画像形成装置
【課題】現像剤中の外添剤等が像担持体に付着し、固化して画像不良を発生させることを防止し、長期間に亘り高画質の画像を形成する画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体をクリーニングするクリーニングブラシを備え、像担持体とクリーニングブラシとのクリーニング時の移動である正移動時における前記クリーニングブラシの接触圧に対する像担持体とクリーニングブラシとの逆移動時における前記クリーニングブラシの接触圧の比を１．５〜３とする。
【解決手段】像担持体をクリーニングするクリーニングブラシを備え、像担持体とクリーニングブラシとのクリーニング時の移動である正移動時における前記クリーニングブラシの接触圧に対する像担持体とクリーニングブラシとの逆移動時における前記クリーニングブラシの接触圧の比を１．５〜３とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置に関し、特に、クリーニング装置が改良された画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにおいては、トナー像を感光体、中間転写体等の像担持体から転写材に転写した後に、前記像担持体をクリーニングすることにより、前記像担持体が繰り返し使用される。しかして、前記像担持体のクリーニングには、ゴム製のクリーニングブレードやクリーニングブラシ等のクリーニング手段が用いられる。クリーニングブラシは、単独で用いられる場合や、クリーニングブレード等の他のクリーニング手段と併用して用いられる。
【０００３】
特許文献１、２では、クリーニングブラシを正、逆２方向に回転することにより、高いクリーニング性能を維持する技術が開示されている。特に、特許文献１では、トナーの樹脂成分からなる薄層をクリーニングブラシで研磨することにより像担持体から除去すること、クリーニングブラシとしてブラシ毛を傾斜させて設けること、さらには、クリーニングブラシの研磨力を回復させるために、クリーニングブラシを逆回転させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９７７７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２５００３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高速化や高画質化のために、トナーが小粒径化されるとともに、現像剤には、シリカ等の外添剤が含有されるようになってきている。
【０００６】
外添剤を含有する現像剤を用いた画像形成においては、写真画像や模様画像のように高濃度画像の形成が続いた場合や、高温高湿の環境下では、外添剤がクリーニング装置をすり抜けて残留し、残留した外添剤が前記像担持体に固着して画像不良を起こすことが問題となっている。
【０００７】
電子写真画像形成装置がオンデマンドプリンタなど印刷機として用いられようになってきたために、高速、且つ、高耐久性であることが電子写真画像形成装置に要求されるようになってきている。このような高速、高耐久性画像形成装置では、高いクリーニング性能が要求され、クリーニングブラシには小粒径トナー、外添剤含有等の資材の面からの要求と、高速、高耐久性の面からの要求とを満たす性能が要求されている。
【０００８】
特許文献１のクリーニングブラシのブラシ毛を傾斜して植毛しクリーニングブラシに研磨力を持たせる技術は、要求される高性能を満たすことができない。特に、初期において研磨力を有するように設定されたクリーニングブラシであっても、画像形成を重ねるにしたがって、研磨力が低下して固着物が除去されず、画像不良を起こすようになる。画像不良は、像担持体上に微少な点状に固着物が形成され、画像に雨だれ状の白い斑点が形成されるものである。以下において、このような画像不良を雨だれという。雨だれは、研磨力が低いことによると考えられる。
【０００９】
本発明は、従来のクリーニングブラシにおける前記に説明した問題を解決し、雨だれを発生することなく、長期間に亘り良好なクリーニングを行う高速、高耐久性の電子写真画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的は下記の発明により達成される。
【００１１】
１．像担持体と、基体及び該基体に植毛されたブラシ毛を有し、前記像担持体の表面に対して、前記ブラシ毛が相対的に移動することにより前記像担持体をクリーニングするクリーニングブラシとを備えた画像形成装置において、
前記ブラシ毛は、前記ブラシ毛が植毛されている点で前記基体の表面に引いた接線と前記ブラシ毛との、クリーニング時における前記ブラシ毛に対する前記像担持体の相対的な移動方向の下流側における挟み角である植毛角θが鋭角となるように順方向傾斜植毛されており、
前記像担持体と前記クリーニングブラシとのクリーニング時の移動である正移動における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ１に対する前記像担持体と前記クリーニングブラシとの逆移動時における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ２の正逆比α＝ＰＲ２／ＰＲ１が１．５〜３であることを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
２．前記接触圧ＰＲ１が２００ｍＮ／ｃｍ〜５００ｍＮ／ｃｍであることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１３】
３．前記植毛角θは、２０度〜７０度であることを特徴とする前記１又は前記２に記載の画像形成装置。
【００１４】
４．前記クリーニングブラシの食い込み量Ｙは、０ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【００１５】
５．前記像担持体と前記クリーニングブラシとを相対的に逆移動させる回復手段を備えたことを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１６】
６．前記クリーニングブラシの前記像担持体に対する接触圧を検知する接触圧計と、前記回復手段を制御する制御部とを備え、
前記接触圧計により測定された接触圧が所定値に達したときに、前記制御部は前記回復手段を作動させることを特徴とする前記５に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、ブラシ毛が順方向傾斜植毛され、クリーニングブラシと像担持体とを相対的に正移動したときのクリーニングブラシの接触圧に対する逆移動した時にクリーニングブラシの接触圧の比である正逆比αが１．５〜３である。これにより、長期間に亘り、高い研磨力を有するクリーニングブラシが実現され、長期間に亘り高画質の画像を形成する画像形成装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部を示す要部断面図である。
【図２】クリーニングブラシを示す図である。
【図３】クリーニングブラシを示す図である。
【図４】正逆比αの測定装置を示す図である。
【図５】正逆比αの測定装置を示す図である。
【図６】斜毛角θと食い込み量Ｙとを種々変えたとの正逆比αを示すグラフである。
【図７】正逆比αを適正値に維持する手段を備えた本発明の実施の形態に係る画像形成装置における制御系のブロック図である。
【図８】クリーニングブラシ７１の接触圧を検知する機構を示す図である。
【図９】クリーニングブラシの研磨力を回復させる回復制御におけるクリーニングブラシの接触圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を本発明の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部を示す要部断面図である。
【００２０】
図１において、１は像担持体としてのドラム状の感光体であり、感光体１の回転方向に沿って、感光体１の周囲に帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写紙を転写領域に導く転写紙ガイド５、感光体１上に形成されたトナー像を転写紙に転写する転写ベルト６、感光体１を清掃するクリーニング装置７、及び感光体１にイレース光を照射して電荷を除去する光イレーサ８が配置されている。また、転写ベルト６の下流には、定着装置１０が設けられ、転写紙にトナー像を定着する。
【００２１】
帯電装置２は、２連のスコロトロン形式の帯電器からなり、放電ワイヤとグリッド電極とを有する。
【００２２】
露光装置３は露光光源としてのＬＥＤアレイとＬＥＤの像を感光体１上に結像する結像レンズとで構成される。
【００２３】
現像装置４は、そのハウジングの開口部に現像スリーブ４１を有し、現像スリーブ４１の後方（図中右方向）には、現像スリーブ４１に現像剤（トナーとキャリア）を搬送する現像剤搬送部材４２、トナーとキャリアを攪拌する攪拌部材４３が配置される。
【００２４】
現像装置４に収容される現像剤は、体積平均粒径が３〜１０μｍの小粒径トナーと、体積平均粒径が１５〜１００μｍのキャリアとを含む二成分現像剤である。現像剤は更に帯電性や流動性を向上する外添剤を含有する。外添剤はシリカ、チタニア等の無機微粒子又は有機微粒子からなり、トナーの構成成分として含有される場合と、トナー、キャリア以外の成分として含有される場合とがある。
【００２５】
転写ベルト６は、２つの支持ローラ６１、６２の間に張架され、支持ローラ６１、６２の間で、転写ベルト６の内側に設けられるバックアップローラ６３により感光体１に圧接されている。転写ベルト６は、半導電性のベルト基材と、表層として設けられた体積抵抗率が１×１０１１Ω・ｃｍ以上の絶縁層の２層からなる構造であり、全体的には１×１０８Ω・ｃｍから１×１０１０Ω・ｃｍの体積抵抗を有するものである。
【００２６】
バックアップローラ６３には、定電流電源（図示せず）が接続され、転写電圧が印加される。転写ベルト６は、図示しない機構により感光体１と接離するように構成されており、後述する非作像モード時は、感光体１から離間される。
【００２７】
なお、本発明は像担持体としての中間転写体を備えた画像形成装置にも適用可能であり、次に説明するクリーニング装置は前記中間転写体のクリーニングにも使用される。
〔クリーニング装置〕
クリーニング装置７はクリーニングブラシ７１、クリーニングブレード７２及びトナー搬送スクリュー７３を有する。なお、２枚のクリーニングブレード７２が備えられており、１枚のクリーニングブレードが寿命に達したときに、他のクリーニングブレードが感光体１に対向する位置に設定されて用いられる。トナー搬送スクリュー７３はクリーニングによりクリーニング装置７内に回収されたトナーをクリーニング装置外に搬送する。
【００２８】
クリーニングブラシ７１とクリーニングブレード７２とを用いたクリーニングにより、小粒径トナーや潤滑剤が十分にクリーニングされる。
【００２９】
クリーニングブラシ７１は図２に示すように、ドラム状の基体７１１にブラシ毛７１２が植毛されたブラシローラである。ブラシ毛７１２は、基体７１１に角度θで植毛されている。クリーニングにおいては、感光体１が矢印Ｗ１で示すように時計方向に回転し、クリーニングブラシ７１が矢印Ｗ２で示すように反時計方向に回転する。ブラシ毛７１２は、クリーニングブラシ７１に対する感光体１の相対的な移動方向（矢印Ｗ１ａで示す）の下流側における基体７１１の外周面上のブラシ毛支持点７１３に引いた接線とブラシ毛７１２との挟み角θが鋭角になるように傾斜して植毛されている。実施の形態においては、感光体１の移動速度（線速）よりもクリーニングブラシ７１の移動速度（線速）の方が大きい。したがって、感光体１のクリーニングブラシ７１に対する相対的な移動方向は、矢印Ｗ１と反対方向Ｗ１ａとなる。クリーニング動作において、傾斜して植毛されたブラシ毛７１２は感光体１がクリーニングブラシ７１に対して矢印Ｗ１と反対方向に相対的に移動し、ブラシ毛７１２は植毛時の傾斜角θが減少する方向に倒れる。このように、クリーニング時にブラシ毛７１２が倒れる方向に傾斜して植毛されることを以下において、順方向傾斜植毛と言い、角度θを斜毛角と言う。また、植毛時の傾斜角θが減少する方向に移動する感光体１とクリーニングブラシ７１との相対的な移動を正移動、反対方向の感光体１とクリーニングブラシ７１との相対的な移動を逆移動と言う。クリーニングにおいては、感光体１とクリーニングブラシ７１とは正移動する。
【００３０】
クリーニングブラシ７１は、食い込み量Ｙが０以上の状態で感光体１に接触して感光体をクリーニングする。ここに、くい込み量Ｙは図３に示すように、クリーニングブラシ７１が感光体１から離間し、ブラシ毛７１２に外力が作用せず、ブラシ毛７１２が真っ直ぐな状態におけるクリーニングブラシ７１の外周半径Ｒ１とクリーニングブラシ７１が感光体１に接触しブラシ毛７１２が屈曲した状態におけるクリーニングブラシ７１の回転中心と感光体１の表面との間の距離Ｒ２との差、Ｒ１−Ｒ２、である。
【００３１】
順方向傾斜植毛により、感光体１からのトナーの除去と、感光体１上の固着物を除去する研磨とが良好に行われる。
〔正逆比α〕
クリーニングブラシ７１は感光体１上のトナーを除去するとともに、感光体１の表面を研磨する。このようなクリーニングブラシ７１の研磨作用により、感光体１上の固着物、即ち、主として外添剤からなる固着物が除去される。外添剤等の微粒子や潤滑剤の一部は、クリーニングブレード７２の先端をすり抜ける。このようなすり抜けにおいて、感光体１上の付着物はクリーニングブレード７２により感光体に押して付けられて感光体１に固着するようになる。その結果、感光体１の表面に固着物の塊が形成され、雨だれ等の画像不良の原因となる。クリーニングブラシ７１は感光体１上の表面を研磨することにより、このようにして形成された固着物を除去する。固着物の除去には、クリーニングブラシ７１の接触圧がある程度高いことが必要である。即ち、クリーニングブラシ７１の接触圧は適正範囲に維持されることが必要である。接触圧が低過ぎると固着物が除去されず、画像に雨だれが発生する。また、接触圧が高過ぎる場合、ブラシ毛７１２が永久変形（クリープ変形）し、クリーニングむらによるピッチムラと称される帯状の濃度ムラが発生する。
【００３２】
クリーニングブラシ７１の接触圧はブラシ毛７１２の材質、長さが定まっている場合、主として、ブラシ毛７１２の斜毛角θと食い込み量Ｙとにより定まる。
【００３３】
本発明においては、クリーニングブラシ７１の正逆比αを１．５〜３とすることにより長期間に亘り、クリーニングブラシの接触圧を適正値に維持し、適正な研磨力を長期間に亘り保持するクリーニングブラシ７１を実現した。
【００３４】
次に、クリーニングブラシ７１の正逆比αを説明する。
【００３５】
正逆比αは、クリーニングブラシを、クリーニングブラシが接触する相手部材に対して正移動したときに相手部材に作用する接触圧ＰＲ１に対する、逆移動したときに相手部材に作用する接触圧ＰＲ２の、比ＰＲ２／ＰＲ１、で定義される。ここに、正移動と逆移動との関係は、逆移動の方向が正移動の方向の反対であり、速度の絶対値が等しいという関係にある。
【００３６】
正逆比αは図４、５に示す測定装置により測定される。
【００３７】
図４、５において、クリーニングブラシ７１をクリーニングブラシ７１の軸方向の幅Ｄ１＝１０ｍｍの表面が鏡面に研磨されたアルミからなる平板状の金属板ＭＰに接触させ、クリーニングブラシ７１をモータＭＴ０の駆動で正移動及び逆移動させる。圧電素子を備えた接触圧計ＰＳにより正移動時の接触圧ＰＲ１と逆移動時の接触圧ＰＲ２とを測定する。
【００３８】
図６に斜毛角θと食い込み量Ｙとを種々変えたとの正逆比αを示す。
【００３９】
図６は、次のクリーニングブラシについて測定した結果である。
【００４０】
ブラシ毛材質：アクリル系樹脂
ブラシ毛太さ：１５Ｄ（デニール）
植毛密度：６万Ｆ／２５．４ｍｍ２
ローラ外径：１９．０ｍｍ
基体外径：１０．７ｍｍ
ブラシ毛の長さ：（１９．０ｍｍ−１０．７ｍｍ）／２＝４．１５ｍｍ
クリーニングブラシ７１の正移動速度と逆移動速度とをそれぞれ７００ｍｍ／ｓｅｃ、−７００ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００４１】
図示のように斜毛角θが大きいほど正逆比αが減少し、食い込み量Ｙが大きいほど正逆比αが増加する。
【００４２】
斜毛角θと食い込み量Ｙとを適宜選択することにより、所望の正逆比αのクリーニングブラシを得ることができる。
【００４３】
画像形成試験を行った結果、斜毛角θのみを適正値にするか又は食い込み量Ｙのみを適正値に設定しても、多数枚の画像形成を行った場合に、雨だれ、ピッチムラ等の画像不良が発生した。雨だれは、クリーニングブラシの接触圧不足によると推測され接触圧を高くすることにより、感光体上の固着物が除去され雨だれが防止される。但し、接触圧が高すぎると、クリーニングブラシのブラシ毛が永久変形し、ピッチムラが発生する。ピッチムラは、クリーニングブラシの接触圧にムラがあることにより発生する。即ち、ブラシ毛が変形したブラシの部分の接触圧は他の部分に比較して低くなる。このような接触圧のムラによりクリーニングムラが発生してピッチムラが発生する。正逆比αを適正値に設定することにより、多数枚の画像形成時にもクリーニングブラシの接触圧が適正レベルに維持されて良好な画像を形成することができた。
【００４４】
クリーニングブラシを構成するブラシ毛としては、
材質：アクリル系、ナイロン系、エステル系の樹脂、導電化処理により導電性を有するようにしてもよい
太さ：３Ｄ〜３０Ｄ（より望ましくは１０Ｄ〜３０Ｄ）
長さ：１ｍｍ〜６ｍｍ（より望ましくは２ｍｍ〜５ｍｍ）
植毛密度：１万本／２５．４ｍｍ２〜１０万本／２５．４ｍｍ２（より望ましくは４万本〜８万本）
αを１．５〜３とすることにより高いクリーニング性能と、適正な研磨性と、高耐久性とを有するクリーニングブラシが得られた。
【００４５】
高速画像形成においては、感光体１の表面移動速度は５００〜７５０ｍｍ／ｓｅｃである。このような高速画像形成においては、外添剤の固着が発生しやすく、高耐久性の画像形成装置が多数枚画像形成した段階で、特に、発生しやすい。
【００４６】
高速、且つ、高耐久性の画像形成装置において、正逆比αを１．５〜３とすることにより、雨だれ、ピッチムラ等の画像不良を良好に防止することができた。
【００４７】
正逆比αが１．５よりも小さいと、長時間作動時の毛倒れ変化が大きくなり、クリーニングブラシの研磨力が不十分となることで、固着物が十分に除去されないために、雨だれが発生する。また、正逆比αが３よりも大きいと、斜毛角θが小さいために、ブラシ毛にトナーが残留して研磨力が不足し、固着物が十分に除去されない。
【００４８】
接触圧が２００ｍＮ／ｃｍより小さい場合、ブラシ負荷が弱すぎるため、ブラシを通過するトナーの量が多く、付着力が強いままクリーニングブレードに突入するために生じるクリーニング不良発生する。接触圧が５００ｍＮ／ｃｍより大きい場合、一晩などしばらくの間放置された際の画像において、ブラシ周期のピッチムラがハーフトーン画像などに現れやすくなる。これは、放置したことにより、ブラシローラ当接部がクリープ変形し、クリープ変形した部分とそうでない部分での接触圧変動差が大きすぎるために生じた現象であることがわかった。
【００４９】
斜毛角が２０度より小さいと、毛が過剰に倒れすぎており、ブラシローラ内に一度入り込んだトナーが吐き出されずに、それが繰り返されることで、トナー固着が生じ、感光体表面に傷を発生させやすくなる。
【００５０】
斜毛角が７０度より大きいと、耐久による毛倒れ変化が大きくなりやすく、クリーニングブラシの研磨力が不十分となりやすい。
【００５１】
正逆比αを１．５〜３に設定することにより良好な画像を形成することができることは、前記に説明したとおりであるが、画像形成装置内に正逆比αを１．５〜３の範囲内に維持する手段を設けることも可能である。
【００５２】
図７は正逆比αを適正値に維持する手段を備えた本発明の実施の形態に係る画像形成装置における制御系のブロック図であり、図８はクリーニングブラシ７１の接触圧を検知する機構を示す。
【００５３】
制御部ＣＳは圧力センサＰＳＤを有する接触圧計ＰＳの出力に基づいて、感光体を駆動するモータＭＴ１とクリーニングブラシを駆動するモータＭＴ２とを駆動して、クリーニングブラシの研磨力を回復させる回復制御を行う。感光体１の軸方向端部には圧力センサＰＳＤが埋め込まれている。感光体１の回転において、クリーニングブラシ７１の位置を圧力センサＰＳＤが通過する毎に、クリーニングブラシ７１の接触圧が計測される。
【００５４】
図９はクリーニングブラシの研磨力を回復させる回復制御におけるクリーニングブラシの接触圧を示す。
【００５５】
図９における縦軸は、接触圧計ＰＳが検知した接触圧であり、横軸は画像の枚数である。折れ線Ｌ１がクリーニングブラシの接触圧の変遷を示す。
【００５６】
画像形成においては、制御部ＣＳがモータＭＴ１、ＭＴ２を制御して感光体とクリーニングブラシとを正移動させる。クリーニングブラシの接触圧は初期値Ｌｖ１に設定されている。画像形成の進行に対応して接触圧が次第に低下する。この低下は、クリーニングによりブラシ毛の倒れが進行し、斜毛角が減少することによる。接触圧の低下は接触圧計ＰＳにより検知される。接触圧が低下して制御値Ｌ２に達した段階で、制御部ＳＣが回復手段としてのモータＭＴ１、ＭＴ２を制御してクリーニングブラシと感光体のいずれか一方を逆移動させてクリーニングブラシの研磨力を回復させる。この回復における接触圧は、逆移動時のものであるので、高いレベルＬｖ２まで上昇する。回復動作においては、ブラシ毛の斜毛角を増加させる。その結果、逆移動時の接触圧が減少する。接触圧が制御値Ｌ３に達した段階で、回復動作を停止する。
【００５７】
回復動作停止後に、感光体とクリーニングブラシとを正移動に戻し、画像形成工程が再開される時には、接触圧はＬｖ３となる。画像形成が進行していくと接触圧はＬｖ３から暫時減少する。
【００５８】
以下同様な制御が繰り返されて、クリーニング動作におけるクリーニングブラシの接触圧は、適正範囲内に維持される。なお、参考までに、回復動作なしで、クリーニングを行った場合の接触圧の変化を線Ｌ４で示す。線Ｌ４は画像枚数の増加にしたがって、連続的に接触圧が低下することを示し、この場合、クリーニングブラシの研磨力が低下して、雨だれ等の画像不良が発生しやすくなる。
【実施例】
【００５９】
コニカミノルタｂｉｚｈｕｂ ＰＲＯ１０５０の改造機に下記のクリーニングブラシを搭載して検討を行った。実施例、比較例の共通条件は以下のとおり、
環境：温度２５度／湿度５０％
感光体：ＯＰＣ（φ１００）
感光体線速：７５０ｍｍ／ｓｅｃ
現像剤搬送体線速：１０００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃ
現像剤：粒径６μｍのトナー（重合法により作成）＋粒径６０μｍのキャリア（２成分現像性）
その他の現像条件：Ｖｂｉａｓ＝−６００Ｖ Ｖ０＝−７５０Ｖ
クリーニングクラシ線速：１２００ｍｍ／ｓｅｃ
クリーニングブラシ：
ブラシ毛材質：アクリル系樹脂
ブラシ毛太さ：１５Ｄ（デニール）
植毛密度：６万Ｆ／ｉｎｃｈ２
ローラ外径：１９．０ｍｍ
基体外径：１０．７ｍｍ
ブラシ毛の長さ：（１９．０ｍｍ−１０．７ｍｍ）／２＝４．１５ｍｍ
通紙テスト：ブラシローラを実機に搭載し、一晩放置後、
Ａ４連続５００ｋｃ実写テストを実施し、５０ｋｃ毎に画像確認を行った。
【００６０】
＜実施例１＞
斜毛角θ：３０度、５０度、７０度
正移動時の接触圧が３７５ｍＮ／ｃｍになるように、食い込み量Ｙを１．３ｍｍ（斜毛各３０度）、１．０ｍｍ（斜毛角５０度）、０．８ｍｍ（斜毛角７０度）に設定した。
【００６１】
これらの設定において、正逆比率α：２．１、１．９、１．５である。
【００６２】
結果：５００ｋｃ（５０万枚）に至るまで、３条件ともに感光体傷、雨だれなどの画像不良の発生はなかった。
【００６３】
さらに継続して、画像形成を続行した際に最も耐久性能が良かったのは、正逆比率１．９である設定だった。
【００６４】
ブラシ毛の永久変形やクリーニング性能を評価するために、次の２点に関する評価を行った。実施例２〜５はこのような評価を行った実施例である。
（１）ブラシローラを搭載した画像形成装置を１晩放置しハーフトーン画像を形成したピッチムラを観察した。
（２）５０ｋｐ画像形成した段階で、画像を形成することなく、白紙を１０００枚画像形成装置内で通紙し、クリーニング不良を観察した。
【００６５】
＜実施例２＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：２．５ｍｍとし、正移動時の接触圧が５８８ｍＮ／ｃｍとなるように設定した。
【００６６】
これらの設定において、正逆比率α：２．３である。
【００６７】
結果：雨だれ等のクリーニング不良による画像不良はなかった。しかしながら、一晩放置後、ハーフトーン画像にピッチムラが見られた。なお、ピッチムラ、は１００ｋｐ以降には消失し、５００ｋｐまで発生しなかった。このようなピッチムラの消失は、長期間作動によりブラシ毛の永久変形がなくなったことによると考えられる。
【００６８】
＜実施例３＞
斜毛角θ：３０度
食い込み量Ｙ：３ｍｍとし、正移動時の接触圧が５５０ｍＮ／ｃｍとなるように設定した。
【００６９】
これらの設定において、正逆比率α：２．５である。
【００７０】
結果：雨だれ等のクリーニング不良による画像不良はなかった。しかしながら、一晩放置後、ハーフトーン画像にピッチムラが見られた。なお、ピッチムラ、は１５０ｋｐ以降には消失し、５００ｋｐまで発生しなかった。
【００７１】
＜実施例４＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：０．５ｍｍとし、正移動時の接触圧が１６５ｍＮ／ｃｍとなるように設定。正逆比は１．６である。
【００７２】
結果：雨だれ、ピッチムラ ともに発生しなかった。２５０ｋｐにおいて、白紙通紙時にクリーニング不良が見られた。
【００７３】
＜実施例５＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：０．５ｍｍとし、正移動時の接触圧が２２５ｍＮ／ｃｍとなるように設定。
【００７４】
結果：雨だれ、ピッチムラ ともに発生しなかった。５００ｋｐ画像形成後の接触圧は８．１Ｎであった。
【００７５】
＜実施例６＞
確認として、斜毛角３０度まで寝かせてかつ、食い込み量を３ｍｍとして５５０ｍＮ／ｃｍ（正逆比率α２．３）で同様の実験を行ったが、同じく一晩放置後、クリープ変形によるピッチムラが発生した。
【００７６】
＜実施例７＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：２．０ｍｍとし、正移動時の接触圧が５００ｍＮ／ｃｍとなるように設定した。
【００７７】
これらの設定において、正逆比率α：２．２である。
【００７８】
結果：雨だれ、ピッチムラ ともに発生しなかった。５００ｋｐ画像形成後の接触圧は１８７ｍＮであった。
【００７９】
＜比較例１＞
斜毛角：２０度
正回転時の負荷は、食い込み量１．５ｍｍとし、３７５ｍＮ／ｃｍになるように設定。
【００８０】
この設定において、正逆比率α：３．５である。
【００８１】
結果：１００ｋｃでブラシ内トナー滞留およびトナー固着化による感光体への傷が生じた。
【００８２】
これは、食い込み量に対して斜毛角が低く、つまり毛が過剰に倒れすぎており、ブラシローラ内に一度入り込んだトナーが吐き出されずに、それが繰り返されることで、トナー固着が生じ、感光体表面に傷を発生させたと考えられる。
【００８３】
＜比較例２＞
上記、追加実験として、トナーが入りにくく、ドラムに傷を発生させにくい条件として、食い込み量を１ｍｍとし、正回転時の負荷を２００ｍＮ／ｃｍとして同様の評価を行った（正逆比率α：３．２）。
【００８４】
結果：３００ｋｃでブラシローラ内のトナー固着化が同様に生じ、感光体の傷が発生した。
【００８５】
＜比較例３＞
斜毛角：８０度
食い込み量０．５ｍｍとし、正回転時の負荷は３７５ｍＮ／ｃｍになるように設定。
【００８６】
この設定において正逆比率α：０．９である。
【００８７】
結果：１５０ｋｃで感光体表面に該添剤固着物が発生し、画像に雨だれが発生した。
【００８８】
これは、初期的に適度であった負荷が、繰り返し当接駆動され、ブラシローラの毛倒れ現象が生じ、負荷が減少したことで、外添剤等の固着物がかきとれず、固着物を発生させたと考えられる。１５０ｋｃ時点での正回転時負荷は１７５ｍＮ／ｃｍであった。
【００８９】
＜比較例４＞
上記、追加実験として、ブラシローラ毛倒れが発生しにくい条件として、食い込み量を０．４ｍｍとし、正回転時の負荷を２００ｍＮ／ｃｍとして同様の評価を行った（正逆比率α：１．１）。
【００９０】
結果：同様に５０ｋｃでブラシの毛倒れによる負荷減少により、感光体表面に該添剤固着物が発生し、画像に雨だれが発生した。
【符号の説明】
【００９１】
１ 感光体
７ クリーニング装置
７１ クリーニングブラシ
７１１ 基体
７１２ ブラシ毛
θ 斜毛角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置に関し、特に、クリーニング装置が改良された画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスにおいては、トナー像を感光体、中間転写体等の像担持体から転写材に転写した後に、前記像担持体をクリーニングすることにより、前記像担持体が繰り返し使用される。しかして、前記像担持体のクリーニングには、ゴム製のクリーニングブレードやクリーニングブラシ等のクリーニング手段が用いられる。クリーニングブラシは、単独で用いられる場合や、クリーニングブレード等の他のクリーニング手段と併用して用いられる。
【０００３】
特許文献１、２では、クリーニングブラシを正、逆２方向に回転することにより、高いクリーニング性能を維持する技術が開示されている。特に、特許文献１では、トナーの樹脂成分からなる薄層をクリーニングブラシで研磨することにより像担持体から除去すること、クリーニングブラシとしてブラシ毛を傾斜させて設けること、さらには、クリーニングブラシの研磨力を回復させるために、クリーニングブラシを逆回転させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９７７７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２５００３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高速化や高画質化のために、トナーが小粒径化されるとともに、現像剤には、シリカ等の外添剤が含有されるようになってきている。
【０００６】
外添剤を含有する現像剤を用いた画像形成においては、写真画像や模様画像のように高濃度画像の形成が続いた場合や、高温高湿の環境下では、外添剤がクリーニング装置をすり抜けて残留し、残留した外添剤が前記像担持体に固着して画像不良を起こすことが問題となっている。
【０００７】
電子写真画像形成装置がオンデマンドプリンタなど印刷機として用いられようになってきたために、高速、且つ、高耐久性であることが電子写真画像形成装置に要求されるようになってきている。このような高速、高耐久性画像形成装置では、高いクリーニング性能が要求され、クリーニングブラシには小粒径トナー、外添剤含有等の資材の面からの要求と、高速、高耐久性の面からの要求とを満たす性能が要求されている。
【０００８】
特許文献１のクリーニングブラシのブラシ毛を傾斜して植毛しクリーニングブラシに研磨力を持たせる技術は、要求される高性能を満たすことができない。特に、初期において研磨力を有するように設定されたクリーニングブラシであっても、画像形成を重ねるにしたがって、研磨力が低下して固着物が除去されず、画像不良を起こすようになる。画像不良は、像担持体上に微少な点状に固着物が形成され、画像に雨だれ状の白い斑点が形成されるものである。以下において、このような画像不良を雨だれという。雨だれは、研磨力が低いことによると考えられる。
【０００９】
本発明は、従来のクリーニングブラシにおける前記に説明した問題を解決し、雨だれを発生することなく、長期間に亘り良好なクリーニングを行う高速、高耐久性の電子写真画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的は下記の発明により達成される。
【００１１】
１．像担持体と、基体及び該基体に植毛されたブラシ毛を有し、前記像担持体の表面に対して、前記ブラシ毛が相対的に移動することにより前記像担持体をクリーニングするクリーニングブラシとを備えた画像形成装置において、
前記ブラシ毛は、前記ブラシ毛が植毛されている点で前記基体の表面に引いた接線と前記ブラシ毛との、クリーニング時における前記ブラシ毛に対する前記像担持体の相対的な移動方向の下流側における挟み角である植毛角θが鋭角となるように順方向傾斜植毛されており、
前記像担持体と前記クリーニングブラシとのクリーニング時の移動である正移動における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ１に対する前記像担持体と前記クリーニングブラシとの逆移動時における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ２の正逆比α＝ＰＲ２／ＰＲ１が１．５〜３であることを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
２．前記接触圧ＰＲ１が２００ｍＮ／ｃｍ〜５００ｍＮ／ｃｍであることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１３】
３．前記植毛角θは、２０度〜７０度であることを特徴とする前記１又は前記２に記載の画像形成装置。
【００１４】
４．前記クリーニングブラシの食い込み量Ｙは、０ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【００１５】
５．前記像担持体と前記クリーニングブラシとを相対的に逆移動させる回復手段を備えたことを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
【００１６】
６．前記クリーニングブラシの前記像担持体に対する接触圧を検知する接触圧計と、前記回復手段を制御する制御部とを備え、
前記接触圧計により測定された接触圧が所定値に達したときに、前記制御部は前記回復手段を作動させることを特徴とする前記５に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、ブラシ毛が順方向傾斜植毛され、クリーニングブラシと像担持体とを相対的に正移動したときのクリーニングブラシの接触圧に対する逆移動した時にクリーニングブラシの接触圧の比である正逆比αが１．５〜３である。これにより、長期間に亘り、高い研磨力を有するクリーニングブラシが実現され、長期間に亘り高画質の画像を形成する画像形成装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部を示す要部断面図である。
【図２】クリーニングブラシを示す図である。
【図３】クリーニングブラシを示す図である。
【図４】正逆比αの測定装置を示す図である。
【図５】正逆比αの測定装置を示す図である。
【図６】斜毛角θと食い込み量Ｙとを種々変えたとの正逆比αを示すグラフである。
【図７】正逆比αを適正値に維持する手段を備えた本発明の実施の形態に係る画像形成装置における制御系のブロック図である。
【図８】クリーニングブラシ７１の接触圧を検知する機構を示す図である。
【図９】クリーニングブラシの研磨力を回復させる回復制御におけるクリーニングブラシの接触圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を本発明の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の要部を示す要部断面図である。
【００２０】
図１において、１は像担持体としてのドラム状の感光体であり、感光体１の回転方向に沿って、感光体１の周囲に帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写紙を転写領域に導く転写紙ガイド５、感光体１上に形成されたトナー像を転写紙に転写する転写ベルト６、感光体１を清掃するクリーニング装置７、及び感光体１にイレース光を照射して電荷を除去する光イレーサ８が配置されている。また、転写ベルト６の下流には、定着装置１０が設けられ、転写紙にトナー像を定着する。
【００２１】
帯電装置２は、２連のスコロトロン形式の帯電器からなり、放電ワイヤとグリッド電極とを有する。
【００２２】
露光装置３は露光光源としてのＬＥＤアレイとＬＥＤの像を感光体１上に結像する結像レンズとで構成される。
【００２３】
現像装置４は、そのハウジングの開口部に現像スリーブ４１を有し、現像スリーブ４１の後方（図中右方向）には、現像スリーブ４１に現像剤（トナーとキャリア）を搬送する現像剤搬送部材４２、トナーとキャリアを攪拌する攪拌部材４３が配置される。
【００２４】
現像装置４に収容される現像剤は、体積平均粒径が３〜１０μｍの小粒径トナーと、体積平均粒径が１５〜１００μｍのキャリアとを含む二成分現像剤である。現像剤は更に帯電性や流動性を向上する外添剤を含有する。外添剤はシリカ、チタニア等の無機微粒子又は有機微粒子からなり、トナーの構成成分として含有される場合と、トナー、キャリア以外の成分として含有される場合とがある。
【００２５】
転写ベルト６は、２つの支持ローラ６１、６２の間に張架され、支持ローラ６１、６２の間で、転写ベルト６の内側に設けられるバックアップローラ６３により感光体１に圧接されている。転写ベルト６は、半導電性のベルト基材と、表層として設けられた体積抵抗率が１×１０１１Ω・ｃｍ以上の絶縁層の２層からなる構造であり、全体的には１×１０８Ω・ｃｍから１×１０１０Ω・ｃｍの体積抵抗を有するものである。
【００２６】
バックアップローラ６３には、定電流電源（図示せず）が接続され、転写電圧が印加される。転写ベルト６は、図示しない機構により感光体１と接離するように構成されており、後述する非作像モード時は、感光体１から離間される。
【００２７】
なお、本発明は像担持体としての中間転写体を備えた画像形成装置にも適用可能であり、次に説明するクリーニング装置は前記中間転写体のクリーニングにも使用される。
〔クリーニング装置〕
クリーニング装置７はクリーニングブラシ７１、クリーニングブレード７２及びトナー搬送スクリュー７３を有する。なお、２枚のクリーニングブレード７２が備えられており、１枚のクリーニングブレードが寿命に達したときに、他のクリーニングブレードが感光体１に対向する位置に設定されて用いられる。トナー搬送スクリュー７３はクリーニングによりクリーニング装置７内に回収されたトナーをクリーニング装置外に搬送する。
【００２８】
クリーニングブラシ７１とクリーニングブレード７２とを用いたクリーニングにより、小粒径トナーや潤滑剤が十分にクリーニングされる。
【００２９】
クリーニングブラシ７１は図２に示すように、ドラム状の基体７１１にブラシ毛７１２が植毛されたブラシローラである。ブラシ毛７１２は、基体７１１に角度θで植毛されている。クリーニングにおいては、感光体１が矢印Ｗ１で示すように時計方向に回転し、クリーニングブラシ７１が矢印Ｗ２で示すように反時計方向に回転する。ブラシ毛７１２は、クリーニングブラシ７１に対する感光体１の相対的な移動方向（矢印Ｗ１ａで示す）の下流側における基体７１１の外周面上のブラシ毛支持点７１３に引いた接線とブラシ毛７１２との挟み角θが鋭角になるように傾斜して植毛されている。実施の形態においては、感光体１の移動速度（線速）よりもクリーニングブラシ７１の移動速度（線速）の方が大きい。したがって、感光体１のクリーニングブラシ７１に対する相対的な移動方向は、矢印Ｗ１と反対方向Ｗ１ａとなる。クリーニング動作において、傾斜して植毛されたブラシ毛７１２は感光体１がクリーニングブラシ７１に対して矢印Ｗ１と反対方向に相対的に移動し、ブラシ毛７１２は植毛時の傾斜角θが減少する方向に倒れる。このように、クリーニング時にブラシ毛７１２が倒れる方向に傾斜して植毛されることを以下において、順方向傾斜植毛と言い、角度θを斜毛角と言う。また、植毛時の傾斜角θが減少する方向に移動する感光体１とクリーニングブラシ７１との相対的な移動を正移動、反対方向の感光体１とクリーニングブラシ７１との相対的な移動を逆移動と言う。クリーニングにおいては、感光体１とクリーニングブラシ７１とは正移動する。
【００３０】
クリーニングブラシ７１は、食い込み量Ｙが０以上の状態で感光体１に接触して感光体をクリーニングする。ここに、くい込み量Ｙは図３に示すように、クリーニングブラシ７１が感光体１から離間し、ブラシ毛７１２に外力が作用せず、ブラシ毛７１２が真っ直ぐな状態におけるクリーニングブラシ７１の外周半径Ｒ１とクリーニングブラシ７１が感光体１に接触しブラシ毛７１２が屈曲した状態におけるクリーニングブラシ７１の回転中心と感光体１の表面との間の距離Ｒ２との差、Ｒ１−Ｒ２、である。
【００３１】
順方向傾斜植毛により、感光体１からのトナーの除去と、感光体１上の固着物を除去する研磨とが良好に行われる。
〔正逆比α〕
クリーニングブラシ７１は感光体１上のトナーを除去するとともに、感光体１の表面を研磨する。このようなクリーニングブラシ７１の研磨作用により、感光体１上の固着物、即ち、主として外添剤からなる固着物が除去される。外添剤等の微粒子や潤滑剤の一部は、クリーニングブレード７２の先端をすり抜ける。このようなすり抜けにおいて、感光体１上の付着物はクリーニングブレード７２により感光体に押して付けられて感光体１に固着するようになる。その結果、感光体１の表面に固着物の塊が形成され、雨だれ等の画像不良の原因となる。クリーニングブラシ７１は感光体１上の表面を研磨することにより、このようにして形成された固着物を除去する。固着物の除去には、クリーニングブラシ７１の接触圧がある程度高いことが必要である。即ち、クリーニングブラシ７１の接触圧は適正範囲に維持されることが必要である。接触圧が低過ぎると固着物が除去されず、画像に雨だれが発生する。また、接触圧が高過ぎる場合、ブラシ毛７１２が永久変形（クリープ変形）し、クリーニングむらによるピッチムラと称される帯状の濃度ムラが発生する。
【００３２】
クリーニングブラシ７１の接触圧はブラシ毛７１２の材質、長さが定まっている場合、主として、ブラシ毛７１２の斜毛角θと食い込み量Ｙとにより定まる。
【００３３】
本発明においては、クリーニングブラシ７１の正逆比αを１．５〜３とすることにより長期間に亘り、クリーニングブラシの接触圧を適正値に維持し、適正な研磨力を長期間に亘り保持するクリーニングブラシ７１を実現した。
【００３４】
次に、クリーニングブラシ７１の正逆比αを説明する。
【００３５】
正逆比αは、クリーニングブラシを、クリーニングブラシが接触する相手部材に対して正移動したときに相手部材に作用する接触圧ＰＲ１に対する、逆移動したときに相手部材に作用する接触圧ＰＲ２の、比ＰＲ２／ＰＲ１、で定義される。ここに、正移動と逆移動との関係は、逆移動の方向が正移動の方向の反対であり、速度の絶対値が等しいという関係にある。
【００３６】
正逆比αは図４、５に示す測定装置により測定される。
【００３７】
図４、５において、クリーニングブラシ７１をクリーニングブラシ７１の軸方向の幅Ｄ１＝１０ｍｍの表面が鏡面に研磨されたアルミからなる平板状の金属板ＭＰに接触させ、クリーニングブラシ７１をモータＭＴ０の駆動で正移動及び逆移動させる。圧電素子を備えた接触圧計ＰＳにより正移動時の接触圧ＰＲ１と逆移動時の接触圧ＰＲ２とを測定する。
【００３８】
図６に斜毛角θと食い込み量Ｙとを種々変えたとの正逆比αを示す。
【００３９】
図６は、次のクリーニングブラシについて測定した結果である。
【００４０】
ブラシ毛材質：アクリル系樹脂
ブラシ毛太さ：１５Ｄ（デニール）
植毛密度：６万Ｆ／２５．４ｍｍ２
ローラ外径：１９．０ｍｍ
基体外径：１０．７ｍｍ
ブラシ毛の長さ：（１９．０ｍｍ−１０．７ｍｍ）／２＝４．１５ｍｍ
クリーニングブラシ７１の正移動速度と逆移動速度とをそれぞれ７００ｍｍ／ｓｅｃ、−７００ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００４１】
図示のように斜毛角θが大きいほど正逆比αが減少し、食い込み量Ｙが大きいほど正逆比αが増加する。
【００４２】
斜毛角θと食い込み量Ｙとを適宜選択することにより、所望の正逆比αのクリーニングブラシを得ることができる。
【００４３】
画像形成試験を行った結果、斜毛角θのみを適正値にするか又は食い込み量Ｙのみを適正値に設定しても、多数枚の画像形成を行った場合に、雨だれ、ピッチムラ等の画像不良が発生した。雨だれは、クリーニングブラシの接触圧不足によると推測され接触圧を高くすることにより、感光体上の固着物が除去され雨だれが防止される。但し、接触圧が高すぎると、クリーニングブラシのブラシ毛が永久変形し、ピッチムラが発生する。ピッチムラは、クリーニングブラシの接触圧にムラがあることにより発生する。即ち、ブラシ毛が変形したブラシの部分の接触圧は他の部分に比較して低くなる。このような接触圧のムラによりクリーニングムラが発生してピッチムラが発生する。正逆比αを適正値に設定することにより、多数枚の画像形成時にもクリーニングブラシの接触圧が適正レベルに維持されて良好な画像を形成することができた。
【００４４】
クリーニングブラシを構成するブラシ毛としては、
材質：アクリル系、ナイロン系、エステル系の樹脂、導電化処理により導電性を有するようにしてもよい
太さ：３Ｄ〜３０Ｄ（より望ましくは１０Ｄ〜３０Ｄ）
長さ：１ｍｍ〜６ｍｍ（より望ましくは２ｍｍ〜５ｍｍ）
植毛密度：１万本／２５．４ｍｍ２〜１０万本／２５．４ｍｍ２（より望ましくは４万本〜８万本）
αを１．５〜３とすることにより高いクリーニング性能と、適正な研磨性と、高耐久性とを有するクリーニングブラシが得られた。
【００４５】
高速画像形成においては、感光体１の表面移動速度は５００〜７５０ｍｍ／ｓｅｃである。このような高速画像形成においては、外添剤の固着が発生しやすく、高耐久性の画像形成装置が多数枚画像形成した段階で、特に、発生しやすい。
【００４６】
高速、且つ、高耐久性の画像形成装置において、正逆比αを１．５〜３とすることにより、雨だれ、ピッチムラ等の画像不良を良好に防止することができた。
【００４７】
正逆比αが１．５よりも小さいと、長時間作動時の毛倒れ変化が大きくなり、クリーニングブラシの研磨力が不十分となることで、固着物が十分に除去されないために、雨だれが発生する。また、正逆比αが３よりも大きいと、斜毛角θが小さいために、ブラシ毛にトナーが残留して研磨力が不足し、固着物が十分に除去されない。
【００４８】
接触圧が２００ｍＮ／ｃｍより小さい場合、ブラシ負荷が弱すぎるため、ブラシを通過するトナーの量が多く、付着力が強いままクリーニングブレードに突入するために生じるクリーニング不良発生する。接触圧が５００ｍＮ／ｃｍより大きい場合、一晩などしばらくの間放置された際の画像において、ブラシ周期のピッチムラがハーフトーン画像などに現れやすくなる。これは、放置したことにより、ブラシローラ当接部がクリープ変形し、クリープ変形した部分とそうでない部分での接触圧変動差が大きすぎるために生じた現象であることがわかった。
【００４９】
斜毛角が２０度より小さいと、毛が過剰に倒れすぎており、ブラシローラ内に一度入り込んだトナーが吐き出されずに、それが繰り返されることで、トナー固着が生じ、感光体表面に傷を発生させやすくなる。
【００５０】
斜毛角が７０度より大きいと、耐久による毛倒れ変化が大きくなりやすく、クリーニングブラシの研磨力が不十分となりやすい。
【００５１】
正逆比αを１．５〜３に設定することにより良好な画像を形成することができることは、前記に説明したとおりであるが、画像形成装置内に正逆比αを１．５〜３の範囲内に維持する手段を設けることも可能である。
【００５２】
図７は正逆比αを適正値に維持する手段を備えた本発明の実施の形態に係る画像形成装置における制御系のブロック図であり、図８はクリーニングブラシ７１の接触圧を検知する機構を示す。
【００５３】
制御部ＣＳは圧力センサＰＳＤを有する接触圧計ＰＳの出力に基づいて、感光体を駆動するモータＭＴ１とクリーニングブラシを駆動するモータＭＴ２とを駆動して、クリーニングブラシの研磨力を回復させる回復制御を行う。感光体１の軸方向端部には圧力センサＰＳＤが埋め込まれている。感光体１の回転において、クリーニングブラシ７１の位置を圧力センサＰＳＤが通過する毎に、クリーニングブラシ７１の接触圧が計測される。
【００５４】
図９はクリーニングブラシの研磨力を回復させる回復制御におけるクリーニングブラシの接触圧を示す。
【００５５】
図９における縦軸は、接触圧計ＰＳが検知した接触圧であり、横軸は画像の枚数である。折れ線Ｌ１がクリーニングブラシの接触圧の変遷を示す。
【００５６】
画像形成においては、制御部ＣＳがモータＭＴ１、ＭＴ２を制御して感光体とクリーニングブラシとを正移動させる。クリーニングブラシの接触圧は初期値Ｌｖ１に設定されている。画像形成の進行に対応して接触圧が次第に低下する。この低下は、クリーニングによりブラシ毛の倒れが進行し、斜毛角が減少することによる。接触圧の低下は接触圧計ＰＳにより検知される。接触圧が低下して制御値Ｌ２に達した段階で、制御部ＳＣが回復手段としてのモータＭＴ１、ＭＴ２を制御してクリーニングブラシと感光体のいずれか一方を逆移動させてクリーニングブラシの研磨力を回復させる。この回復における接触圧は、逆移動時のものであるので、高いレベルＬｖ２まで上昇する。回復動作においては、ブラシ毛の斜毛角を増加させる。その結果、逆移動時の接触圧が減少する。接触圧が制御値Ｌ３に達した段階で、回復動作を停止する。
【００５７】
回復動作停止後に、感光体とクリーニングブラシとを正移動に戻し、画像形成工程が再開される時には、接触圧はＬｖ３となる。画像形成が進行していくと接触圧はＬｖ３から暫時減少する。
【００５８】
以下同様な制御が繰り返されて、クリーニング動作におけるクリーニングブラシの接触圧は、適正範囲内に維持される。なお、参考までに、回復動作なしで、クリーニングを行った場合の接触圧の変化を線Ｌ４で示す。線Ｌ４は画像枚数の増加にしたがって、連続的に接触圧が低下することを示し、この場合、クリーニングブラシの研磨力が低下して、雨だれ等の画像不良が発生しやすくなる。
【実施例】
【００５９】
コニカミノルタｂｉｚｈｕｂ ＰＲＯ１０５０の改造機に下記のクリーニングブラシを搭載して検討を行った。実施例、比較例の共通条件は以下のとおり、
環境：温度２５度／湿度５０％
感光体：ＯＰＣ（φ１００）
感光体線速：７５０ｍｍ／ｓｅｃ
現像剤搬送体線速：１０００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５００ｍｍ／ｓｅｃ
現像剤：粒径６μｍのトナー（重合法により作成）＋粒径６０μｍのキャリア（２成分現像性）
その他の現像条件：Ｖｂｉａｓ＝−６００Ｖ Ｖ０＝−７５０Ｖ
クリーニングクラシ線速：１２００ｍｍ／ｓｅｃ
クリーニングブラシ：
ブラシ毛材質：アクリル系樹脂
ブラシ毛太さ：１５Ｄ（デニール）
植毛密度：６万Ｆ／ｉｎｃｈ２
ローラ外径：１９．０ｍｍ
基体外径：１０．７ｍｍ
ブラシ毛の長さ：（１９．０ｍｍ−１０．７ｍｍ）／２＝４．１５ｍｍ
通紙テスト：ブラシローラを実機に搭載し、一晩放置後、
Ａ４連続５００ｋｃ実写テストを実施し、５０ｋｃ毎に画像確認を行った。
【００６０】
＜実施例１＞
斜毛角θ：３０度、５０度、７０度
正移動時の接触圧が３７５ｍＮ／ｃｍになるように、食い込み量Ｙを１．３ｍｍ（斜毛各３０度）、１．０ｍｍ（斜毛角５０度）、０．８ｍｍ（斜毛角７０度）に設定した。
【００６１】
これらの設定において、正逆比率α：２．１、１．９、１．５である。
【００６２】
結果：５００ｋｃ（５０万枚）に至るまで、３条件ともに感光体傷、雨だれなどの画像不良の発生はなかった。
【００６３】
さらに継続して、画像形成を続行した際に最も耐久性能が良かったのは、正逆比率１．９である設定だった。
【００６４】
ブラシ毛の永久変形やクリーニング性能を評価するために、次の２点に関する評価を行った。実施例２〜５はこのような評価を行った実施例である。
（１）ブラシローラを搭載した画像形成装置を１晩放置しハーフトーン画像を形成したピッチムラを観察した。
（２）５０ｋｐ画像形成した段階で、画像を形成することなく、白紙を１０００枚画像形成装置内で通紙し、クリーニング不良を観察した。
【００６５】
＜実施例２＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：２．５ｍｍとし、正移動時の接触圧が５８８ｍＮ／ｃｍとなるように設定した。
【００６６】
これらの設定において、正逆比率α：２．３である。
【００６７】
結果：雨だれ等のクリーニング不良による画像不良はなかった。しかしながら、一晩放置後、ハーフトーン画像にピッチムラが見られた。なお、ピッチムラ、は１００ｋｐ以降には消失し、５００ｋｐまで発生しなかった。このようなピッチムラの消失は、長期間作動によりブラシ毛の永久変形がなくなったことによると考えられる。
【００６８】
＜実施例３＞
斜毛角θ：３０度
食い込み量Ｙ：３ｍｍとし、正移動時の接触圧が５５０ｍＮ／ｃｍとなるように設定した。
【００６９】
これらの設定において、正逆比率α：２．５である。
【００７０】
結果：雨だれ等のクリーニング不良による画像不良はなかった。しかしながら、一晩放置後、ハーフトーン画像にピッチムラが見られた。なお、ピッチムラ、は１５０ｋｐ以降には消失し、５００ｋｐまで発生しなかった。
【００７１】
＜実施例４＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：０．５ｍｍとし、正移動時の接触圧が１６５ｍＮ／ｃｍとなるように設定。正逆比は１．６である。
【００７２】
結果：雨だれ、ピッチムラ ともに発生しなかった。２５０ｋｐにおいて、白紙通紙時にクリーニング不良が見られた。
【００７３】
＜実施例５＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：０．５ｍｍとし、正移動時の接触圧が２２５ｍＮ／ｃｍとなるように設定。
【００７４】
結果：雨だれ、ピッチムラ ともに発生しなかった。５００ｋｐ画像形成後の接触圧は８．１Ｎであった。
【００７５】
＜実施例６＞
確認として、斜毛角３０度まで寝かせてかつ、食い込み量を３ｍｍとして５５０ｍＮ／ｃｍ（正逆比率α２．３）で同様の実験を行ったが、同じく一晩放置後、クリープ変形によるピッチムラが発生した。
【００７６】
＜実施例７＞
斜毛角θ：５０度
食い込み量Ｙ：２．０ｍｍとし、正移動時の接触圧が５００ｍＮ／ｃｍとなるように設定した。
【００７７】
これらの設定において、正逆比率α：２．２である。
【００７８】
結果：雨だれ、ピッチムラ ともに発生しなかった。５００ｋｐ画像形成後の接触圧は１８７ｍＮであった。
【００７９】
＜比較例１＞
斜毛角：２０度
正回転時の負荷は、食い込み量１．５ｍｍとし、３７５ｍＮ／ｃｍになるように設定。
【００８０】
この設定において、正逆比率α：３．５である。
【００８１】
結果：１００ｋｃでブラシ内トナー滞留およびトナー固着化による感光体への傷が生じた。
【００８２】
これは、食い込み量に対して斜毛角が低く、つまり毛が過剰に倒れすぎており、ブラシローラ内に一度入り込んだトナーが吐き出されずに、それが繰り返されることで、トナー固着が生じ、感光体表面に傷を発生させたと考えられる。
【００８３】
＜比較例２＞
上記、追加実験として、トナーが入りにくく、ドラムに傷を発生させにくい条件として、食い込み量を１ｍｍとし、正回転時の負荷を２００ｍＮ／ｃｍとして同様の評価を行った（正逆比率α：３．２）。
【００８４】
結果：３００ｋｃでブラシローラ内のトナー固着化が同様に生じ、感光体の傷が発生した。
【００８５】
＜比較例３＞
斜毛角：８０度
食い込み量０．５ｍｍとし、正回転時の負荷は３７５ｍＮ／ｃｍになるように設定。
【００８６】
この設定において正逆比率α：０．９である。
【００８７】
結果：１５０ｋｃで感光体表面に該添剤固着物が発生し、画像に雨だれが発生した。
【００８８】
これは、初期的に適度であった負荷が、繰り返し当接駆動され、ブラシローラの毛倒れ現象が生じ、負荷が減少したことで、外添剤等の固着物がかきとれず、固着物を発生させたと考えられる。１５０ｋｃ時点での正回転時負荷は１７５ｍＮ／ｃｍであった。
【００８９】
＜比較例４＞
上記、追加実験として、ブラシローラ毛倒れが発生しにくい条件として、食い込み量を０．４ｍｍとし、正回転時の負荷を２００ｍＮ／ｃｍとして同様の評価を行った（正逆比率α：１．１）。
【００９０】
結果：同様に５０ｋｃでブラシの毛倒れによる負荷減少により、感光体表面に該添剤固着物が発生し、画像に雨だれが発生した。
【符号の説明】
【００９１】
１ 感光体
７ クリーニング装置
７１ クリーニングブラシ
７１１ 基体
７１２ ブラシ毛
θ 斜毛角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、基体及び該基体に植毛されたブラシ毛を有し、前記像担持体の表面に対して、前記ブラシ毛が相対的に移動することにより前記像担持体をクリーニングするクリーニングブラシとを備えた画像形成装置において、
前記ブラシ毛は、前記ブラシ毛が植毛されている点で前記基体の表面に引いた接線と前記ブラシ毛との、クリーニング時における前記ブラシ毛に対する前記像担持体の相対的な移動方向の下流側における挟み角である植毛角θが鋭角となるように順方向傾斜植毛されており、
前記像担持体と前記クリーニングブラシとのクリーニング時の移動である正移動における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ１に対する前記像担持体と前記クリーニングブラシとの逆移動時における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ２の正逆比α＝ＰＲ２／ＰＲ１が１．５〜３であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記接触圧ＰＲ１が２００ｍＮ／ｃｍ〜５００ｍＮ／ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記植毛角θは、２０度〜７０度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記クリーニングブラシの食い込み量Ｙは、０ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体と前記クリーニングブラシとを相対的に逆移動させる回復手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記クリーニングブラシの前記像担持体に対する接触圧を検知する接触圧計と、前記回復手段を制御する制御部とを備え、
前記接触圧計により測定された接触圧が所定値に達したときに、前記制御部は前記回復手段を作動させることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、基体及び該基体に植毛されたブラシ毛を有し、前記像担持体の表面に対して、前記ブラシ毛が相対的に移動することにより前記像担持体をクリーニングするクリーニングブラシとを備えた画像形成装置において、
前記ブラシ毛は、前記ブラシ毛が植毛されている点で前記基体の表面に引いた接線と前記ブラシ毛との、クリーニング時における前記ブラシ毛に対する前記像担持体の相対的な移動方向の下流側における挟み角である植毛角θが鋭角となるように順方向傾斜植毛されており、
前記像担持体と前記クリーニングブラシとのクリーニング時の移動である正移動における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ１に対する前記像担持体と前記クリーニングブラシとの逆移動時における前記クリーニングブラシの接触圧ＰＲ２の正逆比α＝ＰＲ２／ＰＲ１が１．５〜３であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記接触圧ＰＲ１が２００ｍＮ／ｃｍ〜５００ｍＮ／ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記植毛角θは、２０度〜７０度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記クリーニングブラシの食い込み量Ｙは、０ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体と前記クリーニングブラシとを相対的に逆移動させる回復手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記クリーニングブラシの前記像担持体に対する接触圧を検知する接触圧計と、前記回復手段を制御する制御部とを備え、
前記接触圧計により測定された接触圧が所定値に達したときに、前記制御部は前記回復手段を作動させることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１６４３８１（Ｐ２０１１−１６４３８１Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３８０（Ｐ２０１０−２７３８０）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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