(57)【要約】【課題】現像剤であるトナーの残量を精度良く検出して、正確な残量やプリント可能枚数をユーザーに知らせる画像形成装置、トナーカートリッジ又はプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】現像剤の残量を、静電容量の変化により検出する現像剤残量検出部を有する前記画像形成装置、プロセスカートリッジまたはトナーカートリッジにおいて、収納する現像剤であるトナー粒子の重量平均が５．０以上７．０μｍ以下であり、円形度が０．９６以上１．００以下であり、かつ圧縮比が４０％以下であり、見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）以上２００（ｓ）以下である現像剤を用いる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に露光して潜像を書き込み、該潜像をトナーを含む現像剤により現像して、形成されたトナー像を記録紙に転写後定着させ、画像を得る画像形成装置において、
前記画像形成装置は、現像剤収容部を有し、
前記現像剤収容部内の現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により、前記現像剤収容部に残存する現像剤量を測定する現像剤残量検出部を有し、
前記現像剤の重量平均径が５．０以上７．０μｍ以下であり、円形度が０．９６以上１．００以下であり、かつ圧縮比が４０％以下である事を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、下記式（１）で定義される現像剤の見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）以上２００（ｓ）以下である事を特徴とする画像形成装置。
Ｄ＝（Ｄｍａｘ）−δＤ×（ｅｘｐ（−ｔ／τ））………式（１）
ただし、δＤ＝Ｄｍａｘ−Ｄ０、
Ｄ０は緩み見掛け密度、
Ｄｍａｘは１時間静置時の見掛け密度を表す
【請求項３】
現像剤を収容するトナーカートリッジにおいて、
前記トナーカートリッジは、現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により、残存する現像剤量を測定する現像剤残量検出部を有し、
収容する現像剤の重量平均径が５．０以上７．０μｍ以下であり、円形度が０．９６以上１．００以下であり、かつ圧縮比が４０％以下である事を特徴とするトナーカートリッジ。
【請求項４】
請求項３記載のトナーカートリッジにおいて、
前記トナーカートリッジは、下記式（１）で定義される現像剤の見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）以上２００（ｓ）以下である事を特徴とするトナーカートリッジ。
Ｄ＝（Ｄｍａｘ）−δＤ×（ｅｘｐ（−ｔ／τ））………式（１）
ただし、δＤ＝Ｄｍａｘ−Ｄ０、
Ｄ０は緩み見掛け密度、
Ｄｍａｘは１時間静置時の見掛け密度を表す
【請求項５】
少なくとも現像部及び現像剤収納部とを像担持体と一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能としたプロセスカ−トリッジにおいて、前記プロセスカートリッジは、前記現像剤収容部が現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により現像剤収容部に残存する現像剤量を測定する現像剤残量検出部を有し、
前記現像剤の重量平均径が５．０以上７．０μｍ以下であり、円形度が０．９６以上１．００以下であり、かつ圧縮比が４０％以下である事を特徴とするプロセスカ−トリッジ。
【請求項６】
請求項５に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、下記式（１）で定義される現像剤の見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）以上２００（ｓ）以下である事を特徴とするプロセスカートリッジ。
Ｄ＝（Ｄｍａｘ）−δＤ×（ｅｘｐ（−ｔ／τ））………式（１）
ただし、δＤ＝Ｄｍａｘ−Ｄ０、
Ｄ０は緩み見掛け密度、
Ｄｍａｘは１時間静置時の見掛け密度を表す
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の現像剤残量を逐次に認識可能な画像形成装置、トナーカートリッジおよびプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、像担持体部と、帯電部、現像部又はクリ−ニング部の少なくともいずれかひとつを一体にして、画像形成装置本体に着脱自在であるカ−トリッジとすることで、像担持体部の感光体が寿命に達したとき又はカ−トリッジ内の現像剤が無くなったときの交換作業を極めて容易にしていた。
【０００３】
近年、プレゼンテーション用のソフトやツールの普及にともない、オフィスにおける文書のカラー化が一段と進み、従来の文字のみからなる原稿の出力だけではなく、パーソナルコンピュータで作成した、フルカラー原稿を、プレゼンテーション用の資料等として、多数枚出力する機会が増している。
このようなフルカラー原稿の増加により、従来の文字のみからなる原稿に比して、格段に現像剤であるトナーの消費量が多くなっており、交換作業が頻繁に発生することのない、長寿命の感光体や、大容量の現像剤収容部が求められている。
このような感光体の長寿命化や現像剤収容部の大容量化は、カートリッジあたりのプリント可能枚数を増大させるが、カートリッジの価格は従来よりも高額になる傾向がある。
【０００４】
画像形成装置本体に着脱自在であるカ−トリッジを用いた場合は、ユーザーがカートリッジを交換するため、カートリッジ内の現像剤残量を検知し、現像剤の量が少なくなった時点でユーザーに知らせる手段が設けられているが、現像剤収容部が大容量化された場合、ユーザーは現像剤が残り極わずかになって、初めて、カートリッジを交換しなければならない事に気づくため、手元にカートリッジのストックが無い場合、直ちに交換することができない。そのため、大容量かつ高額なカートリッジを余分に買い置きする必要があった。
これに対して、カートリッジ内の現像剤残量を逐次検知し、正確な残量をユーザーに知らせる事が出来れば、ユーザーは現像剤が無くなる時期を予測し、それに合わせてあらかじめ必要なカートリッジだけを購入する事ができ、余分なストックを持つ必要がないため大変合理的である。
【０００５】
このような現像剤残量の逐次検知のシステムは、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載されているが、これらのシステムでは未だに十分な精度を有していないのが現状である。
逐次検知のシステムにおいて、精度を向上するため、収容される現像剤の特性について記載した文献としては、特許文献４と特許文献５があるが、特許文献４及び特許文献５に開示されている現像剤の粒度分布や形状係数の特定では、市場で使用可能な十分な精度を有しているとは言えないのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１２０２３８公報
【特許文献２】
特開平１０−１３３５４３公報
【特許文献３】
特開平１０−１３３５４４公報
【特許文献４】
特開２００２−９１０５６
【特許文献５】
特開２００２−９１０５７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現像剤収容部において現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により、現像剤収容部に残存する現像剤量を測定して現像剤残量を逐次検知し、その検出精度を向上することにより正確な残量やプリント可能枚数をユーザーに知らせる事が可能な画像形成装置、トナーカートリッジ及びプロセスカートリッジを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体上に露光して潜像を書き込み、該潜像をトナーを含む現像剤により現像して、形成されたトナー像を記録紙に転写後定着させ、画像を得る画像形成装置において、
前記画像形成装置は、現像剤収容部を有し、
前記現像剤収容部内の現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により、前記現像剤収容部に残存する現像剤量を測定する現像剤残量検出部を有し、
前記現像剤の重量平均径が５．０以上７．０μｍ以下であり、円形度が０．９６以上１．００以下であり、かつ圧縮比が４０％以下である事を特徴とする画像形成装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、下記式（１）で定義される現像剤の見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）以上２００（ｓ）以下である事を特徴とする画像形成装置である。
Ｄ＝（Ｄｍａｘ）−δＤ×（ｅｘｐ（−ｔ／τ））………式（１）
ただし、δＤ＝Ｄｍａｘ−Ｄ０、
Ｄ０は緩み見掛け密度、
Ｄｍａｘは１時間静置時の見掛け密度を表す
請求項３に記載の発明は、現像剤を収容するトナーカートリッジにおいて、
前記トナーカートリッジは、現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により、残存する現像剤量を測定する現像剤残量検出部を有し、
収容する現像剤の重量平均径が５．０以上７．０μｍ以下であり、円形度が０．９６以上１．００以下であり、かつ圧縮比が４０％以下である事を特徴とするトナーカートリッジである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載のトナーカートリッジにおいて、
前記トナーカートリッジは、下記式（１）で定義される現像剤の見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）以上２００（ｓ）以下である事を特徴とするトナーカートリッジである。
Ｄ＝（Ｄｍａｘ）−δＤ×（ｅｘｐ（−ｔ／τ））………式（１）
ただし、δＤ＝Ｄｍａｘ−Ｄ０、
Ｄ０は緩み見掛け密度、
Ｄｍａｘは１時間静置時の見掛け密度を表す
【００１１】
請求項５に記載の発明は、少なくとも現像部及び現像剤収納部とを像担持体と一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能としたプロセスカ−トリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、前記現像剤収容部が現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により現像剤収容部に残存する現像剤量を測定する現像剤残量検出部を有し、
前記現像剤の重量平均径が５．０以上７．０μｍ以下であり、円形度が０．９６以上１．００以下であり、かつ圧縮比が４０％以下である事を特徴とするプロセスカ−トリッジである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項５記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、下記式（１）で定義される現像剤の見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）以上２００（ｓ）以下である事を特徴とするプロセスカートリッジである。
Ｄ＝（Ｄｍａｘ）−δＤ×（ｅｘｐ（−ｔ／τ））………式（１）
ただし、δＤ＝Ｄｍａｘ−Ｄ０、
Ｄ０は緩み見掛け密度、
Ｄｍａｘは１時間静置時の見掛け密度を表す
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における静電容量の検出についてプロセスカートリッジを例に説明する。図１は、本発明のプロセスカートリッジである。プロセスカートリッジとは、帯電部３、現像部４またはクリ−ニング部６の少なくともいずれかひとつを感光体２と一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能とした部品である。
【００１４】
静電容量の検出は、電圧の印加により現像剤の接触面積に応じた静電容量を発生する静電容量発生部（１）と、現像剤収納部内の現像剤と接触することのない位置に配置され、電圧の印加により参照静電容量を発生する別な静電容量発生部（２）（図示せず）によって行われる。
静電容量発生部（１）はプレートアンテナ状の電極アンテナ８であり、現像剤収納部内の互いに向き合った位置の２カ所に配置されている。
前記静電容量発生部（１）と前記静電容量発生部（２）とで発生するそれぞれの静電容量の検出値の比により、現像剤残量が検出される。
ここで現像剤収容部は帯電部と分離された図２に示すトナーカートリッジの形態でもよい。
【００１５】
本発明で課題としている静電容量の精度を低下させているのは、現像剤収容部における▲１▼トナーの空隙の状態の変動と▲２▼トナー粒子同士の接触状態の変動によるものと考えられ、現像剤の圧縮比を４０％以下とする事により、前記静電容量発生部（１）での検出精度が極めて改善される。
本発明では圧縮比を次のように定義する。
１．ふるい上の試料が振動により自然落下して円筒状容器に充填された状態でゆるみ見掛け密度Ａを求める。
２．上記における円筒状容器をタッピングしながら１と同様の方法で試料を落下させて充填率を高め、固め見掛け密度Ｐを求める。
３．Ｃ＝１００×（Ｐ−Ａ）／Ｐ  （％）
で求められるＣを圧縮比とする。
【００１６】
特に、トナーの形状が、円形度０．９６以上１．００以下の球状のトナーでは、トナーの表面の外添剤が極めて均質に付着しており、これは、外添剤による流動性付与効果が大きいという利点もあるが、それのみならず、外添剤を含むトナー表面に蓄積された電荷による電気的反発の影響を受けやすく（特に外添剤としてシリカを用いた場合、その影響が大きい）、前記の空隙率の変動、トナーの接触状態の変動が大きくなる。
【００１７】
本発明の見掛け密度変化の時定数は次式より求められる。
Ｄ＝（Ｄｍａｘ）−δＤ×（ｅｘｐ（−ｔ／τ））………式（１）
ただし、δＤ＝Ｄｍａｘ−Ｄ０、
Ｄ０は緩み見掛け密度、
Ｄｍａｘは１時間静置時の見掛け密度を表す
Ｄ０は、ふるい上の試料が振動により自然落下して円筒状容器に充填された状態でゆるみ見掛け密度である。
Ｄｍａｘはメスシリンダー等の目盛り付きの容器に充填し、１時間静置後の見掛け密度が測定することができる。
【００１８】
現像剤の見掛け密度は、現像剤が振動を受けてから、静置後、瞬時に復帰することはなく、一定の変化率で復帰するが、２００（ｓ）を超えると、振動を受けた直後から比較的急激に静電容量が変化するため、測定値が安定せず、検出される現像剤残量のバラツキの原因となる。
見掛け密度変化の時定数が５０（ｓ）未満では、画像形成装置の連続使用時や装着直後等、現像剤が振動を受けた状態と静置後十分時間が経過した状態で、静電容量の測定値が大きく異なり、検出される現像剤残量に大きな差異を生じる。
【００１９】
本発明において、現像剤の圧縮比を４０％以下とするには、現像剤の表面に蓄積する電荷によるトナー粒子同士の反発を抑制する事により可能である。
具体的例としては、外添剤として、酸化チタンを用いる方法があり、特に、０．０４μｍ以上の一次粒径を有する、現像剤と逆極性の酸化チタンを、母体トナー１００重量部に対して、０．１〜５重量部の範囲で用いる事により、調製が可能である。
見掛け密度変化の時定数は、前記酸化チタンと他の流動性付与剤との比率により調製可能である。
【００２０】
本発明におけるトナーは特定の形状を有すことが重要であり、平均円形度が０．９５未満で、球形からあまりに離れた不定形の形状では、満足した転写性やチリのない高画質画像が得られない。
なお形状の計測方法としては粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、ＣＣＤカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が０．９５以上のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効である事が判明したより好ましくは、平均円形度が０．９６以上１．００以下である。この値はフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２０００（東亜医用電子株式会社製）により平均円形度として計測できる。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ルホン酸塩を０．１〜０．５ｍｌ加え、更に測定試料を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分間分散処理を行ない、分散液濃度を３０００〜１万個／μｌとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
【００２１】
（実施例）
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、本実施例は、本発明の一態様にすぎず、本発明はこれら実施例に限定されない。なお、以下実施例に示す各成分量（部）はいずれも重量基準である．
（トナー製造例）
コンデンサー、窒素導入管、４５度に傾斜した羽を４枚持つステンレスタービン翼（翼の直径は反応容器の径の２／３）２枚、撹拌用モーター、滴下ロート、温度計、及びシリンジ注入口を装備したガラス製の反応容器に以下のものを投入した。
メタノール                                                    ６０部
エタノール                                                    ２０部
蒸留水                                                        １０部
ポリビニルピロリドン（重量平均分子量４万）                      ２部
【００２２】
室温下で撹拌により完全にポリビニルピロリドンを溶解させた。この反応容器を設定温度に±０．１℃に管理できる恒温水槽に浸し、５℃まで冷却しながら、窒素導入管より系内に窒素を導入した。気相中の酸素濃度をガルバニ電池式酸素分析計で検知することにより系内の酸素濃度を０．１体積％以下に置換した。系内が５℃に達したところで以下のものを滴下ロートから投入した。
スチレン                                                      ２０部
アクリル酸メチル                                              １０部
アクリル酸エチル                                              １０部
ｎ−ドデシルメルカプタン                                    ０．１５部
ジビニルベンゼン（有効成分１００％に換算）                    ０．５部
【００２３】
系内の酸素濃度は０．５％まで上昇したが、さらに窒素ガスを供給し、０．１％体積以下まで置換した。ここで恒温水槽の温度を６５℃まで上昇させた。反応器内の温度が６０℃に達した時点で撹拌速度を１００ｒｐｍに設定し、以下の開始剤溶液をシリンジを用いて注入した。
２，２’−アゾビス                                      ０．００１６部
（２，４−ジメチルバレロニトリル）
メタノール                                                  ０．０２部
【００２４】
約１５分経過すると透明であった溶液の白濁化が始まり、その後３０分放置して、系内の白濁がさらに強まった時点で、下記に示す溶液を滴下ロートより１５分かけて滴下した。
２，２’−アゾビス                                          ０．８部
（２，４−ジメチルバレロニトリル）
メタノール                                                  １０部
その後５時間半ほど重合を継続させた後、下記に示す混合液を、シリンジを用いて注入した。
α−チオグリセロール                                        ０．４部
１，３−ブタンジオールジメタクリレート                      ０．６部
メタノール                                                    ５部
【００２５】
さらに１０時間反応を継続させたところで、液の蒸発がないようにシリンジにて一部サンプリングし、少量のハイドロキノンにより重合を禁止させ、室温下で５時間、５０℃で恒温まで、減圧乾燥する操作により固型分を定量し、加えた分散安定剤及び重合開始剤の量を考慮して、転化率を求めた所、７９．２％に達していた。
恒温水槽の設定温度を下げ、一旦、２０℃まで反応器内を冷却した後に以下の突起形成用単量体組成物からなる溶液を滴下ロートより２０時間かけて滴下した。
メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド      １部
メタクリル酸メチル              １９部
メタノール            ４０部
蒸留水                                                        ５部
【００２６】
滴下を終了したところで、撹拌速度を７０ｒｐｍに設定し、反応器内の温度を５０℃まで昇温し、１時間経過したところで下記に示す溶液を３０分かけて滴下ロートより滴下した。
２，２’−アゾビスイソブロニトリル                          ０．４部
メタノール                ７部
そのまま５０℃で３時間反応させ、その後１時間かけて反応器内の温度を６５℃まで昇温し、２０時間反応させることにより白濁した分散液を得た。
次に、オイルブラック８６０（オリエント化学社製）の３部にメタノール２０部を加え、加熱溶解後、冷却し、１μｍのミクロフィルターで濾別した溶液１０部を調整した。このように調整した溶液１０部中に先の操作で得られた樹脂粒子分散液を４０部加え、５０℃で２時間撹拌し、その後分散液を室温まで冷却し、遠心沈降し、上澄みを除き、メタノール５０部、水５０部の混合溶媒に再分散する操作を３回行なって、オイルブラック８６０で着色された樹脂粒子の分散液を小型スプレードライヤー（ヤマトミニスプレー、ヤマト科学社製）にて乾燥し、円形度が０．９８、重量平均粒径が５．８９μｍである着色樹脂粒子を得た。
【００２７】
（実施例１）
得られた着色樹脂粒子１００重量部に対して、流動性付与剤として、クラリアントジャパン製シリカ粉体、Ｈ２０００を２．０重量部、及びチタン工業製ＳＴＴ−３０Ｄ−Ｓ（粒径０．０５μｍ、ステアリン酸亜鉛により表面処理されたアナターゼ型酸化チタン）を０．５重量部加え、ヘンシェルミキサーで２分間混合し、篩にかけ、トナーＡを得た。トナーＡの圧縮比は３５％、見掛け密度の時定数は２３０（ｓ）であった。
トナーＡ、５００ｇを、図１で示したプロセスカートリッジにセットし、（１）トナーが消費されない条件で６０秒連続稼働後、（２）静置後５分のそれぞれで現像剤残量の検出を行った。
さらに、全く同様の操作を各３回行い、同様に現像剤残量の検出を行った。
検出値を表−１に示す。
【００２８】
（実施例２）
着色樹脂粒子１００重量部に対して、流動性付与剤として、クラリアントジャパン製シリカ粉体、Ｈ２０００を２．０重量部、及びチタン工業製ＳＴＴ−３０−Ｓ（粒径０．０５μｍ、ステアリン酸亜鉛により表面処理されたアナターゼ型酸化チタン）を１．０重量部加え、ヘンシェルミキサーで２分間混合し、篩にかけ、トナーＢを得た。トナーＢの圧縮比は３１％、見掛け密度の時定数は１７６（ｓ）であった。
実施例１と同様に現像剤残量を検出した結果を表−１に示す。
【００２９】
（実施例３）
着色樹脂粒子１００重量部に対して、流動性付与剤として、クラリアントジャパン製シリカ粉体、Ｈ２０００を２．０重量部、及びチタン工業製ＳＴＴ−３０−Ｓ（粒径０．０５μｍ、ステアリン酸亜鉛により表面処理されたアナターゼ型酸化チタン）を２．０重量部加え、ヘンシェルミキサーで２分間混合し、篩にかけ、トナーＣを得た。トナーＣの圧縮比は３１％、見掛け密度の時定数は１５３（ｓ）であった。
実施例１と同様に現像剤残量を検出した結果を表−１に示す。
【００３０】
（比較例１）
着色樹脂粒子１００重量部に対して、流動性付与剤として、クラリアントジャパン製シリカ粉体、Ｈ２０００を３．０重量部のみを加え、ヘンシェルミキサーで２分間混合し、篩にかけ、トナーＤを得た。トナーＤの圧縮比は４９％、見掛け密度の時定数は２７３（ｓ）であった。
実施例１と同様に現像剤残量を検出した結果を表−１に示す。
【００３１】
【表１】
2004219897.tif 000002
【発明の効果】
本発明により、現像剤収容部内の現像剤に接触配置した電極によって測定される静電容量の変化により、現像剤収容部内に残存する現像剤量を測定する現像剤残量検出部を有する画像形成装置において、現像剤残量の検出精度が向上する。本発明により、連続稼働時と静置時における現像剤残量の検出値のバラツキが改善される。
本発明により、現像剤残量の検出精度の高いトナーカートリッジが得られる。本発明により、現像剤残量の検出精度の高いプロセスカートリッジが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いたプロセスカートリッジの概略図である。
【図２】本発明に用いたトナーカートリッジの概略図である。
【符号の説明】
１    画像露光部
２    感光体
３    帯電部
４    現像部
５    転写ローラ
６    クリーニング部
７    現像剤収容部
８    電極アンテナ
９    現像ローラ
１０  ドクターローラ
１１  攪拌羽根
【図１】
2004219897.tif 000003
【図２】
2004219897.tif 000004