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JP2004198662A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

画像形成装置及び画像形成方法 Download PDF

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JP2004198662A
JP2004198662A JP2002365823A JP2002365823A JP2004198662A JP 2004198662 A JP2004198662 A JP 2004198662A JP 2002365823 A JP2002365823 A JP 2002365823A JP 2002365823 A JP2002365823 A JP 2002365823A JP 2004198662 A JP2004198662 A JP 2004198662A
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image carrier
image forming
toner
zinc
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Application number
JP2002365823A
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English (en)
Inventor
Hiroe Okuyama
浩江 奥山
Shuichi Takahashi
修一 高橋
Kozo Ota
耕造 太田
Toshiyuki Kasahara
敏幸 笠原
Satoshi Shigesaki
聡 重崎
Taichi Yamada
太一 山田
Naoki Ota
直己 太田
Kanji Shintaku
寛治 新宅
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】像担持体やクリーニングブレードを劣化させずに、長期にわたって良好な画像形成可能な画像形成装置及びそれを用いた画像形成方法を提供すること。
【解決手段】像担持体表面にステアリン酸亜鉛が塗布されてなり、前記像担持体表面の亜鉛の被覆率が以下の範囲であることを特徴とする画像形成装置及びそれを用いた画像形成方法である。
5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100% かつ
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%
【選択図】 なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリ又はプリンターなどの電子写真方式を用いた画像形成装置及びそれを用いた画像形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を用いた画像形成では、像担持体表面を帯電、露光して形成した静電潜像を着色トナーにより現像してトナー像を作成し、トナー像を転写紙等の被転写体に転写し、これを熱ロール等で定着して画像を形成している。
転写工程を終えた像担持体(以下感光体と称することがある。)表面には未転写のトナーおよびトナー成分、帯電プロセスによって生成した放電生成物などが残留するため、これらの残留物を次の画像形成プロセスに先立って除去するクリーニングプロセスが必要になる。
【0003】
近年最も広く用いられているクリーニング方式として、簡易で低コストなためにゴムブレードを感光体に当接させる方式が一般的であるが、クリーニング部では感光体表面層とクリーニングブレード間の摺擦によるストレスが発生し、ゴムブレードの劣化や、特に有機感光体においては感光体表面層の磨耗及び傷の発生が問題となっていた。
【0004】
長期に渡って良好なプリントを得るためには、これらの部材劣化を出来るだけ低減することが必須である。これらを改善するために、感光体表面に潤滑剤を塗布する工程を設け、感光体とブレード間の摩擦を低減する技術が良く知られている。実際には固形潤滑剤を搬送用クリーナブラシに押し当て、ブラシを介して潤滑剤を感光体に供給し、クリーニングブレードで潤滑剤の皮膜を形成する方法などが採用されている。この場合、潤滑剤の塗布量が少なすぎると、感光体磨耗、傷、ブレード劣化に対して充分な効果を発揮できず、また過剰に塗布すると、転写工程における飛び散りや滲みなどの問題が発生することがある。
【0005】
このような問題に対して、従来より潤滑剤供給量を制御にする試みがなされてきた。例えば、感光体駆動距離が525mとなるまでに潤滑剤を0.4g以上供給する手段が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながらこれは一定量以上の供給量を確保する手段であって、実効塗布量は規定されていない。特に画像密度が高かったりクリーナ部へ供給されるトナーの量が多くなると、形成された潤滑剤の皮膜がトナーによってクリーニングブレードニップ部で掻き取られ摩擦が変動するという問題が生じる。ゆえに、この技術においては、潤滑剤の供給量ではなく実効塗布量が適性範囲にあることが重要である。
【0006】
また、塗布量と背景部の濃度および像濃度の相関を見出し、濃度を検知することによって潤滑剤供給量を制御する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら近年の高画質化の要求を受けてトナーの小粒径化が進んでおり、小粒径トナーを用いたシステムでは、特に背景部カブリの濃度を精度良く検知するのは困難であるため、濃度検知による制御は不十分であると考えられる。
【0007】
また、画像データに基づいて潤滑剤の供給量を制御する手法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。しかしながら一定画像のプリントが連続してプリントされる場合、潤滑剤の供給量を変化させても、低画像密度部と高画像密度部の実効の塗布量差が生じ、それによる感光体の偏磨耗が生じる。
【0008】
さらに、画像密度および画像パターンの影響を受けずに、潤滑剤塗布量を均一にするために、潤滑剤塗布工程中からトナーを排除することによって画像面積比率に対して塗布効率が安定なシステムが提案されている(例えば、特許文献4参照。)。
確かにこの方法によって画像密度による摩擦の均一性は向上するが、潤滑剤皮膜が多く削り取られる部位はブレードニップであるために、十分ではない。
【0009】
また、潤滑剤を接触型帯電器に塗布することによって画像密度の影響を逃れるシステムが提案されている(例えば、特許文献5参照。)。しかしながら、帯電器に塗布された潤滑剤により、帯電器自体の表面抵抗が変動してしまうために、高画質を要求されるカラー機での使用は困難が生じる。
【0010】
また感光体表面に存在する亜鉛の量を規定し適切な画像を得る提案もなされている(例えば、特許文献6参照。)。特許文献6では、接触帯電器等から発生するであろう硝酸イオンの感光体表面付着量と、感光体表面のXPS分析によるZn/C比が0.001〜0.1の範囲にすることと、を提案している。
しかし、感光体表面に存在する亜鉛の量をZn/C比により規定すると、以下のような問題点がある。
ステアリン酸亜鉛の塗布量を増加させていくとXPS分析における亜鉛に関連するピークの強度および亜鉛と炭素のピーク強度比(Zn/C比)は増加し、ある一定量で飽和する。これはXPS分析法が極表面の元素分析法に由来するもので、ステアリン酸亜鉛が感光体最表面を100%被覆したことを示すものと考えられる。飽和に至らない場合は下地の感光体またはトナー成分の付着状態によって、その値が変動することを意味するものである。ゆえにZn/C比による規定は下地による影響を考慮すると、絶対的な評価法としては不完全と思われる。
さらにステアリン酸亜鉛の塗布量が少ない領域では、画像密度や画像パターンによる偏磨耗が加速されやすいため、特に塗布量の偏差の管理が重要である。
【0011】
また、近年CO2排出量低減といった環境問題における課題や、カラー機に対する高画質化の要求から、湿式製法である小粒径の重合トナーを使う技術が多く採用されてきている。重合トナーの特徴は、製造上の原理から、従来の粉砕法トナーと比較して、粒度分布および形状分布をシャープにすることが可能で、それゆえに高画質の画像を形成することができるのである。
形状をより球形化すると高精細な画像を形成するのに適しているが、トナーがブレードをすり抜けやすく、クリーニング不良が発生する。従って重合トナーをブレードクリーニングシステムに用いた場合、トナーの形状を適正な範囲にすることが必要である。それでも粉砕トナーと比較して、ブレードの線圧を高く設定しないとクリーニング出来ないという課題がある。
【0012】
一方、クリーニング部では、高線圧で走行すると感光体表面層とクリーニングブレード間の摺擦によるストレスが大きくなるため、ゴムブレードの劣化や有機感光体においては表面層の傷が悪化する。球形度の高いトナーを使いこなすために単にブレードの線圧を高くすると、確かに初期においては問題なくトナーをクリーニングできるが、長期走行するにつれブレード劣化や感光体傷が加速され、それらの劣化によってクリーニング不良が発生しやすくなるという悪循環を生んでしまう。
【0013】
長期に渡って良好なプリントを得るためには、クリーニング部材の劣化を出来るだけ緩和することが必須である。これらの問題を改善するために、感光体表面に潤滑剤を供給して感光体表面に潤滑剤皮膜を形成し、感光体とブレード間の摩擦を低減する技術が良く知られている。例えば、潤滑剤を感光体表面に塗布し、5.5gf/mm(53.9N/m)〜10.5gf/mm(102.9N/m)という高線圧になるようにクリーニングブレードを当接することで球形トナーのクリーニングを達成するという提案されている(例えば、特許文献7参照。)。
この方法を用いて本発明者らが実験したところ、初期的には形状係数が120以下の球形トナーでもクリーニングすることができた。しかしながら100,000枚相当の長期に渡っての走行試験をしたところ、ブレードのエッジに欠けが発生し、クリーニング不良によるスジが発生した。この原因について詳細に調べたところ、潤滑剤の存在条件下においてもブレードの線圧が高過ぎると、ブレードの劣化が進み、エッジ欠けやエッジ磨耗が加速されていることが分かった。
【0014】
また潤滑剤を塗布するシステムにおいて、初期のトルクが増加し、場合によってはブレードが捲れるという現象が発生することがある。本発明者らの調査によると、感光体表面に潤滑剤が少量塗布され、かつ画像密度が低くブレード線圧が高いかあるいはクリーニング角度が高い場合において、特に高トルク化が顕著であることが分かった。この原因は定かでないが、潤滑剤皮膜によってトナーから離脱した外添剤等の微粒子がクリーニングブレードと感光体間の界面に進入して介在することができず、トルクが上昇すると推測している。潤滑剤を多量に塗布すると、ブレードと感光体間の界面に潤滑剤が介在することによって摩擦を低減できるので、トルク上昇を抑制できる。しかしながら潤滑剤を過剰に供給すると、トナーと感光体間の付着力が非常に低下し転写工程における飛び散りや滲みなどの問題が発生することがある。
【0015】
また長期走行でのクリーニング性能低下はブレードのダメージのみならず、ブレードエッジ部へのトナー成分の固着も大きな原因であり、この現象は、低温低湿度下で顕著に発生すること、クリーニング角度が低い場合に発生しやすいことが分かってきた。
このように長期走行においてもブレード劣化が抑制され、安定した画像を得るためには、潤滑剤の塗布量とブレードの設定パラメータを適切な範囲に制御することが重要である。
【0016】
【特許文献1】
特開2000−75752号公報
【特許文献2】
特開平8−13754号公報
【特許文献3】
特開2002−244485号公報
【特許文献4】
特開2001−337558号公報
【特許文献5】
特開平10−142897号公報
【特許文献6】
特開2001−318475号公報
【特許文献7】
特開平11−288194号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、像担持体表面の潤滑剤実効塗布量を規定することで、像担持体やクリーニングブレードを劣化させずに長期にわたって良好な画像形成を可能とし、さらに画像密度や画像パターンに影響されない安定した画像形成が可能な画像形成装置及びそれを用いた画像形成方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、
<1> 像担持体と、前記像担持体を一様に帯電させる帯電手段と、帯電した前記像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体の表面に形成された潜像を少なくともトナーを含有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、を具備した画像形成装置であって、前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛が塗布されてなり、前記像担持体表面の亜鉛の被覆率が以下の範囲であることを特徴とする画像形成装置である。
【0019】
5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100% かつ
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%
【0020】
<2> 前記現像剤が、さらにステアリン酸亜鉛を含有し、現像と同時にステアリン酸亜鉛が前記像担持体表面に塗布されることを特徴とする<1>に記載の画像形成装置である。
【0021】
<3> 前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛を塗布する塗布手段をさらに具備したことを特徴とする<1>又は<2>に記載の画像形成装置である。
【0022】
<4> 前記像担持体表面のXPS分析による亜鉛の被覆率の偏差が、40%以下であることを特徴とする<1>乃至<3>のいずれか1つに記載の画像形成装置である。
【0023】
<5> 前記トナーの、式(1)で表される形状係数SFが、110〜160であることを特徴とする<1>乃至<4>のいずれか1つに記載の画像形成装置である。
【0024】
SF=100×πML2/4A・・・式(1)
ML:トナー粒子の絶対最大長
A:トナー粒子の投影面積
【0025】
<6> 前記塗布手段による前記像担持体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布量が、像担持体1回転あたり2μg〜30μgであることを特徴とする<3>乃至<5>のいずれか1つに記載の画像形成装置である。
【0026】
<7> 前記クリーニング手段が、前記像担持体表面にクリーニングブレードを当接したものであり、前記クリーニングブレードのクリーニング角度α及びブレード線圧が以下の範囲であることを特徴とする<1>乃至<6>のいずれか1つに記載の画像形成装置である。
【0027】
12° ≦ α ≦ (−3.9×ブレード線圧+27.85)° かつ
1.9gf/mm(18.6N/m) ≦ ブレード線圧 ≦ 3.0gf/mm(29.4N/m)
【0028】
<8> 像担持体の表面を一様に帯電させる帯電工程と、帯電した前記像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記像担持体の表面に形成された潜像を少なくともトナーを含有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写工程と、転写後の像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング工程と、を有する画像形成方法であって、前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛が塗布されてなり、前記像担持体表面の亜鉛の被覆率が以下の範囲であることを特徴とする画像形成方法である。
【0029】
5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100% かつ
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%
【0030】
<9> 前記現像剤が、さらにステアリン酸亜鉛を含有し、現像と同時にステアリン酸亜鉛が前記像担持体表面に塗布されることを特徴とする<8>に記載の画像形成方法である。
【0031】
<10> 前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛を塗布する塗布工程をさらに有することを特徴とする<8>又は<9>に記載の画像形成方法である。
【0032】
<11> 前記像担持体表面のXPS分析による亜鉛の被覆率の偏差が、40%以下であることを特徴とする<8>乃至<10>のいずれか1つに記載の画像形成方法である。
【0033】
<12> 前記トナーの、式(1)で表される形状係数SFが、110〜160であることを特徴とする<8>乃至<11>のいずれか1つに記載の画像形成方法である。
【0034】
SF=100×πML2/4A・・・式(1)
ML:トナー粒子の絶対最大長
A:トナー粒子の投影面積
【0035】
<13> 前記塗布工程における前記像担持体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布量が、像担持体1回転あたり2μg〜30μgであることを特徴とする<10>乃至<12>のいずれか1つに記載の画像形成方法である。
【0036】
<14> 前記クリーニング工程が、前記像担持体表面にクリーニングブレードを当接することにより残留トナーを除去する工程であり、前記クリーニングブレードのクリーニング角度α及びブレード線圧が以下の範囲であることを特徴とする<8>乃至<13>のいずれか1つに記載の画像形成方法である。
【0037】
12° ≦ α ≦ (−3.9×ブレード線圧+27.85)° かつ
1.9gf/mm(18.6N/m) ≦ ブレード線圧 ≦ 3.0gf/mm(29.4N/m)
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像形成装置及び画像形成方法について詳細に説明する。
本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を一様に帯電させる帯電手段と、帯電した前記像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体の表面に形成された潜像を少なくともトナーを含有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、を具備した画像形成装置であって、前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛が塗布されてなり、前記像担持体表面の亜鉛の被覆率が以下の範囲であることを特徴とする。
【0039】
5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100% かつ
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%
【0040】
前記像担持体表面の亜鉛の被覆率は、
5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100%、 かつ、
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%が好ましく、
5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100%、 かつ、
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<115%も好ましく、
10%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100%、 かつ、
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<110%も好ましく、
20%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100%、 かつ、
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%も好ましく、
40%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100%、 かつ、
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%も好ましい。
【0041】
像担持体表面の亜鉛の被覆率を規定することにより、潤滑剤であるステアリン酸亜鉛の実効塗布量を制御することが可能となる。
また、像担持体表面の亜鉛の量をその被覆率によって規定すると、前述したように、ステアリン酸亜鉛の塗布量を増加させていくとXPS分析における亜鉛に関連するピークの強度は増加し、ある一定量で飽和するが、この状態をステアリン酸亜鉛が感光体最表面を100%被覆率とする目安を設けることで、下地の状態の影響を受けない絶対的な定量値として扱うことが出来る。
【0042】
前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛が塗布されてなり、前記像担持体表面の亜鉛の被覆率を上記範囲に規定することにより、像担持体や、クリーニング手段に用いられるクリーニングブレード等を劣化させず、長期にわたって良好な画像形成を可能とする画像形成装置を得ることができる。
【0043】
像担持体表面の亜鉛の被覆率を定量化するに当たり、本発明者らは、低塗布領域における少量の亜鉛量を検出する分析手法としてXPS分析が適しており、一方、高塗布領域における多量の亜鉛量を検出する分析手法としてXRF分析が適していることを見いだした。
XPS分析が少量の亜鉛量を検出するのに適している理由は、極表面の元素分析定量法として一般的に使われている分析法であり、本発明における検出範囲の中で感度および再現性に優れる分析方法であるからである。
一方、XRF分析が多量の亜鉛量を検出するのに適している理由は、元素定量分析として一般的な分析手法であり、またXPSが極表面の元素を検出するのに対して感度が優れる一方、被覆率が100%以上の量のステアリン酸亜鉛が存在する場合は定量が不可能である。ゆえにXRFは被覆率が100%以上の場合XPS分析を補うことができる定量方法であるからである。
【0044】
XPS分析による亜鉛の被覆率が5%未満であると、クリーニングブレード等のクリーニング手段と像担持体表面との摩擦が大きくなり感光体表面の摩耗若しくは傷又はクリーニング手段の劣化に対して潤滑剤の効果を発揮することができなくなる。
また、XRF分析による亜鉛の被覆率が130%よりも大きいと、現像工程における下地カブリやトナー像を被転写体に転写する工程において転写像の滲みなどの問題を生じさせることがある。
【0045】
以下に、XPS分析による亜鉛の被覆率の測定方法について述べる。
本発明において、XPS分析による亜鉛の被覆率は、JPS−9010(日本電子(株)製)により測定した亜鉛の全元素に対する比の値に基づいて決定した。XPS分析は像担持体の極表面の分析であるため、ステアリン酸亜鉛の塗布量の増加に対して亜鉛の全元素に対する比の値が飽和する。飽和した亜鉛の全元素に対する比の値を被覆率100%として像担持体表面の亜鉛の被覆率を決定した。
【0046】
以下に、XRF分析による亜鉛の被覆率の測定方法について述べる。
本発明において、XRF分析による亜鉛の被覆率は、理学電気工業(株)製蛍光X線分析装置 システム3370Eにより測定した亜鉛に由来するX線のネット強度に基づいて決定した。XRF分析による亜鉛の被覆率は、前記XPS分析による亜鉛の被覆率が100%になるステアリン酸亜鉛の塗布量であって最小の塗布量のときのXRF分析による亜鉛に由来するX線のネット強度の値を被覆率100%として算出した。
XPS分析による亜鉛の被覆率が100%になるステアリン酸亜鉛の塗布量であって最小の塗布量は次のようにして決定できる。
ステアリン酸亜鉛を全く塗布しない場合の感光体表面の分析値を0%とし、感光体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布量に対するXPS分析による亜鉛の全元素に対する比の値をプロットしたときに、塗布量の増加に従って亜鉛の全元素に対する比の値は増加するが、ある塗布量以上になると亜鉛の全元素に対する比の値が飽和して一定値を示すようになる。プロットから明らかになる変曲点における塗布量がステアリン酸亜鉛の最小の塗布量となる。
【0047】
本発明の画像形成装置においては、前記像担持体表面のXPS分析による亜鉛の被覆率の偏差は40%以下であることが好ましく、さらに好ましくは30%以下、特に好ましくは20%以下である。
亜鉛の被覆率の偏差を40%以下にすることにより、画像密度及び画像パターンによる像担持体の偏摩耗を防止することが可能となる。
ここで、亜鉛の被覆率の偏差とは、ステアリン酸亜鉛が塗布された像担持体表面の任意の複数の箇所の亜鉛の被覆率をXPS分析により測定したときの被覆率のばらつきの範囲をいい、偏差が小さいほど像担持体表面に均一にステアリン酸亜鉛が塗布されていることを示す。
【0048】
本発明の画像形成装置に用いられるトナーの形状係数SFは、110〜160であることが好ましく、さらに好ましくは120〜140、特に好ましくは125〜135である。
形状係数SFが110〜160のトナーを用いることにより、高画質の転写画像を得ることができると共に、クリーニング不良によるスジ等の画像不良の発生を押さえることが可能となる。
【0049】
ここで形状係数SFは、下記式(1)で表される。
SF=100×πML2/4A・・・式(1)
ML:トナー粒子の絶対最大長
A:トナー粒子の投影面積
【0050】
トナーの形状係数SFは、以下のようにして求めた。
トナーをスライドガラス上に散布し、光学顕微鏡で観察する画像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、1000個以上のトナー粒子の絶対最大長と投影面積を測定し、測定値を式(1)に代入して平均値を形状係数SFとした。
【0051】
本発明の画像形成装置では、前記像担持体表面に一定量のステアリン酸亜鉛が塗布される。その塗布方法としては特に限定されるものではないが、例えば、少なくともトナーとステアリン酸亜鉛とを含有する現像剤を用い、現像と同時にステアリン酸亜鉛を前記像担持体表面に塗布する方法を用いることができる。
現像剤にステアリン酸亜鉛を添加する場合、トナーに対するステアリン酸亜鉛の添加量は0.1質量%〜0.4質量%が好ましく、さらに好ましくは0.1質量%〜0.2質量%である。
ステアリン酸亜鉛の添加量が0.1質量%以上であると像担持体表面に低摩耗性等の発現に十分なステアリン酸亜鉛を供給することができる。また、ステアリン酸亜鉛の添加量が0.4質量%以下であると、トナーの帯電性を悪化させることがなく、画像の背景部へのかぶりや、機内汚染を引き起こすことがない。さらに、ステアリン酸亜鉛の添加量が0.4質量%以下であれば、トナー自体にステアリン酸亜鉛被膜が形成されることによるトナー流動性の上昇を起こすことがなくクリーニング不良を生じさせない。
【0052】
前記像担持体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布方法のその他の例としては、像担持体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布手段を用いた方法が挙げられる。
前記塗布手段としては、例えば、溶融成形させたステアリン酸亜鉛バーと、前記ステアリン酸亜鉛バーに当接して回動し、かつ像担持体と当接する円筒状ブラシと、を有するステアリン酸亜鉛塗布装置が挙げられる。
前記ステアリン酸亜鉛塗布装置の円筒状ブラシは、前記ステアリン酸亜鉛バーに当接して回動することによりその表面にステアリン酸亜鉛を保持する。前記円筒状ブラシ表面に保持されたステアリン酸亜鉛は、円筒状ブラシの回動と共に円筒状ブラシと像担持体との当接部に運ばれ、そこで像担持体表面に塗布される。
【0053】
前記ステアリン酸亜鉛塗布装置により塗布されるステアリン酸亜鉛の量は、ステアリン酸亜鉛バーの円筒状ブラシへの初期荷重並びに円筒状ブラシ表面の繊維密度、繊維の長さ、繊維の太さ及び繊維の材質等を調整することにより制御可能である。
ステアリン酸亜鉛バーの円筒状ブラシへの初期荷重は、12gf〜60gf(118mN〜588mN)が好ましく、さらに好ましくは15gf〜40gf(147mN〜392mN)である。円筒状ブラシへの荷重を上記範囲にすることにより、長期間にわたって均一なステアリン酸亜鉛の塗布が可能となるため好ましい。
【0054】
円筒状ブラシ表面の繊維密度は、15×103〜120×103本/inch2(23.4〜186本/mm2)が好ましく、さらに好ましくは20×103〜〜60×103本/inch2(31.0〜93.0本/mm2)である。繊維密度を上記範囲にすることにより、長期間にわたって均一なステアリン酸亜鉛の塗布が可能となるため好ましい。
【0055】
円筒状ブラシ表面の繊維長さ(起毛の接着層厚は含まない)は2.5mm〜7mmが好ましく、さらに好ましくは3mm〜6.5mmである。繊維長さを上記範囲にすることにより、固形ステアリン酸亜鉛の掻き取りおよび感光体への塗布が適切に行われる。
【0056】
円筒状ブラシ表面の繊維太さは2〜10デニールが好ましく、さらに好ましくは3〜10デニールである。繊維太さを上記範囲にすることにより固形ステアリン酸亜鉛の掻き取りおよび感光体への塗布が適切に行われる。
【0057】
円筒状ブラシの繊維の材質としては、ナイロン、アクリル又はポリプロピレンが好ましく、この中でも特にナイロンが長期安定性に優れるため好ましい。
【0058】
前記ステアリン酸亜鉛塗布装置による前記像担持体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布量は、像担持体が回動可能な円筒状又はベルト状の像担持体である場合に、像担持体1回転あたり2〜30μgが好ましく、さらに好ましくは3〜10μgであり、特に4〜8μgが好ましい。ステアリン酸亜鉛の塗布量を上記範囲にすることにより、像担持体表面の亜鉛の被覆率を本発明に規定する適切な範囲に制御することが可能となる。
像担持体1回転あたりのステアリン酸亜鉛の塗布量が2μgよりも少ないと、像担持体とクリーニングブレードとの摩擦が急激に増加し、像担持体やクリーニングブレードの劣化が加速する。また、像担持体1回転あたりにおけるステアリン酸亜鉛の塗布量が30μgよりも多いと、画像転写時のトナーの飛び散りや滲みが悪化することがあり、さらに、長期間使用によってステアリン酸亜鉛バーの量が減少したときの供給量の制御が困難になる。
【0059】
本発明において用いられるクリーニング手段は特に限定されるものではないが、例えば、ゴム製のクリーニングブレード等を用いることができる。
クリーニング手段として用いられるクリーニングブレードのクリーニング角度αとブレード線圧とは、以下の範囲であることが好ましい。
【0060】
12° ≦ α ≦ (−3.9×ブレード線圧+27.85)° かつ
1.9gf/mm(18.6N/m) ≦ ブレード線圧 ≦ 3.0gf/mm(29.4N/m)
【0061】
ここで、クリーニング角度αを、図面を用いて説明する。
図1は、クリーニングブレード2が像担持体1表面に当接した状態を示す模式拡大断面図である。保持部材3に、自由長がLになるように保持されたクリーニングブレード2は、像担持体1表面の接線との当接角がθで、食い込み量がdとなるように像担持体1表面に押しつけられた状態にある。この場合のクリーニング角度αは、式(2)で表される。単位は、度(degree)である。
【0062】
α=θ−tan-1(1.5×d/L)×180/π 式(2)
【0063】
クリーニングブレードのクリーニング角度αとブレード線圧とを上記範囲にすることにより、ステアリン酸亜鉛が感光体に塗布された場合でも初期高トルク化を防ぎ、長期走行によるブレード劣化抑制効果をさらに高めることができる。
クリーニング角度αが12°より低いと、低温低湿度下におけるクリーニングブレードのエッジへのトナーの付着によるクリーニング性能が劣化し、クリーニング角度αが(−3.9×ブレード線圧+27.85)°よりも高いと、初期のトルクが上昇し、最悪はゴムブレードが捲れるに至る。
クリーニングブレードの線圧が1.9gf/mm(18.6N/m)より低いと、重合トナーに対してクリーニングラチチュードが初期から低いため、長期保管によるブレードの変形等の原因でクリーニング不良が発生しやすくなる。また、線圧が3.0gf/mm(29.4N/m)より高いと、クリーニングブレードのダメージ劣化が加速されるため、初期はクリーニングラチチュードが広いが、経時でクリーニング性能の低下が大きくなり望ましくない。
クリーニングブレードの材質としてはウレタンゴム、シリコンゴム、ポリイミド変性シリコンゴム、フッ素ゴム等が使用される。この中でもウレタンゴムが好ましい。
クリーニングブレードの硬度は、室温における測定で60〜100が好ましく、特に好ましくは80〜90である。クリーニングブレードの硬度を60〜100の範囲にすることにより、ブラシによって掻き取られた粉末状のステアリン酸亜鉛を感光体に適切に塗布することができる。
ここで、クリーニングブレードの硬度とは、JIS−K6301で規定された値をいう。
【0064】
次に、本発明の画像形成装置の一例を、図面を用いてさらに詳細に説明する。図2に示す画像形成装置は、像担持体表面にステアリン酸亜鉛を塗布する塗布手段を具備した本発明の画像形成装置の構成概略図である。図2に示す画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラム11と、帯電手段である帯電器13と、潜像形成手段である画像入力器15と、現像手段である現像器17と、転写手段である転写器19と、クリーニング手段であるクリーニングブレード21と、潤滑剤塗布手段であるブラシ25と、を有し、ブラシ25にはステアリン酸亜鉛バー27が当接配置される。ブラシ25の表面には、ブラシ25表面に付着した残留トナーを取り除くためのフリッカーバーが設けられていてもよい。
【0065】
感光体ドラム11の表面には、ブラシ25によりステアリン酸亜鉛が塗布され、感光体ドラム11表面の亜鉛の被覆率は以下の範囲に制御される。
【0066】
5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100% かつ
100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%
【0067】
図2を用いて本発明の画像形成方法を説明する。
図2に示す画像形成装置において、感光体ドラム11は矢印A方向に回転して帯電器13によってその表面が一様に帯電される。帯電された感光体ドラム11表面に、画像入力器15からのレーザー光等により静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器17によって現像され、その表面に静電潜像に応じたトナー像が形成される。形成されたトナー像は、感光体ドラム11の回転により転写器19の配置された部位に至り、転写器19の作用により、感光体ドラム11表面に形成されたトナー像は被転写体23に転写される。被転写体23に転写されたトナー像は、図示しない定着器により定着され定着画像が形成される。
一方、転写後の感光体ドラム11表面に残留するトナーは、クリーニングブレード21によって除去され、次の画像形成サイクルの準備がなされる。
【0068】
感光体ドラム11表面には、ステアリン酸亜鉛バー27に当接配置されるブラシ25によってステアリン酸亜鉛が塗布され、感光体ドラム11に当接配置されるクリーニングブレード21によって感光体ドラム11表面にステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤被膜が形成される。
感光体ドラム11表面に前記潤滑剤被膜が形成されることにより、像担持体表面のXPS分析による亜鉛の被覆率の偏差を40%以下にすることが可能となる。
【0069】
感光体ドラム11表面へのステアリン酸亜鉛の塗布は、ステアリン酸亜鉛を含有する現像剤を用いて静電潜像を現像することによっても可能である。
本発明においては、感光体ドラム11表面へのステアリン酸亜鉛の塗布方法は特に限定されるものではなく、図2に示すようにステアリン酸亜鉛バー27とブラシ25とを有する塗布手段によるものであってもよいし、ステアリン酸亜鉛を含有する現像剤を用いた方法によるものであってもよい。さらに、両者を併用したものであってもよい。
【0070】
【実施例】
以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は実施例によって何ら限定されるものではない。
(実施例1〜4及び比較例1)
FUJI XEROX製Docu Center Color 500機を用い、表1に示す構成において、像担持体表面の亜鉛の被覆率をXPS分析及びXRF分析により測定した。さらに、XPS分析による亜鉛の被覆率の偏差を測定した。
また、フルカラーにて高温高湿(28℃、80%RH)及び低温低湿(10℃、20%RH)で各20万枚、計40万枚の走行試験を行い、感光体磨耗量、感光体偏摩耗量、感光体傷、ブレードエッジダメージ、転写飛び散り評価、機内汚染評価及び総合評価を行った。
この場合のクリーニングブレードのクリーニング角度αは17.6°、ブレード線圧は2.6gf/mm(25.5N/m)、硬度は87、材質はウレタンゴムであった。また、トナーの形状係数SFは131であった。
【0071】
【表1】
Figure 2004198662
【0072】
実施例1〜4及び比較例1における評価基準を以下に述べる。
−感光体摩耗量−
感光体の磨耗に関しては、走行試験前と1000回転走行試験後の感光体の膜厚を渦電流式の膜厚計で計測し、その差分を感光体摩耗量とした。
【0073】
−偏摩耗量−
偏磨耗量は、走行後の感光体膜厚を軸方向に50カ所測定し、さらに円周方向に違う位置で4箇所(計200ポイント)測定し、その最大値と最小値の差分を辺磨耗量とした。
【0074】
−感光体傷−
感光体傷は、表面粗さ計(東京精密(株)製Surfcom1400A)での10点平均粗さ(Rz)を測定を行い評価した。判断基準は以下の通りである。
○:Rz 3.0μm以下
△:3.0 < Rz < 3.5μm
×:Rz 3.5μm以上(画質上白筋あり)
【0075】
−クリーニングブレードエッジダメージ−
クリーニングブレードエッジダメージは、レーザー顕微鏡(キーエンス(株)製)によりエッジ先端部の磨耗量の測定を行うとともに、ブレードのクリーニング性能をストレス条件下(10℃ 湿度15%)で評価を行った。判断基準は以下の通りである。
○:クリーニング性能問題なし。
△:トナーはクリーニングできるが、放電生成物残留による高温高湿下での白抜けが発生する。
×:クリーニング不良が発生する。
【0076】
−転写飛び散り評価−
転写の飛び散りの評価は、プリントの目視観察による官能評価にて判断した。判断基準は以下の通りである。
○:問題なし。
△:僅かに飛び散りが発生している。
×:FUJI XEROX製Docu Center Color 500機より明らかに悪いレベル。
【0077】
−機内汚染評価−
機内汚染の評価は、走行後の機内を目視観察により官能評価にて判断した。
○:問題なし
△:走行上問題無いが、機内が汚染されている。
×:FUJI XEROX製Docu Center Color 500機より明らかに悪いレベル。
【0078】
−総合評価−
総合評価は、以下の基準で判断した。
○:全ての項目において問題がなかった。
×:問題が発生した。
【0079】
評価結果を表2に示す。
【0080】
【表2】
Figure 2004198662
【0081】
(実施例5〜9及び比較例2〜4)
FUJI XEROX製Docu Center Color 500機を用い、表3に示す構成において、像担持体表面の亜鉛の被覆率をXPS分析及びXRF分析により測定した。さらに、XPS分析による亜鉛の被覆率の偏差を測定した。
また、フルカラーにて高温高湿(28℃、80%RH)及び低温低湿(10℃、20%RH)で各20万枚、計40万枚の走行試験を行い、初期トルク、実機内クリーニング性、クリーニングブレードエッジ付着劣化、クリーニングブレードエッジダメージ劣化、転写飛び散り、機内汚染及び総合評価を行った。用いたクリーニングブレードは、比較例2を除き、硬度87、自由長8mm、厚み2mmのウレタンゴムブレードを用いた。比較例2では、硬度70,自由長8mm、厚み2mmのウレタンゴムブレードを用いた。
【0082】
【表3】
Figure 2004198662
【0083】
実施例5〜9及び比較例2〜4における評価基準を以下に述べる。
−トルク測定−
トルクは、感光体がついた状態のマシンのメインモーターの電流値(A1)を測定し、次に感光体を取り外した状態でのマシンのメインモーターの電流値(A2)を測定し、A1からA2を差し引いた値に基づいて決定した。
特に高温高湿下の初期が最もストレスであるので、この時のMAX値を評価した。判断基準は以下の通りである。
○:8gf・cm(7.8×10-4J)以下
△:8gf・cm(7.8×10-4J)〜10gf・cm(9.8×10-4J)(実質上問題なし)
×:10gf・cm(9.8×10-4J)以上
××:ブレード捲れ発生
【0084】
−実機内クリーニング性評価−
実機内クリーニング性評価は、計40万枚の走行試験後のクリーニングブレードを取り出し、低温低湿下におけるストレステストで評価した。ストレステストは、未転写ベタ濃度・40cm幅(A3紙一枚分)のトナー画像をクリーニングさせ、感光体上に残留したトナーの無きことを確認することによりおこなった。判断基準は以下の通りである。
○:画質上でも感光体上でもトナーのすり抜け後がない。
△:感光体上では多少トナーがすり抜けた形跡があるが、画質上問題ないレベル。
×:画質上スジが発生する。
【0085】
−クリーニングブレードエッジ付着劣化及びダメージ劣化−
ブレードのクリーニング性劣化の原因は、一つはブクリーニングレードのエッジのダメージによる劣化であり、もう一つはクリーニングブレードのエッジに固着した付着物による劣化である。本検討において、40万枚走行試験後の劣化したクリーニングブレードを取り出し、クリーニングブレードの線圧可変のクリーニングオフラインベンチを用いて、ストレス条件下でクリーニングできる限界の線圧を求めた。その際、実機から取り出したクリーニングブレードをそのまま評価した後、クリーニングブレードのエッジをアルコール等で清掃し、同様にクリーニング性能を評価した。このようにして、クリーニングブレード清掃前後のクリーニング限界線圧の差を付着劣化とし、清掃後のクリーニング限界線圧をダメージ劣化と定義した。
また、ストレス条件下の試験は、20万枚走行後の有機感光体を接触帯電器で50回転空帯電させたあと、未転写ベタ濃度・40cm幅のトナー画像をクリーニングさせ、感光体上に残留したトナーの無きことを確認することによりおこなった。
【0086】
判断基準は以下の通りである。
(ダメージ劣化)
○:2.5gf/mm(24.5N/m)以下
△:2.5gf/mm(24.5N/m)<クリーニング限界線圧<3.0gf/mm(29.4N/m)
×:3.0gf/mm(29.4N/m)以上
(付着劣化)
○:0.25gf/mm(2.5N/m)以下
△:0.25gf/mm(2.5N/m)<クリーニング限界線圧<1.0gf/mm(9.8N/m)
×:1.0gf/mm(9.8N/m)以上
【0087】
−転写飛び散り評価−
転写の飛び散りの評価は、プリントの目視観察による官能評価にて判断した。判断基準は以下の通りである。
○:問題なし。
△:僅かに飛び散りが発生している。
×:FUJI XEROX製Docu Center Color 500機より明らかに悪いレベル。
【0088】
−機内汚染評価−
機内汚染の評価は、走行後の機内を目視観察により官能評価にて判断した。判断基準は以下の通りである。
○:問題なし。
△:走行上問題無いが、機内が汚染されている。。
×:FUJI XEROX製Docu Center Color 500機より明らかに悪いレベル。
【0089】
−総合評価−
総合評価は、以下の基準で判断した。
○:全ての項目において問題がなかった。
×:問題が発生した。
【0090】
評価結果を表4に示す。
【0091】
【表4】
Figure 2004198662
【0092】
【発明の効果】
像担持体表面の潤滑剤実効塗布量を本発明に規定する範囲に制御することにより、像担持体やクリーニングブレードを劣化させずに長期にわたって良好な画像形成可能な画像形成装置及びそれを用いた画像形成方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】クリーニングブレードが、像担持体表面に当接した状態を示す模式拡大断面図である。
【図2】本発明の画像形成装置の一例の構成概略図である。
【符号の説明】
1 像担持体
2 クリーニングブレード
3 保持部材
11 感光体ドラム
21 クリーニングブレード
25 ブラシ
27 ステアリン酸亜鉛バー

Claims (14)

  1. 像担持体と、前記像担持体を一様に帯電させる帯電手段と、帯電した前記像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体の表面に形成された潜像を少なくともトナーを含有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、を具備した画像形成装置であって、
    前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛が塗布されてなり、
    前記像担持体表面の亜鉛の被覆率が以下の範囲であることを特徴とする画像形成装置。
    5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100% かつ
    100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%
  2. 前記現像剤が、さらにステアリン酸亜鉛を含有し、現像と同時にステアリン酸亜鉛が前記像担持体表面に塗布されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛を塗布する塗布手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記像担持体表面のXPS分析による亜鉛の被覆率の偏差が、40%以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記トナーの、式(1)で表される形状係数SFが、110〜160であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
    SF=100×πML2/4A・・・式(1)
    ML:トナー粒子の絶対最大長
    A:トナー粒子の投影面積
  6. 前記塗布手段による前記像担持体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布量が、像担持体1回転あたり2μg〜30μgであることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記クリーニング手段が、前記像担持体表面にクリーニングブレードを当接したものであり、前記クリーニングブレードのクリーニング角度α及びブレード線圧が以下の範囲であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
    12° ≦ α ≦ (−3.9×ブレード線圧+27.85)° かつ
    1.9gf/mm(18.6N/m) ≦ ブレード線圧 ≦ 3.0gf/mm(29.4N/m)
  8. 像担持体の表面を一様に帯電させる帯電工程と、帯電した前記像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記像担持体の表面に形成された潜像を少なくともトナーを含有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写工程と、転写後の像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング工程と、を有する画像形成方法であって、
    前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛が塗布されてなり、
    前記像担持体表面の亜鉛の被覆率が以下の範囲であることを特徴とする画像形成方法。
    5%<XPS分析による亜鉛の被覆率≦100% かつ
    100%≦XRF分析による亜鉛の被覆率<130%
  9. 前記現像剤が、さらにステアリン酸亜鉛を含有し、現像と同時にステアリン酸亜鉛が前記像担持体表面に塗布されることを特徴とする請求項8に記載の画像形成方法。
  10. 前記像担持体表面にステアリン酸亜鉛を塗布する塗布工程をさらに有することを特徴とする請求項8又は9に記載の画像形成方法。
  11. 前記像担持体表面のXPS分析による亜鉛の被覆率の偏差が、40%以下であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  12. 前記トナーの、式(1)で表される形状係数SFが、110〜160であることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の画像形成方法。
    SF=100×πML2/4A・・・式(1)
    ML:トナー粒子の絶対最大長
    A:トナー粒子の投影面積
  13. 前記塗布工程における前記像担持体表面へのステアリン酸亜鉛の塗布量が、像担持体1回転あたり2μg〜30μgであることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  14. 前記クリーニング工程が、前記像担持体表面にクリーニングブレードを当接することにより残留トナーを除去する工程であり、前記クリーニングブレードのクリーニング角度α及びブレード線圧が以下の範囲であることを特徴とする請求項8乃至13のいずれか1項に記載の画像形成方法。
    12° ≦ α ≦ (−3.9×ブレード線圧+27.85)° かつ
    1.9gf/mm(18.6N/m) ≦ ブレード線圧 ≦ 3.0gf/mm(29.4N/m)
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