JP4509519B2 - クリーニング装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、高画質化の要求に対しては、トナー自身の小径×球径化が最も寄与が大きいことが解り、トナー開発や市場の傾向が小径/球形化の方向になってきた。トナーが小径で球形性が高くなると、クリーニングしづらくなる方向にある。一方、像担持体に最もダメージを与えるクリーニング工程では、物理的な衝撃が弱いと考えられるブラシクリーニングによって静電的に吸着する方法が提案されている。
このクリーニングブレードで方式では、
例えば、特許文献1では、平均ドメイン径0.1〜1.1μmの離型剤を含有するトナーを用いて、反発弾性35〜75%のクリーニングブレード部材を像担持体の回転方向に対してカウンター方向10〜45°の角度で、且つ当接圧力5〜45gf/cm、クリーニング部材に対する像担持体の静止摩擦係数が1.0以下となるように像担持体表面が加工されている画像形成方法が開示されている。
また、特許文献2では、クリーニング動作中のクリーニング角度を決定する特性値でクリーニングブレードヤング率E、クリーニングブレード厚さt、ブレードの突出し量Lを一定の関係を満足させるて、良好なクリーニング性能を発揮させるクリーニング装置が開示されている。
また、特許文献3では、トナーの平均体積径Dと平均円形度Sを用いて、所定の条件を満たす圧接力を設定する画像形成装置が開示されている。
また、特許文献4では、ゴムブレードを振動大きさ10〜200μmの条件で振動させてクリーニングする電子写真画像形成方法が開示されている。
トナー形状の円形度が高くて小径のものはブレードクリーニングする際にブレードによって堰きとめ難くクリーニング不良を起こしやすく、この不良メカニズムは像担持体とブレードが接触した状態で、像担持体が動くと固定されたブレードの端部は巻き込まれるようにめくれる。このめくれは“くさび形状”となるため、球形トナーは入り込み易い状態となり、像担持体上のトナーの一つがブレードを持ち上げて、通り抜けると後続のトナー群は連続的に擦り抜けてクリーニング不良が生じると考えられている。
したがって、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、今回、発明者らの高速度カメラで観察でブレードクリーニングのトナーとブレードの挙動をとらえ、ブレード下面を擦り抜けるトナーが回転しながら擦り抜けることが解った。
本発明のクリーニング装置は、像担持体上のトナーをブレードで除去するクリーニング装置において、前記ブレードと像担持体間で形成する角度は70°以上であり、前記ブレードの反発弾性係数は40%以上であり、前記ブレードに加える線圧力は10gf/cm以上、60gf/cm以下であり、トナーが、平均円形度0.950から0.998の球形トナーであって、ブレードと像担持体との関係が下記の式
f(θ)=μ2−μ1×(Ntp/Nbt+cosθ)>0
Ntp<Nbt
μ2/μ1>1.5
を満たすことを特徴とする。(ここで、μ1:トナーと像担持体間の摩擦係数、μ2:トナーとブレード間の摩擦係数、Ntp:トナーと像担持体の付着力、Nbt:トナーがブレードから受ける力、θ:ブレードと像担持体間で形成する角度(クリーニング角度))
また、本発明のクリーニング装置は、さらに、前記ブレード先端部は、外部からの駆動によって振動することを特徴とする。
f(θ)=μ2−μ1×(Ntp/Nbt+cosθ)>0
Ntp<Nbt
μ2/μ1>1.5
を満たすことを特徴とする。(ここで、μ1:トナーと像担持体間の摩擦係数、μ2:トナーとブレード間の摩擦係数、Ntp:トナーと像担持体の付着力、Nbt:トナーがブレードから受ける力、θ:ブレードと像担持体間で形成する角度(クリーニング角度))
また、本発明のプロセスカートリッジは、少なくとも像担持体とクリーニング装置とを一体に支持し、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、クリーニング装置が、前記クリーニング装置であることを特徴とする。
f(θ)=μ2−μ1×(Ntp/Nbt+cosθ)>0
Ntp<Nbt
μ2/μ1>1.5
を満たすことを特徴とする。(ここで、μ1:トナーと像担持体間の摩擦係数、μ2:トナーとブレード間の摩擦係数、Ntp:トナーと像担持体の付着力、Nbt:トナーがブレードから受ける力、θ:ブレードと像担持体間で形成する角度(クリーニング角度))
また、本発明の画像形成装置は、潜像を担持する像担持体と、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、像担持体とこれに接触しつつ移動する中間転写体及び/又は記録部材との間に転写電界を形成して、像担持体に形成されたトナー像を、中間転写体及び/又は記録部材上に転写する転写装置と、像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と を備える画像形成装置において、クリーニング装置が、前記クリーニング装置であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記プロセスカートリッジを備えることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記プロセスカートリッジを複数備えることを特徴とする。
また、小径化・球形化トナーを用いても、トナーの回転力を小さくでき、ブレードを擦り抜けることが防止されクリーニング性を向上させることができる。
また、ブレードを持ち上げる力に対抗できクリーニング条件に対して余裕度を持たせ、さらに、ブレードと像担持体間の摩耗が押さえられ耐久性を向上させることができる。
図1は、本発明のクリーニング装置を搭載する画像形成装置の構成を示した概略図である。像担持体2である感光体ドラムの周囲には、帯電ローラ等で像担持体2の表面を帯電する帯電装置3、レーザー光線等で像担持体2の一様帯電処理面に潜像を形成する露光装置4、像担持体2上において潜像に対し帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成させる現像装置6、転写ベルトまたは転写ローラ、チャージャー等で像担持体2上に形成されたトナー像を記録紙に転写する転写装置12、転写後に像担持体2上に残ったトナーを除去するクリーニング装置16、像担持体2上の残留電位を除去する除電装置18が順に配列されている。
このような構成において、帯電装置3の帯電ローラによって表面を一様に帯電された像担持体2は、露光装置4によって静電潜像を形成され、現像装置6によってトナー像を形成される。当該トナー像は転写装置12によって像担持体2表面から、給紙トレイ9から搬送された記録紙へ転写される。その後記録紙上のトナー像は定着装置14によって記録紙に定着される。一方、転写されずに像担持体2上に残ったトナーはクリーニング装置16によって回収される。残留トナーを除去された像担持体2は除電装置18のランプで初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
一方、トナーはブレード161から回転を阻止するための力を得ている。これは、ブレード161から受ける力Nbtとブレード161とトナー間の摩擦係数μ2の積で反時計方向に回転するモーメントとして働く。この時計方向に回転させる力に反して阻止する力をF2とする。この両者の関係でブレード161のクリーニング性が決められる。即ち、F1>F2であるとトナーは時計方向に回転して弾性体であるブレード161をめくり上げる。これによって、トナーは擦り抜けてクリーニング不良となる。
Nbt×μ2−(Ntp+ Nbt×cosθ)×μ1>0
このとき、反力と付着力の関係を規格化して、角度θの関数で表すと次の如く式(1)で表せる。
f(θ)=μ2−μ1×(Ntp/Nbt+cosθ)>0…(1)
したがって、ブレード161のクリーニング角度θ、反力Nbt、付着力Npt及びそれぞれの物体間の摩擦係数μ1、μ2を上式の関係にすることでトナーの回転を止め、トナーがブレード161をすり抜けるのを抑えて、クリーニングすることができる。
この時のパラメータNtp/Nbtは小さいほどクリーニング角度θが小さくてもF1<F2となる。例えば、Ntp/Nbt=1の時はθが70°以上にしないとF1<F2にならない。ところが、Ntp/Nbt=0.8にするとθは57°まで立てることができ、ブレード161を初期設定する際の余裕度となる。
また、この時、角度を70°にすることでクリーニング性に対する余裕度ともなる。ここで、Ntpを下げる具体的なやりかたは、トナーのもつ帯電量を下げるとか、又は、ブレード161に突入する前に除電させる手段を設けて帯電量をさげることが挙げられる。
一方、Nbtを大きくすることも同等な効果が得られる。具体的にはブレード161からの反発係数を大きくすることである。
まず、ブレード161とトナー間は平板状の擬似像担持体基板上にトナーを現像して塗布する。この時の付着量は一般の転写後に残るトナー量を想定して0.05〜0.1mg/cm2とする。この基板の上をブレード161で接触しながら走査する。このとき、ブレード161をカウンタ方向に走査すると擬似像担持体基板上のトナーはクリーニング除去される為ブレード161とトナー間の正確な摩擦係数は測定できない。それを改善するためにブレード161をトレーリング方向に走査する。そうすることで、擬似像担持体基板上のトナーは除去されず、滑らかにブレード161はトナー表面を走査する。これによって、擬似像担持体基板とブレード161面の摩擦係数の測定が可能となる。この時の、走査速度は1mm/sでブレード161面に加える荷重は実際に電子写真装置に搭載されているブレード161と等価な荷重を加える。本発明においては20〜50gf/cmの線圧荷重(W)を加えた。これを引っ張る荷重(F)をひずみ測定器で計測する。これらの値を用いてμ2=F/Wと算出される。実際には新東科学(株)製HEIDON表面性試験機器を用いることで時間と摩擦係数の関係を画面上に表わせ、平均摩擦係数などの演算も自動的に行うことが出来る。
次に、μ1であるが、像担持体2はブレード161のような弾性体でないためトナーと面で接触させることが出来ない。この時はHEIDON表面性試験機器に表面摩擦係数測定用ステンレス球(φ6)を用いて、ステンレス球で像担持体基板の摩擦係数(μsp)、ステンレス球とクブレード161の摩擦係数(μsb)を測定する。これらの値に既に測定したトナーとブレード161間の摩擦係数μ2(=μtb)を用いてμ1=μtb×μsp/μsbが算出できる。
しかし、μ1がこれより小さい値となると角度の小さい状態からF1<F2が成立するようになる。したがって、μ1=0.04となった場合はどんな角度でもクリーニングすることができる。
また、図8は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。図8に示すように、画像形成装置1はめくれが定常的に生じていないクリーニング装置を含むプロセスカートリッジ17を複数個搭載され、例えば右のプロセスカートリッジ17よりマゼンタ17M、シアン17C、イエロー17Y及びブラック17Bの4原色を有するプロセスカートリッジ17を一台の内部に装着している。これによって、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジ17を交換すればよく、利便性が向上する。
2 像担持体
3 帯電装置
4 露光装置
6 現像装置
9 給紙トレイ
12 転写装置
13 搬送ベルトクリーニング装置
14 定着装置
15 排紙ローラ
16 クリーニング装置
161 ブレード
162 トナー搬送スクリュー
17 プロセスカートリッジ
18 除電装置
Claims (8)
- 像担持体上のトナーをブレードで除去するクリーニング装置において、
前記ブレードと像担持体間で形成する角度は70°以上であり、
前記ブレードの反発弾性係数は40%以上であり、
前記ブレードに加える線圧力は10gf/cm以上、60gf/cm以下であり、
トナーが、平均円形度0.950から0.998の球形トナーであって、ブレードと像担持体との関係が下記の式を満たす
f(θ)=μ2−μ1×(Ntp/Nbt+cosθ)>0
Ntp<Nbt
μ2/μ1>1.5
ことを特徴とするクリーニング装置。
ここで、μ1:トナーと像担持体間の摩擦係数
μ2:トナーとブレード間の摩擦係数
Ntp:トナーと像担持体の付着力
Nbt:トナーがブレードから受ける力
θ:ブレードと像担持体間で形成する角度(クリーニング角度) - 請求項1に記載のクリーニング装置おいて、
前記ブレード先端部は、外部からの駆動によって振動する
ことを特徴とするクリーニング装置。 - 少なくとも像担持体とクリーニング装置とを一体に支持し、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、像担持体上のトナーをブレードで除去するブレードを備え、
前記ブレードと像担持体間で形成する角度は70°以上であり、
前記ブレードの反発弾性係数は40%以上であり、
前記ブレードに加える線圧力は10gf/cm以上、60gf/cm以下であり、
トナーが、平均円形度0.950から0.998の球形トナーであって、ブレードと像担持体との関係が下記の式を満たす
f(θ)=μ2−μ1×(Ntp/Nbt+cosθ)>0
Ntp<Nbt
μ2/μ1>1.5
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
ここで、μ1:トナーと像担持体間の摩擦係数
μ2:トナーとブレード間の摩擦係数
Ntp:トナーと像担持体の付着力
Nbt:トナーがブレードから受ける力
θ:ブレードと像担持体間で形成する角度(クリーニング角度) - 少なくとも像担持体とクリーニング装置とを一体に支持し、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2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。 - 潜像を担持する像担持体と、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、像担持体とこれに接触しつつ移動する中間転写体及び/又は記録部材との間に転写電界を形成して、像担持体に形成されたトナー像を、中間転写体及び/又は記録部材上に転写する転写装置と、像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と 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、像担持体上のトナーをブレードで除去するブレードを備え、
前記ブレードと像担持体間で形成する角度は70°以上であり、
前記ブレードの反発弾性係数は40%以上であり、
前記ブレードに加える線圧力は10gf/cm以上、60gf/cm以下であり、
トナーが、平均円形度0.950から0.998の球形トナーであって、ブレードと像担持体との関係が下記の式を満たす
f(θ)=μ2−μ1×(Ntp/Nbt+cosθ)>0
Ntp<Nbt
μ2/μ1>1.5
ことを特徴とする画像形成装置。
ここで、μ1:トナーと像担持体間の摩擦係数
μ2:トナーとブレード間の摩擦係数
Ntp:トナーと像担持体の付着力
Nbt:トナーがブレードから受ける力
θ:ブレードと像担持体間で形成する角度(クリーニング角度) - 潜像を担持する像担持体と、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、像担持体とこれに接触しつつ移動する中間転写体及び/又は記録部材との間に転写電界を形成して、像担持体に形成されたトナー像を、中間転写体及び/又は記録部材上に転写する転写装置と、像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置と 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2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。 - 請求項5又は6に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、請求項3又は4に記載のプロセスカートリッジを備える
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5又は6に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、請求項3又は4に記載のプロセスカートリッジを複数備える
ことを特徴とする画像形成装置。
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