JP2005164617A - クリーニング装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スティックスリップに由来する応力集中部の破損を回避し、長期間に渡って安定したクリーニング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】被当接体５に当接して当該被当接体５上の不要物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、クリーニングブレード３０を、ベースとなるベース層３１と、被当接体５に当接し、ベース層３１より硬度の大なるエッジ層３２とからなる二層構造とするとともに、クリーニングブレード３０を被当接体５に当接させたニップ幅Ｌがエッジ層の層厚３２ａより大きくなるように構成されている。
【選択図】図３

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。

このスティックスリップにより、クリーニングブレード部材内には応力が集中する部分（応力集中部）が構成され、長期間の使用によりその応力集中部が劣化し、「欠け」などの破損を生じさせる問題があった。この問題は、応力集中部が構成される領域のクリーニングブレードが硬度の高い材料より構成されている場合（すなわち、クリーニングブレードがもろい材料より構成されている場合）に特に顕著となり、その結果、クリーニングブレードの耐久性が低下して長期間の使用が困難となっていた。

応力集中部の破損を回避するためには、クリーニングブレードを硬度の低い材料より構成することが好ましい。しかしながら、クリーニングブレードを構成する材料の硬度が低すぎると、スティックスリップの振幅が過剰となり、スティック状態からスリップ状態に変化する際に生じるクリーニングブレードと感光体との隙間からトナーがすり抜け、クリーニング性が低下してしまう問題があった。特に、最近の画像形成装置においては、小粒径トナー・球形トナーが用いられるようになっており、クリーニング不良が発生し易くなっていた。

特許文献１には、硬度の異なる部材を２層積層した構造のクリーニングブレードが提案されているが、クリーニングブレードをトナー担持体に当接させた場合の応力集中部を制御するなどは、全く記載されていない。

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、スティックスリップに由来する応力集中部の破損を回避し、長期間に渡って安定したクリーニング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、被当接体に当接して当該被当接体上の不要物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、ベースとなるベース層と、前記被当接体に当接し、前記ベース層より硬度の大なるエッジ層とからなる二層構造とするとともに、当該クリーニングブレードを前記被当接体に当接させたニップ幅が前記エッジ層の層厚より大きく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被当接体にニップさせた際のニップ幅をクリーニングブレードのエッジ層の厚みより大きくなるように制御することにより、クリーニングブレードを被当接体に当接させることによって生じるクリーニングブレード内の応力集中部を、硬度の小さい領域であるベース層に構成させることができる。よって、当該応力集中部の破損を回避することができ、長期間に渡って安定したクリーニング性能を得ることが可能である。

また、本発明の第２の態様に係るクリーニング装置の発明は、前記第１の態様において、前記エッジ層のＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上であることを特徴とする。この特徴によれば、被当接体上の不要物を確実に取り除くことができる。

また、本発明の第３の態様に係る画像形成装置の発明は、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る画像形成装置において、前記クリーニングブレードを、ベースとなるベース層と、前記トナー担持体に当接し、前記ベース層より硬度の大なるエッジ層とからなる二層構造とするとともに、当該クリーニングブレードを前記トナー担持体に当接させたニップ幅が前記エッジ層の層厚より大きく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トナー担持体にニップさせた際のニップ幅をクリーニングブレードのエッジ層の厚みより大きくなるように制御することにより、クリーニングブレードをトナー担持体に当接させることによって生じるクリーニングブレード内の応力集中部を、硬度の小さい領域であるベース層に構成させることができる。よって、当該応力集中部の破損を回避することができ、長期間に渡って安定したクリーニング性能を得ることが可能である。

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。

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。

以下、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、硬度の異なる２種の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、ブレードのベース（基材）となるベース層３１と、前記ベース層３１より硬度が高く、感光体５に当接するエッジ層３２とが積層した構成となっている。エッジ層３２は、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上であるものが好ましく、ＪＩＳ Ａ硬度が９０°〜９５°のものであるとより好ましい。また、ベース層３１の硬度は、前記エッジ層３１より小さくすることができ、例えばＪＩＳ Ａ硬度が６０°〜７０°になるように構成することができる。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。

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好ましい。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。クリーニングブレード３０の厚みとしては、例えば０．５〜３ｍｍ程度とすることができる。

また、クリーニングブレード３０のエッジ層３２の厚み（層厚）は、後述するクリーニングブレード３０を感光体５に当接させたニップ幅より小さくなるように構成することができ、具体的には例えば、０．１〜０．９ｍｍ程度とすることが好ましい。薄すぎるとトナーの掻き取り性が低下してしまい、一方、厚すぎると二層構造の効果が低減してしまい、好ましくない場合がある。

また、クリーニングブレード３０の長さは適宜設定することができ、例えば５〜３０ｍｍ程度とすることができる。なお、クリーニングブレード３０がブレードホルダ３９から露出している自由長方向の長さ（自由長）は、５〜２０ｍｍ程度とすることができる。

クリーニングブレードは回転体である感光体の表面に当接することによりスティックスリップを発生させ、このスティックスリップに由来してクリーニングブレード内の当接部近傍に応力が集中する部分（応力集中部）が構成される。この応力集中部がクリーニングブレードの硬度の高い領域に構成されると、「欠け」などの破損を生じる虞がある。

しかし、本発明においては、図３に示す如く、クリーニングブレード３０のエッジ層３２の層厚（図３中、符合３２ａで示す）よりクリーニングブレード３０を感光体５に当接させたニップ幅（図３中、符合Ｌで示す）の方が大きくなるように制御されているので、応力集中部５０を硬度の小さいベース層３１の領域に構成させることができる。すなわち、スティックスリップによりクリーニングブレード３０に構成される応力集中部５０が硬度の小さいベース層３１の領域に構成されるため、応力集中部５０の破損の虞がなく、長期間に渡って安定したクリーニング性能を得ることができる。

ここで、クリーニングブレード３０を感光体５に当接させた場合のクリーニングブレード３０のニップ幅Ｌは、クリーニングブレード３０のエッジ層３２の厚みより大なるように構成することができ、具体的には例えば、０．１〜０．９ｍｍ程度となるように制御することが好ましい。

なお、クリーニングブレード３０を感光体５に当接させた際のニップ幅Ｌとクリーニングブレード３０のエッジ層の層厚３２ａとが上述した関係（エッジ層の層厚＜ニップ幅）を満たすためには、感光体５に対するクリーニングブレード３０の角度（クリーニング角、撓み角、ホルダ角）や当接圧などを制御することにより実施可能である。

具体的には、例えばクリーニングブレード３０のエッジ層３２を変形（延び）させるように感光体５に当接させたり、クリーニングブレード３０のベース層３１とエッジ層３２とを感光体５に当接させたりすることによって実施でき、より具体的には、例えばクリーニング角が小さい場合にはエッジ層３２を変形させることによって、クリーニング角が大きい場合にはベース層３１とエッジ層３２とを感光体５に当接させることによって実施することが可能である。また、クリーニングブレード３０の感光体５に対する角度のうち、クリーニング角については８〜１２°程度、撓み角については７〜８°程度、ホルダ角については１５〜２０°程度とすることができる。

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。

実施例１
クリーニングブレードとして、ベース層が素材：ポリウレタン、ＪＩＳ Ａ硬度：６７°、エッジ層が素材：ポリウレタン、ＪＩＳ Ａ硬度：８３°からなる二層構造のものを使用した。そして、このクリーニングブレードを感光体に当接させた際のニップ幅とクリーニングブレードのエッジ層の層厚との関係におけるクリーニングブレードへの応力の影響を評価した。結果を図４に示した。

図４中、二重マル印は応力によるクリーニングブレードの劣化が無く、フィルミングが少ないことを示し、マル印は応力によるクリーニングブレードの劣化がほとんど無く、フィルミングが少ないことを示し、バツ印は応力によるクリーニングブレードの劣化が大きく、フィルミングが多いことを示す。

実施例２
クリーニングブレードとして、ベース層が素材：ポリウレタン、ＪＩＳ Ａ硬度：６７°、エッジ層が素材：ポリウレタン、ＪＩＳ Ａ硬度：９２°からなる二層構造のものを使用した。そして、このクリーニングブレードを感光体に当接させた際のニップ幅とクリーニングブレードのエッジ層の層厚との関係におけるクリーニングブレードへの応力の影響を評価した。結果を図５に示した。

図５中、二重マル印は応力によるクリーニングブレードの劣化が無く、フィルミングが少ないことを示し、マル印は応力によるクリーニングブレードの劣化がほとんど無く、フィルミングが少ないことを示し、バツ印は応力によるクリーニングブレードの劣化が大きく、フィルミングが多いことを示す。

図４及び図５に示すように、ニップ幅がクリーニングブレードのエッジ層の層厚より大きくなるように構成することにより、応力集中部を硬度の低いベース層に構成させることができ、もって応力によるクリーニングブレードの破損を回避することが可能である。その結果、フィルミングを少なくすることが可能である。

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ニップ状態を示す部分拡大図。 実施例１に係る評価結果を示す図面。 実施例２に係る評価結果を示す図面。

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、３２ａ エッジ層の層厚、３９ ブレードホルダ、５０ 応力集中部、Ｌ ニップ幅、

Claims (3)

1. 被当接体に当接して当該被当接体上の不要物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、ベースとなるベース層と、前記被当接体に当接し、前記ベース層より硬度の大なるエッジ層とからなる二層構造とするとともに、当該クリーニングブレードを前記被当接体に当接させたニップ幅が前記エッジ層の層厚より大きく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. 請求項１において、前記エッジ層のＪＩＳ Ａ硬度が９０°以上であることを特徴とする、クリーニング装置。
3. 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る画像形成装置において、
   前記クリーニングブレードを、ベースとなるベース層と、前記トナー担持体に当接し、前記ベース層より硬度の大なるエッジ層とからなる二層構造とするとともに、当該クリーニングブレードを前記トナー担持体に当接させたニップ幅が前記エッジ層の層厚より大きく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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