JP4056053B2 - クリーニング装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はクリーニング装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−１８８４５２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２６７５３６号公報
【特許文献３】
特開昭６２−１１１４８９号公報
【特許文献４】
特開平６−５１６７３号公報
【特許文献５】
特開平１１−３０９３８号公報
【０００３】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の電子写真方式の画像形成装置においては、転写後の像担持体（中間転写体を含む）表面に残るトナーを除去して、繰り返して像形成に使用するためのクリーニング装置を備えている。
【０００４】
この画像形成装置におけるクリーニング装置としては、ゴムなどの弾性材からなるクリーニングブレードを用いたものが、構成が簡単で、トナー除去性能にも優れていることから一般的である。
【０００５】
一方、近年、電子写真方式の画像形成装置の画像品質に対する要求が強くなっている。画像品質を向上させるためには、トナーの小粒径化、球形化がその有力な手段であることがわかり、現像用トナーとして重合法を用いた球形トナーが主流となりつつある。
【０００６】
ところが、小径トナー、球形トナーをした場合に、従来のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置では、像担持体表面の転写残トナーの完全除去が困難で、クリーニング不良が発生するという問題が生じている。その原因については、一般的に、【特許文献１】に記載されているような理由が挙げられている。
【０００７】
そこで、上記【特許文献１】においては、重合法により製造された球形トナーを用いる画像形成装置の像担持体上の残留トナーを効率よく除去するために、転写後の感光体表面の残留トナーを掻き取るクリーニングブレードと、クリーニングブレードよりも感光体移動方向の上流側に配置され、残留トナーを粉砕して感光体上に微粒トナーを生成するクリーニングブラシとを備えたクリーニング装置が開示されている。
【０００８】
また、【特許文献２】においては、画像形成装置の像担持体クリーニングブレードの球形トナーに対するクリーニング性を向上させるために、球形トナーにより形成されたトナー像を担持する表面が転写領域およびクリーニング領域を通って回転移動するトナー像担持体と、前記転写領域を通過するトナー像担持体表面のトナー像を転写材に転写する転写器と、前記クリーニング領域を通過するトナー像担持体表面に摩擦接触して前記トナー像担持体表面の残留トナーを除去するブレードエッジを有する弾性部材製のクリーニングブレードと、前記ブレードエッジに塗布された粉体潤滑剤と前記球形トナーよりも平均粒径が小さい不定形トナーとの混合粉体材料とを有するトナー像担持体クリーナとから構成される画像形成装置が開示されている。
【０００９】
一方、画像形成装置用のクリーニング装置としては、【特許文献３】に開示されているように、クリーニングブレードに付着しようとするトナーや異物を落下させ、クリーニングブレードと感光体とのベタ当たりによる鳴きの発生を防止するために、クリーニングブレードを強制的に振動させるようにしたものがある。
【００１０】
また、【特許文献４】に開示されているように、感光体に接触して感光体に振動を加え得る加振手段を備えたものがある。さらに、【特許文献５】に開示されているように、クリーニングブレードの固定端（非クリーニング部）に対して振動を与えることで、表面の粒子を浮かせ、表面から粒子を除去する振動手段を備えたものもある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、【特許文献１】に記載のクリーニング装置にあっては、残留トナーを粉砕して感光体上に微粒トナーを生成するクリーニングブラシを備えるために装置が大型化するだけでなく、樹脂からなるトナーを粉砕することは非常に困難で、仮に粉砕できるとしても像担持体表面に対するダメージが発生し、画像品質が低下することになる。
【００１２】
また、【特許文献２】に記載のクリーニング装置にあっては、球形トナーよりも平均粒径が小さい不定形トナーとの混合粉体材料を用いるために、球形トナーを用いることによる画像品質の向上というメリットが低減し、結果的に画像品質が低下することになる。
【００１３】
さらに、
【特許文献３】、【特許文献４】及び【特許文献５】に記載のクリーニング装置にあっては、クリーニングブレードに付着するトナー等を落下させるための振動を与えたり、像担持体表面からトナーを浮かせるための振動を与えるだけで、球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズムに対応した振動を与えるものではないため、球形トナーについてはクリーニング不良が発生する。
【００１４】
そこで、本発明者らは、まず、球形トナーを用いた場合にカウンタ方式のクリーングブレードではクリーニング不良が発生する原因について、そのメカニズムを研究し、これを解明した。
【００１５】
すなわち、図２２に示すように、代表的なカウンタ方式のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置にあっては、金属ホルダ１００に保持されたクリーニングブレード１０１の先端を、像担持体１１１に対して、その回転方向Ａに対してカウンタとなるように、つまり、クリーニングブレード１０１の腹面１０１ｃと像担持体１１１表面が角度θになるよう当接させ、さらにクリーニングブレード１０１先端（自由端）を押付け量ｄで像担持体１１１に押し付けることによって、像担持体１１１上の残留トナーをクリーニングする。
【００１６】
ここで、従来のクリーニングブレード１０１は、通常ポリウレタンゴムを主成分とするゴム弾性部材であり、ＪＩＳＡ硬度６５〜７０°、厚さ１．５〜２．０ｍｍ程度、金属ホルダ１００からのブレード自由長（突き出し量）８〜１５ｍｍ、当接角度θを２０〜３０°とするのが一般的である。
【００１７】
このように、像担持体１１１とクリーニングブレード１０１とが接触した状態で、像担持体１１１が回転すると、図２３に示すように、クリーニングブレード１０１は弾性部材であるため、像担持体１１１の矢示Ａ方向への移動によってブレード１０１のカット面１０１ａのエッジ部１０１ｂが像担持体１１１との摩擦力により矢示Ａ方向に引っ張られ、ブレード１０１のカット面１０１ａ（先端面）が変形してめくれた状態となる。このカット面１０１ａのめくれによって、ブレード１０１先端のカット面１０１ａと像担持体１１１との間でくさび形状のニップ部Ｎを形成する。
【００１８】
この場合、使用するトナーが粉砕トナーであるときには、図２４に示すように、粉砕トナーＴａは形状が歪であるため、クリーニングブレード１０１と像担持体１１１で形成されるくさび形状となったニップ部でトナーＴａのエッジ部が引っ掛かる。このとき、ブレード１０１の先端面の変形した部分は元の状態に戻ろうとする反発力が働き、いわゆるスティック・スリップ運動が発生する。
【００１９】
このスティック・スリップ運動について図２５を参照して説明する。ブレードニップが移動している像担持体表面にスティック状態（固着）になると、ブレードニップは同図に破線で示すように像担持体１１１の回転方向に強制的に引き伸ばされる。ブレードニップがある位置まで引き伸ばされるとブレードの反発力が大きくなり、静摩擦力と反発力が釣り合った時点でブレードニップが像担持体表面に対して滑る。ブレードニップと像担持体の間で滑りが生じる状態では、動摩擦係数が静摩擦係数より小さいため、ブレードニップは像担持体表面を滑りながら元の方向（実線図示の方向）へ戻ることになる。このスティック・スリップのくり返し運動（その範囲をＳＰで示している）の戻りの力によって、くさび形状のニップ部に滞在しているトナーＴａが像担持体１１１の進行方向とは逆方向に戻される力を受けクリーニングされる。
【００２０】
これに対して、トナーとして球形トナーを用いた場合について図２６を参照して説明する。同図は、球形トナーＴｂがクリーニングブレード１０１と像担持体１１１により形成されるくさび形状のニップ部に侵入してきたときの挙動を示している。
【００２１】
球形トナーＴｂを用いた場合、粉砕トナーＴａのようにトナーに歪な部分がないため、ブレード１０１の先端部に引っ掛からないため、くさび形状のニップ部に侵入し、クリーニングブレード１０１と像担持体１１１に挟まれた状態となった球形トナーＴｂは、像担持体１１１との間の摩擦力により接触部を駆動源として回転するモーメントを受ける。したがって、球形トナーＴｂは像担持体１１１の進行方向と逆方向に回転しながら、像担持体１１１の回転方向と同じ方向に移動して、ブレード１０１と像担持体１１１との間をすり抜けるため、クリーニング不良となる。
【００２２】
このとき、一旦球形トナーＴｂのすり抜けが発生すると、図２７に示すように球形トナーＴｂはクリーニングブレード１０１と像担持体１１１との間で潤滑剤のように機能し、ブレード１０１の先端部と像担持体１１１の摩擦力を低下させ、ブレード１０１の先端（カット）面のめくれを解除する（ブレード１０１を初期の形状に戻す）働きをする。そのため、ブレード１０１によるクリーニングの基本機能となる上述したスティク・スリップ運動が生じなくなり、連続してトナーのクリーニング不良が生じる現象が発生する。
【００２３】
以上では球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズムについて説明したが、小径トナーについても図２５に示したくさび形状のニップ部に対して、小径トナー程侵入しやすく、また侵入したトナーは歪であっても小径トナーほどエッジ部での引っ掛かりが少なくなるため、すり抜けが発生し易いことが確認された。
【００２４】
本発明者らは上記のように解明できた球形、小径トナーのクリーニング不良の発生メカニズムに基づき、更に鋭意研究を重ねた結果、従来のクリーニングメカニズとは異なる新規なメカニズムによって球形、小径トナーをクリーニングできることを見出した。
【００２５】
本件発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、球形、小径トナーについてのクリーニング性を向上したクリーニング装置、このクリーニング装置を備えた画像形成装置及びプロセスカートリッジ、このプロセスカートリジを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るクリーニング装置は、像担持体表面に当接するためのゴムからなるブレード部材と、このブレード部材を取り付けた振動部材と、この振動部材に取り付けられ、この振動部材に振動を与える加振手段と、を有し、振動部材はブレード部材を設ける部分の剛性が加振手段を設ける部分の剛性よりも高い構成としたものである。
【００３４】
本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、この像担持体に残留するトナーを除去するための本発明に係るクリーニング装置を含むクリーニング手段を備えている構成としたものである。
【００３５】
本発明に係るプロセスカートリッジは、像担持体、帯電手段、現像手段、転写手段の少なくともいずれかと本発明に係るクリーニング装置を含むクリーニング手段とを備えている構成としたものである。
【００３６】
また、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えている構成としたものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係るクリーニング装置による新規なクリーニングメカニズムについて図１を参照して説明する。
本発明に係るクリーニング装置は、ブレード部材１の先端領域に効率よく振動を与える構成である。そして、ブレード部材１の振動によってブレード部材１の先端と像担持体１１の間にあるトナーＴに振動を伝えること、また、ブレード部材１の先端領域の振動が像担持体１に伝わる構成とし、像担持体１からもトナーＴに振動を伝える。
【００３８】
これらの加振動作は、ブレード部材１のニップ部が従来の加振を用いるクリーニング装置とは異なる形状、動きとなるように振動させることで、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みを防止することができ、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良を無くすることが可能となる。
【００３９】
すなわち、図１は、ブレード部材１が振動状態にあり、またその振動によって球形トナーＴに振動が伝わり、トナーＴが活性に振動している様子（図中白抜き矢印で示す。）を表した図である。これは、高倍率の顕微鏡を介して高速度ビデオカメラによる観察結果を図示したものである。このとき、同図に示すように、ブレード部材１にはカット面のめくれが発生せず、カット面１ａのエッジ部１ｂが像担持体１１表面に対して初期形状を維持する状態になることが分かる。なお、図中の１ｃはブレード部材１の腹面（像担持体１１表面との対向面）である。
【００４０】
そして、このとき、ブレード部材１の先端カット面１ａと像担持体１１の近傍にある球形トナーＴがトナー数個分の範囲（図中のＢ部の範囲）わたって振動していることが判明した。
【００４１】
このような状態では、ニップ部近傍の振動しているトナー群（Ｂ部のトナー）がバリヤーのような働き（振動トナー壁）をし、後続の像担持体１１上トナーＴ（図中Ｃ部のトナー）の侵入を防止することになり、真球に近い様な球形トナーについても全くクリーニング不良が発生しない状態となる。
【００４２】
このとき、ブレード部材１が振動していることにより、またブレード部材１から像担持体１１にも振動を伝えることで、ブレード部材１と像担持体２との摩擦力が低下し、従来方式で発生していたブレード部材１のカット面１ａのめくれる現象がなくなる条件が存在することが判明した。ここでいう「カット面のめくれ」とは、通常は成型した弾性部材を厚さ方向にカットしてそのエッジをバリ、欠け等がなくシャープな形状に仕上げたブレード部材を使用するが、そのカット面が像担持体の移動に伴って変形して像担持体表面に接する状態になること（前述した図２３に示す状態になること）をいう。
【００４３】
このブレード部材１のカット面のめくれの発生を無くすることで、像担持体１１へのブレード部材１からのストレスも減少し、結果的にブレード部材１及び像担持体１１の耐久性が格段に向上するという非常に大きな効果が得られることも判明した。
【００４４】
そこで、以下に本発明に係るクリーニング装置を備えた本発明に係る画像形成装置について図２を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の概略構成図である。
【００４５】
この画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転する像担持体１１を備え、その周囲に帯電手段１２、露光手段１３、現像手段１４、転写手段１５、クリーニング装置１６、除電手段１７が配置されている。また、像担持体１１上から転写された転写材１８上のトナー像を定着するための図示しない定着装置が配置されている。
【００４６】
ここで、帯電手段１２は、像担持体１１表面に所定の距離で像担持体１１と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段１２にバイアスを印加することによって像担持体１１を所定の極性、所定の電位に帯電する。
【００４７】
露光手段１３は発光素子としてＬＤあるいはＬＥＤを使用し、画像データに基づき像担持体１１に光を照射し静電潜像を形成する。
【００４８】
現像手段１４は、内部に固定されたマグネットローラと回転自在の現像剤担持体１４Ａを備えており、現像剤を現像剤担持体１４Ａ上に保持させている。この画像形成装置では、現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて二成分磁気ブラシ現像を行うようにしている。その他の現像方式としてはキャリアを用いない一成分現像方式を用いてもよい。
【００４９】
現像剤担持体１４Ａには、現像バイアス電源から電圧が印加される。この現像バイアスと像担持体１１表面に形成された静電潜像の電位との電位差により、現像領域にて静電潜像に帯電したトナーを付着させて現像を行う。
【００５０】
転写手段１５は、転写時に像担持体１１表面に所定の押圧力で接触し、電圧が印加されることにより、像担持体１１と転写手段１５との間の転写ニップ部で像担持体１１表面のトナー像を転写材１８に転写する。この画像形成装置では転写ローラを用いて転写を行っているが、コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。
【００５１】
クリーニング装置１６は、本発明に係るクリーニング装置であり、ブレード部材２１と、振動部材２２と、加振手段２３と（これらの部材で構成される部分を「加振ブレード２０」と称する）を備え、前述したようにブレード部材２１に所要の振動を与えて、像担持体１１表面の残留トナーを除去する。このクリーニング装置１６により像担持体１１からクリーニングされたトナーは、トナー搬送部材によって、廃トナーとして図示していない廃トナーボトルに蓄えてサービスマンなどにより回収、あるいはリサイクルトナーとして現像装置などに運ばれ現像に使用される。
【００５２】
除電手段１７は、クリーニング装置１６により残留トナーを除去された像担持体１１の残留電荷を除電するもので、ＬＥＤなどを用いた光除電方式の除電装置を用いている。
【００５３】
次に、クリーニング装置１６の第１実施形態の構成の詳細について図３ないし図６を参照して説明する。なお、図３は同クリーニング装置の加振ブレードの要部拡大説明図、図４は図３の要部拡大説明図、図５は同加振ブレードの正面説明図、図６は同加振ブレードを先端側から見た説明図である。
【００５４】
このクリーニング装置１６の加振ブレード２０は、前述したように、ブレード部材２１と、このブレード部材２１を取り付けた振動部材２２と、この振動部材２２に取り付けられた加振手段２３とを備えている。
【００５５】
ブレード部材２１は、例えばポリウレタンゴムを素材とした弾性体で、厚みは５０〜１５００μｍの範囲内、好ましくは１００〜５００μｍの範囲内とするのが良い。厚さが薄すぎると、像担持体１１表面及びブレード部材２１自体のうねり等によってブレード部材２１の像担持体１１への押しつけ量が確保しにくくなる。厚さが厚すぎると、振動部材２２からの振動を吸収し、ブレード部材２１先端部への振動が十分伝達されず、トナーのクリーニング性が低下する。ブレード部材２１の厚さが厚い場合は、ブレード部材２１の材料としてＪＩＳＡ硬度で８５〜１００°の範囲内の硬い部材を使用することで、振動の伝達効率を上げることができる。
【００５６】
ここで薄いウレタンブレードの製造方法によっては、ブレード部材２１と振動部材２２との間に一層、または二層以上の他の部材を介在させた構成とすることもできる。例えば、薄いウレタンブレードを成型する時、ウレタンより硬度の高いＰＥＴ等の既成樹脂フィルムに一体接合成型する。これによって、フレード部材のニップ部はシャープなエッジが必要であるが、そのための切断作業のハンドリング性が向上する。この場合は、ＰＥＴとウレタンとを一体にしたものを切断加工した後、ＰＦＴ側を振動部材２２に接合して取付けることになる。
【００５７】
振動部材２２は、振動が可能で弾性のブレード部材２１よりも剛性の高い材料、例えば軟鋼板、ＳＵＳ板、等の金属部材、またはカーボン、ガラス繊維を混合した樹脂成形部材、などから形成している。この振動部材２２は一端部側を固定部２４に固定し、他端部を自由端部２３ａとして、この自由端部にブレード部材２１を取り付けている。なお、固定部２４は図２に示すようにクリーニング装置の筐体２５に固定している。
【００５８】
この振動部材２２は、ブレード部材２１のホルダとして機能し、像担持体１１へのブレード部材２１の押し付け力、当接角度を決める部材でもある。すなわち、従来のブレードでは、ブレードニップ部の像担持体への押し付け力は弾性ブレード自身の復元力で与えるようにしている。これに対して、本発明においては、振動の伝搬効率を上げるためブレード部材２１は薄い部材構成とし、ブレード部材２１単体での押し付け力が確保できないことから、この実施形態では振動部材２２がブレード２１に対して像担持体１１への押し付け力を付与する構成している。
【００５９】
これにより、薄い弾性ブレード部材を使用しながら振動伝搬効率を高くし、且つブレード部材の反り、像担持体表面のうねりに対応するニップを安定して形成することができ、確実なクリーニング性能が得られる。
【００６０】
加振手段２３は、振動部材２２に振動を与えるもので、ここでは電気機械変換素子としての圧電素子、特に板状（単板）圧電素子を用いている。加振手段２３として板状圧電素子を用いることにより、低コストで変位量が容易に得られる加振手段を構成することができる。
【００６１】
この加振手段２３は、図５及び図６に示すように、像担持体１１の軸方向（幅方向）に複数個配置した構成としている。なお、加振手段２３は１個でもよいが、複数個を間隔をおいて配置することにより、振動部材２２の幅方向の振動の均一性を得られ易い。なお、１個の長尺の圧電素子を設けることも考えられるが、板状圧電素子の場合には板面方向の伸縮による撓み変形を用いるため、複数個を間隔をおいて配置する方が好ましい。
【００６２】
この加振手段２３は、振動部材２２の像担持体１側先端寄り、すなわち自由端部２２ｂのブレード部材２１と取り付け面と反対面に設けている。振動部材２２の構成によっては、加振手段２３は振動部材２３の固定端とブレード先端（自由端）の間で振動部材２２を加振できる箇所であれば特に取り付け位置が限定されるものではない。
【００６３】
加振手段２３を構成する単板圧電素子は、図４に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電層２３ａの両面、即ち、振動部材２２との接合面とその反対面に、印刷焼成したＡｇなどからなる電極２３ｂ、２３ｃを有する。この電極２３ｂ、２３ｃを用いて分極を行った厚さ０．３〜０．５ｍｍの圧電素子（圧電層２３ａ）に対して、１００〜３００Ｖの電圧を印加することで板面方向の縮み変形が発生し、その結果、振動部材２２を撓ませる変形振動を与えることができる。この撓み振動は、圧電素子（加振手段２３）と振動部材２２の剛性がほぼ同じときに変形の効率がよく、例えば厚さ０．２〜０．４ｍｍの金属振動部材２２、あるいは厚さ０．３〜１．０ｍｍの樹脂製振動部材を用いることが好ましい。
【００６４】
そして、図７に示すように、このクリーニング装置１６においては、図７に示すように、加振ブレード２０の複数の加振手段２３を構成する圧電素子に対して共通に駆動信号Ｐｖを印加するための駆動回路２８を備えている。このようにブレード部材の幅方向に複数の加振手段を設けた場合に共通の駆動回路で駆動することによって、ブレード部材の幅方向における振動の均一性を高めることができる。
【００６５】
なお、駆動回路２８は画像形成装置の駆動制御部にて構成され、所定のタイミングで駆動信号Ｐｖを加振手段２３に与える。また、この実施形態では１つの加振ブレード２０で像担持体１１の幅方向全幅のクリーニングを行うようにしているが、複数の加振ブレード２０を設けて幅方向全幅をカバーするように構成することもでき、この場合にも複数の加振ブレード２０の各加振手段を共通の駆動回路で駆動することが好ましい。
【００６６】
ここで、この実施形態では、振動部材２２として金属性部材（導電性部材）を用いて、複数の加振手段２３を構成する圧電素子の電極２３ｃを振動部材２２に直接コンタクトして電気的に接続することによって、振動部材２２を介して複数の加振手段２３の電極２３ｃを共通に接続している。これにより、駆動信号の印加を簡単な回路構成で行うことができる。なお、直接コンタクトは電極２３ｃの接合面側を粗面に仕上げて、薄い接着層で振動部材２２に接合することで容易に得られるが、この他、導電性接着剤を用いて接合してもよい。
【００６７】
このように構成したクリーニング装置１６において、複数の加振手段２３に対して駆動回路２８から所要周波数の駆動信号Ｐｖを与えて、複数の加振手段２３を構成する圧電素子に撓み変形を与えることで振動部材２２が振動し、この振動部材２２の振動によってブレード部材２１が振動する。
【００６８】
ここで、加振手段２３によって振動部材２２に対してブレード部材２１先端の像担持体１１の移動方向（矢示Ａ方向）へのめくれが発生しない振動を与える。これにより、前述したように、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みを防止することができて、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良を無くすることができる。また、像担持体へのブレード部材からのストレスも減少し、結果的にブレード部材、および像担持体の耐久性が格段に向上するという非常に大きな効果が得られる。
【００６９】
このとき、剛性の高い振動部材２２に、薄い、または従来より硬い弾性のブレード部材２１を接合した構成とすることで、加振手段２３の振動をブレードニップ部に効率よく伝えることが可能となり、前述したように、カット面めくれのない、新規なメカニズムのクリーニングを行うことができ、小径、球形トナーでもクリーニング不良せず、クリーニング性能が向上する。
【００７０】
次に、クリーニング装置１６の加振ブレード２０の他の構成について図８を参照して説明する。
ここでは、振動部材２２は支軸３０で揺動可能に支持し、振動部材２２の一方の自由端部２２ａの支軸側に薄肉部２２ｂを形成して、この薄肉部２２ｂの外面側（像担持体１１側と反対面側）に加振手段２３を設け、また、振動部材２２の他方の自由端部と固定部２４との間に補助手段であるばね加圧手段３１を設けて、振動部材２２のブレード部材２１を取り付けた自由端２２ａ側を像担持体１１側に付勢するようにしている。
【００７１】
このように、ブレード部材２１の像担持体１１への押しつけ力を、補助手段であるバネ加圧手段３０で与える構成とすることもできる。なお、ブレード部材２１の像担持体１１への押しつけ力を付与するための補助手段は、ばねに限るものではなく、ゴムなどの弾性部材でもよい。これにより、前述したと同様に、薄い弾性ブレード部材を使用しながら振動伝搬効率を高くし、且つブレード部材の反り、像担持体表面のうねりに対応するニップを安定して形成することができ、確実なクリーニング性能が得られる。
【００７２】
次に、ブレード部材２１の像担持体１１に対する押し付け量及び当接角について図９を参照して説明する。なお、同図はブレード部材２１と像担持体１１の当接状態を示す要部拡大説明図である。
先ず、ブレード部材２１は像担持体１１の回転方向（矢示Ａ方向）に対して、カウンタ方向で当接している。すなわち、ブレード部材２１と像担持体１１とが当接する角度θが開く方向へ像担持体１１が移動する設定としている。
【００７３】
これにより、ブレード部材２１のカット面２１ａのめくれを無くし、くさび形状が形成されたとしても非常に小い形状を維持することが可能となり、ニップ部へのトナーの入り込みを防止することができる。
【００７４】
そして、ブレード部材２１は、上述した押し付け力によってニップ部先端において像担持体１１に押し付けられるが、このときの像担持体１１表面からブレード部材２１の高さ方向で押付け量をｄとしている。つまり、ブレード部材２１の先端の接触位置からさらに押し付け量ｄの高さだけ像担持体１１の方向へ押し付けた状態を初期設定とする。ここで、初期設定とは、加振しない状態でのブレード押し付け量であり、前記単板圧電素子を加振手段２３に用いた加振ブレード２０では、押し付け量ｄは弾性のブレードニップ部の変形と圧電素子を含む振動部材２２の撓み変形の量に相当する。
【００７５】
この押し付け量ｄの値は、ブレード部材２１の厚さ、硬度にもよるが、厚さ１００〜３００μｍ、硬度がＪＩＳＡ７５〜１００°の場合、押し付け量ｄは、１０〜１００μｍの範囲内とすることが好ましい。ブレード部材２１の厚さが薄く、硬い方向の場合押し付け量ｄは小さく、厚く、硬度が小さい場合押し付け量ｄは大きい値とする。
【００７６】
また、ブレード部材２１の像担持体１１に対する当接角度θは、０〜５０°の範囲内とすることで、ブレード部材２１のカット面２１ａのめくれを無くし、くさび形状が形成されたとしても非常に小い形状を維持することが可能となり、ニップ部へのトナーの入り込みを防止することができ、クリーニング性能が得られる。
【００７７】
この当接角度θが０〜１０°のときは、振動部材２２に貼り付けているブレード部材２１の長さ寸法Ｌ（図２及び図８参照）は２〜５ｍｍと短くして実際に像担持体１１との接触する長さを短くした場合に好ましい構成であり、ブレード部材２１の長さ寸法Ｌが５ｍｍ以上と長い場合は１０〜５０°の範囲内で傾斜させてブレードエッジ部２１ｂ（図４参照）が接触する構成とすることが好ましい。
【００７８】
次に、振動板部材２２に対するブレード部材２１の突き出し量について上述した図９及び図１０を参照して説明する。
まず、図９に示す例では、ブレード部材２１の剛性より振動部材２２の剛性が高い構成とし、且つ、ブレード部材２１と振動部材２２の先端突き出し量の関係を両者ほぼ同じ（又はブレード部材２１の先端を振動部材２２より短く、つまり振動部材２２先端より後退した）構成としている。
【００７９】
このような構成とすることで、加振手段２３による振動部材２２の振動の伝搬がニップ部で減衰することが抑えられて、トナーのクリーニングに直接作用するブレードニップ部にほぼ同レベルで伝えることができ、より効率の良いクリーニングが可能となる。
【００８０】
また、図１０に示す他の例では、前同様に、ブレード部材２１の剛性より振動部材２２の剛性が高い構成とするが、ブレード部材２１の先端を振動部材２２の先端より突き出し量ｈだけ突き出した関係の構成としている。ただし、微小量の高周波数の振動はゴム弾性部材のブレードに吸収されやすい。実験の結果、ブレードの硬さがＪＩＳＡ硬度で８０〜１００°の範囲内のものを使用し、ニップ部変位量の減衰が７０％以下にするためには、振動部材２２に対するブレード２１の先端の突き出し量ｈをブレード厚さの２倍以下の設定にすれば良いことが判明した。
【００８１】
これによって、加振手段２３による振動部材２２の振動の伝搬がニップ部で減衰することが抑えられて、トナーのクリーニングに直接作用するブレードニップ部にほぼ同レベルで伝えることができ、より効率の良いクリーニングが可能となるとともに、加振手段２３の駆動条件を圧電素子の発熱が問題にならない範囲の電圧、周波数設定が可能となり、球形、小径トナーのクリーニングが可能となる。
【００８２】
次に、加振手段２３の駆動条件、ブレード部材２１によるニップ部の振動量について説明する。
加振手段２３を構成する圧電素子として、厚さ０．３〜１．０ｍｍ、５〜２０、ｍｍの範囲内の縦横寸法のものを使用し、前述した振動部材２２及びブレード部材２１を用いて、圧電素子の駆動条件とクリーニング性能について実験を行った。
【００８３】
この結果、圧電素子の駆動条件として、駆動信号の周波数１７ｋＨｚ〜５０ｋＨｚとして、振動変位量としてはブレード先端ニップ部において０．１〜４μｍが得られるようにすることで、ブレードニップ部に圧縮と緩和の振動が伝わり、前述した図１で説明したようなクリーニングメカニズムによって、球形、及び小径トナーのクリーニング性能が得られることが確認された。
【００８４】
このことより、少なくとも、ニップ部に与える振動量を前記押付け量ｄより小さい値に設定することで、安定な効果を得ることができる。すなわち、ブレード部材２１が振動していることにより、またブレード部材２１から像担持体１１にも振動が伝わるが、これらによってブレード部２１と像担持体１１との摩擦力が低下し、ブレード部材２１のカット面がめくれる現象がなくなる。結果として、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みが防止され、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良が生じなくなる。
【００８５】
同時に、ブレード部材２１の振動、またブレード部材２１から像担持体１１に振動が伝わることは、球形トナー自体を振動させることができ、トナーが像担持体１１表面上で活性に振動して、像担持体１１との吸着力がなくなり、クリーニング性能が向上する。
【００８６】
さらに、ニップ部近傍の振動しているトナー群がバリヤーのような働き（振動トナー壁）をし、後続の像担持体１１上トナーの侵入を防止することになり、真球に近い様な球形トナーについても全くクリーニング不良が発生しない状態となる。
【００８７】
ここで、トナーの平均粒径は、一般に８〜１０μｍ、最近は重合法による製造方法によって球形形状と同時に小径化が進み５μｍ前後のトナーを使用する様になってきている。前記クリーニング効果を得るためには、ブレード先端ニップ部における振動変位量として、トナーの平均粒径以下であればよく、駆動周波数によってはトナー平均粒子径の１／１０以下の振動量であっても十分な効果が得られることが確認された。
【００８８】
また、ブレード部材２１の振動によって像担持体１１にも振動が伝わることで、カット面のめくれがなくなることについては前述したが、同時に像担持体１１の振動によってブレード近傍にある像担持体１１表面のトナーに振動が伝わる。加振手段２３を構成する圧電素子に対する駆動信号の周波数１７ｋＨｚ〜５０ｋＨｚとして、振動変位量としてはブレード先端ニップ部において０．１〜４μｍが得られるようにすることで、図１に示したように、ブレード部材２１に直接接していない近傍にあるトナー数個分の範囲わたっても振動を与えることができることが確認された。
【００８９】
このように、加振手段によって振動部材の振動量がブレード部材の像担持体に対する押しつけ量より小さい振動を与えることによって、ブレード部材先端のめくれが発生せず、また、ブレード部材の振動がトナーに直接伝わり、更にブレード部材から像担持体に振動が伝わることで、ブレード近傍にあるトナーが像担持体面上で活性に振動して吸着力がなくなり、クリーニング性能が向上するとともに、加振による振動によってギャップが形成されてトナーがすり抜ける現象の発生を抑えることができて、確実なクリーニング性能が得られる。
【００９０】
この場合、振動量はトナーの平均粒子径よりも小さくすることで、より確実に加振による振動によってギャップが形成されてトナーがすり抜ける現象の発生を抑えることができる。
【００９１】
また、ブレード部材の振動によって直接ブレード部材に接していないトナーも振動が与えられる構成とすることで、特に像担持体の線速が速い領域のクリーニングが可能となり、特に球形、小径トナーを用いた高速高画質画像形成装置が得られるようになる。
【００９２】
次に、クリーニング装置１６の加振ブレード２０の第２実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。
この実施形態では、加振手段２３として前記実施形態と同様に板状圧電素子を用い、振動部材２２には圧電素子を接合する領域に対応した部分を薄くした薄肉部２２ｂを形成して、その部分だけが弾性変形しやすい構造としている。なお、ブレード部材２１はウレタンブレード部材であり、振動部材２２は先端領域にブレード部材２１が接合され、像担持体１１へのブレード部材２１の当接角度θ、食い込み量（押し付け量）ｄを決める構成としていることは前記図２の構成と同様である。
【００９３】
これによって、振動部材２２のブレード部材２１を取り付ける先端領域の剛性を高くすることができ、固有振動数を高く設定できるため、ブレード部材２１の幅方向において振動部材２２の先端部を高周波数領域まで均一に振動させることができるようになり、クリーニングムラのない高性能クリーニングが可能となる。そして、圧電素子を接合した領域に対応した部分のみ振動部材２２を薄くしているので、加振ブレード２０全体の固有振動数を高く維持でき、高い周波数までの加振が可能となる。
【００９４】
また、振動部材２２は、複数の加振手段２３の間には幅方向に複数箇所の抜き領域（肉抜き部）２２ｄを設けている。これにより、圧電素子（加振手段２３）による振動部材２２の先端方向への撓み変形の効率がより向上し、より効率的にブレード部材２１を振動させることができる。
【００９５】
ここで、この実施形態の加振ブレード２０（クリーニングブレード）について、実際のニップ部の振動変位量を測定した結果について図１３、図１４を参照して説明する。
【００９６】
図１３に示すブレードニップ面変位量の測定条件としては、ブレード部材２１の幅をＡ３サイズ横幅とし、像担持体１１へのニップ部押付け量ｄ：５０μｍ、複数の各圧電素子（加振手段２３）へは共通の駆動信号Ｐｖを印加し、駆動信号Ｐｖは、電圧２２０Ｖ、周波数１０〜４０ｋＨｚの４段階とした。使用した圧電素子は、厚さ０．３ｍｍ、縦横寸法７×１０ｍｍとした。測定に使用した振動変位計は、グラフテック社製ＡＴ００２１レーザドップラ振動計、ビーム径Φ１２μｍによる。
【００９７】
この結果から、Ａ３幅対応のクリーニングブレードで、幅方向においてほぼ均一な変位が得られることが分かり、ブレードのカット面めくれが発生せず、球形、小径トナーのクリーニングを行うことができる。
【００９８】
また、図１４は上記ど同様に測定した結果であるが、圧電素子に印加する駆動信号Ｐｖの駆動電圧を８０Ｖにしている。この場合も、前記より変位量は低いが比較的像担持体の線速が遅い場合においては摩擦力を低下させるには十分な性能であり、球形、小径トナーのクリーニングを行うことができる。
【００９９】
次に、クリーニング装置１６の加振ブレード２０の第３実施形態について図１５を参照して説明する。
この実施形態では、加振手段２３として板状圧電素子を用い、２枚の圧電素子（加振手段２３）を振動部材２２の両面に設けている。２つの圧電素子（加振手段２３）は電圧を印加することによって、一方は面方向に伸び、他方は面方向に縮む方向の変形を与えるように設定している。
【０１００】
これにより、振動部材２２を２倍の力で撓ませることができ、また、全体の剛性が高くなるので、固有振動数を高くできる。
【０１０１】
次に、クリーニング装置１６の加振ブレード２０の第４実施形態について図１６及び図１７を参照して説明する。
この実施形態では、振動部材２２に振動を与える加振手段３３として積層型圧電素子を用いている。積層型圧電素子は、それ自体の固有振動数が５０〜１００ｋHzと高く、また発生変位力が非常に大きいので、積層型圧電素子を用いることで、振動部材２２の板厚を厚くしても高い振動数まで応答が可能な構成が容易となる。
【０１０２】
ここでは、加振手段３３を構成する積層型圧電素子は、例えば一層あたり１００μｍの圧電層３３ａと内部電極３３ｂとを交互に積層し、内部電極３３ｂは交互に両端面に引き出して端面電極（外部電極）に接続したものであり、その積層方向の変位であるｄ３３方向変位を利用する構成としている。
【０１０３】
なお、積層型圧電素子を用いて複数層積層した積層方向に対して直角となる面方向の変位、即ちｄ３１方向変位を利用する構成とすることもでき、この場合変位量が大きくとれ、低電圧化を図れ、ドライバ（駆動回路）コストの低減を図れる。この構成を採用する場合、加振手段２３を構成する積層型圧電素子以外図１６と同様の構成である。
【０１０４】
ここで、振動部材２２は弾性変形可能な薄板状であり、この振動部材２２と対向しする支持部３５ａを有する剛性の高いホルダである固定部材３５に振動部材２２の固定端を固定し、固定部材３５の支持部３５ａと振動部材２２との間に加振手段３３である積層型圧電素子が挟まれるように配置している。ブレード部材２１は加振手段３３からの振動が振動部材２２を介して伝わるように、振動部材２２の加振手段2３３とは反対面の先端領域に配置している。
【０１０５】
このように、加振手段を固定部と振動部材との間に設けた構成とすることで、効率的に振動部材に振動を伝えることができる。
【０１０６】
また、加振手段３３は、図１７に示すように、像担持体１の幅方向で複数個設けている。加振手段３３は、比較的幅が狭いブレード部材２１の場合、積層圧電素子の断面積の大きいものを使用すれば、１個とする構成も可能である。
【０１０７】
次に、クリーニング装置１６の加振ブレード２０の第５実施形態について図１８を参照して説明する。
この実施形態では、振動部材３２を厚くして剛性を高くし、積層型圧電素子を用いた加振手段３３を挟み込むようなコ字型の凹部３２ａを形成し、この凹部３２ａに前記第４実施形態と同様なｄ３３方向の変位を利用する積層型圧電素子を配置している。
【０１０８】
そして、加振手段３３によって振動部材３２の先端部が効率良く振動するように、振動溝３２ｃを設けて一部分３２ｂが薄くなるように形成している。また、ブレード部材２１は、振動部材３２からの振動が伝わりやすいように薄層化している。
【０１０９】
これにより、振動部材３２のブレード部材２１を取り付ける部分の剛性を高めることができ、より効率的にブレード部材２１に振動を伝搬することができるようになる。
【０１１０】
次に、上述した各実施形態に係るクリーニング装置を用いたクリーニング実験の結果について説明する。
この実験では、トナーとして円形度０．９８以上の球形トナーを用いた。円形度は、図１９に示すような定義で表され、円形度０．９８以上ではほとんど真球に近いトナーである。
【０１１１】
像担持体１１には付着量０．１ｍｇ／ｃｍ²のハーフトーン画像を用い、加振手段２３に印加する駆動電圧と駆動周波数をパラメータとし、ブレード先端部変位量をレーザードップラー計で測定しながら評価を行った。
【０１１２】
加振手段２３を駆動しない状態、即ち振動を与えない場合は、当然初期からクリーニングを行うことが不可能であったが、変位量が０．１μm以上、振動周期が像担持体１から除去するトナーの通過周期の２〜３倍以下の時間であれば、すべての実施形態でクリーニングすることが可能であった。さらに、周波数に関しては１７ｋHz以下では可聴域のため振動による騒音が気になるが、１７ｋＨｚ以上では音の問題もなく、クリーニング性も良好であった。
【０１１３】
初期的には真球に近いトナーに対してクリーニング可能であることがわかったので、次に耐久性の評価を行なった。
【０１１４】
〔比較実験〕
前述した第１ないし第５実施形態のクリーニング装置を備えた画像形成装置と、従来方式のブレードクリーニング（図２２の構成）を用いた画像形成装置を用いて、クリーニング性及び像担持体のダメージについて比較評価を行なった。
【０１１５】
評価には粉砕トナー及び球形トナーを用い、クリーニング不良が発生する枚数及び５００００枚通紙時点での像担持体の膜削れ量を測定した。
【０１１６】
球形トナーは、前述した図１９に示す定義で、円形度０．９８のトナーを用いた。また、用紙サイズとしてＡ３用紙縦方向を用い、ブレードクリーニングさせる像担持体１１への現像トナー付着量は０．１ｍｇ／ｃｍ²のハーフトーン画像を用いた。評価環境は、温度１０℃、湿度３０%で行なった。表１にこれらの評価結果を示している。
【０１１７】
【表１】

【０１１８】
この比較評価の結果、従来のブレードクリーニング方式に比べ、本発明の構成によって振動を与えたクリーニング方式では球形トナーに対しても可能であり、像担持体へのダメージも半分以下であることが分かる。
【０１１９】
次に、本発明に係るクリーニング装置を含む本発明に係るプロセスカ−トリッジについて図２０を参照して説明する。なお、同図は同プロセスカートリッジの概略構成断面図である。
【０１２０】
このプロセスカートリッジ５０は、像担持体５１、帯電手段５２、現像手段５４、本発明に係るクリーニング装置５６等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
【０１２１】
クリ−ニング装置５６を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換が容易に行うことができるようになる。
【０１２２】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置について図２１を参照して説明する。
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）６１に沿って、各色の上述したプロセスカ−トリッジ５０を並置した形式のカラー画像形成装置である。
【０１２３】
プロセスカ−トリッジ５０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色ごとに４つ配置されている。各プロセスカ−トリッジ５０で現像された像担持体６１上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト６１に順次転写される。
【０１２４】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト６１上に多重に転写され、転写手段６２で転写材１８にまとめて転写される。そして、転写材１８上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。プロセスカ−トリッジ５０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０１２５】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
【０１２６】
そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジ５０として一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【０１２７】
なお、上記実施形態においては球形トナーで説明したが、小径トナーについても同様である。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るクリーニング装置によれば、新規なクリーニングメカニズムを採用したので、球形トナー、小径トナーを用いた場合でもクリーニング不良が発生せず、クリーニング性を向上することができる。
【０１２９】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係るクリーニング装置を備えているので、円形、小径トナーを使用してもクリーニング不良がなく、高画質画像を形成することができる。
【０１３０】
本発明に係るプロセスカートリッジによれば、本発明に係るクリーニング装置を備えているので、円形、小径トナーを使用してもクリーニング不良がなく、高画質画像を形成することが可能になる。
【０１３１】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る複数のプロセスカートリッジを備えているので、円形、小径トナーを使用してもクリーニング不良がなく、高画質カラー画像を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクリーニング装置のクリーニングメカニズムを説明するための説明図
【図２】本発明に係るクリーニング装置を備えた本発明に係る画像形成装置の概略構成図
【図３】同画像形成装置のクリーニング装置の加振ブレードの要部拡大説明図
【図４】図３の要部拡大説明図
【図５】同加振ブレードの正面説明図
【図６】同加振ブレードを先端側から見た説明図である。
【図７】同クリーニング装置に対する駆動系の一例を説明する説明図
【図８】同クリーニング装置の他の構成の説明に供する説明図
【図９】ブレード部材の当接角度及び押し付け量の説明に供する説明図
【図１０】振動部材とブレード部材の突き出し量の説明に供する説明図
【図１１】本発明に係るクリーニング装置の第２実施形態の説明に供する説明図
【図１２】同クリーニング装置の像担持体幅方向の説明図
【図１３】同クリーニング装置におけるブレードニップ部の変位量の測定結果を説明する説明図
【図１４】同クリーニング装置におけるブレードニップ部の変位量の他の測定結果を説明する説明図
【図１５】本発明に係るクリーニング装置の第３実施形態の説明に供する説明図
【図１６】本発明に係るクリーニング装置の第４実施形態の説明に供する説明図
【図１７】同クリーニング装置の像担持体幅方向の説明図
【図１８】本発明に係るクリーニング装置の第５実施形態の説明に供する説明図
【図１９】トナーの円形度の説明に供する説明図
【図２０】本発明に係るプロセスカートリッジの説明に供する説明図
【図２１】本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の概略構成図
【図２２】従来のクリーニングブレードの説明に供する説明図
【図２３】同クリーニングブレードの像担持体が移動しているときの状態を示す要部拡大説明図
【図２４】同クリーニングブレードを用いた粉砕トナーのクリーニングメカニズムの説明に供する説明図
【図２５】同クリーニングブレードを用いた粉砕トナーのクリーニングメカニズムにおけるスティック・スリップ運動の説明に供する説明図
【図２６】同クリーニングブレードを用いた球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズを説明する説明図
【図２７】同クリーニングブレードを用いた球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズを説明する説明図
【符号の説明】
１…ブレード部材、１１…像担持体、２０…加振ブレード、２１…ブレード部材、２２…振動部材、２３…加振部材、５０…プロセスカートリッジ。

Claims (4)

1. 像担持体に残留するトナーをクリーニングするためのブレード部材を備えるクリーニング装置において、
   前記像担持体表面に当接するためのゴムからなるブレード部材と、
   このブレード部材を取り付けた振動部材と、
   この振動部材に取り付けられ、この振動部材に振動を与える加振手段と、を有し、
   前記振動部材は前記ブレード部材を設ける部分の剛性が前記加振手段を設ける部分の剛性よりも高い
   ことを特徴とするクリーニング装置。
2. 像担持体と、この像担持体に残留するトナーを除去するためのクリーニング手段を備えた画像形成装置において、前記クリーニング手段が請求項１に記載のクリーニング装置であることを特徴とする画像形成装置。
3. 像担持体、帯電手段、現像手段、転写手段の少なくともいずれかとクリーニング手段とを備えたプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニング手段が請求項１に記載のクリーニング装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
4. カラー画像を形成する画像形成装置において、前記請求項３に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。

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