JP2006251131A - ベルト駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 剛性の弱いベルト部材であっても蛇行規制のためのフランジ部材への乗り上げや変形をほとんど生じることなく、割れなどの不具合を防止できるベルト駆動装置を得る。
【解決手段】 駆動ローラ２１及び従動ローラ２５に中間転写ベルト１０を無端状に張り設け、駆動ローラ２１からの回転駆動力によってベルト１０をＡ方向に回転させるベルト駆動装置。ベルト１０の両端縁部にはガイドリブ１１が貼着されており、ローラ２１，２５の両端に設けたフランジ２２，２６にガイドリブ１１が当接することよってベルト１０の蛇行を規制する。従動ローラ２５の両端に設けたフランジ２６の側面角度が、駆動ローラ２１の両端に設けたフランジ２２の側面角度よりも大きく設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ベルト駆動装置、特に、複写機やプリンタなどの画像形成装置に組み込まれる中間転写ベルトなどのベルト駆動装置に関する。

近年、カラー画像形成装置における高画質化の要求に伴って様々な技術が開発されてきた。その中の一つに中間転写ベルトの薄膜化がある。中間転写ベルトは、駆動ローラ及び従動ローラを含む複数のローラに無端状に張り設けられて一方向に回転駆動され、感光体ドラム上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー画像が転写ローラから付与される静電気力で転写される。この転写時において、転写ローラの感光体ドラムに対する押圧力が強すぎると、トナーどおしの分子間力が静電気力よりも強くなり、トナー画像の中央部が転写不良となる中抜け現象が発生する。

このような中抜け現象を防止するために、本発明者らは、中間転写ベルトの厚みを薄くすることが有効であり、従来１００〜１５０μｍ程度であった厚みから８５μｍ程度の薄い中間転写ベルトを使用することで一定の高画質化を達成できることを見出した。

ところで、従来から、中間転写ベルトはローラの両端に設けたフランジ部材によって蛇行あるいは斜行を規制されており、特許文献１，２にはこの種の蛇行規制技術が開示されている。しかしながら、高画質化を目的とする薄い中間転写ベルトは剛性が弱く、フランジ部材による蛇行規制で変形やフランジ部材への乗り上げを生じ、割れなどが発生する問題点が生じた。
特開２００１−１０６３１９号公報 特開２００２−１３２０５７号公報

そこで、本発明の目的は、剛性の弱いベルト部材であっても蛇行規制のためのフランジ部材への乗り上げや変形をほとんど生じることなく、割れなどの不具合を防止できるベルト駆動装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明に係るベルト駆動装置は、駆動ローラ及び従動ローラを含む複数のローラにベルト部材を無端状に張り設け、駆動ローラからの回転駆動力によって該ベルト部材を一方向に回転させ、前記ローラの両端に設けたフランジ部材によって該ベルト部材の蛇行を規制するベルト駆動装置において、それぞれのローラの両端に設けたフランジ部材の側面であって前記ベルト部材の縁部が圧接する部分の角度が各ローラに設けたフランジ部材ごとに異なっていることを特徴とする。

具体的には、ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度が、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度よりも大きいことが好ましい。ここで、ベルト部材のゆるみ側とは、回転駆動力をベルト部材に伝達する駆動ローラよりも回転方向の下流側を意味し、ゆるみ側に位置するローラとは回転駆動力を伝達しない従動ローラを意味する。また、ベルト部材の張り側とは、駆動ローラよりも回転方向の上流側を意味し、張り側に位置するローラとは回転駆動ローラを意味する。

ベルト部材のゆるみ側ではベルト部材のローラに対する張力が張り側よりも小さく、蛇行が生じたときに、ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面にベルト部材の縁部が乗り上げやすい。そこで、ゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度を大きく設定することにより、厚みの薄いベルト部材であっても該フランジ部材に乗り上げることがなくなり、ベルト部材の変形、割れなどが未然に防止される。ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度は２０°以上であることが好ましい。

一方、ベルト部材の張り側に位置するローラでは該ローラに対するベルト部材の張力が比較的大きいため、そのフランジ部材の側面角度は従来のものと同じであってもよい。それゆえ、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度は３０°以下であってもよい。

本発明に係るベルト駆動装置においては、ベルト部材の変形、割れなどをより効果的に防止するために、ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材間の幅が、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材間の幅よりも小さいことが好ましい。また、ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材と該ローラを支持するフレームとの隙間が、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材と該ローラを支持するフレームとの隙間よりも大きいことが好ましい。

さらに、本発明に係るベルト駆動装置において、ベルト部材のヤング率をＥ（ＭＰａ）、ベルト厚みｔ（ｍｍ）としたとき、Ｅ×ｔ＜３００の不等式を満足することが好ましい。ベルト部材の割れとフランジ部材への乗り上げを良好に防止することができる。

また、本発明に係るベルト駆動装置にあっては、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度が、ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度よりも大きくてもよい。この場合、ベルト部材の直進性が良好となる。

以下、本発明に係るベルト駆動装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示す画像形成装置は、電子写真方式によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色の画像を合成するように構成したプリンタ本体１と、画像読取り装置２と制御部３とで構成されている。

画像読取り装置２は、図示しない原稿台ガラス上に載置された原稿の画像をＣＣＤ素子などのイメージセンサで読み取る周知のものであり、原稿画像はイメージセンサでＲＧＢ（赤、緑、青）の三原色に分解されて電気信号に変換される。その画像データは制御部３において各種のデータ処理を受け、さらに、ＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の各再現色に変換される。ＹＭＣＫの画像データは制御部３のメモリ４に格納され、位置ずれ補正などの必要な補正を受ける。

プリンタ本体１は、感光体ドラム３１、レーザ走査光学装置３２、現像装置３３などを含むＹＭＣＫの画像を形成するプリントヘッド３０（３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ）が中間転写ベルト１０の直下に並置されている。各プリントヘッド３０においては、レーザ走査光学装置３２が前記ＹＭＣＫの画像データの転送を受け、感光体ドラム３１上に潜像を形成し、現像装置３３によってトナー画像を形成する。このような電子写真プロセスは周知であり、その説明は省略する。

中間転写ベルト１０は、駆動ローラ２１及びテンションを付与するための従動ローラ２５に無端状に張り渡され、駆動ローラ２１から伝達される回転駆動力によって矢印Ａ方向に回転駆動される。中間転写ベルト１０の内面側には各感光体ドラム３１と対向する位置に１次転写ローラ１８が配置されている。

中間転写ベルト１０には駆動ローラ２１と対向する部分に２次転写ローラ１９が配置されている。また、中間転写ベルト１０には従動ローラ２５と対向する部分に残留トナーを払拭するためのクリーニングブレード１５が接触し、該ブレード１５で払拭されたトナーは廃棄ボトル１６に収容される。

プリンタ本体１の下段には積層されている用紙を１枚ずつ給紙する自動給紙部４０が設置されている。また、２次転写部の直上には、トナーを加熱定着するための定着ユニット５０が配置されている。

各感光体ドラム３１上に形成されたトナー画像は、矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト１０上に順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、用紙は１枚ずつ自動給紙部４０から上方に給紙され、２次転写部で中間転写ベルト１０から合成トナー画像が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット５０に搬送されてトナー画像の加熱定着を施され、排出ローラ５１からトレイ５２上に排出される。

（第１実施例、図２〜図１０参照）
中間転写ベルト１０は、図２に示すように、駆動ローラ２１と従動ローラ２５とに無端状に張り渡され、矢印Ａ方向への回転時に蛇行を規制するために、ベルト１０の裏面側であって両端縁部の全周にわたってゴム製のガイドリブ１１が設けられている。

さらに、前記ローラ２１，２５の両端にはガイドリブ１１を受けるためのポリアセタール樹脂製のフランジ２２，２６が設けられている。このフランジ２２，２６の外側面には、図３に示すように、角度θ１を有する規制面２２ａ，２６ａが形成され、該規制面２２ａ，２６ａにはガイドリブ１１の角部１１ａが対向している。規制面２２ａ，２６ａは傾斜した平面であり、その上部は半径Ｒ断面円弧状とされている。

また、従動ローラ２５はばね２５ａ（図４参照）にて付勢され、中間転写ベルト１０に所定のテンションを付与している。

ガイドリブ１１は、ウレタン製ゴムのものが使用され、中間転写ベルト１０の裏面縁部に接着剤で貼り付けられている。中間転写ベルト１０がその回転時において蛇行を生じて（蛇行力Ｆ１参照）、ベルト１０の幅方向に移動しようとすると、移動方向と反対側のガイドリブ１１の角部１１ａがフランジ２２，２６の規制面２２ａ，２６ａに圧接し、これにてベルト１０の蛇行が規制されることになる。

図３は、フランジ２２，２６が中間転写ベルト１０の蛇行を規制している状態を示している。中間転写ベルト１０が駆動ローラ２１から伝達される駆動力により回転すると、ベルト１０の裏面両端縁部に設けられたガイドリブ１１はフランジ２２，２６に巻きかかっていく際、蛇行力Ｆ１により角部１１ａは点線で示すように変形させられながら蛇行を規制する。このようなガイドリブ１１の変形はフランジ反力Ｆ２とベルト１０自身の曲率反力Ｆ３を合成した力にベルト張力Ｆ４が打ち勝つことにより生じる。

しかし、図４に示すように、ベルト１０が駆動ローラ２１に巻きかかっていく側１０ａはベルト張力Ｆ４が強くなり、ベルト張力Ｆ４の強い側を張り側と称する。一方、ベルト１０が駆動ローラ２１によって送られていく側１０ｂはベルト張力Ｆ４が弱くなり、ベルト張力Ｆ４の弱い側をゆるみ側と称する。そして、本第１実施例において、張り側１０ａには駆動ローラ２１が位置し、ゆるみ側１０ｂには従動ローラ２５が位置している。

張力が張り側のほうがゆるみ側よりも大きくなるのは、張り側１０ａの張力をＴ１、ゆるみ側１０ｂの張力をＴ２、駆動ローラ２１の摩擦係数をμ、駆動ローラ２１のベルト１０の巻付け角度をθとすると、Ｔ１−Ｔ２＝Ｔ２×（ｅμθ−１）のオイラーの式で表されるように、Ｔ１＞Ｔ２となるからである。

さらに、中間転写ベルト１０は前記クリーニングブレード１５との摩擦による反力Ｆ５を受け、ゆるみ側１０ｂの張力は前記オイラーの式で示される張力Ｔ２よりも小さくなる。

それゆえ、ゆるみ側１０ｂではベルト１０の張力Ｆ４が弱く、ガイドリブ１１を変形させるのに十分な張力が得られなくなる。そして、ガイドリブ１１が従動ローラ２５のフランジ２６に突入して角部１１ａの端面位置Ｘが、図３に示す規制面２６ａの上部円弧面に位置すると、フランジ反力Ｆ２が上方側に作用し、ガイドリブ１１は円弧面に乗り上げ始める。ここで、端面位置Ｘとは規制面２６ａの斜面部分の上方への延長線とベルト１０が交わった位置である。

前記ガイドリブ１１の乗り上げを防止するためには、図５に示すように、規制面２６ａの側面角度θ１を大きく設定することが必要となる。この角度θ１を、例えば、３０°に設定すると、規制面２６ａの上部円弧面が０．３ｍｍ延長される。ガイドリブ１１の直進性は０．３ｍｍ以下であるので、該円弧面が０．３ｍｍ延長されると、端面位置Ｘが円弧面にかからなくなる。ガイドリブ１１の直進性にもよるが、ゆるみ側１０ｂの蛇行規制用フランジ２６の角度θ１を２０°以上に設定することにより、ベルト１０に蛇行が生じても端面位置Ｘは円弧面にかからないようにすることができる。これにて、中間転写ベルト１０の蛇行によるフランジ２６への乗り上げを防止して、変形、割れなどの不具合を未然に防止できる。

図５において、側面角度θ１が２０°のときのすくい余裕量ｘ１は０．４ｍｍであるのに対して、側面角度θ１を３０°に設定すると、そのすくい余裕量ｘ２は０．７ｍｍになる。

一方、ベルト１０の張り側１０ａでガイドリブ１１が突入する駆動ローラ２１のフランジ２２では、ベルト張力Ｆ４が十分に得られるので、端面位置Ｘがフランジ２２の規制面２２ａの上部円弧面にかかったとしても、ガイドリブ１１を変形させて図３に示す状態になり、ガイドリブ１１がそれ以上円弧面に乗り上げることはない。

しかし、規制面２２ａの側面角度θ１が大きいと、上向きのフランジ反力Ｆ２と下向きのベルト張力Ｆ４は、図６に示すような変形（変形量Ｙ）を起こしてしまう。この変形量Ｙを小さくするには張り側のフランジ２２において側面角度θ１を２０°にすることが好ましい。

本発明者らが行った実験例による、ガイドリブ１１の硬度とフランジ２２，２６の規制面２２ａ，２６ａの最適側面角度θ１との関係は図７に示すとおりである。また、各硬度ごとの側面角度θ１の最適設定値を表１に示す。本第１実施例において、リブ硬度は８０°、フランジ２２の側面角度θ１は２０°、フランジ２６の側面角度θ１は３０°である。

ところで、本第１実施例の構成において、中間ベルト１０としては厚み８５μｍのポリアミドイミド製のベルトを使用し、張り側のフランジ２２の規制面２２ａの角度θ１を３０°以下に、ゆるみ側のフランジ２６の規制面２６ａの角度θ１を２０°以上に設定した結果、ベルト１０のフランジ２２，２６への乗り上げ、割れを防止することができた。

本第１実施例のポリアミドイミドを主材料としたベルト１０のヤング率は３０００ＭＰａであり、ベルト１０の張り側１０ａの限界厚みは１００μｍであると実験から判明している。また、ベルト１０の主材料をポリカーボネイトとすると、そのヤング率は２０００ＭＰａであり、ベルト１０の張り側１０ａの限界厚みは１５０μｍである。

以上の実験例に基づくと、他のベルト素材において、例えば、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレートなどにおいても、それらのヤング率Ｅ（ＭＰａ）、ベルト厚みｔ（ｍｍ）との関係が、Ｅ×ｔ＜３００の不等式を満足させることにより、ベルト１０のフランジ２２，２６への乗り上げ、割れを防止することができる。

また、本発明者らは、ベルト１０の張り側１０ａにおいて、図６に示したようなベルト変形が発生する際の応力を実験的に求めた。その結果を図８に示す。駆動ローラ２１のフランジ２２の規制面２２ａの側面角度θ１が３０°のとき、ベルト割れ限界の１０ＭＰａを超えてしまう。しかし、側面角度θ１を２０°にすることによりベルト１０が受ける応力が低くなる。

一方、ゆるみ側１０ｂにおいては、従動ローラ２５のフランジ２６の規制面２６ａの側面角度θ１を３０°に設定しても、ベルト張力Ｆ４が弱いのでベルト１０が受ける応力は小さく、ベルト割れは生じない。

また、図２に示すように、張り側のフランジ２２，２２間の幅Ｌ１とゆるみ側のフランジ２６，２６間の幅Ｌ２との関係を、Ｌ１＞Ｌ２に設定することが好ましい。この関係を満足することで、端面位置Ｘが規制面２６ａの円弧面よりも図３中左側となり、ベルト１０のフランジ２６への乗り上げ防止に有利になる。

さらに、図９に示すように、ベルト１０の張り側１０ａに位置する駆動ローラ２１の両端に設けたフランジ２２と該ローラ２１を支持するフレーム２７ａ，２７ｂとの隙間Ｌ３と、ゆるみ側に位置する従動ローラ２５の両端に設けたフランジ２６と該ローラ２５を支持するフレーム２８ａ，２８ｂとの隙間Ｌ４との関係を、Ｌ３＜Ｌ４に設定することが好ましい。ローラ２１，２５の支軸はそれぞれフレーム２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂに対して軸方向に移動自在に設けられている。

即ち、矢印Ｂ方向に中間転写ベルト１０が蛇行したとすると、駆動ローラ２１及び従動ローラ２５は、図１０に示すように、ベルト１０の蛇行力Ｆ１によりフレーム２７ｂ，２８ｂ側に寄せられる。前記Ｌ３＜Ｌ４の関係を満足することで、寄せられたときに蛇行規制を行っているフランジ２６はフレーム２８ｂとの間に若干の隙間を有し、図３に示した端面位置Ｘが規制面２６ａの円弧面よりもさらに左側に位置することになり、ベルト１０のフランジ２６への乗り上げ防止に有利になる。

（第２実施例、図１１参照）
第２実施例は、図１１に示すように、中間転写ベルト１０を３軸で保持したものである。即ち、中間転写ベルト１０は、駆動ローラ２１と、クリーニングブレード１５が設けられている従動ローラ２５と、ばね２９ａによってテンションを付与されたテンションローラ２９とによって保持されている。

本第２実施例では、中間転写ベルト１０は矢印Ａ方向に回転駆動され、張り側は１０ａ，１０ｃであり、ゆるみ側は１０ｂである。そして、各ローラ２１，２５，２９にはその両端に蛇行規制用フランジが設けられ、側面角度θ１などは前記第１実施例と同様に設定されている。

（第３実施例、図１２参照）
第３実施例は、図１２に示すように、中間転写ベルト１０の裏面側の両端縁部に設けたガイドリブ１１の外側面を蛇行規制用フランジ２２，２６の規制面２２ａ，２６ａに外向きに当接させたものである。その側面角度θ１などは前記第１実施例と同様に設定されている。

（他の実施例）
なお、本発明に係るベルト駆動装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。特に、中間転写ベルトやガイドリブ、蛇行規制用フランジなどの材質は任意である。

本発明が適用される画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係るベルト駆動装置の第１実施例を示す一部を切り欠いた斜視図である。 前記ベルト駆動装置の要部を示す断面図である。 前記ベルト駆動装置の概略正面図である。 前記ベルト駆動装置における規制角度の説明図である。 前記ベルト駆動装置における蛇行時のベルト変形を示す説明図である。 前記ベルト駆動装置におけるガイドリブの硬度と最適規制角度との関係を示すグラフである。 前記ベルト駆動装置におけるベルト厚みと蛇行時の応力との関係を示すグラフである。 前記ベルト駆動装置におけるフランジとフレームとの隙間を示す説明図である。 図９に示した隙間で蛇行が生じた場合を示す説明図である。 本発明に係るベルト駆動装置の第２実施例を示す概略構成図である。 本発明に係るベルト駆動装置の第３実施例を示す概略断面図である。

符号の説明

１…プリンタ本体
１０…中間転写ベルト
１０ａ…張り側
１０ｂ…ゆるみ側
１１…ガイドリブ
２１…駆動ローラ
２５…従動ローラ
２２，２６…フランジ
２２ａ，２６ａ…蛇行規制面
θ１…側面角度

Claims (7)

1. 駆動ローラ及び従動ローラを含む複数のローラにベルト部材を無端状に張り設け、駆動ローラからの回転駆動力によって該ベルト部材を一方向に回転させ、前記ローラの両端に設けたフランジ部材によって該ベルト部材の蛇行を規制するベルト駆動装置において、
   それぞれのローラの両端に設けたフランジ部材の側面であって前記ベルト部材の縁部が圧接する部分の角度が各ローラに設けたフランジ部材ごとに異なっていること、
   を特徴とするベルト駆動装置。
2. 前記ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度が、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のベルト駆動装置。
3. 前記ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材間の幅が、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材間の幅よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のベルト駆動装置。
4. 前記ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材と該ローラを支持するフレームとの隙間が、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材と該ローラを支持するフレームとの隙間よりも大きいことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のベルト駆動装置。
5. 前記ベルト部材のヤング率をＥ（ＭＰａ）、ベルト厚みｔ（ｍｍ）としたとき、Ｅ×ｔ＜３００の不等式を満足することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のベルト駆動装置。
6. 前記ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度が２０°以上であり、ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度が３０°以下であることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載のベルト駆動装置。
7. 前記ベルト部材の張り側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度が、ベルト部材のゆるみ側に位置するローラの両端に設けたフランジ部材の側面角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のベルト駆動装置。

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