JP2009109607A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大きくすることなく、ベルトの巻き癖を軽減・除去すること。
【解決手段】画像形成部と、前記画像形成部で形成した画像を転写する前記無端状のベルトを具備するベルト支持装置と、を有する画像形成装置において、前記ベルト支持装置は、前記複数の回転体のうちの一つを移動させることにより前記ベルトの張力を変更させる張力変更手段を有し、前記張力変更手段は、前記ベルトの駆動開始後、画像形成動作前に前記ベルトに付与する張力Ｔ１と、画像形成動作中に前記ベルトに付与する張力Ｔ２と、の関係がＴ１＞Ｔ２となるように、張力を変更することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、無端ベルト状の像担持体の支持装置を用いた電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に関する。

従来、中間転写体を使用した画像形成装置が知られている。この方式は、カラー画像情報や多色画像情報に基づく複数の成分色画像を順次転写、積層し、カラー画像や多色画像を合成再現した画像形成物を得るカラー画像形成装置や多色画像形成装置として有効である。図６に従来技術に係る中間転写ベルトを用いたベルト支持装置の概略図を示す。

図６に示すように、中間転写体である中間転写ベルト１０６は、３つのローラによって張設される。３つのローラは、中間転写ベルト１０６を駆動するための駆動ローラ１１０、二次転写ローラに対向した二次転写対向ローラ１１２、及び中間転写ベルト１０６のテンションを得るためのテンションローラ１１１である。また、テンションローラ１１１は、テンションバネ１１５を介して中間転写ユニット本体に支持される。

このような構成とすることで、中間転写ベルト１０６は、経時変化などによるベルト周長の変化を吸収して、長期間にわたって適度なベルトテンションによって張られることとなる。また、一次転写ローラ１０７は、感光体ドラム１０１に対して、一次転写に必要な転写圧力が得られるように支持、あるいは付勢されており、これによって安定した一次転写が保証される。

しかしながら、中間転写ベルトのテンションは、画像形成装置の画像形成動作の如何に関わらず、テンションが加えられたままの状態に保持される。つまり、画像形成装置が画像形成動作を行っていない状態において、中間転写ベルトはテンションが加わったままの停止状態におかれ、このような状態で長時間にわたり保持される結果、局所的な永久変形が生じてしまうことがある。これを巻き癖と呼び、トナー像が感光体ドラムからベルト外周面に直接転写される中間転写方式に使用される中間転写ベルトにおいては、巻き癖による中間転写ベルト外周面の凹凸が、形成された画像に何らかの形で顕在化してしまう。特に、カラー画像を形成する場合には、中間転写ベルト外周面の凹凸が、形成された画像の色合いの変化となって現れるため、見た目にも目立ちやすくなる。

このため、例えば、巻き癖の発生を防止するために、中間転写ベルトのテンションを所定量だけ緩めるテンション調整装置を備えた画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。

特開２００１−０２２１８８号公報 特開２００３−１７３０９０号公報 特開２００３−１８６３１３号公報

しかしながら、近年、高画質化・長寿命化に加えて、更なる小型化・省スペース化が求められ、中間転写ユニットもますます小型化されている。中間転写ユニットを小型化するためには、中間転写ユニット内の中間転写ベルト支持ローラである駆動ローラ、二次転写対向ローラ、テンションローラ等のローラ径も小径化していく必要がある。つまり、中間転写ユニットを小型化するということは、支持ローラの曲率を大きくすることになり、中間転写ベルトの巻き癖が発生しやすい箇所を増やしてしまう。このような小型化した中間転写ユニットにおいて、仮に中間転写ベルトのテンションを完全に解除したとしても、支持ローラＲ部の形状にならった巻き癖が発生して、画像上に現れてしまう場合がある。

そこで、本発明の目的は、装置を大きくすることなく、ベルトの巻き癖を軽減・除去することである。

前記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、画像形成部と、前記画像形成部で形成した画像を転写する前記無端状のベルトを具備するベルト支持装置と、を有する画像形成装置において、
前記ベルト支持装置は、前記複数の回転体のうちの一つを移動させることにより前記ベルトの張力を変更させる張力変更手段を有し、
前記張力変更手段は、
前記ベルトの駆動開始後、画像形成動作前に前記ベルトに付与する張力Ｔ１と、画像形成動作中に前記ベルトに付与する張力Ｔ２と、の関係がＴ１＞Ｔ２となるように、張力を変更することを特徴とする。

本発明は、上述のような構成を有するので、装置を大きくすることなく、ベルトの張力の変更をすることのみで、ベルトの巻き癖を軽減・除去することができる。

〔第１実施形態〕
図を用いて本発明の第１実施形態について、図を用いて説明する。図１は第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。

（画像形成装置）
ベルト支持装置に用いるベルトを中間転写ベルトとし、ベルト支持装置を画像形成装置に適用した例を説明する。

図１に示すように、本実施形態における画像形成装置としてのカラーレーザプリンタは、フルカラープリント画像を得る４連ドラム方式（インライン方式）プリンタである。画像形成装置は、第一像担持体である複数の感光体ドラム１を有する。複数の感光体ドラム１上に形成されたトナー画像は順次、第二像担持体である中間転写ベルト６に連続的に多重転写され、カラーのトナー画像を形成する。次に主要部材の詳細構成、及び画像形成動作について説明する。

（中間転写ベルト６）
中間転写ベルト６は、無端状のベルト（エンドレスベルト）である。中間転写ベルト６は、駆動ローラ１０、テンションローラ１１、及び二次転写対向ローラ１２の複数の回転体に懸架される。また、テンションローラ１１による中間転写ベルト６の張力可変機構として、軸受け部材１４、テンションバネ１５、パルスモータ１６、中間ギヤ１７、テンション調整カム１８を有する。これらのベルト支持装置によって支持されつつ、中間転写ベルト６は、図中矢印の方向にプロセススピード115mm／secで回転している。

駆動ローラ１０、テンションローラ１１、及び二次転写対向ローラ１２は、中間転写ベルト６を支持する支持ローラであり、駆動ローラ１０、二次転写対向ローラ１２はφ24、テンションローラ１１はφ16の構成となっている。

中間転写ベルト６の材質としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン重合体（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、ポリアミド等が用いられる。本実施形態の中間転写ベルト６は、カーボンブラックにより抵抗調整されたＰＶＤＦからなり、体積抵抗率は、1×10⁸Ω・cmであり、厚さは70μm、内周長は700mm、長手方向（移動方向と直行する方向）の幅は250mmである。

（画像形成動作）
図１に示すように、感光体ドラム１は、中間転写ベルト６の移動方向に、各色に対応し直列に４本配置されている。イエロー現像器を有する感光体ドラム１は、回転過程で一次帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理され、次いで不図示の画像露光手段による画像露光３を受ける。これにより、目的のカラー画像の第一色（イエローＹ）成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像が第一色の現像器（イエロー現像器）４にて、第一色であるイエロートナーによって現像される。感光体ドラム１上に形成されたイエロー画像は、中間転写ベルト６との一次転写ニップ部へ進入する。

一次転写ニップ部では、中間転写ベルト６の裏側に電圧印加部材として一次転写ローラ７を接触当接させている。一次転写ローラ７は、各ポート（画像形成部）で独立にバイアス印加可能とするために一次転写バイアス電源７ａを有している。以上のように、中間転写ベルト６は、第一色目の画像形成部でまずイエローを転写する。

次いで、先述した工程を経た各色に対応する感光体ドラム１より、順次マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢｋの各色を各画像形成部で多重転写する。

中間転写ベルト６上の４色のトナー像は、中間転写ベルト６と二次転写ローラ８との当接ニップ部を通過する過程で、二次転写バイアス電源８ａから印加される二次転写バイアスによって記録材Ｐに一括転写される。４色のトナー像が二次転写された記録材Ｐは、定着装置１３に導入される。そこで記録材Ｐを加熱及び加圧すると、４色のトナーが溶融混合して記録材Ｐに固定される。こうして、フルカラーのプリント画像が形成される。

中間転写ベルト表面に残留した二次転写残トナーは、ベルトクリーナ９により感光体ドラム１とは逆極性に帯電される。ベルトクリーナ９は、中間転写ベルト６の表面に当接され、二次転写対向ローラ１２を対向極として、バイアス電源９ａによりベルトクリーナに所定の極性のクリーニングバイアスを印加することにより、二次転写残トナーを所定の極性に帯電するものである。中間転写ベルト６上の逆極性に帯電された二次転写残トナーは、中間転写ベルト６の感光体ドラム１との当接部及びその近傍で、感光体ドラム１に静電的に吸引されて転移する。その後、二次転写残トナーは、中間転写ベルト６から除去された後に、廃トナー容器５に回収される。

（ベルト支持装置の張力の変更）
ここで、図２を参照しながら、本実施形態の中間転写ベルトテンション（ベルトの張力）可変機構について詳細に説明する。図２は第１実施形態に係るベルト支持装置の動作を示す図であり、（ａ）がテンションが小さい状態、（ｂ）がテンションが大きい状態である。

図２に示すように、テンション可変機構（張力変更手段）は、軸受け部材１４、テンションバネ１５、パルスモータ１６、中間ギヤ１７、テンション調整カム１８を有する。

図２（ａ）において、テンションローラ１１は、軸受け部材１４を介してテンションバネ１５によって加圧される。これにより、中間転写ベルト６にテンションを与えている。パルスモータ１６は、中間ギヤ１７を介してテンション調整カム１８を駆動させることができる構成となっている。このパルスモータ１６により、図２（ｂ）に示したように、テンション調整カム１８をテンションバネ１５を圧縮させる方向（図中矢印方向）に揺動させると、中間転写ベルト６のテンションを大きくすることができる。テンション調整カム１８は楕円形状であり、回転中心からの距離が大きい大径部と、回転中心からの距離が小さい小径部とがある。

中間転写ベルト６は、図２（ａ）の状態で長時間放置されると、駆動ローラ１０、テンションローラ１１、二次転写対向ローラ１２により中間転写ベルト６が曲げられるＲ部において、巻き癖が発生する場合がある。尚、巻き癖とは、ベルトの局所的な永久変形のことである。

中間転写ベルト６上の巻き癖発生箇所は、ベルト外周面に凹凸部が形成されており、この箇所で一次転写及び二次転写されるとき、転写ムラとなって画像上に現れてしまう場合がある。各支持ローラの径を本実施形態よりも大径化した場合には、巻き癖は発生しにくくなるものの、中間転写ユニットが画像形成装置のサイズに収まらなくなってしまう。各支持ローラの径を本実施形態よりも小径化した場合には曲率が大きい部分ができるため、さらに巻き癖が発生しやすくなってしまう。

そこで、中間転写ベルト６上に画像形成動作を行っていないプリント前回転時においては、図２（ｂ）のように中間転写ベルト６のテンションを大きくした状態で回転駆動させる。このときのテンションバネ圧は約27Nであり、ベルトテンション（張力Ｔ１）は約18Nである。このように、中間転写ベルト６の周方向を全体的に引き伸ばす力を加えながら回転させることで、停止時に発生した巻き癖を軽減・除去することが可能となる。

中間転写ベルト６上に画像形成を行う際には、図２（ａ）のようにテンション調整カム１８をテンションバネ１５の加圧力を逃がす方向に揺動させることで、中間転写ベルト６のテンションを適度に保った状態とする。このときのテンションバネ圧は約18Nであり、ベルトテンション（張力Ｔ２）は約12Nである。

ベルトテンションが大きいほど中間転写ベルトの片側寄りや破れが発生しやすくなるため、ベルトテンションを大きく設定した状態での回転は極力短い方が良い。したがって、本実施形態においては、中間転写ベルト６がおよそ一周する7secの時間だけテンションを大きくした状態でのプリント前回転駆動を行うようにした。

図３は、プリント前回転駆動を行うときのベルトテンションＴの大きさと7sec回転後の巻き癖高さの関係を示したグラフである。ここで、巻き癖高さとは、支持ローラと当接していないベルト外周面を基準とした場合の凸部の高さである。

ベルトテンション12Ｎが掛かった中間転写ユニットを35℃/95％Rh環境に14日間放置した後に、ベルトテンションの大きさを変えながら7secの回転駆動を行い、巻き癖高さを測定した。尚、ベルトテンション12Ｎが掛かった中間転写ユニットを35℃/95％Rh環境に14日間放置した直後の巻き癖高さは、約50μｍであった。

図３に示すように、巻き癖が発生したベルトに対して大きいテンションを付与するほど、巻き癖高さは軽減されており、画像への影響が現れにくくなっていることがわかる。16N以上のベルトテンションを掛けて回転駆動を行うことにより、巻き癖高さを15μｍ以下に抑えることができ、画像上には巻き癖による影響が発生しなくなった。本実施形態においては、ベルトテンションを18Nにして、7secの回転駆動を行うことで、巻き癖部が画像に現れるのを防止している。

尚、中間転写ベルトの材質としてＰＣ、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリアミドを用いた場合でも同一の傾向がみられる。材料の弾性率により巻き癖のレベルは異なるが、巻き癖が発生したベルトに対して大きいテンションを付与することで、巻き癖高さは軽減されることがわかった。このように、各材質のベルトに対して、最適なベルトテンションを付与しながら回転駆動を行うことにより、同様の効果が確かめられた。

以上のように、本実施形態では、張力変更手段２０により、ベルトの駆動開始後、画像形成動作前にベルトに付与する張力Ｔ１を、画像形成動作中にベルトに付与する張力Ｔ２よりも大きくしている。ここで、通常の駆動時を画像形成時に設定すれば、画像形成前の中間転写ベルトに対し、張力変更手段２０によって画像形成時よりも大きいテンションを付与することができる。そしてその状態で、中間転写ベルトの周方向を全体的に引き伸ばす力を加えながら回転させる。これにより、停止中に生じた中間転写ベルトの変形部分の軽減・除去を行うことができ、中間転写ベルトに巻き癖が残ることを防止して、良好な画質を維持することが可能となる。

〔第２実施形態〕
図を用いて本発明の第２実施形態を説明する。前述した実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。

図４を参照しながら、中間転写ベルトに加えられるテンションを数段階のレベルに可変設定する機構について説明する。図４は第２実施形態に係るベルト支持装置の動作を示す図である。

図４において、本実施形態の張力変更手段２０におけるテンション調整カム１９は、１２０°毎に形状が異なっている。具体的には回転中心からの距離が１２０°毎に異なり、テンションバネ１５に対して、図４（ａ）がテンション調整カム１９の中径部が当接した状態、図４（ｂ）が大径部が当接した状態、図４（ｃ）小径部が当接した状態となる。このように、テンション調整カム１９の位置を調整することによって、大・中・小３段階のテンションに調整可能となっている。

図４（ａ）は、プリント時の中レベルのテンションＴ２が掛かった状態である。このときのテンションバネ圧は約18Nであり、ベルトテンションＴ２は約12Nである。

図４（ｂ）は、テンション調整カム１９の最も径が大きい部分でテンションバネ１５をテンションローラ１１方向に圧縮しており、大レベルのテンションＴ１が掛かった状態となっている。このときのテンションバネ圧は約27Nであり、ベルトテンションＴ１は約18Nである。

図４（ｃ）は、テンション調整カム１９の最も径が小さい部分でテンションバネ１５をテンションローラ１１から逃がしており、小レベルのテンション（張力Ｔ３）が掛かった状態となっている。このときのテンションバネ圧は約9Nであり、ベルトテンションＴ３は約6Nである。

本実施形態においては、中間転写ベルトが回転駆動されていないときには、パルスモータ１６を操作して、テンション調整カム１９を図４（ｃ）のように最もテンションが小さくなる位置に揺動させて中間転写ベルトに巻き癖が発生しにくい状態に設定している。

しかしながら、このような状態でも長期放置された場合には、ローラ形状にならった軽微な巻き癖が発生することがある。この巻き癖を除去するために、画像形成装置が画像形成動作を行っていないプリント前回転時においては、図４（ｂ）のように中間転写ベルトのテンションを最も大きくしたＴ１で回転駆動させる。

そして、画像形成時は、図４（ａ）のように中間転写ベルトのテンションを中レベルＴ２に設定し、ベルトテンションが大きいほど顕著に発生する中間転写ベルトの片側寄りや破れを防止している。

尚、図４（ｃ）の状態はベルトテンションが弱く中間転写ベルトが正常に回転できない場合があるため、プリント時は適度なベルトテンションである図４（ａ）の状態に設定するのが望ましい。また、図４（ｃ）の状態においては、テンションバネ１５が元のバネ長となった状態、すなわちテンションフリーな状態（完全離間）に設定しても良く、この状態が巻き癖を発生しにくくするのに最も効果がある。

以上のように、画像形成前に中間転写ベルトに、画像形成時よりも大きいテンションＴ１を付与した状態で、中間転写ベルトの周方向を全体的に引き伸ばす力を加えながら回転させる。これにより、停止中に生じた中間転写ベルトの変形部分の軽減・除去を行うことができ、中間転写ベルトに巻き癖が残ることを防止する。この結果、良好な画質を維持することが可能となる。

また、中間転写ベルトが駆動停止している時には、画像形成時よりも小さいテンションＴ３を付与した状態（完全離間を含む）で保持する。これにより、中間転写ベルトの巻き癖を発生しにくくすることができる。

〔第３実施形態〕
図を用いて本発明の第３実施形態を説明する。前述した実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。

本実施形態の画像形成装置においては、画像形成装置が使用されていない状態で所定時間経過した後に、自動的に定着装置への通電をカットし、必要のない回路の一部の通電を遮断する。これにより、消費電力を低減し、画像形成装置自体の省電力化を図っている。

この省電力モード（以後、スリープモードと呼ぶ）においては、ホストコンピュータ等の外部装置から送信されるプリントジョブを受け付けることができるようにインターフェース部分は常時通電されている。そして、外部装置からのプリント信号を受信した場合は、スリープモードを解除してプリントジョブの実行が可能となるように制御される。

本実施形態では、画像形成装置のスリープモードからの復帰時、及び電源ＯＮ時（電源投入時）の前多回転時においてのみ、図２（ｂ）又は図４（ｂ）のように、中間転写ベルトのテンションを大きいテンション（Ｔ１）にして回転駆動させる。そして、その後のプリント時には、図２（ａ）又は図４（ａ）のように、プリント時のテンション（Ｔ２）で画像形成を行う。ここで、Ｔ１＞Ｔ２である。

図５に第３実施形態のフローチャートを示した。まず、画像形成装置の電源をＯＮにした場合、中間転写ベルトのテンションを大きいテンションＴ１で前多回転を行う。その後、プリント時のテンションＴ２に設定してプリントに備える（Ｓ１→Ｓ２）。

この状態でプリント信号を受信した場合は、プリント時のテンションＴ２のままプリント動作を行う（Ｓ３）。最後のプリントジョブから所定時間が経過した場合は、スリープモードに遷移する（Ｓ４→Ｓ５）。スリープモード時にプリント信号を受信した場合は、中間転写ベルトのテンションを大きいテンションＴ１状態で前多回転を行った後に、プリント時のテンションＴ２に設定する（Ｓ６→Ｓ１）。

上述のように、ベルトテンションが大きいほど中間転写ベルトの片側寄りや破れが発生しやすくなるため、ベルトテンションを大きく設定した状態での回転は極力短い方が良い。スリープモードに遷移しているということは、画像形成装置が長時間使用されていないことを意味しており、中間転写ベルトに巻き癖が発生している可能性が高い。また、電源ＯＮの場合は、直前の画像形成装置の使用状況はわからないが、ほとんどの場合、画像形成装置を長時間使用していないことが考えられる。したがって、本実施形態においては、画像形成装置のスリープモードからの復帰時、及び電源ＯＮ時の前多回転時に限定して、ベルトテンションを大きいテンションＴ１での回転駆動を行うようにした。

尚、スリープモード時や電源ＯＦＦ時には、第２実施形態の図４（ｃ）のように、中間転写ベルトのテンションがプリント時のテンションＴ２よりも小さいテンションＴ３に設定する（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）。これにより、巻き癖が発生しにくくなる。

そして、スリープモードからの復帰時や電源ＯＮ時の前多回転時には、中間転写ベルトのテンションをプリント時Ｔ２よりも大きくしたＴ１で回転駆動させて、中間転写ベルトを伸ばす。これにより、更なる巻き癖除去効果が期待できる。

以上のように、画像形成前に中間転写ベルトに、画像形成時よりも大きいテンションを付与した状態で、中間転写ベルトの周方向を全体的に引き伸ばす力を加えながら回転させる。これにより、停止中に生じた中間転写ベルトの変形部分の軽減・除去を行うことができ、中間転写ベルトに巻き癖が残ることを防止して、良好な画質を維持することが可能となる。

また、スリープモードからの復帰時、及び電源ＯＮ時の前多回転時にのみ、画像形成時よりも大きいテンションを付与した状態で回転させることにより、中間転写ベルトの片側寄りや破れの発生を防止することができる。

〔他の実施形態〕
前述の実施形態においては、ベルトを中間転写ベルトとしたが、これに限るものではない。例えば、ベルトを、記録材を搬送する搬送ベルトとしてもよい。

第１実施形態に係る画像形成装置の構成図。 第１実施形態に係るベルト支持装置の動作を示す図。 第１実施形態に係るベルトテンションＴの大きさと巻き癖高さの関係を示したグラフ。 第２実施形態に係るベルト支持装置の動作を示す図。 第３実施形態の制御に係るフローチャート。 従来技術に係る中間転写ベルトを用いたベルト支持装置の概略図。

符号の説明

６…中間転写ベルト、１０…駆動ローラ、１１…テンションローラ、１２…二次転写対向ローラ、１４…軸受け部材、１５…テンションバネ、１６…パルスモータ、１７…中間ギヤ、１８…テンション調整カム、１９…テンション調整カム、２０…張力変更手段

Claims (3)

1. 画像形成部と、前記画像形成部で形成した画像を転写する前記無端状のベルトを具備するベルト支持装置と、を有する画像形成装置において、
   前記ベルト支持装置は、前記複数の回転体のうちの一つを移動させることにより前記ベルトの張力を変更させる張力変更手段を有し、
   前記張力変更手段は、
   前記ベルトの駆動開始後、画像形成動作前に前記ベルトに付与する張力Ｔ１と、画像形成動作中に前記ベルトに付与する張力Ｔ２と、の関係がＴ１＞Ｔ２となるように、張力を変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記張力変更手段は、
   前記ベルトの駆動開始後、画像形成動作前に前記ベルトに付与する張力Ｔ１と、画像形成動作中に前記ベルトに付与する張力Ｔ２と、駆動停止している時に前記ベルトに付与する張力Ｔ３との関係がＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３となるように、張力を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記張力変更手段は、画像形成装置の電源投入時、又は省電力モードからの復帰時に、張力の設定を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。

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