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JP2019095702A - 固形潤滑剤、固形潤滑剤塗布装置および画像形成装置 - Google Patents

固形潤滑剤、固形潤滑剤塗布装置および画像形成装置 Download PDF

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泰樹 雨宮
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Yukio Hosoya
幸夫 細谷
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Kunihiro Ogura
都宏 小倉
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Abstract

【課題】微粒子を有する固形潤滑剤を用いる画像形成装置におけるクリーニング効果を十分に高め得る固形潤滑剤を提供すること。【解決手段】本発明は、電子写真方式の画像形成装置が有する像担持体に塗布される固形潤滑剤に関する。上記固形潤滑剤は、樹脂粒子および金属石鹸を含有する。上記樹脂粒子は、非晶質樹脂を主成分とする粒子本体と、上記粒子本体の表面に担持されたフッ素原子と、を有する。上記樹脂粒子は、体積平均粒子径が70nm以上の粒子である。【選択図】図2

Description

本発明は、固形潤滑剤、固形潤滑剤塗布装置および画像形成装置に関する。
プリンタなどの電子写真方式の画像形成装置として、静電潜像にトナーを付与されて形成されるトナー画像を中間転写体に転写する転写媒体である像担持体(以下、「感光体」とも言う)と、上記感光体の表面に弾性部材(以下、「クリーニング部材」とも言う)を当接させて基材に転写されなかった転写残トナーを上記表面から除去するクリーニング装置と、固形潤滑剤を上記感光体の表面に塗布する固形潤滑剤塗布装置と、を有する画像形成装置が知られている。上記固形潤滑剤塗布装置としては、特許文献1に記載のように、上記固形潤滑剤を上記表面に塗布する塗布部材と、上記塗布部材に固形潤滑剤を付勢して当接させる当接部材と、を有するものが知られている。
上記固形潤滑剤は、上記固形潤滑剤塗布装置が有する回転ブラシなどにより切削されて上記感光体の表面に塗布される。塗布された固形潤滑剤の切削粉は、感光体の表面からの転写残トナーの離型性を高めて、クリーニング装置が有するクリーニングブレードなどによる転写残トナーの除去を容易にする。
特許文献1には、平均粒子径が50〜500nmの無機微粒子または有機微粒子を含む固形潤滑剤が記載されている。特許文献1によれば、上記無機微粒子または有機微粒子は、クリーニングブレードのエッジ部分に堆積して転写残トナーをせき止め、転写残トナーがクリーニングブレードをすり抜けるのを防止して、転写残トナーの除去効率をより高めるとされている。
固形潤滑剤の材料としては、金属石鹸(脂肪酸金属塩)を使用できることが知られている。また、たとえば、特許文献2には、固形潤滑剤の材料として、脂肪酸金属塩およびフッ素系樹脂を使用できることが記載されている。なお、フッ素系樹脂は、表面エネルギーが小さいことが知られている。
特開2006−058748号公報 特開2011−059315号公報
しかしながら、特許文献1に記載のような、無機微粒子または有機微粒子を含む固形潤滑剤を用いる画像形成装置では、これらの粒子によるせき止め効果によって期待されるほどのクリーニング性の向上が得られていなかった。
なお、本発明者らの知見によれば、たとえば特許文献2に記載のようなフッ素系樹脂を、特許文献1に記載のように微粒子状として固形潤滑剤に含有させても、やはり微粒子によるせき止め効果によって期待されるほどのクリーニング性の向上は得られない。
上記の事情に鑑み、本発明は、微粒子を有する固形潤滑剤を用いる画像形成装置におけるクリーニング効果を十分に高め得る固形潤滑剤、ならびに当該固形潤滑剤を用いる固形潤滑剤塗布装置および画像形成装置を提供することを、その目的とする。
上記目的に鑑み、本発明は、電子写真方式の画像形成装置が有する像担持体に塗布される固形潤滑剤であって、樹脂粒子および金属石鹸を含有し、上記樹脂粒子は、非晶質樹脂を主成分とする粒子本体と、上記粒子本体の表面に担持されたフッ素原子と、を有し、上記樹脂粒子は、体積平均粒子径が70nm以上の粒子である、固形潤滑剤を提供する。
また、上記目的に鑑み、本発明は、電子写真方式の画像形成装置が有する像担持体の表面に固形潤滑剤を塗布する固形潤滑剤塗布装置であって、上記固形潤滑剤を上記像担持体の表面に塗布する塗布部材と、上記塗布部材に上記固形潤滑剤を付勢して当接させる当接部材と、を有する、固形潤滑剤塗布装置を提供する。
また、上記目的に鑑み、本発明は、像担持体と、上記像担持体の表面に弾性部材を当接させて上記表面の転写残トナーを除去するクリーニング装置と、上記像担持体の表面に固形潤滑剤を塗布する上記固形潤滑剤塗布装置と、を有する電子写真方式の画像形成装置を提供する。
本発明によれば、微粒子を有する固形潤滑剤を用いる画像形成装置におけるクリーニング効果を十分に高め得る固形潤滑剤、ならびに当該固形潤滑剤を用いる固形潤滑剤塗布装置および画像形成装置が提供される。
図1は、有機微粒子を含む固形潤滑剤を用いるときの、クリ−ニング装置が有するクリーニングブレードと感光体の表面との当接部分の近傍の状態を拡大して示す模式図である。 図2は、本発明の一実施形態に関する樹脂粒子を含む固形潤滑剤を用いるときの、クリ−ニング装置が有するクリーニングブレードと感光体の表面との当接部分の近傍の状態を拡大して示す模式図である。 図3は、本発明の一実施形態に関する画像形成装置の構成の一部を示す模式図である。
1.固形潤滑剤
本発明の一実施の形態は、樹脂粒子および金属石鹸を含有する固形潤滑剤に関する。
1−1.樹脂粒子
上記樹脂粒子は、非晶質樹脂を主成分とする粒子本体と、上記粒子本体の表面に担持されたフッ素原子と、を有する。
固形潤滑剤に使用される金属石鹸(脂肪酸金属塩)は、劈開して鱗片状の切削粉になりやすい。また、鱗片状の切削粉になった金属石鹸は、有機微粒子を吸着しやすい。そのため、特許文献1に記載された有機微粒子を含む固形潤滑剤を用いたとしても、鱗片状の切削粉になった金属石鹸に微粒子が吸着されて微粒子の自由な運動が制限されるため、転写残トナーを十分にせき止めることが可能なせき止め層は形成されにくいと考えられる。
図1は、有機微粒子を含む固形潤滑剤を用いるときの、クリ−ニング装置が有するクリーニングブレードと感光体の表面との当接部分の近傍の状態を拡大して示す模式図である。
クリーニングブレード7は、ポリウレタンゴムなどの弾性を有する材料をシート状に加工したものであって、感光体1の軸方向に対して感光体1の周面に平行に当接するように配置される。感光体1の回転中、感光体1とクリーニングブレード7との間には摩擦力が生じ、かかる摩擦力によりクリーニングブレード7は弾性変形して、その先端縁部でクリーニングブレード7と感光体1の表面とが当接するクリーニングニップ部N1を形成する。また、感光体1の回転方向(図中矢印)におけるクリーニングニップ部N1の上流側には、クリーニングブレード7の表面とそれに漸次接近する感光体1の表面とによって形成される空間(溜まり部N2)が形成される。
感光体1が回転すると、クリーニングブレード7は、感光体1の周面上に付着した転写残トナーのトナー粒子P1を掻き取って、感光体1の周面上から除去する。一方で、転写残トナーの外添剤P2は、トナー粒子P1よりも小さいので、溜まり部N2に到達しやすく、このため、溜まり部N2には、主に外添剤P2によるせき止め層(外添剤溜まり)が形成されやすい。
このせき止め層は、クリーニングニップ部N1へのトナー粒子P1の突入エネルギーを減衰させて、トナー粒子P1がクリーニングニップ部N1の隙間を通過しにくくする。
一方で、固形潤滑剤中の有機微粒子P3aは、鱗片状の切削粉になった金属石鹸Mに吸着されて、金属石鹸Mに付随して移動するため、トナー粒子P1を十分にせき止め可能な、密な構造のせき止め層を形成しにくい。そのため、粒子P3aは、期待されるほどせき止め効果を向上させないものと考えられる。
図2は、有機微粒子P3aに代えて、非晶質樹脂を主成分とする粒子本体と、上記粒子本体の表面に担持されたフッ素原子と、を有する樹脂粒子P3bを含む固形潤滑剤を用いるときの、クリ−ニング装置が有するクリーニングブレードと感光体の表面との当接部分の近傍の状態を拡大して示す模式図である。
樹脂粒子P3bは、表面にフッ素原子を担持するため、表面エネルギーがより小さい。そのため、樹脂粒子P3bは、鱗片状の切削粉になった金属石鹸Mに吸着されにくく、金属石鹸Mとは独立に移動して、溜まり部N2に形成された上記せき止め層よりも上流側に、密な構造のせき止め層Sを形成してトナー粒子P1をより効果的にせき止めることができると考えられる。
なお、無機微粒子も、フッ素原子を担持したものであれば、同様に金属石鹸Mに吸着されにくいと考えられる。しかし、無機微粒子は、比重がより大きいため、せき止め層中で対流して感光体の表面に付与された金属石鹸を剥離除去し、トナー粒子の離型性を低下させることがある。これに対し、樹脂粒子P3bは、比重がより小さい有機微粒子であるため、せき止め層中で対流しても感光体の表面に付与された金属石鹸を剥離除去しにくいと考えられる。
また、特許文献2に記載のようなフッ素樹脂を微粒子状にした粒子も、同様に金属石鹸Mに吸着されにくいと考えられる。しかし、フッ素樹脂のような結晶性樹脂の粒子は、劈開または割れが生じやすく、粒子の比表面積が大きくなりやすい。こうして比表面積が大きくなった粒子は、金属石鹸Mに吸着されやすくなるため、フッ素樹脂を微粒子状にした粒子を用いても、密な構造のせき止め層は形成されにくいと考えられる。これに対し、樹脂粒子P3bは、非晶質樹脂を主成分とする粒子本体を有するため、結晶性樹脂の粒子よりも劈開または割れが生じにくく、密な構造のせき止め層Sを形成しやすいと考えられる。
なお、図2においても、せき止め層を構成する外添剤および樹脂粒子の一部は、クリーニングブレード7と感光体1の表面との間の空隙を通過して、クリーニングニップ部N1をすり抜けて下流側に流出することがある。このとき、樹脂粒子P3bは、表面にフッ素原子を担持するため表面エネルギーがより小さく、かつ、有機微粒子であり適度な弾性を有するため、クリーニングブレード7と感光体1の表面との間の空隙をより低い抵抗ですり抜けることができる。そのため、樹脂粒子P3bは、上記すり抜け時のクリーニングブレード7の振動(スリップスティック運動)を低減し、上記振動に由来するクリーニング不良をも抑制できると考えられる。
1−1−1.樹脂粒子の形状および物性
上記樹脂粒子は、その比表面積を小さくして樹脂粒子と金属石鹸との接触面積を小さくし、鱗片状の切削粉になった金属石鹸への樹脂粒子の吸着を抑制する観点から、体積平均粒子径(以下、体積平均粒子径とは、樹脂粒子の一次体積粒径の平均値を意味する。)が70nm以上の粒子を用いる。上記観点から、上記樹脂粒子の体積平均粒子径は、120nm以上であることがより好ましい。
一方で、上記樹脂粒子は、適度に大きすぎないことが、樹脂粒子と感光体の表面との間、および樹脂粒子により押圧されたクリーニングブレードと感光体の表面との間などに大きい空隙を形成させにくくして、上記空隙からのトナー粒子、外添剤および樹脂粒子などの流出を抑制してクリーニング性をより向上させる観点から好ましい。上記観点からは、上記樹脂粒子の体積平均粒子径は1000nm以下であることが好ましく、900nm以下であることがより好ましく、750nm以下であることがさらに好ましい。
上記樹脂粒子の体積平均粒子径、たとえば、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(「LA−960」(株式会社堀場製作所製))を用いて求めることが可能である。
上記樹脂粒子は、上記粒子本体のみによって形作られていてもよいし、当該粒子本体をコアとするコアシェル構造の粒子であってもよい。上記樹脂粒子がコアシェル構造の粒子である場合における上記シェル部を構成する樹脂は、粒子本体(コア部)を構成する樹脂と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、後述するように、上記シェル部を構成する樹脂は、フッ素樹脂などのフッ素を含有する樹脂であってもよい。
上記樹脂粒子は、クリーニングニップ部において、その粒子形状を保つのに十分な硬さを有することが好ましい。上記観点からは、上記樹脂粒子は、ロックウェル硬さでMスケールの硬さを有することが好ましい。また、上記観点からは、上記樹脂粒子は、真密度が1.3以下であることが好ましい。上記樹脂粒子がコアシェル構造の粒子であるときは、粒子本体であるコア部が上記硬さまたは真密度を有することが好ましい。
上記樹脂粒子は、粒子径が小さく、それ自体の硬度を測定することは困難だが、たとえば樹脂粒子と同組成の部材により上記のロックウェル硬さの測定によって相対的に硬度を確認することが可能である。また、たとえば、クリーニングニップ部におけるニップ圧の条件下にある上記樹脂粒子の粒子形状を観察し、この粒子形状(またはコアシェル構造の樹脂粒子におけるコア部)が実質的に変形しないことを観察することによって、その樹脂粒子が所望の硬さを有することを確認することが可能である。
また、樹脂粒子の真密度は、たとえば島津製作所製、アキュピック1330などの測定器を用いて、ヘリウムによるガス置換式の測定法により測定することができる。このとき、ステンレス製の内径18.5mm、長さ39.5mm、容量10cmのセルに、精秤した測定サンプルを入れ、試料セル中の微粉体(樹脂粒子の測定サンプル)の容積をヘリウムの圧力変化によって測定し、求められた容積とサンプルの重さから樹脂粒子の真密度を求めることが可能である。
1−1−2.粒子本体
上記粒子本体は、非晶質樹脂を主成分とするものであればよい。なお、ある樹脂が粒子本体の主成分であるとは、粒子本体を構成する一または複数の樹脂種のうち、当該樹脂が最も多い質量を占めることを意味する。上記粒子本体は、一種のみの樹脂を含んでもよいし、二種類以上の異なる樹脂を含んでもよい。上記粒子本体は、劈開または割れを顕著に生じさせやすくしない限りにおいて、非晶質樹脂よりも少量の結晶性樹脂を含んでもよい。
上記非晶質樹脂の種類は特に限定されないが、アクリル樹脂、スチレン樹脂およびスチレン−アクリル樹脂などが、粒子径の均一な粒子を製造し易い点、および微粒化に適する観点から好ましい。
アクリル樹脂の例には、アクリル酸またはそのエステル類、メタクリル酸またはそのエステル類、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、およびメタクリロニトリルなどのアクリル酸誘導体などを含むアクリル系モノマーの単独重合体および共重合体が含まれる。
スチレン樹脂の例には、スチレンおよびスチレン誘導体などを含むスチレン系モノマーの単独重合体、ならびにスチレン系モノマーを主成分としこれと共重合可能なビニル化合物と共重合させた共重合体が含まれる。スチレン系モノマーの例には、スチレン、α−メチルスチレン、p−クロロスチレン、p−メチルスチレン、およびビニルナフタレンなどを含む芳香族ビニル化合物などが含まれる。
スチレン−アクリル樹脂の例には、上記スチレン系モノマーと上記アクリル系モノマーとの共重合体が含まれる。
上記非晶質樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン標準によってゲル透過クロマトグラフィー(GPC)で測定される値が5,000以上であることが、体積平均粒子径の制御の観点から好ましい。また、上記Mwは、体積平均粒子径の制御および入手の容易さの観点から、500,000以下であることが好ましい。
1−1−3.フッ素原子
上記フッ素原子は、上記粒子本体の表面に担持される。上記フッ素原子は、少なくとも粒子本体の表面近傍に存在して、樹脂粒子の移動に付随して粒子本体とともに移動できればよく、上記粒子本体の表面に化学的に結合していてもよいし、分子間力による相互作用などによって上記粒子本体の表面に物理的に担持されていてもよい。
樹脂粒子がコアシェル構造の粒子であるときは、上記フッ素原子は、シェル部の表面に化学的に結合していてもよいし、分子間力による相互作用などによってシェル部の表面に物理的に担持されていてもよい。
上記フッ素原子が粒子本体またはシェル部と化学的に結合しているときは、上記フッ素原子は、粒子本体またはシェル部の表面を構成する樹脂の構造単位に含まれていてもよいし、特定の官能基を介して粒子本体またはシェル部の表面を構成する樹脂に適宜に結合していてもよい。たとえば、上記フッ素原子は、非晶質樹脂を主成分とするコア部(粒子本体)と、フッ素樹脂を含むシェル部と、を有する樹脂粒子の、シェル部に含まれるフッ素樹脂に由来するものであってもよい。
上記フッ素原子は、上記樹脂粒子の表面に存在していればよく、樹脂粒子の劈開または割れを顕著に生じさせやすくしない限りにおいて、樹脂粒子のより内部に存在していてもよい。
上記フッ素原子は、上記樹脂粒子の表面における存在比率(含有量)が、適度に大きいことが、樹脂粒子の表面エネルギーを小さくして、鱗片状の切削粉になった金属石鹸Mに樹脂粒子を吸着されにくくする観点から好ましい。上記観点からは、上記フッ素原子は、上記樹脂粒子の表面における存在比率が5atom%以上であることが好ましく、10atom%以上であることがより好ましい。
一方で、上記フッ素原子は、上記樹脂粒子の表面における存在比率(含有量)が過剰とならないことが、粒子本体が劈開および割れにくくなるという非晶質樹脂の特性を維持して、樹脂粒子の劈開および割れを生じさせにくくする観点から好ましい。上記観点からは、上記フッ素原子は、上記樹脂粒子の表面における存在比率が60atom%以下であることが好ましく、50atom%以下であることがより好ましい。
上記樹脂粒子の表面における上記フッ素原子の存在比率は、X線光電子分光法(XPS)によって求めることが可能である。具体的には、上記樹脂粒子の表面における上記フッ素原子の存在比率は、その粒子表面に存在すると考えられる元素を定量分析したときのフッ素元素の測定値の割合として、あるいは、各々の原子ピーク面積から、相対感度因子を用いて算出される、樹脂粒子表面における目的とするフッ素元素の濃度の算出値として、求めることができる。粒子表面に存在すると考えられる元素は、樹脂粒子の表面に実際に存在する全ての元素であってもよいし、フッ素を含む代表的な元素のみであってもよい。たとえば、上記の考えられる元素は、炭素および酸素などの樹脂を構成する水素以外の元素であってよい。
上記樹脂粒子がコアシェル構造の粒子であるとき、上記シェル部を構成する樹脂は、フッ素樹脂であってもよいし、含フッ素化合物を保持しているフッ素樹脂以外の樹脂であってもよい。
上記フッ素樹脂の例には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルキルビニルエーテル・テトラフルオロエチレン共重合体(PFA)、ヘキサフルオロプロピレン・テトラフルオロエチレン共重合体(FEP)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレンとヘテロ環含有フッ素系モノマーとの共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フルオロアルキル(メタ)アクリレート重合体、フルオロアルキル(メタ)アクリレートとその他のアルキル(メタ)アクリレート共重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフロロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体、およびパーフルオロアルキルビニルエーテル・フッ化ビニリデン共重合体などが含まれる。
上記含フッ素化合物を保持しているフッ素樹脂以外の樹脂の例は、フッ素系界面活性剤を含有する樹脂エマルションの乾燥および固化物、より具体的には、コア粒子の表面に上記樹脂エマルションが塗布されてなる樹脂層を構成する樹脂が含まれる。
コアシェル構造を有する樹脂粒子は、合成品であってもよいし、市販品であってもよい。当該樹脂粒子の重合方法は特に限定されず、懸濁重合、分散重合、シード重合など従来公知の製造方法によって製造することができる。
1−2.金属石鹸
上記金属石鹸は、電子写真方式の画像形成装置において感光体に塗布される固形潤滑剤において公知の金属石鹸から適宜に選ぶことが可能である。上記金属石鹸は、一種でもそれ以上でもよい。上記金属石鹸の例には、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸などの直鎖炭化水素にカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉛、亜鉛、銅、鉄などの金属が結合した脂肪酸金属塩が含まれる。トナー粒子の離型性をより高める観点からは、上記金属石鹸は、ステアリン酸亜鉛またはステアリン酸アルミニウムが好ましい。
1−3.固形潤滑剤中の各成分
上記樹脂粒子は、上記固形潤滑剤に対する導入率(固形潤滑剤の全質量に対する含有量)が、適度に大きいことが、トナー粒子を十分にせき止め可能なせき止め層を形成させる観点から好ましい。上記観点から、上記樹脂粒子は、上記固形潤滑剤に対する導入率が3体積%以上であることが好ましく、5体積%以上であることがより好ましい。
一方で、上記樹脂粒子は、上記固形潤滑剤に対する導入率が過剰とならないことが、金属石鹸によるトナー粒子の離型効果を顕著に阻害しない観点から好ましい。上記観点から、上記樹脂粒子は、上記固形潤滑剤に対する導入率が50体積%以下であることが好ましく、40体積%以下であることがより好ましい。
上記金属石鹸は、上記固形潤滑剤の全質量に対する含有量が、50体積%以上であることが好ましく、70体積%以上であることがより好ましく、80体積%以上であることがさらに好ましい。
上記固形潤滑剤は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、上記金属石鹸および上記樹脂粒子以外の他の成分をさらに含有していてもよい。
上記固形潤滑剤は、公知の方法によって製造することが可能である。たとえば、上記固形潤滑剤は、金属石鹸と樹脂粒子とを混合し、加温溶融して金型内に注入し、次いで冷却して固化させることによって製造することが可能である。また、金属石鹸と樹脂粒子とを混合し、圧縮成型することによっても製造することが可能である。
上記固形潤滑剤は、電子写真方式の画像形成装置における感光体に塗布される。感光体への潤滑剤の供給は、公知の方法によって行うことが可能である。たとえば、外添剤としてトナーに混合することにより、このトナーが現像に供される際に感光体の表面に供給され、その後のクリーニング部材によって均されることで、感光体の表面に塗布することが可能である。感光体の表面における画像部および非画像部の区別に関わらず、感光体の表面全体に固形潤滑剤を十分かつ安定して供給する観点から、固形潤滑剤は、これを塗布する固形潤滑剤塗布装置を用いて感光体の表面に塗布されることが好ましい。
2.画像形成装置および固形潤滑剤塗布装置
本発明の他の実施の形態は、上記固形潤滑剤を用いる画像形成装置および固形潤滑剤塗布装置に関する。
本実施の形態に関する画像形成装置は、感光体、クリーニング装置および固形潤滑剤塗布装置を有する電子写真方式の公知の画像形成装置と、固形潤滑剤塗布装置以外は同様に構成すること可能である。本実施の形態に関する固形潤滑剤塗布装置は、前述した実施の形態の固形潤滑剤を用いる以外は、公知の固形潤滑剤塗布装置と同様に構成することが可能である。
図3は、本実施の形態に関する画像形成装置の構成の一部を示す模式図である。本実施の形態の画像形成装置は、図1に示されるように、感光体1、帯電装置2、露光装置3、現像装置4、中間転写体5、帯電装置6、固形潤滑剤塗布装置14、クリーニング装置および前露光装置11を有している。
感光体1は、前述した像担持体に該当し、たとえば、公知の有機感光体である。感光体1は、アルミニウム製のドラム状の基体(導電性支持体)と、その外周面に配置されている感光層とを有する。当該感光層は、たとえば、ポリカーボネート樹脂と、電荷発生化合物や電荷輸送化合物などの感光材料とを含有する厚さ25μmの樹脂製の層である。感光体1は、回転可能に配置されており、その回転速度は、たとえば460mm/秒である。
帯電装置2は、コロナ放電による非接触式の帯電装置である。また、露光装置3は、たとえば、レーザー光線の照射装置および当該レーザー光線の光路を形成する不図示の光学系を含む。
現像装置4は、感光体1に対向して配置される現像スリーブ10と、現像スリーブ10の表面に担持されるトナーの層厚を規制する現像ブレード13とを有し、二成分現像剤12を収容している。二成分現像剤12を構成するトナー粒子は、乳化重合法により製造された体積平均粒子径が6.5μmのトナー母体粒子を有し、トナー母体粒子に対して外添処理されたシリカやチタニアの無機微粒子を外添剤として有している。また、上記トナー粒子は、負帯電性を有する。
中間転写体5は、導電性を付与したポリイミド樹脂からなる無端状のベルトである。当該ベルトは、トナー画像の転写時には不図示の転写ローラによって感光体1に圧接する。 帯電装置6は、感光体1の回転方向における転写ローラの下流側に配置されており、たとえばコロナ放電による非接触式の帯電装置である。
固形潤滑剤塗布装置14は、感光体1の回転方向における帯電装置6の下流側に配置さている。固形潤滑剤塗布装置14は、回転ブラシ8、固形潤滑剤9、フリッカー15およびスクレーパ16を有している。
回転ブラシ8は、回転軸の表面から起立する導電性ポリエステル繊維により構成されている導電性ファーブラシである。回転ブラシ8のブラシ毛長は3mmであり、ブラシ毛の太さが3d(デニール)であり、ブラシ毛の密度は180(kF/inch)である。また、ローラ径は14mmである。回転ブラシ8は、そのブラシ毛の先端部が感光体1の表面にたとえば0.8mm食い込む位置に配置されており、感光体1に対して相対速度θ:1.3で順方向に回転する。
固形潤滑剤9は、前述した本実施の形態の固形潤滑剤である。固形潤滑剤9は、感光体1のドラム長さ(回転ブラシ8の軸方向におけるブラシ部の長さ)と同程度の長さを有する、長手方向を横断する断面形状が矩形の、細長な直方体の形状を有しており、回転ブラシ8に向けて当接部材であるばね17によって(たとえばバネ圧0.7N/mで)付勢され、回転ブラシ8に当接している。
フリッカー15は、回転ブラシ8の回転方向の上流側における感光体1と固形潤滑剤9との間の位置で、たとえば1mmの食い込み量で回転ブラシ8に当接している。フリッカー15は、たとえば金属製の筒である。スクレーパ16は、フリッカー15の表面に当接している。スクレーパ16は、おり、フリッカー15の表面の付着物(たとえば固形潤滑剤9など)を当該表面から除去する。
上記クリーニング装置は、不図示のクリーニング容器と、その開口部に支持されているクリーニングブレード7とを有する。固形潤滑剤塗布装置14は、上記クリーニング容器の開口の内側に配置されており、クリーニングブレード7は、感光体1の回転方向における固形潤滑剤塗布装置14よりも下流側の位置に配置されている。
クリーニングブレード7は、弾性を有する板であり、たとえば、反発弾性率が24%(25℃)、JIS A硬度が72°、厚さが2.00mm、自由長が10mm、幅が324mmである、ウレタンゴム製の板である。クリーニングブレード7は、その一側縁で感光体1の長手方向の全体に当接している。感光体1に対するクリーニングブレード7の当接荷重は25N/mであり、当接角は18°である。前露光装置11は、光照射装置であり、クリーニングブレード7と帯電装置2との間に配置されている。
帯電装置2は、回転している感光体1の表面に電圧を印加する。帯電している感光体1の表面に、露光装置3からのレーザー光線が照射され、形成すべき画像に対応する静電潜像が感光体1の表面に形成される。
現像スリーブ10は、線速度800mm/分で回転駆動し、また、感光体1の表面電位と同極性のバイアス電圧が印加される。現像装置4では、現像スリーブ10に向けて二成分現像剤12が撹拌、搬送される間に、負極性に帯電する。現像装置4は、現像スリーブ10への上記バイアス電圧の印加により、二成分現像剤12による反転現像を行う。二成分現像剤12中のトナー粒子は、上記静電潜像に付着し、こうして静電潜像が現像される。
中間転写体5は、トナー画像を担持する感光体1の表面に圧接し、トナーの帯電極性とは通常、逆極性の電圧を上記転写ローラによって印加される。こうして、感光体1の表面上のトナー画像が中間転写体5の表面に転写される。転写されたトナー画像は、普通紙などの記録媒体にさらに転写された後に定着装置による加熱加圧によって定着し、こうして記録媒体に所期の画像が形成される。
帯電装置6は、トナー画像を転写した後の感光体1の表面に電圧を印加する。この電圧の印加により、転写後の感光体1の表面に付着する転写残トナーなどの付着物の極性が一様に整えられる。
一方で、回転ブラシ8には、ばね17により付勢されて当接されている固形潤滑剤9が付着する。付着した固形潤滑剤は、帯電された感光体1の表面に供給され、こうして固形潤滑剤が感光体1の表面に塗布される。なお、回転ブラシ8の付着物は、フリッカー15へ移され、フリッカー15の表面からスクレーパ16によって掻き取られ、上記クリーニング容器に収容される。
クリーニングブレード7は、固形潤滑剤が塗布された感光体1の表面に当接する。転写残トナーは、クリーニングブレード7によって感光体1の表面から除去され、固形潤滑剤は、クリーニングブレード7によってその一部が掻き取られ、所定の厚さに均される。クリーニングブレード7により掻き取られた転写残トナーおよび固形潤滑剤は、上記クリーニング容器に収容される。
前露光装置11は、転写残トナーが除去された感光体1の表面に、感光体1の表面電位を一様に整えるための光を照射する。こうして、感光体1の静電履歴は、次の静電潜像の形成のための帯電工程までに、感光体1の表面から消去される。
以下、本発明の具体的な実施例を比較例とともに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、以下に示す各樹脂粒子の体積平均粒子径Dは、市販品についてはメーカーが公表している値であり、合成品についてはレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(「LA−960」(株式会社堀場製作所製))を用いて求められた体積平均粒子径である。
また、以下に示す各樹脂粒子のフッ素の存在比率CFは、X線光電子分光装置「K−Alpha」(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用い、選択元素としてフッ素、炭素、酸素を定量分析したときのフッ素の測定量である。
(測定条件)
X線:Alモノクロ線源
加速:12kV、6mA
分解能:50eV
ビーム系:400μm
ステップサイズ:0.1eV
1.固形潤滑剤
1−1.樹脂粒子
1−1−1.樹脂粒子F1
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けた容量5000mlのセパラブルフラスコに、下記式(1)で示されるアニオン系界面活性剤をイオン交換水に溶解させた界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下で撹拌しながら、フラスコ内の温度を80℃に昇温させた。
1021(OCHCHOSONa ・・・式(1)
(第1段重合)
この界面活性剤溶液に、重合開始剤である過硫酸カリウムをイオン交換水に溶解させた開始剤溶液を添加した。その後、温度を75℃にした上記界面活性剤溶液に、スチレン、n−ブチルアクリレートおよびメタクリル酸を混同させた単量体混合液1を1時間かけて滴下した。滴下終了後、系の温度を75℃に保ったまま加熱および撹拌を2時間行って、ラテックス1を得た。
(第2段重合)
ラテックス1に、重合開始剤である過硫酸カリウムをイオン交換水に溶解させた開始剤溶液を添加した。その後、温度を80℃にした上記ラテックスに、スチレン、n−ブチル
アクリレート、メタクリル酸、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートおよびn−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステルを混合させて得た単量体混合液2を1時間かけて滴下した。滴下終了後、系の温度を80℃に保ったまま加熱および撹拌を2時間行った後、28℃まで冷却して、非晶質樹脂粒子の分散液を得た。
上記分散液を乾燥させて、スチレン−アクリル樹脂を粒子本体(コア)とし、表面にフッ素原子が担持された樹脂粒子F1を得た。
樹脂粒子F1の体積平均粒子径Dは250nmであり、樹脂粒子F1の表面におけるフッ素の存在比率CFは32atom%であった。
1−1−2.樹脂粒子F2
日本ペイント・インダストリアルコーティングス株式会社製の開発品である、コアシェル構造からなる樹脂粒子を、樹脂粒子F2とした。樹脂粒子F2は、スチレン樹脂を主成分とするコア部と、フッ素樹脂であるシェル部とを有し、シェル部の表面にフッ素原子を有する。
樹脂粒子F2の体積平均粒子径Dは100nmであり、樹脂粒子F2の表面におけるフッ素の存在比率CFは34atom%である。
1−1−3.樹脂粒子F3
第1段重合または第2段重合に用いた界面活性剤溶液中のアニオン系界面活性剤の濃度、単量体混合液1もしくは単量体混合液2の量、または開始剤溶液の濃度を変更した以外は樹脂粒子F1の作製と同様にして、樹脂粒子F3を得た。
樹脂粒子F3の体積平均粒子径Dは70nmであり、樹脂粒子F3の表面におけるフッ素の存在比率CFは33atom%であった。
1−1−4.樹脂粒子F4、樹脂粒子F5および樹脂粒子F6
第1段重合を繰り返し行った以外は樹脂粒子F1の作製と同様にして、体積平均粒子径Dがより大きい樹脂粒子F4、樹脂粒子F5および樹脂粒子F6を得た。
樹脂粒子F4の体積平均粒子径Dは700nmであり、樹脂粒子4の表面におけるフッ素の存在比率CFは31atom%であった。
樹脂粒子F5の体積平均粒子径Dは950nmであり、樹脂粒子5の表面におけるフッ素の存在比率CFは31atom%であった。
樹脂粒子F6の体積平均粒子径Dは1100nmであり、樹脂粒子6の表面におけるフッ素の存在比率CFは32atom%であった。
1−1−5.樹脂粒子F1a、樹脂粒子F1b、樹脂粒子F1cおよび樹脂粒子F1d
第2段重合に用いた単量体混合液2中の2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレートの量を変更した以外は樹脂粒子F1の作製と同様にして、樹脂粒子の表面におけるフッ素の存在比率CFが異なる樹脂粒子F1a、樹脂粒子F1b、樹脂粒子F1cおよび樹脂粒子F1dを得た。
樹脂粒子F1aの体積平均粒子径Dは250nmであり、樹脂粒子F1aの表面におけるフッ素の存在比率CFは57atom%であった。
樹脂粒子F1bの体積平均粒子径Dは250nmであり、樹脂粒子F1bの表面におけるフッ素の存在比率CFは7atom%であった。
樹脂粒子F1cの体積平均粒子径Dは250nmであり、樹脂粒子F1cの表面におけるフッ素の存在比率CFは65atom%であった。
樹脂粒子F1dの体積平均粒子径Dは250nmであり、樹脂粒子F1dの表面におけるフッ素の存在比率CFは4atom%であった。
1−1−6.樹脂粒子B1
第2段重合を行わなかった以外は樹脂粒子F1の作製と同様にして、樹脂粒子B1を得た。
樹脂粒子B1の体積平均粒子径Dは200nmであり、樹脂粒子B1の表面におけるフッ素の存在比率CFは0atom%であった。
1−1−7.樹脂粒子B2
樹脂粒子B2は、3M・ジャパン株式会社製、ダイニオン TF9201Zである。樹脂粒子B2は、結晶性のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を主成分とする樹脂粒子である。
樹脂粒子B2の体積平均粒子径Dは200nmであり、樹脂粒子B2の表面におけるフッ素の存在比率CFは67atom%である。
1−1−8.樹脂粒子B3
汎用のシリカ樹脂を、公知のシランカップリング剤により、トリメトキシ(3,3,3−トリフルオロプロピル)シランで表面処理して、樹脂粒子B3を得た。
樹脂粒子B3の体積平均粒子径Dは350nmであり、樹脂粒子B3の表面におけるフッ素の存在比率CFは50atom%であった。
1−1−9.樹脂粒子B4
日本ペイント・インダストリアルコーティングス株式会社製の開発品である、コアシェル構造からなる樹脂粒子を、樹脂粒子B4とした。樹脂粒子B4は、スチレン−アクリル樹脂を主成分とするコア部と、フッ素樹脂であるシェル部とを有し、シェル部の表面にフッ素原子を有する。
樹脂粒子B4の体積平均粒子径Dは60nmであり、樹脂粒子B4の表面におけるフッ素の存在比率CFは32atom%である。
上記各樹脂粒子の材料(コアシェル型樹脂粒子の場合はコア部の主成分となる樹脂種)、体積平均粒子径Dおよび表面におけるフッ素の存在比率CFを表1に示す。
Figure 2019095702
1−2.金属石鹸
以下の金属石鹸を用いた。
StZn: ステアリン酸亜鉛(日油株式会社製、ZnSt−G)
StAl: ステアリン酸アルミニウム(日油株式会社製、アルミニウムステアレート900)
1−3.固形潤滑剤の作製
1−2−1.固形潤滑剤1
85質量部のステアリン酸亜鉛と、15質量部の樹脂粒子F1とを、ヘンシェルミキサーにより混合して、混合物を得た。混合は、回転翼の周速が35m/秒、処理温度(槽内温度)が32℃、混合時間が3分の条件で行った。
内部温度が160℃の金型に、上記混合物を、その温度が150℃以下に下がらないように制御しながら注入して、内部温度を150℃に維持しながら金型を15分静置した。その後、温度ムラが生じないように制御しながら金型を1℃/分の冷却速度で室温(25℃)まで冷却し、冷却により生じた固形物を金型から取り外した。これにより、縦8mm、横5mm、長さ328mmの固形潤滑剤1を得た。
樹脂粒子の種類および導入率、ならびに金属石鹸の種類を表2に示すように変更した以外は固形潤滑剤1の作製と同様にして、固形潤滑剤2〜固形潤滑剤19を得た。
Figure 2019095702
2.評価
2−1.画像形成装置
電子写真方式の画像形成装置として、コニカミノルタ社製のデジタル印刷システム「bizhub PRESS C1100」をベースとした実験機を用意した。当該実験機は、図3に示される構成を有していた。なお、トナーのすり抜けが生じやすい条件下で各固形潤滑剤を評価するため、ドラムユニットが有するクリーニングブレードを粒度が0.3〜3μmの研磨紙を用いて予め研磨して、ブレードエッジ部を50μmの幅で摩耗させた。また、トナーのすり抜けが生じやすい条件下で各固形潤滑剤を評価するため、印刷時の温度は10℃、湿度は20%RHに調整した。
上記実験機のドラムユニットに、固形潤滑剤1〜固形潤滑剤19のいずれかを搭載した。まず、記録媒体の搬送方向を横断する方向に、記録媒体A(コニカミノルタビジネスソリューション株式会社製、A3サイズのJペーパー)の全幅に一本の線画が形成された印字率10%の画像チャートを、100枚連続して両面印刷した。画像チャートは、搬送方向に垂直な方向に44mm幅の帯を1本有するものとした。これにより、固形潤滑剤が感光体表面に塗布され、かつ、固形潤滑剤に含まれる微粒子がクリーニングニップ部に供給された状態を形成した。
2−2.トナー除去
次に、上記実験機の一次転写工程で印加される電流を標準条件よりも弱い電流値に設定して、トナーを転写ベルトに転写されにくくし、通常よりも多い一次転写残トナーがクリーニングブレードに突入する状態とした。具体的には、単位面積あたり付着量4g/mでトナーを感光体上に現像したときに、そのうち0.5g/mが転写残トナーとしてクリーニングブレードに突入するように設定した。上記条件において、付着量4g/mの全面ベタ画像を記録媒体Aに50枚連続して印刷した。上記印刷後、上記実験機のドラムユニットを取り出し、感光体の表面および上記記録媒体Aの表面を目視で観察し、感光体の表面上または記録媒体Aの非画像部にトナーがスジ状に存在する状態(トナーすり抜け)の有無を確認した。トナーすり抜けが確認されなかった場合を「クリーニング可能」、確認された場合を「クリーニング不可能」とした。
板状部材を感光体の表面に向けて付勢するクリーニングブレードの押圧バネをバネ定数(板状部材への押圧力)が異なるバネと交換しながら、上記10%画像チャート100枚およびベタ画像50枚の印刷工程を繰り返し実施した。こうして、実験に使用した固形潤滑剤ごとに、「クリーニング可能」となる最小の押圧力を求めた。
上記の「クリーニング可能」となる最小の押圧力を用いて、下記式よりクリーニング性能の指標値となる押圧軽減率Rdを求めた。標準押圧力は、28N/mである。上記押圧力が小さいほどトナーすり抜けが発生しやすくなり、最小押圧力が小さいものほど、クリーニング性に優れている。上記押圧軽減率が100%を超えるもの(標準荷重においてもすり抜けを生じたもの)を不合格とした。
(式)
押圧軽減率Rd(%)={(最小の押圧力)/(標準押圧力)}×100
表3に、各固形潤滑剤の押圧軽減率Rdを示す。
Figure 2019095702
表3の結果から明らかなように、非晶質樹脂を主成分とする粒子本体と、上記粒子本体の表面に担持されるフッ素原子と、を有する、体積平均粒子径が70nm以上の樹脂粒子、および金属石鹸を含有する固形潤滑剤1〜固形潤滑剤15を用いると、クリーニングブレードの押圧バネの押圧力をより小さくしても、トナー粒子のすり抜けが抑制されていた。これは、トナー粒子を十分にせき止めてすり抜けを抑制できる、樹脂粒子によるせき止め層が形成できたためと考えられる。
特に、トナーのすり抜けは、体積平均粒子径が1000nm以下の樹脂粒子を含有する固形潤滑剤1〜固形潤滑剤14を使用した場合に、より効果的に抑制されていた。これは、樹脂粒子と感光体の表面との間、および樹脂粒子により押圧されたクリーニングブレードと感光体の表面との間などに大きい空隙が形成しにくく、上記空隙からのトナー粒子のすり抜けが抑制されたためと考えられる。
また、トナーのすり抜けは、表面におけるフッ素の存在比率が5atom%以上の樹脂粒子を含有する固形潤滑剤1〜固形潤滑剤13を使用した場合に、より効果的に抑制されていた。これは、樹脂粒子の表面エネルギーが小さくなり、鱗片状の切削粉になった金属石鹸に樹脂粒子が吸着されにくくなったためと考えられる。
また、トナーのすり抜けは、固形潤滑剤に対する導入率が3体積%以上となる量の樹脂粒子を含有する固形潤滑剤1〜固形潤滑剤12を使用した場合に、より効果的に抑制されていた。これは、トナー粒子を十分にせき止め可能なせき止め層が形成できたためと考えられる。
また、トナーのすり抜けは、固形潤滑剤に対する導入率が50体積%以下となる量の樹脂粒子を含有する固形潤滑剤1〜固形潤滑剤11を使用した場合に、より効果的に抑制されていた。これは、金属石鹸によるトナー粒子の離型効果を樹脂粒子が顕著に阻害しなかったためと考えられる。
また、トナーのすり抜けは、表面におけるフッ素の存在比率が60atom%以下の樹脂粒子を含有する固形潤滑剤1〜固形潤滑剤10を使用した場合に、より効果的に抑制されていた。これは、樹脂粒子の劈開および割れが生じにくかったためと考えられる。
一方で、表面にフッ素原子を担持しない樹脂粒子を含有する固形潤滑剤16を使用すると、トナー粒子のすり抜けは抑制されなかった。これは、樹脂粒子が、金属石鹸に吸着されて、金属石鹸に付随して移動したため、トナー粒子を十分にせき止め可能なせき止め層が形成されにくかったためと考えられる。
また、結晶性樹脂を主成分とする粒子本体を有する樹脂粒子を含有する固形潤滑剤17を使用すると、トナー粒子のすり抜けは抑制されなかった。これは、樹脂粒子の劈開または割れが生じやすく、樹脂粒子の比表面積が大きくなって金属石鹸に吸着されやすくなり、密な構造のせき止め層が形成されにくかったためと考えられる。
また、無機微粒子を主成分とする粒子本体を有する樹脂粒子を含有する固形潤滑剤18を使用すると、トナー粒子のすり抜けは抑制されなかった。これは、無機微粒子は比重が大きいため、せき止め層中で対流して感光体の表面に付与された金属石鹸を剥離除去しトナー粒子の離型性を低下させたためと考えられる。
また、平均粒子径が70nm未満の樹脂粒子を含有する固形潤滑剤19を使用すると、トナー粒子のすり抜けは抑制されなかった。これは、樹脂粒子の比表面積が大きいため樹脂粒子が金属石鹸に吸着されやすく、密な構造のせき止め層が形成されにくかったためと考えられる。
本発明によれば、特定固形潤滑剤を用いることで、画像形成装置におけるクリーニング効果が十分に高められる。よって、本発明によれば、高品質な画像を形成するための電子写真方式のさらなる発展が期待される。
1 感光体
2、6 帯電装置
3 露光装置
4 現像装置
5 中間転写体
7 クリーニングブレード
8 回転ブラシ
9 固形潤滑剤
10 現像スリーブ
11 前露光装置
12 二成分現像剤
13 現像ブレード
14 固形潤滑剤塗布装置
15 フリッカー
16 スクレーパ
17 ばね
M 金属石鹸
N1 クリーニングニップ部
N2 溜まり部
P1 トナー粒子
P2 外添剤
P3a 有機微粒子
P3b 樹脂粒子
S せき止め層

Claims (8)

  1. 電子写真方式の画像形成装置が有する像担持体に塗布される固形潤滑剤であって、
    樹脂粒子および金属石鹸を含有し、
    前記樹脂粒子は、非晶質樹脂を主成分とする粒子本体と、前記粒子本体の表面に担持されたフッ素原子と、を有し、
    前記樹脂粒子は、体積平均粒子径が70nm以上の粒子である、
    固形潤滑剤。
  2. 前記樹脂粒子は、体積平均粒子径が1000nm以下の粒子である、請求項1に記載の固形潤滑剤。
  3. 前記樹脂粒子は、その表面におけるフッ素原子の存在比率が5atom%以上の粒子である、請求項1または2に記載の固形潤滑剤。
  4. 前記樹脂粒子は、前記固形潤滑剤に対する導入率が3体積%以上となる量で含有される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の固形潤滑剤。
  5. 前記樹脂粒子は、前記固形潤滑剤に対する導入率が50体積%以下となる量で含有される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の固形潤滑剤。
  6. 前記樹脂粒子は、その表面におけるフッ素原子の存在比率が60atom%以下の粒子である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の固形潤滑剤。
  7. 電子写真方式の画像形成装置が有する像担持体の表面に固形潤滑剤を塗布する固形潤滑剤塗布装置であって、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の固形潤滑剤を前記像担持体の表面に塗布する塗布部材と、
    前記塗布部材に前記固形潤滑剤を付勢して当接させる当接部材と、
    を有する、固形潤滑剤塗布装置。
  8. 像担持体と、
    前記像担持体の表面に弾性部材を当接させて前記表面の転写残トナーを除去するクリーニング装置と、
    前記像担持体の表面に固形潤滑剤を塗布する請求項7に記載の固形潤滑剤塗布装置と、
    を有する電子写真方式の画像形成装置。
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