずれか一つに記載のプレミックストナー供給装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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