JP2018013641A - プロセスカートリッジ、画像形成装置、帯電ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
ところで、プロセスカートリッジの製造から物流の過程で、帯電部材と像保持体とが接触した部分において、例えば、振動により、像保持体と帯電部材との間では摩擦および剥離が生じる場合がある。この像保持体と帯電部材との間で生じる摩擦および剥離によって、像保持体の表面が帯電され易くなる。そして、例えば、接触帯電方式の帯電部材を備えたプロセスカートリッジが装着された画像形成装置で画像を形成すると、使用初期において、帯電部材と像保持体との接触領域に対応した筋状の画像欠陥が発生する場合がある。
請求項1に係る発明は、
像保持体、前記像保持体に接触して前記像保持体の表面を帯電させる帯電部材、及び表面に粒子を有し、前記帯電部材に接触して前記帯電部材の表面を清掃する清掃部材を備え、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジである。
前記清掃部材の表面に存在する前記粒子の存在割合が、面積率で5%以上である請求項1に記載のプロセスカートリッジである。
請求項3に係る発明は、
前記粒子の形状係数SF1が100以上140以下の範囲である請求項1又は請求項2に記載のプロセスカートリッジである。
請求項4に係る発明は、
前記粒子が、トナー成分を有する粒子である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジである。
請求項5に係る発明は、
前記帯電部材が、帯電ロールである請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジである。
像保持体、前記像保持体に接触して前記像保持体の表面を帯電させる帯電部材、及び表面に粒子を有し、前記帯電部材に接触して前記帯電部材の表面を清掃する清掃部材を備える画像形成装置である。
像保持体の表面を帯電させる帯電部材、及び表面に粒子を有し、前記帯電部材に接触して前記帯電部材の表面を清掃する清掃部材を備える帯電ユニットである。
なお、プロセスカートリッジは、その他、必要に応じて、静電荷像形成手段、転写手段、及び現像手段から選択されるものを備えたプロセスカートリッジとしてもよい。
また、これら装置や部材をカートリッジ化せず、画像形成装置に直接配置した形態であってもよい。
より具体的には、例えば、像保持体と、像保持体に接触して像保持体の表面を帯電させる帯電手段であって、像保持体に接触して像保持体の表面を帯電させる帯電部材、及び表面に粒子を有し、帯電部材に接触して帯電部材表面を清掃する清掃部材を有する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段とを備える。
なお、像保持体に接触して像保持体の表面を帯電させる帯電部材と、表面に粒子を有し、帯電部材に接触して帯電部材表面を清掃する清掃部材とは、帯電ユニットとして構成されていてもよい。
また、本実施形態に係る画像形成装置は、この構成に限られず、中間転写方式の画像形成装置等、周知の画像形成装置を採用してもよい。
上記の画像形成を行う使用初期に発生する筋状の画像欠陥の現象は、像保持体および接触帯電方式の帯電部材がカートリッジ化されて装着された画像形成装置を用いた場合のみならず、像保持体および接触帯電方式の帯電部材がカートリッジ化されず、これら部材が直接配置された画像形成装置の場合でも発生し得る。
なお、清掃部材の表面に存在する粒子が、帯電部材を介して、帯電部材と像保持体との間に少しずつ供給されるため、特に、輸送が長期になる場合、得られる効果が顕著になると考えられる。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置10は、例えば、図1に示すように、タンデム方式のカラーの画像形成装置である。本実施形態に係る画像形成装置10の内部には、感光体(像保持体)12、帯電部材14、現像装置(現像手段)等が、イエロー(18Y)、マゼンタ(18M)、シアン(18C)、及び黒(18K)が各色毎にプロセスカートリッジ(図2参照)として備えられている。このプロセスカートリッジは、画像形成装置10に脱着される構成となっている。
なお、記録用紙24は、用紙収納容器28から取出ローラ30により取り出され、搬送ロール32,34により用紙搬送ベルト20まで搬送される。
帯電部材の構成としては、特に限定されるものではないが、例えば、芯体、弾性層、若しくは弾性層の代わりに樹脂層を有する構成が挙げられる。弾性層は単層構成からなるものであってよく、幾つもの機能を持った複数の異なる層からなる積層構成であってもよい。更には、弾性層の上に表面処理を行ってもよい。
共重合ナイロンは、610ナイロン、11ナイロン、12ナイロン、の内のいずれか1種又は複数種を重合単位として含むものであって、この共重合体に含まれる他の重合単位としては、6ナイロン、66ナイロン等が挙げられる。ここで、610ナイロン、11ナイロン、12ナイロンよりなる重合単位が共重合体中に含まれる割合は、重量比で合わせて10%以上であるのが望ましい。
カーボンブラックはpH4.0以下が望ましい。
清掃部材は、清掃部材の表面に粒子を有していれば、特に限定されるものではない。清掃部材は、具体的には、例えば、ロール状の清掃部材、シート状の清掃部材等が挙げられる。
また、ロール状の清掃部材としては、例えば、芯体と、芯体の外周面に配置されたブラシ部分とを備えたロール状の清掃部材も挙げられる(図11参照;102は芯体、114はブラシ部分を表す)。
一方、シート状の清掃部材としては、例えば、シート状の基材と、基材の上に配置された弾性層又はブラシ部分のいずれかを備えたシート状の清掃部材が挙げられる。
一方、清掃部材がブラシ状の清掃部材である場合、清掃部材の表面に有する粒子は、ブラシ部分のブラシ表面の少なくとも一部に存在していればよい。
清掃部材の表面に有する粒子の存在割合は、清掃部材の表面に存在する面積率で、5%以上(好ましくは8%以上50%以下、より好ましくは10%以上30%以下)の範囲であることがよい。この範囲であると、使用初期に生じる筋状の画像欠陥の発生がより抑制され易くなる。
これらの他に、カーボンブラック、鉄等の金属、ITO(酸化インジウム錫)等の無機粒子も挙げられる。
測定に際しては、対象となる清掃部材から粒子を採取する。そして、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャンネル)に対して体積を小径側から累積分布を描いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径として求める。
形状係数SF1は、下記式により求められる。
式:SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
上記式中、MLはトナーの絶対最大長、Aはトナーの投影面積を各々示す。
具体的には、形状係数SF1は、主に顕微鏡画像又は走査型電子顕微鏡(SEM)画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、以下のようにして算出される。すなわち、スライドガラス表面に散布した粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラによりルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個の粒子の最大長と投影面積を求め、上記式によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
粒子を清掃部材の表面に付与する方法としては、例えば、刷毛、ブラシ等により粒子をまぶして付与する方法、粒子が充填された容器へ清掃部材を接触させて付与する方法などが挙げられる。
なお、図6は、図5のA−A断面図、つまり、弾性層を芯体の周方向に沿って切断した断面図である。
芯体102に用いる材質としては、金属若しくは合金、又は樹脂等が挙げられる。
金属若しくは合金としては、鉄(快削鋼等)、銅、真鍮、アルミニウム、ニッケル等の金属;ステンレス等の合金が挙げられる。
弾性層104とは100Paの外力印加により変形しても、もとの形状に復元する材料から構成される層をいう。弾性層104は、発泡弾性層であってもよいし、非発泡弾性層であってもよい。弾性層104は、清掃性(クリーニング性)向上の点から、発泡弾性層であることがよい。なお、発泡弾性層は、気泡を有する材料(いわゆる発泡体)で構成された層である。また、発泡弾性層であると、前述のように、粒子が少しずつ帯電部材に移行し、帯電部材と像保持体との間に介在するようになるため、例えば、輸送が長時間になり、振動を受ける時間が長くなる場合であっても、筋状の画像欠陥が抑制され易くなる。
そして、ポリウレタンの発泡は、例えば、水やアゾ化合物(例えばアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等)等の発泡剤を用いて行われるのが一般的である。
また、螺旋幅W1は、1mm以上であり、好ましくは1.5mm以上、より好ましくは2mm以上である。但し、螺旋幅W1の上限値は、螺旋角度θによるが、弾性層が重ならない状態で螺旋状に芯体に巻きつけることが可能であれば特に制限はない。
ここで、螺旋角度θとは、図5に示す通り、弾性層104の長手方向P(螺旋方向)と清掃部材の軸方向Q(芯体の軸方向)とが交差する角度(鋭角)を意味する。
螺旋角度θを2°以上とすることで、帯電部材との接触時に抵抗を受けにくくなり、弾性層の長手方向端部の剥れが抑制されやすくなる。また、螺旋角度θを2°以上とすることで、芯体の長さを長くしなくても短冊108の巻数を少なくとも1以上にしやすく、清掃部材の小型化が実現されやすい。
一方、螺旋角度θを75°以下とすることで、芯体の曲率に伴う弾性層の復元力が抑制されやすく、弾性層の長手方向端部の剥れが生じにくくなる。
また、清掃部材100を帯電部材と従動回転させず、帯電部材と独立して清掃部材に独自の回転機構を設ける場合の弾性層104の巻数は特に制限されない。
螺旋ピッチW2とは、図5に示す通り、弾性層104の清掃部材100の軸方向Q(芯体軸方向)に沿った、隣り合う弾性層104間の長さを意味する。
レーザ測定機(ミツトヨ社製、レーザースキャンマイクロメータ、型式:LSM6200)を用いて、清掃部材の周方向は固定した状態で、1mm/sのトラバース速度にて清掃部材の長手方向(軸方向)へスキャンさせて弾性層の厚み(弾性層肉厚)のプロファイルの測定を行う。その後、周方向位置をずらし同様の測定を行う(周方向位置は120°間隔、3箇所)。このプロファイルを基に弾性層104の厚みDの算出を行う。
短冊108の巻き付ける本数は数が多いほどクリーニング性能向上の効果が得られるが、2本以上の短冊108を巻き付けた際の弾性層104のうち、少なくとも一つの弾性層104の螺旋幅W1は、芯体102の半径R以下であり、且つ1mm以上である。
接着層106としては、芯体102と弾性層104とを接着し得るものであれば、特に制限はないが、例えば、両面テープ、その他接着剤により構成される。
図9A〜図9Cは、本実施形態に係る清掃部材100の製造方法の一例を示す工程図である。
このシート状の弾性部材の片面に、接着層106としての両面テープ(以下、「両面テープ106」とも称する)を貼り付け、目的とする幅、長さの短冊108(両面テープ106付き短冊状の弾性部材)を得る。
次に、図9Cに示すように、両面テープの剥離紙を剥がしながら、目的とする速度で芯体102を回転させて、芯体102の外周面に短冊108を螺旋状に巻き付けていき、芯体102の外周面に螺旋状に配置された弾性層104を有する清掃部材100を得る。
この伸びは、短冊108が芯体102に巻き付く曲率半径と短冊108の厚みにより制御され、短冊108が芯体102に巻き付く曲率半径は芯体102の外径及び短冊108の巻き付け角度(螺旋角度θ)により制御される。
(帯電ロールの作製)
−ゴム組成物の作製−
下記混合物を2.5Lのニーダーで混練りしてゴム組成物1を得た。
・ゴム材・・・・100質量部
(エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、Hydrin T3106:日本ゼオン社製)
・導電剤・・・5質量部
(カーボンブラック #3030B:三菱化学社製)
・イオン導電剤・・・1質量部
(ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、商品名「BTEAC」ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)
・加硫剤・・・1.5質量部
(有機硫黄 4,4'-ジチオジモルホリン バルノックR:大内新興化学工業社製)
・加硫促進剤A・・・0.5質量部
(チアゾール系 ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド ノクセラーDM−P:大内新興化学工業社製)
・加硫促進剤B・・・1.8質量部
(チウラム系 テトラエチルチウラムジスルフィド ノクセラーTET−G:大内新興化学工業社製)
・加硫促進助剤・・・3質量部
(酸化亜鉛 酸化亜鉛1種:正同化学工業社製)
・ステアリン酸・・・1.0質量部
・重質炭酸カルシウム・・・40質量部
5μmの厚さの無電解ニッケルメッキ後6価クロム酸を施した直径8mmのSUM23Lからなる芯体を用意し、シリンダー内径60mm、L/D20の1軸ゴム押出し機を用いてスクリュー回転25rpmで、上記で作製したゴム組成物1を押出すとともに、芯体を連続的にクロスヘッドに通過させることにより、芯体上にゴム組成物1を被覆した。押出機の温度条件設定は、シリンダー部、スクリュー部、ヘッド部、ダイ部のいずれとも80℃とした。芯体と被覆されたゴム組成物1で形成された未加硫ゴムロールは、空気加熱炉により165℃で70分間加硫し、直径12mmの弾性ロールを得た。
下記混合物をビーズミルにて分散して得られた分散液1を、メタノールで希釈し、弾性ロール1の表面に浸漬塗布した後、150℃で30分間加熱乾燥し、厚さ10μmの表面層を形成し、帯電ロール1を得た。
・高分子材料・・・100質量部
(N−メトキシメチル化ナイロン F30K:ナガセケムテックス社製)
・導電剤・・・60質量部
(酸化スズ粒子、S−2000:三菱マテリアル電子化成社製)
・誘電性粒子・・・10質量部
(ポリアミド樹脂 Orgasol2001DNat1:アルケマ社製)
・触媒・・・1質量部
(Nacure4167:楠本化成社)
・溶剤・・・700質量部
(メタノール)
・溶剤・・・200質量部
(ブタノール)
ポリエーテルとイソシアネートとを混合し、得られたウレタン樹脂を加熱硬化させ、3次元網目構造からなるウレタン材料(INOAC社製、EP70)を裁断し、SUM−Ni製の円柱状の芯体(φ5mmの硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したもの)を挿入し、NC円筒研削盤を用いて、弾性層の外径が9mmとなるように加工を施しクリーニングロール1を得た。
次に、粒子1として、イエロートナー(形状係数SF1:110、体積平均粒径(D50v):6.0μm)をクリーニングロール1の弾性層の表面の全面に対して、刷毛で付与して、実施例1のクリーニングロールとした。
上記で作製した帯電ロール1と、実施例1のクリーニングロールとを、DocuCentre−IV C5575(富士ゼロックス社製)用のプロセスカートリッジに装着して、実施例1のプロセスカートリッジを得た。なお、既述の方法にしたがって測定したクリーニングロールの表面に存在する粒子の存在割合(面積率)は18%であった。
実施例1のクリーニングロールを下記に示すクリーニングロールに変更した以外は、実施例1と同様にして、帯電ロールの作製、クリーニングロールへの粒子の付与、及びプロセスカートリッジの作製を行い、実施例2のプロセスカートリッジを得た。
厚さ2mmウレタン材料(EP70)シートに、両面テープを貼り付け、幅10mmの短冊状に切り出し、両面テープ付き短冊を得た。この両面テープ付き短冊をSUM−Ni製の円柱状の芯体(φ5mmの硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したもの)へ、一端から他端にかけて螺旋状に巻つけてクリーニングロール2を得た。なお、既述の方法にしたがって測定したクリーニングロールの表面に存在する粒子の存在割合(面積率)は22%であった。
実施例1のクリーニングロールへの粒子の付与を下記に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、帯電ロールの作製、クリーニングロールの作製、及びプロセスカートリッジの作製を行い、実施例3のプロセスカートリッジを得た。なお、既述の方法にしたがって測定したクリーニングロールの表面に存在する粒子の存在割合(面積率)は6%であった。
ポリアミド樹脂粒子(Orgasol2001DNat1:アルケマ社製、形状係数SF1:153、体積平均粒径(D50v):5.0μm))をクリーニングロール1の弾性層の表面の全面に対して、刷毛で付与して、実施例3のクリーニングロールとした。
実施例1のクリーニングロールの表面に存在する粒子の存在割合(面積率)を下記表1に示す存在割合に変更した以外は、実施例1と同様にして、帯電ロールの作製、クリーニングロールへの粒子の付与、及びプロセスカートリッジの作製を行い、実施例4のプロセスカートリッジを得た。
実施例1において、クリーニングロールへの粒子の付与を省略した以外は、実施例1と同様にして、比較例1のプロセスカートリッジを得た。
比較例1において、実施例1で作製した帯電ロール1と、像保持体との間に導電紙(330×200(印刷方向)mm、抵抗値106Ω)を挟み込んだ以外、実施例1と同様にして、比較例2のプロセスカートリッジを得た。
(振動試験)
各例で得たプロセスカートリッジに対して下記条件で振動試験を行った。
振幅:25mm
加速度:7m/s2
周波数:5、50、100Hzの順番で各30分ずつ
振動試験後の各例のプロセスカートリッジをDocuCentre−IV C5575に装着し、黒色の50%ハーフトーン画像をA3用紙に形成し、初期画質を目視にて評価した。また、10枚および100枚画像形成後の画質評価は、A4横方向で画像密度5%の画像を20枚ずつ印刷した後、10枚又は100枚印刷し、そのときの画質を目視にて評価した。なお、画質評価の画像形成は、22℃、55%RH環境下で実施した。
画質評価の評価基準は以下の通りである。
A:筋状の画像欠陥が未発生。
B:目視にて確認可能な程度の極めて軽微な筋状の画像欠陥が発生。
C:軽微な筋状の画像欠陥が発生。
D:筋状の画像欠陥が発生。
E:強い筋状の画像欠陥が発生。
Claims (7)
- 像保持体、前記像保持体に接触して前記像保持体の表面を帯電させる帯電部材、及び表面に粒子を有し、前記帯電部材に接触して前記帯電部材の表面を清掃する清掃部材を備え、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジ。
- 前記清掃部材の表面に存在する前記粒子の存在割合が、面積率で5%以上である請求項1に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記粒子の形状係数SF1が100以上140以下の範囲である請求項1又は請求項2に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記粒子が、トナー成分を有する粒子である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記帯電部材が、帯電ロールである請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
- 像保持体、前記像保持体に接触して前記像保持体の表面を帯電させる帯電部材、及び表面に粒子を有し、前記帯電部材に接触して前記帯電部材の表面を清掃する清掃部材を備える画像形成装置。
- 像保持体の表面を帯電させる帯電部材、及び表面に粒子を有し、前記帯電部材に接触して前記帯電部材の表面を清掃する清掃部材を備える帯電ユニット。
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