JP6717040B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置では、ベルト状像担持体である中間転写ベルトに当接するクリーニングブレードを用いて中間転写ベルトの表面に付着したトナー等の異物を除去することにより画像品質を維持している。

クリーニングブレードとしては、ゴム製のものが一般的であるが、弾性層を有する低硬度の中間転写ベルトに対して従来のゴムのクリーニングブレード（低硬度のクリーニングブレード）を使用した場合、トルクが極めて大きくなり、クリーニングブレードの捲れが生じてしまう。このため、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等により構成された高硬度のクリーニングブレードを使用することにより、トルクを低減して良好なクリーニング性能を確保することができる。

但し、弾性層を有する低硬度の中間転写ベルトに対して、ＳＵＳにより構成された高硬度のクリーニングブレードを使用する場合、中間転写ベルトの表面のトナー外添シリカによる引っ掻き摩擦により、ＳＵＳの構造欠陥部分が脱落して摩耗粉が発生する。そして、このような発生した摩耗粉がクリーニングブレードにより中間転写ベルトに押し付けられることによって、中間転写ベルトにキズが生じてしまい、画像品質を低下させてしまう。

このため、クリーニングブレード（スクレーパ）の表面にアモルファス（非晶質）構造を有するコート層を設けることにより、摩耗粉の発生を防止し、コート層の当接部分を面形状にすることにより、面圧を抑えて被クリーニング対象物（例えば、中間転写ベルト等）のキズの発生を抑える画像形成装置等がある（特許文献１参照）。

特開２００８−０４６３６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたクリーニングブレード（スクレーパ）の場合、高温高湿環境においては中間転写ベルトとの摩擦力が大きくなるので、クリーニングブレードは、当該大きな摩擦力によって中間転写ベルトの回転方向に押されて、当接角が大きくなる方向に変化する。一方、低温低湿環境では中間転写ベルトとの摩擦力は小さくなるので、クリーニングブレードは、当該小さな摩擦力にバランスするように、中間転写ベルトの回転方向の逆方向に戻って、当接角が小さくなる方向に変化してしまう。

そして、高温高湿環境（当接角が大きい状態）でクリーニングブレードの当接部分に摩耗が生じた状態で、環境条件が高温高湿環境から低温低湿環境に変化すると、中間転写ベルトとの摩擦力が小さくなり、クリーニングブレードの当接角が小さくなる方向に変化してしまうため、摩耗部分が中間転写ベルトから離間してしまう現象（以下、エッジ浮きと呼ぶ。）が発生する。

このようなエッジ浮きが発生すると、中間転写ベルトと摩耗部分との間にトナーが入り込んで、当該トナーによるクリーニングブレードを押し上げる力が加わるので、クリーニングブレードにより中間転写ベルトの表面に付着したトナー等の異物を十分に除去できなくなり、クリーニング性能を維持できなくなってしまうといった問題点があった。

本発明の課題は、エッジ浮きを発生させることなくクリーニング性能を維持することができる画像形成装置を提供することにある。

上記課題を達成するため、請求項１に記載の発明の画像形成装置は、
弾性層を有するベルト状像担持体と、前記ベルト状像担持体に当接して前記ベルト状像担持体の表面の異物を除去するクリーニングブレードと、を備える画像形成装置において、
前記クリーニングブレードは、基材の表面にアモルファス構造を有するコート層を有し、前記コート層であって前記ベルト状像担持体との当接部分は、前記ベルト状像担持体の進行方向に対して所定の曲率を有する曲面となっており、
前記クリーニングブレードと前記ベルト状像担持体との当接位置は、前記クリーニングブレードに対向して前記ベルト状像担持体を挟み込むように配置されるローラーが前記ベルト状像担持体と当接する位置より上流側であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、
前記当接部分の曲率半径は、４μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記コート層は、トナー外添シリカよりも高硬度であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記基材は、金属製であることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記コート層のビッカース硬度は、１０００ＨＶより大きく３０００ＨＶ以下であるこ
とを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置において、
前記コート層は、ダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴としている。

本発明によれば、エッジ浮きを発生させることなくクリーニング性能を維持することができる。

本発明を適用した実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。 画像形成装置の主要な機能構成を示すブロック図である。 クリーニングブレードの構成を示す模式図である。 曲率半径とエッジ浮きの関係を示す説明図である。 曲率半径と当接圧によるトナーすり抜けの発生状況を示す説明図である。 クリーニング部の一例を示す説明図である。 クリーニング部の他の一例を示す説明図である。 クリーニング部の他の一例を示す説明図である。

（実施形態）
［１．構成の説明］
以下、本発明の画像形成装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態である画像形成装置１の概略構成を示す図である。図２は、画像形成装置１の主要な機能構成を示すブロック図である。

画像形成装置１は、ＣＰＵ１０１（Central Processing Unit）、ＲＡＭ１０２（Random Access Memory）及びＲＯＭ１０３（Read Only Memory）を有する制御部１０、記憶部
１１、操作部１２、表示部１３、インターフェース１４、スキャナー１５、画像処理部１６、画像形成部１７、画像定着部１８、搬送部１９、クリーニング部２０等を備える。制御部１０は、バス２２を介して記憶部１１、操作部１２、表示部１３、インターフェース１４、スキャナー１５、画像処理部１６、画像形成部１７、画像定着部１８、搬送部１９、クリーニング部２０と接続されている。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３又は記憶部１１に記憶されている制御用プログラムを読み出して実行し、各種演算処理を行う。

ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１に作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。

ＲＯＭ１０３は、ＣＰＵ１０１により実行される各種制御用のプログラムや設定データ等を格納する。なお、ＲＯＭ１０３に代えてＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）やフラッシュメモリー等の書き換え可能な不揮発性メモリーが用いられてもよい。

これらのＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２及びＲＯＭ１０３を備える制御部１０は、上述の各種制御用プログラムに従って画像形成装置１の各部を統括制御する。例えば、制御部１０は、画像処理部１６に画像データに対する所定の画像処理を行わせて記憶部１１に記憶させる。また、制御部１０は、搬送部１９に用紙を搬送させ、記憶部１１に記憶された画像データに基づいて画像形成部１７により用紙に画像を形成させる。

記憶部１１は、半導体メモリーであるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶手段により構成され、スキャナー１５により取得された画像データや、インターフェース１４を介して外部から入力された画像データ等が記憶される。なお、これらの画像データ等はＲＡＭ１０２に記憶されてもよい。

操作部１２は、操作キーや表示部１３の画面に重ねられて配置されたタッチパネル等の入力デバイスを備え、これらの入力デバイスに対する入力操作を操作信号に変換して制御部１０に出力する。

表示部１３は、ＬＣＤ（Liquid crystal display）等の表示装置を備え、画像形成装置１の状態や、タッチパネルへの入力操作の内容を示す操作画面等を表示する。

インターフェース１４は、外部のコンピューター、他の画像形成装置などとの間でデータの送受信を行う手段であり、例えば、各種シリアルインターフェースのいずれかにより構成される。

スキャナー１５は、用紙に形成された画像を読み取り、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の色成分毎の単色画像データを含む画像データを生成して記憶部１１に記憶させる。

画像処理部１６は、例えば、ラスタライズ処理部、色変換部、階調補正部、ハーフトーン処理部を備え、記憶部１１に記憶された画像データに各種画像処理を施して記憶部１１に記憶させる。

画像形成部１７は、記憶部１１に記憶された画像データに基づき、用紙に画像を形成する。画像形成部１７は、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＫ（黒）の色成分に各々対応する４組の露光部１７１、感光体ドラム１７２及び現像部１７３を備えている。また、画像形成部１７は、中間転写ベルト１７４及び２次転写ローラー１７５を備えている。

なお、ベルト状像担持体である中間転写ベルト１７４は、複数の層から構成され、基材層の上に、アクリルニトル・ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）や、クロロプレンゴム（ＣＲ）等のゴムから構成される弾性層を有する。

例えば、基材層の厚みを５０μｍ〜１００μｍ程度、凹凸のある記録媒体（例えば、用紙等）への転写性を高めるために、弾性層の厚みを１００μｍ〜５００μｍ程度にしている。

また、例えば、中間転写ベルト１７４の微小表面硬度を５０ＭＰａ〜５００ＭＰａ程度にすることにより、良好なクリーニング性能を確保することができる。すなわち、クリーニングブレードからの反力には、中間転写ベルト１７４を変形させてトナーをすり抜けさせる成分が存在する。そして、弾性層（中間転写ベルト１７４の微小表面硬度）が柔らかすぎると、トナーをすり抜けさせる成分により、トナーのすり抜けが発生してしまうためである。

さらに、タック性を低減させるために、弾性層の表面に、５μｍ〜２０μｍ程度の酸化処理層を設けたり、３０μｍ〜５０μｍ程度のコート層を設けてもよい。

露光部１７１は、発光素子としてのＬＤ（Laser Diode）を備えている。露光部１７１は、画像データに基づいてＬＤを駆動し、帯電する感光体ドラム１７２上にレーザー光を照射、露光して感光体ドラム１７２上に静電潜像を形成する。現像部１７３は、露光された感光体ドラム１７２上に帯電する現像ローラーにより所定の色（Ｃ、Ｍ、Ｙ及びＫのいずれか）のトナー（色材）を供給して、感光体ドラム１７２上に形成された静電潜像を現像する。
Ｃ、Ｍ、Ｙ及びＫに対応する４つの感光体ドラム１７２上に各々Ｃ、Ｍ、Ｙ及びＫのトナーで形成された画像（単色画像）は、各感光体ドラム１７２から中間転写ベルト１７４上に順次重ねられて転写される。これにより、中間転写ベルト１７４上にＣ、Ｍ、Ｙ及びＫを色成分とするカラー画像が形成される。中間転写ベルト１７４は、複数の転写体搬送ローラーに巻き回された無端ベルトであり、各転写体搬送ローラーの回転に従って回転する。
２次転写ローラー１７５は、中間転写ベルト１７４上のカラー画像を、給紙トレイ２２又は外部に設けられる給紙装置から給紙された用紙上に転写する。詳しくは、用紙及び中間転写ベルト１７４を挟持する２次転写ローラー１７５に所定の転写電圧が印加されることにより、中間転写ベルト１７４上においてカラー画像を形成しているトナーが用紙側に引き寄せられて用紙に転写される。

画像定着部１８は、トナーが転写された用紙を加熱及び加圧してトナーを用紙に定着させる定着処理を行う。

定着ローラー１８３は、その回転軸方向に延在する定着ランプ（或いは、定着ヒーター）であるハロゲンランプヒーターを備える。ハロゲンランプヒーターは、制御部１０による制御下で通電することにより発熱する。また、定着ローラー１８３は、制御部１０による制御下で図示しないモーター等の回転駆動手段により駆動されて回転する。

加圧ローラー１８４は、弾性部材（図示略）により定着ローラー１８３に近づく方向に付勢されて定着ローラー１８３に圧着され、定着ローラー１８３との間に定着ニップを形成しながら定着ローラー１８３の回転に伴って回転する。
なお、加圧ローラー１８４は、制御部１０による制御下で図示しないモーター等の回転駆動手段により駆動されて回転するものとしてもよい。

定着ローラー１８３及び加圧ローラー１８４は、記録媒体である用紙を定着ニップで挟持して搬送方向に搬送しながら用紙を加熱及び加圧する。これにより、定着ローラー１８３及び加圧ローラー１８４は、用紙上のトナーを溶融させて定着させる。用紙と接触する際の定着ローラー１８３の温度は、例えば、１８０℃以上２００℃以下の範囲とされる。したがって、ハロゲンランプヒーターは、定着ローラー１８３がこの温度となるように定着ローラー１８３を加熱する。

図１に示すように、搬送部１９は、用紙を挟持した状態で回転することで用紙を搬送する用紙搬送ローラーを複数備え、所定の搬送経路で用紙を搬送する。搬送部１９は、画像定着部１８により定着処理が行われた用紙の表裏を反転させて２次転写ローラー１７５へ搬送する反転機構１９１を備えている。画像形成装置１では、用紙の両面に画像を形成する場合に反転機構１９１による用紙の表裏の反転が行われて両面に画像が形成された後に用紙が排紙トレイ２３に排出される。用紙の片面にのみ画像を形成する場合には、反転機構１９１による用紙の表裏の反転が行われることなく片面に画像が形成された用紙が排紙トレイ２３に排出される。

クリーニング部２０は、中間転写ベルト１７４に当接するクリーニングブレード２０１を有し、当該クリーニングブレード２０１を用いて中間転写ベルト１７４の表面に付着したトナー等の異物を除去する。

図３は、クリーニングブレード２０１の構成を示す模式図である。クリーニングブレード２０１は、金属等から構成された基材２０２と、基材２０２の表面にアモルファス構造を有するコート層２０３が形成され、コート層２０３であって中間転写ベルト１７４との当接部分ＣＰ３１は、中間転写ベルト１７４の進行方向に対して所定の曲率を有する構造になっている。

基材２０２は、例えば、板の厚さが６０μｍ〜２００μｍのステンレス鋼を用いることにより良好なクリーニング性能を確保することができる。すなわち、基材２０２が薄すぎると、好適な当接圧及び当接角を保持することができず、逆に、厚すぎると稜線方向の追従性を確保できず、トナーのすり抜けが発生してしまう可能性がある。

また、当接部分ＣＰ３１の曲率半径は、４μｍ以上であることが好ましい。すなわち、図４の曲率半径とエッジ浮きの関係を示す説明図のように、当接部分ＣＰ３１の曲率半径が４μｍ未満では、負荷トルク変動によりエッジ浮きが発生してしまう。

このようなエッジ浮きの有無を判断するには、耐刷試験によってクリーニングブレード２０１に摩擦力を加える必要があるが、図４に示す説明図においては、エッジ浮きが発生した条件での負荷トルク変動を測定して、エッジ浮きの有無を判断した。

低温低湿環境（ＬＬ環境：温度１０℃、湿度２０％）と、高温高湿環境（ＨＨ環境：温度３０℃、湿度８０％）における中間転写ベルト１７４の駆動トルクの差分を、負荷トルク変動と定義する。そして、各曲率半径に関して、負荷トルク変動を測定した。なお、エッジ浮きの有無は負荷トルク変動の許容値（０．０２Ｎ・ｍ）を閾値として判断した。

一方、当接部分ＣＰ３１の曲率半径は、２０μｍ以下であることが好ましい。すなわち、図５の曲率半径とトナーすり抜けの関係を示す説明図のように、当接部分ＣＰ３１の曲率半径が２０μｍより大きいと、当接部分ＣＰ３１と中間転写ベルト１７４との隙間にトナーが入り込んで、中間転写ベルト１７４の弾性層を変形させてトナーをすり抜けさせる力が増加して、トナーのすり抜けが発生してしまう。

なお、図５に示す説明図においては、実機を用い、未転写のベタ画像をクリーニング部２０に通し、クリーニング部２０を通過した後の残トナー量により評価した。図５に示すように、当接部分ＣＰ３１の曲率半径が、２０μｍ以下であれば、当接圧１０Ｎ／ｍ〜３０Ｎ／ｍに亘ってトナーのすり抜けが発生しないことが分かる。

また、コート層２０３のビッカース硬度は、１０００ＨＶより大きく３０００ＨＶ以下であることが好ましい。すなわち、トナー外添シリカのビッカース硬度は１０００ＨＶであるので、コート層２０３のビッカース硬度を１０００ＨＶより大きくにすることにより、摩耗限界までクリーニングブレード２０１の長期間の使用が可能になる。なお、コート層２０３のビッカース硬度は、１５００ＨＶ以上であることがより好適である。
また、アモルファス構造を有するコート層２０３としては、必要なビッカース硬度の確保と、摩耗粉の発生の防止を両立することができる、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）コートが好適である。

一方、コート層２０３のビッカース硬度が３０００ＨＶよりも大きい場合、内部応力によってクラックが生じて、コート層２０３の剥離が発生してしまう。このため、コート層２０３のビッカース硬度は、３０００ＨＶ以下であることが好ましい。

以上のように、弾性層を有する中間転写ベルト１７４に当接して中間転写ベルト１７４の表面の異物を除去するクリーニングブレード２０１において、基材２０２の表面にアモルファス構造を有するコート層２０３が形成され、コート層２０３であって中間転写ベルト１７４との当接部分ＣＰ３１は、中間転写ベルト１７４の進行方向に対して所定の曲率を有することにより、エッジ浮きを発生させることなくクリーニング性能を維持することができる。

（変形例１）
実施形態の説明に際しては、クリーニングブレード２０１の基材２０２と、コート層２０３についての形状やビッカース硬度に関して説明しているが、クリーニングブレード２０１と、対向ローラーの位置関係によりクリーニング性能を向上させることができる。

すなわち、変形例１では、図６に示すように、クリーニングブレード２０１に対向して中間転写ベルト１７４を挟み込むように配置する対向ローラー１７６は、クリーニングブレード２０１の当接位置から下流側にオフセットＯＦ６１して配置する。

当該オフセットＯＦ６１がない場合、対向ローラー１７６の加工時に生じた表面の微小な凹凸や、中間転写ベルト１７４の汚れによる微小な凹凸によってクリーニングブレード２０１が持ち上げられて、表面の微小な凹凸の左右側のトナーがすり抜ける現象が発生する。

例えば、オフセットＯＦ６１の量を、１ｍｍ程度にすることにより、トナーがすり抜ける現象の発生を防止することができる。

なお、オフセットＯＦ６１の量が大きすぎると、中間転写ベルト１７４の蛇行により、中間転写ベルト１７４の表面に最大３００μｍの波打ちが生じ、波打ちの谷の部分においてトナーのすり抜けが発生してしまう。

変形例１によれば、必要に応じてバックアップローラー１７７を、クリーニングブレード２０１の当接位置から上流側に設けることにより、波打ちによるトナーのすり抜けの発生を防止することができる。

（変形例２）
変形例１の説明に際しては、クリーニングブレード２０１の当接位置の上流側にバックアップローラー１７７、下流側に対向ローラー１７６を設けることについて説明しているが、クリーニングブレード２０１に対してバネ荷重方式により付勢力を付与することが好ましい。

すなわち、中間転写ベルト１７４の硬度には温度依存性があり、当該硬度の変動に伴ってクリーニングブレード２０１の当接圧が変動する場合がある。このため、変形例２では、図７に示すように、クリーニングブレード２０１に固定された部材２０４に対してバネ２０５により、付勢力を付与することにより、温度変動に関わりなく、クリーニングブレード２０１の当接圧を適正に維持することができる。
なお、バネ２０５は、図７に示すような、引張りコイルバネに限定されるものではなく、例えば、圧縮コイルバネ等の付勢力を付与することが可能なバネ部材であればよい。

（変形例３）
クリーニングブレード２０１により掻き取られたトナーの中間転写ベルト１７４への再付着を防止するようにしてもよい。

すなわち、変形例３では、図８に示すように、クリーニング部２０の内部に、廃トナー搬送スクリュー２０６を設け、クリーニングブレード２０１により掻き取られ重力により落下したトナーを回収することにより、中間転写ベルト１７４への再付着を防止することができる。

また、図８に示すように、クリーニング部２０の内部に、隔壁２０７を設け、クリーニングブレード２０１により掻き取られ重力により落下したトナーが、隔壁２０７に沿って落下することにより、確実に、廃トナー搬送スクリュー２０６に到達するようにしてもよい。さらに、隔壁２０７の先端部分にウレタンシートを設けることにより、中間転写ベルト１７４への再付着を、確実に、防止するようにしてもよい。

なお、実施形態等の説明に際しては、画像定着部１８が、定着ローラー１８３と加圧ローラー１８４は、用紙を挟持して搬送するニップ部を構成しているが、加熱部材である加熱ローラーと、定着ベルトとを備え、定着ベルトは、加熱ローラーと、定着ローラー１８３とに張架され、定着ローラー１８３及び加圧ローラー１８４は、当該定着ベルトを介して、用紙を挟持して搬送するニップ部を構成するようにしてもよい。

また、実施形態の説明に際しては、例えば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）等の色毎に画像形成用のユニットを備え、用紙上にカラー画像を形成する画像形成装置１を例示したが、一例であってこれに限られるものではなく、例えば、単色の画像を形成する画像形成装置であってもよい。

また、実施形態の説明に際しては、記録媒体として用紙を例示しているが、記録媒体は紙に限定されるものではなく、トナー像を形成及び定着可能なシート状のものであればよく、例えば、不織布、プラスチックフィルム、皮革等でもよい。

１ 画像形成装置
１７ 画像形成部
１７４ 中間転写ベルト（ベルト状像担持体）
１７６ 対向ローラー
１７７ バックアップローラー
２０ クリーニング部
２０１ クリーニングブレード
２０２ 基材
２０３ コート層
２０４ 部材
２０５ バネ
２０６ 廃トナー搬送スクリュー
２０７ 隔壁
ＣＰ３１ 当接部分

Claims (6)

1. 弾性層を有するベルト状像担持体と、前記ベルト状像担持体に当接して前記ベルト状像担持体の表面の異物を除去するクリーニングブレードと、を備える画像形成装置において、
   前記クリーニングブレードは、基材の表面にアモルファス構造を有するコート層を有し、前記コート層であって前記ベルト状像担持体との当接部分は、前記ベルト状像担持体の進行方向に対して所定の曲率を有する曲面となっており、
   前記クリーニングブレードと前記ベルト状像担持体との当接位置は、前記クリーニングブレードに対向して前記ベルト状像担持体を挟み込むように配置されるローラーが前記ベルト状像担持体と当接する位置より上流側であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記当接部分の曲率半径は、４μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記コート層は、トナー外添シリカよりも高硬度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記基材は、金属製であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記コート層のビッカース硬度は、１０００ＨＶより大きく３０００ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記コート層は、ダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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