(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体が他の物体と擦れ合う際に、下記一次式（１）により演算される降伏応力を超える応力が発生している感光体の領域の断面積を指標値として求める指標値取得手段と、
降伏応力＝ａ×感光体の弾性変形率＋ｂ    （１）
ここで、ａ及びｂは、予め行った実験により決定された係数
前記指標値に基づき、前記ａ及びｂを決定した実験に基づいて取得された、指標値と感光体の摩耗速度との関係から、感光体が他の物体と擦れ合いながら接触する際の摩耗速度を予測する予測手段と、
を備えることを特徴とする感光体の摩耗予測装置。
【請求項２】
前記ａ及びｂは、前記感光体の材料によらず一定であることを特徴とする請求項１に記載の感光体の摩耗予測装置。
【請求項３】
コンピュータを、
感光体が他の物体と擦れ合う際に、下記一次式（１）により演算される降伏応力を超える応力が発生している感光体の領域の断面積を指標値として求める指標値取得手段、
降伏応力＝ａ×感光体の弾性変形率＋ｂ    （１）
ここで、ａ及びｂは、予め行った実験により決定された係数
前記指標値に基づき、前記ａ及びｂを決定した実験に基づいて取得された、指標値と感光体の摩耗速度との関係から、感光体が他の物体と擦れ合いながら接触する際の摩耗速度を予測する予測手段、
として機能させることを特徴とする感光体の摩耗予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体の摩耗予測装置及び感光体の摩耗予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、テレフタル酸の比率がより多いポリアリレート樹脂をバインダー樹脂として使用し、機械的特性が優れた感光体が記載されている。
【０００３】
また、非特許文献１には、感光体の電荷輸送層の膜べり量（摩耗量）と弾性仕事率に相関があることを見出し、弾性仕事率を樹脂材料の構造や配合比率を最適化する指標とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１２０７７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】シャープ技報  第９７号・２００８年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、クリーニングブレード等の機械的構成を考慮しつつ異なる材料系で感光体の摩耗予測を行える感光体の摩耗予測装置及び感光体の摩耗予測プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の感光体の摩耗予測装置の発明は、感光体が他の物体と擦れ合う際に、下記一次式（１）により演算される降伏応力を超える応力が発生している感光体の領域の断面積を指標値として求める指標値取得手段と、
降伏応力＝ａ×感光体の弾性変形率＋ｂ    （１）
ここで、ａ及びｂは、予め行った実験により決定された係数
前記指標値に基づき、前記ａ及びｂを決定した実験に基づいて取得された、指標値と感光体の摩耗速度との関係から、感光体が他の物体と擦れ合いながら接触する際の摩耗速度を予測する予測手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ａ及びｂが、前記感光体の材料によらず一定であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の感光体の摩耗予測プログラムの発明は、コンピュータを、感光体が他の物体と擦れ合う際に、下記一次式（１）により演算される降伏応力を超える応力が発生している感光体の領域の断面積を指標値として求める指標値取得手段、
降伏応力＝ａ×感光体の弾性変形率＋ｂ    （１）
ここで、ａ及びｂは、予め行った実験により決定された係数
前記指標値に基づき、前記ａ及びｂを決定した実験に基づいて取得された、指標値と感光体の摩耗速度との関係から、感光体が他の物体と擦れ合いながら接触する際の摩耗速度を予測する予測手段、として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、クリーニングブレード等の機械的構成を考慮しつつ異なる材料系で感光体の摩耗予測を行うことができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、異なる材料でも、統一的に降伏応力を算出することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、クリーニングブレード等の機械的構成を考慮しつつ異なる材料系で感光体の摩耗予測を行うことができるプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態にかかる摩耗予測装置の予測対象である感光体ドラムとクリーニングブレードの構成例を示す図である。
【図２】実施形態にかかるニップ部において、感光体ドラムの表面とクリーニングブレードとの間に外添剤が挟まれている状態を表す部分断面図である。
【図３】実施形態にかかる摩耗予測装置の構成例の機能ブロック図である。
【図４】実施形態において、一つの材料についてニップ圧−指標値関係取得部が関係付けたニップ圧と指標値との関係の例を示す図である。
【図５】実施形態にかかる摩耗レート−指標値関係取得部が関係付けた感光体の摩耗レートと指標値との関係の例を示す図である。
【図６】実施形態にかかる摩耗予測装置の動作例のフロー図である。
【図７】実施形態にかかる摩耗予測装置の他の動作例のフロー図である。
【図８】構造解析プログラムに入力するパラメータの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１５】
図１には、実施形態にかかる摩耗予測装置の予測対象である感光体ドラムとクリーニングブレードの構成例が示される。図１において、感光体ドラム１００には、クリーニングブレード１０２が擦れ合って配置されており、感光体ドラム１００の表面の清掃のために、クリーニングブレード１０２が感光体ドラム１００の表面に一定の圧力で押圧されている。以後、感光体ドラム１００とクリーニングブレード１０２とが接触している領域をニップ部１０４という。また、一般に、感光体ドラム１００の表面を清掃するための外添剤も使用される。なお、感光体ドラム１００は、図の矢印Ｒ方向に回転する。
【００１６】
図２には、ニップ部１０４において、感光体ドラム１００の表面とクリーニングブレード１０２との間に外添剤１０６が挟まれている状態を表す部分断面図が示される。図２において、感光体ドラム１００を構成する感光体１０８の表面とクリーニングブレード１０２との間に外添剤１０６が挟まると、主としてクリーニングブレード１０２側が大きく変形するとともに、感光体ドラム１００を構成する感光体１０８の表面には、外添剤１０６を介してクリーニングブレード１０２からの圧力が作用する。
【００１７】
本実施形態にかかる摩耗予測装置は、上記クリーニングブレード１０２からの圧力によって感光体ドラム１００を構成する感光体１０８の表面に生じる応力を求め、後述する指標値を使用して感光体１０８の表面の摩耗量を予測する。
【００１８】
図３には、本実施形態にかかる摩耗予測装置の構成例の機能ブロック図が示される。図３において、摩耗予測装置は、ニップ圧算出部１０、応力算出部１２、降伏応力設定部１４、指標値算出部１６、ニップ圧−指標値関係取得部１８、摩耗レート−指標値関係取得部２０、指標値取得部２２、予測部２４及び記憶部２６を含んで構成されている。
【００１９】
なお、上記摩耗予測装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ、Ｉ／Ｏ等を備えており、各種演算を行うコンピュータとして構成されている。
【００２０】
ニップ圧算出部１０は、図１に示されたニップ部１０４において、感光体ドラム１００が回転しているときの、クリーニングブレード１０２から感光体１０８の表面に作用する圧力の平均値（以後、ニップ圧という）を動解析（構造解析）の手法により算出する。具体的には、以下の数値をパラメータとして与え、市販の構造解析プログラムを使用して上記ニップ圧を算出する。図８には、構造解析プログラムに入力するパラメータの説明図が示される。
【００２１】
（１）形状パラメータ
（ａ）感光体ドラム１００を構成する感光体層の厚さ、及びクリーニングブレード１０２を構成する各材料（背面層ゴム１１０及び表面層ゴム１１２）の厚さ。
（ｂ）ＦＬ（Ｆｒｅｅ  Ｌｅｎｇｔｈ）：クリーニングブレード１０２の長さから固定部１１４の長さを引いた長さ。
（ｃ）クリーニングブレード１０２の長さ
【００２２】
（２）装置の動作パラメータ
（ｄ）食い込み量：クリーニングブレード１０２の先端部（感光体ドラム１００への押圧部）が、図８のｙ方向に変位する長さ。
（ｅ）ＢＳＡ（Ｂｌａｄｅ  ｓｅｔ  ａｎｇｌｅ）：クリーニングブレード１０２の設置角度
（ｆ）ブレードオフセット：クリーニングブレード１０２の先端部が、図８のｘ方向に変位する長さ。
（ｇ）プロセススピード：感光体ドラム１００の表面の速度。
（ｈ）感光体ドラム１００の径
【００２３】
（３）物性
（ｉ）感光体ドラム１００を構成する感光体及びクリーニングブレード１０２を構成する各材料のヤング率、ポアソン比、密度、反発弾性。
（ｊ）感光体と表面層ゴム１１２との摩擦係数。
【００２４】
なお、クリーニングブレード１０２が感光体ドラム１００の表面を押圧する圧力は、感光体ドラム１００の設計の範囲内において複数設定し、各圧力毎にニップ圧を算出する。圧力の設定値は、適宜な入力装置から入力し、記憶部２６に記憶させておき、この値をニップ圧算出部１０が読み出して上記ニップ圧の算出に使用する。
【００２５】
応力算出部１２は、ニップ圧算出部１０が算出したニップ圧に基づいて、ニップ部１０４に外添剤１０６を介在させたときに感光体１０８の表面及び内部に生じる応力を、感光体１０８のヤング率と摩擦係数とに基づき、静解析（感光体ドラム１００が静止状態であると仮定した解析）により算出する。この応力が生じる範囲が、図２における感光体１０８の断面に領域Ｐとして示される。なお、応力算出部１２は、上記複数のニップ圧毎に、感光体１０８に使用される異なる複数の材料について、それぞれのヤング率と摩擦係数とに基づいて上記応力を算出する。なお、ヤング率と摩擦係数のデータは、予め記憶部２６に記憶させておき、応力算出部１２がこれらのデータを読み出して応力の算出に使用する。
【００２６】
降伏応力設定部１４は、感光体ドラム１００に設けられた感光体１０８の降伏応力を、感光体１０８を構成する材料の弾性変形率の一次式により仮の値として設定する。一次式（１）を以下に示す。
【００２７】
降伏応力＝ａ×感光体の弾性変形率＋ｂ    （１）
ここで、ａ及びｂは実数値の係数であり、まず仮の値として設定し、後述するシミュレーション処理により適切な値を決定する。
【００２８】
なお、降伏応力設定部１４も、上記複数のニップ圧毎に、感光体１０８に使用される異なる複数の材料について、それぞれの弾性変形率に基づいて上記降伏応力を設定する。この場合、上記ａ及びｂの値は一定値としておく。なお、材料の弾性変形率のデータは予め記憶部２６に記憶させておき、降伏応力設定部１４がこれらのデータを読み出して降伏応力の設定に使用する。また、仮に設定したａ及びｂの値も、記憶部２６に記憶させておく。
【００２９】
指標値算出部１６は、応力算出部１２が算出した領域Ｐに生じる応力が、降伏応力設定部１４が設定した降伏応力を超える領域の面積（断面積）を、上記複数のニップ圧及び上記複数の材料毎に指標値として算出する。面積の算出方法は従来公知の方法により行えばよく、特に限定されない。
【００３０】
ニップ圧−指標値関係取得部１８は、ニップ圧算出部１０が算出したニップ圧と、指標値として応力算出部１２が算出した、領域Ｐに生じる応力が降伏応力設定部１４が設定した降伏応力を超える領域の面積とを関係付ける。この場合、上記ニップ圧は複数算出されており、指標値も上記複数のニップ圧及び上記複数の材料毎に複数算出されているので、材料毎に複数の指標値の各々を、対応する各ニップ圧と関係付ける。このニップ圧と指標値との関係のデータは、記憶部２６に記憶させておく。
【００３１】
図４には、一つの材料についてニップ圧−指標値関係取得部１８が関係付けたニップ圧と指標値との関係の例が示される。図４において、横軸がニップ圧（ニップ内平均圧力  ＭＰａ）であり、縦軸が指標値である領域Ｐに生じる応力が上記降伏応力を超える領域の面積（μｍ２）である。
【００３２】
摩耗レート−指標値関係取得部２０は、感光体１０８の摩耗レートと指標値とを関係付ける。この場合、摩耗レートは、応力算出部１２が応力算出の対象とした感光体１０８に使用される異なる複数の材料について、ニップ圧を一定として実測した、感光体ドラム１００が１０００回転する毎の感光体１０８の厚さの減少値（ｎｍ／キロサイクル）である。ニップ圧は、感光体ドラム１００の設計値を使用する。また、指標値は、上記一定のニップ圧と、感光体１０８の各材料毎に作成された図４に例示される関係とに基づいて決定される。摩耗レートと指標値との関係のデータは、記憶部２６に記憶させておく。
【００３３】
図５には、摩耗レート−指標値関係取得部２０が関係付けた感光体１０８の摩耗レートと指標値との関係の例が示される。図５において、横軸が指標値（μｍ２）であり、縦軸が摩耗レート（ｎｍ／キロサイクル）である。なお、ニップ圧が一定であっても、感光体１０８の材料が異なると、そのヤング率と摩擦係数と弾性変形率が異なるので、指標値である領域Ｐに生じる応力が上記降伏応力を超える領域の面積の値は材料毎に異なる。
【００３４】
図５の摩耗レートは、以下のようにして実測した。なお、下記の摩耗レートの実測条件は一例であり、本実施形態は、以下の実測例に限定されるものではない。
・使用装置  富士ゼロックス株式会社製  DocucentreIIC7500(Tarzan)
・感光体ドラム直径６０ｍｍ、電荷輸送層２μｍ、オーバーコート層７μｍ
・クリーニングブレード  DocucentreIIC7500(Tarzan)用２層ブレード（詳細を表１に示す）
・ニップ圧：図８で説明した食い込み量が１．２ｍｍのときの圧力。
・実験条件  装置内温度２８℃、湿度８５％  感光体ドラム回転数  １００キロ回転（１０５回転）
・感光体膜厚測定  干渉膜厚計（K-MAC社製 ST2000-DLXn）にて、感光体ドラムの回転前と上記回転数を回転した後に同一箇所を測定した。測定点は、感光体ドラムの軸方向３３点×周方向４点の１３２点とし、測定値の平均を感光体の膜厚とした。
【００３５】
【表１】
0005874512.tif 000002
なお、表１におけるＦＬ及びＢＳＡは、図８で説明した構造解析プログラムに入力するパラメータと同じである。
【００３６】
上記実測は、感光体の材料として使用される１１種類の材料（ｍ１〜ｍ１１）について行った。
【００３７】
摩耗レート−指標値関係取得部２０は、降伏応力設定部１４に、式（１）の係数ａ及びｂを予め定めた刻みで変更して降伏応力を再設定させ、この再設定された降伏応力に基づいて指標値算出部１６とニップ圧−指標値関係取得部１８とに再演算させて、上記実験で使用したニップ圧における各感光体材料毎の指標値を再取得する。一方、感光体の摩耗レートは、上記実験値としてえられているので、摩耗レート−指標値関係取得部２０は、感光体１０８の摩耗レートと指標値との関係を再取得する。摩耗レート−指標値関係取得部２０は、このような処理を繰り返し、摩耗レートと指標値との相関が最も高くなる係数ａ及びｂを決定する。図５に例示される直線は、摩耗レートと指標値との関係の相関係数が０．８６である場合の各点から最小自乗法により求めたものを示している。
【００３８】
摩耗レート−指標値関係取得部２０が上記処理を繰り返して最終的に決定した上記係数ａ及びｂは、各感光体材料について、指標値と摩耗レートとの相関係数が最も高くなる値となっているので、その材料にも適用可能であり、その結果、材料によらずに一定値となっている。
【００３９】
次に、指標値取得部２２は、クリーニングブレード１０２が感光体ドラム１００の表面を押圧する圧力としてある値が与えられ、感光体１０８の材料のデータとしてヤング率と摩擦係数と弾性変形率が与えられると、上記図４に例示された関係から指標値を取得する。本実施形態では、指標値取得部２２が扱う感光体１０８の材料は、ニップ圧−指標値関係取得部１８がニップ圧と指標値との関係を取得し、摩耗レート−指標値関係取得部２０が摩耗レートと指標値との関係を取得した材料である。
【００４０】
予測部２４は、指標値取得部２２が取得した指標値に基づき、図５に例示される直線を使用して与えられた感光体１０８の摩耗レートを予測する。
【００４１】
記憶部２６は、ハードディスク装置、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の不揮発性メモリに、感光体のヤング率、摩擦係数、弾性変形率等のデータ、及びＣＰＵの動作プログラム等の、上記各処理に必要な情報を記憶させる。
【００４２】
図６には、本実施形態にかかる摩耗予測装置の動作例のフロー図が示される。図６は、感光体１０８の摩耗レートと指標値との関係を取得する処理の例である。
【００４３】
図６において、ニップ圧算出部１０は、図１に示されたニップ部１０４において、クリーニングブレード１０２が感光体ドラム１００の表面を押圧する圧力が与えられと、感光体ドラム１００が回転しているときの、クリーニングブレード１０２から感光体１０８の表面に作用するニップ圧を算出する（Ｓ１）。ニップ圧は、上記クリーニングブレード１０２が感光体ドラム１００の表面を押圧する複数の圧力について複数算出される。
【００４４】
次に、応力算出部１２が、ニップ圧算出部１０が算出したニップ圧に基づいて、ニップ部１０４に外添剤１０６を介在させたときに感光体１０８の表面及び内部に生じる応力を静解析により算出する（Ｓ２）。応力は、上記Ｓ１で算出した複数のニップ圧毎に、感光体１０８に使用される異なる複数の材料について、それぞれのヤング率と摩擦係数とに基づいて複数算出される。
【００４５】
また、降伏応力設定部１４は、感光体１０８の降伏応力を、感光体１０８を構成する材料の弾性変形率及び係数ａ、ｂを使用して、上述した一次式（１）により仮の値として設定する（Ｓ３）。
【００４６】
指標値算出部１６は、Ｓ２において応力算出部１２が算出した、感光体１０８の断面の領域Ｐに生じる応力が、Ｓ３において降伏応力設定部１４が設定した降伏応力を超える領域の面積（断面積）を、上記複数のニップ圧及び上記複数の材料毎に指標値として算出する（Ｓ４）。
【００４７】
ニップ圧−指標値関係取得部１８は、Ｓ１においてニップ圧算出部１０が算出したニップ圧と、Ｓ４において応力算出部１２が算出した指標値とを関係付ける（Ｓ５）。これにより、図４に例示された関係を取得する。
【００４８】
摩耗レート−指標値関係取得部２０は、実験的に求めた感光体１０８の摩耗レートと指標値とを関係付ける（Ｓ６）。摩耗レートは、感光体１０８に使用される異なる複数の材料について、ニップ圧を一定として実測する。また、指標値は、摩耗レートの測定に使用したニップ圧から、図４に例示された感光体１０８の各材料毎のニップ圧と指標値との関係に基づいて決定される。
【００４９】
次に、摩耗レート−指標値関係取得部２０は、Ｓ６で取得した摩耗レートと指標値との関係の相関係数が、予め定めた閾値以上となっているか否かを判断する（Ｓ７）。
【００５０】
Ｓ７において、相関係数が、閾値以上となっていない（閾値より小さい）場合には、降伏応力設定部１４が、Ｓ３で使用した係数ａ、ｂを予め定めた刻みで変更し、Ｓ３からのステップを繰り返す。
【００５１】
また、Ｓ７において、相関係数が、閾値以上となっている場合には、摩耗レート−指標値関係取得部２０が、記憶部２６等の出力先に摩耗レートと指標値との関係を表すデータを出力する（Ｓ８）。この際、図５に例示される直線のデータとして摩耗レートと指標値との関係を出力するのが好適である。
【００５２】
図７には、本実施形態にかかる摩耗予測装置の他の動作例のフロー図が示される。図７は、クリーニングブレード１０２が感光体ドラム１００の表面を押圧する圧力としてある値が与えられ、感光体１０８の材料が、図６で扱った材料の中から与えられた場合に、摩耗レートを予測する処理の例である。
【００５３】
図７において、指標値取得部２２は、クリーニングブレード１０２が感光体ドラム１００の表面を押圧する圧力に基づき、ニップ圧を算出し、上記一次式（１）等を使用して得られた、図４に例示された関係から指標値を取得する（Ｓ１１）。
【００５４】
次に、予測部２４は、指標値取得部２２が取得した指標値に基づき、図５に例示される直線を使用して与えられた感光体１０８の摩耗レートを予測する。予測した摩耗レートは、記憶部２６その他の適宜な装置に出力する（Ｓ１２）。
【００５５】
上述した、図６及び図７の各ステップを実行するためのプログラムは、記録媒体に格納することも可能であり、また、そのプログラムを通信手段によって提供しても良い。その場合、例えば、上記説明したプログラムについて、「プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体」の発明または「データ信号」の発明として捉えても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ニップ圧算出部、１２  応力算出部、１４  降伏応力設定部、１６  指標値算出部、１８  ニップ圧−指標値関係取得部、２０  摩耗レート−指標値関係取得部、２２  指標値取得部、２４  予測部、２６  記憶部、１００  感光体ドラム、１０２  クリーニングブレード、１０４  ニップ部、１０６  外添剤、１０８  感光体、１１０  背面層ゴム、１１２  表面層ゴム、１１４  固定部。
【図１】
0005874512.tif 000003
【図２】
0005874512.tif 000004
【図３】
0005874512.tif 000005
【図４】
0005874512.tif 000006
【図５】
0005874512.tif 000007
【図６】
0005874512.tif 000008
【図７】
0005874512.tif 000009
【図８】
0005874512.tif 000010