JP2006163167A - 画像形成装置用クリーニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペース可能な小型の装置であって、像担持体を長期にわたって十分に清掃することができる画像形成装置用のクリーニング装置を提供する。
【解決手段】 被帯電表面を有する像担持体１１と、像担持体１１を一様な電位に帯電する帯電手段と、像担持体を露光して潜像を形成する露光手段と、該潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、該トナー像を被転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置に使用されるクリーニング装置１６であって、該像担持体１１表面に接触しながら像担持体上に残留したトナーを回収する回転自在なファーブラシ２１と、ファーブラシ２１よりも像担持体１１の進行方向下流側に位置し、該ファーブラシ２１および像担持体表面１１の双方と接触しながら、ファーブラシが回収したトナーを回収するとともに像担持体表面の不純物を清掃するロール状の清掃部材２２と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に配置して用いられるクリーニング装置に関し、詳しくは、感光体等の像担持体上に残留したトナー及び不純物を効率よく除去しうる、コンパクトなクリーニング装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、例えば、感光体ドラム等の像担持体と、像担持体を一様な電位に帯電する帯電手段と、像担持体を露光して潜像を形成する露光手段と、上記潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、上記トナー像を記録シート等の被転写材上に転写する転写手段とを有しており、帯電手段で像担持体表面を一様な電位に帯電し、露光手段で像担持体上に潜像を形成する。像担持体表面に形成された潜像は、現像手段へと搬送され、現像されて像担持体上にトナー像が形成され、その後、転写手段で上記トナー像を被転写材上に転写することにより、画像が形成される。

転写後の像担持体に残留トナー等の汚れが存在すると、形成される画像の画質が低下するため、通常、画像形成装置には、転写工程後に像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング装置が備えられている。
クリーニング装置としては、像担持体表面に当接して配置されたゴムブレードが汎用されていたが、ブレード方式におけるクリーニングを行うと、像担持体にゴムブレードが常に所定の応力をもって接触しているため、像担持体表面の摩耗により寿命が短くなりやすいという問題があり、さらに、近年、画質、製造コスト、廃トナーの観点から主流になりつつある球形トナーのクリーニングに際し、ブレード方式では球形トナーの一部がクリーニングブレードをすり抜けてしまうという新たな問題が生じている。

このため、ファーブラシなどによるクリーニング方式が見直されつつある。ファーブラシは像担持体表面に接触させ、主として静電気的に残留トナーを吸着除去するものであるが、ブレードとは違い像担持体への摩耗は少ないものの、柔軟なブラシのブリッスルにより異物除去を行うために、トナー以外の異物、たとえば、トナー外添剤や放電生成物等の異物の除去が困難であるという問題がある。このため、通常は、ファーブラシと他の異物除去手段とを備えてなるクリーニング装置が使用される。たとえば、電圧が印加されたファーブラシと、上記ファーブラシよりも像担持体の進行方向下流側において上記像担持体に当接して配置された導電性軟質ロールと、当該導電性軟質ロールに当接して配置された金属板ブレードとを有するクリーニング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような装置では、ファーブラシで残留トナー等を静電気に吸引除去すると共に、ファーブラシで除去し難いタルク、トナーの外添剤、紙粉等の異物を導電性軟質ロールで除去している。導電性軟質ロールは、異物を表面に固着して除去する機能を有するため、１回毎に表面異物が完全に除去されない場合には、残存異物が像担持体表面に再付着し、表面に固着する懸念があった。また、この導電性軟質ロールの清掃は金属板ブレードで行われるため、先に述べたのと同様に、導電性軟質ロール表面の摩耗による経時的なクリーニング性の低下も問題となっている。

このため、導電性軟質ロールに代えて、ファーブラシと特定の硬度を有する発泡ゴムからなるクリーニングロールとを設けたクリーニング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このクリーニング装置は、金属ブレードによる摩耗の問題がなく、長期間にわたるクリーニング性を維持しうるものの、ファーブラシおよびクリーニングロールのスペースのみならず、ファーブラシおよびクリーニングロールのそれぞれについて、付着したトナーや外添剤を回収する手段を備えることが必要となるため装置が大型化し、装置コストの上昇にもつながることから、優れたクリーニング性能を維持しながら、小型で低コストのクリーニング装置が求められていた。
実開平１−１４２９７２号公報 特開平９−１１４３４２号公報

上記課題を考慮した本発明の目的は、省スペース可能な小型の装置であって、像担持体を長期にわたって十分に清掃することができる画像形成装置用のクリーニング装置を提供することにある。

本発明に係る課題を解決するため鋭意検討を行った結果、ファーブラシに加え、トナー回収ロールを配置する際、その位置を工夫することで、トナー回収ロールに像担持体清掃機能をも持たせることにより、前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の画像形成装置用のクリーニング装置は、被帯電表面を有する像担持体と、像担持体を一様な電位に帯電する帯電手段と、像担持体を露光して潜像を形成する露光手段と、該潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、該トナー像を被転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置に使用されるクリーニング装置であって、
該像担持体表面に接触しながら像担持体上に残留したトナーを回収する回転自在なファーブラシと、ファーブラシよりも像担持体の進行方向下流側に位置し、該ファーブラシおよび像担持体表面の双方と接触しながら、ファーブラシが回収したトナーを回収するとともに像担持体表面の不純物を清掃するロール状の清掃部材と、を備えることを特徴とする。

本発明においては、前記ファーブラシが、導電性繊維からなるブリッスルを有することが好ましく、このようなファーブラシに、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加することで、トナーを静電気的に回収することが好ましい態様である。
また、本発明のクリーニング装置には、さらに、前記ロール状の清掃部材に付着したトナーや異物を除去する清掃部材表面のトナー回収、清掃を目的とした別の（第２の）清掃部材を備えていてもよい。
前記ロール状の清掃部材は、回転可能に配置され、前記像担持体とカウンタ方向に回転することが好ましい。ファーブラシ及びロール状の清掃部材の回転は、像担持体に従動することにより行われてもよいが、別の駆動系を備え、その駆動系により、それぞれ回転速度を制御して行われることが効果の観点から好ましい。

本発明の画像形成装置用のクリーニング装置は、小型の装置であって、省スペース化が可能であり、且つ、像担持体を長期にわたって十分に清掃することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明のクリーニング装置を用いる画像記録装置の概要について説明する。本発明の装置が適用される画像形成装置は、複写機、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置であり、一般的には、被帯電表面を有する像担持体と、像担持体を一様な電位に帯電する帯電手段と、像担持体を露光して潜像を形成する露光手段と、該潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、該トナー像を被転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置である。

図１は、本発明のクリーニング装置を組み込んだ画像形成装置の一態様を示す概略図である。画像形成装置１００は、表面に潜像を形成可能な像担持体である感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋと、感光体ドラム表面を一定の電位に帯電させる帯電ロール１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと、潜像を形成するための露光装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋと、該潜像をトナー像とするための現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋと、該トナー像を中間転写耐７に転写する一次転写ロール１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋと、本発明に係るクリーニング装置１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ（図１中、概略的に示される）と、トナー像を被記録媒体に転写、定着させる位置に搬送する中間転写ベルト１７と、該中間転写ベルト１７表面に残存したトナーや異物を除去する中間転写ベルトクリーナ１８と、中間転写ベルト１７上のトナー像を被転写媒体に転写する二次転写ロール１９と、定着器２０とを備えている。

図２は、図１に記載の画像形成装置におけるクリーニング装置１６の一態様を示す概略図である。図１におけるクリーニング装置１６Ｙを代表例として挙げ、以下、クリーニング装置１６として説明する。クリーニング装置１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋも同様の態様を示すため、以下、本体用の説明においては符号「Ｙ」を省略して記載する。クリーニング装置１６には、可撓性のブリッスルを植毛した円筒形のファーブラシ２１が感光体ドラム１１と接するように配置されている。また、ファーブラシ２１の感光体ドラム回転方向の下流側にはロール状の清掃部材２２が、その表面がファーブラシ２１のブラシ先端近傍及び感光体ドラム１１の双方と接するように配置されている。ここで、ファーブラシ２１のブリッスル先端がロール状の清掃部材２２表面に接していれば、トナー回収は可能であるが、回収効率の観点からは、ロール状の清掃部材２２へある程度食込むように接することが好ましく、食込み量としては、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。

ロール状の清掃部材２２は、ファーブラシ２１により感光体ドラム１１表面より回収されたトナー及び感光体ドラム１１表面に残存する異物の双方を除去する機能を有している。本態様では、さらに、ロール状の清掃部材２２表面に付着したトナー及び異物を除去するための第２の清掃部材である金属板ブレード２３を備えている。
このように、ロール状の清掃部材２２とファーブラシ２１とを接触するように配置することで、ロール状の清掃部材２２に前記した２つの機能を持たせることができ、さらに、回収したトナーや異物を前記ロール状の清掃部材２２から除去するための第２の清掃部材を１つ備えれば全ての異物を除去することができるため、ロール状の清掃部材とファーブラシを別々に備え、それぞれに付属する回収トナーや異物の除去装置を備えるクリーニング装置に比較して、必要な部材が少なくてすみ、スペースもとらないことから、省スペース化、低コスト化を達成できる。

以下に、具体的な態様を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
本態様では、感光体ドラム直径：３０ｍｍ、感光体ドラム中心間距離：１００ｍｍ、であり、露光装置としては、ＲＯＳレーザ（波長：７８０ｎｍ）を用いている。
その他の画像形成条件は以下に示すとおりである。現像方式：二成分現像方式、中間転写体ベルト：ポリミド、プロセス速度：１００ｍｍ／ｓ、潜像電位背景部：−５５０Ｖ、画像部：−２００Ｖ、現像ロール：スリーブ直径１６ｍｍ、スリーブ回転速度２００ｍｍ／ｓ、感光体と現像ロールの間隔：０．３ｍｍ、現像バイアス：ＤＣ成分−４００Ｖ、ＡＣ成分１．５ｋＶｐｐ（６ｋＨｚ）、転写条件：一次転写ロール＋５００Ｖ〜１ｋＶ、二次転写ロール＋１．６ｋＶ。

本実施形態では、給電シャフトの外周に導電性弾性体層と表面層を被覆した２層構造の帯電ロールを用いている。帯電ロールの表面層には肉厚０．５ｍｍのイソシアネート処理を施したエピクロロヒドリンゴムを弾性層には肉厚２ｍｍの発泡ウレタン使用した。このエピクロロヒドリンゴムは高離型性を有しており、トナーその他の異物が極めて付着しにくい。帯電ロールの印加電圧はＶｐｐ＝１．３ｋＶ（６５０Ｈｚ）、Ｖｄｃ＝−５８０Ｖである。なお、本態様では、交流電圧に直流電圧を重畳した印加方式を用いたが、直流のみを印加する方式を用いてもよい。

本態様におけるファーブラシ２１は、外径５ｍｍの回転軸表面に導電性を有するナイロンの毛（ブリッスル）を放射状に植毛して形成した外径１０ｍｍのブラシである。毛の長さは２．５ｍｍ、毛の太さは約１５μｍ、毛の密度は６５０本／ｍｍ²である。ブラシの感光体ドラムへの食込み量は０．５ｍｍとした。ファーブラシへの印加電圧はＶｐｐ＝６００Ｖ（３．２ｋＨｚ）、Ｖｄｃ＝０Ｖとして両極のトナーを感光体から除去可能とした。なお、ブラシに突入するトナーが少ない場合には、帯電ロールが汚染される原因となる逆極トナーのみを除去できるような電圧、例えば、ＤＣ電圧−３００Ｖを印加してもよい。本態様ではブラシに導電性のナイロンを用いたが、これに制限されない。ファーブラシのブリッスル素材としては、電圧を印可してトナーを静電気的に効率よく回収するという観点からは、導電性の合成繊維を用いることが好ましいが、すべてがこのような導電性繊維である必要はなく、例えば、より均一なクリーニング、掻きとりのため、絶縁性の微細繊維（一例として直径８μｍ程度）との混織ブラシを使用してもよい。

ファーブラシのブリッスル素材としては、抵抗値が１０²〜１０¹⁰Ω程度の導電性を有する繊維、たとえば、ナイロン、アクリル、レーヨンなどにカーボンブラックなどの導電性微粒子を分散させたものが好ましく挙げられる。
これらの繊維は、トナーの回収効率の観点からは、直径１０〜３０μｍであることが好ましく、前記したように、直径５〜８μｍの微細繊維と併用することもできる。また、植毛密度としては、２００〜８００本／ｍｍ²が好ましい。
このようなファーブラシ２１との接触により、機械的な摺擦力と静電気的な吸引力とで感光体ドラム１１表面の残留トナー等の汚れを効率よく清掃することができる。

ファーブラシ２１からのトナー回収機能と感光体ドラム１１からの異物除去機能を併せもつロール状清掃部材２２は、外径５ｍｍの給電シャフト表面に、２０μｍのカーボンブラックとフッ素粒子を分散してなるウレタン樹脂でコートした肉厚２．５ｍｍの発泡ウレタンゴムを接着したものを使用した。ロール状の清掃部材２２の感光体１１への食込み量は０．４ｍｍ、該清掃部材のロール表面における表面粗さ（Ｒｚ）は１０μｍ以下、ＡｓｋｅｒＣ硬度は３０度とした。なお、ここでは一例を示したが、目的とするクリーニング性や感光体への異物固着抑制効果などを考慮して、清掃部材２２の表面材料の種類、被覆条件やファーブラシ２１のロール状の清掃部材２２への食込み量などを選択する必要がある。

ここで、ファーブラシ２１に印加した電圧とは逆位相の電圧を、該ロール状の清掃部材２２に印加することによってトナーをファーブラシ２１から静電的に効率よく回収することが可能となる。さらに感光体と接触させることにより感光体上のトナー外添剤や放電生成物を除去する。

ロール状の清掃部材２２の表面材料としては、形状追随性の観点から、発泡ゴム、発泡ウレタンなどの多孔質エラストマーや発泡樹脂などの素材が好ましく、エラストマー、樹脂材料としては、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂などが挙げられ、カーボンブラック、アルミニウムなどの導電性粒子を分散させたものを用いる。なお、体積抵抗率は、１０²〜１０¹⁰Ω程度であることが好ましい。
また、該清掃部材の異物除去性や対傷性の向上を目的として、発泡樹脂層表面に、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等を分散してもよく、或いは、表面層に、エピクロロヒドリンゴムをイソシアネート処理した高離型性のものを使用してもよい。

なお、本発明のクリーニング装置においては、本態様の如く、ロール状清掃部材２２により回収されたトナーや、外添剤、放電生成物をロール表面から掻き落するための金属スクレーパ（第２の清掃部材）２３を備えることが好ましい。この場合、第２の清掃部材２３は金属スクレーパに限らずウレタンゴム等の弾性部材からなるブレードを使用してもよい。
ロール状の清掃部材２２はファーブラシ２１表面のトナーを回収した後、ファーブラシ２１の下流方向で感光体ドラム１１と接触する際に、予め前記第２の清掃部材２３により回収トナーが除去された状態で感光体ドラム１１に接触することが好ましい。これはトナーが付着した状態で感光体ドラム１１表面に接触させると、外添剤やトナーの固着を誘発する懸念があるためである。このように、ロール状の清掃部材２２を第２の清掃部材２２が２３により表面のトナーや異物を除去した後、感光体ドラム１１に接触させるためには、ロール状の清掃部材２２を感光体とはカウンタ方向に回転させる必要がある。本態様では、ロール状の清掃部材２２の回転速度は５０ｍｍ／ｓ、ファーブラシ２１は感光体ドラム１１とはカウンタ方向に１０４ｍｍ／ｓで回転させた。この回転速度も目的に応じて調整可能である。

前記した態様のクリーニング装置１６を用い、高温高湿（２８℃、８５％ＲＨ）の雰囲気下で連続的に画像形成を行い、１００枚目の画像について、白ヌケの有無を確認したところ、得られた画像に白ヌケは見られなかった。また、低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）の雰囲気下で連続的に画像形成を行い、１００００枚目の画像について、トナー外添剤による画像欠陥の有無を確認したことろ、得られた画像に欠陥は見られなかった。さらに画像形成を連続して行ったが、５００００枚のプリント後も白ヌケやトナー外添剤付着に起因する画像欠陥は見られず、良好な画像が得られたことから、本発明のクリーニング装置は、感光体ドラムなどの像担持体を長期にわたって十分に清掃することができることがわかった。

本発明の効果を確認するため、上記クリーニング装置において、ロール状の清掃部材２２を、ファーブラシ２１の下流側に、ファーブラシ２１と接触しないように離して配置たものを用いて同様の評価を行った。第２の清掃部材２３はロール状の清掃部材２２のみと接している態様となる。評価の結果、高温高湿（２８℃、８５％ＲＨ）の雰囲気下で得られた１００枚目の画像に白ヌケが見られ、低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）の雰囲気下で１００００枚目に得られた画像にはトナー外添剤による画像欠陥が見られた。

本発明のクリーニング装置を組み込んだ画像形成装置の一態様を示す概略図である。 図１の画像形成装置に配置された本発明のクリーニング装置の一態様を示す概略図である。

符号の説明

１００ 画像形成装置
１１ 感光性ドラム（像担持体）
１６ クリーニング装置
１７ 中間転写ベルト（中間転写体）
２１ ファーブラシ
２２ ロール状の清掃部材
２３ 金属板ブレード（第２の清掃部材）

Claims (5)

1. 被帯電表面を有する像担持体と、像担持体を一様な電位に帯電する帯電手段と、像担持体を露光して潜像を形成する露光手段と、該潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、該トナー像を被転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置に使用されるクリーニング装置であって、
   該像担持体表面に接触しながら像担持体上に残留したトナーを回収する回転自在なファーブラシと、ファーブラシよりも像担持体の進行方向下流側に位置し、該ファーブラシおよび像担持体表面の双方と接触しながら、ファーブラシが回収したトナーを回収するとともに像担持体表面の不純物を清掃するロール状の清掃部材と、を備えることを特徴とする画像形成装置用のクリーニング装置。
2. 前記ファーブラシが、導電性繊維からなるブリッスルを有する請求項１に記載のクリーニング装置。
3. 前記ファーブラシに、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加することを特徴とする請求項１および請求項２に記載のクリーニング装置。
4. 前記ロール状の清掃部材に付着した異物を除去するための第２の清掃部材を備え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。
5. 前記ロール状の清掃部材が前記像担持体とカウンタ方向に回転す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。

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