JP4963208B2 - 画像形成ユニット、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
特に高画質の要求に応える観点から、帯電手段に印加する帯電方式としてはAC重畳帯電が採用されつつある。その理由は、一般に、DC帯電方式は帯電均一性に劣るため画質の維持に不利であり、これに対して、AC重畳帯電は帯電均一性に優れているため画質の維持に有利という点にある。その一方で、AC重畳帯電方式は放電量が多いため、感光体の感光層などの摩耗を促進させやすく、また放電生成物の発生による画質低下が起こりやすいことが知られている。
この表面保護剤は、クリーニングブレード等と感光体との摩擦による摩耗を潤滑作用によって抑制するとともに、AC放電により発生した励起電子の有機感光体表面への衝突などによる放電劣化から表層を保護する役割も果たしていることが知られている。
まず、特許文献1には、黒の静電潜像を記録する感光体への帯電手段を非接触式の帯電器とし、黒以外の静電像記録用の感光体への帯電手段を接触式の帯電ローラとしたカラー画像形成装置が開示されている。
特許文献2では、タンデム型カラー画像形成装置が備える感光体に接触配置または近接配置した帯電部材に対し、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加し、黒の画像を形成するときには直流電圧のみを印加するようにしている。
特許文献3では、タンデム型カラー画像形成装置が備える感光体に接触配置または近接配置した帯電部材に対する電圧印加手段として、黒の画像を形成する感光体系統の帯電部材には直流電圧のみを印加し、その他の感光体系統の帯電部材には直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加するようにしている。
特許文献5では、タンデム型カラー画像形成装置において、黒トナー使用の感光体への潤滑剤塗布量を他の色の感光体への塗布量よりも多くするようにしている。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、感光体と帯電手段との摩擦による感光体表面の摩耗が低減し、かつ装置全体の小型化及び画像形成手段の長寿命化を図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。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、感光体の表面に塗布する表面保護剤は固形潤滑剤からなるものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、固形潤滑剤は金属石鹸からなるものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、複数の感光体のうちの少なくともコロナ帯電機構が配置された感光体は、この最表層に保護層を有しているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、感光体の表面保護剤は無機フィラーを含有しているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、コロナ帯電機構は、複数の感光体のうち最も使用頻度が高い感光体に配置されているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、コロナ帯電機構が配置された感光体は、その他の全ての感光体配列方向における転写紙搬送方向の最下流位置に設置されているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、複数の画像形成手段は、夫々の構成要素が前記各画像形成手段ごとのプロセスカートリッジに一体化されて装置本体内に着脱可能にセットするようにしたものである。
また、本発明によれば、コロナ帯電機構が配置される感光体の表面には固形潤滑剤の塗布を行わず、かつ非接触帯電機構が配置される感光体の表面には固形潤滑剤を塗布することにより、特に使用頻度が高い黒の感光体、及びクリーニングブレードの摩耗速度を低減できるという効果がある。
図1は本発明の実施の形態1による画像形成ユニットを備えたタンデム型のカラー複写機(画像形成装置)を示す概要断面図、図2は図1中の画像形成ユニットの要部を拡大して示す概要構成説明図、図3は図2中の非接触帯電機構が配置された感光体周りの概要構成を示す模式図、図4は図2中のコロナ帯電機構の一つであるスコロトロン帯電機構が配置された感光体周りの概要構成を示す模式図、図5は感光体に対する非接触ローラの配置手段を示す説明図、図6は図4中のスコロトロン帯電機構を示す拡大模式図、図7は他のコロナ帯電機構として適用するコロトロン帯電機構の概要構成を示す模式図である。なお、本発明の画像形成ユニットを使用可能な画像形成装置はカラー複写機に特定されるものではない。
なお、感光体1、帯電手段2、露光手段3、現像手段4、転写手段5、定着手段6、及びクリーニング手段7は、画像形成手段Aを構成している。従って、この実施形態は4個の画像形成手段Aを有していることとなる。また、各画像形成手段Aは合わせて一つの電子写真式画像形成ユニットUを構成している。
そこで、この実施の形態1では、感光体1として有機感光体を使用し、この感光体1の電荷輸送層の上には約5μmの厚みの保護層を設ける。その保護層は電荷輸送層と同等に、ポリカーボネートをバインダー樹脂として電荷輸送剤が約7重量部、物理的強度補強用シリカ粉末を10重量部含有している。
そこで、この実施の形態1では、感光体1に対する帯電手段2として、図2に示すように、黒の感光体1Bを除く他の色の感光体1Y、1C、1Mに対しては、図3に示す非接触ローラ帯電方式の非接触帯電機構2を配置し、かつ黒の感光体1Bに対しては図5に示すスコロトロン帯電方式のコロナ帯電機構20を配置したものである。
感光体1に帯電ローラ2aを接触配置する場合、感光体1表面との安定した接触を得るために前記帯電ローラ2aの表面には弾性層を設けることが多く、この弾性層としては、JIS−A硬度30〜80度程度の導電性ゴムやasker−C15〜60度程度の導電性スポンジ形態の導電性材料が用いられる。その導電性材料としては、NBRやCR、EPDM、ウレタンゴムなどにカーボンや酸化チタンなどの導電性フィラーを混入させた材料や、エピクロロヒドリンゴムのようなイオン導電性をもつ材料や、それらを複合した材料などが使用される。
コロナ放電を利用したコロナ帯電機構20には、コロトロン帯電方式とスコロトロン帯電方式がある。図5及び図6に示したスコロトロン帯電機構21は、黒の感光体1Bに対向した開口部を有する角筒状のシールド22と、このシールド22内に張設された線状の放電電極23と、この放電電極23と前記感光体1Bとの間(図6では、シールド22の開口端部と感光体1Bとの間)にグリッド電極24を配置し、このグリッド電極24に所望の電圧を印加することで感光体1Bを一様に帯電させるものである。
現在の感光体1は、負帯電の有機感光体が主流であり、負放電での帯電ムラ、一様帯電の困難さなどの理由によりコロトロン帯電機構25よりも帯電電位の制御が比較的容易なスコロトロン帯電機構21を用いることが多い。ただし、コロナ放電を利用する帯電方式ではオゾンなどの環境に対し有害なガスが発生するという難点があり、かつ発生したガスを除去するために気流送風装置が必要となり、小型化が難しく、またコストも高くなるという問題があった。
しかしながら、接触式の帯電ローラ方式では、その感光体に与えるハザードの大きさ故に、使用寿命が短くなってしまうという問題がある。また、オフィスで使用される文章は文字が主体であり、カラー化が進んだ現在において、出力される画像の80%はモノクロ画像であるというデーターもあり、使用頻度の高い黒の作像ユニットの交換頻度が特に高くなっており、黒の作像ユニットの交換頻度を下げることは、機械全体のメンテナンス時間の短縮に繋がり、ユーザの生産性向上に貢献する。
さらに詳述すると、AC重畳帯電方式では、黒以外の感光体1Y、1C、1Mの夫々の周面が帯電ローラ2a下を回転通過する間に何回もの放電が生じるため、帯電の均一性に優れている反面、放電回数の多さから感光体へ与える静電的なダメージも大きいという不利な点がある。コロナ放電を利用したスコロトロン帯電機構21の場合も放電により感光体へのダメージを与える。そこで、各感光体1の表面を保護するために表面保護剤を塗布する必要がある。しかし、スコロトロン帯電機構21では、感光体1Bへの放電は、AC重畳帯方式ほど頻繁に発生しないのでダメージは少ないという効果がある。
従って、スコロトロン帯電機構21と非接触帯電機構2の非接触ローラ2aとでは塗布量を変え、それを調整することにより、表面保護剤の消耗を抑えることができるという効果がある。
そこで、表面保護剤の塗布量調整において、放電によるダメージの少ないスコロトロン帯電機構21が配置された黒の感光体1Bへの塗布量は、AC重畳帯電方式を採用する黒以外の感光体1Y、1C、1Mへの塗布量よりも少なくしており、その塗布量調整の詳細については後述する。
現像手段4は、現像剤を担持して感光体1上に供給する現像剤担持体4aと、トナー供給室等を備える。現像剤担持体4aは、中空円筒状の現像剤担持体4aの内部にこれと同軸に固設されたマグネットロールとを備えて回転可能に支持され、感光体1と微小間隔をおいて配置されている。また、現像手段4には、現像剤担持体4a上の現像剤量を規制する現像剤規制部材が備えられ、現像剤担持体4aの外周面に所定量の現像剤を磁気的に吸着して搬送するようになっている。現像剤担持体4aは導電性の非磁性部材で構成されており、現像バイアスを印加するための電源が接続されている。現像剤担持体4aと感光体1との間には、電源から電圧が印加され、現像領域に電界が形成される。
転写手段5は中間転写方式であり、転写紙搬送ベルト10の裏面における各感光体1Y、1C、1M、1Bとの対応位置に配置された所謂タンデム方式の構成となっている。
前述のように、ローラ形状の定着手段6は、定着ローラ6aや加圧ローラ6bがベルト形状に置き換わったベルト定着装置などであってもよい。また、定着熱源としても、ハロゲンランプ以外の外部からの磁力により生じた渦電流によって発熱させるIH定着装置なども用いることができる。
第1クリーニングブレード7aは、金属、樹脂、ゴム等の材質からなるが、フッ素系樹脂、シリコンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等のゴムが好ましく用いられ、この中でも特にウレタンゴムが好ましい。第1クリーニングブレード7aは主に転写後の感光体1上に残留するトナーを除去する。
第2クリーニングブレード7bは転写残トナー以外に感光体1上に付着する、トナー添加剤からなるフィルミング等に付着物質を除去するもので、その材質は、第1クリーニングブレード7aと同等であってもよいが、より感光体1上の付着物質を効率的に除去するために、弾性材料に研磨剤粒子を含有させて得られる研磨剤含有のブレードとすることが好ましい。
なお、第1及び第2クリーニングブレード7a、7bは両方ともある必要はなく、システムの形態に応じていずれか一方もしくは両方と組み合わせて使用することも可能である。
さらに詳述すると、ブラシローラ8bのファーブラシは、ナイロン、アクリル等の樹脂にカーボンブラック等の抵抗制御材料を添加して体積抵抗率3〜6logΩ・cmに調整した材料を用いて形成されている。このようなブラシローラ8bには、潤滑剤削取部材8aを介して固形潤滑剤9に対しバネ等による付勢力で押し当てられている。固形潤滑剤9としては、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレイン酸亜鉛等の金属石鹸を用いることが出来る。これらの金属石鹸は飽和樹脂酸化合物であり、原子構造がラメラ構造となり潤滑作用に優れるという特徴があるため、これらの金属石鹸を用いている。この金属石鹸としては、耐久性、潤滑性に特に優れ、実績のあるステアリン酸亜鉛を用いている。また、固形潤滑剤9としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等を粉体にしたものを固形成形体に塗り込んで潤滑剤成形体としてよい。
なお、中間転写ベルト10は、転写紙を次々に感光体1Y、1C、1M、1Bに接触させて紙面上で色を重ねていく直接転写方式の転写紙搬送ベルトでも応用可能である。
実施例1.
固形潤滑剤9を用いた場合と用いない場合でのクリーニングブレード7aの摩耗の影響を確認するために実験を行った。つまり、感光体1への表面保護剤としての固形潤滑剤9の塗布を行う条件と塗布を行わない条件とで、A4の用紙15万枚の印刷を実施しクリーニングブレード7aの最大摩耗深さを測った。固形潤滑剤9は一つの錘を載せて圧をかけて塗布量を調整した結果を図13に示す。この結果より、例えばドラム(感光体1)の走行距離40kmの時に、固形潤滑剤9を塗ったクリーニングブレード7aでは、約30μmの摩耗に対し、固形潤滑剤9を塗らないクリーニングブレード7aでは約14μmの摩耗であり、潤滑剤9を塗布する時では塗布しない時の2倍以上摩耗していることが分かった。
実施例1と同様に帯電方式の感光体1への影響度合いを確認するために実施例1と同様の条件でA4の用紙15万枚の印刷を行い感光体1表面の摩耗深さを測った結果を図14に示す。表面潤滑剤を塗布する時と塗布しないときでの摩耗深さの差は歴然であり、ドラム走行距離が40kmの時に表面潤滑剤を塗布した感光体1表面の摩耗深さは0.75μmであるのに対し、表面潤滑剤の塗布を行わなかった感光体1の表面の摩耗深さは5.5μmと表面潤滑剤を塗布した時の7倍以上の摩耗であり、潤滑剤塗布の効果を裏付けている。
固形潤滑剤9を塗布しないコロナ放電を用いた装置での表面保護層の効果を確認した例を図15に示す。前記実施例2の場合と同様の条件でA4の用紙15万枚の印刷を行い、感光体表面の摩耗深さを測定した。ドラム走行距離40kmの時に表面保護剤を持つ感光体表面の摩耗深さは0.6μmであったのに対し、表面保護剤を持たない感光体表面の摩耗深さは2.5μmとなり、表面保護層の効果が現れている。
コロナ帯電を用いた装置で固形潤滑剤9の塗布量を調整しクリーニングブレード7a摩耗の影響度を確認した例を図16に示す。前記実施例1と同様の条件でA4の用紙15万枚の印刷を行い、クリーニングブレード7aの摩耗深さを測定した。その測定条件としては、固形潤滑剤9を塗布しない場合、一つの錘を載せた場合、二つの錘を載せた場合の三条件で行った。その結果、ドラム走行距離40km時のクリーニングブレード7aの摩耗深さは表面潤滑剤無しの場合で約14km、一つの錘の場合で約30μm、二つの錘を載せた場合で約44μmの摩耗であり、表面潤滑剤の塗布量の増加に比例してクリーニングブレード7aの摩耗も増加していることが分かった。
Claims (12)
- 回転駆動される複数の感光体と、各感光体に夫々接触配置または非接触配置された帯電手段と、を有して夫々異なる色の画像を形成する複数の画像形成手段を備えた電子写真式画像形成ユニットにおいて、
前記帯電手段は、前記各感光体のうちの少なくとも一つの感光体にコロナ放電するコロナ帯電機構と、前記各感光体のうちの少なくとも他の一つの感光体に非接触にて帯電するとともに直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加される非接触帯電機構と、を含み、
前記非接触帯電機構又は前記コロナ帯電機構が配置された感光体は、表面保護剤を塗布する塗布手段を備え、かつ各感光体ごとに表面潤滑剤の塗布量が調整されるように構成されており、
前記コロナ帯電機構が配置された感光体に塗布される表面保護剤の塗布量を、前記非接触帯電機構が配置された感光体に塗布される表面保護剤の塗布量よりも減少させることを特徴とする画像形成ユニット。 - 前記非接触帯電機構が配置された感光体にはその表面を保護するための表面保護剤を塗布し、
前記コロナ帯電機構が配置された感光体は、該感光体上の付着物を取り除くための研磨手段を有し、且つ表面保護剤を塗布しないことを特徴とする請求項1に記載の画像形成ユニット。 - 前記感光体の表面に塗布する表面保護剤は固形潤滑剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成ユニット。
- 前記固形潤滑剤は金属石鹸であることを特徴とする請求項3に記載の画像形成ユニット。
- 前記固形潤滑剤は金属石鹸の一種であるステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項3又は4に記載の画像形成ユニット。
- 複数の感光体のうちの少なくともコロナ帯電機構が配置された感光体は、この最表層に保護層を有していることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
- 前記感光体の表面保護剤は無機フィラーを含有していることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
- 前記コロナ帯電機構は、複数の感光体のうち最も使用頻度が高い感光体に配置されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
- 最も使用頻度が高い感光体は、黒色画像を形成する感光体であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成ユニット。
- 前記コロナ帯電機構が配置された感光体は、その他の全ての感光体の配列方向における転写紙搬送方向の最下流位置に設置されていることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
- 請求項1乃至10の何れか一項に記載された画像形成ユニットを構成する前記各画像形成手段ごとに構成要素を一体化したプロセスカートリッジであって、画像形成装置本体に対して着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項11に記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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