JP2010014876A - クリーニング装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クリーニング部材上のトナーを静電的に回収する回収部材によっても、トナー担持体からトナーを静電的に吸着しクリーニングを行なう。
【選択図】図2
Description
しかしながら、小粒径トナーや球形トナーを用いた場合には、粒径が小さいことや、形状が球形であることから、感光体等に残留する残留トナーのクリーニングが難しく、例えば、ブレードクリーニング方式では、トナーがブレードをすり抜けやすくいためクリーニング不良が発生しやすいという問題があった。
静電クリーニング方式は、トナーの極性とは逆極性の電圧が印加されたクリーニング部材により、トナーを静電的に吸着してクリーニングするものである。
この静電クリーニング方式の例としては、特許文献1に記載されているように、トナー本来の極性とは異なる極性のクリ−ニングバイアスが印加され且つ像担持体上の残留トナーが静電的に吸着せしめられるクリーニング部材(クリーニングブラシ)と、このクリーニング部材の上流側に設けられ、像担持体上の残留トナーの少なくともその一部を掻き取り且つトナー本来の極性と同極性の帯電バイアスが印加せしめられたトナー回収部材(導電性ブレード)と、このトナー回収部材を支持すると共に、トナー回収部材(導電性ブレード)で回収されたトナーがクリーニング部材(クリーニングブラシ)に付着することを防止するための支持部とを備えたクリーニング装置がある。
このクリーニング装置は、トナー回収部材とクリーニング部材による構成となっており、トナーは回収部材により掻き取られるとともに帯電され、ブラシ状のクリーニング部材により静電的に吸着されて、クリーニングが行なわれる。
また、特許文献2に記載されているように、感光体表面に接触摺擦するように導電性ブラシを配し、さらに導電性ブラシに接触して回収ローラを配し、導電性ブラシと回収ローラとの両方に電圧を印加したクリーニング装置がある。
このクリーニング装置においてはトナーは、導電性ブラシにより静電的に感光体から除去され、導電性ブラシに吸着されたトナーは導電性ブラシから回収ローラへ静電的に転移される。
特許文献1および特許文献2に記載のものは、静電的な吸着力によりトナーを除去するものであり、ブレードクリーニング方式に比べて小粒径トナーや球形トナーに対しても良好なクリーニング性能が得られる。
本発明のクリーニング装置は、トナー担持体上に残留したトナーをクリーニングするためにトナーの極性とは異なる極性の電圧が印加されたクリーニング部材と、クリーニング部材上のトナーを回収する回収部材を有するクリーニング装置において、回収部材にはクリーニング部材に印加された電圧より高い電圧が印加されるとともに、回収部材がトナー担持体に当接し、クリーニング部材からのトナーとトナー担持体からのトナーが回収部材に移動することを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、クリーニング部材と回収部材のそれぞれへの印加電圧が、クリーニング部材と回収部材とによってトナー担持体上のトナーのクリーニングが行なわれる領域の電圧であって、クリーニング部材または回収部材とトナー担持体との間でトナーの逆付着が生ぜず、かつクリーニング部材から回収部材へトナーの移動が行なわれる電圧であることを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、トナー担持体と回収部材との電位差が、クリーニング部材と回収部材との電位差よりも大きいこと特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、クリーニング部材を回収部材よりもトナー担持体の移動方向上流に配置し、クリーニング部材からのトナーが回収部材へ移動し、回収部材に付着したトナーを除去した後にトナー担持体からのトナーが回収部材へ移動することを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、回収部材をクリーニング部材よりもトナー担持体の移動方向上流に配置し、トナー担持体からのトナーが回収部材へ移動し、回収部材に付着したトナーを除去した後にクリーニング部材からのトナーが回収部材へ移動することを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、回収部材をトナー担持体に当接させるとともに、トナー担持体をはさんで回収部材対向電極を配置したことを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、クリーニング部材および回収部材に対してトナー担持体移動方向の上流位置に極性制御部材が設けられ、極性制御部材にはクリーニング部材および回収部材の極性と異なる極性の電圧が印加されたことを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、クリーニング部材がブラシであり、回収部材がローラであることを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、クリーニング装置内に、トナー担持体から除去されたトナーを回収する遮断空間が形成されたことを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、クリーニング装置が、トナー担持体に接するクリーニング部材および回収部材を囲むような形状のケースを備えたユニット状に形成されたことを特徴とする。
本発明のクリーニング装置は、更に、トナー担持体が中間転写ベルト、感光体または紙搬送ベルトであることを特徴とする。
本発明のプロセスカートリッジは、潜像担持体と少なくともクリーニング装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、クリーニング装置として上記いずれかに記載のクリーニング装置を用いたことを特徴とする。
図1と図2に示すように本発明のクリーニング装置を、トナー担持体として中間転写ベルトに適用した場合の実施形態を説明する。
なお、トナー担持体はトナーがその表面に存在するすべてのものを示しており、感光体、中間転写ベルトのようにトナー像が担持されているものの他、転写後の記録媒体を搬送する搬送ベルト等も含むものである。
図1において、1は、中間転写ベルトで、極性制御用対向電極ローラ2と駆動ローラ3の間に張設されている。
中間転写ベルト1の下方には、プロセスカートリッジ4〜7が配置されている。
プロセスカートリッジ4〜7は、内部に感光体ドラム8〜11と画像形成に必要なプロセス手段である帯電、露光、現像、クリーニングの各装置が配置され一体的に構成されたもので、それぞれ内部に色が異なるトナーを有し感光体ドラム8〜11上にトナー像の形成を行なうものである。プロセスカートリッジ4〜7が有しているトナーは4がイエロー、5がシアン、6がマゼンダ、7がブラックである。
感光体ドラム8〜11はそれぞれプロセスカートリッジ4〜7の上部に配置されており、中間転写ベルト1の下側部分の下面に接している。
各感光体ドラム8〜11が接触する中間転写ベルト1内側の位置には転写のための対向電極ローラ12〜15が配置されている。トナー像は感光体8〜11と中間転写ベルト1との各接触部において順次中間転写ベルト1に転写され、中間転写ベルト1上に各トナー像が重なり合ったカラートナー画像が形成される。
16は、中間転写ベルト1から記録媒体へトナー像を転写するための2次転写ローラ、17はPセンサーパターン検出器である。18は2次転写後の中間転写ベルト1上の残留トナーを除去するクリーニングユニットである。
図2において、クリーニングユニット18は、中間転写ベルト1が極性制御用対向電極ローラ2に巻かれる部分を上ケース19と下ケース20で囲むように配置されており、内部にクリーニングのための構成が配置されている。
クリーニングユニット18内には中間転写ベルト1の移動の順序に、入り口シール21、極性制御ブレード22、クリーニングブラシ23、回収ローラ24が配置されている。
極性制御ブレード22、クリーニングブラシ23、回収ローラ24にはそれぞれ電源25〜27により電圧が印加されており、印加電圧は極性制御ブレード22には−2.5kV、クリーニングブラシ23には+800V、回収ローラ24には+1200Vである。
また導電性ブレード35には電源28により+2.2kVが印加されている。
極性制御ブレード22、クリーニングブラシ23は中間転写ベルト1をはさんで極性制御用対向電極2に対向する位置にあり、回収ローラ24は中間転写ベルト1をはさんで回収ローラ用対向電極31に対向する位置にある。
極性制御用対向電極2および回収ローラ用対向電極31はそれぞれ接地されており、極性制御用対向電極2は103Ω・cmの抵抗2aを有する導電性軸受けを介して接地されている。
極性制御ブレード22は、中間転写ベルト1上のトナーの一部を掻き取るとともに、掻き取られずに残って通過するトナーを一極性に帯電させるものである。
極性制御ブレード22は、極性制御ブレード用ステ−30に固定された極性制御ブレードホルダ29に取り付けられている。
クリーニングブラシ23は、ブラシ状のもので反時計方向に回転し、中間転写ベルト1上のトナーを機械的に分離させ静電的に吸着してクリーニングを行なうものである。
回収ローラ24は、クリーニングブラシ23に当接し、クリーニングブラシ23に吸着されているトナーを静電的に吸着して回収するとともに、中間転写ベルト1にも当接して中間転写ベルト1上のトナーを静電的に吸着しクリーニングを行なうものである。
そのために、回収ローラ用対向電極31が、中間転写ベルト1をはさんだ対向する位置に配置されている。
クリーニングブラシ23には、下方から圧縮バネ33により上方へ付勢されたステアリン酸亜鉛34が圧接しており、クリーニングブラシ23を介して、ステアリン酸亜鉛34が中間転写ベルト1に塗布される。
ステアリン酸亜鉛34は滑剤であり、中間転写ベルト1の摩擦係数を下げトナー像の転写率を上げるためのものである。
回収ローラ24上のトナーは導電性ブレード35により掻き落とされて除去される。
導電性ブレード35は、導電性ブレード用ステ−37に固定された導電性ブレードホルダ36に取り付けられている。
本実施の形態において、中間転写ベルト1としては、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン等の合成樹脂又は各種のゴムに、カーボンブラック等の導電剤を適当量含有させたものが用いられる。
中間転写ベルト1の体積抵抗は1011Ω・cmであり、線速は138mm/sである。
また、中間転写ベルト1として弾性を有するものも使用可能であり、導電性弾性層の主基材として、シリコーンゴム、NBR、H−NBR、CR、EPDM、ウレタンゴム等が用いられる。導電性保護層の材料は、摩擦抵抗の低減、電気特性の環境に対する安定性、表面粗さ低減による残留トナークリーニング性能の向上といった目的を達成できるものであれば、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体(PFA)、PVdFなどのフッ素樹脂系ポリマーを、アルコール可溶性ナイロン系、シリコーン樹脂系、シランカプラー、ウレタン樹脂系のエマルジョンや有機溶媒に、溶解・分散した塗料を使用することができる。
これら保護層は、上記の塗料をディップコート、スプレーコート、静電塗装、ロールコートなどにより設けることができる。さらに、保護層に表面処理または研磨を施すことにより離型性、導電性、耐磨耗性、表面クリーニング性等を改善することができる。
対転写ベルト1への食いこみ量は1mm、回転方向は図2中向かって反時計方向、線速は138mm/s(転写ベルト1と同じ線速)、ブラシ原糸抵抗は107Ω・cm、ブラシ植毛密度は10万本/inch2、ブラシ形態はブラシ回転方向下流側へ傾斜であり、Φは14である。
なお、具体的には、クリーニングブラシ23は中間転写ベルト1とクリーニングブラシ23の間でのトナーへの電荷注入を低減するため、図3に示すような導電部231aを絶縁層231bで包んだ芯鞘構造繊維231で構成されており、芯鞘構造繊維231を中間転写ベルト1回転方向下流側へ傾斜させている。
このようにクリーニングブラシ23の芯鞘構造繊維231を傾斜させることにより、図3に示すように芯鞘構造繊維231から導電部231aが露出している切断面とトナーとの接触確率を少なくしトナーへの電荷注入を低減させるようにしている。
回収ローラ20は、回転方向は図2中向かって反時計、方向線速は138mm/sである。
なお、金属の芯金にPVDFチューブを巻き更に表層に絶縁層を設けたのは、クリーニングブラシ23と回収ローラ24の間でのトナーへの電荷注入を少なくするためである。
また回収ローラ用対抗電極ローラ31には、軸受け(図示せず)の両側が300gのスプリングによって回収ローラ24方向へ加圧されており、単位長さ当り10g/cmの圧力が回収ローラ24方向へ加えられている。
導電性ブレード35は、 回収ローラ24とはとカウンターで当接し、当接角度は20度、当接圧は20g/cm、対回収ローラ24食い込み量は0.6mmである。
このような構成において、画像形成装置の操作部(図示せず)のプリントボタンが押されると、画像形成に必要な動作が開始される。
各プロセスカートリッジ4〜7においては、画像形成に必要な帯電、潜像形成、現像、クリーニングが開始されて、各感光体ドラム8〜11上にトナー像が形成され、各感光体ドラム8〜11と中間転写ベルト1との各接触部分で各トナー像が中間転写ベルト1上に順次転写される。
トナー像は、左端のプロセスカートリッジ4のイエロー、5のシアン、6のマゼンタ、7のブラック30の順で重ね転写され、2次転写ローラ16により一括して記録紙に転写され定着部(図示せず)を通過して装置外へ排出される。
2次転写で紙に転写されず中間転写ベルト1上に残ったトナーは中間転写ベルト1の移動によりクリーニングユニット18まで搬送されてクリーニングされ、再び次の画像形成が開始される。
2次転写で紙に転写されずに中間転写ベルト1上に残ったトナーは、中間転写ベルト1の移動により搬送され入り口シール21を通過する。入り口シール21は中間転写ベルト1上のトナー像を掻き取らないように配置されているのでこのときには中間転写ベルト上の残留トナーはクリーニングされない。
極性制御ブレード22を通過する前の中間転写ベルト1上のトナーは、2次転写を受けて図4のa(極性制御前)に示すようにトナー帯電量分布(q/d分布)は+極性のものと−極性のものが混在した状態となっている。
なお、トナー帯電量分布(q/d分布)は細川ミクロン製のE−スパートアナライザで計測したもので、帯電量分布を示す図の縦軸が収集した個数に対する比率を、横軸がトナー1個の帯電量を表す。q/d分布が「0」を境に片側に寄っていればより極性制御が出来たことを示すことになる。
極性制御ブレード22によって掻き取られたトナーは、遮断空間38(図2において、極性制御ブレード22の左側)へ落下し、トナー排出スクリュー39によりクリーニングユニット18外へ排出されて収容部(図示せず)に収容される。
クリーニングブラシ23は中間転写ベルト1の移動方向と逆方向に回転しており、かつ+800Vが印加されているので、中間転写ベルト1の表面はクリーニングブラシ23により摺擦されて、中間転写ベルト1上のトナーは表面から分離するとともに静電的作用によりにクリーニングブラシ23へ移動される。
回収ローラ24はクリーニングブラシ23と同方向に回転しており、かつ、クリーニングブラシ23より高い+1.2kVの電圧が印加されているので、この接触位置においてクリーニングブラシ23上のトナーは静電的作用により回収ローラ24上へ移動する。
このように、中間転写ベルト1上のトナーは静電的作用により中間転写ベルト1からクリーニングブラシ23上に移動されて、中間転写ベルト1のクリーニングが行なわれるが、クリーニングブラシ23によってクリーニングしきれずに中間転写ベルト1上に残ったまま通過したトナーは回収ローラ24によりクリーニングされる。
このように、クリーニングブラシ23を通過した中間転写ベルト1上のトナーは回収ローラ24によりクリーニングされる。
この中間転写ベルト1から回収ローラ24上へ移動したトナーは、導電性ブレード35によって掻き取られる。
このように、回収ローラ24によっても中間転写ベルト1のクリーニングが行なわれる。
図5は、中間転写ベルト1上のトナー付着量が約0.4mg/cm2の場合のクリーニングブラシ23への印加電圧と、クリーニングブラシ23によるクリーニング後のクリーニング残IDの関係を示しており、横軸がクリーニングブラシ23への印加電圧、縦軸がクリーニング残IDを示す。
クリーニング残IDは、トナー担持体上のトナーをクリーニングブラシ等によりクリーニングした後の状態を示すものである。
図2等の本実施形態においては、クリーニング残IDは、具体的には、クリーニング後のトナー担持体上のトナーをスコッチテープ(登録商標)でテープ転写して紙上に貼り付け、その反射濃度を分光測色計(アムテック社製Xライト)で測定し、一方スコッチテープのみを紙に貼り付け同様に反射濃度を分光測色計で測定し、トナーを転写したスコッチテープの反射濃度の値からスコッチテープのみの反射濃度の値を引いて得た値である。
しかしながら、クリーニングブラシ23への印加電圧を高くしていくとクリーニングブラシ23から極性制御用対向電極2へ流れる電流が増加し、それによりトナーへ流れ込む電流が増加する。
トナーへ流れ込む電流が増加すると、トナーはクリーニングブラシ23の印加電圧極性側へ帯電(これは一般的に電荷注入と考えられている)していき、最後にはトナーの帯電極性はクリーニングブラシへの印加電圧の極性と同じになってしまう。
トナーの帯電極性がクリーニングブラシ23と同じ極性になると、クリーニングブラシ23とトナーの間には斥力が働き、その結果トナーは中間転写ベルト1上へ残るか、又はクリーニングブラシ23が回転して中間転写ベルト1と再度出会う時、再び中間転写ベルト1に付着してしまい(通常「逆付着」という)、結果的にクリーニング残トナーとなる。
図5におけるクリーニングブラシ印加電圧が+1300V以上の範囲が、この領域となる。
本実施形態ではクリーニングブラシ23への印加電圧は図5に示す最もクリーニング性の良い+1000V近傍ではなく+800Vにしてある。
この理由は次の通りである。
上記の逆付着は、回収ローラ24と中間転写ベルト1との間でも同様に生じる。すなわち、回収ローラ24への印加電圧が+1300V以上になると回収ローラとの間でも逆付着トナーが発生する。そのため、回収ローラ24への印加電圧は+1300Vより低くしなければならない。
また、約0.4mg/cm2のトナーをクリーニングブラシ23から回収ローラ24へ移動させる為には400Vの電位差が必要である。
そこで、本実施形態においては、回収ローラ24への印加電圧を+1200Vとし、クリーニングブラシ23へは+800Vの印加電圧としている。
印加電圧の設定をこのようにすることにより、回収ローラ24へはクリーニングブラシ23からのトナーと中間転写ベルト1からのトナーが移動し、回収ローラ24によっても中間転写ベルト1のクリーニングが行なわれる。
極性制御ブレード22をすり抜けるトナーの極性は、中間転写ベルト1と極性制御ブレード22による「摩擦帯電」、「電荷注入」、「放電」等により、図6に示すように、―2.0kV,−2.5kV,−3.0kVの印加電圧値にしたがって、転写残トナーの極性状態から、トナーの正規帯電極性である−側にシフトする。
極性制御ブレード22においては、図7に示すように、先端の当接状態が中間転写ベルト1の回転方向に、Lで示す状態からMで示す状態のように変化するいわゆるステックスリップが発生する。
トナーのすり抜けは、極性制御ブレード22の先端が図中L状態になったときに発生する。
このような状態でトナーの帯電極性が変化するのはトナーへの電荷注入によるものと考えられている。
極性制御ブレード22への印加電圧が「−2kV」の場合には、中間転写ベルト1の表面電位が−100Vであるとすると、電位差が1900Vとなるため放電が始まりその結果、極性制御ブレード22通過後のトナーのq/d分布は−極性側にシフトする。
なお、極性制御ブレード22の入り口側の楔部はトナーを機械的に掻き出すので時間が経過するとトナーで汚れるため、微小ギャップ部の放電は主に出口側の楔部で行われることになる。
そして、極性が−極性側に揃えられて極性制御ブレード22を通過したトナーは、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されたクリーニングブラシ23により静電的に除去される。
なお、極性制御ブレード22、クリーニングブラシ23、回収ローラ24、導電性ブレード35等の各部への印加電圧は、設計上の必要により上記したものと逆極性でも可能である。
中間転写ベルト1上に形成されたPセンサーパターンのトナー像は、図1に示すPセンサーパターン検出器17で付着量が検出され、その結果が帯電ローラ印加電圧、現像バイアスにフィードバックされて現像後のトナー付着量を一定にするように制御される。
Pセンサーパターントナー像形成の実行時には通常の画像形成が一時中断されるため、記録紙への2次転写は行なわれない。したがって、感光体8〜11から中間転写ベルト1へ1次転写された1次転写後の付着量のトナーが、中間転写ベルト1上に付着したそのままの状態でクリーニングユニット18へ搬送されてくる。
極性制御ブレード22が新品の場合はほとんどのトナーは極性制御ブレード22で掻き取られるが、時間が経過すると極性制御ブレード22は徐々に中間転写ベルト1との当接部が摩耗し、入力してきたトナーは徐々に通過量が多くなる。摩耗が進行して極端な場合はほとんどのトナーが通過してしまう場合がある。
つまりこの場合において、上記のPセンサーパターントナーまたは記録紙ジャム後の2次未転写トナーの場合のように付着量が約0.6mg/cm2の場合には、最悪の場合は0.2mg/cm2のトナーがクリーニングブラシ23を通過してしまうことになる。
本実施形態においては、図2に示すように、回収ローラ24を中間転写ベルト1へ当接させ、回収ローラ24によっても中間転写ベルト1のクリーニングを行なうように構成しているので、このようなクリーニングブラシ23を通過したトナーをクリーニングできる。
図5に中間転写ベルト1上のトナー付着量が約0.4mg/cm2の場合について示すように、クリーニングブラシ23への印加電圧が+800Vのときには、クリーニングブラシ23通過後のクリーニング残IDは約0.02でトナー付着量は約0.1mg/cm2である。
したがって、上記したように、Pセンサーパターントナーやジャム後の2次未転写トナーの場合のように、例えば中間転写ベルト1上のトナー付着量が約0.6mg/cm2の場合には、クリーニングブラシ23通過後は、約0.3mg/cm2のトナーが中間転写ベルト1上に残ることになる。
回収ローラ24へは+1200Vが印加されクリーニングブラシ23へは+800Vが印加されており、両者の電位差は400Vあるので、この電位差により、クリーニングブラシ23が中間転写ベルト1をクリーニングして吸着した0.3mg/cm2のトナーのほとんどは回収ローラ24へ移動してくる。
この回収ローラ24上のトナーは、導電性ブレード35によって掻き取られる。
回収ローラ24は中間転写ベルト1に当接しており、+1200Vの電圧が印加されているので、中間転写ベルト1上に残った約0.3mg/cm2のトナーは、中間転写ベルト1から回収ローラ24に移動し、回収ローラ24上に付着する。
このように、クリーニングブラシ23を通過した中間転写ベルト1上のトナーも回収ローラ24によりクリーニングされる。
その結果、回収ローラ24上に中間転写ベルト1からのトナーが付着した状態でクリーニングブラシ23上のトナーが回収ローラ24上へ移動されるので、クリーニングブラシ23からのトナー移動は、回収ローラ24上にトナーが付着していない状態に比較して若干少なくなる。
また、クリーニングブラシ23上に一時的に保持されたトナーに対しては、中間転写ベルト1とクリーニングブラシ23間、またクリーニングブラシ23と回収ローラ24間で電流が流れ込み、この状態でトナーがその場所に長く留まると、上記したように印加電圧と同じ極性に反転し中間転写ベルト1へ再度付着する逆付着が生じるが、高付着量のトナーが連続して入ってこなければ、クリーニングブラシ23上のトナーは短時間のうちに回収ローラ24へ移動するので、この影響はほとんどない。
なお、回収ローラ24表面では導電性ブレード35によってトナーが掻き取られるとき回収ローラ24の表面電位が低下する。その理由は回収ローラ24表面に付着した電荷を持ったトナーが導電性ブレード35で掻き落とされるときに剥離放電がおきて回収ローラ24の高抵抗層あるいは絶縁層に負極性の電荷を与えてしまうか、またはトナー付着により回収ローラ24表面層に負極性の電荷を与え、導電性ブレード13でトナーを掻き落としても与えた電荷が残ってしまうためと考えられる。
この表面電位の低下に対処するために、回収ローラ24表面に接する導電性ブレード35へは回収ローラ24に印加している電圧より高い電圧を印加してある。
すなわち、中間転写ベルト1からクリーニングブラシ23、またクリーニングブラシ23から回収ローラ24へのトナー移動は電位勾配により行なわれているが、上記のように回収ローラ24表面電位が低下すると回収ローラ24表面電位はクリーニングブラシ23の電位に近づくことになり、したがって回収ローラ24とクリーニングブラシ23との電位差が小さくなって、クリーニングブラシ23から回収ローラ24へのトナー移動が少なくなる。
クリーニングブラシ23から回収ローラ24へのトナー移動が少なくなるとクリーニングブラシ23にトナーが溜りクリーニング性が低下してくる。
図2の実施形態においては、高抵抗表層あるいは絶縁層を持つ回収ローラ24表面と導電性ブレード35との間に放電開始電圧以上の電位差があるので、回収ローラ24と導電性ブレード35との微小ギャップ部での放電と電荷注入により回収ローラ表面24が帯電しクリーニングブラシ23との電位差が保たれる。
また、放電、電荷注入による回収ローラ24表面の帯電が行なわれ、回収ローラ24表面の電位が上がると放電は徐々に少なくなり、ある電位になると放電しなくなる。
図2においてはこのような印加電圧条件を設定している。
このように図2に示す実施形態においては、回収ローラ24を中間転写ベルト1に当接させ中間転写ベルト1をはさんで回収ローラ対向電極31を配置するとともに、回収ローラ24にクリーニングブラシ23への印加電圧である800Vよりも高い1200Vの電圧を印加しているので、回収ローラ24へはクリーニングブラシ23からのトナーと中間転写ベルト1上のトナーが移動し、回収ローラ24によっても中間転写ベルト1のクリーニングが行なわれる。
これにより、記録紙ジャム時の未転写トナーやPセンサーパターン等のような高付着量トナーが中間転写ベルト1上に残留している場合においても、充分なクリーニングが行なえる。
通常、トナー像担持体からクリーニングブレードでトナーを掻き取るときにトナーは舞い上がり飛散状態となることが知られており、極性制御ブレード22で中間転写ベルト1上のトナーを掻き取るとき、および導電性ブレード35で回収ローラ24上のトナーを掻き取るときに飛散状態となる。
極性制御ブレード22または導電性ブレード35で掻き取られたトナーは自然落下してトナー排出スクリュー39のところへ落ちて行き、トナー排出スクリュー39によりクリーニングユニット18へ排出されるが、トナー排出スクリュー39が回転しトナーをクリーニングユニット18外へ排出するときも同様に、トナーは舞い上がり飛散状態となる。
トナーは、通常、静電力でトナー像担持体に付着している時は電荷をもっているが一旦引き離されると電荷をなくしてしまい無電荷(無帯電)となる。
したがって、クリーニングブラシ23と極性制御ブレード用ステー30の間の隙間から中間転写ベルト1表面に付着したトナーはほとんどが無帯電トナーであり、中間転写ベルト1の移動により、クリーニングブラシ23の位置に到達するトナーは図9のa(クリーニングブラシ前)に示すような極性制御された−極性トナーとb(無帯電トナー)に示すような無帯電トナーとの2つのピークのq/p分布を持ったトナーとなる。
無帯電トナーは静電力の拘束力がないため中間転写ベルト1への付着力が弱く、したがってクリーニングブラシ23の機械的な力で若干は中間転写ベルト1から掻き落されるが、無帯電トナーのうちのほとんどはクリーニングブラシ23の位置を通過しそのまま次の転写工程に入っていく。
そこで図2の極性制御ブレード用ステー30とクリーニングブラシ23との隙間をクリーニングブラシ用飛散防止シール32でふさぐことにより、飛散した浮遊トナーは中間転写ベルト1表面には付着せず、このような異常画像の発生を防止することができる。
回収ローラ24上のトナーは、導電性ブレード35を用いて機械的に掻き取っているが、球形トナーの場合には従来と同様に除去が難しいところがある。これに対処するために、回収ローラ23の構造を次のようにしてもよい。
すなわち、回収ローラ24はクリーニングブラシ23に付着したトナーを、クリーニングブラシ23と回収ローラ24間の電位勾配によって回収ローラ24へ転位させる機能を有していればよく、中間転写ベルト1、感光体8〜11とは異なり材料には制限が少ない。
そこで回収ローラ24の表面を摩擦係数の低い材料でコーティングしたり、金属ローラに摩擦係数の低いチューブを巻いたりして、回収ローラ24の表面を摩擦係数を低くすると、球形トナーでも容易に除去できる。
具体的にはフッ素コーティングやPVDF、PFAチューブを巻いた回収ローラ24にすればよい。
極性制御用対向電極2は、クリーニングブラシ用対抗電極40が設けられたことにより、
極性制御用ブレード22にのみ対向する位置に配置されている。
クリーニングブラシ用対向電極40は、Φ7mmの金属ローラで構成されており、接地されている。
図2の実施形態においては、極性制御ブレード22とクリーニングブラシ23の対向電極は、同じ極性制御用対向電極2を兼ねて用いている。
この場合、極性制御ブレード22へ高電圧(−極性)が印加されると、クリーニングブラシ23から極性制御用対向電極2へ流れ込む電流が増加し、これにより上記したようにトナーへ流れ込む電流が増加してトナーの帯電極性がクリーニングブラシ23への印加電圧と同じ極性となって、逆付着が増加し、下流のクリーニングブラシ23または回収ローラ24によるクリーニング性が悪くなるという状態が生じることがある。
この原因は、極性制御ブレード22へ高電圧を印加すると、極性制御用対向電極2に接続されている導電性軸受けの抵抗2aにより、極性制御用対向電極2が電位(−極性)を持ち、結果的にクリーニングブラシ23と極性制御用対向電極2の電位差が大きくなるためと考えられる。
また、極性制御ブレード2のトナーによる汚れや経時変化によって電流値が変化した場合にも、クリーニングブラシ23への影響が出てきてクリーニング性が変化する。
したがって、図10の実施形態のように、クリーニングブラシ23の対向電極であるクリーニングブラシ用対向電極40を極性制御ブレード22の対向電極である極性制御用対向電極2とは別に設けることにより、このような問題が解決され、クリーニング性が良くなる。
図11において、クリーニングブラシ用対向電極41と回収ローラ用対向電極42は板状の湾曲した形状のもので固定して取り付けられており、厚みt=1.5mmの導電性ウレタンゴムで構成され中間転写ベルト1へは腹当りとなっている。
導電性ウレタンゴムの電気抵抗値は106〜8Ω・cm以下で、硬度はアスカーC硬度計で60°〜80°である。
加圧は、図示していない支持板にスプリングで両側端部から中間転写ベルト1に対して加圧されている。
なお、図12において図2または図10と同じ構成のものは同じ符号で示している。
図12においては、回収ローラ24とクリーニングブラシ23および関連する部材の位置が入れ替わっており、それにともない、トナー排出ガイド41、出口シール42が設けられている。
トナー排出ガイド41は、導電性ブレード35によって回収ローラ24から掻きとられたトナーをトナー排出スクリュー39の方向へ導くためのもので、下ケース10に取り付けられている。
また、出口シール42は、クリーニングユニット18の内部を外部と遮断して、クリーニングブラシ23からのトナーが中間転写ベルト1上に浮遊することを防止するためのもので、下ケース10に取り付けられている。
また、回収ローラ用飛散防止シール43が、クリーニングブラシ用飛散防止シール32に代わって極性制御ブレード用ステ−30に取り付けられている。
出口シール42および回収ローラ用飛散防止シール43は、入り口シール21またはクリーニングブラシ用飛散防止シール32と同じ構成のものである。またトナー排出ガイド41も同様の材質のものである。
回収ローラ24によってクリーニングしきれずに中間転写ベルト1上に残ったまま通過したトナーはクリーニングブラシ23の位置まで搬送され、クリーニングブラシ23によりクリーニングされる。
中間転写ベルト1からクリーニングブラシ23に移動されたトナーは、クリーニングブラシ23の回転により回収ローラ24との接触位置へ搬送され、この接触位置において静電的作用により回収ローラ24上へ移動する。
クリーニングブラシ23から回収ローラ24上へ移動したトナーと、中間転写ベルト1から回収ローラ24上へ移動したトナーは、導電性ブレード35によって掻き取られる。
図13において、46は感光体ドラムであり、この感光体ドラム46の周面の一部にクリーニングユニット47が配置されている。
クリーニングユニット47は感光体ドラム46の周面の一部をケース48で囲むように配置されており、内部にクリーニングのための構成が配置されている。
なお、図13において図2、図10または図12と同じ構成のものは同じ符号で示している。
このクリーニングユニット47のケース48内には、感光体ドラム46の回転方向の順序に、入り口シール21、中間転写ベルト1の移動の順序に、入り口シール21、極性制御ブレード22、クリーニングブラシ23、回収ローラ24が配置されている。
入り口シール21はケース48に取り付けられ、極性制御ブレード22は、極性制御ブレード用ステー30に固定された極性制御ブレードホルダ29に取り付けられている。
極性制御ブレード用ステー30にはクリーニングブラシ23に接触するクリーニングブラシ用散防止シール32が取り付けられており、これにより、クリーニングブラシ23と極性制御ブレード用ステー30の間が遮断されている。
導電性ブレード35は、導電性ブレード用ステー37に固定された導電性ブレードホルダ36に取り付けられている。
33は圧縮バネ、34はステアリン酸亜鉛、25〜28は印加する電圧の電源、39はトナー排出スクリューである。
クリーニングユニット47のケース48以外の部分は、入り口シール21、極性制御ブレード22、極性制御ブレードホルダ29、クリーニングブラシ用飛散防止シール32、クリーニングブラシ23、回収ローラ24、導電性ブレード35、導電性ブレードホルダ36により囲まれており、これにより、クリーニングユニット47内に遮断空間49が形成され、感光体ドラム46から除去されたトナーが再び感光体ドラム46に付着することを防止している。
図13の実施形態における印加電圧および電流値の一例を具体的に示すと、極性制御ブレード22については印加電圧−1.0kVおよび電流値20μA、クリーニングブラシ23については印加電圧+300Vおよび電流値3μA、回収ローラ24については印加電圧+700Vおよび電流値5μAである。
なお、図2に示す実施形態の場合の一例を示すと、極性制御ブレード22については印加電圧−2.5kVおよび電流値50μA、クリーニングブラシ23については印加電圧+800Vおよび電流値18μA、回収ローラ24については印加電圧+1200Vおよび電流値2〜5μAである。
また、図10または図11に示す実施形態の場合の一例を示すと、極性制御ブレード22については印加電圧−2.5kVおよび電流値50μA、クリーニングブラシ23については印加電圧+800Vおよび電流値8μA、回収ローラ24については印加電圧+1200Vおよび電流値15μAである。
このような構成において、感光体ドラム44のクリーニングはクリーニングブラシ23と、回収ローラ24とによって行なわれる。
図14において、画像形成装置100の筐体(図示せず)内に感光体ドラム101が配置され、その周囲に、帯電ローラ102、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック各色の現像装置103〜106、中間転写装置107、感光体用クリーニングユニット108、除電ランプ109および遮光板110が配置されている。
感光体ドラム101の上方にはレーザー光111により露光する露光装置(図示せず)が配置され。下方には転写後の記録紙を搬送する搬送ベルト112が配置されている。
感光体用クリーニングユニット108は、感光体ドラム101のクリーニング行なうもので、図13に示す実施形態のクリーニング装置47と同様な構成のものを用いることができる。
中間転写装置107は、複数のローラにより張設された中間転写ベルト113によりトナー像の転写を行なうもので、感光体ドラム101との接触位置において各色のトナー像が感光体ドラム101から転写され、各色トナー像が重ね合わせられたカラーのトナー像が2次転写ローラ114の位置において記録紙Pに転写される。
115は中間転写ベルト用クリーニングユニットであり、図2、図10または図12に示す実施形態のクリーニングユニット18と同様な構成のものを用いることができる。なお、116は中間転写ベルト用クリーニングユニット115の対向電極であり、簡略化して図示している。
この一連のプロセスはイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色ごとに順次行なわれ、各色ごとのトナー像が順次形成される。
感光体ドラム101の回転と同時に中間転写ベルト113は矢印で示す時計方向に回転し、この各色のトナー像が形成されるごとに、そのトナー像が中間転写ベルト113の同じ位置に順次重ね合わせて転写され、カラーのトナー像が形成される。
この中間転写ベルト113上のカラートナー像は、搬送ベルト112により運ばれてきな記録紙P上に、2次転写ローラ114の位置において転写され、その後、定着されて排紙トレー(図示せず)上に排出される。
感光体101の表面に残留した転写残トナーは、感光体用クリーニングユニット108により除去され、また、中間転写ベルト113の表面に残留した転写残トナーは、中間転写ベルト用クリーニングユニット115により除去される。
図15において、画像形成装置200の筐体(図示せず)内に感光体ドラム201が配置され、その周囲に、帯電ローラ202、現像装置203、転写ローラ204、感光体用クリーニングユニット205、除電ランプ206および遮光板207が配置されている。
208は、露光装置(図示せず)から照射されるレーザー光である。
209および210は給紙カセット(図示せず)から記録紙を搬送するための上レジストローラおよび下レジストローラであり、211および212は記録紙を感光体ドラム201と転写ローラの間の転写領域に案内するガイド板である。
213は転写後の記録紙を搬送する搬送ベルト、214は搬送ベルト用クリーニングユニットである。
搬送ベルト用クリーニングユニット214は、図2、図10または図12に示す実施形態のクリーニングユニット18と同様な構成のものを用いることができるし、または極性制御機能を省略する等簡略化して用いることができる。
図15に示す画像形成装置においては、画像形成を行なう場合には、感光体ドラム101は矢印で示す反時計方向に回転し、帯電ローラ202による帯電、レーザ光208による潜像形成、現像装置203による現像が行なわれ、感光体ドラム201上にトナー像の形成が行なわれる。
画像形成と同期して給紙カセット(図示せず)から記録紙が、上レジストローラ209下レジストローラ210により送り出され、ガイド板211と212の間を通って感光体ドラム201と転写ローラの間の転写領域に給紙される。
感光体ドラム201上のトナー像は転写領域において記録紙に転写され、転写後の記録紙を搬送する搬送ベルト213により定着装置(図示せず)まで搬送され、定着後に排紙トレー(図示せず)上に排出される。
感光体201の表面に残留した転写残トナーは、感光体用クリーニングユニット205により除去される。また、搬送ベルト213上に付着したトナーは、搬送ベルト用クリーニングユニット214により除去される。
このような理由により、搬送ベルト上にトナーが付着することがあり、付着したトナーは、搬送ベルト用クリーニングユニット115により除去される。
図16において、301は感光体ドラム、302は帯電ローラ、303は現像器、304はクリーニングユニットであり、これらが枠体305内に一体に支持され、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジ300が構成されている。なお、306はレーザ光である。
クリーニングユニット304としては、図13に示す実施形態のクリーニング装置47、と同様な構成のものを用いることができる。
図1に示すプロセスカートリッジ4〜7としてこの図16に示すプロセスカートリッジ300を用いてもよい。
図16では、感光体ドラム301及びクリーニングユニット304の他のプロセス手段も一体に支持した構成としているが、プロセスカートリッジとして300は、少なくとも、感光体ドラム301及びクリーニングユニット304を一体に支持したものであればよい。
これにより、回収ローラによっても、トナー担持体である中間転写ベルト等のクリーニングが行なわれるので、クリーニング性能が高まる。
また、中間転写ベルト等と回収ローラとの電位差が、クリーニングブラシと回収ローラとの電位差よりも大きいことにより、回収ローラによる回収機能と、回収ローラによるクリーニングが良好に行なわれる。
また、回収ローラをクリーニングブラシよりも中間転写ベルト等の移動方向上流に配置し、中間転写ベルト等からのトナーが回収ローラへ移動し、回収ローラに付着したトナーを除去した後にクリーニングブラシからのトナーが回収ローラへ移動することにより、クリーニングブラシからの回収ローラによる回収が、中間転写ベルト等からのトナーによる影響を受けることが少なく効果的に行なえる。
また、回収ローラを中間転写ベルト等に当接させるとともに、中間転写ベルト等をはさんで回収ローラ対向電極を配置したことにより、回収ローラと中間転写ベルト等の間に電位勾配を形成することができ、回収ローラによるクリーニングの機能を高めることができる。
また、クリーニングブラシおよび回収ローラに対して中間転写ベルト等の移動方向の上流位置に極性制御部材が設けられ、極性制御部材にはクリーニングブラシおよび回収ローラの極性と異なる極性の電圧が印加されたことにより、トナーが極性制御されるので、クリーニングが良好に行なえる。
また、クリーニング装置内に、中間転写ベルト等から除去されたトナーを回収する遮断空間が形成されたことにより、回収後の浮遊トナーが中間転写ベルト等に付着することを防ぐことが出来る。
また、クリーニング装置が、中間転写ベルト等に接するクリーニングブラシおよび回収ローラを囲むような形状のケースを備えたユニット状に形成されたことにより、クリーニング装置の取扱いがしやすくなり、また遮断空間の形成の形成が容易となる。
また、トナー担持体が中間転写ベルト、感光体、記録紙搬送ベルトであることにより、クリーニング装置の適用範囲が広がり、クリーニング装置の機能が発揮される。
また、プロセスカートリッジにこのクリーニング装置を用いることにより、クリーニング品質がよいプロセスカートリッジを得ることができる。
2 極性制御用対向電極ローラ
2a 抵抗
3 駆動ローラ
4〜7 プロセスカートリッジ
8〜11 感光体ドラム
12〜15 対向電極ローラ
16 2次転写ローラ
17 Pセンサーパターン検出器
18 クリーニングユニット
19 上ケース
20 下ケース
21 入り口シール
22 極性制御ブレード
23 クリーニングブラシ
231 芯鞘構造繊維
231a 導電部
231b 絶縁層
24 回収ローラ
25〜28 電源
29 極性制御ブレードホルダ
30 極性制御ブレード用ステ−
31 回収ローラ用対向電極ローラ
32 クリーニングブラシ用散防止シール
33 圧縮バネ
34 ステアリン酸亜鉛
35 導電性ブレード
36 導電性ブレードホルダ
37 導電性ブレード用ステ−
38 遮断空間
39 トナー排出スクリュー
40 クリーニングブラシ用対向電極
42 回収ローラ用対向電極
43 トナー排出ガイド
44 出口シール
45 回収ローラ用飛散防止シール
46 感光体ドラム
47 クリーニングユニット
48 ケース
49 遮断空間
100 画像形成装置
101 感光体ドラム
102 帯電ローラ
103〜106 現像装置
107 中間転写装置
108 感光体用クリーニングユニット
109 除電ランプ
110 遮光板
111 レーザー光
112 搬送ベルト112
113 中間転写ベルト113
114 2次転写ローラ
P 記録紙
115 中間転写ベルト用クリーニングユニット
116 中間転写ベルト用クリーニングユニットの対向電極
200 画像形成装置
201 感光体ドラム
202 帯電ローラ
203 現像装置
204 転写ローラ
205 感光体用クリーニングユニット
206 除電ランプ
207 遮光板
208 レーザー光
209 上レジストローラ
210 下レジストローラ
211、212 ガイド板
213 搬送ベルト
214 搬送ベルト用クリーニングユニット
300 プロセスカートリッジ
301 感光体ドラム
302 帯電ローラ
303 現像器
304 クリーニングユニット
305 枠体
306 レーザ光
Claims (15)
- トナー担持体上に残留したトナーをクリーニングするためにトナーの極性とは異なる極性の電圧が印加されたクリーニング部材と、クリーニング部材上のトナーを回収する回収部材を有するクリーニング装置において、回収部材にはクリーニング部材に印加された電圧より高い電圧が印加されるとともに、回収部材がトナー担持体に当接し、クリーニング部材からのトナーとトナー担持体からのトナーが回収部材に移動することを特徴とするクリーニング装置。
- 請求項1に記載されたクリーニング装置において、
クリーニング部材と回収部材のそれぞれへの印加電圧が、クリーニング部材と回収部材とによってトナー担持体上のトナーのクリーニングが行なわれる領域の電圧であって、クリーニング部材または回収部材とトナー担持体との間でトナーの逆付着が生ぜず、かつクリーニング部材から回収部材へトナーの移動が行なわれる電圧であることを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1または2に記載されたクリーニング装置において、
トナー担持体と回収部材との電位差が、クリーニング部材と回収部材との電位差よりも大きいこと特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
クリーニング部材を回収部材よりもトナー担持体の移動方向上流に配置し、クリーニング部材からのトナーが回収部材へ移動し、回収部材に付着したトナーを除去した後にトナー担持体からのトナーが回収部材へ移動することを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
回収部材をクリーニング部材よりもトナー担持体の移動方向上流に配置し、トナー担持体からのトナーが回収部材へ移動し、回収部材に付着したトナーを除去した後にクリーニング部材からのトナーが回収部材へ移動することを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から5のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
回収部材をトナー担持体に当接させるとともに、トナー担持体をはさんで回収部材対向電極を配置したことを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から6のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
クリーニング部材および回収部材に対してトナー担持体移動方向の上流位置に極性制御部材が設けられ、極性制御部材にはクリーニング部材および回収部材の極性と異なる極性の電圧が印加されたことを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から7のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
クリーニング部材がブラシであり、回収部材がローラであることを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から8のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
クリーニング装置内に、トナー担持体から除去されたトナーを回収する遮断空間が形成されたことを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から9のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
クリーニング装置が、トナー担持体に接するクリーニング部材および回収部材を囲むような形状のケースを備えたユニット状に形成されたことを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から10のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
トナー担持体が中間転写ベルトであることを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から10のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
トナー担持体が感光体であることを特徴とするクリーニング装置。 - 請求項1から10のいずれかに記載されたクリーニング装置において、
トナー担持体が記録紙搬送ベルトであることを特徴とするクリーニング装置。 - 潜像担持体と、該潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
該潜像担持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー像を形成する現像手段と、
該潜像担持体上のトナー像を転写体又は記録媒体に転写する転写手段と、
転写後の記録媒体を搬送する搬送手段とを有し、画像形成のプロセスにおいてトナーと接する手段に生じた残留トナーを除去するクリーニング装置を有する画像形成装置において、クリーニング装置として、請求項1〜13のいずれかに記載されたクリーニン
グ装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 潜像担持体と少なくともクリーニング装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
クリーニング装置として、請求項1〜13のいずれかに記載されたクリーニング装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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