(57)【要約】【課題】  像担持体・クリーニングブレードの長寿命化。【解決手段】  放射線によって架橋されたフッ素樹脂を像担持体をクリーニングプロセスの上流側に当接する。同時にクリーニングブレードはフッ素樹脂当接による移着物を像担持体に均等に塗布するために、往復運動（レシプロ）を行なう。【選択図】  図１
2007108327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体の帯電面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、現像ローラーに担持されたトナーによって該静電現像をトナー像として現像する現像手段と、該トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段を有する画像形成装置において、上記像担持体に放射線によって改質した、フッ素樹脂からなる成形体を潤滑剤供給部材として用いることを特徴とした画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、上記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または2記載の画像形成装置において、上記潤滑剤部材による潤滑剤供給工程をクリーニング工程直前に行うことを特徴とした請求項１からなる、画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３記載の画像形成装置において、上記クリーニング手段はクリーニングブレードから構成され、かつクリーニングブレードは像担持体移動方向と垂直な方向に往復運動が可能であることを特徴とする、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成方法及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機およびプリンタ、ファクシミリの一枚あたりのランニングコストを低減させるために、トナー像が形成される感光体に代表される像担持体の長寿命化が主流となってきている。感光体の寿命は、転写工程後の残留トナーを除去する為のクリーニングブレードとの摺擦状態や、感光体の帯電状態等によって支配されていることが知られている。特に、クリーニングブレードと感光体表面との摩擦力は、感光体の磨耗に大きな影響を及ぼし、常に摩擦力が低い状態を維持することが有効的である。
【０００３】
感光体表面とクリーニングブレードとの摺擦による摩耗を低減させるために、像担持体の表面層または保護層にフッ素樹脂粉体を含有させる方法が、考案され、かつ実現されている。しかし、この方法では、フッ素樹脂粉体の分散性、凝集性に問題があり、像担持体の表面に均一で平滑な膜形成をすることが困難であり、フッ素樹脂の凝集体によってクリーニングブレードのエッジ部分に欠けが生じ、そこから転写残トナーがすりぬけることによる、画像不良等の弊害が懸念されている。また、初期状態ではフッ素樹脂粉体が像担持体の表面に出ていないため、結着剤の表面摩擦係数がそのまま像担持体の表面摩擦係数になっており、フッ素樹脂粉体による効果が見られないといった短所も懸念されていた。
【０００４】
また、像担持体の表面に潤滑剤を供給して像担持体の表面摩擦係数を低減させる方法が近年試みられ、その一例として特開平８−９５４５５号公報では、潤滑剤を付与部材を介して像担持体の表面に供給している。一般に潤滑剤は、各種ワックスや脂肪酸金属塩等からなる固体や粉体であることが多い。しかしながら、像担持体の表面に潤滑剤を供給する場合では、潤滑剤として用いられている物質が、各種ワックスや脂肪酸金属塩等からなる固体や粉体であるため、非常に温度の影響を受けやすい。このため、温度により流動性が変化して像担持体上に均一に塗付することが難しい。潤滑剤の塗布量が過剰に塗布されると、画像部の文字の付着量が低下するという不具合が生じ、画質が低下する。従来の潤滑剤は柔らかく摩耗しやすいため、塗布量が少なすぎるとフィルミング層や黒斑点の原因となるトナー中の微粉末が像担持体に付着するのを防止するという効果を持続させることが困難である。また、塗布量が少量で均一塗布ができないとムラができ、クリーニングブレード長手方向で摩擦力のばらつきが生じ、クリーニングブレードのエッジ欠けを引き起こす恐れがある。
【０００５】
最近では、各種ワックスや脂肪酸金属塩等からなる固体に変わって潤滑剤として、フッ素樹脂の成形体を直接または間接的に供給する方法が提案されている。特に、フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン（PTFE）を用いることで、一般の成形品よりも軟らかくでき、像担持体へのフッ素成分の移着をより起こりやすくしている。移着して滑り方向に配向したフッ素樹脂は、像担持体とクリーニングブレードとの摩擦力を低減し、しかも、フッ素樹脂は、耐熱性、耐薬品性に優れ、非粘着性、低摩擦性を持っており、低摩擦性を付与する材料としては最適である。
【０００６】
他の従来例としては、例えば特許文献２と特許文献３をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平８−９５４５５号公報
【特許文献２】特開平６−１１６４２３号公報
【特許文献３】特開２００２−３１７０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、フッ素樹脂、例えば、PTFEの優れた移着特性から、像担持体に直接あるいは間接的に当接することにより、薄層の移着膜が担持体に摩擦力低減の効果を発揮するが、像担持体上で薄膜に形成されるフッ素樹脂膜は、クリーニングブレードとの摺擦効果によって剥離しやすく、長期にわたって安定した摩擦力低減の効果を維持することが困難であった。さらに、像担持体への塗布量が均一でなかったり、長手方向でのクリーニングブレードの当接圧力むらなどは、フッ素樹脂の移着膜むらを誘発する。移着膜むらは、クリーニングブレードの長手方向での摩擦力むらを引き起こし、それがクリーニングブレードの部分的な欠けや、像担持体に傷を発生させることがあった。像担持体上での傷はクリーニングブレードとの摺擦状態や像担持体への帯電状態等によって、成長せずに消えてしまうものもあれば、耐久時間に比例して傷が進行しいていくものがある。成長した傷は、ある一定の深さになると、画像上に画像不良線として現れたり、像担持体上での周方向傷は、クリーニングブレードのエッジ部を局所的に変形させ、エッジ欠けを生じてしまう問題があった。
【０００８】
さらに、剥離した移着膜はクリーニングブレードをすり抜け、帯電器や現像器、あるいは、転写部材などの当接部材に付着・混入することで、帯電特性を低下させ、画像を乱してしまうことがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の問題に対して、移着性の良好な、フッ素樹脂を放射線によって架橋し、改質させた成形体を像担持体に当接させ、潤滑性を付与することで、これまでのフッ素樹脂等からなる潤滑剤付与部材に比べて、長寿命化が期待でき、さらには、クリーニングブレードと像担持体との摩擦力を低減させる効果から、クリーニングブレードと像担持体双方の長寿命化・高安定化が期待できる。加えて、放射線によって架橋されたフッ素樹脂は、移着後の付着力が大きいことから、長期にわたる低摩擦効果と共に、像担持体表面に発生する傷部に入り込み、クリーニングブレードとの摺擦効果より傷がならされる。傷がならされ、埋まることによって傷の進行は止まり、画像不良を防止し、かつクリーニングブレードのエッジ欠けの進行をも止めることが期待される。
【００１０】
また、請求項２で記載してあるように、フッ素樹脂の中でもポリテトラフルオロエチレンは、あらゆる固体中で最も低い摩擦係数を有する物質であり、摺擦効果によって滑り方向への転移が容易に起こるために特に有効である。
【００１１】
請求項３で記載してあるように、フッ素樹脂または低分子量のフッ素樹脂を含有した圧縮成形体からなる潤滑剤を像担持体に供給する潤滑剤供給工程を、像担持体上に残留したトナーを取り除くクリーニング工程の前で行い、潤滑剤によってクリーニング部材による像担持体の摩耗を低減すると共に、像担持体に供給された潤滑剤をクリーニング部材の圧接力によって像担持体に強く付着させることによって、移着効果を高めている。
【００１２】
さらに、請求項４で記載してあるように、本発明による画像形成装置はクリーニングブレードが像担持体移動方向と垂直な方向に往復運動が可能となっている。クリーニングブレードを往復運動させる本来の機能としては、エッジ部に局所的に貯留したトナーや紙粉等の異物を一種の刺激を与えて掻き落とすものである。本発明においては、前述の機能を付与することはもちろんのこと、クリーニングブレードの往復運動によって、フッ素樹脂による移着膜を像担持体に均一に塗布することを可能としている。さらには、像担持体に発生した周方向傷に対して、移着物がクリーニングブレードの往復運動によって選択的に入り込み、傷のならし効果をより強めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明より、放射線によって架橋したフッ素樹脂からなる、潤滑剤を像担持体に当接することで、潤滑剤となるフッ素樹脂の転移性及び像担持体への供給量を調節でき、適量の潤滑剤供給を行え、像担持体の摩耗を抑えて良好な画像形成を行える。
【００１４】
請求項２記載の発明より、放射線によって架橋する、フッ素樹脂成形体をＰＴＦＥとすることで、潤滑剤となるPTFEの転移性が良くなり、像担持体への潤滑剤供給が適正に行え、像担持体表面への移着膜が安定して形成でき、良好な画像形成が行える。また、付着力の強さから、像担持体上に形成される、周方向の傷に入り込んだ移着膜は、クリーニングブレードとの摺擦効果によってならされた結果、傷を埋める働きがあり、傷の進行を低減する効果がある。
【００１５】
請求項３記載の発明より、画像形成方法においては、クリーニング工程の前で像担持体に供給された潤滑剤がクリーニング部材で圧力を加えられるため、像担持体上により潤滑剤が強固に付着され、より像担持体への潤滑剤の供給量を細かく調節して行え、より一層良好な画像形成が行える。
【００１６】
請求項４記載の発明より、クリーニングブレードを像担持体方向に対して、往復で移動させることによって、移着膜を均一にならす効果とともに、像担持体への周方向傷に対しては、移着膜が選択的に入り込み、傷のならし効果を促進する効果がさらに高める効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、像担持体とその周りの部材との間の摩擦による像担持体の摩耗及びその表面の膜厚削れを低減させる手段であり、クリーニングブレードでのならし効果によって移着されたフッ素樹脂膜によって傷部が埋められて像担持体での傷の成長を減速させると共に、クリーニングブレードが像担持体で局所変形することによって生じるエッジ欠けを低減することができる。
【００１８】
本発明は、クリーニングブレードの上流側にフッ素樹脂の当接部材を配置した。その理由としては、電子写真プロセスにおいては、像担持体の周囲に多数の部材が接触している。具体的には、帯電ローラーや現像ローラー、そして転写ローラーなどである。中でも最も像担持体の表面の削れに寄与が大きいのは機械的クリーニングを行うブレードだとされている。また、像担持体の摩耗や傷を決定する要因として、像担持体の構造上の強さ、ブレードの当接圧、トナー粒子の組成、像担持体の表面摩擦係数等が挙げられる。
【００１９】
次に、薄膜の像担持体の摩擦係数低減方法を述べる。像担持体の表面特性維持のための潤滑剤供給や像担持体特性保護のために各種安定化剤の供給を行うことにより、感光層の摩耗や像担持体特性劣化を抑制することができ、高耐久な画像形成装置となる。
【００２０】
放射線によって架橋した、潤滑剤付与手段を用いて潤滑剤を塗布して像担持体の表面の摩擦係数を低減すると、第１に不要なトナー付着を防止でき画像理不良のない画像が得られる。第２に潤滑剤の塗布及び掻き取りが行われることにより像担持体の表面が常にリフレッシュされ、像担持体の寿命が延び、特にクリーニングブレードと像担持体との摩擦力が低減され、クリーニングブレードのエッジ部に生じる、エッジ欠けによるトナーのすり抜けを防止することができる。第３に像担持体に耐久によって生じる、像担持体周周り方向の傷に対して、潤滑剤塗布膜の移着後の付着力により、傷に入り込んだ移着膜はクリーニングブレードとの摺擦によってならされ、傷の進行を遅延させる効果がある。
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明を適用した電子写真方式を利用した画像形成装置である。この画像形成装置の概略構成と動作を最初に説明する。
【００２２】
画像形成装置は、像担持体としてドラム状の感光体１１を図１において時計方向に回転駆動して、感光体１１を帯電手段１２で一様に帯電した後、光書込部１３により画像データで変調されたレーザーを照射して感光体１１に静電潜像を形成している。静電潜像の形成された感光体１１には、現像手段１４を構成する現像ユニット１７内から現像ローラ１６によって現像剤１５のトナーが付着されて可視像化する現像工程が行われて静電潜像が現像される。画像形成装置は、現像手段１４よりも感光体１１の回転方向の下流側で、同感光体１１に対向配置された転写手段１９との間に転写部２７を形成し、この転写部２７で、現像手段１４でトナーを付着されてトナー画像を形成された感光体１１から、転写部２７に搬送されてきた記録材となる記録紙１８にトナー像を移動付着させて転写する転写工程が行われる。転写手段１９は、駆動ローラ２１ａと従動ローラ２１ｂ、及び両ローラに巻きかけられた転写搬送ベルト２０を備え、トナー画像の転写された記録紙１８を定着ローラ２２と加熱ローラ２３を備えた定着手段２４に搬送する。記録紙１８は、定着手段２４で加熱・加圧されてトナー画像を定着された後、図示しない排紙トレー上に排出される。
【００２３】
転写部２７でトナー画像を記録紙１８に転写した感光体１１は、時計方向に回転して、除電部２５で除電された後、感光体１１の表面に圧接するクリーニング部材となるクリーニングブレード２６で感光体１１の表面に残留するトナーを掻き落とされて除去するクリーニング工程が行われる。クリーニングされた感光体１１は、帯電部１２で再び一様に帯電された後、上記同様に次の画像形成が行われる。除電部２５とクリーニングブレード２６の間には、フッ素樹脂を含有した圧縮成形体の潤滑剤２８を感光体１１に供給する潤滑剤付与手段３０が配置されている。
【００２４】
本実施例では、この範囲を達成すべく図１に示す感光体１１に潤滑剤付与手段３０を用いて潤滑剤２８を供給する潤滑剤供給工程を行う。潤滑剤２８となるフッ素樹脂について詳細に説明する。一般的にフッ素樹脂とは分子中にフッ素原子を含有する合成高分子のことであり、通常ポリテトラフルオロエチレン（四ふっ化エチレン樹脂：略称ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂：略称ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（四ふっ化エチレン・６ふっ化プロピレン共重合樹脂：略称ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレンーエチレン共重合体（四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂：Ｅ／ＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ふっ化ビニリデン樹脂：ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（三ふっ化塩化エチレン樹脂：略称ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（三ふっ化塩化エチレン・エチレン共重合樹脂：略称Ｅ／ＣＴＦＥ）、テトラフロオエチレン−パーフロロジメチルジオキソール共重合樹脂（略称ＴＦＥ／ＰＤＤ）、ポリビニルフルオライド（ふっ化ビニル樹脂：略称ＰＶＦ）の９種類を指す。以下、フッ素樹脂の具体的材量名については略称で記載する。
【００２５】
フッ素樹脂は、表面摩擦係数が低いものが多い。これは第１にフッ素分子の分極率が小さいため含フッ素化合物の分子間凝集エネルギーが低いこと、第２に構造的に分子鎖表面が滑らかなこと、第３に配向によって摩擦抵抗が緩和されること等によると考えられる。上述のようにフッ素樹脂は分子間凝集力が弱いという特徴があるために、別の部材に付着しやすい。更に一般的にフッ素樹脂は耐熱性、耐薬品性に優れ、電気絶縁性が良好であるという特徴を持つ。
【００２６】
フッ素樹脂の中でも、特に本発明ではＰＴＦＥを選択した。これはＰＴＦＥの摩擦係数が０．０４で、あらゆる固体の中で最も低いからである。これはＰＴＦＥが(−ＣＦ2−ＣＦ2−)ｎという炭素原子鎖を骨格としてその周囲をフッ素原子が取り巻いている構造のためである。つまりＰＴＦＥは、極めて強固なＣ−Ｆ結合及びフッ素原子によって強化されたＣ−Ｃ結合からなる線状高分子であり、対称構造を持っているため、耐熱性、耐薬品性、誘電特性が優れている。その上、炭素原子鎖の骨格を取り巻く原子が比較的大きなフッ素原子であるために、隙間なく、取り囲まれていてシリンダー状に近い分子構造をとっている。そのため分子表面は凹凸がなく滑らかで、分子は屈曲性に乏しく剛直である。このため、感光体１１の表面に供給されると潤滑層２９となり、感光体１１の表面摩擦係数が非常に低くなる。このためクリーニングブレード２６が圧接した状態で摺接しても、他のフッ素樹脂を用いる場合よりも遥かに感光体１１の摩耗を低減することができる。
【００２７】
次に、PTFEに放射線を照射して架橋させる方法について述べる。詳細は、前述の特許文献２、特許文献３等で述べられている。粉末状のフッ素樹脂は加熱焼成して密度の小さなマット状に固めたものに放射線を照射し、照射後、改質されたこの焼成体を粉砕して粉末状に戻し、成形材料として使用される。放射線の照射室の内部は無酸素あるいは、それに近い状態にされ照射室内に入れられた焼結体は、放射線照射後に窒素雰囲気下の冷却室に入れられる。以上の構成において、焼結体は照射室内を繰り返し循環させられ、照射窓を通過するたびに照射を受け、これにより所定の線量の放射線を照射させられる。1回あたりの照射線量を低水準に設定し、照射を繰り返し行なうことによって所定の線量を積算するこの方法は安定した架橋フッ素樹脂の製造方法として活用されている。
【００２８】
本実施例において、感光体１１の表面摩擦係数を低減して、感光体１１の長寿命化を行うにあたり、潤滑剤としてＰＴＦＥを選択した理由は以下の通りである。ＰＴＦＥは上述のように非常に柔らかい物質であり、また分子間凝集力が小さくＰＴＦＥ分子間で滑りが起こり易い。異種材料と摺動させて摩擦が起こる場合には、相手材に摩耗したＰＴＦＥが供給されてＰＴＦＥの移着が容易に起こる。この効果により相手材表面、すなわち、感光体１１の表面に潤滑層（ＰＴＦＥ層）２９が形成され、そこに生じる摩擦がＰＴＦＥ同士の摩擦に置き換えられて摩擦係数が低減する。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。そしてＰＴＦＥの移着が生じた後、ＰＴＦＥ同士の摩擦になった後はＰＴＦＥの摩耗が低下する。これはＰＴＦＥ同士の摩擦係数が極端に小さいため、ＰＴＦＥ間に生じるせん断力が低下し、摩耗が減少するためである。このため図１に示すようにＰＴＦＥの圧縮成型体から成る潤滑剤２８を感光体１１に接触させると、ＰＴＦＥが感光体１１への移着して潤滑層２９が形成された後、ＰＴＦＥの塗布量が自動的に制限されることとなる。これにより必要以上の潤滑剤２８の塗布が抑えられるという効果を得られる。さらに、放射線によって架橋されたPTFEは硬度が上昇し、照射前に比べて、比磨耗量が53％と軽減することから、像担持体の長寿命化にあわせた、潤滑部材自体の長寿命化を実現することができる。さらに、比磨耗量が53％と減少しても移着膜の付着力が強固であるために、単位量当たりの潤滑効果は大幅に上昇する。しかも、移着膜の効果は像担持体に耐久によって生じる、像担持体周方向傷にとっても作用効果があるのは前に述べた通りであるが、耐久によって生じた周方向傷に潤滑剤を当接させた時、放射線によって架橋されたPTFE潤滑剤は、移着膜によって傷が埋まることで、傷の進行を大幅に低減できることに対して、移着力が強くても移着膜の付着力が弱いPTFE潤滑剤は、傷の進行を止めることができない。放射線によって架橋されたPTFEの移着特性は、JIS K 7218に準じたリングオンディスク試験機で検討されている。ガラス繊維充填PTFEと放射線で架橋したPTFEを当接部材とし、相手剤をアルミ表面としたときの移着特性の違いを図２に示す。アルミの表面写真から、両方とも摺擦跡が同様に観察されるが、放射線で架橋したPTFEは表面が平滑なことがわかる。
【００２９】
以上の効果を、複写機「商品名：CP660（キヤノン社製）」を用いて、10万枚の耐久試験を高温・高湿環境（30℃、相対湿度80％）でおこない、耐久後の感光体表面の傷（Rmax）、感光体表面の接触角、クリーニングブレードのエッジ欠けの深さについて、１.潤滑剤当接部材なし（クリーニングブレードのみ）、２.PTFE成形体の当接、３.放射線によって架橋したPTFE成形体を用い、さらにはクリーニングブレードを、ストローク２ｍｍ、速度0.5ｍｍ／ｓｅｃで往復運動させた。それぞれについて図３に結果をまとめた。感光体のドラム傷は、放射線によって架橋したPTFE成形体でも見られたが、他に比べて大幅に浅く、画像不良を引き起こすほどのレベルではなかった。移着膜の塗布の程度を示す、感光体表面の接触角に関しても大きな効果が見られた。また、クリーニングブレードのエッジ欠けも、PTFE成形体のみの当接だと、感光体表面の周方向傷に対応した傷が見られたが、放射線によって架橋したPTFE成形体だと前述のような、エッジ欠けのむらは観察されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の画像形成装置の断面図
【図２】放射線によって架橋されたPTFEの移着特性の違いを示す図
【図３】耐久後の感光体表面の傷（Rmax）、感光体表面の接触角、クリーニングブレードのエッジ欠けの深さについての結果をまとめた図
【符号の説明】
【００３１】
11  像担持体（感光体）
12  帯電部
18  記録紙
19  転写手段
20  転写搬送ベルト
21  駆動ローラー
22  定着ローラー
23  加熱ローラー
24  定着手段
25  除電部
26  クリーニングブレード
28  潤滑材
【図１】
2007108327.tif 000003
【図２】
2007108327.tif 000004
【図３】
2007108327.tif 000005