JP2018173457A - クリーニング装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニングブラシを用いて像担持体表面のトナーを除去する際に発生する飛散トナーのシール部材への堆積を効果的に防止可能なクリーニング装置およびそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】クリーニング装置は、クリーニングブラシと、回収ローラーと、スクレーパーと、ハウジングと、シール部材と、を備える。シール部材は絶縁性であって、回収ローラーと接触するように配置され、ハウジング内を開口部とトナー収容部とに区画する。回収ローラーは、トナーと逆極性の電圧が印加される。クリーニングブラシは、トナーと逆極性であって回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に帯電されている。シール部材は、回収ローラーまたはトナーとの摩擦によってトナーと逆極性であって回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に摩擦帯電される。【選択図】図６

Description

本発明は、クリーニング部材を用いて像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング装置、およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、所定方向に回動される無端状の中間転写ベルトと、この中間転写ベルトに沿って設けられた複数の画像形成部とを備え、各画像形成部により中間転写ベルト上に各色のトナー像を順次重ね合わせて一次転写した後、記録媒体上に二次転写する中間転写方式の画像形成装置が知られている。

中間転写方式の画像形成装置においては、中間転写ベルトが弾性層を有する場合、中間転写ベルト表面に残存するトナーを機械的、電気的に回収するクリーニングブラシと、クリーニングブラシからトナーを回収する回収ローラーと、回収ローラー表面からトナーを掻き落とすスクレーパーと、回収ローラー表面から掻き落とされたトナーを廃トナー回収容器へ搬送する搬送スパイラルと、をハウジング内に備えたクリーニング装置が用いられることが多い。

上記構成のクリーニング装置では、ハウジング内部をクリーニングブラシ側と搬送スパイラル側とに仕切るシール部材を有するものがある。シール部材は、回収ローラー表面からトナーを掻き落とすスクレーパーの上流側において先端部を回収ローラーに当接させることにより、スクレーパーによって回収ローラー表面から掻き落とされたトナーを搬送スパイラル側に案内し、クリーニングブラシ側（ハウジングの外側）に向かわないようにするものである。そのため、シール部材は、回収ローラーの軸方向全域に亘って回収ローラーに付着しているトナーを掻き落とさない程度のほぼ一定の接触圧で接触している必要がある。

ところで、シール部材と回収ローラーの間にトナーが堆積することがある。その結果、回収ローラーとシール部材との間に隙間が生じてしまい、搬送スパイラル側のトナーが隙間からクリーニングブラシ側に逆流する。そして、逆流したトナーがクリーニングブラシに再付着し、クリーニングブラシに再付着したトナーが中間転写ベルト上に移行すると、いわゆるトナー落ちとなって画像不具合が発生するおそれがあった。

そこで、特許文献１には、感光体表面に接触して現像装置またはクリーニング装置からのトナー飛散を防止するシール部材を、感光体との摩擦帯電によりトナーと同極性に帯電させることにより、シール部材へのトナーの堆積を防止する方法が開示されている。また、特許文献２には、クリーニング装置のシール部材を転写印加電圧と同極性に帯電させることにより、逆帯電した転写残トナーのシール部材への付着を防止する方法が開示されている。

特開平３−１９４５８２号公報 特開２００４−６１５３５号公報

しかしながら、特許文献１の方法ではトナーと同極性に摩擦帯電する材質でシール部材を形成する必要があり、シール部材に使用できる材料が限定されてしまう。また、シール部材をトナーと同極性に帯電させた場合、シール部材へのトナーの堆積は抑制できるものの、シール部材と電気的に反発したトナーが開口部からハウジング外部へ漏出するおそれがある。一方、特許文献２のようにシール部材を転写印加電圧と同極性に帯電させた場合、逆帯電していない（転写印加電圧と逆極性の）トナーがシール部材に引き付けられる。そのため、シール部材へのトナー堆積の対策としては不十分であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、クリーニングブラシを用いて像担持体表面のトナーを除去する際に発生する飛散トナーのシール部材への堆積を効果的に防止可能なクリーニング装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、クリーニングブラシと、回収ローラーと、スクレーパーと、ハウジングと、シール部材と、を備えたクリーニング装置である。クリーニングブラシは、接地された像担持体に接触した状態で回転することにより像担持体上に残留するトナーを除去する。回収ローラーは、クリーニングブラシに接触した状態で回転することによりクリーニングブラシに付着したトナーを回収する。スクレーパーは、回収ローラーに付着したトナーを除去する。ハウジングは、クリーニングブラシの外周面の一部が露出する開口部と、スクレーパーにより回収ローラーから除去されたトナーを貯留するトナー収容部と、が形成される。シール部材は絶縁性であって、回収ローラーの回転方向に対しクリーニングブラシとの接触領域よりも上流側において回収ローラーと接触するように配置され、ハウジング内を開口部とトナー収容部とに区画する。回収ローラーは、電圧印加装置に接続されることによりトナーと逆極性の電圧が印加される。クリーニングブラシは、回収ローラーおよび像担持体の両方に接触することでトナーと逆極性であって回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に帯電される。シール部材は、回収ローラーまたは回収ローラーに付着したトナーとの摩擦によってトナーと逆極性であって回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に摩擦帯電される。

本発明の第１の構成によれば、シール部材よりも回収ローラーの方がトナーの電気的付着力が大きくなるため、シール部材と回収ローラーとの接触部分に進入したトナーは回収ローラーに連れ回りして接触部分を円滑にすり抜けることができる。従って、シール部材と回収ローラーとの接触部分でのトナーの堆積が抑制されるため、トナー回収部から開口部への廃トナーの逆流によるトナー落ちの発生を効果的に抑制することができる。また、回収ローラーまたは回収ローラーに付着したトナーとの摩擦によってシール部材を摩擦帯電させるため、シール部材に電圧を印加するための電源や配線の必要がなく、トナー落ちの発生を簡易且つ低コストで抑制可能となる。

本発明のベルトクリーニングユニット１９が搭載される画像形成装置１００の内部構成を示す概略図 図１における画像形成部Ｐａ付近の拡大図 画像形成装置１００に搭載される中間転写ユニット３０の側面断面図 本発明の一実施形態に係るベルトクリーニングユニット１９の外観斜視図 本実施形態のベルトクリーニングユニット１９の内部構成を示す側面断面図 本実施形態のベルトクリーニングユニット１９と高圧電源７０との接続経路を模式的に示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明のベルトクリーニングユニット１９が搭載される画像形成装置１００の構成を示す概略図であり、図２は、図１における画像形成部Ｐａ付近の拡大図である。ここでは、画像形成装置１００として、いわゆるタンデム方式のカラープリンターを例示している。

画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄがそれぞれ配設されており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。さらに、図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が感光体ドラム１ａ〜１ｄに隣接して設けられている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。以下、画像形成部Ｐａについて詳細に説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。図２に示すように、感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り方向）に沿って帯電装置２ａ、現像装置３ａ、クリーニング装置７ａが配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラー６ａが配置されている。また、感光体ドラム１ａに対し中間転写ベルト８の回転方向上流側には中間転写ベルト８を挟んでテンションローラー１１に対向するベルトクリーニングユニット１９が配置されている。

次に、画像形成装置１００における画像形成手順について説明する。パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、トナーコンテナ４ａ〜４ｄによりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が所定量充填されており、現像装置３ａ〜３ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に現像剤中のトナーが供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置７ａ〜７ｄにより除去される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００内の下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して転写紙Ｐが所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９と中間転写ベルト８のニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。二次転写後に中間転写ベルト８の表面に残留したトナー等はベルトクリーニングユニット１９により除去される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａにより加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、そのまま（或いは分岐部１４によって反転搬送路１８に振り分けられ、両面に画像が形成された後）排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図３は、画像形成装置１００に搭載される中間転写ユニット３０の側面断面図である。図３に示すように、中間転写ユニット３０は、下流側の駆動ローラー１０と上流側のテンションローラー１１とに掛け渡された中間転写ベルト８と、中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触する一次転写ローラー６ａ〜６ｄとを有する。また、テンションローラー１１に対向する位置には、中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのベルトクリーニングユニット１９が配置されている。ベルトクリーニングユニット１９の詳細な構成については後述する。

中間転写ユニット３０は、一次転写ローラー６ａ〜６ｄの回転軸の両端部を回転可能に支持する一対の支持部材（図示せず）と、支持部材を中間転写ベルト８の進行方向に対し垂直に往復移動させる駆動手段（図示せず）と、を有するローラー接離機構６０を備えている。ローラー接離機構６０は、４本の一次転写ローラー６ａ〜６ｄを、それぞれ中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ａ〜１ｄ（図１参照）に圧接するカラーモードと、一次転写ローラー６ｄのみを中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ｄに圧接するモノクロモードと、４本の一次転写ローラー６ａ〜６ｄの全てを中間転写ベルト８から離間させる退避モードとに切り替え可能である。

図４は、本発明の一実施形態に係るベルトクリーニングユニット１９の外観斜視図、図５は、ベルトクリーニングユニット１９の内部構成を示す側面断面図である。ベルトクリーニングユニット１９は、ハウジング４０内に、ファーブラシ４１、回収ローラー４３、スクレーパー４５、搬送スパイラル４７を備えており、ハウジング４０の一端にはファーブラシ４１、回収ローラー４３、及び搬送スパイラル４７にクリーニング駆動モーター（図示せず）からの駆動力を入力する駆動入力ギア列４８が配置されている。

ファーブラシ４１は、ハウジング４０の開口部４０ａ側において、中間転写ベルト８を介してテンションローラー１１と対向配置されている。ファーブラシ４１は、中間転写ベルト８の移動方向に対しカウンター方向（図５の時計回り方向）に回転することにより、中間転写ベルト８上に残存するトナーや紙粉等の異物（以下、トナー等という）を掻き取る。回収ローラー４３に接触するファーブラシ４１のブラシ部分は電気抵抗値１〜９００ＭΩ程度の導電性の繊維で形成されている。

回収ローラー４３は、ファーブラシ４１の表面に接触しながらファーブラシ４１と逆方向（図５の反時計回り方向）に回転することにより、ファーブラシ４１に付着したトナー等を回収する。回収ローラー４３には高圧電源７０（図６参照）が接続されており、中間転写ベルト８のクリーニング時にトナーと逆極性（ここでは負極性）のクリーニングバイアスが印加される。また、テンションローラー１１はグランドに接地（アース）されている。その結果、中間転写ベルト８から掻き取られたトナー等はファーブラシ４１のブラシ部分に電気的及び機械的に回収され、さらに回収ローラー４３に電気的に移動する。

スクレーパー４５は、回収ローラー４３の回転方向に対し下流側（回収ローラー４３の表面の移動方向に対しカウンター方向）から回収ローラー４３に接触して回収ローラー４３によって回収されたトナー等を掻き落とし、回収ローラー４３を清掃する。搬送スパイラル４７は、ハウジング４０のトナー収容部４０ｂ内に配置されており、スクレーパー４５によって回収ローラー４３から掻き落とされたトナー等をハウジング４０の外部の廃トナー回収容器（図示せず）へ搬送する。

また、ハウジング４０内には回収ローラー４３の長手方向（図５の紙面と垂直な方向）の全域に亘ってシール部材５０が対向配置されている。シール部材５０は、絶縁性のフィルムで形成されており、シール部材５０の先端部が所定の接触圧で回収ローラー４３に接触している。このシール部材５０によってハウジング４０内が開口部４０ａとトナー収容部４０ｂとに区画される。シール部材５０の接触圧は、回収ローラー４３に付着しているトナーは掻き落とさずに、スクレーパー４５で掻き落としたトナー等が再び回収ローラー４３側に向かわないように設定する必要がある。

前述したように、シール部材５０と回収ローラー４３との接触部分にトナーが堆積すると、シール部材５０と回収ローラー４３との間に隙間が生じ、開口部４０ａとトナー収容部４０ｂとを完全に遮断できなくなる。その結果、トナー収容部４０ｂから開口部４０ａに逆流した廃トナーがファーブラシ４１に再付着し、さらに中間転写ベルト８上に移行してトナー落ちが発生するおそれがある。

そこで、本実施形態のベルトクリーニングユニット１９では、シール部材５０を回収ローラー４３または回収ローラー４３の表面に付着したトナーと接触させて摩擦帯電させることにより、シール部材５０と回収ローラー４３との接触部分へのトナーの堆積を抑制している。より具体的には、シール部材５０をトナーと逆極性であって回収ローラー４３よりもトナーと同極性側に摩擦帯電させる。

本実施形態のベルトクリーニングユニット１９では、トナー、回収ローラー４３、シール部材５０の帯電系列をトナー＞シール部材５０＞回収ローラー４３の順になるようにシール部材５０の材質や回収ローラー４３のコーティング層、メッキ層の材質が選定される。

例えば、トナーよりも帯電系列が下位であるポリエステル樹脂を用いてシール部材５０を形成し、回収ローラー４３の表面にポリエステル樹脂よりも帯電系列が下位であるフッ素系材料を用いてコーティング層またはメッキ層を形成する。

帯電系列とは、２種類の物質を互いに摩擦して帯電させる場合、正（＋）に帯電しやすい物質を上位に、負（−）に帯電しやすい物質を下位に並べたものをいう。物質の帯電極性は摩擦する相手によって変わり、帯電系列の上位の物質と下位の物質を擦りあわせると上位の物質が正、下位の物質が負に帯電する。本実施形態の場合、シール部材５０が回収ローラー４３またはトナーとの摩擦により、回収ローラー４３よりも正、且つトナーよりも負に帯電する。

なお、シール部材５０とトナーの帯電系列が逆転して、帯電系列がシール部材５０＞トナー＞回収ローラー４３の順になると、トナーからシール部材５０への電荷の流れが発生し、トナーの帯電量が低下してしまうおそれがある。その結果、回収ローラー４３に対するトナーの電気的な付着力が低下し、シール部材５０と回収ローラー４３との接触部分でトナーが堆積し易くなってしまう。逆に、帯電系列がトナー＞回収ローラー４３＞シール部材５０の順になると、回収ローラー４３よりもシール部材５０の方がトナーを電気的に引き付ける力が大きくなり、トナーがより堆積しやすくなる。よってシール部材５０へのトナーの付着力を低下させつつ、トナーの電荷が抜けないようにするには帯電系列をトナー＞シール部材５０＞回収ローラー４３の順とする必要がある。

本実施形態の構成によれば、シール部材５０よりも回収ローラー４３の方がトナーの電気的付着力が大きくなるため、シール部材５０と回収ローラー４３との接触部分に進入したトナーは回収ローラー４３に連れ回りして接触部分を円滑にすり抜けることができる。従って、シール部材５０と回収ローラー４３との接触部分でのトナーの堆積が抑制されるため、トナー回収部４０ｂから開口部４０ａへの廃トナーの逆流によるトナー落ちの発生を効果的に抑制することができる。

また、回収ローラー４３または回収ローラー４３に付着したトナーとの摩擦によってシール部材５０を摩擦帯電させるため、シール部材５０に電圧を印加するための電源や配線の必要がなく、トナー落ちの発生を簡易且つ低コストで抑制可能となる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、ファーブラシ４１を用いて中間転写ベルト８の表面に残留したトナーを除去するベルトクリーニングユニット１９を例示しているが、ファーブラシ４１を用いて感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置７ａ〜７ｄにも同様に適用できる。

また、上記実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる場合を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる場合にも全く同様に適用可能である。負帯電トナーを用いる場合、シール部材５０の材料、回収ローラー４３のコーティング材料やメッキ材料の帯電系列の方向は上記と正負が全く逆になる。即ち、帯電系列がトナー＜シール部材５０＜回収ローラー４３となるように、トナーよりも帯電系列が上位の材料でシール部材５０を形成すれば良く、シール部材５０よりも帯電系列が上位の材料で回収ローラー４３にコーティング処理またはメッキ処理すれば良い。

また、本発明は図１に示したようなタンデム型のカラープリンターに限らず、モノクロプリンターやカラー複写機、デジタル複合機等、クリーニング装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。

本発明は、クリーニングブラシを用いて像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング装置に利用可能である。本発明の利用により、クリーニングブラシを用いて像担持体表面のトナーを除去する際に発生する飛散トナーのハウジング外部への漏出を効果的に防止可能なクリーニング装置を提供することができる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
８ 中間転写ベルト（像担持体）
９ 二次転写ローラー
１９ ベルトクリーニングユニット（クリーニング装置）
３０ 中間転写ユニット
４０ ハウジング
４０ａ 開口部
４０ｂ トナー収容部
４１ ファーブラシ（クリーニングブラシ）
４３ 回収ローラー
４５ スクレーパー
４７ 搬送スパイラル
５０ シール部材
７０ 高圧電源（電圧印加装置）
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 接地された像担持体に接触した状態で回転することにより前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニングブラシと、
   該クリーニングブラシに接触した状態で回転することにより前記クリーニングブラシに付着したトナーを回収する回収ローラーと、
   該回収ローラーに付着したトナーを除去するスクレーパーと、
   前記クリーニングブラシの外周面の一部が露出する開口部と、前記スクレーパーにより前記回収ローラーから除去されたトナーを貯留するトナー収容部と、が形成されたハウジングと、
   前記回収ローラーの回転方向に対し前記クリーニングブラシとの接触領域よりも上流側において前記回収ローラーと接触するように配置され、前記ハウジング内を前記開口部と前記トナー収容部とに区画する絶縁性のシール部材と、
   を有し、
   前記回収ローラーは、電圧印加装置に接続されることによりトナーと逆極性の電圧が印加され、前記クリーニングブラシは、前記回収ローラーおよび前記像担持体の両方に接触することでトナーと逆極性であって前記回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に帯電されており、
   前記シール部材は、前記回収ローラーまたは前記回収ローラーに付着したトナーとの摩擦によってトナーと逆極性であって前記回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に摩擦帯電されることを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記トナーが正帯電性であり、前記トナー、前記シール部材、前記回収ローラーの順に帯電系列が低くなっていることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
3. 前記シール部材がポリエステル樹脂により形成されることを特徴とする請求項２に記載のクリーニング装置。
4. 前記回収ローラーの表面にフッ素系材料からなるコーティング層またはメッキ層が形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のクリーニング装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置。
6. トナー像を形成する画像形成部と、
   該画像形成部において形成されたトナー像が一次転写される中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録媒体上に二次転写する二次転写ローラーと、
   を備え、
   前記クリーニング装置は、前記中間転写ベルト表面の残留トナーを除去するベルトクリーニング装置であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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