JP2610447B2 - 画像形成装置におけるクリーニング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、潜像担持体に形成されたトナー像を転写材
に転写した後に該担持体に残留するトナーを清掃する画
像形成装置におけるクリーニング装置に関し、特に磁力
でキャリアを担持するキャリア担持部材を備えた磁気ブ
ラシクリーニング装置に関するものである。

従来技術 潜像担持体にトナー像を形成し、これを転写材に転写
する工程を繰返し行う画像形成装置、例えば複写機、プ
リンタ等においては、トナー像転写後の潜像担持体上に
残留するトナーを清掃し、次のトナー像形成工程に備え
る必要がある。この目的で上記形式のクリーニング装置
を用いることは従来より公知である（例えば特公昭48−
37382号公報、特開昭56−51768号公報、特開昭50−7504
4号公報参照）。

磁気ブラシクリーニング装置とも称せられるこの形式
のクリーニング装置は、清掃しようとする残留トナーの
帯電極性と逆極性のバイアス電圧を、例えばクリーニン
グスリーブよりなるキャリア担持部材に印加し、該スリ
ーブ上のキャリアを帯電させてこれと逆極性の残留トナ
ーをキャリアに電気力で吸引し、残留トナーを潜像担持
体から除去するものである。この装置は、他の形式のク
リーニング装置、例えば、ファーブラシクリーニング装
置やブレード式クリーニング装置に比べ、潜像担持体に
傷を付けることが少なく、しかも長期に亘ってクリーニ
ング効果が得られる利点を有している。

この形式の装置においてクリーニング効果を高めるに
は、クリーニングスリーブに担持されたキャリアの体積
固有抵抗率、より正確に言えば、各キャリア粒子の少な
くとも表面部分における体積固有抵抗率を10¹⁰Ω・cm以
下に下げ、クリーニングスリーブに印加したバイアス電
圧によって、キャリア先端での実効バイアスを高め、キ
ャリアと潜像担持体間の電界を高めることによって、こ
の電界中に存する潜像担持体上のトナーをキャリアに強
い電気力で吸引できるように構成することが望ましい。
このようにキャリアの抵抗を下げるとクリーニング効率
を高めることができることは特開昭50−75044号公報に
も説明されている。

ところがこのような低抵抗キャリアを用い、キャリア
の電荷量を増すと、キャリアに付着したトナーにキャリ
アから逆に電荷が注入され、トナーの帯電極性が逆転す
る恐れがある。このような事態が発生すれば、トナーは
キャリアから反発されてクリーニングスリーブ側から逆
に潜像担持体側へ戻され、クリーニング性が低下するこ
とになる。

このため従来は10¹⁰Ω・cmよりも高い体積固有抵抗率
のキャリアを用い、クリーニングスリーブ上のキャリア
とトナーとの摩擦帯電量を高め、そのキャリアの電荷に
よって潜像担持体上の残留トナーをキャリアに吸引し、
高抵抗キャリアを用いることによるクリーニング効率の
低下を補っていた。

しかしながら、このようにしても充分なクリーニング
効果を得ることができないばかりか、キャリアとトナー
の摩擦帯電量を高めるために、クリーニングスリーブ又
はこれに内設されたマグネット、ないしはその両者の回
転数を高め、キャリアとトナーの撹拌力を強める必要が
あるため、キャリアに過大な外力が作用し、キャリアが
早期に劣化し、これに基づくクリーニング性の低下を生
じる恐れがあった。

目的 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、支障
なく低抵抗キャリアを用いて長期に亘って高いクリーニ
ング効果の得られる冒頭に記載した形式のクリーニング
装置を提供することである。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、潜像担持体に形
成されたトナー像を転写材に転写した後に該担持体に残
留するトナーを清掃する画像形成装置におけるクリーニ
ング装置であって、磁気ブラシを形成するキャリアを磁
力によって担持するキャリア担持部材と、清掃すべき残
留トナーの帯電極性と逆極性のバイアス電圧をキャリア
担持部材に印加する電圧印加手段とを有し、キャリア担
持部材は、これに担持されたキャリアが磁気ブラシを形
成しながら潜像担持体上の残留トナーを電気力で吸引で
きるように、該担持体表面に対向して位置しているクリ
ーニング装置において、磁気ブラシを形成しているキャ
リア粒子の体積固有抵抗率が10⁶乃至10¹⁰Ω・cmに設定
され、トナー粒子の誘電率が3.7以下に設定されている
ことを特徴とするクリーニング装置を提案する。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に従って説明し、併せて
上述した従来の問題点を図面に即してより具体的に明ら
かにする。

第１図は本発明一実施例のクリーニング装置を備えた
画像形成装置として、電子複写機の概略を示す断面図で
あり、先ずここに示した構成の概要を簡単に説明する。

第１図に例示した複写機は、その本体上部に固定され
たコンタクトガラス１上に原稿２が載置され、その全面
を光源（フラッシュランプ）3a,3bによって瞬時に照明
し、原稿面上の像全体を同時に、無端ベルト状の感光体
４として構成された潜像担持体に投影する全面同時露光
タイプである。無端ベルト感光体４は、駆動ローラ５と
３個の従動ローラ6,7,8に掛け渡されている。ベルト感
光体４はばねにより所定の張力を与えられる。また感光
体４と他の要素によって感光体ユニットが構成され、こ
のユニットは、上下のスライドレール10,11により手前
に引き出されるように構成されていて、感光体ユニット
の各ローラ軸端が、図示していない前後ユニット側板に
より支承されている。後ユニット側板には駆動モータ12
が支持され、該モータ12は駆動ローラ５を介して単独で
ベルト感光体４を駆動制御する。

複写動作開始時は、まず駆動モータ12及び図示されな
いメインモータにより後述する給紙装置やクリーニング
装置28、及びその他の要素が作動を開始し、同時にベル
ト感光体４が矢印方向に回転する。ベルト感光体の側端
部に設けられた同期マーク（図示せず）をマーク検知セ
ンサ13が検知すると、ベルト感光体周辺の作像要素が設
定されたタイミングで作動を開始する。即ち、まず帯電
チャージャ14によって感光体表面が所定の極性に帯電さ
れる。この場合、本例では有機半導体（OPC）の感光体
４が使用され、感光体４は負に帯電される。

一方、前述の如く光源3a,3bにより全面露光された原
稿からの反射光が第１ミラー15,レンズ16,第２ミラー17
を通りベルト感光体４の露光面に照射され、ここに原稿
画像が結像される。このようにして感光体表面には原稿
の画像に対応する静電潜像が形成され、この潜像は、感
光体４の回転に伴って現像装置18に至り、この時トナー
によって潜像がトナー像（可視像）化される。本例では
トナーが感光体４における静電潜像の帯電極性と逆の正
極正に帯電され、これが潜像に静電的に付着してトナー
像が形成される。

給紙装置19,20,21のうち、選択されたサイズに対応し
た給紙装置内の転写材（通常は転写紙）が矢印A,B又は
Ｃで示すように転写部９に供給される。転写部９に至っ
た転写材は、その一方の面から転写シャージャ22による
放電作用を受け、感光体４の裏面側から除電ランプ23に
より光を照射され、感光体上のトナー像が転写材に転写
される。次いで転写材は感光体４から分離される。その
際、ローラ７のローラ直径が例えば26mm程度の小なる径
である場合には、転写材の紙のこしを利用して転写材を
感光体４から曲率分離させることもできるが、図の例で
は信頼性を高めるためにAC分離チャージャ24により転写
材を感光体４から確実に分離している。

トナー像を転写された転写材は、定着装置25を通り
（矢印Ｄ）、ここでトナー像を定着され、次いで矢印Ｅ
で示すように排紙トナー26に排紙される。

感光体４上に残った転写後の残留トナーは、クリーニ
ング前チャージャ27により電荷を一様にされ、その後ク
リーニング装置28によりクリーニングされる。これによ
り次のトナー像形成工程を行うことができる。第２図に
はチャージャ27を通過した感光体４上の残留トナーを模
式化し、かつ符号Ｔを付して示してあるが、各トナー粒
子（単体）の径は、例えば10乃至20μ程度である。

本例では、感光体４上の残留トナーＴがチャージャ27
によって正極性に帯電されるものとする。より具体的に
は、感光体表面が、例えば＋100乃至＋120V程度の電位
となるような、チャージャ27のコロナ放電によって、全
ての残留トナーが正極性となり、クリーニング装置28に
進入する。

クリーニング前チャージャ27によって残留トナーを一
様に正極性に帯電するのは、トナーは分離チャージャ24
によって交流の帯電作用を受けているため、その帯電極
性の正負が一定とならず、しかも転写材の厚みや環境等
により転写条件は必ずしも一定とならないため、チャー
ジャ27へ至る前のトナーの極性が正負まちまちになるこ
とがあるためである。また転写材が搬送トラブルによっ
て転写位置９に送られなかったときは、転写位置に至っ
た感光体４上の全トナーが転写されず、転写チャージャ
22によって全体が負極性に帯電されるが、このような場
合もそのトナーをチャージャ27によって正極性に帯電す
ることができる。

上述した複写サイクルを繰返し行うことにより、トナ
ー像の形成された転写材を順次得ることができる。

第２図はクリーニング装置28の詳細を示す断面図であ
る。このクリーニング装置28は、ベルト感光体４の裏面
側に配置されたバックアップローラ30に、感光体４を挟
んで対向したクリーニングスリーブ31より成るキャリア
担持部材を有している。

クリーニングスリーブ31は第２図における時計方向に
回転可能に支持され、その内部に適数のマグネット32が
収容されている。これらのマグネット32は位置不動に固
定され、スリーブ31の内周面を向い側にＳ極とＮ極が交
互に現われるように配置されている。スリーブ31の表面
には、例えば120μ程の直径の粒子から成るキャリア33
が乗っており、各キャリア粒子には予めトナーが静電的
に付着している。このキャリアとトナーは一般にクリー
ニング剤と称せられている。スリーブ31は導電性の非磁
性体、例えばアルミニウムから成る。

第３図にも符号33を付して模式的に示したように、キ
ャリアの各粒子（単体）は、例えば鉄等の磁性体から成
るコア34と、そのまわりに被覆されたコート35から構成
されている。スリーブ31上のキャリア33に付着したトナ
ーについては、感光体４上の残留トナーと識別するため
第３図では符号ｔを付して示してある。このようにコア
34が磁性体であるため、キャリア33はスリーブ31に内設
されたマグネット32（第２図）の磁力によってスリーブ
31のまわりに担持されて磁気ブラシを形成し、スリーブ
31が第２図における時計方向に回転することによって、
スリーブ周面上を同じ方向に搬送される。スリーブ31上
のキャリアは、これが感光体４に対向したとき感光体４
に接してもよいし、非接触であってもよい。また本例で
は、トナーT,tは非磁性トナーである。

クリーニングスリーブ31には、チャージャ27を通過し
た残留トナーＴの帯電極性と逆極性の負のバイアス電圧
が電圧印加手段、図の例では例えば−170Vの電源36によ
って印加され、スリーブ31上の各キャリア粒子33は負極
性に帯電している（第３図参照）。

クリーニング前チャージャ27を通過した残留トナーＴ
が感光体４の走行によってクリーニングスリーブ31の近
傍に達すると、このトナーＴは性極性に帯電しているの
で、その逆の負極性に帯電したキャリア33に電気力で吸
引され、感光体４から離れてキャリア33に付着する。即
ち、スリーブ31ないしはキャリア33と、感光体との間に
形成された電界によって、残留トナーＴがキャリア33に
静電的に移行するのである。

スリーブ31上のキャリア33とトナーｔがスリーブ31の
回転により互いに撹拌混合され、キャリア33は負極性
に、トナーｔは正極性に摩擦帯電される。トナーｔとキ
ャリア33は互いに相対的に位置をずらしながら運動して
いるので、この摩擦によるキャリアの電荷によっても残
留トナーＴがキャリア33に吸引される。

感光体４からキャリア側に移行したトナーは、スリー
ブ31の回転に伴ってキャリアと共に搬送され、スリーブ
31に対置されたトナー回収ローラ37に回収される。この
ローラ37はそれ自体公知の如く例えば金属等の導電体か
ら成り、電源41によって、スリーブ31に対する印加電圧
よりも高値の負のバイアス電圧（例えば−300V）が印加
され、適宜な方向、例えば時計方向に回転駆動されてい
る。このようにローラ37の方がスリーブ31よりも高値の
電圧を印加されているため、スリーブ31上のキャリア33
と、トナー回収ローラ37との間に電界が掛けられる。例
えば前述のようにスリーブ31に−170V、トナー回収ロー
ラ37に−300Vの電圧が印加されるとすれば、これらの間
に、300−170＝130Vの電界が形成され、正に帯電してキ
ャリアに付着していたトナーは、このトナーだけがロー
ラ37に電気的に吸引され、該ローラ37に付着して回収さ
れる。トナー回収ローラ37に移行したトナーは、該ロー
ラ37の表面に圧接したブレード42によってローラ37から
掻き取られ下方のナー受け43に落下し、搬送コイル44に
よって搬出される。

スリーブ31上のトナーがトナー回収ローラ37を通ると
き、全てのトナーがローラ37に回収されるのではなく、
所定量のトナーがキャリアに付着したままローラ37を通
過する。この残されたトナーがクリーニング剤の一部を
構成する前述のトナーｔとなり、該トナーｔとキャリア
33との摩擦により、キャリアが摩擦帯電され、残留トナ
ーＴを引き付ける。このように、スリーブ31上にはキャ
リアのほか所定量のトナーｔが常に担持され、これがキ
ャリアを摩擦帯電させる。

以上のように、クリーニング装置28は、感光体４より
成る潜像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写し
た後に該担持体に残留するトナーを清掃する。そして、
このクリーニング装置28は、磁気ブラシを形成するキャ
リア33を磁力によって担持するクリーニングスリーブ31
として構成されたキャリア担持部材と、清掃すべき残留
トナーＴの帯電極性と逆極性のバイアス電圧をキャリア
担持部材に印加する電源36より成る電圧印加手段を有し
ており、クリーニングスリーブ31より成るキャリア担持
部材は、これに担持されたキャリア33が磁気ブラシを形
成しながら感光体４より成る潜像担持体上の残留トナー
Ｔを電気力で吸引できるように、潜像担持体表面に対向
して位置している。このようにして残留トナーＴが清掃
されるのであるが、かかる構成と作用は従来の磁気ブラ
シクリーニング装置と異なるところはない。

この場合、先にも説明したようにスリーブ31上の各キ
ャリア粒子の体積固有抵抗率（正確には各キャリア粒子
の少なくとも表面部分、図の例ではコート35の体積固有
抵抗率）が低い程、スリーブ31への印加電圧による電荷
が、スリーブ31上の最先端のキャリア粒子にまで効果的
に及び、これによりキャリアと感光体との間の電界が強
まり、キャリア先端での実効バイアスが高まる結果、残
留トナーＴを強い電気力でキャリア33に引き付けること
ができ、クリーニング効果を高めることが可能である。
つまり、スリーブ31に同一のバイアス電圧を掛けたと
き、磁気ブラシを形成するキャリアの電気抵抗が低い
程、磁気ブラシ先端（第３図における最下方に位置する
キャリア33の下部先端）での電圧ドロップを小さくでき
るのである。

第４図はキャリアの体積固有抵抗率と感光体上の残留
トナーのクリーニング率との関係を示したグラフの一例
である。これから判るようにキャリア粒子の体積固有抵
抗率は、10¹⁰Ω・cm以下、特に10⁸Ω・cm以下である
と、クリーニング率が高まり、逆に抵抗率が10¹⁰Ω・cm
よりも高くなると、クリーニング率は急激に低下する。
尚、ここに示したクリーニング率は、クリーニング装置
に進入してくる残留トナーの量をＸ（mg/cm²）、クリー
ニング装置通過後の残留トナー、即ちクリーニングでき
なかったトナーの量をＹ（mg/cm²）としたとき、 で表わされる率（％）で求めたものである（但し従来の
クリーニング装置のようにキャリア33から一部のトナー
が感光体４に戻されることがある場合には、この戻しト
ナーの量について無視したものを示している）。

上述のようにキャリアの体積固有抵抗率は低い程有利
である。ただこれがあまり低すぎると、スリーブ31上の
キャリア33とトナーｔとの摩擦帯電が起り難くなり、キ
ャリアの摩擦帯電による残留トナーＴのクリーニング効
率が低下するため、キャリアの体積固有抵抗率は一般に
10⁶乃至10¹⁰Ω・cm、特に10⁶乃至10⁸Ω・cm程度が好ま
しい。

このような理由で、本例のクリーニング装置28におい
ては、磁気ブラシを形成しているキャリア粒子の体積固
有抵抗率が10⁶乃至10¹⁰Ω・cmに設定されている。

ところが、キャリアが上述のような低い体積固有抵抗
率を有し、これによりスリーブ先端のキャリアの負の電
荷量が高まると、従来のクリーニング装置においては、
感光体４からキャリア33に移行した正極性のトナー粒子
に、キャリアの側から負極性の電荷が注入されることが
ある。この電荷注入は、特にトナーｔがキャリアの表面
を移動するときに、キャリアと同電位になろうとし、即
ち安定状態になろうとして生じるものと思われる。この
ような事態が生じると、トナーｔはキャリア33と同極性
となるため、トナーとキャリア33は互いに反発し合い、
第３図に鎖線で示し、かつ符号TTで示したように、スリ
ーブ31側のトナーが逆に感光体４の側に戻される。特に
本例のようにトナーが非磁性であると、このトナーは磁
石32による磁力の作用を受けないため、キャリアから感
光体上に戻りやすい。感光体に戻されるトナーがあれ
ば、その量がわずかであっても、それだけクリーニング
効率が低下する。

このように低抵抗キャリアを用いると、残留トナーの
クリーニング性自体は第４図から判るように高いのであ
るが、従来のクリーニング装置においては、低抵抗キャ
リアを用いた副作用として、キャリアに付着した一部の
トナーが感光体に戻されてしまう所謂逆現像現象が発生
する欠点を有していたのである。この現象はキャリアが
低抵抗であればある程顕著に現われる。

このため従来はトナーの極性を逆転させることのない
ように高抵抗キャリアを用いざるを得なかったが、高抵
抗キャリアは残留トナーのクリーニング率が低い（第４
図）。

そこで本発明者は、10⁶乃至10¹⁰Ω・cmの体積固有抵
抗率のキャリアを使用し、しかもキャリアに移行したト
ナーが感光体４に戻されない最適な状況下で感光体のク
リーニング装置を行える条件を見い出すべく各種検討を
重ねた。

その結果、残留トナーＴと予めスリーブ31に担持させ
るトナーｔの誘電率が、キャリアに付着したトナーが感
光体４に戻されるか否かに重大な影響を与えることを確
認することができた。即ち、トナー粒子の誘電率を適正
値に設定することによって、10⁶乃至10¹⁰Ω・cmの体積
固有抵抗率を有するキャリアを用いても、キャリアに付
着したトナーが感光体に戻ることを効果的に抑制するこ
とができるのである。

第５図はその実験結果の一例を示すグラフであり、横
軸に使用したトナーの誘電率を、縦軸にはクリーニング
装置28を通過した後に感光体４に付着しているトナーの
量を、反射濃度で示したものである。実験は次のように
行った。

クリーニング装置28を通過した感光体表面の画像形成
領域に透明な転写テープを貼り、感光体上に残っている
トナーを転写テープに転写した。次いでこのテープを感
光体４からはがし、これを白紙上に貼り付け、その上か
ら反射濃度計により反射濃度を測定した。反射濃度計は
Macbeth社製Macbeth濃度計MDEL RD514を使用した。こ
のような操作を、予めスリーブ31に担持させるトナー
と、現像装置18に収容するトナーの誘電率εを各種変え
て繰返し行い、Ｌで示す結果を得た。クリーニング装置
28で用いたキャリアの体積固有抵抗率は10⁸Ω・cmであ
り、これはいかなる誘電率のトナーに対しても同一とし
た。また実験に用いた白紙と、これに貼り付けた透明テ
ープだけの反射濃度値は0.1であり、したがって実際の
実験を行った結果、クリーニング装置を出た感光体の反
射濃度が0.1であったとすれば、感光体上には実質的に
トナーが全く存在しないことを意味する。

第５図の結果から判るように、使用するトナーt,Tの
誘電率の値が低い程、クリーニング装置28を出た後の感
光体に残っているトナーの量が少なく、クリーニング性
が高められる。即ち、誘電率の低いトナーを用いると、
スリーブ31上のキャリアに移行したトナーないしは予め
スリーブ31上に担持されたトナーが感光体４に戻される
現象を少なくできるのである。これによって、10⁶乃至1
0¹⁰Ω・cmの体積固有抵抗率を有するキャリアを用いて
クリーニング率を高める利点を得ながら、キャリアから
感光体４に戻されるトナーを少なくし、次に形成される
トナー像の画質を高めることができる。

ところで、実際に複写機を使用する際、クリーニング
装置28を出た感光体４上の反射濃度が0.19以下であれ
ば、これが次に形成されるトナー像の地汚れとして現わ
れることはなく、実用上問題はないとされている。この
ように反射濃度を0.19以下にできるトナーの誘電率は、
第５図から判るように3.7以下である。

本例では、このような観点から、トナー粒子の誘電率
が3.7以下に設定されている。また第５図から判るよう
に、3.5以下の誘電率を有するトナーを用いれば、キャ
リアから感光体に戻されるトナーの量をより効果的に低
減でき、クリーニング装置を出た感光体表面の反射濃度
を0.17以下に抑えることができ、特に有利である。

以上、本発明の特定の実施例を説明したが、本発明は
上述した実施例に限定されず各種改変可能である。例え
ばクリーニングスリーブを回転させずに固定し、これに
内設されたマグネットの方を回転させてクリーニング剤
を搬送してもよいし、スリーブとマグネットを共に回転
駆動してもよい。また本発明はドラム状の感光体を用い
る画像形成装置や、誘電体から成る潜像担持体を用いた
画像形成装置等のクリーニング装置にも適用できること
は明らかである。この場合、用いる潜像担持体の性質に
よって、その帯電極性、現像時のトナーの帯電極性、各
スリーブへ印加するバイアス電圧の極性が変る場合のあ
ることは当然である。例えばセレン系の感光体を用いた
場合には、帯電チャージャ14によって感光体を正極性に
帯電し、現像時のトナーを負極性に帯電させることがで
きる。その際、クリーニング前チャージャ27によって残
留トナーを、例えば負極性に帯電させ、クリーニングス
リーブ31に正極性の電圧を印加することができる。また
図示した実施例では、キャリア担持部材としてクリーニ
ングスリーブを用いたが、これの代りにベルト等を用い
ることも可能であり、さらに複数のキャリア担持部材を
潜像担持体に対置させて、残留トナーを清掃するように
構成することもできる。

効果 本発明によれば、キャリア粒子の体積固有抵抗率を10
⁶乃至10¹⁰Ω・cmに設定すると共に、トナー粒子を誘電
率を3.7以下に設定するという極く簡単な構成によっ
て、残留トナーのクリーニング性を高く保つことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例のクリーニング装置を備えた複
写機を示す概略断面図、第２図はクリーニング装置の詳
細を示す拡大断面図、第３図はクリーニング動作を模式
的に示した説明図、第４図はキャリアの体積固有抵抗率
とクリーニング率の関係の一例を示すグラフ、第５図は
実験結果の一例を示すグラフである。 28……クリーニング装置、33……キャリア、t,T……ト
ナー

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潜像担持体に形成されたトナー像を転写材
   に転写した後に該担持体に残留するトナーを清掃する画
   像形成装置におけるクリーニング装置であって、磁気ブ
   ラシを形成するキャリアを磁力によって担持するキャリ
   ア担持部材と、清掃すべき残留トナーの帯電極性と逆極
   性のバイアス電圧をキャリア担持部材に印加する電圧印
   加手段とを有し、キャリア担持部材は、これに担持され
   たキャリアが磁気ブラシを形成しながら潜像担持体上の
   残留トナーを電気力で吸引できるように、該担持体表面
   に対向して位置しているクリーニング装置において、 磁気ブラシを形成しているキャリア粒子の体積固有抵抗
   率が10⁶乃至10¹⁰Ω・cmに設定され、トナー粒子の誘電
   率が3.7以下に設定されていることを特徴とするクリー
   ニング装置。