JP2005091944A - 転写ユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転写ベルトユニットに発生する回転系振動に対して、同周波数、同振幅、逆位相の振動を回転駆動系に与えることで、アクティブに回転方向振動成分を低減させ高画質化を狙った転写ユニット、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 各色毎の画像形成ユニット２００と、各画像形成ユニットにより夫々形成された異った色のトナー画像を無端ベルト２０２、２３５に多重転写する転写ユニットであって、無端ベルトで発生する回転方向の振動に対して、該無端ベルトの非画像形成部を介して逆位相の回転方向振動を与えて前記回転方向の振動をキャンセルする振動発生手段２３２を備えたものにおいて、振動発生手段の振動伝達部が、無端ベルトに回転しながら接触する円筒部材からなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等、無端ベルトからなる転写ユニットを備えた画像形成装置の改良に関し、特に、転写ベルトユニット駆動時に生じる振動を低減することによる高画質化を達成するための技術に関する。

電子写真式の高画質化を阻害する要因の１つにジター、バンディングと呼ばれる現象がある。特に、ディジタル技術の導入により画質の向上が進められると、書き込み光学系からレーザによって感光体に書き込みを行う際の１ラインごとの位置精度が厳しく要求される。この位置精度の良否を支配する要因の１つとして、回転駆動系の速度変動が挙げられる。従って、この回転駆動系における速度変動の低減が高品質な画像を得られる製品の開発上重要な技術となる。
画像の可視感度と空間周波数の関係は、人間の視覚系の特性から、可視化空間周波数がおよそ０．３〜２ｌｉｎｅ／ｍｍの範囲での変化が目につきやすいといわれている。これと感光体の回転速度を考えあわせると、数Ｈｚから数百Ｈｚ程度の周波数領域における振動を回避することが要求される。
回転体である転写ベルト、駆動ローラ及びこれらを回転させるための駆動モータ及び駆動伝達系からなる転写ユニットを有する画像形成装置においては、モータの回転による振動や、駆動伝達系であるギアやベルトなどの噛み合いによる振動などが発生し、これが原因となり転写ベルトの表面に速度変動が生じる。このように転写ベルトの表面速度変動が発生した場合、画像は一定間隔の濃淡となり、濃度ムラを生じることとなる。特に、カラー画像形成装置の場合には、低周波数の振動成分は、各色の感光体ドラムの速度変動をもたらすために、色ズレを発生する。

ところで、近年、オフィス等において処理されるドキュメントは急速にカラー化が進み、これらのドキュメントを扱う複写機・プリンター・ファクシミリ等の画像形成装置も急速にカラー化されてきている。そして、現在これらのカラー機器は、オフィス等における事務処理の高品位化および迅速化に伴って、高画質化および高速化される傾向にある。かかる要求に応え得るカラー機器としては、例えば、黒（Ｋ）・イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）の各色毎に各々の画像形成ユニットを持ち、各画像形成ユニットで形成された異なる色の画像を搬送される転写材または中間転写体上に多重転写し、カラー画像の形成を行なういわゆるタンデム型のカラー画像形成装置が種々提案されており、製品化されてきてもいる。
この種のタンデム型のカラー画像形成装置としては、例えば、図６に示すように、黒（Ｋ）色の画像を形成する黒色画像形成ユニット２００Ｋと、イエロー（Ｙ）色の画像を形成するイエロー色画像形成ユニット２００Ｙと、マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成するマゼンタ色画像形成ユニット２００Ｍと、シアン（Ｃ）色の画像を形成するシアン色画像形成ユニット２００Ｃの４つの画像形成ユニットを備えており、これらの４つの画像形成ユニット２００Ｋ、２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃは、互いに一定の間隔をおいて水平に配置されている。また、上記黒色、イエロー色、マゼンタ色及びシアン色の４つの画像形成ユニット２００Ｋ、２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃの下部には、転写用紙２０１を静電吸着した状態で各画像形成ユニット２００Ｋ、２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃの転写位置に渡って転写用紙２０１を搬送する無端状の転写材担持体としての転写ベルト２０２が配置されている。

４つの画像形成ユニット２００Ｋ、２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃは、すべて同様に構成されており、これら４つの画像形成ユニット２００Ｋ、２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃでは、上述したようにそれぞれ４色のトナー像を順次形成するように構成されている。上記各色の画像形成ユニット２００Ｋ、２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃは、感光体ドラム２０３を備えており、この感光体ドラム２０３の表面は、一次帯電用のスコロトロン２０４によって一様に帯電された後、像形成用のレーザー光２０５が画像情報に応じて走査露光されて静電潜像が形成される。上記感光体ドラム２０３の表面に形成された静電潜像は、各画像形成ユニットの現像器２０６によってそれぞれ黒色、イエロー色、マゼンタ色、シアン色の各色のトナーにより現像されて可視トナー像となり、これらの可視トナー像は、転写前帯電器２０７により転写前帯電を受けた後、転写帯電器２０８の帯電により転写ベルト２０２上に保持された転写用紙２０１に順次転写される。上記各色のトナー像が転写された転写用紙２０１は、転写ベルト２０２から分離された後、図示しない定着装置によって定着処理を受け、カラー画像の形成が行われる。なお、図中、２０９は感光体クリーナー、２１０は感光体除電ランプ、２１１は用紙剥離コロトロン、２１２は転写ベルト除電コロトロン、２１３は転写ベルトクリーナー、２１４はクリーニング前処理コロトロンをそれぞれ示すものである。
このタンデム型の装置構成では、各色の画像形成を複数の異なる場所で行っているため、位置ずれ、色ずれが発生しやすい。色ずれのうち、副走査方向のものに注目すると、その発生原因に静的なものと動的なものがある。静的な原因としては、
１．各画像形成ユニット間の距離、各感光体ドラム間の距離の偏差がそのまま色ズレ量となる。
２．露光転写のずれ露光と転写位置のズレもそのまま色ズレ要因となる。
３．駆動ローラの直径精度とベルトの厚さ偏差転写ベルトなどのベルト体を駆動する駆動ローラの直径が変われば、ベルト搬送速度が変化し位置ズレが発生する。
このように、静的な原因は、主に装置組立て時の誤差や部品精度に起因するものである。これら静的な原因は、例えば露光タイミングを電気的に調整するなどにより、少なくとも製品出荷時には補正して除去することが可能である。

これに対し、動的な原因としては、
４．駆動ローラの偏心や駆動伝達系（歯車等）の偏心、これらの回転周期の変動が色ズレとなる。しかし、回転周期を、画像形成ユニット間距離だけベルトが搬送される時間の整数分の１にすることで低減されることが知られている。
５．機内温度上昇による駆動ローラ、ベルトの熱膨張駆動ローラ径やベルト厚みが変化することによってベルト速度が変化し色ズレとなる。
６．駆動ローラ、ベルトの磨耗熱膨張同様に径や厚みが変化し色ズレとなる。
７．ベルト厚さ変動は、無端状ベルトの製法で円筒金型を用いて遠心焼成方式で作成したベルト等にみられるベルト肉厚の偏りが原因となる。多くがベルト１周期の変動を持ち、色ズレ要因となっている。
８．駆動ローラとベルト間に発生するスベリ駆動ローラとベルト間に発生するスベリにより搬送速度が変化し、色ズレ要因となる。
このようなベルトに関する動的要因に対しては、製造時の補正により除去することが困難である。
しかし、位置ずれ、色ずれの動的要因は、ベルトの回転方向の振動に対して、逆位相の回転方向振動を加えることによってキャンセルされ、制振されることが知られている。
図７（ａ）に速度変動データのサンプルを示した。同図に示す波形に対して、同周波数、同振幅、逆位相の振動を図７（ｂ）に示した。両者の波形を合成した場合、それぞれの波形に含まれる振動成分が打ち消しあい、バンディングや色ズレの原因となる振動の低減が可能となり高精度な転写ベルト駆動が可能となる原理である。
特開２０００−１９９９８８公報では、段落番号００１４にて、ベルトとローラがそれぞれ５μｍ摩耗し変化することで、９４μｍの色ずれが発生すると試算しており、このような変動への対応は重要な課題となっている。このことから転写ベルトの搬送速度変動は、極力抑えなければならず、駆動伝達系の構成の工夫（偏差のない高精度な装置や位相合せ）やベルト速度変動を検出してフィードバック制御をするような工夫がなされている。

このようなベルト搬送速度の変化、特にベルト体の経時的な厚さ変化に対応する方法として、特開平１１−１７４９３２号公報には、ベルト体を支持し従動回転する従動ローラの回転をロータリエンコーダなどの回転検出手段を用いて検出し、そのデータを基に駆動速度を制御することによって、安定したベルト搬送を行う技術が開示されている。
また、特開２００２−２５１０７９公報では、従動軸１回転毎に数パルス発生するエンコーダを用いて熱膨張によるベルト速度変化を検出し駆動制御する提案がされている。
また、特開２０００−３１０８９７公報では、予め計測された転写ベルト１周にわたる厚さプロファイルにより、ベルトのホームポジションを基準に、ベルトが一定速度となるようなパルスモータのパルスレートに変調して、制御する方式の提案がされている。
本発明のように、逆位相の波形を用いてアクティブに制御するものとしては、アクティブノイズコントロールが知られており、特開平９−１９３５０５号公報では、画像形成装置内で発生する騒音に対して、騒音が外部へ漏れる排紙開口部付近に、マイクにより検出された騒音と同周波数、同振幅、逆位相の音をスピーカなどの音源を用いて出力して低騒音化を行うものである。また、逆位相の波形を用いた振動のアクティブ制御としては、特開２００１−３８９５５公報があり、画像形成装置の書き込み系において発生するポリゴンミラーの振動に対して、アクチュエータによる逆位相振動を付与し、振動の低減を狙ったものである。
特開２０００−１９９９８８公報 特開平１１−１７４９３２号公報 特開２００２−２５１０７９公報 特開２０００−３１０８９７公報 特開平９−１９３５０５号公報 特開２００１−３８９５５公報

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、転写ベルトユニットに発生する回転系振動に対して、同周波数、同振幅、逆位相の振動を回転駆動系に与えることで、アクティブに回転方向振動成分を低減させ高画質化を狙った転写ユニット、及び画像形成装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、黒、イエロー、マゼンタ、シアンの各色毎の画像形成ユニットと、各画像形成ユニットにより夫々形成された異った色のトナー画像を無端ベルトに多重転写する転写ユニットであって、前記無端ベルトで発生する回転方向の振動に対して、該無端ベルトの非画像形成部を介して逆位相の回転方向振動を与えて前記回転方向の振動をキャンセルする振動発生手段を備えたものにおいて、前記振動発生手段の振動伝達部が、無端ベルトに回転しながら接触する円筒部材からなることを特徴とする。
円筒部材は、他の張架ローラ（駆動ローラ、従動ローラ）と同様にベルトを支持するローラとして使用され、且つ感光体等を配置しない他の走行面に配置する。無端ベルトとは、記録紙を各感光体ドラムの転写位置に搬送する転写ベルトと、各感光体からのトナー像の転写を直接受ける中間転写ベルトを含む概念である。
請求項２の発明は、請求項１の円筒部材の半径が、前記無端ベルトの張架ローラ半径と等しいことを特徴とする。
安定した制振効果を得ることができる。
請求項３の発明は、請求項１の円筒部材が、前記無端ベルトと近接配置された感光体ドラムの転写位置に隣接した位置に設けられていることを特徴とする。
振動発生部位に最も近い位置で制振することが最も有効である。

請求項４の発明は、請求項３の円筒部材が、各色それぞれの感光体ドラムに対して一個ずつ設けられていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１、２において、前記円筒部材が、前記無端ベルト上に形成されたトナー画像を記録紙に二次転写する位置と隣接した位置に配置されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５において、前記円筒部材が、前記無端ベルトと接離可能であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６において、画像形成のモードの違いに応じて前記円筒部材の接離を行なうことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至７において、前記円筒部材は、減衰性の高い材料で構成されていることを特徴とする。
請求項９の発明に係る画像形成装置は、請求項１乃至請求項８に記載の転写ユニットを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、無端ベルトの回転方向の振動による速度変動を低減させるために、転写ユニットで発生している回転方向の振動に対して、振動発生手段によりその振動と逆位相（同周波数、同振幅）の回転方向振動を与えることにより、ベルトの速度変動となる振動と印加した振動の合成波がお互いに振動を打ち消し合い、被駆動体である転写ベルトの振動による速度変動を低減させて振動低減効果による高画質化が可能となる。また、転写ベルト又は中間転写ベルトで発生する回転方向振動に対して、逆位相の回転方向振動を与えるために、円筒部材を使用することによって、回転方向振動を容易に転写ベルトに与えることが可能な構成とすることができ、ベルトに内接する部分又はベルト上の非画像形成部で接触するため、形成された画像とローラの接触はなく転写されたトナーを劣化させることなく、被駆動体である転写ベルトの振動による速度変動を低減させて振動低減効果による高画質化が可能となる。
請求項２の発明によれば、円筒部材の半径が、転写ベルトの駆動ローラ半径と等しいことにより、転写ベルトにおける速度変動成分が転写ベルトと同一となり、駆動モータの制御系による偏心の低減効果が得られる変動しか発生せず、新たな画像劣化となる変動周波数が発生しない。
請求項３の発明によれば、円筒部材が、無端ベルトにおける感光体ドラムの転写位置に隣接した位置に設けられたことによって、ベルトの位置によって生じる回転振動の位相ズレの影響を防止できるだけでなく、転写位置での速度変動が低減でき、高画質化が可能となる。

請求項４の発明によれば、円筒部材が各色それぞれの感光体に対して複数個設けられたことによって、各色感光体から転写ベルトに像が転写される位置によってそれぞれ振動状態が異なるため、個々の転写位置に対して、逆位相振動を付与することで、各色のドラムに対して転写による像のズレが低減させられる。
請求項５の発明によれば、円筒部材を中間転写ベルト上に形成されたトナー像を記録紙に転写する位置と隣接した場所に設置したことにより、逆位相の振動を付与して、記録紙に転写される位置における速度変動が低減され、高画質な画像の転写が実現可能である。
請求項６の発明によれば、円筒部材を接離可能とすることで、トナー画像を形成しないときはベルトへの接触がなく、ベルトに与えるストレスを低減し、駆動系に対するトルク低減となる。
請求項７の発明によれば、モノクロ印刷など、印刷モードによっては、カラーの感光体は稼動しない場合があるため、このような場合には選択的に接離を行なうことで、省エネルギーとなるだけでなく転写ベルトに対するトルクを低減することが可能である。
請求項８の発明によれば、減衰性の高い材料を用いることにより動的な逆位相による振動低減のほか、静的な振動の低減効果も得られ、高画質化につながる。
請求項９の発明によれば、請求項１〜請求項８の転写ユニットを画像形成装置が持つことにより、回転振動が低減可能となり、高画質な画像が得られる画像形成装置が得られる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）は、図６に示したカラー画像形成装置の転写ベルト２０２に対して本発明の振動発生手段を適用した例を示している。なお、図６に示した画像形成装置の構成を併せて参照しつつ説明する。
この振動発生手段２３２は、張架ローラ、即ち駆動ローラ２３０、従動ローラ２３１と共に転写ベルト２０２をエンドレスに張設する円筒部材（制御ローラ）であり、感光体ドラム２０３を配列した上側の走行面と対向する下側の走行面（非画像形成部）の中間部に円筒部材２３２を配置してベルト２０２に所定のテンションを付与しつつ、転写ベルトに発生する回転方向の有害な振動に対して逆位相の回転方向振動を与えて制振するようにしている。
即ち、この実施形態は、黒、イエロー、マゼンタ、シアンの各色毎の画像形成ユニット２００Ｋ、２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃと、各画像形成ユニットにより夫々形成された異った色のトナー画像を転写ベルト２０２（または中間転写ベルト）に多重転写する転写ユニットにおいて、転写ベルト２０２で発生する回転方向の振動（図７（ａ）を参照）に対して、ベルト２０２の非画像形成部を介して逆位相の回転方向振動（図７（ｂ）を参照）を与えて前記回転方向の振動をキャンセルするようにしている。

この実施形態に於いて使用する振動発生手段２３２は、その振動伝達部（周面）が、転写ベルト（又は中間転写ベルト）に回転しながら接触する円筒部材からなるものである。
円筒部材２３２は、ベルト２０２に対して制御振動を付加可能な摩擦力を得られる構成を備えたものであれば良い。その例として、図１（ｂ）（ｃ）には夫々振動発生手段２３２の一例である円筒部材の概略を斜視図で示した。図１（ｂ）の円筒部材２３２は、全長に亘って同一径の円筒体であり、図１（ｃ）の円筒部材２３２は両端部に大径部２３２ａを有し、大径部２３２ａ間を小径部２３２ｂにて連結したタイプである。
回転可能な円筒部材２３２、２３２ａの各半径は、駆動ローラ２３０や従動ローラ２３１と等しいことが望ましい。その理由は、ベルトと接触することにより回転する円筒部材２３２、２３２ａの半径が駆動ローラや従動ローラと異なった場合、円筒部材の精度又は偏心により、別の周波数の振動成分を発生するからである。したがって、駆動ローラや従動ローラと円筒部材の半径を等しくすることで、ベルトの回転方向に新たな速度変動となる周波数成分が発生しない構成とすることができる。

次に、図２は振動発生手段の円筒部材が、転写ベルト２０２に対する感光体ドラム２００との転写位置Ａに隣接した位置Ｂに設けられた場合の概略図を示している。振動発生手段２３２により、逆位相の振動を付与する場合、速度変動を低減したい位置に図示しない回転振動検出手段及び振動発生手段２３２を設けることが好ましい。この理由は、ベルト２０２の位置によって回転振動の位相情報にズレが生じることを防止できるからである。また、ベルト位置の違いにより振動状態が変化するため、ターゲットとする位置に振動発生手段２３２を設置することが最も良い。
図３に円筒部材が各色それぞれの感光体２００Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃに対して一個ずつ設けられた概略図を示した。各色感光体２００Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃから転写ベルト２０２にトナー像が転写される位置によってそれぞれ振動状態が異なるため、個々の転写位置に対して、図示しない回転振動検出手段、及び振動発生手段２３２を近接配置し、逆位相振動を付与することで、各色の感光体ドラムに対して転写による像のズレが低減させられる。
図４は、記録紙を搬送する転写ベルトに代えて、各感光体ドラム２００Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃからトナー像の転写を直接受ける中間転写ベルト２３５に振動発生手段２３２としての円筒部材を適用した例を示した。
中間転写ベルト２３５上に形成された重ねトナー像を記録紙に転写する位置（二次転写位置）と隣接した場所に設置した概略図を示した。同図の位置に円筒部材２３２を設けて逆位相の振動を付与することにより、記録紙に転写される位置における速度変動が低減され、高画質な画像の転写が実現可能である。

図５は本発明の転写ユニットの他の例を示す。この例では、円筒部材２３２が転写ベルト２０２に対して接離可能に接触している。同図に示すように、円筒部材２３２を転写ベルト２０２に対して接離可能とすることで、画像を形成しないときはベルトへの接触がなく、ベルトに与えるストレスが低減する。またモノクロ印刷など、印刷モードによっては、カラーの感光体は稼動しない場合があるため、このような場合には選択的に接離（非稼働感光体から離間）を行なうことで、省エネルギーとなるだけでなく転写ベルトに対するトルクを低減することが可能である。
各実施形態における円筒部材２３２の構成材料は、転写ベルト２０２との間の摩擦力でベルト回転方向に対して制御振動を付加できるものであれば良いが、減衰性の高い材料を用いることにより動的な逆位相による振動低減のほか、静的な振動の低減効果も得られる。材料としては、ゴム系や樹脂系が好ましい。
上記実施形態では、主として転写ベルトを例示したが、本発明の振動発生手段は、中間転写ベルトにも適用することができる。請求項においては、転写ベルトと中間転写ベルトを併せた概念として無端ベルトを用いる。

（ａ）は、図６に示したカラー画像形成装置の転写ベルトに対して本発明の振動発生手段を適用した例を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は図１の構成例及び他の構成例を示す斜視図。 本発明の他の実施形態に係る振動発生手段の適用例を示す図。 本発明の他の実施形態に係る振動発生手段の適用例を示す図。 本発明の他の実施形態に係る振動発生手段の適用例を示す図。 本発明の他の実施形態に係る振動発生手段の適用例を示す図。 タンデム型カラー画像形成ユニットの構成例を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は回転方向振動と、逆位相振動の波形を示す図。

符号の説明

２００ 感光体ドラム、２０２ 転写ベルト（無端ベルト）、２３０ 駆動ローラ、２３１ 従動ローラ、２３２ 振動発生手段（円筒部材）、２３５ 中間転写ベルト（無端ベルト）

Claims (9)

1. 黒、イエロー、マゼンタ、シアンの各色毎の画像形成ユニットと、各画像形成ユニットにより夫々形成された異った色のトナー画像を無端ベルトに多重転写する転写ユニットであって、前記無端ベルトで発生する回転方向の振動に対して、該無端ベルトの非画像形成部を介して逆位相の回転方向振動を与えて前記回転方向の振動をキャンセルする振動発生手段を備えたものにおいて、
   前記振動発生手段の振動伝達部が、無端ベルトに回転しながら接触する円筒部材からなることを特徴とする転写ユニット。
2. 請求項１の円筒部材の半径が、前記無端ベルトの張架ローラ半径と等しいことを特徴とする転写ユニット。
3. 請求項１の円筒部材が、前記無端ベルトと近接配置された感光体ドラムの転写位置に隣接した位置に設けられていることを特徴とする転写ユニット。
4. 請求項３の円筒部材が、各色それぞれの感光体ドラムに対して一個ずつ設けられていることを特徴とする転写ユニット。
5. 前記円筒部材が、前記無端ベルト上に形成されたトナー画像を記録紙に二次転写する位置と隣接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１、２に記載の転写ユニット。
6. 前記円筒部材が、前記無端ベルトと接離可能であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の転写ユニット。
7. 画像形成のモードの違いに応じて前記円筒部材の接離を行なうことを特徴とする請求項６に記載の転写ユニット。
8. 前記円筒部材は、減衰性の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７に記載の転写ユニット。
9. 請求項１乃至請求項８に記載の転写ユニットを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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