JP2009150986A - 固形潤滑剤の塗布装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均し手段の像担持体に対する当接力を比較的低く設定しても、比較的少ない消費量で固形潤滑剤被膜を像担持体表面に均一に形成できる固形潤滑剤の塗布装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】像担持体表面に塗布される固形潤滑剤７１；該固形潤滑剤および像担持体に当接して配置され、自己の回転によって固形潤滑剤を削りとって像担持体１表面に供給する発泡体ローラ７２；該発泡体ローラに対して固形潤滑剤を押圧する押圧手段７３；および像担持体回転方向について発泡体ローラの下流側で像担持体に当接して配置され、像担持体表面に供給された固形潤滑剤を薄膜化する均し手段７４を備えた固形潤滑剤の塗布装置、および該塗布装置を備えた画像形成装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、固形潤滑剤の塗布装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した複写機、プリンター及びファクシミリ装置等の一般的な画像形成装置は、図７に示すように、円筒状で回転可能な感光体１０１、該感光体の表面を一様に帯電する帯電手段１０２、感光体を露光して表面に静電潜像を形成する露光手段１０３、感光体表面の静電潜像をトナーにより現像する現像手段１０４、感光体表面のトナー像を転写体に転写する転写手段１０５、転写されずに残留した感光体表面の残留トナーを除去する清掃手段１０６を備え、画像形成を行う。さらに近年の画像形成装置においては、図７に示すように、塗布手段１０７により固形潤滑剤１０８を感光体表面に塗布して、感光体表面のトナー離型性を向上させ、感光体および清掃手段の長寿命化と転写性の向上とを達成する固形潤滑剤塗布システムが実用化されている。

従来の固形潤滑剤塗布システムにおいて、塗布手段１０７は、図７に示すように、感光体回転方向について清掃手段１０６の上流側に回転可能に設けられ、該塗布手段１０７に対して、ステアリン酸亜鉛などを固形化した固形潤滑剤１０８が押圧手段１０９によって押圧されている。塗布手段の回転によって掻き取られた固形潤滑剤粒子は感光体表面に供給され、清掃手段１０６としてのクリーニングブレードにより感光体表面に均されて、固形潤滑剤被膜が形成される。しかし、そのような固形潤滑剤塗布システムにおいて、塗布手段１０７は感光体回転方向について清掃手段１０６の上流側に配置され、残留トナーによって汚染されるため、塗布手段としてはトナーが付着しても塗布性が低下しない構成のものが提案されている。

例えば、特許文献１では、塗布部材として繊維状のブラシ、もしくは複数のフィルムにより形成された塗布部材が提案されている。また特許文献２では、塗布部材としてブラシを用いた際の繊維太さを３〜８ｄとしたものが提案されている。しかし、これらの塗布部材はやはり感光体回転方向についてクリーニングブレードの上流側に配置され、感光体表面に供給された固形潤滑剤粒子の多くはトナーとともにクリーニングブレードによって回収されてしまうため、固形潤滑剤被膜の成膜効率が低いという課題が生じていた。

そこで、塗布手段を感光体回転方向についてクリーニングブレードの下流側に設け、さらに塗布手段の下流側に、固形潤滑剤被膜を形成するための固形潤滑剤粒子均し手段を別途設けた塗布システムが実用化されている（特許文献３）。そのような塗布システムでは、クリーニングブレードによって既に清掃された感光体表面に固形潤滑剤が供給され、均し手段によって成膜されるので、成膜効率が比較的高くなった。
特開２００６−２５１７５１号公報 特開２００７−６５１００号公報 特開２００５−１２１７６０号公報

しかしながら、上記塗布システムにおいて、塗布手段としてブラシが使用されるので、感光体表面に供給される固形潤滑剤粒子の粒径が大きく、不均一になるため、成膜効率がまだ不十分であることが新たな問題となっていた。すなわち、固形潤滑剤粒子の粒径が大きく、不均一であると、均一な被膜を形成することが困難なため、比較的多量の固形潤滑剤を感光体表面に供給し、かつ均し部材を比較的高い当接力で感光体に当接させることにより、均一な固形潤滑剤被膜を形成していた。高当接力で均し部材を感光体に当接させると、感光体の駆動トルクが増大するため、画像形成装置の高消費電力化と感光体の駆動モータの大型化を引き起こした。

本発明は、均し手段の像担持体に対する当接力を比較的低く設定しても、比較的少ない消費量で固形潤滑剤被膜を像担持体表面に均一に形成できる固形潤滑剤の塗布装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、
像担持体表面に塗布される固形潤滑剤；
該固形潤滑剤および像担持体に当接して配置され、自己の回転によって固形潤滑剤を削りとって像担持体表面に供給する発泡体ローラ；
該発泡体ローラに対して固形潤滑剤を押圧する押圧手段；および
像担持体回転方向について発泡体ローラの下流側で像担持体に当接して配置され、像担持体表面に供給された固形潤滑剤を薄膜化する均し手段
を備えた固形潤滑剤の塗布装置、および該塗布装置を備えた画像形成装置に関する。

本発明によれば、発泡体ローラによって固形潤滑剤を比較的小粒径で均一な粒子として像担持体表面に供給できるので、像担持体表面への固形潤滑剤被膜の成膜効率が向上し、結果として均し手段によって均一な固形潤滑剤被膜を簡便に形成できる。これによって、固形潤滑剤被膜を形成するために必要な固形潤滑剤の消費量を低減できるとともに、均し手段の像担持体への当接力を低減できる。その結果、画像形成装置の消費電力を低減できるとともに、像担持体の駆動モータの小径化を達成できる。

本発明に係る画像形成装置は像担持体に対して固形潤滑剤を塗布するための特定の塗布装置を備えたものである。像担持体はいわゆる感光体であっても、いわゆる中間転写ベルトや中間転写ドラム等の中間転写体であってもよい。以下、固形潤滑剤を感光体に塗布する場合について説明するが、中間転写体に固形潤滑剤を塗布する場合であっても、本発明の効果が得られることは明らかである。

本発明の画像形成装置は感光体に固形潤滑剤を塗布する塗布装置７を有するものであり、通常は少なくとも、図１に示すように、円筒状で回転可能な感光体１、該感光体の表面を一様に帯電する帯電装置２と、感光体を露光して静電潜像を作成する露光装置３と、静電潜像に基づいてトナー像を現像する現像装置４と、感光体上のトナー像を被転写体６に転写する転写装置５と、被転写体上のトナー像を定着させる定着装置（図示しない）とを含むものである。図１は本発明の一実施形態に係わる画像形成装置の全体構成を示す概略図である。画像形成装置１０ａに用いられる感光体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、および転写装置５等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用できる。

以下、図１に示す画像形成装置１０ａの塗布装置７について詳しく説明する。
塗布装置７は、
感光体表面に塗布される固形潤滑剤７１；
該固形潤滑剤および感光体１に当接して配置され、自己の回転によって固形潤滑剤を削りとって感光体表面に供給する発泡体ローラ７２；
該発泡体ローラに対して固形潤滑剤を押圧する押圧手段７３；および
感光体に当接して配置され、感光体表面に供給された固形潤滑剤を薄膜化する均し手段７４
を備えたものである。

固形潤滑剤７１は感光体表面に潤滑性を付与して、感光体表面のトナー離型性を向上させるものである。固形潤滑剤を構成する物質としては、従来より感光体や中間転写体に潤滑性を付与するための固形潤滑剤として使用されているものが使用でき、例えば、脂肪酸系化合物およびその金属塩等が挙げられる。１種類の化合物を単独で使用してもよいし、または２種類以上の化合物を組み合わせて使用してもよい。脂肪酸系化合物の具体例として、例えば、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ミリスチン酸、トリデシル酸、ラウリン酸、ベヘン酸、メリシン酸、アラキン酸、マーガリン酸（ｎ−ヘプタデカン酸）、アラキジン酸、クロトン酸、オレイン酸、エライジン酸、ネルボン酸等が挙げられる。脂肪酸系化合物の金属塩を構成し得る金属としては、通常、亜鉛、バリウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、リチウム、ベリリウム、銀、鉄、銅等が挙げられる。好ましい固形潤滑剤としてはステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ラウリン酸亜鉛等が挙げられる。

固形潤滑剤は、脂肪酸系化合物またはその金属塩を溶融し、型に流し込んで冷却することによって製造できる。固形潤滑剤の形状は通常、直方体形状である。

発泡体ローラ７２は、固形潤滑剤７１および感光体１に当接して配置され、自己の回転によって固形潤滑剤を削りとって感光体表面に粒子状で供給するものである。発泡体ローラは、少なくとも表面に発泡体層を有するものであり、通常は図１に示すように軸芯７２１の外周面に発泡体層７２２を備えたものである。所望により軸芯と発泡体層との間には他の層を有してもよい。本発明においては固形潤滑剤の塗布手段として発泡体ローラを用いるので、固形潤滑剤を比較的小粒径で均一な粒子として感光体表面に供給でき、その結果、固形潤滑剤被膜を有効に形成できる。

軸芯７２１は発泡体層７２２を支持可能であれば、特に制限されるものではなく、例えば、鉄、アルミ、ステンレスなどの金属や樹脂などの非金属からなる円筒体である。

発泡体層７２２はセル（気泡）が分散されて存在する弾性層であり、いわゆる独立気泡型の発泡体からなっている。連続気泡型の発泡体層であると、耐久時においてトナーが軸芯近傍のセルにまで侵入してしまうことで硬度上昇が生じ、固形潤滑剤粒子の平均粒径が大きくなり、固形潤滑剤被膜を均一に形成するのが困難になるので、均し手段の当接力を大きく設定し、かつ固形潤滑剤の消費量を多くする必要が生じる。

発泡体層のセル数および硬さは本発明の目的が達成される限り特に制限されず、比較的小粒径で、かつ均一な固形潤滑剤粒子を供給する観点から、セル数は２０〜３００個／２５ｍｍ、特に６０〜３００個／２５ｍｍ、硬さは４０〜４３０Ｎ、特に４０〜３００Ｎが好ましい。

発泡体層のセル数および硬さを調整することによって、感光体表面に供給される固形潤滑剤粒子の粒径を制御できる。例えば、セル数を多くしたり、硬さを低減すると、固形潤滑剤粒子の粒径は小さくなる。また例えば、セル数を少なくしたり、硬さを増大すると、固形潤滑剤粒子の粒径は大きくなる。

セル数は以下の方法によって測定された値の平均値を用いている。
発泡体層の表面において軸方向の両端部と中央部とで測定箇所を任意に３点選択する（両端部２点、中央部１点）。図４（Ａ）中、５０が端部の測定箇所、５１が中央部の測定箇所である。次いで、各測定箇所において周方向にさらに２点づつ選択して、合計９点の測定箇所を決定する。次に、マイクロスコープ（ＶＨＸ−９００；Keyence社製）を用い、それぞれの測定箇所の写真画面を観察する。そして、図４（Ｂ）に示すように、写真画面の中心部に実寸２５ｍｍに対応する長さの線５２を引き、その線内に何個のセルがあるかをカウントし、９点の平均値を求める。たとえわずかでも２５ｍｍの線に接触したセルは１つとしてカウントする。例えば、図４（Ｂ）に示すようなケースではセル数は１６個である。

硬さは発泡体層表面における任意の３点においてＪＩＳ Ｋ ６４００に基づいて測定された値の平均値を用いている。

発泡体層を構成する材料としてはゴムが使用される。そのようなゴムとしては、例えば、ポリウレタンゴム、アクリルニトリル−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレ−プロピレン−ジエン共重合ゴム、アクリルニトリル−ブタジエン共重合ゴムの水素化物、天然ゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン単独重合ゴム、ニトリルゴムの水素化物、塩素化ポリエチレン、シリコーン−エチレンプロピレン混合ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。好ましくはポリウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムである。これらは単独で又は２種以上が混合されて用いられる。

発泡体ローラは以下の方法によって製造可能である。まず、所定の発泡体を製造して、所定寸法に裁断し、ローラの回転軸を挿入するための孔を開ける。その孔にローラの回転軸を挿入して固着し、その外周面を研磨することにより円筒状の発泡体層を備えた発泡体ローラを製造できる。

発泡体は従来から公知の発泡体の製造方法によって製造可能である。例えば、ポリウレタン発泡体を製造する場合、ポリオール類に、発泡剤としての水、触媒としてのトリエチレンジアミンおよびオクタン酸スズを加えて混合した後、ポリイソシアネート類を配合し、発泡させて独立気泡型ポリウレタン発泡体を製造できる。このとき、水、触媒の配合量、撹拌条件、ポリオール類の組成およびポリイソシアネート類の組成等を適宜変更して、所定のセル数および硬さ有する発泡体を製造できる。

押圧手段７３は発泡体ローラ７２に対して固形潤滑剤７１を押圧可能な限り特に制限されるものではなく、通常はバネ、発泡部材等が使用される。押圧手段７３は通常、固形潤滑剤の消費に伴って固形潤滑剤を発泡体ローラ７２の方向に移動させ得るように、ハウジング等の不動壁（図示しない）に固定設置されている。

押圧手段の押圧力を調整することによって固形潤滑剤の消費量を制御できる。例えば押圧力を低減すると、固形潤滑剤の消費量は低減され、押圧力を増大すると、固形潤滑剤の消費量は増大する。本発明においては固形潤滑剤の消費量を低減できるので、押圧手段の押圧力を比較的低く設定できる。例えば、押圧力は０．３〜７Ｎ／ｍであってよい。

均し手段７４は、感光体回転方向について発泡体ローラ７２の下流側、詳しくは発泡体ローラ７２よりも下流であって、帯電装置２よりも上流で感光体に当接して配置され、感光体表面に供給された固形潤滑剤を薄膜化する。すなわち発泡体ローラによって感光体表面に供給された固形潤滑剤粒子は、感光体表面と均し手段との間の当接部（摺擦部）において潰されて感光体表面に被膜が形成される。

本発明においては均し手段の感光体に対する当接力を低減しても、固形潤滑剤を有効に薄膜化できる。例えば、当接力は８〜２８Ｎ／ｍであってよい。

均し手段はゴム材料からなる非発泡シートが使用され、図１に示すように、一方の端部を感光体に当接するように設置される。図１において均し手段７４は感光体回転方向に対して対向する方向（カウンタ方向）で設置されているが、これに制限されるものではなく、例えば、感光体回転方向に沿った方向（順方向）で設置されていてもよい。均し部材をカウンタ方向で設定することにより、当該均し部材に清掃機能を付与することができる。本発明においては発泡体ローラによって小粒径かつ均一な固形潤滑剤粒子が感光体表面に供給されるので、均し手段がカウンタ方向で設置されても、当該固形潤滑剤粒子は有効に薄膜化される。

均し手段を構成するゴム材料としては、発泡体層を構成するゴム材料と同様のものが例示できる。好ましい均し手段のゴム材料としては、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムが挙げられる。均し手段の厚みは通常、１．５〜３ｍｍである。

図１に示す画像形成装置１０ａは、上記したように、均し手段７４がカウンタ方向で設置され、清掃機能も発揮するので、感光体表面から除去された残留トナーを回収する回収手段（図示しない）が装備されて、残留トナーを廃トナーボックス等に搬送・回収してもよい。

本発明の画像形成装置は、図２に示すように、感光体表面の残留トナーを清掃する清掃手段８を有してもよい。図２は、本発明の別の一実施形態に係わる画像形成装置の全体構成を示す概略図を示す。図２は、均し手段７４が感光体回転方向の順方向で設置されていること、および清掃手段８が感光体回転方向について発泡体ローラ７２の上流側に配置されること以外、図１の画像形成装置１０ａと同様であるため、図１の画像形成装置と同様の部材については説明を省略する。なお、図２の画像形成装置１０ｂにおける図１と同じ符号の部材は、図１の当該部材と同様である。

清掃手段８は、感光体回転方向について発泡体ローラ７２の上流側、詳しくは発泡体ローラ７２よりも上流であって、転写装置５よりも下流で感光体に当接して配置され、感光体表面に残留したトナーを回収・除去するものである。
清掃手段はゴム材料からなる非発泡シートが使用され、図２に示すように、感光体回転方向に対して対向する方向（カウンタ方向）で一方の端部が感光体に当接するように設置される。

清掃手段を構成するゴム材料としては、発泡体層を構成するゴム材料と同様のものが例示できる。好ましい清掃手段のゴム材料としては、ポリウレタンゴム、フッ素ゴムが挙げられる。清掃手段の厚みは通常、１．５〜３ｍｍである。

図２に示す画像形成装置１０ｂは、感光体表面から除去された残留トナーを回収する回収手段（図示しない）が装備されて、残留トナーを廃トナーボックス等に搬送・回収してもよい。

本発明の画像形成装置はフルカラー画像形成装置のイメージングユニット部に適用されてもよい。本発明のフルカラー画像形成装置の一例の概略構成図を図３に示す。図３のフルカラー画像形成装置２０は、イメージングユニット部（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ）として、図１の画像形成装置１０ａの構成を有するものである。

図３のフルカラー画像形成装置２０は、各色ごとに画像形成を行うイメージングユニット部（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ）、少なくとも２つの張架ローラ（図中では２１，２２，２３）によって張架された中間転写体２４、イメージングユニット部で形成された画像を中間転写体２４に転写するための一次転写ローラ（２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｂｋ）、該中間転写体２４に転写されたフルカラー画像を記録媒体２６に転写するための二次転写ローラ２７、および中間転写体上に残留したトナーを除去するための清掃手段２８を有する。

図３のフルカラー画像形成装置２０において、各イメージングユニット部（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ）で形成されたトナー像はそれぞれ、一次転写ローラ（２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｂｋ）を用いて中間転写体２４に一次転写され、当該中間転写体上で重ねられてフルカラー画像が形成される。中間転写体２４の表面に転写されたフルカラー画像は二次転写ローラ２７を用いて一括して紙等の記録媒体２６に二次転写された後、定着装置（図示しない）を通過させて、当該記録媒体上にフルカラー画像を得る。一方、中間転写体上に残留した転写残トナーは清掃手段２８によって除去される。

＜実験例１＞
（発泡体ローラの製造）
ポリエーテルポリオールに、発泡剤としての水、触媒としてのトリエチレンジアミンおよびオクタン酸スズを加えて混合した後、トリレンジイソシアネートを配合し、発泡させて独立気泡型ポリウレタン発泡体を製造した。得られたポリウレタン発泡体を板状に裁断し、ローラの回転軸を挿入するための孔を開けた。そして、その孔にローラの回転軸を挿入して固着し、その外周面を研磨することにより円筒状のポリウレタン発泡体層を備えた発泡体ローラを製造した。水、触媒の配合量、撹拌条件を適宜変更して、表に示す物性を有する発泡体ローラを製造した。

（実施例／比較例）
所定の発泡体ローラまたはブラシローラ（比較例）を、図２に示す構成を有するプリンタ（ｂｉｚｈｕｂ ＰＲＯ Ｃ６５００；コニカミノルタ社製）に組み込み、均し手段の感光体に対する当接力を所定の値に設定して、ベタ画像を印字した。特記しない条件は上記プリンタの標準条件と同様である。例えば、固形潤滑剤としてはステアリン酸亜鉛を用い、均し手段としてはポリウレタン製シートを用い、ブラシローラとしては以下の仕様のものを用いた。特に、ブラシローラを用いる場合においては、固形潤滑剤のための押圧部材として、比較的低い押圧力を発揮するバネＡ、または比較的高い押圧力を発揮するバネＢを用いた。発泡体ローラを用いる場合においては、バネＡを用いた。
ブラシの仕様
材質；ナイロン
繊維太さ；１５．３μｍ／繊維密度；１２０ＫＦ／毛長さ；１ｍｍ／軸；φ５

・固形潤滑剤粒子
印字１０００枚後において、均し部材と感光体表面との間に貯留された固形潤滑剤粒子を収集し、その重量（溜まり量）を測定し、粒径分布測定器により粒径分布を測定した。体積平均粒径を個数平均粒径で除算した値である分散度を確認した。分散度は１に近いほど、粒径が均一であり、大きい値になるほど、粒径が不均一であることを表す。例えば、実施例１で得られた粒径分布を図５に示し、比較例１で得られた粒径分布を図６に示す。

・固形潤滑剤消費量
印字１０００枚後において、固形潤滑剤の重量減少量を消費量として測定し、重量減少量を塗布面積で除算することで単位面積当たりの消費量として算出したものである。

・転写性
印字１０００枚後において、転写直後の感光体表面を目視により観察し、以下のランクに従って評価した。
○；残留トナーは観察されなかった；
△；残留トナーがわずかに観察されたものの、実用上問題のない範囲内であった；
×；残留トナーが斑状に明らかに観察され、実用上問題があった。

本発明の固形潤滑剤の塗布装置は、モノクロ／フルカラーの複写機、プリンター、ＦＡＸやこれらの複合機などの画像形成装置に有用である。

本発明の一実施形態に係わる画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 本発明の別の一実施形態に係わる画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係わるフルカラー画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 セル数の測定方法を説明するための概略模式図である。 実施例１における固形潤滑剤粒子の粒径分布を示すグラフである。 比較例１における固形潤滑剤粒子の粒径分布を示すグラフである。 従来の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１：感光体、２：帯電装置、３：露光装置、４：現像装置、５：転写装置、６：被転写体、７：潤滑剤塗布装置、８：清掃手段、１０ａ：１０ｂ：画像形成装置、２０：フルカラー画像形成装置、７１：固形潤滑剤、７２：発泡体ローラ、７３：押圧手段、７４：均し手段、７２１：軸芯、７２２：発泡体層。

Claims (4)

1. 像担持体表面に塗布される固形潤滑剤；
   該固形潤滑剤および像担持体に当接して配置され、自己の回転によって固形潤滑剤を削りとって像担持体表面に供給する発泡体ローラ；
   該発泡体ローラに対して固形潤滑剤を押圧する押圧手段；および
   像担持体回転方向について発泡体ローラの下流側で像担持体に当接して配置され、像担持体表面に供給された固形潤滑剤を薄膜化する均し手段
   を備えた固形潤滑剤の塗布装置。
2. 発泡体ローラが、セル数２０〜３００個／２５ｍｍおよび硬さ４０〜４３０Ｎの独立気泡型ポリウレタン発泡体層を表面に有するものである請求項１に記載の塗布装置。
3. 請求項１または２に記載の固形潤滑剤の塗布装置を有する画像形成装置。
4. 像担持体表面の残留トナーを清掃する清掃手段が像担持体回転方向について発泡体ローラの上流側に配置されている請求項３に記載の画像形成装置。

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