JP3733237B2

JP3733237B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3733237B2
Application number: JP9037398A
Authority: JP
Inventors: 淳鈴木
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Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: JPH11288194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、詳しくは、弾性ブレード及び潤滑剤塗ローラを有するクリーニング手段を備えた画像形成装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式を採用する画像形成装置に具備されるクリーニング手段として、簡易な構成で、かつ安価という観点から、図１７に示すような弾性ブレードを用いた、いわゆるブレードクリーニング方式が広く採用されている。図１７において、１０１は矢印Ｒ１方向に回転駆動される像担持体としての感光ドラム、１０２はクリーニング手段であり、このクリーニング手段１０２は、廃トナー回収容器１０３、これに取り付けられる支持部材１０４、これに保持される弾性ブレード１０５、トナー捕集シート１０６を備えている。弾性ブレード１０５は、ポリウレタンゴムによって形成されており、感光ドラム１０１表面に対して、いわゆるカウンタ方向に当接されている。すなわち、支持部材１０４に保持された弾性ブレード１０５の少なくとも先端部が感光ドラム１０１表面に当接するとともに、弾性ブレード１０５の感光ドラム１０１表面に対する当接面の少なくとも一部が、感光ドラム１０１の回転方向下流方向に沿って感光ドラム１０１表面から徐々に離間している。
【０００３】
そして、従来の粉砕法により製造された現像剤を用いた画像形成装置にあっては、弾性ブレード１０５の感光ドラム１０１表面に対する一般的な最低当接圧は、およそ２０ｇ／cmに設定されていた。
【０００４】
また、前述のような画像形成装置の中には、感光ドラム１０１や弾性ブレード１０５の損傷や摩耗を防止するために、固形状の潤滑剤と、この潤滑剤１０６と感光ドラム１０１との双方に接触し所定の方向に回転する潤滑剤塗布ローラとを備え、この潤滑剤塗布ローラによって潤滑剤を感光ドラム１０１表面に塗布する構成としたものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年のカラー画像形成装置の需要の高まりとともに安定度の高いトナーが求められ、この手段としてより均一な荷電特性を得ることができるほぼ球形状のトナーが採用されつつある。
【０００６】
その反面、このようなほぼ球形のトナーを、クリーニング手段としての弾性ブレード１０５により感光ドラム１０１表面から掻き落とし、除去することは非常に困難であることが知られている。これは、感光ドラム１０１が回転駆動される際に表面に当接する弾性ブレード１０５がびびり、このときに生じる感光ドラム１０１表面と弾性ブレード１０５との間のわずかな間隙を、ほぼ球形状のトナーがすり抜け易いと考えられている。
【０００７】
この問題を解決するために、ほぼ球形状のトナーを使用して画像形成動作を行う画像形成装置において、弾性ブレード１０５を線圧５５ｇ／cm以上１０５ｇ／cm以下の当接圧で感光ドラム１０１表面に当接させることにより、転写工程後の感光ドラム１０１表面に残存するトナー（残留トナー）を感光ドラム表面から除去する際のクリーニング不良を防止する手段が提案されている。
【０００８】
ただし、感光ドラム１０１に対する弾性ブレード１０５の当接圧が高い程、感光ドラム１０１表面にトナーや、トナーに付加される流動化剤及びトリボ付与剤としての外添剤が、感光ドラム１０１表面に固着するいわゆる融着と呼ばれる不良現象が発生しやすい傾向がある。
【０００９】
また、感光ドラム１０１に対する弾性ブレード１０５の当接圧が高いと、弾性ブレード１０５のニップ部での摩擦が大きくなって感光ドラム１０１の削れ量が増加し、これは装置のさらなる長寿命化を目指す上での問題点でもあった。
【００１０】
一方、弾性ブレード１０５の当接圧を５５ｇ／cm以上１０５ｇ／cm以下とした場合、画像形成スピード（プロセススピード）を２０mm／sec 以上４０mm／sec 以下とすると、弾性ブレード１０５のびびりが大きくなり、特に異音であるブレード鳴きを生じやすい傾向があった。
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、像担持体表面へのトナー及び外添剤の融着やブレード鳴きを防止し、クリーニング不良を生じることなく像担持体表面から残留トナーを除去することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明は、回転可動な像担持体周囲に帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段が順次配設され、前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像剤により顕像化し、これを転写部位において非転写体表面に静電転写した後、前記像担持体表面に残存する残留現像剤を前記像担持体表面から前記クリーニング手段により除去する画像形成装置において、前記現像剤は、形状係数ＳＦ１が１００〜１５０に設定され、また、前記クリーニング手段は、支持部材に保持されて線圧が５５ｇ／ｃｍ以上１０５ｇ／ｃｍ以下の当接圧をもって前記像担持体表面に当接された弾性ブレードと、固形状の潤滑剤と、該潤滑剤と前記像担持体とに接するように配置された潤滑剤塗布ローラであって、所定の方向に回転させることによって前記像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布ローラと、前記像担持体表面の周速を変更する画像形成スピード可変機構と、を有し、前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下とした場合には、前記像担持体表面に潤滑剤の塗布を行い、前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下又は４０ｍｍ／ｓｅｃ以上とした場合には潤滑剤の塗布を停止することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、回転可動な像担持体周囲に帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段が順次配設され、前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像剤により顕像化し、これを転写部位において非転写体表面に静電転写した後、前記像担持体表面に残存する残留現像剤を前記像担持体表面から前記クリーニング手段により除去する画像形成装置において、前記現像剤は、形状係数ＳＦ１が１００〜１５０に設定され、また、前記クリーニング手段は、支持部材に保持されて線圧が５５ｇ／ｃｍ以上１０５ｇ／ｃｍ以下の当接圧をもって前記像担持体表面に当接された弾性ブレードと、固形状の潤滑剤と、該潤滑剤と前記像担持体とに接するように配置された潤滑剤塗布ローラであって、所定の方向に回転させることによって前記像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布ローラと、前記像担持体表面の周速を変更する前記画像形成スピード可変機構と、を有し、前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下とした場合の前記潤滑剤塗布ローラの回転速度を、前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下又は４０ｍｍ／ｓｅｃ以上とした場合の前記潤滑剤塗布ローラの回転速度よりも増加させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２の発明において、前記弾性ブレードは、周囲の環境条件に応じて前記当接圧を５５ｇ／ｃｍ以上１０５ｇ／ｃｍ以下の範囲で変更する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１、２、又は３の発明において、前記像担持体の最外部に、離型性層を設けた、ことを特徴とする。
【００２０】
〔作用〕
請求項１の発明によると、高い圧力で像担持体に当接された弾性ブレードがそのニップ部での現像剤のすり抜けを防止するとともに、像担持体表面に塗布された潤滑剤によって弾性ブレードニップ部での摩擦が小さく抑えられ、ブレード鳴きが抑えられる。また、潤滑剤塗布により、像担持体表面に対するトナー及び外添剤の付着力が弱まり融着が防止される。また、特にブレード鳴きの現象が発生しやすい２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下の像担持体表面の周速域以外で画像形成を行う際の、潤滑剤の消費を減少させることができ、像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下とした際の、ブレード鳴き防止効果を長期にわたって得ることができる。
【００２１】
請求項２の発明によると、高い圧力で像担持体に当接された弾性ブレードがそのニップ部での現像剤のすり抜けを防止するとともに、像担持体表面に塗布された潤滑剤によって弾性ブレードニップ部での摩擦が小さく抑えられ、ブレード鳴きが抑止される。また、潤滑剤塗布により、像担持体表面に対するトナー及び外添剤の付着力が弱まり、融着が防止される。また、特にブレード鳴きの現象が発生しやすい２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下の像担持体表面の周速域で、像担持体への潤滑剤の塗布量を増加させることができ、弾性ブレードと像担持体の摩擦を低減して、より一層のブレード鳴き防止効果を得ることができる。また、２０ｍｍ／ｓｅｃ以下又は４０ｍｍ／ｓｅｃ以上の像担持体表面の周速で画像形成を行う際には、像担持体への潤滑剤塗布量を低めに設定し、その量を必要に応じて増加させることが可能となる。このために潤滑剤の消費量が抑えられ、各々の像担持体表面の周速域でブレード鳴き防止効果を長期にわたって得ることができる。
【００２２】
請求項３の発明によると、環境条件に応じて像担持体に対する弾性ブレードの当接圧を加減できるため、例えばトナーの流動性が高く電界の影響により像担持体への付着力も高い低湿低温環境下では弾性ブレードの当接圧を高く設定してクリーニング不良を防止し、常温常湿〜高温高湿では弾性ブレードの当接圧を低く設定して融着やブレード鳴きの抑止とともに、各々の部材の消耗を低減して延命化が図れる。
【００２３】
なお、図１８に示す通り、侵入量δとは弾性ブレード１０５の先端部が変形せずにそのまま像担持体１０１へ侵入した仮想量であり、また設定角θとは、弾性ブレード１０５の先端部と像担持体１０１とが交わる点での接線と弾性ブレード１０５とのなす角である。
【００２４】
侵入量δを極端に増加させた際には、弾性ブレード１０５が像担持体１０１にエッジで当接しない状態（腹当たり）で当接することが有るが、請求項３の発明では弾性ブレード１０５の像担持体１０１への侵入量δを小さく抑えられるために腹当たりを防止でき、クリーニング不良の発生を防ぐことができる。
【００２５】
請求項４の発明によると、像担持体表面の滑り性を著しく向上させることができ、弾性ブレードと像担持体の間に発生する摩擦を低減させることが可能となる。このため、潤滑剤塗布の効果と相まって融着及びブレード鳴き防止の効果を、より一層高めることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
〈実施の形態１〉
図１に、本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す。なお、同図に示す画像形成装置は、４色フルカラーの画像形成装置である。
【００３１】
図１において、１は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という）であり、ＯＰＣ等の感光材料がアルミニウム等のシリンダ状の基体の外周面に形成されているが、その詳しい構成については後述する。
【００３２】
前記感光ドラム１は矢印Ｒ１方向に１２０mm／sec 又は３０mm／sec の周速度をもって回転駆動され、まず、その表面は接触帯電手段としての帯電ローラ２によって、暗部電位Ｖ_D として−７００Ｖに一様帯電される。次に、第１の画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御された露光装置（露光手段）３からのレーザビームＬによる走査露光が施され、明部電位Ｖ_L として−１００Ｖの第１の静電潜像が形成される。このように形成された静電潜像は、現像装置４により、現像（可視化）されるが、この現像装置（現像手段）４は、第１色目のトナーとしてイエロートナーが内包された第１の現像器４ａ、第２色目のトナーとしてマゼンタトナーが内包された第２の現像器４ｂ、第３色目のトナーとしてシアントナーが内包された第３の現像器４ｃ、第４色目のトナーとしてブラックトナーが内包された第４の現像器４ｄを矢印Ｒ４方向に回転可能なロータリ４Ａに搭載して一体化された構成となっている。まず、前記第１の静電潜像は、第１色目のトナーとしてイエロートナーが内包された第１の現像器４ａにより現像（可視化）される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００３３】
可視化された第１色目のトナー像は、回転駆動される非転写体としての中間転写体５と対向する第１の転写部位６ａにおいて、中間転写体５表面に静電転写（一次転写）される。前記中間転写体５は、紙等の転写材Ｐの長さよりも若干長い周長を有し、前記感光ドラム１に対して所定の押圧力をもって圧接されつつ、感光ドラム１の周速度とほぼ等速の周速度をもって感光ドラム１の回転方向に対して順方向（矢印Ｒ５方向）に回転駆動される。そして、前記のように感光ドラム１表面に形成されたトナー像は、高圧電源７により前記中間転写体５に対して、トナーの帯電極性とは逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されることにより、中間転写体５表面に静電転写（一次転写）される。
【００３４】
なお、一次転写が終了した感光ドラム１表面に若干量残存するいわゆる残留トナー（残留現像剤）は、クリーニング装置（クリーニング装置）８によって除去される。
【００３５】
つづいて、前記工程を３回繰り返し、その都度、マゼンタトナーにより現像された第２色目のトナー像、シアントナーにより現像された第３色目のトナー像、ブラックトナーにより現像された第４色目のトナー像が順次中間転写体５表面に転写、積層される。
【００３６】
その後、中間転写体５表面に対して離間状態にあった矢印Ｋ９方向に移動可能な転写ベルト９が所定の押圧力をもって中間転写体５表面に圧接、回転駆動される。前記転写ベルト９は、バイアスローラ９ａ及びテンションローラ９ｂによって支持され、前記バイアスローラ９ａに対しては、高圧電源１０からトナーの帯電極性とは逆極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されることにより、第２の転写部位６ｂに所定のタイミングで搬送されてくる転写材Ｐ表面に、中間転写体５表面に形成されたトナー像が一括転写（二次転写）され、この転写材Ｐは矢印Ｋ_P 方向に向けて定着装置（不図示）へと搬送され、永久画像として定着された後、画像形成装置本体外へと排出される。
【００３７】
そして、二次転写が終了した中間転写体５表面に若干量残存するトナー（残留トナー）は、矢印Ｋ１１方向に移動可能で、所定のタイミングで中間転写体５表面に対して当接状態となるクリーニング装置１１により除去される。
【００３８】
ここで、本実施の形態で用いた感光ドラムについて説明する。
【００３９】
図２に示すように、本実施の形態に用いた感光ドラムは、外径がほぼ６０mmのアルミニウムからなる芯金１ａ上に、厚さ０．２μｍのフタロシアニン化合物からなる電荷発生層１ｂを形成し、その上層には、厚さ２０μｍの、バインダーとしてのポリカーボネート中にヒドラゾン化合物を分散させた電荷輸送層１ｃを形成した、いわゆる有機感光体を用いた。そして、この感光ドラム１表面の水に対する接触角、及び滑り性を測定したところ、接触角が８５°、滑り性はまったく滑らずに測定不能であった。
【００４０】
なお、先に示した滑り性とは、ヘイドン社製の滑り性試験機により測定されるもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の滑り性を１とした際の、被測定物の滑り性を対ＰＥＴ比で示し、その値が小さいほど、滑り性に優れていることを示している。
【００４１】
次に、本実施の形態で用いたトナーについて説明する。
【００４２】
本実施の形態で用いたトナーは、低軟化物質を５〜３０重量％含み、その形状係数ＳＦ１が１００〜１５０、形状係数ＳＦ２が１００〜１４０、粒径が５〜７μｍの実質的球形である非磁性１成分トナーである。
【００４３】
なお、前記形状係数ＳＦ１とは、図３に示すように、球状物質の形状の丸さの割合を示す数値であり、球状物質を二次元平面上に投影してできる楕円状図形の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで割って、１００π／４を乗じた値で表される。
【００４４】
つまり次式、
ＳＦ１＝｛（ＭＸＬＮＧ）² ／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）
によって定義されるものである。
【００４５】
また、形状係数ＳＦ２は、図４に示すように、物質の形状の凹凸の割合を示す数値であり、物質を二次元平面上に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで割って、１００／４πを乗じた値で表される。
【００４６】
つまり次式、
ＳＦ２＝｛（ＰＥＬＩ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π）
によって定義されるものである。
【００４７】
本実施の形態でのＳＦ２は、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、トナー像を１００回無作為にサンプリングし、その画像情報は、インターフェースを介して、ニコレ社製画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３）に導入して解析を行い、上式より算出したものである。
【００４８】
図５に、前記トナー１２の概略構成を示すが、このようなトナーはその製造法上、ほぼ球形となり、本実施の形態においては、コア１２ａにエステル系ワックスを内包し、樹脂層１２ｂにスチレン−ブチルアクリレート、表層１２ｃにスチレン−ポリエステルという構成からなるトナーを用いた。その比重は約１．０５である。
【００４９】
前述のように、コア１２ａにワックスを内包することで、定着工程でのオフセット防止効果が得られるとともに、表層１２ｃに樹脂を設けることにより帯電効率のアップを図ることが可能となり、さらにトリボ（Ｑ／Ｍ）安定化のためにオイル処理シリカを外添することよって、前記トナーのトリボはおよそ−２０μＣ／ｇであった。
【００５０】
次に、図６を参照して、本実施の形態で用いた弾性ブレード及び潤滑剤塗布機構を備えるクリーニング装置８について説明する。
【００５１】
同図において、８ａはクリーニングブレード（弾性ブレード）、８ｂはトナー捕集シート、８ｃは廃トナー回収容器である。
【００５２】
先に述べたように、一次転写が終了した感光ドラム１表面に若干量残存する残留トナーは、クリーニング装置８に設けられたクリーニングブレード８ａによって感光ドラム１から除去され、廃トナー捕集シート８ｂによってクリーニング装置８の外部へ飛散することなく、廃トナー回収容器８ｃに格納される。
【００５３】
また、クリーニング装置８内部には、クリーニングブレード８ａの感光ドラム１の回転方向（図１中の矢印Ｒ１方向）に関して上流となる箇所に固定配置された固形状の潤滑剤８ｄと、この潤滑剤８ｄと感光ドラム１との双方に接触するように、ブラシローラ（潤滑剤塗布ローラ）８ｅが回転可動に設置されている。これら潤滑剤８ｄ、ブラシローラ８ｅによって潤滑剤塗布機構を構成している。ブラシローラ８ｅは矢印Ｒ８方向に３０ｒｐｍの速度で回転駆動され、ブラシローラ８ｅに掻き取られた潤滑剤８ｄが感光ドラム１上に塗布される。本実施の形態では固形状の潤滑剤８ｄにステアリン酸亜鉛を用いたが、その他にもステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルチミン酸マグネシウム、パルチミン酸カルシウム、オレイン酸マンガン、オレイン酸鉛等の比較的高次の脂肪酸を用いることが可能である。
【００５４】
一方、クリーニングブレード８ａは、板金８ｆの先端部に一体的に保持されたポリウレタンゴムによって形成されており、感光ドラム１に対して、所定の侵入量δ、設定角θの条件で当接されている。なお、侵入量δ、設定角θの定義については、図１８を参照して前述した通りである。
【００５５】
さらに、前記当接圧の測定方法について、図７を参照しつつ説明すると、まず、１cm幅に切断したクリーニングブレード８ａを、モータ１２により図中矢印Ｋ１３方向へ移動可能なブレード台１３にセットし、クリーニングブレード８ａを所望の設定角θ、本実施の形態においては３２°に設定して、荷重センサ１４に当接させる。次いで、ブレード台１３を求めたい侵入量δ分だけ荷重センサ１４方向に移動させ、荷重センサ１４の可動部分を矢印Ｋ１４方向に移動させ、そのときの荷重センサ１４の出力値をアンプ１５で増幅して電圧計１６で読み取る。そしてあらかじめ求めておいた単位電圧当たりの荷重を、前記単位長さ当たりの線圧と置き換え、このようにして得られた値を当接圧とする。
【００５６】
なお、クリーニングブレード８ａの材質には、感光ドラム１へのクリーニングブレード８ａの侵入量が１．６mmを超えない範囲で５５ｇ／cm以上の当接圧が得られるように、硬度の選定を行った。その過程で、クリーニングブレード８ａの硬度を高めすぎると、環境条件によっては感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの追従性が損なわれる等、弾性ブレードとしての機能を果たさなくなることが判明している。また、図８のグラフに示すように、前述の当接圧測定方法により得られたクリーニングブレード８ａの硬度と当接角（設定角）、そして侵入量の関係より、硬度６０°以上８５°以下（ＪＩＳＡ）のものを用いることが適していると判断し、これを使用した。
【００５７】
本実施の形態の効果を確認するために、低温低湿環境下（温度１０℃、湿度１０％）、常温常湿環境下（温度２３℃、湿度５０％）、高温高湿環境下（温度３５℃、湿度８５％）において、クリーニングブレード８ａの感光ドラム１に対する当接圧、及び感光ドラム１の周速（１２０mm／sec 及び３０mm／sec の２段階）を変化させ、連続カラープリントによる６０００枚の耐久試験で、クリーニング性及びその他の不具合等を調べる実験を行った。
【００５８】
その結果、感光ドラム１の周速によらず低温低湿環境下において、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧が５０ｇ／cmを下回る場合に、耐久試験が進に連れてクリーニング不良が発生してしまった。これは、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧が低いために、耐久試験の過程でわずかずつではあるもののトナーがクリーニングブレード８ａをすり抜けてしまい、クリーニングブレード８ａのエッジ部がえぐり取られて「欠け」が生じてしまうためと考えられる。
【００５９】
一方、常温常湿〜高温高湿環境下においては、当接圧が感光ドラム１の周速を１２０mm／sec とした際には１２５ｇ／cm以上で、また、感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした際には１１０ｇ／cm以上で、ブレード鳴きが発生した。
【００６０】
また、潤滑剤塗布による効果を確かめるために、クリーニング装置８から潤滑剤塗布機構を取り外して同様の耐久試験を行ったところ、常温常湿〜高温高湿環境下において、当接圧が感光ドラム１の周速を１２０mm／sec とした際には８０ｇ／cm以上で、また、感光ドラム１の周速３０mm／sec とした際には５５ｇ／cm以上で、ブレード鳴き及び融着が発生してしまった。
【００６１】
なお、図９に、以上の実験の結果を一覧表として示す。なお、同図中の「ＣＬＮ不良」はクリーニング不良を表わす。
【００６２】
これらの結果から判断し、本実施の形態では感光ドラム１の周速によらず、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を５５ｇ／cm以上１０５ｇ／cm以下に設定することが望ましいことが分かった。
【００６３】
したがって、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を７０ｇ／cmとし、感光ドラム表面に潤滑剤を供給することで、低温低湿、常温常湿、高温高湿の各環境においてクリーニング不良を防ぎ、かつ融着及びブレード鳴きの発生を抑止することができた。
【００６４】
〈実施の形態２〉
図１０に示す本実施の形態の画像形成装置は、上述の実施の形態１の画像形成装置に、画像形成装置が使用される環境状態を自動的に検知し、この情報に応じてクリーニングブレード８ａの侵入量δを可変させ、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を調整する機構を追加したことを特徴とする。なお、以下では、主に、実施の形態１と異なる点について説明し、重複する点については適宜に省略するものとする。
【００６５】
本実施の形態の画像形成装置では、温湿度センサからなる環境センサ１７を介して、画像形成装置が設置される環境状態の取得を行い、制御部１８において、あらかじめ決められた低温低湿、常温常湿、高温高湿の３つの環境ゾーンに振り分けてそれぞれに応じた信号を発する。
【００６６】
この作業は画像形成装置の電源が投入されると同時に行われ、所定のシーケンスを経て画像形成装置が待機状態となるまでの間に、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を、低温低湿で８０ｇ／cm、常温常湿で６０ｇ／cm、高温高湿で４５ｇ／cmとなるように、クリーニングブレード８ａの侵入量δを３段階に調整する。
【００６７】
また、クリーニングブレード８ａの侵入量δを可変とする手段としては、図１１に示すように、カム１９の回転とバネ（引っ張りばね）２０の伸縮により、図１１中の矢印Ｋ８方向に移動可能とする構成を採用した。
【００６８】
本実施の形態の画像形成装置での効果を確認するため、本実施の形態２の画像形成装置（ブレード可動）と、クリーニングブレード８ａの当接圧可変機構を有しない上述の実施の形態１の画像形成装置（ブレード固定）のそれぞれで、１枚間欠カラープリントによる３０００枚の耐久試験を行い、感光ドラム表層の削れ量を測定した。図１２にその結果を示す。
【００６９】
この結果から、同じ当接圧であっても、低温低湿環境下よりも高温高湿環境下の方が感光ドラム表層の削れ量が多いことが分かる。これは、前記実施の形態１に述べた高温高湿環境下において、感光ドラム表面の滑り性が低下することに起因すると考えられる。
【００７０】
また、クリーニングブレード８ａの当接圧可変機構を備えた本実施の形態の画像形成装置では、クリーニングブレード８ａの当接圧可変機構を有しない実施の形態１の画像形成装置に対して、常温常湿〜高温高湿環境下において感光ドラム表層の削れ量がそれぞれ減少している。
【００７１】
一方、ブレード鳴きについても、本実施の形態で行った耐久試験の際に感光ドラム１の周速を１２０mm／sec 及び３０mm／sec の２段階に変化させて確認を行ったが、いずれの耐久枚数時点でもブレード鳴きは発生しない。なお、試しにクリーニング装置８から潤滑剤塗布機構を取り外して同様の耐久を行なったところ、耐久全般を通じて感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした際、高温高湿環境下で酷いブレード鳴きが発生したことを記しておく。
【００７２】
本実施の形態では、感光ドラム表面に潤滑剤の供給を行った上で、クリーニング不良が生じ易く、削れ量が少ない定温低湿環境下においては、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を高めに設定することによりクリーニングブレード８ａ不良の発生を防ぎ、また、ブレード鳴きが生じ易く、削れ量が多い高温高湿環境下においては、クリーニングブレード８ａの当接圧を低めに設定することにより、ブレード鳴きを防止するとともに、感光ドラム１の削れ量を抑制してその寿命の延長を図ることができた。
【００７３】
〈実施の形態３〉
本実施の形態は、図１３に示すように、前述の実施の形態１の画像形成装置に使用した感光ドラム１（図２参照）の最外層に、感光ドラム表面の滑り性を向上させるための表面離型層（離型性層）１ｅを設けたものを用いたことを特徴とする。
【００７４】
すなわち、本実施の形態に示した感光ドラム１は、外径がほぼ６０mmのアルミニウムからなる芯金１ａ上に、厚さ０．２μｍのフタロシアニン化合物からなる電荷発生層１ｂを形成し、その上層には、厚さ１５μｍの、バインダとしてのポリカーボネート中にヒドラゾン化合物を分散させた電荷輸送層１ｃを形成し、さらにその上層に、ディッピングにより厚さ４μｍの表面離型層１ｅを形成することで得られる。この表面離型層１ｅは、紫外線硬化性を有するアクリルをバインダとし、これにフッ素粒子としての、その粒径がおよそ０．３μｍのテフロン（商品名）を４０％分散させてある。
【００７５】
このように、電荷輸送層１ｃと、離型性向上を目的とした表面離型層１ｅとの２層に機能分離することにより、表面離型層１ｅには多量のフッ素粒子を添加することが可能となり、これにより感光ドラム表面の滑り性を著しく向上させることが可能となる。
【００７６】
本実施の形態で用いた感光ドラム表面の水に対する接触角、及び滑り性を測定したところ、接触角は、１００°、滑り性は０．４であった。なお、前記表面離型層１ｅに添加するフッ素粒子量を過剰に添加した場合には、バインダによる結着力が相対的に弱まって膜強度が低下し、脆くなってしまうために、４５％程度を上限とすることが好ましい。
【００７７】
本実施の形態の効果を確認するために、前述の実施の形態１で行ったと同様に、低温低湿環境下、常温常湿環境下、高温高湿環境下において、クリーニングブレード８ａの感光ドラム１に対する当接圧及び感光ドラム１の周速（１２０mm／sec 及び３０mm／sec の２段階）を変化させ、連続カラープリントによる６０００枚の耐久試験で、クリーニング性及びその他の不具合等を調べる実験を行った。
【００７８】
その結果、感光ドラム１の周速によらず低温低湿環境下において、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧が５０ｇ／cmを下回る場合に、耐久試験が進に連れてクリーニング不良が発生してしまった。
【００７９】
一方、常温常湿〜高温高湿環境下においては、当接圧が感光ドラム１の周速を１２０mm／sec とした際には１３５ｇ／cm以上で、また、感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした際には１１５ｇ／cm以上で、ブレード鳴きが発生した。
【００８０】
なお、以上の実験の結果は、図１４に一覧表として示す。
【００８１】
これらの結果から判断し、本実施の形態では感光ドラム１の周速によらず、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を５５ｇ／cm以上１１０ｇ／cm以下に設定することが望ましいことが分かった。
【００８２】
したがって、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を８０ｇ／cmとし、感光ドラム表面に潤滑剤を供給することで、低温低湿、常温常湿、高温高湿の各環境においてクリーニング不良を防ぎ、かつ融着及びブレード鳴きの発生を抑止できた。
【００８３】
また、感光ドラム最外層に表面離型層１ｅを追加して滑り性を向上させたことにより、クリーニング不良を防ぎ、かつ融着及びブレード鳴きを抑止するために必要とする、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧の許容範囲が、前述の実施の形態１の画像形成装置と比較して広がるため、画像形成装置の性能の安定化、クリーニングブレード８ａの侵入量δの設定精度の簡略化が実現できる。
【００８４】
なお、本実施の形態に示した感光ドラム１を用いる場合にあっても、前述の実施の形態２に示したように、周囲の環境に応じて、クリーニングブレード８ａの感光ドラム１に対する当接圧を可変とすることにより、より効果的にクリーニング不良を防ぎ、融着及びブレード鳴きを抑止して、感光ドラム１の延命化を図ることが可能となることは言うまでもない。
【００８５】
〈実施の形態４〉
本実施の形態は、前述の実施の形態１の画像形成装置において、感光ドラム周速の検知手段を追加し、この検知手段からの情報に応じて、感光ドラム表面への潤滑剤の塗布の実行及び停止を行うことを特徴とする。
【００８６】
図１５に、潤滑剤８ｄの塗布の実行及び停止の切換えを行なう切換手段を示す。クリーニング装置８内に設けた固形状の潤滑剤８ｄとブラシローラ８ｅとを一体化してハウジング８ｇに格納し、切換用モータ（不図示）によって前記ハウジング８ｇごと可動させることによって、感光ドラム１に対してブラシローラ８ｅの当接及び離間を行える構成とした。
【００８７】
本実施の形態の画像形成装置では、感光ドラム１の周速を１２０mm／sec とした際には、感光ドラム表面からブラシローラ８ｅを離間することによって潤滑剤８ｄの塗布を停止し、一方、感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした際には、感光ドラム表面にブラシローラ８ｅを当接させて潤滑剤８ｄの塗布を行う。また、本実施の形態の画像形成装置では通常の感光ドラム１の周速を１２０mm／sec として画像形成動作を行い、厚紙やＯＨＴ用紙等を使用した際にのみ感光ドラム１の周速を３０mm／sec とし、定着装置（不図示）での滞留時間を延ばすことで転写材上への画像の定着性を安定させるようにした。
【００８８】
さらに、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を７０ｇ／cmとし、固形状の潤滑剤８ｄにはＪＩＳ鉛筆硬度で２Ｂの硬度のステアリン酸亜鉛を使用した。また、前記ステアリン酸亜鉛にはブラシローラ８ｅを１mm侵入させるようにし、ブラシローラ８ｅは３０ｒｐｍの速度で、感光ドラム１の回転方向（矢印Ｒ１方向）に対してカウンタ方向（矢印Ｒ８方向）へ回転するものとした。
【００８９】
本実施の形態の効果を確認するため、低温低湿環境下、常温常湿環境下、高温高湿環境下において、１００枚おきに感光ドラム１を周速１２０mm／sec と３０mm／sec で交互に切り換えて、フルカラーの画像出力を行う耐久試験をそれぞれ実施し、クリーニング不良や、融着、ブレード鳴きの発生状況を調べた。
【００９０】
その結果、常温常湿環境下及び高温高湿環境下で、前述の実施の形態１の画像形成装置では、約６８００枚時点で感光ドラム表面に外添剤の融着が発生し始め、約７０００枚時点で感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした場合に酷いブレード鳴きが発生した。
【００９１】
一方、本実施の形態の画像形成装置では、いずれの環境下においても８０００枚時点で耐久を中断するまで、融着及びブレード鳴きは発生しなかった。
【００９２】
ただし、クリーニング不良に関しては、いずれの画像形成装置でも発生していない。
【００９３】
以上のように、本実施の形態の画像形成装置ではクリーニング不良を防止するとともに、感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした場合にのみ、集中的に感光ドラム表面に潤滑剤８ｄの供給を行うことにより潤滑剤８ｄの消耗量を低減し、融着やブレード鳴きの防止効果を延命することができた。
【００９４】
〈実施の形態５〉
本実施の形態は、前述の実施の形態１の画像形成装置において、感光ドラム１の周速の検知手段を追加し、この検知手段からの情報に応じて、感光ドラム表面への潤滑剤８ｄの塗布量を増減させることを特徴とする。
【００９５】
なお、潤滑剤８ｄの塗布量の増減手段としては、図６に示す実施の形態１で使用したクリーニング装置８において、感光ドラム１及び固形状の潤滑剤８ｄに当接させたブラシローラ８ｅの駆動速度を変化させる手段を用いる。
【００９６】
本実施の形態の画像形成装置では、感光ドラム１の周速を１２０mm／sec とした際には、ブラシローラ８ｅの駆動速度を３０ｒｐｍとし、また、感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした際には、ブラシローラ８ｅの駆動速度を４５ｒｐｍとして、感光ドラム表面に塗布される潤滑剤８ｄの塗布量を増加させるように制御を行う。また、本実施の形態の画像形成装置では通常の感光ドラム１の周速を１２０mm／sec として画像形成動作を行い、厚紙やＯＨＴ用紙等を使用した際にのみ感光ドラム１の周速を３０mm／sec とし、定着装置（不図示）での滞留時間を延ばすことで転写材上への画像の定着性を安定させるようにした。
【００９７】
さらに、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を１１０ｇ／cmとし、固形状の潤滑剤８ｄにはＪＩＳ鉛筆硬度で２Ｂの硬度のステアリン酸亜鉛を使用した。また、前記ステアリン酸亜鉛にはブラシローラ８ｅを１mm侵入させるようにし、ブラシローラ８ｅは３０ｒｐｍの速度で、感光ドラム１の回転方向に対してカウンタ方向へ回転するものとした。
【００９８】
本実施の形態の効果を確認するため、低温低湿環境下、常温常湿環境下、高温高湿環境下において、１００枚おきに感光ドラム１を、周速１２０mm／sec と３０mm／sec で交互に切り換えて、フルカラーの画像出力を行う延べ６０００枚の耐久試験をそれぞれ実施し、クリーニング不良や、融着、ブレード鳴きの発生状況を調べた。
【００９９】
その結果、常温常湿環境下及び高温高湿環境下で、前述の実施の形態１の画像形成装置では、感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした場合に酷いブレード鳴きが発生した。
【０１００】
一方、本実施の形態の画像形成装置では、いずれの環境下においても融着及びブレード鳴きは発生しなかった。
【０１０１】
ただし、クリーニング不良に関しては、いずれの画像形成装置でも発生していない。
【０１０２】
また、本実施の形態の画像形成装置における潤滑剤８ｄの消耗量は、ブラシローラ８ｅを常に４５ｒｐｍの速度で回転させた場合に比べ、低く抑えられる。このため、前述のように、ブラシローラ８ｅを常に４５ｒｐｍの速度で回転させた場合に比較し、融着やブレード鳴きの抑制効果が長く持続することは、本発明の実施の形態４で述べた通り明らかである。
【０１０３】
以上のように、本実施の形態の画像形成装置ではクリーニング不良を防止するとともに、感光ドラム１の周速を３０mm／sec とした場合に潤滑剤８ｄの供給量を増加させることで、潤滑剤８ｄの塗布量を増加させない実施の形態１の画像形成装置よりも、より高いクリーニングブレード８ａの当接圧において、融着やブレード鳴きを抑止できる効果を延命することができた。
【０１０４】
〈実施の形態６〉
本実施の形態の画像形成装置及びプロセスカートリッジは、前述の実施の形態１の画像形成装置において、図１６に示すように、感光ドラム１と、帯電手段である帯電ローラ２と、クリーニング装置８とをカートリッジ容器に一体的に組み込んでプロセスカートリッジ２１を構成し、このプロセスカートリッジ２１を画像形成装置本体に装着することによって画像形成動作を行うことを特徴とする。
【０１０５】
本実施の形態では感光ドラム１の周速を１２０mm／sec 及び３０mm／sec の２段階に可変できるものとし、感光ドラム１に対するクリーニングブレード８ａの当接圧を７０ｇ／cmとした。また、感光ドラム表面に潤滑剤８ｄを供給することで、いずれの感光ドラム１の周速でも、低温低湿、常温常湿、高温高湿の各環境においてクリーニング不良を防ぎ、かつ融着及びブレード鳴きの発生を抑止できた。
【０１０６】
また、プロセスカートリッジ方式を採用したことにより、感光ドラム１等の消耗部品の交換や廃トナー回収容器８ｃ内に溜まった廃トナーの処理等の手順を簡略化することができた。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によると、特にブレード鳴きの現象が発生しやすい２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下の像担持体表面の周速域以外で画像形成を行う際の、潤滑材の消費を減少させることができ、像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下とした際の、ブレード鳴き防止効果を長期にわたって得ることができる。
【０１１２】
請求項２の発明によると、特にブレード鳴きの現象が発生しやすい２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下の像担持体表面の周速域で、像担持体への潤滑剤の塗布量を増加させることができ、弾性ブレードと像担持体の摩擦を低減して、より一層のブレード鳴き防止効果を得ることができる。また、２０ｍｍ／ｓｅｃ以下又は４０ｍｍ／ｓｅｃ以上の像担持体表面の周速で画像形成を行う際には、像担持体への潤滑剤塗布量を低めに設定し、その量を必要に応じて増加させることが可能となる。このために潤滑剤の消費量が抑えられ、各々の画像形成スピード域でブレード鳴き防止効果を長期にわたって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２】実施の形態１の感光ドラムの概略構成を示す縦断面図。
【図３】形状係数ＳＦ１を説明する図。
【図４】形状係数ＳＦ２を説明する図。
【図５】トナーの概略構成を示す断面図。
【図６】実施の形態１のクリーニング装置の概略構成を示す縦断面図。
【図７】クリーニングブレードの当接圧の測定方法を示す図。
【図８】クリーニングブレードの硬度及び侵入量と当接圧の関係を示す図。
【図９】実施の形態１の実験結果を示す図。
【図１０】実施の形態２の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図。
【図１１】クリーニングブレードの当接圧を変化させるための動作説明図。
【図１２】実施の形態２の実験結果を示す図。
【図１３】実施の形態３の感光ドラムの概略構成を示す縦断面図。
【図１４】実施の形態３の実験結果を示す図。
【図１５】実施の形態４の、潤滑剤塗布機構の概略構成を示す縦断面図。
【図１６】実施の形態６のプロセスカートリッジの概略構成を示す縦断面図。
【図１７】従来のブレードクリーニング方式のクリーニング装置の概略構成を示す縦断面図。
【図１８】感光ドラムに対するクリーニングブレード８ａの侵入量δと設定角θとを説明する図。
【符号の説明】
１像担持体（感光ドラム）
１ｅ離型性層（表面離型層）
２帯電手段（帯電ローラ）
３露光手段（露光装置）
４現像手段（現像装置）
５非転写体（中間転写体）
８クリーニング手段（クリーニング装置）
８ａ弾性ブレード（クリーニングブレード）
８ｄ潤滑剤
８ｅ潤滑剤塗布ローラ（ブラシローラ）
８ｆ支持部材
２１プロセスカートリッジ

Claims

回転可動な像担持体周囲に帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段が順次配設され、前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像剤により顕像化し、これを転写部位において非転写体表面に静電転写した後、前記像担持体表面に残存する残留現像剤を前記像担持体表面から前記クリーニング手段により除去する画像形成装置において、
前記現像剤は、形状係数ＳＦ１が１００〜１５０に設定され、
また、前記クリーニング手段は、支持部材に保持されて線圧が５５ｇ／ｃｍ以上１０５ｇ／ｃｍ以下の当接圧をもって前記像担持体表面に当接された弾性ブレードと、固形状の潤滑剤と、該潤滑剤と前記像担持体とに接するように配置された潤滑剤塗布ローラであって、所定の方向に回転させることによって前記像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布ローラと、
前記像担持体表面の周速を変更する画像形成スピード可変機構と、を有し、
前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下とした場合には、前記像担持体表面に潤滑剤の塗布を行い、前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下又は４０ｍｍ／ｓｅｃ以上とした場合には潤滑剤の塗布を停止することを特徴とする画像形成装置。
回転可動な像担持体周囲に帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段が順次配設され、前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像剤により顕像化し、これを転写部位において非転写体表面に静電転写した後、前記像担持体表面に残存する残留現像剤を前記像担持体表面から前記クリーニング手段により除去する画像形成装置において、
前記現像剤は、形状係数ＳＦ１が１００〜１５０に設定され、
また、前記クリーニング手段は、支持部材に保持されて線圧が５５ｇ／ｃｍ以上１０５ｇ／ｃｍ以下の当接圧をもって前記像担持体表面に当接された弾性ブレードと、固形状の潤滑剤と、該潤滑剤と前記像担持体とに接するように配置された潤滑剤塗布ローラであって、所定の方向に回転させることによって前記像担持体表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布ローラと、
前記像担持体表面の周速を変更する前記画像形成スピード可変機構と、を有し、
前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以上４０ｍｍ／ｓｅｃ以下とした場合の前記潤滑剤塗布ローラの回転速度を、前記像担持体表面の周速を２０ｍｍ／ｓｅｃ以下又は４０ｍｍ／ｓｅｃ以上とした場合の前記潤滑剤塗布ローラの回転速度よりも増加させることを特徴とする画像形成装置。
前記弾性ブレードは、周囲の環境条件に応じて前記当接圧を５５ｇ／ｃｍ以上１０５ｇ／ｃｍ以下の範囲で変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記像担持体の最外部に、離型性層を設けたことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の画像形成装置。