JP5012240B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ、これらの複合機などの画像形成装置に係り、特に、トナー像を保持して移動する像保持部材からトナー像を転写させた後に、この像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物をクリーニング装置によって除去するにあたり、移動する像保持部材の表面に２つのブラシ部材を接触させて、この像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物を除去する場合に、ブラシの接触によって像保持部材の表面が傷ついたり、トナー等の残留物が像保持部材の表面に付着してフィルミングが発生したりするのを防止しながら、トナー等の残留物を像保持部材の表面から適切に除去できるようにした点に特徴を有するものである。

複写機，プリンタ，ファクシミリ、これらの複合機などの画像形成装置においては、トナー像を保持して移動する像保持部材、例えば、トナー像が形成される感光体や、感光体に形成されたトナー像が転写される中間転写体において、このような像保持部材からトナー像を記録媒体等に転写させた後、この像保持部材の表面に残留しているトナー等の残留物をクリーニング装置によって除去することが行われている。

ここで、上記のようにトナー像を転写させた後における像保持部材の表面に残留しているトナー等の残留物を除去するにあたり、従来においては、一般に板状になったクリーニングブレードを像保持部材の表面に圧接させて、像保持部材の表面に残留しているトナー等の残留物を除去するようにしていた。

しかし、このようにクリーニングブレードを像保持部材の表面に圧接させてトナー等の残留物を除去するようにした場合、クリーニングブレードが次第に摩耗してクリーニング性能が低下したり、像保持部材が摩耗してその寿命が短くなったりするなどの問題があった。

また、従来においては、特許文献１，２に示されるように、移動する像保持部材の表面に２つのブラシローラを接触させて回転させ、この２つのブラシローラにおけるブラシによって像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物を除去するようにしたものが提案されている。

しかし、このように２つのブラシローラを移動する像保持部材の表面に接触させて回転させ、この像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物を十分に除去するにあたり、像保持部材の表面に対して接触させる２つのブラシローラにおけるブラシの圧力を高くすると、ブラシとの接触によって像保持部材の表面が傷ついたり、トナー等の残留物が像保持部材の表面に付着してフィルミングが発生したりするという問題があった。

そして、特許文献１においては、像保持部材の移動方向上流側において接触するブラシローラにおけるブラシ繊維１本当りの像保持部材に対する押圧力を、像保持部材の移動方向下流側において接触するブラシローラにおけるブラシ繊維１本当りの像保持部材に対する押圧力よりも大きくして、像保持部材の表面が傷ついたりするのを防止することが提案されている。

また、特許文献２においては、像保持部材の移動方向上流側において接触する第１のブラシローラにより、像保持部材の表面における残留量が少ない一方の極性のトナーを静電的に吸引しながら掻き取る一方、像保持部材の移動方向下流側において接触する第２のブラシローラにより、像保持部材の表面における残留量が多い他方の極性のトナーを静電的に吸引しながら掻き取るようにして、像保持部材の表面にトナーがフィルミングされるのを防止することが提案されている。

しかし、上記の特許文献１，２の何れのものにおいても、依然として像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物を十分に除去することが困難であり、特に、高速で画像形成を行う場合において、トナーの外添剤などの残留物を像保持部材の表面から十分に回収することができないという問題があった。
特開２００５−１７４１６号公報 特開２００５−２７５０８６号公報

本発明は、トナー像を保持して移動する像保持部材からトナー像を転写させた後に、この像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物をクリーニング装置によって除去する場合における上記のような問題を解決することを課題とするものである。

そして、本発明においては、上記のように移動する像保持部材の表面に２つのブラシ部材を接触させて、この像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物を除去するにあたり、ブラシの接触によって像保持部材の表面が傷ついたり、トナー等の残留物が像保持部材の表面に付着してフィルミングが発生したりするのを防止しながら、トナー等の残留物を像保持部材の表面から適切に除去できるようにすることを課題とするものである。

本発明に係る画像形成装置においては、上記のような課題を解決するため、トナー像を保持して移動する像保持部材からトナー像を転写させた後に、この像保持部材の表面に残留する残留物を除去するクリーニング装置が設けられた画像形成装置において、上記のクリーニング装置に、移動する像保持部材の表面に接触させる２つのブラシ部材を設け、像保持部材の移動方向上流側において接触する第１ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力をｆ１、像保持部材の移動方向下流側において接触する第２ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力をｆ２、上記の第１ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力をＦ１、上記の第２ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力をＦ２とした場合、ｆ１＞ｆ２及びＦ１＜Ｆ２の条件を満たすようにした。

ここで、上記の第１ブラシ部材及び第２ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆ（Ｎ）は、像保持部材に対するブラシの食い込み量をＫ（ｍ）、ブラシ繊維のヤング率をＥ（Ｎ／ｍ²）、ブラシの繊維径をＤ（ｍ）、ブラシの繊維長をＬ（ｍ）とした場合、
ｆ（Ｎ）＝（３π／６４）×Ｋ×Ｅ×Ｄ⁴×Ｌ^-3
で表わされる。

なお、上記の式は、ブラシ部材におけるブラシを片持ち梁と仮定し、ブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆを片持ち梁の先端に加わる荷重とし、ブラシの食い込み量Ｋを片持ち梁の先端のたわみ量として算出したものである。

また、上記の第１ブラシ部材及び第２ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力Ｆ（Ｎ／ｓ）は、ブラシの繊維密度をＭ（本／ｍ²）、ブラシと像保持部材とが当接する部分における相対速度をＵ（ｍ／ｓ）、ブラシと像保持部材とが当接する部分の幅をＮ（ｍ）とした場合、
Ｆ（Ｎ／ｓ）＝ｆ×Ｍ×Ｕ×Ｎ
で表わされる。

そして、上記の画像形成装置において、上記のように第２ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆ２を、第１ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆ１よりも小さくする（ｆ１＞ｆ２）と共に、第２ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力Ｆ２を、上記の第１ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力Ｆ１よりも大きくする（Ｆ１＜Ｆ２）にあたっては、例えば、上記の第２ブラシ部材におけるブラシの繊維密度を第１ブラシ部材におけるブラシの繊維密度よりも大きくしたり、上記の第２ブラシ部材におけるブラシの繊維径を第１ブラシ部材におけるブラシの繊維径よりも小さくしたり、また上記の第１ブラシ部材と第２ブラシ部材とに回転するブラシローラを用いた場合には、第２ブラシ部材の回転速度を第１ブラシ部材の回転速度よりも大きくさせるようにする。

本発明の画像形成装置のように、トナー像を転写させた後の像保持部材の表面に２つのブラシ部材を接触させて、像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物を除去する場合、像保持部材の移動方向上流側において接触する第１ブラシ部材には、像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物が多い状態で導かれる一方、この第１ブラシ部材よりも像保持部材の移動方向下流側において接触する第２ブラシ部材には、上記の第１ブラシ部材より像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物がある程度除去されて、少なくなった状態で導かれるようになる。

ここで、像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物が多い状態で導かれる第１ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆ１を強くすると、像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物が、効率よく保持部材の表面から除去されるようになる。一方、この第１ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力Ｆ１を大きくすると、像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物が、この第１ブラシ部材により全体的に像保持部材の表面に強く押し付けられて、フィルミングが発生しやすくなる。

また、像保持部材の表面に残留するトナー等の残留物がある程度除去された状態で導かれる第２ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆ２を強くすると、像保持部材の表面がこの第２ブラシによって傷つきやすくなる。一方、この第２ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力Ｆ２を大きくすると、像保持部材の表面に残留するトナーやその外添剤等の残留物が、この第２ブラシ部材によって全体的に像保持部材の表面から適切に除去されるようになる。

このため、本発明の画像形成装置のように、第１ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆ１よりも第２ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力ｆ２を小さくする（ｆ１＞ｆ２）と共に、第２ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力Ｆ２を、上記の第１ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力Ｆ１よりも大きくする（Ｆ１＜Ｆ２）と、トナー等の残留物が像保持部材の表面にフィルミングされたり、像保持部材の表面がブラシによって傷ついたりするのが防止され、トナーやその外添剤等の残留物が像保持部材の表面から適切に除去されるようになる。

次に、この発明の実施形態に係る画像形成装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る画像形成装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

この実施形態の画像形成装置においては、図１に示すように、その装置本体１内に４つのイメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄを装着させるようにしている。

ここで、上記の各イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄにおいては、回転するドラム状の感光体１１と、この感光体１１の表面を帯電させる帯電装置１２と、帯電された感光体１１の表面に画像情報に応じた露光を行って感光体１１の表面に静電潜像を形成する露光装置１３と、上記の感光体１１の表面に形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置１４と、感光体１１の表面に形成されたトナー像を中間転写ベルト２に転写させた後の感光体１１の表面にクリーニングブレード１５ａを圧接させて感光体１１の表面に残留するトナー等の残留物を除去する第１クリーニング装置１５が設けられている。

そして、この実施形態に係る画像形成装置において、フルカラーの画像形成を行うにあたっては、上記の各イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄにおける各現像装置１４に、黒色，黄色，マゼンダ色，シアン色の異なった色彩のトナーを収容させ、各イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄにおいて、各感光体１１の表面にそれぞれの色彩のトナー像を形成するようにしている。

次いで、このように各イメージングカートリッジ１０Ａ〜１０Ｄにおける各感光体１１の表面に形成された各色彩のトナー像を、ローラ２ａに架け渡されて回転移動する中間転写ベルト２に順々に転写させて、この中間転写ベルト２の上にフルカラーのトナー像を形成する一方、各感光体１１の表面に残留するトナー等の残留物を上記の第１クリーニング装置１５によって除去するようにしている。

そして、給紙ローラ３により記録媒体Ｓを給紙し、タイミングローラ４によってこの記録媒体Ｓを適当なタイミングで上記の中間転写ベルト２と転写ローラ５との間に導き、中間転写ベルト２上に形成された上記のフルカラーのトナー像をこの記録媒体Ｓに転写させ、このようにフルカラーのトナー像が転写された記録媒体Ｓを定着装置６に導き、上記のフルカラーのトナー像を記録媒体Ｓに定着させた後、この記録媒体Ｓを排紙ローラ７により排紙させるようにしている。

また、上記のように中間転写ベルト２上に形成された上記のフルカラーのトナー像を記録媒体Ｓに転写させた場合に、記録媒体Ｓに転写されずに中間転写ベルト２の表面に残ったトナー等の残留物を第２クリーニング装置３０によって中間転写ベルト２から除去するようにしている。

ここで、この実施形態においては、図１及び図２に示すように、上記のように記録媒体Ｓに転写されずに中間転写ベルト２の表面に残ったトナー等の残留物を除去する第２クリーニング装置３０に、２つのブラシ部材として、上記の中間転写ベルト２の表面に接触して回転する２つのブラシローラ３１，３２を設け、この２つのブラシローラ３１，３２におけるブラシ３１ａ，３２ａが上記の中間転写ベルト２の表面に接触する位置において、各ブラシローラ３１，３２が中間転写ベルト２と逆方向に移動するように回転させ、中間転写ベルト２の表面に残ったトナー等の各ブラシローラ３１，３２によって中間転写ベルト２の表面から回収するようにしている。

そして、上記の各ブラシローラ３１，３２と接触して回転する回収ローラ３３，３４を設け、各回収ローラ３３，３４にそれぞれ回収用電源３３ａ，３４ａを接続させ、各回収用電源３３ａ，３４ａから各回収ローラ３３，３４に上記の各ブラシローラ３１，３２によって回収された残留物を回収する方向の電圧を印加させて、各ブラシローラ３１，３２から残留物を各回収ローラ３３，３４に回収し、このように残留物を回収した各回収ローラ３３，３４にそれぞれブレード３５，３６を圧接させて、各回収ローラ３３，３４から回収された残留物を除去するようにしている。

ここで、この実施形態においては、中間転写ベルト２の移動方向下流側において接触する第２ブラシローラ３２におけるブラシ繊維１本当りが中間転写ベルト２から受ける力ｆ２を、中間転写ベルト２の移動方向上流側において接触する第１ブラシローラ３１におけるブラシ繊維１本当りが中間転写ベルト２から受ける力ｆ１よりも小さくする（ｆ１＞ｆ２）と共に、上記の第２ブラシ部材が単位時間当たりに中間転写ベルト２から受ける力Ｆ２を、上記の第１ブラシ部材が単位時間当たりに中間転写ベルト２から受ける力Ｆ１よりも大きくした。

このようにすると、前記のようにトナー等の残留物が中間転写ベルト２の表面にフィルミングされたり、中間転写ベルト２の表面がブラシにより傷ついたりするのが防止され、トナーやその外添剤等の残留物が中間転写ベルト２の表面から適切に除去されるようになった。

なお、この実施形態においては、中間転写ベルト２の表面に残ったトナー等の残留物を除去する２つのブラシ部材として、それぞれ中間転写ベルト２の表面に接触して回転するブラシローラ３１，３２を用いるようにした、中間転写ベルト２の表面に残ったトナー等の残留物を除去するのに使用するブラシ部材はこのようなものに限定されず、図示していないが、基材にブラシを植設させた通常のブラシ部材を中間転写ベルトの表面に接触させるようにすることも可能である。

また、この実施形態においては、中間転写ベルト２の表面に残留するトナー等の残留物を除去する第２クリーニング装置３０に、２つのブラシローラ３１，３２を設けるようにしただけであるが、上記の各感光体１１の表面に残留するトナー等の残留物を除去させる第１クリーニング装置１５を、上記の第２クリーニング装置３０と同様に構成することも可能である。

次に、市販の複写機（コニカミノルタ社製：ＢｉｚｈｕｂＣ４５０）を改造し、中間転写ベルトの表面に残ったトナー等の残留物を除去する第２クリーニング装置に、上記の実施形態に示すように、中間転写ベルトの表面に接触して回転する２つのブラシローラを設けるようにした。

ここで、上記のように２つのブラシローラを中間転写ベルトの表面に接触させて回転させるにあたり、ブラシローラを中間転写ベルトの表面に接触させて回転させる条件を、下記の表１のブラシ条件Ａ〜Ｓに示すように、ブラシ繊維のヤング率Ｅ（Ｎ／ｍ²）、ブラシの繊維径Ｄ（ｍ）、ブラシの繊維長Ｌ（ｍ）、ブラシの食い込み量Ｋ（ｍ）、ブラシの繊維密度Ｍ（本／ｍ²）、ブラシと中間転写ベルトとが当接する部分の幅Ｎ（ｍ）、ブラシと中間転写ベルトとが当接する部分における相対速度Ｕ（ｍ／ｓ）を変更させて、ブラシ繊維１本当りが中間転写ベルトから受ける力ｆ（Ｎ）及びブラシ全体が単位時間当たりに中間転写ベルトから受ける力Ｆ（Ｎ／ｓ）を変更させるようにした。

そして、中間転写ベルトの移動方向上流側における第１ブラシローラと、中間転写ベルトの移動方向下流側における第２ブラシローラとを、中間転写ベルトの表面に接触させて回転させるにあたり、第１ブラシローラと第２ブラシローラにおけるブラシ条件を、上記のブラシ条件Ａ〜Ｓの中から下記の表２に示すように組合せた実験１〜３７を行い、第１ブラシローラのブラシ繊維１本当りが中間転写ベルトから受ける力ｆ１と、第２ブラシローラのブラシ繊維１本当りが中間転写ベルトから受ける力ｆ２との大小、、第１ブラシローラが単位時間当たりに中間転写ベルトから受ける力Ｆ１と、第２ブラシローラが単位時間当たりに中間転写ベルトから受ける力Ｆ２との大小を求めると共に、中間転写ベルトの表面における残留物の回収性能及び中間転写ベルトの表面にフィルミングや傷が発生しているかの表面状態の評価を行い、その結果を、下記の表２に合わせて示した。

ここで、中間転写ベルトの表面における残留物の回収性能及び中間転写ベルトの表面にフィルミングや傷が発生しているかの表面状態の評価を行うにあたっては、第１ブラシローラと第２ブラシローラとを同じブラシ条件Ａにした実験１のものを基準とした。

そして、上記の回収性能の評価については、ベタ画像の画像形成を行い、クリーニング後において中間転写ベルトの表面に残留する残留物の量を調べ、残留物の量が実験１のものよりも少ない場合を◎、実験１のものと同等の場合を○、実験１のものよりも多い場合を×で示した。

また、上記の表面状態の評価については、文字画像を１０万枚印字した後において、中間転写ベルトの表面におけるフィルミングや傷の発生を調べ、フィルミングや傷の発生が実験１のものよりも少ない場合を◎、実験１のものと同等の場合を○、実験１のものよりも多い場合を×で示した。

この結果、本発明のように、第１ブラシローラのブラシ繊維１本当りが中間転写ベルトから受ける力ｆ１と、第２ブラシローラのブラシ繊維１本当りが中間転写ベルトから受ける力ｆ２とがｆ１＞ｆ２の条件を満たすと共に、第１ブラシローラが単位時間当たりに中間転写ベルトから受ける力Ｆ１と、第２ブラシローラが単位時間当たりに中間転写ベルトから受ける力Ｆ２とがＦ１＜Ｆ２の条件を満たす実験１４，１７，１８，３３，３７においては、残留物の回収性能が維持された状態で中間転写ベルトの表面にフィルミングや傷が発生するのが防止されていた。

なお、第１ブラシローラのブラシ繊維１本当りが中間転写ベルトから受ける力ｆ１と、第２ブラシローラのブラシ繊維１本当りが中間転写ベルトから受ける力ｆ２とがｆ１＝ｆ２で、第１ブラシローラが単位時間当たりに中間転写ベルトから受ける力Ｆ１と、第２ブラシが単位時間当たりに中間転写ベルトから受ける力Ｆ２とがＦ１＜Ｆ２の条件を満たす実験１０，１２，１３，２２，２４，２５においては、中間転写ベルトの表面にフィルミングや傷の発生が実験１と同等で、回収性能が向上したものもあったが、逆に実験１よりも残留物の回収性能が低下したものもあり、必ずしも適切なクリーニング性能が得られるとはいえなかった。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示した概略説明図である。 同実施形態の画像形成装置において、転写後における中間転写ベルトの表面に残留するトナー等の残留物を、２つのブラシローラが設けられた第２クリーニング装置によって中間転写ベルトから除去する状態を示した概略説明図である。

符号の説明

１ 装置本体
２ 中間転写ベルト（像保持部材）
２ａ ローラ
３ 給紙ローラ
４ タイミングローラ
５ 転写ローラ
６ 定着装置
７ 排紙ローラ
９ トナーカートリッジ
１０Ａ〜１０Ｄ イメージングカートリッジ
１１ 感光体
１２ 帯電装置
１３ 露光装置
１４ 現像装置
１５ 第１クリーニング装置
１５ａ クリーニングブレード
３０ 第２クリーニング装置
３１ 第１ブラシローラ（第１ブラシ部材）
３１ａ ブラシ
３２ 第２ブラシローラ（第２ブラシ部材）
３２ａ ブラシ
３３，３４ 回収ローラ
３３ａ，３４ａ 回収用電源
３５，３６ ブレード
Ｓ 記録媒体

Claims (4)

1. トナー像を保持して移動する像保持部材からトナー像を転写させた後に、この像保持部材の表面に残留する残留物を除去するクリーニング装置が設けられた画像形成装置において、上記のクリーニング装置に、移動する像保持部材の表面に接触させる２つのブラシ部材が設けられ、像保持部材の移動方向上流側において接触する第１ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力をｆ１、像保持部材の移動方向下流側において接触する第２ブラシ部材におけるブラシ繊維１本当りが像保持部材から受ける力をｆ２、上記の第１ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力をＦ１、上記の第２ブラシ部材が単位時間当たりに像保持部材から受ける力をＦ２とした場合、ｆ１＞ｆ２及びＦ１＜Ｆ２の条件を満たすことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、上記の第２ブラシ部材におけるブラシの繊維密度が第１ブラシ部材におけるブラシの繊維密度よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、上記の第２ブラシ部材におけるブラシの繊維径が第１ブラシ部材におけるブラシの繊維径よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の画像形成装置において、上記の第１ブラシ部材と第２ブラシ部材とが回転するブラシローラで構成され、上記の第２ブラシ部材の回転速度が第１ブラシ部材の回転速度よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。

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