JP2014202866A - 帯電装置、作像ユニット、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ローラ表面の凹部の汚れを捕らえることができ、帯電ローラ表面を清浄な状態に維持することが可能な帯電装置を提供する。
【解決手段】帯電ローラ１２１をクリーニングする部材として帯電ローラ表面の凹部に入り込める細い繊維径のブラシ繊維１２５を有するブラシローラ１２４を用いる。ブラシ繊維１２５が帯電ローラ１２１表面の凹部に入り込み、トナーT等の汚れを捕捉、保持できる。それにより帯電ローラ１２１表面を清浄な状態に維持することが可能となる。すると帯電ローラ１２１の帯電性能を維持でき、それによって画像形成装置を高信頼性化することができるようになる。
【選択図】図４

Description

本発明は、帯電ローラ及び絶縁性材質からなる帯電ローラ清掃部材を備えた帯電装置と、これを備えた画像形成装置に関する。

昨今の画像形成装置、例えば電子写真式の複写機やプリンタは、そのカラー化、高速化、高画質化の進展とともに、４連タンデム方式と称されるタイプの画像形成装置が主流となってきている。また、環境意識への高まりから、リサイクル、高信頼性、高寿命化もますます重要になってきている。さらに、オフィス環境への配慮から、オゾン発生量、粉塵発生量に関しても、意識が高まっている。

そのために、電子写真式の画像形成装置では、帯電部材として、オゾン発生量が少ない帯電ローラ方式が採用されるものが多い。さらに、高寿命化を狙って、感光体に微小ギャップを持って、対向する帯電ローラが採用されることもある。また、高画質化への要求から、帯電ローラに帯電電流が十分に流れ帯電電位の安定する交流電圧を印加するものも多くなってきている。

図１は４連タンデム方式の画像形成装置の内部機構を概念的に示す断面図である。画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーを用いてカラー画像形成を行う。画像形成装置１は、その下部に記録媒体としての用紙を収納する給紙カセット１１、１２を配した給紙部１０を設け、その上方に作像部２０、転写部３０等を配置した構成を備える。

作像部２０は、像担持体である感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋ（以下、特に色を特定する必要がなければ感光体ドラム１１０と言う、他の部材も同じ。）を備えた４個の作像ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋを備える。転写部３０は、複数のローラ３１、３２、３３に巻き掛けられた可撓性を有する無端ベルトで構成した中間転写体としての中間転写ベルト３４と、二次転写ローラ３５からなる。さらに、各感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋに潜像を形成する潜像形成装置である光書込ユニット４０と、用紙にトナー像を定着させる定着装置５０等が配置されている。また、給紙カセット１１、１２から定着装置５０までの間には、用紙を搬送する搬送経路６０が形成されている。

また、中間転写ベルト３４の、ローラ３２と対向する部位に２次転写装置となる２次転写ローラ３５を搬送経路に臨ませて設置し、ローラ３１と対向する部位にベルト表面を清掃するベルトクリーニング装置３７を設置している。

作像部２０は、中間転写ベルト３４のうちローラ３１とローラ３２との間に配置される中間転写ベルト３４の下部側ベルト走行辺に対向するように配置されている。各作像ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋは、中間転写ベルト３４に接するように各感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋを配置している。なお、図中符号７０Ｙ、７０Ｍ、７０Ｃ、７０Ｋは補給用トナーを収納するトナーボトルを示している。

この画像形成装置１では、作像ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋの感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋが光書込ユニット４０で所定パターンによって露光される。そして、感光体ドラム１１０Ｙ、１１０Ｍ、１１０Ｃ、１１０Ｋが現像され、中間転写ベルト３４上に順次転写される。さらに、給紙カセット１１、１２から用紙搬送経路６０上を搬送される転写用紙に、２次転写ローラ３５にて転写され、定着装置５０で定着され排出される。

図２は、図１に示した作像ユニットを示す断面図である。作像ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋは、使用するトナーの色が異なる他、同一の構造を備えている。このため、一つの作像ユニット１００についてその構造を符号に添え字を付さずに説明する。作像ユニット１００において、感光体ドラム１１０の周囲には、帯電手段１２０、現像装置１３０、クリーニング装置１５０がそれぞれ配置してある。

この作像ユニットでは、帯電手段１２０には、高画質化、高寿命を狙い、感光体ドラム１１０に対してギャップを持って対向し、既述のように交流電圧が印加される帯電ローラ１２１を採用している。そして、トナーは高画質化を狙い、円形度が高く粒径の小さなマイナス帯電の重合トナーが採用される。このような作像ユニットで採用される重合トナーは、円形度が高くて粒径が小さいので、クリーニング性が悪く、感光体ドラム１１０をクリーニングするためのクリーニング装置１５０のクリーニングブレード１５１をすり抜けるトナー量も多くなる。

感光体ドラム１１０と接触して回転する帯電ローラ１２１は、クリーニングブレード１５１をすり抜けてきたトナー等の汚れが表面に付着する。帯電ローラ１２１表面の汚れが蓄積していくと、帯電ローラ１２１の体積抵抗が上昇して、やがて帯電性能が劣化して、帯電不良となり、色筋画像等の問題を発生させる。そのため、図３（Ａ）に示すように、帯電ローラ１２１のクリーニング部材としてスポンジローラ等の帯電ローラクリーニング部材１２２を設けて、帯電ローラ１２１表面の汚れを除去している。帯電ローラクリーニング部材１２２は帯電ローラ１２１に連れ回りする。

また図３（Ｂ）に示すように、帯電ローラ１２１は、ローラ表面に凹凸形状を設けて、帯電ローラ１２１の表面と感光体ドラム１１０表面の接触面積を小さくしている。凹凸形状は、高低差が数μｍ、ピッチが十数μｍ程度である。これにより、クリーニング装置１５０のクリーニングブレード１５１をすり抜けてくるトナーＴ等の汚れを捕捉しにくくして、トナー汚れ防止し、経時性能を向上させている。

しかしながら、トナー等の汚れが帯電ローラ１２１表面の凹凸の凹部に入り込むと、帯電ローラクリーニング部材１２２では凹部の汚れまで部材先端が到達できない。図３（Ｃ）に示すように、帯電ローラクリーニング部材１２２にブラシローラを用いても、ブラシ１２３が帯電ローラ１２１表面凹部の汚れを除去しきれず、帯電ローラ１２１表面に汚れを徐々に蓄積させて、帯電不良による異常画像等を発生させてしまう。

特許文献１は、ブレードのクリーニング性能の寿命及び感光体寿命をのばし、長期にわたりディフェクトのない均一な画像形成を可能とすることを目的とする。そのため、潤滑剤を潜像担持体表面に供給する手段を有し、潜像担持体と接触する部分の、純水との接触角Ａ及び２３℃における１００％モジュラス（ＭＰａ）Ｂが、下記数式（１）を満たすクリーニングブレードを備える画像形成装置及びそれに用いられるプロセスカートリッジ並びに画像形成方法を開示している。
数式（１）：Ａ≧−２．５×Ｂ＋１０２

特許文献２は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真方式を用いた画像形成装置、特にトナー像を担持して循環移動する像担持体表面にゴム材料からなる先端エッジ部を圧接させたクリーニングブレードを備えたものに関する。廃トナーを再利用しながらも、外添剤粒子の添加量を増加させることなく長期にわたり像担持体表面の良好なクリーニング性を維持することを目的としている。そのため、クリーニングブレードによって像担持体表面から掻き取られた残留トナー粒子をトナー収容体に戻すトナー回収手段を備え、クリーニングブレードは、先端エッジ部が、２３℃における１００％モジュラスが４ＭＰａ以上１８ＭＰａ以下の範囲に属するゴム材料からなるものである技術を開示している。

特許文献３は、信頼性の高いクリーニング方法、画像形成装置及び装置ユニットを提供することを目的としている。そのため、最表面層に無機又は有機の粒子を含有する有機感光体面に残留するトナーのクリーニング方法及び装置において、クリーニングブレードが弾性体であり、該弾性体の硬度が５０〜９０、ヤング率（ｋｇ／ｃｍ^２）が４０〜９０、１００％モジュラス（ｋｇ／ｃｍ^２）が２０〜６５、３００％モジュラス（ｋｇ／ｃｍ^２）が７０〜１５０、引っ張り強さ（ｋｇ／ｃｍ^２）が２４０〜５００、伸び（％）が２９０〜５００、反発弾性（％）が３０〜７０、引裂強さ（ｋｇ／ｃｍ^２）が２５〜７５、永久伸び（％）が４．０以下であり、圧接力を１０〜５０（ｇｆ／ｃｍ）の範囲に設定した際、自由長部の厚さ（ｔ）を１〜３ｍｍ、自由長（Ｌ）を５〜１５ｍｍ、Ｌ／ｔ比が２〜８であるクリーニング方法及び装置を開示している。

特許文献３は、積層構造のブレード部材を用いた構成で、初期のクリーニング性能を十分に維持することができるクリーニング装置、並びに、これを備える画像形成装置、プロセスカートリッジ、中間転写ユニット及び記録体搬送ユニットを提供することを目的としている。そのため、エッジ層１及びバックアップ層２からなる積層構造のブレード部材と、ブレード部材を保持するブレードホルダとを有し、ブレード部材の先端稜線部であるエッジ部を表面移動する感光体の表面に当接させて、感光体の表面をクリーニングするクリーニング装置で、ブレード部材を感光体に当接させた状態で所定の方法で測定する線圧低下率が９０［％］となるように設定することを開示している。

特許文献４は、クリーニングブラシに印加する電圧と逆極性に帯電したトナー及びクリーニングブラシに印加する電圧と同極性に帯電したトナーをクリーニングブラシでクリーニングすることのできるクリーニング装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的としている。そのため、クリーニングブラシに印加される電圧の極性と逆極性に帯電するクリーニングブラシを用いることで、被清掃体表面上のマイナス極性に帯電したトナーとプラス極性の帯電したトナーの両方をブラシ繊維に付着させることができる技術を開示している。これにより、ブラシ繊維に付着せずに、被清掃体に付着したままクリーニングブラシを通過してしまうトナーをほとんどなくすことができ、クリーニング不良を抑制することができるとしている。

本発明は、これらの問題点にかんがみてなしたもので、表面に凹凸形状を設けた帯電ローラ表面のトナー等の汚れを効果的に除去して、長期に渡って帯電ローラ表面を清浄な状態に維持し、帯電性能の劣化を防止し、画像形成装置を高信頼性化することを可能とすることを目的としている。

本発明の帯電装置は、帯電ローラ、及び絶縁性材質からなる清掃部材を備え、該清掃部材により前記帯電ローラの表面に付着したトナー等の汚れを捕捉する、画像形成装置用の帯電装置において、前記帯電ローラの表面に凹凸形状があり、前記清掃部材が、前記帯電ローラの表面の凹凸形状の凹部に入り込む繊維径の繊維からなるブラシを有するブラシローラであり、前記ブラシが、前記帯電ローラの表面との摩擦によって前記トナーの帯電極性とは逆極性に帯電する材質からなることを特徴とする。

本発明によれば、帯電ローラをクリーニングする部材として帯電ローラ表面の凹部に入り込める細い繊維径のブラシローラを用いることで、帯電ローラ表面の凹部の汚れを捕らえることができ、帯電ローラ表面を清浄な状態に維持することが可能となり、帯電性能を維持でき、それによって画像形成装置を高信頼性化することができる。

４連タンデム方式の画像形成装置の内部機構を概念的に示す断面図 図１に示した作像ユニットを示す断面図 図２に示した作像ユニットにおける帯電ローラのクリーニング構造を示す斜視図（A)、要部拡大断面図（B)、（C) 本発明による画像形成装置の作像ユニットの実施形態１の基本的構成を示す図２相当の断面図 図４に示した作像ユニットにおける帯電ローラのクリーニング構造を示す図２（B)相当の要部拡大断面図 図４に示したブラシローラのブラシの曲がりと摩擦帯電状態を拡大して示す概念図 本発明の実施形態２を示す図２（A)相当の斜視図 本発明の実施形態３を示す図２（A)相当の斜視図 本発明の実施形態４を示す図２（A)相当の斜視図

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお以下では従来の例と共通する部分には共通する符号を付して説明する。また、本実施形態は複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置に関するが、本発明は図示の実施形態のものには限定されない。

＜実施形態１＞
図４に本発明による画像形成装置の作像ユニットの実施形態１の基本的構成を示す。本実施形態の作像ユニットは、図２に示した作像ユニットと基本的にはほぼ同じ構成で、感光体ドラム１１０や現像装置１３０、クリーニング装置１５０等を備えるが、帯電ローラ１２１をクリーニングする部材のブラシローラ１２４のみ異なる。

帯電ローラ１２１は単層でポリウレタンゴム材質で構成されている。帯電ローラ１２１の表面には凹凸形状を設けてある。また、詳細な図示と説明は省略するが、本発明の実施形態に係る画像形成装置の作像ユニットは、感光体ドラム、帯電装置、感光体クリーニング装置、潤滑剤塗布装置等が一体となったプロセスカートリッジとなっている。そして、作像ユニット、すなわちプロセスカートリッジを一体で交換するものである。帯電ローラ１２１には、高画質化、高寿命を狙い、感光体ドラムに対してギャップを持って対向し、交流電圧が印加されるものを採用できる。

本実施形態のブラシローラ１２４は、繊度０．８デニール繊維径５μｍ程度の極細のナイロンブラシ繊維（以下、ブラシ繊維と言う）１２５を絶縁性材質からなる清掃部材として備えて構成されている。そのため、帯電ローラ１２１表面の、高低差が数μｍ、ピッチが十数μｍの凹凸の凹部にもブラシ繊維１２５が入り込み、帯電ローラ１２１表面の凹部に落ち込んだ汚れに到達できる。さらにブラシ繊維１２５は、帯電ローラ１２１の表面材質であるポリウレタンよりも帯電列が上位なので、ブラシ繊維１２５と帯電ローラ１２１の表面が回転によって摩擦すると、ブラシ繊維１２５はプラスに帯電する。

また図５に示すように、極細のブラシ繊維１２５は、帯電ローラ１２１の表面との接触で屈曲し、側面で帯電ローラ１２１の表面と接触しながら連れまわる。そのため、ブラシ繊維１２５は先端ばかりではなく、先端側の外側面も摩擦される。したがって、ブラシ繊維１２５の外面ばかりではなく、ブラシ繊維１２５の内側も摩擦帯電する。また、ブラシ繊維１２５を静電植毛により直立して植毛しておけば、ブラシの毛密度は外面から内側中心方向に向かって大きくなる。それにしたがって、ブラシ繊維１２５の摩擦帯電量もブラシローラ１２４の外面側から内側中心方向に向かって大きくなっている。

感光体ドラム１１０のクリーニング装置１５０によるクリーニングをすり抜けて帯電ローラ１２１に到達し、ローラ表面に付着したトナーＴは、マイナス帯電している。そして、このトナーＴとは逆の帯電極性、すなわち逆極性のプラスに帯電したブラシローラ１２４のブラシ繊維１２５に効果的に捕捉される。また、帯電ローラ１２１表面にある高低差が数μｍ、ピッチが十数μｍ程度の凹凸の凹部に入り込んだ汚れに対しても、図５に示すように、繊維径５μｍ程度の極細のブラシ繊維１２５が凹部に入り込んで、凹部の汚れを捕らえることができる。また、ブラシ繊維１２５の先端ばかりではなく、ブラシ繊維１２５の内側も摩擦帯電しているので、そこでも図６に示すようにトナーＴ等の汚れを捕捉、保持できる。これにより、トナー汚れ除去・保持性能が向上する。

さらに、ブラシローラの帯電量がブラシ外面から内側にかけて大きくなっている。そのため、ブラシローラ１２４により捕らえられたトナー汚れが、静電気力の大きなブラシローラ１２４の内側へ移動して保持される。そのため、より多くの帯電ローラ１２１のトナー汚れがブラシローラ１２４に効率的に保持できる。これにより、ブラシローラ１２４の汚れ保持性能が向上し、長期にわたってブラシローラ１２４のクリーニング性能が維持できる。こうした一連の事象により、長期にわたって帯電ローラ１２１の表面を清浄な状態に維持することが可能となり、帯電性能を維持でき、帯電不良による異常画像等が発生し難くなる。

＜実施形態２＞
図７に本発明の実施形態２を示す。本実施形態は、実施形態１のようにブラシローラ１２４を帯電ローラ１２１との連れ回りで回転させるのではない。別途に回転駆動するための回転駆動手段１２６を備えている。回転駆動手段１２６は、ブラシローラ１２４を帯電ローラ１２１の回転速度の例えば２倍の速度で回転させる。そのため、帯電ローラ１２１表面に対して、ブラシローラ１２４が相対的に回転することとなり、帯電ローラ１２１表面の汚れがブラシローラ１２４のブラシ繊維１２５と接触する確率が大きくなる。それにより、ブラシローラ１２４のクリーニング性能が向上する。また、より効果的に帯電ローラ１２１の表面を清浄な状態に維持することが可能となり、帯電性能を維持できる。

＜実施形態３＞
図８に本発明の実施形態３を示す。本実施形態も、実施形態２と同様にブラシローラ１２４を帯電ローラ１２１とは別途に回転駆動するための回転駆動手段１２６を備えている。ただし、実施形態２とは異なり、ブラシローラ１２４を帯電ローラ１２１の回転駆動方向と逆方向に回転させている。それにより、帯電ローラ１２１の表面に対してブラシローラ１２４が相対的に回転することとなり、帯電ローラ１２１の表面の汚れがブラシ繊維１２５と接触する確率が大きくなる。それにより、実施形態２と同様にブラシローラ１２４のクリーニング性能が向上する。

＜実施形態４＞
図９に本発明の実施形態４を示す。本実施形態も、実施形態２と同様にブラシローラ１２４を帯電ローラ１２１とは別途に回転駆動するための駆動手段１２７を備えている。ただし駆動手段１２７はブラシローラ１２４を帯電ローラ１２１の軸方向に揺動させ得る構成のものである。この実施形態では、ブラシローラ１２４の揺動により、軸方向に不均一な帯電ローラ１２１の汚れをブラシローラ１２４で軸方向に均し、かつ捕捉、保持できるようになる。そのため、部分的なブラシローラ１２４のクリーニング能力劣化（汚れ保持容量が満杯になり汚れが溢れる）を防止することが可能となる。したがって長期にわたってブラシローラ１２４のクリーニング性能を維持することが可能となる。なおこの実施形態では図示のように回転駆動手段１２６を備えているのではなく、帯電ローラ１２１の回転との連れ周りによって帯電ローラ１２１の軸方向に揺動させる構成としてもよい。

＜実施形態５＞
上述した本発明の実施対象を、感光体ドラム１１０に接触する帯電ローラばかりではなく、感光体ドラム１１０と微小ギャップをもって対向する帯電ローラに対しても適用できる。感光体ドラム１１０と微小ギャップをもって対向する帯電ローラは、表面に感光体ドラム１１０からトナー等の汚れが付着しにくく、帯電ローラの汚れがひどくなるのを抑制可能で長寿命化が図れる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１１０ ：感光体ドラム
１２１ ：帯電ローラ
１２４ ：ブラシローラ
１２５ ：ブラシ繊維
１２６ ：回転駆動手段
１２７ ：駆動手段
１３０ ：現像装置
１５０ ：クリーニング装置
Ｔ ：トナー

特許第４７１５２５９号公報 特許第４７８８２４０号公報 特開平８−３２８４３８号公報 特開２０１１−１９７３０９号公報

Claims (13)

1. 帯電ローラ、及び絶縁性材質からなる清掃部材を備え、該清掃部材により前記帯電ローラの表面に付着したトナー等の汚れを捕捉する帯電装置において、
   前記帯電ローラの表面に凹凸形状があり、
   前記清掃部材が、前記帯電ローラの表面の凹凸形状の凹部に入り込む繊維径の繊維からなるブラシを有するブラシローラであり、
   前記ブラシが、前記帯電ローラの表面との摩擦によって前記トナーの帯電極性とは逆極性に帯電する材質からなる、
   ことを特徴とする帯電装置。
2. 請求項１の帯電装置において、
   前記ブラシが、該ブラシの先端から側面にかけて前記帯電ローラの表面と摩擦して帯電することを特徴とする帯電装置。
3. 請求項２の帯電装置において、
   前記ブラシローラの帯電量が前記ブラシの外面から内側にかけて大きくなることを特徴とする帯電装置。
4. 請求項２又は３の帯電装置において、
   前記ブラシローラにおける前記ブラシの毛密度が前記ブラシローラの外面から内側にかけて大きくなることを特徴とする帯電装置。
5. 請求項２乃至４のいずれかの帯電装置において、
   前記ブラシローラを前記帯電ローラと連れ回りではなく回転させる回転駆動手段を備えることを特徴とする帯電装置。
6. 請求項５の帯電装置において、
   前記回転駆動手段による前記ブラシローラの回転駆動方向を、前記帯電ローラの回転駆動方向と逆方向とすることを特徴とする帯電装置。
7. 請求項２乃至６のいずれかの帯電装置において、
   前記ブラシローラを前記帯電ローラの軸方向に揺動させることを特徴とする帯電装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかの帯電装置において、
   前記帯電ローラに交流電圧を印加することを特徴とする帯電装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかの帯電装置を備えた作像ユニット。
10. 請求項９の作像ユニットを備えた画像形成装置。
11. 請求項１０の画像形成装置において、
    感光体を有し、
    前記帯電ローラが前記感光体に接触することを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１０の画像形成装置において、
    感光体を有し、
    前記帯電ローラが前記感光体と微小ギャップをもって対向することを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１０乃至１２のいずれかの画像形成装置において、
    作像ユニットを、前記感光体及び、帯電装置、現像装置、前記感光体のクリーニング装置のうち少なくとも一つを含むプロセスカートリッジとして構成してなることを特徴とする画像形成装置。