JP2007183330A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で回転ブラシに滞留するトナーを良好に排出し、安定した処理性能を維持して高品質な画像形成を実現する。
【解決手段】トナー像の転写後に感光体ドラム１２上に残留する転写残トナーを現像装置１５で回収するクリーナレス方式において、感光体ドラム１２上の転写残トナーを帯電制御するブラシロール６０を制御部７６により回転制御し、非画像形成時に通常速度よりも高速で回転させ、ブラシロール６０に付着したトナーを遠心力で強制排出させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に係り、詳細には、トナー像の転写後に像担持体に残留する転写残トナーを現像手段で回収するクリーナレス方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用した複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置では、現像バイアス電位の設定条件を最適化することにより、トナー像の転写後に感光体ドラム上に残留する転写残トナーを現像器で回収（クリーニング）するクリーナレス方式が知られている。

このようなクリーナレス方式においては、転写残トナーを正規極性に帯電させるために、所定極性のバイアス電圧が印加される導電性ブラシ（固定ブラシ）を感光体ドラムに接触させる構成の残留トナー帯電器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特に直流電流に交流電流を重畳したＡＣ＋ＤＣ接触帯電方式では、感光体ドラムに対し直接放電することで、多量の放電生成物が感光体ドラムの表面に付着するため、この放電生成物を上記の固定ブラシで除去することは困難であり、高温高湿環境で、画像濃度が下がる「白抜け」や文字画像がボヤける「画像流れ」等の画像欠陥が発生しやすくなる。

そこで、転写残トナーを積極的に抱き込んで保持する保持部材を感光体ドラムに接触配置することにより、トナーに放電生成物の掻き取り効果を発揮させ、比較的低い当接圧力でも放電生成物を良好に除去できる技術を、既に本出願人が提案しており、例えばこの技術では、固定ブラシに転写残トナーを保持して放電生成物を除去するとともに、固定ブラシをすり抜けた転写残トナーを回転ブラシにより帯電制御して現像器に回収し、回転ブラシに滞留するトナーは、回収ロールやスクレーパー、フリッキング用バー等の補助部材を用いて回転ブラシから強制的に排出させる構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２１５７９９号公報 特願２００５−１８３８８８号

しかしながら、上記の構成では、補助部材がトナーの蓄積によって汚染されると、回転ブラシからのトナー排出性が低下し、回転ブラシのトナー滞留量が増加して帯電制御が不十分となるため、現像器に回収されないトナーが発生して画質低下を招いていしまう。さらに、補助部材を設けることでユニットが大型化し高コストとなる問題もある。

本発明は上記事実を考慮して、簡単な構成で回転ブラシに滞留するトナーを良好に排出し、安定した処理性能を維持して高品質な画像形成を実現できる画像形成装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、回転する像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、帯電した前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を被転写体に転写する転写手段と、前記転写手段よりも前記像担持体の回転方向下流側に設けられ、像担持体に接触して転写残トナーを保持する保持手段と、前記保持手段よりも前記像担持体の回転方向下流側に設けられ、像担持体に接触し回転して転写残トナーを処理する回転ブラシと、前記回転ブラシを回転制御し、前記転写残トナーを処理するときの所定速度、及び、その所定速度よりも高速の少なくとも２種類の回転動作に切り替える制御手段と、を有することを特徴としている。

本発明では、回転する像担持体は、帯電手段により帯電され、露光手段により静電潜像を形成され、その静電潜像が現像手段により現像されてトナー像とされる。そして、担持したトナー像を転写手段により例えば中間転写体等の被転写体に転写した後に、回転方向の下流側に設けられた保持手段によって、転写残トナーが保持される。このトナーが放電生成物の掻き取り効果を発揮することにより、像担持体から放電生成物が良好に除去される。また、保持手段をすり抜けた転写残トナーは、回転方向の更に下流側に設けられた回転ブラシによって、例えば正規極性に帯電される帯電制御等の処理を受け、そのまま像担持体の回転方向に搬送されて現像手段に回収される（クリーナレス方式）。

この回転ブラシは、制御手段に回転制御されて、転写残トナーを処理するときの所定速度と、その所定速度よりも高速の少なくとも２種類の回転動作に切り替えられ、高速回転時には、回転ブラシに付着し滞留するトナーが遠心力で強制排出される。そしてこの回転ブラシからの排出トナーも、例えば上記のような帯電制御を受けて現像手段に回収される。

このように、回転ブラシを転写残トナーの処理時よりも高速回転させるだけで、滞留したトナーが良好に排出されるため、例えばトナー排出用の補助部材を用いる場合に比べて、構成を簡素化できる。したがって、この画像形成装置では、回転ブラシによる転写残トナーの安定した処理性能が維持され、高品質な画像形成を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記回転ブラシの前記高速の回転動作は、非画像形成時に行うことを特徴としている。

本発明では、非画像形成時に回転ブラシを高速回転させてトナー排出を行うことにより、画像形成時に回転ブラシの速度を変化させることによる画質や性能への悪影響を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の画像形成装置において、前記回転ブラシの前記高速の回転動作は、予め設定された所定の条件で定期的に行うことを特徴としている。

本発明では、例えば、画像形成装置による所定回数の画像形成（印刷）後や所定時間の動作後等、予め設定された所定の条件で、定期的に回転ブラシが高速回転され、トナー排出が行われる。このように、自動で定期的に回転ブラシのトナー排出を行うことにより、画像形成の生産性を低下させることなく、安定した処理性能を良好に維持することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載の画像形成装置において、前記回転ブラシの転写残トナーに対する前記処理は、回転ブラシにバイアス電圧を印加して行う転写残トナーの帯電制御であることを特徴としている。

本発明では、バイアス電圧が印加された回転ブラシによって、像担持体上の転写残トナーが例えば正規極性に帯電される帯電制御が行われた後、そのまま像担持体に搬送されて現像手段に回収される。また、回転ブラシからの排出トナーも、同様の帯電制御を受けて現像手段に回収される。これにより、クリーナレス方式の画像形成装置が構成される。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の画像形成装置において、前記回転ブラシは、外周面にブラシ繊維が設けられるとともに通気孔が形成された中空軸を備え、その中空軸内に送風された空気を前記通気孔から噴出させることを特徴としている。

本発明では、回転ブラシを構成する中空軸の外周面に通気孔が形成され、例えばエアポンプ等の送風手段から中空軸内に送り込まれた空気が通気孔から噴出する。この風圧が上記の高速回転による遠心力に加わってブラシ繊維に付着したトナーに作用することにより、回転ブラシからのトナー排出性が更に高められる。

本発明の画像形成装置によれば、簡単な構成で回転ブラシに滞留するトナーが良好に排出され、安定した処理性能が維持されて高品質な画像形成を実現できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。

図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する画像形成ユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）を備えており、画像形成ユニット１０には、図中の矢印方向（右回転方向）へ回転駆動する像担持体としての感光体ドラム１２（１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ）が設けられている。

感光体ドラム１２の上方には、感光体ドラム１２の表面を帯電する帯電ロール（接触帯電器）を備えた帯電装置１３（１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ）が配置され、さらに、帯電装置１３により帯電された感光体ドラム１２の表面にレーザ光Ｌを照射し静電潜像を形成する露光装置１４（１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ）が設けられている。

感光体ドラム１２の右側方には、現像装置１５（１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ）が隣接配置されており、現像装置１５は、感光体ドラム１２上に形成された静電潜像をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のトナー像に現像する現像ロール１６（１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ）を備えている。

感光体ドラム１２の下方には、現像装置１５によって可視化されたトナー像が転写される無端状の中間転写ベルト３０が設けられており、さらに中間転写ベルト３０を挟んで一次転写ロール１８（１８Ｙ，１８Ｍ，１８Ｃ，１８Ｋ）が対向配置されている。この感光体ドラム１２と中間転写ベルト３０の各接触部が一次転写部Ｔ１とされ、一次転写ロール１８には正極性の一次転写バイアスが印加される。また、感光体ドラム１２の左側方には、一次転写ロール１８の下流側に、一次転写後に感光体ドラム１２上に残留する転写残トナーを保持する固定ブラシ１９が接触配置され、さらに、固定ブラシ１９の下流側に、転写残トナーを帯電制御する残留トナー帯電装置２０（２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ）が配置されている。

中間転写ベルト３０は、駆動ロール３２、張架ロール３３、及び二次転写バックアップロール３４に巻き掛けられており、感光体ドラム１２の回転に同期して同方向に回転移動する。また、上記の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、中間転写ベルト３０の移動方向に対し、その順番で直列に配列されている。これにより、中間転写ベルト３０は、各一次転写部Ｔ１で一次転写ロール１８により感光体ドラム１２上のトナー像がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に重ねて一次転写され、この一次転写されたトナー像を下記の二次転写部Ｔ２（二次転写ロール３６）に向けて搬送する。

中間転写ベルト３０の右側方には、用紙搬送路４０を挟んで二次転写ロール３６が対向配置されている。この二次転写ロール３６と中間転写ベルト３０の接触部が二次転写部Ｔ２とされ、二次転写ロール３６には負極性の二次転写バイアスが印加される。これにより、二次転写ロール３６は、二次転写バックアップロール３４に補助され、中間転写ベルト３０に一次転写されたトナー像を二次転写部Ｔ２で用紙Ｐに二次転写する。また、中間転写ベルト３０を回転支持する二次転写バックアップロール３４の右上方には、二次転写後に中間転写ベルト３０上に残留する転写残トナーを除去する中間転写ベルトクリーナ３８が設けられている。

中間転写ベルト３０の下方には、用紙Ｐが収納される給紙トレイ４２が配置され、給紙トレイ４２の右側近傍には、給紙トレイ４２から用紙Ｐを用紙搬送路４０に送り出すフィードロール４４、及び、送り出される用紙Ｐを１枚ずつ捌くリタードロール４６が設けられている。

また、用紙搬送路４０における二次転写部Ｔ２よりも下流側には、対向する加熱ロール５２及び加圧ロール５４を備えた定着装置５０が配置され、定着装置５０の下流側には一対の排出ロール５６が設けられている。そして用紙搬送路４０は、フィードロール４４及びリタードロール４６から二次転写部Ｔ２、及び定着装置５０を経由して、排出ロール５６まで延設されている。

また、上述した感光体ドラム１２から中間転写ベルト３０への一次転写では、トナー画像は全て中間転写ベルト３０に転写されず、一部が転写残トナーとして感光体ドラム１２に残留する。感光体ドラム１２に残留した転写残トナーは、一部が固定ブラシ１９によって一次的に保持され、固定ブラシ１９をすり抜けたものが、詳細については後述する残留トナー帯電装置２０によって正規極性に帯電される。そして、感光体ドラム１２に吸着されたまま感光体ドラム１２の回転方向に搬送され、現像装置１５により現像と同時に現像ロール１６に回収される。

このように、本実施形態の画像形成装置１００は、感光体ドラム１２上の転写残トナーを除去するための専用のクリーニング機構を持たず、現像装置１５の現像ロール１８の現像バイアスの設定条件を最適化することで、現像装置１５で現像と転写残トナーの回収（クリーニング）とが同時に行われる、所謂「クリーナレスシステム」を採用している。

次に、上記構成の画像形成装置１００に搭載された本発明の実施形態に係る残留トナー帯電装置２０について詳細に説明する。

図２に示すように、残留トナー帯電装置２０には、感光体ドラム１２の外周面に接触して感光体ドラム１２の回転方向と反対方向に回転駆動し感光体ドラム１２から転写残トナーを擦り取るブラシロール６０が設けられている。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、クリーニング装置２０は、感光体ドラム１２の外周面に接触して感光体ドラム１２の回転方向と反対方向に回転駆動し、感光体ドラム１２上の転写残トナーを正規極性（マイナス極性）に帯電するブラシロール６０、ブラシロール６０を回転駆動する駆動モータ７０、ブラシロール６０にマイナス極性のバイアス電圧を印加するバイアス電源７２、及び、ブラシロール６０内に空気を送り込むエアポンプ７４を備えている。

図３に示すように、ブラシロール６０は、ロール軸として、導電性を有する金属製の中空シャフト６２を備えている。シャフト６２の外周面６２Ａには、円形状の通気孔６４が複数の形成されており、さらにナイロン繊維等からなる多数の導電性ブラシ６６が放射状に植毛されて形成されている。このブラシロール６０内にエアポンプ７４から空気が送り込まれると、通気孔６４から空気が噴出して導電性ブラシ６６に付着したトナーの付着力が弱められる。

そして、この残留トナー帯電装置２０では、画像形成装置１００の動作時に、駆動モータ７０、バイアス電源７２、及びエアポンプ７４が制御部７６に制御されてそれぞれ所定の動作をするよう構成されている。

また、本実施形態のブラシロール６０は以下のように構成されている。
・ロール外径 ： φ１５ｍｍ
・シャフト外径 ： φ５ｍｍ
・シャフト材料 ： Ａ６０６３
・通気孔径 ： φ１ｍｍ
・開口率 ： ４％
・ブラシ材料 ： 導電性ナイロン
・ブラシ径 ： ０．３ｄ
次に、本実施形態の画像形成装置１００によるカラー画像形成動作ついて説明する。

画像形成装置１００に画像形成信号が入力されると、感光体ドラム１２の表面（外周面）が帯電装置１３により一様に帯電され、続いて感光体ドラム１２の表面には、画像形成信号に基づいて露光装置１４からレーザ光Ｌが照射される。このレーザ光Ｌにより、感光体ドラム１２の表面が露光され、静電潜像が形成される。感光体ドラム１２上に形成された静電潜像は、現像装置１５の現像ロール１６によってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を現像され、一次転写部Ｔ１で中間転写ベルト３０に重ねて一次転写される。

一方、給紙トレイ４２に収納された用紙Ｐは、フィードロール４４により送り出され、リタードロール４６により捌かれて最上部の用紙Ｐのみが用紙搬送路４０に導かれ、所定のタイミングで二次転写ロール３６と二次転写バックアップロール３４との間、すなわち二次転写部Ｔ２に送り込まれる。この二次転写部Ｔ２で、中間転写ベルト３０に一次転写されているトナー像が用紙Ｐに二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは、用紙搬送路４０を下流側に搬送されて定着装置５０に導かれ、加熱ロール５２と加圧ロール５４とによる熱圧力によってトナー像が定着される。そしてこのトナー像の定着により画像形成された用紙Ｐは、排出ロール５６により図示しない排紙トレイへ排出される。

また、二次転写後に中間転写ベルト３０の画像領域に残留した転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナ３８によって擦り取られ除去される。以上の動作により、画像形成装置１００によって用紙Ｐにカラー画像が形成される。

次に、本実施形態の作用について説明する。

画像形成装置１００による上記の画像形成動作で、残留トナー帯電装置２０では、制御部７６に制御されて駆動モータ７０が所定の速度（通常速度）で回転駆動し、バイアス電源７２が所定のタイミングでブラシロール６０にバイアス電圧を印加する。また、この画像形成では、接触帯電方式の帯電装置１３による感光体ドラム１２への直接的な放電で、放電時に発生するオゾンや窒素酸化物などの活性物質、及びその反応生成物等の放電生成物が発生し、感光体ドラム１２上に付着する。

ここで、画像形成における一次転写後に感光体ドラム１２上に残留する転写残トナーは、一部が固定ブラシ１９によって一時的に保持される。この固定ブラシ１９に保持されたトナーが、感光体ドラム１２上に付着した放電生成物に対する掻き取り効果を発揮することで、感光体ドラム１２上から放電生成物が良好に除去される。

また、固定ブラシ１９をすり抜けた転写残トナーは、残留トナー帯電装置２０のブラシロール６０によって、正規極性であるマイナス極性に帯電され、感光体ドラム１２上に強く吸着される。さらに、そのマイナス極性に帯電調整された転写残トナーの多くは、ブラシロール６０をすり抜けて感光体ドラム１２の回転方向に搬送され、現像ロール１８との対向部（現像部）に送り込まれる。そして、現像バイアスの設定条件が最適化された現像ロール１８により、現像と同時に現像装置１５に回収（クリーニング）される。また、この現像ロール１８は、感光体ドラム１２と逆方向に回転していることで、転写残トナーの回収効率が高められる。

一方、ブラシロール６０には、上記の帯電制御を行う際の転写残トナーとの接触で、転写残トナーが僅かに付着し、動作時間の経過に伴いトナー滞留量が次第に増加する。そのため、転写残トナーに対する帯電性能が次第に低下し、十分な帯電調整を実施できなくなり、現像装置１５に回収されないトナーが発生して画質低下を招くことになる。

これに対し、本実施形態の画像形成装置１００には、ブラシロール６０に滞留したトナーを吐き出すリフレッシュモード（トナー排出モード）が設定されている。

このモードは、例えば１００枚のプリント印刷を実施する度に自動的に作動するよう予め設定されており、本実施形態では、図４のタイミングチャートに示すように、上記の条件になると、制御部７６が非画像形成時に、駆動モータ７０を高速駆動させてブラシロール６０を通常速度よりも高速回転させ、さらにエアポンプ７４を駆動させてブラシロール６０内に空気を送り込む。なお、画像形成時におけるブラシロール６０の回転速度は、画質や性能上の最適値に設定されているため、この画像形成時にブラシロール６０の速度を変化させることは好ましくなく、したがって、非画像形成時にのみ高速回転させるよう構成している。

これにより、ブラシロール６０に滞留したトナーは、回転速度が増したことで大きな遠心力を受け、さらにブラシロール６０の通気孔６４から噴出する空気の強い風圧を受けて、ブラシロール６０から強制排出される。そしてこのブラシロール６０からの排出トナーもマイナス極性に帯電調整されていることで、感光体ドラム１２上に吸着され、現像装置１５に回収される。

図５に、ブラシロールの回転速度（周速）及びブラシロール内への空気供給（空気流量：０．３ｍ^３／ｓ）と、ブラシロールの付着トナー量との関係を実験した結果をグラフ図にて示す。この実験結果から、ブラシロールの回転速度を増すことで、トナーが飛ばされ付着量が減少する傾向があることがわかり、通常速度である２００ｍｍ／ｓを２倍の４００ｍｍ／ｓに上げたところ、ブラシロールに付着したトナー量が約半分になることがわかった。さらに、ブラシロール内に空気を供給して通気孔から噴出させることにより、付着トナー量の減少効果が高められることが確認された。

以上説明したように、本実施形態の画像形成装置１００では、残留トナー帯電装置２０のブラシロール６０が、制御部７６に回転制御されて、画像形成時に感光体ドラム１２上の転写残トナーを帯電制御するときの通常速度と、その通常速度よりも高速の２種類の回転動作に切り替えられ、高速回転時には、ブラシロール６０に付着し滞留するトナーが遠心力で強制排出される。このように、ブラシロール６０を通常速度よりも高速で回転させるだけで、滞留したトナーが良好に排出されるため、従来のようなトナー排出用の補助部材を用いる場合に比べて、構成を簡素化できる。また、高速回転時には、通気孔６４から噴出する空気の風圧も作用するため、ブラシロール６０からのトナー排出性（離脱性）が更に高められる。したがって、この画像形成装置１００では、ブラシロール６０による転写残トナーの安定した帯電制御が維持されて高品質な画像形成を実現できる。

また、このブラシロール６０の高速回転を非画像形成時に行うことで、画像形成時に速度変化させることによる画質や性能への悪影響が防がれる。さらに、予め設定された所定の条件（印刷１００枚／回）で、定期的にブラシロール６０を高速回転させ、トナー排出を自動で行うことにより、画像形成の生産性を低下させることなく、安定した処理性能を良好に維持することができる。

以上、本発明を上述した特定の実施形態により詳細に説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の形態が実施可能である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る感光体ドラム上の転写残トナーを回収するクリークリーナレスシステムの構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係るブラシロールを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成／非画像形成のプロセスとブラシロールのトナー排出モードの作動タイミングを示すタイミングチャートである。 ブラシロールの回転速度／ブラシロール内への空気供給と、付着トナー量との関係を実験した結果を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ 画像形成ユニット
１２ 感光体ドラム
１３ 帯電装置
１４ 露光装置
１５ 現像装置
１６ 現像ロール
１８ 一次転写ロール
１９ 固定ブラシ
２０ 残留トナー帯電装置
３０ 中間転写ベルト
６０ ブラシロール
６２ シャフト
６２Ａ 外周面
６４ 通気孔
６６ 導電性ブラシ
７０ 駆動モータ
７２ バイアス電源
７４ エアポンプ
７６ 制御部
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 回転する像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電手段と、
   帯電した前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
   前記トナー像を被転写体に転写する転写手段と、
   前記転写手段よりも前記像担持体の回転方向下流側に設けられ、像担持体に接触して転写残トナーを保持する保持手段と、
   前記保持手段よりも前記像担持体の回転方向下流側に設けられ、像担持体に接触し回転して転写残トナーを処理する回転ブラシと、
   前記回転ブラシを回転制御し、前記転写残トナーを処理するときの所定速度、及び、その所定速度よりも高速の少なくとも２種類の回転動作に切り替える制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記回転ブラシの前記高速の回転動作は、非画像形成時に行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記回転ブラシの前記高速の回転動作は、予め設定された所定の条件で定期的に行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記回転ブラシの転写残トナーに対する前記処理は、回転ブラシにバイアス電圧を印加して行う転写残トナーの帯電制御であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項記載の画像形成装置。
5. 前記回転ブラシは、外周面にブラシ繊維が設けられるとともに通気孔が形成された中空軸を備え、その中空軸内に送風された空気を前記通気孔から噴出させることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の画像形成装置。

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