JP5233533B2 - クリーニング装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
そのときの像担持体上での潜像電位および現像バイアスによって像担持体に付着すると像担持体表面に作用する主な力として、鏡映力とファンデルワールス力がある。鏡映力は電荷量とその距離に大きく依存する。
非接触方式としてはコロナ等のイオン照射でトナー外周にイオン付着させるものである。この方式は高電圧放電によってイオン以外の環境汚染や人体に有害なオゾンが生じるなどの欠点がある。
接触方式は、上記特許文献に開示されているように、放電させないで摩擦帯電、電荷注入などの作用によって電荷制御する。具体的には導電性ブラシ、導電性ブレードなどと接触させて実行される。しかし、ブラシの場合はトナーが大量に入力された時はブラシと接触しないですり抜ける場合が生じることあがり、トナーが付着して時間と共に制御能力が低下する。ブレードを使用する場合は像担持体との接触圧によって像担持体とブレード自身の摩耗劣化させる。そのために接触圧力を下げた状態で使用しなければならない。その時、ブレードと接触しないですり抜けるトナーが発生する。このように、静電的な回収を試みた場合においても、小粒径トナーのすり抜けを完全になくすことは困難だというのが現状である。
(1)転写後の像担持体上に残存するトナーを除去するために用いられるクリーニング装置であって、前記像担持体上での残トナーを一律の極性に揃える手段と、該極性を揃える手段により揃えられる極性と逆極性を印加されて残トナーを清掃して回収する手段とを備え、前記極性を揃える手段は、一体構造とされた導電性ブレードと導電性ブラシとを備え、前記導電性ブレードおよび前記導電性ブラシのうちで該導電性ブラシは、前記導電性ブレードよりも前記像担持体回転方向下流側に配置されていると共に、該導電性ブレードが前記像担持体に当接する時に共に前記像担持体に当接するように、前記導電性ブラシが前記導電性ブレードの平面に接合されて両者間が導通状態にされていることを特徴とするクリーニング装置。
(2)前記導電性ブレードおよび導電性ブラシは、前記像担持体上での残トナーの極性を一律化するための極性のバイアスを印加後、前記残トナーを清掃して回収する手段に印加される極性と逆極性のバイアスを印加することでブラシに付着したトナーを前記像担持体上に吐き出して該トナーを前記清掃して回収する手段により回収させることを特徴とする(1)に記載のクリーニング装置。
(3)前記導電性ブラシは、導電剤が糸の外部に露出してトナーと接触可能な構成とされていることを特徴とする(1)または(2)に記載のクリーニング装置。
(4)(1)乃至(3)のいずれか一つに記載のクリーニング装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
(5)前記トナーとして、形状計数SF1が100〜150,平均粒径が6μm以下のものが用いられることを特徴とする(4)に記載の画像形成装置。
つまり次式、によって定義されるものである。
SF1の値が100の場合、トナー形状は真球となり、SF1の値が大きくなるほど不定形となる。一般的にトナーの形状が球形に近くなるとトナーとトナーあるいはトナーと像担持体との接触状態が点接触になるため、トナー同士の吸着力は弱くなって流動性が高くなる。また、トナーと像担持体との吸着力も弱くなって転写率は高くなる。
つまり、図2,図3において、クリーニング装置には、トナーの極性を揃えるための極性制御に用いられる極性ブレード23,回収ローラ24,清掃部材として用いられるブラシローラ25および回収ブレード26が主要部材として用いられている。なお、図3において符号21は、極性ブレード23よりも像担持体の移動方向上流側に配置されている導電性のブラシローラであり、今これを1次ブラシローラと呼称し、清掃部材として用いられるブラシローラ25を2次ブラシローラと呼称する。また、図3において、符号22は、フリッカーを示し、符号27は、潤滑剤塗布装置(図3では、潤滑剤27Aと付勢手段27Bとが区別して示されている)を示し、符号28は、回収されたトナーを現像装置あるいは廃棄タンクに向け搬送する搬送スクリューをそれぞれ示している。
[静電クリーニング]
図4において、転写バイアスを用いた転写工程では、例えば負の極性を持つ現像後のトナーに生の転写バイアス電圧を印加することで本来ならば全てのトナーが記録紙などの記録媒体もしくは中間転写ベルトなどに転写されることになる。
しかし、転写バイアスが印加される箇所では、狭いギャップ間での電界形成であることが原因となって、剥離放電が生じ、転写後の残トナー(図4中、符号Q0で示す)には、正負両方の極性が混在している。
[中間転写ベルト5A]
中間転写ベルト5Aは、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレンなど合成樹脂又は各種のゴムにカーボンブラックなどの導電材を適当量含有させたものが用いられ、その体積抵抗率は10E4〜10E9Ω・cmに設定されている。
本実施形態の特徴は、極性揃えに用いる極性ブレードの構成として、導電性ブレードと導電性ブラシとを一体構造に構成したことにある。
像担持体としての感光体ドラム1および中間転写ベルト5Aのクリーニング装置6および20に入力されるトナーの電荷分布は図6のようになっている。
この分布状態であると次のブラシローラ25(図4参照)は、正極性電圧が印加されている為、負極性を有するトナーだけがクリーニングされる。
そこで、極性を一律に負極性にする為に極性ブレード23(図4参照)を通過させる。ブレード通過のモデルを図7に示す。
[ブラシローラ25]
ブラシローラ25のブラシはアクリル、PET、ポリエステルなどに導電材を混入させた導電性ブラシであることが必須である。この時の導電材の構造はブラシ表面に単に分散させたものでなく、内部に挿入して表面に露出されない芯鞘構造で無ければならない。もし,表面に導電材が露出していると、トナーに電荷を注入してブラシ表面の電位Vbが維持できなくなる。ブラシ抵抗は10E4〜10E9Ωが好適で、抵抗が小さいとトナーに電荷を注入し易く、又,抵抗が大きいと電界強度が小さくなって高電圧を印加しないとトナーを吸引する為の電界が確保出来なくなる。又,トナーとの接触確率を上げるために植毛密度も重要な因子で7万本/in2以上で好ましくは10万本/in2以上必要である。
接触確率を上げるためには、像担持体に対してカウンター方向回転で、線速比は0.7以上にすることで好ましい接触状態となる。他の重要な因子としてはブラシの倒れがある。一般にブラシは直毛といわれているが、直毛状態であるとブラシの導電材が露出している先端部とトナーが接触しやすい状態にある。そのため、ブラシの倒れは斜毛やブラッシング処理をすることで、像担持体の回転によってブラシが食い込まない方向に倒して、直接トナーと導電材が接触しない構造にすることが望ましい。
[回収ローラ24]
回収ローラ24は、ブラシローラ25に接触してトナーを回収するために用いられる部材であり、設置目的は以下の通りである。
トナーの移動によってブラシ25や回収ローラ24の表面電位は単に各ローラの軸に電圧印加しただけでは低下する。
電位が低下するとトナーを移動させるだけの電位ポテンシャルが確保できない為、トナーはブラシへ蓄積されロール化する。それを防ぐ為にブラシローラ表面にブラシ軸電圧よりポテンシャルで200〜500V大きな電圧を印加しなくてはならない。
同様に回収ローラ表面にも回収ローラ軸電圧より400〜800V高い電圧を印加しなくてはならない。よって、回収ローラのダメージとして、回収ブレード26による摺擦劣化と表面に印加される電圧によって生じる放電劣化の両者が加わる。よって,これらの外部ダメージで回収ローラ表面は荒れてくる。
粗面になるとブレードと像担持体間の摩擦係数が小さくなり、摩擦力も同様に小さくなることで、トナーはブレード下面に潜り込み擦りぬけて行く。図4に示す回収ローラ24で回収ブレード26をすり抜けたトナーQ3’はブラシに再付着してトナーQ2’となって、ブラシから像担持体表面に逆付着したトナーQ1’となって後の工程に影響を及ぼす。 よって、回収ローラに要求される特性は、電荷が逃げづらい絶縁性の部材であり、表面粗さが良好であること、更に放電や、摺擦に対して傷がつかないことが必須である。
[回収ブレード26]
トナー回収ローラ24に対するトナー除去のためのフリッカーとしての機能と、トナー回収ローラ24での表面電位の低下を補うための電荷注入機能とを持ち合わせた部材である。
回収ローラへの表面印加電圧によって回収ローラ表面電位の変化を図13に示す。ブラシローラに700V、回収ローラに1000V印加し、ブレードへの印加電圧を1000、1500、2000Vと変えた時、回収ローラ表面及びブラシ表面電位の時間変化を示す。これから印加電圧が低いと時間と共に回収ローラ表面電位はブラシ表面電位に近づいてくる。この状態となると、ブラシローラと回収ローラ間に電位差がないため、トナーはブラシから回収ローラへ移動しなくなる。両者の機能を満足する為に、ブレードはポリウレタン、シリコン、ニトリルゴムなどのエラストマー材であって回収ローラとの密着性が確保される必要がある。且つ回収ローラへの電荷付与を確実にする為にブレード自身の体積抵抗は少なくとも10E12Ωcm以下であることが必要である。導電性を得るためにエラストマー材にカーボン、金属フィラー、イオン導電性剤などを添加することで導電性は得られる。
(実施例1)
以下、極性揃えに用いる極性ブレードの構成として、導電性ブレードと導電性ブラシとを一体構造にした構成での極性制御率について説明する。
図3のクリーニングユニットに設置されている極性ブレード23を図11に示す極性制御ブラシを設置した時のトナー極性制御率を測定する。測定はE−Spartアナライザを用いて行い、測定結果は図6〜8に示すようにトナーが単位個数中に存在する電荷量と個数の関係が算出される。
(実施例2)
本実施形態で実行するクリーニングモードについて説明する。
極性クリーニングブラシ11のブラシ部33を通過するトナーは負極性に極性変換されるばかりでなく、一部は正極性の状態で付着される場合があるため、時間と共にトナーはブラシ表面に付着堆積する。そのため、ブラシ表面のトナーをクリーニングさせるモードを設けてブラシ表面をリフレッシュする必要がある。図15に像担持体の駆動に伴う、極性ブレード、ブラシ及びクリーニングブラシ25、回収ローラ24、回収ブレード26のクリーニングモードにおけるタイミングチャートを示す。像担持体1は、(1)で駆動開始する。そのとき極性ブレード、ブラシに負電圧が印加され,他のパーツには正極性の電圧が印加される。具体的には極性ブレード、ブラシは−1200V、クリーニングブラシ400V、回収ローラ800V、回収ブレード1200V印加される。電圧は(2)のところまで印加され、この期間、像担持体の残留トナーをクリーニングしている。(2)から(3)の時間は像担持体だけを駆動して、他の部品への電圧印加はoffとする。この時間はゼロでも構わないが前作業の安定を図る為、電圧off状態があるとシステムの安定化が図れる。
次に(3)から(4)の期間で極性ブレード、ブラシは正極性の電圧が印加される。これによってブラシ上に付着している正極性トナーは斥力によってブラシ表面から像担持体上に吐き出される。正極性トナーは負極性が印加されたクリーニングブラシ25に接触して静電力で付着する。更に電位差の有る回収ローラ24に送られ回収ブレード26で機械的にかきとられる。このときの電圧は極性ブレード、ブラシは800V、クリーニングブラシ−400V、回収ローラ−800V、回収ブレード−1200Vを印加する。この極性ブラシのクリーニングモードは像担持体のクリーニングジョブの後に設けたが、機械本体の電源ON時に(3)から(4)の極性ブラシクリーニングモードを行なっても良い。
2 帯電装置
4 現像装置
5 転写装置
5A 像担持体の他の一つである中間転写ベルト
20 クリーニング装置
21 1次ブラシローラ
23 極性制御部材として用いられる極性ブレード
24 トナー回収ローラ
25 2次ブラシローラ
26 回収ブレード
100〜104 バイアス電圧印加用電源
Claims (5)
- 転写後の像担持体上に残存するトナーを除去するために用いられるクリーニング装置であって、
前記像担持体上での残トナーを一律の極性に揃える手段と、該極性を揃える手段により揃えられる極性と逆極性を印加されて残トナーを清掃して回収する手段とを備え、
前記極性を揃える手段は、一体構造とされた導電性ブレードと導電性ブラシとを備え、
前記導電性ブレードおよび前記導電性ブラシのうちで該導電性ブラシは、前記導電性ブレードよりも前記像担持体回転方向下流側に配置されていると共に、該導電性ブレードが前記像担持体に当接する時に共に前記像担持体に当接するように、前記導電性ブラシが前記導電性ブレードの平面に接合されて両者間が導通状態にされていることを特徴とするクリーニング装置。 - 前記導電性ブレードおよび導電性ブラシは、前記像担持体上での残トナーの極性を一律化するための極性のバイアスを印加後、前記残トナーを清掃して回収する手段に印加される極性と逆極性のバイアスを印加することでブラシに付着したトナーを前記像担持体上に吐き出して該トナーを前記清掃して回収する手段により回収させ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。
- 前記導電性ブラシは、導電剤が糸の外部に露出してトナーと接触可能な構成とされていることを特徴とする請求項1または2に記載のクリーニング装置。
- 請求項1乃至3のいずれか一つに記載のクリーニング装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
- 前記トナーとして、形状計数SF1が100〜150,平均粒径が6μm以下のものが用いられることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
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