JP5262315B2 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
近年、高画質化、装置の小型化などがますます望まれる中、帯電装置も高画質化と小型化が課題となっている。このような課題に対して、像担持体に接触又は近接させた帯電部材を用いる近接放電方式を用いた帯電装置は、大掛かりな帯電装置を必要としないため有効である。
このような近接帯電方式では、帯電部材と感光体表面との微少な接触ムラ、或いは非接触とした場合には帯電部材と感光体表面とのギャップ変動等により、感光体表面を均一に帯電させることが困難であるため、近年では直流(DC)成分に交流(AC)成分を重畳した、AC重畳帯電方式が多く用いられるようになった。
しかしながら、こうしたAC重畳帯電は感光体表面を活性化させるため、感光体表面とトナーとの間の付着力が増加し、クリーニング性に対しては不利な構成である。更に、近年では高画質の観点からトナーの小径化、球形化が進められており、更にクリーニング性に対しての余裕度は低くなる一方である。
また、最近の検討から、近接放電による帯電方式は感光体表面の近傍に放電が集中するため、感光体表面を劣化させることが分かっている。近接放電による感光体表面の劣化は機械的摺擦とは違い、感光体への当接部材がない場合においても発生する。
これらの課題に対する手段として、例えば特許文献1、2には機械的摺擦を低減する保護剤として、特許文献3、4には感光体表面を化学的劣化から保護する保護剤として、ステアリン酸亜鉛等の固形状保護剤を塗布するための手段を設けた構成が開示されている。
こうした保護剤を用いた場合、保護剤により帯電部材が汚れるという問題が発生するが、この問題に対しては、保護剤の塗布量の調整する方法が知られている。
特許文献5には、クリーニング手段の下流側に保護剤の塗布機構を設けるとともに、塗布された保護剤を均一な薄層に形成する手段を設けた構成が開示されている。
これらの物質が帯電部材に付着、蓄積されると、黒スジ等の異常画像として現れるので好ましくない。
この黒スジ等の異常画像に関して、本出願人は、特許文献6にて、粉体状の潤滑剤を除去することで帯電部材の寿命を延ばす構成を提案している。
しかしながら、この方法も保護剤除去手段が次第に汚れ、除去効果が低減してしまい、帯電部材を十分に長寿命化するには至っていない。
特にプロセスカートリッジの形態においては、感光体は十分な寿命を有するにもかかわらず、帯電部材の汚れにより早期に交換が必要となってしまうなどの不具合が生じており、感光体周り部材全体での長寿命化を実現するための手段は未だに乏しいのが現状である。
すなわち、粉状の保護剤の極性はばらばらであるため、感光体の帯電極性と逆極性のものは電界により帯電部材に引き付けられ、付着する。本発明は、これらの実験事実に基づき、創案されたものである。
請求項3記載の発明では、請求項1又は2記載の画像形成装置において、前記導電性ブレードが弾性部材からなることを特徴とする。
請求項4記載の発明では、請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記導電性ブレードが前記像担持体の回転方向に対してカウンタ方式で当接していることを特徴とする。
請求項6記載の発明では、請求項5記載の画像形成装置において、該脂肪酸金属塩が、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする。
請求項7記載の発明では、プロセスカートリッジにおいて、請求項1〜6のいずれか1つに記載の前記帯電手段、前記像担持体、前記現像手段、前記クリーニング手段、前記保護剤塗布手段及び前記保護剤帯電手段を一体に含有し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とする。
まず、図4及び図5に基づいて、上述した、感光体への当接部材がない場合においても発生する近接放電による感光体表面の劣化現象について、本発明者らが行った実験結果を基に説明する。
図4は、近接放電による感光体表面の劣化状態を調べるために、感光体表面に帯電部材のみを非接触状態で近接配置し、連続約150時間の帯電実験を行ったときの、感光体表面の膜厚の変化を測定した結果である。
ここで使用した感光体は、表面の電荷輸送層にバインダー樹脂としてポリカーボネートを含有させた有機感光体であり、感光体に対して当接する部材を全て取り除き、DCバイアスにACバイアスを重畳した電圧が印加された非接触帯電ローラを用いて帯電を行った。
この結果、感光体表面の膜厚が次第に減少している事実がわかった。膜厚減少のメカニズムについては現在検討中であり明らかにはなってはいないが、膜厚が減少した感光体を分析したところ、感光体を構成するポリカーボネートが分解されたと考えられるカルボン酸などが検出された。このように、近接放電によって感光体を構成する成分が分解されたと考えられる物質が検出されたことから、感光体の膜厚減少のメカニズムとしては、次のようなことが考えられる。
近接放電を行うと、感光体表面の放電領域では放電により発生した粒子(オゾン、電子、励起分子、イオン、プラズマなど)のエネルギーが感光体表面の電荷輸送層1aに照射される。このエネルギーが感光体表面を構成する分子の結合エネルギーに共鳴、吸収され、図5(a)に示すように、電荷輸送層1aは、樹脂分子鎖の切断による分子量低下、高分子鎖の絡み合い度の低下、樹脂の蒸発等の化学的劣化を生じる。
このような近接放電による感光体の化学的劣化によって、感光体表面の電荷輸送層1aは次第にその膜厚を減少させてしまうと考えられる。
このような状況下において、クリーニングブレード等で感光体表面が機械的に摺擦されると、感光体の摩耗がより一層促進されることになる。
図1に、後述する各実施例に共通した構成を有する画像形成装置の一例を示す。この画像形成装置は、有機感光体からなる像担持体としての感光体1を備えている。
感光体1は、図示しない駆動装置により回転駆動され、その表面が近接帯電方式の帯電手段としての帯電装置2の帯電ローラ2aにより所定の極性に帯電される。帯電された感光体1の表面は、露光装置3によって露光され、画像情報に応じた静電潜像が形成される。
この静電潜像は、現像手段としての現像装置4から感光体1の表面に供給される現像剤としてのトナーにより現像されて、トナー像として可視像化される。
転写紙にトナー像を転写した後の感光体1上に残留している転写残トナーは、クリーニング手段のクリーニングブレード6によって感光体1上から除去される。このようにして、感光体1は繰り返し使用される。なお、本実施形態の画像形成装置は、保護剤塗布手段としての保護剤塗布装置30及び保護剤帯電部材9を有しているが、これについては後述する。
かかるプロセスカートリッジ10は一体に交換されるので、保護剤塗布装置30に含有される保護剤の量、感光体1の初期膜厚などを相互に適切な量に設定することが容易であり、本発明に適している。
本発明は接触帯電方式にも適用できるが、接触帯電方式においては感光体表面との接触性を向上させ、かつ感光体1に機械的ストレスを与えない弾性部材を用いることが好ましい。
しかし弾性部材を用いた場合には帯電ニップ幅が広くなり、これによって帯電ローラ側に保護剤がより付着しやすくなることがある。よって、高耐久化のためには、非接触帯電方式を採用する方が有利である。
本実施形態においては、感光体表面における少なくとも画像形成領域に対して所定の帯電ギャップをもって対向するよう帯電ローラ2aを配置した非接触帯電方式を採用した。
帯電ローラ2aは軸部21aとローラ部21bとからなる。ローラ部21bは軸部21aの回転によって回動可能であり、感光体1表面のうち画像が形成される画像形成領域11に対向する部分は感光体1と非接触である。
帯電ローラ2aは、その長手方向(軸方向)の寸法が画像形成領域よりも少し長く設定されており、その長手方向の両端部にスペーサ22を設けている。これら2つのスペーサ22を感光体表面両端部の非画像形成領域12に当接させることによって、感光体1と帯電ローラ2aとの間に微小なギャップ14を形成している。
この微小なギャップ14は、帯電ローラ2aと感光体1との最近接部における距離が5〜100[μm]に維持できるよう構成している。このギャップ14のより好ましい範囲は、30〜65[μm]であり、本実施形態では、50μmに設定した。また、軸部21aをスプリングからなる加圧バネ15によって感光体側に加圧している。
これにより、微小なギャップ14を精度よく維持することができる。また、帯電ローラ2aはスペーサ22を介して感光体表面に連れ回って回転する。
帯電ローラ2aに印加する印加電圧としてDC電圧にAC電圧を重畳させた交番電圧を印加すると、微小ギャップ変動による帯電電位のばらつきなどの影響が抑制されて均一な帯電が可能となる。
帯電ローラ2aは円柱状を呈する導電性支持体としての芯金と、芯金の外周面上に形成された抵抗調整層を有する。帯電ローラ2aの表面は硬質であることが望ましい。ローラ部材としてはゴム部材も使用できるが、ゴム部材もように変形しやすい部材であると感光体1との微小ギャップ14の均一な維持が困難となり、作像条件によっては帯電ローラ2aの中央部のみが感光体表面に突発的に接触する可能性がある。
帯電ローラ2aが感光体表面に局所的、突発的に接触することによって生じる保護剤の乱れや帯電部材の汚染に対応することは困難であるため、非接触帯電方式を使用する場合にはたわみが少ない硬質の部材が望ましい。
また硬化皮膜処理は、例えば、イソシアネート含有化合物を含む処理溶液に抵抗調整層を浸漬させることにより行われるが、抵抗調整層の表面に改めて硬化処理皮膜層を形成することにより行われてもよい。本実施形態では、帯電ローラ2aをφ12mm(直径12mm)で形成した。
本実施形態においては、近接放電による感光体表面劣化を防止するため、放電劣化防止手段を設けている。以下に、その具体的な構成について詳細を説明する。なお、ここで言う劣化とは放電による感光体摩耗の加速、及び表面の活性化の両方を指し、本発明では保護剤を塗布することによってこの両方を解決している。
保護剤32はバー状に成型された固形保護剤である。ファーブラシ31は感光体表面にブラシ先端が当接しており、軸を中心に回転することによって保護剤32を掻き削って一旦ブラシに汲み上げ、感光体表面との当接位置までブラシ上に担持搬送して感光体表面に塗布する。
経時で保護剤32がファーブラシ31に掻き削られて減少してもファーブラシ31に接触しなくならないように、加圧バネ33によって所定の圧力で保護剤32がファーブラシ31側に押圧されている。
これによって、微量の保護剤32でも常に均一にファーブラシ31に汲み上げられる。
特に感光体1の摩擦係数を低減する効果の大きいステアリン酸金属塩、さらにはステアリン酸亜鉛が一層好ましい。またステアリン酸亜鉛単体で使用するのみでなく、微粒子を保護剤に添加してもよい。
これらの例としては、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、クレイ、タルク、炭酸カルシウムなどの無機微粒子や、その表面疎水化処理微粒子、ポリメタクリル酸メチル微粒子、ポリスチレン微粒子、シリコーン樹脂微粒子、α−オレフィン−ノルボルネン共重合樹脂微粒子などの有機微粒子が挙げられる。
本実施形態では保護剤帯電部材9として導電性の弾性ブレードを感光体1に当接させ、電界として図示しない電源により−800Vの直流電圧を印加した。上記電源と保護剤帯電部材9とにより保護剤帯電手段が構成される。
感光体1の表面に塗布された粉状の保護剤が電界により帯電ローラ2aへ移動する前に、粉状の保護剤を積極的に帯電させて一定の極性(感光体帯電極性と同極性)を付与し、同極性の反発を利用して帯電ローラ2aへ移動することを阻止しようというものである。
この目的から、保護剤帯電部材9の位置は、保護剤塗布装置30寄りの方が望ましい。
しかし、過剰な電圧を印加した場合は放電を起こし、粉体状保護剤の帯電が不均一になるばかりでなく、感光体を劣化させる原因となるので、導電性ブレードに印加する電圧としては−50〜−1300V、好ましくは−100〜−1100Vの直流成分が望ましい。
また、弾性ブレード(保護剤帯電部材9)は粉状の保護剤を引き延ばす機能を持ち、保護剤を感光体上に効率良く膜化することができる。従って、この構成では粉状の保護剤量を低減できるため、帯電ローラ2aの汚れをさらに低減することが可能である。
保護剤のすり抜け量が減少することで保護剤の帯電が容易になり、一層帯電ローラ2aの汚染を防止することが可能である。
すなわち、保護剤帯電部材9のブレード形状は、帯電による保護剤の帯電ローラ2aへの移動抑制と、保護剤のすり抜け量を抑制して保護剤の均一帯電性を高めるという2つの側面から効果をもたらす。
これらのブレードは、ブレード支持体に、先端部が像担持体表面へ押圧当接できるように、接着や融着等の任意の方法によって固定される。ブレード厚みについては、押圧で加える力との兼ね合いで一義的に定義できるものではないが、概ね0.5〜5mm程度であれば好ましく使用でき、1〜3mm程度であれば更に好ましく使用できる。
また、導電性ブレードの長さ、いわゆる自由長についても同様に押圧で加える、力との兼ね合いで一義的に定義できるものではないが、概ね1〜15mm程度であれば好ましく使用でき、2〜10mm程度であれば更に好ましく使用できる。
弾性金属ブレードの厚みは、0.05〜3mm程度であれば好ましく使用でき、0.1〜1mm程度であればより好ましく使用できる。
また、弾性金属ブレードでは、ブレードのねじれを抑止するために、取り付け後に支軸と略平行となる方向に、曲げ加工等の処理を施しても良い。
また、導電性ブレード(保護剤帯電部材9)はトレーリング方式よりもカウンタ方式で当接させる方が望ましい。これは粉状の保護剤のすり抜け量をトレーリング方式よりも低減することが可能なことによる。
評価装置は(株)リコー製カラー複合機imagio MPC 4500の黒ステーションを改造したものを用いた。帯電部材としては直径12mmの硬質樹脂ローラを用い、感光体とのギャップを50μmに調整した。
帯電条件としては−600VのDC成分に、AC成分としてVpp=2.2kV、周波数=1.5kHzの正弦波を重畳した交番電界を印加した。
保護剤としてステアリン酸亜鉛バーをクリーニングブラシに当接し、感光体上にブラシを介してステアリン酸亜鉛を供給する構成とした。
更に、保護剤帯電部材として導電性のブレードをトレーリング方式にてクリーニングブレードとそれに続くステアリン酸亜鉛塗布ブラシの下流、帯電ローラの上流にあたる位置に設置した。この保護剤帯電ブレードには-800Vの直流電圧を印加した。
この改造評価機を用い、上記のように作製した感光体を搭載して50000枚のランニングを行った。ランニング途中に画像上黒スジが発生した場合は発生するまでの枚数をカウントし、黒スジが発生しなかった場合はランニング後の帯電ローラをスキャナで読み取り、帯電ローラの平均輝度を測定した。
実施例1において、保護剤帯電部材としての導電性ブレードをカウンタ方式にて設置した以外は実施例1と同様に評価を行った。
[比較例1]
実施例1において、保護剤帯電部材に電圧を印加しない以外は実施例1と同様に評価を行った。
[比較例2]
実施例2において、保護剤帯電部材に電圧を印加しない以外は実施例1と同様に評価を行った。
実施例1、2及び比較例1、2の結果を表1に示す。
2a 帯電部材としての帯電ローラ
4 現像手段としての現像装置
6 クリーニング手段のブレード
9 保護剤帯電部材
10 プロセスカートリッジ
30 保護剤塗布装置
31 ブラシ状ローラとしてのファーブラシ
32 保護剤
Claims (7)
- 接触または近接して設けられた帯電部材に、交流成分を含む電圧を印加することによって生じる放電を利用して像担持体を帯電させる帯電手段と、該像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、ブレードを用いてクリーニングを行うクリーニング手段と、前記像担持体に保護剤をブラシ状ローラで摺擦して掻き取り、前記像担持体表面に塗布する保護剤塗布手段とを有する画像形成装置において、
前記保護剤塗布手段と前記帯電手段との間に、保護剤を像担持体帯電極性と同極性に帯電させる保護剤帯電部材を有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
前記保護剤帯電部材が導電性のブレードであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2記載の画像形成装置において、
前記導電性ブレードが弾性部材からなることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記導電性ブレードが前記像担持体の回転方向に対してカウンタ方式で当接していることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の画像形成装置において、
前記保護剤が、脂肪酸金属塩からなることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5記載の画像形成装置において、
該脂肪酸金属塩が、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の前記帯電手段、前記像担持体、前記現像手段、前記クリーニング手段、前記保護剤塗布手段及び前記保護剤帯電手段を一体に含有し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。
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