JP5919038B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

従来から、トナーを用いるプリンター等の画像形成装置のなかには、当該感光体ドラムに形成されたトナー像を記録用紙（記録媒体）に転写する中間転写ユニットを備えるものがある。
このような中間転写ユニットは、駆動ローラーを含む複数のローラーと、これらのローラーに張架されて回転駆動（走行駆動）される中間転写ベルト（転写ベルト）とを備えており、中間転写ベルト上に感光体ドラムから転写されたトナー像を記録用紙に再転写する。

ところで、このような中間転写ユニットにおいては、ローラーの配置姿勢や、感光体ドラムあるいは記録用紙の表面性等に影響されることで、走行時において中間転写ベルトが蛇行する場合がある。
中間転写ベルトの蛇行は、各色のトナー像の転写レジストレーション不良やベルトの端部の破損などを発生し、最終的に記録用紙における画質の低下や部材の交換を招くこととなる。このため、中間転写ベルトにおける蛇行を抑制するための技術として、中間転写ベルトを張架するローラーを、中央部の径を太くするクラウン形状とする方法が提案されている。
このようなクラウン形状のローラーを用いることにより、中間転写ベルトをローラー端部からローラー中央部に寄せる方向の力が発生し、これによって中間転写ベルトの蛇行が抑制される。

このようなクラウン形状のローラーは、引張応力が弱い中間転写ベルト、ローラーと張架面（中間転写ベルト裏側表面）の摩擦係数が大きい中間転写ベルトにおいて特に有効に蛇行を抑制することができる。
より詳細に説明すると、クラウン形状のローラーでは、回転駆動させた場合に中間転写ベルト中央部と端部との間で微小の速度差が生じる。その結果、中間転写ベルトの中央部と端部との間に応力が発生する。一方、中央部の方が中間転写ベルトに作用する張力が強いために中間転写ベルト裏面とローラー間の摩擦力が強くなる。このため、中間転写ベルトがローラーに巻き付く部分で、中央部はスリップせず、端部が若干スリップすることとなり、結果として中間転写ベルトが中央部に寄せられて蛇行を抑制することができる。

特開２００６−１６７０号公報

しかしながら、感光体ニップに上流側、または下流側に隣接して配置されるローラーがクラウン形状である場合には、感光体ドラムとのニップ部において押圧力やニップ量がローラーの回転軸方向において不均一となり、トナー像の均一な転写が困難となる。
また、隣接しないローラーであっても、そのローラーが二次転写ニップを形成するローラーであったり、クリーニングを行う対向ローラーであったりする場合がある。その場合にも二次転写ニップが回転軸方向で不均一になったり、クリーニングブレード等の接触が不均一になったりするため、画像品質の劣化につながってしまう。

また、ローラーをクラウン形状とした場合には、進行方向から見る中間転写ベルトの形状もローラーのクラウン形状に沿って湾曲することとなり、中間転写ベルトの捩れ等が発生する可能性もある。
このような捩れは、中間転写ベルトに限られるものではなく、ローラーをクラウン形状とした場合には、画像形成装置に搭載される他の走行ベルト（搬送ベルト等）においても同様に発生する恐れがある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、画像形成装置において、走行ベルトが張架されるローラーをクラウン形状とすることなく、走行ベルトの蛇行を抑制することを目的とする。

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、複数のローラーに張架されて走行駆動される走行ベルトを備える画像形成装置であって、上記ローラーが、回転軸方向において周面が平坦とされ、かつ上記回転軸方向における両端部の動摩擦係数が中央部の動摩擦係数よりも低く設定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、上記ローラーの上記回転軸方向における両端部に対して表面処理が施されていることによって、上記回転軸方向における両端部の動摩擦係数が中央部の動摩擦係数よりも低く設定されてい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、上記走行ベルトが、感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する中間転写ベルトであるという構成を採用する。

本発明によれば、走行ベルトがローラーによって張架され、この走行ベルトに当接するローラーが回転軸方向における両端部の動摩擦係数が中央部の動摩擦係数よりも低く設定されている。
このため、走行ベルトの中央部に作用する摩擦力が走行ベルトの両端部に作用する摩擦力よりも強くなる。よって、走行ベルトの中央部はローラーに対してスリップせず、端部が若干スリップすることとなり、結果として走行ベルトが中央部に寄せられて蛇行を抑制することができる。

また、本発明によれば、ローラーが回転軸方向において周面が平坦とされている。このため、走行ベルトを中間転写ベルトとした場合に、感光体とのニップ部、二次転写ニップ部及びクリーニングニップ部等において押圧力やニップ量がローラーの回転軸方向において不均一となることがなく、トナー像の均一な転写が可能となる。したがって、記録用紙に形成される画像の画質を向上させることが可能となる。
また、本発明によれば、ローラーが回転軸方向において周面が平坦とされているため、進行方向から見る走行ベルトの形状が湾曲することを防止し、走行ベルトの捩れ等が発生することを防止することができる。

このように、本発明によれば、走行ベルトが張架されるローラーをクラウン形状とすることなく、走行ベルトの蛇行を抑制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。 発明の一実施形態における画像形成装置が備える駆動ローラーの平面図である。 摩擦係数の測定方法を説明するための構成概略図である。 駆動ローラー表面の摩擦係数を変化させてベルトの蛇行の状態を調べた結果を示した表である。

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。

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記録用紙（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、排出される記録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の作像ユニット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、作像ユニット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。

作像ユニット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（走行ベルト）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用紙搬送部ｅの一部に対向し、その他端側（図１において左端側）は、プリンター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。
そして、中間転写ベルト２は、一端側が駆動ローラー３（ローラー）に廻し掛けられ、他端側がテンションローラー４（ローラー）に廻し掛けられることによって張架されている。

図２は、駆動ローラー３の平面図である。この図に示すように、駆動ローラー３の周面は、回転軸方向に中央部Ｒ１と両端部Ｒ２とに区分けされている。なお、本実施形態においては、駆動ローラー３の両端から５０ｍｍ程度が両端部Ｒ２とされており、この両端部Ｒ２に挟まれた領域が中央部Ｒ１とされている。
そして、両端部Ｒ２の動摩擦係数が中央部Ｒ１の動摩擦係数よりも低く設定されている。具体的には、中央部Ｒ１の摩擦係数を１とした場合に、両端部Ｒ２における摩擦係数は０．３程度に設定されている。

なお、駆動ローラー３の両端部Ｒ２は、例えば、駆動ローラー３の表面に対して研磨やコーティング等の表面処理を施すことによって、中央部Ｒ１よりも動摩擦係数が低く設定されている。
このように、両端部Ｒ２に対して表面処理を行うことによって、容易に両端部Ｒ２の動摩擦係数を中央部Ｒ１の動摩擦係数よりも低く設定することができる。

また、図２に示すように駆動ローラー３は、回転軸方向において周面が平坦とされている。つまり、駆動ローラー３は、回転軸方向における周面形状が直線状となるように形状設定されている。

図１に戻り、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。そして、駆動ローラー３のみならず、テンションローラー４、転換ローラー及びアイドリングローラーにおいても、両端部Ｒ２の動摩擦係数が中央部Ｒ１の動摩擦係数よりも低く設定し、回転軸方向における周面形状が直線状となるように形状設定することが好ましい。

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、用紙搬送部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用紙搬送部ｅの一部に設けられていて、その用紙搬送部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ａ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ａ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。

［実験］
本実施形態のプリンターＰを用いて、駆動ローラー３のローラー表面の摩擦係数を変えた場合の、中間転写ベルト２の蛇行量と画像の色ずれについて評価実験を行った。
本比較実験に用いた中間転写ベルト２は、ＰＶＤＦ樹脂（厚み０．１ｍｍ）の基材にＮＢＲゴム（厚み０．３ｍｍ）の弾性層を設け、弾性層の表面にＰＴＦＥ（厚み１０μｍ）のコート層を設けた３層構造を有し、抵抗が１０．５ｌｏｇΩ・ｃｍ程度の無端状ベルトである。

本実験でのローラー表面の摩擦係数の測定方法について、図４を用いて説明する。測定物であるローラー５０（駆動ローラ３に相当）にフィルム５２を巻き付ける（巻き付け角９０°）。ローラーに巻き付けられたフィルムの一端に重りを取り付けて鉛直に引っ張り、フィルムの他端にデジタルフォースゲージを水平に接続する。ここで、デジタルフォースゲージ５６を一定速度で引っ張り、重り５４が鉛直上方に動き出したときに測定された力をＦ（ｇ）、荷重（重り５４の重量）をＷ（ｇ）とすると、摩擦係数μは次式で求められる。
摩擦係数 μ＝Ｆ／Ｗ
なお、本実験では、デジタルフォースゲージ５６の引っ張り速度：１００ｍｍ／ｓ、荷重Ｗ：５０ｇの条件で測定を行った。

比較例は、従来の一般的なプリンターなどに使用されている駆動ローラーである。金属製の芯体に、外径２０ｍｍとなるよう導電性ＥＰＤＭを巻装した、約３１０ｍｍの長さのローラーである。高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計ＭＤ−１型で測定したＪＩＳ−Ａ硬度は約６０°である。また、図３の測定方法を用いて測定したローラー表面の摩擦係数は、約０．７である。

実施例１の駆動ローラーは、比較例の駆動ローラーに対して、両端から約５０ｍｍの幅の部分にシリコン変性ポリウレタンを約１５μｍコーティングしたローラーである。図３の測定方法を用いて測定したローラー表面の摩擦係数は、約０．３である。

実施例２の駆動ローラーは、比較例の駆動ローラーにおいて、両端から約５０ｍｍの幅の部分にフッ素径樹脂を約１５μｍコーティングしたローラーである。図３の測定方法を用いて測定したローラー表面の摩擦係数は、約０．１である。

そして、上記の中間転写ベルトと各駆動ローラーを用いて、プリンターＰを改造して作成した実験装置において蛇行量を測定する比較実験を行った。図４は、駆動ローラー表面の摩擦係数を変化させてベルトの蛇行の状態を調べた結果を示した表である。「蛇行量」の評価は、上記の実験装置を５分間駆動させ、横移動量（蛇行量）を測定したもので、蛇行量が５０μｍ以下を○、５０μｍ以上の場合を×とした。実施例１、２の場合には５分間駆動している間にベルトの蛇行はほとんどなかったが、比較例の場合には、１，２分で５０μｍ以上蛇行してしまった。

図４の実験結果から、無端ベルトの駆動ローラーにおいて、ローラー表面をクラウン形状にせずとも、ローラーの両端からそれぞれ全長の１／６程度の幅において、ローラー表面の摩擦係数をその内側の摩擦係数よりも低くすることにより、ベルトの蛇行が低減できることがわかった。側面部コーティングはクラウン形状に加工にするよりも、ローラーの製造における生産性がよくなり、画像品質の安定性も高くなる。

以上のような本実施形態のプリンターＰによれば、中間転写ベルト２が駆動ローラー３によって張架され、この中間転写ベルト２に当接する駆動ローラー３が回転軸方向における両端部Ｒ２の動摩擦係数が中央部Ｒ１の動摩擦係数よりも低く設定されている。
このため、中間転写ベルト２の中央部Ｒ１に作用する摩擦力が中間転写ベルト２の両端部Ｒ２に作用する摩擦力よりも強くなる。よって、中間転写ベルト２の中央部Ｒ１は駆動ローラー３に対してスリップせず、両端部Ｒ２が若干スリップすることとなり、結果として中間転写ベルト２が中央部Ｒ１に寄せられて蛇行を抑制することができる。

また、本実施形態のプリンターＰによれば、駆動ローラー３が回転軸方向において周面が平坦とされている。このため、感光体ドラム１ａ〜１ｄとのニップ部において押圧力やニップ量が駆動ローラー３の回転軸方向において不均一となることがなく、トナー像の均一な転写が可能となる。したがって、記録用紙に形成される画像の画質を向上させることが可能となる。
また、本実施形態のプリンターＰによれば、駆動ローラー３が回転軸方向において周面が平坦とされているため、進行方向から見る中間転写ベルト２の形状が湾曲することを防止し、中間転写ベルト２の捩れ等が発生することを防止することができる。

このように、本実施形態のプリンターＰによれば、中間転写ベルト２が張架される駆動ローラー３をクラウン形状とすることなく、中間転写ベルト２の蛇行を抑制することが可能となる。

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。

また、上記実施形態においては、本発明の走行ベルトが中間転写ベルトで、本発明のローラーが駆動ローラー３として本発明を適用する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、画像形成装置に搭載される他の走行ベルトを本発明の走行ベルトとし、当該走行ベルトに当接するローラーを本発明のローラーとして本発明を適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、駆動ローラー３の両端部Ｒ２に対して表面処理を施すことによって両端部Ｒ２の動摩擦係数を低下させる構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、両端部Ｒ２の材質を変更することで両端部Ｒ２の動摩擦係数を低下させる構成を採用することもできる。
また、中央部Ｒ１の動摩擦係数を上昇させる構成を採用することも可能である。

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……作像ユニット、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〜１ｄ……感光体ドラム（感光体）、２……中間転写ベルト（走行ベルト）、３……駆動ローラー（ローラー）、Ｒ１……中央部、Ｒ２……両端部

Claims (1)

1. 複数のローラーに張架されて走行駆動される走行ベルトを備える画像形成装置であって、
   前記ローラーは、回転軸方向において周面が平坦とされ、かつ前記回転軸方向における両端部の動摩擦係数が中央部の動摩擦係数よりも低く設定され、
   前記周面の前記回転軸方向の長さが３１０ｍｍであり、前記両端部の各々の前記回転軸方向の長さが５０ｍｍであり、
   前記両端部にシリコン変性ポリウレタンまたはフッ素系樹脂がコーティングされ、
   前記走行ベルトが、ＰＶＤＦ樹脂の基材にＮＢＲゴムの弾性層を設け、弾性層の表面にＰＴＦＥのコート層を設けた３層構造であり、感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する中間転写ベルトであり、
   両端部の動摩擦係数が０．３あるいは０．１であり、中央部の動摩擦係数が０．７であり、
   前記中間転写ベルトを支持する前記ローラーとして、駆動ローラー、テンションローラー、転換ローラー及びアイドリングローラーを有し、前記駆動ローラー、前記テンションローラー、前記転換ローラー及び前記アイドリングローラーの全てにおいて、前記両端部の動摩擦係数が前記中央部の動摩擦係数よりも低く設定されている
   ことを特徴とする画像形成装置。

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