JP2008175954A

JP2008175954A - クリーニング装置

Info

Publication number: JP2008175954A
Application number: JP2007007941A
Authority: JP
Inventors: Hisataka Hisakuni; 久高久國
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】回転ブラシ部材のトナー蓄積量を適正範囲に保持して、クリーニングブレードの当接部へ適正量のトナーを安定して供給し続け得るクリーニング装置を提供する。
【解決手段】クリーニングブレード６ａの上流側に、感光ドラム１と対向方向に回転する直径１７ｍｍのファーブラシ６ｂを感光ドラム１に１．５ｍｍ侵入させて配置する。ファーブラシ６ｂにスクレーパー６ｃを１．０ｍｍ侵入させて表層部のトナーを掻き落とす。制御部２５は５００枚プリントする毎に、一次帯電ローラ１１を用いて、感光ドラム１に連続ストライプ状の静電潜像を書き込む。
【選択図】図４

Description

本発明は、トナーを用いる画像形成装置に搭載されて、クリーニングブレードを像担持体に当接させてトナーを除去するクリーニング装置に関する。

複写機、プリンタ、複合機等、トナーを用いる画像形成装置では、クリーニングブレードを中間転写体を含む像担持体や記録材搬送体の表面に当接させて不必要なトナーを除去するクリーニング装置が広く用いられている。このようなクリーニング装置では、クリーニングブレードの摩擦負荷を軽減して、クリーニング性能を正常に維持させるために、クリーニングブレードの当接部にトナーを一定量介在させ続けることが望ましい。

特許文献１、２には、像担持体の紙間スペースにブレード長さ相当の潤滑パッチトナー像を形成して、クリーニングブレードの当接部に間欠的にトナーを供給する画像形成装置が示される。ここでは、画像形成ごとにトナー使用量を演算し、使用量が少ない場合に、潤滑パッチトナー像による潤滑を実行する。

特許文献３には、表面にフッ素樹脂粒子を含有する表面潤滑層を形成した像担持体と、表面にナイロン層を形成したクリーニングブレードとを組み合わせた画像形成装置が示される。

しかし、特許文献１、２、３の構成では、画像形成される画像の比率は画像によって異なるために、クリーニングブレードによってクリーニングされるトナー量にばらつきが生ずる。そのため、画像の比率が小さい画像を連続して形成していると、クリーニングブレードのエッジ部のトナー量が少なくなるために、像担持体とクリーニングブレードとの間の摩擦係数が大きくなる。その結果、クリーニングブレードの像担持体への当接が安定しなくなる場合がある。

そのため、特許文献４に示される画像形成装置では、クリーニング装置内空間のクリーニングブレードの上流側に、像担持体をクリーニングする回転ブラシ部材を配置して、クリーニングブレードに安定してトナーを供給させる。この回転ブラシ部材は、導電性で常時接地され、像担持体等の表面から静電気的、分子間力的に回収したトナーを蓄積して像担持体等の表面へ少しずつ戻し、クリーニングブレードの当接部を潤滑させている。また、回転する回転ブラシ部材からトナーを掻き落とす規制部材（スクレーパー）を配置して、回転ブラシ部材の目詰まりを防止している。

特開平５−２２４４９７号公報特開２００３−２４９４７７号公報特開平７−２１９３９８号公報特開２００４−３４１１９０号公報

しかし、特許文献１に示される構成において、規制部材の回転ブラシ部材への侵入量が大きいと、回転ブラシ部材に蓄積されるトナー量が少なくなるため、クリーニングブレードに供給されるトナー量が減少する。その結果、画像比率が小さい画像の画像形成が連続して形成されると、回転ブラシ部材に蓄積されるトナー量が不足する問題が発生する可能性がある。そのため、この侵入量を小さくすることで、画像比率が小さい画像の画像形成が連続して形成されても、回転ブラシ部材に蓄積されるトナーの不足を防止することができる。

しかし、規制部材の回転ブラシ部材への侵入量を小さくすると、静電的に回転ブラシ部材に付着するトナーは規制部材により除去することができないため、回転ブラシ部材に蓄積されるトナーは必要以上に多くなる。その結果、像担持体が回転し始めたときに、これらのトナーが力学的に回転ブラシ部材からまとまって吐き出され、クリーニングブレードに集中して供給される結果、クリーニングブレードでは十分に除去できない問題が発生する。

本発明は、規制部材の回転ブラシ部材への侵入量を小さくしても、クリーニングブレードへのトナーの供給不足を防止しつつ、過剰なトナーの吐き出しを防止できるクリーニング装置を提供することを目的としている。

本発明のクリーニング装置は、回転可能な像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、前記像担持体の移動方向に対して前記クリーニングブレードよりも上流側に配置され、前記像担持体に当接する回転可能なブラシ部材とを有するものである。そして、前記ブラシ部材に侵入して、前記ブラシ部材のトナーを掻き落とす規制部材と、非画像形成時に、前記ブラシ部材のトナーを電気的に前記像担持体へ吐き出すための静電潜像パターンを前記像担持体に形成する吐き出し制御とを有する。

別発明のクリーニング装置は、回転可能な像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、前記像担持体の移動方向に対して前記クリーニングブレードよりも上流側に配置され、前記像担持体に当接する回転可能なブラシ部材と、前記ブラシ部材に電圧を印加する電圧印加手段とを有するものである。そして、前記ブラシ部材に侵入して、ブラシ部材のトナーを掻き落とす規制部材と、非画像形成時に、前記ブラシ部材のトナーを電気的に前記像担持体へ吐き出させるための画像形成時とは異なる電圧印加条件で前記ブラシ部材に電圧を印加する吐き出し制御とを有する。

本発明のクリーニング装置では、非画像形成時に静電潜像パターンを用いた吐き出し制御を行うことで、ブラシ部材から像担持体へトナーを電気的に掃き出させる。これにより、吐き出し制御を行わない場合に比較して、ブラシ部材には過剰にトナーが蓄積されにくくなる。従って、規制部材の回転ブラシ部材への侵入量を小さくしても、クリーニングブレードへのトナーの供給不足を防止しつつ、過剰なトナーの吐き出しを防止することができる。

別発明のクリーニング装置では、非画像形成時に電圧印加手段を用いた吐き出し制御を行うことで、ブラシ部材から像担持体へトナーを電気的に掃き出させる。これにより、吐き出し制御を行わない場合に比較して、ブラシ部材には過剰にトナーが蓄積されにくくなる。従って、規制部材の回転ブラシ部材への侵入量を小さくしても、クリーニングブレードへのトナーの供給不足を防止しつつ、過剰なトナーの吐き出しを防止することができる。

以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。

本発明は、ロータリー現像装置を用いて４色のトナー像を形成する画像形成装置のみならず、記録材搬送ベルトや中間転写ベルトに沿って複数の感光ドラムを配置した画像形成装置でも実施できる。記録材へ直接転写する単色の画像形成装置でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１乃至４に示される画像形成装置の構成部材、電源、材料、プロセス制御等の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は感光ドラムの感光層の断面構成の説明図、図３は帯電装置の構成の説明図である。第１実施形態の画像形成装置１００は、中間転写ベルト電子写真方式の４色フルカラーのプリンタである。

図１に示すように、画像形成装置の一例である画像形成装置１００は、像担持体である感光ドラム１を備える。感光ドラム１は、矢印Ｒ１方向へ回転自在に支持されたドラム型の電子写真感光体である。感光ドラム１の周囲には、回転方向に沿って上流側から、帯電手段である一次帯電器（２）、露光装置である露光装置３、現像手段のである現像装置４、転写手段である一次転写ローラ１１が配置される。一次転写ローラ１１と一次帯電器（２）との間には、クリーニング装置６が配設される。

中間転写体である中間転写ベルト５の下方には、記録材Ｐを担持して搬送する転写搬送ベルト７が配設される。転写搬送ベルト７の下流側には、記録材の表面にトナー像を定着させる定着装置８が配設される。

感光ドラム１は、直径が６０ｍｍで、アルミニウム等の導電材製ドラム基体１ａが接地電位に接続され、不図示の駆動手段に駆動されて、所定のプロセススピード（周速度）、具体的には２００ｍｍ／ｓで感光面が矢印Ｒ１方向に回転する。図２に示すように、感光ドラム１は、ドラム基体１ａの外周面に、通常の有機光導電体層（ＯＰＣ）からなる感光体層１ｂを形成塗布し、その上に耐摩耗性に優れた保護層（ＯＣＬ）１ｃを塗布形成したものである。

感光体層１ｂは、下引き層（ＣＰＬ）１ｂ１、注入阻止層（ＵＣＬ）１ｂ２、電荷発生層（ＣＧＬ）１ｂ３、電荷輸送層（ＣＴＬ）１ｂ４の４層によって構成される。感光体層１ｂは、通常は絶縁体であり、特定の波長の光を照射することにより、導電体となるという特徴を有している。これは、光照射により電荷発生層１ｂ３内に正孔（電子対）が生成し、それらが電荷の流れの担い手となるからである。電荷発生層１ｂ３は厚さ０．２μｍのフタロシニアン化合物で、電荷輸送層１ｂ４は厚さ２５μｍ程度のヒドラゾン化合物を分散させたポリカーボネートで構成されている。

図３に示すように、一次帯電器（２）は、ローラ状に形成されて感光ドラム１の外周面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電ローラ２を有する。帯電ローラ２は、芯金２ａの両端部を不図示の軸受部材によって回転自在に保持される。軸受部材は、押圧ばね（圧縮ばね）２ｅによって感光ドラム１に向けて付勢されている。帯電ローラ２は、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力で圧接して、感光ドラム１の表面との間に帯電ニップを形成している。帯電ローラ２は、感光ドラム１の矢印Ｒ１方向の回転に追従して、矢印Ｒ２方向に従動回転する。

帯電ローラ２は、帯電バイアス印加電源Ｄ２によって帯電バイアスが印加される。帯電バイアス印加電源Ｄ２から帯電ローラ２の芯金２ａに対して、帯電バイアスとして、直流電圧と交流電圧とを重畳させた振動電圧が印加される。これにより、回転中の感光体ドラム１表面は、所定の極性・電位に均一に帯電処理される。即ち、後述する吐き出し制御時の実行を行わない通常の画像形成時の帯電バイアスの直流電圧は−４００Ｖであり、感光体ドラム表面電位を−４００Ｖに帯電する。

図１に示すように、露光装置３は、画像情報に応じてレーザ光をＯＮ／ＯＦＦしつつ走査するレーザースキャナである。露光装置３から発生されたレーザ光は、反射ミラー３ａを介して、帯電後の感光ドラム１の表面にビームスポットを形成して走査される。これにより、レーザ光が照射された部分の電荷が除去されて、静電潜像が形成される。

現像装置４は、回転現像方式を採用している。軸４ａを中心に不図示のモータによって矢印Ｒ４方向に回転駆動される回転体４Ａと、これに搭載された４個の現像器、すなわちブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとを有する。感光ドラム１上にブラックのトナー像を形成するときは、感光ドラム１と近接する現像位置Ｄでブラック用の現像器４Ｋにより現像を行う。同様にイエローのトナー像を形成するときは、回転体４Ａを９０度回転させて、現像位置Ｄにイエロー用現像器４Ｙを配置させて現像を行う。マゼンタ、シアンのトナー像の形成も同様に１８０度、２７０度の位置で行う。

中間転写ベルト５は、駆動ローラ１０、一次転写ローラ１１、従動ローラ１２、二次転写対向ローラ１３に掛け渡して支持される。中間転写ベルト５は、駆動ローラ１０の回転に伴って矢印Ｒ５方向に循環する。中間転写ベルト５にはベルトクリーナ１４が当接されている。

転写搬送ベルト７は、駆動ローラ１５、二次転写ローラ１６、受動ローラ１７に掛け渡して支持され、駆動ローラ１５の回転に伴って矢印Ｒ７方向に回転する。

定着装置８は、ヒータ１８ａを内蔵した定着ローラ１８と、下方からこれに当接された加圧ローラ２０とを有している。

このように構成された画像形成装置１００では、一次帯電器（２）によって帯電された感光ドラム１表面を、露光装置３によって露光することで、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム１の表面の静電潜像は、現像装置４の所望の色の現像剤（トナー）を収容する現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋによってトナーを付着させることにより、トナー像に現像される。感光ドラム１に形成されたトナー像は、一次転写ローラ１１に、一次転写バイアス印加及びスイッチ機能を有する電源回路Ｄ１１から一次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト５に一次転写される。

４色フルカラーの画像形成を行う場合、まず、ブラック用の現像器４Ｋにより、感光ドラム１上にブラックのトナー像を形成して、中間転写ベルト５上にブラックのトナー像を一次転写する。次に、回転体４Ａを９０度回転させて、イエローの現像器４Ｙを現像位置Ｄに移動させて、感光ドラム１上にイエローのトナー像を形成し、中間転写ベルト５上のブラックのトナー像上にイエローのトナー像を一次転写して重ね合わせる。

この動作をマゼンタ用の現像器４Ｍ、シアン用の現像器４Ｃにおいても順次行い、中間転写ベルト５上で４色のトナー像を重ね合わせる。その後、電源回路Ｄ１６から二次転写ローラ１６に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト５上の４色のトナー像を、転写搬送ベルト７上に担持され搬送されてきた記録材Ｐ上に一括で二次転写する。

トナー像が転写された記録材Ｐは、転写搬送ベルト７から剥離されて定着装置８に送り込まれ、定着ローラ１８及び加圧ローラ２０によって加熱・加圧されて、表面にトナー像が定着される。これにより、記録材Ｐに４色フルカラー画像が形成される。二次転写後に、中間転写ベルト５上に残った転写残トナーは、ベルトクリーナ１４によって除去される。

なお、モノクロの画像形成を行う場合は、感光ドラム１上に形成された静電潜像をブラック用の現像器４Ｋにより現像してブラックのトナー像を形成する。ブラックのトナー像は、一次転写ローラ１１を用いて中間転写ベルト５上に一次転写した後、直ちに二次転写位置で記録材Ｐ上に二次転写される。ブラックのトナー像が転写された記録材Ｐは、転写搬送ベルト７から剥離されて、定着装置８によって加熱・加圧されて表面にモノクロ画像が定着される。同様にして他の単色画像も形成される。

＜クリーニング装置＞
図４はクリーニング装置の構成の説明図である。図４に示すように、一次転写後に感光ドラム１の表面に残った転写残トナー２１は、クリーニング装置６に搬送されて、クリーニングブレードであるクリーニングブレード６ａと、ブラシ部材であるファーブラシ６ｂとによって除去される。クリーニングブレード６ａは、画像を形成する過程で感光ドラム１の表面に常に加圧接触した状態にある。

また、本実施形態のクリーニング装置６は、ファーブラシ６ｂに侵入する規制部材としてのスクレーパー６ｃが設けられている。このような構成により、クリーニングブレード６ａのエッジと感光ドラム１との間には、転写残トナー２１や外添剤が介在し、両者間の潤滑剤として摩擦係数をある程度減少させる機能を果たしている。そして、後述するように、電位差形成手段である一次帯電器（２）を制御して、ファーブラシ６ｂのトナー蓄積量を制御する。

ここで、クリーニングブレード、ファーブラシ等について一般的な説明をする。クリーニングブレードを用いて感光体（感光ドラム）上の残留トナーを掻き落とすクリーニング装置は、構成が簡単でコンパクトであり低コスト、しかもトナー除去機能も優れていることから広く用いられている。クリーニングブレードを形成するゴム材料としては、高硬度でしかも弾性に富み、耐摩耗性、機械的強度、耐油性、耐オゾン性に卓越しているウレタンゴムが一般的に使われている。

一方、感光ドラムには、表面層にフッ素原子樹脂微粒子を含有させた感光体が用いられている。この構成は、削れ難く長寿命化に適しているとして広く受け入れられている。

しかし、このような構成により、感光体が削れ難くなり、感光体の表面に付着したトナーなどの付着物が掻き取られず、融着等の感光ドラム上の付着物の発生により画像不良の原因となることがある。また、付着物が発生した状態で、低濃度の画像を形成し続けると、画像に問題が出ない場合であっても感光体の表面とクリーニングブレードとの間への潤滑性が低下する。その結果、動摩擦が急増してクリーニングブレードの捲れや、ビビリ（異常振動）が生じる弊害が発生することがある。

潤滑性を高めるために、トナーをクリーニングブレードに供給する方法がある。しかし、感光体から被転写手段への転写工程を経ない、現像されたままのトナーでは、トナー内に含有される遊離外添剤（無機微粒子）の比率が十分ではなく、クリーニングブレードに十分な潤滑性を与えることができないことが分かった。

遊離外添剤の比率は、トナー分級品に対して４．０％〜２０．０％位が望ましい。カブリトナーなどは転写処理を経ていなくても比較的遊離外添剤の比率は多く、トナー１００重量部に対して、酸化チタンが５．０重量部含まれている場合、トナーに対する遊離外添剤の比率は３０．０％以上である。しかし、このように被りトナーで遊離外添剤を供給した場合、結局、現像装置内の外添剤の比率が減少してしまうことになり、次の画像形成の際には極端に遊離外添剤の少ないトナーがクリーニングブレードに到達することになる。

つまり、感光体が回転する際には、常に一定含有量以上の遊離外添剤を含有したトナーがクリーニングブレードのエッジに到達することが望ましい。そのため、ファーブラシを用いて一定含有量以上の遊離外添剤を含有したトナーを保持させ、感光体に放出させることで、潤滑性を高めることができる。

ファーブラシによるクリーニングブレードへの潤滑性供給機能は、まず、ファーブラシにトナーなどのクリーニングブレードへ潤滑性を付与させる粒子を担持させることが必要であり、かつ、感光体へ供給することが必要である。特に、画像Ｄｕｔｙが低い状態即ち転写残トナー量が少ない画像形成動作の継続に対応するためには、ファーブラシへトナーを担持させて、被クリーニング部材を介してクリーニングブレードへトナーを供給することは重要である。

ファーブラシによる転写残トナー回収機能は、クリーニング装置として回収するトナー量をクリーニングブレードのみによらず、補助手段であるファーブラシでも回収するものである。そして、クリーニング装置として回収する転写残トナーを分担して被クリーニング部材から除去することで、被クリーニング部材を効果的にクリーニングできる。特に、画像Ｄｕｔｙが高い状態が続く場合には重要である。

ファーブラシにシート状のスクレーパーを侵入させることによる除去機構は、ファーブラシの回転に伴ってパイル（植毛）先端近傍のトナーが掻き落とされるだけでなく、パイルを叩いてトナーを掃い落とす効果があるために、効果的にトナーを除去できる。

本実施形態では、上記の構成のようなファーブラシ６ｂに対する定常的なスクレーパー６ｃによる機械的な干渉に組み合わせて、ファーブラシ６ｂに対して間欠的に行う静電的なトナー吐き出し制御を行うものである。

クリーニングブレードの構成について説明する。クリーニングブレード６ａは、ウレタンを主体とした弾性ブレードであり、感光ドラム１の表面の移動方向に対して逆方向（カウンター方向）の角度で感光ドラム１に当接している。

クリーニング装置６の内部空間におけるクリーニングブレード６ａのドラム回転上流側にファーブラシ６ｂが配置される。ファーブラシ６ｂは、クリーニング性の向上の為、及び、均一にクリーニングブレードニップへ潤滑剤としてのトナーを塗布する役目も担っている。

ファーブラシ６ｂのファーは導電性を有し、その形状は、回転中心となる芯金６ｈから外に毛先が向かうようなロールブラシ状の外観形状である。ファーブラシ６ｂは、感光ドラム１に接触するよう配置され、感光ドラム１と共通の駆動系から駆動力を分配されて、感光ドラム１の表面の移動方向に逆らう方向に１０ｒｐｍの回転速度で回転する。

ファーブラシ６ｂは、導電性の繊維を基布に植付け、それをφ６ｍｍの芯金６ｈ上に巻きつけて約φ１７ｍｍのブラシ状に構成したものである。導電性繊維としては、太さ２デシテックスのナイロン導電糸を用い、繊維密度が２００Ｋ本／ｉｎｃｈ^２となるように、Ｗ織りで基布に植え込んだものをシート状に形成して、芯金６ｈに螺旋状に巻き付けている。

さらに、ファーブラシ６ｂは、導電性であるものの、電気的には浮かせた状態（フロート状態）に設定してある。このため、付着したトナーの電荷によってファーブラシ６ｂの電位が変化し、電位の変化は、さらなる吸着を妨げて自律的にトナーを通過させたり、付着した一部のトナーを感光ドラム１へ移動させたりする。言い換えれば、感光ドラム１からの流れ込み電流による転写残トナーの回収し過ぎることでのクリーニングブレード６ａへのトナー供給の不足を解消している。

ファーブラシ６ｂのパイル（植毛）に侵入させた状態で、規制部材であるスクレーパー６ｃを、クリーニング装置６に固定配置してある。スクレーパー６ｃは、０．１ｍｍ厚のＰＥＴシートを用いており、回転するファーブラシ６ｂから機械的にトナーを掻き落とす。

＜トナー蓄積量の制御＞
クリーニング装置６では、ファーブラシ６ｂに蓄積されたトナーの機械的な掻き取り除去を定常的に行うとともに、電気的な像担持体への吐き出しを行う。機械的な除去手段と電気的な除去手段とを同時に備える理由は以下である。

スクレーパー６ｃによるファーブラシ６ｂの機械的なトナー除去機能は、スクレーパー６ｃがファーブラシ６ｂに侵入してブラシをはたくことで、ファーブラシ６ｂにおける先端側のトナーを除去する。このとき、ファーブラシ６ｂのスクレーパー侵入位置よりも中心側では、機械的な除去を逃れたトナーが担持され、スクレーパー６ｃによってファーブラシ６ｂの内部（図４に示すトナー堆積部）へトナーを押し込まれる。従って、スクレーパー６ｃは、ファーブラシ６ｂにトナーを担持させる機能も有する。

ファーブラシ６ｂに対するスクレーパー６ｃの侵入量が感光ドラム１に対するファーブラシ６ｂの侵入量よりも小さい場合、ファーブラシ６ｂ内部に担持されたトナーが定常的に感光ドラム１へ塗布される。感光ドラム１へ塗布されたトナー２１は、感光ドラム１の回転に伴ってクリーニングブレード６ａと感光ドラム１との当接部へ移動してクリーニングブレード６ａの潤滑性などに寄与する。

ファーブラシ６ｂに対するスクレーパー６ｃの侵入量、感光ドラム１に対するファーブラシ６ｂの侵入量は、ファーブラシ６ｂの寿命期間を通じてトナーを担持して感光ドラム１へ安定して供給できる侵入量に設定してある。ファーブラシ６ｂの材質（パイルの太さや密度、トナーとの付着性など）や、スクレーパー６ｃの材質（厚さや硬さなど）によって最適な侵入量は異なる。

ところで、ファーブラシ６ｂに静電気的に吸着して回収されるトナーは、画像形成直後で帯電状態を保ったものが多い。一方で、スクレーパー６ｃによってファーブラシ６ｂから機械的に掻き出されるトナーは、ファーブラシ６ｂに対する静電的な引力が弱まったものが多い。

第１実施形態では、現像されたトナー像がネガに帯電しているので、強くネガに帯電したトナー、ポジに帯電したトナー、帯電していないトナーは、転写工程（１１）で転写しきれないで感光ドラム１に残ってしまう。このため、ファーブラシ６ｂが感光ドラム１から回収するトナーは、一般的には、ポジに帯電したトナーとネガに帯電したトナーとが混在しており、正規の極性になっているとは限らない。

このため、寿命中期〜後期でファーブラシ６ｂ中に電荷を喪失したトナーが大量に堆積している場合、スクレーパー６ｃで掻き取られるはずの表層部位に強く帯電したトナーが凝集して内側のトナーをせき止めた状態になることがある。このような不安定なトナーは、表層部位のトナーの帯電が弱まると崩壊して、感光ドラム１に大量のトナーを吐き出すことがある。

また、第１実施形態では、ネガ帯電するトナーを用いており、ファーブラシ６ｂによって回収する性能を得るために、トナーに対して帯電系列がプラス側であるナイロンを材質として用いて回収性能の向上をはかっている。

ファーブラシ６ｂにトナーが堆積していない初期状態では、スクレーパー６ｃによって効率的にファーブラシ６ｂから除去される。しかし、中期〜後期では、ブラシ部材に電気的に付着するトナー量の増加により、スクレーパー６ｃでは除去しきれなくなり、ファーブラシ６ｂのトナー量は、スクレーパー６ｃを用いているにも関わらず、過飽和状態となる。

この状態でさらに使用を継続すると、静電気的に凝集したトナーが、本来スクレーパー６ｃによって掻き取られるべき部位にまで堆積してくる。その後、放置などによってトナーの帯電状態が緩和されて静電気的な凝集力を失うと一気にスクレーパー６ｃによって掻き乱される。掻き乱されたトナーは、スクレーパー６ｃにより除去されるだけでなく、感光ドラム１に大量に吐き出されることでファーブラシ６ｂ先端近傍から除去される。この大量に感光ドラム１に吐き出されたトナーは、クリーニングブレード６ａへの感光ドラム１の潤滑に必要な量をはるかに超えて、除去することすら困難な量になることがある。

そこで、第１実施形態の画像形成装置１００では、制御部２５が判断したタイミングで、非画像形成時に静電気的な吐き出し制御を実行する。吐き出し制御は、一次帯電器（２）を用いて、感光ドラム１とファーブラシ６ｂとの間に、画像形成時よりも大きな電位状態の変化を設定して、ファーブラシ６ｂから静電気的にトナーを像担持体に吐き出す。これにより、不安定なトナーの堆積状態を小さい段階で解消させる。

ファーブラシ６ｂの表層部位に静電気的に堆積したトナーは、感光ドラム１とファーブラシ６ｂとの間に電位差が生じると、感光ドラム１に転移する。感光ドラム１に電位の差を繰り返し形成させたとき、ファーブラシ６ｂは、電気的にフロートになっていることで、感光体１の電位変動に応じて、特に静電凝集する強くネガに帯電したトナーが吐き出される。

＜吐き出し制御＞
図５は画像形成枚数の増加に伴うファーブラシ中のトナー蓄積量の推移を示す説明図、図６は吐き出し制御のフローチャート、図７は一次帯電器を用いた吐き出し制御の説明図である。図８は吐き出し制御によるトナー蓄積量の制御結果を示す説明図である。

図５に示すように、画像形成装置１００の初期状態から通算の画像形成枚数が増えてくると、次第にファーブラシ６ｂ中のトナー担持量が増える。図４に示すように、ファーブラシ６ｂには、特許文献４と同様に、感光ドラム１から掻き取ったトナーを排除するためのスクレーパー６ｃが配置されている。しかし、スクレーパー６ｃは、特許文献４のように毛の根元まで達するものではなく、専らファーブラシ６ｂの表層部のトナーを除去するためのものである。

図１を参照して図６に示すように、制御部２５は、画像形成枚数をカウントして、予め定めた判定基準である５００枚に達するごとの間隔で（Ｓ１１のＹＥＳ）、吐き出し制御のシーケンスを開始させる（Ｓ１２）。そして、感光ドラム１の寿命の１０％を越えていれば（Ｓ１３のＹＥＳ）、帯電バイアス印加電源Ｄ２を制御して吐き出し制御を実行して、ファーブラシ６ｂからトナーを吐き出させる。

制御部２５は、一次転写ローラ１１に一次転写バイアスを印加せずに、帯電ローラ２による帯電動作を、図７に示す電圧印加パターンで行わせて、周期的に帯電電位が変化する静電潜像パターン（露光を伴わない帯電パターン）を形成する。

図７に示す帯電制御は、感光ドラム１の表面に、断続的な電位変化を形成する。ファーブラシ６ｂと感光ドラム１との間の電位コントラストを大きくするために、帯電ローラ２へ印加される直流電圧を画像形成時では−４００Ｖであるものを−５００Ｖにする。吐き出し制御時には、露光と転写バイアスをＯＦＦにする。その結果、ファーブラシと感光ドラム間の電位コントラストは最大で５００Ｖにすることができ、画像形成時の２００Ｖ近傍の電位コントラストに対して大きくすることができる。ファーブラシ６ｂは、感光ドラム１の断続的な電位変化をトレースして自らの帯電電位を断続的に変化させ、ファーブラシ６ｂに静電的に吸着したトナーを放出する。

即ち、−５００Ｖに帯電された感光ドラム１の領域がファーブラシ６ｂと接触すると、ファーブラシ６ｂはフロートの状態であるため、ファーブラシ６ｂの電位はマイナス電位となる。ファーブラシ６ｂの電位がマイナス電位のときに、略０Ｖである感光ドラム１の領域がファーブラシと接触すると、マイナス帯電したトナーは感光ドラム１に向かって吐き出される。これを、短い間隔で繰り返すことで、トナーを少しずつ吐き出すことができる。このように本実施形態の吐き出し制御では、帯電電位を画像形成時よりも大きくすると共に、帯電バイアスの直流電圧をＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことで、静電潜像パターンの切換えを行った。これにより、静電的に吸着したトナーにせき止められていたトナーのスクレーパー６ｃによる除去や感光ドラム１への供給が容易になって、図８に実線で示すように、ファーブラシ６ｂからトナーが吐き出される。

図８は、ファーブラシ中にトナーが堆積する量が飽和した短期間のトナー重量推移を示す。スクレーパー６ｃによってファーブラシ６ｂ中にトナーが押し込められるが、ファーブラシ６ｂにはブラシの隙間に入り得るトナー量以上のトナーは担持できずにいずれ飽和する。しかし、電荷をもったままのトナーが多量にファーブラシ６ｂに捕集される状態（静電凝集）では、飽和量を超える量のトナーがファーブラシ６ｂに担持される（図８の一点鎖線）。つまり、画像Ｄｕｔｙが高い場合や、トナーから電荷が放出されるまでの短時間に多量の画像形成がなされ続けた場合である。

図８の実線は、クリーニング装置の使用開始から所定の期間を経過した後に、一定枚数（ここでは５００枚ごと）毎に、吐き出し制御を行ったものである。画像形成を中断して、図７に示した１回目と２回目との帯電制御を挟むことで、クリーニングブレード６ａの潤滑に支障をきたさない程度にまとまった量のトナーを静電気的に吐き出した。これにより、ファーブラシ６ｂのスクレーパー６ｃが届かない領域で感光ドラム１に接する部位に担持されるトナーが、ファーブラシ６ｂと感光ドラム１との間で静電気的に正常にやり取りされるようになる。ファーブラシ６ｂの過飽和な量は安定した一定量以下に抑えられる。

ところで、吐き出し制御は、ファーブラシ６ｂに担持されるトナーを被クリーニング部材である感光ドラム１へ安定的に供給して、クリーニングブレード６ａの潤滑性を維持するためのものである。感光ドラム１と同時にファーブラシ６ｂが交換される場合、図６に示すように、感光体１の寿命初期期間（Ｓ１３のＮＯ）では、ファーブラシ６ｂの表層部に蓄積が集中していて、中心側にはトナーがあまり蓄積されていない。特に、文字印刷のような低画像Ｄｕｔｙの画像形成を専ら実施している場合、ファーブラシ６ｂにおけるトナー担持量はなかなか増えないので、静電気的な吐き出し制御を実行する意味も無い。このときに、静電気的な吐き出し制御を実行するとファーブラシ６ｂにおけるトナー担持量が減少し過ぎてしまう。そこで、使用開始からの第１期間の一例である感光体１の寿命の１０％を越えていない場合（Ｓ１３のＮＯ）には、静電気的な吐き出し制御を中止しており、この期間の経過後から吐き出し制御が行われる。

第１実施形態での実験結果を表１に示す。

表１に示すように、ファーブラシ６ｂに対するスクレーパー６ｃの侵入量が感光ドラム１に対するファーブラシ６ｂの侵入量よりも大きい場合、初期２０００枚でクリーニングブレード６ａが損傷してクリーニング不良となった。これは、図５に示す初期状態のようにファーブラシ６ｂ中のトナー担持量が少ないため、ファーブラシ６ｂからトナーをクリーニングブレード６ａへ十分供給できず、クリーニングブレード６ａの潤滑性が不足したためと考えられる。

ファーブラシ６ｂに対するスクレーパー６ｃの侵入量が感光ドラム１に対するファーブラシ６ｂの侵入量よりも小さい場合、連続的に画像形成を継続すると、２万枚で放置後にクリーニング不良が発生した。これは、図８に一点鎖線で示すように、スクレーパー６ｃのトナー量が過飽和状態になり、画像形成時にファーブラシ６ｂからクリーニングブレード６ａで除去できない量のトナーが一気に吐き出されたためと考えられる。静電凝集したトナーが放置されて静電凝集が解除された状態で画像形成がなされたためと考えられる。

ファーブラシ６ｂに対するスクレーパー６ｃの侵入量を感光ドラム１に対するファーブラシ６ｂの侵入量よりも小さくして、吐き出し制御と組み合わせた場合、これらの不都合は発生しなかった。これは、図８に実線で示したように、ファーブラシ６ｂ中のトナー量の過飽和担持量が少ないため、放置後の画像形成時におけるファーブラシ６ｂからの吐き出しトナー量が、クリーニングブレード６ａでクリーニング可能な量に収まったためと考えられる。ここで、スクレーパーの侵入量とは、ファーブラシの周方向における外周線から侵入しているスクレーパーの先端部までの距離である。また、感光ドラムの侵入量とは、ファーブラシの周方向における外周線から最も侵入している感光ドラムの先端部までの距離である。

＜第１実施形態の変形例＞
ファーブラシ６ｂに対するスクレーパー６ｃの侵入量、ファーブラシ６ｂに対する感光ドラム１の侵入量は、
スクレーパーの侵入量＜感光ドラムの侵入量
の関係を満たしている範囲で、表１の値には限定されない。それぞれの侵入量の設定や吐き出し制御を挟む間欠的な周期は、ファーブラシ６ｂの材質や密度などのトナー回収、保持性能に応じて、ことなる組み合わせを実験することにより、最適に選択すればよい。

吐き出し制御は、一次帯電器（２）を用いて感光ドラム１の表面に帯電パターンを形成する制御には限定されない。ファーブラシ６ｂに蓄積されたトナーに、画像形成時よりも大きな静電気的なゆさぶりをかける限りにおいて、別の部材や別の制御に置き換え可能である。

例えば、第１実施形態では、露光を伴わない帯電パターンとしての静電潜像パターンを形成したが、一次帯電器（２）を用いて一様に帯電させた感光ドラム１に、露光装置３等を用いて連続ストライプ状の露光を行って同様な静電潜像パターンを形成してもよい。

また、ファーブラシ６ｂに直流電圧を印加してＯＮ−ＯＦＦすることにより、帯電していない感光ドラム１との間に図７に示すような相対的な電位差を形成してもよい。図９はファーブラシにバイアスを印加する構成の説明図である。

図９に示すように、クリーニング装置６は、ファーブラシ６ｂに電圧を印加できる構成にしてある。具体的には、ファーブラシ６ｂに電圧を印加する電圧印加手段Ｄ２０と、電圧印加制御部２５０とが設けられている。

通常の画像形成時には、電圧をＯＦＦにして第１実施形態と同様なフロート状態としておく。そして、吐き出し制御を行う際には、以下に説明する画像形成時とは異なる電圧印加条件でブラシ部材であるファーブラシ６ｂに電圧を印加して、ファーブラシ６ｂから電気的にトナーを吐き出させる。このとき、帯電バイアスの直流電圧は、画像形成時の−４００Ｖあるいは上記実施形態の吐き出し制御時の−５００Ｖといった所定の直流電圧を印加することで、感光ドラム１の表面電位を所定値に制御しておく。そして、画像形成時には、ファーブラシに印加する電圧が０Ｖであった状態から、吐き出し制御時には、ファーブラシ６ｂに−５００Ｖの電圧を間欠的に印加する状態へと切換える（図７参照）。このような構成しても、第１実施形態で説明した吐き出し制御と同様の電気的な吐き出し効果を得ることができる。

また、本発明のクリーニング装置によってトナーを除去される対象は感光ドラムには限定されない。中間転写体、記録材搬送ベルト、記録材搬送ドラムのクリーニング装置として利用してもよい。クリーニング装置の上流側で中間転写体、記録材搬送ベルト、記録材搬送ドラムを帯電可能な構成であれば、第１実施形態と同様な帯電パターンに帯電させて吐き出し制御を実行できる。図９に示すように、ファーブラシ６ｂに電圧を印加して、中間転写体、記録材搬送ベルト、記録材搬送ドラムとの間に必要な電位差パターンを形成しても吐き出し制御を実行できる。

回転するファーブラシ６ｂと固定のスクレーパー６ｃとは、軸方向に往復移動する固定ブラシと、ブラシの毛体に侵入させた固定の櫛部材とに置き換えてもよい。

なお、吐き出し制御に際して画像形成を中止することは必須ではない。画像形成動作を継続して紙間スペースで吐き出し制御を行っても良い。これにより、画像形成動作を一旦停止することによる画像形成装置としての生産性の低下は免れられる。

以上、本発明により、規制部材の回転ブラシ部材への侵入量を小さくしても、クリーニングブレードへのトナーの供給不足を防止しつつ、過剰なトナーの吐き出しを防止することができる。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。感光ドラムの感光層の断面構成の説明図である。帯電装置の構成の説明図である。一次帯電器を含むクリーニング装置の構成の説明図である。画像形成枚数の増加に伴うファーブラシ中のトナー蓄積量の推移を示す説明図である。吐き出し制御のフローチャートである。一次帯電器を用いた吐き出し制御の説明図である。吐き出し制御によるトナー蓄積量の制御結果を示す説明図である。ファーブラシにバイアスを印加する構成の説明図である。

符号の説明

１像担持体（感光ドラム）
２帯電手段、一次帯電器（帯電ローラ）
３露光装置
４現像手段（現像装置）
５中間転写ベルト
６クリーニング装置
６ａクリーニングブレード
６ｂブラシ部材（ファーブラシ）
６ｃ規制部材（スクレーパー）
７転写搬送ベルト
８定着装置
１１一次転写ローラ
１６二次転写ローラ
２５制御部
Ｄ２０電圧印加手段
２５０電圧印加制御部

Claims

回転可能な像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、
前記像担持体の移動方向に対して前記クリーニングブレードよりも上流側に配置され、前記像担持体に当接する回転可能なブラシ部材と、を有するクリーニング装置において、
前記ブラシ部材に侵入して、前記ブラシ部材のトナーを掻き落とす規制部材と、
非画像形成時に、前記ブラシ部材のトナーを電気的に前記像担持体へ吐き出すための静電潜像パターンを前記像担持体に形成する吐き出し制御と、を有することを特徴とするクリーニング装置。
前記規制部材が前記ブラシ部材に侵入する量は、前記像担持体が前記ブラシ部材に侵入する量よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
クリーニング装置の使用開始から予め定めた第１期間は前記吐き出し制御は行われず、
前記第１期間の経過後から、予め定めた判定基準に基づいた間隔で前記吐き出し制御が行われることを特徴とする請求項１又は２記載のクリーニング装置。
前記吐き出し制御が行われる前記間隔は、前記第１期間よりも小さいことを特徴とする請求項３記載のクリーニング装置。
前記ブラシ部材は、電気的にフロートの状態であり、
前記吐き出し制御は、非画像形成時に前記像担持体の表面の移動方向に周期的に帯電電位が変化する静電潜像パターンを形成し、これにより、前記ブラシ部材のトナーが電気的に前記像担持体に吐き出されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のクリーニング装置。
回転可能な像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニングブレードと、
前記像担持体の移動方向に対して前記クリーニングブレードよりも上流側に配置され、前記像担持体に当接する回転可能なブラシ部材と、
前記ブラシ部材に電圧を印加する電圧印加手段と、を有するクリーニング装置において、
前記ブラシ部材に侵入して、ブラシ部材のトナーを掻き落とす規制部材と、
非画像形成時に、前記ブラシ部材のトナーを電気的に前記像担持体へ吐き出させるための画像形成時とは異なる電圧印加条件で前記ブラシ部材に電圧を印加する吐き出し制御と、を有することを特徴とするクリーニング装置。
前記規制部材が前記ブラシ部材に侵入する量は、前記像担持体が前記ブラシ部材に侵入する量よりも小さいことを特徴とする請求項６記載のクリーニング装置。
クリーニング装置の使用開始から予め定めた第１期間は前記吐き出し制御は行われず、
前記第１期間の経過後から、予め定めた判定基準に基づいた間隔で前記吐き出し制御が行われることを特徴とする請求項６又は７記載のクリーニング装置。
前記吐き出し制御が行われる前記間隔は、前記第１期間よりも小さいことを特徴とする請求項８記載のクリーニング装置。