(57)【要約】【課題】感光体の表面に付着するトナー等の付着物をほぼ完全かつ均一に除去することができるクリーニング手段を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】クリーニングブラシロール６１の表面回転速度Ｖｂが感光ドラム１の表面回転速度Ｖｐに対して、逆回転の関係にある場合にはＶｐ×２．０≧Ｖｂ＞０の条件を満たし、かつ、正回転の関係にある場合にはＶｐ×４．０≧Ｖｂ≧Ｖｐ×１．５（但しＶｂ≠０）の条件を満たすように構成した。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転しながらトナー像が形成される感光体と、この感光体の表面に接しながら回転して清掃を行うクリーニングブラシロールとを有する画像形成装置において、
前記クリーニングブラシロールの表面回転速度Ｖｂが前記感光体の表面回転速度Ｖｐに対して、逆回転の関係にある場合にはＶｐ×２．０≧Ｖｂ＞０の条件を満たし、かつ、正回転の関係にある場合にはＶｐ×４．０≧Ｖｂ≧Ｖｐ×１．５（但しＶｂ≠０）の条件を満たすように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記クリーニングブラシロールとして、ブラシ繊維を構成する単繊維の太さが６〜３０デニール、１本のブラシ繊維を構成する単繊維の本数が２０〜１００フィラメント、ブラシ繊維のロール上の繊維密度が１．８６×１０５〜３．１×１０５フィラメント／ｃｍ２であるブラシロールを使用する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記クリーニングブラシロールの前記感光体の回転方向下流側となる当該感光体の表面に当接して清掃を行うクリーニングブレードを設置するとともに、そのクリーニングブレードとして３０℃における反発弾性が５〜３０％でかつ４０℃における反発弾性が１０〜４０％であるブレードを使用する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記感光体に、無機微粒子が外添されたトナーを付着させて前記クリーニングブラシロールとの当接位置又はそのブラシロールおよび前記クリーニングブレードとの当接位置に供給する請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用したプリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置に係り、特に、回転する感光体の表面を清掃するクリーニング手段として少なくとも感光体の表面に接して回転するクリーニングブラシロールを使用する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を利用した画像形成装置においては、一般に、回転するドラム状等の感光体を帯電、像露光して静電潜像を形成した後にその静電潜像を有色トナーで現像してトナー像とし、そのトナー像を記録用紙に直接または中間転写体を介して転写し、定着することで画像の形成を行っている。この際、転写工程を終えた感光体の表面には未転写トナーや帯電時に生成した放電生成物などが残留して付着しているため、これらの付着物を次の画像形成プロセスに先立って除去する必要がある。このため、一般に転写後の感光体表面を清掃するクリーニング手段としてゴム板等からなるクリーニングブレードが装備されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、クリーニングブレードのようなクリーニング手段を採用している場合には、近年多用されている有機感光層を有する感光体においてはそのブレードの摺擦により感光体の表面の磨耗と傷が発生しやすくなるという問題がある。
【０００４】
このため、アモルファスシリコン等の無機感光層を有する感光体や表面に高硬度の表面層を形成した感光体が使用することにより、耐磨耗性を付与してその表面の磨耗量を少なくすることも行われている。
【０００５】
しかし、このような磨耗量を少なくできる感光体を使用した場合には、かかる感光体の表面が比較的硬いことから、その表面に一度傷が付くと反対に消失しにくくなり、この結果、その傷部に付着したトナー成分や放電生成物を完全に除去することが困難となり、特に高湿度の環境下では放電生成物等の存在に起因した画像流れが発生するという問題がある。
【０００６】
一方、耐磨耗性や耐傷性を向上させた感光体の表面に付着するトナー等の付着物を取れやすくし、長期にわたり高画質で安定した画像を得られるようにする観点から、特定の樹脂層を形成した感光体に対してクリーニングブラシロールとクリーニングブレードを併用し、そのクリーニングブラシロールとして特定の単繊維太さおよび繊維密度からなるものを使用する画像形成装置が提案されている（特開２００１−５１５７６号公報）。
【０００７】
しかし、このような特定のクリーニングブラシをクリーニング手段として使用する画像形成装置であっても、感光体表面に付着するトナー等を完全かつ均一に除去することが困難であった。また、その除去できなかったトナー等が感光体表面に蓄積して画像品質の低下を招くという問題もあった。さらに、トナー等の付着物が感光体表面に蓄積すると、かかる感光体の表面とクリーニングブレードとの間の摩擦係数が高くなってしまい、そのブレード先端部の欠けやめくれが発生し、クリーニング性能が低下するという問題もあった。
【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、感光体の表面に付着するトナー等の付着物をほぼ完全かつ均一に除去することができるクリーニング手段を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転しながらトナー像が形成される感光体と、この感光体の表面に接しながら回転して清掃を行うクリーニングブラシロールとを有する画像形成装置において、前記クリーニングブラシロールの表面回転速度Ｖｂが前記感光体の表面回転速度Ｖｐに対して、逆回転の関係にある場合にはＶｐ×２．０≧Ｖｂ＞０の条件を満たし、かつ、正回転の関係にある場合にはＶｐ×４．０≧Ｖｂ≧Ｖｐ×１．５（但しＶｂ≠０）の条件を満たすように構成されていることを特徴とするものである。これにより、感光体の表面に付着するトナー等の付着物がクリーニングブラシロールによってほぼ完全かつ均一に除去されるようになる。
【００１０】
このような本発明の画像形成装置においては、前記クリーニングブラシロールとして、ブラシ繊維を構成する単繊維の太さが６〜３０デニール、１本のブラシ繊維を構成する単繊維の本数が２０〜１００フィラメント、ブラシ繊維のロール上の繊維密度が１．８６×１０５〜３．１×１０５フィラメント／ｃｍ２であるブラシロールを使用するとよい。
【００１１】
また、以上のような画像形成装置においては、前記クリーニングブラシロールの前記感光体の回転方向下流側となる当該感光体の表面に当接して清掃を行うクリーニングブレードを設置するとともに、そのクリーニングブレードとして３０℃における反発弾性が５〜３０％でかつ４０℃における反発弾性が１０〜４０％であるブレードを使用するとよい。この場合には、長期にわたって安定したクリーニング性能を維持できるようになる。
【００１２】
さらに、クリーニングブレードを併用する画像形成装置においては、前記感光体に、無機微粒子が外添されたトナーを付着させて前記クリーニングブラシロールとの当接位置又はそのブラシロールおよび前記クリーニングブレードとの当接位置に供給するとよい。この場合には、ブラシロール又はそのブラシロールおよびクリーニングブレードによるトナー等の付着物の掻き取り性能が安定するようになる。
【００１３】
上記いずれの画像形成装置も、感光体として通常ドラム状のものを使用するが、ベルト状のものを使用してもよい。また、感光体の数は１つに限らず、複数個であってもよい。さらに、感光体の周囲には電子写真プロセスに必要な帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、除電装置などが配置される。また、これらの画像形成装置はいずれも、感光体上のトナー像を記録用紙に直接転写する方式に限らず、かかるトナー像を中間転写体を介して記録用紙に転写する中間転写方式を採用するものであってもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部を示す概要図である。
【００１５】
この画像形成装置は、感光層の上に耐磨耗性の表面層が形成され、矢印方向に一定の速度で回転駆動するように設置された感光ドラム１を備え、この感光ドラム１の周囲に、感光ドラム１０の表面を一様に帯電する帯電装置２、帯電された感光ドラム１の表面に露光して静電潜像を形成する像露光装置３、感光ドラム１にトナー（現像剤）を供給してその静電潜像を現像してトナー像を形成するトナー現像装置４、感光ドラム１に形成されたトナー像を記録用紙Ｐに転写させる転写装置５、転写後の感光ドラム１の表面に付着する付着物を除去して清掃するクリーニング装置６等が配置されたものである。
【００１６】
また、この画像形成装置は、図示しない給紙装置から記録用紙Ｐが１枚ずつ感光ドラム１と転写装置５の間（転写位置）に送りこまれるとともに、その転写位置を通過した記録用紙が図示しない定着装置に送り出されるように構成されている。クリーニング装置６は、ハウジング６０内に、感光ドラム１の表面に接して回転するクリーニングブラシロール６１、感光ドラム１の表面に当接するクリーニングブレード６５、ブラシロール６１およびブレード６５で掻き取ったトナー等の付着物を回収するトナー回収部材６８等を備えたものである。なお、この画像形成装置では、例えば感光ドラム１、クリーニング装置６等を一体化（ユニット化）して、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジ（点線で囲った部品構造物１０）として構成することも可能である。
【００１７】
このような画像形成装置では次のようにして基本的な画像形成が行われる。まず、回転する感光ドラム１の表面が帯電装置２により所定の表面電位となるように帯電された後に、像露光装置３から画像情報に応じた像露光が行われて静電潜像が形成される。次いで、その感光ドラム１に対して現像装置４からトナーが供給されて静電潜像に選択的に付着することで現像がなされてトナー像が形成される。この感光ドラム１上のトナー像は、感光ドラム１と転写装置５の間に所定のタイミングで送り込まれる記録用紙Ｐに対して静電的に転写される。トナー像が転写された記録用紙は、図示されない定着装置に送り込まれてトナー像の定着処理がなされ、もって画像形成が終了する。
【００１８】
一方、転写後の感光ドラム１は、クリーニング装置６においてクリーニングブラシロール６１とクリーニングブレード６５によりトナー等の付着物が除去されて清掃される。このクリーニング装置７では、最初にクリーニングブラシロール６５にて感光ドラム１の表面に付着する付着物が掻き取られ、その掻き取られなかった付着物が下流側に位置するブレード６５にて掻き取られる。このクリーニング工程を経ることにより、感光ドラム１は次の画像形成プロセスへの移行に備えることになる。
【００１９】
次に、この画像形成装置を用いて適宜構成を変更しつつクリーニング特性の良否について調べた。
【００２０】
画像形成装置における感光ドラム１として、ドラム状支持枠の導電性基材上に下引き層、電荷発生層および電荷輸送層からなる感光層を形成するとともにその上に耐磨耗性の樹脂からなる表面層を形成してなる感光ドラムを使用した。ちなみに、上記耐磨耗性樹脂表面層についてシロキサン系樹脂を含有する樹脂層にて構成したときには、感光ドラム１の表面が耐磨耗性や耐傷性に優れたものとなる。また、クリーニングブラシロール６１として、図２に示すようにロール芯材６２にブラシ繊維６３を構成する単繊維の太さが６８０デニール、１本のブラシ繊維６３を構成する単繊維の本数が４０フィラメントであるポリプロピレンからなるブラシ繊維６３を、そのロール上の繊維密度が３．１×１０５フィラメント／ｃｍ２となるように形成してなるブラシロールを使用した。また、このブラシロール６５は、１６ｇ／ｃｍとなる押圧力で感光ドラム１に押し付けた。
【００２１】
はじめに、クリーニングブラシロール６１の回転速度を変更しながらクリーニング特性の良否について調べた。
【００２２】
図２に例示するようにクリーニングブラシロール６１の表面回転速度をＶｂ、感光ドラム１の表面回転速度をＶｐとした場合、ブラシロール６５を感光ドラム１に対して逆回転（その接する表面の移動方向が逆になる方向Ｃへの回転）させたときには、Ｖｐ×２．０≧Ｖｂ＞０の条件、即ち逆回転させるブラシロール６１の回転速度を０よりも大きくかつ感光ドラム１の回転速度Ｖｐの２倍以下となる速度に設定するという条件を満たすように設定すると、感光ドラム１の表面に付着する付着物をブラシロール６１によってほぼ完全かつ均一に除去することができる。
【００２３】
この際、Ｖｐ×２．０＜Ｖｂとなると、ブラシロール６１による付着物の除去性能は飽和する一方で、高速で逆回転するブラシロール６１により感光ドラム１の表面が磨耗しやすくなってしまう。
【００２４】
また、ブラシロール６１を感光ドラム１に対して正回転（その接する表面の移動方向が同じになる方向Ｄへの回転）させたときには、Ｖｐ×４．０≧Ｖｂ≧Ｖｐ×１．５（但しＶｂ≠０）の条件、即ち正回転させるブラシロール６１の回転速度を感光ドラム１の回転速度Ｖｐの１．５倍〜４．０倍となる速度に設定するという条件を満たすように設定すると、感光ドラム１の表面に付着する付着物をブラシロール６１によってほぼ完全かつ均一に除去することができる。
【００２５】
この際、０＜Ｖｂ＜Ｖｐ×１．５であると、ブラシロール６１による付着物の除去性能が低下し、トナーがブラシロールをすり抜けたりあるいはトナー等が感光ドラム表面に残留したり蓄積するようになり、結果的に画質の低下につながる。また、Ｖｐ×４．０＜Ｖｂになると、ブラシロール６１による付着物の除去性能は飽和する一方で、高速で回転するブラシロール６１により感光ドラム１の表面が磨耗しやすくなってしまう。ちなみに、Ｖｂ＝０であると、感光ドラム１から掻き取られたトナー等の付着物がトナー回収部材６８側に搬送されず、感光ドラム１との接触部付近で滞留するようになるため、感光ドラム１の表面にそのトナー等によるフィルミングが形成されるようになってしまう。
【００２６】
このような表面回転速度の条件を満たすようにするためには、クリーニングブラシロール６１が感光ドラム１の回転動力をギヤ列等の駆動伝達機構にて伝えることで回転する構成である場合には、その駆動伝達機構の回転伝達比を適宜調整すればよい。また、ブラシロール６１が感光ドラム１とは別の回転駆動源（駆動モータ等）の回転動力にて回転する構成である場合には、その専用の回転駆動源の回転速度を適宜設定すればよい。
【００２７】
そして、このような回転速度に関する条件を満たすクリーニングブラシロール６１とともにクリーニングブレード６５を併用すると、感光ドラム１の表面上の付着物がほぼ完全かつ均一に除去されるため、そのブラシロールの下流側に配置されるブレードと感光ドラム１表面との間の摩擦係数が付着物の存在により上昇することがなくなり、そのブレード先端部（当接部）の欠けやめくれが発生しなくなる。この結果、クリーニングブレード６５による良好なクリーニング特性を同時に得ることができる。
【００２８】
続いて、クリーニングブラシロール６１の単繊維の太さ、単繊維の本数および繊維密度を変更しながらクリーニング特性の良否について調べた。
【００２９】
単繊維の太さについては６〜３０デニール、好ましくは１０〜３０デニールとし、単繊維の本数については２０〜１００フィラメント、好ましくは２４〜５０フィラメントとし、繊維密度については１．８６×１０５〜３．１×１０５フィラメント／ｃｍ２、好ましくは２．４８×１０５〜３．１×１０５フィラメント／ｃｍ２にすると、掻き取りむらのない適度で十分な掻き取り性能が得られる。また、ブラシロール６１の感光ドラム１への押圧力については、１０〜３０ｇ／ｃｍの範囲で設定するとよい。
【００３０】
この際、単繊維太さが６デニールより細くかつ単繊維本数が２０フィラメントよりも少ないブラシ繊維（毛）を使用した場合には、ブラシ繊維の剛性が低くなり十分な掻き取り性能が得られなくなる。反対に、単繊維太さが３０デニールより太くかつ単繊維本数が１００フィラメントよりも多いブラシ繊維を使用した場合には、ブラシ繊維の径が太くなって繊維密度（植毛密度）が制限されるようになり、掻き取りむらが発生するようになる。
【００３１】
続いて、クリーニングブラシロール６１の感光ドラム１の回転方向下流側となるドラム表面に当接するように設置したクリーニングブレード６５の反発弾性を変更しながらクリーニング特性の良否について調べた。ブレード６５としては保持板に支持されたゴムブレード（ゴム硬度：ＪＩＳ　Ａ７４°）を使用した。
【００３２】
３０℃における反発弾性が５〜３０％、好ましくは５〜２０％であって、４０℃における反発弾性が１０〜４０％、好ましくは１０〜３５％であるブレードを使用すると、長期にわたって安定してクリーニング性能が得られる。また、ブレード６５の感光ドラム１表面への押圧力については、２５〜５０ｇｆ／ｃｍ（換算すると２４．５〜４９０Ｎ／ｍになる）。
【００３３】
この反発弾性が上記範囲の最下限値よりも小さい場合には、ブレードの感光ドラムとの当接圧が経時的に低下してトナーのすり抜けなどが発生しやすくなる。反対に、上記範囲の最上限値を超える場合には、ブレードの先端部のエッジ部分に欠けや亀裂が発生し、また、感光ドラム１表面との摩擦力が高くなってその先端部のめくれなども発生し、いずれの場合であっても十分なクリーニング性能が得られなくなる。
【００３４】
続いて、感光ドラム１に無機微粒子が外添されたトナーを付着させてクリーニングブラシロール６１との当接位置又はそのブラシロール６１およびクリーニングブレード６５との当接位置に供給するようにした場合におけるクリーニング特性の良否について調べた。
【００３５】
無機微粒子として、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸カルシウム、酸化セリウム等からなる平均粒径が５０〜５００ｎｍの微粒子を使用した。この無機微粒子を平均粒径が２〜８μｍのトナーに外添したものを現像装置４から感光ドラム１の表面に帯状に付着させてブレード６５の当接部を通過させた。このような無機微粒子が外添されたトナーを供給した場合には、ブラシロール６１とブレード６５の掻き取り性能が安定するようになる。
【００３６】
ブラシロール６１に供給された無機微粒子は、研磨粒子としての役割を果たし、感光ドラム１の表面における付着物の研磨作用による除去をはじめ、強固に付着した付着物に対しては感光ドラム１の表面そのものを研磨することによる除去を可能とする。なお、無機微粒子による感光ドラム表面の研磨作用は、クリーニングブレードの当接による感光ドラム表面の平滑性が経時的に損なわれるが、かかる平滑性が損なわれた感光ドラム表面の研磨も行うことになるため、その表面平滑性の維持が可能となる。つまり、感光ドラム表面の平滑性維持のための研磨材としても機能する。
【００３７】
また、無機微粒子の一部は、クリーニングブレード６５の感光ドラムとの当接部まで運ばれて両者間における潤滑剤として作用する。これにより、ブレード先端部の感光ドラム１との摩擦による先端変形が安定化し、かかるブレード先端部のびびり現象や欠けの発生が低減され、また感光ドラム表面のブレード摺擦による傷発生を抑制することもできる。
【００３８】
このような無機微粒子が外添されたトナーの付着供給は、画像形成に支障のない所定の時期に行うように設定する。例えば、画像形成が所定枚数に達した時点（Ａ４版画像が１〜１０枚分形成された時点で１回の供給）で供給する。そのトナーの供給は、感光ドラムの回転方向への幅が０．５〜２０ｍｍとなる帯状に付着させて供給することが好ましく、また、そのときのトナーの画像密度が３０〜１００％とすることが好ましい。供給するトナーの画像密度が３０％未満で、その回転方向幅が０．５ｍｍ未満の帯状のものであって、しかもＡ４版画像が１０枚を超えて１回の割合で供給した場合には、トナー供給による前述した作用効果が十分に得られなくなる。また、その回転方向幅が２０ｍｍを超えた場合には、その作用効果が飽和してしまう。なお、感光ドラム１に転写装置５や中間転写体が接触する構成である場合には、その供給トナーが通過する際に、トナーが転写装置や中間転写体に転移しやいように転写バイアスの調整や離間状態にする対策を採ることが必要となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、回転速度を特定したクリーニングブラシロール等を適用するので、感光体の表面に付着するトナー等の付着物をほぼ完全かつ均一に除去することができる。この結果、クリーニング不良に起因した画像品質の低下のおそれもなくなり、良好な画像形成を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る画像形成装置の要部を示す概要図。
【図２】感光ドラムとクリーニングブラシロールおよびクリーニングブレードとの関係を示す説明図。
【符号の説明】
１…感光ドラム（感光体）、６１…クリーニングブラシロール、６３…ブラシ繊維。
【図１】
2004085867.tif 000003
【図２】
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