JP2005338568A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １ドラム中間転写系において、転写クリーナ等の接離による負荷変動を原因とする色ずれを防止する。
【解決手段】 中間転写体の負荷変動分に相当する駆動力を与える第２の駆動手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置や静電記録方式の画像形成装置に関するものである。

近年のカラー複写機、カラープリンタ製品では、多様なマテリアルに対応が可能な中間転写方式を採用する機種が多い。この中で、「１ドラム中間転写ベルト方式」は、４ドラム方式に比べ、装置コストが廉価で済むことと、黒単色の生産性に優れるという特長をもつ。

色ずれを低減して画質向上を図ることは、カラーの画像形成装置において、いうまでもなく重要な課題であるが、以下、１ドラム中間転写ベルト方式における色ずれの課題について説明する。

１ドラム中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置では、感光体ドラム上に形成された各色のトナー像を、中間転写ベルトに対して、順次転写することで、中間転写ベルトの表面には多重転写されたトナー像が得られる。そして、中間転写ベルト上のトナー像と記録材との同期をとって、２次転写部にて、記録材上に、トナー像が転写される。

２次転写手段である２次転写ローラは、中間転写ベルトに対し接離自在に構成されている。中間転写ベルトにて多重転写工程が行なわれている際は離間し、２次転写工程を行う際は当接する。一方、転写クリーナもまた、中間転写ベルトに対し接離自在に構成されている。２次転写工程にて中間転写ベルト上に残留した未転写トナーのクリーニングを行う。

図５は、中間転写ベルトおよび感光体ドラムの駆動部を示す図である。中間転写ベルト７は、中間転写駆動ローラ１３を介して駆動される。中間転写駆動ローラ１３と感光体ドラム１とは、通常、１つのモータで駆動される。モータ１４は、速度制御付きのＤＣモータであり、減速ギア列１５、１６を介して、両者を駆動する構成となっている。転写クリーナ１２は、中間転写駆動ローラ１３に対向した位置に配設されている。不図示の２次転写ローラは、中間転写ベルト７の周面より駆動を受ける従動ローラである。
特開平１０−２４３２４８号公報 特開２００１−３３７５０３号公報

しかしながら、上記の従来例は、以下に説明する「色ずれ」の課題がある。

つまり、中間転写ベルトの駆動負荷の変動に起因して、色ずれが発生する。以下、図６を用いて詳述する。図６の上側のグラフは、中間転写の駆動トルクであり、下側のグラフは、中間転写ベルトの位置ずれ量を表すグラフである。横軸は、時間経過を表す。

画像形成の過程において、転写クリーナや２次転写ローラは、所定のタイミングで、中間転写ベルトに対して接離動作する。転写クリーナは、一般的にブレードクリーニングであり、その摩擦抵抗は大きなものである。中間転写駆動ローラ軸上でのトルクの一例として、転写クリーナ離間時、Ｔ１＝３ｋｇｆｃｍのトルクが、転写クリーナ当接により、Ｔ２＝４．５ｋｇｆｃｍに増大する。つまり、ΔＴ＝１．５ｋｇｆｃｍの負荷変動が発生することになる。駆動系を構成する要素である軸やギアは、完全な剛体ではなく、弾性体であり、また駆動ユニットの支持筐体も弾性体である。これらの部材は、駆動動作中、常時弾性変形しているものであるが、負荷の変化により弾性変形の量が変化する。転写クリーナが離間から当接に動作することで、負荷が増大し、弾性変形量も増加する。これにより、結果として駆動ローラが回転方法の遅れ方向に変位する。また、駆動源であるモータも、負荷変動の影響を受けることで、通常速度変動が発生する。負荷の増大により、モータ軸も同様に駆動ローラの回転方法遅れ方向に変位する。

これにより、中間転写ベルトは、転写クリーナが作用している間、作用していない時に比べて、ΔＬ＝１００μｍ程度、遅れ方向に変位したまま、走行することになる。転写クリーナは、２次転写の残トナー回収のため、４色目が１次転写している際中に作動を開始する。これにより、画像の後端部において、４色目が、その他の色に対して、ΔＬ＝１００μｍ程度遅れ方向（縮み方向）に、色ずれすることになる。

２次転写ローラの接離についても、転写クリーナの接離と同じメカニズムで色ずれが発生する。一般に、２次転写ローラの負荷は軽いため、これによる色ずれ量は小さく、大きな問題とならない場合が多いが、２次転写ローラの負荷が大きくなる場合は、無視できないものになる。

ここで、上述したメカニズムを数式化して、あらためて説明する。上記のモータも含めた駆動系のねじり弾性係数をｋｔ、負荷変動量をΔＴ、中間転写駆動ローラの半径をｒとすると、位置ずれ量ΔＬは、 ΔＬ＝ｒ ｘ ΔＴ／ｋｔ の関係で表すことができる。これより、位置ずれ量ΔＬを低減するには、モータを含めた駆動系のねじり弾性係数を高くする（換言すると駆動系の剛性アップを図る）か、あるいは、負荷変動量ΔＴの低減を実現すれば良いことが理解できる。しかしながら、これらの項目を量的に大幅に改善することは容易なことではなく、従って、色ずれを大幅に低減することは容易では無い。

本発明は、上記した背景、問題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、中間転写ベルトの負荷変動により発生する色ずれを、大幅に低減することにある。

単色の画像を順次、中間転写体に対して重ね合わせることで、複数色の画像形成を行う画像形成装置において、該中間転写体に対して、所定のタイミングにて断続的に作用し、該中間転写体の駆動負荷に変動を引き起こす作用手段を備え、該中間転写体を駆動する第１の駆動手段と第２の駆動手段とが設けられ、第２の駆動手段は、上記作用手段の作用タイミングに同期して、中間転写体の負荷変動分に相当する駆動力を与える。

以上説明したように、本発明は、中間転写体に対して第２の駆動手段を設け、第２の駆動手段が、中間転写体の負荷変動分に相当する駆動力を与えるものであるから、中間転写体の走行方向の変位（ずれ量）を理論的にゼロにすることが可能なものであり、色ずれ量を大幅に低減する効果が得られる。

（実施例１）
本発明の画像形成装置の、第１の実施形態について、図を用いながら説明する。

図４は、１ドラム中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置の断面図である。以下、構成および動作について説明を行う。

像担持体である感光体ドラム１は、回動自在に設けられており、その上方には、帯電ローラ２が配置され、感光体ドラム表面を一様に帯電する。書き込み手段であるレーザーユニット３は、画像信号に応じて感光体ドラム１表面を選択的に露光し、静電潜像が形成される。

感光体ドラム１の左方にある現像装置４は、静電潜像をトナーにより顕像化するものである。現像装置４は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを備える４個の現像器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋを備える。回転現像装置６に搭載された色現像器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃは、順次、感光体ドラム１に対向して、現像工程を行う。その後、常時、感光体ドラム１に対向していた黒現像器５Ｋが作動し、現像工程を行う。

感光体ドラム１の下方には、中間転写体である中間転写ベルト７がある。各色の現像器により顕像化されたトナー像を、一次転写部Ｔｒ１にて順次転写することで、中間転写ベルト７の表面には多重転写されたトナー像が得られる。

記録材Ｐは、給紙部より、レジストローラ８へ給送される。レジストローラ８にて待機していた記録材Ｐは、中間転写ベルト７上のトナー像と同期をとって、２次転写部Ｔｒ２へ送り込まれる。

２次転写手段である２次転写ローラ９は、中間転写ベルト７に対し接離自在に構成されており、中間転写ベルト７にて多重転写工程が行なわれている際は離間し、２次転写工程を行う際は当接する。２次転写部Ｔｒ２にて、記録材Ｐ上に、トナー像が転写される。

記録材上に担持されたトナー像は、定着ローラ１０の熱と圧力により、記録材Ｐに定着され、記録材に対する画像形成は終了する。

一方、感光体ドラム１にはドラムクリーナ１１、中間転写ベルト７には転写クリーナ１２が備えられている。ドラムクリーナ１１は、１次転写工程にて感光体上に残留した未転写トナーのクリーニングを行う。転写クリーナ１２は、中間転写ベルト７に対し接離自在に構成され、２次転写工程にて中間転写ベルト７上に残留した未転写トナーのクリーニングを行う。

図１は、本発明の一実施形態である、中間転写ベルト７の駆動部を示す図である。中間転写ベルト７は、中間転写駆動ローラ１３を介して駆動され、その駆動手段として、第１の駆動手段と第２の駆動手段とが配設される。第１の駆動手段１７は、従来例と同一の構成をとり、モータ１４と減速ギア列１５より構成される。モータ１４は、同様にＤＣモータであり、ＰＬＬ制御等の方法により速度制御がかけられている。感光体ドラム１は、同一のモータ１４より減速ギア列１６を介して駆動される。なお、感光体ドラム１と中間転写ベルト７とは、１つのモータで駆動されるのが一般的であるが、本発明の適用にあたっては、同一モータあるいは独立モータのいずれであっても構わない。

第２の駆動手段１８は、モータ１９と減速ギア列２０およびワンウェイクラッチギア２１により構成される。第２の駆動手段１８は、図中、中間転写駆動ローラ１３に対して、第１の駆動手段１７とは逆側に配置されているが、同じ側に配置しても構わない。第２の駆動手段のモータ１９は、ＤＣモータで、第１の駆動手段のモータと異なり、速度制御レスのモータである。

モータ１９は、転写クリーナ１２の接離に同期してオン/オフする。転写クリーナ１２が離間時、ＤＣモータ１９はオフにする。この時、ワンウェイクラッチギア２１のワンウェイクラッチは、遊び状態に有る。つまり、回転している中間転写駆動ローラ軸は、回転していないワンウェイクラッチギア２１に対して空転している状態にある。

転写クリーナ１２の当接に同期して、ＤＣモータ１９をオンにする。ＤＣモータ１９に電流を通電することで、モータの回転数は、上昇する。そして、モータ１９およびワンウェイクラッチギア２１の回転数が上がり、ワンウェイクラッチが中間転写駆動ローラ軸に噛合いした所で、これらの回転数の上昇は止まる。つまり、中間転写駆動ローラの回転数は、速度制御を行っている第１の駆動手段のモータの回転数で規定されるものであるから、第２の駆動手段のモータの回転数もまた、中間転写駆動ローラを介して第１の駆動手段のモータの回転数で規定されるものである。

図２は、ＤＣモータ１９の、トルクと回転数の特性図である。負荷が重い場合、回転数は上がらず、負荷が軽い場合、回転数が高くなる特性を有している。つまり、負荷により回転数が定まるという特性を有するものであるが、逆に回転数を規定することで、出力トルクが定まるという特性をもつものでもある。ＤＣモータ１９は、所定の回転数Ｎ１で回転する時、その出力トルクはＴ３である。

ここで、中間転写体の負荷変動量ΔＴは、予め実験的に判明しているため、負荷変動量ΔＴと、ＤＣモータの出力トルクＴ３とが同程度の値をとるように、ＤＣモータ１９のトルク速度特性を設定する。これにより、中間転写クリーナが当接することにより生じる中間転写体の負荷変動量ΔＴの分だけ、第２の駆動手段が駆動力を与えることになり、第１の駆動手段の駆動トルクは、中間転写クリーナの接離に関わらず一定のトルク（Ｔ１）が維持される。この結果、第１の駆動手段に対する負荷変動量は、０もしくは０程度となるため、駆動系の弾性変形量の変化が抑制され、中間転写ベルトの位置ずれΔＬも、０もしくは０程度となる。従って、色ずれは、無くなる、もしくは大幅に低減される。

なお、ワンウェイクラッチは、電磁クラッチ等のクラッチに置き換えても構わない。

以上説明したように、本発明は、中間転写体に対して第２の駆動手段を設け、第２の駆動手段が、中間転写体の負荷変動分に相当する駆動力を与えるものであるから、中間転写体の走行方向の変位（ずれ量）を理論的にゼロにすることが可能なものであり、色ずれ量を大幅に低減する効果が得られる。

（実施例２）
続いて、本発明の画像形成装置の、第２の実施形態について説明する。

図３は、第２の実施形態である、中間転写ベルト７の駆動部を示す図である。中間転写ベルト７は、中間転写駆動ローラ１３を介して駆動され、その駆動手段として、第１の駆動手段と第２の駆動手段とが配設される。

第１の駆動手段１７は、第１の実施形態と同一の構成をとるため、説明を省く。

第２の駆動手段２２は、モータ２３、トルクリミッター２４、減速ギア列２５および電磁クラッチギア２６により構成される。第２の駆動手段２２は、図中、中間転写駆動ローラ１３に対して、第１の駆動手段１７とは逆側に配置されているが、同じ側に配置しても構わない。

第２の駆動手段のモータ２３は、速度制御付きのＤＣモータを使用することが望ましい。第２の駆動手段のモータ２３は、第２の駆動手段専用、もしくは、別の駆動系（例えば、定着、紙搬送）との兼用、いずれでも構わない。

電磁クラッチは、転写クリーナ１２の接離に同期してオン/オフする。転写クリーナ１２が離間時、電磁クラッチはオフにして、モータ２３の駆動力が中間転写駆動ローラ１３に伝達しないようにする。

転写クリーナ１２の当接に同期して、電磁クラッチをオンにする。モータ２３の駆動力は、トルク制限手段であるトルクリミッター２４により制限されて、所定のトルクのみ中間転写駆動ローラ１３に伝達する。

トルクリミッター２４のリミッタートルクＴＬは、中間転写体の負荷変動量ΔＴに対応した値に設定する。図示の構成にて、中間転写駆動ローラとトルクリミッターとは１／３減速の関係にあるので、ΔＴ＝１．５ｋｇｆｃｍの場合、リミッタートルクＴＬは、０．５ｋｇｆｃｍに設定する。

続いて、トルクリミッター２４の入出力軸の速度関係について説明する。トルクリミッターは、所定のトルクになると、内部ですべりが発生し、所定トルク以上のトルクが伝達しない機構要素である。従って、モータ〜トルクリミッター〜負荷体という使用形態では、負荷体の負荷とリミッタートルクＴＬの大小関係により、負荷体はモータ回転数で回転するか、回転しないかの、いずれかの状態をとるものである。しかしながら、本実施形態においては、トルクリミッター２４の両側に駆動モータが設けられているため、入出力軸ともに、それぞれのモータ回転数により定まる回転数にて回転することになる。入力軸の回転数が、出力軸の回転数よりも速い場合は、入力軸から出力軸に対して駆動力が伝達し、逆に、入力軸の回転数が、出力軸の回転数よりも遅い場合は、出力軸側から見てトルクリミッターは負荷体として作用することになる。入力軸の回転数と、出力軸の回転数が全く同一の場合は、駆動力は伝達せず、また負荷にもならず、つまり出力軸側から見てトルクリミッターは無負荷なものとみなされる。本実施形態においては、入力軸より出力軸に駆動力を伝達しなければならないため、入力軸側の回転数を、出力軸側の回転数よりも、やや高くなるように、モータ２３の回転数を設定する。具体的には、入力軸側の回転数を、出力軸側の回転数よりも１％程度高くするのが適当である。なお、回転数に大きな差を設けるのは、トルクリミッターの寿命に影響を及ぼす懸念があるため、好ましくない。

これにより、実施例１にて説明したのと同様のメカニズムで、転写クリーナ当接による負荷の増加分のみ、第２駆動手段が駆動力を担うことになり、中間転写ベルトの位置ずれΔＬは、０もしくは０程度となり、色ずれも、無くなる、もしくは大幅に低減される。

なお、電磁クラッチは、第２の駆動手段のモータが専用の場合は、ワンウェイクラッチに置き換えても構わない。

（実施例３）
続いて、本発明の画像形成装置の、第３の実施形態について説明する。

前述したように、２次転写ローラの接離についても、転写クリーナの接離と同じメカニズムで色ずれが発生する。一般に、２次転写ローラの負荷は軽いため、これによる色ずれ量は小さく、大きな問題とならない場合が多いが、以下は、２次転写ローラの負荷が大きく、無視できない場合の対策事例について説明する。

２次転写ローラの接離と、中間転写クリーナの接離のタイミングは、通常、ずれており、前者が先で、後者が後になっている。このため、２次転写ローラによる負荷変動量ΔＴ２が、例えば、０．５ｋｇｆｃｍ、中間転写クリーナによる負荷変動量ΔＴ１が、例えば、１．５ｋｇｆｃｍの場合、中間転写体の負荷変動量は、０→０．５→２．０→１．５→０ｋｇｆｃｍのように変化し、負荷変動量が一定しない。

このため、２次転写ローラの接離と、中間転写クリーナの接離のタイミングを同期させて、負荷変動量が１つの値をとるようにする。そして、前述した中間転写体に対して第２の駆動手段を設け、第２の駆動手段が、中間転写体の負荷変動分に相当する駆動力を与える構成にすることで、色ずれを防止することが可能となる。

２次転写ローラの接離と、中間転写クリーナの接離のタイミングを同期させるには、２次転写ローラと中間転写クリーナとの相対距離を小さくしたり、中間転写ベルトの周長を長くする等の対応をとれば、容易に実現可能である。

本発明の第１の実施形態の駆動構成図である。 モータのトルク速度特性図である。 本発明の第２の実施形態の駆動構成図である。 本発明の画像形成装置の概略構成図である。 従来の駆動構成図である。 従来の課題を説明する図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
７ 中間転写ベルト
９ ２次転写ローラ
１２ 転写クリーナ（中間転写クリーナ）
１３ 中間転写駆動ローラ
１４ モータ
１５ 減速ギア列
１６ 減速ギア列
１７ 第１の駆動手段
１８ 第２の駆動手段
１９ ＤＣモータ
２０ 減速ギア列
２１ ワンウェイクラッチギア
２２ 第２の駆動手段
２３ モータ
２４ トルクリミッター
２５ 減速ギア列
２６ 電磁クラッチギア
Ｔ１ 作用手段離間時の中間転写駆動負荷
Ｔ２ 作用手段当接時の中間転写駆動負荷
ΔＴ 中間転写駆動の負荷変動量
ΔＴ１ 中間転写クリーナによる負荷変動量
ΔＴ２ ２次転写ローラによる負荷変動量
ΔＬ 位置ずれ量
ｋｔ 駆動系のねじり弾性係数
Ｔ３ ＤＣモータの出力トルク
ＴＬ リミッタートルク

Claims (9)

1. 単色の画像を順次、中間転写体に対して重ね合わせることで、複数色の画像形成を行う画像形成装置において、
   該中間転写体に対して、所定のタイミングにて断続的に作用し、
   該中間転写体の駆動負荷に変動を引き起こす作用手段を備え、
   該中間転写体を駆動する第１の駆動手段と第２の駆動手段とが設けられ、
   第２の駆動手段は、上記作用手段の作用タイミングに同期して、
   中間転写体の負荷変動分に相当する駆動力を与えることを特徴とする画像形成装置。
2. 該中間転写体を駆動する中間転写駆動ローラを備え、該中間転写駆動ローラに対して上記第１の駆動手段と上記第２の駆動手段とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記第１の駆動手段は速度制御を行う駆動手段であり、上記第２の駆動手段はトルクに応じて速度が変化する特性を有す速度制御を行わない駆動手段であり、
   中間転写体の負荷変動分に相当するトルクに対して所定の速度になるように、第２の駆動手段のトルク速度特性を設定する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. 上記第１の駆動手段は、速度制御を行う駆動手段であり、
   上記第２の駆動手段は、中間転写体の負荷変動分に相当するトルク制限手段を備える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。
5. 上記トルク制限手段は、トルクリミッターであり、該トルクリミッターに対する入力軸回転数を、出力軸回転数に対して、やや高く設定することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. ワンウェイクラッチまたはクラッチを介して、上記第２の駆動手段の駆動力の伝達を行う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。
7. 上記作用手段は、中間転写体に対し接離自在な中間転写体クリーナであることを特徴とする請求項１〜６に記載の画像形成装置。
8. 上記作用手段は、中間転写体に対し接離自在な２次転写手段であることを特徴とする請求項１〜７に記載の画像形成装置。
9. 上記中間転写体クリーナと、上記２次転写手段の、中間転写体に対する接離タイミングを同期させることを特徴とする請求項１〜８に記載の画像形成装置。

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