JP4571466B2 - フリッカバーアセンブリ及び電子写真式プリンタ - Google Patents

Description

本発明は、印刷システムの画像生成表面から、残存インクおよびゴミを除去する技術に関し、特に、画像生成ベルトの裏部から残存インクおよびゴミを取り除くクリーニングに関する。

近年の高速および高品質プリンタでは、主要な画像生成サブシステム内における間隙のスペーシングおよび位置調整に、高度な精密性が必要とされる。そのような精密性は、静電写真式画像生成システム中の画像現像サブシステム内において、特に重要である。画像現像サブシステムではトナーインクが、供給部材から、電荷の差異によって画像生成表面上に形成された潜像へ転写される。供給部材と画像生成表面との間の間隔が、画像生成幅にわたって実質的に不均一であると、画像密度が不均一になったり、画像生成上の他の欠陥が生じてしまう。画像生成表面が、供給部材に対して移動する可撓性エンドレスベルトから成る場合は、精密な間隙の維持は特に困難である。それにしたがい、裏打バーまたは他のウェブ（ベルト状部材）案内部材を用いることが多い。そのような部材を用いることで、現像サブシステムを含む主要な画像生成サブシステム内をベルトが通過する際に、ベルトを支持し、張力を付与し、精密な配列および間隙維持を実現しようとしている。

しかし、精密に配置および配列された裏打バーを用いた場合であっても、移動する受光体または他の画像生成表面の裏部に集積する残存トナーおよびゴミによって、間隙がかなり変形されて画像生成上の異常が生じてしまうことが、経験上判明している。そのような残存トナーおよびゴミは、現像サブシステムもしくは一次または二次クリーニングシステムから漏れたトナー、画像表面またはコピー基材から振り落とされたトナー、ならびに、コピー基材と共にシステム内に侵入した紙繊維および他のゴミなどから成る。そのようなトナーおよびゴミをできる限り抑制し回収するよう配慮が為されているにもかかわらず、いくらかのトナーおよびゴミは漏れ出し、画像生成ベルトの裏面へ（特に、ベルトの裏面が帯電している場合に）誘引される。トナーおよびゴミの総量は少量ではあるが、ベルトの裏面が接触する表面上にそれらがだんだんと蓄積していく。接触表面には、裏打バーおよび他のウェブ案内部材などが含まれるが、それらに限定されない。重大な箇所に多く蓄積すると、必要とされている間隙および位置調整が損なわれる可能性がある。この現象は、ハイブリッド非接触式（scavengeless）現像（ＨＳＤ）およびハイブリッドジャンピング現像（ＨＪＤ）システムなどの新しいトナー現像システムにおいて、特に発生しやすい。これらのシステムではトナーが、現像ギャップ（間隔）内で、帯電トナー粒子から成る雲状物を形成する。その雲状物からトナー粒子が、画像生成表面上の逆極性に帯電された画像領域へ誘引される。それによって、トナー画像が画像表面上に形成される。受光体と供給部材との間の現像ギャップを設定する裏打バーに、かなりの量のトナーまたはゴミが蓄積すると、画像幅全体にわたって必要とされるギャップの精密な間隙が損なわれ、画像生成上の欠陥が生じてしまう。

画像生成ベルトの内側をクリーニングする方法は様々考えられるが、画像生成表面自体から残存トナーおよびゴミを取り除くために使用する回転式円筒ブラシと同様のものを用いることも一つの方法である。ベルト裏部クリーニングシステムに関連しうる画像生成表面クリーニングシステムの様々な態様が、以下の文献において開示されている。以下の文献の全体を、本願に引用して援用する。

特許文献１には、清掃すべき受光体表面に近接して取り付けられた回転可能なブラシが開示されている。そのブラシは、ブラシの繊維が受光体を横断して連続的に拭うよう回転される。コピー機内の汚れレベルを低下させるために、吸引システムが設けられている。その吸引システムは、ブラシ繊維にゆるく付着している残存トナーを引き離し、コピー機から排出する。吸引システムが残存トナーを除去しやすくするために、ブラシ繊維は、コロナ生成装置からの中性化イオンスプレーで処理される。このイオンスプレーは、受光体表面をブラシが拭った時に発生しうる摩擦帯電を打ち消すことを意図する。しかしながらこのブラシは、継続的使用によってトナーで汚染されてしまい、望ましい回数より頻繁に交換する必要があった。コピー機およびプリンタの処理速度が向上するにつれて、上記ブラシクリーニング技術は、改良無くしては実用的でなくなった。

特許文献２には、より効率的な残存トナークリーニングシステムが開示されている。このシステムでは、特許文献３の残存トナークリーナにおいて、バイアス印加された移転ロールとは逆の極性の電荷を、ブラシ繊維およびそれに付着したトナーに誘導するよう、コロナ生成装置を配置している。それにより、ブラシで回収されたトナーは、ブラシからロールへ効率的に移転される。特許文献４には、ブラシからのトナーの除去が、電気的にバイアスされたフリッカバー（振り落としバー）を用いても実現できることが開示されている。

特許文献５には、光伝導性表面からトナー粒子を除去する、回転可能な円筒ブラシを用いたクリーニング装置が開示されている。ブラシは、ハウジング内で回転できる状態で支持される。ハウジングは、光伝導性表面に対面した開口部と、吸引源を含む導管に連通する孔とを有する。ブラシは、ハウジングの開口部から延伸して、光伝導性表面に接触する。複数のフリッカバーが、ハウジングの内部であって、吸引源によって生成された気流中に設置されている。それらのフリッカバーは、拭うように接触することでブラシ繊維を静電的に帯電させるのみならず、ブラシの１回転に対して少なくとも１回ブラシの電荷を反転させることが可能な材料で構成される。

特許文献６には、コピー機またはプリンタの画像担持表面からトナー粒子を除去する、回転式円筒ブラシおよび吸引クリーニング装置が開示されている。ブラシを囲んで実質的に密閉するハウジングは、画像担持表面に隣接した開口部を有する。ブラシは、ハウジングの開口部から延伸して、画像担持表面に接触する。ブラシの回転方向は、画像担持表面の移動方向とは逆方向である。ハウジングにおいて、開口部のほぼ反対側に、細長いスロットが設けられる。そのスロットを通じて、ハウジング内部が吸引源に接続される。ハウジングの内側でスロットに隣接した位置に、エーロフォイル（翼形）が配置される。エーロフォイルは、ブラシが回転されるにつれてブラシ繊維を圧迫し、それによって、画像担持表面から回収されたブラシ繊維中のトナー粒子をバラバラにする。トナー粒子をバラバラにすることで、吸引時にトナー粒子がハウジングスロットから吸い出される。他の実施形態では、同等サイズの追加のエーロフォイルが、スロットの反対側にも設けられる。２つのエーロフォイルが、ブラシ繊維をスロットの両側から圧迫し、それにより、吸引源によって生成された気流がブラシ繊維中を２つの反対方向から流れた後、スロットを通じてハウジングから送出される。

特許文献７には、開口部を含むハウジング内に設置される、１つ以上の回転可能な円筒ブラシが開示されている。ブラシは、開口部から延伸して、移動する光伝導性表面に接触することで、その表面からトナー粒子を除去する。フリッカバーは、ハウジング内に着脱可能に取り付けられ、内部にエアチャネルを有する。フリッカバー内のエアチャネルに連結された吸引源が、ブラシおよびハウジングから、空気および粒子を吸引する。フリッカバーが単体構造であるため、組み立て誤差によってエアチャネルが変動することなく適切なサイズになる。

残存トナーおよびゴミを除去する必要性に相対して、ベルトループ内の極めて厳密に制限された空間内でクリーニングシステムを作動させる必要性が存在する。ベルト内の空間は一般的に、ローラ、駆動装置、支持フレームなどによって占領されている。さらなるサブシステムを追加するためにベルトを長くすることは、好ましくない。その理由は、ベルトサイズを増大させると、印刷システム全体のサイズ、コスト、および重量が増大してしまうからである。また、サブシステムおよびパーツを内部に追加する毎に、複雑さおよびコストが増大する。

米国特許第２，８３２，９７７号明細書 米国特許第３，７２２，０１８号明細書 米国特許第３，５７２，９２３号明細書 米国特許第３，７８０，３９１号明細書 米国特許第４，４３５，０７３号明細書 米国特許第４，８５１，８８０号明細書 米国特許第５，３１５，３５８号明細書

画像生成ベルトの内側から残存トナーおよびゴミを除去する、効果的で比較的安価かつコンパクトなシステムを開発することが望ましい。さらに、受光体ベルトなどの画像生成ベルトの裏部から、電荷を均一に除去するシステムを開発することが望ましい。

本発明の一態様は、回転軸を有する回転ブラシの繊維を清掃するフリッカバーアセンブリであって、支持構造体と、回転ブラシの繊維に重なって接触する位置に、回転軸がブラシの回転軸とほぼ平行になる配置にて、支持構造体に回転可能な状態で取り付けられるバーと、回転可能バーに連結し回転力を付与する駆動装置と、を有する。ブラシが回転される期間の少なくとも一部の期間にバーを回転させることで、ブラシの繊維が清掃される。

本発明の別の態様は、回転軸を有する回転ブラシの繊維を清掃する方法であって、回転可能なバーを、回転ブラシの繊維に重なって接触する位置に、回転軸がブラシの回転軸とほぼ平行になるように取り付けるステップと、ブラシが回転される期間の少なくとも一部の期間に回転可能バーを回転させることで、ブラシの繊維を清掃するステップと、を含む。

本発明のさらなる態様は、回転軸を有する回転ブラシを有する電子写真式プリンタであって、さらに、支持構造体と、回転ブラシの繊維に重なって接触する位置に、回転軸がブラシの前記回転軸とほぼ平行になる配置にて支持構造体に回転可能な状態で取り付けられるバーと、回転可能バーに連結し回転力を付与する駆動装置と、を有する。そのプリンタにおいて、ブラシが回転される期間の少なくとも一部の期間にバーを回転させることで、ブラシの繊維が清掃される。

本発明の一般的理解のために、図面を参照して説明する。複数図において、同様の要素には類似の符号を付す。

図１に、ベルト裏部クリーニングシステムの代表的な一実施形態を、クリーニングシステム２０として示す。クリーニングシステム２０の主要な構成品は、ハウジング２２内に設置され静電的に帯電される回転ブラシ２１である。矢印１１および１２で示すとおり、ブラシ２１は、受光体ベルトの内側とは逆方向に回転される。ブラシの回転速度は、約１０〜１００ＲＰＭであり、好ましくは約１５ＲＰＭである。これは、画像生成表面からトナーおよびゴミを除去する従来のブラシクリーナにおける通常の２００〜３００ＲＰＭに比べて、かなり遅い。ブラシの直径は約４０ｍｍであり、繊維２３が、導電性スリーブ２４から半径方向に約１０〜１７ｍｍ、好ましくは約１２．５ｍｍの距離だけ延伸する。ブラシには、約１５０〜６００ボルト、好ましくは約２１５ボルトの電気的バイアスが印加される。図１に示す代表的な単一ブラシシステムでは、画像現像時には、電気的バイアスの極性は、帯電トナーの極性とは逆になっている。ブラシ繊維の直径は、１０デニールまたは約３５μｍである。ブラシ繊維長さのうちの約１．５〜３．０ｍｍ、好ましくは約２．１６ｍｍが、ベルト裏部に接触する。ブラシの電気的バイアスと、ブラシ繊維の受光体表面裏部に対する拭き取り動作との組み合わせによって、ベルト裏部から残存トナーおよびゴミが効果的に除去され清掃される。

画像生成表面から残存トナーおよびゴミを取り除く従来のクリーニングシステムとは異なり、ベルト１０内側におけるクリーニングシステム２０の配置位置は、特に重要ではない。その理由は、残存トナーおよびゴミの蓄積速度がさほど速くないため、画像生成における特定の工程の前にクリーニングを必要としないからである。ただし、ベルト内側クリーニングシステム２０は、現像サブシステムの前段に配置されることが好ましい。どこに配置した場合でも、クリーニングシステム２０を継続的に作動させることによって、ベルト１０内側は、ベルトの各回転毎に少なくとも１度は確実にクリーニングされる。

フリッカバー２５は、ブラシ繊維の材料に対して低摩擦性および低摩耗性を有し、トナー粒子に対して付着性を有しない、いずれかの適切な材料で構成される。高密度ポリエチレンは、フリッカバーの材料として適切であることが見出されている。ナイロンおよびアクリル繊維も、通常は適切である。図１に示す代表的な実施形態で使用されている材料は、東レ社製のＳＡ−７（登録商標）である。フリッカバーは、ハウジング２２内で、回転ブラシ２１に重なって接触するように取り付けられる。フリッカバー２５とブラシ繊維２３との重なり量は、約１．５〜４ｍｍであって、好ましくは約２．５ｍｍである。ブラシ繊維が回転してフリッカバーを通過する際に、ブラシ繊維は変形および圧迫される。フリッカバーとの接触から離れるとブラシ繊維は、ブラシスリーブから外向きの元の延伸状態に急速に戻ってまっすぐになる。ブラシ繊維のこの急速な鞭のような動作によって、ファイバに捕捉されたトナー粒子およびゴミに推進力が与えられる。それによりトナーおよびゴミは、トナーおよびゴミを繊維に付着させる力を克服するのに十分な遠心力を得る。このようにして、ブラシ２１からトナーおよびゴミが振り落とされ、ブラシ２１が清掃を実施できなくなるほどトナーおよびゴミでいっぱいになることが防止される。

従来のフリッカバーとは異なり、バー２５は、ハウジング２２に対して回転可能な状態で取り付けられ、モータ２６によって回転駆動される。上述のとおり、本実施形態のブラシ２１の回転速度は、画像生成表面を清掃する従来のブラシの回転速度に比べて約１桁小さい。したがって、各ブラシ繊維の先端に生成される遠心力の量は、従来のブラシシステムにおける力に比べてかなり少ない。その結果、より多くのトナーおよびゴミが、振り飛ばされる代わりにフリッカバー自体に付着すると予想されるが、この問題は、フリッカバー２５を回転することによって緩和される。フリッカバー２５が回転するにつれて、ブラシ繊維２３に接触するバーの円弧セグメントが連続的に変更されるので、セグメント自体がブラシ繊維によって清掃される。さらに、フリッカバー２５のより多くの面積を接触させているので、フリッカバー２５に付着する粒子の密度は低くなる。バーを回転させない場合、ベルト裏部からトナーおよびゴミが十分に除去されずに、フリッカバー２５とブラシ繊維２３とが互いにトナーおよびゴミを交換し合ってしまう可能性がある。

回転フリッカバー２５によって得られる他の利点は、フリッカバー２５の回転を使用してブラシ２１を回転駆動させることに基づく。ブラシ２１は約１０〜１００ＲＰＭ、好ましくは約１５ＲＰＭで回転するため、モータ２６の回転速度からの減速が必要である。エンドレスループ１０内の限定空間は上述の理由により極めて狭いので、ブラシ２１を駆動するためのモータおよび歯車システムを、フリッカバー２５とは別個に設けるとなると、コストおよび空間の両方の追加が必要になる。したがって、フリッカバー２５自体を用いて、モータ２６の回転駆動をブラシ２１に伝達する。歯車の減速は、以下のようにして達成される。たとえば２０個の歯を有する歯車２７などの比較的小さな歯車を、フリッカバー２５の端部に取り付ける。歯車２７は、ブラシの端部に設けられブラシを駆動する大きな歯車２８にかみ合う。歯車２８は、約６０個の歯を有することが考えられ、それによって、フリッカバー２５とブラシ２１との間で３対１の歯車減速が可能になる。約２対１から約５対１までの減速も、同様に妥当である。本構成のさらなる利点は、空間を占領するハードウェアのいくつかをクリーニングシステム２０の一方の側に配置し、残りを他方の側に配置できることである。もしモータおよび全歯車の両方を同じ側に設置したならば、その側の空間が過大に占領され、システム全体のサイズおよびコストを増大させる必要性が生じてしまう。図１では、歯車２７および２８は、回転ブラシ２１および回転フリッカバー２５に直接に連結している。そのような連結は、駆動連結機構の様々な組み合わせで構成でき、中間歯車または他の連結機構を含んでもよいと、当業者は認識するであろう。

図２は、２つのブラシを含むベルト裏部クリーニングシステムを示す。この実施形態では、２セットのブラシおよびフリッカバーがそれぞれ、図１に示したのと同様に作動する。１つ目のブラシおよびフリッカバーシステムには、図１と同じ符号を付し、２つ目のブラシには、それぞれ１０の位を１だけ大きくした対応の番号を付す。適切な伝動装置を用いて両システムを１つのモータで駆動することが可能であると、当業者であれば容易に理解するであろう。

総括すると、本発明のベルト裏部クリーニングシステムの実施形態は、クリーニングブラシをよりコンパクトかつ安価に駆動させるとともに、ブラシ繊維から残存トナーおよびゴミをより良好に除去する、回転フリッカバーを含む。

本発明の一実施形態による、１つのブラシおよび１つのフリッカバーのアセンブリを示す立面斜視図である。 本発明の一実施形態による、２つのブラシおよび２つのフリッカバーのアセンブリを示す立面斜視図である。

符号の説明

１ 画像生成ベルト、２０ ベルト裏部クリーニングシステム、２１，３１ ブラシ、２２ ハウジング、２３ 繊維、２４ 導電性スリーブ、２５ フリッカバー、２６ モータ、２７，２８ 歯車。

Claims (7)

1. 回転軸を有し、画像生成ベルトとは逆方向に回転しながら前記画像生成ベルトの裏面を清掃する回転ブラシの繊維を清掃するフリッカバーアセンブリであって、
   支持構造体と、
   前記回転ブラシの繊維に重なって接触する位置に、回転軸が前記ブラシの前記回転軸とほぼ平行になる配置にて、前記支持構造体に回転可能な状態で取り付けられる回転可能バーと、
   前記回転ブラシの前記回転軸の一端側に取り付けられた第１の歯車と、
   前記回転可能バーの回転軸の一端側に取り付けられ、前記第１の歯車に直接連結され、前記第１の歯車の５分の１から２分の１までの間の歯数を持つ第２の歯車と、
   前記回転可能バーに連結し回転力を付与する駆動装置と、
   を有し、
   前記回転可能バーは、前記回転ブラシの繊維の清掃のために前記回転ブラシの回転期間のうち少なくとも一部の期間に、前記回転ブラシの２倍から５倍の速度で前記回転ブラシとは逆方向に回転される、フリッカバーアセンブリ。
2. 請求項１に記載のフリッカバーアセンブリにおいて、
   前記回転可能ブラシは、毎分約１０〜１００回転の速度で回転される、フリッカバーアセンブリ。
3. 請求項１に記載のフリッカバーアセンブリにおいて、
   前記回転可能ブラシは、毎分約１５回転の速度で回転される、フリッカバーアセンブリ。
4. 請求項１に記載のフリッカバーアセンブリにおいてさらに、
   スリーブを含むブラシを有し、
   前記回転可能ブラシの繊維は、前記ブラシスリーブから約１０〜１７ミリメートルだけ延伸する、フリッカバーアセンブリ。
5. 請求項１に記載のフリッカバーアセンブリにおいて、
   前記回転可能ブラシの繊維は、前記ブラシスリーブから約１２．５ミリメートルだけ延伸する、フリッカバーアセンブリ。
6. 請求項１に記載のフリッカバーアセンブリであって、
   前記回転ブラシの繊維は、前記画像生成ベルトの裏面に接触するよう配置される、フリッカバーアセンブリ。
7. 回転軸を有し、画像生成ベルトとは逆方向に回転しながら前記画像生成ベルトの裏面を清掃する回転ブラシを有する電子写真式プリンタであって、
   支持構造体と、
   前記回転ブラシの繊維に重なって接触する位置に、回転軸が前記ブラシの前記回転軸とほぼ平行になる配置にて、前記支持構造体に回転可能な状態で取り付けられるバーと、
   前記回転可能バーに連結し回転力を付与する駆動装置と、
   を有し、前記ブラシが回転される期間の少なくとも一部の期間に前記バーを回転させることで前記ブラシの繊維が清掃される、電子写真式プリンタ。

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