JP4421914B2

JP4421914B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4421914B2
Application number: JP2004051129A
Authority: JP
Inventors: 正道青木
Original assignee: 株式会社沖データ
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005241924A

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真式のプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、帯電ローラによって一様に、かつ、均一に帯電させられた像担（たん）持体としての感光体ドラムの表面を露光装置によって露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像器によって現像してトナー像を形成し、該トナー像を用紙に転写ローラによって転写し、定着装置によって定着することにより、画像を形成するようになっている。

また、転写後において感光体ドラム上に残留した現像剤としてのトナーは、画像品位を低下させてしまうので、クリーニング装置によって除去するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

そして、ブレードクリーニング法の場合、前記クリーニング装置は、先端を感光体ドラムと接触させて配設されたクリーニングブレードによって構成され、該クリーニングブレードによって残留したトナーを掻（か）き取るようにしている。

図２は従来のクリーニングブレードの動作を示す図である。

図に示されるように、矢印ａ方向に回転している感光体ドラム１１に残留したトナー１６ａはクリーニングブレード１９によって感光体ドラム１１から掻き落とされ、矢印ｈ方向に落下し、図示されない廃トナー回収部に回収される。
特開２０００−２６７５３６号公報

しかしながら、前記従来の画像形成装置においては、画像品位を向上させるために、現像剤として、球形又は球形に近い形状を有するトナーを使用するようにしているが、球形又は球形に近い形状を有するトナーを使用すると、残留したトナー１６ａがクリーニングブレード１９と感光体ドラム１１との間をすり抜け、クリーニング不良トナー１６ｃとなる。

すなわち、クリーニングブレード１９によって掻き取られたトナー１６ｂはクリーニングブレード１９の先端に凝集するが、球形又は球形に近い形状を有するトナーを使用していると、各トナー１６ｂは、相互間の接触面積が大きいとともに、同じ体積を有する粒子から成るので、他のトナーを乗り越えて移動することが困難である。したがって、隙（すき）間なく充填（てん）された状態を表す最密充填構造になりやすい。また、感光体ドラム１１の表面との接触面積が大きいので、感光体ドラム１１に対する付着力が大きい。

これらのことから、感光体ドラム１１が回転するのに伴って、感光体ドラム１１上でトナー１６ａは、あたかも一つの集合体のように挙動し、クリーニングブレード１９を押し上げ、クリーニングブレード１９と感光体ドラム１１との間をすり抜けてしまう。その結果、感光体ドラム１１の耐久性が低くなってしまう。

また、矢印ｂ方向に回転する帯電ローラ１２に、クリーニング不良トナー１６ｃが帯電ローラ汚染トナー１６ｄとして付着してしまう。その結果、帯電を十分に行うことができず、画像品位を低下させてしまう。

本発明は、前記従来の画像形成装置の問題点を解決して、像担持体上に残留した現像剤を確実に除去することができ、像担持体の耐久性を向上させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の画像形成装置においては、像担持体と、該像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、前記像担持体の表面を露光して潜像を形成する潜像形成装置と、前記潜像に現像剤を付着させて可視像を形成する現像器と、前記可視像を媒体に転写する転写装置と、転写後において前記像担持体上に残留した現像剤を除去するクリーニングブレードを備えたクリーニング装置と、前記媒体上の可視像を媒体に定着させる定着装置とを有する。

そして、前記クリーニング装置において、前記クリーニングブレードは、反発弾性が５５〜８０〔％〕にされ、１〜５〔ｇ／ｍｍ〕の荷重で像担持体の表面に圧接させられる。
また、前記現像剤として、球形又は球体に近い形状を有し、初期かさ密度をＤ₁とし、体積変化が０．１〔％〕未満になったときのかさ密度を表す最終かさ密度をＤ₂としたときのかさ密度変化度Ａ
Ａ＝（Ｄ₂−Ｄ₁）×１００／Ｄ₁
の値が３５〜５５の範囲内に収まり、かつ、トナーの粒子の投影面積と同じ面積の円の周囲長をＬ１とし、トナーの粒子の投影像の周囲長をＬ２としたときのトナーの円形度η
η＝Ｌ１／Ｌ２
の値が０．９７以上であるトナーが使用される。

本発明によれば、画像形成装置においては、像担持体と、該像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、前記像担持体の表面を露光して潜像を形成する潜像形成装置と、前記潜像に現像剤を付着させて可視像を形成する現像器と、前記可視像を媒体に転写する転写装置と、転写後において前記像担持体上に残留した現像剤を除去するクリーニングブレードを備えたクリーニング装置と、前記媒体上の可視像を媒体に定着させる定着装置とを有する。

この場合、かさ密度変化度Ａの値が３５〜５５の範囲内に収まるトナーが使用されるので、クリーニングブレードと像担持体との間をトナーがすり抜けるのを抑制することができる。その結果、像担持体の耐久性を向上させることができる。また、帯電装置トナーが付着することがないので、帯電を十分に行うことができ、画像品位を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。

図において、１１は、導電性支持体及び光導電層から成り、矢印ａ方向に回転自在に配設され、ドラム状に形成された像担持体としての感光体ドラムであり、該感光体ドラム１１として有機系感光体が使用される。該有機系感光体に代えて、セレン感光体、酸化亜鉛感光体、アモルファスシリコン感光体等のいずれも使用することができる。１２は、金属シャフト及び半導電性ゴム層から成り、矢印ｂ方向に回転自在に配設された帯電装置としての帯電ローラ、１３は感光体ドラム１１と対向させて配設された潜像形成装置としての露光装置であり、該露光装置１３としては、ＬＥＤアレイとロッドレンズアレイとを組み合わせたもの、レーザと作像光学系とを組み合わせたもの等を使用することができる。

また、１４は矢印ｃ方向に回転自在に配設された現像剤担持体としての現像ローラ、１５は矢印ｄ方向に回転自在に配設された現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ、１６は現像剤としてのトナー、１７は現像ローラ１４と圧接させて配設された現像ブレード、１８は矢印ｅ方向に回転自在に配設された転写装置としての転写ローラ、１９はクリーニング装置を構成するクリーニングブレード、２３は媒体としての用紙、２４は現像剤カートリッジとしてのトナーカートリッジ、２５は定着装置である。該定着装置２５は、矢印ｆ方向に回転自在に配設された第１のローラとしての加熱ローラ２０、及び矢印ｇ方向に回転自在に配設された第２のローラとしての加圧ローラ２１によって構成される。前記帯電ローラ１２、現像ローラ１４、転写ローラ１８等は、感光体ドラム１１の表面に接触又は圧接させて配設される。なお、現像ローラ１４は、感光体ドラム１１との間に微小な距離をおいて配設することもできる。

そして、前記現像ローラ１４、トナー供給ローラ１５、現像ブレード１７等によって現像器２２が構成され、感光体ドラム１１、現像器２２、帯電ローラ１２、クリーニング装置等によって現像装置であるＩＤユニットが構成される。なお、カラーのプリンタにおいては、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４色の現像器が感光体ドラム１１の周囲に並べて配置される。

次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。

この場合、図示されない駆動部としてのドラムモータが駆動され、前記感光体ドラム１１が矢印ａ方向に一定の周速度で回転させられる。前記帯電ローラ１２には、図示されない帯電用の高圧電源による直流電圧が印加され、帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１を一様に、かつ、均一に帯電させる。続いて、露光装置１３は、画像信号に対応した光量で感光体ドラム１１を照射し、潜像としての静電潜像を形成する。

前記現像器２２において、トナー供給ローラ１５には、図示されないトナー供給用の高圧電源によって電圧が印加され、現像器２２内に収容されたトナー１６は、トナー供給ローラ１５の回転に伴って、現像ローラ１４にトナー１６を供給する。前記現像ローラ１４は、トナー１６を吸着して矢印ｃ方向に回転させられて搬送し、現像ブレード１７によって、現像ローラ１４の表面に均一な厚さのトナー層が形成される。そして、現像ローラ１４は、前記静電潜像を現像して、可視像としての、かつ、現像剤像としてのトナー像を形成する。

なお、本実施の形態においては、前記現像ローラ１４には、図示されない現像用の高圧電源によって電圧が印加され、現像ローラ１４と感光体ドラム１１との間にバイアス電圧が発生させられ、反転現像が行われる。そして、現像ローラ１４と感光体ドラム１１との間には、感光体ドラム１１の表面に形成された静電潜像に対応する電気力線が発生する。したがって、現像ローラ１４上の帯電したトナー１６は静電気力によって感光体ドラム１１に付着し、トナー像を構成する。

その後、図示されない記録媒体収容部としての紙カセットに収容された用紙２３は図示されない給紙ローラによって紙カセットから繰り出され、回転が停止された図示されない送紙ローラに送られ、用紙２３のスキューが矯（きょう）正される。続いて、送紙ローラが回転させられ、用紙２３は感光体ドラム１１と転写ローラ１８との間に形成された転写部に送られ、該転写部において、前記トナー像は転写ローラ１８に転写される。そのために、前記転写ローラ１８は、図示されない転写用の高圧電源によって電圧が印加される。

その後、用紙２３は定着装置２５に送られ、用紙２３上のトナー像は用紙２３に定着させられる。このとき、トナー像を構成するトナー１６は、前記加熱ローラ２０によって加熱され、溶融させられ、加圧ローラ２１による圧力で用紙２３の繊維間に浸透させられる。続いて、用紙２３はプリンタの外部に排出される。

一方、転写後において、感光体ドラム１１上にはわずかな量のトナー１６が残留するが、残留したトナー１６は、先端を感光体ドラム１１の表面に当接させて配設されたクリーニングブレード１９によって掻き取られ、除去される。なお、該クリーニングブレード１９は、荷重が２．５〔ｇ／ｍｍ〕で感光体ドラム１１に圧接させられ、２５〔℃〕での反発弾性が６０〔％〕であるウレタンエラストマー等のゴム弾性体から成る。

次に、反発弾性の試験法について説明する。

まず、鉄棒を４本のつり糸によって水平に懸垂し、その懸垂高さを２０００〔ｍｍ〕とし、落下高さを垂直方向に１００〔ｍｍ〕とする。そして、鉄棒を自由に懸垂させたときの試験器の指針を目盛０の位置に置き、鉄棒の先端の打撃端がちょうど試験片の面に触れるように調整する。そして、前記指針が目盛１００の位置になるように鉄棒を移動させ、その位置から鉄棒を自由落下させ、反発したときの高さの目盛を測定し、百分率で表したものを反発弾性とする。

次に、トナー１６の製造方法について説明する。

スチレン８０重量部、アクリル酸−ｎ−ブチル２０重量部に低分子量ポリエチレン４重量部、帯電制御剤「アイゼンスピロンブラックＴＲＨ」（保土ヶ谷化学社製）１重量部、カーボンブラック７重量部、ｔ−ドデシルメルカプタン１重量部及び２，２’−アゾビスイソブチロニトリル１重量部を加え、アトライター（「ＭＡ−０１ＳＣ」、三井三池化工機社製）に投入し、１５〔℃〕で１０時間分散させ、重合性組成物を得た。また、ポリアクリル酸８重量部、ジビニルベンゼン０．３５重量部を溶解させたエタノール１８０重量部を用意し、これに蒸留水６００重量部を加えて重合のための分散媒を用意した。この分散媒に前記重合性組成物を添加し、ＴＫホモミキサー（「Ｍ型」、特殊機化工業社製）で１５〔℃〕、８０００回転の条件下、１０分間分散させた。次に、得られた分散液を１リットルのセパラブルフラスコ中に移し、窒素気流下１００〔ｒｐｍ〕で攪拌（かくはん）しながら８５〔℃〕で１２時間反応させた。ここまでの段階で前記重合性組成物の重合反応によって得られた分散質を中間分子とする。

続いて、超音波発振器（ＵＳ−１５０、（株）日本精機製作所製）によってメタクリル酸メチル９．２５重量部、アクリル酸−ｎ−ブチル０．７５重量部、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル０．５重量部、ラウリル硫酸ナトリウム０．１重量部、水８０重量部から成る水乳濁液Ａを調整した。該水乳濁液Ａを前記中間分子の水系懸濁液中に９重量部滴下し、前記中間粒子を膨潤させた。滴下後、直ちに光学顕微鏡にて観察を行ったところ、乳濁液滴は全く見られず膨潤が極めて短時間のうちに完了していることが確かめられた。そこで、窒素下で攪拌を続けながら２段目の重合として８５〔℃〕で１０時間反応させた。冷却後、０．５Ｎ塩酸水溶液で分散媒を溶かし、濾（ろ）過し、水洗を経て風乾した後、４０〔℃〕で１０時間、１０〔ｍｍＨｇ〕で減圧乾燥させ、風力分級機で分級し、平均粒径が７〔μｍ〕の、円形度η
η＝Ｌ１／Ｌ２
が０．９７のトナー１６を得た。なお、Ｌ１はトナー１６の粒子の投影面積と同じ面積の円の周囲長、Ｌ２はトナー１６の粒子の投影像の周囲長である。

前記トナー１６は円形度ηが０．９７以上の球形又は球形に近い形状（実質的に球形の形状）を有するものであれば、乳化重合法、懸濁重合法等のような化学的に重合させて作成されたもの、粉砕法によって作成されたもの、熱処理を施し、球形化処理を施すことによって作成されたものいずれも使用することができる。

さらに、前記トナー１６に平均粒径が１２〔ｎｍ〕のシリカ０．５重量部、平均粒径が４０〔ｎｍ〕のシリカ２．０重量部、平均粒径が１００〔ｎｍ〕のアルミナを２．０重量部外添したトナーをトナー＃１とし、前記トナー１６に平均粒径が１２〔ｎｍ〕のシリカ０．５重量部、平均粒径が４０〔ｎｍ〕のシリカ２．０重量部、平均粒径が１００〔ｎｍ〕のアルミナを１．５重量部外添したトナーをトナー＃２とし、前記トナー１６に平均粒径が１２〔ｎｍ〕のシリカ０．５重量部、平均粒径が４０〔ｎｍ〕のシリカ２．０重量部、平均粒径が１００〔ｎｍ〕のアルミナを１．０重量部外添したトナーをトナー＃３とし、前記トナー１６に平均粒径が１２〔ｎｍ〕のシリカ０．５重量部、平均粒径が４０〔ｎｍ〕のシリカ２．０重量部、平均粒径が１００〔ｎｍ〕のアルミナを０．５重量部外添したトナーをトナー＃４とし、前記トナー１６に平均粒径が１２〔ｎｍ〕のシリカ０．５重量部、平均粒径が４０〔ｎｍ〕のシリカ２．０重量部、平均粒径が１００〔ｎｍ〕のアルミナを０．３重量部外添したトナーをトナー＃５とし、前記トナー１６に平均粒径が１２〔ｎｍ〕のシリカ０．５重量部、平均粒径が４０〔ｎｍ〕のシリカ２．０重量部、平均粒径が１００〔ｎｍ〕のアルミナを０．１重量部外添したトナーをトナー＃６とした。

次に、トナーのかさ密度変化度の算出方法について説明する。

最密充填構造を採りやすさを表す指標として、トナーに空気を含ませたときのかさ密度（以下「初期かさ密度」という。）Ｄ₁と、トナーを押し固めたときのかさ密度（以下「最終かさ密度」という。）Ｄ₂との変化の度合いをかさ密度変化度Ａとしたとき、かさ密度変化度Ａは
Ａ＝（Ｄ₂−Ｄ₁）×１００／Ｄ₁
で表すことができる。

前記トナー＃１〜＃６について、かさ密度は、マルチテスターＭＴ−１００１（セイシン企業製）を使用し、次のような方法で測定した。

まず、マルチテスター上部の漏斗に２５０〔μｍ〕の網を載せ、トナーを投入し、ＦＥＥＤＥＲＬＥＶＥＬ５．５（振幅：０．５〔ｍｍ〕）で振動落下させ、内容積１００〔ｃｃ〕のメモリ付き円筒型容器内にトナーを充填し、充填終了後に擦（す）りきり板で擦りきったときのかさ密度を初期かさ密度Ｄ₁とした。

次に、前記トナーについて初期かさ密度Ｄ₁を測定した後、そのままトナーの入った容器に栓をし、タッピング距離１８〔ｍｍ〕でタッピングを行い、容器内のトナーの体積変化が０．１〔％〕未満となったところでのかさ密度を最終かさ密度Ｄ₂として測定し、その後、かさ密度変化度Ａを算出した。

なお、かさ密度変化度Ａの値が５５より高いトナーを使用すると、現像時において、現像ローラ１４上にトナー層を均一に形成するのが困難になり、ドットの再現性が低下し、画像品位を低下させてしまう。この場合、球形又は球形に近いトナーの利点が失われてしまうので、かさ密度変化度Ａが５５以下のものを使用するのが好ましい。

次に、前記トナー＃１〜＃６を前記プリンタに実装して、クリーニングブレード１９にトナーを多量に堆（たい）積させる初期の状態におけるトナーのすり抜け性の評価を行った。

転写がされる前の感光体ドラム１１上のトナーのかさ密度が約０．４〔ｍｇ／ｃｍ²〕になるようにバイアス電圧を設定し、１００枚印字する試験を行った。なお、この段階ですり抜けてしまうものは連続使用において信頼性が著しく劣る。

結果を表１に示す。

図において、○はクリーニングブレード１９からトナーのすり抜けがないことを、×はクリーニングブレード１９からトナーのすり抜けがあることを示す。

この場合、クリーニングブレード１９からトナーがすり抜けると、図２に示されるように、帯電ローラ汚染トナー１６ｄが帯電ローラ１２に付着するので、帯電ローラ１２が汚染されているかどうかによってトナーのすり抜けを判断した。

前記かさ密度変化度Ａの値が小さいほど初期の状態においても最密充填構造に近い構造をとりやすく、クリーニングブレード１９にトナーが集められた時に凝集しやすくなり、結果として、容易にクリーニングブレード１９をすり抜ける。一方、前記かさ密度変化度Ａの値が大きいと初期は最密充填構造からは遠い構造をとるので、クリーニングブレード１９にトナーが集められても凝集しにくく、クリーニングブレード１９をすり抜けにくい。

これにより、かさ密度変化度Ａが３５〜５５（３５以上、５５以下）の範囲に収まるトナーを使用すると初期のトナーのすり抜けが発生しない。

このように、本実施の形態においては、トナー１６としてかさ密度変化度Ａが３５〜５５のトナーが使用されるので、クリーニングブレード１９と感光体ドラム１１との間をすり抜けるのを抑制することができる。その結果、感光体ドラム１１の耐久性を向上させることができる。

また、帯電ローラ１２に帯電ローラ汚染トナー１６ｄが付着することがないので、帯電を十分に行うことができ、画像品位を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態における装置、構成及び動作については、前記第１の実施の形態における装置、構成及び動作と同様であるので説明を省略する。また、本実施の形態におけるトナーの構成についても、前記第１の実施の形態におけるトナーの構成と同様であるので説明を省略する。

前記第１の実施の形態において得られた初期のすり抜け性が良好であったトナーを使用し、２５〔℃〕における反発弾性が５０〜８５〔％〕であるクリーニングブレード１９を荷重（線圧）０．５〜７〔ｇ／ｍｍ〕の範囲で感光体ドラム１１の表面に圧接させて前記プリンタに実装し、印字パターンを５〔％〕デューティパターンとし、印字速度を４１〔ｐｐｍ〕（Ａ４判横送り）として２００００枚の連続印字を行うことによって、クリーニング性能の評価を行った。

荷重を０．５〔ｇ／ｍｍ〕としたときの評価結果を表２に、荷重を１〔ｇ／ｍｍ〕としたときの評価結果を表３に、荷重を３〔ｇ／ｍｍ〕としたときの評価結果を表４に、荷重を５〔ｇ／ｍｍ〕としたときの評価結果を表５に、荷重を７〔ｇ／ｍｍ〕としたときの評価結果を表６に示す。

表２〜６において、◎はトナーのすり抜けがないことを、○は印字部においてクリーニングが不良なことによる画像の乱れがない（画像部以外におけるすり抜け、又は直径が０．５〔ｍｍ〕以下のトナーのすり抜けはあるが、実用上の問題が生じない）ことを、×は印字部においてクリーニングが不良なことによる画像の乱れがあることを示す。

最密充填構造をとりにくいトナーを使用しても、プリンタを連続使用すると、最密充填構造が形成されることがあるので、その場合は、クリーニングブレード１９の反発弾性、クリーニングブレード１９を感光体ドラム１１の表面に圧接させる荷重等を調整することによってクリーニング不良が発生するのを抑制することができる。

ただし、クリーニングブレード１９の反発弾性、荷重等を小さくすると、クリーニングブレード１９において、トナーの集合体による押上げ力に打ち勝つだけの反発力を発生させることができず、クリーニングブレード１９と感光体ドラム１１との間をトナーがすり抜けてしまう。

一方、クリーニングブレード１９の反発弾性、荷重等を大きくすると、クリーニングブレード１９の摩耗が発生し、摩耗が発生した部分をトナーがすり抜けてしまうだけでなく、画像品位が低下してしまう。

このことから、かさ密度変化度Ａが３５〜５５のトナーを使用し、反発弾性が５５〜８０〔％〕のクリーニングブレード１９を、１〜５〔ｇ／ｍｍ〕（１〔ｇ／ｍｍ〕以上、５〔ｇ／ｍｍ〕）の範囲の荷重で感光体ドラム１１の表面に圧接させると、トナーのすり抜けがなく、画像品位を向上させることができる。なお、かさ密度変化度Ａが３５〜５５のトナーを使用し、反発弾性が６０〜７５〔％〕のクリーニングブレード１９を、１〜５〔ｇ／ｍｍ〕の荷重で感光体ドラム１１の表面に圧接させると、一層トナーのすり抜けがなく、画像品位を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。従来のクリーニングブレードの動作を示す図である。

符号の説明

１１感光体ドラム
１２帯電ローラ
１３露光装置
１６トナー
１８転写ローラ
１９クリーニングブレード
２２現像器
２３用紙
２５定着装置

Claims

（ａ）像担持体と、
（ｂ）該像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、
（ｃ）前記像担持体の表面を露光して潜像を形成する潜像形成装置と、
（ｄ）前記潜像に現像剤を付着させて可視像を形成する現像器と、
（ｅ）前記可視像を媒体に転写する転写装置と、
（ｆ）転写後において前記像担持体上に残留した現像剤を除去するクリーニングブレードを備えたクリーニング装置と、
（ｇ）前記媒体上の可視像を媒体に定着させる定着装置とを有するとともに、
（ｈ）前記クリーニング装置において、前記クリーニングブレードは、反発弾性が５５〜８０〔％〕にされ、１〜５〔ｇ／ｍｍ〕の荷重で像担持体の表面に圧接させられ、
（ｉ）前記現像剤として、球形又は球体に近い形状を有し、初期かさ密度をＤ₁とし、体積変化が０．１〔％〕未満になったときのかさ密度を表す最終かさ密度をＤ₂としたときのかさ密度変化度Ａ
Ａ＝（Ｄ₂−Ｄ₁）×１００／Ｄ₁
の値が３５〜５５の範囲内に収まり、かつ、トナーの粒子の投影面積と同じ面積の円の周囲長をＬ１とし、トナーの粒子の投影像の周囲長をＬ２としたときのトナーの円形度η
η＝Ｌ１／Ｌ２
の値が０．９７以上であるトナーが使用されることを特徴とする画像形成装置。