JP2008020783A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニングブレードの寿命が延び、長期にわたって安定したクリーニング性能を維持することができる画像形成装置。
【解決手段】被清掃体の表面に当接して該被清掃体の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレードと、前記クリーニングブレードが前記被清掃体に当接する当接条件を変化させる当接条件変化手段と、潤滑剤に塗布ブラシを接触させることにより前記潤滑剤を前記塗布ブラシに付着させ、前記塗布ブラシを前記被清掃体の表面に接触させることにより前記被清掃体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、前記潤滑剤の消費量若しくは残量を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて、前記当接条件を変化させるべく前記当接条件変化手段を制御する制御手段と、を備えたこと。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真複写機、プリンタ及びファクシミリ、並びにこれらの諸機能を備えた複合機等の画像形成装置に関し、詳しくは像担持体等に残留したトナーを除去するクリーニング装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体ドラムに形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化された画像を記録材上に転写し、この画像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色の画像を無端状の中間転写ベルトに一次転写した後、記録材上に二次転写して、記録材上に転写された画像を定着して排紙している。

以上の如き画像形成装置においては、転写後に感光体ドラムや中間転写ベルトの像担持体に付着して残留したトナーを除去するクリーニング装置が設けられている。

代表的なクリーニング方式として、クリーニングブレードを用いる方式がある。これは回転する像担持体の外周面にウレタンゴム等から板状に形成されたクリーニングブレードのエッジ部を当接させて、トナーを掻き落として除去する方式である。そして、掻き落としたトナーをクリーニング装置内にある搬送スクリューによりクリーニング装置外に搬送し、更に搬送スクリューを内蔵した管状の搬送手段によって所定の搬送先まで搬送する。なお、トナーを廃棄する場合は回収容器に搬送し、トナーを再利用する場合は現像装置に搬送する。

ここで、クリーニング装置の長期の使用過程に関し、初期においてはクリーニングブレードのエッジが線接触の状態で像担持体に当接し、クリーニングブレードがめくれるという現象が発生し易い。そこで、クリーニングブレードの当接力を弱めに設定することが行われる。

一方、クリーニング装置の長期の使用に伴ってクリーニングブレードが老朽化してくると、エッジが摩耗して面接触の状態で像担持体に当接し、しかも像担持体に疵が付いたりトナーが強固に付着したりするので、クリーニングが不充分になる。この反面、クリーニングブレードはめくれ難くなる。

このために、像担持体とクリーニングブレードとの摩擦力の変動を検知し、その検知結果に基づいてクリーニングブレードの像担持体への当接角を変更する技術が開示されている（特許文献１参照）。

また、像担持体の摩擦係数を低下させる物質を像担持体上に供給するという技術が開示されている。例えば、ステアリン酸亜鉛等からなる潤滑剤を塗布ブラシにより像担持体上に塗布する技術である（特許文献２参照）。潤滑剤を像担持体上に塗布すれば、クリーニングブレードとの摩擦係数が低下してクリーニングブレードのめくれを防止でき、トナーを確実に除去することが出来る。
特開２００３−２１９９５号公報 特開平８−１３７３５４号公報

特許文献１に関して、クリーニングブレードのめくれは装置の起動時に発生し易いために、起動後に摩擦力を検知して当接角を変更したのでは、起動時のめくれを防止することは困難である。また、通常の画像形成時に像担持体上のトナーの量の大小によっても摩擦力が変化するが、その度にクリーニングブレードの当接角を変更していては、クリーニング性能が不安定になる虞がある。

特許文献２に関して、ステアリン酸亜鉛等からなる潤滑剤は像担持体上に適量に保持されることが望ましい。しかし、潤滑剤を像担持体上に適量に保持させることは困難であり、塗布ブラシによる塗布によって像担持体上に保持される潤滑剤の量が徐々に増加し、この結果、画像がぼけるという問題が発生する。このために、始めから少量の潤滑剤を塗布すると、像担持体上に保持される潤滑剤の量が特に初期に不足し、像担持体上に残留したトナーを充分にクリーニングすることができないばかりか、クリーニングブレードがめくれ易いという問題が生ずる。

この点に関し、特許文献２においては考慮されていない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、クリーニング装置の長期の使用に伴って像担持体上に保持される潤滑剤の量が徐々に増加するが、同時にクリーニングブレードの当接角や当接力等の当接条件を制御して、これらも徐々に増大させることによって、像担持体上に潤滑剤を適量に保持させ、クリーニングブレードのめくれや画像のぼけ等を防止すると共に、長期にわたって安定したクリーニング性能を維持することができる画像形成装置を提案することを目的とする。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。

本発明の画像形成装置は、
被清掃体の表面に当接して該被清掃体の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレードと、
前記クリーニングブレードが前記被清掃体に当接する当接条件を変化させる当接条件変化手段と、
潤滑剤に塗布ブラシを接触させることにより前記潤滑剤を前記塗布ブラシに付着させ、前記塗布ブラシを前記被清掃体の表面に接触させることにより前記被清掃体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、
前記潤滑剤の消費量若しくは残量を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果に基づいて、前記当接条件を変化させるべく前記当接条件変化手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、クリーニングブレードのめくれや画像のぼけ等を防止すると共に、長期にわたって安定したクリーニング性能を維持することができる。

先ず、本発明を用いる画像形成装置の一例を図１に示す。図１は、画像形成装置の全体構成図である。

図１に示す画像形成装置１は、両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦと画像形成装置本体Ａとから構成されている。

両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦは画像形成装置本体Ａの上部にあり、開閉可能となっている。原稿給紙台ａの原稿は、給紙ローラｂ、分離ローラｃ、レジストローラｄ、さらに搬送ドラムｅによって搬送される。

画像形成装置本体Ａは、画像読取部１０５、ＣＰＵ（制御手段）１０１、画像書込部３、画像形成部４、記録材収納部５、搬送部５５、定着手段７、排紙部８、再搬送部９等から構成されている。

画像読取部１０５の光学系は、光源と第１ミラーを備える露光ユニット１４、第２ミラーと第３ミラーを備えるＶミラーユニット１５、レンズ１６、ＣＣＤイメージセンサ１７により構成されている。両面原稿自動送り装置ＲＡＤＦによって搬送された原稿に対する読取動作は、露光ユニット１４がスリット露光用ガラス１３の下方に位置した状態で行われる。原稿台ガラス１１上に置かれた原稿に対する読取動作は、露光ユニット１４及びＶミラーユニット１５が移動することによって行われる。

画像読取部１０５によって読み取られた原稿の画像は、画像処理部によって画像処理され、画像データとして信号化された上で記憶される。

次に、記録材Ｐに画像を形成するプロセスを説明する。

感光体ドラム（被清掃体、像担持体）２１が不図示のメインモータにより駆動され、感光体ドラム２１の表面が不図示の電源により電圧供給され、帯電器２２の放電により負極性に帯電される。次に、画像書込部３により画像情報に応じた光書込がなされ、感光体ドラム２１上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像が現像手段２３を通過すると、現像手段２３内で負極性に帯電されたトナーが負極性現像バイアスの印加により潜像画像の部分に付着し、感光体ドラム２１上にトナー像が形成される。形成されたトナー像は転写器２４Ａによって感光体ドラム２１から記録材Ｐへ転写され、記録材Ｐは分離器２４Ｂによって分離される。転写後に残留した感光体ドラム２１上のトナーはクリーニング手段６により清掃される。分離された記録材Ｐは、搬送部５５により搬送されて、加熱ローラと加圧ローラのローラ対からなる定着手段７へ送られる。その結果、トナー像が記録材Ｐへ定着され、画像形成された記録材Ｐが排紙部８により装置外の排紙トレイ８１に排出される。

なお、両面プリントの場合は、第１面に画像形成された記録材Ｐは、搬送路切替板８２により再搬送部９に送り込まれて反転され、再び画像形成部４において第２面に画像形成された後に、排紙部８により装置外の排紙トレイ８１に排出される。

反転排紙の場合は、搬送路切り替え板８２により通常の排紙通路から分岐した記録材Ｐは、反転排紙部８３においてスイッチバックして表裏反転された後、排紙部８により装置外の排紙トレイ８１に排出される。

次に、クリーニング手段６の構成を図２及び図３に基づいて説明する。図２はクリーニング手段６の断面図であり、図３はクリーニングブレード６１の当接条件を変化させる当接条件変化手段の図である。

先ず、図２に基づいてクリーニング手段６の構成を説明する。

ケーシング６０は後述するクリーニング手段６の各部材を保持している。

クリーニングブレード６１は、ウレタンゴム等から板状に形成され、感光体ドラム２１（被清掃体）の回転方向と逆方向（カウンター方向）に向いた状態で、エッジ６１Ａが感光体ドラム２１に当接している。

塗布ブラシ６２（潤滑剤塗布手段）は、ナイロンやポリエステル等により形成されたブラシ毛６２Ａ（毛の長さは４〜５ｍｍ）を基布に植毛し、基布を金属製のローラ６２Ｂに巻き付けた構成になっている。そして、ブラシ毛６２Ａの先端部は１ｍｍ程度の長さで、クリーニングブレード６１より上流側で感光体ドラム２１に圧着している。

潤滑剤６３は、ステアリン酸亜鉛等からなる固形物であり、質量の大きい保持部材６４に保持されている。そして、塗布ブラシ６２のブラシ毛６２Ａの先端部が１ｍｍ程度の長さで潤滑剤６３に圧着している。

検知センサ６５（検知手段）は保持部材６４に接触して、潤滑剤６３の消費量若しくは残量を検知する。

スクリュウ６６は、ケーシング６０の底部に配置され、回転することにより落下したトナーをクリーニング装置６の外部に搬送する。

シール板６７はケーシング６０に固定され、感光体ドラム２１に当接して、内部のトナーが漏出することを防止している。

以上の如き構成のクリーニング手段６において、時計方向に回転する感光体ドラム２１に残留したトナーはクリーニングブレード６１のエッジ６１Ａによって掻き落とされて除去される。除去されたトナーは落下して塗布ブラシ６２に付着するが、フリッカー６０Ａによって掻き落とされ、ケーシング６０の下部に落下する。落下したトナーはスクリュウ６６によって紙面垂直方向に搬送されて、不図示の回収容器に回収されて廃棄されたり、現像手段２３に搬送されて再利用されたりする。

また、塗布ブラシ６２は感光体ドラム２１よりやや速い速度で反時計方向に回転し、潤滑剤６３を削り取ってブラシ毛６２Ａに付着させ、ブラシ毛６２Ａを感光体ドラム２１の表面に接触させることにより感光体ドラム２１に潤滑剤６３を塗布する。

クリーニング手段６の使用に伴って、潤滑剤６３は削り取れて次第に減少してゆくが、潤滑剤６３は質量の大きい保持部材６４に保持されているので、潤滑剤６３及び保持部材６４は重力によって徐々に下方に移動する。この移動位置を検知センサ６５が検知し、後述する制御手段に出力する。制御手段は、予め記憶している基準変位と検知時の変位によって検出された潤滑剤６３の消費量に応じて、クリーニングブレード６１の当接角や当接力である当接条件を変化させる。

次に、図３に基づいてクリーニングブレードの当接条件を変化させる当接条件変化手段の構成の一例を説明する。

前述のクリーニングブレード６１はＬ字形のブレード保持部材６１１に固定され、更に、ブレード保持部材６１１はレバー６１３の一端に設けた軸６１３Ａに回動自在に巻回された加圧部材６１２に固定されている。

レバー６１３は支軸６１４を中心に回動自在であって、その左側部がカム６１５に当接している。カム６１５は回転中心を同一にしたウオーム歯車６１６と一体的に回転し、ウオーム歯車６１６はウオーム６１７と歯合している。また、ウオーム６１７はステップモータである第１モータ１０８によって回転する。

また、加圧部材６１２の端部には引っ張りバネ６２１の一端が係合し、引っ張りバネ６２１の他端は大きな質量のウエイト６２２の上部に係合している。ウエイト６２２は案内部材６２３によって案内されて上下に移動し、ウエイト６２２は重力によって下部がカム６２４と当接している。カム６２４は不図示のモータによって回転する。

以上の構成において、潤滑剤６３の消費量に応じて第１モータ１０８を回転させ、この回転伴ってウオーム６１７が回転し、ウオーム６１７の回転によりウオーム歯車６１６が回転してカム６１５が図の実線の状態にあるときは、カム６１５に実線で示す如くレバー６１３の左側部が当接する。従って、加圧部材６１２及びブレード保持部材６１１を介してクリーニングブレード６１は実線で示す如く感光体ドラム２１に対する当接角が最も大きい状態になっている。

なお、当接角とは、クリーニングブレード６１のエッジが感光体ドラム２１に当接したときの接線と、剛体と見なしたクリーニングブレード６１とが成す角度である。

以上の状態のときには、不図示のステップモータである第２モータによってカム６２４が回転し、カム６２４の姿勢によってウエイト６２２は最も下方に位置している。従って、引っ張りバネ６２１は最も伸びていて、加圧部材６１２を最大の付勢力で反時計方向に付勢している。従って、クリーニングブレード６１の感光体ドラム２１に対する当接力は最大になっている。

一方、潤滑剤６３の消費量に応じて第１モータ１０８を回転させ、カム６１５が図の二点鎖線の状態にあるときは、レバー６１３も二点鎖線の位置にあり、クリーニングブレード６１も二点鎖線の位置にある。従って、クリーニングブレード６１は感光体ドラム２１に対する当接角が最も小さい状態になっている。

この状態のときには、不図示の第２モータによって回転したカム６２４の姿勢によってウエイト６２２は最も上方に位置している。従って、引っ張りバネ６２１は最も縮んでいて、加圧部材６１２を最小の付勢力で反時計方向に付勢しているので、クリーニングブレード６１の感光体ドラム２１に対する当接力は最小になっている。

図４は、本発明に係わる制御系のブロック図である。

ＣＰＵ（制御手段）１０１は画像形成装置１の動作を制御し、ＲＯＭ１０２に格納されたプログラムにより動作する。ＲＯＭ１０２は記憶手段としても機能するもので、プログラムのほかに操作部の表示用言語データ（文字フォント、テキスト、アイコン用ビットマップデータ）等が格納されている。ＲＡＭ１０３はプログラム実行用のワークメモリとなる。不揮発性ＲＡＭ１０４は画像形成装置１の電源が遮断されても保持する必要のある設定内容や機械状態を記憶している。

画像形成装置１にはホストコンピュータ２が接続されている。ホストコンピュータ２から送信されたり、画像読取部１０５によって読み取られたりした画像データは、画像処理部１０６によって画像処理され、画像形成部４によって記録材上に画像が形成される。ＣＰＵ１０１には塗布ブラシ６２を回転させるブラシ用モータ１０７と検知センサ６５とが接続されている。また、ＣＰＵ１０１は検知センサ６５による検知結果により、第１モータ１０８を回転させてクリーニングブレード６１の当接角を変化させ、第２モータ１０９を回転させてクリーニングブレード６１の当接力を変化させる。

なお、不揮発性ＲＡＭ１０４には、検知センサ１０７による検知結果に対応する第１モータ１０８の回転量、及び第２モータ１０９の回転量をテーブルとして記憶している。

ここで、感光体ドラム２１上の潤滑剤６３の保持量が徐々に増加するので、画像がぼけるという問題が生ずる場合がある。また、クリーニングブレード６１は経時的に徐々にエッジが摩耗し、クリーニング性能が低下する。

そこで、クリーニングブレード６１の当接角や当接力を徐々に増加させれば、クリーニングブレード６１はめくれ難く、また、画像がぼけるということも生ぜず、長期にわたって安定したクリーニング性能を維持することができる。

以下に、潤滑剤６３の消費量に応じて、クリーニングブレード６１の当接角（°）、及びクリーニングブレード６１の当接力（Ｎ／ｍ）を徐々に増加させて行った実験結果を表１に示す。

なお、感光体ドラム２１に対する塗布ブラシ６２の回転速度を１４０％とし、潤滑剤６３の塗布量を５ｇ／１０万回転とした。

また、当接力はクリーニングブレード６１の１ｍ幅における力である。

表１に示す如く、潤滑剤６３の消費量の増大に応じて、クリーニングブレード６１の当接力を徐々に増加させ、潤滑剤６３の消費量が５０％に減少した時点でクリーニングブレード６１の当接角を増加させた。

ここで、クリーニングブレード６１は、適度な弾性が必要で、ＪＩＳ−Ｋ６３０１に規定されている反発弾性が２５℃環境下で４０〜７５％の範囲に入るように、例えば、イソシアネート、ポリオール及び各種水素含有化合物の付加反応を経て合成されるポリウレタン樹脂を素材とするウレタンゴムからなる弾性体として形成され、感光体ドラム２１の回転中心方向への当接加重が単位長さ辺り１４〜２８Ｎ／ｍに設定されてクリーニング手段に取り付けられている。因みに、クリーニングブレード６１の当接加重が１４Ｎ／ｍより小さいとすり抜けが発生し、クリーニング不良となる。また、２８Ｎ／ｍより大きくなると、感光体ドラム２１の感光層との摩擦により、ブレードめくりが発生してしまう。

塗布ブラシ６２は、導電性のアクリル、ポリエステル若しくはナイロン等の樹脂で植毛された円柱状のブラシとして形成され、植毛の密度（硬さ）としては、繊維直径が５〜３０デニール、単位面積当たりの本数が４，６５０〜１８，６００本／ｃｍ²が好ましい。なお、デニールとは、合成繊維や化学繊維の太さを示す単位で、９，０００ｍ当たりの質量が１ｇのものを１デニールという。また、感光体ドラム２１に対する食い込み量は、０．４〜１．５ｍｍが好ましく、０．４ｍｍより小さいと擦過力が弱くなり過ぎて、紙粉やトナーの除去能力が不足し、スポットソイレイジ（記録材の一部に紙粉とトナーが混じったものが点状にこぼれ落ちる現象）、クリーニング不良、フィルミングによる画像ボケが発生し易くなり、１．５ｍｍより大きいと擦過力が強くなり過ぎて、感光体ドラム２１が過剰に研磨されて、かぶりが発生し易くなる。

潤滑剤６３は、感光体ドラム２１の離型性を向上させ、トナー等の付着力を弱める働きがある。材質としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等が用いられる。

また、潤滑剤６３の消費量が９５％になったときは、塗布ブラシ６２の回転を中止して、それ以上削り取らないようにする。潤滑剤６３は固形であって、金属製の保持部材６４に接着されているので、削れて小さくなって、潤滑剤６３同士の保持力が作用しなくなってくると、欠けたり剥がれたりし易く、塊のままで塗布ブラシ６２に巻き込まれると、感光体ドラム２１に疵を付ける虞がある。このために、潤滑剤６３は５％程度が残った状態で交換することが望ましい。

クリーニング手段を含む感光体ユニットの交換時期は潤滑剤６３が５％に減少する前に行われる設定とすることが望ましいが、感光体ユニットの交換時期が訪れる前に潤滑剤６３が５％に減少した場合は、例えば操作部上に感光体ユニットの交換時期を示す表示をさせることによって、ユーザーに感光体ユニットの交換を促すようにする。これによって、潤滑剤６３の塊が剥離して感光体ドラム２１に疵を付けることを防止できる。

次に、クリーニングブレード６１の当接角及び当接力を変化させなかった場合の実験結果を表２に示し、クリーニングブレード６１の当接角及び当接力を徐々に増加させた場合の実験結果を表３に示す。

表２の実験においては、塗布ブラシ６２の回転速度が感光体ドラム２１に対して１２０％増の一定であり、クリーニングブレード６１の当接角は２０°、当接力は２２Ｎ／ｍで一定とした。この場合、感光体ドラム２１の回転数が３０万回転より画像ボケが発生し易くなり、４０万回転を過ぎるとクリーニング不良が発生して、寿命になった。

一方、表３の実験結果では、感光体ドラム２１の回転数が６０万回転になるまで、クリーニング不良も画像ボケも発生せず、表２の状態より遙かに寿命が長くなった。

なお、クリーニングブレード６１の当接条件として、当接角若しくは当接圧の何れか一方であってもよい。

また、当接条件として、クリーニングブレード６１の当接位置、自由長、若しくは支点角等を可変とした構成であってもよい。

その他に、クリーニングすべき被清掃体として以上の説明においては感光体ドラム２１としたが、被清掃体は中間転写ベルトや転写ローラであってもよい。

また、潤滑剤６３の消費量の測定に関して、潤滑剤６３の変位量を測定する方法であったが、圧力センサ、質量センサ、光学センサ等を用いてもよく、潤滑剤６３の消費量を検知できるものであれば、どのような方法であってもよい。

また、以上の形態では潤滑剤６３は重力によって塗布ブラシ６２に当接しているが、潤滑剤６３が塗布ブラシ６２に対して側方や下方に配置されている場合には、バネ等によって潤滑剤６３を塗布ブラシ６２に当接させる構成にしてもよい。

更に、潤滑剤６３の消費量を検知するのではなく、潤滑剤６３の残量を検知するようにしてもよい。

また、塗布ブラシ６２の回転速度や回転方向については特に規定するものではない。

画像形成装置の全体構成図である。 クリーニング手段の断面図である。 クリーニングブレードの当接条件を変化させる当接条件変化手段の図である。 本発明に係わる制御系のブロック図である。

符号の説明

２１ 感光体ドラム
６ クリーニング手段
６１ クリーニングブレード
６２ 塗布ブラシ
６３ 潤滑剤
６４ 保持部材
６５ 検知センサ
１０１ ＣＰＵ
１０７ ブラシ用モータ
１０８ 第１モータ
１０９ 第２モータ

Claims (5)

1. 被清掃体の表面に当接して該被清掃体の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレードと、
   前記クリーニングブレードが前記被清掃体に当接する当接条件を変化させる当接条件変化手段と、
   潤滑剤に塗布ブラシを接触させることにより前記潤滑剤を前記塗布ブラシに付着させ、前記塗布ブラシを前記被清掃体の表面に接触させることにより前記被清掃体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、
   前記潤滑剤の消費量若しくは残量を検知する検知手段と、
   前記検知手段の検知結果に基づいて、前記当接条件を変化させるべく前記当接条件変化手段を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記当接条件は前記クリーニングブレードが前記被清掃体に当接する当接角であり、前記制御手段は前記検知手段が検知した前記潤滑剤の消費量の増大若しくは残量の減少に応じて前記当接角を増大させるべく制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記当接条件は前記クリーニングブレードが前記被清掃体に当接する当接力であり、前記制御手段は前記検知手段が検知した前記潤滑剤の消費量の増大若しくは残量の減少に応じて前記当接力を増大させるべく制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記潤滑剤は固形潤滑剤であって一端が前記塗布ブラシと接触し、前記固形潤滑剤の一端が摩耗することに応じて前記固形潤滑剤は前記塗布ブラシの方向に移動するように構成され、
   前記検知手段は前記固形潤滑剤の移動量を検知することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記被清掃体は、トナーにより形成された画像を担持する像担持体であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の画像形成装置。

Images