JP5438925B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、転写ベルトを用いて画像を形成する画像形成装置に関する。

この種の画像形成装置では、画像担持体（例えば感光体ドラム）を有しており、ドラムの表面にはトナー像が現像される。そして、このトナー像は転写ベルトを介して用紙に転写される。
ここで、当該転写ベルトは、駆動ローラと従動ローラとの間に掛け回されているが、さらに、この転写ベルトの転写面をドラムとは別の位置で押圧させた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

詳しくは、折り曲げローラが、転写ベルトの回転方向で見てドラムや用紙との転写位置よりも下流側に配置されており、当該ローラは転写ベルトをその内側に向けて凸形状、つまり、逆側に屈曲させる。これにより、転写ベルトのレイアウトの自由度が高くなる。

特開平８−１４６７０６号公報

しかしながら、上記従来の技術では、画像欠陥を引き起こすとの問題がある。
詳しくは、このベルトは、一般に樹脂の単層の構造が使用されるが、多層、つまり、樹脂層の上に弾性層を配置した構造も多く使用される。均一で高品質な転写画質を得るためである。
ここで、この多層のベルトを押圧すると、弾性層のヤング率は低いのに対し、樹脂層のヤング率は高いので、弾性層は変形するのに対し、樹脂層は殆ど変形しない。

そして、折り曲げローラの表面が転写面、つまり、弾性層を押圧すると、弾性層のみが縮むので、ベルトの中立面は、弾性層及び樹脂層を合わせた厚さの半分の位置からベルトの内側、詳しくは、樹脂層側に移り、転写面と中立面との距離が大きくなる。
すなわち、仮に折り曲げローラを転写ベルトとは別に駆動させる際に、この折り曲げローラの表面速度をベルトの新たな中立面における速度に略等しく設定すると、折り曲げローラと転写面との間でスリップが生じてしまう。

これは、ローラの表面速度が、このローラに接している転写面の速度よりも大きくなるからであり、これにより、ベルトの転写面及び折り曲げローラの表面に傷の発生やトナーが付着して画像欠陥を引き起こすのである。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、折り曲げローラを用いつつも、画像欠陥を防止できる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の第１の発明は、画像担持体を有しており、その駆動によって画像担持体上の潜像をトナーで現像し、トナー像を形成する画像形成部と、駆動及び従動ローラ間に掛け回されており、その駆動によってトナー像を用紙に直接的若しくは間接的に転写させるとともに、硬質の層及び画像担持体との当接面側に位置する軟質の層の少なくとも２層で構成されたベルト部材と、ベルト部材とは独立して回転可能に構成されており、当接面を押圧し、ベルト部材を逆側に屈曲させる折り曲げローラとを具備する。

そして、折り曲げローラの表面速度を当接面の速度に略一致させ、ベルト部材の平均速度よりも小さく設定する。
第１の発明によれば、ベルト部材は、駆動及び従動ローラ間に掛け回されているが、このベルト部材は、折り曲げローラによって画像担持体との当接面が押圧されており、逆側に屈曲している。これにより、画像形成装置の省スペース化が図られる。

ここで、硬質の層及び軟質の層の少なくとも２層で構成されたベルト部材を押圧すると、この軟質の層は変形するのに対し、硬質の層は殆ど変形しない。
そして、折り曲げローラが軟質の層を硬質の層に向けて押圧すると、ベルト部材の中立面は、ベルト部材の内側、詳しくは、硬質の層側に移り、この新たな中立面における速度がベルト部材の平均速度になって、当接面の速度との差がより大きくなる。

次いで、この折り曲げローラの表面速度をベルトの平均速度に略等しく設定すると、折り曲げローラと当接面との間でスリップが生じてしまう。
しかしながら、本発明の折り曲げローラは、その表面速度がベルト部材の平均速度よりも小さく設定され、当接面の速度に略一致されているので、これら折り曲げローラと当接面との間ではスリップが生じない。よって、画像欠陥が防止可能になる結果、画像形成装置の信頼性向上に寄与する。

第２の発明は、第１の発明の構成において、ベルト部材の平均速度Ｖ１、折り曲げローラの表面速度Ｖ２とし、折り曲げローラの半径ｒ２、硬質の層の厚さｔｒ、及び軟質の層の厚さｔｅとしたとき、Ｖ２＝｛ｒ２／（ｒ２＋ｔｅ＋０．５ｔｒ）｝×Ｖ１を満たすことを特徴とする。
第２の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、折り曲げローラの表面速度Ｖ２とベルト部材の平均速度Ｖ１とが上述の式を満たせば、この折り曲げローラの表面速度は当接面の速度に常に一致し、これら折り曲げローラと当接面との間のスリップを確実に防止できる。

第３の発明は、第２の発明の構成において、折り曲げローラの表面速度の設定値は、折り曲げローラの表面速度Ｖ２に対して±１％以内の値に設定されることを特徴とする。
第３の発明によれば、第２の発明の作用に加えてさらに、折り曲げローラの表面速度の設定値が、上述の式で求められた折り曲げローラの表面速度Ｖ２の±１％以内の値に設定されていれば、折り曲げローラの表面にはトナーの付着が全く生じないので、特に顕著な効果を奏する。

本発明によれば、折り曲げローラの表面速度が多層のベルトを考慮した値に設定されており、当該ローラを用いつつも、画像欠陥を防止可能な画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施例であるタンデム方式のカラープリンタの概略構成図であり、同図の右方向がプリンタ１の正面に対応し、左方向が背面に対応している。
同図に示されるように、この装置本体２の下部には用紙のカセット３が配置されており、カセット３には画像形成前の用紙Ｐが積層状態で収容され、この用紙Ｐは１枚ずつ分離され、カセット３から右方向に向けて送出される。

カセット３から送出された用紙Ｐは、用紙搬送路４を介して本体２の左方向に向けて搬送される。この本体２の内部には、用紙搬送方向で見て下流側にレジストローラ５、画像形成部６、転写部１７及び定着部１８が順番に配置されており、定着部１８から排出された用紙Ｐは用紙搬送路２０を経て排紙トレイ２２に排出される。
ここで、本実施例の画像形成部６は、４つの画像形成ユニット６Ｃ，６Ｍ，６Ｙ，６Ｂで構成されている。

これら各ユニット６Ｃ，６Ｍ，６Ｙ，６Ｂは、プリンタ１の背面側から正面側に向けて順に配列され、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程を通じてシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成している。

具体的には、各ユニット６Ｃ，６Ｍ，６Ｙ，６Ｂには、各対応色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（画像担持体）７がそれぞれ設けられている。各ドラム７は本体２に対して回転自在に設置され、図示しない駆動モータによって同図の反時計回りに駆動する。
また、各ドラム７の周囲の適宜位置には、それぞれ対応する帯電器８、露光装置（ＬＥＤプリントヘッドユニット等）９、現像器１０、中間転写ローラ１２、摺擦ローラ１３が設けられている。

帯電器８は中間転写ローラ１２の反対側に配置されており、対応する各ドラム７の表面を一様に帯電させる。また、露光装置９は、ドラム７の回転方向で見て帯電器８の下流側に配置され、対応する各表面に向けてレーザ光を照射する。
現像器１０は、ドラム７の回転方向で見て露光装置９の下流側に配置されており、各コンテナ１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｂからシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーがそれぞれ供給され、これら各色のトナーをドラム７の表面に静電的に付着させる。

これにより、各ドラム７の表面には、露光装置９による静電潜像に応じたトナー像が現像される。そして、これら各ドラム７上に形成されたトナー画像は、転写ベルト（ベルト部材）１４を介して用紙に転写される。
詳しくは、上記ベルト１４は、誘電体樹脂製のシート材の両端部分を重ね合わせて接合したエンドレス形状のベルトや、継ぎ目を有しないシームレスのベルトが用いられており、図２にも示されるように、駆動ローラ１５と従動ローラ１６との間に掛け回され、固定ハウジング３２内に設置された駆動モータによって同図の時計回りに走行する。

また、本実施例のベルト１４は、後述の如く多層で構成され、約８０μｍ（１μｍ＝１０^−６ｍ）の樹脂層（硬質の層）１４ｒの上に、約１５０〜約２５０μｍの弾性層（軟質の層）１４ｅが形成されている。なお、弾性層１４ｅの上に約２μｍの離型層も形成可能である。
なお、誘電体樹脂製のシート材としては、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂製のシート（ＰＥＴシート）、ポリフッ化ビニリデン樹脂製のシート（ＰＶＤＦシート）などの高抵抗高分子誘電体樹脂性のシートが使用可能である。

また、このベルト１４は、ドラム７と中間転写ローラ１２との間を走行しており、これにより、各ドラム７上に形成されたトナー像は転写面（当接面）１４ａに順次転写されて１ページ分のトナー像として合成される。その後、転写面１４ａのトナー像は、転写部１７にて、レジストローラ５から送出された用紙Ｐに間接的に転写（２次転写）され、定着部１８に向けて転送される。

一方、摺擦ローラ１３は、ドラム７の回転方向で見て帯電器８の上流側に配置される。このローラ１３は、対応する各ドラム７の表面に接触可能に構成されており、駆動モータによって同図の反時計回りに駆動することにより、この表面を研磨している。なお、各ドラム７上に残留したトナーは図示しないクリーニング装置で除去される。

上述したベルト１４は、従動ローラ１６側が駆動ローラ１５側を支点として回動自在に支持されている。
詳しくは、図２に示される如く、従動ローラ１６の近傍にはベルト接離機構３０が設置され、この接離機構３０がベルト１４を各ドラム７に対して接触及び離間させる。

具体的には、このベルト接離機構３０は、固定ハウジング３２に設置された他のモータを有し、当該モータの駆動軸はギアユニットを介してハウジング作動部３６に接続され、また、この作動部３６の裏面側には可動ハウジング３４が設けられている。
そして、カラー印刷時には、作動部３６が可動ハウジング３４を固定ハウジング３２に対して持ち上げており、ベルト１４が各ドラム７の総てに接触する（図２）。

一方、モノクロ印刷時には、ベルト１４はブラックの画像を形成するドラム７のみに接触し、他の三色分のドラム７から離間させる。モノクロ印刷時には当該三色のトナーは使用しないにも拘わらず、仮に、ベルト１４と各ドラム７とが依然として接触したままでは、このトナーの帯電量が大きくなり、その後に使用できなくなるからである。

そこで、上記モータを再度駆動させると、作動部３６が可動ハウジング３４から離れるので、このハウジング３４は図示しないスプリングの付勢力によって下降する。これにより、ベルト１４がユニット６Ｂのドラム７に接触する一方、このベルト１４はユニット６Ｃ，６Ｍ，６Ｙのドラム７から離間することになる（図３）。

ところで、このベルト１４には、折り曲げローラ２４が定着部１８の近傍に設けられている。
具体的には、この折り曲げローラ２４は、ベルト１４の搬送方向で見て転写部１７の下流側であって、従動ローラ１６の上流側の適宜位置に配設されており、弾性層１４ｅ側である転写面１４ａをベルト１４の内側に向けて押圧している。これにより、このベルト１４は、逆側、換言すれば、ベルト１４の内側に向けて凸形状に屈曲されることになる。

ここで、本実施例の折り曲げローラ２４は、ベルト１４に従動して回転するのではなく、ベルト１４とは独立して回転可能に構成されている。
これは、図４にも示されるように、このローラ２４の表面２５が転写面１４ａを押圧しているため、この表面２５に例えばブレードを当接させてクリーニングする必要があるからである。

このように、ローラ２４自体が駆動可能であり、その回転速度、詳しくは、転写面１４ａとの接点における接線方向の速度を適宜変更することができる。
そこで、この回転速度の設定する際には、これら表面２５と弾性層１４ｅとが接している点を鑑み、当該表面２５の速度（ローラ表面速度Ｖ２）をベルト１４の平均速度（ベルト線速Ｖ１）よりも小さく設定している。

このベルト線速Ｖ１とは、ベルト１４の中立面、つまり、伸びや縮みの生じない箇所における速度であり、略自然長の状態では、離型層の大きさを省略すると、樹脂層１４ｒの厚さの半分の位置が該当する。
一方、表面２５が弾性層１４ｅに接している状態では、弾性層１４ｅは縮むのに対し、樹脂層１４ｒは殆ど縮まず、その中立面は、上述した厚さの半分の位置から樹脂層１４ｒ側に移り、この新たな中立面における速度がベルト線速Ｖ１になる。つまり、ベルト線速Ｖ１と転写面１４ａの速度（ベルト表面速度ｖ）との差がさらに大きくなる。

より具体的には、図４に示される如く、ローラ２４の半径ｒ２、樹脂層１４ｒの厚さｔｒ、及び弾性層１４ｅの厚さｔｅとすれば、ローラ２４の中心とベルト１４の中立面との距離はｒ２＋ｔｅ＋０．５ｔｒで表されるのに対し、ローラ２４の中心と転写面１４ａとの距離はｒ２のままである。
したがって、上述のベルト線速Ｖ１とベルト表面速度ｖとの比は、ローラ２４の中心と中立面との距離（ｒ２＋ｔｅ＋０．５ｔｒ）とローラ２４の中心と転写面１４ａとの距離（ｒ２）との比に等しくなる。

つまり、ベルト表面速度ｖ＝｛ｒ２／（ｒ２＋ｔｅ＋０．５ｔｒ）｝×Ｖ１となり、ベルト線速Ｖ１よりも小さいことが分かる。
したがって、ローラ表面速度Ｖ２を設定する際には、この表面速度Ｖ２を、ベルト線速Ｖ１に設定するのではなく、ベルト表面速度ｖに一致させ、ベルト線速Ｖ１よりも小さな値に設定するのである。

例えば、半径ｒ２が約１５ｍｍのローラ２４を用い、ベルト線速Ｖ１が約３４０．０ｍｍ／ｓに設定されていた場合には、上記弾性層１４ｅや樹脂層１４ｒの厚さを考慮すると、ベルト表面速度ｖは約３３３．５５ｍｍ／ｓと求められるので、ローラ表面速度Ｖ２を約３３３．６ｍｍ／ｓに設定すれば、スリップの生じない理想的な速度になる。

そして、上述したプリンタ１では、カセット３から用紙Ｐが１枚ずつ分離して送出され、この用紙Ｐはレジストローラ５に到達する。このローラ５は、用紙Ｐの斜め送りを矯正しつつ、各ドラム７や転写ローラ１２等による画像転写動作のタイミングを計りながら、用紙Ｐを転写部１７に向けて送出する。
また、プリンタ１では露光装置９によるレーザ光の照射が制御される。これにより、画像形成部６において各ドラム７上に原稿画像の静電潜像が作られ、続いてこの潜像から各ドラム７上にトナー像が形成され、ベルト１４を介して用紙Ｐに転写される。用紙Ｐは未定着トナー像を担持した状態で定着部１８に向けて送られ、カラー画像或いはモノクロ画像が形成された後、搬送路２０を通ってトレイ２２に排出される。

以上のように、本発明は、ベルト１４が樹脂層１４ｒ及び弾性層１４ｅの少なくとも２層で構成される場合に、このベルト線速Ｖ１とローラ表面速度Ｖ２との間に速度差を設ける点に着目したものである。
そして、本実施例によれば、ベルト１４は、駆動及び従動ローラ１５，１６に掛け回されているが、このベルト１４は、折り曲げローラ２４によって転写面１４ａが押圧されており、ベルト１４の内側に向けて凸形状に屈曲している。

ここで、仮に、この折り曲げローラ２４をベルト１４とは別に駆動させる際に、単に、このローラ表面速度Ｖ２をベルト線速Ｖ１に略等しく設定すると、ローラ表面速度Ｖ２は、ベルト表面速度ｖよりも大きくなり、その表面２５と転写面１４ａとの間でスリップが生じてしまう。
しかしながら、本実施例では、ローラ表面速度Ｖ２がベルト線速Ｖ１よりも小さく設定され、また、ベルト表面速度ｖに略一致されているので、これら表面２５と転写面１４ａとの間ではスリップが生じない。よって、転写面１４ａや表面２５は傷付き難くなり、画像欠陥が防止可能になる。この結果、プリンタ１の信頼性向上に寄与する。

この点について詳述すると、図５は、上記理想的な速度に対するローラ表面速度Ｖ２の速度差と、ローラ２４の表面２５へのトナーの付着との関係を調べた実験結果が示されており、約１００ｋ印字相当のエージング駆動での結果である。
ローラ表面速度Ｖ２を１ｍｍ／ｓ刻みで増減させると、上述した約３３３．６ｍｍ／ｓの理想的な速度に対して約３３１．０ｍｍ／ｓ〜約３３６．０ｍｍ／ｓの範囲では、同図に○で示されるように、トナーの付着が発生しないことが分かる。

つまり、このローラ表面速度Ｖ２は、上述した理想的な速度の±１％以内の値に設定することが好ましいのである。
本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。例えば上記実施例の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。

また、本発明の転写ベルトは、駆動ローラ１５と従動ローラ１６との間に掛け回される限り、中間転写ベルトとは異なる転写ベルト、すなわち、各ドラム７上に形成されたトナー像をレジストローラ５から送出された用紙Ｐに次々に直接的に転写する場合にも適用できるし、モノクロ印刷のみ可能なプリンタにも適用可能である。

さらに、本発明の画像担持体は４つの感光体ドラムに限定されるものではなく、さらにまた、上記実施例では画像形成装置としてプリンタに具現化した例を示しているが、本発明の画像形成装置は複合機、複写機やファクシミリ等にも当然に適用可能である。

本実施例の画像形成装置の概略構成図である。 図１におけるカラー印刷時の状態を示す図である。 図１におけるモノクロ印刷時の状態を示す図である。 図１の折り曲げローラの説明図である。 図１の装置による実験結果を示した図である。

符号の説明

６ 画像形成部
７ 感光体ドラム（画像担持体）
１４ 転写ベルト（ベルト部材）
１４ａ 転写面（当接面）
１４ｅ 弾性層（軟質の層）
１４ｒ 樹脂層（硬質の層）
１５ 駆動ローラ
１６ 従動ローラ
２４ 折り曲げローラ
２５ 表面

Claims (2)

1. 画像担持体を有しており、その駆動によって該画像担持体上の潜像をトナーで現像し、トナー像を形成する画像形成部と、
   駆動及び従動ローラ間に掛け回されており、その駆動によって前記トナー像を用紙に直接的若しくは間接的に転写させるとともに、硬質の層及び前記画像担持体との当接面側に位置する軟質の層の少なくとも２層で構成されたベルト部材と、
   該ベルト部材とは独立した駆動によって回転可能に構成されており、前記当接面を押圧し、該ベルト部材を逆側に屈曲させる折り曲げローラとを具備し、
   該折り曲げローラの表面速度を前記当接面の速度に略一致させ、前記ベルト部材の平均速度よりも小さく設定するにあたり、
   前記ベルト部材の平均速度Ｖ１、前記折り曲げローラの理想的な表面速度Ｖ２とし、該折り曲げローラの半径ｒ２、前記硬質の層の厚さｔｒ、及び前記軟質の層の厚さｔｅとしたとき、
   Ｖ２＝｛ｒ２／（ｒ２＋ｔｅ＋０．５ｔｒ）｝×Ｖ１
   を満たすことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置であって、
   前記折り曲げローラの表面速度の設定値は、前記折り曲げローラの理想的な表面速度Ｖ２に対して±１％以内の値に設定されることを特徴とする画像形成装置。

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