JP2005099323A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

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孝彰 池上
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鋭司 栗本
Hideo Nakamori
英雄 中森
Hidetoshi Kami
英利 紙
Akihiro Sugino
顕洋 杉野
Yasuyuki Yamashita
康之 山下
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Abstract

【課題】トナーのクリーニング性、特に球形トナーのクリーニング性を長期にわたって信頼性良く確保し、クリーニング不良による地汚れのない良好な画像を長期にわたって得られる画像形成装置を得ること、感光体から画像を転写する時に発生する虫食い状の画像抜けとチリ画像の発生を回避すること、従来の感光体単独の能力では成し得なかった感光体を高耐久化する画像形成装置を装置構成として得ること。
【解決手段】少なくともa.感光体とb.感光体に当接され感光体との相対速度差を持って感光体を摺擦する摺擦部材とc.感光体に当接され感光体と略同一の速度で移動し感光体を押圧する押圧部材を含む画像形成装置であって、前記感光体には少なくとも最表層にフッ素樹脂粒子を含有し、かつ画像形成プロセスにより前記フッ素樹脂粒子が前記感光体表面に延展されていることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置、さらに該画像形成装置用プロセスカートリッジに関する。
複写機、レーザープリンタなどに応用される電子写真装置で使用される電子写真感光体は、セレン、酸化亜鉛、硫化カドミウム等の無機感光体が主流であった時代から、現在では、地球環境への負荷低減、低コスト化、および設計自由度の高さで無機感光体よりも有利な有機感光体(OPC)が広く利用されるようになっている。
この有機感光体は層構成別に分類することができ、例えば、(1)ポリビニルカルバゾール(PVK)に代表される光導電性樹脂やPVK−TNF(2,4,7−トリニトロフルオレノン)に代表される電荷移動錯体を導電性支持体上に設ける均質単層型、(2)フタロシアニンやペリレンなどの顔料を樹脂中に分散させたものを導電性支持体上に設ける分散単層型、(3)導電性支持体上に設ける感光層を、アゾ顔料などの電荷発生物質を含有する電荷発生層(CGL)と、トリフェニルアミンなどの電荷輸送物質を含有する電荷輸送層(CTL)に機能分離した積層型に分類することができる。
積層型の場合、電荷発生層の上に電荷輸送層を設ける構造と、これと逆の構造があり、前者が一般的で後者を特に逆層と呼ぶ場合がある。特に積層型は高感度化に有利であり、加えて、高感度化や高耐久化に対する設計上の自由度が高いこともあって、現在、有機感光体の多くがこの層構成を採っている。
近年では地球環境保全に配慮したモノづくりの重要度が増すに至り、感光体はサプライ製品(使い捨てされる製品)から機械部品としての転換が求められている。これには感光体のロングライフ化が必要であり、この対応として感光層の上に保護層が加えられるケースが一般的となっている。
また、電子写真に用いられる現像用トナーは、トナー製造時の地球環境負荷低減の向上や高画質化に有利な重合トナー、球形トナー、および小粒径トナー(大凡、6μm以下)を使用することが主流となりつつある。これらのトナーに対するクリーニング性を確保することや現像後に残留するトナーを再利用するために感光体はその表面の摩擦係数が低く且つ繰り返し使用時にも持続することが望まれている。
これに対し重合トナーのクリーニング性は感光体表面にステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を塗布して感光体表面の摩擦係数を低減化する(以下、このことを簡単に低表面エネルギー化と称す。)ことでクリーニング性能は確保されることが知られている(非特許文献1(百武信男、丸山彰久、重崎聡、奥山裕江、Japan Hardcopy Fall Meeting、24−27、2001))。
しかしながら、感光体表面に潤滑剤を外添供給すると、リサイクル使用するトナーの中にこの潤滑剤が混入し、結果、トナーの変質を来してしまうことになる。
他の手段として、感光体の最外層にシリコーン化合物、フッ素樹脂微粒子、脂肪酸エステル等の潤滑剤を含有する手段が提案されている。特に重合トナーのクリーニング性に対して、感光体の最外層にフッ素原子含有樹脂微粒子を含有する手段が提案されている(例えば、特許文献1(特開平11−218953号公報)、特、許文献2(特開平11−272003号公報))。
感光体表面の低表面エネルギー化に対してフッ素原子含有樹脂微粒子を含有することは有効であるが、かかる手段のみでは耐久による感光体表面の摩擦係数上昇を伴い、初期の低表面摩擦係数を持続することは困難である。この場合、使用間もなく感光体表面の摩擦係数が上昇し、クリーニング性が不十分となる結果、感光体の交換が必要となる。
また、感光体表面の摩擦係数を低減化するためにはフッ素原子含有樹脂微粒子は所定量以上の濃度で含有させる必要があるが、この場合、特許文献3(特開平7−13381号公報(段落番号[0013])、特許文献4(特開平10−142816号公報(段落番号[0026]))に記される如く膜強度の脆化を招いてしまう。また、これらの公報に規定される含有量に調製してもフッ素原子含有樹脂微粒子を含有することにより感光体の耐摩耗性は劣化してしまうケースが多い。
電子写真感光体の昨今のニーズとして、高い耐摩耗性と表面の低摩擦性が共に持続されることが望まれている。しかしながら、未だこれを満足する手段は見出されていない。
百武信男、丸山彰久、重崎聡、奥山裕江、Japan Hardcopy Fall Meeting、24−27、2001) 特開平11−218953号公報 特開平11−272003号公報 特開平7−13381号公報 特開平10−142816号公報
本発明の目的は、トナー特に球形トナーのクリーニング性を長期にわたって信頼性良く確保し、クリーニング不良による地汚れのない良好な画像を長期にわたって得られる画像形成装置を得ること、感光体から画像を転写する時に発生する虫食い状の画像抜けとチリ画像の発生を回避すること、従来の感光体単独の能力では成し得なかった感光体を高耐久化する画像形成装置を装置構成として得ることである。
本発明者らは鋭意検討した結果、感光体の表層にフッ素樹脂粒子を含有させ、感光体の表面自由エネルギーの低減をはかり、球形トナーのクリーニング性を確保しようと志向した場合、感光体最表層には所定量以上のフッ素樹脂粒子が必要であり、さらにフッ素樹脂粒子が感光体表面で露出後、延展し、感光体表面を一様にフッ素樹脂粒子成分で被覆することが重要であり、そのことを達成すれば球形トナーのクリーニング性は長期にわたって安定的に確保されることを見出した。また、フッ素樹脂粒子を延展させるには画像形成装置内で感光体に対して接触する特定の部材がフッ素樹脂粒子に対して引っかかり効果を発揮し、略球形のフッ素樹脂粒子を引き伸ばすこと、また、感光体に対して接触する特定の押圧部材は引き伸ばされたフッ素樹脂を圧縮し、箔状に感光体表層を被覆することを見出した。特にフッ素樹脂粒子を圧縮する構成部材としては、好ましくはフッ素樹脂粒子以外の潤滑剤を圧縮部材に保持させることが、感光体表面に広がったフッ素樹脂を感光体表面に固定させる効果が大きいことなどを見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明は、
(1)少なくともa.感光体とb.感光体に当接され感光体との相対速度差を持って感光体を摺擦する摺擦部材とc.感光体に当接され感光体と略同一の速度で移動し感光体を押圧する押圧部材を含む画像形成装置であって、前記感光体には少なくとも最表層にフッ素樹脂粒子を含有し、かつ画像形成プロセスにより前記フッ素樹脂粒子が前記感光体表面に延展されていることを特徴とする画像形成装置。
(2)前記摺擦部材には潤滑剤が保持または供給されており、潤滑剤を保持または供給された摺擦部材により前記感光体を摺擦し、感光体表面のフッ素樹脂粒子を引き伸ばすことを特徴とする前記(1)記載の画像形成装置。
(3)前記押圧部材には潤滑剤が保持または供給されており、潤滑剤を保持または供給された押圧部材により前記感光体上に引き伸ばされたフッ素樹脂粒子を押圧し、感光体表面に固定させることを特徴とする前記(1)又は(2)項記載の画像形成装置。
(4)潤滑剤がフッ素樹脂粒子と異なる潤滑剤である前記(2)又は(3)記載の画像形成装置。
(5)前記感光体は積層型の感光体であり、感光体最表層のフッ素樹脂粒子の含有量が最表層全量に対して重量比で40wt%〜80wt%であることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(6)前記感光体のフッ素樹脂粒子はフッ素樹脂粒子が表面に露出しており、露出したフッ素樹脂粒子が最表層表面積の10%以上占有することを特徴とする前記(1)〜(5)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(7)前記感光体に当接した前記摺擦部材は潤滑剤が供給され保持したブラシ状摺擦部材であることを特徴とする前記(1)〜(6)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(8)前記感光体に当接した前記摺擦部材はフェライト粒子、該フェライト粒子を支持する非磁性の導電性スリーブ及び該導電性スリーブに内包されるマグネットロールによって構成される磁気ブラシであることを特徴とする前記(1)〜(7)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(9)前記磁気ブラシは粒径が10μm〜10nmである導電粒子を主成分とする帯電粒子と、潤滑剤粒子と、導電性と弾性を有した表面を備え、該帯電粒子を担持する帯電粒子担持体により構成され、該帯電粒子は前記感光体に接触し、前記感光体表面を帯電する粒子であり、該担持体上に担持した粒子の抵抗が1012〜10-1Ω・cmであり、該粒子の担持量が0.1mg/cm2〜50mg/cm2であることを特徴とする前記(1)〜(7)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(10)前記感光体に当接した前記押圧部材は潤滑剤が供給されたベルト状押圧部材であることを特徴とする前記(1)〜(9)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(11)前記感光体に当接した前記押圧部材は潤滑剤が供給されたローラ状押圧部材であることを特徴とする前記(1)〜(9)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(12)該感光体は画像形成プロセスにおいて、摺擦、押圧を交互に受けることを特徴とする前記(1)〜(11)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(13)前記ブラシ状摺擦部材は転写材に対するトナー像転写後の感光体上の残留トナーを清掃する機能を有するバイアス電界が印加されたクリーニング部材であることを特徴とする前記(7)〜(12)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(14)前記磁気ブラシは直流電圧を印加、若しくは直流電圧に交番電圧を重畳し、感光体を一様に帯電する帯電用部材であることを特徴とする前記(7)〜(13)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(15)前記磁気ブラシは現像剤としてトナーとキャリアを用いた2成分現像剤を用いた現像手段と、転写材に対するトナー像転写後の感光体上に残留したトナーを回収するクリーニング手段を兼ねていることを特徴とする前記(7)〜(14)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(16)前記トナー粒子は、形状係数SF−1が120乃至160であり、形状係数SF−2が115乃至140であり、重量平均粒径が4〜9μmであり、一次個数平均粒径が50nm以下の無機微粒子(a)と、一次個数平均粒径が50乃至1000nmであり、表面積形状球形度ψが0.91乃至1.00である真球状微粒子(b)とが非磁性トナー粒子に外添されていることを特徴とする前記(13)〜(15)項記載の画像形成装置。
(17)前記ベルト状押圧部材は前記感光体上に現像されたトナー画像を中間転写体上に一次転写したのち、前記中間転写体上のトナー画像を記録材上に二次転写する中間転写手段を有する画像形成装置用の中間転写ベルトであって、複数色のトナー画像を中間転写体上に順次重ね合わせてカラー画像を形成し、該カラー画像を記録材上に一括で二次転写することを特徴とする前記(10)、(12)〜(17)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(18)前記ローラ状押圧部材は直流電圧を印加、若しくは直流電圧に交番電圧を重畳した感光体を一様に帯電する帯電用部材であることを特徴とする前記(11)〜(16)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(19)前記ローラ状押圧部材は前記感光体上に現像されたトナー画像を中間転写体上に一次転写したのち、前記中間転写体上のトナー画像を記録材上に二次転写する中間転写手段を有する画像形成装置用の中間転写体であって、複数色のトナー画像を中間転写体上に順次重ね合わせてカラー画像を形成し、該カラー画像を記録材上に一括で二次転写することを特徴とする前記(11)〜(16)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(20)前記画像形成装置が複数の電子写真感光体、帯電手段、現像手段、転写手段を有するタンデム型であることを特徴とする前記(1)〜(19)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
(21)摺擦手段または押圧手段としての帯電用部材、摺擦部材としての現像手段、押圧手段としての転写手段、摺擦手段としてのクリーニング手段の少なくとも1つと、最表層にフッ素樹脂粒子を含有する感光体とが一体となって着脱可能としたことを特徴とする前記(1)〜(20)項のいずれか1項に記載の画像形成装置用プロセスカートリッジ。
(22)前記感光体表層の結着樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする前記(1)〜(21)項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
に関するものである。
本発明に従えば、トナー特に球形トナーのクリーニング性が長期にわたって信頼性良く確保される他、感光体から画像を転写する場合の虫食い上の画像抜け、チリ画像を回避でき、さらには画像形成装置内でフッ素樹脂粒子を摺擦・押圧することにより感光体表面に強固にフッ素樹脂が被覆していることから、従来の感光体単独の能力ではなしえなかったような耐摩耗性に優れた、削れにくい感光体が得られる。
(本発明にかかわる感光体の例)
感光体は導電性支持体上に下引き層と、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とが、積層形成されている。
本発明において電子写真感光体に使用される導電性支持体としては、導電体もしくは導電処理をした絶縁体、例えばAl、Ni、Fe、Cu、Auなどの金属、もしくはそれらの合金の他、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ガラス等の絶縁性基体上にAl、Ag、Au等の金属あるいはIn23、SnO2等の導電材料の薄膜を形成したもの、樹脂中にカーボンブラック、グラファイト、Al、Cu、Ni等の金属粉、導電性ガラス粉などを均一に分散させ、樹脂に導電性を付与した樹脂基体、導電処理をした紙等が使用できる。導電性支持体の形状は特に制約はなく、板状、ドラム状あるいはベルト状のいずれのものも使用できるが、ベルト状の支持体を用いると、内部に駆動ローラー、従動ローラーを設ける必要があるなど装置が複雑化したり、大型化する反面、レイアウトの自由度が増すなどのメリットがある。しかしながら、保護層を形成する場合は、該保護層の可撓性が不足して、表面にクラックとよばれる亀裂が入る可能性があり、それが原因で粒状の地肌汚れが発生することが考えられる。このようなことから、支持体としては剛性の高いドラム状のものが好ましく用いられる。
導電性支持体と感光層との間には、必要に応じて、下引き層を設けてもよい。かかる下引き層は、接着性を向上する、モアレなどを防止する、上層の塗工性を改良する、残留電位を低減するなどの目的で設けられる。下引き層は、一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂は、その上に感光層を溶剤を用いて塗布することを考えると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、メトキシメチル化ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂などが挙げられる。また、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化インジウム等で例示できる金属酸化物、あるいは金属硫化物、金属窒化物などの微粉末を加えてもよい。これらの下引き層は、適当な溶媒を用いて、慣用される塗工法によって形成することができる。
更に、かかる下引き層としては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、クロムカップリング剤等を使用して、例えばゾル−ゲル法等により形成した金属酸化物層も有用である。
この他に、かかる下引き層として、Al23を陽極酸化にて設けたものや、ポリパラキシリレン(パリレン)等の有機物や、SnO2、TiO2、ITO、CeO2等の無機物を真空薄膜作製法にて設けてもよい。
下引き層の膜厚は約0.1〜5μmが適当である。
本発明の電子写真感光体に用いられる感光層の種類は、Se系、OPC系等のいずれも適用できる。無機系材料としては、結晶セレン、アモルファス・セレン、セレン−テルル、セレン−テルル−ハロゲン、セレン−ヒ素化合物等が挙げられる。特に、環境に対して優しくかつ安価なOPCが良好である。これらのうち、OPC系について以下に簡単に説明する。
本発明における感光層は、単層型でも積層型でもよいが、ここでは積層型について述べる。はじめに、電荷発生層について説明することにする。
電荷発生層は、電荷発生物質を主成分とする層であって、必要に応じてバインダー樹脂を用いることもある。電荷発生物質としては、無機系材料と有機系材料を用いることができる。
無機系材料としては、結晶セレン、アモルファス・セレン、セレン−テルル、セレン−テルル−ハロゲン、セレン−ヒ素化合物等が挙げられる。
一方、有機系材料としては、公知の材料を用いることができる。例えば、金属フタロシアニン、無金属フタロシアニンなどのフタロシアニン系顔料、アズレニウム塩顔料、スクエアリック酸メチン顔料、カルバゾール骨格を有するアゾ顔料、トリフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料、ジフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料、ジベンゾチオフェン骨格を有するアゾ顔料、フルオレノン骨格を有するアゾ顔料、オキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料、ビススチルベン骨格を有するアゾ顔料、ジスチリルオキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料、ジスチリルカルバゾール骨格を有するアゾ顔料、ペリレン系顔料、アントラキノン系又は多環キノン系顔料、キノンイミン系顔料、ジフェニルメタン及びトリフェニルメタン系顔料、ベンゾキノン及びナフトキノン系顔料、シアニン及びアゾメチン系顔料、インジゴイド系顔料、ビスベンズイミダゾール系顔料などが挙げられる。これらの電荷発生物質は、単独又は2種以上の混合物として用いることができる。
電荷発生層に必要に応じて用いられるバインダー樹脂としては、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリケトン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリアクリルアミドなどが用いられる。これらのバインダー樹脂は、単独又は2種以上の混合物として用いることができる。
また、必要に応じて、電荷輸送性物質を添加してもよい。また、電荷発生層のバインダー樹脂として、上述のバインダー樹脂の他に、高分子電荷輸送性物質も良好に用いられる。
電荷発生層を形成する方法としては、真空薄膜作製法と、溶液分散系からのキャスティング法とが大きく挙げられる。
前者の方法としては、グロー放電重合法、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、イオンプレーティング法、加速イオンインジェクション法等が挙げられる。この真空薄膜作製法は、上述した無機系材料又は有機系材料を良好に形成することができる。
また、後者のキャスティング法によって電荷発生層を設けるには、上述した無機系もしくは有機系電荷発生物質を必要ならばバインダー樹脂と共に、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、ブタノン等の溶媒を用いてボールミル、アトライター、サンドミル等により分散し、分散液を適度に希釈して塗布することにより、形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート、ビードコート法などの慣用されている方法を用いて行なうことができる。
以上のようにして設けられる電荷発生層の膜厚は、0.01〜5μm程度が適当であり、好ましくは0.05〜2μmである。
電荷輸送層は、帯電電荷を保持させ、かつ、露光により電荷発生層で発生分離した電荷を移動させて保持していた帯電電荷と結合させることを目的とする層である。帯電電荷を保持させる目的を達成するためには、電気抵抗が高いことが要求される。また、保持していた帯電電荷で高い表面電位を得る目的を達成するためには、誘電率が小さく、かつ、電荷移動性が良いことが要求される。
これらの要件を満足させるための電荷輸送層は、電荷輸送性物質及び必要に応じて用いられるバインダー樹脂により構成される。かかる電荷輸送層は、これらの電荷輸送性物質及びバインダー樹脂を適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。かかる電荷輸送層には、必要により、電荷輸送性物質及びバインダー樹脂以外に、可塑剤、酸化防止剤、レベリング剤等などの添加剤を適量添加することもできる。
電荷輸送性物質としては、正孔輸送物質と電子輸送物質とがある。
電子輸送物質としては、たとえば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロキサントン、2,4,8−トリニトロチオキサントン、2,6,8−トリニトロ−4H−インデノ〔1,2−b〕チオフェン−4オン、1,3,7−トリニトロジベンゾチオフェン−5,5−ジオキサイドなどの電子受容性物質が挙げられる。これらの電子輸送物質は、単独又は2種以上の混合物として用いることができる。
正孔輸送物質としては、以下に表わされる電子供与性物質が挙げられ、良好に用いられる。たとえば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、9−(p−ジエチルアミノスチリルアントラセン)、1,1−ビス−(4−ジベンジルアミノフェニル)プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、チオフェン誘導体などが挙げられる。これらの正孔輸送物質は、単独又は2種以上の混合物として用いることができる。
また、高分子電荷輸送性物質は、以下のような構造を有していてもよい。
(a)カルバゾール環を有する重合体
例えば、ポリ−N−ビニルカルバゾール、特開昭50−82056号公報、特開昭54−9632号公報、特開昭54−11737号公報、特開平4−175337号公報、特開平4−183719号公報、特開平6−234841号公報に記載の化合物等が例示される。
(b)ヒドラゾン構造を有する重合体
例えば、特開昭57−78402号公報、特開昭61−20953号公報、特開昭61−296358号公報、特開平1−134456号公報、特開平1−179164号公報、特開平3−180851号公報、特開平3−180852号公報、特開平3−50555号公報、特開平5−310904号公報、特開平6−234840号公報に記載の化合物等が例示される。
(c)ポリシリレン重合体
例えば、特開昭63−285552号公報、特開平1−88461号公報、特開平4−264130号公報、特開平4−264131号公報、特開平4−264132号公報、特開平4−264133号公報、特開平4−289867号公報に記載の化合物等が例示される。
(d)トリアリールアミン構造を有する重合体
例えば、N,N−ビス(4−メチルフェニル)−4−アミノポリスチレン、特開平1−134457号公報、特開平2−282264号公報、特開平2−304456号公報、特開平4−133065号公報、特開平4−133066号公報、特開平5−40350号公報、特開平5−202135号公報に記載の化合物等が例示される。
(e)その他の重合体
例えば、ニトロピレンのホルムアルデヒド縮重合体、特開昭51−73888号公報、特開昭56−150749号公報、特開平6−234836号公報、特開平6−234837号公報に記載の化合物等が例示される。
本発明に使用される電子供与性基を有する重合体は、上記重合体だけでなく、公知単量体の共重合体や、ブロック重合体、グラフト重合体、スターポリマーや、また、例えば特開平3−109406号公報に開示されているような電子供与性基を有する架橋重合体等を用いることも可能である。
また、本発明に用いられる高分子電荷輸送性物質として更に有用なトリアリールアミン構造を有するポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテルとしては、例えば、特開昭64−1728号公報、特開昭64−13061号公報、特開昭64−19049号公報、特開平4−11627号公報、特開平4−225014号公報、特開平4−230767号公報、特開平4−320420号公報、特開平5−232727号公報、特開平7−56374号公報、特開平9−127713号公報、特開平9−222740号公報、特開平9−265197号公報、特開平9−211877号公報、特開平9−304956号公報等に記載の化合物が例示される。
更に、電荷輸送層に併用できるバインダー樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエステル、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ポリスチレン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、フェノキシ樹脂などが用いられる。これらのバインダー樹脂は、単独又は2種以上の混合物として用いることができる。
電荷輸送層の膜厚は、約5〜100μm程度が適当であるが、近年の高画質化の要求から、電荷輸送層を薄膜化することが図られており、1200dpi以上の高画質化を達成するためには、より好ましくは5〜30μm程度が適当である。
本発明における電荷輸送層中には、ゴム、プラスチック、油脂類などに用いられる他の酸化防止剤や可塑剤などの添加剤を添加してもかまわない。
更に、電荷輸送層中にレベリング剤を添加してもかまわない。かかるレベリング剤としては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のシリコーンオイル類や、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するポリマーあるいはオリゴマーなどが使用され、その使用量は、バインダー樹脂100重量部に対して、0〜1重量部が適当である。
塗工方法としては、浸漬塗工法やスプレーコート、ビードコート法などの慣用されている方法を用いて行なうことができる。
更に、電荷輸送層が感光体の最表層になる場合には、少なくとも電荷輸送層にフッ素樹脂微粒子を含有する。
電荷輸送層中にフッ素樹脂微粒子を含有させる場合、より効率よく摩擦係数低減効果を得るためには、電荷輸送層の表面付近の含有量を多くすることが好ましい。すなわち、摩擦係数低減の効果を発揮するのは感光体表面に露出したフッ素樹脂微粒子であり、繰り返し使用による電荷輸送層の摩耗のために、もはや電子写真感光体としての機能を発揮できなくなる膜厚より上に含有させればよく、それより内部に含有したフッ素樹脂微粒子は無駄になってしまう上、逆に感光体の電子写真特性に悪影響を与える可能性もある。フッ素樹脂微粒子を電荷輸送層の表面付近に多く含有させる電子写真感光体の製造方法としては、例えば、フッ素樹脂微粒子を含有しない電荷輸送層形成用塗工液を塗布した後、フッ素樹脂微粒子を含有した電荷輸送層形成用塗工液を塗布するなどの方法が好適である。
例えば、具体的に説明すると、電荷発生層上に、まずフッ素樹脂微粒子を含有しない電荷輸送層形成用塗工液を用いて第1の電荷輸送層を形成し、その上からフッ素樹脂微粒子の含有量が固形分比40vol%の電荷輸送層形成用塗工液を用いて第2の電荷輸送層を形成し、乾燥することによって、表面にフッ素樹脂微粒子を多く含有した電荷輸送層が形成できる。
塗工方法としては、浸漬塗工、スプレー塗工など公知の方法が考えられる。
本発明にかかわるフッ素樹脂とは、分子中にフッ素原子を含有する合成高分子のことであり、通常、ポリテトラフルオロエチレン(四フッ化エチレン樹脂:略称PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂:略称PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(四フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合樹脂:略称FEP)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂:E/TFE)、ポリビニリデンフルオライド(フッ化ビニリデン樹脂:PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(三フッ化塩化エチレン樹脂:略称PCTFE)、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体(三フッ化塩化エチレン・エチレン共重合樹脂:略称E/CTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフロロジメチルジオキソール共重合樹脂(略称TFE/PDD)、ポリビニルフルオライド(フッ化ビニル樹脂:略称PVF)の9種類を指す。
フッ素樹脂は、その特性として、フッ素分子の影響から樹脂自体に潤滑性を持つ。そのため、フッ素樹脂自体が潤滑材の役目を果たす。これは、フッ素分子の分極率が小さいためフッ素化合物の分子間凝集エネルギーが低いこと、構造的に分子鎖表面が滑らかなこと、配向によって摩擦抵抗が緩和されること等によると考えられる。複合材料を潤滑材として使用する場合、低分子量PTFE以外の被複合材料も感光体2に接触し、その影響が出る場合がある。ここで、被複合材料をフッ素樹脂とすれば、フッ素樹脂の特質である潤滑性が低分子量PTFEと共に感光体2に付加され、潤滑性が向上することになる。
該フッ素樹脂微粒子の含有量としては、20vol%〜90vol%さらに好ましくは40vol%〜80vol%である。本発明の請求項の範囲となるように、表面に分散して露出している必要がある。含有量が20vol%より小さいと、表面に露出する微粒子の投影面積比が小さくなってしまい、低摩擦係数の持続性が低下してしまうことがあり、また含有量が90vol%よりも大きいと、必然的にバインダー樹脂の含有量が小さくなり、塗膜の機械的強度が低下してしまうことが考えられる。
また、該フッ素樹脂微粒子の一次粒径は、本発明の好適な一次粒子、および二次粒子の平均直径を満たすためには大きすぎても小さすぎても好ましくない。具体的には平均粒径が0.1〜0.3μmの範囲にあるものが好ましい。
次に、本発明のフッ素樹脂微粒子が表面に露出している部分の投影像の平均直径、面積比の算出方法の例として、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察について説明するが、フッ素樹脂微粒子の露出状態が観察できるものであれば、この限りではない。
フッ素樹脂微粒子が分散された電子写真感光体の表面をSEMによって撮影し、得られたSEM像に映し出されているフッ素樹脂微粒子像を画像解析装置を用いて解析することで、微粒子の平均直径、個数、面積比等を得ることができる。この時、SEM像として得られる画像は表面の略垂直方向より投影したものであるので、映し出されるフッ素樹脂微粒子の像も垂直方向の投影像である。ここで投影像の平均直径とは、観察した時に見られる粒子または粒子の凝集体を1つの粒子とみなした投影像について、重心を通る内径を角度2度刻みで測定した平均値である。
画像解析装置は、このフッ素樹脂微粒子の投影像と、その周りのバインダー樹脂とが二値的に区別でき、その中で複数の一次粒子が凝集した二次粒子を大きな粒子として近似できるような条件を選択できることが必要である。さらに、該フッ素樹脂微粒子の投影像一つ一つについて、少なくとも平均直径、面積比が算出できるようなプログラムが備わっていることが必要である。そのような画像解析装置としては、高詳細画像解析システムIP−1000(旭エンジニアリング社製)のような専用装置や、画像解析ソフトImage−Pro Plus(プラネトロン社製)を導入したコンピュータ等を用いることができる。
SEM像は、加速電圧が高いと、表面付近の内部の様子までが画像情報として得られる場合がある。バインダー樹脂にフッ素微粒子を分散した系においては、加速電圧が高いと表面に露出していない、表面近傍に内在するフッ素樹脂微粒子まで透過して観察される場合があるため、該加速電圧の設定は、表面に露出したフッ素樹脂微粒子が映し出されるように調整する必要がある。
例えば、SEMとして電界放出形走査電子顕微鏡 S−4200(日立製作所社製)を用いた場合、加速電圧としては、2kv〜6kv程度が好適であるが、これは、装置や感光体の材料などによって適宜調整する必要がある。
こうして得られた、表面のSEM画像を画像解析ソフトに取り込み、観察範囲においてカウントされた個々のフッ素樹脂微粒子の平均直径、面積比を算出させることによって、所望の感光体表面のフッ素樹脂微粒子の状態を観測することができるのである。
また、本発明の感光体は、電荷輸送層が最表層になる場合には、電荷輸送層にフッ素樹脂微粒子以外のフィラーを含有しても良い。
フィラー材料としては、有機性フィラー材料と無機性フィラー材料とがある。有機性フィラー材料としては、シリコーン樹脂粉末、a−カーボン粉末等が挙げられ、無機性フィラー材料としては、銅、スズ、アルミニウム、インジウムなどの金属粉末、シリカ、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナ、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、アンチモンをドープした酸化錫、錫をドープした酸化インジウム等の金属酸化物、フッ化錫、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等の金属フッ化物、チタン酸カリウム、窒化硼素などの無機材料が挙げられる。
無機材料からなるフィラーは、有機材料からなるフィラーに比べ硬度が高いため、感光体最表層の耐摩耗性をより向上させることができる。ところが、一般的に、潜像担持体の耐摩耗性を向上させると該潜像担持体の表面部はほとんど摩耗しなくなるが、帯電時に発生するオゾン、NOx等の反応性ガスによって該表面部が低抵抗化し、次第に該表面部の静電荷が保持されなくなり、該静電荷が表面方向に移動してしまうことが知られている。その結果、静電潜像が滲んでしまい、該静電潜像がトナーなどで現像されたときに見られる画像ボケや画像流れと呼ばれる異常画像が起こるようになる。そこで、本発明で用いるフィラーとしては1010Ωcm以上という高い抵抗を有することが好ましい。このようなフィラーを用いることで、感光体の最表面の低抵抗化が抑えられ、上記異常画像の発生を大幅に抑制することができる。
これらのフィラーの中で、特に、シリカ、酸化チタン、アルミナが有効に使用できる。また、これらのフィラー材料は他の金属酸化物微粒子に比べ価格が安く入手も容易なため、感光体の製造コスト低減を図ることが可能となる。
その中でも高い絶縁性を有し、熱安定性が高い上に、耐摩耗性が高い六方最密構造であるα型アルミナは、画像ボケの抑制や耐摩耗性の向上の点から特に有用である。このようなフィラー材料は単独もしくは2種類以上を混合して用いてもよい。
これらのフィラー材料は、電荷輸送物質や結着樹脂、溶媒等とともに適当な分散機を用いることにより分散できる。また、フィラーの一次粒径の平均は、0.05〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.3μmである。
フィラーの平均一次粒径が0.05μmよりも小さすぎると耐摩耗性が不十分となる場合がある。一方、フィラーの平均一次粒径が1.0μmよりも大きすぎると潜像担持体に照射される光書き込み光が該フィラーで散乱して透過率が低下し、画像ボケや文字太りが生じてしまうことがある。
表面層中のフィラー濃度は使用するフィラー種により、また感光体を使用する電子写真プロセス条件によっても異なるが、5〜60重量%が好ましい。また、これらのフィラーを電荷輸送層全体に含有させることも可能であるが、露光部電位が高くなるような場合があるため、電荷輸送層の最表面側が最もフィラー含有率が高く、導電性支持体側が低くなるようにフィラー濃度傾斜を設けたり、電荷輸送層を複数層にして、導電性支持体側から表面側に向かい、フィラー濃度が順次高くしたりするような構成にすることが好ましい。
次に、感光層が単層構成の場合について説明する。
キャスティング法で単層感光層を設ける場合、多くの場合、かかる単層感光層は、電荷発生物質と低分子並びに高分子電荷輸送性物質を適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷発生物質並びに電荷輸送性物質としては、前述した材料を用いることができる。
また、かかる単層感光層には、必要により、可塑剤を添加することもできる。更に、必要に応じて用いることのできるバインダー樹脂としては、先に電荷輸送層で挙げたバインダー樹脂をそのまま用いることができる。その他に、電荷発生層で挙げたバインダー樹脂を混合して用いてもよい。
さらに、単層感光層が感光体の最表層となる場合には、少なくとも該単層感光層にフッ素樹脂微粒子を含有し、該フッ素樹脂微粒子は本発明の分散状態で存在する。
これによって、前述の電荷輸送層の場合と同じ効果が得られる。
また、前述の電荷輸送層の場合と同様に、表面付近のフッ素樹脂微粒子の含有量を多くするのが好ましく、その方法も同様の製造方法を用いることができる。
単層感光体の感光層の膜厚は、5〜100μm程度が適当である。
本発明の感光体においては、感光層の上に、保護層が設けられることもある。保護層に使用される材料としてはABS樹脂、ACS樹脂、オレフィン−ビニルモノマー共重合体、塩素化ポリエーテル、アリール樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリレート、ポリアリルスルホン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリメチルベンテン、ポリプロピレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリアリレート、AS樹脂、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エポキシ樹脂等の樹脂が挙げられる。
また、保護層を用いる場合、保護層が最表層となるので、該保護層中にフッ素樹脂微粒子を含有する。保護層は主に耐摩耗性の向上を目的としている。本発明においては、フッ素樹脂微粒子を好適な分散状態で含有することで長期間繰り返し使用においても低摩擦係数が持続し、耐摩耗性が向上する。さらに、保護層は感光層の上に比較的小さな膜厚をもって設けられるため、感光体の電気特性への影響が比較的小さく、電荷輸送層にフッ素樹脂微粒子を含有させる場合よりも、含有量を大きくすることができたり、低摩擦係数化や耐摩耗性に特化した処方を用いて電荷輸送層と機能分離させることができるなどの利点がある。
また、保護層にはさらなる耐摩耗性を付与するためにフィラー材料を含有してもよい。フィラーとしては、前述のものを用いることができ、また、これらのフィラー材料は単独もしくは2種類以上を混合して用いられる。
また、保護層に電荷輸送物質を含有させることも感光体の電気特性、特に繰り返し使用時の光感度劣化、残留電位の上昇を抑制するのに非常に有用である。これは、保護層にも電荷輸送性を持たせることで、感光体表面までスムーズに電荷が移動できるようになるためだと考えられる。かかる電荷輸送性物質としては、先に挙げた電荷輸送層で用いられる電荷輸送性物質を用いることができる。
更に、本発明に係る電子写真感光体の保護層には、接着性、平滑性、化学的安定性を向上させる目的で、種々の添加剤を加えてもかまわない。
本発明にかかる保護層は、浸漬塗工、スプレー塗工、ブレード塗工、ナイフ塗工等の常法の塗工方法を用いて感光層上に形成される。特に、量産性、塗膜品質などの面から浸漬塗工、スプレー塗工が有利である。
しかしながら、塗工における各種条件によっても、感光体表面のフッ素樹脂微粒子の分散状態変わるので、塗工する際の条件設定は非常に重要である。
例えば、スプレー塗工においては、まず、塗工液の条件として、固形分濃度、混合溶媒の場合はその種類と混合比などがあり、スプレー装置の条件としては、塗工液の吐出量、霧化エア圧力、スプレー先端と被塗布部表面との距離、被塗布物表面の移動速度、重ね塗りの回数などが上げられる。例えば、塗工液の吐出量を小さくして、重ね塗り回数を増やすことで所望の膜厚の保護層を形成する場合は、よりドライな状態で塗膜が形成され、逆に吐出量を大きくして、重ね塗り回数を減らすと、よりウェットな状態で塗膜が形成されることになる。
このように塗工中の塗膜の状態一つをとっても、表面のフッ素樹脂微粒子の状態に影響を及ぼすことが考えられる。従って、表面のフッ素樹脂微粒子が本発明のような状態になるように、各種塗工条件を検討し、好適な範囲を把握する必要がある。
こうして得られる保護層の膜厚は0.1〜15μmの範囲が適当であり、より好ましくは1〜10μmである。
(本発明にかかわるトナーの説明)
本発明において、形状係数を示すSF−1、SF−2とは、例えば日立製作所製FE−SEM(S−800)を用い、1000倍に拡大した2μm以上の非磁性トナー粒子像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して、例えばニコレ社製画像解析装置(Luzex III)に導入し解析を行い下式より算出し得られた値を形状係数SF−1、SF−2と定義する。
上記測定方法では、非磁性トナー粒子のSF−1及びSF−2と無機微粒子(a)と真球状微粒子(b)とが外添されている非磁性トナーのSF−1及びSF−2とでは測定値に実質的に差はない。
(式中、MXLNGは粒子の絶対最大長、PERIMEは粒子の周囲長、AREAは粒子の投影面積を示す。)
形状係数SF−1はトナーの丸さの度合を示し、形状係数SF−2はトナーの凹凸の度合を示している。
トナーの形状係数SF−1が120未満の時あるいはトナーの球状係数SF−2が115未満の時、一般にトナー担持体上にトナー融着が発生しやすい。トナーの形状係数SF−1が160を超えると、球形から離れて不定形に近づき、現像器内でトナーが破砕され易く、粒度分布が変動したり、摩擦帯電量の分布がブロードになりやすく地かぶりや反転かぶりが生じやすい。SF−2が140を超えると、静電潜像担持体から転写材への転写時におけるトナー像の転写効率の低下、および文字やライン画像の転写中抜けを招き好ましくない。粉砕法で製造した非磁性トナー粒子を表面処理したものが好ましく用いられる。
本発明の画像形成方法に使用される非磁性トナー粒子は、SF−1が120乃至160であり、SF−2が115乃至140であり、重量平均粒径が4〜9μmであり、一次個数平均粒径が50nm以下の無機微粒子(a)と、一次個数平均粒径が50乃至1000nmであり、表面積形状球形度ψが0.91乃至1.00である真球状微粒子(b)とが非磁性トナー粒子に外添されているので、転写性に優れ、多数枚耐久性に優れ、さらに、現像工程時に転写工程後に静電潜像担持体に残存するトナーを現像器に回収しやすく、デジタル潜像のドット再現性にも優れているものである。
非磁性トナー粒子表面に無機微粒子(a)及び真球状微粒子(b)を有することで、非磁性トナーの文字画像やライン画像の転写中抜けも改善される。
さらに、本発明において、非磁性トナーのBET法によって測定された単位体積あたりのBET比表面積Sbと、非磁性トナーを真球と仮定した際の重量平均粒径(D)から算出した単位体積あたりの比表面積St(St=6/D)の関係が3.0≦Sb/St≦7.0でありかつ、Sb≧St×1.5+1.5であることが好ましい。さらに、本発明で使用する非磁性トナーは、個数平均粒径をD(μm)とし、Sb(m/cm)とし、DとSbとの関係が、
であることが好ましい。Dは3.5〜8.0μmであるのが良い。さらにSbが3.2〜6.8m/cm(より好ましくは3.4〜6.3m/cm)であることがよい。
試料の重量から体積を求めるための真密度は、例えば島津製作所製の乾式自動密度計「アキュピック1330」を使用して測定することができる。
上記比率Sb/Stが3.0倍未満であると転写効率が低下し、7.0倍を超えると画像濃度が低下する。これは非磁性トナー粒子に外添される無機微粒子が粉体(b)と真球状微粒子(b)とが非磁性トナー粒子とトナー像担持体との間及び非磁性トナー粒子と静電潜像担持体表面との間でスペーサーとして有効に挙動することに因ると考えられる。
上記範囲の非磁性トナーの比表面積は、非磁性トナー粒子の比表面積と非磁性トナー粒子に添加する無機微粒子(a)及び真球状微粒子(b)の比表面積、添加量及び添加混合強度を制御することで達成される。
さらには無機微粒子(a)及び真球状微粒子(b)が有効に使われるためにトナー粒子の体積あたりの比表面積Srが1.2〜2.5m/cm(好ましくは1.4〜2.1m/cm)であり、トナーを真球と仮定した際の重量平均粒径から計算される体積あたりの理論比表面積の1.5〜2.5倍であることが良い。
無機微粒子(a)及び真球状微粒子(b)の添加によって、比磁性トナーのBET比表面積は1.5m/cm以上増加することが好ましい。無機微粒子(a)を添加する前のトナー粒子における半径1nm〜100nmの細孔の積算細孔面積比率曲線における60%細孔半径が3.5nm以下であるほうがよい。この際、トナーのBET比表面積Sbとトナー粒子のBET比表面積Srの比Sb/Srの値は2〜5の範囲にあることが好ましい。
これらは、トナー粒子に添加される無機微粒子(a)の一次粒径以上の、トナー粒子中の細孔を減ずることによって、該無機微粒子(a)がさらに有効に挙動し、転写効率を向上させるものと考えられる。
比表面積はBET法に従って、比表面積測定装置(オートソープ1;湯浅アイオニクス社製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて比表面積を算出する。また、60%細孔半径は、脱離側の細孔半径に対する積算細孔面積比率曲線から求める。オートソープ1においては細孔分布の計算はBarrett、Joyner & Harenda(B.J.H)によって考えられたB.J.H法で行う。
高画質化のためより微小な潜像ドットを忠実に現像するために、トナーは重量平均径が4μm〜9μmであるものが使用される。重量平均径が4μm未満のトナーにおいて、転写効率の低下から感光体上に転写残のトナーが多く、さらに、カブリ・転写不良に基づく画像の不均一ムラの原因となりやすく、本発明で使用するトナーとしては好ましくない。トナーの重量平均径が9μmを超える場合には、文字やライン画像の飛び散りが生じやすい。
トナー粒子及びトナーの平均粒径及び粒度分布はコールターカウンターTA−II型あるいはコールターマルチサイザー(コールター社製)等を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェース(日科機製)及びPC9801パーソナルコンピューター(NEC製)を接続し、電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定法としては、前記電解水溶液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フォン酸塩)を0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い前記コールターカウンターTA−II型によりアパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、2μm以上のトナーの体積、個数を測定して体積分布と個数分布とを算出した。それから、本発明に係わる体積分布から求めた体積基準の重量平均粒径(D)、個数分布から求めた個数基準の個数平均粒径(D)を求める。
また、本発明に使用する非磁性トナーの単位面積あたりの帯電量(二成分法)は30〜80mC/kg(より好ましくは40〜70mC/kg)であることが、電圧を印加した転写部材を用いる転写方法において転写効率を向上させる上で好ましい。
本発明における非磁性トナーの二成分法による帯電量(二成分トリボ)の測定法を以下に示す。
温度23℃、相対湿度60%環境下、200メッシュパス−300メッシュオンの鉄粉(EFV200/300;パウダーテック社製)を用い、鉄粉9.5gにトナー0.5gを加えた混合物を50〜100ml容量のポリエチレン製の瓶に入れ50回手で震盪する。次いで図11に示す、底に500メッシュのスクリーン73のある金属製の測定容器72に前記混合物1.0〜1.2gを入れ、金属製のフタ74をする。この時の測定容器72全体の重量を秤りW1(g)とする。次に吸引機(測定容器72と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口77から吸引し風量調節弁76を調節して真空計75の圧力を2450Pa(250mmAq)とする。この状態で一分間吸引を行いトナーを吸引除去する。この時の電位計79の電荷をV(ボルト)とする。ここで78はコンデンサーであり容量をC(μF)とする。また吸引後の測定機全体の重量を秤りW2(g)とする。このトナーの摩擦帯電量(mC/kg)は、下式の如く計算される。
摩擦帯電量(mC/kg)=CV/(W1−W2)
また、非磁性トナーに用いられる結着樹脂としてはゲルパーミエーションクロマトグラム(GPC)の分子量分布において、低分子量側のピークが分子量3000〜15000の範囲にあることが、粉砕法で生成したトナー粒子の形状を熱的機械的衝撃力でコントロールする上で好ましい。低分子量側のピーク位置の分子量が15000を超えると、形状係数SF−1、SF−2を本発明の範囲に制御しにくい。ピーク位置の分子量が3000未満では、トナー粒子の表面処理時に装置内で融着を生じやすい。分子量は、GPCにより測定される。具体的なGPCの測定方法としては、予めトナーをソックスレー抽出器を用いテトラヒドロフラン(THF)溶剤で20時間抽出を行ったサンプルを用い、カラム構成は昭和電工製A−801、802、803、804、805、806、807を連結し標準ポリスチレン樹脂の検量線を用い分子量分布を測定する。
重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比率(Mw/Mn)は、2〜100を示す樹脂が好ましい。
トナーのガラス転移点Tgは定着性、保存性の観点から50℃〜75℃(さらに好ましくは、52℃〜70℃)が好ましい。
トナーのガラス転移点Tgの測定にはたとえば、パーキンエルマー社製のDSC−7のような高精度の内熱式入力補償型の示差走査熱量計で測定を行う。測定方法は、ASTM D3418−82に準じて行う。本発明においては、試料を1回昇温させ前履歴をとった後、急冷し、再度温度速度10℃/min、温度0〜200℃の範囲で昇温させたときに測定されるDSC曲線を用いる。
トナーの結着樹脂としては、ポリスチレン;ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン置換体の単重合体;スチレン−p−クロルスチレン共重合体、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−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロル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−インデン共重合体の如きスチレン共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂等が使用できる。架橋されたスチレン系樹脂も好ましい結着樹脂である。
スチレン共重合体のスチレンモノマーに対するコモノマーとしては、アクリル酸、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−2−エチルヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸、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、メタクリル酸オクチル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如き二重結合を有するモノカルボン酸もしくはその置換体;マレイン酸、マレイン酸ブチル、マレイン酸メチル、マレイン酸ジメチルの如き二重結合を有するジカルボン酸及びその置換体;塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニルの如きビニルエステル;エチレン、プロピレン、ブチレンの如きエチレンオレフィン;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトンの如きビニルケトン;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテルが挙げられる。これらのビニル単量体が単独もしくは組み合わせて用いられる。架橋剤としては、主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられる。例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンの如き芳香族ジビニル化合物;エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレートの如き二重結合を2個有するカルボン酸エステル;ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンの如きジビニル化合物;及び3個以上のビニル基を有する化合物が挙げられる。これらは、単独もしくは混合して使用できる。
加熱加圧、定着時の定着部材からの離型性の向上、定着性の向上の点から次のようなワックス類をトナー粒子中に含有させることも好ましい。パラフィ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、カルナバワックス及びその誘導体が挙げられる。誘導体としては酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合体、グラフト変性物が挙げられる。
その他、長鎖アルコール、長鎖脂肪酸、酸アミド、エステル、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、鉱物系ワックス、ペトロラクタム等も利用できる。
非磁性トナーには荷電制御剤をトナー粒子に配合(内添)、又はトナー粒子と混合(外添)して用いることが好ましい。荷電制御剤によって、現像システムに応じた最適の荷電量コントロールが可能となる。トナーを負荷電性に制御するものとして下記物質がある。
例えば有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸系の金属錯体がある。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノール等のフェノール誘導体類がある。
正荷電性に制御するものとして下記物質がある。
ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物等)、高級脂肪酸の金属塩;ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドの如きジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートの如きジオルガノスズボレートが挙げられる。これらを単独あるいは2種類以上組み合わせて用いることができる。
上述した荷電制御剤は微粒子状として用いることが好ましく、この場合これらの荷電制御剤の個数平均粒径は4μm以下さらには3μm以下が特に好ましい。これらの荷電制御剤をトナー粒子に内添する場合は結着樹脂100重量部に対して0.1〜20重量部、特に0.2〜10重量部使用することが好ましい。
非磁性トナーに用いられる着色剤は、黒色着色剤としてカーボンブラック、以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用される。
イエロー着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、168、174、176、180、181、191等が好適に用いられる。
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48;2、48;3、48;4、57;1、81;1、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254が特に好ましい。
シアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が利用できる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66等が特に好適に利用できる。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。該着色剤の添加量は、結着樹脂100重量部に対し1〜20重量部添加して用いられる。
無機微粒子(a)としては非磁性トナーの帯電安定性、現像性、流動性、保存性向上のため、シリカ、アルミナ、チタニアあるいはその複酸化物の中から選ばれることが好ましい。さらには、シリカであることがより好ましい。シリカは硅素ハロゲン化物やアルコキシドの蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ及びアルコキシド、水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能である。表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNaO、SO 2−等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。乾式シリカにおいては、製造工程において塩化アルミニウム、塩化チタンの如き他の金属ハロゲン化合物を硅素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、それらを使用しても良い。
無機微粒子(a)はBET法で測定した窒素吸着によるBET比表面積が30m/g以上、特に50〜400m/gの範囲のものが良好な結果を与える。
非磁性トナー粒子100重量部に対して無機微粒子(a)0.1〜8重量部、好ましくは0.5〜5重量部、さらに好ましくは1.0乃至3.0重量部使用するのが特に良い。
無機微粒子(a)は、個数一次平均粒径が50nm以下(より好ましくは1〜30nm)であるものが使用される。
無機微粒子(a)の個数一次平均粒径は、電子顕微鏡で100,000倍に拡大し、粒径1nm以上の粒子を無作為に100個選び、それらの長径を測定し、平均値を求めることにより算出した値である。
無機微粒子(a)は、必要に応じ、疎水化、及び/又は帯電性制御の目的でシリコーンワニス、各種官能基を有するシリコーンワニス、シリコーンオイル、各種官能基を有するシリコーンオイル、シランカップリング剤、各種官能基を有するシランカッブリング剤、その他有機硅素化合物、有機チタン化合物の如き処理剤で、処理されていることも好ましい。処理剤は種類の異なるものを併用しても良い。
高い帯電量を維持し、低消費量及び高転写率を達成するためには、無機微粒子(a)は少なくともシリコーンオイルで処理されることがさらに好ましい。
本発明においては、転写性および/または現像同時クリーニング性向上のために、前記無機微粒子(a)に加えて、さらに個数一次平均粒径が50乃至1000nm(好ましくは70乃至900nm)の無機又は有機の球状に近い真球状微粒子(b)が外添されている。
例えば球状シリカ粒子、球状樹脂粒子等が好ましく用いられる。
真球状微粒子(b)は、BET比表面積が30m/g以下のものが好ましい。
真球状微粒子(b)の表面積形状球形度ψとは、以下のように定義する。
BET比表面積の実測は、例えばQUANTACHROME社製比表面積計オートソーブ1を使用した場合、測定方法の例としては次のようなものがある。
真球状微粒子(b)約0.3gをセル中に秤取し、温度40℃、真空度1.0×10−3mmHgで1時間以上脱気処理を行なう。その後、液体窒素により冷却した状態で窒素ガスを吸着し多点法により値を求める。
真球状微粒子(b)を真球と仮定した場合の表面積は、真球状微粒子(b)の電子顕微鏡写真(×10000)から粒径10nm以上の粒子を無作為に100個の真球状微粒子像を選び、それらの直径を測定し、平均した直径の値をその樹脂微粒子を真球と仮定した場合の直径とする。この直径をもとにし、真球状微粒子の半径γを求め、さらに真球状微粒子(b)の表面積(4πγ2 )を求める。さらに真球状微粒子(b)の体積
を求め、真球状微粒子(b)の密度と、該体積から真球状微粒子(b)の重量を求める。得られた該表面積と該重量から、真球状微粒子(b)を真球と仮定した場合の表面積(m/g)を求める。表面積形状球形度ψが0.91乃至1.00の真球状樹脂微粒子(b)と無機微粒子(a)とが組み合わせて外添されていることにより現像同時クリーニングが長期にわたって良好に実施される。真球状樹脂微粒子(b)は非磁性トナー粒子100重量部当たり0.01〜1.0重量部、より好ましくは0.03〜0.8重量部使用するのが良い。
真球状微粒子(b)が真球状樹脂微粒子の場合、該樹脂微粒子は乳化重合法または、スプレードライ法などによって生成条件を調整することにより製造され得る。好ましくはスチレンモノマー、メチルメタクリレートモノマーを乳化重合法により重合して得られる。ガラス転移点75℃以上、より好ましくは80〜150℃の樹脂粒子が良好な効果を示す。
本発明においては、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤を使用しても良い。例えばテフロン(登録商標)粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末、チタン酸カルシウム粉末、の如き研磨剤;ケーキング防止剤、あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末の如き導電性付与剤が挙げられる。
本発明に使用する非磁性トナー粒子トナーを作製する方法を説明する。第1に、結着樹脂、ワックス、金属塩ないしは金属錯体、着色剤としての顔料、染料、必要に応じてその他の荷電制御剤、添加剤等をヘンシェルミキサー、ボールミルの如き混合器により十分混合してから加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練して樹脂をお互いに相溶せしめた中に金属化合物、顔料、染料を分散又は溶解せしめ、冷却固化後、粉砕、分級を行なってトナー粒子を得る。分級工程の最終段階においては生産効率上、多分割分級機を用いることが好ましい。
得られたトナー粒子を所定のSF−1及びSF−2の値にするための表面処理としては、粉砕法トナー粒子を水中に分散させ加熱する湯浴法;熱気流中を通過させる熱処理法;機械的エネルギーを付与して処理する機械的衝撃法などが挙げられる。本発明においては、機械的衝撃法において処理温度をトナー粒子のガラス転移点Tg付近の温度(Tg±10℃)を加える熱機械的衝撃法が、凝集防止、生産性の観点から好ましい。さらに好ましくは、トナーのガラス転移点Tg±5℃の範囲の温度で行うことが、表面の10nm以上の半径の細孔を減じ、無機微粒子(a)を有効に働かせ、転写効率を向上させるのに特に有効である。
本発明は、静電潜像担持体表面に離型性を付与することが好ましく、この効果により、転写残余のトナー量を著しく減少させることができ、転写残トナーによる遮光がほとんどなくネガゴースト画像を本質的に防止できると共に現像時に転写残トナーの現像域での回収効率も向上し、ポジゴースト画像を良好に防止することができる。
ここでゴースト画像の発生メカニズムを説明する。
転写残トナーによる遮光が特に問題となるのは、一枚の転写材に対し静電潜像担持体表面が繰り返し使用される場合である。静電潜像担持体一周分の長さが転写材の進行方向長さよりも短い場合、転写残トナーが静電潜像担持体上に存在する状態で帯電−露光−現像をしなければならないため、転写残トナーの存在する静電潜像担持体表面部位での電位が充分落ちきらず現像コントラストが不十分になるため反転現像を用いる画像形成方法においては、周囲よりも濃度が低い、ネガゴーストとして画像上に現れる。
一方、現像時に転写残トナーのクリーニング効果が不十分であれば、転写残トナーの存在する静電潜像担持体表面上に、トナーが現像されるため周囲よりも濃度が高いポジゴーストが発生する。
以下、本発明にかかわる画像形成装置例を図面に沿ってさらに詳しく説明する。
図1は、本発明の画像形成装置の1例(摺擦部材がクリーニングブレードで、押圧部材がクリーニングブラシ、帯電ローラー、紙転写ベルト)を示すものである。
また、図1はこの発明をフルカラープリンタに適用した例を示す全体構成図である。装置本体1内には、4個の像担持体ユニットである感光体ユニット2A、2B、2C及び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。装置本体の略中央に転写ベルト3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ユニットを配置している。転写ベルトの内側には4つの転写ブラシ57が4個の感光体に対応してそれぞれ設けられている。その転写ベルトの上側の面に、感光体ユニット2A、2B、2C、2Dにそれぞれ設けられている感光体が接触するように配置している。そして、その感光体ユニット2A〜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〜10Dを配置している。現像装置10A〜10Dは、同一の構成であり使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置である。そして、現像装置10Aはマゼンタ色のトナーを使用し、現像装置10Bはシアン色のトナーを使用し、現像装置10Cはイエロー色のトナーを使用し、現像装置10Dはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像装置内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。
現像装置は感光体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。
また、感光体ユニット2A〜2Dの上方には書込みユニット6を、転写ベルトの下方には両面ユニット7をそれぞれ配置している。このプリンタは、装置本体の左方に、画像形成後の転写紙Pを反転させて排出したり、両面ユニットへ搬送したりする反転ユニット8を装着している。
書込みユニット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WTL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ー光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体上に照射される。
両面ユニットは、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Pを受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
反転ユニットは、それぞれ対をなす複数の搬送ローラと、対をなす複数の搬送ガイド板とからなり、上述したように両面画像形成する際の転写紙Pを表裏反転させて両面ユニットへ搬出したり、画像形成後の転写紙P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。給紙カセットが設けられている給紙部には、転写紙P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。
転写ベルトと反転ユニットとの間には、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P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、装置本体の下部には、上下2段にサイズの異なる転写紙Pを収納可能な給紙カセット11と12を、それぞれ配設している。さらに、装置本体の右側面には、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。
感光体ユニット2A〜2Dは、同一の構成をしたユニットであり、感光体ユニット2Aはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Bはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Cはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Dはブラック色に対応する画像を形成する。
まず、この画像形成装置のフルカラー画像形成時の動作を説明する。この画像形成装置がフルカラーの画像データを受け取ると、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、その各感光体の表面が帯電ローラ14により一様に帯電される。帯電ローラー14は感光体と順方向につれまわり、回転速度は感光体と同速度とする。従って、この画像形成装置では帯電ローラーは本発明の感光体を押圧する部材として働く、そして、感光体ユニット2Aの感光体には、書込みユニットによりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Bの感光体にはシアンの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Cの感光体にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに感光体ユニット2Dの感光体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、感光体が回転することにより現像装置10A、10B、10C及び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、給紙カセットから転写紙Pが分離給紙部により給紙され、それが転写ベルト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Pは、転写ベルト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の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Pは、転写ベルト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P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、装置本体上部の排紙トレイに反転排紙されたり、定着装置から直進して反転ユニット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に搬送され、そこから再給紙されて感光体ユニット2A〜2Dが設けられている作像部で、裏面に画像が形成された後に排出される。以後、2枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
次に、この画像形成装置の白黒画像形成時の動作を説明する。この画像形成装置が白黒の画像データを受け取ると、吸着ローラに対向して転写ベルトを支持している従動ローラが下方に移動し、転写ベルトがマゼンタ、シアン、イエローの感光体から離間する。ブラックの感光体が図1で時計回り方向に回転し、ブラック感光体の表面が帯電ローラ14により一様に帯電される。そして、さらに感光体ユニット2Dの感光体にはブラックの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像装置10Dの位置に達すると、ブラックのトナーにより現像されてトナー像となる。この際、ブラック以外の3色の画像形成部は停止しており、感光体の不要な消耗を防止する。そのため、ブラック以外の3色の画像形成部では転写ベルトは感光体から離間した状態となっている。
一方、給紙カセットから転写紙Pが分離給紙部により給紙され、それが転写ベルトの直前に設けられているレジストローラ対59により、ブラック感光体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Pは、転写ベルトの入口付近に配設している紙吸着ローラ58により帯電され、それにより転写ベルトの表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Pは、転写ベルトに吸着した状態で搬送されるので、転写ベルトがマゼンタ、シアン、イエローの感光体から離間していてもブラックの感光体まで搬送され、ブラックのトナー像が転写される。転写紙を安定して静電吸着搬送するために転写ベルトは少なくとも表層が高抵抗の材料で構成されている必要がある。
その転写紙Pは、フルカラー画像の場合と同様に定着装置9で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以後、2枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。転写ベルトの材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
感光体ユニット2A〜2Dは、図2に示すように帯電ローラ14と、静電潜像が形成される感光体5と、その感光体の表面をクリーニングするブラシローラ15とクリーニングブレード47から構成されている。帯電ローラにはローラ表面をクリーニングするためのクリーニングローラ49が当接している。クリーニングブレードにより掻き落としたトナーを、ブラシローラでトナー搬送オーガ48側に移動させ、そのトナー搬送オーガを回転させることにより回収した廃トナーを、図1に示した廃トナー収納部18に搬送するように構成されている。この実施の形態では、感光体径はφ30mmであり、各感光体はそれぞれ矢示C方向に125mm/secで回転する。ブラシローラは感光体の回転に同期して反時計方向に感光体と同じ速度125mm/secで回転する。
なお、この感光体ユニット2A〜2Dには、それを装置本体に対して着脱する際の基準として、位置決め主基準部51を設けると共に、手前側位置決め従基準部52と奥側位置決め従基準部53とをブラケット50にそれぞれ一体に設け、その感光体ユニット2A〜2Dを装置本体1に装着する際に、それらの基準部により、感光体ユニット2A〜2Dを所定の装着位置に確実に位置決めできるようにしている。
感光体と帯電ローラを一つのユニット内に配置しているので、ユニット内で感光体と帯電ローラの位置が決まる構成にし、ユニット全体を交換することで、ギャップの調整を行う必要はなくユーザでも交換が容易である。ここでは感光体と帯電ローラとクリーニングが一体となったユニットで説明したが、クリーニングは別のユニット構成にしてもいいし、さらには現像を感光体や帯電と一体のユニットとすることもできる。
(画像形成装置の例2 中間転写体がある例)
次に、中間転写体を備えた画像形成装置の例を図3に示す。
図3は、また、カラー画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置においては、摺擦部材がクリーニングブレードで、押圧部材が中間転写ベルトある。
まず、図3を用いて、本実施の形態に係るカラー複写機の概略構成及び動作について説明する。このカラー複写機は、カラー画像読取装置(以下、カラースキャナという)1、カラー画像記録装置(以下、カラープリンタという)2、給紙バンク3等で構成されている。
上記カラースキャナ1は、コンタクトガラス121上の原稿4の画像を照明ランプ122、ミラー群123a、b、c、及びレンズ124を介してカラーセンサ125に結像して、原稿4のカラー画像情報を、例えばRed、Green、Blue(以下、それぞれR、G、Bという)の色分解光毎に読み取り、電気的な画像信号に変換する。あるいは、R、G、Bの画像データがメモリに格納される。図示しないメモリを用いる場合は、1度の走査でRGB3色の画像データを得る。ここで、カラーセンサ125は、本例ではR、G、Bの色分解手段とCCDのような光電変換素子で構成され、原稿4の画像を色分解した3色のカラー画像を同時に読み取っている。そして、このカラースキャナ1で得たR、G、Bの色分解画像信号強度レベルをもとにして、図示しない画像処理部で色変換処理を行い、Black(以下、Bkという)、Cyan(以下、Cという)、Magenta(以下、Mという)、Yellow(以下、Yという)のカラー画像データを得る。そして、その都度カラープリンタ2で順次顕像化しつつ、これを重ねあわせて最終的な4色フルカラー画像を形成する。
上記Bk、C、M、Yのカラー画像データを得るためのカラースキャナ1の動作は次のとおりである。後述のカラープリンタ2の動作とタイミングを取ったスキャナスタート信号を受けて、照明ランプ122及びミラー群123a、b、c等からなる光学系が矢印左方向へ原稿4を走査し、1回の走査毎に1色のカラー画像データを得る。この動作を合計4回繰り返すことによって、順次4色のカラー画像データを得る。そして、その都度カラープリンタ2で順次顕像化しつつ、これを重ねあわせて最終的な4色フルカラー画像を形成する。
上記カラープリンタ2は、像担持体としての感光体ドラム200、書き込み光学ユニット220、リボルバ現像ユニット230、中間転写ユニット500、2次転写ユニット600、定着装置270等で構成されている。
上記感光体ドラム200は矢印の反時計方向に回転し、その周りには、感光体クリーニング装置(クリーニングブラシ)201、クリーニングブレード(201の左の棒状のもの)、除電ランプ202、帯電器203、電位センサ204、リボルバ現像ユニット230の選択された現像器、現像濃度パターン検知器205、中間転写ユニット500、2次転写ユニット600などが配置されている。
また、上記書き込み光学ユニット220は、カラースキャナ1からのカラー画像データを光信号に変換して、原稿4の画像に対応した光書き込みを行い、感光体ドラム200に静電潜像を形成する。この書き込み光学ユニット220は、光源としての半導体レーザー221、図示しないレーザー発光駆動制御部、ポリゴンミラー222とその回転用モータ223、f/θレンズ224、反射ミラー225などで構成されている。
また、上記リボルバ現像ユニット230は、Bk現像器231K、C現像器231C、M現像器231M、Y現像器231Yと、各現像器を矢印の反時計方向に回転させる後述のリボルバ回転駆動部などで構成されている。各現像器は、静電潜像を現像するために現像剤の穂を感光体ドラム200の表面に接触させて回転する現像スリーブと、現像剤を汲み上げて撹拌するために回転する現像剤パドルなどで構成されている。各現像器231内のトナーはフェライトキャリアとの撹拌によって負極性に帯電され、また、各現像スリーブには図示しない現像バイアス電源によって負の直流電圧Vdcに交流電圧Vacが重畳された現像バイアスが印加され、現像スリーブが感光体ドラム200の金属基体層に対して所定電位にバイアスされている。複写機本体の待機状態では、リボルバ現像ユニット230はBk現像器231Kが現像位置の45度手前にセットされており、コピー動作が開始されると、カラースキャナ1で所定のタイミングからBkカラー画像データの読み取りが開始し、このカラー画像データに基づきレーザー光による光書き込み、静電潜像形成が始まる(以下、Bk画像データによる静電潜像をBk潜像という。C、M、Yについても同様)。
このBk静電潜像の先端部から現像可能とすべくBk現像位置に静電潜像先端部が到達する前に、 Bk現像器231Kを現像位置に移動し、Bk現像スリーブを回転開始して、Bk静電潜像をBkトナーで現像する。そして、以後Bk静電潜像領域の現像動作を続けるが、静電潜像後端部がBk現像位置を通過し所定の距離を通過した時点で、速やかに次の色の現像器が現像位置にくるまで、リボルバ現像ユニット230が回転する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像先端部が到達する前に完了させる。
中間転写ユニット500は、後述する複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト501などで構成されている。この中間転写ベルト501の周りには、2次転写ユニット600の転写材担持体である2次転写ベルト601、2次転写電荷付与手段である2次転写バイアスローラ605、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード504などが対向するように配設されている。
また、位置検知用マークが中間転写ベルト501の外周面あるいは内周面に設けられる。但し、中間転写ベルト501の外周面側については位置検知用マークがベルトクリーニング装置504の通過域を避けて設ける工夫が必要であって配置上の困難さを伴うことがあるので、その場合には位置検知用マークを中間転写ベルト501の内周面側に設ける。マーク検知用センサとしての光学センサ514は、中間転写ベルト501が架け渡されているバイアスローラ507と駆動ローラ508との間の位置に設けられる。
この中間転写ベルト501は、1次転写電荷付与手段である1次転写バイアスローラ507、ベルト駆動ローラ508、ベルトテンションローラ509、2次転写対向ローラ510、クリーニング対向ローラ511、及びアースローラ512に張架されている。各ローラは導電性材料で形成され、1次転写バイアスローラ507以外の各ローラは接地されている。
1次転写バイアスローラ507には、定電流または定電圧制御された1次転写電源801により、トナー像の重ね合わせ数に応じて所定の大きさの電流又は電圧に制御された転写バイアスが印可されている。また、中間転写ベルト501は、図示しない駆動モータによって矢印方向に回転駆動されるベルト駆動ローラ508により、矢印方向に駆動される。
また、この中間転写ベルト501は、半導体、または絶縁体で、単層または多層構造となっている。中間転写ベルトは感光体上に形成されたトナー像を重ね合わせるためのに、通紙可能最大サイズより大きく設定されている。
感光体ドラム200上のトナー像を中間転写ベルト501に転写する転写部(以下「1次転写部」という)では、1次転写バイアスローラ507及びアースローラ512で中間転写ベルト501を感光体ドラム200側に押し当てるように張架することにより、感光体ドラム100と中間転写ベルト501との間に所定幅のニップ部を形成している。
2次転写ユニット600は、3つの支持ローラ602、603、604に張架された2次転写ベルト601などで構成され、中間転写ベルト501の支持ローラ602と603間の張架部が2次転写対向ローラ510に対して圧接可能になっている。3つの支持ローラ602、603、604の一つは、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラであり、その駆動ローラにより2次転写ベルト601が図中に矢印で示す方向に駆動される。
2次転写バイアスローラ605は、2次転写手段であり、2次転写対向ローラ510との間に中間転写ベルト501と2次転写ベルト601を挟持するように配設され、定電流制御される2次転写電源802によって所定電流の転写バイアスが印加されている。また、上記2次転写ベルト601及び2次転写バイアスローラ605が、2次転写対向ローラ510に対して圧接する位置と離間する位置とを取り得るように、支持ローラ602及び2次転写バイアスローラ605を駆動する図示しない離接機構が設けられている。その離間位置にある2次転写ベルト601及び支持ローラ602を、図3に2点鎖線で示している。
650はレジストローラ対であり、2次転写バイアスローラ605と2次転写対向ローラ510とに挟持された中間転写ベルト501と2次転写ベルト601の間に、所定のタイミングで転写材である転写紙Pを送り込む。
2次転写ベルト601の定着ローラ側の支持ローラ603に張架されている部分には、転写材除電手段である転写紙除電チャージャと、転写材担持体除電手段であるベルト除電チャージャとが対向している。また、2次転写ベルト601の図中下側の支持ローラ604に張架されている部分には、転写材担持体クリーニング手段であるクリーニングブレードが当接している。
転写紙除電チャージャは、転写紙に保持されている電荷を除電することにより、転写紙自体のこしの強さで転写紙を2次転写ベルト601から良好に分離できるようにするものである。ベルト除電チャージャは、2次転写ベルト601上に残留する電荷を除電するものである。また、上記クリーニングブレードは、2次転写ベルト601の表面に付着した付着物を除去してクリーニングするものである。
このように構成したカラー複写機において、A4横送りのリピート画像形成サイクルが開始されると、図示しない駆動モータによって矢印で示す半時計方向に感光体ドラム100と中間転写ベルト501は、一次転写手段としての一次転写位置で矢印で示すように同じ線速度で回転する。中間転写ベルト501の裏側にはマークMCが設けられている。このマークMCは中間転写ベルト501とともに移動し、マークMCが通過する所定の通過領域には光学センサ514が不動部材に取り付けられている。
この光学センサ514は反射型フォトセンサや透過型フォトセンサが用いられる。光学センサ514として反射型フォトセンサを用いた場合には中間転写ベルト501に反射性のテープなどの部材を貼り、反射型フォトセンサにて中間転写ベルト501上の反射性の低い表面からマークMCに変わる所、あるいはマークMCから中間転写ベルト501上の反射性の低い表面に変わる所を読めばよい。
中間転写ベルト501の回転に伴ってBkトナー像2画面形成、Yトナー像2画面形成、Cトナー像2画面形成、Mトナー像2画面形成が1次転写バイアスローラ507に印加される電圧による転写バイアスにより1次転写が行われ、最終的にBk、Y、C、Mの順に中間転写ベルト501上に重ねてトナー像が2画面形成される。
例えばBkトナー像形成は次のように行われる。帯電チャージャ201は、コロナ放電によって感光体ドラム100の表面を負電荷で所定電位に一様に帯電する。光学センサ514によるマークMCの検知がなされてから一定時間後に次のようなBKの画像データによる光書き込みが行われる。そして、図示しない書き込み光学ユニットにより、RGBメモリに格納された画像データから変換されたカラー画像信号に基づいて、Bkデータのレーザ光によるラスタ露光を行う。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電された感光体ドラム100の表面の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Bk静電潜像が形成される。
このBk静電潜像に、Bk現像機231KのBk現像ローラ上の負帯電されたBkトナーが接触することにより、感光体ドラム200の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なBkトナー像が形成される。この感光体ドラム200上に形成されたBkトナー像は、感光体ドラム200と接触状態で等速駆動している中間転写ベルト501の表面に転写される。以下、感光体ドラム200から中間転写ベルト501へのトナー像の転写を「ベルト転写」という。
上記ベルト転写後の感光体ドラム200の表面に残留している若干の未転写残留トナーは、感光体ドラム200の再使用に備えて、感光体クリーニング装置201で清掃される。
感光体ドラム200側ではBk画像形成工程の次にC画像形成工程に進み、所定のタイミングでカラースキャナによるC画像データの読み取りが始まり、そのC画像データによるレーザ光書き込みによって、感光体ドラム200の表面にC静電潜像を形成する。
そして、先のBk静電潜像の後端部+所定距離が通過した後で、且つC静電潜像の先端部が到達する前にリボルバ現像ユニット400の回転動作が行われ、C現像機231Cが現像位置にセットされ、C静電潜像がCトナーで現像される。
以後、C静電潜像領域の現像を続けるが、C静電潜像の後端部+所定距離が通過した時点で、先のBk現像機231Kの場合と同様にリボルバ現像ユニットの回転動作を行い、次のM現像機231Mを現像位置に移動させる。これもやはり次のM静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。
なお、M及びYの画像形成工程については、それぞれのカラー画像データ読み取り、静電潜像形成、現像の動作が上述のBk、Cの工程と同様であるので説明は省略する。
中間転写ベルト501上には、感光体ドラム200上に順次形成されるBk、C、M、Yのトナー像が、同一面に順次位置合わせされて転写される。それにより、中間転写ベルト501上には最大で4色が重ね合わされたトナー像が形成される。
上記画像形成動作が開始される時期に、転写紙Pは図示しない転写紙カセット又は手差しトレイなどの給紙部から給送され、レジストローラ対650のニップで待機している。カセットには通常使用するサイズの転写紙たとえば国内欧州A3、北米DLTまでが積載可能である。手差しトレイはさらにA3ノビ、不定形、厚紙が積載可能である。
2次転写対向ローラ510及び2次転写バイアスローラによりニップが形成された2次転写部に中間転写ベルト501上のトナー像の先端がさしかかるときに、ちょうど転写紙Pの先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対が駆動され、転写紙Pとトナー像とのレジスト合わせが行われる。
そして、転写紙Pが中間転写ベルト501上のトナー像と重ねられて2次転写部を通過する。このとき、2次転写電源によって2次転写バイアスローラ605に印可される電圧による転写バイアスにより、中間転写ベルト501上の4色重ねトナー像が転写紙上に一括転写される。
そして、2次転写ベルト601の移動方向における2次転写部の下流側に配置した転写紙除電チャージャとの対向部を通過するとき、転写紙Pは除電され、2次転写ベルト601から剥離して定着上ローラ271、定着下ローラ272に向けて送られる。
この定着上ローラ271と定着下ローラ272のニップ部でトナー像が溶融定着され、図示しない排出ローラ対で装置本体外に送り出され、図示しないコピートレイに表向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。
一方、上記ベルト転写後の感光体ドラム200の表面は、感光体クリーニング装置201でクリーニングされ、図示しない除電ランプで均一に除電される。
また、転写紙Pにトナー像を転写した後の中間転写ベルト501の表面に残留したトナーは、図示しない離接機構によって中間転写ベルト501に押圧されるベルトクリーニングブレード504によってクリーニングされる。
ここで、リピートコピーの時は、カラースキャナの動作及び感光体ドラム200への画像形成は、2面目の4色目(Y)の画像形成工程に引き続き、所定のタイミングで3面目目の1色目(Bk)の画像形成工程に進む。また、中間転写ベルト501の方は、1、2枚目の4色重ねトナー像の転写紙への一括転写工程に引き続き、表面の上記ベルトクリーニングブレード504でクリーニングされた領域に、3枚目のBkトナー像がベルト転写されるようにする。その後は、1、2枚目と同様動作になる。
以上は、4色フルカラーコピーを得るコピーモードであったが、3色コピーモード、2色コピーモードの場合は、指定された色と回数の分について、上記同様の動作を行うことになる。
また、単色コピーモードの場合は、所定枚数が終了するまでの間、リボルバ現像ユニット400の所定色の現像機のみを現像動作状態にして、ベルトクリーニングブレード504を中間転写ベルト501に押圧させた状態のままの位置にしてコピー動作を行う。
図4は本発明の画像形成装置の要部を示したものである。この例では、摺擦部材がクリーニングブレード14、押圧部材が転写ユニット10のベルトである。同図に示すように、像担持体としての感光体2の周りには、帯電ローラ4、露光ユニット6、現像ユニット8、転写ユニット10、潤滑材供給機構12、背後から潤滑剤が供給されたクリーニングブラシ26、クリーニングブレード14、除電器16等が配置されており、感光体2の矢印方向の回転に伴って、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、除電等の各作像プロセスが実行されるようになっている。露光ユニット6による露光によって、感光体2上には目的画像の静電潜像が形成され、この静電潜像は現像ユニット8によってトナー像に可視像化される。その後、トナー像は、レジストローラ対18、18によって所定のタイミングで送られる用紙Pに転写ユニット10により転写される。トナー像を転写された用紙Pは、図示しない定着装置に送られ、ここでトナー像は熱と圧力により用紙Pに永久画像として定着される。感光体2上に残留したトナーはクリーニングブレード14によって掻き落とされ、残留電荷は除電器16によって除去される。
また、潤滑材供給機構12は、装置本体に固定されたケース20と、このケース20内に移動可能に収容された潤滑材22と、潤滑材22に接触して潤滑材22を削り取る供給ローラ24と、供給ローラ24に付着した潤滑材22を奪い取って感光体2の表面に供給する供給ブラシ26とから主に構成されている。潤滑材22は直方体状に形成されており、供給ローラ24及び供給ブラシ26は感光体2の軸方向に延びる形状を有している。潤滑材22は、そのほぼ全てを使い切れるように、供給ローラ24に対してバネ28で付勢されている。潤滑材22は消耗品であるため経時的にその厚みが減少するが、バネ28で加圧されているために常時供給ローラ24に当接する。
潤滑材22の供給は、図4に示す構成に限らず、図5に示すように、供給ローラ24を省いた構成としてもよい。また、潤滑材供給対象部材である像担持体としては、感光体2に限らず、中間転写ベルトであってもよい。この例を図3に示す。図6はフルカラー画像形成装置を示している。感光体30の周りには色の異なる4つの現像ユニット32、34、36、38が設けられており、各色のトナー像はそれぞれ像担持体としての中間転写ベルト40上に重ね合わせられて転写され、レジストローラ対42、42によって所定のタイミングで送られる用紙Pに転写ベルト44により一括転写される。図示しないが、中間転写ベルト40上に残留したトナーをクリーニングするクリーニングブレードが設けられており、かかる構成においても磨耗による同様の問題が生じる。これに対処すべく、潤滑材供給機構が設けられている。
本発明に使用する潤滑材としては、固形タイプの潤滑材として、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレン酸亜鉛等の金属脂肪酸、滑石(タルク)類、フッ素を含有する高分子で、ポリテトラフルオロエチレン(商品名:テフロン(登録商標))、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとエチレンとの共重合物、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレンとオキサフルオロプロピレンとの共重合物、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリトリフルオロクロルエチレン、ジクロルジフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、フッ素樹脂を繊維化したフッ素繊維にポリフルオロカーボン、ポリテトラフルオロエチレン等の繊維物がある。粉末タイプとしては、ポリフッ化ビニリデンの粉末及び上記フッ素樹脂の粉末、滑石(タルク)の粉末などがある。
液状タイプでは、シリコーンオイル、フッ素系合成油系、鯨油、スクワランオイルなどの動物性オイル、菜種油、紅花油、ゴマ油、椿油、糠油などの植物性のオイル、パラフィン系やナフテン系の鉱物油、石油系、エステル系、ポリエーテル系、炭化水素系、シリコーン系、フッ素系の合成油系がある。ただし、長期安定性を考慮すると、シリコーンオイル、フッ素系のオイル等の合成オイルを使用するのが望ましい。シリコーンオイルには、メチルフェニルシリコーンオイル、ジメチルシリコーンオイル、シリコーンポリエーテル共重合体のオイル類、変性シリコーンオイルとしては、フッ素変性、エポキシ変性、アルコール変性、アルキル変性、アミノ変性等のシリコーンオイルなどがあり、効果として多少の違いがあるが、良好な潤滑性を示すオイルである。フッ素系のオイルとしては、フルオロカーボン油、パーフルオロエーテル油などがある。
また、本発明には潤滑材としてグリース系も使用可能である。潤滑グリースはシックナー(増稠剤)が繊維状のミルとして分散し多くの点で接合し、全体的に網目3次元構造を作り、その中に潤滑油が保持されていると考えられる。潤滑グリースとしては、増稠剤としてカルシウム石鹸グリス、ナトリウム石鹸グリス、リチウム石鹸グリス、カルシウムコンプレックスグリス、バリウムコンプレックスグリス等の石鹸系グリスの他、ベントン、ファインシリカ、銅フタロシアニンアリル尿素などの非石鹸系のグリスがある。これらの基油としては、ジエステル油、シリコーン油、フルオロカーボン油、ユーコン油等を用いたもの等があるが、長期安定性、画像品質等を考慮すると、本発明にはフッ素系グリス、シリコーン系グリス、シリコーン−フッ素系のシリコーン、フッ素系の合成潤滑グリス等が好適である。なお、これら以外にも感光体を劣化させない材料のもので固化しないものであればいずれも使用可能であり、これらの種類に限定されるものではない。稠度はJISK−2200(1995)で規定された稠度番号00〜4号の範囲のものが使用できる。
潤滑材としては上述のようにその状態から、液体潤滑材、半個体潤滑材、個体潤滑材が使用できるが、電子写真装置内での保持のしやすさ、取り扱い性を考慮すると個体潤滑剤が好ましい。本発明においては個体潤滑剤であれば全て使用可能であるが、感光体表層にはフッ素樹脂粒子が保持されていて、フッ素樹脂粒子を延展して感光体表面に押し広げることが重要であるので、感光体に保持されたフッ素樹脂粒子とは異なる潤滑材が用いられることが望ましい。その理由は、種々検討した結果、フッ素樹脂粒子の潤滑材を保持した感光体に潤滑材を塗布しようとすると、同じフッ素系潤滑材では両者のなじみがよく、延展することは難しいく、潤滑材そのものが感光体表面から離型してしまう。ところが、装置から供給する潤滑材がフッ素樹脂粒子とは異なる場合、同じ潤滑材でも両者のなじみは悪く、感光体中のフッ素樹脂粒子が機械側に持って行かれることもなく、良好に感光体表面に押し広げられ、本発明にとっては好適である。
電子写真装置に使用される固体潤滑材としては、ステアリン酸亜鉛などの金属石けん類、カルナウバWAX等のワックス類が特に良好である。
(画像形成装置の例3)
図7は、磁気ブラシ帯電装置を有する画像形成装置で、摺擦部材は磁気ブラシ帯電器2、押圧部材は紙転写ベルト7である。
図7は、本発明の電子写真装置にかかわる1例である。帯電部材2は、電子写真感光体1と接触配置しており、接続されている外部電源から印加される電圧により、感光体1に対して帯電を行う。1aは最表層、1bは感光層、1cは導電性支持体、5は像露光、6は現像器、7は紙転写ベルト、9は転写紙、8は転写電圧印加ブレードである。
図7の電子写真装置の帯電部材の形状としては、図7に示すような磁気ブラシの他、ファーブラシなどいずれの形状をとってもよく、ローラーや平板など電子写真装置の仕様や形態に合わせて選択可能である。特に、接触面積の大きい磁気ブラシ、及び、以下に示す弾性帯電部材と感光体との接触部、及び、該接触部近傍に導電性微粒子を介在させる帯電部材が好ましい。
この磁気ブラシはZn−Cuフェライトなど、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。
(画像形成装置の例4:比較例としてでは押圧部材となる転写ローラー5を転写チャージャーに改造したものを使用した。)
図8は本発明に係る磁気ブラシ方式の接触帯電装置(以下、磁気ブラシ帯電装置と記す)を用いた画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本実施例の画像形成装置は、電子写真プロセス利用、反転現像方式、クリーナーレスシステムのレーザービームプリンタである。
(1)画像形成装置の全体的概略構成
[感光ドラム]1は潜像担持体としての感光ドラムであり、矢印Aの時計方向に所定のプロセススピード(周速度)、本例では100mm/secで回転駆動される。
感光ドラム1としては、前述の有機感光体等を用いることができる。
感光ドラム1は、本例では、負帯電性の有機感光体で、直径30mmのアルミニウム製のドラム基体上に通常用いられる感光体層を有している。
[磁気ブラシ帯電装置]2は磁気ブラシ帯電装置である。この磁気ブラシ帯電装置2は、後記の(3)項で詳述するように、感光ドラム1の回転方向にそって第1(上流側)と第2(下流側)の2個の磁気ブラシ帯電ユニット2Aと2Bを有し、下流側の第2の磁気ブラシ帯電ユニット2Bの磁気ブラシ部材と感光ドラム1との接触部である帯電ニップ部bにおいて上記の回転する感光ドラム1の面が−600Vに一様に帯電処理される。
[露光手段]3は情報書き込み手段としての露光手段である。本実施例ではレーザービームスキャナであり、画像形成装置に入力した画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザー光Lを出力して、磁気ブラシ帯電装置2で一様に帯電処理された感光ドラム1面を走査露光する。この走査露光で、感光ドラム1面の露光部の表面電位が減衰して走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。
[現像装置]4は現像装置であり、感光ドラム1面に形成された静電潜像を現像剤と感光ドラム1の接触部である現像領域部45においてトナー像として可視化する。
本実施例における現像装置4は、トナーとキャリアから成る2成分現像剤を感光ドラム1に接触させて、感光ドラム1の露光部にトナー像を形成する2成分接触−反転現像装置(2成分磁気ブラシ現像装置)である。即ちマグネットローラ44を内包した現像スリーブ41上にキャリアとトナーからなる現像剤を保持している。現像スリーブ41には所定間隙を有して現像剤規制ブレード42が対向して設けられ、現像スリーブ41の矢印C方向の回転に伴い、現像スリーブ41上に現像剤薄層を形成する。
現像スリーブ41は、感光ドラム1と所定間隙を有するように配置され、現像時においては、現像スリーブ41上に形成された現像剤薄層が、感光ドラム1に対して現像領域部45において接触する状態で現像できるように設定されている。本実施例において用いたトナーは、平均粒径6μmのネガ帯電トナーを用い、キャリアとしては飽和磁化が205emu/cm3の平均粒径35μmの磁性キャリアを用いた。また、トナーとキャリアを重量比6:94で混合したものを現像剤として用いた。現像剤中のトナー濃度を一定に維持するために不図示の検知手段で検知し、適宜トナーホッパー43からトナー補給が行われる。
現像スリーブ41には、不図示の電源から現像バイアスとして直流(DC)電圧および交流(AC)電圧が印加される。本実施例では、−500Vの直流電圧と、周波数2000Hzでピーク間電圧1500Vの交流電圧が印加され、感光ドラム1の露光部のみを選択的にトナー現像(反転現像)している。
[給紙部]・[転写部]・[定着部]
8は紙等の記録媒体(転写材)6を積載収納した給紙カセットである。この給紙カセット8内の記録媒体6が給紙ローラ9により一枚宛繰り出されて給送され、シートパス10を通って所定の制御タイミングにて感光ドラム1と接触転写手段としての転写ローラ5との圧接部である転写ニップ部51に給紙される。
転写ローラ5には転写バイアス印加電源(不図示)から所定の制御タイミングにて所定の転写バイアス電圧が印加される。転写ローラーと感光体は500μmのギャップで離間しており、転写部51に導入された記録媒体6は搬送されて、その表面側に感光ドラム1の表面に形成担持されているトナー像が順次に静電気力にて転写されていく。
転写ニップ部51でトナー像の転写を受けた記録媒体6は感光ドラム1の面から分離されてシートパス11を通って熱定着方式等の定着装置7へ導入されてトナー像の定着を受け、画像形成物(コピー、プリント)として装置外の排紙トレイ12へ排出される。
[クリーナーレスシステム]
本実施例の画像形成装置は、転写されずに感光ドラム1上に残存した転写残トナーを回収する専用のクリーナーが設けられておらず、現像装置4で転写残トナーを回収する現像同時クリーニング方式を採用したクリーナーレスシステムの装置である。
そのプロセスを簡単に説明すると、転写ニップ部51において記録媒体6に転写されずに感光ドラム1上に残存した転写残トナーは、引き続く感光ドラム1の回転で、磁気ブラシ帯電装置2の上流側の第1の磁気ブラシ帯電ユニット2Aの磁気ブラシ部材と感光ドラム1との接触部である第1の帯電ニップ部aに持ち運ばれて、その一部(主として、プラスの電荷を帯びているトナー)がこの第1の磁気ブラシ帯電ユニット2A内に取り込まれて正規の帯電極性であるマイナスに帯電され直された後、再度感光ドラム1上に吐き出され、残り(主として、マイナスの電荷を帯びているトナー)は第1の帯電ニップ部aをそのまま通過する。
上記の第1の磁気ブラシ帯電ユニット2Aから吐き出されたトナーと第1の帯電ニップ部aをそのまま通過したトナーはその帯電極性が正規の帯電極性であるマイナスに揃えられているので、磁気ブラシ帯電装置2の下流側の第2の磁気ブラシ帯電ユニット2Bの磁気ブラシ部材と感光ドラム1との接触部である第2の帯電ニップ部bをそのまま通過して現像領域部45に持ち運ばれて現像装置4に現像同時回収される。
一般に2成分現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増し、画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという不具合が生じる。このため、通常は現像装置4に印加する直流電圧と感光ドラム1の表面電位(未露光部)間に電位差を設けることによって、かぶりを防止することを実現している。このかぶり防止のために電位差をカブリ取り電位差(Vback)と呼ぶ。このVbackによって、現像領域部45に持ち運ばれた上記の転写残トナーを現像装置4に現像同時回収させている。
そして、画像形成装置は上述の動作を繰り返して行うことで画像形成を行う。
(画像形成装置の例5)
図9は、本実施形態に係る画像形成装置の変形例である。この装置は、中間転写ベルト87を有するタンデム方式の画像形成装置であり、感光体ドラム80を各色で共有させるのではなく、各色用の感光体ドラム80Y、80M、80C、80Bkを備えている。また、ドラムクリーニングユニット85、除電ランプ83、ドラムを一様帯電せしめる帯電ローラ84も、各色用のものを備えている。本装置においては、摺擦部材は82現像ユニットの中の円で示される現像ブラシ、85クリーニングユニット中の円で示されるクリーニングブラシであり、押圧部材は帯電ローラーと中間転写ベルトである。
以下、本発明を実施例によって説明する。
(球形トナーの作製)
非磁性トナーの製造例1
ポリエステル樹脂(重量平均分子量20万;低分子量側ピーク約7000;
ガラス転移点Tg63℃) 100重量部
カーボンブラック 7重量部
モノアゾ染料の鉄錯体(負帯電性制御剤) 2重量部
低分子量ポリプロピレン(離型剤) 2重量部
上記材料をブレンダーにて混合し、130℃に加熱した2軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物をコアンダ効果を用いた多分割分級機にて厳密に分級して非磁性トナー粒子を得た。
得られた、非磁性トナー粒子の形状係数SF−1は163であり、SF−2は、155であった。
得られた非磁性トナー粒子を、表面改質装置(奈良機械製造所(株)製ハイブリダイザー)を使用して熱機械的衝撃力(処理温度60℃)により表面処理して、形状係数SF−1が145であり、SF−2が122の非磁性トナー粒子を得た。SF−1及びSF−2が小さくなった非磁性トナー粒子100重量部に対して、ジメチルシリコーンオイルとヘキサメチルジシラザンで疎水化処理された疎水性乾式シリカ微粒子(一次個数平均粒径12nm;BET比表面積120m/g)を1.8重量部及び真球状ポリメチルメタクリレート微粒子(表面積形状球形度ψ=0.99;一次個数平均粒径400nm;BET比表面積15m/g;ガラス転移温度125℃;重量平均分子量30万)0.3重量部を外添して非磁性トナー(A)を得た。
得られた非磁性トナー(A)は、重量平均粒径が6.6μmであり、個数平均粒径が5.4μmであり、SF−1が152であり、SF−2は134であった。トナーの粒度は、コールターカウンターマルチサイザー(コールター社製)を使用して測定した。非磁性トナー(A)の各物性を第1表に示す。
非磁性トナーの製造例2
スチレン・アクリル酸ブチル・マレイン酸ブチルハーフエステル共重合体
(重量平均分子量30万;低分子量側ピーク約10000;ガラス転転移点Tg
62℃) 100重量部
カーボンブラック 7重量部
モノアゾ染料の鉄錯体(負帯電性制御剤) 2重量部
低分子量ポリプロピレン(離型剤) 2重量部
上記材料をブレンダーにて混合し、130℃に加熱した2軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物をコアンダ効果を用いた多分割分級機にて厳密に分級して非磁性トナー粒子を得た。
得られた、非磁性トナー粒子の形状係数SF−1は157であり、SF−2は、150であった。
得られた非磁性トナー粒子を、前記表面改質装置を使用して熱機械的衝撃力(処理温度64℃)により表面処理して、形状係数SF−1が152であり、SF−2が130の非磁性トナー粒子を得た。SF−1及びSF−2が小さくなった非磁性トナー粒子100重量部に対して、ジメチルシリコーンオイルで疎水化処理された疎水性乾式シリカ微粒子(一次個数平均粒径8nm;BET比表面積100m/g)を1.8重量部及び真球状ポリメチルメタクリレート微粒子(表面積形状球形度ψ=0.97;一次個数平均粒径400nm;BET比表面積15m/g;ガラス転移温度128℃;重量平均分子量35万)0.3重量部を外添して非磁性トナー(B)を得た。
得られた非磁性トナー(B)は、重量平均粒径が6.8μmであり、個数平均粒径が5.9μmであり、SF−1が152であり、SF−2は131であった。
得られた非磁性トナー(B)の各物性を第1表に示す。
非磁性トナーの製造例3
真球状ポリメチルメタクリレート微粒子のかわりに、真球状シリカ微粒子(表面積形状球形度ψ=0.99;一次個数平均粒径100nm;BET比表面積20m/g)を0.5重量部使用することを除いて、製造例1と同様にして非磁性トナー(C)を得た。
得られた非磁性トナー(C)の各物性を第1表に示す。
非磁性トナーの製造例4
真球状ポリメチルメタクリレート微粒子のかわりに、真球状シリカ微粒子(表面積形状球形度ψ=0.98;一次個数平均粒径100nm;BET比表面積20m/g)を0.5重量部使用することを除いて、製造例2と同様にして非磁性トナー(D)を得た。
得られた非磁性トナー(D)の各物性を第1表に示す。
非磁性トナーの製造例5
ポリエステル樹脂(重量平均分子量13万;低分子量側ピーク6000;ガラス転移点
Tg55℃) 100重量部
銅フタロシアニン(着色剤) 7重量部
ジアルキルサリチル酸金属化合物(負荷電性制御剤) 2重量部
エステルワックス(離型剤) 2重量部
上記材料を使用することを除いて、製造例1と同様にして非磁性トナー(E)を得た。得られた非磁性トナー(E)の各物性を第1表に示す。
さらに、上記各非磁性トナーに使用した添加剤の物性を第2表に示す。
<重合トナーの作製2>
重合トナーの製造例6を示す。
1)単量体組成物の作製
スチレンモノマー 70部
n−ブチルメタクリレート 30部
ポリスチレン 5部
3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸亜鉛塩 2部
カーボンブラック 6部
上記の重合性単量体混合物をボールミルを用いて24時間分散混合して単量体組成物を調製した。
2)造粒、重合
攪拌機、温度計、不活性ガス導入管及び細孔径110,000Å、細孔容積0.42cc/g、10φ×50mmの多孔質ガラス管を備えたフラスコに2%ポリビニルアルコール水溶液400mlを取り、窒素ガスを送りながら室温で攪拌を行い、反応容器中の酸素を窒素置換した。
ついで1)の単量体組成物113gにアゾビスイソブチルニトリル1.56gを加え攪拌溶解し、ポンプを用いて多孔質ガラス管を通過させて、ポリビニルアルコール水溶液中へ加え、加え終った後ポリビニルアルコールと単量体組成物の混合物を、前記ポンプと多孔質ガラス管を用いて約120ml/minの割合で2時間循環させた後、内温を70℃とし8時間重合させた。
その後室温まで冷却し一晩静置後、上澄液を除き水を加えて1時間攪拌後濾過、乾燥しトナーを得た。このトナーをコールターカウンターで粒子径を測定したところ、平均粒子径8.5μmで5〜0μm径の範囲にある粒子は全体の95%であり極めて狭い粒度分布であった。
また、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り、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は0.98であった。
こうして得られた重合トナーをキャリアと4%のトナー濃度で混合して2成分現像剤とした。
<感光体の作製>
感光体の製造例1
アルキッド樹脂(ベッコライトM6401−50(大日本インキ化学工業社製))15重量部、メラミン樹脂(スーパーベッカミンG−821−60(大日本インキ化学工業社製))10重量部をメチルエチルケトン150重量部に溶解し、これに酸化チタン粉末(タイペールCR−EL(石原産業社製))90重量部を加えボールミルで12時間分散し、下引層用塗工液を作製した。
これをφ90mm、長さ392mmの円筒状アルミニウム基体に浸漬塗工法によって塗工し130℃20分間乾燥し厚み3.5μmの下引き層を形成した。
次にポリビニルブチラール樹脂(XYHL(UCC社製))4重量部をシクロヘキサノン150重量部に溶解し、これを下記構造式(1)に示す
ビスアゾ顔料に10重量部を加え、ボールミルで48時間分散後、さらにシクロヘキサノン210重量部を加えて3時間分散を行った。これを容器に取り出し固形分が1.5重量%となるようにシクロヘキサノンで稀釈した。こうして得られた電荷発生層用塗工液を前記中間層上に塗工し130℃20分間乾燥し厚み0.2μmの電荷発生層を形成した。
次に、テトラヒドロフラン100重量部に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂10重量部、シリコーンオイル(KF−50(信越化学工業社製))0.002重量部を溶解し、これに下記構造式(2)の電荷輸送物質10重量部を加えて電荷輸送層用塗工液を作製した。こうして得られた電荷輸送層用塗工液を電荷発生層上に浸漬塗工法によって塗工し、その後110℃20分間乾燥し、厚み20μmの電荷輸送層を形成した。
次に、テトラヒドロフラン60重量部とシクロヘキサノン20重量部の混合溶媒に、パーフルオロアルコキシ樹脂微粒子(PFA)(MPE−056、三井・デュポンフロロケミカル社製)18重量部、分散助剤(商品名:モディパーF210 日本油脂社製)2重量部を混合し、高速液衝突分散装置(装置名:アルティマイザーHJP−25005 スギノマシン社製)において、100MPa圧力下、1時間循環して、PTFE分散液を得た。また、テトラヒドロフラン420重量部とシクロヘキサノン120重量部の混合溶媒に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート16重量部を溶解した樹脂液を作成し、これに前記PFA分散液100重量部を加えた塗工液に超音波を10分間照射して、保護層形成用塗工液を作製した。こうして得られた保護層形成用塗工液を電荷輸送層上にスプレーガン(ピースコンPC308 オリンポス社製)を用い、2kgf/cmのエア圧でスプレー塗工を行い、3回重ね塗りした後、130℃20分間乾燥して、厚み5μmの保護層を形成し、製造例1の電子写真感光体を作製した。
このようにして得られた電子写真感光体の表面の任意の観察点10点について、サンプリングした塗膜表面をFE−SEM (S−4200形走査型電子顕微鏡 日立製作所社製)を用い、加速電圧2kvにおいて4000倍の表面を撮影し、得られたSEM写真を画像処理ソフト(IMAGE Pro Plus)を用いて、PFA粒子(一次粒子、および凝集した二次粒子)の個数、各粒子の平均直径、面積、面積比を解析し、平均直径0.15〜3μmの粒子の面積比の合計をS1、0.2〜1.5μmの粒子の面積比の合計をS2として、算出した。
感光体の製造例2
テトラヒドロフラン420重量部とシクロヘキサノン120重量部の混合溶媒に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート16重量部を溶解した樹脂液に対して、PFA分散液を55重量部加えた塗工液に超音波を10分間照射して、保護層形成用塗工液を作製した以外は製造例1と同様にして製造例2の電子写真感光体を作製し、製造例1の感光体と同様の評価を行った。
感光体の製造例3
テトラヒドロフラン420重量部とシクロヘキサノン120重量部の混合溶媒に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート16重量部を溶解した樹脂液に対して、PFA分散液を300重量部加えた塗工液に超音波を10分間照射して、保護層形成用塗工液を作製した以外は製造例1と同様にして製造例3の電子写真感光体を作製し、製造例1の感光体と同様の評価を行った。
感光体の製造例4
テトラヒドロフラン420重量部とシクロヘキサノン120重量部の混合溶媒に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート16重量部を溶解した樹脂液に対して、PFA分散液を700重量部加えた塗工液に超音波を10分間照射して、保護層形成用塗工液を作製した以外は製造例1と同様にして製造例3の電子写真感光体を作製し、製造例1の感光体と同様の評価を行った。
感光体の製造例5
高速液衝突分散装置(装置名:アルティマイザーHJP−25005 スギノマシン社製)による分散の代わりに、φ1mmのガラスビーズを用いたサンドミルで48時間分散して、超音波分散処理を施すことなくPFA分散液を作製した以外は、製造例1と同様にして製造例5電子写真感光体を作製し、製造例1の感光体と同様の評価を行った。
感光体の製造例6
下引き層、電荷発生層、電荷輸送層までを感光体製造例1と全く同様にして形成し、保護層を設けない製造例6の感光体を作製した。
感光体の製造例7
下引き層、電荷発生層までは感光体製造例1と同様に形成した。
次に、フッ素系樹脂粒子分散液の作成工程として、4フッ化エチレン樹脂粒子(ルブロンL−2、ダイキン工業製)350部、下記構造式を繰り返し単位とするポリカーボネート共重合体50部、
クシ型グラフトポリマー(GF−300、東亜合成製)8部及びモノクロロベンゼン600部を十分に混合した後、φ1mmガラスビーズを用いたサンドミル装置で4時間分散してフッ素系樹脂粒子分散液を作成した。
次に、下記構造式のトリアリールアミン化合物300部、
前記ポリカーボネート共重合体300部及びフッ素系樹脂粒子分散液1000部を、モノクロロベンゼン2000部及びジクロロメタン1000部に溶解混合して電荷輸送層用塗布液を調製した。固形分量に対するフッ素系樹脂粒子の含有率は10%である。この液を前記電荷発生層塗布済アルミニウムシリンダ上に浸漬塗布し、130℃で50分乾燥した。電荷輸送層の膜厚は25μmであった。
(実施例−画像形成装置構成)
一覧表
図1、3、4、6、7、8、10の画像形成装置夫々について、摺擦部材、押圧部材について一覧にまとめる。
以下、本発明の画像形成装置を実際の装置としてくみ上げた実施例を示す。
[実施例1〜5、比較例1]
以下の表のように画像形成装置、感光体、トナーを選択し、本発明の画像形成装置をくみ上げた。
以上の画像形成装置を用いて球形トナーのクリーニング性を評価した。
評価方法は初期クリーニング性、1万枚後クリーニング性、次いで、10℃15%RH下でのクリーニング性、10℃15%下で感光体上のトナーを紙に転写せずにそのまま未転写トナーとしてクリーニングする段階的にクリーニングが困難になる試験を実施し、そのクリーニング状態を観察した。結果を表に示す。
表より明らかなことは、球形トナーをクリーニングするのに必要なことはフッ素樹脂粒子を感光体表層に含有させることが重要である。さらにフッ素樹脂粒子は表層中の含有量が多いほどクリーニング性に対して余力がある様子がわかる。
[実施例6〜10、比較例2]
下記の表のように画像形成装置を組み上げた。
以上のようにして得られた画像形成装置の孤立ドットの再現性と中間長画像の均一性を評価した。結果を次の表に示す。
以上の結果から、製造例1〜5のトナーがこの画像形成装置では適していることが分かる。すなわち、形状係数SF−1が120乃至160であり、形状係数SF−2が115乃至140であり、重量平均粒径が4〜9μmであり、一次個数平均粒径が50nm以下の無機微粒子(a)と、一次個数平均粒径が50乃至1000nmであり、表面積形状球形度ψが0.91乃至1.00である真球状微粒子(b)とが非磁性トナー粒子に外添されているものが非常に良好である。
[実施例11〜16、比較例3〜6]
下記の表のように画像形成装置を組み上げた。
表中の潤滑剤Aはステアリン酸亜鉛、Bはポリエステルワックス、Cはポリテトラフルオロエチレンとした。
以上の画像形成装置を用いて初期画像、1万枚使用後の画像、及び耐久寿命の指標として10万枚使用後の表面層の摩耗膜厚を評価した。結果を下記の表に示す。
評価結果より明らかなように、感光体に当接する部材に対して、潤滑剤を供給することは球形トナーのクリーニング性の点で有利に働く、感光体と速度差がある摺擦部材に対して潤滑剤を供給するとクリーニング性は良好な方向へ向かう。しかしながら、感光体表層中へのフッ素樹脂粒子が無いものでは、外部から潤滑剤が供給されても、クリーニング性を良好に維持することは困難である。また、表層にフッ素樹脂粒子を含有する例でも、外部からの潤滑剤の供給があればクリーニング性の維持効果は大きく、さらに、押厚部材に
フッ素樹脂粒子以外の潤滑部材を供給された場合には押厚部材上の潤滑剤から感光体上のフッ素樹脂粒子が離型し、感光体上に広がる形となり、感光体単独の力では成し得なかったような大きな耐摩耗効果を発揮する。
[実施例17〜19、比較例7]
下記の表のように画像形成装置を組み上げた。
フッ素樹脂粒子の露出面積は、同様に作製した任意の感光体表面を電子顕微鏡で撮影し、図10に示した様に感光体の表面に出ているフッ素樹脂粒子(図(写真)では白い微粒子)の総面積から求めた。
以上の画像形成装置を用いて球形トナーのクリーニング性を評価した。
評価方法は初期クリーニング性、1万枚後クリーニング性、次いで、10℃15%RH下でのクリーニング性、10℃15%下で感光体上のトナーを紙に転写せずにそのまま未転写トナーとしてクリーニングする段階的にクリーニングが困難になる試験を実施し、そのクリーニング状態を観察した。結果を表に示す。
フッ素樹脂粒子の含有量が多いほどクリーニング性に対して良好な結果を示すことがここでも確認できる。さらに、同じ含有量であっても表面でのフッ素樹脂粒子の露出面積が10%を超えるとさらにその効果が高くなることが分かる。
[実施例20、比較例8〜11]
下記の表のように画像形成装置を組み上げた。
実施例20では転写ベルトが感光体に対して押し当て力(55g/cm)が働くように改造を施した。
以上の画像形成装置をもちいて耐久試験を実施し、5万枚耐刷後の表層の摩耗状態を調べた。結果を次の表に示す。
以上より本発明においては、摺擦部材とともに、押圧部材の存在は必須であり、押圧部材があるからこそ感光体表層中のフッ素樹脂粒子が感光体上に固定され、摩耗を抑止していることが分かる。
本発明の画像形成装置の説明図。 図1中の感光体ユニットの説明図。 本発明の画像形成装置の別の例を示す説明図。 本発明の画像形成装置の要部を示す説明図。 図4における潤滑材供給機構の別の例を示す説明図。 本発明のフルカラー画像形成装置の説明図。 本発明の画像形成装置で、磁気ブラシ帯電装置を有する画像形成装置の説明図。 本発明の別の画像形成装置の説明図。 本発明の画像形成装置の更に別の例を示す説明図。 本発明における感光体の表面の説明図。
符号の説明
図3中の
100:感光体ドラム
200:帯電チャージャ
204:電位センサ
205:基準パタン付着量検知センサ
230:リボルバ現像ユニット
300:感光体クリーニング装置
500:中間転写ユニット
501:中間転写ベルト
507:1次転写バイアスローラ
508:ベルト駆動ローラ
600:2次転写ユニット
601:2次転写ベルト
602〜604:支持ローラ
605:2次転写バイアスローラ
650:レジストローラ対

Claims (22)

  1. 少なくともa.感光体とb.感光体に当接され感光体との相対速度差を持って感光体を摺擦する摺擦部材とc.感光体に当接され感光体と略同一の速度で移動し感光体を押圧する押圧部材を含む画像形成装置であって、前記感光体には少なくとも最表層にフッ素樹脂粒子を含有し、かつ画像形成プロセスにより前記フッ素樹脂粒子が前記感光体表面に延展されていることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記摺擦部材には潤滑剤が保持または供給されており、潤滑剤を保持または供給された摺擦部材により前記感光体を摺擦し、感光体表面のフッ素樹脂粒子を引き伸ばすことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記押圧部材には潤滑剤が保持または供給されており、潤滑剤を保持または供給された押圧部材により前記感光体上に引き伸ばされたフッ素樹脂粒子を押圧し、感光体表面に固定させることを特徴とする請求項1又は2項記載の画像形成装置。
  4. 潤滑剤がフッ素樹脂粒子と異なる潤滑剤である請求項2又は3記載の画像形成装置。
  5. 前記感光体は積層型の感光体であり、感光体最表層のフッ素樹脂粒子の含有量が最表層全量に対して重量比で40wt%〜90wt%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記感光体のフッ素樹脂粒子はフッ素樹脂粒子が表面に露出しており、露出したフッ素樹脂粒子が最表層表面積の10%以上占有することを特徴とする請求項1〜5項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記感光体に当接した前記摺擦部材は潤滑剤が供給され保持したブラシ状摺擦部材であることを特徴とする請求項1〜6項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記感光体に当接した前記摺擦部材はフェライト粒子、該フェライト粒子を支持する非磁性の導電性スリーブ及び該導電性スリーブに内包されるマグネットロールによって構成される磁気ブラシであることを特徴とする請求項1〜7項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  9. 前記磁気ブラシは粒径が10μm〜10nmである導電粒子を主成分とする帯電粒子と、潤滑剤粒子と、導電性と弾性を有した表面を備え、該帯電粒子を担持する帯電粒子担持体により構成され、該帯電粒子は前記感光体に接触し、前記感光体表面を帯電する粒子であり、該担持体上に担持した粒子の抵抗が1012〜10-1Ω・cmであり、該粒子の担持量が0.1mg/cm2〜50mg/cm2であることを特徴とする請求項1〜7項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  10. 前記感光体に当接した前記押圧部材は潤滑剤が供給されたベルト状押圧部材であることを特徴とする請求項1〜9項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  11. 前記感光体に当接した前記押圧部材は潤滑剤が供給されたローラ状押圧部材であることを特徴とする請求項1〜9項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  12. 該感光体は画像形成プロセスにおいて、摺擦、押圧を交互に受けることを特徴とする請求項1〜11項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  13. 前記ブラシ状摺擦部材は転写材に対するトナー像転写後の感光体上の残留トナーを清掃する機能を有するバイアス電界が印加されたクリーニング部材であることを特徴とする請求項7〜12項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  14. 前記磁気ブラシは直流電圧を印加、若しくは直流電圧に交番電圧を重畳し、感光体を一様に帯電する帯電用部材であることを特徴とする請求項7〜13項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  15. 前記磁気ブラシは現像剤としてトナーとキャリアを用いた2成分現像剤を用いた現像手段と、転写材に対するトナー像転写後の感光体上に残留したトナーを回収するクリーニング手段を兼ねていることを特徴とする請求項7〜14項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  16. 前記トナー粒子は、形状係数SF−1が120乃至160であり、形状係数SF−2が115乃至140であり、重量平均粒径が4〜9μmであり、一次個数平均粒径が50nm以下の無機微粒子(a)と、一次個数平均粒径が50乃至1000nmであり、表面積形状球形度ψが0.91乃至1.00である真球状微粒子(b)とが非磁性トナー粒子に外添されていることを特徴とする請求項13〜15項記載の画像形成装置。
  17. 前記ベルト状押圧部材は前記感光体上に現像されたトナー画像を中間転写体上に一次転写したのち、前記中間転写体上のトナー画像を記録材上に二次転写する中間転写手段を有する画像形成装置用の中間転写ベルトであって、複数色のトナー画像を中間転写体上に順次重ね合わせてカラー画像を形成し、該カラー画像を記録材上に一括で二次転写することを特徴とする請求項1012〜17項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  18. 前記ローラ状押圧部材は直流電圧を印加、若しくは直流電圧に交番電圧を重畳した感光体を一様に帯電する帯電用部材であることを特徴とする請求項11〜16項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  19. 前記ローラ状押圧部材は前記感光体上に現像されたトナー画像を中間転写体上に一次転写したのち、前記中間転写体上のトナー画像を記録材上に二次転写する中間転写手段を有する画像形成装置用の中間転写体であって、複数色のトナー画像を中間転写体上に順次重ね合わせてカラー画像を形成し、該カラー画像を記録材上に一括で二次転写することを特徴とする請求項11〜16項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  20. 前記画像形成装置が複数の電子写真感光体、帯電手段、現像手段、転写手段を有するタンデム型であることを特徴とする請求1〜19項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  21. 摺擦手段または押圧手段としての帯電用部材、摺擦部材としての現像手段、押圧手段としての転写手段、摺擦手段としてのクリーニング手段の少なくとも1つと、最表層にフッ素樹脂粒子を含有する感光体とが一体となって着脱可能としたことを特徴とする請求項1〜20項のいずれか1項に記載の画像形成装置用プロセスカートリッジ。
  22. 前記感光体表層の結着樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1〜21項のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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