JP2004053916A

JP2004053916A - クリーニング装置及びそれを用いる画像形成装置

Info

Publication number: JP2004053916A
Application number: JP2002211126A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Saito; 斎藤　大享
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】球形形状に近いトナーを使用した場合でも、良好なクリーニング性能を維持することが可能なクリーニング装置を提供する。
【解決手段】クリーニングブレード１６とクリーニングブラシ１４は、接触した状態で配置され、転写ベルト６に接触するクリーニングブレード１６の接触エッジと、該接触エッジに対するクリーニングブラシ１４半径の最近接距離が、０．５〜３ｍｍであり、転写ベルト６の逆回転量が、クリーニングブレード１６の接触エッジと、転写ベルト６とクリーニングブラシ１４接触点までの距離以上となるよう構成する。また、クリーニングされるトナーは、平均粒径度０．９０〜０．９９、形状係数ＳＦ−１が１２０〜１８０、ＳＦ−２が１２０〜１９０、Ｄｖ／Ｄｎ比が１．０５〜１．３０のものを使用する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機・ファクシミリ・プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いるクリーニング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転写ベルトを用いた転写手段には、転写ベルト表面に付着する廃トナーや紙粉を除去するために、クリーニングブレードを用いたクリーニング機構を設けることが一般的である。
この種のクリーニング機構においては、転写ベルトとクリーニングブレード先端との間に紙粉等が噛み込んだ場合に、クリーニングブレードの転写ベルトへの密着が不十分となり、クリーニング不良をおこしてしまうという欠点があった。転写ベルトのクリーニング不良は、像担持体としての感光体上や転写材などの汚染を招き、画像上の汚れを引き起こす。例えば、画像面積率の低い画像を出力する場合、転写残トナーが少なく、クリーニング不良が問題となることはないが、カラー写真画像など画像面積率の高い画像を出力する場合、さらには、給紙不良等で未転写の状態の画像が感光体上に残ってしまった場合、クリーニング不良が発生しやすい。上述したクリーニング不良を頻発するようになると、更には、感光体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染してしまい、本来の帯電能力を発揮できなくなってしまう。
【０００３】
従来、前述のクリーニング不良を防止するため、１連の作像動作が終了した後に転写ベルトを僅かに逆転させ、クリーニングブレード先端にせき止められた紙粉・廃トナーを脱落させ、不要に紙粉がクリーニングブレード先端に堆積するのを防いでいたが、逆転時に転写ベルト上から脱落せず転写ベルト上に残った紙粉・廃トナーは、再始動時に再びクリーニングブレード先端へと寄せ戻されてしまう不具合があった。
対策として、特第０２８７７３７０号や特開平６−２５０５７３号公報の様に、ブラシ先端がクリーニングブレード当接エッジに到達するような方式が考案されているが、この様な方式ではクリーニングブラシ先端がクリーニングブレードと被クリーニング部材との間に挟まってしまうことがあるという不具合があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不具合を改善させるために考え出されたものであり、紙粉等が混入した場合においても良好なクリーニング性能を維持することが出来る画像形成装置を提供することにある。
また本発明は、当然の事ながら、紙粉除去のみならず廃トナー（感光体周りで用いた場合は、リサイクルトナー）もクリーニングブレード近傍から効率的に回収することができ、クリーニングブレードとクリーニングブラシを近接させて配置することから、装置の小型化にも貢献する。
さらに、重合トナーの様な従来の粉砕トナーと比較して、ブレードクリーニング性の劣るトナーのクリーニングにおいても、廃トナー堆積によるクリーニングブレード負荷を低減できるため、効果的にブレードクリーニングができるようになる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、カウンター方式のクリーニングブレードとクリーニングブラシとを有し、被クリーニング部材をクリーニングするクリーニング装置において、クリーニングブレードとクリーニングブラシは、接触した状態で配置されることを特徴とするクリーニング装置である。
請求項２に記載の本発明は、クリーニングブレードとクリーニングブラシは、被クリーニング部材に接触して配置され、被クリーニング部材に接触するクリーニングブレードの接触エッジと、該接触エッジに対するクリーニングブラシ半径の最近接距離が、０．５〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置である。
請求項３に記載の本発明は、被クリーニング部材は逆回転機構を備え、逆回転量は、クリーニングブレードの接触エッジと、被クリーニング部材とクリーニングブラシ接触点までの距離以上であることを特徴とする請求項１または２記載のクリーニング装置である。
【０００６】
請求項４に記載の本発明は、被クリーニング部材が使用するトナーは、平均円形度が０．９０〜０．９９であることを特徴とする請求項３記載のクリーニング装置である。
請求項５に記載の本発明は、被クリーニング部材が使用するトナーは、形状係数ＳＦ−１が１２０〜１８０であり、形状係数ＳＦ−２が１２０〜１９０であることを特徴とする請求項３または４記載のクリーニング装置である。
請求項６に記載の本発明は、被クリーニング部材が使用するトナーは、体積平均粒径をＤｖ（μｍ）、個数平均粒径をＤｎ（μｍ）としたとき、体積平均粒径と個数平均粒径の比Ｄｖ／Ｄｎが１．０５〜１．３０であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか記載のクリーニング装置である。
請求項７に記載の本発明は、少なくとも、像担持体と、像担持体上に潜像を形成する露光手段と、トナーを使用して潜像を現像する現像手段と、逆回転機構を有する転写手段と、転写手段をクリーニングするクリーニング装置とを有する画像形成装置において、クリーニング装置は請求項１ないし６のいずれかに記載のクリーニング装置で、転写手段は請求項１ないし６のいずれかに記載の被クリーニング部材であることを特徴とする画像形成装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下より、本発明の実施の形態について図に基づき説明する。
まず、本発明のクリーニング装置を用いた画像形成装置の構成を説明する。図１は画像形成装置の断面を示しており、像担持体である感光体１の周囲に近接あるいは接触して、感光体１上に一様な電荷を帯電させる帯電ローラ２、感光体１上に静電潜像を形成するための露光手段である露光装置３、静電潜像を顕像化してトナー像とする現像装置４、トナー像を転写紙に転写する転写ベルト６、感光体ドラム１上の残留トナーを除去するクリーニング装置８、感光体ドラム１上の残電荷を除電する除電ランプ９、帯電ローラ印加電圧及び現像のトナー濃度を制御するための光センサ１０が配置されている。また、この現像装置４にはここには図示していないトナー補給装置よりトナー補給口を介してトナーが補給される。
【０００８】
作像動作は次のように行われる。
感光体１は反時計回転方向に回転する。感光体１は除電ランプ９により除電され、表面電位が０〜−１５０Ｖの基準電位に平均化される。次に帯電ローラ２により帯電され、表面電位が−１０００Ｖ前後となる。次に露光装置３で露光され、光が照射された部分（画像部）は表面電位が０〜−２００Ｖとなる。現像装置４により現像スリーブ上のトナーが上記画像部分に付着する。トナー像が作られた感光体１は回転移動し、給紙部５より用紙先端部画像先端部とが転写ベルト６で一致するようなタイミングで転写紙が送られ、転写ベルト６で感光体１表面のトナー像が転写紙に転写される。その後転写紙は定着部７へ送られ、熱と圧力によりトナーが転写紙に融着されてコピーとして排出される。
感光体１上に残った残留トナーは感光体クリーニング装置８のブレードにより掻き落とされ、その後感光体１は除電ランプ９により残留電荷が除電されてトナーの無い初期状態となり、再び次の作像工程へ移る。
一方、転写ベルト６上に残った残留トナーや紙粉等の異物は、転写ベルトクリーニング部Ａで掻き落とされる。
【０００９】
転写ベルト６は、支持ローラ１１、１２により張架され、感光体１との当接部下流には、転写紙を除電して転写ベルト６から分離させるための転写紙除電装置１３が設けられている。
転写ベルトクリーニング部Ａは、本発明のクリーニング装置を設けた部分である。クリーニングブラシ１４とクリーニングブレード１６が転写ベルト６に対して当接している。
転写ベルト６は逆回転機構を備え、一連の作像動作が終了すると僅かに逆回転し、クリーニングブレード１６のエッジに溜まった残留トナーや紙粉等を脱落させる。
【００１０】
図２に図１中のＡ部詳細図を示す。前述したように、クリーニングブラシ１４はクリーニングブレード１６に接触している。
クリーニングブレード１６の転写ベルト６への当接エッジとクリーニングブラシ１４外径との距離Ｌ１は、０．５〜３ｍｍに設定されている。
この距離関係において、下限の０．５ｍｍはクリーニングブラシ１４がクリーニングブレード１６へ噛み込まない為に必要最小限の距離であり、上限の３ｍｍは後述する逆転動作による廃トナーや紙粉再回収が実用レベルで行える範囲を指し示す。
また、クリーニングブレード１６の転写ベルト６への当接エッジと、転写ベルト６とクリーニングブラシ１４接触点との距離Ｌ２は、転写ベルト６の逆回転距離を超えない範囲となるように設定されている。
【００１１】
この様な構成により、クリーニングブラシ１４がクリーニングブレード１６と転写ベルト６の間に挟まることなく、クリーニングブレード１６エッジ部に堆積する廃トナーや紙粉を効率的に除去できる。
また、クリーニングブレード１６のエッジ部に堆積する廃トナー量を抑え、クリーニングブレード１６への負荷を低減できるため、従来ブレードではクリーニング困難とされていた重合トナーのクリーニングも効果的に行なうことができる。
また、クリーニングブレード１６の転写ベルト６への当接エッジとクリーニングブラシ１４外径との間に距離Ｌ１を設けたことにより出来る、クリーニングブラシ死角１７にたまった廃トナーや紙粉は、機械停止時の逆転動作によりクリーニングブラシ１４へと送り返されて再度回収される。
【００１２】
次に、本発明のクリーニング装置がクリーニングするトナーについて説明する。
トナーは、平均円形度が０．９０〜０．９９で、形状係数ＳＦ−１が１２０〜１８０、形状係数ＳＦ−２が１２０〜１９０である。また、体積平均粒径をＤｖ（μｍ）、個数平均粒径をＤｎ（μｍ）としたとき、体積平均粒径と個数平均粒径の比Ｄｖ／Ｄｎが１．０５〜１．３０である。
これらの条件を満たすトナーは球形形状をなし、帯電量の安定性や転写性には優れているが、従来技術ではクリーニングしにくかったトナーであり、本発明のクリーニング装置はこのようなトナーを使用する被クリーニング部材に対して優れた効果を発揮する。
【００１３】
円形度とは、トナーの形状を表すパラメータの一つである。
円形度の計測方法としては、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００（東亜医用電子株式会社製）により平均円形度として計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を０．１〜０．５ｍｌ加え、更に測定試料を０．１〜０．５ｇ程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、分散液濃度を３０００〜１万個／μｌとした懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、ＣＣＤカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。
この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が０．９０〜０．９９のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効である。より好ましくは、平均円形度が０．９３〜０．９７で円形度が０．９４未満の粒子が１０％以下である。平均円形度が０．９０未満で、球形からあまりに離れた不定形の形状のトナーでは、満足した転写性やチリのない高画質画像が得られない。また、平均円形度が０．９９を越えた場合、ブレードクリーニングなどを採用しているシステムでは、感光体上および転写ベルトなどのクリーニング不良が発生し、画像上の汚れを引き起こす。
【００１４】
形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２とは、トナーの形状を表すパラメータの一つであり、粉体工学の分野では馴染みのパラメータである。
ここでいう形状係数ＳＦ−１とは、図３に示すように、球形物質の形状の丸さの割合を示す値であり、球形物質を２次元平面上に投影して出来る楕円状図形の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで割って、１００π／４を乗じたときの値で表される。
つまり、形状係数ＳＦ−１は、次式、
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）
で定義されるものである。
ＳＦ−１の値が１００の場合には、物質の形状が真球状となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど、物質の形状は不定形となる。
【００１５】
また、形状係数ＳＦ−２は、図４に示すように、物質の形状の凹凸の割合を示す数値であり、物質を２次元平面上に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで割って、１００／４πを乗じたときの値で表される。
つまり、形状係数ＳＦ−２は、次式、
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π）
で定義されるものである。
ＳＦ−２の値が１００の場合には、物質の表面に凹凸が存在しないことになり、ＳＦ−２の値が大きくなるほど、物質の表面の凹凸は顕著となる。
なお、本発明の実施の形態では、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、トナー像を１００回無作為にサンプリングし、その画像情報は、ニレコ社製画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３）に導入して解析を行い、上式より算出したものである。
【００１６】
トナーの形状が球形に限りなく近づく（ＳＦ−１、ＳＦ−２ともに１００に近づく）と、転写効率が高くなる。これは、形状効果によりトナー粒子と該トナー粒子と接触するモノ（トナー粒子同士、感光体等）との間では点接触しかしないために、トナー流動性が高まったり、感光体等に対する吸着力（鏡映力）が弱まって、転写電界の影響を受けやすくなるためと考えられる。
一方、トナーの形状が球形に近づくと、機械的なクリーニング、特にブレードクリーニング等に対して不利に働く。このことは上述したように、トナー流動性が高まったり、像担持体　等に対する吸着力（鏡映力）が弱まって、クリーニング部材と像担持体との僅かな間隙を容易にトナーが通過してしまう。よってクリーニング性の面からは、トナーの形状としては、ある程度　異形化（ＳＦ−１の値が１００より大きくなる方向）していたり、ある程度　凸凹（ＳＦ−２の値が１００より大きくなる方向）していた方が好ましい。
【００１７】
また、体積平均粒径（Ｄｖ）／個数平均粒径（Ｄｎ）とは、トナーの粒度分布を表すパラメータの一つである。
トナーのＤｖが　４〜８μｍであり、Ｄｎとの比Ｄｖ／Ｄｎが１．０５〜１．３０、好ましくは１．１０〜１．２５であると、トナーの粒度分布が狭くなるため、現像時、画像パターンに応じたトナー粒径を持つトナー粒子が選択的に現像されるといった選択現像現象が発生しにくくなり、常時、安定した画像を形成することができる。
また、トナーリサイクルシステムを塔載している場合、転写されにくい小サイズのトナー粒子が量的に多くリサイクルされることになるが、もともとトナーの粒度分布が狭いため、上述した作用を受けにくく、このことからも常時、安定した画像を形成することができる。
さらに、二成分現像剤においては、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なくなり、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性が得られる。
一成分現像剤として用いた場合においても、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なくなると共に、現像ローラーへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像装置の長期の使用においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。
【００１８】
一般的には、トナーの粒子径は小さければ小さい程、高解像で高画質の画像を得る為に有利であると言われているが、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、上記範囲よりも体積平均粒子径が小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させたり、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラーへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着を発生させやすくなる。また、これらの現象は微粉の含有率が上記範囲より多いトナーにおいても同様である。
逆に、トナーの粒子径が上記範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなる場合が多い。また、体積平均粒子径／個数平均粒子径　が１．３０よりも大きい場合も同様であることが明らかとなった。
また、体積平均粒子径／個数平均粒子径　が１．０５より小さい場合には、トナーの挙動の安定化、帯電量の均一化の面から好ましい面もあるが、細線部分を小サイズ粒子で現像、一方、ベタ画像を大サイズ粒子を中心に現像するといったトナー粒径による機能分離ができにくくなるため、かえって好ましくない。
【００１９】
トナー粒径の測定方法としてはコールターカウンター法が一般的であり、トナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。ここで、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径（Ｄｖ）、個数平均粒径（Ｄｎ）を求めることができる。
チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とする。
【００２０】
以上、本発明を転写ベルトのクリーニング装置を実施形態として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、感光体ドラム・ベルト等のクリーニング装置として同様な構成動作を行うことで同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、残留トナーや紙粉等を効率的に回収し、良好なクリーニング性能を維持することが可能なクリーニング装置を提供することができる。
また、球形形状に近くクリーニングしにくいトナーを使用した場合でも、廃トナー堆積によるクリーニングブレード負荷を低減可能なクリーニング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクリーニング装置を用いる画像形成装置の概略構成図である。
【図２】クリーニング装置のクリーニング部を示す図である。
【図３】形状係数ＳＦ−１の算出方法について説明するための図である。
【図４】形状係数ＳＦ−２の算出方法について説明するための図である。
【符号の説明】
１　感光体
２　帯電ローラ
３　露光装置
４　現像装置
５　給紙部
６　転写ベルト
７　定着部
８　感光体クリーニング装置
９　除電ランプ
１０　光センサ
１１、１２　支持ローラ
１３　転写紙除電装置
１４　クリーニングブラシ
１６　クリーニングブレード
１７　クリーニングブラシ死角
Ａ　転写ベルトクリーニング部

Claims

カウンター方式のクリーニングブレードとクリーニングブラシとを有し、被クリーニング部材をクリーニングするクリーニング装置において、
クリーニングブレードとクリーニングブラシは、接触した状態で配置される
ことを特徴とするクリーニング装置。
クリーニングブレードとクリーニングブラシは、被クリーニング部材に接触して配置され、
被クリーニング部材に接触するクリーニングブレードの接触エッジと、該接触エッジに対するクリーニングブラシ半径の最近接距離が、０．５〜３ｍｍである
ことを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
被クリーニング部材は逆回転機構を備え、逆回転量は、クリーニングブレードの接触エッジと、被クリーニング部材とクリーニングブラシ接触点までの距離以上である
ことを特徴とする請求項１または２記載のクリーニング装置。
被クリーニング部材が使用するトナーは、平均円形度が０．９０〜０．９９である
ことを特徴とする請求項３記載のクリーニング装置。
被クリーニング部材が使用するトナーは、形状係数ＳＦ−１が１２０〜１８０であり、形状係数ＳＦ−２が１２０〜１９０である
ことを特徴とする請求項３または４記載のクリーニング装置。
被クリーニング部材が使用するトナーは、体積平均粒径をＤｖ（μｍ）、個数平均粒径をＤｎ（μｍ）としたとき、体積平均粒径と個数平均粒径の比Ｄｖ／Ｄｎが１．０５〜１．３０である
ことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか記載のクリーニング装置。
少なくとも、像担持体と、像担持体上に潜像を形成する露光手段と、トナーを使用して潜像を現像する現像手段と、逆回転機構を有する転写手段と、転写手段をクリーニングするクリーニング装置とを有する画像形成装置において、
クリーニング装置は請求項１ないし６のいずれかに記載のクリーニング装置で、転写手段は請求項１ないし６のいずれかに記載の被クリーニング部材である
ことを特徴とする画像形成装置。