JP2010230772A

JP2010230772A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010230772A
Application number: JP2009075663A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ogasawara; 正小笠原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】シリカ、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）及びステアリン酸亜鉛等の潤滑剤が外添されたトナーを使用する画像形成装置において、像保持体の周面の磨耗を抑制するとともに、良好な画像の形成を行う。
【解決手段】トナーにシリカ、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）及びステアリン酸亜鉛を外添し、クリーニング装置６におけるクリーニングブレード６０と感光体ドラム１との摩擦を低減し、感光体層の摩耗を抑制する。クリーニングブレード６０は先端６０ａを感光体ドラム１の回転方向の上流側であって下方に向けて配置する。また、交流バイアス電圧を印加したクリーニングブラシ６４を感光体ドラムの表面に接触するように配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

像保持体上の静電潜像にトナーを転移してトナー像を形成する画像形成装置では、像保持体上に形成されたトナー像を転写装置で中間転写体又は記録媒体に転写する。そして、転写後における像保持体表面の転写残留トナーを除去するためにクリーニング装置を備えるものが広く知られている。

このようなクリーニング装置に備えられたクリーニング部材としては、弾性材料からなるブレードの先端を像保持体の表面に接触させるものや、ブラシの先端を像保持体に接触させるものが知られている。そして、これらのクリーニング部材と像保持体の接触による像保持体の周面の磨耗を抑制するために、ブレードやブラシにステアリン酸亜鉛やポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）などの潤滑剤を塗布又は含有させるものが、特許文献１及び特許文献２に記載されている。また、特許文献３及び特許文献４にはクリーニング部材や像保持体の表面に潤滑剤を塗布するものが記載されている。

特開平０５−１９７３１７号公報特開平０９−１２７８３８号公報特開平０７−１８１８６７号公報ＷＯ０３／６７３３８Ａ１公報

本願発明は、画像ムラの発生を抑制することができる画像形成装置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に係る発明は、静電電位の差による潜像が無端状の周面に形成される像保持体と、該像保持体上の前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を、搬送される記録媒体に直接転写するか、又は中間転写体に一旦転写した後、搬送される記録媒体に転写する転写装置と、前記トナー像を転写した後の前記像保持体上に残るトナーを除去するクリーニングブレードと、
前記像保持体に接触するブラシ状部材と、を有し、前記トナーには、少なくともシリカ、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）及び潤滑剤が添加され、前記クリーニングブレードは、前記像保持体の周面の移動方向における上流側に先端を向けるとともに、該先端が下方を向くように配置されており、前記ブラシ状部材は、前記像保持体の周面に付着して負極性に帯電しているシリカを除去するように交流バイアス電圧が印加されるものである画像形成装置を提供する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記ブラシ状部材は、軸線回りに回転する支持軸から放射状にブラシ繊維が設けられたものであり、該ブラシ状部材の回転方向における前記像保持体との接触位置の上流側で固形の潤滑剤と接触し、付着した潤滑剤を前記像保持体の周面に供給するものとする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、少なくとも前記像保持体、前記クリーニングブレード及び前記ブラシ状部材のいずれかに前記ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）が塗布されているものとする。

請求項４に係る発明は、静電電位の差による潜像が無端状の周面に形成される像保持体と、該像保持体上の前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を、搬送される記録媒体に直接転写するか、又は中間転写体に一旦転写した後、搬送される記録媒体に転写する転写装置と、前記トナー像を転写した後の前記像保持体上に残るトナーを除去するクリーニングブレードと、前記像保持体に接触するブラシ状部材と、を有し、前記トナーには、シリカが添加され、前記像保持体と前記クリーニングブレードと前記ブラシ状部材とのいずれかに、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）の粉体が塗布されており、前記クリーニングブレードは、前記像保持体の周面の移動方向における上流側に先端を向けるとともに、該先端が下方を向くように配置されており、前記ブラシ状部材は、ブラシ繊維に付着した潤滑剤を像保持体の表面に供給するものであるとともに、前記像保持体の周面に付着して負極性に帯電しているシリカを除去するように交流バイアス電圧が印加されるものである画像形成装置を提供する。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の画像形成装置において、前記トナーには、少なくともシリカ、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）と潤滑剤とのいずれかが添加されているものとする。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の画像形成装置において、前記交流バイアス電圧のピークツーピーク電圧は、1ｋV以上2ｋV以下とする。

請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の画像形成装置において、前記交流バイアス電圧の周波数は、前記像保持体の表面における任意の点が前記ブラシ状部材のブラシ繊維が接触している範囲を通過する時間内に、該交流バイアス電圧の同極性のピークが２回以上１００回以下の範囲で現れるように設定されているものとする。

請求項１に係る画像形成装置では、クリーニングブレードが像保持体の周面の移動方向における上流側に先端を向けるとともに、その先端が下方を向くように配置された構成において、ブラシ状部材に交流バイアス電圧が印加されない構成に比べて、画像の形成を行う際の画像ムラの発生を抑制することが可能となる。

請求項２に係る画像形成装置では、本構成を備えていないものと比較して、ブラシが配置された位置すなわちシリカを像保持体の表面から除去する位置で、効率よく潤滑剤を像保持体の周面に供給することができる。

請求項３に係る画像形成装置では、本構成を備えていないものと比較して、像保持体の表面の磨耗を抑制することができる。

請求項４に係る画像形成装置では、クリーニングブレードが像保持体の周面の移動方向における上流側に先端を向けるとともに、その先端が下方を向くように配置された構成において、ブラシ状部材に交流バイアス電圧が印加されない構成に比べて、画像の形成を行う際の画像ムラの発生を抑制することが可能となる。

請求項５に係る画像形成装置では、トナーにシリカ、ポリメチルメタアクリレート（PMMA）と潤滑剤とのいずれも外添されない場合に比べて、像保持体の表面の磨耗を抑制することができる。

請求項６に係る画像形成装置では、本構成を備えていないものと比較して、像保持体の表面から効率よくシリカを除去することができる。

請求項７に係る画像形成装置では、本構成を備えていないものと比較して、像保持体の表面から効率よくシリカを除去することができる。

本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。図１に示す画像形成装置で用いられるクリーニング装置の概略断面図である。図２に示すクリーニング装置に備えられたクリーニングブレードの拡大断面図である。図３で示すクリーニングブレードの先端が感光体ドラムの周面に摺擦される状態を示す拡大断面図である。従来のクリーニングブレードの先端が感光体ドラムの周面に摺擦される状態を示す拡大断面図である。発生するゴーストレベルとブラシに印加する交流バイアス電圧との関係を示す図である。感光体ドラムの周面のシリカ被覆率を示す図である。本願に係る発明の第２の実施形態である画像形成装置で用いられるクリーニング装置を示す概略断面図である。感光体ドラムの周面におけるステアリン酸亜鉛の被覆率を示す図である。

本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を出力する４つの画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋを備えたフルカラーの画像形成装置である。画像形成ユニット３０は、周面が周回移動するように張架された無端状の中間転写ベルト８と対向するように配置され、中間転写体ベルト８の周回移動方向における上流側から順にイエローの画像を出力する第１画像形成ユニット３０Ｙ、マゼンタの画像を出力する第２画像形成ユニット３０Ｍ、シアンの画像を出力する第３画像形成ユニット３０Ｃ及びブラックの画像を出力する第４画像形成ユニット３０Ｋがほぼ同じ間隔で配列されている。

上記中間転写ベルト８の周面が移動する方向における画像形成ユニット３０が設けられた位置の下流側には、二次転写を行うための二次転写ロール１２が中間転写ベルト８と対向するように配置されており、この二次転写部にはシートトレイ２１から搬送路２６を経て記録用紙が送り込まれるようになっている。記録用紙の搬送路２６における二次転写部の下流側には、トナー像を加熱・加圧して記録用紙上にトナー像を圧着する定着装置７が設けられ、さらに下流側には、トナー像が定着された記録用紙を収容する排紙トレイ（図示せず）が設けられている。

上記画像形成ユニット３０のそれぞれは、表面に静電潜像が形成されて像保持体として機能する感光体ドラム１を有しており、各感光体ドラム１の周囲に、該感光体ドラム１の表面をほぼ一様に帯電する帯電装置２と、感光体ドラム上に形成された潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成する現像装置４と、感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト上に一次転写する一次転写ロール５と、転写後の感光体ドラム上に残留したトナーを除去するクリーニング装置６とを備えている。また、一様に帯電された感光体ドラム１のそれぞれに、画像信号に基づく像光を照射して静電潜像を書き込む露光装置３が設けられている。

感光体ドラム１は、金属からなる円筒状部材の周面に有機感光体層を積層して形成したものであり、金属部分が電気的に接地されている。また、バイアス電圧が印加されるものであってもよい。

上記帯電装置２は、被帯電体である感光体ドラム１の周面と所定の間隔で張架された電極ワイヤを備えるものであり、この電極ワイヤと感光体ドラム１との間に電圧を印加し、コロナ放電を生じさせて感光体ドラム１の表面を帯電するものである。
本実施の形態では、上記のようにコロナ放電によって帯電させる装置を用いたが、固体放電器やロール形状又はブレード形状などの接触あるいは非接触帯電装置を用いることもできる。

上記露光装置３は、画像信号に基づいて点滅するレーザー光を発生し、これをポリゴンミラーによってそれぞれの感光体ドラム１の主走査方向（軸線方向）に走査するものである。これによりそれぞれの感光体ドラム１の表面に各色の画像に相当する静電潜像が形成される。

上記現像装置４は、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を使用するものであり、感光体ドラム１と近接する位置に現像ロール４ａを備え、この現像ロール４ａの周面上に二成分現像剤の薄層を形成し回転するものである。
トナーと磁性キャリアとは、現像装置内で攪拌されてトナーがマイナスに摩擦帯電し、感光体ドラムの表面の帯電荷と同極性（−）の電荷を有するようになっている。そして、感光体ドラム１が現像ロール４ａと対向する位置である現像位置を通過するときに感光体ドラムの表面の除電された潜像部にトナーが静電的に付着し現像されるようになっている。
また、画像形成にともない消費されたトナーは、消費量に応じて補充される。

上記二成分現像剤は、乳化重合法により製造された平均粒径５．８μｍのトナーと磁性キャリアとからなるものを用いている。トナーの粒径は画質に大きな影響を与えるものであり、粒径が小さいほど画質は向上するが現像性が低下したり取扱いが難しくなったりするため、平均粒径３μｍ以上１０μｍ以下を使用するのが望ましい。
なお、本実施の形態では乳化重合法により製造されたトナーを使用したが、例えば懸濁重合法、懸濁造粒法、溶解懸濁法又は混練粉砕法等により製造されたものを用いてもよい。

上記トナーには帯電制御剤や転写助剤としてのシリカ、感光体ドラム１とクリーニング部材との摩擦を低減するポリメチルメタアクリレート（PMMA）及びステアリン酸亜鉛等の潤滑剤が外添されており、トナーの帯電性等を向上させるとともにクリーニング部材の感光体ドラム１への接触による感光体ドラム１の周面の磨耗を抑制している。また、帯電制御剤としてチタニアを加えることもできる。
上記シリカは、個数平均粒径が１０ｎｍ〜１５０ｎｍのものを用いることができる。本実施の形態では、特にクリーニング性や転写維持性を確保するために比較的大粒径である個数平均粒径が１００ｎｍ〜１５０ｎｍのシリカを外添している。
ポリメチルメタアクリレート（PMMA）としては、個数平均粒径が３００ｎｍ〜５００ｎｍのものを用いている。
潤滑剤としては、ステアリン酸金属塩、オレイン酸金属塩、パルミチン酸金属塩、リノール酸金属塩などの脂肪酸金属塩やタルク、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂などを使用できるが、本実施の形態では、ステアリン酸亜鉛を用いた。
なお、上記個数平均粒径は、JIS Z 8901に基づき顕微鏡法による円相当径（Heywood径）で求めたものであり、顕微鏡は走査型電子顕微鏡（SEM）を使用した。

上記一次転写ロール５は、金属の芯材に導電性のゴム材で外周面を被覆したものであり、各画像形成ユニット３０に備えられた感光体ドラム１と中間転写ベルト８とが対向する位置で中間転写ベルト８の裏側に配置されている。そして、一次転写ロール５と感光体ドラム１との間にバイアス電源（図示しない）から転写バイアス電圧が印加され、一次転写ロール５と感光体ドラム１とが対向する位置を通過する中間転写ベルト８に感光体ドラム上のトナー像を静電的に転写するものとなっている。上記バイアス電源は、転写バイアス電圧を適宜に変更することが可能となっている。

上記クリーニング装置６は、感光体ドラム１の周面に接触して配置されたクリーニングブラシ６４及びクリーニングブレード６０を備え、トナー像を転写した後の感光体ドラム上に残留するトナーを除去するものである。
なお、このクリーニング装置については、後に詳しく説明する。

上記中間転写ベルト８は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、フッ素系樹脂などの樹脂材料に、カーボンやイオン導電物質などの導電性付与のための物質を分散させ、表面抵抗率を１０¹⁰〜１０¹²Ω／□程度（測定電圧：１００Ｖ）に調整して形成されている。そして、回転駆動されるドライブロール９と、張力を調整するテンションロール１０と、バックアップロール１１とに張架されて図１中に示す矢印Ａの方向に周回移動するものとなっている。

上記中間転写ベルトの周回移動方向における画像形成ユニットが対向する位置の下流側には、該中間転写ベルト８を挟んでバックアップロール１１と対向するように二次転写ロール１２が設けられている。二次転写ロール１２とバックアップロール１１との間には二次転写バイアス電圧が印加されており、シートトレイ２１から搬送される記録用紙を中間転写ベルトとの間に挟み込み、記録用紙上に中間転写ベルト８上のトナー像を転写するものである。二次転写ロール１２の下流には、中間転写ベルト８上に残留するトナーを除去するトナー除去装置１３が設けられている。

上記定着装置７は、加熱源を内蔵した加熱ロール７ａと、この加熱ロール７ａに圧接される加圧ロール７ｂとを備えており、これらが平行に配置されて互いに接触してニップ部を形成している。トナーが転写された記録用紙は、上記ニップ部に送り込まれ、回転駆動される加熱ロール７ａと加圧ロール７ｂとの間で加熱されるとともに加圧され、トナーが記録用紙上に圧着されるものとなっている。

このような画像形成装置は、以下のように動作する。
帯電装置２によって回転する感光体ドラム１の表面が−６００Ｖ〜−８００Ｖ程度の電位に帯電される。その後、画像データに基づいて点滅するレーザ光が露光装置３により出力され、感光体ドラム１の表面に走査される。レーザ光が感光体ドラム１の表面の感光層に照射された位置では帯電電位が減衰し、電位の差による静電潜像が感光体ドラム１の表面に形成される。

このようにして感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、感光体ドラム１の回転により現像ロール４ａと対向する位置つまり現像位置まで搬送される。そして、感光体ドラム１の表面が現像位置を通過するときに感光体ドラム１表面の電位が減衰した潜像部に現像ロール４ａに付着しているトナーが静電的に転移し、トナー像が形成される。

感光体ドラム１の表面に現像されたトナー像が一次転写位置へ搬送されると、一次転写ロール５に転写バイアス電圧が印加され、感光体ドラム１から一次転写ロール５に向う静電気力がトナー像に作用し、感光体ドラム１表面のトナー像が中間転写ベルト８の表面に転写される。このとき一次転写ロール５に印加される転写バイアスは、トナーの極性（−）と逆極性（＋）であり、例えば第１画像形成ユニット３０Ｙでは＋２０〜３０μＡ程度に定電流制御される。
一方、トナー像を転写した後の感光体ドラム１の表面に残留したトナーは、クリーニング装置６によりクリーニングされる。

このようにして、中間転写ベルト８は、順に画像形成ユニット３０と対向する位置に搬送され、各色のトナー像が重ね合わせて転写される。全ての色のトナー像が多重転写された中間転写ベルト８は、図１中に示す矢印Ａの方向に移動し、トナー像はバックアップロール１１と二次転写ロール１２とが中間転写ベルト８を介して対向する二次転写位置へ搬送される。

これにともない、シートトレイ２１から搬送路２６を経て搬送された記録用紙が、二次転写ロール１２と中間転写ベルト８との間に所定のタイミングで送り込まれ、二次転写バイアスが２次転写ロール１２に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性（−）と逆極性（＋）であり、中間転写ベルト８から記録用紙に向う静電気力がトナー像に作用し、中間転写ベルト８の表面のトナー像が記録用紙に転写される。なお、この際の２次転写バイアスは２次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段（図示せず）により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、定電圧で制御されている。
その後、記録用紙は定着装置７へと送り込まれ、トナー像が加熱及び加圧され、色重ねされたトナー像が溶融されて記録用紙の表面へ永久定着される。
このようにして、カラー画像の定着が完了した記録用紙は、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了する。

次に、上記クリーニング装置６について詳細に説明する。
図２は、このクリーニング装置６を示す概略断面図である。また、図３はこのクリーニング装置６に備えられたクリーニングブレード６０の周辺を拡大して示す図であり、図４は、クリーニングブレード６０の先端の感光体ドラム表面と摺擦される部分、つまり図３中に示す領域Ｄの拡大断面図である。
上記クリーニング装置６は、感光体ドラム１と対向するに位置に配設されたハウジング６７と、このハウジング６７に設けられた開口の下縁部に支持されたシール部材６８と、ハウジング６７に回収された廃トナーを搬送する搬送部材６３と、感光体ドラム１の周面に接触して配置されたクリーニングブラシ６４と、感光体ドラム１の回転方向におけるクリーニングブラシ６４の下流に配置されたクリーニングブレード６０と、で主要部が構成されている。
なお、このクリーニング装置６は、感光体ドラム等と一体のユニット、例えばプロセスカートリッジとして構成し、一体となった状態で画像形成装置に着脱可能とすることもできる。

上記ハウジング６７は、クリーニングブレード６０又はクリーニングブラシ６４が感光体ドラム１の周面から除去したトナーや紙紛等を収容するものであり、感光体ドラム１と対向する位置に開口を有している。そして、この開口部分にクリーニングブレード６０及びクリーニングブラシ６４が設けられ、感光体ドラム１と接触している。

上記シール部材６８は、ハウジング６７の下側の開口端部に固定支持されており、感光体ドラム１とハウジング６７との間の隙間をほぼ塞ぎ、クリーニング装置６内に回収された廃トナーがクリーニング装置外へ漏れるのを防いでいる。シール部材６８には、例えば、厚さ０．１ｍｍの熱可塑性ポリウレタンフィルムを用いることができる。

上記搬送部材６３は、スクリューからなっており、感光体ドラム１の周面から除去されてハウジング６７に収容された廃トナー等を撹拌しながら廃トナーボックス（図示せず）に搬送するものである。

上記クリーニングブラシ６４は、金属製の芯金に導電性の繊維で織った織布を巻き付けて芯金の全周にわたってブラシ繊維を有するように形成されている。本実施の形態では芯金の外径が１９ｍｍ、織布は繊維の太さ１．１テックス（１０デニール）、パイル長６．５ｍｍのものを用いている。また、感光体ドラム１の周面への接触深さは約１ｍｍ、つまりブラシ繊維の接触前の先端位置より感光体ドラムの表面がクリーニングブラシ６４の芯金側へ約１ｍｍ接近してブラシ繊維が変形した状態となっている。そして、図２中に矢印Ｃで示す方向つまり感光体ドラム１の回転方向Ｂと同方向に回転駆動され、双方の対向面が互いに逆方向に移動する、いわゆるアゲインストモード（against mode）となっている。このような構成により、クリーニングブラシ６４のブラシ繊維６９が感光体ドラム１の周面に接触し、感光体ドラム１の周面に付着している残留トナーＴ等を掻き取るようになっている。なお、クリーニングブラシ６４の回転速度は感光体ドラム１とほぼ同速度としている。

クリーニングブラシ６４には交流バイアス電源６５が接続されており、感光体ドラム１との間に交流バイアス電圧を印加し、感光体ドラム１の表面から残留トナーを効率よく除去できるようになっている。
本実施の形態では、交流バイアス電圧のピークツーピーク電圧を１ｋＶ以上２ｋＶ以下としている。そして感光体ドラム１の表面における任意の点がクリーニングブラシ６４の接触領域を通過する時間内に上記交流バイアス電圧の同極性のピークが２回から１００回までの範囲で作用するように上記交流バイアス電圧の周波数が設定されている。
なお、上記交流バイアス電圧には直流を重畳して、負に帯電したシリカの剥離を促進することもできる。

また、クリーニングブラシ６４のブラシ繊維６９すなわちパイル部分に接触するようにフリッカーバー６６が配置され、ブラシ繊維６９に付着している廃トナー等を掻き落とすようになっている。フリッカーバー６６は、その表面にトナー等が付着又は堆積するのを防止するために、ポリアセタール樹脂（POM）やフッ素樹脂、シリコーン樹脂など離型性のよい材料で形成するのが望ましい。
本実施の形態では、厚さ１ｍｍのポリアセタール樹脂（POM）が使用されている。

上記クリーニングブレード６０は、耐磨耗性、耐欠け性、耐クリープ性などの機械的性質に優れる材料からなり、弾性的に変形する板状に形成されている。例えば、熱硬化型ポリウレタンゴム等のウレタンゴムや、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム等の機能性ゴム材を用いることができる。そして、ハウジング６７に固定支持された断面形状がＬ字形の板金６１に支持され、その先端６０ａが予め定められた接触圧で感光体ドラム１の周面に接触する、いわゆるブレード加圧方式が採用されている。また、先端６０ａは感光体ドラム１の回転方向の上流側に向けられるとともに下方を向いて配置されている。
本実施の形態で用いたブレード加圧方式は、構造が簡単で低コストの定変位方式を採用しており、例えば、加圧力は３９．２Ｎ／ｍ（４ｇｆ／ｍｍ）に設定することができる。
なお、ブレード加圧方式は定変位方式に限られるものではなく、接触圧の経時変化がほとんどない定荷重方式を用いてもよい。

次に、上記クリーニング装置６の機能について説明する。
弾性材料からなるクリーニングブレード６０が感光体ドラム１に圧接されていると、感光体ドラム１が回転したときに感光体ドラム表面とクリーニングブレード６０の先端部６０ａとに動摩擦力が作用し、クリーニングブレードの先端部６０ａは図４に示すように変形する。つまり、クリーニングブレード先端部６０ａが感光体ドラム１の回転方向に引っ張られ、クリーニングブレード６０が感光体ドラム１と接触を開始する直前のプレニップ領域７０で、クリーニングブレード６０と感光体ドラム１との間の空間が先端角度の小さな楔型になる。そして、クリーニングブレード６０が感光体ドラム１の回転とともに表面に摺擦され、付着している残留トナーが掻き取られる。

トナーとして、帯電制御剤や転写補助剤としてのシリカ、感光体ドラムとクリーニング部材との摩擦を低減するポリメチルメタアクリレート（PMMA）及びステアリン酸亜鉛等の潤滑剤が外添されたトナーを使用していると、次のような過程によって上記楔型の空間内に強固な凝集体が形成されることが見出された。

図５に示すように、クリーニングブレード１６０の先端１６０ａが感光体ドラム１の回転方向の上流側に向けられるとともに上方に向けて配置されている場合、プレニップ領域１７０の楔型の空間１７０ａに、残留トナーＴに付着している粒径の小さいシリカ、ポリメチルメタアクリレート（PMMA）及びステアリン酸亜鉛等の外添剤が集まりはじめる。特にマイナスの帯電性を有するシリカとプラスの帯電性を有するポリメチルメタアクリレート（PMMA）とが静電気力により引き付けられ溜まってしまう。外添剤が集まるプレニップ領域１７０の先端１７０ａでは、常に上流側から運ばれてくるトナー等の粒子Ｔによって押圧力が作用するため、外添剤は押し付けられてプレニップ領域１７０の先端１７０ａに押し込まれる。また、ステアリン酸亜鉛のような潤滑剤はシリカとポリメチルメタアクリレート（PMMA）とを凝集させる結合剤として作用し、プレニップ領域１７０の先端部分１７０ａで外添剤の強固な凝集体が形成される。

この凝集体は、感光体ドラム１の回転によって楔をクリーニングブレード１６０との間に押し入れるように作用し、図５中に矢印Ｙで示す方向の押圧力が作用して感光体ドラム１の表面に押し付けられる。これにより、シリカ等の硬い外添剤が感光体ドラム１の表面を研磨し、感光体ドラム１の周面に磨耗が生じることとなる。

これに対し、本実施の形態では、図３及び図４に示すように、クリーニングブレード６０は先端６０ａを感光体ドラム１の回転方向に対して上流側に向けるとともに下方に向くように配置している。
図４が示すように、クリーニングブレード６０の先端６０ａが下方を向いている場合もプレニップ領域７０に楔形の空間が形状されるが、感光体ドラムの回転方向の上流から運ばれてくる残留トナーＴはプレニップ領域７０の先端部７０ａに留まることなく、重力により順次落下する。また、プレニップ領域７０の先端部７０ａに集まる傾向がある粒径の小さい外添剤も、上流から次々に運ばれてくる外添剤に押され、順次入れ替わり先端部７０ａに滞留することがない。つまり、感光体ドラム１の回転方向の上流側に先端６０ａを向けるとともに、この先端６０ａが下方を向くように配置されたクリーニングブレード６０では、プレニップ領域７０に集まる残留トナーＴには重力が作用し凝集体は形成されない。したがって、凝集体による感光体ドラム１の表面の磨耗が防止される。

このようにクリーニングブレード６０の先端６０ａを感光体ドラム１の回転方向の上流側に向け、かつ下方に向けて配置した場合における摩耗の低減効果は次のような実験によって検証を行った。
オフライン実験装置を用いて、クリーニングブレード６０の先端６０ａを感光体ドラムの回転方向の上流側に向けるとともに下方に向けて配置し、表面に残留トナーに相当するトナーを供給しながら感光体ドラムを１０００回転させた後、感光体ドラムの磨耗量を測定した。なお、トナーには実際の現像に用いるものと同様にシリカ、メチルメタアクリレート及びステアリン酸亜鉛が外添されたものを用いている。
次に、クリーニングブレードの先端６０ａを感光体ドラム１の回転方向の上流側に向けるとともに上方に向けて配置し、同様にトナーを供給しながら感光体ドラムを１０００回転させた後、感光体ドラムの磨耗量を測定した。
この結果、クリーニングブレード６０を感光体ドラム１の回転方向に対して上流側に向けるとともに下方に向けて配置した場合では、感光体磨耗レートが14.5nm/kＣｙｃleであったのに対し、上向きに配置した場合では、31.2nm/ｋCycleとなった。
これにより、下向きにクリーニングブレード６０を配置した場合は、上向きに配置した場合と比較して、感光体ドラム１の磨耗レートを１／２以下に抑えることができることが分かった。

この実験からも分かるように、クリーニングブレードの先端６０ａを感光体ドラム１の回転方向に対して上流側に向けるとともに下向きに配置した場合、プレニップ領域７０に感光体ドラム１を研磨する凝集体が存在せず、ポリメチルメタアクリレート（PMMA）とステアリン酸亜鉛等の潤滑剤の機能が効率よく発揮されて感光体ドラム１の磨耗が大きく抑えられる。

一方、凝集体が形成されないことから、感光体ドラム１が凝集体により僅かに削り取られて得られるクリーニング性が低下し、感光体ドラム１の表面に付着したシリカが除去されにくくなることも分かった。
感光体ドラム上に付着した残留シリカは粒径が小さく静電的付着力等で強固に付着しているため、クリーニングブレード６０の掻き取り力だけでは除去するのが困難である。そのために、クリーニングブレード６０と感光体ドラム１とが接触する領域を通過してしまい、帯電装置２が配置された位置に到達した残留シリカにマイナスの電荷が付与される。その後、現像領域に到達した残留シリカは、現像装置４の磁力の作用により穂立ちした磁気ブラシで掻き取られる。
このように、マイナス帯電した残留シリカが感光体ドラム１から除去されると、感光体ドラム１の表面電位に変化が生じてしまう。

連続して同じ画像が形成される場合、繰り返し感光体ドラム１の表面の同じ箇所に画像が形成されると、感光体ドラム上に多くのシリカが残留し、その位置の電位の変化が顕著となる。その結果、いわゆる連続プリントゴーストといわれる画像ムラを発生させてしまうことになる。

本実施の形態では、感光体ドラム上の残留シリカを効率よく除去するために、クリーニングブラシ６４に交流バイアス電圧を印加する。この交流バイアス電圧は、例えばピークツーピーク電圧を１ｋＶ以上２ｋＶ以下とし、感光体ドラム上の任意の点がクリーニングブラシ６４のブラシ繊維と接触する領域を通過する間つまり接触時間内に、交流電圧の同極性のピークが２回以上１００回以下の範囲で作用するように設定した。

上記のようにクリーニングブラシ６４に交流バイアス電圧を印加することによる効果を確認する実験の結果を次に示す。
図６は、クリーニングブラシに印加する交流バイアス電圧とゴーストの発生レベルとの関係を調査するために行った実験の結果を示す図である。
この実験には富士ゼロックス製オンデマンド印刷機DocuColor8000を使用し、クリーニング装置として本実施の形態の装置を使用している。また、クリーニングブラシには外部電源から交流バイアス電圧を適宜に印加できるようにした。

実験は、交流バイアスの電圧を最適化するため、Vpp（Peak to Peak電圧）を変化させ、ゴースト評価チャートを連続して５０枚プリントし、５０枚目のゴーストレベルをΔL^*で評価した。なお、交流バイアス電圧の周波数は、クリーニングブラシ６４の感光体ドラム１と接触する接触幅、プロセス速度及びブラシの回転速度を考慮して決定しており、感光体ドラム１の表面における任意の点がクリーニングブラシ６４の接触範囲を通過する間に交流バイアス電圧の同極性ピークが２回〜１００回現れるように設定することが好ましい。これはピークが２回以下であると電界が変移する回数が少ないため帯電したシリカの除去性が低下し、１００回より多いと帯電したシリカの電界に対する追従性が悪くなり、交流バイアスの効果が現れ難くなるためである。本実験では、周波数を1kHzに設定している。

周波数を１ｋHzに固定した場合、図６に示すように、Vppが１ｋVあたりから効果が現れ出し、２ｋVあたりまで電圧の上昇と共に効果が高まって、それ以上では効果がほとんど変化しないことがわかった。
一方、Vppが高くなると放電生成物の発生量が増加し感光体ドラム１やクリーニングブレード６０の磨耗が増加する。したがって、Vppは１ｋＶ〜２ｋVの間で設定することが好ましいことが分かった。
なお、図６に示すΔL^*の値は小さいほどゴーストが発生しにくいことを示している。

次に、上記の実験の結果に基づき、周波数を１ｋＨｚ、及びＶｐｐを１．５ｋＶとなるように調整した交流バイアス電圧をクリーニングブラシ６４に印加し、シリカの除去性能を検証する実験を以下のように行った。
ゴースト評価用チャートを連続５０枚プリントした後、３つの実験条件に基づいて、感光体ドラムを１００回転させてシリカの除去テストを行い、除去テスト前後の感光体ドラムの表面をキーエンス製レーザ顕微鏡VK9700で観察した。そして、シリカの感光体ドラム１の表面の被覆率を求めて定量化し、３つの実験条件について比較評価した。
比較する実験条件は以下の３つの水準である。
第１の水準は、クリーニングブレード６０は使用せずクリーニングブラシ６４のみを使用し、クリーニングブラシ６４を接地したケース、第２の水準は、クリーニングブレード６０とクリーニングブラシ６４を併用しクリーニングブラシ６４を接地したケース、第３の水準は、クリーニングブレード６０とクリーニングブラシ６４を併用しクリーニングブラシ６４に交流バイアスを印加したケース、である。

図７に示すように、第１の水準である接地したクリーニングブラシ６４のみを用いたケースでは、シリカの除去率が５８．９％となった。第２の水準であるクリーニングブレード６０と接地したクリーニングブラシ６４を併用したケースでは、シリカの除去率は４０．４％となり、第１の水準の方が第２の水準よりもシリカの除去効果が高いことがわかった。これはクリーニングブレード６０と感光体ドラム１が接触する領域をシリカが通過することによって、より強く感光体ドラム１の表面にシリカが付着してしまい、同じように接地したクリーニングブラシ６４を使用してもクリーニングブレード６０を設けた装置の方がシリカを除去しにくくなっていることを示唆している。
一方、第３の水準である交流バイアスを印加したクリーニングブラシ６４とクリーニングブレード６０を併用したケースでは、シリカの除去率は９７．０％となり、非常に高い効率でシリカを除去できることがわかった。
この評価結果により、上記のように調整された値の交流バイアス電圧を印加したクリーニングブレード６０のシリカを除去する効果が確認された。

このようなクリーニング装置６は以下のように動作する。
感光体ドラム１の表面に残留したトナーは、シール部材６８と感光体ドラム１との間を通過し、交流バイアスが印加されたクリーニングブラシ６４と感光体ドラム１とが対向する位置に搬送される。クリーニングブラシ６４の先端が感光体ドラム１の周面に接触し、残留トナーの大部分を除去するとともにマイナス帯電したシリカは、このクリーニングブラシにより９７％という高い効率で除去される。

除去されずクリーニングブラシ６４を通過した残留トナーや外添剤は、クリーニングブレード６０が感光体ドラム１に接触する位置に達する。この位置では、クリーニングブレード６０の先端６０ａが感光体ドラム１に接触して残留トナーや外添剤を掻き取る。このとき、クリーニングブレード６０の先端６０ａが感光体ドラム１の回転方向の上流側に向くとともに下方に向けて配置されているので、残留トナー等には重力が作用し、順次下方へ落下してプレニップ領域７０に多くのトナーが滞留することはない。また、径の小さい外添剤も上流から次々に運ばれてくる外添剤に押され、順次入れ替わりプレニップ領域７０に滞留しない。したがって、外添剤等の凝集体が発生することがなく、感光体ドラム１の周面の磨耗が抑制される。

また、感光体ドラムの周面にマイナス帯電したシリカはほとんど残留しないので、残留するシリカの電荷によって感光体ドラムの表面電位が変化するのを抑制することができる。したがって、連続して画像形成する場合にも、いわゆる連続プリントゴーストの発生を防止することができる。

なお、クリーニングブラシ６４で回収された廃トナーはフリッカーバー６６で掻き落とされ、クリーニングブレード６０で掻き取られた残留トナーと共にハウジング６７に一旦収容される。そして、これらの回収された廃トナーは搬送部材６３によってクリーニング装置６の外に排出される。

以上に説明した実施の形態では、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤及びポリメチルメタアクリレートをトナーに外添しているが、これに加えてポリメチルメタアクリレートを感光体ドラム、クリーニングブレード及びクリーニングブラシのいずれか一つ又は複数に塗布しておくこともできる。また、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤は、トナーに外添するのに加えてクリーニングブラシから感光体ドラムの表面に供給することもできる。

ポリメチルメタアクリレートを感光体ドラムの表面又はクリーニング装置が有するクリーニングブレードに塗布する方法は、次に説明する第２の実施の形態と同様に、粉体のまま擦りつけるものであっても良いし、溶媒に分散させて塗布した後に乾燥させてポリメチルメタアクリレート層を形成してもよい。また、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤をクリーニングブラシから感光体ドラムの表面に供給する方法も、次に説明する第２の実施の形態と同様の手段を採用することができる。

次に本願発明に係る第２の実施の形態である画像形成装置を説明する。
この画像形成装置は、図１に示す第１の実施形態である画像形成装置と同様に、４つの画像形成ユニットと、中間転写ベルトと、一次転写ロールと、二次転写ロールと、定着装置と、排紙トレイとを備えており、二次転写部にはシートトレイから搬送路を経て記録用紙が送り込まれるようになっている。

この画像形成装置で使用されるトナーは、必ずしもステアリン酸亜鉛等の潤滑剤及びポリメチルメタアクリレートが外添されている必要はなく、ポリメチルメタアクリレートは感光体ドラムの表面、クリーニング装置が有するクリーニングブレード又はクリーニングブラシに塗布されている。また、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤はクリーニング装置が有するクリーニングブラシから感光体ドラムの表面に供給されるものとなっている。
なお、トナーとしてステアリン酸亜鉛等の潤滑剤又はポリメチルメタアクリレートが外添されているものを用いることもできる。

ポリメチルメタアクリレートを感光体ドラムの表面又はクリーニング装置が有するクリーニングブレードに塗布する方法は、例えばポリメチルメタアクリレートの粉体を感光体ドラムの表面又はクリーニングブレードの表面に擦り付けるだけでも良いし、空気とともに吹き付けてもよい。望ましくは、ポリメチルメタアクリレートの粉体を水又は有機溶媒等の液状分散媒に分散させて塗布する。有機溶媒としては液状含フッ素炭化水素を用いることができる。このような溶媒を用いて塗布し、自然乾燥させて厚さが５〜３０μｍ程度の層を形成するのが望ましい。
一方、クリーニングブラシへの塗布は、ポリメチルメタアクリレートの粉体をブラシ繊維にまぶし、ブラシ繊維間に保持させるのがよい。

図８は、第２の実施形態である画像形成装置で用いられるクリーニング装置８０を示す概略断面図である。
このクリーニング装置８０には、図８に示すように、クリーニングブラシ８４の上方に固形の潤滑剤が配置されている。その他の構成は図２に示すクリーニング装置と同様である。
上記潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛（ZnSt）の粉体を凝集して直方体に成形したものであり、支持板８１ｂを介してクリーニング装置８０のハウジングに支持されている。このステアリング酸亜鉛の凝集体８１ａは、5mm×5mm×320mmの細長い直方体となっており、クリーニングブラシ８４の軸線方向におけるほぼ全域で該クリーニングブラシのブラシ繊維と接触するように支持されている。また、支持板８１ｂは回転軸８１ｃによって回転が可能にハウジングと接合され、ステアリング酸亜鉛が消費されてもクリーニングブラシ８４との接触を維持することができるものとなっている。

このような構成により、クリーニングブラシ８４は回転しながらステアリン酸亜鉛を掻き取る。そして、掻き取ったステアリン酸亜鉛を感光体ドラム１の周面に塗布するとともに、感光体ドラム１の周面から残留トナーを除去するものとなっている。また、交流バイアス電源８５から交流バイアス電圧が印加されていることにより、感光体ドラムの表面に付着しているシリカを除去することができ、シリカの付着によるゴーストの発生を抑えるものとなっている。

図９は、クリーニングブラシ８４で感光体ドラム1の表面にステアリン酸亜鉛（ZnSt）を供給したときの感光体ドラム表面のステアリン酸亜鉛の被覆率を測定した結果を示す図である。
なお、ステアリン酸亜鉛（ZnSt）の被覆率はXPS分析による元素組成比率から求めた。
この図が示すように、接地したクリーニングブラシを用いたときよりも、交流バイアス電圧を印加したクリーニングブラシを用いたときの方が、ステアリン酸亜鉛（ZnSt）を２倍以上、感光体ドラムに供給する機能が高くなることがわかる。これは、上述したように、交流バイアス電圧を印加することにより感光体ドラム１の表面に付着するシリカが低減されるため、感光体ドラム１の表面にステアリン酸亜鉛（ZnSt）が付着しやすくなったと推定される。

また、ステアリン酸亜鉛を感光体ドラム１の周面にクリーニングブラシ等で外部から供給した場合、及び外部から供給しなかった場合との２つの条件で感光体ドラムの磨耗レートを測定した。
この測定によると、外部からステアリン酸亜鉛を感光体ドラムの表面に供給した場合の磨耗は、７．８ｎｍ／ｋＣｙｃｌｅとなり、供給しなかった場合は、１５．１ｎｍ／ｋＣｙｃｌｅとなった。これにより、感光体ドラムの表面にステアリン酸亜鉛を供給した場合は、供給しない場合と比較して、感光体ドラムの磨耗量が約１／２となり、感光体ドラムのライフを２倍長くすることができることが分かった。
なお、この測定には、富士ゼロックス製オンデマンド印刷機DocuColor8000を使用した。

以上に説明した画像形成装置では、二成分現像剤を用いたが、単色の画像形成装置の場合は一成分現像剤を使用することもできる。
また、本実施の形態では、クリーニングブラシをクリーニング装置内でクリーニングブレードの上流側に配置したが、転写装置の下流側で帯電装置の上流側となる範囲であってクリーニングブレードより下流側にクリーニングブラシを設けることもできる。そして、クリーニングブレードの上流側又は下流側に設けるときに、クリーニングブレードを有するクリーニング装置内に設けても良いし、クリーニング装置外に別途設けることもできる。

１：感光体ドラム、２：帯電装置、３：露光装置、４：現像装置、５：一次転写ロール、６：クリーニング装置、７：定着装置、８：中間転写ベルト、９：ドライブロール、１０：テンションロール、１１：バックアップロール、１２：二次転写ロール、１３：トナー除去装置、２１：シートトレイ、２６：搬送路、
３０：画像形成ユニット、
６０：クリーニングブレード、６１：板金、６３：搬送部材、６４：クリーニングブラシ、６５：交流バイアス電源、６６：フリッカーバー、６７：ハウジング、６８：シール部材、６９：ブラシ繊維、
７０：プレニップ領域、
８０：クリーニング装置、８１ａ：ステアリン酸亜鉛の粉の凝集体、８１ｂ：支持板、８１ｃ：回転軸、８４：クリーニングブラシ、８５：交流バイアス電源、８７：ハウジング

Claims

静電電位の差による潜像が無端状の周面に形成される像保持体と、
該像保持体上の前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を、搬送される記録媒体に直接転写するか、又は中間転写体に一旦転写した後、搬送される記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー像を転写した後の前記像保持体上に残るトナーを除去するクリーニングブレードと、
前記像保持体に接触するブラシ状部材と、を有し、
前記トナーには、少なくともシリカ、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）及び潤滑剤が添加され、
前記クリーニングブレードは、前記像保持体の周面の移動方向における上流側に先端を向けるとともに、該先端が下方を向くように配置されており、
前記ブラシ状部材は、前記像保持体の周面に付着して負極性に帯電しているシリカを除去するように交流バイアス電圧が印加されるものであることを特徴とする画像形成装置。
前記ブラシ状部材は、軸線回りに回転する支持軸から放射状にブラシ繊維が設けられたものであり、該ブラシ状部材の回転方向における前記像保持体との接触位置の上流側で固形の潤滑剤と接触し、付着した潤滑剤を前記像保持体の周面に供給するものであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
少なくとも前記像保持体、前記クリーニングブレード及び前記ブラシ状部材のいずれかに前記ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）が塗布されていることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の画像形成装置。
静電電位の差による潜像が無端状の周面に形成される像保持体と、
該像保持体上の前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を、搬送される記録媒体に直接転写するか、又は中間転写体に一旦転写した後、搬送される記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー像を転写した後の前記像保持体上に残るトナーを除去するクリーニングブレードと、
前記像保持体に接触するブラシ状部材と、を有し、
前記トナーには、シリカが添加され、
前記像保持体と前記クリーニングブレードと前記ブラシ状部材とのいずれかに、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）の粉体が塗布されており、
前記クリーニングブレードは、前記像保持体の周面の移動方向における上流側に先端を向けるとともに、該先端が下方を向くように配置されており、
前記ブラシ状部材は、ブラシ繊維に付着した潤滑剤を像保持体の表面に供給するものであるとともに、前記像保持体の周面に付着して負極性に帯電しているシリカを除去するように交流バイアス電圧が印加されるものであることを特徴とする画像形成装置。
前記トナーには、少なくともシリカ、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）と潤滑剤とのいずれかが添加されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記交流バイアス電圧のピークツーピーク電圧は、1ｋV以上2ｋV以下であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の画像形成装置。
前記交流バイアス電圧の周波数は、前記像保持体の表面における任意の点が前記ブラシ状部材のブラシ繊維が接触している範囲を通過する時間内に、該交流バイアス電圧の同極性のピークが２回以上１００回以下の範囲で現れるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。