(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像坦持体と、露光手段からの書き込みにより像担持体に形成した静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、
前記像担持体は、表面にフィラーを含む保護層が形成されていて、
前記現像装置は、現像剤が第一の潤滑剤を含み、かつ、前記像担持体近傍に第二の潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を備え、
前記潤滑剤塗布手段は、前記露光手段による書き込み画素数及び前記像担持体走行距離とから形成された画像面積の比率に応じて、次回の前記像担持体の所定走行距離における前記像担持体への第二の潤滑剤の塗布量を調整する潤滑剤塗布量調整手段を有し、
前記潤滑剤塗布量調整手段は、前記画像面積の比率が低い場合に前記像担持体への第二の潤滑剤の塗布量を増加させ、前記画像面積の比率が高い場合に前記像担持体への第二の潤滑剤の塗布量を減少させる
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記像担持体に塗布する第二の潤滑剤は、現像剤に含有される第一の潤滑剤と同一物質である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置において、
前記第一の潤滑剤及び前記第二の潤滑剤は、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４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記保護層が含むフィラーは、アルミナである
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成装置において、
前記保護層が含むフィラーの平均粒径は、０．１〜０．８μｍである
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像形成装置において、
前記保護層のフィラーの含有量は、１０〜４０ｗｔ％である
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方法による画像形成装置に関し、より詳しくは、電子写真感光体の耐久性を向上させ、安定した画像を提供する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ等に広く使用されている電子写真方法に用いられる電子写真感光体（以下、単に「感光体」と言うことがある。）としては、安価、大量生産性、無公害性等の利点から、有機系の感光材料が汎用されてきている。しかしながら、有機系感光体は無機系感光体と比較して耐摩耗性が低く、耐久性の点で劣るという欠点がある。更に近年では、電子写真システムの小型化が望まれるようになり、感光体は小径化を余儀なくされ、耐摩耗性を主とする機械的耐久性が強く要望されるようになってきている。
【０００３】
有機系感光体の耐摩耗性を向上させる方法として、金属あるいは金属酸化物からなるフィラーを含有する保護層を表面に設けるものが、特開平１−１７０９５１号公報等に開示されている。これにより、機械的耐久性に優れた感光体を得ることができるが、一方で帯電手段による放電を繰り返し受けることにより、経時的に感光体の表面が変質するため、感光体上に形成されたトナー像の転写率が低下したり、転写中抜け等の異常画像が発生する場合がある。
【０００４】
上記のような感光体表面の変質からくるトナー付着等を防止する手段として、潤滑剤を塗布することにより感光体の表面エネルギーを低下させる方法が知られている。感光体への潤滑剤の供給方法としては、特開２０００−１６２８８１号公報に開示されているように、ブラシなどの塗布手段により固形の潤滑剤を塗布する方法や、特許第２８５９６４６号公報に開示されているように、トナーに外添して感光体に供給する等の方法がある。このように、潤滑剤を感光体表面に供給することで、感光体の表面エネルギーを低下させ、機械的耐久性のみならず、転写率の向上や、転写中抜け等の異常画像の発生も防止できる。
【０００５】
一方、感光体に潤滑剤を供給する場合にも以下のような課題がある。まず、塗布手段により感光体に塗布する場合、定期的な潤滑剤の交換が必要となる。メンテナンス間隔を長くするために、あまりに大きな潤滑剤を搭載することは、逆に装置が大型化したり、コスト高になるという問題がある。
また、トナーに潤滑剤を外添した場合、トナーボトルを交換することで新しい潤滑剤が供給されるので、潤滑剤のためのメンテナンスは不要となるが、感光体への供給量が、画像面積により左右されるという問題がある。これは、高画像面積の画像出力後、トナーが大量に補給される場合には同時に潤滑剤も豊富に供給されるが、低画像面積の画像出力後、あまりトナーが補給されない場合には潤滑剤の供給量も減少してしまうからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題点に鑑み、本発明は、電子写真感光体、特に有機系感光体を長期にわたって使用することができ、なおかつ安定して良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像坦持体と、露光手段からの書き込みにより像担持体に形成した静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置において、前記像担持体は、表面にフィラーを含む保護層が形成されていて、前記現像装置は、現像剤が第一の潤滑剤を含み、かつ、前記像担持体近傍に第二の潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を備え、前記潤滑剤塗布手段は、前記露光手段による書き込み画素数及び前記像担持体走行距離とから形成された画像面積の比率に応じて、次回の前記像担持体の所定走行距離における前記像担持体への第二の潤滑剤の塗布量を調整する潤滑剤塗布量調整手段を有し、前記潤滑剤塗布量調整手段は、前記画像面積の比率が低い場合に前記像担持体への第二の潤滑剤の塗布量を増加させ、前記画像面積の比率が高い場合に前記像担持体への第二の潤滑剤の塗布量を減少させる画像形成装置とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記像担持体に塗布する第二の潤滑剤は、現像剤に含有される第一の潤滑剤と同一物質である画像形成装置とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、前記第一の潤滑剤及び前記第二の潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛である画像形成装置とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記保護層が含むフィラーがアルミナである画像形成装置とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の画像形成装置において、前記保護層が含むフィラーの平均粒径は、０．１〜０．８μｍである画像形成装置とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像形成装置において、前記保護層のフィラーの含有量は、１０〜４０ｗｔ％である画像形成装置とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
図中符号１は像担持体である感光体である。図１ではドラム状の形状を示しているが、シート状、エンドレスベルト状のものであってもよい。感光体１の周辺には、帯電手段である帯電ローラ２、図示しない露光手段からの露光により感光体１上に形成される静電潜像を現像する現像装置４、図示しない給紙装置より搬送されてきた転写材５に感光体上のトナー像を転写する転写手段である転写ローラ６、転写後、感光体１上に残存するトナーを除去するためのクリーニング手段であるクリーニングブラシ８とクリーニングブレード９、クリーニングブレード９を通過した後の感光体表面を除電する除電ランプ１１が配置されている。尚、帯電手段は、ローラだけでなく、ブラシ等の接触帯電手段やチャージャでもよい。また、転写手段はローラだけでなく、ブラシ、ベルト等の接触転写手段やチャージャでもよい。
更に、感光体１と転写ローラ６のニップ部よりも転写材搬送方向下流側に、転写材上のトナー像を溶融固着させるための定着装置７が備えられている。
【００１１】
本発明の画像形成装置に用いられる感光体について更に詳しく説明する。
図２は、本発明の積層型電子写真感光体の概略断面図である。導電性支持体１２上に電荷発生材料を主成分とする電荷発生層１３と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層１４とからなる感光層１６が積層形成されている。また、表層として保護層１５が形成されている。
導電性支持体１２は、体積抵抗１０１０Ωｃｍ以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属を管状に加工したもの、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの、等が用いられる。
【００１２】
電荷発生層１３は、電荷発生材料を主成分とする層であり、電荷発生材料の代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料等が挙げられる。これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成する。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート法等により行う。電荷発生層１３の膜厚は、通常は０．０１〜５μｍ、好ましくは０．１〜２μｍである。
【００１３】
電荷輸送層１４は、電荷輸送材料及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン等の適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。また、必要により可塑剤やレベリング剤等を添加することもできる。
電荷輸送材料のうち、低分子電荷輸送材料には、電子輸送材料と正孔輸送材料とがある。電子輸送材料としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレノン、１，３，７−トリニトロジベンゾチオフェン−５，５−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。
また、正孔輸送材料としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。
電荷輸送材料と共に電荷輸送層１４に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層１４の厚さは、５〜３０μｍの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。
【００１４】
また、感光体１には、導電性支持体１２と感光層１６との間に下引き層を形成することができる。下引き層は一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層１６を溶剤を用いて塗布することを考慮し、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂等の水溶性樹脂、共重合ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また、下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。
この下引き層は、上述した感光層１６と同様、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、０〜５μｍが適当である。
【００１５】
感光体１は、更に表層として、感光層１６の保護及び耐久性の向上を目的に、フィラーを含有する保護層１５を設ける。保護層１５に添加するフィラーとしては酸化チタン、シリカ、アルミナ等の金属酸化物の微粉末を用いることができる。この中でも、特にアルミナが好ましい。
また、フィラーの平均粒径は、０．１〜０．８μｍの範囲であることが好ましい。フィラーの平均粒径が大きすぎる場合には、露光光が保護層１５で散乱されるため、解像力が低下し画像品質が劣る。また、フィラーの平均粒径が小さすぎると耐摩耗性に劣る。
保護層１５に添加されるフィラーの量は、好ましくは１０〜４０ｗｔ％、より好ましくは２０〜３０ｗｔ％である。フィラーの量が、１０ｗｔ％未満では摩耗が大きく耐久性に劣り、４０ｗｔ％を越えると感度低下や残留電位上昇が無視できなくなるので望ましくない。
保護層１５は、フィラーとバインダー樹脂を適当な溶媒を用いて分散し、分散液をスプレーコート法により感光層１６上に塗布することで形成できる。保護層１５に用いるバインダー樹脂、溶媒としては、電荷輸送層１４と同様の材料を使用することができる。保護層１５の膜厚は、３〜１０μｍが望ましい。保護層１５には、電荷輸送材料や、酸化防止剤等を添加することもできる。
【００１６】
次に、現像装置４で使用される現像剤について説明する。現像剤は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤である。キャリアは粒径５０μｍ程度のフェライト、マグネタイト、鉄等の磁性体表面にシリコーン樹脂等の樹脂をスプレー等の方法で表面処理されたものが使用される。トナーはエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂等の結着樹脂と顔料および帯電制御剤を混練粉砕し、分級したものにシリカ、チタニア等の外添剤が加えられたものであり、粒径は７μｍ程度である。
本発明の画像形成装置において使用される現像剤は、第一の潤滑剤を含む。第一の潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸やフッ素樹脂等の粉末が挙げられる。これらの第一の潤滑剤をトナーに外添し、現像剤に供する。トナーに外添する第一の潤滑剤の粒径としては０．５〜５μｍが好ましく、添加量はトナーに対して０．０１〜０．５ｗｔ％が適当である。
第一の潤滑剤は、トナーとともに感光体１に付着し、クリーニングブレード９で引き延ばされて感光体１の表面を被覆する。これにより、感光体１の表面エネルギーを低減させ、紙粉やトナーによる感光体フィルミングを防止したり、転写中抜け等の異常画像の発生を防止することができる。
【００１７】
加えて、本発明の画像形成装置は、感光体１近傍に第二の潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を有する。潤滑剤塗布手段は、新たに設けるものであっても良いが、画像形成装置内のスペースの都合上難しい場合等は、例えば、図１に示すように、クリーニングブラシ８を兼ねるものであってもよい。潤滑剤塗布手段となるクリーニングブラシ８の感光体１と反対側に、第二の潤滑剤１０を配置する。
第二の潤滑剤１０としては、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸を融解固化させたもの、棒状あるいはシート状のフッ素樹脂等を用いることができる。
【００１８】
上記のトナーに外添される第一の潤滑剤と、潤滑剤塗布手段によって感光体表面に塗布される第二の潤滑剤は、同一物質であることが好ましい。同一物質とすることで、潤滑剤同士の不要な摩擦帯電を防止し、地肌汚れ等の異常画像の発生を抑えることができるからである。特に、第一の潤滑剤及び第二の潤滑剤の双方がステアリン酸亜鉛であることが、潤滑の効果が大きい点で好ましい。
【００１９】
図３は、第二の潤滑剤１０の塗布量を調整する手段を説明する図である。潤滑剤塗布量調整手段２０は、第二の潤滑剤１０をソレノイド２１に取り付けて構成されている。ソレノイド２１は、画像形成装置本体制御部の信号に従ってＯＮ、ＯＦＦし、図中矢印Ａ方向に変位可能とし、クリーニングブラシ８と当接、離間を切り替えるようにする。これにより、第二の潤滑剤１０の感光体１への塗布量を調整することができる。更に、第二の潤滑剤１０をクリーニングブラシ８に間欠的に当接させるようにすることで、第二の潤滑剤１０の寿命を長くすることができる。
尚、図３では、潤滑剤塗布量調整手段２０はソレノイド２１を用いて構成した例について示したが、本発明はこれに限るものではなく、例えばカムあるいはギアを用い、それらの回転によって第二の潤滑剤１０を図中矢印Ａ方向に変位させ、感光体１への塗布量を調整する機構としてもよい。
【００２０】
図４は、潤滑剤塗布量調整手段２０の制御を説明するブロック図である。トナーに外添される第一の潤滑剤の供給量は、その直前に形成される画像面積により変動するので、それに合わせて第二の潤滑剤１０の塗布量を以下のように調整する。コントローラ部がネットワーク等で接続されたコンピュータ（ＰＣ）等から画像データを受け取ると、メイン制御部では、書き込み画素数をカウントし、記憶する。また、同時に感光体駆動モータの回転数又は回転時間を検知し、感光体の走行距離をカウントし、記憶する。上記の書き込み画素数及び感光体走行距離とから形成された画像面積の比率を算出し、その算出結果に基づき、次回の感光体の所定走行距離における第二の潤滑剤１０の塗布量を決定する。潤滑剤塗布量調整手段２０は、決定された塗布量に従い、第二の潤滑剤１０とクリーニングブラシ８との当接時間の調整を行う。画像面積の比率が低い場合は、第二の潤滑剤１０とクリーニングブラシ８との当接時間を長くするように制御することで、感光体１への潤滑剤の供給量を適切に保つことができる。また、画像面積の比率が高い場合には、第二の潤滑剤１０とクリーニングブラシ８とを離間させることで、第二の潤滑剤１０の余剰消費を防ぐことができる。また、多様な転写材が通紙された場合や、間欠通紙、連続通紙等の多様な使用状況にも応じて、感光体１上の潤滑剤の塗布量を適切に制御することができる。
【００２１】
本発明は、感光体１を複数備えるタンデム型の画像形成装置にも適用することができる。図５は、本発明に係るタンデム型画像形成装置の概略構成図である。像担持体である感光体を４つ備え、各感光体１ａ〜１ｄに形成される静電潜像を現像する現像装置４ａ〜４ｄを備える。現像装置４ａ〜４ｄで使用する現像剤には、先に説明したように第一の潤滑剤が含まれている。また、感光体１ａ〜１ｄ毎に第二の潤滑剤塗布手段が設けられている。図５は、クリーニングブラシ８ａ〜８ｄがこれを兼ね、第二の潤滑剤１０ａ〜１０ｄを各感光体１ａ〜１ｄに塗布する機構としたものである。第二の潤滑剤１０ａ〜１０ｄの塗布量調整手段は、ここでは図示しないが、先に示したものと同様の機構を用いることができる。タンデム型の画像形成装置においては、感光体１ａ〜１ｄ上に形成される画像が各色で異なり、画像面積の比率が大きく異なる場合がある。このような場合でも、感光体１ａ〜１ｄごとに書き込み画素数をカウントし、それと感光体１ａ〜１ｄの走行距離とから、各色の画像面積の比率を算出し、その算出結果に応じて第二の潤滑剤１０ａ〜１０ｄの塗布量をそれぞれ決定することができる。第二の潤滑剤１０ａ〜１０ｄの塗布量調整手段は、決定された塗布量に従って、第二の潤滑剤１０ａ〜１０ｄとクリーニングブラシ８ａ〜８ｄとの当接時間をそれぞれ独立して調整する。このような制御をすることで、各色の感光体１ａ〜１ｄの表面状態を良好に維持することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これら実施例によって本発明は限定されるものではない。
【００２３】
先ず初めに、図１に示した本発明の画像形成装置の動作について説明する。感光体１は、帯電ローラ２により表面を均一に帯電される。均一帯電された感光体１表面には、不図示の露光手段から発せられた画像情報に応じた露光３により静電潜像が形成される。次に、感光体１上の静電潜像は、現像装置４により現像されトナー像が形成される。次いで、このトナー像は、転写手段である転写ローラ６により、図示しない給紙装置より搬送されてきた転写材５に転写される。転写材５上に転写されたトナー像は、定着装置７により定着される。
また、転写後、感光体１上に残存するトナーは、クリーニングブラシ８とクリーニングブレード９により除去される。クリーニングブラシ８には潤滑剤１０が当接しており、クリーニングブラシ８によりかき取られた潤滑剤１０が感光体１表面に塗布される。クリーニングブレード９を通過した感光体１は、除電ランプ１１により光除電され、次の画像形成に備える。
【００２４】
（実施例１）
直径３０ｍｍのアルミニウム基体上に、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層及び保護層を、その順に塗布、乾燥し、３．５μｍの下引き層、０．１５μｍの電荷発生層、２０μｍの電荷輸送層、５μｍの保護層からなる電子写真感光体を作製した。このとき、保護層の塗工はスプレー法により、それ以外は浸漬塗工法により行った。ここで、保護層には平均粒径０．３μｍのアルミナを２５ｗｔ％添加した。
現像装置に使用する二成分現像剤のトナーには、０．１５ｗｔ％のステアリン酸亜鉛を添加した。また、クリーニング部には断面が５×５ｍｍ、長さが３２０ｍｍの固化させたステアリン酸亜鉛を配置し、間欠的にステアリン酸亜鉛をクリーニングブラシに当接させるように制御した。
露光は６５５ｎｍのレーザ露光とし、帯電は帯電ローラにＡＣ（２ｋＨｚ，１．８ｋＶｐｐ）＋ＤＣ（−７５０Ｖ）を印加した。プロセス速度は１２５ｍｍ／ｓとした。このような電子写真プロセスにて耐久性の評価を実施した。
出力画像は、画像面積によらず、初期及び連続通紙１５万枚後においても、ほぼ良好であった、連続通紙１５万枚後の感光体の摩耗量は感光体長手方向でほぼ均一であり約２．２μｍであった。
【００２５】
（比較例１）
実施例１において、クリーニング部に潤滑剤を設置しなかった以外は実施例１と同様にして、電子写真プロセスでの耐久性の評価を実施した。
その結果、画像面積が５％の場合には、連続通紙１５万枚後においても画像は概ね良好で、感光体の摩耗量は３．５μｍであった。しかしながら、画像面積が１．５％の場合には連続通紙９万枚後にクリーニング不良による黒スジが発生した。また、感光体の摩耗量は６．３μｍもあり、摩耗により保護層が消失していた。
【００２６】
（比較例２）
実施例１において、トナーに潤滑剤を添加せず、クリーニング部の潤滑剤をクリーニングブラシに常設させた以外は実施例１と同様にして、電子写真プロセスでの耐久性の評価を実施した。
その結果、連続通紙１２万枚後から潤滑剤の摩耗により潤滑剤の塗布ムラが生じ、ハーフト−ン部で濃度ムラが生じるようになった。感光体の摩耗量は画像面積に依存せず、３．０μｍ以下であった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明により、現像装置で使用する現像剤に第一の潤滑剤を添加し、感光体近傍に第二の潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を備えることで、感光体への潤滑剤の安定した供給が可能となり、感光体の表面エネルギーを低下させ、転写率の向上や、転写中抜け等の異常画像の発生を防止した画像形成装置を提供することができる。また、感光体の表面にフィラーを含有した保護層を設けることで、感光体の耐摩耗性も兼ね備え、耐久性に優れ、長期に渡って安定的に良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】  積層型電子写真感光体の概略断面図である。
【図３】第二の潤滑剤の塗布量を調整する手段を説明する図である。
【図４】潤滑剤塗布量調整手段の制御を説明するブロック図である。
【図５】本発明に係るタンデム型画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  感光体（像担持体）
１２  導電性支持体
１３  電荷発生層
１４  電荷輸送層
１５  保護層
１６  感光層
４  現像装置
８  クリーニングブラシ（潤滑剤塗布手段）
９  クリーニングブレード
１０  第二の潤滑剤
２０  潤滑剤塗布量調整手段
【図１】
0004212849.tif 000002
【図２】
0004212849.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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