JP2004045688A

JP2004045688A - クリーニング方法、クリーニング装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2004045688A
Application number: JP2002202254A
Authority: JP
Inventors: Toshio Koike; 小池　寿男; Takashi Shintani; 新谷　剛史
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】本発明の課題は、円形度の高いトナーを用いた場合でも、像担持体を疲労させることなく、クリーニング不良が発生せずに高画質化を図ることができるクリーニング方法、クリーニング装置、及び画像形成装置を提供することである。
【解決手段】感光体１上のトナー像を転写手段９に転写後、感光体１上に残留するトナー１３を導電性のトナー除去手段を感光体１に接触させることで除去する画像形成装置１００のクリーニング方法において、トナー１３は平均円形度が所定値以上であり、トナー除去手段であるブラシローラ１０には放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加するように設けた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の像担持体のクリーニング方法、クリーニング装置、画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、高画質化のためにはトナーの小粒径化及び高円形度化が進められており、従来からの粉砕法による製造方法よりさらに小粒径および高円形度を図れる重合法による製造方法が一般的になりつつある。この重合法には懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法等があり、いずれも円形度の高いトナーの製造が可能である。
【０００３】
円形度の高いトナーは、クリーニング性が悪いことが知られており、特に重合法で製造されたトナーは、真球に近いもの（平均円形度０．９８以上）もあり、ブレードを用いたクリーニング方法では、トナーがブレードのエッジに引っかからずにブレードをすり抜けて、クリーニング不良が発生していた。
【０００４】
クリーニング不良により像担持体上に残トナーが付着していると、像担持体表面を十分帯電させることができず、地汚れ等の不具合が発生して画質品質が低下するという問題点があった。
【０００５】
一方、特開平８−２４８８４９号公報では、クリーニング装置内にブラシローラを備え、ブラシローラにトナーを静電的に吸引する電荷の極性とは反対の極性に揃えることで、像担持体の表面を残トナーと同じ極性にして、残トナーの像担持体に対する付着力を弱めることでクリーニング性を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報の従来技術では、平均円形度の高いトナーを用いた場合であっても、像担持体の表面に残存したトナーをクリーニングすることは可能であるが、像担持体の表面電位が帯電手段とは逆極性の帯電をさせることになり、像担持体の疲労を促進させ、感光体寿命の低下を招くという問題点があった。
【０００７】
本発明は、円形度の高いトナーを用いた場合でも、像担持体を疲労させることなく、クリーニング不良が発生せずに高画質化を図ることができるクリーニング方法、クリーニング装置、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、像担持体上のトナー像を転写手段に転写後、像担持体上に残留するトナーを導電性のトナー除去手段が像担持体に接触することで除去する画像形成装置のクリーニング方法において、トナーは平均円形度が所定値以上であり、トナー除去手段には放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【０００９】
尚、ここで用いるトナーは少なくともバインダ樹脂と着色剤とを有するものである。
【００１０】
この請求項１に記載の発明では、像担持体上のトナー像を転写手段に転写された後、像担持体の表面には残トナーが発生するが、この残トナーはトナー除去手段が像担持体に接触することによりクリーニングされる。このとき、平均円形度が所定値以上のトナーのように、クリーニングブレードのみでは良好なクリーニング性能を得ることが難しい円形度の高いトナーの場合に、バイアス電圧を印加することで、静電的に像担持体の表面の残トナーを除去することができる。また、放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加することで、トナー除去手段から像担持体に対して放電現象を発生させて像担持体を疲労させることなく、クリーニング不良が発生せずに高画質化を図ることができるクリーニング方法を得ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、所定値は０．９２より大きいことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、実験からトナーの平均円形度が０．９２より大きい場合には、トナー除去手段に放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加することで、像担持体の表面にクリーニング不良が発生しなかった。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、トナー除去手段には、像担持体上のトナーの帯電極性とは反対の極性の直流電圧に交流電圧の重畳させたバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、トナー除去手段であるブラシローラに像担持体上のトナーの帯電極性とは反対の極性の直流電圧に交流電圧の重畳させたバイアス電圧を印加することで、トナー除去手段であるブラシの先端が振動し、像担持体上の残トナーとの接触面積が上昇するので、高いクリーニング性能を確保できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、トナー除去手段は、トナー除去手段に接触するバイアス印加部材を介してバイアス電圧が印加されることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明と同様の作用効果を奏するとともに、バイアス印加部材を介してブラシローラにバイアス電圧を印加することで、ブラシローラで回収したトナーがブラシローラに静電的に付着することがなく、静電的にトナーを掻き取る部材を別途設ける必要がない。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のクリーニング方法を用いるクリーニング装置であることを特徴とする。
【００１８】
この請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４の何れかに記載のクリーニング方法を適用することで、高いクリーニング性能を確保できるクリーニング装置を提供することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のクリーニング装置を備える画像形成装置を提供することを特徴とする。
【００２０】
この請求項６に記載の発明では、請求項５記載のクリーニング装置を用いることで、高画質な画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は第１実施形態に係る画像形成部を概略的に示す断面図、図２は図１に係るクリーニング手段を概略的に示す断面図である。本実施の形態に係る画像形成装置１００は、トナー像を形成する感光体（像担持体）１と、感光体１の表面を一様に帯電させる帯電手段３、感光体１上に静電潜像を形成する露光手段５、静電潜像を現像する現像手段７、感光体１上のトナー像を転写紙に転写させる転写手段９及び感光体１上の残トナーを除去するクリーニング手段１１で構成されている。
【００２２】
クリーニング手段１１は、トナー除去手段としてのブラシローラ１０が設けられており、ブラシローラ１０を感光体１の表面に接触させるようにして回転させると共に、このブラシローラ１０に電源２１から直流電圧に交流電圧を重畳させた交番電圧を印加させるようにしている。また、ブラシローラ１０で回収されたトナー１３は、フリッカー部材１５で静電的に掻き取られた後、搬送スクリュー２３で搬送されてリサイクルトナーとして再利用される。尚、ここでブラシローラ１０に印加する電圧は放電開始電圧以下が好ましく、具体的には交流電圧のピーク間電圧は２．５ｋＶ以下が望ましい。
【００２３】
次に、上述した構成に基づき本実施の形態の作用を説明する。感光体１は図１の矢印方向に回転し、帯電手段３により表面（周面）が均一に帯電され、帯電した感光体１表面には、露光手段５により所望の静電潜像が形成される。静電潜像が形成された後、その静電潜像は、現像手段７により一成分現像剤であるトナー１３を供給されてトナー像として顕像化される。感光体１に形成されたトナー像は、転写手段５により、図示しない給紙装置からレジストローラを介して搬送された転写紙（転写材）に転写され、定着装置により定着される。一方、転写後に感光体１に残留したトナー１３は、直流電圧に交流電圧を重畳させた交番電圧を印加させたブラシローラ１０により除去されるようになっている。
【００２４】
次に、この発明におけるクリーニング手段１１によりクリーニングを行うと、良好なクリーニング性能が得られるようになることを以下の実験によって明らかにした。
【００２５】
【実験例１】
まず、トナー１３の平均円形度とクリーニング性について説明する。本実験では、ＩｍａｇｉｏＣｏｌｏｒ５１００（商標：（株）リコー製）を改造したもので、図３に示すようにクリーニング部材としてブラシローラ１０とクリーニングブレード（北辰社製♯２３８７０９）１１とを組み合わせたものである。またブラシローラ１０はトナー１３を掻き落とすためのスクレーパ１３を感光体１に圧接しており回転駆動するバイアスローラ１２と接触しており、導電性のクリーニングブラシ１０へのバイアスの印加を行っている。また、本実験に使用したＩｍａｇｉｏＣｏｌｏｒ５１００（商標：（株）リコー製）はクリーニング前除電（ＰＣＣ）およびクリーニングブラシに接触している滑剤を設置しているが、クリーニング前の除電および滑剤は取り外して、評価を行った。
【００２６】
また、使用したトナー１３の平均体積粒径は約６μｍであり、ブラシローラ１０のブラシ密度は約７７５０本／ｃｍ^２（５００００本／Ｉｎｃｈ^２）、ブラシ電気抵抗は１０　^６　Ω・ｃｍ、回転方向は感光体１に対してカウンター方向とした。バイアス印加条件は、＋５０Ｖの直流電圧を印加して実験を行った。
【００２７】
クリーニング性の評価結果を表１に示す。評価環境は、低温低湿環境（１０℃，１５％ＲＨ）、標準環境（２３℃，５０％ＲＨ）、高温高湿環境（２７℃，８０％ＲＨ）である。結果は、表中に○と×で示し、○は付着量０．６ｍｇ／ｃｍ^２のトナー量を紙サイズがＡ３で５０枚分を入力してクリーニング不良が発生していないことを示し、クリーニング性が良好であることを示している。
【００２８】
【表１】

【００２９】
この評価の結果により、標準環境においてはトナーの平均円形度が０．９５を超えると高温高湿環境以外ではクリーニング性が悪くなり、トナー１３の平均円形度が０．９８以上になると全環境でクリーニング不良が発生した。尚、表１では低温低湿の状態で平均円形度が０．９２の場合にはクリーニング性は良いが、０．９４になるとクリーニング性は悪くなった。従って、低温低湿環境下では、トナー１３の平均円形度が０．９２より大きくなるとクリーニング性を維持することが難しいことが分かった。よって、環境余裕度を考慮すれば、トナー１３の平均円形度が０．９２より大きい場合は、直流電圧を印加したブラシローラ１０とクリーニングブレード１１との組み合わせでは、良好なクリーニング性を維持することは困難であることが分かった。
【００３０】
【実験例２】
本実験では、平均円形度が０．９２より大きいトナー１３においても良好なクリーニング性能の発揮できるバイアス印加条件を検討した。評価方法は感光体１上の付着量が０．６ｍｇ／ｃｍ^２のトナー像を現像し、そのトナー像をクリーニング手段１１でクリーニングを行い、クリーニング性の評価を行った。評価用のトナー１３の平均円形度は０．９８６であった。尚、本実験においてクリーニングブレードは使用しなかった。
【００３１】
また、使用したトナー１３の平均体積粒径は約６μｍであり、ブラシローラ１０のブラシ密度は約７７５０本／ｃｍ^２（５００００本／Ｉｎｃｈ^２）、ブラシ電気抵抗は１０　^６　Ω・ｃｍ、回転方向は感光体１に対してカウンター方向とした。バイアス印加条件は、直流電圧に交流電圧を重畳させることとし、直流電圧を０、５０、１５０、３００Ｖ、交流電圧をピーク間電圧として０、０．５ｋ、０．７５ｋ、１ｋ、２ｋ、２．５ｋＶ、周波数を０、０．５ｋ、１ｋ、２ｋＨｚに設定し、それぞれの条件を変更して実験を行った。
【００３２】
表２は、ブラシローラ１０で感光体１をクリーニングした後のトナー残量を測定した結果を示し、１ｃｍ^２あたりのトナー量で示す。ブラシローラ１０でクリーニングした後のトナー１３が少ないほどクリーニング性が良好といえ、表中、値が０となっているのは完全にクリーニングできていることを示している。このように、ブラシローラ１０に直流電圧と交流電圧とを重畳させることで、クリーニング性能が大幅に向上することが分かった。
【００３３】
【表２】

【００３４】
また、交流電圧の周波数成分を変更したときのクリーニング性の結果を表３に示す。尚、交流電圧のピーク間電圧は、Ｖｐｐ＝１．０ｋＶとした。表３から明らかなように、ブラシローラ１０通過後の感光体１に残ったトナー量が０ｇ／ｃｍ^２のときが最適条件であるので、ブラシローラ１０へのバイアス印加条件は直流電圧が５０〜３００Ｖ、交流電圧はピーク間電圧（Ｖｐｐ）で０．７５ｋＶ以上、周波数（ｆ）が０．５ｋＨｚ〜２ｋＨｚの範囲が望ましいことが分かった。
【００３５】
【表３】

【００３６】
また、今回の実験においては、感光体１上のトナー１３の帯電量は、マイナスに帯電されていたために、プラスの直流電圧を印加したが、トナー１３の帯電性がプラスであった場合は、マイナスの直流電圧を印加する。従って、ブラシローラ１０への直流電圧は絶対値で５０〜３００Ｖが好ましい。
【００３７】
また、バイアス条件を変更したときのクリーニングを行った前後での感光体１の表面電位の変化を図４に示す。
【００３８】
図４に示すように、ブラシローラ１０にバイアス電圧を印加したときの感光体１の表面電位を測定した結果、交流電圧のピーク間電圧が２．０ｋＶ以下の場合、ブラシローラ１０でクリーニングした後の感光体１の表面電位は、約−６５０Ｖであった。これに対して、交流電圧のピーク電圧を２．５ｋＶ以上にすると、直流電圧が大きくなるに従い、感光体１の表面電位が小さくなる結果が得られた。
【００３９】
このことから、ピーク電圧を２．５ｋＶ以上にすると、感光体１の表面電位に影響が出始めており、ブラシローラ１０から放電現象が発生していると考えられた。そこで、感光体１に対して帯電手段２と逆極性の帯電をさせることは、感光体１の寿命に対して望ましくないことから、交流電圧のピーク間電圧は２．５ｋＶ以下が望ましいことが分かった。
【００４０】
また、クリーニング手段１１に直流電圧に交流電圧を重畳させた場合に、平均円形度の高いトナー１３において、クリーニング性能が高まる理由として、図５（ｂ）に示すように、粉砕法で製造された平均円形度の低いトナー１３は感光体１との付着力も小さいことから、クリーニングブレードのみでも十分にクリーニング性を維持できる。これに対して、図５（ａ）に示すように、平均円形度の高いトナー１３を用いた場合の感光体１上のトナー１３は、形状が球形であるためにトナー１３の密度が高い、いわゆる最密充填に近い状態であった。よって、平均円形度の高いトナー１３は感光体１表面の付着力よりも、球形であるためにトナー１３同士の摩擦係数の方が小さいために、トナー層の表層部分が選択的に除去されるために、トナー層の表層より下層のトナー１３は除去できなかったためと考えられる。そこで、交流電圧のピーク間電圧を大きくすることによってブラシローラ１０の先端が振動することで感光体１上のトナー１３の最密充填状態を崩し、図５（ｃ）に示すようにブラシローラ１０との接触面積が増大することによって、クリーニング性が向上したと考えられる。
【００４１】
次に、他の実施の形態を説明するが、その説明にあたり上述した部分と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略する。
【００４２】
本発明の第２実施形態を上述の実施形態と同様に図６を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態では、ブラシローラ１０へ直接、バイアス印加を行ったのに対し、第２実施形態では、スクレーパ１７を圧接したバイアスローラ１９をブラシローラ１０に接触させて行うようにした。このように、バイアスローラ１９を介してブラシローラ１０にバイアス印加を行うことで、ブラシローラ１０で回収したトナー１３がブラシローラに静電的に付着してしまい、これを除去するためのフリッカー部材１５を別途設ける必要がなくなる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態では、ブラシローラ１０で感光体１上のトナー１３を除去するようにしたが、クリーニングブレードと組み合わせることでさらに良好な画像を維持することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、クリーニングブレードのみでは良好なクリーニング性能を得ることが難しい円形度の高いトナーの場合に、バイアス電圧を印加することで、静電的に像担持体の表面の残トナーを除去することができる。また、放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加することで、トナー除去手段から感光体に対して放電現象を発生させて像担持体を疲労させることなく、クリーニング不良が発生せずに高画質化を図ることができるクリーニング方法を得ることができる。
【００４５】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、実験からトナーの平均円形度が０．９２より大きい場合には、トナー除去手段に放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加することで、像担持体の表面にクリーニング不良が発生しなかった。
【００４６】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、トナー除去手段に像担持体上のトナーの帯電極性とは反対の極性の直流電圧に交流電圧の重畳させたバイアスを印加することで、トナー除去手段であるブラシの先端が振動し、像担持体上の残トナーとの接触面積が上昇するので、高いクリーニング性能を確保できる。
【００４７】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３に記載の発明と同様の効果を奏するとともに、バイアス印加部材を介してブラシローラにバイアス電圧を印加することで、ブラシローラで回収したトナーがブラシローラに静電的に付着してしまい、静電的にトナーを掻き取る部材を別途設ける必要がない。
【００４８】
請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４の何れかに記載のクリーニング方法を適用することで、高いクリーニング性能を確保できるクリーニング装置を提供することができる。
【００４９】
請求項６に記載の発明では、請求項５記載のクリーニング装置を用いることで、高画質な画像を得られる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る画像形成部を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のクリーニング手段を概略的に示す断面図である。
【図３】実験例に用いたクリーニング手段を概略的に示す断面図である。
【図４】バイアス電圧を印加したときの感光体の表面電位を示すグラフである。
【図５】感光体上の残トナーの付着状態を概略的に示す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る画像形成部を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１　　　感光体（像担持体）
７　　　現像手段
９　　　転写手段
１０　　ブラシローラ（トナー除去手段）
１１　　クリーニング手段
１３　　トナー
１９　　バイアスローラ（バイアス印加部材）
１００　画像形成装置

Claims

像担持体上のトナー像を転写手段に転写後、像担持体上に残留するトナーを導電性のトナー除去手段が像担持体に接触することで除去する画像形成装置のクリーニング方法において、
トナーは平均円形度が所定値以上であり、トナー除去手段には放電開始電圧以下のバイアス電圧を印加することを特徴とするクリーニング方法。
所定値は０．９２より大きいことを特徴とする請求項１記載のクリーニング方法。
トナー除去手段には、像担持体上のトナーの帯電極性とは反対の極性の直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２記載のクリーニング方法。
トナー除去手段は、トナー除去手段に接触するバイアス印加部材を介してバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のクリーニング方法。
請求項１乃至４記載のクリーニング方法を用いることを特徴とするクリーニング装置。
請求項５に記載のクリーニング装置を備えることを特徴とする画像形成装置。