JP4879807B2 - 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

Description

本発明は、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に係り、特に、トナー像が形成される像担持体の表面に残留するトナーを当該像担持体の表面と摺接してクリーニングするブレード部材と当該ブレード部材を保持するためのホルダーを備えたクリーニング装置、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。

従来、プリンタ、複写機等の画像形成装置においては、各種の可動部品が使用されており、これらの可動部品によって発生する振動や可動部品間の摺接等によって発生する振動によって周囲に騒音が発生する問題があった。このため、吸音材、遮音材、制振材等を用いて騒音源となる各種可動部品の振動音や接触音を低減することが行われている。
その一例として、画像形成装置で使用される駆動モータの回転に伴って発生する騒音を低減するために、画像形成装置内に装着された駆動モータに振動ピックアップを取り付け、この振動ピックアップを含む駆動モータの周囲を覆い、駆動モータが発生する騒音を密閉する消音空間を有する消音空間包囲体を形成する。そして、この消音空間包囲体の消音空間内に、駆動モータの騒音波形と逆波形の音を発生する消音スピーカを配設し、消音空間内で駆動モータの騒音波形と逆波形の音を消音スピーカから発生させることにより、駆動モータが発生する騒音を効率よく打ち消すようにすることが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
特開平５−１４２８８７号公報

しかしながら、画像形成装置においては、駆動モータ以外にも騒音が発生し、トナー像が形成される像担持体の表面に残留するトナーを当該像担持体の表面と摺接してクリーニングするクリーニング装置においても騒音が発生する。即ち、クリーニング装置のブレード部材と当該像担持体間の摩擦によりスティックスリップが生じ、スティックスリップによる振動が発信源となって像担持体から高音の騒音を発生したり、振動がクリーニング装置６のブレード部材１０からユニット筐体に伝播して騒音を発生する問題がある。
このようなクリーニング装置のブレード部材と像担持体とのスティックスリップによる騒音は、前述の特許文献１記載の消音スピーカを使用しても十分に打ち消すことが困難である。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、クリーニング装置のブレード部材と像担持体とのスティックスリップによる騒音の発生を抑制することのできるクリーニング装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナー像が形成される像担持体の表面に残留するトナーを当該像担持体の表面と摺接してクリーニングするブレード部材と、当該ブレード部材を保持するためのホルダーと、を備えたクリーニング装置において、前記ブレード部材又はホルダーは当該ブレード部材の振動を検出する振動検出手段を有し、前記ブレード部材又はホルダーは振動を付与する加振部材を有し、当該振動検出手段から検出される振動レベルが、設定した閾値を上回った場合に、当該加振部材によって前記ブレード部材またはホルダーを振動させる制御手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載のクリーニング装置において、前記振動検出手段が圧電素子であることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載のクリーニング装置において、前記加振部材が圧電素子であることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載のクリーニング装置において、前記加振部材から与えられる振動の周波数が２０ｋＨｚ以上であることを特徴とする。また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載のクリーニング装置において、前記加振部材が前記ブレード部材の像担持体との摺接面に沿った方向に全長に亘って取り付けられていることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか１項記載のクリーニング装置において、前記加振部材によって付与される振動が前記ブレード部材の像担持体に向かう方向に伸縮する振動であることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、トナー像が形成される像担持体と、少なくとも前記像担持体の表面に残留するトナーを像担持体の表面と摺接してクリーニングするブレード部材と、該ブレード部材を保持するためのホルダーを備えたクリーニング装置とが一体に取り付けられたプロセスカートリッジであって、前記クリーニング装置が、請求項１乃至６の何れか１項記載のクリーニング装置であることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、トナー像が形成される像担持体と、当該像担持体の表面に残留するトナーを当該像担持体の表面と摺接してクリーニングするブレード部材と当該ブレード部材を保持するためのホルダーを備えたクリーニング装置とを有する画像形成装置であって、前記クリーニング装置は、請求項１乃至６の何れか１項記載のクリーニング装置であることを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項８記載の画像形成装置において、前記像担持体は、それぞれ異色のトナー像を形成する複数の像担持体であり、当該複数の像担持体にそれぞれ前記クリーニング装置が配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成を採用することによって、クリーニング装置のブレード部材と像担持体とのスティックスリップによる騒音の発生を抑制することが可能になる。

画像形成装置においては、残留トナーを除去するために、クリーニング装置は必要不可欠であり、これらの騒音の低減が望まれる。この騒音の発信源がスティックスリップであるが、スティックスリップの振動モードは自励振動であり、発生する又はしないが非常に不安定であり、固有値解析における不安定モードである。この不安定モードは、クリーニング装置のブレード部材と像担持体間の接触すべり状態によって変化するものであるが、画像形成装置内の温度や湿度変化によるブレードの物性値変化、クリーニング装置６のブレード部材１０の経時劣化、像担持体上のトナーの付着状態など様々な状態の組み合わせによって、不安定モードが発生したりしなかったりする。従って、全く同じ構成であっても、ある日突然スティックスリップによる振動騒音が発生したり、設置位置の環境によって、発生する又はしない等の現象が起きる。この原因となる不安定モードは、接触すべり状態を微妙に変化させるだけで回避することが可能である。そこで、本発明においては、最適化されているクリーニング装置のブレード部材の当接角度等を変化させず、不安定モードが発生している状態を状況に応じて回避するために、加振部材を用いてクリーニング装置のブレード部材またはこのブレード部材を保持するホルダーに高周波振動を与え、接触すべり状態を変化させることで、振動騒音の発生を抑制するようにしたものである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態に係る画像形成装置の主要部の概略構成を示す図である。本実施形態における画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転する像担持体であるドラム状の感光体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、感光体１上から転写された転写紙等の転写材８上のトナー像を加熱、加圧して定着するため定着装置１４が配置されている。
帯電手段２は、感光体１表面に所定の距離で感光体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感光体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（Laser Diode）あるいはＬＥＤ（Light Emission Diode）を使用し、画像データに基づき感光体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、図示しない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。
転写手段５は、転写時に感光体１の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感光体１と転写手段５との間の転写ニップ部で感光体１表面のトナー像を転写材８に転写する。本実施形態では転写ローラを用いて転写を行っている。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６により残留トナーを除去された感光体１の残留電荷を除電するもので、ＬＥＤ等を用いた光除電方式である。

図１におけるクリーニング装置６は、ホルダー９とブレード部材１０及びホルダー９を取り付けるケース１５等で構成され、ブレード部材１０を感光体１に対する押し当てることにより、感光体１の表面から残留トナーを除去する。クリーニング装置６により感光体１の表面から除去されたトナーは、ケース１５内に貯留され、トナー搬送部材１１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等に運ばれ現像に使用される。
このような構成のクリーニング装置６の場合、ブレード部材１０と感光体１との間でスティックスリップが発生することが知られている。スティックスリップにより、クリーニング装置６のブレード部材１０や感光体１は加振され、音響放射することによって騒音を発生する。特に、感光体１が共振した際や、クリーニング装置６のブレード部材１０が共振して感光体１への加振力が大きくなった場合は、騒音は大きくなる。スティックスリップの振動モードは自励振動であり、発生する又はしないが非常に不安定であり、固有値解析における不安定モードである。
この不安定モードは、クリーニング装置６のブレード部材１０と感光体１間の接触すべり状態によって変化するものであるが、画像形成装置内の温度、湿度変化によるブレードの物性値変化、クリーニング装置６のブレード部材１０の経時劣化、感光体上のトナーの付着状態など様々な状態の組み合わせによって、不安定モードが発生したりしなかったりする。従って、全く同じ構成であっても、ある日突然スティックスリップによる振動騒音が発生したり、設置位置の環境によって、発生する又はしない等の現象が起きる。この原因となる不安定モードは、接触すべり状態の変化に依存しており、接触状態を変化させることで回避することが可能である。ブレード部材１０の鳴き騒音が発生している際は、通常、ホルダー９やブレード部材１０が大きく振動している。

騒音を発生している場合のホルダー９の振動状態を計測した例を図２に、また、騒音が発生していない状態の振動状態を図３に示した。図２及び図３の結果から明らかなように、騒音を比較すると、騒音が発生している状態では、スティックスリップによる振動が起こっているため、図２の騒音発生時は約４５０Ｈｚに大きなピークが見られる。これと比較して図３の騒音が発生していない状態の振動状態では、大きなピークが見られない。
そこで、本実施形態においては、図４に示すように、スティックスリップによる振動が発生しても、加振部材１３を用いてクリーニング装置６のブレード部材１０に高周波振動を与え、接触すべり状態を変化させることで、振動騒音の発生を抑制するようにしている。図４に示すように、ブレード部材１０を保持するためのホルダー９の中央部に振動状態を検出する振動検出手段１２を、また、ブレード部材１０を振動させる加振部材１３をブレード部材１０の感光体１との摺接面１０ａに沿った方向（矢印Ｂ方向）に全長に亘って取り付けている。これらの振動検出手段１２と加振部材１３は、本実施形態においては、図４で示すように、ホルダー９及びブレード部材１０に取り付けているが、振動検出手段１２をブレード部材１０に、また、加振部材１３をホルダー９に取り付けても良い。また、加振部材１３は、本実施形態においては、ブレード部材１０の感光体１との摺接面１０ａに沿った方向（矢印Ｂ方向）に全長に亘って取り付けているが、全長に亘る必要はなく、スティックスリップが起こり易い中央部等の部分的に取り付けても良い。しかしながら、全長に亘って取り付ける場合には、ブレード部材１０と感光体１との摺接部分１０ａに均一に振動を与えることが可能となり、部分的な加振によるクリーニング不良が発生することを防止することができるので好ましい。

図４で示すように取り付けられた振動検出手段１２と加振部材１３は、図５で示す振動制御装置２０に接続される。振動制御装置２０では、振動検出手段１２で検出された振動が振動検出部２１に送給され、振動検出部２１で、振動の強度（加速度）が時系列的に、アナログ信号として出力され、この出力された振動の強度をＡ／Ｄ変換部２２でデジタル信号に変換し、演算部２３で演算されて振動の周波数と強度として、振動レベル判定部２４に送給される。振動レベル判定部２４では、振動検出手段１２で検出される振動レベルが、設定した閾値を上回るか否かを判定し、閾値を上回った場合に、閾値を上回った振動の強度分を加振制御部２５に送給し、加振制御部２５によって加振部材１３を駆動させてブレード部材１０を振動させる。このように、制御装置２０によって加振部材１０の振動によるブレード部材に振動を付与することで、接触すべり状態を僅かに変化させて、自励振動を防ぐことで、振動による騒音を低減させることが可能となる。

図４における、振動状態を検出する振動検出手段１２としては、圧電素子を使用することが可能である。圧電素子は、圧力を加えることにより電圧を発生したり、逆に電圧を与えると変形する特性を持つものである。従って、振動が発生すると圧電素子に力が加わり、それに応じて電圧を発生するので、発生した電圧を計測することで振動状態を検出することが可能である。このように、圧電素子を振動検出手段１２として使用したときには、クリーニング装置６等の部材にも大きなスペースを必要とせずに設置することが可能であるだけでなく、発生している振動を定量的に計測することが可能となる。
また、電圧を加えると変形する特性を生かして、加振部材１３とすることも可能である。加振部材１３として、圧電素子を使用するときには、加振信号に対する応答性が高いだけでなく、広い周波数帯域に対して、加振することが可能となるので有利である。さらに、圧電素子は厚さや大きさも自由に作成することが可能であり、ブレード部材１０上の設置場所に制限が少ない。設置方法は、ホルダー９やブレード部材１０に曲げ等の振動を付加できるものであればどんな方法でもよく、エポキシなどの接着を用いて、ホルダー９やブレード部材１０上に接着することによって容易に取り付けることが可能である。また、振動検出手段１２及び加振部材１３の位置は、ブレード部材１０全体の振動が制御可能な位置であれば限定はない。また、加振部材１３として圧電素子を用いる場合は、加振する周波数を２０ｋＨｚ以上とすることが好ましい。この理由は、人の可聴域が約２０ｋＨｚ以下であるため、圧電素子で加振しても、その振動が騒音とならないためである。

また、加振部材１３による振動の付与は、ブレード部材１０を強制的に振動させる周波
数であれば、十分であり、１５００Ｈｚ以上の周波数であれば十分である。しかし、２０
ｋＨｚ以下の振動数の場合には、人間の可聴域のため、加振部材１３による振動が騒音と
してユーザーに聞こえてしまうので、２０ｋＨｚ以上の振動数とすることが好ましい。さ
らに、加振部材１３によるブレード部材１０の振動方向は、いずれの方向であっても有効
であるが、特に、加振部材１３によって付与される振動が、図６に示すように、クリーニ
ング装置６のブレード部材１０が感光体１に向かう方向（矢印Ｃ方向）に伸縮する振動で
ある場合には、クリーニング装置６のブレード部材１０と感光体１の間の摺接状態を変化
させてスティックスリップによる騒音を低減するだけでなく、感光体１から残留トナーを
振り落とす効果も得られるため、クリーニング効果が向上するので好適である。
因みに、前述の図２で示す振動を発生するクリーニング装置１６に、図６に示す圧電素
子からなる振動検出手段１２と圧電素子からなる加振部材１０を取り付け、図５に示す振
動制御装置２０で２０ｋＨｚの周波数で加振を行い制御を行ったところ、図７に示すよう
に、約４５０Ｈｚのピーク振動が消去し、騒音の発生が認められなかった。
以上のように、本実施形態によるクリーニング装置６において、ホルダー９に振動検出
手段１２、ブレード部材１０に加振部材１０を取り付け、振動検出手段１２による大きな
振動が検出されたときに、加振部材１０によってブレード部材１０に振動を付与するよう
にしたので、ブレード部材１０と感光体１の表面で発生するスティックスリップを適切に
抑制し、騒音の発生を低減することが可能となる。

次に、前記実施例１で示したクリーニング装置６を、感光体１と一体に形成して、感光
体１と共に、画像形成装置の所定位置から移動または取り外し可能なプロセスカートリッ
ジについて説明する。
図８は本発明による一実施形態の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。本実施形態におけるプロセスカートリッジは、感光体１を中心として
、その周囲に、帯電手段２、現像手段４及びクリーニング装置６が、プロセスカ−トリッ
ジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ−等の画
像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。このように、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。
なお、この場合、クリーニング装置６には、前述の実施例１で説明したように、ホルダ
ー９に振動検出手段１３が、また、ブレード部材１０には、加振部材１３が取り付けられ
、加振部材１３が振動検出手段１２によるブレード部材１０の振動を検出して、ブレード部材１０のスティックスリップによる振動を消去するようになっている。従って、このプロセスカートリッジを画像形成装置に組み込んで画像形成処理を行ったときには、スティックスリップによる振動が抑制され、騒音の発生を低減することが可能となる。
また、上記実施例においては、感光体１と帯電手段２、現像手段４及びクリーニング装
置６をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成した例を示したが、帯電手段２や
現像手段４は必ずしも一体構成とせず、別体構成としても良く、その他、除電手段７を一
体構成としても良い。

次に、上記クリーニング装置を含むプロセスカ−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例について説明する。
図９はローラ１７、１８、１９に張架された無端状の水平に延在し、矢印Ｄ方向に移送される転写ベルト１６に沿って、上述したプロセスカ−トリッジを並置した形式のカラー画像形成装置である。プロセスカ−トリッジは、前記図８で説明したような構成を備えており、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色ごとに４つ配置されている。因みに、各色のプロセスカートリッジ３０内の感光体、帯電手段、現像装置、転写手段、クリーニング装置は、各色の指標をつけ、それぞれ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂ、４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｂとして図示し、露光手段からの各色に対する露光は、Ｌで示している。各プロセスカ−トリッジ３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｂで現像された感光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１６に順次転写される。このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト１６上に多重転写され、矢印Ｅ方向に搬送される転写材８にまとめて２次転写手段３１によって転写される。そして、転写材８上の多重トナー像は定着装置１４によって定着される。プロセスカ−トリッジはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、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。
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、クリーニング装置６や帯電手段２等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る。そこで、本実施形態のように、感光体、帯電手段、現像手段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。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 従来の画像形成装置においてクリーニング装置でスティックスリップによる振動が発生した場合の振動特性を示すグラフ図である。 従来の画像形成装置においてクリーニング装置でスティックスリップによる振動が発生しない場合の振動特性を示すグラフ図である。 本発明の第１の実施形態に係るクリーニング装置のホルダーとブレード部材と振動検出手段と加振部材の構造を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るクリーニング装置の振動制御装置を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るクリーニング装置の加振部材の振動方向を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るクリーニング装置で発生する振動特性を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施形態に係るプロセスカートリッジの概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１…感光体、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、９…ホルダー、１０…ブレード部材、１２…振動検出手段、１３…加振部材、１４…定着装置、１５…ケース、１６…転写ベルト、２０…振動制御装置、３０…プロセスカートリッジ

Claims (9)

1. トナー像が形成される像担持体の表面に残留するトナーを当該像担持体の表面と摺接してクリーニングするブレード部材と、当該ブレード部材を保持するためのホルダーと、を備えたクリーニング装置において、
   前記ブレード部材又はホルダーは当該ブレード部材の振動を検出する振動検出手段を有し、
   前記ブレード部材又はホルダーは振動を付与する加振部材を有し、
   当該振動検出手段から検出される振動レベルが、設定した閾値を上回った場合に、当該加振部材によって前記ブレード部材またはホルダーを振動させる制御手段を備えたことを特徴とするクリーニング装置。
2. 請求項１記載のクリーニング装置において、
   前記振動検出手段が圧電素子であることを特徴とするクリーニング装置。
3. 請求項１又は２記載のクリーニング装置において、
   前記加振部材が圧電素子であることを特徴とするクリーニング装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項記載のクリーニング装置において、
   前記加振部材から与えられる振動の周波数が２０ｋＨｚ以上であることを特徴とするクリーニング装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項記載のクリーニング装置において、
   前記加振部材が前記ブレード部材の像担持体との摺接面に沿った方向に全長に亘って取り付けられていることを特徴とするクリーニング装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項記載のクリーニング装置において、
   前記加振部材によって付与される振動が前記ブレード部材の像担持体に向かう方向に伸縮する振動であることを特徴とするクリーニング装置。
7. トナー像が形成される像担持体と、少なくとも前記像担持体の表面に残留するトナーを像担持体の表面と摺接してクリーニングするブレード部材と、該ブレード部材を保持するためのホルダーを備えたクリーニング装置とが一体に取り付けられたプロセスカートリッジであって、
   前記クリーニング装置が、請求項１乃至６の何れか１項記載のクリーニング装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. トナー像が形成される像担持体と、当該像担持体の表面に残留するトナーを当該像担持体の表面と摺接してクリーニングするブレード部材と当該ブレード部材を保持するためのホルダーを備えたクリーニング装置とを有する画像形成装置であって、
   前記クリーニング装置が、請求項１乃至６の何れか１項記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８記載の画像形成装置において、
   前記像担持体は、それぞれ異色のトナー像を形成する複数の像担持体であり、当該複数の像担持体にそれぞれ前記クリーニング装置が配設されていることを特徴とする画像形成装置。

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