(57)【要約】【課題】ａ−Ｓｉのスクリューバネで軸方向に搬送するクリーナに関して、由着とクリーニング不良を防止する。【解決手段】ブレードエッジ部の凝集塊をバネスクリューで除去しつつ、ブレードの中央に圧電素子を設け振動を検知し、その信号の逆位相増幅して両端に配置した圧電素子に印加することでブレードの振動を抑える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上の残留トナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記クリーニング手段によりクリーニングしたトナーを搬送するトナー搬送手段と、を有するクリーニング装置において、
前記像担持体が非晶質シリコン感光体であり、前記クリーニング手段に振動検知手段及び振動駆動部材を設け、トナーを像担持体軸方向に搬送するとともに振動するトナー搬送手段を前記像担持体近傍に設けられ、またブレード支持板金に振動検知手段及び振動駆動手段を設けることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項２】
前記クリーニング手段の下方に設けられ前記クリーニング手段によりクリーニングされたトナーを受けるトナー受け部材（スクイシート）を有し、前記トナー受け部材は可撓性部材であることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
【請求項３】
前記トナー搬送手段は、ばね形状のスクリュー部材であることを特徴とする請求項１または２に記載のクリーニング装置。
【請求項４】
前記トナー搬送手段は、ばね形状のスクリュー部材でありかつスクリューを規制する手段を設けることを特徴とする請求項１または２に記載のクリーニング装置。
【請求項５】
前記振動検知手段で振動を検知逆位相で増幅振動駆動部材に加える事を特徴とする請求項１または２に記載のクリーニング装置。
【請求項６】
前記振動駆動手段で非画像域でブレードの振動を検知記録する手段を設け、画像形成時にそのメモリから前記振動駆動手段を駆動する事を特徴とする請求項１または２に記載のクリーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真技術を使用している複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に係るクリーニング装置に関し、特に像担持体上の廃トナーを除去するクリーニング装置及び出力画像の安定化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行する像担持体表面に形成したトナー像を、紙などの転写材に転写する工程をくり返す周知の画像形成装置においては、転写時にすべてのトナーを完全に転写材に転移させることは困難であり、一部のトナーが転写後も像担持体表面に残留することを免れない。
【０００３】
このため残留トナーを、次の画像形成工程に入る前に充分にクリーニングすることが良質の画像を得るための必須要件となり、そのためのクリーニング手段として、ウレタンゴムのような弾性材料からなるクリーニングブレードを像担持体表面に当接させて、転写に寄与しなかった残留トナーを除去するようなものが、構成が簡単で小型でありかつトナー除去機能も優れているので従来から広く実用されている。
【０００４】
特に近年高耐久高画質で非晶質シリコン感光体を用いる複写機が広まりつつあるが、非晶質シリコン感光体は表層硬度が硬いのが特徴であるが原子構造がアモルファス状態でタングリングボンドも多く、表面エネルギーも高いためトナー等が融着しやすい。ＯＰＣ有機感光体の融着発生メカニズムはドラム表層に微細の傷がトナーや外添剤や紙紛により発生しそこにトナーや外添剤が埋め込まれてトナー融着になる現象で非晶質シリコン感光体の融着とは発生メカニズムが異なる。そのため図１２に示すように非晶質シリコン感光体を使いこなすクリーニング装置は特にトナーを剥ぎ取る補助手段が必要であり、マグネットローラ６０を近接させ廃トナーをある程度の厚みでマグネットローラ６０上に形成しそれでドラム３０を摺擦しかつ磁気力でドラム３０上の廃トナーを除去することで、ブレード（クリーニングブレード）３４のクリーニングの負荷を軽くして融着を防止している。また、スポンジローラを当接させてブレードに到達前に転写残トナーを捕集する方法も知られている。
【０００５】
クリーニング装置に回収されたトナーは同装置内のトナー搬送路に導き、このトナー搬送路中に設けたトナー搬送スクリュー部材によって搬送しつつ、廃トナーとして回収トナーボトルなどに入れて溜めるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、複写機の小型化や第１コピー排出時間であるＦＣＯＴを早くするために感光体ドラムと定着器を近づけるのが主流になりクリーニング装置のすぐ傍に定着装置が配置され、クリーナが定着装置の熱の影響を受けやすくなっている。更に省エネルギー対策として定着に関する電力を削減する必要から低融点のトナーの使用、或いは高画質化の観点からトナー粒径の微粒子化の開発が進んでおり、このようなトナーの検討中に以下のような問題が生じた。
【０００７】
図４に示す様にマグネットローラ６０を取り除き、直接搬送スクリュー３５は図４に示すように軸がある螺旋形状のものをブレード３４の近くに、トナーボタ落ち防止用スクイシート３６をブレードの下に配置した。外径が１５．４φの時、軸径は約８φである。矢印Ｓ方向に回転することにより、廃トナーは図５の矢印Ｔ方向へ搬送される。この軸有り螺旋形状の廃トナー搬送スクリュー３５で搬送されずに残った廃トナーはクリーニング部材３４とスクイシート３６とに囲まれた空間でパッキングし、そのパッキングした廃トナーがクリーナに近く配置された定着器の熱により昇温を余儀なくされ、また像担持体（感光体ドラム）３０に押し潰され、機械的にダメージを受けて前記像担持体３０の表面へ融着してしまうという問題が生じた。特に、低融点化したトナー、或いは微粒子化のため硬度の軟らかい樹脂バインダを使用したトナーにおいて上記問題が発生し易い。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、パッキングした廃トナーが押し潰されて像担持体に融着するのを防止することのできるクリーニング装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下（１）〜（６）の構成を備え、振動するスクリューを像担持体である非晶質シリコン感光体ドラム近傍に設けかつ、ブレード支持板金に振動検知手段及び振動部材を設けることを特徴とするものである。
【００１０】
（１）像担持体上の残留トナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記クリーニング手段によりクリーニングしたトナーを搬送するトナー搬送手段と、を有するクリーニング装置において、
前記像担持体が非晶質シリコン感光体であり、前記クリーニング手段に振動検知手段及び振動駆動部材を設け、トナーを像担持体軸方向に搬送するとともに振動するトナー搬送手段を前記像担持体近傍に設けられ、またブレード支持板金に振動検知手段及び振動駆動手段を設けることを特徴とするクリーニング装置。
【００１１】
（２）前記クリーニング手段の下方に設けられ前記クリーニング手段によりクリーニングされたトナーを受けるトナー受け部材（スクイシート）を有し、前記トナー受け部材は可撓性部材であることを特徴とする上記（１）に記載のクリーニング装置。
【００１２】
（３）前記トナー搬送手段は、ばね形状のスクリュー部材であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のクリーニング装置。
【００１３】
（４）前記トナー搬送手段は、ばね形状のスクリュー部材でありかつスクリューを規制する手段を設けることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のクリーニング装置。
【００１４】
（５）前記振動検知手段で振動を検知逆位相で増幅振動駆動部材に加える事を特徴とする上記（１）または（２）に記載のクリーニング装置。
【００１５】
（６）前記振動駆動手段で非画像域でブレードの振動を検知記録する手段を設け、画像形成時にそのメモリから前記振動駆動手段を駆動する事を特徴とする上記（１）または（２）に記載のクリーニング装置。
【００１６】
【作用】
前記構成に係るクリーニング装置にあっては、クリーニング部材とスクイシートとに囲まれた空間のパッキングした廃トナーをスクリューの振動により崩す作用をし、パッキングした廃トナーが像担持体に押し潰されることがなく、像担持体への融着の防止も可能となりかつブレードの振動によりクリーニング不良が発生しないように振動の逆位相振動を加えて振動を減衰させる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１及び図３に基づいて説明する。図１は画像形成装置のクリーニング装置の構成を示したものである。図中３０は非晶質シリコン感光体ドラムである。感光体ドラム３０が、矢印Ｒで示す方向に回転駆動されるとき、帯電器５０によって感光体ドラム３０の表面が一様に帯電される。この帯電部分は、図示しない光信号発生装置により光像露光を受けて、静電潜像を形成する。この静電潜像は現像装置を通過するとき、顕像トナーによって顕像化される。このようにして形成されたトナー像は、転写紙上に転写され、転写を終えた転写紙は、感光体ドラム３０から分離され、１００ｍｍの短い搬送路を経て、定着後排出される。なお、クリーニング装置外壁と定着装置外壁の最短距離は１０ｍｍである。
【００１８】
上記の如く転写を終えた感光体ドラム３０の表面には、転写されずに残ったトナーが付着している。感光体ドラム３０の表面に接触しているクリーニングブレード３４によって掻き落されたトナーは、感光体ドラム３０の回転軸に並行に設けられた搬送スクリュー（ばね形状廃トナー搬送スクリュー）３７に、搬送スクリュー３７の回転に伴って紙面の手前側から奥側に向って搬送され画像形成装置の本体の内側に配置した不図示の廃トナー回収箱に排出される。３６は落下トナーのクリ−ニングユニット外への漏れを防止するスクイシートである。なお、クリーニングブレード３４のドラム侵入角は２４°、自由長７ｍｍ、スクイシート３６のドラム侵入角は８０°、自由長５ｍｍを用いた。
【００１９】
図３にスクリューの概観図を示す。スクリュー３７はばね形状をしており、矢印Ｐ方向に回転することにより、廃トナーは図３の矢印Ｑ方向へ搬送される。スクリュー３７の材質としてＳＷＩＣ材を用い、線径φ２、ばね径φ１４、ばねピッチ１０、回転数２．７ｒｐｓとした。スクリュー３７はばねであるため、軸がないことにより回転時に多少ぶれが生じ、半径方向に駆動範囲が広がる。このことによりスクリュー３７は振動しながら回転することとなる。また、駆動側と反対側は開放端となっておりこのことも振動に寄与する。
【００２０】
このスクリュー３７を図１に示すように感光体ドラム３０近傍に配置する。前記のようにスクリュー３７が回転する時に振動が生ずるため、クリーニング部材３４とスクイシート３６とに囲まれた空間のパッキングした廃トナーを崩す作用をする。通常環境では発生しないが、ドラム上にクリーナ部の廃トナーがブレード３４近傍でブロッキングを起こして局所的に固着する融着と称する現象が特に高温で発生する。これは発生するとドラム上から消えず逆にどんどん融着部を起点に増加するため画像を劣化させ、更に悪くなるとクリーニング不良やドラム傷になり複写機機能が停止してしまう事態に陥る。
【００２１】
非晶質シリコン感光体が特別融着に弱い訳ではなく、ＯＰＣ有機感光体に比べ表層硬度が著しく固く５０万枚耐久してもドラム傷が発生しないため融着の方が問題になる訳である（ちなみにＯＰＣはドラム削れで〜６万枚程度しか持たない）。
【００２２】
本発明では定着器４０とクリーナが１０ｍｍ程度に近く、定着器４０の輻射熱によりクリーナ部を加熱昇温させることになる。実際に測定すると５０℃を超えてしまうことがわかった。特にクリーナを故意に６０℃程度に昇温させた実験で、感光体ドラム３０に当接したブレードエッジ部とスクリュー外径との距離を振って融着の発生を比較した。図８に関係図を示した。軸無しスクリューで振動する廃トナー搬送部材を○印で示し、従来の軸有りスクリューで振動しない廃トナー搬送部材を△印で示す。８ｍｍでは軸無しスクリューで振動する廃トナー搬送部材も従来の軸有りスクリューで振動しない廃トナー搬送部材でも変わらず３０Ｋ枚通紙後に融着が発生したのに対し、６ｍｍで軸無しスクリューで振動する廃トナー搬送部材で７０Ｋ枚通紙後まで発生せず、従来の軸有りスクリューで振動しない廃トナー搬送部材では３０Ｋ枚出融着が発生し８ｍｍと差がなかった。更に４ｍｍまで近づけると軸無しスクリューで振動する廃トナー搬送部材は１１０Ｋ枚でも非常に軽微な融着にとどまり非常に効果がある事が知れた。この時従来の軸有りスクリューで振動しない廃トナー搬送部材でも若干の効果が表れ６０Ｋ枚まで融着が発生しないが本発明に比べて差は歴然であった。
【００２３】
通常の使用では軸無しスクリューで振動させることで５０万枚耐久で融着が発生しないことを確認している。
【００２４】
以上よりスクリュー３７が感光体ドラム３０近傍にあるほうが融着防止に対して効果があることがわかった。
【００２５】
ブレードエッジ部の温度が低いときは転写後残トナーがブレードエッジ近傍に移動して塞き止められたトナーは流動性をある程度保っているため、エッジにそって上に押し上げる力が大きく、ブレード３４上方に持ち上がり重力で落下する動きが保たれるため凝集することなく対流している。これが温度が高くなるとブレードエッジで塞き止められたトナーが流動性を失い凝集しやすくなり、エッジに沿って上に押し上げられる力が小さくなり動きがなくなる。そのためブレードエッジ近傍部のみ凝集トナー塊４〜５ｍｍ程度の大きさでブレード軸方向全域に顕著に凝集ブロック化している。これは従来の軸有りスクリューで振動しない廃トナー搬送部材が４ｍｍまで近づく事で効果が出始める事でも分かる。それでスクリュー３７が８ｍｍ離れていると、バネスクリューにより振動してもブレードエッジ部に塞き止められた凝集トナー塊を崩す事が出来ず、ブレード部の温度が上がることでブレード３４と感光体摺擦部にトナーの局所的に凝集し溶融し融着が発生してしまうと考えられる。これに対して搬送スクリュー３７が４ｍｍまで近づいてかつ振動する事でブレードエッジ部に塞き止められた凝集トナー塊を崩す事が可能になり空壁が発生し、廃トナーの強制循環も生じるためブレード部の温度が下がりかつブレード３４と感光体摺擦部の凝集トナーも急激に減少するために局所的凝集融着を抑える事が可能になった。
【００２６】
この時振動が抑えられる軸有りスクリューの場合４ｍｍまで近づけても完全にブレードエッジ部に塞き止められた凝集トナー塊を崩す事が出来ず、ブレード部の温度が上がることで同様にブレード３４と感光体摺擦部にトナーの局所的凝集融着が５０Ｋ枚で発生してしまう。
【００２７】
しかし、この対策により逆の弊害も生じた。それはクリーニング不良であり、バネスクリューの振動が大きい程その振動がクリーナ枠体からブレード３４自身への振動増加になり、ブレードエッジ部に回り込むトナーが増加する事で耐久により発生してしまうことが分かった。
【００２８】
以上の関係を図８に示す。縦軸が融着発生枚数で横軸がブレードエッジからの距離である。図８の●がバネスクリューで振動する場合の図であり、スクリュー３７にブレード３４が近づくほどクリーニング不良発生枚数が低くなり、融着で最適の位置で３０Ｋ程度で発生してしまう。
【００２９】
かつこれ以上近づけた１ｍｍの場合ブレード３４にスクリューが接触してしまいブレード押圧によるめくれが発生した。
【００３０】
そのため本発明の発明者らはこの問題を解決するためにブレード３４に振動解析用の圧電素子ＰＺＴ１００のチタン酸バリウム積層タイプ（富士セラミックス社製）をブレード３４の支持板金とクリーナ枠体の間でドラム軸方向中央部に配置した。実際の測定データの１例を図１０に示す。
【００３１】
これは圧電素子の歪み強度をブレードエッジ部の位置変位量に換算したものであり、約２０μｍで激しく振動していることが分かった。
【００３２】
次に筆者らはこの信号の逆位相にして増幅した信号を同じ圧電素子ＰＺＴ１００の積層タイプ（富士セラミックス社製）に印加する事で逆振動を発生させブレード３４の共振を抑えられるか実験した。クリーナ枠体のドラム軸方向両端に上記の圧電素子ＰＺＴ１００を配置した。模式図を図２に示す。ノイズ除去用フィルターを介して増幅し、圧電素子ＰＺＴ１００に印加する事で図１１に示すように数μｍとかなりのブレード振動を抑える事に成功した。
【００３３】
実際にこの対策での効果を確認するためにクリーナを故意に６０℃程度に昇温させた実験で、感光体ドラム３０に当接したブレードエッジ部とスクリュー外径との距離を振ってクリーニング不良の発生を比較した。
【００３４】
この実験で図９の◎に示すようにバネスクリューの軸なしで振動する系でも２００Ｋでも発生せず、融着発生レベルは逆振動がないときと同様であった。今回の実験では２００Ｋまでしか検討していないのでもっと実力があり、実用モードでは１０００Ｋ以上もつ事が予想される。
【００３５】
また今回の実験でクリーナの温度が上昇してトナーガラス点移転に近づくほどトナーの流動性が悪化し軸有りスクリューの場合軸部に廃トナーが固着し始めスクリューが団子状態になり安くクリーナの温度が６０℃近傍から急激に軸方向への搬送力も低下し、スクリューの回りのトナーを凝集化させる事がわかった。
【００３６】
これに対し軸無しスクリューつまりばねスクリューでは中が空洞化しており、外周部のバネで廃トナーを搬送するため、また振動しながら搬送するため、スクリュー自身が団子状態になる事もなくスクリューの回りのトナーを凝集させる事もなく搬送が可能であった。スクリューの回りのトナーをスクリューの中に取り込みながら搬送しているためと思われ、ブレードエッジ部の融着に寄与する凝集トナーもブレードエッジ上流側に空壁が生じるため重力と振動により落下しスクリューの中に取り込まれると考えられる。
【００３７】
今回ブレード部の昇温が融着に良くない事が知れたが本発明では非晶質シリコン感光体３０を小型にするために３０φを用い従来のドラムヒータも削除したためドラム３０からの昇温も抑えることが可能になりドラム寿命を更に延ばす事ができた。
【００３８】
また、スクイシート３６として可撓性部材を使用することにより、スクリュー３７の搬送力及び振動の圧により廃トナーが力を受けて凝集する場合があるが可撓性部材の弾性によりパッキングを弱め、凝集を防止する効果がある事もわかった。
【００３９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図６に基づいて説明する。
【００４０】
第１の実施例で一方端が自由端であるスクリューの説明をしたが、振動幅が１ｍｍ以上大きい場合偏芯量が大きくなり過ぎて変音や軸のがたによるトナー漏れを発生させ、更にクリーナ全体を振動させて感光体ドラム３０に伝わり画像にピッチムラ、ブレが発生してしまうことも分かった。そこでクリーナの中央部に２０ｍｍ幅のストッパー３９を設け搬送スクリュー３７の振動幅を１ｍｍ以内に抑えた。この時当然ブレード３４とスクイシート３６にも接触しない位置にしている。
【００４１】
図９に軸無しスクリューでストッパー有りとそれ以外の比較を示す。
【００４２】
クリーナを故意に６０℃程度に昇温させた実験で、感光体ドラム３０に当接したブレードエッジ部とスクリュー外径との距離を振って融着の発生を比較した。軸無しスクリューで振動する廃トナー搬送部材を○印で示し、軸無しスクリューで振動を抑えるストッパーを有した廃トナー搬送部材を□印で示す。実施例１のスクリューよりストッパー３９付きスクリューの方が起動範囲が狭くなるため融着発生レベルが悪くなる傾向がある。ストッパー３９付きの方が２ｍｍ以上１ｍｍまで近づけることが可能となり融着も１５０Ｋまで伸びる事が判明した。
【００４３】
これにより１ｍｍでもブレード３４に接触せずにブレードエッジ近傍の凝集トナー崩し除去が可能になり最悪条件にもかかわらず軸無しスクリューのみより２割近く融着寿命を延ばすことができた。
【００４４】
これに対してクリーニング不良の関係を図９に示す。縦軸が融着発生枚数で横軸がブレードエッジからの距離である。図９の●が実施例１のバネスクリューで■がストッパー３９付きのバネスクリューが振動する場合の図である。ストッパー３９付きバネスクリューの方が振動を低く抑える事が可能になり、クリーニング不良のレベルをかなり良化させている。そこで筆者らは実施例１と同様に圧電素子１００を用いてブレード３４の振動を検知して逆位相の振動を圧電素子１００を用いてブレード３４に印加する実験を試みた（図７参照）。
【００４５】
結果を図９の◎と◇に示す、どちらもこの対策によりクリーニング不良は飛躍的な向上が見られた。ただやはりブレード３４にスクリューが近づくほどストッパー３９なしはレベルが悪くなるのに対してストッパー３９付きは常に２０万耐久以上の実力が見られ、実用モードでは１００万枚以上もつと思われる。
【００４６】
軸無しスクリューの振幅を１ｍｍ以内に抑えることで、ブレードエッジ近傍に近づける効果が大きく凝集トナーを除去可能であり融着に対して相当の効果が期待できる、またブレや変音防止にも効果があることが分かった。
【００４７】
（第３実施の形態）
本発明の第３の実施は第１、２実施例ではブレード３４のドラム軸方向中央に圧電素子１００を設けブレード３４の振動を検知してフィードバックしたが検知素子を用いることなく駆動振動用圧電素子を用いて紙間のブレード３４の振動を検知メモリしてその平均振動周波数と振動強度を次の画像形成時ブレード３４に振動を印加する事でも同様の効果が期待できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればａ−Ｓｉのスクリューバネで軸方向に搬送するクリーナに関して、融着とクリーニング不良を防止することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるクリーニング装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるクリーニング装置の拡大構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるばねスクリューの図
【図４】本発明の第１の実施の形態における軸有りスクリューのクリーニング装置図
【図５】本発明の第１の実施の形態における軸有りスクリューの図
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるクリーニング装置の概略構成図
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるクリーニング装置の拡大構成図
【図８】ブレードエッジとスクリュー外径との距離と融着の関係図
【図９】ブレードエッジとスクリュー外径との距離と融着の関係図
【図１０】圧電素子によるバネスクリューのブレード振動検知データ
【図１１】圧電素子による逆位相増幅駆動した後のバネスクリューのブレード振動データ
【図１２】マグネットローラを用いた従来例クリーニング装置の概略構成図
【符号の説明】
３０  感光体ドラム（像担持体）
３４  クリーニングブレード（クリーニング部材）
３５  軸有り螺旋形状の廃トナー搬送スクリュー
３６  スクイシート
３７  ばね形状廃トナー搬送スクリュー
３９  バネスクリューの振動防止ストッパー
４０  定着器
５０  帯電器
６０  マグネットローラ
１００  圧電素子ＰＺＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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