JP2015049407A - クリーニング装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニング性能を低下させてしまう要因となる弱帯電トナー量を減少することができるクリーニング装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】半導電性を有し、帯電したトナーを保持して移動する転写部材と、該転写部材に当接され、転写部材上に保持された前記トナーを静電的に除去する第１のクリーニング部材と、前記転写部材の移動方向に対して、前記第１のクリーニング部材よりも下流に配置され、転写部材上に保持された前記トナーを静電的に除去する第２のクリーニング部材と、前記第１のクリーニング部材に前記トナーの帯電極性と逆極性のバイアス電圧を印加させる電圧印加部を備えたクリーニング装置において、前記電圧印加部により第１のクリーニング部材に印加するバイアス電圧は、第１のクリーニング部材により除去されるトナーが最も多くなる電圧よりも高いことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、クリーニング装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、記録媒体上にトナー画像を転写するために中間転写ベルトや２次転写ベルトを備える。中間転写ベルトや２次転写ベルトなどの転写ベルト上に付着したトナーや紙粉等の残留付着物を除去するために、クリーニングブラシおよび回収ローラーが使用される。クリーニングブラシは、転写ベルトに当接して回転することにより、ベルト表面上から残留付着物を拾い上げて除去する。回収ローラーは、クリーニングブラシに当接して回転することにより、クリーニングブラシに蓄積した残留付着物を除去する。

しかし、クリーニングブラシまたは回収ローラーでは、残留物を完全に除去することができない。いくらかの残留物は、クリーニングブラシの中や転写ベルト上から除去されずに滞留する。クリーニングブラシの中や転写ベルト上に滞留する残留物を除去するために、バイアス電圧を利用することが知られている。クリーニングブラシまたは回収ローラーにバイアス電圧を印加することによって、正極性または負極性に帯電した残留物は、逆極性に印加されたクリーニングブラシおよび回収ローラーに引き寄せられ、残留物はより効率的に除去される。

特に、多量のトナーが高い頻度で記録媒体上に転写されるプロダクションプリント分野では、ベルト残留物だけでなく、画像の濃度調整や色重ねのズレを補正する制御で中間転写ベルト上にトナーパターンを形成して、その濃度をフォトセンサーで読み取り、その検知結果により、画像形成条件をコントロールする場合、読み取ったあとのトナーパターンは記録用紙に転写されずに、中間転写ベルトや２次転写ベルトに配置するクリーニング装置で除去することになる。そのため、多量のトナーを除去する機能が求められている。

多量のトナーをクリーニング装置で除去する場合、トナー量に応じて高バイアス電圧が必要である。しかし、高バイアス電圧を印加するとクリーニングブラシと回収ローラー間で放電が発生し、クリーニングブラシ内のトナーが逆帯電になったり、トナーの帯電量が低下してクリーニングブラシの内部に留まるなどして、クリーニングブラシと回収ローラー間でのトナーの移動効率が損なわれてしまう。そして、クリーニングブラシや回収ローラーの表面にはトナー起因の放電生成物が固着するフィルミング現象が発生する。

また、クリーニングブラシと回収ローラーの接触部で、回収ローラーに回収されずに通過してしまったトナーは、クリーニングブラシと転写ベルトとの接触部で、転写ベルトとの衝撃や転写ベルトの帯電電位の影響により転写ベルト上に再付着してしまうという問題があった。

上記問題を解決するクリーニング装置に関する技術としては、例えば特許文献１が開示されている。
特許文献１では、正規帯電トナークリーニング部材と逆帯電トナークリーニング部材からなるクリーニング部材よりも上流にプレクリーニング部材として、導電性ブラシローラーを配置させて、帯電注入を行っていた逆帯電トナークリーニングブラシへの印加電圧を低く設定することができ、逆帯電トナークリーニングブラシでの帯電注入が阻害されていた課題を解消している。

また、特許文献２では、正規帯電トナークリーニング部材と逆帯電トナークリーニング部材からなるクリーニング部材において、正規帯電トナークリーニング部材を２本並べることで、１度に多量のトナーを除去しなくてもよくなり、各クリーニングブラシに印加するバイアス電圧を低く設定することができる。これにより、高バイアス印加による放電生成物によるブラシへのストレスを軽減している。

特開２０１２−８８６６８号公報 特開２０１３−８００２９号公報

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２では、最上流に配置されたクリーニングブラシで除去しきれずに２次転写ベルト上に残留したトナーのなかには、プレクリーニング部材の逆極性バイアス電圧の影響を受けて、静電的な力でトナーを除去できない程度にまで帯電量が低下して、弱帯電化してしまうトナーも存在する。その弱帯電トナーが、後のトナークリーニング部のブラシローラー内で蓄積して、やがて、良好なクリーニング性を確保できなくなる可能性がある。

本発明の目的は、クリーニング性能を低下させてしまう要因となる弱帯電トナー量を減少することができるクリーニング装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のクリーニング装置は、半導電性を有し、帯電したトナーを保持して移動する転写部材と、前記転写部材に当接され、前記転写部材上に保持された前記トナーを静電的に除去する第１のクリーニング部材と、前記転写部材の移動方向に対して、前記第１のクリーニング部材よりも下流に配置され、前記転写部材上に保持された前記トナーを静電的に除去する第２のクリーニング部材と、前記第１のクリーニング部材に前記トナーの帯電極性と逆極性のバイアス電圧を印加させる電圧印加部を備えたクリーニング装置において、前記電圧印加部により前記第１のクリーニング部材に印加するバイアス電圧は、前記第１のクリーニング部材により除去されるトナーが最も多くなる電圧よりも高いことを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１のクリーニング装置において、前記電圧印加部により前記第１のクリーニング部材に印加する前記バイアス電圧は、前記第１のクリーニング部材で除去するトナーの除去効率が８０〜９５％となるバイアス電圧とすることを特徴とするものである。

また、請求項３の発明は、請求項１のクリーニング装置において、前記電圧印加部により前記第１のクリーニング部材に印加された前記バイアス電圧は、前記第１のクリーニング部材から前記第２のクリーニング部材までの前記転写部材上に保持される前記トナーの帯電量分布において、前記第１のクリーニング部材で除去される前のトナー帯電極性とは異なる極性のトナー粒子数で占める割合が６５％以上となるバイアス電圧とすることを特徴とするものである。

また、請求項４の発明は、請求項１〜３のクリーニング装置において、前記第２のクリーニング部材は、前記トナーの正規帯電極性と同極性の電圧が印加されて前記転写部材上の正規帯電極性と逆極性のトナーを静電的に除去する逆帯電トナークリーニング部材と、前記トナーの正規帯電極性と逆極性の電圧が印加されて前記転写部材上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去する正規帯電トナークリーニング部材とを備えたことを特徴とするものである。

また、請求項５の発明は、請求項１〜４のクリーニング装置において、前記第１のクリーニング部材は、金属ローラーであり、ローラー表面に金属メッキ処理を施したローラーであることを特徴とするものである。

また、請求項６の発明は、請求項５のクリーニング装置において、前記金属メッキ処理が無電解ニッケルメッキ処理であることを特徴とするものである。

また、請求項７の発明は、画像形成装置において、請求項１〜６のいずれかのクリーニング装置を用いることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１のクリーニング部材に、搬送されるクリーニングトナーの帯電極性とは逆極性となるバイアス電圧を印加することで、第１のクリーニング部材でのトナーの除去機能に加えて、第１のクリーニング部材で除去しきれなかったトナーに対して、十分な帯電量を付与することができ、従来、第１のクリーニング部材通過後に多く存在していた弱帯電トナーを減少することができる。このため、第２のクリーニング部材において、弱帯電トナーが滞留する蓄積量に達しないので、滞留せずにクリーニング性能を維持することができる。

本発明のクリーニング装置を備えた画像形成装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の２次転写装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の２次転写クリーニング装置の構成の一例を示す断面図である。 プレクリーニングローラーに印加する電圧を、本発明の設定で印加したときのプレクリーニング部通過前後でのトナーの極性の一例を示すモデル図である。 プレクリーニングローラーに印加する電圧をＮ設定で印加したときのプレクリーニング部通過前後でのトナー極性の一例を示すモデル図である。 プレクリーニングローラーに流す電流とトナー除去効率の関係を示すグラフである。 図４および図５に示すプレクリーニング部通過前後のトナーを採取し、各場所でのトナーの帯電量分布を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を備えた２次転写クリーニング装置を含む画像形成装置の一例について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置１の構成を概略的に示す断面図である。なお、本発明の実施形態で用いるトナーの正規極性は負極性とする。

図１に示される画像形成装置１は、タンデム型カラー画像形成装置とも称され、４組の画像形成部によりカラー画像形成を行う。画像形成装置１は、電子写真方式の作像プロセスを用いて画像データを記録媒体の用紙上に画像形成する。

画像形成装置１は、４組の画像形成部によりカラー画像形成を行う。４組の画像形成部は、イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部２０Ｙ、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部２０Ｍ、シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部２０Ｃ、ブラック（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部２０Ｋである。

画像形成部２０Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙと、その周囲に配置された帯電部２３Ｙ、光書込部２２Ｙ、現像装置２１Ｙおよび感光体ドラムクリーニング装置２５Ｙとを有する。同様に画像形成部２０Ｍは、像担持体としての感光体ドラム１１Ｍと、その周囲に配置された帯電部２３Ｍ、光書込部２２Ｍ、現像装置２１Ｍおよび感光体ドラムクリーニング装置２５Ｍとを有する。画像形成部２０Ｃは、像担持体としての感光体ドラム１１Ｃと、その周囲に配置された帯電部２３Ｃ、光書込部２２Ｃ、現像装置２１Ｃおよび感光体ドラムクリーニング装置２５Ｃとを有する。画像形成部２０Ｋは、像担持体としての感光体ドラム１１Ｋと、その周囲に配置された帯電部２３Ｋ、光書込部２２Ｋ、現像装置２１Ｋおよび感光体ドラムクリーニング装置２５Ｋとを有する。なお、画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、および２０Ｋ、のそれぞれの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、および１１Ｋ、帯電部２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、および２３Ｋ、光書込部２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、および２２Ｋ、並びに感光体ドラムクリーニング装置２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、および２５Ｋは、それぞれ同様の機能を有する構成である。したがって、以下では、特に区別がある場合を除き、符号Ｙ、Ｍ、ＣまたはＫを付さずに表記する。

本実施形態の画像形成においては、転写部材として、中間転写ベルト１６および２次転写ベルト３０が用いられる。

中間転写ベルト１６は無端ベルトであり、複数のローラーにより架設され、走行可能に支持される。画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、および２０Ｋに形成された各色のトナー像は、１次転写部１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、および１３Ｋにより走行する中間転写ベルト１６上に逐次転写され、各色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の層が重畳したカラー画像（トナー像）が中間転写ベルト１６上に１次転写される。

用紙搬送部４４ｂは、用紙Ｐを搬送する。用紙Ｐは、給紙カセット４１a、４１ｂおよび４１ｃに収容されており、給紙部４２より給紙され、ループ形成ローラー４４ｄおよびレジストローラー４６を経て、２次転写装置１７に搬送される。２次転写装置１７において、中間転写ベルト１６上に形成されたカラー画像が用紙Ｐ上に２次転写される。カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置１８の定着ニップ部Ｎにおいて熱と圧力とが加えられることにより、用紙Ｐ上のトナー像が溶融定着される。そして、用紙Ｐは、排紙ローラー１９により装置外へ排紙される。

２次転写装置１７は、中間転写ベルト１６を介して２次転写対向ローラー１６ｂに当接して配置される。２次転写装置１７は、２次転写ベルト３０を架設して周回駆動するための複数の駆動ローラー３１を備える。２次転写装置１７の２次転写ベルト３０と中間転写ベルト１６との間に形成されるニップ部を用紙Ｐが通過することにより、中間転写ベルト１６上のトナー像が、用紙Ｐに２次転写される。

２次転写ベルトクリーニング装置（以下、クリーニング装置と称する）３２は、２次転写装置１７の２次転写ベルト３０に当接配置され、２次転写ベルト３０上に転移して付着したトナーや紙粉等の残留付着物を除去する。

また、画像形成装置１は２次転写装置１７の駆動ローラー３１や、クリーニング装置３２のクリーニング部材にバイアス電圧を印加するための電圧印加部を備える。クリーニング装置３２についての詳細は後述する。

画像形成装置１の上記各部は、制御部９０と接続されており、制御部９０により適宜制御される。制御部９０に含まれる記憶部９１等には、画像形成に関わる処理に対応するプログラムが格納されており、画像形成装置１の上記各部の各機能は、制御部９０の一部として構成されるＣＰＵ９２によって対応するプログラムを実行されることにより発揮される。

なお、画像形成装置１は、それぞれ上述した構成要素以外の構成要素を含んでいてもよく、あるいは、上述した構成要素のうちの一部が含まれていなくてもよい。

続いて、画像形成装置１により用紙Ｐに画像形成する電子写真プロセスについて説明する。

まず、原稿台に原稿が載置され、載置された原稿は、画像読取り装置２の走査露光装置の光学系により画像が走査露光され、ラインイメージセンサーによって読み込まれ光電変換される。光電変換されて生成された色毎の画像情報信号は、画像処理部（不図示）によりアナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が施された後、対応する色の画像形成部２０の光書込部２２にそれぞれ入力される。

画像形成部２０の光書込部２２は、画像情報信号を感光体ドラム１１に書き込み、感光体ドラム１１上に画像情報信号に基づく潜像を形成する。具体的には、感光体ドラム１１は有機光導電体からなる感光体層を金属基体上に有している。感光体ドラム１１の表面は、スコロトロンタイプ等のコロナ放電極からなる帯電部２３により生成されるイオンにより帯電され、光書込部２２は画像情報信号に基づいて感光体ドラム１１上を走査露光する。帯電された感光体ドラム１１の露光された部分は電位が低下し、画像情報信号に対応する静電潜像が感光体ドラム１１上に形成される。現像装置２１は、静電力を利用して感光体ドラム１１上に形成された静電潜像をトナーで現像し、各色に対応するトナー像が形成される。

ここで、現像するためのトナーは、感光体ドラム１１と同じ極性に帯電している。例えば、感光体ドラム１１は負極性に帯電される。負極性に帯電された感光体ドラム１１上の領域のうち、光書込部２２により電位が低下した潜像部分にだけ、負極性に帯電したトナーが付着されて感光体ドラム１１上にトナー像が静電現像される。感光体ドラム１１上のトナー像は、中間転写ベルト１６上に１次転写され、中間転写ベルト１６上にトナー像を転写することができる。この時、中間転写ベルト１６を正極性に帯電することによって、負極性に帯電したトナーを、中間転写ベルト１６に転写することができる。中間転写ベルト１６上に形成されたトナー像は、２次転写ローラー１３Ａとのニップ部において、用紙Ｐ上に２次転写される。この時、２次転写ローラー１３Ａとのニップ部で、中間転写ベルト１６を介して対向する２次転写対向ローラー１６ｂ側から中間転写ベルト１６を負極性に帯電させることによって、負極性に帯電されたトナー像を、用紙Ｐに転写することができる。

また、中間転写ベルト１６上には、印刷濃度や、色または画像形成位置を補正等のために、用紙Ｐに転写させない未転写のトナーパターンが定期的に形成される。トナーパターンを形成するためのトナーは、静電現像を形成するためのトナー同様、負極性に帯電している。トナーパターンの形成タイミングは、例えば、印刷動作前や、連続印刷動作中の用紙と用紙の間の紙間タイミング等で形成される。

上記紙間タイミングで中間転写ベルト１６上に形成された未転写トナーパターンは、検知手段により、補正のための情報を収集した後、２次転写ローラー１３Ａと２次転写対向ローラー１６ｂのニップ部で、中間転写ベルト１６上に留まる未転写トナー像と２次転写ベルト３０上に転移する未転写トナー像に分かれる。上述のように、トナーは負極性に帯電するので、未転写トナーＴは、そのほとんどが負極に帯電となる。したがって、２次転写ベルト３０上には、負極性トナーが多く存在し、正極性トナーは比較的少量存在することになる。ここで述べる未転写トナーＴとは、用紙Ｐ上に転写されないトナーのことを言い、具体的には、例えば、連続印刷時の用紙と用紙の間において、画像の濃度調整や色ズレ補正の制御などのために中間転写ベルト１６上に形成したトナーパターンが用紙Ｐに転写されずに２次転写ベルト３０上に転移してきた多量のトナー像のことを言う。

次に、図２および図３を参照して、本実施の形態に係るクリーニング装置３２の構成について詳細に説明する。

図２は、２次転写装置１７を示しており、図３は、第１の実施の形態を備えるクリーニング装置３２の構成を示す拡大図である。

図２に示されるようにクリーニング装置３２は、２次転写ベルト３０上の未転写トナーＴを大まかに除去するためのプレクリーニング部６４と、正規帯電極性と逆極性（正極性）に帯電したトナーを除去する逆帯電トナークリーニング部６５と、２次転写ベルト３０上の正規帯電極性（負極性）に帯電したトナーを除去する正規帯電トナークリーニング部６６と、を備えている。

プレクリーニング部６４は２次転写ベルト３０の移動方向に対して、逆帯電トナークリーニング部６５および正規帯電トナークリーニング部６６よりも上流側に配置され、２次転写ベルト３０上の未転写トナーＴを除去するプレクリーニングローラー５０と、プレクリーニングローラー５０に当接してローラー表面からトナーを掻き取る、掻き取りブレード５３ａを有している。プレクリーニングローラー５０は、２次転写ベルト３０を介した対向側に対向ローラー５４ａとの間で形成するニップ内およびニップ近傍空間での放電の制御を容易とするために導電性を有する、外径１６ｍｍの金属ローラーとしている。さらに、プレクリーニングローラー５０の表面には耐久性を考慮して、高硬度化が可能な金属メッキ処理が施されている。金属メッキ処理のなかでも、特に無電解ニッケルメッキ処理が耐久性に優れ、且つ、膜厚の均一性を確保できるので好ましい。プレクリーニングローラー５０は制御部９０からの制御信号によって、回転駆動するが、過剰な駆動トルク負荷やベルト摺擦の観点から、２次転写ベルト３０の移動方向に対して、順方向の回転（ウィズ回転）駆動が好ましい。また、本実施例では、２次転写ベルト３０とプレクリーニングローラー５０の回転速度差の関係を０．８〜１．２の範囲とすることで、所望の除去効率を確保することができる。

掻き取りブレード５３ａは、先端部がプレクリーニングローラー５０に押し付けられており、付着したトナーを機械的に掻き取る。掻き取りブレード５３ａは後述の当接線圧条件を実現するものであれば、材質、厚さ、硬度を限定しないが、本実施例では、プレクリーニングローラー５０の回転方向に対してカウンター当接し、当接線圧を５０〜１８０Ｎ／ｍ、実効当接角を３５°〜４５°とすることで、良好な掻き取り性能を実現している。

対向ローラー５４ａは外径１６ｍｍの半導電ローラーであり、ニップ部安定性の観点から、金属製芯金に弾性層を設ける。押圧バネ（不図示）によって、２次転写ベルト３０の方向に所定の圧力（例えば、９Ｎ／ｍ）で圧接する。弾性層には、例えばＥＰＤＭやウレタンのようなゴム材やエラストマー等を用いるが、所定の電気特性を有するものであれば、材料を限定しない。本実施例では、弾性層にＥＰＤＭ材を用い、抵抗値を３〜６ｌｏｇΩとすることで所望のトナー除去を実現している。また、対向ローラー５４ａは、接地されている。さらに、２次転写ベルト３０を挟んで、プレクリーニングローラー５０と対向ローラー５４ａのニップ位置は、プレクリーニングローラー５０の中心点からプレクリーニングローラー５０と２次転写ベルト３０の接線に対して、垂直となる仮想垂直線を延長させ、その延長線から対向ローラー５４ａの中心点を、２次転写ベルト３０の移動方向下流側へ１〜３ｍｍ水平移動させた位置で当接させることで、所望のトナーを除去することができる。

図３に示すように、未転写のトナー像を構成するトナーのほとんどは、正規帯電極性（負極性）に帯電しているので、電圧印加部５５ａは負極性トナーと逆極性のバイアス電圧（＋ＨＶ）を出力する。電圧印加部５５ａから出力された負極性トナーと逆極性のバイアス電圧は、プレクリーニングローラー５０に印加される。これにより、プレクリーニングローラー５０は、２次転写ベルト３０上の負極性トナーなどの残留物を静電的に吸引することができる。

プレクリーニングローラー５０に印加するバイアス電圧（＋ＨＶ）は、予め制御部９０の記憶部９１内に、プレクリーニングローラー５０でトナーを除去するために必要なプレクリーニング電流とトナー除去効率の関係が示されたデータテーブルが格納されている。このデータテーブルは、例えば、環境条件や画像形成条件などの様々な条件に応じて複数用意されており、条件に適したデータテーブルに基づいて、必要なプレクリーニング電流を流すためのプレクリーニングバイアス電圧が決定される。ここで述べるトナー除去効率とは、２次転写後に、２次転写ベルト３０上へ転移した未転写トナー量のうち、プレクリーニングローラー５０で除去したトナー量の比率のことを示す。

逆帯電トナークリーニング部６５は、プレクリーニング部６４よりも２次転写ベルト３０の移動方向下流側に配置され、トナーの正規帯電極性と逆極性（正極性）に帯電した逆帯電トナーを静電的に除去するクリーニングブラシ５２ｂを有している。クリーニングブラシ５２ｂは、２次転写ベルト３０を介した対向側に設置されている対向ローラー５４ｂによって、２次転写ベルト３０をクリーニングブラシ５２ｂ側に押し出された部分と当接しており、対向ローラー５４ｂは接地している。また、クリーニングブラシ５２ｂに付着した逆帯電トナーを回収する、回収ローラー５１ｂ、前記回収ローラー５１ｂに当接してローラー表面から逆帯電トナーを掻き取る、掻き取りブレード５３ｂを備えている。回収ローラー５１ｂには、電圧印加部５５ｂにより、トナーの正規帯電極性と同極性のバイアス電圧（−ＨＶ）が印加されている。電圧印加部５５ｂから出力された負極性トナーと同極性のバイアス電圧は、回収ローラー５１ｂを介してクリーニングブラシ５２ｂに印加される。これにより、クリーニングブラシ５２ｂは、２次転写ベルト３０に残留している逆極性（正極性）トナーなどの残留物を静電的に除去することができる。

正規帯電トナークリーニング部６６は逆帯電トナークリーニング部６５よりも２次転写ベルト３０の移動方向下流側に配置され、正規帯電極性（負極性）に帯電したトナーを静電的に除去するクリーニングブラシ５２ｃを有している。前記クリーニングブラシ５２ｃは、２次転写ベルト３０を介した対向側に設置されている対向ローラー５４ｃによって、２次転写ベルト３０をクリーニングブラシ５２ｃ側に押し出された部分と当接しており、対向ローラー５４ｃは接地している。また、クリーニングブラシ５２ｃに付着した正規帯電トナーを回収する、回収ローラー５１ｃ、前記回収ローラー５１ｃに当接してローラー表面から正規帯電トナーを掻き取る、掻き取りブレード５３ｃを備えている。回収ローラー５１ｃには、電圧印加部５５ｃにより、正規帯電極性トナーと逆極性のバイアス電圧（＋ＨＶ）が印加されている。電圧印加部５５ｃから出力された負極性トナーと逆極性のバイアス電圧は、回収ローラー５１ｃを介してクリーニングブラシ５２ｃに印加される。これにより、クリーニングブラシ５２ｃは、２次転写ベルト３０上に残留している負極性トナーなどの残留物を静電的に除去することができる。

クリーニングブラシ５２ｂおよびクリーニングブラシ５２ｃ（以下、クリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃと称する）は、芯金と、芯金の外周を覆うブラシとを有している。例えば、導電性のブラシ繊維を導電性の基布に織り込んだブラシを芯金に巻き付けて、芯金とブラシ繊維とを導通可能となるように接着したものである。クリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃは、２次転写ベルト３０に対し、１ｍｍ食い込ませており、図示しない駆動手段によって、当接位置で、ブラシが２次転写ベルト３０の移動方向とは逆方向（カウンター方向）に移動するよう回転する。当接位置において、起毛をカウンター方向に移動するように回転させることで、クリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃと２次転写ベルト３０との線速差を大きくすることができる。これにより、２次転写ベルト３０のある箇所が、クリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃとの当接範囲を抜けるまでの間における起毛との接触確率が増え、良好に２次転写ベルト３０からトナーを除去することができる。

回収ローラー５１ｂおよび回収ローラー５１ｃ（以下、回収ローラー５１ｂおよび５１ｃと称する）は外径１６ｍｍの金属製筒状ローラーである。クリーニング装置３２においては、機械構造用炭素鋼鋼材（Ｓ２ＯＣ）から成るローラーに無電解ニッケルメッキを施したものを用いた。回収ローラー５１ｂおよび５１ｃは、その外面の一部がそれぞれクリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃのブラシ繊維に接触するように配置されている。回収ローラー５１ｂおよび５１ｃは制御部９０からの信号によってクリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃと同方向に回転駆動される。

クリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃの材料としては、例えば、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、などの樹脂を適用することができる。また、前記樹脂を２つ以上組み合わせたものを適用することもできる。

掻き取りブレード５３ｂおよび掻き取りブレード５３ｃは、プレクリーニングローラー５０に押し付けている掻き取りブレード５３ａと同様に、先端部がそれぞれ回収ローラー５１ｂおよび５１ｃに押し付けられており、回収ローラーに付着したトナーを機械的に掻き取る。

２次転写ベルト３０は半導電性を有するものであれば、材質、厚さ、高度を限定しない。ここで述べている半導電性とは、体積抵抗率が３〜１２ｌｏｇΩ・ｃｍの範囲とする。本実施例では、体積抵抗率が８〜１１ｌｏｇΩ・ｃｍで、且つ弾性を有するベルトを用いている。

次に本発明の実施形態を備えたクリーニング装置３２のクリーニング動作について説明する。

図４は、本発明の実施形態のバイアス電圧をプレクリーニングローラー５０に印加したときの、プレクリーニング部６４通過前後での未転写トナーＴの帯電極性を示したモデル図である。
図２に示すように、２次転写ローラー１３Ａの位置から２次転写ベルト３０上に転移した未転写トナーＴは、駆動ローラー３１の回転により、プレクリーニングローラー５０の位置に搬送される。プレクリーニング部６４に搬送される未転写トナーＴの帯電極性は、図４のＡ領域のトナーのように、そのほとんどが正規帯電極性（負極性）のトナーであるため、プレクリーニングローラー５０と対向ローラー５４ａの転写ニップ近傍に負極性トナーが到達すると、電圧印加部５５ａからプレクリーニングローラー５０に印加された負極性トナーとは逆極性（正極性）のバイアス電圧によって、２次転写ベルト３０上の負極性トナーのうちの大部分は、プレクリーニングローラー５０で静電的に引き寄せられて２次転写ベルト３０から除去される。プレクリーニングローラー５０に転移した負極性トナーは、掻き取りブレード５３ａにより掻き落とされる。

上記プレクリーニングローラー５０の位置で、逆極性バイアス電圧を印加された未転写トナーＴのなかには、逆極性（正極性）に帯電する逆帯電トナーが発生する。前記逆帯電トナーは、プレクリーニングローラー５０では静電的に反発して除去されずに、図４のＣ領域のトナーのように２次転写ベルト３０上に残留する。

ここで、プレクリーニングローラー５０に印加する電圧の設定方法について、図６を用いて説明する。

プレクリーニングローラー５０に印加する電圧は、例えば図６に示すトナー除去効率曲線のデータテーブルが、予め記憶部９１に格納されており、前記データテーブルに基づいて決定される。通常であれば、トナーの除去効率が一番高いＮ設定とするが、本発明は、Ｎ設定よりも多くのプレクリーニング電流が流れるＳ設定とすることで、プレクリーニングローラー５０で、トナーを除去する機能を持たせると同時に、プレクリーニングローラー５０で除去しきれなかった残留トナーを逆極性に帯電させ、後のクリーニング部において、確実にクリーニングができる十分な帯電量を付与する機能も兼ね備えることができる。

Ｓ設定はプレクリーニングローラー５０でのトナー除去と逆極性付与のバランスから、トナー除去効率が８０〜９５％となるプレクリーニング電流に基づいたバイアス電圧にすることが望ましい。トナー除去効率が８０％を下回ると、プレクリーニング部６４通過後の下流に設置されている逆帯電トナークリーニング部６５や正規帯電トナークリーニング部６６で除去する残留トナー量が増えてしまい、クリーニングするために必要なバイアス電圧が高くなってしまうので好ましくない。また、トナー除去効率が９５％を上回ると、図６に示すように、Ｎ設定に近づくことになる。Ｎ設定に近づくと、後ほど説明するが、プレクリーニング部６４通過後の残留トナーのうち、弱帯電トナーが占める割合が多くなってしまう。よって、逆帯電トナークリーニング部６５や正規帯電トナークリーニング部６６でのクリーニング性が確保できなくなる。

図４と図５および図７を用いて、Ｓ設定およびＮ設定のバイアス電圧を印加したときの、プレクリーニング部６４前後でのトナー帯電量分布について説明する。

図４は、図６のデータテーブルにおいて、プレクリーニングローラー５０に本発明であるＳ設定のバイアス電圧を印加させたときのプレクリーニング部６４通過前後のトナーの極性状態を示したモデル図であり、図５は、図６のデータテーブルにおいて、プレクリーニングローラー５０に、Ｎ設定のバイアス電圧を印加させたときのプレクリーニング部６４通過前後のトナーの極性状態を示したモデル図である。

図７は図４および図５のプレクリーニング部６４通過前後のトナーを採取し、トナー帯電量分布を示したグラフである。つまり、図７のトナー帯電量分布曲線Ａ，Ｂ，Ｃは、図４および図５のＡ，Ｂ，Ｃの領域から採取したトナーサンプルの帯電量分布であることを示す。トナー帯電量分布測定は、プレクリーニング部６４通過前後の２次転写ベルト３０上に残留するトナーを０．５ｇ/ｃｍ^２採取し、Ｅ−ｓｐａｒｔ法を用いて、トナー粒子帯電量およびトナー粒子帯電量に対するトナー粒子の個数分布を測定した。

図７から、プレクリーニング部６４に搬送されるトナーサンプルＡの帯電量分布は、ほとんどのトナーが正規帯電極性（負極性）で十分な帯電量を持つトナーが多く存在するが、プレクリーニングローラー５０に、プレクリーニングローラー５０でのトナー除去効率が最も高いＮ設定のバイアス電圧を印加させた後、プレクリーニング部６４で回収しきれなかった残留トナーサンプルＢの帯電量分布は、帯電量が少ない弱帯電トナーの範囲に分布ピークがあり、弱帯電トナーが多く存在する。このため、プレクリーニングローラー５０よりも下流に配置されているクリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃのブラシ内に残留トナーが蓄積して、クリーニング性能を維持することができなくなってしまう。一方、プレクリーニングローラー５０に、本発明であるＳ設定の逆極性（正極性）バイアス電圧を印加した後、プレクリーニング部６４から逆帯電トナークリーニング部６５の間に残留しているトナーサンプルＣの帯電量は、ほとんどのトナーが正規帯電極性とは逆極性に帯電しており、弱帯電トナー範囲に存在するトナー量が減少していることが分かる。なお、ここで述べる弱帯電トナーの範囲とは、トナーの帯電量が±０．２ｆｃ/μＡの範囲に存在するトナーのことを示す。

プレクリーニングローラー５０で除去できずに、２次転写ベルト３０上に残留した逆極性（正極性）トナーや正規帯電極性（負極性）トナーはクリーニングブラシ５２ｂの位置に搬送される。クリーニングブラシ５２ｂには、電圧印加部５５ｂによって、回収ローラー５１ｂを介して、トナーの正規帯電極性と同極性（負極性）の電圧が印加されており、２次転写ベルト３０とクリーニングブラシ５２ｂ表面電位との電位差で形成される電界によって、２次転写ベルト３０上の逆極性に帯電した正極性トナーを静電的に引き寄せて、クリーニングブラシ５２ｂへ転移する。クリーニングブラシ５２ｂに転移した正極性トナーは、回収ローラー５１ｂによって回収され、回収ローラー５１ｂの回転方向に対して、カウンター当接した掻き取りブレード５３ｂによって、回収ローラー表面から掻き落とされる。

次に、逆帯電トナークリーニング部６５で、除去できなかった残留トナーは、正規帯電トナークリーニング部６６に搬送される。クリーニングブラシ５２ｃへ搬送されたトナーは、プレクリーニングローラー５０やクリーニングブラシ５２ｂによって２次転写ベルト３０上のトナーは、ほとんど除去されている。このため、このクリーニングブラシ５２ｃへ搬送されるトナーは、ごく少量であり、帯電極性は正規帯電極性（負極性）である。このクリーニングブラシ５２ｃへ搬送された、ごく少量の２次転写ベルト３０上の残留トナーは、電圧印加部５５ｃによって、回収ローラー５１ｃを介して、トナーの正規帯電極性と反対極性（正極性）の電圧が印加される。その結果、２次転写ベルト３０上の負極性トナーは、クリーニングブラシ５２ｃに静電的に付着し、回収ローラー５１ｃによって回収され、回収ローラー５１ｃの回転方向に対して、カウンター当接した掻き取りブレード５３ｃによって回収ローラー表面から掻き落とされる。

このように、本クリーニング装置３２によれば、プレクリーニングローラー５０に印加するバイアス電圧を、プレクリーニングローラー５０に搬送されてくるトナーの帯電極性とは逆極性で、且つＳ設定のバイアス電圧を印加することで、プレクリーニング部６４で大部分のトナーを除去して、プレクリーニング部６４よりも下流に配置した逆帯電トナークリーニング部６５へ搬送されるクリーニングトナー量を減少させるだけでなく、プレクリーニング部６４で除去しきれずに逆帯電トナークリーニング部６５に移送される残留トナーに対して、下流側に配置した逆帯電トナークリーニング部６５や正規帯電トナークリーニング部６６での印加バイアス電圧で、確実にクリーニングができる十分な帯電量を付与させることができる。こうすることで、従来、プレクリーニング部６４通過後の残留トナーで、多く存在していた弱帯電トナー量を減少させることができ、クリーニングブラシ５２ｂ，Ｃ５４内でのトナー蓄積を防止することが出来る。以上のことから、良好なクリーニング性を確保することができる。

また、本実施例でのクリーニング装置３２では、回収ローラー５１ｂおよび５１ｃのみに電圧を印加しているが、加えてクリーニングブラシ５２ｂおよび５２ｃにも電圧を印加する構成でも良い。この場合は、クリーニングブラシに印加する電圧よりも回収ローラーに印加する電圧が高くすることが望ましい。これにより、クリーニングブラシと回収ローラーとの間に電位差が形成され、回収ローラー方向への電位勾配によって、クリーニングブラシから回収ローラーへトナーを静電的に転移させることができる。

次に、本クリーニング装置の第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態におけるクリーニング装置３２および画像形成装置１は、第１の実施の形態と同様の構成を有している。第２の実施の形態の特徴は、プレクリーニングローラー５０で除去しきれずに、プレクリーニング部６４と逆帯電トナークリーニング部６５の間において、２次転写ベルト３０上に残留するトナーの逆帯電比率が６５％以上となるようなバイアス電圧をプレクリーニングローラー５０に印加することを特徴とする。
ここで示す逆帯電比率とは、上記残留トナーを採取し、Ｅ−ｓｐａｒｔ法を用いて、図７に示すような粒子帯電量と粒子帯電量に対する粒子の個数分布の関係を示す帯電量分布を測定し、採取したトナー粒子全ての帯電量を積分した値と、帯電量０を境界として、＋（プラス）帯電側の帯電量で積分した値との比率を逆帯電比率と定義する。

表１は、第２の実施形態のクリーニング装置３２を用いた図２に示す２次転写装置１７において、プレクリーニング部６４と逆帯電トナークリーニング部６５の間の２次転写ベルト３０上に残留するトナーの逆帯電比率と、クリーニング装置３２通過後の２次転写ベルト３０上でのクリーニング性の関係を調べた実験結果である。上記トナーの逆帯電比率は、プレクリーニングローラー５０にバイアス電圧を印加して、２次転写ベルト３０に流入する電流を調整して逆帯電比率を制御した。

上記実験方法は、１つの実験データを採取するために、上記トナーの逆帯電比率を測定するためのトナー採取と、２次転写ベルト３０上のトナークリーニングの状態を確認した。

例えば、常温常湿環境において、画像形成装置１でＡ４サイズの用紙を連続で３０枚通紙し、用紙間に紙間トナーパターンを形成する。形成された紙間トナーパターンが所定時間を経過すると、２次転写ベルト３０上に紙間トナーパターンの未転写トナーＴが転移される。２次転写ベルト３０上に転移した未転写トナーＴは、プレクリーニングローラー５０の位置まで搬送され、プレクリーニングローラー５０で除去しきれずに２次転写ベルト３０上に残留したトナーが、逆帯電トナークリーニング部６５に搬送されるまでに装置動作を強制停止させて、２次転写ベルト３０上の残留トナーを採取した。トナー採取後は、２次転写ベルト３０上のトナーを清掃してリセットした。

その後、画像形成装置１を同じ設定で実験を繰り返し、２次転写ベルト３０上でクリーニング性能を確認した。

上記作業を、トナーの逆帯電比率が設定値となるようにプレクリーニング電流を調整して、トナーの逆帯電比率とその設定条件での２次転写ベルト３０のクリーニング評価を実施した。

表１に示す「クリーニング性」とは、２次転写ベルト３０上に未転写トナーＴが転移し、その未転写トナーＴが、クリーニング装置３２通過後の２次転写ベルト３０上のトナー除去性能と定義する。この「クリーニング性」の評価は、目視でトナーが２次転写ベルト３０上に残留していない場合に、「○」とした。また、目視でトナーが２次転写ベルト３０上に残留しているが、実用上問題ない場合に、「△」とし、目視でトナーが２次転写ベルト３０上に残留していて、実用する上で問題が有る場合に「×」とした。

表１に示すように、プレクリーニング部６４から逆帯電トナークリーニング部６５の間の２次転写ベルト３０上に存在する残留トナーの逆帯電比率を６５％以上となるようなバイアス電圧をプレクリーニングローラー５０に印加すれば、２次転写ベルト３０上のトナーを実用上問題なくクリーニングすることができることが判明した。

以上、上述の第１および第２の実施の形態では、２次転写ベルト３０の移動方向に対して、最上流に配置されるプレクリーニングローラー５０に、２次転写ベルト３０上の未転写トナーＴの帯電極性とは逆極性で、且つ、プレクリーニングローラー５０で、トナーを最も多く除去できる電圧よりも高い電圧を印加する。そうすることで、プレクリーニングローラー５０には、トナー除去機能に加えて、プレクリーニングローラー５０で除去しきれなかった残留トナーに対して、下流に配置されている逆帯電トナークリーニング部６５や正規帯電トナークリーニング部６６で、確実にクリーニングできる十分な帯電量を付与させる機能も兼ね備えることができ、良好なクリーニング性を確保することができる。

また、上述の第１および第２の実施の形態ほどの確実なクリーニング性能ではないものの、プレクリーニングローラー５０に印加する電圧を、プレクリーニング部６４でトナーを最も除去できる電圧よりも高い電圧を印加するだけでも、弱帯電トナーを軽減させる効果は有り、クリーニング性能の低下を遅延させることができる。

また、本実施の形態におけるクリーニング対象の転写部材には、２次転写ベルトを挙げたが、例えば、本実施の形態のように、印刷濃度や画像形成位置の補正等のために中間転写ベルト１６上に形成するトナーパターンは、中間転写ベルト１６と２次転写装置１７の２次転写ベルト３０との間に形成されるニップ部で、２次転写ベルト３０上に転移する未転写トナーＴと、そのまま中間転写ベルト１６上に残留して搬送される未転写トナーに分かれる。そのため、中間転写ベルト１６側にも多量のトナー像が残留するので、本実施の形態のクリーニング装置３２を、中間転写ベルト装置側に設けることもできる。

１ 画像形成装置
２ 画像読取り装置
１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ 感光体ドラム
１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ １次転写部
１３Ａ ２次転写ローラー
１６ 中間転写ベルト
１６ｂ ２次転写対向ローラー
１７ ２次転写装置
１８ 定着装置
１９ 排紙ローラー
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ 画像形成部
２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ 現像装置
２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ 光書込部
２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋ 帯電部
２５Ｙ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｋ 感光体ドラムクリーニング装置
３０ ２次転写ベルト
３１ 駆動ローラー
３２ ２次転写ベルトクリーニング装置
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 給紙カセット
４２ 給紙部
４４ｂ 用紙搬送部
４４ｄ ループ形成ローラー
４６ レジストローラー
５０ プレクリーニングローラー
５１ｂ，５１ｃ 回収ローラー
５２ｂ，５２ｃ クリーニングブラシ
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 掻き取りブレード
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 対向ローラー
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ 電圧印加部
６４ プレクリーニング部
６５ 逆帯電トナークリーニング部
６６ 正規帯電トナークリーニング部
９０ 制御部
９１ 記憶部
９２ ＣＰＵ
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 用紙
Ｔ 未転写トナー

Claims (7)

1. 半導電性を有し、帯電したトナーを保持して移動する転写部材と、前記転写部材に当接され、前記転写部材上に保持された前記トナーを静電的に除去する第１のクリーニング部材と、前記転写部材の移動方向に対して、前記第１のクリーニング部材よりも下流に配置され、前記転写部材上に保持された前記トナーを静電的に除去する第２のクリーニング部材と、前記第１のクリーニング部材に前記トナーの帯電極性と逆極性のバイアス電圧を印加させる電圧印加部を備えたクリーニング装置において、
   前記電圧印加部により前記第１のクリーニング部材に印加するバイアス電圧は、前記第１のクリーニング部材により除去されるトナーが最も多くなる電圧よりも高いことを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記電圧印加部により前記第１のクリーニング部材に印加する前記バイアス電圧は、前記第１のクリーニング部材で除去するトナーの除去効率が８０〜９５％となるバイアス電圧とすることを特徴とする請求項１のクリーニング装置。
3. 前記電圧印加部により前記第１のクリーニング部材に印加された前記バイアス電圧は、前記第１のクリーニング部材から前記第２のクリーニング部材までの前記転写部材上に保持される前記トナーの帯電量分布において、前記第１のクリーニング部材で除去される前のトナー帯電極性とは異なる極性のトナー粒子数で占める割合が６５％以上となるバイアス電圧とすることを特徴とする請求項１のクリーニング装置。
4. 前記第２のクリーニング部材は、前記トナーの正規帯電極性と同極性の電圧が印加されて前記転写部材上の正規帯電極性と逆極性のトナーを静電的に除去する逆帯電トナークリーニング部材と、前記トナーの正規帯電極性と逆極性の電圧が印加されて前記転写部材上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去する正規帯電トナークリーニング部材とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のクリーニング装置。
5. 前記第１のクリーニング部材は、金属ローラーであり、ローラー表面に金属メッキ処理を施したローラーであることを特徴とする請求項１〜４のクリーニング装置。
6. 前記金属メッキ処理が無電解ニッケルメッキ処理であることを特徴とする請求項５のクリーニング装置。
7. 請求項１〜６のいずれかのクリーニング装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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