JP5438925B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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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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