JP5216741B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー像を中間転写体や用紙に出力する画像形成装置に関するものである。

この種の画像形成装置では電子写真方式が用いられており、帯電器が感光体ドラムを予め帯電し、露光部がドラムの表面に光を照射すると、この表面には静電潜像が形成される。また、現像器はトナーを担持しており、トナーが静電潜像に付着してトナー像を形成する。そして、このトナー像が用紙に転写及び定着される。

ここで、ドラムの表面には、微量のトナーが用紙に転写されずに残ることがあり、次回の画像形成に影響を及ぼす。そこで、このドラムの表面を清掃する構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
詳しくは、研磨ローラ及びクリーニングブレードがドラムの表面に接触している。また、このトナーには微量の研磨剤が混入されており、研磨ローラは、当該トナーを用いてドラムの表面に付着した残留トナーや放電生成物などを除去している。

より具体的には、帯電器の放電によってオゾン（Ｏ_３）が発生し、さらに、このオゾンで空気中の成分が分解され、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が発生する。この窒素酸化物等は水溶性であり、ドラム表面に付着して大気中の水分を取り込むと、ドラム表面の抵抗が低下して静電潜像のエッジ部分で電位の横流れが起こり、像流れが生じて画像品質を低下させるからである。

この場合に、ドラム内にヒータを配置し、ドラム表面を加温して窒素酸化物等が取り込んだ水分を揮発させることで、ドラム表面の抵抗の低下を抑える技術も知られているが、この窒素酸化物等はドラム表面の例えば０．１μｍ（１μｍ＝１×１０^−６ｍ）程度の粗さにも入り込み、従前のクリーニングシステムでは取り除けない。また、ドラム内にヒータを配置して加温に用いるとその分画像形成装置の消費電力が増加し省エネの観点から好ましくない。
そこで、研磨ローラは研磨剤を含むトナーで放電生成物などを物理的に除去している。その際に、研磨ローラの下側にトナー受け部材を配置し、研磨ローラやクリーニングブレードで除去したトナーを、トナー受け部材に一時的に溜めた後、研磨ローラに効率良く付着させる。

特開平１１−３０１２号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、研磨ローラに付着したトナーの厚さが研磨ローラの周方向に沿って大小のムラが生じ、ドラムの表面を良好に研磨できなくなるとの問題がある。
なぜならば、研磨ローラ上のトナーの厚さは、周囲環境や用紙への出力モードなどに応じて変動するのに対し、当該技術では、研磨ローラへのトナーの付着量はトナー受け部材に溜まったトナー量に委ねており、トナーの厚さの変動については格別な配慮がなされていないからである。

そして、研磨ローラ表面のトナーの厚さに大小のムラが発生すると、例えば厚さの小さな箇所はドラムの表面に十分なトナーを供給できず、この表面を良好に研磨できないため、クリーニングブレードの鳴きなどを招く。
一方、例えば厚さの大きな箇所では、研磨ローラからのトナーの脱落が増えるし、また、多量のトナーがクリーニングブレード付近に滞留し、これらトナー同士の摩擦によってトナーが過剰に帯電し、トナーからドラムへの放電によってドラムの静電破壊を招くとの懸念もある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、研磨ローラへのトナーの付着量を均一にする画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、その回転によって表面にトナー像を形成する感光体ドラムと、この表面に当接し、その回転によって表面を研磨する研磨ローラと、感光体ドラムの回転方向でみて表面と研磨ローラとの当接位置よりも下流側にて表面に当接しており、この表面から残留トナーを除去するクリーニングブレードと、除去した残留トナーを溜め、この残留トナーを研磨ローラに付着させるトナー受け部材と、研磨ローラに当接し、その回転によって研磨ローラに付着した残留トナーの厚さを調整する層規制ローラとを具備する。

第１の発明によれば、感光体ドラムでは、その表面にトナー像を形成し、このトナー像が用紙に向けて出力されるが、研磨ローラ及びクリーニングブレードは、ドラムの表面に付着したまま残ったトナー（残留トナー）を除去する。
この残留トナーはトナー受け部材に溜められ、研磨ローラに付着される。このローラが残留トナーを用いてドラムの表面を清掃するためである。

ここで、研磨ローラに付着した残留トナーは、その厚さが変動することがあり、これではドラムの表面を良好に研磨できなくなる。厚さの小さな箇所はドラムの表面に十分なトナーを供給できないからである。そのため、残留トナーの厚さを調整する必要がある。また、研磨ローラ等のクリーニング速度の高速化に伴い、その必要性はより一層増す。

そこで、本発明の層規制ローラは、研磨ローラに当接回転可能に構成されており、研磨ローラに付着した残留トナーの量を調整できる。この結果、仮に付着した残留トナーの厚さが変動しても均せるため、ドラムの表面を良好に研磨可能になる。
しかも、良好な画像形成が長期間に亘って行われるため、画像形成装置の信頼性向上に寄与する。また、従来の如くヒータが不要になるので、この装置の省エネルギー化や装置の起動時間の短縮化も達成できる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、層規制ローラは、その接触面が研磨ローラの摺擦面よりも軟質の材質で形成されていることを特徴とする。
第２の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、層規制ローラの接触面が研磨ローラの摺擦面よりも軟質の材質であるため、従来のような固定のスクレーパを研磨ローラに当接させた場合に比して、トナーの飛散が少なく、さらに、残留トナーの厚さの均一化を長期間に亘って行えるし、また、研磨ローラの駆動ムラによる影響が感光体ドラムにも生じない。

第３の発明は、第１や第２の発明の構成において、層規制ローラは、トナー受け部材の近傍にて、トレール方向で研磨ローラに常に当接していることを特徴とする。
第３の発明によれば、第１や第２の発明の作用に加えてさらに、層規制ローラは、その接触面が研磨ローラの回転方向に沿い、この研磨ローラを押さえ付けるトレール方向で研磨ローラに当接しており、その接触面が対向するカウンタ方向で当接していた場合に比して、残留トナーの厚さを容易に薄く、且つ、均一にできる。
また、層規制ローラをトナー受け部材の近傍に配置すれば、画像形成装置の小型化も図れる。

第４の発明は、第１から第３の発明の構成において、感光体ドラムは、表面に非晶質シリコン系の層を有した感光体ドラムであることを特徴とする。
第４の発明によれば、第１から第３の発明の作用に加えてさらに、非晶質シリコン系の層を有した感光体ドラムは長寿命であるとの長所を有するが、上記の層規制ローラを備えていれば、この感光体ドラムの特性を長期間に亘って維持可能になり、その長所を確実に活かすことができる。

本発明によれば、層規制ローラが研磨ローラに当接回転可能に構成されているため、研磨ローラへのトナーの付着量を均一に調整できる画像形成装置を提供することができる。

本実施例のプリンタの概略構成図である。 図１のドラムユニット周辺の断面図である。 図２のドラムや研磨ローラ等の外観斜視図である。 図２のドラムユニットの拡大図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、画像形成装置の一例であるカラー印刷可能なプリンタ１の構造が概略的に示されている。同図に示された断面はプリンタ１の左側面からみたものである。このため、プリンタ１の前面は同図中の右側に、背面は左側にそれぞれ位置する。

同図に示されるように、プリンタ１の装置本体２の上方には排紙トレイ３６が設けられ、このトレイ３６の近傍には、使用者の各種操作に供される複数の操作キーや、各種情報を表示する画面を配置したフロントカバー５が設けられている。
また、この装置本体２の下方には給紙カセット４が配置され、その収容部４０には、枚葉の用紙が積層された状態で収納されている。同図でみて収容部４０の右上方にはローラ４６が設けられる。

そして、用紙は、同図においてカセット４の右上方に向けて送出され、この送出された用紙は、装置本体２の内部でプリンタ１の前面に沿って上方に向けて搬送される。
また、カセット４は、プリンタ１の前面側、つまり、図１において右方向に向けて引き出し可能に構成されており、この引き出した状態にて、収容部４０に新たな用紙を補充したり、用紙を別の種類の用紙に入れ替え可能となる。

装置本体２の内部には、カセット４からの用紙搬送方向で見て下流側に搬送ローラ対１０、レジストローラ対１４、画像形成部１６及び二次転写部３０が順番に配置されている。
画像形成部１６には４個のドラムユニット１７が並設され、各ユニット１７には感光体ドラム１８がそれぞれ設けられている（図１，２）。このドラム１８は回転自在に設置され、図示しない駆動モータによって図１，２でみて時計回りにそれぞれ駆動される。

本実施例のドラム１８は、その表面に非晶質シリコン系の層を有したａ−Ｓｉドラムである。
また、このドラム１８とカセット４との間には露光部１５が備えられており、この露光部１５からは、画像データに応じたレーザ光が各ドラム１８に向けてそれぞれ照射される。そして、これら図１，２に示されるように、各ドラム１８の周囲の適宜位置には、帯電器２０、現像器２４、一次転写ローラ１３やクリーニング部５０がそれぞれ設けられている。

この帯電器２０は、図２にも示される如くドラムユニット１７の下部に位置し、ドラム１８に接する帯電ローラ２１、及びローラ２１の表面を研磨摺擦して清掃するブラシを備えた摺擦ローラ２２を有し、ドラム１８の表面を帯電させる。
また、図１，２でみると、現像器２４はドラムユニット１７の左方にそれぞれ配置され、ドラム１８に対峙する現像ローラ２５を有する。このローラ２５は図示しない駆動モータによって図２の反時計回りに駆動する。

中間転写ベルト１２は各ドラム１８の上方に配置され、この転写ベルト１２とトレイ３６との間には４個のトナーコンテナ２３が配設されている（図１）。これら各コンテナ２３は、プリンタ１の背面側から前面側に向けて、マゼンタ用、シアン用、イエロー用、そして、ブラック用の順に配設され、このブラック用のコンテナの容量が最も大きく構成される。

二次転写部３０には二次転写ローラ３１が備えられ、このローラ３１は転写ベルト１２に対して斜め下方から圧接可能に構成されている。
そして、これらベルト１２と転写ローラ３１とは、トナー像を用紙に転写するためのニップ部を形成させる。

また、用紙搬送方向で見て転写部３０の下流側には、定着部３２、排出分岐部３４及びトレイ３６が順番に配置されている。
本実施例では、転写部３０と手差しトレイ３との間に両面印刷搬送路３８が形成されている。この搬送路３８は、排出分岐部３４から装置本体２の前面側で分岐して下方に向けて延び、レジストローラ１４の上流側に連結している。

ここで、本実施例のクリーニング部５０は、図２に示されるように、ドラム１８の回転方向でみて一次転写ローラ１３との転写位置の下流側にて、このドラム１８に向けて開口したハウジング５１を備え、このハウジング５１の適宜位置に、クリーニングブレード５２、研磨ローラ５６やトナー回収部８０を有している。

具体的には、研磨ローラ５６は、ハウジング５１の開口でドラム１８に対峙（圧接）しており、ドラム１８の回転軸線方向に沿って延びている（図３）。また、この研磨ローラ５６は、図示しない駆動モータによって同図の反時計回りに駆動され、トナー像が転写された後のドラム１８の表面をトレール方向で摺擦研磨する。なお、研磨ローラ５６は、例えば導電性発泡ＥＰＤＭとのエチレンゴム製であり、その摺擦面は所定の線速比でドラム１８の表面に接触する。

これにより、研磨ローラ５６の摺擦面は、ドラム１８の非晶質シリコン系の層に付着する窒素酸化物などを除去する。
次に、クリーニングブレード５２は、ハウジング５１の下端に固定される本体や、この本体に溶着された例えばポリウレタンゴム製のブレード部からなり、このブレード部のエッジがドラム１８の回転方向でみて研磨ローラ５６の下流側に配置され、ドラム１８の回転軸線方向に沿って延びている。そして、当該エッジがカウンタ方向で接し、やはりドラム１８の表面に付着した残留トナーなどを掻き取っている。

これらクリーニングブレード５２や研磨ローラ５６によってドラム１８の表面から掻き取られた残留トナー等は、トナー保持プレート（トナー受け部材）５８に溜められる。これは、本実施例のトナーには、微量の研磨剤が外添されており、研磨ローラ５６は、このトナーを用いてドラム１８の表面を研磨するからである。

本実施例のトナー保持プレート５８は、図２の断面視で逆Ｌ字状に形成され、その垂直面がクリーニングブレード５２に沿って上方に向けて延び、この垂直面の上端が水平面の左端に連なり、この水平面が研磨ローラ５６の下側を覆い、且つ、ドラム１８の回転軸線に沿って配置されており、研磨ローラ５６との間に所定の空間を形成する。

この結果、これら研磨ローラ５６及びクリーニングブレード５２の双方でドラム１８から除去された残留トナー等は、トナー保持プレート５８に一時的に溜められた後、研磨ローラ５６に付着することができる。
一方、トナー保持プレート５８から溢れた残留トナーはトナー回収部８０から回収される。

詳しくは、トナー回収部８０は、ハウジング５１の底面近傍にスクリュー８８を有する。このスクリュー８８は、図２でみると、トナー保持プレート５８の垂直面の右側であって、当該プレート５８の水平面の下側に設置されており、ドラム１８の回転軸線方向に沿って延び、その先端が研磨ローラ５６を駆動させる駆動モータに連結されている。そして、この駆動モータが駆動すると、ハウジング５１内において、トナー保持プレート５８から下方に排出された残留トナーは、スクリュー８８を経由して回収容器（図示しない）に集められる。

ところで、本実施例では、研磨ローラ５６に付着した残留トナーの厚さを、このトナー保持プレート５８に保持されたトナー量に委ねるのではなく、調整することができる。
より具体的には、この図２や図４でみて研磨ローラ５６の斜め右下側、つまり、研磨ローラ５６とドラム１８との当接位置とは反対側であって、トナー保持プレート５８の水平面の右端近傍には、層規制ローラ６６が設置されている。

詳しくは、この層規制ローラ６６は、上述した研磨ローラ５６の材質（例えば硬度５０〜６０程度のＥＰＤＭ）よりも軟質（例えば硬度１０〜３０程度のＥＰＤＭ）のスポンジ素材で形成されており、クリーニングブレード５２や研磨ローラ５６と同様に、ドラム１８の回転軸線方向に沿って延び（図３）、その先端が研磨ローラ５６を駆動させる駆動モータに連結されている。

そして、この駆動モータが駆動すると、図４の矢印で示される如く、ハウジング５１内において、研磨ローラ５６の摺擦面に対してトレール方向で回転して接触する。すなわち、ドラム１８の研磨に必要な量が研磨ローラ５６のゴム部分に向けて押し込まれ、その余剰分はハウジング５１の下方に向けて排出される。

このように、層規制ローラ６６のニップ部では、残留トナーが付着した直後の研磨ローラ５６を常時押し付けており、層規制ローラ６６の接触面は、研磨ローラ５６の摺擦面に付着した残留トナーの厚さを速やかに均一に調整できる。
しかも、スポンジ素材の層規制ローラ６６はクッション性があるため、研磨ローラ５６とのニップ量に対する精度も特に要求されないのである。

再び図１に戻り、上記ドラムユニット１７を搭載したプリンタ１が印刷を行う際は、カセット４からローラ４６により用紙が１枚ずつ分離して送出される。送出された用紙はレジストローラ対１４に到達する。このローラ対１４は、用紙の斜め送りを矯正しつつ、画像形成部１６で形成されるトナー画像との画像転写タイミングを計りながら、用紙を所定の給紙タイミングにて二次転写部３０へと送出する。

一方、図示しないコントローラでは、印刷の元になる画像データが外部から受信可能である。この画像データは、文字や符号、図形、記号、線図、模様等の各種の画像がデータ化されたものである。そして、このデータに基づき、当該コントローラでは露光部１５の光の照射などを制御する。
詳しくは、各ドラム１８に対しては、帯電器２０がドラム１８の表面をそれぞれ帯電する。次いで、露光部１５がドラム１８の表面にレーザ光をそれぞれ照射すると、各ドラム１８の表面には静電潜像が作られ、この静電潜像から各色のトナー像が形成される。

各トナー画像は二次転写部３０にて用紙に転写される。なお、ドラム１８の表面に残留したトナーは上述の如くクリーニング部５０で除去される。
続いて、用紙は未定着トナー画像を担持した状態で定着部３２に向けて送られ、この定着部３２にて加熱及び加圧され、トナー像が定着される。その後、定着部３２から送出された用紙は排出ローラ対３５を介して排紙トレイ３６に排出され、高さ方向に積層される。

この片面印刷に対し、両面印刷を行う場合には、定着部３２から排出された用紙は、排出分岐部３４でその搬送方向が切り替えられる。つまり、片面に印刷された用紙は装置本体２内に引き戻され、両面印刷搬送路３８に搬送される。続いて、この用紙はレジストローラ対１４の上流側に向けて送出され、二次転写部３０に向けて再び送られる。これにより、用紙の未だ印刷がされていない方の面にトナー像が転写される。

以上のように、本実施例によれば、ドラムユニット１７の感光体ドラム１８では、その表面に潜像が形成され、この潜像がトナーで現像されてトナー像を形成し、このトナー像が用紙に向けて出力されるが、研磨ローラ５６及びクリーニングブレード５２は、ドラム１８の表面に付着したまま残ったトナー（残留トナー）を除去する。

この残留トナーはトナー保持プレート５８の水平面に一時的に溜められ、研磨ローラ５６に付着される。この研磨ローラ５６が残留トナーを用いてドラム１８の表面を清掃するためである。
ここで、研磨ローラ５６に付着した残留トナー層は、その厚さが変動することがあり、これではドラム１８の表面を良好に研磨できなくなる。厚さの小さな箇所はドラム１８の表面に十分なトナーを供給できないからである。そのため、残留トナーの厚さを調整する必要がある。また、研磨ローラ５６等のクリーニング速度の高速化に伴い、その必要性はより一層増す。

そこで、本実施例の層規制ローラ６６は、研磨ローラ５６に当接回転可能に構成されており、研磨ローラ５６に付着した残留トナーの量を調整できる。この結果、仮に付着した残留トナーの厚さが変動しても、厚さの大きな箇所のトナーを厚さの小さな箇所に向けて移動させて均せるため、ドラム１８の表面を良好に研磨可能になる。

また、層規制ローラ６６の接触面が研磨ローラ５６の摺擦面よりも軟質の材質であるので、従来のような固定のスクレーパを研磨ローラに当接させた場合に比してスクレーパのエッジが短期間に削れることで耐久性が問題にならず、しかも、当該スクレーパの貼り付け精度も要求されることなく、残留トナーの厚さの均一化を長期間に亘って行える。さらに、トナーの飛散も少なくなるし、また、上記固定のスクレーパとの接触に伴う研磨ローラ５６の駆動ムラによる回転トルクの上昇やジッタの悪化も防止でき、ドラム１８の回転に悪影響も及ぼさない。

さらに、層規制ローラ６６は、その接触面が研磨ローラ５６の回転方向に沿い、この研磨ローラ５６を押さえ付けるトレール方向でローラ５６に当接しており、その接触面が対向するカウンタ方向で当接していた場合に比して、残留トナーの厚さを容易に薄く、且つ、均一にできる。
また、層規制ローラ６６をトナー保持プレート５８の水平面の近傍に配置すれば、ドラムユニット１７、ひいてはプリンタ１の小型化も図れる。

さらにまた、非晶質シリコン系の層を有したａ−Ｓｉドラム１８は長寿命であるとの長所を有するが、上記の層規制ローラ６６を備えていれば、このドラム１８の特性を長期間に亘って維持可能になり、その長所を確実に活かすことができる。
しかも、上述したドラムユニット１７を搭載すれば、像流れを抑制した良好な画像形成が長期間に亘って行われるため、プリンタ１の信頼性向上に寄与する。

また、従来の如くヒータが不要になるので、ヒータの省略が図られ、プリンタ１の省エネルギー化の他、ヒータのウォーム時間の省略によるプリンタ１の起動時間の短縮化も達成できる。
本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。

例えば、上記実施例では、トナー像が感光体ドラムの上方で中間転写ベルトに転写しているが、このドラムの下方でベルトに転写しても良いし、また、ドラムとの転写位置にてベルトに転写する構造の他、このトナー像は、転写位置で用紙に転写するものであっても良い。
さらに、この実施例では画像形成装置としてプリンタに具現化した例を示しているものの、本発明の画像形成装置は、複合機、複写機やファクシミリ等にも当然に適用可能である。

そして、これらいずれの場合にも上記と同様に、研磨ローラへのトナーの付着量を均一にできるとの効果を奏する。

１ プリンタ（画像形成装置）
１７ ドラムユニット
１８ 感光体ドラム
５２ クリーニングブレード
５６ 研磨ローラ
５８ トナー保持プレート（トナー受け部材）
６６ 層規制ローラ

Claims (3)

1. その回転によって表面にトナー像を形成する感光体ドラムと、
   この表面に当接し、その回転によって前記表面を研磨する研磨ローラと、
   前記感光体ドラムの回転方向でみて前記表面と前記研磨ローラとの当接位置よりも下流側にて前記表面に当接しており、この表面から残留トナーを除去するクリーニングブレードと、
   前記除去した残留トナーを溜め、この残留トナーを前記研磨ローラに付着させるトナー受け部材と、
   前記研磨ローラに当接し、その回転によって前記研磨ローラに付着した残留トナーの厚さを調整する層規制ローラとを具備し、
   前記層規制ローラは、その接触面が前記研磨ローラの摺擦面よりも軟質の材質で形成されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置であって、
   前記層規制ローラは、前記トナー受け部材の近傍にて、トレール方向で研磨ローラに常に当接していることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置であって、
   前記感光体ドラムは、表面に非晶質シリコン系の層を有した感光体ドラムであることを特徴とする画像形成装置。

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