JP2007114606A - クリーニング装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置及びカラー画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式のコピー機・FAX・プリンタなどにおいて発生するクリーニングブレードと感光体との間の振動が原因となる画像劣化の低減、騒音の低騒、安定したクリーニング特性を有するクリーニング装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置及びカラー画像形成装置に関する。
画像形成装置の感光体ユニットなどでは、クリーニングブレードと感光体との間の摩擦によってスティックスリップが生じてしまい、このスティックスリップによる振動が加振源となって、感光体から高音の騒音が発生したり振動がクリーニングブレードからユニット筐体に伝播して騒音を発生させたりする問題がある。残留トナーを除去するためにはクリーニング装置は必要不可欠であり、これらの騒音を低減することが望まれている。
また、クリーニングブレードと感光体との相対的な振動が増加すると、クリーニングブレードの摩擦により感光体駆動における負荷変動となる。したがって、速度変動が増加してしまい、結果としてバンディングなどの画像劣化につながる。
バンディングとは、出力される画像に速度変動周波数に応じた濃淡が発生することにより、画像劣化を引き起こすものである。この現象は、前述した感光体ドラムの速度変動が増大することが原因となっている。
また、クリーニングブレードが共振により振動した場合、感光体とクリーニングブレード先端の間に空隙が生じることもある。この空隙がトナー粒子径より大きい場合には、トナーのすり抜けが生じてクリーニング不良の原因となってしまう。
このような問題を解決する従来の発明としては、特許文献1,2に開示された発明が公知である。特許文献1には、回転駆動装置における両軸両ギアモータより分岐し、且つ、ギア列により駆動伝達される像担持体及び中間転写体が圧接される駆動装置を有するカラー画像形成装置において、前記モータ軸上にダイナミックダンパー又はフライホイールを設けたことを特徴とする発明が開示されている。特許文献1によれば、モータの共振による振動の増幅がモータ軸上に設けられたダイナミックダンパー又はフライホイールの効果によって抑えられるため、像担持体の振動が抑えられ、表面上に形成される潜像に画像乱れが発生するのを防ぐことができる。
また、特許文献2には、歯車で構成される回転駆動装置の偏心、歯車の噛み合いによる速度変動の各周波数が、回転駆動装置の周波数応答における減衰領域に収まるように、回転駆動系における慣性部材の慣性質量及び歯車の回転数や歯数を設定するように構成した発明が開示されており、装置の振動増幅を防止することができる。
特開平10−333385号公報
特開平9−222826号公報
しかし、前述した従来の技術は、ダイナミックダンパーやフライホイール、ギアの歯数や回転数など、回転に係る駆動装置を設定することで振動の抑制を図るものであり、ダイナミックダンパーやフライホイール、ギアなどの構成数が多数になると、振動を抑制するための条件も多数になってしまい、装置自体の構成の複雑化・巨大化につながってしまう。
このような課題に鑑み、本発明は、簡単な構成で、感光体ドラムとクリーニングブレードとの間に発生する相対的な振動が、クリーニングブレードの振動特性によって増幅しないようにしたクリーニング装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置及びカラー画像形成装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、原稿画像の画像データを像担持体の表面に現像する現像手段と、現像された画像データを転写材に転写する転写手段と、転写材に画像データを転写後に像担持体の表面に残留するトナーを除去する除去手段とを有する画像形成装置のクリーニング装置であって、除去手段は、像担持体の表面と当接してトナーを除去するクリーニングブレードと、該クリーニングブレードを保持するブレードホルダとを有し、クリーニングブレードの固有振動数をfc、感光体の回転に伴い発生する感光体の速度変動周波数をfdとしたとき、下記式(1)の範囲以外になるようにしたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のクリーニング装置において、速度変動周波数は、像担持体を駆動させる回転駆動部の回転に係る第一の回転周波数であることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のクリーニング装置において、速度変動周波数は、第一の回転周波数と、像担持体を駆動させる駆動伝達系のギアと、に基づく噛み合い周波数であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のクリーニング装置において、速度変動周波数は、現像手段の現像ローラを駆動させる回転駆動部の回転に係る第二の回転周波数であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1または4に記載のクリーニング装置において、速度変動周波数は、第二の回転周波数と、像担持体を駆動させる駆動伝達系のギアと、に基づく噛み合い周波数であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか1項に記載のクリーニング装置において、ブレードホルダは、減衰性の高い非金属で構成されたことを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジであることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項7に記載のプロセスカートリッジを複数備えたカラー画像形成装置であることを特徴とする。
このように、本発明のクリーニング装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置及びカラー画像形成装置によれば、感光体ドラムとクリーニングブレードとの間に発生する相対的な振動が、クリーニングブレードの振動特性によって増幅しないようにすることができる。
以下に、本実施形態のクリーニング装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置及びカラー画像形成装置を図面を用いて説明する。なお、本実施形態は後述するものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。
図1は、本実施形態のクリーニング装置を備えた画像形成装置の構成を模式的に示す図である。
図1に示すように、本実施形態の画像形成装置は、画像形成部100と、画像読み取り部200と、給紙部300とを備えている。
図1に示すように、本実施形態の画像形成装置は、画像形成部100と、画像読み取り部200と、給紙部300とを備えている。
画像読み取り部200の原稿搬送装置上、または、コンタクトガラス上に原稿がセットされて本実施形態の複合機の操作を開始すると、画像読み取り部200の、光源、複数のミラー、結像用光学レンズ、CCDなどのイメージセンサを用いて、原稿画像を読み取られる。ここで読み取った画像データは、画像形成部100へと送られることになる。
そして、給紙部300の給紙トレイから転写紙搬送路を介して転写紙8が搬送されてくると、画像形成部100の感光体1と転写部5との当接位置にて、読み取った画像データに基づき転写紙8へ作像される。この転写紙8は定着部9にて画像が定着された後で排紙されることになる。
次に、本実施形態のクリーニング装置について説明する。
図2は、本実施形態のクリーニング装置及びその周辺の各装置の構成を模式的に示す図である。
図2は、本実施形態のクリーニング装置及びその周辺の各装置の構成を模式的に示す図である。
図2に示すように、本実施形態のクリーニング装置6の周辺には、感光体ドラム1と、帯電部2と、露光部3と、現像部4と、転写部5と、除電部7とが備えられている。そしてこれらは、矢印A方向に回転する感光体ドラム1の周囲に、配置されている。また、感光体ドラム1上から転写された転写材8上にトナー画像を定着させるために、定着部9が配置されている。
帯電部2は、感光体ドラム1の表面に所定の距離で感光体ドラム1と接触あるいは非接触で配置されており、帯電部2にバイアスを印加することによって感光体ドラム1を所定の極性、所定の電位に帯電するものである。
露光部3は、原稿読み取り部200にて読み取った原稿画像データに基づき、感光体ドラム1に光源から光照射して静電潜像を形成するものである。この光源となる発光素子としては、LD(Laser Diode)やLED(Light Emitting Diode)などが挙げられる。
現像部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。本実施形態では、熱可塑性樹脂に着色剤を混合分散後に微粉化したものなどでできたトナーと、微粉末状のガラスビーズや鉄粉などでできたキャリアとからなる、いわゆ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が、その他の現像方式として、二成分トナーのようにキャリアを含まずトナーのみからなる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感光体ドラム1の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っている。
転写部5は、転写時に感光体ドラム1の表面に所定の押圧力で接触して電圧が印加されることにより、感光体ドラム1と転写部5との間の転写ニップ部で感光体ドラム1の表面のトナー像を転写材8に転写するものである。本実施形態では転写ローラを用いて転写を行っているが、転写手段としてはこれに限定されず、コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。
除電部7は、クリーニング装置6により残留トナーを除去された感光体ドラム1の残留電荷を除電するもので、本実施形態では、LEDなどを用いた光除電方式を採用している。
そして、本実施形態におけるクリーニング装置6は、振動部材とブレード部材などで構成される。そして、このブレード部材を感光体ドラム1に対して押しあてることにより、感光体ドラム1から残留トナーを除去するものである。
クリーニング装置6により感光体ドラム1から除去されたトナーは、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られる。このようにして蓄えられた廃トナーは、サービスマンなどにより回収されるか、あるいは、リサイクルトナーとして現像部4などに運ばれて現像に再使用される。
図9は、従来の振動伝達率の一例を示すグラフ図である。ここでは、減衰比を0.01とした場合を示している。
図9を見ると、加振周波数/共振周波数が1になった時、すなわち、共振周波数と加振周波数とが一致した時、振動伝達率は最大となり、振動が大きくなることが示されている。また一方、加振周波数/共振周波数が、矢印(a)で示す位置より大きい範囲では、振動の伝達率は1より小さくなり、振動が低減されることが示されている。
図9を見ると、加振周波数/共振周波数が1になった時、すなわち、共振周波数と加振周波数とが一致した時、振動伝達率は最大となり、振動が大きくなることが示されている。また一方、加振周波数/共振周波数が、矢印(a)で示す位置より大きい範囲では、振動の伝達率は1より小さくなり、振動が低減されることが示されている。
感光体とクリーニングブレードとの関係で考えた場合、感光体の速度変動周波数fdが加振周波数、クリーニングブレードの固有振動数fcが共振周波数に相当する。したがって、前述した式(1)の帯域は、共振により受ける影響が大きい帯域であり、クリーニングブレードの挙動が振動によって乱れる帯域である。
実際に起こる現象の1つとしては、クリーニングブレードがスティックスリップを引き起こし、クリーニングブレードと感光体ドラムとの間で相対的な振動が増大する。この振動によって、感光体ドラムがクリーニングブレードに加振されることになり、感光体ドラムの表面が音響放射面となって、騒音を発生させる原因となる。
また、クリーニングブレードと感光体ドラムとの間の摩擦力変動が増大する虞もある。この場合には、感光体ドラムの回転方向に対するトルク変動につながり、画像劣化の原因となってしまう。また、振動によるトナー粒子のすり抜けが発生して、クリーニング不良を引き起こす。さらには、振動の発生回数の増加に伴い、クリーニングブレード先端の損傷も懸念される。
これらの現象を回避するため、本実施形態のクリーニング装置では、前述した式(1)の帯域を以外になるようにする。これにより、加振源となり得るクリーニングブレードと感光体との速度変動により生じる摩擦力がクリーニングブレードの共振により振動増幅されず、低騒音化・高画質化が可能となる。また、クリーニングブレードの共振に応じて振動が増幅することにより発生するクリーニング不良の低減効果も得られる。さらには、クリーニングブレード先端の早期老朽化防止などにも効果がある。
実際に、感光体のクリーニング時におけるクリーニングブレードの振動を測定して、その効果を確認した結果を以下に説明する。
図3は、本実施形態のクリーニング装置において、加速度振動の計測時の構成を示す概略図である。本実施形態のクリーニング装置は、クリーニングブレード61と、ブレードホルダ62とを備えている。
図3は、本実施形態のクリーニング装置において、加速度振動の計測時の構成を示す概略図である。本実施形態のクリーニング装置は、クリーニングブレード61と、ブレードホルダ62とを備えている。
ここでは、評価の指標として、クリーニングブレード61の中央先端部(先端エッジ部分から、約5mmの位置)に、小型の加速度ピックアップ63(0.5g)を用いて加速度振動を測定した。加速度ピックアップ63にはIPC形式のものを採用している。そして、この加速度ピックアップ63をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)解析装置のフロントエンドに入力して、PC上の信号解析ソフトにて時系列の加速度振動を獲得する。
ここで、獲得した加速度データに、オフセット除去処理を行い、二回積分を行って変位データに変換する。このようにして、FFTにより周波数データを獲得した。
図4は、この変位データの周波数分布の一例を示すグラフ図である。
図4は、この変位データの周波数分布の一例を示すグラフ図である。
図4において、最も大きなピークである約10.5Hzは、感光体駆動モータの回転周波数を示している。また、その他のピークのうち、約105Hz近傍のピークは、感光体ドラムを駆動させるモータの回転周波数と駆動伝達系であるギアとによって決定される噛み合い周波数を示している。さらに、約165Hz近傍のピークは、現像ローラを駆動させるモータの回転周波数と駆動伝達系であるギアとによって決定される噛み合い周波数を示している。
図5は、固有振動数が約105Hzのクリーニングブレードを用いて、図3にて述べた方法と同様の解析を行った場合のデータを示すグラフ図である。この図5では、感光体ドラムの速度変動周波数として持っていた約105Hzにおける変動に対して、クリーニングブレードが大きく共振しており、振動の振幅が増大していることが示されている。
この共振現象に伴い、感光体ドラムの速度変動は、クリーニングブレードの接触・摩擦が増大することによって、変動も大きくなってしまう。したがって、固有振動数が約105Hzであるこのクリーニングブレードを用いて画像を出力すると、バンディングの影響が顕著となる。
また、このバンディングと同時に、感光体とクリーニングブレードの相対的な速度変動が増大すると、感光体ドラムに対する加振力も増大することになるので、感光体ドラムの表面が音響放射面となって騒音を増大させてしまう。
また、クリーニングブレードの振動が大きくなると、クリーニングブレードと感光体との間に隙間が生じる場合があり、この隙間をトナー粒子がすり抜けてしまう現象も見受けられる。このようにトナー粒子が隙間からすり抜けてしまうと、回収すべきトナー粒子が十分に除去できない状態になってしまい、画像上の汚れなどを引き起こす原因となる。さらに、振動が増加することによって、クリーニングブレードの先端部分に大きな摩擦力が発生してしまうので、クリーニングブレードの劣化および早期の老朽化を招いてしまう。
なお、ここでは、感光体ドラムを駆動させるモータの回転周波数と、駆動伝達系であるギアによって決定される噛み合い周波数と、クリーニングブレードの固有振動数との関係について、その結果を示した。しかし、その他の感光体駆動モータの回転周波数、現像駆動モータの回転周波数、現像駆動モータと駆動伝達系による噛み合い周波数などの場合でも、今回と同様の結果が得られた。
したがって、前述した測定結果に基づきクリーニングブレードの振動特性を考慮して、共振の影響を受け易い式(1)の帯域以外の範囲に、クリーニングブレードの振動特性を決定することが重要となる。
クリーニングブレードの振動特性である固有振動数を変化させる方法としては、クリーニング装置の構成上のパラメータとして、例えば、ブレードホルダの厚さ、幅、長さなどを変化させることにより変化させることもできる。また、クリーニングブレードを固定する位置、固定箇所の数などによっても変化させることが可能である。これらクリーニング装置構成上のパラメータを適切に設定すること、すなわち、前述した式(1)の帯域以外の範囲になるように設定することにより、高画質化、低騒音化、耐久性に優れたクリーニング装置を提供することができる。
このように、本実施形態のクリーニング装置によれば、前述した式(1)における速度変動周波数fdが、感光体ドラムの速度を変動させる感光体ドラムの駆動モータにおける回転周波数及びギアとの噛み合い周波数や、現像ローラの駆動モータの回転周波数及びギアとの噛み合い周波数となる。したがって、前述した各周波数が、クリーニングブレードの振動特性によって増幅されず、回転周波数や噛み合い周波数によって発生する騒音や、バンディングにより発生する画像劣化などを防ぐことが可能となる。
また、本実施形態のクリーニング装置では、ブレードホルダの材料によっても固有振動数を変化させることができる。ここでは、ブレードホルダに樹脂材料を用いた場合を説明する。
図6は、本実施形態のクリーニング装置のブレードホルダに樹脂材料を用いて、図3にて述べた方法と同様の解析を行った場合の振動データを示すグラフ図である。なお、図6に示した解析を行ったクリーニング装置のブレードホルダにはABS樹脂を用いており、このABS樹脂には、剛性を高めるためにガラス系の材料が混合されたものを用いている。このように、ブレードホルダにABS樹脂を用いることによって、クリーニングブレードの減衰特性をより高くすることを可能としている。
この図6に示されたグラフと、前述した図4に示されたグラフとを比較すると、ブレードホルダの減衰特性が増大したことによって、クリーニングブレードに発生していた振動が低減されたことが分かる。また、ブレードホルダにABS樹脂を用いたときには、感光体ドラムの速度変動に基づく振動が低減しており、その結果出力された画像としては良好な画像を得ることができた。
このように、本実施形態のクリーニングブレードを、ABS樹脂のような減衰効果の高い非金属の材料で構成することによって、加振源となり得るクリーニングブレードと感光体の速度変動により生じる摩擦力が、クリーニングブレードの共振により振動増幅されない。さらには、ブレードホルダの振動特性から得られる減衰性により、クリーニングブレードと感光体との相対的な振動がより低減され、一層の低騒音化・高画質化が可能となる。
なお、ここでは、クリーニングブレードに用いられる材料としてABS樹脂を用いて説明したが、本実施形態はこれに限定されず、減衰特性が高いものであればABS樹脂以外の樹脂系材料であってもよい。
次に、本実施形態のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジについて説明する。
図7は、本実施形態のクリーニング装置を用いたプロセスカートリッジの構成を示す断面図である。
図7は、本実施形態のクリーニング装置を用いたプロセスカートリッジの構成を示す断面図である。
図7に示すように、前述した図2における感光体ドラム1、帯電部2、現像部4、クリーニング装置6などを、本実施形態のプロセスカートリッジ10として一体化して構成している。そして、このプロセスカートリッジ10を、複写機やプリンタなどの画像形成装置の装置本体から着脱可能となるようにしている。
このように、本実施形態のクリーニング装置を、画像形成装置から着脱が自在であるプロセスカートリッジ内に備えることによって、すなわち、本実施形態のクリーニング装置を含め、感光体や帯電部、現像部などをプロセスカートリッジとして一体化することによって、感光体の速度変動が引き起こすクリーニング不良の低減や、低振動化による高画質化・低騒音化が可能となる。また、プロセスカートリッジ交換時の容易化などメンテナンス性の向上や、他の画像形成装置などとの一体交換を容易に行うことが可能となる。さらには、本実施形態の画像形成装置に、このようなプロセスカートリッジを備えることにより、前述したようなクリーニング不良の低減や低振動による高画質化・低騒音化の実現が可能となる。
また、本実施形態では、前述した図7に示すようなプロセスカートリッジを複数用いて、カラー画像形成装置に適用することも可能である。
図8は、本実施形態のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジを並置して、カラー画像形成装置に適用した場合の構成を示す図である。
図8は、本実施形態のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジを並置して、カラー画像形成装置に適用した場合の構成を示す図である。
本実施形態のカラー画像形成装置は、図8に示すように、水平に伸びる転写ベルトに沿って、図7に示した本実施形態のプロセスカートリッジを並置している。このプロセスカートリッジには、それぞれ、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。各プロセスカートリッジで現像された感光体ドラム上の現像トナーは、転写電圧が印加された転写ベルト上に、順次転写されていくことになる。
このようにして、イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),ブラック(K),の各色に応じて画像の形成が行われ、転写ベルト上に多重色での転写がなされて転写材上にまとめて転写される。転写材上に転写された多重トナー画像は、図示しない定着装置によって定着されることになる。なお、本実施形態では、プロセスカートリッジの配置順を、イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),ブラック(K),として説明したが、この順番に限定されず、どのような順番で並置してもよい。
通常、カラー画像形成装置は、複数の画像形成部を有するために画像形成装置本体が大きくなってしまう。また、クリーニング装置や帯電部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などには、画像形成装置の構成が複雑なので、ユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
そこで、本実施形態のように、感光体ドラムや、帯電手段、現像手段などの構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体化して構成することにより、ユーザによる交換も可能なほどユニットの交換が容易で、かつ、小型化・高耐久性のカラー画像形成装置を提供することができる。
実際には、前述した本実施形態のプロセスカートリッジを、イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),ブラック(K),の各色ごとに適宜配置することによって、クリーニング不良の低減、低振動による高画質・低騒音化、及び、プロセスカートリッジの交換時のメンテナンス性の向上を図ることが可能となる。
1 感光体
2 帯電部
3 露光部
4 現像部
5 転写部
6 クリーニング装置
61 クリーニングブレード
62 ブレードホルダ
63 加速度ピックアップ
7 除電部
8 転写紙
9 定着部
10 プロセスカートリッジ
100 画像形成部
200 画像読み取り部
300 給紙部
2 帯電部
3 露光部
4 現像部
5 転写部
6 クリーニング装置
61 クリーニングブレード
62 ブレードホルダ
63 加速度ピックアップ
7 除電部
8 転写紙
9 定着部
10 プロセスカートリッジ
100 画像形成部
200 画像読み取り部
300 給紙部
Claims (9)
- 前記速度変動周波数は、
前記感光体を駆動させる回転駆動部の回転に係る第一の回転周波数であ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。 - 前記速度変動周波数は、
前記第一の回転周波数と、前記感光体を駆動させる駆動伝達系のギアと、に基づく噛み合い周波数であることを特徴とする請求項1または2に記載のクリーニング装置。 - 前記速度変動周波数は、
前記感光体の表面に形成された静電潜像を現像する現像手段において、該現像手段を回転駆動させる回転駆動部の回転に係る第二の回転周波数であ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。 - 前記速度変動周波数は、
前記第二の回転周波数と、前記像担持体を駆動させる駆動伝達系のギアと、に基づく噛み合い周波数であることを特徴とする請求項1または4に記載のクリーニング装置。 - 前記ブレードホルダは、減衰性の高い非金属で構成されたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のクリーニング装置。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジ。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置。
- 請求項7に記載のプロセスカートリッジを複数備えたカラー画像形成装置。
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