JP5966679B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体上の現像剤像をシートに転写する転写ローラを備えた画像形成装置に関する。

従来、トナー像が形成される中間転写ベルトと、中間転写ベルト内に配置されるバックアップローラと、バックアップローラとの間で中間転写ベルトを挟んで配置され、中間転写ベルト上のトナー像を用紙に転写させる転写ローラとを備えた画像形成装置が知られている（特許文献１参照）。この技術では、バックアップローラの表面の縦断面形状をクラウン形状（２次曲線形状）に形成することで、バックアップローラの両端部を転写ローラに向けて付勢したときに発生するバックアップローラの端部と中央部の押圧力の差を抑えることが可能となっている。

特開平２−２１２８６９号公報

ところで、バックアップローラの両端部に加える付勢力は、製造誤差等により、左右で若干の誤差が生じることがある。この場合において、封筒等の幅狭の用紙が転写ローラとバックアップローラ間で挟持されると、用紙の幅方向における一方の端部にかかる押圧力が小さくなる。すると、用紙の幅方向の一方側端部において、転写ローラとバックアップローラとで、用紙を十分な力で挟持することができず、この部分に皺が発生するといった問題が生じる。特に、封筒等の織り目がある用紙については、織り目部分において皺が発生しやすい。

そこで、本発明は、幅狭のシート（用紙）を転写ローラで搬送する場合においてシートの端部に皺が発生するのを抑えることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、第１のシートと、当該第１のシートよりも幅狭の第２のシートとに現像剤像を転写可能な画像形成装置であって、現像剤像を担持するように構成される像担持体と、前記像担持体上の現像剤像を前記シートに転写するように構成される転写ローラであって、軸線を中心にして回転するように構成される転写ローラと、を備えている。
前記転写ローラは、前記軸線方向における両端部が前記像担持体に向けて付勢され、表面の縦断面形状が、２次曲線形状となる基本形状に対して径方向外側に膨出した形状を有し、前記第２のシートの幅方向の両端に対応した位置で、前記基本形状に対する膨出量が最も大きくなるように形成されている。

この構成によれば、幅狭の第２のシートの両端部を膨出した部分でしっかり押さえることができるので、第２のシートの端部に皺が発生するのを抑えることができる。

また、前記した構成において、前記像担持体に対して前記シートの搬送方向下流側に配置され、当該シート上に現像剤像を熱定着させる定着部材と、前記定着部材の搬送方向下流側に配置され、前記シートを搬送する搬送ローラと、前記搬送ローラの搬送方向下流側に配置され、当該搬送ローラから搬送されてくるシートを前記像担持体の搬送方向上流側に戻すように搬送する再搬送機構と、を備える場合には、前記搬送ローラは、前記第２のシートの幅方向の両端よりも幅方向内側に配置されているのが望ましい。

ここで、定着部材で加熱されたシートのうち搬送ローラと触れた部分は水分が蒸発しにくく、水分が残っているため、仮に水分が残った部分（搬送ローラの位置）が転写ローラの膨出量が最も大きい部分と同じ位置であると、この部分に転写電流が集中しやすい。しかし、本願発明では、搬送ローラの位置と膨出量の最も大きい部分の位置が幅方向でずれているため、このような転写電流の集中を抑制することができる。

なお、前記縦断面形状は、前記第２のシートの幅方向の一端から他端までの範囲が直線状に形成された形状であってもよいし、曲率の極大値を３つ有する形状であってもよい。

また、前記した構成において、第１の方向に沿って前記シートを搬送するように構成される搬送ベルトをさらに備え、前記像担持体は、前記搬送ベルトと対向し、前記第１の方向に並列配置される複数の感光ドラムであり、前記転写ローラは、前記複数の感光ドラムに対応するように複数設けられ、各感光ドラムとの間で前記搬送ベルトを挟むように配置されていてもよい。

ここで、シートを搬送する搬送ベルトを挟んで各感光ドラムと各転写ローラとが対向する画像形成装置（ダイレクトタンデム型の画像形成装置）では、転写ローラは、感光ドラムに対して十分な力で押圧されない。なぜなら、転写ローラの押圧力を上げるとシート上の現像剤像と感光ドラムとの接触圧が上がるので、上流側の感光ドラムからシート上に転写された現像剤像が、下流側の感光ドラムに逆転写されやすくなるからである。このような画像形成装置において従来のクラウン形状の転写ローラを用いた場合、幅狭の第２のシートの幅方向端部を十分な押圧力でニップできず、皺がよりやすい。しかし、このようなダイレクトタンデム型の画像形成装置であっても、本願の転写ローラの構成によれば、良好に第２のシートを搬送することができる。

本発明によれば、幅狭のシートを転写ローラで搬送する場合においてシートの端部に皺が発生するのを抑えることができる。

本発明の実施形態に係るカラープリンタを示す断面図である。 転写ローラ周りの構造や形状を簡略的に示す図である。 転写ローラの軸方向の各位置における相対的なつぶれ量を示すグラフである。 転写ローラ、加熱ローラおよび搬送ローラの配置を示す図（ａ）と、搬送ローラの接触部分に水分が残っている状態を示す図（ｂ）と、水分が残った部分と転写ローラの関係を示す図（ｃ）である。 転写ローラの表面の縦断面形状の変形例を示す図である。 図５の転写ローラの軸方向の各位置における相対的なつぶれ量を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、まず、画像形成装置の一例としてのカラープリンタ１の概略構成について説明した後、本願発明の特徴部分について詳細に説明する。

以下の説明において、方向は、カラープリンタ１の使用時のユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１において、紙面に向かって左側を「前側（手前側）」、紙面に向かって右側を「後側（奥側）」とし、紙面に向かって奥側を「左側」、紙面に向かって手前側を「右側」とする。また、紙面に向かって上下方向を「上下方向」とする。

＜カラープリンタの概略構成＞
図１に示すように、カラープリンタ１は、複数種類のシートＳの両面に画像を形成可能な装置であり、装置本体２内に、給紙部３と、画像形成部４と、再搬送機構５とを備えている。ここで、本実施形態では、複数種類のシートＳとして、第１のシートの一例としてのＡ４サイズの普通紙と、当該普通紙よりも幅狭の第２のシートの一例としての封筒（ＣＯＭ１０：幅１０４．６ｍｍ）とを例示する。

給紙部３は、装置本体２内の下部に設けられており、シートＳを収容する給紙トレイ３１と、給紙機構３２とを備えている。給紙トレイ３１に収容されたシートＳは、給紙機構３２によって画像形成部４に供給される。

画像形成部４は、給紙部３から搬送されてくるシートＳに画像を形成するための構成であり、露光ユニット４１と、４つのプロセスユニット４２と、転写ユニット４３と、定着ユニット４４とを備えている。

露光ユニット４１は、装置本体２内の上部に設けられ、図示しないレーザ光源と、符号を省略して示すポリゴンミラー、複数のレンズおよび複数の反射鏡とを備えている。画像データに基づいてレーザ光源から出射されたレーザ光は、ポリゴンミラーや反射鏡で反射され、レンズを通過して、各感光ドラム４２Ａの表面で高速走査される。

プロセスユニット４２は、給紙トレイ３１と露光ユニット４１との間で前後に並んで配置され、像担持体の一例としての感光ドラム４２Ａと、帯電器４２Ｂと、符号を省略して示す現像ローラ、供給ローラ、層厚規制ブレードおよびトナー（現像剤）を収容するトナー収容部とを備えている。各プロセスユニット４２は、トナー収容部内に収容されるトナーの色が相違するのみであり、構成は略同一である。

転写ユニット４３は、給紙トレイ３１とプロセスユニット４２との間に設けられ、無端状の搬送ベルト４３Ａと、４つの転写ローラ４３Ｂとを備えている。搬送ベルト４３Ａは、前後方向（第１の方向）に沿ってシートＳを搬送するように構成されるベルトであり、符号を省略して示す駆動ローラと従動ローラの間で張設されている。

そして、搬送ベルト４３Ａの上面には、前述した複数の感光ドラム４２Ａが、当該搬送ベルト４３Ａと対向するように、前後方向に並列配置されている。また、搬送ベルト４３Ａの内側には、各転写ローラ４３Ｂが、各感光ドラム４２Ａとの間で搬送ベルト４３Ａを挟持するように配置されている。

定着ユニット４４は、プロセスユニット４２の後方（感光ドラム４２Ａに対してシートＳの搬送方向下流側）に設けられ、定着部材の一例としての加熱ローラ４４Ａと、加熱ローラ４４Ａと対向配置されて加熱ローラ４４Ａを押圧する加圧ローラ４４Ｂとを備えている。また、加熱ローラ４４Ａの下流側には、シートＳを再搬送機構５に向けて搬送する搬送ローラ４５が設けられている。

画像形成部４では、感光ドラム４２Ａの表面が、帯電器４２Ｂにより一様に帯電された後、露光ユニット４１からのレーザ光によって露光されることで、感光ドラム４２Ａ上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、トナー収容部内のトナーは、供給ローラを介して現像ローラに供給され、現像ローラと層厚規制ブレードの間に進入して一定厚さの薄層として現像ローラ上に担持される。

そして、現像ローラ上に担持されたトナーが、静電潜像が形成された感光ドラム４２Ａに供給されることで、静電潜像が可視像化され、感光ドラム４２Ａ上にトナー像（現像剤像）が形成される。その後、給紙部３から供給されたシートＳが、感光ドラム４２Ａと搬送ベルト４３Ａ（転写バイアスが印加された転写ローラ４３Ｂ）の間を搬送されることで、各感光ドラム４２Ａ上に担持されたトナー像がシートＳ上に順次重ね合わせて転写される。

トナー像が転写されたシートＳは、加熱ローラ４４Ａと加圧ローラ４４Ｂの間を搬送されることでトナー像が熱定着される。以上のようにして、シートＳに画像を形成することができる。画像が形成されたシートＳは、搬送ローラ４５によって再搬送機構５に搬送される。

再搬送機構５は、画像形成部４から搬出されたシートＳを装置本体２の外部に排出するとともに、画像形成部４により一方の面に画像が形成されたシートＳの表裏を反転させた状態で当該シートＳを画像形成部４の上流側へ戻すように構成されている。具体的に、再搬送機構５は、搬送ローラ４５の下流側に配置され、搬送経路５１と、排出ローラ５２と、前後に揺動可能に構成されたフラッパ５３と、再搬送経路５４と、再搬送経路５４内でシートＳを搬送する複数の再搬送ローラ５５とを備えている。

搬送経路５１は、装置本体２内の後部に設けられており、後方に揺動したフラッパ５３（実線参照）の前方付近から上方に向けて延びた後、進路を前方へ湾曲させるように延びている。

排出ローラ５２は、正逆回転可能に構成されており、正回転時には画像形成部４から搬出されたシートＳを装置本体２の外部に向けて排出し、逆回転時にはシートＳを装置本体２内に引き込むように搬送する。

再搬送経路５４は、装置本体２内の後部、下部および前部にわたって設けられており、前方に揺動したフラッパ５３（鎖線参照）の後方付近から下方に向けて延び、進路を前方へ湾曲させて給紙トレイ３１の下を前方に向けて延びた後、さらに進路を上方へ湾曲させて給紙機構３２に向かうように延びている。

再搬送機構５では、画像形成が終了した場合には、画像形成部４から搬出されたシートＳは、搬送経路５１を搬送され、正回転する排出ローラ５２によって装置本体２の外部に排出されて排紙トレイ２２上に載置される。また、一方の面に画像が形成されたシートＳの他方の面に画像を形成する場合には、シートＳの全体が装置本体２の外部に完全に排出される前に排出ローラ５２が逆回転することで、シートＳは再度装置本体２内に引き戻され、搬送経路５１から再搬送経路５４に搬送される。その後、シートＳ（破線参照）は、再搬送ローラ５５によって再搬送経路５４を搬送され、給紙機構３２によって再び画像形成部４に搬送される。

なお、画像形成部４において他方の面に画像が形成されたシートＳは、画像形成部４から搬送経路５１に搬出され、正回転する排出ローラ５２によって装置本体２の外部に排出されて排紙トレイ２２上に載置される。

＜転写ローラ４３Ｂの構造＞
次に、転写ローラ４３Ｂの構造について詳細に説明する。なお、参照する図２（後で参照する図５も同様）においては、便宜上、搬送ベルト４３Ａを省略するとともに、転写ローラ４３Ｂと比較するための封筒Ｓ１を転写ローラ４３Ｂの下側に離して図示するものとする。

図２に示すように、転写ローラ４３Ｂは、弾性変形可能なローラ部Ｂ１と、ローラ部Ｂ１の軸方向両端から軸方向外側に突出する軸部Ｂ２とを備え、軸線Ｂ３を中心にして回転するように構成されている。転写ローラ４３Ｂの軸部Ｂ２の両端部には、当該両端部を感光ドラム４２Ａに向けて付勢するバネ部材６０が設けられている。

そして、ローラ部Ｂ１の表面の縦断面形状は、２次曲線形状となる基本形状Ｂ１１に対して径方向外側に膨出した膨出形状Ｂ１２を有し、封筒Ｓ１の幅方向（左右方向）の両端Ｓ１１，Ｓ１２に対応した位置で、基本形状Ｂ１１に対する膨出形状Ｂ１２の膨出量が最も大きなαとなるように形成されている。詳しくは、縦断面形状は、封筒Ｓ１の幅方向の一端Ｓ１１から他端Ｓ１２までの範囲が直線状に形成された形状となっている。

これにより、幅狭の封筒Ｓ１の両端Ｓ１１，Ｓ１２を膨出した部分でしっかり押さえることができるので、封筒Ｓ１の一端Ｓ１１または他端Ｓ１２に皺が発生するのを抑えることが可能となっている。

より詳しくは、図３に示すように、例えば従来のようなローラ部の表面がクラウン形状（２次曲線形状、つまり基本形状Ｂ１１）である場合には、ローラのつぶれ量（基本形状Ｂ１１に対する相対的なつぶれ量）は２次曲線となる。安定したニップを形成するために、破線で示すように、転写ローラ４３Ｂの両端側のつぶれ量（押圧力）を最も大きくする必要があり、真ん中（０の位置）に向かうにつれて押圧力が徐々に弱くなってしまう。そのため、従来のようなクラウン形状では、封筒の両端Ｓ１１，Ｓ１２に対応した位置（本実施形態ではローラ中央から左右にそれぞれ５０ｍｍ離れた位置）における押圧力が弱くなる。

これに対し、ローラ部Ｂ１の表面形状を本実施形態のように形成した場合には、実線で示すように、封筒の両端Ｓ１１，Ｓ１２に対応した位置における押圧力（基本形状Ｂ１１に対する相対的なつぶれ量）を、クラウン形状での押圧力（破線）よりも大きくすることができる。そのため、本実施形態の形状で形成された転写ローラ４３Ｂによれば、封筒Ｓ１の一端Ｓ１１または他端Ｓ１２に皺が発生するのを抑えることが可能となっている。

なお、２次曲線形状となる基本形状Ｂ１１は、例えば、下記のような方法で決定することができる。まず、外周面が円筒面状（軸方向にストレートな形状）となるローラ部を有する転写ローラの軸部の両端を感光ドラムに対して押し付けたときのローラ部の軸方向における各撓み量を、実験やシミュレーション等により、２次曲線の関数として求める。

そして、算出した撓み量を打ち消すように、ローラ部のクラウン形状、つまり基本形状Ｂ１１を決定する。つまり、撓み量の関数に対してＸ軸を基準に対称となる下記式（１）のような関数を算出し、この関数に基づいて、基本形状Ｂ１１を決定することができる。
Ｙ ＝ ａ・Ｘ^２ ＋ Ｄ ・・・ （１）
ａ：画像形成領域両端部の転写ローラ４３Ｂの直径（両端の２点）と中央部の直径（１点）の値（全部で３つの値）に基づいて決定される負の係数
Ｄ：転写ローラ４３Ｂの幅方向中央の直径
ここで、画像形成領域は、軸方向に１０４ｍｍの幅を有する領域であり、その中央が転写ローラ４３Ｂの中央と一致している。

＜搬送ローラ４５の構造＞
図４（ａ）に示すように、搬送ローラ４５は、加熱ローラ４４Ａを通過したシートＳが最初に接触する左右一対のローラであり、加熱ローラ４４Ａ等の近くに配置されている。そして、この搬送ローラ４５は、封筒Ｓ１の幅方向の両端Ｓ１１，Ｓ１２（破線参照）よりも幅方向内側に配置されている。

ここで、図４（ｂ）に示すように、加熱ローラ４４Ａで加熱されたシートＳ（例えば普通紙Ｓ２）のうち搬送ローラ４５と触れた部分は水分Ｗが蒸発しにくく、水分Ｗが残っている。そのため、仮に、水分Ｗが残った部分（搬送ローラ４５の位置）が、転写ローラ４３Ｂの基本形状Ｂ１１から最も大きく膨出する部分Ｂ１３と同じ位置であると、両面印刷における２面目の印刷時において、シートＳが転写ローラ４３Ｂを通る際に、水分Ｗが残った部分に最も膨出する部分Ｂ１３が強く押し付けられることで、この部分Ｂ１３からシートＳの水分Ｗが残った部分に転写電流が集中しやすい。

しかしながら、本実施形態では、図４（ｃ）に示すように、水分Ｗが残った部分の位置（搬送ローラ４５の位置）と膨出量の最も大きい部分Ｂ１３の位置が幅方向でずれているため、このような２面目印刷時における転写電流の集中を抑制することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。以下の説明においては、前記実施形態と略同様の構造となる部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。

前記実施形態では、縦断面形状を封筒Ｓ１の幅方向の一端Ｓ１１から他端Ｓ１２までの範囲が直線状になる形状としたが、本発明はこれに限定されず、封筒Ｓ１の幅方向の両端Ｓ１１，Ｓ１２に対応した位置で、基本形状Ｂ１１に対する膨出形状Ｂ１２の膨出量が最も大きくなれば、どのような形状であってもよい。例えば、図５に示すように、縦断面形状は、曲率の極大値（３つの角部Ｂ１４，Ｂ１５，Ｂ１６）を３つ有する形状であってもよい。

この場合であっても、図６に実線で示すように、封筒の両端Ｓ１１，Ｓ１２に対応した位置における押圧力（つぶれ量）を、破線で示すクラウン形状での押圧力（つぶれ量）よりも大きくすることができる。そのため、図５の形状で形成された転写ローラ４３Ｂであっても、封筒Ｓ１の一端Ｓ１１または他端Ｓ１２に皺が発生するのを抑えることができる。

前記実施形態では、ダイレクトタンデム型のカラープリンタ１に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、その他の画像形成装置、例えばモノクロのプリンタや複写機や複合機などに本発明を適用してもよい。ただし、前記実施形態のように、ダイレクトタンデム型のカラープリンタ１に本発明を適用する場合には、以下に示すように本発明の効果を有効に発揮することができる。

前記実施形態のようなダイレクトタンデム型のカラープリンタ１では、転写ローラ４３Ｂは、感光ドラム４２Ａに対して十分な力で押圧されない。なぜなら、転写ローラ４３Ｂの押圧力を上げるとシートＳ上のトナー像と感光ドラム４２Ａとの接触圧が上がるので、上流側の感光ドラム４２ＡからシートＳ上に転写されたトナー像が、下流側の感光ドラム４２Ａに逆転写されやすくなるからである。

このようなカラープリンタ１において従来のクラウン形状の転写ローラを用いた場合、幅狭の封筒の幅方向端部を十分な押圧力でニップできず、皺がよりやすい。しかし、このようなダイレクトタンデム型のカラープリンタ１であっても、本願の転写ローラ４３Ｂの構成によれば、良好に封筒Ｓ１を搬送することができる。

前記実施形態では、第１のシートをＡ４サイズの普通紙、第２のシートを封筒（ＣＯＭ１０：幅１０４．６ｍｍ）としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、第１のシートはＢ５サイズの普通紙などであってもよいし、第２のシートはハガキなどであってもよい。

前記実施形態では、像担持体として感光ドラム４２Ａを例示したが、本発明はこれに限定されず、例えばトナー像を担持する中間転写ベルトなどであってもよい。なお、中間転写ベルトの場合には、中間転写ベルトの外周面に対向する２次転写ローラに本発明の形状を適用すればよい。

前記実施形態では、定着部材として加熱ローラ４４Ａを例示したが、本発明はこれに限定されず、例えばヒータによって加熱されるニップ板などであってもよい。また、再搬送機構などの構造も適宜変更可能である。

１ カラープリンタ
４２Ａ 感光ドラム
４３Ｂ 転写ローラ
Ｂ１ ローラ部
Ｂ２ 軸部
Ｂ３ 軸線
Ｂ１１ 基本形状
Ｂ１２ 膨出形状
Ｓ シート
Ｓ１ 封筒
Ｓ１１ 両端
Ｓ１２ 他端

Claims (5)

1. 第１のシートと、当該第１のシートよりも幅狭の第２のシートとに現像剤像を転写可能な画像形成装置であって、
   現像剤像を担持するように構成される像担持体と、
   ローラ部を有し、前記像担持体上の現像剤像を前記シートに転写するように構成される転写ローラであって、軸線を中心にして回転するように構成される転写ローラと、を備え、
   前記転写ローラは、前記軸線方向における両端部が前記像担持体に向けて付勢されることで、前記像担持体に対して圧接され、
   前記ローラ部の表面の縦断面形状は、２次曲線形状となる基本形状に対して径方向外側に膨出した形状を有し、前記第２のシートの幅方向の両端に対応した位置で、前記基本形状に対する膨出量が最も大きくなるように形成され、
   前記転写ローラが前記像担持体に対して圧接した状態において、前記ローラ部の前記軸線方向における中央から前記膨出量が最も大きくなる位置に向かうにつれて、前記基本形状のローラのつぶれ量に対する前記ローラ部の相対的なつぶれ量が大きくなることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体に対して前記シートの搬送方向下流側に配置され、当該シート上に現像剤像を熱定着させる定着部材と、
   前記定着部材の搬送方向下流側に配置され、前記シートを搬送する、前記軸線方向に並ぶ一対の搬送ローラと、
   前記搬送ローラの搬送方向下流側に配置され、当該搬送ローラから搬送されてくるシートを前記像担持体の搬送方向上流側に戻すように搬送する再搬送機構と、を備え、
   前記一対の搬送ローラの前記軸線方向における外側の端部は、前記ローラ部の前記基本形状に対する膨出量が最も大きくなる位置よりも前記軸線方向において内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記縦断面形状は、前記第２のシートの幅方向の一端から他端までの範囲が直線状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記縦断面形状は、曲率の極大値を３つ有する形状であり、前記ローラ部の前記基本形状に対する膨出量が最も大きくなる位置において曲率が極大値となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
5. 第１の方向に沿って前記シートを搬送するように構成される搬送ベルトをさらに備え、
   前記像担持体は、前記搬送ベルトと対向し、前記第１の方向に並列配置される複数の感光ドラムであり、
   前記転写ローラは、前記複数の感光ドラムに対応するように複数設けられ、各感光ドラムとの間で前記搬送ベルトを挟むように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

Images