JP2007132999A - クリーニング装置、プロセスカートリッジ及びクリーニング装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】球形で小粒径のトナーを使用して画像形成を行う場合、像担持体表面の膜削れをできるだけ軽減できるクリーニングを行うとともに像担持体表面に生成するフィルミング物質を除去し、長期にわたり像担持体表面を汚染のない状態に安定して維持することができるクリーニング装置を提供する。
【解決手段】像担持体に摺擦させる第１の導電性摺擦体と、前記第１の導電性摺擦体の像担持体回転方向の下流側にあって像担持体に摺擦させる第２の導電性摺擦体とを有し、像担持体上に形成されたトナー像が転写工程を通過した後に像担持体上に残留するトナーを前記第１及び第２の導電性摺擦体に正または負の異なる電圧を印加することより除去するようにしたクリーニング装置であって、前記第２の導電性摺擦体の下流側に像担持体表面に生成したフィルミング物質を除去するための弾性材料からなるフィルミング除去部材を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は電子写真方式の複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に用いられるクリーニング装置及びこのクリーニング装置を備えた画像形成装置並びにプロセスカートリッジに関する。

近年、電子写真方式の画像形成装置においては高画質化の要望が高まり、トナーは小粒径化の傾向にある。また、トナー製造コストの低減および転写率向上の要望から粉砕トナーではなく重合法等により球形化されたトナーを採用する画像形成装置が製品化されている。それに伴い、作像後、感光体上に残留したトナーを除去する手段として従来主として用いられてきたブレードクリーニング方式は、ゴムブレードを感光体に当接させてトナーを除去するため、ブレードと感光体表面の密着の精度が低いとトナーがすり抜けてしまいクリーニング性が低下するといった問題が起きている。そのため、それを防ごうとしてブレードを強い当接圧で押しつけると、ブレードのめくれが発生し、スジ状あるいは帯状のクリーニング不良を引き起こす原因となるため、安定したクリーニング性能を保ちつづけることが困難である。また、転写性が良いとされている球形トナーに対して、ブレードクリーニング性は、粉砕（異型）トナーに対するクリーニング性より劣ることは良く知られていることである。

一方、クリーニング方式として、ブラシでクリーニングする方式が知られている。これは、感光体表面に接触摺擦するようにクリーニングブラシを配し、さらにクリーニングブラシに接触して回収ローラを配し、回収ローラからゴムブレードなどの手段でトナーを除去するようにする方法であり、回収ローラ、あるいは回収ローラとブラシ両方に電圧を印加し、静電気力でクリーニングするため、ブレードクリーニングのように像担持体表面を強い当接圧で押し付けることはなく、像担持体表面の膜削れを軽減できる点で有利である。しかし一般に、転写工程では現像後トナー極性と逆極性の電圧を印加するため、転写後に像担持体上に残留するトナーは現像後トナー極性のままのトナーと、逆極性に帯電したトナー、あるいは無帯電トナーとの２以上の混合物となっている。そこで、この両極性および無帯電トナーの混合物をクリーニングする手段として、正極性、負極性の電圧をそれぞれ印加した２本のファーブラシを並べ、各極性トナー毎にクリーニングする方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

しかしながら、これらの方法ではトナーをクリーニングはできるものの、トナーが感光体まわりの現像装置、転写装置、クリーニング装置など接触する部材との接触によりトナー母体成分が像担持体に融着したようなもの、あるいはトナーの流動性や帯電性能を持たせるためにトナー表面に付着させてある添加剤が離脱したり、あるいは帯電装置からの放電により生成した放電生成物が付着したり、あるいは紙のタルクなどが混じりあい像担持体にフィルミングしたりなどの、いわゆるフィルミング物質をクリーニングすることは困難である。フィルミング物質が少量付着している場合にはすぐに画像劣化などの問題にならないことが多いが、放置しておくと部分的に成長して均一帯電が阻害されたり、画像形成できない箇所が生じたりするため、フィルミング物質を除去する必要がある。

クリーニング装置としてクリーニングブレードを用いる場合にも、アモルファスシリコン感光体などの高硬度感光体に付着するフィルミング物質が問題となっており、その場合の除去手段として、クリーニングブレードを構成する基材に研磨剤を内包して感光体表面を研磨する装置が提案されている（特許文献３参照）。また、第１ブレードと第２ブレードという２本のブレードを備え、第２ブレードを研磨用ブレードにする構成により、フィルミング物質を除去する装置が提案されている（特許文献４、特許文献５参照）。また、像担持体上に付着した放電生成物を、放電生成物除去部材に水を供給して放電生成物の水溶液を吸い取って除去するという案もある（特許文献６参照）。
特許第３０５５８０１号公報 特開平４−３３０４８２号公報 特開２００３−２０８０６８号公報 特開２００５−３７８５２号公報 特開２００４−１１７４６５号公報 特開２００２−１６９４４４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、球形で小粒径のトナーを使用して画像形成を行う場合、像担持体表面の膜削れを軽減することができるクリーニングを行うとともに前記したような像担持体表面に生成するフィルミング物質を除去し、長期にわたり像担持体表面を汚染のない状態に安定して維持することができるクリーニング装置を提供すること、また、該クリーニング装置を備え、高画質の画像を形成しつづける画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。

上記課題は次の（１）ないし（２５）の発明（以下、本発明１ないし２５という）によって解決される。
（１）像担持体に摺擦させる第１の導電性摺擦体と、前記第１の導電性摺擦体の像担持体回転方向の下流側にあって像担持体に摺擦させる第２の導電性摺擦体とを有し、像担持体上に形成されたトナー像が転写工程を通過した後に像担持体上に残留するトナーを前記第１及び第２の導電性摺擦体に正または負の異なる電圧を印加することより除去するようにしたクリーニング装置であって、前記第２の導電性摺擦体の下流側に像担持体表面に生成したフィルミング物質を除去するための弾性材料からなるフィルミング除去部材を配置したことを特徴とするクリーニング装置。
（２）前記フィルミング除去部材が、弾性ブレードであることを特徴とする（１）に記載のクリーニング装置。
（３）前記フィルミング除去部材が、弾性回転体であることを特徴とする（１）に記載のクリーニング装置。
（４）前記フィルミング除去部材が、固定ブラシであることを特徴とする（１）に記載のクリーニング装置。
（５）前記フィルミング除去部材が、ブラシローラであることを特徴とする（１）に記載のクリーニング装置。
（６）前記フィルミング除去部材が、少なくとも像担持体に当接する部分に無機粒子を内包し、前記無機粒子の一部分が前記除去部材の表面から露出していることを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載のクリーニング装置。
（７）前記フィルミング除去部材が、少なくとも像担持体に当接する部分に、無機粒子と、滑剤となりうる有機化合物粒子の両方を内包し、前記無機粒子あるいは有機化合物粒子の一部分が前記除去部材の表面に露出していることを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載のクリーニング装置。
（８）前記無機粒子が、酸化セリウム、酸化チタン、シリカ、及びゼオライトの群から選択される少なくとも１種類であることを特徴とすることを特徴とする（６）または（７）に記載のクリーニング装置。
（９）前記有機化合物粒子がステアリン酸亜鉛であることを特徴とする（７）に記載のクリーニング装置。
（１０）前記弾性回転体が像担持体軸方向に揺動可能であることを特徴とする（３）に記載のクリーニング装置。
（１１）前記第１および第２の導電性摺擦体に付着したトナーを清掃する清掃手段を備えたことを特徴とする（１）ないし（１０）のいずれかに記載のクリーニング装置。
（１２）像担持体と、前記像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを少なくとも含んで一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在に設けられるプロセスカートリッジであって、前記クリーニング手段が（１）ないし（１１）のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
（１３）前記現像手段で使用されるトナーが、粒子の形状係数ＳＦ１が１００〜１５０であることを特徴とする（１２）に記載のプロセスカートリッジ。
（１４）前記像担持体がアモルファスシリコンの感光層からなる表層を備えていることを特徴とする（１２）または（１３）に記載のプロセスカートリッジ。
（１５）前記像担持体が、電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む感光層または電荷発生物質を含む電荷発生層と電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層された感光層を有するとともにフィラーを含有する最表層（保護層）を備えていることを特徴とする（１２）または（１３）に記載のプロセスカートリッジ。
（１６）前記保護層のバインダー樹脂が、架橋構造を有することを特徴とする（１５）に記載のプロセスカートリッジ。
（１７）前記架橋構造を有するバインダー樹脂の構造中に、電荷輸送部位を有することを特徴とする（１６）に記載のプロセスカートリッジ。
（１８）像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電された像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を形成する露光手段と、像担持体上の静電潜像にトナーを付着させて顕像化する現像手段と、現像されたトナー像を転写材に転写する転写手段と、像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段とを備えた画像形成装置であって、前記クリーニング手段が（１）ないし（１１）のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
（１９）一つの像担持体と複数の現像手段とを備えた画像形成部からなる多色画像形成装置であって、前記像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段が（１）ないし（１１）のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
（２０）複数の像担持体と複数の現像手段とを備えた複数の画像形成部からなるタンデム型の多色画形成装置であって、前記像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段が（１）ないし（１１）のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
（２１）前記現像手段で使用されるトナーが、粒子の形状係数ＳＦ１が１００〜１５０であることを特徴とする（１８）ないし（２０）のいずれかに記載の画像形成装置。
（２２）前記像担持体がアモルファスシリコンの感光層からなる表層を備えていることを特徴とする（１８）ないし（２０）のいずれかに記載の画像形成装置。
（２３）前記像担持体が、電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む感光層または電荷発生物質を含む電荷発生層と電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層された感光層を有するとともにフィラーを含有する最表層（保護層）を備えていることを特徴とする（１８）ないし（２１）のいずれかに記載の画像形成装置。
（２４）前記保護層のバインダー樹脂が、架橋構造を有することを特徴とする（２３）に記載の画像形成装置。
（２５）前記架橋構造を有するバインダー樹脂の構造中に、電荷輸送部位を有することを特徴とする（２４）に記載の画像形成装置。

本発明１のクリーニング装置によれば、２段階の静電気力によるクリーニング手段と、像担持体表面に生成したフィルミング物質を除去するための弾性材料からなるフィルミング除去部材を配置したことから、像担持体表面の膜削れが軽減されてクリーニングされるとともに像担持体表面を汚染のない状態に長期にわたって保持することができる。

本発明２のクリーニング装置によれば、フィルミング除去部材が弾性ブレードであることから、小型で簡単な構成でフィルミング物質を除去することができる。

本発明３のクリーニング装置によれば、フィルミング除去部材が弾性回転体であることから、ブレードように欠けた場合は欠けた部分のフィルミング除去能力が低下するが、回転体の場合は欠けたりすることがないのでフィルミング除去能力を長期にわたって維持することができる。

本発明４のクリーニング装置によれば、フィルミング除去部材が固定ブラシであることから、ブラシローラより簡単な構成でフィルミング物質を除去することができ、また、可撓性があるのでブレードのように欠けたりすることがなく、確実に当接しながらフィルミング物質を除去することができる。

本発明５のクリーニング装置によれば、フィルミング物質がブラシローラであることから、固定ブラシに比べて表面積が大きいので、長期にわたってフィルミング物質の除去性能を維持することができる。

本発明６ないし９のクリーニング装置によれば、前記フィルミング除去部材の少なくとも像担持体に当接する部分に無機粒子、あるいは無機粒子と有機化合物粒子が内包され、かつ、それら粒子の一部分が前記除去部材の表面から露出していることから、フィルミング物質を除去する能力が非常に高い。

本発明１０のクリーニング装置によれば、前記弾性回転体が像担持体軸方向に揺動可能であることから、像担持体表面を回転方向に摺擦する力だけでなく軸方向にも摺擦することができ、フィルミング物質を除去しやすい。また、ブラシが接触しない箇所ができてもそこをクリーニングすることができる。

本発明１１のクリーニング装置によれば、第１及び第２の導電性摺擦体に付着したトナーを清掃する清掃手段を有することから、小粒径、球形トナーのクリーニングを経時的に安定して行うことができる。

本発明１２のプロセスカートリッジによれば、本発明のクリーニング装置を備えることから、ユーザーメンテナンス性に優れる上、長期に渡り異常画像の発生がないプロセスカートリッジを提供することができる。

本発明１３、２１のプロセスカートリッジまたは画像形成装置によれば、現像手段で使用されるトナーの粒子の形状係数ＳＦ１が１００〜１５０であることから、クリーニング入力量が低減し、余裕度が向上するとともに高画質画像を形成することができる。

本発明１４、２２のプロセスカートリッジまたは画像形成装置によれば、像担持体がアモルファスシリコンからなる感光層を備えていることから、像担持体表面の膜削れ量を低減することができる。

本発明１５、２３のプロセスカートリッジまたは画像形成装置によれば、像担持体がフィラーを含有する最表層（保護層）を備えていることから、像担持体表面の膜削れ量を低減することができる。

本発明１６、２４のプロセスカートリッジまたは画像形成装置によれば、前記保護層のバインダー樹脂が、架橋構造を有することから、像担持体表面の膜削れ量をさらに低減することができる。

本発明１７、２５のプロセスカートリッジまたは画像形成装置によれば、前記架橋構造を有するバインダー樹脂の構造中に、電荷輸送部位を有することから、感光体を電気的に安定することができる。

本発明１８ないし２０の画像形成装置によれば、本発明のクリーニング装置を備えることから、高寿命で、高画質の画像形成が行える画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明のクリーニング装置の一例を示す概略の構成図である。図１に示すように、本発明のクリーニング装置は、ブラシクリーニング手段と、さらに像担持体上に付着するフィルミング物質を除去する弾性部材を前記ブラシクリーニング手段の下流側に設けて構成されている。
まず、クリーニング装置７０は、クリーニング手段として、感光体１の回転方向の上流側から順に、２本のブラシ部材１１及び１１１と、その各ブラシ部材１１、１１１のブラシ１６、１１６にそれぞれ当接して互いに異なるバイアス電圧が印加されるトナー回収ローラ１７、１１７と、その各回収ローラ１７、１１７にそれぞれ当接したスクレーパ部材１８、１１８とを有し、各ブラシ部材１１、１１１のブラシ１６、１１６が導電性を有する材料で構成され、これらのブラシの下流側にフィルミング物質を除去するための弾性ブレード７１を有する。更に、図示されないトナー回収ボックスを備えることができる。この例では、一方のクリーナ用電源２２によって、一方のブラシ部材１１の芯部材２１にプラス極性のバイアス電圧を印加し、他方のクリーナ用電源１２２によって、他方のブラシ部材１１１の芯部材１２１にマイナス極性の電圧を印加するように構成されている。

フィルミング物質の除去用弾性ブレード７１は、弾性材料に研磨剤粒子を含有させた研磨剤粒子含有層を有する。感光体１上には、転写残トナー以外に、トナーから脱離した無機微粒子や、しみ出したワックス等の添加剤、あるいは記録紙の紙粉に含まれる炭酸カルシウム等の添加剤が付着する。これらの物質は、フィルミングを生成したり、フィルミングの核からやがて塊にまで成長したりする。フィルミング物質を除去するための除去用弾性ブレード７１は、このような感光体１上の付着物質を削り取って除去する研磨用としての性質を有するブレードである。

図２の（ａ）、（ｂ）は、いずれも弾性ブレード７１を感光体１表面に当接させた状態を示す図である。弾性ブレード７１は、研磨剤粒子含有層７２が感光体１の表面に接触するように設置されるが、このとき重要なのは、弾性ブレード７１の接触面が研磨剤粒子で満たされていることである。

弾性ブレード７１は、図２（ａ）に示すように研磨剤粒子含有層７２の１層構造からなるものであっても良いし、図２（ｂ）に示すように研磨剤粒子含有層７２とブレード母体層の２層構造からなるものであっても良い。
１層構造が採用される場合には、上記に示したように、弾性材料に研磨剤粒子を混合して遠心成形によりシート状に成形し、それを切断することにより弾性ブレード７１が得られるので、製造工程を簡易にできるという利点がある。
一方、２層構造が採用される場合には、上記の１層構造の場合よりも弾性材料、研磨剤粒子の量を減らして薄いシートを成形し、それを切断して研磨剤粒子含有層７２からなる薄いブレードとし、ゴム、樹脂、金属等の材質からなるブレード母体層に接着させるか、あるいは、上記の研磨剤粒子を含有して成形された薄いシートの上に、ブレード母体層を形成する樹脂、金属等の材料を流し込み、遠心成形により一体のシート状に成形し、その後切断等により得られる。

弾性ブレード７１に用いられる弾性材料としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。この中でも、耐摩耗性の観点から特にウレタンゴムが好ましい。また、弾性材料としては、ゴム硬度（JIS-A硬度）が６５度以上１００度以下の上記ゴム材料がよい。硬度が６５度より小さいとブレードの摩耗の進行が早く、また、硬度が１００度より大きいとブレードのエッジが欠けやすくなるからである。より好ましくは、ゴム硬度は８５度以上１００度以下である。ゴム硬度を８５度以上にすることで、弾性ブレード７１と被研磨面との接触面積を減らし、これにより面圧を高めて研磨力を向上させることができるからである。また、研磨剤粒子のブレードへのめり込みも防ぐことができ、高い研磨力を維持できる。
なお、弾性ブレード７１が感光体１と接する先端部のみを上記の高ゴム硬度材料で構成しても、同様の効果が得られる。また、ゴム硬度が高くない材料であっても、弾性ブレード７１の裏側にマイラーなどの補強部材を接着することにより、ゴム硬度を補って研磨力を向上させることができる。また、弾性ブレード７１の被研磨面に対する接触の姿勢を維持することができる。

また、弾性材料としては動摩擦係数の低い材料であることが好ましい。弾性材料の動摩擦係数は、以下のようにして測定することができる。
図３は、弾性材料の動摩擦係数の測定方法を示す図である。２０（ｍｍ）×２０（ｍｍ）×２（ｍｍ）のブレード形状をした弾性材料に、両面テープで板金を貼り付け、ブレードエッジを２４°の角度で厚さ１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）板に当接させ、５０ｇｆ／ｃｍの荷重をかけ押さえつけながら、２５ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張ってＰＥＴ板上を移動させ、このときの摺動抵抗を検出して動摩擦係数を求めた。

上記の測定によって得られる弾性材料の動摩擦係数は、１．５以下であることが好ましい。これにより、弾性ブレード７１と被研磨面との間に働く摩擦力を低減し、また、摩擦力の変動による影響を少なくして、弾性ブレード７１の被研磨面に対する接触の姿勢が変化するのを防止できる。すなわち、研磨の条件を常に一定にできるので、研磨効果を維持することができる。また、ゴム硬度が８５度以上の高硬度材料を用いた場合、動摩擦係数が大きいと被研磨面との間に働く摩擦力の影響で研磨用弾性ブレード７１が引っ張られたり、縮んだりするため、ブレードのエッジに欠けを生じやすくなるが、動摩擦係数の低い材料とすることにより、高ゴム硬度の材料であってもこのような欠けのないブレードとすることができる。

動摩擦係数が１．５以下の弾性材料としては、表面をフッ素などで処理したウレタンゴムや、フッ素元素などを含有したウレタンゴム（たとえばフッ化ウレタンゴム）等が挙げられる。
研磨剤粒子としては、窒化珪素等の窒化物、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、マイカ、珪酸カルシウム等の珪酸塩、炭酸カルシウム、石膏等の石灰質物質、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化アルミニウム、炭化ジルコニウム等の炭化物、酸化セリウム、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム等の酸化物が挙げられる。この中でも、研磨力に優れている酸化セリウムが好ましい。

弾性ブレード７１の研磨剤粒子含有層７２に含有される研磨剤粒子の含有量は、０．５ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下であることが好ましい。研磨剤粒子の含有量が０．５ｗｔ％未満では、感光体１表面に接触して研磨効果を発揮する研磨剤粒子の量が少なすぎ、感光体１上の付着物質を十分に除去することができない。また、研磨剤粒子の含有量が５０ｗｔ％を超えると、研磨剤粒子の濃度が高くなり過ぎ、成形が困難になる。また、コストも高くなってしまう。

研磨剤粒子含有層７２に含有される研磨剤粒子は、平均粒径及び種類の異なる複数の粒子を混合して用いるのが良い。このように異なる研磨剤粒子を混合することで、それぞれの研磨力の違いを利用することができ、感光体１上の付着物質の中でも性質の異なる物質、例えば、薄いフィルミングと、微小な付着物質が核となって経時的に成長した塊のような異質の付着物質を、効率よく除去することができる。

さらに、研磨剤粒子含有層７２は純度８０％以上の酸化セリウムを含有することが一層好ましい。酸化セリウムは研磨力に優れているが、通常、天然鉱石を砕いて製造しているため、天然鉱石の酸化セリウムの純度は５０％程度と低く、その他の希土類も研磨力を発揮する塩の形にして混合されているが、本発明では、研磨力の高い酸化セリウムのみを抽出して純度８０％以上の酸化セリウムを有するものが、物性のばらつきのない研磨剤として好適に使用可能である。このような研磨剤を用いることで、研磨用弾性ブレード７１の安定した高い研磨力を得ることができる。

研磨剤粒子の平均粒径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。平均粒径が０．０５μｍ未満では、粒子が細かすぎ、弾性材料の中での均一な分散が困難になり、また、研磨用ブレードとしての研磨力が十分に得られない。また、平均粒径が１００μｍを超えると、研磨力が大きすぎるために感光体１表面上を傷つけることになるため好ましくない。

次に、弾性ブレード７１の好ましいエッジの形状について説明する。図２に示すように、弾性ブレード７１は、研磨剤粒子含有層７２が感光体１表面に当接するように設置されるが、その当接部であるエッジを切削した形状とすることが好ましい。弾性ブレード７１のエッジ部の構造は、ミクロ的にみると、研磨剤粒子が露出しておらず、表面がごく薄いゴム等の弾性材料からなるスキン層で覆われている。したがって、クリーニング装置７０使用初期においては、弾性ブレード７１の研磨効果は十分でなく、ある程度使用されて、研磨用弾性ブレード７１のエッジの表面が削れてから、それによって露出した研磨剤粒子の研磨力により研磨効果が現れてくる。そこで、弾性ブレード７１のエッジの形状を切削した形状とすることで、研磨剤粒子を露出させて、クリーニング装置７０の使用開始直後から、十分な研磨効果を得ることができる。

一方、上記のように研磨用弾性ブレード７１のエッジを切削した形状とせず、画像形成装置にクリーニング装置７０を装着し、研磨用弾性ブレード７１と感光体１とを当接させて空回しを行い、研磨用弾性ブレード７１のエッジの表面を削るようにしても良い。クリーニング装置７０使用開始直後にこの動作を入れることで、研磨用弾性ブレード７１の研磨効果を初期から得られるようにすることができる。

また、弾性ブレード７１は、図２に示すように、トレーリング方式で感光体１と当接することが良い。弾性ブレード７１をトレーリング方式で当接させると、カウンター方式よりも感光体１上の付着物質除去能力は若干低下する。しかしながら、弾性ブレード７１にはほとんどトナーの入力がないためブレードのめくれが起こりやすい状況にあり、これをトレーリング方式の当接により回避するものである。このとき、弾性ブレード７１の当接角は５度以上２５度以下が好ましい。ブレード７１の当接角が５度未満であると、ブレードが腹当たりになってしまい、クリープ現象により経時で研磨機能を発揮しなくなる。また、２５度を超えるとジョブ終了時における感光体１の逆転でブレードめくれが発生してしまう。

弾性ブレード７１の当接圧は、１０ｇｆ／ｃｍ以上８０ｇｆ／ｃｍ以下であることが好ましい。弾性ブレード７１の当接圧が１０ｇｆ／ｃｍ未満では当接圧が低いため、感光体１上の付着物質は弾性ブレード７１をすり抜けやすく、十分に除去することができない。また、８０ｇｆ／ｃｍを超えると感光体１の膜削れ量が増加し、感光体１の寿命を短くするため好ましくない。弾性ブレード７１の硬度と、上記の当接圧の関係で得られる弾性ブレード７１の感光体１への食い込み量は、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。上記の食い込み量となるように弾性ブレード７１を設置することで、感光体１の膜削れ量を過剰に増加させることなく、付着物質の除去を行う研磨用弾性ブレード７１としての役割を十分に発揮させることができる。

また、本発明のクリーニング装置７０は、弾性ブレード７１に感光体１に対して接離機構を有するものであっても良い。上記のような構成からなる弾性ブレード７１を常時感光体１に当接させていると、感光体１の表層材料が過剰に削れて異常画像を発生させる原因となったり、感光体１表面から除去した付着物質が弾性ブレード７１表面に溜まって、やがて感光体１回転方向下流側にある帯電ローラ２表面を汚し、地汚れの発生等につながることがある。そこで、弾性ブレード７１に接離機構を設け、一定のタイミングで感光体１に当接させて付着物質除去動作を行わせ、それ以外は、感光体１から離間させるものである。また、接離機構の動作タイミングは、画像形成装置本体電源投入時としてもよい。これにより、印刷動作前に確実に感光体１表面の付着物質を除去できるため、安定した画像を提供することができる。

以上に述べたクリーニング装置７０を画像形成装置に用いた例を図４に示す。
なお、本実施形態では、像担持体１として感光体ドラムを用いた例について説明したが、本発明は、他の形状の像担持体を用いるものにも適用することができる。例えば、二つのローラ間に張架され、無端移動する感光体ベルトを用いる装置にも適用することができる。さらに、中間転写体として、ベルト以外の形状の中間転写ドラム等の中間転写体を用いるものにも適用することができる。中間転写体の電気的特性（体積抵抗率、表面抵抗率など）、厚さ、構造（単層、二層、それ以上の複層）、材料、材質等は、作像条件などにより適切なものを種々選択して採用することができる。
ここでは、感光体ドラム１の帯電電位が負極性であり、二成分系現像剤を用いた反転現像方式を採用する現像器を備えている場合について説明したが、本発明は、感光体の帯電電位が負極性であるものに限定されることなく、また、一成分現像剤を用いたものや正規現像方式を採用したものにも同様に適用することができる。
また、本実施形態では静電クリーニング手段としてブラシ状の部材を例にして説明したが、これに限るものではなく、ゴムや樹脂、発泡体などの導電性弾性部材も使用することができる。また、クリーニング装置への入力トナー量が限りなく少ない場合等には、回収ローラおよび回収ローラブレードを設けない装置にして低コスト、小型化を図ることも可能である。

（弾性回転体を用いた場合）
次にフィルミング除去部材として弾性回転体を用いた場合について説明する。
図５はその一例を示す概略の構成図である。金属の軸基材７５の周りにゴム等の弾性体層７３を有し、その表面に研磨剤粒子含有層７４を有している。また、さらに弱い接触・当接圧を得るために金属の軸基材７５の周りに発泡体層７３を形成し、その表面に研磨剤粒子層７４を形成しても好適である。その場合、発泡体層の穴部分に対向する像担持体箇所は研磨できなくなるため、像担持体軸方向に回転体を揺動することが必須となる。揺動することにより研磨剤粒子層が像担持体と確実に接触することになる。発泡体等の場合弱い当接圧でも確実に接触することができるため接離機構が不要となるなどのメリットを有する。弾性回転体は像担持体当接時常に回転していてもよく、あるいは通常時には弾性回転体は停止し、像担持体１と研磨剤粒子含有層７４接触面で一定時間研磨動作を行なった後研磨面が劣化してしまった場合は一定時間動作後に弾性回転体を回転させ、新しい研磨剤粒子含有層７４と接触することにより経時にわたって研磨性能を維持することが可能である。

（固定ブラシ、ブラシローラを用いた場合）
フィルミング除去部材としては上述した弾性ブレードや弾性回転体のほかに固定ブラシやブラシローラを使用することができる。固定ブラシはブラシローラより簡単な構成でフィルミング物質を除去することができる。また可撓性があるのでブレードのように欠けたりすることがなく、確実に当接しながらフィルミング物質を除去することが可能である。また、ブラシローラは固定ブラシに比べて表面積が大きいので、長期にわたってフィルミング除去性能を保持することができる。

（使用するトナー）
ＳＦ１係数１００のトナーとＳＦ１係数１５０のトナーとＳＦ１係数１６０のトナーを用いて、中間転写体を備える画像形成装置で感光体上に作像し、中間転写体で転写した後の感光体上の残トナーの比較実験を行った。
但し、トナーの円形度は、円形度＝粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長／粒子投影像の周囲長とした。同じ作像条件（帯電、露光、現像）で感光体上にベタ画像を作像したあと、ベルト転写装置に電圧を印加することにより中間転写体にトナー像を転写した。現像トナーの単位面積あたりの付着量は同じになるように現像バイアスを調整した。
現像トナー付着量Ｍ１と中間転写体に転写された転写トナー付着量Ｍ２を吸引治具により測定し、転写残トナー付着量Ｍ３を算出してグラフにしたものが図６である。横軸は転写バイアスである。
図６からわかるように、感光体ドラム上に残った転写残トナー量（＝クリーニング入力量）はＳＦ１係数が１００のトナーがもっとも少なかった。次がＳＦ１係数１５０のトナー、もっとも転写残トナー量が多いのがＳＦ１係数１６０のトナーであった。
よって、クリーニング装置に入力されるトナー量はＳＦ１係数１００に近いほど少ないことがわかる。
一般にクリーニング装置に入力するトナー量は少ないほうが装置への負担が少なく、長寿命が図れるため、円形度が高いトナーを用いることにより、装置の長寿命化が図れることになる。

本実施形態で使用したトナーは、有機溶媒中にウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂を含む結着樹脂、着色剤を含有したトナー組成物を溶解或いは分散させ、水系媒体中で粒子化するとともに重付加反応させ、この分散液の溶媒を除去、洗浄、乾燥して得られたトナーである。
なお、平均円形度を大きくし、所謂球形トナーを得る製造として、先述の製造方法以外に公知の乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法等の重合法を用いても良いし、従来の粉砕法で得られたトナーを熱処理により球形化処理したものを用いてもよい。
ここで、形状係数SF1とは、球状物質の形状の丸さの割合を示す数値であり、球状物質を二次元平面状に投影してできる楕円状図形の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで割って、100π／４を乗じた値で表される。つまり、次の式によって定義されるものである。

SF1＝｛（MXLNG）²／AREA｝×（100π／４）

（プロセスカートリッジへの適用）
図７に本発明のクリーニング装置を含むプロセスカートリッジの概略構成を示す。
図７において、１０はプロセスカートリッジ全体を示し、１００は感光体、２００は帯電手段、４００は現像手段、３００は２つのブラシ部材１１及び１１１と弾性ブレード７１からなるクリーニング手段を示す。
本発明のクリーニング装置を有するプロセスカートリッジを備えた画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段により、その周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物（コピー）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリーニング手段によって転写残トナーとフィルミング物質の除去を受けて清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。

（アモルファスシリコン感光層からなる表層）
本発明に用いる画像形成装置の感光体として、アモルファスシリコン系の表面層を有する感光体を使用すると、感光体表面の経時的な磨耗をなくし、あるいは磨耗量を極く少なくすることができ、感光体の寿命を延ばすことができる。
使用するアモルファスシリコン感光体としては、以下のものが挙げられる。
導電性支持体を５０℃〜４００℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の成膜法によりａ−Ｓｉからなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体（以下、「ａ−Ｓｉ系感光体」と称する。）を用いることが出来る。なかでもプラズマＣＶＤ法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にａ−Ｓｉ堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられる。

（フィラーを含む最表層）
導電性基体上に直接または中間層を介して感光層を有する感光体において、この感光層が少なくとも電荷発生物質と電荷輸送物質とフィラー（粒子状物質）を含有し、あるいはまた電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層を積層した感光層がフィラーを含有し、かかる感光層の粒子状物質が導電性基体側より最も離れた表面側の含有率を多くすることにより、耐摩耗性の向上、電気特性の安定化が達成され、高感度、高耐久の感光体を得ることができる。

本発明の潜像担持体の基本的構成は導電性支持体、潜像担持層、粒子状物質を含有した表面層からなる。また、潜像担持層としては帯電可能な電気絶縁性であることが必要であるが、非光導電性の誘電層または光導電性を有した感光層が使用可能である。
粒子状物質含有表面層の作り方としては、粒子状物質はバインダー樹脂、低分子電荷輸送物質、及び高分子電荷輸送物質を粉砕、分散し、塗工される。粒子状物質含有表面層中の粒子状物質の含有量は５〜５０重量％で、好ましくは１０〜４０重量％であり、１０重量％以下であると耐摩耗性はあるものの十分でない、５０重量％以上であると感光層の透明性が損なわれる、平均粒径が０．０５〜１．０μｍ、好ましくは０．０５〜０．８μｍに粉砕、分散するのが好ましい。

本発明に用いられる粒子状物質としては表面層の構成樹脂より堅い粒子状物質であれば使用可能であり、無機物質、有機物質が使用可能である。
例えば、酸化チタン、シリカ、酸化錫、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、窒化ケイ素、酸化カルシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム等の金属酸化物が挙げられるが、特に良好なものとして酸化チタン、シリカ、酸化ジルコニウム等が挙げられる。これら粒子状物質は分散性向上などの理由から無機物、有機物で表面処理されてもよい。一般に撥水性処理としてシランカップリング剤で処理したもの、あるいはフッ素系シランカップリング剤処理したもの、高級脂肪酸処理したもの。無機物処理としてはフィラー表面をアルミナ、ジルコニア、酸化スズ、シリカ処理したものが使用可能である。

（架橋構造を有する保護層からなる表層）
また、最表層のバインダー構成として、架橋構造からなる保護層も有効に使用される。架橋構造の形成に関しては、１分子内に複数個の架橋性官能基を有する反応性モノマーを使用し、光や熱エネルギーを用いて架橋反応を起こさせ、３次元の網目構造を形成するものである。この網目構造がバインダー樹脂として機能し、高い耐摩耗性を発現するものである。
電気的な安定性、耐刷性、寿命の観点から、上記反応性モノマーとして、全部もしくは一部に電荷輸送能を有するモノマーを使用することは非常に有効な手段である。このようなモノマーを使用することにより、網目構造中に電荷輸送部位が形成され、保護層としての機能を十分に発現することが可能となる。

電荷輸送能を有する反応性モノマーとしては、同一分子中に電荷輸送性成分と加水分解性の置換基を有する珪素原子とを少なくとも１つずつ以上含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とヒドロキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とカルボキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とエポキシ基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とイソシアネート基とを含有する化合物等が挙げられる。これら反応性基を有する電荷輸送性材料は、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。
さらに好ましくは、電荷輸送能を有するモノマーとして、電気的・化学的安定性が高いこと、キャリアの移動度が速いこと等から、トリアリールアミン構造を有する反応性モノマーが有効に使用される。

これ以外に塗工時の粘度調整、架橋型電荷輸送層の応力緩和、低表面エネルギー化や摩擦係数低減などの機能付与の目的で１官能及び２官能の重合性モノマー及び重合性オリゴマーを併用することができる。これらの重合性モノマー、オリゴマーとしては、公知のものが利用できる。
また本発明においては、熱または光を用いて正孔輸送性化合物の重合または架橋を行うが、熱により重合反応を行う際には、熱エネルギーのみで重合反応が進行する場合と重合開始剤が必要となる場合があるが、より低い温度で効率よく反応を進行させるためには、開始剤を添加することが好ましい。

光により重合させる場合は、光として紫外線を用いることが好ましいが、光エネルギーのみで反応が進行することはごく稀であり、一般には光重合開始剤が併用される。この場合の重合開始剤とは、主には波長４００ｎｍ以下の紫外線を吸収してラジカルやイオン等の活性種を生成し、重合を開始させるものである。なお、本発明においては、上述した熱及び光重合開始剤を併用することも可能である。
このように形成した網目構造を有する電荷輸送層は、耐摩耗性が高い反面、架橋反応時に体積収縮が大きく、あまり厚膜化するとクラックなどを生じる場合がある。このような場合には、保護層を積層構造として、下層（感光層側）には低分子分散ポリマーの保護層を使用し、上層（表面側）に架橋構造を有する保護層を形成しても良い。

本発明のクリーニング装置の一例を示す概略の構成図である。 本発明のクリーニング装置を備えた画像形成装置の一例を示す概略の構成図である。 弾性材料の動摩擦係数の測定方法を示す図である。 弾性ブレードのエッジの構造及び形状並びに感光体との当接状態を示す図である。 本発明のクリーニング装置の他の例を示す概略の構成図である。 ＳＦ１係数と転写残トナー量との関係を示すグラフである。 本発明によるクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジの一例を示す概略の構成図である。

符号の説明

１ 像担持体または感光体
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 現像ローラ
６ 転写装置
８ 定着装置
９ 除電ランプ
１０ プロセスカートリッジ
１１、１１１ ブラシ部材
１７、１１７ 回収ローラ
１８、１１８ スクレーパ部材
７０ クリーニング装置
７１ 弾性ブレード
７２ 研磨剤粒子含有層

Claims (25)

1. 像担持体に摺擦させる第１の導電性摺擦体と、前記第１の導電性摺擦体の像担持体回転方向の下流側にあって前記像担持体に摺擦させる第２の導電性摺擦体とを有し、前記像担持体上に形成されたトナー像が転写工程を通過した後に前記像担持体上に残留するトナーを前記第１及び第２の導電性摺擦体が正または負の異なる電圧に印加されることにより除去されるようにしたクリーニング装置であって、前記第２の導電性摺擦体の下流側に像担持体表面に生成したフィルミング物質を除去するための弾性材料からなるフィルミング除去部材を配置したことを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記フィルミング除去部材が、弾性ブレードであ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。
3. 前記フィルミング除去部材が、弾性回転体であ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。
4. 前記フィルミング除去部材が、固定ブラシであ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。
5. 前記フィルミング除去部材が、ブラシローラであ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。
6. 前記フィルミング除去部材が、少なくとも像担持体に当接する部分に無機粒子を内包し、前記無機粒子の一部分が前記除去部材の表面から露出していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のクリーニング装置。
7. 前記フィルミング除去部材が、少なくとも像担持体に当接する部分に、無機粒子と滑剤となりうる有機化合物粒子を内包し、前記無機粒子あるいは前記有機化合物粒子の一部分が前記除去部材の表面に露出していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のクリーニング装置。
8. 前記無機粒子が、酸化セリウム、酸化チタン、シリカ、及びゼオライトの群から選択される少なくとも１種類であることを特徴とすることを特徴とする請求項６または７に記載のクリーニング装置。
9. 前記有機化合物粒子が、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項７に記載のクリーニング装置。
10. 前記弾性回転体が像担持体軸方向に揺動可能であることを特徴とする請求項３に記載のクリーニング装置。
11. 前記第１および第２の導電性摺擦体に付着したトナーを清掃する清掃手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のクリーニング装置。
12. 像担持体と、前記像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを少なくとも含んで一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在に設けられるプロセスカートリッジであって、前記クリーニング手段が請求項１ないし１１のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
13. 前記現像手段で使用されるトナーは、粒子の形状係数ＳＦ１が１００〜１５０であることを特徴とする請求項１２に記載のプロセスカートリッジ。
14. 前記像担持体がアモルファスシリコンの感光層からなる表層を備えていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のプロセスカートリッジ。
15. 前記像担持体が電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む感光層または電荷発生物質を含む電荷発生層と電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層された感光層を有するとともにフィラーを含有する最表層（保護層）を備えていることを特徴とする請求項１２または１３に記載のプロセスカートリッジ。
16. 前記保護層のバインダー樹脂が、架橋構造を有することを特徴とする請求項１５に記載のプロセスカートリッジ。
17. 前記架橋構造を有するバインダー樹脂の構造中に、電荷輸送部位を有することを特徴とする請求項１６に記載のプロセスカートリッジ。
18. 像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電された像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を形成する露光手段と、像担持体上の静電潜像にトナーを付着させて顕像化する現像手段と、現像されたトナー像を転写材に転写する転写手段と、像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段とを備えた画像形成装置であって、前記クリーニング手段が請求項１ないし１１のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
19. 一つの像担持体と複数の現像手段とを備えた画像形成部からなる多色画像形成装置であって、前記像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段が請求項１ないし１１のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
20. 複数の像担持体と複数の現像手段を備えた複数の画像形成部からなるタンデム型の多色画形成装置であって、前記像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段が請求項１ないし１１のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
21. 前記現像手段で使用されるトナーが、粒子の形状係数ＳＦ１が１００〜１５０であることを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれかに記載の画像形成装置。
22. 前記像担持体がアモルファスシリコンの感光層からなる表層を備えていることを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれかに記載の画像形成装置。
23. 前記像担持体が電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む感光層または電荷発生物質を含む電荷発生層と電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層された感光層を有するとともにフィラーを含有する最表層（保護層）を備えていることを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれかに記載の画像形成装置。
24. 前記保護層のバインダー樹脂が、架橋構造を有することを特徴とする請求項２３に記載の画像形成装置。
25. 前記架橋構造を有するバインダー樹脂の構造中に、電荷輸送部位を有することを特徴とする請求項２４に記載の画像形成装置。

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