JP4912107B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電複写プロセスによる画像形成に用いられるクリーニング装置を備える複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置において、像担持体表面に残留したトナーを除去するために、回転させたファーブラシにて除去した後、弾性体からなるクリーニングブレードを当接させ、清掃する方式がある。この方式は、従来のファーブラシクリーニング方式とクリーニングブレード方式の利点を組み合わせた方式であり、近年１００枚／分近辺の高速機にも採用されている。このクリーニング方式では、経時、環境、印字率等により、印刷品質の問題を生じることがある。
その問題は、像担持体へのトナー固着がある。これは、トナーに外添されている添加剤が遊離して像担持体表面に固着すると、この付着した添加剤を起点としてトナーが累積し、その累積したトナーは添加剤によってブロックされ、そのトナーが徐々に像担持体表面に固着するものである。その結果、トナー像の地肌部に汚れが現われ、画像品質が著しく劣化するというものである。そのため、これまでは、像担持体を交換することで対処していた。

この像担持体へのトナー固着に対する対策としては、引用文献１では、クリーニング部材を研磨剤付きのクリーニングブレード（以後、研磨ブレードと呼ぶ）で構成して、感光体表層の異物を除去する画像形成装置が提案されている。また、研磨ブレードを常時像担持体に当接させて長時間使用した場合に懸念される像担持体の摩耗促進や傷の発生を抑制するために、研磨ブレードに接離機構を設けて、所定枚数に応じて接離させている。しかしながら、研磨ブレードへの異物入力に対して、積極的に異物を取り除く機構の記載はなく、異物が研磨ブレードに付着することに起因する、像担持体の周方向へのスジ状の傷が発生する可能性が高いという不具合がある。
引用文献２では、転写材を搬送する転写部材が像担持体の移動速度より、０．３７％から１．６２％遅い速度で移動し、かつクリーニング装置は、像担持体回転方向上流側から順に、第１クリーニングブレード、第２クリーニングブレードの２つのブレードを備え、第２クリーニングブレードは、弾性材料に研磨剤粒子を含有させてなる研磨剤粒子含有層を有する研磨用ブレードである画像形成装置が提案されている。しかし、像担持体表面を研磨する第二クリーニングブレードが最も効果を発揮する条件の記載があるが、第二クリーニングブレードに異物が付着した場合等の考慮は記載されておらず、像担持体の周方向へのスジ状の傷が発生する可能性が高いという不具合がある。

特開２００１−２９６７８１ 特開２００５−６２８２０

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、超寿命感光体を画像形成装置に適用した場合についても、感光体に傷を負わせることなく、感光体表面の固着トナーを除去し、良好な画像品質を維持することができる画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、支持体上に、電荷発生層、電荷輸送層と電荷輸送層より硬い保護層とからなる感光層を設けた像担持体を適用し、前記像担持体の回転方向上流から順に、第一クリーニングブレードと、研磨剤を含有した第二クリーニングブレードを備えるクリーニング装置を適用する画像形成装置において、前記第一クリーニングブレードはカウンター方式、前記第二クリーニングブレードはトレーリング方式で前記像担持体と当接し、前記第一クリーニングブレードと前記第二クリーニングブレードとの間に、前記像担持体表面のキャリア捕集手段として磁性体を具備す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、前記キャリア捕集手段が、クリーニング装置に対して着脱可能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、前記クリーニング装置の研磨剤を含有した第二クリーニングブレードが接離可能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、重量平均粒径６５μｍ以下のキャリアを適用する二成分現像方式を適用することを特徴とする。

以上説明したように、本発明の画像形成装置では、クリーニング装置に、第一クリーニングブレードと第二クリーニングブレード間に像担持体表面のキャリア捕集手段を具備することで、第二クリーニングブレードへのキャリア付着を防ぎ、スジ状の異常画像の発生を抑制することができた。

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、本発明で使用する感光体の構造を示す概略図である。
本発明で使用する感光体１は、図１に示すように、導電性支持体１０４上に、電荷発生機能を有する電荷発生層１０３と、電荷輸送物機能を有する電荷輸送層１０２と架橋型電荷輸送層（表面層）１０１とが積層された積層構造の感光体１である。導電性支持体１０４としては、体積抵抗１０^１０Ω・ｃｍ以下の導電性を示す金属酸化物を蒸着またはスパッタリングにより、フィルム状もしくは円筒状のプラスチック、紙に被覆したもの、あるいはアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレスなどの板及びそれらを押し出し、引き抜きなどの工法で素管化後、切削、超仕上げ、研磨などの表面処理を施した管などを使用することができる。

電荷発生層１０３は、電荷発生機能を有する電荷発生物質を主成分とする層で、必要に応じてバインダー樹脂を併用することもでき、電荷発生物質としては、無機系材料と有機系材料を用いることができる。電荷輸送層１０２は電荷輸送機能を有する層で、電荷輸送機能を有する電荷輸送物質及び結着樹脂を適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを電荷発生層１０３上に塗布、乾燥することにより形成させる。電荷輸送層１０２の膜厚は、５〜４０μｍ程度が適当であり、好ましくは１０〜３０μｍ程度が適当である。
このようにして形成された電荷輸送層１０２上に、後述の架橋型電荷輸送層の塗工液を塗布、必要に応じて乾燥後、熱や光照射の外部エネルギーにより硬化反応を開始させ、架橋型電荷輸送層１０１が形成される。架橋型電荷輸送層１０１は電荷輸送機能を有する架橋構造を有する層で、少なくとも電荷輸送性構造を有しない３官能以上のラジカル重合性モノマーと１官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物を硬化することにより形成されたものである。
なお、本発明の感光体１においては、導電性支持体１０４と電荷発生層１０３との間に下引き層を設けることができる。下引き層は一般には樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤で塗布することを考えると、一般の有機溶剤に対して耐溶剤性の高い樹脂であることが望ましい。これにより、導電性支持体１０４からの電荷注入を防ぎ、帯電特性の悪化を回避することができる。下引き層の膜厚は５μｍ以下が適当である。

図２に、本発明の画像形成装置であって、第二クリーニングブレードがカウンター方式で適用される構成を示す概略図である。
図２に示すように、第一クリーニングブレード１１はカウンター方式で適用されている。第二クリーニングブレード１２もカウンター方式で適用されており、感光体１上の付着物質を第二クリーニングブレード１２に突き当たった衝撃で除去することができ、良好な除去性能が得られる。このとき、第二クリーニングブレード１２の当接角は、５度以上２５度以下が好ましい。
第二クリーニングブレード１２の当接角が５度未満であると、ブレードが腹当たりになってしまい、クリープ現象により経時で研磨機能を発揮しなくなる。また、２５度を超えるとジョブ終了時における感光体１の逆転でブレードめくれが発生してしまう。第二クリーニングブレード１２の当接圧は、１０ｇｆ／ｃｍ以上６０ｇｆ／ｃｍ以下であることが好ましい。当接圧が１０ｇｆ／ｃｍ未満では当接圧が低いため、感光体１上の付着物は第二クリーニングブレード１２をすり抜けやすく、異物を十分に除去することができない。また、６０ｇｆ／ｃｍを超えると感光体１の膜削れ量が増加し、感光体１の寿命を短くするため好ましくない。第二クリーニングブレード１２の硬度と、前記の当接圧の関係で得られる第二クリーニングブレード１２の感光体１への食い込み量は、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが好ましい。前記の食い込み量となるように第二クリーニングブレード１２を設置することで、感光体１の膜削れ量を過剰に増加させることなく、付着物の除去を行う研磨ブレードとしての役割を十分に発揮させることができる。

研磨ブレードは、ポリウレタンゴムのような弾性体に研磨剤を分散させたものが使用されており、エッジ部を感光体に接触させ、エッジ部と感光体１表面を摩擦させることで固着トナーを除去する。従って、キャリアのような硬質な粒子が研磨ブレードエッジに付着した場合、キャリアが付着した部分に対応して、感光体１表面に鋭利な傷を負わせてしまう。とくに感光体１長寿妙化を達成するために、表層に保護層を設けた、磨耗しにくい感光体１が適用される場合には、表面についた鋭利な傷が長期に渡り残存し、スジ画像等の異常画像を発生させ続ける。そのため、多くの画像形成装置においては、研磨ブレードは第二クリーニングブレード１２として、主に感光体１に残留するトナーを除去することを目的とした第一クリーニングブレード１１の下流に設置される。ところが、感光体１寿命を高めるべく感光体１最表層部に硬い表層として架橋型電荷輸送層を用いた感光体１では、架橋型電荷輸送塗工液を塗布し熱や光照射の外部エネルギーにより硬化反応を行わせる際に、ある程度架橋度合いの違いによる硬化反応ムラが発生してしまう。すると、前記硬化反応ムラの発生した箇所における第一クリーニングブレード１１と感光体１との当接部のクリーニングブレードエッジ部は、安定した当接状態を得ることが難しい。さらに、近年高画質達成のために比較的小径なキャリア採用されることが多いが、小径化されることによって現像装置からのキャリア飛散、感光体１上へのキャリア付着が増加してしまう。そうなると、第一クリーニングブレード１１にて除去されるべき転写残留トナーやキャリアが、クリーニングブレードからすり抜ける不具合が発生しやすくなり、すり抜けたキャリアが研磨ブレード近傍にも達する恐れがある。ここでは、キャリア捕集部材１５は感光体１に対して配置し、感光体１に対向する面を磁性体で構成した。なお、キャリア捕集部材１５の磁性体は、第二クリーニングブレード１２の図示しないホルダ（板金）にステーを設け、その上に乗せる。ホルダに板金を用いることで、磁性体を固定させつつ、着脱も容易な構成としている。これによって、第１クリーニングブレード１１をすり抜けたキャリアを捕集することができ、第二クリーニングブレード１２を傷つけることがない。

一方、図３は、本発明の画像形成装置であって、第二クリーニングブレードがトレーリング方式で適用される構成を示す概略図である。図３に示すように、第一クリーニング１１ブレードはカウンター方式で、第二クリーニングブレード１２がトレーリング方式とすると、感光体１上の付着物除去能力は若干低下するが、トレーリング方式での当接により、第二クリーニングブレード１２のブレードめくれを回避することができる。このとき、第二クリーニングブレード１２の当接圧は、カウンター方式の当接と同様の理由により、１０ｇｆ／ｃｍ以上６０ｇｆ／ｃｍ以下であることが好ましい。前記範囲の当接圧で第二クリーニングブレード１２を当接させることにより、良好な異物除去性能を発揮する。
図４は、第一クリーニングブレード１１と第二クリーニングブレード１２間に、キャリア捕集部材として、十分に磁化した磁性体を設置した構成を示す概略図である。図４に示すように、このキャリア捕集部材１５は感光体１に対してギャップｄ＝１．５ｍｍを隔てて配置し、感光体１に対向する面の磁束密度を８０ｍＴとした磁性体で構成した。なお、キャリア捕集部材１５の磁性体は、第二クリーニングブレード１２の図示しないホルダ（板金）にステーを設け、その上に乗せる。ホルダに板金を用いることで、磁性体を固定させつつ、着脱も容易な構成としている。

図５に、表層に保護層を持つ感光体と保護層を持たない感光体を用いて、１０万枚プリント実験を行い、スジ画像を評価した結果を示すグラフである。図６に、表層に保護層を持つ感光体を用いて、スジ画像に対するキャリア捕集機構の効果を確認した結果を示すグラフである。
図５及び図６において、スジ画像ランクはランク５をスジ画像なしでランクが下がるにつれてスジ画像も悪くなる。ランク４以上を許容範囲とする。保護層を持たない感光体１は５万枚プリントまではスジ画像が許容レベルを満足できるが、保護層を持つ感光体１では、１万枚プリントでスジ画像が許容レベルを満たさなくなってしまう。保護層のない感光体１は、表層が削れ易いため、感光体１上の鋭利な傷は周りが削れることによって目立ちにくくなる。傷を発生しては、周囲が削れて傷が目立たなくなることを繰り返すため、第二クリーニングブレード１２へのキャリアの入力量が少ない初期はスジ画像の悪化は緩やかである。一方、表層に保護層を持つ感光体１では表層が削れにくいため、１度鋭利な傷がついた場合傷が消えにくい。したがって、第二クリーニングブレード１２へのキャリア入力量が比較的少ない１万枚プリント時でも、スジ画像が悪化してしまう。キャリア捕集機構ありでは、１０万枚に至るまでスジ画像許容レベルを十分に満足し続け、スジ画像悪化に対して、キャリア捕集機構が有効であること分かる。

また、図２及び図３に示すクリーニング装置において、第二クリーニングブレード１２の感光体１への当接は、適宜タイミングを取って間欠当接させる構成とするとよい。この場合、第二クリーニングブレード１２には、ソレノイド、カム等を利用した離間機構を設ける必要がある。図７は、第二クリーニングブレードを接離可能にした構成を示す概略図である。図７に示すように、接離機構３０を設けた例を示している。間欠当接のタイミングは、画像形成装置１００に印刷カバレッジを計数する機構を設け、その検知値に基づいて当接のＯＮ、ＯＦＦを切り換える。印刷カバレッジは、発光素子と受光素子とを組み合わせて感光体１上のトナーのカバレッジを直接的に測定してもよい。または、スキャナで読み取ったデータを基に又は露光装置のＬＤ等の発光素子に対する発光時間から印刷カバレッジを計算することができる。
本実施例では、３万枚同一カバレッジの画像を印刷し続け、０．１万枚間隔でトナー固着画像を確認した。表１の結果に基づいてカバレッジが１０％未満の場合は当接せず、１０％以上の場合は当接するように設定した。このように、必要な場合のみ第二ブレードを当接することで、感光体１へのトナー固着による不具合の抑制とキャリアによる感光体１へのスジ状の傷を抑制することを両立することができる。

また、近年増加傾向にある小径キャリアを用いた画像形成装置においては、本実施例のクリーニング装置を適用することで、不具合なく、安定した画像品質を提供することができる。

図８は、キャリア捕集手段を用いない場合の、キャリア径を振った場合のスジ画像ランクの推移グラフである。図９は、キャリア捕集手段を用いた場合のスジ画像ランクの推移グラフである。図１０は、キャリア捕集手段と第二クリーニングブレード間欠当接を組み合わせた場合のスジ画像ランクの推移を示すグラフである。
キャリア捕集機構がない場合、キャリア径が小さくなるにつれて、スジ画像ランクの悪化が早まっていく。これらの小径キャリアであっても、キャリア捕集機構を設けることで、１０万枚プリントにわたり、スジ画像は許容レベルを維持することができる。さらに、第二クリーニングブレード１２を間欠当接することで、ほとんどスジ画像は発生しないことがわかる。

なお、本発明が対象とするクリーニング装置と、画像形成装置は、図２や図３の構成に限るものではなく、感光体１上のトナー像を一旦転写されて担持する中間転写体を備える構成や、多色画像を形成するために感光体１を複数備える構成であってもよい。

本発明で使用する感光体の構造を示す概略図である。 本発明の画像形成装置であって、第二クリーニングブレードがカウンター方式で適用される構成を示す概略図である。 本発明の画像形成装置であって、第二クリーニングブレードがトレーリング方式で適用される構成を示す概略図である。 第一クリーニングブレードと第二クリーニングブレード間に、キャリア捕集部材として、十分に磁化した磁性体を設置した構成を示す概略図である。 表層に保護層を持つ感光体と保護層を持たない感光体を用いて、１０万枚プリント実験を行い、スジ画像を評価した結果を示すグラフである。 表層に保護層を持つ感光体を用いて、スジ画像に対するキャリア捕集機構の効果を確認した結果を示すグラフである。 第二クリーニングブレードを接離可能にした構成を示す概略図である。 キャリア捕集手段を用いない場合の、キャリア径を振った場合のスジ画像ランクの推移グラフである。 キャリア捕集手段を用いた場合のスジ画像ランクの推移グラフである。 キャリア捕集手段と第二クリーニングブレード間欠当接を組み合わせた場合のスジ画像ランクの推移を示すグラフである。

符号の説明

１ 像担持体（感光体）
１０１ 架橋型電荷輸送層
１０２ 電荷輸送層
１０３ 電荷発生層
１０４ 導電性支持体
２ 帯電装置
２１ 帯電ローラ
３ 露光装置
３１ 露光
４ 現像装置
４１ 現像ローラ
６ 転写・搬送装置
６１ 転写・搬送ベルト
７ 定着装置
８ クリーニング装置
１１ 第一クリーニングブレード
１２ 第二クリーニングブレード
１３ 回収ローラ
１４ 搬送ローラ
１５ キャリア捕集部材
３０ 接離機構
３８ ソレノイド
４０ 制御機構
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. 支持体上に、電荷発生層、電荷輸送層と電荷輸送層より硬い保護層とからなる感光層を設けた像担持体を適用し、
   前記像担持体の回転方向上流から順に、第一クリーニングブレードと、研磨剤を含有した第二クリーニングブレードを備えるクリーニング装置を適用する画像形成装置において、
   前記第一クリーニングブレードはカウンター方式、前記第二クリーニングブレードはトレーリング方式で前記像担持体と当接し、
   前記第一クリーニングブレードと前記第二クリーニングブレードとの間に、前記像担持体表面のキャリア捕集手段として磁性体を具備する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記キャリア捕集手段が、クリーニング装置に対して着脱可能である
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記クリーニング装置の研磨剤を含有した第二クリーニングブレードが接離可能である
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   重量平均粒径６５μｍ以下のキャリアを適用する二成分現像方式を適用する
   ことを特徴とする画像形成装置。

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