JP4541760B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等において像担持体表面を清掃するクリーニング装置を備える画像形成装置に関し、特に、像担持体とクリーニング装置との接触によって生じる騒音の低減する画像形成装置に関する。

従来の騒音防止は、吸音・遮音材による受動的な対策が中心だったが、能動騒音制御（Active Noise Control）は逆相の音を意図的に出して干渉で消す。考え方は古くからあるが、実際の応用では高度な制御技術が必要で実現しなかった。

近年ようやく、信号処理技術の進歩などの発展で実現できるようになった。このようなアクティブノイズコントロールで有名なものとして、冷蔵庫や自動車などに応用されたものがあり、これらは騒音に対して、スピーカなどを用い逆位相の音を出すことによって干渉させて音を打ち消すものである。

また、騒音を低減させる目的とした発明として、特許文献１に示す消音装置では、騒音の波形と逆波形の音を発生させて騒音を打ち消す技術を用い、複写機の大きな騒音源の一つである駆動モータを対象として効率のよい騒音改善を行っている。
特許文献２に示す画像形成装置では、被加振体である感光体ドラムにダイナミックダンパを設けることによりドラムの振動を低減させることで、騒音を低減させている。
特開平５−１４２８８７号公報 特開平７−１９９７３１号公報

しかしながら、従来の画像形成装置の感光体ユニットなどでは、クリーニングブレードと感光体間の摩擦によりスティックスリップが生じ、スティックスリップによる振動が加振源となって感光体から高音の騒音が発生したり、振動がクリーニングブレードからユニット筐体で伝播して騒音を発生する問題がある。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、像担持体の残留トナーを除去する際に、像担持体とブレード部材との接触による振動を低減するために、振動に対して逆位相の振動を与えることにより、振動を打ち消しあうことで騒音を低減することができる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、本発明の画像形成装置は、像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするブレード部材と該ブレード部材を保持するホルダーから構成されたクリーニングブレードを備えるクリーニング装置を備えた画像形成装置において、該像担持体と前記ブレード部材との接触によって生じる振動を検知する振動検知手段と、前記振動に対して、同振幅かつ逆位相の振動を与える圧電素子と、前記圧電素子を制御する制御手段と、が前記ブレード部材を保持するホルダーに備えられ、前記制御手段は、前記振動検知手段によって検知された振動の振動周波数及び振幅量を演算する演算手段と、前記演算手段によって得られた振動周波数及び振幅量に基づいて、同振幅かつ逆位相の振動をフィードバックとして前記圧電素子を可動させるフィードバック処理手段と、を有するとともに、前記振動検知手段及び同振幅かつ逆位相の振動を与える前記圧電素子は、前記ブレード部材の長手方向にそれぞれ複数個設けられることを特徴とする。

前記記載の画像形成装置であって、前記ブレード部材を保持するホルダーは、非金属であることを特徴とする。

以上の説明から本発明は、ブレード部材又はブレード部材を保持するためのホルダーに振動状態を検知可能な振動検出手段及び振動を制御可能な圧電素子を設け、振動状態に基づいて逆位相の振動を与えるように圧電素子の振動を制御する制御系を設けた事により、ブレード部材又はホルダーで発生する振動が圧電素子による逆位相加振により低減して加振力が低下するため、クリーニング装置と感光体で発生する騒音が低減することができる。

次に添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、画像形成装置の構成を示した図である。
図１に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転する像担持体１を備え、その周囲の帯電手段２、露光手段３、現像手段４、クリーニング装置６、除電手段７が配置されている。また、像担持体１上から転写された転写材８上のトナー像を定着するための図示しない定着装置が配置されている。

帯電手段２は、像担持体１表面に所定の距離で像担持体１と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段２にバイアスを印加することによって像担持体１を所定の極性、所定の電位に帯電する。

露光手段３は、発光素子としてＬＤあるいはＬＥＤを使用し、画像データに基づき像担持体１に光を照射し静電潜像を形成している。現像手段４は、内部に固定されたマグネットローラと回転自在の現像剤担持体を備えており、現像剤を現像材担持体上に保持させている。

本発明では、現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いた二成分磁気ブラシ現像を用いている。その他の現像方式としてはキャリアを用いない一成分現像方式を用いてもよい。現像剤担持体には、現像バイアス電源から電圧が印加される。この現像バイアスと像担持体１表面に形成された静電潜像の電位との電位差により、現像領域にて静電潜像に帯電したトナーを付着させて現像を行うものである。

転写手段５は、転写時に像担持体１表面に所定の押圧力で接触し、電圧が印加されることにより像担持体１と転写手段５との間の転写ニップ部で像担持体１表面のトナー像を転写剤８に転写する。本発明では、転写ローラを用いて転写を行っている。コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。

除電手段７は、クリーニング装置により残留トナーを除去された像担持体１の残留電荷を除電するもので、ＬＥＤなどを用いた光除電方式である。

クリーニング装置６は、ホルダーとブレード部材などで構成され、ブレード部材を像担持体１に対して押し当てることにより、像担持体１から残留トナーを除去する。クリーニング装置により像担持体１からクリーニングされたトナーは、トナー搬送部材によって、廃トナーとして図示しない廃トナーボトルに蓄えてサービスマンなどにより回収、あるいはリサイクルトナーとして現像装置などに運ばれ現像に使用される。

このような構成のクリーニング装置の場合、ブレード部材と感光体との間でスティックスリップが発生することが知られている。スティックスリップにより、クリーニングブレードや感光体は加振され、音響放射することによって騒音が発生する。

特に、感光体が共振した際や、クリーニングブレードが共振して感光体への加振力が大きくなった場合は、騒音は大きくなる。従って、クリーニングブレードの振動を抑え、騒音のもととなる加振力を低減させることで、低騒音化が可能である。参考として、クリーニングブレードの共振時における曲げモードの一例を図２に示した。

本発明では、クリーニングブレードに発生する振動を圧電素子により逆位相の振動を付与することにより加振力を低減させる事とした。図３にブレード振動と圧電素子による逆位相振動の参考図を示した。同図のように、ブレードで発生する振動と同振幅、逆位相の振動を与えた場合に、ブレードでの振動は、打ち消しあうことで理論的には０となる。

同図のようになるような同振幅、逆位相の振動を付与可能な本発明の概略を図４に示した。図４に示すように、ブレード部材１０またはブレード部材を保持するためのホルダー１１に振動状態を検知可能な振動検出手段１３及び振動を制御可能な圧電素子１２を設け、振動状態に基づいて逆位相の振動を与えるように圧電素子の振動を制御する制御系を設けた事により図３で示すような振動を付加することが可能となる。

ここで用いる圧電素子は、圧力を加えることにより電圧が発生したり、逆に電圧を与えると変形したりする特性を有するものである。従って、振動検出手段１３として圧電素子を用いることで、容易にブレードで発生している振動状態を獲得することが可能である。また、加速度センサやレーザを用いた振動検出でも可能である。

図２で示すような曲げ振動の場合は、圧電素子は厚さや大きさも自由に作成することが可能であり、ブレードに対する設置場所に制限が少ない。設置方法は、貼り付けホルダーやブレード部材に曲げなどの振動が付加可能であればどんな方法でもよく、例えばエポキシなどの接着剤を用いることで可能となる。また、振動検出手段１３及び圧電素子１２の位置は、ブレード全体の振動が制御可能な位置であれば限定はない。

次に、図５を参照して、クリーニング装置の構成を説明する。
振動検出部２０で検知された振動が、振動検出部２０で電圧データとして得られ、データをＡ／Ｄ変換２１により離散化した後、演算部２２で、周波数及び振幅、位相データを算出する。さらに同データを用いて、ブレードの振動が目標となる状態になるように制御アルゴリズムにより逆位相振動をフィードバックとして圧電素子１２を駆動させる。

この動作を、繰り返し行うことにより、ブレードの振動を低減することが可能である。また、フィードバック制御アルゴリズムにロバスト性を持たせることにより、個体差、温度などの環境条件に対応した振動低減が可能となる。

これにより、制御系がフィードバック制御系であり、ブレード部材１０又はホルダー１１の振動周波数及び振幅量を演算する演算部２２と、所定の振幅量となるようにフィードバックゲインを圧電素子１２が駆動するための処理部からなることにより、振動状態に応じた制御がフィードバックにより可能となり、さらに演算部２２と圧電素子処理部の構成から、適切な逆位相振動を生成可能となり低騒音となる。

さらに、クリーニングのホルダーは金属を用いる場合が多いが、ホルダー自身が樹脂などの非金属であった場合は、一般的に金属と比較して減衰性が高い、従って、スティクスリップで発生した振動の増幅率が金属よりも小さいため、クリーニングで発生する加振力は低下し、結果として低騒音につながる。

これにより、ホルダーが非金属であることにより、一般的に金属と比較して樹脂などは減衰性が高く、ホルダーで発生する振動の増幅を抑えられるだけでなく、圧電素子による逆位相の加振力も小さく済むため、電力の低減につながる。

図６に振動検出手段及び圧電素子を複数個設けたクリーニングブレードの概略を示した。クリーニングブレードで発生する振動は、図２で示すような単純な曲げ振動である場合以外に、ブレードの長手方向に対して、複雑な振動状態を示すことがある。このような場合、振動検出部の位置によりそれぞれ振動状態が異なるため、あるポイントにおける振動だけでは、ブレード全体の振動を制御できない不具合が生じる場合もある。

そこで、振動検出手段を複数設けることにより、ブレード全体における振動状態を把握し、さらに複数個の圧電素子により、それぞれの位置で振動が低減するような加振を与えることで、ブレード全体の振動が低減して、低騒音化が可能となる。

また、振動検出手段を複数個有することで、例えばブレード長手方向で発生し、異なる振動状態を検出することが可能となり、適切な振動低減のための制御振動を発生させることが可能となり、低騒音となる。
さらに、振動を制御可能な圧電素子を複数個有することで、例えばブレードの長手方向で発生し、異なる振動状態に対して、複数の圧電素子の加振により逆位相振動を与えることが可能となり、適切な振動低減のための制御振動を発生させることが可能となる。
さらに、減衰性の高いブレード部材又はブレード部材を保持するためのホルダーなどでは、圧電素子による振動を与えた場合でも、離れた場所では減衰により振動が低減されてしまうことがあるため、複数個の加振により、適切な振動低減による低騒音化が可能となる。

次に、図７は、クリーニング装置を備えたプロセスカートリッジの構成を示した図である。
本発明においては、像担持体、帯電手段、現像手段等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジ３０として一体に結合して構成し、プロセスカートリッジ３０を複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。クリーニング装置を着脱自在であるプロセスカートリッジ３０内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換が容易に行うことができるようになる。

次に、クリーニング装置を含むプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置に適応した実施例について説明する。
図８は、プロセスカートリッジ３０を並置した形式のカラー画像形成装置である。
プロセスカートリッジ３０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色ごとに４つ配置されている。各プロセスカートリッジ３０で現像された像担持体上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルトに順次転写される。

このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行われ、転写ベルト上に多重転写され、転写材にまとめて転写される。そして、転写材上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。プロセスカートリッジ３０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に限定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。

通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。

そこで、本実施例のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施形態における画像形成装置の構成を示した図である。 本発明の実施形態におけるクリーニングブレードの共振時における曲げモードの一例を示した図である。 本発明の実施形態におけるブレード振動と圧電素子による逆位相振動を示した図である。 本発明の実施形態における同振幅、逆位相の振動を付与可能なブレード部材及びホルダーの構成を示した図である。 本発明の実施形態におけるクリーニングブレードの構成を示した図である。 本発明の実施形態における振動検出部及び圧電素子を複数個設けたクリーニングブレードの構成を示した図である。 本発明の実施形態におけるクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジの構成を示した図である。 本発明の実施形態におけるプロセスカートリッジを並置した形式のカラー画像形成装置の構成を示した図である。

符号の説明

１ 像担持体
２ 帯電手段
３ 露光手段
４ 現像手段
５ 転写手段
６ クリーニング装置
７ 除電手段
８ 転写材
１０ ブレード部材
１１ ホルダー
１２ 圧電素子
１３ 振動検出手段
２０ 振動検出部
２１ Ａ／Ｄ変換部
２２ 演算部
２３ フィードバック処理部
３０ プロセスカートリッジ

Claims (2)

1. 像担持体に当接して残留するトナーをクリーニングするブレード部材と該ブレード部材を保持するホルダーから構成されたクリーニングブレードを備えるクリーニング装置を備えた画像形成装置において、
   該像担持体と前記ブレード部材との接触によって生じる振動を検知する振動検知手段と、
   前記振動に対して、同振幅かつ逆位相の振動を与える圧電素子と、
   前記圧電素子を制御する制御手段と、が前記ブレード部材を保持するホルダーに備えられ、
   前記制御手段は、前記振動検知手段によって検知された振動の振動周波数及び振幅量を演算する演算手段と、
   前記演算手段によって得られた振動周波数及び振幅量に基づいて、同振幅かつ逆位相の振動をフィードバックとして前記圧電素子を可動させるフィードバック処理手段と、を有するとともに、
   前記振動検知手段及び同振幅かつ逆位相の振動を与える前記圧電素子は、前記ブレード部材の長手方向にそれぞれ複数個設けられることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ブレード部材を保持するホルダーは、非金属であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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