JP2009057138A - ベルト伝動機構、画像形成装置 - Google Patents

ベルト伝動機構、画像形成装置 Download PDF

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健一 佐武
Takayuki Okumura
孝之 奥村
Tokuaki Furukawa
徳昭 古川
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Abstract

【課題】 画像形成装置等への利用において、十分な駆動力を確保しつつ小型化することが可能なベルト伝動機構を提供する。
【解決手段】 搬送ベルト114と、搬送ベルト114と接して、ステッピングモータ12からの外力により搬送ベルト114を駆動する駆動ローラ111と、搬送ベルト114が駆動ローラ111と接触する面積を拡張するための補助ローラ11及び補助ローラ11を移動させるアーム14、偏向コロ16及びステッピングモータ18を有する拡張部とを備えた画像形成装置に用いられる搬送機構10としてのベルト伝動機構。
【選択図】 図2

Description

本発明は、画像形成装置等において用紙搬送等に利用されるベルト伝動機構及びそれを用いた画像形成装置に関する。
図7に、インクジェット方式を用いた従来の画像形成装置100を示す。画像形成装置100は、トレイ101に載置された用紙102を一枚毎に装置内部へ導くピックアップローラ103と、ピックアップローラ103により導かれた用紙を搬送する搬送機構110と、搬送機構110上を搬送される用紙102にインクを吐出して画像を形成する画像形成部120と、画像形成後の用紙102を装置外へ排出するための排出ローラ104等を備える。
搬送機構110は、駆動ローラ111、従動ローラ112、テンションローラ113、及びこれらローラに掛け渡された環状の搬送ベルト114を有している。駆動ローラ111は図示しない外力によって自転し、搬送ベルト114を駆動させる。従動ローラ112は、搬送ベルト114の駆動に応じて回転する。テンションローラ113は、搬送ベルト114が一定の張力で各ローラ間に掛け渡されるように設けられた従動ローラである。
又、搬送ベルト114には図示しない複数の小径の孔が設けられており、搬送ベルト114の内周側に設けられたファン115からの吸引力により、画像形成部120と対向するように設けられたプラテン116越しに用紙102を搬送ベルト114上に吸着し、装置内を搬送させる。
画像形成部120は複数色のインク(ここでは記録順にブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y))を充填するインクタンク121a〜121dからインクの供給を受けて各色のインクを吐出するための複数の(ここでは4色に対応した4つの)記録ヘッド122a〜122dを備える。なお、記録ヘッド122a〜122dはラインヘッド型で、それぞれ用紙102の搬送方向に直交する方向に沿って縦列して配置されている。
以上のような画像形成装置100においては、用紙102が搬送ベルト114に沿って移動する際に、記録ヘッド122a〜122dからそれぞれの色のインクの吐出を受けることにより、カラー画像が形成される。カラー画像が形成された用紙102は、排出ローラ104から装置外部へ排出され、トレイ105上に蓄積される。
特開2006−289648号公報
図7に示す上記の従来の画像形成装置100は、装置内に固定して用いられる記録ヘッド122a〜122dを備えた、いわゆるラインヘッド型であるが、かかる構成においては、搬送機構110の搬送速度が変動すると、記録ヘッド122a〜112dのそれぞれに関し、搬送方向における記録位置がずれてしまったり、搬送方向に沿った画像の濃度ムラが生じることが問題となる。
このような問題に対応すべく、画像形成部120は記録ヘッド122a〜122dの間隔を駆動ローラ111の周囲長の整数倍とした構成としている。これは以下の理由による。
搬送速度の変動の原因の一つに、駆動ローラ111の偏心が挙げられるが、偏心による搬送速度の変動は周期的に生ずる。そこで各記録ヘッド122a〜122dの間隔と駆動ローラ111の周囲長との対応を整数倍とすると、駆動ローラ111の偏心の影響は各記録ヘッド122a〜122dのそれぞれについて等しく生ずることとなり、その結果、用紙102に対する記録位置のずれを解消することができる。
しかしながら、このような構成とした場合、以下のような課題があった。
すなわち、画像形成装置の小型化においては、画像形成部120も又小型化する必要があり、各色のヘッド間ピッチを30mmとすると、駆動ローラ111の直径は最大(すなわち各色のヘッド間ピッチと同寸法)でも約9.5mmと小さくなってしまう。
駆動ローラ111の直径が小さくなると、駆動ローラ111と搬送ベルト114の搬送方向での接触距離が小さくなり、搬送ベルト114の駆動トルクは低下し、用紙102を搬送するのに必要な駆動力が得られなくなる恐れがある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、画像形成装置等への利用において、十分な駆動力を確保しつつ小型化することが可能なベルト伝動機構及びそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、第1の本発明は、搬送ベルトと、
前記搬送ベルトと接して、外力により前記搬送ベルトを駆動する駆動ローラと、
前記搬送ベルトが前記駆動ローラと接触する面積を拡張するための拡張部とを備えたベルト伝動機構である。
又、第2の本発明は、前記拡張部は、前記駆動ローラの動作中にのみ、前記駆動ローラが動作しないときに比べて前記面積を拡張する、第1の本発明のベルト伝動機構である。
又、第3の本発明は、前記拡張部は、前記駆動ローラの動作中以外の時は、前記搬送ベルトから離隔される、第2の本発明のベルト伝動機構である。
又、第4の本発明は、前記拡張部は、前記搬送ベルトに、前記駆動ローラが接する側と反対側の側から接して、前記搬送ベルトの駆動に対して従動する補助ローラと、
前記補助ローラと前記搬送ベルトとの位置関係を調整する調整機構を有する、第1から第3のいずれかの本発明のベルト伝動機構である。
又、第5の本発明は、用紙を搬送する搬送部と、
前記搬送部が搬送する用紙上に画像を形成する画像形成部とを備え、
前記搬送部として、第1から第4のいずれかの本発明のベルト伝動機構を用い、
前記搬送部は、前記搬送ベルト上で前記用紙を搬送し、
前記画像形成部は、前記搬送ベルト上を搬送中の前記用紙に対して前記画像の形成を行う、画像形成装置である。
又、第6の本発明は、
前記画像形成部は、前記搬送ベルトの搬送方向に沿って等間隔で配置された複数の記録ヘッドを有し、
前記駆動ローラの周囲長は、隣接する前記記録ヘッドの間隔の整数倍である、第5の本発明の画像形成装置である。
以上のような本発明によれば、十分な駆動力を確保しつつ小型化することが可能なベルト伝動機構及びそれを用いた画像形成装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1(a)は、本発明の実施の形態の搬送機構を、図7に示す画像形成装置にて用いた状態を模式的に示す側面図である。ただし図7と同一又は相当部には、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
本実施の形態の搬送機構10は、駆動ローラ111とテンションローラ113との間に張り渡された搬送ベルト114を押圧するように設けられた補助ローラ11を備えたことを特徴とする。
駆動ローラ111、従動ローラ112、及びテンションローラ113は、環状をなす搬送ベルト114の内側に配置され、駆動ローラ111は搬送ベルト114と内周にて接触している。
一方、補助ローラ11は、搬送ベルト114の、駆動ローラ111とテンションローラ113との間に掛け渡された部分に外周側、すなわち駆動ローラ111が接する側と反対側の側から接触する。補助ローラ11と搬送ベルト114との接触位置は、更に詳しくは、駆動ローラ111の近傍であって、駆動ローラ111とテンションローラ113とが共有する接線より、搬送ベルト114の内側となっている。
ここで図1(b)に示すように、駆動ローラ111とテンションローラ113との接線は、補助ローラ11がない場合は、張り渡された搬送ベルト114の位置と一致することから、補助ローラ11の配置により、搬送ベルト114は環の内側に向かって変形し、駆動ローラ111の外周に巻き付けられる。したがって、補助ローラ11がない場合と比較して、駆動ローラ111と搬送ベルト114との接触面積は、図1(b)に示す周P分だけ増大する。これにより、駆動ローラ111の駆動トルクが大きくなり、駆動ローラ111の周囲長が記録ヘッド間の距離に応じた小さなものであっても、用紙搬送に十分な駆動力を得ることができる。
次に、図2(a)(b)に、本実施の形態の搬送機構10の具体的な構成の一例を示す。ただし図2(a)は要部側面図で、図2(b)は図2(a)に対応する要部平面図である。
図2(a)(b)に示すように、搬送機構10においては、駆動ローラ111は、画像形成装置内部に設けられたステッピングモータ12から、搬送機構10と他の部分とを離隔する側板20の外側に設けられたギア13a及び13bを介して回転力を伝達され自転する。
又、補助ローラ11は、側板20の外側に位置するアーム14に固定された回転軸15の周囲に設けられる。アーム14は、回転軸15が固定されている上アーム14a及び偏心コロ16に接触する下アーム14bとから構成され、上アーム14a及び下アーム14bは、ねじりバネ14cによって結合され、ねじりバネ14cの巻きの部分とともに側板20の外側に支点14dを中心として回転自在に固定されている。これによって、上アーム14aと下アーム14bとは支点14dを中心に開く方向の力が加わっている。
なお、駆動ローラ111、従動ローラ112、テンションローラ113及び補助ローラ11は、ポリウレタンを心材とし、搬送ベルト114と接触する表面はゴム製であり、搬送ベルト114はゴム製の平ベルトであって、各ローラと面接触しているものとした。
又、回転軸15は、側板20に開口されたスリット17を介して補助ローラ11及びアーム14と接続している。偏心コロ16は、その回転中心16aがステッピングモータ18に接続されており、ステッピングモータ18の回転に応じて回転する。
次に、図3(a)(b)にテンションローラ113近傍の構成を示す。図2と同様、図3(a)は要部側面図で、図3(b)は図3(a)に対応する要部平面図である。
図3(a)(b)に示すように、テンションローラ113は、側板20の外側に位置するアーム21の一端に固定された回転軸22の周囲に設けられる。アーム21の他端は側板20の外側に支点21aにて回転可能に固定されている。回転軸22は、側板20に開口されたスリット23を介してテンションローラ113及びアーム21と接続している。更に、アーム21はバネ24により搬送機構10の底部25と連結している。
テンションローラ113は、以上のような構成で、バネ24の弾性力によって搬送ベルト114を下方に引っ張り一定の張力を与える。又、回転軸22がスリット23内を移動することで、搬送ベルト114の張り又はゆるみに抗してテンションローラ113は上下動し、搬送機構10の動作中において搬送ベルト114に一定の張力を印加した状態を維持する。
なお、以上の構成において、搬送機構10は本発明のベルト伝動機構に相当し、駆動ローラ111は本発明の駆動ローラに相当する。又、補助ローラ11、アーム14、偏心コロ16及びステッピングモータ18は本発明の拡張部に相当し、補助ローラ11は本発明の補助ローラに相当し、アーム14、偏心コロ16及びステッピングモータ18は本発明の調整機構に相当する。
以上の構成を備えた本発明の実施の形態の搬送機構の動作を、図2を参照して説明する。
基本動作は従来例と同様であり、搬送機構10が搬送動作を行うときは、ステッピングモータ12からの回転駆動力をギア13a、13bを介して受けた駆動ローラ111が自転することにより、図示しない従動ローラ112、及びテンションローラ113が従動して、搬送ベルト114が駆動ローラ111の回転方向に沿って移動する。
このとき、図2(a)に示すように、ステッピングモータ18の回転により偏心コロ16はその回転中心16aから最も遠い縁部を下アーム14bに接触させている。これにより、下アーム14bは上向きに回動した状態であり、ねじりバネ14cの弾性力を受けた上アーム14aが持ち上げられることで補助ローラ11が搬送ベルト114を押圧する。補助ローラ11が外側から押圧することで、押圧された搬送ベルト114の一部は駆動ローラ111の周囲に更に巻かれる状態となり、図1(a)に示す状態と同様、駆動ローラ111と搬送ベルト114との接触面積が大きくなり、駆動ローラ111の駆動トルクを大きくとることができる。
次に、搬送機構10が搬送動作を行わない時の動作を、図4を参照して説明する。
駆動ローラ111の動作を停止した後に、ステッピングモータ18に180°回転の制御を行う。これにより偏心コロ16は回転中心16aから最も近い縁部が下アーム14bに接触するようになる。このとき、下アーム14bは下方へ回動し、上アーム14aも同様に下方へ回動する。上アーム14aの回動に伴い、回転軸15がスリット17内を下向きに移動することで補助ローラ11は搬送ベルト114から離れる方向に移動する。
これにより、搬送ベルト114は押圧状態が解除され、駆動ローラ111に巻き付いている搬送ベルト114はゆるみ、当接していた周部分Pは駆動ローラ111から分離する。更に、搬送ベルト114全体の張力も弱まるため、駆動ローラ111から従動ローラ112に掛け渡されている部分もゆるむ。なお、ねじりバネ14cの作用により上アーム14aは開いた状態を保つため、補助ローラ11は搬送ベルト114に当接した状態を保つ。
このように、搬送動作を行わない時に補助ローラ11の位置を搬送ベルト114から遠ざけることは、以下の利点がある。
補助ローラ11の押圧により搬送ベルト114に張力を与えるのは、駆動ローラ111の駆動トルクを確保することを目的として、搬送ベルト114が駆動ローラ111と接触する面積を拡張するためである。
しかしながら、駆動ローラ111が駆動しない状態においても、なお搬送ベルト114に強い張力を加え続けた場合、停止した搬送ベルト114においては各ローラが常時押圧する部分が生じることとなる。この場合常時押圧された部分は変形し、いわゆる型が付いた状態となり、安定した搬送動作の妨げとなってしまう。
本実施の形態においては、補助ローラ11の位置を可変可能として、搬送機構10が搬送動作を行わないときは不要な張力の印加を防ぐようにしたことで、搬送ベルト114に型がつくことを防止でき、搬送ベルト114の劣化を緩和することができる。
なお、搬送機構10が搬送動作を行い、補助ローラ11が搬送ベルト114を押圧されている場合においては、アーム14に結合したねじりバネ14cの弾性力により、補助ローラ11は、搬送動作中に生ずる搬送ベルト114の張り又はゆるみに抗して上下動し、テンションローラ113と同様の作用を及ぼす。
以上のように、本実施の形態の搬送機構10によれば、小さな駆動ローラを用いた場合でも搬送動作時に十分な駆動力を確保することができ、画像形成装置の小型化を図ることが可能となる。
なお、図4に示す説明においては、補助ローラ11は、停止時にも搬送ベルト114に当接する構成としたが、スリット17を下方により大きく開口し、停止時には搬送ベルト114と完全に離隔して配置される構成としてもよい。この場合、搬送ベルト114は補助ローラ11の押圧の影響を完全に排除して、型が付くことを防ぐことができる。
又、上記の構成においては、補助ローラ11の位置は、搬送動作時と搬送動作停止時とに応じて二値的に可変するものとしたが、多値的に制御するものとしてもよい。本実施の形態の場合、補助ローラ11の位置は、ステッピングモータ18により回転中心16aの周りに回転する偏心コロ16に接触するアーム14の回動位置により定まるため、ステッピングモータ18の回転角を任意に制御することにより、様々な位置を生成することが可能となる。
図5(a)〜(c)は、ステッピングモータ18の回転角を多値制御することにより補助ローラ11の位置を制御する状態を示したものであり、図5(a)は最も離れた場合、図5(b)は中間にある場合、図5(c)は最も接近した場合をそれぞれ示す。
又、図6は、ステッピングモータ18の回転角を制御する機構の一例を示す。張力検知部30は、光学センサ等により実現され、図1(a)に示す搬送ベルト114の、各ローラ間における位置を検知することにより、搬送ベルト114の張り具合をON/OFF信号として検知する。制御部31は、張力検知部30からの信号に基づきステッピングモータ18を動作させるよう駆動信号生成部32に命令を発する。駆動信号生成部32は、制御部31からの命令に応じて、ステッピングモータ18を所望の回転角で回動させる為の3種以上の駆動信号を生成し、ステッピングモータ18に出力する。なお、図6に示す構成は、搬送ベルト114の張力の検知結果に基づくフィードバック制御であるとしたが、張力検知部30を省き、制御部31が搬送機構10の動作の有無に応じてステッピングモータ18の動作を命令し、駆動信号生成部32が二値の駆動信号を出力することで、図2及び4に示す動作を実現する。
図5、6に示す構成とすることにより、以下の効果が得られる。すなわち、装置の長期使用により搬送ベルト114に伸びが生じた場合、補助ローラ11を搬送ベルト114に押圧しても、駆動ローラ111に十分に搬送ベルト114を巻き付けることができなくなる。又、動作環境によって搬送ベルト114に縮みが生じた場合、補助ローラ11を搬送ベルト114に過剰な押圧が加わり、搬送動作に異常が生ずる恐れがある。
そこで、補助ローラ11の位置を任意の位置で固定可能な構成とすることにより、搬送ベルト114の状態の変化に対応して、適切な位置で補助ローラ11を搬送ベルト114に押圧することができる。これにより駆動ローラ111を適切な駆動トルクに保ち、搬送ベルト114を安定して動作させることが可能となる。
なお、図6に示す構成においては、張力検知部30は光学センサによる搬送ベルト114の位置変化を検出するものとして説明したが、バネ等を利用した各ローラに加わる加重を検出することに基づく構成、又は搬送ベルト114の移動速度を検出することに基づく構成としてもよく、具体的な構成によって限定されるものではない。
又、上記の実施の形態においては、本発明の調整機構は、アーム14、偏心コロ16及びステッピングモータ18で構成されるものとしたが、当該構成に限定されるものではない。例えば歯車とラックレール等の組み合わせ、電磁石とバネ等の組み合わせによって実現してもよく、要するに、補助ローラ11の位置を移動させることが可能な機構であれば、その具体的な構成によって限定されるものではない。
又、上記の実施の形態においては、本発明の拡張部は、搬送ベルト114に従動する補助ローラ11として説明を行ったが、搬送ベルト114の面上を摺動する板部材等によって実現してもよい。要するに、搬送ベルト114を押圧することにより、搬送ベルト114と駆動ローラ111との接触面積を拡張することができれば、押圧する部分の具体的な構成、形状によって限定されるものではない。
又、上記の実施の形態においては、補助ローラ11の位置の移動は、搬送動作時と搬送動作停止時とに応じて可変するものとしたが、搬送動作時とは、本発明の駆動ローラの動作中、に相当する。このとき、画像形成装置における用紙搬送等の動作においては、駆動ローラ111は断続的に回転する場合がある。しかしながら、搬送動作中に生ずる一時停止等は、駆動ローラの動作中として扱い、この間に補助ローラ11の位置を移動させる制御を行う必要はない。
又、上記の実施の形態においては、搬送ベルト114はゴム製の平ベルトであって、各ローラと面接触しているものとして説明を行ったが、搬送ベルト114はタイミングベルトやVベルトであってもよい。要するに本発明の搬送ベルト及び駆動ローラはベルト伝動機構に用いられるベルト及びローラの種類によって限定されるものではない。
又、上記の実施の形態においては、搬送機構10は、搬送ベルト114に掛け渡された駆動ローラ111、従動ローラ112、テンションローラ113を備えたものであるとしたが、本発明は駆動ローラや従動ローラの配置、個数等によって限定されるものではない。すなわち、本発明のベルト伝動機構は、駆動ローラに対する搬送ベルトの接触面積を拡張できればよく、その他の部分の具体的な構成によって限定されるものではない。
又、上記の実施の形態においては、本発明のベルト伝動機構は、ラインヘッド型のインクジェット方式を用いた画像形成装置において実現したが、本発明はベルト伝動を行い動作する任意の装置において実現してもよい。しかしながら、本発明は駆動ローラを小型化した場合の駆動トルクの確保において有効であることから、特に小型化した画像形成装置における用紙の搬送機構に用いることが望ましい。
又、図7に示すような画像形成装置であって、本発明のベルト伝動機構を用紙を搬送する搬送部として内蔵した画像形成装置も本発明に含まれる。用紙に画像を形成する画像形成部としては、図1、7に示すラインヘッド型のインクジェット記録ヘッドに限定されるものではなく、レーザプリンタ型の現像装置を用いてもよい。特に、タンデム型のカラーレーザプリンタは、複数の画像形成部を搬送方向に沿って等間隔に配置してなる構成であるので、本発明に好適である。なお、本発明の用紙とは、画像形成装置の画像形成対象となるものであればその組成に限定されるものでなく、紙、布、ディスク、樹脂フィルム等の任意の材料が含まれる。
本発明は、十分な駆動力を確保しつつ小型化することが可能な効果を有し、ベルト伝動機構及びそれを用いた画像形成装置等において有用である。
(a)本発明の実施の形態の搬送機構10の構成を模式的に示す図である。(b)本発明の実施の形態の搬送機構10の作用効果を説明するための図である。 (a)本発明の実施の形態の搬送機構10の構成例を示す要部側面図である。(b)本発明の実施の形態の搬送機構10の構成例を示す要部平面図である。 (a)本発明の実施の形態の搬送機構10の構成例を示す要部側面図である。(b)本発明の実施の形態の搬送機構10の構成例を示す要部平面図である。 本発明の実施の形態の搬送機構10の動作を説明するための図である。 (a)本発明の実施の形態の搬送機構10の他の構成例の動作を説明するための図である。(b)本発明の実施の形態の搬送機構10の他の構成例の動作を説明するための図である。(c)本発明の実施の形態の搬送機構10の他の構成例の動作を説明するための図である。 補助ローラ11の位置を制御するための構成を示す図である。 従来の技術による画像形成装置100の構成を模式的に示す図である。
符号の説明
10、110 搬送機構
11 補助ローラ
12、18 ステッピングモータ
13a、13b ギア
14、21 アーム
14a 上アーム
14b 下アーム
14c ねじりバネ
14d、21a 支点
15、22 回転軸
16 偏心コロ
16a 回転中心
17、23 スリット
20 側板
24 バネ
25 底部
30 張力検知部
31 制御部
32 駆動信号生成部
100 画像形成装置
101、105 トレイ
102 用紙
103 ピックアップローラ
104 排出ローラ
111 駆動ローラ
112 従動ローラ
113 テンションローラ
114 搬送ベルト
115 ファン
116 プラテン
120 画像形成部
121a〜121d インクタンク
122a〜122d 記録ヘッド

Claims (6)

  1. 搬送ベルトと、
    前記搬送ベルトと接して、外力により前記搬送ベルトを駆動する駆動ローラと、
    前記搬送ベルトが前記駆動ローラと接触する面積を拡張するための拡張部とを備えたベルト伝動機構。
  2. 前記拡張部は、前記駆動ローラの動作中にのみ、前記駆動ローラが動作しないときに比べて前記面積を拡張する、請求項1に記載のベルト伝動機構。
  3. 前記拡張部は、前記駆動ローラの動作中以外の時は、前記搬送ベルトから離隔される、請求項2に記載のベルト伝動機構。
  4. 前記拡張部は、前記搬送ベルトに、前記駆動ローラが接する側と反対側の側から接して、前記搬送ベルトの駆動に対して従動する補助ローラと、
    前記補助ローラと前記搬送ベルトとの位置関係を調整する調整機構を有する、請求項1から3のいずれかに記載のベルト伝動機構。
  5. 用紙を搬送する搬送部と、
    前記搬送部が搬送する用紙上に画像を形成する画像形成部とを備え、
    前記搬送部として、請求項1から4のいずれかに記載のベルト伝動機構を用い、
    前記搬送部は、前記搬送ベルト上で前記用紙を搬送し、
    前記画像形成部は、前記搬送ベルト上を搬送中の前記用紙に対して前記画像の形成を行う、画像形成装置。
  6. 前記画像形成部は、前記搬送ベルトの搬送方向に沿って等間隔で配置された複数の記録ヘッドを有し、
    前記駆動ローラの周囲長は、隣接する前記記録ヘッドの間隔の整数倍である、請求項5に記載の画像形成装置。
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Citations (3)

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JPH0664773A (ja) * 1992-08-13 1994-03-08 Fuji Xerox Co Ltd 画像形成装置における無端ベルト搬送装置
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