JP2012013950A - クリーニング装置及びこのクリーニング装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、感光体ドラムとクリーニングローラとの摩擦により生じる電荷を、トナー層厚規制ローラを介して除電することにより、感光体ドラムへの放電を防止して微小欠陥の生成を抑制するクリーニング装置及びこのクリーニング装置を備えた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 感光体ドラムに当接して配設されるクリーニングローラと、前記クリーニングローラに当接して回転するトナー層厚規制ローラとを備えるクリーニング装置であって、前記トナー層厚規制ローラが接地されることを特徴とするクリーニング装置とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に用いられるクリーニング装置及びこのクリーニング装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置において、画像形成部には感光体ドラムが備えられており、この感光体ドラム表面には静電潜像が形成された後に、トナーが付着してトナー像が形成される。
トナー像は紙等の被転写体に転写されるが、トナーが完全に転写されずに感光体ドラム表面に残留したり、また、静電潜像形成の際に生成する放電生成物が感光体ドラム表面に付着したままとなる。このような残留トナーや放電生成物は、新たな画像形成の妨げとなり、良好な転写画像を得られない原因となる。そのため、画像形成装置には感光体ドラム表面の付着物（トナー、放電生成物等）を除去するためのクリーニング装置が備えられている。

クリーニング装置には、感光体ドラムに当接して回転するクリーニングローラが備えられている。このクリーニングローラは、トナーを除去する機能に加えて、ローラ表面にトナー層を形成し、感光体ドラム表面を研磨する機能も有している。

しかしながら、感光体ドラム表面がクリーニング（摺擦）されると、摩擦によりクリーニングローラ表面のトナーが帯電することとなる。トナーが帯電した状態で更に感光体ドラムをクリーニングすると、トナー層最上層の電荷が増加するとともに、感光体ドラム側の電荷も増加する。
上記した状態で、クリーニングブレード等により感光体ドラム表面のトナーが掻き取られると、感光体ドラムの基体（例えばアルミニウム）方向に放電するため感光層が破損され、微小欠陥（リーク痕）が生じる虞がある。感光体ドラム（感光層）に微小欠陥が形成されると、画像形成処理を施した際に、用紙に黒点画像として現れてしまい良好な画像を得ることができない。

特許文献１には、クリーニング動作中の摩擦により生じる電荷を除電する技術が開示されている。
特許文献１の開示技術は、摩擦により生じた電荷と逆極性のバイアスをクリーニングローラに印加して除電するというものである。
しかし、特許文献１の開示技術を用いても、クリーニングローラ表面のトナー層の電荷を消失（除電）させることは困難であった。
つまり、もともとトナーは絶縁体であるため、トナー層は高抵抗層となる。そのため、クリーニングローラ（例えばローラの芯金部）にバイアスを印加しても、最上層のトナー層まで除電することは困難であった。
従って、トナー層上層の電荷による感光体ドラムの基体方向への放電を防止することができず、微小欠陥を生じる虞があった。

特開平３−１０７９８２号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、感光体ドラムとクリーニングローラとの摩擦により生じる電荷をトナー層厚規制ローラを介して除電することにより、感光体ドラムへの放電を防止して微小欠陥の生成を抑制するクリーニング装置及びこのクリーニング装置を備えた画像形成装置を提供するものである。

請求項１に係る発明は、感光体ドラムに当接して配設されるクリーニングローラと、前記クリーニングローラに当接して回転するトナー層厚規制ローラとを備えるクリーニング装置であって、前記トナー層厚規制ローラが接地されることを特徴とするクリーニング装置に関する。

請求項２に係る発明は、前記トナー層厚規制ローラの電気抵抗値が、前記クリーニングローラの電気抵抗値よりも小さい又は同じであることを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置に関する。

請求項３に係る発明は、前記トナー層厚規制ローラはローラ本体と回転軸とからなり、前記ローラ本体の材質が導電性を有する発泡体であり、前記回転軸の材質が金属であ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に関する。

請求項４に係る発明は、前記ローラ本体及び前記回転軸の材質がともに金属であ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に関する。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４いずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とする画像形成装置に関する。

請求項１に係る発明によれば、感光体ドラムに当接して配設されるクリーニングローラと、前記クリーニングローラに当接して回転するトナー層厚規制ローラとを備えるクリーニング装置であって、前記トナー層厚規制ローラが接地されることにより、摩擦により生じたクリーニングローラ上のトナーの電荷を、トナー層厚規制ローラを介して除電することができる。クリーニングローラとトナー層厚規制ローラは当接しているため、クリーニングローラのトナー層最上層の電荷をトナー層厚規制ローラに移動させることができ、効果的に除電することができる。

請求項２に係る発明によれば、前記トナー層厚規制ローラの電気抵抗値が、前記クリーニングローラの電気抵抗値よりも小さい又は同じであることにより、トナー層の電荷がクリーニングローラにとどまることがなく、確実にトナー層厚規制ローラに移動して除電することができる。

請求項３に係る発明によれば、前記トナー層厚規制ローラはローラ本体と回転軸とからなり、前記ローラ本体の材質が導電性を有する発泡体であり、前記回転軸の材質が金属であることにより、クリーニングローラの周面に沿って当接することが可能となりトナー層厚を適度に保つことができるとともに、トナー層から容易に電荷を移動させることができる。

請求項４に係る発明によれば、前記ローラ本体及び前記回転軸の材質がともに金属であることにより、トナー層厚規制ローラの耐久性を向上させることができるとともに、クリーニングローラの電荷を確実に移動させて除電することができる。

請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至４いずれかに記載のクリーニング装置を備えていることにより、感光体ドラム表面に微小欠陥が生成されることなく、画像不良が生じることがない画像形成装置とすることができる。

本発明に係るクリーニング装置を備えた画像形成装置の概略断面図である。 本発明に係るクリーニング装置の概略断面図である。 図２のＺ部分の拡大図であり、トナー粒子がクリーニングローラ表面に積層してトナー層を形成した状態を示す図である。 実施例１〜５におけるトナー層厚規制ローラの電気抵抗値と感光体ドラムに形成される微小欠陥の関係を示す図である。 実施例６〜１０におけるトナー層厚規制ローラの電気抵抗値と感光体ドラムに形成される微小欠陥の関係を示す図である。

以下、本発明に係るクリーニング装置及びこのクリーニング装置を備えた画像形成装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係るクリーニング装置を備えた画像形成装置の概略断面図であり、図２は本発明に係るクリーニング装置の概略断面図である。
図１に示す画像形成装置はタンデム方式のカラープリンタであるが、モノクロプリンタやファクシミリであってもよい。

図２に示すように、本発明に係るクリーニング装置（１）は、感光体ドラム（２）に対向して設けられている。
図１に示すように、クリーニング装置（１）及び感光体ドラム（２）は、画像形成装置（Ｘ）の装置本体（Ｘ１）内に設置されている。
装置本体（Ｘ１）内には、画像形成部（Ｘ２）が備えられている。画像形成部（Ｘ２）には感光体ドラム（２）、クリーニング装置（１）、帯電装置（２１）、露光装置（２２）、現像装置（２３Ｂ）（２３Ｙ）（２３Ｃ）（２３Ｍ）、一次転写装置（２４）が設置されている。
図１に示す画像形成装置（Ｘ）は、フルカラーの画像形成が可能なカラープリンタである。そのため、各現像装置（２３Ｂ）（２３Ｙ）（２３Ｃ）（２３Ｍ）にはブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）のトナーが収容され、夫々の色のトナー像が感光体ドラム（２）表面に形成される。

感光体ドラム（２）表面は帯電装置（２１）によって帯電される。帯電後の感光体ドラム（２）表面には、露光装置（２２）により静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置（２３Ｂ）（２３Ｙ）（２３Ｃ）（２３Ｍ）から供給されるトナーが静電的に付着することによって画像（トナー像）となる。
感光体ドラム（２）表面に形成されたトナー像は、一次転写装置（２４）により、中間転写ベルト（２５）に一旦転写される。中間転写ベルト（２５）に転写されたトナー像は、給紙カセット（２００）又は手差しトレイ（２０１）から供給された用紙（Ｐ）に転写される。トナー像は、感光体ドラム（２）と二次転写装置（２６）のニップにより用紙（Ｐ）に転写される。
トナー像が形成された用紙（Ｐ）は、搬送経路（２７）を通って定着装置（２８）に搬送される。定着装置（２８）において、定着処理が施されることにより転写像が用紙（Ｐ）に定着される。
定着処理が施された用紙（Ｐ）は、更に搬送されて排紙部（２９）から装置本体（Ｘ１）外に排出される。

トナー像を用紙（Ｐ）に転写した後の感光体ドラム（２）表面には、残留トナーや放電生成物等が付着している。
感光体ドラム（２）は、対向配置するクリーニングローラ（３）によって研磨され、表面に付着する残留トナーや放電生成物等が除去される。

図２に示すように、クリーニング装置（１）は、クリーニングローラ（３）と、トナー層厚規制ローラ（４）とを備えている。クリーニングローラ（３）及びトナー層厚規制ローラ（４）は、夫々、回転軸（３ａ）（４ａ）と回転軸（３ａ）（４ａ）の周方向及び軸方向全体にわたって形成されるローラ本体（３ｂ）（４ｂ）とから構成される。
図２において、クリーニングローラ（３）、トナー層厚規制ローラ（４）の夫々の回転軸（３ａ）（４ａ）は両端部で支持されている。また、感光体ドラム（２）とクリーニングローラ（３）、クリーニングローラ（３）とトナー層厚規制ローラ（４）は、夫々の軸方向にわたって当接している。
上記した夫々のローラ（３）、（４）は、ハウジング（１１）内に設置されている。

図２に示すように、ハウジング（１１）内にはクリーニングローラ（３）、トナー層厚規制ローラ（４）以外に、廃トナーを回収するトナー回収スクリュー（５）が設けられている。また、図２に示すように、クリーニングローラ（３）の下方にトナー受け部材（６）を設置してもよい。
ハウジング（１１）の外側には、クリーニングブレード（７）が付設されている。クリーニングブレード（７）は感光体ドラム（２）の回転方向（図２矢印（Ａ１）参照）下流側に、感光体ドラム（２）に当接するように設置される。

感光体ドラム（２）に残存するトナーや放電生成物等は、感光体ドラム（２）に当接するクリーニングローラ（３）及びクリーニングブレード（７）により取り除かれる。

図２に示すように、感光体ドラム（２）は矢印（Ａ１）の方向に回転する。これに対してクリーニングローラ（３）は、感光体ドラム（２）に当接して感光体ドラム（２）と逆回転である矢印（Ａ２）の方向に回転する。
感光体ドラム（２）及びクリーニングローラ（３）の回転方向を図２に示す夫々の矢印（Ａ１）（Ａ２）方向とすることで、感光体ドラム（２）及びクリーニングローラ（３）の夫々に過剰な負荷がかかることがない。
また、クリーニングローラ（３）は、感光体ドラム（２）の軸方向にわたって均等に圧力がかかるように押圧される。そうすることで、感光体ドラム（２）上のトナーや放電生成物等が取り除かれる。
感光体ドラム（２）から除去されたトナーは、クリーニングローラ（３）に保持されてトナー層（３１）を形成する。

また、上記したように、クリーニング装置（１）にトナー受け部材（６）を設けてもよい。
図２に示すように、トナー受け部材（６）はクリーニングローラ（３）の下方且つクリーニングブレード（７）の近傍に設けられる。トナー受け部材（６）を図２に示す位置に設けることで、クリーニングローラ（３）から脱落したトナーやクリーニングブレード（７）によって掻き取られたトナーがトナー受け部材（６）に貯留される。
トナー受け部材（６）に貯留されたトナーはクリーニングローラ（３）に供給されて保持され、トナー層（３１）を形成する。

図３は、図２のＺ部分の拡大図であり、トナー粒子（３２）がクリーニングローラ（３）表面に積層してトナー層（３１）を形成した状態を示す図である。
クリーニングローラ（３）表面にトナー粒子（３２）が複数個積層されてトナー層（３１）が形成される。つまり、複数のトナー粒子（３２）がクリーニングローラ（３）表面から矢印（ｈ）で示す厚み方向に向けて積層される。
図３に示すように、トナー層（３１）の厚さは、ニップ部（４０１）を挟んでクリーニングローラ（３）の回転方向（Ａ２）の上流側と下流側で異なる。クリーニングローラ（３）表面に形成されたトナー層（３１）の厚さは、図３に示すように、ニップ部（４０１）を通過することで調節される。
例えば、粒子径が６〜８μｍのトナーを使用する場合、トナー粒子は１０〜１５個程度積層されてトナー層の厚さが１００μｍ程度であることが好ましい。
トナー層の厚さは、上述したようにクリーニングローラ（３）に当接して回転するトナー層厚規制ローラ（４）により調節され、例えば上記したトナー層の厚さ（１００μｍ程度）とされる。

図２に示すように、クリーニングローラ（３）は矢印（Ａ２）の方向に回転する。これに対してトナー層厚規制ローラ（４）は、クリーニングローラ（３）に当接して、逆回転である矢印（Ａ３）の方向に回転する。

図３に示すようなトナー層（３１）が形成されたクリーニングローラ（３）により、感光体ドラム（２）表面が研磨される。
この研磨動作によって、感光体ドラム（２）とクリーニングローラ（３）のニップ部（３０１）でトナー層（３１）が摩擦帯電する。
トナー層（３１）最上層のトナー粒子（３２ａ）が帯電したままでクリーニング動作を続けると、次第に帯電電荷が増加する。電荷が増加した状態でトナー層（３１）が剥離すると放電し、この放電により感光体ドラム（２）の表面、つまり感光層が破損して微小欠陥（リーク痕）が形成される。リーク痕が形成されると、感光層下部の基体が露出した状態となる。
通常、トナー像は、露光等で電位が低下した部分に形成される。リーク痕は露光された状態と同様に電位が低下する。そのためリーク痕には電荷が保持されず、この状態で現像処理を施すとリーク痕が現像されることとなり、黒点画像として現れる。

本発明では、図２に示すように、トナー層厚規制ローラ（４）が接地される。トナー層厚規制ローラ（４）を接地することで、クリーニングローラ（３）の除電処理を行うことができる。
トナー層厚規制ローラ（４）は、ローラの回転軸に導線を接続して接地されてもよいし、回転軸の軸受に導電性のものを使用し、軸受を介して接地されてもよい。

クリーニングローラ（３）のトナー層（３１）表面（最上層）と、トナー層厚規制ローラ（４）は接触状態にある。上記したように、トナー層（３１）表面（最上層）のトナー粒子（３２ａ）は帯電量が高い状態である。帯電状態のトナー粒子（３２ａ）とトナー層厚規制ローラ（４）は接触しているため、トナー層（３１）表面（最上層）の電荷がトナー層厚規制ローラ（４）に移動する。トナー層厚規制ローラ（４）が接地されることにより、移動した電荷が失われることとなる。つまり、トナー層厚規制ローラ（４）を介してクリーニングローラ（３）上に形成されるトナー層（３１）表面（最上層）の電荷が除電される。

このとき、トナー層厚規制ローラ（４）の電気抵抗値はクリーニングローラ（３）の電気抵抗値よりも小さい又は同じとなるように設定される。
そうすることで、クリーニングローラ（３）のトナー層（３１）表面（最上層）のトナー粒子（３２ａ）が有する電荷がトナー層厚規制ローラ（４）に移動しやすくなり、効果的に除電処理を行うことができる。

本発明において、トナー層厚規制ローラ（４）の回転軸（４ａ）及びローラ本体（４ｂ）の材質は、クリーニングローラ（３）の除電を効果的に行うために導電性の材料である。
従って、トナー層厚規制ローラ（４）の回転軸（４ａ）は金属であることが好ましい。金属の種類は特に限定されず、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）等が例示される。
ローラ本体（４ｂ）として、発泡ウレタンのような発泡体が使用されるが、導電性を有する発泡体であることが好ましい。導電性の発泡体を使用することで、クリーニングローラ（３）の周面に沿って当接させることが可能となり、電荷の移動を容易にすることができるとともにトナー層（３１）の厚さを適度に保つことができる。
また、金属も好適であり、上記した回転軸（４ａ）と同じ材質のものを使用してもよいし、異なる材質としてもよい。金属を使用することで耐摩耗性を付与できるため、ローラの耐久性を向上させることができるとともに、クリーニングローラ（３）の電荷を確実に移動させて除電することができる。

クリーニングローラ（３）の材質は特に限定されない。クリーニングローラ（３）からトナー層厚規制ローラ（４）への電荷の移動に関与するのは、トナー層（３１）表面（最上層）のトナー粒子（３２ａ）のみであるためクリーニングローラ（３）の材質に影響を受けない。

上記したクリーニング装置（１）を備える本発明に係る画像形成装置（Ｘ）は、感光体ドラム（２）上の微小欠陥（リーク痕）の形成が低減されるため、画像不良を生じにくいものである。

以下、本発明に係るクリーニング装置に関する実施例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。
但し、本発明は下記実施例には限定されない。

＜クリーニング装置の構成＞
図２に示すクリーニング装置において、クリーニングローラとしてエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）の発泡体（外径１５ｍｍ、肉厚２ｍｍ）、クリーニングブレードとして板状ウレタンゴム（厚さ２．２ｍｍ）を使用した。
トナー層厚規制ローラとして、回転軸に金属（ＳＵＳ４３０）（軸径６ｍｍ）を使用し、ローラ本体に導電性ウレタンフォーム又は金属（ＳＵＳ４３０）（外径１２ｍｍ）を使用した。
トナー層厚規制ローラは、回転軸を支持する導電性軸受を介して接地した。
クリーニングローラは、感光体ドラムに対して総荷重２ｋｇｆで押圧し、感光体ドラムの周速の１．２倍の速度で回転させた。クリーニングローラと感光体ドラムは逆方向に回転させた。
トナー層厚規制ローラは、クリーニングローラの回転速度と同じ速度で回転させた。トナー層厚規制ローラとクリーニングローラは逆方向に回転させた。
尚、感光体ドラムにアモルファスシリコン感光体を使用した。

＜印字条件及び評価方法＞
１０℃、湿度１５％の環境下において１５秒に１枚（Ａ４用紙）、印字濃度２％で印字を行った。印字後１５秒間、感光体ドラム、クリーニングローラ、トナー層厚規制ローラ、トナー回収スクリューを回転させた。
上記した印字条件で２０００枚に印字した後、白紙画像及びグレー画像において形成される黒点画像の個数を目視により計測した。
尚、黒点画像は、感光体ドラム表面に形成された微小欠陥（リーク痕）に由来するものである。

＜実施例＞
実施例１〜５は、クリーニングローラの電気抵抗値を７．３×１０^７Ωとし、実施例６〜１０は、５．５×１０^４Ωとした。トナー層厚規制ローラは表１及び表２に示す材質及び電気抵抗値とした。
電気抵抗値は、アルミニウム素管（外径３０ｍｍ）にクリーニングローラ又はトナー層厚規制ローラを押圧接触させて５００Ｖの直流電圧を印加し、流れる電流を測定し抵抗値を算出した。

＜比較例＞
比較例１、２は、クリーニングローラの電気抵抗値を７．３×１０^７Ωとし、比較例３、４は、５．５×１０^４Ωとした。
尚、比較例１、３ではトナー層厚規制ローラは使用せず、クリーニングローラのみとし、クリーニングローラの回転軸を接地した。また、比較例２、４ではトナー層厚規制ローラを使用し、接地せずにクリーニングローラに接触させて回転させた。
比較例１〜４において、クリーニング装置の構成、印字条件、評価方法は、実施例１〜１０と同様とした。但し、比較例１、３はトナー層厚規制ローラを備えていないため、装置の構成は図２に示すクリーニング装置からトナー層厚規制ローラを除いた構成である。

結果を表１、表２、図４、図５に示す。
図４は、実施例１〜５におけるトナー層厚規制ローラの電気抵抗値と感光体ドラムに形成される微小欠陥の関係を示す図である。
図５は、実施例６〜１０におけるトナー層厚規制ローラの電気抵抗値と感光体ドラムに形成される微小欠陥の関係を示す図である。

トナー層厚規制ローラを接地した実施例１〜１０では、クリーニングローラを接地した比較例１、３や、トナー層厚規制ローラを接地しない比較例２、４よりも微小欠陥（リーク痕）の数は減少することが確認された。このことから、クリーニングローラ自体を接地しても、トナー層最上層の電荷を除電することは困難であることがわかった（比較例１、３参照）。また、トナー層厚規制ローラを備え、クリーニングローラに接触させて回転させたとしても、トナー層厚規制ローラを接地しなければ、クリーニングローラのトナー層最上層の電荷を除電できないことがわかった。
以上より、クリーニングローラにトナー層厚規制ローラを接触させて、トナー層厚規制ローラを接地することで、帯電状態にあるクリーニングローラの電荷をトナー層厚規制ローラに移動させることができ、効果的に除電できることがわかった。

図４より、実施例４、５と比較して実施例１〜３では、微小欠陥の個数が急激に減少することが確認された。
また、図５より、実施例８〜１０と比較して実施例６、７では、微小欠陥の個数が急激に減少することが確認された。
図４、５に示す閾値Ａを境界として、微小欠陥（リーク痕）の個数は急激に変化していることがわかる。つまり、トナー層厚規制ローラの電気抵抗値がクリーニングローラの電気抵抗値よりも小さいか、略同じであると除電効果がより向上し、微小欠陥の形成を更に抑制できることが確認された。特に、ローラ本体として金属を使用した実施例３、７では、微小欠陥の数が最も少なく、良好な画像が得られることがわかった。

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等のクリーニング装置を備えた画像形成装置に対して好適に利用される。

１ クリーニング装置
２ 感光体ドラム
３ クリーニングローラ
４ トナー層厚規制ローラ
４ａ 回転軸
４ｂ ローラ本体
Ｘ 画像形成装置

Claims (5)

1. 感光体ドラムに当接して配設されるクリーニングローラと、前記クリーニングローラに当接して回転するトナー層厚規制ローラとを備えるクリーニング装置であって、
   前記トナー層厚規制ローラが接地されることを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記トナー層厚規制ローラの電気抵抗値が、前記クリーニングローラの電気抵抗値よりも小さい又は同じであることを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
3. 前記トナー層厚規制ローラはローラ本体と回転軸とからなり、前記ローラ本体の材質が導電性を有する発泡体であり、前記回転軸の材質が金属であ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。
4. 前記ローラ本体及び前記回転軸の材質がともに金属であ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。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。