JP4609564B2 - ベルトユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、無担状のベルトを回転させるベルトユニット、及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。

ベルトユニットは、周知のごとく、無端状のベルト、ベルトを回転駆動する駆動ローラ、及び駆動ローラとの間でベルトが架け渡されてベルトの回転と共に従動回転する従動ローラ等から構成されている。

しかし、ベルトに作用する張力が、幅方向（ベルトの回転方向及び厚み方向と直交する方向）に不均一であるので、ベルトは回転しながら、張力が大きい方から小さい方に移動するように斜行してしまう。

これに対して、多くの画像形成装置用のベルトユニットでは、通常、ベルト本体の幅方向両端部にガイドベルトを設けたベルト（例えば、特許文献１参照）を使用するとともに、これらのガイドベルトにて駆動ローラ及び従動ローラを軸方向両側から挟み込むようにしてベルトの斜行を防止している。
特開２００７−１９３２０５号公報

しかし、ガイドベルトは、耐磨耗性や摩擦係数等における要求品質が厳しく、非常に高価な材料であるので、ベルトユニットの製造原価上昇を招いていた。
本発明は、上記点に鑑み、ガイドベルトを用いることなく、ベルトの斜行を抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、無端状のベルトと、ベルトを回転駆動する駆動ローラと、駆動ローラとの間でベルトが架け渡され、ベルトの回転と共に従動回転する従動ローラと、従動ローラの軸方向端部側に設けられ、従動ローラの回転時に従動ローラの周速より小さい周速で回転する制動体とを備えることを特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明では、従動ローラの軸方向端部側に、従動ローラの回転時に従動ローラの周速より小さい周速で回転する制動体が設けられているので、ベルトが斜行し、ベルトの端部が制動体に接触すると、その制動体に接触した部位には、ベルトの回転を停止させる向きの制動力が作用し、この部位で発生する張力が増大する。

したがって、ベルトは、張力が増大した制動体側から、この部位より張力が小さい幅方向中央側に斜行するように移動するので、ガイドベルトを用いることなく、ベルトの斜行を抑制することができる。

また、請求項２に記載の発明では、従動ローラから入力された回転力を減速して制動体に伝達する減速機構を備えることを特徴とする。
これにより、請求項２に記載の発明では、例えば、駆動ローラから回転力を制動体に供給する場合に比べて、容易に回転力を制動体に供給することができる。

また、請求項３に記載の発明では、減速機構は、従動ローラから回転力を得て回転する太陽歯車を有して構成された遊星歯車機構にて構成されていることを特徴とする。
これにより、請求項３に記載の発明では、減速機構を小型にしながら、大きな減速比を得ることができる。

また、請求項４に記載の発明では、制動体は、従動ローラの軸方向両端側に設けられていることを特徴とする。
これにより、請求項４に記載の発明では、ベルトの斜行を確実に抑制できる。

また、請求項５に記載の発明では、制動体のうちベルトに接触する部位の摩擦係数は、従動ローラのうちベルトに接触する部位の摩擦係数より大きいことを特徴とする。
これにより、請求項５に記載の発明では、確実に制動体からベルトに制動力を作用させることができる。

なお、請求項６に記載の発明では、画像形成手段と、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のベルトユニットとを備えることを特徴とするものである。

本実施形態は、画像形成装置用のベルトユニットに本発明に係るベルトユニットを適用したものであり、以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（第１実施形態）
１．図面の説明
図１は本実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す中央断面図であり、図２は本実施形態に係るベルトユニット１３の特徴を示す図であり、図３は減速機構１５の構成を示す図であり、図４は減速機構１５の分解図であり、図５は本実施形態に係るベルトユニット１３の作動を示す図である。

２．画像形成装置の構成
２．１．画像形成装置の概略構造
画像形成装置１の筐体３内には、図１に示すように、記録用紙やＯＨＰシート等の記録シート（以下、用紙という。）に現像剤像を転写することにより、用紙に画像を形成する電子写真方式の画像形成部５が収納されており、この画像形成部５は、周知のごとく、プロセスカートリッジ７、露光器９及び定着器１１等から構成されている。

また、本実施形態に係る画像形成部５は、ダイレクトタンデム方式のカラーレーザプリンタであるため、用紙の搬送方向に沿って直列に複数個（本実施形態では、４個）のプロセスカートリッジ７が配設されている。

具体的には、用紙の搬送方向上流側から順に、ブラック用のプロセスカートリッジ７Ｋ、イエロー用のプロセスカートリッジ７Ｙ、マゼンタ用のプロセスカートリッジ７Ｍ、シアン用のプロセスカートリッジ７Ｃである。

そして、各プロセスカートリッジ７Ｋ〜７Ｃは、収納されている現像剤の色が異なるのみで、その構造等は略同一であり、具体的には、各プロセスカートリッジ７Ｋ〜７Ｃは、現像剤像が担持される感光ドラム７Ａ、及び感光ドラム７Ａを帯電させる帯電器７Ｂ等から構成されている。

また、用紙を搬送する転写ベルト１３Ａを挟んで感光ドラム７Ａと対向する位置には、感光ドラム７Ａに担持された現像剤を用紙に転写させる転写ローラ８が設けられている。なお、図１においては、紙面の都合上、シアン用のプロセスカートリッジ７Ｃに関する感光ドラム７Ａ、帯電器７Ｂ及び転写ローラ８のみに符号を付した。

以上に説明した構成において、帯電した感光ドラム７Ａを露光器９にて露光して感光ドラム７Ａの外周面に静電潜像を形成した後、電荷を帯びた現像剤を感光ドラム７Ａに供給すると、感光ドラム７Ａの外周面に現像剤像が担持（形成）される。

そして、感光ドラム７Ａに担持されていた現像剤像は、転写ベルト１３Ａにより搬送される用紙に転写された後、現像剤像が転写された用紙は、定着器１１に搬送されて加熱され、用紙に転写された現像剤像が用紙に溶着（定着）する。

３．ベルトユニット
３．１．ベルトユニットの概要
ベルトユニット１３は、転写ベルト１３Ａ、駆動ローラ１３Ｂ、従動ローラ１３Ｃ、並びに駆動ローラ１３Ｂ及び従動ローラ１３Ｃを保持するフレーム（図示せず。）等から構成されており、このベルトユニット１３は、装置本体に対して着脱可能に組み付けられている。

そして、転写ベルト１３Ａは、樹脂材料（本実施形態では、熱可塑性エラストマー）からなる無端状のベルト部材であって、駆動ローラ１３Ｂと従動ローラ１３Ｃとの間に架け渡されている。

また、駆動ローラ１３Ｂは、装置本体に設けられた電動モータ（図示せず。）等の駆動源から動力を得て回転することにより転写ベルト１３Ａを回転させ、従動ローラ１３Ｃは転写ベルト１３Ａの回転と共に従動回転する。

また、従動ローラ１３Ｃの回転軸１３Ｄは、その軸方向と直交する方向であって、転写ベルト１３Ａに発生する張力が増減する方向（本実施形態では、図１の左右方向）に変位可能にフレームに組み付けられているとともに、圧縮コイルバネ１３Ｆ等の弾性付勢手段により張力が増大する向き（本実施形態では、図１の右向き）の力を受けている。

このため、本実施形態では、従動ローラ１３Ｃは、転写ベルト１３Ａに所定の張力を発生させるテンションローラとして機能し、転写ベルト１３Ａは、転写ベルト１３Ａと駆動ローラ１３Ｂとの接触部で発生する摩擦力により、駆動ローラ１３Ｂに対して滑ることなく一体的に同一速度で回転する。

３．２．テンションカラー（制動体）
従動ローラ１３Ｃの軸方向両端側には、図２に示すように、テンションカラー１４が従動ローラ１３Ｃと同軸上に回転可能に設けられており、これらのテンションカラー１４は、従動ローラ１３Ｃの回転時に従動ローラ１３Ｃの周速より小さい周速で回転する制動体である。

すなわち、テンションカラー１４は、図３に示すように、従動ローラ１３Ｃと略同一直径を有する円柱又は円筒状のものであって、従動ローラ１３Ｃの回転軸１３Ｄの周りに相対的に回転可能に支持されている。

そして、テンションカラー１４の外周面には、転写ベルト１３Ａがテンションカラー１４側に移動したときに（図５参照）、転写ベルト１３Ａの内周面に接触する摩擦面１４Ａが設けられており、この摩擦面１４Ａの摩擦係数は、従動ローラ１３Ｃのうち転写ベルト１３Ａに接触する部位の摩擦係数より大きくなるように設定されている。

また、テンションカラー１４は、回転軸１３Ｄの回転力を減速する減速機構１５を介して従動ローラ１３Ｃから駆動力を得て回転しており、この減速機構１５は、太陽歯車１５Ａ、遊星歯車１５Ｂ及び内歯歯車１５Ｃ等からなる遊星歯車機構にて構成されている。

すなわち、太陽歯車１５Ａは、図４に示すように、回転軸１３Ｄと一体的に回転する歯車であり、遊星歯車１５Ｂは太陽歯車１５Ａと噛み合うとともに、テンションカラー１４の側面に形成された軸１４Ｂに回転可能に支持された歯車である。

また、内歯歯車１５Ｃは、遊星歯車１５Ｂと噛み合う歯車部を内周側に有するとともに、 回転不可状態でベルトユニットのフレーム（図示せず）に取り付けられている。より詳細には、転写ベルト１３Ａに発生する張力が増減する方向への回転軸１３Ｄの変位が許容された状態で、内歯歯車１５Ｃは回転軸１３Ｄの周りに回転しないように組み付けられている。

因みに、本実施形態に係る減速機構１５の減速比は、遊星歯車１５Ｂの外形寸法を太陽歯車１５Ａの外形寸法よりも小さくしているため、０．３〜０．５程度となっている。すなわち、太陽歯車１５Ａが１回転する間に、遊星歯車１５Ｂを支持するキャリヤとしてのテンションカラー１４が、概ね０．３回転から０．５回転するようになっている。

このため、回転軸１３Ｄ（従動ローラ１３Ｃ）が回転すると、その回転力が太陽歯車１５Ａを介して遊星歯車１５Ｂに伝達され、遊星歯車１５Ｂは、太陽歯車１５Ａから伝達される回転力により軸１４Ｂ周りに自転しながら、回転軸１３Ｄ周りに公転するため、遊星歯車１５Ｂを支持するキャリヤとしてのテンションカラー１４が回転軸１３Ｄ（従動ローラ１３Ｃ）と同一方向に遅れて回転する。

４．本実施形態に係る画像形成装置（特に、ベルトユニット）の特徴
本実施形態では、従動ローラ１３Ｃの軸方向端部側に、従動ローラ１３Ｃの回転時に従動ローラ１３Ｃの周速より小さい周速で回転するテンションカラー１４が設けられているので、転写ベルト１３Ａが斜行し、図５に示すように、転写ベルト１３Ａの端部がテンションカラー１４に接触すると、転写ベルト１３Ａの内周面とテンションカラー１４（摩擦面１４Ａ）との周速差により、転写ベルト１３Ａのうちテンションカラー１４に接触した部位（以下、この部位を接触部という。）には、転写ベルト１３Ａの回転を停止させる向きの制動力が作用する。

このため、接触部で発生する張力が増大するので、転写ベルト１３Ａは、張力が増大したテンションカラー１４側から、接触部より張力が小さい幅方向中央側に斜行するように移動するので、転写ベルト１３Ａの斜行が矯正される。

そして、本実施形態では、テンションカラー１４が従動ローラ１３Ｃの軸方向両端側に設けられているので、いずれの向きに転写ベルト１３Ａが斜行しても、その斜行が矯正されるので、転写ベルト１３Ａの斜行を確実に抑制できる。

ところで、本実施形態は、転写ベルト１３Ａが斜行してテンションカラー１４に転写ベルト１３Ａが接触したときに、接触部に制動力を作用させて転写ベルト１３Ａの斜行を矯正するものであるので、テンションカラー１４と転写ベルト１３Ａとが接触する部位（摩擦面１４Ａ）にて確実に転写ベルト１３Ａに制動力を付与する必要がある。

そこで、本実施形態では、テンションカラー１４のうち転写ベルト１３Ａに接触する部位（摩擦面１４Ａ）の摩擦係数を、従動ローラ１３Ｃのうち転写ベルト１３Ａに接触する部位の摩擦係数より大きくすることにより、確実にテンションカラー１４から転写ベルト１３Ａに制動力を作用させることができるような構成としている。

また、本実施形態では、従動ローラ１３Ｃは転写ベルト１３Ａに張力を付与するテンションローラとして機能し、かつ、このテンションローラをなす従動ローラ１３Ｃの軸方向端部にテンションカラー１４が設けられている構成となるので、効果的に転写ベルト１３Ａの斜行を抑制することができる。

また、本実施形態では、従動ローラ１３Ｃから入力された回転力を減速してテンションカラー１４に伝達するので、例えば、駆動ローラ１３Ｂから回転力をテンションカラー１４に供給する場合に比べて、容易に回転力をテンションカラー１４に供給することができる。

また、本実施形態では、減速機構１５は、従動ローラ１３Ｃから回転力を得て回転する太陽歯車１５Ａ等を有して構成された遊星歯車機構にて構成されているので、減速機構１５を小型にしながら、大きな減速比を得ることができる。

（第２実施形態）
上述の実施形態では、遊星歯車機構により減速機構１５を構成したが、本実施形態に係る減速機構１５は、図６に示すように、複数枚の第１歯車１５Ｄ〜第３歯車１５Ｆにて回転軸１３Ｄの回転力を減速して、テンションカラー１４の外周面に形成された歯車部１４Ｃに回転力を伝達するものである。

すなわち、第１歯車１５Ｄは、回転軸１３Ｄと一体的に回転する平歯車であり、この第１歯車１５Ｄの回転力は、第１歯車１５Ｄと噛み合う第２歯車１５Ｅに伝達される。そして、第２歯車１５Ｅに伝達された回転力は、第２歯車１５Ｅと同軸上に配置されて第２歯車と一体的に回転する第３歯車１５Ｆを介してテンションカラー１４に形成された歯車部１４Ｃに伝達される。

なお、第２歯車１５Ｅと第３歯車１５Ｆは、ベルトユニットのフレームに回転可能に支持されていてもよいし、ベルトユニットのフレームに対して回転軸１３Ｄと一緒に転写ベルト１３Ａの張力が増減する方向へ変位する可動の軸支持部材に支持するようにしてもよい。

前者の場合、回転軸１３Ｄが変位可能であるとしても、第１歯車１５Ｄとテンションカラー１４の歯車部１４Ｃとの噛み合いに支障が出るほど、転写ベルト１３Ａが大きく伸び縮みする虞れはないから、特に問題は生じない。また、後者の場合であれば、ベルトが大きく伸び縮むようなベルトユニットであっても的確に対応することができる。

（第３実施形態）
上述の実施形態では、テンションカラー１４（摩擦面１４Ａ）の直径寸法は一定であったが、本実施形態は、図７に示すように、摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃ側の直径寸法φ１が、従動ローラ１３Ｃと反対側の直径寸法φ２より小さくなるように、摩擦面１４Ａを円錐テーパ状としたものである。

そして、本実施形態では、摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃ側の直径寸法φ１を従動ローラ１３Ｃの直径寸法φｏより小さくし、かつ、摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃと反対側の直径寸法φ２を従動ローラ１３Ｃの直径寸法φｏより大きくするとともに、摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃと反対側の部分に全周に亘って径方向に突出するフランジ状の鍔部１４Ｄを設けている。

以上に述べた構成により、本実施形態では、転写ベルト１３Ａが斜行して従動ローラ１３Ｃからテンションカラー１４側に移動する際に、転写ベルト１３Ａは滑らかにテンションカラー１４（摩擦面１４Ａ）に移動させることができるので、テンションカラー１４に移動する際に転写ベルト１３Ａが損傷してしまうことを未然に防止できる。

また、摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃ側の直径寸法φ１が従動ローラ１３Ｃと反対側の直径寸法φ２より小さくなるように、摩擦面１４Ａを円錐テーパ状としているので、転写ベルト１３Ａが大きく斜行するほど、転写ベルト１３Ａに大きな制動力及び張力が作用する。したがって、転写ベルト１３Ａの斜行を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態では、摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃ側の直径寸法φ１を従動ローラ１３Ｃの直径寸法φｏより小さくし、かつ、摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃと反対側の直径寸法φ２を従動ローラ１３Ｃの直径寸法φｏより大きくしたが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、例えば、従動ローラ１３Ｃ側の直径寸法φ１を従動ローラ１３Ｃの直径寸法φｏと同一にする、又は摩擦面１４Ａのうち従動ローラ１３Ｃと反対側の直径寸法φ２を従動ローラ１３Ｃの直径寸法φｏとを同一にする等してもよい。

また、図７では、第２実施形態と同一な歯車機構からなる減速機構１５が示されていたが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、第１実施形態と同様に、遊星歯車機構からなる減速機構１５を採用してもよい。

（第４実施形態）
上述の実施形態では、テンションカラー１４を従動ローラ１３Ｃの軸方向両端側に設けたが、本実施形態は、図８に示すように、従動ローラ１３Ｃの軸方向一端側のみにテンションカラー１４を設けたものである。

因みに、軸方向一端側のみにテンションカラー１４を設ける場合には、例えば、転写ベルト１３Ａが、常に、軸方向他端側（テンションカラー１４が設けられていない側）から軸方向一端側（テンションカラー１４が設けられている側）に斜行しようとするような構成とすることが望ましい。

なお、図８では、第２実施形態と同一な歯車機構からなる減速機構１５が示されていたが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、第１実施形態と同様に、遊星歯車機構からなる減速機構１５を採用してもよい。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係るベルトユニットをダイレクトタンデム方式の画像形成装置に適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば画像形成装置以外のベルトユニット又はダイレクトタンデム方式以外の画像形成装置にも適用できる。

また、上述の実施形態では、歯車機構により減速機構１５を構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばゴムローラやベルト等の摩擦力により回転力を伝達する動力駆動力伝達機構により減速機構１５を構成してもよい。

また、上述の実施形態に係る遊星歯車機構を用いた減速機構１５では、太陽歯車１５Ａが入力側歯車として利用し、遊星歯車１５Ｂの旋回運動を出力としたが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、図３及び図４に示される実施形態の減速機構１５は、いわゆるプラネタリ型（内歯歯車１５Ｃを回転不可とするタイプ）の遊星歯車機構であるため、減速比を０．５より大きくすることはできない。しかしながら、たとえば、太陽歯車１５Ａを回転不可としたタイプ（ソーラ型）の遊星歯車機構であれば、内歯歯車１５Ｃを入力側とし、遊星歯車１５Ｂを支持するキャリヤとしてのテンションカラー１４を出力側とすれば、減速比を０．５より大きくすることができる。

したがって、このような遊星歯車機構であれば、従動ローラ１３Ｃの周速に対してテンションカラー１４の周速を余り小さくする必要がない、あるいは、小さくしない方がよいベルトユニットであっても、的確に対応することができる。

もっとも、図６及び図７に示される実施形態であれば、第１歯車１５Ｄ、第２歯車１５Ｅ、第３歯車１５Ｆおよびテンションカラー１４の歯車部１４Ｃの歯数を適宜選択することによって、任意の減速比を簡単に得ることができる。

また、上述の実施形態では、従動ローラ１３Ｃはテンションローラを兼ねるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、張力を調整するための専用のテンションローラを別途設けたベルトユニット１３にも適用できる。

また、上述の実施形態では、従動ローラ１３Ｃから回転力を得てテンションカラー１４を回転させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動ローラ１３Ｂ又は駆動ローラ１３Ｂに駆動力を供給する駆動源からテンションカラー１４に駆動力を付与してもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す中央断面図である。 本発明の第１実施形態に係るベルトユニット１３の特徴を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る減速機構１５の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る減速機構１５の分解図である。 本発明の第１実施形態に係るベルトユニット１３の作動を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るベルトユニット１３の特徴を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るベルトユニット１３の特徴を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るベルトユニット１３の特徴を示す図である。

符号の説明

１…画像形成装置、５…画像形成部、７…プロセスカートリッジ、
７Ａ…感光ドラム、８…転写ローラ、９…露光器、１１…定着器、
１３…ベルトユニット、１３Ａ…転写ベルト、１３Ｂ…駆動ローラ、
１３Ｃ…従動ローラ、１３Ｄ…回転軸、１４…テンションカラー、
１４Ａ…摩擦面、１４Ｂ…軸、１４Ｃ…歯車部、１４Ｄ…鍔部、
１５…減速機構、１５Ａ…太陽歯車、１５Ｂ…遊星歯車、１５Ｃ…内歯歯車。

Claims (6)

1. 無端状のベルトと、
   前記ベルトを回転駆動する駆動ローラと、
   前記駆動ローラとの間で前記ベルトが架け渡され、前記ベルトの回転と共に従動回転する従動ローラと、
   前記従動ローラの軸方向端部側に設けられ、前記従動ローラの回転時に前記従動ローラの周速より小さい周速で回転する制動体と
   を備えることを特徴とするベルトユニット。
2. 前記従動ローラから入力された回転力を減速して前記制動体に伝達する減速機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のベルトユニット。
3. 前記減速機構は、前記従動ローラから回転力を得て回転する太陽歯車を有して構成された遊星歯車機構にて構成されていることを特徴とする請求項２にベルトユニット。
4. 前記制動体は、前記従動ローラの軸方向両端側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のベルトユニット。
5. 前記制動体のうち前記ベルトに接触する部位の摩擦係数は、前記従動ローラのうち前記ベルトに接触する部位の摩擦係数より大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のベルトユニット。
6. 画像形成手段と、
   請求項１ないし５のいずれか１つに記載のベルトユニットと
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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