画像形成装置および像担持体の清掃方法
【課題】クリーニング部材の磨耗を軽減するとともに良質なトナーの回収が可能な画像形成装置および像担持体の清掃方法を提供すること。
【解決手段】画像形成装置は，感光体ドラム１０１の周囲にクリーニング装置１０８が配置されている。クリーニング装置１０８は，廃トナーボックス１と，感光体ドラム１０１に当接するクリーニングブレード２と，クリーニングブレード２の上流に位置し，進行波交番電界（いわゆる電界カーテン）を生じさせる電界カーテン発生部３とを備えている。この画像形成装置は，電界カーテン発生部３によってトナーを回収し，さらにその後にクリーニングブレード２によってトナーを回収する。
【解決手段】画像形成装置は，感光体ドラム１０１の周囲にクリーニング装置１０８が配置されている。クリーニング装置１０８は，廃トナーボックス１と，感光体ドラム１０１に当接するクリーニングブレード２と，クリーニングブレード２の上流に位置し，進行波交番電界（いわゆる電界カーテン）を生じさせる電界カーテン発生部３とを備えている。この画像形成装置は，電界カーテン発生部３によってトナーを回収し，さらにその後にクリーニングブレード２によってトナーを回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電子写真方式にて画像を形成する画像形成装置および像担持体の清掃方法に関する。さらに詳細には，転写後の像担持体上に残留するトナーや外添剤を除去するクリーニング装置を備えた画像形成装置および像担持体の清掃方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では，像担持体（例えば，感光体ドラム）上にトナー像を形成し，そのトナー像を転写体（例えば，普通紙）に転写している。このトナー像の転写では，トナーの鏡像力や転写電界のばらつき等が原因となり，像担持体上に一部のトナーが残留する。そのため，転写領域の下流にクリーニング部材を設置し，このクリーニング部材によって像担持体の表面を清掃し，像担持体上のトナーを除去している。
【０００３】
像担持体を清掃するクリーニング部材としては，例えば特許文献１にクリーニングブレードを像担持体の表面に当接させ，像担持体上のトナーを直接掻き取る方法が開示されている。あるいは，特許文献２には，クリーニング部材を像担持体に対して非接触に保持し，ＤＣバイアスによって電気的に吸引する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１９０２６１号公報
【特許文献２】特開平８−１９０３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前記した従来の画像形成装置には，次のような問題があった。すなわち，クリーニング部材を像担持体に当接させて回収する方法では，一般的に残留するトナーの量が多くなることも想定し，クリーニング部材の押圧条件を高く設定（３０Ｎ／ｍ〜５０Ｎ／ｍ）している。その結果，クリーニング部材の磨耗量が多くなり，クリーニング部材の寿命に影響を与える。また，像担持体にとっても過度な負荷となるため，像担持体の表面の磨耗も加速し，同じく像担持体の寿命に影響を与える。さらには，これらの負荷は像担持体の駆動源にも影響し，像担持体の駆動トルクの過多，トルク変動等の不具合を併発する。
【０００５】
また，クリーニングブレードのエッジによって掻き取られたトナーは凝集状態で回収される。そのため，リサイクルに不向きである。具体的には，トナーの凝集，外添剤の凝集，トナー粒子の破壊などにより帯電量に変化が生じ，トナーかぶり等の画質劣化のおそれがある。
【０００６】
また，特許文献１に開示されている画像形成装置のようにＤＣバイアスによって電気的に吸引すれば像担持体に非接触でトナーを回収することができるため，前述した問題を回避できる。しかしながら，ＤＣバイアスによってトナーを吸引するには，非常に大きなＤＣバイアス（およそ１．５ｋＶ）を印加し続ける必要がある。そのため，像担持体自体が帯電されてしまう。また，転写残トナーの発生にはばらつきがあり，帯電ムラが生じてしまう。
【０００７】
本発明は，前記した従来の画像形成装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，クリーニング部材の磨耗を軽減するとともに良質なトナーの回収が可能な画像形成装置および像担持体の清掃方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた画像形成装置は，トナー像を担持する像担持体と，像担持体上に作像されたトナー像を転写領域で転写体に転写させる転写装置と，転写領域の下流であって帯電領域の上流に位置し，像担持体の表面を清掃するクリーニング装置とを有する画像形成装置であって，クリーニング装置は，像担持体に当接し，像担持体の表面上のトナーを除去する第１クリーニング部材と，第１クリーニング部材よりも像担持体の移動方向の上流側に位置し，像担持体に対峙するように配置され，像担持体との間に電界カーテンを発生させ，像担持体の表面上に浮遊するトナーを像担持体の移動方向の下流側に電気的に搬送する第２クリーニング部材とを備えることを特徴としている。
【０００９】
すなわち，本発明の画像形成装置は，電子写真方式の画像形成装置であって，像担持体の表面を清掃するクリーニング装置を有している。このクリーニング装置は，像担持体に当接して像担持体上のトナーを除去する第１クリーニング部材と，電界カーテンを利用してトナーを除去する第２クリーニング部材とを備えている。
【００１０】
本発明のクリーニング装置では，まず始めに，像担持体の移動方向の上流側に位置する第２クリーニング部材によって像担持体の清掃が行われる（第１クリーニングステップ）。この第１クリーニングステップでは，第２クリーニング部材に多相交流電圧を印加することにより，像担持体の近傍に進行波交番電界（電界カーテン）を発生させる。この進行波交番電界によって像担持体上に付着するトナー等の一部が剥離し，そのトナー等が第２クリーニング部材と像担持体との間を浮遊することになる。そして，その浮遊したトナー等（以下，「浮遊トナー」とする）は，進行波交番電界によって像担持体の移動方向の下流側に搬送されて回収される。これら電界カーテンによって回収されたトナーは，クリーニングブレードなどの機械的手段によって回収されたトナーと比較して，トナーの凝集やトナー粒子の破壊が少ない。また，ＡＣ電圧によってトナーや外添剤を剥離させている，すなわち瞬間的な高電圧によってトナー等を剥離させているため，ＤＣ電圧と比較して像担持体への影響は少ない。
【００１１】
次に，像担持体の移動方向の下流側に位置する第１クリーニング部材によって像担持体の清掃が行われる（第２クリーニングステップ）。つまり，本発明のクリーニング装置では，少なくとも２段階の清掃が行われる。この第２クリーニングステップは，第１クリーニングステップの後に行われるため，第１クリーニング部材に達するトナー等の量は少ない。そのため，第２クリーニング部材を有しない従来のクリーニング装置と比較して，押圧条件を低く設定することができる。よって，像担持体への負荷を軽減することができる。
【００１２】
また，第２クリーニング部材は，像担持体の移動方向の下流側に向かうに従って像担持体との間隔が広くなるように配置されていることとするとよりよい。すなわち，第２クリーニング部材を徐々に像担持体から離すことにより，浮遊トナーを徐々に像担持体から離すことができる。これにより，浮遊トナーの再付着が抑制され，トナーの回収性がより向上する。
【００１３】
また，本発明の画像形成装置は，第２クリーニング部材よりも像担持体の移動方向の上流側に位置し，像担持体上のトナーを荷電する荷電部材を備えることとするとよりよい。すなわち，第２クリーニング部材での電気的な回収作業の前に，荷電部材によって像担持体上のトナーの荷電量を調節する（荷電量調節ステップ）。この荷電部材により，像担持体上のトナーの荷電量を均一化することで，トナーの回収ムラを抑制することができる。よって，帯電ムラ等の不具合を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の画像形成装置では，第２クリーニング部材によって予備的な清掃を行うことで，第１クリーニング部材の押圧力を軽減することができる。そのため，像担持体への負荷が軽減され，クリーニング部材や像担持体の長寿命化を図ることができる。また，多くのトナーおよび外添剤が電気的な回収手段である第２クリーニング部材によって回収されるため，トナーの凝集やトナーの破壊が少ない。よって，本発明によれば，クリーニング部材の磨耗を軽減するとともに良質なトナーの回収が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，本発明にかかる画像形成装置を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電子写真方式のプリンタに本発明を適用したものである。
【００１６】
［第１の形態］
第１の形態の画像形成装置は，電子写真方式のレーザプリンタであり，図１に示すように光学系にレーザ発振器１０２と，ポリゴンミラー１０３と，反射ミラー１０４とが配置され，画像プロセス部に感光体ドラム１０１と，帯電装置１０５と，現像器１０６と，転写チャージャ１０７と，クリーニング装置１０８とが配置されている。また，搬送部に給紙ローラ１０９と，排紙ローラ１１５と，給紙センサ１１０と，排紙センサ１１４と，定着装置１１１等とが配置されている。
【００１７】
次に，上記のように構成されたレーザプリンタの動作を簡単に説明する。感光体ドラム１０１は，図１中矢印方向に回転している。帯電装置１０５は，接触方式のローラ部材であり，感光体ドラム１０１に接触して感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電する。また，画像信号に基づいて，レーザ発振器１０２からレーザ光が変調発光される。このレーザ光は，ポリゴンミラー１０３により主走査方向に走査され，反射ミラー１０４により反射されて感光体ドラム１０１に入射する。これにより，感光体ドラム１０１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１０６により現像されてトナー像となる。トナー像は，感光体ドラム１０１に対向して配置された転写チャージャ１０７により，給紙ローラ１０９によって給紙された記録紙Ｐ上に転写される。その後，トナー像が転写された記録紙Ｐは，定着装置１１１において加熱され，その熱によりトナー像が溶融して記録紙Ｐ上に定着される。画像定着後，記録紙Ｐは，排紙ローラ１１５により装置外に排出される。以上の動作により，１枚分のプリントが行われる。
【００１８】
一方，転写チャージャ１０７によって記録紙Ｐに転写されず，感光体ドラム１０１上に残ったトナーや外添剤（以下，これらを「転写残トナー等」とする）はクリーニング装置１０８によって掻き取られて回収される。以下，クリーニング装置１０８について詳説する。
【００１９】
クリーニング装置１０８は，図２に示すように転写残トナー等を収容する廃トナーボックス１と，感光体ドラム１０１に当接して転写残トナー等を感光体ドラム１０１から除去するクリーニングブレード２と，クリーニングブレード２の上流に位置し，進行波交番電界（いわゆる電界カーテン）を生じさせる電界カーテン発生部３とを備えている。
【００２０】
クリーニングブレード２は，感光体ドラム１０１に対しておよそ２０Ｎ／ｍの押圧力で当接している。なお，クリーニングブレード２の材質としてはウレタンゴムが適用可能である。クリーニングブレード２では，感光体ドラム１０１の表面にあるトナーや外添剤を機械的に掻き取る。
【００２１】
電界カーテン発生部３は，感光体ドラム１０１に対峙する複数の電極によって構成される。具体的に電極群を構成する各電極３１は，図３に示すように，感光体ドラム１０１の軸方向（図３中のＸ方向）に平行であり，さらに感光体ドラム１０１の回転方向（図３中のＹ方向）に所定の間隔をもって平行配列されている。さらに，各電極３１は，図４に示すように，感光体ドラム１０１の回転方向の下流に向かうに従って徐々に感光体ドラム１０１との間隔が広がるように配置されている。この感光体ドラム１０１と電極３１との間隔は，最も狭い部分（最上流部）で４０μｍ，最も広い部分（最下流部）で１２０μｍとなっている。
【００２２】
さらに，各電極３１には，３相交流電源８の各相の電線が接続され，電極３１間を浮遊するトナーを下流側に誘導する交流バイアスが印加される。すなわち，隣り合う電極３１間で位相が変化するように各電線が接続され，進行波交番電界を発生させる。具体的に本形態では，感光体ドラム１０１の表面電位Ｖｏを−５００Ｖとして，ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１０００Ｖ，周波数ｆ＝１０００Ｈｚ，Ｖｄｃ＝３００ＶとなるＡＣバイアスを印加した。なお，印加バイアスの条件はこれらに限るものではない。各条件は，感光体ドラム１０１の表面電位，帯電バイアス，現像バイアス，あるいは転写バイアス等によって異なる。この３相交流電圧の印加により，感光体ドラム１０１の回転方向の下流向き（図３破線矢印の向き）の電界カーテンが発生する。電界カーテン発生部３では，感光体ドラム１０１の表面にある残留トナー等をＡＣバイアスによって電気的に剥離させて回収する。
【００２３】
なお，各電極３１は，感光体ドラム１０１の回転方向に，厳密に直交配置する必要はない。例えば，図５に示すように，電極３１を感光体ドラム１０１の回転方向（図５中のＹ方向）に対して斜めになるように配置してもよい。このように配置された電極３１に３相交流バイアスを印加すると，図５中の破線矢印の向き，すなわち感光体ドラム１０１の回転方向に対して斜めの向きに進行波交番電界が発生する。このように電極を感光体ドラム１０１の軸方向に対して傾斜配置することにより，搬送方向を調節することができる。例えば，進行波交番電界の向きを鉛直線に沿わせることで，廃トナーの回収が容易となる。
【００２４】
また，電極３１は，例えば図６に示すように，金属ワイヤなどで所定の間隔の空隙をもって配置する。これにより，電極３１間を浮遊するトナーがその空隙間を飛翔可能になる。そのためトナーの分散効果が高まり，トナーの再付着を抑制することができる。また，例えば図７に示すように電極をフィルム３２などで塞いでもよい。これにより，ハンドリング性が向上し，取り付けが容易になる。
【００２５】
続いて，本形態のクリーニング装置１０８におけるトナーの回収手順について説明する。感光体ドラム１０１上に付着している転写残トナー４は、その一部が電極群の最上流部の電極３１間の吸引力及び反発力を受けて浮遊状態となり往復しつつ飛翔する。そして，進行波交番電界の進行方向に沿って転写残トナー４が搬送される（図４中の実線矢印）。また，下流に向かうに従って電極３１が感光体ドラム１０１から離れるように配置されていることから，転写残トナー４は感光体ドラム１０１の表面から徐々に離れるように搬送される。そして，浮遊する転写残トナー４が電極群の最下流まで搬送されると，廃トナーボックス１内へ落下する。
【００２６】
一方，感光体ドラム１０１と電極３１との間を浮遊せずに感光体ドラム１０１上に残った転写残トナー４は，感光体ドラム１０１の回転によってクリーニングブレード２まで搬送される。そして，クリーニングブレード２によって感光体ドラム２から掻き落とされ，廃トナーボックス１内へ落下する。
【００２７】
以上詳細に説明したように画像形成装置１００は，クリーニングブレード２による転写残トナー４の回収前に，電界カーテン発生部３によって転写残トナー４を回収することとしている。具体的に，電界カーテン発生部３では，ＡＣバイアスの印加によって感光体ドラム１０１上の転写残トナー４を感光体ドラム１０１から剥離させている。さらに，感光体ドラム１０１との間の空隙に形成される進行波交番電界（電界カーテン）によって感光体ドラム１０１の回転方向の下流側に搬送している。これにより，ＡＣバイアスによって感光体ドラム１０１から剥離させた転写残トナー４が廃トナーボックス１内に回収される。
【００２８】
この電界カーテン発生部３によって回収されたトナーは，クリーニングブレード等の機械的な回収手段によって回収されたトナーと比較してトナーの破壊やトナーの凝集が少ない。よって，リサイクルに好適である。さらに，電界カーテン発生部３では，電気的にトナーを回収している。そのため，クリーニングブレード等の接触部材と比較して感光体ドラム１０１への負荷が少ない。また，ＡＣバイアスによってトナーを剥離させているため，感光体ドラム１０１に与える影響がＤＣバイアスと比較して小さい。
【００２９】
また，電界カーテン発生部３にて回収しきれなかった転写残トナー４は，電界カーテン発生部３よりも下流に位置するクリーニングブレード２によって回収される。このクリーニングブレード２による回収では，すでに電界カーテン発生部３にて多くの転写残トナー４が回収されている。そのため，クリーニングブレード２に達するトナーの量は少ない。よって，クリーニングブレード２は，電界カーテン発生部３を有しない従来の形態と比較して押圧力を小さく設定することができる。従って，クリーニングブレード２および感光体ドラム１０１の寿命を従来の形態と比較して長くなる。また，感光体ドラム１０１への押圧力が小さいことから，感光体ドラム１０１に与える負荷も小さい。
【００３０】
また，電界カーテン発生部３は，感光体ドラム１０１の回転方向の下流に向かうに従って感光体ドラム１０１との間隔を広くすることとしている。これにより，浮遊トナーの回収路が形成され，浮遊トナーの感光体ドラム１０１への再付着が抑制される。
【００３１】
［第２の形態］
第２の形態にかかる画像形成装置２００は，図８に示すようなクリーニング装置２０８を備えている。クリーニング装置２０８は，廃トナーボックス１と，クリーニングブレード２と，電界カーテン発生部３とを備えている。さらに，画像形成装置２００は，クリーニング装置２０８よりも上流に荷電付与部材５を備え，感光体ドラム上の転写残トナーの荷電量を調節している。
【００３２】
電界カーテン発生部３は，各電極３１が絶縁フィルムに固定されているもの（図７参照）を使用しているが，電極３１間に空隙を設けたもの（図６参照）であってもよい。また，電界カーテン発生部３の一方の端部は，感光体ドラム１０１と一定の間隔をもって軸方向に平行配置されたシャフト６に巻きつけられており，他方の端部は，感光体ドラム１０１の移動方向の下流側に位置しその下流側に向かうに従って徐々に感光体ドラム１０１との間隔が広がるように設置されている。各電極３１には，電界カーテンを発生させるＡＣバイアスが印加され，この印加バイアスによって感光体ドラム２上のトナーを飛翔させる。
【００３３】
荷電付与部材５は，電界カーテン発生部３よりも上流に位置し，感光体ドラム１０１上の転写残トナーに電荷を付与する。具体的に荷電付与部材５は，導電性のフィルム部材であり，その材質はＥＴＦＥ（表面抵抗率：１０8 Ω／□）が適用可能である。なお，この他にも例えばポリイミドフィルムやナイロンフィルムであってもよい。また，表面抵抗率も１０6 Ω／□〜１０12Ω／□の範囲内であればよい。また，フィルム部材に限らず，例えばローラ部材であってもよい。
【００３４】
荷電付与部材５には，転写残トナーの荷電量を調節するバイアスが印加される。これにより，例えば逆極性の転写残トナーの帯電極性が正極性にシフトされ，転写残トナーの極性が均一化される。本形態では，Ｖｐｐ＝５００Ｖ，周波数ｆ＝３００Ｈｚ，Ｖｄｃ＝０ＶとなるＡＣバイアスを印加した。なお，印加バイアスの条件はこれらに限るものではない。各条件は，帯電バイアス，現像バイアス，あるいは転写バイアス等の条件によって異なる。
【００３５】
画像形成装置２００では，クリーニング装置２０８よりも上流の位置に荷電付与部材５を有することとしている。この荷電付与部材５によって電界カーテン発生部３に達する前に転写残トナーの荷電量を均一化することができる。これにより，電界カーテン発生部３でのトナーの回収ムラを抑制することができる。
【００３６】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，実施の形態ではプリンタに本発明を適用しているがこれに限るものではない。すなわち，複写機等であっても適用可能である。また，カラー機であっても，モノクロ機であっても適用可能である。
【００３７】
また，像担持体としてローラ形状の感光体ドラムを用いているが，ベルト状の感光体ベルトを使用してもよい。また，帯電装置は，ローラ帯電方式のほか，コロナ放電方式の帯電チャージャ，ブレード，ブラシ等を使用してもよい。また，露光装置は，レーザによるものでもＬＥＤによるものでもよい。また，転写装置は，転写ローラのほか，転写チャージャを使用してもよい。あるいは，感光体から用紙へ直接トナー像を転写する方式のほか，中間転写体を備え，２段階以上の転写を行う方式であってもよい。また，クリーニング装置は，クリーニングブレードのほか，クリーニングブラシ，クリーニングローラでもよい。また，定着装置は，定着ローラのほか，定着ベルトを用いてもよいし，非接触方式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１の形態にかかるクリーニング装置の概略構成を示す図である。
【図３】電極群の配列例を示す図（その１）である。
【図４】電界カーテン発生部の構成および配置を示す図である。
【図５】電極群の配列例を示す図（その２）である。
【図６】電極群の構成例を示す図（その１）である。
【図７】電極群の構成例を示す図（その２）である。
【図８】第２の形態にかかるクリーニング装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 廃トナーボックス
２ クリーニングブレード（第１クリーニング部材）
３ 電界カーテン発生部（第２クリーニング部材）
３１ 電極群
３２ フィルム
４ トナー
５ 荷電付与部材（荷電部材）
６ シャフト
８ 交流電源
１００ レーザプリンタ（画像形成装置）
１０８ クリーニング装置（クリーニング装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電子写真方式にて画像を形成する画像形成装置および像担持体の清掃方法に関する。さらに詳細には，転写後の像担持体上に残留するトナーや外添剤を除去するクリーニング装置を備えた画像形成装置および像担持体の清掃方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では，像担持体（例えば，感光体ドラム）上にトナー像を形成し，そのトナー像を転写体（例えば，普通紙）に転写している。このトナー像の転写では，トナーの鏡像力や転写電界のばらつき等が原因となり，像担持体上に一部のトナーが残留する。そのため，転写領域の下流にクリーニング部材を設置し，このクリーニング部材によって像担持体の表面を清掃し，像担持体上のトナーを除去している。
【０００３】
像担持体を清掃するクリーニング部材としては，例えば特許文献１にクリーニングブレードを像担持体の表面に当接させ，像担持体上のトナーを直接掻き取る方法が開示されている。あるいは，特許文献２には，クリーニング部材を像担持体に対して非接触に保持し，ＤＣバイアスによって電気的に吸引する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１９０２６１号公報
【特許文献２】特開平８−１９０３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前記した従来の画像形成装置には，次のような問題があった。すなわち，クリーニング部材を像担持体に当接させて回収する方法では，一般的に残留するトナーの量が多くなることも想定し，クリーニング部材の押圧条件を高く設定（３０Ｎ／ｍ〜５０Ｎ／ｍ）している。その結果，クリーニング部材の磨耗量が多くなり，クリーニング部材の寿命に影響を与える。また，像担持体にとっても過度な負荷となるため，像担持体の表面の磨耗も加速し，同じく像担持体の寿命に影響を与える。さらには，これらの負荷は像担持体の駆動源にも影響し，像担持体の駆動トルクの過多，トルク変動等の不具合を併発する。
【０００５】
また，クリーニングブレードのエッジによって掻き取られたトナーは凝集状態で回収される。そのため，リサイクルに不向きである。具体的には，トナーの凝集，外添剤の凝集，トナー粒子の破壊などにより帯電量に変化が生じ，トナーかぶり等の画質劣化のおそれがある。
【０００６】
また，特許文献１に開示されている画像形成装置のようにＤＣバイアスによって電気的に吸引すれば像担持体に非接触でトナーを回収することができるため，前述した問題を回避できる。しかしながら，ＤＣバイアスによってトナーを吸引するには，非常に大きなＤＣバイアス（およそ１．５ｋＶ）を印加し続ける必要がある。そのため，像担持体自体が帯電されてしまう。また，転写残トナーの発生にはばらつきがあり，帯電ムラが生じてしまう。
【０００７】
本発明は，前記した従来の画像形成装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，クリーニング部材の磨耗を軽減するとともに良質なトナーの回収が可能な画像形成装置および像担持体の清掃方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた画像形成装置は，トナー像を担持する像担持体と，像担持体上に作像されたトナー像を転写領域で転写体に転写させる転写装置と，転写領域の下流であって帯電領域の上流に位置し，像担持体の表面を清掃するクリーニング装置とを有する画像形成装置であって，クリーニング装置は，像担持体に当接し，像担持体の表面上のトナーを除去する第１クリーニング部材と，第１クリーニング部材よりも像担持体の移動方向の上流側に位置し，像担持体に対峙するように配置され，像担持体との間に電界カーテンを発生させ，像担持体の表面上に浮遊するトナーを像担持体の移動方向の下流側に電気的に搬送する第２クリーニング部材とを備えることを特徴としている。
【０００９】
すなわち，本発明の画像形成装置は，電子写真方式の画像形成装置であって，像担持体の表面を清掃するクリーニング装置を有している。このクリーニング装置は，像担持体に当接して像担持体上のトナーを除去する第１クリーニング部材と，電界カーテンを利用してトナーを除去する第２クリーニング部材とを備えている。
【００１０】
本発明のクリーニング装置では，まず始めに，像担持体の移動方向の上流側に位置する第２クリーニング部材によって像担持体の清掃が行われる（第１クリーニングステップ）。この第１クリーニングステップでは，第２クリーニング部材に多相交流電圧を印加することにより，像担持体の近傍に進行波交番電界（電界カーテン）を発生させる。この進行波交番電界によって像担持体上に付着するトナー等の一部が剥離し，そのトナー等が第２クリーニング部材と像担持体との間を浮遊することになる。そして，その浮遊したトナー等（以下，「浮遊トナー」とする）は，進行波交番電界によって像担持体の移動方向の下流側に搬送されて回収される。これら電界カーテンによって回収されたトナーは，クリーニングブレードなどの機械的手段によって回収されたトナーと比較して，トナーの凝集やトナー粒子の破壊が少ない。また，ＡＣ電圧によってトナーや外添剤を剥離させている，すなわち瞬間的な高電圧によってトナー等を剥離させているため，ＤＣ電圧と比較して像担持体への影響は少ない。
【００１１】
次に，像担持体の移動方向の下流側に位置する第１クリーニング部材によって像担持体の清掃が行われる（第２クリーニングステップ）。つまり，本発明のクリーニング装置では，少なくとも２段階の清掃が行われる。この第２クリーニングステップは，第１クリーニングステップの後に行われるため，第１クリーニング部材に達するトナー等の量は少ない。そのため，第２クリーニング部材を有しない従来のクリーニング装置と比較して，押圧条件を低く設定することができる。よって，像担持体への負荷を軽減することができる。
【００１２】
また，第２クリーニング部材は，像担持体の移動方向の下流側に向かうに従って像担持体との間隔が広くなるように配置されていることとするとよりよい。すなわち，第２クリーニング部材を徐々に像担持体から離すことにより，浮遊トナーを徐々に像担持体から離すことができる。これにより，浮遊トナーの再付着が抑制され，トナーの回収性がより向上する。
【００１３】
また，本発明の画像形成装置は，第２クリーニング部材よりも像担持体の移動方向の上流側に位置し，像担持体上のトナーを荷電する荷電部材を備えることとするとよりよい。すなわち，第２クリーニング部材での電気的な回収作業の前に，荷電部材によって像担持体上のトナーの荷電量を調節する（荷電量調節ステップ）。この荷電部材により，像担持体上のトナーの荷電量を均一化することで，トナーの回収ムラを抑制することができる。よって，帯電ムラ等の不具合を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の画像形成装置では，第２クリーニング部材によって予備的な清掃を行うことで，第１クリーニング部材の押圧力を軽減することができる。そのため，像担持体への負荷が軽減され，クリーニング部材や像担持体の長寿命化を図ることができる。また，多くのトナーおよび外添剤が電気的な回収手段である第２クリーニング部材によって回収されるため，トナーの凝集やトナーの破壊が少ない。よって，本発明によれば，クリーニング部材の磨耗を軽減するとともに良質なトナーの回収が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，本発明にかかる画像形成装置を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電子写真方式のプリンタに本発明を適用したものである。
【００１６】
［第１の形態］
第１の形態の画像形成装置は，電子写真方式のレーザプリンタであり，図１に示すように光学系にレーザ発振器１０２と，ポリゴンミラー１０３と，反射ミラー１０４とが配置され，画像プロセス部に感光体ドラム１０１と，帯電装置１０５と，現像器１０６と，転写チャージャ１０７と，クリーニング装置１０８とが配置されている。また，搬送部に給紙ローラ１０９と，排紙ローラ１１５と，給紙センサ１１０と，排紙センサ１１４と，定着装置１１１等とが配置されている。
【００１７】
次に，上記のように構成されたレーザプリンタの動作を簡単に説明する。感光体ドラム１０１は，図１中矢印方向に回転している。帯電装置１０５は，接触方式のローラ部材であり，感光体ドラム１０１に接触して感光体ドラム１０１の表面を一様に帯電する。また，画像信号に基づいて，レーザ発振器１０２からレーザ光が変調発光される。このレーザ光は，ポリゴンミラー１０３により主走査方向に走査され，反射ミラー１０４により反射されて感光体ドラム１０１に入射する。これにより，感光体ドラム１０１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１０６により現像されてトナー像となる。トナー像は，感光体ドラム１０１に対向して配置された転写チャージャ１０７により，給紙ローラ１０９によって給紙された記録紙Ｐ上に転写される。その後，トナー像が転写された記録紙Ｐは，定着装置１１１において加熱され，その熱によりトナー像が溶融して記録紙Ｐ上に定着される。画像定着後，記録紙Ｐは，排紙ローラ１１５により装置外に排出される。以上の動作により，１枚分のプリントが行われる。
【００１８】
一方，転写チャージャ１０７によって記録紙Ｐに転写されず，感光体ドラム１０１上に残ったトナーや外添剤（以下，これらを「転写残トナー等」とする）はクリーニング装置１０８によって掻き取られて回収される。以下，クリーニング装置１０８について詳説する。
【００１９】
クリーニング装置１０８は，図２に示すように転写残トナー等を収容する廃トナーボックス１と，感光体ドラム１０１に当接して転写残トナー等を感光体ドラム１０１から除去するクリーニングブレード２と，クリーニングブレード２の上流に位置し，進行波交番電界（いわゆる電界カーテン）を生じさせる電界カーテン発生部３とを備えている。
【００２０】
クリーニングブレード２は，感光体ドラム１０１に対しておよそ２０Ｎ／ｍの押圧力で当接している。なお，クリーニングブレード２の材質としてはウレタンゴムが適用可能である。クリーニングブレード２では，感光体ドラム１０１の表面にあるトナーや外添剤を機械的に掻き取る。
【００２１】
電界カーテン発生部３は，感光体ドラム１０１に対峙する複数の電極によって構成される。具体的に電極群を構成する各電極３１は，図３に示すように，感光体ドラム１０１の軸方向（図３中のＸ方向）に平行であり，さらに感光体ドラム１０１の回転方向（図３中のＹ方向）に所定の間隔をもって平行配列されている。さらに，各電極３１は，図４に示すように，感光体ドラム１０１の回転方向の下流に向かうに従って徐々に感光体ドラム１０１との間隔が広がるように配置されている。この感光体ドラム１０１と電極３１との間隔は，最も狭い部分（最上流部）で４０μｍ，最も広い部分（最下流部）で１２０μｍとなっている。
【００２２】
さらに，各電極３１には，３相交流電源８の各相の電線が接続され，電極３１間を浮遊するトナーを下流側に誘導する交流バイアスが印加される。すなわち，隣り合う電極３１間で位相が変化するように各電線が接続され，進行波交番電界を発生させる。具体的に本形態では，感光体ドラム１０１の表面電位Ｖｏを−５００Ｖとして，ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１０００Ｖ，周波数ｆ＝１０００Ｈｚ，Ｖｄｃ＝３００ＶとなるＡＣバイアスを印加した。なお，印加バイアスの条件はこれらに限るものではない。各条件は，感光体ドラム１０１の表面電位，帯電バイアス，現像バイアス，あるいは転写バイアス等によって異なる。この３相交流電圧の印加により，感光体ドラム１０１の回転方向の下流向き（図３破線矢印の向き）の電界カーテンが発生する。電界カーテン発生部３では，感光体ドラム１０１の表面にある残留トナー等をＡＣバイアスによって電気的に剥離させて回収する。
【００２３】
なお，各電極３１は，感光体ドラム１０１の回転方向に，厳密に直交配置する必要はない。例えば，図５に示すように，電極３１を感光体ドラム１０１の回転方向（図５中のＹ方向）に対して斜めになるように配置してもよい。このように配置された電極３１に３相交流バイアスを印加すると，図５中の破線矢印の向き，すなわち感光体ドラム１０１の回転方向に対して斜めの向きに進行波交番電界が発生する。このように電極を感光体ドラム１０１の軸方向に対して傾斜配置することにより，搬送方向を調節することができる。例えば，進行波交番電界の向きを鉛直線に沿わせることで，廃トナーの回収が容易となる。
【００２４】
また，電極３１は，例えば図６に示すように，金属ワイヤなどで所定の間隔の空隙をもって配置する。これにより，電極３１間を浮遊するトナーがその空隙間を飛翔可能になる。そのためトナーの分散効果が高まり，トナーの再付着を抑制することができる。また，例えば図７に示すように電極をフィルム３２などで塞いでもよい。これにより，ハンドリング性が向上し，取り付けが容易になる。
【００２５】
続いて，本形態のクリーニング装置１０８におけるトナーの回収手順について説明する。感光体ドラム１０１上に付着している転写残トナー４は、その一部が電極群の最上流部の電極３１間の吸引力及び反発力を受けて浮遊状態となり往復しつつ飛翔する。そして，進行波交番電界の進行方向に沿って転写残トナー４が搬送される（図４中の実線矢印）。また，下流に向かうに従って電極３１が感光体ドラム１０１から離れるように配置されていることから，転写残トナー４は感光体ドラム１０１の表面から徐々に離れるように搬送される。そして，浮遊する転写残トナー４が電極群の最下流まで搬送されると，廃トナーボックス１内へ落下する。
【００２６】
一方，感光体ドラム１０１と電極３１との間を浮遊せずに感光体ドラム１０１上に残った転写残トナー４は，感光体ドラム１０１の回転によってクリーニングブレード２まで搬送される。そして，クリーニングブレード２によって感光体ドラム２から掻き落とされ，廃トナーボックス１内へ落下する。
【００２７】
以上詳細に説明したように画像形成装置１００は，クリーニングブレード２による転写残トナー４の回収前に，電界カーテン発生部３によって転写残トナー４を回収することとしている。具体的に，電界カーテン発生部３では，ＡＣバイアスの印加によって感光体ドラム１０１上の転写残トナー４を感光体ドラム１０１から剥離させている。さらに，感光体ドラム１０１との間の空隙に形成される進行波交番電界（電界カーテン）によって感光体ドラム１０１の回転方向の下流側に搬送している。これにより，ＡＣバイアスによって感光体ドラム１０１から剥離させた転写残トナー４が廃トナーボックス１内に回収される。
【００２８】
この電界カーテン発生部３によって回収されたトナーは，クリーニングブレード等の機械的な回収手段によって回収されたトナーと比較してトナーの破壊やトナーの凝集が少ない。よって，リサイクルに好適である。さらに，電界カーテン発生部３では，電気的にトナーを回収している。そのため，クリーニングブレード等の接触部材と比較して感光体ドラム１０１への負荷が少ない。また，ＡＣバイアスによってトナーを剥離させているため，感光体ドラム１０１に与える影響がＤＣバイアスと比較して小さい。
【００２９】
また，電界カーテン発生部３にて回収しきれなかった転写残トナー４は，電界カーテン発生部３よりも下流に位置するクリーニングブレード２によって回収される。このクリーニングブレード２による回収では，すでに電界カーテン発生部３にて多くの転写残トナー４が回収されている。そのため，クリーニングブレード２に達するトナーの量は少ない。よって，クリーニングブレード２は，電界カーテン発生部３を有しない従来の形態と比較して押圧力を小さく設定することができる。従って，クリーニングブレード２および感光体ドラム１０１の寿命を従来の形態と比較して長くなる。また，感光体ドラム１０１への押圧力が小さいことから，感光体ドラム１０１に与える負荷も小さい。
【００３０】
また，電界カーテン発生部３は，感光体ドラム１０１の回転方向の下流に向かうに従って感光体ドラム１０１との間隔を広くすることとしている。これにより，浮遊トナーの回収路が形成され，浮遊トナーの感光体ドラム１０１への再付着が抑制される。
【００３１】
［第２の形態］
第２の形態にかかる画像形成装置２００は，図８に示すようなクリーニング装置２０８を備えている。クリーニング装置２０８は，廃トナーボックス１と，クリーニングブレード２と，電界カーテン発生部３とを備えている。さらに，画像形成装置２００は，クリーニング装置２０８よりも上流に荷電付与部材５を備え，感光体ドラム上の転写残トナーの荷電量を調節している。
【００３２】
電界カーテン発生部３は，各電極３１が絶縁フィルムに固定されているもの（図７参照）を使用しているが，電極３１間に空隙を設けたもの（図６参照）であってもよい。また，電界カーテン発生部３の一方の端部は，感光体ドラム１０１と一定の間隔をもって軸方向に平行配置されたシャフト６に巻きつけられており，他方の端部は，感光体ドラム１０１の移動方向の下流側に位置しその下流側に向かうに従って徐々に感光体ドラム１０１との間隔が広がるように設置されている。各電極３１には，電界カーテンを発生させるＡＣバイアスが印加され，この印加バイアスによって感光体ドラム２上のトナーを飛翔させる。
【００３３】
荷電付与部材５は，電界カーテン発生部３よりも上流に位置し，感光体ドラム１０１上の転写残トナーに電荷を付与する。具体的に荷電付与部材５は，導電性のフィルム部材であり，その材質はＥＴＦＥ（表面抵抗率：１０8 Ω／□）が適用可能である。なお，この他にも例えばポリイミドフィルムやナイロンフィルムであってもよい。また，表面抵抗率も１０6 Ω／□〜１０12Ω／□の範囲内であればよい。また，フィルム部材に限らず，例えばローラ部材であってもよい。
【００３４】
荷電付与部材５には，転写残トナーの荷電量を調節するバイアスが印加される。これにより，例えば逆極性の転写残トナーの帯電極性が正極性にシフトされ，転写残トナーの極性が均一化される。本形態では，Ｖｐｐ＝５００Ｖ，周波数ｆ＝３００Ｈｚ，Ｖｄｃ＝０ＶとなるＡＣバイアスを印加した。なお，印加バイアスの条件はこれらに限るものではない。各条件は，帯電バイアス，現像バイアス，あるいは転写バイアス等の条件によって異なる。
【００３５】
画像形成装置２００では，クリーニング装置２０８よりも上流の位置に荷電付与部材５を有することとしている。この荷電付与部材５によって電界カーテン発生部３に達する前に転写残トナーの荷電量を均一化することができる。これにより，電界カーテン発生部３でのトナーの回収ムラを抑制することができる。
【００３６】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，実施の形態ではプリンタに本発明を適用しているがこれに限るものではない。すなわち，複写機等であっても適用可能である。また，カラー機であっても，モノクロ機であっても適用可能である。
【００３７】
また，像担持体としてローラ形状の感光体ドラムを用いているが，ベルト状の感光体ベルトを使用してもよい。また，帯電装置は，ローラ帯電方式のほか，コロナ放電方式の帯電チャージャ，ブレード，ブラシ等を使用してもよい。また，露光装置は，レーザによるものでもＬＥＤによるものでもよい。また，転写装置は，転写ローラのほか，転写チャージャを使用してもよい。あるいは，感光体から用紙へ直接トナー像を転写する方式のほか，中間転写体を備え，２段階以上の転写を行う方式であってもよい。また，クリーニング装置は，クリーニングブレードのほか，クリーニングブラシ，クリーニングローラでもよい。また，定着装置は，定着ローラのほか，定着ベルトを用いてもよいし，非接触方式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１の形態にかかるクリーニング装置の概略構成を示す図である。
【図３】電極群の配列例を示す図（その１）である。
【図４】電界カーテン発生部の構成および配置を示す図である。
【図５】電極群の配列例を示す図（その２）である。
【図６】電極群の構成例を示す図（その１）である。
【図７】電極群の構成例を示す図（その２）である。
【図８】第２の形態にかかるクリーニング装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 廃トナーボックス
２ クリーニングブレード（第１クリーニング部材）
３ 電界カーテン発生部（第２クリーニング部材）
３１ 電極群
３２ フィルム
４ トナー
５ 荷電付与部材（荷電部材）
６ シャフト
８ 交流電源
１００ レーザプリンタ（画像形成装置）
１０８ クリーニング装置（クリーニング装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体と，前記像担持体上に作像されたトナー像を転写領域で転写体に転写させる転写装置と，転写領域の下流であって帯電領域の上流に位置し，前記像担持体の表面を清掃するクリーニング装置とを有する画像形成装置において，
前記クリーニング装置は，
前記像担持体に当接し，前記像担持体の表面上のトナーを除去する第１クリーニング部材と，
前記第１クリーニング部材よりも前記像担持体の移動方向の上流側に位置し，前記像担持体に対峙するように配置され，前記像担持体との間の空隙に電界カーテンを発生させ，前記像担持体の表面上に浮遊するトナーを前記像担持体の移動方向の下流側に電気的に搬送する第２クリーニング部材とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載する画像形成装置において，
前記第２クリーニング部材は，所定の間隔をもって平行配列された複数の電極からなる電極群を備え，その電極群の各電極に多相交流電圧が印加されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する画像形成装置において，
前記第２クリーニング部材は，前記像担持体の移動方向の下流側に向かうに従って前記像担持体との間隔が広くなるように配設されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する画像形成装置において，
前記第２クリーニング部材よりも前記像担持体の移動方向の上流側に位置し，前記像担持体上のトナーを荷電する荷電部材を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
転写体への転写後に，像担持体の表面に付着するトナーを除去する像担持体の清掃方法において，
像担持体の表面上に電界カーテンを発生させ，像担持体の表面上に浮遊したトナーを像担持体の移動方向の下流側に電気的に搬送する第１クリーニングステップと，
前記第１クリーニングステップにて一部のトナーを除去した後に，像担持体に当接するクリーニング部材にて像担持体上のトナーを機械的に除去する第２クリーニングステップとを含むことを特徴とする像担持体の清掃方法。
【請求項６】
請求項５に記載する像担持体の清掃方法において，
前記第１クリーニングステップの前に，像担持体上のトナーを荷電する荷電量調節ステップを含むことを特徴とする像担持体の清掃方法。
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体と，前記像担持体上に作像されたトナー像を転写領域で転写体に転写させる転写装置と，転写領域の下流であって帯電領域の上流に位置し，前記像担持体の表面を清掃するクリーニング装置とを有する画像形成装置において，
前記クリーニング装置は，
前記像担持体に当接し，前記像担持体の表面上のトナーを除去する第１クリーニング部材と，
前記第１クリーニング部材よりも前記像担持体の移動方向の上流側に位置し，前記像担持体に対峙するように配置され，前記像担持体との間の空隙に電界カーテンを発生させ，前記像担持体の表面上に浮遊するトナーを前記像担持体の移動方向の下流側に電気的に搬送する第２クリーニング部材とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載する画像形成装置において，
前記第２クリーニング部材は，所定の間隔をもって平行配列された複数の電極からなる電極群を備え，その電極群の各電極に多相交流電圧が印加されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する画像形成装置において，
前記第２クリーニング部材は，前記像担持体の移動方向の下流側に向かうに従って前記像担持体との間隔が広くなるように配設されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する画像形成装置において，
前記第２クリーニング部材よりも前記像担持体の移動方向の上流側に位置し，前記像担持体上のトナーを荷電する荷電部材を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
転写体への転写後に，像担持体の表面に付着するトナーを除去する像担持体の清掃方法において，
像担持体の表面上に電界カーテンを発生させ，像担持体の表面上に浮遊したトナーを像担持体の移動方向の下流側に電気的に搬送する第１クリーニングステップと，
前記第１クリーニングステップにて一部のトナーを除去した後に，像担持体に当接するクリーニング部材にて像担持体上のトナーを機械的に除去する第２クリーニングステップとを含むことを特徴とする像担持体の清掃方法。
【請求項６】
請求項５に記載する像担持体の清掃方法において，
前記第１クリーニングステップの前に，像担持体上のトナーを荷電する荷電量調節ステップを含むことを特徴とする像担持体の清掃方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１０９４０（Ｐ２００７−１０９４０Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９１０３０（Ｐ２００５−１９１０３０）
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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