JP2010101968A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写ベルトの裏面に凹凸が存在しても、残留トナーを余すことなく除去可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体から中間転写ベルト１１上に転写されたトナー像を、記録シートに転写して画像を形成する画像形成装置であって、中間転写ベルト１１の周回経路外側に配され、中間転写ベルト１１の外周面に接触して、中間転写ベルト１１上の残留トナーを除去する導電性のクリーニング部材９１と、前記周回経路内側であって、中間転写ベルト１１を挟んでクリーニング部材９１と対向する位置に配され、中間転写ベルト１１の内周面に接触する従動ローラ１３と、残留トナーがクリーニング部材９１へと電気的に誘引されるように、クリーニング部材９１と対向部材に電圧を印加する電源９６とを備え、従動ローラ１３の中間転写ベルト１１と接触する面には、弾性部材１３ｂが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体から中間転写ベルトに転写されたトナー像を記録シートに転写する画像形成装置において、当該中間転写ベルトを清掃する技術に関する。

電子写真式の画像形成装置のうち、感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を、一旦中間転写ベルトに転写してから記録シートへと転写して画像を形成する、いわゆる中間転写タイプのものにおいては、中間転写ベルトから記録シートに転写しきれなかたトナーが、中間転写ベルト上に残留し（以下、このように残留したトナーを「残留トナー」という。）、それ以降の画像形成に悪影響を与えるので、通常は、記録シートへの転写後に中間転写ベルト上に残ったトナーを除去するクリーニング機構を備えている。

従来のクリーニング機構は、例えば、図７に示すように、中間転写ベルト１０１１を挟んで従動ローラ１０１３と対向する位置にトナー回収部１０９０を配すると共に、これよりもベルト周回方向（矢印Ａ）上流側に正規極性帯電部１０８０を配してなる。
正規極性帯電部１０８０は、導電ブラシ１０８１に本来トナーが帯電すべき極性（負極性）と同極性の電圧を印加することにより、中間転写ベルト１０１１上の残留トナー中の正極性に帯電した逆帯電トナー１０３０を本来の極性（負極性）に帯電させる。これにより、全ての残留トナーの極性が、本来の帯電極性（負極性）に揃うので、トナー回収部１０９０における残留トナーのクリーニング効率を向上させることができる。

トナー回収部１０９０は、導電性のファーブラシ１０９１が、金属性のスクレーパ１０９５を介して、電源１０９６の正電圧側に電気的に接続されてなり、当該ファーブラシ１０９１と、接地された従動ローラ１０１３との間で電界を発生させる。
この電界の作用（クーロン力）により、中間転写ベルト１０１１上の負極性に帯電した残留トナーが、ファーブラシ１０９１に吸着され、さらに、スクレーパ１０９５により誘引されつつ、掻き落とされることによって、中間転写ベルト１０１１から除去される。
特開２００４−３１００６０号公報 特開２００６−１２６４４９号公報 特開２００６−１２６４４６号公報 特開２００７−５２４５７号公報

しかしながら、中間転写ベルト１０１１は、通常、コスト的に有利な押し出し成形により作成されており、その裏面には、製法上の都合で、どうしても凹凸が生じてしまう。
そのため、同図７下方の要部拡大図に示すように中間転写ベルト１０１１裏面と従動ローラ１０１３周面との接触部分において当該凹部に該当する部分に隙間１０１１ｂが発生し、当該隙間に介在する空気層のため、当該箇所における電界が他の密着している部分より弱くなり白抜きの矢印にて模式的に示すように、ファーブラシ１０９１と従動ローラ１０１３との間での電界強度が不均一となる。

このため、残留トナーの誘引力も不均一となって、残留トナーがファーブラシ１０９１で誘引されないまま中間転写ベルト１０１１表面に一部残ってしまうという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、中間転写ベルトの裏面に凹凸が存在しても、当該中間転写ベルト上の残留トナーを効率的に除去することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体からベルトの第１面に転写されたトナー像を、記録シートに転写して画像を形成する画像形成装置であって、前記ベルトの第１面に接触して、前記ベルト上の残留トナーを除去する導電性のクリーニング部材と、前記ベルトを挟んで、前記クリーニング部材と対向する位置で、前記ベルトの第１面の裏面である第２面に接触する対向部材と、前記残留トナーが前記クリーニング部材へと電気的に誘引されるように、前記クリーニング部材と前記対向部材に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記対向部材の前記ベルトと接触する面には、弾性層が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、ベルトの第２面（トナー像が転写される第１面の裏面）に凹凸があったとしても、弾性層がその凹凸の形状に沿って変形することにより、ベルトと対向部材とが隙間を設けることなく密着し、高分子材料などで構成される弾性層が少なくとも空気よりも導電性（誘電率）が高いので、クリーニング部材と対向部材との間の電界強度にバラツキが生じにくくなり、ベルトの第１面に残留するトナーを満遍なく誘引することができるため、残留トナーを効率的に除去することができる。

また、前記ベルトは、無端ベルトであって、少なくとも駆動ローラと従動ローラを含む複数のローラに張架されており、前記対向部材は、前記従動ローラであって、その周面に前記弾性層が形成されてなることが望ましい。
これにより、ベルトの張力によって、ベルト裏面が弾性層に押し付けられ、当該弾性層が変形するので、よりベルトと対向部材とが密着し易くなる。

また、前記弾性層は、所定の圧力で前記第２面に押圧されたときに、当該第２面の凹凸の形状に沿って変形して、当該第２面に隙間なく密着する程度に硬度が低いことが望ましく、より具体的には、前記弾性層は、アスカーＣ硬度における値が１５度以上、８０度以下であることが望ましい。
これにより、より確実にベルトと対向部材とが密着し易くなる。

図１は、本実施の形態に係るプリンタ１の構成を示す概略断面図である。
図１に示すように、プリンタ１は、画像プロセス部３、給送部４、定着部５および制御部６、ベルトクリーニング機構８０等を備えており、ＬＡＮ等のネットワークに接続されて、外部の端末装置（図示せず）からの印刷（プリント）ジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアン、およびブラック色からなるカラーの画像形成を実行するものである。

以下、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各再現色をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋと表し、各再現色に関連する番号にこのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを添字として付加する。
画像プロセス部３は、Ｙ〜Ｋ色のそれぞれに対応する作像部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、光学部１０、中間転写ベルト１１、ベルトクリーニング機構８０などを備えている。
作像部３Ｙは、感光体ドラム３１Ｙ、その周囲に配設された帯電器３２Ｙ、現像器３３Ｙ、一次転写ローラ３４Ｙ、感光体ドラム３１Ｙを清掃するためのクリーナ３５Ｙなどを備えており、感光体ドラム３１Ｙ上にＹ色のトナー像を作像する。他の作像部３Ｍ〜３Ｋについても、作像部３Ｙと同様の構成になっており、同図では、符号を省略している。

光学部１０は、レーザダイオードなどの発光素子とポリゴンミラーなどを備え、作像部３Ｙ〜３Ｋの感光体ドラム３１を露光走査するためのレーザ光Ｌを出射する。
中間転写ベルト１１は、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂に導電性のカーボン粒子を添加して、抵抗が１．００×１０^９［Ω・ｃｍ］以上、１．００×１０^１３［Ω・ｃｍ］以下に調整された無端ベルトであり、駆動ローラ１２と従動ローラ１３とに張架されて矢印Ｂ方向に周回駆動される。

この中間転写ベルト１１は、コスト的に安価な押し出し成形により作成されており、その裏面には、製法上の都合で、凹凸が生じたままの状態となっている。
この凹凸は、成形時において、成形品が金型から押し出される際に、両者が擦れあうことによって生じたものであり、さらに、トナーの転写に用いられる外周面が鏡面加工されることにより形成されるものである。

より具体的には、この凹凸は、押し出し方向（中間転写ベルト１１の長手方向と直交する方向）に沿って生じた、深さが５μｍ〜１００μｍ程度の溝である。
給送部４は、記録シートとしての用紙Ｓを収容する給紙カセット４１と、給紙カセット４１内の用紙Ｓを搬送路４３上に１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ４２と、繰り出された用紙Ｓを二次転写位置４６に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対４４と、二次転写ローラ４５などを備えている。

制御部６は、外部の端末装置からの画像信号をＹ〜Ｋ色用のデジタル信号に変換し、光学部１０の発光素子を駆動させるための駆動信号を生成する。
光学部１０は、制御部６からの駆動信号によりＹ〜Ｋ色の画像形成のためのレーザ光Ｌを発し、作像部３Ｙ〜３Ｋの感光体ドラム３１を露光走査する。
この露光走査によって、作像部３Ｙ〜３Ｋ毎に、帯電器３２により一様に帯電された感光体ドラム３１上に静電潜像が形成される。

各静電潜像は現像器３３により負に帯電したトナーで顕像化され、各感光体ドラム３１上にＹ〜Ｋ色のトナー像が形成される。
各色のトナー像は、一次転写ローラ３４に作用する静電力により中間転写ベルト１１上に順次転写される。この際、各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト１１上の同じ位置に重ね合わせて一次転写されるようにタイミングをずらして実行される。

中間転写ベルト１１上に重ね合わされた各色トナー像は、中間転写ベルト１１の矢印Ｂ方向（以下、「ベルト周回方向」という。）への周回運動により二次転写位置４６に向かって移動する。
一方、重ね合わされた各色トナー像が二次転写位置４６に移動するタイミングに合わせて、給送部４からはタイミングローラ対４４を介して用紙Ｓが給送されて来ており、その用紙Ｓは周回運動する中間転写ベルト１１と二次転写ローラ４５との間に挟まれて搬送され、中間転写ベルト１１と二次転写ローラ４５との間に作用する静電力により中間転写ベルト１１上のトナー像が一括して用紙Ｓ上に二次転写される。

二次転写位置４６を通過した用紙Ｓは定着部５に搬送され、用紙Ｓ上のトナー像（未定着画像）が定着部５において加熱、加圧により用紙Ｓに定着された後、排出ローラ対７１を介して排出トレイ７２上に排出される。
ベルトクリーニング機構８０は、二次転写位置４６で二次転写されずに、中間転写ベルト１１上に残ったままとなっている残留トナー３０を除去して、後のプリントジョブ中に残留トナー３０が用紙Ｓに付着するのを防止するものである。

図２は、ベルトクリーニング機構８０を示す概略構成図である。
同図に示すように、ベルトクリーニング機構８０は、正規極性帯電部８１と、これよりもベルト周回方向における下流側に配されたトナー回収部９０とを有し、中間転写ベルト１１上の残留トナー３０を中間転写ベルト１１から除去して、クリーニングするものである。

また、このクリーニングは、従動ローラ１３と協働して行われるため、ここでは、従動ローラ１３の構成についても合わせて説明する。
（従動ローラ１３の構成）
従動ローラ１３は、円筒状の弾性部材１３ｂと、これに圧入されたローラ軸１３ａなどからなる。

ローラ軸１３ａは、例えば、アルミニウムなどの導電性の高い材料からなる回転自在な円筒体であって、当該円筒体の両端に設けられた不図示の軸芯を介して接地されており、常に電位が０に保たれている。
弾性部材１３ｂは、電気抵抗が１．００×１０^６［Ω・ｃｍ］以上であり、厚みが５００μｍ以上であって、柔軟性を有する材料からなる円筒体である。

具体的材料としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲまたはシリコーンゴムをベースとして、これに導電性を有するカーボン粒子を適量添加することによって、上述の電気抵抗となるように調整したものであり、その硬度は、アスカーＣ硬度における値が１５度以上、８０度以下が好ましい。
上述のように、弾性部材１３ｂの厚みを設定するのは、従動ローラ１３と中間転写ベルト１１とが接触する際に、中間転写ベルト１１裏面の溝内に弾性部材１３ｂを十分に侵入させて、隙間が形成されないようにするためである。
（ベルトクリーニング機構８０の構成）
正規極性帯電部８１は、中間転写ベルト１１上の残留トナー３０中に僅かに含まれる逆帯電トナーを正規の極性（負極性）に帯電するものであり、正極側が接地された電源８３及びこれの負極側に接続された導電ブラシ８２などを備える。

これにより、導電ブラシ８２から中間転写ベルト１１上の逆帯電トナーに電子が供給されて、逆帯電トナーの極性が正規の極性（負極性）に帯電する。
このように、逆帯電トナーを正規の極性に帯電するのは、残留トナー３０に逆帯電トナーが含まれている場合に、クーロン力で残留トナー３０を一斉に誘引できなくなり、残留トナー３０の回収効率が低下するという不都合の発生を未然に防止するためである。

トナー回収部９０は、正規の帯電極性（負極性）を有している残留トナー３０を、クーロン力で誘引して吸着するものである。
より具体的には、トナー回収部９０は、逆電圧印加部９３が、クリーニング部材９１の外周と電気的に接続されてなる。
逆電圧印加部９３は、電源９６と、これの正極側に電気的に接続され、ファーブラシ９１の外周と接触する金属性のスクレーパ９５などからなる。

クリーニング部材９１は、中間転写ベルト１１の外周面に当接しつつ、不図示のモータによって、ベルト周回方向に対して相反する方向に回転駆動されるファーブラシであり、１．００×１０^４［Ω／ｃｍ］以上、１．００×１０^１０［Ω／ｃｍ］以下程度の抵抗を有する樹脂製の毛を植設した布を導電性接着剤で芯金９１ａの外周面に貼り付けたものである。

スクレーパ９５は、クリーニング部材９１の外周に接触するように設けられた金属性の板体である。
電源９６は、負極側が接地されており、正極側がスクレーパ９５に接続されているため、微弱電流が、スクレーパ９５から中間転写ベルト１１を介して接地されている従動ローラ１３に流れると共に、クリーニング部材９１から中間転写ベルト１１に向かう方向に電界（以下、「クリーニング電界」という。）が発生する。

上述のように、残留トナー３０の極性は負に揃えられており、当該残留トナー３０を静電的に誘引するクーロン力がクリーニング電界の向きと逆向きに発生する。
このとき、同図２下方の要部拡大図に示すように、クリーニング部材９１と対向している中間転写ベルト１１の裏面は、柔軟性を有する弾性部材１３ｂと密着されることにより、つまり、隙間のない状態、あるいは隙間が十分に少ない状態となっているため、局所的な電気抵抗のばらつきが生じにくく、白抜きの矢印にて模式的に示すように、クリーニング電界の電界強度が均一となる。

これにより、中間転写ベルト１１上の残留トナー３０は、満遍なくクリーニング部材９１に吸着され、その後、スクレーパ９５によってクリーニング部材９１から誘引されると共に掻き落とされ、不図示の回収容器に収容される。
以上のように、本実施の形態のプリンタ１では、従動ローラ１３の外周面が、弾性部材１３ｂで覆われているため、ベルトクリーニング機構８０によって、中間転写ベルト１１上の残留トナー３０を電気的に誘引して除去する際に、クリーニング部材９１と対向する中間転写ベルト１１の裏面が従動ローラ１３の弾性部材１３ｂと密着して隙間が生じないので、クリーニング電界の電界強度が均一になり、残留トナー３０を静電的に誘引するクーロン力が均一に作用して、残留トナー３０が万遍なくクリーニング部材９１に吸着され、残留トナーを効率的に除去することができる。

なお、以上の実施の形態では、負帯電性トナーを用いたが、正帯電性トナーを用いた場合にも適用できる。
その場合、正規極性帯電部８１によって生じさせる電界の向きや、クリーニング電界の向き等は、それぞれ目的に応じて、適宜設定すればよい。
＜変形例＞
本発明は上述のような実施の形態に限られるものではなく、次のような変形例も実施することができる。
（１）上記実施の形態では、ベルトクリーニング機構８０は、正規極性帯電部８１を有していたが、正規極性帯電部８１は必ずしも必要ではなく、正規極性帯電部８１がない構成であっても構わない。

何故ならば、本来残留トナー３０は、その殆どが正規の極性（負極性）に帯電しており、逆極性に帯電したものは僅かであるから、正規極性帯電部８１を廃したからといって、必ずしも画像品質が大きく悪化するとは限らないからである。
（２）また、正規極性帯電部８１を有する場合であっても、上記実施の形態において説明した構成に限るものではない。

例えば、上記実施の形態では、導電ブラシ８２は、正極側が接地された電源８３の負極側に電気的に接続されていたが、特開２００６−１２６４４９号公報に記載されている構成のように、電源８３を介さずに、直接接地する構成としてもよい。
また、導電ブラシ８２の代わりに、図３に示すように、従動回転するファーブラシ１８１を設けてもよい。

もしくは、図４に示すように、導電ブラシ８２の代わりに、高電圧電源２８３に接続され、コロナ放電により残留トナー３０を正規の極性（負極性）に帯電させる公知の帯電器２８１を設けてもよい。
（３）また、上記実施の形態では、トナー回収部９０は、クリーニング部材９１と、スクレーパ９５と、電源９６とを有していたが、このような構成に限るものではなく、例えば、図５に示すように、クリーニング部材９１とスクレーパ９５との間に、公知の回収ローラ９２を設けてもよい。
（４）また、上記実施の形態では、従動ローラ１３が、円筒状の弾性部材１３ｂにローラ軸１３ａが圧入される構成としたが、このような構成に限るものではなく、例えば、ローラ軸１３ａの外周面に柔軟性を有する材料をコーティングしてもよく、要するに弾性層がローラ軸１３ａの外周面に設けられていればよい。
（５）加えて、上記実施の形態では、従動ローラ１３は、ローラ軸１３ａ及び弾性部材１３ｂの２ピース構造であるとしたが、これに限らず１ピース構造であってもよく、例えば、ローラ軸１３ａと同様の形状のものをＥＰＤＭ、ＮＢＲまたはシリコーンゴムなどの高分子材料で作成し、外周面だけに発泡剤を添加するなどして、外周面がそれ以外の部位よりも柔らかく構成してもよい。
（６）また、上記実施の形態では、接地された従動ローラ１３とベルトクリーニング機構８０とが協働して中間転写ベルト１１の残留トナー３０を除去する構成としたが、このような構成に限るものではなく、例えば、図６に示すように、接地された金属性の板体４２０表面を柔軟な弾性層４２１で覆ったパッド４１０を設け、これをばね４２４によって中間転写ベルト１１の裏面に押し当て、当該パッド４１０に従動ローラ１３と同様の電気的機能を持たせても構わない。

これにより、パッド４１０は、周回駆動される中間転写ベルト１１に隙間が生じることなく接触することができる。
その場合、クリーニング部材９１は、同図に示すように、中間転写ベルト１１を挟んでパッド４１０と対向する位置に設ける必要がある。
また、これに伴い、クリーニング部材９１に吸着した残留トナー３０を回収する回収容器４９１の位置も、クリーニング部材９１に近い位置に変更すると共に、導電ブラシ８２を、クリーニング部材９１よりもベルト周回方向における上流側に設ける必要がある。

また、パッド４１０と中間転写ベルト１１との摺動抵抗が大きくなりすぎる場合には、パッド４１０と中間転写ベルト１１間の摺動性を高めるために、弾性層４２１の表面にテフロン(登録商標)コーティングなどを施してもよいであろう。
（７）上記実施の形態と上記変形例は、可能な限り組み合わせて実施することができることはいうまでもない。

本発明は、中間転写ベルトの表面に当接して残留トナーを除去するクリーニング部材が配された画像形成装置に適応することができる。

本発明の実施の形態に係るプリンタの構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係るベルトクリーニング機構を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るベルトクリーニング機構の変形例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るベルトクリーニング機構の変形例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るベルトクリーニング機構の変形例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係るベルトクリーニング機構の変形例を示す概略構成図である。 従来のベルトクリーニング機構を示す概略構成図である。

符号の説明

１ プリンタ
１１ 中間転写ベルト
１２ 駆動ローラ
１３ 従動ローラ
１３ａ ローラ軸
１３ｂ 弾性部材
３０ 残留トナー
３１ 感光体ドラム
８０ ベルトクリーニング機構
８１ 正規極性帯電部
８２ 導電ブラシ
８３ 電源
９０ 逆電圧印加部
９１ クリーニング部材
９１ａ 芯金
９２ 回収ローラ
９５ スクレーパ
９６ 電源

Claims (4)

1. 像担持体からベルトの第１面に転写されたトナー像を、記録シートに転写して画像を形成する画像形成装置であって、
   前記ベルトの第１面に接触して、前記ベルト上の残留トナーを除去する導電性のクリーニング部材と、
   前記ベルトを挟んで、前記クリーニング部材と対向する位置で、前記ベルトの第１面の裏面である第２面に接触する対向部材と、
   前記残留トナーが前記クリーニング部材へと電気的に誘引されるように、前記クリーニング部材と前記対向部材に電圧を印加する電圧印加手段と
   を備え、
   前記対向部材の前記ベルトと接触する面には、弾性層が形成されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ベルトは、無端ベルトであって、少なくとも駆動ローラと従動ローラを含む複数のローラに張架されており、
   前記対向部材は、前記従動ローラであって、その周面に前記弾性層が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記弾性層は、所定の圧力で前記第２面に押圧されたときに、当該第２面の凹凸の形状に沿って変形して、当該第２面に隙間なく密着する程度に、硬度が低いことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記弾性層は、アスカーＣ硬度における値が１５度以上、８０度以下であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の画像形成装置。

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