JP2014074767A - 画像形成装置、及び、プロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】低温定着性トナーを用い、かつ、トナー形状が球形である場合であっても、像担持体を効率的にクリーニングでき、高画質の画像形成を長期間可能とする画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体２と、板状の支持部材７２と、角状のエッジ部を有する板状のクリーニングブレード７１と、エッジ部７１ａを像担持体の表面に当接させ、かつ、支持部材の他方の端をエッジ部よりも像担持体の回転方向下流側の位置で保持する支持部材保持部７４と、を有する画像形成装置において、エッジ部を構成する材料の２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下であり、かつ、支持部材の支持部材保持部により保持されている箇所よりも一方の端側に近い位置に支持部材に支持部材の厚さ方向の振動を付与する振動付与手段７５を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機やプリンタなどの画像形成装置、及び、画像形成装置で用いられるプロセスカートリッジに関する。

近年、複写機やプリンタにおいて省エネの要求が高まっている。これら画像形成装置において、消費エネルギーがもっとも大きい工程は、樹脂からなるトナーを加熱により紙などの被転写媒体上に定着させる定着工程である。このため、トナーを低い温度で定着可能なものとすることは、消費エネルギーを低減させる方法として有効である。

このような、トナーを低温で定着可能とする結晶性ポリエステル樹脂は、融点（ｍｐ）において結晶転移を起こし、急激に粘度が低下して被転写媒体への定着が可能となる。

このように結晶性ポリエステル樹脂の使用により、従来、要求のあった樹脂のガラス転移温度の低温下や低分子量化を必要とすることなく、低温定着化を達成できる。このため、トナーを構成する樹脂として結晶性ポリエステル樹脂の利用は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。

また、このような結晶性ポリエステル樹脂の使用により、ガラス転移温度の低い樹脂を用いた場合に生じる保存性の低下を防ぐことができ、さらに、従来のトナーを形成する樹脂の低分子量化の際に生じる、形成される画像における光沢発生や耐オフセット性の悪化も未然に防止することができる。

ここで、昨今、複写機やプリンタなどの画像形成装置では高画質化が進んでおり、その高画質を長期間維持することが特に重要になってきている。高画質を維持するためには、像担持体や、感光体や転写ベルトなどをクリーンに保つ、クリーニング技術が非常に重要である。

ここで、像担持体の代用的なクリーニング方法として、回転駆動される像担持体の表面に弾性部材からなるクリーニングブレードを当接させて、像担持体表面に存在するトナーを除去する技術が挙げられ、各種の改良技術が提案されている。

すなわち、特許文献１では、像担持体の共振周波数と、この像担持体表面に当接するクリーニングブレードの共振周波数と、を異なるものとする技術が提案されている。

また、特許文献２では、像担持体とこの像担持体に当接するクリーニングブレードとの間のスティックスリップにより発生する振動の周波数とブレードの共振周波数とを異なるものとする技術が提案されている。

特許文献３では、クリーニングブレードの振動部材に加振部材を取り付け、両部材の剛性をほぼ同等とし、クリーニングブレードが像担持体に当接されて形成されるニップ部に与えられる振動変位量が特定値以下とする技術が提案されている。

さらに、特許文献４では、クリーニングブレードと振動を与える加振手段とが振動部材に取り付けられており、振動部材においてクリーニングブレードを設ける部分の剛性が加振手段を設ける部分の剛性より高くする技術が提案されている。

また、特許文献５では、振動を印加する装置が設けられたクリーニングブレードの像担持体への当接部の、像担持体法線方向の振動を特定範囲以下とし、クリーニングブレードの振動方向を像担持体の移動方向に平行とする技術が提案されている。

このように、クリーニング部材に振動を与えるクリーニング手段は、多数提案されている。

ここで、結晶性ポリエステル樹脂を含んだトナーのように、低温定着性を有するトナーでは、特に、クリーニング部でのトナー粒子のつぶれによる固着を防止することが重要となる。ここで、結晶性ポリエステル樹脂を含んだトナーは、その製造方法に由来して、従来の粉砕トナーとは異なり、球形となっていることが多い。このような球形でかつ低温定着性を有するトナーを像担持体上から除去しようとすると、従来の粉砕トナーとは異なり形状に歪んだ部分がないので、クリーニングブレード先端に引っかかりにくい。このような球形トナーはクリーニングブレードと像担持体表面との間に形成される空間に侵入し、クリーニングブレードと像担持体との間に挟まれた状態に保持され、回転駆動される像担持体との摩擦力により回転モーメントが与えられる。このとき、低温定着性を有するトナーは、クリーニングブレードと像担持体との間で変形して付着力が上昇し、像担持体表面やクリーニングブレードに固着してしまう。

ここで、上記の特許文献１〜５に記載された技術では、トナー形状が球形の、低温定着性トナーを用いた場合には、いずれもクリーニング性能が低く、長期間の使用により、クリーニングブレードのトナーの固着、及び、像担持体へのトナー成分の膜状付着（トナーフィルミング）が生じるので、高画質の画像形成を長期間維持できなかった。

このように、画像形成技術において、低温定着性トナーを用い、かつ、トナー形状が球形である場合であっても、像担持体を効率的にクリーニングでき、高画質の画像形成を長期間可能とする画像形成装置が求められていた。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、低温定着性トナーを用い、かつ、トナー形状が球形である場合であっても、像担持体を効率的にクリーニングでき、高画質の画像形成を長期間可能とする画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、請求項１に記載の通り、回転駆動されるとともに静電潜像が形成される像担持体と、板状の支持部材と、前記支持部材の一方の端側に弾性体により延設されかつ先端に角状のエッジ部を有する板状のクリーニングブレードと、前記エッジ部を前記像担持体の表面に当接させ、かつ、前記支持部材の他方の端を前記エッジ部よりも前記像担持体の回転方向下流側の位置で保持する支持部材保持部と、を有する画像形成装置において、前記エッジ部を構成する材料の２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下であり、かつ、前記支持部材の前記支持部材保持部により保持されている箇所よりも前記一方の端側に近い位置で前記支持部材に該支持部材の厚さ方向の振動を付与する振動付与手段を有していることを特徴とする。

本発明に画像形成装置によれば、前記エッジ部を構成する材料の２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下であり、かつ、前記支持部材の前記支持部材保持部により保持されている箇所よりも前記一方の端側に近い位置で前記支持部材に該支持部材の厚さ方向の振動を付与する振動付与手段を有しているために、クリーニングブレードに、トナーのクリーニングを促進する有効な振動を与えることができ、用いるトナーが、結晶性ポリエステル樹脂から構成されるような、低温定着性を有する球形のトナーであっても、効果的にクリーニングできるので、良好な画像形成が長期間に亘り可能となる。

図１は、本発明に係る画像形成装置である複写機の例５００を示すモデル図である。 図２は、上記複写機５００の像担持体のクリーニング装置７０付近の部分説明図である。 図３は、クリーニングブレード７１付近の拡大モデル図である。

以下、本発明を画像形成装置としての複写機（以下、複写機５００という）に適用した実施形態例について説明する。

図1は、複写機５００の概略構成図である。複写機５００は、複写装置本体（以下、プリンタ部１００という）、給紙テーブル（以下、給紙部２００という）及びプリンタ部１００上に取り付けるスキャナ（以下、スキャナ部３００という）から構成される。

プリンタ部１００は、四つのプロセスユニットとしてのプロセスカートリッジ１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、複数の張架ローラに張架されて図１中の矢印Ａ方向に移動する中間転写体としての中間転写ベルト７、露光手段としての露光装置６、定着手段としての定着装置１２等を備えている。

四つのプロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ及び１Ｋの、符号１の後に付されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋという添字は、それぞれイエロー，マゼンタ，シアン，黒用の仕様であることを示している。これら４つのプロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ及び１Ｋは、それぞれ使用するトナーの色が異なる他はほぼ同様の構成になっているので、以下、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃという添字を省略してプロセスカートリッジ１として説明する。

プロセスカートリッジ１は、図１に示すように感光体である像担持体２、帯電手段である帯電部材３、現像手段である現像装置４、及び、クリーニング手段である像担持体用のクリーニング装置７０を一体的に支持してユニット状とした構成となっている。各プロセスカートリッジ１は、それぞれの不図示のストッパーを解除することにより、複写機５００本体に対して着脱可能となっている。

像担持体２は、図中の矢印で示すように、時計周り方向に回転する。帯電部材３は、ローラ状の帯電ローラであり、像担持体２の表面に圧接されており、像担持体２の回転により従動回転する。作像時には、帯電部材３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、像担持体２の表面を帯電する。本実施形態のプロセスカートリッジ１は、帯電手段として、像担持体２の表面に接触するローラ状の帯電部材３を用いているが、帯電手段としてはこれに限るものではなく、コロナ帯電などの非接触帯電方式を用いてもよい。

露光装置６は、スキャナ部３００で読み込んだ原稿画像の画像情報またはパーソナルコンピュータ等の外部装置から入力される画像情報に基づいて、像担持体２の表面に対して露光し、像担持体２の表面に静電潜像を形成する。プリンタ部１００が備える露光装置６は、レーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式を用いているが、露光手段としてはＬＥＤアレイを用いるものなど他の構成でもよい。

像担持体用のクリーニング装置７０は、中間転写ベルト７と対向する位置を通過した像担持体２の表面上に残留する転写残トナーのクリーニングを行う。

四つのプロセスカートリッジ１は、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色ごとのトナー像を像担持体２上に形成する。四つのプロセスカートリッジ１は、中間転写ベルト７の表面移動方向に並列に配設され、それぞれの像担持体２上に形成されたトナー像を中間転写ベルト７に順に重ね合わせるように転写し、中間転写ベルト７上に可視像を形成する。

図１において、各像担持体２に対して中間転写ベルト７を挟んで対向する位置には一次転写手段としての一次転写ローラ８が配置されている。一次転写ローラ８には不図示の高圧電源により一次転写バイアスが印加され、像担持体２との間で一次転写電界を形成する。像担持体２と一次転写ローラ８との間で一次転写電界が形成されることにより、像担持体２の表面上に形成されたトナー像が中間転写ベルト７の表面に転写される。中間転写ベルト７を張架する複数の張架ローラのうちの一つが不図示の駆動モータによって回転することによって中間転写ベルト７が図中の矢印Ａ方向に表面移動する。表面移動する中間転写ベルト７の表面上に各色のトナー像が順次重ねて転写されることによって、中間転写ベルト７の表面上にフルカラー画像が形成される。

四つのプロセスカートリッジ１が中間転写ベルト７と対向する位置に対して、中間転写ベルト７の表面移動方向下流側には、張架ローラの一つである二次転写対向ローラ９ａに対して中間転写ベルト７を挟んで対向する位置に二次転写ローラ９が配置され、中間転写ベルト７との間で二次転写ニップを形成する。二次転写ローラ９と二次転写対向ローラ９ａとの間に所定の電圧を印加して二次転写電界を形成する。給紙部２００から給紙され、図１中の矢印Ｃ方向に搬送される転写材である転写紙Ｐが二次転写ニップを通過する際に、中間転写ベルト７の表面上に形成されたフルカラー画像が、二次転写ローラ９と二次転写対向ローラ９ａとの間に形成された二次転写電界によって転写紙Ｐに転写される。

二次転写ニップに対して転写紙Ｐの搬送方向下流側に、定着装置１２が配置されている。二次転写ニップを通過した転写紙Ｐは定着装置１２に到達し、定着装置１２における加熱及び加圧によって転写紙Ｐ上に転写されたフルカラー画像が定着され、画像が定着された転写紙Ｐは複写機５００の装置外に出力される。

一方、二次転写ニップで転写紙Ｐに転写されず中間転写ベルト７の表面上に残留したトナーは、転写ベルトクリーニング装置１１によって回収される。

図１に示すように、中間転写ベルト７の上方には、各色トナーを収容するトナーボトル４００（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が複写機５００本体に対して着脱可能に配置されている。各色トナーボトル４００に収容されたトナーは、各色に対応する不図示のトナー補給装置によって、各色の現像装置４に供給される。

このような画像形成装置の一例の、プロセスカートリッジ内の像担持体に当接して像担持体をクリーニングする、像担持体クリーニング装置７０付近をモデル的に図２に、本発明で用いるクリーニングブレードの像担持体への当接部分のモデル拡大図を図３に示す。

図２中、符号２を付して示されているのが像担持体（感光体）であり、この例では円筒形状で、図示しない駆動手段により図中矢印方向（時計方向）に回転駆動されている。

像担持体２から離間した位置に支持部材保持部７４が設けられており、その上端にステンレス製の板状の支持部材７２がねじ７３により固定されている。支持部材７２の一方の端（図中左側端）に、弾性体、この例では合成ゴムにより構成された板状のクリーニングブレード７１が延設されている。クリーニングブレード７１の先端に設けられた角状のエッジ部７１ａは像担持体２の表面に当接されている。

すなわち、支持部材保持部７４は支持部材７２の他方の端（図中右側端）をエッジ部７１ａよりも像担持体２の回転方向下流側の位置で保持して（カウンタ方向となるように保持して）、エッジ部７１ａを像担持体２の表面に当接させている。

トナーは像担持体２の表面に付着して運搬されるが、像担持体２の回転方向下流側からクリーニングブレード７１の先端が像担持体２への当接することで形成される楔状の空間に到達する（図３参照）。この楔状の空間内で、像担持体２表面に付着して移動していたトナー７６は、クリーニングブレード７１によってその移動が阻まれ、像担持体２表面から掻き取られ、図３中、破線矢印で示される方向へ除去される。しかし、この楔形の空間の先端部分には、トナーが滞留する傾向がある。

ここで、従来の破砕トナーの場合、クリーニングブレードの先端が像担持体に当接する圧力（当接圧）を高くすることにより、楔形の空間の先端部分のトナーを掻き取り、良好な除去性能が得られていた。

しかしながら、結晶性ポリエステル樹脂から構成されるような、低温定着性を有する球形のトナーでは、上記のように当接圧を高くしても掻き取り効果が得られないばかりか、むしろ、クリーニングブレードへの固着や像担持体へのトナーフィルミングが多発する傾向がある。

弾性体により構成されたクリーニングブレードは、当接する像担持体表面との摩擦力により、その先端が像担持体２移動方向に連れて動き、ひずみが大きくなると、反発力で開放されて元の場所に復帰するというスティックスリップ運動を起こす。本発明はこのスティックスリップ運動に着目した。

すなわち、像担持体２の表面に接するクリーニングブレードのエッジ部を構成する材料の２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下とするとともに、後述するようにエッジ部に振動を付与して、良好なスティングスリップ運動を起こさせることにより、上記楔形の空間の先端部分のトナー滞留を防止する。

ここで、図３に示す例では、板状のクリーニングブレード７１はその厚さ方向に複数の層、図３では第１の弾性層７１α、及び、第２の弾性層７１βが積層されて形成されている。このうち、エッジ部７１ａを有する第１の弾性層７１αは、２３℃における１００％モジュラス値が６．２ＭＰａのウレタンゴムにより構成されている。

ここで、エッジ部７１ａを有する第１の弾性層７１αを構成する弾性体が２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下の範囲であると、上述の様にトナーのクリーニングに適したスティックスリップ運動を起こさせることができる。このために、後述する振動の付与とともに、球形の結晶性ポリエステル樹脂により構成されるトナーを用いた場合であっても、高いクリーニング効果が得られ、長期間に亘って良好な画像形成が可能となる。

さらに、エッジ部７１ａを有する第１の弾性層７１αとともにクリーニングブレード７１を形成している他の層、この例では第２の弾性層７１βが第１の弾性層７１αよりも２３℃における１００％モジュラス値が小さい弾性材料から構成されていることが好ましい。すなわち、このとき、上記第１の弾性層７１αが２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下の弾性体から構成されている効果が高まり、より高い像担持体クリーニング効果が得られる。なお、上記クリーニングブレード７１は２層から構成されているが、３層以上から構成されていてもよい。

クリーニング装置７０の支持部材保持部７４には、上記構成に加えて、支持部材７２の支持部材保持部７３により保持されている箇所よりも図中左端側に近い位置に、支持部材７２の厚さ方向の振動を付与する振動付与手段として振動付与装置７５が備えられている。この振動付与装置７５はこの例ではピエゾ振動子を用いているが、その他、公知の振動付与装置を用いてもよい。

このクリーニング装置７０では、振動付与装置７５により付与された振動が支持部材７２を介して像担持体２の表面に当接するエッジ部７１ａを振動させて、像担持体２の表面へのトナーフィルミングと、像担持体２へのト１ナー固着を効果的に防止する。

振動付与装置７５により付与される振動の周波数として、８０Ｈｚ以上２５０Ｈｚ以下であることが、良好なクリーニング効果を得るために好ましく、さらに好ましい範囲は１００Ｈｚ以上１５０Ｈｚ以下である。

なお、上記の振動は必ずしも常時付与しなくてもよい。例えば像担持体へのトナー供給が多いときにのみ付与したり、像担持体付近が、トナーフィルミングが発生しやすい高温になるときにのみ付与させるなど、画像形成装置の動作状態に従い、所定のタイミングで振動を付与することができる。さらに、像担持体上への静電潜像の形成時等、振動が発生していない方がよいときには、振動させない等の調整をおこなうことが好ましい。このような振動付与装置７５の制御を行うために、振動付与装置７５には図２に示すように振動付与装置制御手段である振動付与装置制御装置７７が備えられ、振動付与装置７５と、各種情報及び制御信号を送受するための信号制御線で接続されている。振動付与装置制御装置７７は必要に応じＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ、Ｉ／Ｏポート等の、一般的な制御装置を構成する各要素から構成することができる。そして、振動付与装置制御装置７７はこのクリーニング装置７０を備えた画像形成装置全体を制御する画像形成装置制御手段と信号制御線で接続されているか、あるいは、画像形成装置制御手段を兼ねていても良い。

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の画像形成装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。

当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の画像形成装置を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の画像形成装置の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。

図２及び図３に示したクリーニング装置７０を有する、図２に示した画像形成装置を用い、クリーニング性の評価を実施した。

具体的には、融点が６０℃の結晶性ポリエステル樹脂により構成された球形トナーを用い、画像面積率５％のカラーの画像形成をＡ４版でそれぞれ１０００００枚行った。

このとき、クリーニングブレードの第１の弾性層(エッジ部を有する)（以下「第１層」とも云う）を構成する弾性体の材質、クリーニングブレードの第２の弾性層（以下「第２層」とも云う）を構成する弾性体の材質、及び、振動付与装置７５の併用の有無、の条件を表１に示すように変更して、像担持体のクリーニング性、及び、像担持体へのトナー固着の有無について、画像形成５００枚目の初期と、５００００枚目の径時で、目視判定をおこなった。画像にクリーニング不良による筋が発生しない、ブレードにトナーがすり抜けた跡がない場合を十分であるとして「良好」、画像に筋がある、トナーのすり抜けが見られる場合を不十分として「不良」、固着に関しては、経時に像担持体を観察し、固着がない場合を十分であるとして「なし」、それ以外の場合には不十分として「あり」と、それぞれ評価した。結果を表１に併せて示す。

なお、クリーニングブレードの大きさは１１ｍｍ×３１２ｍｍ、厚さは１．７ｍｍで、第１の弾性層の厚さは０．４ｍｍ、第２の弾性層の厚さは１．３ｍｍとした。なお、実験１で用いたクリーニングブレード及び実験２で用いたクリーニングブレードは、ともに従来の破砕トナーを用いる画像形成装置で用いられたときに、十分なクリーニング性を有し、クリーニングブレードへのトナーの固着もないクリーニングブレードである。

表１より、本願発明の実施例である実験３、実験５、及び、実験６の条件ではクリーニング性も良好で、クリーニングブレードへの固着もなかった。振動を付与しなかった実験４では、クリーニング性は良好であったものの、クリーニングブレードと像担持体と間にトナーが滞留し、クリーニングブレードへの固着が発生した。

２ 像担持体
７０ クリーニング装置
７１ クリーニングブレード
７２ 支持部材
７３ ねじ
７４ 支持部材保持部
７５ 振動付与装置
７６ トナー
７７ 振動付与装置制御装置

特開２００５−３３８２１１号公報 特開２００５−２１５１６３号公報 特許第４３４６３３７号公報 特許第４０５６０５３号公報 特許第３５３７０７６号公報

Claims (5)

1. 回転駆動されるとともに静電潜像が形成される像担持体と、板状の支持部材と、前記支持部材の一方の端側に弾性体により延設されかつ先端に角状のエッジ部を有する板状のクリーニングブレードと、前記エッジ部を前記像担持体の表面に当接させ、かつ、前記支持部材の他方の端を前記エッジ部よりも前記像担持体の回転方向下流側の位置で保持する支持部材保持部と、を有する画像形成装置において、
   前記エッジ部を構成する材料の２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下であり、かつ、
   前記支持部材の前記支持部材保持部により保持されている箇所よりも前記一方の端側に近い位置で前記支持部材に該支持部材の厚さ方向の振動を付与する振動付与手段を有していることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記クリーニングブレードが、該クリーニングブレードの厚さ方向に複数の層が積層されて形成されており、かつ、
   前記エッジ部を形成しているエッジ層が、その他の層に比べて１００％モジュラス値の大きい材料によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記振動付与装置を所定のタイミングで作動させる振動付与装置制御手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記振動付与装置制御手段が、前記像担持体に対して静電潜像の形成が行われていないときに前記振動付与装置を作動させる制御手段であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 回転駆動されるとともに静電潜像が形成される像担持体と、板状の支持部材と、前記支持部材の一方の端側に弾性体により延設されかつ先端に角状のエッジ部を有する板状のクリーニングブレードと、前記エッジ部を前記像担持体の表面に当接させ、かつ、前記支持部材の他方の端を前記エッジ部よりも前記像担持体の回転方向下流側の位置で保持する支持部材保持部と、を有するプロセスカートリッジにおいて、
   前記エッジ部を構成する材料の２３℃における１００％モジュラス値が６ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下であり、かつ、
   前記支持部材の前記支持部材保持部により保持されている箇所よりも前記一方の端側に近い位置で前記支持部材に該支持部材の厚さ方向の振動を付与する振動付与手段を有していることを特徴とするプロセスカートリッジ。

Images