JP2010038934A - クリーニング装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置及びクリーニング処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】付着物の存在による潤滑剤の塗布ムラの発生を抑制して像担持体への潤滑剤の供給が長期にわたり安定して効率的に行うことのできるクリーニング装置、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置並びにクリーニング処理方法を提供する。
【解決手段】クリーニング手段１１は、感光体３の表面と対接して感光体３の表面上に存在する残留物（主にトナー）のクリーニングを行うローラ形状のクリーニング部材１１ａとクリーニング部材１１ａにバイアス印加を行うバイアス印加電源１１ｃを備えている。潤滑剤塗布前に交流バイアス電圧を印加しながらクリーニングを行うことで、クリーニング部材１１ａの回転に伴う感光体３の表面からの附着物の掻き取り作用と共に、感光体３の表面上の正帯電又は逆帯電している残留トナー等の付着物を効率良くクリーニング部材１１ａに引き付け、高いクリーニング性能を発揮することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用されるクリーニング装置、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置並びにクリーニング処理方法に関する。

電子写真方式の画像形成方法は、光導電現象を利用して像担持体上に静電的な電荷の像（静電潜像）を形成し、この静電潜像に着色した帯電微粒子（トナー）を静電力で付着させて可視トナー像とするプロセスである。この電子写真方式の画像形成装置においては、その主要部品である感光体や中間転写ベルト等の像担持体の表面に、各種ワックスやフッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等）や高級脂肪酸金属塩（ステアリン酸亜鉛等）等の潤滑剤を塗布する技術が使用されている。
この技術は、像担持体表面に残留したトナーや不純物を像担持体表面からクリーニングブラシやクリーニングブレードで掻き取るという電子写真のクリーニングプロセスで起こる不具合を解消するために用いられるものである。即ち、潤滑剤塗布による不具合の解消は、像担持体表面に対するトナーのクリーニング性の向上である。潤滑剤を表面に塗布することにより、像担持体表面の摩擦係数が減少し、像担持体表面に付着した残存トナーが表面から容易に離脱し易くしてクリーニングブレード等によって容易に除去してトナーのクリーニング性を向上させるものである。すなわち、紙等の最終的な記録媒体に転写しきれずに像担持体表面上に残留したトナーを容易に除去することができるようになる。
近年、重合法により調整された球形状トナーが用いられ始めているが、このような球形状トナーは、粒径分布が揃っており、しかも、小粒径化も効率良くおこなえることから、画質が向上することが明らかになっている。一方、このような球形状トナーは、像担持体表面上からの除去が難しくなるという問題点もある。そのような技術的背景からも、潤滑剤を用いることによるクリーニング性の向上は、今後、更に重要な技術となると考えられる。

また、潤滑剤塗布による不具合の解消としては、像担持体表面の放電による酸化劣化を防止することである。即ち、像担持体に静電的な電荷の像（静電潜像）を形成するためには帯電手段によって像担持体表面を一様に帯電させる必要がある。具体的な帯電手段としては、近年では帯電ローラ部材に高電圧を印加して像担持体に直接放電させて帯電させる手段がある。
しかしながら、像担持体に対して直接放電するため、像担持体表面が劣化するという問題が発生する。特に帯電ローラ部材を像担持体に接触させない、いわゆる非接触帯電ローラ方式においては、ローラ部材に交流電圧を印加する必要があり、像担持体表面が劣化しやすいことが知られている。このようにして劣化した像担持体表面は、主にクリーニング部材であるクリーニングブラシやクリーニングブレードとの機械的摺擦により、摩耗し易くなることが明らかになっている。従って、像担持体表面に潤滑剤を塗布する技術は放電による像担持体へのダメージを低減させるためにも重要な技術である。

一般的に、潤滑剤は微量ずつ粉体の形態で像担持体表面に供給されるが、その具体的な方法としては、ブラシなどの塗布手段によりブロック状に固形成形された潤滑剤を削り取って粉体とし、ブラシに保持した粉体状の潤滑剤を像担持体に接触させて塗布する方法がある（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、上述のような画像形成方法においては、潤滑剤を像担持体表面に塗布する際に像担持体に付着物（主に転写残トナーや逆転写トナー）が存在すると、この付着物が障害となり、像担持体表面において、付着物の存在する部分とそうでない部分で潤滑剤の塗布ムラが発生する。このことにより像担持体表面に潤滑剤の塗布量が設計者の目標量よりも不足した個所が生じ、その個所においてクリーニング不良や像担持体の表面劣化といった不具合が発生してしまう。
この付着物の存在による潤滑剤の塗布ムラを改善するために、潤滑剤塗布ローラによる潤滑剤塗布位置の像担持体回転方向上流側の像担持体表面にクリーニングブレードを当接させ、さらに、下流側の像担持体表面に潤滑剤均し部材となるブレード部材を当接させることが提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−９９６４９公報 特開２００１−３０５９０７公報

特許文献２記載のものでは、クリーニングブレードによって残留トナーを除去してクリーンな状態となった像担持体表面に潤滑剤を塗布し、その後潤滑剤の表面をブレード部材によって均されて厚みの均一な潤滑剤の層を形成して虫喰い、画像ボケ、ボソツキ等の異常画像のない良好な転写画像を得ることができるとしている。しかしながら、クリーニングブレードによる残留トナーの除去が充分でなく依然として付着物の存在による潤滑剤の塗布ムラが発生するという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、付着物の存在による潤滑剤の塗布ムラの発生を抑制して像担持体への潤滑剤の供給が長期にわたり安定して効率的に行うことのできるクリーニング装置、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置並びにクリーニング処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、表面にトナー画像を形成する像担持体の当該表面と対接して前記トナー像を当該像担持体表面から転写体に転写した後に残存するトナーを当該像担持体表面から除去するクリーニング手段と、当該クリーニング手段によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段とを備えたクリーニング装置において、前記クリーニング手段に交流バイアス電圧を印加する交流バイアス電圧印加手段を備えることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載のクリーニング装置において、前記交流バイアス電圧印加手段は、前記クリーニング手段に印加する交流バイアス電圧に、前記潤滑剤塗布手段によって前記像担持体に塗布される潤滑剤の帯電極性とは逆極性の直流バイアス電圧を重畳させていることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２記載のクリーニング装置において、前記直流バイアス電圧は、当該直流バイアス電圧の絶対値（｜Ｖｄｃ｜）がＶｐｐ／２≧｜Ｖｄｃ｜となる直流バイアス電圧であることを特徴とする。
但し、前記数式中Ｖｐｐは、前記交流バイアス電圧の上限ピーク値から下限ピーク値までの電圧を示す。

また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載のクリーニング装置において、前記クリーニング手段は、前記像担持体表面と対接する回転ローラもしくは固定摺接体であることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項４記載のクリーニング装置において、前記クリーニング手段は、スポンジもしくはゴムで形成されることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項４又は５記載のクリーニング装置において、前記クリーニング手段は、回転ローラであり、当該回転ローラの外周に像担持体表面から転写付着した残存トナーを当該回転ローラの外周と摺接して当該回転ローラの外周から除去する除去部材を備えることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載のクリーニング装置において、前記クリーニング手段は、回転ローラであり、当該回転ローラの外周に像担持体表面から転写付着した残存トナーを当該回転ローラの外周と摺接して当該回転ローラの外周から除去する除去部材を備えることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、表面にトナー画像を形成する像担持体と、当該像担持体表面から前記トナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを、当該像担持体表面と対接して当該像担持体表面から除去するクリーニング手段及び当該クリーニング手段によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段とを有するクリーニング装置とを少なくとも一体に連結したプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニング装置は、請求項１乃至７のいずれか１項記載のクリーニング装置であることを特徴とする。
また、請求項９の発明は、表面にトナー画像を形成する像担持体と、当該像担持体表面から前記トナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを、当該像担持体表面と対接して当該像担持体表面から前記トナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを当該像担持体表面から除去するクリーニング手段及び当該クリーニング手段によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を有するクリーニング装置とを備えた画像形成装置において、前記クリーニング装置は、請求項１乃至７のいずれか１項記載のクリーニング装置であることを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、像担持体表面からトナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを、当該像担持体の表面にクリーニング部材を対接させて当該像担持体表面から除去するクリーニング工程と、当該クリーニング工程によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程とを備えたクリーニング処理方法において、前記クリーニング工程において、前記クリーニング部材に交流バイアス電圧を印加しながら前記残存トナーを前記像担持体表面から除去することを特徴とする。

本発明によれば、表面にトナー画像を形成する像担持体の当該表面と対接して前記トナー像を当該像担持体表面から転写体に転写した後に残存するトナーを当該像担持体表面から除去するクリーニング手段に交流バイアス電圧を印加する交流バイアス電圧印加手段を備えることによって、付着物の存在による潤滑剤の塗布ムラの発生を抑制して像担持体への潤滑剤の供給が長期にわたり安定して効率的に行うことのできるクリーニング装置、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置並びにクリーニング処理方法を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す概略図である。本実施形態に係る画像形成装置１００は、イエロー（以下、「Ｙ」と記す。）、シアン（以下、「Ｃ」と記す。）、マゼンタ（以下、「Ｍ」と記す。）、ブラック（以下、「Ｋ」と記す。）の４色のトナーから、カラー画像を形成する画像形成装置（以下、「タンデム型」と記す。）である。
この画像形成装置１００は、支持ローラ２６、２７、２８に張架され矢印Ａ方向に移送される無端ベルト状の中間転写ベルト２５の移送方向に沿って配設されたイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋを備えている。そして、各画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋは、像担持体として４つのドラム状の感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋを備えている。なお、ここではドラム状の感光体を例に挙げているが、ベルト状の感光体も採用することができる。各感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋは、それぞれ表面移動部材である中間転写ベルト２５に接触しながら、図中矢印の方向に１５５ｍｍ／ｓｅｃの線速で回転駆動する。

図２は、図１で示す画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ中の１個の画像形成ユニット２の概略構成を示す概略図である。なお、画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋにおける各感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋの周りの構成は、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの各色のトナーを各感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋに供給する現像装置９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ内に収容するトナーが相違する以外、基本的には同一であるため、１つの画像形成ユニット２についてのみ図示し、色分け用の符号Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋについては省略してある。
感光体３の周りには、感光体３の表面を一様に帯電させる帯電装置５、帯電した感光体３表面に静電潜像を書き込む露光装置４、感光体３の表面に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置９の現像ローラ９ａ、感光体３の表面帯電電位を除電するクリーニング前除電装置（以下、「ＰＣＬ」と記す）１０、後述するように、感光体３表面のトナー像を中間転写ベルト２５に転写した後に感光体３の表面に残存するトナー等の付着物を感光体３の表面から除去し、クリーニングするクリーニング装置６が配設されている。そして、クリーニング装置６は、後述するように、感光体３の表面に潤滑剤を供給する前に感光体３の表面上の付着物のクリーニングを行うクリーニング手段１１と、感光体３表面上に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段１２と、潤滑剤塗布手段１２によって感光体３の表面に塗布された潤滑剤を均し薄膜化する潤滑剤均し手段１４を備えている。

帯電装置５は、感光体３の表面を負極性に帯電する。本実施形態における帯電装置５は、いわゆる接触・近接帯電方式で帯電処理を行う帯電部材としての帯電ローラ５ａを備えている。すなわち、この帯電装置５は、帯電ローラ５ａを感光体３の表面に接触又は近接させ、その帯電ローラ５ａに負極性バイアスを印加することで、感光体３の表面を一様に帯電する。感光体３の表面電位が−４００〜−５００Ｖとなるような直流の帯電バイアスを帯電ローラ５ａに印加している。
なお、帯電バイアスとして、直流バイアスに交流バイアスを重畳させたものを利用することもできる。また、帯電装置５には、帯電ローラ５ａの表面をクリーニングするクリーニング手段５ｂが設けられている。クリーニング手段５ｂは、金属ローラ軸とローラ軸の外周に設けられたメラミン樹脂発泡体により形成された回転ローラとなっており、帯電ローラ５ａの外周面にクリーニング手段５ｂのメラミン樹脂発泡体が摺接することによって、帯電ローラ表面５ａに付着する異物を除去する働きを有する。
なお、帯電装置５として、帯電ローラ５ａの周面上の軸方向両端部分に薄いフィルムを巻き付け、薄いフィルム部分を感光体３の表面に当接させ、帯電ローラ５ａの表面を感光体３の表面から離隔させ非接触状態とするように設置してもよい。これにより、帯電ローラ５ａの表面と感光体３の表面との間は、フィルムの厚さ分だけ離間した極めて近接した状態となる。これによって、感光体３上の残留トナーとの接触を減らすことができる。
このようにして帯電した感光体３の表面には、露光装置４によって画像情報に応じた露光光Ｌが照射されて各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置４は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体３に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施形態の露光装置４は、レーザ方式の露光装置であるが、ＬＥＤアレイと結像手段からなる露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。

現像装置９は、そのケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ９ａが部分的に露出している。また、ここでは、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いているが、キャリアを含まない一成分現像剤を使用してもよい。現像装置９は、トナーボトル３１Ｙ、３１Ｃ、３１Ｍ、３１Ｋから、対応する色のトナーの補給を受けてこれを内部に収容している。この現像ローラ９ａは、磁界発生手段としてのマグネットローラと、その周りを同軸回転する現像スリーブとから構成されている。
現像剤中のキャリアは、マグネットローラが発生させる磁力により現像ローラ９ａ上に穂立ちした状態となって感光体３と対向する現像領域に搬送される。ここで、現像ローラ９ａは、感光体３と対向する領域（以下、「現像領域」と記す。）において感光体３の表面よりも速い線速で同方向に表面移動する。そして、現像ローラ９ａ上に穂立ちしたキャリアは、感光体３の表面を摺擦しながら、キャリア表面に付着したトナーを感光体３の表面に供給し、現像する。このとき、現像ローラ９ａには、図示しない電源から−３００Ｖの現像バイアスが印加され、これにより現像領域には現像電界が形成される。
転写装置における中間転写ベルト２５は、３つの支持ローラ２６、２７、２８に張架されており、図中矢印Ａ方向に無端移動する構成となっている。この中間転写ベルト２５上には、各感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。静電転写方式には、転写チャージャを用いた構成もあるが、ここでは転写チリの発生が少ない転写ローラ２９Ｙ、２９Ｃ、２９Ｍ、２９Ｋを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋと接触する中間転写ベルト２５の部分の裏面に、それぞれ転写装置として各一次転写ローラ２９Ｙ、２９Ｃ、２９Ｍ、２９Ｋを配置している（図１参照）。

図２においては、一次転写ローラ２９により押圧された中間転写ベルト２５の部分と感光体３とによって、一次転写領域が形成される。そして、各感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２５上に転写する際には、一次転写ローラ２９Ｙ、２９Ｃ、２９Ｍ、２９Ｋに正極性のバイアスが印加される。これにより、各一次転写する領域（以下、転写領域）と記す。）には転写電界が形成され、各感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト２５上に静電的に付着し、転写される。
中間転写ベルト２５の周りには、中間転写ベルト２５の表面に残留したトナーを除去するためのベルトクリーニング装置１４が設けられている。このベルトクリーニング装置１４は、中間転写ベルト２５の表面に付着した不要なトナーをファーブラシ及びクリーニングブレードで回収する構成となっている。なお、回収した不要トナーは、ベルトクリーニング装置１４内から図示しない搬送手段により図示しない廃トナータンクまで搬送される。この転写ベルト２５は、体積抵抗率が１０⁹〜１０¹¹Ωｃｍである高抵抗の無端状単層ベルトであり、その材質はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いることが好ましいが、弾性層を含む複数の樹脂層にしてもよい。
また、支持ローラ２８に張架された中間転写ベルト２５の部分には、二次転写ローラ１６が接触して配置されている。この中間転写ベルト２５と二次転写ローラ１６との間には二次転写領域が形成され、この部分に、所定のタイミングで転写体としての転写紙Ｓが送り込まれるようになっている。この転写紙Ｓは、露光装置４の図中下側にある給紙カセット２０内に収容されており、ピックアップローラ２１、レジストローラ対２２等によって、二次転写領域まで搬送される。そして、中間転写ベルト２５上に重ね合わされたトナー像は、二次転写領域において、転写紙Ｓ上に一括して転写される。この二次転写時には、二次転写ローラ１６に正極性のバイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト２５上のトナー像が転写紙Ｓ上に転写される。

次に、本実施形態に係る画像形成装置の画像形成動作について説明する。
画像形成動作開始によって、初めに帯電装置５で感光体３表面を負極性に一様に帯電される。このとき、帯電ローラ５ａに付着したトナーや潤潤滑剤等の汚れはクリーニング手段５ｂでクリーニングされる。
次に、露光装置４は、画像データに基づいて感光体３の表面にレーザ光Ｌを走査しながら照射して、静電潜像を形成する。この潜像を、現像装置９の現像ローラ９ａで現像して、トナー像を形成する。トナーとしては、カラートナーの対応が容易なことから磁性キャリアとともに用いる二成分現像剤が好ましい。このときに、トナー像が形成された感光体３が回転して転写領域に入り、同時期に移動してきた中間転写ベルト２５に転写領域で接触する。転写領域では、感光体３上で現像されたトナー像は、転写電界やニップ圧の作用を受けて中間転写ベルト２５に転写される。この転写により、中間転写ベルト２５上にトナー像が形成される。
感光体３が複数のカラートナー分配設されたタンデム型では、この転写が複数回繰り返されることで、中間転写ベルト２５にカラートナー像を形成する。

一方、中間転写ベルト２５上のトナー像は、同時期に、給紙ユニット２０から１枚ずつ給送された転写紙Ｓに２次転写領域で、転写電界やニップ圧の作用を受けて転写される。なお、転写紙Ｓは、図示しない搬送ガイドにガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ対２２へ搬送され、所定のタイミングでレジストローラ２２で２次転写領域に送出される。この転写により、転写紙Ｓ上にはフルカラートナー像が形成される。フルカラートナー像が形成された転写紙Ｓは、定着装置２３でトナー像が加熱、加圧されて定着された後、排紙ローラ２４によって画像形成装置１００の排紙トレイ上に排紙される。
転写前における、感光体３の表面電位は地肌部（白地背景部）で−５００Ｖ、レーザ光で露光された画像部で−５０Ｖである。−５００Ｖの直流と０．５〜２ｋＶの交流電圧による現像バイアスで負極性のトナーが画像部に現像される。転写領域では、正極性の＋４００〜４５０Ｖの直流と０．５〜２ｋＶの交流電圧による転写バイアスで中間転写ベルト６ａにトナー像を転写する。
転写後は、転写電界による影響で、感光体３の表面電位は、地肌部（白地背景部）で−２００Ｖ、画像部で−１０Ｖ程度になっている。転写後の感光体３上のトナーは、この−２００Ｖと−１０Ｖによる電界で画像のエッジ部に強く感光体３表面に付着して、クリーニング部材１１ａや潤滑剤均しブレード１３ａをすり抜けてしまい、感光体３上にトナーが残留したまま帯電されるために地肌かぶり、白点等の異常画像になる。この感光体３上に残留する電界を、ＰＣＬ２０で光照射することで、トナーのない地肌部の電位を−２００Ｖから０Ｖにして、−１０Ｖの画像部と電界を形成させ、トナーの感光体３への付着力を減少させて、クリーニング不良の発生を抑える。

転写後の感光体３の表面には転写しきれなかった転写残トナーや上流の画像形成ユニットにより中間転写ベルト２５上に形成されたトナーが下流の画像形成ユニットで再び感光体３表面に転写されてしまった逆転写トナーなど残留物が存在している。このまま、潤滑剤供給装置２１により感光体３の表面に潤滑剤の供給を行うと残留物の有無により潤滑剤の供給ムラが発生してしまうため、後述するように、本実施形態においては、潤滑剤の供給を行う前にあらかじめクリーニング手段１１により感光体３表面の残留物のクリーニングを行う。
このようにして、画像形成が行われる際に、感光体３の表面からトナー像が中間転写ベルト２５に転写された後に、感光体３の表面に残存するトナーを感光体３の表面から適切に除去しないと画像形成上不都合が生じる。即ち、感光体３の表面に残存トナーが存在した状態で帯電装置５によって感光体３表面に一様な帯電電圧を印加しても、残存トナーが存在する部分では、感光体表面が一様に帯電されず、適切な露光が行われなくなる。その結果、虫喰い、画像ボケ等の異常画像を発生してしまう。
このような不都合を解消するために、帯電装置５による帯電処理前に、感光体３の表面に残存するトナーを感光体表面から除去する必要があり、感光体３の表面に対接させて感光体３表面から残存トナーを除去するクリーニング装置６が配設されている。このクリーニング装置６としては、従来、感光体３の表面と摺接して感光体３の表面から残存トナーを除去するクリーニングブレード等のクリーニング手段１１と、クリーニング手段１１によってクリーニングされた感光体３の表面にトナーの離脱を容易にする潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段１２及び潤滑剤塗布手段１２によって塗布された潤滑剤を感光体３の表面に均す潤滑剤均し手段１３が使用されている。

しかしながら、近年、画質向上のため使用される微小球形トナーを使用する場合には、クリーニング手段１１による感光体３の表面からの残存トナーの除去が充分でなく、クリーニング手段１１を通過したトナーによって、前述のような異常画像が発生する場合があった。
本発明においては、このような問題に対処すべく種々検討の結果、クリーニング手段に交流バイアス電圧を印加してクリーニングを行うと、感光体３の表面からの残存トナーの除去を良好に行うことが可能となり、異常画像の発生を抑制できること究明した。この究明に基づき、さらなる検討の結果、本発明を完成させるに至った。以下、本発明によるクリーニング装置について実施形態に基づいて説明する。
本発明による一実施形態のクリーニング装置においては、図３に示すように、前述のように、現像ローラ９ａによって形成されたトナー像が一次転写ローラ２９によって中間転写ベルト２５上に転写された後に感光体３の表面に残存するトナー等の付着物を除去するクリーニング手段１１と、クリーニング手段１１によってクリーニングされた感光体３の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段１２及び潤滑剤塗布手段１２によって塗布された潤滑剤を感光体３の表面上に均す潤滑剤均し手段１３とを備えている。

クリーニング手段１１は、感光体３の表面と対接して感光体３の表面上に存在する残留物（主にトナー）のクリーニングを行うローラ形状のクリーニング部材１１ａと、感光体３上の残留物をクリーニングすることでクリーニング部材１１ａに蓄積した残留物を掻き落とす除去部材１１ｂと、クリーニング部材１１ａにバイアス印加を行うバイアス印加電源１１ｃから主に構成されている。
本実施形態のクリーニング部材１１ａは導電性回転軸１１ａ１を中心として回転し、この導電性回転軸１１ａ１上に導電性スポンジ層１１ａ２を形成し、導電性スポンジ層の外周面が感光体３の表面と対接する導電性スポンジローラであるが、これは導電性のゴムローラやブラシローラでも構わない。特に、クリーニング部材１１ａをスポンジもしくはゴムとすることで、クリーニング部材１１ａと感光体３の表面との接触部（ニップ）面積を広くとることができクリーニング性能の向上に繋がる。このことにより、クリーニング部材１１ａと感光体３表面との当接圧を分散することができ、感光体３の表面に与える物理的ストレスを低減できる。
また、クリーニング部材１１ａは、回転ローラでなく、先端が感光体２の表面と摺接する導電性のゴム、植毛体等からなるブレードやブラシ体等の固定摺接体であっても良い。しかしながら、クリーニング部材１１ａとして回転ローラを使用するときには、クリーニング部材１１ａの外周と感光体３の表面との対接状態がほぼ一定となり、感光体３の表面に与える物理的なストレスを低減させることができる。その結果、クリーニング部材１１ａと感光体３の駆動時のトルクを低減させることができる利点を有する。

本実施形態の除去部材１１ｂは、クリーニング部材１１ａの外周と摺接するブラシローラで構成されているが、これはフリッカーやブレードでも構わない。除去部材１１ｂにより、クリーニング部材１１ａで保持されるクリーニングされた感光体３上の付着物をクリーニング部材１１ａから除去し、付着物の蓄積によるクリーニング部材１１ａのクリーニング性能の低下を抑制することができる。その結果、クリーニング部材１１ａの表面は常に清掃されているため、クリーニング部材１１ａによるクリーニングを長期に渡って安定して行え、高寿命化にも繋がる。
バイアス印加電源１１ｃは、１１００Ｈｚの交流周波数で０．５ｋＶ〜２ｋＶの交流バイアス電圧をクリーニング部材１１ａの導電性回転軸１１ａ１に印加する。この交流バイアス電圧の印加に伴って、図４に示すように、クリーニング部材１１ａは、感光体３上の正又は負に帯電した残留トナーＴや他の付着物Ｆを静電的な力によってクリーニング部材１１ａ上に吸引して効率良く感光体３の表面のクリーニングを実行することができる。このように、潤滑剤塗布前に交流バイアス電圧を印加しながらクリーニングを行うことで、クリーニング部材１１ａの回転に伴う感光体３の表面からの附着物の掻き取り作用と共に、感光体３の表面上の正帯電又は逆帯電している残留トナー等の付着物を効率良くクリーニング部材１１ａに引き付け、高いクリーニング性能を発揮することができる。その結果、潤滑剤の供給時には感光体３の表面上の付着物は適切に除去されているので、付着物の有無による潤滑剤の供給ムラを抑制することができる。

この場合、クリーニング部材１１ａに印加される交流バイアス電圧は、感光体３表面に付着している付着物の極性によって直流バイアス電圧を重畳させ、交流バイアス電圧を正極或いは負極側に偏倚させることができる。
即ち、例えば、負極性に帯電した残留トナーＴを感光体３の表面から除去する場合には、図５に示すように、交流バイアス電圧（曲線１）に正の直流バイアス電圧（Ｖｄｃ）を重畳させると、負に帯電している残留トナーＴがクリーニング部材１１ａの外周に静電気的に吸引され、良好に感光体３の表面から除去可能となる。反対に、正極に帯電したトナーが使用される場合には、図６に示すように、交流バイアス電圧に負の直流バイアス電圧（Ｖｄｃ）を重畳させて正に帯電している残留トナーＴを、クリーニング部材１１ａの外周に静電気的に吸引して感光体３の表面から除去することができる。

さらに、図７に示すように、重畳される直流バイアス電圧の絶対値｜Ｖｄｃ｜としては、交流バイアス電圧（曲線１）の上限ピーク電圧から下限ピーク電圧からの電圧Ｖｐｐの半分の電圧Ｖｐｐ／２と等しいかそれより小さい、即ち、Ｖｐｐ／２≧｜Ｖｄｃ｜を満足する直流バイアス電圧を使用することが好ましい。このように、Ｖｐｐ／２≧｜Ｖｄｃ｜を満足する直流バイアス電圧を使用する場合には、クリーニング部材１１ａは交流バイアスによりプラスとマイナスの両方に帯電されることになり、感光体３の表面上の正帯電／逆帯電している付着物を効率良くクリーニング部材１１ａに引き付けることができる。さらに、後述するように、直流バイアスが重畳されているため、潤滑剤塗布時に感光体３の表面と潤滑剤の間で静電的な引力が働き、潤滑剤の供給効率を高めることができる。
具体的には、前述の１１００Ｈｚの交流周波数で０．５ｋＶ〜２ｋＶの交流バイアス電圧に＋２００Ｖの直流バイアス電圧を重畳することにより、感光体３を＋１００Ｖ程度に帯電させ、後述する潤滑剤塗布手段１２により供給されるマイナスに帯電した潤滑剤の供給効率を高めることができる。このように、クリーニング部材１１ａに印加する交流（ＡＣ）バイアス電圧に、感光体３の表面に塗布する潤滑剤の帯電極性とは逆極性の直流（ＤＣ）バイアス電圧を重畳することで、感光体３の表面を潤滑剤の帯電極性と逆極性に帯電させ、潤滑剤塗布時に感光体３の表面と潤滑剤の間で静電的な引力を働かせることで、潤滑剤の供給効率を高めることができる。

ここで潤滑剤塗布手段１２は、ケースに収容された固形状潤滑剤１２ｂと、潤滑剤１２ｂに接触して潤滑剤を削り取り感光体３に塗布する潤滑剤塗布部材１２ａと、潤滑剤１２ｂを潤滑剤塗布部材１２ａに押しつける加圧スプリング１２ｃから主に構成されている。本実施形態に係る潤滑剤塗布部材１２ａは、導電正回転軸１２ａ１上に導電性スポンジ層１２ａ２を形成した導電性回転軸１２ａ１を中心として回転する導電性スポンジローラであるが、これは導電性のゴムローラやブラシローラでも構わない。この導電性回転軸１２ａ１を接地するか負の電圧を印加することによって、導電性スポンジローラ１２ａ２によって掻き取られた潤滑剤１２ｂは、負に帯電され、前述のように、クリーニングローラ１１ａによって帯電された感光体３の表面に静電気的に一様に付着される。潤滑剤１２ｂは直方体状に形成されており、潤滑剤塗布とクリーニング部材１１ａをすり抜けた付着物をクリーニングする機能を有する潤滑剤塗布部材１２ａは感光体３の軸方向に延びる形状を有している。潤滑剤１２ｂは、そのほぼ全量を使い切れるように、加圧スプリング１２ｃによって潤滑剤塗布部材１２ａの外周面に対して押圧、付勢されている。潤滑剤１２ｂは消耗品であるため経時的にその厚みが減少するが、加圧スプリング１２ｃで加圧されているために常時潤滑剤塗布部材１２ａに当接している。本実施形態における加圧スプリングによる加圧力は３００ｍＮである。

潤滑剤１２ｂとしては、脂肪酸金属塩、シリコーンオイル、フッ素系樹脂等が挙げられ、これらは単独または２種類以上を混合して用いることができる。特に、脂肪酸金属塩が好ましい。脂肪酸金属塩としては、脂肪酸としては、直鎖状の炭化水素が好ましく、例えば、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等が好ましく、ステアリン酸が一層好ましい。金属としては、リチウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、セリウム、チタン、鉄などが挙げられる。これらの中で、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸鉄などが好ましく、特に、ステアリン酸亜鉛がもっとも好ましい。ステアリン酸亜鉛は代表的なラメラ結晶紛体である。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そ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潤滑剤供給部材から像担持体表面に移行することができる。また、ラメラ結晶の特性として少量の潤滑剤で効果的に像担持体および中間転写体表面を覆うことが出来る。
このように、スポンジローラである潤滑剤塗布部材１２ａが固体状潤滑剤１２ｂに接触して潤滑剤１２ｂをかき取りながら、感光体３と対向する位置まで搬送／供給する。この時、感光体３表面は＋１００Ｖ程度に均一に帯電されているため、潤滑剤塗布部材１２ａでかき取られる際にマイナスに帯電した潤滑剤１２ｂは効率よく均一に感光体３表面に供給される。

また、潤滑剤均し手段１３は、潤滑剤均しブレード１３ａ、支持部材１３ｂ、ブレード加圧スプリング１３ｃを備える。潤滑剤均しブレード１３ａは、転写後に残留しクリーニング手段１１でクリーニングしきれなかった感光体３上のトナーを除去すると共に、潤滑剤塗布手段１２によって感光体３上に塗布された潤滑剤１２ｂを均し、薄層化する。潤滑剤均しブレード１３ａは、支持部材１３ｂに貼着してクリーニング装置６に配設される。支持部材１３ｂは特に限定されないが、金属、プラスチック、セラミック等を用いることができる。
潤滑剤均しブレード１３ａは、摩擦係数の低い弾性体として、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等のうちウレタンエラストマー、シリコーンエラストマー、フッ素エラストマー等で構成された感光体３の軸方向の全長に亘って感光体３と対接する刃状体とすることができる。潤滑剤均しブレード１３ａとしては、熱硬化性のウレタン樹脂が好ましく、特に、ウレタンエラストマーが、耐摩耗性、耐オゾン性、耐汚染性の観点から好ましい。エラストマーには、ゴムも含まれる。潤滑剤均しブレード１３ａは、硬度（ＪＩＳ―Ａ）が、６５〜８５度の範囲が好ましい。また、潤滑剤均しブレード１３ａは、厚さが０．８〜３．０ｍｍで、突き出し量が３〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましい。さらに、その他の条件として当接圧、当接角度、食い込み量等は適宜決定することができる。

このようにして、感光体３に当接している潤滑剤均しブレード１３ａで潤滑剤１２ｂが押圧されて感光体３の表面に薄い膜を形成する。この薄膜が感光体３の摩擦係数を低下させる。このとき、感光体３の摩擦係数μを０．４以下にすることが好ましい。この潤滑剤の膜を形成することで、感光体３上のトナーはクリーニングされやすくなり、さらに感光体３表面との付着力も減少していることから円形度が０．９４以上の残留トナーであってもクリーニングすることができる。さらに感光体３の摩擦係数を０．４以下にすることで、潤滑剤均しブレード１３ａとの摩擦が大きくなるのを抑え、潤滑剤均しブレード１３ａの変形又はめくれを抑えて、トナーが潤滑剤均しブレード１３ａをすり抜けるのを防止して、クリーニング不良の発生を抑制することができる。さらに０．３以下が一層好ましい。
また、本発明による画像形成装置においては、感光体３、クリーニング装置６とを一体に連結したプロセスカートリッジとすることができる。このようなプロセスカートリッジとすることによって、感光体３及びクリーニング装置６とを画像形成装置１００本体から引き出して、感光体３及びクリーニング装置６の修理、交換等を適切かつ簡単におこなうことができる。この場合、感光体３及びクリーニング装置６に帯電装置３、現像装置５を加えた一体構成のプロセスカートリッジとすることもできる。
また、上記実施形態においては、像担持体として感光体３を例示したが、像担持体として、中間転写ベルト２５とし、そのクリーニング装置１５において、上記実施形態のクリーニング装置を使用することが可能である。

本発明による一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す概略図である。 図１で示す画像形成ユニット２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ中の１個の画像形成ユニット２の概略構成を示す概略図である。 本発明による一実施形態のクリーニング装置の概略構成を示す概略図である。 図３のＸ部の拡大図で、クリーニング装置の機能を説明する図である。 本発明による一実施形態のクリーニング装置で使用されるバイアス印加電源で印加される電圧の波形図である。 本発明による他の実施形態のクリーニング装置で使用されるバイアス印加電源で印加される電圧の波形図である。 本発明による他の実施形態のクリーニング装置で使用されるバイアス印加電源で印加される電圧の波形図である。

符号の説明

２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ 画像形成ユニット、３、３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ 感光体、４ 露光装置、５ 帯電装置、６ クリーニング装置、９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ 現像装置、９ａ 現像ローラ、１１ クリーニング手段、１１ａ クリーニング部材、１１ａ１ 回転軸、１１ａ２ 導電性スポンジ層、１１ｂ 除去部材、１１ｃ バイアス印加電源、１２ 潤滑剤塗布手段、１２ａ 潤滑剤塗布部材、１２ａ１ 回転軸、１２ａ２ スポンジ層、１２ｂ 潤滑剤、１２ｃ 加圧スプリング、１３ 潤滑剤均し手段、１３ａ 潤滑剤均しブレード、１３ｂ 支持部材、１３ｃ 加圧スプリング

Claims (10)

1. 表面にトナー画像を形成する像担持体の当該表面と対接して前記トナー像を当該像担持体表面から転写体に転写した後に残存するトナーを当該像担持体表面から除去するクリーニング手段と、当該クリーニング手段によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段とを備えたクリーニング装置において、
   前記クリーニング手段に交流バイアス電圧を印加する交流バイアス電圧印加手段を備えることを特徴とするクリーニング装置。
2. 請求項１記載のクリーニング装置において、
   前記交流バイアス電圧印加手段は、前記クリーニング手段に印加する交流バイアス電圧に、前記潤滑剤塗布手段によって前記像担持体に塗布される潤滑剤の帯電極性とは逆極性の直流バイアス電圧を重畳させていることを特徴とするクリーニング装置。
3. 請求項２記載のクリーニング装置において、
   前記直流バイアス電圧は、当該直流バイアス電圧の絶対値（｜Ｖｄｃ｜）がＶｐｐ／２ ≧｜Ｖｄｃ｜となる直流バイアス電圧であることを特徴とするクリーニング装置。
   但し、前記数式中Ｖｐｐは、前記交流バイアス電圧の上限ピーク値から下限ピーク値までの電圧を示す。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のクリーニング装置において、
   前記クリーニング手段は、前記像担持体表面と対接する回転ローラもしくは固定摺接体であることを特徴とするクリーニング装置。
5. 請求項４記載のクリーニング装置において、
   前記クリーニング手段は、スポンジもしくはゴムで形成されることを特徴とするクリーニング装置。
6. 請求項４又は５記載のクリーニング装置において、
   前記クリーニング手段は、回転ローラであり、当該回転ローラの外周に像担持体表面から転写付着した残存トナーを当該回転ローラの外周と摺接して当該回転ローラの外周から除去する除去部材を備えることを特徴とするクリーニング装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載のクリーニング装置において、
   前記潤滑剤はステアリン酸亜鉛であることを特徴とするクリーニング装置。
8. 表面にトナー画像を形成する像担持体と、当該像担持体表面から前記トナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを、当該像担持体表面と対接して当該像担持体表面から除去するクリーニング手段及び当該クリーニング手段によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段とを有するクリーニング装置とを少なくとも一体に連結したプロセスカートリッジにおいて、
   前記クリーニング装置は、請求項１乃至７のいずれか１項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。
9. 表面にトナー画像を形成する像担持体と、当該像担持体表面から前記トナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを、当該像担持体表面と対接して当該像担持体表面から前記トナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを当該像担持体表面から除去するクリーニング手段及び当該クリーニング手段によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を有するクリーニング装置とを備えた画像形成装置において、
   前記クリーニング装置は、請求項１乃至７のいずれか１項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。
10. 像担持体表面からトナー像を転写体に転写した後に残存するトナーを、当該像担持体の表面にクリーニング部材を対接させて当該像担持体表面から除去するクリーニング工程と、当該クリーニング工程によってクリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程とを備えたクリーニング処理方法において、
    前記クリーニング工程において、前記クリーニング部材に交流バイアス電圧を印加しながら前記残存トナーを前記像担持体表面から除去することを特徴とするクリーニング処理方法。

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