JP4118227B2

JP4118227B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4118227B2
Application number: JP2003393292A
Authority: JP
Inventors: 健一向井
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP2005156767A

Description

本発明は、トナーにより用紙に画像を形成する画像形成装置に関する。

トナーにより用紙に文字や画像を形成する方式としては、中間転写ベルト方式と直接転写方式が一般的である。中間転写ベルト方式では、感光体ドラムから中間転写ベルトにトナー像を転写し、この中間転写ベルトから用紙にトナー像を二次転写する。直接転写方式では、用紙搬送ベルトによって搬送される用紙に感光体ドラムから直接トナー像を転写する。

中間転写ベルトであるか用紙搬送ベルトであるかを問わず、ベルトには適正レベルの張力を設定する必要がある。特許文献１には、中間転写ベルトに張力調整用のテンションローラを設けた画像形成装置が記載されている。
特開２００３−１４０４７４号公報（第３−５頁、図１）

中間転写ベルトにテンションローラを設けた構成例を図６に示す。中間転写ベルト１００は原動ローラ１０１と従動ローラ１０２に巻き掛けられ、時計回りに走行する。上部の水平走行部分には４個の画像形成部がタンデム配置されている。４個の画像形成部とは、走行方向の上流側から順に、マゼンタ用の画像形成部１０３Ｍ、シアン用の画像形成部１０３Ｃ、イエロー用の画像形成部１０３Ｙ、及びブラック用の画像形成部１０３Ｂである。これらの画像形成部でマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーを転写された中間転写ベルト１００は、下方に配置された二次転写ローラ１０４ａ、１０４ｂのところまでトナーを担持したまま走行し、そこで用紙Ｐにトナーを転写する。

従動ローラ１０２から二次転写ローラ１０４ａまでの間にテンションローラ１０５が配置されている。中間転写ベルト１００に十分な張力を与えるためには、中間転写ベルト１００の走行経路にテンションローラ１０５を深くくい込ませる必要がある。言い換えれば、テンションローラ１０５の箇所における中間転写ベルト１００の角度変化の度合いをできるだけ大きくする必要がある。このような配置を実現するためには、中間転写ベルト１００が空間内で垂直方向に占めるスペースを大きくとる必要があり、スペース効率が悪くなる。

スペース効率を高めるため、図７のように原動ローラ１０１及び従動ローラ１０２と二次転写ローラ１０４ａ、１０４ｂとのレベル差を小さくすると、必然的にテンションローラ１０５の箇所における中間転写ベルト１００の角度変化の度合いが小さくなってしまう。すなわち中間転写ベルト１００に十分な張力を与えることが困難になる。

中間転写ベルトでなく用紙搬送ベルトであっても問題は同じである。図８は用紙搬送ベルト１１０にテンションローラを設けた構成例である。用紙搬送ベルト１１０は時計回りと反対の方向に走行する。上部の水平走行部分にはマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラック用の画像形成部１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｙ、１０３Ｂが上流側から順にタンデム配置される。ベルトの走行方向が図６とは逆なので、画像形成部の配置も図６とは逆になっている。用紙Ｐは用紙搬送ベルト１１０の上面に載置されて４個の画像形成部を順次通過し、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーを直接転写される。

テンションローラ１０５は用紙搬送ベルト１１０の上部水平走行部分を外れた箇所に配置される。用紙搬送ベルト１１０に十分な張力を与えるためには、テンションローラ１０５の箇所における用紙搬送ベルト１１０の角度変化の度合いをできるだけ大きくする必要がある。このような配置を実現するためには、用紙搬送ベルト１１０が空間内で垂直方向に占めるスペースを大きくとる必要があり、スペース効率が悪くなる。

スペース効率を高めるため、図９のように原動ローラ１０１及び従動ローラ１０２とテンションローラ１０５とのレベル差を小さくすると、必然的にテンションローラ１０５の箇所における用紙搬送ベルト１１０の角度変化の度合いが小さくなってしまう。すなわち用紙搬送ベルト１１０に十分な張力を与えることが困難になる。

上記のような問題を解決するため、中間転写ベルト１００や用紙搬送ベルト１１０の走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラ、すなわち原動ローラ１０１と従動ローラ１０２の一方をテンションローラとすることが考えられる。このようにすれば、ベルトはテンションローラのところで深く折れ曲がるので、十分な張力をベルトに与えることができる。また垂直方向のスペースも節約できる。

しかしながら上記構成にも弱点がある。それはテンションローラとなる側のローラの長手方向の荷重分布が変化したときのローラ同士の平行度の変化である。一般的に、ベルトには両サイドに周長差がある。すなわち片方の縁に沿って計測した周長と、他方の縁に沿って計測した周長との間には差がある。周長の短い側はより大きな張力をテンションローラに及ぼす。このように荷重分布が不均衡であると、テンションローラと他方のローラとの間の平行度が狂う。

荷重分布はテンションローラにベルトが巻き付く位置によっても左右される。ベルトがテンションローラの片側に偏倚すれば、偏倚した側の張力が高くなるとともに、反対側の張力は低くなるという荷重分布の変化が生じる。

原動ローラ、従動ローラ共に固定軸まわりを回転する場合には、荷重分布に不均衡が生じたとしても固定軸同士の平行度まで変わるには至らず、用紙に形成される画像に影響はない。しかしながら原動ローラと従動ローラの一方をテンションローラとすると、テンションローラは傾動可能であるため、荷重分布に不均衡が生じた場合に他方のローラと平行を保てなくなる。原動ローラと従動ローラとの平行が保たれなければ、中間転写ベルト上に形成される画像が斜めになって色重ねされる。中間転写ベルトでなく用紙搬送ベルトであっても、ベルトが蛇行しがちになって用紙への転写精度が確保できなくなる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ベルトの走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラの一方をテンションローラとし、張力の確保とスペースの節約を両立させるとともに、このことがローラ同士の平行度に影響を与えないようにしたものである。

本発明では、画像形成装置を次のように構成した。

（１）中間転写ベルトに転写したトナーを用紙に二次転写する画像形成装置において、前記中間転写ベルトの走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラの一方をテンションローラとし、平面形状Ｌ字形であって、中間の屈曲部をハウジング内の固定軸で支持し、一端は軸受に連結され、他端同士はコネクティングロッドで連結し同一の動きをする一対のベルクランクで前記テンションローラの両端を支えた平行移動機構で、常に他方のローラとの平行を保ちつつ移動するようにした。

（２）用紙搬送ベルトによって搬送される用紙にトナーを転写する画像形成装置において、前記用紙搬送ベルトの走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラの一方をテンションローラとし、平面形状Ｌ字形であって、中間の屈曲部をハウジング内の固定軸で支持し、一端は軸受に連結され、他端同士はコネクティングロッドで連結し同一の動きをする一対のベルクランクで前記テンションローラの両端を支えた平行移動機構で、常に他方のローラとの平行を保ちつつ移動するようにした。

（１）中間転写ベルトの走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラの一方をテンションローラとしたから、テンションローラの箇所で中間転写ベルトを深く折れ曲がらせて十分な張力を得ることができる。また、別途テンションローラを設ける構成と異なり、テンションローラの動作空間を垂直方向に確保する必要がないから、スペースの節約となる。さらに、テンションローラは平行移動機構で支えられ、常に他方のローラとの平行を保ちつつ移動するものであるから、中間転写ベルト上に形成される画像が斜めになって色重ねされるということがない。

（２）用紙搬送ベルトの走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラの一方をテンションローラとしたから、テンションローラの箇所で用紙搬送ベルトを深く折れ曲がらせて十分な張力を得ることができる。また、別途テンションローラを設ける構成と異なり、テンションローラの動作空間を垂直方向に確保する必要がないから、スペースの節約となる。さらに、テンションローラは平行移動機構で支えられ、常に他方のローラとの平行を保ちつつ移動するものであるから、用紙搬送ベルトが蛇行したりすることがなく、用紙への転写精度を常に確保できる。

（３）同一の動きをする１対のベルクランクで前記テンションローラの両端を支えて平行移動機構を構成したから、平行移動機構を構成簡単且つ安価なものとすることができる。

（４）２本のラックを平行に固定配置し、前記テンションローラの軸の両端に、この軸に対し回転不能なる如く取り付けたピニオンの一方ずつを前記ラックの一方ずつにかみ合わせて平行移動機構を構成したから、堅牢な平行移動機構を得ることができる。またテンションローラの軸が軸線方向に移動しないので、ベルトが動揺して画像転写精度が低下することがない。

以下、本発明の第１実施形態を図１〜３に基づき説明する。図１は画像形成装置の模型的垂直断面図、図２は画像形成部の概略構造を示す模型的断面図、図３は平行移動機構の平面図である。

画像形成装置として例示するのはタンデム方式のフルカラープリンタである。プリンタ１においては、外部コンピュータからの原稿画像データの色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択される。画像出力速度はフルカラーの場合でもモノクロの場合でもＡ４サイズで２０枚／分とされている。なお本明細書には画像出力速度以外にも寸法、比率、速度、電圧、温度等の具体的な数値が登場するが、これらの数値は一つの好適例の例示である。

プリンタ１のハウジング２の内部には中間転写ベルト８が配置されている。中間転写ベルト８は原動プーリ１０と従動プーリ１１に巻き掛けられ、図１において時計回りに走行する。中間転写ベルト８は上部の水平走行部分にタンデム配置された４個の画像形成部、すなわちマゼンタ用の画像形成部３０Ｍ、シアン用の画像形成部３０Ｃ、イエロー用の画像形成部３０Ｙ、及びブラック用の画像形成部３０Ｂを次々に通過して各色のトナーを転写されたうえ、下方に配置された二次転写ローラ１７ａ、１７ｂのところまでトナーを担持したまま走行し、そこで用紙Ｐにトナーを転写する。

中間転写ベルト８の用紙受入側には給紙装置１２と用紙搬送路１３が配置される。中間転写ベルト８の用紙排出側には定着装置５０、用紙搬送路１５、及び排出部１６が配置される。排出部１６はハウジング２の上面に設けられる。

画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂの構造を図２に示す。各画像形成部とも構造は共通なので、「Ｍ」「Ｃ」「Ｙ」「Ｂ」の識別記号を省き、「３０」の符号のみ置いている。

画像形成部３０の中核をなすのはアモルファスシリコンを感光体とする感光体ドラム４であり、その周囲に主帯電器５、ＬＥＤプリントヘッドユニット６、現像装置３、及びクリーニング装置２０が配置されている。また図１に見られるように、転写ローラ９が中間転写ベルト８を隔てて感光体ドラム４に対峙する。転写ローラ９は中間転写ベルト８を支持し、感光体ドラム４に当接させる役割も担う。転写ローラ９には−１．５ｋＶの電圧が印加されている。

現像装置３はマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーとフェライトキャリアを５：９５の重量比で混合したトナーを収容する。トナーはコールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が９μｍ、フェライトキャリアは平均粒径が７０μｍとなっている。現像装置３には固定磁石（図示せず）を内蔵した現像スリーブ３ａが設けられている。

感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとは０．５ｍｍの隙間を隔てて対峙し、対向する表面同士が同方向に移動する向きに回転する。感光体ドラム４の周速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ３ａの周速度は２００ｍｍ／ｓｅｃである。現像スリーブ３ａの表面にはトナーにより磁気ブラシが形成される。またトナーはキャリアとの摩擦により正に帯電する。現像スリーブ３ａに対しては図示しない穂切板が設けられる。穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は０．５ｍｍである。現像スリーブ３ａには＋３００Ｖの現像バイアス電圧が印加される。

現像により、現像装置３の中のトナーが消費される。消費したトナーを補うため、画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍに対応してトナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍを設け、図示しない搬送手段によりトナーを補給する。これにより、現像装置３は常に適量のトナーを内部に保有することになる。

クリーニング装置２０は感光体ドラム４に接触するゴム製のクリーニングローラ２１、用紙に転写されなかったトナーを感光体ドラム４からかき落とすクリーニングブレード２２、及びトナーを図示しない回収容器に排出する排出スパイラル２３を有する。なおクリーニング装置２０のカバーは図１においては図示を省略してある。

プリンタ１は次のように画像出力動作を行う。

感光体ドラム４の表面は主帯電器５により一様に＋４００Ｖに帯電せしめられている。外部のコンピュータなどから原稿画像データが入力されると、ＬＥＤプリントヘッド６が原稿画像データに対応するＬＥＤ光を感光体ドラム４の表面に照射する。感光体ドラム４の表面は、ＬＥＤ光の照射された露光部の電圧が＋２５Ｖにまで減衰し、非露光部の＋４００Ｖの部分と合わせて静電潜像が形成される。現像スリーブ３ａに印加された＋３００Ｖの現像バイアス電圧により、トナー中の正帯電トナーが前記露光部に付着し、静電潜像がトナーで可視化される。

中間転写ベルト８は、感光体ドラム４の表面の移動方向と同じ方向に、感光体ドラム４の周速度と同じ１００ｍｍ／ｓｅｃで走行している。中間転写ベルト８の所定位置からトナーの転写が開始されるよう、ＬＥＤプリントヘッド６による感光体ドラム４の露光タイミングが設定される。

中間転写ベルト８上の用紙が感光体ドラム４の下を通過する際、転写ローラ９に印加された−１．５ＫＶの電圧により、感光体ドラム４に付着したトナーが中間転写ベルト８に引きつけられる。これにより、トナーが中間転写ベルト８に転写される。

中間転写ベルト８に転写されなかったトナーはクリーニングブレード２２によりかき落とされ、排出スパイラル２３により図示しない回収容器に排出される。クリーニングローラ２１はトナー転写後の感光体ドラム４の表面を整える。

画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂでマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーを順次転写された中間転写ベルト８は二次転写ローラ１７ａ、１７ｂへと向かう。用紙搬送路１３を通って運ばれてきた用紙Ｐが二次転写ローラ１７ａ、１７ｂの間で中間転写ベルト８に合流する。二次転写ローラ１７ａ、１７ｂの間に印加されたバイアス電圧により、中間転写ベルト８上のトナーが用紙Ｐに転写される。

トナーを転写された用紙Ｐは定着装置５０に引き込まれる。そして定着装置５０の内部で定着ローラによりトナーを定着された後、用紙搬送路１５を経て排出部１６に排出される。

本実施形態では、従動ローラ１１がテンションローラに兼用される。そして従動ローラ１１は図３に示す平行移動機構で支持される。

平行移動機構４０は次のように構成される。まず、従動ローラ１１の軸１１ａの両端をそれぞれ軸受４１に通す。軸１１ａと軸受４１とは軸線方向にスライド可能である。従動ローラ１１と軸１１ａは互いに固定状態でもよく、スライド可能であってもよい。軸受４１をハウジング２内の固定部材に引張コイルばね４２で連結し、軸１１ａを水平方向に（図３においては上方に）引く。これにより、中間転写ベルト８には所定の張力が与えられる。

中間転写ベルト８の両側に、１対をなす同一形状のベルクランク４３を１個ずつ配置する。ベルクランク４３は平面形状Ｌ字形であって、中間の屈曲部をハウジング２内の固定軸４４で支持され、水平面内で回動可能である。ベルクランク４３の一端は軸受４１に連結される。ベルクランク４３の他端同士はコネクティングロッド４５で連結される。

図３において左側に位置するベルクランク４３が回動すれば、コネクティングロッド４５を介してこれに連結された右側のベルクランク４３も全く同じ動きを行う。すなわち両側の軸受４１は同一タイミングで同一ストロークだけ移動することになる。このため、従動ローラ１１の長手方向における荷重分布が変化したとしても、従動ローラ１１はそれに影響されることなく原動ローラ１０に対する平行を保ち続ける。従って、原動ローラ１０と従動ローラ１１の平行度が狂って中間転写ベルト８上のトナー画像がデフォルメされるという事態を招くことがなく、色重ねのずれのないトナー画像が用紙Ｐに転写される。

図４に本発明の第２実施形態を示す。図４は平行移動機構の平面図である。なお第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態で使用したのと同じ符号を付し、説明は省略する。

第２実施形態では、軸１１ａの両端に１対をなす同一形状のピニオン４６を１個ずつ回転不能に取り付ける。そしてこのピニオン４６の一方ずつを、中間転写ベルト８の両側に固定配置した同一形状のラック４７の一方ずつにかみ合わせる。２個のラック４７は互いに平行であるとともに、中間転写ベルト８の走行方向に対しても平行である。

両側のピニオン４６は、互いに歯の位相が一致する形で軸１１ａに固定される。両側のラック４７も、互いに歯の位相が一致する形で固定される。

図４において左側に位置するピニオン４６が回転すれば、右側のピニオン４６も同じ角度だけ回転する。このため、左右のピニオン４６は常に同じ距離だけ移動することになり、従動ローラ１１の長手方向における荷重分布が変化したとしても、従動ローラ１１はそれに影響されることなく原動ローラ１０に対する平行を保ち続ける。従って、原動ローラ１０と従動ローラ１１の平行度が狂って中間転写ベルト８上のトナー画像がデフォルメされるという事態を招くことがなく、色重ねのずれのないトナー画像が用紙Ｐに転写される。

また第２実施形態の構成では、従動ローラ１１が図４において上下方向に移動しても軸１１ａと軸受４１との間に軸線方向のスライドが生じない。このため、ベルトが動揺して画像転写精度が低下することがない。

図５に本発明の第３実施形態を示す。図５は画像形成装置の模型的垂直断面図である。

第３実施形態では直接転写方式が採用されている。すなわち原動ローラ１０と従動ローラ１１には用紙搬送ベルト１８が巻き掛けられている。用紙搬送ベルト１８の走行方向は中間転写ベルト８とは逆で時計回りと反対の方向であり、画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、及び３０Ｂの配置も第１実施形態とは逆になっている。給紙装置１２から供給された用紙Ｐは画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂをくぐり抜ける間にマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックの各色のトナーを次々と直接転写され、定着装置５０に送り込まれる。

第３実施形態でも従動ローラ１１をテンションローラとする。そして図３に示す平行移動機構を組み合わせる。

また他の実施形態として、図４に示す平行移動機構を従動ローラ１１に組み合わせてもよい。

以上本発明の各実施形態につき説明したが、この他、発明の主旨から逸脱しない範囲で種々の改変を加えて実施することができる。例えば、従動ローラでなく、原動ローラの方をテンションローラとしてもよい。

本発明は、用紙にトナーを転写する形式の画像形成装置に広く利用可能である。

第１実施形態に係る画像形成装置の模型的垂直断面図画像形成部の概略構造を示す模型的断面図平行移動機構の平面図第２実施形態に係る平行移動機構の平面図第３実施形態に係る画像形成装置の模型的垂直断面図中間転写ベルトにテンションローラを設けた従来の構成例中間転写ベルトにテンションローラを設けた他の構成例用紙搬送ベルトにテンションローラを設けた従来の構成例用紙搬送ベルトにテンションローラを設けた他の構成例

符号の説明

１プリンタ
２ハウジング
８中間転写ベルト
１０原動ローラ
１１従動ローラ
１１ａ軸
３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂ画像形成部
４０平行移動機構
４１軸受
４２引張コイルばね
４３ベルクランク
４４固定軸
４５コネクティングロッド
１８用紙搬送ベルト
４６ピニオン
４７ラック

Claims

中間転写ベルトに転写したトナーを用紙に二次転写する画像形成装置において、
前記中間転写ベルトの走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラの一方をテンションローラとし、平面形状Ｌ字形であって、中間の屈曲部をハウジング内の固定軸で支持し、一端は軸受に連結され、他端同士はコネクティングロッドで連結し同一の動きをする一対のベルクランクで前記テンションローラの両端を支えた平行移動機構で、常に他方のローラとの平行を保ちつつ移動するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
用紙搬送ベルトによって搬送される用紙にトナーを転写する画像形成装置において、
前記用紙搬送ベルトの走行方向上流端及び下流端における折り返し部となる１対のローラの一方をテンションローラとし、平面形状Ｌ字形であって、中間の屈曲部をハウジング内の固定軸で支持し、一端は軸受に連結され、他端同士はコネクティングロッドで連結し同一の動きをする一対のベルクランクで前記テンションローラの両端を支えた平行移動機構で、常に他方のローラとの平行を保ちつつ移動するようにしたことを特徴とする画像形成装置。