JP4180894B2 - クリーニング装置、このクリーニング装置を有する画像形成装置用ユニット及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いるクリーニング装置、及びこのクリーニング装置を有する画像形成装置あるいは画像形成装置を構成するユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
被清掃体を清掃するクリーニング装置は従来より各種の技術分野における機械、装置に広く採用されている。例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ等として構成される画像形成装置においては、像担持体の表面を清掃するクリーニング装置や、像担持体を帯電する帯電ローラの周面を清掃するクリーニング装置、あるいは転写ベルトの表面を清掃するクリーニング装置等が用いられている。
【0003】
このようなクリーニング装置として、被清掃体の表面に摺接するブラシローラを備えたクリーニング装置が広く利用されている(例えば特許文献1参照)。この技術は、ブラシローラを駆動装置によって回転駆動し、被清掃体表面に接触するブラシの線速に差をもたせて被清掃体表面に付着した異物を掻き取ることにより清掃するように構成されている。またブラシローラの自重により被清掃体の表面に摺接し、被清掃体の回転に従動して被清掃体表面に付着した異物を除去し、清掃する構成を採る技術もある。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−140763号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の一般的なブラシの構成においては、ブラシローラを駆動する駆動装置が必要となるだけでなく、一般にブラシの毛倒れと称するブラシ繊維の永久変形を抑えるため、ブラシの食い込み量を規制する手段を設ける必要がある。またブラシローラに駆動装置を設置することによって、コスト上昇や構造が複雑化する問題点もある。
【0006】
さらに、ブラシローラの中心と被清掃体の中心の位置決めにより、ブラシローラのブラシが被清掃体の表面に圧接し、ブラシ繊維が変形してしまうという問題もある。このブラシ繊維の永久変形を抑えるために、ブラシ繊維の長さを2mm以下で均一な長さ、密度を20000本/cm2以上、太さを2デニール以下、ブラシローラ重量を50g以上200g以下というようにブラシの諸元を規定した技術もある。
【0007】
しかしながら、ブラシ繊維の先端が被清掃体に対して一様な角度で摺接し、またブラシローラの接触圧力が一定で、被清掃体表面に加える弾性反発力が一様になるため、除去しにくい異物が残ってしまうことが起こりやすいという問題がある。
【0008】
本発明は上記従来の問題点にかんがみ、ブラシ繊維の永久変形、コスト上昇や構造の複雑化を抑え、除去しにくい異物でも残さずに取り去り得るというクリーニング装置、これを用いた画像形成装置あるいは画像形成装置を構成するユニットを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係るクリーニング装置は、上記目的を達成するために、被清掃体の表面に摺接して清掃を行うブラシローラを有し、該ブラシローラの繊維の長さが2mm以下でかつ長さが一様でなく、かつ、該ブラシローラ断面の毛先の外形形状が波状で、上記ブラシローラ長手方向の繊維長さが一様であるクリーニング装置において、上記ブラシローラ断面の外形形状が、正多角形の各辺内側が各辺の両端にある点を結ぶ円弧曲線状をなし、上記各辺における外形円弧曲率が均一であることを特徴とする。なお本明細書において「摺接」という用語は、こすれながら接触することだけを意味するものではなく、「当接」等のような近接あるいは類似する状態をも含むものとする。
【0012】
同請求項2に係るものは、上記目的を達成するために、請求項1のクリーニング装置において、上記外形円弧曲率を上記被清掃体の外形円弧曲率以上としてなることを特徴とする。
【0013】
同請求項3に係るものは、上記目的を達成するために、請求項1または2のクリーニング装置において、上記ブラシローラの上記被清掃体への摺接加圧を該ブラシローラの自重により行うことを特徴とする。
【0014】
請求項4に係る本発明の画像形成装置用ユニットは、上記目的を達成するために、請求項1ないし3のいずれかのクリーニング装置を備えてなることを特徴とする。
【0015】
請求項5に係る本発明の画像形成装置は、上記目的を達成するために、請求項1ないし3のいずれかのクリーニング装置または請求項4の画像形成装置用ユニットを備え、上記ブラシローラを、上記被清掃体の回転中心を通る水平線よりも上方に配置して上記被清掃体の周面に摺接させてなることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下に説明する実施形態は、被清掃体が画像形成装置の帯電ローラである場合の例であるが、はこれに限定されず本発明のクリーニング装置は種々の被清掃体に対して用いることができる。
【0017】
図1は、本発明に係るクリーニング装置を装備する対象となる画像形成装置の一例を示す断面図である。図示の画像形成装置は、電子複写機、プリンタ、ファクシミリまたはこれらの少なくとも2つの機能を備えた複合機等として用いられるものである。
【0018】
図1の画像形成装置は、ドラム状の感光体である像担持体1を有し、画像形成動作の開始に伴って、像担持体1を矢印A方向に回転駆動し、像担持体1の表面に対向配置した帯電ローラ2が、図示していない駆動装置により、または像担持体1の表面の移動に従動して矢印B方向に回転する。帯電ローラ2は、芯金3と、そのまわりに固定した弾性体4とからなる。この帯電ローラ2が上述のように回転するとき、
芯金3に所定極性の帯電電圧を印加し、これによって像担持体1の表面を所定の極性に帯電させる。
【0019】
帯電した像担持体1の表面には、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット(図示せず)から射出する光変調したレーザビームLBを照射し、これによって像担持体1の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置5によりトナー像として可視像化する。現像装置5は、粉体状の現像剤Dを収容した現像ケース6と、現像剤Dを担持して搬送する現像ローラ7を有し、矢印C方向に回転駆動する現像ローラ7の周面に担持した現像剤のトナーを像担持体1に形成した静電潜像へ静電的に移行させ、像担持体1上の静電潜像をトナー像として可視像化する。
【0020】
像担持体1には、矢印E方向に駆動する転写ベルト8を対向配置し、図示しない給紙部から給送した転写紙Pを、この転写ベルト8に担持して搬送する。転写紙Pが像担持体1と転写ベルト8の間の転写領域を通るとき、転写ベルト8を挟んで像担持体1に対向配置した転写装置9に転写電圧を印加し、これによって像担持体1の表面に形成したトナー像を転写紙P上に静電的に転写する。像担持体1上に形成したトナー像を中間転写体に転写し、その転写トナー像を転写紙に転写する装置構成もある。
【0021】
トナー像転写後に像担持体1の表面に付着している転写残トナーは、像担持体1の表面に圧接するクリーニングブラシ10とクリーニングブレード11からなるクリーニング部材によって掻き取り除去する。一方、トナー像を転写された転写紙Pは、図示しない定着装置を通り、熱と圧力の作用によってトナー像を定着され、機外へ排紙される。
【0022】
図1に示した画像形成装置においては、像担持体1、帯電ローラ2、クリーニングブラシ10及び後述するブラシローラ12を、ユニットケース13に回転自在に組み付け、かつクリーニングブレード11の基端部をユニットケース13に固定し、これらの要素によって一体的なユニット14を構成している。このユニット14を、画像形成装置本体に固定したガイドレール15に沿って図の紙面手前側に引き出し、または奥側へ押し込んで、ユニット14を所定の位置に装填できるようになっている。クリーニングブラシ10、クリーニングブレード11及びユニットケース13の一部により構成するクリーニングケース16によって、像担持体1の表面を清掃する像担持体用のクリーニング装置17を構成している。
【0023】
帯電ローラ2は、像担持体1を帯電するために、前述のように像担持体1に対向設置する。この帯電ローラ2は、像担持体1の回転により像担持体1の表面に摺接しつつ清掃する。ただし、画像形成動作が行われるとき、クリーニングブレード11をすり抜けたトナーや、画像形成装置本体内に浮遊するトナーなどの異物が帯電ローラ2の周面に付着することがあり、これを放置すると像担持体1の帯電むらや帯電不良が発生し、像担持体1上に形成するトナー像の画質が劣化する。
【0024】
そこで、ブラシローラ12を備えた帯電ローラ用のクリーニング装置18を設けてある。ブラシローラ12は、帯電ローラ2に対して平行に延び、図2及び図3にも示すように、金属または硬質樹脂などの剛体よりなる芯軸19と、芯軸19の周面に基端部を固定した多数の繊維よりなるブラシ20を有している。ブラシ20は、図3に符号Wで示した範囲において、芯軸19の全周にわたって設けてある。このブラシ20が、図1及び図2に示すように、被清掃体である帯電ローラ2の表面に当接する。
【0025】
ブラシローラ12は、ブラシ20がブラシローラ12としての自重によって帯電ローラ2の表面に当接し、かつ帯電ローラ2の回転に従動して矢印G方向に回転する。具体的には、図1及び図2に示すように、ユニットケース13の奥側の側板13Aと、手前側の側板(図示せず)に、図3にも鎖線で示すように軸受部材21をそれぞれ固定し、各軸受部材21には下部が開放したガイドスロット22をそれぞれ形成し、各ガイドスロット22にブラシローラ12の芯軸19の長手方向各端部を回転自在に、かつそのガイドスロット22に沿って矢印F方向(帯電ローラ2の表面に対して接離する方向)に摺動自在に嵌合させてある。各ガイドスロット22の幅は、芯軸19の各端部の直径よりもわずかに大きく設定し、これにより芯軸19の各端部が各ガイドスロット22にガタつくことなく嵌合することができるようになっている。
【0026】
ブラシローラ12は、帯電ローラ2の上部領域に位置し、かつその芯軸19の各端部がガイドスロット22に摺動自在に嵌合している。そのためブラシローラ12のブラシ20が、ブラシローラ12の自重によって帯電ローラ2の表面に当接する。しかも、芯軸19の各端部がガイドスロット22に回転自在に嵌合しているので、帯電ローラ2が矢印B方向に回転するとき、ブラシローラ12は、帯電ローラ2の表面の移動に従動して矢印G方向に回転できる。ブラシローラ12が帯電ローラ2の回転に対して連れ回わりし、このとき帯電ローラ2の表面に摺接するブラシ20が帯電ローラ2の表面に付着したトナーを除去し、清掃する。すなわちブラシローラ12が帯電ローラ2の回転に従動回転するので、ブラシローラ12を回転駆動するための駆動装置は不要である。しかも、ブラシ20が帯電ローラ2の表面に過度に強く当ることがないため、帯電ローラ2の表面の摩耗を抑え得る。
【0027】
また、ブラシローラ12が帯電ローラ2に当接しない状態でのブラシローラ12の半径と帯電ローラ2の半径との和から、ブラシローラ12が帯電ローラ2に当接した状態でのブラシローラ12の中心と帯電ローラ2の中心との間の距離を引いた値が、ブラシ20の食い込み量であるが、この食い込み量が大きくなりすぎると、ブラシ20の繊維が早期に劣化してこれが永久変形する。すなわちブラシの倒れが発生する。逆にブラシの食い込み量が少なすぎると、帯電ローラ2の表面の清掃効率が低下する。そこで、既述のようにブラシローラの中心と帯電ローラの中心の間の距離が一定となるように両者の相対位置を調整してブラシの食い込み量を規制する手段を設けると、それだけクリーニング装置のコストが上昇し、構造が複雑化する。そこで本実施形態のクリーニング装置18は、ブラシローラ12がその自重によって帯電ローラ2の表面に当接するように構成し、ブラシローラ12の重量を調整するだけで、所望するブラシの食い込み量が得られるようにしてある。
【0028】
ブラシ20の繊維の長さは、2mm以下でかつ長さが一様でないように構成する。このブラシ20の繊維の長さとは、芯軸19に対して固定した根元部分を除いてフリーな繊維部分の長さである。さらに詳細には、図4に示すように、ブラシローラ12断面の毛先の外形形状を波状にし、ブラシローラ長手方向の繊維長さを一様に設定する。具体的には、ブラシローラ12の断面形状を、正六角形の各辺内側が各辺の両端にある点を結ぶ円弧曲線状をなし、各辺における外形円弧曲率を均一である構成とし、しかも外形の円弧曲率を帯電ローラ2の外形円弧曲率以上として構成してある。
【0029】
このような構成にすると、ブラシ20の繊維長が場所により異なるため、ブラシローラ12の重心が上下に移動し、連れ周りの回転速度が一様でなくなる。そのため帯電ローラ2の表面をより擦りやすくなり、異物の除去性が高まる。すなわち、長い繊維の先端が帯電ローラ2の表面に接する時間が長く、また摺接する角度が変化するから、繊維の弾性によって異物をはじき飛ばすことができる。また短い繊維は硬くて取りにくい異物を除去することにもなる。しかも、帯電ローラ2の表面に圧接して弾性的に曲げ変形した繊維の基端部に作用する曲げモーメントが小さくなり、これにより長期にわたってブラシ20の倒れ(永久変形)の発生を抑えることができ、ブラシローラ12の寿命を伸ばすことができる。
【0030】
なお、一般にブラシローラ12のブラシ20の先端部に付着したトナーを除去するには、ブラシ20をフリッカーに打ち当てるのが普通であるが、ブラシ20の繊維長を上述のように構成すると、図1に示すように、ブラシ20をフリッカーに打ち当てなくてもブラシ20の先端部に付着したトナーを除去できることがわかっている。その理由は必ずしも明らかではないが、繊維が上述のような短さであると、帯電ローラ2の表面に圧接して弾性変形した繊維が、ブラシローラ12の回転に伴って帯電ローラ2から離れるときに瞬時にして元の形態に弾性復帰するので、このときの衝撃によって繊維の先端部に付着したトナーが繊維から振り飛ばされるためであると考えられる。
【0031】
またなお、ブラシ20の繊維の太さと密度は適宜設定すればよいが、例えば太さを2デニール以下とし、繊維の密度を20000本/cm2以上、特に30000本/cm2に設定すると、帯電ローラ2の表面に多数本の繊維が当接することになり、これによって各繊維に加えられる荷重を小さくすることができる。これによっても長期にわたってブラシの倒れの発生を抑えることができる。また、繊維の密度をこのように高めると、帯電ローラ2の表面に摺接する繊維の本数が増大するので、帯電ローラ2の表面を効率よく清掃し、その汚れむらをなくすことができ、像担持体1上に常に高品質な画像を形成することが可能となる。
【0032】
また、ブラシローラ12の重量も適宜設定すればよいが、例えば重量を50g以上で200g以下に設定すると、ブラシ20の適度な食い込み量を保証でき、かつブラシローラ12を円滑に連れ回わりさせることが可能となる。ブラシローラ12の重量が50gより小さいと、ブラシの食い込み量が少なくなりすぎて、帯電ローラ2の表面の清掃効率が低下し、重量が200gよりも大きいと、ブラシの食い込み量が過度に大きくなって、ブラシの倒れが促進されやすくなる。
【0033】
また、ブラシ20を芯軸19に固定するのは適宜な方法によって行えばよいが、特に、ブラシ20の繊維基端部をブラシローラの芯軸19の周面に静電植毛法により固定すると、芯軸19に対して、短い繊維を高密度に植毛することができる。これにより、長期間に亘ってブラシの倒れの発生を防止でき、ブラシローラ12の寿命を伸ばすことが可能となる。
【0034】
例えば、芯軸19の範囲Wに接着剤を塗布し、多数の繊維の基端部をその接着剤に静電的に付着させて、当該繊維の基端部を接着剤を介して芯軸19に固定することができる。ブラシの繊維の材質も適宜選択できるが、実験によると、特にナイロン66やPET(ポリエチレンテレフタレート)などの樹脂により繊維を構成すると、ブラシの倒れを効果的に抑え、適度な食い込み量が得られることが確認されている。
【0035】
また、帯電ローラ2に付着したトナーをブラシに静電的に吸引できる材料によって、当該ブラシの繊維を構成すると、帯電ローラ2の表面の清掃効率を一層高めることができる。
【0036】
さらに被清掃体が、図1に示した帯電ローラ2のように、円柱状に形成された回転体である場合には、図5に示すように、その回転体2Aの回転中心Oを通る水平線Hよりも上方の回転体周面の範囲Sにブラシローラ12を当接させれば、そのブラシローラ12の自重によって、ブラシ20を支障なく回転体に当接させることができる。
【0037】
以上、被清掃体が像担持体1に対向してその像担持体1を帯電する帯電ローラ2である場合のクリーニング装置の例を説明したが、帯電ローラ2以外の各種被清掃体を清掃するために、上述した各構成のクリーニング装置を用いることができる。例えば、図1に示した像担持体1や、前述の中間転写体上に付着した転写残トナーを除去するために、前述のブラシローラ12を有するクリーニング装置を用いることもでき、また転写ベルト8上に付着したトナーを除去するクリーニング装置にも前述の各構成を採用することができる。
【0038】
また図1に示した例のように、少なくとも、クリーニング装置18と、帯電ローラ2の如き被清掃体を一体的に組み付けてユニット14を構成することもでき、その場合、ブラシローラ12の径をごく小さくしてユニット14を小型化できる。クリーニング装置と被清掃体とを備える画像形成装置の場合も同様であり、画像形成装置を小型化することが可能となる。
【0039】
【発明の効果】
本発明に係るクリーニング装置、これを用いた画像形成装置あるいは画像形成装置を構成するユニットは、以上説明してきたように、除去しにくい異物でも残さずに取り去り得るというだけでなく、ブラシ繊維の永久変形、コスト上昇や構造の複雑化を抑え、小型化が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るクリーニング装置を装備する対象となる画像形成装置の一例を示す断面図である。
【図2】図1のブラシローラの拡大図である。
【図3】同正面図である。
【図4】本発明に係るクリーニング装置の一実施形態を示す断面図(A)と斜視図(B)である。
【図5】被清掃体に対するブラシローラの配置位置を説明する図である。
【符号の説明】
1 像担持体
2 帯電ローラ
3 芯金
4 弾性体
5 現像装置
6 現像ケース
7 現像ローラ
8 転写ベルト
10 クリーニングブラシ
11 クリーニングブレード
12 ブラシローラ
13 ユニットケース
14 ユニット
16 クリーニングケース
17 像担持体用のクリーニング装置
18 帯電ローラ用のクリーニング装置
19 芯軸
20 ブラシ
H 被清掃体の水平線
O 同回転中心
P 転写紙
Claims (5)
- 被清掃体の表面に摺接して清掃を行うブラシローラを有し、該ブラシローラの繊維の長さが2mm以下でかつ長さが一様でなく、かつ、該ブラシローラ断面の毛先の外形形状が波状で、上記ブラシローラ長手方向の繊維長さが一様であるクリーニング装置において、上記ブラシローラ断面の外形形状が、正多角形の各辺内側が各辺の両端にある点を結ぶ円弧曲線状をなし、上記各辺における外形円弧曲率が均一であることを特徴とするクリーニング装置。
- 請求項1のクリーニング装置において、上記外形円弧曲率を上記被清掃体の外形円弧曲率以上としてなることを特徴とするクリーニング装置。
- 請求項1または2のクリーニング装置において、上記ブラシローラの上記被清掃体への摺接加圧を該ブラシローラの自重により行うことを特徴とするクリーニング装置。
- 請求項1ないし3のいずれかのクリーニング装置を備えてなることを特徴とする画像形成装置用ユニット。
- 請求項1ないし3のいずれかのクリーニング装置または請求項4の画像形成装置用ユニットを備え、上記ブラシローラを、上記被清掃体の回転中心を通る水平線よりも上方に配置して上記被清掃体の周面に摺接させてなることを特徴とする画像形成装置。
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