JP2021039194A

JP2021039194A - 感光体ドラム、画像形成装置および感光体ドラム再生方法

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Publication number: JP2021039194A
Application number: JP2019159469A
Authority: JP
Inventors: 張　軍; Susumu Cho; 軍張; 良太外野; Ryota Sotono; 裕之千葉; Hiroyuki Chiba; 谷川　博哉; Hiroya Tanigawa; 博哉谷川; 沢田　清孝; Kiyotaka Sawada; 清孝沢田; 航菊田; Wataru Kikuta; 竜也田中; Tatsuya Tanaka
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: CN112445089A; JP7375385B2; EP3786715A1

Abstract

【課題】研磨後であっても良好な特性が得られる感光体ドラム、該感光体ドラムを備えた画像形成装置および感光体ドラム再生方法を提供する。【解決手段】感光体ドラム１の保護層４の表面を、凝集砥粒を有する研磨装置１００によって研磨する。保護層４の表面における算術平均粗さＲａが０．０３μｍ未満であり、算術平均うねりＷａが０．０５μｍ以上である。このように、比較的ミクロなレベルにおいて表面粗さを小さくし、比較的マクロなレベルにおいて表面のうねり形状を残すことにより、研磨後の感光体ドラムであっても良好な特性を得ることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、感光体ドラム、画像形成装置および感光体ドラム再生方法に関する。

一般に、画像形成装置では、光書き込み装置によって感光体ドラムに静電潜像が形成され、静電潜像が現像装置によってトナー画像として現像され、トナー画像が転写ベルトに転写される。その後、感光体ドラムの表面上に残留したトナーはクリーニング装置によって除去される。このようにトナー画像の形成とトナーの除去とを繰り返すことにより、感光体ドラムの表面に傷等が発生することがある。

そこで、感光体の表面を研磨してリサイクルする感光体リサイクル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された感光体リサイクル装置では、研磨後の感光体の表面粗さＲｍａｘを４．５以下とすることで、感光体表面の付着物を除去している。

しかしながら、単に感光体の表面粗さを小さくするように研磨しただけでは、未使用の感光体と同様の特性が得られない場合があり、研磨後の感光体の特性をさらに向上させることが望まれていた。

本発明は、研磨後であっても良好な特性が得られる感光体ドラム、該感光体ドラムを備えた画像形成装置および感光体ドラム再生方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、中空円筒状のスリーブ部材の外周面上に感光層および保護層が順次積層された感光体ドラムであって、前記保護層の表面において、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される算術平均粗さＲａが、カットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．０３μｍ未満であり、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される算術平均うねりＷａが、カットオフ値２．５ｍｍにおいて０．０５μｍ以上であることを特徴とする感光体ドラムである。

本発明の感光体ドラムによれば、算術平均粗さＲａが０．０３μｍ未満であることで、感光体ドラムを使用することで表面に傷が形成されていても、研磨によってこの傷の影響を低減することができる。従って、クリーニングブレードによって感光体ドラム表面をクリーニングする際に、表面傷に起因するクリーニング不良を抑制するとともに、画像形成時において表面傷に起因するスジ状汚れ等を抑制することができる。また、算術平均うねりＷａが０．０５μｍ以上であることで、クリーニングブレードによるクリーニング特性を確保することができるとともに、クリーニングブレードの片当たりを抑制することができる。このように、比較的ミクロなレベルにおいて表面粗さを小さくし、比較的マクロなレベルにおいて表面のうねり形状を残すことにより、研磨後の感光体ドラムであっても良好な特性を得ることができる。

本発明の実施形態に係る感光体ドラムを示す断面図である。未使用の前記感光体ドラムの表面状態を示す断面図である。使用後の前記感光体ドラムの表面状態を示す断面図である。前記感光体ドラムを研磨する研磨装置を示す斜視図である。遊離砥粒を有する研磨手段を有する研磨手段によって研磨した前記感光体ドラムの表面状態を示す断面図である。固定砥粒を有する研磨手段を有する研磨手段によって研磨した前記感光体ドラムの表面状態を示す断面図である。凝集砥粒を有する研磨手段によって感光体ドラムの表面を研磨した際の一次粒子系と平均研磨速度との関係を示すグラフである。研磨前後の感光体ドラムの算術平均うねりＷａを示すグラフである。研磨前後の感光体ドラムの静電容量を示すグラフである。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の感光体ドラム１は、図１に示すように、中空円筒状のスリーブ部材２と、スリーブ部材２の外周面上に積層された感光層３と、感光層３の外周面上に積層された保護層４と、を備える。即ち、スリーブ部材２の外周面上に感光層３と保護層４とが順次積層されている。感光体ドラム１は、複写機やファクシミリ、レーザプリンタ、これらの複合機等の画像形成装置に用いられ、光書き込み装置によって表面に静電潜像が形成され、静電潜像が現像装置によってトナー画像として現像され、トナー画像が転写ベルトに転写される。

感光層３は、例えば下引き層と電化発生層と電化輸送層とによって構成される。保護層４は、例えば電化輸送層を構成するポリカーボネート等のバインダ樹脂に、レジン等のフィラーを分散させたものである。感光層３および保護層４の構成および材質は適宜に選択されればよい。

図２に、未使用状態（新品）の感光体ドラム１における保護層４の表面形状を模式的に示し、図３に、所定回数使用後の感光体ドラム１における保護層４の表面形状を模式的に示す。

図２、３において拡大して示すように（破線部内参照）、感光体ドラム１を使用することで摩耗やフィルミングによって粗面劣化が生じる。また、感光体ドラム１を使用することで、クリーニングブレードの片当たりや現像材によって傷４１〜４３が形成される。また、感光体ドラム１の使用前後いずれにおいても、保護層４の表面はうねり形状を有している。

このように使用によって劣化した感光体ドラム１を以下に説明するように研磨することにより、感光体ドラム１を再生する。

図４に、感光体ドラム１を研磨するための研磨装置（研磨装置）１００を示す。研磨装置１００は、円柱状の弾性部材１０１と、弾性部材１０１の天面に張り付けられた研磨フィルム１０２と、を有し、円柱状の弾性部材１０１の高さ方向を軸方向として動力源によって回転するように構成されている。

弾性部材１０１は、例えば発泡ウレタンや発泡ＥＶＡスポンジ、スウェード、不織布等によって構成されている。

研磨フィルム１０２は、研磨砥粒として凝集砥粒を有し、研磨手段として機能する。凝集砥粒は、多数の微細な一次粒子からなる凝集体であって、多数の一次粒子が、部分的に且つ空隙を形成しつつ互いに緩やかに結合し、粒状の多孔質体が形成される。

このような凝集砥粒を得るために、まず、スプレードライヤで造粒し、粒径が１〜３００μｍ程度の顆粒（二次粒子）を得る。その後、多孔質体の構造とするために、顆粒に対して加熱処理を行う。加熱処理後の凝集砥粒は、圧縮破壊強度が２０ＭＰａ以下であることが好ましい。圧縮破壊強度が高すぎると、研磨時にスクラッチが発生しやすくなる。

凝集砥粒の一次粒子は、平均粒径が４μｍ以下であることが好ましい。また、一次粒子は、酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、酸化セリウム、二酸化ケイ素、酸化鉄等の無機酸化物であることが好ましい。

次に、上記のように得た砥粒を、液状のウレタン樹脂と混合し、さらに溶媒としてメチルエチルケトンを加え、溶液粘度を調整した後、撹拌機を用いて１０分程度混合攪拌して混合物を作製する。撹拌は、室温下で行うとともに、回転数は砥粒を破壊しない程度として１００ｒｐｍとすればよい。この混合物を基材上（例えば厚さ約７５μｍのＰＥＴフィルム）にワイヤバーコータを用いて塗布し、その後、６０℃に保った恒温槽内で１時間乾燥させ、研磨フィルムを得ればよい。

感光体ドラム１を動力源によって回転させ、研磨装置１００を動力源によって回転させるとともに図中上下方向に往復移動させることにより、研磨処理が実施される。このとき、研磨フィルム１０２が弾性部材１０１とともに感光体ドラム１の表面に一定量食い込んだ状態で回転することにより、感光体ドラム１の表面が研磨される。

所定回数使用することで保護層４の表面が劣化した感光体ドラム１に対し、上記のような研磨装置１００によって研磨処理を施すことで、再生感光ドラムが得られる。再生感光ドラムは、保護層４の表面において、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される算術平均粗さＲａが、カットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．０３μｍ未満であり、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される算術平均うねりＷａが、カットオフ値２．５ｍｍにおいて０．０５μｍ以上であり、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される最大高さ粗さＲｚが、カットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．５μｍ以下である。また、再生感光ドラムにおいて、保護層４の平均厚さが０．２μｍ以上となっている。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、保護層４の表面における算術平均粗さＲａが０．０３μｍ未満であることで、感光体ドラム１を使用することで表面に傷４１〜４３が形成されても、研磨によってこの傷４１〜４３の影響を低減することができる。従って、クリーニングブレードによって感光体ドラム表面をクリーニングする際に、表面傷に起因するクリーニング不良を抑制するとともに、画像形成時に表面傷に起因するスジ状汚れ等を抑制することができる。

また、保護層４の表面における算術平均うねりＷａが０．０５μｍ以上であることで、クリーニングブレードによるクリーニング特性を確保することができるとともに、クリーニングブレードの片当たりを抑制することができる。このように、比較的ミクロなレベルにおいて表面粗さを小さくし、比較的マクロなレベルにおいて表面のうねり形状を残すことにより、研磨後の感光体ドラムであっても良好な特性を得ることができる。

また、保護層４の表面における最大高さ粗さＲｚが０．５μｍ以下であることで、研磨による新たな傷を発生しにくくすることができる。

また、保護層４の平均厚さが０．２μｍ以上であることで、感光層３の静電特性の変化を抑制し、再生した感光体ドラム１の使用寿命を長くすることができる。

凝集砥粒を有する研磨フィルム１０２を用いて保護層４の表面を研磨することで、研磨後の保護層４の表面における算術平均粗さＲａを０．０３μｍ未満としつつ、算術平均うねりＷａを０．０５μｍ以上とすることができる。

これに対し、遊離砥粒を有する研磨手段（例えば不織布やスポンジ等の軟質研磨パッド）を用いて研磨すると、図５に示すように（研磨前の表面Ｓ０を実線で示し、研磨後の表面Ｓ１を破線で示す）、うねり形状を維持して算術平均うねりＷａの低下を抑制することができるものの、研磨の進行に伴って傷４１〜４３も進行していき、傷４１〜４３のうち深いものを除去できないことがある。

また、固定砥粒を有する研磨手段（例えば研磨紙）を用いて研磨すると、図６に示すように、傷４１〜４３を除去しやすいものの、うねり形状を維持することができず、算術平均うねりＷａが低下してしまう。

即ち、本実施形態のように凝集砥粒を有する研磨フィルム１０２を用いて研磨することで、傷４１〜４３を除去しつつ、うねり形状を維持することができる。

また、凝集砥粒として、一次粒子の平均粒径が４μｍ以下であるものを用いることで、加工面である保護層４の表面にスクラッチ等の研磨傷が発生することを抑制することができる。一方、一次粒子の平均粒径が大きすぎると、研磨の加工能率は向上するものの、加工面にスクラッチ等の研磨傷が発生しやすくなり、品質が低下してしまう可能性がある。

また、凝集砥粒として、圧縮破壊強度が２０ＭＰａ以下であるものを用いることで、研磨する際に砥粒の摩耗を徐々に進行させ、新しい切刃が発生しやすくし、保護層４の表面を研磨する際に加工能率を向上させつつ品質を向上させ、さらにこのような状態を長時間に亘って維持しやすくすることができる。一方、凝集砥粒の圧縮破壊強度が高すぎると、研磨する際に保護層４の表面に新たな研磨キズを与える可能性があり、表面の品質の低下を招く可能性がある。

また、凝集砥粒として、一次粒子が無機酸化物によって構成されたものを用いることで、保護層４の表面の汚れや傷を除去しやすくすることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、保護層４の表面における最大高さ粗さＲｚが、カットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．５μｍ以下であるものとしたが、算術平均粗さＲａをカットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．０３μｍ未満とすることができれば、最大高さ粗さＲｚは０．５μｍよりも大きくてもよい。

また、前記実施形態では、保護層の平均厚さが０．２μｍ以上であるものとしたが、例えば初期画像品質を良好なものとしたい場合には、保護層の平均厚さを０．２μｍ未満としてもよい。

また、前記実施形態では、凝集砥粒として、一次粒子の平均粒径が４μｍ以下であり、圧縮破壊強度が２０ＭＰａ以下であり、一次粒子が無機酸化物によって構成されたものを用いるものとしたが、研磨手段は、保護層４の表面の傷を除去しつつうねり形状を維持することができるような凝集砥粒を有していればよく、一次粒子の平均粒径や圧縮破壊強度、一次粒子の材質は適宜に選択されればよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

［研磨前後の表面状態］
一次粒子の平均粒径が３μｍであり、圧縮破壊強度が７．７ＭＰａの研磨フィルムを用い、未使用の感光体ドラムおよび使用後の感光体ドラムを研磨するとともに、研磨前後の算術平均粗さＲａおよび最大高さ粗さＲｚを測定した。測定には、旧テラーホプソン社製フォームタリサーフＳ４Ｃを用いた。また、感光体ドラムの表面のうち周方向における４箇所（間隔９０°）において測定した。この結果を表１に示す。

感光体ドラムを使用することにより、算術平均粗さＲａおよび最大高さ粗さＲｚのいずれもが大きくなった。また、未使用の感光体ドラムおよび使用後の感光体ドラムのいずれにおいても、研磨によって算術平均粗さＲａが小さくなった。未使用の感光体ドラムは、研磨によって最大高さ粗さＲｚが若干大きくなった。使用後の感光体ドラムを研磨することで最大高さ粗さＲｚが小さくなったが、未使用の感光体ドラムの研磨前よりも大きな値となった。

［研磨手段の種類と研磨結果］
表２に示す実施例１〜５および比較例１〜３の研磨手段を用いて、使用後の感光体ドラムの表面を研磨した。

比較例１の超精密ラッピングフィルムは、KOVAX社製のLAPIKAシリーズの1200#フィルムである。比較例２の超精密ラッピングフィルムは、KOVAX社製のLAPIKAシリーズの10000#フィルムであり、比較例１よりも粒度が細かい。比較例３の研磨布パッドは、フジミコーポレーション社製スウェードタイプのサフィン018-3であり、アルミナスラリーは、フジミコーポレーション社製の平均粒径０．５μｍの砥粒を、重量比５ｗｔ％となるように水と混合したものである。比較例３においては、研磨時に研磨布パッド上に、２０ｃｃ／ｍｉｎの供給速度でアルミナスラリーを供給した。

実施例１〜５および比較例１〜３の研磨手段を用いて研磨した結果を表３に示す。

実施例１〜６のいずれにおいても研磨による新たな傷の発生を抑制することができた。特に、実施例１〜４において研磨による新たな傷の発生を抑制することができた。比較例１においては研磨による新たな傷が発生した。尚、新たな傷の発生については目視により評価した。

実施例１〜６のいずれにおいても、感光体を使用することで発生した傷を除去することができた。比較例２、３のいずれにおいても、感光体を使用することで発生した傷を除去することはできなかった。

即ち、実施例１〜６のいずれにおいても、研磨による新たな傷の発生を抑制と、感光体を使用することで発生した傷を除去と、を両立することができ、比較例１〜３では両立することができなかった。尚、実施例１〜６のいずれにおいても、算術平均粗さＲａが、カットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．０３μｍ未満となり、算術平均うねりＷａが、カットオフ値２．５ｍｍにおいて０．０５μｍ以上となった。

実施例１〜６の研磨手段を用いて未使用の感光体ドラムを研磨した際の最大高さ粗さＲｚを表４に示す。

一次粒子の平均粒径が大きいほど最大高さ粗さＲｚが大きく、圧縮破壊強度が大きいほど最大高さ粗さＲｚが大きい傾向が見られた。

［平均粒径と研磨能率］
圧縮破壊強度を略一定（８Ｍｐａ）として一次粒子の平均粒径が異なる研磨手段を用いて研磨した際の平均研磨速度（研磨能率）を評価した。この結果を図７に示す。一次粒子の平均粒径が大きくなるほど研磨能率が高く、平均粒径３μｍ以上において好ましい研磨能率が得られた。

［研磨による算術平均うねりの変化］
使用後の感光体ドラムに対して実施例３の研磨手段を用いて研磨を実施し、研磨前後（再生前後）の算術平均うねりＷａを測定した。この結果を図８に示す。いずれのサンプルにおいても、研磨によって算術平均うねりＷａが小さくなったが、研磨後においても０．０５μｍ以上となった。

［研磨後の保護層の厚さ］
使用後の感光体ドラムに対して実施例３の研磨手段を用いて研磨を実施し、保護層の平均厚さが０．２μｍとなるようにした。このような研磨後の感光体ドラムを画像形成装置に組み込むとともに寿命テストを実施したところ、良好な結果が得られた。

［研磨による静電容量の変化］
使用後の感光体ドラムに対して実施例３の研磨手段を用いて研磨を実施し、研磨の前後において感光体ドラム１の表面の静電容量を測定した。この結果を図９に示す。研磨によって静電容量は低下するものの、品質に影響するような変化は見られなかった。

１感光体ドラム
２スリーブ部材
３感光層
４保護層
１００研磨装置（研磨手段）

特開２００２−３５１０９８号公報

Claims

中空円筒状のスリーブ部材の外周面上に感光層および保護層が順次積層された感光体ドラムであって、
前記保護層の表面は、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される算術平均粗さＲａが、カットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．０３μｍ未満であり、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される算術平均うねりＷａが、カットオフ値２．５ｍｍにおいて０．０５μｍ以上であることを特徴とする感光体ドラム。
前記保護層の表面において、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に定義される最大高さ粗さＲｚが、カットオフ値０．２５ｍｍにおいて０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の感光体ドラム。
前記保護層の平均厚さが０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の感光体ドラム。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の感光体ドラムを備えることを特徴とする画像形成装置。
使用後の感光体ドラムに対して研磨処理を施すことで請求項１〜３のいずれか１項に記載の感光体ドラムを生成する感光体ドラム再生方法であって、
前記研磨処理において、研磨砥粒として凝集砥粒を有する研磨手段を用いて前記保護層の表面を研磨することを特徴とする感光体ドラム再生方法。
前記凝集砥粒として、一次粒子の平均粒径が４μｍ以下であり、且つ、圧縮破壊強度が２０ＭＰａ以下であるものを用いることを特徴とする請求項５に記載の感光体ドラム再生方法。
前記凝集砥粒として、一次粒子が無機酸化物によって構成されたものを用いることを特徴とする請求項５又は６に記載の感光体ドラム再生方法。