JP4547166B2

JP4547166B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4547166B2
Application number: JP2004055526A
Authority: JP
Inventors: 昌彦赤藤; 一彦渡邊; 修成瀬; 英俊矢野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005242261A

Description

本発明は画像形成装置に関するものである。

いわゆる電子写真方式の画像形成装置では、転写工程後の像担持体表面に残る残留トナーを除去して、繰り返して像形成に使用するためのクリーニング手段が必要である。この種の画像形成装置におけるクリーニング手段としては、ゴムなどの弾性材からなるクリーニングブレードが簡単な構成で、トナー除去性能にも優れているので広く実用されている（例えば特許文献１ないし４参照）。
特許文献１では感光体に接触して回転するクリーニングロールと、このクリーニングロールに接触して回転する回収ロールと、この回収ロール周面に接触するブレードから構成されるクリーニング装置の、回収ロール表面に凹凸部を設けている。
あるいは、回収ロールやブレードを別途振動させる手段を用いることで同様の効果を達成できる。たとえば、回収ロールやブレードにアクチュエータを接続して直接これらを振動させてもよいし、回収ロールの軸受けに揺動溝を設けて回収ロールを揺動させてもよい。
このような特許文献１の開示は振動により回収ロールからトナーを除去する内容であるが、振動の条件、振動による効果のメカニズム、振動方法、構成の具体的な実施説明が明記されておらず、また、振動により球形トナーが除去可能かどうかの記載がない。
さらに、請求項９、１０では励起手段は「表面の凹凸」と規制されている。また、ブレードを振動させるとトナー除去性が良くなる理由が記載されていない。また、実施例での詳細な説明、図などによる説明が一切記載されていない。また、２．０（ｍｍ）の厚みのブレードをアクチュエータで振動することは困難または無理である。仮に可能であったとしても振動手段、方法の説明が記載されていない。
特許文献２ではトナー画像を担持する像担持体と、像担持体から記録媒体に転写する転写手段と、像担持体を移動する移動機構と、該移動機構による像担持体の移動に伴って、トナー画像を記録媒体に転写した後に像担持体に残留した転写残トナーを除去する、像担持体に当接されたクリーニングブレードとを有する電子写真画像形成装置の像担持体のクリーニング方法を開示している。
この場合に、クリーニングブレードが像担持体へ当接する部位において像担持体の移動方向上流側にトナー粒径よりも小さい体積平均粒径０．１〜３μｍのクリーニング助剤を５０〜１００μｍの幅で滞留させる。
これにより、微小振動によりクリーニングブレードと像担持体との間に隙間ができても、転写残トナーがこの隙間を通り抜けることを防止し、良好にクリーニングすることができるようにしている。

特許文献３では電子写真感光体上のトナー像を記録材へ転写後に、前記感光体上に残留するトナーを弾性体ゴムブレードでクリーニングを行う電子写真画像形成方法を開示している。
この場合に、前記感光体が電荷輸送性能を有する構造単位を有し、かつ架橋構造を有するシロキサン系樹脂含有する樹脂層を有し、該ゴムブレードを前記感光体に対してカウンタ方向で当接させ、かつ該ゴムブレードを振動大きさ１０〜２００μｍの条件で振動させて前記感光体上に残留するトナーをクリーニングするようになっている。この特許文献３の開示はブレードと感光体との摩擦によるブレード振動条件を記載した内容である。
特許文献４では感光体ドラムに当接する弾性体のブレード部材と、出力軸端部に扇形の錘が取り付けられた動作制御可能なモータを用いて加振するモータユニットと、前記モータを制御する制御回路と、前記ブレード部材と前記モータユニットとを保持するフレームと、を有し、前記モータユニットによる加振動作時の前記フレームもしくはブレード部材の振動が、画像形成中の前記フレームもしくはブレード部材の振動よりも大きいことを特徴とする。
この特許文献４の開示は、感光体クリーニングに関する内容である。また、この開示による振動させる構成は、本発明者の実験によれば、感光体が筒状でかつ厚みが２０〜５０（μｍ）なので、ブレードの振動が感光体にも伝わり、トナーの除去効果が著しく低下することが解っている。
特開平１１−２１２４２０号公報特開２００１−０１３８３７公報特開２００１−０６６９６３公報特開２００３−０４３８７１公報

しかしながら、トナーが粉砕トナーであれば、振動させずにトナー除去部材をクリーニングローラにカウンタ方向で当接させることにより除去することは可能である。
クリーニングローラが回転したとき、クリーニングブレードの先端部はクリーニングローラとの摩擦力でブレードの先端面がめくれた状態となる。このめくれたクリーニングブレード先端部分はクリーニングローラとクサビを形成する。
図１５は従来のクリーニングブレード部材により粉砕トナーを用いた場合の、粉砕トナーをクリーニングするメカニズムについてクリーニングブレード部材の先端部とクリーニングローラとの関係を示す概略図である。粉砕トナーを用いた場合は、このクサビ形状となったニップ部で図１５のようにトナーが引っ掛かりクリーニングされる。
図１６は球形トナーを用いた場合のトナーが回転しながらクリーニング不良となるメカニズムについてクリーニングブレード部材の先端部とクリーニングローラとの関係を示す概略図である。図１５の粉砕トナーの場合と異なって、球形トナーを用いた場合は、トナーの引っ掛かりがないために十分にクリーニングされない。
詳しく説明すると、通常、トナーとクリーニングローラとの接触部は付着力が大きく、像担持体の摩擦係数も大きいために、トナーとクリーニングブレード部材の接触部よりも摩擦力が大きくなっている。
そのために、クリーニングブレード部材と像担持体のクサビ形状に挟まれた球形トナーはクリーニングローラとの接触部を駆動源として回転するモーメントを受け、図１６のように回転しながらすり抜けてクリーニング不良となる。
このように球形トナーを用いた場合、クリーニングブレード部材によるクリーニングローラからのクリーニングが非常に困難である。そこで、クリーニングローラによるクリーニングが有効であるが、同じようにクリーニングローラからのクリーニングブレード部材による球形トナー除去という問題が発生する。

クリーニングローラからクリーニングブレード部材を用いて残留トナーおよびトナー以外の異物を除去する構成であるクリーニング装置は球形トナーを用いた場合、上述のごとく、通常ブレードクリーニング方式を用いるとクリーニング不良が発生することが知られている。
しかしながら、像担持体上の例えば紙粉や像担持体を放電により帯電するときに発生する放電生成物などの異物を削り落とすためにもクリーニングブレード部材は必要である。
そこで、クリーニングローラを用いて静電的に球形トナーを除去し、除去しきれなかった極少量のトナーおよび異物をクリーニングブレード部材を用いて除去する構成となっている。
上記構成で大きな問題となるのは、クリーニングローラにより像担持体から静電的に除去されたクリーニングローラ上のトナーをどのようにして除去するかということである。
クリーニングローラ上のトナーが除去されなければクリーニングローラの表面抵抗が上がり、像担持体上のトナーを静電的に付着させることができなくなって、クリーニングブレード部材でかき取れる範囲以上のトナー付着量となりクリーニング不良となってしまう。かかる問題はトナーとして球形トナーを用いた場合に発生する。
本発明の目的は、クリーニングローラに移動してきたトナーをブレード部材のクリーニングローラと接する部分で振動するトナー除去部材でクリーニングローラからトナーを除去することによって、ローラ部材からのトナー除去性の向上、クリーニングローラからのトナー除去性の向上を図るクリーニング装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、像担持体の表面に潜像を形成し、この潜像を平均円形度０．９５以上のトナーにより現像してトナー像を形成し、このトナー像を被転写材に転写した後に該像担持体表面に残留している転写残トナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置であって、
前記クリーニング装置は、像担持体回転方向に対してクリーニングブレードの上流側に設置されたクリーニングローラと、このクリーニングローラに付着したトナーを除去するためのトナー除去部材と、を有し、前記トナー除去部材が、前記クリーニングローラと当接するブレード部材と、このブレード部材を取り付けた振動部材と、この振動部材に取り付けられた加振手段とを有し、
前記加振手段を取り付けた前記振動部材の反対面に前記ブレード部材を配置し、
前記振動部材により、前記ブレード部材を前記クリーニングローラに対して押し付け、
この押し付け力を、前記ブレード部材と角度θで対面する方向から前記振動部材により与えた状態で、前記加振手段より前記振動部材を介して前記ブレード部材に振動を伝えて該ブレード部材を前記押し付け力の方向で振動させ、
前記ブレード部材の前記クリーニングローラと接する部分の振動で前記クリーニングローラからトナーを除去するものとした。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記クリーニングローラが弾性体からなることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記ブレード部材が弾性体からなり、厚みが５０〜２０００（μｍ）の範囲内であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記ブレード部材がＪＩＳＡ硬度で８５〜１００°の範囲内の硬い部材であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記ブレード部材の少なくとも前記クリーニングローラとの当接部分を含む表面がトナー材質との親和性が小さい材料で形成されていることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記ブレード部材の変位量の制御を電気的に行う制御手段を備えていることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記加振手段が板状圧電素子であることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、
加振手段は振動部材に複数個設置され前記複数の加振手段を構成する圧電素子の電極を前記振動部材に直接接触させて電気的に接続することを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記像担持体の周囲に、帯電手段、現像手段、転写手段、前記クリーニング装置が配置され、前記像担持体、前記帯電手段、前記現像手段および前記転写手段の少なくともいずれかと前記クリーニング装置とで構成したプロセスカートリッジを備えることを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項９に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ローラ部材（クリーニングローラ）からトナーを除去するトナー除去手段として、ローラ部材と接触したブレード部材を前記クリーニングローラに対して角度θで対面する方向で振動させることにより、トナーとローラ部材の付着力を下げることができ、ブレード部材による円形トナー除去性が向上する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。球形トナーを用いた場合は、クリーニングブレードのような弾性ゴムでのクリーニングが困難であるため、トナー除去部材を振動させることが有効である。
図１は球形トナーの振動によるクリーニングメカニズムについて説明する概略図である。図２は図１のブレード部材の先端面を拡大して示す概略図である。
本発明に係るクリーニング装置は、図１および図２に示すように、ゴムブレードを有するトナー除去部材（クリーニングブレード部材）１とクリーニングローラ２とで形成されるクサビ形状部のトナーに対して、トナー除去部材１から振動を与えることによって、トナーＴが摩擦力により回転することを防止し、球形トナーのクリーニング不良を防止するものである。
これらの加振動作は、ゴムブレードを有するトナー除去部材１のニップ部が従来のクリーニングブレードとは異なる形状、動きとなるように振動させることで、ブレードニップ部への球形トナーの入り込みを防止することができ、球形トナーのクリーニング不良を無くすることが可能となる。
すなわち、図１はゴムブレードを有するトナー除去部材が振動状態にあり、またその振動によって球形トナーＴに振動が伝わり、トナーが活性に振動している様子を表した図である。これは、高倍率の顕微鏡を介して高速度ビデオカメラによる観察結果を図示したものである。
このときゴムブレードを有するトナー除去部材１の先端カット面とクリーニングローラ２の近傍にある球形トナーがトナー数個分の範囲にわたって振動していることが判明した。
このような状態では、ニップ部近傍の振動しているトナー群がバリヤのような働き（振動トナー壁）をし、後続のクリーニングローラ２上トナーの侵入を防止することになり、真球に近いような球形トナーについても全くクリーニング不良が発生しない状態となる。
また、トナー除去部材１からの振動はトナーのみに伝わる必要があることがわかった。

図３はトナー除去部材およびトナー除去部材接触部近傍の像担持体表面の振動を測定した結果を棒グラフで示す図である。
この図はトナー除去部材を像担持体に当接させ、振動を与えて球形トナーをクリーニングしたときのトナー除去部材およびトナー除去部材接触部近傍の像担持体表面の振動を測定した結果を示している。
トナー除去部材の振動量とほぼ同じレベルでトナー担持体（像担持体）が振動している。これは像担持体のように非常に薄い素管を用いると、トナー除去部材の振動が直接トナー担持体に伝播し、トナーを振動させることができないからである。このような場合は、クリーニング性は悪化する傾向にあることがわかっている。
図４はトナー除去部材およびトナー除去部材接触部近傍のローラ部材表面の振動を測定した結果を棒グラフで示す図である。この図はトナー除去部材を弾性体からなるローラ部材に当接させ、振動を与えて球形トナーをクリーニングしたときのトナー除去部材およびトナー除去部材接触部近傍のローラ部材表面の振動を測定した結果を示している。
トナー除去部材は振動しているがローラ部材はほとんど振動していない。これは弾性体のような振動を吸収する物質を用いることにより、トナー除去部材の振動がトナー担持体に伝播しないからである。したがってトナー除去部材と接触するトナーのみを振動させることができ、クリーニング性は格段に向上する。
さらに、トナー除去部材が振動することにより、トナー除去部材とクリーニングローラの摩擦力が低下し、従来方式で発生していたブレード部のカット面がめくれるという現象がなくなる条件が存在することが判明した。
ここでいう「カット面のめくれ」とは、図１５に示すように、クリーニングローラの移動に伴って変形してクリーニングローラ表面に接する状態になること（前述した図に示す状態になること）をいう。
このブレード部のカット面のめくれの発生を無くことで、クリーニングローラへのトナー除去部材からのストレスも減少し、結果的にトナー除去部材およびクリーニングローラの耐久性が格段に向上するという非常に大きな効果が得られることも判明した。このように、像担持体からクリーニングローラに移動してきたトナーを完璧に除去することができる。

図５は本発明のクリーニング装置の構成を示す概略図である。本発明のクリ−ニング装置に関して図５を用いて詳細に説明する。像担持体５に残留しているトナーをクリーニングするために、クリーニングブレード６とクリーニングローラ２が配置されている。
クリーニングローラ２は像担持体５と所定量の幅のニップを形成するように配置されている。また、像担持体５とクリーニングローラ２は同方向に回転するようになっている。
クリーニングローラ２は、芯金２ａの外周に、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、ブタジエンゴム等の弾性材料にカーボンブラック、チタン、アルミニウム等の金属の酸化物やイオン導電剤等からなる導電性微粒子を分散させた弾性導電層２ｂをローラ状に積層している。
クリーニングローラ２の芯金２ａには電源７からクリーニングバイアスが印加され、像担持体５からトナーを静電的に吸着するようになっている。クリーニングローラ２に印加する電圧は像担持体５上の残留トナーの極性と異なる極性の電圧を印加する。
その値は、例えば、像担持体５の残留トナーがマイナス極性であれば、クリーニングローラ２に１００〜６００（Ｖ）の電圧を印加することで像担持体５上の残留トナーをクリーニングすることができる。クリーニングローラ２上に回収されたトナーは、クリーニングローラ２に接触配置したトナー除去部材１により掻き落とされる。

図６はトナー除去部材の構成を示す概略図である。トナー除去部材１は振動部材１ａと加振手段１ｂとブレード部材１ｃで構成され、ブレード部材１ｃのクリーニングローラ２に対する押し付け力を振動部材１ａにより与えてブレード部材１ｃを振動させ、クリーニングローラ２からトナーを除去する。
ブレード部材１ｃは加振手段１ｂからの振動が振動部材１ａを介して伝わるように、加振手段１ｂを取り付けた振動部材１ａの反対面に配置されている。
ブレード部材１ｃは、ポリウレタンゴムを素材とした弾性体で、厚みｄ１は５０〜２０００（μｍ）、好ましくは１００〜５００（μｍ）が良い。
ブレード部材１ｃは、その厚みが小さ過ぎるとクリーニングローラ２への十分な食い込み量が確保できず、逆に、厚みが大き過ぎると振動部材１ａからの振動をブレード部材１ｃが吸収してトナーの除去性が悪化してしまう。また、ブレード部材１ｃの材料としてＪＩＳＡ硬度で８５〜１００°の範囲内の硬い部材を使用することで、振動の伝達効率を上げることができる。
さらに、ブレード部材１ｃとしては少なくとも表面が使用するトナーとの親和性の小さい材料で形成されることが好ましい。これにより、トナーがブレード部材１ｃ表面に付着、固着することが防止され、経時的なクリーニング不良の発生を低減することができる。
この場合、逆に、トナーの外部に添加される外添剤としてブレード部材１ｃの表面との親和性が小さい材料を用いることによっても、トナーの外添剤がブレード部材１ｃ表面に付着、固着することが防止される。
それによって経時的なクリーニング不良の発生を低減することができるとともに、定着に必要なワックスがトナー表面に外添されている場合に、これに起因するフィルミングを低減することができる。

加振手段１ｂは、振動部材１ａを効率良く振動させることができればよく、1個でも複数取り付けてもよい。また、加振手段１ｂは振動部材１ａのクリーニングローラ２側先端部に配置している。
加振手段１ｂは、振動部材１ａに振動を与えるもので、ここでは電気機械変換素子としての圧電素子、とくに板状（単板）圧電素子を用いている。加振手段１ｂとして板状圧電素子を用いることにより、低コストで変位量が容易に得られ、かつ電気的にブレード部材１ｃの振動量を変化させることができる加振手段１ｂを構成することができる。
この加振手段１ｂは、振動部材１ａの支持部材側で、ブレード部材１ｃの取り付け面とは反対面に設けているが、とくに取り付け位置が限定されるものではない。
加振手段１ｂを構成する単板圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電層の両面、すなわち、振動部材１ａとの接合面とその反対面に、印刷焼成した銀（Ａｇ）などからなる電極を有する。
電極を用いて分極を行った厚さ０．３〜０．５（ｍｍ）の圧電素子に対して、１００〜３００（Ｖ）の電圧を印加することで板面方向の縮み変形が発生し、その結果、振動部材１ａを撓ませる変形振動を与えることができる。
この撓み振動は、圧電素子（加振手段１ｂ）と振動部材１ａの剛性がほぼ同じときに変形の効率がよく、例えば厚さ０．２〜０．４（ｍｍ）の振動部材１ａ、あるいは厚さ０．３〜１．０（ｍｍ）の樹脂製振動伝達部材を用いることが好ましい。
振動部材１ａは、振動が可能な構造、支持構造であって、弾性のブレード部材１ｃよりも剛性の高い材料、例えば軟鋼板、ＳＵＳ板等の金属部材、またはカーボン、ガラス繊維を混合した樹脂成形部材等から形成している。
この振動部材１ａは、一端部側を固定部に固定し、他端部を自由端部として、この自由端部にブレード部材１ｃを取り付けている。なお、固定部はクリーニング装置の筐体に固定している。
ブレード部材１ｃの厚みｄ２は、５０〜２０００（μｍ）、好ましくは１００〜５００（μｍ）が良い。また、本実施の形態では振動部材１ａをブレード部材１ｃのホルダーとして機能させ、クリーニングローラ２へのブレード部材１ｃの当接角度、食い込み量を決める構成となっている。
以上の構成により、薄い弾性ブレード部材１ｃを使用しながら振動伝搬効率を高くし、かつブレード部材１ｃの反り、クリーニングローラ２表面のうねりに対応するニップを安定して形成することができ、確実なクリーニング性能が得られる。

図７はトナー除去部材を上部から見た概略構成図である。図７にはそれぞれの部材の横断面図も併せて示している。破線部分はブレード部材１ｃで図７の裏面部に配置されている。また、図８はクリーニングローラの幅方向に加振手段を取り付ける構成を示す概略図である。
加振手段１ｂは振動部材１ａの長手方向に沿って所定の配置にて、複数個設置され、振動部材１ａの先端部の剛性をブレード部材１ｃの剛性より高くすることによって、振動部材１ａの先端部を効率よく振動させる構成になっている。加振手段１ｂは振動部材１ａのクリーニングローラ２側先端寄り、すなわち自由端部のブレード部材１ｃの取り付け面と反対面に設けている。
振動部材１ａの構成によっては、加振手段１ｂは振動部材１ａの固定端とブレード先端（自由端）の間で振動部材１ａを加振できる箇所であればとくに取り付け位置が限定されるものではない。また、振動部材１ａには振動の効率を上げるために加振手段１ｂと振動部材１ａとの間の部分にプレス加工などによりギャップ１ｄを設けている。

図９は加振手段の圧電素子に対して共通に駆動信号Ｐｖを印加するための駆動回路を示す概略図である。本発明のクリーニング装置においては、図９に示すように、クリーニング装置の複数の加振手段１ｂを構成する圧電素子に対して共通に駆動信号Ｐｖを印加するための駆動回路１ｅを備えている。
このようにブレード部材１ｃの幅方向に複数の加振手段１ｂを設けた場合に共通の駆動回路１ｅで駆動することによって、ブレード部材１ｃの幅方向における振動の均一性を高めることができる。
なお、駆動回路１ｅは画像形成装置の主制御部１ｆによって制御され、所定のタイミングで駆動信号Ｐｖを加振手段１ｂに与える。また、この本発明では１つの加振ブレード（ブレード部材）でクリーニングローラ２の幅方向全幅のクリーニングを行うようにしている。
しかしながら、複数の加振ブレード（ブレード部材）を設けて幅方向全幅をカバーするように構成することもでき、この場合にも複数のクリーニング装置の各加振手段１ｂを共通の駆動回路で駆動することができる。

ここで、この発明では、振動部材１ａとして金属性部材（導電性部材）を用いて、複数の加振手段１ｂを構成する圧電素子の電極を振動部材１ａに直接接触して電気的に接続することによって、振動部材１ａを介して複数の加振手段１ｂの電極を共通に接続している。
これにより、駆動信号の印加を簡単な回路構成で行うことができる。なお、直接接触は電極の接合面側を粗面に仕上げて、薄い接着層で振動部材１ａに接合することで容易に得られるが、この他、導電性接着剤を用いて接合してもよい。
このように構成したクリーニング装置において、複数の加振手段１ｂに対して駆動回路１ｅから所要周波数の駆動信号Ｐｖを与えて、複数の加振手段１ｂを構成する圧電素子に撓み変形を与えることで振動部材１ａが振動し、この振動部材１ａの振動によってブレード部材１ｃが振動する。
また、ブレード部材１ｃの変位量の制御を電気的に行う手段を備えていることが好ましい。さらに、加振手段１ｂが圧電素子であることが好ましく、この場合、圧電素子に交互電圧を印加する手段を備えていることが好ましい。
加振手段１ｂに印加する電圧としてＶｐｐは２０（Ｖ）〜４０（Ｖ）、周波数は２０〜４０（ｋＨｚ）が最もクリーニング性がよく、さらに可聴域外となるので振動音が聞こえない。
図１０はブレード部材とクリーニングローラの当接状態を示す概略図である。ブレード部材は、クリーニングローラ２の回転方向に対してリーディング（カウンタ）方向で当接している。ブレード部材１ｃはクリーニングローラ２の表面に幅ｄで食い込ませている。また、ブレード部材１ｃはクリーニングローラ２に対して適切な角度θで当接されている。
トナー除去部材１によりクリーニングローラ２からクリーニングされたトナーは図示していない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。

図１１は円形度の定義について説明する概略図である。本発明に用いるトナーについて説明する。まず、トナーの円形度について説明する。球形トナーを使用する画像形成装置で高画質画像を形成するためには、トナーが特定の形状を有することが重要である。
すなわち、平均円形度が０．９５未満で、球形からあまりに離れた不定形の形状では、転写性やチリのない高画質画像が得られない。したがって、球形トナーの円形度としては、０．９５以上であることが好ましい。
なお、形状の計測方法としては、粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、ＣＣＤカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。
この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が０．９５以上のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効であることが判明した。なお、トナーの円形度は、より好ましくは、平均円形度が０．９６０〜０．９９８である。
この値は、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２０００（東亜医用電子株式会社製、商品名）により平均円形度として計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水１００〜１５０（ｍｌ）中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１〜０．５（ｍｌ）加え、さらに測定試料を０．１〜０．５（ｇ）程度加える。
試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、分散液濃度を３０００〜１（万個／μｌ）として前記装置によりトナーの形状および分布を測定することによって得られる。

図１２は本発明に係るクリーニング装置を備えた画像形成装置について説明する概略図である。この画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転する像担持体１１を備え、その周囲に帯電手段１２、露光手段１３、現像手段１４、転写手段１５、クリーニング装置１６、除電手段１７が配置されている。
また、像担持体１１上から転写された転写材１８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。ここで、帯電手段１２は、像担持体１１表面に所定の距離で像担持体１１と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段１２にバイアスを印加することによって像担持体１１を所定の極性、所定の電位に帯電する。
露光手段１３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１１に光を照射し静電潜像を形成する。現像手段１４は、内部に固定されたマグネットローラと、マグネットローラの外径側にて回転自在に配置された現像剤担持体１４Ａを備えており、現像剤を現像剤担持体１４Ａ上に保持させている。
この画像形成装置では、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て二成分磁気ブラシ現像を行うようにしている。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１４Ａ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１１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。
転写手段１５は、転写時に像担持体１１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１１と転写手段１５との間の転写ニップ部で像担持体１１表面のトナー像を転写材１８に転写する。
この画像形成装置では転写手段として転写ローラ１５を用いて転写を行っているが、コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。クリーニング装置１６は、本発明に係るクリーニング装置であり、クリーニングブレード６およびクリーニングローラ２で球形トナーをクリーニングする。
このクリーニング装置１６においてクリーニングローラ２上に回収されたトナーは、クリーニングローラ２に接触配置したトナー除去手段１（トナー除去部材）により掻き落とされる。
トナー除去手段１はブレード部材１ｃと、振動部材１ａと、加振手段１ｂとを備える。

前述したようＣＣＤカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知手法が適当である。
この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が０．９５以上のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効であることが判明した。なお、円形度の定義については図１１に示している。
図１１を参照して、周囲長さをＬ１、粒子投影面積をＳ、面積Ｓの円で周囲長さをＬ２とすれば、円形度は、粒子投影面積（Ｓ）と同じ面積の円の周囲長さを（Ｌ２）／粒子投影像の周囲長さ（Ｌ１）で表される。
トナー除去手段４はブレード部材１ｃと、振動部材１ａと、加振手段１ｂとを備え、前述したようにブレード部材１ｃに所要の振動を与えて、クリーニングローラ２表面の残留トナーを除去する。
このクリーニング装置１６により像担持体１１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14などに運ばれ現像に使用される。
除電手段１７はクリーニング装置１６により残留トナーを除去された像担持体１１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の除電装置を用いている。

図１３はプロセスカートリッジの概略構成断面図である。ここで、プロセスカートリッジは、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち、少なくとも１つと、電子写真感光体とを一体に構成して装置本体に対して着脱可能であるものと定義される。
次に、図１３を参照して本発明に係るクリーニング装置を含むプロセスカ−トリッジ２０について説明する。このプロセスカートリッジ２０は、像担持体１１、帯電手段１２、現像手段１４、本発明に係るクリーニング装置１６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ている。
このプロセスカ−トリッジ２０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１６を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ２０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。

図１４は本発明に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置を説明する概略図である。この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）２１に沿って、各色の上述したプロセスカ−トリッジ２０を並置したタンデム方式のカラー画像形成装置である。
プロセスカ−トリッジ２０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色ごとに４つ配置されている。各プロセスカ−トリッジ２０で現像された像担持体１１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２１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２１上に多重に転写され、転写手段２２で転写材１８にまとめて転写される。
そして、転写材上１８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２０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掛っていた。
そこで、像担持体１１、帯電手段１２、現像手段１４の構成要素をプロセスカ−トリッジ２０として一体に結合して構成することによって、ユーザ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。
像担持体１１のように非常に薄い筒状の円筒体だと、振動部材１ａからの振動が像担持体１１自体にも伝わって、逆にクリーニング性を悪化させることがある。
そこで、ローラ部材（クリーニングローラ）２を弾性体とすることにより振動部材１ａからの振動を吸収し、トナーのみに振動が伝わるようにすることで、クリーニングローラ２からのトナー除去性を向上させることができる。

ブレード部材１ｃは弾性部材からなり、クリーニングローラ２に一定量食い込ませるので、ブレード部材１ｃの厚みが大きいと振動を吸収してしまう。そこで、厚みを小さく規制することでブレード部材１ｃを効率よく振動させることができる。したがって、クリーニングローラ２の除去性が向上する。
ブレード部材１ｃは弾性部材からなり、クリーニングローラに一定量食い込ませるので、ブレード部材の硬度が低いと振動を吸収してしまう。そこで、硬度を低く規制することでブレード部材１ｃを効率よく振動させることができる。したがって、クリーニングローラ２の除去性が向上する。
ブレード部材１ｃの少なくともクリーニングローラ２との当接部分を含む表面がトナー材質との親和性が小さい材料で形成されており、トナーがブレード部材１ｃの表面に付着、固着することを防止することによって、経時的なクリーニングローラ２からの除去性低下を防止することができる。
ブレード部材１ｃの変位量の制御を電気的に行う制御手段を備えて振動を電気的に行なうことにより、環境、経時などの変動があった場合でも容易に振動量を制御することができる。
加振手段１ｂとして板状圧電素子を用いることによって、低コストで変位量が容易に得られ、かつ電気的にブレード部材１ｃの振動量を変化させることができる。また、振動部材１ａを介して複数の加振手段１ｂの電極を共通に接続することによって、駆動信号の印加を簡単な回路構成で行うことができる。
本発明のクリーニング装置を画像形成装置に用いることによって球形トナーを使いこなすことができるので、良好な画像品質およびクリーニング余裕度を向上する画像形成装置を得ることができる。
像担持体１１、帯電手段１２、現像手段１４、本発明のクリーニング装置１６の構成要素をプロセスカ−トリッジ２０として一体に結合して構成することによって、良好な画像品質およびクリーニング余裕度を向上し、プロセスカ−トリッジ２０のユーザによる交換が可能となる。
像担持体１１、帯電手段１２、現像手段１４、本発明のクリーニング装置１６の構成要素をプロセスカ−トリッジ２０として一体に結合して構成することによって、カラー画像形成装置を画質向上し、クリーニング余裕度を向上し、ユーザ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。

球形トナーの振動によるクリーニングメカニズムについて説明する概略図である。図１のブレード部材の先端面を拡大して示す概略図である。トナー除去部材およびトナー除去部材接触部近傍の像担持体表面の振動を測定した結果を棒グラフで示す図である。トナー除去部材およびトナー除去部材接触部近傍のローラ部材表面の振動を測定した結果を棒グラフで示す図である。本発明のクリーニング装置の構成を示す概略図である。トナー除去部材の構成を示す概略図である。トナー除去部材を上部から見た概略構成図である。クリーニングローラの幅方向に加振手段を取り付ける構成を示す概略図である。加振手段の圧電素子に対して共通に駆動信号Ｐｖを印加するための駆動回路を示す概略図である。ブレード部材とクリーニングローラの当接状態を示す概略図である。円形度の定義について説明する概略図である。本発明に係るクリーニング装置を備えた画像形成装置について説明する概略図である。プロセスカートリッジの概略構成断面図である。本発明に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置を説明する概略図である。従来のクリーニングブレード部材により粉砕トナーを用いた場合の、粉砕トナーをクリーニングするメカニズムについてクリーニングブレード部材の先端部とクリーニングローラとの関係を示す概略図である。球形トナーを用いた場合のトナーが回転しながらクリーニング不良となるメカニズムについてクリーニングブレード部材の先端部とクリーニングローラとの関係を示す概略図である。

符号の説明

１トナー除去部材、１ａ振動部材、１ｂ加振手段、１ｃブレード部材、１ｄギャップ、１ｅ駆動回路、１ｆ画像形成装置の主制御部、２ローラ部材（クリーニングローラ）、３粉砕トナー、４球形トナー、６クリーニングブレード、１１像担持体（感光体）、１２帯電手段、１４現像手段、１６クリーニング装置、１８転写材、２０プロセスカートリッジ。

Claims

像担持体の表面に潜像を形成し、この潜像を平均円形度０．９５以上のトナーにより現像してトナー像を形成し、このトナー像を被転写材に転写した後に該像担持体表面に残留している転写残トナーをクリーニング装置で除去する画像形成装置であって、
前記クリーニング装置は、像担持体回転方向に対してクリーニングブレードの上流側に設置されたクリーニングローラと、このクリーニングローラに付着したトナーを除去するためのトナー除去部材と、を有し、前記トナー除去部材が、前記クリーニングローラと当接するブレード部材と、このブレード部材を取り付けた振動部材と、この振動部材に取り付けられた加振手段とを有し、
前記加振手段を取り付けた前記振動部材の反対面に前記ブレード部材を配置し、
前記振動部材により、前記ブレード部材を前記クリーニングローラに対して押し付け、
この押し付け力を、前記ブレード部材と角度θで対面する方向から前記振動部材により与えた状態で、前記加振手段より前記振動部材を介して前記ブレード部材に振動を伝えて該ブレード部材を前記押し付け力の方向で振動させ、
前記ブレード部材の前記クリーニングローラと接する部分の振動で前記クリーニングローラからトナーを除去するものであることを特徴とする画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置において、前記クリーニングローラが弾性体からなることを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記ブレード部材が弾性体からなり、厚みが５０〜２０００（μｍ）の範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記ブレード部材がＪＩＳＡ硬度で８５〜１００°の範囲内の硬い部材であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記ブレード部材の少なくとも前記クリーニングローラとの当接部分を含む表面がトナー材質との親和性が小さい材料で形成されていることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記ブレード部材の変位量の制御を電気的に行う制御手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記加振手段が板状圧電素子であることを特徴とする画像形成装置。
請求項７記載の画像形成装置において、
加振手段１ｂは振動部材に複数個設置され前記複数の加振手段を構成する圧電素子の電極を前記振動部材に直接接触させて電気的に接続することを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記像担持体の周囲に、帯電手段、現像手段、転写手段、前記クリーニング装置が配置され、
前記像担持体、前記帯電手段、前記現像手段および前記転写手段の少なくともいずれかと前記クリーニング装置とで構成した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。
カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項９に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。