JP4846354B2

JP4846354B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4846354B2
Application number: JP2005345051A
Authority: JP
Inventors: 充高橋; 和親佐伯; 信人横川; 剛深尾; 勉加藤; 数修久間
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007148197A

Description

本発明は、ベルト表面に光学センサを対向配置してベルト表面上のトナー像マークなどを検出する画像形成装置に関するものである。

従来、この種の画像形成装置として特許文献１に記載のものが知られている。この画像形成装置は、シアン像、マゼンタ像、イエロー像、好ましくはブラック像の各色像をそれぞれの像担持体に形成し、各像担持体の転写位置にてシート材に各色像を重ねて転写することによりフルカラー画像を形成するタンデム方式のカラー画像形成装置である。転写画像の位置ずれ防止のために、ベルト表面に光学センサを対向配置している。位置ずれには、転写材の移動方向の位置ずれ（以下、副走査位置ずれと称す）、走査方向の位置ずれ（以下、主走査位置ずれと称す）、斜め方向の位置ずれ（以下、スキュー誤差と称す）、倍率誤差のずれ、湾曲誤差のずれが有り、実際には上記５種類のずれが重畳したものが現れる。上記５種類のずれを調べるために、あらかじめ基準となるパターン（以下レジストパターンと称す）を描画し、複数のセンサによってレジストパターンを検出（位置ずれ検出）し、その結果からずれ量を算出し、そのずれ量に応じて、各画像の位置合わせ（位置ずれ補正）を行う。

この特許文献１の画像形成装置では、ベルトの幅方向で互いに異なる位置に設定された光学センサによる２個所のパターン検出位置にわたって中間転写ベルト幅方向全面に裏板を当てる従来の構成の不具合を回避するための新規な構成が採用されている。この従来構成だと中間転写ベルトの移動方向の凹凸に対しては、裏板は十分機能し、パターン検出出力は安定するが、実際の中間転写ベルトの歪みは複雑で、その幅方向にも凹凸を有する。このため幅方向全面に裏板を当てていると、中間転写ベルト幅方向の凹凸を吸収できず、裏板上で中間転写ベルトが上下動し、パターン検出出力が変動してしまうという不具合があった。これを回避するため、転写材上の検出用ビームの照射位置近傍のみに裏板を当て、転写材の移動方向、幅方向、両方向の凹凸を低減あるいは解消し、レジストパターン検出出力を安定化させている。

特開２００３−５２４７号公報

しかしながら、特許文献１の画像形成装置では、光学センサのパターン検出位置毎に裏板を個別に設ける必要があるため上記従来の構成に比して部品点数が増加してしまう。特に、光学センサの数を３以上に増やして３カ所以上のパターン検出位置を設定する場合には部品点数がますます多くなってしまう。なお、光学センサを用いたベルト表面上のトナー像マークなどの検出は、上記位置ずれ検出以外にも種々の目的で行われる。また、上記幅方向での凹凸に限らず、検出位置でのベルトの変形は検出誤差につながる。
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ベルト変形を矯正できる簡易な構造の裏当て部材を用いて精度の良い光学センサ検出を可能にした画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、ベルト表面に光学センサを対向配置してベルト表面上のトナー像マークなどを検出する画像形成装置において、上記光学センサとして、ベルト幅方向の互いに異なる箇所に対向するように配設された複数の光学センサを設けるとともに、該複数の光学センサによる検出箇所の全域に亘る長さを有し、かつ、ベルト接触面が長手方向中央ほどベルト側に突出した形状の裏当て部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記ベルト接触面はベルト移動方向にはストレートであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記裏当て部材は、上記長さを有する平板と、該平板の中央部分にのみ積層された平板とからなることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記接触面は上記長手方向中央ほどベルト側に突出したなだらかな表面形状であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４何れの画像形成装置において、上記複数のセンサはベルト表面に鉛直方向上方から対向するように配置され、かつ、上記裏当て部材は両端が装置本体に支持されていることを特徴とするものである。

請求項１乃至５の発明によれば、裏当て部材が、ベルト幅方向の互いに異なる箇所に対向するように配設された複数の光学センサによる検出箇所に亘るように長さを有するものであるので、複数の光学センサによる検出箇所毎に個別に裏当て部材を設ける場合に比して部品点数を少なくできる。しかも、長手方向中央ほどベルト側に突出した形状のベルト接触面により、ベルトの変形を矯正できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。まず、この画像形成装置の概略構成及び動作について説明する。この図に示すフルカラープリンタ１００は、装置本体のほぼ中央部に、複数のローラに巻き掛けられた中間転写ベルト１１を配設しており、その中間転写ベルト１１の下側走行領域に沿って４個の作像ユニット１０（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂｋ）を配設している。

各作像ユニット１０は像担持体としての感光体ドラム１を具備している。この感光体ドラム１の周りには、帯電手段、現像装置、クリーニング手段等が配置され、さらに各感光体ドラム１に対向する位置において中間転写ベルト１１の内側に一次転写手段としての転写ローラ１２が設けられている。本例の場合、４個の作像ユニット１０は同一構造に構成されている。各作像ユニットの現像装置で扱う現像剤の色はマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色に異なっている。本例の場合、４個の作像ユニット１０は、図において左からマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの色順に配置されている。各作像ユニット１０はプロセスカートリッジとして装置本体に着脱可能に設けられている。

そして、作像ユニット１０の下方には光書き込み装置１４が設けられている。光書き込み装置１４は図示はしないがポリゴンミラーやミラー群等を有しており、光変調されたレーザ光を各色作像ユニットの感光体ドラム１の表面に照射する。光書き込み装置は、各作像ユニット１０に個別に設けてもよいが、共通の光書き込み装置を用いればコストの点で有利である。なお、本例では、中間転写ベルト１１及び光書き込み装置１４もユニット化されており、それぞれ装置本体に着脱可能に構成されている。

装置の下部には２段の給紙カセット１５ａ，ｂがセットされており、各給紙カセットに対応する給紙手段１６ａ，ｂが設けられている。給紙手段１６ａ，ｂはそれぞれ、呼び出しローラ、供給ローラ及び分離ローラから構成されている。その給紙手段１６ａ，ｂによって給送される転写紙等の記録媒体（以下、用紙という）を搬送するために、搬送ローラ対１７，１７が設けられている。上側の搬送ローラ対１７の上方（用紙搬送方向の下流側）にはレジストローラ対１８が設けられている。そのレジストローラ対１８の上方には、二次転写手段としての転写ローラ１９が、中間転写ベルト１１が掛け渡されるローラの一つである転写対向ローラ１３に対向して設けられている。

二次転写手段部の上側には定着装置２０が設けられており、その定着装置２０の上方には、用紙搬送方向を切り替えるための第１〜第３の切替爪２１，２２，２３が配置されている。各切替爪２１〜２３は、図示しないソレノイド等のアクチュエータにより位置が切り替えられる。符号２４〜２７は、用紙搬送路中に適宜配置された搬送ローラ対である。また、符号３５〜４１は、用紙搬送路中に適宜配置された用紙センサである。用紙搬送路は、ガイド板等の部材（符号付さず）により適宜ガイドされている。装置本体５０の上面は排紙トレイ３０として構成されており、その排紙トレイ３０に用紙を排出するための排紙ローラ対２９が、定着装置２０の左上方に位置して設けられている。

装置本体の図中右側には、両面ユニット６０が取り付けられている。このユニット内には、スイッチバック搬送路６１及び再給紙路６２が形成されている。両面ユニット６０の側面には手差しトレイ３３が引き出し及び収納可能に設けられている。

上記のように構成された本例のフルカラープリンタ１００における画像形成動作について簡単に説明する。上記作像ユニット１０の感光体ドラム１が図示しない駆動手段によって図中時計方向に回転駆動され、その感光体ドラム１の表面が帯電手段によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された感光体表面には、光書き込み装置１４からのレーザ光が照射され、これによって感光体ドラム１表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体ドラム１に露光される画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成された静電潜像に現像装置から各色トナーが付与され、トナー像として可視化される。

また、中間転写ベルト１１が矢印で示すように図中反時計回りに走行駆動され、各作像ユニット１０において一次転写ローラ１２の作用により感光体ドラム１から中間転写ベルト１２に各色トナー像が順次重ね転写される。このようにして中間転写ベルト１１はその表面にフルカラーのトナー像を担持する。

なお、作像ユニット１０のいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２色又は３色の画像を形成したりすることもできる。モノクロプリントの場合は、４個の作像ユニットのうち、図の一番右側のＢｋユニットを用いて画像形成を行う。

そして、トナー像を転写した後の感光体ドラム表面に付着する残留トナーは、クリーニング装置によって感光体ドラム表面から除去され、次いでその表面が除電器の作用を受けて表面電位が初期化されて次の画像形成に備える。

一方、給紙カセット１５ａ，ｂあるいは手差しトレイ３３から用紙が選択的に給送され、レジストローラ対１８によって、中間転写ベルト１１上に担持されたトナー像とのタイミングを取って二次転写位置に向けて送出される。本例では転写ローラ１９には中間転写ベルト表面のトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト表面のトナー像が用紙上に一括して転写される。トナー像を転写された用紙は、定着装置２０を通過するとき、熱と圧力によってトナー像が用紙に熔融定着される。定着された転写材は、排紙ローラ２０により装置本体１の上面に構成された排紙部２３に排出される。

用紙両面にプリントを行う場合は、用紙片面にトナー像を定着した用紙を、スイッチバック搬送路６１内に進入させる。その後、用紙を反転させて再給紙路６２へと送り込み、レジストローラ１８へと送る。スイッチバック搬送路６１で反転させた用紙を再給紙路６２を通過させることで用紙の表裏が逆にされ、その用紙裏面に中間転写ベルト１１からトナー像が転写され、その裏面画像を定着装置２０で定着することにより、表裏両面に画像を担持する用紙を、排紙トレイ３０又は図示しないオプショントレイに排出することで、両面プリントが完成する。

次に、本実施形態の特徴部について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、上記各潜像ユニット１０に所定のレジストパターンを形成させるため、上記光書き込みユニット１４にレジストパターンを発生させるレジストパターン発生手段と、上記各潜像ユニット１０で形成され、転写体としての上記中間転写ベルト１１上に転写されたレジストパターンを検出するためのパターン検出手段として、光学センサユニット７０と、この光学センサユニットで検出された結果に基づき位置ずれを補正する位置ずれ補正手段を備えている。このうち、レジストパターン発生手段及び位置ずれ補正手段としては公知の種々の構成を採用できる。光学センサユニット７は、図１に示すように、中間転写ベルト１１の上側走行領域のベルト表面に鉛直方向上方から対向するように配置されている。図２（ａ）はその部分の斜視図である。図２（ａ）において、この光学センサユニット７０は、ベルトの幅方向に延在する基板７１に、発光素子と受光素子とを備えたセンサ７２，７３を取り付けたものである。幅方向中央と両端の合計３つのセンサ７２は上記レジストパターンを検出するために使用され、これらの間に位置する合計４つのセンサ７３はトナー濃度制御用のパターンを検出するために使用される。何れのセンサ７２，７３も、発送素子としてＬＥＤ、受光素子としてフォトダイオードを用いている。そして、発光素子から照射されて中間転写ベルト１１の表面で正反射した反射光を受光素子で受光するように構成されている。発光素子の光軸と受光素子の光軸とを含む平面は、ベルトの幅方向と平行になるように配置されている。

そして、本実施形態では、各光学センサ７２，７３による検出箇所の全域に亘る長さのベルト接触面を有するベルト接触面裏当て部材７４を設けている。図２（ｂ）はその正面図、図２（ｃ）は図２（ａ）中のＸＸ断面図である。この裏当て部材７４は両端に軸部７５を有し、この軸部で画像形成装置本体に支持されている。この裏当て部材７４のベルト接触面の形状は、図２（ｂ）に示すように長手方向（ベルト幅方向）中央ほどベルト側に突出した形状になっている。また、この裏当て部材７４の接触面は、図２（ｃ）に示すようにベルト移動方向にはストレートになっている。そして、この裏当て部材７４は、図２（ｂ）に示すように、この裏当て部材７４を取り外した場合に中間転写ベルト１１の下面が取る位置Ａに対し、中央でｘ（例えば１．８ｍｍ）、端部でｙ（例えば１．５ｍｍ）だけ、食い込むように配置されている。以下、裏当て部材７４をこのような形状及び配置にした理由について説明する。

まず、現象として上記位置ずれ補正の精度を悪くなることが確認された。原因を究明したところ、レジストパターンの検知誤差が生じていることが判明した。その原因をさらに究明したところ、中間転写ベルト１１に生じたカール癖が影響していることが判明した。このカール癖は、ベルト幅方向に延びるもので、中間シャベルと１１が回転していない状態で図１に示す転写ローラ１９が当接し続けることによって生じたものであった。更に、ベルト接触面が平面である裏当て部材を両端の軸部７５で装置に支持させた構造では、図３（ａ）に示すように中央部が多少さがるように変形する。この裏当て部材の変形で、図３（ａ）で示す中央部と、図３（ｂ）で示す端部のと比較からわかるように、上方にもりあがるようにカールした癖部のベルト下面と、裏当て部材表面との間のすきまが異なる。具体的には中央部の方が大きく、例えば中央で０．０２ｍｍ、端部でほとんどすきまがない状態であった。これは、裏当て部材をベルトに対して食い込み配置することで、ある程度カールを矯正できているが、裏当て部材の変形で中央部での矯正が端部での矯正に比べて不十分であることを示す。図４（ａ）はカール部にセンサ７２が対向した状態を示す説明図、図４（ｂ）は、ベルト移動によってセンサ７２がカール部に対して異なる位置（イ、ロ、ハ）を取った場合のセンサ出力の変化の説明図である。図４（ａ）中、符号ａは射出光、符号ｂは反射光を示す。図４（ｂ）で、イで示す位置をとった場合には、信号が立ち上がる。これは、この装置に用いたセンサ７２の受光素子が光軸中心よりも図中左側の方ほど感度が高く、かつカール部の斜面によって、この図中左側に向けて反射光が入射するためである。ハの位置をとった場合には、信号が立ち下がる。これは、上述のように受光素子が光軸中心よりも図中左側の方ほど感度が高く、図中右側で感度低い上に、カーブの傾斜でこの受光素子には一部の反射光しか入射しないためである。図５は、ベルト幅方向に延びる４本の本のレジストパターンを検出するに当たり、そのパターンよりも上流側にカール部が生じていた場合のセンサ７２の出力を示す。立ち上がりピークＰ１が上記イの箇所のピークに相当し、立ち下がりピークＰ２が上記ハの位置のピークに相当する。その後に生じる立ち下がりの４本のピークＰ３がレジストパターンに対応したピークである。出力レベルＬ１はレジストパターンかどうかの判別のための閾値レベルを示し、範囲レベルＬ２はセンサ７３による濃度検出する範囲を示す。カール部による立ち下がりピークＰ２は上記レベルＬ１に達するため、レジストパターンであると誤って検出されていた。また、カール部の立ち上がりピークＰ１は上記範囲レベルＬ２に及ぶため、濃度検出に悪影響を及ぼしていた。

以上のベルト幅方向中央部でのカール部を矯正すべく、食い込み量を大きくしたり、裏当て部材のベルト接触面を断面形状でベルト移動方向中央が凸になるような形状にしたり種々の試みをおこなった。前者では、中央部のカール部の矯正が不十分で、逆にベルト裏面を痛めるなどの不具合が生じた。後者では裏当て部材のベルト接触面のベルト移動方向の幅よりも小さなカールを充分に矯正するのは困難であった。そして、前述の図２（ｂ）に示すベルト接触面形状が最適であることが判明した。このようにベルト幅方向の中央ほどベルト側に突出した形状にすることによって、中央部のカールを充分に矯正できたのである。例えば、上述の隙間０．０２ｍｍを０．０１ｍｍまで減少させることができ。このときの、ベルト接触面の中央部の食い込み量は、１．８ｍｍ、端部の食い込み量は１．５ｍｍであり、ベルト裏面へのダメージも充分小さいものであった。

図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ変形例に係る裏当て部材７６、７７の斜視図である。何れの裏当て部７６、７７も各光学センサ７２，７３による検出箇所の全域に亘る長さのベルト接触面を有し、このベルト接触面がベルト幅方向中央ほどベルト側に突出した形状になっている。そして、図６（ｂ）の裏当て部材７６は、ベルト側の面がベルト幅方向中央ほどベルト側に突出した形状の基体７６ａ上に起立するように多数のブラシを植毛しているブラシ層７６ｂを設けたものである。ブラシ先端面がベルト接触面になりベルト幅方向中央ほどベルト側に突出した形状になっている。ブラシ層７６ｂを設けることでベルト裏面に対するダメージを一層軽減できた。図６（ｂ）の裏当て部材７７は、ベルト側の面が平坦な基体７７ａの幅方向中央部にのみ平板７７ｂを固定して設け、全体としてベルト接触面を上述の形状にしたものである。これでは、中央部にある平板７７ｂの幅方向両端で基体７７ａ上面との間に段差が生じるが、カール部の矯正はこの形状でも充分に行えた。ただし、連続したスムーズなベルト表面形状である前述の図２（ｂ）の形状の方がベルト裏面へのダメージをより小さくできる点では好ましい。ベルト裏面へのダメージを軽減するために露出している基体７７ａ上面及び平板７７ｂ上面に、図６（ａ）のようなブラシ層をさらに設けてもよい。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。（ａ）は同画像形成装置の部分斜視図、（ｂ）は裏当て部材の正面図、（ｃ）は同部材の断面図。（ａ）は裏当て部材の撓みの説明図、（ｂ）は同部材の中央部の断面図、（ｃ）は同部材の端部の断面図。（ａ）はセンサによる検出の説明図、（ｂ）カール部のセンサ出力の説明図。センサ出力の波形図。（ａ）は変形例に係る裏当て部材の謝辞図、（ｂ）は他の変形例に係る同部材の斜視図。

符号の説明

１感光体ドラム
１０作像ユニット
１１中間転写ベルト
１２転写ローラ
１３転写対向ローラ
１４光書き込み装置
１８レジストローラ対
１９二次転写ローラ
２０定着装置
２４〜２７搬送ローラ対
２８再給紙ローラ
６０両面ユニット
６２再給紙路
７０光学センサユニット
７１基板
７２レジストパターン検出用の光学センサ
７３濃度検出用の光学センサ
７４苛当て部材
７５軸部
１００フルカラープリンタ

Claims

ベルト表面に光学センサを対向配置してベルト表面上のトナー像マークなどを検出する画像形成装置において、
上記光学センサとして、ベルト幅方向の互いに異なる箇所に対向するように配設された複数の光学センサを設けるとともに、
該複数の光学センサによる検出箇所の全域に亘る長さを有し、かつ、ベルト接触面が長手方向中央ほどベルト側に突出した形状の裏当て部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、
上記ベルト接触面はベルト移動方向にはストレートであることを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、
上記裏当て部材は、上記長さを有する平板と、該平板の中央部分にのみ積層された平板とからなることを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、
上記接触面は上記長手方向中央ほどベルト側に突出したなだらかな表面形状であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至４何れの画像形成装置において、
上記複数のセンサはベルト表面に鉛直方向上方から対向するように配置され、かつ、上記裏当て部材は両端が装置本体に支持されていることを特徴とする画像形成装置。