JP2015175991A - 帯電装置、画像形成ユニット、画像形成装置 - Google Patents

帯電装置、画像形成ユニット、画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】弾性部材が軸の側面全域から突出する清掃部材を用いる構成において、帯電部材の外周面に付着した異物を効果的に除去することができる帯電装置、画像形成ユニット、画像形成装置を得る。【解決手段】像保持体18に従動する帯電部材20は間欠的に回転する。このため、帯電部材20に従動して回転する清掃部材64も間欠的に回転する。清掃部材64が間欠的に回転するため、清掃部材64の回転開始、及び回転終了が複数回生じる。清掃部材64の回転開始及び回転終了の際に、清掃部材64の発泡体82と弾性部材76の外周面との間に擦れが生じ、弾性部材76の外周面に付着した異物の付着力が弱められる。これにより、帯電部材の外周面に付着した異物を効果的に除去することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、帯電装置、画像形成ユニット、画像形成装置に関する。
特許文献1には、帯電ローラの外周面に付着した汚染物質を除去するために、クリーニングシーケンス中に帯電ローラに印加するDCバイアスを作像動作時(画像形成時)とは逆にする帯電装置が記載されている。
特開平11−174784号公報
本発明の課題は、弾性部材が軸の側面全域から突出する清掃部材を用いる構成において、帯電部材の外周面に付着した異物を効果的に除去することである。
請求項1に係る帯電装置は、決められた周速度で回転又は周回する像保持体に接し、像保持体の回転力が伝達され、回転を抑制する荷重が負荷されることで回転と停止とを繰り返し、前記像保持体の外周面を帯電させると共に、平均周速度をVbとし、前記像保持体の周速度をVpとした場合に式(1)が成り立つ帯電部材と、回転自在に支持される軸と、前記軸の軸方向から見ると前記軸の側面全域から突出すると共に、前記軸の径方向から見ると前記軸に対し傾斜して前記軸方向に複数離れて並ぶ弾性変形可能な弾性部材と、を有し、前記弾性部材が前記帯電部材の外周面に接し、前記帯電部材に従動しながら回転して前記帯電部材の外周面を清掃する清掃部材と、を備えることを特徴とする。
0.3≦(Vb/Vp)≦0.8・・・・・・・・式(1)
請求項2に係る画像形成ユニットは、像保持体と、前記像保持体の外周面を帯電部材で帯電させる請求項1に記載の帯電装置と、帯電した前記像保持体の外周面に形成された静電潜像を画像として現像する現像装置と、を備えることを特徴とする。
請求項3に係る画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の外周面を帯電部材で帯電させる請求項1に記載の帯電装置と、帯電した前記像保持体の外周面に形成された静電潜像を画像として現像する現像装置と、前記像保持体の外周面に現像された画像を記録媒体に転写する転写部材と、を備えることを特徴とする。
請求項1の帯電装置によれば、帯電部材が回転と停止とを繰り返さない場合と比して、弾性部材が軸の側面全域から突出する清掃部材を用いる構成において、帯電部材の外周面に付着した異物を効果的に除去することができる。
請求項2の画像形成ユニットによれば、請求項1に記載の帯電装置を備えていない場合と比して、帯電部材の外周面に付着した異物に起因する像保持体の帯電不良を抑制することができる。
請求項3の画像形成装置によれば、請求項1に記載の帯電装置を備えていない場合と比して、帯電部材の外周面に付着した異物に起因する出力画像の品質不良を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る帯電装置、及び像保持体を示した側面図である。 (A)(B)(C)(D)本発明の実施形態に係る帯電装置において帯電部材の清掃工程を説明するのに用いた工程図である。 本発明の実施形態に係る帯電装置の実施例、及び比較例の評価結果を表で示した図面である 本発明の実施形態に係る帯電装置の帯電部材及び支持部材を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る帯電装置、及び像保持体を示した正面図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置を示した概略構成図である。
本発明の実施形態に係る帯電装置、画像形成ユニット及び画像形成装置の一例を図1〜図6に従って説明する。なお図中に示す矢印UPは鉛直方向上方を示す。
(全体構成)
図6に示されるように、画像形成装置10の本体10Aの内部には、入力される画像データに対して画像処理を行なう画像処理部12が設けられている。
この画像処理部12は、入力された画像データをイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色の階調データに処理するようになっている。そして、この処理された階調データを受け取って、レーザ光LBによる画像露光を行う露光装置14が本体10A内の中央側に設けられている。
また、露光装置14の上方には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4つの画像形成ユニット16Y、16M、16C、16Kが、水平方向(図中左右方向)に間隔をおいて配置されている。なお、Y,M,C,Kを区別して説明する必要が無い場合は、Y,M,C,Kを省略して記載することがある。
これらの4つの画像形成ユニット16Y、16M、16C、16Kは、すべて同様に構成されている。そして、各画像形成ユニット16は、予め決められた速度で回転駆動される円柱状の像保持体18と、この像保持体18の外周面を帯電する一次帯電用の帯電部材20と、を備えている。さらに、各画像形成ユニット16は、前述した露光装置14の画像露光によって帯電した像保持体18の外周面に形成された静電潜像を、予め決められた色のトナーで現像してトナー画像として可視化する現像装置22を備えている。また、各画像形成ユニット16は、像保持体18の外周面を清掃する清掃ブレード24と、を備えている。さらに、帯電部材20の下側には、円柱状の帯電部材20と接し、回転する帯電部材20と従動して回転することで帯電部材20の外周面を清掃する清掃部材64が設けられている。
なお、帯電部材20及び清掃部材64は、帯電装置70を構成しており、この帯電装置70については、詳細を後述する。
また、露光装置14には、4つの画像形成ユニット16Y、16M、16C、16Kに共通に構成された、図示しない4つの半導体レーザが設けられている。そして、これらの半導体レーザからレーザ光LB−Y、LB−M、LB−C、LB−Kが階調データに応じて出射されるようになっている。
なお、半導体レーザから出射されたレーザ光LB−Y、LB−M、LB−C、LB−Kは、図示しないf−θレンズを介して回転多面鏡であるポリゴンミラー26に照射され、このポリゴンミラー26によって偏向走査されるようになっている。そして、このポリゴンミラー26によって偏向走査されたレーザ光LB−Y、LB−M、LB−C、LB−Kは、図示しない結像レンズ及び複数枚のミラーを介して、像保持体18上の露光ポイントに、斜め下方から走査露光されるようになっている。
また、この露光装置14は、下方から像保持体18上に画像を走査露光するものであるため、この露光装置14には、上方に位置する4つの画像形成ユニット16Y、16M、16C、16Kの現像装置22等からトナー等が落下する虞が有る。そのため、露光装置14は、その周囲が直方体状のフレーム28によって密閉されている。また、フレーム28の上部には、4本のレーザ光LB−Y、LB−M、LB−C、LB−Kを、各画像形成ユニット16Y、16M、16C、16Kの像保持体18上に向けて透過させる透明なガラス製のウインドウ30Y、30M、30C、30Kが設けられている。
一方、各画像形成ユニット16Y、16M、16C、16Kの上方には、一次転写ユニット21が設けられている。この一次転写ユニット21は、無端状の中間転写ベルト32と、中間転写ベルト32が巻き掛けられ、回転駆動して中間転写ベルト32を矢印方向に周回させる駆動ロール40と、中間転写ベルト32が巻き掛けられ、中間転写ベルト32に張力を付与する張力付与ロール36と、中間転写ベルト32の外周面を清掃する清掃ブレード38と、中間転写ベルト32を挟んで像保持体18Y、18M、18C、18Kの反対側に配置される一次転写ロール34Y、34M、34C、34Kと、を含んで構成されている。
そして、この4つの一次転写ロール34Y、34M、34C、34Kによって、画像形成ユニット16Y、16M、16C、16Kの像保持体18上に順次形成された各色のトナー画像が、中間転写ベルト32上に、多重に転写される構成となっている。
また、中間転写ベルト32を挟んで駆動ロール40の反対側には、二次転写ロール42(転写部材の一例)が設けられている。中間転写ベルト32上に多重に転写された各色のトナー画像は、中間転写ベルト32により搬送され、駆動ロール40と二次転写ロール42とに挟まれ、用紙搬送経路56に沿って搬送される記録媒体としてのシート部材Pに二次転写されるようになっている。
さらに、二次転写ロール42に対してシート部材Pの搬送方向の下流側(以下単に「搬送方向下流側」と言う)には、シート部材Pに転写されたトナー画像を熱及び圧力によりシート部材Pに定着する定着装置44が設けられている。
また、定着装置44の搬送方向下流側には、トナー画像が定着したシート部材Pを画像形成装置10の本体10Aの上部に設けられた排出部48に排出する排出ロール46が設けられている。
一方、画像形成装置10の本体10A内の下側には、シート部材Pが積載される給紙部材50が設けられている。さらに、この給紙部材50に積載されたシート部材Pを用紙搬送経路56へ送り出す給紙ロール52が設けられ、給紙ロール52の搬送方向下流側には、シート部材Pを1枚ずつ分離して搬送る分離ロール54が設けられている。また、分離ロール54の搬送方向下流側には、搬送タイミングを合わせる位置合せロール58が設けられている。これにより、給紙部材50から供給されたシート部材Pは、予め決められたタイミングで回転する位置合せロール58によって中間転写ベルト32と二次転写ロール42とが接する位置(二次転写位置)へ送り出される構成となっている。
さらに、排出ロール46の隣りには、定着装置44によって表面に画像が定着されたシート部材Pを、排出ロール46によって排出部48上にそのまま排出せずに、両面用搬送経路62に搬送する搬送ロール60が設けられている。これにより、両面用搬送経路62に沿って搬送されるシート部材Pは、表裏が反転された状態で、位置合せロール58へと再度搬送され、今度は、シート部材Pの裏面にトナー画像が転写・定着されて排出部48上に排出されるようになっている。
(全体構成の作用)
この構成により、以下のようにシート部材Pに画像が形成される。
先ず、画像処理部12から露光装置14に各色の階調データが順次出力され、この露光装置14から階調データに応じて出射された各色のレーザ光は、帯電部材20によって帯電した像保持体18の外周面に走査露光される。そして、像保持体18の外周面に静電潜像が形成される。像保持体18上に形成された静電潜像は、現像装置22Y、22M、22C、22Kによって、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー画像として可視化される。
さらに、各色の画像形成ユニット16の上方に渡って配置された一次転写ユニット21の一次転写ロール34によって、像保持体18上に形成された各色のトナー画像が、周回する中間転写ベルト32上に多重に転写される。
また、中間転写ベルト32上に多重に転写された各色のトナー画像は、二次転写ロール42により、位置合せロール58によって用紙搬送経路56に予め決められたタイミングで搬送されたシート部材Pに二次転写される。
さらに、トナー画像が転写されたシート部材Pは、定着装置44へと搬送される。シート部材Pに転写されたトナー画像は、定着装置44によってシート部材Pに定着され、定着された後、画像形成装置10の本体10Aの上部に設けられた排出部48に排出ロール46によって排出される。
一方、シート部材Pの両面に画像を形成させる場合は、定着装置44によって表面に画像が定着されたシート部材Pを、排出ロール46によって排出部48上にそのまま排出せず、搬送方向を切り替え、搬送ロール60を介して両面用搬送経路62へと搬送する。そして、両面用搬送経路62に沿ってシート部材Pを搬送することで、シート部材Pの表裏が反転され、シート部材Pが再度位置合せロール58へと搬送される。今度は、シート部材Pの裏面にトナー画像が転写・定着され、転写・定着された後、排出部48上に排出ロール46によって排出される。
(要部構成)
次に、帯電装置70の構成について説明する。
帯電装置70は、図6に示されるように、像保持体18に接し、回転する像保持体18に従動して回転しながら像保持体18を帯電させる帯電部材20と、帯電部材20に接し、回転する帯電部材20に従動して回転しながら帯電部材20の外周面を清掃する清掃部材64と、を備えている。さらに、帯電装置70は、帯電部材20、及び清掃部材64を回転可能に支持する支持部材72(軸受)を備えている。
〔支持部材〕
支持部材72は、図5に示されるように、図中左右方向に延びる帯電部材20及び図中左右方向に延びる清掃部材64の両端側に夫々配置されている。
支持部材72は、樹脂材料(本実施形態では、一例として、ポリアセタール(POM))で成形さている。そして、夫々の支持部材72には、帯電部材20(軸部材78)を滑らせながら回転可能に支持する凹部74と、清掃部材64(軸部材80)を滑らせながら回転可能に支持する凹部84が形成されている。また、凹部74、及び凹部84は、円柱状とされている。このように、支持部材72は、滑り軸受とされている。なお、凹部74の内径については、後述する帯電部材20の軸部材78の外径と共に説明する。
〔帯電部材〕
帯電部材20は、像保持体18の回転軸方向に沿って延びる円柱状の軸部材78と、内部に軸部材78が貫通する円筒状の弾性部材76と、を備えている。
弾性部材76は、イオン導電性の弾性体層に、電子導電性物質を分散させた表面層を積層させた部材である。本実施形態では、弾性部材76は、一例として、外径12〔mm〕、内径8〔mm〕、全長320〔mm〕の円筒状とされ、弾性体層として、3元系エピクロルヒドリンゴムが用いられている。
これに対して、軸部材78は、導電性の部材である。本実施形態では、軸部材78は、一例として、外径8〔mm〕、全長355〔mm〕の円柱状とされ、導電性の部材として、硫黄複合快削鋼(SUM)が用いられている。そして、軸部材78の両端側が、前述した凹部74に挿入されている(図4、図5参照)。
ここで、支持部材72の凹部74の内径は、軸部材78の外径より小さくされている(例えば、7.0〜7.7〔mm〕)。これにより、帯電部材20が回転する場合に、図4に示す軸部材78の外周面78Aと凹部74の内周面74Aとの間で、所謂ステックスリップ現象が生じる。このステックスリップ現象により、予め決められた周速度で回転する像保持体18に従動して回転する帯電部材20は、回転と停止を繰り返すようになっている。このように、帯電部材20は、間欠的に回転するようになっている。
なお、ステックスリップ現象とは、凹部74の内周面74Aと軸部材78の外周面78Aと間に生じる摩擦力、及び軸部材78に伝達される回転力により、内周面74Aと外周面78Aとが付着と滑りとを繰り返す現象である。
この構成において、像保持体18の周速度をVpとし、帯電部材20の平均周速度をVbとした場合に、周速比(Vb/Vp)について、下記式(1)が成り立っている。
0.3≦(Vb/Vp)≦0.8・・・・・・・・式(1)
ここで、帯電部材20の平均周速度とは、外径30〔mm〕の像保持体18を周速度250〔mm/sec〕で20万回、回転させた場合に、間欠的に回転した帯電部材20を、一定の周速度で回転したと見なした際の帯電部材20の周速度である。なお、帯電部材20が何回回転したかについては、例えば、帯電部材20の一部に光を反射するマーキングを付することで、このマーキングがセンサとの対向位置を通過した回数を数えることで、導出される。そして、この帯電部材20が回転した回数と、それに要した時間とによって、帯電部材の平均周速度が導出されるようになっている。
〔清掃部材〕
清掃部材64は、図5に示されるように、帯電部材20の回転軸方向に沿って延びる円柱状の軸部材80(軸の一例)と、軸部材80に螺旋状に巻き付けられた断面矩形状の発泡体82(弾性部材の一例)と、を備えている。
本実施形態では、発泡体82は、一例として、弾性変形可能なウレタン樹脂の発泡材が用いられ、両面テープ(図示省略)を用いて軸部材80の外周面に固定されている。なお、発泡体82の長手方向に直交する断面においては、軸部材80に巻き付けられた状態で、図2(A)に示されるように、発泡体82の両方の端部82Aは、中央部よりも軸部材80の径方向(以下単に、径方向と言う)に突出している。換言すれば、軸部材80の軸方向から見ると、発泡材82は軸部材80の側面全域から突出し、軸部材80の径方向から見ると、発泡材82は軸部材80に対し傾斜して軸方向に離れて並んでいる。
さらに、軸部材80の両端側が、図5に示されるように、前述した凹部84に挿入されている。
また、軸部材80が支持部材72に支持された状態で、発泡体82が帯電部材20の外周面に予め決められた量で圧縮されている。この構成により、発泡体82と帯電部材20との間に生じる摩擦力によって、回転する帯電部材20に従動して清掃部材64が回転するようになっている。
〔その他〕
また、前述した像保持体18は、一例として、外径30〔mm〕とされ、帯電部材20は、4.75〔N〕でこの像保持体18に押し付けられている。また、像保持体18は、一例として、周速度250〔mm/sec〕で回転するようになっている。
(要部構成の作用)
次に、帯電装置70の作用について説明する。
図示せぬモータの回転力が伝達される像保持体18は、図1に示されるように、矢印A方向に回転する。さらに、矢印A方向に回転する像保持体18に従動して、帯電部材20が矢印B方向に回転する。この状態で、帯電部材20に帯電電圧が印加されることで、像保持体18の外周面が帯電する。
ここで、像保持体18と、帯電部材20との周速比(Vb/Vp)については、前述した式(1)が満たされている。これにより、像保持体18が予め決められた周速度で回転するのに対して、帯電部材20は、前述したように、間欠的に矢印B方向に回転する。
また、矢印B方向に回転する帯電部材20に従動して、清掃部材64が矢印C方向に回転する。これにより、帯電部材20の弾性部材76の外周面に付着した外添剤等の異物が、清掃部材64によって帯電部材20から除去される(清掃される)。
以下、帯電部材20の弾性部材76の外周面に付着した異物が除去される過程について説明する。
図2(A)(B)(C)に示されるように、矢印B方向に回転する帯電部材20の弾性部材76の外周面に付着した異物は、従動して矢印C方向に回転する清掃部材64の発泡体82の端部82Aに押されて凝集する。そして、図2(D)に示されるように、発泡体82の端部82Aが、帯電部材20との接触から解放されることで発泡体82の弾性変形が復元し、この復元力より、凝集した異物は、帯電部材20の外周面からはじかれる。
ここで、前述したように帯電部材20は間欠的に回転する。このため、帯電部材20に従動して回転する清掃部材64も間欠的に回転する。
清掃部材64が間欠的に回転するため、清掃部材64の回転開始、及び回転終了が複数回生じる。清掃部材64の回転開始及び回転終了の際に、清掃部材64の発泡体82と弾性部材76の外周面との間に擦れが生じ、弾性部材76の外周面に付着した異物の付着力が弱められる。このため、清掃部材64が間欠的に回転しない場合と比して、帯電部材20の外周面から多くの異物がはじかれる。換言すれば、帯電部材20の外周面に付着した異物が効果的に除去される。
(評価)
ここで、本実施形態に係る帯電装置70の実施例と、比較例とを評価した結果について図3を用いて説明する。
1.評価仕様
・実施例1:軸部材78の外径を8.0〔mm〕とし、凹部74の内径を7.0〔mm〕とすることで、周速比を0.3とした。
・実施例2:軸部材78の外径を8.0〔mm〕とし、凹部74の内径を7.4〔mm〕とすることで、周速比を0.6とした。
・実施例3:軸部材78の外径を8.0〔mm〕とし、凹部74の内径を7.7〔mm〕とすることで、周速比を0.8とした。
・比較例1:軸部材78の外径を8.0〔mm〕とし、凹部の内径を6.7〔mm〕とすることで、周速比を0.1とした。
・比較例2:軸部材78の外径を8.0〔mm〕とし、凹部の内径を8.0〔mm〕とすることで、周速比を1.0とした。換言すれば、帯電部材が間欠的に回転しない構成とした。
2.評価方法
実施例1〜3、及び比較例1、2の帯電装置を、富士ゼロックス社製のDocuCenterIVC5570に取り付け、5万枚のA4サイズのシート部材Pに、黒色のハーフトーン50%画像を形成させた。なお、像保持体18の外径は30〔mm〕で、像保持体18の周速度は250〔mm/sec〕である。
そして、最後に出力されたシート部材Pの画像を目視で評価した(官能評価)。出力画像に筋等が発生しておらず、出力画像の品質がほとんど低下していない場合は、「○」とした。また、筋等が発生しているが、ユーザに許容されるレベルの場合は、「△」とした。換言すれば、「○」、「△」は、帯電部材の外周面に付着している異物が少ない順番である。
3.評価結果
図3の表に示されるように、出力画像の評価を行った結果、実施例1〜3については、「○」、比較例1、2については、「△」となった。
(要部構成のまとめ)
以上の評価結果からも分かるように、像保持体18と帯電部材20との周速比(Vb/Vp)を、前述した式(1)を満たすようにして、帯電部材20及び清掃部材64を間欠的に回転させる。これにより、発泡体82を芯材に巻き付けた清掃部材64を用いる構成において、前述した式(1)を満たさない場合と比して、弾性部材76の外周面(帯電部材20の外周面)に付着した異物が効果的に除去される。
また、画像形成ユニット16においては、弾性部材76の外周面に付着した異物が効果的に除去されることで、像保持体18の帯電不良が抑制される。
また、画像形成装置10においては、弾性部材76の外周面に付着した異物が効果的に除去されることで、シート部材Pに形成されるトナー画像の品質低下が抑制される。
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、清掃部材64は、軸部材80に螺旋状に巻き付けられた発泡体82を備えたが、円筒状の発泡体を斜めに輪切りにすることで形成された複数の輪切り部材を、軸部材80に間隔を空けて取り付けてもよい。
10 画像形成装置
16 画像形成ユニット
18 像保持体
20 帯電部材
22 現像装置
42 二次転写ロール(転写部材の一例)
64 清掃部材
70 帯電装置
80 軸部材(軸の一例)
82 発泡体(弾性部材の一例)

Claims (3)

  1. 決められた周速度で回転又は周回する像保持体に接し、像保持体の回転力が伝達され、回転を抑制する荷重が負荷されることで回転と停止とを繰り返し、前記像保持体の外周面を帯電させると共に、平均周速度をVbとし、前記像保持体の周速度をVpとした場合に式(1)が成り立つ帯電部材と、
    回転自在に支持される軸と、前記軸の軸方向から見ると前記軸の側面全域から突出すると共に、前記軸の径方向から見ると前記軸に対し傾斜して前記軸方向に複数離れて並ぶ弾性変形可能な弾性部材と、を有し、前記弾性部材が前記帯電部材の外周面に接し、前記帯電部材に従動しながら回転して前記帯電部材の外周面を清掃する清掃部材と、
    を備える帯電装置。
    0.3≦(Vb/Vp)≦0.8・・・・・・・・式(1)
  2. 像保持体と、
    前記像保持体の外周面を帯電部材で帯電させる請求項1に記載の帯電装置と、
    帯電した前記像保持体の外周面に形成された静電潜像を画像として現像する現像装置と、
    を備える画像形成ユニット。
  3. 像保持体と、
    前記像保持体の外周面を帯電部材で帯電させる請求項1に記載の帯電装置と、
    帯電した前記像保持体の外周面に形成された静電潜像を画像として現像する現像装置と、
    前記像保持体の外周面に現像された画像を記録媒体に転写する転写部材と、
    を備える画像形成装置。
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