JP2006201567A - クリーニング装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 球形化、小粒径化したトナーに対して、良好なクリーニングを行うことができるようにする。
【解決手段】 ベルト状トナー保持体(1')を有し、該ベルト状トナー保持体を像担持体表面に接触または略接触状態で近接させることで転写残トナーを像担持体表面から除去し、上記ベルト状トナー保持体に付着したトナーを掻き落とす除去ブレード(5)および掻き落としたトナーを回収し廃棄するための回収ボックス(6)をさらに有し、上記除去ブレードに対向してベルト状トナー保持体内周面側に対向ローラ(4)を具備しており、上記ベルト状トナー保持体の表面が略水平な状態で除去ブレードと接触するように構成する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、転写工程後の像担持体をクリーニングするクリーニング装置、並びに当該クリーニング装置を具備する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置およびプロセスカートリッジに関するものである。

特開平８−６２８９３号公報 特開平８−９５２８６号公報 特開平５−１８８８３６号公報 特開平６−１６７９１２号公報 特許第３０２４１２５号公報 特開平１０−２４００９４号公報 実開昭６３−７８９７３号公報

電子写真方式の画像形成装置では、現像工程で感光体等の潜像担持体（像担持体でもある）上に形成したトナー像を、中間転写ベルト等の中間転写体（像担持体でもある）を介して、または直接的に転写紙等の転写体上に転写して画像を形成しているが、トナー像転写後の潜像担持体表面および中間転写体表面には、転写残のトナーが残留する。このため、潜像担持体上および中間転写体上から残留トナーを除去するクリーニング装置が設けられている。このようなクリーニング装置としては種々のものが知られており、弾性部材から成るクリーニングブレードやクリーニングローラのほか、ファーブラシ、磁気ブラシ等を用いることもできる。中でも、クリーニングブレードは、構成が簡単で、装置の小型化が容易で、コスト面も有利なので、広く実用化されている。しかし近年、画質向上のためにトナーの小粒径化、球形化が進められ、懸濁重合法や乳化重合法等による重合トナーや、熱気流、流動造粒法による球形処理を施したトナーが用いられつつあり、この球形化あるいは小粒径化したトナーを用いた場合、各種クリーニング装置を備えた画像形成装置において、クリーニング不良による画像不良が発生しやすいという点が問題になっている。

この対策として、特許文献１や特許文献２等には、球形トナーと不定形トナーを特定の割合で混在させて使用する方法が提案されている。しかし、このような方法であっても、球形トナーが不定形トナーの隙間をすり抜けてブレードエッジ部に進んですり抜けることがあるため、球形トナーに対するクリーニング不良の改善が充分でなかった。

そこで、クリーニングローラあるいはクリーニングブラシを用いたクリーニング装置が数多く提案されている、例えば特許文献３には、クリーニングブラシおよび回収クリーニングローラそれぞれに所定の電圧を印加して、感光ドラム表面の残存トナーをクリーニングブラシを介して回収クリーニングローラの表面に回収するクリーニング装置において、回収クリーニングローラの軸心を含む水平面よりも下方の回収クリーニングローラの内部に回収クリーニングローラの内周面と所定距離をおいて配設される磁性体、または、この磁性体近傍の回収クリーニングローラの表面に先端部が対向して配設されて回収クリーニングローラの回転に伴ってその回収クリーニングローラの表面に回収される残存トナーを掻き落とす磁性体ブレードのいずれか一方を磁石とする構成によって、印字品質の低下を防止するとともにクリーニング装置の寿命を長くすることが提案されている。さらに特許文献４においては、被清掃部を清掃するクリーニングブラシと、クリーニングブラシに付着した粉塵を除去回収する回収ロールとを備えた電子写真装置の清掃装置において、非清掃動作時にはクリーニングブラシを被清掃部に対し離間させるとともに、クリーニングブラシを清掃動作時とは逆方向に回転させる構成とし、クリーニングブラシに付着した粉塵等の清掃装置外部への飛散を防止するとともにクリーニングブラシの長寿命化を実現する等が提案されている。しかし、このようなドラム形状感光体の表面上の残留トナーをクリーニングローラやクリーニングブラシを介して回収クリーニングローラの表面に回収するクリーニング装置において、当初良好なクリーニング性能を発揮していても、経時使用によりクリーニングローラやクリーニングブラシの性能が経時的に低下する。即ち、転写残トナーを除去していくうちに、トナーが徐々にクリーニングローラに付着し回収困難となる状態や、クリーニングブラシ内に溜まって目詰まりした状態となる。このような状態となったクリーニングローラやクリーニングブラシでは、転写残トナーの除去性能がなくなり、クリーニング部材としての機能を果たせなくなってしまう。

他にクリーニングベルトを用いた装置も提案されている。例えば特許文献５においては、像担持体の移動方向と逆回転し像担持体上のトナーを回収するクリーニングベルトとクリーニングベルト上のトナーを最終的に除去するスクレーパを有するクリーニング装置が提案されている。しかし、このような構成では球形トナーを用いた場合にクリーニングベルトと像担持体の間で球形トナーの回転力を増してしまうためトナーがすり抜けてしまい、良好なクリーニングを行うことはできない。さらにクリーニングベルトによる回収後もスクレーパを球形トナーがすり抜けてしまうために、長期的にはクリーニングベルトが汚れ、画像劣化につながるという問題がある。また特許文献６および特許文献７においては、像担持体上のトナーをクリーニングベルトにより回収し、クリーニングベルト上のトナーをクリーニングブレードにより最終的に除去する装置が提案されている。しかし球形トナーを用いた場合、クリーニングベルトによる回収後もクリーニングブレードを球形トナーがすり抜けてしまうために、長期的にはクリーニングベルトが汚れ、画像劣化につながる。

このように、従来のクリーニング装置は、高画質のために球形化あるいは小粒径化したトナーのクリーニングが困難であり、経時的に画像劣化につながるという問題がある。

本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、球形化、小粒径化したトナーに対して、良好なクリーニングを行うことができるクリーニング装置、並びに該クリーニング装置を使用することにより異常画像が少なく高画質な画像を得ることができる画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することにある。

上記課題のうちクリーニング装置については、本発明にしたがって、ベルト状トナー保持体を有し、該ベルト状トナー保持体を像担持体表面に接触または略接触状態で近接させることで転写残トナーを像担持体表面から除去し、上記ベルト状トナー保持体に付着したトナーを掻き落とす除去ブレードおよび掻き落としたトナーを回収し廃棄するための回収ボックスをさらに有し、上記除去ブレードに対向してベルト状トナー保持体内周面側に対向ローラを具備しており、上記ベルト状トナー保持体の表面が略水平な状態で除去ブレードと接触するように構成することで、解決される。

前記ベルト状トナー保持体は複数の支持ローラによって巻き掛けられており、前記除去ブレードが弾性ブレードであり、ベルト状トナー保持体に付着したトナーを掻き落とす際に当接する前記除去ブレードがベルト状トナー保持体表面上に対向ローラ軸に対して傾いて当接した場合の、前記ローラ軸と前記除去ブレードの当接位置とのベルト状トナー保持体両端部における各ずれ距離の大きい方をｘ、前記対向ローラの半径をｒ、前記対向ローラの前記除去ブレードとの理想当接点における接線と、前記対向ローラに隣接してベルト状トナー保持体を張架する支持ローラと対向ローラとで張られたベルト状トナー保持体に一致する直線とがなす２つの角度の大きい方をφ、前記除去ブレードをベルト状トナー支持体の方へ押し込む量をＤとする際、
０≦ｘ＜ｒ×sinφのとき、
０≦ｒ−√(ｒ^２−ｘ^２)≦Ｄ
ｒ≧ｘ≧ｒ×sinφのとき、
０≦tanφ×ｘ＋ｒ(１−cosφ−tanφ×sinφ)≦Ｄ （Ｉ）
の関係を満たすようになっていれば、好適である。

前記除去ブレードは前記ベルト状トナー保持体の幅方向の中央部において回動可能に軸支されており、前記ベルト状トナー保持体の幅をＬ、前記ベルト状トナー保持体上に付着したトナーを掻き落とする際に当接する前記除去ブレードが前記ベルト状トナー保持体表面上に対向ローラ軸に対して傾いて当接した場合の、前記ローラ軸と前記除去ブレードの当接線とのなす角をθとする際、
０≦ｘ＜ｒ×sinφのとき、
０≦ｒ−√(ｒ^２−ｘ^２)≦Ｄ
ｒ≧ｘ≧ｒ×sinφのとき、
０≦tanφ×ｘ＋ｒ(１−cosφ−tanφ×sinφ)≦Ｄ
ただしｘ＝1/2×Ｌ×sinθ （ＩＩ）
の関係を満たすようになっていることも一層好都合である。

前記ベルト状トナー保持体がクリーニングベルトであり、該クリーニングベルト表面とトナーの付着力が、前記像担持体表面とトナーの付着力よりも大きくなっているのがよい。そして、像担持体に対向する位置でクリーニングベルトを巻き掛けて支持する支持ローラに電圧を印加するための電圧印加手段を付設するのも好ましい。前記ベルト状トナー保持体は像担持体である感光体上の画像を記録材に転写するための中間転写体であってもよい。

上記課題のうち画像形成装置およびプロセスカートリッジについては、上記クリーニング装置を備えることで、解決される。その際、製造工程あるいは製造後の工程において球形化したトナーを用いることができる。

使用されるトナーの粒子が、
形状係数＝｛(最大粒径)^２×π／(粒子の投影面積×４)｝ （ＩＩＩ）
より表される形状係数で１．０〜１．３５であること、使用されるトナーの体積平均粒径が１〜７μｍとなるように調製したこと、使用されるトナー粒子が、トナー母体粒子と外添剤から成り、トナー母体粒子に対する外添剤の被覆面積比率が１０％〜９０％となるように調製したこと、前記外添剤が、シリカ（SiO_２）、酸化チタン（TiO_２）、アルミナ（Al_２O_３）のいずれかを少なくとも一種類あるいは二種類含有することが一層好適である。

本発明によれば、クリーニング装置に具備されたベルト状トナー保持体により像担持体上の残留トナーを回収し、支持ローラと除去ブレードの対向ローラとの位置を制御し、ベルト状トナー保持体表面を略平行にすることによりベルト状トナー保持体と除去ブレードとの隙間をなくしてベルト状トナー保持体上のトナーを確実に除去し回収ボックスにて回収できる。このため、高画質な電子写真画像を得る目的で小粒径化、球形化されたトナーであっても、像担持体表面に残留する転写残トナーを、像担持体表面を傷付けることなく確実に除去して、クリーニング不良による画像不良の発生を防止できる。

本発明の詳細を、図に示された例に基づいて以下に説明する。
先ずクリーニング装置について説明する。図１は、本発明に係るクリーニング装置のトナー掻き落とし部の構成を示すものである。像担持体に対するクリーニングは、図１に示されていない個所で行う（図６や図９に示す）。図１に示すように、本クリーニング装置は、複数の支持ローラ（一部のみを符号２、３を伴って示す）によって巻き掛けられて矢印の方向に移動するベルト状トナー保持体１の表面に接する除去ブレード５、ベルト状トナー保持体１の裏面に接するローラであって上記除去ブレード５に対向して位置する対向ローラ４、ベルト状トナー保持体１から掻き取られたトナーを回収するための回収ボックス６とを備えており、上記除去ブレード５でベルト状トナー保持体１の表面からトナーを掻き落とすように構成されている。掻き落とされた不要トナーは回収ボックス６に回収され、必要に応じて装置の所定場所に搬送され機外に廃棄または再利用される。

従来のクリーニング装置は像担持体の曲面に対してもクリーニングブレードにより転写残トナーを強制的に掻き取るものが主流となっているが、高画質化の要求による小粒径化、球形化したトナーに対しては、クリーニングブレードと像担持体との当接部においてトナーが回転し、クリーニングブレードを通過してしまう所謂「クリーニング不良」が多くなる。クリーニングブレードの加圧力を高く設定することによりクリーニング不良を減らすことはできるが、像担持体に対するトルクが高くなるため像担持体の劣化を促進してしまう。クリーニングブレードによりトナーを掻き取る場合、被清掃体が回転する円筒体で清掃箇所が曲面である時は、被清掃体の回転軸とクリーニングブレードの長手方向の直線との平行度を高めなければ端部においてブレードの浮きが発生し、クリーニング不良となりやすくなる。特に被清掃体の曲率半径が小さいほどクリーニングブレードが浮きやすくなる。近年、画像形成装置の小型化が進められ像担持体の曲率半径はより小さくなる傾向となっているため、クリーニングブレードによるクリーニング装置ではさらに高い精度が要求される。またクリーニングローラやクリーニングベルトを用いた場合は、最終的にクリーニングローラからトナーを回収するためにクリーニングブレードを用いることが多く、ここで掻き取り不良が発生し、クリーニングローラが経時的に汚れてしまい、像担持体に再付着する等して画像を乱してしまう。

本発明に係るクリーニング装置においては、像担持体上の残留トナーをいったんベルト状トナー保持体で引き取った上で、当該トナー保持体上の残留トナーを回収するようにしているため、ブレードで直接像担持体を傷付けることがなく、また小粒径化、球形化したトナーにおいても確実に回収することができる。また回収手段をベルトとしたために、該ベルト上に付着したトナーをブレードにより除去する際に表面を平面にして、あるいは曲率の影響が少ない略平面の状態にして掻き取ることが可能である。

図２は、クリーニング装置のベルト状トナー保持体１における対向ローラ４近傍に僅かな曲率を設ける際の、該個所での除去ブレード５との関係を示す。図３は、ベルト状トナー保持体１上で、対向ローラ４の中心軸（ベルト状トナー保持体１の走行方向に対する垂直線に平行する）に平行な除去ブレード５の当接ねらい位置を示す直線αに対して、実際の当接位置を示す直線βが角度θを有する場合を示す斜視図である。図４は、そのベルトとブレードとの当接近傍を拡大して示すものである。図１と同様に、図２に示すように、本クリーニング装置の除去ブレード５は、その先端をベルト状トナー保持体１の走行方向（矢印方向）に対して下流側が鋭角となるよう傾斜させた状態で、ベルト状トナー保持体１を介し対向ローラ４に対して当接している。このような構成において、対向ローラ４における除去ブレード５との当接点における接線と対向ローラ４の表面と支持ローラ２の表面とを結ぶ接線とのなす角をφ１、対向ローラ４における除去ブレード５との当接点における接線と支持ローラ４の表面と支持ローラ３の表面とを結ぶ接線とのなす角をφ２としたとき、大きい方をφとする。

図３に示すように、ベルト状トナー保持体１の駆動方向垂直軸に平行な除去ブレード５の当接ねらい位置を示す直線αと、実際の当接位置を示す直線βが角度θを有しているときは、図４のように端部において除去ブレード５の当接ねらい位置から実際の当接位置がずれることによる浮きが発生する。このため小粒径化、球形化したトナーは非常にすり抜けやすくなる。図４には、このときの当接ねらい位置と実際の当接位置との対向ローラ４の、当接ねらい位置における接線方向距離がｘ、その際のベルト状トナー保持体１と除去ブレード５との間の、対向ローラ４の当接ねらい位置における接線に対する垂直方向距離がｚ、対向ローラ４の半径がｒであることも示している。

図５は除去ブレードの当接状態を表しており、図５のように除去ブレード５aを被清掃体（ベルト状トナー保持体）に圧接した場合、除去ブレード５aは本来弾性体であるため実際には屈曲するが、仮想的に剛体であると仮定すれば、破線に示す仮想ブレード５bのような状態で被清掃体に食い込む形となる。このときの仮想ブレード５b先端と本来の被清掃体表面との距離を食い込み量Ｄとする。除去ブレードの加圧方法には、不図示のブレード支持部材を固定して加圧する固定方式と、ブレード支持部材をバネによる一定加重で加圧する一定加重方式があるが、一定加重方式の場合はバネの加圧力と弾性ブレードのヤング率から食い込み量Ｄを算出する。このときｚ＞Ｄとなる場合、除去ブレード５とベルト状トナー保持体１との間に隙間ができてしまうため、ベルト状トナー保持体上での除去不良が発生する。したがって、０≦ｚ≦Ｄとなる場合に除去ブレード５とベルト状トナー保持体１が軸方向全面において接触することができ、除去可能となる。図２に示すように、ベルト状トナー保持体１は支持ローラ４の表面と支持ローラ３または支持ローラ２の表面とを結ぶ接線上にあるため、下記式（Ｉ）を満たすように対向ローラ４を設置することで、ベルト状トナー保持体上での除去不良を改善することができる：
０≦ｘ＜ｒ×sinφのとき、
０≦ｒ−√(ｒ^２−ｘ^２)≦Ｄ
ｒ≧ｘ≧ｒ×sinφのとき、
０≦tanφ×ｘ＋ｒ(１−cosφ−tanφ×sinφ)≦Ｄ （Ｉ）

これは対向ローラ４の半径が小さいほど、φを０°に近づけなければならないことを意味しており、この範囲から外れると急激にベルト状トナー保持体上での除去不良が多くなるため、トナーが回収できずに像担持体への再付着が発生する。

また、図３に示すベルト状トナー保持体１上の除去ブレード５の位置関係において、除去ブレード５を、ベルト状トナー保持体１の幅方向の中央部において回動可能なように軸支すると、巻き込みによる食い込み量の変動が平均化されるため、好ましい。この時、図３に示すように当接ねらい位置αと実際の当接位置βのなす角θにおいて、上記ベルト状トナー保持体の幅をＬとすると、図４においてｘ＝1/2×Ｌ×sinθとなる。このため、下記式（ＩＩ）を満たすように対向ローラ４を設置することで、ベルト状トナー保持体上での除去不良が改善される：
０≦ｘ＜ｒ×sinφのとき、
０≦ｒ−√(ｒ^２−ｘ^２)≦Ｄ
ｒ≧ｘ≧ｒ×sinφのとき、
０≦tanφ×ｘ＋ｒ(１−cosφ−tanφ×sinφ)≦Ｄ
ただしｘ＝1/2×Ｌ×sinθ （ＩＩ）

このように、本クリーニング装置は除去ローラに対向する対向ローラの曲率半径が小さい場合においてもφを０°に近づけることで、ベルト状トナー保持体上での除去不良を改善でき、特にφ＝０°とすることがより好ましい。

図６は、図１とベルト状トナー保持体トナー掻き落とし部構成が共通するクリーニング装置Ｂと像担持体の接触状態を示すものである。図６に示すように、クリーニング装置Ｂはベルト状トナー保持体としてクリーニングベルト１’が用いられており、該クリーニングベルト１’は複数の支持ローラ２，３によって巻き掛けられて像担持体８に接しながら接触位置で像担持体８の移動方向（矢印Ｒ１）と同方向に回転駆動する。このクリーニングベルト１’の表面に接する除去ブレード５、クリーニングベルト裏面に接するローラであって上記除去ブレードの対向位置に位置する対向ローラ４、除去ブレードによってクリーニングベルトから掻き取られたトナーを回収するための回収ボックス６とをクリーニング装置は備えている。像担持体８上の残留トナーをクリーニングベルト１’に付着させた後、上記除去ブレード５でクリーニングベルト１’の表面から掻き落とす。掻き落とされた不要トナーは回収ボックス６に回収され、必要に応じて装置の所定場所に搬送され機外に廃棄される。

図７は、上記クリーニング装置Ｂのクリーニングベルトと除去ブレードの関係を表すものである（但し対向ローラ４の近傍でクリーニングベルト１’に曲率をもたせている）。図１や図２と同様、図７に示すように、クリーニング装置Ｂの除去ブレード５は、その先端をクリーニングベルト１’の走行方向（矢印方向）に対して下流側が鋭角となるよう傾斜させた状態で、クリーニングベルト１’を介し対向ローラ４に対して当接している。上記構成における、φ１、φ２、大きい方をφとすることは図２と同じである。またクリーニングベルトと除去ブレードの当接関係は図３で示すことができ、ベルトとブレードの当接近傍の端部は図４で表すことができる（但しいずれも上下向きが逆の関係になっている）。結局、クリーニングブレード上でのトナー除去不良を改善するためには、上記式（Ｉ）あるいは上記式（ＩＩ）を満たすことが必要である。そしてクリーニング装置Ｂも、除去ブレードに対向する対向ローラの曲率半径が小さい場合、φを０°に近づけることで、クリーニングベルト上での除去不良を改善できる。このとき、φ＝０°の状態が最も好ましく、クリーニング装置Ｂにおいても図８のようにクリーニングベルトの支持ローラと対向ローラの各径を等しくすることで容易に設定可能である。

上記除去ブレード５の材料としては、弾性を有するものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、天然ゴム、ポリウレタンゴム等が好適に挙げられる。またクリーニング装置Ｂについては、クリーニングベルト１’へ像担持体８上のトナーを機械的に転移させる場合、クリーニングベルト表面とトナーの付着力を像担持体表面とトナーとの付着力よりも大きくすることで、良好なクリーニング性を示すようになる。トナーの付着力を測定する方法としては、トナーの付着している物体からトナーを分離するのに必要な力を見積もるやり方が一般的である。トナーを分離させる方法としては、遠心力、振動、衝撃、空気圧、電界、磁界等を用いた方法が知られている。この内、遠心力を利用した方法は定量化が容易で、かつ測定精度が高い。このため本例では、ＩＳ＆Ｔ ＮＩＰ７ｔｈ２００頁（１９９１）等に記載されている遠心分離法を用いた。トナーと像担持体表面およびトナーとクリーニングベルト表面の付着力は、構成材料や条件等、様々な要因に依存するが、トナーと像担持体およびトナーとクリーニングベルトとで付着力差をつける方法としては、接触面積に差をつける方法が考えられる。例えばクリーニングベルト表面に弾性層を形成させクリーニングベルトとトナーの接触面積の方が像担持体とトナーの接触面積よりも大きくすれば、クリーニングベルト側の付着力を像担持体側の付着力よりも大きくすることができる。また、像担持体表面に微粒子を塗布してトナーと像担持体の接触面積を減少させる方法等もある。他にも、表面エネルギーに差をつける方法があり、像担持体が樹脂等の有機物の場合、クリーニングベルト表面を金属や金属コーティングとすることでクリーニングベルト表面の表面エネルギーが像担持体表面の表面エネルギーより高くなり、トナーとクリーニングベルトの付着力の方がトナーと像担持体の付着力よりも大きくなる。この際、上記クリーニングベルトを像担持体表面に押し付けるために、対向する位置の支持ローラに張架力を付与する手段を具備することで付着力の制御を補助することもできる。さらに、効果的に像担持体上のトナーを除去するために、クリーニングベルトと像担持体との間に電位勾配を形成し、かかる電位勾配に基づいてトナーを像担持体からクリーニングベルトへ電気的に転移させるように構成するのが好ましい。この場合、クリーニング装置Ａにおいては図９に示すように支持ローラ２に対して電圧を印加する電圧印加手段９を配接し、像担持体８上の残留トナーと逆のバイアスを印加して残留トナーを回収する。残留トナーには一般的に、本来の帯電極性のままである正極性のトナーの他、転写電界を通り抜ける際に放電等によって極性反転してしまった逆極性トナーが存在する。このため、正極性および逆極性の双方の残留トナーを回収する場合にはニップ部進入前にトナーを一方の極性に帯電させるために配接された帯電手段７によりトナーを帯電させる。ただし、球形トナーを用いた場合は非常に転写効率が良く、正極性の残留トナーが極端に少ないため、帯電手段７を具備せずに電圧印加手段９に逆極性トナーのみを回収するための電圧を印加するだけでクリーニングを成立させることもできる。

以上の説明に基づくクリーニング装置を備えた画像形成装置について、以下に説明する。本画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、該像担持体上に担持されたトナー像を転写材に転写する転写手段と、トナー像が転写材に転写された後に上記像担持体表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置とを備え、さらに、必要に応じて適宜選択されるその他の構成を備えて成っている。なお、上記「像担持体」の概念としては、潜像が形成され、トナー像を担持可能な感光体としての像担持体および、上記感光体としての像担持体が担持するトナー像を中間転写される中間転写媒体としての像担持体を含むものである。

像担持体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、金属からなる円筒体の周面に、感光層としての光導電性の有機半導体（ＯＰＣ）等を塗布して成る構造が好適に挙げられる。上記中間転写媒体としては、トナー像を担持できるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ドラム状、ベルト状等の転写体が挙げられる。

図１０は、本発明の第１構造に係る画像形成装置を示している。図１０に示すように、本画像形成装置Ｃは、矢印Ｒ１方向に回転駆動されるドラム状像担持体８、該像担持体８の上方に配置され、該像担持体８表面に当接して従動回転し、像担持体８の表面を帯電する帯電装置１１、帯電された像担持体８の表面に画像情報に応じた光を露光して静電潜像を書き込む画像書き込み手段１２、像担持体８上に書き込まれた静電潜像を現像する現像装置１０、像担持体８の下方に配置され、該像担持体８に所定のニップ圧で当接し、像担持体８上に形成されたトナー像を転写材である記録媒体Ｐに転写する転写手段１３、トナー像を記録媒体Ｐに転写した後に像担持体８表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置Ｂ、不図示の給紙装置、同じく不図示の定着装置等、を備えている。

また図１１は、本発明に係るプロセスカートリッジの構成を示すものである。但し、本願においてプロセスカートリッジと称する場合、潜像が形成されトナー像を担持可能な像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナーで現像する現像手段と、該現像手段により現像されたトナー像が転写された後に、像担持体の表面に残留する転写残トナーを除去する既述のクリーニング装置を備えて構成され、一体的に画像形成装置に着脱可能なものであり、更に必要に応じて適宜選択される帯電装置、転写手段、用紙搬送装置、除電装置を備えて構成することも可能であり、様々なバリエーションが存在し得る。

図１１に示すように、本プロセスカートリッジＤは、矢印Ｒ１方向に回転駆動されるドラム状の像形成担持体８、該像担持体８の上方に配置され、該像担持体８表面に当接して従動回転し、像担持体８の表面を帯電する帯電装置１１、像担持体８上に書き込まれた静電潜像を現像する現像手段１０、トナー像を転写した後に、像担持体８表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置Ｂ（既述のもの）、を一体的に備えている。

本発明の画像形成装置に用いられるトナーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、球形トナーを好適に挙げることができる。球形トナーを用いることにより、上記クリーニング装置がクリーニング効果を特に効果的に発揮する。球形トナーとしては、例えば、トナーの構成材料である樹脂や着色剤等を混合攪拌後に溶融混練し、粉砕・分級して作製した粉砕トナーを熱や機械的な力で球形化したトナー、分散重合法、懸濁重合法、乳化重合法等の重合法により作製されたトナー等を挙げることができ、こららの中でも、重合法により作製されたトナーが好適である。上記球形トナーとしては、下記式（ＩＩＩ）により表される形状係数が１．０〜１．３５であることが好ましい（形状係数は、真球に近づくほど１に近づく）。
形状係数＝｛(最大粒径)^２×π／(粒子の投影面積×４)｝ （ＩＩＩ）
但し、上記最大粒径は、トナー粒子の２次元投影像における重心を通る最大の粒径を示す。

上記形状係数が１．３５を超えると、画像のドット形成が不均一となり、画像の粒状性が悪化することがある。上記球形係数は、例えば、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−４５００）を用いて、１０００倍に拡大したトナー像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報を、例えば画像処理ソフト（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ製Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ）を用いて解析を行い算出することで測定することが可能である。

上記球形のトナーの体積平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが１〜７μｍであることが好ましい。体積平均粒径がトナーの粒径１μｍ未満であると、画像不良が発生することがあり、７μｍを超えると、電子写真画像の高解像度の要求に対応するのが困難となることがある。上記体積平均粒径の測定方法としては、コールターエレクトリク社製コールターマルチサイザー測定により測定することが可能である。

さらに、上記画像形成装置に用いられるトナーとしては、表面が外添剤によって被覆されているトナーを好適に挙げることができる。トナー表面を外添剤によって被覆することにより、トナーと感光体との間の付着力を低減して上記クリーニング装置によるクリーニング効果を高めることが可能となる。上記外添剤の形状、粒径、外添剤被覆率、材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、上記外添剤の形状としては、他部材との接触面積が均一化される点から球形であることが好適である。また上記外添剤の粒径としては、１次粒子径の平均値が５ｎｍ〜１５０ｎｍであることが好適である。また上記外添剤の外添剤被覆率としては、１０〜９０％であることが好ましい。外添剤被覆率が１０％未満であると、トナーと感光体との間の付着力を適切な大きさにすることが困難となることがあり、転写残トナーの増加を引き起こすことがある。上記外添剤被覆率が９０％を超えると、外添剤がトナーから極端に分離し易くなり、感光体等の画像形成装置の構成部材が損傷し易くなることがある。なお、外添剤被覆率は、トナー１粒子の表面積に対する外添剤の被覆面積比率を、トナー表面の電子顕微鏡画像を画像解析することによって計測することが可能である。

上記外添剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機微粒子、無機微粒子等を挙げることができる。上記無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、シリカ、チタン、アルミナ、これらの中から１種類以上を併用したもの等が好適に挙げられる。特にこれらの中から２種を併用したものが好適である。上記無機微粒子としては、例えば、吸湿性を有する無機微粒子である場合には、環境安定性等を考慮すると、疎水化処理を施したものが好ましい。疎水化処理の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、疎水化処理剤と上記微粉末とを高温度下で反応させる方法等が挙げられる。疎水化処理剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シラン系カップリング剤、シリコーンオイル等を挙げることができる。上記外添剤の外添方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｖ型ブレンダー、ヘンシェルミキサー、メカノフージョン等の各種混合装置を用いる方法が好適に挙げられる。

次に画像形成装置Ｃの動作について説明する。図１０に示すように、矢印Ｒ１方向に回転駆動される像担持体８の表面は、帯電装置１１によって所定の極性、例えば、マイナス極性に帯電される。次いで、該像担持体８の帯電面に、画像書き込み手段１２から出射する光変調されたレーザ光Ｌを照射して、これによって、像担持体８の表面に静電潜像を形成する。即ち、レーザ光が照射され像担持体表面部分の電位の絶対値が低下した部分が静電潜像（画像部）となり、レーザ光が照射されず電位の絶対値が高く保たれた部分が地肌部となる。次いで、上記静電潜像が、現像装置１０に収納され所定の極性に帯電されたトナーＴによって、現像されて、トナー像として可視化される。一方、不図示の給紙装置から記録紙Ｐが、像担持体８と転写装置１３との間に、矢印Ｆの方向から所定タイミングで搬送される。この際、転写装置１３により像担持体８上に形成されたトナー像が記録紙Ｐ上へ静電的に転写される。トナー像が転写された記録紙Ｐは、不図示の定着装置により加熱・加圧されてトナー像が記録紙上に定着される。その後、不図示の定着装置により定着された記録紙は不図示の排紙部から排出される。

記録紙Ｐに転写されずに像担持体８上に残留した転写残トナーは、支持ローラ２によって像担持体８に押し付けられたクリーニングベルト１’によって、像担持体８上の転写残トナーが付着回収され、クリーニングベルト１’上に付着した転写残トナーは除去ブレード５によって除去される。このとき図４、図５におけるｘ、ｒ、φ、Ｄが上記式（Ｉ）を満たすように支持ローラ４を設置しているので、除去不良を改善することができる。そして、除去ブレード５により掻き取られたトナーは、回収装置６に落下して収納される。尚、像担持体８から除去したトナーを、不図示のトナーリサイクル装置により現像装置１０に搬送して、トナーをリサイクルすることも可能である。

図１２は、本発明の第２構造に係る画像形成装置を示している。本画像形成装置Ｅはタンデム型のフルカラープリンタである。図１２に示すように、画像形成装置Ｅは、直列に配置され、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色のトナー像を形成するプロセスカートリッジＤ１〜Ｄ４、該プロセスカートリッジＤ１〜Ｄ４に対向して配置され、複数のローラ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１６に巻き掛けされて矢印の方向に回転駆動され、上記プロセスカートリッジＤ１〜Ｄ４に備えられた感光体としての像担持体８ａ〜８ｄに担持されるトナー像が転写される中間転写媒体１４、ローラ１５ｂに対して中間転写媒体１４を介して対向配置され、該中間転写媒体１４に所定ニップ圧で当接され、該中間転写媒体１４上に形成されたトナー像を転写材である記録媒体Ｐに転写する転写手段１３、該転写手段１３より上記中間転写媒体１４の回転方向下流側に配置され、トナー像を記録媒体Ｐに転写した後に中間転写媒体１４の表面に残留する転写残トナーを除去するローラ１６に対向し具備されたクリーニング装置Ａ、不図示の給紙装置、不図示の定着装置等、を備えている。上記各プロセスカートリッジＤ１〜Ｄ４におけるその他の構成、特に、クリーニング装置Ｂ１〜Ｂ４、Ａの構成、画像形成に用いられるトナー等として、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色のトナーを用いること以外は、上記プロセスカートリッジＤと同様である。

上記中間転写媒体１４としては、無端ベルト基材の表面に弾性被覆層が少なくとも一層形成されて成るものを挙げることができる。上記無端ベルト基材としては、樹脂、ゴム、金属薄板等を挙げることができ、また上記弾性被覆層としては、樹脂、ゴム、エラストマー等を挙げることができる。上記中間転写媒体１４としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属から成るドラム状芯体の外周に、弾性被覆層が少なくとも一層形成されて成るドラムタイプとすることも可能である。ただし、この場合にはクリーニング装置Ａに代えてベルト状トナー保持体を有するクリーニング装置Ｂを配設する。

次に画像形成装置Ｅの動作について説明する。図１２に示すように、中間転写媒体１４は、白抜き矢印の方向に回転駆動される。この時、各プロセスカートリッジＤ１〜Ｄ４に備えられた各像担持体８ａ〜８ｄにそれぞれ形成された、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像が中間転写媒体１４上に順次重ねて転写される。一方、不図示の給紙装置から、記録紙Ｐが、中間転写媒体１４と転写装置１３との間に、矢印Ｆの方向から所定のタイミングで搬送される。この時に、転写装置１３により中間転写媒体１４上に形成された各色のトナー像が記録紙Ｐ上に静電的に一括転写される。各色のトナー像が転写された記録紙Ｐは、不図示の定着装置により加熱・加圧されてトナー像が記録紙Ｐ上に定着される。その後、不図示の定着装置により定着された記録紙は不図示の排紙部から排出される。中間転写媒体１４上に転写されずに、各像担持体８ａ〜８ｄ上に残留した転写残トナーは、上記クリーニング装置Ｂ１〜Ｂ４によって除去される。また、中間転写媒体１４から記録紙Ｐ上に転写されずに、該中間転写媒体１４上に残留した転写残トナーは、クリーニング装置Ａによって除去される。

クリーニング装置のトナー掻き落とし部の構成を示す図である。 クリーニング装置のベルト状トナー保持体における対向ローラ４近傍で僅かな曲率を設けた個所での除去ブレードとの関係を示す図である。 ベルト状トナー保持体１の駆動方向の垂直軸に平行な除去ブレード５の当接ねらい位置を示す直線αに対して、実際の当接位置を示す直線βが角度θを有する場合を示す斜視図である。 そのベルトとブレードとの当接近傍を拡大して示す図である。 除去ブレードが被清掃体に食い込む様子を示す図である。 図１とベルト状トナー保持体トナー掻き落とし部構成が共通するクリーニング装置Ｂと像担持体の接触状態を示す図である。 クリーニング装置Ｂのクリーニングベルトと除去ブレードの関係を表す図である。 クリーニングベルトの支持ローラと対向ローラの各径を等しくしたクリーニング装置の構成図である。 クリーニングベルトと像担持体の間に電位勾配を形成する場合のクリーニング装置と像担持体の関係を示す図である。 本発明の第１構造に係る画像形成装置を示す構成図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの構成図である。 本発明の第２構造に係る画像形成装置を示す構成図である。

符号の説明

１ ベルト状トナー保持体
２，３ 支持ローラ
４ 対向ローラ
５ 除去ブレード
６ 回収ボックス
８ 像担持体

Claims (20)

1. 像担持体表面に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置において、ベルト状トナー保持体を有し、該ベルト状トナー保持体を像担持体表面に接触または略接触状態で近接させることで転写残トナーを像担持体表面から除去し、上記ベルト状トナー保持体に付着したトナーを掻き落とす除去ブレードおよび掻き落としたトナーを回収し廃棄するための回収ボックスをさらに有し、上記除去ブレードに対向してベルト状トナー保持体内周面側に対向ローラを具備しており、上記ベルト状トナー保持体の表面が略水平な状態で除去ブレードと接触することを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記ベルト状トナー保持体は複数の支持ローラによって巻き掛けられており、前記除去ブレードが弾性ブレードであり、ベルト状トナー保持体に付着したトナーを掻き落とす際に当接する前記除去ブレードがベルト状トナー保持体表面上に対向ローラ軸に対して傾いて当接した場合の、前記ローラ軸と前記除去ブレードの当接位置とのベルト状トナー保持体両端部における各ずれ距離の大きい方をｘ、前記対向ローラの半径をｒ、前記対向ローラの前記除去ブレードとの理想当接点における接線と、前記対向ローラに隣接してベルト状トナー保持体を張架する支持ローラと対向ローラとで張られたベルト状トナー保持体に一致する直線とがなす２つの角度の大きい方をφ、前記除去ブレードをベルト状トナー支持体の方へ押し込む量をＤとする際、
   ０≦ｘ＜ｒ×sinφのとき、
   ０≦ｒ−√(ｒ^２−ｘ^２)≦Ｄ
   ｒ≧ｘ≧ｒ×sinφのとき、
   ０≦tanφ×ｘ＋ｒ(１−cosφ−tanφ×sinφ)≦Ｄ （Ｉ）
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
3. 前記ベルト状トナー保持体は複数の支持ローラによって巻き掛けられており、前記除去ブレードは前記ベルト状トナー保持体の幅方向の中央部において回動可能に軸支された弾性ブレードであり、ベルト状トナー保持体に付着したトナーを掻き落とす際に当接する前記除去ブレードがベルト状トナー保持体表面上に対向ローラ軸に対して傾いて当接した場合の、前記ローラ軸と前記除去ブレードの当接位置とのベルト状トナー保持体両端部における各ずれ距離の大きい方をｘ、前記対向ローラの半径をｒ、前記対向ローラの前記除去ブレードとの理想当接点における接線と、前記対向ローラに隣接してベルト状トナー保持体を張架する支持ローラと対向ローラとで張られたベルト状トナー保持体に一致する直線とがなす２つの角度の大きい方をφ、前記除去ブレードをベルト状トナー支持体の方へ押し込む量をＤ、前記ベルト状トナー保持体の幅をＬ、前記ベルト状トナー保持体上に付着したトナーを掻き落とする際に当接する前記除去ブレードが前記ベルト状トナー保持体表面上に対向ローラ軸に対して傾いて当接した場合の、前記ローラ軸と前記除去ブレードの当接線とのなす角をθとする際、
   ０≦ｘ＜ｒ×sinφのとき、
   ０≦ｒ−√(ｒ^２−ｘ^２)≦Ｄ
   ｒ≧ｘ≧ｒ×sinφのとき、
   ０≦tanφ×ｘ＋ｒ(１−cosφ−tanφ×sinφ)≦Ｄ
   ただしｘ＝1/2×Ｌ×sinθ （ＩＩ）
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクリーニング装置。
4. 前記ベルト状トナー保持体がクリーニングベルトであり、該クリーニングベルト表面とトナーの付着力が、前記像担持体表面とトナーの付着力よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクリーニング装置。
5. 像担持体に対向する位置でクリーニングベルトを巻き掛けて支持する支持ローラに電圧を印加するための電圧印加手段を付設することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のクリーニング装置。
6. 前記ベルト状トナー保持体が像担持体である感光体上の画像を記録材に転写するための中間転写体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。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置。
8. 製造工程あるいは製造後の工程において球形化したトナーを用いたことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 使用されるトナーの粒子が、
   形状係数＝｛(最大粒径)^２×π／(粒子の投影面積×４)｝ （ＩＩＩ）
   より表される形状係数で１．０〜１．３５であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 使用されるトナーの体積平均粒径が１〜７μｍとなるように調製したことを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
11. 使用されるトナー粒子が、トナー母体粒子と外添剤から成り、トナー母体粒子に対する外添剤の被覆面積比率が１０％〜９０％となるように調製したことを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれか一項に記載の画像形成装置。
12. 前記外添剤が、シリカ（SiO_２）、酸化チタン（TiO_２）、アルミナ（Al_２O_３）のいずれかを少なくとも一種類含有することを特徴とする請求項７〜請求項１１のいずれか一項に記載の画像形成装置。
13. 前記外添剤が、シリカ（SiO_２）、酸化チタン（TiO_２）、アルミナ（Al_２O_３）の中から二種を含有することを特徴とする請求項７〜請求項１２のいずれか一項に記載の画像形成装置。
14. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジ。
15. 製造工程あるいは製造後の工程において球形化したトナーを用いたことを特徴とする請求項１４に記載のプロセスカートリッジ。
16. 使用されるトナーの粒子が、
    形状係数＝｛(最大粒径)^２×π／(粒子の投影面積×４)｝ （ＩＩＩ）
    より表される形状係数で１．０〜１．３５であることを特徴とする請求項１５に記載のプロセスカートリッジ。
17. 使用されるトナーの体積平均粒径が１〜７μｍとなるように調製したことを特徴とする請求項１４〜請求項１６のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
18. 使用されるトナー粒子が、トナー母体粒子と外添剤から成り、トナー母体粒子に対する外添剤の被覆面積比率が１０％〜９０％となるように調製したことを特徴とする請求項１４〜請求項１７のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
19. 前記外添剤が、シリカ（SiO_２）、酸化チタン（TiO_２）、アルミナ（Al_２O_３）のいずれかを少なくとも一種類含有することを特徴とする請求項１４〜請求項１８のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
20. 前記外添剤が、シリカ（SiO_２）、酸化チタン（TiO_２）、アルミナ（Al_２O_３）の中から二種を含有することを特徴とする請求項１４〜請求項２０のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。

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