以下、本発明に係る転写部材の支持構造および画像形成装置の実施形態の一例について、添付の図面を用いて説明する。
(画像形成装置)
本発明に係る画像形成装置10は、フルカラー画像又は白黒画像を形成するものであり、図1に示されるように、水平方向一側(図1における左側)部分を構成する第1処理部が収容された第1筐体10Aと、第1筐体10Aと分割可能に接続され、水平方向+側(図1における右側)部分を構成する第2処理部が収容された第2筐体10Bとを備えている。
第2筐体10Bの上部には、コンピュータ等の外部装置から送られてくる画像データに画像処理を施す画像信号処理部13が設けられている。
一方、第1筐体10Aの上部には、第1特別色(V)、第2特別色(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各トナーを収容するトナーカートリッジ14V、14W、14Y、14M、14C、14Kが水平方向に沿って交換可能に設けられている。
なお、第1特別色及び第2特別色としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック以外の色(透明を含む)から適宜選択される。また、以後の説明では、各構成部品について第1特別色(V)、第2特別色(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を区別する場合は、数字の後にV、W、Y、M、C、Kのいずれかの英字を付して説明し、第1特別色(V)、第2特別色(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を区別しない場合は、V、W、Y、M、C、Kを省略する。
さらに、トナーカートリッジ14の下側には、各色のトナーに対応する6つの画像形成ユニット16が、各トナーカートリッジ14と対応するように水平方向に沿って設けられている。
画像形成ユニット16毎に設けられた露光装置40は、前述した画像信号処理部13によって画像処理を施された画像データを画像信号処理部13から受け取り、この画像データに応じて変調した光ビームLを次述の感光体ドラム18へ照射するように構成されている(図2参照)。
各画像形成ユニット16は、図2に示されるように、一方向(図2における時計回り方向)に回転駆動される像保持体の一例としての感光体ドラム18を備えている。各露光装置40から各感光体ドラム18へ光ビームLが照射されることにより、各感光体ドラム18には静電潜像が形成される。
各感光体ドラム18の周囲には、感光体ドラム18を帯電するコロナ放電方式(非接触帯電方式)のスコロトロン帯電器20と、露光装置40によって感光体ドラム18に形成された静電潜像を現像剤で現像する現像装置22と、転写後の感光体ドラム18に残留する現像剤を除去する除去部材としてのブレード24と、転写後の感光体ドラム18に光を照射して除電を行う除電装置26とが設けられている。
スコロトロン帯電器20、現像装置22、ブレード24、除電装置26は、感光体ドラム18の表面と対向して、感光体ドラム18の回転方向上流側から下流側へ向けてこの順番で配置されている。
現像装置22は、トナーを含んだ現像剤Gを収容する現像剤収容部材22Aと、現像剤収容部材22Aに収容された現像剤Gを感光体ドラム18に供給する現像ロール22Bとを含んで構成されている。現像剤収容部材22Aは、トナーカートリッジ14(図1参照)とトナー供給路(図示省略)を通して接続されており、トナーカートリッジ14からトナーが供給されるようになっている。
図1に示されるように、各画像形成ユニット16の下側には、転写装置32が設けられている。転写装置32は、各感光体ドラム18と接触する被転写体の一例としての転写ベルト34と、各感光体ドラム18に形成されたトナー画像を転写ベルト34に一次転写させる転写部材の一例としての一次転写ロール36と、転写ベルト34に一次転写されたトナー画像を用紙等の記録媒体Pに二次転写させる二次転写ロール62を含んで構成されている。
転写ベルト34は、環状に形成され、図示しないモータで駆動される駆動ロール38と、転写ベルト34に張力を付与する張力付与ロール41と、二次転写ロール62に対向する対向ロール42と、複数のロール44とに巻き掛けられている。そして、転写ベルト34は、駆動ロール38により、一方向(図1における反時計回り方向)に各感光体ドラム18の回転移動に同期して循環移動されるようになっている。
各一次転写ロール36は、対応する各画像形成ユニット16の感光体ドラム18と対向する位置(あるいは感光体ドラム18と対向する位置よりも転写ベルト34の移動方向において若干下流側の位置)において転写ベルト34に接触するように配置されている。一次転写ロール36には、後述する給電ロール43によって、トナー極性とは逆極性の転写電圧が印加されるようになっている(即ち、一次転写ロール36は転写ベルト34にトナー極性とは逆極性の転写電圧を印加するようになっている)。この構成により、感光体ドラム18に形成されたトナー画像が転写ベルト34に転写されるようになっている。一次転写ロール36の支持構造については後述する。
駆動ロール38の付近には、転写ベルト34の外周面を清掃する清掃装置46が設けられている。
転写装置32の下方には、用紙等の記録媒体Pが収容される記録媒体収容部48が水平方向に沿って2個設けられている。
各記録媒体収容部48は、第1筐体10Aから引き出し自在とされている。各記録媒体収容部48の一端側(図1における右側)の上方には、各記録媒体収容部48から記録媒体Pを搬送経路60へ送り出す送出ロール52が設けられている。
各記録媒体収容部48内には、記録媒体Pが載せられる底板50が設けられている。この底板50は、記録媒体収容部48が第1筐体10Aから引き出されると、図示せぬ制御手段の指示によって下降するようになっている。底板50が下降することで、ユーザーが記録媒体Pを補充する空間が記録媒体収容部48に形成される。
第1筐体10Aから引き出された記録媒体収容部48を第1筐体10Aに装着すると、底板50が、制御手段の指示によって上昇するようになっている。底板50が上昇することで、底板50に載せられた最上位の記録媒体Pと送出ロール52とが当るようになっている。
送出ロール52の記録媒体搬送方向下流側(以下、単に「下流側」という場合がある)には、記録媒体収容部48から重なって送り出された記録媒体Pを1枚ずつに分離する分離ロール56が設けられている。分離ロール56の下流側には、記録媒体Pを搬送方向下流側に搬送する複数の搬送ロール54が設けられている。
記録媒体収容部48と転写装置32との間に設けられる搬送経路60は、記録媒体収容部48から送り出された記録媒体Pを第1折返部60Aで図1における左側に折り返し、さらに、第2折返部60Bで図1における右側に折り返すように、二次転写ロール62と対向ロール42との間の二次転写部Tへ延びている。
二次転写ロール62は、給電部(図示省略)によって、トナー極性とは逆極性の転写電圧が印加されるようになっている。この構成により転写ベルト34に一次転写された各色のトナー画像が、二次転写ロール62によって、搬送経路60に沿って搬送されてきた記録媒体Pに二次転写される構成となっている。
搬送経路60の第2折返部60Bへ合流するように、第1筐体10Aの側面から延びる予備経路66が設けられている。第1筐体10Aに隣接して配置される別の記録媒体収容部(図示省略)から送り出された記録媒体Pが予備経路66を通って搬送経路60に入り込まれるようになっている。
二次転写部Tの下流側には、トナー画像が転写された記録媒体Pを第2筐体10Bに向けて搬送する複数の搬送ベルト70が第1筐体10Aに設けられ、搬送ベルト70に搬送された記録媒体Pを下流側に搬送する搬送ベルト80が第2筐体10Bに設けられている。
複数の搬送ベルト70及び搬送ベルト80のそれぞれは、環状に形成されており、一対のロール72に巻き掛けられている。一対のロール72は、記録媒体Pの搬送方向上流側と下流側とにそれぞれ配置されており、一方が回転駆動することにより、搬送ベルト70(搬送ベルト80)を一方向(図1における時計回り方向)に循環移動させる。搬送ベルト70及び搬送ベルト80の内側には、記録媒体Pを吸引する吸引装置(図示省略)が備えられており、搬送ベルト70及び搬送ベルト80は記録媒体Pを表面に吸着させながら搬送するようになっている。
搬送ベルト80の下流側には、記録媒体Pの表面に転写されたトナー画像を記録媒体Pに熱と圧力で定着させる定着ユニット82が設けられている。
定着ユニット82は、定着ベルト84と、定着ベルト84に対して下側から接触するように配置された加圧ロール88と、を備えている。定着ベルト84と加圧ロール88との間には、記録媒体Pを加圧加熱してトナー画像を定着させる定着部Nが形成されている。
定着ベルト84は、環状に形成されており、駆動ロール89及び従動ロール90に巻き掛けられている。駆動ロール89は、加圧ロール88に対して上側から対向しており、従動ロール90は、駆動ロール89よりも上側に配置されている。
駆動ロール89及び従動ロール90は、それぞれに、ハロゲンヒータ等の加熱部が内蔵されている。これにより、定着ベルト84が加熱される。
定着ユニット82の下流側には、定着ユニット82から送り出された記録媒体Pを下流側へ搬送する搬送ベルト108が設けられている。搬送ベルト108は、搬送ベルト70と同様に形成されている。
搬送ベルト108の下流側には、定着ユニット82によって加熱された記録媒体Pを冷却する冷却ユニット110が設けられている。
冷却ユニット110は、記録媒体Pの熱を吸収する吸収装置112と、記録媒体Pを吸収装置112に押し付ける押付装置114とを備えている。吸収装置112は、搬送経路60に対する一方側(図1における上側)に配置され、押付装置114は、他方側(図1における下側)に配置されている。
吸収装置112は、記録媒体Pと接触し、記録媒体Pの熱を吸収する環状の吸収ベルト116を備えている。吸収ベルト116は、吸収ベルト116へ駆動力を伝達する駆動ロール120と、複数のロール118とに巻き掛けられている。
吸収ベルト116の内周側には、吸収ベルト116と面状に接触して吸収ベルト116が吸収した熱を放熱させるアルミニウム材料で形成されたヒートシンク122が設けられている。
さらに、ヒートシンク122から熱を奪い熱気を外部へ排出させるためのファン128が、第2筐体10Bの裏側(図1に示す紙面奥側)に配置されている。
記録媒体Pを吸収装置112に押し付ける押付装置114は、記録媒体Pを吸収ベルト116へ押し付けながら記録媒体Pを搬送する環状の押付ベルト130を備えている。押付ベルト130は、複数のロール132に巻き掛けられている。
冷却ユニット110の下流側には、記録媒体Pを挟んで搬送し、記録媒体Pの湾曲(カール)を矯正する矯正装置140が設けられている。
矯正装置140の下流側には、記録媒体Pに定着されたトナー画像のトナー濃度欠陥、画像欠陥、画像位置欠陥、及び記録媒体Pの位置や形状等を検知するインラインセンサ200が設けられている。
インラインセンサ200の下流側には、片面に画像が形成された記録媒体Pを第2筐体10Bの側面に取り付けられた排出部196に排出する排出ロール198が設けられている。
一方、両面に画像を形成させる場合は、インラインセンサ200から送出された記録媒体Pは、インラインセンサ200の下流側に設けられた反転経路194に搬送されるようになっている。
反転経路194には、搬送経路60から分岐する分岐パス194Aと、分岐パス194Aに沿って搬送される記録媒体Pを第1筐体10A側に向けて搬送する用紙搬送パス194Bと、用紙搬送パス194Bに沿って搬送される記録媒体Pを逆方向に向けて折返してスイッチバック搬送させて表裏を反転させる反転パス194Cが設けられている。
この構成により、反転パス194Cでスイッチバック搬送された記録媒体Pは、第1筐体10Aに向けて搬送され、さらに、記録媒体収容部48の上方に設けられた搬送経路60に入り込み、二次転写部Tへ再度送り込まれるようになっている。
次に、画像形成装置10の画像形成工程について説明する。
画像信号処理部13で画像処理が施された画像データが、各露光装置40に送られる。各露光装置40では、画像データに応じて各光ビームLを出射して、スコロトロン帯電器20によって帯電した各感光体ドラム18に露光し、静電潜像が形成される。
感光体ドラム18に形成された静電潜像は、現像装置22によって現像され、第1特別色(V)、第2特別色(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー画像が形成される。
各画像形成ユニット16V、16W、16Y、16M、16C、16Kの感光体ドラム18に形成された各色のトナー画像は、6つの一次転写ロール36V、36W、36Y、36M、36C、36Kによって転写ベルト34に順次一次転写される。
転写ベルト34に多重に一次転写された各色のトナー画像は、二次転写ロール62によって、記録媒体収容部48から搬送されてきた記録媒体P上に二次転写される。トナー画像が転写された記録媒体Pは、搬送ベルト70によって第2筐体10Bの内部に設けられた定着ユニット82に向けて搬送される。
記録媒体P上の各色のトナー画像が定着ユニット82により加熱・加圧されることで記録媒体Pに定着する。さらに、トナー画像が定着された記録媒体Pは、冷却ユニット110を通過して冷却された後、矯正装置140に送り込まれ、記録媒体Pに生じた湾曲が矯正される。
湾曲が矯正された記録媒体Pは、インラインセンサ200によって画像欠陥等が検出された後、排出ロール198によって排出部196に排出される。
一方、画像が形成されていない非画像面に画像を形成させる場合(両面印刷の場合)は、インラインセンサ200を通過後に、記録媒体Pが反転経路194で反転され、記録媒体収容部48の上方に設けられた搬送経路60に送り込まれて、前述した手順で裏面にトナー画像が形成される。
なお、画像形成装置10では、第1特別色及び第2特別色の画像を形成するための部品(画像形成ユニット16V・16W、露光装置40V・40W、トナーカートリッジ14V・14W、一次転写ロール36V・36W)は、ユーザーの選択により、追加部品として第1筐体10Aに装着可能に構成されている。従って、画像形成装置10としては、第1特別色及び第2特別色の画像を形成するための部品を有さない構成、第1特別色及び第2特別色のうちいずれか1色の画像を形成するための部品を有する構成としてもよい。
(一次転写ロールの支持構造)
次に、本発明に係る一次転写ロール36の支持構造について説明する。
図3は、一次転写ロール36の支持構造を示している。
図3に示すように、一次転写ロール36を含む構成体の一例としての一次転写ユニット37が転写装置32のサイドフレーム39に取り付けられることで、一次転写ロール36は支持されている。
一次転写ユニット37は、一次転写ロール36と、一次転写ロール36に回転しながら接触し一次転写ロール36に電力を供給する給電部材の一例としての給電ロール43と、一次転写ロール36の端側で軸部47を軸受し一次転写ロール36を回転可能に支持すると共に給電ロール43の端側で軸部53を軸受し給電ロール43を回転可能に支持する支持部材の一例としてのホルダー55とを含んで構成されている。
ホルダー55の側面には、外側に向けて突出する支軸の一例としての突出ピン57が設けられている。突出ピン57は、サイドフレーム39に取り付けられ、ホルダー55を回転可能に支持している。また、突出ピン57は、ホルダー55において一次転写ロール36が支持される位置と給電ロール43が支持される位置の間に設けられている。別言すれば、給電ロール43は突出ピン57に対して一次転写ロール36の反対側においてホルダー55に支持されている。
ホルダー55の一端側(一次転写ロール36が支持される位置とは反対側)とサイドフレーム39のばね受台58との間には、ばね部材の一例としての圧縮コイルばね59が設けられている。圧縮コイルばね59は、一次転写ロール36の両端に対応するように2個設けられている。この圧縮コイルばね59がホルダー55の一端側を下方方向に付勢することで、一次転写ロール36が転写ベルト34を押圧するようになっている。
具体的には、一次転写ユニット37の重心位置Gには一次転写ユニット37の自重による重力F1が作用しており、ホルダー55の圧縮コイルばね59が作用する作用位置Qには圧縮コイルばね59による付勢力F2が作用している。ここで、一次転写ユニット37の重心位置Gと突出ピン57が設けられる位置との水平距離をL1、ホルダー55の圧縮コイルばね59が作用する作用位置Qと突出ピン57が設けられる位置との水平距離をL2、一次転写ロール36と転写ベルト34とが接触する接触位置Rと突出ピン57が設けられる位置との水平距離をL3とした場合、(F2・L2−F1・L1)/L3の押圧力F3で一次転写ロール36が転写ベルト34を押圧することとなる。
より具体的には、一次転写ロール36が転写ベルト34を押圧する押圧力F3の最適値は、2.55N/320mm(320mmは、一次転写ロール36の転写有効長さ。以降、最適押圧力については単に「2.55N」と記載する)であり、この最適押圧力が得られるように、圧縮コイルばね59の付勢力F2が設定されている。
なお、一次転写ロール36は転写ベルト34の移動に伴って従動回転し、給電ロール43は一次転写ロール36の回転に伴って従動回転する。給電ロール43から一次転写ロール36に供給される供給電力により、転写電流は給電ロール43から電気的にフロートしている一次転写ロール36の軸部47に一旦流れ、次いで一次転写ロール36の軸部47から転写ベルト34へと流れる。このような給電ロール43を採用することで一次転写ロール36の抵抗変動が抑制され、良好な一次転写が行われる。その一方、給電ロール43を採用することで一次転写ユニット37の重量は増大することとなる。
具体的には、一次転写ロール36の重量は210gであるのに対し、給電ロール43の重量は220gである。そして、これら一次転写ロール36と給電ロール43とにホルダー55の重量を加えた一次転写ユニット37の重量は442gである。
図4は、一次転写ロール36の支持構造に対する比較例としての一次転写ロール36の支持構造を示している。
図4に示すように、比較例としての一次転写ロール36の支持構造では、一次転写ロール36と給電ロール43とホルダー61とから構成される一次転写ユニット63をその下方に設けられる圧縮コイルばね64によって上方に付勢することで、一次転写ロール36を転写ベルト34に押圧させている。なお、圧縮コイルばね64は、一次転写ロール36の両端に対応するように2個設けられている。
ここで、一次転写ロール36の重量は210gであり、給電ロール43の重量は220gであり、これら一次転写ロール36と給電ロール43とにホルダー61の重量を加えた一次転写ユニット63の重量は、一次転写ユニット37の重量と同様、442gである。
比較例としての一次転写ロール36の支持構造においては、4.33Nの重力が作用する一次転写ユニット63を持ち上げ、さらに最適押圧力である2.55Nで転写ベルト34を押圧するために、2個の圧縮コイルばね64によって合計6.88Nの付勢力を一次転写ユニット63に作用させる必要がある。なお、図中において、「F1」は一次転写ユニット63の自重による重力を示し、「F2」は圧縮コイルばね64による付勢力を示し、「F3」は一次転写ロール36が転写ベルト34を押圧する押圧力を示している。
図4の一次転写ロール36の支持構造で採用した圧縮コイルばね64は、自由長20mm、ばね定数0.686N/mmを有するJIS規格(日本工業規格)における2等級のばねである。そして、図4の比較例としての一次転写ロール36の支持構造では、2個の圧縮コイルばね64を自由長20mmから5mm圧縮させた状態とすることで、6.88Nの付勢力F2が一次転写ユニット63に作用するように構成している。
しかしながら、JIS規格における2等級のばね定数の公差は±10%であるため、ばね定数は0.686N/mmを中心に0.617N/mmから0.755N/mmまでの範囲内でばらつく(個体差がある)。従って、一次転写ロール36による最適押圧力である2.55Nは、1.84Nから3.21Nの範囲内でばらつくこととなる。即ち、一次転写ロール36による最適押圧力である2.55Nに対して範囲にして1.37N、率にして53%のばらつきが生じる結果となる。各色の一次転写ロール36における最適押圧力のばらつきは一次転写における転写不良の要因となり、形成画像の画質低下の要因となる。また、両端側の圧縮コイルばね64で押圧力が異なると、一次転写における転写像に軸方向での濃度差が生じるため、形成画像の画質低下の要因となる。
一方、図3の一次転写ロール36の支持構造で採用した圧縮コイルばね59は、自由長20mm、ばね定数0.088N/mmを有するJIS規格(日本工業規格)における2等級のばねである。そして、一次転写ロール36の支持構造では、2個の圧縮コイルばね59を自由長20mmから5mm圧縮させた状態とすることで、0.88Nの付勢力F2を一次転写ユニット37に作用させ、2.55Nの最適押圧力が転写ベルト34に作用するように構成している。
図3の一次転写ロール36の支持構造では、ばね定数が0.088N/mmという比較的小さな圧縮コイルばね59を採用しているため、JIS規格における2等級のばね定数の公差が±10%であっても、ばね定数は0.079N/mmから0.097N/mmの範囲内でしかばらつかない。従って、一次転写ロール36による最適押圧力である2.55Nも、2.48Nから2.66Nの範囲内でしかばらつかない。即ち、一次転写ロール36による最適押圧力である2.55Nに対して範囲にして0.18N、率にして7%のばらつきしか生じない結果となる。一次転写ロール36による最適押圧力にばらつきがあまり生じないため、一次転写における転写画質は良好なものとなり、形成画像の画質も良好なものとなる。
図3の一次転写ロール36の支持構造にあっては、一次転写ユニット37の重心位置Gと突出ピン57が設けられる位置との水平距離L1によりも、ホルダー55の圧縮コイルばね59が作用する作用位置Qと突出ピン57が設けられる位置との水平距離L2が長くなるように構成している。それにより、一次転写ユニット37に作用する重力よりも小さい付勢力F2で転写ベルト34に最適押圧力2.55Nを作用させられる。一方、図4の一次転写ロール36の支持構造にあっては、一次転写ユニット63の重力よりも大きい付勢力F2を一次転写ユニット63に作用させる必要がある。
このように、図3の一次転写ロール36の支持構造にあっては、図4の一次転写ロール36の支持構造に比べて、圧縮コイルばね59によって一次転写ユニット37に作用させる付勢力F2を小さく抑えることが可能な構成であるため、ばね定数が小さい圧縮コイルばね59によって一次転写ロール36を転写ベルト34に押圧させられる。従って、圧縮コイルばね59による転写ベルト34に対する一次転写ロール36の押圧力のばらつきが少なくなる。
また、図3の一次転写ロール36の支持構造にあっては、給電ロール43が突出ピン57に対して一次転写ロール36の反対側においてホルダー55に支持されているので(即ち給電ロール43が一次転写ロール36に対するバランサーとして機能するので)、一次転写ユニット37の重心位置Gが突出ピン57に近づき、一次転写ユニット37の重心位置Gと突出ピン57との水平距離L1に対する、圧縮コイルばね59が作用する作用位置Qと突出ピン57との水平距離L2の比率が大きくなる。従って、圧縮コイルばね59によって一次転写ユニット37に作用させる付勢力F2を一層小さく抑えることが可能となる。その結果、ばね定数が一層小さい圧縮コイルばね59によって一次転写ロール36を転写ベルト34に押圧させられる。従って、圧縮コイルばね59による転写ベルト34に対する一次転写ロール36の押圧力のばらつきが一層少なくなる。
また、図3の一次転写ロール36の支持構造にあっては、圧縮コイルばね59を突出ピン57に対して一次転写ロール36の反対側において作用させているので、圧縮コイルばね59によってホルダー55を下方方向に付勢する構成となり、上下方向における一次転写ロール36と同位置に圧縮コイルばね59を配置させられるため、支持構造が小型化する。
一方、図5に示すように、圧縮コイルばね65を突出ピン57に対して一次転写ロール36側においてホルダー67に作用させるように構成してもよいが、この場合、圧縮コイルばね65によってホルダー67を上方方向に付勢する構成となる。従って、図3の圧縮コイルばね59を突出ピン57に対して一次転写ロール36の反対側においてホルダー55に作用させる場合に比べて、支持構造が大型化する。
画像形成装置10は、トナー画像を保持する感光体ドラム18と、一次転写ロール36の支持構造を有し感光体ドラム18のトナー画像を転写ベルト34に転写する転写装置32とを備えているので、画質の優れた画像を形成することが可能となる。
なお、上記では、転写装置32の一次転写ロール36を支持する構造について説明したが、二次転写ロール62を支持する構造に本発明の技術思想を適用してもよい。また良く知られた感光体から用紙への直接転写装置やカラー転写に多く用いられる用紙を搬送し、搬送した用紙に感光体からトナー転写する転写装置にも本発明の技術思想を適用してもよい。