クリーニング装置、画像形成装置
【課題】長期間使用しても、像担持体の表面上に深いスジ状の傷を作らない。
【解決手段】トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去する１以上のクリーニングブラシを有するクリーニング装置において、少なくとも１つのクリーニングブラシを、当該クリーニングブラシの長手方向に揺動させる揺動機構を有するクリーニング装置または、当該クリーニング装置を有する画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去する１以上のクリーニングブラシを有するクリーニング装置において、少なくとも１つのクリーニングブラシを、当該クリーニングブラシの長手方向に揺動させる揺動機構を有するクリーニング装置または、当該クリーニング装置を有する画像形成装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体表面上に残留する不要なトナーを除去するクリーニング装置、および当該クリーニング装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の画像形成装置では、一般に、像担持体上からトナー像を記録材などの被転写材に転写した後に、その像担持体表面上に残留する不要なトナーをクリーニング装置によって除去する。像担持体とは、例えば、感光体ドラムである。このクリーニング装置は、画像形成装置の内部に設けられ、構成が簡単でかつクリーニング性能も優れていることから、クリーニングブレードにより掻き取るブレード方式のものが広く利用されている。ブレード方式は、構成が簡単でかつクリーニング性能も優れている。ブレード方式は、像担持体表面を機械的に摺擦する力が強いため、画像流れ（画像ボケ）が発生しにくいが、像担持体表面の摩耗や傷を防止することが大きな課題である。
そこで、像担持体表面上のトナーを静電作用によりクリーニングする、磁気ブラシやファーブラシを用いた静電ブラシクリーニング方式が検討されている。静電ブラシクリーニング方式は、ブレードクリーニング方式と比較すると、クリーニング維持性が高く、特に高速の画像形成装置において有利である。
一般的に、電子写真方式の画像形成装置の転写工程において、像担持体表面上に付着するトナーの極性（正規極性）とは逆極性のバイアスを被転写材に印加して、像担持体表面上のトナー像を被転写材上に転写する。そのため、転写後の像担持体表面上に残留した転写残トナーの中には、正規極性のままの正規極性トナーと、正規極性とは逆極性に帯電した逆帯電トナーとが存在する。
従って、クリーニングブラシが１個のみであったり、クリーニングブラシが２個以上であったとしてもいずれのクリーニングブラシも一方の極性のバイアス電圧しか印加されないならば、像担持体表面に残留する不要なトナーのうち、いずれか一方の極性を有するトナーは、実質的に除去されない。従って画質の劣化が生じるという問題がある。
よって、静電クリーニング方式を採用する場合、両極性のトナーを静電的に回収できる構成が有効である。このため、像担持体表面の負に帯電したトナーを静電的に吸引するため正電荷が印加された第１クリーニングブラシと、像担持体表面の正に帯電したトナーを静電的に吸引するため負電荷が印加された第２クリーニングブラシとを備えたクリーニング装置が開示されている（例えば、特許文献1参照）。
しかし、このような構成の静電ブラシクリーニング方式においても、上述のブレードクリーニング方式と比較して像担持体表面の機械的掻き取り力が低く、帯電器から生じる放電生成物を充分に除去できないことによる画像流れ（画像ボケ）が発生しやすいという課題がある。
また、ブラシクリーニング方式は、一度クリーニング対象物（この説明では、像担持体）に傷がつくとブラシ繊維がその傷を繰り返しなぞる傾向があることが確認されている。これにより像担持体の傷はスジ状の深い溝となり、ハーフトーン画像の白スジ異常画像が発生しやすくなるという課題がある。
これらの課題に対して、２つのクリーニングブラシのうち像担持体回転方向の上流側に位置するクリーニングブラシのブラシ繊維１本あたりの先端力が、像担持体回転方向の下流側に位置するクリーニングブラシのブラシ繊維１本あたりの先端力よりも大きい先端力で前記感光体に接触するように２つのクリーニングブラシを配置する画像形成装置が開示されている（特許文献２参照）。
また、像担持体の回転方向に沿って２つのクリーニングブラシが配置され、トナーが樹脂粒子中に無機微粒子を分散含有させた複合粒子を含むことを特徴とする画像形成方法が開示されている（特許文献３参照）。
また、２つのクリーニングブラシのうち像担持体回転方向下流側に位置する第２クリーニングブラシが、像担持体回転方向上流側に位置する第１クリーニングブラシよりも剛性の高い材料を用い、この第２クリーニングブラシにおける機械的掻き取り力を第１クリーニングブラシにおける機械的掻き取り力よりも強くしたことを特徴とする画像形成装置が開示されている（特許文献４参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献２〜４に記載されている画像形成装置のいずれにおいても、ブラシ繊維による像担持体の深いスジ状の傷の発生を防げず、ハーフトーン画像の白スジ異常画像が発生しやすくなるという課題が解決されていない。
そこで、本発明では上記のような課題を鑑みて、像担持体の深いスジ状の傷を作らないクリーニング装置、および当該クリーニング装置を用いた画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去する１以上のクリーニングブラシを有するクリーニング装置において、少なくとも１つのクリーニングブラシを、当該クリーニングブラシの長手方向に揺動させる揺動機構を設けた。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のクリーニング装置であれば、像担持体の表面上に深いスジ状の傷を作らずに、トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施例の画像形成装置の一部の機構構成例を示した図である。
【図２】本実施例のクリーニング装置の機構構成例を示した図である。
【図３】感光体ドラムの積層例を示した図である。
【図４】本実施例の揺動機構を示した図である。
【図５】本実施例の揺動機構の斜視図を示した図である。
【図６】図６（Ａ）は、本実施例の揺動機構を適用した画像形成装置の感光体ドラムの断面曲線を示した図であり、図６（Ｂ）は本実施例の揺動機構を適用しない画像形成装置の感光体ドラムの断面曲線を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行う過程には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【０００８】
図１に実施例１のクリーニング装置７を用いた画像形成装置１００の一例の概略図を示す。画像形成装置１００は、少なくとも、感光体ドラム１と、帯電器２と、光書き込み器３と、現像器４と、転写チャージャ５と、分離チャージャ６と、クリーニング装置７と、除電器８と、を有する。また、図２にクリーニング装置７の機能構成例を示す。
画像生成装置１００による作像処理は、主に、帯電器２による帯電処理、光書き込み器３による露光処理、現像器４による現像処理、転写チャージャ５、分離チャージャ６による転写処理、クリーニング装置７によるクリーニング処理、除電器８による除電処理、に大別できる。まず、画像形成装置１００の各部について簡単に説明する。また、像担持体は中間転写体、電子写真用感光体（感光体ドラム１）などである。
感光体ドラム１はメインモータ（図示せず）により回転駆動される。感光体ドラム１は、帯電器２により均一に帯電される。その後、感光体ドラム１は、光書き込み器３により画像露光を受けて静電潜像が形成される。そして、この静電潜像が現像器４で現像されてトナー像となる。具体的には、この現像器４は現像バイアス電源から現像バイアスが印加され、小粒径のトナーにより感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。感光体ドラム１上のトナー像は給紙装置（図示せず）から送られてきた転写紙へ転写チャージャ５により転写される。そして、この転写紙は分離チャージャ６により感光体ドラム１から分離されて定着器（図示せず）によりトナー像が定着される。また、感光体ドラム１は転写紙分離後（トナー転写後）クリーニング装置７により残留したトナーが除去され、除電器８により除電されて再使用可能となる。
図３に感光体ドラム１の積層例を示す。例えば、感光体ドラム１が有機系感光体である場合には、図３に示すように、導電性支持体１０上に有機感光層１１が積層されたものであり、この感光層１１は好ましくは電荷発生層１２と電荷輸送層１３に機能分離された積層型感光層である。
導電性支持体１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属、導電性物質を単独又は適当なバインダ−と共に塗布して導電層を設けた金属、あるいは導電処理したプラスデツクや紙などをドラム状又はシ−ト状に成形したものなど、従来公知のいずれのものも用いることができる。
電荷発生層１２は、アゾ顔料、キノン顔料、キノシアニン顔料、ペリレン顔料、インジゴ顔料、フタロシアニン顔料などの電荷発生物質を、ポリビニルブチラ−ル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリカ−ボネ−トなどの結着性樹脂に分散含有させて形成することができる。また、真空蒸着装置によって真空蒸着膜として形成することもできる。好ましい膜厚は０．1〜３μｍである。
電荷輸送層１３はスチリル系化合物、ヒドラゾン系化合物、トリアリ−ルアミン系化合物、カルバゾ−ル系化合物、オキサゾ−ル系化合物、ピラゾリン系化合物などの電荷輸送物質を、ボリアリレ−ト、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリカ−ボネ−トなどの結着剤樹脂に分散含有させて形成することができる。好ましい膜厚は１０〜４０μｍである。また、感光層１１の構成として電荷発生層１２を電荷輸送層１３の上に形成してもよく、さらには感光層１１は前述の電荷発生物質と電荷輸送物質とを同一層に含有させた単一層型であってもよい。
さらに、導電性支持体１０と感光層１１との間には、接着性及びバリヤ−性を向上させるために下引き層などの中間層を設けてもよい。また、耐刷性を確保するために最表面に保護層を形成しても良い。
次に、図２を用いて、クリーニング装置７について説明する。クリーニング装置７は、ハウジング７０と、当該ハウジング７０内に第１クリーニングブラシ７１と、第１回収ロール部材７２と、第１スクレーパー７３（以下、これらを「第１クリーニングユニット」という。）と、第２クリーニングブラシ７６と、第２回収ロール部材７７と、第２スクレーパー７８（以下、これらを「第２クリーニングユニット」という。）と、を有する。この実施例では、２個のクリーニングブラシ（第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６）が用いられる。そして、第１クリーニングブラシ７１は、感光体ドラム１の回転方向（時計方向）の上流側に位置し、第２クリーニングブラシ７６は、感光体ドラム１の回転方向の下流側に位置する。
また、転写後の感光体ドラム１上の残留トナーの極性は、転写電界の影響によりばらつきやすい。すなわち、残留トナーの大半は、現像時に感光体ドラム１に供給されるトナーの極性と同極性のままで存在するが、その一部は逆極に反転する場合がある。このような場合、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６に印加される電圧を互いに異なるものとする。つまり、第１クリーニングブラシ７１は、トナー転写後に感光体ドラム１の外周面１ａに残留したトナーを除去するトナー帯電極性と逆極性のバイアス電圧が印加されており、第２クリーニングブラシ７６はトナー帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されている。その結果、一方を正規の極性に帯電した残留トナーのクリーニング用、他方を逆極性に帯電した残留トナーのクリーニング用として使用することで、正規の極性に帯電した残留トナー及び逆極性に帯電した残留トナーの双方を効率的に除去することができる。
つまり、第１クリーニングブラシ７１と回収ロール部材７２とにトナーの正規の極性と異なる極性の電圧を印加することで、第１クリーニングブラシ７１は、残留トナーの大半を占める正規の極性のトナーを静電的に吸着除去できる。一方、第２クリーニングブラシ７６と第２回収ロール部材７７とにトナーの正規の極性と同極性の電圧を印加する事で、第２クリーニングブラシ７６は、逆極性に帯電した残留トナーを静電的に吸着除去できる。
また、第１クリーニングブラシ７１と第２クリーニングブラシ７６、第１回収ロール部材７２と第２回収ロール部材７７とは、印加される電圧の極性以外は、全て同じ構成としてもよい。また、第１スクレーパー７３と第２スクレーパー７８も同じ構成としてもよい。したがって、説明簡略化のために、以下では、第１クリーニングブラシ７１、第１回収ロール部材７２、第１スクレーパー７３について説明し、第２クリーニングブラシ７６、第２回収ロール部材７７、第２スクレーパー７８の説明は省略する。
図４に第１クリーニングブラシ７１などを真横から見た図を示す。第１クリーニングブラシ７１は、第１ブラシ部７１ａと第１ブラシシャフト７１ｂとからなり、第２クリーニングブラシ７６は、第２ブラシ部７６ａと第２ブラシシャフト７６ｂとからなる。なお、第２クリーニングブラシ７６は、第１クリーニングブラシ７１と同様の構成であるため、図、説明は省略する。具体的には、第１クリーニングブラシ７１は、第１ブラシシャフト７１ｂの外周面上に、外側に伸びる複数の繊維（つまり、第１ブラシ部７１ａ）を配してロール状にしたものである。
第１ブラシシャフト７１ｂは感光体ドラム１のドラムシャフト１ｂと平行に配置されている。第１ブラシシャフト７１ｂと感光体ドラム１との距離は、第１ブラシ部のブラシ先端の感光体ドラム１に対する食い込み量が所定の値（好ましくは０．５〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．９〜１．８ｍｍ）となるように設定される。
また、ハウジング７０の感光体ドラム１と近い側に開口部７０ａを有する。その開口部７０ａにおいて第１ブラシ部７１ａの第１ブラシ外周面７１ｃがそれぞれ感光体ドラム１のドラム外周面１ａに圧接される。ここで、第１ブラシ外周面７１ｃ、第２ブラシ外周面７６ａはブラシ先端で形成される面である。
そして、第１クリーニングブラシ７１は、感光体ドラム１の回転方向と同方向または逆方向に回転可能となる。
また、第１ブラシ部７１ａの好適な材料として、ポリアミド、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル等の樹脂繊維があり、また、Ｓ−７（東レ社製）、ＵＵナイロン（ユニチカ社製）等の市販品を使用してもよい。これらの繊維の太さは、好ましくは３０デニール以下、より好ましくは２０デニール以下、さらに好ましくは０．５〜１０デニールである。また、繊維の密度は、好ましくは２０，０００本／ｉｎｃｈ2以上、より好ましくは６０，０００本／ｉｎｃｈ２以上である。
また、第１ブラシ部７１ａ、または第２ブラシ部７６ａの繊維に導電性を付与する方法としては、繊維に導電性粉末やイオン導電材を配合する方法、繊維の内部又は外部に導電層を形成する方法等がある。また、導電性が付与された繊維の抵抗値は、繊維単体で１０２〜１０９Ω・ｃｍが好ましい。
第１回収ロール部材７２は、第１ロール部７２ａと第１回収ロールシャフト７２ｂとからなり、第２回収ロール部材７７は、第２ロール部７７ａと第２回収ロールシャフト７７ｂとからなる。第１回収ロール部材７２は、第１回収ロールシャフト７２ｂの外周面に、第１ロール部７２ａとして熱硬化性樹脂を硬化させてロール状に配したものである。第２回収ロール部材７７も同様である。
第１回収ロールシャフト７２ｂの両端はハウジング７０に固定されている。第１ブラシシャフト７１ｂはドラムシャフト１ａと平行に配置されている。第１回収ロール部材７２は、第１回収ロールシャフト７２ｂを回転軸として、回転可能である。
第１ロール部７２ａに用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でもフェノール樹脂は、寸法精度が高い、成型が容易である、成形体の表面平滑性に優れる、安価である等の利点を有するので好ましい。
また、第１ロール部７２ａの曲げ弾性率は７００ｋＰａ以上であることが好ましい。曲げ弾性率が７００ｋＰａ未満であると、回収ロール部材に撓みが生じてブラシ部材やブレード部材との当接位置や食い込み量を所定値に保持することが困難となる。また、曲げ弾性率が７００ｋＰａ未満の材料を用いて回収ロール部材の肉厚を増加させて剛性を保持しようとすると、成形収縮が大きくなって寸法精度が不十分となり、さらには、重量が増加する、成形時間が増加する、後工程が必要となる等の問題が生じてコストが増大する。なお、ここでいう曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７２０３に準拠して測定される値をいう。
また、第１ロール部７２ａの外周面７２ｃは、第１ブラシ部７１ａ及び第１スクレーパー７３、と接触状態にあるため、第１ロール部７２ａの外周面７２ｃは磨耗し得る。従って、第１ロール部７２ａの外周面７２ｃについてＪＩＳ Ｋ６９０２に準拠して磨耗量を測定したとき、当該磨耗量が２０ｍｇ以下であることが好ましい。これにより、第１ブラシ部７１ａ及び第１スクレーパー７３の当接圧や食い込み量を大きな値に設定できる。また、その場合にも長期にわたって安定的なクリーニングを行うことができる。なお、磨耗量が２０ｍｇを超えると、回収ロール部材の寿命が不十分となって頻繁な交換が必要となる場合がある。
また、第１ロール部７２ａのロックウェル硬さ（Ｍスケール）は１００以上であることが好ましい。ロックウェル硬さが１００以上であると、寸法精度の高い成形が可能となり、また、磨耗に対して非常に強いロール部材となる。なお、ここでいうロックウェル硬さとは、ＪＩＳ Ｋ７２０２に準拠して測定される値をいう。
第１スクレーパー７３は、例えば金属製の薄板であり、その一端のエッジ部７３ａが第１ロール部７２ａの外周面７２ｃに当接するように配置されている。第１スクレーパー７３の他端はハウジング７０に固定されるが、この固定方法は特に制限されない。例えば、図２の例では、第２スクレーパー７８は取り付け金具８１を用いて固定されており、第１スクレーパー７３はハウジング７０に直接固定されている。
第１スクレーパー７３の材質としては、高耐久性及び低コストの点から、ステンレス又はリン青銅が好ましい。第１スクレーパー７３の厚みは、好ましくは０．０２〜２ｍｍ、より好ましくは０．０５〜１ｍｍである。なお、スクレーパーの代わりにブレード部材を用いてもよい。
このような構成であるクリーニング装置７は、先ず、転写後の感光体ドラム１上に残留するトナーが第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２により除去される。次に、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２の回転により第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７との当接位置まで残留トナーが移送されて回収される。これにより、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２のブラシ先端は再生され、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２は感光体ドラム１のクリーニングに繰り返し使用される。
第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７に付着した残留トナーは、第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７の回転により第１スクレーパー７３、第２スクレーパー７８との当接位置まで移送され、第１スクレーパー７３、第２スクレーパー７８により除去される。これにより、第１回収ロール部材７２と第２回収ロール部材７７の外周面７２ｃ、７７ｃ、および、第１クリーニングブラシ７１と第２クリーニングブラシ７２の外周面７１ｃ、７７ｃは再生され、繰り返し使用される。
また、第１クリーニングブラシ７１と第１回収ロール部材７２との間に電位差のあるクリーニングバイアスを印加することが好ましい。第２クリーニングブラシ７６と第２回収ロール部材７７についても同様である。
つまり、第１クリーニングブラシ７１に所定の電圧を印加することで、その静電誘因力により感光体ドラム１上の残留トナーを第１クリーニングブラシ７１に付着させることができる。そして、第１回収ロール部材７２に第１クリーニングブラシ７１への印加電圧よりも絶対値が大きく且つ極性が同じ電圧を印加することで、第１クリーニングブラシ７１に付着した残留トナーを第１回収ロール部材７２に付着させることができる。第１クリーニングブラシと回収ロール部材との電位差（絶対値）は、好ましくは１００Ｖ以上、より好ましくは２００Ｖ以上、さらに好ましくは６５０Ｖである。
第１クリーニングブラシ７１に電圧を印加するには、第１ブラシ部７１ａの繊維が導電性を有していることが必要である。当該第１ブラシ部７１ａの繊維に導電性を付与する方法としては、繊維に導電性粉末やイオン導電材を配合する方法、繊維の内部又は外部に導電層を形成する方法等がある。また、導電性が付与された繊維の抵抗値は、繊維単体で１０２〜１０１１Ω・ｃｍが好ましい。
また、第１回収ロール部材７２の電気抵抗を調整する方法としては、無機フィラー及び／又は有機フィラーを充填する方法等がある。無機フィラーや有機フィラーを第１回収ロール部材７２に充填すると、第１回収ロール部材７２の剛性が増加するという利点もある。
無機フィラーとしては、錫、鉄、銅、アルミ等の金属粉体や金属繊維、ガラス繊維等がある。有機フィラーとしては、カーボンブラック、炭素粉、グラファイト、磁性粉、酸化亜鉛、酸化すず、酸化チタン等の金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛等の金属硫化物、ストロンチウム、バリウム、希土類等の所謂ハードフェライト、マグネタイト、銅、亜鉛、ニッケル及びマンガン等のフェライト、またはこれらの表面を必要に応じ導電処理したもの、銅、鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、コバルト、バリウム、アルミニウム、錫、リチウム、マグネシウム、シリコン、リン等の異なる金属元素を含んだ酸化物、水酸化物、炭酸塩又は金属化合物等から選ばれ高温中で焼成して得られる金属酸化物の固溶体、所謂 複合金属酸化物等やポリアニリンがある。
第１回収ロール部材７２に５００Ｖの電圧を印加したときの抵抗値は、好ましくは１×１０５〜１×１０１０Ω・ｃｍ、より好ましくは１×１０６〜１×１０８Ω・ｃｍである。抵抗値が１×１０５Ω未満の場合、第１回収ロール部材７２への電荷注入が起こり、第１ブラシ部７１ａが掻き取ったトナーや紙粉等の微粉末の極性が反転するため、これらを電気的に吸着することが困難となる場合がある。他方、回収ロール部材の抵抗値が１×１０１０Ω・ｃｍを超えると、回収ロール部材に電荷が蓄積される現象（チャージアップ）が起こりやすくなり、この場合もトナーや紙粉等の微粉末の電気的な吸着が困難となる場合がある。
次に、図４を用いて、第１クリーニングブラシ７１の配置について説明する。また、第２クリーニングブラシ７６の配置については、第１クリーニングブラシ７１の配置と同様であるため、説明は省略する。この実施例のクリーニング装置７は、第１クリーニングブラシ７１を揺動させる揺動機構１００を有する。また、図５にこの揺動機構１００の一例の斜視図を示す。この実施例１の揺動機構１００は、少なくともカム部材９０と、弾性部材９２（例えば、弾性バネ）を有する。上述のように、第１ブラシ部７１ａは、ブラシ状であるが、図５では説明簡略化のために円柱状で示す。
【０００９】
第１ブラシ部の両側には、第１支持部材９３、および第２支持部材９４が配置される。第１ブラシシャフト７１ｂは、第１支持部材９３の貫通穴９３ａ、および第２支持部材９４の貫通穴９４ａに貫通される。第１支持部材９３の貫通穴９３ａ、および第２支持部材９４の貫通穴９４ａの径は、第１ブラシシャフト７１ｂの径よりも、若干大きい。また、第１支持部材９３および第２支持部材９４はハウジング７０に固定される。従って、第１クリーニングブラシ７１ｂは、第１支持部材９３および第２支持部材９４により、長手方向（第１ブラシシャフト７１ｂの延伸方向）に揺動可能、かつ第１ブラシ部７１ａの外周方向に回転可能に支持される。
【００１０】
第１ブラシ部７１ａの両端面のうち、第１支持部材９３と対向する面を第１ブラシ部対向面７１ｄとし、第２支持部材９４と対向する面を第２ブラシ部対向面７１ｅとする。また、第１支持部材９３の複数の面のうち、第１ブラシ部対向面７１ｄと対向する面を第１支持部材対向面９３ｂとする。第２支持部材９４の複数の面のうち、第２ブラシ部対向面７１ｅと対向する面を第２支持部材対向面９４ｂとする。また、第１ブラシシャフト７１ｂの両端のうち、第２ブラシ部対向面７１ｅ側の端を一端部７１ｆとし、第１ブラシ部対向面７１ｄ側の端を他端部７１ｇとする。第１ブラシシャフト７１ｂの一端部７１ｆ、他端部７１ｇは、第１ブラシクリーニング７１の一端部７１ｆ、他端部７１ｇでもある。
弾性部材９２は、第１支持部材９３と第１ブラシ部７１ａの間に、つまり、第１クリーニングブラシ７１の他端部７１ｇ側に介在される。図４、図５の例では、弾性部材９２は、第１ブラシシャフト７１ｂの周りに螺旋形状に捲回されるように配置される。一方、カム部材９０は、第１ブラシシャフト７１ｂの一端部７１ｆ側に配置される。
弾性部材９２の一端部９２ａは第１支持部材対向面９３ｂと当接され、他端部９２ｂは第１ブラシ部対向面７１ｄと当接される。第１ブラシ部７１ａは、弾性部材９２により、カム部材９０の方向に付勢される。つまり、第１ブラシ部７１ａは、弾性部材９２により、カム部材９０に向けて荷重が加えられる。
【００１１】
また、カム部材９０は、高低差を有するカム面９０ａを有し、カム部材シャフト９１により回転可能に軸支されている。カム部材シャフト９１の両端はハウジング７０に固定されている。カム部材９０は、感光体ドラム１の回転に従動して回転する。例えば、カム部材９０を略円筒形として、カム部材９０の外周面９０ｂと、感光体ドラム１の外周面１ａと当接させて、感光体ドラム１とともに回転させてもよい。また、感光体ドラム１を回転させるメインモーターの動力を図示しない伝達機構によりカム部材９０に伝達し、カム部材９０を回転させてもよい。
【００１２】
上述のように、第１クリーニングブラシ７１は、第１支持部材９３および第２支持部材９４により、長手方向に揺動可能に支持されている。また、第１ブラシ部７１ａ（第１クリーニングブラシ７１）が弾性部材９２により、カム部材９０方向に付勢されていることから、第１クリーニングブラシ７１の一端部７１ｆは、カム面９０ａに圧接される。従って、カム部材が回転すると、第１クリーニングブラシ７１は、長手方向に一定距離の周期的な往復運動、つまり、揺動運動を行う。ここで、長手方向とは、第１ブラシシャフト７１ｂの延伸方向である。
【００１３】
この第１クリーニングブラシ７１の揺動運動の結果、感光体ドラム１の外周面１ａ上に傷がついたとしても、第１クリーニングブラシ７１は長手方向に揺動されるので、その傷を繰り返しなぞることなく、スジ状の深い溝は形成されなくなる。
【００１４】
図４、図５の例では、カム部材９０として、端面カムを用いたが、その他のカム機構を用いてもよい。また、揺動機構１００として、カム機構ではなく、例えば、クランク機構や、ソレノイドを用いてもよい。
【００１５】
ソレノイドを用いる場合には、第１ブラシシャフト７１ｂをプランジャ（可動鉄心）として、コイルを第１ブラシシャフト７１ｂの周りに螺旋形状に捲回されるように配置させる。そして、コイルに電流を流すことで、磁界を発生させ、当該磁界により、第１ブラシシャフト７１ｂを長手方向に揺動させる。この場合には、弾性部材９２、カム部材９０などを削減できる。
【００１６】
また、感光体ドラム１が円柱状であり、感光体ドラム１の外周面の１ａの幅が２１０ｍｍ〜５４０ｍｍの場合に、第１クリーニングブラシ７１の揺動幅は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましい。何故なら、揺動幅が０．１ｍｍよりも小さい場合、ブラシ繊維が像担持体上の同じキズをなぞり続け、像担持体に深いキズを作ってしまい、「発明が解決しようとする課題」を解決できないからである。また、揺動幅が１０ｍｍよりも大きい場合、ブラシローラの軸方向の移動速度が大きくなり、装置全体を振動させ、画像の精度を低下させてしまうという問題が生じるからである。感光体ドラム１の外周面の１ａの幅２１０ｍｍ〜５４０ｍｍというのは、この実施例１の画像形成装置により画像形成される記録媒体が用紙である場合に、当該用紙サイズが通常サイズのＡ４用の感光体ドラムの最小幅からＡ２用の感光体ドラムの幅まで含めているものである。
【００１７】
また、この実施例で説明した揺動機構は、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６の少なくとも１つに適用すればよい。
【００１８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００１９】
上記説明では、２つのクリーニングユニット（第１クリーニングユニットおよび第２クリーニングユニット）を用いた例を説明したが、用いるクリーニングユニットは１つでもよい。そして、当該１つのクリーニングユニット中のクリーニングブラシに上記揺動機構を適用する構成としてもよい。
【００２０】
また、通常、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６は、１対で用いられるが、２対以上（第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６をそれぞれ２個以上）用いてもよい。たとえば、感光体ドラム１の回転方向に沿って、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２、第１クリーニングブラシ７１'、第２クリーニングブラシ７２'の順に配置してもよく、第１クリーニングブラシ７１、第１クリーニングブラシ７１'、第２クリーニングブラシ７２、第２クリーニングブラシ７２'の順に配置してもよい。また、少なくとも第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６と各々少なくとも１個以上備えていれば、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６の個数とは同一でなくてもよい。 そして、これらのクリーニングブラシのうち、少なくとも１つに揺動機構を適用させればよい。
【００２１】
また、第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７のかわりに、第１クリーニングブラシに付着したトナーを機械的に叩き落とすフリッキング部材を用いてもよい。
[実験結果]
次に、本実施例で説明した揺動機構を適用した効果を説明する。図６（Ａ）に本実施例の揺動機構を適用した画像形成装置により、１０万枚の画像を出力した後の感光体ドラム１の外周面１ａの形状の断面曲線を示す。また、図６（Ｂ）に本実施例の揺動機構を適用しない画像形成装置により、１０万枚の画像を出力した後の感光体ドラム１の表面形状の断面曲線を示す。当該表面形状の断面曲線はＡＣＣＲＥＴＥＣＨ製ＳＵＲＦＣＯＭ １４００Ｄを用いて縦１万倍、横１００倍の倍率で計測した。また、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の縦軸は感光体ドラム１の外周面１ａの変化量を示し、単位をμｍとする。
図６（Ｂ）からも明らかなように、揺動機構を適用しない画像形成装置を用いると、クリーニングブラシのブラシ部が、感光体ドラム１の外周面１ａの特定のスジ上を摺擦し続けたために深さおよそ２μmのスジを発生させた。一方、図６（Ａ）からも明らかなように、本実施例で説明した揺動機構した画像形成装置を用いると、感光体ドラム１の外周面１ａ上のスジの発生を防ぎ、平滑な表面形状を維持することができた。
【００２２】
このように、クリーニングブラシを長手方向に揺動させることで、ブラシ部の繊維が特定のスジ上をなぞって摺擦し続けてスジを悪化させることを防ぎ、長期にわたって良好な画像を維持できるクリーニング装置、当該クリーニング装置を有する画像形成装置を提供することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開平４−３３０４８２号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４１６号公報
【特許文献３】特開２００６−２５１４００号公報
【特許文献４】特開２００９−３６９５６号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体表面上に残留する不要なトナーを除去するクリーニング装置、および当該クリーニング装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の画像形成装置では、一般に、像担持体上からトナー像を記録材などの被転写材に転写した後に、その像担持体表面上に残留する不要なトナーをクリーニング装置によって除去する。像担持体とは、例えば、感光体ドラムである。このクリーニング装置は、画像形成装置の内部に設けられ、構成が簡単でかつクリーニング性能も優れていることから、クリーニングブレードにより掻き取るブレード方式のものが広く利用されている。ブレード方式は、構成が簡単でかつクリーニング性能も優れている。ブレード方式は、像担持体表面を機械的に摺擦する力が強いため、画像流れ（画像ボケ）が発生しにくいが、像担持体表面の摩耗や傷を防止することが大きな課題である。
そこで、像担持体表面上のトナーを静電作用によりクリーニングする、磁気ブラシやファーブラシを用いた静電ブラシクリーニング方式が検討されている。静電ブラシクリーニング方式は、ブレードクリーニング方式と比較すると、クリーニング維持性が高く、特に高速の画像形成装置において有利である。
一般的に、電子写真方式の画像形成装置の転写工程において、像担持体表面上に付着するトナーの極性（正規極性）とは逆極性のバイアスを被転写材に印加して、像担持体表面上のトナー像を被転写材上に転写する。そのため、転写後の像担持体表面上に残留した転写残トナーの中には、正規極性のままの正規極性トナーと、正規極性とは逆極性に帯電した逆帯電トナーとが存在する。
従って、クリーニングブラシが１個のみであったり、クリーニングブラシが２個以上であったとしてもいずれのクリーニングブラシも一方の極性のバイアス電圧しか印加されないならば、像担持体表面に残留する不要なトナーのうち、いずれか一方の極性を有するトナーは、実質的に除去されない。従って画質の劣化が生じるという問題がある。
よって、静電クリーニング方式を採用する場合、両極性のトナーを静電的に回収できる構成が有効である。このため、像担持体表面の負に帯電したトナーを静電的に吸引するため正電荷が印加された第１クリーニングブラシと、像担持体表面の正に帯電したトナーを静電的に吸引するため負電荷が印加された第２クリーニングブラシとを備えたクリーニング装置が開示されている（例えば、特許文献1参照）。
しかし、このような構成の静電ブラシクリーニング方式においても、上述のブレードクリーニング方式と比較して像担持体表面の機械的掻き取り力が低く、帯電器から生じる放電生成物を充分に除去できないことによる画像流れ（画像ボケ）が発生しやすいという課題がある。
また、ブラシクリーニング方式は、一度クリーニング対象物（この説明では、像担持体）に傷がつくとブラシ繊維がその傷を繰り返しなぞる傾向があることが確認されている。これにより像担持体の傷はスジ状の深い溝となり、ハーフトーン画像の白スジ異常画像が発生しやすくなるという課題がある。
これらの課題に対して、２つのクリーニングブラシのうち像担持体回転方向の上流側に位置するクリーニングブラシのブラシ繊維１本あたりの先端力が、像担持体回転方向の下流側に位置するクリーニングブラシのブラシ繊維１本あたりの先端力よりも大きい先端力で前記感光体に接触するように２つのクリーニングブラシを配置する画像形成装置が開示されている（特許文献２参照）。
また、像担持体の回転方向に沿って２つのクリーニングブラシが配置され、トナーが樹脂粒子中に無機微粒子を分散含有させた複合粒子を含むことを特徴とする画像形成方法が開示されている（特許文献３参照）。
また、２つのクリーニングブラシのうち像担持体回転方向下流側に位置する第２クリーニングブラシが、像担持体回転方向上流側に位置する第１クリーニングブラシよりも剛性の高い材料を用い、この第２クリーニングブラシにおける機械的掻き取り力を第１クリーニングブラシにおける機械的掻き取り力よりも強くしたことを特徴とする画像形成装置が開示されている（特許文献４参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献２〜４に記載されている画像形成装置のいずれにおいても、ブラシ繊維による像担持体の深いスジ状の傷の発生を防げず、ハーフトーン画像の白スジ異常画像が発生しやすくなるという課題が解決されていない。
そこで、本発明では上記のような課題を鑑みて、像担持体の深いスジ状の傷を作らないクリーニング装置、および当該クリーニング装置を用いた画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去する１以上のクリーニングブラシを有するクリーニング装置において、少なくとも１つのクリーニングブラシを、当該クリーニングブラシの長手方向に揺動させる揺動機構を設けた。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のクリーニング装置であれば、像担持体の表面上に深いスジ状の傷を作らずに、トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施例の画像形成装置の一部の機構構成例を示した図である。
【図２】本実施例のクリーニング装置の機構構成例を示した図である。
【図３】感光体ドラムの積層例を示した図である。
【図４】本実施例の揺動機構を示した図である。
【図５】本実施例の揺動機構の斜視図を示した図である。
【図６】図６（Ａ）は、本実施例の揺動機構を適用した画像形成装置の感光体ドラムの断面曲線を示した図であり、図６（Ｂ）は本実施例の揺動機構を適用しない画像形成装置の感光体ドラムの断面曲線を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行う過程には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【０００８】
図１に実施例１のクリーニング装置７を用いた画像形成装置１００の一例の概略図を示す。画像形成装置１００は、少なくとも、感光体ドラム１と、帯電器２と、光書き込み器３と、現像器４と、転写チャージャ５と、分離チャージャ６と、クリーニング装置７と、除電器８と、を有する。また、図２にクリーニング装置７の機能構成例を示す。
画像生成装置１００による作像処理は、主に、帯電器２による帯電処理、光書き込み器３による露光処理、現像器４による現像処理、転写チャージャ５、分離チャージャ６による転写処理、クリーニング装置７によるクリーニング処理、除電器８による除電処理、に大別できる。まず、画像形成装置１００の各部について簡単に説明する。また、像担持体は中間転写体、電子写真用感光体（感光体ドラム１）などである。
感光体ドラム１はメインモータ（図示せず）により回転駆動される。感光体ドラム１は、帯電器２により均一に帯電される。その後、感光体ドラム１は、光書き込み器３により画像露光を受けて静電潜像が形成される。そして、この静電潜像が現像器４で現像されてトナー像となる。具体的には、この現像器４は現像バイアス電源から現像バイアスが印加され、小粒径のトナーにより感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。感光体ドラム１上のトナー像は給紙装置（図示せず）から送られてきた転写紙へ転写チャージャ５により転写される。そして、この転写紙は分離チャージャ６により感光体ドラム１から分離されて定着器（図示せず）によりトナー像が定着される。また、感光体ドラム１は転写紙分離後（トナー転写後）クリーニング装置７により残留したトナーが除去され、除電器８により除電されて再使用可能となる。
図３に感光体ドラム１の積層例を示す。例えば、感光体ドラム１が有機系感光体である場合には、図３に示すように、導電性支持体１０上に有機感光層１１が積層されたものであり、この感光層１１は好ましくは電荷発生層１２と電荷輸送層１３に機能分離された積層型感光層である。
導電性支持体１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属、導電性物質を単独又は適当なバインダ−と共に塗布して導電層を設けた金属、あるいは導電処理したプラスデツクや紙などをドラム状又はシ−ト状に成形したものなど、従来公知のいずれのものも用いることができる。
電荷発生層１２は、アゾ顔料、キノン顔料、キノシアニン顔料、ペリレン顔料、インジゴ顔料、フタロシアニン顔料などの電荷発生物質を、ポリビニルブチラ−ル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリカ−ボネ−トなどの結着性樹脂に分散含有させて形成することができる。また、真空蒸着装置によって真空蒸着膜として形成することもできる。好ましい膜厚は０．1〜３μｍである。
電荷輸送層１３はスチリル系化合物、ヒドラゾン系化合物、トリアリ−ルアミン系化合物、カルバゾ−ル系化合物、オキサゾ−ル系化合物、ピラゾリン系化合物などの電荷輸送物質を、ボリアリレ−ト、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリカ−ボネ−トなどの結着剤樹脂に分散含有させて形成することができる。好ましい膜厚は１０〜４０μｍである。また、感光層１１の構成として電荷発生層１２を電荷輸送層１３の上に形成してもよく、さらには感光層１１は前述の電荷発生物質と電荷輸送物質とを同一層に含有させた単一層型であってもよい。
さらに、導電性支持体１０と感光層１１との間には、接着性及びバリヤ−性を向上させるために下引き層などの中間層を設けてもよい。また、耐刷性を確保するために最表面に保護層を形成しても良い。
次に、図２を用いて、クリーニング装置７について説明する。クリーニング装置７は、ハウジング７０と、当該ハウジング７０内に第１クリーニングブラシ７１と、第１回収ロール部材７２と、第１スクレーパー７３（以下、これらを「第１クリーニングユニット」という。）と、第２クリーニングブラシ７６と、第２回収ロール部材７７と、第２スクレーパー７８（以下、これらを「第２クリーニングユニット」という。）と、を有する。この実施例では、２個のクリーニングブラシ（第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６）が用いられる。そして、第１クリーニングブラシ７１は、感光体ドラム１の回転方向（時計方向）の上流側に位置し、第２クリーニングブラシ７６は、感光体ドラム１の回転方向の下流側に位置する。
また、転写後の感光体ドラム１上の残留トナーの極性は、転写電界の影響によりばらつきやすい。すなわち、残留トナーの大半は、現像時に感光体ドラム１に供給されるトナーの極性と同極性のままで存在するが、その一部は逆極に反転する場合がある。このような場合、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６に印加される電圧を互いに異なるものとする。つまり、第１クリーニングブラシ７１は、トナー転写後に感光体ドラム１の外周面１ａに残留したトナーを除去するトナー帯電極性と逆極性のバイアス電圧が印加されており、第２クリーニングブラシ７６はトナー帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されている。その結果、一方を正規の極性に帯電した残留トナーのクリーニング用、他方を逆極性に帯電した残留トナーのクリーニング用として使用することで、正規の極性に帯電した残留トナー及び逆極性に帯電した残留トナーの双方を効率的に除去することができる。
つまり、第１クリーニングブラシ７１と回収ロール部材７２とにトナーの正規の極性と異なる極性の電圧を印加することで、第１クリーニングブラシ７１は、残留トナーの大半を占める正規の極性のトナーを静電的に吸着除去できる。一方、第２クリーニングブラシ７６と第２回収ロール部材７７とにトナーの正規の極性と同極性の電圧を印加する事で、第２クリーニングブラシ７６は、逆極性に帯電した残留トナーを静電的に吸着除去できる。
また、第１クリーニングブラシ７１と第２クリーニングブラシ７６、第１回収ロール部材７２と第２回収ロール部材７７とは、印加される電圧の極性以外は、全て同じ構成としてもよい。また、第１スクレーパー７３と第２スクレーパー７８も同じ構成としてもよい。したがって、説明簡略化のために、以下では、第１クリーニングブラシ７１、第１回収ロール部材７２、第１スクレーパー７３について説明し、第２クリーニングブラシ７６、第２回収ロール部材７７、第２スクレーパー７８の説明は省略する。
図４に第１クリーニングブラシ７１などを真横から見た図を示す。第１クリーニングブラシ７１は、第１ブラシ部７１ａと第１ブラシシャフト７１ｂとからなり、第２クリーニングブラシ７６は、第２ブラシ部７６ａと第２ブラシシャフト７６ｂとからなる。なお、第２クリーニングブラシ７６は、第１クリーニングブラシ７１と同様の構成であるため、図、説明は省略する。具体的には、第１クリーニングブラシ７１は、第１ブラシシャフト７１ｂの外周面上に、外側に伸びる複数の繊維（つまり、第１ブラシ部７１ａ）を配してロール状にしたものである。
第１ブラシシャフト７１ｂは感光体ドラム１のドラムシャフト１ｂと平行に配置されている。第１ブラシシャフト７１ｂと感光体ドラム１との距離は、第１ブラシ部のブラシ先端の感光体ドラム１に対する食い込み量が所定の値（好ましくは０．５〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．９〜１．８ｍｍ）となるように設定される。
また、ハウジング７０の感光体ドラム１と近い側に開口部７０ａを有する。その開口部７０ａにおいて第１ブラシ部７１ａの第１ブラシ外周面７１ｃがそれぞれ感光体ドラム１のドラム外周面１ａに圧接される。ここで、第１ブラシ外周面７１ｃ、第２ブラシ外周面７６ａはブラシ先端で形成される面である。
そして、第１クリーニングブラシ７１は、感光体ドラム１の回転方向と同方向または逆方向に回転可能となる。
また、第１ブラシ部７１ａの好適な材料として、ポリアミド、アクリル、ポリオレフィン、ポリエステル等の樹脂繊維があり、また、Ｓ−７（東レ社製）、ＵＵナイロン（ユニチカ社製）等の市販品を使用してもよい。これらの繊維の太さは、好ましくは３０デニール以下、より好ましくは２０デニール以下、さらに好ましくは０．５〜１０デニールである。また、繊維の密度は、好ましくは２０，０００本／ｉｎｃｈ2以上、より好ましくは６０，０００本／ｉｎｃｈ２以上である。
また、第１ブラシ部７１ａ、または第２ブラシ部７６ａの繊維に導電性を付与する方法としては、繊維に導電性粉末やイオン導電材を配合する方法、繊維の内部又は外部に導電層を形成する方法等がある。また、導電性が付与された繊維の抵抗値は、繊維単体で１０２〜１０９Ω・ｃｍが好ましい。
第１回収ロール部材７２は、第１ロール部７２ａと第１回収ロールシャフト７２ｂとからなり、第２回収ロール部材７７は、第２ロール部７７ａと第２回収ロールシャフト７７ｂとからなる。第１回収ロール部材７２は、第１回収ロールシャフト７２ｂの外周面に、第１ロール部７２ａとして熱硬化性樹脂を硬化させてロール状に配したものである。第２回収ロール部材７７も同様である。
第１回収ロールシャフト７２ｂの両端はハウジング７０に固定されている。第１ブラシシャフト７１ｂはドラムシャフト１ａと平行に配置されている。第１回収ロール部材７２は、第１回収ロールシャフト７２ｂを回転軸として、回転可能である。
第１ロール部７２ａに用いられる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。中でもフェノール樹脂は、寸法精度が高い、成型が容易である、成形体の表面平滑性に優れる、安価である等の利点を有するので好ましい。
また、第１ロール部７２ａの曲げ弾性率は７００ｋＰａ以上であることが好ましい。曲げ弾性率が７００ｋＰａ未満であると、回収ロール部材に撓みが生じてブラシ部材やブレード部材との当接位置や食い込み量を所定値に保持することが困難となる。また、曲げ弾性率が７００ｋＰａ未満の材料を用いて回収ロール部材の肉厚を増加させて剛性を保持しようとすると、成形収縮が大きくなって寸法精度が不十分となり、さらには、重量が増加する、成形時間が増加する、後工程が必要となる等の問題が生じてコストが増大する。なお、ここでいう曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７２０３に準拠して測定される値をいう。
また、第１ロール部７２ａの外周面７２ｃは、第１ブラシ部７１ａ及び第１スクレーパー７３、と接触状態にあるため、第１ロール部７２ａの外周面７２ｃは磨耗し得る。従って、第１ロール部７２ａの外周面７２ｃについてＪＩＳ Ｋ６９０２に準拠して磨耗量を測定したとき、当該磨耗量が２０ｍｇ以下であることが好ましい。これにより、第１ブラシ部７１ａ及び第１スクレーパー７３の当接圧や食い込み量を大きな値に設定できる。また、その場合にも長期にわたって安定的なクリーニングを行うことができる。なお、磨耗量が２０ｍｇを超えると、回収ロール部材の寿命が不十分となって頻繁な交換が必要となる場合がある。
また、第１ロール部７２ａのロックウェル硬さ（Ｍスケール）は１００以上であることが好ましい。ロックウェル硬さが１００以上であると、寸法精度の高い成形が可能となり、また、磨耗に対して非常に強いロール部材となる。なお、ここでいうロックウェル硬さとは、ＪＩＳ Ｋ７２０２に準拠して測定される値をいう。
第１スクレーパー７３は、例えば金属製の薄板であり、その一端のエッジ部７３ａが第１ロール部７２ａの外周面７２ｃに当接するように配置されている。第１スクレーパー７３の他端はハウジング７０に固定されるが、この固定方法は特に制限されない。例えば、図２の例では、第２スクレーパー７８は取り付け金具８１を用いて固定されており、第１スクレーパー７３はハウジング７０に直接固定されている。
第１スクレーパー７３の材質としては、高耐久性及び低コストの点から、ステンレス又はリン青銅が好ましい。第１スクレーパー７３の厚みは、好ましくは０．０２〜２ｍｍ、より好ましくは０．０５〜１ｍｍである。なお、スクレーパーの代わりにブレード部材を用いてもよい。
このような構成であるクリーニング装置７は、先ず、転写後の感光体ドラム１上に残留するトナーが第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２により除去される。次に、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２の回転により第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７との当接位置まで残留トナーが移送されて回収される。これにより、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２のブラシ先端は再生され、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２は感光体ドラム１のクリーニングに繰り返し使用される。
第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７に付着した残留トナーは、第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７の回転により第１スクレーパー７３、第２スクレーパー７８との当接位置まで移送され、第１スクレーパー７３、第２スクレーパー７８により除去される。これにより、第１回収ロール部材７２と第２回収ロール部材７７の外周面７２ｃ、７７ｃ、および、第１クリーニングブラシ７１と第２クリーニングブラシ７２の外周面７１ｃ、７７ｃは再生され、繰り返し使用される。
また、第１クリーニングブラシ７１と第１回収ロール部材７２との間に電位差のあるクリーニングバイアスを印加することが好ましい。第２クリーニングブラシ７６と第２回収ロール部材７７についても同様である。
つまり、第１クリーニングブラシ７１に所定の電圧を印加することで、その静電誘因力により感光体ドラム１上の残留トナーを第１クリーニングブラシ７１に付着させることができる。そして、第１回収ロール部材７２に第１クリーニングブラシ７１への印加電圧よりも絶対値が大きく且つ極性が同じ電圧を印加することで、第１クリーニングブラシ７１に付着した残留トナーを第１回収ロール部材７２に付着させることができる。第１クリーニングブラシと回収ロール部材との電位差（絶対値）は、好ましくは１００Ｖ以上、より好ましくは２００Ｖ以上、さらに好ましくは６５０Ｖである。
第１クリーニングブラシ７１に電圧を印加するには、第１ブラシ部７１ａの繊維が導電性を有していることが必要である。当該第１ブラシ部７１ａの繊維に導電性を付与する方法としては、繊維に導電性粉末やイオン導電材を配合する方法、繊維の内部又は外部に導電層を形成する方法等がある。また、導電性が付与された繊維の抵抗値は、繊維単体で１０２〜１０１１Ω・ｃｍが好ましい。
また、第１回収ロール部材７２の電気抵抗を調整する方法としては、無機フィラー及び／又は有機フィラーを充填する方法等がある。無機フィラーや有機フィラーを第１回収ロール部材７２に充填すると、第１回収ロール部材７２の剛性が増加するという利点もある。
無機フィラーとしては、錫、鉄、銅、アルミ等の金属粉体や金属繊維、ガラス繊維等がある。有機フィラーとしては、カーボンブラック、炭素粉、グラファイト、磁性粉、酸化亜鉛、酸化すず、酸化チタン等の金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛等の金属硫化物、ストロンチウム、バリウム、希土類等の所謂ハードフェライト、マグネタイト、銅、亜鉛、ニッケル及びマンガン等のフェライト、またはこれらの表面を必要に応じ導電処理したもの、銅、鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、コバルト、バリウム、アルミニウム、錫、リチウム、マグネシウム、シリコン、リン等の異なる金属元素を含んだ酸化物、水酸化物、炭酸塩又は金属化合物等から選ばれ高温中で焼成して得られる金属酸化物の固溶体、所謂 複合金属酸化物等やポリアニリンがある。
第１回収ロール部材７２に５００Ｖの電圧を印加したときの抵抗値は、好ましくは１×１０５〜１×１０１０Ω・ｃｍ、より好ましくは１×１０６〜１×１０８Ω・ｃｍである。抵抗値が１×１０５Ω未満の場合、第１回収ロール部材７２への電荷注入が起こり、第１ブラシ部７１ａが掻き取ったトナーや紙粉等の微粉末の極性が反転するため、これらを電気的に吸着することが困難となる場合がある。他方、回収ロール部材の抵抗値が１×１０１０Ω・ｃｍを超えると、回収ロール部材に電荷が蓄積される現象（チャージアップ）が起こりやすくなり、この場合もトナーや紙粉等の微粉末の電気的な吸着が困難となる場合がある。
次に、図４を用いて、第１クリーニングブラシ７１の配置について説明する。また、第２クリーニングブラシ７６の配置については、第１クリーニングブラシ７１の配置と同様であるため、説明は省略する。この実施例のクリーニング装置７は、第１クリーニングブラシ７１を揺動させる揺動機構１００を有する。また、図５にこの揺動機構１００の一例の斜視図を示す。この実施例１の揺動機構１００は、少なくともカム部材９０と、弾性部材９２（例えば、弾性バネ）を有する。上述のように、第１ブラシ部７１ａは、ブラシ状であるが、図５では説明簡略化のために円柱状で示す。
【０００９】
第１ブラシ部の両側には、第１支持部材９３、および第２支持部材９４が配置される。第１ブラシシャフト７１ｂは、第１支持部材９３の貫通穴９３ａ、および第２支持部材９４の貫通穴９４ａに貫通される。第１支持部材９３の貫通穴９３ａ、および第２支持部材９４の貫通穴９４ａの径は、第１ブラシシャフト７１ｂの径よりも、若干大きい。また、第１支持部材９３および第２支持部材９４はハウジング７０に固定される。従って、第１クリーニングブラシ７１ｂは、第１支持部材９３および第２支持部材９４により、長手方向（第１ブラシシャフト７１ｂの延伸方向）に揺動可能、かつ第１ブラシ部７１ａの外周方向に回転可能に支持される。
【００１０】
第１ブラシ部７１ａの両端面のうち、第１支持部材９３と対向する面を第１ブラシ部対向面７１ｄとし、第２支持部材９４と対向する面を第２ブラシ部対向面７１ｅとする。また、第１支持部材９３の複数の面のうち、第１ブラシ部対向面７１ｄと対向する面を第１支持部材対向面９３ｂとする。第２支持部材９４の複数の面のうち、第２ブラシ部対向面７１ｅと対向する面を第２支持部材対向面９４ｂとする。また、第１ブラシシャフト７１ｂの両端のうち、第２ブラシ部対向面７１ｅ側の端を一端部７１ｆとし、第１ブラシ部対向面７１ｄ側の端を他端部７１ｇとする。第１ブラシシャフト７１ｂの一端部７１ｆ、他端部７１ｇは、第１ブラシクリーニング７１の一端部７１ｆ、他端部７１ｇでもある。
弾性部材９２は、第１支持部材９３と第１ブラシ部７１ａの間に、つまり、第１クリーニングブラシ７１の他端部７１ｇ側に介在される。図４、図５の例では、弾性部材９２は、第１ブラシシャフト７１ｂの周りに螺旋形状に捲回されるように配置される。一方、カム部材９０は、第１ブラシシャフト７１ｂの一端部７１ｆ側に配置される。
弾性部材９２の一端部９２ａは第１支持部材対向面９３ｂと当接され、他端部９２ｂは第１ブラシ部対向面７１ｄと当接される。第１ブラシ部７１ａは、弾性部材９２により、カム部材９０の方向に付勢される。つまり、第１ブラシ部７１ａは、弾性部材９２により、カム部材９０に向けて荷重が加えられる。
【００１１】
また、カム部材９０は、高低差を有するカム面９０ａを有し、カム部材シャフト９１により回転可能に軸支されている。カム部材シャフト９１の両端はハウジング７０に固定されている。カム部材９０は、感光体ドラム１の回転に従動して回転する。例えば、カム部材９０を略円筒形として、カム部材９０の外周面９０ｂと、感光体ドラム１の外周面１ａと当接させて、感光体ドラム１とともに回転させてもよい。また、感光体ドラム１を回転させるメインモーターの動力を図示しない伝達機構によりカム部材９０に伝達し、カム部材９０を回転させてもよい。
【００１２】
上述のように、第１クリーニングブラシ７１は、第１支持部材９３および第２支持部材９４により、長手方向に揺動可能に支持されている。また、第１ブラシ部７１ａ（第１クリーニングブラシ７１）が弾性部材９２により、カム部材９０方向に付勢されていることから、第１クリーニングブラシ７１の一端部７１ｆは、カム面９０ａに圧接される。従って、カム部材が回転すると、第１クリーニングブラシ７１は、長手方向に一定距離の周期的な往復運動、つまり、揺動運動を行う。ここで、長手方向とは、第１ブラシシャフト７１ｂの延伸方向である。
【００１３】
この第１クリーニングブラシ７１の揺動運動の結果、感光体ドラム１の外周面１ａ上に傷がついたとしても、第１クリーニングブラシ７１は長手方向に揺動されるので、その傷を繰り返しなぞることなく、スジ状の深い溝は形成されなくなる。
【００１４】
図４、図５の例では、カム部材９０として、端面カムを用いたが、その他のカム機構を用いてもよい。また、揺動機構１００として、カム機構ではなく、例えば、クランク機構や、ソレノイドを用いてもよい。
【００１５】
ソレノイドを用いる場合には、第１ブラシシャフト７１ｂをプランジャ（可動鉄心）として、コイルを第１ブラシシャフト７１ｂの周りに螺旋形状に捲回されるように配置させる。そして、コイルに電流を流すことで、磁界を発生させ、当該磁界により、第１ブラシシャフト７１ｂを長手方向に揺動させる。この場合には、弾性部材９２、カム部材９０などを削減できる。
【００１６】
また、感光体ドラム１が円柱状であり、感光体ドラム１の外周面の１ａの幅が２１０ｍｍ〜５４０ｍｍの場合に、第１クリーニングブラシ７１の揺動幅は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましい。何故なら、揺動幅が０．１ｍｍよりも小さい場合、ブラシ繊維が像担持体上の同じキズをなぞり続け、像担持体に深いキズを作ってしまい、「発明が解決しようとする課題」を解決できないからである。また、揺動幅が１０ｍｍよりも大きい場合、ブラシローラの軸方向の移動速度が大きくなり、装置全体を振動させ、画像の精度を低下させてしまうという問題が生じるからである。感光体ドラム１の外周面の１ａの幅２１０ｍｍ〜５４０ｍｍというのは、この実施例１の画像形成装置により画像形成される記録媒体が用紙である場合に、当該用紙サイズが通常サイズのＡ４用の感光体ドラムの最小幅からＡ２用の感光体ドラムの幅まで含めているものである。
【００１７】
また、この実施例で説明した揺動機構は、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６の少なくとも１つに適用すればよい。
【００１８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００１９】
上記説明では、２つのクリーニングユニット（第１クリーニングユニットおよび第２クリーニングユニット）を用いた例を説明したが、用いるクリーニングユニットは１つでもよい。そして、当該１つのクリーニングユニット中のクリーニングブラシに上記揺動機構を適用する構成としてもよい。
【００２０】
また、通常、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６は、１対で用いられるが、２対以上（第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６をそれぞれ２個以上）用いてもよい。たとえば、感光体ドラム１の回転方向に沿って、第１クリーニングブラシ７１、第２クリーニングブラシ７２、第１クリーニングブラシ７１'、第２クリーニングブラシ７２'の順に配置してもよく、第１クリーニングブラシ７１、第１クリーニングブラシ７１'、第２クリーニングブラシ７２、第２クリーニングブラシ７２'の順に配置してもよい。また、少なくとも第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６と各々少なくとも１個以上備えていれば、第１クリーニングブラシ７１および第２クリーニングブラシ７６の個数とは同一でなくてもよい。 そして、これらのクリーニングブラシのうち、少なくとも１つに揺動機構を適用させればよい。
【００２１】
また、第１回収ロール部材７２、第２回収ロール部材７７のかわりに、第１クリーニングブラシに付着したトナーを機械的に叩き落とすフリッキング部材を用いてもよい。
[実験結果]
次に、本実施例で説明した揺動機構を適用した効果を説明する。図６（Ａ）に本実施例の揺動機構を適用した画像形成装置により、１０万枚の画像を出力した後の感光体ドラム１の外周面１ａの形状の断面曲線を示す。また、図６（Ｂ）に本実施例の揺動機構を適用しない画像形成装置により、１０万枚の画像を出力した後の感光体ドラム１の表面形状の断面曲線を示す。当該表面形状の断面曲線はＡＣＣＲＥＴＥＣＨ製ＳＵＲＦＣＯＭ １４００Ｄを用いて縦１万倍、横１００倍の倍率で計測した。また、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の縦軸は感光体ドラム１の外周面１ａの変化量を示し、単位をμｍとする。
図６（Ｂ）からも明らかなように、揺動機構を適用しない画像形成装置を用いると、クリーニングブラシのブラシ部が、感光体ドラム１の外周面１ａの特定のスジ上を摺擦し続けたために深さおよそ２μmのスジを発生させた。一方、図６（Ａ）からも明らかなように、本実施例で説明した揺動機構した画像形成装置を用いると、感光体ドラム１の外周面１ａ上のスジの発生を防ぎ、平滑な表面形状を維持することができた。
【００２２】
このように、クリーニングブラシを長手方向に揺動させることで、ブラシ部の繊維が特定のスジ上をなぞって摺擦し続けてスジを悪化させることを防ぎ、長期にわたって良好な画像を維持できるクリーニング装置、当該クリーニング装置を有する画像形成装置を提供することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開平４−３３０４８２号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４１６号公報
【特許文献３】特開２００６−２５１４００号公報
【特許文献４】特開２００９−３６９５６号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去する１以上のクリーニングブラシを有するクリーニング装置において、
少なくとも１つの前記クリーニングブラシを、当該クリーニングブラシの長手方向に揺動させる揺動機構を有することを特徴とするクリーニング装置。
【請求項２】
前記揺動機構は、
前記クリーニングブラシの一端部と接するカム部材と、
前記クリーニングブラシの他端部側に位置し、前記クリーニングブラシを前記カム部材方向に付勢する弾性部材と、を有することを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のクリーニング装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
トナー転写後に像担持体の表面に残留したトナーを除去する１以上のクリーニングブラシを有するクリーニング装置において、
少なくとも１つの前記クリーニングブラシを、当該クリーニングブラシの長手方向に揺動させる揺動機構を有することを特徴とするクリーニング装置。
【請求項２】
前記揺動機構は、
前記クリーニングブラシの一端部と接するカム部材と、
前記クリーニングブラシの他端部側に位置し、前記クリーニングブラシを前記カム部材方向に付勢する弾性部材と、を有することを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のクリーニング装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２６２１０６（Ｐ２０１０−２６２１０６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１２００８（Ｐ２００９−１１２００８）
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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