JP6327795B2

JP6327795B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6327795B2
Application number: JP2013098657A
Authority: JP
Inventors: 孝一田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: US9436149B2; JP2014219555A; US20140331801A1

Description

本発明は、例えば感光体ドラムや中間転写ベルト等の像担持体を用いた画像形成装置に関し、像担持体を駆動するために、歯車減速装置を用いた画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置において、感光体ドラムや中間転写ベルトを回転駆動するために、歯車減速装置を用いた構成が採用されている。

例えば、中間転写ベルトを用いた画像形成装置の場合、モータなど駆動源の動力を、中間転写ベルトを搬送する駆動ローラまでを複数の歯車で減速して伝えている。

一般的に、歯車減速装置では噛み合わせる複数の歯車の歯数の整数比を避ける。それは、整数比の場合、歯車のある一つの歯が、それと噛み合う相手の歯車の同じ歯と接触し、接触が繰り返されることで偏った摩耗をしてしまうからである。

上記の磨耗について、図１に示すような歯数８０の歯車Ａ、歯数２０の歯車Ｂ、の減速比４：１（整数比）の減速装置を例に説明する。歯車Ｂが動力により駆動し、歯車Ａが歯車Ｂに噛合うことで従動する。減速比、つまり歯車の数が整数比である場合、必ず歯Ａ−１には歯Ｂ−１が接触する。同じ歯の接触が繰り返されると、図２に示すように歯Ｂ−１の形状が歯Ａ−１に転写される偏摩耗、所謂刻印が発生する。

ここで、画像形成装置において刻印が発生することによる弊害について述べる。

歯車Ａが回転した時の速度変動を図３に示す。歯車Ａの精度に応じて、一周成分と一歯成分の速度変動が発生する。ここでは歯車Ａの歯数が８０なので、歯車一周速度変動のＳＩＮ波に８０歯のＳＩＮ波が重畳した波形となっている。同様に、歯車Ｂが回転した時の速度変動を図４に示す。歯車Ｂの歯数は２０なので、歯車一周速度変動のＳＩＮ波に２０歯のＳＩＮ波が重畳した波形となっており、それが連続している。減速比が４：１なので、歯車Ａが一周する時に、歯車Ｂは４周する。この二つの歯車が噛み合って回転すると、速度変動は合成波となり、図５に示す速度変動となる。

減速比が整数比であると、前述のように歯車のある一つの歯が、それと噛合う相手の歯車の同じ歯同士が接触することによって刻印が発生する。歯車Ｂの一歯が持つ形状が歯車Ａに刻印されると、歯車Ａの速度変動には更に歯車Ｂの一歯の速度変動成分が重畳されることになる。経時的に、二つの歯車が噛み合って発生する回転ムラは、図６に示すように初期に比べて振幅が大きくなる。この振幅の増大、つまり速度変動の増大が、バンディングなどの画像弊害を起こす。

一方、画像形成装置において、像担持体である感光体ドラムや中間転写体である中間転写ベルトを駆動する減速装置は敢えて整数比を用いる場合がある。例えば、特許文献１にあるように中間転写ベルトを駆動する減速装置の減速比を整数比にしてベルト表面の速度変動を感光体ドラム間距離でキャンセルする思想で色ずれを良化させることが公知である。

前述の通り、噛み合わせる歯車の数が整数比の場合は、歯車が偏摩耗を起こす刻印が発生してしまうため、敢えて整数比を用いる場合は摺動性の高いポリオキシメチレン（ＰＯＭ）などの樹脂材料が広く用いられている。

一方、昨今の画像形成装置の高速化に伴い、坪量の大きい媒体が二次転写部に突入するようになっている。坪量の大きい媒体の二次転写部突入時、感光体ドラムや中間転写ベルトを駆動する減速装置への負荷は定常時に比べて大きい。媒体突入時の負荷変動によって歯車が弾性変形し、結果的に感光体ドラムや中間転写ベルトの速度変動を生じさせてしまうためにショック画像が発生することがある。そこで、減速装置を構成する歯車に剛性が求められるようになってきた。

特開昭６３−１１３４７７号公報

しかしながら、ショック画像を回避するために、剛性の大きい金属歯車だけで減速装置を構成すると、歯車同士の接触音が大きく、ユーザーにとって快適な画像形成装置ではなくなってしまう。そこで、金属歯車と樹脂歯車の組み合わせを用いる。しかし、特許文献１に記載のように歯車同士の歯数が整数比となるように用い、かつ金属歯車と樹脂歯車のように、縦弾性係数が大きく異なる材料の組み合わせの場合、縦弾性係数の小さい樹脂歯車側の刻印は顕著となる。その結果、バンディングなどの画像弊害を回避できないという課題があった。

そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、ショック画像の抑制と、バンディングの抑制を両立させ、色ずれを抑制し良好な画像形成の可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
第１の感光体ドラムおよび第２の感光体ドラムを含み、回転駆動される複数の感光体ドラムであって、回転軸線が並列するように配列された複数の感光体ドラムと、
前記複数の感光体ドラム上に形成されたトナー像が転写される中間転写ベルトと、
前記中間転写ベルトを回転させる駆動ローラと、
前記駆動ローラを回転駆動するための動力を生成するモータと、
前記モータが生成する動力を前記駆動ローラに伝達するための２つ以上の歯車を備えた減速装置と、を有し、
前記２つ以上の歯車には、少なくとも第一の歯車、および前記第一の歯車よりも径が大きく、歯数が多い第二の歯車が含まれ、
前記第一の歯車は、前記第二の歯車へ前記動力を伝達するように前記第二の歯車と噛合い、
前記第二の歯車は、前記動力が伝達されることで前記駆動ローラを回転駆動させ、
前記第一の歯車の歯は樹脂で形成され、前記第二の歯車の歯は前記第一の歯車の歯に用いられる樹脂よりも縦弾性係数が高い金属で形成され、
前記第一の歯車の歯数と前記第二の歯車の歯数の比は１：１を除く整数比であって、
前記複数の感光体ドラムと前記中間転写ベルトとの間にそれぞれ形成される転写部であって、前記複数の感光体ドラムの配列方向において隣接する転写部の間隔は、前記駆動ローラの周長の整数倍に略等しい、
ことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、ショック画像の抑制と、バンディングの抑制を両立させ、色ずれを抑制し良好な画像形成の可能な画像形成装置を提供できる。

減速装置における噛合う歯車を示す図である。歯車の刻印の一例を示す図である。歯車Ａの速度変動を示す図である。歯車Ｂの速度変動を示す図である。歯車Ａと歯車Ｂの合成速度変動を示す図である。刻印の発生した歯車Ａと歯車Ｂの合成速度変動の経時変化を示す図である。本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成断面図である。本発明に係る画像形成装置の中間転写ユニットの概略構成断面図である。本発明に係る画像形成装置の中間転写ベルトの速度変動を示す図である。本発明に係る画像形成装置の一次転写部での転写材の挙動を示す図である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
以下、本発明に係る画像形成装置の一実施例を図に基づいて説明する。

以下の実施例は、例示的に本発明を説明するものであって、以下に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれに限定するものではない。

図７は、本発明に係る画像形成装置１００の一実施例を示す概略構成断面図である。画像形成装置１００は本実施例では電子写真方式のフルカラー画像形成装置である。

画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する４つの画像形成ユニットである画像形成部２０（２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ）を有する。各画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋには、それぞれ第一の像担持体としてのドラム状の電子写真感光体である感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが設置されている。感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの周囲には、帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋが配置されている。さらに、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの周囲には転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ、ドラムクリーニング装置（不図示）がそれぞれ設置されている。帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋと現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ間の上方には露光装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋがそれぞれ設置されている。

４つの画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは一定の間隔をおいて第二の像担持体で無端ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト５に対して概直線状に一列に配置されている。

感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、駆動装置（不図示）によって図中矢印ｒ１方向にそれぞれ所定の周速度で回転駆動される。

帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、それぞれ感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに所定の圧接力で接触し、帯電バイアス電源（不図示）から印加される帯電バイアスによって感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ表面を所定電位に均一に帯電する。

次に、不図示のホストコンピュータ、又は画像読み取り装置などから入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調された光で各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ表面が画像露光される。これにより、帯電された各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ表面に画像情報に応じた静電潜像を形成する。

現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、現像バイアス電源（不図示）から印加される現像バイアスによって各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上の静電潜像にトナーを付着させて、トナー像として現像（反転現像）する。各現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーが収納されている。これらのトナーにより、各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にはそれぞれ画像情報に応じたそれぞれの色のトナー像が現像される。

画像形成装置１００には各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの中間転写ベルト５を挟んだ対向位置である転写部Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４に転写部材である一次転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋが配置されている。

一次転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは、ローラの長手方向上に沿って均一に電圧を印加するための電極を備えている。一次転写ローラ７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは中間転写ベルト５を介して各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに当接している。

中間転写ベルト５は、駆動ローラ６と従動ローラ８ａ、８ｂ、二次転写対向ローラ１２ａによって張架されており、駆動ローラ６の回転駆動によって矢印ｒ２方向に回転される。各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと駆動ローラ６の回転駆動は、不図示の制御装置（ＣＰＵ）によって制御される。

次に、本実施例の画像形成装置１００による画像形成動作について説明する。

不図示のホストコンピュータや画像読み取り装置から画像形成動作開始信号が発せられると、画像形成動作が開始される。所定のプロセススピードで回転駆動される画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、それぞれ帯電ローラ２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋによって表面を一様に帯電される。各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは、不図示の制御装置（ＣＰＵ）により、所定の速度で回転するモータ（不図示）からギア（不図示）を介して、駆動制御されている。そして、露光装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、ホストコンピュータ（不図示）から入力されるカラー色分解された画像信号を光信号にそれぞれ変換する。そして、変換された光信号である光を、帯電された各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成する。

そして、先ず感光体ドラム１Ｙ上に形成された静電潜像に、感光体ドラム１Ｙの帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４Ｙによりイエローのトナーを付着させて、トナー像として可視像化する。

次に、画像形成部２０Ｙの転写部Ｎ１部で、転写バイアス（トナーと逆極性）が印加された一次転写ローラ７Ｙにより、イエローのトナー像が中間転写ベルト５上に転写される。この際、一次転写ローラ７Ｙは、中間転写ベルト５を介して感光体ドラム１Ｙに所定の圧力で押圧されている。

イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト５は、駆動ローラ６により搬送され画像形成部２０Ｍ側に移動される。そして、画像形成部２０Ｍの転写部Ｎ２においても、前記と同様にして感光体ドラム１Ｍに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト５のイエローのトナー像上に重ね合わせて、転写バイアス（トナーと逆極性）が印加された転写ローラ７Ｍにより転写される。

以下、同様にして画像形成部２０Ｃ、２０Ｋの感光体ドラム１Ｃ、１Ｋ形成されたシアン、ブラックのトナー像を、各転写部Ｎ３、Ｎ４にて転写バイアス（トナーと逆極性）が印加された転写ローラ７Ｃ、７Ｋにより中間転写ベルト５上に順次重ね合わせる。そして、フルカラーのトナー像を中間転写ベルト５上に形成する。

中間転写ベルト５上に形成されたフルカラーのトナー像は、二次転写部１２で転写材Ｐ上に一括転写される。転写材Ｐは定着装置１１に搬送され、定着装置１１の定着ローラ１１ａと加圧ローラ１１ｂ間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して転写材Ｐ表面に熱定着した後に外部に排出して、一連の画像形成動作を終了する。

なお、上記の各転写時において、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に残留している転写残トナーは、ドラムクリーニング装置（不図示）によって除去されて回収される。また、転写後に中間転写ベルト５表面に残った残トナーは、クリーニングブレード１３によって除去されて回収される。

次に、本実施例における中間転写ベルトを搬送するための駆動構成について詳細に説明する。

図８に中間転写ユニット１００Ｍを示す。中間転写ユニット１００Ｍは、前述の画像形成装置１００の構成のうち、図に示す様にそれぞれのカラーの画像形成部の感光ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）、中間転写ベルト５、一次転写ローラ７（７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ）を有している。中間転写ベルト５は駆動ローラ６、従動ローラ８ａ、８ｂ、二次転写対向ローラ１２ａに張架されている。前述の通り、中間転写ベルト５は駆動ローラ６の回転駆動により搬送される。駆動ローラ６は、駆動源であるモータ１０２の動力を減速装置１０１を介して伝達され、回転駆動されている。通常、２つ以上の歯車を減速装置は備えている。本実施例の減速装置１０１の第二の歯車である歯車Ａ（１０１Ａ）と第一の歯車である歯車Ｂ（１０１Ｂ）を介してモータ１０２の動力が駆動ローラ６に伝達され回転駆動されている。ここで、歯車Ａ（１０１Ａ）と歯車Ｂ（１０１Ｂ）は、歯車Ａ（１０１Ａ）の歯数８０歯、歯車Ｂ（１０１Ｂ）の歯数２０歯の減速比４：１の減速装置１０１である。歯車Ａ（１０１Ａ）の速度変動を図３に、歯車Ｂ（１０１Ｂ）の速度変動を図４に示す。本実施例においては、減速比が４：１であるため、歯車Ａ（１０１Ａ）が１周する時に歯車Ｂ（１０１Ｂ）は４周することになる。歯車Ａ（１０１Ａ）と歯車Ｂ（１０１Ｂ）を介して回転駆動する駆動ローラ６によって搬送される中間転写ベルト５表面の速度変動は、図９に示すように、図３と図４の合成波となる。本実施例においては、駆動ローラ６の周長Ｌは画像形成方向最上流の感光体ドラム１Ｙから画像形成方向最下流の感光体ドラム１Ｋまでの各感光体ドラム１同士の間隔である感光体ドラム間ピッチと同じにしている。また、駆動ローラ６の周長Ｌは歯車Ａ（１０１Ａ）の速度変動であるＳＩＮ波の１／２周期と同等、つまり歯車Ａ（１０１Ａ）の半周で得られる駆動によって駆動ローラ６が一回転する構成となっている。言い換えると、駆動ローラ６が一回転するのに歯車Ａ（１０１Ａ）の半周、又は半周の整数倍の回転が必要である。

ここで、図９に示した中間転写ベルト表面の速度変動である合成速度変動は、図に示す様に駆動ローラ６の周長Ｌごとに速度変動が０％になる。つまり、図１０に示すように、感光体ドラム１Ｙを通過した中間転写ベルト５表面Ｉ（θ）の表面速度をＶｉ（θ）とすると、その表面Ｉ（θ）が感光体ドラム１Ｍを通過する時の速度もＶｉ（θ）となる。同様にＩ（θ）が、１Ｃ、１Ｋを通過する時表面速度もＶｉ（θ）となる。言い換えると、中間転写ベルト５のある表面Ｉ（θ）に着目すると、その表面が４つの並列する感光体ドラム直下を通過する時の中間転写ベルト表面速度が同じになるということである。これにより、歯車Ａと歯車Ｂ並びに駆動ローラ６の偏芯成分による回転ムラに起因する速度変動は周長Ｌごと、つまり感光体ドラム１のピッチである間隔Ｌごとにキャンセルされることになる。これにより、色ずれの発生を抑制でき、色ずれを抑制した良好な画像形成装置を得られる。

ここで、本実施例における減速装置１０１の噛合わされる歯車Ａ（１０１Ａ）と歯車Ｂ（１０１Ｂ）について更に詳しく説明する。

本実施例においては、歯数８０の大径歯車である歯車Ａ（１０１Ａ）は金属歯車（ＳＵＳ縦弾性係数２００ＧＰａ）である。一方、歯数２０の小径歯車である歯車Ｂ（１０１Ｂ）は樹脂歯車（ＰＯＭ縦弾性係数４ＧＰａ）である。

素材の違いから縦弾性係数が小さい歯車Ｂの方が摩耗しやすい。この組み合わせの場合、表１に示すように、摩耗しやすい歯車Ｂ（１０１Ｂ）のある歯に対して、歯車Ａ（１０１Ａ）の複数の歯が接触する。

例えば、歯Ｂ−１に対して、歯Ａ−１、２１、４１、６１が接触する。このように複数の歯が接触すると、固有の歯の形状が刻印されない。このため、刻印が鈍る。これは、ある一つの歯車の歯面が接触を繰り返し、固有の形状が刻印されるのに比べ、複数の歯面が接触すると、刻印されたある一つの歯の固有の形状が、他の歯の固有の形状によって崩され（乱され）、結果的に刻印が鈍るというものである。

本実施例とは逆に、大径歯車である歯車Ａ（１０１Ａ）を樹脂歯車、小径歯車である歯車Ｂ（１０１Ｂ）を金属歯車にすると、表２に示すように摩耗しやすい歯車Ａ（１０１Ａ）のある歯に対して、歯車Ｂ（１０１Ｂ）のある歯が必ず接触する。

例えば、歯Ａ−１に対して必ず歯Ｂ−１が接触する。このように必ず同じ歯が接触すると、刻印は増長する。

このことから、大径歯車である歯車Ａ（１０１Ａ）を金属歯車、小径歯車である歯車Ｂ（１０１Ｂ）を樹脂歯車とした本実施例は、刻印に対して有利な構成といえる。この構成の減速装置の歯車Ａ（１０１Ａ）と歯車Ｂ（１０１Ｂ）の合成速度変動は図９の通りとなり、刻印が発生しやすい構成の合成速度変動とは異なり安定する。上記の様な歯車の構成の減速装置を使用することによって、本実施例の画像形成装置１００はショック画像の抑制と、バンディングの抑制を両立させ、色ずれを抑制し良好な画像形成が可能となる。

本実施例においては、中間転写ベルトを搬送する駆動の減速装置について述べた。しかし、感光体ドラムを回転させる駆動の減速装置等についても、整数比を用いる場合は大径歯車の方を縦弾性係数が大きい歯車とすることが刻印の抑制に対して有効であるといえる。

又、本実施例では、歯車全体の材質について述べたが、歯車の歯の部分のみの材質としてもよい。

１感光体ドラム（像担持体）
５中間転写ベルト（像担持体）
６駆動ローラ
７一次転写ローラ
１００Ｍ中間転写ユニット
１０１減速装置
１０１Ａ大径歯車（第一の歯車）
１０１Ｂ小径歯車（第二の歯車）
１０２駆動源

Claims

第１の感光体ドラムおよび第２の感光体ドラムを含み、回転駆動される複数の感光体ドラムであって、回転軸線が並列するように配列された複数の感光体ドラムと、
前記複数の感光体ドラム上に形成されたトナー像が転写される中間転写ベルトと、
前記中間転写ベルトを回転させる駆動ローラと、
前記駆動ローラを回転駆動するための動力を生成するモータと、
前記モータが生成する動力を前記駆動ローラに伝達するための２つ以上の歯車を備えた減速装置と、を有し、
前記２つ以上の歯車には、少なくとも第一の歯車、および前記第一の歯車よりも径が大きく、歯数が多い第二の歯車が含まれ、
前記第一の歯車は、前記第二の歯車へ前記動力を伝達するように前記第二の歯車と噛合い、
前記第二の歯車は、前記動力が伝達されることで前記駆動ローラを回転駆動させ、
前記第一の歯車の歯は樹脂で形成され、前記第二の歯車の歯は前記第一の歯車の歯に用いられる樹脂よりも縦弾性係数が高い金属で形成され、
前記第一の歯車の歯数と前記第二の歯車の歯数の比は１：１を除く整数比であって、
前記複数の感光体ドラムと前記中間転写ベルトとの間にそれぞれ形成される転写部であって、前記複数の感光体ドラムの配列方向において隣接する転写部の間隔は、前記駆動ローラの周長の整数倍に略等しい、
ことを特徴とする画像形成装置。