(57)【要約】【課題】  装置の小型化の妨げにならず、帯電されたトナー像を担持し得る像担持回転体の静電転写後の表面（担持面）に残留するトナーを効率良く継続して除去することができるクリーニング装置などを提供する。【解決手段】  像担持回転体（２）の静電転写後の表面でその回転方向に対して異なる位置でそれぞれ接触して回転するように配置されるとともに各バイアス電圧がそれぞれ印加される複数のクリーニング回転部材（１０，２０）と、この複数のクリーニング回転部材の各周面のすべてに接触して回転するように設置されるとともに交流のバイアス電圧が印加される回収部材（３０）とを備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電されたトナー像を被転写体に静電転写した後の像担持回転体の表面に付着する残留トナーを除去するクリーニング装置であって、
前記像担持回転体の静電転写後の表面でその回転方向に対して異なる位置でそれぞれ接触して回転するように配置されるとともに各バイアス電圧がそれぞれ印加される複数のクリーニング回転部材と、
この複数のクリーニング回転部材の各周面のすべてに接触して回転するように設置されるとともに交流のバイアス電圧が印加される回収部材と
を備えたことを特徴とするクリーニング装置。
【請求項２】
前記複数のクリーニング回転部材がクリーニング回転ロールであり、前記回収部材がクリーニング回転ブラシである請求項１に記載のクリーニング装置。
【請求項３】
像担持回転体の表面に形成される帯電されたトナー像を被転写体に静電転写した後に、その像担持回転体の表面に付着する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であって、そのクリーニング装置として請求項１または２に記載のクリーニング装置を使用することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電されたトナー像を被転写体に静電転写した後の像担持回転体の表面に付着する残留トナーを除去するためのクリーニング装置等に関するものであり、主に、トナーからなる画像を形成するプリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置における像担持回転体のクリーニング装置として適用できるものである
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式、静電記録方式等を利用してトナー（粉体現像剤）からなる画像を形成する画像形成装置においては、回転する感光体等の像担持回転体に画像情報に基づくトナー像を形成した後、そのトナー像を記録シートに直接転写するか、または回転する中間転写体（像担持回転体）に一次転写した後にその中間転写体を介して記録シートに二次転写するという各転写工程を経ることによって、最終的にその記録シートに画像を形成するようになっている。
【０００３】
この場合の上記各転写工程は、その転写対象となるトナー像が所定の極性に帯電されたトナーにより構成されているため、各転写部にバイアス電圧を印加する転写装置を設置し、そのバイアス電圧の印加によりその帯電トナー像が被転写材（記録シート、中間転写体など）に対して静電的に吸着される転写電界を形成した状態で行われることが多い。
【０００４】
ところが、このような画像形成が行われる画像形成装置においては、上記各転写工程の後に感光体、中間転写体等の像担持回転体の表面に残留して付着するトナーが存在するため、通常、この残留トナーを除去するためのクリーニング装置が装備されている。
【０００５】
この種のクリーニング装置としては、種々のものが知られているが、以下に示すように工夫を凝らしたものも提案されている。
【０００６】
たとえば、回転する像担持体の表面にバイアス電圧を印加したクリーニング回転ブラシとクリーニングブレードを接触させるように設置し、単色画像を形成するときにはそのブレードを像担持体から離してクリーニング回転ブラシのみで清掃を行い、複数色の画像を形成するときにはそのブレードを像担持体に接触させてクリーニング回転ブラシとクリーニングブレードの双方で清掃を行うように構成したクリーニング装置が提案されている（特許文献１）。このクリーニング装置では、特に、クリーニングブレードの寿命を延ばすとともに、複数色の画像を形成する際に複数色のトナーの除去性を高めることができるとされている。
【０００７】
また、光導電性ベルト等の可動表面に、第１バイアスを有する第１の清掃手段と、その表面の移動方向において第１清掃手段より下流側に配置された第２のバイアスを有する第２の清掃手段とを備えたクリーニング装置が提案されている（特許文献２）。第１清掃手段および第２清掃手段としては、具体的に、回転するクリーニング回転ブラシを使用することが例示されている。このクリーニング装置では、特にマイナス帯電性のトナーを、予備清掃コロトロンを使用せずに除去することができるとされている。
【０００８】
さらに、回転する像担持体に対してその回転方向にそって２つのブラシローラを配置し、各ブラシローラにトナーの極性に適したバイアス電圧を印加して極性ごとの転写残りトナーを除去し、その各ブラシローラで除去されたバイアスローラによって掻き落とするようにしたクリーニング装置が提案されている（特許文献３）。このクリーニング装置では、像担持体に転写残りトナーとして極性の異なるトナーが混在していても、前処理工程で帯電による極性の均一化をせずに、その混在するトナーの除去ができるとされている。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−８０６７６号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９４２号公報
【特許文献３】特開２００２−２８７５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、これらのクリーニング装置にあっては、以下のような問題点が個々にある。
【００１１】
まず、特許文献１で提案されているクリーニング装置では、単色画像の形成時にクリーニング回転ブラシのみですべての残留トナーを除去すること（たとえば正規の極性とは逆の逆極性に帯電したトナーなどの静電的な除去）が困難である。また、複数色画像の形成時には少なくともブレードを用いることになるので、そのブレード自体の磨耗のほか像担持体の磨耗も発生してそのいずれの長寿命化も難しい。
【００１２】
また、特許文献２で提案されているクリーニング装置では、たとえば、光導電性ベルトの回転方向上流側に配置される第１クリーニング回転ブラシではマイナス極性の第１バイアスを印加することで正帯電した残留トナーを除去し、その下流側に配置される第２クリーニング回転ブラシではプラス極性の第２バイアスを印加することで負帯電した残留トナーを除去することで、光導電性ベルト上に存在する極性の異なる残留トナーの除去が可能になるとされている。しかし、その２つのクリーニング回転ブラシで除去したトナーは、その各回転ブラシに当接してバイアスも印加されるトナー除去ロールによりそれぞれ除去するようにしているので、その複数の除去ロールの配置や、その各除去ロールで除去したトナーの回収部の個々の設置や、回転ブラシに加えて各除去ロールへの給電設備の設置等のために装置自体が大型化しやすいという難点があった。
【００１３】
また、特許文献３で提案されているクリーニング装置にあっては、２つのブラシローラに対してトナー回収も兼ねたバイアスローラを別々に設置する必要があり、その分装置が大型化してしまう。
【００１４】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、特に装置の小型化の妨げにならず、帯電されたトナー像を担持し得る像担持回転体の静電転写後の表面（担持面）に残留するトナーを効率良く継続して除去することができるクリーニング装置およびそれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明のクリーニング装置は、帯電されたトナー像を被転写体に静電転写した後の像担持回転体の表面に付着する残留トナーを除去するクリーニング装置であって、前記像担持回転体の静電転写後の表面でその回転方向に対して異なる位置でそれぞれ接触して回転するように配置されるとともに各バイアス電圧がそれぞれ印加される複数のクリーニング回転部材と、この複数のクリーニング回転部材の各周面のすべてに接触して回転するように設置されるとともに交流のバイアス電圧が印加される回収部材とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、このクリーニング装置においては、複数のクリーニング回転部材をクリーニング回転ロールとし、その回収部材をクリーニング回転ブラシにするとよい。
【００１７】
また、本発明の画像形成装置は、像担持回転体の表面に形成される帯電されたトナー像を被転写体に静電転写した後に、その像担持回転体の表面に付着する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であって、そのクリーニング装置として上記したいずれかの構成からなるクリーニング装置を使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
このような本発明のクリーニング装置および画像形成装置によれば、像担持回転体の静電転写後の表面に残留するトナーが、その転写後に先に到達する回転方向上流側に位置するクリーニング回転部材において印加バイアスの条件で形成される電界の影響をうけて静電的に回転部材側に吸着されることで除去されることに加え、その最上流側に設置されるクリーニング回転部材で除去されない残留トナーが、その下流側に位置する他のクリーニング回転部材において印加バイアスの条件で形成される電界の影響を受けて静電的にそれらの回転部材側に吸着されることで除去されるようになる。また、これら複数のクリーンニング回転部材で除去された各トナーは、それら複数のクリーニング回転部材の各周面のすべてに接触して回転するとともにバイアス電圧が印加される１つの回収部材によって除去される。
【００１９】
特に、回収部材に対しては交流のバイアス電圧が印加されるので、各クリーニング回転部材に除去されて吸着しているトナーを電気的に浮かす（振動させる）作用が加えられることで、直流のバイアス電圧のみの印加の場合に比べて、かかるトナーを効率よく回収部材側に回収することができる。また、この回収部材による効率のよいトナーの回収がなされることにより、複数のクリーニング回転部材も常に清掃された状態に保たれてその清掃能力が持続するようになるため、残留トナーの効率のよい除去を継続して行なうことができる。さらに、複数のクリーニング回転部材に対して１つの回収部材を設けているだけであるため、その回収部材のための設置スペースが個々のクリーニング回転部材ごとに設置する場合に比べて少なくて済み、装置全体の小型化にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るクリーニング装置を示す概略説明図である。
【００２１】
このクリーニング装置１は、たとえば電子写真方式等を利用して感光ドラムに形成するトナー像Ｔをその感光ドラムを通過するように回転する無端状の中間転写ベルト２に一次転写した後に、その中間転写ベルト２を介して記録シート（被転写体）に二次転写して定着する工程を経ることにより画像を形成する画像形成装置に適用されるものであり、ここではその中間転写ベルト２のクリーニング装置として使用している。
【００２２】
クリーニング装置１は、そのクリーニング対象である中間転写ベルト２の二次転写後の表面（担持面）に接触して矢印方向に回転するように設置される第１クリーニング回転ロール１０と、その中間転写ベルト２の回転方向において第１クリーニング回転ロール１０よりも下流側の位置で中間転写ベルト２の表面と接触して矢印方向に回転するように設置される第２クリーニング回転ロール２０と、この２つのクリーニング回転ロール１０，２０の双方の外周面にそれぞれ接触して矢印方向に回転するように配置されるトナー回収用回転ブラシ３０と、このクリーニング回転ブラシ３０の外周部に付着するトナーを掻き落とすフリッカーバー４０を少なくとも備えている。なお、２つのクリーニング回転ロール１０，２０と１つのトナー回収用回転ブラシ３０とは、図示されていないハウジングでその周囲を覆われている。
【００２３】
第１クリーニング回転ロール１０および第２クリーニング回転ロール２０は、そのいずれも回転軸１１，２１に同じ発泡ウレタンゴム層１２，２２をそれぞれ形成し、さらにそのゴム層２１，２２の表面にフッ素系樹脂材料をコーティングした構成のものであり、そのゴム層１２，２２（厳密にはその表面に形成されたコーティング層）が中間転写ベルト２の表面に接するような状態で回転可能に支持されている。この２つの回転ブラシ１０，２０は、図示されていない駆動装置により中間転写ベルト２の回転方向（移動方向）Ａと同じ方向に回転駆動するようになっている。このときの回転ロール１０，２０の回転速度は、中間転写ベルト２の回転速度と同じ速度に設定される。
【００２４】
また、第１クリーニング回転ロール１０の回転軸１１には、クリーニング時において電源装置１５から所定の第１バイアス電圧がそれぞれ印加される。第１バイアス電圧としては、残留トナーの帯電極性に応じて適宜選定できるが、通常は極性の異なる残留トナーが混在していることを前提として、その割合の多い帯電極性の残留トナー分を静電的に吸着できるような電圧に設定される。この例では、マイナス極性（ここでは現像時における正規の帯電極性とする）に帯電している負帯電トナーを静電的に吸着できるような電圧に設定される。
【００２５】
一方、第２クリーニング回転ロール２０の回転軸２１には、クリーニング時において電源装置２５から所定の第２バイアス電圧がそれぞれ印加される。第２バイアス電圧としては、第１クリーニング回転ロール１０で除去する残留トナーの帯電極性とは逆の極性の残留トナー分を静電的に吸着できるような電圧に設定される。この例では、プラス極性（ここでは正規極性とは反対の逆帯電極性とする）に帯電している正（逆）帯電トナーを静電的に吸着できるような電圧に設定される。
【００２６】
トナー回収用回転ブラシ３０は、回転軸３１の周囲にブラシ毛３２を所定の密度となるように放射状に立設した構造のものであり、そのブラシ毛３２の先端部が２つのクリーニング回転ロール１０，２０の各外周面にそれぞれ接するような状態で回転可能に支持されている。この回転ブラシ３０は、図示されていない駆動装置により２つの回転ロール１０，２０とその接触部において反対方向に進む方向に回転駆動するようになっている。このときの回転ブラシ３０の回転速度は、２つの回転ロール１０，２０と回転方向は異なるがほぼ同じ速度とする。
【００２７】
また、その回転軸３１には、クリーニング時において電源装置３５から所定の交流バイアス電圧が印加される。この交流バイアス電圧は、クリーニング回転ロール１０，２０に印加されるバイアスに対して、両ロールからクリーニング電界を発生させることができる値となるようにその印加条件の設定がされる。この関係で回転ブラシ３０の回転軸３１には、クリーニング回転ロールの印加バイアスの設定によっては直流成分を重畳して印加してもよい。
【００２８】
フリッカーバー４０は、ステンレス等の金属やＰＥＴなどの合成樹脂等からなる部材が使用され、トナー回収用回転ブラシ３０の第２クリーニング回転ロール２０との接触した後であって第１クリーニング回転ロール１０と接触する手前となるまでの範囲内で回転ブラシ３０（ブラシ毛３２の先端側）に少し食い込む状態で設置されている。また、このフリッカーバー４０で掻き落とされるトナーは、図示されていないトナー回収部に収容されるようになっている。
【００２９】
次に、このクリーニング装置１の動作について説明する。
【００３０】
まず、クリーニング装置１は、基本的に、その適用される画像形成装置の画像形成動作と同期して稼動する。その画像形成動作における二次転写が終了した後の中間転写ベルト２上には、図２に示すように、帯電極性の異なる残留トナーＴａ（負帯電），Ｔｂ（正帯電）が存在する。これは、負帯電トナーにより画像形成を行なうシステムにおいては、その（二次）転写後において剥離放電により逆帯電する現象が起こるため、その転写後の中間転写ベルト２上には図５に例示するようにマイナス極とプラス極の両極の帯電分布をもつ未転写残留トナーが存在している。
【００３１】
この残留トナーＴａ，Ｔｂが付着する中間転写ベルト２は、はじめにクリーニング装置１の第１クリーニング回転ロール１０と接触しながら通過する。この際、ベルト上の残留トナーは、そのベルトの移動方向Ａと同じ方向に回転して進む回転ロール１０を通過する際に、図２に示すように、第１バイアスの印加により、その回転ロール１０と中間転写ベルト２との間に形成されている、負帯電トナーを回転ロール１０側に静電的に吸着させる電界Ｅａの静電的作用を受ける。これにより、残留トナーのうち負帯電の残留トナーＴａが回転ロール１０側に吸着されて除去される。一方、正帯電の残留トナーＴｂは、回転ロール１０に静電的に吸着されないため、中間転写ベルト２に担持されたまま素通りしてしまう。
【００３２】
続いて、第１クリーニング回転ロール１０を通過した中間転写ベルト２は、その下流側に位置する第２クリーニング回転ロール２０と接触しながら通過する。この際、ベルト上には回転ロール１０で除去されなかった正帯電の残留トナーＴｂは、図３に示すように、主に、第２バイアスおよび第４バイアスの印加によりその回転ロール２０とその対向電極２７との間に形成されている正帯電トナーを回転ロール２０側に静電的に吸着させる電界Ｅｂの静電的作用を受ける。これにより、その正帯電の残留トナーＴｂが回転ロール２０側に吸着されて除去される。
【００３３】
そして、このクリーニング動作中においては、図４に示すように、トナー回収用回転ブラシ３０が第１および第２のクリーニング回転ロール１０，２０の双方に接触部において反対方向に進むような状態で接触して回転しているとともに、その回転ブラシ３０には交流バイアスの印加により各回転ロール１０，２０と回転ブラシ３０の間に交番電界Ｅａｃが形成されている。
【００３４】
これにより、その各回転ロール１０，２０に付着している除去後の負帯電の残留トナーＴａおよび正帯電の残留トナーＴｂが、図６に示すように正極と負極の間を周期的に切り替えられる交番電界Ｅａｃの静電作用をそれぞれ受けて各回転ロール１０，２０の表面で電気的に引きかれて瞬間的に浮いた状態にされると同時に、この状態にあるなかをその回転ブラシ３０によるかき取り作用を受けることによって、回転ブラシ３０側にかき取られるようにして移行する。つまり、各回転ロール１０，２０上の除去後の各残留トナーＴａ，Ｔｂが回転ブラシ３０側に回収されることになる。これにより、中間転写ベルトと接触する回転ロール１０，２０は常に清掃された状態に置かれるため、その清掃能力が低下することなく持続しやすくなる。
【００３５】
最後に、トナー回収用回転ブラシ３０にかき取られた残留トナーＴａ，Ｔｂは、フリッカーバー４０によって掻き落とされ、所定の回収部に収容される。
【００３６】
以上のようにして中間転写ベルト２上に二次転写後に付着していた帯電極性の異なる残留トナーＴａ，Ｔｂがクリーニング装置１によって効率よく除去される。
【００３７】
以下、このクリーニング装置１を用いてそのクリーニング効果を確認するために行った試験結果について説明する。
【００３８】
この試験を行うに当り、クリーニング装置１について以下の条件を採用した。
【００３９】
２つのクリーニング回転ロール１０，２０としてはいずれも、発泡ウレタンゴムの表面にフッ素樹脂をコーティングした外径１８ｍｍのロール（体積抵抗率：８ｌｏｇ・Ω）を使用した。この回転ロール１０，２０はいずれも、中間転写ベル２の移動方向および回転速度（速度１９４ｍｍ／ｓｅｃ）と同じ方向および速度で回転させた。
【００４０】
トナー回収用回転ブラシ３０としては、径８ｍｍの金属製回転軸３１に長さ（高さ）６ｍｍのブラシ毛３２を立設した外径２０ｍｍのブラシロールを使用した。ブラシ毛１２には、１２ナイロンにカーボンを分散した導電性ブラシ毛（カネボウ製：ベルトロン。抵抗値２〜４ｌｏｇ・Ω）で太さ１０デニール、ブラシ密度８０本／ｉｎｃｈ2のものを使用した。この回転ブラシ３０は、回転ロール１０，２０の回転方向と反対の方向に同じ速度で回転させた。この際、回転ブラシ３０は回転ロール１０，２０にその接触部において１．０ｍｍ程度の食い込み量となるように設定した。
【００４１】
フリッカーバー４０としては、ステンレスからなるものを使用し、回転ブラシ３０のブラシ毛３２に０．８ｍｍ程度の食い込み量となる状態で設置した。
【００４２】
また、第１クリーニング回転ロール１０には＋４００Ｖの第１バイアスを印加し、第２クリーニング回転ロール２０には−４００Ｖの第２バイアス電圧を印加した。トナー回収用回転ブラシ３０には周波数２ｋＨｚ、ピーク間電圧（Ｖp-p）１．６ｋＶの交流電圧を印加した。中間転写ベルト２としては、ポリイミドにカーボンブラックの導電化剤を適用含有させて体積抵抗率を：１２ｌｏｇΩ・ｃｍ程度に調製した厚みが０．１ｍｍ程度の無端ベルトを使用した。
【００４３】
そして、中間転写ベルト２を使用する画像形成装置において平均粒径６．５μｍの負帯電性重合トナーを使用した画像形成を行ない、その二次転写後に発生する残留トナーとして４．０ｇ／ｍ2の量のものを中間転写ベルト２に付着させて上記クリーニング装置１を１回通過させた。そのときに最後に中間転写ベルト２上に残ったトナーを採取して計測した。
【００４４】
その結果、０．０２ｇ／ｍ2以下という実用上まったく問題のないクリーニング効果が得られることを確認できた。
【００４５】
＜他の実施の形態＞
実施の形態１では、たとえば、２つのクリーニング回転ロール１０，２０に代えて回転ブラシを適用し、１つの回収用回転ブラシ３０に代えて回転ロールを適用する組み合わせも可能である。しかし、この構成の場合には、特に回収用の回転ロールのトナー回収能力が低いため、その分２つのクリーニング回転ブラシの清掃能力が次第に低下しやすくなる傾向にある。また、回転ブラシ３０の除去部材としてフリッカーバー４０を使用する場合について説明したが、それ以外にも、たとえばワイヤー形態のものを使用することもできる。
【００４６】
さらに、中間転写ベルト２に対して接触回転するクリーニング回転部材の数は、２つの場合に限らず、それ以上のものであってもよい。ただし、その構成の場合であっても、その３以上のクリーニング回転部材のすべての周面に対して接触して回転する１つの回収部材（３０）を設置する構成とする。たとえば、図７に示すような３つのクリーニング回転部材１０Ａ，１０Ｂ，２０に対して１つの回収部材３０Ｂを設置する構成とすることができる。この場合においても、その回収部材３０Ｂには交流のバイアス電圧を交流バイアス電源３５から印加する。図７中の符号５０は、中間転写ベルト２を支持する支持ロールである。
【００４７】
この他にも、クリーニング対象として中間転写ベルト２の場合を説明したが、転写後の残留トナーが発生する感光体等であってもよく（この場合におけるトナー像を転写する先の被転写体は記録シートや中間転写体などとなる）、その形態もベルト形態にかぎらずドラム形態のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態１に係るクリーニング装置の要部を示す概略説明図である。
【図２】クリーニング回転ブラシを通過するときの残留トナーの除去状態を示す説明図である。
【図３】クリーニング回転ロールを通過するときの残留トナーの除去状態を示す説明図である。
【図４】クリーニング回転ブラシとクリーニング回転ロールの間におけるトナー回収の状態を示す説明図である。
【図５】中間転写ベルトの転写後に付着する残留トナーの帯電部分を示すグラフ図である。
【図６】回収用回転ブラシに交流バイアスを印加することによる残留トナーの挙動状態を示す説明図である。
【図７】他の実施の形態に係るクリーニング装置の概要を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…クリーニング装置、２…中間転写ベルト（像担持回転体）、１０…第１クリーニング回転ロール（複数のクリーニング回転部材の１つ）、１５，２５…バイアス電源、２０…第２クリーニング回転ロール（複数のクリーニング回転部材の１つ）、３０…トナー回収用回転ブラシ（回収部材）、３５…交流バイアス電源、Ｔ…トナー像、Ｔａ，Ｔｂ…残留トナー、Ａ…回転方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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