JP2005242212A - クリーニング装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クリーニング不足を改善し、良好な画像を得られるクリーニング装置を提供する。
【解決手段】 体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲に、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲に、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるトナーを用いる画像形成装置に適用するクリーニング装置１０７であって、像担持体１０１に接触し、バイアスが印加されることで像担持体１０１上の残留トナーを吸着するバイアスローラ１０７ａの表面粗さＲｚを１０μｍ以下とした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、クリーニング装置及びこれを備えたプロセスカートリッジ並びにプロセスカートリッジを備えた画像形成装置に関する。

従来、電子写真法としては、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に各種の方法が記載されている。電子写真法は、一般に光導電性物質を利用し、種々の手段により像担持体となる感光体上に電気的潜像を形成し、次いでこの潜像に乾式トナーを供給して現像し、紙等の記録媒体にトナー像を転写した後、加熱、加圧等により定着してコピーを得るものである。
電気的潜像を現像する方式には大別して。絶縁性有機液体中に各種の顔料や染料を微細に分散させた現像剤を用いる液体現像方式とカスケード法、磁気ブラシ法、パウダークラウド法等のように天然または合成樹脂にカーボンブラック等の着色剤を分散したトナーを用いる乾式現像方式がある。これらのうち、画像形成装置では乾式現像方式を用いることが多い。乾式現像方式には、トナー単位を現像剤として用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアを現像剤として用いる二成分現像方式がある。

トナー粒径に関していえば、近年高画質への要望とともに小粒径化・円形の方向にある。近年では、複写或いはプリント画像のより高精細化・高解像化が強く望まれている。こうした高精細、高解像度の画像を得るために、特許文献４、特許文献５、特許文献６では、平均粒径が小さく、かつ５μｍ以下のトナー粒子含有量及びその分布を規定した現像剤が提案されている。ここでは、５μｍ以下のトナー粒子は高精細、高解像度の画像を形成するための必須成分であり、この粒径のトナーが潜像の現像時に円滑に供給される場合、潜像に忠実な、即ち、潜像からはみ出すことのない再現性に優れた画像が得られるとしている。

米国特許第２２９７６９１号明細書 特公昭４９−２３９１０号公報 特公昭４３−２４７４８号公報 特開平１−１１２２５３号 特開平２−２８４１５８号公報 特開平７−２９５２８３号公報

このように、トナーが小粒径化・円形化することで高精細化・高解像化が可能であるが、像担持体表面やクリーニング部材に傷等があると、その中にトナーが入り込み易く、転写後の像担持体上のトナー除去が困難になり、クリーニング装置を通過したトナーによる異常画像が懸念される。すなわち、従来から像担持体の使用に伴い像担持体表面やクリーニング部材に微細な傷ができてしまうが、トナーが小粒径化される前までは、その傷にトナーが入り込むことは少なく、クリーニング装置のよるクリーニングが良好に行われていた。しかし、トナーの小粒径化や円形化が進むことで、像担持体表面の傷に入り易くなるばかりか、トナーの表面抵抗が少なくなるので、クリーニング部材と像担持体表面との間を通過し易くなり、クリーニング不足や、それに起因する各種課題の発生が懸念される。
本発明は、クリーニング不足を改善し、良好な画像を得られるクリーニング装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを、その目的とする。

本発明では、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲に、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲に、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるトナーを用いて、像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置のクリーニング装置やプロセスカートリッジにおいて、像担持体に接触し、バイアスが印加されるバイアスローラの表面粗さＲｚを１０μｍ以下とした。このため、像担持体から電気的にバイアスローラ表面に吸着させたトナーがバイアスローラから容易に除去可能となる。

本発明では、バイアスローラの回転方向を像担持体の進行方向と同方向としたことを特徴としている。このため、像担持体との摺擦によるお互いの摩耗、摩耗による表面荒さ低下によるバイアスローラ表面に吸着させたトナーの除去性の低下も少なく、良好なクリーニングが可能となる。

本発明では、バイアスローラの表面の周速度を像担持体の表面の周速度と同速度としたことを特徴としている。このため、像担持体との摺擦によるお互いの摩耗、摩耗による表面荒さ低下によるバイアスローラ表面に吸着させたトナーの除去性低下もなく、良好なクリーニングが可能になる。

本発明によれば、ブレード単独では除去が困難な、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲に、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲に、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるトナーを用いるクリーニング装置において、像担持体に接触しバイアスが印加されるバイアスローラの表面粗さＲｚを１０μｍ以下としたことにより、像担持体から電気的にバイアスローラ表面に吸着させたトナーをバイアスローラから容易に除去でき、クリーニング装置を通過して漏れ出るトナーを防止でき、クリーニング不足を改善して異常画像のない良好な画像が得られる。

本発明によれば、バイアスローラの回転方向を像担持体の進行方向と同方向としたことにより、像担持体との摺擦によるお互いの摩耗、摩耗による表面荒さ低下によるバイアスローラ表面に吸着させたトナーの除去性低下もなく、クリーニングが可能になり、クリーニング不足が改善されて異常画像のない良好な画像が得られる。

本発明によれば、バイアスローラの表面の周速度を像担持体の表面の周速度と同速度としたことにより、像担持体との摺擦によるお互いの摩耗、摩耗による表面荒さ低下によるバイアスローラ表面に吸着させたトナーの除去性低下もなく、クリーニングが可能になり、クリーニング不足が改善されて異常画像のない良好な画像が得られる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。まず、本形態で用いるトナーについて説明する。このトナーは、体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲に、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲に、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるものである。

６００ｄｐｉ以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は３〜８μｍが好ましい。体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は１．００〜１．４０の範囲にあることが好ましい。（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。

トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図１、図２は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。

ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。

形状係数ＳＦ−２は、図２に示すように、トナーの形状の凹凸割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。

ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。

トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体ドラム１０１との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなると共に、トナーと感光体ドラム１０１との吸着力も弱くなって、用紙Ｐに対する転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。

次に、装置の構成について説明する。図３は、本発明が適用された画像形成装置の概略構成を示すものである。同図において、符号１０１は電子写真プロセスによりその表面に静電潜像が形成される像担持体としての感光体ドラムを示す。感光体ドラム１０１は、図示しない装置本体に回転自在に支持されており、メインモータの駆動により回転可能とされている。感光体ドラム１０１の周囲には感光体ドラム１０１と共に回転し、直流電圧またはそこに交流電圧を重畳したヒドリンゴムからなる接触帯電ローラ１０２ｂ、接触帯電ローラ１０２ｂに接触し、そのローラ表面をクリーニングするための不織布製の清掃部材としての帯電ローラクリーナー１０２ａを有する帯電装置１０２と、図示しない光学系からの画像光Ｌにより感光体ドラム１０１の周面を露光し、この露光処理により感光体ドラム１０１上に形成された静電潜像に対しトナーを磁気ブラシローラ１０４ａ等の現像部材により付着（現像）する現像ユニット１０４と、記録媒体としての用紙Ｐに感光体ドラム１０１上のトナー像を転写する転写装置としての転写チャージャ１０５と、転写処理時に感光体ドラム１０１上に密着した用紙Ｐを電気的に分離する分離チャージャ１０６とが装置本体内に配置されている。帯電ローラクリーナー１０２ａとしては、スポンジ部材、ファーブラシ、ゴムブレード等を用いてもよい。これら清掃部材を回転可能なローラ形状として用いても良い。

感光体ドラム１０１の周面には、クリーニング部材として機能するバイアスローラ１０７ａと、感光体ドラム１０１の表面に当接するクリーニングブレード１０７ｂと、バイアスローラ１０７ａに当接し、その表面からトナーを除去するバイアスローラクリーニングブレード１０７ｃを有し、転写処理が終了した感光体ドラム１０１上に残留するトナーを回収するクリーニング装置１０７、蛍光管の照射光によりクリーニング処理後の感光体ドラム１０１表面の残留電位をゼロに初期化するクエンチングランプ１０８（以下、「ＱＬ１０８」と記す）、転写処理前に感光体ドラム１０１上に形成されたトナー像の帯電量をより均一化して転写効率を向上させる転写前チャージャ１１０、感光体ドラム１０１表面の主走査方向に対向して配設され、その表面電位を読み取り、図示しない制御部へフィードバックする電位センサ１１１、転写処理前のトナー像を蛍光管の光により感光体ドラム１０１の表面電位を低下させて転写性能を向上させる転写前ランプ（ＰＴＬ）１１２がそれぞれ配置されている。

バイアスローラ１０７ａは、感光体ドラム１０１の表面に接触し、バイアス（ＤＣまたはＤＣ＋ＡＣ）が印加されることで、感光体ドラム表面に残留しているトナーを吸着するものであり、その表面粗さＲｚが１０μｍ以下とされている。バイアスローラ１０７ａは、クリーニング装置１０７のケーシングに回転自在に支持されていて、図示しない駆動モータからの駆動力が伝達されることで、回転可能とされている。

本形態において、バイアスローラ１０７ａは、その回転方向を感光体ドラム１０１の移動方向と同方向とされているとともに、その表面の周速度を感光体ドラム１０１の表面の周速度と同速度とされている。

図３において、符号１１３は感光体ドラム１０１と平行に配設され、感光体ドラム１０１表面に形成されたトナー像の先端に合うように、所定のタイミングで用紙Ｐを搬送するレジストローラ対を示している。本形態では、クリーニングブレード１０７ｂと感光体ドラム１０１との当接は、所謂トレーリング当接としているが、カウンター当接としてもよい。

このような基本構成を有する画像形成装置の一例となる複写機による複写処理を行う場合を例にとって、ひの基本的な動作について説明する。
複写機では、その上部に配設された図示しない操作部のプリントスタートキーを押下することにより、一連の複写処理動作が開始される。複写対象となる原稿は、図示しない周知の画像読取部の光学系により原稿載置台となるコンタクトガラス上で照明される。原稿が照明されることによって得られる反射光は、画像読取部が有するレンズ及びミラーを介して画像光Ｌとして、図示しないメインモータの駆動により図中時計周りに回転する感光体ドラム１０１の表面に照射（投影）される。感光体ドラム１０１の表面に原稿の画像に対応した画像光Ｌ（反射光）が照射（投影）されると、照射された部分の電荷が画像光Ｌの強弱により消去されることで静電潜像が形成される。この静電潜像に対しては、画像光Ｌよりも感光体ドラム回転方向下流側に配設されている現像ユニット１０４の磁気ブラシローラ１０４ａにより現像処理（現像プロセスによるトナー付着処理）が実行され、トナー像が感光体ドラム１０１の表面上に形成される。

図示しない給紙搬送部からは、用紙Ｐがレジストローラ対１１３に向かって搬送され、レジストローラ１１３によって感光体ドラム１０１上に形成されたトナー像の先端に合うように、タイミングを合わせて感光体ドラム１０１と転写チャージャ１０５との対向部に形成されている転写部１１５へ搬送される。

転写チャージャ１０５は、レジストローラ対１１３によって搬送されてきた用紙Ｐに感光体ドラム１０１上に形成されたトナー像を転写する。その後、転写処理が終了した用紙Ｐは分離チャージャ１０６により感光体ドラム１０１から分離され、分離チャージャ１０６よりも矢印ａで示す用紙搬送下流側に配設される図示しない周知の定着装置に送り込まれて定着処理が施された後、装置外に排紙される。

転写処理後の感光体ドラム１０１は、クリーニング装置１０７により残留トナーを除去される。クリーニング装置１０７での動作について説明する。クリーニング用のバイアスが印加され、駆動モータの駆動により感光体ドラム１０１の移動方向と同方向、かつドラム表面の周速度と同じ周速度でバイアスローラ１０７ａが回転されると、感光体ドラム１０１の表面に残留しているトナーが、バイアスローラ１０７ａの表面に吸着される。この時、バイアスローラ１０７ａの表面は、感光体ドラム１０１の移動方向と同方向に同周速度で移動しているので、感光体ドラム１０１の表面との摺接してもお互いの摩耗、摩耗による表面荒さ低下が少なく、吸着したトナーの除去性が低下しない。すなわち、吸着したトナーをしっかりと保持することができる。このため、ドラム表面からトナーを除去する第１段目のクリーニングが可能になり、クリーニング不足が改善される。

バイアスローラ１０７ａに電気的に吸着されたトナーは、バイアスローラクリーニングブレード１０７ｃによってローラ表面から機械的に除去される。バイアスローラ１０７ａとの対向面から移動した感光体ドラム１０１の表面、すなちわ、バイアスローラ１０７ａにより第１段目のクリーニングが行われたドラム表面が、クリーニングブレード１０７ｂに到達すると、このクリーニングブレード１０７ｂの摺接を受け、バイアスローラ１０７ａで吸着しきれなかった微量なトナーが掻き落とされる。これによりドラム表面からトナーを除去する第２段目のクリーニングが行われる。クリーニング装置１０７を通過した感光体ドラム１０１は、ＱＬ１０８により残留電荷を消去して初期化され、次の画像処理指令があるまで待機状態となる。

本形態では、バイアスローラ１０７ａの表面粗さＲｚが１０μｍ以下とされているため、バイアスローラクリーニングブレード１０７ｃによる掻き取り時に、ローラ表面に吸着されたトナーをローラ表面から容易に除去することができる。このため、ドラム回転方向下流側に位置するクリーニングブレード１０７ｂへ向かうトナーの絶対量を少なくすることができ、結果としてクリーニング装置１０７を通過して漏れ出るトナーが極めて少なくなる。すなわち、本構成によれば、第１段目のクリーニング時のクリーニング性能を高めることができるので、相対的にクリーニング装置１０７によるクリーニング不足を改善することができ、異常画像のない良好な画像が得ることができる。

バイアスローラ１０７ａの実施例としては、体積抵抗が１０^５から１０^９Ωの金属、ゴム、樹脂またはそれらにチューブ（たとえばポリイミド製）を被覆させたものである。バイアスローラ１０７ａに当接するバイアスローラブレード１０７ｃとしては、金属、またはゴム、ポリウレタン製の板状のものを用いる。

図４において、符号２００は、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在とされているプロセスカートリッジを示す。このプロセスカートリッジ２００の構成としては、感光体ドラム１０１と、上述の特性を有するトナーを備えた現像装置２０４、少なくともバイアスローラ１０７ａ、バイアスローラブレード１０７ｃ、クリーニングブレード１０７ｂを有するクリーニング装置２０７と、接触帯電ローラ１０２ｂ、ローラ状の帯電ローラクリーナー２０２ｂを有する帯電装置２０２等の作像に関係する装置を一体化したものである。プロセスカートリッジ２００の構成としては、作像に関係する装置となる、感光体ドラム１０１、帯電装置２０２、現像装置２０４、クリーニング装置２０７の全てを備える必要はなく、少なくとも感光体ドラム１０１と、クリーニング装置２０７、あるいは感光体ドラム１０１と、別な装置を備えていれば良い。

図４に示す、クリーニング装置２０７には、バイアスローラ１０７ａとクリーニングブレード１０７ｂとの間に、感光体ドラム１０１の表面へ滑剤剤２０８を塗布するファーブラシ２０９を備えている。このため、感光体ドラム１０１とクリーニングブレード１０７ｂとの摺接抵抗を低減と共に、ブレードによるドラム表面への摺接傷を極めて少なくすることができ、小粒径化・円形化されたトナーの傷への進入を少なくすることができ、よりクリーニング性能を高めることができる。

トナーのＳＦ１を説明するための拡大図である。 トナーの形状係数ＳＦ−２を説明するための図である。 本発明の一形態である画像形成装置の主要部の構成を示す拡大図である。 本発明の一形態であるプロセスカートリッジの構成を示す拡大図である。

符号の説明

１０１ 像担持体
１０２、２０２ 帯電装置
１０４、２０４ 現像装置
１０７、２０７ クリーニング装置
１０７ａ バイアスローラ
２００ プロセスカートリッジ

Claims (8)

1. 体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲に、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲に、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるトナーを用いて、像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置のクリーニング装置において、
   前記像担持体に接触し、バイアスが印加されるバイアスローラを有し、このバイアスローラの表面粗さＲｚが１０μｍ以下であることを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記バイアスローラと前記像担持体は回転可能であり、前記バイアスローラの回転方向を前記像担持体の移動方向と同方向としたことを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
3. 前記バイアスローラと前記像担持体は回転可能であり、前記バイアスローラの表面の周速度を前記像担持体の表面の周速度と同速度としたことを特徴とする請求項１または２記載のクリーニング装置。
4. 体積平均粒径が３〜８μｍで、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．００〜１．４０の範囲に、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲に、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあるトナーを用いて、像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を形成する画像形成装置に着脱可能であって、
   少なくとも前記像担持体と、この像担持体に接触してバイアスが印加され、その表面粗さＲｚが１０μｍ以下とされたバイアスローラを有するクリーニング装置とを備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
5. 前記バイアスローラと前記像担持体は回転可能であり、前記バイアスローラの回転方向を前記像担持体の移動方向と同方向としたことを特徴とする請求項４記載のプロセスカートリッジ。
6. 前記バイアスローラと前記像担持体は回転可能であり、前記バイアスローラの表面の周速度を前記像担持体の表面の周速度と同速度としたことを特徴とする請求項４または５記載のプロセスカートリッジ。
7. 像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、前記像担持体の表面を清掃するクリーニング装置とを備え、前記クリーニング装置として請求項１ないし３の何れかに記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
8. 像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、前記像担持体の表面を清掃するクリーニング装置とを備え、少なくとも前記像担持体と、これ以外の装置の１つ以上が一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱可能とされたプロセスカートリッジを構成する画像形成装置であって、
   前記プロセスカートリッジとして請求項４ないし６の何れかに記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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