JP5205688B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ＭＦＰ機、印刷機などの電子写真方式画像形成装置におけるニップ部を有するスキャナ原稿の移送、搬送系ローラの駆動部、とくに２次転写部の２次転写ローラ及びこれを備える画像形成装置に関するものである。

従来、ニップ部を形成するローラ、とくに転写ローラとして、樹脂中空母材の外周に、シリコンゴム層を、その表層にウレタン系樹脂を塗布した転写ローラ、または発泡タイプのゴムスポンジ導電性転写ローラが提案されている（例えば特許文献１乃至４参照）。
特許文献１及び２で開示されるように、上述した樹脂中空母材の外周に、シリコンゴム層を、その表層にウレタン系樹脂を塗布した転写ローラ、または発泡タイプのゴムスポンジ導電性転写ローラは２次転写部での紙端突入に起因する変動要因に一定の効果を認めることができる。
特許文献３では、紙突入時、あるいは抜け出し時に発生するショック変動を、２次転写ローラの揺動機構によって逃がす方式を開示している。用紙の持つ突入エネルギーを、ニップ部におけるローラ移動で緩衝するという考え方には、その効果を認める。
特開２００４−１５１６１６号公報 特開平８−１２３２１６号公報 特許第３５０５９６９号 特開２００２−２７４７００公報

しかしながら、ショックジターに繋がる２次転写部での紙端突入に起因する変動要因はこれだけではなく、厚紙がニップ部に進入するときの負荷抵抗成分の軽減についても考えなければならない。また、特許文献４では、紙厚に応じて、用紙移動線速の設定を行う紙搬送制御方法及び画像形成装置を開示している。これは、一部有効な手段である。
従来技術によれば、厚紙を使用してプリントするとき、用紙先端あるいは後端が２次転写ローラ対に突入あるいは抜け出る瞬間に、駆動軸まわりでの回転トルク変動が発生する。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、厚紙突入／抜け出し時に２次転写ローラに作用する変動力の軽減を行ない、駆動ローラの回転負荷トルクの不均一性に相当する部分で発生する、画像の乱れを解決する２次転写ローラを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、感光体と、該感光体上の画像が一次転写される中間転写体と、該中間転写体を介して対向ローラと対向して前記中間転写体との間にニップ部を形成する二次転写ローラと、を備え、前記ニップ部で前記中間転写体上の画像が用紙に二次転写される画像形成装置において、前記二次転写ローラは、当該二次転写ローラの回転支持軸から外径方向に向かって順に設けた、中空パイプと、弾性ゴムからなるゴムローラ部と、該ゴムローラ部の外周に形成されたウレタンコーティング層と、を備え、前記中空パイプと前記ゴムローラ部との間に空気を封止した空気室が設けられ、且つ、前記ゴムローラ部の内面に前記中間パイプへ向かって延びる複数のリブが設けられている画像形成装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記弾性ゴムの厚みは、０．５ｍｍ以下である請求項１に記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記弾性ゴムは低硬度の加硫ゴム又はシリコン系ゴムである請求項１又は２に記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記二次転写ローラの外周径が、使用する最大紙厚の、略７５倍以上に設定される請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項５の発明は、前記二次転写ローラの回転支持軸と前記対向ローラの回転支持軸の軸間距離を変化する軸間距離可変機構を備え、該軸間距離可変機構は駆動制御回路によって使用紙厚指定または紙厚の自己検出に応じて段階的に前記軸間距離を変化可能である請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項６の発明は、前記二次転写ローラは、長手方向の中心近傍を凸形状とした鼓形状である画像形成装置を特徴とする。
また、請求項７の発明は、前記中間転写体の走行方向に沿って前記感光体を複数備える請求項１乃至６の何れか一項に記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、２次転写ローラを極力低慣性化し、紙端突入時の対向ローラに作用する瞬間的な力を減少させることが可能で、かつ２次転写ローラとしての機械的当接条件を確保することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はタンデム型電子写真記録方式による画像形成装置の、２次転写部にて厚紙転写が行われる状態を示す概略図である。
図１において、画像形成装置Ａの対向ローラ１、中間転写ベルト３及び２次転写ローラ２を含む２次転写部で発生する負荷変動は中間転写ベルト３を伝播してベルト駆動ローラ４に伝わる。ベルト駆動ローラ４の軸４ａは、回転ジョイント機構や減速機構を経由した後、駆動モータ（ＤＣモータやパルスモータ）５に連結されている。
中間転写ベルト３はベルト駆動ローラ４に巻き付き、その摩擦駆動力により微少な移動量も制御している。前記した２次転写部での負荷変動が、同じく前記した駆動ローラ４で制御できないと、若干の移動位置誤差が、その上流にある感光体ドラム６に対向した１次転写部に伝播して転写の位置誤差を発生することになる。
中間転写ベルト３の移動を制御すべきベルト駆動ローラ４及び伝達系には、幾つかの変動要因がある。それらは、負荷の変動による中間転写ベルト３の微少スリップ、あるいは伸び、ジョイント機構や減速機構である歯車部での回転伝達時の撓み、あるいは駆動モータ５の保持力が負荷変動に負けるなどである。
本発明の目的は、２次転写ローラ２（対向ローラ１との間のニップ部）に厚紙先端が突入したり、逆に厚紙の後端が抜け出るときに発生する急激な負荷の変動要因を減少させるようにして、１次転写部における微少な位置変動（ショックジター）を解決することにある。
ここで、２次転写ローラの、画像転写プロセスから見た電気的条件、材料特性については、例として、特開平８−６３００９号公報「画像転写装置におけるローラ転写装置」及び特許第２６５２１８０号「画像形成装置」に述べられている。

図２は本発明の実施の形態として２次転写ローラを示す断面図である。図３は図２の２次転写ローラの他の角度からの断面図である。図２及び図３において、２次転写ローラ２は、回転支持軸２ａ、シリコンゴム等の低硬度ゴム材料ローラ部（弾性ゴム層）２ｂ、低慣性薄肉パイプ２ｃ、及びシリコンゴム等の低硬度ゴム材料ローラ部２ｂの表層に塗布されるウレタンコーティング層２ｄから構成される。
本発明による２次転写ローラ２では、導電性ゴムローラ部２ｂはゴム硬度４０°（ゴム硬度Ａスケール）以下の加硫ゴムまたはシリコン系ゴムを下層に構成し、その表層には粘性を無効とするウレタンコーティング層２ｄを薄層として設け、その回転慣性を小さくし、導電性ゴムローラ部２ｂによりニップ領域を拡げかつ適切な転写必要圧力を確保する構造としている。
一般に発泡ゴム構造以外の方法で４０°以下の低硬度を実現しようとすると、加硫ゴムの場合は可塑剤の添加により粘性が増加する。また、シリコンゴムの場合も高粘性になる。
その結果、転写ベルト接触部での粘着、或いは用紙接触部との粘着による両移動体の移動不良が生じる。これを回避するために、上述した表層に塗布されるウレタンコーティング２ｄが有効である。
中間転写ベルト３の移動に対し、従動的に回転する２次転写ローラ２は、低慣性である方が用紙の突入に対して、大きなトルク変動を発生しにくい。２次転写ローラ２は、通常、無垢の金属シャフトに発泡ゴムなどを巻き付けて形成するが、これでは回転慣性の影響が無視できない。
パイプ形状に形成するメリットは、ローラ径を大きくしても、或いは１ｍｍ以下の薄肉化円筒でも、強度を保持しながら変形を抑えられ、加圧接触させたときの「鞍そり」もなく均一な長手方向の接触性とニップの確保ができることである。すなわち、ローラ径が大きくなっても必要な一定のゴム厚を確保の後、低慣性なローラ芯を獲得できるということである。
高強度にして、低質量の中空円筒材料としては、アルミまたはアルミ合金、ポリカーボネイトあるいはそれにガラス繊維等のフィラーを混合させた材料を選択するのが良い。中空円筒材料に対してゴムを焼き付けるにしても十分な耐熱性を有する。ゴムの材質としては、シリコン等の低硬度で形成可能な材料を用いる。ウレタンコーティング２ｄは適宜な方法でシリコン等の低硬度で形成可能な材料の表層に塗布される。

図４は駆動軸トルク変動とゴム硬度の関係をグラフで示すとともに２次転写ローラ、対向ローラ及び中間転写ベルトを部分的に示す概略図である。図２、図３の低慣性２次転写ローラ２を用いて、用紙突入時の駆動軸に作用する負荷変動を計測すると、図４のグラフに記載するように外周に設けられたゴム材料の硬さと関係があり、低硬度に移行するにしたがい、変動力も減少する結果が得られた。ローラ径はφ２０とし、硬度を変化して試験した。
これは、低硬度の２次転写ローラ２と対向ローラ１とのローラ対に形成されるニップ部に厚さを有する用紙端部が突入するとき、ニップ部を押し分けて除々に進入して行くので、それに応じて負荷も急激に変動せず、ニップ部の変形とともに除々に変化するためである。逆に紙の後端が抜け出るときも同じ理屈による。

図５は許容ゴム硬度をグラフで示す図である。プリントサンプルを取りながら実際運転時における、駆動ローラ軸（図示せず）でのトルク変動測定を行い、許容ゴム硬度を見ると結果は図５のようになる。
硬度を数種変えながら、φ２０の２次転写ローラ（図示せず）を用いて試験を行った。出力サンプルの感応試験の結果と照合すると、硬度４０度以下のもので、良の判定を得た。
低硬度ゴムを形成する場合の問題として、一般のクロロプレンゴムに加硫材を入れて軟化させる場合や、シリコンゴムを用いる場合にその外周に粘性が生じてしまう。
これは中間転写ベルトとの粘着や用紙との粘着に繋がり、回転駆動が不能となるためである。２次転写ローラと中間転写ベルトとの間の移動が正しく行なわれないので、結果として印写の位置ズレ、移動負荷の増大、或いは回転駆動不能に至る。
この問題解決のため、本発明では、２次転写ローラ外周のゴム層２ｂには、粘性の影響を受けないようにウレタン等による薄層を２ｄ形成する。その厚さは〜０．２ｍｍ程度であり、ディッピングあるいは二重成形法により形成する。
これにより、シリコンゴム等の低硬度ゴム材料ローラ部である下層は低粘度／低硬度でも、その表層に粘性を無効にする材料でコーティングを行なって低硬度ゴム材料ローラ部の粘性の影響を受けないようにしている。
これによれば、低硬度にして変形容易な転写ローラが形成でき、紙端突入時の対向ローラに作用する瞬間的な力を減少させることが可能であり、さらに２次転写ローラとしての機械的当接条件も確保できる。
本発明による２次転写ローラは多層ゴム構造であり、中間転写ベルトまたは用紙との摩擦係数を計測するとき、少なくとも下層材料との摩擦係数より、表層材料との摩擦係数の方が小さく構成される。

図６は変形可能なゴムローラの構成を説明する概略図である。上記と同様の効果を得る変形可能なゴムローラの構成を図６に示している。ゴム外周は中心近傍を凸形状とした鼓形状として、対向ローラ（図示せず）と接触させたときに中央逃げがなく、均一なニップ部が形成できるように構成している。
一般にはゴム厚さの弾性力により獲得可能であるが、装置サイズ（Ａ３横の幅４２０ｍｍ以上の通紙）が長尺の場合は、内部を密封構造としてエアを注入して封止し、エア圧力を設定して機能させる。あるいは極めて軽量かつクッション性のある合成綿を密度調整しながら詰めても良い。
図６の変形可能なゴムローラ７は、回転支持軸７ａ、シリコンゴム等の低硬度ゴム材料ローラ部７ｂ、低慣性薄肉パイプ７ｃ、低硬度ゴム材料ローラ部２ｂの表層に塗布されるウレタンコーティング２ｄから構成される。低硬度ゴム材料ローラ部７ｂには、さらに、その内面に低慣性薄肉パイプ７ｃに向かって延びる多数の変形抑制リブ７ｄが設けられる。
変形可能なゴムローラ７は、また、上述したように、内部を密封構造としてエアを注入して空気室７ｆとして封止し、エア圧力を設定して機能させる。あるいは極めて軽量かつクッション性のある合成綿を密度調整しながら詰めても良い。その回転慣性を小さくし、導電性ゴムローラによりニップ領域を拡げかつ適切な転写必要圧力を確保する構造としている。
変形可能なゴムローラ７は、同様に、低硬度にして変形容易な転写ローラが形成でき、紙端突入時の対向ローラに作用する瞬間的な力を減少させることが可能である。さらに転写ローラとしての機械的当接条件も確保できる。

図７は駆動軸トルク変動とローラ径の関係をグラフで示す図である。一方、２次転写ローラ（図示せず）の直径に対して、用紙突入時の駆動軸（図示せず）に作用する負荷変動を計測すると、図７のグラフに記載するようにローラ直径が大きくなるにしたがい、変動量も減少する結果が得られた。
これは、２次転写ローラと対向ローラのローラ対に形成されるニップ部に厚さを有する用紙端部が突入するときの負荷抵抗がその曲率により小さくなるためである。印写サンプルによる感応評価では、紙厚０．２ｍｍに対して約７５倍の直径で良と判断された。
したがって、２次転写ローラの外周径を使用する最大紙厚の、略７５倍以上に設定することによって、２次転写ローラ径を大きして曲率を小さくでき、紙端突入時の対向ローラに作用する瞬間的な力を減少させることが可能となる。

図８は２次転写部のニップ幅を減少させる軸間距離可変機構を示す概略図である。図８には、厚紙の給紙を事前に検知して、２次転写部のニップ幅を減少（具体的にはローラ対の軸間距離を広げる方向に可変させる）させるニップ幅減少機構として使用する軸間距離可変機構を示している。
低硬度のローラでニップ部を拡大させた所に用紙端を突入させることは、突入衝撃を減少させる上では大きな効果を有するが、このニップ部が大き過ぎると、厚紙突入の後、用紙を搬送する過程での駆動軸回転トルクが高くなり、駆動トルクの全体アップになってしまい、その結果、伝達剛性やモータトルク以上となって問題である。
その理由は、２次転写ローラ２のゴム外周変形によりゴムの屈曲変形抵抗が増加するためである。そこで、本発明では、厚紙が給紙設定されたときには２軸間の距離を微少に拡大してニップ幅を減少させて、弾性ゴム部の屈曲抵抗を減少させるようにしている。
図中、ガイド８に沿って加圧ばね９により加圧される２次転写ローラ２の回転支持軸２ａには、軸間調整レバー１０が当接し、図示してない画像形成装置本体の適所に固定された当接位置を検出する位置センサ１１が、軸間調整レバー１０の一部を検出するようになっている。通常の薄紙が使われる２軸（対向ローラ１の回転支持軸１ａ及び２次転写ローラの回転支持軸２ａ間距離がデフォルト位置である。
軸間調整レバー１０は支点中心に回動すると同時に、他端には軸間距離可変機構の１部分を構成するそのウォーム１０ａにウォーム歯車１２が噛み合う。このウォーム歯車１２はパルスモータ１３により入力ステップに同期した回転を行い、所定のステップ印加により２軸間距離Ｂを微少に変化することができる。これによって厚紙に適した２軸間距離を設定する。
図８において、操作者が操作パネル１４からコントローラ１６を介してドライバ１７を駆動して厚紙を指定するだけでなく、用紙Ｐの搬送経路に紙厚検出センサ１５を設け、自動的に適正なギャップ設定ができることを説明している。
ニップ変形部を大きく確保することにより、軸間制御範囲が拡大して位置制御し易くなる。したがって、これを正確に制御する制御機構を付加して負荷変動を最少化することにより、使用可能な紙厚の許容域を大幅に拡大することが可能となる。

タンデム型電子写真記録方式における画像形成装置の、２次転写部にて厚紙転写が行われる位置を示す概略図である。 本発明の実施の形態として２次転写ローラを示す断面図である。 図２の２次転写ローラの左側面図である。 駆動軸トルク変動とゴム硬度の関係をグラフで示すとともに２次転写ローラ、対向ローラ及び中間転写ベルトを部分的に示す概略図である。 許容ゴム硬度をグラフで示す図である。 変形可能なゴムローラの形成を説明する概略図である。 駆動軸トルク変動とローラ径の関係をグラフで示す図である。 ２次転写部のニップ幅を減少させる軸間距離可変機構を示す概略図である。

符号の説明

Ａ 画像形成装置、Ｂ ２軸間距離、Ｐ 用紙、１ 対向ローラ、１ａ 対向ローラの回転支持軸、２ ２次転写ローラ、２ａ ２次転写ローラの回転支持軸、２ｂ 薄肉ゴム材料ローラ部、２ｃ 中空パイプ（低慣性薄肉パイプ）、２ｄ ウレタンコーティング、３ 中間転写ベルト、４ ベルト駆動ローラ、５ 駆動モータ、６ 感光体ドラム、７ ２次転写ローラ、７ａ 回転支持軸、７ｂ 薄肉ゴム材料ローラ部、７ｃ 中空パイプ（低慣性薄肉パイプ）、７ｄ ウレタンコーティング、７ｅ 変形抑制リブ、７ｆ 空気室、９ 軸間距離可変機構（加圧ばね）、１０ 軸間距離可変機構（軸間調整レバー）、１０ａ 軸間距離可変機構（ウォーム）、１１ 駆動制御回路（位置センサ）、１２ 軸間距離可変機構（ウォーム歯車）、１３ 軸間距離可変機構（パルスモータ）、１４ 駆動制御回路（操作パネル）、１５ 駆動制御回路（紙厚センサ）、１６ 駆動制御回路（コントローラ）、１７ 駆動制御回路（ドライバ）

Claims (7)

1. 感光体と、該感光体上の画像が一次転写される中間転写体と、該中間転写体を介して対向ローラと対向して前記中間転写体との間にニップ部を形成する二次転写ローラと、を備え、前記ニップ部で前記中間転写体上の画像が用紙に二次転写される画像形成装置において、
   前記二次転写ローラは、当該二次転写ローラの回転支持軸から外径方向に向かって順に設けた、中空パイプと、弾性ゴムからなるゴムローラ部と、該ゴムローラ部の外周に形成されたウレタンコーティング層と、を備え、前記中空パイプと前記ゴムローラ部との間に空気を封止した空気室が設けられ、且つ、前記ゴムローラ部の内面に前記中間パイプへ向かって延びる複数のリブが設けられていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記弾性ゴムの厚みは、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記弾性ゴムは低硬度の加硫ゴム又はシリコン系ゴム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。
4. 前記二次転写ローラの外周径が、使用する最大紙厚の、略７５倍以上に設定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記二次転写ローラの回転支持軸と、前記対向ローラの回転支持軸の軸間距離を変化する軸間距離可変機構を備え、該軸間距離可変機構は駆動制御回路によって使用紙厚指定または紙厚の自己検出に応じて段階的に前記軸間距離を変化可能であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記二次転写ローラは、長手方向の中心近傍を凸形状とした鼓形状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記中間転写体の走行方向に沿って前記感光体を複数備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の画像形成装置。

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