JP2006145972A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】良好な画像品質を維持することのできるプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】少なくとも、潜像担持体と、帯電手段及び露光手段により形成された該潜像担持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現像手段と、形成された該トナー像を転写手段により被転写材に転写した後に該潜像担持体を摺擦して残留するトナーを除去するクリーニング手段とを有する着脱可能なプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置において、
該帯電手段が、該潜像担持体に接触して該潜像担持体を帯電するものであり、該クリーニング手段が、所定の体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有する所定量の大小二種類のシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）および（Ｃ）からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を該潜像担持体との当接部に塗布されたクリーニング部材を有するものであることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電子写真複写機、電子写真プリンターなどの画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。

従来、画像形成装置の一例である電子写真装置においては、帯電装置としてコロナ帯電器が使用されている。しかしながら、コロナ帯電器は高電圧を必要とするうえコロナワイヤの清掃手段を必要とする等の問題点が生じていた。これに対し、近年、接触帯電方式の電子写真装置が実用化されている。これは、低圧プロセスで大きな電源を必要としないうえ、清掃手段を格別必要としない等のメリットが実証されている。

この接触帯電方式の電子写真装置は、導電性の帯電部材である導電ローラ等を被帯電体である潜像担持体に当接させ電圧を印加することによって帯電部材と被帯電体との間のギャップで放電を行わせ必要とされる帯電電位を被帯電体上に得るものである。そしてこの方式として、帯電電位に相当する直流電圧に交流電圧を重畳したものを印加することによって帯電の均一化を行うＡＣ帯電方式、帯電電位に放電開始電圧を加えた直流電圧を印加することによって帯電の均一化を行うＤＣ帯電方式がある。

次に従来のクリーニング手段について説明する。従来、電子写真装置のクリーニング手段としては、クリーニングローラを潜像担持体である感光体に当接回転させることによって、またはクリーニングブレードを当接させることによって、転写されなかった残留トナーをかきとり、潜像担持体から残留トナーを除去するクリーニング手段が一般的である。特に、プロセスカートリッジを搭載する方式の電子写真装置では構成が簡単、コストが安い等の利点からクリーニング部材としてウレタンゴム製のクリーニングブレードを潜像担持体の移動方向に対し、カウンター方向に加圧当接させることが多い。しかしながら、クリーニングブレードを用いた場合、ブレードと潜像担持体が摺動する際に摩擦力が大きくなるとブレードが裏がえってしまう、所謂ブレードめくれが発生する。

トナーがブレードエッジに存在している状態ではトナーが潤滑剤の役割をするためにめくれが発生することは少ないが、電子写真装置、あるいはプロセスカートリッジの使用初期ではトナーがエッジにないためブレードめくれの発生頻度が高くなる。

このため従来は、使用初期状態に、クリーニングブレードのエッジに粉体を塗布することによって初期の感光体とブレードの摩擦を軽減する手法がとられてきた。

この粉体は、毒性が無く、めくれ防止に有効な粒径であり、また、塗布の際に溶剤に分散しやすく耐溶剤性に優れている等の特徴を有している必要がある。そのため、絶縁性微粒子であるシリコーン樹脂微粉末の粉体、例えば、トスパール（ＧＥ東芝シリコーン社製；商品名）等が用いられる。このシリコーン樹脂微粉末は粒子径が０．２〜１．０μｍである。溶剤としては分散性、塗布性が良いアセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫと表すことがある）などのケトン系溶剤や酢酸エチルなどのエステル系有機溶剤が用いられている。上記シリコーン樹脂微粉末はＭＥＫなどの溶剤に溶解しないことからクリーニングブレード塗布剤として広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、前述した接触帯電方式の電子写真装置においては、接触帯電部材は電子写真装置の構成上、クリーニング部材よりも潜像担持体の移動方向で下流側に配置される必要がある。そのため、潜像担持体に当接するクリーニング部材にシリコーン樹脂微粉末を潤滑剤として塗布すると、クリーニング部材をすり抜けたまたはクリーニング部材上に過剰に塗布されたシリコーン樹脂微粉末が潜像担持体上に付着して、これが下流の帯電部材に付着する問題があった。

特に、シリコーン樹脂微粉末は体積固有抵抗値が１０¹²Ωｃｍ以上の高抵抗物質であるために、帯電部材に付着すると、この部分に相当する潜像担持体表面を帯電することができず帯電不良を起こし、画像不良を引き起こす原因になる。

特開２０００−１４７９７２号公報

本発明は、上記先行技術の現状に鑑みなされたものであり、本発明は、クリーニング部材とシリコーン樹脂微粉末との密着力を向上させることにより、潜像担持体表面を均一に帯電することができ、良好な画像品質を維持することのできるプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成した本発明の画像形成装置は、少なくとも、潜像担持体と、帯電手段及び露光手段により形成された該潜像担持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現像手段と、形成された該トナー像を転写手段により被転写材に転写した後に該潜像担持体を摺擦して残留するトナーを除去するクリーニング手段とを有する着脱可能なプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置において、
該帯電手段が、該潜像担持体に接触して該潜像担持体を帯電するものであり、
該クリーニング手段が、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）９０〜５０質量％と１.１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｃ）１０〜５０質量％からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を該潜像担持体との当接部に塗布されたクリーニング部材を有するものであることを特徴とする。
また、上記目的を達成した本発明のプロセスカートリッジは、少なくとも、潜像担持体と、帯電手段及び露光手段により形成された該潜像担持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現像手段と、形成された該トナー像を転写手段により被転写材に転写した後に該潜像担持体を摺擦して残留するトナーを除去するクリーニング手段とを有する、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、該クリーニング手段が、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）９０〜５０質量％と１.１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末１０〜５０質量％からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を該潜像担持体との当接部に塗布されたクリーニング部材を有するものであることを特徴とする。

上記本発明の画像形成装置は、帯電手段を、潜像担持体に接触して該潜像担持体を帯電するものとし、クリーニング手段を、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）９０〜５０質量％と１.１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｃ）１０〜５０質量％からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を潜像担持体との当接部に塗布されたクリーニング部材を有するものとすることにより、クリーニング部材と潤滑剤の密着性が向上し、潜像担持体表面を均一に帯電することが可能となり、良好な画像品質を維持することができる。

また、本発明のプロセスカートリッジは、少なくとも、潜像担持体と、現像手段と、クリーニング手段とを一体的に収容した、ユーザーフレンドリーな、取り扱いに優れた構成となっており、クリーニング手段を、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）９０〜５０質量％と１.１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｃ）１０〜５０質量％からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を潜像担持体との当接部に塗布されたクリーニング部材を有するものとすることにより、クリーニング部材と潤滑剤の密着性が向上し、潜像担持体表面を均一に帯電することが可能となり、これを搭載した画像形成装置は、良好な画像品質を維持することができる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本実施形態における画像形成装置の構造を示す模式的断面図である。図１において、潜像担持体としての感光ドラム１（φ３０）は、矢印方向に１ｒｐｓで回転する。感光ドラム１は帯電手段としての直流電圧−１１５０Ｖに印加された帯電ローラ２に当接されており、これによって一様に暗部電位−６００Ｖに帯電され、露光手段としてのレーザースキャナー５によって感光ドラム１に静電潜像を書き込む。レーザースキャナー５のレーザーパワーは、レーザー光が全面露光した場合−１５０Ｖになるように調整されている。

レーザースキャナー５は、画像形成装置に入力される画像信号またはテストパターンのような画像形成装置本体内部で作成される画像信号に応じてオン／オフ制御されたレーザー光を感光ドラム１に照射し、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。

そして、感光ドラム１に対して近接配置された現像手段としての現像装置９によってこの静電潜像を現像してトナー像を形成し可視化する。なお、本実施形態では露光部にトナー像を形成するいわゆる反転現像を行っている。

感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写手段としての転写ローラ６によって記録媒体である紙等の被転写材８に転写される。転写されずに感光ドラム１上に残存した残留トナーは、クリーニング手段としてのクリーニング装置４に備えられているクリーニング部材３で感光ドラム１を摺擦してかきとり、かきとったトナーは、クリーニング装置４内に収納される。クリーニングされた感光ドラム１は上述作用を繰り返す。

一方、トナー像が転写された被転写材８は、定着手段としての定着装置７で定着され画像形成装置外に排出される。

本実施形態における画像形成装置は、先に述べた潜像担持体としての感光ドラム１、現像手段としての現像装置９及びクリーニング手段としてのクリーニング装置４の各要素並びに所望の場合には帯電手段としての帯電ローラ２を一体にした、画像形成装置に対し着脱可能なプロセスカートリッジを搭載する方式のものであり、画像形成装置のメンテナンスを容易にした、ユーザーフレンドリーな、取り扱いに優れた構成となっている。このことからクリーニング部材３として図２に示したウレタンゴム製チップブレードを用いて構成を簡単にし、またコストを低減することに成功している。

ここでクリーニング部材３についてさらに詳細に説明する。
本実施形態のクリーニング部材３としてのウレタンゴム製チップブレード３ａの模式的平面図および模式的側面図を図２に示した。本実施形態におけるウレタンゴム製チップブレード３ａはブレード部３ｂとその先端にウレタンゴム製のチップ部３ｃを有している。ウレタンゴム製のチップ部３ｃは先端部が矩形であり、根元側が先端部よりも厚みを増している。ウレタンゴム製チップブレード３ａは、図３に示すように感光ドラム１に対し当接角２４°、感光ドラム１に対する侵入量０．７ｍｍ、この時のブレードの線圧０．００９８Ｎ／ｃｍに設定されている。

このような設定とすることにより、通紙中にクリーニング不良、ブレードめくれが発生することを防ぐことが可能になっている。

通紙中は、通常、クリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）が感光ドラム１に当接する部位（当接部位と表すことがある）３ｄ（図２）にトナーが介在し、潤滑剤の役割を果たすためブレードめくれが発生することは少ない。しかしながらトナーが当接部位３ｄに介在しない使用初期においては、クリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）と感光ドラム１との摩擦係数が大きいため、ブレードめくれが発生する確率が高くなる。

そこで本実施形態では、感光ドラム１に当接するクリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）の当接部位３ｄに、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）９０〜５０質量％と１.１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｃ）１０〜５０質量％からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を塗布する。このような潤滑剤を塗布すると、クリーニング部材と潤滑剤の密着性が向上し、感光ドラム１表面を均一に帯電することが可能となり、良好な画像品質を維持することができる。

シリコーン樹脂微粉末（Ｂ）として用いることのできるシリコーン樹脂微粉末としては、例えば、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するトスパール（ＧＥ東芝シリコーン社製；商品名）を挙げることができる。

一方、シリコーン樹脂微粉末（Ｃ）として用いることのできるシリコーン樹脂微粉末としては、例えば、１．１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するトスパール（ＧＥ東芝シリコーン社製；商品名）を挙げることができる。

シリコーン樹脂微粉末の体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）は以下のようにして測定することができる。
レーザ回折式粒度分布測定装置、ＬＳ−２３０型（コールター社製；商品名）にリキッドモジュールを取り付けて０．０４〜２０００μｍの粒径を測定範囲とし、得られる体積基準の粒度分布よりシリコーン樹脂微粉末のメジアン径（Ｄ₅₀）を算出する。測定は、メタノール１０ｍｌにシリコーン樹脂微粉末を約１０ｍｇ加え、超音波分散機で２分間分散した後、測定時間９０秒間、測定回数１回の条件で行うことができる。

また、シリコーン樹脂微粉末（Ａ）は、１００〜１８０の形状係数ＳＦ−１と、１００〜１４０の形状係数ＳＦ−２を有するものが好ましい。

これらの形状係数ＳＦ−１及びＳＦ−２の各々は、下記式（１）及び（２）で定義されるものである。
ＳＦ−１＝（πＬ²／４Ｓ）×１００ （１）
ＳＦ−２＝（Ｐ²／４πＳ）×１００ （２）
（Ｓ：シリコーン樹脂微粉末粒子像の投影面積、Ｌ：シリコーン樹脂微粉末粒子像の最大長、Ｐ：シリコーン樹脂微粉末粒子像の周長）

これらの形状係数は、例えば、日立製作所製の走査型電子顕微鏡（ＦＥーＳＥＭ（Ｓ−８００）；商品名）を用いてシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を観察し、無作為に１００個の粒子像をサンプリングし、その画像情報をインターフェイスを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３；商品名）に導入し解析を行い、上記式（１）及び（２）に基づいて算出し求めることができる。

形状係数ＳＦ−１は球形度合を示し、１００から大きくなるにつれて球形から徐々に不定形となる。また形状係数ＳＦ−２は凹凸度合を示し、１００から大きくなるにつれてシリコーン樹脂微粉末（Ａ）表面の凹凸が顕著になる。

上記潤滑剤のクリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）への塗布方法は特に限定されないが、好ましくは、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥと表すことがある）と粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を混合し、分散して塗工液を調製し、この塗工液を、図２に示すように、クリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）の当接部位３ｄに約２ｍｍ幅で塗布するのが好ましい。すなわち、クリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）の当接部位３ｄの、平行に対向する平坦部Ｘ及びＹ並びに両平坦部Ｘ及びＹと垂直に接続する側部Ｚ（図２参照）に塗布し、これを乾燥して、潤滑剤層１１（図２）を形成すればよい。

以下実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１〜５及び比較例１〜６）
本実施例及び比較例で用いた画像形成装置（電子写真プリンター）は、前述した図１に示した構成を有するものであり、プロセススピードは、９４ｍｍ／ｓであった。ここで感光ドラム１として直径φ３０ｍｍのＯＰＣドラムを用い、この感光ドラム１に対して直径φ１２ｍｍの帯電ローラ２をバネで感光ドラム１に総加圧力９．８Ｎで押圧して当接させ、感光ドラム１に対して従動回転させた。帯電ローラ２には、目的とする感光体電位Ｖｄに相当する−６００Ｖにするために直流電圧−１１５０Ｖを印加した。

本実施例及び比較例においては、シリコーン樹脂微粉末（Ｂ）として体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）が０.２μｍ〜１.０μｍのトスパール（ＧＥ東芝シリコーン社製；商品名）（粒子径の小さいトスパールと表すことがある）を用い、シリコーン樹脂微粉末（Ｃ）として体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）が１.１μｍ〜１.５μｍのトスパール（ＧＥ東芝シリコーン社製；商品名）（粒子径の大きいトスパールと表すことがある）を用い、これらを、表１に示す質量比でハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）１００質量部に、上記トスパールの合計質量が５質量部となるように混合し、分散して塗工液を調製した。この塗工液を、図２に示すようにクリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）の当接部位３ｄに約２ｍｍ幅で塗布し、乾燥して潤滑剤層（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を形成した。

このクリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）を、図３に示すように設置し、潤滑剤の密着性およびブレードめくれを評価した。得られた結果を表１に示した。

表１に示した通り、粒子径の大きいトスパールの添加量がトスパールの総質量に対し１０〜５０質量％であると潤滑剤の密着性が良好となりブレードめくれを防止することができる。

表１記載の比較例における密着性低下の要因は潤滑剤層１１における潤滑剤の凝集である。凝集するトスパールは粒子径の小さいトスパールである。粒子径の小さいトスパールの凝集は、クリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）上でだまになりクリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）より剥がれる。電子写真プリンターの稼動開始時から７２時間までは潤滑剤の凝集が進みその後一定となった。

一方、粒子径の大きいトスパールの添加量がトスパールの総質量に対し１０〜５０質量％である表１記載の実施例の潤滑剤においては粒子径の小さいトスパールが粒子径の大きいトスパールによって攪拌され、凝集が粉砕され、粒子径の小さいトスパールの凝集を防止し密着性が向上したと考えられる。
粒子径の大きいトスパールの比率を増し、６０質量％以上とすると潤滑性が低下してゆき、ブレードめくれが発生しやすくなる傾向がみられる。また、粒子径の大きいトスパールの比率を増し、７０質量％以上とすると、または、粒子径の大きいトスパールの添加を1０質量％未満とすると、クリーニング部材３（ウレタンゴム製チップブレード３ａ）に対する密着性が低下してゆく傾向がみられる。従って、粒子径の大きいトスパールの添加量は１０〜５０質量％とするのが好ましいことがわかる。

尚、本実施形態の説明においてはクリーニング手段としてクリーニング部材を有するクリーニング装置を用いた画像形成装置、プロセスカートリッジの例にて説明したが、感光ドラムに当接し感光ドラムとの摩擦が問題になるクリーニング部材、例えばカウンター方向に回転するクリーニングローラ等を用いる画像形成装置、プロセスカートリッジの場合にも上述した実施例にて説明した方法が有効であることは言うまでもない。

本発明のプロセスカートリッジは、画像形成装置に搭載され、また、本発明の画像形成装置は、電子写真複写機または電子写真プリンターなどとして用いられる。

本発明の一実施形態の画像形成装置の模式的断面図である。 本発明の一実施形態の画像形成装置におけるクリーニング部材の概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態の画像形成装置におけるクリーニング部材の配置を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 感光ドラム（潜像担持体）
２ 帯電ローラ（帯電手段）
３ クリーニング部材
３ａ ウレタンゴム製チップブレード
３ｂ ブレード部
３ｃ チップ部
３ｄ 当接部位
４ クリーニング装置（クリーニング手段）
５ レーザースキャナー（露光手段）
６ 転写ローラ（転写手段）
７ 定着装置（定着手段）
８ 被転写材
９ 現像装置（現像手段）
１０ トナー
１１ 潤滑剤層

Claims (3)

1. 少なくとも、潜像担持体と、帯電手段及び露光手段により形成された該潜像担持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現像手段と、形成された該トナー像を転写手段により被転写材に転写した後に該潜像担持体を摺擦して残留するトナーを除去するクリーニング手段とを有する着脱可能なプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置において、
   該帯電手段が、該潜像担持体に接触して該潜像担持体を帯電するものであり、
   該クリーニング手段が、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）９０〜５０質量％と１.１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｃ）１０〜５０質量％からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を該潜像担持体との当接部に塗布されたクリーニング部材を有するものであることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記シリコーン樹脂微粉末（Ａ）が、１００〜１８０の形状係数ＳＦ−１と、１００〜１４０の形状係数ＳＦ−２を有するものであること特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 少なくとも、潜像担持体と、帯電手段及び露光手段により形成された該潜像担持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現像手段と、形成された該トナー像を転写手段により被転写材に転写した後に該潜像担持体を摺擦して残留するトナーを除去するクリーニング手段とを有する、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、該クリーニング手段が、０．２〜１．０μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｂ）９０〜５０質量％と１.１〜１．５μｍの体積基準のメジアン径（Ｄ₅₀）を有するシリコーン樹脂微粉末（Ｃ）１０〜５０質量％からなる粒度分布に二つのピークを有するシリコーン樹脂微粉末（Ａ）を含む潤滑剤を該潜像担持体との当接部に塗布されたクリーニング部材を有するものであることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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