JP3568489B2 - クリーニング装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，感光体ドラム，感光体ベルト、トナー像中間転写体などの像担持体に付着したトナーを掻き取るファーブラシ，スポンジローラなどのトナー掻き取り手段を備えたクリーニング装置および画像形成装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置のクリーニング装置には、弾性ブレードや植毛ブラシ等のトナー掻き取り手段が備えられている。図４は画像形成装置の作像部１００を示す概略断面図である。感光体ドラム１０４は図中の矢印で示すように右回転しており、この感光体ドラム１０４に帯電装置１０３により表面電荷が与えられ、像露光装置１２０で感光体ドラム１０４の外周に静電潜像が形成された後、現像装置１０７により感光体ドラム１０４外周の静電潜像がトナーにより現像される。このトナー像は、図中右方向から給紙された用紙Ｐに、転写装置１２１によって転写される。その後感光体ドラム１０４はさらに回転してクリーニング装置１１８で外周に転写されずに残ったトナーを除去され、その後除電ランプ１２７により感光体ドラム１０４外周の電荷が除去される。１２６は回転するファーブラシローラであり、感光体ドラム１０４外周のトナーをほぐしながら一部書き取り、弾性ブレード１２３でトナーは完全に除去される。感光体ドラム１０４から除去されたトナーは、回収スパイラル１２６により図外の回収容器に回収される。
【０００３】
ここで、ファーブラシローラ１２５には、回収されたトナーが徐々に蓄積することになるため、クリーニング装置１１８のハウジング１１８ａと感光体ドラム１０４との隙間から漏出、飛散して、帯電装置１０３、除電ランプ１２７などを汚染することにより、画像不良等を引き起こすことがあった。これを解決するため実公平６−３５２５７では、バイアス電圧を印加した導電性毛ブラシと、この導電性毛ブラシを軸架する側版の両軸受け部との間を、スポンジ、ゴム等の弾性部材によって充填することによって、毛ブラシ両端からのトナー飛散を遮蔽する提案がされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記実公平６−３５２５７の提案では、確かに画像形成初期にはトナー飛散防止効果が認められるが、何万枚も画像形成出力されることにより導電性毛ブラシ内部にトナーが徐々に蓄積される。そしてそれが飽和に達すると、毛ブラシ両端ではそのトナーが弾性部材によって遮蔽されることにより行き場を失い、弾性部材と感光体ドラムとの間にたまってくる。このような状態になると、対向する感光体ドラム外周両端を汚染し、除電ランプや帯電装置を汚染したり、長期間のうちには感光体ドラム外周両端にトナーがフィルミングして、それが弾性部材を削るため、その削りくずが帯電装置に入り込み、帯電装置中で高電圧をリークさせることにより画像形成不能になる原因となる。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ファーブラシローラやその他スポンジローラ等のトナー掻き取り手段からのトナー飛散を長期間にわたり防止することにより画像品質を長期間維持し、像担持体の外周両端へのトナーのフィルミングの発生を防止することにより、帯電装置中での高電圧リーク等の故障を防ぐことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項記載の発明は、回転軸の回りに植毛され、回転軸を介して交流バイアス電位が印加されるブラシを像担持体の外周に当接させこの外周に付着したトナーを回転しつつ掻き取るトナー掻き取り手段をそのハウジング内に備えたクリーニング装置において、上記クリーニング装置ハウジングのトナー掻き取り手段両端部側には、上記像担持体外周に当接するシール部材が設けられ、上記シール部材と上記トナー掻き取り手段の間には、上記掻き取り手段の端部から溢れたトナーを吸収するための隙間が２乃至１０ｍｍ設けられていることを特徴としている。
【０００７】
この構成によれば、トナー掻き取り手段とシール部材の間に隙間が設けられているため、ブラシ内部のトナー蓄積量が飽和に達しても、蓄積されたトナーが上記隙間に吸収されるため、シール部材と像担持体との間にトナーが溜まることがなく、それにより像担持体外周端部のトナー汚染やフィルミングの発生がない。その結果,下流の装置の汚染による画像劣化や故障の発生がなくなる。そして、上記隙間が２乃至１０ｍｍであることにより、この隙間に溜まったトナーは、像担持体外周に当接するトナー掻き取り手段端面に接触してトナー掻き取り手段端面の回転によりトナー溜まりが崩されて、クリーニング装置のハウジング内へ回収される。隙間が１０ｍｍを越えるとこの作用が及ばなくなり、トナー掻き取り手段端面近傍のトナーは崩れるが遠方のトナーは崩れずに残ってしまう。また隙間が２ｍｍ未満だと、トナー溜まりが崩れる前にトナー蓄積量が飽和に達しやすく、トナー汚染やフィルミングが発生しやすくなる。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１記載のクリーニング装置において、上記トナー掻き取り手段の上記像担持体外周に当接する軸方向の領域が、上記像担持体外周に担持される画像の領域をすべて含むことを特徴としている。この構成によれば、像担持体外周の画像の領域すべてのトナーをトナー掻き取り手段が掻き取れるので、トナーの取り残しが無く、また像担持体外周のトナーがシール部材を直接汚染して像担持体外周にフィルミングを形成する恐れがない。
【００１０】
また請求項３の発明は、請求項１又は２のクリーニング装置において、上記トナー掻き取り手段が、上記像担持体の外周と当接する面で同じ方向に回転することを特徴としている。この構成によれば、上記隙間に溜まったトナーがトナー掻き取り手段端面の回転により、像担持体外周とは反対側に崩されてクリーニング装置のハウジング内へ回収されるため、崩されるとき像担持体の外周を汚すことがない。
【００１１】
また請求項４の発明は、請求項１のクリーニング装置において、上記シール部材は、上記クリーニングハウジングの両側壁内側に形成され上記像担持体の外周面に沿った外面を有するリブを覆うように貼設されていることを特徴としている。この構成によれば、シール部材を像担持体外周面に沿った状態で貼設することができる。
【００１２】
また本発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のクリーニング装置を有する画像形成装置であってもよい。
【００１３】
以下に，添付図面を参照しつつ，本発明を具体化した実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。図１は本発明が用いられた電子写真方式の画像形成装置であるデジタル式の複写装置５０の概略断面図を示している。複写装置５０は下方に複数の記録紙収納部３１を有し、その上方に両面ユニット３２が配置され、その上方には画像形成部３３と定着装置３４が設けられている。更にその上部には画像読み取り装置３５、ＬＳＵ（レーザー走査光学系ユニット）４７と、最上部には自動原稿搬送装置３６が取り付けられている。
【００１４】
画像形成部３３には感光体ドラム４０の円周上に、帯電装置４１、現像装置４２、クリーニング装置４３が配置された作像ユニット４４が設けられており、下方には感光体ドラム４０に対向して転写装置４６が配置されている。感光体ドラム４０はアルミ円筒の表面に感光層が形成されており、図１において時計方向に回転駆動される。帯電装置４１はコロナ放電により回転する感光体ドラム４０の表面を＋３００Ｖ乃至＋４００Ｖに帯電させる。帯電装置４１の回転方向の下流側では画像読み取り部３５で読み取られた原稿画像がレーザー発光信号に置き換えられ、ＬＳＵ４７から原稿画像のレーザー光が照射されて感光体ドラム４０に照射され静電潜像が形成される。
【００１５】
現像装置４２では現像ローラが回転して、現像ローラ表面に形成された磁気ブラシが感光体ドラム表面に接触して、静電潜像に対して、＋に帯電したトナーを付着させてトナー画像を形成する。トナー画像は転写装置４６において、記録用紙が感光体ドラムと４０とその周速と同じ速度で移動する転写ベルト４６ａとの間に挟持された状態で搬送されながら帯電されてトナー画像が記録紙上に転写される。転写装置４６の下流側には本発明を用いたクリーニング装置４３が配置されており、感光体ドラム４０の表面上に残留したトナーや他の付着物が除去される。
【００１６】
図２はクリーニング装置４３の詳細断面図である。図２に示すように，クリーニング装置４３は感光ドラム４０に当接（圧接）されたファーブラシ（トナー掻き取り手段）１を回転自在に具備し，上記ファーブラシ１で掻き取られたトナーを蓄積するためのハウジング４を主要な構成要素として具備している。上記クリーニング装置４３内には，さらに感光ドラム４０の周面に当接され、上記ファーブラシ１の上側に配置されたブレード５、及びファーブラシ１に当接され、上記ファーブラシ１の感光ドラム４０とは反端側に配置されたたスクレーパ１４が設けられている。ブレード５はウレタンゴム等の弾性材料でできており，支軸５ａを挟んでブレード５の反対側に設けられた錘り５ｂにより感光ドラム３の表面に押圧され，上記ファーブラシ１で落とし切れなかった感光ドラム３上のトナーを強制的に掻き落とし，スクレーパ１４は，弾性部材で形成されており，その先端部はファーブラシ１の長手方向に渡って，その回転方向に沿う方向で表面に当接しており，ファーブラシ１の表面に付着したトナーを掻き落とす。
【００１７】
また，１１はスクレーパ１４の下に配置されたスパイラルと呼ばれる回転体で，らせん状の羽根を備え，紙面に直角の軸１２の周りに回転することで，トナーを紙面に直角の方向に搬送し，クリーニング装置４３外に搬出する。上記各回転体の駆動系は、図外のハウジング４の後側（図１紙面の後側）にギアの組み合わせとして構成されており，図外の駆動モータに繋がっている。感光体ドラム４０は、図２では時計回り（矢印１２）方向に所定の速度で回転する。ファーブラシ１は、感光体ドラム４０とは当接面で同方向となる反時計回り（矢印２０）方向に、その外周の移動が感光体ドラム４０とほぼ同速度となるようにその回転軸９が回転駆動される。またスパイラル１１は、スパイラル１１が回収されるトナーを十分搬送できる回転数で、軸１２が時計回り方向に回転駆動される。ファーブラシ１の回転軸９とスパイラル１１の軸１２は、感光体ドラム４０の回転開始と同時に回転を開始し、感光体ドラム４０の回転停止と同時に回転を停止する。
【００１８】
次にクリーニング装置４３のファーブラシ１の仕様について説明する。ファーブラシ１は、感光体ドラム表面に残留しいるトナーや付着した記録紙の紙粉、記録紙中の微量添加物などを除去する目的のものである。そのためにファーブラシ１には、回転軸９の回りに放射状に化学繊維のブラシ１ａが植毛されている。記録紙中の添加物は感光体にこびりつく場合もありブラシ１ｂには一定以上の腰の強さが必要である。ブラシ１ｂの腰の強さにはブラシの原糸太さ、ブラシ長さ、ブラシの植毛密度などが影響する。複写装置３０のクリーニング装置４３には、原糸太さが４５０デニール（Ｄ）、１５フィラメント（Ｆ）相当のポリエステル繊維を用いて、芯軸に１５０００本／平方インチ程度の密度で植毛したものを用いている。芯軸の径は１０ｍｍでありブラシ部の外径は約２０ｍｍ程度である。
【００１９】
また、ファーブラシ１の腰の強さ及び清掃能力は感光体ドラム４０に対する押し当て量（食い込み量）によっても変化するものである。食い込み量を大きくすると、清掃効果は高くなるが、感光体ドラム表面との摩擦力が大きくなり、ファーブラシの回転ムラの影響を受けやすくなる問題がある。また、ファーブラシは使用時間の経過とともにブラシの変形などにより腰が弱くなったりブラシ部の直径が小さくなるのを避けられず、食い込み量を小さくすると回転ムラの影響は低減することが可能であるが、ファーブラシ１は３０万枚の画像形成（Ａ４サイズ紙換算）が可能な程度に寿命を有していても、途中で十分な清掃効果が得られなくなる不具合が生じる場合がある。これらを考慮すると、ファーブラシ１の食い込み量は０．５ｍｍ以上が必要であり、回転ムラの影響が問題にならない範囲で更に大きく設定するのが望ましい。
【００２０】
また、このファーブラシ１のブラシ１ｂは、所定の測定方法で測定した電気抵抗が２×１０の８乗Ω以下である。この所定の測定方法とは、軸間距離１９ｍｍで軸線が平行になるよう並べた直径２０ｍｍの測定用アルミ円筒とファーブラシ１の回転軸９との間の電気抵抗を測定するものである。ここでは、ファーブラシ１のブラシ１ｂ部分の軸方向全長が測定用アルミ円筒に接触するようにし、アルミ円筒と回転軸９との間には印加電圧２０Ｖの電源を繋ぎ、電源と回転軸９の間に１ｋΩのモニター抵抗を設け、このモニター抵抗両端での抵抗測定を行うものである。本実施形態のクリーニング装置４３では、このファーブラシ１には回転軸９を介してＡＣ２５０Ｖ（１ｋＨｚ）の電圧が印加されており、この交流電圧によりブラシ１ｂに接触した感光体ドラム４０はその電荷が除去あるいは減少させられて、感光体ドラム４０の外周から離れやすくされ、ブラシ１ｂで容易に掻き取られるようになる。
【００２１】
また、ファーブラシ１の回転速度については、感光体ドラム４０との周速差によって清掃効果に顕著な差異が生じることはなく、清掃効果の寿命に関しても大きな変化は見られない。しかし、周速差が過大になるとブラシが清掃作用以外に感光体ドラム表面を磨耗するためファーブラシの周速は感光体ドラムに対して±２０％以内に設定するのが望ましい。
【００２２】
次に、クリーニング装置４３を感光体ドラム４０の方向から観た模式図である図３により、本発明の特徴と効果を説明する。尚、図３（ａ）は改良前のクリーニング装置であり、図３（ｂ）は本発明のクリーニング装置である。図３（ａ）においては、便宜上図３（ｂ）と同じ符号を用いて説明する。
【００２３】
図３（ａ）の改良前のクリーニング装置は、ハウジング４の前後両側壁の外外間寸法は感光体ドラム４０の長さとほぼ同じであり、ハウジング４の前後両側壁内側には、感光体ドラム４０の外周面に沿った外面を有するリブ４ａが両側壁間の中心線に向かって形成されている。このリブ４ａの両方には、例えば数ｍｍ長のアクリル繊維を植毛したフェルト状のシール部材３０がリブ４ａを覆うように貼設されている。このシール部材３０のハウジング４の両側壁間の中心線側の端部は、ブレード５の側端面と、ファーブラシ１の感光体ドラム４０への当接部分であるブラシ１ａの端面とほぼ一致するようになっている。
【００２４】
図３（ｂ）の本発明のクリーニング装置は、ファーブラシ１のブラシ１ａの端面と、シール部材３０のハウジング４の両側壁間中心線側端部の間に、所定の隙間ｄが設けられている。この隙間ｄは、この実施例では両側共３．５ｍｍ程度であり、それ以外は図３（ａ）の改良前のクリーニング装置はと同じである。この両者を用いて１０万枚のコピーを行ったところ、改良前のクリーニング装置ではブラシ１ａの両端部から溢れたトナーがシール部材３０を帯状に汚染し（３０ａ）、対向する感光体ドラム４０の周面にはドラムを１周するリング状のトナーのブロッキングが観察されており、シール部材３０のトナーで汚染された部分の植毛はかなりの部分が欠落していた。そして、通算８万枚から１０万枚にかけてのコピー中に画像両端部にグレー状かぶりが発生し、時々帯電装置４１がリークして装置が停止した。
【００２５】
一方、本発明のクリーニング装置では、シール部材３０の帯状汚染や感光体ドラム４０のリング状のトナーブロッキングの発生はなく、コピー中の画像両端部かぶりや、帯電装置４１のリークによる装置の停止も皆無であった。さらに３０万枚までコピーしたが、シール部材３０の汚れが僅かに発生した程度で、コピー中のかぶりや帯電装置４１のリークによる装置の停止は、やはり発生しなかった。
３０万枚後の隙間ｄを観察したところ、多少トナーが溜まっていたが、感光ドラム４０の周面に達するほどではなく、ファーブラシ１の回転によってすぐにハウジング４内に回収される状態だった。
【００２６】
以上のように、本発明における効果は上記実験結果から明白であり、ファーブラシ１とシール部材３０の間に隙間ｄを設けることによりブラシ１ａ両端部から溢れたトナーが隙間ｄに吸収されることにより、クリーニング装置４３のハウジング４に効率良く回収されるため、トナーがシール部材３０に到達することはなく、感光体ドラム４０の外周をトナーで汚染したりトナーがブロッキングしてシール部材３０の植毛を欠落させたりすることが防止され、その結果、除電ランプや帯電装置の汚染による画像かぶりや帯電装置のリークによる装置停止が防止される。
【００２７】
尚、隙間ｄを種々寸法に変更しての上記と同様の実験により、この効果は、隙間ｄが２ｍｍ乃至１０ｍｍの範囲で有効であることが確認された。ここで隙間ｄが１０ｍｍを越えると、ファーブラシ１端面に隙間ｄに溜まったトナーが接触してトナー掻き取り手段端面の回転によりトナー溜まりが崩される効果が隙間ｄ全域に及ばなくなり、クリーニング装置のハウジング内へ回収された。この作用が及ばなくなり、隙間ｄからトナーが溢れてシール部材３０や感光体ドラム４０周面を汚染した。また隙間が２ｍｍ未満だと、トナー溜まりが崩れる前にトナー蓄積量が飽和に達しやすく、トナー汚染やフィルミングが発生しやすくなった。またこの効果は、好ましくは隙間ｄが３ｍｍ乃至５ｍｍであれば最も有効であった。
【００２８】
また、本発明のクリーニング装置４３では、ファーブラシ１のブラシ部分の長さＬは約３０５ｍｍであり、画像が転写される最大用紙幅Ｄ＝２９７ｍｍ（Ａ３版の縦幅）よりも大きい。感光体ドラム４０周面に形成されるトナー像はこの最大用紙幅Ｄの間のみに存在するから、ブラシ部分の長さＬは感光体ドラム４０周面に形成されるトナー像すべてをカバーすることになる。このことは、画像が隙間ｄの部分に掛かって掻き取られなかったり、シール部材３０に掛かってシール部材３０を汚染したりすることがないことを示している。これにより本発明の効果はさらに向上する。
【００２９】
また、ファーブラシ１の回転方向は、感光体ドラム４０の外周と当接する面で同じ方向に回転している。すなわち、隙間ｄに溜まったトナーは、ファーブラシ１の端面の回転により、感光体ドラム４０の回転方向下流側で感光体ドラム４０とは反対側に崩されてクリーニング装置のハウジング内へ回収される。そのため、感光体ドラム４０外周がこのトナーのハウジング内への回収時に汚染されることがない。これにより本発明の効果はさらに向上する。
【００３０】
また、上記実施形態では、スクレパー等の簡易なトナー除去手段でトナーを効率良く回収できることから、本発明に好適なトナー掻き取り手段としてファーブラシを使用しており、これにより、ブラシ部分にトナーが溜まって掻き取り効率を低下させるようなことがない。しかし、本発明では、ファーブラシ以外に、スポンジローラやフェルトローラ等、他のトナー掻き取り手段を使用した場合でも上記のような効果を発揮することができるものである。
【００３１】
また、上記実施形態は、像担時体として感光体ドラムのクリーニング装置に適用しているが、カラー複写機における中間転写ドラムのクリーニング装置に適用することも十分可能である。また、感光体ベルト、転写搬送ベルト、中間転写ベルト等のベルト状像担時体のクリーニング装置に適用することも十分可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明のように、請求項１に係る本発明によれば、トナー掻き取り手段とシール部材の間に所定の隙間が設けられているため、ブラシ内部のトナー蓄積量が飽和に達しても、上記隙間に蓄積されたトナーが吸収されるため、シール部材と像担持体との間にトナーが溜まることがなく、それにより像担持体外周端部のトナー汚染やフィルミングの発生がない。その結果,下流の装置の汚染による画像劣化や故障の発生がなくなる。そして、上記隙間が２乃至１０ｍｍであるので、この隙間に溜まったトナーは、像担持体外周に当接するトナー掻き取り手段端面に接触してトナー書き取り手段端面の回転によりトナー溜まりが崩されて、クリーニング装置のハウジング内へ回収される。隙間が１０ｍｍを越えるとこの作用が及ばなくなり、トナー書き取り手段端面近傍のトナーは崩れるが遠方のトナーは崩れずに残ってしまう。また隙間が２ｍｍ未満だと、トナー溜まりが崩れる前にトナー蓄積量が飽和に達しやすく、トナー汚染やフィルミングが発生しやすくなる。
【００３４】
また請求項２の発明は、請求項１記載のクリーニング装置において、上記トナー掻き取り手段の上記像担持体外周に当接する軸方向の領域が、上記像担持体外周に担持される画像の領域をすべて含むので、像担持体外周の画像の領域すべてのトナーをトナー掻き取り手段が掻き取れるため、トナーの取り残しが無く、また像担持体外周のトナーがシール部材を直接汚染して像担持体外周にフィルミングを形成する恐れがない。
【００３５】
また請求項３の発明は、請求項１又は２のクリーニング装置において、上記トナー掻き取り手段が、上記像担持体の外周と当接する面で同じ方向に回転するので、上記隙間に溜まったトナーがトナー掻き取り手段端面の回転により、像担持体外周とは反対側に崩されてクリーニング装置のハウジング内へ回収されるため、崩されるとき像担持体の外周を汚すことがない。
【００３６】
また請求項４の発明は、請求項１のクリーニング装置において、上記シール部材は、上記クリーニングハウジングの両側壁内側に形成され上記像担持体の外周面に沿った外面を有するリブを覆うように貼設されていることを特徴としている。この構成によれば、シール部材を像担持体外周面に沿った状態で貼設することができる。
【００３７】
また請求項５の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載のクリーニング装置を有する画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の上記実施形態にかかるクリーニングユニットを設けることの出来る画像形成装置全体の断面図。
【図２】本発明の一実施形態にかかるクリーニングユニットの断面図。
【図３】本発明の一実施形態にかかるクリーニングユニットの側面図。
【図４】従来のクリーニングユニットを説明するための画像形成部の断面図。
【符号の説明】
１…ファーブラシ（トナー掻き取り手段）
１ａ…ブラシ（トナー掻き取り手段）
４…ハウジング
３０…シール部材
４０…感光体ドラム（像担持体）
４３…クリーニング装置
５０…複写装置（画像形成装置）
ｄ…隙間

Claims (5)

1. 回転軸の回りに植毛され、回転軸を介して交流バイアス電位が印加されるブラシを像担持体の外周に当接させこの外周に付着したトナーを回転しつつ掻き取るトナー掻き取り手段をそのハウジング内に備えたクリーニング装置において、
   上記クリーニング装置ハウジングのトナー掻き取り手段両端部側には、上記像担持体外周に当接するシール部材が設けられ、
   上記シール部材と上記トナー掻き取り手段の間には、上記掻き取り手段の端部から溢れたトナーを吸収するための隙間が２乃至１０ｍｍ設けられていることを特徴とするクリーニング装置。
2. 上記トナー掻き取り手段の上記像担持体外周に当接する軸方向の領域が、上記像担持体外周に担持される画像の領域をすべて含むことを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置
3. 上記トナー掻き取り手段が、上記像担持体の外周と当接する面で同じ方向に回転することを特徴とする請求項１または２記載のクリーニング装置。
4. 上記シール部材は、上記クリーニングハウジングの両側壁内側に形成され上記像担持体の外周面に沿った外面を有するリブを覆うように貼設されている請求項１記載のクリーニング装置。
5. 上記請求項１乃至４のいずれかの請求項記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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