JP5376275B2 - 像担持体保護剤、保護層形成装置、画像形成装置、プロセスカートリッジおよび画像形成方法 - Google Patents
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また、請求項2の発明は、請求項1の像担持体保護剤において、前記微粒子として、平均一次粒径が0.1[μm]以上、2.0[μm]以下の微粒子を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の像担持体保護剤において、前記微粒子として、無機微粒子を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の像担持体保護剤において、前記無機微粒子として、アルミナを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4いずれかの像担持体保護剤において、脂肪酸金属塩を含有したことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の像担持体保護剤において、前記脂肪酸金属塩として、ステアリン酸亜鉛を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項5または6の像担持体保護剤において、前記脂肪酸金属塩を、前記ワックスの重量と前記微粒子の重量の和に対して、1[重量%]以上、10[重量%]以下としたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1乃至7いずれかの像担持体保護剤において、前記ワックスと相溶する樹脂として、ノルボルネン類を構成単位として含む重合体または共重合体を含む樹脂を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項8の像担持体保護剤において、前記ノルボルネン類を構成単位として含む重合体または共重合体を含む樹脂として、α−オレフィン−ノルボルネン共重合体を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、前記像担持体表面への近接放電から前記像担持体を保護する像担持体保護剤を像担持体表面に塗布または付着させて像担持体表面に保護層を形成する保護層形成装置において、前記像担持体保護剤として、請求項1乃至9いずれかの像担持体保護剤を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項10の保護層形成装置において、前記像担持体表面に保護剤を塗布または付着させるための保護剤供給手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、像担持体と、近接放電により前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、表面が帯電した前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上の潜像を現像する現像手段と、現像後のトナー像を転写材に転写した後に像担持体と摺擦する除去部材によって前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、像担持体表面に像担持体保護剤を塗布または付着させて前記像担持体表面に保護層を形成する保護層形成手段とを備えた画像形成装置において、前記保護層形成手段として、請求項10または11の保護層形成装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、請求項12の画像形成装置において、前記保護層形成手段を、前記除去部材よりも前記像担持体表面移動方向下流側、かつ、前記帯電手段よりも前記像担持体表面移動方向上流側に配置したことを特徴とするものである。
また、請求項14の発明は、請求項12または13の画像形成装置において、前記像担持体と接触または前記像担持体に近接配置された帯電部材を備え、前記帯電部材からの近接放電により前記像担持体表面を帯電するよう前記帯電手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項15の発明は、請求項14の画像形成装置において、前記帯電部材に印加する電圧が、直流成分に交流成分を重畳した電圧であることを特徴とするものである。
また、請求項16の発明は、像担持体と、少なくとも前記像担持体表面への近接放電から前記像担持体を保護する像担持体保護剤を像担持体表面に塗布または付着させて像担持体表面に保護層を形成する保護層形成手段とを一体的に形成し、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスユニットにおいて、前記保護層形成手段として、請求項10または11の保護層形成装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項17の発明は、請求項16のプロセスユニットにおいて、前記保護層形成手段よりも前記像担持体表面移動方向上流側に配置され、現像後のトナー像を転写材に転写した後に像担持体と摺擦する除去部材によって前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項18の発明は、請求項16または17のプロセスユニットにおいて、前記像担持体と接触または前記像担持体に近接配置された帯電部材を備え、前記帯電部材からの近接放電により前記像担持体表面を帯電する帯電手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項19の発明は、請求項16乃至18いずれかのプロセスユニットを備えた画像形成装置。
また、請求項20の発明は、近接放電により像担持体を帯電させる工程と、表面が帯電した前記像担持体表面に潜像を形成する工程と、前記像担持体上の潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する工程と、前記可視像を転写材に転写する転写工程と、転写後の前記像担持体表面の転写残トナーをクリーニングブレードで除去する工程と、前記像担持体表面に像担持体保護剤を塗布または付着させる工程とを有する画像形成方法において、前記像担持体保護剤として請求項1乃至9いずれかの像担持体保護剤を用いたことを特徴とするものである。
まず、本実施形態に係る複写機の基本的な構成について説明する。図1は、本実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。この複写機は、プリンタ部1と、白紙供給装置100と、原稿搬送読取ユニット150とを備えている。原稿搬送読取ユニット150は、プリンタ部1の上に固定された原稿読取装置たるスキャナ160と、これに支持される原稿搬送装置たるADF170とを有している。
また、撓みの程度を調整するために、ジエン系ゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ヒドリンゴム、ノルボルネンゴム等を複合して用いても良い。
表面層を形成する材料としては、PFA、PTFE、FEP、PVdF等のフッ素樹脂や、フッ素系ゴム、メチルフェニルシリコーンエラストマー等のシリコーン系エラストマー等を、必要により充填剤と共に、用いることができるが、これに限定されるものではない。
感光体3Yの表面に当接又は近接するように配設した帯電ローラ16Yの近接放電による帯電では、放電が感光体の表面近傍で起こるため、感光体表面で多量の活性種や反応生成物が発生し、これらが感光体表面に吸着し、感光体表面の付着力が増加してしまう。その結果、感光体表面の転写残トナーなどが感光体に付着するフィルミングが発生してしまう。また、近接放電による荷電粒子の衝突などによって感光体表面の樹脂の分子鎖の切断による低分子化、高分子鎖の絡み合い度の低下、樹脂の蒸発などの化学的な劣化が生じる。しかしながら、本複写機においては、保護層形成装置によって、感光体表面に保護層を形成して、感光体表面にかかる電気的なストレスを保護層によって保護している。これにより、感光体表面の付着力増加や化学的な劣化を抑制することができ、経時的な画像の変動や使用環境による画像の変動を大幅に抑制でき、安定した画像品質を得ることができる。
保護剤21Yの主成分となるワックスとしては、脂肪族飽和炭化水素、脂肪族不飽和炭化水素、脂環式飽和炭化水素、脂環式不飽和炭化水素や芳香族炭化水素に分類される炭化水素ワックス類;カルナウバロウ、米ぬかロウ、キャンデリラロウ等の植物性天然ワックス類;蜜ロウ、雪ロウ等の動物性天然ワックス類が例として挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。特に、分子内の結合が、反応性が低く安定した飽和結合のみからなる、脂肪族飽和炭化水素、脂環式飽和炭化水素が好ましく、中でもノルマルパラフィン、イソパラフィンおよびシクロパラフィンが、付加反応が生じ難く化学的に安定であり、実使用の大気中で酸化反応を生じにくいため、経時安定性の面で好ましく用いられる。
保護層形成装置による保護剤塗布位置を、クリーニングブレード20Yによるクリーニング位置よりも感光体表面移動方向上流側に設けて、クリーニングブレード20Yを均しブレードと兼用させた装置おいて、保護剤としてワックスを用いた場合、画像面積率の低い画像を連続出力したとき、フィルミングが発生していることを本発明者らは、発見した。この現象から、本発明者らは、トナーやトナーの外添剤などのような微粒子の入力有無によってワックスの被覆状態が変化したのではないかと考えた。すなわち、画像面積率の低い画像を連続出力した場合は、トナーなどの微粒子の入力がほとんどないので、ワックスが均一に塗布されずにフィルミングが発生したと考えたのである。
実験結果から明らかなように、ワックスにアルミナ微粒子を添加したものが図中点線で示した理想の推移に最も近くなっており、アルミナ微粒子はワックスに対して塗布性及び除去性を促進させる作用が大きいことがわかる。また、ステアリン酸亜鉛に対しては微粒子を含有することによる塗布性及び除去性の効果は、ほとんど発揮されないことも明らかとなった。
また、AC帯電後のワックスを観察したところ、ワックスが劣化して潤滑性が低下していること、またイオン性物質を取り込んで粘性が増していることも確認された。
実験は、ワックスに微粒子を添加した保護剤粉体に、脂肪酸金属塩であるステアリン酸亜鉛(ZnST)を添加しないものと、保護剤中に含まれるワックス及び微粒子の重量の和に対して5[重量%]加えたものを、感光体に見立てたポリカーボネート樹脂塗膜上に一定時間(十分に被覆されるまで)塗布した後、AC帯電印可有無の下でゴム部材で摺擦したときの水接触角変化を調べた。なお、この実験ではAC帯電条件としてピーク間電圧Vpp=2.2[kV]、周波数f=900[Hz]、直流電圧Vdc=0[V]に設定した。
図6は、その実験結果である。図に示すように、AC帯電の有無どちらの場合においても、ステアリン酸亜鉛が加えられた保護剤の方が、表中点線で示した保護剤塗布前の水接触角の値に戻るまでの時間が早いことが判る。このことはステアリン酸亜鉛が添加されたことにより、保護剤成分がより機械的に除去されやすくなっていることを示している。
特にノルボルネン系共重合体は、ワックス成分との馴染みがよく、ワックスの延展補助材となるばかりでなく、透明性が高く、低誘電率であり、ワックス成分と共に光学特性、静電特性に優れた良好な像担自体表面保護膜となるため、好ましく用いることができる。
さらに、ノルボルネン共重合体の中でも、エチレン、プロピレン等のα−オレフィンとノルボルネンの共重合体を用いることで、耐フィルミング性に優れた結果を得ることができ最も好ましい。これは、α−オレフィン−ノルボルネン共重合体の長鎖アルキル部分が持つ低表面エネルギー性により、ワックス単独での使用時よりも保護層とトナーとの付着力を低減することができるためと推測している。
これらの樹脂はワックスの特性を阻害しないため、好ましい添加量は材料によって異なり、それぞれワックスと良好な相溶性を示す範囲を選んで構わないが、一般的にはワックスと微粒子の重量の和に対して1[重量%]以上30[重量%]以下が好ましい。
まず、加熱溶融したワックスに微粒子、及び必要に応じてワックスと相溶する樹脂を混合し、スターラー等で十分に攪拌し、冷却し、固体化する。次に、固体状保護剤を粉砕器にて粉砕し、粉末化する。必要に応じて、粉体状保護剤に脂肪酸金属塩粉末を加え、オースタミキサー等で十分に攪拌する。以上の工程により、保護剤を得ることができる。
また、これら粉体状の保護剤を圧縮成型する等して、バー状に成型して使用してもよい。
実施例および比較例の保護剤の処方を表1に示す。
表1に示した保護剤1〜21は、次のようにして製造したものである。ワックスを蓋付きのガラス製容器に入れ、120[℃]に温度制御したホットスターラーにより、攪拌しつつ溶融した後、微粒子、及びワックスと相溶する樹脂を投入し、更に20分間攪拌した。次に、予め85[℃]に加熱したアルミニウム製の金型を満たすように、溶融した各保護剤処方組成物を流し込み、50[℃]まで室温雰囲気で放冷後、温度設定をした恒温槽にて60℃まで再加熱して、その温度で20分間保持し、その後、室温まで放冷した。冷却後、保護剤固形物を型から外し、粉砕機にて粒径100[μm]以下の粒子に粉砕して粉体状の保護剤を得た。また、処方中に脂肪酸金属塩を含有する保護剤については、更に脂肪酸金属塩を混合し、オースタミキサーにて30秒間攪拌を行った。以上のようにして、保護剤1〜21を製造した。なお、保護剤22はワックスのみを溶融した後冷却粉砕して作製した。また、保護剤23は微粒子と脂肪酸金属塩をそのままオースタミキサーにて混合して作製した。
転写工程に引き続き、感光体表面が、クリーニングブレードによるクリーニング位置、保護層形成装置29Yによる保護剤塗布位置、保護層形成用ブレード部材たる均しブレード23Yによる保護剤均し位置を順次通過するよう、外径40[mm]の感光体の周りに、各部材を配置したプロセスカートリッジを作成した。保護層形成装置の保護剤収容部には、表1に示す保護剤1を収容した。なお、帯電ローラとしては直径12[mm]の硬質樹脂ローラを用い、感光体とのギャップを50[μm]に調整した。
上記プロセスカートリッジが搭載可能なように改造したリコー製カラーMFP imagio MP C3500に上記プロセスカートリッジを搭載し試験機を作成した。そして、この試験機を用いてA4版、画像面積率6%原稿5万枚の連続通紙試験を行なった。帯電条件としては−600[V]のDC成分に、AC成分としてピーク間電圧Vpp=3[kV]、周波数=1.5[kHz]の正弦波を重畳した交番電界を印加した。試験後の像担持体について摩耗量の測定、フィルミングの目視観察、及び帯電ローラ汚れの目視観察を行った。更に試験後の画像品質を、32℃/80%RHの高温高湿環境および10℃/15%RHの低温低湿環境にて確認し、各環境下での異常画像の有無を調べた(高温高湿環境ではフィルミングによる画像ボケが、低温低湿環境では帯電ローラ汚れまたはクリーニング不良による黒スジが発生しやすい)。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤2を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤3を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤4を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤5を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤6を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤7を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤8を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤9を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤10を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤11を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤12を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤13を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤14を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤15を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤16を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤17を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤18を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤19を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤20を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤21を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
[実施例22]
転写工程に引き続き、感光体表面が、保護層形成装置29Yによる保護剤塗布位置、カウンタータイプのクリーニングブレード20Yによるクリーニング位置を順次通過するよう、外径40[mm]の感光体の周りに、各部材を配置したプロセスカートリッジを作成した。保護層形成装置の保護剤収容部には、表1に示す保護剤7を収容した。なお、帯電ローラとしては直径12[mm]の硬質樹脂ローラを用い、感光体とのギャップを50[μm]に調整した。上記プロセスカートリッジを、上記プロセスカートリッジ搭載可能なように改造したリコー製カラーMFP imagio MP C3500に搭載し、A4版、画像面積率6%原稿5万枚の連続通紙試験を行ない、実施例7と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤22を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
実施例1における保護剤1の代わりに保護剤23を保護層形成装置の保護剤収容部に収納して実施例1と同様の評価を行った。
3Y,M,C,K:感光体(像担持体)
19Y:塗布ブラシローラ(塗布部材)
21Y:固形潤滑剤(潤滑剤粉末の前駆体)
Claims (20)
- 像担持体表面に塗布され、前記像担持体表面への近接放電から前記像担持体を保護する像担持体保護剤において、
微粒子を含有したワックスからなり、
前記ワックスの含有量を、前記ワックスの重量と前記微粒子の重量の和に対して、20[重量%]以上、60[重量%]以下とし、
ワックスと相溶する樹脂を含有したことを特徴とした像担持体保護剤。 - 請求項1の像担持体保護剤において、
前記微粒子として、平均一次粒径が0.1[μm]以上、2.0[μm]以下の微粒子を用いたことを特徴とする像担持体保護剤。 - 請求項1または2の像担持体保護剤において、
前記微粒子として、無機微粒子を用いたことを特徴とする像担持体保護剤。 - 請求項3の像担持体保護剤において、
前記無機微粒子として、アルミナを用いたことを特徴とする像担持体保護剤。 - 請求項1乃至4いずれかの像担持体保護剤において、
脂肪酸金属塩を含有したことを特徴とする像担持体保護剤。 - 請求項5の像担持体保護剤において、
前記脂肪酸金属塩として、ステアリン酸亜鉛を用いたことを特徴とする像担持体保護剤。 - 請求項5または6の像担持体保護剤において、
前記脂肪酸金属塩を、前記ワックスの重量と前記微粒子の重量の和に対して、1[重量%]以上、10[重量%]以下としたことを特徴とする像担持体保護剤。 - 請求項1乃至7いずれかの像担持体保護剤において、
前記ワックスと相溶する樹脂として、ノルボルネン類を構成単位として含む重合体または共重合体を含む樹脂を用いたことを特徴とする像担持体保護剤。 - 請求項8の像担持体保護剤において、
前記ノルボルネン類を構成単位として含む重合体または共重合体を含む樹脂として、α−オレフィン−ノルボルネン共重合体を用いたことを特徴とする像担持体保護剤。 - 前記像担持体表面への近接放電から前記像担持体を保護する像担持体保護剤を像担持体表面に塗布または付着させて像担持体表面に保護層を形成する保護層形成装置において、
前記像担持体保護剤として、請求項1乃至9いずれかの像担持体保護剤を用いたことを特徴とする保護層形成装置。 - 請求項10の保護層形成装置において、
前記像担持体表面に保護剤を塗布または付着させるための保護剤供給手段を設けたことを特徴とする保護層形成装置。 - 像担持体と、
近接放電により前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、
表面が帯電した前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
前記像担持体上の潜像を現像する現像手段と、
現像後のトナー像を転写材に転写した後に像担持体と摺擦する除去部材によって前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、
像担持体表面に像担持体保護剤を塗布または付着させて前記像担持体表面に保護層を形成する保護層形成手段とを備えた画像形成装置において、
前記保護層形成手段として、請求項10または11の保護層形成装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項12の画像形成装置において、
前記保護層形成手段を、前記除去部材よりも前記像担持体表面移動方向下流側、かつ、前記帯電手段よりも前記像担持体表面移動方向上流側に配置したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項12または13の画像形成装置において、
前記像担持体と接触または前記像担持体に近接配置された帯電部材を備え、前記帯電部材からの近接放電により前記像担持体表面を帯電するよう前記帯電手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項14の画像形成装置において、
前記帯電部材に印加する電圧が、直流成分に交流成分を重畳した電圧であることを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体と、少なくとも前記像担持体表面への近接放電から前記像担持体を保護する像担持体保護剤を像担持体表面に塗布または付着させて像担持体表面に保護層を形成する保護層形成手段とを一体的に形成し、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスユニットにおいて、
前記保護層形成手段として、請求項10または11の保護層形成装置を用いたことを特徴とするプロセスユニット。 - 請求項16のプロセスユニットにおいて、
前記保護層形成手段よりも前記像担持体表面移動方向上流側に配置され、現像後のトナー像を転写材に転写した後に像担持体と摺擦する除去部材によって前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段を備えたことを特徴とするプロセスユニット。 - 請求項16または17のプロセスユニットにおいて、
前記像担持体と接触または前記像担持体に近接配置された帯電部材を備え、前記帯電部材からの近接放電により前記像担持体表面を帯電する帯電手段を備えたことを特徴とするプロセスユニット。 - 請求項16乃至18いずれかのプロセスユニットを備えた画像形成装置。
- 近接放電により像担持体を帯電させる工程と、
表面が帯電した前記像担持体表面に潜像を形成する工程と、
前記像担持体上の潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する工程と、
前記可視像を転写材に転写する転写工程と、
転写後の前記像担持体表面の転写残トナーをクリーニングブレードで除去する工程と、
前記像担持体表面に像担持体保護剤を塗布または付着させる工程とを有する画像形成方法において、
前記像担持体保護剤として請求項1乃至9いずれかの像担持体保護剤を用いたことを特徴とする画像形成方法。
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