JP2005352436A - クリーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体上のトナーや付着物質の除去を効果的に行う事ができ、長期に渡ってそのクリーニング性能を維持し、感光体フィルミングが生じないクリーニング装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 バネ加圧方式のクリーニングブレード１０９をカム機構を用いる事により、図３のように感光体１０１とクリーニングブレード１０９の接触部を可変にし、ブレード先端部のブレード母体層１０９ａと中腹部の研磨剤粒子含有層１０９ｂの感光体１０１への当接を切り替え可能とし、クリーニングで除去できない付着物質を研磨して除去する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を利用した画像形成装置に搭載される像担持体のクリーニング装置に関する。また、当該クリーニング装置を含んで構成されるプロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。

近年、経時での画質安定性や感光体の高寿命化への要求が高まっている。
経時での画像安定性を得る方法の一つに、ローラ帯電における帯電方式をＡＣ帯電とする方法がある。経時の画像劣化の一つに、帯電ローラ汚れによる帯電電位の低下や不均一性にから来るカブリや縦黒スジ等が上げられる。この帯電ローラ汚れに関しては、ＤＣ帯電方式に比べＡＣ帯電方式の方が余裕度は大きい為、経時の画像安定性を考慮するとＡＣ帯電方式を選択せざるをえない。

しかし、帯電ＡＣ方式の採用に伴い最も対策が困難な副作用として、感光体へのＡＣハザードによる感光体フィルミングが上げられる。
この感光体フィルミングを除去する手段として、クリーニングブレードと表面に研磨剤を付着させたクリーニングローラとを配したクリーニング装置や、トナー除去用のクリーニングブレードと感光体フィルミング除去用のクリーニングブレードを併用するクリーニング装置が提案されている。しかしながら、クリーニングローラ表面に付着した研磨剤は剥がれ落ちやすく長期の使用に耐えない事や、２枚のクリーニングブレードを有する事により省スペース化が出来ないといった事により、上記の方法は実現が困難である。

このように、従来のクリーニングブレード、もしくはクリーニングブラシを配備したクリーニング装置では、これらの感光体上の付着物質を十分に除去することは困難であった。除去されない付着物質は、それがワックスを主成分とするものであるならばフィルミングを起こし、無機微粒子を主成分とするならばそれが核となって成長していき、経時で画像に悪影響を及ぼすことになる。

特許文献１には、感光体表面への研磨粒子供給手段としてゴム状の弾性部材に研磨粒子が分散しているクリーニングブレードについての記載がある。
特許文献２には、摺擦耐性をもつシートを含む多層構造としたクリーニングブレードについての記載がある。
特許文献３には、ブレード母体層と研磨剤粒子含有層の２層構造の研磨用ブレードについての記載がある。
しかしながら、いずれも本発明とは構成において異なるものである。

特開２００２−３５７９８３号公報 特開平０６−３０８８６９号公報 特開２００４−１１７４６５号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、感光体上のトナーや付着物質の除去を効果的に行う事ができ、省スペース化の要請にも応え、長期に渡ってそのクリーニング性能を維持し、感光体フィルミングが生じないクリーニング装置を提供することを課題とする。
また、上記の良好なクリーニング機能を有するクリーニング装置を備え、長期に渡って画質の劣化を生じさせることのないプロセスカートリッジ、並びに画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は以下の特徴を有している
請求項１に記載のクリーニング装置では、像担持体と、像担持体表面に当接させて残留トナーを剥離除去するエッジ部を有するクリーニングブレードと、エッジ部の像担持体への当接姿勢を変更、選択する当接姿勢選択手段とからなり、クリーニングブレードはブレード母体層とエッジ部を除く部分に研磨剤粒子含有層を有する複数層構造を有し、当接姿勢はトナーの前記像担持体からの剥離除去に最適なクリーニング姿勢と、研磨剤粒子含有層を有する部分を像担持体に接触させることで、像担持体を研磨する研磨姿勢とからなることを特徴とする。
請求項２に記載のクリーニング装置では、さらに、前記クリーニング装置は、研磨剤粒子含有層を有する部分は、像担持体表面と対向する位置にあり、研磨用姿勢においては、クリーニングブレードはクリーニング用姿勢よりも像担持体表面に喰い込むことで、研磨剤粒子含有層を有する部分を像担持体に押し付けることを特徴とする。

請求項３に記載のクリーニング装置では、さらに、前記研磨剤粒子含有層は、含有される研磨剤粒子が酸化セリウムであ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では、さらに、前記研磨剤粒子含有層は、含有される研磨剤粒子の平均粒径が０．０５μｍ以上１００μｍ以下であ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では、さらに、前記クリーニングブレードは、研磨剤粒子含有層の厚みがブレード全体の厚みの０．５％以上５０％以下であ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では、さらに、前記研磨剤粒子含有層は、ゴム硬度が６５度以上８５度以下のゴムに研磨剤粒子を分散させてなることを特徴とする。

請求項７に記載のプロセスカートリッジでは、前記像担持体と、少なくとも像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを含んで一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在に形成されたプロセスカートリッジであって、クリーニング手段として、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を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の画像形成装置では、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又は請求項７に記載のプロセスカートリッジを搭載する画像形成装置において、前記クリーニング装置は研磨用姿勢を、画像形成前の像担持体動作時、若しくは画像形成後の像担持体動作時、又は連続画像形成時の画像間時に選択することを特徴とする。
請求項９に記載の画像形成装置では、さらに、前記クリーニング装置は、研磨用姿勢を画像形成装置が異常停止した後の復旧動作時に選択することを特徴とする。
請求項１０に記載の画像形成装置では、さらに、前記クリーニング装置は、研磨用姿勢を像担持体が画像形成時と逆回転動作時に選択することを特徴とする。

以上説明したように、上記課題を解決するための手段によって、本発明のクリーニング装置では、感光体上のトナーや付着物質の除去を効果的に行うことができ、長期にわたってそのクリーニング性能を維持し、感光体フィルミングが生じないクリーニング装置を提供することができる。
さらに、本発明のプロセスカートリッジおよび画像形成装置では、上記の良好なクリーニング機能を有するクリーニング装置を備えることにより、長期に渡って良好な画質を提供することができる。

本発明の構成を有する画像形成装置を図１に基づいて説明する。図１に示すように、ドラム状の感光体１０１は時計回りの方向に駆動装置（図示せず）によって回転される。感光体１０１の周囲には、帯電ローラ１０２と、帯電ローラを清掃する清掃部材１０７と露光装置（図示せず）と、現像装置１０３と、ＰＣＬ（プレクリーニングランプ）１１４と、トナーを機械的に回収するファーブラシ１０４と（ブラシローラに限定しない）、ファーブラシ１０４に加圧当接している潤滑剤バー１０８と、クリーニングブレード１０９と、転写装置１０５と、中間転写ベルト１０６が感光体１０１の上方に配置されている。中間転写ベルト１０６には、ベルトクリーナ（図示せず）が配置されている。

帯電ローラ１０２は、感光体１０１の表面を一様に帯電する。露光装置（図示せず）は一様に帯電された感光体１０１の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。現像装置１０３は、トナーを感光体１０１の表面の静電潜像に与えてトナー画像を形成する。転写装置１０５は、感光体１０１の表面のトナー画像を中間転写ベルト１０６に転写する。中間転写ベルト１０６に転写されたトナー像は、２次転写装置によって転写紙上に転写される（図示せず）。ＰＣＬ１１４はＬＥＤ等で露光する事により転写後の感光体の表面電位を０Ｖに除電する。ファーブラシ１０４は、トナー画像の転写後に感光体１０１の表面に残留している転写残トナーを機械的に回収し一部を保持し、一部を廃トナー搬送経路（図示せず）に散すと同時に、潤滑剤バー１０８から潤滑剤を掻き取り、感光体１０１に潤滑剤を塗布する。ファーブラシ１０４で感光体１０１から回収しきれ無かった転写残トナーは、クリーニングブレード１０９によってかきとられ、転写残トナーの全てを廃トナー搬送経路（図示せず）で送る。

画像印字時にはこのような帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、除電工程、クリーニング工程が繰り返して実行される。
現像装置１０３は、感光体１０１に対向する側が開口されている現像容器１１０と、この現像容器１１０の内部の感光体１０１に対向する側に配置されている現像スリーブ１１１と、現像容器１１０に収容されている２成分の現像剤と、この現像剤を撹拌して現像スリーブ１１１の表面に現像剤を供給する撹拌部材１１２と、現像スリーブ１１１の表面に積層（保持）されている現像剤の層厚（高さ）を規制するドクター１１３とを有している。現像剤は、磁性のキャリアと非磁性のトナーとを混合してなる。現像剤が撹拌部材１１２により撹拌されると、摩擦帯電によりトナーが帯電される。現像スリーブ１１１の内部には、マグネット（図示せず）が配置されている。マグネットの磁力により現像剤が現像スリーブ１１１の表面に保持される。現像スリーブ１１１は反時計回りへ回転され、現像スリーブ１１１の表面に保持された現像剤はドクター１１３により層厚を規制された後に感光体１０１との間に移動される。現像スリーブ１１１の表面に保持されたキャリアに付着したトナーは、現像スリーブ１１１と感光体１０１の静電潜像との間に形成される電界によって感光体１０１の静電潜像の方向に移動されこの静電潜像に付着される。

図２に示すように、クリーニングブレード１０９はバネ加圧方式を取っている。本発明ではソレノイド、スプリングクラッチ、カム機構を用いる事によりブレードホルダを矢印の方向に移動させ、図３のように感光体１０１とクリーニングブレード１０９の接触部を可変にする。
すなわち、図２でカムをクリーニングブラケットに当接させることにより、クリーニングブレード１０９の先端部のブレード母体層１０９ａを感光体１０１に当接させ（図３ａ）、
クリーニング用の姿勢とし、カムをクリーニングブラケットから離間させることにより、
クリーニングブレード１０９の中腹部の研磨剤粒子含有層１０９ｂを感光体１０１に当接させ（図３ｂ）、研磨用姿勢とすることができる。

図１に記載のクリーニングブレード１０９において感光体１０１側の面に、図４に示すようなクリーニングブレード１０９の一部に研磨剤粒子含有層１０９ｂ（１０９ａはブレード母体層）を設ける。また、図５に示すように先端以外の部分が全て研磨剤粒子含有層１０９ｂであっても良い。また、図４，５中に記載のクリーニングブレード先端からの距離ａは、カム機構による上記動作によりクリーニングブレード１０９が感光体１０１に腹当り（当接角＝０°）した際に、研磨剤粒子含有層１０９ｂが感光体１０１と当接するように設定すればよい。
以上のように、クリーニングブレード１０９の研磨剤粒子含有層１０９ｂが感光体１０１に当接した体状態で、感光体１０１を回動し、感光体１０１表面に付着したフィルミング物質を研磨する事により除去する。

次に、本発明のクリーニング装置１００について詳しく説明する。クリーニングブレード１０９は、金属、樹脂、ゴム等の材質からなるが、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等のゴムが好ましく用いられ、この中でも特にウレタンゴムが好ましい。
クリーニングブレード１０９は、図２に示すように、ブレード母体層１０９ａと研磨剤粒子含有層１０９ｂとの２層構造からなる研磨用ブレードである。ブレード母体層１０９ａは、ゴム、樹脂、金属の材質によって構成される。中でもゴムが好ましく用いられ、特にウレタンゴムが好ましい。研磨剤粒子含有層１０９ｂは、上記に示したゴム、樹脂、金属に研磨剤粒子を分散させて形成される。
ブレード母体層１０９ａをゴムで構成する場合、用いられるゴムの硬度は、６５度以上８５度以下が好ましい。硬度が６５度より小さいとブレードの摩耗の進行が早く、また、硬度が８５度より大きいとブレードのエッジが欠けやすくなるからである。

研磨剤粒子としては、窒化珪素等の窒化物、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、マイカ、珪酸カルシウム等の珪酸塩、炭酸カルシウム、石膏等の石灰質物質、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化アルミニウム、炭化ジルコニウム等の炭化物、酸化セリウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム等の酸化物が挙げられる。この中でも、研磨力に優れている酸化セリウムが好ましい。
研磨剤粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が０．０５μｍ未満では、粒子が細かすぎ、ゴム中での均一な分散が困難になったり、研磨ブレードとしての研磨力が十分に得られない。また、平均粒径が１００μｍを超えると、研磨力が大きすぎるために感光体１表面上を傷つけることになるため好ましくはない。

研磨剤粒子の含有量は、研磨剤粒子含有層の０．５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることが好ましい。研磨剤粒子の含有量が０．５ｗｔ％未満では、分散がまばらになってしまい、均一な研磨ができない。また、研磨剤粒子の含有量が５０ｗｔ％を超えると、研磨剤粒子の密度が高くなり過ぎ、剥がれ落ちやすくなる。また、コストも高くなってしまう。
ブレード母体層１０９ａ、研磨剤粒子含有層１０９ｂそれぞれの厚みは任意に設定することができるが、研磨剤粒子含有層１０９ｂの厚みを第２クリーニングブレード１０９全体の厚みの０．５％以上５０％以下とすることが好ましい。研磨剤粒子含有層１０９ｂの厚みが０．５％未満であると、ブレードの摩耗に対する余裕度がないため、経時品質を維持することができない。また、研磨剤粒子含有層１０９ｂの厚みが５０％を超えると、本来ゴムが有する弾性の機能が発揮できなくなり、感光体１０１を均一に研磨することができなくなる。

上記のような２層構造を有するクリーニングブレード１０９は、ブレード母体層１０９ａを使用するクリーニング面、あるいは研磨剤粒子含有層１０９ｂが形成する研磨面をカム機構による切り替え装置を用いて、図３に示すように感光体１０１といずれか一方が当接されるように設置される。
ブレード母体層１０９ａは、主として感光体１０１上の転写残トナーや紙粉の除去を行う。
研磨剤粒子含有層１０９ｂは、トナーから脱離した無機微粒子を主成分とする感光体１０１上の付着物質や、フィルミング物質等を、研磨面で削り取るようにして除去する。
研磨剤粒子がある幅をもって分散された研磨剤粒子含有層１０９ｂが感光体１０１に当接することで、感光体１０１の膜削れは均一となり、感光体１０１に不具合を生じさせることがない。また、クリーニングブレード表面に研磨剤をコートしたような研磨ブレードと比較しても、研磨剤が剥がれ落ちたり、短期で削り取られたりすることがないため、長期的に優れたクリーニング機能を維持できるクリーニング装置とすることができる。

クリーニングブレード１０９の感光体１０１への当接は、図１ないし３に示すように、カウンター方式であることが好ましい。カウンター方式であることで、感光体１０１上の転写残トナーや紙粉を効率よく除去することができ、良好なクリーニング性が得られる。
また、研磨時の研磨剤粒子含有層１０９ｂの当接圧は、１０ｇｆ／ｃｍ以上６０ｇｆ／ｃｍ以下であることが好ましい。当接圧が１０ｇｆ／ｃｍ未満では当接圧が低いため、感光体１０１上の付着物は研磨剤粒子含有層１０９ｂをすり抜けやすく、十分に除去することができない。また、６０ｇｆ／ｃｍを超えると感光体１０１の膜削れ量が増加し、感光体１０１の寿命を短くするため好ましくない。

ブレード母体層１０９ａをゴムで構成する場合、用いられるゴムの硬度は、６５度以上８５度以下が好ましい。その場合、ゴム硬度６５〜８５度と、上記の当接圧の関係で得られる研磨剤粒子含有層１０９ｂの感光体１０１への食い込み量は、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。上記の食い込み量となるように研磨剤粒子含有層１０９ｂを調整することで、感光体１０１の膜削れ量を過剰に増加させることなく、付着物の除去を行う研磨ブレードとしての役割を十分に発揮させることができる。

また、図１において、以上説明してきた本発明のクリーニング装置１００と感光体１０１とを少なくとも含み、帯電手段１０２及び現像手段１０３から選択される任意の手段とを含んで一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在に形成したプロセスカートリッジとすることができる。本プロセスカートリッジによって、小粒径トナーを用いた現像が行われる画像形成プロセスであっても、感光体上のクリーニング機能を長期に渡って維持し、画質の劣化を生じさせることのないプロセスカートリッジとすることができる。

また、本発明の画像形成装置は、図３ｂに示す研磨用姿勢を上記カム機構により、画像形成前の感光体１０１動作時、若しくは画像形成後の感光体１０１動作時、又は連続画像形成時の画像間時に選択してとらせることにより、感光体１０１表面の付着物質を除去するとともに感光体１０１の膜削れ量を低減し、感光体１０１の寿命を延ばすことができる。

また、本発明の画像形成装置は、図３ｂに示す研磨用姿勢を画像形成装置が異常停止した後の復旧動作時に選択してとることにより、異常時に付着した感光体１０１表面の付着物質を除去して感光体１０１へのダメージを低減させ、長期に渡って良好な画質を提供することができる。

本発明のクリーニング装置１００を搭載する画像形成装置は、図１の構成に限るものではなく、感光体１０１上のトナー像を一旦転写されて担持する中間転写体を備える構成や、多色画像を形成するために感光体を複数備える構成であってもよい。特に、本発明のクリーニング装置１００を搭載することの効果が大きく得られる画像形成装置は、現像装置１０３で使用するトナーが、平均円形度が０．９０以上と球形状に近く、体積平均粒径が３〜１０μｍの小粒子径のトナーである場合である。小粒径で球形状に近いトナーは、感光体とクリーニングブレードの隙間に入り込みすり抜けやすい。また、小粒径であるとワックスや無機微粒子等の添加剤のトナー粒子中の含有率が高くなる傾向にあるため、これらがトナーから脱離して感光体上に付着し、汚染する。

しかしながら、本発明のクリーニングブレード１０９により、ブレード母体層１０９ａで感光体１０１上の転写残トナーや紙粉の除去を行い、研磨剤粒子含有層１０９ｂでワックスや無機微粒子を主成分とする感光体１上の付着物質を、研磨面で削り取るようにして除去することができる。また、研磨剤粒子含有層１０９ｂは、ブレード母体層１０９ａにある幅をもって研磨剤粒子が分散された構成であるため、研磨剤粒子が剥がれ落ちることがなく、長期に渡って良好なクリーニング機能を維持することができる。

本発明の研磨用姿勢は、クリーニングブレード１０９が感光体１０１に腹当り（当接角＝０°）した状態になる為、クリーニング能力が著しく低下する。その為、感光体１０１が画像形成時と同一方向の回転動作中にクリーニングブレード１０９を研磨用姿勢にすると、クリーニングブレード１０９のエッジ部に溜まっているトナー及び添加剤がすり抜けやすくなり、そのすり抜けトナーにより帯電ローラ１０２が汚れやすくなってしまう。
本発明のクリーニングブレード１０９は、図６に示すように感光体１０１が画像形成時とは逆回転動作中のみに研磨用姿勢を取ることとした。これにより、クリーニングブレード１０９のエッジ部に溜まっているトナー及び添加剤がクリーニングブレード１０９と感光体１０１のニップをすり抜ける事を防止できる。

本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 本発明のクリーニング装置のクリーニングブレード当接機構を説明するための図である。 クリーニングブレードの感光体への当接状態の切り替えを説明するための図である。 クリーニングブレードの一部に設けた研磨剤粒子含有層の位置を示す図である。 クリーニングブレードの一部に設けた研磨剤粒子含有層の位置を示す図であり、ブレードの先端部を除いて研磨剤粒子含有層とした例を示す図である。 感光体の回転方向とクリーニングブレードの当接状態の関係を示す図である。

符号の説明

１００ クリーニング装置
１０１ 感光体（像担持体）
１０２ 帯電ローラ
１０３ 現像装置
１０４ ファーブラシ
１０５ 転写装置
１０６ 中間転写ベルト
１０７ 清掃部材
１０８ 潤滑剤バー
１０９ クリーニングブレード
１０９ａ ブレード母体層
１０９ｂ 研磨材粒子含有層
１１０ 現像容器
１１１ 現像スリーブ
１１２ 撹拌部材
１１３ ドクター
１１４ ＰＣＬ（プレクリーニングランプ）

Claims (10)

1. 像担持体と、
   像担持体表面に当接させて残留トナーを剥離除去するエッジ部を有するクリーニングブレードと、
   エッジ部の像担持体への当接姿勢を変更、選択する当接姿勢選択手段とからなり、
   クリーニングブレードはブレード母体層とエッジ部を除く部分に研磨剤粒子含有層を有する複数層構造を有し、
   当接姿勢はトナーの前記像担持体からの剥離除去に最適なクリーニング姿勢と、
   研磨剤粒子含有層を有する部分を像担持体に接触させることで、像担持体を研磨する研磨姿勢とからなる
   ことを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記研磨剤粒子含有層を有する部分は、像担持体表面と対向する位置にあり、
   研磨用姿勢においては、クリーニングブレードはクリーニング用姿勢よりも像担持体表面に喰い込むことで、
   研磨剤粒子含有層を有する部分を像担持体に押し付ける
   ことを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
3. 請求項２に記載のクリーニング装置において、
   前記研磨剤粒子含有層は、含有される研磨剤粒子が酸化セリウムである
   ことを特徴とするクリーニング装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のクリーニング装置において、
   前記研磨剤粒子含有層は、含有される研磨剤粒子の平均粒径が０．０５μｍ以上１００μｍ以下である
   ことを特徴とするクリーニング装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の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、研磨剤粒子含有層の厚みがブレード全体の厚みの０．５％以上５０％以下である
   ことを特徴とするクリーニング装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のクリーニング装置において、
   前記研磨剤粒子含有層は、ゴム硬度が６５度以上８５度以下のゴムに研磨剤粒子を分散させてなる
   ことを特徴とするクリーニング装置。
7. 前記像担持体と、
   少なくとも像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを含んで一体に支持され、
   画像形成装置本体に着脱自在に形成されたプロセスカートリッジであって、
   クリーニング手段として、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を備える
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 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又は請求項７に記載のプロセスカートリッジを搭載する画像形成装置において、
   前記クリーニング装置は研磨用姿勢を、画像形成前の像担持体動作時、
   若しくは画像形成後の像担持体動作時、
   又は連続画像形成時の画像間時に選択するものである
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 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若しくは請求項７に記載のプロセスカートリッジを搭載する画像形成装置又は請求項８に記載の画像形成装置において、
   前記クリーニング装置は、
   研磨用姿勢を画像形成装置が異常停止した後の復旧動作時に選択するものである。
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. 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若しくは請求項７に記載のプロセスカートリッジを搭載する画像形成装置又は請求項８若しくは９に記載の画像形成装置において、
    前記クリーニング装置は、研磨用姿勢を像担持体が画像形成時と逆回転動作時に選択する
    ことを特徴とする画像形成装置。

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