JP4345365B2

JP4345365B2 - Image forming apparatus

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Publication number: JP4345365B2
Application number: JP2003159734A
Authority: JP
Inventors: 仁岩崎
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004361646A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置において、像担持体上に形成したトナー像を被転写体に転写した後、像担持体上に残留した残留トナーをブレードなどで掻き取って回収する方式のクリーニング装置を備えた画像形成装置が知られている。
【０００３】
しかし、この方式の画像形成装置では、クリーニング装置で回収したトナーを機外に取り出して廃棄する必要があるため、環境管理の観点から好ましいものとはいえない。そこで、近年、廃棄トナーを発生させるクリーニング装置を持たない、いわゆるブレードレス（クリーナレス）方式の画像形成装置が開発され広く用いられている。
【０００４】
このブレードレス方式の画像形成装置では、像担持体上に残留した残留トナーは最終的には現像器で回収されるが、現像器よりも上流側に配置されている帯電ロールに残留トナーが付着することにより帯電ロールの帯電性能が低下し、そのため像担持体の帯電不良が生じて画像ディフェクトの原因となるという問題がある。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、帯電ロールよりも上流側に回転自在のブラシを配備し、画像形成時にこのブラシによって残留トナーを静電的に回収してブラシ内に保持しておき、その保持したトナーを非画像形成時に像担持体表面に吐き出すようにしたブレードレス方式の画像形成装置が考えられている。
【０００６】
この方式では、ブラシの回転方向、バイアス条件、ブラシの密度、ブラシの毛の長さなどの条件が適正に調整された場合には、ブラシへの回収・保持は比較的容易であるが、ブラシ内に保持したトナーを非画像形成時に十分に吐き出させることが難しい。そのため、吐き出し切れなかったトナーがブラシ内に徐々に蓄積されていき、やがてはブラシの限界保持量を超えてクリーニング不良を発生してしまうという問題がある。
【０００７】
また、他のクリーニング方式として、像担持体上に残留したトナーを静電的に回収し、その回収したトナーを像担持体上の静電潜像形成に影響のない表面部分に静電的に再付着させるクリーニングロールを具備し、像担持体表面に再付着させたトナーを現像器で回収する方式の画像形成装置において、クリーニングロール上に回収されたトナーを受け入れて保持し、保持したトナーをクリーニングロールに戻すトナー保持ローラを設けた画像形成装置が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−３１９２７８号公報（第２〜３頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの研究によれば、上記特許文献のように、クリーニングロールにトナー保持ローラを設けたとしてもその効果は限定的であり、帯電ロールに到達する残留トナーを十分に除去することはできない。従って、残留トナーによる帯電ロールの汚染を防止することができず、像担持体の帯電不良による画像ディフェクトが発生してしまうことが確認されている。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、残留トナーによる帯電ロールの汚染に起因する画像ディフェクトの防止された画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、
所定の方向に移動する像担持体と、その像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成部と、そのトナー像形成部により形成されたトナー像を所定の被転写体に転写する転写部と、上記被転写体に転写されずに像担持体上に残留した残留トナーを除去するクリーニング部とを有する画像形成装置において、
上記クリーニング部は、
上記像担持体表面と接触しながら所定の方向に回転する回転軸とその回転軸上に放射状に植毛された毛とからなるブラシと、
上記残留トナーを一旦上記像担持体から静電的に回収するクリーニング工程では上記ブラシの回転軸に所定の回収電圧を印加し、クリーニング工程で回収されたトナーを上記像担持体上に静電的に吐き出す吐き出し工程では上記ブラシの回転軸に上記回収電圧の極性とは異なる極性の吐き出し電圧を印加する電源部と、上記吐き出し工程時に、上記毛の回転軸に接する部分と毛の先端部分との間に電位勾配を発生させる電位勾配発生手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の画像形成装置によれば、上記の電位勾配発生手段を備えたブラシにより像担持体上の残留トナーを十分にクリーニングすることができるので、残留トナーによる帯電ロールの汚染に起因する画像ディフェクトを効果的に防止することができる。
【００１３】
ここで、上記電位勾配発生手段が、上記毛の先端部分に接触する接触部を有する金属電極およびその金属電極を接地する接地部材を有するものであってもよい。
【００１４】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、比較的簡易に電位勾配発生手段を構成することができる。
【００１５】
また、上記金属電極が、５ｌｏｇΩ以上の抵抗を有するものであってもよい。
【００１６】
また、上記電位勾配発生手段が、上記接地部材に代わり、その金属電極と接地との間に介在する抵抗体を有するものであってもよい。
【００１７】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、比較的簡易に電位勾配発生手段を構成することができる。
【００１８】
また、上記電位勾配発生手段が、上記接地部材に代わり、その金属電極に直流電圧を印加する直流電源を有するものであってもよい。
【００１９】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、電位勾配発生手段の効果を高めることができるので、画像ディフェクトを一層効果的に防止することが可能である。
【００２０】
また、上記毛が、５ｌｏｇΩ以上の抵抗を有するものであってもよい。
【００２１】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、電位勾配発生手段の効果を高めることができるので、画像ディフェクトを一層効果的に防止することが可能である。
【００２２】
また、上記電源部は、上記クリーニング工程では、上記ブラシに接触する像担持体の電位からみてマイナスの回収電圧を上記回転軸に印加し、上記吐き出し工程では、上記ブラシに接触する像担持体の電位からみてプラスの吐き出し電圧を上記回転軸に印加するものであってもよい。
【００２３】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、電位勾配発生手段によるプラス極性の残留トナーのクリーニングをより確実なものとすることができる。
【００２４】
また、上記電源部は、上記クリーニング工程では、上記ブラシに接触する像担持体の電位からみてプラスの回収電圧を上記回転軸に印加し、上記吐き出し工程では、上記ブラシに接触する像担持体の電位からみてマイナスの吐き出し電圧を上記回転軸に印加するものであってもよい。
【００２５】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、電位勾配発生手段によるマイナス極性の残留トナーのクリーニングをより確実なものとすることができる。
【００２６】
また、上記電源部は、上記クリーニング工程では、上記回転軸に、少なくとも交番電圧を含む回収電圧を印加するものであってもよい。
【００２７】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、感光体ドラム上のプラス極性の残留トナーおよびマイナス極性の残留トナーの双方がクリーニング工程でブラシに回収されるので、電位勾配発生手段の効果をより確実なものとすることができる。
【００２８】
また、上記電源部は、上記吐き出し工程では、先ず、上記回転軸に、上記ブラシに接触する像担持体の電位からみてプラス又はマイナスのいずれか一方の極性の第１の吐き出し電圧を印加し、次に、前記回転軸に、前記第１の吐き出し電圧の極性とは異なる極性の第２の吐き出し電圧を印加するものであってもよい。
【００２９】
本発明の画像形成装置を上記のように構成した場合は、ブラシに回収したプラス極性の残留トナーおよびマイナス極性の残留トナーの双方を確実に吐き出させることができるので、電位勾配発生手段の効果をより確実なものとすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態の画像形成装置の概略構成図である。
【００３２】
図１に示すように、この画像形成装置１００は、感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ、帯電ロール１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ、露光装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ、一次転写ロール１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ、クリーニング部１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ、中間転写ベルト１７、中間転写ベルトクリーナ１８、二次転写ロール１９、および定着器２０を備えている。
【００３３】
なお、上記の各構成要素の末尾に付された符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、およびＫは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、および黒の画像形成用の構成要素であることを示している。
【００３４】
なお、本実施形態における感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、本発明にいう像担持体に相当するものであり、帯電ロール１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋは、本発明にいう帯電部に相当するものであり、露光装置１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋは、本発明にいう潜像形成部に相当するものであり、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋは、本発明にいう現像部に相当するものであり、一次転写ロール１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋは、本発明にいう転写部に相当するものであり、中間転写ベルト１７は、本発明にいう所定の被転写体に相当するものである。
【００３５】
これらの各色用の感光体ドラム、帯電ロール、露光装置、現像器、一次転写ロール、およびクリーニング部により各色用の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが構成される。
【００３６】
以下に、この画像形成装置の主要部の仕様について説明する。
【００３７】
感光体ドラム直径：３０ｍｍ
感光体ドラム中心間距離：１００ｍｍ
ＲＯＳレーザ（露光装置）：７８０ｎｍ
現像方式：二成分現像方式
中間転写ベルト：ポリイミド
プロセス速度：１０４ｍｍ／ｓ
潜像電位背景部：−５００Ｖ、画像部：−２００Ｖ
現像ロールスリーブ直径：１６ｍｍ
スリーブ回転速度：２０８ｍｍ／ｓ
感光体と現像ロールの間隔：０．３ｍｍ
現像バイアスＤＣ成分：−４００Ｖ
ＡＣ成分：１．５ｋＶｐ−ｐ（６ｋＨｚ）
転写条件：
一次転写ロール：＋５００Ｖ〜１ＫＶ
二次転写ロール：＋１．６ＫＶ
本実施形態の各画像形成部には、給電シャフトの外周に導電性弾性体層と表面層を被覆した２層構成の帯電ロールを用いている。
【００３８】
帯電ロールの表面層には、イソシアネート処理を施したエピクロロヒドリンゴムを用いている。このエピクロロヒドリンゴムは高離型性を有しており、トナーその他の異物が極めて付着しにくい。
【００３９】
導電性弾性体層には低硬度の発泡ウレタンを用いている。
【００４０】
給電シャフトの直径は６ｍｍ、弾性体層の肉厚は１．５ｍｍ、表面層の肉厚は０．５ｍｍ、帯電ロールの外径は１０ｍｍ、硬度は２８度（ＡｓｋｅｒＣ硬度）である。
【００４１】
本実施形態の帯電ロールの表面層は高離型性を有しており、通常の帯電ロールに比べてトナーその他の異物が付着しにく。さらに、導電性弾性層として発泡ウレタンを使用することによって低硬度を実現させており、トナーや異物が極めて付着しにくくなっている。
【００４２】
帯電ロールの印加電圧はＶｐ−ｐ＝１．３ＫＶ、ｆ＝６５０Ｈｚ、Ｖｄｃ＝−５２０Ｖである。本実施の形態では直流に交流を重畳させた電圧印加方式であるが、直流のみの電圧印加方式でも良い。
【００４３】
帯電ロールは、上記の構成に限定されるものではなく、例えば、給電シャフトの外周面に棒状または管状の導電性弾性体層を形成し、その上に抵抗層、および表面保護層を被覆した３層構造のものなどを用いてもよい。
【００４４】
帯電ロールの各層には、イオン導電性物質、あるいは電子導電性物質、あるいはその双方が分散されている。イオン導電性物質としては、例えば過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム、第四級アンモニウムクロールイド等の過塩素酸塩やアンモニウム塩などが用いられる。電子導電性物質としては、例えば、カーボンブラック、グラファイトなどの他、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の各種導電性金属、または合金、酸化錫、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫−酸化アンチモン複合酸化物、酸化錫−酸化インジウム複合酸化物等の各種導電性金属酸化物などの微粉末を用いることができる。
【００４５】
帯電ロールの給電シャフトは、電極部材としての機能の他に、帯電ロールの支持部材としての機能を有しており、例えばアルミニウム、銅合金、ＳＵＳ等の金属または合金、クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、合成樹脂などの導電性の材質で構成される。
【００４６】
導電性弾性体層は、帯電ロールが適切なニップ幅ないしニップ圧でもって感光体ドラム表面に接触して感光体ドラム表面を均一に帯電できるよう、帯電ロールを所定の抵抗値および硬度に収めるために設けられる。この導電性弾性体層は、上述のようなイオン導電性物質および電子導電性物質から選ばれた少なくとも１種の物質（以下、導電剤という）をゴム材料中に分散させることによって形成される。ゴム材料としては、例えばイソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリン系ゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、スチレン−ブタジエンゴム−スチレン、これらのブレンドゴム等が挙げられる。導電性弾性体層の体積抵抗率については、抵抗層の体積抵抗率と密接に関連するが、１０⁴Ωｃｍ〜１０⁹Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。
【００４７】
抵抗層は、帯電ロールを所定の抵抗値に調整するために設けられるものであり、ポリアミド、ポリエチレン、ポリウレタン、アクリル樹脂、エピクロルヒドリン系ゴム等の高分子材料に導電剤を分散させた薄膜から形成される。抵抗層の体積抵抗率は１０⁴Ωｃｍ〜１０⁹Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。
【００４８】
表面保護層は、感光体ドラム表面にタック（導電剤が沁み出し感光体とくっついてしまう現象）が発生する恐れがある場合や抵抗層の磨耗を防止するために設けられるものであり、ポリアミド、ポリエチレン、ポリウレタン、アクリル樹脂等の高分子材料に導電剤を分散させた薄膜から形成される。表面保護層の体積抵抗率は１０⁴Ωｃｍ〜１０⁹Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。
【００４９】
表面保護層は、上述のタック発生等の恐れがない場合には敢えて設ける必要はない。
【００５０】
また、帯電ロールの抵抗値を表面保護層で調整することによって抵抗層を不要とすることもできる。さらに、導電性弾性体層から軟化剤やゴム材料等がブリードしてくる恐れのある場合は、導電性弾性体層と抵抗層の間にポリアミド、ポリウレタン等に導電剤を分散させた中間層を設けることが好ましい。
【００５１】
帯電ロールの体積抵抗率は、１０⁴Ωｃｍ〜１０⁹Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。これは、前述した導電性弾性体層、抵抗調整層、および表面保護層等の各構成材料の体積抵抗率と膜厚とを適宜組み合わせることによって、この範囲内に調整することが可能である。
【００５２】
本実施形態の画像形成装置には、離型性の高い球形トナーが使用される。
【００５３】
次に、この画像形成装置１００の基本的な画像形成動作について説明する。
【００５４】
先ず、イエローの画像形成部１０Ｙによるトナー像形成が開始され、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１Ｙ表面に、帯電ロール１２Ｙにより所定の電荷が付与される。次に、露光装置１３Ｙにより感光体ドラム１１Ｙ表面にイエロー画像に相当する露光光が照射されイエローの潜像が形成される。その潜像は現像器１４Ｙによりイエローのトナーで現像されて感光体ドラム１１Ｙ上にイエローのトナー像が形成される。そのトナー像は一次転写ロール１５Ｙにより中間転写ベルト１７に転写される。
【００５５】
中間転写ベルト１７は矢印Ｂ方向に循環移動しており、中間転写ベルト１７上に転写されたイエローのトナー像が次の色の画像形成部１０Ｍの一次転写ロール１５Ｍに到達するタイミングに合わせて、次の色のマゼンタのトナー像が一次転写ロール１５Ｍに到達するように、マゼンタの画像形成部１０Ｍによるトナー像形成が行われる。こうして形成されたマゼンタのトナー像は、一次転写ロール１５Ｍにおいて中間転写ベルト１７上のイエローのトナー像の上に重ねて転写される。
【００５６】
続いて、シアンおよび黒の画像形成部１０Ｃ，１０Ｋによるトナー像形成が上記と同様のタイミングで行われ、一次転写ロール１５Ｃ，１５Ｋにおいて中間転写ベルト１７上のイエローおよびマゼンタのトナー像の上に順次重ねて転写される。
【００５７】
こうして、中間転写ベルト１７上に転写された多色トナー像は、二次転写ロール１９により用紙Ｐ上に二次転写され、多色トナー像は用紙Ｐとともに矢印Ｄ方向に搬送され、定着器２０により用紙Ｐ上に定着されてカラー画像が形成される。
【００５８】
次に、クリーニング部の詳細について説明する。
【００５９】
図１に示すように、クリーニング部１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋは、一次転写ロール１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋよりも感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの回転方向下流側に配備されており、転写後の各感光体ドラム上に残留する残留トナーを除去する。
【００６０】
図２は、本実施形態の画像形成装置のクリーニング部の詳細を示す図である。
【００６１】
図２に示すように、このクリーニング部１６は、感光体ドラム１１表面と接触しながら矢印Ｂ方向に回転する回転軸１６ａと回転軸１６ａ上に放射状に植毛された毛１６ｂとからなるブラシ１６＿１と、感光体ドラム１１上の残留トナーｔを一旦感光体ドラム１１から静電的に回収するクリーニング工程では、回転軸１６ａに所定の回収電圧を印加し、クリーニング工程で回収されたトナーを感光体ドラム１１上に静電的に吐き出す吐き出し工程では、回転軸１６ａに上記回収電圧の極性とは異なる極性の吐き出し電圧を印加する電源部１６＿２と、上記吐き出し工程時に、毛１６ｂの回転軸１６ａに接する部分と毛１６ｂの先端部分との間に電位勾配を発生させる電位勾配発生手段１６＿３とを備えている。
【００６２】
なお、回転軸１６ａの回転方向は、矢印で示したＢ方向、または感光体ドラム１１の回転方向Ａと反対の方向のいずれであってもよいが、この実施形態では、感光体ドラム１１と同一の方向とした。また、ブラシ１６＿１の外周速度は、感光体ドラム１１の外周速度の一倍の速度とした。
【００６３】
この電位勾配発生手段１６＿３は、毛１６ｂの先端部分に接触する接触部を有する金属電極１６＿３ａおよび金属電極１６＿３ａを接地する接地部材１６＿３ｂを有している。
【００６４】
本実施形態のクリーニング部の作用効果を説明するために、電位勾配発生手段を備えていない場合のクリーニング部の動作について説明する。
【００６５】
図３は、図２に示したクリーニング部から電位勾配発生手段を省いた場合のクリーニング工程時の動作を示す図であり、図４は、図２に示したクリーニング部から電位勾配発生手段を省いた場合の吐き出し工程時の動作を示す図である。
【００６６】
図３および図４に示すクリーニング装置は、感光体ドラム１１上の残留トナーｔを感光体ドラム１１から静電的に回収するクリーニング工程と、クリーニング工程で回収されたトナーｔを感光体ドラム１１上に静電的に吐き出す吐き出し工程とを有する２工程方式のクリーニング装置である。
【００６７】
このクリーニング部１６’には、感光体ドラム１上の残留トナーｔを感光体ドラム１１表面と接触しながら矢印Ｂ方向に回転する回転軸１６ａおよび回転軸１６ａ上に放射状に植毛された毛１６ｂからなるブラシ１６＿１と、クリーニング工程では残留トナーｔを感光体ドラム１１からブラシ１６＿１に静電的に回収するための回収電圧を回転軸１６ａに印加し、吐き出し工程では回転軸１６ａに上記回収電圧の極性とは異なる極性の吐き出し電圧を印加する電源部１６＿２とが備えられている。
【００６８】
この実施形態は、マイナス極性の転写残留トナーがほとんどである場合であり、回収電圧は、図３に示すようにプラス極性であり、吐き出し電圧は、図４に示すようにマイナス極性である。
【００６９】
図３に示すように、トナークリーニング工程では、感光体ドラム１１上の残留トナーｔは、電源部１６＿２により電圧の印加されたブラシ１６＿１で静電的に回収される。次に、吐き出し工程では、図４に示すように、クリーニング工程で回収されたブラシ１６＿１上のトナーｔは、電源部１６＿２からの、回収電圧の極性とは異なる極性の吐き出し電圧により感光体ドラム１１上に静電的に吐き出されることになる。
【００７０】
しかし、このクリーニング部１６’には、図２におけるような電位勾配発生手段が備えられていないため、ブラシ１６＿１に一旦捕獲したトナーｔのうちの一部のトナーｔ’はブラシの毛１６ｂの内部に入り込んでしまう。
【００７１】
図５は、図４に示したクリーニング部におけるブラシ内部に入りこんだトナーの挙動を示す図である。
【００７２】
図５に示すように、表層に付着しているトナーｔのみは電界の力で吐き出されるが、内部に入り込んだトナーｔ’は、電源部１６＿２による吐き出し電界をかけてもブラシの毛１６ｂの内部には電界が発生しないために十分に吐き出されず、ブラシ１６＿１表層部のトナーｔのみが吐き出し電界の作用で感光体ドラム１に吐き出される。
【００７３】
従って、毛１６ｂ内部に入り込んだトナーｔ’は、クリーニング工程を繰り返すごとに次第に増加していき、その量が許容限度量を超えるとこのクリーニング装置では残留トナーを十分に除去できなくなり、残留トナーにより帯電ロールが汚染してついには帯電不良が発生するに到る。
【００７４】
一方、図２に示した本実施形態のクリーニング部１６には、電位勾配発生手段１６＿３が備えられており、ブラシ１６＿１の回転軸１６ａと金属電極１６＿３ａの間に電流が流れて電圧降下が起り電位勾配が形成されるために、ブラシの毛１６ｂの内部にも電界が発生し、内部に入りこんだトナーｔ’も金属電極１６＿３ａ側（ブラシ表層側）に移動する。一旦ブラシ表層側に移動したトナーはブラシ１６＿１が回転して感光体ドラム１１近傍に達したときに、近傍にかかった電界により感光体ドラム１１上に吐き出されることになる。
[実施例１]
次に、図２に示した通りの、ブラシ１６＿１の毛１６ｂの先端部分に接触する金属電極１６＿３ａ、および金属電極１６＿３ａを接地する接地部材１６＿３ｂを有する電位勾配発生手段１６＿３を備えた場合の効果について説明する。
【００７５】
表１に、吐き出し効率に対する電位勾配発生手段の有無の影響を示す。
【００７６】
テスト用のクリーニング部１６（図２参照）としては、直径５ｍｍの回転軸１６ａ上に放射状に毛１６ｂを植毛して形成された外径１０ｍｍのブラシ１６＿１と、直流−４５０Ｖの電源部１６＿２を用い、転写残トナー０．２ｇ／ｍ²の条件でＡ３用紙１枚のクリーニングを行った後、１秒間吐き出しを行った場合の吐き出し効率を測定した。毛１６ｂとしては抵抗５ｌｏｇΩのものを用いた。
【００７７】
【表１】

【００７８】
表１に示すように、電極無し（電位勾配発生手段無し）の場合は吐き出し効率９７％であったのに対して、電極有り（電位勾配発生手段有り）の場合は吐き出し効率は９９．５％に達した。
【００７９】
電極無しの場合の吐き出し効率９７％は、転写残トナーがブラシ１６＿１から吐き出されずに毛１６ｂ内部に３％ずつ蓄積されていくことを意味するものであり、短期間の間に帯電不良を引き起こす原因となる。従って、吐き出し効率は９９％以上に保つ必要がある。
【００８０】
なお、直径８ｍｍの回転軸１６ａ上に放射状に毛１６ｂを植毛して形成された外径１９ｍｍのブラシ１６＿１を用いた場合も上記とほぼ同様の結果が得られた。
[実施例２]
次に、金属電極の抵抗を変化させた場合の影響について説明する。金属電極の抵抗以外は実施例１と同一条件とした。
【００８１】
表２に、金属電極の抵抗を種々変化させた場合の不具合発生の有無を示す。
【００８２】
【表２】

【００８３】
表２に示すように、金属電極の抵抗が５ｌｏｇΩ未満の場合は電源容量オーバーが発生したりブラシリークが生じたりして安定したクリーニングができなかったが、金属電極の抵抗を５ｌｏｇΩ以上とした場合は不具合の発生はなく安定したクリーニングを行うことができた。
[実施例３]
図６は、電位勾配発生手段として金属電極と接地との間に抵抗体を介在させた場合のクリーニング部を示す図である。
【００８４】
図６に示すように、実施例３の電位勾配発生手段としては、実施例１における接地部材１６＿３ｂに代わり、金属電極１６＿３ａと接地との間に介在する抵抗体１６＿３ｃを備えている。
【００８５】
表３に、抵抗体の抵抗を種々変化させた場合の不具合発生の有無を示す。
【００８６】
【表３】

【００８７】
表３に示すように、抵抗体の抵抗が５ｌｏｇΩ未満の場合は電源容量オーバーが発生したりブラシリークが生じたりして安定したクリーニングができなかったが、抵抗体の抵抗を５ｌｏｇΩ以上とした場合は不具合の発生はなく安定したクリーニングを行うことができた。
[実施例４]
図７は、電位勾配発生手段として直流電源を備えた場合のクリーニング部を示す図である。
【００８８】
実施例４の電位勾配発生手段としては、実施例１における接地部材１６＿３ｂに代わり、金属電極１６＿３ａに直流電圧を印加する直流電源１６＿３ｄを備えている。
【００８９】
表４に、金属電極に印加する直流電圧を種々変化させた場合の不具合発生の有無を示す。
【００９０】
【表４】

【００９１】
表４に示すように、電源電圧が−２５０Ｖ未満の場合は電源容量オーバーが発生したりブラシリークが生じたりして安定したクリーニングができなかったが、電源電圧を−２５０Ｖ以上とした場合は不具合の発生はなく安定したクリーニングを行うことができた。
【００９２】
[実施例５]
表５に、ブラシの毛の抵抗を種々変化させた場合の不具合発生の有無を示す。
【００９３】
【表５】

【００９４】
表５に示すように、ブラシの毛の抵抗が５ｌｏｇΩ未満の場合は電源容量オーバーが発発生したりブラシリークが生じたりして安定したクリーニングができなかったが、ブラシの毛の抵抗を５ｌｏｇΩ以上とした場合は不具合の発生はなく安定したクリーニングを行うことができた。
[実施例６]
次に、電源部を、クリーニング工程ではブラシに接触する感光体ドラムの電位からみてマイナスの回収電圧をブラシに印加し、吐き出し工程ではブラシに接触する感光体ドラムの電位からみてプラスの吐き出し電圧をブラシに印加するようにした場合の実施例について説明する。
【００９５】
この実施例は、感光体ドラム上に残留したトナーの極性がプラスであるものがほとんである場合の例である。
【００９６】
図８は、実施例６の電源部を備えたクリーニング部を示す図である。
【００９７】
この電源部１６＿４は、クリーニング工程では、ブラシ１６＿１に接触する感光体ドラム１１の電位からみてマイナスの回収電圧をブラシ１６＿１の回転軸１６ａに印加し、吐き出し工程では、ブラシ１６＿１に接触する感光体ドラム１１の電位からみてブラシ１６＿１の回転軸１６ａにプラスの吐き出し電圧を印加する。
【００９８】
この電源部１６＿４を用いた場合は、感光体ドラム上のプラス極性のトナーがクリーニング工程でブラシに回収されやすくなり、ブラシ上のプラス極性のトナーが吐き出し工程で感光体ドラムに吐き出されやすくなるので、電位勾配発生手段によるプラス極性の残留トナーのクリーニングをより確実なものとすることができる。
[実施例７]
次に、電源部を、クリーニング工程ではブラシに接触する感光体ドラムの電位からみてプラスの回収電圧をブラシに印加し、吐き出し工程ではブラシに接触する感光体ドラムの電位からみてマイナスの吐き出し電圧をブラシに印加するようにした場合の実施例について説明する。
【００９９】
この実施例は、感光体ドラム上に残留したマイナス極性のトナーをクリーニングする場合の例である。
【０１００】
図９は、実施例７の電源部を備えたクリーニング部を示す図である。
【０１０１】
この電源部１６＿５は、クリーニング工程では、ブラシ１６＿１に接触する感光体ドラム１１の電位からみてプラスの回収電圧をブラシ１６＿１の回転軸１６ａに印加し、吐き出し工程では、ブラシ１６＿１に接触する感光体ドラム１１の電位からみてブラシ１６＿１の回転軸１６ａにマイナスの吐き出し電圧を印加する。
【０１０２】
この電源部１６＿５を用いた場合は、感光体ドラム上のマイナス極性のトナーがクリーニング工程でブラシに回収されやすくなり、ブラシ上のマイナス極性のトナーが吐き出し工程で感光体ドラムに吐き出されやすくなるので、電位勾配発生手段によるマイナス極性の残留トナーのクリーニングをより確実なものとすることができる。
[実施例８]
次に、電源部を、クリーニング工程ではブラシの回転軸に、交番電圧あるいは交番電圧に直流電圧を重畳させた回収電圧を印加するようにした場合の実施例について説明する。
【０１０３】
この実施例８は、転写残留トナーの極性がマイナス、プラスどちらもある程度存在し、両方の極性のトナーをクリーニングしなければならないときの例である。
【０１０４】
図１０は、実施例８の電源部を備えたクリーニング部を示す図である。
【０１０５】
この電源部１６＿６は、内部に交番電源部１６＿６ａおよび直流電源部１６＿６ｂを有しており、クリーニング工程ではブラシ１６＿１の回転軸１６ａに交番電圧あるいは交番電圧に直流電圧を重畳させた回収電圧を印加する。こうすることにより、クリーニング工程で感光体ドラム１１とブラシ１６＿１の間に交番電界を発生させ、プラス極性のトナーおよびマイナス極性のトナーの双方をブラシ１６＿１に回収することができる。
【０１０６】
回収電圧としては、Ｖｐ−ｐ：６００Ｖ、周波数：３ＫＨｚの交番電圧を用いているが、必要に応じて直流電圧を重畳させたものとしてもよい。
【０１０７】
こうして、少なくとも交番電圧を含む回収電圧を用いてクリーニングすることにより、プラス極性のトナーおよびマイナス極性のトナーの双方をブラシ１６＿１に回収した後、次の実施例９に示す吐き出し工程で、プラス極性のトナーおよびマイナス極性のトナーが順次感光体ドラム１１上に吐き出される。
【０１０８】
この電源部１６＿６を用いた場合は、クリーニング工程で感光体ドラム上のプラス極性のトナーおよびマイナス極性のトナーの双方をブラシに回収することができるので、電位勾配発生手段によるプラス極性およびマイナス極性の残留トナーのクリーニングをより確実なものとすることができる。
[実施例９]
この実施例９は、実施例８のクリーニング工程で、ブラシ１６＿１の回転軸１６ａに交番電圧あるいは交番電圧に直流電圧を重畳させた回収電圧を印加することによりプラス極性のトナーおよびマイナス極性のトナーの双方をブラシ１６＿１に回収した後の吐き出し工程における電源部の動作に関するものである。
【０１０９】
図１１は、実施例９でブラシの回転軸に第１の吐き出し電圧を印加する場合のクリーニング部を示す図である。
【０１１０】
図１１に示すように、この電源部１６＿７は、内部に交番電源部１６＿７ａおよび直流電源部１６＿７ｂを有しており、先ず、直流電源部１６＿７ｂにより、ブラシ１６＿１の回転軸１６ａに、−４５０Ｖの第１の吐き出し電圧を印加する。こうすることによりブラシ１６＿１上のマイナス極性のトナーが感光体ドラム１１上に吐き出される。
【０１１１】
図１２は、実施例９でブラシの回転軸に第２の吐き出し電圧を印加する場合のクリーニング部を示す図である。
【０１１２】
図１１に示したようにマイナス極性のトナーを吐き出した後、図１２に示すように、直流電源部１６＿７ｂにより、ブラシ１６＿１の回転軸１６ａに、第１の吐き出し電圧の極性とは異なる＋４５０Ｖの第２の吐き出し電圧を印加する。こうすることによりブラシ１６＿１上のプラス極性のトナーが感光体ドラム１１上に吐き出される。
【０１１３】
なお、第１の吐き出し電圧の極性および第２の吐き出し電圧の極性は、上記実施例９と反対の極性であってもよい。
【０１１４】
この電源部１６＿７を用いた場合は、クリーニング工程で感光体ドラム上のプラス極性のトナーおよびマイナス極性のトナーの双方をブラシに回収した後、ブラシドラム上のプラス極性およびマイナス極性のトナーの双方を感光体ドラム上に吐き出すことができるので、電位勾配発生手段によるプラス極性およびマイナス極性の残留トナーのクリーニングをより確実なものとすることができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の画像形成装置によれば、ブラシに電位勾配発生手段を備えたことにより、ブラシ内部に発生させた電位勾配によりブラシ内部に蓄積したトナーをブラシ表層に移動させることができ、従来不可能であった高効率の吐き出し率が得られ、感光体ドラム上の残留トナーによる帯電ロールの汚染に起因する画像ディフェクトを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の画像形成装置のクリーニング部の詳細を示す図である。
【図３】図２に示したクリーニング部から電位勾配発生手段を省いた場合のクリーニング工程時の動作を示す図である。
【図４】図２に示したクリーニング部から電位勾配発生手段を省いた場合の吐き出し工程時の動作を示す図である。
【図５】図４に示したクリーニング部におけるブラシ内部に入りこんだトナーの挙動を示す図である。
【図６】電位勾配発生手段として金属電極と接地との間に抵抗体を介在させた場合のクリーニング部を示す図である。
【図７】電位勾配発生手段として直流電源を備えた場合のクリーニング部を示す図である。
【図８】実施例６の電源部を備えたクリーニング部を示す図である。
【図９】実施例７の電源部を備えたクリーニング部を示す図である。
【図１０】実施例８の電源部を備えたクリーニング部を示す図である。
【図１１】実施例９でブラシの回転軸に第１の吐き出し電圧を印加する場合のクリーニング部を示す図である。
【図１２】実施例９でブラシの回転軸に第２の吐き出し電圧を印加する場合のクリーニング部を示す図である。
【符号の説明】
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ画像形成部
１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ感光体ドラム
１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ帯電ロール
１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ露光装置
１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ現像器
１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ一次転写ロール
１６，１６’，１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋクリーニング部
１６ａ回転軸
１６ｂ毛
１６＿１ブラシ
１６＿２電源部
１６＿３電位勾配発生手段
１６＿３ａ金属電極
１６＿３ｂ接地部材
１６＿３ｃ抵抗体
１６＿３ｄ直流電源
１６＿４，１６＿５，１６＿６電源部
１６＿６ａ，１６＿７ａ交番電源部
１６＿６ｂ，１６＿７ｂ直流電源部
１７中間転写ベルト
１８中間転写ベルトクリーナ
１９二次転写ロール
２０定着器
１００画像形成装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, and a facsimile.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, or a fax machine, after a toner image formed on an image carrier is transferred to a transfer target, residual toner remaining on the image carrier is removed with a blade or the like. There is known an image forming apparatus including a cleaning device that scrapes and collects.
[0003]
However, this type of image forming apparatus is not preferable from the viewpoint of environmental management because it is necessary to take out and discard the toner collected by the cleaning device. Therefore, in recent years, a so-called bladeless (cleanerless) type image forming apparatus that does not have a cleaning device that generates waste toner has been developed and widely used.
[0004]
In this bladeless type image forming apparatus, the residual toner remaining on the image carrier is finally collected by the developing device, but the residual toner adheres to the charging roll arranged on the upstream side of the developing device. As a result, the charging performance of the charging roll deteriorates, and therefore, there is a problem that an image carrier is poorly charged and causes image defects.
[0005]
Therefore, in order to solve this problem, a rotatable brush is provided on the upstream side of the charging roll, and residual toner is electrostatically collected by this brush during image formation and held in the brush. A bladeless type image forming apparatus is considered in which held toner is discharged to the surface of an image carrier during non-image formation.
[0006]
In this method, when conditions such as the direction of rotation of the brush, bias conditions, brush density, and brush hair length are properly adjusted, collection and holding on the brush is relatively easy. It is difficult to sufficiently discharge the toner held inside during non-image formation. For this reason, the toner that could not be completely discharged is gradually accumulated in the brush, and eventually there is a problem that a cleaning failure occurs due to exceeding the limit holding amount of the brush.
[0007]
As another cleaning method, the toner remaining on the image carrier is electrostatically collected, and the collected toner is electrostatically applied to a surface portion that does not affect the formation of the electrostatic latent image on the image carrier. In an image forming apparatus having a cleaning roll for reattachment and collecting toner reattached to the surface of the image carrier with a developing device, the toner collected on the cleaning roll is received and held, and the held toner is An image forming apparatus provided with a toner holding roller that returns to a cleaning roll is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-9-319278 (pages 2 and 3, FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the study by the present inventors, even if the toner holding roller is provided on the cleaning roll as in the above-mentioned patent document, the effect is limited, and the residual toner reaching the charging roll is sufficiently removed. It is not possible. Therefore, it has been confirmed that contamination of the charging roll with residual toner cannot be prevented, and an image defect due to poor charging of the image carrier occurs.
[0010]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an image forming apparatus in which image defects due to contamination of a charging roll by residual toner are prevented.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The image forming apparatus of the present invention that achieves the above object provides:
An image carrier that moves in a predetermined direction, a toner image forming unit that forms a toner image on the image carrier, and a transfer unit that transfers a toner image formed by the toner image forming unit to a predetermined transfer target And an image forming apparatus having a cleaning unit that removes residual toner remaining on the image carrier without being transferred to the transfer target,
The cleaning part
A brush composed of a rotating shaft that rotates in a predetermined direction while being in contact with the surface of the image carrier, and hairs that are radially implanted on the rotating shaft;
In the cleaning process in which the residual toner is electrostatically recovered from the image carrier once, a predetermined recovery voltage is applied to the rotating shaft of the brush, and the toner recovered in the cleaning process is electrostatically applied to the image carrier. In the discharging process, a power supply unit that applies a discharge voltage having a polarity different from the polarity of the recovery voltage to the rotating shaft of the brush, and a portion in contact with the rotating shaft of the hair and a tip portion of the hair in the discharging process And a potential gradient generating means for generating a potential gradient therebetween.
[0012]
According to the image forming apparatus of the present invention, since the residual toner on the image carrier can be sufficiently cleaned by the brush having the above-described potential gradient generating means, image defect caused by contamination of the charging roll by the residual toner. Can be effectively prevented.
[0013]
Here, the potential gradient generating means may include a metal electrode having a contact portion that contacts the tip of the hair and a grounding member for grounding the metal electrode.
[0014]
When the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, the potential gradient generating unit can be configured relatively easily.
[0015]
The metal electrode may have a resistance of 5 logΩ or more.
[0016]
Further, the potential gradient generating means may have a resistor interposed between the metal electrode and ground instead of the ground member.
[0017]
When the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, the potential gradient generating unit can be configured relatively easily.
[0018]
Further, the potential gradient generating means may have a DC power source for applying a DC voltage to the metal electrode instead of the ground member.
[0019]
When the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, the effect of the potential gradient generating means can be enhanced, so that image defects can be prevented more effectively.
[0020]
Further, the hair may have a resistance of 5 logΩ or more.
[0021]
When the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, the effect of the potential gradient generating means can be enhanced, so that image defects can be prevented more effectively.
[0022]
In the cleaning process, the power supply unit applies a negative recovery voltage to the rotating shaft as viewed from the potential of the image carrier in contact with the brush, and in the discharge process, the power supply unit A positive discharge voltage as viewed from the potential may be applied to the rotating shaft.
[0023]
When the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, the positive polarity residual toner can be more reliably cleaned by the potential gradient generating means.
[0024]
In the cleaning step, the power supply unit applies a positive recovery voltage to the rotating shaft as viewed from the potential of the image carrier in contact with the brush, and in the discharge step, the power supply unit A negative discharge voltage as viewed from the potential may be applied to the rotating shaft.
[0025]
When the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, the negative polarity residual toner can be more reliably cleaned by the potential gradient generating means.
[0026]
Further, the power supply unit may apply a recovery voltage including at least an alternating voltage to the rotating shaft in the cleaning step.
[0027]
When the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, both the positive polarity residual toner and the negative polarity residual toner on the photosensitive drum are collected by the brush in the cleaning process. The effect can be made more certain.
[0028]
In the discharge step, the power supply unit first applies a first discharge voltage having a positive or negative polarity to the rotating shaft in view of the potential of the image carrier that contacts the brush, Next, a second discharge voltage having a polarity different from the polarity of the first discharge voltage may be applied to the rotating shaft.
[0029]
In the case where the image forming apparatus of the present invention is configured as described above, both the positive polarity residual toner and the negative polarity residual toner collected by the brush can be discharged reliably. It can be made more reliable.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0031]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the present embodiment.
[0032]
As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 100 includes photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K, charging rolls 12Y, 12M, 12C, and 12K, exposure apparatuses 13Y, 13M, 13C, and 13K, and developing units 14Y and 14M. , 14C, 14K, primary transfer rolls 15Y, 15M, 15C, 15K, cleaning units 16Y, 16M, 16C, 16K, an intermediate transfer belt 17, an intermediate transfer belt cleaner 18, a secondary transfer roll 19, and a fixing device 20. Yes.
[0033]
Note that the symbols Y, M, C, and K added to the end of each component described above indicate components for forming yellow, magenta, cyan, and black images, respectively.
[0034]
Note that the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K in the present embodiment correspond to the image carrier referred to in the present invention, and the charging rolls 12Y, 12M, 12C, and 12K serve as the charging unit referred to in the present invention. The exposure devices 13Y, 13M, 13C, and 13K correspond to the latent image forming portion referred to in the present invention, and the developing devices 14Y, 14M, 14C, and 14K correspond to the developing portion referred to in the present invention. The primary transfer rolls 15Y, 15M, 15C, and 15K correspond to the transfer portion referred to in the present invention, and the intermediate transfer belt 17 corresponds to the predetermined transfer target referred to in the present invention. It is.
[0035]
The

image forming units

10Y, 10M, 10C, and 10K for the respective colors are constituted by the photosensitive drums for each color, the charging roll, the exposure device, the developing device, the primary transfer roll, and the cleaning unit.
[0036]
The specifications of the main part of the image forming apparatus will be described below.
[0037]
Photoconductor drum diameter: 30 mm
Distance between photosensitive drum centers: 100 mm
ROS laser (exposure device): 780 nm
Development method: Two-component development method
Intermediate transfer belt: Polyimide
Process speed: 104mm / s
Latent image potential background part: -500V, image part: -200V
Developing roll Sleeve diameter: 16mm
Sleeve rotation speed: 208mm / s
Distance between photoconductor and developing roll: 0.3 mm
Development bias DC component: -400V
AC component: 1.5 kVp-p (6 kHz)
Transfer conditions:
Primary transfer roll: + 500V to 1KV
Secondary transfer roll: + 1.6KV
In each image forming unit of the present embodiment, a charging roll having a two-layer structure in which a conductive elastic layer and a surface layer are coated on the outer periphery of the power supply shaft is used.
[0038]
Epichlorohydrin rubber subjected to isocyanate treatment is used for the surface layer of the charging roll. This epichlorohydrin rubber has a high releasability and is extremely difficult for toner and other foreign matters to adhere to it.
[0039]
Low-hardness urethane foam is used for the conductive elastic layer.
[0040]
The diameter of the feeding shaft is 6 mm, the thickness of the elastic layer is 1.5 mm, the thickness of the surface layer is 0.5 mm, the outer diameter of the charging roll is 10 mm, and the hardness is 28 degrees (Asker C hardness).
[0041]
The surface layer of the charging roll of this embodiment has a high releasability, and toner and other foreign matters are less likely to adhere as compared with a normal charging roll. Furthermore, low hardness is achieved by using urethane foam as the conductive elastic layer, and toner and foreign matter are extremely difficult to adhere.
[0042]
The applied voltage of the charging roll is Vp-p = 1.3 KV, f = 650 Hz, and Vdc = −520V. In this embodiment, a voltage application method in which alternating current is superimposed on direct current is used, but a voltage application method using only direct current may be used.
[0043]
The charging roll is not limited to the above configuration. For example, the charging roll is formed by forming a rod-like or tubular conductive elastic layer on the outer peripheral surface of the power supply shaft, and covering the resistance layer and the surface protective layer thereon 3 A layer structure or the like may be used.
[0044]
In each layer of the charging roll, an ionic conductive material, an electronic conductive material, or both are dispersed. As the ion conductive substance, for example, perchlorate or ammonium salt such as lithium perchlorate, sodium perchlorate, ammonium perchlorate, quaternary ammonium chlorid, etc. are used. Examples of the electronic conductive material include carbon black and graphite, various conductive metals such as aluminum and stainless steel (SUS), or alloys, tin oxide, indium oxide, titanium oxide, and tin oxide-antimony oxide composite oxide. And fine powders of various conductive metal oxides such as tin oxide-indium oxide composite oxide can be used.
[0045]
The power supply shaft of the charging roll has a function as a support member for the charging roll in addition to the function as an electrode member. For example, a metal or alloy such as aluminum, copper alloy, SUS, or the like is plated with chromium, nickel, etc. It is made of a conductive material such as iron or synthetic resin.
[0046]
The conductive elastic layer is used to keep the charging roll at a predetermined resistance and hardness so that the charging roll can be uniformly charged by contacting the surface of the photosensitive drum with an appropriate nip width or nip pressure. Provided. The conductive elastic layer is formed by dispersing at least one substance selected from the above-described ion conductive substance and electronic conductive substance (hereinafter referred to as a conductive agent) in a rubber material. Examples of the rubber material include isoprene rubber, chloroprene rubber, epichlorohydrin rubber, butyl rubber, silicone rubber, urethane rubber, fluororubber, SBR, NBR, EPDM, styrene-butadiene rubber-styrene, and blended rubber thereof. The volume resistivity of the conductive elastic layer is closely related to the volume resistivity of the resistance layer. ^Four Ωcm to 10 ⁹ It is preferably within the range of Ωcm.
[0047]
The resistance layer is provided to adjust the charging roll to a predetermined resistance value, and is formed from a thin film in which a conductive agent is dispersed in a polymer material such as polyamide, polyethylene, polyurethane, acrylic resin, epichlorohydrin rubber. The The volume resistivity of the resistance layer is 10 ^Four Ωcm to 10 ⁹ It is preferably within the range of Ωcm.
[0048]
The surface protective layer is provided in order to prevent tack on the surface of the photosensitive drum (a phenomenon in which the conductive agent oozes out and adheres to the photosensitive member) or to prevent abrasion of the resistance layer. It is formed from a thin film in which a conductive agent is dispersed in a polymer material such as polyethylene, polyurethane, and acrylic resin. The volume resistivity of the surface protective layer is 10 ^Four Ωcm to 10 ⁹ It is preferably within the range of Ωcm.
[0049]
The surface protective layer does not need to be provided when there is no fear of the above-described tack generation.
[0050]
Further, the resistance layer can be eliminated by adjusting the resistance value of the charging roll with the surface protective layer. Furthermore, if there is a possibility that softeners or rubber materials may bleed from the conductive elastic layer, an intermediate layer in which a conductive agent is dispersed in polyamide, polyurethane or the like is interposed between the conductive elastic layer and the resistance layer. It is preferable to provide it.
[0051]
The volume resistivity of the charging roll is 10 ^Four Ωcm to 10 ⁹ It is preferably within the range of Ωcm. This can be adjusted within this range by appropriately combining the volume resistivity and the film thickness of each constituent material such as the conductive elastic layer, the resistance adjusting layer, and the surface protective layer.
[0052]
In the image forming apparatus of the present embodiment, spherical toner having high releasability is used.
[0053]
Next, a basic image forming operation of the image forming apparatus 100 will be described.
[0054]
First, toner image formation by the yellow image forming unit 10Y is started, and a predetermined charge is applied to the surface of the photosensitive drum 11Y rotating in the direction of arrow A by the charging roll 12Y. Next, the exposure device 13Y irradiates the surface of the photosensitive drum 11Y with exposure light corresponding to a yellow image to form a yellow latent image. The latent image is developed with yellow toner by the developing device 14Y to form a yellow toner image on the photosensitive drum 11Y. The toner image is transferred to the intermediate transfer belt 17 by the primary transfer roll 15Y.
[0055]
The intermediate transfer belt 17 circulates in the direction of the arrow B, and is synchronized with the timing at which the yellow toner image transferred onto the intermediate transfer belt 17 reaches the primary transfer roll 15M of the next color image forming unit 10M. The magenta image forming unit 10M forms a toner image so that the next color magenta toner image reaches the primary transfer roll 15M. The magenta toner image formed in this way is transferred onto the yellow toner image on the intermediate transfer belt 17 while being superimposed on the primary transfer roll 15M.
[0056]
Subsequently, toner image formation by the cyan and black image forming units 10C and 10K is performed at the same timing as described above, and sequentially on the yellow and magenta toner images on the intermediate transfer belt 17 in the primary transfer rolls 15C and 15K. It is transcribed again.
[0057]
Thus, the multicolor toner image transferred onto the intermediate transfer belt 17 is secondarily transferred onto the paper P by the secondary transfer roll 19, and the multicolor toner image is conveyed along with the paper P in the direction of the arrow D, and the fixing device 20. As a result, the image is fixed on the paper P and a color image is formed.
[0058]
Next, details of the cleaning unit will be described.
[0059]
As shown in FIG. 1, the cleaning units 16Y, 16M, 16C, and 16K are arranged downstream of the primary transfer rolls 15Y, 15M, 15C, and 15K in the rotation direction of the photosensitive drums 11Y, 11M, 11C, and 11K. Then, residual toner remaining on each photosensitive drum after transfer is removed.
[0060]
FIG. 2 is a diagram illustrating details of the cleaning unit of the image forming apparatus according to the present exemplary embodiment.
[0061]
As shown in FIG. 2, the cleaning unit 16 includes a brush 16 </ b> _ 1 including a rotating shaft 16 a that rotates in the direction of an arrow B while being in contact with the surface of the photosensitive drum 11, and bristles 16 b that are radially planted on the rotating shaft 16 a. In the cleaning process in which the residual toner t on the photosensitive drum 11 is once electrostatically recovered from the photosensitive drum 11, a predetermined recovery voltage is applied to the rotating shaft 16a, and the toner recovered in the cleaning process is removed from the photosensitive drum. In the discharging step of discharging the electrostatically onto the power source 11, a power supply unit 16_2 that applies a discharging voltage having a polarity different from the polarity of the recovered voltage to the rotating shaft 16a, and a portion that contacts the rotating shaft 16a of the hair 16b in the discharging step And a potential gradient generating means 16_3 for generating a potential gradient between the hair and the tip of the bristles 16b.
[0062]
The rotation direction of the rotation shaft 16a may be either the B direction indicated by the arrow or the direction opposite to the rotation direction A of the photosensitive drum 11, but in this embodiment, it is the same as the photosensitive drum 11. The direction of In addition, the outer peripheral speed of the brush 16_1 was set to be one time the outer peripheral speed of the photosensitive drum 11.
[0063]
The potential gradient generating means 16_3 includes a metal electrode 16_3a having a contact portion that comes into contact with the tip of the bristles 16b and a ground member 16_3b that grounds the metal electrode 16_3a.
[0064]
In order to explain the operation and effect of the cleaning unit of the present embodiment, the operation of the cleaning unit when no potential gradient generating means is provided will be described.
[0065]
FIG. 3 is a diagram illustrating an operation during the cleaning process when the potential gradient generating unit is omitted from the cleaning unit illustrated in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the potential gradient generating unit from the cleaning unit illustrated in FIG. It is a figure which shows the operation | movement at the time of the discharge process when there exists.
[0066]
The cleaning device shown in FIGS. 3 and 4 includes a cleaning process for electrostatically collecting the residual toner t on the photoconductor drum 11 from the photoconductor drum 11, and the toner t collected in the cleaning process on the photoconductor drum 11. A two-step cleaning device having a discharge step for discharging electrostatically.
[0067]
The cleaning unit 16 ′ includes a rotating shaft 16 a that rotates in the direction of arrow B while the residual toner t on the surface of the photosensitive drum 11 is in contact with the surface of the photosensitive drum 11, and hairs 16 b that are radially implanted on the rotating shaft 16 a. In the cleaning process, a recovery voltage for electrostatically recovering the residual toner t from the photosensitive drum 11 to the brush 16_1 is applied to the rotating shaft 16a. In the discharging process, the polarity of the recovered voltage is applied to the rotating shaft 16a. And a power supply unit 16_2 for applying a discharge voltage having a different polarity from the above.
[0068]
In this embodiment, there is almost no transfer residual toner having a negative polarity, the recovery voltage is a positive polarity as shown in FIG. 3, and the discharge voltage is a negative polarity as shown in FIG.
[0069]
As shown in FIG. 3, in the toner cleaning process, the residual toner t on the photosensitive drum 11 is electrostatically collected by the brush 16_1 to which a voltage is applied by the power supply unit 16_2. Next, in the discharge process, as shown in FIG. 4, the toner t on the brush 16_1 collected in the cleaning process is discharged from the power supply unit 16_2 by the discharge voltage having a polarity different from the polarity of the collection voltage. It will be discharged electrostatically upward.
[0070]
However, since the cleaning unit 16 ′ is not provided with the potential gradient generating means as shown in FIG. 2, some of the toner t ′ of the toner t once captured by the brush 16_1 is contained inside the brush bristles 16b. Get in.
[0071]
FIG. 5 is a diagram illustrating the behavior of the toner that has entered the brush in the cleaning unit illustrated in FIG. 4.
[0072]
As shown in FIG. 5, only the toner t adhering to the surface layer is discharged by the force of the electric field, but the toner t ′ that has entered the interior of the brush bristles 16b is applied even if the discharge electric field is applied by the power supply unit 16_2. Since no electric field is generated, the toner t is not discharged sufficiently, and only the toner t on the surface of the brush 16_1 is discharged to the photosensitive drum 1 by the action of the discharged electric field.
[0073]
Accordingly, the toner t ′ that has entered the bristles 16b gradually increases each time the cleaning process is repeated. If the amount exceeds the allowable limit, the cleaning device cannot sufficiently remove the residual toner, and the residual toner When the charging roll is contaminated, charging failure will eventually occur.
[0074]
On the other hand, the cleaning unit 16 of the present embodiment shown in FIG. 2 is provided with a potential gradient generating means 16_3, and a current flows between the rotating shaft 16a of the brush 16_1 and the metal electrode 16_3a, causing a voltage drop to occur. Since a gradient is formed, an electric field is also generated inside the brush bristles 16b, and the toner t ′ that has entered the interior also moves to the metal electrode 16_3a side (brush surface layer side). The toner once moved to the brush surface layer side is discharged onto the photosensitive drum 11 by the electric field applied in the vicinity when the brush 16_1 rotates and reaches the vicinity of the photosensitive drum 11.
[Example 1]
Next, as shown in FIG. 2, the effect in the case of including the potential gradient generating means 16_3 having the metal electrode 16_3a that contacts the tip portion of the bristles 16b of the brush 16_1 and the ground member 16_3b that grounds the metal electrode 16_3a is provided. explain.
[0075]
Table 1 shows the influence of the presence or absence of the potential gradient generating means on the discharge efficiency.
[0076]
As the test cleaning unit 16 (see FIG. 2), a brush 16_1 having an outer diameter of 10 mm formed by planting hairs 16b radially on a rotating shaft 16a having a diameter of 5 mm, and a power source unit 16_2 having a direct current of −450 V are used. , Transfer residual toner 0.2 g / m ² After cleaning one sheet of A3 paper under the above conditions, the discharge efficiency when discharging for 1 second was measured. As the hair 16b, one having a resistance of 5 logΩ was used.
[0077]
[Table 1]

[0078]
As shown in Table 1, the discharge efficiency was 97% when there was no electrode (no potential gradient generating means), whereas the discharge efficiency was 99.5% when there was an electrode (with potential gradient generating means). Reached.
[0079]
The discharge efficiency of 97% without an electrode means that the transfer residual toner is not discharged from the brush 16_1 but accumulated by 3% inside the hair 16b, and causes a charging failure in a short period of time. It becomes. Therefore, the discharge efficiency needs to be maintained at 99% or more.
[0080]
In addition, when using a brush 16_1 having an outer diameter of 19 mm formed by flocking hairs 16b radially on a rotary shaft 16a having a diameter of 8 mm, substantially the same result as above was obtained.
[Example 2]
Next, the influence when the resistance of the metal electrode is changed will be described. The conditions were the same as in Example 1 except for the resistance of the metal electrode.
[0081]
Table 2 shows the presence / absence of failure when the resistance of the metal electrode is variously changed.
[0082]
[Table 2]

[0083]
As shown in Table 2, when the resistance of the metal electrode was less than 5 logΩ, the power supply capacity exceeded or brush leakage occurred, and stable cleaning could not be performed. However, when the resistance of the metal electrode was 5 logΩ or more There was no problem and stable cleaning was possible.
[Example 3]
FIG. 6 is a diagram showing a cleaning unit when a resistor is interposed between the metal electrode and the ground as the potential gradient generating means.
[0084]
As shown in FIG. 6, the potential gradient generating means of the third embodiment includes a resistor 16_3c interposed between the metal electrode 16_3a and the ground instead of the ground member 16_3b of the first embodiment.
[0085]
Table 3 shows the presence / absence of failure when the resistance of the resistor is variously changed.
[0086]
[Table 3]

[0087]
As shown in Table 3, when the resistance of the resistor is less than 5 log Ω, the power source capacity has exceeded or brush leakage has occurred, and stable cleaning has not been possible. However, when the resistance of the resistor is 5 log Ω or more There was no problem and stable cleaning was possible.
[Example 4]
FIG. 7 is a diagram showing a cleaning unit when a DC power source is provided as a potential gradient generating means.
[0088]
The potential gradient generating means of the fourth embodiment includes a DC power supply 16_3d that applies a DC voltage to the metal electrode 16_3a, instead of the ground member 16_3b of the first embodiment.
[0089]
Table 4 shows the presence / absence of defects when various DC voltages are applied to the metal electrodes.
[0090]
[Table 4]

[0091]
As shown in Table 4, when the power supply voltage was less than -250V, the power supply capacity exceeded or brush leakage occurred, and stable cleaning could not be performed. Stable cleaning could be performed without occurrence of the above.
[0092]
[Example 5]
Table 5 shows the presence or absence of the occurrence of defects when the resistance of the brush hair is variously changed.
[0093]
[Table 5]

[0094]
As shown in Table 5, when the brush hair resistance was less than 5 log Ω, power supply capacity exceeded or brush leakage occurred, and stable cleaning could not be performed, but the brush hair resistance was 5 log Ω or more. In this case, no trouble occurred and stable cleaning could be performed.
[Example 6]
Next, in the cleaning process, a negative recovery voltage is applied to the brush as viewed from the potential of the photosensitive drum in contact with the brush in the cleaning process. An embodiment in the case of applying to the brush will be described.
[0095]
This embodiment is an example in the case where the toner remaining on the photosensitive drum has a positive polarity.
[0096]
FIG. 8 is a diagram illustrating a cleaning unit including the power supply unit according to the sixth embodiment.
[0097]
The power supply unit 16_4 applies a negative recovery voltage to the rotating shaft 16a of the brush 16_1 in view of the potential of the photosensitive drum 11 in contact with the brush 16_1 in the cleaning process, and in the discharging process, the photosensitive drum in contact with the brush 16_1. 11, a positive discharge voltage is applied to the rotating shaft 16a of the brush 16_1.
[0098]
When the power supply unit 16_4 is used, the positive polarity toner on the photosensitive drum is easily collected by the brush in the cleaning process, and the positive polarity toner on the brush is easily discharged to the photosensitive drum in the discharge process. The positive polarity residual toner can be more reliably cleaned by the potential gradient generating means.
[Example 7]
Next, in the cleaning process, a positive recovery voltage is applied to the brush as viewed from the potential of the photosensitive drum in contact with the brush in the cleaning process, and a negative discharge voltage is applied as viewed from the potential of the photosensitive drum in contact with the brush in the discharge process. An embodiment in the case of applying to the brush will be described.
[0099]
In this embodiment, the negative polarity toner remaining on the photosensitive drum is cleaned.
[0100]
FIG. 9 is a diagram illustrating a cleaning unit including the power supply unit according to the seventh embodiment.
[0101]
The power supply unit 16_5 applies a positive recovery voltage to the rotating shaft 16a of the brush 16_1 in view of the potential of the photosensitive drum 11 in contact with the brush 16_1 in the cleaning process, and the photosensitive drum in contact with the brush 16_1 in the discharging process. 11, a negative discharge voltage is applied to the rotating shaft 16a of the brush 16_1.
[0102]
When the power supply unit 16_5 is used, the negative polarity toner on the photosensitive drum is easily collected by the brush in the cleaning process, and the negative polarity toner on the brush is easily discharged to the photosensitive drum in the discharge process. Further, the negative polarity residual toner can be more reliably cleaned by the potential gradient generating means.
[Example 8]
Next, an embodiment will be described in which the power supply unit is configured to apply an alternating voltage or a recovery voltage obtained by superimposing a DC voltage on the alternating voltage to the rotating shaft of the brush in the cleaning process.
[0103]
The eighth embodiment is an example in which the transfer residual toner has both negative and positive polarities to some extent, and the toner of both polarities must be cleaned.
[0104]
FIG. 10 is a diagram illustrating a cleaning unit including the power supply unit according to the eighth embodiment.
[0105]
The power supply unit 16_6 includes an alternating power supply unit 16_6a and a DC power supply unit 16_6b. In the cleaning process, an alternating voltage or a recovered voltage obtained by superimposing the DC voltage on the alternating voltage is applied to the rotating shaft 16a of the brush 16_1. . By doing so, an alternating electric field is generated between the photosensitive drum 11 and the brush 16_1 in the cleaning process, and both the positive polarity toner and the negative polarity toner can be collected in the brush 16_1.
[0106]
As the recovery voltage, an alternating voltage of Vp-p: 600 V and frequency: 3 KHz is used, but a DC voltage may be superimposed as necessary.
[0107]
In this way, by cleaning using a recovery voltage including at least an alternating voltage, both the positive polarity toner and the negative polarity toner are recovered by the brush 16_1, and then, in the discharge step shown in the next embodiment 9, the positive polarity toner is recovered. Toner and negative polarity toner are sequentially discharged onto the photosensitive drum 11.
[0108]
When this power supply unit 16_6 is used, both the positive polarity toner and the negative polarity toner on the photosensitive drum can be collected in the brush in the cleaning process. The remaining toner can be more reliably cleaned.
[Example 9]
In the ninth embodiment, in the cleaning process of the eighth embodiment, an alternating voltage or a recovery voltage obtained by superimposing a DC voltage on the alternating voltage is applied to the rotating shaft 16a of the brush 16_1 to thereby add positive polarity toner and negative polarity toner. This relates to the operation of the power supply unit in the discharge process after both are collected by the brush 16_1.
[0109]
FIG. 11 is a diagram illustrating the cleaning unit in the case where the first discharge voltage is applied to the rotation shaft of the brush in the ninth embodiment.
[0110]
As shown in FIG. 11, the power supply unit 16_7 includes an alternating power supply unit 16_7a and a DC power supply unit 16_7b. First, the DC power supply unit 16_7b applies a −450V-th rotation to the rotating shaft 16a of the brush 16_1. A discharge voltage of 1 is applied. As a result, the negative polarity toner on the brush 16_1 is discharged onto the photosensitive drum 11.
[0111]
FIG. 12 is a diagram illustrating the cleaning unit in the case where the second discharge voltage is applied to the rotation shaft of the brush in the ninth embodiment.
[0112]
After the negative polarity toner is discharged as shown in FIG. 11, the DC power supply 16_7b causes the rotating shaft 16a of the brush 16_1 to have a + 450V first polarity different from the polarity of the first discharge voltage, as shown in FIG. 2 discharge voltage is applied. As a result, the positive polarity toner on the brush 16_1 is discharged onto the photosensitive drum 11.
[0113]
The polarity of the first discharge voltage and the polarity of the second discharge voltage may be opposite to those in the ninth embodiment.
[0114]
When the power supply unit 16_7 is used, both the positive polarity toner and the negative polarity toner on the photosensitive drum are collected in the brush in the cleaning process, and then both the positive polarity toner and the negative polarity toner on the brush drum are removed. Since the toner can be discharged onto the photosensitive drum, the positive polarity and negative polarity residual toner can be more reliably cleaned by the potential gradient generating means.
[0115]
【The invention's effect】
As described above, according to the image forming apparatus of the present invention, since the brush is provided with the potential gradient generating means, the toner accumulated in the brush is moved to the brush surface by the potential gradient generated in the brush. Therefore, it is possible to obtain a high-efficiency discharge rate that has been impossible in the past, and to effectively prevent image defects due to contamination of the charging roll by residual toner on the photosensitive drum.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating details of a cleaning unit of the image forming apparatus according to the exemplary embodiment.
3 is a diagram illustrating an operation during a cleaning process when the potential gradient generating unit is omitted from the cleaning unit illustrated in FIG. 2;
4 is a diagram illustrating an operation during a discharge process when the potential gradient generating unit is omitted from the cleaning unit illustrated in FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram illustrating the behavior of toner that has entered the brush in the cleaning unit illustrated in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a cleaning unit when a resistor is interposed between a metal electrode and ground as a potential gradient generating unit.
FIG. 7 is a diagram showing a cleaning unit when a DC power source is provided as a potential gradient generating unit.
8 is a diagram illustrating a cleaning unit including a power supply unit according to a sixth embodiment. FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a cleaning unit including a power supply unit according to a seventh embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a cleaning unit including a power supply unit according to an eighth embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a cleaning unit when a first discharge voltage is applied to a rotation shaft of a brush in Example 9.
12 is a diagram illustrating a cleaning unit in a case where a second discharge voltage is applied to a rotation shaft of a brush in Example 9. FIG.
[Explanation of symbols]
10Y, 10M, 10C, 10K Image forming unit
11Y, 11M, 11C, 11K Photosensitive drum
12Y, 12M, 12C, 12K Charging roll
13Y, 13M, 13C, 13K exposure equipment
14Y, 14M, 14C, 14K Developer
15Y, 15M, 15C, 15K Primary transfer roll
16, 16 ', 16Y, 16M, 16C, 16K Cleaning section
16a Rotating shaft
16b hair
16_1 Brush
16_2 Power supply
16_3 Potential gradient generating means
16_3a Metal electrode
16_3b Grounding member
16_3c resistor
16_3d DC power supply
16_4, 16_5, 16_6 power supply unit
16_6a, 16_7a alternating power supply
16_6b, 16_7b DC power supply
17 Intermediate transfer belt
18 Intermediate transfer belt cleaner
19 Secondary transfer roll
20 Fixing device
100 Image forming apparatus

Claims

An image carrier that moves in a predetermined direction, a toner image forming unit that forms a toner image on the image carrier, and a transfer unit that transfers a toner image formed by the toner image forming unit to a predetermined transfer target And an image forming apparatus having a cleaning unit that removes residual toner remaining on the image carrier without being transferred to the transfer body,
The cleaning unit
A brush composed of a rotating shaft that rotates in a predetermined direction while being in contact with the surface of the image carrier, and hairs that are radially implanted on the rotating shaft;
In the cleaning process in which the residual toner is once electrostatically recovered from the image carrier, a predetermined recovery voltage is applied to the rotating shaft of the brush, and the toner recovered in the cleaning process is electrostatically applied to the image carrier. A power supply unit that applies a discharge voltage having a polarity different from the polarity of the recovery voltage to the rotation axis of the brush in the discharge step of discharging to
An image forming apparatus comprising: a potential gradient generating unit configured to generate a potential gradient between a portion in contact with the rotation axis of the hair and a tip portion of the hair during the discharging step.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the potential gradient generating unit includes a metal electrode having a contact portion that contacts a tip portion of the hair and a grounding member that grounds the metal electrode.

The image forming apparatus according to claim 2, wherein the metal electrode has a resistance of 5 logΩ or more.

3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the potential gradient generating means has a resistor interposed between the metal electrode and ground instead of the ground member.

3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the potential gradient generating unit has a DC power source for applying a DC voltage to the metal electrode instead of the ground member.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the hair has a resistance of 5 logΩ or more.

In the cleaning step, the power supply unit applies a negative recovery voltage to the rotating shaft as viewed from the potential of the image carrier in contact with the brush, and in the discharge step, from the potential of the image carrier in contact with the brush. 2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a positive discharge voltage is applied to the rotating shaft.

In the cleaning step, the power supply unit applies a positive recovery voltage to the rotating shaft in view of the potential of the image carrier in contact with the brush. In the discharging step, the power supply unit determines from the potential of the image carrier in contact with the brush. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a negative discharge voltage is applied to the rotating shaft.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the power supply unit applies a recovery voltage including at least an alternating voltage to the rotating shaft in the cleaning step.

In the discharge step, the power supply unit first applies a first discharge voltage having either a positive or negative polarity to the rotation shaft as viewed from the potential of the image carrier in contact with the brush. 10. The image forming apparatus according to claim 9, wherein a second discharge voltage having a polarity different from the polarity of the first discharge voltage is applied to the rotating shaft.