JP2019008276A - プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経時において、像担持体の表面に供給される潤滑剤の量が多くなり過ぎてしまう不具合や、像担持体の表面に潤滑剤の供給ムラが生じてしまう不具合、を生じにくくする。【解決手段】感光体ドラム１１（像担持体）の表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置１６や、先端部が感光体ドラム１１の表面に当接するクリーニングブレード１５ａ（ブレード状部材）が設けられている。そして、クリーニングブレード１５ａは、先端部の弾性仕事率が６５〜９３％の範囲内になるように形成されている。【選択図】図４

Description

この発明は、画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるプロセスカートリッジと、それを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置と、に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、感光体ドラムや中間転写ベルト等の像担持体に当接するクリーニングブレード（ブレード状部材）の磨耗・欠損や像担持体の劣化を低減するとともに、経時におけるクリーニング不良や像担持体の表面へのフィルミングの発生を抑止することを目的として、像担持体の表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置を設置する技術が広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。

詳しくは、潤滑剤供給装置は、像担持体に摺接する潤滑剤供給ローラ、潤滑剤供給ローラに摺接する固形潤滑剤、固形潤滑剤を潤滑剤供給ローラに向けて付勢する加圧機構（付勢部材）、等で構成される。そして、所定方向に回転する潤滑剤供給ローラによって固形潤滑剤から潤滑剤が徐々に削り取られて、潤滑剤供給ローラによって削り取られた潤滑剤が像担持体の表面に塗布（供給）される。

一方、特許文献２には、主として潤滑剤供給装置が設置されていない画像形成装置において、クリーニングブレードのめくれや、摩耗、異音やクリーニング不良を防止することを目的として、クリーニングブレードの先端稜線部の弾性仕事率を５０〜８０％の範囲内に設定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、潤滑剤供給装置が設置されていない画像形成装置において、経時におけるクリーニングブレードのへたれを防止することを目的として、クリーニングブレードのエッジ層の弾性仕事率を４０％以上に設定する技術が開示されている。

従来の画像形成装置は、経時において、像担持体の表面に供給（塗布）される潤滑剤の量（消費量）が多くなり過ぎてしまったり、像担持体の表面に潤滑剤の供給ムラ（塗布ムラ）が生じてしまったりしてしまうことがあった。そして、そのような不具合が生じると、潤滑剤供給装置の寿命が短くなったり、異常画像が生じたりしてしまっていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、経時において、像担持体の表面に供給される潤滑剤の量が多くなり過ぎてしまう不具合や、像担持体の表面に潤滑剤の供給ムラが生じてしまう不具合、が生じにくい、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置、を提供することにある。

この発明におけるプロセスカートリッジは、トナー像が担持される像担持体と、前記像担持体の表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置と、弾性材料で形成されて、先端部が前記像担持体の表面に当接するブレード状部材と、を備え、前記ブレード状部材は、前記先端部の弾性仕事率が６５〜９３％の範囲内になるように形成されたものである。

本発明によれば、経時において、像担持体の表面に供給される潤滑剤の量が多くなり過ぎてしまう不具合や、像担持体の表面に潤滑剤の供給ムラが生じてしまう不具合、が生じにくい、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置、を提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 作像部を示す構成図である。 潤滑剤供給装置の要部を示す斜視図である。 クリーニングブレードが感光体ドラムに当接した状態を示す拡大図である。 クリーニングブレードの弾性仕事率を測定している状態を示す図である。 実施例１〜７、比較例１〜３のブレード特性と実験結果とを示す表図である。 実施例１〜７、比較例１〜３について、感光体ドラムの走行距離と、潤滑剤の消費率と、の関係を示すグラフである。 実施例１〜７、比較例１〜３について、潤滑剤の塗布ムラのランクを示すグラフである。 実施例１〜７、比較例１〜３について、クリーニングブレードの先端部の摩耗面積を示すグラフである。 クリーニングブレードの先端部が摩耗した状態を示す概略図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、画像形成装置における全体の構成・動作について説明する。
本実施の形態における画像形成装置１は、複数の作像部としてのプロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫが中間転写ベルト１７に対向するように並設されたタンデム型のカラー画像形成装置である。

図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機、３は原稿を原稿読込部４に搬送する原稿搬送部、４は原稿の画像情報を読み込む原稿読込部、６は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部（露光部）、７は転写紙等のシートＰが収納される給紙部、を示す。
また、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部としてのプロセスカートリッジ、１７は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、１８は中間転写ベルト１７上に形成されたトナー像をシートＰに転写する２次転写ローラ、を示す。
また、２０はシートＰ上の未定着画像を定着する定着装置、２８は各プロセスカートリッジ（作像部）１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫの現像装置に各色のトナーを補給するためのトナー容器、を示す。

ここで、各プロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫ（作像部）は、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム１１、帯電装置としての帯電ローラ１２、現像装置１３、クリーニング装置１５、潤滑剤供給装置１６が一体化されたものである（図２を参照できる。）。そして、各プロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫは、寿命に達したときに装置本体１に対して交換される。
各プロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫにおける感光体ドラム１１（像担持体）上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿は、原稿搬送部３の搬送ローラによって、原稿台から搬送されて、原稿読込部４のコンタクトガラス上に載置される。そして、原稿読込部４で、コンタクトガラス上に載置された原稿の画像情報が光学的に読み取られる。
詳しくは、原稿読込部４は、コンタクトガラス上の原稿の画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿にて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿のカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部（不図示である。）で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部６に送信される。そして、書込み部６からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応するプロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫの感光体ドラム１１上に向けて照射される。

一方、４つの感光体ドラム１１は、それぞれ、図の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム１１の表面は、帯電ローラ１２（帯電装置）との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム１１上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム１１の表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部６において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。図示は省略するが、レーザ光は、ポリゴンミラーに入射して反射した後に、複数のレンズを透過する。複数のレンズを透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ１０Ｙの感光体ドラム１１の表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー（不図示である。）により、感光体ドラム１１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電ローラ１２にて帯電された後の感光体ドラム１１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、シアン成分のレーザ光は、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ１０Ｃの感光体ドラム１１の表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ１０Ｍの感光体ドラム１１の表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から４番目（中間転写ベルト１７の走行方向に対して最も下流側である。）のプロセスカートリッジ１０ＢＫの感光体ドラム１１の表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム１１の表面は、それぞれ、現像装置１３（現像ローラ１３ａ）との対向位置に達する。そして、各現像装置１３から感光体ドラム１１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム１１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム１１の表面は、それぞれ、中間転写ベルト１７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト１７の内周面に当接するように1次転写ローラ１４が設置されている。そして、１次転写ローラ１４の位置で、中間転写ベルト１７上に、感光体ドラム１１上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（１次転写工程である。）。

そして、１次転写工程後の感光体ドラム１１の表面は、それぞれ、クリーニング装置１５との対向位置に達する。そして、クリーニング装置１５で、感光体ドラム１１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム１１の表面は、潤滑剤供給装置１６、除電部の位置を順次通過して、感光体ドラム１１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム１１上の各色の画像が重ねて転写された中間転写ベルト１７の表面は、図中の矢印方向に走行して、２次転写ローラ１８の位置に達する。そして、２次転写ローラ１８の位置で、シートＰ上に中間転写ベルト１７上のフルカラーの画像が２次転写される（２次転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト１７の表面は、中間転写ベルトクリーニング装置（不図示である。）の位置に達する。そして、中間転写ベルト１７上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング装置に回収されて、中間転写ベルト１７上の一連の転写プロセスが完了する。

ここで、２次転写ローラ１８の位置に搬送されるシートＰは、給紙部７から搬送ガイド、レジストローラ１９等を経由して搬送されるものである。
詳しくは、シートＰを収納する給紙部７から、給紙ローラ８により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ１９に導かれる。レジストローラ１９に達したシートＰは、中間転写ベルト１７上のトナー像とタイミングを合わせて、２次転写ローラ１８の位置に向けて搬送される。

その後、フルカラー画像が転写されたシートＰは、定着装置２０に導かれる。定着装置２０では、定着ローラと加圧ローラとのニップにて、カラー画像がシートＰ上に定着される。
そして、定着工程後のシートＰは、排紙ローラ２９によって装置本体１外に出力画像として排出された後に、排紙部５上にスタックされて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、画像形成装置の作像部について詳述する。
なお、図２は黒色用のプロセスカートリッジ１０ＢＫを示す構成図である。黒色用のプロセスカートリッジ１０ＢＫと、カラー用のプロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃと、は、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる点を除き、ほぼ同じ構成部材によって構成されているため、カラー用のプロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃの図示と説明は適宜省略する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ１０ＢＫには、像担持体としての感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を帯電する帯電ローラ１２（帯電装置）と、感光体ドラム１１上に形成される静電潜像を現像する現像装置１３と、感光体ドラム１１上の未転写トナーを回収するクリーニング装置１５と、感光体ドラム１１上に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置１６と、が、ケースに一体的に収納されている。

ここで、像担持体としての感光体ドラム１１は、負帯電性の有機感光体であって、ドラム状導電性支持体上に感光層等を設けたものである。
感光体ドラム１１は、基層としての導電性支持体上に、絶縁層である下引き層、感光層としての電荷発生層及び電荷輸送層、保護層（表面層）が順次積層されている。

帯電装置としての帯電ローラ１２は、導電性芯金の外周に中抵抗の弾性層を被覆してなるローラ部材であって、潤滑剤供給装置１６に対して感光体ドラム１１の回転方向下流側に配設されている。本実施の形態において、帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１に対して接触するように配設されている。
そして、帯電ローラ１２には電源部から所定の電圧が印加されて、これにより対向する感光体ドラム１１の表面を一様に帯電する。

現像装置１３は、主として、感光体ドラム１１に対向する現像ローラ１３ａと、現像ローラ１３ａに対向する第１搬送スクリュ１３ｂ１と、仕切部材を介して第１搬送スクリュ１３ｂ１に対向する第２搬送スクリュ１３ｂ２と、現像ローラ１３ａに対向するドクターブレード１３ｃと、で構成される。現像ローラ１３ａは、内部に固設されてローラ周面に磁極を形成するマグネットと、マグネットの周囲を回転するスリーブと、で構成される。マグネットによって現像ローラ１３ａ（スリーブ）上に複数の磁極が形成されて、現像ローラ１３ａ上に現像剤が担持されることになる。
現像装置１３内には、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤が収容されている。

クリーニング装置１５は、潤滑剤供給装置１６に対して感光体ドラム１１の回転方向上流側に配設されている。クリーニング装置１５には、感光体ドラム１１に当接するクリーニングブレード１５ａ（ブレード状部材）、クリーニング装置１５内に回収されたトナーを廃トナーとして廃トナー回収容器に向けて搬送する搬送コイル１５ｂ、等が設置されている。
ブレード状部材としてのクリーニングブレード１５ａは、ウレタンゴム等のゴム材料からなり、感光体ドラム１１表面に所定角度かつ所定圧力で当接している。これにより、感光体ドラム１１上に付着するトナー（未転写トナー）等の付着物が機械的に掻き取られてクリーニング装置１５内に回収されることになる。ここで、感光体ドラム１１上に付着する付着物としては、トナーの他に、シートＰ（用紙）から生じる紙粉、帯電ローラ１２による放電時に感光体ドラム１１上に生じる放電生成物、トナーに添加されている添加剤、等がある。
なお、クリーニングブレード１５ａ（ブレード状部材）については、後で図４等を用いてさらに詳しく説明する。

潤滑剤供給装置１６は、潤滑剤供給ローラ１６ａ（潤滑剤供給回転体）、固形潤滑剤１６ｂ、回動部材１６ｇ及び引張スプリング１６ｈ（加圧機構）、薄層化ブレード１６ｄ、などで構成されている。なお、薄層化ブレード１６ｄは、潤滑剤供給ローラ１６ａに対して感光体ドラム１１の回転方向下流側の位置で感光体ドラム１１に対してカウンタ方向に当接するように構成されている。
そして、潤滑剤供給装置１６によって、感光体ドラム１１の表面に薄層化された潤滑剤が供給（塗布）される。なお、潤滑剤供給装置１６の構成・動作については、後で詳しく説明する。

図２にて、先に述べた作像プロセスをさらに詳しく説明する。
現像ローラ１３ａは、図２中の矢印方向（反時計方向）に回転している。現像装置１３内の現像剤は、間に仕切部材を介在するように配設された第１搬送スクリュ１３ｂ１及び第２搬送スクリュ１３ｂ２の回転によって、トナー補給装置によってトナー容器２８から補給されたトナーとともに撹拌混合されながら長手方向に循環する（図２の紙面垂直方向である。）。

そして、摩擦帯電してキャリアに吸着したトナーは、キャリアとともに現像ローラ１３ａ上に担持される。現像ローラ１３ａ上に担持された現像剤は、その後にドクターブレード１３ｃの位置に達する。そして、現像ローラ１３ａ上の現像剤は、ドクターブレード１３ｃの位置で適量に調整された後に、感光体ドラム１１との対向位置（現像領域である。）に達する。

その後、現像領域において、現像剤中のトナーが、感光体ドラム１１の表面に形成された静電潜像に付着する。詳しくは、レーザ光Ｌが照射された画像部の潜像電位（露光電位）と、現像ローラ１３ａに印加された現像バイアスとの、電位差（現像ポテンシャル）によって形成される電界によって、トナーが潜像に付着する（トナー像が形成される）。
その後、現像工程にて感光体ドラム１１に付着したトナーは、そのほとんどが中間転写ベルト１７上に転写される。そして、感光体ドラム１１上に残存した未転写のトナーが、クリーニングブレード１５ａによってクリーニング装置１５内に回収される。
なお、トナー容器２８内の新品トナーは、現像装置１３内のトナー（既設のトナーである。）の消費にともない、トナー補給口から現像装置１３内に適宜に補給されるものである。現像装置１３内のトナーの消費は、現像装置１３の第２搬送スクリュ１３ｂ２の下方に設置された磁気センサによって検知される。

以下、本実施の形態における、潤滑剤供給装置１６（潤滑剤供給部）の構成・動作について詳しく説明する。
図２に示すように、潤滑剤供給装置１６は、固形潤滑剤１６ｂ、感光体ドラム１１と固形潤滑剤１６ｂとに摺接する発泡体層が周設された潤滑剤供給ローラ１６ａ、固形潤滑剤１６ｂを保持する保持部材１６ｃ、保持部材１６ｃを固形潤滑剤１６ｂとともに収納するケース１６ｆ、保持部材１６ｃとともに固形潤滑剤１６ｂを潤滑剤供給ローラ１６ａに向けて付勢する回動部材１６ｇ及び引張スプリング１６ｈ（加圧機構）、潤滑剤供給ローラ１６ａによって感光体ドラム１１上に供給された潤滑剤を薄層化する薄層化ブレード１６ｄ、等で構成される。

ケース１６ｆは、固形潤滑剤１６ｂが潤滑剤供給ローラ１６ａに圧接する方向に移動できるように（移動を妨げないように）、保持部材１６ｃを固形潤滑剤１６ｂとともに収納する略箱状部材であって、潤滑剤供給装置１６（プロセスカートリッジ１０ＢＫ）に保持されている。ケース１６ｆは、固形潤滑剤１６ｂや保持部材１６ｃの圧接方向（固形潤滑剤１６ｂが潤滑剤供給ローラ１６ａを圧接する方向である。）の移動を妨げない範囲で、それらの部材１６ｂ、１６ｃとの隙間が比較的小さく設定されていて、潤滑剤供給ローラ１６ａに対して固形潤滑剤１６ｂが傾いて圧接するのをある程度防止する。

潤滑剤供給ローラ１６ａは、芯金上に発泡弾性層（例えば、発泡ポリウレタン等で形成されている。）が形成されたスポンジ状ローラである。
発泡弾性層は、連続気泡型のものであって、複数の気泡（セル）が形成されている。連続気泡型の発泡弾性層を用いることで、圧縮残留ひずみが小さく長期の使用においてもほとんど変形することがなく、少量の潤滑剤をムラなく感光体ドラム１１の表面に塗布することができる。本実施の形態では、発泡弾性層の平均セル径を４００〜８５０μｍ程度に設定している。平均セル径が、４００μｍ以上であると潤滑剤を研削しやすくなり、８５０μｍ以下であると感光体ドラム１１上に均一に潤滑剤を供給することができる。

潤滑剤供給ローラ１６ａは、図２の時計方向に回転する感光体ドラム１１に対してカウンタ方向で接触するように、駆動モータによって回転駆動される（図２の時計方向の回転である。）。また、潤滑剤供給ローラ１６ａは、固形潤滑剤１６ｂと感光体ドラム１１とに摺接するように配置されていて、潤滑剤供給ローラ１６ａが回転することによって固形潤滑剤１６ｂから潤滑剤を掻き取り、その掻き取った潤滑剤を感光体ドラム１１との摺接位置まで搬送した後に、その潤滑剤を感光体ドラム１１上に塗布（供給）する。

固形潤滑剤１６ｂの後方部には，潤滑剤供給ローラ１６ａと固形潤滑剤１６ｂとの接触ムラをなくすために加圧機構１６ｃ、１６ｇ、１６ｈ、１６ｊが配置されていて、保持部材１６ｃに保持（貼着）された状態の固形潤滑剤１６ｂを潤滑剤供給ローラ１６ａに向けて加圧（付勢）している。
図３を参照して、加圧機構（押圧装置）は、保持部材１６ｃと、保持部材１６ｃに回動可能に支持された１対の回動部材１６ｇと、１対の回動部材１６ｇに連結された引張スプリング１６ｈ（付勢部材）と、軸受１６ｊと、で構成されている。固形潤滑剤１６ｂは、保持部材１６ｃに貼着され保持されている。保持部材１６ｃには、幅方向（図２の紙面垂直方向である。）の離れた位置に、１対の回動部材１６ｇがそれぞれ回動可能に支持されている。この１対の回動部材１６ｇは、引張スプリング１６ｈによる付勢力によってそれぞれ回動して保持部材１６ｃを介して固形潤滑剤１６ｂを間接的に押圧して、固形潤滑剤１６ｂを潤滑剤供給ローラ１６ａに圧接させるものである。

ここで、固形潤滑剤１６ｂは、脂肪酸金属亜鉛に無機潤滑剤とアルミナとを含有させて形成したものである。また、脂肪酸金属亜鉛としては、少なくともステアリン酸亜鉛を含んだものが好ましい。また、無機潤滑剤としては、タルク、マイカ、窒化ホウ素のうち少なくとも１つを用いることができて、これにより潤滑性が向上することになる。
特に、窒化ホウ素は放電による特性変化がほとんどないため、窒化ホウ素を配合した固形潤滑剤１６ｂを用いることで、感光体ドラム１１上で帯電工程や転写工程がおこなわれた後にも放電による劣化が生じにくくなる。また、窒化ホウ素を配合した固形潤滑剤１６ｂを用いることで、感光体ドラム１１が放電により酸化、蒸発してしまうことを防止することもできる。
また、窒化ホウ素だけからなる潤滑剤を用いてしまうと、感光体ドラム１１の表面に供給された潤滑剤がドラム表面全体にいきわたらずに、ドラム表面全体に均一な潤滑剤の皮膜が形成されなくなるおそれがある。そのため、固形潤滑剤１６ｂに窒化ホウ素の他に脂肪酸金属塩を配合している。これにより、感光体ドラム１１表面の全体にわたって潤滑剤の皮膜を効率よく形成することができて、長期にわたって高い潤滑性を維持することができる。脂肪酸金属塩としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム、フッ素系樹脂、等のラメラ結晶構造を持つ脂肪酸金属塩や、ラウロイルリジン、モノセチルリン酸エステルナトリウム亜鉛塩、ラウロイルタウリンカルシウム等の物質を使用することができる。特に、脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛、のうち少なくとも１つを用いた場合には、上述した効果が顕著に発揮される。さらに、脂肪酸金属塩としてステアリン酸亜鉛を用いた場合には、感光体ドラム１１上での伸展性が向上して、吸湿性が低くて湿度が変化しても潤滑性が損なわれにくくなる。
また、固形潤滑剤１６ｂに配合する材料としては、脂肪酸金属塩や窒化ホウ素の他に、シリコーンオイル、フッ素系オイル、天然ワックス等の液状材料やガス状材料を外添剤として用いることもできる。
このように構成された固形潤滑剤１６ｂは、粉体状の潤滑剤を型に入れて型内で圧力をかけて固形のバー状に形成することもできるし、紛体状の潤滑剤を加熱溶融したものを型の中に流し込んだ後に冷却して潤滑剤のブロックを形成することもできる。また、潤滑剤の構成材料をバー状に固める際に、必要に応じて、その構成材料中にバインダーを添加して成形することもできる。

固形潤滑剤１６ｂを潤滑剤供給ローラ１６ａを介して感光体ドラム１１の表面に塗布すると、感光体ドラム１１の表面には粉体状の潤滑剤が塗布されるが、この状態のままでは潤滑性は充分に発揮されないため、薄層化ブレード１６ｄが潤滑剤を均一化する部材として機能することになる。薄層化ブレード１６ｄにより、感光体ドラム１１上での潤滑剤の皮膜化がおこなわれて、潤滑剤はその潤滑性を充分に発揮することになる。
このとき、潤滑剤供給ローラ１６ａにより塗布する粉体状の潤滑剤は微粉であるほど、薄層化ブレード１６ｄにより感光体ドラム１１上に分子膜レベルで薄膜化される。

以下、本実施の形態における画像形成装置１（プロセスカートリッジ１０ＢＫ）において、特徴的な構成・動作について詳述する。
先に図２等を用いて説明したように、画像形成装置１（プロセスカートリッジ１０ＢＫ）には、ブレード状部材としてのクリーニングブレード１５ａが設置されている。
図３をも参照して、クリーニングブレード１５ａは、弾性材料（ゴム材料）で形成されていて、その先端部（先端稜線部であって、図３にて破線で囲んだ部分である。）が感光体ドラム１１の表面に当接する略矩形板状のブレード状部材である。クリーニングブレード１５ａは、金属材料からなるホルダ１５ａ３に片持ち支持されていて、感光体ドラム１１に対してカウンタ方向に当接している。このように構成されたクリーニングブレード１５ａによって、感光体ドラム１１（像担持体）の表面に付着したトナーなどの付着物が除去されることになる。

また、本実施の形態において、クリーニングブレード１５ａは、材質や硬度が異なるゴム材料からなる複数の層が積層されたものである。
詳しくは、クリーニングブレード１５ａは、感光体ドラム１１に当接するエッジ部を含むエッジ層１５ａ１と、エッジ層１５ａ１を介して感光体ドラム１１に対向する位置に形成されたバックアップ層１５ａ２と、からなる２層構造のブレード状部材である。エッジ層１５ａ１の層厚は０．５ｍｍに設定され、バックアップ層１５ａ２の層厚は１．５ｍｍに設定されている。エッジ層１５ａ１とバックアップ層１５ａ２と、は異なる材料、硬度となっている。このような２層構造のクリーニングブレード１５ａは、遠心成型によって各層を順次重ね合わせることで作成することができる。

ここで、本実施の形態において、クリーニングブレード１５ａ（ブレード状部材）は、先端部（感光体ドラム１１に当接する部分（その近傍を含む。）である。）の弾性仕事率が６５〜９３％の範囲内になるように形成されている。

「弾性仕事率」とは、部材に応力を掛けたときに生じる変位から、応力と変位との関係を取り弾性仕事量を算出して、その弾性仕事量を全仕事量（弾性仕事＋塑性仕事）で除した値である。
具体的に、「弾性仕事率」は、図５に示す測定器１００の固定治具１１０にクリーニングブレード１５ａをセットして、ビッカース圧子１２０を押し込むときの積算応力をＷ１と、試験荷重除荷時の積算応力をＷ０と、を計測して、それらの計測値をＷ０／Ｗ１×１００％なる式に代入して求めることができる。弾性仕事率が高いほど、弾性仕事の割合が多く、ヒステリシスロス（塑性変形）が少なくなる（ゴム性が高くなる）。弾性仕事率が低いほど、塑性仕事の割合が多く弾性変形が少なくなり、ゴムというよりガラスに近い状態となる。

図５に示す測定器１００は「微小硬度計ＨＭ２０００（フィシャー・インストルメンツ社製）」であって、弾性仕事率の測定は、２３℃５０％の環境において、押し込み荷重１Ｎ、押し込み時間１０秒、クリープ時間５秒でおこなっている。測定時においてビッカース圧子１２０をクリーニングブレード１５ａに押し込むときには、ビッカース圧子１２０をクリーニングブレード１５ａに５〜１０μｍ程度食い込ませている。クリーニングブレード１５ａは、そのエッジ層１５ａ１が上面で水平になるように固定治具１１０にセットされて、エッジ層１５ａ１の先端稜線部から２０μｍの位置にビッカース圧子１２０を押し込んで測定している。ビッカース圧子１２０をの食込み量はエッジ層１５ａ１の厚さ（０．５ｍｍ）と比較して充分に小さいため、バックアップ層１５ａ２の影響を受けることなく、クリーニング性や摩耗と相関のあるエッジ層の先端稜線部近傍の特性を測定することができる。
このようにして求められる「弾性仕事率」は、一般的にゴムの特性値として用いられる硬度や反発弾性などとは異なり、ブレード状部材の局所的な応答性を示すものであるため、クリーニングブレード１５ａの先端部（感光体ドラム１１に当接する部分である。）の挙動などに影響を表す特性値として有効である。

そして、本実施の形態では、クリーニングブレード１５ａの先端部（当接部）の弾性仕事率を最適化しているために、経時において、感光体ドラム１１の表面に供給される潤滑剤の量が多くなり過ぎてしまう不具合や、感光体ドラム１１の表面に潤滑剤の供給ムラ（塗布ムラ）が生じてしまう不具合、が生じにくくなる。したがって、潤滑剤供給装置１６（固形潤滑剤１６ｂ）の寿命が短くなる不具合や、供給ムラによる縦スジ状の異常画像が生じる不具合も、発生しにくくなる。

詳しくは、クリーニングブレード１５ａの先端部の弾性仕事率を９３％以下に設定することで、クリーニングブレード１５ａの先端部のゴム性が高くなり過ぎてしまうことなく、感光体ドラム１１とクリーニングブレード１５ａとの摩擦でおこるブレード先端の弾性体の伸縮の繰り返し（スティックスリップ）を抑制することができる。そのため、クリーニングブレード１５ａによって感光体ドラム１１上の潤滑剤が過度に除去されて、それを補完するように潤滑剤供給装置１６から感光体ドラム１１の表面に供給される潤滑剤の量が多くなり過ぎてしまう不具合が軽減される。すなわち、経時においても、感光体ドラム１１上に供給（塗布）される潤滑剤の供給量が安定化することになる。
また、クリーニングブレード１５ａの先端部の弾性仕事率を６５％以上に設定することで、クリーニングブレード１５ａの先端部のゴム性が低くなり過ぎてしまうことなく、ブレード先端部に局所的な磨耗や欠けが生じにくくなる。そのため、経時においても、感光体ドラム１１とクリーニングブレード１５ａの先端部との密着性が良好に確保されて、感光体ドラム１１上の潤滑剤がクリーニングブレード１５ａの位置で不均一にすり抜けてしまう不具合が軽減される。すなわち、感光体ドラム１１の表面に潤滑剤の供給ムラ（塗布ムラ）が生じてしまう不具合が軽減されることになる。

なお、本実施の形態において感光体ドラム１１上に供給される潤滑剤に含有された脂肪酸金属塩は、帯電工程において放電の影響によって潤滑剤の潤滑性を失いやすくしてしまう性質がある。そのため、本実施の形態では、潤滑剤に窒化ホウ素などの無機潤滑剤を含有させて、そのような潤滑性の低下を生じにくくしている。そのため、クリーニングブレード１５ａと感光体ドラム１１との摺動抵抗も減ぜられることになる。

以下、このような本発明の効果を確認するために、本願発明者がおこなった実験について説明する。
実験は、先端部の弾性仕事率が異なる１０種類（実施例１〜７、比較例１〜３）のクリーニングブレード１５ａを用意して、それぞれのクリーニングブレード１５ａについて、実機にて通紙耐久テストをおこなって、「潤滑剤の消費率」と「潤滑剤の塗布ムラ（供給ムラ）」と「先端部の摩耗面積」とを評価したものである。
図６は、実施例１〜７、比較例１〜３のクリーニングブレード１５ａの特性と実験結果とをまとめて示す表図である。また、図７は、実施例１〜７、比較例１〜３について、感光体ドラム１１の走行距離と、潤滑剤の消費率と、の関係を示すグラフである。また、図８は、実施例１〜７、比較例１〜３について、潤滑剤の塗布ムラのランクを示すグラフである。また、図９は、実施例１〜７、比較例１〜３について、クリーニングブレード１５ａの先端部の摩耗面積を示すグラフである。

実験（実施例１〜７、比較例１〜３）において、クリーニングブレード１５ａのバックアップ層１５ａ２はすべて同じ材質・層厚にしており、エッジ層１５ａ１（層厚は同じである。）の材質を変えることで、クリーニングブレード１５ａの弾性仕事率を図６に示すように変えている。
通紙耐久テストは、画像面積が５％の画像を１ジョブ当り４枚（４Ｐ／Ｊ）の通紙で、１４〜１６万枚の通紙をおこなったものである。図７は、テスト開始から感光体ドラム１１の走行距離が７．５ｋｍに達するまでの潤滑剤の消費率が約２００ｍｇ／ｋｍになるように調整して、それを基準としてその後の変化（倍数）を「潤滑剤の消費率の変化（倍）」としてプロットしたものである。
潤滑剤の消費率が低くなりすぎると、潤滑性が低下して、クリーニングブレード１５ａの鳴きや感光体ドラム１１へのフィルミングが発生しやすくなる。これに対して、潤滑剤の消費率が高くなりすぎると、帯電ローラ１２の汚れが発生したり、潤滑剤の容量が足りなくなるなどの問題がある。このため、潤滑剤の消費率は１５０〜４００ｍｇ／ｋｍ程度の範囲に収めるのが望ましい。したがって、初期の標準的な消費率を２００ｍｇ／ｋｍとすると、消費率の変化（倍）としては２倍以内が望ましいことになる。

図７（Ａ）に示すように、比較例１、２は、経時で潤滑剤の消費率が上昇して、ドラム走行距離が５０ｋｍの時点では２倍を超えている。すなわち、ブレード先端部の弾性仕事率が９３％を超えると、上述した消費率の範囲の上限４００ｍｇ／ｋｍを超えてしまうことになる。
これに対して、図７（Ｂ）に示すように、実施例１〜７では、ブレード先端部の弾性仕事率が９３％以下となり、初期から潤滑剤の消費率はあまり変化せずに安定している。消費率の変化は１．１〜１．８倍程度なので、経時でも潤滑剤の消費率は１５０〜４００ｍｇ／ｋｍの範囲内となる。特に、ブレード先端部の弾性仕事率が９０％未満となる、実施例３〜７では、消費率の変化は１．１〜１．３倍程度になり、極めて安定することがわかった。

また、通紙耐久テストでは、ドラム走行距離が７５ｋｍに達した時点で、「潤滑剤の塗布ムラ」の評価をおこなった。評価は、薄層化ブレード１６ｄの下流側における感光体ドラム１１の表面を、マイクロスコープＶＨＸ−１００（対物レンズ２００倍）で撮像して画像を取り込んでおこなった。塗布ムラが生じると、感光体ドラム１１の回転方向に沿うように縦スジ状のムラが形成される。そして、この縦スジ状のムラを、画像の輝度のムラとして、輝度の分散値から数値化してランク付けしたものが、図８の結果となる。
潤滑剤の塗布ムラは、ランク４を下回るとハーフトーン画像における縦スジとして認識される場合があり、ランク３．５を下回ると許容外となる。図８に示すように、比較例１、２、実施例１〜７は、塗布ムラのランクが３．５以上となっているが、比較例３は塗布ムラのランクが３．５を下回り３．２となっている。すなわち、ブレード先端部の弾性仕事率が６５％に達していないと、感光体ドラム１１の表面に、許容できない潤滑剤の塗布ムラ（供給ムラ）が生じてしまうことになる。

図６にまとめた実験結果をみてもわかるように、クリーニングブレード１５ａの先端部の弾性仕事率が９３％以下になるように形成することで、経時においても潤滑剤消費率を安定させることができる。また、クリーニングブレード１５ａの先端部の弾性仕事率が６５％以上になるように形成することで、経時においても潤滑剤の塗布ムラ（供給ムラ）を低減できることがわかる。すなわち、クリーニングブレード１５ａの先端部の弾性仕事率が６５〜９３％の範囲内になるように形成することで、長期にわたって安定して感光体ドラム１１に潤滑剤を供給（塗布）することが可能になる。

また、通紙耐久テストでは、ドラム走行距離が７５ｋｍに達した時点で、クリーニングブレード１５ａの先端部（ブレード先端部）の「摩耗面積」の評価（測定）をおこなった。評価は、図１０を参照して、ブレード先端部の立体像を、「レーザ顕微鏡 ＶＫ−９５００」（キーエンス社製）で観察して、ブレード先端部の摩耗面積Ｓを求めた。そして、それぞれの摩耗面積Ｓをグラフ化したものが、図９の結果となる。
図９に示すように、潤滑剤消費率が良好で塗布ムラの少ない実施例１〜７のうち、実施例１〜４は、ブレード先端部の摩耗も少ないことがわかる。
なお、比較例１は、弾性仕事率が高くて劣化潤滑剤による摩擦力によりブレード先端部（エッジ）のスティックスリップが起きやすいため、ブレード先端部の摩耗面積が増大している。
また、比較例３は、弾性仕事率が低くて劣化潤滑剤によるブレード先端部（エッジ）の引っ掻きで局所的な磨耗・欠けが発生しやすく、ブレードの幅方向の位置によって摩耗量にムラが生じている。そして、そのような状態でクリーニングブレードを使用し続けることで、これらの局所的に摩耗したものが集合して大きな塊となり、その塊によりブレードの摩耗がさらに全体的に助長されることになる。
このような結果からも、ブレード先端部の摩耗速度を低く抑えるためには、弾性仕事率を一定の範囲内に収める必要があることがわかる。
具体的に、図６にまとめた実験結果をみてもわかるように、クリーニングブレード１５ａの先端部の弾性仕事率が８３〜９３％の範囲内になるように形成することで、長期にわたって安定して感光体ドラム１１に潤滑剤を供給することが可能になるとともに、クリーニングブレード１５ａの先端部の摩耗の進行を遅らせてクリーニングブレード１５ａを長寿命化することができる。

以上説明したように、本実施の形態におけるプロセスカートリッジ１０ＢＫ（画像形成装置１）は、感光体ドラム１１（像担持体）の表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置１６や、先端部が感光体ドラム１１の表面に当接するクリーニングブレード１５ａ（ブレード状部材）が設けられている。そして、クリーニングブレード１５ａは、先端部の弾性仕事率が６５〜９３％の範囲内になるように形成されている。
これにより、経時において、感光体ドラム１１の表面に供給される潤滑剤の量が多くなり過ぎてしまう不具合や、感光体ドラム１１の表面に潤滑剤の供給ムラが生じてしまう不具合、を生じにくくすることができる。

なお、本実施の形態では、作像部における各部（感光体ドラム１１、帯電ローラ１２、現像装置１３、クリーニング装置１５、潤滑剤供給装置１６である。）を一体化してプロセスカートリッジ１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫを構成して、作像部のコンパクト化とメンテナンス作業性の向上とを図っている。
これに対して、作像部における各部１１、１２、１３、１５、１６をプロセスカートリッジの構成部材とせずに、それぞれ単体で装置本体１に交換可能に設置されるように構成することもできる。このような場合にも、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置と、像担持体上をクリーニングするクリーニング装置とのうち、少なくとも１つと、像担持体とが、一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるユニットと定義する。

また、本実施の形態では、中間転写ベルト１７を用いたタンデム型のカラー画像形成装置に対して本発明を適用した。これに対して、転写搬送ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置（転写搬送ベルトに対向するように並設された複数の感光体ドラム上のトナー像を、転写搬送ベルトによって搬送されるシート上に重ねて転写する装置である。）や、モノクロ画像形成装置等、その他の画像形成装置に対しても、本発明を適用することができる。そして、このような場合であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、像担持体としての感光体ドラム１１に当接するクリーニングブレード１５ａに対して本発明を適用したが、感光体ドラム１１以外の像担持体（例えば、中間転写ベルト１７である。）に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置が設置されて、その像担持体に当接するブレード状部材に対しても当然に本発明を適用することができる。
また、本実施の形態では、固形潤滑剤１６ｂを潤滑剤供給ローラ１６ａに向けて加圧する加圧機構として、１対の回動部材１６ｇや引張スプリング１６ｈなどで構成されたものを用いたが、加圧機構はこれに限定されることなく、例えば、回転軸方向両端部に設置された圧縮スプリングなどで構成された加圧機構を用いることもできる。
また、本実施の形態では、潤滑剤供給ローラ１６ａとして、芯金上に発泡弾性層が形成されたスポンジ状ローラを用いた。これに対して、潤滑剤供給ローラとして芯金上にブラシ毛が周設されたブラシ状ローラを用いることもできる。
そして、それらのような場合であっても、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１ 画像形成装置（画像形成装置本体）、
１１ 感光体ドラム（像担持体）、
１５ クリーニング装置、
１５ａ クリーニングブレード（ブレード状部材）、
１５ａ１ エッジ層、
１５ａ２ バックアップ層、
１５ａ３ ホルダ、
１６ 潤滑剤供給装置、
１６ａ 潤滑剤供給ローラ（潤滑剤供給回転体）、
１６ｂ 固形潤滑剤。

特許第５６４０６７６号公報 特開２０１６−９０９２号公報 特開２０１６−８１０２６号公報

Claims (7)

1. 画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるプロセスカートリッジであって、
   トナー像が担持される像担持体と、
   前記像担持体の表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置と、
   弾性材料で形成されて、先端部が前記像担持体の表面に当接するブレード状部材と、
   を備え、
   前記ブレード状部材は、前記先端部の弾性仕事率が６５〜９３％の範囲内になるように形成されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
2. 前記ブレード状部材は、前記先端部の弾性仕事率が８３〜９３％の範囲内になるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
3. 前記潤滑剤は、脂肪酸金属塩と無機潤滑剤とを含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロセスカートリッジ。
4. 前記脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸亜鉛のうち少なくとも１つであって、
   前記無機潤滑剤は、マイカ、タルク、窒化ホウ素のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項３に記載のプロセスカートリッジ。
5. 前記ブレード状部材は、前記像担持体の表面に付着した付着物を除去する略矩形板状のクリーニングブレードであって、金属材料からなるホルダに片持ち支持されて、前記像担持体に対してカウンタ方向に当接することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
6. 前記クリーニングブレードは、材質又は／及び硬度が異なるゴム材料からなる複数の層が積層されたものであることを特徴とする請求項５に記載のプロセスカートリッジ。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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