JP2010145430A - クリーニング装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体に対するブレード部材の接触圧力又は接触角度を変化させることにより、振動騒音の防止を図ったクリーニグ装置を提供する。
【解決手段】像担持体に当接して残留するトナーのクリーニングを行うブレード部材と、該ブレード部材を保持するためのホルダーから構成されたクリーニングブレードを備えるクリーニング装置において、前記ブレード部材又は前記ホルダー近傍に騒音を検知する騒音検出手段を有し、該騒音検出手段により検出された騒音レベルが予め設定した閾値を上回った場合に、像担持体に対するブレード部材の摩擦力を変化させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式のコピー機、ファクシミリ、プリンタなどにおいてクリーニングブレードと像担持体間で発生する騒音の低減及びクリーニング特性の向上に関する。

従来から、種々の分野において、騒音防止は吸音材や遮音材による受動的な対策が中心となっている。画像形成装置においては、感光体内部に制振材を挿入することによって、減衰特性を高めることにより、感光体で増幅される振動を低減し、その結果として、発生する騒音を低減させる方法が多くとられている。また、クリーニングブレードの振動低減によって、騒音を低減させる方法もとられている。また、近年、信号処理技術の進歩などの技術の発展により、能動的に騒音を低減させることが実現できるようになった。このようなアクティブノイズコントロールで有名なものは、冷蔵庫や自動車などに応用されたものがあり、これらは騒音に対して、スピーカーなどを用いて逆位相の音を出すことによって干渉させて音を打ち消すものである。
画像形成装置における騒音対策として、特許文献１には、クリーニングブレードの摩擦力検出手段を設けて、摩擦力の変動に対して、トナーのすり抜けによるクリーニング不良、像担持体とクリーニングブレード間で発生するブレード鳴きやビビリ、クリーニングブレードがめくれ上がるブレードめくれ、像担持体表面にトナー添加物や紙粉等が付着することによるフィルミングの発生などを低減するように摩擦力を制御するクリーニング装置が開示されている。
特許文献２には、画像形成装置のクリーニング装置において、像担持体とクリーニングブレードのスティックスリップにより発生する振動の周波数とクリーニングブレードの共振周波数が一致または近傍に存在しないように、クリーニングブレードの共振周波数を設定して、共振による振動増幅を回避することで低騒音化を図ることが開示されている。また、特許文献３には、画像形成装置のクリーニング装置において、像担持体とクリーニングブレードのスティックスリップにより発生する振動に対して、振動検出部で検知された振動に、逆位相の振動を与えることで、アクティブノイズコントロールのように振動をアクティブに制御して、ブレードの振動を低減させて生じる騒音を低減させることが開示されている。

特開２００５−２０２０２６号公報 特開２００５−２１５１６３号公報 特開２００５−３３８１７０号公報

画像形成装置の感光体ユニットなどでは、クリーニングブレードと像担持体間の摩擦によりスティックスリップが生じ、スティックスリップによる振動が加振源となって像担持体から高音の騒音を発生したり、振動がクリーニングブレードからユニット筐体に伝播して騒音を発生する問題がある。残留トナーを除去するために、クリーニング装置は必要不可欠であり、これらの騒音の低減が望まれる。この騒音は、加振源がスティックスリップであるが、スティックスリップの振動モードは自励振動であり、発生する又はしないが非常に不安定であり、固有値解析における不安定モードである。
この不安定モードは、クリーニングブレードと像担持体間の接触すべり状態によって変化するものであるが、画像形成装置内の温度・湿度変化によるブレードの物性値変化、クリーニングブレードの経時劣化、像担持体上のトナーの付着状態など様々な状態の組み合わせによって、不安定モードが発生したりしなかったりする。したがって、まったく同じ構成であっても、ある日突然スティックスリップによる振動騒音が発生したり、設置位置の環境によって、発生する又はしない等の現象がおきる。この原因となる不安定モードは、接触すべり状態を微妙に変化させるだけで回避することが可能である。

そこで、本発明では、不安定モードが発生している状態を状況に応じて回避するために、クリーニングブレードから発せられる騒音によって、このスティックスリップ現象を検知し、クリーニングブレードと像担持体間の摩擦状態を変化させるために、接触圧力又は接触角度を変化させることにより、振動騒音の防止を図ったクリーニグ装置を提供することを目的とする。

すなわち、以下の１ないし１２の発明によって、上記課題は解決される。
１．本発明のクリーニング装置は、像担持体に当接して残留するトナーのクリーニングを行うブレード部材と、該ブレード部材を保持するためのホルダーから構成されたクリーニングブレードを備えるクリーニング装置において、前記ブレード部材又は前記ホルダー近傍に騒音を検知する騒音検出手段を有し、該騒音検出手段により検出された騒音レベルが予め設定した閾値を上回った場合に、像担持体に対するブレード部材の摩擦力を変化させることを特徴とする。
２．本発明のクリーニング装置は、前記１に記載のクリーニング装置において、像担持体に対するブレード部材の摩擦力を、像担持体に対するブレード部材の接触圧力により変化させることを特徴とする。
３．本発明のクリーニング装置は、前記２に記載のクリーニング装置において、ブレード部材を保持するホルダーを移動させることにより、像担持体に対するブレード部材の接触圧力を変化させることを特徴とする。
４．本発明のクリーニング装置は、前記３に記載のクリーニング装置において、ホルダーの移動方向が、ホルダーの面に対して垂直方向であることを特徴とする。
５．本発明のクリーニング装置は、前記２ないし４のいずれかに記載のクリーニング装置において、像担持体に対するブレード部材の接触圧力を検知する圧力検出手段と、該圧力検知手段による検出値に基づいて前記接触圧力を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

６．本発明のクリーニング装置は、前記１に記載のクリーニング装置において、像担持体に対するブレード部材の摩擦力を、像担持体に対するブレード部材の接触角度により変化させることを特徴とする。
７．本発明のクリーニング装置は、前記６に記載のクリーニング装置において、ブレード部材を保持するホルダーが回転支持部に支持され、該ホルダーを回転させることにより、像担持体に対するブレード部材の接触角度を変化させることを特徴とする。
８．本発明のクリーニング装置は、前記７に記載のクリーニング装置において、ホルダーの回転支持部に、回転駆動装置に連結されたカムが接触し、該カムを回転させることによってホルダーを回転させ、像担持体に対するブレード部材の接触角度を制御する制御手段を有することを特徴とする。
９．本発明のクリーニング装置は、前記８に記載のクリーニング装置において、制御により騒音の閾値が設定レベルを下回った場合、初期に規定された接触角度に戻ることを特徴とする。
１０．本発明の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体に残留するトナーを除去するためのクリーニング装置を備える画像形成装置において、前記クリーニング装置が前記１ないし９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。
１１．本発明のプロセスカートリッジは、像担持体と、帯電手段と、現像手段と、転写手段と、クリーニング装置とが一体に支持されて、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニング装置が、前記１ないし９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。
１２．本発明のカラー画像形成装置は、前記１１に記載のプロセスカートリッジを少なくとも二つ備えることを特徴とする。

本発明によれば、クリーニングブレードと像担持体間で発生する騒音が低減された状態で、像担持体に残留するトナーのクリーニング行うことができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。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をなすことは容易であり、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における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
図１は発明に係る画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転する像担持体１を備え、その周囲に帯電手段２、露光手段３、現像手段４、転写手段５、クリーニング装置６、除電手段７が配置されている。また、像担持体１上から転写された転写材８上のトナー像を定着するための図示しない定着装置が配置されている。

帯電手段２は、像担持体１表面に所定の距離で像担持体１と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段２にバイアスを印加することによって像担持体１を所定の極性、所定の電位に帯電する。露光手段３は発光素子としてＬＤあるいはＬＥＤを使用し、画像データに基づき像担持体１に光を照射し静電潜像を形成している。
現像手段４は、内部に固定されたマグネットローラと回転自在の現像剤担持体を備えており、現像剤を現像剤担持体上に保持させている。本実施の形態では現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いた二成分磁気ブラシ現像を用いている。その他の現像方式としてはキャリアを用いない一成分現像方式を用いてもよい。現像剤担持体には、現像バイアス電源から電圧が印加される。この現像バイアスと像担持体１表面に形成された静電潜像の電位との電位差により、現像領域にて静電潜像に帯電したトナーを付着させて現像を行うものである。

転写手段５は、転写時に像担持体１表面に所定の押圧力で接触し、電圧が印加されることにより像担持体１と転写手段５との間の転写ニップ部で像担持体１表面のトナー像を転写材８に転写する。本実施例では転写ローラを用いて転写を行っている。コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。
除電手段７はクリーニング装置により残留トナーを除去された像担持体１の残留電荷を除電するもので、ＬＥＤなどを用いた光除電方式である。
図１におけるクリーニング装置６は、ホルダーとブレード部材などで構成され、ブレード部材を像担持体１に対する押しあてることにより、像担持体１から残留トナーを除去する。

クリーニング装置６により像担持体１からクリーニングされたトナーは、トナー搬送部材によって、廃トナーとして図示していない廃トナーボトルに蓄えてサービスマンなどにより回収、あるいはリサイクルトナーとして現像装置などに運ばれ、現像に使用される。このような構成のクリーニング装置の場合、ブレード部材と感光体との間でスティックスリップが発生することが知られている。スティックスリップにより、クリーニングブレードや像担持体は加振され、音響放射することによって騒音を発生する。特に、像担持体が共振した際や、クリーニングブレードが共振して像担持体への加振力が大きくなった場合は、騒音は大きくなる。スティックスリップの振動モードは自励振動であり、発生する又はしないが非常に不安定であり、固有値解析における不安定モードである。
この不安定モードは、クリーニングブレードと感光体間の接触すべり状態によって変化するものであるが、画像形成装置内の温度・湿度変化によるブレードの物性値変化、クリーニングブレードの経時劣化、感光体上のトナーの付着状態など様々な状態の組み合わせによって、不安定モードが発生したりしなかったりする。

したがって、まったく同じ構成であっても、ある日突然スティックスリップによる振動騒音が発生したり、設置位置の環境によって、騒音が発生する又はしない等の現象が起こる。この原因となる不安定モードは、接触すべり状態の変化に依存しており、接触状態を変化させることで回避することが可能である。クリーニングブレードの鳴き騒音が発生している場合の音圧レベルを計測した例を図２に示す。騒音が発生している状態では、約４０００Ｈｚを中心に大きなピークが見られる。
そこで、例えば図３又は図４に示すような構成で、ブレード部材又はブレード部材を保持するためのホルダー近傍に騒音の状態を検知可能な騒音検出手段を設ける。図３は、ホルダー１２を移動させることにより、像担持体である感光体１１に対するブレード部材１３の接触圧力を変化させる例であり、図４は、ホルダー１２を回転させることにより、像感光体１１に対するブレード部材１３の接触角度を変化させる例である。

図３において、マイクなどの騒音検出手段１４から検出される騒音信号を、Ａ／Ｄ変換し、演算部でＦＦＴ処理を行う。その後、この信号の騒音レベルを判定し、レベルが設定した閾値を上回った場合に、感光体１１に対するブレード部材１３の接触圧力を変化させるように、ホルダー移動機構１５に信号を送り、ホルダー１２が移動することによって感光体１１に対するブレード１３の接触圧力（摩擦力）を変化させ、接触すべり状態を僅かに変化させ、自励振動を防ぐことで騒音を低減させる。図４においても、図３と同様に信号の騒音レベルを判定し、レベルが設定した閾値を上回った場合に、感光体１１に対するブレード部材１３の接触角度を変化させるように、ホルダー回転機構１６に信号を送り、ホルダー１２が回転することによって感光体１１に対するブレード部材１３の摩擦力を変化させ、接触すべり状態を僅かに変化させ、自励振動を防ぐことで騒音を低減させる。
騒音レベルの閾値は、６０〜１００ｄＢ（Ａ）任意に設定することができる。

図３又は図４に示す方法にて、騒音発生状態のときに接触圧力又は接触角度を僅かに弱くした場合の音圧レベルを図５に示す。
図３に示すように接触圧力を変化させることで、発生していた騒音が消失し図５に示すようにピークが消滅する。トナーのクリーニングが効率的に行われるように、ブレード部材と像担持体である感光体との角度が設定してある場合が多いため、ブレード部材と像担持体である感光体の接触角度が変化しないように、ホルダーは、ホルダーの面に対して垂直に移動させることが好ましい。ただし、クリーニングが効率的に行うことが可能な角度には、多少の幅があるため、ホルダーの支持部を僅かに回転させることによって接触圧力を変化させる構成もありうる。この接触圧力は、ブレード部材先端が接触している単位長さあたりの当接力として通常２０〜４０Ｎ／ｍ程度、好ましくは２５〜３５Ｎ／ｍである。
また、図４に示すように接触角度を変化させることで、発生していた騒音が消失し図５に示すようにピークが消滅する。トナーのクリーニングが効率的に行われるように、ブレード部材の接触角度は最適な値に設定してある場合が多いため、ブレード部材と像担持体である感光体の接触角度が大きく変化しないように、ブレード部材の接触角度は、最適な設定角度に対して−１〜＋１度程度の回転角度変化が好ましい。
図３及び図４に示す構成において、騒音状態を検知可能な騒音検出手段の一つであるマイクの設置位置は、ブレード部材近傍が好ましい。また、指向性の強いマイクを使った場合、機器内の他の騒音によって誤動作を防ぐことが可能である。

図６は、本発明の一実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、ブレード部材１３又はブレード部材を保持するためのホルダー１２の近傍に設けられ騒音の状態を検知する騒音検出手段１４、感光体１１に対する接触圧力変化を検知する圧力検知手段１７、圧力検知手段１７から得られる値が適正値となるように上記接触圧力を制御する制御手段１８、ホルダー移動機構１５を備え、騒音検出手段１４から検出された騒音レベルが設定した閾値を上回った場合に、圧力検知手段１７から得られる値が適正値となるように制御し、感光体１１に対する接触圧力を適正な状態に変化させることによって、感光体１１に対するブレード部材１３の摩擦力を変化させ、騒音を低減させる。
ブレード部材１３と感光体１１との間の摩擦係数が大きくなった時にスティックスリップが発生して騒音となる時など、騒音検出手段１４によって異常であると判断され、同時にモニタリングしている圧力検知手段１７の値が適正値となるようにホルダー移動機構１５により感光体１１に対する接触圧力を適正に制御することで、スティックスリップが収束し、騒音が低減する。

図７は本発明の一実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、ブレード部材１３又はブレード部材を保持するためのホルダー１２の近傍に設けられ騒音の状態を検知する騒音検出手段１４、ブレード部材１３を保持するホルダー１２を回転可能に支持するホルダー回転支持部１２１、ホルダー回転支持部に接触するカム１９、カム１９に連結されカム１９の回転を制御する回転駆動装置２０を備え、騒音検出手段１４から検出された騒音レベルが設定した閾値を上回った場合に、ホルダー１２を回転させて、感光体１１に対するブレード部材１３の接触角度を制御し、感光体１１に対する接触角度を適正な状態に変化させることによって、感光体１１に対するブレード部材１３の摩擦力を変化させ、騒音を低減させる。
回転駆動装置２０としてステッピングモーターなどを用いることができる。ステッピングモーターは、カム１９に対してモーターのステップ角に応じた偏角を与えることが可能であり、騒音検出手段１４によって、設定した騒音レベルの閾値を上回る値が検出された場合に、モーターの回転制御を行うことによって、感光体１１に対するブレード部材１３の接触角度を制御することができる。

図７に示す構成においては、騒音レベル判定で、閾値を上回った場合に、像担持体に対する接触角度を変化させた後、騒音が低下した場合は、初期に規定されたブレードの接触角であるホームポジションに角度を戻す機能を有する。ブレード部材によるトナーのクリーニングは、接触角度が変化することで本来のクリーニング特性を発揮できない場合があり、騒音を低減することができてもクリーニングに不具合を生じる場合があるからである。基本的に、ホームポジションから一定の角度での制御を行い、接触状態を変化させれば、自励振動は一気に減衰する可能性が高く、その後ブレードの接触角度がホームポジションに戻ったとしても、不安定モードであるため、すぐに騒音を発生する状態にならないことが多い。したがって、本来のクリーニング特性を発揮しつつ、騒音も低減するための構成である。

図８は本発明のクリーニング装置を含むプロセスカ−トリッジの概略構成断面図である。
本発明においては、像担持体、帯電手段、現像手段等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ−等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
クリ−ニング装置を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換が容易に行うことができるようになる。

次に、上記クリーニング装置を含むプロセスカ−トリッジを用いたカラーの画像形成装置に適応した実施形態について説明する。
図９は水平に延在する転写ベルトに沿って、上述したプロセスカ−トリッジ２１を並置した形式のカラー画像形成装置を示す。
プロセスカ−トリッジ２１はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色ごとに４つ配置されている。各プロセスカ−トリッジ２１で現像された像担持体上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト２２に順次転写される。
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト２５上に多重転写され、転写材８にまとめて転写される。そして、転写材８上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。プロセスカ−トリッジはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。

通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な、小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。 クリーニングブレードの鳴き騒音が発生している場合の音圧レベルの計測図である。 本発明に係る騒音検出の構成の一例を示す図である。 本発明に係る騒音検出の構成の一例を示す図である。 騒音発生状態のときに接触圧力又は接触角度を僅かに弱くした場合の音圧レベルを示す図である。 本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の実施形態におけるクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジの構成を示す図である。 本発明の実施形態におけるプロセスカートリッジを並置した形式のカラー画像形成装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 像担持体
２ 帯電手段
３ 露光手段
４ 現像手段
５ 転写手段
６ クリーニング装置
７ 除電手段
８ 転写材
１１ 感光体
１２ ホルダー
１２１ ホルダー回転支持部
１３ ブレード部材
１４ 騒音検出手段
１５ ホルダー移動機構
１６ ホルダー回転機構
１７ 圧力検知手段
１８ 圧力制御装置
１９ カム
２０ 回転駆動装置
２１ プロセスカートリッジ
２２ 転写ベルト

Claims (12)

1. 像担持体に当接して残留するトナーのクリーニングを行うブレード部材と、該ブレード部材を保持するためのホルダーから構成されたクリーニングブレードを備えるクリーニング装置において、
   前記ブレード部材又は前記ホルダー近傍に騒音を検知する騒音検出手段を有し、該騒音検出手段により検出された騒音レベルが予め設定した閾値を上回った場合に、像担持体に対するブレード部材の摩擦力を変化させる
   ことを特徴とするクリーニング装置。
2. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   像担持体に対するブレード部材の摩擦力を、像担持体に対するブレード部材の接触圧力により変化させる
   ことを特徴とするクリーニング装置。
3. 請求項２に記載のクリーニング装置において、
   ブレード部材を保持するホルダーを移動させることにより、像担持体に対するブレード部材の接触圧力を変化させる
   ことを特徴とするクリーニング装置。
4. 請求項３に記載のクリーニング装置において、
   ホルダーの移動方向が、ホルダーの面に対して垂直方向である
   ことを特徴とするクリーニング装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載のクリーニング装置において、
   像担持体に対するブレード部材の接触圧力を検知する圧力検出手段と、該圧力検知手段による検出値に基づいて前記接触圧力を制御する制御手段とを有する
   ことを特徴とするクリーニング装置。
6. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   像担持体に対するブレード部材の摩擦力を、像担持体に対するブレード部材の接触角度により変化させる
   ことを特徴とするクリーニング装置。
7. 請求項６に記載のクリーニング装置において、
   ブレード部材を保持するホルダーが回転支持部に支持され、該ホルダーを回転させることにより、像担持体に対するブレード部材の接触角度を変化させる
   ことを特徴とするクリーニング装置。
8. 請求項７に記載のクリーニング装置において、
   ホルダーの回転支持部に、回転駆動装置に連結されたカムが接触し、該カムを回転させることによってホルダーを回転させ、像担持体に対するブレード部材の接触角度を制御する制御手段を有する
   ことを特徴とするクリーニング装置。
9. 請求項８に記載のクリーニング装置において、
   接触角度の制御により騒音の閾値が設定レベルを下回った場合、初期に規定された接触角度に戻る
   ことを特徴とするクリーニング装置。
10. 像担持体と、該像担持体に残留するトナーを除去するためのクリーニング装置を備える画像形成装置において、
    前記クリーニング装置が請求項１ないし９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。
11. 像担持体と、帯電手段と、現像手段と、転写手段と、クリーニング装置とが一体に支持されて、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
    前記クリーニング装置が、請求項１ないし９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。
12. 請求項１１に記載のプロセスカートリッジを少なくとも二つ備える
    ことを特徴とするカラー画像形成装置。
    

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