JP2014006399A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、画像形成装置の故障発生が少なく、耐久性(寿命)を向上させることを目的とする。
【解決手段】本発明に係る、像担持体１の表面１ａに形成された静電潜像が現像剤により現像されて作像され、作像された現像剤像が用紙Ｐに転写される画像形成装置であって、像担持体の表面に像担持体回転方向に対しカウンタ方向から接触して同表面に在留する現像剤を清掃する板状のクリーニング部材８５よりも像担持体回転方向の上流側に像担持体の表面に在留する現像剤を静電的に清掃するブラシ状の静電クリーニング部材８２を配置し、板状のクリーニング部材８５のよりも像担持体回転方向の下流側に潤滑剤塗布手段９を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明はファクシミリ、プリンタ、複写機、これら複数の機能を１つにした複合機などの電子写真方式の画像形成装置に関し、特に像担持体と像担持体用のクリーニング部材を備えた画像形成装置の耐久性向上に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、像担持体となるベルト状またはドラム状の感光体の周囲に帯電、露光、現像、転写、除電、クリーニング等の各手段を配している。そして、コロナ放電等の帯電手段により感光体表面を一様に帯電させ、印刷すべき文字等に対応した露光を露光手段で行うことにより静電潜像を形成し、現像手段により現像剤となるトナーで静電潜像を現像して作像する。その後、中間転写体との当接とバイアス印加により感光体上のトナー像を中間転写体上に転写し、中間転写体上のトナー像を記録媒体としての用紙上に転写させ、トナーを転写させた用紙を定着手段により加熱と加圧することでトナー像を定着させて印刷を完了する。転写が済んだ感光体表面は、クリーニング手段で在留する現像剤を清掃して除電をし、さらに同様の工程を繰り返す。

上記構成の画像形成装置においては、感光体やクリーニング手段などの交換部品の高寿命化が要求されている。特にプロダクションプリンティング事業のような大量の印刷を行う業界で使用される画像形成装置においては、交換部品の寿命は１枚印刷するあたりのコスト（ＣＰＰ）に大きく影響を与えるため、装置の飛躍的な寿命の向上はランニングコスト低減に大きな効果がある。

感光体、及びウレタンゴムなどの弾性部材製で板状のクリーニング部材を使用したブレードクリーニング方式を用いたクリーニング手段それぞれの寿命向上の鍵は、感光体の場合では感光体表面層の摩耗速度の低減、クリーニング手段の場合ではクリーニング部材のエッジの摩耗量の低減にある。板状のクリーニング部材を使用したクリーニング手段においては、その構成が簡素であることや、感光体表面に対して感光体回転方向に対してカウンタ方向に当接させることで微少量のトナーをほぼ完全に清掃（クリーニング）することができることで、広く一般に採用されている。このクリーニング部材を使用したクリーニング手段の寿命は、当接しているクリーニング部材のエッジの摩耗量で決まる。エッジの摩耗量が進行すると大量のトナーをせき止めることができず、クリーニング部材によるクリーニング部よりも感光体回転方向下流側にすり抜け、結果的に縦スジ画像となって異常画像が発生する。エッジ磨耗の加速因子としては、高画像面積率の画像を大量連続で印刷するようなときで、その際大量のトナーがクリーニング部材のエッジに入力され、わずかながらの現像剤を構成するトナーやトナー添加剤（シリカ）がクリーニング部材からすり抜け、このすり抜けの際にエッジにダメージを与えてクリーニング部材の摩耗が進行する。

クリーニング部材の摩耗の進行を低減させる方法としては、部材の材質の処方最適化が挙げられるが、基本的にウレタンゴムの物性を大きく変えるものではないので、飛躍的な寿命向上を図られるものではない。クリーニング部材の摩耗の進行を飛躍的に低減させる方法としては、トナーが大量に入力されるのを防ぐことが有効である。

クリーニング部材のエッジにトナーが大量に入力されることで発生する別の不具合としては、クリーニング部材からトナーの添加剤であるシリカがすり抜けていく際、シリカがクリーニング部材からメカ的ストレスを受けて感光体に刺さり、これが成長していくことで感光体表面に固着する現象が挙げられる。固着した部分はトナーを乗せることができないため、その部分は白ポチの異常画像となって顕在化する。この不具合に対しても、クリーニング部材へトナーの入力量を低減させることが有効となる。

このような不具合の対策として、従来では、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を感光体表面に塗布部材で塗布し、感光体表面に潤滑剤層を作ることで保護して、シリカを刺さりにくくして固着を防止している。しかしながらこの構成においては、高画像面積率画像の大量印刷の際は多くの潤滑剤を塗布する必要が生じてしまい、今度は潤滑剤の寿命が持たなくなってしまうという問題がある。またクリーニング部材からすり抜けたトナーが潤滑剤の塗布部材として用いられる塗布ブラシに付着することでステアリン酸亜鉛の削りを促進してしまい、このようなメカニズムからでも潤滑剤寿命の低下が発生してしまう。

更にトナー大量入力の別の懸念事項として、感光体表面膜の削ずれが進行してしまう点が挙げられる。クリーニング部材のエッジからトナーやトナー添加剤が微小にすり抜ける際、これらが研磨剤となって感光体表面を削り、感光体寿命を低減させてしまう。これに対し感光体の摩耗する膜厚を増やしてしまうことも考えられるが、厚膜にすることで感光体に残留電荷が残り、所望の感光体表面電位を得られることができず、画像濃度のリピート変動が発生するという問題がある。この点から見ると感光体表面から電荷発生層までの膜厚はできるだけ薄くしたい。したがってこの問題についてもクリーニング部材のエッジへトナーが大量に入力されることを防ぐことが有効となる。

一方、クリーニング手段の別の形態としては、クリーニング部材として板状のものを使用するのではなく、ブラシ部材にバイアスを印加してトナーを電気的にクリーニングする静電クリーニング方式が挙げられる。この方式のメリットとしては、大量にトナー入力が起こっても板状のクリーニング部材よりもトナーを回収する能力が高い点と、トナーにメカ的ストレスを与えないため感光体表面へのシリカの固着が発生しにくい点が挙げられる。静電クリーニング方式のデメリットとしては、極性が違う微少量のトナーを回収することができないため、それぞれの極性のトナーを回収すべく複数のブラシ部材を配置することが必要となることで、装置が高価になってしまう点が挙げられる。

ブレードクリーニング方式、静電クリーニングブラシ方式それぞれのデメリットを補完する手段として、感光体回転方向の上流側に静電的にトナーを清掃する単一のブラシ部材で構成されたクリーニング部材、下流側に板状のクリーニング部材をそれぞれ配置する構成が考えられる。この構成の狙いとしては、大量のトナーが入力された際は、回収能力の高いブラシ部材によって大部分のトナーをクリーニングし、極性の違う微小なトナーは、少量のトナーを完全にクリーニングする能力の高い板状のクリーニング部材を感光体回転方向に対してカウンタ方向から感光体表面に接触するように配置し、当該部材でクリーニングすることで、エッジの摩耗や感光体摩耗の著しい低減、感光体表面へのシリカ固着の防止を図ることができる。このような構成としては、特許文献１が挙げられる。

しかしながら特許文献１に記載の構成においても、万全な構成ではなく、白紙画像に近い印刷の際はごく少量の転写残トナーが入力されるため、これらがブラシ部材によって回収されるとクリーニング部材のエッジへは全くトナーが入力されなくなり、クリーニング部材の巻き込みが発生し易くなる。感光体表面にカウンタ方向から当接するクリーニング部材は、トナーやトナー添加剤のような微粒子がわずかながらでも入力されないと感光体表面とエッジとの密着力が高くなり、巻き込みの現象がしばしば起こってしまう。板状のクリーニング部材が巻き込まれてしまうと、通常は自然に復帰することができないため装置の故障となり、装置の信頼性が著しく低下してしまう。
本発明は、画像形成装置の故障発生が少なく、耐久性(寿命)を向上させることを、その目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る、像担持体の表面に形成された静電潜像が現像剤により現像されて作像され、作像された現像剤像が記録媒体に転写される画像形成装置では、像担持体の表面に像担持体回転方向に対しカウンタ方向から接触して同表面に在留する現像剤を清掃する板状のクリーニング部材と、クリーニング部材よりも像担持体回転方向の上流側に配置され、像担持体の表面に在留する現像剤を静電的に清掃するブラシ状の静電クリーニング部材と、板状のクリーニング部材のよりも像担持体回転方向の下流側に配置した潤滑剤塗布手段を有することを特徴としている。

本発明によれば、像担持体回転方向に対しカウンタ方向から接触して同表面に在留する現像剤を清掃する板状のクリーニング部材よりも像担持体回転方向の上流側に配置され、像担持体の表面に在留する現像剤を静電的に清掃するブラシ状の静電クリーニング部材と、板状のクリーニング部材のよりも像担持体回転方向の下流側に配置した潤滑剤塗布手段を有するので、潤滑剤の消費量をシリカ発生防止のために高める必要はなく、板状のクリーニング部材の巻き込み防止のための必要最小限の消費量に抑えることができる。このため、板状のクリーニング部材の巻き込みの防止、シリカ固着防止の余裕度向上による潤滑剤消費量の低減による潤滑剤塗布手段の寿命向上、感光体ドラムの膜削ずれ進行の防止余裕度向上による潤滑剤消費量の低減による潤滑剤塗布手段の耐久性(寿命)向上という効果を得ることができる。つまり、画像形成装置の故障発生が少なく、耐久性(寿命)を向上することができる。

本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態を示す概略構成図。 高画像面積率の画像の印刷時における、ブラシ状の静電クリーニング部材によるクリーニング状態を模式的に示す拡大図。 高画像面積率の画像の印刷時における、板状のクリーニング部材によるクリーニング状態を模式的に示す拡大図。 低画像面積率の画像の印刷時における、ブラシ状の静電クリーニング部材と板状のクリーニング部材によるクリーニング状態を模式的に示す拡大図。 本発明に係る画像形成装置の第２の実施形態と、像担持体上の作像されない領域がブラシ状の静電クリーニング部材に到達する前の状態を示す概略構成図。 像担持体上の作像されない領域がブラシ状の静電クリーニング部材に到達した状態を示す概略構成図。 第２の実施形態で行うクリーニングバイアス制御に係る構成のフロック図。 クリーニングバイアス制御処理内容を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に解説する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明にかかる画像形成装置の一形態である高速フルカラープリンターの構成を示す概略図である。この画像形成装置は、像担持体となる感光体ドラム１と、帯電、露光、現像、転写、クリーニング等の各手段を備えている。画像形成装置は、これら感光体ドラム１と、帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各手段を、イエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの色に対応して４組備えているが、４組とも基本的には同一構成であるので、ここでは、その１つを代表として説明する。

感光体ドラム１は、図中矢印方向に図示しない駆動モータによって回転駆動されるように構成されている。感光体ドラム１の周囲には、帯電手段となる帯電チャージャ２、現像手段４、１次転写手段となる転写ローラ６、除電手段となる除電ランプ７、クリーニング手段８、潤滑剤塗布手段９が配置されている。

潤滑剤塗布手段９は、付勢手段となるバネ９１で感光体ドラム１に向かって付勢された潤滑剤９２と、潤滑剤９２と感光体ドラム１の間に配置され、潤滑剤９２を感光体ドラム１の表面に塗布する塗布部材となる塗布ブラシ９３と、塗布された潤滑剤９２を均一にする潤滑剤ブレード９４を備えている。本形態において潤滑剤９２には、ステアリン酸亜鉛をブロック状に固めたものを用いる。潤滑剤９２としてはステアリン酸亜鉛以外の周知の物を用いてもよい。

クリーニング手段８は、感光体ドラム１上に残留する現像剤となる転写残トナーを静電的に清掃する静電クリーニング部８０と、感光体ドラム１上に残留する転写残トナーを機械的に書き取るブレードクリーニング部８１とを備えている。

静電クリーニング部８０は、クリーニングバイアスが印加されることで転写残トナーを静電的に清掃するブラシ状のクリーニング部材となる静電クリーニングブラシ８２を備えている。静電クリーニングブラシ８２は、図示しない側板などの不動部材に回転自在に支持されていて、その軸部に図示しない電源から転写残トナーと逆極性(ここでは＋極性)のクリーニングバイアスが直接印加されるように構成されている。クリーニングバイアスは、直接、静電クリーニングブラシ８２に印加するものに限定されるものではなく、間接的に静電クリーニングブラシ８２に印加する構成であってもよい。

静電クリーニングブラシ８２の周囲には、感光体ドラム１から清掃した転写残トナーを静電クリーニングブラシ８２から静電的に回収する回収部材となる金属製の回収ローラ８３と、回収ローラ８３に接触して回収したトナーを回収ローラ８３から取り除く回収ブレード８４を備えている。

ブレードクリーニング部８１は、感光体ドラム１の回転方向に対してカウンタ方向からそのエッジ８５Ａが当接して感光体ドラム１の表面１ａの転写残トナーを除去する板状のクリーニング部となるクリーニングブレード８５が図示しない側板にブラケット８６を介して取り付けられている。

本形態では、クリーニングブレード８５よりも感光体ドラム回転方向の上流側に、静電クリーニングブラシ８２を配置し、クリーニングブレード８５よりも感光体ドラム回転方向の下流側に潤滑剤塗布手段９を配置している。

感光体ドラム１は、帯電手段となる帯電チャージャ２によるコロナ放電により一様に帯電される。一様に帯電された感光体ドラム１は、図示しない書き込み装置からの露光光３で印刷すべき画像に対応したレーザ光を照射され、これによりその表面上に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段４により感光体ドラム表面１ａに供給される現像剤となるトナーで現像される。

感光体ドラム表面１ａ上のトナー像は、感光体ドラム１と転写ローラ１３の間に配置された中間転写体となる中間転写ベルト５上に転写ローラ１３から１次転写バイアスが印加されることで転写される。モノクロ印刷の場合であれば中間転写ベルト５にはブラックトナー像が転写され、図示しない２次転写部において記録媒体となる用紙に転写される。カラー印刷の場合であれば中間転写ベルト５には各色のトナー像が転写され、図示しない２次転写部において記録媒体となる用紙に一括転写される。

転写後の感光体ドラム１は、除電ランプ７の光照射により残留している静電電位を除去されて電位がリセットされる。更に感光体ドラム１の表面１ａからはクリーニング手段８により転写残トナーが除去される。感光体ドラム１は、転写残トナーの除去後、潤滑剤塗布手段９により潤滑剤９２が表面１ａに塗布されることで、その表面が保護される。

図１で説明した感光体ドラム回りの構成において、高画像面積率の画像が大量印刷されたときの状況を説明する。高画像面積率の画像を作像の際は、感光体ドラム１は大量のトナーで静電潜像が現像されるため、そのトナーが中間転写ベルト５等に転写された後の転写残トナー１００も感光体ドラムの表面１ａに相当量発生する。大量の転写残トナー１００は、図２に示すように、クリーニング手段８の静電クリーニングブラシ８２によって回収する。転写残トナーの大部分は−の極性であり、−極性の転写残トナー１００の殆どは、＋極性に帯電している静電クリーニングブラシ８２によってクリーニングして回収される。静電クリーニングブラシ８２の感光体ドラム１への当接圧は低く、電気的に転写残トナー１００を回収するため、転写残トナー１００にメカ的ストレスを与えず、トナー添加剤であるシリカが分離して感光体ドラムの表面１ａに刺さる現象は殆どない。

＋極性の少量の転写残トナー１００は、静電クリーニングブラシ８２を通過して図３に示すように、クリーニングブレード８５のエッジ８５ａと感光体ドラム表面１ａの間に入力される。このときのトナー入力量は、高画像の大量印刷であっても、クリーニングブレード８５よりも感光体ドラム回転方向の上流側に配置したで静電クリーニングブラシ８２によって殆どを回収されているため、極わずかなものとなる。このため、容易にクリーニングブレード８５のエッジ８５ａによって極わずか＋極性の転写残トナー１００は掻き取られ、感光体ドラム表面１ａをクリーニングすることができる。また、トナー入力量は小量なため、クリーニングブレード８５のエッジ８５ａのダメージ(磨耗)も極めて少なく、またストレスがかかる転写残トナー１００も小量なため、エッジ８５ａ摩耗、感光体ドラム１の表面１ａへのシリカ固着も防ぐことができる。

一方、白紙に近いような低画像面積率の画像を印刷した際の状況を次に説明する。低画像の際は現像に使用されるトナー量が少ないため、転写残トナー１００もごくわずかになる。感光体ドラム表面１ａ上の転写残トナー１００は、図４に示すように、感光体ドラム１の回転に伴い静電クリーニングブラシ８２に到達した際は殆どが回収されるため、クリーニングブレード８５へのトナー入力量はほぼ０に近い。このため、低画像面積率の画像引率が続くとクリーニングブレード８５の巻き込みの可能性が高まる。しかしながら図１に示すように、クリーニングブレード８５よりも下流側で塗布される潤滑剤９２が１周してクリーニングブレード８５のエッジ８５ａに到達されるため、潤滑剤９２の微粒子がクリーニングブレード８５を通過することで感光体ドラム１とクリーニングブレード８５との過大な密着力を防ぎ、クリーニングブレード８５の巻き込みを防止することができる。

このような構成によると、クリーニングブレード８５よりも感光体ドラム回転方向の上流側に静電クリーニングブラシ８２を配置したので、転写残トナー１００の大量入力によるクリーニングブレード８５の摩耗進行の防止、転写残トナー１００の大量入力による感光体ドラム１の表面１ａへのシリカ固着の防止、転写残トナー１００の大量入力による感光体ドラム１の膜削ずれ進行の防止という効果を得ることができる。

静電クリーニングブラシ８２よりも感光体ドラム回転方向の下流側にクリーニングブレード８５を配置することで、従来に構成のように静電クリーニングブラシ８２を複数配置する必要がなくなり１つの静電クリーニングブラシ８２に減らすことができる。

静電クリーニングブラシ８２及びクリーニングブレード８５よりも感光体ドラム回転方向の下流側に潤滑剤塗布手段９を配置したので、潤滑剤９２の消費量をシリカ発生防止のために高める必要はなく、クリーニングブレード８５の巻き込み防止のための必要最小限の消費量に抑えることができる。このため、クリーニングブレード８５の巻き込みの防止、シリカ固着防止の余裕度向上による潤滑剤消費量の低減による潤滑剤塗布手段９の寿命向上、感光体ドラム１の膜削ずれ進行の防止余裕度向上による潤滑剤消費量の低減による潤滑剤塗布手段９の寿命向上という効果を得ることができる。

上記説明のメカニズムにより、図１の各キーパーツの構成配置組み合わせによりそれぞれの寿命が相乗効果で向上させることもできる。
（第２の実施形態）
図５、図６を用いて第２の実施形態について説明する。図１に示した画像形成装置において、静電クリーニング部８０での機能を向上させるためには、静電クリーニングブラシ８２で清掃して同ブラシ８２に付着した転写残トナー１００を除去して次のクリーニングに備える機能を強化させる必要がある。

静電クリーニングブラシ８２に付着した転写残トナー１００は、静電クリーニングブラシ８２にクリーニングバイアス（電圧）が印加されているため、電気的に強固に付着している。

このため、静電クリーニングブラシ８２に当接するようにＳＵＳ等の金属の回収ローラ８３を設け、この回収ローラ８３に、静電クリーニングブラシ８２に電源２０１から印加された電圧よりも更に高い電圧を電源２０２から印加することで静電クリーニングブラシ８２から回収ローラ８３へトナーを転移させて静電クリーニングブラシ８２をリフレッシュさせる。回収ローラ８３に付着したトナーは、回収ブレード８４によって掻きとり、廃トナー収容部へ落下させる。

このような構成においては、静電クリーニングブラシ８２が一周する間にブラシをきれいにリフレッシュさせることは難しく、静電クリーニングブラシ８２上に相当量のトナーが残ってしまう。静電クリーニングブラシ８２にトナーが残ってしまうと、本来感光体ドラム１についた転写残トナー１００を回収する能力が低下してしまい、静電クリーニング部８０としての機能が低下してしまう。

このような問題に対して、本形態では図５に示すように、感光体ドラム１の表面１ａにおける紙間などの非画像形成部でトナーが付着していない領域Ａが、図６に示すように静電クリーニング部８０と対向する位置に到達するタイミングで、静電クリーニングブラシ８２に印加した電圧を低下ないしは０にすることで、静電クリーニングブラシ８２上に残っている転写残トナー１００の付着力を低下させて回収ローラ８３へ回収しやすくする。このとき静電クリーニングブラシ８２は感光体ドラム表面上の転写残トナー１００を回収する能力は低下するが、そのときは領域Ａでは転写残トナー１００が殆ど存在しないため、問題にはならない。

また静電クリーニングブラシ８２の電圧を低下させる際、静電クリーニングブラシ８２についた転写残トナー１００が多少感光体ドラム１に逆転移してしまう現象が起こる場合が想定されるが、静電クリーニングブラシ８２よりも感光体ドラム回転方向の下流側にはクリーニングブレード８５が配置されているので、それら逆転移したトナーを掻きとってクリーニングすることができるので、多少の転写残トナー１００の転移があっても、この構成においては問題がない。このような静電クリーニングブラシ８２への電圧印加制御を行うことで、不具合無く静電クリーニング部８０の機能を強化することができる。

静電クリーニングブラシ８２への電圧印加制御の形態としては、図７に示すように、画像形成装置が備えている制御手段２００に、静電クリーニングブラシ８２へクリーニングバイアスを印加する電源２０１と回収ローラ８３へクリーニングバイアスを印加する電源２０２を配線などで接続し、感光体ドラム１の回転情報や、用紙の給紙タイミングなどの情報を制御手段２００に入力する。制御手段２００は、図８に示すように、予め設定されたクリーニングバイアスを静電クリーニングブラシ８２と回収ローラ８３にそれぞれ印可するように電源２０１，２０２を制御する。次に、感光体ドラム１の回転情報や、用紙の給紙タイミングなどの情報から紙間などのトナーの付着のない領域Ａが静電クリーニングブラシ８２と対向するタイミングを判断する。具体的には領域Ａが静電クリーニングブラシ８２と対向したか否かを判定し、対向した場合には、クリーニングバイアスを、クリーニング時よりも低くするように電源２０１を制御することで達成することができる。

１ 像担持体
１ａ 像担持体の表面
９ 潤滑剤塗布手段
８２ ブラシ状の静電クリーニング部材
８５ 板状のクリーニング部材
１００ 在留する現像剤

特許４５９７８３７号公報

Claims (3)

1. 像担持体の表面に形成された静電潜像が現像剤により現像されて作像され、作像された現像剤像が記録媒体に転写される画像形成装置において、
   前記像担持体の表面に像担持体回転方向に対しカウンタ方向から接触して同表面に在留する現像剤を清掃する板状のクリーニング部材と、
   前記クリーニング部材よりも像担持体回転方向の上流側に配置され、前記像担持体の表面に在留する現像剤を静電的に清掃するブラシ状の静電クリーニング部材と、
   前記板状のクリーニング部材のよりも前記像担持体回転方向の下流側に配置した潤滑剤塗布手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体の表面に形成された静電潜像が現像剤により現像されて作像され、作像された現像剤像が記録媒体に転写される画像形成装置において、
   前記像担持体の表面に像担持体回転方向に対しカウンタ方向から接触して同表面に在留する現像剤を清掃する板状のクリーニング部材と、
   前記板状のクリーニング部材よりも像担持体回転方向の上流側に配置され、直接または間接的に電圧を印加されることで前記像担持体の表面の在留する現像剤を静電的に清掃するブラシ状の静電クリーニング部材を有し、
   前記像担持体の表面の作像されない領域が前記ブラシ状のクリーニング部材と対向する位置に到達するタイミングで、同ブラシ状のクリーニング部材に印加した電圧が低下されることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記クリーニング部材の下流に前記像担持体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を配置したことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。

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