JP2005215241A - クリーニング装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 像担持体の表面に残留したトナーを掻き取って除去するためのクリーニングブレードと、当該クリーニングブレードに当接して進行波を発生させるための振動付与部材と、を備えたクリーニング装置およびそのようなクリーニング装置を備えた画像形成装置であって、振動付与部材の出力を変えることにより、進行波の振幅を多段階制御する。
【選択図】 図1
Description
すなわち、周囲の環境条件が一定の場合に、スティックアンドスリップ現象により、粉砕法等で作成した非球形トナーについては比較的効果的にクリーニングすることができても、周囲の環境条件が変化した場合や、球形トナーについては、クリーニング性が不十分であった。そのため、周囲の環境条件が変化した場合や、層状になったトナー層からクリーニングブレードが受ける力が大きくなった場合には、ニップ箇所をすり抜けてしまい、次の画像形成時に後続の記録材に筋状に転写されて、画像不良が生じ易いという問題が見られた。
すなわち、本発明は、周囲の環境条件の変化(温度、湿度、感光体の回転トルク、クリーニングブレードの劣化、画像形成する原稿内容等)にかかわらず、球形トナーであっても効率的かつ経済的にクリーニングすることができるクリーニング装置、およびそのようなクリーニング装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
また、像担持体の起動時のトルクを軽減することができるので、駆動用モータに関して、より小型のものを使用することができる。
なお、被クリーニング物、例えば、感光体と、クリーニングブレードとの間の動摩擦係数を調整するにあたり、従来、感光体にシリコーンオイルを過度に添加したり、クリーニングブレードの表面にイソシアネート化合物からなる表面硬化層を形成したりすることが行われていたが、周囲の環境条件の変化に合わせて、精度良く制御することは困難であった。
(1)基本構成
図1に、本発明に係る画像形成装置の基本構成を示す。かかる画像形成装置10は、像担持体としてのドラム型の感光体11を備えており、この感光体11の周囲には、矢印Aで示す回転方向に沿って、一次帯電器12、露光装置13、現像器14、転写帯電器15、分離帯電器16、クリーニング装置17、および除電器18が順次に配設されて構成されている。
また、矢印Bで示す搬送方向に沿って、その上流側から順にレジストローラ19a,19b及び転写搬送経路21を有し、転写搬送経路21の最下流部にはトナーを定着させて用紙に定着するための定着ローラ22aおよび加圧ローラ22bからなる定着器22が配設されている。
すなわち、このような基本構成を有する画像形成装置10において、画像形成後の工程の感光体11に対して、振動付与部材50、例えば圧電素子を備えたクリーニングブレード17aを当接させて、所定の進行波によって、掻きとった残留トナーを移動させながら回収することにより、非球形トナーはもちろんのこと、球形トナーであっても効率的かつ経済的にクリーニングすることができる。
次いで、図1を参照しながら、画像形成装置10の基本動作を説明する。
まず、画像形成装置10の感光体11を、駆動手段(図示せず)によって、矢印Aで示す方向に所定のプロセススピード(周速度)で回転させるとともに、その表面を一次帯電器12によって所定の極性および電位に帯電させる。例えば、接触帯電方式の場合には、1〜2kV程度の直流電圧を印加して、200〜1,000Vに正帯電させることが好ましい。
次いで、レーザーやLED等の露光装置13により、画像情報に応じて光変調しながら反射ミラー等を介して、光を照射して、感光体11の表面を露光する。この露光により、感光体11の表面に静電潜像が形成される。
すなわち、記録材Pは、矢印Bで示す搬送方向に沿って、給紙カセット(図示せず)から1枚ずつ送り出され、さらに給紙ローラ対(図示せず)によって送られた後、レジストローラ19a、19bに当接する。そこで、一旦停止した後、感光体11における画像形成とタイミングを合わせてレジストローラ19a、19bによって送り出される。そして、転写搬送経路21に沿って進行させるとともに、感光体11と転写帯電器15に、所定の転写バイアスを印加することにより、かかる記録材P上に、トナー像を確実に転写することができる。
一方、トナー像転写後の感光体11はそのまま回転を続け、転写時に記録材Pに転写されなかった残留トナー(付着物)が感光体11の表面から、本発明のクリーニング装置17によって除去されるとともに、感光体11の表面に残留した電荷は除電器18からの除電光の照射によって除去され、次の画像形成に供されることになる。
なお、クリーニング装置17の構成や動作等の詳細については、後述する。
(1)基本構造
次に、図2を参照して、クリーニング装置17について詳述する。なお、図2は、感光体11の軸方向に平行に配置してあるクリーニング装置17の概略斜視図である。
かかるクリーニング装置17は、クリーニングブレードのエッジに沿った進行波を発生させる振動付与部材50を備えることを特徴としている。この理由は、このような進行波を発生させることにより、図2に示すように、掻きとった残留トナーが球形トナーであっても、当該残留トナーを移動させながら効率的に回収することができるためである。
すなわち、図2中、矢印Bで表すように、進行波の影響で、感光体11から掻きとられた残留トナー20が、進行波の進行方向と反対方向に位置する振動付与部材50に向かって、移送される。
したがって、振動付与部材50の近傍において、回収壁17eに衝突して、トナー回収ユニット17cに効率的に収容することができる。また、振動付与部材50の近傍に到達する前においても、クリーニングブレードによって掻き取られたトナーの一部は、トナー回収ユニット17cに収容することができる。
なお、トナー回収ユニット17c内に落下したトナーは図示しないトナー回収ユニット17c内のトナー搬送スクリューによって感光体11の軸方向に、図2では左側に搬送されて、最終的にトナー回収ユニット17cの端部からトナー回収経路(図示せず)を経てトナー回収容器(図示せず)に回収される。
また、図2に示すように、クリーニング装置17において、振動付与部材50を、クリーニングブレード17aの端部に当接させることが好ましい。
この理由は振動付与部材をクリーニングブレードの中央部に当接させた場合、クリーニングブレードの中央に向かってトナーが移動することになるが、ブレードの中央部にトナーが溜まってしまうので、クリーニングブレードと感光体の当接部からトナーを除去することが困難となる場合があるためである。
この場合は、図4に示すように、振動付与部材50をクリーニングブレード17aの端部に複数配置することが好ましく、図4とは異なるが、両端部に配置することも可能である。
このとき各々の振動によって生じる定常波の合成波が進行波を形成するように、隣接する振動付与部材を、当該振動付与部材が発生する定常波の波長のλ/4分の距離だけ離して配置し、また少なくとも隣接する振動付与部材が発生する定常波が空間的にλ/4(λ:波長)、位相がπ/2ずれた部分を生じさせるように配置することが好ましい。
より具体的には、クリーニングブレードをゴム材から構成した場合には、クリーニングブレードを進む進行波の速度は約1,800m/secである。したがって、振動付与部材(圧電素子)の振動周波数を30kHzとすると、進行波の波長は約6cmとなるので、隣接する振動付与部材の間隔は約1.5cmとなる。
また、クリーニングブレードに鉄の薄板(厚さ0.2mm程度)を用いた場合には、クリーニングブレードを進む進行波の速度は約6,000m/secである。したがって、振動付与部材の振動周波数を30kHzとすると、進行波の波長は約20cmとなるので、隣接する振動付与部材の間隔は約5cmとなる。
この理由は、振動付与部材をこのようにブレード面に当接させることにより、所定の進行波によって、球形トナーであっても十分かつ効果的にクリーニングすることができるためである。すなわち、クリーニングブレードの残留トナーを掻きとる面であるブレード面に対して、振動付与部材を当接させることにより、クリーニングブレードの表面を含めて効果的に振動させ、掻きとった残留トナーを一方向に移動させながら回収することができる。
この理由は、振動付与部材をこのように延長部に当接させることにより、感光体の損傷等を有効に防止することができるためである。すなわち、クリーニングブレードを振動させる際にも、クリーニングブレードが直接的に感光体に接触することを有効に防止することができる。
また、本発明において、振動付与部材の出力を変え、振幅が多段階で制御された進行波を発生させることにより、周囲の環境条件の変化にかかわらず、非球形トナーはもちろんのこと、球形トナーであっても移動させながら回収することができ、効率的かつ経済的に各種残留トナーをクリーニングすることができる。
すなわち、例えば、所定期間のみ進行波を発生させ、掻きとった残留トナーを移動させながら回収することにより、周囲の環境条件が変化した場合であっても、非球形トナーはもちろんのこと、球形トナーであっても効率的かつ経済的にクリーニングすることができるためである。
すなわち、初期状態として、感光体の回転を停止状態(OFF)にして、ドラムを停止しているときには、それに対応させて振動付与部材の振動を停止させる。
ただし、感光体の回転を開始状態(ON)にして、感光体をエージング状態とする直前に、振動付与部材の振動をHigh状態とし、予め高強度の進行波を発生させることが好ましい。
この理由は、このようにして予め高強度の進行波を発生させることにより、初期的に大量の残留トナーが付着している場合であっても、所定のクリーニング性を常に得ることができるためである。また、像担持体の起動時のトルクを軽減することができるので、駆動用モータに関して、より小型のものを使用することができる。
ただし、感光体による印字動作(画像形成動作)を開始する前に、振動付与部材の振動を再びHigh状態とし、予め高強度の進行波を発生させることが好ましい。
この理由は、印字動作中に振動付与部材の振動を変えてしまうと、感光体とクリーニングブレードとの間の動摩擦係数の変化に伴って、感光体に不要な振動が発生する場合があるためである。したがって、形成画像が乱れる場合があるためである。
そして、最後に、感光体による印字動作を終了させる場合には、感光体の回転を停止状態(OFF)にして、感光体のドラムを停止状態とするとともに、同時に振動付与部材の振動を停止状態にする。振動付与部材の消費電力を低下させるとともに、振動付与部材の高寿命化を図ることが好ましい。
また、ジャム処理後(紙詰まり処理等)には、感光体の表面上に未転写トナー像が残っているため、一時的に大量のトナーをクリーニングブレードで掻き取ることになる。したがって、振動付与部材の振動をHigh状態として、ジャム処理後のトナー像を取り除くことを目的として、感光体の回転を開始することが好ましい。
なお、本発明の説明では、例えば、上記high状態において振動付与部材に印加する電力を7Wとし、Low状態では振動付与部材に印加する電力を3Wとする。ただし、他の実施形態として、感光体の回転を開始状態(ON)にして、感光体をエージング状態とする直前に振動付与部材に与える振動を上記のHighより高い状態になるように振動付与部材に印加する電圧を10Wとしても良い。これは感光体の回転をよりスムーズに行うためである。つまり多段制御の段階を上記の2段階より一段階多い3段階にすることになる。
この理由は、進行波を発生させた後、その振幅を減衰させることにより、反射波の発生を少なくすることができるためである。したがって、反射波の影響を避けて、球形トナーであっても十分かつ効果的にクリーニングすることができる。すなわち、振幅が減衰しない定常波であると、反射波が発生しやすくなり、残留トナーを一方向に移動させながら回収することが困難になるためである。
なお、減衰の程度に関して言えば、クリーニングブレードの端部において、波動関数が消失する程度がより好ましいが、例えば、初期振幅の30%程度以下の値になるように減衰することが好ましい。
また、進行波を発生させて、残留トナーについて、優れた回収効果を得るために、振動付与部材の振動数を20〜60kHzの範囲内の値とするとともに、クリーニングブレードの硬度を60〜85°の範囲内の値とすることが好ましい。
また、クリーニング装置17において、振動付与部材50によって進行波を発生させることにより、下記式で定義される感光体と、クリーニングブレードとの間の動摩擦係数(μ)を0.2〜1.5の範囲内の値とすることが好ましい。
動摩擦係数(μ)=(T2−T1)/(F・r)
T2:クリーニングブレードを圧接した状態での感光体の回転トルク(kgf・cm)
T1:クリーニングブレードの圧接を解除した状態の感光体の回転トルク(kgf・cm)
F :クリーニングブレードの荷重(kgf)
r :感光体の半径(cm)
一方、かかる動摩擦係数(μ)が1.5を超えると、クリーニングブレードの鳴きやビビリ、巻き上がりが生じやすくなる場合がある。
したがって、例えば、圧電素子の駆動電力を約2W以上とすることにより動摩擦係数(μ)の上限値を1.5以下とすることが好ましく、さらには感光体の磨耗を抑制するために、圧電素子の駆動電力(W)を約3W以上とすることにより、動摩擦係数(μ)を0.7以下とすることがより好ましい。
ただし、かかる動摩擦係数(μ)が過度に小さくなると、クリーニングブレードの構成によっては、残留トナーのすり抜けが発生する場合がある。したがって、クリーニングブレードの構成にかかわらず残留トナーのすり抜けを防止するには動摩擦係数(μ)の下限値に関して、かかる動摩擦係数(μ)を0.2以上とすることが好ましい。また、かかる動摩擦係数(μ)が0.2未満の値になると、画像形成装置の条件によっては、感光体表面に堆積付着してくる帯電生成物等の除去が十分にできず、感光体の帯電性能に悪影響を与える場合がある。
したがって、確実に帯電生成物を除去するためには、動摩擦係数(μ)を0.5以上とすることがより好ましい。
また、図8に示すように、クリーニング装置17において、動摩擦係数の値を測定し、フィードバック回路により圧電素子の出力を制御することが好ましい。
この理由は、所定のフィードバック回路を設けて、動摩擦係数の値をもとに圧電素子の出力を制御することにより、球形トナーであっても十分かつ効果的にクリーニングすることができるためである。
すなわち、感光体とモータとの間に設けたトルク検出器により、自由回転における感光体の回転トルクと、クリーニングブレードを圧接した状態での感光体の回転トルクとを測定し、感光体と、クリーニングブレードとの間の動摩擦係数(μ)を演算で算出するとともに、得られた動摩擦係数(μ)の値から判断して、フィードバック回路により、圧電素子の出力を調整することが好ましい。
まず、画像形成をスタ−トさせて、S1に示すように、圧電素子の初期駆動電力値(P0)を設定することになる。この例では、初期駆動電力値(P0)を6Wに設定する。
次いで、S2に示すように圧電素子の動作を開始し、S3に示すように、感光体の回転を開始する。
次いで、S4に示すように、感光体の回転トルクを測定し、動摩擦係数(μ)を演算で算出する。すなわち、クリーニングブレードの圧接を解除した状態の感光体の回転トルク(T1)と、クリーニングブレードを圧接した状態での感光体の回転トルク(T2)とをそれぞれ測定し、感光体と、クリーニングブレードとの間の動摩擦係数(μ)を演算で算出する。クリーニングブレードの圧接を解除した状態の感光体の回転トルクは画像形成装置の記憶装置に記憶しておいて用いるようにしても構わない。
なお、クリーニングブレードを圧接した状態での感光体の回転トルク(T2)を測定するにあたり、実際の圧接条件に揃えて、クリーニングブレードと、感光体とのなす角度(当接角)を5〜30°、線圧10〜50g/cmとなるように、クリーニングブレードを感光体に対して圧接することが好ましい。
すなわち、S8に示すように、圧電素子の駆動電力をアップさせた後、先の工程であるS4に戻る。そして、かかるS4、S5およびS8の工程を繰返し、動摩擦係数(μ)が0.7以下の値になるように圧電素子の駆動電力を調整する。
すなわち、S9に示すように、圧電素子の駆動電力をダウンさせた後、先の工程であるS6に戻る。そして、かかるS6、S7およびS9の工程を繰返し、動摩擦係数(μ)が0.5以上の値になるように圧電素子の駆動電力を調整する。
以上のようにして、圧電素子の駆動電力を調整して、動摩擦係数の値を制御することにより、周囲の環境条件が変化した場合であっても、迅速かつ正確に、クリーニングブレードや感光体の磨耗と、残留トナーのすり抜けとの間の良好なバランスを取ることができる。
また、クリーニング装置を構成するにあたり、適用するトナーが、下式で定義される円形度が0.8以上であることが好ましい。
円形度=4πA/L2
(A:トナーの投影面積(μm2)、L:トナーの周囲長さ(μm))
この理由は、トナーが、所定の円形度を有することにより、十分かつ効果的にクリーニングすることができるためである。
この理由は、トナーが、所定の平均円形度を有することにより、十分かつ効果的にクリーニングすることができるためである。逆に言うと、かかる円形度が過度に小さくなると、流動性が極端に低下し、ブレードエッジに沿って移動させる効果が十分に発揮できない場合があるためである。
なお、かかる平均円形度は、フロー式粒子像分析装置、例えば、FPIA−1000(シスメックス社製)により測定することができる。
また、かかる平均円形度を測定するにあたり、例えば、水分散状態の1,000〜10,000個のトナー粒子における投影像を投影し、上述した投影面積(A)および周囲長さ(L)を平均値として算出することが好ましい。
また、振動付与部材の出力を調整して、感光体と、クリーニングブレードとの間の動摩擦係数の値を所定範囲に制御することにより、周囲の環境条件が変化したような場合であっても、均一な画像形成を長期間にわたって行なうことができる。
11:感光体
12:一次帯電器
13:露光装置
14:現像器
15:転写帯電器
16:分離帯電器
17:クリーニング装置
17a:クリーニングブレード
19a、19b:給紙ローラ
20:残留トナー
21:搬送ベルト
22:定着器
22a:定着ローラ
22b:加圧ローラ
50:振動付与部材(圧電素子)
Claims (7)
- 像担持体の表面に残留したトナーを掻き取って除去するためのクリーニングブレードと、当該クリーニングブレードに当接して進行波を発生させるための振動付与部材と、を備えたクリーニング装置であって、
前記振動付与部材の出力を変えることにより、前記進行波の振幅を多段階制御することを特徴とするクリーニング装置。 - 前記進行波を発生させる発生期間と、前記進行波の発生を遮断する遮断期間とを設け、前記発生期間に、前記掻きとった残留トナーを移動させながら回収することを特徴とする請求項1に記載のクリーニング装置。
- 前記像担持体を回転駆動させる前に、前記振動付与部材の出力を制御して、前記振動付与部材の振動を開始することを特徴とする請求項1または2に記載のクリーニング装置。
- 前記振動付与部材の出力を、前記振動付与部材の駆動電力により制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のクリーニング装置。
- 前記感光体と、前記クリーニングブレードとの間の動摩擦係数を検出するとともに、前記振動付与部材の出力を制御するためのフィードバック回路を設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のクリーニング装置。
- 前記振動付与部材の出力を制御し、前記感光体と、前記クリーニングブレードとの間の動摩擦係数を0.2〜1.5の範囲内の値とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のクリーニング装置。
- クリーニング装置を備えた画像形成装置であって、
前記クリーニング装置が、像担持体の表面に残留したトナーを掻き取って除去するためのクリーニングブレードと、当該クリーニングブレードに当接して進行波を発生させるための振動付与部材と、を備えるとともに、前記振動付与部材の出力を変えることにより、前記進行波の振幅を多段階制御することを特徴とする画像形成装置。
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