JP5585499B2 - 潤滑剤塗布装置およびこれを備える画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持回転体を有する画像形成装置に備えられる潤滑剤塗布装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式のプリンタなどの画像形成装置は、像担持回転体の一例としての感光体ドラムを帯電させて、帯電された感光体ドラムを露光して静電潜像を形成し、感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成し、形成されたトナー像を記録シートに転写すると共に、記録シートに転写されずに感光体ドラム上に残った残留トナーをクリーナにより清掃する構成になっている。

この残留トナーの清掃方法としては、クリーニングブレードの先端を、回転する感光体ドラム表面に圧接して、感光体ドラム上の残留トナーを掻き取る構成が一般的である。
クリーニングブレードを感光体ドラム表面に圧接させる構成をとる場合、感光体ドラムとクリーニングブレード間の摩擦力が増大すると、クリーニングブレードの先端部分が折れ曲がって変形したり破損したりすることが生じるおそれがある。また、クリーニングブレードの先端部分の磨耗が増大し、想定寿命よりも短い期間でクリーニング不良が生じるおそれがある。

このようなクリーニングブレードの変化や破損、磨耗の増大を防止する方法として、感光体ドラムに潤滑剤を塗布することにより、感光体ドラムとクリーニングブレード間の摩擦力を低減させる方法がある。
特許文献１には、固形潤滑剤に接触するブラシローラを回転させて、ブラシローラにより固形潤滑剤を削り、削り取られた潤滑剤粉をブラシ繊維に取り込んだ状態で感光体ドラムの表面まで搬送し、感光体ドラムに潤滑剤粉を塗布させる構成が開示されている。

特開２００６−２５１７５１号公報

しかしながら、上記のような潤滑剤粉をブラシローラで削り取る従来の構成では、潤滑剤の感光体ドラムへの供給効率が悪いという問題がある。
すなわち、従来からブラシローラに用いられているブラシ繊維は、一般にナイロンやポリエステルからなり、潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛からなるが、ナイロンやポリエステルは、ステアリン酸亜鉛よりも仕事関数が低い。仕事関数は、物質から電子を取り出すために必要なエネルギーを示し、帯電のし易さを表す量として知られており、仕事関数が低いほど電子を放出し易く、正に帯電し易くなる。

ブラシ繊維の方が潤滑剤よりも仕事関数が低い場合、固形潤滑剤がブラシ繊維で削り取られる際の摩擦により、ブラシ繊維が正に帯電し、潤滑剤粉が負に帯電され易くなる。感光体ドラムの帯電極性は、負であることが一般的なので、潤滑剤粉が感光体ドラムと同極性の負に帯電されてしまうと、クーロンの斥力により潤滑剤粉がブラシ繊維から感光体ドラムに移動し難くなる。

潤滑剤粉がブラシ繊維から感光体ドラムに移動し難くなれば、ブラシ繊維の先端が感光体ドラムの表面を摺擦する際に潤滑剤粉を感光体ドラムの表面に塗布させようとしても、潤滑剤粉の一部が感光体ドラムに移動せずにブラシ繊維に残ることが生じ易くなる。
潤滑剤粉がブラシ繊維に残ることが生じ易くなることは、ブラシローラの１回転当たりの、感光体ドラムへの潤滑剤の供給量が少なくなることを意味し、潤滑剤の供給効率が悪いことになる。潤滑剤粉がブラシ繊維に残ることが続くと、やがてブラシ繊維が潤滑剤粉で詰まり、固形潤滑剤を削り取って搬送するというブラシ繊維の性能が低下し、感光体ドラムへの潤滑剤の供給量が早期に低下することになる。

潤滑剤粉の供給効率をできるだけ向上させる方法として、例えば感光体ドラムの残留電位（負）よりも絶対値で大きいマイナスのバイアス電圧をブラシローラに印加して、ブラシ繊維に付着している潤滑剤粉を感光体ドラムに移動させ易くする方法が考えられる。
しかしながら、この方法は、ブラシ繊維の先端の電界強度が強くなり、低い電圧でも感光体ドラムとの間で放電が起き易く、放電が起きるとブラシ繊維が劣化して、ブラシ繊維の劣化により感光体ドラムへの潤滑剤粉の供給量が早期に低下することに繋がる。

感光体ドラムへの潤滑剤の供給量が早期に低下すると、感光体ドラムとクリーニングブレード間の摩擦力の増大によるクリーニングブレードの破損などが早期に生じ易くなる。また、潤滑剤は、クリーニング性に限られず、転写性向上の目的で用いられる場合もあり、この場合には潤滑剤の安定供給ができなくなると、早期に転写性が低下してしまう。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、感光体ドラムなどの像担持回転体に潤滑剤を長期に亘って安定して供給することが可能な潤滑剤塗布装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る潤滑剤塗布装置は、像担持回転体を有する画像形成装置に備えられ、固形潤滑剤を削り、削り取った潤滑剤粉を像担持回転体の周面に塗布する潤滑剤塗布装置であって、像担持回転体と固形潤滑剤の間に介在し、回転により固形潤滑剤を第１位置で削り、削り取った潤滑剤粉を第２位置で像担持回転体の周面に塗布する塗布部材と、塗布部材の回転方向に沿って第２位置よりも下流かつ第１位置よりも上流の位置で、回転している塗布部材に当接して、塗布部材を摩擦帯電させる摩擦帯電部材と、を備え、摩擦帯電部材と塗布部材と固形潤滑剤の各材料として、摩擦帯電部材との摩擦で帯電している塗布部材により削り取られた潤滑剤粉の帯電極性が像担持回転体の帯電極性と逆極性になるような仕事関数の大きさのものが選択されていることを特徴とする。

また、像担持回転体の帯電極性は負であり、前記摩擦帯電が行なわれる前の、塗布部材の仕事関数をφｂ、摩擦帯電部材の仕事関数をφｍ、固形潤滑剤の仕事関数をφｊとしたとき、φｍ＞φｂ、かつ、φｊ＜（φｍ＋φｂ）／２の関係を満たすことを特徴とする。
さらに、前記塗布部材は、ブラシ状の部材からなることを特徴とする。
ここで、前記塗布部材は、芯金の周囲に導電性のブラシ繊維が設けられてなり、芯金が接地されていることを特徴とする。

また、前記摩擦帯電部材は、フッ素を含む樹脂からなることを特徴とする。
さらに、前記画像形成装置には、像担持回転体の周面に当接して、その周面に残留しているトナーを除去するクリーニング部材が配置されており、前記塗布部材は、クリーニング部材が像担持回転体の周面に当接している位置よりも、像担持回転体の回転方向下流の位置で像担持回転体の周面に接触することを特徴とする。

また、前記塗布部材が像担持回転体の周面に潤滑剤を塗布する第２位置よりも、像担持回転体の回転方向下流の位置に配され、像担持回転体の周面に接触して、塗布部材により像担持回転体に塗布された潤滑剤を均す均し部材を備えることを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置は、上記の潤滑剤塗布装置を備えることを特徴とする。

このようにすれば、像担持回転体に供給される潤滑剤の帯電極性が、像担持回転体の帯電極性と逆極性になるので、クーロンの引力により潤滑剤が像担持回転体に供給され易くなり、かつ、塗布部材にバイアス電圧を印加させる必要もないので、従来に比べて潤滑剤の供給効率を向上させて、潤滑剤を長期に亘って安定して像担持回転体に供給することが可能になる。

プリンタの全体の構成を示す図である。 プリンタに備えられるクリーナの構成を拡大して示す図である。 クリーナに備えられる摩擦帯電部材とブラシ繊維と固形潤滑剤のそれぞれが帯電している様子を示す模式図である。 （ａ）は、摩擦帯電前の摩擦帯電部材とブラシ繊維と固形潤滑剤の仕事関数の大きさを示す模式図であり、（ｂ）と（ｃ）は、仕事関数が変化する様子を模式的に示す図である。 実施例１、２および比較例１〜４の構成において潤滑剤塗布が良好に行われたか否かを示す実験の結果を示す図である。

以下、本発明に係る潤滑剤塗布装置および画像形成装置の実施の形態を、タンデム型カラーデジタルプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）を例にして説明する。
（１）プリンタの全体の構成
図１は、プリンタの全体の構成を示す図である。
同図に示すように、プリンタは、周知の電子写真方式により画像を形成するものであり、作像部１０と、中間転写部２０と、給送部３０と、定着部４０と、制御部５０などを備え、ネットワーク（例えばＬＡＮ）に接続され、外部の端末装置（不図示）からのプリントジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック色からなるカラーの画像形成を実行する。以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋと表し、各再現色に関連する構成部分の番号にこのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを添字として付加する。

作像部１０は、Ｙ〜Ｋ色のそれぞれに対応する作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを備えている。
作像ユニット１０Ｙ〜１０Ｋは、像担持回転体としての感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋと、その周囲に配設された帯電器１２Ｙ〜１２Ｋと、露光部１３Ｙ〜１３Ｋと、現像器１４Ｙ〜１４Ｋと、クリーナ１６Ｙ〜１６Ｋなどを備えており、感光体ドラム１１Ｙ〜１１ＫにＹ〜Ｋ色のトナー像を作像する。

中間転写部２０は、同図の矢印方向に周回走行する中間転写ベルト２１と、中間転写ベルト２１を張架するローラ２２、２３、２４と、中間転写ベルト２１を介して感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋに当接される一次転写ローラ１５Ｙ〜１５Ｋと、中間転写ベルト２１を介してローラ２２に当接される二次転写ローラ２５と、中間転写ベルト２１上の残留トナーを除去するクリーナ２６などを備える。

給送部３０は、給紙カセット３５に収容されている記録用のシートとしての用紙Ｓを搬送路３７に向けて１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ３１と、繰り出された用紙Ｓを搬送路３７上を搬送する搬送ローラ対３２と、搬送される用紙Ｓを二次転写位置２９に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対３３などを備えている。
定着部４０は、定着ローラと加圧ローラを圧接させて定着ニップを確保すると共にヒータにより定着ローラを加熱して定着に必要な温度を維持する。

制御部５０は、外部の端末装置からの画像信号をＹ〜Ｋ色用のデジタル信号に変換し、露光部１３Ｙ〜１３Ｋに配されたレーザダイオードを駆動するための駆動信号を生成する。生成された駆動信号により作像ユニット毎に、露光部１３Ｙ〜１３Ｋのレーザダイオードが駆動されて、レーザビームＬが出射され、感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋが露光走査される。

この露光走査を受ける前に、感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋは、帯電器１２Ｙ〜１２Ｋにより一様に帯電されており、レーザビームＬの露光により、感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋの周面に静電潜像が形成される。
感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋは、マイナス（負）極性に帯電する帯電特性を有しており、帯電器１２Ｙ〜１２Ｋにより感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋがマイナス帯電され、レーザビームＬにより画像の形成されるべき部分が露光される。

各静電潜像は、現像器１４Ｙ〜１４Ｋによりトナーで現像される。トナーは、ここでは帯電極性がマイナスのものが用いられ、いわゆる反転現像方式になっている。各色のトナー像は、一次転写ローラ１５Ｙ〜１５Ｋと感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋ間に作用する静電力により中間転写ベルト２１上に一次転写される。
なお、感光体ドラムとトナー間には、ファンデルワールス力が働いているので、トナー像を構成するトナー粒子のうち、静電的に中間転写ベルト２１に一次転写できないトナー（残留トナー）が少ないとはいえ存在する。

この残留トナーは、クリーナ１６Ｙ〜１６Ｋにより除去される。残留トナーが除去された後の感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋの周面には、クリーナ１６Ｙ〜１６Ｋのそれぞれに設けられた潤滑剤塗布部（後述）により潤滑剤が塗布される。
感光体ドラム１１Ｙ〜１１Ｋへの各色の作像動作は、トナー像が中間転写ベルト２１上の同じ位置に重ね合わせて転写されるようにタイミングをずらして実行される。中間転写ベルト２１上に多重転写された各色トナー像は、中間転写ベルト２１の周回走行により二次転写位置２９に移動する。

上記作像動作のタイミングに合わせて、給送部３０からは、タイミングローラ対３３を介して用紙Ｓが給送されて来ており、その用紙Ｓは、中間転写ベルト２１と二次転写ローラ２５の間に挟まれて搬送され、二次転写ローラ２５とローラ２２間に作用する静電力により、中間転写ベルト２１上の各色トナー像が一括して用紙Ｓ上に二次転写される。
二次転写位置２９を通過した用紙Ｓは、定着部４０に搬送され、定着ニップを通過する際に、トナー像が加熱、加圧されて用紙Ｓに定着された後、排出ローラ対３８を介して排出され、収容トレイ３９に収容される。

（２）クリーナ１６Ｙ〜１６Ｋの構成
図２は、クリーナ１６Ｙの構成を拡大して示す図であり、クリーナ１６Ｙの周辺に配されている感光体ドラム１１Ｙや帯電器１２Ｙなども合わせて示している。なお、クリーナ１６Ｙ〜１６Ｋは、いずれも基本的に同じ構成なので、ここではクリーナ１６Ｙの構成を説明して、他のクリーナ１６Ｍ〜１６Ｋについてはその説明を省略する。

同図に示すように、クリーナ１６Ｙは、クリーニングブレード６１と、回収スクリュー６２と、ブラシローラ６３と、固形潤滑剤６４と、摩擦帯電部材６５と、ホルダ６６と、圧縮バネ６７と、均しブレード６８などを備え、これらの部材が筐体６０に支持されてなり、ここではブラシローラ６３、摩擦帯電部材６５〜均しブレード６８が潤滑剤塗布部６９を構成する。なお、圧縮バネ６７を除く各部材は、感光体ドラム１１Ｙの軸方向に沿って長尺状であり、その軸方向長さが少なくとも印字幅よりも長くなっている。圧縮バネ６７は、その軸方向に沿って間隔をおいて複数個が配置されている。

クリーニングブレード６１は、ポリウレタンゴムをシート状に加工してなり、その先端が感光体ドラム１１Ｙの周面に、感光体ドラム１１Ｙの回転方向（ドラム回転方向）とは逆方向（カウンター方向）に当接して、感光体ドラム１１Ｙ上の残留トナーＴを掻き取る。掻き取られた残留トナーＴは、回収スクリュー６２に送られ、回収スクリュー６２により廃トナー回収ボックス（不図示）に搬送されて回収される。

ブラシローラ６３（塗布部材）は、金属製の芯金７１の周囲にブラシ繊維７２が設けられてなるロール状のブラシ部材であり、クリーニングブレード６１よりもドラム回転方向下流の位置であり、感光体ドラム１１Ｙと固形潤滑剤６４との間に介在し、ブラシ繊維７２の、感光体ドラム１１Ｙの周面に対向するブラシ部分が感光体ドラム１１Ｙの周面に当接して感光体ドラム１１Ｙの周面に潤滑剤を塗布する。

芯金７１は、不図示の駆動部からの駆動力により、ブラシ繊維７２が感光体ドラム１１Ｙの周面に当接する位置において、ドラム回転方向とは逆方向に回転し、ブラシ繊維７２を構成するブラシ毛先端の、芯金７１の回転方向に沿った線速度が、感光体ドラム１１Ｙの周面の速度よりも速くなるように、芯金７１の回転速度が規定されている。
ブラシ繊維７２は、ここでは導電性のポリエチレン繊維が用いられ、ブラシ繊維７２を構成するブラシ毛の１本１本の根元が芯金７１を介して接地されている。

ブラシ毛は、２〜１５デニール（Ｄ）の合成繊維からなり、ブラシ毛の高さが２〜８〔ｍｍ〕程度であり、単位面積当たりの本数（植密度）が５万〜３０万（本／平方インチ）程度、電気抵抗値が１０^６〜１０^１０〔Ω〕程度になっている。
固形潤滑剤６４は、金属石鹸の粉体を溶融成型したものであり、ここではステアリン酸亜鉛が用いられている。

ホルダ６６は、固形潤滑剤６４を保持するものであり、圧縮バネ６７は、ホルダ６６を介して固形潤滑剤６４をブラシローラ６３に押圧させるための付勢力を付与する。ブラシローラ６３に押圧された固形潤滑剤６４は、ブラシローラ６３の回転によってブラシ繊維７２の各ブラシ毛により削り取られる。削り取られた潤滑剤粉は、ブラシ繊維７２に取り込まれた状態で感光体ドラム１１Ｙに搬送され、感光体ドラム１１Ｙに塗布される。

本実施の形態では、ブラシ繊維７２、固形潤滑剤６４、摩擦帯電部材６５について、削り取られた潤滑剤粉が感光体ドラム１１Ｙの帯電極性であるマイナスとは逆極性のプラスに帯電されるような仕事関数の大きさの材料が選択されている。
潤滑剤粉をプラス極性に帯電させることにより、ブラシローラ６３のブラシ繊維７２が感光体ドラム１１Ｙの周面を摺擦するときに擦り付けることによる機械的な潤滑剤粉の供給だけでなく、静電的に潤滑剤粉が感光体ドラム１１Ｙに引き付けられることによる潤滑剤粉の供給を行えるようになり、潤滑剤の供給効率を従来よりも向上させることができる。この理由については、後述する。

摩擦帯電部材６５は、ブラシローラ６３の周囲であり、ブラシローラ６３の回転方向に沿って、ブラシローラ６３が感光体ドラム１１Ｙと接触する接触位置Ｐ２（潤滑剤を塗布する位置に相当）よりも下流、かつ、ブラシローラ６３が固形潤滑剤６４と接触する接触位置Ｐ１よりも上流である接触位置Ｐ３に位置する。
摩擦帯電部材６５は、表面がＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなり、その表面が、回転しているブラシローラ６３のブラシ繊維７２にやや食い込むような状態でブラシ繊維７２に当接して、ブラシ繊維７２を摩擦帯電させる。摩擦帯電部材６５とブラシ繊維７２との仕事関数の大小により、ここではブラシ繊維７２がプラス極性に摩擦帯電されるようになっている。

均しブレード６８は、ポリウレタンゴムをシート状に加工してなり、ブラシローラ６３よりもドラム回転方向下流の位置に配置され、先端が感光体ドラム１１Ｙの周面にカウンター方向に当接して、感光体ドラム１１Ｙ上に塗布されている潤滑剤粉を均して、感光体ドラム１１Ｙ上に潤滑剤粉の被膜を形成させる。ステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤粉で形成された被膜は、離型性が高く、摩擦係数が小さいことが特徴であり、転写性、クリーニング性が高く、クリーニングブレード６１と感光体ドラム１１Ｙの周面との摩擦力を低減することができると共に、感光体ドラム１１Ｙの周面の磨耗も抑制され、それぞれの部材の長寿命化を実現できる。

（３）仕事関数の設定について
図３は、摩擦帯電部材６５とブラシ繊維７２と固形潤滑剤６４のそれぞれが帯電している様子を示す模式図であり、図４（ａ）は、摩擦帯電前の摩擦帯電部材６５とブラシ繊維７２と固形潤滑剤６４の仕事関数の大きさを示す模式図であり、図４（ｂ）と図４（ｃ）は、仕事関数が変化する様子を模式的に示す図である。

図３に示すように、ブラシローラ６３の回転によりブラシ繊維７２を構成する各ブラシ毛の先端部（以下、「ブラシ毛先端部」という。）７３が摩擦帯電部材６５との接触位置Ｐ３を通過する際に、ブラシ毛先端部７３と摩擦帯電部材６５との摩擦により、ブラシ毛先端部７３がプラス極性に摩擦帯電される。
ブラシ毛先端部７３がプラス極性に摩擦帯電されている状態で、固形潤滑剤６４との接触位置Ｐ１に至り、接触位置Ｐ１を通過する際に、ブラシ毛先端部７３と固形潤滑剤６４との摩擦により固形潤滑剤６４が削られると共に削り取られた潤滑剤粉Ｊがプラス極性に摩擦帯電される。

プラス極性に摩擦帯電されている潤滑剤粉Ｊは、接触位置Ｐ１を通過後、ブラシ繊維７２に取り込まれた状態で、ブラシローラ６３と感光体ドラム１１Ｙとの接触位置Ｐ２に向けて搬送される。
感光体ドラム１１Ｙの帯電極性は、上記のようにマイナス極性であり、クリーニング後であってもマイナスの残留電荷が残っていることが多いので、プラス極性に摩擦帯電されている潤滑剤粉Ｊは、接触位置Ｐ２において、ブラシ繊維７２が感光体ドラム１１Ｙの周面に擦り付けられることによる機械的な塗布に加えて、クーロンの引力の作用により感光体ドラム１１Ｙに引き付けられることによる静電的な塗布が行われる。

このように潤滑剤粉Ｊがプラス極性に帯電されるのは、上記のように摩擦帯電部材６５とブラシ繊維７２と固形潤滑剤６４の仕事関数の大きさによる。
図４（ａ）に示すように、摩擦帯電前の摩擦帯電部材６５の仕事関数をφｍ、ブラシ繊維７２の仕事関数をφｂ、固形潤滑剤６４の仕事関数をφｊとすると、次の（式１）と（式２）の関係を満たすようになっている。

φｍ＞φｂ・・・（式１）
φｊ＜φａｖｅ・・・（式２）
ここで、φａｖｅ＝（φｍ＋φｂ）／２である。
図４（ｂ）は、摩擦帯電部材６５とブラシ毛先端部７３との摩擦帯電により、摩擦帯電部材６５とブラシ毛先端部７３との仕事関数が変化する様子を示す図である。

上記（式１）により、摩擦帯電部材６５の仕事関数φｍ＞ブラシ繊維７２の仕事関数φｂの関係があるので、摩擦帯電部材６５とブラシ毛先端部７３との摩擦により、摩擦帯電部材６５よりも仕事関数の低いブラシ毛先端部７３の電子が摩擦帯電部材６５に移動する。この電子の移動により、ブラシ毛先端部７３が電気的に安定している状態から電子が不足する状態になってプラスに帯電し、仕事関数がφａｖｅに上がって、固形潤滑剤６４の仕事関数φｊよりも高い状態になる。

ここで、仕事関数φａｖｅは、〔（φｍ＋φｂ）／２〕で現され、摩擦帯電による電子の移動により、摩擦帯電部材６５とブラシ毛先端部７３との双方の仕事関数が同じ大きさまで変化した場合のその大きさを示している。異なる２つの部材間における仕事関数の差によって電子が移動するので、仕事関数が同じ大きさということは、これ以上の電子の移動が行われない状態にあることになる。

摩擦帯電部材６５との摩擦帯電によりブラシ毛先端部７３の仕事関数がφａｖｅに変化し、ブラシ毛先端部７３は、摩擦帯電後、すなわち摩擦帯電部材６５との接触位置Ｐ３（図３）を通過した後、仕事関数がφａｖｅになった状態で、固形潤滑剤６４との接触位置Ｐ１に向かい、接触位置Ｐ１を通過する際に固形潤滑剤６４を削る。
図４（ｃ）は、ブラシ毛先端部７３が固形潤滑剤６４を削るときの摩擦により、ブラシ毛先端部７３と潤滑剤粉Ｊの仕事関数が変化する様子を示す図である。

上記（式２）により、摩擦帯電後のブラシ毛先端部７３の仕事関数φａｖｅ＞固形潤滑剤６４の仕事関数φｊの関係があり、かつ摩擦帯電後のブラシ毛先端部７３は、摩擦帯電部材６５との摩擦帯電により電子を奪われた状態になっており、元の安定状態に戻ろうとして、ブラシ毛先端部７３と固形潤滑剤６４との摩擦により削り取られた潤滑剤粉Ｊから電子を奪う。すなわち、潤滑剤粉Ｊの電子がブラシ毛先端部７３に移動する。

これにより、潤滑剤粉Ｊが電気的に安定していた状態から電子が不足する状態になってプラスに帯電する。潤滑剤粉Ｊからブラシ毛先端部への電子の移動により、ブラシ毛先端部７３の仕事関数は、摩擦帯電部材６５との摩擦帯電直後よりも低くなり、摩擦帯電前の安定状態に近づくことになる。
なお、ブラシ毛先端部７３は、図３に示すようにプラスに帯電されている潤滑剤粉Ｊを、感光体ドラム１１Ｙとの接触位置Ｐ２に搬送して感光体ドラム１１Ｙに塗布する際に、感光体ドラム１１Ｙの周面に接触する。

感光体ドラム１１Ｙは、上記のようにマイナスの残留電荷が存在していることが多いので、その接触の際に感光体ドラム１１Ｙから電子がブラシ毛先端部７３に移動する場合がある。その時点でのブラシ毛先端部７３が、安定状態よりも電子が少なくなっている場合には、電子の移動により安定状態に戻ることになる。電子が過剰に供給されようとすると、接地されている芯金７１を介してアースに徐々に落とされることによって、ブラシ毛先端部７３に過剰な電子が溜まり続けることが防止される。

これによりブラシ毛先端部７３は、摩擦帯電前の安定状態に戻った後、ブラシローラ６３の１回転により摩擦帯電部材６５との接触位置Ｐ３に至り、接触位置Ｐ３を通過する際に再び、摩擦帯電部材６５との摩擦帯電によりプラス極性に帯電される。
上記のように、ブラシ毛先端部７３が摩擦帯電部材６５で摩擦帯電されてからブラシローラ６３の１回転により摩擦帯電部材６５の位置に戻るまでのサイクルが、ブラシ繊維７２を構成する１本１本のブラシ毛について、ブラシローラ６３の１回転毎に繰り返されることにより、潤滑剤粉Ｊが感光体ドラム１１Ｙの帯電極性の逆極性であるプラスに帯電した状態で感光体ドラム１１Ｙに供給することができるようになる。

なお、摩擦帯電部材６５に存在する電子は、ここではブラシローラ６３の回転停止時にブラシ繊維７２から芯金７１を介してアースに落とされることにより、摩擦帯電部材６５に溜まり続けることが防止される。
（４）潤滑剤塗布評価の実験結果について
図５は、実施例１、２および比較例１〜４の構成において潤滑剤塗布が良好に行われたか否かを示す実験の結果を示す図である。

同図に示す摩擦帯電部材、塗布ブラシ、潤滑剤の各欄は、用いた材質と仕事関数の大きさを示しており、ブラシ電圧印加の欄は、ブラシローラに電圧を印加したか否かを示し、潤滑剤塗布評価の欄は、耐久前と、耐久、ここでは１０、２０、３０万枚のプリント後におけるそれぞれの評価を示している。
（４−１）実験条件
同図に示す仕事関数の大きさは、紫外線電子分光法（ＵＰＳ測定法）により測定された数値を示しており、ここではＶＧ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製のＥＳＣＡＬａｂ２００Ｒを用いた。具体的には、紫外線Ｈｅ−Ｉを照射し、運動エネルギーが２０〜５０ｅＶ間での測定を行い、価電子帯レベルのバンド幅を求め、紫外線Ｈｅ−ＩのエネルギーによりＨＯＭＯレベルを求めた。

実験機は、コニカミノルタ社製ｂｉｚｈｕｂ Ｐｒｏ ６５０１Ｐ（Ａ４用紙：６５枚／分、６００ｄｐｉ）をベースに、摩擦帯電部材、塗布ブラシ、潤滑剤を上記の実施例と比較例のそれぞれの材質に代えたものを作製して、これを各例の実験機とした。
塗布ブラシは、繊維の材質を除いて、繊維太さ６デシテックスで、繊維抵抗が１０^８Ωの導電性繊維を、外径６ｍｍの金属製の芯金に基布厚み０．５ｍｍでブラシ外径が１２ｍｍ（繊維高さ２．５ｍｍ）、繊維密度１２０ＫＦ／ｉｎｃｈ^２でロール状にしたものを用いた。固形潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛を固形化したものを用い、押圧バネにより塗布ブラシに対して、６Ｎ／ｍの押圧力になるように当接させた。

摩擦帯電部材は、塗布ブラシと接触する表面がＰＴＦＥからなる固定部材を用い、塗布ブラシのブラシ繊維と摩擦帯電するように配置した。なお、摩擦帯電部材の、塗布ブラシに対する食い込み量は、１ｍｍとしたが、ブラシ繊維が摩擦帯電部材のエッジに当たって削られる、いわゆるフリッカとして摩擦帯電部材が働くことのないように、摩擦帯電部材の、塗布ブラシと接触する領域の回転方向上流端（ブラシ繊維が摩擦帯電領域に入る入口に相当）と下流端（ブラシ繊維が摩擦帯電領域から出る出口に相当）については、食い込み量が０になるようにしている。

均し部材としては、ポリウレタンゴムを厚み２ｍｍで突き出し量を８ｍｍにして板金に保持し、感光体ドラムに対して当接角を１０°、当接力が１０Ｎ／ｍ〜３０Ｎ／ｍの範囲内になるように調整した。ポリウレタンゴムは、硬度６２〜７８度、反発弾性が８〜４５％（いずれも２５℃における測定値）のものを使用した。
潤滑剤塗布評価は、耐久の枚数ごとに感光体ドラムの摩擦係数を代用測定値として用いて評価した。目標となる摩擦係数を維持することは、潤滑剤の塗布が目標値を維持することと同等とみなせるからである。

ここで、耐久前とは、実験に先立って感光体ドラムにある程度の潤滑剤を塗布するために１００枚のプリントを行う場合のその１００枚のプリント後の結果を示している。この耐久前のプリントは、２３℃５５％ＲＨの環境下で、各色１％相当の濃度の画像を１００枚連続プリントすることにより行われた。この１００枚連続プリントにより感光体ドラムに潤滑剤が塗布され、潤滑剤が塗布された後、摩擦係数測定を行った。

摩擦係数の測定は、ＨＥＩＤＯＮ製 トライボギア ミューズ９４ｉの摩擦係数測定用プローブにネル布（コットン１００％）を貼付して測定し、摩擦係数が０．３未満であれば○、０．３〜０．４であれば△、０．４以上であれば×として評価した。
耐久は、２３℃５５％ＲＨの環境下で、各色について、２０％相当の格子状ライン画像（ブルー）を１０万枚、２０万枚、３０万枚連続プリントすることにより行われた。各枚数分の連続プリント終了時における潤滑剤評価方法は、耐久前と同じ摩擦係数の測定により行われた。なお、Ｙ〜Ｋの各色について測定したが、どの色でも同じ結果となった。

（４−２）実験結果
実施例１と２は、それぞれ上記の（式１）と（式２）を満たすものであり、耐久前および耐久後において全て評価結果が○になっており、長期に亘って必要な量の潤滑剤を感光体ドラムに塗布し続けることができた。
一方、比較例１は、（式１）を満たすが、（式２）を満たしていない構成であり、（式２）を満たさないことから、摩擦帯電後のブラシ毛先端部７３の仕事関数φａｖｅが固形潤滑剤６４の仕事関数φｊよりも低くなり、潤滑剤粉Ｊの極性をマイナスにしてしまう。このため、目標の潤滑剤塗布量を供給することができず、評価結果が×になった。

比較例２は、（式１）を満たしておらず、（式２）を満たす構成である。
（式１）を満たしていないということは、ブラシ繊維７２の仕事関数φｂの方が摩擦帯電部材６５の仕事関数φｍよりも高い構成であり、ブラシ毛先端部７３が摩擦帯電部材６５で摩擦帯電される際に摩擦帯電部材６５から電子を奪うため、ブラシ毛先端部７３がマイナス極性に帯電される。

一方で、（式２）が満たされているので、潤滑剤粉Ｊの極性をプラスにすることができ、感光体ドラムに潤滑剤粉Ｊを塗布することができる。しかしながら、初期的には塗布が行えるが、摩擦帯電後のブラシ毛先端部７３の極性がマイナスなので、プラスの潤滑剤粉Ｊが次第にブラシ繊維７２の中に蓄積され、その蓄積量が増えると、やがてブラシ繊維７２に潤滑剤粉Ｊが詰まったようになり、潤滑剤塗布機能が低下することになる。

このことから比較例２は、耐久前では評価結果が○であったが、耐久が進むに連れて評価結果が△から×に移っていき、長期に亘って必要な量の潤滑剤を感光体ドラムに塗布し続けることができなかった。
比較例３は、摩擦帯電部材６５を備えない構成であり、潤滑剤粉Ｊの帯電極性は、ブラシ繊維７２と潤滑剤との仕事関数で決まることになる。比較例３では、ブラシ繊維７２の仕事関数φｂ＜潤滑剤の仕事関数φｊの関係があるので、潤滑剤粉Ｊの帯電極性は、マイナスになる。これにより、長期に亘って必要な量の潤滑剤を感光体ドラムに塗布し続けることができなかった。

比較例４は、摩擦帯電部材６５を備えない構成、かつブラシローラ６３にマイナスの電圧を印加する構成である。摩擦帯電部材６５を備えない構成のため、潤滑剤粉Ｊの帯電極性は、ブラシ繊維７２と潤滑剤との仕事関数で決まる。比較例４では、ブラシ繊維７２の仕事関数φｂ＜潤滑剤の仕事関数φｊの関係があるので、潤滑剤粉Ｊの帯電極性は、マイナスになる。また、ブラシローラ６３に印加されるマイナスの電圧は、感光体ドラムのマイナスの残留電位よりも絶対値で大きい値が設定されている。

このブラシローラ６３と感光体ドラム間に生じる電位差により、ブラシローラ６３に削り取られた潤滑剤粉Ｊは、ブラシローラ６３が感光体ドラムの周面と接触する接触位置Ｐ２で感光体ドラムの周面に移動し易くなるが、その一方でブラシローラ６３へのマイナス電圧の印加により、それぞれのブラシ毛先端部７３で電界強度が強くなって放電が起き易く、ブラシ繊維７２の劣化が早期に進み易くなる。

このため、耐久前や耐久開始直後では、評価結果が○であったが、耐久が進むに連れて評価結果が△から×に移り、結果的に長期に亘って必要な量の潤滑剤を感光体ドラムに塗布し続けることができなかった。
以上、説明したように本実施の形態では、摩擦帯電部材とブラシ繊維と固形潤滑剤を、上記の（式１）と（式２）を満たす材料のものを用いるので、ブラシローラに電圧を印加することなく、長期に亘って必要な量の潤滑剤粉を感光体ドラムに供給し続けることができ、摩擦係数を低くすることによりクリーニングブレードの磨耗や破損を防ぎ、クリーニングブレードを長寿命化できると共に、転写性、クリーニング性の向上、および感光体ドラム周面の磨耗の進行を抑えて、感光体ドラムの長寿命化を実現することができる。

＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施の形態では、固形潤滑剤６４を削り取って、削り取った潤滑剤粉Ｊを感光体ドラムに塗布する塗布部材として、ブラシローラ６３を用いる例を説明したが、その形状はブラシ状に限られない。例えば、スポンジ状のものや、周面に微小な凹凸などの粗さを設けてなるローラなどを用いることもできる。

（２）上記実施の形態では、ブラシローラ６３が感光体ドラム１１Ｙとの接触位置である位置Ｐ２において、感光体ドラム１１Ｙの回転方向に対して逆方向に回転する構成例を説明したが、これに限られず、例えば同方向に回転する構成としても良い。
この構成の場合、摩擦帯電部材６５は、ブラシローラ６３の周囲においてブラシローラ６３の回転方向に接触位置Ｐ２よりも下流かつ接触位置Ｐ１よりも上流の位置に配置される。ブラシローラ６３の回転方向は、装置構成によって適した方向が決められる。

（３）上記実施の形態では、摩擦帯電部材６５がＰＴＦＥからなり、ブラシ繊維７２（塗布部材）がポリエチレンからなり、固形潤滑剤６４がステアリン酸亜鉛からなるものを用いる例を説明したが、これらの材料に限られることはない。塗布部材と摩擦帯電部材と固形潤滑剤は、その仕事関数が上記の（式１）と（式２）を満たす材料のものを選択して用いることができる。

上記の（式１）と（式２）を満たす範囲内で、例えば塗布部材をポリエステル系樹脂繊維やアクリル系樹脂繊維、または金属繊維を用いることもできる。また、ブラシの構成は、織った基布を芯金に巻いた織りブラシでもあっても良いし、また静電吸引力によって芯金に植毛する静電植毛ブラシであっても良い。
また、例えば固形潤滑剤６４をステアリン酸亜鉛に代えて、ステアリン酸マグネシウムやステアリン酸リチウムといった脂肪酸金属塩を利用することもできる。

さらに、摩擦帯電部材をＰＴＦＥとしたが、フッ素を含む樹脂一般、例えばＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー）などを用いるとしても良い。
上記では、（式１）と（式２）を用いたが、例えば塗布部材と摩擦帯電部材と固形潤滑剤の各材料が、摩擦帯電部材との摩擦で像担持回転体（感光体ドラム）の帯電極性とは逆極性に帯電した塗布部材により削り取られた潤滑剤粉の帯電極性が、像担持回転体の帯電極性と逆極性になるような仕事関数の大きさのものから選択される構成をとれば、上記の実施の形態と同じような条件で潤滑剤塗布を行うことができる。

（４）上記実施の形態では、摩擦帯電部材６５がブラシローラ６３のブラシ繊維７２の先端部７３に食い込むようになる位置に配置するとしたが、ブラシ繊維７２との接触により摩擦帯電されれば良く、その食い込み量は装置構成に応じて適した値が設定される。
（５）上記実施の形態では、本発明に係る潤滑剤塗布装置およびこれを備える画像形成装置をタンデム型カラーデジタルプリンタ等に適用した場合の例を説明したが、これに限られない。カラーやモノクロの画像形成に関わらず、像担持回転体表面に潤滑剤を塗布する構成であれば、例えば複写機、ＦＡＸ、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）等に適用できる。また、像担持回転体を感光体ドラムとする構成例を説明したが、ドラム状に限られず、例えばベルト状のものなどであっても良い。さらに、潤滑剤塗布部６９がクリーナ１６Ｙに設けられている構成例を説明したが、クリーナ１６Ｙとは別に配置される構成であっても構わない。また、潤滑剤塗布部（装置）は、少なくともブラシローラ６３と摩擦帯電部材６５とを備える構成であれば良い。

また、感光体ドラム上の残留トナーを除去するクリーニング部材としてクリーニングブレード６１を用いる構成例を説明したが、ブレード状のものに限られず、他の形状のものであっても構わない。この場合、クリーニングブレード６１と感光体ドラム１１Ｙ周面との摩擦力の増大が問題にならない場合があり得るが、このような場合でも潤滑剤の安定供給により、例えば転写性を長期に亘って向上することができるという効果がある。

また、帯電部材としてローラ状の帯電器１２Ｙ〜１２Ｋを用いる構成例を説明したが、ローラ状に限られず、他の形状のものや帯電チャージャなどを用いるとしても良い。さらに、感光体ドラム１１Ｙの周面に塗布された潤滑剤を均す均し部材として、均しブレード６８を用いる例を説明したが、均す機能を有するものであれば、ブレード状のものに限られず、例えばローラ状のものを用いることもできる。

上記の各部材の材料、大きさ、電気抵抗値などが上記のものに限られないことはいうまでもなく、装置構成に応じて適した材料、大きさなどが決められる。
さらに、上記実施の形態及び上記変形例の内容をそれぞれ組み合わせるとしても良い。

本発明に係る潤滑剤塗布装置は、画像形成装置に設けられている像担持回転体に潤滑剤を塗布する技術として有用である。

１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ 感光体ドラム
１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ 帯電ローラ
６１ クリーニングブレード
６３ ブラシローラ
６４ 固形潤滑剤
６５ 摩擦帯電部材
６８ 均しブレード
６９ 潤滑剤塗布部
７１ 芯金
７２ ブラシ繊維
７３ ブラシ毛先端部
Ｊ 潤滑剤粉

Claims (8)

1. 像担持回転体を有する画像形成装置に備えられ、固形潤滑剤を削り、削り取った潤滑剤粉を像担持回転体の周面に塗布する潤滑剤塗布装置であって、
   像担持回転体と固形潤滑剤の間に介在し、回転により固形潤滑剤を第１位置で削り、削り取った潤滑剤粉を第２位置で像担持回転体の周面に塗布する塗布部材と、
   塗布部材の回転方向に沿って第２位置よりも下流かつ第１位置よりも上流の位置で、回転している塗布部材に当接して、塗布部材を摩擦帯電させる摩擦帯電部材と、を備え、
   摩擦帯電部材と塗布部材と固形潤滑剤の各材料として、摩擦帯電部材との摩擦で帯電している塗布部材により削り取られた潤滑剤粉の帯電極性が像担持回転体の帯電極性と逆極性になるような仕事関数の大きさのものが選択されていることを特徴とする潤滑剤塗布装置。
2. 像担持回転体の帯電極性は負であり、前記摩擦帯電が行なわれる前の、塗布部材の仕事関数をφｂ、摩擦帯電部材の仕事関数をφｍ、固形潤滑剤の仕事関数をφｊとしたとき、
   φｍ＞φｂ、かつ、φｊ＜（φｍ＋φｂ）／２の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の潤滑剤塗布装置。
3. 前記塗布部材は、
   ブラシ状の部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑剤塗布装置。
4. 前記塗布部材は、
   芯金の周囲に導電性のブラシ繊維が設けられてなり、芯金が接地されていることを特徴とする請求項３に記載の潤滑剤塗布装置。
5. 前記摩擦帯電部材は、
   フッ素を含む樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の潤滑剤供給装置。
6. 前記画像形成装置には、像担持回転体の周面に当接して、その周面に残留しているトナーを除去するクリーニング部材が配置されており、
   前記塗布部材は、
   クリーニング部材が像担持回転体の周面に当接している位置よりも、像担持回転体の回転方向下流の位置で像担持回転体の周面に接触することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の潤滑剤塗布装置。
7. 前記塗布部材が像担持回転体の周面に潤滑剤を塗布する第２位置よりも、像担持回転体の回転方向下流の位置に配され、像担持回転体の周面に接触して、塗布部材により像担持回転体に塗布された潤滑剤を均す均し部材を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の潤滑剤塗布装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の潤滑剤塗布装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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