JP2008026520A - クリーニング装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体の表面に残留した未転写トナーを、機械的ストレスを極力与えないように回収できるクリーニング装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】クリーニング装置１６に、像担持体４に接触して設けられるとともに該接触部において像担持体４の表面に付着したトナーを掻き取るクリーニング部材７０と、クリーニング部材７０によって掻き取られたトナーを受けるトナー受け面７７を備えた長尺の搬送部材７２と、搬送部材７２をその長さ方向に沿って往復移動させるように搬送部材７２に振動を与える加振手段８０とを設け、加振手段８０による振動によって搬送部材７２をその長さ方向に沿って往復移動させることで、トナー受け面７７上のトナーが、搬送部材７２の長さ方向の一端から他端へ向かう方向へ搬送されるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの機能を複合的に備えた複合機等の画像形成装置、及び画像形成装置が備える感光体や中間転写ベルト等の像担持体の表面を清掃するためのクリーニング装置に関する。

電子写真方式のカラー画像形成装置では、静電潜像にトナーが付着することで静電潜像担持体の表面に形成されたトナー像が、中間転写ベルトに転写（一次転写）され、中間転写ベルトに転写されたトナー像が、用紙等の記録媒体に転写（二次転写）される技術が提案されている。このような画像形成装置において、転写されずに静電潜像担持体または中間転写ベルトの表面に残留したトナー（以下、「未転写トナー」という。）をクリーニング装置により除去して、その表面の清掃を行う技術が提案されている。

クリーニング装置としては、例えば特許文献１に開示されているように、静電潜像担持体または中間転写ベルトの表面に接触して設けられ、その表面上のトナーを掻き取るクリーニング部材と、掻き取られたトナーをトナー回収ボックス等に向けて搬送する搬送部材と、クリーニング部材や搬送部材等の部材を収容するハウジングを備えたものが提案されている。
特開２００６−１３９１５３号公報

特許文献１の技術では、搬送部材が、トナーの搬送経路を形成するパイプと、該パイプに収容された螺旋羽根を備え、螺旋羽根を回転させることで、パイプ内のトナーが搬送される。

しかし、特許文献１の技術では、螺旋羽根の回転により、トナーが機械的なストレスを受けながら搬送されることにより、トナーの劣化が進行することから、回収したトナーをリサイクルに利用できない恐れがあった。

そこで、本発明は、像担持体の表面に残留した未転写トナーを、機械的ストレスを極力与えないように回収できるクリーニング装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るクリーニング装置は、
像担持体に接触して設けられ、該接触部において上記像担持体の表面に付着したトナーを掻き取るクリーニング部材と、
該クリーニング部材によって掻き取られたトナーを受けるトナー受け面を備えた長尺の搬送部材と、
該搬送部材をその長さ方向に沿って往復移動させるように上記搬送部材に振動を与える加振手段とを備え、
該加振手段により上記搬送部材に振動を与えることで、上記トナー受け面上のトナーが、上記搬送部材の長さ方向の一端から他端へ向かう方向へ搬送されるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記のクリーニング装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、クリーニング部材によって像担持体の表面から掻き取られた後、搬送部材のトナー受け面で受けられたトナーが、加振手段による振動によって搬送部材がその長さ方向に沿って往復移動することで、搬送部材の長さ方向の一端から他端へ向かう方向へ搬送される構成となっているため、機械的なストレスをほとんど与えることなくトナーを搬送できる。したがって、搬送に伴うトナーの劣化を防止して、回収したトナーを確実にリサイクルすることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置２の概略構成を示す。ただし、本発明の特徴部分を明確にすることで発明の理解を容易にするために、画像形成装置の筐体は図面から除かれている。

画像形成装置２は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの機能を複合的に備えた複合機等の電子写真式画像形成装置である。現在、電子写真方式の画像形成装置として種々の形態のものが提案されているが、図示する画像形成装置は所謂タンデム方式のカラー画像形成装置である。ただし、本発明は、この種の画像形成装置にのみ適用が限定されるものでなく、他の形態の画像形成装置、例えば、所謂４サイクル方式のカラー画像形成装置、又は一つの現像装置しか備えていないモノクロ画像形成装置にも等しく適用できる。

画像形成装置２は、無端状の中間転写ベルト３０を有する。本実施形態では、中間転写ベルト３０は図面の右側と左側にそれぞれ配置された一対のローラ３２，３４に巻回されている。ローラ３２又は３４は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて該モータに連結された一方のローラが回転し、ベルト３０とこれに接する他方のローラが図中反時計回り方向に回転するようにしてある。

図中右側に配置されているローラ３２に支持されているベルト部分の外側には、二次転写ローラ４０とクリーニング部材４２が設けてある。二次転写ローラ４０は、ベルト外周面に接触しており、その接触部（ニップ部）が二次転写領域４１を形成している。クリーニング部材４２はベルト３０を介してローラ３２に圧接しており、その接触部が未転写トナー回収領域４３を形成している。

図上右側のローラ３２から図上左側のローラ３４に移動するベルト部分の上には、図上右側から左側に向かって順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー像を作成する４つの作像部３（３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ）が、中間転写ベルト３０に沿って配置されている。

各作像部３は、静電潜像担持体として円筒状の感光体４を有する。感光体４の周囲には、その回転方向（図中時計回り方向）に沿って順に、帯電器８、露光装置１０、現像装置１８、一次転写ローラ１４、および感光体クリーニング装置１６が配置されており、一次転写ローラ１４は無端状中間転写ベルト３０の内側に配置されている。感光体クリーニング装置１６の詳細な構成は後述する。

画像形成装置２の下部には、給紙装置として給紙カセット４４が着脱可能に配置されている。給紙カセット４４内に積載収容された用紙（記録媒体）は、給紙カセット４４の近傍に配置された給紙ローラ５２の回転によって最上部のものから１枚ずつ搬送路５０に送り出されるようになっている。

搬送路５０は、給紙カセット４４から、給紙ローラ対５２のニップ部、二次転写領域４１、定着ローラ対５６のニップ部、および排紙ローラ対６０のニップ部を通って、画像形成装置２の上部に設けられた排紙部６１まで延びている。

画像形成装置２は、装置２内の雰囲気温度を検知するための温度センサ２２と、装置２内の相対湿度を検知するための湿度センサ２４と、装置２内の温湿環境に応じて後述する加振手段８０の圧電素子８２に印加される電圧の大きさを制御する制御部２０（請求の範囲における制御手段に対応。）を備えている。

カラーモードにおける画像形成動作の一例について簡単に説明する。先ず、各作像部３では、所定の周速度で回転駆動されている感光体４の外周面が帯電器８により帯電される。次に、帯電された感光体４の外周面には、画像情報に応じた光が露光装置１０から投射され、静電潜像が形成される。続いて、静電潜像は、現像装置１８から供給される現像剤のトナーにより顕在化される。このようにして感光体４上に形成された各色のトナー像は、感光体４の回転により一次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体４から中間転写ベルト３０上へ転写（一次転写）されて重ねられる。

中間転写ベルト３０に転写されることなく感光体４上に残留している未転写トナーは、感光体４とクリーニング装置１６が備えるクリーニング部材４２との接触部に達すると、クリーニング部材４２で掻き取られ、感光体４の外周面から除去される。

重ね合わされた４色のトナー像は、中間転写ベルト３０によって二次転写領域４１に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、給紙カセット４４に収容された用紙が、二次転写領域４１に搬送される。そして、４色のトナー像が、二次転写領域４１において中間転写ベルト３０から用紙に転写（二次転写）される。４色のトナー像が転写された用紙は、搬送路５０のさらに下流側へ搬送され、定着ローラ５６によってトナー像が用紙に定着された後、排紙ローラ６０によって排紙部６１に送り出される。二次転写領域４１を通過した中間転写ベルト３０は、クリーニング部材４２で清掃される。その後、各感光体４及び中間転写ベルト３０の回転駆動が停止される。

以下、クリーニング装置１６の構成を詳細に説明する。

図２と図３に示すように、クリーニング装置１６は、感光体４に接触して設けられるとともに該接触部において感光体４上のトナーを掻き取るクリーニング部材７０と、クリーニング部材７０によって掻き取られたトナーを受けるトナー受け面７７を備えた長尺の搬送部材７２と、搬送部材７２をその長さ方向に沿って往復移動させるように搬送部材７２に振動を与える加振手段８０と、それらの部材を収容するハウジング６６を備えている。

クリーニング部材７０としては、例えば、感光体４の長さ方向に長い板状のクリーニングブレードが用いられ、その幅方向の一端が感光体４の外周面に接触するようにして、幅方向の他端部が取付部材６８を介してハウジング６６に取り付けられている。クリーニング部材７０の素材としては、例えばウレタン樹脂または複合ウレタン樹脂（ウレタン樹脂にフッ素微粒子等の滑材を分散させたもの）等が用いられる。

ただし、クリーニング部材７０はブレードに限るものでなく、その他のクリーニング部材（例えば、固定ブラシ、回転ブラシ、ローラ）を使用することもできる。

搬送部材７２は、略水平に配置された７４水平部と、水平部７４の幅方向両端から立ち上がる一対の立ち上がり部７５，７６を備えている。

トナー受け面７７は、水平部７４の上面により構成されている。搬送部材７２は、クリーニング部材７０によって感光体４の外周面から掻き取られたトナーをトナー受け面７７で確実に受けることができる位置に配置されている。

水平部７４の幅と立ち上がり部７５，７６の高さは、画像形成装置本体の大きさによって変化するが、水平部７４の幅は、感光体４から掻き取られたトナーをトナー受け面７７で確実に受けることができる大きさに設定され、立ち上がり部７５，７６の高さは、トナー受け面７７で受けたトナーがこぼれ落ちない大きさに設定される。具体的に、水平部７４の幅は例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることが好ましく、立ち上がり部７５，７６の高さは例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。

図３に示すように、搬送部材７２の長さ方向両端部は、ハウジング６６に取り付けられた支持部材８６によって支持されている。支持部材８６は、搬送部材７２を挿通させるための開口部８８を備え、開口部８８の内壁の下側部分に搬送部材７２を載置することで、搬送部材７２が、その長さ方向に沿って摺動可能な状態で支持部材８６に支持される。

トナー受け面７７上のトナーは、加振手段８０による振動によって搬送部材７２が長さ方向に沿って往復移動することで、搬送部材７２の長さ方向の一端側から他端側へ向かう方向（図中右方向）へ搬送される。このようにしてトナー受け面７７上で搬送されるトナーは、水平部７４の長さ方向他端部に形成された開口部７８に達すると、この開口部７８から自由落下し、搬送部材７２とトナー回収ボックス９０とを接続する接続パイプ９２を通って、トナー回収ボックス９０へ導かれる。

図４に示すように、トナー受け面７７は、微視的には多数の凹凸を備えている。トナー受け面７７の凹凸形状は、トナー９９の搬送方向（図中右方向）に向かって徐々に高くなる表面部分が緩やかな傾斜であるとともに、トナー９９の搬送方向に向かって徐々に低くなる表面部分が急傾斜であることが好ましい。これにより、トナー受け面７７上のトナー９９は、トナー搬送方向への移動が容易となるとともに、トナー搬送方向に対して反対方向への移動が困難となるため、トナーの搬送性が向上する。

トナー受け面７７の表面粗さＲａ（μｍ）は、トナー９９の平均粒径をｄ（μｍ）としたときに、下記の式（２）を満たす大きさとすることが好ましい。

トナー受け面７７の表面粗さＲａが０．１μｍより小さいと、トナー９９とトナー受け面７７との間の摩擦力が著しく小さくなるため、搬送部材７２をその長さ方向に往復移動させても、トナー９９がトナー受け面７７上を滑ってしまい、トナー９９の搬送性が悪くなる。逆に、トナー受け面７７の表面粗さＲａが（ｄ×１／４）μｍよりも大きいと、トナー９９がトナー受け面７７の凹部に引っかかりやすいため、やはりトナー９９の搬送性が悪くなる。これに対して、トナー受け面７７の表面粗さＲａを上記の式（２）を満たす大きさとすることで、トナー９９を良好に搬送することができる。したがって、トナー受け面７７の上にトナー９９が蓄積されて搬送部材７２からこぼれ落ちることを防止でき、トナー９９がこぼれることに起因する装置内部の汚れを防止できる。トナー受け面７７の表面粗さＲａの大きさは、サンドブラスト法又はその他の方法により制御することができる。

搬送部材７２は、導電性を有する素材からなり、その具体的な素材としては、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス、導電性を有するプラスチック等が用いられる。なお、搬送部材７２に絶縁性の素材を用いると、トナー受け面７７にトナーが付着しやすくなり、搬送性が悪くなる。

図２に戻って、搬送部材７２は、電源１０４（請求の範囲における第２の電圧印加手段に対応。）に接続され、電源１０４により交流電圧が印加されるようになっている。なお、ハウジング６６は、搬送部材７２で搬送されるトナーがハウジング６６に電気的に吸着されることを防止するために、アース接続されている。

クリーニング装置１６によって感光体４の外周面から回収される各トナー粒子は、例えば図５に示すように、正極性または負極性の様々な量の電荷を帯びている。ここで、図５のグラフは、３０００個の回収トナーの粒子について、各粒子の帯電量と粒径の測定値から換算した単位粒径当たりの帯電量ｑ（μｃ）の分布を表したものである。各粒子の帯電量と粒径は、ホソカワミクロン社のイースパートアナライザにより測定した。

このように、回収されるトナーには、正極性に帯電した粒子と負極性に帯電した粒子が混在しているが、搬送部材７２に交流電圧を印加することにより、正負いずれの極性に帯電したトナー粒子に対しても、トナー粒子と同極性の電圧が周期的に搬送部材７２に印加されることとなるため、電気的な反発力により各粒子がトナー受け面７７に付着し難くなり、トナーの搬送性を向上させることができる。

なお、搬送部材７２に直流電圧を印加すると、その直流電圧と逆極性のトナーが、トナー受け面７７に付着しやすくなり、搬送性が悪化する。

搬送部材７２に印加する交流電圧のピークトゥピーク値Ｖp-p（最大電圧値と最小電圧値の差）は、２００Ｖ以上８００Ｖ以下とすることが好ましい。なぜなら、ピークトゥピーク値Ｖp-pが２００Ｖ未満であると、凝集しているトナーが解砕されず搬送性が悪くなるためであり、逆に、ピークトゥピーク値Ｖp-pが８００Ｖよりも大きいと、トナーの粉煙が発生しやすくなるためである。

交流電圧の周波数は、１ＫＨｚ以上１０ＫＨｚ以下とすることが好ましい。これにより、トナー受け面７７にトナーが付着しにくくなり、トナーを良好に搬送できるためである。

図３に戻って、加振手段８０は、搬送部材７２の長さ方向一端部に取り付けられた圧電素子８２と、圧電素子８２に電圧を印加する電源１００（請求の範囲における第１の電圧印加手段に対応。）を備えている。圧電素子８２と電源１００は、制御回路１０２を介して接続されている。

圧電素子８２は、圧電素子８２に印加される電圧の大きさにほぼ比例して所定方向に伸び、印加される電圧がゼロであるときは元の寸法に戻る性質を有する。すなわち、圧電素子８２に交流電圧を印加した場合、圧電素子８２は、正または負の電圧が印加されたときに所定方向に伸び、その逆極性の電圧が印加されたときに所定方向に縮む。

したがって、圧電素子８２の伸縮方向と搬送部材７２の長さ方向を一致させるように、圧電素子８２を搬送部材７２の長さ方向一端部に取り付けることで、圧電素子８２の伸縮によって、搬送部材７２を長さ方向に沿って往復移動させることができる。実施形態では、圧電素子８２が搬送部材７２の長さ方向一端部に取り付けられているため、圧電素子８２が伸長したときに搬送部材７２がトナーの搬送方向（図中右方向）へ移動し、圧電素子８２が収縮したときに搬送部材７２がトナーの搬送方向と反対方向（図中左方向）へ移動する。

圧電素子８２としては、種々のものを用いることができるが、具体的には、例えばモノモルフ型、バイモルフ型、または積層型の圧電素子が用いられる。

圧電素子８２は、複数直列に接続して設けることが好ましく、これにより、搬送部材７２が往復移動する幅を大きくすることができ、トナーの搬送性を向上させることができる。

圧電素子８２には、交流電圧を印加することが好ましい。圧電素子８２に交流電圧を印加すると、圧電素子８２を伸長させる正極性または負極性の電圧と、圧電素子８２を収縮させる負極性または正極性の電圧が、交互に圧電素子８２に印加され、これにより圧電素子８２が伸長と収縮を繰り返すため、搬送部材７２を長さ方向に沿って往復移動させることができる。

ただし、圧電素子８２には直流電圧を印加してもよく、その場合、制御回路１０２は、圧電素子８２に正極性の電圧と負極性の電圧が交互に印加されるように構成する必要がある。

圧電素子８２に交流電圧を印加する場合、圧電素子８２に印加される電圧の大きさと周波数は、制御回路１０２によって制御可能となっている。圧電素子８２に印加される電圧の大きさは、６Ｖ以上１００Ｖ以下とすることが好ましい。周波数は、圧電素子の寸法や取付け状態によって決定されるが、共振周波数またはこれに近似する周波数に設定することが好ましく、これにより、低い電圧で大きな振動を得ることが可能となる。

また、圧電素子８２に交流電圧を印加する場合、電圧の立ち上がり速度（電圧が最小電圧値から最大電圧値に変化する速度）と電圧の立ち下がり速度（電圧が最大電圧値から最小電圧値に変化する速度）を異ならせることが好ましい。例えば、圧電素子８２に印加した電圧が最大電圧値であるときに圧電素子８２が伸長し、最小電圧値であるときに圧電素子８２が収縮する場合、電圧の立ち上がり速度を立ち下がり速度よりも大きくすることで、圧電素子８２の伸長速度が収縮速度よりも大きくなるため、搬送部材７２のトナーの搬送方向（図中右方向）への移動速度を搬送方向と反対方向（図中左方向）への移動速度よりも大きくすることができ、これによりトナーの搬送性を一層向上できる。

ただし、搬送部材７２のトナーの搬送方向（図中右方向）への移動速度を搬送方向と反対方向（図中左方向）への移動速度よりも大きくするための構成は、上記のように圧電素子８２に印加される電圧の立ち上がり速度と立ち下がり速度を異ならせる構成に限られない。例えば、搬送部材７２の長さ方向一端部にバネ又はゴム等の弾性部材を取り付けて、この弾性部材の弾性力を利用することで、搬送部材７２のトナー搬送方向（図中右方向）への移動速度を搬送方向と反対方向（図中左方向）への移動速度よりも大きくしてもよい。

圧電素子８２に印加される電圧の大きさは、制御部２０により画像形成装置２内の温湿環境に応じて制御される。

具体的に、制御部２０は、温度センサ２２により検知した雰囲気温度の情報と、湿度センサにより検知した相対湿度の情報に基づき、装置内の温湿環境が、通常環境、低温低湿環境、または高温高湿環境のいずれに属するかを判断し、それらの温湿環境に応じて予め設定された電圧値となるように、圧電素子８２に印加される電圧の大きさを制御する。

低温低湿環境のときの電圧の大きさは、通常環境のときの電圧よりも低く設定することが好ましく、これにより、トナーの流動性が高い低温低湿環境において、必要以上の電圧を圧電素子８２に印加することを防止できる。

一方、高温高湿環境のときの電圧の大きさは、通常環境のときの電圧よりも高く設定することが好ましく、これにより、トナーの流動性が低い高温高湿環境においても、トナーの流動性を十分に高めて、トナーを良好に搬送できる。

なお、通常環境のときの電圧値と低温低湿環境のときの電圧値の差、および通常環境のときの電圧値と高温高湿環境のときの電圧値の差は、通常環境のときの電圧値の１０％以上３０％以下の大きさに設定することが好ましい。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態においては、感光体の表面に付着したトナーを掻き取るクリーニング装置について説明したが、本発明は、感光体以外の像担持体（例えば中間転写ベルト）の表面に付着したトナーを掻き取るクリーニング装置にも等しく適用できる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るクリーニング装置を示す断面図である。 図２に示すクリーニング装置の搬送部材と加振手段を示す図である。 搬送部材のトナー受け面を示す拡大断面図である。 回収トナーの帯電量分布を示すグラフである。

符号の説明

２ 画像形成装置、
４ 像担持体（感光体）、
１６ クリーニング装置、
２０ 制御手段、
７０ クリーニング部材、
７２ 搬送部材、
７７ トナー受け面、
８２ 圧電素子、
１００ 第１の電圧印加手段（電源）、
１０４ 第２の電圧印加手段（電源）。

Claims (6)

1. 像担持体に接触して設けられ、該接触部において上記像担持体の表面に付着したトナーを掻き取るクリーニング部材と、
   該クリーニング部材によって掻き取られたトナーを受けるトナー受け面を備えた長尺の搬送部材と、
   該搬送部材をその長さ方向に沿って往復移動させるように上記搬送部材に振動を与える加振手段とを備え、
   該加振手段による上記振動によって上記搬送部材をその長さ方向に沿って往復移動させることで、上記トナー受け面上のトナーが、上記搬送部材の長さ方向の一端から他端へ向かう方向へ搬送されるように構成されていることを特徴とするクリーニング装置。
2. 上記加振手段は、上記搬送部材の長さ方向一端部に取り付けられた圧電素子と、該圧電素子に電圧を印加する第１の電圧印加手段とを含む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. 上記搬送部材は導電性を有する素材からなり、上記搬送部材に交流電圧を印加する第２の電圧印加手段を備えていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のクリーニング装置。
4. 上記搬送部材により搬送するトナーの平均粒径をｄ(μｍ)とし、上記トナー受け面の表面粗さをＲａ(μｍ)としたときに、下記の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクリーニング装置。
   

   
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項２〜４のいずれかに記載のクリーニング装置と、画像形成装置内の温湿環境に応じて上記圧電素子に印加される電圧の大きさを制御する制御手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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