JP2009265610A - クリーニング装置、これを備えた画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】球形トナーに対しても効果的に感光体表面上に残存するトナーを除去できるブレードを備えたクリーニング装置の提供。
【解決手段】電子写真方式の画像形成装置における感光体上の残存トナーをブレードにより除去するクリーニング装置であって、下式（１）の条件を満たすように、前記感光体上に前記ブレードの先端を配置することを特徴とするクリーニング装置である。

（ここで、θは、直径が（Ｄ−σ）の真球が、感光体表面とブレードに同時に接触しているときの、前記真球と感光体表面の接触点における接線１と真球とブレードの接触点における接線２が前記真球を挟む角度である。Ｄ及びσは、前記トナー粒子の平均粒径、及び粒度分布の標準偏差である。μは、トナーと感光体表面との摩擦係数μ_１と、トナーとブレードとの摩擦係数μ_２のうち小さい方の摩擦係数である。）
【選択図】なし

Description

本発明は、クリーニング装置、これを備えた画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関する。

近年、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの電子写真方式の画像形成装置には、オフィス環境の効率利用の観点から小型化、低コスト化が要求されている。さらに、高品質な画像情報の出力の必要性から高画質化、経済性、環境資源保護の観点から長寿命化、高耐久性が要求されている。

電子写真方式の画像形成装置（以下、特別に断らない限り電子写真方式の画像形成装置を単に画像形成装置という。）の高画質化の観点から、感光体の汚れを除去するクリーニング装置が知られている。感光体にはトナー像が形成され、このトナー像が中間転写媒体や記録媒体に転写されているが、一部のトナーは感光体上に残ってしまうことがある。感光体は、繰り返しトナー像を形成し、中間転写媒体等に転写するものであり、感光体上に一部のトナーが残存すると、次回の画像形成の際にこのトナーが汚れとなり、画像品質を低下させてしまう。このため、画像形成装置には、感光体上に残されたトナーを除去するクリーニング装置が配置されている場合が多い。

クリーニング装置のクリーニング方式としては、ブラシを用いるクリーニング方式と、ブレードによるクリーニング方式が広く知られている。ブレードによるクリーニング方式は、小型、低コストのゴム製のブレードを用いて、感光体上の残存トナーを除去するコスト、感光体寿命などの点から広く採用されている。

好適なクリーニング用ブレードを提供するための技術としては、例えば、特許文献１〜４に開示されている。特許文献１〜３では、ブレード部材の弾性や形状、圧接方法、圧力などの条件を特定することにより、感光体上の残存トナーのクリーニング効果を発揮している。特許文献４では、ブレードを振動させることにより残存トナーの除去効率を向上するクリーニング方法が開示されている。

一方、画像形成用のトナーを球形、小粒径化することが、高画質化の方策として効果が大きいことが知られるようになり、多くの電子写真方式の画像形成装置で球形小粒径トナーが用いられるようになってきた。しかし、球形トナーは、感光体上に残存した残存トナーを除去し難いという問題も現れてきている。このため、さらに残存トナーの除去性能のよいブレードが求められている。

従来のブレードタイプのクリーニング装置のブレード先端部は、図７に示すようにゴムブレードが感光体表面に圧接されており、感光体表面が移動するとブレードの先端部は感光体表面の移動につられて引きずられるように変形して、ブレード先端部と感光体表面の間にくさび形状の隙間が形成される。真球度低い粉砕トナーに対しては、この間隙にせき止められ易く、このようなブレードでも十分なクリーニング作用を持つが、小粒径の球形トナーは、トナーが回転しながら間隙の奥まで入り込み、さらにブレードと感光体表面の接触部もすり抜けてしまい、感光体表面のトナーを十分除去することが難しくなる。

特許文献５には、球形トナーの除去を目的としたクリーニング方法が開示されている。特許文献５に開示されたクリーニング方法においては、トナーに対するブレード先端部と感光体表面の摩擦係数と、トナーと感光体表面との付着力と、ブレードのトナーに対する圧接力と、ブレード先端部と感光体表面との圧接角との間に所定の関係を設定するものであり、これにより感光体表面に付着する球形の残存トナーを効果的に除去できるとしている。
特開平０９−２９２７２２号公報 特開平０５−１１９６８６号公報 特開２０００−３３０４４１号公報 特開２００１−６６９６３号公報 特開２００５−９９１２５号公報

特許文献５に開示されたクリーニング方法によれば、感光体表面に残存した球形トナーは除去できるが、非常に多くのパラメータを測定又は設定する必要があり、容易に好適な条件設定がし辛い。また、このクリーニング方法においては、感光体表面とブレード先端により堰き止められた球形トナーの回転の影響が十分考慮されておらず、残存トナーの除去に不必要に厳しい条件を設定している可能性がある。真球度の低い従来の粉砕トナーであれば、トナーの回転を伴う堰き止め効果は小さかったと考えられるが、球形トナーの場合は、トナーが感光体表面上で回転すれば、ブレードと感光体表面との間隙をくぐり抜けていくことはなくなると考えられる。

本発明の目的は、上記課題を踏まえ、球形トナーに対しても効果的に感光体表面上に残存するトナーを除去できるブレードを備えたクリーニング装置、これを利用した画像形成装置及び画像形成装置用のプロセスカートリッジを提供することである。

上記課題を解決するため本発明者等は、以下の発明を完成した。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における感光体上の残存トナーをブレードにより除去するクリーニング装置であって、下式（１）の条件を満たすように、前記感光体上に前記ブレードの先端を配置することを特徴とするクリーニング装置である。

ここで、θは、直径が（Ｄ−σ）の真球が、感光体表面とブレードに同時に接触しているときの、前記真球と感光体表面の接触点における接線１と真球とブレードの接触点における接線２が前記真球を挟む角度である。Ｄ及びσは、前記トナー粒子の平均粒径、及び粒度分布の標準偏差である。μは、トナーと感光体表面との摩擦係数μ_１と、トナーとブレードとの摩擦係数μ_２のうち小さい方の摩擦係数である。

好ましい本発明は、前記ブレードの先端部が、半円筒状であることを特徴とする前記クリーニング装置である。

好ましい本発明は、前記ブレードの先端部の表面が、前記トナーとの間の摩擦係数がブレードとトナーとの間の摩擦係数よりも小さい材料で被覆されていることを特徴とする前記クリーニング装置である。

好ましい本発明は、前記ブレードの先端部が、複数の凸部を備えたことを特徴とする前記クリーニング装置である。

好ましい本発明は、前記複数の凸部が、前記感光体表面に対し相対移動可能であることを特徴とする前記クリーニング装置である。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における感光体上の残存トナーをブレードにより除去するクリーニング装置であって、軸を中心にして回転可能な円筒状の基体表面に、複数のブレードを備え、それぞれのブレードは、下式（１）の条件を満たすように、前記感光体上に前記ブレードの先端を配置可能なことを特徴とするクリーニング装置である。

ここで、θは、直径が（Ｄ−σ）の真球が、感光体表面とブレードに同時に接触する際の、前記真球と感光体表面の接触点における接線１と前記真球とブレードの接触点における接線２が前記真球を挟む角度である。Ｄ及びσは、トナー粒子の平均粒径、及び粒度分布の標準偏差である。μは、トナーと感光体表面との摩擦係数μ_１と、トナーとブレードとの摩擦係数μ_２のうち小さい方の摩擦係数である。

好ましい本発明は、前記ブレードの先端部が、半円筒状であることを特徴とする前記クリーニング装置である。

好ましい本発明は、前記ブレードの先端部の表面が、前記トナーとの間の摩擦係数がブレードとトナーとの間の摩擦係数よりも小さい材料で被覆されていることを特徴とする前記クリーニング装置である。

本発明は、前記クリーニング装置のいずれかを備えた画像形成装置である。

本発明は、画像形成装置用のプロセスカートリッジであって、前記クリーニング装置のいずれかを備えたプロセスカートリッジである。

本発明によれば、球形トナーに対しても効果的に感光体表面上に残存するトナーを除去できるブレードを備えたクリーニング装置、これを利用した画像形成装置及び画像形成装置用のプロセスカートリッジを提供することができる。

本発明のクリーニング装置は、電子写真方式の画像形成装置における感光体上の残存トナーをブレードにより除去するクリーニング装置であって、ブレードの先端が感光体上に下式（１）の条件を満たすように配置されている。

ここで、θは、直径が（Ｄ−σ）の真球が、感光体表面とブレードに同時に接触しているときの、前記真球と感光体表面の接触点における接線１と真球とブレードの接触点における接線２が前記真球を挟む角度である。Ｄ及びσは、前記トナー粒子の平均粒径、及び粒度分布の標準偏差である。μは、トナーと感光体表面との摩擦係数μ_１と、トナーとブレードとの摩擦係数μ_２のうち小さい方の摩擦係数である。なお、摩擦係数μ、μ_１、μ_２、は滑り摩擦係数を表す。

すなわち、感光体及びクリーニング装置のブレードが所定のものであり、トナーの平均粒径、及び粒度分布の標準偏差が決まれば、感光体表面に対するブレードの配置が容易に特定できる。一般に、感光体及びクリーニング装置のブレードは長期間使用し、トナーについても純正品として平均粒径、及び粒度分布の標準偏差等の一定の特性を持ったものが使用される。この為、最初に感光体表面に対するブレードの配置を決めておけば、その後は変更する必要はない。また、トナーの性状を変更した場合にも、上記式（１）によりθを算出し、このθに対応するブレードの配置とすればよい。このようにすれば、感光体上に残存したトナーは、容易に除去される。

図１を参照にして、本発明のクリーニング装置における式（１）の意味を説明する。図１は、半径rの球形トナーが感光体表面とブレードの先端部に同時に接触している状態を示したブレードの先端部付近の拡大図である。簡単のため、感光体表面は平面としている。また、ブレード先端部の感光体表面からトナーまでの間を曲率半径Ｒの円筒形状（図１においては、断面図であるので円形として示している。）としている。

感光体表面は、回転により図の右方から左方へ移動しているため、感光体表面に付着しているトナーには、ブレード下の楔形の空間に侵入しようとする力が働いてしている。トナーと感光体表面との接触点で垂直抗力Ｎ_１と接線方向の力ｆ_１が、トナーとブレードとの接触点では垂直抗力Ｎ_２と接線方向の力ｆ_２が働く。これらの力は、それぞれ図中の矢印の方向を正方向とする。トナーとブレードの接触点における接線のトナーを挟む傾き角をθとする。このとき、トナーの運動方程式は次式（２）〜（４）となる。

座標（ｘ，ｙ）はトナー中心の位置座標、ｍはトナー質量、Ｉはトナー球の慣性モーメント、ωはトナーの回転角速度である。またトナーに働く重力は小さいので無視している。式（２）〜（４）におけるθはθ_０を初期値として、トナーがブレード下に侵入した際のトナーとブレードの接触面の傾き角（挟み角）である。

なお、図１に示すように、ブレード先端部の感光体表面との接触部からトナーとの接触部までの間を曲率半径Ｒの円筒形状としている場合は、初期接触角（初期挟み角）θ_０は下式（５）で表される。

ｒは、トナー粒子の半径を表す。

式（２）〜（４）において、ｆ_１とｆ_２はトナーとブレード及び感光体表面との接触点における摩擦力であるから、次式（６）〜（８）のように表される。

なお、μ_１はトナーと感光体表面間の滑り摩擦係数、μ_２はトナーとブレード間の滑り摩擦係数である。

ここで、感光体の回転に伴って、トナーとブレードの接触点でスリップが起こっていれば、トナーはその位置で空転して間隙に入り込むことがない。トナーと感光体表面の接触点でスリップが起こっていれば、トナーは回転せず静止したまま停留する。逆に、どちらでもスリップが起こらなければ、トナーは転がりながら楔形の間隙の中に入り込み、最終的には楔形の間隙をすり抜けてしまう。このとき、ゴム製のブレード先端部は、変形してトナーが楔形の間隙の中に入り込んでいる。

そこで、式（６）〜（８）の運動方程式から、トナーが楔形の間隙をすり抜けない条件について求める。図１において、接触部で働いているトナーを挟み込む力については、つり合いが生じており、垂直抗力Ｎ_１とＮ_２はほぼ同程度の大きさ（Ｎ_１＝Ｎ_２＝Ｎ）になる。そこで、摩擦係数μ_１とμ_２が等しい（μ_１＝μ_２＝μ）とすれば、トナーに働くｘ方向の力、すなわち式（６）は次式（９）で表される。

この式（９）が負にならない、つまりトナー粒子に図１におけるｘ軸上の負の方向である左方向への加速度が生じないためには、次式（１）の条件が必要になる。

トナー粒子に左方向への加速度が生じないということは、トナー粒子が楔形の間隙をすり抜けていかないということである。すなわち、式（１）により、トナー粒子が楔形の間隙をすり抜けないための摩擦係数μに対するθの関係が得られる。式(１)の右辺はθの単調増加関数なので、θ＝θ_０（初期接触状態）のときに式（１）が成り立たなければ、それ以後のθ＜θ_０においても成り立たず、トナー粒子は楔形の間隙をすり抜ける。逆に、θ＝θ_０において式（１）が成立すればトナー粒子は楔形の間隙への侵入を開始しない。したがって、次式（１０）が、トナー粒子が楔形の間隙をすり抜けないための初期状態における条件になる。

式（９）は、式（６）においてμ_１＝μ_２＝μとしたが、μ_１とμ_２とが異なっている場合は、そのうち小さい方をμとすれば、θは９０度未満であるので、ＮもＮｃｏｓθも正であり、（μＮ＋μＮｃｏｓθ）は（μ_１Ｎ＋μ_２Ｎｃｏｓθ）より小さくなり、式（９）の値は式（６）の値より大きくなる。すなわち、トナーと感光体表面との間の摩擦係数μ₁、あるいはブレードとの間の摩擦係数μ₂のどちらか小さい方の摩擦係数が上式を満たせばトナー粒子は楔形の間隙をすり抜けない。

式（５）の関係を式（１０）に代入すると、式（１１）が得られる。

この条件は、図１に示すように、ブレード先端部の形状と配置が、感光体表面との接触部からトナーとの接触部までの間を曲率半径Ｒの円筒形状となっている場合の、トナー粒子が楔形の間隙をすり抜けない条件となる。

以上説明したことを観念的に説明すると、球形トナー粒子の感光体表面とブレード先端部の間隙のすり抜けは、トナー粒子が感光体表面とブレードとの接触部から摩擦力を受けて、両接触部で滑りを発生させないように転がりながらブレード下に食い込んでいく現象である。なお、この場合、ブレードの先端部がトナー粒子に押圧されて変形することになる。

以上は、球形トナーのすり抜けの現象を解析的に示したものであるが、このことは数値シミュレーションによっても確認されている。図８、９は個別要素法（Distinct Element Method ＤＭＥ法）と呼ばれる粉体粒子の挙動解析手法を用いて、球形トナーがブレードと感光体の間隙に入り込んで行く様子を計算した例である。

図８は図1に相当する計算モデル図で、図1で示したブレードと感光体が球形トナーを挟む角度θ＝15、30、45度に対して、それぞれトナーと感光体表面との摩擦係数μ₁と、トナーとブレードとの摩擦係数μ₂を変えて計算している。

図９（ａ）は、それぞれθ＝15、30、45度のときのトナーがすり抜けないための限界の最大摩擦係数を、本発明における式（1）を用いた解析、及びＤＭＥ法による数値シミュレーションにより算出した結果を示している。トナーがすり抜けないための限界の最大摩擦係数をμcとして表わしており、θ＝15、30、45度のときにそれぞれμc＝0.13、0.26、0.41と算出されている。図９（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ数値シミュレーションの結果から、μ₁、μ₂に対してトナーすり抜けの限界領域を表したグラフである。図９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）から、μ≦μcであればトナーはすり抜けないことがわかる。ここで、μはμ₁、μ₂のうち小さいほうの摩擦係数である。また、数値シミュレーションによりθ＝15、30、45度のときに得られたμcの値は式（１）で与えられる条件式にθ＝15、30、45度を代入した値と１％以内で一致していることがわかる。数値シミュレーション結果からも、球形トナーのすり抜けを本発明において説明した現象と捉えることができ、すり抜け防止のための条件が式（1）で表されることがわかる。

トナー粒子と感光体表面間の摩擦係数が小さい場合は、感光体表面と接触部にすべりが生じて間隙のすり抜けが起こらず、トナー粒子とブレード間の摩擦係数が小さい場合は、トナー粒子が回転してトナー粒子とブレードと接触部にすべりが生じて、この部分では空転状態となり、間隙をすり抜けないことになる。

実際のトナー粒子は、粒径、形状ともバラツキがあるが、除去すべきトナー粒子の粒径をＤとすれば、直径Ｄの真球のトナーが式（１０）を満たすように設定すれば、トナー粒子は間隙をすり抜けない。トナーの粒度分布をガウス分布とみなして平均粒径をＤ_０、標準偏差をσとすると、粒径が（Ｄ_０−σ）以上のトナーが８４．１％以上存在する。例えば、トナーの粒度分布をσ＝０．２Ｄ_０程度とすれば、Ｄ＝Ｄ_０−σ＝０．８Ｄ_０として、このＤを用いて式（１０）に代入すれば８４．１％以上の残存トナー粒子を除去することができる。また、粒径が（Ｄ_０−2σ）以上のトナーは、９７．７％以上存在する。上記と同様にして、Ｄ＝Ｄ_０−２σ＝０．６Ｄ_０として、このＤを用いて式（１０）に代入すれば９７．７％以上の残存トナー粒子を除去することができる。

このように、本発明においては、ＤをＤ_０に対してどの程度小さくするかによって、どの程度完全に残存トナーを除去できるかが設定できる。除去すべき残存トナーが少なく、形成された画像品質にあまり影響していないときには、８４％の残存トナーが除去されれば十分であり、Ｄ＝（Ｄ_０−σ）とすればよい。除去すべき残存トナーが比較的多かったり、高品質の画像を追求したいときには、残存トナーを十分に除去できるように、Ｄ＝（Ｄ_０−２σ）、さらにはθ＝（Ｄ_０−３σ）とすることが好ましい。

本発明を実施するための最良の形態例を必要に応じて図面を参照にして説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態とすることは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明の好ましい形態における例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

（実施形態１）
本発明の実施形態１のクリーニング装置のブレード先端部付近を図１に示す。図１は、感光体上に配置された本発明のクリーニング装置のブレード先端部付近に、感光体に付着している残存トナー粒子が接触している状態を示している。図１において、１はブレード、２は感光体表面とブレード１との間隙、３は感光体表面、４はトナー粒子（半径ｒ）、５はトナー粒子４と感光体表面３との接触点で働く垂直抗力Ｎ_１、６はトナー粒子４とブレード１との接触点で働く垂直抗力Ｎ_２、７はトナー粒子４と感光体表面３との接触点で働く摩擦力ｆ_１、８はトナー粒子４とブレード１との接触点で働く摩擦力ｆ_２である。

実施形態１に示したクリーニング装置におけるブレード１の先端部は、円筒形の一部である。図１は、断面図なので、ブレード１の円形の一部の先端が感光体３に接するように配置されている。そして、感光体３に付着している残存トナー粒子４が、ブレード１の円形の先端部とも接している状態を表している。図１から分かるように、トナー粒子４と感光体表面３との接線と、トナー粒子４とブレード１との接線とのトナー粒子４を挟んでなす角θは、ブレード１の先端部の円の曲率中心（０，Ｒ）点からみた、ブレード１と感光体表面３との接点と、ブレード１とトナー粒子４とのなす角度に等しい。

ここで、すでに説明したように、式（１１）を満足するように上述の摩擦係数μ（トナー粒子４と感光体表面３との間の摩擦係数μ₁と、トナー粒子４とブレード１との間の摩擦係数μ₂のどちらか小さい方の摩擦係数）と、ブレード１の先端部の円形の曲率半径Ｒと、トナー粒子４の半径ｒとを設定すれば本発明のクリーニング装置となる。感光体３及びトナー粒子４を所与のものとすれば、ブレード１の先端部の円形の曲率半径Ｒを、式（１１）を満足するように形成すればよい。また、感光体３及びブレード１を所与のものとすれば、トナー粒子４を、半径ｒが式（１１）を満足するように選択すればよい。なお、すでに説明したように、トナー粒子４の半径ｒは、トナー粒子４の平均粒径をＤとした場合、｛（Ｄ−σ）／２｝とする。ここで、σはトナー粒子４の粒径分布における標準偏差である。

例えば、トナー粒子４の半径rを５μｍ、感光体表面３の摩擦係数を0.1とすると、式（１１）によりブレードの曲率半径Ｒは、０．５ｍｍより小とすればトナー粒子４は間隙２をすり抜けないことになる。なお、従来のブレード１は図７に示すように配置されているため、ブレード１のエッジが感光体の回転方向に引き込まれるため、ブレード１の先端部曲率半径はずっと大きくなってしまう。

（実施形態２）
本発明の実施形態２のクリーニング装置のブレード先端部を図２に示す。図２は、感光体上に配置された本発明のクリーニング装置のブレード先端部１ａ付近に、感光体に付着している残存トナー粒子４が接触している状態を示している。実施形態１のクリーニング装置におけるブレード先端部１ａは、ほぼ半円筒形をしている。ただし、ブレード１は感光体表面３に押圧されているので、ブレード１の半円筒形の最先端部は、変形して感光体表面３と同じ形状のほぼ平面になっている。

図２のようにブレード先端部１ａが半円筒形状の場合、感光体表面３との挟み角θ_０が大きくなるようなブレード形状であれば、式（１０）の右辺の値が大きくなり、この式を満たすことが可能である。ブレード１を感光体表面３に圧接することでθ_０はさらに大きくなるが、圧接力が大きくなると感光体駆動の負荷が大きくなる。そこで、ブレード１に制御しながら微小な圧接力を加えて、式（１０）を満たすようにすることが好ましい。あるいは、シリカ微粒子などを潤滑剤としてブレード１と感光体表面３の摩擦力を低減しながら、挟み角θ_０は式（１０）を満たすようにしてもよい。

（実施形態３）
本発明の実施形態３のクリーニング装置の外観は、実施形態２に示したクリーニング装置と同じである。実施形態３のクリーニング装置は、ブレード１の先端部１ａの表面を、トナー粒子４との間の摩擦係数の小さい材料で被覆している。通常は、トナー粒子４と感光体表面３との間の摩擦係数μ_１と、トナー粒子４とブレード１の先端部１ａとの間の摩擦係数μ_２の関係は、ブレード１がゴム製であるので、μ_１＜μ_２である。そこで、ブレード１の先端部１ａの表面をトナー粒子４との間の摩擦係数の小さい材料で被覆することで、μ_２＜μ_１とすれば、μ＝μ_２として式（１０）を満たすことが可能である。そして、ブレード表面の材料の摩擦係数μ_２に配慮する必要がなくなり、μ_１についても取り得る自由度が増加する。

（実施形態４）
本発明の実施形態４のクリーニング装置のブレード先端部を図３に示す。図３は、感光体上に配置された本発明のクリーニング装置のブレード先端部１ａ付近に、感光体に付着している残存トナー粒子４が接触している状態を示している。実施形態４のクリーニング装置は、実施形態２のクリーニング装置と違い、ブレード先端部１ａが感光体表面３と接触していない。但し、ブレード先端部１ａと感光体表面３とのギャップ９は、トナー粒子４の直径よりも小さい。トナー粒子４の直径は、上述の（Ｄ−σ）を用いればよい。

このように、ブレード１と感光体表面３が接触していなくとも式（１０）を満たすことが可能である。なお、実施形態４で示したようなブレードの先端部１ａ表面を定摩擦材料で被覆することも可能である。

（実施形態５）
本発明の実施形態５のクリーニング装置のブレード先端部を図４に示す。図４は、感光体上に配置された本発明のクリーニング装置のブレード１の先端部１ａ付近に、感光体に付着している残存トナー粒子４が接触している状態を示している。この形態のクリーニング装置は、実施形態２のクリーニング装置と異なって、ブレード１の先端部１ａに複数の凸部を有している。そして、それぞれの凸部１ａ、１ｂ、１ｃ、・・が、式（１０）の関係を満足するように配置されている。この場合、それぞれの凸部は、ブレード１と感光体表面３が接触していても、接触していなくとも、それぞれ式（１０）を満たしていればよい。この形態のクリーニング装置においては、それぞれの凸部１ａ、１ｂ、１ｃ、・・において、感光体表面上に残存したトナー粒子の除去が可能であり、複数のブレードによる複数回のクリーニングと同じ効果がある。

実施形態１〜４のクリーニング装置のように半円筒形状のブレード１を用いた場合、式（１０）を満たすには、ブレード１の先端部１ａの曲率半径Ｒを、小さくしなければならないことが多いが、その際に感光体の幅方向（表面の進行方向に垂直な方向）に、一様な非接触状態や微弱な圧接状態を実現することは、実際の部材の構成上困難で、感光体の幅方向にバラツキを生じ、局所的にはすり抜けを防止できない箇所も生じる。そこで、図４に示したように、複数の凸部を有するブレード１を用いて、その接触面の凹凸の曲率半径を式（１１）、または式（１０）を満たすように設定すれば、多段式のブレードクリーニングを実現できる。このような形状のブレードを用いれば、球形トナーが外乱などによって最初の凸部をすり抜けたとしても、以降の凸部でトラップされる。

また、複数の凸部において、最初にトナー粒子４を除去する凸部１ａは、トナー粒子のうち粒径が（Ｄ−σ）のものを除去できるように設定し、次の凸部１ｂは、トナー粒子のうち粒径が（Ｄ−σ）のものまで除去できるように設定し、さらに次の凸部１ｃは、トナー粒子のうち粒径が（Ｄ−３σ）のものまで除去できるように設定することもできる。このようにして、ブレード１の凸部１ａ、１ｂ、１ｃ、・・のトナー粒子除去の負荷を均一化することができる。

また、ブレード１に形成した複数の凸部１ａ、１ｂ、１ｃ、・・をのうち、最初は凸部１ａのみが有効にトナー除去できるようにブレード１を配置し、凸部１ａが疲労等によるトナー除去効果が落ちてきたら、凸部１ｂが有効にトナー除去できるようにブレード１を配置し、凸部１ｂが疲労等によるトナー除去効果が落ちてきたら、凸部１ｃが有効にトナー除去できるようにブレード１を配置するというように、この形態のクリーニング装置を使用してもよい。なお、この場合には、複数の凸部１ａ、１ｂ、１ｃ、・・は、ブレード１の先端に平面上に配列されるよりは、曲面上の基体にそれぞれの凸部が配列されることが好ましい。

（実施形態６）
本発明の実施形態６のクリーニング装置のブレード先端部を図５に示す。図５は、感光体上に配置された本発明のクリーニング装置のブレード１と、感光体に付着している残存トナー粒子４が接触している状態を示している。

この実施形態のクリーニング装置におけるブレード１は、円筒状の基体１０の表面に複数配置されている。そして、それぞれのブレード１、１１などのうち、少なくとも一つのブレードの先端部が、式（１０）又は式（１１）を満たすように感光体表面３に対して配置されている。図５においては、ブレード１及びブレード１１が式（１１）を満たしている。このため、トナー粒子４は、ブレード１及びブレード１１により除去されている。長期の使用により、ブレード１及びブレード１１が劣化してきたら、基体１０を回転させて他のブレードを感光体表面３に式（１０）又は式（１１）を満たすように配置することができる。このようにして、クリーニング装置の寿命を大幅に延長することができる。なお、この形態のクリーニング装置においても、ブレード表面の被覆は有効な手段である。

これまでの本発明のクリーニング装置の説明において、式（１０）又は式（１１）を用いてブレードの材質、配置、トナー粒子の選択などにより、本発明のクリーニング方法が達成できることも説明してきた。場合によっては、感光体表面の材質を選択して本発明のクリーニング方法が達成できる。

（実施形態７）
本発明の実施形態７の画像形成装置の例を図６に示す。この画像形成装置は、フルカラー画像形成装置であり、その構成のおいては、従来の電子写真式の画像形成装置と同様である。本発明の実施形態７の画像形成装置の特徴は、感光体のクリーニング装置として、上述の本発明のクリーニング装置を使用している。図６に示す画像形成装置５０においては、４つの画像形成部２０ｙ、２０ｃ、２０ｍ、２０ｋを備え、それぞれの画像形成部に本発明のクリーニング装置を有している。勿論、最も使用頻度が多く、トナーの汚れも目立ちやすい画像形成部２０ｋのみに本発明のクリーニング装置を使用してもよい。しかし、高画質の画像を得るためには、それぞれの画像形成部に本発明のクリーニング装置を備えることが好ましい。

この形態の画像形成装置は、給紙部２６と、給紙された記録紙２７に上述の画像形成部２０ｙ、２０ｃ、２０ｍ、２０ｋと、画像形成部２０ｙ、２０ｃ、２０ｍ、２０ｋで形成された画像を転写する転写ベルト２８と、転写ベルト２８から記録紙２７に画像を転写する転写ローラ２９と、記録紙２７に転写された画像を記録紙２７上に定着させる定着装置３０とを備えている。画像形成部は、例えば画像形成部２０ｙで説明すれば、感光体２１と、帯電装置２２と、潜像形成装置２３と、現像装置２４と、本発明のクリーニング装置２５とを備えている。

（実施形態８）
本発明の実施形態８は、プロセスカートリッジである。実施形態８のプロセスカートリッジは、図６に示す画像形成装置の画像形成部２０ｙ、２０ｃ、２０ｍ、２０ｋのうちのいずれか、例えば画像形成部２０ｙから潜像形成装置２３を除いたもので構成される。本発明のプロセスカートリッジは、感光体２１と、本発明のクリーニング装置２５とは必須の構成である。他の部品や装置は必須ではないが、現像装置は備えていることが好ましい。

本発明のクリーニング装置、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及びクリーニング方法は、連続画像形成が可能な電子写真方式の印刷機や複写機に有効である。特に、高速大型の連続印刷機のように一定時間高速で高品質、高信頼性の画像を形成する必要がある場合に好適に用いられる。

本発明のクリーニング装置のブレード先端部とトナーの関係の説明図 本発明のクリーニング装置のブレード先端部の拡大図（１） 本発明のクリーニング装置のブレード先端部の拡大図（２） 本発明のクリーニング装置のブレード先端部の拡大図（３） 本発明のクリーニング装置の説明図 本発明の画像形成装置 従来のクリーニング装置のブレード先端部の拡大図 本発明のクリーニング装置のトナーすり抜けシミュレーションの説明図（１） 本発明のクリーニング装置のトナーすり抜けシミュレーションの説明図（２） （ａ）は、球形トナーのすり抜けない条件（最大摩擦係数μｃ）の算出結果表 （ｂ）は、θ＝１５度のときのすり抜け限界範囲を示すグラフ （ｃ）は、θ＝３０度のときのすり抜け限界範囲を示すグラフ （ｄ）は、θ＝４５度のときのすり抜け限界範囲を示すグラフ

符号の説明

１、１１ ：ブレード
１ａ、１ｂ、１ｃ、１１ａ ：先端部
２ ：間隙
３ ：感光体表面
４ ：トナー（半径ｒ）
５ ：トナーと感光体表面との接触点で働く垂直抗力Ｎ１
６ ：トナーとブレードとの接触点で働く垂直抗力Ｎ２
７ ：トナーと感光体表面との接触点で働く摩擦力ｆ１
８ ：トナーとブレードとの接触点で働く摩擦力ｆ２
９ ：ブレードと感光体表面のギャップ
１０ ：基体
２０ｙ、２０ｃ、２０ｍ、２０ｋ ：画像形成部
２１ ：感光体
２２ ：帯電装置
２３ ：潜像形成装置
２４ ：現像装置
２５ ：クリーニング装置
２６ ：給紙装置
２７ ：記録紙
２８ ：転写ベルト
２９ ：転写ローラ
３０ ：定着装置
３１ ：加熱ベルト
３２ ：定着ローラ
３３ ：加圧ローラ
５０ ：画像形成装置

Claims (10)

1. 電子写真方式の画像形成装置における感光体上の残存トナーをブレードにより除去するクリーニング装置であって、
   下式（１）の条件を満たすように、前記感光体上に前記ブレードの先端を配置することを特徴とするクリーニング装置。
   

   

   
   （ここで、θは、直径が（Ｄ−σ）の真球が、感光体表面とブレードに同時に接触しているときの、前記真球と感光体表面の接触点における接線１と真球とブレードの接触点における接線２が前記真球を挟む角度である。Ｄ及びσは、前記トナー粒子の平均粒径、及び粒度分布の標準偏差である。μは、トナーと感光体表面との摩擦係数μ_１と、トナーとブレードとの摩擦係数μ_２のうち小さい方の摩擦係数である。）
2. 前記ブレードの先端部は、半円筒状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. 前記ブレードの先端部の表面は、前記トナーとの間の摩擦係数がブレードとトナーとの間の摩擦係数よりも小さい材料で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーニング装置。
4. 前記ブレードの先端部は、複数の凸部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクリーニング装置。
5. 前記複数の凸部は、前記感光体表面に対し相対移動可能であることを特徴とする請求項４に記載のクリーニング装置。
6. 電子写真方式の画像形成装置における感光体上の残存トナーをブレードにより除去するクリーニング装置であって、軸を中心にして回転可能な円筒状の基体表面に、複数のブレードを備え、それぞれのブレードは、下式（１）の条件を満たすように、前記感光体上に前記ブレードの先端を配置可能なことを特徴とするクリーニング装置。
   

   

   
   （ここで、θは、直径が（Ｄ−σ）の真球が、感光体表面とブレードに同時に接触する際の、前記真球と感光体表面の接触点における接線１と前記真球とブレードの接触点における接線２が前記真球を挟む角度である。Ｄ及びσは、トナー粒子の平均粒径、及び粒度分布の標準偏差である。μは、トナーと感光体表面との摩擦係数μ_１と、トナーとブレードとの摩擦係数μ_２のうち小さい方の摩擦係数である。）
7. 前記ブレードの先端部は、半円筒状であることを特徴とする請求項６に記載のクリーニング装置。
8. 前記ブレードの先端部の表面は、前記トナーとの間の摩擦係数がブレードとトナーとの間の摩擦係数よりも小さい材料で被覆されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のクリーニング装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置。
10. 画像形成装置用のプロセスカートリッジであって、
    請求項１〜８のいずれか一項に記載のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジ。

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