JP5566135B2 - クリーニング装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式により形成したトナー像を担持する担持体に残留したトナーを除去するクリーニング装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、感光体ドラムや中間転写体などの像担持体に形成されたトナー像を、紙等の記録材に転写して画像を形成する。このような画像形成装置の場合、像担持体上の転写残トナーをクリーニングブレードによって除去するようにしている。

除去されたトナーはクリーニングブレード近傍に設置された搬送スクリューによって回収トナー容器まで運ばれる。この搬送スクリューとして線材を用いて螺旋状にし、トナー搬送の下流側においてピッチを広げているものがある。これにより、トナー搬送方向下流側での転写残トナーの搬送能力を高めることができる（特許文献１）。

また、搬送スクリューとして線材を用いたもので、搬送スクリューを振動させることによって、除去されたトナーのパッキングを防止しているものもある。（特許文献２）

特開２００６-１３９０８４ 特開２００２-２０９３１２

トナー搬送部材として、線材を螺旋状にした搬送スクリューで構成した場合、トナーの凝集性が高いと、除去されたトナーが搬送されている過程で凝集してスクリューの内径と同じ程度の大きさの球になり、搬送スクリューによる搬送性が悪化するおそれがある。

このとき、前記特許文献１に開示されるクリーニング構成にあっては、スクリューのピッチを広げることで搬送能力は高まるが、ピッチを広げすぎてしまうとトナー搬送量が安定しなくなる。

また、特許文献２のクリーニング構成では、搬送スクリューを振動させているので、トナーの凝集防止には効果的である。しかし、搬送スクリュー自体の振動だと流動性が悪いトナーの際には、振動させる量を大きくしなければならなくなる。また、振動させることによってトナーの搬送量が安定しなくなり、また振動による音も問題となる。

本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、トナーが凝集しても搬送性を損なうことなく、安定してトナー搬送が可能なクリーニング装置及びこれを備えた画像形成装置を提供するものである。

上記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、トナー像を担持する担持体上のトナー像を記録材に転写した後に前記担持体に残留したトナーを除去するクリーニング装置において、前記担持体に残留したトナーを除去するクリーニング部材と、前記クリーニング部材によって除去されたトナーを回収するトナー回収部と、前記クリーニング部材によって除去されたトナーを前記トナー回収部へ搬送するトナー搬送部材と、を有し、
前記トナー搬送部材は、線材を螺旋状にした回転可能なスクリューとして構成され、前記スクリューのピッチが、前記スクリューの回転軸方向において画像形成領域ではスクリュー内径よりも小さく、画像形成領域外ではスクリュー内径よりも大きく設定されていることを特徴とする。

本発明の画像形成装置では、トナー搬送部材において画像形成領域においてはスクリュー内径よりも螺旋ピッチが小さいのでトナー搬送量が安定する。一方、画像形成領域外の少なくとも一部においては、螺旋ピッチが大きいためにトナー搬送量を多くすることができ、トナー回収部へトナー詰まりを生ずることなく搬送することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成説明図である。 （ａ）はクリーニング装置の断面図である。（ｂ）はクリーニング装置と中間転写ユニットの正面図である。 （ａ）はクリーニング装置とトナー回収容器の断面図である。（ｂ）はクリーニング装置とトナー回収容器の上面の概念図である。 搬送スクリューの説明図である。 搬送スクリューの搬送量バラツキとピッチの関係図である。 画像形成領域と搬送スクリューピッチの関係を示した長手図である。 （ａ）はクリーニング装置の断面図である。（ｂ）はクリーニング装置の断面図である。 クリーニング補助部材の駆動入力の説明図である。 クリーニング補助部材の駆動入力の説明図である。 クリーニング補助部材と搬送スクリューピッチの関係を示した長手図である。 （ａ）はクリーニング装置とトナー搬送部の断面図である。（ｂ）はクリーニング装置とトナー搬送部とトナー回収容器の上面の概念図である。

本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、４個の画像形成部を有するカラー画像形成装置を例示し、これに用いられるクリーニング装置を説明する。なお、本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

〔第１実施形態〕
＜画像形成装置全体説明＞
図１は第１実施形態に係る画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置６１は、中間像担持体である中間転写ベルト８の直線区間に４つの画像形成部Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄを配列したタンデム型フルカラープリンタである。

最も上流側の画像形成部Ｓａでは、像担持体である感光体ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて、一次転写部３２ａにて中間転写ベルト８に一次転写される。画像形成部Ｓｂでは、感光体ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて、一次転写部３２ｂにて、中間転写ベルト８のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部Ｓｃ，Ｓｄでは、それぞれ感光体ドラム１ｃ，１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に一次転写部３２ｃ，３２ｄにて、中間転写ベルト８に一次転写される。

中間転写ベルト８に、順次、一次転写された４色のトナー像は、転写部Ｔ２へ搬送されて、記録材Ｐに二次転写される。転写部Ｔ２を通過して中間転写ベルト８に残留した転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１３によって除去される。

４色のトナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置１６で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、排出ローラ２１から排出トレイ２３へ排出される。

記録材Ｐは、記録材収納カセット１７から１枚ずつ給送され、分離ローラ１２によって１枚ずつ分離してレジストローラ１９に受け渡される。レジストローラ１９は、中間転写ベルト８のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを給送する。

４つの画像形成部Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は同一に構成されている。以下では、最も下流の画像形成部Ｓｄについて説明し、他の画像形成部Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃについては、説明中の符号末尾のｄをａ，ｂ，ｃに読み替えて説明されるものとする。

画像形成部Ｓｄは、感光体ドラム１ｄの周囲に、帯電装置３ｄ、露光装置７、現像装置４ｄ、一次転写ローラ５ｄ、クリーニング装置６ｄを配置する。これらの感光体ドラム１ｄ及び現像装置４ｄから成る画像形成部Ｓｄは、そのメンテナンス用途のためにプロセスカートリッジ化されている。

感光体ドラム１ｄは、帯電極性が負極性の感光層を表面に形成した金属円筒で構成され、所定のプロセススピードで回転する。

帯電装置３ｄは、感光体ドラム１ｄに帯電ローラを圧接して回転させ、帯電ローラに直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を印加して、感光体ドラム１ｄの表面を一様に帯電する。

露光装置７は、分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを多面体ミラーで走査して、帯電した感光体ドラム１ｄの表面に画像の静電像を書き込む。

現像装置４ｄは、負極性に帯電したトナーを感光体ドラム１ｄの静電像の露光部分に付着させて静電像を反転現像する。

一次転写ローラ５ｄは、中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ｄに圧接して、感光体ドラム１ｄと中間転写ベルト８との間に一次転写部Ｔｄを形成する。中間転写ベルト８は、張架ローラ１０，１１，５８に張架された無端ベルトである。中間転写ベルト８は、画像形成の際は矢印ａ方向に回転し、負極性に帯電したトナー像に重ね合わせて一次転写部３２ｄを通過するときに、一次転写ローラ５ｄに正極性の直流電圧が印加されることによって、トナー像が一次転写される。

クリーニング装置６ｄは、一次転写部Ｔｄを通過して感光体ドラム１ｄの表面に残留した転写残トナーを除去する。

＜ベルトクリーニング装置＞
次に中間像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング装置１３について、図２及び図３を用いて説明する。

図２（ａ）に示すように、クリーニング部材であるクリーニングブレード３１は、回動中心３４において回動可能に支持されており、押圧バネ３５によって中間転写ベルト８に対して押圧されている。なお、図２（ａ）において、３８は中間転写ベルト８から除去したトナーが開口上下縁部から漏れるのを防止するために、中間転写ベルト８の幅方向に当接して設けられたトナー漏れ防止シートである。

クリーニング装置１３は、図２（ｂ）に示すように、中間転写ユニット５０と結合するように取り付けられている。具体的には、図２（ｂ）に示すように、ブレード回動軸３６が板金で構成した保持部材３７にカシメによって締結されていて、ブレード回動軸３６はクリーニングブレード３１の回動中心３４に嵌合している。さらに、保持部材３７は張架ローラの１つであり、中間転写ベルト８にテンションを付与するテンションローラ１１を支持する軸受５４を支持している。そして、軸受５４はバネ５５により図２（ｂ）の矢印Ｒ１の方向へ押されることによって保持部材３７が押され、これによりテンションローラ１１が押されて中間転写ベルト８にテンションがかかる構成になっている。

ここで、ブレード回動軸３６がカシメられる穴と軸受５４を支持する穴は、ベルト幅方向の両端共に同一の型で形成されており、クリーニングブレード３１とテンションローラ１１の相対位置が両端で変わらないように構成されている。なお、前述したクリーニング装置支持構成の説明は、ベルト幅方向の一方端側（本体手前側）についてであるが、ベルト幅方向他方端側（本体奥側）についても同一の構成となっている。

二次転写後に中間転写ベルト８に残留したトナーはベルトの回転によって、ベルトクリーニング装置１３に運ばれる。そして、ベルトクリーニング装置１３内のクリーニングブレード３１によって残トナーがかきとられ、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、トナー搬送部材である搬送スクリュー３０によってベルトクリーニング装置１３の奥へと搬送される。そして、ベルトクリーニング装置１３内の開口部４１より自由落下にて、トナー回収部であるトナー回収容器４０へと落下して回収される。

（搬送スクリュー）
ここで、クリーニングブレード３１部によって除去されたトナーをトナー回収容器４０へ搬送する搬送スクリュー３０について説明する。

本実施形態の搬送スクリュー３０は、線材を螺旋状にした回転可能なスクリューとして構成されている。そして、図４に示すように、クリーニング装置１３の手前から奥側（長手方向）までの大半の箇所は搬送スクリューピッチはＣで構成されていて、残りがピッチＢで構成されている。クリーニングブレード３１は、スクリューのピッチＣ領域にしか存在せず、ピッチＢの領域には重ならないよう構成している。また、スクリューの内径をφＡとしたとき、Ｃ＜Ａ＜Ｂという関係になっている。

すなわち、本実施形態の搬送スクリュー３０は、スクリューの回転軸方向において、画像形成領域ではスクリューの内径Ａよりも小さいピッチＣに設定され、その下流の画像形成領域外ではスクリューの内径Ａよりも大きなピッチＢに設定されている。なお、ここでいう画像形成領域とは、搬送スクリュー３０によるトナー搬送方向において、中間転写ベルト８上にトナー像が形成される最大範囲をいう。

クリーニングブレード３１によって中間転写ベルト８から除去したトナーが凝集しやすいトナーである場合、搬送スクリュー３０で搬送している間にスクリュー内径Ａと同程度のトナーの球ができることがある。このような凝集したトナー球はスクリューピッチが前記Ｃのままであると、トナー回収容器４０への開口部４１近傍において、搬送スクリュー３０の内部に滞留してしまい、これがきっかけでベルトクリーニング装置１３内がトナーで満杯になるおそれがある。

そこで、本実施形態では、搬送スクリュー３０の回転軸方向において、非画像形成領域にあっては、搬送スクリュー３０のスクリューピッチを前記Ｃからスクリュー内径よりも大きなピッチＢに設定している。これにより、開口部４１の近傍では内径Ａと同程度のトナー球がスクリュー内部にあっても、これがピッチ間から確実に開口部４１に落下する。これにより、凝集したトナーがスクリュー内部に滞留することなく、トナー回収容器４０へと回収される。

一方、画像形成領域においては、トナー搬送量を安定させる必要がある。ここで、発明者は線材を螺旋状にしたトナー搬送スクリューを用い、スクリュー内径との関係でスクリューピッチを種々変化させたときにトナー搬送量にどのようなバラツキが出るか実験した。その結果をまとめたものが図５である。

図５は内径８．４ｍｍであってスクリューピッチが異なる搬送スクリューを用い、スクリュー内にトナーを詰めて所定時間回転させたときのトナー搬送量を測定する実験を複数回行い、トナー搬送量のバラツキσを「標準偏差」として求めた結果である。

図５からわかるように、スクリューピッチが小さいときはトナー搬送量のバラツキは少ないが、ピッチが大きくなるにしたがってトナー搬送量のバラツキが大きくなる。これはクリーニングブレードで除去されたトナーは搬送スクリューによる搬送中に凝集して球状になる場合があるが、その場合、スクリューピッチが小さいと前後のピッチ２点でトナー球を保持搬送できるため、搬送が安定すると考えられる。従って、画像形成領域でのピッチ間隔は、トナーの搬送性の観点から搬送スクリュー３０の内径（直径）よりも小さいことが好ましい。より好ましくは、画像形成領域でのピッチ間隔は、搬送スクリュー３０の内径（直径）の１/２以下とするのがより好ましい。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、トナー搬送量を安定させる必要がある少なくとも画像形成領域では搬送スクリュー３０のピッチを非画像形成領域よりも小さく、すなわちスクリュー内径Ａよりも小さいＣに設定している。これにより、画像形成領域から大量のトナーが除去された場合でも、そのトナーは搬送スクリュー３０によって非画像形成領域よりも安定して搬送されていく。本実施例では、搬送スクリュー３０の内径は、８．４ｍｍとし、ピッチ間隔は、画像形成領域で３．６ｍｍ、非画像形成領域では１０ｍｍとした。

上記のように、画像形成領域においてはスクリューピッチをスクリュー内径よりも小さく設定してトナー搬送量を安定させる。また、非画像形成領域においてはスクリューピッチをスクリュー内径よりも大きく設定することで、トナー搬送量の安定よりも凝集したトナー球を確実に落下させるものである。

（クリーニング補助部材）
前述したように、本実施形態の搬送スクリュー３０を用いることにより、凝集しやすいトナーであってもトナー回収容器４０に回収することが可能である。しかし、極端に凝集しやすいトナーの場合、クリーニングブレード３１でかきとられたトナーが、自由落下できずに、図７（ａ）のハッチング部分に示すように、トナーがパッキングしてしまうことも考えられる。

そこで、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、除去したトナーがパッキングしないようにクリーニング補助部材４４を設けている。

本実施形態のクリーニング補助部材４４は、搬送スクリュー３０の回転軸方向において、画像形成領域にわたって設けられ、その両端が図７（ｂ）の軸４４ａによってクリーニング装置に取り付けられている。このクリーニング補助部材４４は、搬送スクリュー３０の回転により駆動入力され、図７（ｂ）の矢印ｂのように、回動軸４４ａを中心にして往復運動を行うものである。この動きによって、図７（ａ）のハッチング部分でのトナーのパッキングを防止することができる。

クリーニング補助部材４４について、図７乃至図９を用いて更に説明する。クリーニング補助部材４４は、搬送スクリュー３０が回転していないときは、ネジリコイルバネ４６（図９参照）によって付勢され、カバー４５に突き当たることで、図８（ａ）及び図９（ａ）の状態で待機している。

そして、搬送スクリュー３０が図８（ａ）の矢印ｃの方向に回転すると、搬送スクリュー３０の長手方向端部に設けた係合部３０ａがクリーニング補助部材４４に接触して、これを揺動させて図８（ｂ）及び図９（ｂ）の状態になる。そして、搬送スクリュー３０がさらに回転すると、ネジリコイルバネ４６によって付勢され、カバー４５に突き当たり、図８（ａ）及び図９（ａ）の状態の状態に戻る。これを繰り返すことでクリーニング補助部材４４は、往復運動するようになっている。

また、カバー４５の突き当て部に緩衝材を貼ることで、クリーニング補助部材４４がカバー４５に突き当てる際の音を低減するようにしている。

クリーニング補助部材４４は、往復運動する際にクリーニングブレード３１に接触するとクリーニング性能に悪影響を与えてしまい、搬送スクリュー３０の螺旋状部に接触するとトナー搬送性に悪影響を与えてしまう。したがって、クリーニング補助部材４４の可動範囲は、搬送スクリュー３０とカバー４５によって決められているものなので、クリーニングブレード３１と搬送スクリュー３０の螺旋状部には接触しないように設定している。

ここで、クリーニング補助部材４４が設けられている領域について説明する。クリーニング補助部材４４が存在する領域は、ときとして堆積したトナーが崩されて大量に搬送スクリュー３０上にいくことがある。一方、搬送スクリュー３０のピッチＢの領域では、前述したように搬送量が安定せず、この領域に大量のトナーが送られると、トナー詰まりを引き起こすおそれがある。

そこで、本実施形態では、クリーニング補助部材４４によるトナー崩し領域は、スクリューピッチがスクリュー内径Ａよりも小さく設定されている領域に設けられている。すなわち、図１０に示すように、搬送スクリューの回転軸方向においてクリーニング補助部材４４が設けられている領域は、トナー搬送量が安定しているスクリューピッチＣの領域にあるように設けられている。

〔第２実施形態〕
次に第２実施形態に係る装置について図１１を参照して説明する。なお、本実施形態の装置の基本構成は前述した実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、ここでは本実施形態の特徴となる構成について説明する。また、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。

前述した第１実施形態では、搬送スクリューが１つのクリーニング装置を例示したが、トナー搬送部材は複数配置されていてもよい。ここでは、トナー搬送部材としての搬送スクリューが２個設けられた例を図１１を用いて説明する。なお、図１１（ａ）はクリーニング装置１３の奥側の断面図であり、図１１（ｂ）はクリーニング装置を上方から見た概念図である。

本実施形態のクリーニング装置にあっても、中間転写ベルトに残留したトナーは、クリーニング装置１３内のクリーニングブレード３１によって除去され、搬送スクリュー３０によってベルトクリーニング装置の奥へと搬送される。

そして、ベルトクリーニング装置１３内の開口部４１より自由落下して、トナーかきだし部材４２に到達する。トナーかきだし部材４２は、図１１（ａ）における時計回りに回転して、トナーをかきだして、第２の搬送スクリュー４３にトナーを送る。第２の搬送スクリュー４３は、送られたトナーを更に本体奥側に搬送し、トナー回収容器４０へと自由落下させる。

ここで搬送スクリューが複数配置された場合には、少なくともトナー搬送方向において最上流に配置された搬送スクリュー３０を第１実施形態で説明したスクリューピッチを有する搬送スクリューで構成する。これは、像担持体に残留したトナーを除去するクリーニングブレード等を配置する関係から最上流に配置される搬送スクリュー３０は小スペースに配置することが要求される。このとき、線材を螺旋状に形成した搬送スクリューの場合、小スペースでの配置が可能となり、また画像形成領域から除去されたトナーを前述したスクリューピッチに構成することで確実に搬送することが可能となるからである。

また、最上流にある搬送スクリュー３０に対し、それよりもトナー搬送方向下流側に配置される搬送スクリュー４３はトナー搬送量が多くなるように設定されている。なお、搬送スクリューが３個以上配置される場合には、トナー搬送方向の下流側に配置される搬送スクリューは、上流にある搬送スクリューよりもトナー搬送量が多くなるように設定する。

これにより、搬送スクリューが複数配置した場合に、最上流にある搬送スクリューから大量のトナーが送られてもトナー詰まりを防止できる。

なお、本実施形態において、トナーの性質によっては、トナーかきだし部材４２を省略し、ベルトクリーニング装置１３内の開口部４１より直接第２の搬送スクリュー４３へと、トナーを自由落下させるようにしてもよい。

〔他の実施形態〕
前述した実施形態では、クリーニング装置により中間転写ベルトに残留したトナーを除去する例を示したが、中間転写体を用いて二次転写する画像形成装置以外でもて前述したクリーニング装置を適用することは可能である。

例えば、像担持体である感光体ドラムにトナー像を形成し、そのトナー像を搬送されてくる記録材に直接転写する画像形成装置において、トナー像転写後の感光体ドラムに残留したトナーを除去するクリーニング装置として用いてもよい。

８ …中間転写ベルト
１３ …クリーニング装置
３０ …搬送スクリュー
３１ …クリーニングブレード
３４ …回動中心
３５ …バネ
３６ …ブレード回動軸
３８ …防止シート
４０ …トナー回収容器
４１ …開口部
４３ …搬送スクリュー
４４ …クリーニング補助部材
４４ａ …回動軸
４６ …ネジリコイルバネ
５０ …中間転写ユニット
５４ …軸受
５５ …バネ
６１ …画像形成装置

Claims (7)

1. トナー像を担持する担持体上のトナー像を記録材に転写した後に前記担持体に残留したトナーを除去するクリーニング装置において、
   前記担持体に残留したトナーを除去するクリーニング部材と、
   前記クリーニング部材によって除去されたトナーを回収するトナー回収部と、
   前記クリーニング部材によって除去されたトナーを前記トナー回収部へ搬送するトナー搬送部材と、
   を有し、
   前記トナー搬送部材は、線材を螺旋状にした回転可能なスクリューとして構成され、前記スクリューのピッチが、前記スクリューによるトナー搬送方向において、画像形成領域では前記スクリューの内径よりも小さく、前記画像形成領域よりも下流側の画像形成領域外では前記スクリューの内径よりも大きく設定されていることを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記クリーニング部材によって除去されたトナーを前記トナー回収部へ搬送するトナー搬送部材が複数配置され、前記線材を螺旋状にした回転可能なスクリューとして構成された前記トナー搬送部材は、少なくともトナー搬送方向の最上流に配置されていることを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
3. トナー搬送方向において上流側に配置されたトナー搬送部材よりも下流側に配置されたトナー搬送部材によるトナー搬送量が多く設定されていることを特徴とする請求項２記載のクリーニング装置。
4. 前記クリーニング部材の近傍に、前記担持体から除去されたトナーを崩すためのクリーニング補助部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のクリーニング装置。
5. 前記クリーニング補助部材によるトナー崩し領域は、前記スクリューによるトナー搬送方向において前記スクリューのピッチがスクリューの内径よりも小さく設定されている領域にあることを特徴とする請求項４記載のクリーニング装置。
6. 像担持体に形成したトナー像を中間像担持体に一次転写し、前記中間像担持体に転写されたトナー像を記録材に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記中間像担持体に残留したトナーを除去するクリーニング装置として、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
7. 像担持体に形成したトナー像を記録材に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記像担持体に残留したトナーを除去するクリーニング装置として、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のクリーニング装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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