JP2004309797A

JP2004309797A - Cleaning device and image forming apparatus

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Publication number: JP2004309797A
Application number: JP2003103234A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kato; 昌彦加藤; Masanori Horiie; 正紀堀家; Masahiko Akafuji; 昌彦赤藤; Osamu Naruse; 修成瀬; Toru Nakano; 徹仲野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP4346337B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cleaning device that can clean a spherical toner and a toner having a small diameter especially, prevent a cleaning fail due to a tone slipping between a cleaning blade and an image carrier, and can obtain a stable cleaning performance. <P>SOLUTION: The cleaning blade 20 has an excitation member 21, a vibration member 22 to which the excitation member is mounted and an elastic blade member 23 mounted to the vibration member. The cleaning device is characterised in that the vibration member comes into contact with the image carrier while one end is fixed to a fixing member and the other faces the image carrier 1, and a deflective oscillation is generated in the vibration member by the expansion/contraction of the excitation member in an in-plane direction and the excitation member is driven so that the expansion/contraction of the excitation member in the in-plane direction becomes the same phase. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、及びＦＡＸ等の電子写真方式或いは静電記録方式の画像形成装置等に用いられるおけるクリーニング装置及び該装置を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる電子写真方式の画像形成装置では、転写後の像担持体の表面に残るトナーを除去して、繰り返して像形成に使用するためのクリーニング装置が必要である。この種の画像形成装置におけるクリーニング装置としては、ゴムなどの弾性材からなるクリーニングブレードを用いるのが最も簡単な構成で、トナー除去性能にも優れているので広く実用されている。
【０００３】
また、近年、電子写真法を用いた画像形成装置の画像品質に対する要求が強くなっている。画像品質を向上させるためには、トナーの小粒径化、球形化がその有力な手段であることがわかり、現像用トナーとして重合法を用いた球形トナーが主流となりつつある。
【０００４】
ところが、小粒径、球形トナーを画像形成装置で使いこなすにはいくつかの問題点があることが知られている。最も重要な問題としては、像担持体の表面の転写残トナーのクリーニング装置による完全除去が困難で、クリーニング不良が発生することである。
【０００５】
このような問題を解決するために、重合法により製造された球形トナーを用いる画像形成装置の像担持体上の残留トナーを効率よく除去するために、転写後の感光体の表面の残留トナーを掻き取るクリーニングブレードと、該クリーニングブレードよりも像担持体（感光体）移動方向の上流側に配置され、残留トナーを粉砕して像担持体上に微粒トナーを生成するクリーニングブラシとを備えたクリーニング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、画像形成装置の像担持体クリーニングブレードの球形トナーに対するクリーニング性を向上させるために、球形トナーにより形成されたトナー像を担持する表面が転写領域およびクリーニング領域を通って回転移動するトナー像担持体と、前記転写領域を通過するトナー像担持体表面のトナー像を転写材に転写する転写器と、前記クリーニング領域を通過するトナー像担持体表面に摩擦接触して前記トナー像担持体表面の残留トナーを除去するブレードエッジを有する弾性部材製のクリーニングブレードと前記ブレードエッジに塗布された粉体潤滑剤と前記球形トナーよりも平均粒径が小さい不定形トナーとの混合粉体材料とを有するトナー像担持体クリーナとから構成される画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
また、クリーニングブレードを強制的に振動させることで、クリーニング性能向上を狙いとした従来技術として、複写機用クリーニング装置（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。
【０００８】
また、感光体の周面に接触してこの感光体に振動を加える加振手段を設け、この加振手段により振動方向を縦、横、または縦横に発生させ、各方向の振動により、残留トナーに対するクリーニング能力を向上させるようにしたクリーニング機構（例えば、特許文献４参照。）が提案されている。
【０００９】
また、クリーニングブレードの固定端（非クリーニング部）にブレードに振動を与えるための超音波クリーニング補助（ＵＣＡ）デバイスを備えた構成の粒子除去装置（例えば、特許文献５参照。）が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２００１−１８８４５２号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】
特開平２０００−２６７５３６号公報（第２頁、図２）
【特許文献３】
特開昭６２−２０１４８９号公報（第１頁、図１）
【特許文献４】
特開平０６−０５１６７３号公報（第２頁、図１）
【特許文献５】
特開平１１−０３０９３８号公報（第２頁、図３）
【００１１】
しかしながら、特許文献１では、トナーは樹脂からなり、粉砕することが非常に困難で、粉砕するときに感光体にもダメージを与えてしまう。特許文献２では、小粒径の不定形トナーを混合させることにより、小粒径の不定形トナーが転写される場合も発生するため、トナーにより形成されるドットの品質低下が懸念される。特許文献３では、狙い通りの効果を得るには非常に大きな変位量の加振手段が必要であり、また高速印刷での実用は難しい。特許文献４では、感光体の幅方向全体にわたって狙い通りの効果を得ることは難しい。特許文献５でも、特許文献４と同様に感光体の幅方向全体にわたって狙いの効果を得ることは難しい。
【００１２】
次に、例として、球形トナーを用いた場合の課題について説明する。図２６は球形トナーがクリーニングブレード５１と像担持体１により形成されるくさび形状部に侵入してきた挙動を示している。球形トナーを用いた場合、粉砕トナーのようにトナーに歪な部分がないため、ブレード先端部に引っ掛からない。さらに、くさび形状部に侵入し、クリーニングブレード５１と像担持体１に挟まれた状態となった球形トナーは、像担持体１との間の摩擦力により接触部を駆動源として回転するモーメントを受ける。したがって、図２６（Ａ）のように球形トナーは像担持体１の進行方向と同じ方向に回転しながらブレード５１と像担持体１間をすり抜けてクリーニング不良となる（同図Ｇ参照）。
【００１３】
このとき、一旦球形トナーのすり抜け発生すると、図２６（Ｂ）のように球形トナーはクリーニングブレード５１と像担持体１間で潤滑剤のように機能し（同図Ｈ参照）、ブレード５１の先端部と像担持体１の摩擦力を低下させ、先端（カット）面のめくれを解除する働きをする。したがって、従来ブレード５１のクリーニングの基本機能となるスティク・スリップ運動を阻害し、トナーが連続してクリーニング不良する現象が発生する。
【００１４】
以上は球形トナーのクリーニング不良について説明したが、小径トナーについても同様な現象が発生し、小径トナー程進入しやすく、また進入したトナーは歪であっても小径トナーほどエッジ部での引っ掛かりが少なくなり、すり抜けが発生し易いことが確認された。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、我々は従来のクリーニングメカニズムとは異なる新規な方式により、特に球形トナー、小径トナーをクリーニングでき、クリーニングブレードと像担持体間をすり抜けてクリーニング不良が発生することがなく、安定したクリーニング性能が得られるクリーニング装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
つまり、本発明は、前記目的を達成するために、ブレード部材の先端部分に効率よく振動を与える構成とする。そして、その振動によってブレード部材の先端と像担持体の間にあるトナーに振動を伝えること、またブレード部材の先端部分の振動が像担持体に伝わる構成とし、像担持体からもトナーに振動を伝える。これらの加振動作は、ブレードのニップ部が従来とは異なる形状、動きとなる様に加振することで、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みを防止することができ、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良を無くすることが可能となった。
【００１７】
すなわち、請求項１に記載のクリーニング装置に係る発明は、像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするクリーニングブレードを備えたクリーニング装置において、前記クリーニングブレードは、加振部材と、この加振部材が取り付けられた振動部材と、この振動部材に取り付けられた弾性ブレード部材とを有し、前記振動部材は、一端が固定部材に固定され、他端が像担持体を向くようになっていて、該振動部材に取り付けられたブレード部材の先端が像担持体に接触するようになっており、前記加振部材の面内方向の伸縮によって振動部材にたわみ振動が発生し、かつ加振部材の面内方向の伸縮が同位相となるように加振部材が駆動されるようになっていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載のクリーニング装置に係る発明は、像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするクリーニングブレードを備えたクリーニング装置において、前記クリーニングブレードは、加振部材と、前記加振部材が取り付けられた振動部材と、前記振動部材に取り付けられた弾性ブレード部材とを有し、前記振動部材と、該振動部材と対向し配置された固定部材との間に、複数積層して構成された加振部材が、振動部材と固定部材を連結して、かつ振動部材に取り付けられたブレード部材の先端が像担持体に接触するように設けられ、固定部材と振動部材の間の伸縮が同位相となるように加振部材が駆動されるようになっていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項１又は２において、加振部材に印加する電圧の周波数によってブレード部材の先端部分の長手方向に生じる振動モードの最大振幅が、トナーの平均粒径より小さくなるように構成されていることを特徴とする。請求項４に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項１又は２において、クリーニングブレードの振動により発生するブレード部材と像担持体との接触部分の像担持体の最大振幅が、トナーの平均粒径より小さくなるように構成されていることを特徴とする。請求項５に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項３又は４において、ブレード部材の先端の振幅が一定となるように加振部材を振動させるための印加電圧が設定されていることを特徴とする。請求項６に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、クリーニングブレードの振動により発生する駆動周波数ｆｐが可聴域以上の周波数であり、かつブレード部材の先端部分に節を持つ振動モードの共振周波数をｆｎとした場合、加振部材の印加周波数ｆｐが

の条件を満たすことを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載のクリーニング装置に係る発明は、像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするクリーニングブレードを備えたクリーニング装置において、前記クリーニングブレードは、加振部材と、この加振部材が取り付けられた振動部材と、この振動部材に取り付けられた弾性ブレード部材とを有し、前記振動部材は、一端が固定され、他端が像担持体を向くようになっていて、該振動部材に取り付けられたブレード部材の先端が像担持体に接触するようになっており、前記加振部材の面内方向に対して可聴域以上の周波数帯域で伸縮によって振動部材にたわみ振動が発生し、かつ像担持体を回転させる駆動部材により発生する振動伝播によって、像担持体とブレード部材間に生じるギャップが、トナーの平均粒径より小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項７において、駆動部材により発生する振動の周波数が、ブレード部材の先端部分の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする。請求項９に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項８において、駆動部材がステッピングモータであり、ステッピングモータを駆動させる駆動パルスの周波数が、ブレード部材の先端の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする。請求項１０に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項８において、駆動部材であるモータの極数をｓ、相数をｍとした場合（ｓ×ｍ）により決定される周波数が、ブレード部材の先端部分の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする。請求項１１に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項８において、駆動部材の駆動伝達機構がギアであり、ギアの回転数ｒとギアの歯数ｚにより（ｚ×ｒ）で決定されるギアの噛み合い周波数が、ブレード部材の先端の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする。請求項１２に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項８において、駆動部材の駆動伝達機構がギアであり、ギアの回転数ｒとギアの歯数ｚにより（ｚ×ｒ）で決定されるギアの噛み合い周波数の整数倍の周波数が、ブレード部材の先端部分の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする。請求項１３に記載のクリーニング装置に係る発明は、請求項７〜１２のいずれかにおいて、像担持体を帯電させるための帯電ローラを持ち、被帯電体である像担持体と帯電ローラが接触している構成において、帯電ローラに印加する電圧の印加周波数をｆｒとした場合、ｆｒの整数倍の周波数が、ブレード部材の先端の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の画像形成装置に係る発明は、像担持体と、この像担持体に残留するトナーを除去する請求項１〜１３のいずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とする。請求項１５に記載のプロセスカートリッジに係る発明は、像担持体と、帯電手段と、現像手段と、転写手段と、請求項１〜１３のいずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とする。請求項１６に記載のカラー画像形成装置に係る発明は、請求項１５に記載するプロセスカートリッジを少なくとも２つ以上有することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転する像担持体１を備え、その周囲に帯電手段２、露光手段３、現像手段４、転写手段５、クリーニング装置６、除電手段７が配置されている。また、像担持体１上から転写された転写材８上のトナー像を定着するための図示しない定着装置が配置されている。
【００２５】
帯電手段２は、像担持体１表面に所定の距離で像担持体１と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段２にバイアスを印加することによって像担持体１を所定の極性、所定の電位に帯電する。露光手段３は、発光素子としてＬＤあるいはＬＥＤを使用し、画像データに基づき像担持体１に光を照射し静電潜像を形成している。現像手段４は、内部に固定されたマグネットローラと回転自在の現像剤担持体を備えており、現像剤を現像剤担持体上に保持させている。本実施の形態では現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いた二成分磁気ブラシ現像を用いている。その他の現像方式としてはキャリアを用いない一成分現像方式を用いてもよい。現像剤担持体には、現像バイアス電源から電圧が印加される。この現像バイアスと像担持体１表面に形成された静電潜像の電位との電位差により、現像領域にて静電潜像に帯電したトナーを付着させて現像を行うものである。
【００２６】
転写手段５は、転写時に像担持体１表面に所定の押圧力で接触し、電圧が印加されることにより像担持体１と転写手段５との間の転写ニップ部で像担持体１表面のトナー像を転写材８に転写する。本実施の形態では転写ローラを用いて転写を行っている。コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。除電手段７は、クリーニング装置により残留トナーを除去された像担持体１の残留電荷を除電するもので、ＬＥＤなどを用いた光除電方式である。
【００２７】
図１におけるクリーニング装置６は、クリーニングブレード２０として、図２に示す様な加振部材２１と振動部材２２と弾性ブレード部材２３を有し、図２の例ではブレード部材２３の像担持体１に対する押しつけ力を振動部材２２の弾性力により与えながらブレード部材２３を振動させ、像担持体１から残留トナーを除去する。クリーニング装置６により像担持体１からクリーニングされたトナーは、図示しないトナー搬送部材によって、廃トナーとして図示していない廃トナーボトルに蓄えてサービスマンなどにより回収、あるいはリサイクルトナーとして現像装置などに運ばれ現像に使用される。
【００２８】
図２は加振部材２１として圧電素子（ＰＺＴ）を用いた場合のクリーニング装置６の概略構成図、図３はクリーニングブレードを正面からみた図である。ここで加振部材２１は、弾性ブレード部材２３より剛性の高い材料、例えば軟鋼板、ＳＵＳ板、等の金属部材、またはカーボン、ガラス繊維を混合した樹脂成形部材、等からなる振動部材２２に振動を与えるものである。図３から明らかのように加振部材２１は、幅方向に配置した複数個からなる構成である。振動部材２２の構成によっては、加振部材２１は振動部材２２の固定部材２４に固定される一端とブレード部材２３側の他端の間で振動部材２２を加振出来る位置であればどこでもよい。図３で２５はＰＺＴ間の振動部材２２に形成された穴である。
【００２９】
加振部材２１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等からなる単板ＰＺＴであり、振動部材２２との接合面とその反対面に印刷焼成したＡｇ電極を有する。この電極を用いて分極を行った厚さ０．３〜０．５ｍｍのＰＺＴ２１に対して、１００〜３００Ｖの電圧を印加することで板面方向の縮み変形が発生し、その結果、振動部材２２を撓ませる変形振動を与えることができる。この撓み振動は、ＰＺＴ２１と振動部材２２の剛性がほぼ等しい時が変形の効率がよく、例えば０．２〜０．４ｍｍの金属振動板、０．３〜１．０ｍｍの樹脂製振動板を用いる。ＰＺＴ２１の板面内方向の伸縮変形量は、ＰＺＴに印加する電圧に比例の関係にある。
【００３０】
図３中のＰＺＴ２１に電圧を印加する事により、ブレード部材２３の先端部が撓む構成である。図４は、図３のブレード部材２３のＰＺＴ面内方向の矢印方向に同位相で電圧を印加した概略である。同図中に示すように、同位相で電圧を印加した場合、クリーニングブレード２０の構成により決定される共振時の振動モードの影響を大きく受けなければ、図５に示されるようにブレード部材２３の先端部分に、長手方向で位相差を持たない振動が得られ、ブレード長手方向において均一なクリーニング性が得られる。しかし、図６のように、それぞれのＰＺＴ２１が矢印で示すように逆位相の動きをした場合、ＰＺＴ２１の伸縮により発生するブレード部材２３の撓みの方向が異なるため、図７に示されるように、ブレード先端部分は、長手方向に均一な動きをしない。ブレード先端部分が同図のような挙動を示した場合、ブレード長手方向のクリーニング性に分布を持つことになり、均一なクリーニングの効果を得ることが困難である。
【００３１】
図８は、クリーニングブレード２０の長手方向に複数の積層型ＰＺＴ２１を設けた概略図を示す。図９に見られるように、それぞれの積層型ＰＺＴの伸縮が逆位相で変形した場合、ブレード先端部分は、ブレード長手方向で同一な変位が得られないために、均一なクリーニングの効果を得ることが困難である。
【００３２】
図１０はブレード部材２３と像担持体１の接触状態を示したものである。ブレード部材２３は像担持体１の回転方向に対して、カウンタ方向で接触している。すなわち、ブレード部材２３と像担持体１とが接触する角度が開く方向へ像担持体１が移動する設定としている。そしてブレード部材２３は、押しつけ力によってニップ部先端において像担持体１に対する高さ方向で押付け量をｄとしている。つまり先端の接触位置からさらにｄの高さだけ像担持体１の方向へ押しつける初期設定とする。初期設定とは、加振しない状態でのブレード押しつけ量であり、単板圧電素子の本実施の形態におけるｄは弾性ブレードニップ部の変形と圧電素子を含む振動部材２２の撓み変形の量に相当する。
【００３３】
ｄの値は、ブレード部材２３の厚さ、硬度にもよるが、厚さ１００〜３００μｍ、硬度がＪＩＳＡ７５〜１００°の場合、ｄは１０〜１００μｍの値とする。ブレード部材２３の厚さが薄く、硬い方向の場合ｄは小さく、厚く、硬度が小さい場合ｄは大きい値とする。また、ブレード部材２３の像担持体１に対する当接角度θは、０〜５０°の範囲でクリーニング性能が得られる。０〜１０°の時は、振動部材２２に貼り付けているブレード部材２３の長さ寸法は２〜５ｍｍと短くして、実際に像担持体１との接触する長さを短くした構成の場合であり、５ｍｍ以上と長い場合は１０〜５０°と傾斜させてブレードエッジ部が接触する構成に取り付ける場合である。
【００３４】
前記の構成において、加振部材２１としての圧電素子は、厚さ０．３〜１．０ｍｍ、５〜２０ｍｍ範囲の縦横寸法を使用する。振動部材２２、およびブレード部材２３については、すでに既述した内容の通りである。圧電素子の駆動条件としては、周波数１７ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ、振動変位量としてはブレード先端ニップ部において０．１〜４μｍとすることで、ブレードニップ部に圧縮と緩和の振動が伝わり、図１１に示した様なメカニズムによって球形、または小径トナーのクリーニング性能が得られる。
【００３５】
以上より、ニップ部に与える振動量は、前記押付け量より小さい値に設定しおり、安定な効果を得ることができる。すなわち、ブレード部材２３が振動していることにより、またブレード部材２３から像担持体１にも振動が伝わるが、これらによってブレード部材２３と像担持体１との摩擦力が低下し、ブレード部材２３のカット面がめくれる現象がなくなる。結果として、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みを防止でき、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良が無くなる。
【００３６】
同時に、ブレード部材２３の振動、またブレード部材２３から像担持体１に振動が伝わることは、球形トナー自体を振動させることができ、トナーがＯＰＣ面上で活性に振動して像担持体との吸着力がなくなり、クリーニング性能が向上する。さらに、ニップ部近傍の振動しているトナー群がバリヤーのような働き（振動トナー壁）をし、後続の像担持体１上トナーの侵入を防止することになり、真球に近い様な球形トナーについても全くクリーニング不良が発生しない状態となる。トナーの平均粒径は、一般に８〜１０μｍ、最近は重合法による製造方法によって球形形状と同時に小径化が進み５μｍ前後のトナーを使用する様になってきた。前記クリーニング効果を得るためには、ブレード先端ニップ部における振動変位量として、トナーの平均粒径以下であればよく、駆動周波数によってはトナー平均粒子径の１／１０以下の振動量であっても十分な効果を得ることが出来る。
【００３７】
図１１（Ａ）（Ｂ）は、ブレード部材２３が振動状態にあり、またその振動によって球形トナーに振動が伝わり、トナーが活性に振動している様子を表した図である。これは、高倍率の顕微鏡を介して高速度ビデオカメラによる観察で明確になった。ブレード部材２３の先端と像担持体１の近傍にある球形トナーがトナー数個分の範囲わたって振動していることがわかった。そしてこのような状態では、ニップ部近傍の振動しているトナー群がバリヤーのような働き（振動トナー壁）をし（同図Ｃ参照）、後続の像担持体１上トナーの侵入を防止することになり（同図Ｄ参照）、真球に近い様な球形トナーについても全くクリーニング不良が発生しない状態となる。
【００３８】
このとき、ブレード部材２３が振動していることにより、またブレード部材２３から像担持体１にも振動を伝えることで、ブレード部材２３と像担持体１との摩擦力が低下し、従来方式で発生していたブレード部材２３のカット面のめくれる現象がなくなる条件があることがわかった。ここでいうカット面のめくれとは、通常は成型した弾性部材ブレードを厚さ方向にカットしてそのエッジをバリ、欠け等がなくシャープな形状に仕上げたものを使用するが、そのカット面が像担持体の移動に伴って変形し、くさび形状となって（図１１（Ｂ）のＥ参照）、像担持体表面に接する状態になることをいう。
【００３９】
そして、カット面めくれの発生を無くすることは、像担持体１へのブレード部材２３からのストレスも減少し、結果的にブレード部材２３および像担持体１の耐久性が格段に向上するという非常に大きな効果が得られることも判明した。
【００４０】
前記の説明のように、振動部材２２を加振することによってクリーニングの効果が得られることが確認できた。加振という方法を用いるクリーニングブレード２０は加振周波数によって共振という現象が発生する。共振とはクリーニングブレード２０の構成により決定される固有振動数近傍で加振した場合、加振周波数に応じてクリーニングブレード自身が振動を増幅して様々な挙動を示す現象である。共振時の挙動によってブレード先端部分と像担持体間で隙間を発生した場合、その隙間の大きさ次第でトナーのすり抜けによりクリーニング不良を発生することがあり、これを防止するための加振方法が課題である。
【００４１】
また、像担持体１の周りのユニットには、多くの振動源が存在する。これら振動源が、クリーニングブレード２０や像担持体１に伝播し、共振を発生した場合、クリーニングブレードと像担持体間にギャップを生じ、このギャップの大きさによりトナーのすり抜けが生じ、クリーニング特性に大きく影響を与える。したがって、外部からの振動伝播によって生じる共振現象などの振動増幅を防止するために、振動源である駆動系や帯電の駆動条件を適切に設定することが必要である。
【００４２】
また、ブレード部材２３の振動によって像担持体１にも振動が伝わることで、カット面のめくれが無くなることを既に記載したが、同時に像担持体１の振動によってブレード近傍にある像担持体表面のトナーに振動が伝わる。圧電素子２１の駆動条件としては、周波数１７ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ、振動変位量としてはブレード先端ニップ部において０．１〜４μｍとすることで、図１１に示した様に、ブレード部材２３に直接接していない近傍にあるトナー数個分の範囲わたって振動を与えることが可能となった。
【００４３】
図１２はクリーニング装置６において、クリーニングブレード２０の像担持体１への接触部分に変位を持っている概略を示したものである。同図中の、クリーニングブレード先端部と、像担持体の最大の距離Ｌｂが、トナーの平均粒径より大きい場合には、この間隙よりトナーがすり抜けを起こし、クリーニング性の低下を招く。このようなクリーニングブレード先端の振動に対して、有限要素法を用いたシミュレーションにより解析を行った結果を図１３に示す。同図は、ＰＺＴ２１への印加周波数が、２０９１９Ｈｚであった場合の振動モードである。図中のブレード先端部分が、波を打つように長手方向に位相差を持っており、この振幅値がトナーの平均径よりも大きい場合には、クリーニング性が低下する。
【００４４】
図１４は、クリーニングブレード２０の振動により、振動が像担持体１に振幅を持つ現象の概略を示したものである。同図中の、像担持体最大振幅Ｌｄが、トナーの平均粒径より大きい場合には、この間隙よりトナーがすり抜けを起こし、クリーニング性の低下を招く。参考として図１５に像担持体１である感光体ドラムの長手方向に位相差が生じる、シミュレーション結果の１例を示した。
【００４５】
前述したようなクリーニングブレードと像担持体の間隙によるクリーニング性の低下を防止するためには、クリーニングブレード２０のＰＺＴ２１に印加する電圧を制御することにより可能である。ブレード先端に振動モードが発生した場合でも、電圧を制御による振幅値を、トナーの平均粒径以下にすることで、トナーのすり抜けを防止することが可能である。また、ブレード、像担持体の構造により決定される共振時の振動モードは、ＰＺＴへの印加電圧を与える周波数を設定することにより問題となるブレード先端の振動モードを抑制又は、効果的にクリーニングが可能な周波数に設定することも可能である。
【００４６】
クリーニングブレード２０のＰＺＴ２１に印加する駆動周波数ｆｐは振動が像担持体１に伝播して、像担持体が音響反射面となり騒音を発生するため、可聴域以上の周波数である事が必要である。一般に、人の可聴域の上限は２０ＫＨｚ前後であり、これ以上の周波数であれば騒音の問題はない。また、図１３に示したようなクリーニングブレード先端に節を持つ振動モードの共振周波数をｆｎとした場合、ＰＺＴの印加周波数ｆｐが

の条件を満たすことにより、振動モードの影響が無いブレードの挙動となる。参考として図１６に振動伝達率のグラフを示した。
一般的に共振系は、共振周波数の

倍以上の周波数帯域では、減衰域となるため上記式の範囲で、印加周波数を設定することにより、問題となる振動モードを回避することが可能である。
【００４７】
トナーのクリーニングに当っては、クリーニングブレード２０を、像担持体１に押し当てることにより行うが、像担持体を回転させるための駆動部材は、振動源となる因子をいくつか持ち、たとえば駆動伝達機構で生じる振動により、像担持体は並進方向及び回転方向に振動する。並進方向振動は、駆動系が持つ軸受けガタなどにより、剛体モードとして生じる挙動や共振による曲げモードであり、駆動系の精度に依存するが数十μｍ程度の振動が生じる。参考として並進方向振動の概略図を図１７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示した。回転方向振動は、主に像担持体の速度変動の挙動に見られ、構造系によっては増幅される場合も多い。このような振動により像担持体が振動した場合、これと接触しているクリーニングブレードにも振動が伝播し、像担持体とクリーニングブレードとの間にギャップが生じ、このギャップがトナーの平均粒径以上となった場合、トナーのすり抜けが生じクリーニング不良となる。
【００４８】
クリーニングブレード２０に像担持体１からの振動が伝播した場合、クリーニングブレードの振動特性に依存してブレード先端に振動モードを生じる。実際にクリーニングブレード先端に生じる振動モード例を図１８，１９に示した。両図はそれぞれ異なる周波数で生じる振動モードであり、周波数が異なるとブレード先端に発生する節の位置、数、振幅が異なる。また、振動モードが発生する周波数は、ブレードの構成により決定されるものである。したがって、これらクリーニングブレード先端に、振動モードが発生する周波数の振動が像担持体から伝播した場合は、像担持体の振動変位とクリーニングブレード振動モードの節からトナーのすり抜けが生じクリーニング不良が発生する。駆動部材で生じる振動の周波数を、ブレードの振動モードが発生する周波数帯域以外の駆動条件に設定することでこれらの問題が回避可能である。
【００４９】
像担持体１の駆動部材として、ステッピングモータを用いた場合、ステッピングモータを駆動させるパルスの周波数で、該モータの回転振動を発生する。この振動成分は、駆動伝達系であるギアなどを介して像担持体へ伝達され、像担持体で回転系の振動を生じる結果となる。この振動周波数が、クリーニングブレード先端に生じる振動モード発生周波数の近傍である場合、クリーニングブレードは図１８や図１９に示すような挙動となり、像担持体の振動変位とクリーニングブレード振動モードの節にギャップを生じトナーのすり抜け現象が発生する。したがって、ステッピングモータの駆動周波数をブレードの振動モードが発生する周波数帯域以外の条件に設定することでこれらの問題が回避可能である。
【００５０】
像担持体の駆動部材であるモータがサーボモータなどである場合、モータのロータにＮ極とＳ極が交互になるように配置された構成となっており、この数である極数をｓ、モータの相数をｍとした場合（ｓ×ｍ）により決定される周波数の回転振動がピークとなって発生する。モータで生じるこの周波数の振動は、伝達系であるギアなどによって増幅され、偏心などによって基本周波数成分の整数倍の振動となり像担持体に伝播する。この結果が、像担持体の回転方向振動となる。この振動周波数が、クリーニングブレード先端に生じる振動モード発生周波数の近傍である場合、クリーニングブレードは図１８や図１９に示すような挙動となり、像担持体の振動変位とクリーニングブレード振動モードの節にギャップを生じトナーのすり抜け現象が発生する。したがって、モータの極数ｓと相数ｍにより決定される（ｓ×ｍ）の周波数をブレードの振動モードが発生する周波数帯域以外の条件に設定することでこれらの問題が回避可能である。
【００５１】
像担持体の駆動伝達機構として、ギア列を用いる。駆動伝達系にギアを用いた場合、必ずといってよいほどギアの噛み合い周波数により、回転振動を生じる。ギアの噛み合い周波数は、ギアの回転数ｒとギアの歯数ｚにより（ｚ×ｒ）で決定される周波数であり、被回転体である像担持体は、この周波数で回転方向振動により速度変動を発生する。図２０にギアの噛み合い周波数で発生した、像担持体の速度変動分布例を示す。駆動伝達系であるギアの回転数は６（ｒｐｓ）、ギアの歯数が３４の時の結果であり、同図に示した（×１）の２０４Ｈｚに速度変動であるピークが噛み合い周波数である。この振動周波数が、クリーニングブレード先端に生じる振動モード発生周波数の近傍である場合、クリーニングブレードは図１８や図１９に示すような挙動となり、像担持体の振動変位とクリーニングブレード振動モードの節にギャップを生じトナーのすり抜け現象が発生する。したがって、ギアの回転数ｒとギアの歯数ｚにより（ｚ×ｒ）で決定される噛み合い周波数をブレードの振動モードが発生する周波数帯域以外の条件に設定することでこれらの問題が回避可能である。
【００５２】
ギアの噛み合い振動は駆動伝達系の偏心や、多段ギアの場合、他のギアの影響により噛み合い周波数の整数倍の振動を生じる。図２０の（×２）、（×５）は（×１）の噛み合い周波数２０４Ｈｚの２倍である４０８Ｈｚ、及び１０２０Ｈｚに像担持体が振動成分を生じていることをあらわしている。この振動周波数が、クリーニングブレード先端に生じる振動モード発生周波数の近傍である場合、クリーニングブレードは図１８や図１９に示すような挙動となり、像担持体の振動変位とクリーニングブレード振動モードの節にギャップを生じトナーのすり抜け現象が発生する。したがって、ギアの噛み合い周波数の整数倍の周波数をブレードの振動モードが発生する周波数帯域以外の条件に設定することでこれらの問題が回避可能である。
【００５３】
画像形成装置において、静電潜像担持体である感光体ドラムに帯電ローラを用いて帯電させる方式の概略図を図２１に示した。図２１に示すように、帯電ローラには電源により電圧が印加され感光体ドラムへ帯電が行われる。このとき帯電ローラに印加される電圧は、直流成分Ｖ_ＤＣに周波数ｆ_ＡＣ［Ｈｚ］の交流成分Ｖ_ＡＣが加わったものである。また、帯電ローラと感光体ドラム表面は静電力により互いに引き合うが、印加する電圧が交流であるため、強弱が生じ、帯電の印加周波数ｆ_ＡＣ［Ｈｚ］の２倍の周波数で感光体を加振することになる。図２２にｆ_ＡＣ＝１２０６Ｈｚの交流で帯電ローラに印加した際の、感光体の速度変動を示した。同図中のピークは、ｆ_ＡＣ＝１２０６Ｈｚの２倍である２４１２Ｈｚであり、印加周波数の２倍で、感光体が振動していることが分かる。
【００５４】
帯電ローラによる加振成分は、図２２に示したように多くの場合、印加周波数の２倍の周波数で振動する場合が多いが、感光体の振動特性や帯電ローラの振動特性によりこれとは異なった振動も発生する。帯電ローラへの印加周波数の整数倍の周波数に帯電ローラが共振周波数を持っていた場合の感光体の速度変動振動を図２３に示した。同図は、帯電ローラへの印加周波数が３９１４Ｈｚの場合であるが、発生するピークは３９１４Ｈｚ、７８２８Ｈｚ、１５６５６Ｈｚの振動成分が特に顕著であり、それぞれ印加周波数の１倍、２倍、４倍といった整数倍の周波数である。これら振動周波数が、クリーニングブレード先端に生じる振動モード発生周波数の近傍である場合、クリーニングブレードは図１８や図１９に示すような挙動となり、像担持体の振動変位とクリーニングブレード振動モードの節にギャップを生じトナーのすり抜け現象が発生する。したがって、帯電ローラＡＣバイアス印加周波数の整数倍の周波数をブレードの振動モードが発生する周波数帯域以外の条件に設定することでこれらの問題が回避可能である。
【００５５】
［実施の形態２］
図２４はクリーニング装置を含むプロセスカ−トリッジの概略構成断面図である。本実施の形態においては、像担持体１、帯電手段２、現像手段４、等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジ３１〜３３として一体に結合して構成し、これらのプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ−等の図示しない画像形成装置本体に対して着脱可能に装着している。クリ−ニング装置６を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ３１内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換が容易に行うことができるようになる。
【００５６】
［実施の形態３］
次に、上記クリーニング装置６を含むプロセスカ−トリッジを用いたカラーの画像形成装置に適応した実施の形態３について説明する。
【００５７】
図２５は、水平に延在する転写ベルトに沿って、上述したプロセスカ−トリッジ３１〜３３を並置した形式のカラー画像形成装置である。プロセスカ−トリッジ３１〜３３はイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとに４つ配置されている。各プロセスカ−トリッジで現像された像担持体上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト３５に順次転写される。このようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）と画像の形成が行なわれ、転写ベルト上に多重転写され、転写材３６にまとめて転写される。そして、転写材上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。プロセスカ−トリッジはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【００５８】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。そこで、本実施の形態のように、像担持体１、帯電手段２、現像手段４の構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、特に球形トナー、小径トナーをクリーニングでき、ブレードと像担持体間をすり抜けてクリーニング不良が発生することがなく、安定したクリーニング性能が得られるクリーニング装置および画像形成装置を提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の画像形成装置の全体概略構成図である。
【図２】同上の加振部材として圧電素子（ＰＺＴ）を用いた場合のクリーニング装置の概略構成図である。
【図３】（Ａ）はクリーニングブレードを正面からみた図、（Ｂ）はその右側面図である。
【図４】（Ａ）は図３のブレード部材のＰＺＴ面内方向の矢印方向に同位相で電圧を印加した概略図、（Ｂ）はその右側面図である。
【図５】同上においてブレード部材の先端部分に長手方向で位相差を持たない振動が得られる状態を示す図である。
【図６】（Ａ）は図３のブレード部材のＰＺＴ面内方向の矢印方向に逆位相で電圧を印加した概略図、（Ｂ）はその右側面図である。
【図７】同上においてブレード部材の先端部分に長手方向に均一な振動が得られない状態を示す図である。
【図８】クリーニングブレードの長手方向に複数の積層型ＰＺＴを設けた例を示す概略図である。
【図９】同上において積層型ＰＺＴの伸縮が逆位相で変形した場合、ブレード部材の先端部分に長手方向に均一な振動が得られない状態を示す図である。
【図１０】ブレード部材と像担持体の接触状態を示す拡大図である。
【図１１】図１１（Ａ）（Ｂ）はブレード部材が振動状態にあり、またその振動によって球形トナーに振動が伝わり、トナーが活性に振動している様子を表した要部拡大図である。
【図１２】クリーニングブレードの像担持体への接触部分に変位を持っている例を示す概略図である。
【図１３】同上のクリーニングブレード先端の振動に対して、有限要素法を用いたシミュレーションにより解析を行った結果を示す図である。
【図１４】クリーニングブレードの振動により、振動が像担持体に振幅を持つ現象例を示す概略図である。
【図１５】同上の像担持体である感光体ドラムの長手方向に位相差が生じる、シミュレーション結果の１例を示した図である。
【図１６】同上の振動伝達率を示すグラフである。
【図１７】像担持体の並進方向振動の例を示す概略図である。
【図１８】クリーニングブレード先端に生じる振動モード例示す図である。
【図１９】クリーニングブレード先端に生じる振動モード例示す図である。
【図２０】ギアの噛み合い周波数で発生した像担持体の速度変動分布例を示す図である。
【図２１】感光体ドラムに帯電ローラを用いて帯電させる方式を示す概略図である。
【図２２】帯電ローラに印加した際の、感光体の速度変動を示す図である。
【図２３】帯電ローラへの印加周波数の整数倍の周波数に帯電ローラが共振周波数を持っていた場合の感光体の速度変動振動を示す図である。
【図２４】実施の形態２のクリーニング装置を含むプロセスカ−トリッジの全体概略構成図である。
【図２５】水平に延在する転写ベルトに沿ってプロセスカ−トリッジを並置した形式のカラー画像形成装置の全体概略構成図である。
【図２６】（Ａ）（Ｂ）は従来例を説明するための、図１１（Ａ）（Ｂ）と対応する図である。
【符号の説明】
１像担持体２帯電手段
３露光手段４現像手段
５転写手段６クリーニング装置
７除電手段８転写材
２０クリーニングブレード２１加振部材（圧電素子：ＰＺＴ）
２２振動部材２３弾性ブレード部材
３１〜３３プロセスカ−トリッジ３５転写ベルト
３６転写材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cleaning device used in an electrophotographic or electrostatic recording type image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, and an image forming apparatus using the cleaning device.
[0002]
[Prior art]
A so-called electrophotographic image forming apparatus requires a cleaning device for removing toner remaining on the surface of the image carrier after transfer and repeatedly using the image for image formation. As a cleaning device in this type of image forming apparatus, a cleaning blade made of an elastic material such as rubber is the simplest configuration, and is widely used because it has excellent toner removal performance.
[0003]
In recent years, there has been a strong demand for image quality of an image forming apparatus using an electrophotographic method. In order to improve image quality, it has been found that reduction of toner particle size and spheroidization are effective means, and spherical toner using a polymerization method as a developing toner is becoming mainstream.
[0004]
However, it is known that there are some problems in using a small particle size and spherical toner in an image forming apparatus. The most important problem is that it is difficult to completely remove the transfer residual toner on the surface of the image carrier by a cleaning device, and cleaning failure occurs.
[0005]
In order to solve such a problem, in order to efficiently remove the residual toner on the image carrier of the image forming apparatus using the spherical toner manufactured by the polymerization method, the residual toner on the surface of the photoconductor after the transfer is removed. A cleaning blade provided with a cleaning blade that scrapes off and a cleaning brush that is disposed upstream of the cleaning blade in the moving direction of the image carrier (photoconductor) and that crushes residual toner to generate fine toner on the image carrier; An apparatus has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0006]
Further, in order to improve the cleaning performance of the image carrier cleaning blade of the image forming apparatus for the spherical toner, the toner image carrier having a surface for carrying the toner image formed by the spherical toner is rotated and moved through the transfer area and the cleaning area. A transfer unit that transfers the toner image on the surface of the toner image carrier passing through the transfer area to a transfer material; and a surface of the toner image carrier that comes into frictional contact with the surface of the toner image carrier passing through the cleaning area. A cleaning blade made of an elastic member having a blade edge for removing residual toner, a mixed powder material of a powder lubricant applied to the blade edge, and an irregular toner having an average particle diameter smaller than the spherical toner; 2. Description of the Related Art An image forming apparatus including a toner image carrier cleaner has been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-163873). ).
[0007]
Further, a cleaning apparatus for a copying machine (for example, see Patent Document 3) has been proposed as a conventional technique aiming to improve cleaning performance by forcibly vibrating a cleaning blade.
[0008]
Further, a vibrating means for contacting the peripheral surface of the photoreceptor and applying vibration to the photoreceptor is provided, and the vibrating means generates a vibration direction vertically, horizontally, or vertically and horizontally, and the residual toner is generated by the vibration in each direction. (For example, see Patent Document 4) has been proposed to improve the cleaning ability of the cleaning device.
[0009]
Further, a particle removing apparatus (for example, see Patent Literature 5) has been proposed which includes an ultrasonic cleaning assist (UCA) device for applying vibration to a fixed end (non-cleaning portion) of a cleaning blade. .
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-188452 (page 2, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-2000-267536 (page 2, FIG. 2)
[Patent Document 3]
JP-A-62-201489 (first page, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP-A-06-051673 (page 2, FIG. 1)
[Patent Document 5]
JP-A-11-030938 (page 2, FIG. 3)
[0011]
However, in Patent Literature 1, the toner is made of a resin, and it is very difficult to pulverize the toner. In Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-157, there is a case where irregular toner having a small particle diameter is transferred by mixing irregular toner having a small particle diameter. Therefore, there is a concern that the quality of dots formed by the toner may be deteriorated. In Patent Literature 3, a vibrating means with a very large displacement is required to obtain the intended effect, and practical use in high-speed printing is difficult. In Patent Document 4, it is difficult to obtain the desired effect over the entire width of the photoconductor. Also in Patent Literature 5, it is difficult to obtain the desired effect over the entire width of the photoreceptor as in Patent Literature 4.
[0012]
Next, as an example, a problem when spherical toner is used will be described. FIG. 26 shows a behavior in which the spherical toner has entered the wedge-shaped portion formed by the cleaning blade 51 and the image carrier 1. When spherical toner is used, the toner does not have a distorted portion unlike pulverized toner, and therefore does not catch on the tip of the blade. Furthermore, the spherical toner that has entered the wedge-shaped portion and is in a state of being sandwiched between the cleaning blade 51 and the image carrier 1 generates a moment when the contact portion is driven by the frictional force between the image carrier 1 and the contact portion as a drive source. receive. Therefore, as shown in FIG. 26A, the spherical toner passes between the blade 51 and the image carrier 1 while rotating in the same direction as the traveling direction of the image carrier 1, resulting in poor cleaning (see FIG. 26G).
[0013]
At this time, once the spherical toner has slipped through, the spherical toner functions as a lubricant between the cleaning blade 51 and the image carrier 1 as shown in FIG. 26B (see FIG. 26H). It functions to reduce the frictional force between the portion and the image carrier 1 and release the curving of the tip (cut) surface. Therefore, a stick-slip motion, which is a basic function of cleaning the conventional blade 51, is hindered, and a phenomenon occurs in which the toner continuously fails in cleaning.
[0014]
Although the above description has been made on the cleaning failure of the spherical toner, the same phenomenon occurs with the small-diameter toner, and the smaller-diameter toner is more likely to enter the toner. It was confirmed that slip-through easily occurred.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, according to the present invention, we can clean a spherical toner and a small-diameter toner in particular by a new method different from the conventional cleaning mechanism, and a stable cleaning is achieved without slipping between the cleaning blade and the image carrier. An object of the present invention is to provide a cleaning device and an image forming device that can achieve cleaning performance.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
That is, in order to achieve the above object, the present invention is configured to efficiently apply vibration to the tip portion of the blade member. Vibration is transmitted to the toner between the tip of the blade member and the image carrier by the vibration, and the vibration of the tip of the blade member is transmitted to the image carrier. The vibration is also transmitted from the image carrier to the toner. Tell These vibrating operations can prevent spherical toner and small-diameter toner from entering the blade nip by vibrating the blade nip so that the blade nip has a shape and movement different from conventional ones. In addition, it is possible to eliminate defective cleaning of small-diameter toner.
[0017]
In other words, the invention according to the first aspect of the present invention is directed to a cleaning apparatus including a cleaning blade for cleaning a toner remaining in contact with an image carrier, wherein the cleaning blade includes a vibrating member, A vibrating member to which a member is attached, and an elastic blade member attached to the vibrating member, wherein the vibrating member has one end fixed to a fixed member and the other end facing the image carrier. The tip of a blade member attached to the vibrating member comes into contact with the image carrier, and flexural vibration occurs in the vibrating member due to in-plane expansion and contraction of the vibrating member. The vibration member is driven so that the expansion and contraction in the in-plane direction are in the same phase.
[0018]
The cleaning device according to claim 2, wherein the cleaning blade includes a cleaning blade that cleans the remaining toner by contacting the image carrier, wherein the cleaning blade includes a vibrating member; It has an attached vibration member and an elastic blade member attached to the vibration member, and is configured by laminating a plurality of members between the vibration member and a fixed member arranged to face the vibration member. A vibration member connects the vibration member and the fixed member, and is provided so that a tip of a blade member attached to the vibration member is in contact with the image carrier, and expansion and contraction between the fixed member and the vibration member are in phase. The vibration member is driven so that
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the maximum amplitude of the vibration mode generated in the longitudinal direction of the tip portion of the blade member by the frequency of the voltage applied to the vibration member is an average of the toner. It is characterized in that it is configured to be smaller than the particle size. According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the maximum amplitude of the image carrier at a contact portion between the blade member and the image carrier, which is generated by the vibration of the cleaning blade, is equal to the average particle size of the toner. It is characterized in that it is configured to be smaller than the diameter. According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, an applied voltage for vibrating the vibrating member is set such that the amplitude of the tip of the blade member is constant. And According to a sixth aspect of the invention, there is provided the cleaning device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the driving frequency fp generated by the vibration of the cleaning blade is a frequency higher than the audible range, and the tip of the blade member has a node. Assuming that the resonance frequency of the vibration mode having fn is fn, the applied frequency fp of the vibrating member is

Is satisfied.
[0020]
The cleaning device according to claim 7, wherein the cleaning blade includes a cleaning blade that cleans residual toner in contact with the image carrier, wherein the cleaning blade includes a vibrating member, and the vibrating member includes: It has an attached vibration member and an elastic blade member attached to the vibration member. The vibration member has one end fixed and the other end facing the image carrier, and the vibration member The tip of the attached blade member is configured to come into contact with the image carrier, and a flexural vibration is generated in the vibrating member by expansion and contraction in a frequency band higher than an audible range with respect to an in-plane direction of the vibrating member, and The gap generated between the image carrier and the blade member due to the propagation of vibration generated by the driving member that rotates the image carrier is smaller than the average particle size of the toner. Characterized in that it is configured so that.
[0021]
According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the frequency of the vibration generated by the driving member is not a frequency band in which a vibration mode of the tip portion of the blade member occurs. According to a ninth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the driving member is a stepping motor, and a frequency of the driving pulse for driving the stepping motor is not a frequency band in which a vibration mode of the tip of the blade member occurs. It is characterized by. According to a tenth aspect of the present invention, in the eighth aspect, when the number of poles of the motor as the driving member is s and the number of phases is m (s × m), the frequency determined by the blade member is Is not a frequency band in which a vibration mode at a tip portion of the above occurs. According to an eleventh aspect of the present invention, in the eighth aspect, the drive transmission mechanism of the drive member is a gear, and is determined by (z × r) based on the number of gear rotations r and the number of gear teeth z. The gear engagement frequency is not in a frequency band in which a vibration mode at the tip of the blade member occurs. In a twelfth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the drive transmission mechanism of the drive member is a gear, and is determined by (z × r) based on the number of gear rotations r and the number of gear teeth z. A frequency that is an integral multiple of the meshing frequency of the gear is not a frequency band in which a vibration mode of the tip portion of the blade member occurs. According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the cleaning device according to any one of the seventh to twelfth aspects, further comprising a charging roller for charging the image carrier, wherein the image bearing member to be charged contacts the charging roller. In the above configuration, when the application frequency of the voltage applied to the charging roller is fr, a frequency that is an integral multiple of fr is not a frequency band in which a vibration mode of the tip of the blade member occurs.
[0022]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: an image carrier; and a cleaning device according to any one of the first to thirteenth aspects, which removes toner remaining on the image carrier. And According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a process cartridge including an image carrier, a charging unit, a developing unit, a transfer unit, and the cleaning device according to any one of the first to thirteenth aspects. And According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a color image forming apparatus having at least two process cartridges according to the fifteenth aspect.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0024]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the image forming apparatus. The image forming apparatus includes an image carrier 1 that rotates in the direction of arrow A, and a charging unit 2, an exposure unit 3, a developing unit 4, a transfer unit 5, a cleaning device 6, and a charge removing unit 7 are arranged around the image carrier 1. Further, a fixing device (not shown) for fixing the toner image on the transfer material 8 transferred from the image carrier 1 is provided.
[0025]
The charging unit 2 is disposed on the surface of the image carrier 1 at a predetermined distance in contact with or not in contact with the image carrier 1. By applying a bias to the charging unit 2, the image carrier 1 has a predetermined polarity and a predetermined potential. Charge. The exposure unit 3 uses an LD or LED as a light emitting element, and irradiates the image carrier 1 with light based on image data to form an electrostatic latent image. The developing means 4 includes a magnet roller fixed inside and a rotatable developer carrier, and holds the developer on the developer carrier. In this embodiment, two-component magnetic brush development using a two-component developer composed of a toner and a carrier is used. As another developing method, a one-component developing method using no carrier may be used. A voltage is applied to the developer carrier from a developing bias power supply. The development is performed by causing the charged toner to adhere to the electrostatic latent image in the developing area by the potential difference between the developing bias and the potential of the electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier 1.
[0026]
The transfer means 5 comes into contact with the surface of the image carrier 1 at a predetermined pressing force at the time of transfer, and a voltage is applied to the transfer nip portion between the image carrier 1 and the transfer means 5 to transfer the image on the surface of the image carrier 1. The toner image is transferred to the transfer material 8. In this embodiment, transfer is performed using a transfer roller. A transfer unit such as a corotron or a transfer belt may be used. The charge removing means 7 removes the residual charge of the image carrier 1 from which the residual toner has been removed by the cleaning device, and is a light charge removing method using an LED or the like.
[0027]
The cleaning device 6 in FIG. 1 has a vibrating member 21, a vibrating member 22, and an elastic blade member 23 as shown in FIG. 2 as a cleaning blade 20, and in the example of FIG. The blade member 23 is vibrated while applying a pressing force by the elastic force of the vibration member 22 to remove the residual toner from the image carrier 1. The toner cleaned from the image carrier 1 by the cleaning device 6 is stored as waste toner in a waste toner bottle (not shown) by a toner transport member (not shown) and collected by a service person or the like, or transported to a developing device or the like as recycled toner. Used for blur development.
[0028]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the cleaning device 6 when a piezoelectric element (PZT) is used as the vibration member 21, and FIG. 3 is a diagram of the cleaning blade viewed from the front. Here, the vibration member 21 is vibrated by a vibration member 22 made of a material having higher rigidity than the elastic blade member 23, for example, a metal member such as a soft steel plate or a SUS plate, or a resin molded member mixed with carbon or glass fiber. Is to give. As is clear from FIG. 3, the vibration member 21 has a configuration including a plurality of members arranged in the width direction. Depending on the configuration of the vibration member 22, the vibration member 21 may be located anywhere between one end of the vibration member 22 fixed to the fixing member 24 and the other end on the blade member 23 side as long as the vibration member 22 can be vibrated. In FIG. 3, reference numeral 25 denotes a hole formed in the vibration member 22 between the PZTs.
[0029]
The vibration member 21 is a single plate PZT made of, for example, lead zirconate titanate, and has a printed and baked Ag electrode on the surface joined to the vibration member 22 and the opposite surface. By applying a voltage of 100 to 300 V to a PZT 21 having a thickness of 0.3 to 0.5 mm, which is polarized by using this electrode, contraction deformation in the plate surface direction occurs, and as a result, the vibration member 22 Deformation vibration can be given. This bending vibration has a high deformation efficiency when the rigidity of the PZT 21 and the vibration member 22 are substantially equal. For example, a metal diaphragm of 0.2 to 0.4 mm and a resin diaphragm of 0.3 to 1.0 mm are used. . The amount of expansion and contraction of the PZT 21 in the in-plane direction is proportional to the voltage applied to the PZT.
[0030]
By applying a voltage to the PZT 21 in FIG. 3, the tip of the blade member 23 bends. FIG. 4 is a schematic diagram in which a voltage is applied in the same phase in the arrow direction in the PZT plane direction of the blade member 23 of FIG. As shown in FIG. 5, when the voltages are applied in the same phase, if the influence of the vibration mode at the time of resonance determined by the configuration of the cleaning blade 20 is not greatly affected, the blade member 23 as shown in FIG. Vibration having no phase difference in the longitudinal direction is obtained at the tip portion, and uniform cleaning performance is obtained in the blade longitudinal direction. However, as shown in FIG. 6, when the respective PZTs 21 move in opposite phases as indicated by arrows, the directions of bending of the blade members 23 caused by the expansion and contraction of the PZTs 21 are different. The blade tip does not move evenly in the longitudinal direction. If the tip of the blade behaves as shown in the figure, the cleaning property in the longitudinal direction of the blade has a distribution, and it is difficult to obtain a uniform cleaning effect.
[0031]
FIG. 8 is a schematic diagram in which a plurality of stacked PZTs 21 are provided in the longitudinal direction of the cleaning blade 20. As shown in FIG. 9, when the expansion and contraction of each laminated PZT is deformed in the opposite phase, the blade tip cannot obtain the same cleaning effect because the same displacement is not obtained in the blade longitudinal direction. Is difficult.
[0032]
FIG. 10 shows a contact state between the blade member 23 and the image carrier 1. The blade member 23 is in contact with the rotation direction of the image carrier 1 in the counter direction. That is, the setting is such that the image carrier 1 moves in a direction in which the angle at which the blade member 23 and the image carrier 1 come into contact increases. The pressing amount of the blade member 23 in the height direction with respect to the image carrier 1 at the tip of the nip portion by the pressing force is d. That is, the initial setting is such that the tip is further pressed toward the image carrier 1 by a height of d from the contact position. The initial setting is the blade pressing amount in a state where no vibration is applied, and d in the present embodiment of the single-plate piezoelectric element is equivalent to the deformation of the elastic blade nip portion and the bending deformation of the vibration member 22 including the piezoelectric element. I do.
[0033]
Although the value of d depends on the thickness and hardness of the blade member 23, when the thickness is 100 to 300 μm and the hardness is JISA 75 to 100 °, d is 10 to 100 μm. When the thickness of the blade member 23 is thin and hard, d is small, and when the blade member 23 is thick and hard, d is large. The cleaning performance can be obtained when the contact angle θ of the blade member 23 to the image carrier 1 is in the range of 0 to 50 °. When the angle is 0 to 10 °, the length of the blade member 23 attached to the vibration member 22 is shortened to 2 to 5 mm, and the length of the blade member 23 actually contacting the image carrier 1 is shortened. In the case where the length is as long as 5 mm or more, the blade is inclined at 10 to 50 [deg.] And the blade edge portion is attached.
[0034]
In the above configuration, the piezoelectric element as the vibration member 21 has a thickness of 0.3 to 1.0 mm and a length and width of 5 to 20 mm. The vibration member 22 and the blade member 23 are as described above. The driving conditions of the piezoelectric element were a frequency of 17 KHz to 50 KHz, and the amount of vibration displacement was 0.1 to 4 μm at the blade tip nip portion, so that compression and relaxation vibrations were transmitted to the blade nip portion, as shown in FIG. With such a mechanism, cleaning performance for spherical or small-diameter toner can be obtained.
[0035]
As described above, the vibration amount applied to the nip portion is set to a value smaller than the pressing amount, and a stable effect can be obtained. That is, the vibration is transmitted from the blade member 23 to the image carrier 1 due to the vibration of the blade member 23, and the frictional force between the blade member 23 and the image carrier 1 is reduced by the vibration. The phenomenon that the cut surface turns up is eliminated. As a result, it is possible to prevent the spherical toner and the small-diameter toner from entering the blade nip, and to eliminate defective cleaning of the spherical toner and the small-diameter toner.
[0036]
At the same time, the vibration of the blade member 23 and the transmission of the vibration from the blade member 23 to the image carrier 1 can cause the spherical toner itself to vibrate, and the toner actively vibrates on the OPC surface to be in contact with the image carrier. The suction power is lost, and the cleaning performance is improved. Further, the vibrating toner group in the vicinity of the nip portion acts as a barrier (vibrating toner wall) to prevent the subsequent intrusion of toner on the image carrier 1, and a spherical shape close to a true sphere As for the toner, no cleaning failure occurs. The average particle diameter of the toner is generally 8 to 10 μm. Recently, the diameter has been reduced at the same time as the spherical shape due to the production method by the polymerization method. In order to obtain the cleaning effect, the vibration displacement amount at the blade tip nip may be equal to or less than the average particle diameter of the toner, and may be equal to or less than 1/10 of the average particle diameter of the toner depending on the driving frequency. A sufficient effect can be obtained.
[0037]
FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating a state in which the blade member 23 is in a vibrating state, the vibration is transmitted to the spherical toner by the vibration, and the toner is actively vibrating. This was clarified by observation with a high speed video camera through a high magnification microscope. It was found that the spherical toner near the tip of the blade member 23 and the image carrier 1 vibrated over a range of several toners. In such a state, the vibrating toner group in the vicinity of the nip portion acts as a barrier (vibrating toner wall) (see FIG. 3C), and prevents the intrusion of the toner on the subsequent image carrier 1. As a result (see FIG. 4D), cleaning failure does not occur at all even for a spherical toner that is close to a true sphere.
[0038]
At this time, the frictional force between the blade member 23 and the image carrier 1 is reduced by vibrating the blade member 23 and transmitting the vibration from the blade member 23 to the image carrier 1. It has been found that there is a condition that eliminates the phenomenon that the cut surface of the blade member 23 that has occurred has been eliminated. The term “bend of the cut surface” used here means that a molded elastic member blade is usually cut in the thickness direction and its edges are finished in a sharp shape without burrs, chips, etc., but the cut surface is It means that the image carrier is deformed with the movement of the image carrier, becomes wedge-shaped (see E in FIG. 11B), and comes into contact with the surface of the image carrier.
[0039]
Eliminating the occurrence of the cut surface turning also reduces the stress from the blade member 23 to the image carrier 1, and as a result, the durability of the blade member 23 and the image carrier 1 is significantly improved. It was also found that a great effect was obtained.
[0040]
As described above, it was confirmed that the effect of cleaning can be obtained by vibrating the vibration member 22. The cleaning blade 20 using the method of vibration causes a phenomenon of resonance depending on the vibration frequency. Resonance is a phenomenon in which when a vibration is applied near a natural frequency determined by the configuration of the cleaning blade 20, the cleaning blade itself amplifies the vibration according to the vibration frequency and exhibits various behaviors. When a gap is generated between the blade tip portion and the image carrier due to the behavior at the time of resonance, a cleaning defect may occur due to slippage of toner depending on the size of the gap, and a vibration method for preventing this may be used. It is an issue.
[0041]
Also, many units around the image carrier 1 have many vibration sources. When these vibration sources propagate to the cleaning blade 20 and the image carrier 1 and cause resonance, a gap is generated between the cleaning blade and the image carrier, and the size of the gap causes toner to slip through, resulting in poor cleaning characteristics. It has a significant effect. Therefore, in order to prevent vibration amplification such as resonance caused by external vibration propagation, it is necessary to appropriately set a driving system as a vibration source and a driving condition of charging.
[0042]
Further, it has already been described that the vibration of the blade member 23 also causes the vibration to be transmitted to the image carrier 1, thereby preventing the cut surface from being turned up. Vibration is transmitted to the toner. The driving condition of the piezoelectric element 21 is a frequency of 17 KHz to 50 KHz, and the amount of vibration displacement is 0.1 to 4 μm at the nip portion of the blade tip, so that the piezoelectric element 21 is not directly in contact with the blade member 23 as shown in FIG. Vibration can be applied over a range of several toners in the vicinity.
[0043]
FIG. 12 schematically shows the cleaning device 6 in which the cleaning blade 20 has a displacement at a contact portion with the image carrier 1. If the maximum distance Lb between the tip of the cleaning blade and the image carrier in the drawing is larger than the average particle diameter of the toner, the toner slips through this gap, resulting in a decrease in cleaning performance. FIG. 13 shows the result of analyzing such vibration of the tip of the cleaning blade by simulation using the finite element method. The figure shows a vibration mode when the frequency applied to the PZT 21 is 20919 Hz. The tip of the blade in the figure has a phase difference in the longitudinal direction so as to undulate, and if the amplitude value is larger than the average diameter of the toner, the cleaning performance is reduced.
[0044]
FIG. 14 schematically illustrates a phenomenon in which the vibration of the cleaning blade 20 causes the vibration to have an amplitude on the image carrier 1. If the maximum amplitude Ld of the image carrier in the drawing is larger than the average particle diameter of the toner, the toner slips through this gap, resulting in a decrease in cleaning performance. For reference, FIG. 15 shows an example of a simulation result in which a phase difference occurs in the longitudinal direction of the photosensitive drum as the image carrier 1.
[0045]
In order to prevent the cleaning performance from deteriorating due to the gap between the cleaning blade and the image carrier as described above, it is possible to control the voltage applied to the PZT 21 of the cleaning blade 20. Even when a vibration mode occurs at the blade tip, it is possible to prevent toner from slipping through by setting the amplitude value by controlling the voltage to be equal to or less than the average particle diameter of the toner. In addition, the vibration mode at the time of resonance determined by the structure of the blade and the image carrier suppresses the vibration mode of the blade tip which becomes a problem by setting the frequency for applying the voltage applied to the PZT, or the cleaning is effectively performed. It is also possible to set a possible frequency.
[0046]
The drive frequency fp applied to the PZT 21 of the cleaning blade 20 needs to be higher than the audible range because vibration propagates to the image carrier 1 and the image carrier becomes an acoustic reflection surface and generates noise. Generally, the upper limit of the human audible range is about 20 KHz, and there is no problem of noise if the frequency is higher than 20 KHz. When the resonance frequency of the vibration mode having a node at the tip of the cleaning blade as shown in FIG. 13 is fn, the applied frequency fp of the PZT is

By satisfying condition (1), the blade behaves without being affected by the vibration mode. FIG. 16 shows a graph of the vibration transmissibility for reference.
Generally, a resonance system has a resonance frequency

In a frequency band of twice or more, an attenuation range is set. Therefore, by setting an applied frequency within the range of the above expression, it is possible to avoid a vibration mode that causes a problem.
[0047]
The cleaning of the toner is performed by pressing the cleaning blade 20 against the image carrier 1. A driving member for rotating the image carrier has several factors that serve as vibration sources. The image carrier vibrates in the translation direction and the rotation direction due to the vibration generated by the mechanism. The translational vibration is a behavior generated as a rigid body mode or a bending mode due to resonance due to a backlash or the like of the drive system. Depending on the accuracy of the drive system, a vibration of about several tens μm is generated. For reference, schematic diagrams of the translational vibration are shown in FIGS. The rotation direction vibration is mainly observed in the behavior of the speed fluctuation of the image carrier, and is often amplified depending on the structure system. When the image carrier vibrates due to such vibration, the vibration also propagates to the cleaning blade in contact with the image carrier, and a gap is generated between the image carrier and the cleaning blade. In the case above, toner slips through, resulting in poor cleaning.
[0048]
When the vibration from the image carrier 1 propagates to the cleaning blade 20, a vibration mode occurs at the blade tip depending on the vibration characteristics of the cleaning blade. FIGS. 18 and 19 show examples of vibration modes actually generated at the tip of the cleaning blade. Both figures show the vibration modes generated at different frequencies, and when the frequencies are different, the position, number and amplitude of the nodes generated at the blade tip are different. The frequency at which the vibration mode occurs is determined by the configuration of the blade. Therefore, when the vibration of the frequency at which the vibration mode occurs propagates from the image carrier to the tip of the cleaning blade, the toner is slipped through the vibration displacement of the image carrier and the node of the cleaning blade vibration mode, and the cleaning failure occurs. . These problems can be avoided by setting the frequency of the vibration generated in the driving member to a driving condition other than the frequency band in which the vibration mode of the blade occurs.
[0049]
When a stepping motor is used as a driving member of the image carrier 1, a rotational vibration of the motor is generated at a frequency of a pulse for driving the stepping motor. This vibration component is transmitted to the image carrier through a gear or the like that is a drive transmission system, resulting in the rotation of the rotation system in the image carrier. When this vibration frequency is close to the vibration mode generation frequency generated at the tip of the cleaning blade, the cleaning blade behaves as shown in FIGS. 18 and 19, and the gap between the vibration displacement of the image carrier and the node of the cleaning blade vibration mode. And the toner slips through. Therefore, these problems can be avoided by setting the driving frequency of the stepping motor to a condition other than the frequency band in which the vibration mode of the blade occurs.
[0050]
When the motor as the driving member of the image carrier is a servo motor or the like, the motor has a configuration in which the N pole and the S pole are alternately arranged on the rotor of the motor. When the number of phases of the motor is m (s × m), the rotational vibration having the frequency determined by the peak is generated. The vibration of this frequency generated by the motor is amplified by a transmission gear or the like, becomes an integral multiple of the fundamental frequency component due to eccentricity, and propagates to the image carrier. The result is the rotational vibration of the image carrier. When this vibration frequency is close to the vibration mode generation frequency generated at the tip of the cleaning blade, the cleaning blade behaves as shown in FIGS. 18 and 19, and the gap between the vibration displacement of the image carrier and the node of the cleaning blade vibration mode. And the toner slips through. Therefore, these problems can be avoided by setting the frequency (s × m) determined by the number of poles s and the number m of phases of the motor to a condition other than the frequency band in which the blade vibration mode occurs.
[0051]
A gear train is used as a drive transmission mechanism for the image carrier. When a gear is used for the drive transmission system, rotational vibrations are almost always generated due to the meshing frequency of the gear. The meshing frequency of the gear is a frequency determined by (z × r) based on the number of rotations r of the gear and the number of teeth z of the gear. Occurs. FIG. 20 shows an example of the speed fluctuation distribution of the image carrier generated at the gear meshing frequency. The results are obtained when the rotation speed of the gear, which is the drive transmission system, is 6 (rps) and the number of gear teeth is 34, and the peak that is a speed fluctuation at 204 Hz (× 1) shown in FIG. . When this vibration frequency is close to the vibration mode generation frequency generated at the tip of the cleaning blade, the cleaning blade behaves as shown in FIGS. 18 and 19, and the gap between the vibration displacement of the image carrier and the node of the cleaning blade vibration mode. And the toner slips through. Therefore, these problems can be avoided by setting the meshing frequency determined by (z × r) based on the rotational speed r of the gear and the number z of gear teeth to a condition other than the frequency band in which the vibration mode of the blade occurs. is there.
[0052]
The meshing vibration of the gears causes an eccentricity of the drive transmission system or, in the case of a multi-stage gear, vibrations of an integral multiple of the meshing frequency due to the influence of other gears. (× 2) and (× 5) in FIG. 20 indicate that the image carrier has vibration components at 408 Hz and 1020 Hz which are twice the meshing frequency 204 Hz of (× 1). When this vibration frequency is close to the vibration mode generation frequency generated at the tip of the cleaning blade, the cleaning blade behaves as shown in FIGS. 18 and 19, and the gap between the vibration displacement of the image carrier and the node of the cleaning blade vibration mode. And the toner slips through. Therefore, these problems can be avoided by setting the frequency that is an integral multiple of the gear meshing frequency to a condition other than the frequency band in which the blade vibration mode occurs.
[0053]
FIG. 21 is a schematic diagram of a method of charging a photosensitive drum as an electrostatic latent image carrier using a charging roller in the image forming apparatus. As shown in FIG. 21, a voltage is applied to the charging roller from a power supply to charge the photosensitive drum. At this time, the voltage applied to the charging roller is a DC component V _DC Frequency f _AC AC component V of [Hz] _AC Is added. Further, the charging roller and the surface of the photosensitive drum attract each other by electrostatic force. _AC The photosensitive member is vibrated at twice the frequency of [Hz]. FIG. _AC The graph shows the speed fluctuation of the photoconductor when the AC voltage of 1206 Hz was applied to the charging roller. The peak in FIG. _AC = 2412 Hz, which is twice as large as 1206 Hz, and it can be seen that the photosensitive member is vibrating at twice the applied frequency.
[0054]
In many cases, the vibration component of the charging roller vibrates at twice the frequency of the applied frequency as shown in FIG. 22, but the vibration component differs from this due to the vibration characteristics of the photosensitive member and the vibration characteristics of the charging roller. Vibration also occurs. FIG. 23 shows the speed fluctuation vibration of the photoconductor when the charging roller has a resonance frequency at an integral multiple of the frequency applied to the charging roller. The figure shows the case where the applied frequency to the charging roller is 3914 Hz. The peaks generated are particularly remarkable in the vibration components of 3914 Hz, 7828 Hz and 15656 Hz, and are respectively integers such as 1 time, 2 times and 4 times the applied frequency. Twice the frequency. When these vibration frequencies are near the vibration mode generation frequency generated at the tip of the cleaning blade, the cleaning blade behaves as shown in FIGS. 18 and 19, and there is a gap between the vibration displacement of the image carrier and the node of the cleaning blade vibration mode. And the toner slips through. Therefore, these problems can be avoided by setting the frequency that is an integral multiple of the charging roller AC bias application frequency to a condition other than the frequency band in which the blade vibration mode occurs.
[0055]
[Embodiment 2]
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view of a process cartridge including a cleaning device. In the present embodiment, among the components such as the image carrier 1, the charging means 2, the developing means 4, etc., a plurality of components are integrally connected as process cartridges 31 to 33, and these processes are performed. The cartridge is detachably attached to an image forming apparatus main body (not shown) such as a copying machine or a printer. By providing the cleaning device 6 in the detachable process cartridge 31, it is possible to improve the maintainability and easily replace the cleaning device 6 with another device.
[0056]
[Embodiment 3]
Next, a third embodiment applied to a color image forming apparatus using a process cartridge including the cleaning device 6 will be described.
[0057]
FIG. 25 shows a color image forming apparatus in which the above-described process cartridges 31 to 33 are juxtaposed along a horizontally extending transfer belt. Four process cartridges 31 to 33 are arranged for each color of yellow (Y), magenta (M), cyan (C) and black (K). The developing toner on the image carrier developed by each process cartridge is sequentially transferred to a transfer belt 35 to which a horizontally extending transfer voltage is applied. In this way, images are formed with yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K), are multiply-transferred onto a transfer belt, and are collectively transferred onto the transfer material 36. Then, the multiple toner image on the transfer material is fixed by a fixing device (not shown). Although the process cartridges have been described in the order of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K), they are not specified in this order, and may be arranged in any order.
[0058]
Normally, a color image forming apparatus has a plurality of image forming units, so that the apparatus becomes large. In addition, when each unit such as cleaning or charging is broken down individually or when the replacement time comes due to the end of its life, the device is complicated and the replacement of the unit is very troublesome. Therefore, as in the present embodiment, the components of the image carrier 1, the charging means 2, and the developing means 4 are integrally connected as a process cartridge, thereby providing a small and high-replaceable user. A durable color image forming apparatus can be provided.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to clean a spherical toner and a small-diameter toner in particular. There is an excellent effect that a forming apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a cleaning device in the case where a piezoelectric element (PZT) is used as the vibration member according to the first embodiment.
3A is a view of the cleaning blade as viewed from the front, and FIG. 3B is a right side view thereof.
4 (A) is a schematic view of the blade member of FIG. 3 in which a voltage is applied in the same phase in the direction of the arrow in the PZT plane, and FIG. 4 (B) is a right side view thereof.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which vibration having no phase difference in the longitudinal direction is obtained at the tip end portion of the blade member in the above.
6 (A) is a schematic view of the blade member of FIG. 3 in which voltages are applied in opposite directions in the direction of the arrow in the PZT plane, and FIG. 6 (B) is a right side view thereof.
FIG. 7 is a diagram showing a state in which uniform vibration cannot be obtained in the longitudinal direction at the tip end portion of the blade member in the above.
FIG. 8 is a schematic view showing an example in which a plurality of stacked PZTs are provided in a longitudinal direction of a cleaning blade.
FIG. 9 is a view showing a state in which uniform vibration in the longitudinal direction cannot be obtained at the tip end portion of the blade member when expansion and contraction of the laminated PZT is deformed in the opposite phase.
FIG. 10 is an enlarged view showing a contact state between a blade member and an image carrier.
FIGS. 11A and 11B are enlarged views of a main part showing a state in which the blade member is in a vibrating state, the vibration is transmitted to the spherical toner by the vibration, and the toner is actively vibrating. .
FIG. 12 is a schematic view showing an example in which a cleaning blade has a displacement at a contact portion with an image carrier.
FIG. 13 is a view showing a result of analyzing the vibration of the tip of the cleaning blade by the simulation using the finite element method.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example of a phenomenon in which the vibration of the cleaning blade has an amplitude on the image carrier.
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a simulation result in which a phase difference occurs in a longitudinal direction of a photosensitive drum as an image carrier according to the embodiment.
FIG. 16 is a graph showing a vibration transmission rate of the above.
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an example of translational vibration of an image carrier.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a vibration mode generated at the tip of the cleaning blade.
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a vibration mode generated at the tip of the cleaning blade.
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a speed fluctuation distribution of an image carrier generated at a gear meshing frequency.
FIG. 21 is a schematic diagram showing a method of charging a photosensitive drum using a charging roller.
FIG. 22 is a diagram illustrating a speed variation of a photoconductor when a voltage is applied to a charging roller.
FIG. 23 is a diagram illustrating speed fluctuation vibration of the photoconductor when the charging roller has a resonance frequency at a frequency that is an integral multiple of the frequency applied to the charging roller.
FIG. 24 is an overall schematic configuration diagram of a process cartridge including the cleaning device according to the second embodiment.
FIG. 25 is an overall schematic configuration diagram of a color image forming apparatus in which process cartridges are juxtaposed along a transfer belt extending horizontally.
FIGS. 26A and 26B are diagrams corresponding to FIGS. 11A and 11B for explaining a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image carrier 2 Charging means
3 Exposure means 4 Developing means
5 transfer means 6 cleaning device
7 Static elimination means 8 Transfer material
20 Cleaning blade 21 Vibration member (piezoelectric element: PZT)
22 Vibration member 23 Elastic blade member
31-33 Process Cartridge 35 Transfer Belt
36 Transfer material

Claims

像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするクリーニングブレードを備えたクリーニング装置において、
前記クリーニングブレードは、加振部材と、この加振部材が取り付けられた振動部材と、この振動部材に取り付けられた弾性ブレード部材とを有し、
前記振動部材は、一端が固定部材に固定され、他端が像担持体を向くようになっていて、該振動部材に取り付けられたブレード部材の先端が像担持体に接触するようになっており、前記加振部材の面内方向の伸縮によって振動部材にたわみ振動が発生し、かつ加振部材の面内方向の伸縮が同位相となるように加振部材が駆動されるようになっていることを特徴とするクリーニング装置。In a cleaning device provided with a cleaning blade for cleaning residual toner in contact with the image carrier,
The cleaning blade has a vibration member, a vibration member to which the vibration member is attached, and an elastic blade member attached to the vibration member,
The vibrating member has one end fixed to a fixed member and the other end facing the image carrier, and the tip of a blade member attached to the vibrating member comes into contact with the image carrier. The flexural vibration is generated in the vibrating member by the expansion and contraction of the vibration member in the in-plane direction, and the vibration member is driven such that the expansion and contraction of the vibration member in the in-plane direction have the same phase. A cleaning device characterized by the above-mentioned.

像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするクリーニングブレードを備えたクリーニング装置において、
前記クリーニングブレードは、加振部材と、前記加振部材が取り付けられた振動部材と、前記振動部材に取り付けられた弾性ブレード部材とを有し、
前記振動部材と、該振動部材と対向し配置された固定部材との間に、複数積層して構成された加振部材が、振動部材と固定部材を連結して、かつ振動部材に取り付けられたブレード部材の先端が像担持体に接触するように設けられ、固定部材と振動部材の間の伸縮が同位相となるように加振部材が駆動されるようになっていることを特徴とするクリーニング装置。In a cleaning device provided with a cleaning blade for cleaning residual toner in contact with the image carrier,
The cleaning blade has a vibration member, a vibration member to which the vibration member is attached, and an elastic blade member attached to the vibration member,
Between the vibrating member and a fixed member arranged opposite to the vibrating member, a plurality of vibrating members configured by laminating were connected to the vibrating member and the fixed member, and attached to the vibrating member. A cleaning member provided so that a tip of the blade member is in contact with the image carrier, and a vibrating member being driven such that expansion and contraction between the fixed member and the vibrating member are in phase. apparatus.

加振部材に印加する電圧の周波数によってブレード部材の先端部分の長手方向に生じる振動モードの最大振幅が、トナーの平均粒径より小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のクリーニング装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein a maximum amplitude of a vibration mode generated in a longitudinal direction of a tip portion of the blade member by a frequency of a voltage applied to the vibration member is smaller than an average particle diameter of the toner. 2. The cleaning device according to 2.

クリーニングブレードの振動により発生するブレード部材と像担持体との接触部分の像担持体の最大振幅が、トナーの平均粒径より小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のクリーニング装置。3. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a maximum amplitude of the image carrier at a contact portion between the blade member and the image carrier generated by vibration of the cleaning blade is smaller than an average particle diameter of the toner. A cleaning device as described.

ブレード部材の先端部分の振幅が一定となるように加振部材を振動させるための印加電圧が設定されていることを特徴とする請求項３又は４記載のクリーニング装置。5. The cleaning device according to claim 3, wherein an applied voltage for vibrating the vibrating member is set so that the amplitude of the tip portion of the blade member is constant.

クリーニングブレードの振動により発生する駆動周波数ｆｐが可聴域以上の周波数であり、かつブレード部材の先端部分に節を持つ振動モードの共振周波数をｆｎとした場合、加振部材の印加周波数ｆｐが

の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクリーニング装置。When the driving frequency fp generated by the vibration of the cleaning blade is higher than the audible range, and the resonance frequency of the vibration mode having a node at the tip of the blade member is fn, the applied frequency fp of the vibrating member is

The cleaning device according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.

像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするクリーニングブレードを備えたクリーニング装置において、
前記クリーニングブレードは、加振部材と、この加振部材が取り付けられた振動部材と、この振動部材に取り付けられた弾性ブレード部材とを有し、
前記振動部材は、一端が固定され、他端が像担持体を向くようになっていて、該振動部材に取り付けられたブレード部材の先端が像担持体に接触するようになっており、前記加振部材の面内方向に対して可聴域以上の周波数帯域で伸縮によって振動部材にたわみ振動が発生し、かつ像担持体を回転させる駆動部材により発生する振動伝播によって、像担持体とブレード部材間に生じるギャップが、トナーの平均粒径より小さくなるように構成されていることを特徴とするクリーニング装置。In a cleaning device provided with a cleaning blade for cleaning residual toner in contact with the image carrier,
The cleaning blade has a vibration member, a vibration member to which the vibration member is attached, and an elastic blade member attached to the vibration member,
The vibrating member has one end fixed and the other end facing the image carrier, and the tip of a blade member attached to the vibrating member comes into contact with the image carrier. A flexural vibration occurs in the vibrating member due to expansion and contraction in a frequency band higher than the audible range with respect to the in-plane direction of the vibrating member, and vibration between the image carrier and the blade member is generated by vibration propagation generated by a driving member that rotates the image carrier. Wherein the gap is smaller than the average particle size of the toner.

駆動部材により発生する振動の周波数が、ブレード部材の先端部分の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする請求項７記載のクリーニング装置。The cleaning device according to claim 7, wherein the frequency of the vibration generated by the driving member is not a frequency band in which a vibration mode of the tip portion of the blade member occurs.

駆動部材がステッピングモータであり、ステッピングモータを駆動させる駆動パルスの周波数が、ブレード部材の先端部分の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする請求項８記載のクリーニング装置。9. The cleaning device according to claim 8, wherein the driving member is a stepping motor, and a frequency of the driving pulse for driving the stepping motor is not a frequency band in which a vibration mode of the tip portion of the blade member occurs.

駆動部材であるモータの極数をｓ、相数をｍとした場合（ｓ×ｍ）により決定される周波数が、ブレード部材の先端の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする請求項８記載のクリーニング装置。9. The frequency determined by the number of poles of a motor as a driving member as s and the number of phases as m (s × m) is not a frequency band in which a vibration mode at the tip of the blade member occurs. A cleaning device as described.

駆動部材の駆動伝達機構がギアであり、ギアの回転数ｒとギアの歯数ｚにより（ｚ×ｒ）で決定されるギアの噛み合い周波数が、ブレード部材の先端の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする請求項８記載のクリーニング装置。The drive transmission mechanism of the drive member is a gear, and the meshing frequency of the gear determined by (z × r) based on the number of rotations r of the gear and the number of teeth z of the gear is not a frequency band in which a vibration mode at the tip of the blade member occurs. 9. The cleaning device according to claim 8, wherein:

駆動部材の駆動伝達機構がギアであり、ギアの回転数ｒとギアの歯数ｚにより（ｚ×ｒ）で決定されるギアの噛み合い周波数の整数倍の周波数が、ブレード部材の先端の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする請求項８記載のクリーニング装置。The drive transmission mechanism of the drive member is a gear, and a frequency that is an integral multiple of the gear meshing frequency determined by (z × r) by the number of gear rotations r and the number of gear teeth z is the vibration mode of the tip of the blade member. 9. The cleaning device according to claim 8, wherein the frequency band is not a frequency band in which the cleaning occurs.

像担持体を帯電させるための帯電ローラを持ち、被帯電体である像担持体と帯電ローラが接触している構成において、帯電ローラに印加する電圧の印加周波数をｆｒとした場合、ｆｒの整数倍の周波数が、ブレード部材の先端部分の振動モードが生じる周波数帯域でないことを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載のクリーニング装置。In a configuration in which a charging roller for charging the image carrier is provided and the charging roller is in contact with the image carrier as a member to be charged, when an application frequency of a voltage applied to the charging roller is fr, an integer of fr The cleaning device according to any one of claims 7 to 12, wherein the double frequency is not a frequency band in which a vibration mode of the tip portion of the blade member occurs.

像担持体と、この像担持体に残留するトナーを除去する請求項１〜１３のいずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising: an image carrier; and a cleaning device according to any one of claims 1 to 13, which removes toner remaining on the image carrier.

像担持体と、帯電手段と、現像手段と、転写手段と、請求項１〜１３のいずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とするプロセスカートリッジ。A process cartridge comprising an image carrier, a charging unit, a developing unit, a transfer unit, and the cleaning device according to claim 1.

請求項１５に記載するプロセスカートリッジを少なくとも２つ以上有することを特徴とするカラー画像形成装置。A color image forming apparatus comprising at least two process cartridges according to claim 15.