JP5247413B2 - ベルト駆動装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成に関わるベルト部材を搬送するベルト搬送装置に関する発明である。具体的には、中間転写ベルト、転写ベルト、感光体ベルトなどを搬送するベルトユニット、およびこれらのベルトユニットを備えた複写機、プリンタ、印刷機などの画像形成装置に関する発明である。また、直接画像形成に関わらないベルト部材（例えば、記録材の搬送ベルト、定着装置の定着ベルト）に関しても有効な発明である。

近年、画像形成装置の高速化に伴い、無端ベルト状の像担持体上に複数の画像形成部を並べて配置し、各色の作像プロセスを並行処理する構成が主流となっている。例えば、電子写真方式のフルカラー画像形成装置における中間転写ベルトがその代表的なものとして挙げられる。中間転写ベルトは各色のトナー像が順次ベルト表面に重ねあわされて転写され、記録材に対してカラートナー像を一括的に転写するというものである。この中間転写ベルトは、駆動ローラをはじめとする複数の張架部材によって張架され、回転可能とされている。このような、複数の張架ローラ（張架部材）に張架されたベルト部材は、ローラの外径精度や各ローラ間のアライメント精度などによって、走行駆動時にいずれかの端部方向に寄ってしまうという課題が一般的に知られている。

このような一般的なベルト寄り問題に対する手段として、〔特許文献１〕に提案されているアクチュエータによるステアリングローラ制御が知られている。また、〔特許文献２〕に提案されているベルト寄り規制部材を設ける構成が知られている。

しかし、〔特許文献１〕は複雑な制御アルゴルを要し、またセンサやアクチュエータといった電気部品によるコスト高が課題である。また、〔特許文献２〕はセンサやアクチュエータを必要としないが、搬送中は規制部材が常にベルト部材の寄り力を受けるため画像形成装置の高速化に限界がある。さらに規制部材の貼り付け精度に関わる検査・管理コストがかさむという課題がある。

そこで、部品点数が少なく、簡易で低コストなベルト寄り制御方法として、摩擦力のバランスによりステアリングローラが自動的にベルト調芯を行う方式（以下、ベルト自動調芯と呼ぶ）の〔特許文献３〕が提案されている。

〔特許文献３〕は図９に示すようなステアリング機構を備えるものである。即ち、ベルト部材の回転と共に従動可能な中央ローラ部９０と従動不可能な両端部材９１からなるステアリングローラ９７が、中央部に設けられたステアリング軸９３に関して矢印Ｓのように旋回可能な支持台９２に支持される。ここで支持台９２は加圧解除カム９６によって圧縮されるテンション付与手段９５によって矢印Ｋ方向に付勢され、その結果ステアリングローラの外周面が不図示のベルト部材内周面に対してテンションを付与するようになっている。

図１０を用いて、ベルト自動調芯の原理について説明する。

既に説明したように、両端部材９１は従動不可能に支持されているため、ベルト搬送中は常にベルト部材内周面から摩擦抵抗を受けることになる。

図１０（ａ）は、矢印Ｖ方向に搬送駆動されるベルト部材５０が、巻き付き角θ_Ｓで両端部材９１に巻き付いている状態を示したものである。ここで、幅（紙面に垂直な方向）については単位幅であるものとして考える。ある巻き付き角θにおける微小巻き付き角ｄθ分に相当するベルト長について考えると、上流側は緩み側なので張力Ｔ、下流側は張り側なので張力Ｔ＋ｄＴがそれぞれ接線方向に作用する。従って、該微小ベルト長において、ベルトが両端部材９１の向心方向に与える力はＴｄθと近似され、摩擦力ｄＦは両端部材９１が摩擦係数μ_Ｓを有するものとすると、
ｄＦ＝μ_ＳＴｄθ・・・（１）
で表される。
ここで、張力Ｔは不図示の駆動ローラに支配されるものであり、駆動ローラが摩擦係数μ_ｒを有するものとすると、
ｄＴ＝μ_ｒＴｄθ・・・（２）
つまり、

で表される。
（２’）式を巻き付き角θ_Ｓにわたって積分すると張力Ｔは、
Ｔ＝Ｔ_１ｅ^-μｒθ・・・（３）
のように得られる。なお、ここでＴ_１はθ＝０における張力である。
（１）式および（３）式から、

となる。

図１０（ａ）に示すように、ステアリング軸に関する支持台の回動方向が矢印Ｓ方向である場合、巻き付き始め（θ＝０）の位置は該回動方向に対して偏角αを有することになる。従って、（４）式で示される力のうちＳ方向下向きの成分は、

さらに、（５）式を巻き付き角θ_Ｓにわたって積分すると、

のように、ベルト搬送中において両端部材９１がベルト部材から受ける矢印Ｓ方向下向きの力（単位幅あたり）が得られる。

図１０（ｂ）は図１０（ａ）を矢印ＴＶ方向から見た上視図に相当するものであり、図１０（ｂ）に示すようにベルト部材５０が矢印Ｖ方向に搬送されたとき、向かって左側にベルト寄りを生じた場合を仮定する。このとき、ベルト部材５０と両端部材９１の掛かり幅の関係は、図１０（ｂ）に示すように向かって左側だけが掛かり幅ｗを有しているとする。すなわち、両端部材９１は左側がＦ_Ｓｗ、右側が０の力をＳ方向下向きにそれぞれ受けている。このような両端部での摩擦力差がステアリング軸まわりのモーメントＦ_ＳｗＬ（図１０（ｂ）の仮定では寄った側である左側が下がる方向）を生じさせる原動力であることが説明できる。以下、ステアリング軸回りのモーメントのことをステアリングトルクと呼ぶものとする。

以上の原理によって生じたステアリングローラ９７の舵角の方向は、ベルト部材５０の寄りを元に戻す方向に相当するため、自動調芯を行うことが可能になる。
特開平９−１６９４４９ 特開２００１−１４６３３５ 特表２００１−５２０６１１

しかし、アクチュエータに頼らないベルト自動調芯ではステアリングの原動力は両端部材９１により発生する摩擦力である。〔特許文献３〕でも述べられているように、あるいは（６）式に基づく原理からも明らかなように、両端部材９１の摩擦係数μ_Ｓの値が大きいほど、得られるステアリング力Ｆ_Ｓも大きくなる。

しかし、このような大きいステアリング力Ｆ_Ｓ、すなわち大きいステアリングトルクＦ_ＳｗＬは、ベルト寄りの矯正効果が高い一方で、ベルト部材５０の張架姿勢においても大きな変化を引き起こす。このような張架姿勢の時間的変化は、中間転写ベルトに代表されるような画像形成に関わるベルト部材の場合、主走査色ズレの発生要因となる。従って、画像形成に関わるベルト部材５０においてはベルト寄りと主走査色ズレの２つの問題に対応する必要があり、単純に摩擦係数μ_Ｓの値を大きくできないという課題がある。

図１２および図１３を用いて、ベルト部材５０の姿勢変化と主走査色ズレの関係について説明する。

図１２は、張架姿勢が一定の状態で搬送されるベルト部材５０の上視図である。ベルト部材５０は、ある時刻ｔにおいて駆動ローラ６０４およびステアリングローラ９７をはじめとする複数のローラに実線で表記した位置に張架されており、各ローラ間のアライメントの崩れなどによってある傾き姿勢γで張架されている。

ここで、傾き姿勢γが一定のまま矢印Ｖ方向に搬送されたとすると、時刻ｔ＋Δｔにおいてベルト部材５０は破線で表記した位置に移動する。ここで、検知位置Ｍ１およびＭ２の２点においてベルトエッジの位置を測定すると、時刻ｔにおいて検知位置Ｍ１で検知された点Ｐ_ｔと時刻ｔ＋Δｔにおいて検知位置Ｍ２で検知された点Ｐ_ｔ＋Δｔは同一質点を追跡したものとなる。そのため、両者の相対差は理想的にはゼロになるはずである。

傾き姿勢γが一定のまま搬送される場合には、図１２に示すように点Ｐ_ｔから点Ｐ_ｔ＋Δｔへの軌跡はｘ方向（副走査方向）に直進するため理想的な状態にあり、検知位置Ｍ１およびＭ２間でのｙ方向（主走査方向）の位置ズレは発生しない。

一方、図１３は張架姿勢が一定でない状態で搬送されるベルト部材５０の上視図である。ベルト部材５０は、ある時刻ｔにおいて図１２同様に実線で表記した位置にある傾き姿勢γで張架されている。ここで、傾き姿勢γが変化しながら矢印Ｖ方向に搬送されたとすると、時刻ｔ＋Δｔにおいてベルト部材５０は破線で表記した位置に移動する。図１２同様に検知位置Ｍ１およびＭ２の２点においてベルトエッジの位置を測定すると、傾き姿勢γが変化しながら搬送される図１３の場合には、点Ｐ_ｔから点Ｐ_ｔ＋Δｔへの軌跡はｘ方向（副走査方向）に対して斜めとなる。そのため、検知位置Ｍ１およびＭ２間でのｙ方向（主走査方向）の位置ズレが発生する。検知位置Ｍ１およびＭ２をそれぞれ第１色目および第２色目の画像形成部であると仮定すると、主走査方向の位置ズレが２色間で発生する主走査色ズレに相当する。このように、画像形成に関わるベルト部材５０の場合には、張架姿勢の時間的変化が主走査色ズレを招くことが説明でき、また姿勢変化の大きさと主走査色ズレの大きさの間には相関関係があると言える。

図１６は、両端部材９１に摩擦係数μ_Ｓが比較的高いシリコンゴム（μ_Ｓ＝１．０程度）を使用した場合のベルト挙動推移を時間的に追跡したグラフである。

図１６（ａ）は、図１２および図１３で説明した検知位置Ｍ１により検知されたベルトエッジ位置を縦軸にとり、その時間的な推移を示したものである。また図１６（ｂ）は、図１２および図１３で説明した２つの検知位置Ｍ１およびＭ２により検知されたベルトエッジ位置の相対差である主走査位置ズレを縦軸にとり、その時間的な推移を示したものである。なお、図１６はベルト自動調芯に伴う主走査位置ズレの発生を明確に示すため、時間０（ｓｅｃ）において意図的に外乱を与え、その過渡応答を調べたものである。

摩擦係数μ_Ｓが高ければ高いほど大きなステアリングモーメントが発生する一方で、ベルトエッジ位置は図１６（ａ）に示すようなオーバーシュートＯＳを伴った傾向を示す。図１６（ａ）に示したグラフの各時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，・・・における接線の傾きが時間的に変化していることは、先程図１２および図１３で説明した張架姿勢の時間的変化を表している。すなわち、図１６（ｂ）の視点から見ると、ｔ＝０からオーバーシュートを発生する時間ｔ_ｏｓまでの間に第一の主走査位置ズレｚ_１を伴う発生ピークがある。その後ｔ_ｏｓから定常状態に達する時間ｔ_ｓまでの間に再び第二の主走査位置ズレｚ_２を伴う発生ピークがあることが分かる。

このように、オーバーシュートＯＳを伴う系では、定常状態に至る過程で必ずステアリングを切り返す必要があるため、その分余計な張架姿勢の時間的変化、すなわち主走査位置ズレの発生を余儀なくされる。

図１６（ａ）の例では１回のオーバーシュートのみで定常状態に至っているが、摩擦係数μ_Ｓがより高い系になるとｎ回のオーバーシュートを経て定常状態に至る場合もある。この場合には第ｎ次の主走査位置ズレｚ_ｎを伴う発生ピークまで存在することになる。なお、フルカラーの画像形成装置の場合においては、図１２および図１３に示した検知位置Ｍ１およびＭ２は隣接する画像形成部（一般的に異なる色の現像手段を有する）に相当するため、主走査位置ズレは主走査色ズレと呼ばれる。

このように、画像形成に関わるベルト部材を自動調芯する系においては、摩擦係数μ_Ｓがステアリングの原動力である一方で、主走査色ズレの発生を抑えるためには摩擦係数μ_Ｓを極端に大きくできないという課題がある。

そのため、摩擦係数μ_Ｓを小さくしても、適度にベルト部材を移動させる力を生じさせる機能が必要となる。

本発明は、無端状のベルト部材と、前記ベルト部材を張架する張架手段と、前記ベルト部材を張架し、前記ベルト部材をステアリングするステアリング手段と、前記ベルト部材を駆動して無端経路を走行させる駆動手段と、を備え、前記ステアリング手段は、前記ベルト部材の内面に当接して設けられており、前記ベルト部材の走行に従動して回転する回転部と、前記回転部の回転軸線の方向において前記回転部の両側の外側にそれぞれ設けられ、前記ベルト部材の内面と摺擦する摩擦部と、前記回転部と前記摩擦部とを支持する支持手段であって、前記回転軸線の方向と垂直な軸線を中心に、前記回転部及び前記摩擦部と一体的に回動可能な支持手段と、を有し、前記支持手段は前記ベルト部材と前記摩擦部との摺擦により生ずる摩擦力により回動して前記ベルト部材をステアリング可能であり、前記摩擦部のそれぞれは、前記回転軸線の方向において外側に向かって、前記回転軸線と前記摩擦部の表面との距離が大きくなるような傾斜部をそれぞれ有しているベルト駆動装置において、前記ベルト部材は、前記回転軸線の方向に関し、前記回転部の幅より広い幅を持ち、前記傾斜部のそれぞれに同時に接触し、前記摩擦部のそれぞれの外側の端部同士の間隔より狭い幅を持つことを特徴とするベルト駆動装置である。

本発明によれば、摩擦部の摩擦係数を小さくしてベルト張架姿勢の時間的な変化を小さくすると共に、適度な寄り力を生じさせることができる。

（実施例１）
＜画像形成装置について＞
本発明に係る画像形成装置について説明する。

まず、図６を用いて画像形成装置の動作について説明する。画像形成装置には電子写真方式、オフセット印刷方式、インクジェット方式等複数の方式が挙げられるが、図６に示した画像形成装置６０は電子写真方式を用いたカラーの画像形成装置である。画像形成装置６０は、４色の画像形成部を中間転写ベルト上に並べて配置した、所謂中間転写タンデム方式の画像形成装置の断面図であり、厚紙対応力や生産性に優れる点から近年主流になっている。

＜記録材の搬送プロセス＞
記録材Ｓは記録材収納部６１内のリフトアップ装置６２上に積載される形で収納されており、給紙装置６３により画像形成タイミングに合わせて給紙される。ここで、給紙装置６３は給紙ローラ等による摩擦分離を利用する方式と、エアによる分離吸着を利用する方式が挙げられるが、図６ではこのうち後者を用いるものとする。給紙装置６３により送り出された記録材Ｓは搬送ユニット６４が有する搬送パス６４ａを通過し、レジストレーション装置６５へと搬送される。レジストレーション装置６５において斜行補正やタイミング補正を行った後、記録材Ｓは二次転写部へと送られる。二次転写部は、対向する第一の二次転写部材である二次転写内ローラ６０３および第二の二次転写部材である二次転写外ローラ６６により形成される転写ニップ部である。そして、所定の加圧力と静電的負荷バイアスが与えられることで、中間転写ベルト上のトナー像が記録材Ｓ上に転写される。

＜画像の作像プロセス＞
以上説明した二次転写部までの記録材Ｓの搬送プロセスに対して、同様のタイミングで二次転写部までの画像形成プロセスについて説明する。

本実施例では、イエロー（Ｙ）のトナーにより画像を形成する画像形成部６１３Ｙと、マゼンタ（Ｍ）のトナーで画像形成する画像形成部Ｍと、シアン（Ｃ）のトナーで画像形成する画像形成部６１３Ｃと、ブラック（ＢＫ）のトナーで画像形成する画像形成部６１３ＢＫを有する。画像形成部６１３Ｙと画像形成部６１３Ｍと画像形成部６１３Ｃと画像形成部６１３ＢＫとは、トナーの色が異なる以外は、同様の構成であるため、代表して画像形成部６１３Ｙを用いて説明する。

トナー像形成手段である画像形成部６１３Ｙは、像担持体である感光体６０８、感光体６０８を帯電する帯電器６１２、露光装置６１１ａ、現像装置６１０、一次転写装置６０７、および感光体クリーナ６０９から構成される。図中矢印ｍの方向に回転する感光体６０８は、帯電器６１２により表面を一様に帯電される。入力された画像情報の信号に基づいて露光装置６１１ａが駆動し、回折部材６１１ｂを経由して、帯電された感光体６０８を露光することで、静電潜像が形成される。感光体６０８上に形成された静電潜像は、現像装置６１０により現像され、感光体上にトナー像が形成される。その後、一次転写装置６０７により所定の加圧力および静電的負荷バイアスにより、ベルト部材である中間転写ベルト６０６上にイエローのトナー像が転写される。その後、感光体６０８上に残った転写残トナーは感光体クリーナ６０９により回収され、再び次の画像形成に備える。

以上説明した画像形成部６１３は図６の場合、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）の４セット存在する。そのため、中間転写ベルト６０６にイエローのトナー像に対して、画像形成部Ｍで形成されたマゼンタのトナー像が中間転写ベルト６０６に転写される。さらに、形成されたマゼンタのトナー像に対して、画像形成部Ｃで形成されたシアンのトナー像が中間転写ベルト６０６に転写される。さらに、シアンのトナー像に対して、画像形成部ＢＫで形成されたブラックのトナー像が中間転写ベルト６０６に転写される。このように、異なる色のトナー像が中間転写ベルト６０６上に重ねられて形成されることで、フルカラー画像が中間転写ベルト６０６上に形成される。なお、本実施例の色数は４色であったが、色数は４色に限定されるものではなく、また色の並び順もこの限りではない。

次に、中間転写ベルト６０６について説明する。中間転写ベルト６０６は駆動部材である駆動ローラ６０４、ステアリング手段であるステアリングローラ１、張架部材である張架ローラ６１７および二次転写内部材（張架部材）である二次転写内ローラ６０３によって張架されている。そして、図中矢印Ｖの方向へと搬送駆動されるベルト部材である。ステアリングローラ１と隣り合う位置にある第一張架部材である張架ローラ６１７と第二張架部材であるに二次転写内ローラ６０３に中間転写ベルト６０６が巻きついてベルト面が形成する角度は鈍角であることが好ましい。即ち、中間転写ベルト６０６と張架ローラ６１７との摩擦力と、中間転写ベルト６０６と二次転写内ローラ６０３との摩擦力を減らすことができるため、より後述するベルト自動調芯の効率を高められるからである。また、中間転写ベルト６０６がステアリングローラ１に巻きついてベルト面が形成する角度は鋭角である方が、摩擦力を高めることができるため、ベルト自動調芯の効率を高められる。

また、中間転写ベルト６０６に所定の張力を付与するテンションローラの機能はステアリングローラ１が兼ね備えているものとする。先述の各画像形成部６１３Ｙ，６１３Ｍ，６１３Ｃ，６１３ＢＫにより並列処理される各色の画像形成プロセスは、中間転写ベルト６０６上に一次転写された上流色のトナー像上に重ね合わせるタイミングで行われる。その結果、最終的にはフルカラーのトナー像が中間転写ベルト６０６上に形成され、二次転写部へと搬送される。なお、中間転写ベルト６０６を張架するローラの本数は図６の構成に限定されるものではない。

＜二次転写以降のプロセス＞
以上、それぞれ説明した記録材Ｓの搬送プロセスおよび画像形成プロセスを以って、二次転写部において記録材Ｓ上にフルカラーのトナー像が二次転写される。その後、記録材Ｓは定着前搬送部６７により定着装置６８へと搬送される。定着装置６８には様々な構成および方式があるが、図６では対向する定着ローラ６１５および加圧ベルト６１４が形成する定着ニップ内で所定の加圧力と熱量を与えて記録材Ｓ上にトナー像を溶融固着させるものである。ここで、定着ローラ６１５は内部に熱源となるヒータを備え、加圧ベルト６１４は複数の張架ローラとベルト内周面から付勢される加圧パッド６１６を備えている。定着装置を通過した記録材Ｓは分岐搬送装置６９により、そのまま排紙トレイ６００上に排出されるか、もしくは両面画像形成を要する場合には反転搬送装置６０１へと搬送されるかの経路選択が行われる。両面画像形成を要する場合、反転搬送装置６０１へと送られた記録材Ｓはスイッチバック動作を行うことで先後端を入れ替え、両面搬送装置６０２へと搬送される。その後、給紙装置６１より搬送されてくる後続ジョブの記録材とのタイミングを合わせて、搬送ユニット６４が有する再給紙パス６４ｂから合流し、同様に二次転写部へと送られる。裏面（２面目）の画像形成プロセスに関しては、先述の表面（１面目）の場合と同様なので説明は省略する。

＜中間転写ベルトのステアリング構成について＞
図５は、図６に示した画像形成装置６０が有する中間転写ベルトユニット５００の斜視図であり、図５（ａ）は中間転写ベルト６０６を張架した状態、図５（ｂ）は中間転写ベルト６０６を外した状態をそれぞれ示す。中間転写ベルト６０６は、駆動伝達部材である駆動ギア５２から駆動入力された駆動部材である駆動ローラ６０４の搬送力によって矢印Ｖ方向に搬送される。本実施例ではステアリング手段であるステアリングローラ１が摩擦力のバランスを利用したベルト自動調芯の機構を備えている。

図１は、本発明におけるベルト自動調芯機構部を抜粋した斜視図である。ステアリングローラ１は中央部を構成する回転部である従動ローラ部２とその両側（両端部）に設けられた摩擦部である摺動リング部３が同軸上に連結される形で構成されている。また、ステアリングローラ１は両端部をスライド軸受け４に支持される。また、サイド支持部材６とスライド溝部（不図示）で嵌合するスライド軸受け４は弾性部材であるテンションバネ（圧縮バネ）５によって図中矢印Ｋ’方向にスライド付勢される。従って、ステアリングローラ１は中間転写ベルト６０６の内周面に対して矢印Ｋ’方向にテンションを付与するテンションローラでもある。さらに、サイド支持部材６は回動プレート７とともに従動ローラ部２と摺動リング部３を支持する支持台（支持手段）を構成し、中央のステアリング軸線Ｊに関して図中矢印Ｓ方向に回動可能に支持されている。ここで、フレームステー８は中間転写ベルトユニット５００の筐体を構成する部材であり、ユニット前側板５１Ｆおよびユニット後側板５１Ｒの間に掛け渡されている。フレームステー８は両端側面部にスライドコロ９を備えており、回動プレート７の回動抵抗を低減する役割を果たしている。

＜自動調芯部の詳細構成＞
次に、図２および図３を用いてさらに詳細な構成について説明する。

図２は支持台の回動中心部の構造を示した断面図である。回動プレート７の中心部には一端が二方取り形状２１Ｄである回転軸であるステアリング軸２１が嵌合し、ビス２４にて一体的に締結されている。ステアリング軸２１の他端はフレームステー８が保持する軸受け２３（例えばベアリング）に挿入された後、スラスト抜け止め部材２６が取り付けられる。

本発明におけるベルト自動調芯機構部の端部付近の詳細図は図３（ａ）に示す。

摩擦部である摺動リング部３ａはローラ軸方向（従動ローラ２の回転軸線方向）の外側に向かって連続的に大径化するテーパー形状となっている。本実施例では、テーパー形状に限定されるものではない。例えば、摺動リング部が回転しないように固定されている構成であって、ベルト部材と接触しない領域はフラットの形状であってベルト部材と接触する部分が外側に向かって大径化する勾配形状であってもいい。即ち、ベルト部材と接触する領域がローラ軸方向において外側に向かうと回転軸線と摩擦部の外面と距離が大きくなるような傾斜部を有するものであればいい。

ステアリングローラ軸３０に対して、従動ローラ部２は内蔵される軸受け等により従動回転可能に支持され、両端の摺動リング部３ａは平行ピンなどを用いて従動回転不可能に支持されている。本実施例では、摺動リング部３は、従動ローラ部２の回転方向において回転しないように固定されている構成であるが、この構成に限定されるものではない。摺動リング部が回転可能とする構成であってもいい。ただし、この場合には中間転写ベルト６０６の回転方向における摺動リング部を回転させるために必要なトルクが従動ローラ部の同方向に回転させるために必要なトルクよりも大きい構成であれば、ステアリング可能となる。

ここで、ステアリングローラ軸３０の端部はＤカット形状等を有することでスライド軸受け４に対して回転不可能に支持される。従って、張架される中間転写ベルト６０６が搬送されたとき、ステアリングローラ１のうち従動ローラ部２はベルト内周面に対して摺擦しないが、両端部の摺動リング部３ａはベルトに対して摺動する関係になる。このような構成によってベルト自動調芯が可能となる原理については、既に（１）〜（６）式で説明したとおりである。

さらに図４を用いて、テーパー型の摺動リング部３ａを有する構成について詳細に説明をする。図４（ａ）に示すように、本実施例では摺動リング部３ａはテーパー角φを有することで、ステアリングローラ軸の外側に向かうにつれて外径が連続的に大径化する。このような摺動リング部３ａに対して、中間転写ベルト６０６が掛かり幅ｗを有する形で張架されている。本実施例では、中間転写ベルト６０６の位置が安定している状態では、中間転写ベルト６０６は両端部の摺動リング部３に幅ｗの領域で接触している構成である。なお、中間転写ベルト６０６は、摺動リング部３の端部まで接触可能であり、中間転写ベルト６０６が摺動リング部３の端部を越えてしまうと、寄り補正が難しくなる。

図４（ｂ）は該掛かり幅ｗの部分（Ｄ部）を拡大した図であり、寄り力Ｐで寄ってくる中間転写ベルト６０６を調芯しようとする際の作用力の関係を示すものである。本実施例ではφ＝８°程度としている。ここでテーパー角φは０°＜φ＜９０°であり、より好ましくは、０°＜φ＜３０°であることが好ましい。

＜中間転写ベルト（ベルト部材）に作用する力＞
ベルト部材の寄り現象は一般的に、図１２で説明したように搬送方向と張架姿勢方向の間に差角γを生じることで発生する。このとき、寄り現象の程度の大きさは差角γの大きさと相関があり、本実施例におけるテーパー部のように寄りに抗する手段が存在するとき、寄り現象の程度の大きさはベルト部材に作用する寄り力Ｐの大きさとして考えることができる。図４（ｂ）は、摺動リング部３ａと従動ローラ部２の境界部を基準とするｙ軸を定義し、ｙ＝ｙ_０の断面における中間転写ベルト内周の点Ｈ_０が寄り量Δｙを伴ってｙ＝ｙ_１の断面における点Ｈ_１に移動した場合を想定している。点Ｈ_１は、テーパー面に垂直な方向に寄り力の反作用力Ｐを受け、ｙ軸方向に関して作用力の関係を整理すると以下のようになる。

〔１〕テーパー反力
テーパー角φを有する摺動リング部３ａを備えた系では、寄り力Ｐのｙ軸方向の分力が、巻付き角θ_ｓ（図１０（ａ）参照）にわたって作用し、

となる。

〔２〕テーパー反力に起因する摺動リング部の摩擦力
寄り力Ｐを垂直抗力とする摩擦力のｙ軸方向の分力が、巻付き角θ_ｓにわたって作用し、

となる。ここで、μ_ｓは摺動リング部３ａの表面の摩擦係数である。

〔３〕中間転写ベルトの引張り応力に起因する反力
ｙ＝ｙ_０およびｙ_１における摺動リング部３ａの半径をそれぞれｒおよびｒ＋ｄｒとすると、中間転写ベルト６０６に作用する引張り応力は、

で表され、図１０（ａ）に示した微小掛かり幅ｄθの周面について考えると、（９）式に起因する力でテーパー面に垂直な成分ｑは、

となる。力ｑによっても同様に〔１〕および〔２〕で説明した力ｄｆが発生するから、

で表される。よって、求める反力Ｆ_３は（９）〜（１１）式より

となる。ここで、Ｅは中間転写ベルト６０６の引張り弾性係数である。

〔４〕従動ローラ部の静止摩擦力
寄り力Ｐに抗して中間転写ベルト６０６を戻そうとする際、従動ローラ部２の表面から受ける摩擦力が抵抗力Ｆ_４として作用する。従動ローラ部２の表面の静止摩擦係数をμ_ＳＴＲ、作用する垂直抗力をＮとすると、

で表される。

〔５〕摺動リング部の静止摩擦力
同様に、寄り力Ｐに抗して中間転写ベルト６０６を戻そうとする際、摺動リング部３ａの表面から受ける摩擦力が抵抗力Ｆ_５として作用し、

となる。ここで、μ_ｒは駆動ローラ６０４の摩擦係数であり、本実施例では一次転写部での静電的負荷やベルトクリーニング装置８５の当接負荷などに対してスリップを生じないよう、μ_ｒ＝１．５〜２．０程度としている。

〔６〕舵角により発生させるべき逆寄り力Ｐ’
さらにステアリングローラを備えた系では、発生した差角を解消すべく意図的に舵角を発生させ、これにより寄り力Ｐに抗する逆寄り力Ｐ’を得る。

＜テーパーによる調芯モードと舵角による調芯モード＞
以上に示した〔１〕〜〔６〕の力に作用する方向を加味して整理するとベルト戻し力の総和Ｑが得られ、ベルト自動調芯を行うための該ベルト戻し力Ｑの条件は

すなわち、

となる。つまり、（１５’）式は〔１〕〜〔６〕の力の総和が寄り力Ｐを上回ることでベルト自動調芯が行われることを意味している。

ここで、図３（ｂ）のようにテーパー角φを有さない摺動リング部３ｂにすると、（１５’）式のうちテーパー角φに関する第１項〜第３項（Ｆ_１〜Ｆ_２）が０になるため、寄り力Ｐに打ち勝つ力を全て逆寄り力Ｐ’によって賄わなければならない。すなわち、それだけステアリングローラの舵角に依存したベルト自動調芯となり、主走査色ズレの要因であるベルトの張架姿勢が大きく変化する。そこで、本発明では（１５’）式に示したようにテーパー角φに関する第１項〜第３項（Ｆ_１〜Ｆ_２）を併用し、摺動リング部３ａの摩擦係数μ_ｓの値を低く設定することで、舵角への依存度を低くしたベルト自動調芯としている。

このような設定によって実現される最大の特徴は、寄り力Ｐの値が小さい領域においては（１５’）式のうちテーパー角φに関する第１項〜第３項（Ｆ_１〜Ｆ_２）のみで対応する。即ち、ステアリングローラ１が傾斜しなくてもより補正を行えるものである。そして、寄り力Ｐの値がある限界値を越えた領域においてはさらに逆寄り力Ｐ’も使用、即ち、ステアリングローラ１を傾斜させて寄り補正を行う２段階の自動調芯モードを有する点である。

これを寄り量Δｙの観点から説明すると、摺動リング部３ａと中間転写ベルト６０６の掛かり幅の両端差がある予め設定された規定値Δｗ_ｃに満たないような小さい寄り量Δｙの間は舵角を使用せずに自動調芯を行う。そして、掛かり幅の両端差がある規定値Δｗ_ｃ以上となるような比較的大きい寄り量Δｙが入力されると始めて舵角を使用した自動調芯に切り換わるという特性になる。

本発明の特徴である２段階の自動調芯モードについて、図１４および図１８を用いて詳細に説明する。図１４は横軸に発生する寄り力Ｐを、縦軸にベルト戻し力Ｑをとったグラフであり、破線はＱ＝Ｐとなる傾き１の直線となっている。すなわち、直線Ｑ＝Ｐは自動調芯が可能な境界線を示しており、ベルト戻し力Ｑが破線を上回ると自動調芯によってベルトを戻せることを意味する。グラフ上に示されたＰ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２，Ｐ_Ｔ３は（１５’）式の第１項から第５項までの総和を表しており、（１５’）式からも分かるように寄り力Ｐの関数であり、寄り力Ｐの正負（すなわち、発生したベルトの寄り方向）の逆転に伴い不連続に変化する。Ｐ_Ｔ１，Ｐ_Ｔ２，Ｐ_Ｔ３はそれぞれベルトの寄り量がΔｙ_１，Δｙ_２，Δｙ_３（Δｙ_１＜Δｙ_２＜Δｙ_３）の時の推移を示し、寄り量Δｙの関数であることも同様に（１５’）から分かる。

また、本実施例ではテーパー角φの併用と同時に摺動リング表面を低摩擦係数（μ_ｓ＝０．３程度）としており、寄り量Δｙ_３に達して初めてステアリングトルクを発生するのに十分な掛かり幅の両端差が得られるようになっている。この摺動リング表面の摩擦係数は従動ローラ部２の表面の摩擦係数よりも大きいものである。

また、図１８は横軸に発生する寄り量Δｙを、縦軸に発生する舵角βをとったグラフであり、図１４に示した寄り量Δｙ_１，Δｙ_２，Δｙ_３に対応した舵角βの変化を示している。

ここで、仮に中間転写ベルトユニット５００が各張架ローラ間のアライメントずれや駆動ローラ６０４の外径分布が不均一であることに起因するベルト寄りを発生し、その時の寄り力Ｐが図１４に示した大きさＰ_１であったとする。この時、ベルトの寄り量がΔｙ_１だとＰ_Ｔ１は破線を下回るため、十分な戻し力Ｑが得られない。従って、ベルトの寄り量をΔｙ_２まで増加させることで不足分のＰ_ε１を確保し、十分な戻し力Ｑを得るようにする。このように、寄り力Ｐの大きさがＰ_１のように比較的小さい場合には、ステアリングトルクを発生するまでもなく、テーパー角φに起因するベルト戻し力だけで自動調芯が可能となる。

これが図１８における、Ｍｏｄｅ １の状態であり、本発明における第一の自動調芯モードである。

次に、中間転写ベルトユニット５００が同様にベルト寄りを発生し、その時の寄り力Ｐが図１４に示した大きさＰ_２であったとする。この時、先程の寄り量Δｙ_２だとＰ_Ｔ２は破線を下回るため、十分な戻し力Ｑが得られない。従って、ベルトの寄り量をさらに増加させることで不足分を補おうとするが、その過程でステアリングトルクを発生する寄り量Δｙ_３に達する。そのため、テーパー角φに起因するベルト戻し力としてはＰ_ε２までしか増大させることが出来ないが、代わりに舵角の発生に伴う逆寄り力Ｐ’を得ることができるようになる。

これが図１８に示したＭｏｄｅ ２の状態であり、本発明における第二の自動調芯モードである。ここで、定常的なベルト搬送状態では一般的に寄り量はΔｙ_３に満たない程度のものであるためＭｏｄｅ１の範囲内で対応可能である。寄り量がΔｙ_３を越えるような場合としては、例えば厚紙搬送等の負荷変動の大きい動作時や中間転写ベルトの交換後などを想定している。

さらに、テーパー角φに依存した第一の自動調芯モードは寄り力Ｐを本質的に解消するものではないが、舵角に依存する該第二の自動調芯モードは寄り力Ｐの発生原因である差角γを本質的に解消するものである。すなわち、舵角の発生は中間転写ベルト６０６の歪みを矯正するものであり、寄り力Ｐ自体の大きさも図１４に示すＰ_３の位置まで低減される。その結果、発生する寄り量もΔｙ_１よりもさらに小さい値となり、あとはテーパー角φによる自動調芯効果によって次第に寄り量が解消されて定常状態へと収束していく。

＜摩擦係数μ_ｓの設定について＞
以上説明したように、本発明は２つの自動調芯モードを有することで結果的に発生する舵角の大きさを低減させているが、ここで重要な点は摺動リング部３ａの摩擦係数μ_ｓの設定値である。

具体的には、既に説明したように比較的低い摩擦係数に設定することであり、本実施例ではμ_ｓ＝０．３程度でテーパー角φ＝８°程度を併用している。

しかし、摺動リング部３の表面の摩擦係数は、従動ローラ部２の表面の摩擦係数よりも大きいものとする。なお、摺動リング部３ａの材質としては、摺動性を有するポリアセタール（略号：ＰＯＭ）などの樹脂材料を使用しており、さらには中間転写ベルト６０６との摩擦帯電による静電的な弊害を考慮して導電性も付与してある。以下に、テーパー角φを併用すると同時に摺動リング部３ａを低摩擦係数に設定しなければならない理由について詳細に説明する。

摩擦力のバランスを利用したベルト自動調芯におけるステアリング力の大きさは（６）式にベルト掛かり幅の両端差を乗じることで得られる点については既に説明した。本実施例のように、テーパー角φを併用する系では（６）式におけるベルト張力Ｔ_１を以下に示すベルト張力Ｔ

に置き換え、寄り量Δｙにより発生する掛かり幅の両端差２Δｙを加味するとステアリングフォースＦ_ＳＴＲは、

で表される。なお、掛かり幅の両端差が２Δｙとなるのは、図１１に示すように中間転写ベルト６０６の幅を従動ローラ部２の幅よりも広く、かつステアリングローラ１（従動ローラ部２＋両端の摺動リング部３）の幅よりも小さいためである。本関係においては理想的な定常調芯状態にある時、中間転写ベルト６０６と摺動リング部３の掛かり幅の関係は、図１１に示すように両端部が等しい掛かり幅ｗ（図中ハッチング部）を有し、どちらかの方向に寄り量Δｙを生じると掛かり幅の両端差は２Δｙとなる。このように、ベルト寄りが発生しても必ず中間転写ベルト６０６がいずれか一方の摺動リング３と常に掛かり幅を有しながら摺擦することで、常時摩擦力のバランス差を検知できるため、舵角βに急激な変動が生じない。

図１４を用いて、テーパー角φだけでは対処しきれないような比較的大きな寄り力Ｐ_２が発生したとき、舵角によって逆寄り力Ｐ’を発生させてその不足分を補うことは説明した。逆寄り力Ｐ’も基本的にはベルトの搬送方向と張架姿勢方向の差角を変化させることで発生しており、該差角の変化量に相当する必要舵角β_１が一義的に決まる。

図１５は、発生するステアリングトルクＴｒの大きさと舵角βの大きさの相関関係を示したグラフである。基本的には寄り量Δｙが増加することで掛かり幅の両端差が大きくなるとステアリングトルクＴｒは増加し、それに伴い発生する舵角βも増加していく。ただし、次第にベルトの面外捩れに対する抵抗力も増加していくため、発生させることができる舵角βの大きさにも限界がある。ここで、ステアリングトルクＴｒは、

で表される。ここで、Ｌはステアリングローラ１の回動半径であり、図１０（ｂ）に示すような距離を指す。

図１５において、必要舵角β_１の発生に要するステアリングトルクの大きさＴｒ_１があり、該ステアリングトルクＴｒ_１は（１８）式に基づき発生するトルクである。（１８）式を決定するパラメータは複数あるが、実際には摩擦係数μ_ｓ以外のパラメータは中間転写ベルトユニットに求められる駆動性能、転写性能などの観点から値が必然的に決まることが多い。ベルト自動調芯を目的として値を決定するパラメータになるのはテーパー角φと摩擦係数μ_ｓとなる。テーパー角φ＝８°である本実施例の場合だと、ステアリングトルクＴｒ_１を決定する摩擦係数μ_ｓの必要値が、およそμ_ｓ＝０．３程度であることが決まる。高い摩擦係数、例えばμ_ｓ＝１．０となるシリコンゴムなどで摺動リング部３ａを構成したとすると、（１８）式から決まるステアリングトルクＴｒ_２は図１５に示すようにＴｒ_１よりも大きくなる。そして、それに伴う舵角β_２も必要舵角β_１に対して大きくなる。つまり、必要以上に大きな舵角β_２が無駄な張架姿勢の変化をもたらすため、自動調芯の過渡応答にオーバーシュートが発生し、結果的に主走査位置ズレを招いてしまう。このように、必要舵角β_１を与えるステアリングトルクＴｒ_１を包含していれば良いというわけではない。余剰トルクＴｒ_２−Ｔｒ_１による余剰舵角β_２−β_１の影響を考慮した摩擦係数μ_ｓの設定を行わないと、テーパー角φの併用による２段階の自動調芯モードの効果（ベルト張架姿勢の時間的変化が低減される）を得ることができない。なお、摩擦係数μ_ｓの高低基準であるが、ベルト自動調芯の基本的な理論からは摩擦係数μ_ｓが高いほど大きなステアリングトルクが得られる。そのため、従来のようにベルト寄りのみを解決すべき課題とする場合にはμ_ｓ＝１．０〜１．５程度の例えばゴム材質が選択され、これを高摩擦係数と定義している。

一方、本発明はベルト寄りと主走査位置ズレの２つを解決すべき課題としており、既に説明した２段階の自動調芯モードが有効であることを説明した。これを実現する摺動リング部３の構成は、テーパー角φと摩擦係数μ_ｓの併用であり、このとき必要となる摩擦係数μ_ｓの設定値：μ_ｓ＝０．３は従来に比して明らかに低摩擦係数と定義できるものである。

＜摩擦係数μ_ＳＴＲとベルト材質について＞
これまで本発明の特徴である２段階の自動調芯モードに関して、摺動リング部３ａを構成するパラメータの重要性を中心に説明してきた。同時に従動ローラ部２の摩擦係数μ_ＳＴＲと中間転写ベルト６０６の材質についても、自動調芯効果をより向上させるための条件がある。

（１５’）式において、摩擦係数μ_ＳＴＲはベルト寄りを戻す際の抵抗力に関係している。摩擦係数μ_ＳＴＲ自体は中間転写ベルトユニットの駆動性能や転社性能に関わるパラメータではないため、ベルト自動調芯の観点から決定することができる値である。また、（１５’）式のうちテーパー角φに起因する第１項〜第３項のうち、第３項は中間転写ベルト６０６の引張り弾性係数Ｅを含むため最もベルト戻し力Ｑへの寄与度が高くなる。つまり、（１５’）式の第３項を出来るだけ大きく、かつ第４項を出来るだけ小さくすれば、舵角によって発生させなければならない逆寄り力Ｐ’は小さく抑えられることが分かる。

そこで本実施例では、従動ローラ部２の材質としてアルミを用いて表面の摩擦係数μ_ＳＴＲ＝０．１程度としており、摺動リング部の摩擦係数μ_ｓ＝０．３程度よりも低い値に設定している。

また、中間転写ベルト６０６はポリイミドを基層とする樹脂ベルトとし、引張り弾性係数Ｅ＝１８０００Ｎ／ｃｍ^２程度としている。このように、引張り弾性係数Ｅが大きくて伸びにくい材質に生じる大きな引張り応力を、従動ローラ部２の摩擦係数μ_ＳＴＲを低くすることでベルト戻し力という形で有効に変換することができる。

同時にこれは、中間転写ベルト６０６に生じる歪みを常に開放しているため、中間転写ベルトが無理な負荷を受け続けながら搬送されるということも無くなる。

その結果、逆寄り力Ｐ’を小さく抑えた姿勢変化の少ないベルト自動調芯が実現できるだけでなく、中間転写ベルトの破断なども防止することが可能となる。なお、中間転写ベルト６０６の材質はポリイミドに限定されるものではない。同等の引張り弾性係数を有する伸びにくい材質を基層に有するベルトであれば、他の樹脂材料あるいは金属材料であっても構わない。同様に従動ローラ部２の材質についてもμ_ＳＴＲ≦μ_ｓであれば他の材質であっても構わない。

ここで、上記に示している摺動リング部３、従動ローラ部２、駆動ローラ等の摩擦係数の測定方法を示す。本件では、ＪＩＳ Ｋ７１２５ プラスチック−フィルム及びシート−摩擦係数試験方法を用いる。具体的には、ベルト部材の内周面のシート、本実施例では、中間転写ベルトの内周面のシートであるポリイミドシートをテストピースとして用いて測定する。

＜本発明によるベルト自動調芯の効果＞
以上に説明してきた実施の形態により行われるベルト自動調芯の応答を図１７に示す。図１７（ａ）は時間ｔ＝０（ｓｅｃ）にてベルト寄りを発生させる外乱が発生した際のベルト自動調芯の過渡応答を示すグラフである。また、図１７（ｂ）はベルト搬送方向に設けた２つのベルトエッジ検知位置Ｍ１およびＭ２（図１２および図１３参照）において得られた各々の図１７（ａ）に相当するデータの差分を抽出したグラフである。ベルト自動調芯に伴う主走査位置ズレの推移を表している。図１７（ａ）から分かるように、本実施例を用いるとベルトエッジ位置がオーバーシュートを伴わずに定常状態へと調芯される。その結果、図１７（ｂ）から分かるように、ｔ＝０（ｓｅｃ）で入力された外乱の影響である主走査位置ズレｚ_１以外に目立った主走査位置ズレを伴うことなく調芯することが可能となる。

このように、本発明を用いれば中間転写ベルトの搬送に伴うベルト寄りを、少ない舵角すなわち張架姿勢の時間的変化を抑えながら、摩擦力のバランスのみで自動調芯することが可能となる。その結果、ベルト寄り問題だけでなく主走査色ズレ問題も改善することが可能な中間転写ベルトユニットが得られる。また、摩擦係数だけに依存しないベルト自動調芯であるため、摺動リングの材質を安価な樹脂成型部品で実現でき、摩擦係数のバラツキや耐久変化による影響も受け難くなる。このような中間転写ベルトユニットを備えることによって、ロバスト性が高く、安価で高画質な画像形成装置を提供することができる。

なお、本実施例ではカラー画像形成装置（図６）を例に挙げたが、画像形成部がブラックのみのモノクロ画像形成装置の例であっても構わない。この場合には、主走査位置ズレは色ズレではなく、画像両端部の真直性悪化による主走査方向のレジストレーション精度低下につながる。また、本実施例に示した摺動リング部３ａのパラメータ設定はあくまでも一例であり、本発明の特徴である２段階の自動調芯モード（図１８）が成立する関係にあればテーパー角φおよび摩擦係数μ_ｓの値は他の値でも構わない。

（実施例２）
実施の形態１で説明した中間転写ベルトの他に、画像形成に関わるベルト部材として図７に示す画像形成装置７０が備える記録材を担持搬送する転写ベルト７１を例に挙げる。図７に示す画像形成装置７０は、図６に示した画像形成装置６０と基本的に同様の記録材給紙プロセスおよび記録材搬送プロセスを有するため、相違点である画像の作像プロセスについて説明する。

本実施例では、イエロー（Ｙ）のトナーにより画像を形成する画像形成部６１３Ｙと、マゼンタ（Ｍ）のトナーで画像形成する画像形成部Ｍと、シアン（Ｃ）のトナーで画像形成する画像形成部６１３Ｃと、ブラック（ＢＫ）のトナーで画像形成する画像形成部６１３ＢＫを有する。画像形成部６１３Ｙと画像形成部６１３Ｍと画像形成部６１３Ｃと画像形成部６１３ＢＫとは、トナーの色が異なる以外は、同様の構成であるため、代表して画像形成部６１３Ｙを用いて説明する。なお、画像形成部６１３は、実施例１で説明した画像形成部と同様の構成である。

トナー像形成手段である画像形成部６１３Ｙは、像担持体である感光体６０８、感光体６０８を帯電する帯電器６１２、露光装置６１１ａ、現像装置６１０、一次転写装置６０７、および感光体クリーナ６０９から構成される。図中矢印ｍ２の方向に回転する感光体６０８は、帯電器６１２により表面を一様に帯電される。入力された画像情報の信号に基づいて露光装置６１１ａが駆動し、回折部材６１１ｂを経由して、帯電された感光体６０８は露光される。この露光により、感光体６０８に静電潜像が形成される。感光体６０８上に形成された静電潜像は、現像装置６１０により現像され、感光体上にトナー像が形成される。

転写ベルト７１の回転方向において最上流に位置するイエロー（Ｙ）の作像プロセスに同期してレジストローラ３２によって送り出された記録材Ｓは、静電吸着等を利用して転写ベルト７１の作像張架面Ｂ上に保持される。このように転写ベルト７１によって担持搬送される記録材Ｓに対して、転写装置７３が印加する加圧力および静電的な負荷バイアスにより記録材Ｓ上にトナー像が転写される。同様の作像および転写プロセスが転写ベルト７１の回転方向において画像形成部６１３Ｙよりも下流側にある画像形成部６１３Ｍ、画像形成部６１３Ｃおよび画像形成部６１３ＢＫにおいても並列的に処理される。そして、転写ベルト７１により搬送される記録材Ｓ上に順次下流側のトナー像が重ね合わされるタイミングで制御される。その結果、最終的には記録材Ｓ上にフルカラーのトナー像が形成され、駆動ローラ６０４部で曲率分離（必要に応じて除電分離も併用）された後、記録材の搬送方向の下流側にある定着前搬送部６７および定着装置６８へと搬送される。なお、感光体６０８上に残った転写残トナーは感光体クリーナ６０９により回収され、再び次の画像形成に備える。また、以上説明した画像形成部６１３は図７の場合、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＢｋの４セット存在するが、色数および並び順はこの限りではない。

次に、転写ベルト７１の搬送ユニットである転写ベルトユニットの構成について説明する。転写ベルト７１は駆動ローラ６０４、ステアリングローラ１および従動張架ローラ（張架部材）７２、６１７によって張架され、図中矢印Ｖの方向へと搬送駆動されるベルト部材である。また、転写ベルト７１に所定の張力を付与するテンションローラの機能はステアリングローラ１が兼ね備えているものとする。本実施例は、ステアリングローラ１に図１および図２で説明した実施例１の構成のベルト自動調芯構成を適用したものである。摺動リング部３は図３（ａ）および図４に示すように実施例１のテーパー角φを併用した構成である。基本的に実施例１と同等である。

図７のような直接転写方式の画像形成装置７０では、転写ベルト７１の張架姿勢の変化がすなわち担持された記録材Ｓの姿勢変化になる。そのため、自動調芯時の舵角変化が大きいと図１６に示した過渡応答中のオーバーシュートやそれに起因する主走査位置ズレを発生させてしまう。従って、テーパー角φの併用と同時に摺動リング部３ａの摩擦係数μ_ｓを低く抑え、実施例１と同様に図１４および図１８に示す２段階の自動調芯モードを行うようにしている。また、従動ローラ部２の摩擦係数μ_ＳＴＲ、転写ベルト７１の引張り弾性係数Ｅに関しても、基本的に実施例１の設定に準ずるものとしている。具体的には、テーパー角φ＝８°、摺動リング部３の材質は導電性を有するポリアセータル（略号：ＰＯＭ）、摩擦係数μ_ｓ＝０．３である。従動ローラ部２の材質はアルミ、摩擦係数μ_ＳＴＲ＝０．１、転写ベルト７１の材質はポリイミド、引張り弾性係数Ｅ＝１８０００Ｎ／ｃｍ^２としている。

このように、寄り量Δｙが舵角βを発生する寄り量Δｙ_３に満たない程度の小さな寄り力Ｐに対しては、テーパー角φのみでベルト自動調芯を行うことができる。寄り量Δｙ≧Δｙ_３となるような比較的大きなより力Ｐに対しては、舵角βによる逆寄り力Ｐ’を使用することで、少ない舵角βでベルト自動調芯を行うことができる。その結果、図１７に示すようなオーバーシュートを伴わない過渡応答を実現でき、ベルト自動調芯により発生する主走査位置ズレも小さく抑えることが可能となる。つまり、本実施例における転写ベルトユニットは、ベルト寄り問題だけでなく主走査色ズレ問題も改善することが可能なものとなる。そして、最終的には該転写ベルトユニットを備えたことによる安価で高画質な画像形成装置を提供することができる。

なお、本実施例に示した摺動リング部３ａのパラメータ設定はあくまでも一例である。本発明の特徴である２段階の自動調芯モード（図１８）が成立する関係にあればテーパー角φおよび摩擦係数μ_ｓの値は他の値でも構わない。また、図７では画像形成部６１３に電子写真方式を用いているが、転写ベルト７１の形態であればインクジェット方式を用いたものに置き換えることも可能な構成である。

（実施例３）
さらに、画像形成に関わるその他のベルト部材として、図８に示す画像形成装置８０が備える感光体ベルト８１を例に挙げる。図８に示す画像形成装置８０は、図６に示した画像形成装置６０と基本的に同様の記録材給紙プロセスおよび記録材搬送プロセスを有するため、相違点である画像の作像プロセスについて説明する。

本実施例では、イエローのトナーで現像する画像形成部６１３０Ｙと、マゼンタのトナーで現像する画像形成部６１３０Ｍ，シアンのトナーで現像する画像形成部６１３０Ｃと、ブラックのトナーで現像する画像形成部６１３０ＢＫを有する。本実施例では、それぞれの画像形成部はトナーの色が異なる以外は同様の構成である。代表して画像形成部６１３０Ｙの構成を説明する。画像形成部６１３０Ｙは、主に感光体ベルト８１、帯電装置８４、露光装置６１１ａ、現像装置６１００等から構成される。実施例１と同じ符号のものは、実施例１と同じ構成である。

感光体ベルト８１は表面に感光層を有するベルト部材であり、駆動ローラ６０４、ステアリングローラ１、転写内ローラ８２、従動張架ローラ７２、６１７によって張架され、図中矢印Ｖ方向へと搬送駆動される。なお、張架ローラの本数は図８に示す構成に限定されるものではない。このように矢印Ｖ方向に搬送される感光体ベルト８１の表面を帯電装置８４により一様に帯電し、表面を露光装置６１１ａが走査することで感光ベルト８１上に静電潜像が形成される。ここで、露光装置８４は入力された画像情報の信号に基づいて駆動され、回折部材６１１ｂを経由して感光体ベルトを照射する。形成された静電潜像は、現像装置６１００によりトナーで現像される。これら一連の作像プロセスが最上流のイエロー（Ｙ）から順に、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）と並列的かつ上流のトナー像上に順次重ね合わされるタイミングで制御される。その結果、最終的には感光体ベルト８１上にフルカラーのトナー像が形成され、転写内ローラ８２および転写外ローラ８３によって形成される転写ニップ部へと搬送される。転写ニップ部における記録材Ｓ上への転写プロセスおよびタイミング制御等については、図６で説明した中間転写方式と基本的には同様である。なお、感光体ベルト８１上に残った転写残トナーはベルトクリーナ８５により回収され、再び次の画像形成に備える。また、以上説明した画像形成部６１３０は図８の場合、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＢｋの４セット存在するが、色数および並び順はこの限りではない。

次に、感光体ベルト８１を搬送するユニット構成について説明する。感光体ベルト８１は駆動ローラ６０４、ステアリングローラ１および従動張架ローラ（張架部材）７２、６１７によって張架され、図中矢印Ｖの方向へと搬送駆動されるベルト部材である。また、直接感光体ベルト８１に所定の張力を付与するテンションローラの機能はステアリングローラ１が兼ね備えているものとする。

本実施例は、該ステアリングローラ１に図１および図２で説明した実施例１のベルト自動調芯構成を適用したものである。摺動リング部は図３（ａ）および図４に示すように実施例１のテーパー角φのテーパ−形状を有している構成である。基本的に実施例１と同等である。図７のような感光体ベルト方式の画像形成装置８０では中間転写ベルトの場合と同様に、自動調芯時の舵角変化が大きいと感光体ベルト８１の張架姿勢の変化も大きくなる。そのため、図１６に示した過渡応答中のオーバーシュートやそれに起因する主走査位置ズレを発生させる。従って、テーパー角φの併用と同時に摺動リング部３ａの摩擦係数μ_ｓを低く抑え、実施例１と同様に図１４および図１８に示す２段階の自動調芯モードを行うようにしている。

また、従動ローラ部２の摩擦係数μ_ＳＴＲ、感光体ベルト８１の引張り弾性係数Ｅに関しても、基本的に実施例１の設定に準ずるものとしている。具体的には、テーパー角φ＝８°、摺動リング部３の材質は導電性を有するＰＯＭ、摩擦係数μ_ｓ＝０．３、従動ローラ部２の材質はアルミ、摩擦係数μ_ＳＴＲ＝０．１、感光体ベルト８１の基層材質はポリイミド、引張り弾性係数Ｅ＝１８０００Ｎ／ｃｍ^２としている。

このように、寄り量Δｙが舵角βを発生する寄り量Δｙ_３に満たない程度の小さな寄り力Ｐに対しては、テーパー角φのみでベルト自動調芯を行う。寄り量Δｙ≧Δｙ_３となるような比較的大きなより力Ｐに対しては、舵角βによる逆寄り力Ｐ’を使用することで、少ない舵角βでベルト自動調芯を行うことができる。その結果、図１７に示すようなオーバーシュートを伴わない過渡応答実現でき、ベルト自動調芯により発生する主走査位置ズレも小さく抑えることが可能となる。つまり、本実施例における感光体ベルトユニットは、ベルト寄り問題だけでなく主走査色ズレ問題も改善することが可能なものとなり、最終的には該感光体ベルトユニットを備えたことによる安価で高画質な画像形成装置を提供することができる。

なお、本実施例に示した摺動リング部３ａのパラメータ設定はあくまでも一例であり、本発明の特徴である２段階の自動調芯モード（図１８）が成立する関係にあればテーパー角φおよび摩擦係数μ_ｓの値は他の値でも構わない。

以上説明したように、本発明により、ベルト部材の寄り量がある一定量以下となる比較的弱い外乱に対しては、舵角を生じることなくテーパー形状のみで調芯することができる。そして、ある一定量を越えるような比較的強い外乱が入力された場合に初めて舵角を生じるようなステアリング特性を実現することができる。その結果、ベルト張架姿勢の時間的な変化を小さく抑えながら、搬送されるベルト部材の自動調芯を行うことが可能となり、画像形成に関わるベルト部材が抱える「ベルト寄り」と「主走査色ズレの発生」の両方の課題を安価な構成にて解決することができる。

なお、上記に示した中間転写ベルト、転写ベルト、感光ベルト以外にも定着ベルトに対しても、本発明の自動調芯を用いるベルト搬送装置を適用できる。具体的に、記録材上にトナー像を定着させる像加熱装置としての定着装置である。定着装置は図１９に示すように、定着部材としての定着ローラ６１５とベルト部材である加圧ベルト６１４により記録材を挟持搬送するニップ部が形成されるベルト方式としている。ベルト方式は、ニップ部を広げることで、記録材Ｓに与える熱量を増やすことができ、厚紙・コート紙などの画質向上や画像形成装置の高速化を図る上で有効である。

図１９を用いて本実施例における定着装置１９０の構成について説明する。定着装置１９０は内部に発熱部材であるヒータ１９１を有する中空の定着ローラ６１５を有する。温度検知部材である非接触サーミスタ１９５などを用いて定着ローラ６１５の温度が予め設定された温度になるように、制御部（ＣＰＵ）によりヒータ１９１への通電が制御される。なお、定着ローラ６１５は中空の芯金部の表層にゴムコートされた層構造を有し、不図示の駆動源によって矢印ａ方向に駆動されるものである。定着ローラ６１５に対向する加圧ベルト６１４は、駆動ローラ１９２、ステアリングローラ１、上流張架ローラ６１７および下流張架ローラ６１８により張架されるベルト部材であり、矢印ｂ方向に搬送駆動される。ここで、定着ローラ６１５は加圧ベルト６１４に対しては外掛けローラのような形態で巻き付き角を形成し、加圧ベルト６１４の裏側から加圧部材である加圧パッド６１６によって所定圧にてバックアップすることで広いニップ領域を確保している。図中矢印Ｆ方向に搬送されてきた記録材Ｓは、定着入口ガイド１９６からニップ領域によって挟持・搬送される。そして、分離爪１９４の補助を受けながらニップ領域から曲率分離した後、定着排紙ガイド１９７および定着排紙ローラ１９３によって画像形成装置の下流搬送工程へと受け渡される。

このような定着装置に対して、実施例１に記載したステアリングローラ１を用いることで、同様の効果を得ることができる。

なお、上記の実施例の摩擦部の摩擦係数よりも更に小さくする一方で、摩擦部の傾斜角を大きくすることにより、本発明の効果を得ることもできる。

また、上記の実施例では、ステアリング動作は、ベルト部材と摩擦部とが所定の幅で接触した後に、行われる構成であった。しかし、この構成に限定されるものではなく、摩擦部とステアリング動作がほぼ同時に行われる構成であってもいい。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術思想内であらゆる変形が可能である。

本発明における自動調芯機構部の斜視図である。 本発明における自動調芯部の中心部詳細図である。 本発明における自動調芯部の端部詳細図である。 本発明における自動調芯時に作用する力の関係図である。 本発明の実施の形態１における中間転写ベルトユニットの斜視図である。 中間転写方式の画像形成装置の断面図である。 直接転写方式の画像形成装置の断面図である。 感光体ベルト方式の画像形成装置の断面図である。 ベルト自動調芯の従来例について説明する斜視図である。 ベルト自動調芯の原理について説明する図である。 ベルトと摺動リングの掛かり幅の関係について説明する図である。 ベルト寄りと主走査位置ズレの関係について説明する上視図（その１）である。 ベルト寄りと主走査位置ズレの関係について説明する上視図（その２）である。 寄り力Ｐとベルト戻し力Ｑの関係について示すグラフである。 ステアリングトルクＴｒと発生する舵角βの関係について示すグラフである。 従来のベルト自動調芯における課題について説明するグラフである。 本発明のベルト自動調芯における効果について説明するグラフである。 本発明における２つの自動調芯モードについて説明するグラフである。 本発明における定着装置のベルト張架断面である。

符号の説明

１、９７ ステアリングローラ
２ 従動ローラ部
３ 摺動リング部
４ スライド軸受け
５ テンションバネ
６ サイド支持部材
７ 回転プレート
８ フレームステー
９ スライドコロ
２１、９３ ステアリング軸
３０ ステアリングローラ軸
３２ レジストローラ
５０ ベルト部材
５１Ｆ ユニット前側板
５１Ｒ ユニット後側板
５２ 駆動ギア
６１ 記録材収納庫
６２ リフタ
６３ 給紙手段
６５ レジストレーション装置
６６ 二次転写外ローラ
６８ 定着装置
７１ 転写ベルト
７２、６１７ 従動張架ローラ
８１ 感光体ベルト
８４ 帯電装置
８５ ベルトクリーナ
９０ 中央ローラ部
９１ 両端部材
９２ 支持台
９５ テンション付与手段
９６ 加圧解除カム
９８ 板バネ
５００ 中間転写ベルトユニット
６０３ 二次転写内ローラ
６０４ 駆動ローラ
６０６ 中間転写ベルト
６０７ 一次転写装置
６０８ 感光体
６０９ 感光体クリーナ
６１０ 現像装置
６１１ 露光装置
６１４ 定着ベルト
６１５ 定着ローラ
６１６ 加圧パッド
Ｍ１、Ｍ２ 検知位置
Ｊ ステアリング軸線
α （巻付き始め角とステアリング方向のなす）偏角
β 舵角
γ （張架されるベルト部材の）傾き姿勢
θ 巻付き角
φ テーパー角

Claims (13)

1. 無端状のベルト部材と、
   前記ベルト部材を張架する張架手段と、
   前記ベルト部材を張架し、前記ベルト部材をステアリングするステアリング手段と、
   前記ベルト部材を駆動して無端経路を走行させる駆動手段と、を備え、
   前記ステアリング手段は、前記ベルト部材の内面に当接して設けられており、前記ベルト部材の走行に従動して回転する回転部と、前記回転部の回転軸線の方向において前記回転部の両側の外側にそれぞれ設けられ、前記ベルト部材の内面と摺擦する摩擦部と、前記回転部と前記摩擦部とを支持する支持手段であって、前記回転軸線の方向と垂直な軸線を中心に、前記回転部及び前記摩擦部と一体的に回動可能な支持手段と、を有し、前記支持手段は前記ベルト部材と前記摩擦部との摺擦により生ずる摩擦力により回動して前記ベルト部材をステアリング可能であり、
   前記摩擦部のそれぞれは、前記回転軸線の方向において外側に向かって、前記回転軸線と前記摩擦部の表面との距離が大きくなるような傾斜部をそれぞれ有しているベルト駆動装置において、
   前記ベルト部材は、前記回転軸線の方向に関し、前記回転部の幅より広い幅を持ち、前記傾斜部のそれぞれに同時に接触し、前記摩擦部のそれぞれの外側の端部同士の間隔より狭い幅を持つことを特徴とするベルト駆動装置。
2. 前記摩擦部のそれぞれの摩擦係数は、前記回転部の摩擦係数よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のベルト駆動装置。
3. 前記ベルト部材の内面と前記摩擦部との摩擦係数は１．０より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト駆動装置。
4. 前記ベルト部材は樹脂または金属を基層とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
5. 前記摩擦部は導電性の樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
6. 前記張架手段は、前記ベルト部材の回転方向において前記ステアリング手段と隣り合う位置にある第一張架部材と第二張架部材とを有し、前記第一張架部材に巻きついている前記ベルト部材のベルト面が形成する角度と前記第二張架部材に巻きついている前記ベルト部材のベルト面が形成する角度は鈍角であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
7. 前記回転部に巻きついている前記ベルト部材のベルト面が形成する角度は鋭角であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
8. 前記摩擦部材は前記支持手段に前記回転部と同軸で回転可能に支持されており、前記摩擦部を前記ベルト部材の走行方向に回転させるために必要なトルクは、前記回転部を同方向に回転させるために必要なトルクよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
9. 前記摩擦部は前記ベルト部材の走行方向に回転しないように前記支持手段に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
10. 前記ベルト部材はトナー像を担持するベルト部材であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
11. 前記ベルト部材は記録材を担持搬送するベルト部材であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のベルト駆動装置。
12. 複数の異なった色のトナー像を形成する像形成部を有し、前記像形成部は前記ベルト部材にトナー像を形成する、請求項１０に記載のベルト駆動装置を備えたカラー画像形成装置。
13. 複数の異なった色のトナー像を形成する像形成部を有し、前記像形成部は前記ベルト部材に担持された記録材にトナー像を形成する、請求項１１に記載のベルト駆動装置を備えたカラー画像形成装置。

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