JP2008046192A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】転写性に優れた、弾性層を持つ像担持体上において転写残留物のクリーニング性能を低コストで長期間安定に保持する。
【解決手段】像担持体としての中間転写体表面の弾性層にイソシアネートを含浸させた硬化した層を形成した。この層が弾性を保持したまま硬化したことで、耐磨耗性が向上しブレード部材による長期的なクリーニング性の保持が可能である。
【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真装置等の画像形成装置に関し、より詳しくは、像担持体上のトナーをブレード部材で除去する画像形成装置に関する。
従来、光導電性感光体等の像担持体表面に静電像を形成し、この静電像を現像し、被転写体に転写した後、像担持体表面をクリーニングして再び静電像の形成プロセスを行う電子写真方式等を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置が各種実用に供されている。
これら画像形成装置は、像担持体を一方向に回転駆動し前露光器よって除電された像担持体表面を一次帯電器によって所定の電位に均一に帯電する。露光装置により像担持体表面を照射することにより、画像情報に対応した静電潜像を形成する。現像器によって静電潜像にトナーが付着され像担持体表面に負極性のトナー画像が形成される。
次に、転写帯電器に正の直流電圧が印加され転写材の裏面に像担持体表面のトナー画像と逆極性の電荷が付与され転写材表面にトナー画像が転写される。トナー画像転写後の転写材は、分離帯電器によって像担持体表面から剥離される。剥離後の転写材は、定着器によって表面のトナー画像が定着される。一方、転写材剥離後の像担持体では、転写されずに残った残留トナーや紙粉等の付着物がクリーニング装置によって除去される。清掃された像担持体表面は次の作像工程に繰り返し用いられる。
従来、中間転写体としては、ポリイミドやポリフッ化ビニリデン等の樹脂製のものが広く用いられてきた。
ところが、樹脂製の中間転写体へ、像担持体に担持されたトナー像を転写すると、中間転写体上のトナー像の輪郭がぼやける所謂飛び散りや、ドットが抜ける所謂中抜け等の転写不良が発生することがある。これは像担持体上のトナー像が転写される際に、像担持体上のトナー像の輪郭部分でトナー像の厚さに起因して、中間転写体と像担持体の間に隙間が生じてしまうためである。
そこで、ゴムや熱可塑性エラストマー等の弾性材料を用いる中間転写体が使用されるようになった。
弾性材料を用いる中間転写体はトナー像の厚さに応じて速やかに変形する。そして、像担持体上のトナー像の輪郭部分において、中間転写体と像担持体の間に隙間は生じない。このようにして、飛び散りや中抜けの発生は抑えられる。
ところで、ゴム等の弾性材料を用いる中間転写体上に残留するトナーを除去する手段としてブレード部材を用いると、残留するトナーが除去されない所謂クリーニング不良が発生することがある。
これは、弾性材料を用いる中間転写体とブレード部材が隙間無く追従しないために、ブレード部材と中間転写体の間を残留トナーがすり抜けてしまうことで起こる。
弾性材料を用いる中間転写体の場合、導電性のブラシにトナーと反対極性のバイアスを印加する所謂ブラシクリーニング等が用いられてきた。しかし、この方法ではコストが高く、設置場所も多く必要となるため、小型の画像形成装置には適していない。
そこで、特許文献1では、中間転写体と、ブレード部材の損失正接(tanδ)の関係を数値規定している。この発明によれば、ブレード部材および中間転写体は、中間転写体の凹凸に応じて互いに速やかに変形し、ブレード部材と中間転写体の間に隙間が生じず、クリーニング不良は発生しない。
特開2005−99763号公報
しかし、この発明では、初期のクリーニング性能は満足できるが、耐久によって中間転写体が摩耗したときにクリーニング不良が生じる場合がある。
これは、弾性体の中間転写体が樹脂製の中間転写体と比較して、耐摩耗性が弱いので中間転写体表面に比較的容易に傷が発生してしまうために、この傷を起点としてクリーニング不良が発生するからである。
この問題に対して、中間転写体表面にフッ素樹脂等の保護層を設ける方法もあるが、樹脂層を厚くしすぎると、弾性中間転写体の本来の目的である飛び散りの防止が満足できず、さらに下層の弾性層との伸びの差で層界面での剥がれが発生する可能性がある。
本発明は上述のような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、転写性に優れた、弾性層を持つ像担持体において、長期的なクリーニング性能を保持することを目的とする。
本願発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、単層又は複数の弾性層を有する像担持体と、該像担持体上に担持された現像剤像を転写する転写工程を経た後の該像担持体に、弾性体からなるブレード部材を当接させることによって該像担持体上の残留物を除去するクリーニング装置を備えた画像形成装置において、該像担持体の国際ゴム硬度IRHD(度)が50≦IRHD≦80であり、該像担持体の表面の十点平均粗さRz(μm)が0.5≦Rz≦2.5、最大粗さRmax(μm)がRmax≦2.5であ
り、前記像担持体表面のテーパー摩耗試験(JIS K 6264)における摩耗量が100mg/1000サイクル以下であり、試験後の試験片表面の最大粗さRmax(μm)がRmax≦5.0であることを特徴とする画像形成装置である。
従来、耐久でのクリーニング不良の原因となっていたのは、ブレード部材を用いて中間転写体上の残留トナー等を除去してクリーニングする場合の、中間転写体の粗れであった。本願発明者は、この中間転写体の粗れの原因について鋭意検討した結果、以下のような事実が判明した。すなわち、トナーやトナーに含まれる外添剤がブレード部材と中間転写体の間に挟まって中間転写体を研磨したり、ブレード部材の微小なビビリによってゴム表面の割れが発生したりすることが原因であった。そこで、本願発明では、このような中間転写体の粗れに対して、研磨による粗れを抑え、耐摩耗性を規定している。
上記耐磨耗性を達成する手段として、中間転写体の弾性層を形成した後に、中間転写体表面にイソシアネート化合物を作用させる。すると、図2のように表面の弾性を保ったまま、硬化層を形成することでき、この結果中間転写体表面の耐摩耗性が向上する。
以上説明したように、本発明によれば、弾性層を有する像担持体により、転写の飛び散り、中抜けを抑えた高画質の画像を提供しながら、クリーニング部材としてブレード部材
を用いることで、低コスト、小型化を達成しつつ、更に長期間のクリーニング性能を保持し得る画像形成装置を提供できる。
以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成・動作について説明する。図1は本実施例の画像形成装置100の概略全体構成を示す。本実施例において、画像形成装置100は複写機、レーザビームプリンタ等とされる電子写真プロセスを利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。
画像形成装置100は、繰り返して使用される回転ドラム型の電子写真感光体(以下「感光ドラム」という。)を有する。感光ドラム1は、本願発明の「前段像担持体」に相当する。感光ドラム1は、矢示の反時計方向に所定の周速度(プロセススピード)をもって回転駆動される。画像形成動作は約200mm/secで行った。
感光ドラム1は、回転過程で一次帯電器2により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。本実施例では、一次帯電器2には棒状の芯金に発泡導電ゴムを基層として形成した多層の導電性ローラを用いた。この導電性ローラを感光ドラム1に対して圧接従動回転させることにより接触帯電を行う。導電性ローラには直流電圧に帯電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を持つ交流電圧を重畳したバイアスを印加する。この際、直流電圧は定電圧に制御し、交流電圧は定電流に制御する。交流電圧を印加することで、直流電圧のみを印加する場合に比べて、より感光ドラム1の表面電位を目的の電位に収束させ易くなる。本実施例では交流成分は周波数約1300Hzの正弦波であり、電流値は約1900μAとした。直流電圧は約−600Vである。
次いで、帯電した感光ドラム1の表面は、画像露光手段3による画像露光Lを受けることにより、目的の成分像に対応した静電潜像が形成される。その後、その静電潜像が現像手段としての回転式現像装置4で着色微粒子(トナー)により現像される。ここで、例えば、画像露光手段3にはカラー原稿画像の色分解・結像露光光学系、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されたレーザービームを出力するレーザースキャナによる走査露光系などが含まれる。
回転式現像装置4は、本実施例では、それぞれ現像剤としてイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナーを収容した現像器41、42、43、44を有している。現像装置4では、感光ドラム1に順次形成される各色の画像に対応した静電潜像を現像すべく、所定タイミングで回転させることにより指定の色用の現像器を感光ドラム1との対向部(現像部)へと移動させ、現像動作を行う。
また、画像形成装置100には、無端状のベルト体である中間転写体5が設けられている。中間転写体5は、本願発明の「像担持体」に相当する。中間転写体5は、感光ドラム1に対して所定の押圧力をもって圧接した状態に保持されており、感光ドラム1と中間転写体5との間には転写部としての一次転写ニップ部N1が形成されている。中間転写体5は矢示の時計方向に感光ドラム1と若干異なる周速度を持って回転駆動されている。一次転写ニップ部N1では、中間転写体5を介して一次転写手段たる一次転写ローラ6が感光ドラム1に当接されている。この一次転写ローラ6には、第1のバイアス電源(図示せず)から画像のトナー帯電極性(本実施例ではマイナス)とは逆極性(本実施例ではプラス)の一次転写バイアスが印加される。これにより、感光ドラム1に順次形成された各色のトナー像が、中間転写体5上に重ね合わせて転写される。
一次転写終了後に、感光ドラム1上の表面は、クリーニングブレード14により、その上に残留しているトナーが除去されることで清掃される。
次いで、給紙カセット9から給紙ローラ10によって転写材(紙葉体)24が1枚ずつ分離搬送され、レジストローラ対11、転写ガイド12を経て転写部としての二次転写ニップ部N2に所定のタイミングで給送される。このタイミングに合わせて、二次転写ニップ部N2では、中間転写体5に対して二次転写手段たる二次転写ローラ7が当接される。そして、中間転写体5上に一次転写されて合成されたカラートナー像のトナーと同極性(本実施例ではマイナス)のバイアスが、第2の電源(図示せず)から二次転写ローラ7に印加される。これにより、二次転写ニップ部N2に対して給送された転写材24の面に中間転写ドラム5上のトナー像が一括して転写される。
二次転写ニップ部N2を通って中間転写体5上からトナー像の転写を受けた転写材24は、続いて定着器15へ導入される。転写材24は、定着器15において所定条件に加熱温調された定着ローラ16と加圧ローラ17とにより加熱・加圧されて、トナー像の定着処理を受け、画像形成物として画像形成装置100の外部に出力される。
一方、二次転写終了後の中間転写体5上の転写残トナー等の残留物は、中間転写体5に当接する弾性体からなるクリーニングブレードを有する中間転写体クリーニング装置18を用いて除去される。このクリーニングブレードが本願発明の「ブレード部材」に相当する。ここでは、二次転写が、本願発明の「転写工程」に相当する。
<中間転写体の製造方法>
次に、本実施例における中間転写体の製造方法について説明する。該方法は、下記の各工程のいずれか又は組み合わせを含む。ベルト部材を製造するために一般に必要とされるか或いは望ましい他の工程を含んでいても良いことは当然である。
まず、弾性層を構成するシームレスベルトを作成する。本実施例では、弾性層を構成するシームレスベルト(基材)にフッ素系のゴムを用いた。例えばビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロペン系、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロペン系、テトラフルオロエチレンプロピレン系のもので好適に作成することが出来るが、表面平滑性の点でテトラフルオロエチレン−プロピレン系のものがより好ましい。
シームレスベルトの製造方法は、従来のものと同様である。斯かる方法は、当業者には周知であるので詳しい説明は省略するが、例えば、遠心成型法により製造しうる。本実施例においては、弾性層には、テトラフルオロエチレン−プロピレンを用いた。
ついで、弾性層を構成するシームレスベルト表面へイソシアネート化合物を反応させる方法について説明する。
イソシアネート化合物としては、芳香族イソシアネートとしての4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)や、脂肪族イソシアネートとしての1,6−ジイソシアナトヘキサン(HDI)、2−メチルペンタメチレンジイソシアネート(MPDI)などを好適に用いるが、高伸張率の反応生成物が得られる点でMDIがより好ましい。
本実施例では、イソシアネート化合物として、2−メチルペンタメチレンジイソシアネート(MPDI)を用いた。
図3に示すように、まず成型したシームレスベルトをベルト懸架ドラム30に巻きつける。弾性層表面とイソシアネート化合物とを反応させる方法は、特に制限されるものではないが、以下のような方法を採用することができる。すなわち、ポリイソシアネート化合物および必要に応じて添加されるその他の成分を適宜な溶剤、例えばメチルエチルケトン、トルエン、キシレンに溶解する。そして、この溶液を金属製の塗布ローラ31に含ませた後、中間転写体5の表面に当接させる。ベルト懸架ドラム30と塗布ローラ31が回転することで、イソシアネート化合物を中間転写体表面の弾性層に浸透させて常温あるいは加熱下で反応する。この方法が常温下で硬化反応させ得る点で好ましい。
弾性層の硬化処理をおこなう時間は、適宜選定し得る。参考として、図4に反応時間と中間転写体表面の硬度の関係を示した。反応時間が長くなるにつれて硬度が高くなっていることから硬化処理が促進されていることがわかる。つまり、硬化処理時間をあまりに長くしすぎると反応が進んでしまい、硬度が高くなりすぎてしまう。一方処理時間を短くしすぎると、硬化処理が不十分となり所望の耐摩耗性を得ることができない。本実施例では硬化処理の時間は3〜7分が適当であり、より好ましくは、3〜5分である。本実施例では硬化処理の時間は3分間とした。
次に、余分なイソシアネート化合物をふき取った後、例えば常温で72時間放置する。養生の時間はこれに特に限定されず、任意に設定して良い。
ここで、本実施例における弾性層の硬化処理の原理について説明する。弾性層を構成するシームレスベルトのフッ素ゴムとポリイソシアネート化合物の反応は、フッ素ゴムの官能基がイソシアネート基と反応して、該フッ素ゴムがアロハネート結合によって結合し、反応が十分行なわれる時間を経ることで、優れた強度、伸張度などの力学物性を有する反応生成物が得られる。本実施例の方法は斯かる原理に基づくものである。
<各種試験および測定の条件>
各種試験および測定は、以下の条件でおこなった。
テーバー摩耗試験
本実施例で行った、中間転写体の摩耗試験について説明する。下記で示した以外の内容については、JIS6264に準拠する。
測定器: 安田精機製作所製 テーバーアブレーションテスターNo.101
摩耗輪: CS−10
荷重: 9.8N
回転数: 60rpm
測定温度:23±2℃
相対湿度:50±5%
測定: 1000サイクルの試験を行った後、摩耗粉の秤量をおこなった。
硬度測定
本実施例で行った、中間転写体の硬度測定について説明する。
測定器: H.W.Wallace&Co.Ltd社製 IRHDマイクロ硬さ計 H12型
測定温度:23℃±2℃
相対湿度:50±5%
測定点: 中間転写体の長手方向3点と周方向5点の平均値
表面粗さ測定
本実施例で行った、中間転写体の表面粗さ測定について説明する。
測定器: 小坂研究所製 SE−3400
測定温度:23±2℃
相対湿度:50±5%
測定長さ: 2.5mm
測定速度: 0.1mm/秒
測定: Rzは平均値、Rmaxは測定した内の最大値を記録した。
転写性
本実施例で行った、転写性の試験について説明する。
試験本体: キヤノン製複写機 iR・C3100
試験条件: 室温30℃/湿度80%、各色5%のフルカラープリントを5万枚通紙
判定: 2次色のライン画像と文字画像で飛び散りと中抜けを判定
クリーニング性
試験本体: キヤノン製複写機 iR・C3100
試験条件: 画像濃度 各色5%のフルカラープリントを5万枚通紙
判定: 転写紙上にクリーニング不良によるトナースジの発生の有無を確認
表1に本実施例で作成した中間転写体の結果を示す。

Figure 2008046192
表1の結果から、本実施例の中間転写体が転写の飛び散りや中抜けに対して良好な転写性を持ちつつ、長期的なクリーニング性能も満足していることが分かる。
次に、表2に中間転写体製造時のイソシアネート化合物の含浸時間を変更したときに、上記と同様の試験をおこなった結果を示している。

Figure 2008046192
表2の結果から以下のことが分かった。
表面粗さRzが0.5μm未満の場合、ブレードめくれによるクリーニング不良が発生
する(試験片A)。
テーバー摩耗試験時の摩耗量が100mg以上、表面粗さRmaxが5μm以上の場合、クリーニング不良が発生する(試験片B)。
イソシアネート含浸後のIRHD硬度が80度以上の場合、転写不良による画像の劣化が発生する(試験片F)。
また、イソシアネートの含浸時間時の中間転写体表面粗さRmaxが3μm以上の場合、耐久後のクリーニング不良が発生する(試験片G)。
図5に典型的な像担持体のクリーニング装置の概略構成図を示す。本実施例のような弾性層を持つ中間転写体のクリーニングブレードの各種設定は、クリーニングしようとする転写残トナーの種類によって変わるが、概ね通常の樹脂中間転写体のクリーニング装置と同程度の設定でクリーニングが可能である。すなわち、像担持体に対する線圧N(g/cm)が20<N<60、当接角度θ(度)が15<θ<35の範囲が好ましい。すなわち像担持体に対する線圧Nが20g/cm以下、もしくは当接角度θが15度未満になると残留トナーのブレードからのすり抜けが起こる可能性がある。反対に、線圧Nが60g/cmを超える、もしく当接角度θが35度を超えると、ブレード捲れが起こる可能性がある。
比較例
本発明の比較例として、中間転写体として、比較例1は弾性層の無いポリフッ化ビニリデン製のベルト、比較例2は実施例1と同一の弾性層の上に表面層として、厚さ10μmのフッ素樹脂(四フッ化エチレン)表面保護層を設けたベルトを作成した。
尚、比較例1の中間転写体は一般的な遠心成形法により製作した。また、比較例2の中間転写体は、一般的な遠心成形法で弾性層を成形した後、フッ素樹脂(4フッ化エチレン)をスプレー塗布によって吹き付けた。
表2に、各中間転写体の、表面硬度、表面粗さ、テーパー摩耗試験の結果と、クリーニング性、転写性の結果を示した。

Figure 2008046192
表3の結果から分かるように、比較例1では、クリーニング性、成形後の表面粗さ、耐磨耗性は良好であるが、転写時の中抜けが発生してしまう。一方、比較例2では、転写時の中抜けは良好であるが、耐久後のクリーニング性が十分ではない。
次に、本発明の実施例2について説明する。
本実施例は、実施例1とは異なった画像形成装置に本発明を適用した例である。その画像形成装置を図に示す。実施例1に係る画像形成装置と共通の構成については共通の符号を用いている。
図6は本実施例に係る画像形成装置の画像形成プロセスは実施例1に係る画像形成装置のそれと略同じであるため、これについての説明は省略する。
本実施例に係る画像形成装置の特徴としては、4つの感光ドラム1a〜1dを有したタンデム式の画像形成装置であり、フルカラー画像の生産性に優れている。それぞれの感光ドラムにおいて、帯電、露光、現像、転写をおこない、各色のトナー像を形成し、このトナー像を中間転写体5上に順次重ね合わせて、中間転写体5上のトナー像を転写材に一括転写してカラー画像を得る。
このような画像形成装置においても、前記実施例1と同様の効果が得られる。
その他の実施例
実施例1では、本発明の構成を像担持体としての中間転写体に用いたが、その他に像担持体としては、例えば、転写ベルトや転写ローラ、それに弾性層を持つ感光体などにも本発明を適用できる。つまり、本発明は弾性層を有する像担持体を、ブレードを用いてクリーニングしようとする構成に適用可能である。
実施例1では、弾性体の基材として、フッ素系ゴムを用いたが、それ以外のゴム、熱可塑性エラストマーを用いても良い。すなわち、国際ゴム硬度IRHD(度)が50≦IRHD≦80であり、表面の十点平均粗さRz(μm)が0.5≦Rz≦2.5、最大粗さRmax(μm)がRmax≦2.5で、表面のテーパー摩耗試験(JIS K 626
4)における摩耗量が100mg/1000サイクル以下であり、試験後の試験片表面の最大粗さRmax(μm)がRmax≦5.0という条件を満足するゴム、熱可塑性エラストマーであれば、良好な転写性と、長期にわたるクリーニング性を両立可能である。
また、実施例1ではクリーニング装置としてクリーニングブレードのみを用いたが、クリーニングブレードの上流もしくは下流側にブラシやローラ等を設置して、クリーニング補助部材として併用する構成としても良い。
本発明の実施例1の画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施例1に係る画像形成装置に設けられた中間転写体の層構成図である。 本発明の実施例1に係る画像形成装置に用いる中間転写体表面の硬化処理の一例を説明した図である。 本発明の実施例1に係る中間転写体のイソシアネート反応時の硬度変化を説明した図である。 本発明の実施例1に係るクリーニング装置の概略構成図である。 本発明の実施例2に係る画像形成装置の概略構成図である。
符号の説明
1 像担持体(感光ドラム)
2 一次帯電器
3 画像露光手段
4 回転式現像器
5 中間転写体(中間転写ベルト)
6 一次転写手段(一次転写ローラ)
7 二次転写手段(二次転写ローラ)
9 給紙カセット
10 給紙ローラ
11 レジストローラ
12 転写ガイド
14 クリーニング部材(クリーニングブレード)
15 定着器
16 定着ローラ
17 加圧ローラ
18 中間転写体クリーニング装置
24 転写材
25 駆動ローラ
30 懸架ドラム
31 塗布ローラ
41 現像器(イエロー)
42 現像器(マゼンタ)
43 現像器(シアン)
44 現像器(ブラック)
N1 一次転写ニップ部
N2 二次転写ニップ部
100 画像形成装置

Claims (6)

  1. 単層又は複数の弾性層を有する像担持体と、該像担持体上に担持された現像剤像を転写する転写工程を経た後の該像担持体に、弾性体からなるブレード部材を当接させることによって該像担持体上の残留物を除去するクリーニング装置を備えた画像形成装置において、該像担持体の国際ゴム硬度IRHD(度)が50≦IRHD≦80であり、
    該像担持体の表面の十点平均粗さRz(μm)が0.5≦Rz≦2.5、最大粗さRmax(μm)がRmax≦2.5であり、
    前記像担持体表面のテーパー摩耗試験(JIS K 6264)における摩耗量が100mg/1000サイクル以下であり、
    試験後の試験片表面の最大粗さRmax(μm)がRmax≦5.0であることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記像担持体は、基層として弾性層を形成した後に、脂肪族又は芳香族イソシアネート溶液に含浸して硬化層を形成することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記像担持体は、無端状のベルト体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記ブレード部材の前記像担持体に対する線圧N(g/cm)は、20<N<60を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記ブレード部材の前記像担持体に対する当接角度θ(度)は、15<θ<35を満足することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記像担持体の前段に、現像剤像を担持する前段像担持体を複数備え、
    それぞれの該前段像担持体に担持された現像剤像が、前記像担持体に転写されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の画像形成装置。
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