JP2014235309A - ファーブラシローラー及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間使用しても、ファーブラシの毛を倒れ難くして外形変化を抑え、長期使用に亘るファーブラシローラーのクリーニング性能を維持することができるファーブラシローラー及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】所定のバイアスが印加され、像担持体表面の転写残留トナーを電気的に吸着して除去するファーブラシローラー２０１は、導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃが混毛されてパイル織りされた基布２０１ａが当該ファーブラシローラー２０１の表面に巻き付けられており、絶縁糸２０１ｃは捲縮加工が施されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置のクリーニングユニットに用いられるファーブラシローラー及びこれを備えた画像形成装置に関し、特に、長期に亘る使用でのファーブラシローラーのクリーニング性能を維持する技術に関する。

中間転写ベルト等のベルト状の像担持体を有する画像形成装置では、感光体ドラムに１次転写されたトナー像がベルト状の像担持体の表面に転写され、さらに２次転写ローラーにより記録紙に転写される。その後、記録紙に転写されたカラーのトナー像は定着部において熱圧着により記録紙に定着される。このような画像形成装置では２次転写処理後に像担持体表面にトナーや紙粉などの異物が残留することがあり、クリーニングユニットにより当該異物が除去される。

典型的には、クリーニングユニットは、像担持体に摺接するファーブラシローラーと、ファーブラシローラーに摺接するスイープローラー又は回収ローラーと、スイープローラーに摺接するスクレーパーとを備えている。像担持体表面の転写残留トナーは正又は負の電荷を帯びており、それとは逆極性のバイアスが印加されたファーブラシローラーに電気的に吸着されて像担持体表面から除去される。ファーブラシローラーにより像担持体表面から除去されたトナーは、スイープローラーにより静電気力及び圧接力で回収される。スイープローラーにより回収された転写残留トナーはスクレーパーにより掻き取られる。

下記特許文献１には、ファーブラシローラーのブラシを導電糸と絶縁糸の混毛で構成することで、ファーブラシローラーに転写残留トナーの帯電極性とは逆極性のバイアスを印加して導電糸により転写残留トナーを静電的に引き寄せて付着回収させるとともに、絶縁糸を転写残留トナーにより摩擦帯電させることにより転写残留トナーを静電的に引き寄せて付着回収させることで、像担持体表面の異物を除去するクリーニング装置が開示されている。

特開平４−２７０３７１号公報

ファーブラシローラーは長期間使用すると、長時間の摩擦動作及び度重なる転写残留トナー及び紙粉の抱き込みによりブラシの毛が倒れて外径が変化する。その結果、ブラシの先端が像担持体表面に接触しにくくなってクリーニング性能が低下し、クリーニング不良が発生してしまう。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、ファーブラシの毛を倒れ難くして外形変化を抑え、長期使用に亘るファーブラシローラーのクリーニング性能を維持することを目的とする。

本発明の一局面に係るファーブラシローラーは、バイアス印加により像担持体表面の転写残留トナーを電気的に吸着して除去するファーブラシローラーであって、回転軸と、前記回転軸の周囲に設けられたローラー周面と、前記ローラー周面に設けられ、導電糸と捲縮加工された絶縁糸とをそれぞれ起毛部として径方向に突出させてパイル織りされた基布と、を備えたものである。

本発明によれば、ファーブラシの毛を倒れ難くして外形変化を抑え、長期使用に亘るファーブラシローラーのクリーニング性能を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構造を示す正面断面図である。 中間転写ベルトの概略断面図である。 クリーニングユニットの概略構成を示す内部側面図である。 ファーブラシローラーの表面に巻き付けられたパイル糸素材の拡大断面図である。 ファーブラシローラーの外径変動を表すグラフである。 ４種類のファーブラシローラーのクリーニング性能の試験結果をグラフにより示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るファーブラシローラー及びそれを備えた画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構造を示す正面断面図である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１は、例えば、コピー機能、プリンター機能、スキャナー機能、及びファクシミリ機能のような複数の機能を兼ね備えた複合機である。画像形成装置１は、装置本体１１に、操作部４７、画像形成部１２、定着部１３、給紙部１４、原稿給送部６、及び画像読取装置５等を備えて構成されている。

操作部４７は、画像形成装置１が実行可能な各種動作及び処理について操作者から画像形成動作実行指示や原稿読取動作実行指示等の指示を受け付ける。操作部４７は、操作者への操作案内等を表示する表示部４７３を備えている。

画像形成装置１が原稿読取動作を行う場合、原稿給送部６により給送されてくる原稿、又はコンタクトガラス（原稿載置ガラス）１６１に載置された原稿の画像を画像読取装置５が光学的に読み取り、画像データを生成する。画像読取装置５により生成された画像データは内蔵ＨＤＤ又はネットワーク接続されたコンピューター等に保存される。

画像形成装置１が画像形成動作を行う場合は、上記原稿読取動作により生成された画像データ、又はネットワーク接続されたコンピューターやスマートフォン等のユーザー端末装置から受信した画像データ、又は内蔵ＨＤＤに記憶されている画像データ等に基づいて、画像形成部１２が、給紙部１４から給紙される記録媒体としての記録紙Ｐにトナー像を形成する。画像形成部１２の画像形成ユニット１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙ、及び１２Ｂｋは、感光体ドラムと、感光体ドラムへトナーを供給する現像装置と、トナーを収容するトナーカートリッジ（不図示）と、帯電装置と、露光装置と、１次転写ローラー１２６とをそれぞれ備えている。

カラー印刷を行う場合、画像形成部１２のマゼンタ用の画像形成ユニット１２Ｍ、シアン用の画像形成ユニット１２Ｃ、イエロー用の画像形成ユニット１２Ｙ及びブラック用の画像形成ユニット１２Ｂｋは、それぞれに、画像データを構成するそれぞれの色成分からなる画像に基づいて、帯電、露光及び現像の工程により感光体ドラム１２１上にトナー像を形成し、トナー像を１次転写ローラー１２６により、駆動ローラー１２２及び従動ローラー１２３に張架されている中間転写ベルト１２５上に転写させる。中間転写ベルト１２５は像担持体に相当する。

中間転写ベルト１２５は、その外周面にトナー像が転写される像担持面が設定され、感光体ドラム１２１の周面に当接した状態で駆動ローラー１２２によって駆動される。中間転写ベルト１２５は、各感光体ドラム１２１と同期しながら、駆動ローラー１２２と従動ローラー１２３との間を無端走行する。

中間転写ベルト１２５上に転写される各色のトナー画像は、転写タイミングを調整して中間転写ベルト１２５上で重ね合わされ、カラーのトナー像となる。２次転写ローラー２１０は、中間転写ベルト１２５の表面に形成されたカラーのトナー像を、中間転写ベルト１２５を挟んで駆動ローラー１２２とのニップ部Ｎにおいて、給紙部１４から搬送路１９０を搬送されてきた記録紙Ｐに転写させる。この後、定着部１３が、記録紙Ｐ上のトナー像を熱圧着により記録紙Ｐに定着させる。定着処理の完了したカラー画像形成済みの記録紙Ｐは、排出トレイ１５１に排出される。

従動ローラー１２３の側にはクリーニングユニット２０が配置されている。クリーニングユニット２０は、ニップ部Ｎにおける２次転写処理後に中間転写ベルト１２５に残留するトナーや紙粉を除去する。クリーニングユニット２０の詳細については後述する。

給紙部１４は、複数の給紙カセットを備える。制御部（不図示）は、操作者による指示で指定されたサイズの記録紙が収容された給紙カセットのピックアップローラー１４５を回転駆動させて、各給紙カセットに収容されている記録紙Ｐを上記ニップ部Ｎに向けて搬送させる。

図２は、中間転写ベルト１２５の概略断面図である。中間転写ベルト１２５は弾性ベルトであり、補強層１２５ａ、弾性層１２５ｂ、及び表面保護層１２５ｃが順に積層されており、補強層１２５ａが中間転写ベルト１２５の裏面に、表面保護層１２５ｃが中間転写ベルト１２５の表面に形成されている。補強層１２５ａにはポリイミド（特に硬質ポリイミド）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の樹脂フィルムが用いられる。弾性層１２５ｂにはニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム、ウレタン等が用いられる。そして、ベルト表面の表面保護層１２５ｃには、弾性層１２５ｂの伸びに追従するために柔軟な素材が用いられる。例えば、表面保護層１２５ｃとして、フッ素系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂等が塗布されている。

中間転写ベルト１２５に弾性ベルトを用いることで画質を向上することができる。一方、ベルト表面の表面保護層１２５ｃは、柔らかいため、トナーの外添材や紙粉等がベルト表面に突き刺さるように付着してベルト表面が白化してしまうという欠点がある。ベルト表面の白化が進むとベルト表面の抵抗値が変わってベルト表面に付着するトナーの帯電性も変化し、その結果、転写残留トナーを十分に除去しきれなくなるおそれがある。したがって、このような弾性ベルトの中間転写ベルト１２５を有する画像形成装置１では、ベルト表面が白化しないように、クリーニングユニット２０には特に高いクリーニング性能が求められる。

次に、クリーニングユニット２０の構成を説明する。図３はクリーニングユニット２０の概略構成を示す内部側面図である。

クリーニングユニット２０は、中間転写ベルト１２５の幅方向に延在されている。クリーニングユニット２０は、クリーニングケース２００と、従動ローラー１２３と対向して配置され中間転写ベルト１２５に摺接するファーブラシローラー２０１と、ファーブラシローラー２０１に摺接するスイープローラー２０２と、スイープローラー２０２に摺接するスクレーパー２０３と、スパイラル２０４とを備えている。

ファーブラシローラー２０１はローラー状のファーブラシであり、図示しない駆動源に駆動されて中間転写ベルト１２５の回動移動方向と逆方向に回転する。また、ファーブラシローラー２０１は、中間転写ベルト１２５表面の転写残留トナーの帯電極性とは逆極性のバイアス、例えば負電位のバイアスが印加される。これにより、ファーブラシローラー２０１は、中間転写ベルト２２の表面上に残存した転写後の残留トナーや紙粉等の異物を静電的に吸着して除去することができる。

スイープローラー２０２は、上記の駆動源と同一又は別の図示しない駆動源により駆動されて、ファーブラシローラー２０１の回転方向と逆方向に回転する。また、スイープローラー２０２は、ファーブラシローラー２０１に印加されるバイアスとは逆極性のバイアスが印加される。これにより、スイープローラー２０２は、ファーブラシローラー２０１に吸着された転写残留トナーや紙粉等の異物を静電的に吸着して回収する。

スクレーパー２０３は、スイープローラー２０２の表面に当接しており、スイープローラー２０２がファーブラシローラー２０１から回収した転写残留トナーや紙粉等の異物を掻き取ってクリーニングケース２００内に落とす。スパイラル２０４は、上記の駆動源と同一又は別の図示しない駆動源により駆動されて回転することで、クリーニングケース２００内に落とされた転写残留トナーや紙粉等の異物を最終的にクリーニングケース２００外へ搬送する。

ファーブラシローラー２０１は、従動ローラー１２３の回転軸と平行に配置され、所定のバイアスが印加される金属製のシャフトの周りに導電性のスポンジやゴム等で弾性体層を形成し、さらに当該弾性体層上にパイル糸素材がスパイラル巻きされて形成される。

図４は、ファーブラシローラー２０１の表面に巻き付けられた基布の部分拡大断面図である。基布２０１ａは、当該基布２０１ａに対してパイル織りされた導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃを有する。

基布２０１ａは、図示しない縦糸及び横糸からなる。それら縦糸及び横糸には導電性の繊維が用いられ、すなわち、基布２０１ａは導電性を有する。導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃは、パイル糸として、それら縦糸及び横糸に予め定められた密度で織り込まれている。導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃは、側面視で交互に基布２０１ａに対して織り込まれている。

なお、導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃの毛羽の高さは同一とすることが好ましい。これにより、中間転写ベルト１２５の表面に接触するパイル糸としての導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃの数を増やすことができ、クリーニング性能を向上させることができる。

導電糸２０１ｂとしては、アクリルやポリエステル等の化学合成繊維にカーボンブラック等の導電性材料を添加することで導電性を付与したものを用いる。

絶縁糸２０１ｃとしては、アクリルやポリエステル等の化学合成繊維を用いて生成されたものを用いる。絶縁糸２０１ｃには、捲縮加工が施された捲縮糸を用いる。捲縮糸としての絶縁糸２０１ｃは、１ｍ当たり２０００〜３０００回の捻りを加えて熱処理されたものである。なお、通常の糸は１ｍ当たり２００〜３００回の捻りが加えられている。絶縁糸２０１ｃは、隣接する導電糸２０１ｂを支持するために基布２０１ａに取り付けられている。

導電糸２０１ｂは、異物の吸着性を高めるために表面積を広くすることが望ましい。例えば、極細の繊維からなる束を１本の導電糸２０１ｂとして用いることが好ましい。あるいは、導電糸２０１ｂとして、１本の繊維がその中間から割繊されたものを用いてもよい。一方、絶縁糸２０１ｃは、吸着性よりも導電糸２０１ｂの支持性能を高めるために、捲縮により導電糸２０１ｂよりも太いものが用いられる。

以上のように構成されたファーブラシローラー２０１によると、ファーブラシローラー２０１にバイアスが印加されることで、導電糸２０１ｂは中間転写ベルト２２表面の転写残留トナーや紙粉等の異物を静電的に吸着して除去することができる。絶縁糸２０１ｃは、導電糸２０１ｂとは異なり、バイアス印加による吸着力向上の効果は少なく、転写残留トナーとの摩擦帯電による静電引力で中間転写ベルト１２５表面の転写残留トナーや紙粉等の異物を静電的に吸着する。絶縁糸２０１ｃは、クリーニング性能が導電糸２０１ｂよりも劣るが、捲縮加工されて、導電糸２０１ｂよりも太く形成されているため、クリーニング性能に優れた導電糸２０１ｂの支えとして機能する。したがって、ファーブラシローラー２０１を長期間使用しても、ファーブラシローラー２０１のブラシ毛（導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃ）が倒れにくくなり、ファーブラシローラー２０１の外径変化が抑制される。この結果、長期使用に亘るファーブラシローラー２０１のクリーニング性能を維持することができる。

特に、中間転写ベルト１２５は弾性ベルトであり長期使用により残存トナーにより白化のおそれがあるため、ファーブラシローラー２０１による中間転写ベルト１２５の表面のクリーニング性能を確保することが重要である。本実施形態に係るファーブラシローラー２０１によれば、ブラシ糸が導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃで構成され、絶縁糸２０１ｃによる導電糸２０１ｂの支えにより、ファーブラシローラー２０１のブラシ毛のなす径が従来よりも長期に亘って保持される。このため、ファーブラシローラー２０１による中間転写ベルト１２５の表面のクリーニング性能を長期に亘って確保でき、中間転写ベルト１２５表面の白化を的確に防止することが可能になる。

なお、導電糸２０１ｂの高クリーニング性能と絶縁糸２０１ｃの支持機能とを両立させるために、導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃの混毛比は、例えば１：１であることが望ましい。

＜検証結果＞以下、本実施形態のように導電糸２０１ｂ及び絶縁糸２０１ｃが混毛されたパイル糸素材を含む４種類のパイル糸素材を用いた各ファーブラシローラーについて、長期使用に亘るその外径の変化を検証した。図５は、ファーブラシローラーの外径変動を表すグラフである。グラフの縦軸はファーブラシローラーの外径であり、横軸は印刷枚数である。印刷枚数と使用期間は相関関係にあり、印刷枚数が多いほど使用期間が長いと言える。

グラフ中の“ＳＡ−７”はアクリルを主成分とする繊維からなる導電糸のみがパイル織りされたファーブラシローラーの外径変動を表す。“ＴＰＦ”はポリエステルを主成分とする繊維からなる導電糸のみがパイル織りされたファーブラシローラーの外径変動を表す。“ＳＡ−７＋ＵＷ”はアクリルを主成分とする繊維からなる導電糸とポリエステルを主成分とする繊維からなり捲縮加工が施された絶縁糸とが混毛比率１：１で混毛されてパイル織りされたファーブラシローラーの外径変動を表す。“ＴＰＦ＋ＵＷ”はポリエステルを主成分とする繊維からなる導電糸とポリエステルを主成分とする繊維からなり捲縮加工が施された絶縁糸とが混毛比率１：１で混毛されてパイル織りされたファーブラシローラーの外径変動を表す。いずれのファーブラシローラーも初期の外径は１９．２ｍｍである。長期の使用によりファーブラシローラーの外径は減少する。クリーニング不良が発生すると予想される下限の外径は１７ｍｍである。

また、図６は、上記４種類のファーブラシローラーのクリーニング性能の試験結果を表す。試験は、高温高湿環境下と常温環境下のそれぞれにおいて、印刷枚数が０枚、１０万枚、３０万枚、及び６０万枚の各枚数のときに高印字率の画像を２枚印刷して続けて白紙を６枚印刷することで行う。クリーニング性能は、当該印刷した白紙に画像パターンの残像が発生したか否かで評価する。図６において、白紙に画像パターンの残像が高温高湿及び常温のいずれの環境下でも発生した場合は“×”を、高温高湿下でのみ発生した場合は“△”を、高温高湿及び常温のいずれの環境下でも発生しない場合は“○”を、それぞれ記している。

図６からわかるように、本実施形態に係るファーブラシローラー２０１のように導電糸と捲縮加工が施された絶縁糸を混毛したファーブラシローラー“ＳＡ−７＋ＵＷ”及び“ＴＰＦ＋ＵＷ”は、印刷枚数が多くなっても良好なクリーニング能力を維持している。

また、図５からわかるように、ファーブラシローラー“ＳＡ−７＋ＵＷ”と“ＴＰＦ＋ＵＷ”とでは前者の方が長期使用に亘る外径変動が少ない。したがって、ファーブラシローラー２０１において、導電糸２０１ｂにはアクリルを主成分とする繊維を用い、絶縁糸２０１ｃにはポリエステルを主成分とする繊維を用いることが好ましいと言える。

以上のように、本実施形態によると、ファーブラシの毛を倒れにくくして長期使用に亘るファーブラシローラー２０１のクリーニング性能を維持することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る画像形成装置の一実施形態として複合機を用いて説明しているが、これは一例に過ぎず、他の電子機器、例えば、プリンター、コピー機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置でもよい。

また、図１乃至図６を用いて上記実施形態に示した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明の構成及び処理はこれに限定されるものではない。

１ 画像形成装置
１２５ 中間転写ベルト
１２５ａ 補強層
１２５ｂ 弾性層
１２５ｃ 表面保護層
２０ クリーニングユニット
２０１ ファーブラシローラー
２０１ａ 基布
２０１ｂ 導電糸
２０１ｃ 絶縁糸

Claims (6)

1. バイアス印加により像担持体表面の転写残留トナーを電気的に吸着して除去するファーブラシローラーであって、
   回転軸と、
   前記回転軸の周囲に設けられたローラー周面と、
   前記ローラー周面に設けられ、導電糸と捲縮加工された絶縁糸とをそれぞれ起毛部として径方向に突出させてパイル織りされた基布と、を備えたファーブラシローラー。
2. 前記導電糸及び前記絶縁糸の毛羽の高さが同一である請求項１に記載のファーブラシローラー。
3. 前記導電糸及び前記絶縁糸の混毛比は１：１である請求項１又は請求項２に記載のファーブラシローラー。
4. 前記導電糸は、アクリルを主成分とする繊維からなり、
   前記絶縁糸は、ポリエステルを主成分とする繊維からなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のファーブラシローラー。
5. 中間転写ベルトと、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のファーブラシローラーを有し、前記中間転写ベルト表面の転写残留トナーを電気的に吸着して除去するクリーニングユニットと、を備えた画像形成装置。
6. 前記中間転写ベルトは、樹脂製の補強層と、前記補強層の上面に積層された弾性層と、前記弾性層の上面に積層された表面保護層とを有する多層構造のベルトである請求項５に記載の画像形成装置。