JP2005114943A - クリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 クリーニングローラを用いての感光体ドラム表面のクリーニング方法において、除去すべき異物のすり抜けを生じた場合にも、異物のなすりつけなどの不都合を発生させることなく、比較的弱い押圧力で異物のクリーニングが可能な方法を提供する。
【解決手段】 感光体ドラムにクリーニングローラを圧接させ、トナー像転写後の感光体ドラム上の残存トナーを該クリーニングローラにより除去するクリーニング方法において、前記クリーニングローラのローラ軸を、前記感光体ドラムの軸に対して交差するように配置するとともに、該クリーニングローラは、その両端部の外径が中央部の外径よりも大きい逆クラウン形状を有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用されるクリーニング方法に関するものであり、より詳細には、クリーニングローラを用いて行われるクリーニング方法に関する。

電子写真方式による画像形成装置においては、一般に、回転する感光体ドラムを所定極性に一様に主帯電し、次いで光照射による画像露光を行って静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を感光体ドラム表面に形成し、該トナー像を紙等の記録材に転写し、記録材表面に転写されたトナー像を熱及び圧力によって定着させることにより、画像の形成が行われ、トナー像転写後の感光体ドラム表面は、クリーニングブレードなどを圧接することにより残存トナーや紙粉などの異物がクリーニングされ、該表面上に残存するトナー等が除去された後に、次の画像形成工程が実行されるようになっている。

上記のような画像形成装置において、感光体ドラム表面をクリーニングするための手段としては、クリーニングブレード以外にもクリーニングローラによる方式も広く採用されている。このクリーニングローラによる方式では、クリーニングローラと感光体ドラムとで周速差を設定することができ、この周速差を調整することにより、クリーニング効果を調整できるという利点を有している（特許文献１参照）。
特開平７−２３４６１９号公報

しかしながら、クリーニングローラを用いたクリーニング方法では、感光体ドラム表面は、周方向にしか摺擦されないため、一旦、異物が感光体ドラム表面に強力に付着し、クリーニングローラをすり抜けてしまうと、その後は異物を引き伸ばすばかりで、該異物に対してクリーニング作用を示さなくなってしまうことがある。特に、そのような異物が、トナーの外添剤などに由来するものであるときには、画像形成の繰り返しにより、クリーニングローラの摺擦力によって異物付着の範囲が徐々に拡大してしまう恐れもある。

また、感光体ドラムとしては、アモルファスシリコン感光体ドラム（以下、ａ−Ｓｉ感光体ドラムと呼ぶことがある）のように、有機感光体に比して、圧倒的に摩耗しにくいものがある。このａ−Ｓｉ感光体ドラムは、ドラム表面に付着した放電生成物に起因する画像流れやトナー構成材（例えばシリカなどのトナーに外添される流動性向上材）からなるダッシュマークと呼ばれる異物凝集が生じ易く、これらはクリーニングブレードではすり抜けてしまうため、クリーニングローラを用いる必要がある。しかるに、ａ−Ｓｉ感光体ドラムは、摩耗しにくく、研磨されにくいため、研磨による除去効果を高めるため、クリーニングローラを感光体ドラム表面に強く押圧してクリーニングを行わなければならない。

しかしながら、クリーニングローラを強く押圧してクリーニングを行うほど、一旦、異物がクリーニングローラをすり抜けてしまうと、その後は、クリーニングローラがすり抜けた異物を繰り返し感光体ドラム表面になすりつけるようになってしまい、その除去が極めて困難となってしまう。

従って、本発明は、クリーニングローラを用いての感光体ドラム表面のクリーニング方法において、除去すべき異物のすり抜けを生じた場合にも、異物のなすりつけなどの不都合を発生させることなく、比較的弱い押圧力で異物のクリーニングが可能な方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、アモルファスシリコン感光体ドラムについて特に有効に適用されるクリーニング方法を提供することにある。

本発明によれば、感光体ドラムにクリーニングローラを圧接させ、トナー像転写後の感光体ドラム上の残存トナーを該クリーニングローラにより除去するクリーニング方法において、前記クリーニングローラのローラ軸を、前記感光体ドラムの軸に対して交差するように配置するとともに、該クリーニングローラは、その両端部の外径が中央部の外径よりも大きい逆クラウン形状を有していることを特徴とするクリーニング方法が提供される。

本発明においては、
１．前記感光体ドラムとして、アモルファスシリコン感光体ドラムを使用すること、
２．前記クリーニングローラの両端部の外径と中心部の外径との外径差ΔＤ_ＣＬ（ｍｍ）は、下記式；
５００θ／（Ｄ_ＣＬ・Ｄd）≦ΔＤ_ＣＬ≦７００θ／（Ｄ_ＣＬ・Ｄｄ）
式中、θは、前記ローラ軸とドラム軸との交差角（deg）であり、
Ｄ_ＣＬは、クリーニングローラの両端部の外径（ｍｍ）であり、
Ｄdは、ドラム外径（ｍｍ）である、
で表される条件を満足するように設定されていること、
２．前記ローラ軸とドラム軸との交差角は、１．０乃至３．０度の範囲に設定されること、
が好適である。

本発明においては、クリーニングローラのローラ軸が、感光体ドラムの軸に対して交差するように設けられているため、感光体ドラムの周方向に対して摺擦力が作用すると同時に、該ドラムの軸方向にも摺擦力が作用する。従って、クリーニングローラを異物がすり抜けたとしても、この異物は、その後のクリーニングにより、徐々に軸方向に沿って移動し、画像形成領域外に排出される。

また、クリーニングローラは、その両端部の外径が中央部分の外径よりも大きく設定されているため、クリーニングローラの軸方向に沿って均一な押圧力でクリーニングローラを感光体ドラム表面に圧接することができる。従って、クリーニング効果も均一であり、その両端部においても、一定のクリーニング効果を確保することができる。特に、前述したダッシュマークなどの異物は、クリーニングローラの両端部分（通紙領域外）で発生し易いが、本発明では、このような異物のクリーニングも効果的に行うことができる。

本発明では、このようにクリーニング効果が高められているため、アモルファスシリコン感光体ドラムについても、画像流れやダッシュマークなどを有効に防止することができる。

また、クリーニング性が向上しているため、クリーニングローラの押圧力を比較的小さくすることができ、駆動系のトルクダウンが可能となり、さらに、クリーニングローラと感光体ドラムとの周速差も低く設定することができるため、回転ムラを有効に抑制し、回転ムラに起因するジッタ（画像のブレ）などの不都合も有効に防止することができる。

本発明のクリーニング方法を実行するための画像形成装置の概略構成を示す図１において、回転可能に設けられている感光ドラム１の周囲には、主帯電装置２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニングローラ５とクリーニングブレード１０を備えたクリーニング装置が配設されており、帯電装置２と現像装置３間の上方には露光装置（不図示）が配設されて、画像露光のためのレーザ光Ｌが照射されるようになっている。また、感光ドラム１と転写ローラ４間に形成される転写ニップ部Ｎには、記録紙Ｐが通過するようになっており、その搬送方向下流側には定着装置７が設置されている。

本発明において、感光体ドラム１としては、特に制限されるものではないが、例えばアルミ等の導電性素管上にアモルファスシリコン感光層を備えたａ−Ｓｉ感光体ドラムが好適に使用される。即ち、このような感光体ドラム１は、研磨しにくいという性質を有しているにもかかわらず、画像流れを生じさせる放電生成物の付着物やトナー構成材の付着物などの異物を有効に除去しなければならないからであり、かかるドラムに本発明を適用した場合、最も効果的である。勿論、感光体ドラム１として、有機感光体ドラムを用いることもできる。

この感光体ドラム１は、所定のモータ駆動により矢印ａで示す方向に所定の周速（例えば６０乃至１３０ｍｍ／ｓｅｃ程度）で回転し、所定の画像形成工程が実行される。

主帯電装置２としては、コロトロン、スコロトロン等の公知のコロナ帯電器を使用することができるが、均一に帯電し得るという点で、ワイヤとグリッド電圧によって帯電するスコロトロンを用いることが好ましい。また、コロナ帯電器以外にも、帯電ローラなどを使用することもできる。画像形成に際しては、かかる主帯電装置２により、感光体ドラム１表面（感光層表面）が一様に主帯電される。この主帯電電位は、アモルファス感光体ドラムを用いた場合には、通常、＋２５０乃至＋４００Ｖの範囲である。

上記のような主帯電後、コンピュータから入力される画像情報或いはスキャナ等で読み取られた所定の原稿に係る画像情報に基づいて、レーザ光Ｌが、レーザ出力部（不図示）から反射ミラーを介して主帯電された感光ドラム１表面に照射されることにより、画像情報に応じた静電潜像が形成される。即ち、光照射部の電位が低下し、静電潜像が形成されるわけである。

現像装置３は、現像容器３ａの開口部に感光ドラム１と対向配置された回転自在な現像スリーブ３ｂを備えており、現像スリーブ３ｂ表面に担持された現像剤（トナー）を感光ドラム１表面の静電潜像に付着させてトナー像として現像（可視像化）するものである。

即ち、現像容器３ａの現像剤は、攪拌部材によって攪拌され、感光体ドラム１の帯電極性と同極性に摩擦帯電されて現像スリーブ３ｂ側に搬送される。現像スリーブ３ｂは、感光ドラム１に対して所定のギャップ（３００μｍ程度）を設けて配置され、現像スリーブ３ｂ表面の現像剤は規制ブレードにより層厚規制を受けて所定層厚に形成される。

また、現像スリーブ３ｂには、現像バイアス電源から直流成分のみ、或いは直流成分に交流成分を重畳した所定の現像バイアスが印加される。ａ−Ｓｉ感光体ドラムを用いた場合において、現像バイアスの直流成分は、通常、＋１５０乃至＋３００Ｖでトナーの帯電極性と同極性とし、交流成分を重畳する場合は、そのピーク間電圧が１乃至２ＫＶ程度であり、このような現像バイアスを現像スリーブ３ｂに印加することにより、帯電トナーが前述した画像露光によって電位が低下した部分に付着することにより、感光体ドラム１表面にトナー像が形成されることとなる。

用いる現像剤は、それ自体公知のものでよく、非磁性トナーと磁性キャリヤとからなる二成分現像剤を使用することもできるし、磁性トナーまたは非磁性トナーからなる一成分現像剤を使用することもできる。このような現像剤において、トナーには、通常、疎水性シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタンなどの粉末がトナー１００重量部当り０．１乃至３重量部の量で表面処理剤として外添され、流動性が高められている。特に、大粒径の酸化チタンは感光体表面の異物を除去する研磨剤として好適に使用される。

上記のようにして感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、転写ローラ４によって、記録紙Ｐ上に転写される。

この転写ローラ４は、導電性ゴム層、例えばＥＰＤＭ、ＮＢＲ，イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンニトリルゴムなどにカーボンブラックなどの導電剤を配合して電気抵抗が１０^８乃至１０^１０Ω・ｃｍ以下に調整され、表面硬度（アスカーＣ）が２０乃至４０度の層を芯金ロール上に形成させたものである。この転写ローラ４は、感光体ドラム１表面に所定の押圧力で接触して配置されており、転写ニップ部Ｎを形成し、矢印ｂ方向（反時計方向）に回転する。この転写ニップ部Ｎを記録紙Ｐが通過する際に、転写バイアス電源６から転写ローラ４に転写バイアスを印加することにより、感光体ドラム１表面のトナー像が記録紙Ｐの表面に転写される。この転写バイアスは、トナー像の帯電極性と逆極性であり、通常、２００Ｖ乃至３ＫＶ程度であり、転写電流により制御される。尚、連続して画像形成を行う場合には、紙間では、転写バイアスは０Ｖ或いは逆バイアスに変更され、転写ローラ４表面へのトナー付着が防止される。尚、転写ローラ４の代わりに、コロナ帯電器を用いて転写を行うことも勿論可能である。

トナー像が表面に転写された記録紙Ｐは、定着装置７に導入され、トナー像の記録紙Ｐへの定着が行われる。この定着装置７は、ヒータ内蔵の定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂを有しており、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップに記録紙Ｐを通過させることにより、記録紙Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着するものである。

一方、トナー像転写後の感光体ドラム１表面に残存するトナーや記録紙に由来する紙粉、トナーの外添材などのトナー構成成分は、クリーニングローラ５及びクリーニングブレード１０により除去、回収される。このクリーニングローラ５は、ＥＰＤＭ、ポリウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、アクリロニトリルスチレンゴムなどの弾性体層を芯金ローラ上に形成してなるものであり、該弾性体層は、必要により発泡されていてもよい。一般に、このクリーニングローラ５の硬度（アスカーＣ）は、良好なクリーニング性を確保するために、５０度以上、特に１０乃至９０度の範囲にあることが好適である。また、図示されていないが、通常、クリーニングローラ５には、掻取り用のブレードが当接され、クリーニングローラ５によって捕集された残存トナー等を回収するようになっている。

上述したクリーニングローラ５の配置及びその形状を示す図２を参照して、このクリーニングローラ５は、画像形成領域Ｘ（最大通紙幅）を完全に横切るようにして設けられるものであるが、本発明においては、クリーニングローラ５の回転軸５ａが感光体ドラム１のドラム軸と交差するように斜めに設けられることが第１の特徴である（図２（ａ）参照）。即ち、クリーニングローラ５を斜めに設けることにより、感光体ドラム１の周方向と同時に、その軸方向にも摺擦力が加わる。従って、このクリーニングローラ５と感光体ドラム１との間を残存トナー等の異物がすり抜けたとしても、すり抜けた異物は、その後のクリーニングにより、感光体ドラム１の軸方向に沿って移動し、画像形成領域Ａ外に除去されることとなる。例えば、この回転軸５ａが感光体ドラム１の軸と交差せず、平行に延びている場合には、ドラム１の軸方向に摺擦力が作用しないため、クリーニングローラ５と感光体ドラム１との間をすり抜けた異物を除去することができず、逆に、クリーニングローラ５により感光体ドラム１表面になすりつけられてしまい、クリーニングが行われる毎に、異物の量が増大してしまうなどの不都合を生じてしまう。

本発明において、上記のようなローラ軸５ａとドラム１の軸との交差角θは、一般に１．０乃至３．０度の範囲とするのがよい。即ち、この交差角θがあまり小さいと、感光体ドラム１の軸方向に摺擦力が十分に作用せず、すり抜けた異物に対するクリーニング効果が低下してしまい、また、交差角θがあまり大きいと、クリーニングローラ５による摺擦力にばらつきを生じ、特に両端部分での摺擦力が低下し、クリーニング不良を生じ易くなってしまう。

また、本発明においては、図２（ｂ）に示されているように、クリーニングローラ５の形状を、両端部の外径φＡが中央部の外径φＢよりも大きい逆クラウン形状としたことが第２の特徴である。即ち、クリーニングローラ５を、このような逆クラウン形状とすることにより、該ローラ５をドラム１に対して斜めに設けた場合にも、その両端から中央部までの全体にわたって均一な押圧力で感光体ドラム１表面に圧接させることができ、均一なクリーニング効果を発現させることが可能となる。例えば、クリーニングローラ５が通常の円筒形状である場合には、該ローラ５が斜めに設けられているため、両端部での摺擦力が弱くなり、両端部分でクリーニング不良が生じ易くなってしまう。

本発明においては、上記の両端部の外径φＡと中央部の外径φＢとの差、即ち外径差ΔＤ_ＣＬは、感光体ドラム１の外径に応じて定めるのがよく、後述する実施例の結果からも明らかな通り、この外径差ΔＤ_ＣＬは、下記式（１）：
５００θ／（Ｄ_ＣＬ・Ｄd）≦ΔＤ_ＣＬ≦７００θ／（Ｄ_ＣＬ・Ｄｄ） （１）
式中、θは、ローラ軸５ａとドラム軸との交差角（deg）であり、
Ｄ_ＣＬは、クリーニングローラの両端部の外径φＡ（ｍｍ）であり、
Ｄdは、ドラム外径（ｍｍ）である、
で表される条件を満足するように設定するのがよい。この範囲外では、感光体ドラム１表面を均一に摺擦することが困難となり、クリーニング効果が低下してしまう。

また、本発明においては、図２（ａ）に示されているように、クリーニングローラ５は、その回転軸５ａの両端部分が軸受５ｂによってクリーニング枠（図示せず）によって回転可能に保持されているが、ドラム１の軸に対して斜めに設けられるため、その一方側の端部には、一対のピン５ｃを設け、自在継手１０に保持されていることが好ましい。この自在継手１０は、図３に示すように、上記ピン５ｃを受ける長孔１０ａと、ギヤ部１０ｂとを有しており、軸受１０ｃによって装置枠等に回転可能に保持され、ドラム１への駆動系に連結されたギヤ１２（図２（ａ）参照）によって回転するように構成されており、これにより、斜めに設けられたクリーニングローラ５を安定して回転させることができる。感光体ドラム１には、その一方側端部にギヤ１ａが設けられており、所定の駆動系から駆動伝達により、所定の速度で回転するように設けられている。

尚、上述したクリーニングローラ５は、例えばクリーニングユニット枠をバネ等により押圧することにより、例えば５００ｇｆ以上の押圧力で感光体ドラム１表面に圧接される。また、クリーニング効果を高めるために、クリーニングローラ５は、その両端部の周速が感光体ドラム１の周速の１．０５乃至１．２５倍程度となるように設けられることが好適である。

本発明を次の実験例で説明する。

（実験例１）
感光体ドラムとして、外径が４０ｍｍ、軸方向長さが３６０ｍｍのアモルファスシリコン感光体ドラムを用意した。

また、クリーニングローラとして、表面にＥＰＤＭ発泡体層（軸方向長さ：３４０ｍｍ、アスカーＣ硬度：５５度）を備え、両端部の外径φＡが１５ｍｍであり、且つその中央部の径φＢが小さく、表１に示すような外径差（φＡ−φＢ）を有するものを用意した。

上記の感光体ドラムとクリーニングローラを使用し、クリーニングローラの回転軸とドラムの軸との交差角を表１に示すように種々変更し、図１に示すような構造のデジタルプリンタを組み立てた。（クリーニングローラは、５５０ｇｆの押圧力で感光体ドラム表面に圧接した。）

尚、このデジタルプリンタの仕様は、以下の通りである。
感光体ドラム周速；１２０ｍｍ／ｓｅｃ
主帯電器：スコロトロン
現像剤：
一成分正帯電磁性現像剤
表面処理剤；
酸化チタン（トナー１００重量部当たり１重量部）及び疎水性シリカ（トナー１００重量部当たり０．２重量部）
転写ローラ（ＥＰＤＭ製）
外径；２０ｍｍ
抵抗；１０^８Ω・ｃｍ
硬度； ３０度（アスカーＣ）
軸長；３３５ｍｍ
ローラ周速：感光体ドラム周速の１．０５倍
クリーニングローラ周速（両端部）：感光体ドラム周速の１．２倍
定着装置：
定着温度；１８５℃
記録紙最大幅：２１６ｍｍ

上記のデジタルプリンタを用いて、下記条件で印字率６％の画像を、２８℃、８０％ＲＨの雰囲気中で連続して３０００枚出力し、クリーニング効果を評価し、その結果を表１に示した。

主帯電電位：４００Ｖ
現像バイアス：直流３００Ｖ、交流１．７ＫＶ
転写電流：−８μＡ
記録紙（再生紙）：Ａ３サイズ

尚、クリーニング効果の評価は、画像流れの状態及びダッシュマークの発生状況により行った。評価基準は、以下の通りである。
○：ダッシュマーク、画像流れの何れも発生しない。
△：画像流れが軽微に発生、ダッシュマークが５個／Ａ３以内で発生。
×：画像流れ及びダッシュマークの発生が著しい。
尚、実験例１、実験例２は、前記式（1）において各交差角に対する最適な外径差ΔＤ_ＣＬを求めるために実施した高温高湿度環境における過酷試験であり、実使用時に問題になるとは限らず、より信頼性の高い画像形成装置を得るためのものである。

尚、表１中、交差角の下に示された数値（Ａ，Ｂ）は、前記式（１）で示される外径差ΔＤ_ＣＬの下限値（Ａ）と上限値（Ｂ）を示す。

（実験例２）
感光体ドラムとして、外径が３０ｍｍのアモルファスシリコン感光体ドラムを使用した以外は、実験例１と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。

本発明の実施に用いる画像形成装置を示す概略構成図。 本発明に用いるクリーニングローラの配置及び形状を示す図。 図１のクリーニングローラの取り付けに使用する自在継手を示す図。

符号の説明

１：感光体ドラム
２：帯電装置
３：現像装置
４：転写ローラ
５：クリーニングローラ
５ａ：クリーニングローラの回転軸
７：定着装置
７ａ：定着ローラ
７ｂ：加圧ローラ
θ：交差角

Claims (4)

1. 感光体ドラムにクリーニングローラを圧接させ、トナー像転写後の感光体ドラム上の残存トナーを該クリーニングローラにより除去するクリーニング方法において、前記クリーニングローラのローラ軸を、前記感光体ドラムの軸に対して交差するように配置するとともに、該クリーニングローラは、その両端部の外径が中央部の外径よりも大きい逆クラウン形状を有していることを特徴とするクリーニング方法。
2. 前記感光体ドラムとして、アモルファスシリコン感光体ドラムを使用する請求項１に記載のクリーニング方法。
3. 前記クリーニングローラの両端部の外径と中心部の外径との外径差ΔＤ_ＣＬ（ｍｍ）は、下記式；
   ５００θ／（Ｄ_ＣＬ・Ｄd）≦ΔＤ_ＣＬ≦７００θ／（Ｄ_ＣＬ・Ｄｄ）
   式中、θは、前記ローラ軸とドラム軸との交差角（deg）であり、
   Ｄ_ＣＬは、クリーニングローラの両端部の外径（ｍｍ）であり、
   Ｄdは、ドラム外径（ｍｍ）である、
   で表される条件を満足するように設定されている請求項１または２に記載のクリーニング方法。
4. 前記ローラ軸とドラム軸との交差角は、１．０乃至３．０度の範囲に設定される請求項３に記載のクリーニング方法。

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