JP2020016795A - 画像形成装置 - Google Patents

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【課題】駆動対象物の駆動負荷変動によらずタイミングベルトの適正な張力を得ることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】駆動伝達にタイミングベルト62を用いる画像形成装置において、前記タイミングベルトの張力または前記タイミングベルトのプーリへの巻き付き角度の変更手段74,72,73を設けた。前記変更手段は、前記タイミングベルトが巻き付くプーリ61を移動可能に保持する保持部材70と、前記保持部材に保持されているプーリを張力を増大させる方向に付勢する付勢部材71とを備え、前記付勢部材よる付勢力を変更する。【選択図】図3

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。
従来、駆動伝達にタイミングベルトを用いる画像形成装置が知られている。
例えば、特許文献1には、中間転写体から転写材に画像を転写する二次転写部で転写材を搬送する搬送部材に駆動を伝達するのにタイミングベルトを用いたものが記載されている。
ところが、駆動対象物の駆動負荷変動によらずタイミングベルトの適正な張力を得るのが困難であるという課題が残っていた。
上述した課題を解決するために、本発明は、駆動伝達にタイミングベルトを用いる画像形成装置において、前記タイミングベルトの張力または前記タイミングベルトのプーリへの巻き付き角度の変更手段を設けたことを特徴とするものである。
本発明によれば、駆動対象物の駆動負荷変動によらずタイミングベルトの適正な張力を得ることができる。
画像形成装置の概略構成図。 同画像形成装置の二次転写ベルトユニットの拡大図。 同二次転写ユニットのテンションを可変にするための機構の説明図。 同画像形成装置の制御のブロック図。 同画像形成装置のテンションを調べた実験結果を示すグラフ。 クリーニングブレードがめくれた状態の説明図。 他の実施形態の説明図。
本発明を、中間転写体から転写材に画像を転写する二次転写部で転写材を搬送する搬送部材に駆動を伝達するのにタイミングベルトを用いた画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。
図1は同画像形成装置の概略構成図である。中間転写体である中間転写ベルト10が駆動ローラ11と2本の従動ローラ12,13に支持されている。駆動ローラ11は駆動モータ14で駆動される。この駆動による中間転写ベルト10の移動方向を矢印Aで示す。中間転写ベルト10の上方の水平なベルト展張部に対向するように黒色とカラー各色(Y,M,C)合計4つの感光体20,21,22,23が配置されている。
各感光体の回りには電子写真プルセスを実行するための帯電部材、現像部材、クリーニング部材が配置されている。装置上部には各感光体に潜像形成のための露光光を照射するための書込ユニット30が配置されている。中間転写ベルトと各感光体とが対向部する一次転写部のベルト裏側には一次転写部材(転写ローラ)24,25,26,27が配置されている。各一次転写部材には感光ドラム上に現像された帯電トナーを中間転写ベルト上に移動させるため適当な電流が印加されるようになっている。この一次転写部では、感光ドラムの下部に中間転写ベルトがバネで押し付けられようになっている。
装置の下方で中間転写ベルト10を支持する従動ローラ12に巻き付いている中間転写ベルト10部分に対向するように二次転写ベルトユニット40が配置されている。この二次転写ベルトユニット40は、二次転写ベルト41を、二次転写駆動ローラ42と3本の従動ローラ43,44,45とで支持している。二次転写駆動ローラに巻き付いている二次転写ベルト41部分が中間転写ベルトに対向して二次転写部を形成している。この二次転写部に給紙カセットなどから転写材である用紙Pが送り込まれる。二次転写部を通過してトナー像が転写された用紙Pに対しトナー像を定着する定着装置50が配置されている。二次転写部を追加した中間転写ベルト10の表面をクリーニングするクリーニングユニット51も配置されている。
図2は二次転写ベルトユニット40の拡大図である。
このユニット40は、二次転写部にある中間転写ベルトの支持ローラ12に向けて二次転写駆動ローラ42の支持部を付勢して押し付けるバネ46を有している。このバネ46の下端は加圧カム47によって上下動されるフォロワ部に取り付けられている。加圧カム47は二次転写加圧モータ48により回転姿勢が変更されるようなっている。この加圧カム47の回転姿勢(回転量)の変更によりバネ46の力で二次転写駆動ローラ42の支持部を持ち上げる量が変化する結果、二次転写駆動ローラ42と中間転写ベルト10の従動ローラ12との間の圧力が変化する。この圧力を、用紙の紙厚に応じて変更する。具体的には、用紙の厚みが増すと、用紙の重みも増すため、高速機で確実に用紙を保持搬送するため、ローラの圧力を高い設定とする。以下、二次転写加圧モータ48の回転量制御によるこの圧力の制御を、二次転写ニップ圧力制御という。
二次転写ベルト41の表面に当接するようにウレタン製のクリーニングブレード49が配置されている。このクリーニングブレード49で除去されたトナーを回収する回収容器49aも配置されている。中間転写ベルト10から転写されるトナーの残留分や機内を飛散するトナーが二次転写ベルト41の表面に付着する場合があるため、これを除去するものである。二次転写ベルトが回転している間は、常時、清掃しているが、二次転写ユニットが持つ静負荷の大部分はクリーニングブレード49と二次転写ベルト41との接触によるものである。
二次転写ベルト41は、二次転写駆動ローラ42の外周面を構成しているゴム層との摩擦によってローラ42の回転力がベルト41に伝達され回転するようになっている。二次転写駆動ローラ42の軸の端部にはローラ側プーリ60が平行ピンによって回り止めされていている。通常は、このローラ側プーリ60とモータ軸上のモータ側プーリとをタイミングベルトで張架するのだが、実装上のスペースに制約があり、かつ、減速比を稼ぐため次の構成を採用している。
すなわち、互いにピット円半径が異なる第1プーリ61aと第2プーリ61bとが一体化された2段のアイドラプーリ61を用意している。このアイドラプーリ61の比較的半径が小さい第1プーリ61aとローラ側プーリ60との間にローラ側タイミングベルト62を張架している。そして、このアイドラプーリ61の比較的半径が大きい第2プーリ61bと二次転写駆動モータ63の軸上に連結されているモータ側プーリ64との間にモータ側タイミングベルト65を張架している。すなわち、二次転写駆動モータから2本のタイミングベルトと、2段のアイドラプーリを介して二次転写ベルトを駆動するようにしている。
図3はローラ側タイミングベルトのテンションを可変にするための機構の説明図である。アイドラプーリ61とローラ側プーリ60を結ぶ軸間の延長線上をアイドラプーリ61が移動可能なように、アイドラプーリ61の軸61cが入り込む長溝状空間を有する保持部材たるガイドでアイドラプーリ61を保持している。アイドラプーリ61の軸61cには付勢部材たるバネ71の一端が係止されている。このバネ71の他端がテンショナー72に連結されている。テンショナー72は、中心軸72aを中心して回転動作できるようになっている。この中心軸72aを介してベルトテンションモータ73によりテンショナー72が回転駆動されるようになっている。テンショナー72が回転するとバネ71を介してアイドラプーリ61が移動してローラ側タイミングベルト62のテンションが変化する。なお、テンシャンがもつとも小さくなるテンショナー72の回転位置においても、バネ71によるテンションはローラ側タイミングベルト62にテンションを与えている(テンションを増大させている)。
このテンショナー72の中心軸72aにはアクチェータ74が取り付けられている。このアクチェータ74の近傍にアクチェータ74を検出する光学センサ75が配置されている。この光学センサ75はテンショナー72の動作とは連動せずに定位置をとる。テンショナー72の回転で移動してきたアクチェータ74が光学センサ75の発光素子と受光素子との間の光路を遮蔽することによりアクチェータの回転位置を検出する。そして、例えば、二次転写駆動モータ63としてステッピングモータを用い、テンショナー72上のアクチェータ74が光学センサ75を遮蔽したタイミングでベルトテンションモータ73のテップ角数のカウントを開始する。その後のステップ角数のカウント数によってテンショナー72の回転位置を把握する。本実施形態では、用紙の紙厚に応じて、テンショナー72の回転位置を制御してローラ側タイミングベルト62のテンションを制御している。この制御(以下、タイミングベルトテンション制御という。)については後に詳述する。
図4は二次転写ユニットに関する制御のブロック図である。
制御部100は、紙厚選定手段101、テンショナー72の回転姿勢把握用の光学センサ75、コントローラ部102とからなっている。紙厚選定手段101は画像形成装置の操作者が操作パネルから入力する紙種選択入力(種別選択入力)に基づいて、紙種と紙厚との関係を記憶しているテーブルを用いるなどして紙圧を選定したり、紙厚を検出する検出装置を用い、これからの検出結果を用いたりして紙厚を選定するように構成できる。コントローラ部102には紙厚選定手段101や光学センサ75からの信号が入力される(必要ならカム47の回転姿勢検知用のセンサからの信号も入力)。そして、このコントローラ部102の出力が、二次転写加圧モータ48のドライバ48aやベルトテンションモータ73のドライバ73aに入力される。この制御部100によって、紙厚に応じた、二次転写ニップ圧力制御やタイミングベルトテンション制御が行われる。
用紙の厚みに応じた二次転写ニップ圧制御について説明する。
本実施形態では紙厚に応じた二次転写ニップ圧制御を次のように行う。用紙の紙厚が厚くなるとローラの圧力を高くしていく。このときローラの潰れ量が大きくなり、用紙との接触抵抗が増えるため、二次転写駆動ローラの負荷は高くなってしまう。このように紙厚に応じた二次転写ニップ圧制御によって、二次転写駆動ローラの負荷が変動する。二次転写駆動ローラの負荷によって二次転写ローラを駆動するための例えばローラ側タイミングベルトの適正なテンションの範囲が変化する。適正なテンションの範囲の下限は歯飛びが生じない値であり、上限は不必要に大きくテンションベルトやプーリの摩耗による寿命低下が生じない値である。
なお、歯飛びが生じるとカラー画像形成装置においては、色むらも生じる。また、上限を遙かに超えるテンションが常時くわわる場合にはプーリ軸倒れが生じるおそれがある。この軸倒れの避けるため、歯飛びを防止するのみを考慮して歯飛びが生じない大きめのテンションを常時用いる、という選択はできない。
図5は二次転写ニップに用紙を通紙せずに種々の二次転写ニップ圧力の下で歯飛びを発生し始めるローラ側タイミングベルトのテンションを調べた実験結果を示すものである。具体的には、各二次転写ニップ圧のとき、テンションを小さい値から大きい値に変化させ、その二次転写ニップ圧で最初に歯飛びが発生したベルトテンションを調べた。そして、この最初に歯飛びが発生したベルトテンション(横軸)の値と、そのときの二次転写駆動モータ63への供給電流から求めた動トルク(縦軸)の値とをとるポイントをグラフ上に×で示したものである。
上記×のポイントを実線でむすび、横軸のベルトテンションに応じた×が生じる縦軸の動トルクという見方をすると次のことがわかる。すなわち、テンションが低いほど歯飛びが発生し始めるトルクが低く、テンションが高いほど歯飛びが発生し始めるトルクが高いことがわかる。この×のポイントを結んだ実線よりもグラフ上右側の領域の動トルクとテンションとの組み合わせを用いれば歯飛びをさけることができる。なお、グラフの横軸にはタイミングベルトの使用推奨範囲の下限側と上限側の値を薄紙適正値、厚紙適正値として参考に記載している。
そこで本実施形態では、タイミングベルトテンション制御により、紙厚によって、薄紙ではテンション弱め、厚紙ではテンション強めとなるようにテンショナー72の回転角を制御する。よって、紙厚に応じた適正なテンションが常時、選定され、プーリやタイミングベルトの短寿命や軸折れ、歯飛びを抑制し、色むらの懸念を払拭できる。
また、本実施形態によれば、プーリ溶融による動力未伝達を払拭することができる。このプーリ溶融は次のようにして発生するおそれがある。
図2に示す二次転写ベルト清掃用のクリーニングブレード49は、常時、ベルト41と接している。このため、ベルト41から回収したトナーがブレード先端に残留し、トナーがあるために潤滑性が維持されるが、ブレード交換やブレード清掃直後では、ブレード先端部のトナー量が不足気味になる。このため、潤滑性が低下気味で、二次転写ベルト41とクリーニングブレード49との間の摩擦力が高く、クリーニングブレード49の先端部分が、二次転写ベルト41の回転下流側へめくれ、二次転写ベルト41表面を押し付けてしまう事態が生じ得る。
図6は上記クリーニングブレード49がめくれた状態を示す。この状態では、二次転写ベルト表面はウレタン製のクリーニングブレード49との摩擦力が駆動力を大きく上回っているので回転できない。二次転写駆動ローラは、ローラのゴム製外周面と二次転写ベルトの内周面との間の摩擦力が大きく上回っているので、軸端に付加されているローラ側プーリ60とローラ側タイミングベルト62は動作しない。一方で、二次転写駆動モータ63の軸上にあるモータ側プーリ64の回転でモータ側タイミングベルト65に動力が伝達される。このとき、過負荷で動作できないローラ側タイミングベルト62と動作できるアイドラプーリ61の第1プーリ61aとが噛み合っている状態にある。
第1プーリ61aとローラ側プーリ60およびローラ側タイミングベルト62の関係は、部品公差のばらつきのみでテンションが決まる関係にある。よって、もし、適正テンション、または、適正よりも高いテンションで、ローラ側タイミングベルト62と第1プーリ61aが噛み合いを維持したままであれば、過負荷で動作できず、二次転写駆動モータ63からエラーが検出される。
ところが、適正よりも低いテンションで噛み合っていると、噛み合いが外れて歯飛びが起こりやすく、歯飛びが起こった場合、実際の二次転写部の静負荷は過負荷だが、動負荷(動トルク)は、二次転写駆動モータ63の電流値から判断しているので、非常に高い値とはならない。よって、二次転写駆動モータ63の過電流検知には届かず、エラーが検出されないため二次転写駆動モータ63は停止せず回り続ける。アイドラプーリ61が樹脂製であると、ローラ側タイミングベルト62と、樹脂製の第1プーリ61aの接触摩耗によって、第1プーリ61aが短時間で溶融温度まで達し、溶融に至る懸念がある。溶融すると、その後は駆動伝達できない。
本実施形態によれば、適正なテンションで噛み合って歯飛びが起きないので、実際の二次転写部の静負荷が過負荷で動負荷(動トルク)が非常に高い値であることも二次転写駆動モータ63の電流値から判断でき、二次転写駆動モータ63からエラーが検出され、モータか停止される。よって、アイドラプーリ61の溶融を回避できる。
図7は他の実施形態の説明図である。ローラ側タイミングベルト62のテンションを変更可能にするのに、先の実施形態がアイドラプーリ61を移動可能にテンション方向の付勢力を変化させるのに対し、この実施形態では、ローラ側タイミングベルト62のプーリ間の展張部に当接するテンション付与部材であるテンションローラ80を設けて、このローラ80によって付与するテンションを変更するようにしたものである。他の点は先の実施形態と同様である。
テンションローラ80の軸80cにはバネ81の一端が係止されている。このバネ81の他端がテンショナー82に連結されている。テンショナー82は、中心軸82aを中心して回転動作できるようになっている。この中心軸82aを介してベルトテンションモータ83によりテンショナー82が回転駆動されるようになっている。テンショナー82が回転するとバネ81を介してテンションローラ80がローラ側タイミングベルト62に与えるテンションが変化する。
このテンショナー82の中心軸82aにはアクチェータ84が取り付けられている。このアクチェータ84の近傍にアクチェータ84を検出する光学センサ85が配置されている。この光学センサ85はテンショナー82の動作とは連動せずに定位置をとる。テンショナー82の回転で移動してきたアクチェータ84が光学センサ85の発光素子と受光素子との間の光路を遮蔽することによりアクチェータ84の回転位置を検出、テンショナー82の回転位置を把握できる。
以上2つの実施形態では、タイミングベルトの歯飛び防止のために、ローラ側タイミングベルト62のテンションを変更したが、これに変え、タイミングベルトのプーリに対する巻き付き角度を変更して歯飛びを防止するようにしてもよい。紙厚に応じて、これが厚いほど巻き付き角度が多くなるように制御する。
なお、本実施形態の発明には次の背景もある。
画像形成装置は近年、カラー化が進んでいる。カラー対応の画像形成装置は潜像担持体、現像機構からなる複数の作像機構を備え、単色トナーを像担持体である中間転写ベルトへ順々に転写して、中間転写ベルト上に合成カラー像を形成する。二次転写部では、二次転写ベルト等により記録媒体上にカラー画像を転写する。
合成カラー像を形成する二次転写ベルトは無端ベルトで構成されているため、転写するときの移動速度の安定が非常に重要になってくる。中間転写ベルトとの速度変動が大きいと、記録媒体上に色むらとなって出力されてしまうからである。
また、二次転写ベルト表面にはトナー飛散等によって運ばれてきたトナーの拭き残しが無いように、ベルト清掃機構がありベルト表面の近傍に、クリーニングブレードが配置され、常時、先端部がベルト表面に当接することで、トナーを掻き落とし回収している。
無端の二次転写ベルトは、ベルト内側に接触配置されたゴムローラの軸端部に取り付けてあるプーリへの動力伝達によって駆動力が伝えられる。プーリへの動力伝達はタイミングベルトによって行われることが既に知られている。
今までのプーリ間の動力伝達はプーリの外周に成形されている歯型とタイミングベルトの内側に成形されている歯型の歯型同士の噛み合いによって動力が伝達されるもので、2つのプーリ間または2つ以上のプーリ間を歯付きのタイミングベルトで繋ぐことで構成された。
記録媒体上の色むら発生を低減するための一つの手段として、二次転写ベルトの駆動部をギヤによる動力伝達ではなく、タイミングベルトによる動力伝達で行い、ギヤ同士の噛み合い振動による記録媒体上の画像への悪影響を緩和するというものだった。
プーリ同士の動力伝達のために使用されるタイミングベルトの仕様は、あらかじめ想定される負荷トルクや動作時間などの使用条件に安全率を加味し、歯型のピッチや歯幅が決定されるというものだった。
タイミングベルトはプーリに巻き付けた時に適正なテンションになっている必要があったが、2つのプーリ間にタイミングベルトを巻き付けただけで部品公差のばらつきでテンションを決めてしまう方法や、プーリ間に巻き付けたタイミングベルトに平プーリを付勢しテンションを与え、テンションの適正化を図るという有効な手段があった。
大型で高速の画像形成装置では、さまざまな紙厚にも対応できるような構成になっているため、紙厚によって、中間転写ベルトに接する二次転写ベルトから中間転写ベルトに対しての押圧が可変できるようになっている。厚紙は最も押圧が高くなるため、二次転写ベルトを駆動する負荷トルクが高く。薄紙は最も押圧が低くなるため、二次転写ベルトを駆動する負荷トルクが低い。
厚紙使用時の負荷トルクに合わせてタイミングベルトを設計した場合、薄紙の使用頻度が高いと、タイミングベルトに過度のテンションを加えることになるため、機構自体がオーバースペックとなる。また、過度なテンションからプーリやタイミングベルトの摩耗による短寿命の懸念や、プーリを支持している軸の軸折れの懸念もある。
薄紙使用時の負荷トルクに合わせてタイミングベルトを設計した場合、厚紙の使用頻度が高いと、タイミングベルトのテンションが低いため、タイミングベルトが歯飛びする可能性が高くなる。歯飛びにより経時的なプーリやタイミングベルトの摩耗で短寿命の懸念がある。
また、二次転写部の二次転写ベルトを清掃するクリーニングブレードのめくれが原因で歯飛びが起こった場合、実際の静負荷は非常に高いがベルトテンションが低いため、動負荷がモータの過電流検知に届くほど高い値にはならない。よって、モータの過電流検知によるエラーは検出されず、モータは停止せずに回り続ける。この結果、過負荷で動作できないタイミングベルトと、歯飛びしながら回転し続けるプーリとの接触摩耗によって短期的に材料の溶融温度まで達し、樹脂プーリの場合には溶融に至ることもある。
以上のように、大型で高速の画像形成装置においては、印刷する用紙の紙厚によって負荷トルクが変動し、トルク変動幅が大きいことで、タイミングベルトに対するテンションが適正なものでなくなると、プーリやタイミングベルトの短寿命や軸折れ、歯飛びによる色むらの懸念がある。さらには、プーリが溶融し、動力の伝達ができなくなってしまう。
という問題があった。
そこで、大型で高速の画像形成装置においては、印刷する用紙の紙厚によって負荷トルクが変動し、トルク変動幅が大きいが、タイミングベルトに対しては常に、適正なテンションで使用されるようにして、プーリやタイミングベルトの短寿命や軸折れ、歯飛びを抑制し、色むらの懸念、プーリ溶融による動力未伝達を払拭することを求められる。
大型で高速の画像形成装置においては、印刷する用紙の紙厚によって負荷トルクが変動し、トルク変動幅が大きいことがわかっている。しかも、印刷する紙厚に応じて、二次転写ベルトから中間転写ベルトに対しての押圧があらかじめ決まっており、負荷トルクも想定できる。そのため、負荷トルクに応じた適正テンションをあらかじめ決定しておけば良いと考えられる。紙厚に応じた適正なテンションが常時、選定されるようにする。これにより、プーリやタイミングベルトに対して、過度に高いテンションや過度に低いテンションを受けるがないようにした。
10 :中間転写ベルト
11 :駆動ローラ
12 :従動ローラ
13 :従動ローラ
14 :駆動モータ
20 :感光体
21 :感光体
22 :感光体
23 :感光体
30 :書込ユニット
40 :二次転写ベルトユニット
41 :二次転写ベルト
42 :二次転写駆動ローラ
43 :従動ローラ
44 :従動ローラ
45 :従動ローラ
46 :バネ
47 :加圧カム
48 :二次転写加圧モータ
48a :ドライバ
49 :クリーニングブレード
49a :回収容器
50 :定着装置
51 :クリーニングユニット
60 :ローラ側プーリ
61 :アイドラプーリ
61a :第1プーリ
61b :第2プーリ
61c :軸
62 :ローラ側タイミングベルト
63 :二次転写駆動モータ
64 :モータ側プーリ
65 :モータ側タイミングベルト
71 :バネ
72 :テンショナー
72a :中心軸
73 :ベルトテンションモータ
73a :ドライバ
74 :アクチェータ
75 :光学センサ
80 :テンションローラ
80c :軸
81 :バネ
82 :テンショナー
82a :中心軸
83 :ベルトテンションモータ
84 :アクチェータ
85 :光学センサ
100 :制御部
101 :紙厚選定手段
102 :コントローラ部
P :用紙
特開2006−18518号公報

Claims (6)

  1. 駆動伝達にタイミングベルトを用いる画像形成装置において、
    前記タイミングベルトの張力または前記タイミングベルトのプーリへの巻き付き角度の変更手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1の画像形成装置において、
    前記変更手段は、前記タイミングベルトが巻き付くプーリを移動可能に保持する保持部材と、前記保持部材に保持されているプーリを張力を増大させる方向に付勢する付勢部材とを備え、前記付勢部材よる付勢力を変更することを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1の画像形成装置において、
    前記変更手段は、プーリ間のタイミングベルトの展張部に当接するテンション付与部材によって付与するテンションを変更することを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項1乃至3の何れか一の画像形成装置において、
    前記タイミングベルトによって駆動伝達される対象が、転写材に画像を転写する転写部で転写材を搬送する搬送部材であることを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項4の画像形成装置において、
    前記転写部は、中間転写体から転写材に画像を転写する二次転写部であることを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項4または5の画像形成装置において、
    前記変更手段は、転写材の種別情報に基づいて前記張力または角度を変更することを特徴とする画像形成装置。
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