JP2008276141A - クリーニング装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】極性制御部材の汚れを抑制し、かつ、極性制御部材の寿命を延ばすことのできるクリーニング装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】極性制御部材たる導電性ブレード２６の近傍に、吸引ダクト５１の吸引口を配置する。そして、吸引ポンプ、吸引ファン、ブロワーモータなどの吸引装置を駆動して、吸引ダクト５１の吸引口から空気とともに、導電性ブレード２６に吸着したトナーを吸い込む。これにより、導電性ブレード２６の表面を清浄な状態に維持することができ、安定的なクリーニング性が得られる。
【選択図】図５

Description

本発明は、クリーニング装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジに関するものである。

被清掃体たる像担持体に当接する導電性のクリーニングブラシ等の静電クリーニング部材にトナーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加して、静電的にトナーを像担持体上から除去するクリーニング装置が知られている。

一般的に画像形成装置では、転写工程で現像後のトナー極性と逆極性の電圧を印加して像担持体上のトナーを転写する。このため、転写工程で現像時のトナー帯電極性と逆極性の電荷が像担持体上のトナーに注入される。その結果、帯電電位の絶対値が小さいトナーは、上述の電荷注入によって、現像後の帯電極性と逆の極性に帯電してしまう。従って、転写後に像担持体上に残ったトナーは現像後の帯電極性と同極性のトナー、逆極性のトナーの混合物となる。すなわち、像担持体上には、静電クリーニング部材に印加する電圧と逆極性に帯電したトナーの他に、静電クリーニング部材に印加する電圧と同極性に帯電したトナーも存在する。そして、この像担持体上の静電クリーニング部材に印加する電圧と同極性に帯電したトナーは、静電気力で静電クリーニング部材に付着せずに、静電クリーニング部材を通過して、クリーニング不良が生じる問題があった。

特許文献１には、静電クリーニング部材よりも像担持体表面移動方向上流側に、静電クリーニング部材に印加する電圧と逆極性の電圧が印加される極性制御部材たるブラシ部材を設けたクリーニング装置が記載されている。このような構成とすることで、像担持体表面のトナーに静電クリーニング部材に印加する電圧の極性と逆の極性の電荷がブラシ部材から注入される。これにより、像担持体表面の静電クリーニング部材に印加する電圧の極性と同極性のトナーの極性を反転させて、像担持体表面のトナーを静電クリーニング部材に印加する電圧の極性と逆の極性に揃えることができる。このように、極性制御部材たるブラシ部材で像担持体上のトナーの帯電極性を静電クリーニング部材に印加する電圧の極性と逆の極性に揃えることで、ブラシ部材よりも像担持体表面移動方向下流側の静電クリーニング部材で静電的にトナーを像担持体上から除去することができる。

特開平８−２４８８４９号公報

像担持体表面の静電クリーニング部材に印加する電圧の極性と同極性のトナーの一部は極性制御部材に静電的に吸着する。その結果、極性制御部材が汚れてしまい、像担持体表面のトナーへの電荷注入量が低下し、像担持体表面のトナーを静電クリーニング部材に印加する電圧と逆極性に極性制御することができなくなるおそれがある。
特許文献１では、極性制御部材に付着したトナーをブレード状の掻き落とし部材で機械的に掻き落とすことで、極性制御部材の汚れを防止している。

しかし、極性制御部材に静電的に付着したトナーを機械的に掻き落とすためには、強い接触圧で掻き落とし部材を極性制御部材に当接させる必要があり、極性制御部材が早期に磨耗してしまい、極性制御部材の寿命が短くなるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、極性制御部材の汚れを抑制し、かつ、極性制御部材の寿命を延ばすことのできるクリーニング装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面移動する被清掃体上のトナーの帯電極性を制御する極性制御部材と、該極性制御部材より前記被清掃体表面移動方向下流側に配置され前記トナーを静電的に除去する静電クリーニング部材とを備えたクリーニング装置において、前記極性制御部材に付着したトナーを吸引して除去するトナー吸引除去手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１のクリーニング装置において、前記極性制御部材は、吸引孔を備えた基材にブラシ繊維が植毛されたブラシ部材であり、前記トナー吸引除去手段は、前記吸引孔からトナーを吸引して前記ブラシ部材に付着したトナーを除去することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１のクリーニング装置において、前記極性制御部材は、回転するブラシローラであり、前記トナー吸引除去手段は、前記ブラシローラを覆う開口部を有する吸引ダクトを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかひとつのクリーニング装置において、前記静電クリーニング部材として、ローラ材を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項２のクリーニング装置において、前記ブラシ繊維を前記基材に静電的に植毛したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体を帯電せしめる帯電手段と、該潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー像化する現像手段と、該潜像担持体上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する転写手段と、転写後の該潜像担持体を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する潜像担持体クリーニング手段とを有する画像形成装置において、該潜像担持体クリーニング手段として、請求項１乃至５いずれかひとつのクリーニング装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の画像形成装置において、前記潜像担持体として、架橋型の高分子材料を含有する表面保護層を有するものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項６または７の画像形成装置において、上記現像手段で用いられるトナーの形状係数ＳＦ１が１００〜１５０であることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項６乃至８いずれかひとつの画像形成装置において、上記像担持体と、少なくとも上記クリーニング装置とを一体的に構成し、装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、像担持体と少なくともクリーニング手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、該クリーニング手段として、請求項１乃至５いずれかひとつのクリーニング装置を用いたことを特徴とするものである。

請求項１乃至１０の発明によれば、トナー吸引除去手段で、極性制御部材に付着したトナーを吸引して除去することで、掻き落とし部材で極性制御部材に付着したトナーを機械的に掻き落とすもの比べて、極性制御部材との接触圧が小さくても、極性制御部材に付着したトナーを除去することができる。これにより、極性制御部材に付着したトナーを掻き落とし部材で掻き落として除去するものに比べて、極性制御部材の磨耗を抑えることができ寿命を延ばすことができる。
また、トナー吸引除去手段で、極性制御部材に付着したトナーを除去することで、極性制御部材の汚れを抑制することができる。これにより、被清掃体上のトナーに良好に電荷を注入することができ、被清掃体上のトナーの帯電極性を良好に制御することができる。その結果、静電クリーニング部材に入力される被清掃体上のトナーの帯電極性を揃えることができ、静電クリーニング部材で被清掃体上のトナーを良好に静電的に除去することができる。

以下、本発明を画像形成装置であるプリンタに適用した一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るプリンタの全体構成図である。
像担持体である感光体１の周囲には、帯電ローラ等で感光体１の表面を帯電する帯電装置２、レーザー光線Ｌで感光体１の一様帯電処理面に潜像を形成する図示しない露光装置、感光体１上において潜像に対し帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成させる現像手段としての現像装置６、転写ローラ１２ａで感光体１上に形成されたトナー像を転写紙Ｐに転写する転写装置５、転写後に感光体１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置７、感光体１上の残留電位を除去する除電装置８、が順に配列されている。

上記構成のプリンタにおいて、帯電装置２の帯電ローラ２ａによって表面を一様に帯電された感光体１は、図示しない露光装置によって静電潜像が形成され、現像装置６によってトナー像を形成される。当該トナー像は転写装置５によって感光体１表面から、給紙カセット３から搬送された転写紙Ｐへ転写される。

上記転写装置５の下方には、記録体たる転写紙Ｐを複数枚重ねて収容する給紙カセット３が配設されている。この給紙カセット３は、一番上の転写紙Ｐに押し当てている給紙ローラ３ａを所定のタイミングで回転駆動させ、その転写紙Ｐを給紙搬送路に給紙する。給紙搬送路内では、送り出された転写紙Ｐが複数の搬送ローラ対１３を経た後、レジストローラ対１４のローラ間に挟まれて止まる。レジストローラ対１４は、挟み込んだ転写紙Ｐを、上述のようにして感光体１上に形成されたトナー像に重ね合わせ得るタイミングで転写ローラ１２ａと感光体１との間の転写ニップに向けて送り出す。これにより、感光体１上のトナー像と、レジストローラ対１４によって送り出された転写紙Ｐとが転写ニップで同期して密着される。そして、転写電圧の影響によって転写紙Ｐ上に静電転写される。

上記転写ローラ１２ａには、紙搬送ベルト１２が巻き付いており、紙搬送ベルト１２は、転写ローラ１２ａと駆動ローラ１２ｂとに張架されて、図中反時計回りに無端移動する。また、この紙搬送ベルト１２の更に左側方には、定着装置９、排紙ローラ対１０が順次配設されている。上述のトナー像が静電転写された転写紙Ｐは、紙搬送ベルト１２上に送られた後、定着装置９内に入る。定着装置９内に入った転写紙Ｐは、加熱処理及び加圧処理が施される。これにより、トナーが圧力を受けながら熱溶融して転写紙Ｐにトナー像が定着せしめられる。そして、転写紙Ｐは定着装置９内から排紙ローラ対１０を経て機外へと排出される。

転写されずに感光体上に残ったトナーはクリーニング装置７によって回収される。残留トナーを除去された感光体１は除電装置８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。また、紙搬送ベルト１２上に転移してしまったトナーは、ベルトクリーニング装置１５によって紙搬送ベルト１２上から除去される。

本実施形態では、図２に示すように感光体１、その周囲に配置された現像装置６、帯電装置２、クリーニング装置７等を一体化したプロセスカートリッジ１００として構成している。このプロセスカートリッジ１００は、プリンタ本体に対して着脱自在となっている。よって、プロセスカートリッジ１００内に収容された部品に寿命が到来したり、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジ１００を交換すればよく、利便性が向上する。なお、図２では、感光体１及びクリーニング装置７のほか、帯電装置２及び現像装置６も一体に支持したプロセスカートリッジであるが、少なくとも、感光体１及びクリーニング装置７を一体に支持したものであればよい。

次に、本実施形態の特徴点について、説明する。
転写直前の感光体１表面上のトナーは、マイナス極性に帯電している。転写前マイナス極性に帯電していたトナーは、転写ローラ１２ａに印加されたプラス極性の電荷注入を受けるなどして、一部のトナーの帯電極性がプラス極性に反転したり、無帯電トナーとなったりする。よって、転写後の感光体１表面上の転写残トナーは、プラス極性のトナーとマイナス極性のトナーとが混在した分布となる。

このため、従来においては、図３に示すように、極性制御部材たる導電性ブレード２６と静電クリーニング部材たるクリーニングブラシローラ２２とから構成されるクリーニング装置７が用いられている。導電性ブレード２６は、クリーニングブラシローラ２２よりも感光体１の表面移動方向上流側に設けられている。また、第１電源装置２５によって導電性ブレード２６に電圧が印加されることによって、導電性ブレード２６をすり抜けるトナーに電荷を注入して、導電性ブレード２６通過後の転写残トナーを単一極性の揃えるようにしている。

図４は、極性制御部材たる導電性ブレード通過前の感光体表面の転写残トナーの帯電分布と、導電性ブレード通過後の転写残トナーの帯電分布とを示す図である。なお、帯電分布は、Ｅスパートアナライザ（細川ミクロン製）を用いて測定した。図に示すように極性制御部材である導電性ブレード通過前は、（＋）と（−）の両極性に分布していることがわかる。一方、導電性ブレード２６と接触して摩擦帯電や電荷注入によって導電性ブレード通過後の転写残トナーの帯電分布は、図に示すように、（−）極性にシフトした帯電分布状態になる。図４においては、導電性ブレード２６に（−）電圧印加することで（−）極性に制御した例を示しているが、（＋）極性に制御しても構わない。

感光体表面の（＋）極性のトナーの一部は導電性ブレード２６に静電的に吸着する。導電性ブレード２６に静電的に吸着されたトナーは時間とともに電荷注入により、徐々に印加電圧側の極性である（−）極性に変わり導電性ブレード２６を通過する。しかしながら、導電性ブレード２６に吸着されるトナーが導電性ブレード２６を通過していくトナーよりも多いと導電性ブレード２６が汚れてくる。導電性ブレード２６の感光体１との接触部が汚れてくると電荷注入又は放電性能が低下し導電性ブレード２６を通過するトナーの帯電極性が導電性ブレード２６に印加する電圧の極性にならないトナーが出てくる。その結果、導電性ブレード２６印加電圧の極性と逆極性のすり抜けトナーが下流に配置されているクリーニングブラシローラ２２によって完全に除去できなくなる問題が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態においては、極性制御部材たる導電性ブレード２６に付着したトナーを吸引して除去するトナー吸引除去手段を設け、導電性ブレード表面を清浄な状態に維持する。これにより、極性制御機能が維持でき、安定したクリーニング性が得られる。

以下に、実施例１乃至３に基づいて、具体的に説明する。

［実施例１］
図５は、実施例１のクリーニング装置７の概略構成図である。
図に示すように、実施例１のクリーニング装置は、極性制御部材たる導電性ブレード２６、静電クリーニング部材たるクリーニングブラシローラ２２、トナー吸引除去手段５０などを備えている。
トナー吸引除去手段５０は、図示しない吸引ポンプ、吸引ファン、ブロワーモータなどの吸引装置、吸引ダクト５１などで構成されている。吸引ダクト５１の吸引口は、導電性ブレード２６とトナーとが接触する近傍に配置する。そして、吸引装置を駆動して、吸引ダクト５１の吸引口から空気とともに、導電性ブレード２６に吸着したトナーを吸い込む。これにより、導電性ブレード２６の表面を清浄な状態に維持することができ、安定的なクリーニング性が得られる。吸引ダクト５１に吸引されたトナーは、図示しない廃トナー収容部に搬送される。

導電性ブレード２６を通過した（−）極性に揃えられたトナーは、クリーニングブラシローラ２２に入力される。
クリーニングブラシローラ２２は、図示しない駆動手段により、感光体１の回転方向と同方向に回転している。クリーニングブラシローラ２２は、例えば、ナイロン、ポリエステル、アクリル等の絶縁性繊維の中にカーボンやイオン系導電剤などの導電物質を挿入して導電性を持たせた導電性ブラシ繊維を基布に植毛したものを、ＳＵＳなどの芯金に巻きつけてブラシに成形したものである。また、クリーニングブラシローラ２２には、第２電源装置２８が接続されており、この第２電源装置２８から導電性ブレード２６に印加する電圧の極性と反対極性（（＋）極性）の電圧Ｖｂがクリーニングブラシローラ２２に印加される。

また、クリーニング装置７は、クリーニングブラシローラ２２に当接する回収ローラ２３を備え、回収ローラ２３に電圧を印加する第３電源装置２７を備えている。第３電源装置２７は、クリーニングブラシローラ２２に印加される電圧の極性と同極性、かつ、クリーニングブラシローラ２２に印加される電圧Ｖｂの絶対値によりも高い電圧Ｖｃを印加する。また、回収ローラ２３に当接するスクレーパ２４を備え、さらに不図示の搬送コイル等を備えている。スクレーパ２４は、ゴムブレードや金属の薄板などで構成される。

本実施形態においては、高画質のために詳細は後述するが、円形度が高く小粒径のトナーが使用されている。円形度が高く小粒径のトナーは、ブレードをすり抜けやすいため、一般的なトナーを除去するクリーニングブレードの当接圧では回収ローラ２３からトナーを除去できない。そのため回収ローラ２３のスクレーパ２４によるクリーニングでは当接圧を５０［ｇ／ｃｍ］以上にして堰き止める力を大きくする必要がある。また、スクレーパの材質物性として、硬度６０〜７５度、反発係数３０〜５０％、当接角度１０〜３０度が適当である。スクレーパ２４の当接圧が高くなると、擦傷性が悪くなり、スクレーパ２４の寿命を短くなるという問題ある。そこで、回収ローラ２３表面の硬さを上げることで耐擦傷性を高める。具体的にはＳｉＯやＳｉＣの無機物を数千Å蒸着したり、アクリル系の有機物を数μｍコートしたりすることで硬くて、面粗さの良い表面がえられる。これによって円形度が高くて、小粒径のトナーを、スクレーパ２４の寿命低下を抑制してクリーニングできる。

クリーニングブラシローラ２２は、導電性ブレード２６をすり抜けた導電性ブレード２６に印加される電圧の極性と同極性（（−）極性）の転写残トナーを静電的に吸着する。クリーニングブラシローラ２２に吸着された転写残トナーは、クリーニングブラシローラ２２の回転によって回収ローラ２３との対向位置に搬送される。回収ローラ２３に印加される電圧Ｖｃは、クリーニングブラシローラ２２に印加される電圧Ｖｂよりも大きいので、クリーニングブラシローラ２２と回収ローラ２３との間の電位差（Ｖｃ−Ｖｂ）によって回収ローラ２３に静電的に付着する。回収ローラ２３に付着した転写残トナーは、スクレーパ２４に掻き落され、図示しない搬送コイルにより、図示しない廃トナー収容部に搬送される。

また、本実施形態においては、感光体表面から転写残トナーを静電的にクリーニングする静電クリーニング部材をクリーニングブラシローラ２２としローラ材を用いている。これにより、静電クリーニング部材としてブレード材を用いたものに比べて、感光体１への摺擦負荷を低減することができ、感光体の磨耗を抑制することができる。

［実施例２］
次に、実施例２のクリーニング装置について、説明する。
図６は、実施例２のクリーニング装置７１の概略構成図である。
図に示すように、実施例２のクリーニング装置７１においては、極性制御部材をブラシローラ６１としたものである。
図７は、ブラシローラ６１の要部断面図である。図に示すように、ブラシローラ６１は、複数の吸引孔１６１ａが形成された円筒状の基材１６１に複数のブラシ繊維１６２が植毛されたものである。基材１６１の一端は、図示しないメクラ栓１６３が嵌合されて蓋がされており、他端には、吸引ジョイント１６４が嵌合されている。吸引ジョイント１６４には、吸引ダクト５１の吸引口が軸受１６５を介して接続されている。ブラシローラ６１は、図示しない駆動手段によって、回転駆動する。また、ブラシローラ６１には、電源装置２５が接続されており、クリーニングブラシローラ２２に印加される電圧の極性と逆極性の電圧Ｖａが印加されている。

上記ブラシローラ６１は、次のようにして、製作される。
図８に示すように、先ず、金属メッシュ又はパンチングメタル材を円筒形にして端部を溶接することで外部と通気可能なパイプ１６１ｂを製作する。次に、端部にメクラ栓１６３と吸引ジョイント１６４とを圧入接合することで図に示す基材１６１を製作する。次に、基材１６１の上に導電性接着剤を塗布して予めブラシ長さ３〜６ｍｍに切断したブラシ繊維１６２を静電力で基材１６１に対して法線方向に植毛を施す。このときブラシ繊維は剛性の高いもの、低いものを適宜の比率で混合させることで剛柔剛性を兼ね備えたブラシローラ６１を容易に製作できる。

また、吸引孔１６１ａが細かい方が、ブラシ繊維１６２が密になり好ましいため、細かいピッチのメッシュ材を用いるのが好ましい。メッシュ材はエアーフィルターなどに汎用的に使われている為、細かいピッチのメッシュ材は容易に得られる。しかし、細かいピッチのメッシュ材は、ワイヤー径が数十μｍのワイヤーで形成されるので、基材を単層構造にすると、基材の剛性が小さくなる。基材の剛性が小さいと、感光体に押し付ける力で反って、均一な接触が得られない。よって、このように、細かいピッチのメッシュ材を使う時は内部に補強材として約φ０．１〜０．３ｍｍのワイヤーを用いた粗いピッチのメッシュ材で構成された円筒状の芯金を設ける。具体的には、粗いピッチのメッシュ材を円筒状に成形して芯金を形成する。次に、細かいピッチが形成されたプラスチックや金属などの平坦なメッシュ材にブラシ繊維を植毛して原反を製作する。次に、この原反を、一定寸法に切断して芯金に巻きつけることで生産性が良く、ブラシ繊維が密なブラシローラを製作できる。また、予め粗いピッチのメッシュ材からなる円筒状の芯金に細かいピッチのメッシュ材を巻付けた後、ブラシ繊維を静電力で植毛してもよい。

この実施例２のクリーニング装置７１においても、図示しない吸引ファン、吸引ポンプ、ブロワーモータなどの吸引装置を駆動して基材１６１の吸引孔１６１ａから空気とともにブラシローラ６１に静電的に吸着したトナーを吸引する。吸引孔１６１ａに吸引されたトナーは、基材１６１の中空部を通って、吸引ダクト５１へ吸引され、吸引ダクト５１から図示しない廃トナー収容部に搬送される。この実施例２のクリーニング装置７１においては、ブラシローラ６１の端部に吸引ダクト５１の吸引口を設けることができるので感光体１の周りはコンパクトな構成が可能となる。

また、図９に示すような固定ブラシ６２にすることで、ブラシ表面の開口面積が小さくなる為、吸引機を小さくすることが可能となる。固定ブラシ６２は、吸引ジョイント部６３ａと、ブラシ取り付け部６３ｂとを備えた基材たる中空状のハウジング６３と、ブラシ取り付け部６３ｂに接合されたブラシメッシュ材６４とを有している。ブラシメッシュ材６４は、前述のプラスチックや金属のメッシュ材にブラシ繊維を予め植毛した原反を裁断したものである。吸引ジョイント部６３ａには、吸引ダクト５１が接合されている。
このように、極性制御部材を固定ブラシ６２とすることで、極性制御部材をブラシローラとしたものに比べて、圧力損出を低減でき、吸引装置の吸引力が小さくても、トナーを吸引孔から吸い込むことのできる吸引力を得ることができる。以下に、具体的に説明する。

まず、ブラシローラ６１の圧力損出について、図１０に基づき算出する。
管路部における圧力損失ΔＰｆ１は、次のように算出される。
内径Ｄ１ ：０．００９５ｍ
管長さＬ１ ：０．３ｍ
風量Ｖ ：０．０３６７ｍ^３／ｓ（２．２ｍ^３／分）
流体（空気）の密度ρ：１．２ｋｇ／ｍ^３
粘性係数μ ：０．００００１８
管壁の粗さｅ’ ：０．１ｍｍ
としたとき、
管内平均流速 ｕ＝Ｖ／（πＤ２／４）＝５１８ｍ／ｓ
レイノルズ数 Ｒｅ＝ρｕＤ／μ＝３．２８×１０５
管壁の粗度 ｅ／Ｄ＝１．０５×１０−２
となる。その結果、管路部における圧力損失（摩擦圧力損失）はファニングの式より
ΔＰｆ１＝２ｆＬｕ２／（ΡＤ）＝４ｆ（ρｕ２）（Ｌ／Ｄ）
＝１９７．９ｋｐａ＝２．０２ｋｇ／ｃｍ^２
但し、ｆ（摩擦係数）＝０．０６２６／［ｌｏｇ（ｅ／（３．７Ｄ））＋（５．７４／Ｒｅ０．９）］］２＝９．７３Ｅ−０３

次に、メッシュ部の圧力損失ΔＰｆ２は、次のように算出される。
内径（メッシュ開口）Ｄ２ ：０．０００３ｍ
管長さ（メッシュ厚さ）Ｌ２：０．０００１４ｍ
風量Ｖ ：７．２０４Ｅ−０７ｍ^３／ｓ（２．２ｍ^３／分）
流体（空気）の密度ρ ：１．２ｋｇ／ｍ^３
粘性係数μ ：０．００００１８
管壁の粗さｅ’ ：０ｍｍ
としたとき、
メッシュ数ｎ＝（πｄ１／０．４３）＊（Ｌ１／０．４３）＝５０，９４６
メッシュ部平均流速ｕ＝Ｖ／（πＤ２／４）＝１０．２５ｍ／ｓ
レイノルズ数Ｒｅ＝ρｕＤ／μ＝２０５
管壁の粗度ｅ／Ｄ＝０
となる。よって、ひとつの吸引孔おける圧力損失（摩擦圧力損失）ΔＰｆ’はファニングの式より
ΔＰｆ’＝２ｆＬｕ２／（ΡＤ）＝４ｆ（ρｕ２）（Ｌ／Ｄ）
＝９．１８２Ｅ−０３ｋＰａ＝９．３７Ｅ−０５ｋｇ／ｃｍ^２
但し、ｆ（摩擦係数）＝０．０６２６／［ｌｏｇ（ｅ／（３．７Ｄ））＋（５．７４／Ｒｅ０．９）］２＝７．８０７Ｅ−０２
となり、その結果、メッシュ部の圧力損失ΔＰｆ２は、
ΔＰｆ２＝ΔＰｆ’×ｎ＝４６８ｋＰａ＝４．７７ｋｇ／ｃｍ^２

このように、ΔＰｆ１とΔＰｆ２の比は約２．４でメッシュ部での圧力損失が大きくなる。これを固定ブラシ形状にするとメッシュ部の面積が半減以下となる為、ΔＰｆ１とΔＰｆ２がほぼ同じとなって、圧力損失が半減して、小さな吸引力で吸引可能となる。その結果、吸引装置を小型化できる。

［実施例３］
次に、実施例３のクリーニング装置について、説明する。
図１１は、実施例３のクリーニング装置７２の概略構成図である。
図に示すように、実施例３のクリーニング装置７２においては、吸引ダクト５１の吸引口が、極性制御部材であるブラシローラ６１を覆うように構成したものである。このように、吸引ダクト５１でブラシローラ全体を覆うことで、ブラシ６１と感光体１とが回転接触する時に飛散するトナーも吸引することができ、トナー飛散も防止することができる。また、フリッカーバー６８を設けて、フリッカーバー６８をブラシローラ６１に当接させて、ブラシローラ６１に吸着したトナーを跳ね飛ばし、フリッカーバー６８で跳ね飛ばしたトナーを吸引するようにしてもよい。これにより、ブラシローラ６１に静電吸着したトナーを吸引するよりも小さな吸引力でトナー回収することができる。

次に、本実施形態の画像形成装置で好適に用いられるトナーについて説明する。高繊細な画像を得るためには、小粒径の粒径分布がシャープであるものが好ましい。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、転写率を高くすることができる。本実施形態においては、平均粒径７μｍ以下のトナーであることが好ましい。

また、トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１５０の範囲にあることが好ましい。ここで形状係数ＳＦ−１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（１）式によって定義されるものである。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・（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。一般的に、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り、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。

また、本実施例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を用いた。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。

本実施形態においては、感光体に当接するクリーニングブラシローラにトナーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加して、静電的にトナーを感光体上から除去する静電クリーニング方式を用いているため、平均粒径が７μｍ以下で、トナーの形状係数ＳＦ−１が１５０以下の小粒径化、球形化が進んだトナーであっても、良好に感光体からトナーを除去することができる。

次に、本実施形態の画像形成装置で好適に用いられる感光体について説明する。
感光体の基本的構成は導電性支持体、潜像担持層、表面層（保護層）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有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有る。

感光体１とクリーニング装置７のクリーニングブラシローラ２２の接触圧は従来のブレードクリーニング方式に比べ大幅に小さくなっているが、クリーニングブラシローラ２２を高速で回転すると経時で感光体表面が磨耗してくる。そこで長期寿命を確保するために、感光体保護層のバインダー樹脂を架橋構造としたり、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事で強固にすることで耐久性が向上出来る。バインダー樹脂の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、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４００［ｎｍ］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。

＜電子写真感光体Ａ＞
電子写真感光体１において、保護層塗工液及び膜厚・作成条件を下記のように代えた以外は電子写真感光体１と同様にして、電子写真感光体Ａを作成した。
メチルトリメトキシシラン１８２部、ジヒドロキシメチルトリフェニルアミン４０部、２−プロパノール ２２５部、２％酢酸 １０６部、 アルミニウムトリスアセチルアセトナート１部を混合し、保護層用の塗布液を調製した。この塗布液を前記電荷輸送層の上に塗布・乾燥し、１１０℃、１時間の加熱硬化を行い、膜厚３μｍの保護層を形成した。

＜電子写真感光体Ｂ＞
電子写真感光体１において、保護層塗工液及び膜厚・作成条件を下記のように代えた以外は電子写真感光体１と同様にして、電子写真感光体Ｂを作成した。
正孔輸送性化合物(化１)を３０部、アクリルモノマー（化２）及び光重合開始剤（１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン）０．６部を、モノクロロベンゼン５０部／ジクロロメタン５０部の混合溶媒中に溶解し、表面保護層用塗料を調製した。この塗料をスプレーコーティング法により先の電荷輸送層上に塗布し、メタルハライドランプを用いて５００［ｍＷ／ｃｍ^２］の光強度で３０秒間硬化させることによって、膜厚５［μｍ］の表面保護層を形成した。

なお、本実施形態では、像担持体としてドラム状の感光体１を用いた例について説明したが、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、無端移動するベルト状の感光体を用いる装置にも同様に適用することができる。また、感光体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装置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、帯電電位が正極性であるものにも同様に適用することができる。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、ひとつのプロセスカートリッジを備えたモノクロ画像形成装置に本発明のクリーニング装置を適応しているが、これに限られない。例えば、図１２に示すような、マゼンタ・シアン・イエロー・ブラックの４つのプロセスカートリッジ１００Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成するカラー画像形成装置に適応できる。

また、感光体上のトナー像を中間転写体に転写し、その中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する中間転写方式の画像形成装置にも適応することができる。このとき、本発明のクリーニング装置は、感光体上に付着した転写残トナーをクリーニングするクリーニング装置のみならず、中間転写ベルト上に付着した転写残トナーをクリーニングする中間転写体クリーニング装置としても適用できる。中間転写体としては、ベルト状の中間転写ベルトのほか、ドラム状の中間転写ドラム等を用いることができる。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。

以上、本実施形態のクリーニング装置によれば、トナー吸引除去手段で、極性制御部材に付着したトナーを吸引して除去することで、極性制御部材と非接触で極性制御部材に付着したトナーを除去することができる。これにより、極性制御部材に付着したトナーを掻き落とし部材で掻き落として除去するものに比べて、極性制御部材の寿命を延ばすことができる。また、トナー吸引除去手段で、極性制御部材に付着したトナーを除去することで、極性制御部材の汚れを抑制することができる。これにより、被清掃体たる感光体１上のトナーに良好に電荷を注入することができ、感光体上のトナーの帯電極性を良好に制御することができる。その結果、静電クリーニング部材たるクリーニングブラシローラに入力される感光体上のトナーの帯電極性を揃えることができ、クリーニングブラシローラで感光体上のトナーを良好に静電的に除去することができる。

また、実施例２のクリーニング装置によれば、極性制御部材は、吸引孔１６１ａを備えた基材１６１にブラシ繊維１６２が植毛されたブラシ部材であり、トナー吸引除去手段は、吸引孔１６１ａからトナーを吸引してブラシ部材に付着したトナーを除去する。このように構成することで、実施例３に示すように、吸引ダクト５１でブラシローラ６１を覆う構成に比べて、吸引ダクト５１の構造が小型化できる。

また、実施例３のクリーニング装置によれば、極性制御部材は、回転するブラシローラ６１であり、トナー吸引除去手段の吸引ダクト５１の開口部でブラシローラを覆う。このように吸引ダクト５１でブラシローラ６１を覆うことで、ブラシと感光体１とが回転接触する時に飛散するトナーも吸引することができ、トナー飛散も防止することができる。また、圧力損出も少ないので、小さい吸引力でブラシローラ６１に付着したトナーを吸引することができる。その結果、ブロワーモータなどの吸引装置を小型化することが可能となる。

また、本実施形態のクリーニング装置によれば、静電クリーニング部材として、ローラ材たるクリーニングブラシローラ２２を用いることで、ブレード材で感光体上のトナーを除去するものに比べて、感光体との摺擦負荷を小さくでき、感光体の磨耗劣化を抑制することができる。

また、ブラシ部材のブラシ繊維１６２を基材１６１に静電的に植毛することで、機械的に植毛するものに比べて、簡単に基材１６１にブラシ繊維１６２を植毛することができる。これにより、製造コストを削減することができ、安価にブラシ部材を製作することができる。

また、画像形成装置に本実施形態のクリーニング装置を用いることで、感光体１上の転写残トナーを良好にクリーニングすることができる。

また、感光体１に、架橋型の高分子材料を含有する表面保護層を設けることにより、感光体１の耐磨耗性を向上することができる。

また、トナーとして、形状係数ＳＦ−１が１００〜１５０の真円度の高い球形トナーを用いている。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１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り、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率を高くすることができ、高品の画像を得ることができる。

また、感光体１と少なくともクリーニング装置とを一体に備えたプロセスカートリッジ１００とすることで、クリーニング装置及び感光体１をプリンタに対して容易に着脱することができる。これにより、交換時の操作性が向上する。

本実施形態の画像形成装置を示す概略構成図。 プロセスカートリッジの概略構成図。 従来のクリーニング装置の一例を示す概略構成図。 極性制御部材通過前の転写残トナーの帯電分布と、極性制御部材通過後の転写残トナーの帯電分布とを示すグラフ。 実施例１のクリーニング装置を示す概略構成図。 実施例２のクリーニング装置を示す概略構成図。 ブラシローラの要部断面図。 ブラシローラの基材を示す概略構成図。 固定ブラシの要部断面図。 ブラシローラの圧力損出について説明する図。 実施例３のクリーニング装置を示す概略構成図。 カラー画像形成装置を示す概略構成図。

符号の説明

１ 感光体
２ 帯電装置
３ 給紙カセット
５ 転写装置
６ 現像装置
７、７１、７２ クリーニング装置
８ 除電装置
９ 定着装置
１２ａ 転写ローラ
１５ ベルトクリーニング装置
２２ クリーニングブラシローラ
２３ 回収ローラ
２４ スクレーパ
２６ 導電性ブレード
５０ トナー吸引除去手段
５１ 吸引ダクト
６１ ブラシローラ
６２ 固定ブラシ
６８ フリッカーバー
１００ プロセスカートリッジ

Claims (10)

1. 表面移動する被清掃体上のトナーの帯電極性を制御する極性制御部材と、
   該極性制御部材より前記被清掃体表面移動方向下流側に配置され前記トナーを静電的に除去する静電クリーニング部材とを備えたクリーニング装置において、
   前記極性制御部材に付着したトナーを吸引して除去するトナー吸引除去手段を備えたことを特徴とするクリーニング装置。
2. 請求項１のクリーニング装置において、
   前記極性制御部材は、吸引孔を備えた基材にブラシ繊維が植毛されたブラシ部材であり、
   前記トナー吸引除去手段は、前記吸引孔からトナーを吸引して前記ブラシ部材に付着したトナーを除去することを特徴とするクリーニング装置。
3. 請求項１のクリーニング装置において、
   前記極性制御部材は、回転するブラシローラであり、前記トナー吸引除去手段は、前記ブラシローラを覆う開口部を有する吸引ダクトを備えたことを特徴とするクリーニング装置。
4. 請求項１乃至３いずれかひとつのクリーニング装置において、
   前記静電クリーニング部材として、ローラ材を用いたことを特徴とするクリーニング装置。
5. 請求項２のクリーニング装置において、
   前記ブラシ繊維を前記基材に静電的に植毛したことを特徴とするクリーニング装置。
6. 潜像担持体と、
   該潜像担持体を帯電せしめる帯電手段と、
   該潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
   該潜像担持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー像化する現像手段と、
   該潜像担持体上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する転写手段と、
   転写後の該潜像担持体を被清掃体として表面に付着した転写残トナーを除去する潜像担持体クリーニング手段とを有する画像形成装置において、
   該潜像担持体クリーニング手段として、請求項１乃至５いずれかひとつのクリーニング装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６の画像形成装置において、
   前記潜像担持体として、架橋型の高分子材料を含有する表面保護層を有するものを用いたことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項６または７の画像形成装置において、上記現像手段で用いられるトナーの形状係数ＳＦ１が１００〜１５０であることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項６乃至８いずれかひとつの画像形成装置において、
   上記像担持体と、少なくとも上記クリーニング装置とを一体的に構成し、装置本体に対して着脱可能な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。
10. 像担持体と少なくともクリーニング手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
    該クリーニング手段として、請求項１乃至５いずれかひとつのクリーニング装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。

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