JPH1130938A

JPH1130938A - 粒子除去装置

Info

Publication number: JPH1130938A
Application number: JP10123377A
Authority: JP
Inventors: David B Montfort; ビー．モントフォートデイビッド; Nero R Lindblad; アール．リンドブレイドネロ
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-02-02
Also published as: EP0889381A2; EP0889381A3; US5842102A

Abstract

(57)【要約】【課題】補助的に超音波を用いたクリーニングブレー
ドを提供する。【解決手段】表面から粒子を除去するクリーニング装
置は、表面をクリーニングするための自由端と、クリー
ニングを行う際にクリーニング手段を位置決めする固定
端とを有するクリーニングブレードと、該クリーニング
ブレード固定端上に設けられ、ブレードに振動エネルギ
ーを与えて表面の粒子を浮かせ、除去するための超音波
クリーニング補助（ＵＣＡ）デバイスとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に静電写真
プリンタ及びコピー機に関し、更に詳細には補助的に超
音波を用いたクリーニングブレードに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】クリー
ニングブレードに関する超音波デバイスとしては、超音
波クリーニング補助（ＵＣＡ）デバイスが受光体の背面
をクリーニングニップの下から直接振動させ、ブレード
のクリーニングエッジを振動させてトナー粒子を受光体
表面から浮き上がらせ、クリーニングブレードが受光体
表面をクリーニングするのを補助するものがあった。し
かしながら、この方法ではブレードの摩擦を減らすため
の「エアベアリング(air bearing) 効果」を生み出すた
めには超音波デバイスの先端をクリーニングエッジのす
ぐ下に位置決めしなくてはならない。又、超音波デバイ
スはベルトモジュールの内部に置かれなくてはならない
ため、ベルトモジュールの小さい印刷機や複写機では使
用できないという欠点がある。更に、ブレード材料が軟
質である場合、超音波エネルギーがブレード内で消散し
クリーニングエッジの振動が弱められるため、クリーニ
ングは十分に行われない。

【０００３】

【課題を解決するための手段】簡潔に述べると、本発明
の一つの態様に従うと、表面から粒子を除去する装置が
提供され、前記装置は、表面から粒子を除去（クリーニ
ング）する手段を含み、前記クリーニング手段が表面を
クリーニングするための自由端と、表面と接触してクリ
ーニングする際に前記クリーニング手段を位置決めする
ための固定端との二つの端部を有し、前記プリント装置
が前記クリーニング手段と連結して固定端上に設けら
れ、前記クリーニング手段に振動エネルギーを与えて表
面の粒子を浮かせ、除去するための振動手段と、を含
む。

【０００４】本発明のもう一つの態様に従うと、表面か
ら粒子を除去する手段を有するプリント装置が提供さ
れ、前記プリント装置は、表面から粒子をクリーニング
する手段を含み、前記クリーニング手段が表面をクリー
ニングするための自由端と、表面と接触して表面をクリ
ーニングする際に前記クリーニング手段を位置決めする
固定端との二つの端部を有し、前記プリント装置が前記
クリーニング手段と連結して固定端上に設けられ、前記
クリーニング手段に振動エネルギーを与えて表面の粒子
を浮かせ、除去するための振動手段を含む。

【０００５】本発明を好ましい実施態様に関連して記述
するが、本発明をその実施態様に限定する意図をもつも
のではないということを理解されたい。逆に、添付の請
求項によって定義される発明の精神及び範囲内に含まれ
る全ての改変、変更、均等物を包含することを意図する
ものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】ここで、本発明の好ましい実施態
様を記述する目的であるが、この実施態様に限定するこ
となく、図面を参照しながら、図７に図示された複写装
置に用いられる種々の処理ステーションについて以下に
簡潔に説明する。

【０００７】本発明の利点が見出される複写装置は、光
導電性表面と導電性且つ光透過性の基体とからなる光導
電性ベルト１０の形態の電荷保持部材を使用する。光導
電性ベルト１０は、帯電ステーションＡ、露光ステーシ
ョンＢ、現像ステーションＣ、転写ステーションＤ、定
着ステーションＥ、及びクリーニングステーションＦを
通って移動するように取り付けられる。ベルト１０は、
矢印１６の方向に移動して、その移動経路の回りに配置
された種々の処理ステーションを順次通るようにその連
続部分を前進させる。ベルト１０は複数のローラ１８、
２０、２２の回りに巻き掛けられ、ローラ１８は受光体
ベルト１０に適切なテンションを与えるように用いるこ
とができる。モータ２３は、ローラ１８を回転させてベ
ルト１０を矢印１６の方向に前進させる。ローラ２０
は、ベルトドライブ等の適切な手段によりモータ２３に
連結される。

【０００８】図７をさらに参照することによりわかるよ
うに、ベルト１０の連続した部分はまず帯電ステーショ
ンＡを通過する。帯電ステーションＡでは、概括的に参
照番号２４で示されるスコロトロン、コロトロン又はジ
コロトロン（dicorotron）等のコロナデバイスがベルト
１０を選択的に高く均一の正又は負の電位に帯電させ
る。当該技術でよく知られる任意の適切な制御手段を用
いて、コロナデバイス２４を制御することが可能であ
る。

【０００９】次に、表面の帯電部分は、露光ステーショ
ンＢを通るように進められる。露光ステーションＢで
は、均一に帯電した受光体又は電荷保持面１０がレーザ
ベースの入力及び／又は出力走査デバイス２５で露光さ
れることにより、走査デバイス（例えば２レベルのラス
タ出力スキャナ（ＲＯＳ））からの出力に従って電荷保
持面が放電される。

【００１０】最初に或る電圧に帯電された受光体は、或
る電圧レベルまで暗減衰する。露光ステーションＢで露
光されると、受光体は全てのカラーの画像領域に対して
ゼロ又はアース電位近くまで放電される。

【００１１】現像ステーションＣでは、概括的に参照番
号３０で示される現像システムが、現像材料を静電潜像
と接触するように送り込む。現像システム３０は、第１
現像装置４２、第２現像装置４０、第３現像装置３４、
及び第４現像装置３２を含む（しかし、現像装置の数は
カラーの数によって増減してもよい；即ち、ここでは４
つのカラーについて述べるので４つの現像剤ハウジング
が存在する）。第１現像装置４２は、ドナーロール４
７、磁気ローラ４８及び現像剤材料４６を含むハウジン
グからなる。第２現像装置４０は、ドナーロール４３、
磁気ローラ４４及び現像剤材料４５を含むハウジングか
らなる。第３現像装置３４は、ドナーロール３７、磁気
ローラ３８及び現像剤材料３９を含むハウジングからな
る。第４現像装置３２は、ドナーロール３５、磁気ロー
ラ３６及び現像剤材料３３を含むハウジングからなる。
磁気ローラ３６、３８、４４及び４８はそれぞれ、ドナ
ーロール３５、３７、４３及び４７上にトナーを広げ
る。ドナーロール３５、３７、４３及び４７は次いで、
画像形成面１１上にトナーを広げる。なお、現像ハウジ
ング３２、３４、４０、４２といかなる次なる現像ハウ
ジングも、前の現像装置により形成された画像を乱さな
いよう、スキャベンジレスでなければならない。全ての
４つのハウジングは、選択されたカラーの現像剤材料３
３、３９、４５、４６を含む。現像剤装置３２、３４、
４０及び４２に電気的に接続される電源４１を介して電
気的バイアスがかけられる。

【００１２】基体すなわち支持材料のシート５８が供給
トレイ（図示せず）から転写ステーションＤに進められ
る。シートは、シートフィーダ（図示せず）によりトレ
イから供給され、コロナ帯電デバイス６０を通して転写
ステーションＤに進められる。転写の後、シートは矢印
６２の方向に移動し続け、定着ステーションＥに進む。

【００１３】定着ステーションＥは、概括的に参照番号
６４により示されるフューザアセンブリを含み、フュー
ザアセンブリ６４は転写されたトナーパウダ画像をシー
トに永久的に固着させる。好ましくは、定着アセンブリ
６４は加熱フューザローラ６６を含み、このローラ６６
はバックアップローラ６８と圧接係合してトナーパウダ
画像と接触するように用いられる。こうしてトナーパウ
ダ画像がシートに永久的に固着される。

【００１４】定着後、コピーシートは、キャッチトレイ
（図示せず）、又は紙綴じ、ステープリング、丁合い等
のフィニッシング（仕上げ）ステーションに送られ、オ
ペレータにより装置から取り出される。あるいは、シー
トは両面コピートレイ（図示せず）に送られ、そこから
プロセサに戻されて第２の面にコピーが行われる。第２
の面におけるコピーには、先端を後端にする反転と奇数
回のシートの反転が一般に必要である。しかし、追加の
又は第２のカラー情報の形態の上書き情報がシートの第
１の面に必要な場合には、先端〜後端の反転は必要な
い。もちろん、両面又は上書きコピーのためにシートを
手動で送り返すこともできる。各コピーが行われた後に
受光体ベルト１０上に残った残留トナー及びデブリス
（屑）は、ブラシ、ブレード又は他のタイプのクリーニ
ングシステム７０を用いてクリーニングステーションＦ
で除去することができる。プレクリーンコロトロン１６
１はベルト上でクリーニングシステム７０よりも上流に
配置される。

【００１５】ここで図１を参照すると、クリーニングブ
レードに関する超音波デバイスの従来技術が開示されて
いる。図１では、超音波クリーニング補助（ＵＣＡ）デ
バイス８５が受光体１０の背面１２をクリーニングニッ
プ９５の下から直接振動させ、ブレードがクリーニング
を行う際に、ブレードのクリーニングエッジを振動させ
ることを可能とする。この方法ではブレード９０と受光
体１０との間に生じる摩擦力は小さい。ＵＣＡはトナー
粒子９２を受光体表面１１から浮き上がらせ、クリーニ
ングブレード９０が受光体１０からトナー粒子９２をク
リーニングするのを補助する。しかしながら、この方法
にはいくつかの欠点がある。第１に、ブレードの摩擦を
５０％減少させる「エアベアリング (air bearing)」効
果を働かせ、生み出すためには、超音波デバイス８５の
先端はクリーニングエッジのすぐ下に配置されなければ
ならない。第２に、超音波デバイス８５はベルトモジュ
ールの内側に配置されなければならない。ベルトモジュ
ールが小さく超音波デバイス８５をその内側に配置する
余地がなければ、問題が生じる。第３に、ブレード材料
が、例えば７０ショアー硬度以下の硬度をもつウレタン
のように弾性係数の低い、極度に軟質の素材でできてい
る場合などは、振動はブレード材料の中で消散され、ク
リーニングエッジは振動しない。第４に、ブレードがク
リーニングを行うことができるようにするのに高いブレ
ード力が必要とされる場合、この力によっても受光体と
接触しているクリーニングエッジの振動は弱められる。

【００１６】本発明は、図１で示されたものと同様の振
動子によってクリーニングブレードを超音波で振動させ
ることによってクリーニング技術を改良することを目的
とするものである。図２は超音波デバイス８６をクリー
ニングブレード９０の先端に取り付けることによってク
リーニング効果を改良する、本発明の最初の実施態様を
示す。しかしながら、この実施態様においては、ブレー
ド材料が軟質であるため超音波エネルギーが弱まりクリ
ーニング効果は高められない。

【００１７】ここで、本発明の好ましい実施態様を示す
図３を参照する。本発明においては、ブレード材料は導
波管８４の先端に取り付けられる。導波管は接着層１０
３によって圧電振動子１０２に取付けられる。この実施
態様は、超音波デバイス８５がベルト１０の下に配置さ
れてブレードエッジを振動させトナーを浮かせていた図
１の従来技術とは異なり、又、超音波デバイス８６がブ
レード９０のクリーニングエッジに取り付けられている
図２の実施態様とは異なる。図３に示す本発明において
は、クリーニングブレード材料９１は導波管８４の延長
部分である。導波管８４が共鳴振動数で励振されると、
ブレードのクリーニングエッジに最大の振動が与えられ
る。図３に示すように、超音波デバイスの構造はブレー
ド力に付与するように用いられる。クリーニングブレー
ド９１と受光体１０との間の作用角１１０は約５度から
約２０度の間で変わる。この角度はブレード９１の硬度
に応じて設定される。

【００１８】好ましい実施態様の実験により、超音波デ
バイス８４が作動していない場合には、ブレード９１は
強いブレード力が与えられたときのみクリーニングを行
うことが明らかとなった。しかしながら、超音波デバイ
ス８４が作動すると（即ち、超音波デバイスは動作状態
にある）、必要とされるブレード力はずっと小さいもの
であった。超音波デバイスの振動運動は矢印８７で示さ
れている。超音波デバイス８４が作動すると、クリーニ
ングブレード９１はずっと小さいブレード力で受光体１
０から即座に粒子を除去し始める。実験中に、振動子８
４が作動している時としていない時では存在する摩擦の
大きさが明らかに異なることがわかった。振動子８４が
作動している時、クリーニングブレード９１と表面１１
との間の摩擦の著しい低下が起こった。

【００１９】さらに、ウレタンブレード材料の摩擦特性
を評価するために、ブレード摩擦設備を用いて、超音波
ブレードクリーニングについての摩擦の低下についての
測定がなされた。その結果が下の表１に示されている。

【００２０】

【表１】

【００２１】これらの結果は、超音波ブレードは鉄やプ
ラスチック等の素材の摩擦を大幅に低下させることを示
している。摩擦係数の低下は、プラスチックブレードよ
りも鉄ブレードに対して大きかった。それは、鉄はプラ
スチックよりも弾性率が高いので、振動エネルギーを伝
達する際の効率がよいためである。

【００２２】表１で示される摩擦の測定は、硬度の高い
鉄のブレード材料は試験したプラスチック材料よりもよ
く振動エネルギーを供給することを示している。当初
は、表面に傷をつける可能性があるとして鉄ブレードの
使用には消極的であった。しかしながら、振動する鉄チ
ップは、受光体とぴったりと接触はしないので、鉄ブレ
ードの使用によって受光体に損傷及び／又はかき傷をつ
けることはない。

【００２３】受光体の画像形成表面からの、残留トナー
粒子の除去に加えて、添加物によって生成するフィルム
を除去する必要がある。例えばＺｎＳｔ、ＳｉＯ₂、Ｔ
ｉＯ ₂その他のトナー物質から成る軟質のフィルムが画
像形成面上に存在する。これらのフィルムは約１ミクロ
ンの厚さでコピー上の地肌部の濃度（バックグラウン
ド）を増加させる。トナーの添加物のレベルが高くなる
と、これらのフィルムの厚さは大きくなる。２５ｇｍ／
ｃｍの負荷を与えた鉄の超音波ブレードの実験では、フ
ィルムが付着した受光体は容易にクリーニングされた。
尾引き状のスポット（コメット）やスポットはしばしば
添加物によるフィルムと同じ軟度をもち、同様に本発明
の超音波ブレードによって受光体から除去される。

【００２４】本発明のさらに別の実施態様は、超音波ブ
レードクリーナーのクリーニング性能をさらに改良する
のに用いることが可能な特徴を有している。鉄や導電性
プラスチックのような導電性ブレード材料を用いるとク
リーニングブレードにバイアスをかけることができる。
ブレードにバイアスをかけるには種々の方法がある。第
１に、図４（Ａ）に示すように圧電振動子８４を動作さ
せるのに用いられるＡＣ信号は負に帯電したトナー用に
マイナスにオフセットされる（すなわち、バイアスがか
けられる）。この場合、圧電振動子（ＰＺＴ）１０２と
クリーニングブレード９１との間には導電性がある。導
電性接着層１０４はＰＺＴ１０２と導波管８４との間に
存在する。図４（Ｂ）に示す第２の方法では、クリーニ
ングブレード９１と導波管８４は非導電性接着層１０５
によってＰＺＴ１０２から絶縁されており、そのため負
のバイアスが導波管８４を通ってクリーニングブレード
９１に印加される。第３に、クリーニングブレードは導
波管８４と絶縁することができ、それによりバイアスが
直接ブレード９１に印加される。バイアスを印加するこ
とにより、トナー９８とブレードチップとの間に強力な
静電反撥力を生じ、受光体及びクリーニングエッジから
トナーを追い出し、それによってクリーニング効果を高
める。適切なバイアスをかけることにより、このトナー
９８は廃棄物回収容器に搬送することができる。ブレー
ドにバイアスをかけることのもう一つの利点はマルチパ
スカラーコピー機において認められる。マルチパスカラ
ーコピー機では、画像形成モードの際にブレード９１は
受光体１０からカム動作により離間する。ブレード９１
が受光体１０からカム動作により離間すると、トナー９
８の線が受光体１０の上に残される。これはブレード９
１のクリーニングエッジのすぐ前の受光体に付着する残
留トナーである。この残留トナーは、バイアスをかけた
ブレード９１によって受光体から除去される。

【００２５】ブレードチップ速度が導波管チップ速度と
ほぼ同じであるならば、ブレード材料においてエネルギ
ーの損失はほとんどない。測定したチップの実験結果
が、ブレードのクリーニング性能を試験した際に得られ
た摩擦に関する結果と共に表２に示されている。

【００２６】

【表２】

【００２７】表１に示した結果と同様に、ブレード材料
が硬い( 例えば、弾性係数が高い）ほど、チップ速度は
速い。実験ではさらに、より硬度の高い材料を用いれば
エネルギーの損失はほとんどないことが明らかとなっ
た。より硬度の高い材料は、６０ＫＨｚで動作する装置
において、チップ速度約５００ｍｍ／秒又はそれ以上で
クリーニングを行う際にも有効である。しかしながら、
標準的なウレタン材料（例えば、軟質ウレタンから７０
ショアー硬度のもの）は振動エネルギーを吸収してしま
うため、このエネルギーをブレードチップに伝達するこ
とができない。故に、この用途のウレタン材料は８５シ
ョアー硬度以上の硬さが必要である。

【００２８】本発明の種々のクリーニングの形状につい
て、ＵＣＡデバイスの有効性を証明するためドクターモ
ード及びワイプモードで実験的にテストした。ここでワ
イプモードにおけるＵＣＡデバイスブレードを示す図５
を参照する。クリーニングブレード９１の、受光体１０
に対する作用角１１０は約７０度から約８５度である。
ブレード９１のクリーニング能力はブレードチップ速度
の関数である。受光体に沿った振動成分は受光体１０上
のトナーに定常波パターンを生成する。定常波パターン
で重要なことは、受光体への付着トナーを脱離させ、ト
ナーが除去されるまでの間トナーを一定の攪拌状態に保
つという点である。この効果によりトナー付着が減少
し、トナーが受光体上に再度付着することが防止され
る。ブレードチップの前に延びる定常波パターンの長さ
はブレードチップ速度と振幅に比例する。これは、ブレ
ード材料中のエネルギー損失と、クリーニングエッジが
振動しているか否かについての定性的指標である。例え
ば、軟質ウレタン（例えば７０ショアー硬度以下）を用
いると、振動エネルギーはウレタンの中で消失し、クリ
ーニングエッジの振動は低く、定常波パターンは生じな
い。そのため、ブレードクリーンニングに要する摩擦と
力が大きくなる。このクリーニング形態におけるクリー
ニング評価は表３に要約されている。

【００２９】

【表３】

【００３０】図６はＵＣＡ自体がドクターモードにおい
て受光体からのトナーの除去を表す。効果的なクリーニ
ングブレードエッジを形成するためには、超音波ホーン
において鋭利な直角チップが必要である。鋭利なクリー
ニングエッジはクリーニングの際の筋の発生を防ぎ、表
３に要約した結果と同様の結果をもたらした。超音波ホ
ーンに挿入されたクリーニングブレードがドクターモー
ドにおいて受光体を効果的にクリーニングすることが認
められる。クリーニングエッジの曲率半径は１ミル以下
でなければならない。鋭利なクリーニングエッジの好ま
しい曲率半径はトナーの直径以下である必要がある。鋭
利なクリーニングエッジを有する超音波ホーンは、ブレ
ードを有する超音波ホーンに比べてより効果的にはたら
く。それは、ホーンとブレードの間に結合材料（接着
層）がないためである。

【００３１】実験の結果は、ブレード材料がＵＣＡホー
ンチップにうまく固定され、又はホーンチップそれ自体
がクリーニングブレードとして都合よく使用されること
を示している。どちらの場合においても効果的なクリー
ニングが行われることが示され、ＵＣＡを用いると、摩
擦は著しく低下することがわかった。

【００３２】繰り返して述べると、本発明はクリーニン
グブレード（又は、他のクリーニングデバイス）に取り
付けられた超音波振動子を利用して、受光体の画像形成
面から粒子を除去する。振動子の振動エネルギーは、よ
りよくクリーニングするために画像形成面と接触するブ
レードチップに集中される。本発明のブレードチップ速
度は硬度の高い材料ほど速い。故に、硬度の低い材料は
振動エネルギーを吸収してしまうため、硬度のより高い
ブレード材料が望ましい。本発明では、超音波を補助的
に用いることにより、クリーニングに必要なブレード力
を低下させる。本発明は、クリーニングブレードを用い
ずにホーンチップの鋭利なエッジを用いて画像形成面を
クリーニングすることも可能とする。本発明のもう一つ
の実施態様では、クリーニングブレード又は超音波ホー
ンにバイアスをかけてクリーニングエッジから粒子を離
脱させて、クリーニング効果を高めるためにトナー粒子
をクリーニングエッジから遠くへ離す。

【図面の簡単な説明】

【図１】受光体背面に対して振動を与えるＵＣＡの従来
技術を示す図である。

【図２】ＵＣＡをクリーニングブレードの先端に取り付
けた本発明の実施態様を示す図である。

【図３】本発明の好ましい実施態様を示す図である。

【図４】（Ａ）超音波ホーンチップにバイアスをかける
ために負のＤＣバイアスでオフセットした駆動波形を示
す本発明の実施態様を示す図である。（Ｂ）ＤＣ電圧によってバイアスされた超音波ホーン又
は導波管を示す本発明の実施態様を示す図である。

【図５】受光体に対してワイピング位置にある本発明の
ブレードを示す図である。

【図６】受光体に対してドクターモードにある本発明を
示す図である。

【図７】本発明の特徴を備える印刷装置の概略図であ
る。

【符号の説明】

１１表面９１クリーニングブレード１０２超音波振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ネロアール．リンドブレイドアメリカ合衆国 14519 ニューヨーク州オンタリオリッジロード 2091 ピー．オー．ボックス 491

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面から粒子を除去する装置であって、前記表面から粒子をクリーニングする手段を含み、該ク
リーニング手段が表面をクリーニングするための自由端
と、前記表面と接触してクリーニングする際に前記クリ
ーニング手段を位置決めするための固定端との二つの端
部を有し、前記クリーニング手段と連結して固定端上に設けられ、
前記クリーニング手段に振動エネルギーを与えて表面の
粒子を浮かせ、前記表面から粒子を除去する振動手段
と、を有することを特徴とする粒子除去装置。
【請求項２】前記クリーニング手段がブレードと、前
記ブレードを表面に対して作用角度に保持し、表面上の
粒子を除去する前記振動手段と、を有する、請求項１に
記載の粒子除去装置。
【請求項３】前記ブレードが、前記振動手段に連結された第１のブレード本体端部と、
前記第１のブレード本体端部と反対側の前記ブレード本
体の長さ方向に沿って位置する第２のブレード本体端部
との二つの端部を有するブレード本体と、第２のブレード本体端部に位置するブレードチップであ
って、表面と振動接触して表面から粒子を浮かせ、除去
するブレードチップと、を有する、請求項２に記載の粒
子除去装置。