JP5634450B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、像担持体に対して帯電を行う帯電ローラーと、帯電ローラーの表面を清掃するクリーニングブラシとを備えた画像形成装置に関する。
従来、像担持体である感光体ドラムに対して帯電を行うために帯電ローラーが用いられている。この帯電ローラーの表面に付着したトナーおよびトナーに付与される外添剤等の除去を目的として、クリーニング部材が帯電ローラーに当接される。一般的にはクリーニング部材としてクリーニングブラシが用いられており、ブラシ部の毛先(先端部)によって、帯電ローラーの表面を清掃している。
そして、クリーニング性を向上させるクリーニングブラシとして、例えば特許文献1には、直毛のブラシ糸(ブラシ部)と半円弧状のブラシ糸とを同じ基布に織り込むことによって、毛倒れを防止して安定した清掃能力を維持する、ブラシローラー(クリーニングブラシ)が開示されている。
また、特許文献2には、植毛ブラシ等を用いたクリーナーローラー(クリーニングブラシ)を、帯電ローラーに低圧荷重で接触させることによって、クリーナーローラーの連れ回りを安定させ、クリーニング性を長期に渡って維持する、画像形成装置が開示されている。
ところで、画像形成装置では、通常、帯電ローラーを感光体ドラムに当接させ、帯電ローラーのゴム性能により帯電ローラーを感光体ドラムに従動駆動させているが、近年の高速化・高画質化の要求に対応するために、帯電ローラーの放電ムラを軽減する方法が提案されている。
図8は、帯電ローラーの放電ムラを軽減することが可能な従来の画像形成装置の感光体ドラムおよび帯電ローラー周辺の構造を示した概略図である。従来の画像形成装置では図8に示すように、感光体ドラム101と、感光体ドラム101に対して帯電を行う帯電ローラー102と、感光体ドラム101の表面に付着したトナーおよび外添剤110等を除去するためのクリーニングブレード103と、帯電ローラー102の表面を清掃するクリーニングブラシ104とを備えている。
帯電ローラー102の表面は、導電性を有するとともに、微小な凹凸(図9参照)が多数形成されている。これにより、帯電ローラー102と感光体ドラム101とが接触する領域Sにおいて微小な空隙が多数形成される。このため、帯電ローラー102の回転方向に対して領域Sの上流側および下流側近傍において放電が行われるだけでなく、領域Sにおいても局所的な放電が行われる。これにより、放電領域が増大し、帯電ローラー102の放電ムラが軽減される。なお、帯電ローラー102の表面の凸部102aは図9に示すように、感光体ドラム101の表面を傷つけないように丸みを帯びている。
この画像形成装置では図8に示すように、感光体ドラム101の表面に付着したトナーおよび外添剤110等は、クリーニングブレード103により除去される。このとき、トナーおよび外添剤110等の一部は、クリーニングブレード103を擦り抜け、帯電ローラー102の表面に付着する。そして、帯電ローラー102の表面に付着したトナーおよび外添剤110等は、クリーニングブラシ104の毛先(先端部)により除去される。
特開2010−190931号公報 特開2005−301216号公報
しかしながら、図8に示した従来の画像形成装置では、帯電ローラー102の表面に微小な凹凸が形成されているので、図10に示すように、クリーニングブラシ104の毛先(先端部)は帯電ローラー102の表面の凸部102aに当接しても凹部102bに移動してしまう。すなわち、クリーニングブラシ104は帯電ローラー102の表面の凸部102aに接触しにくくなっている。このため、凹部102bに付着したトナーおよび外添剤110等は除去されるが、凸部102aに付着したトナーおよび外添剤110等は除去されにくい。
このように、帯電ローラー102の表面に多数ある凸部102aが十分に清掃されないと、トナーや外添剤110等が堆積し、その部分での抵抗値が変化し、画像に黒点として現れる。また、帯電ローラー102の表面には多数の凸部102aが形成されており、凸部102aに対応して黒点が発生するので、画像はカブリ画像のように全体的に黒っぽくなってしまう。
なお、特許文献1や特許文献2のクリーニングブラシを用いたとしても、クリーニングブラシの毛先(先端部)は帯電ローラー102の凹部102bに移動するので、凸部102aを十分に清掃できない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、表面に凹凸が形成された帯電ローラーを十分に清掃することが可能な画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の第1の構成に係る画像形成装置は、像担持体と、像担持体に対して帯電を行う帯電ローラーと、帯電ローラーの表面を清掃するブラシ部、およびブラシ部を支持する本体部を有するクリーニングブラシと、帯電ローラーとクリーニングブラシの本体部との距離を変更する距離可変機構と、を備え、帯電ローラーの表面には凹凸形状が形成されており、ブラシ部は、先端部と、先端部よりも本体部寄りの腹部とを有し、距離可変機構により帯電ローラーと本体部との距離が第1の距離に設定されることによって、ブラシ部の先端部が帯電ローラーの表面の凹部に接触し、距離可変機構により帯電ローラーと本体部との距離が第1の距離よりも短い第2の距離に設定されることによって、ブラシ部の腹部が帯電ローラーの表面の凸部に接触する。
本発明によれば、距離可変機構により帯電ローラーと本体部との距離が第1の距離に設定されることによって、ブラシ部の先端部が帯電ローラーの表面の凹部に接触し、距離可変機構により帯電ローラーと本体部との距離が第2の距離に設定されることによって、ブラシ部の腹部が帯電ローラーの表面の凸部に接触する。これにより、距離可変機構を用いて帯電ローラーと本体部との距離を変更することによって、ブラシ部の先端部により凹部を清掃することができるとともに、ブラシ部の腹部により凸部を清掃することができる。その結果、帯電ローラーの表面の凸部や凹部で抵抗値が変化して画像に黒点が発生するのを抑制することができる。また、画像がカブリ画像のように全体的に黒っぽくなるのを抑制することができる。
本発明の一実施形態の画像形成装置の構造を概略的に示した側面断面図である。 本発明の一実施形態の感光体ドラムおよび帯電ローラー周辺の構造を示した概略図である。 本発明の一実施形態の帯電ローラーの表面部分の構造を示した拡大断面図である。 本発明の一実施形態のクリーニングブラシおよび距離可変機構の構造を示した概略図である。 本発明の一実施形態のブラシ部の先端部が帯電ローラーの凹部に接触した状態を示した拡大断面図である。 本発明の一実施形態のブラシ部の腹部が帯電ローラーの凸部に接触した状態を示した拡大断面図である。 本発明の一実施形態のクリーニングブラシの清掃動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来の画像形成装置の感光体ドラムおよび帯電ローラー周辺の構造を示した概略図である。 従来の画像形成装置の帯電ローラーの表面部分の構造を示した拡大断面図である。 従来の画像形成装置のクリーニングブラシの毛先(先端部)が帯電ローラーの凸部から凹部に移動する状態を示した拡大断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1〜図7を参照して、本発明の一実施形態による画像形成装置1について説明する。なお、図1では、右側を画像形成装置1の前方側として図示している。図1に示すように、画像形成装置1(ここではモノクロプリンター)内には画像形成部Pが配設されている。この画像形成部Pは、帯電、露光、現像及び転写の各工程により所定の画像を形成する。
画像形成部Pには、可視像(トナー像)を担持する感光体ドラム(像担持体)2が配設されており、感光体ドラム2上に形成されたトナー像が、シート(記録媒体)6上に転写され、さらに、定着ユニット7においてシート6上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。不図示のドラム駆動モーターにより感光体ドラム2を図1において時計回りに回転させながら、感光体ドラム2に対する画像形成プロセスが実行される。
次に、画像形成部Pについて詳細に説明する。回転自在に配設された感光体ドラム2の周囲及び前方(図1では右側)には、感光体ドラム2に対して帯電を行う帯電ローラー3と、感光体ドラム2に画像情報を露光する露光ユニット4と、感光体ドラム2上にトナー像を形成する現像ユニット5と、感光体ドラム2上に残留した現像剤(トナー)を回収するクリーニング装置9と、静電潜像を除去する除電器10と、が設けられている。
先ず、帯電ローラー3によって感光体ドラム2の表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット4によって光照射し、感光体ドラム2上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット5は、感光体ドラム2と対向して配置された現像ローラー5aを有し、現像ユニット5には、磁性一成分の正帯電トナーがトナーコンテナ11によって所定量充填されている。このトナーは、不図示の現像バイアス印加装置により現像バイアスが印加された現像ローラー5aにより感光体ドラム2表面に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット4からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。なお、帯電ローラー3の詳細については後述する。
トナー像が転写されるシート6は、シート6を収納する給紙カセット12に収容されており、給紙ローラー13、レジストローラー対14を介して、トナー像が形成された感光体ドラム2に向けて搬送される。このとき画像書き出し信号がONとなり、シート6の所定位置にトナー像が転写されるように感光体ドラム2上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム2の下部において、所定の転写バイアスが印加された転写ローラー17で電界付与することにより、感光体ドラム2上のトナー像がシート6上に転写される。なお、転写ローラー17は、画像形成時(印字動作時)に、トナーとは逆極性である負極性の転写バイアスが印加されるようになっている。
トナー像が転写されたシート6は、定着ユニット7へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム2は、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、その表面に残留したトナーがクリーニング装置9により回収される。定着ユニット7に搬送されたシート6は、定着ローラー対7aにより加熱及び加圧されてトナー像がシート6の表面に定着され、所定の画像が形成される。画像が形成されたシート6は、その後排出ローラー対18によって排出トレイ19に排出される。
図2に示すように、感光体ドラム2の側方には、ドラム表面と回転自在に当接し、該ドラム表面に対して帯電を行う帯電ローラー3が配置されている。
感光体ドラム2としては、例えばアモルファスシリコン(a−Si)ドラムを用いることができる。また、感光体ドラム2は、不図示の駆動ギアを介して上述したドラム駆動モーターと連結されており、上記した通り、図中時計回りに回転するようになっている。
帯電ローラー3は、例えば、金属製のシャフト(芯金)3a(図3参照)の周面にエピクロルヒドリンゴム等から成るゴム層(弾性層)3b(図3参照)を形成した導電性ゴムローラー等のソリッドタイプを好適に用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。その他、例えば、発泡ゴムローラーにチューブを被せたスポンジタイプ等を用いることもできる。
帯電ローラー3は、装置本体に回転可能に支持されている。また、帯電ローラー3は、感光体ドラム2に所定のニップ圧で圧接されており、感光体ドラム2に従動して回転するようになっている。また、画像形成時(印字動作時)に、帯電ローラー3にはトナーと同極性(ここでは正極性)の帯電バイアスが印加されるようになっている。
具体的には、帯電ローラー3のシャフト3aは、不図示の電源と電気的に接続され、この電源から帯電ローラー3に対して交流電圧を重畳した直流電圧から成る帯電バイアスが印加される。かかる帯電バイアスの印加によって帯電ローラー3のゴム層3bの抵抗に応じて流れる電流により、感光体ドラム2表面を帯電することができる。なお、帯電ローラー3に対して直流電圧を印加することもできる。
帯電ローラー3の表面(ゴム層3bの表面)には図3に示すように、導電粒子(例えば黒鉛粒子)を含有したバインダーがコーティングされている。これにより、帯電ローラー3の表面には、微小な凹凸(凸部3cおよび凹部3d)が多数形成されている。このため、帯電ローラー3と感光体ドラム2とが接触する領域S(図2参照)において微小な空隙が多数形成される。これにより、帯電ローラー3の回転方向に対して領域Sの上流側および下流側近傍において放電が行われるだけでなく、領域Sにおいても局所的な放電が行われる。
なお、帯電ローラー3の表面には、周方向だけでなく、帯電ローラー3の軸方向にも凹凸形状が形成されている。また、帯電ローラー3の表面の凸部3cは丸みを帯びており、感光体ドラム2の表面を傷つけないようになっている。また、帯電ローラー3の表面の凹凸の段差は例えば約10μmある。
クリーニング装置9には図2に示すように、感光体ドラム2表面の残留トナーを除去するためのクリーニングブレード20と、感光体ドラム2表面の残留トナーを除去するとともに感光体ドラム2表面を摺擦して研磨するクリーニングローラー21と、トナー排出手段としての回収スクリュー(図示せず)と、が設けられている。クリーニングブレード20は、感光体ドラム2の表面に、該ドラムの回転方向(図2の時計回り)に対しカウンターとなるよう当接している。
感光体ドラム2表面の残留トナーやトナーに付与される外添剤は、クリーニングブレード20により除去され、クリーニングローラー21及び回収スクリュー(図示せず)によってトナー排出口(図示せず)からクリーニング装置9の外部に排出される。なお、図示しないが、クリーニング装置9には、クリーニングローラー21表面のトナーを所定の層厚とするためのスクレーパーや、クリーニング装置9内の廃トナーを外部に漏らさないためのウレタンシール等も設けられている。
かかるクリーニング装置9を設けることによって、上記の通り残留トナーや外添剤50のほとんどは、クリーニングブレード20により除去されるが、除去されずにクリーニングブレード20を擦り抜けるトナーや外添剤50等も存在する。クリーニングブレード20を擦り抜け、感光体ドラム2表面に付着したまま回転方向下流側に移動するトナーや外添剤50等の一部は、帯電ローラー3表面に付着する。
かかるトナーや外添剤50等が付着した部分は帯電ローラー3表面の電位が他の部分とは異なるため帯電不良が生じるおそれがある。その結果、形成される画像上に黒点等となって出現し、画像不良が発生するおそれがある。
そこで、かかる帯電不良及び画像不良の原因となるトナーや外添剤50等を除去するために、帯電ローラー3の前方には、帯電ローラー3表面に圧接され、該ローラー表面を清掃するクリーニングブラシ30が配置されている。
クリーニングブラシ30は、帯電ローラー3の表面を清掃するブラシ部30aと、ブラシ部30aを支持する本体部30bとを含んでいるとともに、ローラー形状に形成されている。クリーニングブラシ30は、不図示の駆動ギアを介して上述したドラム駆動モーターと連結されており、図中時計回りに回転するようになっている。なお、クリーニングブラシ30の外径は例えば約11.5mmであり、ブラシ部30aの長さは例えば約3.25mmであり、本体部30bの外径(直径)は例えば約5mmである。
ブラシ部30aは、先端部30cと、先端部30cよりも本体部30b寄りの腹部30dとを有する。ブラシ部30aの材質としては、例えば、ナイロン系、ポリエステル系等の導電性樹脂材料を用いることができるが、その他、樹脂材料を他の導電性材料と複合化させることによって導電性が付与されたような材料を用いることもできる。
本体部30bのローラー軸30eは図4に示すように、帯電ローラー3とクリーニングブラシ30の本体部30bとの距離を変更する距離可変機構31に取り付けられている。距離可変機構31は、本体部30bのローラー軸30eを回転可能に支持する軸受31aと、軸受31aを移動させるソレノイド31bとを含んでいる。
また、距離可変機構31は、クリーニングブラシ30を移動させることにより、帯電ローラー3とクリーニングブラシ30の本体部30bとの距離を第1の距離、または第1の距離よりも短い第2の距離に設定するように構成されている。距離可変機構31が帯電ローラー3と本体部30bとの距離を第1の距離に設定すると、図5に示すように、ブラシ部30aの先端部30cが帯電ローラー3の表面の凹部3dに接触する。また、距離可変機構31が帯電ローラー3と本体部30bとの距離を第2の距離に設定すると、図6に示すように、ブラシ部30aの先端部30cが帯電ローラー3の表面の凸部3cに接触する。
具体的には、帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第1の距離に設定されると、帯電ローラー3とクリーニングブラシ30とのオーバーラップ量は約0.5mmになる。そして、ブラシ部30aが少し撓んだ状態で、先端部30cが凹部3dに接触する。なお、オーバーラップ量とは、帯電ローラー3の半径とクリーニングブラシ30の半径との和から、帯電ローラー3のローラー軸30eの中心とクリーニングブラシ30の本体部30bの中心との距離を引いたものである。オーバーラップ量が約0.5mmの場合、ブラシ部30aは約0.5mm短くなるように撓むことになる。
また、帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第2の距離に設定されると、クリーニングブラシ30の本体部30bが帯電ローラー3側に約1mm移動され、帯電ローラー3とクリーニングブラシ30とのオーバーラップ量は約1.5mmになる。そして、ブラシ部30aがさらに撓んで、腹部30dが凸部3cに接触する。
図7に示すように、画像形成装置1が印字モードになる(T1)と、上述したドラム駆動モーターの駆動(回転)が開始され、感光体ドラム2、帯電ローラー3およびクリーニングブラシ30が駆動(回転)される。そして、所定時間経過後に印字動作が開始される(T2)。印字動作時には、帯電ローラー3に高電圧が印加され、感光体ドラム2に対して帯電が行われる。また、印字動作時には、帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第1の距離に設定されており、ブラシ部30aの先端部30cにより帯電ローラー3の表面の凹部30dが清掃される。
その後、印字動作が終了する(T3)と、帯電ローラー3に対する高電圧印加が解除される。そして、距離可変機構31により帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第2の距離に設定され、ブラシ部30aの腹部30dにより帯電ローラー3の表面の凸部30cが清掃される。
その後、所定時間経過後に印字モードが終了し(T4)、ドラム駆動モーターが停止されるとともに、距離可変機構31により帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第1の距離に設定される。
なお、画像形成装置1の上述した動作は、図示しない制御部(CPU)によって行われる。帯電ローラー3と本体部30bとの距離を第1の距離から第2の距離に変更するタイミングとしては、印字動作の終了前に行うことも可能であるが、印字動作の終了直後に行う方が好ましい。
本実施形態の画像形成装置1では、帯電ローラー3の凸部3cおよび凹部3dを清掃することによって、従来では印字枚数約100kで画像上に黒点が発生していたものが、印字枚数600kにおいても画像不良が発生しなかった。すなわち、帯電ローラー3を高寿命化することができた。
本実施形態では、上記のように、距離可変機構31により帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第1の距離に設定されることによって、ブラシ部30aの先端部30cが帯電ローラー3の表面の凹部3dに接触し、距離可変機構31により帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第2の距離に設定されることによって、ブラシ部30aの腹部30dが帯電ローラー3の表面の凸部3cに接触する。これにより、距離可変機構31を用いて帯電ローラー3と本体部30bとの距離を変更することによって、ブラシ部30aの先端部30cにより凹部3dを清掃することができるとともに、ブラシ部30aの腹部30dにより凸部3cを清掃することができる。その結果、帯電ローラー3の表面の凸部3cや凹部3dで抵抗値が変化して画像に黒点が発生するのを抑制することができる。また、画像がカブリ画像のように全体的に黒っぽくなるのを抑制することができる。
また、上記のように、非印字動作時(印字動作が終了した後)に、帯電ローラー3と本体部30bとの距離が変更される。これにより、印字動作時において、クリーニングブラシ30による帯電ローラー3への負荷が変化することに起因して帯電ローラー3による感光体ドラム2への負荷が変化するのを防止することができる。これにより、ジッタ等の画像不具合が発生するのを抑制することができる。
また、上記のように、印字動作中は、帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第1の距離に設定され、非印字動作時(印字動作が終了した後)に、帯電ローラー3と本体部30bとの距離が第2の距離に設定される。すなわち、印字動作時に凹部3dが清掃され、非印字動作時に凸部3cが清掃される。通常、印字モード中においては非印字動作時間に比べて印字動作時間の方が長いので、凸部3cを清掃する時間に比べて凹部3dを清掃する時間の方が長くなる。このため、トナーおよび外添剤50等が堆積しやすい凹部3dを重点的に清掃することができるので、帯電ローラー3の表面を効果的に清掃することができる。
また、上記のように、距離可変機構31はクリーニングブラシ30の本体部30bに形成されたローラー軸30eを支持する軸受31aと、軸受31aを移動させるソレノイド31bとを含む。これにより、帯電ローラー3とクリーニングブラシ30の本体部30bとの距離を容易に変更することができる。また、ソレノイド31bを用いることによって、感光体ドラム2や帯電ローラー3の回転・非回転にかかわらず、クリーニングブラシ30を移動させることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、図1に示したようなモノクロプリンターに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。言うまでもなく、モノクロ複写機、デジタル複合機、カラープリンター、ファクシミリ等の、帯電ローラーとクリーニングブラシとを備えた種々の画像形成装置に本発明を適用できる。
また、上記実施形態では、ローラー形状のクリーニングブラシを用いた例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、本体部が矩形状の平板からなるクリーニングブラシを用いてもよい。
また、帯電ローラーの表面の凸部を清掃するタイミングとしては、印字動作の終了毎に行っても良いし、印字枚数が所定枚数に到達した時点で行うようにしても良い。
また、上記実施形態では、帯電ローラーとクリーニングブラシの本体部との距離を変更するために、クリーニングブラシの本体部を移動させた例について示したが、帯電ローラーを移動させることも可能である。
1 画像形成装置
2 感光体ドラム(像担持体)
3 帯電ローラー
3c 凸部
3d 凹部
30 クリーニングブラシ
30a ブラシ部
30b 本体部
30c 先端部
30d 腹部
30e ローラー軸
31 距離可変機構
31a 軸受
31b ソレノイド

Claims (4)

  1. 像担持体と、
    前記像担持体に対して帯電を行う帯電ローラーと、
    前記帯電ローラーの表面を清掃するブラシ部、および前記ブラシ部を支持する本体部を有するクリーニングブラシと、
    前記帯電ローラーと前記クリーニングブラシの本体部との距離を変更する距離可変機構と、
    を備え、
    前記帯電ローラーの表面には凹凸形状が形成されており、
    前記ブラシ部は、先端部と、前記先端部よりも前記本体部寄りの腹部とを有し、
    前記距離可変機構により前記帯電ローラーと前記本体部との距離が第1の距離に設定されることによって、前記ブラシ部の先端部が前記帯電ローラーの表面の凹部に接触し、
    前記距離可変機構により前記帯電ローラーと前記本体部との距離が前記第1の距離よりも短い第2の距離に設定されることによって、前記ブラシ部の腹部が前記帯電ローラーの表面の凸部に接触することを特徴とする画像形成装置。
  2. 非印字動作時に、前記帯電ローラーと前記本体部との距離が変更されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 印字動作中は、前記帯電ローラーと前記本体部との距離が前記第1の距離に設定されることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記クリーニングブラシはローラー形状に形成されており、
    前記距離可変機構は前記クリーニングブラシの本体部に形成されたローラー軸を支持する軸受と、前記軸受を移動させるソレノイドとを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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