JP3545942B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、詳しくは、像担持体の表面に潤滑材を供給する機構を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体としての感光体の周囲に帯電器や露光ユニット等が配置されており、感光体の回転に伴って、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、除電等の各作像プロセスが実行されるようになっている。
感光体の周囲に配置された作像ユニット又は部材の中には、感光体に直接接触するものがあり、その接触摩擦によって感光体の感光層が一定量削られた場合、感光特性が変化し、所定の作像プロセスが行えなくなる。換言すれば、感光層の磨耗は感光体の寿命低下につながる。
【０００３】
感光体の表面に接触する部材の中で最も問題となるのはクリーニングブレードであり、これ以外の部材との接触による磨耗は、感光体の寿命低下に実質的に影響を及ぼす程ではない。
クリーニングブレードが問題となる理由は、感光体上に残留するトナーを除去するために、力学的に、すなわち、掻き落とすように接触するからである。
このクリーニングブレードによる磨耗は主に以下の二つの形態に分けられる。
▲１▼感光体とクリーニングブレードとの間に発生する剪断力による磨耗
▲２▼トナーがクリーニングブレードと感光体との間に挟まれて砥石のような働きをし、かかるアブレッシブ作用によって生じる磨耗
このような磨耗の発生を決定する要因として、感光体の機械的強度、感光体に対するクリーニングブレードの当接圧、トナー粒子の組成、感光体の表面摩擦係数などがある。
【０００４】
このクリーニングブレードの接触による感光体表面の磨耗を抑制するために、例えば、特開平６−３２４６０３号公報や、特開平６−３２４６０４号公報に開示されるように、従来より感光体表面に潤滑材を供給することが行われている。潤滑材は直方体状（バー状）に形成されており、これをローラで少量ずつ削り取ってさらに回転ブラシを介して感光体表面に供給する方式や、潤滑材と感光体表面の間に回転ブラシのみを設けて供給する方式が採用されている。
特開平７−２９５４５１号公報には、ローラ上の潤滑材の厚みをスクレーパで一定にし、潤滑材を均一に供給する技術が開示されている。
特開平８−５４８０７号公報には、表面が固形潤滑材で形成されたローラを像担持体の表面に直接接触させ、固形潤滑材の偏磨耗による不均一供給を防止する技術が開示されている。
感光体表面に潤滑材が供給されることによって、クリーニングブレードと感光体との間の摩擦係数が低下し、そこに発生する剪断力も低下することから、その磨耗量を減少させることが可能となる。
潤滑材としては、ステアリン酸亜鉛等の固形潤滑材が用いられている。
【０００５】
特開平４−２６４４８２号公報には、カウンタタイプのクリーニングブレードの像担持体に接触する面にポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という）の樹脂層を形成し、像担持体表面の損耗を抑制する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の潤滑材供給においては、像担持体における磨耗劣化を早い段階で防止するためには、潤滑材の供給性能の向上が要求される。
かかる観点から従来技術を見た場合、ステアリン酸亜鉛等に比べてＰＴＦＥは磨耗し易いため、ＰＴＦＥを使用した方が潤滑材供給の立ち上がりを早くすることができるとともに、ＰＴＦＥの優れた潤滑特性（磨耗特性）を得ることができる。
しかしながら、従来においてはＰＴＦＥを単に一つの潤滑材として使用するに止まっており、ＰＴＦＥの製法及びその性質の観点からは何ら考慮されておらず、低コスト化については満足できるものではなかった。
【０００７】
本発明は、潤滑材の低コスト化を図ることができ、ひいては装置全体の低コスト化にも寄与できる画像形成装置の提供を、その目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、潤滑材としてのＰＴＦＥの形状とこれを圧縮成形するための金型コストとの関係に着目した。
具体的には、請求項１記載の発明では、像担持体の表面に潤滑材を供給する機構を有する画像形成装置において、上記潤滑材は、少なくともポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」という）を含有し焼成加工法の圧縮成形法により形成された部材からなり、且つ、その形状における長手方向は圧縮成形時の圧縮方向に対して略直交方向になるように設定されている、という構成を採っている。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本実施例における画像形成装置の要部を示したものである。同図に示すように、像担持体としての感光体２の周りには、帯電ローラ４、露光ユニット６、現像ユニット８、転写ユニット１０、クリーニングブレード１４、除電器１６、潤滑材供給機構１２等が配置されており、感光体２の矢印方向の回転に伴って、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、除電等の各作像プロセスが実行されるようになっている。
露光ユニット６による露光によって、感光体２上には目的画像の静電潜像が形成され、この静電潜像は現像ユニット８によってトナー像として可視像化される。その後、トナー像は、レジストローラ対１８，１８によって所定のタイミングで送られる用紙Ｐに転写ユニット１０により転写される。トナー像を転写された用紙Ｐは、図示しない定着装置に送られ、ここでトナー像は熱と圧力により用紙Ｐに永久画像として定着される。
感光体２上に残留したトナーはクリーニングブレード１４によって掻き落とされ、残留電荷は除電器１６によって除去される。
【００１０】
潤滑材供給機構１２は、図示しない装置本体の固定部材に固定されたケース２０と、このケース２０内に移動可能に収容された直方体状のステー２５と、このステー２５の感光体２との対向面に固定された潤滑材２２と、ステー２５を介して潤滑材２２を感光体２の表面に一定の圧力で押圧するバネ２８とから構成されている。
【００１１】
本発明が目的とする像担持体（感光体２）の静止摩擦係数のレベルを、オイラーベルト方式にて測定されたデータをもって説明する。
この場合、ベルトとして中厚の上質紙を紙すきが長手方向になるようにして感光体２のドラム円周１／４に張架し、ベルトの一方に例えば１００ｇｒの荷重を掛け、他方にフォースゲージを設置してフォースゲージを引っ張り、ベルトが移動した時点での荷重を読み取って以下の式にて算出する。
μｓ＝２／π×１ｎ（Ｆ／ｗ）
但し、μｓ：静止摩擦係数、Ｆ：測定値、ｗ：荷重
感光体２の表面の静止摩擦係数は、その摩耗に関しての観点から、オイラーベルト方式にて、０．４以下で効果が得られることが判った。
よって本発明においては、感光体２の静止摩擦係数を０．４以下に低下させることを目標としており、その実現策の一例が上記潤滑材供給機構２の構成である。但し、常に０．４以下を維持するだけでなく、ある程度の摩耗量をコントロールする場合には、任意の時間一過性的に０．４を超えることがあってもよいという趣旨である。
また摩耗に関してさらに効果の高い領域として０．３〜０．１にもコントロールすることができる。この場合摩耗量に関してはさらに少なくなることが実験的に確認されている。
静止摩擦係数が０．０８以下になると、イオン化付着物質等の影響を受け、画像不良が発生することが実験的に確認されており、静止摩擦係数は０．０８以下には下がらないことが望ましい。しかしながら、これらの数値は環境条件等によっても変動するため、０．０８以下が常に不良とは限らない。よって静止摩擦係数の下限値に関してはその環境条件等に合わせて任意に設定できるようになっていても構わない。
【００１２】
上記各構成で用いられる潤滑材２２は、少なくともＰＴＦＥを含有するもので、且つ、焼成加工法の圧縮成形法により形成されている。
ここで、ＰＴＦＥの特徴について述べる。
一般的なＰＴＦＥの成形・加工と材料に関していえば、ＰＴＦＥは溶融粘度が極めて高く、一般の熱可塑性のプラスチック材料で使用される射出、押し出しなどの成形法を使用することが難しい。このため、ＰＴＦＥの成形法としては、粉末樹脂を予備成形（主に常温下）し、これを融点以上の３５０℃〜４００℃に加熱する焼結成形加工（焼成加工）にて、その粒子を固体成形する方法が一般的である。その加工法としては、主に、圧縮成形法、ラム押出成形法、ペースト押出成形法などがある。
このような成形に使用されるＰＴＦＥ材料は、大きくモールディングパウダー、ファインパウダーの２種類に分類される。一般的にモールディングパウダーは圧縮成形法、ラム押出成形法に使用され、ファインパウダーはペースト押出成形法に使用される。
【００１３】
モールディングパウダーは、懸濁重合で得られた原粉末を、一旦数十〜数百μｍの大きさに粉砕し、その後使用法に合わせた形で行われる粒状化、微粉化、前加熱などの処理の後に生成された粉末の総称である。
ファインパウダーは、乳化重合で得られたラテックスを、凝析・乾燥させ、約３００〜６００μｍの粒径に調節したものをいう。
【００１４】
それ以外の材料に低分子量ＰＴＦＥと呼ばれるものがある。低分子量ＰＴＦＥは、通常成形加工に対して実用化されているモールディングパウダー、ファインパウダーが５００〜６００万以上の数平均分子量を持つのに対して、一般的にその分子量が数千〜数十万のＰＴＦＥのことを指す。このような低分子量ＰＴＦＥは、ＰＴＦＥ以外の樹脂材料や、オイル、インク、塗料などに添加して使用されている。
【００１５】
次に、ＰＴＦＥの摩擦特性及びＰＴＦＥの潤滑材としての特徴について説明する。
ＰＴＦＥの分子構造は、図１０及び図１１（断面）に示すように、ＣＦ_２ 単位が単純に繰り返す化学構造を持つ完全に対称性の線状高分子である。また、分子の対称性が非常に高い無極性高分子であり、分子間凝集力は非常に弱い。また、分子鎖表面は非常に滑らかである。
分子間凝集力が小さいこと、分子鎖表面の凹凸が小さいことによってＰＴＦＥの摩擦係数が低いことが一般的に説明されている。
ここで、接触する相手部材が異種材料である場合を考える。ＰＴＦＥは非常に柔らかい物質であり、また、分子間の凝集力が小さくて分子間で滑りが起こり易いことから、摩擦の相手部材に磨耗したＰＴＦＥが供給される「ＰＴＦＥの移着」現象が容易に起こる。この現象により相手部材の表面にＰＴＦＥ層が生成され、そこに生じる摩擦がＰＴＦＥ同士の摩擦に置き換えられることにより、摩擦係数が低下する。
このことは、摺動状態において多くの材料とＰＴＦＥ間の摩擦抵抗が低いことの一要因として知られている。
上記の摩擦に対するＰＴＦＥの特性は、本発明にてＰＴＦＥを潤滑材として採用する理由の一つである。
【００１６】
既に述べたが、感光体２の磨耗は、感光体２とクリーニングブレード１４間の摩擦による磨耗が主原因である。そこで、感光体２の表面に潤滑材２２を供給する訳であるが、潤滑材供給機構１２を簡便化するには潤滑材２２を感光体２に直接接触させることが望ましい。その場合、潤滑材が感光体２に移着し易いかどうかが問題となる。ＰＴＦＥはその特性上、摺動する相手部材への移着が起こり易いため、感光体２などの回転・駆動部材への潤滑材として適している。
ＰＴＦＥの移着が生じた後、すなわち、ＰＴＦＥ同士の摩擦が支配的になった後は、ＰＴＦＥの磨耗が低下する。これは、ＰＴＦＥ同士の摩擦係数が極端に小さいため、そこに生じる剪断力が低下し、磨耗が減るためである。
このため、ＰＴＦＥ又はＰＴＦＥを含有した潤滑材２２を直接感光体２に接触させ、その潤滑効果を得る場合、ＰＴＦＥの移着後その供給量が自動的に制限されることになり、必要以上の供給、すなわち、無駄な供給が抑制されることになる。
【００１７】
ＰＴＦＥの分子間の崩れは、相手部材に移着した後も起こり得る。この性質により、感光体２上に付着したＰＴＦＥはある一定の割合で付着と除去（移動）を繰り返すことになる。除去に関しては、例えばクリーニングブレード１４、現像ユニット８、転写紙などによって行われる。通常、感光体２の表面には、異物質、例えば画像ボケを生じさせる原因であるイオン化物質（ＮＯｘ 、ＳＯｘ など）などが付着する。潤滑材の供給を行わない場合には、クリーニング部等で起こる感光体表層の削れと同時にこれらの異物質も除去されてきた。
潤滑材を供給することにより、感光体表層の削れが少なくなると、これら異物質も除去できなくなり、画像不良が起こることがある。しかしながら、ＰＴＦＥのように付着・除去が繰り返し行われる潤滑材の場合、これらの異物質も付着・除去が繰り返されることになり、これによって感光体２の表面では画像不良を低減できることになる。
【００１８】
次に、ＰＴＦＥの磨耗特性（機械的特性）について、低分子量ＰＴＦＥの特徴・効果を併せて説明する。
ＰＴＦＥの磨耗特性については、ＰＴＦＥの分子量が大きく影響する。一般的なポリマーの磨耗等機械的強度は、その分子間凝集力に影響される。これはＰＴＦＥにも当てはまり、その分子間凝集力が小さければ分子間の滑りが起こり易くなり、磨耗し易くなる。また、磨耗以外の機械的強度も分子間凝集力が小さいと低下することになる。ＰＴＦＥの分子間凝集力が極めて小さいことは既に述べたが、このためＰＴＦＥは磨耗し易い特性を有している。
このため、磨耗性能、機械的性能を維持するために、成形体のＰＴＦＥにおいては分子量を大きくする手段が講じられている。これは、分子量の大きなＰＴＦＥ分子鎖が成形体の中で相互に絡み合うことにより、その機械的強度を保つ効果があるためである。
【００１９】
ＰＴＦＥの成形において、成形品の強度を得るために実用化されているものとしては、分子量５００〜１０００万のものが使用されることが多い。
理論的には分子量が高いほど機械的性質も優れたものになる。しかし成形可能な分子量以上の場合、その強度に対する分子量の差による影響度は小さくなり、むしろ成形条件によって左右される結晶度、ボイドの影響の方が大きくなる。すなわち、ある一定量の分子量を得たならば、分子量を増加させるよりその成形条件を最適化する方が機械的強度を向上させることができることになる。
一般的に機械的強度の安定する分子量は５００〜６００万以上といわれている。但し、充填剤等の条件によって左右されることがあるため、その値はあくまで一般論である。
【００２０】
次に、潤滑材２２の成形法である圧縮成形法について述べる。
圧縮成形法に関しては、大別すると、フリーベーキング法とホットモールディング法に分類できる。これらの方法の違いは焼成段階の工程の違いであると言える。本発明の特徴は焼成前の予備成形時の圧縮加工に関するものであるから、本発明は上記両方法において適用できるものである。
ＰＴＦＥが通常の樹脂材料に使用される成形法を使用できないことは既に述べたが、それらに代わる成形法として焼成加工法が採られる。圧縮成形法はそれら成形法の中で一般的な加工法の一つである。
【００２１】
圧縮成形法（例としてフリーベーキング法）は、まず所望の形状もしくはそれに近い金型中に原料粉末（モールディングパウダー等）を、均一に充填し、常温でプレスして圧縮する。この時点では成形品は比較的脆い状態である。この予備成形品（通常、プレフォームと呼ぶ）を、高温炉に入れ焼成温度まで上昇させて全体的に焼成が完了するまで任意の温度を保ち、その後温度を一定の速さにて冷却し、成形を完了させる。この場合、焼成中は部材に対して何ら拘束力が働かない。そのため成形品の寸法精度はあまり優れておらず、寸法精度が必要な場合などは２次加工が必要になる。
【００２２】
次に本発明の成立過程を説明する。
例えばシート材などは、切削加工にて焼成加工後のブロックから加工する。図２はこの加工法の概略を示したものである。
焼成ブロック５０は、その後の切削加工に合わせた形で、円柱もしくは円筒状に加工される。材料の圧縮成形時の圧縮方向は、図に示すようにその軸方向に設定されることが多い。シート加工は、この焼成ブロック５０を矢印方向に回転させ、その円周上に切削工具５２を当てて薄膜を削り出すように行う。この加工法によれば、図３に示すような形状のシート５４を得ることができる。
シート５４において、焼成体の形状にもよるが、一般的に、圧縮成形時の圧縮方向に平行な寸法ｌ_１ より、圧縮方向に垂直な寸法ｌ_２ が長く切削加工できる。換言すれば、寸法ｌ_２ に関してはその長さを任意にコントロールすることができるのに対し、寸法ｌ_１ は圧縮方向における金型の大きさの制限を受け易い。
【００２３】
本実施例では潤滑材２２の形状を図４に示すようなシート状としている。この場合、潤滑材２２の長手方向の寸法ｌ_４ を切削加工シート５４の寸法ｌ_１ に平行に取り出すように設定すると、少なくとも寸法ｌ_１ は寸法ｌ_４ より大きくする必要があり、金型も圧縮方向において大きなサイズとなる。
そこで、本実施例では、潤滑材２２の短手方向の寸法ｌ_３ を切削加工シート５４の寸法ｌ_１ に平行に取り出すように設定している。換言すれば、長手方向が圧縮成形時の圧縮方向に略直交する方向になるように設定している。
従って、切削加工シート５４の寸法ｌ_１ は潤滑材２２の短手方向の長さｌ_３ 分で済むことになり、図５に示すように、長手方向の長さを圧縮方向に平行にする場合（ａ）よりも、短手方向の長さを圧縮方向に平行にする場合（ｂ）の方が金型も小さくて済む。
【００２４】
潤滑材２２の長手方向の寸法ｌ_４ を切削加工シート５４の寸法ｌ_２ に平行に取り出すように設定した場合、寸法ｌ_２ は任意の長さに設定でき自由度が高いため、寸法ｌ_１ に比較してその長さを大きくしても、加工費等に対する影響度は少ない。
すなわち、ＰＴＦＥを圧縮成形するときの金型に関しては、圧縮方向に対してその高さを大きくする場合の方が金型のコストアップを招き易い。また、金型から成形品を取り出す場合も高さ方向が大きいほど作業がしにくく、装置等も大型化する傾向がある。これは、圧縮方向の金型高さに圧縮成形機の必要性能等が左右されることを示している。
従って、本実施例によれば、金型、加工費のコストを低減できるとともに潤滑材２２の製造効率を高めることができ、よって潤滑材２２の製造コストを抑制することができる。
【００２５】
潤滑材供給対象部材である像担持体としては、感光体２に限らず、中間転写体であっても上記と同様の潤滑材供給性能を得ることができる。この例を図６に示す。図６はフルカラー画像形成装置を示している。感光体３０の周りには色の異なる４つの現像ユニット３２，３４，３６，３８が設けられており、各色のトナー像はそれぞれ像担持体としての中間転写ベルト４０上に重ね合わせて転写され、レジストローラ対４２，４２によって所定にタイミングで送られる用紙Ｐに転写ベルト４４により一括転写される。
図示しないが、転写部位と感光体３０との間には、中間転写ベルト４０上に残留したトナーをクリーニングするクリーニングブレードが設けられており、かかる構成においても像担持体としての中間転写ベルト４０の磨耗による同様の問題が生じる。これに対処すべく潤滑材供給機構１２が設けられている。潤滑材供給機構１２の構成及び潤滑材２２の設置方法は上記実施例と同様である。
【００２６】
上記各実施例では潤滑材２２を像担持体に直接接触させて供給する構成（直接供給方式）としたが、図７はその変形例を示すものである。本実施例における潤滑材供給機構１２は、装置本体の固定部材に固定される支持板５６と、スポンジ等の弾性体５８と、潤滑材２２とから構成されている。すなわち、上記実施例におけるステー２５とバネ２８との機能を弾性体５８で担う構成である。
【００２７】
上記各実施例では潤滑材供給機構１２をいずれも直接供給方式としたが、図８に示すように、間接供給方式とすることもできる。本実施例では、潤滑材２２を供給ローラ２４で削り取り、これをさらに供給ブラシ２６（回転ブラシ）で感光体２の表面に供給するものである
図９に示すように、供給ブラシ２６のみによる間接供給方式とすることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、潤滑材の形状における長手方向が、その圧縮成形時の圧縮方向に対して略直交するように設定したので、金型、加工費のコストを低減できるとともに潤滑材の製造効率を高めることができ、よって潤滑材の製造コストを抑制することができる。
これによって装置全体の低コストにも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の要部側面図である。
【図２】潤滑材の成形加工状態を示す斜視図である。
【図３】ブッロク状態の潤滑材から切削加工によって得られたシート状潤滑材を示す斜視図である。
【図４】図３で示したシート状の潤滑材から取り出された潤滑材の使用形状を示す斜視図である。
【図５】金型のサイズ比をイメージするための焼成ブロックの対比図である。
【図６】直接供給方式の他例を示す要部側面図である。
【図７】直接供給方式のさらに別の例を示す要部斜視図である。
【図８】間接供給方式の一実施例を要部側面図である。
【図９】間接供給方式の他例を要部側面図である。
【図１０】ＰＴＦＥの分子構造を示す図である。
【図１１】ＰＴＦＥの分子構造の断面を示す図である。
【符号の説明】
２ 像担持体としての感光体
１２ 潤滑材供給機構
２２ 潤滑材
４０ 像担持体としての中間転写ベルト

Claims (1)

1. 像担持体の表面に潤滑材を供給する機構を有する画像形成装置において、
   上記潤滑材は、少なくともポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」という）を含有し焼成加工法の圧縮成形法により形成された部材からなり、且つ、その形状における長手方向は圧縮成形時の圧縮方向に対して略直交方向になるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。

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