JP2005164616A - クリーニング装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複層のクリーニングブレードを用い、従来のようなスティックスリップを生じさせなくとも小粒径・球形トナーを良好にクリーニングすることができるとともに、トナー担持体の速度変動を低減させることが可能なクリーニング装置及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】球形度が０．９６以上、平均粒径が３〜８．５μｍのトナーが担持されるトナー担持体５に当接して当該トナー担持体５上の残留トナーを除去するクリーニングブレード３０を備えるクリーニング装置において、前記クリーニングブレード３０を、トナー担持体５に当接し、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上のエッジ層３２と、エッジ層３２より硬度が小さいベース層３１とからなる二層構造とし、クリーニングブレード３０のトナー担持体５とのクリーニング角θ１が０〜１０°となるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの静電方式の画像形成装置において使用される像担持体や中間転写体などのトナー担持体上に残存したトナーを除去するクリーニングブレードを備えたクリーニング装置及び画像形成装置に関する。

静電方式の画像形成装置においては、一般に、感光体の表面に静電荷を蓄積させ、その上に画像データに由来した露光を行って静電潜像を形成し、次に、帯電トナーを静電潜像に付着させてトナー像を作り、このトナー像を記録用紙に転写し、さらに加熱圧着させて記録用紙にトナーを固着させることによって画像形成を行っている。この画像形成の際、感光体上のトナーが完全に転写されれば問題は無いが、一部が感光体上に残ってしまう場合がある。この場合、そのまま次の画像形成処理を行うと次の記録用紙上に前の画像が残り残像（ゴースト）を発生させてしまい、画像品質を著しく劣化させてしまう。そのため、トナー像を転写した後の感光体上に残留したトナーは取り除く必要がある。

感光体上の残留トナーは、クリーニングブレードによって取り除かれる。クリーニングブレードは、感光体表面に当接するように設けられており、感光体が回転することによって摺擦してトナーを掻き落とすように構成されている。この際、クリーニングブレードと感光体との間には摩擦が生じるため、クリーニングブレードと感光体との間で「スティックスリップ」が発生する。スティックスリップとは、クリーニングブレードがスティック状態とスリップ状態とを交互に繰り返して起こす現象をいい、より具体的には、クリーニングブレードは回転する感光体と接触しているため、感光体から摩擦力を受けて変形し、応力を生じる。その応力が所定より小さい場合には、クリーニングブレードは感光体に張り付いて滑りを生じない「スティック状態」にあり、感光体の更なる回転に伴ってクリーニングブレードの応力が大きくなり所定の限界に達するとき、クリーニングブレードと感光体との間に滑りが生じて「スリップ状態」となるものをいう。

従来のクリーニングブレードは、スティックスリップにより感光体上の残留トナーの掻き取りを可能としている。通常、クリーニングブレードは弾性体であり、単一単層の部材より構成されているが、装置の高速化、長寿命化、特に画像品質向上のためのトナーの小粒径化、球形化といった状況下においては、スティックスリップのスティック状態からスリップ状態への変化の際に生じる感光体とクリーニングブレードとの隙間をトナーがすり抜けやすく、クリーニング不良を生じさせるなど、単一単層のクリーニングブレードでは充分なクリーニング性能を発揮できないでいた。

トナーを小粒径化・球形化した場合、クリーニングブレードの感光体への接触圧を高く制御することが好ましい。しかしながら、接触圧が高すぎると感光体の回転トルクが大きくなりすぎたり、感光体の回転に伴うブレード先端部のめくれや異音（鳴き）の発生などの問題を生じさせてしまう。

また、スティックスリップによる不具合を回避するためにクリーニング時にスティックスリップを生じさせないようにするためにはクリーニングブレードの硬度を高めることが好ましい。しかしながら、硬度が高すぎるとクリーニングブレード全体での柔軟性がなくなり、クリーニング性が低下してしまっていた。

特許文献１ではクリーニングブレードを複層化することで小粒径トナーのクリーニング性を向上させている。しかしながら、特許文献１のようにスティックスリップが必要なクリーニング機構では、その動作が感光体に振動を与え得るため、感光体の回転速度に変化をもたらし、良好な画像形成を行うことが困難であった。一般に、感光体の速度変動は平均速度に対して３％以上となると、バンディングと呼ばれる画像スジを発生させ、良好な画像を得ることができないことが知られている。

特開２００２−２１４９８９号公報

本発明はこのような実情に鑑みなされたものであり、その課題は、複層のクリーニングブレードを用い、従来のようなスティックスリップを生じさせなくとも小粒径・球形トナーを良好にクリーニングすることができるとともに、トナー担持体の速度変動を低減させることが可能なクリーニング装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係るクリーニング装置の発明は、球形度が０．９６以上、平均粒径が３〜８．５μｍのトナーが担持されるトナー担持体に当接して当該トナー担持体上の残留トナーを除去するクリーニングブレードを備えるクリーニング装置において、前記クリーニングブレードを、前記トナー担持体に当接し、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上のエッジ層と、前記エッジ層より硬度が小さいベース層とからなる二層構造とし、前記クリーニングブレードの前記トナー担持体とのクリーニング角が０〜１０°となるように構成されていることを特徴とする。

この特徴によれば、クリーニングブレードを、ＪＩＳ Ａ硬度９０°以上のエッジ層と、エッジ層より硬度の小さいベース層からなる二層構造に構成するとともに、クリーニング角を０〜１０°と設定することにより、スティックスリップが無いクリーニングが可能となる。また、スティックスリップが無くなることにより、小粒径トナー・球形トナーを確実にクリーニングすることが可能であるとともに、トナー担持体の速度変動を低減させて、バンディングの発生を回避することができる。

また、本発明の第２の態様に係る画像形成装置の発明は、球形度が０．９６以上、平均粒径が３〜８．５μｍのトナーを用いて電子写真方式の画像形成を行う画像形成装置において、トナー担持体と、前記トナー担持体に当接して当該トナー担持体上の残留トナーを除去するクリーニングブレードとを備えており、前記クリーニングブレードを、前記トナー担持体に当接し、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上のエッジ層と、前記エッジ層より硬度が小さいベース層とからなる二層構造とし、前記クリーニングブレードの前記トナー担持体とのクリーニング角が０〜１０°となるように構成されていることを特徴とする。

この特徴によれば、クリーニングブレードを、ＪＩＳ Ａ硬度９０°以上のエッジ層と、エッジ層より硬度の小さいベース層からなる二層構造に構成するとともに、クリーニング角を０〜１０°と設定することにより、スティックスリップが無いクリーニングが可能となる。また、スティックスリップが無くなることにより、小粒径トナー・球形トナーを確実にクリーニングすることが可能であるとともに、トナー担持体の速度変動を低減させて、バンディングの発生を回避することができる。

以下、本発明に係るクリーニング装置及び該クリーニング装置を備えた画像形成装置について説明する。
本発明のクリーニング装置及び画像形成装置において使用される現像剤としてのトナーは特に限定されることはなく、例えば一成分非磁性トナーなどの公知のものを使用できる。

トナー粒子は通常のトナー粒子と同様に３〜８．５μｍ程度の平均粒径を有するものを使用できる。トナーの平均粒径は、例えば精密粒度分布測定装置、マルチサイザーＩＩＩ（ベックマンコールター社製）を用いて測定することができる。なお、本発明においては、トナーの平均粒径は平均体積粒子径を示すものである。

平均粒径が３μｍ未満のように極めて小粒径のトナーをクリーニングする場合には、いかに硬度の高いエッジ層をトナー担持体に当接させてスティックスリップの発生を押さえ込んだとしても、トナーのすり抜けが発生し、クリーニング不良となる。これは、クリーニングブレードをブレード部材のカッティングによって製造するため、そもそもエッジ層のトナー担持体に当接する稜線には微小な欠けが存在しているためである。この欠けを３μｍ未満にすることは非常に困難であり、そこからトナーのすり抜けが発生してしまう。

一方、平均粒径が８．５μｍを超える大粒径のトナーをクリーニングする場合には、クリーニングブレードとトナー担持体との当接部近傍にトナーが停留しにくくなる。当接部近傍に存在するトナーは、それ自身がクリーニングブレードとトナー担持体との接触部における潤滑剤として機能するため、このような状態で耐刷を実施するとクリーニングブレードのトナー担持体との当接部の摩擦が異常に高くなり、最終的にはブレードがめくれてしまう。また、いかに硬度の高いエッジ層をトナー担持体に当接させてスティックスリップの発生を押さえ込んだとしても、摩擦状態が高くなることによるトナー担持体の回転トルクの変動も大きくなり、その結果、トナー担持体の速度変動も大きくなってしまう。

また、トナー粒子の球形度は０．９６以上のものを使用できる。トナーの平均球形度は、例えばフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００（シスメックス株式会社製）を用いて測定することができる。この装置にはフラットシースフローセルと、このセルを挟んで対向する位置にＣＣＤカメラとストロボとが配置されている。そして、水などに分散させたトナー粒子を吸引してフラットシースフローセルを通過させ、通過する粒子を、ストロボをフラッシュさせた状態で撮影する。得られた画像をコンピューター処理し、個々の粒子の面積（粒子投影面積）および粒子投影像の周囲長を計測し、またコンピューターにより粒子の円相当径を計算することにより個々の粒子の球形度を求めることができる。なお、後記実施例においては３６００枚の画像を処理して平均の球形度を求めた。

次に、図面に基づき本発明のクリーニング装置及び画像形成装置の構成について説明する。
図１はサイクルタイプの画像形成装置の全体構成を示す模式的な断面図である。この画像形成装置１には、装置本体３の内部に「トナー担持体」の一例である感光体５が矢印７方向に回転自在に設けられている。この感光体５の周囲には、回転方向７に沿って、帯電手段としての帯電器９、現像手段としてのロータリー現像ユニット１１、転写体としての中間転写ベルト２１およびクリーニング手段としてのクリーニング装置８が配設されている。

帯電器９は、帯電バイアス回路（図示せず）から帯電バイアスが印加されており、感光体５の外周面を一様に帯電させる。ロータリー現像ユニット１１の下方には露光ユニット１５が設けられ、この露光ユニット１５からは、帯電器９によって帯電された感光体５の外周面に向けて画像形成指令を画像転換して得られる画像データに応じてレーザ光が照射され、感光体５上に画像形成指令に対応する静電潜像を形成する。

このように感光体５上に形成された静電潜像は、ロータリー現像ユニット１１によってトナー現像されることにより可視像化される。本実施形態に係るロータリー現像ユニット１１は、イエロー用の現像器１２Ｙ、シアン用の現像器１２Ｃ、マゼンタ用の現像器１２Ｍおよびブラック用の現像器１２Ｋが回転軸１３を中心として回転自在に設けられている。これらの現像器１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋは、図１に示す如くロータリー現像ユニット１１の回転方向に沿って配列され、その回転方向で位置決めされることにより感光体５に対置した状態でトナーを感光体５に供給する。そして、感光体５上の静電潜像が選択されたトナー色によりトナー像が形成されて可視像化される。図１では、イエロー用の現像器１２Ｙが感光体５に対置して当該感光体５にトナーを供給している状態を示している。

ロータリー現像ユニット１１の上方には、転写ユニット１９が設けられている。この転写ユニット１９は、複数のローラに掛け渡された中間転写ベルト２１と、中間転写ベルト２１を回転駆動させる駆動部（図示せず）を備えている。ロータリー現像ユニット１１で現像されたトナー像は、一次転写領域１７で中間転写ベルト２１上に一次転写される。カラー画像を用紙に転写する場合には、感光体５上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に重ね合わせてカラー像を形成し、二次転写領域２３においてカセット２５から供給された用紙上にカラー像を二次転写する。このようにしてカラー画像が形成された用紙は、定着ユニット２７を経由して装置本体上部に設けられた排出トレイ２９上に搬送される。

感光体５上のトナーが転写により完全に中間転写ベルト２１に転写されれば問題はないが、一部のトナーが感光体５上に残留してしまう。このまま、次の画像形成のための帯電プロセスを行うと、次の画像の上に前の画像が残り残像（ゴースト）を発生させ、画像品質を著しく劣化させてしまう。そのため不要物である残留トナーは除去する必要があり、この残留トナーを除去するのがクリーニング装置８である。

クリーニング装置８は、図２に示すように、被当接体であるトナー担持体としての感光体５の表面に当接するクリーニングブレード３０と、このクリーニングブレード３０を支持するブレードホルダ３９を備えている。クリーニングブレード３０は、図３に示す如く、硬度の異なる材料が厚み方向に積層した二層構造となっており、より具体的には、ベースとなるベース層３１と、感光体５に当接するエッジ層３２とから構成されている。エッジ層３２はＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上の材料により構成されており、ベース層３１はエッジ層３２より硬度が小さい材料より構成されている。なお「ＪＩＳ Ａ硬度」とは、ＪＩＳ Ｋ ７３１２に準じて、スプリング式タイプＡ硬さ試験機により測定される値である。

クリーニングブレード３０のベース層３１及びエッジ層３２は、ポリウレタンから構成したものが好ましい。ポリウレタンは、ポリオール、イソシアネート及び架橋剤を原料として製造することができる。ポリオールとしては、ポリウレタンの製造に用いられるものであれば特に限定されることはなく、例えばポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンブチレンアジペート、ポリカプロラクタムなどを挙げることができる。

イソシアネートとしては、ポリウレタンの製造に用いられるものであれば特に限定されることはなく、例えばジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネートなどを挙げることができる。

架橋剤としては、低分子ジオールと低分子トリオールとの混合物が好ましい。低分子ジオールとしては、例えば１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコールなどを挙げることができる。低分子トリオールとしては、例えばトリメチロールプロパン、トリイソプロパノールアミンなどを挙げることができる。

また、クリーニングブレード３０のベース層３１とエッジ層３２の厚みは、ベース層３１の厚みとエッジ層３２の厚みとの和（すなわち、クリーニングブレード３０の厚み）に対するエッジ層３２の厚みの比（すなわち、クリーニングブレード３０の厚みに対するエッジ層３２の厚みの割合）が、０．０５〜０．３となるように構成することができる。上記範囲であると、二層構造による効果を有効に発現することができる。

また、クリーニングブレード３０の感光体５への当接状態のクリーニング角が０〜１０°であることが好ましい。ここで「クリーニング角」とは、図２において符合θ１で示す角度であり、感光体５の接線に対しての、感光体に当接して変形したクリーニングブレード３０の当接面の角度である。

また、図２中、符合θ３はホルダ角（初期圧接角）を示し、感光体５の接線に対しての、ブレードホルダ３９の角度である。なお、符合θ２はクリーニングブレード３０の変位角（撓み角）を示すものあり、クリーニングブレード３０を感光体５に当接させることによって撓む当該クリーニングブレード３０の角度（変位量）である。なお、変位角θ２及びホルダ角θ３は、クリーニング角θ１を０〜１０°に設定することができる範囲内で適宜調整することが可能である。

本発明においては、クリーニングブレード３０は、上述したようにＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上のエッジ層３２と、このエッジ層３２より硬度が小さいベース層３１とからなる二層構造に構成されている。また、クリーニング角θ１は０〜１０°に設定されているものである。このような構成とすることによって、スティックスリップの発生を無くしたクリーニングが可能となり、小粒径・球形トナーを確実に掻き取ることができるとともに、感光体の速度変動を低減させてバンディングの発生を回避することができる。

以下、実施例等を挙げて本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお以下に示す実施例等において、トナー粒子の球形度はフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００（シスメックス株式会社製）を用いて、平均粒径はマルチサイザーＩＩＩ（ベックマンコールター社製）を用いて測定した。

実施例１
球形度０．９６、平均粒径３μｍのトナーを用いて電子写真方式の画像形成を行った。クリーニングブレードには、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°のエッジ層、ＪＩＳ Ａ硬度が６５°のベース層からなる二層構造のものを使用した。また、クリーニングブレードの感光体との当接状態として、ホルダ角を１７°、クリーニング角を１０°に設定した。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表１に示した。

実施例２
トナーとして平均粒径８．５μｍのものを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表１に示した。

実施例３
トナーとして平均粒径６μｍのものを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表１に示した。

実施例４
トナーとして平均粒径６μｍのものを使用し、エッジ層のＪＩＳ Ａ硬度が９５°のクリーニングブレードを使用したこと以外は実施例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表１に示した。

実施例５
トナーとして平均粒径６μｍのものを使用し、クリーニング角を７°に設定したこと以外は実施例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表１に示した。

実施例６
トナーとして平均粒径６μｍのものを使用し、クリーニング角を４°に設定したこと以外は実施例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表１に示した。

比較例１
球形度０．９６、平均粒径２．５μｍのトナーを用いて電子写真方式の画像形成を行った。クリーニングブレードには、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°のエッジ層、ＪＩＳ Ａ硬度が６５°のベース層からなる二層構造のものを使用した。また、クリーニングブレードの感光体との当接状態として、ホルダ角を１７°、クリーニング角を１０°に設定した。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表２に示した。

比較例２
トナーとして平均粒径９μｍのものを使用したこと以外は比較例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表２に示した。

比較例３
トナーとして平均粒径６μｍのものを使用し、エッジ層のＪＩＳ Ａ硬度が８０°のクリーニングブレードを使用したこと以外は比較例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表２に示した。

比較例４
トナーとして平均粒径６μｍのものを使用し、エッジ層のＪＩＳ Ａ硬度が８０°のクリーニングブレードを使用してクリーニング角を１３°に設定したこと以外は比較例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表２に示した。

比較例５
トナーとして平均粒径６μｍのものを使用し、エッジ層のＪＩＳ Ａ硬度が８０°のクリーニングブレードを使用してクリーニング角を７°に設定したこと以外は比較例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表２に示した。

比較例６
トナーとして球形度０．９１、平均粒径８μｍのものを使用し、エッジ層のＪＩＳ Ａ硬度が８０°のクリーニングブレードを使用してクリーニング角を７°に設定したこと以外は比較例１と同様に行った。クリーニング性、感光体の平均速度に対しての速度変動の評価結果を表２に示した。

表１及び表２に示すように、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上のエッジ層と、前記エッジ層より硬度が小さいベース層とからなる二層構造のクリーニングブレードを使用し、クリーニング角を０〜１０°に設定した実施例１〜６においてはクリーニング不良の発生を確認することができず、トナーの掻き取り性が良好であった。また、感光体の速度変動を平均速度に対して２％以下に抑制することができ、もってバンディングの発生を回避することができた。その結果、良好な画像形成が可能であった。

静電方式の画像形成装置において使用される像担持体や中間転写体等のトナー担持体上に残留したトナーを除去するクリーニングブレードを備えたクリーニング装置及び画像形成装置に利用可能である。

画像形成装置の概略構成図。 クリーニング装置の概略構成図。 クリーニングブレードの概略構成図。

符号の説明

１ 画像形成装置、３ 装置本体、５ 感光体、７ 感光体の回転方向、８ クリーニング装置、９ 帯電器、１１ ロータリー現像ユニット、１２ 現像器、１５ 露光ユニット、１７ 一次転写領域、１９ 転写ユニット、２１ 中間転写ベルト、２３ 二次転写領域、２５ カセット、２７ 定着ユニット、２９ 排出トレイ、３０ クリーニングブレード、３１ ベース層、３２ エッジ層、３９ ブレードホルダ、θ１ クリーニング角、θ２ 変位角（撓み角）、θ３ ホルダ角（初期圧接角）、

Claims (2)

1. 球形度が０．９６以上、平均粒径が３〜８．５μｍのトナーが担持されるトナー担持体に当接して当該トナー担持体上の残留トナーを除去するクリーニングブレードを備えるクリーニング装置において、
   前記クリーニングブレードを、前記トナー担持体に当接し、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上のエッジ層と、前記エッジ層より硬度が小さいベース層とからなる二層構造とし、
   前記クリーニングブレードの前記トナー担持体とのクリーニング角が０〜１０°となるように構成されていることを特徴とする、クリーニング装置。
2. 球形度が０．９６以上、平均粒径が３〜８．５μｍのトナーを用いて電子写真方式の画像形成を行う画像形成装置において、
   トナー担持体と、前記トナー担持体に当接して当該トナー担持体上の残留トナーを除去するクリーニングブレードとを備えており、
   前記クリーニングブレードを、前記トナー担持体に当接し、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上のエッジ層と、前記エッジ層より硬度が小さいベース層とからなる二層構造とし、
   前記クリーニングブレードの前記トナー担持体とのクリーニング角が０〜１０°となるように構成されていることを特徴とする、画像形成装置。

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