JP4614074B2 - 固形潤滑剤の付勢方法、潤滑剤塗布装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、被塗布面の摩擦係数を低下させる固形潤滑剤の付勢方法に関し、また、その付勢方法を用いた潤滑剤塗布装置や、プロセスカートリッジおよび転写カートリッジ、画像形成装置に関する。

電子写真における作像プロセスは、まず電子写真感光体上に帯電装置を用いて帯電を行い、画像データに基づき変調されたレーザービームを照射して静電潜像を形成する。静電潜像は、感光体と対向配置された現像装置によって静電的にトナーを付着させることで顕像化される。感光体上のトナー像は、次に転写装置によって転写され、場合によっては複数回転写され、最終的に紙やＯＨＰ等の転写用紙に転写される。トナー像が転写された転写用紙はその後定着装置を通過して画像を定着された後、装置体外に排出される。転写後、感光体や転写装置上に残った残トナーは、クリーニング装置によって除去される。

転写については、感光体から転写用紙へ直接転写するものや、いったん中間転写装置によって転写した後に用紙へ転写するもの、感光体から１次転写装置、２次転写装置と順に転写した後に用紙へ転写するものなど、用途や仕様によって様々である。最近のカラー機においては、スピードと画像品質の良さから、感光体ユニットを４つ、張架されたベルトに対向して並列に配列したいわゆる４連タンデム中間転写ベルト方式が主流となりつつある。また、画質に関しては、高画質化を狙い、従来の粉砕トナーから重合トナーを採用する機種も増えてきている。

一般的に、電子写真における上記のような作像プロセスに使用される部品の多くは、装置本体を構成する部品に比べて寿命が短く、Ａ４用紙縦通紙で十数ｋ枚から、多くて数百ｋ枚程度で寿命を迎え、交換となる。また、重合トナーを採用した作像手段は、クリーニングが困難であり、長期的にその機能を維持することが難しい。

その対策として、感光体や転写体に固形潤滑剤を塗布することで、感光体や転写体やそれらに当接されているクリーニング部材の摩耗を軽減させる方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。また、これを応用して、いわゆる４連タンデム中間転写ベルト方式に採用し、画像形成装置の高品質化を図る技術が提案されている（例えば特許文献３参照）。

ところで、固形潤滑剤の付勢手段は一般的に圧縮スプリングや引張スプリング、板バネ等による弾性を利用したものである。このような付勢手段は、周知のように、作用点の位置が変位すると付勢力が変化する。固形潤滑剤は消耗品であるから、経時的には体積が減り、それに伴い付勢部材の作用点が変位し、付勢力は低下する（図５参照）。付勢力が減少すると潤滑剤の塗布量も減少することになり、場合によっては塗布量不足に陥ることにもなり得る。

この対策としては、経時での付勢力減少を見越して初期の付勢力を強くしておく方法がある。しかしながら、この方法は初期の固形潤滑剤塗布量が増加するため、固形潤滑剤の容量を増やす必要が生じる。近年、装置の小型化、軽量化が進む中、固形潤滑剤の肥大化は時代を逆行することになる。また、この対策として、ソレノイドを用いて潤滑剤の塗布量を制御する方法が提案されている（例えば特許文献４参照）しかし、装置が高価であるため、これも近年の低コスト化の流れに逆行しているといえる。

特開２００２−２４４４８５号公報 特開２００２−２４４４８７号公報 特開２００４−１５１６４３号公報 特開２００２−２６８４９４号公報

本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、安価かつ容易な方法で固形潤滑剤を初期から経時にわたって安定して塗布することができ、安価かつ高品質な潤滑剤塗布装置と、これを利用したプロセスカートリッジ、転写カートリッジ、画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る固形潤滑剤の付勢方法は、固形潤滑剤を被塗布面に対して直接に、もしくは塗布部材を用いて間接的に塗布する潤滑剤塗布装置において、前記固形潤滑剤を前記被塗布面に対して、もしくは前記塗布部材に対して付勢する付勢部材を備え、該付勢部材による前記付勢が、
ｋ＝ａ×ｃｏｓθ（ｋはバネ定数［ｍＮ／ｍｍ］、ａは固形潤滑剤の消費定数［ｍＮ／ｍｍ］、θは加圧角度［ｒａｄ］）
という条件を概ね満たすことを特徴とする。

前記付勢条件は、一般的な公差範囲である±１０％で満たすこととし得る。

本発明に係る潤滑剤塗布装置は、前記いずれかの固形潤滑剤の付勢方法を用いたことを特徴とする。

前記被塗布面が感光体であるように構成できる。

また本発明に係る潤滑剤塗布装置は、前記感光体に対して着脱可能であるように構成できる。

本発明に係るプロセスカートリッジは、少なくとも前記感光体と前記いずれかの潤滑剤塗布装置とを一体的に具備したことを特徴とする。

本発明に係るプロセスカートリッジは、画像形成装置本体に対して着脱可能であるように構成できる。

本発明に係る潤滑剤塗布装置は、前記被塗布面が転写部材であるように構成できる。

また本発明に係る潤滑剤塗布装置は、前記転写部材に対して着脱可能であるように構成できる。

本発明に係る転写カートリッジは、少なくとも前記転写部材と前記潤滑剤塗布装置とを一体的に具備したことを特徴とする。

また本発明に係る転写カートリッジは、画像形成装置本体に対して着脱可能であるように構成できる。

本発明に係る画像形成装置は、前記いずれかの潤滑剤塗布装置、またはプロセスカートリッジ、または転写カートリッジを具備したことを特徴とする。

また本発明に係る画像形成装置は、静電潜像を顕像化する現像剤に重合トナーを用いる構成とすることができる。

本発明は、潤滑剤塗布において、使用開始初期から時間が経過して行っても、固形潤滑剤の消費量が一定となるため、経時的にも安定して潤滑剤を被塗布面へ供給できる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１により本発明の実施対象とする画像形成装置の一例の全体構成を説明する。図示の装置は、胴内排紙型画像形成装置のほぼ中央に画像形成部Ａが配置され、この画像形成部Ａのすぐ下方に給紙部Ｂが配置されている。必要に応じ別の給紙装置を下部に増設することができる。画像形成部Ａの上方には、原稿を読み取るための読み取り部Ｃが、排紙収納部Ｄを隔てて配設されている。画像形成部Ａと読み取り部Ｃとの空間部が排紙収納部Ｄとしてあり、画像形成された記録媒体（以下、用紙と言う）が排紙収納されるようになっている。なお図１内の矢印は用紙の通紙経路を示している。

画像形成部Ａでは、ドラム状をした感光体Ａ１の周囲に、感光体Ａ１の表面に帯電処理を行う帯電装置Ａ２、画像情報を感光体表面にレーザ光で照射する露光装置Ａ１０、感光体Ａ１の表面に露光されて形成された静電潜像を可視化する現像装置Ａ３、複数の感光体Ａ１上でそれぞれ現像されたトナー像を重ね合わせる中間転写装置Ａ４、用紙に転写する転写装置Ａ５、転写後感光体表面に残留するトナーを除去回収するクリーニング装置Ａ６、感光体Ａ１等の像担持体表面の摩擦係数を下げるための潤滑剤塗布装置Ａ７、トナー像を得た用紙上のトナーを定着処理する定着装置Ａ８が用紙の搬送経路での下流に配置されている。

メンテナンスを容易にするため、感光体Ａ１、帯電装置Ａ２、現像装置Ａ３、クリーニング装置Ａ６等をプロセスカートリッジＰＣとして１つのユニットに組み込み本体装置に対して着脱可能とした。また、同様の理由からクリーニング装置Ａ６と潤滑剤塗布装置Ａ７とを一つのユニット内に収容し、中間転写装置Ａ４に対して着脱可能とされている。

さらに、クリーニング装置Ａ６と潤滑剤塗布装置Ａ７と転写部材Ａ５１とを一体的に収容し、本体装置に対して着脱可能とした。定着装置を通過した用紙は排紙ローラＡ９を経て排紙収納部Ｄに排紙収納される。

給紙部Ｂにおいては、未使用の用紙が収容されており、給紙ローラＢ１の回転により、最上紙は給紙カセットから送り出され、レジストローラＡ１１へと搬送される。レジストローラＡ１１は用紙の搬送を一時止め、感光体表面のトナー像と用紙の先端との位置関係が所定の位置になるよう、タイミングをとって回転が開始するよう制御される。

読み取り部Ｃでは、コンタクトガラスＣ２上に載置される原稿（不図示）の読み取り走査を行うために、原稿照明用光源とミラーよりなる読み取り走行体Ｃ１が往復移動する。この読み取り走行体Ｃ１により走査された画像情報は、レンズＣ３の後方に設置されているＣＣＤ（Ｃ４）に画像信号として読み込まれる。この読み込まれた画像信号は、デジタル化され画像処理される。画像処理された信号に基づいて、露光装置Ａ１０のレーザダイオード（不図示）の発光により感光体Ａ１の表面に静電潜像が形成される。レーザダイオードからの光信号は、公知ポリゴンミラーやレンズを介して感光体に至る。

図２は本発明をプロセスカートリッジＰＣに用いた図である。帯電装置Ａ２は主に帯電部材Ａ２１とそれを感光体Ａ１に所定の圧力で加圧する付勢部材Ａ２２からなる。帯電部材Ａ２１は、導電性のシャフトの周りに導電性弾性層を有する。電圧印加装置（不図示）により導電性シャフトを介して導電性弾性層と感光体Ａ１との空隙に所定の電圧を印加し、感光体表面に電荷を付与する。現像装置Ａ３では、撹拌スクリュＡ３３により現像剤を十分撹拌し、現像ローラＡ３１に磁気的に付着させる。付着した現像剤は現像ドクタＡ３２により現像ローラＡ３１上に薄層化される。薄層化された現像剤により感光体Ａ１上の静電潜像を顕像化する。顕像化されたトナー像は転写バイアスローラＡ４２により電気的に中間転写ベルトＡ４１上に付着する。中間転写ベルトＡ４１上に転写されなかった残留トナーはクリーニング装置Ａ６により感光体Ａ１から除去される。

潤滑剤塗布部材Ａ７１は金属シャフトにブラシを巻きつけローラ状に形成されている。固形潤滑剤Ａ７２は付勢部材Ａ７３により所定の圧力で潤滑剤塗布部材Ａ７１に付勢されており、潤滑剤塗布部材Ａ７１を回転させることで固形潤滑剤Ａ７２を微粉状に削り取り、感光体Ａ１の表面に潤滑剤を塗布する。

図３は本発明に係る潤滑剤塗布装置を用いた転写カートリッジを示した図である。本発明に係る潤滑剤塗布装置Ａ７とクリーニング装置Ａ６が一体的に筐体内に具備されて転写カートリッジを形成している。固形潤滑剤Ａ７２は、付勢部材Ａ７３によりブラシローラからなる潤滑剤塗布部材Ａ７１へ所定の圧力で付勢されている。潤滑剤塗布部材Ａ７１の回転により固形潤滑剤Ａ７２が削り取られ中間転写装置Ａ４の表面へ塗布される。その下流にはクリーニング装置Ａ６が設置されており、中間転写装置Ａ４上の残留トナーを除去する。また、このクリーニング装置Ａ６は、中間転写装置Ａ４上に塗布された粉末状の潤滑剤をその表面上に圧着伸展する役割も兼用している。潤滑剤塗布装置Ａ７とクリーニング装置Ａ６とが一体的に収容されたこの転写カートリッジは、中間転写装置Ａ４に対して着脱可能となっており、クリーニング装置Ａ６の劣化や固形潤滑剤Ａ７２の消耗による寿命に応じて容易に交換することができるようになっている。

図４は本発明に係る潤滑剤塗布装置を用いた他のタイプの転写カートリッジを示した図である。本発明に係る潤滑剤塗布装置Ａ７とクリーニング装置Ａ６と転写部材Ａ５１とが一体的に筐体内に具備されて転写カートリッジを形成している。潤滑剤塗布装置Ａ７２は、付勢部材Ａ７３により転写部材Ａ５１）へ直接当接されており、転写部材Ａ５１の表面上の摩擦係数を低下する役割を担っている。その上流には、クリーニング装置Ａ６が設置されており、転写部材Ａ５１上の残留トナーや紙粉等を除去し、潤滑剤をむらなく塗布できるようになっている。この転写カートリッジは、本体装置に対して着脱可能となっており、転写部材Ａ５１やクリーニング装置Ａ６の劣化や固形潤滑剤Ａ７２の消耗による寿命に応じて容易に交換することができるようになっている。

本発明は、上述のような付勢部材のバネ定数ｋを固形潤滑剤の消費定数ａと付勢角度ｃｏｓθとの積とすることで達成するものである。

付勢部材の最適付勢条件は次のようにして求める。すなわち、固形潤滑剤がｙ［ｍｍ］削れたときの付勢部材の加圧力Ｎ（ｙ）［ｍＮ］および固形潤滑剤重量Ｍ（ｙ）［ｍＮ］は次式（以下、数式１）で表せる。
Ｎ（ｙ）＝Ｎ_０−ｋｙ
Ｍ（ｙ）＝Ｍ_０−ａｙ
ここで、
Ｎ_０：初期の付勢部材加圧力［ｍＮ］
ｋ：付勢部材のバネ定数［ｍＮ／ｍｍ］
Ｍ_０：初期の固形潤滑剤重量［ｍＮ］
ａ：固形潤滑剤の消費定数［ｍＮ／ｍｍ］
とする。そして付勢部材の付勢方向をθ［°］とすると、被付勢部材へ付勢力Ｇ（ｙ）［ｍＮ］は次式（以下、数式２）で表せる。
Ｇ（ｙ）＝Ｎ（ｙ）−Ｍ（ｙ）ｃｏｓθ
＝（Ｎ_０−Ｍ_０ｃｏｓθ）−（ｋ−ａ×ｃｏｓθ）ｙ
＝ｂ−ｃｙ

ところで、被塗布部材の単位走行距離ｘ［ｋｍ］当たりの固形潤滑剤削れ量Ｙ（Ｇ）［ｍｍ／ｋｍ］は、被付勢部材への付勢力Ｇ（ｙ）に対してほぼ原点比例の関係が成り立ち、定数ｄ［ｍｍ／ｋｍ・ｍＮ］を用いて次式（以下、数式３）で表せる。
Ｙ（Ｇ）＝ｄ×Ｇ（ｙ）

上述の数式２および数式３より、微小走行距離ｄｘ当たりの固形潤滑剤微小削れ量ｄｙは次の微分方程式（以下、数式４）で表せる。
ｄｙ／ｄｘ＝ｄ（ｂ−ｃｙ）

この微分方程式を境界条件ｙ（０）＝０で解くと次のようになる。
すなわちｋ≠ａ×ｃｏｓθの場合
ｙ（ｘ）＝ｃ／ｄ（１−ｅｘｐ（−ｂｄｘ））
またａ×ｃｏｓθの場合
ｙ（ｘ）＝ｂｄｘ
である。すなわち、ｋ＝ａ×ｃｏｓθの場合、被塗布部材走行距離ｘに比例して固形潤滑剤ｙが消費することとなる。

図２に記載のプロセスカートリッジを２つ用意し、一方は従来条件でｋ＝５６０［ｍＮ／ｍｍ］、他方は本発明のｋ＝２３［ｍＮ／ｍｍ］とし、その他の条件は共通として、次のようにした。
Ｎ_０＝５０００［ｍＮ］
Ｍ_０＝３６［ｍＮ］
ａ＝２５［ｍＮ／ｍｍ］
θ＝２５［°］
ｄ＝９．９Ｅ−６［ｍｍ／ｋｍ・ｍＮ］
そして、これらのプロセスカートリッジを図１に記載の画像形成装置を用いて、Ａ４横方向で１６万枚の連続通紙を行った。

その結果、従来条件のプロセスカートリッジは、付勢力が約３割減少し、感光体の摩擦係数が十分に下がらず感光体表面層が摩耗していた。それに対し、本発明条件のプロセスカートリッジは付勢力は減少せず、感光体の表面状態も良好であった。

すなわち、固形潤滑剤を被塗布面に対して直接、もしくは塗布部材を用いて間接的に塗布する際に、固形潤滑剤を該被塗布面、もしくは該塗布部材へ付勢する付勢部材が、ｋ＝ａ×ｃｏｓθ（ｋはバネ定数［ｍＮ／ｍｍ］であって単位距離あたりのばね加圧力の変化量、ａは固形潤滑剤の消費定数［ｍＮ／ｍｍ］であって単位距離あたりの固形潤滑剤重量の変化量、θは加圧角度［ｒａｄ］であって鉛直方向を０としたときの加圧方向の角度）という条件を概ね（付勢部材の一般的な公差範囲が±１０％であることから±１０％とする）を満たすように塗布すれば、初期から経時にかけて固形潤滑剤の消費量が一定となるため、安定して供給できる。被塗布面が感光体であれば、長期にわたって安定して感光体の摩擦係数値を維持できる。そして、寿命の異なる感光体に対して、独立して交換可能とすることで、トータルコストを軽減できる。また感光体と一体的にすれば、取り扱いの容易なプロセスカートリッジとし得るし、画像形成装置本体に対して着脱可能とすれば、メンテナンスが容易なものになる。そして、長期にわたり品質の安定した、高画像品質の画像形成装置を提供することができる。

また被塗布面が転写部材であれば、長期にわたって安定して転写部材の摩擦係数値を維持でき、そして、寿命の異なる転写部材に対して、独立して交換可能とすることで、トータルコストを軽減できる。また転写部材と一体的にすれば、取り扱いの容易な転写カートリッジとし得るし、画像形成装置本体に対して着脱可能とすれば、メンテナンスが容易なものになる。そして、長期にわたり品質の安定した、高画像品質の画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施対象とする画像形成装置の一例の全体構成図 本発明をプロセスカートリッジＰＣに用いた図 本発明に係る潤滑剤塗布装置を用いた転写カートリッジを示した図 本発明に係る潤滑剤塗布装置を用いた他のタイプの転写カートリッジを示した図 潤滑剤塗布装置における初期の状態と経時の状態を示した図

符号の説明

Ａ 画像形成部
Ａ１ 感光体
Ａ２ 帯電装置
Ａ２１ 帯電部材
Ａ２２ 付勢部材
Ａ３ 現像装置
Ａ３１ 現像ローラ
Ａ３２ 現像スリーブ
Ａ３３ 撹拌スクリュ
Ａ４ 中間転写装置
Ａ４１ 中間転写ベルト
Ａ４２ 転写バイアスローラ
Ａ５ 転写装置
Ａ５１ 転写部材
Ａ６ クリーニング装置
Ａ７ 潤滑剤塗布装置
Ａ７１ 潤滑剤塗布部材
Ａ７２ 固形潤滑剤
Ａ７３ 付勢部材
Ａ８ 定着装置
Ａ９ 排紙ローラ
Ａ１０ 露光装置
Ａ１１ レジストローラ
Ｂ 給紙部
Ｂ１ 給紙ローラ
Ｃ 読み取り部
Ｃ１ 読み取り走行体
Ｃ２ コンタクトガラス
Ｃ３ レンズ
Ｃ４ ＣＣＤ
Ｄ 排紙収納部
ＰＣ プロセスカートリッジ

Claims (13)

1. 固形潤滑剤を被塗布面に対して直接に、もしくは塗布部材を用いて間接的に塗布する潤滑剤塗布装置において、前記固形潤滑剤を前記被塗布面に対して、もしくは前記塗布部材に対して付勢する付勢部材を備え、該付勢部材による前記付勢が、
   ｋ＝ａ×ｃｏｓθ（ｋはバネ定数［ｍＮ／ｍｍ］、ａは固形潤滑剤の消費定数［ｍＮ／ｍｍ］、θは加圧角度［ｒａｄ］）
   という条件を概ね満たすことを特徴とする固形潤滑剤の付勢方法。
2. 請求項１に記載の固形潤滑剤の付勢方法において、前記付勢条件を一般的な公差範囲である±１０％で満たすことを特徴とする固形潤滑剤の付勢方法。
3. 請求項１または２に記載の固形潤滑剤の付勢方法を用いたことを特徴とする潤滑剤塗布装置。
4. 請求項３に記載の潤滑剤塗布装置において、前記被塗布面が感光体であることを特徴とする潤滑剤塗布装置。
5. 請求項４に記載の潤滑剤塗布装置において、前記感光体に対して着脱可能であることを特徴とする潤滑剤塗布装置。
6. 少なくとも前記感光体と請求項３から５のいずれかに記載の潤滑剤塗布装置とを一体的に具備したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 請求項６に記載のプロセスカートリッジにおいて、画像形成装置本体に対して着脱可能であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 請求項３に記載の潤滑剤塗布装置において、前記被塗布面が転写部材であることを特徴とする潤滑剤塗布装置。
9. 請求項４に記載の潤滑剤塗布装置において、前記転写部材に対して着脱可能であることを特徴とする潤滑剤塗布装置。
10. 少なくとも前記転写部材と請求項８から９のいずれかに記載の潤滑剤塗布装置とを一体的に具備したことを特徴とする転写カートリッジ。
11. 請求項１０に記載のプロセスカートリッジにおいて、画像形成装置本体に対して着脱可能であることを特徴とする転写カートリッジ。
12. 請求項３から５もしくは請求項８、９のいずれかに記載の潤滑剤塗布装置または請求項６、７のいずれかに記載のプロセスカートリッジもしくは請求項１０、１１のいずれかに記載の転写カートリッジを具備したことを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１１に記載の画像形成装置において、静電潜像を顕像化する現像剤に重合トナーを用いたことを特徴とする画像形成装置。