JP2009042295A - クリーニング装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

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健治 杉浦
Osamu Naruse
修 成瀬
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奈緒美 杉本
Satoshi Muramatsu
智 村松
Hiroki Nakamatsu
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Abstract

【課題】 被清掃体上の粉体を除去し、被清掃体上に潤滑剤を塗布するブラシローラを備えるもので、ブラシローラに付着した粉体に潤滑剤が付着することを防止することで、潤滑剤を無駄なく感光体に塗布することができるクリーニング装置、並びに、このクリーニング装置を備えた画像形成装置、及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】 クリーニング装置20の固形潤滑剤101がブラシローラ23に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部は、回収ローラ24がブラシローラ23に接触する回収部に対してブラシローラ23の回転方向下流側、且つ、感光体1がブラシローラ23に接触するクリーニング部に対してブラシローラ23の回転方向上流側であり、回収ローラ24のブラシローラ23に接触する部分である表面層は絶縁材料からなる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いられるクリーニング装置、並びにこれを備えた画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
従来、被清掃体としてトナー像転写後の感光体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段としては、ゴム製のブレードを感光体に当接させてトナーを除去するブレードクリーニング方式のものが知られている。ブレードクリーニング方式では、ブレードと感光体表面との密着の精度が低いとトナーがすり抜けてしまいクリーニング性が低下しやすい。これを防止するために、ブレードを強い当接圧で感光体に押し付けることがおこなわれている。しかしながら、ブレードを強い当接圧で感光体に押し付けると、ブレードのめくれが発生し、スジ状あるいは帯状のクリーニング不良を引き起こしてしまい、安定したクリーニング性能を保ちつづけることが困難であった。また、長期的には、感光体の表面膜削れを増進させ、感光体寿命を短くさせてしまう。
また、近年、高画質化の要望が高まり、トナーを小粒径化する傾向にある。さらに、トナー製造コスト低減及び転写率向上の要望から、粉砕(不定形)トナーから重合法による球形トナーを採用する画像形成装置が製品化されている。このような小粒径、球形トナーを用いると、ブレードクリーニング方式ではクリーニング性が粉砕トナーに比べて劣ることが知られている。
小粒径トナーや球形トナーのクリーニング時にも良好なクリーニング性を備え、かつ、感光体の表面膜削れを軽減できる機械的な摺擦を抑えたクリーニング方式として、特許文献1に記載されているような静電ブラシクリーニング方式がある。
図38は、特許文献1に記載の画像形成装置の作像部の説明図である。
図38に示す作像部では感光体1に形成されたトナー像は、中間転写ベルト69に転写され、中間転写ベルト69に転写されずに感光体1上に残った転写残トナーはクリーニング装置20によって感光体1上から除去される。静電ブラシクリーニング方式のクリーニング装置20は、感光体1表面に接触摺擦するように配置され、所定極性の電圧が印加された導電性のブラシローラ23を備える。また、ブラシローラ23に接触するように配置され、所定極性の電圧が印加された回収部材である回収ローラ24を備える。さらに、回収ローラ24に接触するようにローラ清掃部材である回収ローラ用ブレード27を備える。
クリーニング装置20は、感光体1上のトナーをブラシローラ23に付着して感光体1上から除去し、ブラシローラ23に付着したトナーを回収ローラ24で回収して、回収ローラ用ブレード27によって回収ローラ24上から除去する。このようなクリーニング装置20では、ブラシローラ23によって、摺擦力に加え、所定極性の電圧とは逆極性のトナーを静電気力で引き付けて感光体1上からトナーを除去するものである。このため、小粒径トナーや球形トナーに対してもクリーニング性能が得られる。
また、図38に示すクリーニング装置20は、回収ローラ24が接触する位置よりもブラシローラ23の回転方向下流側でブラシローラ23に接触するように、潤滑剤塗布手段としてある固形潤滑剤101を配置している。固形潤滑剤101はブラシローラ23で削られて粉体状の潤滑剤となり、粉体状の潤滑剤がブラシローラ23のブラシ繊維に付着して、潤滑剤が付着したブラシ繊維が感光体1に接触するときに粉体状の潤滑剤が感光体1上に塗布される。このように、感光体1上に潤滑剤を塗布することにより、感光体1の長寿命化を図ることができる。
ここで、固形潤滑剤101が回収ローラ24に対してブラシローラ23の回転方向上流側に配置されていると、トナーが付着した状態のブラシ繊維に潤滑剤が供給され、ブラシ繊維だけでなくトナーにも潤滑剤が付着する。トナーに付着した潤滑剤はトナーと共に回収ローラ24に回収されても、トナーとともに感光体1に付着しても潤滑剤として機能することができない。ブラシ繊維に付着した潤滑剤はブラシ繊維が感光体1表面を摺擦するときに感光体1表面上に擦りつけられることにより、薄層状となり潤滑剤として機能することができる。ブラシ繊維に付着したトナーは感光体1表面上に擦りつけられるような状態ではブラシ繊維と感光体1表面の間から移動して擦りつけられない状態となり、感光体1に移動したり、ブラシローラ23に付着したまま担持されたりする。このため、トナーに付着した潤滑剤はトナーと共に感光体1に移動したとしても、擦りつけられず、薄層化しないため、潤滑剤として機能することができない。
このような場合、潤滑剤の塗布量が不安定になったり、無駄になる潤滑剤があるため潤滑剤を塗布する効率が低下したりする。
一方、図38のクリーニング装置20であれば、回収ローラ24でトナーが除去されたあとのブラシローラ23のブラシ繊維が固形潤滑剤101を削るため、潤滑剤がトナーに付着することを抑制することができる。このため、潤滑剤の塗布量が不安定になったり、塗布する効率が低下したりすることを抑制することができる。
特開2002−169450号公報
しかしならが、特許文献1に記載の方式のクリーニング装置20では、湿度が高い場合など、ブラシローラ23から回収ローラ24へのトナーの移動効率が低下することがある。これは、特許文献1ではクリーニング装置20の回収ローラ24として導電性のローラを用いているため、回収するトナーとは逆極性の電圧が印加されている回収ローラ24からトナーに電荷が注入されることに起因する。回収ローラ24から電荷が注入されたトナーは回収ローラ24に印加される電圧とは逆極性で帯電電位が小さくなったり、帯電極性が反転して回収ローラ24に印加される電圧と同極性になったりする。そして、湿度が高い場合は回収ローラ24からトナーへの電荷注入が生じやすく、ブラシローラ23から回収ローラ24へのトナーの移動効率が低下しやすくなる。
ブラシローラ23から回収ローラ24へのトナーの移動効率が低下すると、ブラシローラ23にトナーが付着したまま、潤滑剤が供給されることになる。この場合、ブラシ繊維だけでなくトナーにも潤滑剤が付着する状態となり、上述したように、潤滑剤の塗布量が不安定になったり、塗布する効率が低下したりする。
このような問題は、ブラシローラ23から静電的に回収ローラ24に回収するものであれば、ブラシローラ23に電圧を印加せずに感光体1表面上のトナーを機械的に回収する構成であっても同様の問題は生じ得る。また、回収部材はブラシローラ23から静電的にトナーを回収するものであればよく、ローラ状の回収ローラ24に限るものではない。さらに、感光体をクリーニングするクリーニング装置に限らず、不要なトナーが付着し得る記録材搬送部材などの表面移動部材をクリーニングする場合でも、ブラシローラ23から静電的にトナー回収する構成を採用した場合には、同様の問題が発生し得る。また、被清掃体上の清掃対象はトナーに限らず、粉体状のものであればよい。
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、被清掃体上の粉体を除去し、被清掃体上に潤滑剤を塗布するブラシローラを備えるもので、ブラシローラに付着した粉体に潤滑剤が付着することを防止することで、潤滑剤を無駄なく感光体に塗布することができるクリーニング装置、並びに、このクリーニング装置を備えた画像形成装置、及びプロセスカートリッジを提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、表面移動する被清掃体の表面上に回転しながら接触することにより、該被清掃体に付着する一方の極性に帯電した粉体を除去するブラシローラと、該ブラシローラに接触して、該ブラシローラに付着した該粉体を回収する回収部材と、該ブラシローラと該回収部材との接触部で該ブラシローラ上の該粉体を該回収部材に移動させる回収電界を発生させる回収電界発生手段と、該ブラシローラに潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段とを有するクリーニング装置において、該潤滑剤供給手段が該ブラシローラに潤滑剤を供給する潤滑剤供給部は、該回収部材が該ブラシローラに接触する回収部に対して該ブラシローラの回転方向下流側、且つ、該被清掃体が該ブラシローラに接触するクリーニング部に対して該ブラシローラの回転方向上流側であり、該回収部材の該ブラシローラに接触する部分は絶縁材料からなることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1のクリーニング装置において、上記ブラシローラに上記粉体の帯電極性とは逆極性の電圧を印加するクリーニング電圧印加手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2のクリーニング装置において、上記ブラシローラの上記ブラシ繊維は、内部が導電性材料からなり、表面部が絶縁性材料からなることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1、2または3のクリーニング装置において、上記回収部材は、表面層が絶縁体からなるローラ状の回収ローラであることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3または4のクリーニング装置において、上記粉体はトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5のクリーニング装置において、上記トナーは球形トナーであり、その形状係数SF−1が、100〜150であることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体を帯電せしめる帯電手段と、該潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー増加する現像手段と、該潜像担持体上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する転写手段と、転写後の該潜像担持体を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する潜像担持体クリーニング手段とを有する画像形成装置において、該潜像担持体クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項7の画像形成装置において、上記現像手段としてそれぞれ色の異なるトナーを収容した複数の現像装置を備え、上記潜像担持体1つに対して該複数の現像装置が対向することを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項7の画像形成装置において、上記現像手段としてそれぞれ色の異なるトナーを収容した複数の現像装置を備え、該複数の現像装置と同数の上記潜像担持体を備え、該潜像担持体1つに対して該複数の現像装置のうち一つが対向することを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体に一次転写する一次転写手段と、該中間転写体上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する二次転写手段と、二次転写後の該中間転写体を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する中間転写体クリーニング手段とを有する画像形成装置において、該中間転写体クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像が転写された該記録媒体上のトナー像を該記録媒体に定着させる定着手段と、該記録媒体を該転写手段による転写位置から、該定着手段による定着位置まで搬送する記録媒体搬送部材と、該記録媒体搬送部材を被清掃体として表面に付着した不要なトナーを除去する記録媒体搬送部材クリーニング手段とを有する画像形成装置において、記録媒体搬送部材クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項7、8、9、10または11の画像形成装置において、上記像担持体として、感光層がアモルファスシリコンからなるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、請求項7、8、9、10、11または12の画像形成装置において、上記像担持体として、フィラーを分散させた材料からなるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項14の発明は、請求項7、8、9、10、11、12または13の画像形成装置において、上記像担持体として、架橋型電荷輸送材料を使用したものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項15の発明は、請求項7、8、9、10、11、12、13または14の画像形成装置において、上記像担持体として、充填剤で補強された表面層を有するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項16の発明は、像担持体と少なくともクリーニング手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、該クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とするものである。
上記請求項1乃至16の発明においては、潤滑剤供給部がブラシローラの回転方向について、回収部の下流側、且つ、クリーニング部の上流側であるため、回収部で粉体が回収された後のブラシローラに潤滑剤を供給できる。さらに、回収部材のブラシローラが接触する部分は絶縁材料からなることにより、回収部材から粉体への電荷注入を防止でき、回収部を通過したブラシローラのブラシ繊維をより確実に粉体が付着していない状態とすることができる。
請求項1乃至16の発明によれば、より確実に粉体が付着していない状態のブラシローラに潤滑剤を供給することができるので、ブラシローラに付着した粉体に潤滑剤が付着することを防止することができ、潤滑剤を無駄なく感光体に塗布することができるという優れた効果がある。
以下、本発明を画像形成装置である電子写真複写機(以下、単にプリンタ100という。)に適用した実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るプリンタの要部を示す概略構成図である。プリンタ100は、単一色の複写を行うものであり、図示しない画像読み取り部で読み取った画像データに基づいてモノクロ画像形成を行う。
まず、プリンタ100全体の構成について説明する。
図1に示すように、プリンタ100は、像担持体としてのドラム状の感光体1を備えている。感光体1の周囲には帯電手段としての帯電ローラ3、潜像をトナー像化するトナー像形成手段である現像手段としての現像装置6が配置されている。また、現像装置6により形成されたトナー像を記録媒体としての転写紙に転写する転写手段としての転写ローラ15、転写後の感光体1表面に残留するトナーをクリーニングするクリーニング装置であるクリーニング装置20、感光体1表面を除電する除電ランプ2等が配置されている。また、除電ランプ2と帯電ローラ3との間には、除電ランプの光を遮光する遮光板40が設けられている。
帯電ローラ3は、感光体1表面に所定の距離で非接触で配置され、感光体1の表面を所定の極性、所定の電位に帯電するものである。プリンタ100では、感光体1の表面をマイナス極性に一様に帯電させる。
帯電ローラ3によって一様帯電された感光体1の表面は、図示しない露光装置から画像データに基づいてレーザー光4が照射され静電潜像が形成される。
現像装置6は、磁界発生手段としてのマグネットを内包した現像剤担持体としての現像ローラ8を有している。この現像ローラ8には、図示しない電源から現像バイアスが印加されるようになっている。現像装置6のケーシング7内には、ケーシング7内に収容されたトナーとキャリアとからなる二成分現像剤を互いに逆方向に搬送しながら攪拌する供給スクリュ9及び攪拌スクリュ10が設けられている。また、現像ローラ8に担持された現像剤を規制するためのドクタ5も設けられている。本実施形態で用いるトナーは粉砕(不定形)トナーである。
供給スクリュ9及び攪拌スクリュ10の2本スクリュによって撹拌・搬送された現像剤中のトナーは、負極性に帯電される。そして、現像剤は現像ローラ8に内包されたマグネットの作用により、現像ローラ8に汲み上げられる。汲み上げられた現像剤は、ドクタ5により規制され、感光体1と対向する現像領域でマグネットの磁力により穂立ち状態となって磁気ブラシを形成する。
また、転写ローラ15には、図示しない電源から転写バイアスが印加されるようになっている。
次に、プリンタ100における画像形成動作を説明する。
プリンタ100では、図示しない操作部のコピースタートボタンが押されると、図示しない画像読み取り部で原稿の読み取りが開始される。帯電ローラ3、現像ローラ8、転写ローラ15及び詳細は後述するブラシローラ23に、それぞれ所定の電圧又は電流が順次所定のタイミングで印加される。また、回収ローラ24及び除電ランプ2にも所定の電圧又は電流が順次所定のタイミングでそれぞれ印加される。さらに、これと同期して、駆動手段としての感光体駆動モータ(不図示)により感光体1が図中矢印A方向に回転駆動される。感光体1の回転駆動と同時に、帯電ローラ3、現像ローラ8、転写ローラ15、供給スクリュ9、攪拌スクリュ10、トナー排出スクリュ19、ブラシローラ23、及び回収ローラ24も所定の方向に回転駆動される。
感光体1が図中矢印A方向に回転すると、まず感光体1表面が、帯電装置の帯電ローラ3によって負の帯電極性に(例えば−700[V])の電位に一様に帯電される。そして、図示しない露光装置から画像信号に対応したレーザー光4が感光体1上に照射され、レーザー光4が照射された部分の感光体1上の電位が例えば−120[V]に低下され、静電潜像が形成される。
静電潜像の形成された感光体1は、現像装置6との対向部で現像ローラ8上に形成された現像剤の磁気ブラシで感光体1表面を摺擦される。このとき、現像ローラ8上の負帯電トナーは、現像ローラ8に印加された例えば−450[V]の現像バイアスによって、静電潜像側に移動し、トナー像化(現像)される。
このように、本実施形態では、感光体1上に形成された静電潜像は、現像装置6によって、負極性に帯電されたトナーにより反転現像される。本実施形態では、N/P(ネガポジ:電位が低い所にトナーが付着する)の非接触帯電ローラ方式を用いた例について説明したが、これに限るものではない。
感光体1上に形成されたトナー像は、図示しない給紙部から上レジストローラ11と下レジストローラ12との対向部を経て、ガイド板13、14にガイドされて感光体1と転写ローラ15との間に形成される転写領域に給紙される転写紙に転写される。このとき、転写紙は上レジストローラ11と下レジストローラ12との対向部で画像先端と同期を取り供給される。また、転写紙への転写時には、転写ローラ15に、例えば+10[μA]に定電流制御された転写バイアスが印加される。
トナー像が転写された転写紙は、分離手段としての分離爪16によって感光体1から分離され、搬送ガイド板41にガイドされて図示しない定着手段としての定着装置へ搬送される。そして、定着装置を通過する事により、熱と圧力の作用でトナー像が転写紙上に定着されて、転写紙は機外に排出される。
一方、転写後の感光体1の表面は、クリーニング装置20で転写後の残留トナーが除去され、さらに除電ランプ2で除電される。
次に、被清掃体としての感光体1の表面上のトナーを除去するクリーニング装置20について説明する。
図1に示すように、クリーニング装置20は、ブラシ電源30からプラス電圧が印加されるブラシローラ23を備えている。また、ブラシローラ23が感光体1上のトナーを除去する位置に対して感光体1表面移動方向上流側の感光体1表面と対向する位置には、ブレード電源29からマイナス電圧が印加された導電性の導電性ブレード22備えている。
ブラシローラ23は、ブラシ回転軸23aを中心に回転駆動し、ブラシ電源30はブラシ回転軸23aに電圧を印加する構成である。
ここで、転写残トナーとして、感光体1表面に付着し、クリーニング装置20との対向部に到達するトナーの帯電量について説明する。
図2は、感光体1上に担持されたトナーの転写直前における帯電電位分布と、転写後に感光体1上に残留した転写残トナーの帯電電位分布を示すグラフである。図2に示すように、転写直前の感光体1表面上のトナーは、そのほとんどがマイナス極性に帯電している。転写時には、転写前からプラス極性に帯電していたトナーのほとんどはそのまま感光体1に付着する。さらに、転写前にマイナス極性に帯電していたトナーでも転写ローラ15に印加されたプラス極性の電荷注入を受けるなどして、帯電極性がプラス極性に反転することがある。よって、転写後の感光体1表面上の転写残トナーは図2に示すように、プラス極性のトナーとマイナス極性のトナーとが混在した分布となる。
転写ローラ15との対向部を通過した感光体1表面上に付着する転写残トナーは、感光体1の表面移動により導電性ブレード22との対向位置まで到達する。
図3は、感光体1表面移動時の導電性ブレード22の説明図である。導電性ブレード22との対向位置まで到達した転写残トナーのほとんどは導電性ブレード22によって機械的に掻き落とされる。しかし、図3に示すように、導電性ブレード22は感光体1の表面清掃時に所謂スティックスリップが発生し、転写残トナーの一部が導電性ブレード22との対向部をすり抜けていく。
導電性ブレード22にはトナーの帯電極性と同じ極性のマイナス極性の電圧が印加されており、転写残トナーが導電性ブレード22と感光体1との対向部をすり抜けていくときに、トナーは電荷が注入される。すなわち、トナーが導電性ブレード22と感光体1との対抗部をすり抜けるときに、導電性ブレード22が、トナーを正規の帯電極性(マイナス極性)に帯電する。ブレード電源29が導電性ブレード22に印加する電圧としては、例えば−450[V]の電圧を印加する。
導電性ブレード22によって正規の帯電極性に帯電されたトナーは、感光体1の表面移動により、ブラシローラ23が感光体1上のトナーを除去する位置に移送される。図1に示すように、ブラシローラ23へはトナーの帯電極性とは逆の極性(プラス極性)の電圧が印加されており、導電性ブレード22と感光体1との当接部をすり抜けたトナーを静電的に吸着する。
ブラシローラ23上に移動したトナーは、ブラシローラ23よりも更に高いプラス極性の電圧が回収電源28によって印加された回収ローラ24へ電位勾配によって移動する。回収ローラ24上に移動したトナーは回収ローラ用ブレード27により掻き落とされ、トナー排出スクリュ19でクリーニング装置20の外に排出又は現像装置6の内部に戻される。
次に、トナーと同極性(マイナス極性)の電圧が印加された導電性の導電性ブレード22をすり抜けて行くトナーの帯電極性が変わるときの詳細について説明する。
導電性ブレード22の電気抵抗は10〜10[Ω・cm]であり、感光体1との当接部の線圧は20〜40[g/cm]でカウンター方向に当接するように構成されている。導電性ブレード22に電圧が印加されていない場合、導電性ブレード22と感光体1との当接部をすり抜けるトナーは感光体1と導電性ブレード22との当接部の圧力で摩擦帯電される。そして、トナーの帯電電位分布はトナーの正規帯電極性(マイナス極性)側にシフトする。
図4は、感光体1上に担持されたトナーの転写後における帯電電位分布と、導電性ブレード22と感光体1との当接部であるブレード当接部を通過した転写残トナーの帯電電位分布を示すグラフである。図4に示すように、ブレード当接部を通過することにより、若干マイナス極性に帯電され、トナーの正規帯電極性側にシフトするが、それでもプラス極性のトナーとマイナス極性のトナーとが混在した分布となる。転写残トナーの帯電量分布は図4に示すようにブロードであるため、転写残トナーの全てが正規の帯電極性には帯電されない。
よって、全ての転写残トナーの帯電極性を正規の極性にする為には摩擦帯電以外の手段が必要となる。
また、導電性ブレード22は図3に示すように感光体1の回転方向に当接状態が変化する所謂スティックスリップが発生する。(図3ではスティックスリップを極端に描いて降り、実際の状態を正確に示したものではない。)そして、導電性導電性ブレード22が図3中Cで示す状態になったときにトナーのすり抜けが発生する。
図1に示すように、導電性ブレード22にマイナス電圧が印加されていると、トナーが導電性ブレード22と感光体1との間にはさまれたとき、導電性ブレード22に印加された電圧でトナーに電流が流れ込む。そして、トナーは印加電圧側の極性に帯電して導電性ブレード22を通過する。また、感光体1と導電性ブレード22で形成されたブレード接触部の入り口と出口との楔部の微小ギャップ部の放電によりトナーは印加電圧と同極性に帯電する。
極性が片側に揃えられて導電性ブレード22を通過したトナーは、トナーの帯電極性と逆極性(プラス極性)の電圧が印加されたブラシローラ23により静電的に除去される。
次に環境条件が変化した時の現像後トナーと転写後トナーの帯電量分布の変化の説明を行う。
帯電量分布は細川ミクロン製 E−スパートアナライザで計測したもので、縦軸が収集した個数に対する比率を、横軸がトナー1個の帯電量を表す。今回の収集個数は転写残トナーが少ない為トナー個数を500個とした。
図5は、使用環境が高温高湿(30[℃]、90[%])、常温常湿(20[℃]、50[%])、低温低湿(10[℃]、15[%])での現像後トナーの変化を示すグラフである。トナーはキャリアとの摩擦帯電で帯電される為、湿度が高くなると帯電しにくくなり帯電量が下がる。従って図5に示す帯電量分布は常温常湿に比べてより[0]に近づいてくる。また、低温低湿になればより帯電され分布がより「0」より離れてくる。
図6は高温高湿時、図7は低温低湿時の現像後トナーと転写残トナーを比較したものである。
図6に示す高温高湿時は図2(常温常湿)に比べ転写残トナーは+極性側が増加した分布になり、図7の低温低湿は図2(常温常湿)に比べ転写残トナーは−極性側が増加した分布になる。また、紙厚による転写条件等でも変化する。
ここで、従来のクリーニング装置について説明する。
画像形成装置においては、より高精度および高精細な画像が形成できるよう、高解像度を有することが要求されている。その達成手段の1つとしてより粒径を小さくしたトナーを用いることがあげられる。また、転写率向上のためにトナーの形状を不定形からより球に近い形状のものが使われるようになってきている。しかしながら、従来ブレードクリーニング方式では、小粒径トナーや球径のトナーをクリーニングすることは粒径が小さい事や、形状が球形である事から、すり抜けやすくクリーニング不良が発生しクリーニングが困難な状況である。
しかしながら小粒径トナーや、球形トナーを用いると画像品質が良くなるので、その使用形態としてクリーナレス方式等が提案されている。
また、ブレード方式で球形トナーをクリーニングする場合でも、線圧を極端に高くすれば(具体的には線圧:100[gf/cm]以上)クリーニングできるが、その分感光体ドラム、クリーニングブレードの寿命が極端に短くなる。
通常の線圧(20[gf/cm])での感光体寿命(感光層が1/3程度削れる時の寿命)はΦ30で約10万枚、クリーニングブレード寿命(削れてクリーニング不良が発生する時の寿命)約12万枚である。
一方、高い線圧(100[gf/cm])の時は、感光体の寿命は約2万枚、でクリーニングブレードの寿命は約2万枚程度である。
小粒径トナーや球形トナーのクリーニング時にも良好なクリーニング性を備え、かつ、感光体の表面膜削れを軽減できる機械的な摺擦を抑えたクリーニング方式として、静電ブラシクリーニング方式がある。
ここで、図8、図9を用いて従来の静電ブラシクリーニング方式のクリーニング装置の課題について説明する。
図8は、従来の静電ブラシクリーニング方式のクリーニング装置20を備えたプリンタ100の概略構成図である。また、図9は従来の静電ブラシクリーニング方式のブラシローラ23が備えるブラシ繊維31の断面図である。図9(a)は、従来のブラシ繊維31の一つ目の例であり、図9(b)は、従来のブラシ繊維31の二つ目の例である。図9に示すブラシ繊維31は、導電性材料32と絶縁性材料33とから形成されている。
図8に示す従来のクリーニング装置20も、本実施形態のクリーニング装置20と同様に、電圧が印加された導電性の導電性ブレード22とその下流に静電クリーニング部材としてのブラシローラ23を配置している。このクリーニング装置20では、転写残トナーの帯電極性を導電性の導電性ブレード22で片側に揃え、ブラシローラ23でクリーニングさせている。しかし、感光体1からトナーを除去するブラシローラ23のブラシ繊維が導電性材料の為、感光体1とブラシローラ23間及びブラシローラ23と回収ローラ24間でトナーへの電荷注入が発生し、クリーニング後の感光体1上に電荷注入されたトナーが多く残る。従ってクリーニング残トナーを少なくする為には電荷注入は限りなく少なくする必要がある。
次に、電荷注入について説明する。
電荷注入はブラシ繊維31内の導電性材料を通じてトナーに電流が流れ込む事で起きると考えられている。
よって、図9(a)及び図9(b)のように、導電性材料32がブラシ繊維31の表層に分散されているものは、ブラシローラ23でクリーニングするときに、導電性材料32とトナーとが接触する確立が高く、トナーに電流が流れ込みトナーはブラシローラ23に印加されている電圧の極性側に帯電する。
また、導電性ブレード22により極性を制御する時、転写残トナーの帯電量分布が影響してくる。転写残トナーの帯電量分布が極端にプラス側に偏った場合は導電性導電性ブレード22で極性制御しても帯電量が低いトナーが存在する。そして、そのトナーがブラシローラ23へまた回収ローラ24へ移動するとき、すなわち図8中の領域Eまたは領域Fで電荷注入され容易に極性が反転する。極性が反転したトナーは感光体1に再び付着してクリーニング残トナーとして残る事になる。
図10は、本実施形態のクリーニング装置20が備えるブラシローラ23の感光体1と接触する一本のブラシ繊維31の縦断面図である。また、図11は、ブラシローラ23のブラシ繊維31の断面図であり、図11(a)は、一つ目の実施例の断面図であり、図11(b)は、二つ目の実施例の断面図である。
図10及び図11に示すように、ブラシローラ23のブラシ繊維31は、内部が導電性材料32からなり、表面部が絶縁性材料33からなる二層構造の芯鞘構造となっている。このような芯鞘構造のブラシ繊維31は表面部である表層が絶縁性材料33の為、繊維の切断面以外は導電性材料32とトナーとが接触しない。これにより、ブラシローラ23から除去するトナーへの電荷注入を抑制することができる。電荷注入を抑制することにより、クリーニング後の感光体1上に電荷注入されたトナーが多く残ることを防止することができ、クリーニング性を向上させた感光体1の長寿命化、及び、形成画像の高画質化を達成することができる。
ブラシ繊維31としては、ナイロン、ポリエステル、アクリル等の絶縁材料が一般的で、何れの材料の場合もブラシローラ23から除去するトナーへの電荷注入を抑制することができる。また、芯鞘構造の代表的な繊維は特開平10−310974、特開平10−131035、特開平01−292116、特公平07−033637、特公平07−033606、及び特公平03−064604などに開示されている。
本実施形態のブラシローラ23のブラシ繊維31は、図10に示すようにブラシローラ23の回転方向(図中矢印B方向)後方側に繊維を倒した、所謂、斜毛(倒毛とも言う)となっている。
図12は、内部が導電性材料32、表面部が絶縁性材料33からなる芯鞘構造のブラシ繊維31が、ブラシ回転軸23aに放射状に取り付けられた、所謂、直毛の場合の一本のブラシ繊維31の縦断面図である。図12中の矢印Bは、ブラシローラ23の回転方向、すなわち、ブラシ繊維31の移動方向を示す。図12に示すように、ブラシ繊維31が直毛であると、ブラシ繊維31先端の繊維の断面で導電性材料32とトナーTとが接触し、ブラシローラ23からトナーへの電荷注入が発生するおそれがある。
一方、ブラシ繊維31が斜毛であれば、図10に示すように、ブラシ繊維31内部の導電性材料32はトナーTとほとんど接触しない。これにより、感光体1からブラシローラ23、ブラシローラ23から回収ローラ24へとトナーが移動する間、ブラシローラ23からトナーへの電荷注入を抑制することができる。
次に電荷注入が発生する部位について、図8に示すブラシローラ23が直毛の例で説明する。
トナーへの電荷注入は、図8中の領域E及び領域Fで発生する。回収ローラ24に電圧が印加され、回収ローラ24からブラシローラ23へ給電されトナーを感光体1上からブラシローラ23へ移動させる。
領域Eでの電荷注入はトナーがブラシ繊維の導電材料と接触した瞬間に起き、帯電量の低いトナーは印加電圧側の極性に反転する為、ブラシローラ23には移動せず、そのままブラシローラ23を通過してクリーニング残トナーとなる。また、帯電量の高いトナーでも電荷注入はするが、帯電量が高い為トナーの極性は反転せずブラシローラ23に移動する。
一方、領域Fでは感光体1からブラシローラ23へ移動した印加電圧と逆極性のトナーは、今度は回収ローラ24へ移動する。このとき、感光体1とブラシローラ23間と同じ事が起きる。帯電量の低いトナーは極性が反転し回収ローラ24へは移動せずブラシローラ23上に残ったままブラシローラ23の回転で再び感光体1と出会い、感光体1へ再度付着し、クリーニング残トナーとなり感光体1上に残る。
一方、本実施形態のように、ブラシローラ23のブラシ繊維31を、芯鞘構造の斜毛ブラシにすることにより、図10に示すようにブラシ繊維31内部の導電性材料32とトナーとは接触しない。そして、感光体1とブラシローラ23間、ブラシローラ23と回収ローラ24間でのトナーへの電荷注入を低減することができる。
次に領域E及び領域Fで電荷注入が発生していることの確認を行った。
図13は、図8を用いて説明した構成から、転写部と導電性ブレード22を外しブラシローラ23への入力トナーを現像後のほぼ100[%]マイナス極性トナーにしてクリーニングさせた。
トナー像先端がブラシローラ23と感光体1の接触部からブラシローラ23の周長の2倍分(2回転)を過ぎた所で感光体1を停止し、ブラシローラ23の2周目に相当する感光体1上のトナーq/d分布を計測した。
ブラシローラ23がトナー像をクリーニングし始めてから1回転して感光体1と再び出会うときは、回収ローラ24とは1度接触しているのでブラシローラ23と回収ローラ24との間での電荷注入は発生しておりブラシローラ23が2回転した時の感光体1上のトナーq/d分布を計測すれば電荷注入の判断できる。
図14は、電荷注入が主にブラシローラ23と回収ローラ24間で発生する事を計測する為、図13の構成から回収ローラ24と回収ローラ用ブレード27を外し、ブラシローラ23のブラシ回転軸23aに電圧を印加するものの概略構成図である。感光体1の停止位置は図13の構成の場合と同じでブラシローラ23を2回転で停止させた。なお、図14の構成のブラシローラ23のブラシ繊維は直毛である。
図15は、図14の構成のブラシローラ23のブラシ繊維を、斜毛トした場合の概略構成図である。
図16は、図13、図14及び図15の各構成でのクリーニング性を比較した結果を示すグラフである。図16では横軸が回収ローラ24又はブラシローラ23への印加電圧、縦軸がクリーニング残IDである。
縦軸のクリーニング残ID次のようにして求める。先ず、ブラシローラ23によってクリーニングした後の感光体1上のトナーをスコッチテープ(商品名)でテープ転写する。次に、このスコッチテープを紙上に貼り付けてそれを分光測色計(アムテック社製Xライト)で測定する。一方、スコッチテープでテープのみを紙上に貼り付けて分光測色計で測定し、感光体1上の反射濃度からスコッチテープでテープのみを引いた値がクリーニング残IDで有る。
IDとトナー個数は相関関係が有り、トナー個数が多いとIDの値は増加する。従ってIDでクリーニング性の判断ができる。
図16に示すように、図13の構成より図14の構成のほうが、また図14の構成よりも図15の構成の方がクリーニング残IDの値が低くなる。印加電圧を高くした時のクリーニング残トナーは全て印加電圧極性側、つまり電荷注入されたトナーである。逆に印加電圧が低い方のクリーニング残IDはクリーニングできないトナーである。この場合500[V]以上のクリーニング残IDは全てプラス極性トナーである。一方、図中200[V](図14の構成では100[V])以下のトナーは全てマイナス極性トナーである。
図16のグラフから解るように電荷注入がそれぞれ感光体1とブラシローラ23との間、ブラシローラ23と回収ローラ24との間で発生している事がわかる。図15の構成の結果を見れば、ブラシローラ23のブラシ繊維として斜毛ブラシを使用すればほとんど電化注入が発生していない事がわかる。図15の構成には、回収ローラ24がないが、斜毛ブラシを使用することによりブラシローラ23と回収ローラ24との間の電荷注入も低減される。
次に、静電クリーニング方式のクリーニング性が良好となるブラシローラ及び回収ローラの具体的な構成を下記に示す。
・ブラシローラの直径:φ12[mm]
・ブラシ繊維の材質:導電性ポリエステル
・ブラシ繊維の毛足長さ:3[mm]
・ブラシの感光体への食いこみ量:1[mm]
・ブラシ原糸抵抗:10[Ω・cm]
・ブラシ植毛密度:10[万本/inch
・感光体表面への食い込み量:1[mm]
・回収ローラの芯金の材質:SUS
・回収ローラの表面層の材質:アクリルコート(10[μm])
・回収ローラの直径:Φ10[mm]
・回収ローラのブラシローラへの食い込み量:1[mm]
次に、回収ローラ用ブレード27の具体的な構成を以下に示す。
・回収ローラ用ブレード当接角度:20[°]
・回収ローラへ喰い込み量:1[mm]
・回収ローラ用ブレードの材質:ポリウレタンゴム+カーボン分散
次に、各部材に印加される電圧を以下に示す。
・ブラシローラへの印加電圧:+350[V]
・回収ローラへの印加電圧:+650[V]
・回収ローラ用クリーニングブレードへの印加電圧:+1950[V]
なお、各部材への印加電圧は上記の値に限らず、回収ローラの線速や温度・湿度条件などにより適当な値に変更して用いればよい。
ブラシ繊維31の倒れ量は感光体1、回収ローラ24の径で異なる為、感光体1または回収ローラ24とブラシ繊維31との導電性材料32とが接触しないように適宜決めればよい。
ブラシローラ23の斜毛方法は、通常の直毛(軸に対して放射状)状態からブラシローラ23の径と同じの内径に作られた冶具に熱を加えながら回転させてブラシ繊維31を永久的に変形させる事でブラシ繊維31を傾斜させる。
斜毛を用いる場合は、ブラシ回転軸23aからブラシ繊維31先端までの長さは、直毛の場合より長くしておく必要がある。
また、ブラシ繊維31が曲がった形状でなくとも、ブラシの付け根からブラシの先端までの長さがブラシの付け根から感光体1表面までの距離よりも十分に長く、感光体1に対してブラシ繊維31の側面が接触し、先端部が接触しない程度の長さのブラシ繊維31を備え、感光体1表面に対してカウンター方向に回転するブラシローラ23であれば、ブラシ繊維31の先端部がトナーと接触することを抑制することができ、ブラシローラ23からトナーへの電荷注入を抑制することができる。
図1に示すブラシローラ23では、ブラシ回転軸23aに電圧を印加する構成であるが、ブラシ繊維に導体を当接させて電圧を印加しても良い。
図17は、ブラシ繊維に導体を当接させて電圧を印加する構成の説明図である。図17の構成での電圧を印加する部材である接触型ブラシ電圧印加部材103は、厚さ0.1[mm]のSUS板からなり、ブラシローラ23に0.3[mm]食い込んでいる。
次に、導電性ブレード22の具体的な構成を以下に示す。
導電性ブレード22は感光体1とカウンター方向で当接し、当接角度は20[°]、当接圧は[20g/cm]、感光体1に対する食い込み量は0.7[mm]で構成されている。また、その電気抵抗は1.0×10[Ω・cm](三菱化学製・ハイレスタによる測定)とした。この電気抵抗としては、2.0×10[Ω・cm]〜8×1011[Ω・cm]くらいがよい。さらには、2.0×10[Ω・cm]〜5×10[Ω・cm]くらいがよい。
また、導電性ブレード22は板金のブレード支持部材21上に接着された板状によって構成され、厚みが2[mm]、自由長が7[mm]、JIS−A硬度計で60〜80、反発弾性は30[%]である。なお、この値以外でも適用可能である。例えば、JIS−A硬度計で40〜85の範囲であれば良い。
導電性ブレード22によるトナーの除去は、100[%]クリーニングできず、トナーのすり抜け量が多少増減しても問題はない。以上は、除去するトナーが粉砕トナーである場合について説明したが、球形トナーでも同様である。
また、導電性ブレード22、ブラシローラ23、回収ローラ24への印加電圧の極性は上述した実施形態とは逆でも可能である。
除去するトナーが球形トナーの場合は導電性ブレード22による感光体1上からのトナー除去は少なくなる。しかし、トナーすり抜けが多くても上述したように導電性導電性ブレード22でトナー帯電量を片側に揃えて、ブラシローラ23で感光体1上から除去するため、粉砕トナーの場合と同様に、ブラシローラ23からトナーへの電荷注入を抑制し、感光体1上から良好に除去することができる。
以下、回収ローラ24上の球形トナーの除去について説明する。
回収ローラ24はブラシローラ23に付着したトナーをブラシローラ23と回収ローラ24との間の電位勾配で回収ローラ24へ転位させる機能があれば良い。このため、感光体1とは異なり、光導電性にとらわれずに材料を任意に選択できるため、感光体1とは異なり材料の選択肢は多い。そこで、回収ローラ24の表面を摩擦係数の低い材料でコーティングしたり、金属ローラに摩擦係数の低い絶縁性チューブを巻いたりする。これにより、回収ローラ24表面の耐磨耗性を高め、回収ローラ用ブレード27の当接圧を高く設定することにより球形トナーでも容易に除去できる。
耐磨耗性を高める構成として、具体的にはフッ素コーティングやPVDF、PFAチューブを巻いた回収ローラ24にすればよい。
次に、本実施形態の特徴部について説明する。
本実施形態のクリーニング装置20は、図1に示すようにブラシローラ23に接触してブラシローラ23に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段としての固形潤滑剤101を備える。そして、固形潤滑剤101は、ブラシローラ23の回転方向について、回収ローラ24がブラシローラ23に接触する回収部よりも下流側で、感光体1がブラシローラ23に接触するクリーニングよりも上流側でブラシローラ23に接触する。さらに、回収ローラ24のブラシローラ23に接触する部分である、ローラ表面部は絶縁性材料からなる。
ここで、バー状の固形潤滑剤101を用いた潤滑剤の塗布について説明する。
図18は、バー状の固形潤滑剤を用いた潤滑剤塗布装置105の一例の斜視図である。潤滑剤塗布装置105は、固形潤滑剤101を支持する金属などからなる支持板106、支持板106を押圧するバネ部材107などを備える。固形潤滑剤101は支持板106に固定されており、バネ部材107の押圧力によりブラシローラ23の方向に加圧される。加圧力は適宜設定すればよいが、例えば300[mN]〜3000[mN]程度がよい。さらに最適な範囲は、1800[mN]〜2500[mN]程度である。
バネ部材107の押圧力によりブラシローラ23に対して押し付けられた固形潤滑剤101は、ブラシローラ23に削られて粉体状の潤滑剤となり、粉体状となった潤滑剤がブラシローラ23のブラシ繊維に付着する。そして、潤滑剤が付着したブラシ繊維が感光体1に接触するときに粉体状の潤滑剤が感光体1上に塗布される。
また、図1の構成では、感光体1上に塗布された潤滑剤を均して均一な潤滑剤の層を形成するために、均しブレード39を配置する。ブラシローラ23による塗布だけで潤滑剤を一様に塗布できるものであれば、この均しブレード39はなくても良い。
潤滑剤は、粉末状、固形状、フィルム状の形態のフッ素系樹脂、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウムなどのラメラ結晶構造を持つ脂肪酸塩金属(その他に、ラウロイルリジン、モノセチルリン酸エステルナトリウム亜鉛塩、ラウロイルタウリンカルシウム、例えば、「金属せっけんの性質と応用」、吉田時行ら著、幸書房、1988)がある。
なお、粉末状の潤滑剤は、羽毛や綿状のもの等に担持させてもよい。
また、潤滑剤の材料としては、シリコーンオイルやフッ素系オイル、天然ワックス、合成ワックスなどの液状の材料などがある。これらの液状の潤滑剤を使用する場合には、ブラシやスポンジパッドなどの部材に潤滑剤を担持させてもよい。
クリーニング装置20では、潤滑剤塗布装置105の固形潤滑剤101をブラシローラ23に供給する潤滑剤供給部がブラシローラ23の回転方向について回収部の下流側となるように配置している。このため、回収ローラ24でトナーが回収されたあとのブラシローラ23に潤滑剤を供給することができる。よって、ブラシローラ23に付着した粉体であるトナーに潤滑剤が付着することを防止することができ、潤滑剤を無駄なく感光体1に塗布することができる。
また、ブラシローラ23が回収ローラ24と接触する位置よりもブラシローラ23の回転方向下流側で潤滑剤を供給することにより、潤滑剤がトナーと共に回収ローラ24で回収されることを防止できる。このように、ブラシローラ23に供給された潤滑剤がトナーとともに回収ローラ24に回収されることを防止できるため、潤滑剤の消費を抑制し、少ない量の潤滑剤で感光体1の表面維持を行うことができる。
次に、回収ローラ24の表面層を絶縁性材料とする構成について説明する。
回収ローラ24の絶縁表面材料としては、PVDFチューブ、PFAチューブ、PIチューブ、アクリルコート、シリコーンコート(例えばシリコーン粒子を含有したPCをコート)、セラミックス、フッ素コーティングなどがある。
回収ローラ24として導電性のローラを用いていると、湿度が高いときや経時でブラシローラ23が劣化した場合など、ブラシローラ23から回収ローラ24へのトナーの移動効率が低下することがある。これは、回収ローラ24として導電性のローラを用いることにより、回収するトナーとは逆極性の電圧が印加されている回収ローラ24からトナーに電荷が注入されることに起因する。回収ローラ24から電荷が注入されたトナーは回収ローラ24に印加される電圧とは逆極性の帯電電位が小さくなったり、帯電極性が反転して回収ローラ24に印加される電圧と同極性になったりする。そして、湿度が高いときや経時でブラシローラ23が劣化した場合などは回収ローラ24からトナーへの電荷注入が生じやすく、ブラシローラ23から回収ローラ24へのトナーの移動効率が低下しやすくなる。
一方、図1に示すクリーニング装置20では、回収ローラ24の表面が絶縁材料からなる。このため、回収ローラ24からトナーへの電荷注入を防止することができ、回収部を通過したブラシローラ23のブラシ繊維をより確実に粉体が付着していない状態とすることができる。これにより、潤滑剤供給部ではより確実に粉体が付着していない状態のブラシローラ23に潤滑剤を供給することができる。このため、ブラシローラ23に付着したトナーに潤滑剤が付着することを防止することができ、潤滑剤を無駄なく感光体1に塗布することができる。
回収ローラ24の表面層を絶縁層で構成しても、経時的にはクリーニング性が悪化するという現象が確認された。この原因については、ブラシローラ23と回収ローラ24との間の電界が弱まったため、ブラシローラ23に付着したトナーを回収ローラ24で十分に回収できなくなった結果であることは、容易に推測できた。しかし、回収ローラ24に印加したバイアス値に変動は見られず正常値のままであった。そこで、本発明者らは、回収ローラ24の表面電位に着目し、その表面電位を測定したところ、回収ローラ24の表面電位が経時的に低下することが判明した。
ここで、静電クリーニング方式によるトナーの回収メカニズムについて説明する。
静電気力でクリーニングを行う場合、トナーを感光体1上から電圧印加したブラシローラ23(の繊維)に電界の力で移動させ、ブラシローラ23から電圧印加した回収ローラ24上に電界の力で移動させる。最終的には、回収ローラ24上のトナーを回収ローラ用ブレード27により機械力で掻き落とす。ここで、特に静電気力を用いる部分を静電クリーニングと呼ぶ。
図19(a)及び(b)は、像担持体表面から回収ローラ表面までのトナーの移送と、像担持体表面電位Vopc、ブラシローラの表面電位Vb、回収ローラの表面電位Vrとの関係で示した説明図である。
回収ローラには、その表面層を絶縁層で構成したものを用いている。また、トナーは、負極性に帯電している。図19では、感光体(OPC)上での帯電量をQ1とし、ブラシローラ上で帯電量をQ2とし、回収ローラ上での帯電量をQ3とする。これは、部材間をトナーが動くとトナーの電荷も変化すると考えられるからであるが、大きな影響は無いとここでは考える。また、図19では、感光体表面の電位Vopcは0[V]であるとする。
そして、感光体上のトナーは、感光体とブラシローラとの間の電位差(V1=Vb)によって形成される電界の作用を受けてブラシローラへ移動する。この移動を一次クリーニングという。また、ブラシローラ上のトナーは、ブラシローラと回収ローラとの間の電位差(V2=Vr−Vb)によって形成される電界の作用を受けて回収ローラへ移動する。この移動を二次クリーニングという。
ここで、二次クリーニングにおいて、図19(a)のように、ブラシローラと回収ローラとの間の電位差V2を十分に確保できれば、ブラシローラ上のトナーを回収ローラへ移動させるための十分な電界を形成できる。しかし、何らかの原因で回収ローラの表面電位が下がり、図19(b)のように、ブラシローラと回収ローラとの間の電位差V2が小さくなると、ブラシローラ上のトナーを回収ローラへ移動させるための十分な電界を形成できなくなり、二次クリーニングを行うことができなくなる。
そこで、このような回収ローラの表面電位が下がる原因について検討したところ、回収ローラ上のトナーをブレード等によって回収ローラから除去する場合に、回収ローラの表面電位が低下することを確認した。これは、回収ローラ上のトナーを回収ローラから除去するときに、回収ローラ表面とトナーとの間で比較的強い剥離放電が発生し、回収ローラの表面にカウンターチャージが蓄積されるためだと推測される。そして、回収ローラの表面層が絶縁層であるため、このようなカウンターチャージにより低下する表面電位を回収ローラの芯金に印加されるバイアスで十分に回復することができず、回収ローラの表面電位が経時的に低下するものと考えられる。この結果、ブラシローラと回収ローラ間の電界が弱まり、トナーの移動効率が低下すると考える。
〔実験1〕
次に、回収ローラ24の表面層を絶縁層で構成するだけで回収ローラ24の表面に電荷を付与しないと経時でクリーニング不良が発生することを確認するために行った実験(以下、「実験1」という。)について説明する。
図20は、実験1における実験機の構成を示す説明図である。
この実験機は、クリーニング装置20を搭載したプリンタ100から転写ローラ15を外したものを用い、ブラシローラ23と回収ローラ24の表面電位Vb,Vrを計測するための計測システムを設けたものである。ただし、回収ローラ24の表面に電荷を付与する電荷付与手段は設けられていない。実験1では、感光体1上に実験用静電潜像を現像して得た入力トナー像(ほぼ100%が負極性のトナー)をブラシローラ23との対向部に入力させる。そして、このときのブラシローラ23と回収ローラ24の表面電位の変化を測定した。
ここで、ブラシローラ23と回収ローラ24の表面電位Vb,Vrは、表面電位計(Trek社製344)201,202で測定し、図示しないレコーダ(キーエンス社製NR−2000)で記録した。
回収ローラ24の表面電位Vrの計測方法は、第二表面電位計202の第2プローブ202aを回収ローラ24の表面に近接させ(2[mm]程度)、このときに第二表面電位計202で計測される値を回収ローラ24の表面電位Vrとした。
一方、ブラシローラ23の表面電位Vbの計測方法は、回収ローラ24と同様の方法では正しい計測ができない。これは、ブラシローラ23の表面が多数の起毛先端の集合体だからである。そこで、実験1では、第一表面電位計201の第一プローブ201aをブラシローラ23の表面に近接させていない。そして、第一金属板203をブラシローラ23の起毛先端部に接触させ、第一金属板203と電気的に接続された第二金属板204に第一表面電位計201の第一プローブ101aを近接させている。このときに第一表面電位計201で計測される値をブラシローラ23の表面電位Vbとした。
図21は、実験1の結果を示すグラフである。
実験1の実験機においては、クリーニング性が徐々に悪化する結果となった。図21に示すグラフを見ると、回収ローラ24の表面電位Vrが時間とともに低下していることが分かる。そして、ブラシローラ23の表面電位Vbと回収ローラ24の表面電位Vrとの間の電位差は、経時的には30[V]程度まで小さくなった。この経時での電位差の状態は、図19(b)に示した状態であり、ブラシローラ23上のトナーを回収ローラ24へ移動させるための十分な電界を形成できなくなる。
〔実験2〕
次に、表面層を絶縁層で構成した回収ローラ24の表面に電荷を付与することで、クリーニング不良が改善されることを確認するために行った実験(以下、「実験2」という。)について説明する。
図22は、実験2における実験機の構成を示す説明図である。
この実験機は、実験1の実験機の回収ローラ用ブレード27に回収ブレード電源102から電圧を印加して、実験1と同様の実験を行った。
図23は、実験2の結果を示すグラフである。
実験2の実験機においては、クリーニング性が経時的に良好に維持された。図23に示すグラフを見ると、回収ローラ24の表面電位Vrに経時変化がないことが分かる。そして、ブラシローラ23の表面電位Vbと回収ローラ24の表面電位Vrとの間の電位差は、経時的にほぼ一定に維持された。この状態は、図19(a)に示した状態であり、ブラシローラ23上のトナーを回収ローラ24へ移動させるための十分な電界が経時的に安定して形成される。
実験1及び実験2より、回収ローラ24の表面が絶縁性の場合で、回収ローラ24上のトナーをブレード掻き落とす場合、回収ローラ24上の電位を安定させるために、回収ローラ24表面に電荷を供給する必要がある。
クリーニング装置20では、回収ローラ24の表面層は絶縁性であるが、図1に示すように、ブラシローラ23、回収ローラ24への電圧印加を別々に行う。
さらに、回収ローラ24上のトナーを除去する回収ローラ用ブレード27は導電性で、回収ローラ用ブレード27に電圧を印加する。電圧は、DC、AC、DC+ACの何れか適切なものを選んでよい。
また、回収ローラ用ブレード27のほかに、回収ローラ24表面に電荷を供給できるように部材を配置してもよい。配置場所は、回収ローラ用ブレード27に対して回収ローラ24の回転方向の上流もしくは下流側である。回収ローラ24上のトナーは回収ローラ用ブレード27によって除去されるので、回収ローラ24上のトナーが少ない場所である回収ローラ用ブレード27より下流側が好ましい配置であると考える。回収ローラ24の表面に電荷を供給する部材としては、コロナチャージャ、帯電ローラ、電荷注入ローラ、ブラシ、トレーリングブレード、カウンターブレードなどがある。また、軟X線を用いて電荷を供給しても良い。
また、図1のクリーニング装置20では、回収部材がローラ状の回収ローラ24である構成について説明したが、回収部材としてはローラ状に限るものではなく、ブラシローラ23に付着したトナーを静電的に除去するものであれば良い。
〔比較例〕
次に、固形潤滑剤101をブラシローラ23の回転方向について回収ローラ24よりも上流側に配置した比較例について説明する。
図24は比較例に係るプリンタ100の要部を示す概略構成図である。
図24に示すように、比較例のプリンタ100は固形潤滑剤101が回収ローラ24よりもブラシローラ23の回転方向上流側である点についてのみ異なる。
比較例のプリンタ100では図38を用いて説明した構成と同様の課題が発生する。
すなわち、比較例の固形潤滑剤101の位置では、ブラシローラ23のブラシ繊維の先端にトナーが付着している。この場合、ブラシ繊維だけでなくトナーにも潤滑剤が付着する状態となり、図38で説明した構成と同様に、潤滑剤の塗布量が不安定になったり、塗布する効率が低下したりする。
〔実験3〕
次に、図1に示す実施形態の構成と、図24に示す比較例の構成とで、潤滑剤を塗布した場合の潤滑剤の塗布状態を観察した実験(以下、「実験3」という。)について説明する。図25は、図1に示す実施形態の構成で潤滑剤を塗布した感光体1の表面を、原子間力顕微鏡(SPM:例えば、SIINT社製SPA500)で観察した結果である。また、図26は、図2に示す比較例の構成で潤滑剤を塗布した感光体1の表面を原子間力顕微鏡で観察した結果である。
図25の状態では潤滑剤が均一に塗布されているため、位相像で差が見られない。画像では均一な色になっている。なお、図25中の白い線501及び黒い線502は装置のノイズであり、観察状態を示すものではない。
図26の状態は潤滑剤が十分に均一に塗布されていない場合の位相像の観察結果である。画像では色に濃い色の部分601、薄い色の部分602があるので、潤滑剤の塗布が不均一であることが分かる。なお、図25と同様に図中の白い線及び黒い線は装置のノイズであり、観察状態を示すものではない。
実験3より、ブラシローラ23の回転方向の回収位置に対する潤滑剤供給位置の違いによって潤滑剤の塗布状態に違いが出ることが確認できた。
上述した実施形態では、感光体表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ3を、感光体1表面に所定の距離をもって非接触で配置されているが、図27に示すように感光体1に接触させても良い。また、帯電ローラ3に限らず、図28に示すようなコロナチャージャ3aで、感光体表面を帯電させるようにしても良い。また、帯電手段を図29に示すような磁気ブラシ3bや、図30にようなファーブラシ3cを用いたものとしても良い。
〔感光体例1〕
次に、本実施形態のプリンタで好適に用いられる感光体の一例(以下「感光体例1」という。)について説明する。
本感光体例1の感光体は、導電性支持体を50℃〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりアモルファスシリコン(a−Si)からなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体(以下「a−Si系感光体」という。)である。なかでもプラズマCVD法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられている。
a−Si感光体の層構成は、例えば以下のようなものである。
図31は、層構成を説明するための模式的構成図である。
図31(a)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上にa−Si:H、Xからなり光導電性を有する光導電層502が設けられている。Hは水素原子、Xはハロゲン原子(F、Cl、Br、I)である。
図31(b)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H、Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503とから構成されている。
図31(c)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H、Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層504とから構成されている。
図31(d)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502が設けられている。この光導電層502はa−Si:H、Xからなる電荷発生層505ならびに電荷輸送層506とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層503が設けられている。
感光体1の支持体としては、導電性でも電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Te、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。また、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状、無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体としての可撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は10[μm]以上とされる。
a−Si感光体には、図31(c)に示したように、必要に応じて導電性支持体と光導電層との間に導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けるのがいっそう効果的である。すなわち、電荷注入阻止層は感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能が発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。
電荷注入阻止層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、及び経済的効果等の点から好ましくは0.1〜5[μm]、より好ましくは0.3〜4[μm]、最適には0.5〜3[μm]とされるのが望ましい。
光導電層は必要に応じて下引き層上に形成され、光導電層502の層厚は所望の電子写真特性が得られること及び経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは1〜100[μm]、より好ましくは20〜50[μm]、最適には23〜45[μm]とされるのが望ましい。
電荷輸送層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を輸送する機能を主として奏する層である。
この電荷輸送層は、その構成要素として少なくともシリコン原子と炭素原子と弗素原子とを含み、必要であれば水素原子、酸素原子を含むa−SiC(H、F、O)からなり、所望の光導電特性、特に電荷保持特性、電荷発生特性および電荷輸送特性を有する。本実施形態においては酸素原子を含有することが特に好ましい。
電荷輸送層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果などの点から適宜所望にしたがって決定され、電荷輸送層については、好ましくは5〜50[μm]、より好ましくは10〜40[μm]、最適には20〜30[μm]とされるのが望ましい。
電荷発生層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を発生する機能を主として奏する層である。
この電荷発生層は、構成要素として少なくともSi原子を含み、実質的に炭素原子を含まず、必要であれば水素原子を含むa−Si:Hから成り、所望の光導電特性、特に電荷発生特性、電荷輸送特性を有する。
電荷発生層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは0.5〜15[μm]、より好ましくは1〜10[μm]、最適には1〜5[μm]とされる。
a−Si感光体には、必要に応じて、上述のようにして支持体上に形成された光導電層の上に、更に表面層を設けることが出来、アモルファスシリコン系の表面層を形成することが好ましい。この表面層は自由表面を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において所望の目的を達成するために設けられる。
表面層の層厚としては、通常0.01〜3[μm]、好適には0.05〜2[μm]、最適には0.1〜1[μm]とされるのが望ましいものである。層厚が0.01[μm]よりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、3[μm]を超えると残留電位の増加等の電子写真特性低下がみられる。
〔感光体例2〕
次に、本実施形態のプリンタで好適に用いられる感光体の他の例(以下「感光体例2」という。)について説明する。
本感光体例2の感光体は、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体である。
保護層のバインダー構成として、架橋構造からなる保護層も有効に使用される。架橋構造の形成に関しては、1分子内に複数個の架橋性官能基を有する反応性モノマーを使用し、光や熱エネルギーを用いて架橋反応を起こさせ、3次元の網目構造を形成するものである。この網目構造がバインダー樹脂として機能し、高い耐摩耗性を発現するものである。
電気的な安定性、耐刷性、寿命の観点から、上記反応性モノマーとして、全部もしくは一部に電荷輸送能を有するモノマーを使用することは非常に有効な手段である。このようなモノマーを使用することにより、網目構造中に電荷輸送部位が形成され、保護層としての機能を十分に発現することが可能となる。
電荷輸送能を有する反応性モノマーとしては、同一分子中に電荷輸送性成分と加水分解性の置換基を有する珪素原子とを少なくとも1つずつ以上含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とヒドロキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とカルボキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とエポキシ基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とイソシアネート基とを含有する化合物等が挙げられる。これら反応性基を有する電荷輸送性材料は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
さらに好ましくは、電荷輸送能を有するモノマーとして、電気的・化学的安定性が高いこと、キャリアの移動度が速いこと等から、トリアリールアミン構造を有する反応性モノマーが有効に使用される。
これ以外に塗工時の粘度調整、架橋型電荷輸送層の応力緩和、低表面エネルギー化や摩擦係数低減などの機能付与の目的で1官能及び2官能の重合性モノマー及び重合性オリゴマーを併用することができる。これらの重合性モノマー、オリゴマーとしては、公知のものが利用できる。
また、本感光体例2においては、熱または光を用いて正孔輸送性化合物の重合または架橋を行うが、熱により重合反応を行う際には、熱エネルギーのみで重合反応が進行する場合と重合開始剤が必要となる場合があるが、より低い温度で効率よく反応を進行させるためには、開始剤を添加することが好ましい。
光により重合させる場合は、光として紫外線を用いることが好ましいが、光エネルギーのみで反応が進行することはごく稀であり、一般には光重合開始剤が併用される。
この場合の重合開始剤とは、主には波長400[nm]以下の紫外線を吸収してラジカルやイオン等の活性種を生成し、重合を開始させるものである。なお、本実施形態においては、上述した熱及び光重合開始剤を併用することも可能である。
このように形成した網目構造を有する電荷輸送層は、耐摩耗性が高い反面、架橋反応時に体積収縮が大きく、あまり厚膜化するとクラックなどを生じる場合がある。このような場合には、保護層を積層構造として、下層(感光層側)には低分子分散ポリマーの保護層を使用し、上層(表面側)に架橋構造を有する保護層を形成しても良い。
本実施形態で好適に使用できる感光体の具体例としては、メチルトリメトキシシラン182部、ジヒドロキシメチルトリフェニルアミン40部、2−プロパノール225部、2%酢酸106部、アルミニウムトリスアセチルアセトナート1部を混合して保護層用の塗布液を調製し、その塗布液を電荷輸送層の上に塗布・乾燥し、110℃、1時間の加熱硬化を行い、膜厚5[μm]の保護層を形成したものを用いることができる。
また、下記の化1に示す構造式(I)の正孔輸送性化合物を30部、下記の化2に示す構造式(II)のアクリルモノマー及び光重合開始剤(1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン)0.6部を、モノクロロベンゼン50部/ジクロロメタン50部の混合溶媒中に溶解し、表面保護層用塗料を調製し、この塗料をスプレーコーティング法により先の電荷輸送層上に塗布し、メタルハライドランプを用いて500[mW/cm2]の光強度で30秒間硬化させることによって、膜厚5[μm]の表面保護層を形成したものも好適に使用できる。
〔感光体例3〕
次に、本実施形態のプリンタで好適に用いられる感光体の更に他の例(以下「感光体例3」という。)について説明する。
本感光体例3の感光体は、保護層に耐摩耗性を向上する目的でフィラーを添加した感光体である。有機フィラーとしては、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、a−カーボン粉末等が挙げられ、無機フィラーとしては、銅、スズ、アルミニウム、インジウムなどの金属粉末、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、アンチモンをドープした酸化錫、錫をドープした酸化インジウム等の金属酸化物、チタン酸カリウムなどの無機材料が挙げられる。これらのフィラーは単独もしくは2種類以上混合して用いられる。これらフィラーは、保護層用塗工液に適当な分散機を用いることにより分散できる。また、フィラーの平均粒径は、0.5[μm]以下、好ましくは0.2[μm]以下にあることが保護層の透過率の点から好ましい。また、本実施形態において保護層21中に可塑剤やレベリング剤を添加してもよい。
次に、本実施形態の画像形成装置に好適に用いられるトナーについて、説明する。本実施形態においては、形状係数SF−1が100〜150である真円度の高い球形トナーを用いている。トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1が150を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
図32は、形状係数SF−1を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記(1)式で表される。トナーを二次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
つまり次式、
SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π/4)・・・(1)
によって定義されるものである。
また、図33は、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数SF−2は、図33に示すように、物質の形状の凹凸の割合を示す数値であり、物質を二次元平面上に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで割って、100/4πを乗じた値で表される。
つまり次式、
SF2={(PELI)/AREA}×(100/4π)
によって定義されるものである。
なお、本実施形態でのSF−2は、日立製作所製FE−SEM(S−800)を用い、トナー像を100回無作為にサンプリングし、その画像情報は、インターフェースを介して、ニコレ社製画像解析装置(LUSEX3)に導入して解析を行い、上式より算出したものである。
形状係数SF−1が100〜150の範囲内となるトナーを用いることにより画質の向上を図ることができる。
また、図34に示すように、感光体1とクリーニング装置20とを枠体83内に一体に支持し、プリンタ100本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジ300としてもよい。なお、図34では、感光体1及びクリーニング装置20のほか、帯電ローラ3及び現像装置6も一体に支持したプロセスカートリッジであるが、少なくとも、感光体1及びクリーニング装置20を一体に支持したものであればよい。
次に、図1に示すクリーニング装置20と同様の構成のクリーニング装置をカラー画像形成装置に適用した例について、図35、及び図36を用いて説明する。
図35は、本発明のクリーニング装置20をいわゆるタンデム型のフルカラー画像形成装置であるプリンタ100に適用した例を示す図である。このプリンタ100は、水平面上に設置したときに、水平方向に長尺な状態となるように、複数のローラ65、64、67に張架された中間転写ベルト69を備えている。この中間転写ベルト69は、図中矢印Dの向きに表面移動する。中間転写ベルト69における水平方向に延在する平面部分には、4つの感光体1Y、1M、1C、1Kが並んで配設されている。各感光体1の周囲には、それぞれ、帯電手段としての帯電ローラ3(Y,M,C,K)、現像手段としての現像装置6(Y,M,C,K)、除電ランプ2(Y,M,C,K)、クリーニング装置20(Y,M,C,K)等が設けられている。また、プリンタ100は、複数枚の記録材としての記録紙Pを収納する図示しない給紙カセットを備えている。給紙カセット内の記録紙Pは、図示しない給紙ローラにより1枚ずつ図示しないレジストローラ対でタイミング調整された後、二次転写ローラ66と中間転写ベルト69との間の二次転写領域に送り出される。
図35のプリンタ100において画像形成を行う場合、まず、各感光体1を図35中反時計方向に回転駆動するとともに中間転写ベルト69を図35中反時計方向に回転駆動する。そして、各感光体1の表面を帯電ローラ3で一様に帯電した後、各感光体1の表面に対して画像データで変調されたレーザー光4を照射して、各感光体1の表面に各色の静電潜像を形成する。各感光体1の表面上の各色静電潜像には、現像装置6により各色トナーがそれぞれ付着し、これにより各色トナー像が形成される。この各色トナー像は、一次転写手段である各一次転写装置115によって中間転写ベルト69上に互いに重なり合うように一次転写される。中間転写ベルト69上の各色トナー像は、互いに重なり合った状態で、二次転写ローラ66により二次転写領域に搬送されてきた記録紙P上に転写される。このようにしてトナー像が転写された記録紙Pは、図示しない定着部に搬送され、記録紙Pを加熱、加圧して、記録紙P上のトナー像を記録紙Pに定着させる。定着後の記録紙Pは、図示しない排紙トレー上に排出する。転写後の各感光体1の表面に残留した転写残トナーは、クリーニング装置20で除去される。また、中間転写ベルト69の表面に残留した転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置120で除去される。この中間転写ベルトクリーニング装置120も本発明のクリーニング装置20と同様の構成を適用できる。
図35に示すタンデム型のフルカラー画像形成装置において、感光体1の表面に残留した転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段として、クリーニング装置20を用いることで、球形トナーであっても、感光体1表面から転写残トナーを良好に除去することができる。また、環境変動によって転写残トナーのほとんどがプラス極性になったり、マイナス極性となったりしても、良好に転写残トナーを感光体1から除去することができる。転写紙に転写されずに中間転写ベルト69の表面に残留した転写残トナーをクリーニングする中間転写ベルトのクリーニング手段として、中間転写ベルトクリーニング装置120を用いることで、球形トナーであっても、中間転写ベルト69表面から転写残トナーを良好に除去することができる。また、環境変動によって中間転写ベルト上の転写残トナーのほとんどがプラス極性になったり、マイナス極性となったりしても、良好に転写残トナーを中間転写ベルト69から除去することができる。
図36は、本発明のクリーニング装置20をいわゆる1ドラム型のフルカラー画像形成装置であるプリンタ100に適用した例を示す図である。このプリンタ100では、図示しない本体筐体内に、感光体1が収納されている。この感光体1の周囲には、それぞれ、帯電手段としての帯電ローラ3、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の各色に対応した現像装置6C,6M,6Y,6K、中間転写手段としての中間転写部70、クリーニング手段としてのクリーニング装置20等が設けられている。また、このプリンタは、複数枚の記録材としての記録紙Pを収納する図示しない給紙カセットを備えている。給紙カセット内の記録紙は、図示しない給紙ローラにより1枚ずつ図示しないレジストローラ対でタイミング調整された後、二次転写部77と中間転写部70との間の二次転写領域に送り出される。
図36のプリンタ100において画像形成を行う場合、まず、感光体1を図36中反時計方向に回転駆動するとともに中間転写部70の中間転写ベルト69を図36中時計方向に回転駆動する。そして、感光体1の表面を帯電ローラ3で一様に帯電した後、感光体1の表面に対してC用画像データで変調されたレーザー光4を照射して、感光体1の表面にC用静電潜像を形成する。そして、このC用静電潜像を現像装置6CによりCトナーで現像を行う。これにより得られたC用トナー像は、中間転写部70の中間転写ベルト上に一次転写される。その後、感光体1の表面に残留した転写残トナーをクリーニング装置20で除去した後、再び感光体1の表面を帯電ローラ3で一様に帯電する。次に、感光体1の表面に対してM用画像データで変調されたレーザー光4を照射して、感光体1の表面にM用静電潜像を形成する。そして、このM用静電潜像を現像装置6MによりMトナーで現像を行う。これにより得られたM用トナー像は、中間転写部70の中間転写ベルト69上に既に一次転写されているC用トナー像と重なり合うようにして、中間転写ベルト69上に一次転写される。以後、Y及びKについても、同様に中間転写ベルト69上に一次転写する。このようにして互いに重なり合った状態の中間転写ベルト69上の各色トナー像は、二次転写部77により二次転写領域に搬送されてきた記録紙P上に転写される。このようにしてトナー像が転写された記録紙Pは、紙搬送ベルト81によって、図示しない定着部に搬送される。この定着部で、記録紙Pを加熱、加圧して、記録紙P上のトナー像を記録紙Pに定着させる。定着後の記録紙Pは、図示しない排紙トレー上に排出する。転写後の感光体1の表面に残留した転写残トナーは、クリーニング装置20で除去される。また、中間転写ベルト69の表面に残留した転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置120で除去される。この中間転写ベルトクリーニング装置120も本発明のクリーニング装置20と同様の構成を適用できる。
この図36に示した1ドラム型のフルカラー画像形成装置において、感光体1の表面に残留した転写残トナーをクリーニングするクリーニングユニットとして、クリーニング装置20を用いることで、球形トナーであっても、感光体1表面から転写残トナーを良好に除去することができる。また、環境変動によって、転写残トナーのほとんどがプラス極性になったり、マイナス極性となったりしても、良好に転写残トナーを感光体1から除去することができる。また、転写紙に転写されずに中間転写ベルト69の表面に残留した転写残トナーをクリーニングする中間転写ベルトクリーニング手段として、中間転写ベルトクリーニング装置120を用いることで、球形トナーであっても、中間転写ベルト69表面から転写残トナーを良好に除去することができる。また、環境変動によって中間転写ベルト上の転写残トナーのほとんどがプラス極性になったり、マイナス極性となったりしても、良好に転写残トナーを中間転写ベルト69から除去することができる。
また、図37に示すように、紙搬送ベルト81に付着したトナーを除去する搬送ベルトクリーニング手段として、クリーニング装置20と同様の構成のクリーニング装置に用いても良い。図37に示すプリンタ100では、用紙ジャムが起こると、感光体1上のトナー像が紙搬送ベルト81に転写されてしまい、紙搬送ベルト81が汚れてしまう。また、現像ローラ8内の帯電量の低いトナーやプラスに帯電したトナーが感光体1上の紙間に付着する場合がある。この紙間に付着しているトナーは、紙搬送ベルト81に転写され、紙搬送ベルト81を汚してしまう。紙ジャムなどによって、紙搬送ベルト81に付着したトナーの一部は、転写ローラ15によって電荷が注入されて、極性が反転する。その結果、紙搬送ベルト81に汚れとして転写されたトナーには、プラス極性とマイナス極性とが混在する。しかし、紙搬送ベルトクリーニング手段として、本発明のクリーニング装置20と同様の構成の搬送ベルトクリーニング装置220を用いることで、プラス極性とマイナス極性とが混在している紙搬送ベルト81上のトナーを良好に除去することができる。
以上、本実施形態によれば、クリーニング装置20は、表面移動する被清掃体である感光体1の表面上に回転しながら接触することにより、感光体1に付着する一方の極性に帯電した粉体であるトナーを除去するブラシローラ23を有する。また、ブラシローラ23に接触して、ブラシローラ23に付着したトナーを回収する回収部材である回収ローラ24を有する。また、ブラシローラ23と回収ローラ24との接触部でブラシローラ23上のトナーを回収ローラ24に移動させる回収電界を発生させる回収電界発生手段である回収電源28を有する。また、ブラシローラ23に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段である固形潤滑剤101有する。また、固形潤滑剤101がブラシローラ23に潤滑剤を供給する潤滑剤供給部は、回収ローラ24がブラシローラ23に接触する回収部に対してブラシローラ23の回転方向下流側である。また、感光体1がブラシローラ23に接触するクリーニング部に対してブラシローラ23の回転方向上流側である。このため、回収部で粉体が回収された後のブラシローラに潤滑剤を供給できる。さらに、回収ローラ24のブラシローラ23に接触する部分である表面層は絶縁材料からなる。このため、回収ローラ24からトナーへの電荷注入を防止でき、回収部を通過したブラシローラ23のブラシ繊維をより確実にトナーが付着していない状態とすることができる。これにより、より確実にトナーが付着していない状態のブラシローラ23に潤滑剤を供給することができるので、ブラシローラ23に付着したトナーに潤滑剤が付着することを防止することができる。よって、潤滑剤を無駄なく感光体1に塗布することができる。
また、クリーニング装置20は、ブラシローラ23に粉体であるトナーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加するクリーニング電圧印加手段であるブラシ電源30を有する。これにより、ブラシローラ23による感光体1上のトナーの除去をより確実に行うことができる。
また、クリーニング装置20は、ブラシローラ23のブラシ繊維が、内部が導電性材料からなり、表面部が絶縁性材料からなる芯鞘構造となっている。これにより、これにより、感光体1上のトナーを静電的に除去することができ、導電性材料32とトナーTとが接触することを防止することにより、ブラシローラ23から除去するトナーへの電荷注入を抑制することができる。よって、ブラシローラ23に印加される電圧とトナーの帯電極性とが同極性となることに起因するブラシローラ23のクリーニング不良を防止することができる。
また、クリーニング装置20において、回収部材である回収ローラ24は、表面層が絶縁体からなるローラ状の回収ローラ24である。これにより、回収部でブラシローラ23から回収ローラ24に移動したトナーは回収ローラ24の回転によって回収部から移動し、回収部とは異なる箇所で回収ローラ用ブレード27によって回収ローラ24上から除去される。よって、回収部における回収ローラ24の表面上はトナーが除去された状態であるため、回収ローラ24によるブラシローラ23上のトナーの回収を良好に行うことができる。
また、クリーニング装置20が除去する粉体はトナーであるため、感光体1上の転写残トナーを良好に除去することができ、感光体1上にトナーが残っていることに起因する画像不良の発生を防止することができる。
また、クリーニング装置20トナーは球形トナーであり、その形状係数SF−1が、100〜150である。球形トナーを用いることにより高画質化を測ることができる。さらに、機械的なクリーニングでは粉砕トナーよりもクリーニングが困難である球形トナーであってもクリーニング装置20を用いてクリーニングすることにより、良好なクリーニングを行うことができる。
また、画像形成装置であるプリンタ100は、潜像担持体である感光体1と、感光体1を帯電せしめる帯電手段である帯電ローラ3と、感光体1上に静電潜像を形成する潜像形成手段である露光装置と有する。また、感光体1上の静電潜像をトナーにより現像しトナー増加する現像手段である現像装置6と、感光体1上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する転写手段である転写ローラ15とを有する。また、転写後の感光体1を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する潜像担持体クリーニング手段として、クリーニング装置20を用いる。これにより、感光体1上上の転写残トナーを良好にクリーニングすることができ、高画質な画像形成を実現することができる。
また、図36の画像形成装置であるプリンタ100は、現像手段としてそれぞれ色の異なるトナーを収容した複数の現像装置6を備え、潜像担持体である感光体1が1つに対して複数の現像装置6が対向する。このように、プリンタ100が1ドラム型のフルカラー画像形成装置である場合の潜像担持体クリーニング手段として、本実施形態のクリーニング装置20を用いることにより、感光体1上の転写残トナーを良好にクリーニングすることができる。感光体1上の転写残トナーを良好にクリーニングできることにより、感光体1上の転写残トナーが他の色の現像装置6内に混入することを防止することができ、混色の発生を防止することができる。これにより、高画質な画像形成を実現することができる。
また、図35に画像形成装置であるプリンタ100は、現像手段としてそれぞれ色の異なるトナーを収容した複数の現像装置6を備え、複数の現像装置6と同数の潜像担持体である感光体1を備える。また、感光体1が一つに対して複数の現像装置6のうち一つが対向する。このように、プリンタ100がタンデム型のフルカラー画像形成装置である場合の潜像担持体クリーニング手段として、本実施形態のクリーニング装置20を用いることにより、各感光体1上の転写残トナーを良好にクリーニングすることができる。これにより、高画質な画像形成を実現することができる。
また、図35に示すプリンタ100は、像担持体である感光体1と、感光体1上にトナー像を形成するトナー像形成手段である現像装置6とを有する。また、感光体1上に形成されたトナー像を中間転写体である中間転写ベルト69に一次転写する一次転写手段である一次転写装置115を有する。また、中間転写ベルた69上のトナー像を記録媒体である転写紙に転写する二次転写手段である二次転写ローラ66を有する。また、二次転写後の中間転写ベルト69を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する中間転写体クリーニング手段である中間転写ベルトクリーニング装置120を備える。この中間転写ベルトクリーニング装置120として、本実施形態のクリーニング装置20と同様の構成を適用することによって、中間転写ベルト69上の転写残トナーを良好にクリーニングすることができる。このため、中間転写ベルト69上の転写残トナーが他の色の感光体1に付着することを防止することができ、混色の発生を防止することができる。これにより、高画質な画像形成を実現することができる。
また、図37の画像形成装置であるプリンタ100は、像担持体である感光体1と、感光体1上にトナー像を形成するトナー像形成手段である現像装置6とを有する。また、感光体1上に形成されたトナー像を記録媒体である転写紙に転写する転写手段である転写ローラ15と、トナー像が転写された転写紙上のトナー像を転写紙に定着させる定着手段である不図示の定着装置とを有する。また、転写紙を転写ローラ15による転写位置から定着装置による定着位置まで搬送する記録媒体搬送部材である紙搬送ベルト81を有する。また、紙搬送ベルト81を被清掃体として表面に付着した不要なトナーを除去する記録媒体搬送部材クリーニング手段である搬送ベルトクリーニング装置220を有する。そして、搬送ベルトクリーニング装置220として本実施形態のクリーニング装置20と同様の構成のものを用いる。これにより、紙搬送ベルト81上に付着したトナーを良好にクリーニングすることができ、紙搬送ベルト81上に付着したトナーを良好にクリーニングできることにより、転写紙の裏汚れを防止することができる。
また、感光体1として、感光層がアモルファスシリコンからなるものを用いていることで、感光体1の膜削れ量を低減することができ、摩耗を抑制することができる。これにより、摩耗によって、感光体表面が削れて凹凸ができるの抑制することができる。その結果、感光体とクリーニングブレードとの接触圧が軸方向で均一に保たれ、トナーのすり抜けが発生し易い感光体とクリーニングブレードとの接触圧が低い部分が生じるのを抑制することができ、トナーのすり抜けを抑制することができる。
また、感光体1として、表面層又は感光層にフィラーを分散させた材料からなるものを用いることでも、感光体1の膜削れ量を低減することができ、耐摩耗性を向上することができる。これにより、摩耗によって、感光体表面が削れて凹凸ができるの抑制することができる。その結果、感光体とクリーニングブレードとの接触圧が軸方向で均一に保たれ、トナーのすり抜けが発生し易い感光体とクリーニングブレードとの接触圧が低い部分が生じるのを抑制することができ、トナーのすり抜けを抑制することができる。
また、感光体1が充填剤で補強された表面層を有する誘起感光体または架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体、又はその両方の特徴を有する有機感光体で有るので、感光体の膜削れ量が低減できる。
また、感光体1と少なくともクリーニング装置20とを一体に備えたプロセスカートリッジ300とすることで、クリーニング装置20及び感光体1をプリンタ100に対して容易に着脱することができる。これにより、交換時の操作性が向上する。
本発明の実施形態に係るプリンタの概略構成図。 感光体上に担持されたトナーの転写直前における帯電電位分布と、転写後に感光体上に残留した転写残トナーの帯電電位分布を示すグラフ。 感光体表面移動時のクリーニングブレードの説明図。 感光体上に担持されたトナーの転写後における帯電電位分布と、クリーニングブレードとの対向部を通過した転写残トナーの帯電電位分布を示すグラフ。 各環境における転写前の感光体上のトナーの帯電分布を示す図。 高温高湿環境下における転写前の感光体上のトナーの帯電分布と、転写後の感光体上のトナーの帯電分布を示す図。 低温低湿環境下における転写前の感光体上のトナーの帯電分布と、転写後の感光体上のトナーの帯電分布とを示す図。 従来の静電ブラシクリーニング装置の一例を備えたプリンタの概略構成図。 従来のブラシ繊維の断面図。(a)は一つ目の例、(b)は二つ目の例。 本実施形態のクリーニングブラシのブラシ繊維の縦断面図。 ブラシ繊維の断面図、(a)は一つ目の実施例、(b)は二つ目の実施例。 クリーニングブラシのブラシ繊維が直毛である場合の縦断面図。 図8の構成から、転写部とクリーニングブレードとを外した構成の概略構成図。 図13の構成から回収ローラと回収ローラ用ブレードを外し、クリーニングブラシの軸に電圧を印加する構成の概略構成図。 図14の構成のクリーニングブラシのブラシ繊維を斜毛とした構成の概略構成図。 図13、図14及び図15の構成でのクリーニング性を比較した結果を示すグラフ。 ブラシ繊維に導体を当接させて電圧を印加する構成の説明図。 潤滑剤塗布装置の一例の斜視図。 電位差による移動モデル、(a)は、各部材の電位差が良好な状態、(b)は、二次クリーニングでの電位差が不足した状態。 実験1における実験機の構成を示す説明図。 実験1の結果を示すグラフ。 実験2における実験機の構成を示す説明図。 実験2の結果を示すグラフ。 比較例に係るプリンタの要部を示す概略構成図。 実施形態の構成で潤滑剤を塗布した感光体の表面の観察図。 比較例の構成で潤滑剤を塗布した感光体の表面の観察図。 帯電ローラを感光体に接触させた構成を示す図。 帯電手段をコロナチャージャーとした構成を示す図。 帯電手段を磁気ブラシブローラとした構成を示す図。 帯電手段をファーブラシローラとした構成を示す図。 アモルファスシリコン感光体の層構成の説明図。 形状係数SF−1を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図。 形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図。 プロセスカートリッジの概略構成図。 タンデム型フルカラー画像形成装置の要部構成図。 1ドラム型のフルカラー画像形成装置の要部構成図。 紙搬送ベルトにクリーニング装置を備えた構成の概略構成図。 特許文献1に記載の画像形成装置の作像部の説明図。
符号の説明
1 感光体
2 除電ランプ
3 帯電ローラ
4 レーザー光
6 現像装置
8 現像ローラ
15 転写ローラ
19 トナー排出スクリュ
20 クリーニング装置
22 導電性ブレード
23 ブラシローラ
23a ブラシ回転軸
24 回収ローラ
27 回収ローラ用ブレード
28 回収電源
29 ブレード電源
30 ブラシ電源
31 ブラシ繊維
32 導電性材料
33 絶縁性材料
69 中間転写ベルト
81 紙搬送ベルト
100 プリンタ
101 固形潤滑剤
102 回収ブレード電源
103 接触型ブラシ電圧印加部材
105 潤滑剤塗布装置
106 支持板
107 バネ部材
120 中間転写ベルトクリーニング装置
220 搬送ベルトクリーニング装置
300 プロセスカートリッジ

Claims (16)

  1. 表面移動する被清掃体の表面上に回転しながら接触することにより、該被清掃体に付着する一方の極性に帯電した粉体を除去するブラシローラと、
    該ブラシローラに接触して、該ブラシローラに付着した該粉体を回収する回収部材と、
    該ブラシローラと該回収部材との接触部で該ブラシローラ上の該粉体を該回収部材に移動させる回収電界を発生させる回収電界発生手段と、
    該ブラシローラに潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段とを有するクリーニング装置において、
    該潤滑剤供給手段が該ブラシローラに潤滑剤を供給する潤滑剤供給部は、該回収部材が該ブラシローラに接触する回収部に対して該ブラシローラの回転方向下流側、且つ、該被清掃体が該ブラシローラに接触するクリーニング部に対して該ブラシローラの回転方向上流側であり、
    該回収部材の該ブラシローラに接触する部分は絶縁材料からなることを特徴とするクリーニング装置。
  2. 請求項1のクリーニング装置において、
    上記ブラシローラに上記粉体の帯電極性とは逆極性の電圧を印加するクリーニング電圧印加手段を有することを特徴とするクリーニング装置。
  3. 請求項2のクリーニング装置において、
    上記ブラシローラの上記ブラシ繊維は、内部が導電性材料からなり、表面部が絶縁性材料からなることを特徴とするクリーニング装置。
  4. 請求項1、2または3のクリーニング装置において、
    上記回収部材は、表面層が絶縁体からなるローラ状の回収ローラであることを特徴とするクリーニング装置。
  5. 請求項1、2、3または4のクリーニング装置において、
    上記粉体はトナーであることを特徴とするクリーニング装置。
  6. 請求項5のクリーニング装置において、
    上記トナーは球形トナーであり、その形状係数SF−1が、100〜150であることを特徴とするクリーニング装置。
  7. 潜像担持体と、
    該潜像担持体を帯電せしめる帯電手段と、
    該潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
    該潜像担持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー増加する現像手段と、
    該潜像担持体上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する転写手段と、
    転写後の該潜像担持体を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する潜像担持体クリーニング手段とを有する画像形成装置において、
    該潜像担持体クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項7の画像形成装置において、
    上記現像手段としてそれぞれ色の異なるトナーを収容した複数の現像装置を備え、
    上記潜像担持体1つに対して該複数の現像装置が対向することを特徴とする画像形成装置。
  9. 請求項7の画像形成装置において、
    上記現像手段としてそれぞれ色の異なるトナーを収容した複数の現像装置を備え、
    該複数の現像装置と同数の上記潜像担持体を備え、
    該潜像担持体1つに対して該複数の現像装置のうち一つが対向することを特徴とする画像形成装置。
  10. 像担持体と、
    該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
    該像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体に一次転写する一次転写手段と、
    該中間転写体上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する二次転写手段と、
    二次転写後の該中間転写体を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する中間転写体クリーニング手段とを有する画像形成装置において、
    該中間転写体クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
  11. 像担持体と、
    該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
    該像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    トナー像が転写された該記録媒体上のトナー像を該記録媒体に定着させる定着手段と、
    該記録媒体を該転写手段による転写位置から、該定着手段による定着位置まで搬送する記録媒体搬送部材と、
    該記録媒体搬送部材を被清掃体として表面に付着した不要なトナーを除去する記録媒体搬送部材クリーニング手段とを有する画像形成装置において、
    記録媒体搬送部材クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項7、8、9、10または11の画像形成装置において、
    上記像担持体として、感光層がアモルファスシリコンからなるものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  13. 請求項7、8、9、10、11または12の画像形成装置において、
    上記像担持体として、フィラーを分散させた材料からなるものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  14. 請求項7、8、9、10、11、12または13の画像形成装置において、
    上記像担持体として、架橋型電荷輸送材料を使用したものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  15. 請求項7、8、9、10、11、12、13または14の画像形成装置において、
    上記像担持体として、充填剤で補強された表面層を有するものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  16. 像担持体と少なくともクリーニング手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
    該クリーニング手段として、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニング装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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