JP2004004544A

JP2004004544A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004004544A
Application number: JP2003023818A
Authority: JP
Inventors: Hisataka Hisakuni; 久國　久高
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US7024127B2; US20030180064A1; US20050013624A1; US6963703B2

Abstract

【課題】クリーニング性能を確保しつつ装置の長寿命化を図る。
【解決手段】第１の像担持体４に現像剤像を形成する画像形成部と、第１の像担持体上の現像剤像を、転写材に転写する転写部１０と、第１の像担持体上に当接するクリーニング部材１９と、クリーニング部材の第１の像担持体に対する当接圧を変化させる当接圧可変装置と、を有する画像形成装置において、転写材に現像剤像を転写した際に第１の像担持体上に残った現像剤をクリーニングする第１の動作時よりも、第２の像担持体に転写されない第１の像担持体上の現像剤像をクリーニングする第２の動作時の方が、クリーニング部材の当接圧が高くなるように制御することを特徴とする。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電複写機、同プリンタ等の電子写真プロセス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】
昨今、複写機、プリンタ、Ｆａｘといった出力端末をすべてかね備えた複合機が市場で広く受け入れられるようになってきている。このようなネットワーク対応の出力端末として電子写真プロセスを用いた画像形成装置が広く受け入れられてきているわけであるが、大きな問題の一つとして本体のＤｕｔｙＣｙｃｌｅが上げられてきている。サービスマンメンテなしで本体が正常に稼動し続ける限界枚数のことであるが、ＤｕｔｙＣｙｃｌｅに対する最大の課題となっている一つに像担持体の寿命が上げられている。また、エコロジーの観点から廃棄物をなくす、すなわち消耗品を減らすこと、消耗品の寿命を延ばすこと、信頼性を上げることが我々の絶対的課題となってきている。従来のアナログの装置からデジタル化が進み、本体コストはアナログ等価もしくは、それ以下にすることも課題となってきている。さらに、近年では複写機ならびにプリンタでは、従来白黒機が主流であったが、オフィスにおいても原稿もしくは出力ファイルのフルカラー化が急増している。前記アナログ等価デジタル機というばかりか、本体コストならびにランニングコスト白黒等価フルカラープリンタが課題となってきている。そのためには、ＴＣＯ（ユーザーからみた全体の必要費用）を画期的に下げることが可能な技術が望まれている。
【０００３】
電子写真プロセス技術を用いた画像形成装置において、白黒プリンタとほぼ等価なエンジンでフルカラー機プリンタを作る為には、中間転写体を用いて一つの感光体で中間転写体上に４色の画像を重ねる技術が考えられる。さらに、中間転写体をベルト走行体とすることで、プリンタ本体内部のレイアウトの自由度が向上し小型化することが可能となる。このような構成において、中間転写体上に画像形成された後に繰り返し使用するために、残留したトナーをクリーニングする必要があり、そのための手段として、ゴム等の弾性材料からなるクリーニングブレードのエッジを当接させてクリーニングする方法が使用されている。
【０００４】
図２は公知のクリーニング装置の一例を示すもので、紙面に垂直方向に軸線を有し、周辺に感光体、２次転写ローラーを配設した（図中では省略してある）ベルト状の中間転写ベルトにクリーニング装置が近接配置してある。
【０００５】
前記クリーニング装置は、中間転写体の一方向に開口部を備えたケーシング２０を有しており、該開口部に、ウレタンゴム等からなるクリーニングブレード１９の一つの端縁が取着してあり、該ブレード端縁の一つのエッジが中間転写体４の駆動方向Ａに対してカウンター方向に当接しており、不図示の二次転写部位において発生した転写残トナーがクリーニングブレード１９のエッジ部位に達するとこれによって掻き落とされる。
【０００６】
また、クリーニングブレード１９で掻き落とされ滞留している転写残トナーが再び中間転写体４の回転によって少量クリーニングブレード１９エッジに供給されることで、粉体を介在することによる摩擦力の低下によって、クリーニングブレード１９のめくれにくい安定した良好なクリーニング性能を得ることができる。クリーニングブレードの設定条件としては、ゴム材の厚さや先端ゴム部の長さ（自由長）、当接圧力などでトナー除去性能とクリーニングブレードめくれのない設定を選択した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような装置の場合、クリーニングブレード１９と被当接部材との関係において、クリーニングブレード１９のメクレのない状態を維持しつづけることは困難である。クリーニングブレード１９のエッジ部にはトナーが供給されることで潤滑効果を得ているが、供給されるトナーである転写残トナーの量は使用状態によって安定しない。したがって、クリーニングブレード１９と被当接部材とがメクレにくいものを選択する必要があった。
【０００８】
また従来、クリーニングブレードの当接圧力については、クリーニング対象物上のトナー量が最大時においても充分なクリーニングが行えるように、高めの圧力が設定されている。トナー量が増加する場合としては、例えば紙搬送不良（ジャム）等が生じて画像形成動作が停止した場合の、感光ドラムや中間転写体上に残留する未転写の画像（特にべた画像）が想定される。特に複数色の画像を重ねる中間転写体の場合については、残留するトナー量も多くなる。すなわち、通常の画像形成時の場合には、転写材に対する転写が行われる為、転写残トナーは少ない為、これほどの高い圧力は必要とされず、特殊事情に対処する為に圧力が高く設定されているのである。よって、このような高いブレード圧力であるが故、ブレードのメクレ等の損傷、感光ドラムや中間転写体の摩耗量増加、装置のトルクアップ等の問題発生のリスクが高くなっていた。
【０００９】
よって、最大量のトナーに対するクリーニング性能と、クリーニング性能の長期に渡る安定性とを両立することは困難であった。
【００１０】
ところで、近年感光体などの被当接部材の長寿命に応じて、耐久寿命までクリーニングブレードのめくれを初期設定だけでは抑える事が難しくなってきた。それに対して、クリーニングブレード１９の受ける負荷を検知する手段を設けてクリーニングブレード１９の当接条件を可変にする構成も提案されている。（特開平５−１６５３７９号公報）しかし、構成が複雑になり、装置も大型化する。
【００１１】
また、クリーニングブレード１９の高機能化のために、導電化したゴム剤を使用するさまざまな構成も提案されている。（例えば、特開平３−２８４７８５号公報など）これらの提案は、静電潜像担持体の除電や帯電の機能や、クリーニングするトナーを除電して除去しやすくする目的であった。
【００１２】
また、特開平７−２１００５８には、導電性のクリーニングブレードにバイアスを印加してニップ部にトナーを引き寄せることでクリーニング性の改良を図った構成も記載されている。
【００１３】
しかしながら、これらの従来例のいずれによっても、最大量のトナーに対するクリーニング性能と、クリーニング性能の長期に渡る安定性との両立を図れるものではなかった。
【００１４】
本発明の目的は、クリーニング性能を確保しつつ装置の長寿命化が図れる画像形成装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためのものであって、
第１の像担持体に現像剤像を形成する画像形成手段と、
前記第１の像担持体上の現像剤像を、第２の像担持体に転写する転写手段と、前記第１の像担持体上に当接するクリーニング部材を有するクリーニング手段、
前記クリーニング部材の前記第１の像担持体に対する当接圧を変化させる当接圧可変手段と、
前記第２の像担持体に現像剤像を転写した際に前記第１の像担持体上に残った現像剤をクリーニングする第１の動作時よりも、前記第２の像担持体に転写されない前記第１の像担持体上の現像剤像をクリーニングする第２の動作時の方が、前記当接圧が高くなるよう前記当接圧可変手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る画像形成装置の概略断面図、図２は本実施形態に係るクリーニング装置の側断面図である。
【００１８】
（画像形成装置）
図１に示す画像形成装置は電子写真方式の複写機であって、図示しないコンピュータ等から送られた画像信号に従って記録媒体に画像を形成するものである。画像形成装置の感光体１が帯電手段２によって一様に帯電され、これに画像信号にしたがってレーザー発振器７が光線を照射する。感光体２上の光線が照射された部分には静電潜像が形成され、現像装置８によって現像剤であるトナーにより現像されて可視像化される。中間転写体４は一次転写ローラー１２によって感光体１に押し当てられており、感光体１上に可視像化されたトナー像が一次転写ローラー１２に転写電圧を印加されることで転写される。
【００１９】
フルカラー画像を形成するために、現像ロータリー１６が回転して現像する色を変更した後に、感光体１上に同様に可視像化した第２色目のトナー像を中間転写体４上に重ねて転写する。同様に４色分の画像を重ねて中間転写体４上に転写した後に、カセットより記録媒体であるシートを２次転写ローラー１０部位に給紙し、４色分のトナー像を一括転写し、シート状に転写されたトナー像は、定着手段１８によって熱と圧力を加えられて定着される。その後、感光体１上と中間転写体４上の残留したトナーは、それぞれ感光体クリーニング装置６と中間転写体クリーニング装置１７によって除去され、再び画像形成に供される。
【００２０】
本実施形態で用いた感光体１として、チタニルフタロシアニン顔料を用いた電荷発生層とビスフェノールＺ型ポリカーボネートをバインダーとする電荷輸送層として塗布したＯＰＣ（有機光半導体）感光体を用いたが、Ａ−Ｓｉ感光体やＳｅ感光体でも構わない。
【００２１】
本実施形態で用いたトナーは、コアにエステル系ワックスを内包し、樹脂層にスチレン−ブチルアクリレート、表層にスチレンポリエステルの構成からなる懸濁重合法によってトナーの形状係数がＳＦ−１の値が１００≦ＳＦ−１≦１４０であり、かつＳＦ−２の値が１００≦ＳＦ−２≦１２０となるように作成した重合トナーと、重合法により作成した樹脂磁性キャリアとの混合物を二成分系現像剤として使用した。
【００２２】
本実施例で用いた中間転写体は、厚さ１００μｍのポリイミド樹脂シート（体積抵抗率１０^９〜１０^１０Ωｃｍ程度）の表面に、絶縁性アクリル樹脂（体積抵抗率１０^１４Ωｃｍ以上）を２μｍコーティングしたものを使用した。
【００２３】
（クリーニング装置）
図２に示す如く、クリーニング装置１７は中間転写体４側に開口部を有するケーシング２０を備えており、該開口部にクリーニングブレード１９を支持部材によって取り付けている。クリーニングブレード１９は一辺のエッジを中間転写体４に当接しており、二次転写手段１０において転写しきれなかった残留トナーがエッジに達するとこれにより掻き落とされる。ケーシング２０下部にはすくいシートを取り付けており、掻き落とされたトナーをケーシング２０内に落下させると共に、中間転写体４に大量に逆流することを防止している。
【００２４】
ケーシング２０内には残留トナーを排出するための搬送手段を配置しており、ケーシング２０内に落下した残留トナーを図の紙面に対し垂直方向に搬送してクリーニング装置１７から排出している。このように構成していることで、残留トナーによってケーシング２０内が残留トナーにより詰まることがない。
【００２５】
本実施形態で用いたクリーニングブレード１９は、カーボン粒子を分散させたポリウレタンゴムを使用した。実際に被当接部材である中間転写体４が駆動するときには、クリーニングブレード１９との摩擦力によって食い込み気味になり、その結果、実質の当接圧力が上昇する。
【００２６】
ブレードの構成は、材質として耐磨耗性や塑性変形の観点から、熱硬化性ポリウレタン樹脂を使用した。本実施例の導電性ポリウレタンゴムは、高分子ポリオールとポリイソシアネートとからなるプレポリマーに、架橋剤と導電性微粒子を混合して熱硬化して得たものである。ここで用いた導電性微粒子はカーボンブラックを使用した。このようにして得られた導電性ポリウレタンゴムの抵抗率は１０^７Ω／ｃｍであり、ゴム硬度はＪＩＳ　Ａで７０°であった。
【００２７】
なお、クリーニングブレードの抵抗範囲については、体積抵抗率で、１０^５〜１０^１１Ωｃｍの範囲が好ましい。１０^５Ωｃｍ未満では、バイアス印加の際にリークの問題を発生し易くなる。一方、１０^１１Ωｃｍを超える場合には、ブレード当接力を増加させる為の充分な電荷供給が行いづらくなってしまう。
【００２８】
そこでさらにクリーニングブレード１９に、高圧電源３０により通電することによって、その印加電流量にしたがって当接圧を増加することができる。なお、高圧電源３０の制御は、制御手段４０によって行われる。
【００２９】
導電性クリーニングブレードに電圧を印加することで、クリーニングブレードとクリーニング対象物の表面との間の電位差に応じた電荷が発生する。その電荷によって、導電性クリーニングブレードとクリーニング対象物とが引き寄せられる。クリーニングブレードとクリーニング対象物とは摺動しながら移動するので、クリーニングブレードとクリーニング対象物との吸着力は、電荷を供給する際の通電量に依存することになる。従って、バイアス印加によりクリーニングブレードの所望の圧力状態を安定して得る為には、定電流制御を行う事が好ましい。
【００３０】
また、クリーニングブレードが当接するクリーニング対象物は、静電吸着によるブレード当接圧力を大きくするためには、静電容量が大きい方が好ましい。例えば、中間転写体においては、表面に絶縁層を設けることで電荷を貯め易くなり、また絶縁層の厚みを薄くすることで転写に対する機能に影響しない構成とすることができる。この静電容量については、感光ドラムにおいても同様な事が言える。よって、ＯＰＣ感光体よりも、静電容量の大きいＡ−Ｓｉ感光体の方、高いブレード吸着力を得るには有利である。
【００３１】
実際の摺擦時の当接圧力と通電電流量との測定結果を、図３に示す。ここで、中間転写体４に対するクリーニングブレード１９の当接は、クリーニングブレード１９の単位長さあたりの押し圧がばね加圧方式により２５０ｍＮ／ｃｍとなるように設置された場合の測定結果である。なお、この時のブレードの設定角（ブレード当接部における接線と、ブレードとの成す角度）は、２５°とする。
【００３２】
クリーニングブレード１９の当接圧設定は、実際の状況で最大のトナー量を除去可能な圧力以上に設定しなければならない。本構成において最大のトナー量としては、転写材の搬送に不具合（いわゆるジャム）があり画像形成を中断した場合、その後、ジャム処理を行った後の装置の復帰動作において、中間転写体４上の４色分のトナーを除去しなければならない。そのためには、実際の動作状態として３５０ｍＮ／ｃｍ以上のブレード当接圧力が必要となる。
【００３３】
しかしながら、ジャム等の異常発生時においてもクリーニングできるように、クリーニングブレード１９の当接圧力を増加させると、例えば、高温高湿環境下で正常に画像形成した場合、クリーニングブレード１９へ供給される潤滑機能としてのトナー量が不足する等の状況下においては、ブレードめくれ現象が発生する事がある。
【００３４】
また、常時当接圧が高いため、装置全体の駆動トルクがアップするばかりでなく、ブレード及び中間体の摩耗損傷が促進され、短寿命となってしまう。
【００３５】
そこで、通常の画像形成時はクリーニングブレード１９へ印加する電圧をかけずにブレードの設定当接圧のみでクリーニングを行い、ジャム等の異常動作時の復帰動作時にのみ、ブレードに印加を印加して、クリーニングブレードの圧接力を増加させるようにする。
【００３６】
ここで復帰動作について補足する。ジャム等の異常を検知すると、画像形成装置は画像形成動作を緊急停止させる。そしてユーザがジャム処理を行うと、その後、画像形成装置は、画像形成開始可能な状態に戻すべく復帰動作を行う。復帰動作では、感光ドラムや中間転写体上に残留した転写残トナーをクリーナに回収する作業が行われる。
【００３７】
これによって、実質的なクリーニングブレード１９の当接圧力を減少させることが可能となり、クリーニングブレードめくれの発生することがなく、良好なクリーニング性能を維持できる。
【００３８】
これらの構成を持つように改造した複写機「商品名：ＮＰ４０５０（キヤノン社製）」を用いた。１０００００枚通紙耐久後のクリーニング性能で評価した。
【００３９】
なお、異常動作の発生を行うために、１０００枚に一回の割合で、画像形成中に紙詰まりを強制的に発生させた。紙詰まりが発生した後に、複写機を復帰させる時のシーケンスを、図４のタイミングチャートに示す。本実施例では、紙詰まりが発生した後、ユーザが詰まった紙を処理した後、次に複写可能状態になるまでの間に、中間転写体上に残留したトナーをクリーニング手段によって除去する。その復帰動作の際、中間転写体が駆動している間に、所定の電流（例えば８０μＡ）がブレードに印加され、ブレードの当接圧が増加される。
【００４０】
従来の設定条件である４色分のトナーが転写材に転写されなかったときのための当接圧力である３５０ｍＮ／ｃｍでばね加圧して耐久試験をした場合、クリーニングブレードがめくれ気味になっており、１０００００枚通紙時点ではクリーニングブレード１９のエッジ部が損傷してしまった。
【００４１】
それに対して、本実施形態として、ばね加重による当接圧力を２５０ｍＮ／ｃｍとして、異常時にのみクリーニングブレード１９への通電電流を８０μＡとした場合、１０００００枚通紙耐久後もクリーニングブレード１９エッジ部の損傷もなく、クリーニング性能も良好であった。
【００４２】
本実施例では、紙詰まり後の復帰動作時にブレードにバイアスを印加する構成を示したが、画像濃度調整用等の目的で中間転写体上や感光体上に形成され、その濃度測定が行われるトナーパターンのクリーニング時において、クリーニングブレードにバイアスを印加する構成としても良い。これは、トナーパターンは一般的に高濃度の画像が形成され、かつ、他の部材に対して転写が行われない為、通常の画像形成時における転写残トナーよりもトナー量が多く、従ってこれを確実にクリーニングする為には、通常時よりも高いブレード圧力が必要とされる為である。よって、通常の画像形成時においては、クリーニングブレードに対するバイアス印加は行わず、形成されたトナーパターンをクリーニングする時のみバイアスを印加する構成とする。
【００４３】
〔その他の実施例〕
先の実施例においては、中間転写体に対するクリーニングブレードに対してバイアスを印加する構成を示したが、この構成は、感光ドラムに対するクリーニングにおいても同様に用いることができる。
【００４４】
図５は、本実施例を表した図であり、感光ドラム１に対するクリーニング装置６に適用したものである。同図において、像担持体である感光ドラム１に対して当接する導電性のクリーニングブレード５０に対し、制御手段４０によって制御された高圧電源３１によりバイアスが印加される構成となっている。
【００４５】
本実施例における、クリーニングブレードに対するバイアスの印加は、例えば、先の実施例のように、紙詰まりが発生した後の復帰動作時において行う事ができる。つまり、通常の画像形成時には、ブレードに対するバイアス印加は行わずにクリーニングを行い、復帰動作時にのみ、ブレードにバイアス印加を行う構成となる。これにより、ジャム時に生じた感光ドラム上の残留トナーを、確実にクリーニングする事ができる。
【００４６】
あるいは、感光ドラム上に濃度検出用等に用いられるトナーパターンが形成される際に、このトナーパターンを回収する際にクリーニングブレードにバイアスを印加するようにしても良い。つまり、通常の画像形成時には、ブレードに対するバイアス印加は行わずにクリーニングを行い、トナーパターン形成時にのみ、ブレードにバイアス印加を行う構成となる。これにより、トナー量の多いトナーパターンを、確実にクリーニングする事ができる。
【００４７】
また、上記実施例では、中間転写体に画像が転写される感光ドラムに対するクリーニング装置において説明したが、紙等の転写材に直接画像が転写される感光ドラムに対しても適用することができる。
【００４８】
図６はその適用を示した画像形成装置である。像担持体（第１の像担持体）であるところの感光ドラム６１に対して、一次帯電ローラ６３による均一帯電が行われた後、露光手段６２による露光で潜像形成が行われ、現像手段６４によって現像剤による現像動作が行われる。現像された現像剤像は、カセット６６から給紙された転写材（第２の像担持体）に対し、転写手段であるところのバイアスが印加された転写ローラ６５によって転写が行われ、定着手段６９による定着動作が行われる。感光ドラム６１上に残った転写残現像剤はクリーニング手段６７のクリーニングブレード６８により清掃される。クリーニングブレード６８は、先の実施例で説明したものと同様な構成を有している。そして、クリーニングブレード６８に対しては、電源７０によりバイアスが印加（電荷が供給）され、電源７０は制御手段７１によって制御が成される。
【００４９】
本実施例におけるクリーニングブレード６８に対するバイアスの印加タイミングについても、先の実施例で説明したものと同様とすることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クリーニング性能を確保しつつ装置の長寿命化を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】本実施形態に関わるクリーニング装置の側断面図。
【図３】クリーニングブレードの像担持体への当接状態を説明するための側断面図。
【図４】本実施形態のバイアス印加のタイミングチャート。
【図５】他の実施形態に関わるクリーニング装置の側断面図。
【図６】他の実施形態に関わる画像形成装置の側断面図。
【符号の説明】
１　像担持体
２　帯電手段
４　中間転写体
６　感光体クリーニング装置
７　露光装置
８　現像装置
１７　中間転写体クリーニング装置
１９　クリーニングブレード
３０　電源
４０　制御手段

Claims

第１の像担持体に現像剤像を形成する画像形成手段と、
前記第１の像担持体上の現像剤像を、第２の像担持体に転写する転写手段と、前記第１の像担持体上に当接するクリーニング部材を有するクリーニング手段と、
前記クリーニング部材の前記第１の像担持体に対する当接圧を変化させる当接圧可変手段と、
前記第２の像担持体に現像剤像を転写した際に前記第１の像担持体上に残った現像剤をクリーニングする第１の動作時よりも、前記第２の像担持体に転写されない前記第１の像担持体上の現像剤像をクリーニングする第２の動作時の方が、前記当接圧が高くなるよう前記当接圧可変手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記当接圧可変手段は、前記クリーニング部材に対して電荷を付与する電源を有し、
前記制御手段は、前記電源による電荷の付与量を制御することを特徴とする請求項１に記載に画像形成装置。
前記クリーニング部材の体積抵抗率は、１０^５〜１０^１１Ωｃｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記第２の動作時は、画像形成装置が異常発生による動作停止を行った後に実行される復帰動作時であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記第１の像担持体上に検出用の現像剤パターンを形成するパターン形成手段と、
前記現像剤パターンを検出する検出手段と、
を有し、
前記第２の動作時は、前記第１の像担持体に形成された前記現像剤パターンをクリーニングする時であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記電源に対して定電流制御を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記電源による電荷の付与量を、前記第１の動作時よりも、前記第２の動作時の方を多くすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記第１の動作時には電荷の付与は行わず、前記第２の動作時には電荷の付与を行うよう、前記電源を制御することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
前記第２の像担持体は中間転写体であり、
該中間転写体上に転写された現像剤像は、転写材に対して転写されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
前記第２の像担持体は転写材であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。