JP4324519B2

JP4324519B2 - 電子写真用感光体劣化加速試験方法及び加速試験装置

Info

Publication number: JP4324519B2
Application number: JP2004213194A
Authority: JP
Inventors: 紀保齋藤; 潔増田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2024-07-21
Also published as: JP2006030879A

Description

レーザープリンター・複写機等の画像形成装置に使用される電子写真用感光体の劣化加速試験方法及び該方法を実施する装置に関する。

電子写真用感光体（以下、感光体と略す）の寿命を予測する試験・評価方法は、感光体の使用環境を考慮すると、極めて重要な技術である。この寿命試験・評価方法として、（１）対象となる感光体を、実際の画像形成環境に適用する方法がある。つまり、対象となる感光体を、（１−１）電子写真プロセスを実行する複写機又はプリンタに搭載し、反復的に紙に印字させ、出力された画像の品質を評価することにより、感光体の寿命を判断したり、（１−２）印字テスト中の、帯電電位、露光後電位を計測し、これら電位の変動で感光体の寿命を予測することが行われる。しかしながら、これら方法は、対象となる感光体が搭載される実施機で行われることが普通であるので，確実な寿命予測ができる一方、実施機が完成するまで寿命試験ができない。また、実際に印字を実行するため、試験に多大な時間が必要となる。例えば、Ａ４サイズのプリントアウト能力が１０枚／分とすると、１００，０００枚プリントアウトするのに１０，０００分、つまり、１日１０時間試験して１６．６日かかる計算となる。

一方、（２）通紙試験を行わないで寿命を確認する方法がある。この方法は、感光体を高速で回転させた状態（１，０００〜２，０００ｒｐｍ）で感光体の周囲に配置された帯電器、露光装置で帯電、露光を繰り返し、寿命を予測する方法である。この方法は更に２つの試験方法に分かれる。一つは（２−１）帯電器の出力と露光装置の光量をあらかじめ決定した条件で固定し、決められた時間だけ試験を行い、その後感光体の特性を測定し、劣化状態を判定する方法である。２つめの方法は（２−２）試験中の感光体露光後電位Ｖと感光体を通して流れる通過電流Ｉを計測し、この２つが常に決められたレベルにあるように帯電器の出力と露光装置の光量を調整しながら行う方法である。この２つの方法で重要な点は、寿命試験時間を実機のプリント枚数に対応させることが出来る点である。つまり、試験中に感光体に流れた通過電流に基づいて算出された電荷量（単位面積当りの値）をＱ、感光体の静電容量をＣ（単位面積当りの値）、帯電電位をＶとすると、感光体を流れる通過電流は、「Ｃ・Ｖ」で求まり、「Ｑ／（Ｃ・Ｖ）」を算出することにより、対象となる感光体において寿命試験を行った時間から、特定の用紙サイズ、例えば、Ａ４サイズ、を用いて感光体上をダブリなく印字される枚数に対応させることができる点である。もう１つ重要な点はこの試験で得られる評価値に基づいて感光体の加速寿命を予測することができる点である。具体的に示すと、感光体に５μＡ／１０ｃｍ^２の試料通過電流を流し２０時間試験すると（１日１０時間の試験とすると２日間）、５／１０×１０^−６×２０×６０×６０＝０．０３６（Ｃ／ｃｍ^２）の電荷が感光体を通過したことになる（感光体を通過した電荷量を、通過電荷量と呼ぶ）。そしてＡ４用紙縦送りで印字する場合を想定すると、感光体の静電容量を１００（ｐＦ／ｃｍ^２）、帯電電位−７００（Ｖ）、除電後も含めた露光後電位を０（Ｖ）とすると、１００×１０^−１２×７００＝７×１０^−８（Ｃ／ｃｍ^２）がＡ４―１枚をプリントアウトする時の通過電荷量であるので、０．０３６／（７×１０^−８）≒５１４，０００（枚）のプリントアウトしたことになり、大幅な加速試験になる。従って、２つ目の方法で寿命試験が行われることが多いが、前述の具体的な計算で分かるように、試験中に感光体を通過する電流が一定であれば、プリントアウト何枚相当の試験を行ったのか、計算がしやすい。そのため試験は通過電流を一定にするようにして実施する方法が一般的に採られる。その本質は通過電荷量を知ることにある。また、感光体によっては帯電電位がどのレベルにあるかによって寿命試験の結果が異なることがあり、帯電電位も一定にして試験を行うことが要求される。このように、帯電電位および通過電流を一定にする為に、帯電器の高圧電源出力調整、および露光装置の光量調整を行うシステムが必要となり従来の寿命試験装置が構築された。特許文献１では、静電気帯電工程と光放電工程を含むサイクルを繰り返しかけて、新鮮な電子写真形成部材と、劣化した電子写真形成部材の暗減衰を比較して推定サイクル寿命を確認する事となっているが、透明ガラスを圧着させてバイアス印可と光を照射させており、コロナ帯電・ローラ帯電という実際の電子写真プロセスとは異なる劣化加速試験法である。また、寿命に到ったサンプルの暗減衰特性があらかじめ分かっていないといけない為、一度感光体を実機に搭載して通紙試験を行わなければならず、多大な手間がかかってしまうという問題があった。

従来の劣化加速試験は、例えば、概略構成図の図１に示す感光体試料片の特性評価装置（（株）川口電気製作所製ＥＰＡ８２００）を用いて感光体の劣化を加速する方法がある。この特性評価装置を用いた劣化加速試験方法では、ターンテーブル１には感光体試料片を装着する開口部３が設けられており、開口部３の大きさは、例えば、中心から見て４４°の開口角度をもち、面積は１９．３６ｃｍ^２（開口部：４４×４４ｍｍ）である。更に、ターンテーブル１に付属して導電性金属板からなる試料片押さえ板２が設けられている。この装置では、約１，１００ｒｐｍで感光体の周囲に配置された帯電器４と露光装置５で帯電・露光を繰り返して行い、実機と同程度のスピードで回転させることができる。また、高速で回転させて試料片をコロナ帯電器４に何度も通過させることができるようになっている。更に、コロナ帯電器４から試料片に与えられ試料片を充電するパルス電流は、所定の検出間隔で電流計６に送られその中の平滑化回路で平滑化等がされた後、Ａ／Ｄ変換器８で変換されコントローラ９に送られ演算処理される。

また、試料片の表面電位は、コロナ帯電器４と別の位置に配置された表面電位計７のモニタ部である表面電位計電極５でモニタされ、モニタされた信号は所定の検出間隔で表面電位計７に送られ、その中の増幅器で増幅等がされた後、Ａ／Ｄ変換器８で変換され、コントローラ９に送られ演算処理される。このように、この装置を用いた劣化加速試験が可能であり、この装置は、更に感光体の帯電能・電荷保持性能・感度等の特性評価も行うことができる。

しかし、このような従来のシステムは、複雑な制御を行う必要がある。つまり、複雑な制御を必要とする要因は、２つの測定量、表面電位Ｘ及び通過電流Ｙと、２つの操作量、帯電器高圧電源の出力制御値Ａ及び除電露光ランプ光量の出力制御値Ｂの関係に起因している。具体的には、Ａを増加させるとＸ及びＹは増加し、Ａを減少させるとＸ及びＹも減少する。また、Ｂを増加させるとＸは減少し且つＹは増加し、Ｂを減少させるとＸは増加し且つＹは減少する関係がある。仮にＸが目標値からはずれ、これを目標範囲に入れようとＡまたはＢを操作すると、もう１つの測定量Ｙが変化してしまい、Ｙにとっては外乱が作用することになる。これを目標範囲に維持しようとＡまたはＢを操作すると今度はＸが変化するという状態が発生する。また、劣化加速試験中に感光体表面電位・通過電流の瞬間的なバラツキがあった場合でも、それらが瞬間的な誤差として通過電荷量算出に反映されないシステムとなっており、正確な劣化加速試験を行う上で改善の余地があった。

そこで、これらの問題の解決方法として、特許文献２に係る発明が提案されている。特許文献２では、劣化加速試験システムにおいて、感光体の電位を一定条件に保つように制御され、試験中計測された通過電流から通過電荷量を算出されるシステムとすることにより、単純で精度の高い感光体の劣化加速試験装置が考えられた。

しかし、最近の感光体は高寿命化されてきており、このような劣化加速試験装置においても、寿命を判断するまで試験を行うには多大な時間が必要となってきている。そこで、劣化を更に加速し、短時間で寿命を判断可能な劣化加速試験方法が要望されるようになった。その実現の為には、単位面積当りの通過電荷量を増加させることが重要である。
特開平５−１９７３特開２００２−１４９００５

本発明は、上述の問題点を克服するための解決法を提供するものであり、レーザープリンター・複写機等の画像形成装置に使用される電子写真用感光体の劣化加速試験方法及び該方法を実施する装置の提供をその目的としている。

本願請求項１に係る発明は、サンプル台に載置され、サンプル押さえ部材によって固定された電子写真用感光体の一試料片に対し、コロナ帯電器による帯電を行うと同時に、前記コロナ帯電器の背面側に設けられた露光装置から露光を行う電子写真用感光体劣化加速試験方法において、前記感光体と前記帯電器との間に前記サンプル押さえ部材が配置されており、前記サンプル押さえ部材の前記帯電器に対向する面の材質が絶縁性を有する材料で形成されていることを特徴とする。これにより、感光体面に流れる単位面積当たりの電流量を任意に増加させることが可能となる。

本願請求項２に係る発明は、前記劣化加速試験方法において、前記コロナ帯電器は、ケーシングと、前記ケーシングの間に互いに平行に張架された複数の放電ワイヤを備え、且つ、前記サンプル台に対向する面は、前記放電ワイヤに露出するようにケーシングされていないことを特徴とする。これにより、上記に加え、短時間、対象となる感光体に劣化試験を行うことにより、実際に画像形成装置で通紙した状態と同じ状況にすることが可能な電子写真用感光体の劣化加速試験方法の提供することが可能となる。

本願請求項３に係る発明は、前記サンプル押さえ部材は、絶縁性を有する材料でのみ形成されていることを特徴とする。これにより、劣化加速試験での試験結果の繰り返し精度を向上させることが可能となる。

さらに、本願請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子写真用感光体劣化加速試験方法を実施する電子写真用感光体劣化加速試験装置を提供する。これにより、感光体試料片を上述の方法により実施する劣化加速試験装置を提供することが可能となる。

なお、“サンプル押さえ部材”は、劣化加速試験での開口部を形成し、且つサンプル台に感光体を固定させる機能を持つ部材を参照している。

また、サンプル押さえ部材に係る絶縁性を有する材料は、公知の種々の材料を用いることが可能であり、例えば、テフロン（登録商標）、アクリル、ポリカーボネートなどを挙げることができる。

さらに、サンプル押さえ部材に係る導電性を有する材料は、公知の種々の材料を用いることが可能であり、例えば、アルミニウム、ニッケルなどを挙げることができる。

対象となる感光体に関する耐久性の評価が、短時間で且つ使用状況に則して行うことが可能となる。

以下に、本発明の実施例により具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明に係る、劣化加速試験装置として、図２に示すような装置を使用する。

まず、感光体試料片１３の感光面が上向きになるようにサンプル台１２に載置する。サンプル台１２表面には、アースに接続された導電性の部材（図示せず）が取り付けられている。次に、感光体試料片１３をサンプル台１２に置き、サンプル台に密着するようにサンプル押さえ部材１５で押さえる。所定の光量になるように設定された露光装置１４によって感光体面に露光し、高圧電源１１に接続された帯電器１０でコロナ放電を同時に行うことにより、帯電同時露光による劣化加速試験が可能となる。なお、帯電器１０は、複数のワイヤを有しワイヤが１方向のみに張架されており、かつ帯電器の背面はケーシングされておらず、帯電器１０の概略図を図３−１及び図３−２に示す。劣化加速試験中の電流値の変化により単位面積あたりの通過電荷量を変化させることが可能となり、対象となる感光体試料片１３の劣化を促進する度合いを変化させることが可能になる。劣化加速試験終了後、帯電能・電荷保持性能、感光層中の蓄積電荷（残留電位）等の特性値を測定し評価する。また、感光体の表面観察によって、感光体の劣化の度合いも確認する。

実施例１
図２に示すような劣化加速試験装置を使用し、サンプル押さえ部材１５の構成を以下の通り種々変更して、ワイヤ印加電圧と放電電流の関係を調べた。その結果を図５に示す。

＜実施例１ａ＞絶縁性部材のテープ（材質：テフロン（登録商標）、厚み：０．０９ｍｍ）をサンプル押さえ部材として使用。

＜実施例１ｂ＞導電性部材（材質：アルミニウム、厚み：０．２ｍｍ）の表面に絶縁性部材（材質：テフロン（登録商標）、厚み：０．０９ｍｍ）を貼り付けたサンプル押さえ部材を使用。

＜比較例１＞サンプル押さえ部材として、導電性部材（材質：アルミニウム、厚み：０．２ｍｍ、感光体接触面側に０．０９ｍｍ厚のテフロン（登録商標）付き）を使用した。なお、この比較例の導電性部材をアースに接続した。

試験条件として、帯電器を、感光体面に対向して配置し、帯電器の背面にはケーシングは無く、４０×４０（ｍｍ）の開口枠を有し、この開口枠内に１０ｍｍ間隔で１方向にのみワイヤ（材質：金メッキタングステンワイヤ、ワイヤ径：６０μｍ）が張られ、帯電器の枠は絶縁性部材（材質：テフロン（登録商標））を使用した。帯電器の概略図を図３−１及び図３−２に示す。試験対象面とワイヤの距離は５ｍｍである。また、サンプル台の上にアルミ板（厚み：０．２（ｍｍ））を置き、サンプル押さえによって開口部サイズが４０×４０（ｍｍ）で、且つサンプル台に密着するような条件で試験を実施した。

図５の結果から、サンプル押さえの、帯電器に対向した表面の材質の違いにより、放電時の単位面積当たりの電流量が大きく異なった。サンプル押さえ部材の帯電器１０に対向した表面が導電性部材である場合、放電時にサンプル押さえ部材に多く放電され、サンプル面への電流量が少なくなっていることが原因と考えられる。サンプル押さえ部材は、帯電器との距離がサンプル面より近いため、サンプル面と帯電器の距離を近接させた本試験方法では、その影響を大きく受け結果に顕著に表れていると考えられる。しかし、サンプル押さえ部材の表面が絶縁性であれば、サンプル押さえ部材への放電は少なくなり、劣化試験中に電子写真用感光体へ大きな電流を流すことが可能となる。

実施例２
図２に示す劣化加速試験装置を使用し、サンプル押さえ部材の構成を以下の通り種々変更して、劣化加速試験を実施し、対象とした感光体試料片の残留電位（所定の電位から十分露光させた後の電位）に関する測定結果を表１に示す（それぞれの条件４本ずつ測定）。

＜実施例２＞サンプル押さえ部材として、絶縁性部材（材質：テフロン（登録商標）、厚み：０．０９ｍｍ）を使用した。

＜比較例２＞サンプル押さえ部材として、導電性部材（材質：アルミニウム、厚み：０．２ｍｍ）を使用。その表面（サンプル押さえ部材の感光体と対向する面とは反対の面）に絶縁性部材（材質：テフロン（登録商標）、厚み：０．０９ｍｍ）貼り付けて使用を使用した。

試験条件として、帯電器を感光体面に対向して配置し、帯電器の背面にはケーシングは無く、４０×４０（ｍｍ）の開口枠を有し、この開口枠内に１０ｍｍ間隔で１方向にのみワイヤ（材質：金メッキタングステンワイヤ、ワイヤ径：６０μｍ）が張られ、帯電器の枠は絶縁性部材（材質：テフロン（登録商標））を使用した。帯電器の概略図を図３−１及び図３−２に示す。試験対象面とワイヤの距離は５ｍｍである。また、サンプル台の上にアルミ板（厚み：０．２（ｍｍ））を置き、サンプル押さえによって開口部サイズが３５×４０（ｍｍ）で、且つサンプル台に密着するようにした。感光体試料片は、リコーＩＰＳＩＯＣｏｌｏｒ６５００用感光体と同じ材料・処方構成を使用し、劣化加速試験中の感光体試料面の通過電流を８１．０μＡ（感光体の劣化面積：３５×４０ｍｍ）、照度を１３０ｌｕｘに設定し、劣化試験中はワイヤが張架している方向に対して垂直方向に動かす。動作方法は初期位置で５分間劣化させ、その後サンプルを５ｍｍ移動した位置で劣化を５分間実施する。これを繰り返し６０分間劣化加速試験を実施した。（全ての試料は、同じ感光体から切り出し測定）

表１の結果から、サンプル押さえ部材の表面が絶縁性部材であっても導電性部材が使用されていることで繰り返し精度が悪化した。従って、サンプル押さえ部材は導電性部材を含まない絶縁性部材を使用することで繰り返し精度の良い結果が得られることが分かる。

実施例３
劣化加速試験装置と実際に通紙した場合を比較。通紙枚数１２５，０００枚毎の通過電荷量と、その通過電荷量に到達するまでの試験時間を表２に示す。更に、その試験時間における感光体の残留電位（所定の電位から十分露光させた後の電位）の測定結果を表３に示す。

＜実施例３＞図２に示す劣化加速試験装置を使用。

＜比較例３＞プリンター（リコーＩＰＳＩＯＣｏｌｏｒ６５００）を使用し、実際に通紙して感光体を劣化。

実施例３の試験条件として、劣化加速試験装置で使用する帯電器は感光体面に対向して配置され、帯電器の背面にケーシングは無く、４０×４０（ｍｍ）の開口枠を有し、その枠内に１０ｍｍ間隔で１方向にのみワイヤ（材質：金メッキタングステンワイヤ、ワイヤ径：６０μｍ）が張られ、帯電器の枠は絶縁性部材（材質：テフロン（登録商標））である帯電器を使用する。また、この試験装置での感光体面とワイヤの距離は５ｍｍとし、サンプル台の上に感光体試料片を置き、サンプル押さえよって開口部サイズが３５×４０（ｍｍ）で、且つサンプル台に密着するようにした。サンプル押さえは絶縁性部材（材質：テフロン（登録商標）、厚み：０．０９ｍｍ）を使用した。使用する感光体試料片は、リコーＩＰＳＩＯＣｏｌｏｒ６５００用感光体と同じ材料・処方構成を使用し、劣化加速試験中の感光体試料面の通過電流を８１．０μＡ（感光体の劣化面積：３５×４０ｍｍ）、照度を１３０ｌｕｘに設定し、劣化試験中はワイヤが張架している方向に対して垂直方向に動かす。動作方法は、初期位置で５分間劣化させ、その後サンプルを５ｍｍ移動した位置で５分間実施する。これを繰り返し動作させ劣化加速試験を実施した。

比較例３の条件として、感光体は実施例３と同様にリコーＩＰＳＩＯＣｏｌｏｒ６５００用感光体を使用した。感光体の径はφ１６８ｍｍ、静電容量は１１０ｐＦ／ｃｍ^２。プリンターの現像条件は、帯電電位：７００Ｖ、露光後電位：１００Ｖ、紙間：Ａ４横の１．５倍、通紙条件：Ａ４横、ＱＬ：有り、原稿のべた密度：７％とした。

表２の結果から、試験する感光体の特性値（径・静電容量）と、感光体を使用するプリンターにおける現像条件（帯電電位・露光後電位・紙間・通紙条件・ＱＬ・原稿のべた密度）から算出されたある通紙枚数における通過電荷量と同じ通過電荷量分を、図２のような感光体劣化加速試験装置で劣化させることによって、通紙させるよりも大幅に時間を短縮できることがわかる。

また、表３の特性値の結果からは、通過電荷量が同じであれば劣化後の特性値もほぼ同様であった。図２のような劣化加速試験装置で感光体を劣化すれば、実際に通紙したある枚数における特性値の予測が可能となり、実際のプリンターにおける寿命枚数での特性値予測が短時間で可能となることが判る。

従来の劣化加速試験の概略構成図である。本発明による劣化加速試験装置の概略図である。本発明による劣化加速試験装置のサンプル台に押さえを付けた時の上面図である。本発明による帯電器の上面図である。本発明による帯電器の正面図である。サンプル押さえに導電性部材を使用した場合の放電状況に関する概略図である。本発明による劣化加速試験装置を用いて測定したワイヤ印加電圧と放電電流の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ターンテーブル
２試料片押さえ板
３開口部
４帯電器
５露光装置
６電流計
７表面電位計
８Ａ／Ｄ変換器
９コントローラ
１０帯電器
１１高圧電源
１２サンプル台
１３感光体試料片
１４露光装置
１５サンプル押さえ部材
１６ケーシング
１７ワイヤ

Claims

サンプル台に載置され、サンプル押さえ部材によって固定された電子写真用感光体の一試料片に対し、コロナ帯電器による帯電を行うと同時に、前記コロナ帯電器の背面側に設けられた露光装置から露光を行う電子写真用感光体劣化加速試験方法において、前記感光体と前記帯電器との間に前記サンプル押さえ部材が配置されており、前記サンプル押さえ部材の前記帯電器に対向する面の材質が絶縁性を有する材料で形成されていることを特徴とする、電子写真用感光体劣化加速試験方法。
前記コロナ帯電器は、ケーシングと、前記ケーシングの間に互いに平行に張架された複数の放電ワイヤを備え、且つ、前記サンプル台に対向する面は、前記放電ワイヤが露出するようにケーシングされていないことを特徴とする請求項１に記載の電子写真用感光体劣化加速試験方法。
前記サンプル押さえ部材は、絶縁性を有する材料でのみ形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真用感光体劣化加速試験方法。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子写真用感光体劣化加速試験方法を実施する電子写真用感光体劣化加速試験装置。