JP5125186B2 - クリーニング装置 - Google Patents

Description

本発明は，電子写真方式の画像形成装置に利用されるクリーニング装置に関する。さらに詳細には，ブラシ繊維を像担持体の表面に摺擦させて像担持体上のトナーを除去するクリーニング装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では，像担持体（例えば，感光体ドラムや中間転写ベルト）上に形成されたトナー像を被転写体（例えば，普通紙）に転写している。このトナー像の転写では，トナーの鏡像力や転写電界のばらつき等が原因となり，一部のトナーが像担持体上に残留する。そのため，転写領域の下流にクリーニング装置を設置し，このクリーニング装置によって像担持体上のトナーを除去している。

この種のクリーニング装置としては，例えば図９に示すように，像担持体２に接触した状態で回転するクリーニングブラシ６１と，クリーニングブラシ６１と接触した状態で回転する回収ローラ６２と，回収ローラ６２と接触して回収ローラ６２上の付着物を掻き取るブレード部材６３とを備えている。クリーニングブラシ６１と像担持体２との間には，回収効率を高めるために所定のバイアスを印加することが一般的である。

また，クリーニングブラシ６１は，図１０に示すように，芯金６１Ａと，芯金６１Ａの外周を覆う基布に植設された直毛のブラシ繊維６１Ｂとによって構成される。図１１に示すように，像担持体２の表面に付着するトナー２０は，クリーニングブラシ６１のブラシ繊維６１Ｂにより掻き取られ，クリーニングブラシ６１に捕集される。クリーニングブラシ６１によって捕集されたトナーは，クリーニングブラシ６１と回収ローラ６２との電位差によって回収ローラ６２に移る。回収ローラ６２表面のトナーは，ブレード部材６３にて機械的に掻き落とされる。

クリーニングブラシを備えるクリーニング装置としては，特許文献１や特許文献２に開示されているものがある。なお，特許文献１では，感光体表面の磨耗のバラツキを抑制するため，ブラシ繊維をループ状に植設し，ループ状のブラシ繊維のデニール数（Ｄ）と単繊維フィラメント数（Ｆ）とを規定している。また，特許文献２では，均一なトナー除去を行うため，導電性フィラメントの断面形状が３葉以上の多葉断面形状としている。
特開平１０−２６９１６号公報 特開２００５−２６４３９９号公報

しかしながら，前記した従来のクリーニング装置には，次のような問題があった。すなわち，近年，更なる高画質化の要求に応えるため，トナーが小粒径化している。この種の小粒径トナーは，通常の粒径のトナーと比較して掻き取りが難しい。そこで，トナーに流動性を付与する外添剤の添加量を増やし，トナーを掻き取り易くすることも考えられる。しかし，外添剤を増やすと，トナーから剥離した外添剤が像担持体表面に大量に付着して像担持体本来の性能が維持できない。そのため，通常，ブラシの食込み量を多くすることで掻き取り性能を向上させる。

一方，環境面やコスト面の観点より，各部材の長寿命化の要求が高まっている。すなわち，像担持体およびブラシ部材のライフを伸ばし，部品の交換サイクルを長期化することが求められている。しかし，トナーの掻き取り性を優先してブラシの食込み量を多くすると，ブラシと像担持体との摩擦抵抗が大きくなり，駆動トルクが高くなる。また，像担持体表面の磨耗を促進してしまう。つまり，高回収性と長寿命化とがトレードオフの関係にある。

なお，特許文献１に開示されたクリーニング装置では，ブラシ繊維をループ状にすることで像担持体表面を均一に磨耗することができるとしている。しかし，単にループ状にしただけでは，クリーニング性能のうち，均一性が向上したとしても掻き取り性を十分に向上させるには至らない。すなわち，ループ状のブラシ繊維が像担持体表面を摺擦する際に，ブラシ繊維が従動回転してしまうことがあり，トナーを像担持体側に押し付けてしまう。また，トナーを掻き上げて，トナーを飛散させてしまう。

また，特許文献２に開示された電子写真装置用ブラシでは，３葉以上の多葉断面繊維であることから，像担持体との接触点が２点以上になること，丸断面繊維と比較して繊維の表面積が大きいことからクリーニング性が向上するとしている。しかし，多葉形状にしてしまうと，葉間に入り込んだトナーを吐き出し難い。取り込まれたトナーによってブラシの硬度が変化してしまうと，像担持体に必要以上のストレスを与えることになる。また，保持可能なトナー量が減少し，掻き取り不良などの問題も懸念される。

本発明は，前記した従来のクリーニング装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，ブラシによって像担持体をクリーニングするものであって，高回収性と長寿命化とを両立させたクリーニング装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされたクリーニング装置は，ブラシ繊維を基材に植設したブラシ部材を有し，当該ブラシ部材のブラシ繊維を像担持体に摺擦させて当該像担持体上のトナーを除去するクリーニング装置であって，ブラシ繊維は，その断面形状が３つの鋭角な頂点を有する形状であり，基材への２箇所の取り付け位置を結ぶ線分がブラシ部材の長手方向に対して平行となるようにループ状に植設され，基材の外周の回転方向全体を覆うことを特徴としている。

本発明のクリーニング装置のブラシ部材は，ブラシ繊維をループ状に植設し，かつその断面形状を３つの鋭角な頂点を有する形状としている。ブラシ繊維をループ状に植設することで，直毛状に植設したものと比較してトナーの捕捉効率が高く，より多くのトナーの回収が可能になる。また，ブラシ繊維の断面形状を３つの鋭角な頂点を有する形状とすることで，頂点間を繋ぐ辺部が像担持体と摺接することになる。そのため，円形断面のものと比較して，像担持体との接触面積が大きく，ブラシ繊維が回転し難い。また，頂点部が鋭角であることから，トナーと像担持体との間隙に入り易い。よって，ループ内に捕捉されたトナーは，像担持体側に押し付けられず，確実に捕集される。そのため，小粒径トナーであっても掻き取りが容易となる。そして，掻き取り性が確実に向上することによって，ブラシ繊維の食込み量を低く抑えることができる。

なお，頂点が４つ以上となると，その形状が３つの場合の形状と比較して円形に近づくことになる。そのため，ブラシ繊維が回転し易くなり，回転を抑制する効果が十分に得られない。さらに，鋭角な頂点を形成することが難しく，トナーの掻き取り性，機械的強度，製造コストの面から，４つ以上の頂点は不利となる。つまり，頂点の数は３つであることが望ましい。

また，各頂点は，各頂点間を直線で結ぶと正三角形をなすように断面外周上に均等に配置されていることが好ましい。３つの鋭角な頂点を有する形状としては，例えば正三角形がある。正三角形とすると，繊維の断面積が大きく，機械的強度が確保し易い。また，そのほかの形状としては，例えば，Ｙ字形状がある。Ｙ字形状繊維にすると，繊維の表面積が大きく，より良好なクリーニング性が得られる。

また，ブラシ部材のブラシ繊維は，基材への２箇所の取り付け位置を結ぶ線分がブラシ部材の長手方向に対して平行である。すなわち，ブラシ繊維をこのように植設することで，ブラシ繊維の植毛方向を像担持体の回転方向に直交させることができ，ループ部分でのトナーの捕捉効果を最大限に発揮することができる。

本発明によれば，ブラシによって像担持体をクリーニングするものであって，高回収性と長寿命化とを両立させたクリーニング装置が実現している。

以下，本発明にかかる画像形成装置を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電子写真方式のプリンタのクリーニング装置に本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置は，タンデム方式のフルカラープリンタであり，図１に示すように並列に配置された４つの画像形成ユニットを有するものである。具体的に，本形態のカラープリンタ１００は，４色の画像形成ユニット１Ｋ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｙを有している。また，その他にクリーニング装置７，中間転写ベルト８，２次転写ローラ５０，定着装置９等を有している。各画像形成ユニットは，中間転写ベルト８上に各色の画像を形成するものである。各画像形成ユニットは，画像形成ユニット１Ｋがブラック（Ｋ），画像形成ユニット１Ｃがシアン（Ｃ），画像形成ユニット１Ｍがマゼンタ（Ｍ），画像形成ユニット１Ｙがイエロー（Ｙ）の各色に対応し，中間転写ベルト８の回転方向（図１中の矢印Ｘ方向）の上流側から１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの順に配置されている。なお，各画像形成ユニットの配置は図１の順序に限定されるものではない。

また，画像形成ユニット１Ｋは，図２に示すように，回転ドラム型の電子写真感光体であり，負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）である感光体ドラム２を有している。感光体ドラム２は，図２中の矢印Ｙ方向に一定の速度で回転するようになっている。また，感光体ドラム２の周囲には，その回転方向に沿って，帯電装置３，現像装置４，転写装置５，クリーニング装置６が順次配置されている。なお，帯電装置３と現像装置４との間には，潜像が形成される露光エリアが設けられている。その他の画像形成ユニットについても同様の構成となっている。

続いて，本形態のカラープリンタ１００の画像形成動作について説明する。まず，帯電装置３の帯電バイアスにより，感光体ドラム２の表面が所定の電位に帯電される。次に，露光エリアにて１ページ目の潜像が形成される。

次に，現像装置４により，負帯電性のトナーによる現像が行われ，感光体ドラム２上に１ページ目のトナー像が形成される。次に，転写装置５により，１ページ目のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。すなわち，感光体ドラム２上のトナーは，転写装置５のプラスバイアスにより中間転写ベルト８に転写される。このとき，一部のトナーは，転写されずに感光体ドラム２上に残留し転写残トナーとなる。そして，クリーニング装置６により，転写残トナーが掻き取られて回収される。

このような動作を画像形成ユニットごとに繰り返し，中間転写ベルト８上にそれぞれの色のトナー画像を重ね合わせる。そして，４色のトナー像が重ね合わせられることにより，中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。このカラー画像が２次転写ローラ５０にて記録紙に転写される。そして，その記録紙が定着装置９を介して排出トレイに出力される。また，記録紙に転写した後，クリーニング装置７のクリーニング部材が中間転写ベルト８に当接し，中間転写ベルト８上の転写残トナーが掻き取られる。

続いて，クリーニング装置６について詳説する。クリーニング装置６は，感光体ドラム２に摺擦して転写残トナーや微粉体等を感光体ドラム２から除去するクリーニングブラシ６１と，クリーニングブラシ６１と接触した状態で回転する回収ローラ６２と，回収ローラ６２と接触して回収ローラ６２上の付着物を除去するブレード部材６３とを備えている。クリーニングブラシ６１と感光体ドラム２との間には，回収効率を高めるために所定のバイアスが印加される。

また，クリーニングブラシ６１は，図３に示すように，芯金６１ａと，芯金６１ａの外周を覆う基布に植設されたブラシ繊維６１ｂとを備える。ブラシ繊維６１ｂの材料としては，例えば導電性のナイロン繊維が適用可能である。

クリーニングブラシ６１の個々のブラシ繊維６１ｂは，芯金６１ａにループ状に植設されている。すなわち，ブラシ繊維６１ｂは，両端部が固定されており，湾曲するループ部が感光体ドラム２と摺擦する。ブラシ繊維６１ｂがループ状をなすことで，図４に示すように感光体ドラム２上のトナー２０を囲い込むように捕捉することができる。つまり，直毛状のものと比較して感光体ドラム２との接触面積が大きい。よって，トナーの捕捉効率が高く，より多くのトナーの回収が可能になる。

さらに，ブラシ繊維６１ｂは，芯金６１ａへの２箇所の取り付け位置を結ぶ線分の方向（以下，「植毛方向」とする）がクリーニングブラシ６１の軸方向に対して平行となるように植設されている。

なお，ここでいう平行は必ずしも厳密な平行を意味するものではない。すなわち，ブラシ繊維６１ｂの植毛方向とクリーニングブラシ６１の軸方向との関係が直交であると，ループ部内でのトナーの捕捉ができず，ループ形状による掻き取り効果が生じない。一方で，当該関係が平行であると，その効果を最大限に発揮できる。つまり，植毛方向に，クリーニングブラシ６１の軸方向と平行となる方向の成分が多いほど掻き取り性がよい。具体的にブラシ繊維６１ｂは，植毛方向がクリーニングブラシ６１の軸方向と４５度以下の角度で交われば効果が期待でき，より好ましくは３０度以下の角度となるように植設するとよい。

ループを形成するブラシ繊維６１ｂの長さは，特に限定するものではない。ただし，ループが長すぎると繊維の弾力が無くなり，掻き取り性が低下する。一方，短すぎるとループの形成が不十分となり，掻き取り効果が発揮されなかったり，トナーの捕集領域が小さくなる。そのため，トナーが溢れ出し，拭き残しが発生する。よって，ブラシ繊維６１ｂの長さとしては，２ｍｍ〜８ｍｍ，より好ましくは３ｍｍ〜５ｍｍとする。なお，ここでいうブラシ繊維の長さとは，ループ繊維の両端間の長さではなく，繊維を固定した基材からループの頂上までの距離をいう（図３中の距離ｄ）。

また，ブラシ繊維６１ｂの感光体ドラム２への食い込み量は，ブラシ繊維の長さ以下であればよい。ただし，ブラシ繊維６１ｂの長さに対して食い込みが浅すぎると，ループ部分の感光体ドラム２への接触面積が小さくなり，掻き取り性が低下する。一方，深すぎると，ブラシ繊維６１ｂと感光体ドラム２との摩擦抵抗が大きくなり，駆動トルクが高くなる。そのため，過剰な負荷により，感光体ドラム２の磨耗や破損が生じる。そのため，ブラシ繊維６１ｂの長さと食い込み量との差が，２ｍｍ〜３．５ｍｍ，より好ましくは２．５ｍｍ〜３ｍｍとなるように食い込み量が調節される。

また，ブラシ繊維６１ｂの植毛密度は，特に限定するものではない。ただし，植毛密度が低すぎると，感光体ドラム２と摺擦する繊維数が少ないため，掻き取り性が低下する。一方，高すぎると，ブラシの硬度が高まり，感光体ドラム２の磨耗を助長してしまう。そのため，ブラシ繊維６１ｂの植毛密度としては，５０ｋ〜８００ｋＦ／ｉｎｃｈ²，より好ましくは１００ｋ〜５００ｋＦ／ｉｎｃｈ²とする。

また，ブラシ繊維６１ｂの断面は，図５に示すように略正三角形をなしている。すなわち，ブラシ繊維６１ｂは，その断面が円形ないし単純な凹凸形状ではなく，３つの鋭角な頂角を有する断面形状をなしている。

本形態では，クリーニングブラシ６１のブラシ繊維６１ｂが略正三角形断面をなすことで次のような特徴を有する。すなわち，繊維の断面が三角形状であることで，図６に示すように三角形の辺部が感光体ドラム２と摺接する。すなわち，三角形の辺部が感光体ドラム２に接触することで，円形断面と比較して感光体ドラム２との接触面積が大きく，ブラシ繊維６１ｂが回転し難くなる。そして，ブラシ繊維６１ｂの回転が止まることで，ループ内に捕捉されたトナー２０は感光体ドラム２側に押し込められず，確実に掻き取られる。さらには，トナー２０の飛散は少ない。また，ブラシ繊維６１ｂの頂点部が鋭角であり，トナー２０と感光体ドラム２との間隙に入り易い状態が維持される。そのため，小粒径トナーであっても掻き取りが容易となる。

一方，繊維の断面が円形であったり，４角以上の多角形であったり，あるいは頂点を４箇所以上有する異形断面であると，ブラシ繊維６１ｂが感光体ドラム２に引き摺られて回転し，トナー２０を押し込めてしまったり，跳ね上げてしまう。また，そのような形状の場合，図７に示すようにトナー２０とブラシ繊維６１ｂとの接触点６１ｐの位置が図６の場合と比較して高くなる。すなわち，繊維径がトナー径よりも大きい場合，接触点６１ｐはトナー２０の重心より上方に位置し，トナー２０を感光体ドラム２側に押し付ける力Ｆが作用する。これにより，掻き取り性が低下する。また，繊維径がトナー径よりも小さい場合，ブラシ繊維６１ｂがトナー２０と感光体ドラム２との間隙に入り易いため，掻き取り性は低下しない。しかし，繊維が極細となり，繊維の強度が低下し，ブラシの製造過程や耐久中に繊維の破断が生じるおそれがある。つまり，断面形状は，鋭角の頂点の数が３つとなるように構成することが最も望ましい。

なお，ブラシ繊維６１ｂの断面は，図６に示したような略正三角形の形状に限るものではない。すなわち，３つの鋭角な頂角を有し，頂点間を直線で結ぶと正三角形をなすように各頂点を断面外周上に均等に配置していればよく，例えば図８に示すような略Ｙ字形状であってよい。Ｙ字形状繊維にすることで，正三角形繊維と比較して繊維の表面積が大きいことからクリーニング性が向上する。一方，正三角形繊維にすることで，Ｙ字形状繊維と比較して繊維の断面積が大きいことから繊維の倒れ等が抑制できる。

［実施の形態の評価］
続いて，本形態のカラープリンタ１００の評価結果について説明する。本評価では，実施例のブラシ繊維として東洋紡社製の「トライアクター」（商品名）を使用し，繊維密度を２４０ｋＦ／ｉｎｃｈ²とし，繊維長さを３．５ｍｍとした。そして，比較例として，ブラシ繊維の形状のループ状／直毛状と，その断面形状およびブラシ繊維の感光体ドラムへの食込み量の組み合わせについて実験を行った。

なお，本評価では，コニカミノルタ社製の「Magicolor5430DL」（以下，「評価機」とする）を利用し，クリーニングブラシの構成を変えて評価を行った。また，トナーは，平均粒径７．３μｍの重合トナーを利用した。

結果を表１に示す。

まず，回収性について評価を行った。回収性の評価方法は，クリーニングブラシ通過後の感光体を観察することで判断した。具体的には，感光体上に縦５ｃｍ×横３ｃｍのパッチ画像を形成し，通常条件で転写を行った後，クリーニングブラシを通過させ，感光体上に残るトナーを観察した。そして，パッチ部のトナー残存が認められなければ良好（○），パッチ部のトナー残存が認められる状態であれば不良（×）と判断した。

本評価の結果，実施例１，２では，トナーの回収性は良好であり，良好な画像が得られた。また，比較例１のように繊維断面を円形とし，繊維をループにした場合には，十分な回収性は得られず，フィルミングが生じる結果となった。また，比較例２のように繊維断面を円形で繊維が直毛のままであっても食込み量が大きければ良好な回収性が得られた。一方，比較例３，４のように繊維断面が円形で繊維を直毛とし，食込み量を実施例と同じにすると，回収性が不良となり，感光体ドラムの表面にフィルミングが生じた。

次に，感光体の磨耗について評価を行った。感光体の磨耗評価は，白紙モードで３０時間連続駆動による，感光体の磨耗量を計測した。そして，その磨耗量が１μｍ以下であれば良好（○），１μｍを超える状態であれば不良（×）と判断した。

本評価の結果，実施例１，２では，感光体ドラムの磨耗量は良好であった。また，比較例１，３，４のように繊維断面を円形としたままであっても，食込み量が実施例と同じ，あるいはそれよりも小さくすることで良好な磨耗量となった。一方，比較例２のように食込み量を大きくした場合には，磨耗が進み，磨耗ムラが発生する結果になった。

すなわち，本評価の結果から，繊維断面をＹ字形状あるいは三角形状とし，繊維の先端をループ形状にすることで高回収性と長寿命化とが両立することがわかった。一方，繊維断面を円形にしてしまうと掻き取り性が不十分となることがわかった。また，繊維を直毛とした場合にも，掻き取り性が不十分となることがわかった。一方，食込み量を多くすることで高回収性を得ることができるが，感光体ドラムの表面の磨耗が進み，長寿命化を図ることができなくなることがわかった。

以上詳細に説明したように本形態のクリーニング装置６のクリーニングブラシ６１は，ブラシ繊維６１ｂをループ状に植設し，かつその断面形状を３つの鋭角な頂点を有する形状としている。つまり，ブラシ繊維６１ｂをループ状とすることで，直毛状のものと比較してトナーの捕捉効率が高く，より多くのトナーの回収が可能になる。また，ブラシ繊維６１ｂの断面形状を略正三角形あるいは略Ｙ字形状とすることで，頂点を繋ぐ辺部が感光体ドラム２と摺接することになる。そのため，円形断面のものと比較して，感光体ドラム２との摺擦時におけるブラシ繊維６１ｂの回転が抑制される。また，頂点が鋭角であることから，トナーと感光体ドラム２との間隙に入り易い。よって，ループ内に捕捉されたトナーは，感光体ドラム２側に押し付けられず，確実に捕集される。また，小粒径トナーであっても掻き取りが容易となる。そして，食込み量を大きくすることなく掻き取り性が確実に向上することによって，ブラシ繊維の食込み量を低く抑えることができる。よって，ブラシによって像担持体をクリーニングするものであって，高回収性と長寿命化とを両立させたクリーニング装置が実現している。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，画像形成装置としては，プリンタ，複写機，スキャナ，ＦＡＸ等であって電子写真方式にて画像を形成するものであれば適用可能である。また，カラー画像を形成するものであってもモノクロ画像専用のものであってもよい。また，タンデム方式であっても４サイクル方式であってもよい。また，２次転写方式であっても直接転写方式であってもよい。

また，本実施の形態では，感光体上の転写残トナーを回収するクリーニング装置に本発明を適用しているが，これに限るものではない。すなわち，中間転写ベルト上の転写残トナーを回収するクリーニング装置に本発明を適用してもよい。

実施の形態にかかるカラープリンタの構成を示す概略図である。 実施の形態にかかる画像形成ユニットの構成を示す概略図である。 実施の形態にかかるクリーニングブラシのブラシ繊維の構成を示す概略図である。 感光体ドラムとループ状のブラシ繊維とが接触する状態を示す概略図である。 実施の形態にかかるクリーニングブラシのブラシ繊維の断面形状（三角）を示す図である。 三角形断面のブラシ繊維と被清掃部材の接触状態を示す図である。 円形断面のブラシ繊維と被清掃部材の接触状態を示す図である。 実施の形態にかかるクリーニングブラシのブラシ繊維の断面形状（Ｙ字）を示す図である。 従来の形態にかかるクリーニング装置の構成を示す概略図である。 従来の形態にかかるクリーニングブラシのブラシ繊維の構成を示す概略図である。 感光体ドラムと直毛状のブラシ繊維とが接触する状態を示す概略図である。

符号の説明

１Ｋ 画像形成ユニット
２ 感光体ドラム（像担持体）
６ クリーニング装置
６１ ブラシ繊維
６２ 回収ローラ
６３ ブレード部材
１００ カラープリンタ（画像形成装置）

Claims (3)

1. ブラシ繊維を基材に植設したブラシ部材を有し，前記ブラシ部材のブラシ繊維を像担持体に摺擦させて当該像担持体上のトナーを除去するクリーニング装置において，
   前記ブラシ繊維は，その断面形状が３つの鋭角な頂点を有する形状であり，前記基材への２箇所の取り付け位置を結ぶ線分が前記ブラシ部材の長手方向に対して平行となるようにループ状に植設され，前記基材の外周の回転方向全体を覆うことを特徴とするクリーニング装置。
2. 請求項１に記載するクリーニング装置において，
   前記断面形状は，正三角形であることを特徴とするクリーニング装置。
3. 請求項１に記載するクリーニング装置において，
   前記断面形状は，Ｙ字形状であることを特徴とするクリーニング装置。

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