JP6683151B2 - クリーニング装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、クリーニング部材を用いて像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング装置、およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、所定方向に回動される無端状の中間転写ベルトと、この中間転写ベルトに沿って設けられた複数の画像形成部とを備え、各画像形成部により中間転写ベルト上に各色のトナー像を順次重ね合わせて一次転写した後、記録媒体上に二次転写する中間転写方式の画像形成装置が知られている。

中間転写方式の画像形成装置においては、中間転写ベルトが弾性層を有する場合、中間転写ベルト表面に残存するトナーを機械的、電気的に回収するクリーニングブラシと、クリーニングブラシからトナーを回収する回収ローラーと、回収ローラー表面からトナーを掻き落とすスクレーパーと、回収ローラー表面から掻き落とされたトナーを廃トナー回収容器へ搬送する搬送スパイラルと、をハウジング内に備えたクリーニング装置が用いられることが多い。

上記構成のクリーニング装置では、クリーニングブラシに付着したトナーがクリーニングブラシの回転によってクラウド状に飛散することが知られている。この飛散トナーがハウジングの開口部から漏出すると、画像形成装置内部のトナー汚染が発生する。

そこで、クリーニング装置内で発生した飛散トナーの外部への漏出を防止する方法が提案されており、特許文献１には、ブラシロールの周囲を取り囲むケーシングに隣接してトナー捕集室を形成し、ケーシングと像担持体との隙間から漏出したトナーをトナー捕集室に吹き込ませて捕集するクリーニング装置が開示されている。

特開２００２−３６５９９１号公報

しかしながら、特許文献１の方法ではブラシロールの周囲を取り囲むケーシングとケーシングに隣接するトナー捕集室とを設ける必要があるため、クリーニング装置のハウジングの構成が複雑になるとともにクリーニング装置の設置スペースも大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、クリーニングブラシを用いて像担持体表面のトナーを除去する際に発生する飛散トナーのハウジング外部への漏出を効果的に防止可能なクリーニング装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、クリーニングブラシと、回収ローラーと、スクレーパーと、ハウジングと、シール部材と、を備えたクリーニング装置である。クリーニングブラシは、接地された像担持体に接触した状態で回転することにより像担持体上に残留するトナーを除去する。回収ローラーは、クリーニングブラシに接触した状態で回転することによりクリーニングブラシに付着したトナーを回収する。スクレーパーは、回収ローラーに付着したトナーを除去する。ハウジングは、クリーニングブラシの外周面の一部が露出する開口部と、スクレーパーにより回収ローラーから除去されたトナーを貯留するトナー収容部と、が形成される。シール部材は導電性を有し、回収ローラーの回転方向に対しクリーニングブラシとの接触領域よりも上流側において回収ローラーと接触するように配置され、ハウジング内を開口部とトナー収容部とに区画する。回収ローラーは、電圧印加装置に接続されることによりトナーと逆極性の電圧が印加される。クリーニングブラシは、回収ローラーおよび像担持体の両方に接触することでトナーと逆極性であって回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に帯電されている。シール部材は、トナーと逆極性であって回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に帯電されている。

本発明の第１の構成によれば、クリーニングブラシ、回収ローラー、シール部材で囲まれた空間内で、ハウジングの開口部側から回収ローラー側（ハウジングの奥側）に向かうにつれてトナーと逆極性側に電位が徐々に強くなる電位勾配が発生する。従って、クリーニングブラシの回転により発生したトナークラウドが電位勾配によってハウジングの奥側へ引き寄せられるため、ハウジングの開口部からのトナーの漏出を効果的に抑制することができる。

本発明のベルトクリーニングユニット１９が搭載される画像形成装置１００の内部構成を示す概略図 図１における画像形成部Ｐａ付近の拡大図 画像形成装置１００に搭載される中間転写ユニット３０の側面断面図 本発明の一実施形態に係るベルトクリーニングユニット１９の外観斜視図 本実施形態のベルトクリーニングユニット１９の内部構成を示す側面断面図 本実施形態のベルトクリーニングユニット１９と高圧電源７０との接続経路を模式的に示す図 ベルトクリーニングユニット１９内において、開口部４０ａ側から回収ローラー４３側に向かうにつれて負電位が強くなる電位勾配が発生する様子を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明のベルトクリーニングユニット１９が搭載される画像形成装置１００の構成を示す概略図であり、図２は、図１における画像形成部Ｐａ付近の拡大図である。ここでは、画像形成装置１００として、いわゆるタンデム方式のカラープリンターを例示している。

画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄがそれぞれ配設されており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。さらに、図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が感光体ドラム１ａ〜１ｄに隣接して設けられている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。以下、画像形成部Ｐａについて詳細に説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。図２に示すように、感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り方向）に沿って帯電装置２ａ、現像装置３ａ、クリーニング装置７ａが配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラー６ａが配置されている。また、感光体ドラム１ａに対し中間転写ベルト８の回転方向上流側には中間転写ベルト８を挟んでテンションローラー１１に対向するベルトクリーニングユニット１９が配置されている。

次に、画像形成装置１００における画像形成手順について説明する。パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、トナーコンテナ４ａ〜４ｄによりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が所定量充填されており、現像装置３ａ〜３ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に現像剤中のトナーが供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置５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。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置７ａ〜７ｄにより除去される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００内の下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して転写紙Ｐが所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９と中間転写ベルト８のニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。二次転写後に中間転写ベルト８の表面に残留したトナー等はベルトクリーニングユニット１９により除去される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａにより加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、そのまま（或いは分岐部１４によって反転搬送路１８に振り分けられ、両面に画像が形成された後）排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図３は、画像形成装置１００に搭載される中間転写ユニット３０の側面断面図である。図３に示すように、中間転写ユニット３０は、下流側の駆動ローラー１０と上流側のテンションローラー１１とに掛け渡された中間転写ベルト８と、中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触する一次転写ローラー６ａ〜６ｄとを有する。また、テンションローラー１１に対向する位置には、中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのベルトクリーニングユニット１９が配置されている。ベルトクリーニングユニット１９の詳細な構成については後述する。

中間転写ユニット３０は、一次転写ローラー６ａ〜６ｄの回転軸の両端部を回転可能に支持する一対の支持部材（図示せず）と、支持部材を中間転写ベルト８の進行方向に対し垂直に往復移動させる駆動手段（図示せず）と、を有するローラー接離機構６０を備えている。ローラー接離機構６０は、４本の一次転写ローラー６ａ〜６ｄを、それぞれ中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ａ〜１ｄ（図１参照）に圧接するカラーモードと、一次転写ローラー６ｄのみを中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ｄに圧接するモノクロモードと、４本の一次転写ローラー６ａ〜６ｄの全てを中間転写ベルト８から離間させる退避モードとに切り替え可能である。

図４は、本発明の一実施形態に係るベルトクリーニングユニット１９の外観斜視図、図５は、ベルトクリーニングユニット１９の内部構成を示す側面断面図である。ベルトクリーニングユニット１９は、ハウジング４０内に、ファーブラシ４１、回収ローラー４３、スクレーパー４５、搬送スパイラル４７を備えており、ハウジング４０の一端にはファーブラシ４１、回収ローラー４３、及び搬送スパイラル４７にクリーニング駆動モーター（図示せず）からの駆動力を入力する駆動入力ギア列４８が配置されている。

ファーブラシ４１は、ハウジング４０の開口部４０ａ側において、中間転写ベルト８を介してテンションローラー１１と対向配置されている。ファーブラシ４１は、中間転写ベルト８の移動方向に対しカウンター方向（図５の時計回り方向）に回転することにより、中間転写ベルト８上に残存するトナーや紙粉等の異物（以下、トナー等という）を掻き取る。回収ローラー４３に接触するファーブラシ４１のブラシ部分は電気抵抗値１〜９００ＭΩ程度の導電性の繊維で形成されている。

回収ローラー４３は、ファーブラシ４１の表面に接触しながらファーブラシ４１と逆方向（図５の反時計回り方向）に回転することにより、ファーブラシ４１に付着したトナー等を回収する。回収ローラー４３には高圧電源７０（図６参照）が接続されており、中間転写ベルト８のクリーニング時にトナーと逆極性（ここでは負極性）のクリーニングバイアスが印加される。また、テンションローラー１１はグランドに接地（アース）されている。その結果、中間転写ベルト８から掻き取られたトナー等はファーブラシ４１のブラシ部分に電気的及び機械的に回収され、さらに回収ローラー４３に電気的に移動する。

スクレーパー４５は、回収ローラー４３の回転方向に対し下流側（回収ローラー４３の表面の移動方向に対しカウンター方向）から回収ローラー４３に接触して回収ローラー４３によって回収されたトナー等を掻き落とし、回収ローラー４３を清掃する。搬送スパイラル４７は、ハウジング４０のトナー収容部４０ｂ内に配置されており、スクレーパー４５によって回収ローラー４３から掻き落とされたトナー等をハウジング４０の外部の廃トナー回収容器（図示せず）へ搬送する。

また、ハウジング４０内には回収ローラー４３の長手方向（図５の紙面と垂直な方向）の全域に亘ってシール部材５０が対向配置されている。シール部材５０は、例えば導電性ポリウレタン等で形成されたフィルム部材５０ａと、フィルム部材５０ａの基端部を支持する金属製の支持部材５０ｂ（いずれも図６参照）とで構成されており、フィルム部材５０ａの先端部が所定の接触圧で回収ローラー４３に接触している。このフィルム部材５０ａの接触圧は、回収ローラー４３に付着しているトナーは掻き落とさずに、スクレーパー４５で掻き落としたトナー等が再び回収ローラー４３側に向かわないように設定する必要がある。また、支持部材５０ｂは少なくとも一部がハウジング４０内において露出している。

ファーブラシ４１によって中間転写ベルト８の表面から掻き取られたトナーは、ファーブラシ４１、回収ローラー４３、およびシール部材５０で囲まれた空間内においてクラウド状の飛散トナー（トナークラウド）となって存在している。このトナークラウドがファーブラシ４１の回転により発生する空気流に乗ってハウジング４０の開口部４０ａから外部に漏出し、画像形成装置１００内部のトナー汚染が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態のベルトクリーニングユニット１９では、ベルトクリーニングユニット１９内に電位勾配を発生させることで、ハウジング４０の外部へのトナークラウドの漏出を抑制している。

図６は、本実施形態のベルトクリーニングユニット１９と高圧電源７０との接続経路を模式的に示す図である。なお、図６では説明の便宜のため、ハウジング４０および搬送スパイラル４７は記載を省略している。図６に示すように、高圧電源７０は回収ローラー４３の回転軸４３ａに電気的に接続されている。高圧電源７０から回転軸４３ａにトナーと逆極性（負極性）のクリーニングバイアスが印加されると、導電性材料で形成された回収ローラー４３のローラー部分を介してファーブラシ４１もトナーと逆極性（負極性）に帯電する。

ここで、ファーブラシ４１の電気抵抗値（１〜９００ＭΩ）は回収ローラー４３の電気抵抗値（１ＭΩ以下）よりも高く、ファーブラシ４１に接触する中間転写ベルト８はテンションローラー１１を介してグランドに接地されている。これにより、ファーブラシ４１の電位は回収ローラー４３の電位よりもプラス側（トナーと同極性側）にオフセットされている。即ち、中間転写ベルト８（＝０Ｖ）＜ファーブラシ４１＜回収ローラー４３の順に負電位（トナーと逆極性）が強くなる。

一方、回収ローラー４３にクリーニングバイアスが印加されると、回収ローラー４３に接触する導電性のフィルム部材５０ａもトナーと逆極性に帯電する。ここで、フィルム部材５０ａの電気抵抗値（９００ＭΩ以上）は回収ローラー４３の電気抵抗値よりも高く、フィルム部材５０ａを支持する支持部材５０ｂはグランドに接地されている。これにより、フィルム部材５０ａの電位は回収ローラー４３の電位よりもプラス側にオフセットされている。即ち、支持部材５０ｂ（＝０Ｖ）＜フィルム部材５０ａ＜回収ローラー４３の順に負電位が強くなる。

また、支持部材５０ｂが接地されるとともに、支持部材５０ｂの少なくとも一部がハウジング４０内（開口部４０ａの近傍）に露出しているため、開口部４０ａの近傍に電位０の部分が形成される。

その結果、図７に示すように、ファーブラシ４１、回収ローラー４３、シール部材５０で囲まれた空間内では、開口部４０ａ側から回収ローラー４３側（ハウジング４０の奥側）に向かうにつれて電位０から負電位（トナーと逆極性）が徐々に強くなる電位勾配（図７の白矢印で表示）が発生する。従って、ファーブラシ４１の回転により発生したトナークラウドが電位勾配によってハウジング４０の奥側へ引き寄せられるため、開口部４０ａからのトナーの漏出を効果的に抑制することができる。

また、回収ローラー４３にクリーニングバイアスを印加する高圧電源７０を用いてシール部材５０をトナーと逆極性に帯電させるため、シール部材５０を帯電させるための電源を別途設ける必要がなくなる。従って、画像形成装置１００内の接続経路を簡素化することができ、コスト面においても有利となる。

高圧電源７０を用いてシール部材５０を帯電させる場合、回収ローラー４３とフィルム部材５０ａとの接点から支持部材５０ｂを経由してグランドに至るまでの電気抵抗値の和が、回収ローラー４３からファーブラシ４１、中間転写ベルト８、テンションローラー１１を経由してグランドに至るまでの電気抵抗値の和より小さいと、ファーブラシ４１側よりもシール部材５０側に優先的に電流が流れる。その結果、ファーブラシ４１に所定のクリーニングバイアスを印加することが困難となる。

そのため、バイアスが印加された回収ローラー４３からシール部材５０を経由してグランドに流れる電流値をＩｓとし、ファーブラシ４１から中間転写ベルト８を経由してグランドに流れる電流値をＩｃｌとした場合、Ｉｃｌ＞Ｉｓとなるようにフィルム部材５０ａの電気抵抗値を設定することが好ましい。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、ファーブラシ４１を用いて中間転写ベルト８の表面に残留したトナーを除去するベルトクリーニングユニット１９を例示しているが、ファーブラシ４１を用いて感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置７ａ〜７ｄにも同様に適用できる。

また、本発明は図１に示したようなタンデム型のカラープリンターに限らず、モノクロプリンターやカラー複写機、デジタル複合機等、クリーニング装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。

本発明は、クリーニングブラシを用いて像担持体表面の残留トナーを除去するクリーニング装置に利用可能である。本発明の利用により、クリーニングブラシを用いて像担持体表面のトナーを除去する際に発生する飛散トナーのハウジング外部への漏出を効果的に防止可能なクリーニング装置を提供することができる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
８ 中間転写ベルト（像担持体）
９ 二次転写ローラー
１９ ベルトクリーニングユニット（クリーニング装置）
３０ 中間転写ユニット
４０ ハウジング
４０ａ 開口部
４０ｂ トナー収容部
４１ ファーブラシ（クリーニングブラシ）
４３ 回収ローラー
４５ スクレーパー
４７ 搬送スパイラル
５０ シール部材
５０ａ フィルム部材
５０ｂ 支持部材
７０ 高圧電源（電圧印加装置）
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 接地された像担持体に接触した状態で回転することにより前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニングブラシと、
   該クリーニングブラシに接触した状態で回転することにより前記クリーニングブラシに付着したトナーを回収する回収ローラーと、
   該回収ローラーに付着したトナーを除去するスクレーパーと、
   前記クリーニングブラシの外周面の一部が露出する開口部と、前記スクレーパーにより前記回収ローラーから除去されたトナーを貯留するトナー収容部と、が形成されたハウジングと、
   前記回収ローラーの回転方向に対し前記クリーニングブラシとの接触領域よりも下流側において前記回収ローラーと接触するように配置され、前記ハウジング内を前記開口部と前記トナー収容部とに区画する導電性のシール部材と、
   を有し、
   前記回収ローラーは、電圧印加装置に接続されることによりトナーと逆極性の電圧が印加され、前記クリーニングブラシは、前記回収ローラーおよび前記像担持体の両方に接触することでトナーと逆極性であって前記回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に帯電されており、
   前記シール部材は、トナーと逆極性であって前記回収ローラーの電位よりもトナーと同極性側にシフトした電位に帯電されていることを特徴とするクリーニング装置。
2. 前記シール部材は、前記回収ローラーに接触する前記回収ローラーよりも電気抵抗の大きい導電性のフィルム部材と、該フィルム部材を支持するとともに前記ハウジングに固定される金属製の支持部材と、で構成されており、
   前記支持部材が接地されていることを特徴とする請求項１に記載のクリーニング装置。
3. 前記シール部材は、前記回収ローラーを介して前記電圧印加装置からトナーと逆極性の電圧が印加されており、
   前記回収ローラーから前記フィルム部材を介して前記支持部材に流れる電流値をＩｓ、前記回収ローラーから前記クリーニングブラシを介して前記像担持体に流れる電流値をＩｃｌとするとき、Ｉｃｌ＞Ｉｓを満たすことを特徴とする請求項２に記載のクリーニング装置。
4. 前記支持部材の少なくとも一部が前記ハウジング内に露出していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のクリーニング装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のクリーニング装置を備えた画像形成装置。
6. 異なる色の画像を形成する複数の画像形成部と、
   該画像形成部において形成されたトナー像が一次転写される前記像担持体としての中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録媒体上に二次転写する二次転写ローラーと、
   を備え、
   前記クリーニング装置は、前記中間転写ベルト表面の残留トナーを除去するベルトクリーニング装置であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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