JP4875348B2 - クリーニング装置及びそれを用いた画像形成方法、画像形成装置 - Google Patents
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Description
このうち代表的なものが、ポリウレタン(詳しくは少なくともウレタン結合を有する有機化合物)材料で形成されるブレードを用いたブレードクリーニング方式である。このブレードクリーニング方式は、像担持体の表面にブレード部材のエッジを圧接させ、像担持体の表面に残留したトナーを強制的に剥離する方式である。また、この方式は、構造が簡単であり、しかもクリーニング効果が高いという特徴を持つため広く採用されている。
さらに、クリーニング不良が発生しやすい低温環境下でも安定したクリーニング性を得られるクリーニング装置及びそれを用いた画像形成方法、画像形成装置を提供することにある。
さらに、小粒径・球形トナーである重合トナーを使用することで、解像度や文字のシャープネスが高く転写性のよいハーフトーンムラのない画像を得られる画像形成方法及び画像形成装置を提供することにある。
さらに、小粒径・球形トナーである重合トナーを使用した場合でもクリーニングブレードの当接圧を高くすることなく、従来の粉砕法により製造されたトナーの場合と同等程度の当接圧にてクリーニングを成立させることで、像担持体を駆動するトルクを軽減でき、画像形成装置の耐久性、消費電力の低減をはかることができる画像形成装置を提供することにある。
(1)「表面に潜像を担持する像担持体と、該潜像をトナー像に現像する現像部と、該トナー像を転写体に転写する転写部と、該像担持体表面に押圧されて当接部を形成し該像担持体の表面に残留したトナーを除去するためのクリーニングブレードを有するクリーニング装置とを少なくとも有する画像形成装置において、前記トナーの体積平均粒径が6.0μm以下、円形度が0.95以上であり、前記クリーニングブレードがポリウレタンゴム板からなり、該クリーニングブレードの自由長Lが7mm≦L≦12mm、厚さtが1mm≦t≦3mmの間にあり、クリーニングブレードの自由長Lと像担持体の直径Dの比が1/5≦L/D≦1/2の間にあり、クリーニングブレードの硬度が70〜80°であり、25℃での反発弾性率が20〜45%であり、前記クリーニングブレードがカウンター方式で前記像担持体に当接され、前記像担持体と前記クリーニングブレードの接点の接線方向とクリーニングブレードのカット面との成す角が70〜80°になるように設定されており、前記トナー中に添加剤が外添混合されており、前記添加剤のうち粒径が100nm以下の添加剤が前記クリーニングブレードと前記像担持体の間をすり抜ける量が4.0×103〜4.0×105個/mm2であることを特徴とする画像形成装置」;
(2)「前記クリーニングブレードの300%モジュラスが300kg/cm2以上であることを特徴とする前記第(1)項に記載の画像形成装置」;
(3)「前記クリーニングブレードの引裂強度が50kg/cm以上であることを特徴とする前記第(1)項または第(2)項に記載の画像形成装置」;
(4)「前記クリーニングブレードのtanδ(10Hz)ピーク温度が5℃以下に設定されていることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載の画像形成装置」;
(5)「前記像担持体と前記クリーニングブレードの当接圧が0.2〜0.5N/cmに設定されていることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の画像形成装置」;
(6)「前記第(1)項乃至第(5)項のいずれかに記載の画像形成装置を用いて、像担持体の表面に潜像を形成して担持させ、該潜像をトナー像に現像し、該トナー像を転写体に転写すると共に、像担持体の表面に残留したトナーを除去することを特徴とする画像形成方法」。
さらに、小粒径・球形トナーである重合トナーを使用した場合でもクリーニングブレードの当接圧を高くすることなく、従来の粉砕法により製造されたトナーの場合と同等程度の当接圧にてクリーニングを成立させることで、像担持体を駆動するトルクを軽減でき、画像形成装置の耐久性、消費電力の低減をはかることができる画像形成装置を提供することができるという極めて優れた効果が発揮される。
クリーニングブレードの像担持体表面温度でのクリーニングブレードの硬度は70〜80°、25℃での反発弾性率が20〜45%、像担持体とクリーニングブレードの接点の接線方向とクリーニングブレードのカット面との成す角が70〜80°に設定されている。
像担持体とクリーニングブレードの間をすり抜ける添加剤の量は、ブレード通過後の像担持体表面を剥離して(株)日立製作所製S−4200型FE−SEMにて観察することで行なう。600μm×400μm面積相当での添加剤の個数をカウントして、すり抜け量とする。トナー中の平均粒径100nm以下の添加剤が像担持体とクリーニングブレードの間をすり抜ける量が4.0×103〜4.0×105個/mm2、より好ましくは2.0×104〜2.0×105個/mm2であるのがよい。添加剤のすり抜け量が4.0×103個/mm2未満だと、像担持体とクリーニングブレード間の摩擦力が低減できず、ブレードエッジの巻き込みにより当接状態が変化してクリーニング性能が低下するだけでなく、摩耗、欠けを促進することになり、長期にわたって良好なクリーニング性を維持することができなくなる。一方、一般的に使用される添加剤自体は非常に硬度が高いため、像担持体とクリーニングブレードの間をすり抜ける量が2.0×105個/mm2より多いと、像担持体またはクリーニングブレードに損傷を与え、像担持体とクリーニングブレードの寿命を著しく低下させてしまう。
クリーニングブレードの引裂強度はJIS K6252引裂試験で規定される。引裂試験は50kg/cm以上であることが好ましい。引裂強度が50kg/cm未満であると、ブレードエッジの欠けが発生しやすくなり、ブレードの耐久性が劣ってしまう。引裂強度を50kg/cm以上であると、高温高湿下においてもブレードの欠けを防止することができる。
さらに、トナーの円形度が0.95以上であることで、上記に加えて転写性のよいハーフトーンムラのない画像を得ることができる。
本発明のトナーの体積平均粒径は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Mutlisizer 3 Version3.51)にて解析を行った。具体的にはガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.5ml添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II、本多電子社製)で10分間分散処理した。前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター製)を用いて測定を行なった。測定は装置が示す濃度が8±2%になるように前記トナーサンプル分散液を滴下した。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2%にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
本発明のトナーの平均円形度は、超微粉トナーの計測にフロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」;シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行なった。具体的には、ガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.1〜0.5ml添加し、各トナー0.1〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子社製)で3分間分散処理した。前記分散液を前記FPIA−2100を用いて濃度を5000〜15000個/μlが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5000〜15000個/μlにすることが重要である。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、すなわち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分にぬらすことができないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径のより異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3〜7μmの場合、トナー量を0.1〜0.5g添加することにより分散液濃度を5000〜15000個/μlにあわせることが可能となる。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。
C群:グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の3価以上のカルボン酸等。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
キ、ブリリアントカーミン3Bが挙げられる。
これらは1種または2種以上を使用することができる。
これらは単なる1例であって、小粒径・球形トナーは、このような製法以外の方法で製造しても無論、かまわない。
図3の画像形成装置において、(101)は潜像担持体である感光体ドラム、(102)は感光体ドラム(101)の側方に配設された現像装置、(103)は現像ハウジング、(104)は現像剤担持体としての現像スリーブ、(105a,105b)は、現像剤収容部、(106)は現像剤規制部材としての第1ドクタブレードを示す。そして感光体ドラム(101)側に開口を有する現像ハウジング(103)と、内部にトナー(107)を収容するトナー収容部としてのトナーホッパー(108)が設けられ、トナーホッパー(108)に隣接して感光体ドラム(101)側寄りには、トナー(107)と磁性粒子であるキャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部(105a)が設けられている。そして潜像担持体(101)と、該潜像担持体(101)の表面を一様帯電する帯電器(136)とのいずれかと、現像手段(102)とを画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成している。
図において、プロセスカートリッジ全体は、感光体、帯電手段、現像手段、本発明のクリーニングブレードを用いたクリーニング手段を有する。本発明のプロセスカートリッジを有する画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物(コピー)として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリーニング手段としての本発明のクリーニングブレードによって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
物性の異なるウレタンゴム系のクリーニングブレードを試作し評価した。
ブレードの物性を表1に示す。
体積平均粒径と円形度の異なる重合トナーを試作し評価した。トナーの詳細については、次のとおりである。つまり、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤を有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られたものである。そして、この母体トナーには、一次粒子径12nmの疎水化シリカ微粒子を1.5重量%、一次粒子径15nmの疎水化酸化チタン微粒子を0.5重量%、一次粒子径120nmの大粒径シリカを1.0重量%、それぞれ添加し用いた。
重合トナーの物性を表2に示す。
像担持体と評価ブレードの接点の接線方向と評価ブレードのカット面との成す角θと、当接圧を変化させて評価した。
評価ブレードの当接条件を表3に示す。
上記評価ブレードと評価トナー及び当接条件の組み合わせにより評価を行なった。評価トナーと評価ブレードは、リコー製カラーレーザープリンタ(IPSiO Color8000;OPC感光体搭載)の標準ブレード及びトナーと交換して評価を行なった。なお、当接条件は、IPSiO Color8000のクリーニング装置を改良したものを使用して設定した。
評価は、IPSiO Color8000にて初期のクリーニング性、低温低湿環境(10℃/15%RH)でのクリーニング性、8万枚のランニングを行なった後のクリーニング性・評価ブレードエッジ摩耗/欠け状態・画質(解像力・シャープネス差・ハーフトーン再現性)をそれぞれ5段階でランク評価した。さらに、従来の粉砕法トナーの場合(IPSiO Color8000条件)と比べた感光体駆動トルクを5段階でランク評価した。それぞれランクが高い程よく、5を最良とした。また、8万枚ランニング後のクリーニングブレード通過後の像担持体表面を剥離して、600μm×400μm面積相当での平均粒径100nm以下の添加剤のすり抜け量を調べた。この結果を表4に示す。
1 像担持体
2 クリーニングブレード
3 ブレードホルダ
θ 当接角
t ブレード厚さ
L ブレード自由長
101 感光体ドラム
102 現像装置
103 現像ハウジング
104 現像剤担持体
104a 磁石
105a、105b 現像剤収容部
106 現像剤規制部材
107 トナー
108 トナーホッパー
110 トナー供給口
111 トナーアジテータ
112 第2ドクタブレード
113 滞留現像剤
114 開口部
117 トナー
131 廃トナー収容ケース
132 廃トナー
133 廃トナー回収ローラ
134 ドラムケース
135 クリーニングブレード
135a ブレード支持部材
135b ねじ
136 帯電手段
Claims (6)
- 表面に潜像を担持する像担持体と、該潜像をトナー像に現像する現像部と、該トナー像を転写体に転写する転写部と、該像担持体表面に押圧されて当接部を形成し該像担持体の表面に残留したトナーを除去するためのクリーニングブレードを有するクリーニング装置とを少なくとも有する画像形成装置において、前記トナーの体積平均粒径が6.0μm以下、円形度が0.95以上であり、前記クリーニングブレードがポリウレタンゴム板からなり、該クリーニングブレードの自由長Lが7mm≦L≦12mm、厚さtが1mm≦t≦3mmの間にあり、クリーニングブレードの自由長Lと像担持体の直径Dの比が1/5≦L/D≦1/2の間にあり、クリーニングブレードの硬度が70〜80°であり、25℃での反発弾性率が20〜45%であり、前記クリーニングブレードがカウンター方式で前記像担持体に当接され、前記像担持体と前記クリーニングブレードの接点の接線方向とクリーニングブレードのカット面との成す角が70〜80°になるように設定されており、前記トナー中に添加剤が外添混合されており、前記添加剤のうち粒径が100nm以下の添加剤が前記クリーニングブレードと前記像担持体の間をすり抜ける量が4.0×103〜4.0×105個/mm2であることを特徴とする画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードの300%モジュラスが300kg/cm2以上であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードの引裂強度が50kg/cm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードのtanδ(10Hz)ピーク温度が5℃以下に設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体と前記クリーニングブレードの当接圧が0.2〜0.5N/cmに設定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の画像形成装置を用いて、像担持体の表面に潜像を形成して担持させ、該潜像をトナー像に現像し、該トナー像を転写体に転写すると共に、像担持体の表面に残留したトナーを除去することを特徴とする画像形成方法。
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