JPWO2008001463A1 - プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

高温高湿環境下においてりシールシートの転写残トナーの堆積性堆積すること、及び堆積したトナーの脱落を抑制することを目的とする。感光ドラム100と、トナーを除去するクリーニングブレード601と、クリーニングブレード601で除去されたトナーを収容する収容部603と、トナーの漏れ出しを防止するシールシート602と、を備え、シールシート602よりも感光ドラム100の移動方向上流側で除電を行なう画像形成装置において、シールシート602と感光ドラム100との仕事関数の差を0.25ｅＶ以上とする。

Description

本発明は電子写真感光体から記録メディアに現像剤像を転写した後に、該電子写真感光体に残留した現像剤を除去するクリーニング部材を有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。

電子写真画像形成装置は、電子写真感光体上に潜像を形成し、この潜像を現像剤（以下「トナー」という）によって現像して可視像化し、このトナー像を転写手段によって記録メディアに転写して画像形成する。このような電子写真画像形成装置において、転写終了後の電子写真感光体は、クリーニング装置により転写残トナー等の付着物が除去され、再使用に備えられる。

図９は転写手段による転写工程後の感光ドラム100とクリーニング装置600とを図示している。感光ドラム100は矢印Ａ方向に移動しており、転写工程において転写されずに感光ドラム100上に残った転写残トナー001は、ついでクリーニング装置600に至ることになる。

クリーニング装置600は、ゴム弾性を有するクリーニングブレード601と、クリーニングブレード601により除去された転写残トナー等の付着物を収容する収容部603と、シール部材としてのシールシート602を備える。シールシート602はクリーニングブレード601よりも感光ドラム移動方向上流で感光ドラム100の表面に接触し、感光ドラム100上のトナーを感光ドラム100の移動方向に対しては通過させるように接触している。シールシート602と感光ドラム100のニップ部Ｎを通過した転写残トナー003は、クリーニングブレード601によって感光ドラム100の表面から除去される。除去されたトナー005は、シールシート602によって捕集されトナー収容部603内に収容される。

上記シールシート602は、その自由端縁が感光ドラム100の外周面に接触するように、感光ドラム100に対して傾斜して配置されている。なお、シールシート602は、感光ドラム100の回転方向に対して、感光ドラム100とシールシート602の空隙が狭くなっていくように配置されている。

上記シールシート602としては、感光ドラム100とのニップ部Ｎにおいて空隙が生ずることがないよう弾性があるものが用いられ、感光ドラム100と良好に密着するものが好ましい。密着性が良い方がクリーニングブレード601により掻き落とされたトナーが、感光ドラム100とシールシート602とのニップ部Ｎから収容部の外側へ漏れ出すことを防止することができるからである。

好適なシールシートとして、熱可塑性ウレタンからなるシールシートが知られている（特許文献１）。なお、シールシートと感光ドラムとの接触圧は、感光ドラムの感光層を傷つけることのないような値で、且つ感光ドラム上のトナーが感光ドラムの移動によってニップ部Ｎを通過するような適切な値であることが好ましい。

実公平１−２１３２３号公報

図９に示すようなクリーニング装置を採用した画像形成装置であって、転写工程を行なう位置よりも感光ドラム100の移動方向下流側、且つシールシート602よりも感光ドラム100の移動方向上流側の位置において感光ドラム100の除電を行なう構成を採用することがある。これは、クリーニング装置に転写残トナーが突入する前に感光ドラム１００の除電を行なうことで、転写残トナーと感光ドラム100との間の静電的な付着力を弱めることができ、クリーニング装置における転写残トナーの除去を良好に行なうことができるからである。ところが、上記のような構成を採用とした場合、高温高湿環境下で長時間画像形成を繰り返すと、転写残トナーの一部がシール部材である上記シールシートでせき止められてしまうことがある。そして、当該せき止められたトナーがクリーニング装置に回収されずに感光ドラム表面から脱落してしまう。

上記現象について、図10を用いて説明する。一般に電子写真画像形成装置の長時間使用に伴い、トナーの帯電性能の低下等により転写効率が低下する。そのため、転写されずに感光ドラム100上に残る転写残トナーの量は増化する。即ち、シールシート602と感光ドラム100とのニップ部Ｎにやってくるトナー001は増加する。そのため、すくいシート602との物理的接触により転写残トナー001は、ニップ部Ｎを通過せず、ニップ部手前でせき止められるトナー002ができてしまう。

シールシート602でせき止められた転写残トナー002は、鏡像力やファンデルワールス力により感光ドラム100とシールシート602の当接ニップ上流側に堆積する。そして、図10に示すように、シールシート602と感光ドラム100の開放方向が重力方向の落ちる側に存在する場合、堆積量が増加すると、重力に従って落下するトナー004が現れる。そして、該トナーは画像形成装置内を汚染してしまうことがある。

そこで、本発明では、高温高湿環境においてシール部材にトナーが堆積すること、及び堆積したトナーの脱落を抑制することができるプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は以下のような構成により達成される。

移動可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体表面に当接し前記電子写真感光体表面から現像剤を除去するクリーニング部材と、
前記クリーニング部材で除去された現像剤を収容する収容部と、
前記クリーニング部材よりも前記電子写真感光体移動方向上流側で該電子写真感光体表面に接触し、前記電子写真感光体上のトナーを前記電子写真感光体移動方向に通過させ、除去された現像剤の漏れ出しを防止するシール部材、以上を備えるフレームと、
前記電子写真感光体移動方向に対して転写位置よりも下流側、前記シール部材の接触位置よりも上流側の位置で該電子写真感光体表面を除電するための除電光を通過させるフレームに設けられた光通過部と、
を有し、
前記電子写真感光体の仕事関数と前記シール部材の仕事関数との差が0.25［ｅＶ］以上であることを特徴とする画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ。

また、別の構成として以下のようなものがある。

移動可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体表面に当接し前記電子写真感光体表面から現像剤を除去するクリーニング部材と、
前記クリーニング部材で除去された現像剤を収容する収容部と、
前記クリーニング部材よりも前記電子写真感光体移動方向上流側で該電子写真感光体表面に接触し、前記電子写真感光体上のトナーを前記電子写真感光体移動方向に通過させ、除去された現像剤の漏れ出しを防止するシール部材と、
前記電子写真感光体移動方向に対して転写位置よりも下流側、前記シール部材の接触位置よりも上流側の位置で該電子写真感光体表面を除電するための除電装置と、
を有し、
前記電子写真感光体の仕事関数と前記シール部材の仕事関数との差が0.25［ｅＶ］以上であることを特徴とする画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ。

また、別の構成として以下のようなものがある。

移動可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体表面に当接し前記電子写真感光体表面から現像剤を除去するクリーニング部材と、
前記クリーニング部材で除去された現像剤を収容する収容部と、
前記クリーニング部材よりも前記電子写真感光体移動方向上流側で該電子写真感光体表面に接触し、前記電子写真感光体上のトナーを前記電子写真感光体移動方向に通過させ、除去された現像剤の漏れ出しを防止するシール部材と、
前記電子写真感光体移動方向に対して転写位置よりも下流側、前記シール部材の接触位置よりも上流側の位置で該電子写真感光体表面を除電するための除電装置と、
を有し、
前記電子写真感光体の仕事関数と前記シール部材の仕事関数との差が0.25［ｅＶ］以上であることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、高温高湿環境においてシール部材にトナーが堆積すること、及び堆積したトナーの脱落を抑制することができる。

プロセスカートリッジの模式図である。 プロセスカートリッジを有する画像形成装置の模式図である。 電子写真感光体とシールシートの当接圧計算値の説明図である。 (a)は円筒形状の画像形成装置部材の仕事関数を測定するためのサンプルの模式図であり、(b)は表面分析装置の模式図である。 シールシートの仕事関数を表面分析装置を用いて測定した時のチャートである。 電子写真感光体とシールシートの仕事関数の差と、転写残トナーの回収性をあらわすグラフである。 電子写真感光体とシールシートの当接圧と、転写残トナーの回収性をあらわすグラフである。 電子写真感光体に対するシールシートの当接位置の説明図である。 クリーニング装置の模式図である。 転写残トナー回収不良の模式図である。

符号の説明

100 …感光ドラム
1001 …開口
1100 …プロセスカートリッジ
1102 …フレーム
200 …帯電装置
300 …露光装置
400 …現像装置
500 …転写装置
600 …クリーニング装置
601 …クリーニングブレード
602 …シールシート
603 …トナー収容部
700 …カセット
800 …定着装置
900 …記録メディア

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対的配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨のものではない。

●画像形成装置：
図１は本発明の一実施形態に係るプロセスカートリッジの模式説明図であり、図２は前記プロセスカートリッジを用いる電子写真画像形成装置の説明図である。

本実施形態では、図１に示すように、プロセスカートリッジ1100を画像形成装置本体に設けられた装着部1101（図２参照）に装着することにより電子写真画像形成装置（以下「画像形成装置」という）として構成される。

プロセスカートリッジ1100は、感光ドラム100、帯電ローラ201、現像装置400、クリーニング装置600を備えており、これらを一体として取り扱えるように、フレーム1102にそれぞれ設けられている。プロセスカートリッジ1100はさらに、ＬＥＤ光源1000（図２参照）が発する除電光を感光ドラム100に照射するための光通過部である開口1001をフレーム1102の一部に備えている。

画像形成装置は以下の様な構成を備えている。中央部に静電潜像が形成される電子写真感光体である感光ドラム100を配置している。その感光ドラム100の周囲に各種のプロセス手段が配設されている。即ち、感光ドラム100を一様に負極性に放電帯電させる帯電手段である帯電装置200。帯電された感光ドラム100に印字情報及び画像情報に対応する静電潜像をレーザー露光により形成させる露光装置300。形成された静電潜像に負極性に帯電したトナーを反転現像させることにより可視像化する現像手段である現像装置400。可視像化されたトナー像を被転写材である記録メディア900に転写する転写手段である転写装置500。感光ドラム100上の転写残トナーなどを除去するクリーニング装置600。転写後の感光ドラム100上を除電する除電装置であるＬＥＤ光源1000。転写された記録メディア900上のトナー像を永久定着させる定着装置800。そして、記録メディア900を供給する給送装置たるカセット700が備えつけられている。

本実施形態では、除電装置として画像形成装置本体にＬＥＤ光源1000を備えており、プロセスカートリッジ1100はＬＥＤ光源1000から照射される除電光を通過させるための光通過部である開口1001を備えている。この開口1001は、クリーニング部材や収容部等を備えるプロセスカートリッジ1100のフレーム1102に設けられている。なお、前記開口1001はプロセスカートリッジ1100の転写位置に設けられている転写開口を利用することも可能であるし、ライトガイドを使って光を導く方式を用いてもよい。また、本実施形態では外部から光の照射を受ける構成となっているがこれに限られるものではなく、プロセスカートリッジ1100にＬＥＤ光源を備える構成でもよい。また、別の除電装置として画像形成装置本体又はプロセスカートリッジ1100にブラシ除電装置等を用いて除電を行なってもよい。

帯電装置200は、帯電ローラ201と、支持部材（不図示）と、ばね部材（不図示）と帯電バイアス電源202を主要部として備えている。本実施形態の帯電ローラ201は、芯金に厚さ約３［ｍｍ］のウレタンゴム等からなる導電性弾性層と、その上に厚さ数［μｍ］のウレタンゴムにカーボンブラックを分散させた高抵抗層から構成される。支持部材は導電性で、帯電ローラ201を両端部にて回転自在に支持する。ばね部材は、これら支持部材を介して、帯電ローラ201を感光ドラム100に対して押し付ける。画像形成装置本体に設けられた帯電バイアス電源202は、ばね部材及び支持部材を介して帯電ローラ201に電圧を印加する。

帯電ローラ201は、感光ドラム100に接触して感光ドラム100の回転と共に従動回転するように設置されている。本実施形態では画像形成に際して帯電ローラ201に帯電バイアス電源202により、約−1000Ｖの直流電圧を印加し、感光ドラム100上の表面電位を暗電位（ＶＤ）−500Ｖに帯電する。

感光ドラム100は、帯電装置200によってその表面が暗電位に帯電された後、露光装置300により印字情報及び画像情報等に対応する露光を受け、静電潜像が形成される。露光された部分の電位は、明電位（ＶＬ）−100Ｖとなる。

現像装置400は、仕切り部405によってトナーを貯留するホッパー部406と、現像室407に区画されている。そして、ホッパー部406には撹拌装置404が配置され、現像室407にトナーを送り込む。現像室407には、現像ローラ401と、供給ローラ402と、現像剤規制ブレード403が配置されている。

本実施形態の現像ローラ401は、直径16［ｍｍ］のシリコンゴムを基層とし、アクリル・ウレタン系ゴムを表面にコートした二層構成を備えており、感光ドラム100の静電潜像に対して現像を行う。また、供給ローラ402は、現像ローラ401にトナーを供給する直径16［ｍｍ］のウレタンスポンジを備えている。金属製の現像剤規制ブレード403は、現像ローラ401上のトナー層厚を規制する。

上記撹拌装置404、現像ローラ401及び供給ローラ402は、外部から駆動がかけられる構成になっており、現像プロセス中は、常に回転してトナーを感光ドラム100に供給できるようになっている。

現像ローラ401は、感光ドラム100に接触して現像を行うように設置されている。画像形成に際しては、現像バイアス電源408により、現像ローラ401に約−300Ｖの直流電圧が印加され、感光ドラム100上に形成された静電潜像に対して反転現像を行い、静電潜像をトナー像に可視像化させる。

本実施形態の転写装置500は、直径12［ｍｍ］のＥＰＤＭスポンジからなる転写ローラ501と、この転写ローラ501に電圧を印加する転写バイアス電源502とを備えている。転写ローラ501に印加される電圧は、画像形成時に定電圧制御される。転写ローラ501と、感光ドラム100とが対向する転写位置において、感光ドラム100上のトナー像は記録メディア900に転写される。

給送装置であるカセット700内に収納された記録メディア900は、給送ローラ701によって感光ドラム100上の可視像の形成と同期してレジストローラ702まで供給される。そして、この記録メディア900は、レジストローラ702によって感光ドラム100上に形成された可視像の先端と同期して、転写ローラ501と感光ドラム100の間に運ばれる。転写ローラ501には、約＋2000Ｖの直流電圧を印可され、トナー像を記録メディア900に転写される。

記録メディア900に転写されたトナー像は、記録メディア900とともに定着装置800に搬送され、熱と圧力を加えることにより定着され、記録画像となる。

一方、転写装置500を通過した後、感光ドラム100は、ＬＥＤ光源1000からの除電光による除電工程を経て表面電位を略０Ｖとされる。感光ドラム100上の転写残トナーは、感光ドラム100に軽接触するシール部材としてのシールシート602を通過した後、ポリウレタンゴムからなるクリーニング部材であるクリーニングブレード601により感光ドラム100上から取り除かれる。そして、取り除かれたトナーは廃トナー収容部603収容される。その後、感光ドラム100表面は次の画像形成に備えるため、再び帯電装置200により帯電が行われる。

●トナー：
次に本実施形態で使用したトナーについて説明する。本実施形態の画像形成装置において、現像剤としてのトナーは平均粒径６［μｍ］、平均円形度0.970の球形トナーを用いている。平均円形度を0.950以上のトナーを使用することは、カブリ特性、転写性が非常に高まる点から好ましい。

●感光ドラムについて：
次に本実施形態で使用した感光ドラムについて説明する。本実施形態においては表面の電荷輸送層に配合される樹脂が異なる２種類のドラム、感光ドラムＡと感光ドラムＢを使用した。表面の樹脂が異なることにより、仕事関数が異なることとなる。以下、それぞれの感光ドラムの製法を説明する。

（１）感光ドラムＡ

アルミニウムシリンダ上に、膜厚が15［μｍ］の導電層を形成し、この導電層上に膜厚が0.7［μｍ］の下引き層を設けた。そして、下引き層上に電荷発生層用塗料を浸漬塗布し、電荷発生層を形成した。

次に、感光ドラム100の表面に設けられる電荷輸送層の材料を説明する。電荷輸送材料として下記式の化合物７部、

下記式の化合物１部、

及び特開2000−227668に開示されている方法で製造された下記構成単位のポリアリレート樹脂（Ｍｗ＝110000）10部

を、ジメトキシメタン33部、モノクロロベンゼン60部の混合溶媒に溶解した。この塗料を前述の電荷発生層の上に浸漬法で塗布し、120℃、１時間乾燥し20［μｍ］の電荷輸送層を形成した。

（２）感光ドラムＢ

前記感光ドラムＡにおいて、ポリアリレート樹脂を下記構成単位のポリアリレート樹脂（ｓ／ｔ＝７／３、Ｍｗ＝130000）にした以外は感光ドラムＡと同様に作成した。

次に本発明のポイントである感光ドラム100とシール部材であるシールシート602の組み合わせについて述べる。本発明者は、感光ドラム100とシールシート602の仕事関数（測定法等詳細は後述する）差の絶対値が転写残トナーの回収性に大きく影響することを以下のように実験で見出した。以下、実験結果を詳述する。

●実験１（各種シールシートを用いたときのトナーの回収性）：
本実施形態においては、まずシールシート602の材質に着目し、種々の材料からなるシールシート602を用いて転写残トナーのニップ部Ｎにおける回収性を評価した。

感光ドラム100と各シールシートの長手方向単位長さ当たりの当接圧の計算値（算出法は下述）が0.2156×10^-3［Ｎ/ｍｍ］以上1.519×10^-3［Ｎ/ｍｍ］以下となる範囲で評価を行った。

上記の計算値が0.2156×10^-3［Ｎ/ｍｍ］（0.22ｇｆ/ｍｍ）よりも小さい場合は、感光ドラム100とシールシートを均一に当接させるのが困難となる。また上記の計算値が1.519×10^-3［Ｎ/ｍｍ］（0.155ｇｆ/ｍｍ）よりも大きい場合は転写残トナーがシールシートで物理的に掻きとられてしまう。このため、シートの材質によらずトナーの回収性は悪化してしまう可能性があり、好ましくない。

なお、感光ドラム100とシールシートは軽接触なので当接圧の実測は困難である。従って、ここでは計算値を用いて近似した。

●当接圧計算値の算出方法：
ここで、図３を用いて感光ドラム100とシールシート602の当接圧計算値の算出方法を説明する。

図３において、絶縁性の座面604に接着固定されたシールシート602は先端で感光ドラム100に当接して撓んでいる。画像形成装置に用いられるような、ごく薄いシールシート602の感光ドラム100に対する長手方向の単位長さ（１ｍｍ）当たりの当接圧Ｐ（Ｎ）の計算値は、片持ばねにかかる過重と撓みの一般式を用いて、下式（Ａ）から算出される。

ここで、シールシート602の撓み量をδ［ｍｍ］、シールシートの固定端から電子写真感光体との当接ニップの上流側までの距離をｌ［ｍｍ］、シールシートの厚さをｈ［ｍｍ］としている。

Ｐ＝δＥｈ³／｛４ｌ³（１−ν²）｝……（Ａ）

但し、Ｅ＝シールシートのヤング率［Ｎ/ｍｍ²］、ν＝シールシートのポアソン比

なお、本実験ではシールシート602のほぼ先端で感光ドラム100と接触している。このため、シールシート602の固定端から感光ドラム100との当接ニップ上流までの距離ｌを、シールシート602′の固定端から自由端までの距離で近似して用いた。また、シールシート602の撓み量は、直接的に測定することは困難である。そこで、シールシート602の撓み量は、シールシート602の厚さ、座面602の位置、及びシールシート602と感光ドラム100との当接位置と、から幾何学的に計算をして求めた。

本実験ではシールシート602として以下の６種のシート材料を用いた。

(１)シールシートＡ：
ＰＥＴシートの表面にＡｌ蒸着を行なったシート（東レフィルム加工（株）製：メタルミー（登録商標））

(２) シールシートＢ：
ＰＥＴシート（東レ（株）製：ルミラー（登録商標））

(３)シールシートＣ：
ポリイミドシート（（株）宇部興産製：ユーピレックス（登録商標））

(４)シールシートＤ：
ポリイミドシート（東レ（株）・デュポン（株）製：カプトン（登録商標））

(５)シールシートＥ：
ＰＰＳ（ポリフェニンレンサルファイド）シート（東レ（株）製：トレリナ（登録商標））

(６)シールシートＦ：
ＰＥＴシートの表面にテフロン（登録商標）シートを接着したシート（シールシートＢ表面に日東電工（株）製：ニトフロン（登録商標）を接着）

本実験では、上記６種のシート部材からなるシールシート602と、前述した感光ドラムＡ又は感光ドラムＢとを用いて図２で説明した画像形成装置を構成した。

なお、シールシートＡはＡｌ蒸着を行なった表面を感光ドラム100に接触させている。また、シールシートＦはテフロン（登録商標）シートを接着した表面を感光ドラム100に接触させている。シールシートＡは通常は導電性であるが絶縁性の座面604に接着されているため、他の部材とは電気的に接続されていない状態である。高温高湿環境下（30℃／80％）にて、印字比率８％（Ａ４サイズ紙使用で、印字比率８％となるように紙全面に文字を出力したもの）で2000枚の画像形成を行った際の転写残トナーのトナー堆積性を評価した。その結果をシールシートの当接圧の計算値と併せて表１に示す。

なお、転写残トナーの回収性は感光ドラム100とシールシート602の当接ニップ部上流に堆積したトナー量で以下の４段階で評価した。

１：堆積トナーなし。

２：少量の堆積トナーあり。

３：堆積トナーがあり、微量だが重力方向に落下している。

４：多量の堆積トナーがあり、重力方向に落下している。

感光ドラムＡを用いた実験では、シールシートＡ、シールシートＢ、シールシートＥについて、当接圧が異なる条件で２回行なっている。表１中で当接圧計算値が２つあるのはこのためである。

実験の結果、感光ドラム100とシールシート602の組み合わせによって転写残トナーの堆積性が異なることがわかった。なお、堆積性の評価として、１、２を良好な範囲とした。上記実験を高温高湿環境下（温度30℃／湿度80％）にて、印字比率８％で5000枚、10000枚の画像形成を行った後の、転写残トナーのトナーの堆積性を評価したが同様の結果が得られた。

●実験２（感光ドラムと各種シールシートの仕事関数測定）：
そこで、本実施形態において感光ドラム100とシールシート602の帯電列上の位置関係に着目し、実験に使用した感光ドラムＡ及びＢと、６種のシールシートＡ〜Ｆとを下記の測定方法により測定される仕事関数により評価した。

仕事関数（Φ）は、その物質から電子を取り出すために必要なエネルギーである。二つの部材の間で仕事関数の差が大きい場合は、二つの部材の間の摩擦帯電で生じる電界は大きくなり、二つの部材の間で仕事関数の差が小さい場合は、二つの部材の間の摩擦帯電で生じる電界は小さくなる。

●仕事関数の測定方法：
仕事関数は下記の測定方法により測定できる。その物質から電子を取り出すためのエネルギー（ｅＶ）として数値化され、感光ドラムおよびシールシートの帯電極性を評価しうるものである。

仕事関数（Φ）は、表面分析装置（理研計器（株）製ＡＣ−２）を使用して測定される。本実施形態にあっては、前記装置において、重水素ランプを使用し、照射光量を適宜設定し、分光器により単色光を選択し、スポットサイズ４［ｍｍ］×４［ｍｍ］、エネルギー走査範囲3.4〜6.2［ｅＶ］、測定時間10［sec／１ポイント］でサンプルに照射する。そして、サンプル表面から放出される光電子を検知し、当該表面分析装置に組み込まれた仕事関数計ソフトを使用して演算処理され得られる。仕事関数に関しては、繰り返し精度（標準偏差）0.02［ｅＶ］で測定される。

そこで、感光ドラム100とシールシート602の仕事関数の測定は、高温高湿環境下（温度30℃／湿度80％）にて、印字比率８％（Ａ４サイズ紙使用で、印字比率８％となるように紙全面に文字を出力したもの）で2000枚の画像形成を行った後のものを使用した。これは、高温高湿環境下にて画像形成装置を長時間使用した場合は、転写残トナーがシールシート602でせき止められやすくなるため、高温高湿環境下で長時間使用後の感光ドラムの仕事関数が重要であるからである。

なお、本実験では感光ドラム100またはシールシート602の仕事関数を測定する前に、その表面のゴミをエアブローにより排除してから測定を行った。

なお、上記仕事関数の測定実験を、高温高湿環境下（温度30℃/湿度80％）にて、印字比率８％で5000枚、10000枚の画像形成を行った後の、転写残トナーのトナーの堆積性を評価したが2000枚の画像形成を行なった後のものと同様の仕事関数の値が得られた。

なお、データ再現性を確保するため、上記画像形成を行った後、使用温度25℃、湿度55％の条件下で、24時間放置したものを測定サンプルとした。

シールシート602のようにシート形状のサンプルを測定する場合には、測定光が上述のように、４［ｍｍ］×４［ｍｍ］のスポットで照射されるので、試料片は少なくとも１［ｃｍ］×１［ｃｍ］の大きさに切りとり、サンプル台に固定して測定される。

また、感光ドラム100等の円筒形状の試料をサンプルとする場合には、円筒形状の試料を切断して図４(a)に示す形状の測定用試料片を得る。その後、サンプル台の規定位置上に、図４(b)に示すように、測定光が照射される方向に対して照射面が平滑になるように固定する。これにより、放出される光電子が検知器（光電子倍増管）により効率よく検知される。

上記表面分析においては、単色光の励起エネルギーを低い方から高い方にスキャンすると、あるエネルギー値［ｅＶ］から光量子放出が始まり、このエネルギーしきい値を仕事関数［ｅＶ］とする。

図５にシールシートＢについて表面分析装置を使用して得られるチャートの一例を示す。図５の○は測定値、破線は当該○を近似線で結んだものである。図５はphoton energy［ｅＶ］を横軸とし、Emission Yield［ｃｐｓ^0.5］（単位光量子当りの光電子収率の0.5乗）を縦軸とするものであり、一定の傾き［Emission Yield/photon energy］が得られる。図５の場合、仕事関数は、破線の屈曲点（図５では（Ｂ）となっている）における励起エネルギー値［ｅＶ］で示される。この図５においては、5.33［ｅＶ］である。

本実験では、以上の方法で測定したシールシートの仕事関数をα、感光ドラムの仕事関数をβとしたとき、│α−β│の値を感光ドラムとシールシートとの仕事関数差とした。

表２に上記測定方法で測定した感光ドラムＡとシールシートＡ〜Ｆの仕事関数の測定結果と表１で示した実験１の結果を併せて示す。表２から感光ドラムＡの仕事関数5.45[ｅＶ]とシールシートＡ〜Ｆの仕事関数差が大きいほど転写残トナーの回収性が良好となる傾向が見られる。

次に表３に上記測定方法で測定した感光ドラムＢとシールシートＡ、Ｂ、Ｄ〜Ｆの仕事関数の測定結果と表１で示した実験１の結果を併せて示す。

表３から、感光ドラムＢの仕事関数5.56［ｅＶ］とシールシートＡ、Ｂ、Ｄ〜Ｆの仕事関数差が大きいほど転写残トナーの回収性が良好となる傾向がみられる。

図６に実験２から得られた、感光ドラム100とシールシート602の仕事関数差の絶対値と、転写残トナーの回収性の関係を示す。図６の横軸は感光ドラム100とシールシート602の仕事関数差 [ｅＶ]を表し、縦軸は転写残トナーの回収性を表す（数値は前記トナー堆積性の段階を表す）。表中では、縦軸の下方向に行くほど回収性が良好であることを示している。

図６から転写残トナーの回収性は、感光ドラム100とシールシート602の仕事関数差の絶対値と相関が見られる。すなわち、感光ドラム100とシールシート602の仕事関数の差が０［ｅＶ］に近いほど転写残トナーの回収性が悪く、その差が大きいほど回収性が良くなることがわかる。前述したように、トナー堆積性の評価が１，２である場合に良好な範囲とすると、感光ドラム100とシールシート602の仕事関数の差が0.25［ｅＶ］以上であれば、感光ドラム100とシールシート602の当接ニップ上流に転写残トナーが堆積することなく良好な回収性が得られた。

図７は横軸を「感光ドラム100とシールシート602の当接圧計算値」、縦軸を「感光ドラム100とシールシート602の仕事関数差」として、実験２の結果をプロットしたグラフであり、各プロットの形状の「○」「○△」「△」「×」は、前記４段階のトナー堆積性を表している。「○」は前記段階１、「○△」は前記段階２、「△」は前記段階３、「×」は前記段階４を表している。

図７の結果からわかるように、「感光ドラム100とシールシート602の当接圧計算値」が0.2156×10^-3［Ｎ/ｍｍ］（0.22ｇｆ/ｍｍ）以上1.519×10^-3［Ｎ/ｍｍ］（0.155ｇｆ/ｍｍ）以下の範囲内では、「感光ドラム100とシールシート602の仕事関数差」と転写残トナーの回収性の相関は保たれていた。

以上から、電子写真感光体に当接し、該電子写真感光体表面を清掃するクリーニング部材と、クリーニング部材で清掃された付着物を回収する収容部と、クリーニング部材よりも電子写真感光体移動方向上流側で該電子写真感光体表面に接触する前記収容部のシール部材とを有するクリーニング装置において、電子写真感光体と仕事関数の差が0.25［ｅＶ］以上となるようなシール部材を用いることにより、高温高湿環境においても、転写残トナーが堆積せず、転写残トナーの回収不良を抑制することができることがわかる。

これは、電子写真感光体とシール部材の仕事関数差が大きいとき、両者の摩擦帯電により形成される両者間の電界が大きくなるためであると考えられる。すなわち、転写残トナーがシール部材を介して廃トナー収容部に回収されるとき、転写残トナーは電子写真感光体とシール部材の間に生じた電界により電子写真感光体とシール部材のいずれかに電気的に保持されながら回収される。そのため、電子写真感光体とシール部材の仕事関数差が大きいときは、転写残トナーの回収不良が抑制されると考えられる。したがって、本発明の効果を得るには摩擦帯電でシール部材に生じた電荷を保持する構成が好ましい。

本実験ではシール部材の材料が絶縁性のもの（シールシートＢ〜Ｆ）を用いること、或いはシール部材が導電性（シールシートＡ）の場合であっても、シール部材を接着する座面を絶縁性とすることで、シール部材に生じた電荷を保持する構成で実験を行なった。

また、本実験結果によれば、電子写真感光体とシール部材の仕事関数差が0.25［ｅＶ］以上のときは、α−β値の正負に関わらず同様に回収不良が抑制されることから、現像剤の帯電極性および仕事関数が転写残トナーの回収性に及ぼす影響は少ないと考えられる。

また、電子写真感光体の回転速度を変化させた場合や、トナーの平均粒径を変化させた場合で同様の実験を行なったが、転写残トナーの回収には影響はなかった。また、仕事関数の異なるトナーで実験を行なったが、転写残トナーの回収には影響はなかった。

なお、感光ドラム100とシールシート602の当接ニップ上流に堆積した転写残トナーはやがて重量に従って下方に落下する。このため、本発明は感光ドラム100とシールシート602との開放方向が重力方向の下を向いている場合、特に有効である。

詳しくはプロセスカートリッジを画像形成装置本体に装着した際に、図８において、シールシートと電子写真感光体とのニップ部Ｎが、塗りつぶしたαの領域の場合に本発明は有効である。すなわち、感光ドラム100の回転中心を原点とする２次元座標において水平軸を０°としたとき、感光ドラムの回転方向Ａと逆方向への回転角度θが135°≦θ≦225°の範囲にある場合である。なお、本実施形態のクリーニング装置において上記回転角度θは200°であった。

また、本実施形態ではプロセスカートリッジを画像形成装置本体に着脱可能に設けた例で説明したが、これに限られるものではない。画像形成装置本体からクリーニング装置が着脱可能に設けられていない場合であっても本発明は有効である。

また、本実施形態ではプロセスカートリッジに、帯電ローラ201、現像装置400、クリーニング装置600を備えている例で説明したが、少なくともクリーニング装置を備えるプロセスカートリッジであれば本発明は有効である。

また、本実施形態では感光ドラム表面を除電するための除電装置としてＬＥＤ光源1000から照射される除電光を通過させる開口1001を設ける例、あるいはＬＥＤ光源以外の除電装置を設ける例を示した。それ以外にも、前記除電装置は、感光ドラム100の表面を露光する露光装置により除電するように構成してもよい。

本発明は、複写機、プリンタなどの画像形成装置及びこれに用いるプロセスカートリッジについて利用することができる。

Claims (8)

1. 移動可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体表面に当接し前記電子写真感光体表面から現像剤を除去するクリーニング部材と、
   前記クリーニング部材で除去された現像剤を収容する収容部と、
   前記クリーニング部材よりも前記電子写真感光体移動方向上流側で該電子写真感光体表面に接触し、前記電子写真感光体上のトナーを前記電子写真感光体移動方向に通過させ、除去された現像剤の漏れ出しを防止するシール部材、以上を備えるフレームと、
   前記電子写真感光体移動方向に対して転写位置よりも下流側、前記シール部材の接触位置よりも上流側の位置で該電子写真感光体表面を除電するための除電光を通過させるフレームに設けられた光通過部と、
   を有し、
   前記電子写真感光体の仕事関数と前記シール部材の仕事関数との差が0.25［ｅＶ］以上であることを特徴とする画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ。
2. 移動可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体表面に当接し前記電子写真感光体表面から現像剤を除去するクリーニング部材と、
   前記クリーニング部材で除去された現像剤を収容する収容部と、
   前記クリーニング部材よりも前記電子写真感光体移動方向上流側で該電子写真感光体表面に接触し、前記電子写真感光体上のトナーを前記電子写真感光体移動方向に通過させ、除去された現像剤の漏れ出しを防止するシール部材と、
   前記電子写真感光体移動方向に対して転写位置よりも下流側、前記シール部材の接触位置よりも上流側の位置で該電子写真感光体表面を除電するための除電装置と、
   を有し、
   前記電子写真感光体の仕事関数と前記シール部材の仕事関数との差が0.25［ｅＶ］以上であることを特徴とする画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ。
3. δ＝シール部材の撓み量、Ｅ＝シール部材のヤング率、ｈ＝シール部材厚さ、ｌ＝シール部材の固定端から電子写真感光体当接ニップ上流までの距離、ν＝シール部材のポアソン比、としたとき、以下の式（Ａ）
   δＥｈ³／｛４ｌ³（１−ν²）｝・・・（Ａ）
   から算出される値が0.2156×10^-3［Ｎ/ｍｍ］以上、1.519×10^-3［Ｎ/ｍｍ］以下の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロセスカートリッジ。
4. 前記画像形成装置本体に装着した状態で、前記シール部材と前記電子写真感光体との接触位置から両者の開放方向が重力方向で下向きであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロセスカートリッジ。
5. 移動可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体表面に当接し前記電子写真感光体表面から現像剤を除去するクリーニング部材と、
   前記クリーニング部材で除去された現像剤を収容する収容部と、
   前記クリーニング部材よりも前記電子写真感光体移動方向上流側で該電子写真感光体表面に接触し、前記電子写真感光体上のトナーを前記電子写真感光体移動方向に通過させ、除去された現像剤の漏れ出しを防止するシール部材と、
   前記電子写真感光体移動方向に対して転写位置よりも下流側、前記シール部材の接触位置よりも上流側の位置で該電子写真感光体表面を除電するための除電装置と、
   を有し、
   前記電子写真感光体の仕事関数と前記シール部材の仕事関数との差が0.25eV以上であることを特徴とする画像形成装置。
6. δ＝シール部材の撓み量、Ｅ＝シール部材のヤング率、ｈ＝シール部材厚さ、ｌ＝シール部材の固定端から電子写真感光体当接ニップ上流までの距離、ν＝シール部材のポアソン比、としたとき、以下の式（Ａ）
   δＥｈ³／｛４ｌ³（１−ν²）｝・・・（Ａ）
   から算出される値が0.2156×10^-3［Ｎ/ｍｍ］以上、1.519×10^-3［Ｎ/ｍｍ］以下の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記除電装置は、前記電子写真感光体表面を露光することで除電を行なうことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記シール部材と前記電子写真感光体との接触位置から両者の開放方向が重力方向で下向きであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の画像形成装置。