JP2005091993A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体上に形成したトナー像を記録媒体に転写し、その転写後に像担持体上に付着する転写残トナーをクリーニング装置によって除去する画像形成装置において、像担持体のクリーニング不良の発生を阻止する。
【解決手段】 クリーニング装置１０のクリーニングブラシ１２によって、像担持体１上の転写残トナーの帯電極性を揃えてから、その転写残トナーを静電的にクリーニングブラシ１２に回収すると共に、クリーニング装置１０に達する前の転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの像担持体上の単位面積当りの重量が、０．０３ｍｇ／ｃｍ^２未満であるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を被転写体に転写し、そのトナー像転写後の像担持体上に残留する転写残トナーをクリーニング装置によって除去して該像担持体表面を清掃する画像形成装置と、少なくとも当該クリーニング装置を有するプロセスカートリッジに関するものである。

電子複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの複合機などとして構成される上記形式の画像形成装置とプロセスカートリッジは従来より周知である。従来のクリーニング装置においては、クリーニングブレードより成るクリーニング部材が広く採用され、このクリーニングブレードは、その先端エッジ部が像担持体表面に圧接して当該像担持体上の転写残トナーを掻き取り除去する。

ところで、特に最近では、トナー像の高品質化の要望が高まり、これに応えるため、小粒径トナー、特に球形トナーが使用されるようになった。ところが、かかるトナーを用いると、クリーニングブレードによって転写残トナーを除去し難くなり、像担持体表面にクリーニング不良が発生する。そこで、クリーニング部材として、像担持体表面に摺擦するクリーニングブラシを用い、像担持体上の転写残トナーを静電的にクリーニングブラシに移行させ、さらにそのクリーニングブラシに付着したトナーを静電回収体に静電的に回収し、その静電回収体上のトナーをトナー除去部材で除去するクリーニング装置が知られている。かかるクリーニング装置は、像担持体上の転写残トナーを静電的にクリーニングブラシに吸引して捕捉するので、その転写残トナーが球形トナーであるときも、当該トナーを効率よく像担持体から除去することが可能である。

ところが、像担持体上のトナー像を被転写体に転写する際、転写装置の転写部材には、現像時のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されるので、トナー像転写後に像担持体上に付着した転写残トナーは、現像時のトナー帯電極性のままのトナーと、これとは逆の極性に帯電した反転極性のトナーが混合したトナー、或いはこれに無帯電のトナーが混ざったトナーとなっている。このため、クリーニングブラシに正極性又は負極性の電圧を印加しただけであると、その極性と逆極性の転写残トナーについては、これをクリーニングブラシに静電的に吸引させることができるが、同極性の転写残トナーをクリーニングブラシに吸着させることは難しい。

そこで、像担持体上の転写残トナーが現像時のトナー帯電極性に揃うように、当該転写残トナーをクリーニング部材によって摩擦帯電し、その転写残トナーをクリーニング部材に静電的に吸引して捕捉するクリーニング装置が提案されている（特許文献１参照）。この形式のクリーニング装置は、構造の複雑化を抑えつつ、転写残トナーを効率よくクリーニング部材に移行させ、像担持体表面のクリーニング不良を防止することが可能である。ところが、本発明者による最近の検討の結果、この形式のクリーニング装置によっても、転写残トナーのうちの、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの量が多くなると、転写残トナーを効率よく像担持体表面から除去できなくなることが判明した。

特開平９−３３０００２号公報（第４頁、図１）

本発明は、上述した新規な認識に基づきなされたものであり、その目的とするところは、球形、小径トナーを用いたときも、像担持体上の転写残トナーを効率よく除去できるクリーニング装置を備えた画像形成装置と、該クリーニング装置を備えたプロセスカートリッジを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、トナー像を担持する像担持体と、該トナー像を被転写体に転写する転写装置と、トナー像を被転写体に転写したあとに該像担持体上に残留する転写残トナーを除去して該像担持体表面を清掃するクリーニング装置とを有し、該クリーニング装置は、像担持体表面に接触して転写残トナーを静電的に吸引するクリーニングブラシと、該クリーニングブラシに捕捉されたトナーを静電的に回収する静電回収体と、該静電回収体からトナーを除去するトナー除去部材とを具備する画像形成装置において、前記クリーニングブラシの繊維は、転写残トナーの帯電極性が現像時のトナー帯電極性に揃うように、該転写残トナーを摩擦帯電させる材料により構成され、クリーニング装置に達する前の転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの像担持体上の単位面積当りの重量が、０．０３ｍｇ／ｃｍ^２未満であることを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１）。

また、上記請求項１に記載の画像形成装置において、前記転写装置の転写部材に印加する転写電圧の絶対値が１．５ｋＶ〜２．０ｋＶであると有利である（請求項２）。

さらに、上記請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記クリーニングブラシの繊維は、その表面に導電性物質が露出していない繊維より成ると有利である（請求項３）。

また、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記クリーニングブラシの回転方向は、像担持体表面の移動方向に対してカウンタ向きに設定されていると有利である（請求項４）。

さらに、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写装置として、接触型転写装置を用いると有利である（請求項５）。

また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置において、像担持体上にトナー像を形成するトナーとして、その粒子の平均円形度が０．９６以上で１．００未満のトナーを用いると有利である（請求項６）。

さらに、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置において、像担持体上の転写残トナーを除去するときに前記静電回収体に印加する電圧を第１の電圧としたとき、ジャムリカバリー時には、前記静電回収体に対して第２の電圧を印加し、該第２の電圧の絶対値は、前記第１の電圧の絶対値よりも高く設定されていると有利である（請求項７）。

また、上記請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体として、アモルファスシリコンから成る表層を有する感光体を用いると有利である（請求項８）。

さらに、上記請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体として、粒子状物質を含有する表層を備えた感光体を用いると有利である（請求項９）。

また、上記請求項１乃至９のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体が感光体により構成されていると共に、該像担持体を帯電する帯電装置を具備し、該帯電装置は、前記像担持体の表面に対して微小ギャップをもって対向配置された帯電部材を有し、該帯電部材に帯電電圧を印加して像担持体を帯電するように構成されていると有利である（請求項１０）。

さらに、本発明は、上記目的を達成するため、感光体より成る像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、帯電後の像担持体表面を露光して形成した静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置と、該トナー像を被転写体に転写したあとに像担持体上に残留する転写残トナーを除去して該像担持体表面を清掃するクリーニング装置のうち少なくとも当該クリーニング装置を具備すると共に、画像形成装置本体に対して着脱自在に装着される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、像担持体表面に接触して転写残トナーを静電的に吸引するクリーニングブラシと、該クリーニングブラシに捕捉されたトナーを静電的に回収する静電回収体と、該静電回収体からトナーを除去するトナー除去部材とを具備するプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニングブラシの繊維は、転写残トナーの帯電極性が現像時のトナー帯電極性に揃うように、該転写残トナーを摩擦帯電させる材料により構成され、クリーニング装置に達する前の転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの像担持体上の単位面積当りの重量が、０．０３ｍｇ／ｃｍ^２未満であることを特徴とするプロセスカートリッジを提案する（請求項１１）。

本発明によれば、像担持体上の転写残トナーを効率よくクリーニングブラシに静電的に移行させて像担持体表面を清掃することができる。

図１は画像形成装置の一例を示す部分断面図である。ここに示した画像形成装置は、その本体内に設けられたドラム状の感光体より成る像担持体１を有し、この像担持体１は図１における時計方向に回転駆動される。このとき、像担持体１の表面には除電ランプ２からの除電光が照射され、像担持体表面の表面電位が初期化される。次いで初期化された像担持体１の表面が帯電装置３によって所定の極性、例えば−９００Ｖに帯電される。帯電装置としては各種形式の装置を用いることができるが、図１に示した帯電装置３は、後に詳しく説明するように、像担持体１の表面に対して微小ギャップをあけて対向配置され、反時計方向に回転する帯電ローラ２２を有し、その帯電ローラ２２に負極性の帯電電圧を印加して像担持体１を帯電するように構成されている。

上述の如く帯電された像担持体１の表面には、露光装置４から出射する書き込み光（図の例では光変調されたレーザ光Ｌ）が照射され、像担持体表面が露光され、これによって像担持体１に静電潜像が形成される。レーザ光Ｌを照射された像担持体１の表面部分の電位、すなわち静電潜像の表面電位は、例えば−１５０Ｖとなる。かかる静電潜像は、現像装置５の現像ローラ６に担持された現像剤Ｄによってトナー像として可視像化される。ここに示した現像剤Ｄは、トナーとキャリアを有する乾式の二成分現像剤より成り、そのトナーが所定の極性（図の例ではマイナス極性）に摩擦帯電され、かかるトナーが静電潜像に静電的に移行して該潜像が可視像化される。このとき現像ローラ６には、例えば−６００Ｖのバイアス電圧が印加される。キャリアを有さない一成分系現像剤を用いることもできる。

上述のように像担持体１の表面に担持されたトナー像は、レジストローラ対７によって、像担持体１と転写装置８との間に送り込まれた記録媒体Ｐより成る被転写体に、転写装置８の作用により転写される。転写装置としても各種形式の装置を用いることができるが、図１に示した転写装置８は、駆動ローラ２３と従動ローラ１８に巻き掛けられて矢印Ａ方向に走行駆動される転写ベルト１９と、その転写ベルト１９の裏面側に配置されたバイアスローラ２０より成る転写部材と、このバイアスローラ２０に像担持体１上のトナー像のトナー帯電極性と逆極性（図の例ではプラス）の転写電圧を印加する高圧電源２１とを有している。記録媒体Ｐは、転写ベルト１９と像担持体１との間に送り込まれ、転写ベルト１９が記録媒体Ｐを介して像担持体１の表面に接触する。このとき、バイアスローラ２０に対して、高圧電源２１によって転写電圧が印加され、これによって像担持体１上のトナー像が記録媒体Ｐ上に静電的に転写される。転写装置８のより具体的な構成と作用については後に詳しく説明する。

上述のように像担持体１からトナー像を転写された記録媒体は、転写ベルト１９に担持されて搬送され、その転写ベルト１９を離れた後、図示していない定着装置を通過する。このとき、記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像が、熱と圧力の作用によって記録媒体Ｐに定着される。定着装置を通った記録媒体は画像形成装置本体外に排出される。一方、トナー像を被転写体の一例である記録媒体Ｐに転写した後に像担持体１上に残留する転写残トナーはクリーニング装置１０により除去され、像担持体表面が清掃される。クリーニング装置１０を通過した像担持体表面部分に除電ランプ２から除電光が照射される。

上述のように、本例の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体１と、そのトナー像を被転写体の一例である記録媒体Ｐに転写する転写装置８と、トナー像を被転写体に転写したあとに像担持体１上に残留する転写残トナーを除去してその像担持体表面を清掃するクリーニング装置１０とを有している。

ここで、本例の画像形成装置においては、像担持体１に形成され、次いで記録媒体Ｐに転写されるトナー像の画質を向上させるため、当該トナー像を構成するトナーとして、球形トナーが用いられている。球形トナーは粒径が小さく、かかる球形トナーによってトナー像を形成すると、高精細で高解像度の画像を得ることができ、また球形トナーより成るトナー像は、その転写率を高めることもでき、クリーニング装置１０に入力される転写残トナーの量を少なくすることができる。トナー像の画質を確実に高めるには、像担持体上のトナー像を形成するトナーとして、その粒子の平均円形度が０．９６以上で１．００未満の球形トナーを用いることが望ましい。

上述のように、トナーとして球形トナーを用いているので、像担持体１上のトナー像を記録媒体Ｐに転写したあとに像担持体１上に残留する転写残トナーも球形であり、かかる転写残トナーがクリーニング装置１０によって除去される。その際、クリーニング装置が、クリーニングブレードだけで転写残トナーを除去するように構成されていると、球状の小粒径なトナーがクリーニングブレードをすり抜けてしまうため、クリーニング不良が発生する。

そこで、本例の画像形成装置においては、像担持体１上に残留する球形トナーを除去するクリーニング部材として、その球形トナーを静電的に吸引するクリーニングブラシ１２が用いられている。以下に、その具体的構成例を説明する。

図１に示すように、クリーニング装置１０は、クリーニングケース１１と、このクリーニングケース１１に回転自在に支持された上記クリーニングブラシ１２と、同じくクリーニングケース１１に回転自在に支持された静電回収体１３と、同様にクリーニングケース１１に回転自在に支持されたトナー排出スクリュー１４と、基端部がクリーニングケース１１に固定され、かつ先端エッジ部が静電回収体１３に圧接したブレード状のトナー除去部材１５とを有している。クリーニングブラシ１２と、静電回収体１３と、トナー排出スクリュー１４は、それぞれ図１における時計方向に回転駆動される。クリーニングブラシ１２は、芯軸１６と、この芯軸１６に基端部が固定された多数の導電性の繊維１７とから構成され、その導電性の繊維１７が像担持体１の表面と静電回収体１３の表面とにそれぞれ接触している。クリーニングブラシ１２と像担持体１がそれぞれ回転することにより、そのクリーニングブラシ１２の繊維１７が像担持体１の表面に摺擦する。また、図１に示した静電回収体１３は導電性のローラにより構成されているが、複数の支持ローラに巻き掛けられて回転する導電性の無端ベルトから成る静電回収体などを用いることもできる。

静電回収体１３には、電源９により、現像時のトナー帯電極性と逆極性の直流電圧が印加される。このときクリーニングブラシ１２は電気的に浮いた状態にあり、静電回収体１３と接触しているので、この静電回収体１３に印加された電圧よりも幾分低い電圧が印加された状態となっている。このように、静電回収体１３には、クリーニングブラシ１２よりも絶対値の高い電圧が印加される。ここで、「現像時のトナー帯電極性」とは、像担持体１に形成された静電潜像を現像装置５によってトナー像として可視像化したときのトナーの帯電極性であり、本例の画像形成装置においてはマイナス極性である。従って、静電回収体１３とクリーニングブラシ１２には、プラス極性の電圧が印加される。

上述のような電圧印加方式を採用すると、静電回収体１３にのみ電圧を印加するだけでよいので、クリーニング装置のコストを低減できるが、クリーニングブラシ１２の導電性の芯軸１６にも、別の電源によって、静電回収体１３よりも低い直流電圧を印加するように構成することもできる。また静電回収体１３とクリーニングブラシ１２に直流電圧のみを印加するほか、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加してもよい。

記録媒体Ｐに転写されずに像担持体１上に付着した転写残トナーが、像担持体１の回転によって、回転するクリーニングブラシ１２の部位に達すると、そのクリーニングブラシ１２には上述のように電圧が印加され、クリーニングブラシ１２と像担持体１との間に電界が形成されているので、当該転写残トナーは、クリーニングブラシ１２による摺擦作用を受けながら、静電的にクリーニングブラシ１２の導電性繊維１７に移行する。また、静電回収体１３には、クリーニングブラシ１２に対するよりも大きな電圧が印加されているので、クリーニングブラシ１２に捕獲されてその導電性繊維１７に付着したトナーは、回転する静電回収体１３に静電的に移行して回収される。次いでその静電回収体１３上のトナーは、この静電回収体１３の表面に圧接したトナー除去部材１５によって掻き落される。下方に落下したトナーは、回転するトナー排出スクリュー１４によってクリーニングケース１１外に搬送される。

導電性の繊維１７としては、例えば、樹脂の繊維にカーボンなどの導電材料を添加したものなどを用いることができる。また、静電回収体１３の材質としては、例えばステンレス鋼などの金属や、その表面の静止摩擦係数を下げるようにフッ素樹脂を塗布、又は分散、或いは金属との共析メッキ処理を施したものなどを挙げることができる。さらに、トナー除去部材１５としては、例えば、金属、ゴム、樹脂、特にナイロン系シート材やポリウレタンゴムブレードなどを用いることができる。

上述のように、本例のクリーニング装置１０は、像担持体表面に接触して転写残トナーを静電的に吸引するクリーニングブラシ１２と、このクリーニングブラシ１２に捕捉されたトナーを静電的に回収する静電回収体１３と、その静電回収体１３からトナーを除去するトナー除去部材１５とを具備している。かかるクリーニング装置１０によると、クリーニングブラシ１２が像担持体上の転写残トナーを静電的に吸引するので、そのトナーが小径、球形トナーであっても、効率よく当該転写残トナーを像担持体表面から除去することが可能である。また、像担持体表面に接触するクリーニング部材として、ゴムローラや発泡体ローラを使用せず、クリーニングブラシ１２を用いることにより、像担持体表面にダメージを与えない効果も得られる。

ところで、像担持体１上のトナー像を記録媒体Ｐに転写するとき、バイアスローラ２０には、現像時のトナー帯電極性と逆極性、すなわちプラス極性の転写電圧が印加され、これによって生じる電界の作用により、像担持体１上のトナー像が記録媒体Ｐに転写されるので、このとき一部のトナーの帯電極性が逆転する。このため、転写残トナーは、プラス極性に帯電したトナーとマイナス極性に帯電したトナーの混合トナー、或いはこれらに無帯電トナーが混ざったトナーとなっている。図２は、転写残トナーの帯電状態を測定した３回の実験結果を破線と太線と細線とで表わした図である。

上述したところから判るように、単に、クリーニングブラシ１２に対して現像時のトナー帯電極性と逆極性の電圧を印加しただけでは、全ての転写残トナーをクリーニングブラシ１２に静電的に吸着させることはできない。そこで、本例の画像形成装置においては、クリーニングブラシ１２の導電性の繊維１７が、転写残トナーの帯電極性が現像時のトナー帯電極性（本例ではマイナス極性）に揃うように、その転写残トナーを摩擦帯電させる材料によって構成されている。例えば、ポリエステル、ナイロン、アクリル等の繊維にカーボンなどの導電材料を添加したものなどから導電性の繊維１７を構成するのである。

像担持体１上に残ったマイナス極性の転写残トナーは、像担持体１の回転に伴って、プラス極性の電圧の印加されたクリーニングブラシ１２の繊維１７に接触し、或いは近づくことにより、その繊維１７に静電気力で吸着される。一方、像担持体１上に残った無極性又はプラス極性の転写残トナーは、ファンデルワールス力と静電気力により像担持体１の表面に付着しており、かかるトナーは、このままではプラスの電位を持った繊維１７に静電的に吸着されない。ところが、繊維１７が上述の材料により構成されているので、無極性トナーとプラス極性トナーが繊維１７に接触することにより、これらのトナーがマイナス極性に摩擦帯電され、これにより、これらのトナーも繊維１７に静電力によって吸着される。このようにして、効率よく転写残トナーをクリーニングブラシ１２に移行させ、さらにそのトナーを静電回収体１３に回収することができる。

現像時のトナー帯電極性がプラスであるときは、クリーニングブラシ１２にマイナスの電圧を印加すると共に、トナーをプラス極性に摩擦帯電させる材質の繊維１７を用いればよい。

上述の構成によれば、理論上、全ての転写残トナーをクリーニングブラシ１２に静電的に移行させることができる。ところが、実際には、クリーニング装置１０に送られてくる像担持体上の転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの量が多くなると、像担持体１のクリーニング不良が発生することが明らかとなっている。以下に、この事実を示す実験例を説明する。

図１に示した画像形成装置を用い、像担持体１上にＭ／Ａ（像担持体に付着したトナーの単位面積当りの重量：mg／cm^２）が互いに異なる４種類のトナー像を形成した。その各Ｍ／Ａは、０．８、０．６、０．４５、０．１mg／cm^２である。これらの各トナー像を転写装置８によって記録媒体Ｐ上に転写し、そのときバイアスローラ２０に印加した転写電圧を１．５ｋＶ、２．０ｋＶ、２．５ｋＶとし、そのトナー像転写後に像担持体１上に付着した転写残トナーをクリーニング装置１０によって除去した。このときの（１）像担持体上の転写残トナーＭ／Ａ、（２）像担持体上の転写残トナーのＱ／Ｍ（μｃ／ｇ）、（３）像担持体上の転写残トナー中のプラス極性のトナーの割合、（４）像担持体上の転写残トナー中のマイナス極性のトナーの割合、（５）像担持体上の転写残トナー中のプラス極性のトナーのＭ／Ａ、（６）像担持体上の転写残トナー中のマイナス極性のトナーのＭ／Ａ、及びクリーニング結果を表１に示す。クリーニング結果の〇は像担持体のクリーニングが良好に行われたことを示し、×は像担持体のクリーニング不良が発生したことを示している。

使用したトナーの体積平均粒径は７μｍ、円形度は０．９８であった。また転写条件とクリーニング条件は以下のとおりである。
転写ベルト１９の体積抵抗率：１０^１１Ω・cm
静電回収体１３への印加電圧：ＤＣ １００Ｖ
静電回収体１３の材質と直径：ステンレス鋼、１０mm
クリーニングブラシ１２の繊維１７の材質：導電性ポリエステル（導電性物質を繊維内部に注入）
繊維１７の体積抵抗率：１０^８Ω・cm
繊維１７の植毛密度：５万本／inch^２
トナー除去部材１５の静電回収体１３への当接角度と喰い込み量：２０°、１mm
トナー除去部材１５の材質：ポリウレタンゴム

表１の（５）から判るように、転写残トナー中のプラス極性のトナーの単位面積当りの重量（Ｍ／Ａ）が０．０３mg／cm^２未満であると、像担持体１に対するクリーニング結果が良好となっている。これは、転写残トナー中のプラス極性のトナーのＭ／Ａが０．０３mg／cm^２未満であると、全ての転写残トナーの極性をマイナスに揃えることができ、逆にプラス極性のトナーのＭ／Ａが０．０３mg／cm^２以上であると、クリーニングブラシ１２によって全ての転写残トナーをマイナス極性に摩擦帯電できずに、プラス極性のままのトナーが残されてしまうためであると考えられる。

上述した知見に基づき、本例の画像形成装置においては、前述の構成に加え、クリーニング装置１０に達する前の転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの像担持体１上の単位面積当りの重量（Ｍ／Ａ）が、０．０３mg／cm^２未満となるように構成されている。これにより、転写残トナーの全体ないしはほぼ全体を、現像時のトナー帯電極性に揃えることができ、そのトナーを効率よく静電的にクリーニングブラシ１２に吸着させることができる。

上述のように、転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの像担持体上のＭ／Ａが０．０３mg／cm^２未満となるようにするには、表１から判るように、転写装置８の転写部材（図１の例ではバイアスローラ２０）に印加する転写電圧の絶対値を１．５ｋＶ〜２．０ｋＶに設定すればよい。一方、転写電圧を２．５ｋＶにすると、過剰な転写電圧が印加され、記録媒体Ｐ上に転写されたトナーにプラス電荷が注入されて、当該トナーが像担持体１に再付着し、転写残トナーのＭ／Ａが増加する。

クリーニングブラシ１２の繊維１７としては、前述のように、例えばポリエステル、ナイロン、又はアクリル等の繊維に導電材料を添加したものを用いることができるが、これらのクリーニングブラシの繊維１７は、その表面に導電性物質が露出していない繊維である。かかる繊維１７を用いると、そのクリーニングブラシ１２によって、転写残トナーを、現像時のトナー帯電極性に効率よく帯電させることができ、像担持体１をより一層良好にクリーニングすることができる。例えば、アクリル繊維の内外に導電性物質であるカーボンが分散されている繊維１７を用いた場合には、転写残トナーに対する摩擦帯電性がやや低下する。

また、図１に示したクリーニングブラシ１２の回転方向は、像担持体表面の移動方向に対してカウンタ向きに設定されている。クリーニングブラシ１２と像担持体１との接触部において、両者が互いに逆方向に移動する向きに、像担持体１とクリーニングブラシ１２が回転するのである。クリーニングブラシ１２が、像担持体１との接触部において、像担持体表面の移動方向と同じ方向に移動するように回転すると、像担持体表面に当接して撓んでいたブラシが像担持体表面から離れた瞬間に元の形に戻るときの衝撃によって、一旦繊維１７に付着したトナーが飛散して、像担持体表面に再付着するおそれがある。ところが、クリーニングブラシ１２の回転方向を像担持体表面の移動方向に対してカウンタ向きに設定することにより、クリーニング後の像担持体表面にクリーニングブラシ１２から飛散したトナーが再付着する不具合を阻止できる。

ところで、図１に示した転写装置８の概略構成については先に説明したが、ここで、この転写装置８のより詳細な構成について説明する。

この転写装置８は、転写ベルト１９の裏面に接触した接触板２４が、バイアスローラ２０よりも転写ベルト１９の移動方向下流側に配置されている。しかも、この接触板２４によって転写ベルト１９からの帰還電流Ｉ２を戻され、かつ高圧電源２１に接続されている転写制御装置２５が設けられている。また転写ベルト１９の表面に付着したトナーはクリーナ２６によって除去される。転写ベルト１９の表面には、フッ素系樹脂（ポリフッ化ビニリデン）がコーティングされ、その表面を容易にクリーニングできるように構成されている。

前述のように、転写ベルト１９は矢印Ａ方向に駆動され、記録媒体Ｐがかかる転写ベルト１９に担持されて搬送され、このときバイアスローラ２０に転写電圧が印加されて像担持体１上のトナー像が記録媒体Ｐに転写される。このとき、記録媒体Ｐを介して像担持体１に接触した転写ベルト１９の部分の電位は、例えば１．２〜１．８ｋＶとなっている。転写ベルト１９のベルト表面の体積抵抗率は、例えば、１×１０^９〜１×１０^１２Ω・cmであり、ベルト裏面の体積抵抗率は、例えば１×１０^７〜５×１０^８Ω・cmであり、かかる転写ベルト１９を用いることにより、転写ベルト上及び記録媒体上に付与された電荷は、その移動方向下流側に移動するに従って、接触板２４によって除電される。トナー像を転写された記録媒体Ｐは、静電吸着によって転写ベルト１９上に吸着されて像担持体１の表面から離れ、転写ベルト１９に担持されて搬送され、定着装置へ進入する。

転写条件としては、高圧電源２１から出力された電流値をＩ１としたとき、転写ベルト１９を介して接触板２４よりアース側へ流れる電流値Ｉ２を検出し、Ｉ１−Ｉ２＝Ｉout＝一定）となるようにＩ１を制御する。このＩoutの最適値は、例えば３５±５μＡである。

上述した転写装置８は、転写ベルト１９が記録媒体を介して、又は直に像担持体１に接触するものであり、接触型転写装置と称せられている。同じく、記録媒体を介して、又は直に像担持体表面に接触する転写ローラより成る転写部材を備えた転写装置も接触型転写装置と称せられている。像担持体上に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写装置として、かかる転写型転写装置を用いると、像担持体から離間したコロナ放電器を有する転写装置を用いた場合に比べて、オゾンの発生量を低減できるほか、転写動作時に帯電極性が逆転するトナーの量を少なくすることができる。このため、クリーニング装置１０によってより一層効率的に転写残トナーを除去することができる。

ここで、前述のように、像担持体１上にトナー像を形成するトナーとして、その粒子の平均円形度が０．９６以上で１．００未満のトナーを用いることが有利であるが、この点を明らかにするために行った実験例を説明する。ここで、円形度とは、粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長／粒子投影像の周囲長である。

この実験では、円形度０．９０のトナーと円形度０．９６のトナーと円形度０．９９のトナーとで同じ方法で像担持体上にトナー像を形成し、その各トナー像を転写装置によって被転写体に転写した後の像担持体上の転写残トナーを比較した。ここでは、被転写体として中間転写体を用いた（図４参照）。

同じ作像条件（帯電、露光、現像）で像担持体上にベタ画像を作像したあと、転写装置に電圧を印加することにより、中間転写体にトナー像を転写した。現像トナーの単位面積あたりの付着量は同じになるように現像バイアスを調整した。現像トナー付着量Ｍ１と中間転写体に転写された転写トナー付着量Ｍ２を吸引治具により測定し、転写残トナー付着量Ｍ３を算出してグラフにしたものが図３である。横軸は転写バイアスである。図３からわかるように、像担持体上に残った転写残トナー量は円形度が高いトナーほど少なかった。よって、クリーニング装置に入力されるトナー量は円形度が高いトナーのほうが少ないといえる。一般にクリーニング装置に入力するトナー量は少ないほうが装置への負担が少なく、長寿命が図れるため、円形度が高いトナーを用いることにより、装置の長寿命化が図れることになる。

本実験例で使用したトナーは、有機溶媒中にウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂を含む結着樹脂、着色剤を含有したトナー組成物を溶解或いは分散させ、水系媒体中で粒子化するとともに重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄、乾燥して得られたトナーを用いた。尚、平均円形度を大きくし、所謂球形トナーを得る製造として、先述の製造方法以外に公知の乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法等の重合法を用いても良いし、従来の粉砕法で得られたトナーを熱処理により球形化処理したものを用いてもよい。

図１に示した画像形成装置において、像担持体１と転写装置８との間に給送された記録媒体Ｐ上に、像担持体１上のトナー像が転写されるが、記録媒体Ｐの給送不良などが発生した場合に、像担持体上のトナー像が記録媒体に転写されずに未転写トナーとして残留し、これをクリーニング装置１０によってクリーニングしなければならない場合がある。また、像担持体上に安定した付着量のトナー像を形成するために、各記録媒体の紙間にあたる部分の像担持体上にパッチ状のトナー像を形成し、その反射濃度を計測してプロセスコントロールを行うシステムがあり、このパッチ状トナー像を記録媒体に転写させないで、像担持体のクリーニング装置１０でクリーニングする場合もある。

一方、静電気を利用して像担持体上の転写残トナーをクリーニングする場合には、転写残トナーの帯電量と重量に見合う電界を必要とする。特に、クリーニング対象トナーの重量と、クリーニングに必要な電界には相関があり、トナー量が多いほど大きな電界が必要となる。未転写トナーの量にあわせてクリーニング電界を決定すると、トナー量が少ない場合にはクリーニング電界が過剰になり、放電が発生してトナーの帯電量を変化させ、いったんクリーニングブラシ１２に付着したトナーが再度像担持体に付着する問題が発生し、良好なクリーニング性能が得られなくなる。

そこで、本例の画像形成装置では、静電回収体１３の電位を切り替えるための電位切替手段を設け、通常の転写残トナーのクリーニング時には、予め定めた第１の電圧（例えば＋１００Ｖ）を静電回収体１３に印加し、未転写トナーのクリーニング時には、上記電位切替手段が上記静電回収体１３への印加電圧を切り替え、第２の電圧（例えば＋３００Ｖ）を静電回収体１３に印加する構成とした。像担持体１上の転写残トナーを除去するときに静電回収体１３に印加する電圧を第１の電圧としたとき、ジャムリカバリー時には、静電回収体１３に対して第２の電圧を印加し、該第２の電圧の絶対値は、前記第１の電圧の絶対値よりも高く設定されているのである。これにより、転写残トナークリーニング時にも、未転写トナークリーニング時にも良好なクリーニング性能が得られた。

本発明に係る画像形成装置の像担持体１として、アモルファスシリコンから成る表層を有する感光体を使用すると、像担持体表面の経時的な磨耗をなくし、あるいは磨耗量を極く少なくでき、像担持体の寿命を延ばすことができる。使用するアモルファスシリコン感光体としては、以下のものが挙げられる。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を用いることが出来る。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。

また、像担持体１として、粒子状物質を含有する表層を備えた感光体を用いると、像担持体表面が削れにくくなり、その寿命を伸ばすことができる。具体的には、導電性基体上に直接または中間層を介して感光層を有する感光体において、この感光層が少なくとも電荷発生物質と電荷輸送物質と粒子状物質を含有し、かかる感光層の粒子状物質が導電性基体側より最も離れた表面側の含有率を多くすることにより、耐摩耗性の向上、電気特性の安定化が達成され、高感度、高耐久の感光体を得ることができる。

像担持体の基本的構成は導電性支持体、潜像担持層、粒子状物質を含有した表面層からなる。又、潜像担持層としては帯電可能な電気絶縁性で有ることが必要であるが、非光導電性の誘電層又は光導電性を有した感光層が使用可能である。

粒子状物質はバインダー樹脂、低分子電荷輸送物質、及び高分子電荷輸送物質と粉砕、分散し、塗工される。粒子状物質含有表面層中の粒子状物質の含有量は５〜５０重量％で、好ましくは１０〜４０重量％であり、１０重量％以下であると耐摩耗性はあるものの十分でない。５０重量％以上であると感光層の透明性が損なわれる。平均粒径が０．０５〜１．０μｍ、好ましくは０．０５〜０．８μｍに粉砕、分散するのが好ましい。

粒子状物質としては、表層の構成樹脂より堅い粒子状物質であれば使用可能であり、無機物質、有機物質が使用可能である。例えば、酸化チタン、シリカ、酸化錫、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、窒化ケイ素、酸化カルシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム等の金属酸化物が挙げられるが、特に良好なものとして酸化チタン、シリカ、酸化ジルコニウム等が挙げられる。これら粒子状物質は分散性向上などの理由から無機物、有機物で表面処理されてもよい。一般に撥水性処理としてシランカップリング剤で処理したもの、あるいはフッ素系シランカップリング剤処理したもの、高級脂肪酸処理したもの。無機物処理としてはフィラー表面をアルミナ、ジルコニア、酸化スズ、シリカ処理したものが使用可能である。

また、図１に示した画像形成装置は、像担持体１が感光体により構成されていると共に、その像担持体１を帯電する帯電装置３を具備し、該帯電装置３は、像担持体１の表面に対して微小ギャップをもって対向配置された帯電ローラ２２より成る帯電部材を有し、該帯電部材に帯電電圧を印加して像担持体を帯電するように構成されている。より具体的に示すと、帯電ローラ２２は、導電性基体２７とその周囲の抵抗層２８を備えている。導電性基体２７は、直径が８〜２０ｍｍのステンレス鋼の円筒体である。また、抵抗層２８は、エピクロルヒドリンゴム層とその表面を覆う樹脂の表面層からなる。または、４フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素樹脂を主成分とした、厚み３０〜７００μｍ、表面粗さＲｚが０．２〜２μｍ程度の樹脂チューブを用いてもよい。その他の均一な帯電を行うことが可能な材料を用いてもよい。

帯電ローラ２２は、その表面が像担持体１の表面と同じ方向に移動する。帯電ローラ２２は、その長手方向（軸方向）の寸法が最大画像幅Ａ４横（約３００ｍｍ）よりも少し長く設定されている。帯電ローラ２２は、その長手方向両端部にスペーサが設けてあり、これらスペーサを像担持体１両端部の非画像形成領域に当接させることで、像担持体１表面の被帯電面と帯電ローラ表面の帯電面との間の空隙を、その最近接部での距離が５〜１００μｍになるように保持している。この最近接距離は、さらに好ましくは、１０〜７０μｍに設定するとよい。なお、本例では、５０μｍに設定した。

帯電ローラ２２には、帯電用の電源３５が接続されている。これにより、像担持体１表面の被帯電面と、帯電ローラ２２の表面の帯電面との間の空隙で放電により、被帯電面を均一に帯電する。印加バイアスは、定電流制御されたＤＣ電圧を用いる。ＤＣ電圧印加時のほうがＡＣ重畳タイプに比較して、放電生成物の発生量は少ないのでＤＣ電圧を印加して帯電を行うのが良い。もちろん、印加バイアスは、必要に応じてＡＣ重畳タイプを用いてもよい。また、必要に応じて定電圧制御にしてもよい。

帯電ローラ２２の硬度は、例えばＪＩＳ−Ａで３０〜８０度程度であるが、像担持体１に接触させる必要がないので、その耐久性を考慮すると、６０〜８０度もしくはこれ以上の硬度でもよい。

帯電ローラ２２には、トナーやシリカや紙紛を帯電ローラから除去するための除去部材（図示せず）が押し当ててある。シリカや紙紛を帯電ローラから除去するための除去部材には、たとえば導電性のスポンジ、導電性ゴム、導電性ブラシを用いるが、これに限ったものではない。

像担持体１をクリーニング装置１０によりクリーニングした際に、微量のトナーが残留することがあったときに、接触帯電ローラだとローラ表面にトナーが付着し、帯電不良を引き起こす原因となる。本例のように非接触・近接放電方式の帯電ローラ２２だと像担持体１に残ったトナーがあってもローラ表面に付着することがないので、ローラのトナー汚れを防止することができ、それによる帯電不良を引き起こすことがない。なお、微量に残ったクリーニング残トナーは帯電工程通過後に正規極性に帯電され、現像装置に戻るかあるいは再度クリーニング装置に入力され回収される。

ところで、図１に示した画像形成装置の各種プロセス機器のうち、少なくともクリーニング装置１０を有する一体的なプロセスカートリッジを構成することもできる。すなわち、感光体より成る像担持体１と、該像担持体１を帯電する帯電装置３と、帯電後の像担持体表面を露光して形成した静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置５と、該トナー像を被転写体の一例である記録媒体Ｐに転写したあとに像担持体１上に残留する転写残トナーを除去して該像担持体１の表面を清掃するクリーニング装置１０のうち少なくともクリーニング装置１０を具備し、画像形成装置本体に着脱自在に装着されるプロセスカートリッジ３０を構成し、そのクリーニング装置１０を前述の各具体例に示したように構成すると共に、かかるプロセスカートリッジ３０を含む画像形成装置を前述の如く構成するのである。図１に示した例では、像担持体１、帯電装置３、現像装置５、クリーニング装置１０及び除電ランプ２が、一点鎖線で示したユニットケース２９に組み付けられ、これらが一体的なプロセスカートリッジ３０として構成されている。

以上、感光体より成る像担持体上に形成したトナー像を記録媒体Ｐより成る被転写体に転写する画像形成装置を説明したが、本発明に係る各構成は、感光体に形成されたトナー像が転写される中間転写体を有する画像形成装置にも適用できるものである。図４はかかる画像形成装置の一例を示す。ここに示した画像形成装置は、感光体より成る複数の像担持体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１ＢＫ上にそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が無端ベルトより成る中間転写体３１上に順次重ねて転写される。トナー像転写後の各像担持体１Ｙ乃至１ＢＫ上に付着する転写残トナーは、それぞれクリーニング装置１０Ｙ乃至１０ＢＫによって除去される。また、中間転写体へ転写された重ねトナー像は、転写装置３６によって、記録媒体Ｐに一括して転写され、その転写後に中間転写体上に付着する転写残トナーはクリーニング装置３２によって除去される。

上記画像形成装置における各像担持体１Ｙ乃至１ＢＫからトナー像を転写される中間転写体３１は、その各像担持体１Ｙ乃至１ＢＫに対する被転写体を構成し、その各像担持体１Ｙ乃至１ＢＫ上の転写残トナーを除去するクリーニング装置１０Ｙ乃至１０ＢＫを前述の如く構成することができる。また各像担持体からトナー像を転写され、その重ねトナー像を担持する中間転写体３１も像担持体の一例を構成するものであり、この像担持体からトナー像を転写される記録媒体Ｐは中間転写体３１より成る像担持体に対する被転写体を構成する。かかる中間転写体３１上の転写残トナーを除去するクリーニング装置３２も、前述の如く構成することができる。このように、本発明に係る像担持体は、感光体又は中間転写体により構成され、被転写体は記録媒体又は中間転写体から構成される。

画像形成装置の一例を示す部分断面概略図である。 転写残トナーの帯電分布を示す図である。 トナーの円形度と、転写電圧と、転写残トナーの量との関係を示す図である。 画像形成装置の他の例を示す概略図である。

符号の説明

１，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１ＢＫ 像担持体
３ 帯電装置
５ 現像装置
８，３６ 転写装置
１０，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０ＢＫ，３２ クリーニング装置
１２ クリーニングブラシ
１３ 静電回収体
１５ トナー除去部材
１７ 繊維
３０ プロセスカートリッジ

Claims (11)

1. トナー像を担持する像担持体と、該トナー像を被転写体に転写する転写装置と、トナー像を被転写体に転写したあとに該像担持体上に残留する転写残トナーを除去して該像担持体表面を清掃するクリーニング装置とを有し、該クリーニング装置は、像担持体表面に接触して転写残トナーを静電的に吸引するクリーニングブラシと、該クリーニングブラシに捕捉されたトナーを静電的に回収する静電回収体と、該静電回収体からトナーを除去するトナー除去部材とを具備する画像形成装置において、前記クリーニングブラシの繊維は、転写残トナーの帯電極性が現像時のトナー帯電極性に揃うように、該転写残トナーを摩擦帯電させる材料により構成され、クリーニング装置に達する前の転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの像担持体上の単位面積当りの重量が、０．０３ｍｇ／ｃｍ^２未満であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写装置の転写部材に印加する転写電圧の絶対値が１．５ｋＶ〜２．０ｋＶである請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記クリーニングブラシの繊維は、その表面に導電性物質が露出していない繊維より成る請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記クリーニングブラシの回転方向は、像担持体表面の移動方向に対してカウンタ向きに設定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写装置として、接触型転写装置を用いた請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 像担持体上にトナー像を形成するトナーとして、その粒子の平均円形度が０．９６以上で１．００未満のトナーを用いた請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 像担持体上の転写残トナーを除去するときに前記静電回収体に印加する電圧を第１の電圧としたとき、ジャムリカバリー時には、前記静電回収体に対して第２の電圧を印加し、該第２の電圧の絶対値は、前記第１の電圧の絶対値よりも高く設定されている請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体として、アモルファスシリコンから成る表層を有する感光体を用いた請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記像担持体として、粒子状物質を含有する表層を備えた感光体を用いた請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記像担持体が感光体により構成されていると共に、該像担持体を帯電する帯電装置を具備し、該帯電装置は、前記像担持体の表面に対して微小ギャップをもって対向配置された帯電部材を有し、該帯電部材に帯電電圧を印加して像担持体を帯電する請求項１乃至９のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 感光体より成る像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、帯電後の像担持体表面を露光して形成した静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置と、該トナー像を被転写体に転写したあとに像担持体上に残留する転写残トナーを除去して該像担持体表面を清掃するクリーニング装置のうち少なくとも当該クリーニング装置を具備すると共に、画像形成装置本体に対して着脱自在に装着される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、像担持体表面に接触して転写残トナーを静電的に吸引するクリーニングブラシと、該クリーニングブラシに捕捉されたトナーを静電的に回収する静電回収体と、該静電回収体からトナーを除去するトナー除去部材とを具備するプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニングブラシの繊維は、転写残トナーの帯電極性が現像時のトナー帯電極性に揃うように、該転写残トナーを摩擦帯電させる材料により構成され、クリーニング装置に達する前の転写残トナーのうち、現像時のトナー帯電極性ではないトナーの像担持体上の単位面積当りの重量が、０．０３ｍｇ／ｃｍ^２未満であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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