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JP2006208431A - トナー、トナーの使用方法、トナー補給装置及び画像形成装置 - Google Patents

トナー、トナーの使用方法、トナー補給装置及び画像形成装置 Download PDF

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JP2006208431A JP2005016440A JP2005016440A JP2006208431A JP 2006208431 A JP2006208431 A JP 2006208431A JP 2005016440 A JP2005016440 A JP 2005016440A JP 2005016440 A JP2005016440 A JP 2005016440A JP 2006208431 A JP2006208431 A JP 2006208431A
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Abstract

【課題】減容器型のトナー補給容器を用いても、トナーが抜き取られた場合、大気圧により60%以上減容して残存することのないトナー、トナーの使用方法、このトナー用いたトナー補給装置及びこのトナー補給装置を備える画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】トナーが500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、T<−0.05ε+0.032にあるトナーを、可撓性部材からなりトナーの補給につれて減容するトナー補給容器70に使用されることを特徴とする
【選択図】図4

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスによる画像形成に用いられるトナー、トナーの使用方法、トナー補給装置およびこのトナー補給装置を備えた画像形成装置に関するものである。
電子写真方式における転写型の画像形成装置では、帯電装置で一様に帯電した潜像担持体である感光体上に、原稿画像の露光を行って潜像を形成した後、この潜像に現像装置でトナーを付着させてトナー像として可視像化して、このトナー像を転写装置で転写紙あるいは中間的な転写媒体に転写する。そして、転写後の感光体上に残留したトナーを、クリーニング装置によって感光体上から除去し、感光体を継続して繰り返し使用している。
電子写真方式に用いられるトナーは、従来より、天然もしくは合成の高分子物質からなるバインダ樹脂中に染料、顔料、カーボンブラックなどの着色剤を分散させ、得られた分散体を1〜30μm程度の粒径を有する粒子微粉砕することによって製造されている。ここで、電子写真用トナーは、満足すべき印字又は印刷を行うために、いろいろなすぐれた物性、例えば、粒径、形状、比重、流動性等の機械的性質、電気抵抗、誘電率等の電気的性質、軟化点、融点等の熱的性質、光学的性質、安全性、保存性、その他を有していなければならない。上記した物性のなかで、トナーの流動性は、トナー収納容器から現像装置へのトナーの補給安定性、クリーニング装置からのトナーの回収性等にかかわるので、非常に重要な物性の1つである。
従来は、これらトナー収納容器は容積を小さくできないので、使用後の容器回収時嵩張るなどの問題を有しているため、トナー収納容器を減容可能なフレキシブルな素材で構成し、大気圧で減容させることにより、容器内にアジテーター等を用いることなく現像装置に補給し、使用後に折りたたむ等コンパクトにして回収することが考えられてきた。
しかし、かかる減容容器では、容器内周面に粉体トナー供給用の螺旋状の溝又は突起が形成できない、容器内にアジテーターなどの供給用の部材が組み込めないなどから、粉体トナーの供給量が安定しない、保存中に容器内で粉体トナーがパッキングし粉体トナー供給ができなくなる場合がある、粉体トナー残量が多い、等の問題がある。
そこで、特許文献1では、粒径2.0〜4.0μmの割合が16個数%以下の粉体トナーをフレキシブルな素材で作成され60%以上減容可能な容器に充填し、この容器に充填されたトナーを吸引ポンプによって空気流とともに吸引し輸送して、画像形成装置の現像部に導く技術が開示されている。しかしながら、この方式では、トナーを流動化させるために、空気を容器内に入れるため、容器が十分に減容せずに、トナー補給容器内にトナーが多く残存するという問題があった。また、トナーの粒径2.0〜4.0μmの割合だけでの規定では、トナー凝集力が強いトナーの場合、大気圧のみで容器中のトナーが変形することが出来ずに、トナー補給容器内にトナーが多く残存するという問題もあった。
特許文献2では、粉体相中に円錐ロータを回転させながら侵入させ、円錐ロータが粉体相中を移動するときに発生するトルク又は荷重を測定することにより評価する方法において、粉体相の圧密状態を変化させてトルク又は荷重を測定し、評価する技術が開示されている。
また、特許文献3では、トナー収納容器から現像装置に連なる管状体内を搬送するのに用いられるトナーであって、予め密圧状態にして粉体層中の空間率を0.6以下にした後、円錐ロータを侵入速度5mm/minで20mm侵入させたときに発生するトルクの値が0.0001〜0.0017Nmになるような流動性を有する電子写真用トナーの技術が開示されている。
しかしながら、これらを減容可能なトナー補給容器に適用しても、大気圧のみで容器中のトナーが変形することが出来ずに、トナー補給容器内にトナーが多く残存するという問題があった。
特開2002−006531号公報 特開2004−117002号公報 特開2004−240100号公報
上記問題点に鑑み、本発明は、減容器型のトナー補給容器を用いても、トナーが抜き取られた場合、大気圧により60%以上減容して残存することのないトナー、トナーの使用方法、このトナー用いたトナー補給装置及びこのトナー補給装置を備えた画像形成装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、以下のことを特徴とする。
1.本発明のトナーの使用方法は、像担持体上の潜像を可視化するトナーを用いる画像形成装置に備えられるトナーの使用方法において、前記トナーの使用方法が、トナーが500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、以下の式(1)の関係を有し、T<−0.05ε+0.032……式(1)この関係を有するトナーを、可撓性部材からなりトナーの補給につれて減容するトナー補給容器に使用されることを特徴とする。
2.本発明のトナーは、像担持体上の潜像を可視化するトナーにおいて、前記トナーが、トナーが500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、以下の式(1)の関係を有し、T<−0.05ε+0.032……式(1)この関係を有するトナーを、可撓性部材からなりトナーの補給につれて減容するトナー補給容器に使用されることを特徴とする。
3.本発明のトナー補給装置は、像担持体上の潜像を可視化するトナーを用いる画像形成装置に備えられるトナー補給装置において、前記トナー補給装置は、トナー補給容器が可撓性部材からなりトナーの補給につれて減容する容器であって、トナーが、500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、以下の式(1)の関係を有するT<−0.05ε+0.032……式(1) ことを特徴とする。
4.前記トナーは、500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εが0.5〜0.6の範囲にあることを特徴とする。
5.前記トナーは、トルクTが0.004Nm以下であることを特徴とする。
6.前記トナー補給容器の可撓性部材は、樹脂フィルムであって、トナー補給容器全体が60%以上減容することを特徴とする。
7.前記トナー補給装置は、トナーを供給するポンプ手段を備えることを特徴とする。
8.前記ポンプ手段が、モーノポンプであることを特徴とする。
9.前記トナーは、平均円形度が0.90以上であることを特徴とする。
10.前記トナーは、体積平均粒径が3〜8μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
11.前記トナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする。
12.前記トナーは、乾式粉砕法で製造されたことを特徴とする。
13.前記トナーは、溶液重合法で製造されたことを特徴とする。
14.前記トナーは、離型剤を含有することを特徴とする。
15.本発明の画像形成装置は、少なくとも潜像を担持する像担持体と、像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に潜像を書き込む露光装置と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、現像装置にトナーを補給するトナー補給装置とを備える画像形成装置において、3、6、7、8に記載の特徴を有するトナー補給装置を備えることを特徴とする。
本発明により、減容器型のトナー補給容器を用いても、トナーが抜き取られた場合、大気圧により60%以上減容して残存することのないトナー、トナーの使用方法、このトナー用いたトナー補給装置及びこのトナー補給装置を備える画像形成装置を提供することができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面等に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。
図1は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。図1は、この発明をフルカラーの小型プリンタに適用した例を示す全体構成図である。画像形成装置本体(以下、単に「装置本体」と記す。)1内には、4個の像担持体である感光体を有する画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dを、装置本体1に対してそれぞれ着脱可能に装着している。装置本体1の略中央に転写ベルト31を複数のローラ間に矢示A方向に回動可能に装着した転写装置3を配置している。
その転写ベルト31の上側の面に、画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dにそれぞれ設けられている感光体5が接触するように配置している。そして、その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置10A、10B、10C、10Dを配置している。
画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dは、同一の構成をしたユニットであり、画像形成ユニット2Aはマゼンタ色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Bはシアン色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Cはイエロー色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Dはブラック色に対応する画像を形成する。
また、その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dの上方には書込みユニット6を、転写ベルト31の下方には両面ユニット7をそれぞれ配置している。この小型プリンタは、装置本体1の左方に、画像形成後の転写紙を反転させて排出したり、両面ユニット7へ搬送したりする反転ユニット8を装着している。
露光装置6は、各色毎に用意されたレーザダイオード(LD)方式の4つの光源と、6面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される1組のポリゴンスキャナと、各光源の航路に配置されたfθレンズ、長尺シリンドルカルレンズ等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体5上に照射される。
両面ユニット7は、対をなす搬送ガイド板45a、45bと、対をなす複数(この例では4組)の搬送ローラ46とからなり、転写紙の両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成されて反転ユニット8の反転搬送路54に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙を受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
反転ユニット8は、それぞれ対をなす複数の搬送ローラ46と、対をなす複数の搬送ガイド板45とからなり、上述したように両面画像形成する際の転写紙を表裏反転させて両面ユニット7へ搬出したり、画像形成後の転写紙をそのままの向きで機外に排出したり、表裏を反転させて機外に排出したりする働きをする。給紙カセット11、12が設けられている給紙部には、転写紙を1枚ずつ分離して給紙する分離給紙部55、56が、それぞれ設けられている。
転写ベルト31と反転ユニット8との間には、画像が転写された転写紙の画像を定着する定着装置9が設けられている。その定着装置9の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路20を分岐させて形成し、そこに搬送した転写紙を排紙ローラ対25により排紙トレイ26上に排出可能にしている。
また、装置本体1の下部には、上下2段にサイズの異なる転写紙を収納可能な給紙カセット11、12を、それぞれ配設している。さらに、装置本体1の右側面には、手差しトレイ13を矢示B方向に開閉可能に設け、その手差しトレイ13を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようにしている。
次に、この画像形成装置の画像形成における動作について説明する。画像形成の動作を開始させると、各感光体が図1で時計回り方向にそれぞれ回転する。そして、その各感光体5の表面が帯電ローラ141により一様に帯電される。そして、画像形成ユニット2の感光体5には、露光装置6によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Bの感光体5にはシアンの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Cの感光体5にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに画像形成ユニット2Dの感光体5にはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、感光体5が回転することにより現像装置10A、10B、10C、10Dの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各トナーにより現像されて、4色のトナー像となる。
一方、給紙カセット11、12から転写紙が分離給紙部により給紙され、それが転写ベルト31の直前に設けられているレジストローラ対59により、各感光体5上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙は、転写ベルト31の入口付近に配設している紙吸着ローラ58によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト31の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙は、転写ベルト31に吸着した状態で搬送されながら、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック色の各トナー像が順次転写されていき、4色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。その転写紙は、定着装置9で熱と圧力が加えられることによりトナー像が溶融定着され、その後は指定されたモードに応じた排紙系を通って、装置本体1上部の排紙トレイ26に反転排紙されたり、定着装置9から直進して反転ユニット8内を通ってストレート排紙されたり、あるいは、両面画像形成モードが選択されているときには、前述した反転ユニット8内の反転搬送路に送り込まれた後にスイッチバックされて両面ユニット7に搬送され、そこから再給紙されて画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dが設けられている画像形成部で、裏面に画像が形成された後に排出される。
一方、転写ベルト31から離れた感光体5はそのまま回転を続け、ブラシ状ローラ161が潤滑剤成型体162から掻き取った潤滑剤を感光体5に塗布する。
以後の画像形成では、上述した画像形成プロセスが繰り返されるが、感光体5上に形成される潤滑剤の膜は非常に薄いために帯電装置14による帯電を阻害することない。その後、感光体5上に再度現像されたトナー像は、転写ベルト31に吸着した状態の転写紙に転写される。
現像装置10A、10B、10C、10Dは感光体5に対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等から構成される。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給装置よりトナーが補給される。本実施例では現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる。
キャリアは芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。本発明において用いることのできる樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイトである。この芯物質の粒径は20〜65μm、好ましくは30〜60μm程度が適当である。キャリア被覆層形成に使用される樹脂は、スチレン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂又はこれらの混合物、共重合体を用いることができる。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
図2は、画像形成ユニットの構成を示す概略図である。その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dは、図2に示すように、静電潜像が形成される感光体5と、その感光体5の表面を帯電させる帯電装置14と、感光体5の表面をクリーニングするクリーニングするクリーニング装置15とから構成されている。
感光体5は、光導電性を有するアモルファスシリコン、アモルファスセレン等の非晶質金属、ビスアゾ顔料、フタロシアニン顔料等の有機化合物を用いることができる。環境及び使用後の後処理を考慮すると、有機化合物を用いることが好ましい。
帯電装置14は、コロナ方式、ローラ方式、ブラシ方式、ブレード方式のいずれであってもよく、ここでは、ローラ方式の帯電装置14を示す。帯電装置14は、帯電ローラ141、帯電ローラ141を清掃するために当接されている帯電ローラクリーニングブラシ142、帯電ローラ141に接続される図示しない電源を備える。帯電ローラ141に高電圧を印加して、感光体5の表面を一様に帯電するものである。
クリーニング装置15は、感光体5に当接してクリーニングブレード151を備え、クリーニングブレード151よりも感光体5回転方向上流側に、固形潤滑剤154を削り取り感光体5上に供給する潤滑剤塗布手段152を備える。この潤滑剤塗布手段152は、トナー除去手段としての機能も兼ね備える。一次転写を終えた後の感光体5上に残存するトナーは、先ずトナー除去手段152により感光体5上から回収される。引き続いて、感光体5上に潤滑剤塗布手段152により固形潤滑剤154の微粒子が供給され、感光体5上に残存するトナーやフィルミング等が最終的にクリーニングブレード151によって掻き取られる。
図3は、本発明に係るトナー補給装置を示す図である。
現像装置を構成するケーシング101は、この内部に搬送オーガと呼ばれる螺旋状のフィンをもったスクリュー102、103が矢印C、D方向に回転しており、この部分にはトナーとキャリアとを混合した現像剤が入っている。搬送オーガによって、例えばスクリュー102では現像剤が図中手前から奥側に現像剤が搬送され、スクリュー103では現像剤が奥側から手前に搬送され奥側と手前側には中央の仕切り104の無い部分が設けられて、現像剤が循環しながら攪拌される構成となっている。この循環する現像剤の一部が、現像ローラ106によって磁力で吸い上げ、吸着され、ドクターブレード105で厚さが均一にされてから、感光体に接することで感光体上の静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成するものである。ここで、感光体に付着するのはトナーのみであり、現像器内の循環する現像剤中のトナーの量を一定に保つために、トナー補給口67より、少量ずつトナーを補給しながら現像が行われる。
トナー補給装置の構成は、新しいトナーを収容するトナー補給容器70と、トナー補給容器70内のトナーを吸引排出して現像装置のトナー補給口67に供給するモーノポンプ60(本実施例では一軸偏心スクリューポンプ)とからなる。
トナー補給容器70は、トナーを収納する袋状の柔軟なトナー容器71とその最下部に接続された口金部80とにより構成される。口金部には、吸引用のノズル110が挿入される。シャッター50は、ノズル110が挿入されないときにトナー流出を止めるためのものである。また、シール材42は、ノズル110又はシャッター50の両側に配置され気密性を保つためのものである。
ノズルにはモーノポンプ60がチューブ65を介して接続される。本発明の実施例では、モーノポンプ60は、一軸偏芯スクリューポンプ60といわれる構成である。ローター69、ステータ62はポンプを構成する2つの主要部品であり、ローター69は円形断面が螺旋状にねじれた形状をしており、硬い材質である。一方、ステータ62はゴム状の柔軟な材料で出来ており、長円形の断面が螺旋状にねじれた形状の穴を有している。また、ステータ62の螺旋のピッチはローター69の螺旋のピッチの2倍の長さに形成されている。このような2つの部品を嵌合し、ローター69側を回転する事でローター69とステータ62との間に出来るスペースに入ったトナーを移送する物である。モーター66は、ユニバーサルジョイント64を介して、ローター69を回転駆動するためのものである。トナーは図の左から右に吸引搬送されてトナー排出口67から下方に落下し、落下したトナーが現像装置10に供給される構成である。ノズル110から現像装置10に至る部分は本体装置に固定され、トナー補給容器70は内部のトナーが消費されて無くなる毎に、新しいトナー補給容器70と交換される。交換の都度、ノズル110の着脱が行われるために、着脱時の汚れやエアーの漏れを防ぐ為には口金部30とノズル110との間の密閉性が非常に重要である。
図4は、トナー補給容器にトナーを充填した状態の斜視図である。
図5は、トナー補給容器内部のトナーが排出されて減容した(しぼんだ)状態を示す正面図である。ここで、トナー容器本体71は60%以上減容されるものが望ましい。
トナー補給容器70を形成するシートは、内側が溶着するためのポリエチレン、外側がナイロンで構成される2層シートである。シートは強度を向上させるために、外側にアルミや、PET(ポリエチレンテレフタレート)を設けることもできる。またシート厚は、50〜210μmである。
本発明の減容型のトナー補給容器70は、トナーを抜き取るとフレキシブル容器71が大気圧により、減容する。さらに、本発明のトナー補給容器70内のトナーは、攪拌がないため、ある程度圧縮された状態(バルクトナー)にある。トナーに流動性がない場合は、補給容器内にトナーが多く残存することになる。このために、トナーが補給容器内から抜き取られる際に、大気圧により、補給容器内のバルクトナーの変形が必要になる。バルクトナーの変形は、トナー同士のずれによって起こるため、このずれ摩擦(応力)の大きさを回転トルクで規定する必要がある。
検討した結果、トナーが500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、以下の式(1)の関係を有している場合に、容器内のバルクトナーの変形が可能となる。
T<−0.05ε+0.032……式(1)
トナーを強い圧力で圧密した場合、空間率εは小さくなり、トナー同時が密に絡み合い、トナー同時のずれに大きな応力が必要となる。逆にトナーを弱い圧力で圧密した場合は、空間率εは大きくなり、トナー同時がゆるく絡み合い、トナー同時のずれは小さな応力で十分となる。
トルクTを小さくすれば、本発明のトナーを得ることが出来る。トルクTを小さくするためには、トナー同士のずれによる摩擦(応力)を小さくすることによって可能となる。
具体的には、トナー表面性、トナー形状、トナーの粒度分布を制御することで可能となる。トナーの表面性に関しては、一般的には、WAXなどのやわらかく、凝集性の高い物質をトナー表面から減らしたり、疎水化度の高い添剤などを多く外添することにより、摩擦力を低減することが出来る。トナー形状に関しては、表面の凹凸が多くなると、トナー同士が絡み合い、摩擦力が大きくなる。一般的には、トナー形状を球形にすれば、摩擦力を低減することが出来る。また、粒径に関しては、一般的には、粒径が小さいほど、トナー表面積が大きくなり、摩擦力が強くなる。
本発明のトナーの評価方法は、トナーの粉体層中に円錐ロータを回転させながら、侵入(下降)させたり、引抜(アップ)いたりさせ、そのときに円錐ロータやトナー粉体層が入っている容器にかかるトルクや荷重を測定し、そのトルクや荷重の値により流動性を評価するものである。
図6は、本発明に用いられる評価装置の例を示すものである。本評価装置は、圧密ゾーンと測定ゾーンからなるものである。
圧密ゾーンは、粉体を入れる容器216、その容器を上下させる昇降ステージ218、圧密させるピストン215、そのピストンに荷重を加えるおもり214等から構成される。
この構成例では、粉体を入れた試料容器216を上昇させ、圧密用のピストン215に接触させ、さらに上昇させてピストン215におもり214の荷重が全てかかるようなおもり214が支持板219より浮いた状態になるようにし、一定時間放置する。その後、粉体を入れた容器216が載せてある昇降ステージ218を下げて、ピストン215を粉体表面から離す。
ピストン215は、どんな材質でも良いが、粉体を押付ける表面の表面性がスムーズである必要がある。そのため、加工しやすくて、表面が固く、変質しない材質が良い。また、帯電による粉体付着がないようにする必要があり、導電性の材質が適している。この材質の一例としては、SUS、Al、Cu、Au、Ag、黄銅等がある。
本発明では、粉体を入れる容器216は、内径φ60mmで、圧密を完了した粉体の高さが、25〜28mmとなるようにした。
測定ゾーンは、図6に示されるように、粉体を入れる容器216、その容器を上下させる昇降ステージ218、ステージには荷重を測定するロードセル213、粉体のトルクを測定するトルクメータ211等から構成される。なお、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。
円錐ロータ212をシャフトの先端に取り付け、そのシャフト自体を上下方向に移動しないように固定する。
粉体を入れた試料容器ステージは、昇降機によって上下できるようにして、ステージの中央部に粉体を入れた容器216を置くようにし、容器を上げることによって、容器の中央に円錐ロータ212が回転しながら侵入してくるようにする。
円錐ロータ212にかかるトルクを上部にあるトルクメータ211によって検出し、また粉体の入った容器216にかかる荷重を容器の下にあるロードセル213によって検出し、さらに円錐ロータ212の移動量は、位置検出器で行なう。
この構成は一例であり、シャフト自体を昇降機により上下させたりするなどできるような他の構成でも適用できる。
図7は、表面に溝を形成した円錐ロータの図である。円錐ロータ212の形状は、円錐の頂角が60°で、図7のように溝がきってある。円錐の頂点からまっすぐ底辺方向に溝を切ったもので、その溝の断面が三角形の凹凸からなるのこぎり歯形状をしている。円錐ロータの辺の長さは30mmであり、頂点の溝の深さは0mmで、底面部分の溝の深さは1mmで、徐々に溝が深くなっている。溝の数は48本である。
円錐ロータ212の材質面とトナー粒子との摩擦成分を測定するのではなく、トナー粒子とトナー粒子との摩擦成分を測定している。
円錐ロータ212材質面とトナー粒子との接触は、三角溝の山の先端部分のみとなる。ほとんどが溝に入り込んだトナー粒子とその周辺のトナー粒子との接触となる。
円錐ロータ212の材質としては、特に限定的でなく、加工しやすくて、表面が固く、変質しないものが好ましく、さらに帯電性を帯びない材質が適している。具体例として、SUS、Al、Cu、Au、Ag、黄銅等を挙げることができる。
本発明の評価方法は、下記の通りとした。
・円錐ロータの回転数:1rpm
・円錐ロータの侵入速度:5mm/min
容器216の材質については問わないが、粉体との帯電による影響が出ないように導電性の材質が適している。また、粉体を入れ替えながら測定するため、汚れを少なくするために表面が鏡面に近いものが良い。
トルクメータ211は高感度タイプのものが良く、非接触方式のものが適している。ロードセル213は荷重レンジが広く、分解能の高いものが適している。位置検出器はリニアスケール、光を用いた変位センサ等があるが、精度的に0.1mm以下の仕様が適している。昇降機は、サーボモータやステッピングモータを用いて、精度良く駆動できるものが良い。
測定は、先ず、容器216にトナーを一定量投入し、本装置にセットして行なわれ、その後、円錐ロータ212を回転させながらトナー粉体層の中に侵入させる。
しかし、実際の測定に入る前に、トナー粉体層を加圧して、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212を下降させ測定を行なうようにした方が良い。トルクや荷重測定に入るときには、決められた回転数、侵入速度で行なう。
円錐ロータ212の回転方向は任意である。円錐ロータ212の侵入距離は、浅いとトルクや荷重の値が小さく、データの再現性等に問題が生じるため、データの再現性のある領域まで深く円錐ロータ212を侵入させた方が良い。本発明者の実験結果によると、5mm以上侵入させればほぼ安定した測定が可能になった。測定モードは、どのような条件でも可能であるが、例として以下のような測定モードがある。
(1)容器216にトナーを充填する。
(2)トナー粉体層を加圧して、圧密状態作り出す。
(3)円錐ロータ212を回転させながら侵入させ、そのときのトルク、荷重を測定する。
(4)円錐ロータ212がトナー表面層から予め設定した深さ迄侵入したところで、侵入動作を止める。
(5)円錐ロータ212を引抜く動作を開始する。
(6)円錐ロータ212の先端がトナー粉体層表面から抜け、完全にフリーになった時点(最初のホームポジション)で円錐ロータ212の引抜き動作を停止し、回転も止める。
以上の(1)〜(6)の操作を繰返して、測定を行なう。連続的に行なっても良い。
次に、空間率について説明する。空間率をε、測定器に充填したトナー粉体の質量をM、トナー粉体の真比重をρ、そしてトナー層の容積をVとするときに、空間率εは、
ε=(V−M/ρ)/V
で表される。
トナーの真比重の測定は、Beckman社Air Comparison Pycnometer Model 930により測定する。
また、トナーの体積平均粒径Dvは、小さい方が細線再現性を向上させることができるために、大きくとも8μm以下のトナーを用いる。しかし、粒径が小さくなると現像性、クリーニング性が低下するために、小さくとも3μm以上が好ましい。さらに、3μm未満では、キャリア又は現像ローラの表面に現像されにくい微小粒径のトナーが多くなるために、その他のトナーにおけるキャリアまたは現像ローラとの接触・摩擦が不十分となり逆帯電性トナーが多くなり地かぶり等の異常画像を形成するため好ましくない。
また、体積平均粒径Dvと数平均粒径Dnとの比(Dv/Dn)で表される粒径分布は、1.05〜1.40の範囲であることが好ましい。粒径分布をシャープにすることで、トナー帯電量分布が均一にすることができる。Dv/Dnが1.40を越えると、トナーの帯電量分布も広く、逆帯電トナーが多くなるために高品位な画像を得るのが困難になる。Dv/Dnが1.05未満では、製造が困難であり、実用的ではない。トナーの粒径は、コールターカウンターマルチサイザー(コールター社製)を用いて、測定するトナーの粒径に対応させて測定用穴の大きさが50μmのアパーチャーを選択して用い、50,000個の粒子の粒径の平均を測定することで得られる。
また、トナーは、円形度のうち形状係数SF−1が100以上180以下の範囲にあり、形状係数SF−2が100以上180以下の範囲にあることが好ましい。図8は、トナーの形状を模式的に表した図であり、図8(a)は形状係数SF−1、図8(b)は形状係数SF−2を説明するための図である。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π/4)……式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)/AREA}×(100π/4)……式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとの接触が点接触になるために、トナー同士の吸着力が弱くなり、その結果、流動性が高くなり、また、トナーと感光体1との吸着力が弱くなって、転写率が高くなり、感光体1上の残留トナーをクリーニングしやすくなる。
トナーの形状係数SF−1とSF−2は100以上がよい。また、SF−1とSF−2が大きくなると、形状が不定型になり、トナーの帯電量分布が広くなり、現像が潜像に対して忠実でなくなり、また、転写でも転写電界に忠実でなくなり画像品位が低下する。さらに、転写率が低下して転写残トナーが多くなり、大きいクリーニング装置15が必要になり画像形成装置の設計上不利になる。このために、SF−1は180を越えない方が好ましく、SF−2は180を越えない方が好ましい。
さらに、この画像形成装置に用いるトナーは、略球形であってもよい。図9は、トナーの外形形状を示す概略図であり、図9(a)はトナーの外観であり、図9(b)はトナーの断面図である。図9(a)では、X軸がトナーの最も長い軸の長軸r1を、Y軸が次に長い軸の短軸r2を、Z軸に最も短い軸の厚さr3を表し、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を有している。
このトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0で表される略球形の形状を有している。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、不定形状に近づくために帯電量分布が広くなる。
厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、不定形状に近づくために帯電量分布が広くなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、略球形の形状になるために、帯電量分布が狭くなる。
なお、これまでのトナーの大きさは、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変え、その場観察しながら測定した。
トナーの形状は、製造方法により制御することができる。例えば、乾式粉砕法によるトナーは、トナー表面も凸凹で、トナー形状が一定しない不定形になっている。この乾式粉砕法トナーであっても、機械的又は熱的処理を加えることで真球に近いトナーにすることができる。懸濁重合法、乳化重合法により液滴を形成してトナーを製造する方法によるトナーは、表面が滑らかで、真球形に近い形状になることが多い。また、溶媒中の反応途中で攪拌して剪断力を加えることで楕円にすることができる。
また、このような略球形の形状のトナーとしては、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中にそれぞれ溶解又は分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させるトナーが好ましい。
以下に、トナーの構成材料及び好適な製造方法について説明する。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。
ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体:スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体:ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
ポリエステル樹脂としては以下のA群に示したような2価のアルコールと、B群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにC群に示したような3価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
A群: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、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、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、ポリオキシエチレン(2,0)−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(2,0)−2,2'−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等。
B群:マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
C群:グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の3価以上のカルボン酸等。
ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
本発明で用いる顔料としては以下のものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキが挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGKが挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレー
キ、ブリリアントカーミン3Bが挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBCが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等がある。
これらは1種または2種以上を使用することができる。
特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。
電荷制御剤をトナー粒子内部に配合(内添)している。しかし、トナー粒子と混合(外添)して用いても良い。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本発明では、粒度分布と電荷量とのバランスをさらに安定したものとすることが可能である。
トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは2種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は65〜90℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラ温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を2種以上混合した物でも良い。
本発明にかかるトナーを作製する方法としては、粉砕法、重合法(懸濁重合、乳化重合分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等があるが、これらの作製法に限るものではない。
本発明のトナーは母体粒子表面に子粒子を埋設して表面改質を行っても良い。母体粒子の1/10以下の有機樹脂粒子や無機微粒子などを混合し、加熱処理などにより母体表面に固定化する事でトナー表面に微小な凹凸を形成することが出来る。
外添剤としてはこれらの無機微粒子の他に一般的な疎水化処理無機微粒子を併用することができるが、疎水化処理された一次粒子の平均粒径が1〜100nm、より好ましくは5nm〜70nmの無機微粒子を含むことが望ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。
それらは、条件を満たせば公知のものすべて使用可能である。例えば、シリカ微粒子、疎水性シリカ、脂肪酸金属塩(ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウムなど)、金属酸化物(チタニア、アルミナ、酸化錫、酸化アンチモンなど)、フルオロポリマー等を含有してもよい。
特に好適な添加剤としては、疎水化されたシリカ、チタニア、酸化チタン、アルミナ微粒子があげられる。シリカ微粒子としては、HDK H 2000、HDK H 2000/4、HDK H 2050EP、HVK21、HDK H 1303(以上クラリアントジャパン)やR972、R974、RX200、RY200、R202、R805、R812(以上日本アエロジル)がある。また、チタニア微粒子としては、P−25(日本アエロジル)やSTT−30、STT−65C−S(以上チタン工業)、TAF−140(富士チタン工業)、MT−150W、MT−500B、MT−600B、MT−150A(以上テイカ)などがある。特に疎水化処理された酸化チタン微粒子としては、T−805(日本アエロジル)やSTT−30A、STT−65S−S(以上チタン工業)、TAF−500T、TAF−1500T(以上富士チタン工業)、MT−100S、MT−100T(以上テイカ)、IT−S(石原産業)などがある。
以下実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、下記において「部」は重量部を、「%」は重量%を意味する。
実施例の記載順序を説明すると、まず、母体トナー及び添加剤の混合条件を変化させたトナーを作製し、本発明に係るトナー補給装置及び画像形成装置を用いて、トナーの排出性を本発明の評価法を用いて評価した。
(母体トナーAの作製)
Mw21000、Mn4200、Tg72℃のポリエステル樹脂1、Mw210000、Mn3600、Tg74℃のポリエステル樹脂2を用い、下記の方法でトナー1を試作した。
ポリエステル樹脂1 70部
ポリエステル樹脂2 30部
カーボンブラック 8部
オリエント化学工業社製 ボントロン E−84 1部
カルナバワックス 3部
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、東芝機械社製2軸混練機を使用して混練し、パルペライザーで粗紛し、ホソカワミクロン社製カウンタージェット粉砕機で粉砕し、日本ニューマチック社製高精度気流分級機で、微粉を分級し取り除き、重量平均径Dvが約6.8μmのトナー母体Aを得た。
(母体トナーBの作製)
Mw17000、Mn3500、Tg59℃のポリエステル樹脂3
ポリエステル樹脂3 100部
カーボンブラック 6部
オリエント化学工業社製 ボントロン S−34 1部
ポリプロピレンワックス 6部
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、東芝機械社製2軸混練機を使用して混練し、パルペライザーで粗紛し、日本ニューマチック社製ジェット粉砕機で粉砕し、日本ニューマチック社製高精度気流分級機で、微粉を分級し取り除き、重量平均径Dvが約8.5μmのトナー母体Bを得た。
(母体トナーCの作製)
((有機微粒子エマルションの合成))
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30:三洋化成工業製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(堀場製作所製)で測定した体積平均粒径は、0.10μmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは57℃であった。
((水相の調製))
水990部、[微粒子分散液1]80部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)40部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
((低分子ポリエステルの合成))
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物220部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物561部、テレフタル酸218部、アジピン酸48部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応させ、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応させた後、反応容器に無水トリメリット酸45部を入れ、180℃、常圧で2時間反応させ、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1]は、数平均分子量2500、重量平均分子量6700、Tg47℃、酸価25であった。
((プレポリマーの合成))
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリツト酸22部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応させ、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応させて、[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価49であった。
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]411部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応させ、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
((ケチミンの合成))
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は418であった。
((マスターバッチの合成))
カーボンブラック(リーガル400R:キャボット社製)40部、結着樹脂:ポリエステル樹脂(三洋化成RS−801 酸価10、Mw20000、Tg64℃)60部、水30部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロール表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行ない、パルベライザーで1mmφの大きさに粉砕し、[マスターバッチ1]を得た。
((油相の作製))
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバワックス110部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、ワックスの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・ワックス分散液1]を得た。[顔料・ワックス分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった。
((乳化))
[顔料・WAX 分散液1]648部、[プレポリマー1]を154部、[ケチミン化合物1]6.6部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpm で1 分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し、[乳化スラリー1]を得た。
((異形化))
イオン交換水1365部、カルボキシメチルセルロース(CMC ダイセル−128:ダイセル化学工業(株)製)35部容器に入れて攪拌した水溶液に、[乳化スラリー1]1000部を混合し、TKホモミキサー(特殊機化製)で2,000rpmで1時間混合し、[異形化スラリー1]を得た。
((脱溶剤))
撹拌機および温度計をセットした容器に、[異形化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
((洗浄⇒乾燥))
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、超音波振動を付与してTKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。この超音波アルカリ洗浄を再度行った(超音波アルカリ洗浄2回)。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、重量平均径Dvが約5.6μmの母体トナーCを得た。
(母体トナーDの作製)
母体トナーCの乳化工程のTKホモミキサーの回転数・時間、異形化工程での増粘剤の量・TKホモミキサーの回転数・時間、脱溶剤工程での温度・時間を逐次変更して、重量平均径Dvが約7.5μmの母体トナーDを得た。
(母体トナーEの作製)
母体トナーCの乳化工程のTKホモミキサーの回転数・時間、異形化工程での増粘剤の量・TKホモミキサーの回転数・時間、脱溶剤工程での温度・時間を逐次変更して、重量平均径Dvが約9.2μmの母体トナーEを得た。
<実施例1>
母体トナーA:100部
添加剤2.0部(クラリアントジャパン製、H2000)
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、目開き32μmの篩で篩って、トナーを得た。
トナーの流動性は、トナー粉を径が60mmで、高さが50mmの容器に入れ、円錐ロータが侵入時のトナー粉体層表面から20mm侵入したときのトルクを測定した。トナーは予め圧密状態にし、空間率を測定し、トルクを評価した。圧密は、500、1000、3000N/mの3点とした。
<実施例2>
母体トナーB:100部
添加剤1.0部(クラリアントジャパン製、H2000)
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、目開き32μmの篩で篩って、トナーを得た。
トナーの空間率、トルクの測定方法は実施例1と同じである。
<実施例3>
母体トナーC:100部
添加剤2.0部(クラリアントジャパン製、H2000)
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、目開き32μmの篩で篩って、トナーを得た。
トナーの空間率、トルクの測定方法は実施例1と同じである。
<実施例4>
母体トナーD 100部
添加剤2.0部(クラリアントジャパン製、H2000)
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、目開き32μmの篩で篩って、トナーを得た。
トナーの空間率、トルクの測定方法は実施例1と同じである。
<実施例5>
母体トナーE:100部
添加剤2.0部(クラリアントジャパン製、H2000)
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、目開き32μmの篩で篩って、トナーを得た。
トナーの空間率、トルクの測定方法は実施例1と同じである。
<比較例1>
母体トナーA:100部
添加剤1.0部(日本エアロジル製、R972D)
上記材料を、三井鉱山社製FMミキサーで混合後、目開き32μmの篩で篩って、トナーを得た。
トナーの空間率、トルクの測定方法は実施例1と同じである。
<比較例2>
母体トナーAをそのまま使用した.
トナーの空間率、トルクの測定方法は実施例1と同じである。
トナーの排出性は、××:トナーがまったく排出されない、×:途中からトナーが排出されなくなった、△:時々トナーの排出が止まる、○:安定してトナーが排出された、◎:安定してトナーが輸送され、ポンプの出力時間(0.1〜1.0秒)と粉体の輸送量がほぼ比例している、として評価した。また、トナー残量は、初期500gの上記トナーをトナー補給容器に入れ、排出試験を行った後に、トナー補給容器内に残存しているトナーの重量を測定した。補給容器内のトナー残量を測定した。
用いたトナーの特性と上記の評価結果を表1に示す。
Figure 2006208431
表1を見て分かるとおり、トナーの本発明の評価法によるトナーの排出性及び残存量と空間率及びトルクとの間には強い相関関係が存在する。実施例1〜5のトナーは、空間率が0.491〜0.570で、トルクが0.00151〜0.00481Nmのトナーであり、比較例1〜2と比べてトナーの排出性は良好であった。また、トナーの残量は、実施例1〜5で5〜51gと、比較例1〜2の450〜500gと比べてきわめて良好であった。
図10は、本実施例の実験結果を示す図である。図10から、トナーの流動性が良好で、残量が少ない領域は、トナーの粉体相を均等に加圧、圧縮した後のトナー粉体層の空間率εと、トナーの粉体層中に円錐ロータを回転させながら侵入させ、前記円錐ロータが前記粉体層中を回転移動することにより発生する円錐ロータのトルク値Tとが、
T<−0.05ε+0.032・・・・・式(1)
の関係を満たすことが判明した。さらに、より好適には、空間率εが0.5〜0.6の範囲にあり、トルクTが0.004(Nm)以下であれば、トナーの流動性良好で、残量が少なくなった。
本発明に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。 画像形成ユニットの構成を示す概略図である。 本発明に係るトナー補給装置を示す図である。 トナー補給容器にトナーを充填した状態の斜視図である。 トナー補給容器内部のトナーが排出されて減容した状態を示す正面図である。 本発明に用いられる評価装置の例を示すものである。 表面に溝を形成した円錐ロータの図である。 トナーの形状を模式的に表した図である。 トナーの外形形状を示す概略図である。 本実施例の実験結果を示す図である。
符号の説明
1 画像形成装置
2 画像形成ユニット
5 感光体
6 露光装置
7 両面ユニット
8 反転ユニット
9 定着装置
10 現像装置
101 ケーシング
102、103 スクリュー
104 仕切り
105 ドクターブレード
106 現像ローラ
11、12 給紙カセット
13 手差しトレイ
14 帯電装置
141 帯電ローラ
142 帯電ローラクリーニングブラシ
15 クリーニング装置
151 クリーニングブレード
152 潤滑剤塗布手段(トナー除去手段)
154 固形潤滑剤
30 口金部
50 シャッター
60 モーノポンプ
62 ステータ
65 チューブ
66 モーター
67 トナー排出口
69 ローター
70 トナー補給容器
71 トナー容器
110 ノズル
210 評価装置
211 トルクメーター
212 円錐ロータ
213 ロードセル
214 おもり
215 ピストン
216 容器
217 加振器
218 昇降ステージ
219 支持板

Claims (21)

  1. 像担持体上の潜像を可視化するトナーを用いる画像形成装置に備えられるトナーの使用方法において、
    前記トナーの使用方法は、トナーが500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、以下の式(1)の関係を有し、
    T<−0.05ε+0.032……式(1)
    この関係を有するトナーを、可撓性部材からなりトナーの補給につれて減容するトナー補給容器に使用される
    ことを特徴とするトナーの使用方法。
  2. 請求項1に記載のトナーの使用方法において、
    前記トナーは、500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εが0.5〜0.6の範囲にある
    ことを特徴とするトナーの使用方法。
  3. 請求項1又は2に記載のトナーの使用方法において、
    前記トナーは、トルクTが0.004Nm以下である
    ことを特徴とするトナーの使用方法。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載のトナーの使用方法において、
    前記トナー補給容器の可撓性部材は、樹脂フィルムであって、トナー補給容器全体が60%以上減容する
    ことを特徴とするトナーの使用方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載のトナーの使用方法において、
    前記トナー補給装置は、トナーを供給するポンプ手段を備える
    ことを特徴とするトナーの使用方法。
  6. 請求項5に記載のトナーの使用方法において、
    前記ポンプ手段が、モーノポンプである
    ことを特徴とするトナーの使用方法。
  7. 像担持体上の潜像を可視化するトナーにおいて、
    前記トナーは、トナーが500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、以下の式(1)の関係を有し、
    T<−0.05ε+0.032……式(1)
    この関係を有するトナーを、可撓性部材からなりトナーの補給につれて減容するトナー補給容器に使用される
    ことを特徴とするトナー。
  8. 請求項7に記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、請求項2ないし6のいずれかに記載の使用方法で使用される
    ことを特徴とするトナー。
  9. 請求項7又は8のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、平均円形度が0.90以上である
    ことを特徴とするトナー。
  10. 請求項7ないし9のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、体積平均粒径が3〜8μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にある
    ことを特徴とするトナー。
  11. 請求項7ないし10のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にある
    ことを特徴とするトナー。
  12. 請求項7ないし11のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、乾式粉砕法で製造された
    ことを特徴とするトナー。
  13. 請求項7ないし12のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、溶液重合法で製造された
    ことを特徴とするトナー。
  14. 請求項7ないし13のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、離型剤を含有する
    ことを特徴とするトナー。
  15. 像担持体上の潜像を可視化するトナーを用いる画像形成装置に備えられるトナー補給装置において、
    前記トナー補給装置は、トナー補給容器が可撓性部材からなりトナーの補給につれて減容する容器であって、
    トナーが、500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εと、その中に円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中を侵入させたときに発生するトルクT(Nm)との関係が、以下の式(1)の関係を有する
    T<−0.05ε+0.032……式(1)
    ことを特徴とするトナー補給装置。
  16. 請求項15に記載のトナー補給装置において、
    前記トナーは、500〜3000N/mの荷重で圧密状態にした空間率εが0.5〜0.6の範囲にある
    ことを特徴とするトナー補給装置。
  17. 請求項15又は16に記載のトナー補給装置において、
    前記トナーは、トルクTが0.004Nm以下である
    ことを特徴とするトナー補給装置。
  18. 請求項15ないし17のいずれかに記載のトナー補給装置において、
    前記トナー補給容器の可撓性部材は、樹脂フィルムであって、トナー補給容器全体が60%以上減容する
    ことを特徴とするトナー補給装置。
  19. 請求項15ないし18のいずれかに記載のトナー補給装置において、
    前記トナー補給装置は、トナーを供給するポンプ手段を備える
    ことを特徴とするトナー補給装置。
  20. 請求項19に記載のトナー補給装置において、
    前記ポンプ手段が、モーノポンプである
    ことを特徴とするトナー補給装置。
  21. 少なくとも潜像を担持する像担持体と、
    像担持体を帯電する帯電装置と、
    像担持体に潜像を書き込む露光装置と、
    像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、
    現像装置にトナーを補給するトナー補給装置とを備える画像形成装置において、
    請求項15ないし20のいずれかに記載のトナー補給装置を備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
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