(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像装置へ補給するトナー量を制御する補給トナー量制御手段と、
形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、を備え、
前記補給用トナーを内部に収容した補給カートリッジであって、
前記補給トナー量制御手段は、前記補給用トナーの特性情報に基づいて補給トナー量を補正する、補給カートリッジ。
【請求項２】
静電潜像担持体上に形成した静電潜像を二成分現像剤にて可視化する現像手段と、
可視化された像を記録体に転写する転写手段と、
転写された像を定着させる定着手段と、
を備える画像形成装置であって、
前記現像手段へ補給する補給用トナーが収容された補給カートリッジと、
前記補給カートリッジから前記現像手段へ補給するトナー量を制御する補給トナー量制御手段と、
形状係数および体積平均粒子径を含む、前記補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、
前記現像手段へ補給するトナー量の制御を、前記特性情報に基づいて補正する補正手段と、
をさらに備える、画像形成装置。
【請求項３】
静電潜像担持体上に形成した静電潜像を二成分現像剤にて可視化する現像工程と、
可視化された像を記録体に転写する転写工程と、
転写された像を定着させる定着工程と、
を有する画像形成方法であって、
補給カートリッジに収容された補給用トナーを現像装置へ補給する補給工程と、
形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報に基づいて補給トナー量を補正制御する補給量補正工程と、
をさらに有する、画像形成方法。
【請求項４】
現像装置へ補給するトナー残量を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知したトナー残量に基づいて新たな交換ユニットの装着を要求する機構と、
形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、を備え、
前記補給用トナーを内部に収容した交換ユニットであって、
前記検知手段により検知するトナー残量は、前記特性情報に基づいて補正される、交換ユニット。
【請求項５】
静電潜像担持体上に形成した静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化された像を記録体に転写する転写手段と、
転写された像を定着させる定着手段と、
を備える画像形成装置であって、
前記現像手段へ補給する補給用トナーが収容された交換ユニットと、
前記補給用トナーの残量を検知する検知手段と、
前記残量に基づいて新たな交換ユニットの装着を要求する要求手段と、
形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、
前記検知手段により検知するトナー残量を、前記特性情報に基づいて補正する補正手段と、
をさらに備える、画像形成装置。
【請求項６】
交換ユニットに収容された補給用トナーの残量を検知する検知工程と、
形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報に基づいて補給トナーの残量を補正する補正工程と、を有し、
補正された補給用トナーの残量に基づいて取り替えを要求するユニット交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真法または静電記録法により形成される静電潜像を現像剤により現像する静電写真画像形成方法および画像形成装置に関する。より詳しくは、トナーと必要に応じて用いられるキャリアとからなる現像剤を用いて、画像記録媒体に画像を出力するプリンター、複写機、ファックスなどに用いられる静電写真用現像剤と、静電写真画像形成方法および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法において、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する方法においては、従来、現像剤担持体上にトナーを薄層担持させ潜像担持体と対向させてトナーを現像する、いわゆる一成分現像方法と、磁石を内包した現像剤担持体上にトナーと磁性キャリアからなる現像剤を担持させ磁気ブラシを形成し、潜像担持体と対向させてトナーを現像する二成分現像方法が主流である。
【０００３】
一成分現像方法は二成分現像方法に比べて装置の小型化／軽量化が容易であるという利点を有しているが、その反面、現像剤担持体上のトナー搬送量を安定に保つことが困難であったり、トナーの帯電量調整が二成分現像剤と比較して困難であったり、などといった、種々の問題を有している。そのため、高品質な画像を形成したり、高速で画像を形成したりする場合には不向きである。一方、二成分現像剤では、現像剤の搬送に磁力を利用することができるため搬送量は安定し、さらにトナーとキャリアを攪拌することによってトナーを摩擦帯電せしめるので、キャリアの特性、攪拌条件、現像剤中のトナー濃度を選定することによって、トナーの摩擦帯電量を相当程度制御できるので、環境や経時での帯電量の変動を緩和しやすく画像品質の信頼性が高く優れている。そのため、複写機／プリンター／ＦＡＸなどのフルカラー機、高速機、高画質機は二成分現像剤を用いることが主流になっている。
【０００４】
また、近年さらなる高画質化を目指し小粒径トナー、球状・ポテト形状トナーの十分な活用について注目されている。小粒径トナーは静電潜像に忠実に現像できるため、細線などの細かい画像でも高品位に再現できる。球状トナーや、多少いびつな球状、いわゆる「ポテト形状」トナーなど形状が球形に近いトナーは現像性、転写性が長期間安定するため、ハイライト画像のがさつきが少なく均質な画像が得られるとともに、フルカラー画像形成時には、色ずれやがさつき感の少ない二次色のハイライト画像が安定して再現できる。
【０００５】
ところで、二成分現像剤を用いた画像形成方法において、現像剤中のトナー濃度の制御は非常に重要である。現像剤中のトナー濃度は画像出力などによるトナーの消費や、補給トナーの追加によって変動するが、トナー濃度がある一定範囲を超えて変動すると、正常な画像が得られないことがあるばかりか、画像形成装置やその周辺まで汚染してしまう可能性があるためである。現像剤中のトナー濃度が高くなりすぎた場合には、非画像部中のべた画像後端が薄くなるなどの画質欠陥が発生し、さらに、ハイライト画像とべた画像が混在している場合には、べた画像先端とハイライト画像後端部がぬけるなどの画質欠陥や、現像剤担持体上の現像剤搬送量が不安定になり画像を乱すなどの画質欠陥が発生する。また、現像装置からトナーが吹き出して出力画像を汚したり、画像形成装置内部やその周辺までトナーで汚染したりという可能性もある。また、現像剤中のトナー濃度が低すぎる場合には、画像濃度の低下、磁気ブラシによる現像像のかき乱し、キャリアの飛散などが原因で出力画像の品質は低下する。
【０００６】
そこで、現像剤中のトナー濃度が好適な範囲となるように制御することが必要となるが、一般的にはまず現像剤中のトナー濃度を測定または推測し、その結果に基づいて現像剤中のトナーの濃度を制御する方法がとられている。従来、現像剤中のトナー濃度を測定および／または推測する方法として、さまざまな方式が提案されているが、主な方法としては、トナーの現像像あるいはトナーの転写像の濃度を測定して現像剤のトナー濃度を推測する方法、現像剤の色や透磁率を測定して現像剤中のトナー濃度を推測する方法などが挙げられる。
【０００７】
トナーの現像像の濃度を測定して現像剤のトナー濃度を推測する方法は、一定の静電潜像を一定の現像条件で現像した静電潜像担持体上のトナー現像像の濃度を光学的に検知することによって、現像剤中のトナー濃度を推測するものである。また、トナーの転写像の濃度を測定して現像剤のトナー濃度を推測する方法は、一定の静電潜像を一定の現像条件で現像した静電潜像担持体上のトナー現像像をさらに中間転写体上に転写しそのトナー転写像の濃度を光学的に検知することによって、現像剤中のトナー濃度を推測するものである。
【０００８】
一方、現像剤の色や透磁率を測定して現像剤中のトナー濃度を推測する方法は、現像装置にセンサを取りつけ、直接現像剤の色や透磁率などを検知することによって現像剤中のトナー濃度を推測するものである。
【０００９】
これらの現像剤中のトナー濃度推測方法は、従来のトナー、すなわち大粒径や不定形のトナーにおいては十分有効であったが、近年の小粒径トナーや球状・ポテト形状のトナーにおいては狙いどおりの性能が得られないことも多く、現像剤中のトナー濃度制御が設定どおりに行えないために、現像剤中のトナー濃度異常による様々な不具合が発生するおそれもあった。
【００１０】
すなわち、小粒径トナーは、トナー一つ一つが保有する帯電量が小さいため静電的なトナーの拘束力が小さく、いわゆるトナー吹き出しが発生しやすい。そのため、従来の大粒径トナーよりも画像形成装置内のトナー汚れが生じやすい。トナーの現像像あるいは転写像の濃度を測定するセンサにこのトナー汚れが付着した場合には、正常な検知が行えずトナー像の濃度が実際の濃度とは異なった値で画像形成装置に認識されるおそれがある。
【００１１】
また、小粒径トナーや球状・ポテト形状のトナーは同じトナー濃度の現像剤中においても色調や透磁率が異なっていることがある。その場合は、正常なトナー濃度の検知が行えないため、現像剤中のトナー濃度の推測が正確に行われず、やはり過剰に補給トナーを追加してしまい、トナー濃度が異常に上昇したり、補給トナー量を過度に制限することにより補給トナー量が不足してしまい、トナー濃度が異常に低下したりするおそれがある。
【００１２】
このような理由により、現像剤のトナー濃度が異常になると、本来の品質の出力画像が得られないばかりか、さらに画像形成装置を汚染したりする。小粒径トナーに対するこれらの傾向は、トナーの形状が球状・ポテト形状の場合、さらに顕著である。
【００１３】
そのため、従来の現像剤中のトナー濃度測定法を用いた画像形成装置に、小粒径トナーや球状・ポテト形状のトナーをそのまま適用した場合、初期的には高品位な画像を出力することができるが、長期間安定して高品位な画像を得ることは困難であった。したがって、小粒径トナーや球状・ポテト形状のトナーを効果的に使用するに際しては、トナー濃度をどのようにして設定どおりに制御するかということが、大きな課題の一つとなっている。
【００１４】
ところで、長期間画像形成装置を使用する場合には、使用中の補給カートリッジ内部に収容されているトナー量を、画像形成装置の稼働中に正確に把握することも重要である。使用中の補給カートリッジ内のトナー量が不明確なまま使用してしまうと、適切な時期に新たな補給カートリッジを装着しないことにより画像濃度が低下したり、現像剤のトナー濃度が低下して前述したようなさまざまな画質欠陥が発生したりする。また、必要なときに画像が出力できないなどの問題の原因ともなりうる。
【００１５】
そのため、補給カートリッジ内部に使用中に収容されているトナーの残量を推測するために、補給動作実施数をカウントしたり、出力画像の枚数をカウントしたり、出力画像面積の累積値を計算したり、補給カートリッジに種々のセンサを設置したりするなど、さまざまな方法が提案されている。
【００１６】
ところで、トナー情報を記憶する部材や、トナー情報を画像形成装置本体に送信する手段など、さまざまな機能を備える、内部に補給トナーを収容したカートリッジおよび画像形成装置について、例えば、特許文献１〜６に記載されている。
【００１７】
特許文献１には、複数の画像密度の画像形成が可能な画像形成装置内に配設されるプロセスカートリッジにおいて、トナー粒径や感光感度に適した画像密度に関する情報に関する指定信号を制御部に送るプロセスカートリッジについて記載されている。
【００１８】
また、特許文献２には、トナーをトナー収容容器により補給可能に構成した画像形成装置において、前記トナー収容容器に記憶素子を搭載し、本体装置に装着時に前記記憶素子に対してデータの読み出し・書き込みが可能となる画像形成装置について記載されている。
【００１９】
特許文献３には、トナーを含む消耗品を収納したカートリッジに取り付けられたデータキャリアと、電子機器本体に設けられたリーダ／ライタ装置とからなる電子機器における消耗品管理システムであって、消耗品が、予め認定された消耗品であるか否かを確認する消耗品管理システムについて記載されている。
【００２０】
特許文献４には、カートリッジの誤装着による印字品位の不良、プロセス部品の劣化等の発生を防止するために、画像形成の制御に使用する識別子をプロセスカートリッジに電気的情報として装着し、カートリッジの種別に応じた印字制御の可能なプロセスカートリッジおよび画像形成装置について記載されている。
【００２１】
特許文献５には、現像装置の放置環境と本体の設置環境に差がある状態で新品の現像装置を使用する際に、現像装置が新品の場合には、温湿度の差異に基づいて、トナー補給の制御の際に補正を加える画像形成装置および画像形成方法について記載されている。
【００２２】
さらに、特許文献６には、トナーの形状や粒径を含む特性情報を現像材特性記録媒体に記録し、この特性情報に応じて現像条件を制御する画像形成装置およびこれに用いられる現像剤カートリッジについて記載されている。
【００２３】
【特許文献１】特開平０４−３７１９６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１９８１４６号公報
【特許文献３】特開２００１−１３４１５１号公報
【特許文献４】特開２００１−２９６７８６号公報
【特許文献５】特開２００２−２６８２９５号公報
【特許文献６】特開２００３−１８６３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、実際には使用中の補給カートリッジ内部の正確なトナー収容量を推測することは、このような従来の補給カートリッジにおいてもなお困難であり、補給トナー不足を防止するために早めに新しい補給カートリッジの装着を要求する機構が一般的である。その結果、補給トナーカートリッジ内部にまだ補給トナーが大量に残留している状態でも補給カートリッジを交換せざるを得なかった。
【００２５】
また、近年画像形成装置自身の小型化、高集積化により、補給カートリッジの形状がトナー排出には不利な横に長い形状を選択せざるを得ないことが多い。横に長い形状の補給カートリッジは、補給トナーの自重による排出力が少ないため、補給カートリッジ内部に補給トナーが残留しやすい構造になりがちである。
【００２６】
さらに、小粒径トナーや球状・ポテト形状のトナーを収容した補給カートリッジでは、使用中に内部に収容されているトナーの収容量の正確な推測がより困難であった。
【００２７】
これら、補給カートリッジ交換時に補給カートリッジ内部に残留している残留トナーは、補給トナーの無駄が生じるだけでなく、補給カートリッジの再生再利用時の清掃が困難になったり、補給トナーの廃棄時の処理を複雑にしたり、廃棄するトナー量が増加するなど、省資源、低環境負荷という点で大きな問題になっている。特に、小粒径トナーや球状・ポテト形状のトナーにおいては、従来の方法のまま使用すると、トナー残留量が増加して資源の有効利用や補給カートリッジの再利用や処分をさせにくくしたり、適切な時期に補給カートリッジ交換の要求を出すことが出来ずに画像形成装置が停止したり、例えば白ヌケやカブリなどの画像劣化が発生したりするおそれがある。
【００２８】
本発明は、上記従来技術の問題を解決することができる、補給カートリッジまたは交換ユニット、およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２９】
また本発明は、静電写真画像形成方法を応用した画像形成装置・機器に関して、長期間にわたり高品質で安定した画像を得るための静電写真画像形成方法を提供する。また、本発明の他の目的は、省資源低環境負荷を達成しうる静電写真画像形成方法を提供し、エネルギー問題や地球環境問題に配慮した画像形成装置・機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は、現像装置へ補給するトナー量を制御する補給トナー量制御手段と、形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、を備え、前記補給用トナーを内部に収容した補給カートリッジであって、前記補給トナー量制御手段は、前記補給用トナーの特性情報に基づいて補給トナー量を補正するものである。
【００３１】
また、本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体上に形成した静電潜像を二成分現像剤にて可視化する現像手段と、可視化された像を記録体に転写する転写手段と、転写された像を定着させる定着手段と、を備え、前記現像手段へ補給する補給用トナーが収容された補給カートリッジと、前記補給カートリッジから前記現像手段へ補給するトナー量を制御する補給トナー量制御手段と、形状係数および体積平均粒子径を含む、前記補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、トナー量の制御を、前記特性情報に基づいて補正する補正手段と、をさらに備える。
【００３２】
さらに本発明の画像形成方法は、静電潜像担持体上に形成した静電潜像を二成分現像剤にて可視化する現像工程と、可視化された像を記録体に転写する転写工程と、転写された像を定着させる定着工程と、を有し、補給カートリッジに収容された補給用トナーを現像装置へ補給する補給工程と、形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報に基づいて補給トナー量を補正制御する補給量補正工程と、をさらに有する。
【００３３】
さらに、本発明は、現像装置へ補給するトナー残量を検知する検知手段と、前記検知手段で検知したトナー残量に基づいて新たな交換ユニットの装着を要求する機構と、形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、を備え、前記補給用トナーを内部に収容した交換ユニットであって、前記検知手段により検知するトナー残量は、前記特性情報に基づいて補正される。
【００３４】
さらに、本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体上に形成した静電潜像を可視化する現像手段と、可視化された像を記録体に転写する転写手段と、転写された像を定着させる定着手段と、を備え、前記現像手段へ補給する補給用トナーが収容された交換ユニットと、前記補給用トナーの残量を検知する検知手段と、前記残量に基づいて新たな交換ユニットの装着を要求する要求手段と、形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、前記検知手段により検知するトナー残量を、前記特性情報に基づいて補正する補正手段と、をさらに備える。
【００３５】
さらに、本発明のユニット交換方法は、交換ユニットに収容された補給用トナーの残量を検知する検知工程と、形状係数および体積平均粒子径を含む、補給用トナーの特性情報に基づいて補給トナーの残量を補正する補正工程と、を有し、補正された補給用トナーの残量に基づいて取り替えを要求するものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、高品質な画像が長期間安定して得られ、また、補給トナーの効率的な使用や、補給カートリッジまたは交換ユニットの適切な交換を容易に行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
従来の技術では、トナー補給時のトナーの粉体特性が一定であることが前提であったが、本発明者らが鋭意検討した結果、トナーの粉体特性はトナーの特性によって大きく変化することが判明した。トナーの粉体特性に影響を及ぼすトナー特性としては、トナーの帯電性、トナーの含水率、トナーの嵩密度、トナーの流動性、トナーの粒径、トナーの形状など、さまざまなものが挙げられる。このトナー特性には、製造ロットの違いから生じる、同様の条件で製造したときにも生じ得る製造ばらつきに起因するものも含む。また粉体特性は、従来製法に代表される大粒径トナーや形状係数が大きい不定形トナーを使用したときには比較的安定しているが、高品位な画像を得るために小粒径トナーや、球状・ポテト形状のトナーを使用したときには粉体特性が変動しやすい、ということも判明した。
【００３８】
特に球状・ポテト形状の粉体は、一般に嵩密度が変化し易いという性質を有している。すなわち、球状・ポテト形状の粉体は、不定形粉体の場合と比較して、流動状態と静置および加圧状態での嵩密度の変化が大きい。この嵩密度の変化は小粒径になるほど更に顕著になる。この特性は、球状・ポテト形状のトナーそのものおよび球状・ポテト形状のトナーを用いた現像剤についてもあてはまる。同様に、この特性は小粒径のトナーそのものおよび小粒径のトナーを用いた現像剤についても当てはまる。また、小粒径で球状・ポテト形状のトナーそのもの及び小粒径で球状・ポテト形状のトナーを用いた現像剤においてはこの傾向はさらに顕著になる。
【００３９】
トナー濃度が同一であっても、現像剤の嵩密度が変化すると、キャリア−キャリア間の距離が変わったり、キャリア表面のトナーの付着状態が変わったりするため、現像剤中のトナー濃度を測定するために、例えば色センサや透磁率センサ等を用いて検知した値が、実際の現像剤中のトナー濃度と大きくずれてしまうことがある。その結果、現像剤中のトナー濃度の推測が正確に行われず、過剰に補給トナーを追加してトナー濃度が異常に上昇したり、補給トナー量を過少に制御して補給トナー量が不足し、トナー濃度が異常に低下したりする。
【００４０】
トナーの嵩密度に関する変化のし易さというトナーの粉体特性には、前に述べたトナー特性のうち、特にトナーの体積平均粒子径やトナーの形状が大きく寄与していることが明確になった。
【００４１】
さらに、トナーの吹き出しのし易さがトナーの特性と関係が大きいことも明確になった。一般に、トナーの体積平均粒子径が小径側であるほどトナーの吹き出しは多い。一方、同一の体積平均粒子径のトナーであっても、トナーの形状によって吹き出しのし易さは異なる。
【００４２】
例えば、トナーの現像像あるいはトナーの転写像の濃度を測定して現像剤のトナー濃度を推測する方式において、トナーの吹き出しが多い場合には、現像あるいは転写トナー像の濃度を測定するセンサの汚れが顕著になり、現像あるいは転写トナー像の濃度が正常に検知できず、その結果、現像剤中のトナー濃度の推測が正確に行えなくなるおそれがある。
【００４３】
このトナー濃度の検知ぶれは、大粒径トナーや不定形トナーと比較して、より小粒径なトナーや球状・ポテト形状トナーの方が、トナーの体積平均粒子径の差の影響、トナーの形状の差の影響が大きく、通常の製造工程で生じるロット差に起因するばらつき程度のわずかな差でも顕著になるということが明らかになった。
【００４４】
つまり、出力画像の高品質化のために小粒径トナーや球状・ポテト形状トナーを使用すると、ロット差などのばらつきに起因するトナー特性のわずかな差が、現像剤中のトナー濃度検知ぶれを大きくし、その結果画像濃度異常やトナーの吐き出し、ぼた落ちなどの画質欠陥の要因となりうることが明らかとなった。
【００４５】
さらに、トナーの特性によって補給カートリッジからのトナー排出性についても変動することも判明した。補給カートリッジからのトナー排出性が変動すると、現像装置へのトナー補給動作時に実際に現像機へ供給されるトナー量や供給速度が変動することになる。そのため、現像剤のトナー濃度を正確に制御することが困難になり、所定の量よりも多い量、あるいは少ない量が現像装置へ供給されるおそれがある。これらトナー特性のうち、特にトナーの体積平均粒子径やトナーの形状が、特にトナーの補給カートリッジからの排出性の差に大きく寄与することが明確になった。つまり、小粒径トナーや球状・ポテト形状トナーほどトナーの体積平均粒子径の差の影響、トナーの形状の差の影響が大きく、通常の製造工程で生じるロット差起因のばらつき程度でもその差が明確になるということが明らかとなった。
【００４６】
そこで、本発明の実施の形態の補給カートリッジは、現像装置へ補給するトナー量を制御する補給トナー量制御手段と、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、を備え、前記補給用トナーを内部に収容した補給カートリッジであって、補給トナー量制御手段は、前記補給用トナーの特性情報に基づいて補給トナー量を補正する。
【００４７】
そして、上記特性記録媒体には、トナーの体積平均粒子径やトナーの形状係数などを含む、トナー特性を含む情報が記録されている。画像形成装置に補給カートリッジを装着したときに、画像形成装置本体が特性記録媒体に記録されたトナーの特性値を認識し、これを元に現像剤のトナー濃度、つまり現像装置へのトナー補給を補正して制御する。
【００４８】
また、本発明の他の実施の形態の画像形成装置は、静電潜像担持体上に形成した静電潜像を二成分現像剤にて可視化する現像手段と、可視化された像を記録体に転写する転写手段と、転写された像を定着させる定着手段と、を備える画像形成装置であって、現像手段へ補給する補給用トナーが収容された補給カートリッジと、補給カートリッジから現像手段へ補給するトナー量を制御する補給トナー量制御手段と、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、現像手段へ補給するトナー量の制御を、特性情報に基づいて補正する補正手段と、をさらに備える。
【００４９】
上述した実施の形態において、補給トナー量制御手段は、例えば、二成分現像剤中のトナー濃度を直接検知する手段、もしくは、静電潜像担持体上に形成したトナー像の濃度または静電潜像担持体上に形成したトナー像を中間転写体に転写した転写トナー像の濃度を検知して、二成分現像剤中のトナー濃度を間接的に推測する手段などにより、現像装置または現像手段に供給される二成分現像剤中のトナー濃度を検知し、これに基づいて現像装置または現像手段に補給するトナー量を制御している。
【００５０】
補給カートリッジまたは画像形成装置の補給トナー量制御手段は、補給カートリッジが画像形成装置に装着されると、補給トナーの体積平均粒子径やトナーの形状係数などを含む、トナー特性を含む情報が記録された特性記録媒体から入手した情報を元に、例えば、現像剤中のトナー濃度検出値や、現像装置へのトナー補給動作時に実際に現像手段に供給されるトナー量などを補正する。このようにして、補給トナー量制御手段における補給トナー量の制御が補正される。このトナー特性値に基づく補正を実施することで、小粒径のトナーや球状・ポテト形状のトナーを使用した場合でも現像剤中のトナー濃度が長期間安定して精密に行えるため、高品位な画像を長期間安定して出力することが可能になる。
【００５１】
補給用トナーの特性情報として、トナーの体積平均粒子径と、形状係数ＳＦ１の値を採用した場合について、以下、例を挙げて説明する。
【００５２】
補給カートリッジには、予め計測により求められた補給トナーの特性情報、ここではトナーの体積平均粒子径と、形状係数ＳＦ１の値が記録された特性記録媒体を備えている。この特性記録媒体は、例えば表１に示すようなパラメータテーブルと、書き換え可能な情報テーブルとを有している。情報テーブルは、パラメータテーブルに基づいてカートリッジ内に収容されたトナーの特性値が記憶されており、補給カートリッジまたは画像形成装置内で計算され、補正されて適宜書き換えられる。画像形成装置に補給カートリッジが装着されると、特性記録媒体内の情報が送信または読み取られ、（場合によっては、操作者の入力により、）補給カートリッジに収容されているトナーの体積平均粒子径と、形状係数ＳＦ１の値が確認される。なお、他の実施の形態として、情報テーブルは、パラメータテーブルとは異なる場所に備えていてもよく、例えば、補給カートリッジ本体内や画像形成装置内に備えてもよい。
【００５３】
【表１】
0004715468.tif 000002
【００５４】
補給カートリッジに収容されたトナーの特性情報が確認されると、例えば、表１に示すパラメータテーブルに従って、現像装置に補給するトナー量の制御に対し、適宜補正を行う。例えば、体積平均粒子径が５．１μｍ、形状係数が１２１であるトナーが収容された補給カートリッジを設置すると、画像形成装置は、表１に従い、現像装置の制御にパラメータ２３に相当する補正係数を用いて補正を行うようにする。このため、現像装置内のトナー濃度や、補給カートリッジ内からのトナー排出量などをより正確に制御することが可能となり、現像装置内のトナー濃度をより安定させた状態で維持することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態においては、表１に示したように、形状係数ＳＦ１を１００から１４０までを９段階、体積平均粒子径を３μｍから７μｍまでを１μｍ間隔で５段階、計４５段階のパラメータテーブルを作成したが、これはあくまでも例示であり、要求される精度により適宜その間隔を広く取ったり、狭く取ったりしてもよいことはいうまでもない。
【００５６】
また表１のパラメータテーブルに替えて、適当なプログラムや関数データを組み入れたり、また湿度や嵩比重など、環境センサや他の部材により得られた、他の情報を組み入れて使用したりすることも、より精度が上がり好適であるが、特にこれらには限定されず、いかなるものを用いてもよい。
【００５７】
さらに、本発明の他の実施の形態における画像形成方法について、図面に基づいて説明する。
【００５８】
図１は、本発明の実施の形態における画像形成方法の第１の補正であるトナー濃度制御の一形態の概略を示すフロー図である。まず、補給カートリッジから、収容されているトナーの体積平均粒子径と形状係数ＳＦ１の値を呼び出す。呼び出された体積平均粒子径の値と形状係数ＳＦ１の値より定められる、パラメータテーブルの中の番地を参照し、好適なトナー排出補正係数を選択する（Ｓ１００）。なお、パラメータテーブルにはあらかじめ実験して求めておいたトナー濃度補正係数がそれぞれ、番地ごとに収められている（表１に例示）。
【００５９】
次に、Ｓ１０２において、補給カートリッジのデータタグに収められている体積平均粒子径、形状係数ＳＦ１の値とパラメータテーブルから求められる、トナー濃度補正係数の値を、情報テーブル内に格納されている値と比較する。これらの値が一致する場合にはＳ１０６に進む。一方、これらの値が異なる場合には、補給カートリッジの交換があったと判断されてＳ１０４に進み、新たなトナー濃度補正係数が情報テーブル内に格納された後にＳ１０６に進む。
【００６０】
Ｓ１０６では、現像装置内のトナー濃度を透磁率センサにより検出し、トナー濃度検出値を決定する。Ｓ１０８では、情報テーブル内に格納されているトナー濃度補正係数と、Ｓ１０６で実際に画像形成装置が検出した現像装置内のトナー濃度の値とを用いて、トナー濃度補正値を決定する。
【００６１】
Ｓ１０８で決定したトナー濃度補正値と、そのとき画像形成装置が制御しようとしているトナー濃度目標値とをＳ１１０で比較する。トナー濃度補正値がトナー濃度目標値以上であればＳ１１２に進み、画像形成を行う。一方、トナー濃度補正値がトナー濃度目標値よりも小さい場合にはＳ１１４に進む。
【００６２】
Ｓ１１４では、現像剤中のトナー濃度が、画像出力が可能な程度の濃度が確保できているかどうか判定する。現像剤中のトナー濃度が、画像出力が可能な程度の濃度以上であればＳ１１６に進み、トナー補給を行った後にＳ１１８に進み、画像出力を行う。一方、現像剤中のトナー濃度が、画像出力が可能な程度の濃度に満たなければ、Ｓ１２０に進み、トナー補給を行なうが、画像出力は行なわれず、再びＳ１００の工程から順に行われる。
【００６３】
図１に示したようなトナー濃度制御方法は、画像形成装置の形態に応じて、さらに改善を加えることも可能である。たとえば、補給カートリッジから現像装置までのトナー搬送距離が長い画像形成装置の場合は、補給カートリッジ交換直後にはトナー搬送経路に残留したままになっている前回使用した補給カートリッジのトナーが消費されるまで、新しい補給カートリッジの新しいトナー補正係数を使用しないということも可能である。また、補給カートリッジの交換直後に体積平均粒子径、形状係数ＳＦ１の異なるトナーが混合して使用される場合には、複数のトナー濃度補正係数から算出されるトナー濃度補正係数を使用することも可能である。
【００６４】
つまりここでは、現像装置内の現像剤中のトナー濃度が、正しく検出されるように、トナー濃度の検出値が制御される。
【００６５】
図２は、本発明の実施の形態における画像形成方法の第２の補正である補正トナー補給量制御の一形態の概略を示すフロー図である。まず、補給カートリッジから、収容されているトナーの体積平均粒子径と形状係数ＳＦ１の値を呼び出す。呼び出された体積平均粒子径の値と形状係数ＳＦ１の値より定められる、パラメータテーブルの中の番地を参照し、好適なトナー排出補正係数を選択する（Ｓ２００）。なお、パラメータテーブルにはあらかじめ実験して求めておいたトナー濃度補正係数がそれぞれ、例えば、表１に示すように番地ごとに収められている。
【００６６】
次に、Ｓ２０２において、補給カートリッジのデータタグに収められている体積平均粒子径、形状係数ＳＦ１の値とパラメータテーブルとから求められる、トナー濃度補正係数の値を、情報テーブル内に格納されている値と比較する。これらの値が一致する場合にはＳ２０６に進む。一方、これらの値が異なる場合には、補給カートリッジの交換があったと判断されてＳ２０４に進み、新たなトナー濃度補正係数が情報テーブル内に格納された後にＳ２０６に進む。
【００６７】
Ｓ２０６では、現像装置内の現像剤中のトナー濃度を測定し、トナー濃度目標値と比較する。トナーの濃度目標値は、画像形成装置により、使用環境や使用期間などを考慮して設定される。現像装置内の現像剤中のトナー濃度が、このトナー濃度目標値よりも高い場合には、トナー補給は行われずに維持され、例えば、出力枚数、時間等をカウントし、所定の間隔を空けた後に再度Ｓ２０６の処理が行われる。一方、現像装置内中の現像剤トナー濃度が、このトナー濃度目標値よりも低い場合には、Ｓ２０８に進む。
【００６８】
Ｓ２０８では、トナー補給量を設定する。現像装置内の現像剤中のトナー濃度とトナー濃度目標値との乖離幅、画像形成状況(画像密度、出力枚数など)より、設定する。次に、Ｓ２１０において、Ｓ２０８で設定されたトナー補給量と、Ｓ２００において先に決定しているトナー排出補正係数とを用いてトナー補給補正値を決定する。その後、Ｓ２１２において、実際にトナー補給を行なう。
【００６９】
図２に示したようなトナー補給量制御方法は、画像形成装置の形態に応じて、さらに改善を加えることも可能である。たとえば、補給カートリッジから現像装置までのトナー搬送距離が長い画像形成装置の場合は、補給カートリッジ交換直後にはトナー搬送経路に残留したままになっている前回使用した補給カートリッジのトナーが消費されるまで、新しい補給カートリッジの新しいトナー排出補正係数を使用しないようにするということも可能である。また、補給カートリッジの交換直後に体積平均粒子径、形状係数ＳＦ１の異なるトナーが混合して使用される場合には、複数のトナー排出補正係数から算出されるトナー排出補正係数を使用することも可能である。
【００７０】
さらに、第３の補正として、上記第１の補正と第２の補正を組み合わせて行なうことも好適である。このとき、第１の補正と第２の補正は、同時に行なってもよく、また交互に行ってもよい。
【００７１】
本発明の実施の形態に使用されるトナーにおいて、製造方法は公知のいかなる方法でも良く、例えば混練粉砕法、縣濁重合法、乳化重合凝集法、液中乾燥法、分散重合法などの公知の製造法が挙げられるが、これに限定されるものではない。また必要に応じて、球形化工程や分級工程などを好適に追加することもできる。
【００７２】
近年出力画像の高品質化、画像形成装置の省電力化、トナー製造工程の環境負荷改善などの要求が高まり、これらに応えるためにトナーの小粒径化技術、トナーの形状制御技術が発展してきている。このため、上記トナーの製造法の中でも、特に縣濁重合法、乳化重合凝集法、液中乾燥法、分散重合法などのような湿式製法を用いて製造されたトナーはこれらの要求に合致するため、急速にトナーの湿式製造技術開発や湿式製法トナーの商品化が進んでいる。
【００７３】
湿式製法トナーは、一般にトナーの小粒径化、粒度分布の改善、形状の制御が行えるため、目的に適したトナーを得ることができる。特に高画質化に好適である。すなわち、小粒径なトナーは静電潜像に忠実に現像できるため、細線などの細かい画像でも高品位に再現できる。球状トナーやポテト形状トナーなど形状が球形に近いトナーは、現像性、転写性が長期間安定するため、ハイライト画像のがさつきが少なく均質な画像が得られる。フルカラー画像形成時には色ずれやがさつき感の少ない二次色のハイライト画像が安定して再現できる。さらに、トナーの内部構造の制御も行えるため、離型剤の分散形態やトナーの粘弾性を最適化することによって、高速定着、低温度定着など、画像形成装置の省電力化も可能である。
【００７４】
さらに、トナーの湿式製法は、従来の混練粉砕トナー製造工程において多大なエネルギーを必要とする微粉砕工程や分級工程を無くすことができるので、トナー製造に必要なエネルギーの削減や、収率の改善など、低環境負荷にも効果が高い。
【００７５】
湿式製法のトナーはこのような優れた点を多く有しているが、先述のような問題も多く、従来長期間安定して高品位な画像を得ることは困難であった。しかしながら、本発明の構成を用いることで小粒径トナー、球状・ポテト形状の湿式製法トナーを使用しても、長期間安定して高品位な画像を得ることができる。なお、小粒径トナーや球形トナー、ポテト形状トナーの製造法としては、特に乳化重合凝集法が好ましいが、これに限らず、湿式製法によって好適に製造することができる。
【００７６】
本発明の実施の形態において使用されるトナーは、結着樹脂と、カーボンブラック等の着色剤とを含む。必要に応じて、ワックスなどの離型剤、内部添加剤として適当な粘弾性を付与する無機粉や樹脂粉などを一つ以上含んで構成してもよい。また、トナーの粉砕性や熱保存性を満足するために石油系樹脂を含んでもよい。石油系樹脂とは石油類のスチームクラッキングによりエチレン、プロピレンなどを製造するエチレンプラントから副生する分解油留分に含まれるジオレフィンおよびモノオレフィンを原料として合成されたものである。
【００７７】
更に、トナーの長期保存性、流動性、現像性、転写性をより向上させる為に、本発明の実施の形態において使用されるトナーは、そのトナー表面に無機粉、樹脂粉を単独又は併用して添加してもよい。無機粉としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛等、公知の無機化合物を特に限定することなく使用することができ、これらは、単独ではもちろん、２種以上を混合して用いることもできる。具体的なシリカの微粒子としては、無水シリカのほか、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、などを含有するものであってもよいが、好ましくは屈折率が１．５以下となるような組成のものである。また、種々の方法を用いて表面処理されたものでもよい。たとえば、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、シリコーンオイル、などにより表面処理されたものも好ましく用いることができる。樹脂粉としてはＰＭＭＡ、ナイロン、メラミン、ベンゾグアナミン、フッ素系等の球状粒子、そして、塩化ビニリデン、脂肪酸金属塩等の不定形粉末が挙げられる。表面に添加する場合それぞれの添加量は、トナー重量に対して０．１〜５重量％、より好ましくは０．５〜３重量％の配合量になるように添加されることが好ましい。本発明に用いるトナーは、トナー粒子及び上記外添剤をヘンシェルミキサーあるいはＶブレンダ等で混合することによって製造することができる。また、トナー粒子を湿式製法にて製造する場合は、湿式にて外添することも可能である。
【００７８】
本発明の実施の形態において使用されるトナーに用いられる結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニル等のビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン、等の単独重合体あるいは共重合体を例示することができ、特に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレンを挙げることができる。更に、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン類を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００７９】
本発明の実施の形態において使用されるトナーに用いられるワックスとして次のようなものが好適である。すなわち、パラフィンワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、等である。誘導体とは酸化物、ビニルモノマーとの重合体、グラフト変性物を含む。この他に、アルコール、脂肪酸、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、エステルワックス、酸アミド等も利用できるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００８０】
また、トナー粒子の着色剤としては、カーボンブラック、ニグロシン、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、フタロシアニンブルー、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・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3などを代表的なものとして例示することができる。
【００８１】
本発明の実施の形態において使用されるトナーは、上述のようにして製造されたものであれば特に限定されないが、好ましくは形状係数ＳＦ１が１００〜１４０、より好ましくは１１０〜１４０であり、体積平均粒子径が３〜７μｍである。
【００８２】
本明細書において、トナーの形状係数ＳＦ１は下記の式で計算された値を意味する。
【００８３】
ＳＦ１＝（ＭＬ２／Ａ）×（π／４）×１００
ここで、ＭＬ：トナー粒子の絶対最大長、Ａ：トナー粒子の投影面積、π：円周率であり、真球の場合、ＳＦ１＝１００で最小となる。
【００８４】
このような小粒径であり、比較的球形に近い、精度よく調製されたトナーを使用することにより、フルカラー画像などの高品位、高画質が要求される画像形成装置においても、好適に使用することが可能となる。
【００８５】
一方、本発明の実施の形態において用いられるキャリアは、公知キャリア、鉄粉、フェライト、ガラスビーズ、磁性体の微粉末を分散した樹脂粒子、樹脂を表面にコートした磁性粉、などどのようなものでも良い。より好ましくは、帯電の制御や電気抵抗の制御のために磁性粉コアに樹脂をコートしたキャリアが選ばれる。
【００８６】
樹脂コートキャリアのコート樹脂としては、トナー構成物質によるコート膜表面の汚染やトナー自体の付着を抑制し、機械的強度に優れ摩耗や破損に強い樹脂が良い。具体的にはポリオレフィン系樹脂、ポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレンアクリル共重合体、オルガノシロキサン結合を有するシリコーン樹脂およびその変性体、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル酸などが挙げられる。特に好適なものとしては、ポリスチレン樹脂、アクリル酸樹脂、スチレンアクリル共重合体が挙げられる。
【００８７】
キャリアの重量に対するコート樹脂重量の割合としては、好ましくは０．５重量％〜５重量％の範囲が、より好ましくは１．５重量％〜３．５重量％が挙げられる。０．５重量％より少なすぎるとキャリア芯材の露出が多く、コートキャリアとしての特性が発揮されないおそれがある。一方、５重量％より多すぎると、キャリア製造時に製造設備への付着やキャリア同士が合一した凝集体の発生が多くなり、製造性が低下するばかりが、キャリアの粉体としての流動性が低下してトナーとの混ざりが不十分となり、不均一な現像剤になりやすくなるなどの懸念がある。
【００８８】
さらに、コート層中には、必要に応じて帯電制御や、電気抵抗制御の目的で種々の添加剤を適用することができる。
【００８９】
キャリア粒子の帯電制御のために、必要に応じて、帯電制御剤、例えば、ニグロシン染料、ベンゾイミダゾール系化合物、四級アンモニウム塩化合物、アルコキシ化アミン、アルキルアミド、モリブデン酸キレート顔料、トリフェニルメタン系化合物、サリチル酸金属塩錯体、アゾ系クロム錯体、銅フタロシアニンなど、公知のいかなるものを添加してもかまわない。キャリア粒子の帯電制御剤として特に好ましくは、四級アンモニウム塩化合物、アルコキシ化アミン、アルキルアミドが挙げられる。
【００９０】
またキャリア粒子の電気抵抗制御のために、必要に応じて、公知の導電粉、金属微粒子、酸化金属微粒子、カーボンブラック、カーボン繊維、金属化合物微粒子など、任意に選択して添加することができる。このうち、特にカーボンブラックが好ましい。好ましい添加量は、キャリア芯材を１００重量部としたときに、０．０５〜２０重量部であり、より好ましくは、０．１〜５重量部である。この範囲であれば、電気抵抗の制御とキャリアコート膜の強度が両立できるため、好適である。
【００９１】
また、本発明の実施の形態において、キャリアは、さらに公知の微粒子、例えばアクリル樹脂微粒子、尿素樹脂微粒子、メラミン樹脂微粒子、ナイロン樹脂微粒子、フッ素樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子などの樹脂微粒子や、シリカ微粒子、チタニア微粒子、アルミナ微粒子などの酸化金属微粒子などを任意に添加することができる。これら微粒子を添加することでコート膜中の添加剤の分散状態を制御したり、キャリアの帯電特性や電気抵抗特性を改善したりすることができる。
【００９２】
本発明の実施の形態において使用するキャリアの製造装置は公知のいかなる形式のものでもかまわない。例として流動床、スプレードライ、高速回転ミキサ、プラネタリコーティング装置、ニーダーコーティング装置などが挙げられるが、特に好ましい製造装置としてはニーダーコーティング装置が挙げられる。
【００９３】
また、現像剤の帯電や電気抵抗の安定化のため、補給カートリッジに補給トナーだけでなく、キャリアも収容し、現像装置へ新しいトナーと新しいキャリアを同時に供給する、という提案も多くなされているが、本発明においてもこの手法は有効であり、本発明の効果を減ずるものではない。本発明の構成において、さらに補給カートリッジにキャリアを収容することで、本発明の効果はそのまま得られ、さらに現像剤の帯電特性や電気抵抗特性が長期間安定するという効果も得ることができる。補給カートリッジへのキャリアの収容量は目的に応じて任意に設定することができる。
【００９４】
また、本実施の形態として、表１のパラメータテーブルまたはそれに相当する、適当なプログラムや関数データは、例えば交換して使用する可能性のあるキャリアの特性や収容量に応じて、あらかじめ複数のものを用意しておいてもよく、またキャリア交換の都度、適宜追加または変更してもよい。また、補給カートリッジに予め用意しておくことも好適である。
【００９５】
本発明の実施の形態において使用される補給トナーの特性情報を記録する特性記録媒体は、ＩＣチップ、各種バーコード、磁気テープ、光磁気記録媒体など、公知のいかなる情報記録媒体でもかまわない。特に好ましくは、トナーやキャリアの汚れが付着しても情報の呼び出しが安定しているＩＣチップを用いた情報記録媒体があげられる。情報記録媒体の補給カートリッジへの設置方法は任意に選択することができる。
【００９６】
また、そのほかの情報記録媒体としては、トナー特性情報やトナー特性情報に対応するパラメータテーブルの番地を表示したシールやラベルを補給カートリッジに貼り付けたり、トナー特性情報やトナー特性情報に対応するパラメータテーブルの番地を表示したデータシートや説明書を補給カートリッジの包装箱や包装袋の中に同梱したりする方法も挙げられる。これらの方法を用いる場合は、補給カートリッジ交換時に使用者がトナー特性情報やトナー特性情報に対応するパラメータテーブルの番地を読み、画像形成装置に入力することでＩＣチップなどの情報記録媒体を使用した場合と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
また、本実施の形態において好適に使用される補給トナーの特性情報には、帯電性、含水率、嵩密度、流動性、粒子径、形状、粒度分布などさまざまなものを含んでよいが、測定の簡便性とトナーの排出性への寄与の大きさより、特に好ましくは、少なくともトナーの体積平均粒子径とトナーの形状係数を含むものである。
【００９８】
本発明の実施の形態において用いられる補給カートリッジは、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリスチレン−アクリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリロニトリル樹脂、ＰＥＴ樹脂など、公知のいかなるものを用いてもかまわない。強度、加工性、安定性等の観点で、より好ましくはポリスチレン、アクリル樹脂、ポリスチレン−アクリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられる。また、公知の金属材料や紙、不織布などの構造材料を用いてもかまわない。
【００９９】
補給カートリッジの形状は、円筒形、柱状、箱形、ボトル型、あるいはこれらの形状の複合形や、その他の形状など、いかなる形状であってもかまわない。画像形成装置の内部のレイアウトや交換・装着性、補給トナーの投入性などの観点から任意に選択することができる。画像形成装置内部での補給カートリッジの配置は、縦置き、横置きなど、画像形成装置の内部のレイアウトや交換・装着性、補給トナーの投入性などの観点から任意に選択することができる。画像形成装置の小型化に伴うレイアウトの高集積のため、補給カートリッジの形状は円筒形や柱状や円筒形と箱形の複合形が、画像形成装置内部での補給カートリッジの配置は横置きが適しているが、本発明はこのような構成の場合に特に高い効果が期待できる。
【０１００】
このような横置きの補給カートリッジでは、重力によるトナー排出効果が小さいため、オーガーやアジテータなどの排出機構を有していることが多い。また、トナーを横方向に移動させてやる必要があるため、トナーの排出にはオーガーやアジテータの寄与が大きい。一方、トナーの粉体流動性は、トナーの体積平均粒子径や、形状係数ＳＦ１に依存が大きい。そのため、同じようにオーガーやアジテータを動作させてもトナーの特性によってはトナーの排出量が大きく異なりやすいという問題があった。本発明を用いることで大きな改善効果が得られる。
【０１０１】
前述した本発明の実施の形態と同様にして、使用中の補給カートリッジ内のトナー収容量を精密に推測することも可能である。このような本発明の他の実施の形態について、以下、詳説する。
【０１０２】
本発明の実施の形態の交換ユニットは、現像装置へ補給するトナー残量を検知する検知手段と、前記検知手段で検知したトナー残量に基づいて新たな交換ユニットの装着を要求する機構と、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、を備え、前記補給用トナーを内部に収容した交換ユニットであって、前記検知手段により検知するトナー残量は、前記特性情報に基づいて補正される。
【０１０３】
特性記録媒体には、トナーの体積平均粒子径やトナーの形状係数などを含む、トナー特性を含む情報が記録されている。画像形成装置に、補給用トナーを収容した交換ユニットを装着したときに、画像形成装置本体が特性記録媒体に記録されたトナーの特性値を認識し、これを元に交換ユニット内部のトナー残量を補正し、所望のタイミングで新たな交換ユニットの装着を要求する。
【０１０４】
また、本発明の他の実施の形態の画像形成装置は、静電潜像担持体上に形成した静電潜像を可視化する現像手段と、可視化された像を記録体に転写する転写手段と、転写された像を定着させる定着手段と、を備える画像形成装置であって、現像手段へ補給する補給用トナーが収容された交換ユニットと、補給用トナーの残量を検知する検知手段と、残量に基づいて新たな交換ユニットの装着を要求する要求手段と、補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体と、検知手段により検知するトナー残量を、特性情報に基づいて補正する補正手段と、をさらに備える。
【０１０５】
すなわち、補給用トナーを収容した、いわゆる交換ユニットを画像形成装置に装着すると、画像形成装置、好ましくは交換ユニットまたはその近傍に配置された別個単独の特性記録媒体から、画像形成装置本体にトナーの特性情報が渡される。特性記録媒体には、トナーの体積平均粒子径やトナーの形状係数などを含む、トナー特性を含む情報が記録されており、特性記録媒体からトナーの特性情報を受け取った画像形成装置は、使用中の交換ユニット内に収容されている補給トナーの残量として検知された値を、その特性情報に基づいて補正する。このトナー特性情報に基づく補正を実施することで、小粒径のトナーや球状・ポテト形状のトナーを使用した場合でも使用中の交換ユニット内に収容されている補給トナー残量の推測がより正確に行えるため、交換時の交換ユニット内に残留する補給トナー量を最小にして資源を有効活用することができ、適切な時期に補給カートリッジ交換の要求を出すことが可能になる。このため、使用者の負荷を軽減し、また高品位な画像を長期間安定して得ることが可能になる。
【０１０６】
補給用トナーの特性情報として、トナーの体積平均粒子径と、形状係数ＳＦ１の値を採用した場合について、以下、例を挙げて説明する。
【０１０７】
交換ユニットには、収容された補給トナーの特性情報、ここではトナーの体積平均粒子径と、形状係数ＳＦ１の値が記録された特性記録媒体を備えている。また、あらかじめ、例えば表１に示すようなパラメータテーブルが、画像形成装置、好ましくは現像装置を含む画像形成装置本体、に記録されている。画像形成装置に交換ユニットが装着されると、特性記録媒体内の情報が送信または読み取られ、（場合によっては、操作者の入力により、）交換ユニットに収容されているトナーの体積平均粒子径と、形状係数ＳＦ１の値が確認される。
【０１０８】
交換ユニットに収容されたトナーの特性情報が確認されると、表１に示すパラメータテーブルに従って、交換ユニットから排出されたとして検知されたトナー排出量に対し、適宜補正を行う。例えば、体積平均粒子径が５．１μｍ、形状係数が１２１であるトナーが収容された交換ユニットを設置すると、画像形成装置は、表１に従い、センサにより検知されたトナー排出量に対し、パラメータ２３に相当する補正係数を用いて補正を行うようにする。このため、交換ユニット内からのトナー排出量をより正確に制御することが可能となる。このため、交換ユニット内の補給トナー残量をより正確な情報として得ることが可能となり、より適切なタイミングで交換時期を通知することが可能となる。
【０１０９】
なお、本実施の形態においては、表１に示したように、形状係数ＳＦ１を１００から１４０までを９段階、体積平均粒子径を３μｍから７μｍまでを１μｍ間隔で５段階、計４５段階のパラメータテーブルを作成したが、これはあくまでも例示であり、要求される精度により適宜その間隔を広く取ったり、狭く取ったりしてもよいことはいうまでもない。
【０１１０】
また表１のパラメータテーブルに替えて、適当なプログラムや関数データを組み入れたり、また湿度や嵩比重など、環境センサや他の部材により得られた、他の情報を組み入れて使用したりすることも、より精度が上がり好適であるが、特にこれらには限定されず、いかなるものを用いてもよい。
【０１１１】
さらに、本発明の他の実施の形態における画像形成方法について、図面に基づいて説明する。
【０１１２】
図３は、本発明の他の実施の形態における画像形成方法の概略を示すフロー図である。
新しい交換ユニットを装着すると、Ｓ３００において、図２の例と同様にしてトナー排出補正値を設定する。次に、Ｓ３０２において、交換ユニットのデータタグから交換ユニットに内蔵されているトナーの量のデータを読み取り、情報テーブルに登録し、Ｓ３０４に進む。Ｓ３０４では、トナーの排出動作を行なったか否かが判定される。トナーの排出動作を行っていない場合には、再びＳ３０４に進む一方、トナー排出動作を行った場合には、Ｓ３０６に進む。
【０１１３】
Ｓ３０６では、トナー排出動作を行ったときに画像形成装置のトナー排出動作量とトナー排出補正値を用いて、実際に交換ユニットから排出されたトナー量を算出してＳ３０８に進む。Ｓ３０８では、Ｓ３０６で算出されたトナー排出量の分だけ情報テーブルに登録されているトナー残量の値から減じた値を新たなトナー残量として情報テーブルに書き込み、Ｓ３１０に進む。
【０１１４】
Ｓ３１０では、Ｓ３０８で新たに書き込まれたトナー残量と、予め設定しておいた「規定値１」とを比較する。Ｓ３０８で新たに書き込まれたトナー残量が「規定値１」をまだ下回っていなければ、再びＳ３００から上述の動作が行なわれる。一方、Ｓ３０８で新たに書き込まれたトナー残量が「規定値１」を下回ったら、Ｓ３１２に進み、使用者に対して「新しい交換ユニットの準備」を表示し、交換ユニットの交換を指示する。ここで交換ユニットが交換されないまま画像形成装置の運転が継続されると、さらにＳ３１６へと進み、トナー残量が予め設定しておいた「規定値２」を下回ったら、Ｓ３１８において、使用者に「新しい交換ユニッのト交換」を指示した状態で停止し、Ｓ３２０に進む。このため、トナー交換ユニットが交換されない限り、画像形成装置は停止したままの状態となる。
【０１１５】
一度使用した使用途中品の交換ユニットを使用する場合には、例えば、交換ユニットの重さを測定して、交換ユニットに入っているトナー残量を、その測定重量と、空の交換ユニットの重さとの差を直接画像形成装置に手入力してもよく、コンピュータを接続して入力してもよいが、画像形成装置にこのような情報を与えることで、新しい交換ユニットを使用しているときと同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
もし、本実施の形態として例示したようなトナー排出補正を使用せずにトナー残量の検知精度が低い状態であると、まだ交換ユニット内に多量のトナーが残留しているのにもかかわらず画像形成装置が停止してしまいトナーの有効利用が十分に行なえなかったり、もう交換ユニット内にトナーが無いにもかかわらずトナーがまだあると画像形成装置が誤認識してしまい、現像装置内のトナー量や現像剤中のトナー濃度が極端に低下して、画像濃度が十分に出なかったりする。これにより、２成分現像剤においてはキャリアが飛散して画像形成装置内部を汚染したり、一方１成分現像剤においては現像装置のトナー搬送ロールが、トナー量が少ないために層規制部材と擦れて傷ついてしまったり、トナーが融着してしまったりするおそれがある。一方、本実施の形態として例示したようなトナー排出補正を使用した場合には、上述のようなさまざまな不具合を解消することが可能である。
【０１１７】
本発明の上述した実施の形態において好適に使用される現像剤は、トナーのみからなる一成分現像剤でもよく、またトナーとキャリアとを含む二成分現像剤でもよい。また、トナーは、磁性トナーでも良く、非磁性トナーでも良いが、製造の容易性の観点から、好ましくは非磁性トナーである。
【０１１８】
本発明の実施の形態に使用されるトナーにおいて、製造方法は公知のいかなる方法でも良く、例えば混練粉砕法、縣濁重合法、乳化重合凝集法、液中乾燥法、分散重合法などの公知の製造法が挙げられるが、これに限定されるものではない。また必要に応じて、球形化工程や分級工程などを好適に追加することもできる。
【０１１９】
近年出力画像の高品質化、画像形成装置の省電力化、トナー製造工程の環境負荷改善などの要求が高まり、これらに応えるためにトナーの小粒径化技術、トナーの形状制御技術が発展してきている。このため、上記トナーの製造法の中でも、特に縣濁重合法、乳化重合凝集法、液中乾燥法、分散重合法などのような湿式製法を用いて製造されたトナーはこれらの要求に合致するため、急速にトナーの湿式製造技術開発や湿式製法トナーの商品化が進んでいる。
【０１２０】
湿式製法トナーは、一般にトナーの小粒径化、粒度分布の改善、形状の制御が行えるため、目的に適したトナーを得ることができる。特に高画質化に好適である。すなわち、小粒径なトナーは静電潜像に忠実に現像できるため、細線などの細かい画像でも高品位に再現できる。球状トナーやポテト形状トナーなど形状が球形に近いトナーは、現像性、転写性が長期間安定するため、ハイライト画像のがさつきが少なく均質な画像が得られる。フルカラー画像形成時には色ずれやがさつき感の少ない二次色のハイライト画像が安定して再現できる。さらに、トナーの内部構造の制御も行えるため、離型剤の分散形態やトナーの粘弾性を最適化することによって、高速定着、低温度定着など、画像形成装置の省電力化も可能である。
【０１２１】
さらに、トナーの湿式製法は、従来の混練粉砕トナー製造工程において多大なエネルギーを必要とする微粉砕工程や分級工程を無くすことができるので、トナー製造に必要なエネルギーの削減や、収率の改善など、低環境負荷にも効果が高い。
【０１２２】
上述したような構成を用いることで小粒径トナー、球状・ポテト形状の湿式製法トナーを使用しても、補給トナーの効率的な使用や、廃棄するトナー量の低減、交換ユニットの再利用処理の効率化など多くの効果が得られる。なお、小粒径トナーや球状トナー、ポテト形状トナーの製造法としては、特に乳化重合凝集法が好ましいが、これに限らず、湿式製法によって好適に製造することができる。
【０１２３】
本発明の実施の形態において使用されるトナーは、結着樹脂と、カーボンブラック等の着色剤とを含む。必要に応じて、ワックスなどの離型剤、内部添加剤として適当な粘弾性を付与する無機粉や樹脂粉などを一つ以上含んで構成してもよい。また、トナーの粉砕性や熱保存性を満足するために石油系樹脂を含んでもよい。石油系樹脂とは石油類のスチームクラッキングによりエチレン、プロピレンなどを製造するエチレンプラントから副生する分解油留分に含まれるジオレフィンおよびモノオレフィンを原料として合成されたものである。
【０１２４】
更に、トナーの長期保存性、流動性、現像性、転写性をより向上させる為に、本発明の実施の形態において使用されるトナーは、そのトナー表面に無機粉、樹脂粉を単独又は併用して添加してもよい。無機粉としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛等、公知の無機化合物を特に限定することなく使用することができ、これらは、単独ではもちろん、２種以上を混合して用いることもできる。具体的なシリカの微粒子としては、無水シリカのほか、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、などを含有するものであってもよいが、好ましくは屈折率が１．５以下となるような組成のものである。また、種々の方法を用いて表面処理されたものでもよい。たとえば、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、シリコーンオイル、などにより表面処理されたものも好ましく用いることができる。樹脂粉としてはＰＭＭＡ、ナイロン、メラミン、ベンゾグアナミン、フッ素系等の球状粒子、そして、塩化ビニリデン、脂肪酸金属塩等の不定形粉末が挙げられる。表面に添加する場合それぞれの添加量は、トナー重量に対して０．１〜５重量％、より好ましくは０．５〜３重量％の配合量になるように添加されることが好ましい。本発明に用いるトナーは、トナー粒子及び上記外添剤をヘンシェルミキサーあるいはＶブレンダ等で混合することによって製造することができる。また、トナー粒子を湿式製法にて製造する場合は、湿式にて外添することも可能である。
【０１２５】
本発明の実施の形態において使用されるトナーに用いられる結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸ビニル等のビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン、等の単独重合体あるいは共重合体を例示することができ、特に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレンを挙げることができる。更に、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン類を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【０１２６】
本発明の実施の形態において使用されるトナーに用いられるワックスとして次のようなものが好適である。すなわち、パラフィンワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、等である。誘導体とは酸化物、ビニルモノマーとの重合体、グラフト変性物を含む。この他に、アルコール、脂肪酸、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、エステルワックス、酸アミド等も利用できるが、特にこれらに限定されるものではない。
【０１２７】
また、トナー粒子の着色剤としては、カーボンブラック、ニグロシン、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、フタロシアニンブルー、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・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3などを代表的なものとして例示することができる。
【０１２８】
本発明の実施の形態において使用されるトナーは、上述のようにして製造されたものであれば特に限定されないが、好ましくは形状係数ＳＦ１が１００〜１４０、より好ましくは１１０〜１４０であり、体積平均粒子径が３〜７μｍである。
【０１２９】
このような小粒径であり、比較的球形に近い、精度よく調製されたトナーを使用することにより、フルカラー画像などの高品位、高画質が要求される画像形成装置においても、好適に使用することが可能となる。
【０１３０】
一方、本発明の実施の形態において、使用するトナーとの組み合わせにより、必要に応じて用いられるキャリアは、公知キャリア、鉄粉、フェライト、ガラスビーズ、磁性体の微粉末を分散した樹脂粒子、樹脂を表面にコートした磁性粉、などどのようなものでも良い。より好ましくは、帯電の制御や電気抵抗の制御のために磁性粉コアに樹脂をコートしたキャリアが選ばれる。
【０１３１】
樹脂コートキャリアのコート樹脂としては、トナー構成物質によるコート膜表面の汚染やトナー自体の付着を抑制し、機械的強度に優れ摩耗や破損に強い樹脂が良い。具体的にはポリオレフィン系樹脂、ポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレンアクリル共重合体、オルガノシロキサン結合を有するシリコーン樹脂およびその変性体、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、メタクリル酸などが挙げられる。特に好適なものとしては、ポリスチレン樹脂、アクリル酸樹脂、スチレンアクリル共重合体が挙げられる。
【０１３２】
キャリアの重量に対するコート樹脂重量の割合としては、好ましくは０．５重量％〜５重量％の範囲が、より好ましくは１．５重量％〜３．５重量％が挙げられる。０．５重量％より少なすぎるとキャリア芯材の露出が多く、コートキャリアとしての特性が発揮されないおそれがある。一方、５重量％より多すぎると、キャリア製造時に製造設備への付着やキャリア同士が合一した凝集体の発生が多くなり、製造性が低下するばかりが、キャリアの粉体としての流動性が低下してトナーとの混ざりが不十分となり、不均一な現像剤になりやすくなるなどの懸念がある。
【０１３３】
さらに、コート層中には、必要に応じて帯電制御や、電気抵抗制御の目的で種々の添加剤を適用することができる。
【０１３４】
キャリア粒子の帯電制御のために、必要に応じて、帯電制御剤、例えば、ニグロシン染料、ベンゾイミダゾール系化合物、四級アンモニウム塩化合物、アルコキシ化アミン、アルキルアミド、モリブデン酸キレート顔料、トリフェニルメタン系化合物、サリチル酸金属塩錯体、アゾ系クロム錯体、銅フタロシアニンなど、公知のいかなるものを添加してもかまわない。キャリア粒子の帯電制御剤として特に好ましくは、四級アンモニウム塩化合物、アルコキシ化アミン、アルキルアミドが挙げられる。
【０１３５】
またキャリア粒子の電気抵抗制御のために、必要に応じて、公知の導電粉、金属微粒子、酸化金属微粒子、カーボンブラック、カーボン繊維、金属化合物微粒子など、任意に選択して添加することができる。このうち、特にカーボンブラックが好ましい。好ましい添加量はキャリア芯材を１００重量部としたときに、０．０５〜２０重量部である。この範囲であれば電気抵抗の制御とキャリアコート膜の強度が両立でき好ましい。より好ましい範囲としては０．１〜５重量部である。
【０１３６】
また、本発明の実施の形態において、キャリアは、さらに公知の微粒子、例えばアクリル樹脂微粒子、尿素樹脂微粒子、メラミン樹脂微粒子、ナイロン樹脂微粒子、フッ素樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子などの樹脂微粒子や、シリカ微粒子、チタニア微粒子、アルミナ微粒子などの酸化金属微粒子などを任意に添加することができる。これら微粒子を添加することでコート膜中の添加剤の分散状態を制御したり、キャリアの帯電特性や電気抵抗特性を改善したりすることができる。
【０１３７】
本発明の実施の形態において、キャリアに使用される製造装置は公知のいかなる形式のものでもかまわない。例として流動床、スプレードライ、高速回転ミキサ、プラネタリコーティング装置、ニーダーコーティング装置などが挙げられるが、特に好ましい製造装置としてはニーダーコーティング装置が挙げられる。
【０１３８】
また、現像剤の帯電や電気抵抗の安定化のため、交換ユニットに補給トナーだけでなく、キャリアも収容し、現像装置へ新しいトナーと新しいキャリアを同時に供給する、という提案も多くなされているが、本発明においてもこの手法は有効であり、本発明の効果を減ずるものではない。本発明の構成において、さらに交換ユニットにキャリアを収容することで、本発明の効果はそのまま得られ、さらに現像剤の帯電特性や電気抵抗特性が長期間安定するという効果も得ることができる。交換ユニットへのキャリアの収容量は目的に応じて任意に設定することができる。
【０１３９】
また、本実施の形態として、表１のパラメータテーブルまたはそれに相当する、適当なプログラムや関数データは、例えば交換して使用する可能性のあるキャリアの特性や収容量に応じて、あらかじめ複数のものを用意しておいてもよく、またキャリア交換の都度、適宜追加または変更してもよい。また、交換ユニットに予め用意しておくことも好適である。
【０１４０】
本発明の実施の形態において使用される補給用トナーの特性情報を記録する特性記録媒体は、ＩＣチップ、各種バーコード、磁気テープ、光磁気記録媒体など、公知のいかなる情報記録媒体でもかまわない。特に好ましくは、トナーやキャリアの汚れが付着しても情報の呼び出しが安定しているＩＣチップを用いた情報記録媒体があげられる。情報記録媒体の交換ユニットへの設置方法は任意に選択することができる。
【０１４１】
本発明の実施の形態において用いられる交換ユニットは、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリスチレン−アクリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリロニトリル樹脂、ＰＥＴ樹脂など、公知のいかなるものを用いてもかまわない。強度、加工性、安定性等の観点で、より好ましくはポリスチレン、アクリル樹脂、ポリスチレン−アクリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられる。また、公知の金属材料や紙、不織布などの構造材料を用いてもかまわない。
【０１４２】
交換ユニットの形状は、円筒形、柱状、箱形、ボトル型、あるいはこれらの形状の複合形や、その他の形状など、いかなる形状であってもかまわない。画像形成装置の内部のレイアウトや交換・装着性、補給トナーの投入性などの観点から任意に選択することができる。画像形成装置内部での交換ユニットの配置は、縦置き、横置きなど、画像形成装置の内部のレイアウトや交換・装着性、補給トナーの投入性などの観点から任意に選択することができる。画像形成装置の小型化に伴うレイアウトの高集積のため、交換ユニットの形状は円筒形や柱状や円筒形と箱形の複合形が、画像形成装置内部での交換ユニットの配置は横置きが適しているが、本発明はこのような構成の場合に特に高い効果が期待できる。
【０１４３】
なお、本実施の形態において、交換ユニットは、補給用トナーを内部に収容した補給用カートリッジと同様の形態のものが一般的であるが、交換ユニットの内部に、例えば、感光体ドラムや現像スリーブなどをさらに収容しても良く、いわゆるＣＲＵ形態として、特に一成分現像剤を用いる画像形成装置において好適に使用されるものも含んでよい。
【実施例１】
【０１４４】
次に本発明の効果を実施例に基づいて説明する。実施例中の部とは特に断りのない限りすべて重量部を示す。なお、本実施例は本発明の実施の形態の一部を示すのみであり、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【０１４５】
（トナー粒径の測定方法）
本発明において、トナーの体積平均粒子径（Ｄｔ（μｍ））とは、トナーを分散安定剤水溶液に分散しコールター・マルチサイザＩＩ（ベックマン−コールター株式会社製）で測定した値をいう。なお、測定は次のように行った。
【０１４６】
前処理：分散助剤を少量含むイオン交換水１０ｍＬにトナーを適量投入し、超音波分散を行ってトナーを水中に分散し、測定サンプルとした。
【０１４７】
測定：１００μｍのアパチャーをコールター・マルチサイザＩＩにセットし、電解液(アイソトンＩＩ：ベックマン−コールター株式会社製)に測定サンプルを滴下して、５０，０００個のトナーを測定し、体積平均径を計算してトナーの体積平均粒子径とした。
【０１４８】
(トナー形状係数の測定)
対象とするトナー画像を光学顕微鏡から画像解析装置（ＬＵＺＥＸＩＩＩ、ニレコ社製）に取り込み円相当径を測定して、最大長及び面積から、個々の粒子についてＳＦ１の値を求めた。
【０１４９】
（画像形成装置）
富士ゼロックス株式会社製の画像形成装置Ｄｏｃｕ  Ｃｅｎｔｒｅ  Ｃｏｌｏｒ  ４００ＣＰ改造機を使用した。この実験装置は、単色でも画像出力が可能なように改造をほどこしたものである。さらに、現像装置内の現像剤トナー濃度は現像装置に設置された透磁率センサを用いて検出し、補給カートリッジ内のトナー使用量はトナー補給回数をカウントして行なっている。この実験装置はトナー補給回数を元に理論値上の平均的なトナー使用量が一定量に達すると、「Pre Near Empty」サイン＝「次に使用する新しい補給カートリッジを準備してください」という意味の表示を使用者に示し、補給カートリッジを交換せずにそのまま使用し続けると、トナー補給回数を元に理論値上の平均的なトナー使用量が補給カートリッジと同じになると、画像形成装置が停止するという制御が働いている。さらに、単色でも画像出力が可能となるように改造を施した。さらに、補給カートリッジ装着部分と、トナー補給を制御する部分と、画像形成装置を稼働する制御コンピュータ部と、に改造を施し、後に述べる補給カートリッジに取り付けたメモリタグの位置に相対する場所に情報通信用のアンテナを配置し、制御コンピュータ部に接続した。また、制御コンピュータ部にはパーソナルコンピュータを接続し、内部の情報処理や画像形成装置の動作制御を任意に変更できるようにした。これを画像形成装置１とする。
【０１５０】
（補給カートリッジ）
富士ゼロックス株式会社製画像形成装置Docu Centre Color 400CPに使用される補給カートリッジの内部に収容されている消耗品を除去して洗浄し乾燥させた後、補給カートリッジの側面にタグメモリを取り付けたものを準備した。メモリタグはフレキシブル基盤にメモリチップと通信用アンテナ配線を配置し、表面には保護シールを、裏面には補給カートリッジへの取り付け用に粘着フィルムを配したものである。このメモリタグは、対応する情報書き込み装置や情報読みとり装置を用いることによって、メモリタグ内のメモリチップに任意に情報を書き込み・読みとりすることができるものである。
【０１５１】
（樹脂微粒子分散液（Ａ）の調製）
スチレン４００重量部、ｎ−ブチルアクリレート２５重量部、アクリル酸１０重量部、ドデカンチオール２５重量部を混合して溶解させたものを、非イオン性界面活性剤（ノニポール４００：三洋化成工業株式会社製）１０重量部及びアニオン性界面活性剤（ネオゲンＳＣ：第一工業製薬株式会社製）１０重量部をイオン交換水６００重量部に溶解させたフラスコ中で乳化重合させ、３０分間ゆっくり混合しながら、これに過硫酸アンモニウム５重量部を溶解したイオン交換水５０重量部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が７５℃になるまでオイルバスで加熱し、４時間そのまま乳化重合を継続した。その結果、体積平均粒子径が１３４ｎｍであり、ガラス転移温度Ｔｇ＝５３℃、重量平均分子量Ｍｗ＝１５，０００の乳化粒子が分散された樹脂微粒子分散液が得られた。この分散液の固形分濃度は４３％であった。
【０１５２】
（色剤分散液（Ｂ）の調製）
Ｃｙａｎ顔料Ｂ１５：３を６０重量部、ノニオン性界面活性剤（ノニポール４００：三洋化成工業株式会社製）５重量部、イオン交換水２４０重量部を混合溶解し、ホモジナイザー（ウルトラタラックスＴ５０：ＩＫＡ社製）を用いて３０分間攪拌し、その後、アルティマイザーにて分散処理して体積平均粒子径が２２５ｎｍである着色剤（Ｃｙａｎ顔料）粒子が分散された着色剤分散剤を調製した。
【０１５３】
（離型剤分散液（Ｃ）の調製）
パラフィンワックス（ＨＮＰ０１９０：日本精蝋株式会社製、融点８５℃）１００重量部、カチオン性界面活性剤（サニゾールＢ５０：花王株式会社製）５重量部、イオン交換水２４０重量部を、丸型ステンレス鋼製フラスコ中でホモジナイザー（ウルトラタラックスＴ５０：ＩＫＡ社製）を用いて３０分間分散させた後、さらに圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、平均粒径が５４０ｎｍである離型剤粒子が分散された離型剤分散液を調製した。
【０１５４】
（トナー１の作成）
樹脂微粒子分散液（Ａ）２５０部、着色剤分散液（Ｂ）２５部、離型剤分散液（Ｃ）４５部、ポリ水酸化アルミニウム（Ｐａｈｏ２Ｓ：浅田化学工業株式会社製）１．０部、イオン交換水８００部を、ステンレス鋼鉄製丸型フラスコ中でホモジナイザー（ウルトラタラックスＴ５０：ＩＫＡ社製）を用いて混合し、分散させた。微粒子の凝集のため、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら４２℃まで加熱し、３０分保持した後、更に加熱用オイルバスの温度を上げて５５℃で６０分間保持した。このスラリー中の粒子の大きさを測定したところ、体積平均粒子径Ｄ５０は５．１μｍとなった。その後、凝集体粒子の形状を制御するために、この凝集体粒子を含むスラリーに、１Ｎ水酸化ナトリウムを追加して、系のｐＨを７．３に調整した後ステンレス製フラスコを密閉し、磁気シールを用いて攪拌を継続しながら８５℃まで加熱し、４時間保持した。冷却後、このトナー母粒子を濾別し、イオン交換水で４回洗浄した後、凍結乾燥してトナー母粒子を得た。このトナー母粒子１００重量部にルチル型酸化チタン（粒径２０ｎｍ，ｎ−デシルトリメトキシシラン処理）１．２重量部、シリカ（粒径４０ｎｍ、シリコーンオイル処理、気相酸化法）２．５重量部加え、５Ｌヘンシェルミキサーで周速３０ｍ／ｓで１８分間ブレンドを行った後、目開き４５μｍのシーブを用いて粗大粒子を除去し、トナー１を得た。トナー１の体積平均粒子径は５．２μｍ、形状係数ＳＦ１は１２６であった。
【０１５５】
（トナー２の作成）
加熱条件、ｐＨ処理条件を変えた以外はトナー１と同様にしてトナー２を作成した。トナー２の体積平均粒子径は３．８μｍ、形状係数ＳＦ１は１１４であった。
【０１５６】
(トナー３の作成)
加熱条件、ｐＨ処理条件を変えた以外はトナー１と同様にしてトナー３を作成した。トナー３の体積平均粒子径は６．３μｍ、形状係数ＳＦ１は１１５であった。
【０１５７】
（トナー４の作成）
加熱条件、ｐＨ処理条件を変えた以外はトナー１と同様にしてトナー４を作成した。トナー４の体積平均粒子径は３．９μｍ、形状係数ＳＦ１は１３７であった。
【０１５８】
（トナー５の作成）
加熱条件、ｐＨ処理条件を変えた以外はトナー１と同様にしてトナー５を作成した。トナー５の体積平均粒子径は６．２μｍ、形状係数ＳＦ１は１３６であった。
【０１５９】
（トナー６の作成）
加熱条件、ｐＨ処理条件を変えた以外はトナー１と同様にしてトナー６を作成した。トナー６の体積平均粒子径は２．８μｍ、形状係数ＳＦ１は１２３であった。
【０１６０】
（トナー７の作成）
加熱条件、ｐＨ処理条件を変えた以外はトナー１と同様にしてトナー７を作成した。トナー７の体積平均粒子径は７．６μｍ、形状係数ＳＦ１は１２５であった。
【０１６１】
（トナー８の作成）
加熱条件、ｐＨ処理条件を変えた以外はトナー１と同様にしてトナー８を作成した。トナー８の体積平均粒子径は４．９μｍ、形状係数ＳＦ１は１０８であった。
【０１６２】
（トナー９の作成）
テレフタル酸、ビスフェノールＡ、グリセリンから得られた線状ポリエステル（数平均分子量Ｍｎ＝３，３００、重量平均分子量Ｍｗ＝１１，０００）９３部、マゼンダ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド５７）３部、パラフィンワックス４部を予備混合した後、エクストリューダで混練し、得られたスラブを圧延、冷却、破砕後、ジェットミルで粉砕した。さらに、風力式分級機で分級した粗粉および微粉を除去し、トナー母粒子を得た。このトナー母粒子１００重量部にルチル型酸化チタン（粒径２０ｎｍ、ｎ−デシルトリメトキシシラン処理）１．２重量部、シリカ（粒径４０ｎｍ、シリコーンオイル処理、気相酸化法）２．５重量部加え、５Ｌヘンシェルミキサーで周速３０ｍ／ｓで１８分間ブレンドを行った後、４５μｍの目開きのシーブを用いて粗大粒子を除去し、トナー９を得た。トナー９の体積平均粒子径は５．９μｍ、形状係数ＳＦ１は１４３であった。
【０１６３】
［現像剤トナー濃度センサ検出値の補正（第１の補正）］
トナー１〜９と、富士ゼロックス社製画像形成装置Docu Centre Color 400CP用として使用しているキャリア(以後、単にキャリアと呼ぶ)とを、それぞれＶブレンダを使用して混合し、現像剤１〜９を作成した。それぞれのトナーとキャリアは、いずれも１０重量部対１００重量部の比率で混合した。
【０１６４】
現像剤１〜９をそれぞれ富士ゼロックス社製画像形成装置Docu Centre Color 400CPの現像装置に入れて、それぞれ現像装置１〜９とした。この現像装置１〜９を画像形成装置に設置し、濃度センサにより得られた現像剤中のトナー濃度検出値を読み取った。
【０１６５】
図４に示したグラフは、体積平均粒子径５μｍ、形状係数ＳＦ１＝１２５のトナーを使用した現像剤を基準として校正する透磁率センサを用いて実験した、実際の現像剤中のトナー濃度変化に対する、透磁率センサの出力値より検出されたトナー濃度の変化の様子を模式的に示したものである。この模式図においてはトナーの体積平均粒子径の種類によらず、トナーの形状係数ＳＦ１は同じものを使用している。本実施例における濃度センサは、この透磁率センサの原理を応用したものである。
【０１６６】
図４において、実線で示したトナー粒子を基準とすると、これよりも体積平均粒子径の小さいトナー粒子では、点線で示したように、実際の現像剤中のトナー濃度が同じであっても、透磁率センサ出力値から求めたトナー濃度は低く検出されてしまう。一方、より体積平均粒子径の大きなトナー粒子では、破線で示したように、実際の現像剤中のトナー濃度が同じであっても、透磁率センサ出力値から求めたトナー濃度は高く検出されてしまう。なお、体積平均粒子径が同じであり、形状係数ＳＦ１が異なるトナーの場合においても、これと同じような現象が発生する。特に、体積平均粒子径や形状係数などのトナー特性の差異によって生じてしまうこのような誤差を、現像剤１を使用したときの検出値を基準として補正すべく、現像剤中のトナー濃度の検出補正値を算出し、これを第１の補正とした。
【０１６７】
［補給カートリッジからのトナー排出量の補正（第２の補正）］
次に、トナー１〜９を、メモリタグを設置した補給カートリッジにそれぞれ３００ｇ投入した。これらをそれぞれ補給カートリッジ１〜９とする。それぞれの補給カートリッジに設置されたメモリタグには、対応する補給カートリッジ内のトナーの体積平均粒子径と形状係数のデータを書き込んだ。
【０１６８】
補給カートリッジ１〜９を画像形成装置１に設置し、同一の時間トナー補給動作を実行したときに、実際にそれぞれの補給カートリッジから排出されるトナーの量を測定した。このとき、補給カートリッジ１から排出されるトナーの量を基準として、補給カートリッジ２〜５を画像形成装置１に設置したときのトナー排出量を基に、補給カートリッジからのトナー排出量補正値を算出した。得られた補給カートリッジからのトナー排出量補正値は、表１のようにパラメータテーブルとしてまとめることもでき、この補正値に基づく補正を第２の補正とした。
【０１６９】
また、算出された第１の補正を画像形成装置１に組み込んだものを画像形成装置１−１とし、算出された第２の補正の値を画像形成装置１に組み込んだものを画像形成装置１−２とする。さらに、算出された第１の補正と第２の補正の両方を画像形成装置１に組み込んだものを画像形成装置１−３とする。
【０１７０】
［実施例１］第１の補正を施した画像形成装置による画像出力
算出された第１の補正値を画像形成装置１に組み込んだ、画像形成装置１−１を使用し、補給カートリッジ１〜９それぞれを用いて画像出力を行った。各補給カートリッジにつき１０，０００枚ずつ画像出力を行い、１０，０００枚出力完了後、補給カートリッジを交換した。補給カートリッジの交換は、１→２→３→４→５→７→６→８→９の順に行なった。評価は、（１）べた画像中の濃度安定性/白ヌケの有無、（２）白紙背景部のカブリの有無、（３）細線の再現性（細線性）、を目視により判定し、（４）総合評価と合わせ、結果を表２にまとめた。なお、表２において、◎：優れている、○：◎より若干劣るが実使用において問題なし、△：○より劣り、画像種類、場所によっては目立つなど実使用においてやや問題あり、×：実使用において画質上重大な問題があり不適、をそれぞれ示し、４段階の評価を行なった。
【０１７１】
【表２】
0004715468.tif 000003
【０１７２】
表２によれば、補給カートリッジ交換直後に若干の画像濃度変動が見られたものの、定常域では画像の安定性が高く優れていた。
【０１７３】
［実施例２］第２の補正を施した画像形成装置による画像出力
算出された第２の補正値を画像形成装置１に組み込んだ、画像形成装置１−２を使用したことを除いて、あとは実施例１と同様の方法により、画像出力を行なった。表３に、その結果をまとめた。
【０１７４】
【表３】
0004715468.tif 000004
【０１７５】
表３によれば、定常域に画像濃度のばらつきが見られたものの、補給カートリッジ交換直後においては画像乱れや画像濃度変動は発生せず優れていた。
【０１７６】
［実施例３］第１の補正および第２の補正を施した画像形成装置による画像出力
算出された第１の補正値および第２の補正値を画像形成装置１に組み込んだ、画像形成装置１−３を使用したことを除いて、あとは実施例１と同様の方法により、画像出力を行なった。表４に、その結果をまとめた。
【０１７７】
【表４】
0004715468.tif 000005
【０１７８】
表４によれば、補給カートリッジ交換直後、定常域、いずれにおいても画像乱れや画像濃度異常の発生は無く特に優れていた。また、使用するトナーに応じて細密部の再現性が向上したり、ハイライト部の均質性が向上したりするなどの効果も認められた。
【０１７９】
［比較例１］画像形成装置１による画像出力
トナー濃度の補正を施していない、画像形成装置１を使用したことを除いて、あとは実施例１と同様の方法により、画像出力を行なった。表５に、その結果をまとめた。
【０１８０】
【表５】
0004715468.tif 000006
【０１８１】
表５によれば、使用するトナーによって補給カートリッジ交換直後の地かぶり、トナーぼた落ち、画像濃度異常、白抜けなどが発生し、定常域においても濃度の急激な変動や画像濃度のばらつきなどが顕著で劣るものであった。
【０１８２】
実施例１〜３から明らかなように、現像剤中のトナー濃度を検出し、かつ、トナーの特性情報を用いてトナー濃度を補正することで、補給トナーの特性が変動しても安定した画像が長期間連続して得られた。さらに、実施例３から明らかなように、補正方法を複数組み合わせて用いることでより効果が高められた。特にトナー１〜５のような、小粒径トナーや球状・ポテト形状トナーを使用する場合では、二次障害無しに高画質な画像を長期間安定して連続的に得られるという効果が確認できた。
【０１８３】
［実施例４］第２の補正を施した画像形成装置による補給カートリッジ内のトナー残留量の測定
予備実験として、画像形成装置１−２を使用して画像出力を行なった。まず、３００ｇのトナー１を入れた補給カートリッジ１を設置し、画像出力を１６，２８０枚行うと、画像形成装置の表示部に補給カートリッジの交換を意味する「Pre Near Empty」サインが表示された。
【０１８４】
次に、それぞれ３００ｇのトナー１〜９を入れた補給カートリッジ１〜９を画像形成装置１−２に設置したものを使用した。上記予備試験の結果を参考にして、１６，０００枚連続して画像形成を行なった後、補給カートリッジ内に残留しているトナーの量を測定した。結果を、表６に示す。
【０１８５】
［比較例２］補給カートリッジ内のトナー残留量の測定
画像形成装置１−２の替わりに、補正を施していない画像形成装置１を使用したことを除いて、あとは実施例４と同様の試験を行なった。すなわち、それぞれ３００ｇのトナー１〜９を入れた補給カートリッジ１〜９を使用し、１６，０００枚連続して画像形成を行なった。その後、補給カートリッジ内に残留しているトナーの量を測定した。結果を、表７に示す。
【０１８６】
【表６】
0004715468.tif 000007
【０１８７】
【表７】
0004715468.tif 000008
【０１８８】
表６によれば、どのような平均粒子径や形状係数を有するトナーを使用した場合においても、安定してトナーを消費することが可能であることがわかる。つまり、このような画像形成装置によれば、「Pre Near Empty」サインや印刷回数のカウントなど、従来からある通知・警告手段などと組み合わせることにより、補給カートリッジの適切な交換時期を使用者に通知することができる。
【０１８９】
これに対し、表７によれば、使用するトナーによってトナーの消費にばらつきがあることがわかる。このため、使用するトナーによっては画像形成装置が補給カートリッジ交換の時期を感知し使用者に通知する前にトナーが無くなり画像濃度が低下したり、画像形成を継続できなくなったりしてしまう。また、使用するトナーによっては画像形成装置が補給カートリッジ交換の時期を感知し使用者に通知したあとでも過剰に補給カートリッジ内にトナーが残留していることもあり得る。
【０１９０】
このように、補給カートリッジ内のトナー残留量を検知・推測し、かつトナーの特性情報を用いて補給カートリッジ内のトナーの残留量を補正することで、補給トナーの特性が変動してもトナーの残留量の正確な把握が可能になるという効果が得られた。特に小粒径トナーや球状・ポテト形状トナーを使用する場合では、二次障害無しに高画質な画像を長期間安定して連続的に得られ、さらにトナー残留量を最適にして資源の効率的な利用が可能になるという効果が確認できた。
【０１９１】
このように、本発明による効果の一例としては、補給カートリッジ交換通知時に補給カートリッジ内に残留するトナー量を一定に制御することができるため、使用者は常に新しい補給カートリッジを準備する一定の期間を常に安定して確保することができることが挙げられる。
【０１９２】
さらに、新しい補給カートリッジ入手後、補給カートリッジ交換を行い今まで使用していた補給カートリッジを外すが、使用済み補給カートリッジ内に過剰にトナーが残留していることが無いため、補給カートリッジの再利用や廃棄の処理が行いやすくなるという効果も得られる。また、資源の有効利用という観点からも優れている。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
本発明は、単色トナーを使用した画像形成装置に限らず、フルカラー画像形成装置のような複数のトナーを使用する画像形成装置においても好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】本発明の実施の形態における画像形成方法の概略を示すフロー図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における画像形成方法の概略を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるトナー交換ユニットの交換方法の概略を示すフロー図である。
【図４】現像剤中の実際のトナー濃度と透磁率センサより検出されたトナー濃度との関係の概略を示すグラフである。
【図１】
0004715468.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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