JP2007086321A - 潤滑剤塗布・クリーニングユニット、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑剤が像担持体に過剰に塗布されることを防止し、転写体に転写されずに像担持体の表面に残った残留トナーを効果的に除去し、クリーニング不良の発生を防止する。
【解決手段】 転写処理後に転写体に転写されずに像担持体上に残留したトナーをクリーニングするクリーニング部材(503)と、当該クリーニング部材の像担持体搬送方向上流側に設けられ像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材(502)とを備えた潤滑剤塗布・クリーニングユニットであって、前記潤滑剤塗布部材は回転して像担持体(2)に潤滑剤を塗布する構成であり、当該潤滑剤塗布部材に当接する塗布量規制部材(504)を設ける。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それら機能を備えた複合機等の画像形成装置に関するものであり、特に像担持体上の残留トナーをクリーニングする機構に関するものである。更に、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジに関する。プロセスカートリッジとは、少なくともクリーニング部材と像担持体を一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に対して着脱可能とするものをいう。

特開平０８−３２０６４３号公報 特開２０００−３３８８１９号公報 特開２００２−５５５８０号公報 特開２００２−２４４４８７号公報 特開２００２−２４４５１６号公報 特開２００２−１５６８７７号公報

従来の電子写真方式を用いた画像形成装置では、画像形成にあたって潜像担持体たる感光体に一様な電荷付与（帯電）が行われる。画像形成装置で使用される帯電装置は、コロナ帯電法、接触帯電法、感光体から３０〜１００μｍ程度離して配される非接触帯電法（なお、コロナ帯電法も非接触帯電法であるが、ここでは、区別する）等の方式で構成されている。これら帯電方式はいずれも放電を伴う帯電法であるため、オゾンやＮＯｘ等の放電生成物（化学物質）の発生がある。放電生成物が感光体に作用する（表面付着や滲入）と、帯電特性、感度、残留電位等の電子写真特性が劣化し、表面特性を変質させる。電子写真特性の劣化を改善するために、可塑剤や、酸化防止剤等の特性改良材が感光層中に添加されている。

一方、中間転写体上に転写されずに感光体上に残ったトナーをクリーニングするクリーニング手段も必要で、クリーニング方式として比較的コストの安いポリウレタン等の弾性体からなるブレードを用いることが多い。

また、感光体に放電生成物が付着すると、紙粉やトナー等の付着も起こり、摩擦係数が大きくなる。摩擦係数が大きくなると感光体とクリーニングブレードとの間の摩擦抵抗が増加し、クリーニングブレードの摺擦力がアップするため、感光層は傷つき、摩耗が促進され、感光体やクリーニングブレードの耐久性低下を起こす。

また、摩擦係数の増大はクリーニングブレードのスティックスリップ現象を起こし、ブレードエッジの僅かな浮き部に潜り込んだトナーがクリーニング不良を起こし、フィルミング現象となり、更なる摩擦抵抗の増大を引き起こして、益々クリーニング不良となり、トナー像の転写不良等の要因にもなる。

摩擦係数を下げるとクリーニングブレードの摺擦力が低下するため、クリーニングブレードの押圧が見かけ上低下し、感光体に対する負担が低下し、スティックスリップ現象も改善される。このことにより、クリーニングブレードのエッジの歪みが解消され、クリーニングブレードの耐久性を延ばすことが可能になる。また、感光体の表面自由エネルギーが低下するため、感光体へのトナーの吸着力が低下し、トナーの転写効率がアップする。

感光体の感光層に用いられる樹脂は耐摩耗性に優れたものであるが、帯電工程でのオゾンやＮＯｘ等によって受ける化学的ハザードに、クリーニングブレードや現像剤による摺擦等が加わり、感光層は次第に摩耗し易くなり、耐久性が低下する。このため、次第に画像形成に必要なコントラスト電位を確保することができなくなり、感光体の所期耐久性を全うし得なくなる。従来の耐久枚数（Ａ４サイズ換算で４〜８万枚）は一般的な使い方ではほぼ十分であるが、近年、複写枚数は増加傾向にあり、またコスト削減や省エネや省資源、高画質維持等の観点から、耐久性の向上が益々重要になってきている。

感光体の耐久性を延ばす手段としては、感光体自体を高耐久化する方法の他に、潤滑剤を感光体に付与し、摩擦係数を低下させる方法等がある。前者の手段では、耐久化はクリヤーできても、摩擦係数の増大は依然として残り、転写性やクリーニング性等の改善はできない。後者の手段、すなわち潤滑剤付与による摩擦係数の低減化は、塗布量のコントロールを十分に行えば、機械的な耐久性向上のみならず、転写性、クリーニング性の向上にとって有利な方法である。しかし、放電生成物、紙粉、トナー構成物の付着や、感光体の傷つき等があるため、感光体の表面状態は常に変化しており、目標とする摩擦係数を維持することはなかなか難しい状況にある。

潤滑剤を感光体に付与して感光体表層の摩擦係数を低減化するために、潤滑剤を塗布ローラやブラシローラを介して感光体に塗布する提案が多く開示されている（例えば、特許文献１，２，３，４参照）。

また、特許文献５や６に記載された提案は、感光体表面に異物が付着しやすくなることを防止することを課題としており、接触帯電方式又は近接帯電方式によるハザードを防止するためにステアリン酸亜鉛を用いることが開示されている。

しかしながら、このような潤滑剤を塗布する方式では、感光体表面に残留トナーが付着したまま潤滑剤を塗布すると、感光体表面に潤滑剤を均一に塗布することが難しく、感光体表面の潤滑剤が塗布されていない部分にクリーニングブレードの先端が当たると、摩擦力の変化によりブレードの先端が振動を起こしてクリーニング不良を防止することが難しいという問題がある。

また、潤滑剤を感光体の長手方向に均一に安定して塗布することが難しく、何らかの原因で潤滑剤の供給が多くなる個所があると逆にその個所の摩擦力が低下し残トナーのすり抜けが増加するという問題がある。

また、感光体に必要量以上の潤滑剤が塗布されると、画像流れや、潤滑剤によって帯電部材が汚染されることが原因となる帯電部材の帯電性能低下が発生する。
本発明の目的は、潤滑剤が像担持体に過剰に塗布されることを防止し、転写体（記録媒体や中間転写体）に転写されずに像担持体の表面に残った残留トナーを効果的に除去し、クリーニング不良の発生を防止することである。

上記目的は、本発明にしたがって、転写処理後に転写体に転写されずに像担持体上に残留したトナーをクリーニングするクリーニング部材と、当該クリーニング部材の像担持体搬送方向上流側に設けられ像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材とを備えた潤滑剤塗布・クリーニングユニットであって、潤滑剤塗布部材は回転して像担持体に潤滑剤を塗布する構成であり、当該潤滑剤塗布部材に当接する塗布量規制部材を設けることで、達成される。

塗布量規制部材は、潤滑剤塗布部材の潤滑剤受け取り部に対して回転下流側に配されているのが目的に適っている。潤滑剤塗布部材の潤滑剤受け取り部に対して回転上流側に更にトナー規制部材が備えられていれば、一層効果的である。塗布量規制部材は潤滑剤塗布部材との接触部に掬い部を備えていれば、なお良い。潤滑剤塗布部材はクリーニング部材と当接しているのも、好適である。潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛を主成分とする潤滑油添加剤であるのが良い。潤滑剤塗布部材がファーブラシであるのも好ましい。

本発明によれば、潤滑剤塗布部材に供給される潤滑剤の量が何らかの原因で多くなりすぎても、塗布量規制部材により過剰な潤滑剤が掻き取られ、潤滑剤塗布部材が像担持体と接触することで像担持体へ供給される塗布剤の量が規制され、塗布剤供給により像担持体の摩擦力が過剰に低下してトナーすり抜けしすぎる事態を回避でき、安定したクリーニング性能を得ることができる。像担持体が感光体の場合、帯電する感光体表面の帯電量のムラを防止して、画像ムラの発生を抑制できる。

トナー規制部材が、潤滑剤塗布部材の潤滑剤受け取り部に対して回転上流側に備えられていれば、潤滑剤塗布部材に残トナーが多く付着しても、潤滑剤供給の前に潤滑剤塗布部材から残トナーを適切に取り除くことができ、潤滑剤受け渡しが適切になる。塗布量規制部材に掬い部があれば、固形潤滑剤を用いた場合に潤滑剤塊が発生しても、そのような塊がクリーニング性能の低下を引き起こす事態を防止できる。潤滑剤塗布部材がクリーニング部材と当接していれば、回転する潤滑剤塗布部材によってクリーニング部材に滞留するトナーが掻き出すことができ、クリーニング部材のクリーニング能が安定する。

潤滑剤塗布・クリーニングユニットと像担持体とを一体的に構成しておけば、潤滑剤塗布部材とクリーニング部材と像担持体の位置精度を確保でき、クリーニング性能、及び潤滑剤塗布量を安定でき、部材交換の際にも、その位置精度が確保できる。

本発明を適用した画像形成装置１の一例を示す図１において、当該画像形成装置１には、図１中時計方向に回転駆動される像担持体たる感光体２が収納されており、その周囲に、帯電ローラ３、書込露光部４、現像部５、転写部７、クリーニング部１３、除電部８、固形潤滑剤５００、ファーブラシ５０２等がある。固形潤滑剤５００とファーブラシ５０２は、潤滑剤供給・塗布装置を構成するものである。画像形成装置１は更に、複数枚の記録紙を収納する給紙カセット（図示せず）を備えており、給紙カセット内の記録紙が、給紙ローラ（図示せず）により１枚ずつレジストローラ対（図示せず）でタイミング調整された後、転写部７と感光体２の間に送り出される。その給紙タイミングに合わせるように、時計方向に回転駆動する感光体２を帯電ローラ３で一様に帯電した後、書込露光部４により画像データで変調されたレーザを照射して感光体２に静電潜像を形成し、現像部５でトナーを付着させて現像して転写部７へトナー像を送る。転写部７でトナー像を記録紙に転写させ、トナー画像を転写された記録紙を不図示の定着部に搬送される。

不図示の定着部は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱された定着ローラと、当該定着ローラに所定圧力で押圧される加圧ローラとを備え、転写部７から搬送されてきた記録紙を加熱・加圧して、記録紙上のトナー画像を記録紙に定着させた後、不図示の排紙トレイ上に排出する。

一方、画像形成装置１は、トナー画像を記録紙に転写した感光体２を更に回転して、クリーニング部１３で感光体表面に残留するトナーをブレードにより掻き落として除去した後、除電部８で表面除電する。除電部８で除電された感光体２を帯電ローラ３で一様に帯電して、上記と同様に、次の画像形成処理を行う。なお、上記クリーニング部１３は、ブレードで感光体２上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで残留トナーを掻き落とすものであってもよい。

図２に、本発明を適用した画像形成装置の別例を示す。図２(a)はタンデム型のフルカラー画像形成装置、図２(b)はリボルバ型のフルカラー画像形成装置である。これら画像形成装置においても、不図示の本体筐体内に感光体２が収納され、帯電部３、書込部４、現像部５、中間転写部６、紙転写部７等が、その周囲にある。帯電部３は、感光体２に対して微小なギャップを設けて配された硬質の導電性ローラからなっている。複数枚の記録紙を収納する不図示の給紙カセットから、記録紙Ｐが、不図示の給紙ローラにより１枚ずつ給紙され、中間転写部６と転写部７の間に送り出される。

その給紙タイミングに合わせて、図２(a)の構成では、各色（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）用の感光体に各色トナー像を形成し、それらトナー像を中間転写部のベルトへ一次転写させ、重ね合わせトナー像を、転写部７で記録紙Ｐに転写させ、トナー画像を転写された記録紙を不図示の定着部に搬送され、定着画像を得る。図２(b)のリボルバ型のフルカラー画像形成装置でも、現像部の動作を切り替えることによって１つの感光体上に順次複数色のトナーを現像して、中間転写部６で重ね合わせる。

図３に、本発明のプロセスカ−トリッジを有する画像形成装置の概略構成を示す。本例において、符号２０はプロセスカ−トリッジ全体を示す。プロセスカートリッジ２０は、少なくとも感光体２とクリーニング手段１３を一体に結合して構成され、場合によっては帯電装置３、現像装置５、固形潤滑剤５００及びファーブラシ５０２等の構成要素を適宜追加することができる。そのプロセスカ−トリッジは画像形成装置本体に対して着脱可能なものである。

図４に、潤滑剤塗布・クリーニングユニットの構成例を示す。矢印Ａ方向に回転する感光体２に対して、ファーブラシ５０２が従動回転し、転写部７の回転下流側でクリーニングブレードに、また回転上流側で固形潤滑剤５００に当接している。ファーブラシ５０２と固形潤滑剤５００との接触部より回転方向下流に、ファーブラシ５０２に対し所定量入り込むように塗布量規制部材５０４が配されている。

ファーブラシ５０２は固形潤滑剤５００の一部を削り取り、削り取られた固形潤滑剤５００はファーブラシ５０２に付着し、回転して塗布量規制部材５０４と接触後、感光体２に塗布される。塗布された潤滑剤は、弾性ブレード５０３によって感光体２表面にならされる。ファーブラシ５０２によって削られた固形潤滑剤５００は、この塗布量規制部材５０４と接触させることで、ファーブラシ５０２に付着し感光体２へ供給される量が安定する。また、削られた固形潤滑剤５００は周りに飛散することを防止する効果があり、塗布量規制部材５０４上にとどまる。とどまった固形潤滑剤５００も順次ファーブラシ５０２へ供給されるので、固形潤滑剤５００の寿命を長くすることができる。

固形潤滑剤５００としては、例えば、ステアリン酸亜鉛を始めとした高級脂肪酸金属塩等を用いることができる。ステアリン酸亜鉛は代表的なラメラ結晶粉体であるが、このような物質を潤滑剤として使用するのが好適である。ラメラ結晶は両親媒性分子が自己組織化した層状構造を有しており、せん断力が加わると層間に沿って結晶が割れて滑りやすい。この作用が低摩擦係数化に効果があり、せん断力を受けて均一に感光体表面を覆っていくラメラ結晶の特性は少量の潤滑剤で効果的に感光体表面を覆うことができる。

また、このとき、ファーブラシ５０２はクリーニング用ファーブラシとしても機能し予備的なクリーニング作用があり、ブレード５０３はクリーニング用ブレードを兼ねる。

このように塗布量規制部材５０４を配した構成により、感光体２へ供給される固形潤滑剤５００の量が安定するので、固形潤滑剤５００の効果である摩擦力が安定するため、適正にクリーニングすることが可能となり、過大な潤滑剤供給によるトナーのすり抜け増加を防止することになり、安定した画像を提供することができる。

図５に潤滑剤塗布・クリーニングユニットの他構成を示す。図４の装置と同様の構成の説明は省略する。ファーブラシ５０２は感光体２に対しカウンター方向に回転している。塗布量規制部材５０４は固形潤滑剤５００接触後の回転方向下流側に位置し、ファーブラシ５０２と所定の食い込み量で接触している。ファーブラシ５０２と感光体２の接触部に転写部７通過後の感光体２表面の残トナーが入り込む。ファーブラシ５０２の回転により、入り込んだ残トナーはブレード５０３逆方向に掻き出され、ブレード５０３への侵入を軽減する効果がある。また、他の効果として、入り込んだ残トナーは、掻き出されるトナーとファーブラシ５０２の繊維に付着するトナーとがある。繊維に付着したトナーは更に、回転するファーブラシ５０２が固形潤滑剤５００との接触により掻き落とされる効果があり、ブレード方向へ回転により運ばれる残トナーの量を軽減する効果が得られる。

また、カウンター方向に回転しているので削られた固形潤滑剤５００はブレード５０３方向へ飛散しやすくなる。空間的に閉じているため、飛散した固形潤滑剤５００はブレード５０３へ運ばれ、感光体２への供給量が多くなる。このため従動回転と比較し削り量を少なくすることが可能で、固形潤滑剤５００の寿命を長くできる利点がある。

しかし、固形潤滑剤５００がファーブラシ５０２に削られていくと固形潤滑剤５００は薄肉部となる部分が発生し、その部分が粉状ではなく固形状に欠落しやすくなる問題がある（図６、固形潤滑剤は脆いので粉状に削れ易く欠け易い特性がある）。欠落した固形潤滑剤５００はそのままブレード５０３へ入り込んで、その個所のみ多くの潤滑剤が塗布されることになる。また、環境変動や固形潤滑剤５００の製造問題等、何らかの原因で削り量が多くなる問題があると直接的に多くの固形潤滑剤５００が感光体２へ供給されることになる。塗布量規制部材５０４を配することでこれを防止し、過剰の固形潤滑剤５００を供給することが防止でき、安定したクリーニングが可能になる。

図７に潤滑剤塗布・クリーニングユニットの第３例を示す。上記の例と異なる点は、ファーブラシ５０２と固形潤滑剤５００が接触する位置の回転上流側でトナー規制板５０５をファーブラシ５０２に接触させていることである。このように構成することで、上述したように掻き取った残トナーを積極的に固形潤滑剤５００との接触部への侵入を防止することができる。ファーブラシ５０２に残トナーが多く付着した状態では固形潤滑剤５００の削れ量が多くなるという問題があった。これを防止し、さまざまな記録状態によらず（トナー使用量によらず）、安定した固形潤滑剤５００の削り取りを確保できる効果がある。これは、繊維に付着したトナーが固形潤滑剤５００との接触抵抗となり、削れ量が多くなるからと推察される。

図８は、塗布量規制部材５０４の範囲での拡大を示す。塗布量規制部材５０４はファーブラシ５０２の回転方向上流側に向いた掬い部５０４aを設けている。この掬い部５０４aで、掻き取った余剰の固形潤滑剤５００及び欠落した固形潤滑剤５００のブレード５０３方向への侵入を確実に防止することができる。

以上においては、塗布量規制部材５０４の構成部品として板状のもので説明してきた。しかし、これに限定されるものではなく、例えば先端部に櫛歯形状を配しても良く、そのような形状でファーブラシに付着した余剰潤滑剤をより規制する効果が得られ、その目的は達成できる。ブラシ形状ではファーブラシの繊維特性より剛性を高くする、密度を大きくする等で安定した感光体への供給が可能となる。

また上記の例では、ファーブラシ５０２は予備的なクリーニング作用を兼ねた構成としたが、図９に示すように、ブレード５０３をファーブラシ５０２の感光体回転上流側へ配置し、ファーブラシ５０２の回転下流に、ならしブレード６０２を配しても、潤滑剤塗布を安定させる効果は得られる。また、予備クリーニング手段として感光体回転上流側へ更にブレードやファーブラシ等の手段を構成しても何ら問題ない。

他の潤滑剤塗布構成の例を図１０に示す。基本的な構成は図５の例と同様である。ファーブラシ５０２は回転し、固形潤滑剤５００と塗布量規制部材５０４に、順次接触した後、ブレード５０３と感光体２に接触するよう配置されている。本構成による作用、効果を説明する。転写部７通過後に感光体２上にある残トナーがブレード５０３方向へ運ばれる。カウンター方向に回転するファーブラシ５０２によりに感光体２上にある残トナーは掻き取られるが、掻き取られず残った残トナーは更にブレード５０３方向へ運ばれることになる。ブレード５０３と感光体２の接触部へ入り込んだ残トナーはブレード５０３で堰き止められ、帯電ローラ方向への侵入を防止している。堰き止められた残トナーは徐々にブレード５０３と感光体２との接触部に滞留増加していくことになる。クリーニング性能としてはブレードに堰き止められ滞留したトナーが多くなるとクリーニング性能が低下することが分かっている。これは、滞留トナーが多くなるとブレード５０３に対し感光体２との見かけ上の抵抗が増加し、ブレード５０３がスティックスリップを発生し易くなる。

本構成において、ファーブラシ５０２がブレード５０３と感光体２に接触しているので、増加していったブレードエッジ近傍の滞留トナーをファーブラシ５０２の回転により感光体２の回転上流側へ排出することになり、安定したクリーニング性能を保持することができる。また、残トナーの排出と同時にファーブラシ５０２の繊維に保持した潤滑剤を塗布することで、ブレードエッジの滞留トナーの量に影響せず安定した量を感光体２へ供給することができる。ここでは、ファーブラシ５０２の回転は感光体２の回転方向に対しカウンター方向としたが、従動回転においてもブレードエッジの滞留トナーを排出する効果は得られ、クリーニング性能の低下を防止することができる。

本発明に係るモノクロ画像形成装置の概略構成図である。 本発明に係るカラー画像形成装置の概略構成図で、図２(a)がタンデム型、図２(b)がリボルバ型である。 本発明に係るプロセスカートリッジを有する画像形成装置の概略図である。 潤滑剤塗布・クリーニングユニットの構成例を示す図である。 潤滑剤塗布・クリーニングユニットの別の構成例を示す図である。 固形潤滑剤が潤滑剤塗布部材たるファーブラシで削られ、欠ける可能性の高い薄肉部を形成することを説明する図である。 潤滑剤塗布・クリーニングユニットの第３の構成例を示す図である。 塗布量規制部材に掬い部を備える構成を示す図である。 クリーニング部材を潤滑剤塗布部材の像担持体回転上流側へ配し、潤滑剤塗布部材の回転下流側に、潤滑剤ならし部材を配する３つの例を示す。 潤滑剤塗布部材の回転領域にクリーニング部材が入り込んでいる構成例を説明する図である。

符号の説明

２ 感光体
３ 帯電ローラ
７ 転写部
５００ 固形潤滑剤
５０２ ファーブラシ（潤滑剤塗布部材）
５０３ クリーニングブレード（クリーニング部材）
５０４ 塗布量規制部材

Claims (9)

1. 転写処理後に転写体に転写されずに像担持体上に残留したトナーをクリーニングするクリーニング部材と、
   当該クリーニング部材の像担持体搬送方向上流側に設けられ像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材と
   を備えた潤滑剤塗布・クリーニングユニットであって、
   前記潤滑剤塗布部材は回転して像担持体に潤滑剤を塗布する構成であり、当該潤滑剤塗布部材に当接する塗布量規制部材が設けられることを特徴とする潤滑剤塗布・クリーニングユニット。
2. 前記塗布量規制部材は、前記潤滑剤塗布部材の潤滑剤受け取り部に対して回転下流側に配されたことを特徴とする請求項１に記載の潤滑剤塗布・クリーニングユニット。
3. 前記潤滑剤塗布部材の潤滑剤受け取り部に対して回転上流側に更にトナー規制部材が備えられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の潤滑剤塗布・クリーニングユニット。
4. 前記塗布量規制部材は潤滑剤塗布部材との接触部に掬い部を備え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潤滑剤塗布・クリーニングユニット。
5. 前記潤滑剤塗布部材は上記クリーニング部材と当接してい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潤滑剤塗布・クリーニングユニット。
6. 潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛を主成分とする潤滑油添加剤であ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潤滑剤塗布・クリーニングユニット。
7. 前記潤滑剤塗布部材がファーブラシであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の潤滑剤塗布・クリーニングユニット。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の潤滑剤塗布・クリーニングユニットと像担持体とを一体的に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の潤滑剤塗布・クリーニングユニットを備えた画像形成装置。

Images