JP4711262B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は，画像形成装置に関し，特に，像担持体及び帯電手段のクリーニング手段を備えた画像形成装置に関するものである。

従来の画像形成装置では，転写後に像担持体に残存しているトナーは，上記像担持体に備えられているクリーニング手段で回収される。しかしながら，上記クリーニング手段で回収されずに上記クリーニング手段をすり抜けたトナー凝集物や紙粉などの異物は，上記像担持体に接触している帯電手段に付着してしまう。上記帯電手段にトナー凝集物及び紙粉などの異物が付着すると，上記帯電手段が帯電された際，上記トナー凝集物及び紙粉などの異物が付着した部分だけ電位が異なるので，上記帯電手段に接触して帯電される像担持体において，トナー凝集物及び紙粉などの異物が付着した部分と接触した部分は黒点となり，形成される画像に黒点が発生してしまう。
特許文献１に記載の画像形成装置は，像担持体のクリーニングを行う第１のクリーニング部材と帯電手段との間に，上記第１のクリーニング部材とは別の第２のクリーニング部材が設けられている。上記第２のクリーニング部材は，上記第１のクリーニング部材をすり抜けた数十から数百ミクロンのトナー凝集物及び紙粉などの異物を捕獲することができる。これにより，上記帯電手段に上記第１のクリーニング部材をすり抜けた数十から数百ミクロンのトナー凝集物及び紙粉などの異物が付着することを防止することができる。
特開平７−７２７０９号公報

ところで，像担持体に接触して該像担持体を帯電させる帯電手段に付着する異物は，大きさで分けると２種類ある。サブミクロンのトナー外添材と，数十から数百ミクロンのトナー凝集物及び紙粉である。
特許文献１に記載の画像形成装置に設けられた第２のクリーニング部材では，帯電手段に付着し画像形成に影響を及ぼす２種類の異物のうち，数十から数百ミクロンのトナー凝集物及び紙粉などの異物は取り除くことができるが，サブミクロンのトナー外添材はすり抜けてしまう。
特に，特許文献１に記載の画像形成装置の像担持体として，アモルファスシリコンドラム（以下，ａ−Ｓｉドラムと略す）を使用した場合，上記第２のクリーニング部材の圧接力によって上記ａ−Ｓｉドラム表面が筋状に削れてしまう。これにより，上記第２のクリーニング部材と上記ａ−Ｓｉドラムとの間に間隙が発生し，像担持体として上記ａ−Ｓｉドラム以外を使用した場合と比べて更に多量のトナー外添材がすり抜けてしまう。
そのため，上記第２のクリーニング部材をすり抜けたトナー外添材が，上記帯電手段に付着する。その際，付着の仕方にムラがあると，上記帯電手段が一様に帯電されないので，上記帯電手段に接触して帯電される像担持体が一様に帯電されず，ムラのある画像が形成されてしまうという問題があった。
本発明では，像担持体を傷つけないような第２のクリーニング部材を設けることによって，第１のクリーニング部材をすり抜けた数十から数百ミクロンの異物を取り除き，かつ，上記帯電手段にブラシ状の外添材均一手段を設けることによって，上記帯電手段に付着したサブミクロンの異物であるトナー外添材をならして，上記帯電手段に付着する汚れのムラを防止する画像形成装置を提供することができる。

従来の画像形成装置は，現像剤により現像される像を担持する像担持体と，上記像担持体に接触して回転することにより上記像担持体を帯電させる帯電手段と，上記像担持体に接触して上記像担持体に付着した現像剤を除去するブレード状のクリーニング手段と，を備えている。
このような画像形成装置では，転写後に像担持体に残存しているトナーは，上記帯電手段より上記像担持体回転方向上流側に設けられたブレード状の第１のクリーニング手段で回収され，第１のクリーニング部材をすり抜けた数十から数百ミクロンのトナー凝集物や紙粉などの異物は，上記第１のクリーニング手段と上記帯電手段との間に設けられたブレード状の第２のクリーニング手段によって回収することができた。
しかしながら，第２のクリーニング手段の構造によっては，上記像担持体が傷ついてしまうという問題があった。
この問題を解決するためには，上記像担持体を傷つけないような第２のクリーニング手段を設けなければならない。
そのために，本発明の第２のクリーニング手段は，上記像担持体に接触する弾性部材によって構成される。
しかしながら，第２のクリーニング手段を上記のように弾性部材で構成すると，サブミクロンの異物であるトナー外添材がすり抜けてしまい，第２のクリーニング手段をすり抜けたトナー外添材が上記帯電手段にムラになって付着し，上記帯電手段が一様に帯電されないという新たな問題を生じさせかねない。
これを解決するためには，上記帯電手段にトナー外添材がムラになって付着しないように，上記帯電手段に付着したトナー外添材を均一にする必要がある。
そのために，本発明では，上記帯電手段に接触して回転することにより上記帯電手段に付着した現像剤に含まれる外添材を均一にするブラシ状の外添材均一手段を備えている。
上記外添材均一手段を構成するブラシの糸が太すぎたり（単糸繊度が大きすぎたり），密集していると（密度が大きすぎると），上記帯電手段に付着したトナー外添材を均一にすることができず，トナー外添材が上記帯電手段に固着してしまう。
そのため，上記外添材均一手段が，単糸繊度略１デシテックス以上略１０デシテックス以下の糸状の繊維で形成されることがのぞましい。
また，上記外添材均一手段が，糸状の繊維が略４０ｋＦ／ｉｎｃｈ²以上略３００ｋＦ
／ｉｎｃｈ²以下の密度で形成されることがのぞましい。
一方，上記第２のクリーニング手段が，圧接力略０．０５ｇｆ／ｍｍ以上略１０ｇｆ／ｍｍ以下で上記像担持体に当接することがのぞましい。
さらに，上記第２のクリーニング手段が，ウレタン又はエステル系ゴム又は発泡ゴムで形成されたシートであることが考えられる。
上記第２のクリーニング手段が，このような弾性素材で上述のような圧接力で当接すれば，上記像担持体を傷つけずに，トナー外添材はすり抜けさせ，数十から数百ミクロンのトナー凝集物や紙粉などの異物は取り除くことができる。

本発明によれば，数十から数百ミクロンの異物を取り除き，上記帯電手段に付着したサブミクロンの異物であるトナー外添材をならして，上記帯電手段に付着する汚れのムラを防止する画像形成装置を提供することができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１はクリーニング部Ｃ及び帯電ローラ１２近傍の模式図，図２はブラシローラ１３の単糸繊度と感光体ドラム１１の表面電位との関係を示すグラフ図，図３はブラシローラ１３の密度と感光体ドラム１１の表面電位との関係を示すグラフ図である。

まず，図１の模式図を用いて，本発明の実施の形態に係る画像形成装置Ｘに設けられている画像形成部Ｇの概略構成について説明する。
画像形成部Ｇは，像を担持する感光体ドラム１１と，上記感光体ドラム１１の表面を帯電させる帯電ローラ１２と，上記帯電ローラ１２に付着したトナー外添材をならすブラシローラ１３と，上記感光体ドラム１１上にレーザービームを照射して静電潜像を形成する不図示の露光部と，上記静電潜像に現像剤に含まれるトナーを付着させてトナー像を上記感光体ドラム１１の表面に形成する不図示の現像部と，搬送された記録紙を介して上記感光体ドラム１１に圧接される転写ローラ（不図示）と，転写後の上記感光体ドラム１１をクリーニングするクリーニング部Ｃと，転写後の上記感光体ドラム１１に残留する電位を除去する除電部１４と，上記感光体ドラム１１や上記現像部に備えられている現像ローラなどを回転駆動させる不図示のドラムモータとを備えて構成されている。
上記クリーニング部Ｃには，上記転写ローラよりも上記感光体ドラム１１の回転方向（図１におけるＰ１方向）下流側，かつ，上記帯電ローラ１２よりも上記感光体ドラム１１の回転方向（図１におけるＰ１方向）上流側に設けられ，転写後に上記感光体ドラム１１の表面上に残留したトナーを除去するクリーニングブレード２１と，上記クリーニングブレード２１と上記帯電ローラ１２との間であり上記除電部１４よりも上記感光体ドラム１１の回転方向下流側に設けられた帯電前クリーニング部材２２と，上記帯電前クリーニング部材２２を支持する支持部材２３とが備えられている。
ここで，上記クリーニングブレード２１は，第１のクリーニング手段の一例である。
上記クリーニングブレード２１と上記帯電前クリーニング部材２２の詳細については，後記する。

上記画像形成部Ｇにおける画像形成処理について簡単に説明する。
上記帯電ローラ１２は，上記感光体ドラム１１に接触して反時計方向（図１における矢印Ｐ２方向）に回転することにより，上記感光体ドラム１１の表面を帯電させる。上記感光体ドラム１１は，上記ドラムモータにより時計方向（図１におけるＰ１方向）に回転されることで，上記帯電ローラ１２により帯電される。そして，上記感光体ドラム１１の表面に，上記露光部からレーザビームが照射され，静電潜像が書き込まれる。続いて，上記現像部では上記ドラムモータにより上記現像ローラが回転され，上記現像ローラ表面に形成されたトナーの薄層が上記感光体ドラム１１表面に接触する。上記感光体ドラム１１は上記現像ローラが回転するのと同期して上記ドラムモータにより時計方向に回転される。これにより，上記感光体ドラム１１表面上の静電潜像に帯電したトナーが付着されて，トナー画像が形成される。上記感光体ドラム１１は上記ドラムモータにより引き続き回転され，上記トナー画像は上記転写ローラにより記録紙に転写される。
上記転写ローラよりも上記感光体ドラム１１の回転方向（図１における矢印Ｐ１方向）下流側には，上記クリーニング部Ｃの上記クリーニングブレード２１が上記感光体ドラム１１に接触して配置されており，上記感光体ドラム１１の表面上に残留したトナーが除去される。上記クリーニングブレード２１よりも上記感光体ドラム１１の回転方向下流側には，上記除電部１４が設けられており，上記感光体１１に残留する電位が除去される。上記除電部１４よりも上記感光体ドラム１１の回転方向下流側には，上記クリーニング部Ｃの上記帯電前クリーニング部材２２が設けられている。
上記記録紙に転写されたトナー像は，不図示の定着ローラにより熱を加えられ，記録紙に定着する。

上述の様に，転写後に上記感光体ドラム１１上に残留したトナーは，上記クリーニングブレード２１により除去される。このクリーニングブレード２１は，ほとんどのトナーや異物を除去するが，除去できずにすり抜けてしまう異物もある。
上記クリーニングブレード２１をすり抜けて，上記感光体ドラム１１表面に付着し，さらに上記感光体ドラム１１と接触する帯電ローラ１２に付着する異物は，大きさで分けると２種類ある。数十から数百ミクロンのトナー凝集物及び紙粉と，サブミクロンのトナー外添材である。
上記２種類の異物のうちの上記トナー凝集物や紙粉などの異物が上記帯電ローラ１２に付着すると，上記帯電ローラ１２が帯電した際，上記トナー凝集物及び紙粉などの異物が付着した部分だけ電位が異なる。そのため，上記感光体ドラム１１上のトナー凝集物及び紙粉などの異物が付着した部分と接触した部分は黒点となり，形成される画像に黒点が発生してしまう。
そこで，本発明では，上記クリーニングブレード２１をすり抜けてしまい除去しきれなかった異物のうち，上述のような黒点の原因となるトナー凝集物や紙粉などの数十から数百ミクロンの異物をトラップさせ除去するために，帯電前クリーニング部材２２を設ける。
但し，形成される画像の質が低下する原因となるので上記感光体ドラム１１表面を筋状に削らないような圧接力で，上記帯電前クリーニング部材２２を上記感光体ドラム１１に接する構成とする。
以下，上記帯電前クリーニング部材２２の詳細を説明する。

上記帯電前クリーニング部材２２は，図１に示すように，上記クリーニングブレード２１で除去しきれなかった異物が上記帯電ローラ１２に付着するのを防ぐために，上記クリーニングブレード２１よりも上記感光体ドラム１１の回転方向（図１における矢印Ｐ１方向）下流側であり，上記帯電ローラ１２よりも上記感光体ドラム１１の回転方向（図１における矢印Ｐ１方向）上流側に設けられている。
上記帯電前クリーニング部材２２は，シート状であり，上記感光体ドラム１１の回転方向に撓んだ状態で上記感光体ドラム１１に接触している。
シート状で，上記感光体ドラム１１の回転方向に撓んだ状態で接触させると，シート状で撓ませていない状態で接触した場合と比べて，上記感光体ドラム１１との間に隙間ができにくく，異物を捕獲し易い。
また，上記除電部１４から照射される光が上記帯電ローラ１２側へ漏れないよう遮断する効果も期待できる。
上記帯電前クリーニング部材２２が，上記感光体ドラム１１に強く接触するものであると，上記感光体ドラム１１が傷ついて，そこから上記トナー外添材などの異物がすり抜けてしまうことについては，既に述べた。そのため，上記帯電前クリーニング部材２２を適切な圧接力で上記感光体ドラム１１に接触させなければならない。
表１は，上記帯電前クリーニング部材２２を上記感光体ドラム１１に圧接する条件と形成される画像の不具合発生状況の実験結果を示す表である。

上記帯電前クリーニング部材２２の圧接力は，上記帯電前クリーニング部材２２先端部におもりをつけ，そのときの撓み量から単位変位量（ｍｍ）あたりの荷重を計算し（ｇｆ／ｍｍ），実際に上記感光体ドラム１１に上記帯電前クリーニング部材２２を圧接したときの撓み量より算出したものである。なお，この実験で使用した帯電前クリーニング部材２２は，ウレタンシートであり，画像形成装置Ｘは，２８ｐｐｍのプリンタである。
表１に示すように，上記圧接条件が０．０２ｇｆ／ｍｍのときは，形成される画像に黒点が発生した。これは，圧接力が弱すぎて，上記帯電前クリーニング部材２２と上記感光体ドラム１１との間に間隙が発生し，その間隙からトナー凝集物や紙粉などの異物がすり抜けてしまったことを意味する。上記圧接条件が０．０５ｇｆ／ｍｍ，１０ｇｆ／ｍｍのときは，形成される画像の品質は良好であった。上記圧接条件が，１２ｇｆ／ｍｍになると，形成される画像に縦の黒い筋が発生した。これは，圧接力が強すぎて，上記帯電前クリーニング部材２２によって上記感光体ドラム１１が筋状に削れてしまい，そのため，形成される画像に不具合が発生したことを意味する。
このような実験結果から，上記帯電前クリーニング部材２２を，圧接力略０．０５ｇｆ／ｍｍ以上略１０ｇｆ／ｍｍ以下で上記感光体ドラム１１に接触させることが望ましい。
また，上記感光体ドラム１１を傷つけないために，上記帯電前クリーニング部材２２は，ウレタンシート，エステル系ゴム，発泡ゴムなどの弾性部材で形成されたシートであることが望ましい。
そして，上記帯電前クリーニング部材２２の厚さは，略０．１ｍｍ以上略０．２ｍｍ以下が適切である。
本実施の形態では，上記帯電前クリーニング部材２２は，厚さ０．２ｍｍのウレタンシートであり，圧接力２ｇｆ／ｍｍで上記感光体ドラム１１の回転方向に撓んだ状態で接触している。
一方，上記クリーニングブレード２１は，一例として，ポリウレタンで形成された板状の部材であり，圧接力１０〜５０ｇｆ／ｃｍ，圧接角２０〜３０°で上記感光体ドラム１１に接している。
このように，上記帯電前クリーニング部材２２は，上記クリーニングブレード２１とは材質も圧接条件も異なり，上記クリーニングブレード２１をすり抜けたトナー凝集物をトラップさせ除去しやすい構成となっている。
ここで，上記クリーニングブレード２１と上記帯電ローラ１２との間に設けられ，上記感光体ドラム１１の回転方向下流側に向かって撓みながら上記感光体ドラム１１に接触する弾性部材である上記帯電前クリーニング部材２２が，第２のクリーニング手段の一例である。

上記のような構成により，上記クリーニングブレード２１で除去し切れなかった数十から数百ミクロンのトナー凝集物や紙粉などの異物は，上記帯電前クリーニング部材２２により除去される。しかしながら，サブミクロンのトナー外添材は，上記帯電前クリーニング部材２２をすり抜けてしまう。そのため，上記帯電前クリーニング部材２２をすり抜けたトナー外添材が，上記帯電ローラ１２に付着する。その際，上記トナー外添材の上記帯電ローラ１２への付着の仕方にムラがあると，上記帯電ローラ１２が一様に帯電されないので，上記帯電ローラ１２に接触して帯電される感光体ドラム１１が一様に帯電されず，ムラのある画像が形成されてしまうという問題があった。
この問題を解決するためには，上記帯電ローラ１２を一様に帯電させなければならない。そのためには，上記帯電ローラ１２に付着したサブミクロンのトナー外添材を均一にする必要がある。
そこで，本発明では，上記帯電前クリーニング部材２２をすり抜けたサブミクロンのトナー外添材をならすために，上記帯電ローラ１２にブラシローラ１３を設ける。
以下，上記ブラシローラ１３の詳細を説明する。

上記ブラシローラ１３は，図１に示すように，上記クリーニングブレード２１及び上記帯電前クリーニング部材２２をすり抜けたトナー外添材がムラになって上記帯電ローラ１２に付着しないよう上記帯電ローラ１２に付着したトナー外添材を均一にするために，上記帯電ローラ１２に接触して設けられている。
上記ブラシローラ１３は，回転軸となる部材に，導電性ナイロンなどの糸状の部材がブラシ状に備えられたものである。
本実施の形態では，上記ブラシローラ１３は，上記帯電ローラ１２に対して０．５ｍｍ食い込むような接圧で設けられ，上記帯電ローラ１２の表面速度に対して８５％の表面速度で時計方向（図１における矢印Ｐ３方向）に回転する。
図２は，上記ブラシローラ１３を形成するブラシの単糸繊度と上記感光体ドラム１１の表面電位との関係を調べた実験結果を示す図である。この実験で用いる画像形成装置Ｘは，２８ｐｐｍのプリンタである。上記帯電ローラ１２に様々な単糸繊度で，密度３００ｋＦ（フィラメント）／ｉｎｃｈ²のブラシで形成されたブラシローラ１３を接触させる。上記帯電ローラ１２に電圧を印加することで上記感光体ドラム１１を２５０〜２６０Ｖに帯電させ，１００００枚処理を実行した後の上記感光体ドラム１１の表面電位を計測する。
図２の実験結果より，単糸繊度が略１デシテックス以上略１０デシテックス以下であれば，上記感光体ドラム１１の表面電位は変化せず，単糸繊度が略１０デシテックスよりも大きければ，上記感光体ドラム１１の表面電位は下がることがわかった。これは，上記ブラシローラ１３を形成するブラシの単糸繊度が略１０デシテックスよりも大きければ，上記帯電ローラ１２に付着したトナー外添材を均一にせず上記帯電ローラ１２に固着させてしまい，上記帯電ローラ１２に固着したトナー外添材が抵抗となって上記感光体ドラム１１を充分に帯電させられなかったことを意味する。
このような実験結果から，上記ブラシローラ１３が，単糸繊度略１デシテックス以上で且つ略１０デシテックス以下の糸状の繊維で形成されることが望ましい。
図３は，上記ブラシローラ１３を形成するブラシの密度と上記感光体ドラム１１の表面電位との関係を調べた実験結果を示す図である。この実験で用いる画像形成装置Ｘもまた，２８ｐｐｍのプリンターである。単糸繊度１０デシテックスの糸状の繊維を使用し様々な密度のブラシで形成されたブラシローラ１３を上記帯電ローラ１２に接触させる。上記帯電ローラ１２に電圧を印加することで上記感光体ドラム１１を２５０〜２６０Ｖに帯電させ，１００００枚処理を実行した後の上記感光体ドラム１１の表面電位を計測する。
図３の実験結果より，密度が略４０ｋＦ／ｉｎｃｈ²以上略３００ｋＦ／ｉｎｃｈ²以下であれば，上記感光体ドラム１１の表面電位は変化せず，密度が略３００ｋＦ／ｉｎｃｈ²よりも大きければ，上記感光体ドラム１１の表面電位は下がることがわかった。これは，上記ブラシローラ１３を形成するブラシの密度が略３００ｋＦ／ｉｎｃｈ²よりも大きければ，上記帯電ローラ１２に付着したトナー外添材を均一にせず上記帯電ローラ１２に固着させてしまい，上記帯電ローラ１２に固着したトナー外添材が抵抗となって上記感光体ドラム１１を充分に帯電させられなかったことを意味する。
このような実験結果から，上記ブラシローラ１３は，糸状の繊維が略４０ｋＦ／ｉｎｃｈ²以上で且つ略３００ｋＦ／ｉｎｃｈ²以下の密度で形成されることが好ましい。
上記のような構成により，上記クリーニングブレード２１及び上記帯電前クリーニング部材２２をすり抜け上記帯電ローラ１２にムラになって付着したサブミクロンのトナー外添材は，上記ブラシローラ１３により均一にされる。
ここで，上記帯電ローラ１２に接触して回転することにより上記帯電ローラ１２に付着したトナー外添材を均一にするブラシ状の上記ブラシローラ１３が，外添材均一手段の一例である。

上述のように，上記感光体ドラム１１を傷つけないような上記帯電前クリーニング部材２２を設けることによって，数十から数百ミクロンの異物を取り除き，かつ，上記帯電ローラ１２に上記ブラシローラ１３を設けることによって，上記帯電ローラ１２にムラになって付着したサブミクロンの異物であるトナー外添材をならして，上記帯電ローラ１２に付着する汚れのムラを防止する画像形成装置Ｘを提供することができる。

クリーニング部Ｃ及び帯電ローラ１２近傍の模式図。 ブラシローラ１３の単糸繊度と感光体ドラム１１の表面電位との関係を示すグラフ図。 ブラシローラ１３の密度と感光体ドラム１１の表面電位との関係を示すグラフ図。

符号の説明

１１…感光体ドラム
１２…帯電ローラ
１３…ブラシローラ
１４…除電部
２１…クリーニングブレード
２２…帯電前クリーニング部材
２３…支持部材

Claims (5)

1. 現像剤により現像される像を担持する像担持体と，上記像担持体に接触して回転することにより上記像担持体を帯電させる帯電手段と，上記像担持体に接触して上記像担持体に付着した現像剤を除去するブレード状のクリーニング手段と，を備えた画像形成装置であって，
   上記クリーニング手段は，上記帯電手段より上記像担持体回転方向上流側に設けられた第１のクリーニング手段と，上記第１のクリーニング手段と上記帯電手段との間に設けられ，上記像担持体の回転方向下流側に向かって撓みながら上記像担持体に接触する弾性部材である第２のクリーニング手段とを有してなり，
   上記帯電手段は，上記帯電手段に接触して回転することにより上記帯電手段に付着した現像剤に含まれる外添材を均一にするブラシ状の外添材均一手段を備えてなることを特徴とする画像形成装置。
2. 上記外添材均一手段が，単糸繊度略１デシテックス以上略１０デシテックス以下の糸状の繊維で形成されてなる請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記外添材均一手段が，糸状の繊維が略４０ｋＦ／ｉｎｃｈ²以上略３００ｋＦ／ｉｎ
   ｃｈ²以下の密度で形成されてなる請求項１又は２のいずれかに記載の画像形成装置。
4. 上記第２のクリーニング手段が，圧接力略０．０５ｇｆ／ｍｍ以上略１０ｇｆ／ｍｍ以下で上記像担持体に当接するものである請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 上記第２のクリーニング手段が，ウレタン又はエステル系ゴム又は発泡ゴムで形成されたシートである請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。

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