(57)【要約】【課題】電子写真装置に用いる２成分現像剤において、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、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するため、定期的に交換されていた。キャリアを自動補充するトリクル現像方式が提案されている。その１つとして、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回転型トナーボトルから現像装置に供給する方式が用いられているが、比重の違いでキャリアが底に沈みこみ、偏りが生ずる不具合があった。【解決手段】形状が容易に変形する現像剤カートリッジにプレミックストナーを充填するに当たって、トナー上面より上の空間部の全体容積に対する容積比率を１２％以上とすることにより、トナーがなくなるまで安定してトナーを現像剤カートリッジから排出できる。現像剤カートリッジは水蒸気透過率の特に小さい材質を用いて構成する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含有する現像剤を収納する現像剤収納容器において、吸引式の紛体ポンプに接続され、該紛体ポンプの吸引によって前記現像剤が搬出されることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項２】
請求項１に記載の現像剤収納容器において、前記現像剤を収納する収納部を構成する面の一部又は全部が、変形可能な柔軟性を有する材料で構成されてあることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像剤収納容器において、前記現像剤を充填してから静止状態で２４時間以上の放置をし、該放置の後に測定した現像剤収納容器内の空隙率が１２％以上であることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、前記現像剤に対する前記キャリアの重量比は３ｗｔ％乃至２０ｗｔ％であることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、収納されてある前記現像剤のトナー帯電量が一定の範囲になるように調整がされてあることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項６】
請求項５に記載の現像剤収納容器において、前記調整は、収納されてある前記現像剤の前記トナー帯電量を現像装置が内包する内包現像剤のトナー帯電量以上にするものであることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項７】
請求項６に記載の現像剤収納容器において、前記調整は、前記現像剤中のトナー帯電量の全部又は一部が前記現像剤を前記収納部に収納させる工程中で生じる摩擦帯電作用によって付与されることで行われることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、前記トナーは、該トナーに対する重量比が０．３乃至３．０ｗｔ％の潤滑剤を含むことを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項９】
請求項７または８に記載の現像剤収納容器において、前記現像剤は、加速凝集度が１０％以下であることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、前記材料の２４時間当たりの水蒸気透過率が１．０ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする現像剤収納容器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の現像剤収納容器と、前記紛体ポンプと、前記現像剤収納容器と連通され、前記紛体ポンプを経路の一部に備えた現像剤搬送経路と、前記現像剤搬送経路を介して前記現像剤収納容器から前記現像剤の補給がされ、前記補給に応じて内包する内包現像剤の一部を機外に排出する方式の現像装置とを少なくとも有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像形成装置において、前記現像剤搬送経路は変形可能な柔軟な材料で構成された管状部材を用いて構成されてあることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の画像形成装置において、前記粉体ポンプと前記現像装置の間に前記現像剤を貯留するホッパ部を設けてあることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関し、トナーにキャリアを混合させた現像剤を充填した現像剤収納容器と、係る現像剤を現像剤収納容器から現像装置に補給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２成分現像装置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、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を訪問して交換されていた。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っていた。この問題を解決するため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現像方式が提案されている（例えば、特許文献１  参照。）。しかし、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装置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、この問題を解決させるために、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か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である現像剤補給方式が提案されている（例えば、特許文献２  参照。）。これにより、長期使用においても、トナー飛散が無く、現像装置内でのトナーの帯電量が安定であり、画像均一性、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できる。
【０００３】
また、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粒子との混合物より構成し、前記スペーサ粒子の平均粒径（Ｄ５０）をトナーの重量平均粒径（Ｄ４）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（例えば、特許文献３参照。）。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。
【０００４】
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）を入れる方式が提案されている。
しかしながら、これら樹脂等の剛性のある材料から構成されることが予定されているボトル容器を採用した補給方式では、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現像剤中のトナー量が安定せず、現像装置内のトナー濃度制御が不安定となって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。
【０００５】
【特許文献１】特公昭６０−０１８０６５号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３０６号公報
【特許文献３】特開２００４−３３３５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、トナーにキャリアを混合させた現像剤を現像装置に補給する画像形成装置において、補給される現像剤中のトナー濃度の安定化を促進する現像剤収納容器と画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、トナーとキャリアを含有する現像剤を収納する現像剤収納容器において、吸引式の紛体ポンプに接続され、該紛体ポンプの吸引によって前記現像剤が搬出されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、トナーとキャリアを含有する現像剤を収納する現像剤収納容器において、吸引式の紛体ポンプに接続され、該紛体ポンプの吸引によって前記現像剤が搬出されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の現像剤収納容器において、前記現像剤を充填してから静止状態で２４時間以上の放置をし、該放置の後に測定した現像剤収納容器内の空隙率が１２％以上であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、前記現像剤に対する前記キャリアの重量比は３ｗｔ％乃至２０ｗｔ％であることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、収納されてある前記現像剤のトナー帯電量が一定の範囲になるように調整がされてあることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の現像剤収納容器において、前記調整は、収納されてある前記現像剤の前記トナー帯電量を現像装置が内包する内包現像剤のトナー帯電量以上にするものであることを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の現像剤収納容器において、前記調整は、前記現像剤中のトナー帯電量の全部又は一部が前記現像剤を前記収納部に収納させる工程中で生じる摩擦帯電作用によって付与されることで行われることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、前記トナーは、該トナーに対する重量比が０．３乃至３．０ｗｔ％の潤滑剤を含むことを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項７または８に記載の現像剤収納容器において、前記現像剤は、加速凝集度が１０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項１０に記載の発明では、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の現像剤収納容器において、前記材料の２４時間当たりの水蒸気透過率が１．０ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の現像剤収納容器と、前記紛体ポンプと、前記現像剤収納容器と連通され、前記紛体ポンプを経路の一部に備えた現像剤搬送経路と、前記現像剤搬送経路を介して前記現像剤収納容器から前記現像剤の補給がされ、前記補給に応じて内包する内包現像剤の一部を機外に排出する方式の現像装置とを少なくとも有する画像形成装置を特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の画像形成装置において、前記現像剤搬送経路は変形可能な柔軟な材料で構成された管状部材を用いて構成されてあることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１１又は１２に記載の画像形成装置において、前記粉体ポンプと前記現像装置の間に前記現像剤を貯留するホッパ部を設けてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記解決するための手段によって、現像剤中のキャリアの分散状態をあまり変化させずに現像剤収納容器から搬出させることが可能な現像剤収納容器と画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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１は減容式トナー補給方式を説明するための図である。
同図において符号１はポンプ用クラッチ、２は現像剤を貯留するホッパ部、３はホッパ用クラッチ、４は吸引型粉体ポンプ、５はトナーエンド検知器（ＴＥセンサ）、６は変形可能な柔軟な材料で構成された管状部材、７は現像剤収納容器であるところの現像剤カートリッジ、８は現像剤、９はノズル、１０は現像装置をそれぞれ示す。
図２は現像剤カートリッジの一例を示す図である。
同図に置いて符号７０は現像剤カートリッジ、７１は袋状部材、７２は本体側ノズルを受け入れる口金部、７３はノズルの挿入によってノズルと接触し、ノズルによって押し出されて袋状部材７１の内部とノズルのトナー通路とを連通させるピストン、７４は袋状部材の把持を容易とし、かつノズルからの吸引作用時に後述する折れ線ｆでの折畳み作用を促進する補強板、７５はトナー排出口、ｆは袋状部材の製造時に予め折れ癖を付けられた折れ線をそれぞれ示す。
本発明は図１に示す減容式トナー補給方式に適用する。
【００１２】
上記実施形態の構成を詳細に述べる。上記現像剤８は現像装置に補給される現像剤であるが、これはトナーとキャリアの混合の割合がトナーの方がキャリアよりもはるかに多く設定されてある。具体的には現像剤総量に対するキャリアの重量比は３ｗｔ％乃至２０ｗｔ％の範囲内に設定されてある。そのような範囲に混合の割合が設定されてあることによって、現像装置に内包される内包現像剤に現像剤８を供給させた場合に良好な混合の割合となって後の画像形成に必要なトナー濃度を維持することができる。本発明の現像剤カートリッジ７は収納部である袋状部分が柔軟で変形可能な材質からなる容器であって吸引による自動折畳みや使用後手作業で折り畳みが可能な容器を採用している。図２において、正面に貼られてある補強板７４は、吸引作用で収納部を減容の際に所定の折りたたみ状態になるように、正面が変形しにくくし、折れ線ｆのある側面から折れる作用が生じるように誘導する効果がある。図１に戻って、現像剤カートリッジ７に、現像剤８が充填してある。この現像剤カートリッジ７には最下部にノズル９と接続される現像剤排出口が設置されていて、現像剤カートリッジ７に充填されている現像剤８は自重で落ちてこの現像剤排出口に集まってくる。
尚、現像剤収納部である袋状部材７１は全部が柔軟な部材である必要はなく、折りたたみ部である図中の折れ線ｆを含む側面及び上面のみが柔軟な材料で構成され、補強板７４を貼ってある正面及びそれに対向する背面が樹脂や金属薄板等の剛性のある材料で構成されていても良い。
【００１３】
現像装置１０に設置してある図示していないトナー濃度センサーの出力から、現像装置１０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（以下単にポンプという）４が駆動される（同図の例ではポンプ用クラッチ１が繋がりポンプ４が回転する）。このポンプ４の駆動によってノズル９とポンプ４を繋いでいる変形可能な柔軟な材料で構成された管状部材（以下フレキシブルチューブと呼ぶ）６を通り現像剤８がポンプ４に吸引される。図１では現像剤を貯留するホッパ部２が設置されており同時にホッパ部２の搬送スクリューも駆動されてホッパ部２から現像装置１０にトナーが供給される。しかし、ポンプ４の駆動を制御することで、現像剤８の補給量を現像装置１０が必要とする量に応じて制御することも可能であり、その場合にはホッパ部２が無くてポンプ４から直接トナーを現像装置１０に供給する構成を採用しても良い。具体的にはポンプの所定駆動時間と補給量の関係を予め把握しておき、定量ずつポンプが補給する。一定間隔でトナー濃度センサはトナー濃度が十分か否かを判断し、トナー濃度が十分と判断された場合にはポンプ４の駆動が停止し（同図の例ではポンプ用クラッチ１が切れる）トナー補給が停止する。
【００１４】
現像剤の補給方式の中には、補給の対象を従来のトナーではなく、予めトナーとキャリアを含む現像剤とし、それを現像装置に補給する方式がある。便宜上、この方式をトリクル補給方式と呼ぶことにする。詳細を述べると、その方式では現像剤の補給によって現像装置に内包される内包現像剤は予定される量を超えて過剰となるが、その過剰となった現像剤を廃棄可能な構成とすることで現像剤量を予定量に維持し、かつ、画像形成で劣化したキャリアを機外に排出する。これよりトリクル補給方式ではトナー補充と同時にキャリアの新旧自動交換が可能となる。特許文献１の発明も過剰の現像剤を廃棄する手段では同じであるが、キャリアとトナーを別々に補給し、現像装置内混合する方式を採用している点で上述したトリクル補給方式とは異なる。特許文献１の発明の方式では収納容器及び補給機構をトナーとキャリアの両方に持たせねばならず、装置の大型化という問題が内有されている。
本発明における現像剤収納容器の実施形態のひとつに上述のトリクル補給方式を採用した現像装置に搭載する形態がある。以後、現像装置１０は上述の過剰現像剤を廃棄する機構を備えたトリクル補給方式の現像装置として説明していくことにする。現像装置１０に内包される内包現像剤中のキャリアＣの重量比は、おおむね８７〜９７ｗｔ％、好ましくは９０〜９５ｗｔ％程度に維持することが画像濃度の維持及び地肌汚れの抑制の点で望ましい。
【００１５】
従来の補給方式では、ボトルに螺旋溝が切ってある回転型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においては、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、回転が繰り返されるうちに比重の大きなキャリアがボトルの下側の内壁面に沈みこむ。このキャリアは内壁面に接触又は近傍に存在するため、ボトル中央のトナーよりもボトルの駆動が伝達されやすく、結果優先的に螺旋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、現像装置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ていた。  
本発明では、ポンプ４の吸引作用によって現像剤８を現像剤カートリッジ７の外に搬送することが予定されており、現像剤を収納する収納部に回転ボトルの必須構成である螺旋溝を採用する必要が無い。従って螺旋溝へのキャリアの選択的沈み込みといった問題は生じ得ない。また、単に樹脂等でできた剛体の容器に現像剤を入れて現像剤を自由落下で搬出する方式では一度に出すぎず適量排出を行うとの観点から現像剤排出口を小さくする必要があるが、その場合、現像剤が排出口で詰まりそうになった場合、重力以外の矯正作用がないため排出が不十分になることが予想される。本発明では、紛体ポンプの吸引力が矯正作用を担保することができる。
上述の効果は現像剤収納部が剛体であっても柔軟性を有するものであっても奏し得るものであるが、本実施形態の現像剤カートリッジ７は加えてその現像剤収納部を構成する面の一部又は全部に変形可能な柔軟性を有する材料を採用してある、これによりポンプ４の吸引作用によって収納部は漸次容積を減容していくので攪拌作用がほとんど生じず、結果、現像剤カートリッジ７への充填前に分散した状態で混合された現像剤８は、比較的その分散状態に近い状態を維持してカートリッジ外部に搬出される。
【００１６】
図３は静止状態で放置した場合の現像剤カートリッジ内のキャリア分布測定結果を示す図である。
同図において、符号Ｕは上部付近、Ｍは中央部付近、Ｂは底部付近におけるキャリアの重量比をそれぞれ示す。
本実施形態の現像装置１０内におけるキャリアＣの重量比は、おおむね９０〜９５ｗｔ％程度としているが、現像剤カートリッジ７内に充填するキャリアＣは、逐次劣化キャリアと交換しつつ補充することが想定されており、キャリアの存在比が高いと新しいキャリアが廃棄される割合も高くなって不経済であるため、例えば５〜１０ｗｔ％といった比較的小さい割合が好ましい。
同図は、現像剤８のキャリアの重量比が１０ｗｔ％になるように充填した現像剤カートリッジ７と、同じく３０ｗｔ％になるように充填した現像剤カートリッジ７とを、２日間放置したあとで、現像剤カートリッジ７内のキャリアＣの分布状態を調べた図である。現像剤カートリッジ７内を大きく上部付近（Ｕ）、中央部付近（Ｍ）、下部付近（Ｂ）に分けてそれぞれサンプルを取り出し、局部的なキャリアの重量比を測定した。
同図によれば、現像剤カートリッジ７の上下方向の場所の違いによって若干の重量比（ｗｔ％）の相違はあるものの、概ね同程度のキャリア重量比となっており、キャリアの分散状態がトナー濃度不良等の不具合を発生させるような不均一状態になってしまうようなキャリアＣの沈み込み現象は発生していないことが伺える。
【００１７】
キャリアＣの重量比、あるいは逆にトナーの重量比（トナー濃度）を求める方法の概略を説明する。
本実施形態においてはＴＲＥＫ社製のブローオフ測定装置（ＭＯＤＥＬ  ２１０ＨＳ−２Ａ）を用いた。この装置ではトナー濃度と同時にトナーの平均帯電量も測定できる。
キャリアＣを捕捉し、トナーＴだけを通過させるメッシュにより開口部を覆ったケースの中に、試料現像剤を入れ、予め、その現像剤重量を電子天秤等で測定しておく。
吸引ポンプによる吸引で、トナーＴとキャリアＣを分離し、メッシュを介してファラデーゲージに捕獲されたトナーの帯電量ｑを測定し、演算する。
ファラデーゲージの増加した重量を測定して、捕獲したトナー重量を算出し、測定開始前の現像剤重量に対する百分率からトナー濃度Ｔｃを算出する。トナー帯電量ｑのトナー重量ｍに対する比から、平均帯電量ｑ／ｍを算出する。
【００１８】
図４はトナーの補給回数の増加に伴うキャリアの重量比の変化を示す図である。
同図はキャリアの重量比を０、１０、２０、３０ｗｔ％の４種類に変えて補給回数の違いによるキャリア重量比の変化を調べた図である。トナーＴが出過ぎれば、キャリアＣの重量比は大きくなり、キャリアＣが出過ぎれば、キャリアＣの重量比が小さくなる。全体的に見てキャリアの重量比はほとんど変化していないことが分かる。
現像剤収納部を構成する面の一部又は全部に変形可能な柔軟性を有する材料を採用してある現像剤カートリッジ７の場合、収納された現像剤を排出するための吸引作用によって収納部自体が変形してしぼんでゆく減容がされるために収納部内での攪拌動作がほとんど無く、同図に示すようにキャリアの重量比ｗｔ％は当初充填された状態からあまり変化せずに現像剤の補給がなされる。
【００１９】
図５は空隙率の差による問題点を説明するための図である。
同図に置いてＧ０は空隙率が０％の場合、Ｇ１は空隙率が十分ある場合の補給トナーの変動を示す曲線である。
減容式の現像剤補給方式では、収納部の上層部の空隙の空気を徐々に排出しながら現像剤８を排出する。減容式の現像剤カートリッジの場合、空隙率が０％の場合、真空パックのように現像剤が外気圧によって排出されないパッキング現象が発生することが本発明の検討時に判明した。係るパッキング現象によって収納部内で現像剤が全く動かなくなってしまうのである。ここでは、現像剤カートリッジの全体容積に対して、現像剤の上面より上の空間部の容積比率を空隙率と呼ぶ。１２％以上の空隙率があると現像剤がなくなるまで安定して排出できる。
さらにキャリア重量比で３ｗｔ％以上とすることにより、流動性がトナーよりも高いキャリアが一定量以上、現像剤中に混在することになる。その結果、現像剤カートリッジ７の内部でキャリアとその周辺のトナーの出口近傍への搬送がされやすくなる。更に現像剤中のキャリアは、潤滑剤としても作用するので、トナー同士の密着が崩れてトナーがスムーズに移動し、より少ない空隙量でもトナーの移動も可能になる。したがって、収納部の容積を小さくした状態でも安定的に現像剤８の搬出が可能となる。逆にキャリアの重量比を３０％以上とすると現像剤排出口近傍では凝集されて逆に流動性が低下するために安定的に現像剤を供給できなくなる。
【００２０】
上述したキャリア重量比を採用した現像剤搬出における作用効果はトナーへの添加剤の有無に関わらず奏するものである。しかしながら、さらに流動性を向上させるために、トナー重量に対する添加量の比が０．３乃至３．０ｗｔ％である潤滑剤をトナーに予め混練しておくこおくことが好ましい。潤滑剤としては、例えばシリカやチタンを含んだ粒子が採用し得る。これらはトナー同士の凝集に対してスペーサの役目を果たし、結果流動性を向上させることができる。
【００２１】
流動性は加速凝集度で表すことができる。そこで、本発明の実施形態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。
【００２２】
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。
【００２３】
【表１】
2007183348.tif 000003
【００２４】
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。
【００２５】
本発明における測定条件一覧を表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
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・帯電特性によらず安定した補給性を維持できる。
【００２８】
図６は本発明の画像形成装置を示す図である。
同図において符号１１は感光体１２は帯電チャージャ、１３は書込みユニット、１４は現像ユニット、１５は一次転写ローラ、１６は感光体クリーニングユニット、１７は除電ランプ（ＱＬ）、１８は中間転写ベルト、２０は中間転写ベルトクリーニングユニット、２１は二次転写ローラ、２２は定着ユニット、２３は排紙トレイ、２４はレジストローラ、２５はスイッチバックローラ、２６、２７は給紙搬送ローラ、２８はピックアップローラ、２９は給紙トレイ、Ｌは書込光をそれぞれ示す。
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みユニット１３から照射される書込光Ｌによってその表面を画像データに従って露光される。
【００２９】
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１４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。同図においては感光体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１８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および押圧力によって、中間転写ベルト１８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１８上にフルカラートナー像が形成される。
中間転写ベルト１８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、およ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。
【００３０】
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２０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。
【００３１】
図７は現像剤カートリッジに収容した現像剤８の振動による変化を説明するための模式図である。同図（ａ）は当初のキャリアが分散した状態、同図（ｂ）は繰り返し振動を受けた状態をそれぞれ示す。
図８は現像剤カートリッジに収容した本発明の他の実施形態による現像剤８を示す模式図である。
両図において符号Ｃはキャリア、Ｔはトナーをそれぞれ示す。
現像剤８を現像剤カートリッジに充填しただけでも、上述したように本願発明の構成では実使用中における攪拌動作がほとんどないので、図７（ａ）に示すように、キャリアＣが底のほうに沈み込むおそれは比較的ないが、現像剤８を充填後、ユーザが使用するまでの間に、輸送等の移動に伴って現像剤カートリッジに繰り返し振動が与えられる可能性がある。そのような場合にはやはり、同図（ｂ）に示すように、比重の違いによってキャリアＣが底のほうに沈んでゆく可能性が残っている。
そこで、本発明の他の実施形態では、充填前にトナーＴとキャリアＣからなる現像剤８に充分に帯電作用をおよぼした後に、キャリアＣが分散するように混合させる。この状態では、図８に示すように、キャリアはプラスに、トナーはマイナスに帯電しており、クーロン力でお互いに引き合っているのでキャリアの沈み込み作用を抑制することができる。
しかし、帯電作用をおよぼしておいた現像剤８も長期間放置しておくと、自然に発生する帯電中和作用によってトナー及びキャリアが有する電荷が徐々に消滅してゆき、無帯電状態に近づく可能性がある。特に現像剤８が十分乾燥していない場合にはその傾向が著しい。そこで本発明の実施構成においては、現像剤カートリッジ７に現像剤８を充填する際において、特に水分の現像剤８への混入を避ける考慮がなされてある。また、保存状態において、現像剤８の湿度が上昇するのを防ぐため、現像剤カートリッジの構成には水蒸気透過率の特に低い素材を用いる（詳細は後述する）。
【００３２】
現像剤８中のトナーの帯電量が、このキャリアＣが現像装置１０に供給されて内包される現像剤と混合され、その後、内部のスクリュー等で攪拌帯電される時の帯電量と同程度か、それ以上になるように帯電作用を現像剤８におよぼさせる。同程度帯電量の詳細を述べる。現像剤８と内包現像剤はそのキャリアの重量比が大きく異なるため単純比較は出来ない。そこで同程度の帯電量とは、現像剤８が平均帯電量を維持したまま、内包現像剤程度までキャリアの重量比を増やした場合に、内包現像剤の有する平均帯電量、実施例では−２０〜−３０μＣ／ｇ程度になるようにすることを意味する。
そのように攪拌帯電をさせた後、現像剤カートリッジ７にこの現像剤８を充填させることにより、キャリアＣとその周辺のトナーＴのクーロン力によりお互いが引き合うので、現像剤カートリッジ内でのキャリアの沈み込みを抑制できるとともに、この現像剤８が現像装置１０に供給された時に、少なくともトナーは、既に現像装置内で攪拌帯電されるべき帯電量と同程度かそれ以上に帯電しているので、トナーの帯電不足による地汚れやトナー飛散を抑制することができる。
更に充填前に充分帯電させておいても、充填作用によってキャリアとトナーが除電され、結果的に現像剤カートリッジ内でのキャリアの沈み込みが発生するおそれも考えられる。そこで、この現像剤８を摩擦帯電させながら充填させるような充填工程にすることにより、キャリアの沈み込みを抑制することができるとともに現像装置１０にこのキャリアが供給された時にトナーの帯電不足による地汚れとトナー飛散を抑制することができる。
【００３３】
一般に現像装置内で攪拌搬送等によってトナー同士、トナーとキャリアの接触による摩擦帯電による帯電量は、トナーとキャリアを含む現像剤８における帯電可能な最大値（これを便宜上飽和帯電量と呼ぶ）までには至っていない。多くの場合、通常使用時における帯電量は、飽和帯電量の５０〜８０％程度である。一例で言うと、飽和帯電量が−４０μＣ／ｇの場合に、実使用状態（現像装置内での帯電）ではトナーの平均帯電量は−２０〜−３０μＣ／ｇ程度になっている。
本発明の現像剤カートリッジ内のトナーの帯電量は、なるべく飽和帯電量に近い状態にしようとするものである。飽和帯電量の５０％程度以上、より好ましくは８０％程度以上を目標に帯電させるのがよい。上記一例では現像剤カートリッジに収納される現像剤中のトナーの平均帯電量は少なくとも−２０μＣ／ｇ以上、好ましくは−３０μＣ／ｇ以上とするのが良い。
【００３４】
現像剤カートリッジの素材としては、２４時間当たりの水蒸気透過率が１．０ｇ／ｍ２以下の材料を用いるのがよい。本実施例の水蒸気透過率は以下に述べるものも含めて全てＪＩＳ  Ｋ  ７１２６  Ａ法（差圧法）で測定することを予定している。そのような材料により現像剤カートリッジに現像剤８を充填した後の輸送や保管時の吸湿による現像剤の無帯電化作用を抑制することができる。したがって、キャリアＣとトナーＴを充填時に充分帯電させておいた状態が維持されるので、現像剤カートリッジ内でのキャリアＣの沈み込みを抑制できるとともに、現像装置にこの現像剤８が供給された時にトナーＴの帯電不足による地汚れとトナー飛散を抑制することができる。実施例では、ポリエチレンとナイロンとＰＥＴの３層構造のフィルムで構成された材料を収納部の全体に用いた現像剤カートリッジ７を用いている。
【００３５】
現像剤搬送経路についても同様の問題（吸湿）があるので、フレキシブルチューブ６の素材にも水蒸気透過率の低いものを用いる必要がある。さもないと、実使用状態において、トナーＴが現像装置１０に至る前に吸湿して、帯電が逃げてしまい、キャリアＣが重力の影響を受けて、チューブ内で沈み込みが発生するおそれがある。
したがって、現像剤搬送経路にも２４時間当たりの水蒸気透過率１．０ｇ／ｍ２以下の材料を用いることにより現像剤カートリッジから現像装置に現像剤８が供給される時に現像剤８が吸湿してしまうことを抑制できる。
よって、キャリアＣとトナーＴを充填時に充分帯電させておいた状態が維持されるので、現像剤８搬送経路内でのキャリアの沈み込みを抑制できるとともに、現像装置９にこのキャリアＣが供給された時にトナーＴの帯電不足による地汚れとトナー飛散を抑制することができる。実施例ではシリコン系のゴムチューブを用いている。他にフッ素系ゴムやEPDM、ポリウレタンゴム等を用いることが出来る。
【００３６】
図９は現像剤カートリッジに現像剤８を充填する工程を説明するための図である。
同図において符号２００は充填装置、１０２は通気性多孔板からなる気体−粉体分離篩、１０３は空気ヘッダ、１０７は空気圧縮配管、１１０は攪拌容器、１１１は粉体投入口、１１２は流動粉体輸送管、１１３は圧力開放弁、１１４は圧力計、１１５は粉体流速調整弁、１１６は気体−粉体分離篩、１１７は充填用ノズル、１１８は粉体容器、１１９は軟質パッキン、１２０は導入気体調節弁、１２４は粉体導出管、１２５は第１減圧弁、１２６は第２減圧弁、１２７は空気流量計、Ｐ１〜Ｐ３はそれぞれ第１ないし第３圧力計をそれぞれ示す。
ここで、本発明の実施構成の主要部である、現像剤カートリッジ７に対する現像剤８の補充前における帯電方法について述べる。
帯電にはシンマルエンタープライゼス社製のターブラ・シェーカ・ミキサと呼ばれる装置を用いた。
初めにトナーを目標とする量、例えば５００ｇだけ量り取り、粉体投入口１１から攪拌容器１１０に入れる。次に、トナー量を含む全体量に対応する重量比が３〜２０ｗｔ％になるキャリア量１６ｇ〜１２５ｇのうちの所望の量を計量して、同様にして前記トナーに加え混合剤を作る。
上記混合剤を、ターブラミキサの強攪拌で６０秒間混合すると概ね上述したトナーの帯電量に相当する帯電作用を生じさせることが出来る。これを現像剤８とする。以後、空気流を用いて現像剤カートリッジに充填する。
【００３７】
図示しない圧搾空気源に接続した第１減圧弁１２５、第２圧力弁１２６等を経て、圧力の高い空気が空気ヘッダ１０３に送り込まれる。高圧空気は気体−粉体分離篩を通して攪拌容器１１０内の現像剤を１１０ａに向かって吹き込む。この圧力によって、現像剤は粉体導出管１２４、流動粉体輸送管１１２を経て、充填用ノズル１１７に至る。高圧空気によって送り込まれた現像剤は粉体容器１１８に入ると、高圧空気だけが、気体−粉体分離篩１１６を通って粉体容器１１８から外へ出てゆく。このようにして、粉体容器１１８には現像剤８が残されて堆積してゆく。粉体容器１１８が現像剤カートリッジ７の場合は、充填開始前はほぼ折りたたまれた様な状態で、充填用ノズル１１７だけが挿入されている。現像剤８の充填に伴って挿入される空気は、気体−粉体分離篩１１６を介して容器から容器外に逃げる一方で徐々に現像剤カートリッジ７を膨らませてゆく。ほぼ最大容積になったところで一旦充填を停止し、予定の空隙量になるよう空気を逃がしたり、少量の追加充填をして空隙量を調整した後、必要な密封作業を行い終了する。また、気体−粉体分離篩１１６に加えて空気を積極的に逃がすことが可能なストロー状の排気管を現像剤カートリッジ７に付き立ててより多くの空気を逃がしながら充填することで調整を容易にすることも出来る。動作が安定すれば、上記のような充填を止めての排気や再度の充填等をせずに効率よく所定の空隙量を確保しつつ充填することも可能である。
【００３８】
現像剤カートリッジをフレキシブルチューブ６によって現像装置へ現像剤８を供給する現像剤供給システムを構成した場合、粉体ポンプ４を用いて現像剤カートリッジ７から現像剤８を吸引することになるが、現像剤カートリッジ７内に現像剤８が１００％充填された状態では、前述のように、パッキング現象が生じてうまく供給できないことが分かった。そこで、現像剤８の充填量を減らして、その空いた分、空気を充填しておくのがよい。
現像剤８を充填した後、現像剤カートリッジが最大容積（水を充満したときの容積）になるように現像剤８より上の空間を気体で充満させるのである。空隙率は（最大容積−現像剤容積）／最大容積×１００（％）として算出できる。
充填後、少なくとも１０分以上の放置で現像剤の噴煙が概ね収まり、現像剤カートリッジ内の現像剤の嵩（収納容器内部の底面積×測定される高さ）を精度よく測定することが出来る。
現像剤８は厳密に言えば、トナー同士の間の微小な空間に気体（空気）が存在し、充填直後からしばらくは、重力の影響などで微小空間にわずかな変化が生ずる。そのために、現像剤８全体としてわずかに容積が減少することがある。上記において、２４時間以上の放置後としたのはそのような容積変化を空隙率の算出のための高さ測定値から除外するためである。１０分以上の任意の放置と２４時間以上放置との相関を予め、複数データとって把握し、大量に現像剤カートリッジを量産する際の目安としては１０分又は任意の放置時の高さで算出された値を代用するのが良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】減容式トナー補給方式を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態である現像剤カートリッジを示す図である。
【図３】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。
【図４】トナーの補給回数の増加に伴うキャリアの重量比の変化を示す図である。
【図５】空隙率の差による問題点を説明するための図である。
【図６】本発明の画像形成装置を示す図である。
【図７】現像剤カートリッジに収容した現像剤８の振動による変化を説明するための模式図である。
【図８】現像剤カートリッジに収容した本発明の他の実施形態による現像剤８を示す模式図
【図９】現像剤カートリッジに現像剤８を充填する工程を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      現像剤カートリッジ
２      ノズル
３      フレキシブルチューブ
４      粉体ポンプ
６      サブホッパ
９      現像装置
Ｃ      キャリア
Ｔ      トナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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