JP5492816B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来から、フルカラー式のプリンターや複写機等の画像形成装置に組み込まれる現像ユニットには、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（ＢＫ）の各色にそれぞれ対応した複数の感光体ドラムが用意されている。そして、各感光体ドラムの周面には、レーザスキャニングユニットを用いて電気的潜像が形成されると共に、供給された各色のトナーによって各色のトナー像がそれぞれ生成されるように構成されている。各感光体ドラムの周面に生成された各色のトナー像は、例えば回転駆動する無端ベルトからなる中間転写ベルトに順次重畳転写され、これにより、中間転写ベルト上にはカラー画像が合成される。次いで、この中間転写ベルト上に合成されたカラー画像は用紙等からなる記録媒体に転写された後、定着装置で加圧・加熱されて定着処理されるように構成されている。また、中間転写ベルト上に残留したトナーは、感光体ドラム上に残留したトナーと同様にクリーニング装置により除去されるように構成されている（特許文献１参照）。

ところで、フルカラー式の画像形成装置において、印刷形式がモノクロモードに選択されているときも、カラー用の転写ローラーで中間転写ベルトを感光体ドラムに押圧することは、中間転写ベルトに必要以上の張力がかかることになって中間転写ベルトの寿命が短くなる等の不都合が発生してしまう。
このような不都合を解決するために、モノクロモード選択時にイエロー、マゼンダ及びシアンに係るカラー用の転写ローラーの押圧力を解除する、いわゆる３色解除機構を備えた画像形成装置が提案されている（特許文献２参照）。

上記３色解除機構は、イエロー、マゼンダ及びシアンに係る３本の転写ローラーを回転可能に支持するカラー用ハウジング（支持部）を備えている。そして、３色解除時には、カラー用ハウジングをこれら３本の転写ローラーに対向して設けられている３本の感光体ドラムから離れる方向に移動させるようにしている。

特開２００８−３０４７８０号公報 特開２００８−２４１７８６号公報

従来の中間転写ベルトを備えたフルカラー式の画像形成装置においては、合成樹脂製の中間転写ベルトは、印刷品質を一定に保つために転写ローラーと感光体ドラムとの間で所定の押圧力（ニップ圧）で挟持されている。したがって、中間転写ベルトが停止した状態で長時間置かれると中間転写ベルトに永久歪みであるシワ（皺）が発生し、その後の印刷品質に悪影響を及ぼすことがあった。このような欠点は、高温状態での輸送時や高温状態での倉庫保管、あるいは、ユーザが高温環境で長期間使用しない状態で発生することがあった。

上述の欠点を解決するために、転写ローラーと感光体ドラムとの押圧力を弱めるようにすることも考えられるが、押圧力を一定以下にすると印刷品質が低下するので採用することはできない。また、装置の稼働停止時は、３色解除機構を作動させることも考えられるが、この場合は、カラー用の転写ローラーと感光体ドラムとで挟まれるシワを確実に防止できるが、ブラック用の転写ローラーと感光体ドラムと間のシワ発生を依然として防止することができない。しかも、このブラック用の転写ローラーと感光体ドラムとの間の押圧力は、カラー用に比べて文字散り現象を防止するために押圧力が高く設定されているのでシワが発生し易いという性質を有している。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、印刷品質を確保しつつ中間転写ベルトのシワ発生を防止できるようにした画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、中間転写ベルトを挟んで配置されるブラック用の感光体ドラム及びブラック用の転写ローラーと、前記中間転写ベルトを挟んで配置される複数のカラー用の感光体ドラムとカラー用の転写ローラーとを備える画像形成装置であって、前記ブラック用の転写ローラーが、前記カラー用の転写ローラーよりも大径で、かつ、中間転写ベルトの進行方向において前記ブラック用の感光体ドラムよりも下流側に所定距離オフセット配置されているという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記ブラック用の転写ローラーが、当該ブラック用の転写ローラーの回転軸心方向において中心部分が両側より径が大きいクラウンローラーからなるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、複数の上記カラー用の転写ローラーは直径が同一であり、移動可能に構成された共通の支持フレームに保持され、複数の上記カラー用の感光体ドラムの軸心に向けて上記中間転写ベルトを押圧する状態と、上記中間転写ベルトから離間する状態に移動可能であるという構成を採用する。

感光体ドラムから中間転写ベルトへのトナー像の転写における精度は、感光体ドラムと転写ローラーとで形成されるニップ領域において作用する荷重の積算値（すなわちニップ領域における仕事量）に依存する。つまり、ニップ領域における単位面積あたりの荷重が小さい場合であっても、ニップ領域が広い場合には、精度を劣化させることなくトナー像を転写することができ、印刷品質を確保することができる。

一方で、中間転写ベルトのシワは、ニップ領域における単位面積あたりの荷重に依存する。つまり、ニップ領域における単位面積あたりの荷重が大きい場合には中間転写ベルトにシワが発生しやすい。

このため、感光体ドラムと転写ローラーとで形成されるニップ領域を広げることができれば、ニップ領域における単位面積あたりの荷重を下げつつ、ニップ領域における仕事量を確保することができる。すなわち、中間転写ベルトのシワ発生を防止しつつ、印刷品質を確保することができる。

そして、本発明によれば、ブラック用の転写ローラーが、カラー用の転写ローラーよりも大径で、かつ、中間転写ベルトの進行方向においてブラック用の感光体ドラムよりも下流側に所定距離オフセット配置されている。このため、本発明によれば、感光体ドラムと転写ローラーとのニップ領域が広がり、印刷品質を確保しつつ中間転写ベルトのシワ発生を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態における画像形成装置を適用したプリンターの概略構成図である。 本発明の一実施形態における画像形成装置を適用したプリンターの現像ユニットの一部及び中間転写ベルトユニットの詳細図で、カラー印刷時の状態を示している。 本発明の一実施形態における画像形成装置を適用したプリンターの現像ユニットの一部及び中間転写ベルトユニットの詳細図で、モノクロ印刷時の状態を示している。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像形成装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、本発明の画像形成装置の一例として、電子写真法によるフルカラー式のプリンターＰを挙げて説明する。

（画像形成装置の概略構成）
図１は、プリンターＰの概略構成図である。このプリンターＰは、上部から下部にかけて順に、排出部ａ、トナーカートリッジ収納部ｂ、画像形成部ｃ、用紙部ｄを備えている。また、プリンターＰは、下部に位置する用紙部ｄから上部に位置する排出部ａにかけて用紙搬送部ｅが設けられている。

排出部ａは、所定の内容が印字された用紙（記録媒体）が用紙搬送部ｅを介して排出されるように構成されている。この排出部ａの底面は傾斜が付されていて、排出される用紙が複数枚のときに一端側が揃えて積層できるように工夫されている。

トナーカートリッジ収納部ｂは、ブラックトナー（ＢＫ）のトナーカートリッジｂ１、イエロートナー（Ｙ）のトナーカートリッジｂ２、シアントナー（Ｃ）のトナーカートリッジｂ３及びマゼンダトナー（Ｍ）のトナーカートリッジｂ４を収納できるように構成されている。そして、各カートリッジｂ１〜ｂ４からは、後述する画像形成部ｃの現像ユニットｃ２にトナーを供給できるように構成されている。

画像形成部ｃは、レーザスキャンニングユニットｃ１、現像ユニットｃ２、中間転写ベルトユニットｃ３、クリーニングユニットｃ４、２次転写ユニットｃ５及び定着ユニットｃ６を含んで構成されている。

レーザスキャンニングユニットｃ１は、周知のレーザスキャンニングユニットと同様に、レーザ光を発生する光ビーム発生器と、その光ビーム発生器から照射されてくる光ビームを走査するポリゴンミラーと、そのポリゴンミラーにより走査された光ビームを後述する感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に結像させるｆθレンズ等を含んで構成されている。

現像ユニットｃ２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対してトナーを供給することによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの周面に形成された静電潜像を現像するものであり、各色（ＢＫ，Ｙ，Ｃ，Ｍ）に対応する４つの現像器ｃ２１を備えている。

感光体ドラム１ａ〜１ｄは、中間転写ベルトユニットｃ３の搬送方向に沿って互いに所定の間隔を保って設けられている。これら感光体ドラム１ａ〜１ｄは、各色（ＢＫ，Ｙ，Ｃ，Ｍ）に対応して設けられている。そして、各感光体ドラム１ａ〜１ｄには、帯電器、除電器及びクリーナ等がそれぞれ設けられ、帯電状態のドラム周面にレーザスキャンニングユニットｃ１を用いて静電潜像が生成されると共に、トナーカートリッジ収納部ｂから供給されたトナーによりトナー像が形成されるように構成されている。

中間転写ベルトユニットｃ３は、合成樹脂製のベルト基体に弾性層を積層して形成された積層ベルトからなる無端の中間転写ベルト（一次転写ベルト）２を有している。この中間転写ベルト２の一端側（図１において右端側）は、プリンターＰの本体の一端側に縦方向に設けられている搬送部ｅの一部に対向し、その他端側（図１において左端側）は、複写機Ｐの本体の他端側に位置するように略水平状に設けられている。すなわち、この中間転写ベルト２は、一端側が図示しない駆動源に連なる駆動ローラー３に張架され、他端側がテンションローラー４に張架されて構成されている。

上記中間転写ベルト２の感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向する位置には、中間転写ベルト２を挟んで１次転写ローラー５ａ〜５ｄがそれぞれ設けられている。そして、これら１次転写ローラー５ａ〜５ｄは、中間転写ベルト２の移動に伴って回転できるように構成されている。なお、中間転写ベルト２は、駆動ローラー３及びテンションローラー４以外にもベルトの移動方向を変更する転換ローラーやアイドリングローラーで支持されている。この中間転写ベルトユニットｃ３については、後に図２及び図３を用いて詳述する。

クリーニングユニットｃ４は、テンションローラー４側に設けられ、中間転写ベルト２上に残存したトナーをブレード等によって除去し、その除去されたトナーを図示しない廃トナーボトルへ排出できるように構成されている。

２次転写ユニットｃ５は、上述した駆動ローラー３及びその駆動ローラー３に対向し中間転写ベルト２を中間に挟んで配置される２次転写ローラー６によって構成されている。

２次転写ローラー６は、上述したように、駆動ローラー３に対向し中間転写ベルト２を中間に挟んで配置されている。また、この２次転写ローラー６は、常時、駆動ローラー３を押圧するように設けられている。したがって、この２次転写ローラー６は、中間転写ベルト２が駆動ローラー３により移動（回転）されるとその移動に伴って回転することができる。また、搬送部ｅを介して用紙が搬送されてきたときは、その用紙を中間転写ベルト２との間に介在させた状態で２次転写ローラー６を回転させることができると共に、用紙を定着ユニットｃ６側に搬送させることができる。

定着ユニットｃ６は、２次転写ユニットｃ５の設けられているよりも下流側の搬送部ｅの一部に設けられていて、その搬送部ｅを搬送する用紙を挟持できるように配置された一対のローラーで構成されている。そして、その一対のローラーによって加圧・加熱して２次転写ユニットｃ５で転写された用紙上のトナー像を用紙に定着できるように構成されている。

用紙部ｄは、装置本体に対して開閉自在に設けられている給紙トレイｄ１と、装置本体に対して引き出し自在に設けられている用紙カセットｄ２とを備えている。そして、給紙トレイｄ１から用紙搬送部ｅに１枚ずつ用紙を供給できるように構成されている。また、用紙カセットｄ２からも用紙搬送部ｅに１枚ずつ用紙を供給できるように構成されている。

用紙搬送部ｅは、下部に位置する用紙部ｄから上部に位置する排出部ａにかけて設けられていて、複数の搬送ローラー及びガイド板によって構成されている。そして、この用紙搬送部ｅは、用紙部ｄから供給された用紙を１枚ずつ排出部ｃに向けて搬送できるように構成されている。

上記構成からなるプリンターＰは、駆動ローラー３の駆動が開始されて中間転写ベルト２の回動が開始されると、カラー印刷の場合は、レーザスキャンニングユニットｃ１から各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像データに対応したレーザ光が照射されて静電潜像が形成され、供給されたトナーによって各色のトナー像が形成される。そして、それら各色のトナー像は、中間転写ベルト２に順次重畳転写されてカラー画像が合成される。次いで、この中間転写ベルト２上に合成されたカラー画像は２次転写ユニットｃ５で用紙に転写された後、定着ユニットｃ６で加圧・加熱されて定着処理される。最後に、カラー画像の印刷された用紙が排出部ｃに排出される。
なお、モノクロ印刷の場合は、感光体ドラム１ａの１次転写ローラー５ａのみがバイアス印加され、他の１次転写ローラー５ｂ〜５ｄは解除され、つまり３色解除されて印刷が行われる。

（中間転写ベルトユニットの構成）
以下、中間転写ベルトユニットｃ３について図２及び図３を用いて説明する。図２は、プリンターＰの現像ユニットｃ２の一部及び中間転写ベルトユニットｃ３の部分の詳細図で、カラー印刷時の状態を示し、図３は、モノクロ印刷時の状態を示している。

この中間転写ベルトユニットｃ３では、上述したように、中間転写ベルト２の感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向する位置に、中間転写ベルト２を挟んで１次転写ローラー５ａ〜５ｄがそれぞれ設けられている。つまり、本実施形態のプリンターＰは、中間転写ベルト２を挟んで配置されるブラック用の感光体ドラム（感光体ドラム１ａ）及びブラック用の転写ローラー（１次転写ローラー５ａ）と、中間転写ベルト２を挟んで配置されるカラー用の感光体ドラム（感光体ドラム１ｂ〜１ｄ）とカラー用の転写ローラー（１次転写ローラー５ｂ〜５ｄ）とを備えている。

そして、これら１次転写ローラー５ａ〜５ｄのうち、ブラック用の１次転写ローラー５ａは、図示しない中間転写ベルトユニットｃ３のフレームに回転自在に軸支され、カラー用（イエロー、マゼンダ及びシアン）の転写ローラー５ｂ〜５ｄは、図示しないカラー用ハウジング（以下、「ハウジング」という。）に装着されている。

上記ブラック用の１次転写ローラー５ａは、カラー用の３本の転写ローラー５ｂ〜５ｄの径よりも少し大きく形成されていると共に、その１次転写ローラー５ａの回転軸心方向に関して中央部分が両側よりわずかに大径に形成されていた、いわゆるクラウンローラーからなる。

また、この１次転写ローラー５ａは、この１次転写ローラー５ａに対向して設けられている感光体ドラム１ａに対して中間転写ベルト２の進行方向（図２，図３の中間転写ベルト２に付された矢印参照）の下流側に僅かにオフセットして設けられている。
すなわち、１次転写ローラー５ａの感光体ドラム１ａへの図示しない押圧機構による押圧力の方向（図２，図３の太線矢印参照）は、１次転写ローラー５ａの回転中心位置Ｏ１及び感光体ドラム１ａの回転中心位置Ｏ２を結ぶ線方向ではなく、中間転写ベルト２の移動方向の下流側に（Ｌ）で示される距離だけオフセットした位置に向けられている。
このオフセットの具体的な距離は実験により求められるが、数ｍｍの範囲である。

１次転写ローラー５ａ以外の３本の転写ローラー５ｂ〜５ｄの押圧力の方向は、図３に矢印で示されるように、従来と同様に、各転写ローラー５ｂ〜５ｄの回転中心位置と、これら転写ローラー５ｂ〜５ｄに対向して設けられる各感光体ドラム１ｂ〜１ｄの回転中心位置とを結ぶ線上にそれぞれ位置している。
すなわち、１次転写ローラー５ａ以外の３本の転写ローラー５ｂ〜５ｄの押圧力の方向は、直上に位置している。
なお、図２及び図３に鎖線で示される１次転写ローラー（５ａ）は、従来装置における１次転写ローラーを示している。この従来の１次転写ローラー（５ａ）の感光体ドラム１ａに対する押圧力の方向は、１次転写ローラー５ｂ〜５ｄと同様に直上に位置している。

（３色解除機構の構成）
次に、カラー用の３本の転写ローラー５ｂ〜５ｄを装着しているハウジング（図示せず）について説明する。
このハウジングは、駆動ローラー３及びテンションローラー４間に張設されている無端状の中間転写ベルト２の内側に設けられていると共に、このハウジングの中間転写ベルト２の移動方向の一端側（図示の例では右端側）は、中間転写ベルトユニットｃ３の図示しないフレームに回転自在に軸支されている。

そして、印刷がカラーモード時には、ハウジングを図示しない駆動手段により図２の矢印（ａ）に示されるように下降させ、３本の転写ローラー５ｂ〜５ｄをこれらに対応して設けられている感光体ドラム１ｂ〜１ｄに押圧できるように構成されている。

さらに、印刷がモノクロモード時及びプリンターＰの稼働停止時には、ハウジングを駆動源により図３の矢印（ｂ）に示されるように上昇させ、３本の転写ローラー５ｂ〜５ｄをこれらに対応して設けられている感光体ドラム１ｂ〜１ｄから離隔させることができるように構成されている。

つまり、複数のカラー用の転写ローラー５ｂ〜５ｄは、直径が同一であり、移動可能に構成された共通のハウジング（支持フレーム）に保持され、複数のカラー用の感光体ドラム１ｂ〜１ｄの軸心に向けて中間転写ベルト２を押圧する状態と、中間転写ベルト２から離間する状態に移動可能とされている。

（実験例）
表１は、１次転写ローラー５ａ及び感光体ドラム１ａによって形成されるニップ領域における単位面積あたりの荷重を計測した結果を示している。なお、表１の結果を取得する際における感光体ドラム１ａは直径３０ｍｍであり、長さが約３３０ｍｍである。表１において、「Ｆ」は軸心方向の手前位置（図２及び図３において紙面側の位置）、「Ｃ」は軸心方向の中央位置、「Ｒ」は軸心方向の奥の位置を示し、「改善前」は、図２及び図３に鎖線で示される他の転写ローラー５ｂ〜５ｄと共通の従来の１次転写ローラー（５ａ）であり、外径が１６ｍｍでローラー部の長さが３２０ｍｍである。直径φ８の金属軸に、硬度４０°±５°（Ａｓｃｅｒ−Ｃ）のＥＰＤＭ発砲体のローラー部が形成されている。「改善前ローラクラウン」は、上記の従来の１次転写ローラー（５ａ）を、中央部の外径が両端部付近の外径よりも２００μｍ程度大きいクラウンローラーとしたときを示す。「改善後」は、本発明に係る１次転写ローラー５ａの場合で、上記の従来の１次転写ローラーよりもローラー部の直径を４ｍｍ大きくした大径で、かつ、中央部の外径が両端部付近の外径よりも２００μｍ程度大きいクラウンローラーで、オフセットの距離を１．５ｍｍとしたときを示している。

そして、表１から明らかなように、本発明に係る１次転写ローラー５ａは、オフセットしていること及び大径にしていることによりニップ領域が広がり、従来よりも中間転写ベルト２における単位面積あたりの荷重を低下させることができる。

そして、上記構成からなるプリンターＰは、モノクロ印刷に係る１次転写ローラー５ａを他の１次転写ローラー５ｂ〜５ｄよりも大径で、かつ、中間転写ベルト２の下流側に所定距離（Ｌ）オフセットして押圧するようにしているので、転写に必要な仕事量を確保しながら中間転写ベルト２における単位面積あたりの荷重を低下させることができ、中間転写ベルト２のシワ発生を防止することができる。

また、１次転写ローラー５ａをクラウン型にしているので、中間転写ベルト２のうち、シワの発生し易い中間転写ベルト２の移動方向の両側部分のシワ発生を効果的に防止することができる。

また、上記構成からなるプリンターＰは、稼働停止時、すなわち、装置電源をＯＦＦしているときや、一定時間、使用されないときは、３色解除機構が作動するようにしているが、このような場合であっても中間転写ベルト２のシワ発生を防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
また、上述の例では、中間転写ベルトユニットｃ３が感光体ドラム１ａ〜１ｄの上方に位置しているが、中間転写ベルトユニットｃ３が感光体ドラム１ａ〜１ｄの下方に位置している形式のプリンターであってもよい。
さらに、上述の例では、画像形成装置をプリンターＰとしたが、複写機、ファクシミリ装置又はこれらの機能を備えた複合機とすることもできる。

Ｐ……プリンター（画像形成装置）、ｃ……画像形成部、ｃ１……レーザスキャンニングユニット、ｃ２……現像ユニット、ｃ３……中間転写ベルトユニット、ｃ４……クリーニングユニット、ｃ５……２次転写ユニット、ｃ６……定着ユニット、１ａ……感光体（ブラック用の感光体ドラム）、１ｂ〜１ｄ……感光体ドラム（カラー用の感光体ドラム）、２……中間転写ベルト、３……駆動ローラー、５ａ……１次転写ローラー（ブラック用の転写ローラー）、５ｂ〜５ｄ……１次転写ローラー（カラー用の転写ローラー）、６……２次転写ローラー、Ｏ１……１次転写ローラーの回転中心位置、Ｏ２……感光体ドラムの回転中心位置

Claims (2)

1. 中間転写ベルトを挟んで配置されるブラック用の感光体ドラム及びブラック用の転写ローラーと、前記中間転写ベルトを挟んで配置される複数のカラー用の感光体ドラムとカラー用の転写ローラーとを備える画像形成装置であって、
   前記中間転写ベルトは、ベルト基体に対して弾性層が積層された積層ベルトであり、
   複数の前記カラー用の転写ローラーは、直径が同一であり、かつ、中間転写ベルトの進行方向において前記カラー用の感光体ドラムと同位置に配置され、さらに、移動可能に構成された共通の支持フレームに保持され、複数の前記カラー用の感光体ドラムの軸心に向けて前記中間転写ベルトを押圧する状態と、前記中間転写ベルトから離間する状態に移動可能であり、
   前記ブラック用の転写ローラーは、前記カラー用の転写ローラーよりも大径で、かつ、中間転写ベルトの進行方向において前記ブラック用の感光体ドラムよりも下流側に所定距離オフセット配置されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ブラック用の転写ローラーは、当該ブラック用の転写ローラーの回転軸心方向において中心部分が両側より径が大きいクラウンローラーからなることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

Images