JP2015090488A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トナー像を担持する感光体ドラム1と、感光体ドラム1の表面に保護剤21を供給する保護剤供給手段とを備える画像形成装置において、保護剤が、少なくとも脂肪酸金属塩と無機潤滑剤とを含有し、保護剤供給手段が発泡体ローラ22からなり、且つ、使用開始前の感光体ドラム1の表面に平均粒径50nm以下の微粒子を予め付着させる。前記微粒子としては、シリカが最適である。
【選択図】図1
Description
これら電子写真方式による画像形成装置は、一般的にドラム形状や無端ベルト形状をした像担持体(一般的には感光体)を回転させつつ一様に帯電する。そして、レーザ光等により像担持体上に潜像パターンを形成し、これを現像装置により可視像化して、更に転写媒体上に転写を行っている。
このように、像担持体表面は帯電、現像、転写、クリーニング等の各工程で、さまざまな物理的ストレスや電気的ストレスを受け、使用時間を経るに伴って表面状態が変化する。
AC成分を重畳した近接帯電方式は、装置の小型化及び高画質化を実現できると同時に、帯電均一性を保ちながら帯電部材と像担持体とを非接触にできることから、帯電部材自身の劣化も抑制することができる。このため、近接帯電方式は、装置の小型化、高画質化、高耐久化に対しては非常に優位な技術であると言える。
特許文献2等では、像担持体表面に脂肪酸金属塩と無機潤滑剤とを含む像担持体保護剤を供給することが提案されている。この構成においては、ステアリン酸亜鉛単独使用時と比較してクリーニング性が大幅に向上しており、クリーニング部をすり抜けるトナーの量が格段に減っていることが特徴である。
しかしながら、バネが固形潤滑剤を加圧してブラシローラへ押し付ける構成においては、固形潤滑剤が削れていくに従いバネが伸びていくため、必然的に押圧力は弱まっていく。その結果、固形潤滑剤の削れ量は低下していき、感光体や中間転写ベルトへ供給される固体潤滑剤の量も低下するため、感光体や中間転写ベルトを十分に保護することができなくなってしまう。
一方、特許文献5では,発泡体層で構成された発泡体ローラを使用することにより、比較的少ない固形潤滑剤の消費量で固形潤滑剤被膜を像担持体表面に均一に形成できるとしている。
そのため、特許文献4のような経時で同じ加圧力を保つことができる押圧機構を使用しても、保護剤消費量が経時で安定せず、長期に亘り保護剤を一定の量で供給できない。特に上述の固形保護剤がブロック状に圧縮成形で形成された場合では、その程度が激しい。
図1を参照して、本発明のプロセスカートリッジを説明する。図1は、図3の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジの概略的な断面図である。図1に示すように、プロセスカートリッジ12は、像担持体としての感光体ドラム1、保護層形成装置2、帯電ローラ3、現像装置5、クリーニング装置4等がカートリッジ本体50に一体に備えている。現像装置5は、現像ローラ51、現像剤を攪拌・搬送しながら循環させる搬送スクリュー52、53、ト尚収容するプリセットケース54等を有している。
中でもステアリン酸亜鉛が特に像担持体への成膜性に優れることから、保護剤の主成分として使用することが好ましい。尚、ここでいう主成分とは、保護剤全体に占める重量比が50%よりも多いことを意味する。
以上のことから、本実施形態では脂肪酸金属塩(A)と無機潤滑剤(B)とを混合して用いる。
これらのブレードは、ブレード支持体24bに、先端部が感光体ドラム1の表面へ押圧当接できるように、接着や融着等の任意の方法によって固定される。ブレード厚みについては、押圧(圧して押さえ付けることを意味する)で加える力との兼ね合いで一義的に定義できるものではないが、概ね0.5〜5mm程度であれば好ましく使用でき、1〜3mm程度であれば更に好ましく使用できる。
また、ブレード支持体24bから突き出し、たわみを持たせることができるブレード24aの長さ、いわゆる自由長についても同様に押圧で加える、力との兼ね合いで一義的に定義できるものではないが、概ね1〜15mm程度であれば好ましく使用できる。更には、2〜10mm程度であれば更に好ましく使用できる。
弾性金属ブレードの厚みは、0.05〜3mm程度であれば好ましく使用でき、0.1〜1mm程度であればより好ましく使用できる。
また、弾性金属ブレードでは、ブレードのねじれを抑止するために、取り付け後に支軸と略平行となる方向に、曲げ加工等の処理を施しても良い。
表面層を形成する材料としては、PFA、PTFE、FEP、PVdF等のフッ素樹脂や、フッ素系ゴム、メチルフェニルシリコーンエラストマー等のシリコーン系エラストマー等を、必要により充填剤と共に用いることができるが、これに限定されるものではない。
また、保護層形成機構24で感光体ドラム1を押圧する力は、保護剤が延展し保護層や保護膜の状態になる力で十分である。このため、線圧として5gf(0.05N)/cm以上80gf(0.8N)/cm以下であることが好ましく、10gf(0.1N)/cm以上60gf(0.6N)/cm以下であることがより好ましい。
発泡体であるポリウレタンフォームは、従来から公知の製造方法によって製造可能である。ポリウレタンフォーム原料としては、ポリオール、ポリイソシアネート、触媒及び発泡剤、整泡剤等の助剤を加えたものが用いられる。通常、ポリイソシアネート以外の成分は予め混合し、成形の直前にポリイソシアネート成分と混合して用いられる。
また、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられているポリエーテルポリオールとして知られるポリエーテルポリエーテルポリオール、ポリエステルポリエーテルポリオール、ポリマーポリエーテルポリオール等から適宜選択すればよく、一種又は二種以上を組み合せて用いても良い。
また、エチレンオキシドを5モル%以上端末に結合したポリエーテルポリエーテルポリオールを使用すると、成形性が良いとされている。
ポリウレタンフォーム層製造に用いる発泡剤としては、特に制限は無く、水、低沸点物、ガス体等の従来公知の各種発泡剤の中から、単独で、又は複数種を組み合せて使用することができるが、環境の観点から水を発泡剤として用いることが好ましい。また、他の発泡剤を併用することもできる。発泡剤の使用量や条件を変えることにより、ポリウレタンフォーム層のセル壁幅、セル径、硬度や通気量等をコントロールすることができる。
上記ポリウレタンフォーム層原料には、ポリウレタンフォーム層のセルの独立気泡性、連続気泡性をコントロールするように架橋剤、破泡剤等が配合されていてよく、また、所望の導電性を付与するための導電剤、帯電防止剤等が添加されていてもよい。架橋剤としてはトリエタノールアミン、ジエタノールアミン等の従来公知のものが挙げられる。
その他添加剤として、導電剤、難燃剤、減粘剤、顔料、安定剤、着色剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、酸化防止剤等については、公知の物を必要に応じて配合することができる。
また、保護剤としてブロック状の成形体を使用する場合、発泡体層のセル数及び硬度を調整することによって、感光体ドラム1の表面に供給される保護剤粒子の粒径を制御できる。例えば、セル数を多くしたり、硬度を低減したりすると、保護剤粒子の粒径は小さくなり、より均一な保護層を形成できる。
次いで、各測定箇所において周方向にさらに2点ずつ選択して、合計9点の測定箇所を決定する。次に、マイクロスコープを用い、それぞれの測定箇所の写真画面を観察する。そして、図2(B)に示すように、写真画面の中心部に実寸1inch(インチ:約25mm)に対応する長さの線20を引き、その線20内に何個のセル22cがあるかをカウントし、9点の平均値を求める。たとえわずかでも25mmの線に接触したセル22cは1つとしてカウントする。例えば、図2(B)に示すようなケースでは、セル数は12個である。
上記図示しない芯金を収納した発泡体ローラ22の成形型を用いる製造方法では、成形型内表面にフッ素樹脂コーティング剤、離型剤等の離型層を設けておくことが好ましい。これにより、複雑な加工を必要とせず、好適な開口性を有するポリウレタンフォーム層を容易に形成することができる。
微粒子としては、有機微粒子、無機微粒子のどちらを用いても良いが、nmオーダーの粒子の製造が容易な点で無機微粒子がより好ましく用いられる。
これらの中でもシリカが良好な作用を示しながら、感光体ドラム1の表面キズなどの副作用が少なく、且つ経時で除去されやすい特性を有していることから、本実施形態においては特に好ましく用いられる。尚、これらの微粒子は単独で用いても、或いは2種以上を混合して用いても良い。また、これらの微粒子は疎水性を付与する目的等により、表面処理剤で表面処理を行っても良い。
或いは、発泡体ローラ22の表面に適量の微粒子を付着させておき、画像形成前の初期動作を利用して、感光体ドラム1の表面に微粒子を移行させても構わない。但しこの場合、発泡体ローラ22のセル内部に微粒子が付着してしまうと、保護剤粉の受け渡しに影響が現れ本発明の効果が良好に得られなくなるため、微粒子が発泡体ローラ22の表面のみに付着するよう調整する必要がある。セル内部に微粒子が付着すると、微粒子が保護剤粉を捕捉して感光体ドラム1の表面への受け渡し効率が悪くなる場合があるからである。
この感光体ドラム1又は発泡体ローラ22を上述した図1のプロセスカートリッジ12に組み込む。又は、プロセスカートリッジ12を介して後述する画像形成装置に組み込めば、50nm以下の微粒子であればクリーニングブレード41等によって除去されることはない。即ち、逆にクリーニングブレード41をすり抜ける際に感光体ドラム1の表面上に微粒子が固定されることで、本実施形態の効果を得ることができる。
カラー複写機100は、装置本体101と、装置本体101の上面に設けられたスキャナ102と、該スキャナ102の上部に設けられた原稿自動搬送装置(ADF)103とを有している。
装置本体101の下部には、複数の給紙カセット104a、104b、104c、104dを備えた給紙部104が設けられている。
支持ローラ108の近傍には、2次転写後に中間転写ベルト105上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置109が設けられている。
支持ローラ106と支持ローラ107間に張り渡された中間転写ベルト105上には、その搬送方向に沿って、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4つのプロセスカートリッジ12Y、12M、12C、12Kが横に並置されている。但し、これら4つの色順は一例であり、これに限定される趣旨ではない。4つのプロセスカートリッジ12Y、12M、12C、12Kは、トナー色のみ相違し、基本的な構成は図1に示したプロセスカートリッジ12と同じである。
中間転写ベルト105、中間転写体クリーニング装置109及び4つのプロセスカートリッジ12Y、12M、12C、12Kは、タンデム画像形成部10を構成している。4つのプロセスカートリッジ12Y、12M、12C、12Kは、それぞれが画像形成手段として機能する。
二次転写ローラ110の左側には、シート上の転写画像を定着する定着装置111が設けられている。定着装置111は、無端ベルト状の定着ベルト111aに加圧ローラ111bを押し当てる構成を有している。
定着装置111の下方には、上述したタンデム画像形成部10と略平行に、シートの両面に画像を記録する場合にシートを反転するシート反転装置112が設けられている。
有機光導電層を有する感光体(OPC)に代表される感光体ドラム1は、除電ランプ(図示せず)等で除電され、帯電装置としての帯電ローラ3(図2参照)で均一にマイナスに帯電される。
帯電ローラ3による感光体ドラム1の帯電が行われる際には、図示しない電圧印加装置から帯電ローラ3に、感光体ドラム1を所望の電位に帯電させるに適した、適当な大きさの電圧又はこれに交流電圧を重畳した帯電電圧が印加される。
帯電された感光体ドラム1は、潜像形成装置とも呼ばれるレーザ光学系等の露光装置8によって照射されるレーザ光で潜像形成(露光部電位の絶対値は、非露光部電位の絶対値より低電位となる)が行われる。
レーザ光は半導体レーザから発せられて、高速で回転する多角柱の多面鏡(ポリゴン)等により感光体ドラム1の表面を、感光体ドラム1の回転軸方向に走査する。
各色に対応した感光体ドラム1上に形成されたトナー像は、転写ローラ6にて中間転写ベルト105上に重ねて転写される。その後、給紙部104から給紙され、あるいは手差しトレイ113から給紙された紙などの転写媒体(シート)上に二次転写ローラ110により重ねトナー像(カラー画像)が一括転写される。
転写ローラ6には、転写バイアスとして、トナー帯電の極性と逆極性の電位が印加されることが好ましい。
画像転写後の中間転写ベルト105は、中間転写体クリーニング装置109により残留トナーを除去され、タンデム画像形成部10による再度の画像形成に備える。
しかしながら、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接して帯電を行う帯電装置では、前述のように放電が像担持体表面近傍の領域で行われるため、像担持体への電気的ストレスが大きくなりがちである。本発明の像担持体保護剤を用いた保護層形成装置を用いることにより、長期間に亘り像担持体を劣化させることなく維持できるため、経時的な画像の変動や使用環境による画像の変動を大幅に抑制でき、安定した画像品質の確保が可能となる。
(保護剤製造例)
表1に本実施形態における保護剤の処方(配合条件)の実施例を示す。表1に示す保護剤処方1〜5の組成物を、表中の混合比(重量基準)に従って混合した。混合は、ワンダーブレンダー(WB−1、販売元:大阪ケミカル株式会社)を用い、25000rpmの回転速度で10秒間の混合を2度行い、試料の混合物粉体とした。
成型後、固形物を型から外し、8mm×8mm×320mmに整形して、金属製支持体に両面テープで貼り付け、保護剤1〜4を作製した。
感光体の回転方向に対し、クリーニング手段の下流側に保護剤塗布手段を備えた画像形成装置である、株式会社リコー製カラーMFP imagio MP C5000の黒ステーションから感光体ユニット(図3のプロセスカートリッジ12K相当である)を取り出す。次いで、保護剤として保護剤1を使用し取り付けた。更に、保護剤塗布部材であるブラシローラの代わりに、セル数70(個/inch)、硬度150N、連続気泡型のポリウレタン層を設けた発泡体ローラ22(図1、図2参照)を取り付けた。尚、発泡体ローラ22の芯金は、ブラシローラと同一の物を用い、発泡ウレタン層の厚さは発泡体ローラ22の外径がブラシローラの外径と同一となるよう調整した。以下、株式会社リコー製カラーMFP imagio MP C5000を、「imagio MP C5000」と称する。
また、保護剤の発泡体ローラ22に対する加圧力を6N(計算値)に設定した。尚、imagio MP C5000のシステムでは、保護剤の目標消費量として0.20g/km(感光体ドラムの回転に伴う感光体ドラム外周の距離を表わしている)前後が必要である。
上記のように改造したimagio MP C5000機を10℃、15%RH(相対湿度)の低温低湿環境に設置し、A4版、画像面積率20%チャートを用いて1000枚連続通紙を行い、クリーニング不良に基づく縦スジ画像の有無を用紙50枚毎にチェックした。クリーニング不良が発生した場合は、最初に縦スジ画像が確認できた時点の枚数を記録した。クリーニング不良が発生しなかったサンプルについては、続いて同じチャートを用いて計80000枚の連続通紙を行い、初期1000枚、及びラン終了前1000枚(79000〜80000枚)の各走行距離間での保護剤の消費量の測定を行った。更に、ラン終了時の帯電部材(帯電ローラ)及び像担持体(感光体ドラム)の汚染度合いを目視で観察し、異常がある場合は対応箇所に異常画像が発生するかどうか確認を行った。
尚、imagio MP C5000では、図1に示した保護剤21を加圧する押圧力付与機構23に特許文献4の技術が採用されており、これにより加圧力は経時でほぼ一定である。従って、ランに伴う保護剤消費量の変化は、保護剤21の押圧力付与機構23には影響されない。上記「ラン」とは、画像形成装置の駆動・ランを意味する。
実施例1において、感光体ドラム表面に付着させた微粒子の種類及び付着量を表2のように変えた以外は、実施例1と同様に評価を行った。
実施例2において、保護剤を表2のように変えた以外は、実施例1と同様に評価を行った。
実施例2において、発泡体ローラのポリウレタン層をセル数50(個/inch)、硬度250N、連続気泡型とした以外は、実施例2と同様に評価を行った。
実施例2において、発泡体ローラのポリウレタン層をセル数60(個/inch)、硬度310N、連続気泡型とした以外は、実施例2と同様に評価を行った。
実施例1において、感光体ドラムに微粒子を付着させなかった以外は、実施例1と同様に評価を行った。
実施例1において、感光体ドラムに付着させる微粒子として表2のように50nmより大きいものを使用した以外は、実施例1と同様に評価を行った。
実施例2において、保護剤1の代わりに保護剤4を使用した以外は、実施例2と同様に評価を行った。
実施例2において、保護剤塗布部材としてimagio MP C5000に搭載されているブラシローラをそのまま用いた以外は、実施例2と同様に評価を行った。
また、実施例2と実施例4、6、7との比較から、50nm以下の粒子がシリカである場合には初期の保護剤消費量が十分確保できると同時に、経時での感光体ドラム汚れに対してより余裕度が向上している。
また、実施例3と実施例10との比較から、保護剤としてブロック状の圧縮成形体を使用することで、保護剤消費量をより安定して確保できる。
比較例2、3では、微粒子の平均粒径が50nmより大きいため、本発明の効果が得られず、やはり低温低湿環境下でクリーニング不良が発生してしまう。
比較例4では、保護剤として脂肪酸金属塩(A)を単独で使用しているため、経時での帯電ローラ汚れを抑制できない。
比較例5では保護剤塗布部材としてブラシを用いているため、初期の保護剤消費量が非常に多く、且つラン後の消費量も低下するため、長期に亘り安定した画像を提供することが困難である。
[態様1]
感光体ドラム1などの像担持体と、該像担持体の表面に保護剤21などの像担持体保護剤を供給する保護剤供給手段と、を備える画像形成装置において、像担持体保護剤が、少なくとも脂肪酸金属塩(A)と無機潤滑剤(B)とを含有し、前記保護剤供給手段が発泡体ローラ22などの発泡体ローラからなり、且つ、使用開始前の前記像担持体の表面に平均粒径50nm以下の微粒子を予め付着させる。なお、使用開始前とは、ユーザ等の使用開始前を指し、具体的には画像形成装置(像担持体単体を含む)の製造段階や製造工場出荷前に「像担持体の表面に平均粒径50nm以下の微粒子を予め付着させる」ものである。
態様1において、前記微粒子が、シリカである。
この態様2によれば、上記実施形態、上記実施例で説明したように、請求項1の効果がより良好に発揮されると同時に、像担持体に対する汚染の副作用がほとんどない。
態様1又は2において、前記像担持体保護剤が、少なくとも脂肪酸金属塩と無機潤滑剤とを含む粒状又は顆粒状の原料を、型内で圧縮成型されるブロック状の成形体である。
この態様3によれば、上記実施形態、上記実施例で説明したように、像担持体保護剤の硬度調整が容易であり研削しやすいことから、像担持体保護剤消費量が経時で安定している。
態様1ないし3の何れか1つにおいて、前記脂肪酸金属塩が、ステアリン酸亜鉛を主成分とする。
この態様4によれば、上記実施形態、上記実施例で説明したように、ステアリン酸亜鉛の良好な像担持体保護性が発揮され、特に像担持体汚れが少ない。
態様1ないし4の何れか1つにおいて、前記無機潤滑剤が、窒化ホウ素である。
この態様5によれば、上記実施形態、上記実施例で説明したように、窒化ホウ素の良好な潤滑性が発揮される。
態様1ないし5の何れか1つにおいて、前記像担持体は、無端移動可能に構成されており、前記保護剤供給手段よりも前記像担持体の移動方向の上流側に配置され、前記像担持体から残留トナーを除去するクリーニング手段を備える。
この態様6によれば、上記実施形態、上記実施例で説明したように、クリーニング不良を確実に防止できる。
態様1ないし5の何れか1つにおいて、前記像担持体に接触又は近接して配置され、前記像担持体を帯電させる帯電ローラを備える。
この態様7によれば、上記実施形態、上記実施例で説明したように、態様5において、特に帯電ローラの汚れ低減効果が大きい。
態様1ないし7の何れか1つに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、少なくとも、前記像担持体と、該像担持体から残留トナーを除去するクリーニング手段と、該クリーニング手段の下流側に配置され、請求項1ないし7の何れか1つに記載の保護剤供給手段とを一体に備える。
この態様8によれば、上記実施形態、上記実施例で説明したように、小型且つ簡便な構成にて本実施形態、本発明の効果を実現することができる。また、プロセスカートリッジとすることで、操作性が向上する。
2 保護層形成装置
3 帯電ローラ(帯電装置、帯電部材の一例)
4 クリーニング装置(クリーニング手段)
6 転写ローラ(転写装置)
12 プロセスカートリッジ
21 像担持体保護剤
22 発泡体ローラ(保護剤供給手段、保護剤供給部材の一例)
23 押圧力付与機構
24 保護層形成機構
41 クリーニングブレード(クリーニング部材の一例)
100 カラー複写機(画像形成装置の一例)
101 装置本体
Claims (8)
- 像担持体と、該像担持体の表面に像担持体保護剤を供給する保護剤供給手段と、を備える画像形成装置において、
前記像担持体保護剤が、少なくとも脂肪酸金属塩と無機潤滑剤とを含有し、
前記保護剤供給手段が発泡体ローラからなり、且つ、使用開始前の前記像担持体の表面に平均粒径50nm以下の微粒子を予め付着させることを特徴とする画像形成装置。 - 前記微粒子が、シリカであることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記像担持体保護剤が、少なくとも脂肪酸金属塩と無機潤滑剤とを含む粒状又は顆粒状の原料を、型内で圧縮成型されるブロック状の成形体であることを特徴とする請求項1又は2記載の画像形成装置。
- 前記脂肪酸金属塩が、ステアリン酸亜鉛を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1つに記載の画像形成装置。
- 前記無機潤滑剤が、窒化ホウ素であることを特徴とする請求項1ないし4の何れか1つに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体は、無端移動可能に構成されており、
前記保護剤供給手段よりも前記像担持体の移動方向の上流側に配置され、前記像担持体から残留トナーを除去するクリーニング手段を備えることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1つに記載の画像形成装置。 - 前記像担持体に接触又は近接して配置され、前記像担持体を帯電させる帯電ローラを備えることを特徴とする請求項1ないし6の何れか1つに記載の画像形成装置。
- 請求項1ないし7の何れか1つに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、
少なくとも、前記像担持体と、該像担持体から残留トナーを除去するクリーニング手段と、該クリーニング手段の下流側に配置され、請求項1ないし7の何れか1つに記載の保護剤供給手段とを一体に備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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