JP5093035B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

例えば、特許文献１に記載の電子写真方式の画像形成装置では、画像形成が開始された時に転写搬送用のベルトの張力を増加させ、画像形成終了後にベルトの張力を減少させることにより、画像形成時にベルトが駆動ローラに対して滑ってしまうことを防止している。
特開２００３−２８０４０３号公報

ところで、ベルトが駆動ローラに対して滑ってしまうことを防止するには、ベルトに作用する張力を増大させてベルトと駆動ローラとの接触面で発生する摩擦力を増大させることが望ましい。

そこで、発明者は、ベルトの滑りが発生しない程度の張力を常にベルトに付与する構成のベルトユニットを試作検討したが、以下に述べる問題が新たに発生した。
すなわち、ベルトに滑りが発生しない程度の高い張力を常にベルトに付与し続けると、図４に示すように、ベルトＢのうち駆動ローラＲ１及び従動ローラＲ２に接触していた部分に、これらローラの外周形状に沿うような曲がり癖や永久歪みが発生する可能性がある。そして、ベルトに曲がり癖等が発生すると、ベルトの送り精度（移動精度）が低下してしまい、画像形成に悪影響を及ぼしてしまう可能性がある。

本発明は、上記点に鑑み、ベルトの滑りを抑制しつつ、ベルトの曲がり癖等に起因するベルトの送り精度（移動精度）の低下を防止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、画像形成手段と、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、従動ローラの回転時に従動ローラに回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段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、駆動ローラが回転してベルト及び従動ローラが回転すると、従動ローラには大きな負荷（回転抵抗）が作用するので、駆動ローラは、従動ローラに作用する大きな負荷（回転抵抗）に逆らってベルトを強制的に回転させるので、ベルトに大きな張力が発生する。

一方、駆動ローラの回転が停止すると、従動ローラに作用する大きな負荷（回転抵抗）が消失するので、駆動ローラの回転に伴った発生した張力は、駆動ローラの停止と同時に消失する。

つまり、請求項１に記載の発明では、駆動ローラが回転し始めると、これに連動して従動ローラの回転抵抗が増大してベルトの張力が増大し、一方、駆動ローラが停止すると、これに連動して増大した張力が以前の大きさに戻る。

したがって、駆動ローラの停止時には、ベルトの張力を曲がり癖等が発生しない程度の大きさとし、駆動ローラの回転時には、ベルトの張力を滑りが発生しない程度の大きさとすることが可能であるので、画像形成が開始されたか否かを検出・判定することなく、ベルトの滑りを抑制しつつ、ベルトの曲がり癖等に起因するベルトの送り精度（移動精度）の低下を防止することができる。

また、請求項１に記載の発明では、従動ローラの回転軸は、その軸方向と略直交する方向に変位可能に支持されており、さらに、ベルトに発生する張力が増大する向きの力を回転軸に作用させる付勢手段が備えられていることも特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明では、ベルトに張力を付与するテンションローラに回転抵抗が付与される構成となるので、効果的にベルトの滑りを抑制できる。
また、請求項１に記載の発明では、回転抵抗付与手段は、従動ローラと一体的に回転する回転体、及び回転体に回転抵抗を付与するダンピング手段を有して構成されており、さらに、回転軸は、ダンピング手段が回転体に回転抵抗を付与する際に発生する反力により、ベルトに発生する張力が増大する向きの力を受けることも特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明では、従動ローラに回転抵抗を付与することによる張力の増大機能に加えて、回転軸を変位させることによる張力の増大機能が作用するので、確実にベルトの滑りを抑制できる。

また、請求項１に記載の発明では、ダンピング手段は、回転体の外周部に形成された歯車部に噛み合って回転しながら回転体に回転抵抗力を付与し、さらに、ダンピング手段は、ダンピング手段と回転体との噛み合い部で発生する反力により、ベルトに発生する張力が増大する向きの成分が含まれるように配置されていることも特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明では、回転軸を変位させることによる張力の増大機能を確実に発揮させることができる。
なお、従動ローラで発生する回転抵抗値は、請求項２に記載の発明のごとく、駆動ローラとベルトとの接触部で滑りが発生する限界抵抗値の略５０％となるように設定することが望ましい。

また、請求項１又は２に記載の発明は、請求項３に記載のごとく、熱可塑性エラストマー製のベルトを用いた画像形成装置に適用すると、特に、好適である。

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（ａ）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２（ｂ）は図２（ａ）の右側面図であり、図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１基準線Ｌｏと第２基準線Ｌ２とのなす角と反力Ｆ１との関係を示す図である。

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。

なお、本実施形態に係る画像形成装置１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１３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、静電吸引力を利用して用紙に転写させる転写ローラ１５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１５のみの符号を付した。

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、転写ローラ１５により用紙に転写された後、定着器１１に搬送されて加熱され、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。

そして、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１３Ｅ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．回転抵抗付与機構（図２参照）
回転抵抗付与機構１６は、従動ローラ１３Ｃの回転時に従動ローラ１３Ｃに回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段であり、この回転抵抗付与機構１６は、図２（ａ）に示すように、従動ローラ１３Ｃの軸方向両端側に設けられ、かつ、従動ローラ１３Ｃと一体的に回転する抵抗回転体１６Ａ、及びこの抵抗回転体１６Ａに回転抵抗を付与するダンパー１６Ｂ等から構成されている。

すなわち、抵抗回転体１６Ａは、円柱又は円筒状のものであって従動ローラ１３Ｃと一体化されており、この抵抗回転体１６Ａの外周面のうちダンパー１６Ｂ側には、平歯車状の歯車部１６Ｄが設けられている。

そして、抵抗回転体１６Ａの歯車部１６Ｄ側には、図２（ｂ）に示すように、歯車部１６Ｄに噛み合って回転しながら抵抗回転体１６Ａに回転抵抗力を付与するダンパー１６Ｂが設けられている。なお、ダンパー１６Ｂは、内部に封入されたオイルの粘性抵抗を利用して回転抵抗を発生させるダンピング手段である。

このため、従動ローラ１３Ｃが回転して抵抗回転体１６Ａが回転すると、これに機械的に連動してダンパー１６Ｂも回転するため、従動ローラ１３Ｃに回転抵抗を付与され、一方、従動ローラ１３Ｃの回転が停止すると、これに機械的に連動してダンパー１６Ｂの回転も停止するため、従動ローラ１３Ｃに付与されていた回転抵抗も消失する。

また、ダンパー１６Ｂは、ダンパー１６Ｂと抵抗回転体１６Ａ（歯車部１６Ｄ）との噛み合い部で発生する反力Ｆ１により、転写ベルト１３Ａに発生する張力が増大する向き（矢印Ａで示す向き）の成分が含まれるように配置されている。

すなわち、抵抗回転体１６Ａは、その噛み合い部において、図２（ｂ）に示すように、抵抗回転体１６Ａの回転の向きと反対向きの力をダンパー１６Ｂから反力Ｆ１として受ける。

このとき、反力Ｆ１は、歯車部１６Ｄとダンパー１６Ｂとの噛み合い部で発生する力であるので、その方向は、抵抗回転体１６Ａの回転中心Ｏ１とダンパー１６Ｂの回転中心Ｏ２とを通る第１基準線Ｌｏと直交する方向Ｌ１に対して、歯車部１６Ｄの圧力角αに相当する角度だけ傾いた方向である。

そこで、本実施形態は、第１基準線Ｌ１と第２基準線Ｌ２とのなす角が圧力角αとなり、かつ、駆動ローラ１３Ｂ側から従動ローラ１３Ｃ側に向かう向きの反力Ｆ１が抵抗回転体１６Ａに作用するようにダンパー１６Ｂを配置している。

なお、第２基準線Ｌ２とは、転写ベルト１３Ａに発生する張力の方向と直交する方向（図２（ｂ）の左右方向）と平行であって、抵抗回転体１６Ａの回転中心Ｏ１を通る仮想線をいう。

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、前述したように、駆動ローラ１３Ｂが回転して転写ベルト１３Ａ及び従動ローラ１３Ｃが回転すると、従動ローラ１３Ｃには大きな負荷（回転抵抗）が作用する。このため、駆動ローラ１３Ｂは、従動ローラ１３Ｃに作用する大きな負荷（回転抵抗）に逆らって転写ベルト１３Ａを強制的に回転させるので、転写ベルト１３Ａに大きな張力が発生する。

一方、駆動ローラ１３Ｂの回転が停止すると、従動ローラ１３Ｃに作用する大きな負荷（回転抵抗）が消失するので、駆動ローラ１３Ｂの回転に伴った発生した張力は、駆動ローラ１３Ｂの停止と同時に消失する。

つまり、本実施形態では、駆動ローラ１３Ｂが回転し始めると、これに連動して従動ローラ１３Ｃの回転抵抗が増大して転写ベルト１３Ａの張力が増大し、一方、駆動ローラ１３Ｂが停止すると、これに連動して増大した張力が以前の大きさに戻る。

したがって、駆動ローラ１３Ｂの停止時には、転写ベルト１３Ａの張力を曲がり癖等が発生しない程度の大きさとし、駆動ローラ１３Ｂの回転時には、転写ベルト１３Ａの張力を滑りが発生しない程度の大きさとすることが可能であるので、画像形成が開始されたか否かを検出・判定することなく、転写ベルト１３Ａの滑りを抑制しつつ、転写ベルト１３Ａの曲がり癖等に起因する転写ベルト１３Ａの送り精度（移動精度）の低下を防止することができる。

このとき、従動ローラ１３Ｃで発生する回転抵抗値は、駆動ローラ１３Ｂと転写ベルト１３Ａとの接触部で滑りが発生する限界抵抗値の略５０％となるように設定することが望ましい。

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に回転抵抗を付与するので、効果的に転写ベルト１３Ａの滑りを抑制できる。

すなわち、本実施形態では、従動ローラ１３Ｃが回転して抵抗回転体１６Ａが回転すると、前述したように、従動ローラ１３Ｃ（回転軸１３Ｄ）には反力Ｆ１が作用する。
このとき、従動ローラ１３Ｃの回転軸１３Ｄは、その軸方向と略直交する方向に変位可能に支持されているので、反力Ｆ１により従動ローラ１３Ｃが駆動ローラ１３Ｂから離間するように変位する。したがって、転写ベルト１３Ａの張力が増大するので、効果的に転写ベルト１３Ａの滑りを抑制できる。

このように、本実施形態では、従動ローラ１３Ｃに回転抵抗を付与することによる張力の増大機能に加えて、回転軸１３Ｄ（従動ローラ１３Ｃ）を変位させることによる張力の増大機能が作用するので、転写ベルト１３Ａの滑りを確実に抑制することができる。

なお、反力Ｆ１により従動ローラ１３Ｃが変位するのに対してダンパー１６Ｂは不動であるものの、従動ローラ１３Ｃの変位量は微量であるので、ダンパー１６Ｂと歯車部１６Ｄとの噛み合いが外れることはない。

そして、本実施形態に係る歯車部１６Ｄの圧力角αは２０°であるので、噛み合い部で発生する反力Ｆ１を利用して転写ベルト１３Ａに発生する張力を増大させるにあたって、第１基準線Ｌｏと第２基準線Ｌ２とのなす角を２０°とすることにより、図３（ｂ）に示すように、噛み合い部で発生する反力Ｆ１を効果的に転写ベルト１３Ａの張力を増大させるために利用している。

なお、図３（ａ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、第１基準線Ｌｏと第２基準線Ｌ２とのなす角を２０°以外としても、転写ベルト１３Ａの張力が増大する向きの成分を発生させることができるが、圧力角α以外の角度を用いると、噛み合い部で発生する反力Ｆ１を効果的に利用できない。

（その他の実施形態）
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、従動ローラ１３Ｃとは別にテンションローラを設けてもよい。

また、上述の実施形態では、回転抵抗付与機構１６を従動ローラ１３Ｃの軸方向両端側に設けたが、これは、回転抵抗を従動ローラ１３Ｃに付与する際に、従動ローラ１３Ｃが駆動ローラ１３Ｂに対して大きく傾いてしまうことを防止するためである。

しかし、従動ローラ１３Ｃの剛性を十分に大きくする、又は従動ローラ１３Ｃが駆動ローラ１３Ｂに対して傾くこと防止する傾き防止ガイドを設ける等の手段を講じれば、回転抵抗付与機構１６を軸方向一端側のみに設けてもよい。

また、上述の実施形態では、ダンパー１６Ｂはオイルの粘性抵抗を利用したものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば摩擦抵抗を利用したものであってもよい。

また、上述の実施形態では、ダンパー１６Ｂにより抵抗回転体１６Ａ（従動ローラ１３Ｃ）に回転抵抗を付与したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、抵抗回転体１６Ａ（従動ローラ１３Ｃ）を回転可能に支持する軸受にて所定の回転抵抗が発生するような構成としてもよい。

また、上述の実施形態では、第１基準線Ｌｏと第２基準線Ｌ２とのなす角を２０°としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３（ａ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、第１基準線Ｌｏと第２基準線Ｌ２とのなす角を２０°（圧力角α）以外の角度としてもよい。

また、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、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。 （ａ）は本発明の第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り、（ｂ）は図２（ａ）の右側面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第１基準線Ｌｏと第２基準線Ｌ２とのなす角と反力Ｆ１との関係を示す図である。 本願発明が解決しようとする課題を説明するための図である。

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、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、１５…転写ローラ、
１６…回転抵抗付与機構、１６Ａ…抵抗回転体、１６Ｂ…ダンパー、
１６Ｄ…歯車部。

Claims (3)

1. 画像形成手段と、
   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、
   前記従動ローラの回転時に前記従動ローラに回転抵抗を付与する回転抵抗付与手段と、
   前記ベルトに張力を発生させる向きの力を前記従動ローラの回転軸に作用させる付勢手段とを備え、
   前記従動ローラの回転軸が当該回転軸の軸方向と略直交する方向に変位可能に支持され、かつ、前記回転軸が前記付勢手段から前記ベルトに張力を発生させる向きの力を受けることにより、前記従動ローラは、前記ベルトに張力を発生させるテンションローラとして機能し、
   前記回転抵抗付与手段は、前記従動ローラと一体的に回転する回転体、及び前記回転体に回転抵抗を付与するダンピング手段を有して構成され、
   前記ダンピング手段は、前記回転体の外周部に形成された歯車部に噛み合って回転しながら前記回転体に回転抵抗力を付与し、
   さらに、前記ダンピング手段は、当該ダンピング手段と前記回転体との噛み合い部で発生する反力により、前記従動ローラの回転軸に対して前記ベルトに発生する張力が増大する向きの成分が含まれるように配置されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記従動ローラで発生する回転抵抗値が、前記駆動ローラと前記ベルトとの接触部で滑りが発生する限界抵抗値の略５０％となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ベルトは、熱可塑性エラストマー製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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