JP2017015989A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】フィルミング物質を効果的に除去させることで長期間に亘って安定的に稼働可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】本画像形成装置は、中間転写ベルトとの間に二次転写部を形成する二次転写ベルト176を清掃するクリーニング装置18を有する。このクリーニング装置18は、二次転写ベルト176に付着したトナーを吸着するファーブラシ181と、ファーブラシ181に吸着されたトナーを回収するバイアスローラ182と、バイアスローラ182に当接するクリーニングブレード183及びスクレーパ185と、を備える。スクレーパ185は、クリーニングブレード183に比して弾性係数が大きい材料からなり、クリーニングブレード183をすり抜けてバイアスローラ182の表面に留まるフィルミング物質を掻き取り可能に構成される。【選択図】図3

Description

本発明は、電子写真方式などを用いてトナー像を記録材に形成する画像形成装置に関する。
従来、ドラム状の感光体に接触するブラシ部材と、ブラシ部材の下流側で感光体に当接する弾性ブレードと、を有するクリーニング手段を備えた画像形成装置が知られている(特許文献1参照)。この画像形成装置において、感光体の表面に付着したトナーはブラシ部材に吸着されて、ブラシ部材に接触する回収ローラに回収された後、回収ローラに当接するスクレーパ部材によって掻き取られる。また、ブラシ部材をすり抜けて感光体の表面に留まったワックス等のフィルミング物質は、研磨剤を含有する弾性ブレードによって削り落とされる。
特開2007−132999号公報
ところで、トナー像を担持して搬送する像担持体と、トナー像を記録材に転写する転写部を像担持体との間に形成する転写搬送ベルトとを備え、両面印刷可能に構成された画像形成装置がある。このような画像形成装置に両面印刷を実行させる場合、転写部において表側の面にトナー像を転写された記録材は、定着ローラ等の加熱手段によって加熱されることでトナーに含まれるワックスが暖められた状態となる。そして、記録材が再び転写部に搬送された際に、表側の面が転写搬送ベルトに接触するため、暖められた状態のワックスが転写搬送ベルトに付着する可能性がある。
このような画像形成装置において、転写搬送ベルトの表面に付着したトナーを吸着するブラシローラと、ブラシローラに吸着されたトナーを回収する回収ローラと、回収ローラに付着したトナーを掻き取るトナー用掻き取り部材と、を設けることが考えられる。この場合、転写搬送ベルトに付着したワックス等のフィルミング物質は、ブラシローラを介して回収ローラに付着する。しかし、フィルミング物質はトナーよりも強固に回収ローラに付着するため、トナー用掻き取り部材によって十分に除去することが難しい。そして、このようなフィルミング物質が回収ローラ及び転写搬送ベルトに蓄積されると、二次転写部における記録材の裏汚れ等の原因となる。
また、ブラシローラに加えて、上記特許文献1に記載の弾性ブレードのように、転写搬送ベルトに当接してフィルミング物質を掻き取る掻き取り部材を設けることが考えられる。しかし、この場合転写搬送ベルトの損耗を防ぐために掻き取り部材の当接圧を抑える必要があり、フィルミング物質を十分に除去することは難しい。
そこで、本発明は、フィルミング物質を効果的に除去させることで長期間に亘って安定的に稼働可能な画像形成装置の提供を目的とする。
本発明に係る画像形成装置は、トナー像を担持して搬送する像担持体と、前記像担持体に担持されたトナー像を記録材に転写させる転写部を前記像担持体との間で形成し、前記転写部に記録材を搬送する無端状の転写搬送ベルトと、前記転写部を通過した記録材上のトナー像を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を通過した記録材を、表裏を反転させた状態で前記転写部へと搬送可能な反転搬送部と、前記転写搬送ベルトの表面を清掃するクリーニング手段と、を備え、前記クリーニング手段は、前記転写搬送ベルトに接触した状態で回転して前記転写搬送ベルトの表面に付着した付着物を吸着するブラシローラと、前記ブラシローラに接触した状態で回転して前記ブラシローラに吸着された付着物を回収する回収ローラと、前記回収ローラに当接して前記回収ローラに付着した付着物を掻き取る第1の掻き取り部材と、前記第1の掻き取り部材に比して弾性係数が大きい材料からなり、前記第1の掻き取り部材よりも前記回収ローラの回転方向における下流位置、かつ前記ブラシローラの接触位置よりも上流位置にて前記回収ローラに当接して前記回収ローラに付着した付着物を掻き取る第2の掻き取り部材と、を有する、ことを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置によれば、フィルミング物質を効果的に除去させることで長期間に亘って安定的に稼働させることができる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 画像形成装置の二次転写ベルト及びクリーニング装置を示す断面図。 クリーニング装置の要部を示す模式図。 比較例のクリーニング装置を示す断面図。 比較例のクリーニング装置の要部を示す模式図。 比較例のクリーニング装置において、フィルミング物質が蓄積された状態を示す模式図。 ゴムブレード及びスクレーパのクリーニング性能の違いと、トナー及びフィルミング物質の性質の違いを説明するための略図。 スクレーパの当接圧及び設定角の検討結果を示す散布図。 スクレーパの厚みと侵入量との関係を示すグラフ。 比較例のクリーニング装置における幅方向の位置関係を示す模式図。 本実施形態における幅方向の位置関係を示す模式図。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、画像形成装置の一例としてカラープリンタの構成を図示しながら説明するが、他の画像形成装置(モノクロプリンタ、複合機、各種印刷機、FAX等)にも同様に適用可能である。なお、以下の説明において、画像形成装置を正面から視た視点(図1の視点)を基準に、上下左右の方向を表すものとする。
[画像形成装置]
第1の実施形態に係る画像形成装置100は、図1に示すように、イエロー(Pa)・マゼンタ(Pb)・シアン(Pc)・ブラック(Pd)の4色のトナー像を形成する画像形成手段としての画像形成部Pa,Pb,Pc,Pdを備えている。画像形成装置100は、これらの画像形成部Pa,Pb,Pc,Pdが中間転写ベルト7に沿って配置された、所謂タンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。画像形成装置100は、4つの画像形成部及び中間転写ベルト7に加えて、給送ユニット12、搬送ユニット11、レジストユニット13、二次転写ユニット17、定着ユニット15、及び反転搬送ユニット19等を備えている。
給送ユニット12のトレイに積載された記録材P(例えば用紙、OHPシートなど)は、トレイのリフタ板によって所定の給送位置(高さ)に保持され、エア搬送方式を採用した給送分離ユニットによって1枚ずつ分離された状態で搬送ユニット11に給送される。記録材Pは搬送ユニット11によって装置本体の内部を搬送され、レジストユニット13において斜行補正及びタイミング調整を含むレジスト調整を行われる。そして、後述する画像形成プロセスによって形成された後、中間転写ベルト7に一次転写されたトナー像の搬送と同期して二次転写部T2に搬送される。
二次転写部T2(転写部)は、二次転写内ローラ23に巻き掛けられた中間転写ベルト7と、後述する二次転写ユニット17の二次転写ベルト176との間のニップ部として形成されている。中間転写ベルト7と共に二次転写部T2に挟持された記録材Pには、二次転写内ローラ23に印加されたバイアス電圧によって、中間転写ベルト7に担持されたトナー像が転写される。
トナー像を転写された記録材Pは、定着前搬送ユニット14によって定着ユニット15へと搬送される。定着ユニット15は、記録材Pを挟持して加圧可能な定着ローラ15a及び加圧ローラ15bと、記録材Pに転写された記録材上のトナー像を加熱する加熱手段としての電熱線15cとを有している。記録材Pが定着ローラ15a及び加圧ローラ15bに挟持された状態で加熱及び加圧されると、記録材Pにトナーが溶融固着した定着画像が得られる。
定着ユニット15を通過した記録材Pは、裏面印刷を行う場合には、反転搬送ユニット19(反転搬送部)に送り込まれる。反転搬送ユニット19は、記録材Pをスイッチバックさせて表裏の位置関係を反転させるスイッチバックローラ25と、表裏を反転された状態の記録材Pを二次転写部T2へ向けて搬送可能な反転搬送パス26と、を有している。反転搬送パス26を通過した記録材Pは、レジストユニット13によってレジスト調整されたあと、裏面が中間転写ベルト7に対向する状態で二次転写部T2に再度進入する。二次転写部T2において裏面にトナー像を転写された記録材Pは、定着前搬送ユニット14を介して定着ユニット15に搬送され、裏面側のトナー像を定着される。裏面印刷が完了した場合、及び片面印刷の場合は、定着ユニット15を通過した記録材Pは、排出ユニットに搬送されて装置本体の外部に露出する排出トレイ16に排出される。
[画像形成部]
次に、イエローの画像形成部Paを例にして、画像形成部の構成およびトナー像形成過程について、図1を用いて説明する。他の画像形成部Pb,Pc,Pdについては、トナー色を除いて同様に構成されているため、説明を省略する。画像形成部Paは、中間転写ベルト7の搬送方向(矢印R1)に沿う方向に回転する感光ドラム1と、感光ドラム1の回転方向に沿って配置された帯電器2、露光装置3、現像装置4、一次転写ローラ9、及びドラムクリーニング装置6等を有している。
感光ドラム1は、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を有する感光層が形成された感光体であり、中間転写ベルト7の搬送速度に合わせたプロセススピードで回転駆動される。帯電器2はコロナ放電式の帯電器であり、感光ドラム1の表面を一様な負極性の暗部電位VDに帯電させる。露光装置3は、画像信号に合わせて発光制御される発光部と、発光部から照射されたレーザ光を感光ドラム1に導いて走査する回転ミラーとを有し、感光ドラム1の表面電荷を除電して静電像を描き込む。
現像装置4は、表面にトナーを担持して回転する現像スリーブを有し、現像スリーブから感光ドラム1にトナーを供給することで、感光ドラム1の静電潜像をトナー像として顕像化(現像)する。一次転写ローラ9は、中間転写ベルト7を挟んで感光ドラム1に圧接配置され、感光ドラム1と中間転写ベルト7との間に一次転写部T1を形成する。一次転写ローラ9は不図示の高圧出力基板に接続されて正極性の直流電圧(一次転写バイアス電圧)を印加されている。感光ドラム1に担持されたトナー像は、一次転写バイアス電圧に付勢されて中間転写ベルト7へと一次転写される。中間転写ベルト7に転写されずに感光ドラム1に残留した残留トナー等は、ドラムクリーニング装置6によって回収される。このようなトナー像の形成プロセスは、他の画像形成部Pb,Pc,Pdにおいても並行して進められる。
中間転写体としての中間転写ベルト7は、水平方向に配置された4つの画像形成部Pa,Pb,Pc,Pdの一次転写部T1を貫通するように配置された無端状のベルトである。この中間転写ベルト7は、一次転写ローラ9と、駆動ローラ8と、テンションローラ20と、張架ローラ22と、二次転写内ローラ23とに巻き掛けられており、不図示の駆動装置に駆動される駆動ローラ8によって所定の搬送方向(矢印R1)に搬送される。上述したように画像形成部Pa,Pb,Pc,Pdにおいて形成された4色のトナー像は、最初に転写されるイエローのトナー像に重ね合わせるようにして中間転写ベルト7に転写されることでフルカラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト7は、トナー像を担持して二次転写部T2へ向けて搬送可能な像担持体の一例である。
テンションローラ20は、中間転写ベルト7を外周側へ押圧する方向にスライド移動可能に設けられ、両端部に連結された加圧バネ21に付勢されて中間転写ベルト7に適度な張力を与える。二次転写内ローラ23は、後述する二次転写ユニット17の二次転写外ローラ172に対向配置されている。二次転写部T2の下流には、二次転写部T2を通過して中間転写ベルト7の表面に残留したトナー等を回収する中間転写クリーニング装置10が配置されている。この中間転写クリーニング装置10は、後述する二次転写ベルト176を清掃するクリーニング装置18と同様に構成されている。すなわち、中間転写クリーニング装置18は、ファーブラシ101と、バイアスローラ102と、ゴムブレード及びスクレーパを含む掻き取り部材103と、を有している。
ところで、4つの画像形成部の内、最も下流側の画像形成部Pdの下流側(図1右方側)には、光学式のセンサユニット28が配置されている。センサユニット28は、中間転写ベルト7の表面に対向する受光部29を有し、中間転写ベルト7の表面に形成された制御用パッチのトナー濃度を赤外線の反射量によって計測している。中間転写ベルト7の受光部29に対向する部分は、張架ローラ22によって支持されている。
各画像形成部Pa,Pb,Pc,Pdは、装置本体に設けられる制御装置50からの制御信号に基づいて、トナー像の形成プロセスに並行して中間転写ベルト7に制御用パッチを形成する。この制御用パッチは、二次転写部T2において記録材Pに転写されるトナー像同士の間の領域に形成される。言い換えると、制御用パッチは、先行する第1の記録材Pに転写されるトナー像が形成される領域(第1領域)と、第1の記録材Pの後に連続して二次転写部T2を通過する第2の記録材Pに転写されるトナー像が形成される領域(第2領域)との間に形成される。センサユニット28は、トナー色毎の制御用パッチの濃度を計測し、制御装置50に対するフィードバック信号を送信する。制御装置50は、このフィードバック信号に基づいて、例えば、露光装置3が照射するレーザ光の光量調整、現像バイアス電圧の設定、及び現像装置4に対するトナーの補給量の調整等を行う。後述するように、制御装置50は、二次転写部T2において制御用パッチを二次転写ベルト176に転写させている。
[二次転写ユニット]
次に、中間転写ベルト7及び二次転写内ローラ23と共に二次転写部T2を形成する二次転写ユニット17について説明する。二次転写ユニット17は、図2に示すように、無端状の転写搬送ベルトである二次転写ベルト176が、駆動ローラ171、二次転写外ローラ172、分離ローラ173、及びテンションローラ174に巻き掛けられて構成されている。これら駆動ローラ171、二次転写外ローラ172、分離ローラ173、及びテンションローラ174は、二次転写内ローラ23と平行に配置されると共に、軸方向の両端部をケース192(ケース部材)によって回転自在に支持されている。ケース192は画像形成装置100の本体に着脱自在に装着されており、二次転写ユニット17は、後述するクリーニング装置18と共にケース192の内側に収められている。
二次転写外ローラ172は、二次転写内ローラ23の下方側に配置され、二次転写内ローラ23との間に形成されるニップ部に中間転写ベルト7及び二次転写ベルト176を挟持している。二次転写ベルト176は、不図示の駆動モータに接続された駆動ローラ171によって、中間転写ベルト7搬送方向に沿う方向(矢印R2)に搬送されている。
二次転写外ローラ172が接地される一方で、二次転写内ローラ23は高圧出力基板に接続されて負極性の二次転写バイアス電圧を印加されている。中間転写ベルト7に担持されたトナー像及び制御用パッチのトナー粒子は負に帯電しているため、二次転写部T2にはトナー像及び制御用パッチが中間転写ベルト7から二次転写ベルト176に向かう静電バイアスが形成されている。すなわち、中間転写ベルト7と二次転写ベルト176との間のニップ部(転写ニップ)として形成された二次転写部T2は、記録材Pを挟持して搬送すると共に、中間転写ベルト7に担持されたトナー像を記録材に転写させる。また、制御用パッチは連続する記録材Pの間で二次転写部T2を通過する(図2参照)ため、制御用パッチは二次転写部T2において二次転写ベルト176に転写される。この制御用パッチのトナーは、後述するようにクリーニング装置18によって二次転写ベルト176の表面から除去される。
二次転写ベルト176は、二次転写部T2を通過する記録材Pの搬送路に面する上面部において左方へ搬送され、クリーニング装置18に面する下面部において右方に搬送されている。二次転写ベルト176の搬送速度は、二次転写部T2において中間転写ベルト7とほぼ同速度となるように制御されている。テンションローラ174は、弾性部材であるテンションバネ175に付勢されて二次転写ベルト176を押圧し、二次転写ベルト176の張力を一定に保っている。二次転写外ローラ172に対して二次転写ベルト176の搬送方向下流側に配置される分離ローラ173は、曲率によって記録材Pを二次転写ベルト176から分離しうるように構成され、記録材Pを定着前搬送ユニット14に受け渡す。
なお、二次転写部T2に挟持された記録材Pにトナー像が二次転写されると、トナー像の電荷によって記録材P及び二次転写ベルト176が誘電分極する。すると、記録材Pは二次転写ベルト176に静電吸着された状態となるため、二次転写ベルト176は安定的に記録材を搬送することができる。
[クリーニング装置]
次に、二次転写ベルト176に付着したトナー等の付着物を除去するクリーニング手段のとしてのクリーニング装置18について説明する。このような付着物には、制御用パッチ等のトナー粒子や、後述するフィルミング物質等が含まれる。また、制御用パッチ以外のトナーとしては、例えば記録材Pのジャムによって中間転写ベルト7のトナー像が記録材Pに転写されない場合に、二次転写部T2において二次転写ベルト176に転写されるトナー像が挙げられる。
クリーニング装置18は、図2に示すように、ファーブラシ181によって二次転写ベルト176の表面を清掃する静電ファーブラシクリーニング方式のクリーニング装置である。このクリーニング装置18は、ファーブラシ181と、対向ローラ184と、バイアスローラ182と、クリーニングブレード183と、スクレーパ185と、搬送スクリュ188とを有している。このクリーニング装置18は、二次転写ユニット17と共にケース192に覆われている。ケース192は、中間転写ベルト7の幅方向(装置本体の前後方向)に沿って長く、かつ上方に開放して形成され、記録材Pの搬送路に対して下方に位置する。
二次転写ベルト176の表面に付着したトナーを吸着するファーブラシ181(ブラシローラ)は、図3に示すように、二次転写ベルト176の外周面に接触している。ファーブラシ181は、二次転写ベルト176を挟んで配置された対向ローラ184との間に二次転写ベルト176を挟み込んでいる。ファーブラシ181に吸着されたトナーを回収する回収ローラの一例であるバイアスローラ182は、ファーブラシ181の右方に配置されてファーブラシ181に接触している。ファーブラシ181は、金属材料からなる芯部181a(芯金)の表面に導電性のブラシ繊維181bを植設して構成され、二次転写ベルト176及びバイアスローラ182に対してそれぞれ所定の侵入深さで接触するように配置されている。ただし、侵入深さとは、非接触状態のファーブラシ181の最大半径と、接触状態のファーブラシ181の軸中心から接触面までの距離との差である。
ファーブラシ181及びバイアスローラ182は、装置本体に設けられた高圧出力基板のバイアス印加電源190にそれぞれ接続されてトナーの帯電極性と反対極性(正極性)のバイアス電圧を印加されている。このバイアス電圧の値は、ファーブラシ181に比してバイアスローラ182の電位が高くなるように設定されている。なお、対向ローラ184は、電気的に接地されて接地電位に保たれている。
バイアスローラ182は、金属材料によって円柱状に形成された金属ローラであり、軸中心をファーブラシ181と平行かつ二次転写ベルト176の幅方向に向けて配置されている。ただし、金属ローラとは、金属材料の表面に樹脂材料等のコーティングを施したものを含んでいる。ファーブラシ181、バイアスローラ182、及び対向ローラ184は、軸方向の端部においてケース192に回転自在に支持されている。ファーブラシ181は、不図示の駆動装置によって二次転写ベルト176の搬送方向(矢印R2)に対向する方向に回転駆動され、バイアスローラ182はファーブラシ181に連れ回る方向に回転駆動されている。
クリーニング装置18には、バイアスローラ182に付着した付着物を掻き取る掻き取り部材として、クリーニングブレード183(第1の掻き取り部材)及びスクレーパ185(第2の掻き取り部材)が設けられている。クリーニングブレード183及びスクレーパ185は、それぞれのエッジ部183a,185a(端部)をバイアスローラ182の回転方向に逆らう方向に向けた状態でバイアスローラ182に当接するブレード状部材(板状部材)である。スクレーパ185は、バイアスローラ182の回転方向においてクリーニングブレード183よりも下流位置、かつファーブラシ181の接触位置よりも上流位置にて、バイアスローラ182に当接している。
クリーニングブレード183及びスクレーパ185の下方に配置される搬送スクリュ188は、図2に示すように、ケース192の底部に形成された搬送溝189の内部に収められている。搬送スクリュ188は、ファーブラシ181及びバイアスローラ182と平行に配置され、軸方向の端部をケース192に回転自在に支持されている。搬送溝189の後部には、不図示の廃トナー容器に接続された開口部が形成されている。搬送スクリュ188は、不図示の駆動モータによって駆動されて回転することで、搬送溝189に落下した廃トナー等の付着物を後方へと搬送して廃トナー容器に排出する。
図2に示すように、クリーニング装置18が配置される二次転写ベルト176の下面側の空間と、記録材Pが搬送される二次転写ベルト176の上面側の空間とは、ケース192から延設されたシール部材192aによって離隔されている。このシール部材は、二次転写ベルト176の搬送方向において二次転写部T2の上流側に配置され、ケース192の内壁面から二次転写ベルト176へ向けて延設されている。このシール部材192aの先端部は、トナー等の飛散を防ぎ得るように設定された所定の間隙をあけて二次転写ベルト176に近接している。
なお、本実施形態においてはファーブラシ181が二次転写ベルト176の下面側かつ左右方向中央付近に配置されているが、例えばファーブラシを二次転写ベルト176の駆動ローラ171に対向する位置に配置してもよい(図2参照)。この場合、シール部材192aの幅方向中央部分を切欠いて、ファーブラシ181のブラシ繊維が植設される範囲の両外側に配置すると共に、二次転写ベルト176の幅方向から視てファーブラシ181と重なる位置とすることが好ましい。これにより、例えば2本のファーブラシを上流側と下流側とに配置したクリーニング装置において、シール部材192aは下流側ファーブラシの軸方向の端部を通過してトナー等が飛散することを防ぐサイドシールとして機能する。
[比較例]
次に、本実施形態に対する比較例としてのクリーニング装置18Aと、このクリーニング装置18Aを用いた場合に起こりうる現象について説明する。このクリーニング装置18Aは、図4に示すように、バイアスローラ182に当接するスクレーパを設けられていない点で上述したクリーニング装置18と異なっている。クリーニング装置18Aのその他の構成は、上述したクリーニング装置18と同様であるため、共通する部材には同符号を付して説明を省略する。
クリーニング装置18Aは、図5に示すように、二次転写ベルト176に接触するファーブラシ181と、ファーブラシ181に接触するバイアスローラ182と、バイアスローラ182に当接するクリーニングブレード183とを有している。二次転写ベルト176に付着したトナーは、ファーブラシ181に吸着された後、バイアスローラ182に回収される。バイアスローラ182に回収されたトナーは、クリーニングブレード183によって掻き落とされ、搬送スクリュ188によって廃トナー容器へ向けて搬送される。
ここで、二次転写ベルト176の表面に付着する付着物には、トナー以外にワックスやタルク等のフィルミング物質が含まれている。フィルミング物質とは、二次転写ベルト176やバイアスローラ182の表面に層状に付着しうる(フィルミングする)物質の総称である。具体的には、記録材Pとして用いられる紙の填料、及びトナーの外添剤(例えばタルク、ワックス)が挙げられる。フィルミング物質の内、タルクや紙の填料は、トナー粒子に比して粒子径が小さい(1/20〜1/3程度)ものを含むため、クリーニングブレード183によって十分に掻き取ることが難しい。また、ワックス等の粘着性を有するフィルミング物質は、バイアスローラ182への付着力が強いため、一般的なクリーニングブレードの当接圧では除去することが難しい。
二次転写ベルト176の表面に付着したフィルミング物質の一部はファーブラシ181に付着し、さらにバイアスローラ182に付着する。比較例のクリーニング装置18Aにおいては、上述したようにバイアスローラ182に付着したフィルミング物質が十分に除去されないため、バイアスローラ182の表面に徐々に堆積する。
フィルミング物質の付着量が増加すると、図6に示すように、バイアスローラ182の表面にフィルミング物質が層状に付着した状態となる。この状態で、バイアスローラ182が回転を続けると、クリーニングブレード183のエッジ部183aに固着の起点となるフィルミング物質の塊が形成される。そして、この塊にバイアスローラ182に連れ回るフィルミング物質が次々に衝突することで、フィルミング物質の塊が成長する。
このようなフィルミング物質の塊が成長し始めると、クリーニングブレード183とバイアスローラ182との当接部やエッジ部183aに固着して、クリーニングブレード183の歪み量が大きくなる。すると、バイアスローラ182に付着したトナーの一部がクリーニングブレード183をすり抜け易くなる。このようなすり抜けによって、バイアスローラ182に付着したトナーの一部がファーブラシ181を介して二次転写ベルト176に転移し、二次転写部T2において記録材Pの裏汚れ等の問題を引き起こし得る。また、トナーだけではなく、フィルミング物質も除去されずに二次転写ベルト176の表面に蓄積されるため、記録材Pの裏汚れや搬送不良の原因となり得る。
[スクレーパ及びクリーニングブレードの詳細構成]
そこで、本実施形態に係るクリーニング装置18には、トナーを除去するクリーニングブレード183に加えて、フィルミング物質を除去可能なスクレーパ185を設けることで上述した問題を解決している。以下、スクレーパ185及びクリーニングブレード183について詳しく説明する。
まず、図7を用いてゴムブレードとスクレーパの特性の違いについて説明する。図7は、被クリーニング部材に付着した付着物を掻き取る掻き取り部材として、ゴム材料からなるゴムブレード又はプラスチック材料からなるスクレーパを用いた場合に、付着物を除去可能な付着力の範囲と付着量の範囲とを示す略図である。
ゴムブレードはトナーのように付着力の小さな付着物を大量に掻き落とすことができるが、付着力が大きくなるにつれて除去能力は大きく低下する。これは、ゴムブレードは弾性係数が低く、比較的広い接触面積で被クリーニング部材と接触するため、大量の付着物がある場合でも付着物がすり抜けにくいためである。その一方で、接触面における当接圧の最大値(ピーク圧)は比較的小さいため、フィルミング物質のように付着力の大きな付着物を除去する能力は小さい。
一方で、スクレーパはトナーのような大量の付着物を処理することはできないが、フィルミング物質を含む付着力の強い付着物を除去することができる。これは、スクレーパの弾性係数がゴムブレードに比して高く、比較的狭い接触面積で被クリーニング部材に接触する結果、接触面におけるピーク圧がゴムブレードに比して高くなるためである。その一方で、接触面積が小さいことから、例えばエッジ部の振動等によって生じる微小な隙間を付着物がすり抜けてしまうため、大量の付着物を処理する用途には適さない。
このような特性を考慮して、本実施形態において、スクレーパ185はクリーニングブレード183に比して弾性係数が大きい(剛性が高い)材料を用いて構成されている。このスクレーパ185は、バイアスローラ182との当接部におけるピーク圧が、クリーニングブレード183とバイアスローラ182との当接部におけるピーク圧よりも大きくなるように、材質、設定角(傾斜角度)、当接圧等を設定されている。ただし、ピーク圧とは、バイアスローラ182の外周方向に沿った圧力分布において、バイアスローラ182とスクレーパ185又はクリーニングブレード183との当接部における圧力の最大値のことである。
スクレーパ185は、弾性係数の一つであるヤング率がクリーニングブレード183に比して大きな弾性材料を用いている。このような材料としては、ヤング率1.5〜7.5GPa程度の樹脂シートを用いることができる。一方、クリーニングブレード183は、ウレタンゴム等のゴム材料を用いることができる。言い換えると、クリーニングブレード183をエラストマー材料で構成し、スクレーパ185をプラスチック材料で構成することができる。なお、ヤング率以外の弾性係数(例えば曲げ弾性係数)を指標としてスクレーパ185の材料を決めてもよい。また、スクレーパ185はクリーニングブレード183よりも弾性係数が大きなものであればよく、例えば金属薄板を用いてもよい。
スクレーパ185のバイアスローラ182の設定角α(傾斜角度)は、図3に示すように、クリーニングブレード183の設定角β(傾斜角度)に比して大きく設定されている。ただし、設定角αは、スクレーパ185との当接部におけるバイアスローラ182の接線方向に対して、スクレーパ185がなす角を表している。また、設定角βは、クリーニングブレード183との当接部におけるバイアスローラ182の接線方向に対して、クリーニングブレード183がなす角を表している。後述するように、スクレーパ185の設定角αは、所定の範囲内であることが好ましい。
また、スクレーパ185及びクリーニングブレード183は、バイアスローラ182に対する総圧が所定の値となるように決定された侵入量の下で、不図示の支持部材によって位置決めして支持されている。ただし、総圧とは、スクレーパ185又はクリーニングブレード183のバイアスローラ182に対する当接圧を、エッジ部183a,185aとバイアスローラ182との接触面積に亘って積分したものである。また、侵入量とは、エッジ部183a,185aがバイアスローラ182に押圧されて径方向外側に弾性変形した幅のことである。
すなわち、スクレーパ185は、クリーニングブレード183と比べた場合、硬い(弾性係数の大きい)材料からなり、大きな設定角でバイアスローラ182に当接するように設定されている。このため、スクレーパ185のバイアスローラ182に対する接触面積が比較的狭く、ピーク圧が大きな値をとるのに対し、クリーニングブレード183接触面積は比較的大きく、ピーク値は小さな値となる。
本実施形態に係る実施例として、スクレーパ185には厚み500μmのPET(ポリエチレンテレフタラート;ヤング率4.5GPa)のシート材を用いている。また、クリーニングブレード183にはヤング率8MPaのウレタンゴムをブレード状に成形したものを用いている。また、後述する検討結果を考慮して、スクレーパ185の設定角α=47°に設定すると共に、総圧が15N〜40N(1500gf〜4000gf)となるように、侵入量を2.1mmに設定している。この総圧の値は、スクレーパ185のエッジ部の幅10mm当たりの当接圧に換算すると、概ね0.44N以上1.17N以下の範囲である。一方、クリーニングブレード183の設定角β=20°であり、総圧10N(1000gf)となるように侵入量を1mmに設定されている。ただし、この総圧は、クリーニングブレード183のエッジ部の幅10mm当たりの当接圧に換算すると、概ね0.30Nである。
[スクレーパの当接条件の検討]
次に、スクレーパ185をバイアスローラ182に当接させる際の、設定角及び当接圧についての検討結果について、図8及び図9を用いて説明する。発明者らは、次のような試行を繰り返してスクレーパ185の設定角及び当接圧の設定可能範囲(ラチチュード)を調べた。まず、クリーニングブレード183の設定角αを所定の角度に設定すると共に、当接圧の総圧が所定の値となるようにクリーニングブレード183の侵入量を設定した画像形成装置を用意した。次に、この画像形成装置に8000枚(16000イメージ)の100%デューティ(ベタ塗り)の両面画像を連続的に形成させて用紙に出力させた。そして、画像出力が完了した際に、クリーニングブレード183及びスクレーパ185をすり抜けてバイアスローラ182の表面に留まったトナーの有無を確認した。このようなトナーは、典型的にはバイアスローラ182の周方向に延びる帯状の付着物として観察される。
図8の散布図における各ドットは、上述した試行においてクリーニング性能が良好であった場合の条件(設定角及び総圧)を示している。設定角αについては、30度以上60度以下の範囲(領域NG1を除いた部分)でクリーニング性能が概ね良好となることを確認した。設定角がこの範囲より大きい場合(α>60°)、スクレーパ185のエッジ部185aがバイアスローラ182に引きずられるなどして、バイアスローラ182に対する当接状態が安定しなかった。また、設定角がこの範囲より小さい場合(α<30°)、当接面積が広がってピーク圧が低下してしまい、フィルミング物質の除去が不十分となった。
また、総圧については、1500gf以上4000gf以下(15N〜40N)の範囲(領域NG2を除いた部分)でクリーニング性能が良好となることを確認した。総圧を4000gfより大きく設定する場合、侵入量が大きくなり、スクレーパ185がエッジ部185aよりも根本側でバイアスローラ182に面接触する(面当たりする)状態となり、フィルミング物質の掻き取り能力が低下してしまう。上述したPETシートを用いたスクレーパ185の場合、侵入量を4mm以上に設定した場合にこのような面接触状態となった。また、総圧を1500gf未満に設定した場合、当接圧が低下することでピーク圧も低下してしまい、フィルミング物質の掻き取り能力が低下してしまう。以上の検討結果を考慮して、上述した実施例においては設定角α及び侵入量をそれぞれ47°,2.1mmの値に設定している。
次に、スクレーパ185として用いるPETシートの厚みについての検討結果を説明する。図9は、厚みの異なるPETシート(300,500,700[μm])について、設定角α=47°の下でバイアスローラ182等の剛性を有する部材に当接させた場合の、侵入量と当接圧(総圧)との関係を示している。図9に示すように、PETシートの厚みによらず、侵入量を0.5mm〜2.1mmの範囲で増大させるにつれて、総圧も比例的に増大した。スクレーパ185として上述した実施例よりも薄い(300μm)PETシートを用いる場合、侵入量を0.5mmないし2.1mmの範囲で変化させても、総圧500gfを超えることがなかった。また、スクレーパ185として上述したものよりも厚い(700μm)PETシートを用いる場合、侵入量1.8mmを超えると総圧4000gfを超えてしまった。従って、スクレーパ185として用いる材料の厚みに対応して、当接圧が上述した範囲(エッジ部185aの幅10mm当たり0.44N以上1.17N以下)に収まるように侵入量を適宜設定することが好ましい。
[クリーニング装置の幅方向の位置関係]
次に、クリーニング装置18の幅方向(長手方向)の長さの関係について、図10及び図11に基づいて説明する。上述したように互いに平行に配置されたファーブラシ181、バイアスローラ182、クリーニングブレード183、及びスクレーパ185は、幅方向の中心位置を揃えるように配置されている。図10及び図11は、これら中心位置を揃えた状態における幅方向の一端側の位置関係を示しており、幅方向の他端側においても左右を反転させて同様の位置関係となっている。
比較例のクリーニング装置18Aにおいて、図10に示すように、クリーニングブレード183はファーブラシ181よりも長く、バイアスローラ182はクリーニングブレード183よりも長く設定されている。ただし、ファーブラシ181の長さとは、芯部181aに対してブラシ繊維181bが植設された部分の長さである。また、二次転写ベルト176はバイアスローラ182よりも長く設定されている。
なお、ファーブラシ181の長さは、現像装置4における現像コート幅よりも広く設定されている。ただし、現像コート幅とは、現像スリーブに担持され得るトナー像の最大幅である。例えば、現像装置4の現像スリーブの表面にブラスト加工などにより凹凸を形成した領域を現像剤のコート領域とし、このコート領域の幅(現像スリーブの回転軸方向の長さ)を現像コート幅とする。したがって、ファーブラシ181は、感光ドラム1から中間転写ベルト7を介して二次転写ベルト176に受け渡され得るトナー像の全幅をカバーし得る幅に設定されている。
ところで、バイアスローラ182の幅方向の両端部にクリーニングブレード183のエッジ部183aが当接した状態にある場合、摩擦によってエッジ部183aの挙動が不安定となる。この場合、クリーニングブレード183のびびり、めくれ、及び鳴きといった問題が発生しやすい。そこで、上述した通りクリーニングブレード183をバイアスローラ182よりも短く設定し、バイアスローラ182の端部A1(点線部分)にはエッジ部183aが当接しないように構成されている。
このクリーニング装置18Aにおいて、クリーニングブレード183がファーブラシ181よりも長く設定されるため、ファーブラシ181からバイアスローラ182に回収されたトナーの大部分は、クリーニングブレード183によって掻き落とされる。しかしながら、装置を長時間稼働させた場合に、バイアスローラ182の端部A1にトナーを主成分とする首輪状(リング状)の付着物が形成されることがあった。これは、ファーブラシ181とバイアスローラ182の接触においてブラシ繊維181bのフリッキング等によってトナーが飛散し、バイアス電圧を印加されたバイアスローラ182の端部A1に静電吸着されることが原因の一つである。また、ケース192の内部に浮遊する塵埃が、端部A1に静電吸着されることが他の原因の一つである。
端部A1にはクリーニングブレード183が当接しないため、このようなカラー状の付着物は除去されずにバイアスローラ182の表面に留まり、画像形成を繰り返すことで徐々に成長する。そして、付着物の層が二次転写ベルト176の対応する領域A2(点線部分)に到達すると、二次転写ベルト176を汚染して二次転写部T2における画像不良の原因となり得る。二次転写ベルト176に付着した付着物の一部は、シール部材192aによってせき止められるが、付着物が増加するとシール部材192aからあふれ出してしまう。
そこで、図11に示すように、本実施形態に係るスクレーパ185は、バイアスローラ182以上(回収ローラ以上)の長さに設定され、かつ、バイアスローラ182の全長に亘ってエッジ部185aが当接するように設けられている。スクレーパ185以外の大小関係は上述したクリーニング装置18Aと同様である。すなわち、クリーニングブレード183はファーブラシ181よりも長く、バイアスローラ182はクリーニングブレード183よりも長く設定されている。また、二次転写ベルト176はバイアスローラ182よりも長く、ファーブラシ181は現像コート幅よりも長く設定されている。
本実施形態に係る実施例においては、このような大小関係を満たすように、幅方向(バイアスローラ182の軸方向)の中央から端部までの長さが図11に示す値に設定されている。すなわち、ファーブラシ181が166.5mm、バイアスローラ182が170.5mm、クリーニングブレード183が168mm、スクレーパ185が171mmである。なお、各部材の長さはこれらをそれぞれ2倍した値となる。
[クリーニング装置による二次転写ベルトの清掃]
上述したように構成される画像形成装置100は、記録材Pに画像を形成して出力すると共に、二次転写ベルト176に付着するトナー及びフィルミング物質をクリーニング装置18によって除去する。以下、トナー及びフィルミング物質を除去する主な過程について、制御用パッチを形成した場合を例にそれぞれ説明する。なお、制御用パッチ以外でも二次転写ベルト176にトナーが付着するような場合も同様である。二次転写ベルト176に付着するトナーの一部を占める制御用パッチは、二次転写部T2において中間転写ベルト7から二次転写ベルト176に転写される(図2参照)。この制御用パッチは、二次転写ベルト176の回転に伴って二次転写ユニット17の下面側に移動する。
制御用パッチのトナー粒子は、正極性のバイアス電圧を印加されたファーブラシ181に吸着された後、ファーブラシ181よりも高圧のバイアス電圧を印加されたバイアスローラ182によって回収される。バイアスローラ182の回転に伴ってクリーニングブレード183とバイアスローラ182との当接部に到達したトナー粒子は、クリーニングブレード183のエッジ部183aにせき止められる。そして、次々にエッジ部183aに衝突して堆積したトナー粒子がエッジ部183aから脱落することで、バイアスローラ182からトナーが掻き取られて落下する。
二次転写ベルト176に付着したワックス等のフィルミング物質は、クリーニングブレード183によるトナーの除去に並行して除去される。二次転写ベルト176の表面に付着したフィルミング物質は、ファーブラシ181の静電吸着力及びフィルミング物質自身の粘着力等によってファーブラシ181に付着する。ファーブラシ181に付着したフィルミング物質の一部は、ファーブラシ181とバイアスローラ182との接触部においてバイアスローラ182に移動する。フィルミング物質の一部はトナーと共にクリーニングブレード183によって掻き取られ、クリーニングブレード183をすり抜けたフィルミング物質はバイアスローラ182とスクレーパ185との当接部へ向けて搬送される。そして、フィルミング物質は、クリーニングブレード183よりもピーク圧が高くなるように設定されたスクレーパ185のエッジ部185aによって掻き取られて落下する。
ところで、バイアスローラ182の両端部(図11における端部A1)には、ファーブラシ181のフリッキング等によって微量のトナーが付着する。このトナーは、クリーニングブレード183の幅方向の両外側を通過した後、スクレーパ185によって掻き取られて落下する。クリーニングブレード183及びスクレーパ185から落下したトナー及びフィルミング物質を含む廃棄物は、搬送スクリュ188によって搬送され、廃トナー容器に排出される。
本実施形態に係る画像形成装置は、上述したように、二次転写ベルト176に付着する付着物の内、トナーを主にクリーニングブレード183によって除去させると共に、フィルミング物質を主にスクレーパ185によって除去させている。そして、スクレーパ185にクリーニングブレード183よりも弾性係数が大きい材料を用いることで、スクレーパ185がフィルミング物質を効果的に除去し得るように構成されている。また、スクレーパ185を剛性の高いバイアスローラ182に当接させているため、例えばスクレーパを二次転写ベルトに当接させる構成に比して当接圧を容易に高めることができ、フィルミング物質の除去に適した当接圧に設定することができる。そして、バイアスローラ182にフィルミング物質が蓄積してクリーニング装置18のトナー除去能力が低下することを防ぐことができる。すなわち、本画像形成装置100はフィルミング物質を効果的に除去させて長期間に亘って安定的に稼働させことができる。
また、スクレーパ185及びクリーニングブレード183の材質、設定角、侵入量等は、スクレーパ185とバイアスローラ182との当接部におけるピーク圧がクリーニングブレード183に比して大きくなるように設定されている。このような設定とすることで、クリーニング装置18は二次転写ベルト176に付着したフィルミング物質をより効果的に除去することができる。
また、クリーニングブレード183をバイアスローラ182よりも短く設定する一方で、スクレーパ185がバイアスローラ182の全長に亘って当接するように構成している。これにより、クリーニングブレード183のびびりやめくれ等の問題を回避しつつ、バイアスローラ182の端部における首輪状のトナー付着を防いで、二次転写ベルト176の汚染を防ぐことができる。
なお、本発明は、本実施形態において二次転写ベルト176を清掃するクリーニング装置18を備えた画像形成装置として適用したが、クリーニング手段を他の被クリーニング部材に対して設けてもよい。例えば、被クリーニング部材としての中間転写ベルトを清掃するクリーニング手段を設け、本実施形態に係るクリーニング装置18と同様に構成してもよい。
7…像担持体(中間転写ベルト)/15c…加熱手段/19…反転搬送部(反転搬送ユニット)/50…制御手段(制御装置)176…転写搬送ベルト(二次転写ベルト)/181…ブラシローラ(ファーブラシ)/181a…芯部/181b…ブラシ繊維/182…回収ローラ(バイアスローラ)/183…第1の掻き取り部材(クリーニングブレード)/183a…エッジ部/185…第2の掻き取り部材(スクレーパ)/185a…エッジ部/192…ケース部材(ケース)/192a…シール部材/P…記録材/T2…転写部(二次転写部)/α,β…傾斜角度(設定角)

Claims (14)

  1. トナー像を担持して搬送する像担持体と、
    前記像担持体に担持されたトナー像を記録材に転写させる転写部を前記像担持体との間で形成し、前記転写部に記録材を搬送する無端状の転写搬送ベルトと、
    前記転写部を通過した記録材上のトナー像を加熱する加熱手段と、
    前記加熱手段を通過した記録材を、表裏を反転させた状態で前記転写部へと搬送可能な反転搬送部と、
    前記転写搬送ベルトの表面を清掃するクリーニング手段と、を備え、
    前記クリーニング手段は、
    前記転写搬送ベルトに接触した状態で回転して前記転写搬送ベルトの表面に付着した付着物を吸着するブラシローラと、
    前記ブラシローラに接触した状態で回転して前記ブラシローラに吸着された付着物を回収する回収ローラと、
    前記回収ローラに当接して前記回収ローラに付着した付着物を掻き取る第1の掻き取り部材と、
    前記第1の掻き取り部材に比して弾性係数が大きい材料からなり、前記第1の掻き取り部材よりも前記回収ローラの回転方向における下流位置、かつ前記ブラシローラの接触位置よりも上流位置にて前記回収ローラに当接して前記回収ローラに付着した付着物を掻き取る第2の掻き取り部材と、を有する、
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記第2の掻き取り部材は、前記第1の掻き取り部材に比してヤング率が大きい材料からなる、
    請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記第2の掻き取り部材は、ヤング率1.5GPa〜7.5GPaの弾性材料からなる、
    請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記第1の掻き取り部材は、エラストマー材料からなり、
    前記第2の掻き取り部材は、プラスチック材料からなる、
    請求項1ないし3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記第2の掻き取り部材は、ポリエチレンテレフタラートのシート材である、
    請求項1ないし4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記回収ローラは、金属ローラである、
    請求項1ないし5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記第1の掻き取り部材及び前記第2の掻き取り部材は、それぞれのエッジ部を前記回収ローラの回転方向に逆らう方向に向けた状態で前記回収ローラに当接するブレード状部材であり、
    前記回収ローラの前記第2の掻き取り部材との当接部における接線方向に対する前記第2の掻き取り部材の傾斜角度は、前記回収ローラの前記第1の掻き取り部材との当接部における接線方向に対する前記第1の掻き取り部材の傾斜角度に比して大きい、
    請求項1ないし6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記第2の掻き取り部材の傾斜角度は、30度以上60度以下である、
    請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 前記第2の掻き取り部材の前記回収ローラに対する当接圧は、前記第2の掻き取り部材の幅10mm当たり0.44N以上1.17N以下である、
    請求項1ないし8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  10. 前記第1の掻き取り部材及び前記第2の掻き取り部材は、前記回収ローラの外周方向に沿った圧力分布において、前記回収ローラと前記第2の掻き取り部材との当接部における圧力の最大値が、前記回収ローラと前記第1の掻き取り部材との当接部における圧力の最大値よりも大きくなるように配置されている、
    請求項1ないし9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  11. 前記回収ローラの軸方向における前記第1の掻き取り部材の長さは、前記回収ローラの長さに比して小さく設定され、
    前記第2の掻き取り部材は、前記軸方向において前記回収ローラ以上の長さに設定され、かつ前記回収ローラの全長に亘って当接している、
    請求項1ないし10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  12. 前記クリーニング手段を覆うケース部材と、
    前記転写搬送ベルトの搬送方向において前記転写部の上流側に配置されると共に、前記転写部を通過する記録材が搬送される空間と前記回収ローラが配置される空間とを隔てるように前記ケース部材から前記転写搬送ベルトへ向けて延設されたシール部材と、を備える、
    請求項11に記載の画像形成装置。
  13. 前記ブラシローラは、円柱状の芯部にブラシ繊維を植設して構成され、
    前記シール部材は、前記転写搬送ベルトの幅方向において、前記芯部に前記ブラシ繊維が植設される範囲の両外側に配置されると共に、前記幅方向から視て前記ブラシローラと重なる位置にある、
    請求項12に記載の画像形成装置。
  14. 前記像担持体の内、第1の記録材に転写されるトナー像が形成される第1領域と、前記第1の記録材の後に前記転写部を通過する第2の記録材に転写されるトナー像が形成される第2領域との間の領域に制御用パッチを形成させると共に、この制御用パッチを前記転写部において前記転写搬送ベルトに転写させる制御手段を備える、
    請求項1乃至13のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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