JP7195857B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、中間転写ベルトを用いた画像形成装置に関する。

中間転写ベルトを用いた画像形成装置では、画像形成部にて形成されたトナー画像は一次転写部にて中間転写ベルトに転写され、二次転写部で紙などの記録媒体にトナー画像が転写される。

この二次転写部を記録媒体が通過する際に、中間転写ベルトに速度変動が発生する場合がある。特に記録媒体として厚紙や高剛度紙を用いる場合、また印字速度が速い場合はこの速度変動が大きい。また、この速度変動は、一次転写された中間転写ベルト上の画像や感光ドラム上の画像に影響する。これにより、ベルト幅方向に伸びるスジ状の画像ブレ（以下ショック）や色ずれ等の画像不良が発生する。

そこで従来技術として特許文献１では、中間転写ベルトを張架する従動ローラに対し回転慣性制御手段を同軸上に連結させ、その慣性により記録媒体突入時の衝撃が一次転写部へ伝達するのを防ぐ構成が開示されている。これにより、中間転写ベルト速度変動を低減させ、画像不良を抑制している。

特開２００７－２６４２９２

特許文献１では中間転写ベルトを張架する従動ローラに回転慣性制御手段を連結し、その慣性により速度変動伝達を低減している。しかしながら、回転慣性制御手段が連結された従動ローラの位置によっては、速度変動低減効率が低下してしまうことがわかった。

そこで、本発明の目的は、二次転写部への記録材突入時における中間転写ベルトの速度変動を効率的に低減させることが可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成することができる、本発明の画像形成装置は以下である。

画像が形成される画像形成部と、前記画像形成部で形成された画像が一次転写部で一次転写され、該画像を二次転写部で記録材に転写する無端状の中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトを張架し、前記二次転写部を形成する二次転写内ローラと、前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第１ローラと、前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記第１ローラよりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第２ローラと、前記第１ローラは、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部より上流の領域で前記中間転写ベルトを張架するローラの中で前記中間転写ベルトの巻き掛け角が最大となるローラであり、前記二次転写内ローラと前記第２ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ１、前記二次転写内ローラと前記第１ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ２としたときに、Ｌ１／Ｌ２＜１／２であり、前記第２ローラのうち、前記中間転写ベルトとの接触する部分の慣性モーメントが３０ｋｇｍｍ２以上１５００ｋｇｍｍ２以下である特徴とする。

本発明の構成によれば、二次転写部への記録材突入時における中間転写ベルトの速度変動を効率的に低減させることが可能な画像形成装置を提供することができる。

画像形成装置の概略構成図 中間転写ベルト周辺の概略構成図 記録媒体の中間転写ベルト接触時の現象を説明する概略構成図 本実施例に係る第一の実施形態の概略構成図 本発明に係る慣性ローラの配置を説明する概略構成図 慣性ローラの慣性モーメントと速度変動及びショックの関係を示すグラフ 慣性ローラの配置と速度変動低減量の関係を示すグラフ 本実施例に係る第二の実施形態の概略構成図 本実施例に係る第三の実施形態の概略構成図

以下、図に沿って本実施例の実施形態について説明する。なお、画像形成装置の構成部品の寸法、材質及び、その相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一の構成または作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。

［画像形成装置］
図１は本実施例に係る画像形成装置を断面図で示した概略構成図である。

この画像形成装置１００は、中間転写ベルト３１の水平部に画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが直列状に配置されたタンデム型中間転写方式の画像形成装置である。画像形成装置１００は、外部機器から送信された画像信号に応じて、電子写真方式により記録媒体Ｓにフルカラー画像を形成する。

画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色トナー像を形成して中間転写ベルト３１上の同一画像位置に一次転写する。

イエローのトナー像を形成する感光ドラム１１Ｙの周囲には、帯電器１２Ｙと、露光装置１３Ｙと、現像器１４Ｙと、クリーニング装置１５Ｙが配置されている。帯電器１２Ｙは、感光ドラム１１Ｙの表面を一様に帯電させる。露光装置１３Ｙは、感光ドラム１１Ｙに像光を照射して表面に潜像を形成する。現像器１４Ｙは、感光ドラム１１Ｙ上の潜像にトナーを転移させてトナー像を現像する。クリーニング装置１５Ｙは、トナー像の一次転写後に感光ドラム１１Ｙに残留するトナーを除去する。マゼンダ、シアン、ブラックのトナー像を形成する構成は、前記説明において添え字Ｙを、Ｍ、Ｃ、Ｋに置き換えて理解される。

中間転写ベルト３１は、複数のローラによって張架され、このローラのうちのいずれかに駆動が入力されることで回転する無端状のベルトである。中間転写ベルト３１の内周面側には、感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋに対向する位置に一次転写を行うための一次転写ローラ３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋが配置され、一次転写部を形成している。

一方、給紙カセット６１、６２、６３に格納された記録媒体Ｓは、給紙ローラ７１、７２、７３のいずれかが回転することで給紙搬送路８１へ搬送される。レジストローラ７４は、中間転写ベルト３１上のトナー像とタイミングを合わせて二次転写部材４１と二次転写内ローラ３２の接触によって形成される二次転写部に記録材（記録媒体）Ｓを給送する。二次転写部によって記録媒体Ｓ上にトナー像が形成される。二次転写後に中間転写ベルト３１上に残留した転写残トナーは、クリーニング装置３６によって除去される。

次に、トナー像が転写された記録媒体Ｓは、搬送ベルト４２により熱定着装置５に搬送される。熱定着装置５は、記録媒体Ｓを加熱圧着することによりトナー像を記録媒体Ｓの表面に固着させてフルカラー画像を定着する。その後、記録媒体Ｓは、排紙搬送経路８２を通って排紙トレイ６４に送り出される。

［中間転写ベルトの張架構成］
図２は、中間転写ベルト周辺部の概略構成図である。

中間転写ベルト３１は、複数の張架ローラによって張架されている。張架ローラの一つである上流張架ローラとしての駆動ローラ３３は、中間転写ベルト３１の移動方向に関して、一次転写部の上流側かつ二次転写部の下流側の領域に配置され、中間転写ベルト３１を張架している。

また、張架ローラの一つである下流張架ローラとしてのテンションローラ３４は、中間転写ベルト３１の移動方向に関して、一次転写部の下流側かつ二次転写部の上流側に配置されている。テンションローラ３４は、中間転写ベルト３１の内面に向けてバネで加圧されており、中間転写ベルト３１にテンションを付与している。二次転写内ローラ３２は、中間転写ベルト３１を張架して二次転写部を形成する。

図２中では上記ローラの他に、第一の従動ローラ３７、第二の従動ローラ３９及び第三の従動ローラ４０が配置されている。第一の従動ローラ３７は、二次転写内ローラ３２とともに二次転写上流面を形成するために、二次転写内ローラ３２の上流側に隣接して配置される。第二の従動ローラ３９及び第三の従動ローラ４０は、一次転写部のベルト面を平面に張架するために、それぞれ一次転写部の下流側と上流側に隣接して配置されている。

これらのローラはベルトの張架が主な目的であるため、一般にアルミ三ツ矢管などの軽量化されたローラが用いられることが多い。

なお、これらの従動ローラの位置については一例であり、これらをこの位置に限定するものではなく、さらにこれらローラの個数を限定するものではない。

（記録媒体の二次転写部突入時に発生する現象）
図３を用いて、記録媒体Ｓが二次転写部へ突入する際の中間転写ベルトの挙動と、それらが画像に与える影響について説明する。図３は記録媒体Ｓが二次転写部に給送され、その先端部が中間転写ベルト３１に接触する際の二次転写部の概略構成図である。

このとき、中間転写ベルト３１はベルト内周側に押し込まれ、第一の従動ローラ３７はベルトとの間に働く摩擦力によって回転方向に力を受け加速する。第一の従動ローラ３７が加速されることで、二次転写内ローラ３２と第一の従動ローラ３７との間のベルト張架面に湾曲が発生する。この湾曲はその後記録媒体Ｓの進行とともに解消される。

このベルト湾曲の発生・解消によって中間転写ベルトに速度変動が生じ、この速度変動が二次転写部から一次転写部へ伝播することで、一次転写部や感光ドラム上で画像がぶれ、画像不良が発生する。

特に記録媒体Ｓの坪量や剛度が大きい場合、また印字速度が速い場合は、ベルト湾曲が大きくなることで速度変動が大きくなるため、画像不良が発生しやすい。

本実施例では、上述のような記録媒体Ｓの二次転写部突入時の中間転写ベルト３１の湾曲を発生させないように慣性ローラ３８を設けている。具体的には、慣性ローラ３８の配置する位置を、中間転写ベルト搬送方向に関して、下流張架ローラよりも下流で二次転写部よりも上流に配置する。本実施例では、中間転写ベルト３１の移動方向に関して、一次転写部よりも下流側で二次転写部よりも上流の領域においてベルトを張架するローラのうち、ベルトの巻き掛け角が最大となるローラを指す。本実施例では、下流張架ローラは、テンションローラ３４である。更に、慣性ローラ３８は、下流張架ローラとしてのテンションローラ３４と二次転写内ローラ３２の間において二次転写部側に配置する。こうすることで、上述した中間転写ベルト３１の湾曲の発生を効果的に抑制でき、ベルト速度変動を効果的に低減することができる。

図４に本願の第一の実施形態を例示的に示す。先に説明したとおり、本願では、記録媒体Ｓの二次転写部突入時に中間転写ベルト３１が湾曲しないようにするために、第一の従動ローラ３７の代わりに円筒状の慣性ローラ３８を配置する。

図５に慣性ローラ３８の配置を示す。本実施例では、慣性ローラ３８の位置を上述したで定義した下流張架ローラを基準に規定している。即ち、慣性ローラ３８と二次転写内ローラ３２の間で張架される中間転写ベルト３１の長さをＬ_１とする。また、二次転写内ローラ３２と、下流張架ローラとしてのテンションローラ３４と、の間で張架される中間転写ベルト３１の長さをＬ_２とする。より詳細に説明すると、Ｌ_１は、中間転写ベルト３１の移動方向において、二次転写部の上流端から慣性ローラ３８と中間転写ベルト３１が接触する下流端との間に張架されている中間転写ベルト３１の長さである。Ｌ_２は、中間転写ベルト３１の移動方向において、二次転写部の上流端からテンションローラ３４と中間転写ベルト３１が接触する下流端との間に張架されている中間転写ベルト３１の長さである。後述するように、本実施例では、Ｌ_１／Ｌ_２＜１／２を満たすように慣性ローラ３８が配置されている。

慣性ローラ３８は、慣性モーメントが他の従動ローラよりも大きくなっている。即ち、駆動ローラ３３を除いた従動ローラの中で、慣性ローラ３８の慣性モーメントが最大となっている。このため、ベルトが記録媒体Ｓによって押し込まれベルトから通常時より大きな力を与えられたとしても加速しにくい構成となっている。このため、ベルトは安定的に回転し続けることができ、画像不良を発生させない画像形成装置を提供することができる。

円筒状の回転体の慣性モーメントＪは、以下の式（１）で表される。
Ｊ＝πρＬ×（Ｄ^４－ｄ^４）／３２・・・式（１）

上記式（１）中、ρは回転体の密度、Ｌは回転体の軸方向長さ、Ｄは円筒の外径、ｄは円筒の内径を表す。慣性ローラ３８の慣性モーメントを大きくするために、式（１）から、慣性ローラ３８をより重くより大径にすることが求められる。

特に径が支配的であるが、過大な重量化を避けるために、本実施例では例えば、以下のような構成としている。
ρ＝７８５０ｋｇ／ｍ^３
Ｌ＝３６４ｍｍ
Ｄ＝３０ｍｍ
ｄ＝１９．８ｍｍ

即ち、慣性ローラ３８は、鉄からなる円筒状の中空管である基材３８ａを有する。そして、慣性ローラ３８の慣性モーメントＪは１８４ｋｇｍｍ^２とした。

さらに中間転写ベルト３１に対して慣性ローラ３８が滑らないようにするために、慣性ローラ３８の表面に弾性層（高摩擦層）を設けている。即ち、慣性ローラ３８の表面に３０μｍ程度のウレタンコーティング層３８ｂを設けている。また、本実施例では、慣性ローラ３８の表面の前記中間転写ベルトの内面に対する静止摩擦係数が０．４以上としている。こうすることで、慣性ローラ３８による中間転写ベルト３１の速度変動抑制効果を高めることができる。

なお、ローラの形態としては中実でもよく、また高摩擦層を設ける手段としてはローラ表面にＥＰＤＭゴム等を巻き付ける等の策をとってもよい。

図６に、Ｌ_１＝０．２６Ｌ_２であるときの、慣性ローラ３８の慣性モーメントと、記録媒体Ｓ（坪量３５０ｇｓｍの高剛度紙）の二次転写部突入時の速度変動及び成果物のショックの程度（画像不良の度合い）の関係をそれぞれ表したグラフを示す。

ショックの程度は目視によって１～１０の１０段階で評価され、数字が小さいほど画像不良の度合いが悪く、１０は画像不良が見られない状態で、８以上を画像不良が抑制できている状態としている。

図６から、慣性モーメントが大きい方がより速度変動を低減でき、ショックを抑制できることが確認できる。また、慣性モーメントは３０ｋｇｍｍ^２以上でショックを抑える効果があることが分かる。

図７は、慣性ローラの配置（Ｌ_１／Ｌ_２）と速度変動低減量の関係を示すグラフである。図７の縦軸は、慣性ローラ３８の慣性モーメントが２１ｋｇｍｍ^２のときの慣性ローラの速度変動と、慣性ローラ３８の慣性モーメントが１００ｋｇｍｍ^２のときの速度変動との差分を示している。即ち、慣性モーメントを２１ｋｇｍｍ^２から１００ｋｇｍｍ^２まで大きくしたときの速度変動減少量である。図７の横軸は、Ｌ_１／Ｌ_２である。Ｌ_２は一定であり、中間転写ベルト３１の移動速度は１７４ｍｍ／ｓ、記録媒体Ｓは坪量３５０ｇｓｍの高剛度紙としている。尚、このときのＬ_２の長さは２３０ｍｍであった。

図７より、Ｌ_１／Ｌ_２が小さいほど、慣性ローラの慣性モーメントを大きくしたときの速度変動低減効果が大きいことが分かる。この理由としては、慣性ローラ３８が中間転写ベルト３１に対してダンパの役割を果たしていることが考えられる。ダンパは速度に比例する抵抗力を与えるため、慣性ローラ３８をより速度変動の大きい二転内ローラ３２に近い位置、即ちＬ_１／Ｌ_２が小さくなる位置に配置することで、より速度変動を抑制することができると考えられる。そこで、本実施例では、０＜Ｌ_１＜１２０ｍｍとしている。より好ましくは、０＜Ｌ_１＜１００ｍｍである。

Ｌ_１／Ｌ_２＜１／２であるときに速度変動の低減が確認でき、Ｌ_１／Ｌ_２＜２／５を満たす場合に、十分な速度変動低減効果が確認できた。特にＬ_１／Ｌ_２＜１／３を満たす場合に高い速度変動低減効果が確認できた。

図６及び図７から、慣性ローラ３８は、慣性モーメント３０ｋｇｍｍ^２以上１５００ｋｇｍｍ^２以下かつＬ_１／Ｌ_２＜１／２であることが望ましい。また、慣性ローラ３８の慣性モーメントは、より好ましくは、５０ｋｇｍｍ^２以上１０００ｋｇｍｍ^２以下が好ましい。また、慣性ローラ３８の位置としては、Ｌ_１／Ｌ_２＜１／３を満たすことがより効率よく画像不良を抑制でき好ましい。本実施例では、慣性モーメントを増加させるために、慣性ローラ３８にフライホイールを取り付けずにローラ自体の慣性モーメントを高めている。これにより組立性の向上、装置の複雑化を抑制することができる。即ち、本実施例では、慣性ローラ３８のうち、中間転写ベルト３１と接触しているローラ部（両端の軸部を除く大径部）の慣性モーメントが、３０ｋｇｍｍ^２以上１５００ｋｇｍｍ^２以下となるように構成されている。本実施例における慣性ローラ３８の回転体の軸方向長さＬとは、慣性ローラ３８が中間転写ベルトと接触している円筒面のローラ部の軸方向長さである。即ち、慣性ローラ３８の両端の軸部を含まない。本実施例では、中間転写ベルトの幅は、３６０ｍｍである。即ち、本実施例では慣性ローラ３８のローラ部の長さは、中間転写ベルトの幅よりも短い構成となっている。

図８に、本願の第二の実施形態を例示的に示す。

第一の実施形態と異なるのは、二次転写内ローラ３２と慣性ローラ３８の間に、第一の従動ローラ３７が設置されている点である。この第一の従動ローラ３７は、記録媒体Ｓと中間転写ベルト３１の接触領域を増加させる等の効果がある。

実施例１で規定した配置関係を満たせば、このように二次転写内ローラ３２と慣性ローラ３８の間に他のローラが設置されていてもよい。

本実施例では、第一及び第二の実施形態に対して、慣性ローラ３８の構成を変更している。それ以外は第一及び第二の実施形態と同じである。これまでの第一及び第二の実施形態では、ベルトが張架されるローラそのものの慣性モーメントを大きくしていた。本実施例では、ベルトが張架されるローラ部分の慣性モーメントは小さくなっている。そして、図９で示すように慣性ローラ３８の端部にフライホイール４２を取り付けて慣性ローラ３８の慣性モーメントを大きくしている。即ち、本実施例では、慣性ローラ３８の同軸上にフライホイール３８ｃを設けている。このとき、フライホイール４２を含まないローラ部の慣性モーメントは、特に限定されない。例えば、アルミ三ツ矢管等軽量化されたローラであってもよい。

３１ 中間転写ベルト
３２ 二次転写内ローラ
３３ 上流張架ローラ（駆動ローラ）
３４ 下流張架ローラ（テンションローラ）
３７ 第一の従動ローラ
３８ 慣性ローラ
３８ａ 基材
３８ｂ 高摩擦層
３９ 第二の従動ローラ
４０ 第三の従動ローラ
Ｓ 記録媒体
１１ 感光ドラム
３５ 一次転写ローラ
４１ 二次転写体
４２ フライホイール

Claims (7)

1. 画像が形成される画像形成部と、
   前記画像形成部で形成された画像が一次転写部で一次転写され、該画像を二次転写部で記録材に転写する無端状の中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルトを張架し、前記二次転写部を形成する二次転写内ローラと、
   前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第１ローラと、
   前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記第１ローラよりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第２ローラと、
   前記第１ローラは、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部より上流の領域で前記中間転写ベルトを張架するローラの中で前記中間転写ベルトの巻き掛け角が最大となるローラであり、
   前記二次転写内ローラと前記第２ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ１、前記二次転写内ローラと前記第１ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ２としたときに、
   Ｌ１／Ｌ２＜１／２であり、
   前記第２ローラのうち、前記中間転写ベルトとの接触する部分の慣性モーメントが３０ｋｇｍｍ２以上１５００ｋｇｍｍ２以下である特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２ローラの慣性モーメントが５０ｋｇｍｍ２以上１０００ｋｇｍｍ２以下であることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第２ローラの表面は、前記中間転写ベルトの内面に対する静止摩擦係数が０．４以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 画像が形成される画像形成部と、
   前記画像形成部で形成された画像が一次転写部で一次転写され、該画像を二次転写部で記録材に転写する無端状の中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルトを張架し、前記二次転写部を形成する二次転写内ローラと、
   前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第１ローラと、
   前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記第１ローラよりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第２ローラと、
   前記第１ローラは、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部より上流の領域で前記中間転写ベルトを張架するローラの中で前記中間転写ベルトの巻き掛け角が最大となるローラであり、
   前記二次転写内ローラと前記第２ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ１、前記二次転写内ローラと前記第１ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ２としたときに、
   Ｌ１／Ｌ２＜１／２であり、
   前記第２ローラの慣性モーメントは、３０ｋｇｍｍ２以上１５００ｋｇｍｍ２以下であり、
   前記第２ローラは、表面に弾性層を備えたローラであることを特徴とする画像形成装置。
5. Ｌ１／Ｌ２＜１／３を満たすことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. ０＜Ｌ１＜１２０ｍｍを満たすことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 画像が形成される画像形成部と、
   前記画像形成部で形成された画像が一次転写部で一次転写され、該画像を二次転写部で記録材に転写する無端状の中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルトを張架し、前記二次転写部を形成する二次転写内ローラと、
   前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第１ローラと、
   前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記第１ローラよりも下流で前記二次転写部よりも上流で前記中間転写ベルトを張架する第２ローラと、
   前記第１ローラは、前記一次転写部よりも下流で前記二次転写部より上流の領域で前記中間転写ベルトを張架するローラの中で前記中間転写ベルトの巻き掛け角が最大となるローラであり、
   前記二次転写内ローラと前記第２ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ１、前記二次転写内ローラと前記第１ローラとの間で張架されている前記中間転写ベルトの長さをＬ２としたときに、
   Ｌ１／Ｌ２＜１／２であり、
   前記第２ローラの慣性モーメントは、３０ｋｇｍｍ２以上１５００ｋｇｍｍ２以下であり、
   前記第２ローラは、中空の円筒状の基材であって、鉄から構成された基材を有することを特徴とする画像形成装置。

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