JP6572060B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
0.6≦(D/(A×B/C))/(1+E/10)≦0.82
A(デニール):前記毛の繊維太さ
B(kF/inch2):繊維の植毛密度
C(mm):ブラシ繊維長
D:温度23℃湿度50%の環境下でビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行った時の弾性変形率
E:トナー粒子100質量部に対する前記無機微粒子の添加量
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする。
0.6≦(D/(A×B/C))/(1+E/20)≦0.82
A(デニール):前記毛の繊維太さ
B(kF/inch2):繊維の植毛密度
C(mm):ブラシ繊維長
D:温度23℃湿度50%の環境下でビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行った時の弾性変形率
E:トナー粒子100質量部に対する前記無機微粒子の添加量
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする。
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して説明する。
図1は本発明の画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置はY、M、C、K、それぞれの画像形成部に以下の構成を有する。画像形成部は感光体1を有しており、その周囲には画像形成手段として帯電部2、露光部3、現像部4、一次転写部5、そして、クリーニング手段としてブラシ状の回転部材であるファーブラシ6とクリーニングブレード7が設けられている。感光体1に現像されたトナー像は、一次転写部5により中間転写ベルト8に転写される。中間転写ベルト8に転写されたトナーは、二次転写部8により記録材12に転写され、定着部11により熱と圧により記録材12に定着される。二次転写後の中間転写ベルト7に残った転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング9により、中間転写ベルト8から除去される。
トナーは磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される構成となっている。本発明では、キャリアはフェライトを含む材料で形成され平均粒径が約40μmのもの、トナーはポリエステルを主体とした樹脂バインダーに顔料、WAX成分を混練したものを粉砕分級して得られた平均粒径が約6μmのトナーを用いている。電荷制御および流動性付与、転写性向上などの目的でトナー表層には数種類の外添成分を付着させている。外添成分としては、シリカ、および、酸化チタンなどの他に、一次粒子の平均粒径が30〜300nmであり、立方体状の粒子形状及び/又は直方体状の粒子形状を有し且つペロブスカイト型結晶を持つ無機の微粒子を外添した。本実施例においては、チタン酸ストロンチウム微粉体を、ペロブスカイト型結晶を持つ無機の微粒子として外添した。
摩擦帯電量=CV/(W1−W2)
感光体1は、本発明では軸方向の長さ360mm、外径84mmの負帯電性の有機感光体(OPC)のドラムである。感光体は導電性基体上に、有機光導電体を主成分とする光導電層を備えた感光層が形成されている。OPCは一般的には導電性基体としての金属基体の上に有機材料から成る電荷発生層、電荷輸送層、表面保護層が積層されて構成される。たとえば、特開2005−43806号公報に記載されている材質を用いて、それぞれの層を構成した。本実施例においては、感光体の最表層は、たとえば電子線照射装置(EC150/45/40mA、岩崎電気(株)製)を用いて表面を硬化処理したタイプの感光体を用いた。
HU=Ff(N)/Sf(mm^2) (数式1)
また、弾性変形率は、圧子が測定対象(電子写真感光体の周面)に対して行った仕事量(エネルギー)、すなわち、圧子の測定対象(電子写真感光体の周面)に対する荷重の増減によるエネルギーの変化より求めることができる。具体的には、弾性変形仕事量Weを全仕事量Wtで除した値(We/Wt)が弾性変形率である。なお、全仕事量Wtは、図6のA−B−D−Aで囲まれる領域の面積であり、弾性変形仕事量Weは、C−B−D−Cで囲まれる領域の面積である。
本発明での帯電部2は、コロナ帯電器である。コロナ帯電器は、放電電極とグリッド電極を有し、放電電極に高圧を印加し、放電現象を利用して感光体1を均一に帯電させていく。本実施例では、放電電極に−1000μAを印加し、グリッド電極に−600Vを印加し、回転する感光ドラム1の表面電位が約−500Vに一様に帯電処理される。帯電電位は、ネガ極性であり、ネガ側に感光ドラムを帯電させている。帯電電位は環境や画像形成装置の状態により現像バイアス値と合わせて変更している。本実施例ではコロナ帯電器であるが、他の構成として接触式の帯電ローラを用いて帯電させてもよい。
露光部3は、帯電部2により表面が一様に帯電された感光体1に対し、画像情報に基づき、画像露光を行う半導体レーザを備えている。レーザ光による露光電位は−200Vである。なお本発明では、半導体レーザを用いる例について説明するが、LED等の別の構成を用いても構わない。
現像部4は、非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物である二成分現像剤を収容した現像容器と、この現像容器の開口部に回転可能に設けられた現像スリーブとを備えている。本発明では、現像スリーブの軸方向の長さは325mmである。現像スリーブは、その内部に固定配置されたマグネットにより現像容器内の現像剤を磁気的に保持し、感光体1とのギャップ部である現像部へ搬送する機能を有している。現像スリーブには直流電圧(−400V)と交流電圧(Vppが1600V)を重畳した現像バイアスを印加する高圧電源が接続されており、この現像バイアスによりトナーを静電潜像に付着させることで現像処理が行われる。現像バイアスの設定値は一例であり感光体の帯電電位や露光電位に応じて適宜、調整した値に設定している。
中間転写体8は無端ベルト状であり、裏面側から樹脂層、弾性層、表層の3層構造をもつ構成である。樹脂層を構成する樹脂材料として、ポリイミド、ポリカーボネート等の材料が用いられていて、厚みは70〜100μmとなっている。また、弾性層を構成する弾性材料として、ウレタンゴム、クロロプレンゴム等の材料が用いられていて、厚みは200〜250μmとなっている。
図2はクリーニング部の詳細断面図である。クリーニング部はハウジング20を備え、ファーブラシ(トナー掻き取り手段、かつ像担持体研磨手段)である回転部材6を具備している。さらに中間転写体8の回転方向において、ファ−ブラシ6の下流側には感光体1表面に当接するクリーニングブレード7が配置されている。ファーブラシ6は感光体1に対して侵入量0.5mmで配設され、感光体1の表層に接触しながら回転する。
クリーニングブレード7はウレタンゴム製であり、感光体1の軸方向の長さは340mmであり、所定の押圧力で感光体1に当接している。押圧力は600〜1600gfの範囲が好適であり、本実施例では押圧力は1150gfである。また、ブレード当接角は20°〜30°が好適であり、本実施例では、27°である。クリーニングブレード7の要求物性としては、硬度(IRHD)が60°以上、85°以下、25℃環境下における反発弾性係数15〜60%、引張り試験における切断時伸びが300%以下、ヤング率50〜200kg/cm2、100%モジュラス4.0Mpa〜9.0MPaの範囲が好適である。より好ましくは、硬度(IRHD)が70°以上、80°以下、引張り試験における切断時伸びが250%以下、25℃における反発弾性率が15%以上、35%以下である。それぞれの要求物性の測定方法は、硬度(IRHD)は、作製したクリーニングブレードにウォーレス(H.W.WALLACE)社製の硬度計を用い、JIS K 6253に基づいて測定を行った。100%モジュラスの測定は、作製したクリーニングブレードに上島製作所製の引張り試験機(ユニトロン TS−3013)を用い、JIS K 6251に基づいて測定を行った。また、引張り試験における切断時伸びの測定は、作製したクリーニングブレードに上島製作所製の引張り試験機(ユニトロン TS−3013)を用い、JIS K 6251に基づいて測定を行った。次に、反発弾性率の測定は、作製したクリーニングブレードに上島製作所製のリュプケ式反発弾性試験装置を用い、JIS K 6255に基づいて25℃環境下にて測定を行った値である。
クリーニングブレード7の感光体1の回転方向上流側に位置するファーブラシ6について説明する。回転部材であるファーブラシ6はその回転軸に繊維が植毛されたものである。直径12mmの金属製の回転軸に繊維を植毛した布材を巻き付けて製作されている。ファーブラシ6の繊維は10デニールのポリエステル製の単繊維を束ねた繊維を、植毛密度30kF/inch 2 (単繊維当たり植毛密度)で基材に植毛したものである。
感光体表層の削れ量は、ファーブラシ6の構成に影響されることが判明した。その詳細を以下に述べる。まず、上述のように、ファーブラシ繊維の導電材の分散状態は芯鞘形状タイプを採用した。芯鞘形状タイプを採用するに至った検討結果を説明する。検討としては、ブラシ繊維材質と、ブラシ繊維断面の図3(A)〜(D)で説明した導電材の分散タイプをふった以下1)〜4)のファーブラシを準備した。それぞれのファーブラシの繊維は10デニールの各材質の単繊維を束ねた繊維を、植毛密度30kF/inch2(単繊維当たり植毛密度)で基材に植毛したものである。ファーブラシ外径と芯金外径差から求めた繊維の長さ(=ブラシ長さ)は4.2mmで揃えた。
1)アクリル製、全面分散タイプ
2)ナイロン製、全面分散タイプ
3)ポリエステル製、全面分散タイプ
4)ポリエステル製、芯鞘(C)タイプ
準備した其々のファーブラシ6を画像形成装置に組み込み、一定量のトナーが来た時のファーブラシ通過前後のトナー量を測定し、その比率を算出してトナーの掻きとり性とした。もうひとつの測定項目としては、ファーブラシ部で掻き取ったトナーを回収し、蛍光X線の強度比から外添成分比をトナー回周前と回収後にて比較測定した。その結果、どれも大差ないと判断した。
・感光体1の回転速度を400mm/secから300mm/secに変更する構成
・一次転写部の一次転写圧や一次転写高圧、帯電部によって帯電させる帯電電位を−800Vに変更する構成(コロナ帯電器の放電電極に流す電流やグリッド電極の設定値を変更)
・現像部の現像高圧、クリーニング性を損なわない範囲でクリーニングブレードの処方や設定を変更する構成
・画像形成装置の設置環境を変更するなど種々の条件を変更する構成
それぞれについて、感光体の表層の削れ量を確認したが、感光体の表層の削れ量に対する寄与度は、研磨剤やファーブラシ処方に比べて大きく低い点がわかった。
本実施例における画像形成装置の概略構成は、実施例1と同じである。本実施例では、感光体内部に感光体表層の温度を制御するドラムヒータ300を配設したことである。以下にドラムヒータの説明をする。
次に、本実施例に係るドラムヒータ300について図8を用いて説明する。像担持体の加熱手段であるドラムヒータ300として、発熱用のコイルをポリカーボネート製のシート上に配置した面状発熱体を使用した。面状発熱体は円筒状にした状態で感光体1の内部に備えられ、図8に示すように本実施例では感光体1に装着される。すなわち、面状発熱体300が感光体1の内側に沿うように装着される。発熱体である面状発熱体はヒータ電源201から電圧が印加されて発熱し、感光体1を加熱する。その際、加熱される感光体1の表面はサーミスタ200で温度情報を検出されて制御部であるCPU303により温調されている。なお、感光体1とドラムヒータ300が回転可能となるようにヒータ電源201からの供給ラインとCPU303からサーミスタ200へのラインは直結されている。実際には、スリップリング等を介して接続できるが、これについての説明は省略する。なお、ドラムヒータの消費電力は60Wとした。
2 帯電装置
3 露光手段
4 現像装置
5 一次転写手段
6 清掃部材(回転部材、ファーブラシ)
7 クリーニングブレード
8 中間転写体
10 二次転写手段
11 定着装置
20 ハウジング
60 スクレーパ
61 搬送スクリュー
62 回転制御装置
Claims (10)
- トナー像を担持する回転可能な感光体と、一次粒子の平均粒径が30〜300nmであり、立方体状の粒子形状及び/又は直方体状の粒子形状を有し且つペロブスカイト型結晶を有する無機微粒子が外添されたトナーを用いて感光体にトナー像を形成する画像形成手段と、転写後に感光体に残留したトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、前記感光体の回転方向においてクリーニングブレードよりも上流側に配置され、導電性を有する芯部と前記芯部を被覆するよう構成されたポリエステルを有する被覆部からなる毛から形成されるブラシ状の回転部材を有し、前記感光体の弾性変形率と無機微粒子の添加量と回転部材は、
0.6≦(D/(A×B/C))/(1+E/10)≦0.82
A(デニール):前記毛の繊維太さ
B(kF/inch2):繊維の植毛密度
C(mm):ブラシ繊維長
D:温度23℃湿度50%の環境下でビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行った時の弾性変形率
E:トナー粒子100質量部に対する前記無機微粒子の添加量
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 0.64≦(D/(A×B/C))/(1+E/10)≦0.74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。
- トナー像を担持する回転可能な感光体と、一次粒子の平均粒径が30〜300nmであり、立方体状の粒子形状及び/又は直方体状の粒子形状を有し且つペロブスカイト型結晶を有する無機微粒子が外添されたトナーを用いて感光体にトナー像を形成する画像形成手段と、転写後に感光体に残留したトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、前記感光体の回転方向においてクリーニングブレードよりも上流側に配置され、ポリエステル製の毛に導電物質が分散された毛から形成されるブラシ状の回転部材を有し、前記感光体の弾性変形率と無機微粒子の添加量と回転部材は、
0.6≦(D/(A×B/C))/(1+E/20)≦0.82
A(デニール):前記毛の繊維太さ
B(kF/inch2):繊維の植毛密度
C(mm):ブラシ繊維長
D:温度23℃湿度50%の環境下でビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行った時の弾性変形率
E:トナー粒子100質量部に対する前記無機微粒子の添加量
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 0.64≦(D/(A×B/C))/(1+E/20)≦0.74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。
- トナー像を担持する回転可能な感光体と、一次粒子の平均粒径が30〜300nmであり、立方体状の粒子形状及び/又は直方体状の粒子形状を有し且つペロブスカイト型結晶を有する無機微粒子が外添されたトナーを用いて感光体にトナー像を形成する画像形成手段と、前記感光体を加熱する加熱部材と、転写後に感光体に残留したトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、前記感光体の回転方向においてクリーニングブレードよりも上流側に配置され、導電性を有する芯部と前記芯部を被覆するよう構成されたポリエステルを有する被覆部からなる毛から形成されるブラシ状の回転部材を有し、前記感光体の弾性変形率と無機微粒子の添加量と回転部材は、
0.6≦(D/(A×B/C))/(1+E/10)≦0.85
A(デニール):前記毛の繊維太さ
B(kF/inch2):繊維の植毛密度
C(mm):ブラシ繊維長
D:温度23℃湿度50%の環境下でビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行った時の弾性変形率
E:トナー粒子100質量部に対する前記無機微粒子の添加量
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 0.64≦(D/(A×B/C))/(1+E/10)≦0.77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。
- トナー像を担持する回転可能な感光体と、一次粒子の平均粒径が30〜300nmであり、立方体状の粒子形状及び/又は直方体状の粒子形状を有し且つペロブスカイト型結晶を有する無機微粒子が外添されたトナーを用いて感光体にトナー像を形成する画像形成手段と、前記感光体を加熱する加熱部材と、転写後に感光体に残留したトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、前記感光体の回転方向においてクリーニングブレードよりも上流側に配置され、ポリエステル製の毛に導電物質が分散された毛から形成されるブラシ状の回転部材を有し、前記感光体の弾性変形率と無機微粒子の添加量と回転部材は、
0.6≦(D/(A×B/C))/(1+E/20)≦0.85
A(デニール):前記毛の繊維太さ
B(kF/inch2):繊維の植毛密度
C(mm):ブラシ繊維長
D:温度23℃湿度50%の環境下でビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行った時の弾性変形率
E:トナー粒子100質量部に対する前記無機微粒子の添加量
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 0.64≦(D/(A×B/C))/(1+E/20)≦0.77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は反発弾性率が15〜60%の範囲のウレタンゴムであることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記感光体の表面は電子線により硬化処理したことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれかに記載の画像形成装置。
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