(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を表面からクリーニングするための装置であって、
表面の一側と接触してクリーニングニップを形成し、該ニップで該表面から粒子を除去する複数のブラシ繊維を備えた回転可能なブラシと、
前記表面を挟んで前記ブラシの反対側に配置された振動手段と、を含み、
前記振動手段は、その能動ゾーンが前記クリーニングニップの中心に対応し且つ該能動ゾーンの幅が該クリーニングニップの幅よりも小さくなるように前記表面の反対側と振動接触するように構成され、
また、前記ブラシの回転速度、ならびに前記振動手段の位置および振動エネルギーを含む振動パラメータは、前記振動接触により空中に浮いた粒子が前記ブラシ繊維に捕獲されると共に各ブラシ繊維の先端に付着して該繊維方向の長さが１００μｍを超えない小さな球状に形状化されたヘッドを形成するように調節されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概してクリーニング装置に関し、特にクリーナブラシからトナーを除去するための超音波変換器（ウルトラソニックトランスジューサ）に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
自動ゼログラフィックデバイス（静電写真装置）に使用されるクリーニングの商業的に成功したモードは、柔らかい導電性繊維の毛(bristle) を有するか又は適切な摩擦電気特性を有する絶縁性の柔らかい毛を有するブラシを使用する。毛は絶縁性ブラシのために柔らかいが、それらは残留トナー粒子を電荷保持面から除去するのに十分な機械力を提供する。導電性ブラシの場合、ブラシは一般的に電気的にバイアスされ、電荷保持面からのトナー除去のために静電力を提供する。電荷保持面がクリーニングされた後、トナー粒子はブラシの繊維( 即ち、毛) に付着する。これらのタイプのクリーナーブラシからトナーを除去するための処理は多くの方法で達成され得る。典型的には、ブラシクリーナーは、フリッカ( 払い落とし) バーを用いてトナー除去機能を提供する。フリッカバーは一般的に薄く長いバーであり、制御された量のブラシ繊維との干渉を有する。繊維がフリッカバーと衝突すると、繊維は曲がり、その衝撃により繊維に付着しているトナー粒子を除去する。一度、解放されると、これらの粒子は、空気流によりトナーフィルタ又はセパレータへ運び去られる。トナーは回転するバイアスされたトナー除去ロールによりブラシから除去される。この方法の欠点は、クリーナーブラシの直径の大きさが減少すると、この方法によりトナーがクリーナブラシから適切に除去され得ないことである。このため、繊維から部分的にトナーを除去し、ブラシ中にトナーを徐々に蓄積する。ブラシ中に蓄積されたトナー量が臨界レベルを越えると、深刻なクリーニング損傷が生じ得る。
【０００３】
米国特許第５、０３０、９９９号（リンドブラッド(Lindblad 他))は圧電変換器（トランスデューサ）（ＰＺＴ）装置を開示し、該装置は、幾分可撓性の画像形成表面の裏側につながれた比較的高い周波数で動作し、予め定められた振り幅で局部振動を生じる。また、該装置は画像表面のクリーニング機能と親密に関連するように配置される。これにより、残留トナー及びデブリス（ここでは単にトナーと称される）は、トナー及び／又は画像形成表面の増大した静電放電のために流動化され、トナーを画像形成表に付着する機械力から解放される。
【０００４】
米国特許第４，８３３，５０３号（スネリング(Snelling)）は、多色カラープリンタを開示する。該プリンタはソニックトナー解放現像システム(sonic toner release development system)を用いて、部分的に又はフルカラーのコピーのいずれかを、追加カラーでの後続の重ね現像(over-development)による現像トナーパターンの最小劣化、及び現像剤材料の最小の戻り汚染で提供する。最後のカラー画像が現像されると、複合カラー画像はコピーシートに転写される。現像は、トナー支持部材の表面を振動し、これによりトナー支持部材表面にトナーを付着する正味の力(net force) を減少することにより達成される。
【０００５】
米国特許第４，１１１，５４６号（マレット(Maret) ）は、静電写真複写（複製）装置、及び画像形成表面から残留材料を超音波によりクリーニングするためのシステムを含む方法を開示する。超音波振動エネルギーは、画像形成表面に隣接する空隙(air space) に加えられ、空気分子を励起し、残留材料を画像形成表面から除去する。空気クリーニングは超音波クリーニングと一緒に使用されることが好ましい。或いは、従来の機械的なクリーニングシステムは、画像形成表面の後ろから設けられるクリーニングステーションにおける画像形成表面の局部振動によって、強化される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様は、粒子を表面からクリーニングするための装置であって、表面の一側と接触してクリーニングニップを形成し、ニップで表面から粒子を除去する回転可能なブラシを有し、クリーニングニップから反対側に配置される振動手段を有し、表面が該回転可能なブラシと該振動手段との間に置かれ、該振動手段が粒子と表面との間の表面付着力を減少して、該回転可能なブラシにより表面からの除去を容易にする、こととを備える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、画像形成表面のクリーニングを援助すること加えて、静電ブラシ（ＥＳＢ；electrostatic brush)か又は絶縁ブラシクリーナーからトナーを除去する際に援助する超音波クリーニング補助（ＵＣＡ；ultrasonic cleaning assist) 装置（例えば、超音波変換器；超音波振動装置）の使用法を開示する。この装置は小型のＥＳＢ（静電ブラシ）からトナー除去する際に特に有用である。一般的にこのような小型ブラシの直径は２５ｍｍであり、約８０Ｋ繊維／ｉｎ2 の織り密度、及び７ｍｍのパイル高さを有する。図１（Ｂ）に示されるように、トナー除去ロールに対して隙間なく詰められた繊維８６のきつい圧縮のために、トナー除去ロール９０を適切に用いてこれらのブラシからトナーが除去され得ない。繊維８６の先端にないトナー８３は、他の繊維８６でさえぎられて、トナー除去ロールの電場に当たらない。これは”マッチ形ヘッド”８３が長すぎる時に生じる。図１（Ｃ）は、”マッチ形ヘッド”が長すぎる時のこのトナー除去ステップを示し、繊維の先端のみからトナーが除去される。繊維上に残ったトナーの蓄積物により、トナーがブラシ中に蓄積される。これはクリーナーからのトナー放出、及びクリーニング損傷をもたらす。
【０００８】
一方、ＵＣＡを用いることにより、繊維上の”マッチ形ヘッド”の大きさは制御され、クリーナーからの放出（エミッション）及びクリーニング損傷は軽減される。本発明の効率性の重要な部分は、クリーナブラシと関連するＵＣＡ装置の臨界位置である。図３に示されるように、ＵＣＡはクリーニングニップの前又は後ろとは対照的に、クリーニングニップのベルトの下に配される。ＵＣＡを、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）にそれぞれ示されるようにニップの前又はニップの後ろに配するのとは対照的に、クリーニングニップの真ん中に配すること（図４（Ａ）参照）により、ブラシ繊維上のトナーは、ブラシ繊維のまさしく先端で拾われる（ピックアップされる）。図４（Ａ）は、クリーニングニップの真ん中にあるＵＣＡを示す。この場合、トナーはクリーニングニップ中に浮揚される。繊維先端に浮揚されるこのトナーを捕獲することは、幾つかの重要な利点を有する。先ず、ブラシの受光体（例えば、感光体）との干渉が少なくなるので、ブラシのセット（そり、曲り）を減らし、ブラシの寿命を長くする。二番目にブラシ電圧が少なくなり、”マッチ形ヘッド”のサイズを減少することを援助する。３番目にブラシｒｐｍ（回転／分）が少なくなり、ブラシからのトナー放出を減らす。本出願人は、能動(active)ゾーン（励起(excitation)ゾーン）の幅がクリーニングニップの幅よりも小さくなるべきであることを見つけた。例えば、能動ゾーンはクリーニングニップ幅の約半分になるべきである。
【０００９】
大領域バイブレータ（振動機）は小さなブラシクリーナーのクリーニングニップの真ん中に正確に配置され得ない、即ち、大きな超音波装置の能動ゾーンは大きすぎると、ブラシ８０のクリーニングニップ８８を越えて広がるということに留意することは重要である。この影響は、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示される。例えば、図４（Ｃ）に示されるように超音波装置がニップの前にある領域にあるか、又は超音波装置の能動ゾーンが大きくてこの前にある領域に延びると仮定すると、これは不満足な位置となる。その理由は、瞬間的に浮揚される帯電トナーを拾う繊維がないからである。これらのトナー粒子は受光体表面にもどり、より強く付着する。このより高い付着力は、回転して、トナー粒子のより高い帯電領域を受光体へくっつける帯電粒子により造られる。これらの粒子はより強く付着すると、ブラシがこれらのトナー粒子をクリーニングすることができないためにクリーニング損傷の原因となる。図４（Ｂ）に示されるようにニップの後部では、励起フィールド（能動ゾーン）の大半は、クリーニングニップの外側にある。従って、ＵＣＡの効果は失われる。
【００１０】
図１（Ａ）を参照する。該図はクリーナーブラシ繊維８６の概略図を示し、繊維８６の上に典型的な”マッチ形ヘッド”のトナー８３のを示す。例えば、小型のＥＳＢクリーナーでは、ブラシ繊維はクリーニング中にトナーを付着されると、繊維の圧縮によりトナーはトナー除去ロールで適切に除去され得ない。繊維の圧縮はトナー除去中に生じ、トナーを繊維中に閉じ込める傾向にある（図１（Ｂ）参照）。この理由は、クリーニング中に、繊維上のトナー８３（即ち、マッチ形ヘッド）が、繊維先端８１上に蓄積せずに、図１（Ｃ）に示されるようにブラシの芯８２の方の繊維８６上に積み上げるからである。高密度の繊維を有する小型ブラシにおいて、繊維の圧縮は、単にトナー除去ロールを用いてトナーを除去することを難しくする。〔トナー除去を難しくさせる長さが約３００μｍを越え、直径が約９０μｍの”マッチ形ヘッド”の例が示される。典型的なブラシ繊維は約３３μｍの直径を有する〕
【００１１】
引き続き図１（Ｂ）を参照すると、ブラシがトナー除去ロールと接触すると、ブラシ繊維は圧縮されて、繊維の先端８１近くにない（即ち、図１（Ｃ）の伸長されたマッチ形ヘッド構成中の）トナー８３は、トナー除去されない。繊維の先端近くにない繊維上のトナーは、他の繊維により妨げられてトナー除去ロールフィールド（範囲）と接触しない。これらの条件下で、ブラシ繊維はトナーを徐々に積み上げる。これはクリーニング損傷の原因となり、トナーの放出を増大する。
【００１２】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照する。該図は、”マッチ形ヘッド”の長さ対”マッチ形ヘッド”の直径のグラフであり、ＵＣＡを用いずに０．４０の単位領域当たりの現像量(developed mass)（ＤＭＡ）に関してブラシの回転速度（ｒｐｍ）がマッチ形ヘッド長さに及ぼす影響を示す。最小の”マッチ形ヘッド”（最小Ｌ値）が最良であり、これは最高速のｒｐｍで生じる。図６を参照すると、最小Ｌ値がより高速で生じる理由は、トナー画像Ａが、ブラシ８０上の画像Ｂにより示されるようにブラシ繊維８６上で広がるからである。ブラシ８０上の画像Ｂの幅ＷB は、典型的には受光体１０上の画像Ａの幅ＷA の２倍である。ブラシ上のこの画像幅は、受光体ベルト１０の速度に関してブラシ８０の回転速度に依存する。最適化されたクリーナー設定点の場合でさえ、トナーは繊維の下方向に（芯に向かって）かなり広がるので繊維上のトナーは十分に除去されない。
【００１３】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照すると、”マッチ形ヘッド”長さ及びブラシ回転速度へのトナー除去効率の依存性の幾つかの例がプロットされる。図２（Ａ）は、２００ｒｐｍのより高速のブラシ及び約２７５μｍのより短いマッチ形ヘッド長さで７６％のトナー除去効率を示す。一方、図２（Ｂ）は、５０ｒｐｍのより低速ブラシ及び約５５０μｍのより長いマッチ形ヘッド長さで４５％のトナー除去効率を示す。従って、ブラシのｒｐｍを増すことにより、より短い”マッチ形ヘッド”長さ（図７に示される）でより高いトナー除去効率を得ることができた。これは、０．４ｍｇ／ｃｍ2 のクリーナーに対するトナー入力密度を超音波クリーニング補助装置を用いずに得ることができる最良のものである。ＵＣＡを用いると、”マッチ形ヘッド”の長さを約１００μｍに縮小できると共にトナー除去効率は１００％に近づく。
【００１４】
図３を参照する。該図は、クリーナーブラシニップ８８における超音波変換器１１０の概略正面図を示す。本発明の超音波変換器１１０（又は超音波クリーニング補助装置、即ちＵＣＡ）の目的は、クリーニングサイクル中に受光体１０上に残っているトナー粒子８７を解放することであり、矢印８５により示される反時計回り方向に回転するブラシ８０が、クリーニングブラシニップ中の空中に浮いたトナー粒子８７を、ブラシ繊維先端に粒子を引きつけることにより除去することが可能になる。従って、ブラシ８０の繊維は受光体１０との小さな干渉及び低いバイアス電圧でクリーニングすることができる。
【００１５】
ブラシ繊維の受光体の画像形成表面との典型的な干渉は、超音波変換器がない場合、約２ｍｍである。このようなブラシ繊維８６の例は図５（Ａ）示される。本発明のように超音波変換器を使用する場合、ブラシ繊維／画像形成表面の干渉は、約１ｍｍに減少され得る。少ない干渉を有するこのようなブラシ繊維８６の例は、図５（Ｂ）に示される。適切に位置された超音波向上（強化）クリーニング装置(ultrasonic enhanced cleaning)により、ブラシ干渉を減少することが可能になり、従ってより少ない繊維（ステム）領域が受光体１０と接触する（図５（Ｂ）参照）。（干渉の測定は、繊維が受光体表面との接触により曲がるのではなく真っ直ぐであった場合に、受光体表面を通り過ぎて伸びるブラシ繊維の長さとする。）（留意されるように、約１ｍｍの干渉パラメータは、装置の許容度に依存して更に減少され得る。）
【００１６】
図３を参照すると、超音波変換器１１０は、ブラシクリーナー８０の反対側のブラシクリーニングニップの中心（即ち、ニップの後ろでもニップの前でもない）に位置され、受光体ベルト１０の下側と振動接触する。（即ち、ブラシ接触点又はニップは変換器ニップと正反対にある。）ＵＣＡのこの位置により、ブラシ繊維により拾われるトナーは繊維８６のまさに先端で集められる。矢印９５により示される反時計回り方向に回転するトナー除去ロール９０は、高いトナー除去効率のためにブラシ繊維先端からトナーを容易に除去する。位置及び振動エネルギーのような変換器パラメータは重要であり、その理由は、過度の振動がトナーを過度に浮揚させて、トナーを非常に遠くへ移動してブラシ中に入れることがあるからである。このことは、繊維先端上のトナーが繊維中へ非常に遠く下方へ広がるためにトナー除去効率に影響する。これが生じると、”マッチ形ヘッド”は繊維上で伸びるようになり、トナー除去効率は減少される。
【００１７】
受光体表面とちょうど接触するブラシ繊維（図５（Ｂ）参照）の場合、空中に浮いたトナーはブラシ繊維上に捕獲され、小さな球状に形状化されたマッチ形ヘッドを形成する。このマッチ形ヘッドは、ブラシの効率的なトナー除去に望ましい。ブラシ繊維８６の効率的なトナー除去が可能となる”マッチ形ヘッド”長さ及び直径の一例は、図７に示されるように約１００μｍである。
【００１８】
従って、低いブラシ干渉及びバイアス電圧を有するクリーナーは、受光体上にトナーを解放するＵＣＡを用いて実行可能になる。他の実施もまた可能である。転写後の残留トナーが沢山の微粉（即ち、２〜４μｍのトナー）を含む場合、ＵＣＡはこのトナーの除去を手伝う。また、受光体への少ないブラシの干渉により、ブラシセット（ブラシの曲がり）はめざましく減少される。減少された干渉の更なる利点は、オン／オフサイクル中のブラシセットの著しい減少である。また、低い干渉により受光体のドラッグ( 引きずり) 及び磨耗は減少される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、トナーの典型的な”マッチ形ヘッド”を繊維先端に示すクリーナーブラシ繊維の概略図であり、（Ｂ）はトナー除去ロールと干渉するブラシ繊維の概略図であり、（Ｃ）はトナー除去ステップの開始時と終了時のブラシ繊維の概略図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は”マッチ形ヘッド”の長さに対する”マッチ形ヘッド”の直径のグラフであり、ブラシｒｐｍがマッチ形ヘッドの大きさに及ぼす影響を示す。
【図３】クリーナーブラシニップにおける超音波変換器位置の概略正面図である。
【図４】（Ａ）は、クリーナーブラシニップの中心にある超音波変換器の拡大略図であり、（Ｂ）は、クリーナーニップの後ろにある超音波変換器の拡大略図であり、（Ｃ）は、クリーナーニップの前にある超音波変換器の拡大略図である。
【図５】（Ａ）は、受光体を干渉する典型的な繊維の概略図であり、（Ｂ）は超音波クリーニング補助装置（ＵＣＡ；ultrasonic cleaning assist) により、受光体との少ない干渉を必要とするブラシ繊維の概略図である。
【図６】受光体上のトナー画像サイズをブラシ繊維上で広がったトナーと比較する概略図。
【図７】超音波変換器を用いて本発明により生じるブラシ繊維上の”マッチ形ヘッド”の概略図である（トナー除去ニップ中で圧縮されたにもかかわらず、容易にトナーを除去する）。
【符号の説明】
１０    受光体
８０    ブラシ
８７    トナー粒子
９０    トナー除去ロール
１１０    超音波変換器
【図１】
0003844803.tif 000002
【図２】
0003844803.tif 000003
【図３】
0003844803.tif 000004
【図４】
0003844803.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003844803.tif 000007
【図７】
0003844803.tif 000008