JP2021081498A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押出成形で製造された無端状の中間転写ベルトを用いた場合でも、振動抑制手段などの部品を新たに追加することなく、ベルトのスティックスリップ振動を容易に抑制するとともに、スティックスリップ振動に起因する異音の発生を容易に抑制する。【解決手段】画像形成装置は、複数の画像形成部に沿って移動する無端状の中間転写ベルトと、中間転写ベルトの移動方向の最も上流側に位置する像担持体よりも上流側に位置し、中間転写ベルトの移動方向を巻き付け前後で変化させるバックアップローラーと、バックアップローラーよりもさらに上流側に位置するテンションローラーと、を含む。中間転写ベルトの内周面の算術平均粗さは、中間転写ベルトの幅方向よりも移動方向のほうが大きい。テンションローラーとバックアップローラーとの間において、中間転写ベルトと水平面との成す角度が、２２°以下である。【選択図】図６

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写ベルトに一次転写した後、さらに中間転写ベルトから記録媒体に二次転写する中間転写方式の画像形成装置に関する。

従来から、中間転写方式の画像形成装置が種々提案されている。この種の画像形成装置において、複数の支持ローラーで張架される無端状の中間転写ベルトが、上記支持ローラーに対して付着およびスリップを繰り返すと（この現象は「スティックスリップ現象」とも呼ばれる）、中間転写ベルトが隣り合う支持ローラー間で共振し（スティックスリップ振動が発生し）、この共振によって異音が発生する。また、中間転写ベルトの振動は、中間転写ベルト上に転写されるトナー像に位置ずれ等を生じさせて画質劣化を引き起こす原因ともなる。

そこで、特許文献１では、無端状のベルト部材に振動抑制手段としての接触ロールを接触させることにより、上記ベルト部材に発生する振動を抑制するようにしている。また、特許文献２では、中間転写ベルトに対してテンションを与えるテンションローラーに動吸振器を備えることにより、動吸振器による特定周波数の振動を低減して高画質化を図るようにしている。さらに、特許文献３では、複数のローラーによって張架されるベルトの裏面に凹凸形状を付与し、ベルトの裏面の最大動摩擦係数、および最大動摩擦係数と最小動摩擦係数との差を適切に規定することにより、ベルトの走行時に異音が発生するのを抑制している。

特開２００４−１０９８７２号公報 特開２００８−７６４９９号公報 特開２０１５−１３２７９９号公報

ところが、特許文献１の構成では、ベルト部材の振動を抑制する手段として、接触ロールを設ける必要があるため、装置のコストが増大するとともに、装置の構成も複雑化する。また、特許文献２についても同様に、特定周波数の振動を低減する動吸振器を必要とするため、装置のコストが増大するとともに、装置の構成も複雑化する。また、テンションローラーに動吸振器を設けると、テンションローラーが大型化して中間転写ユニットが大型化するおそれもある。したがって、特許文献１および２のように、新たな部品を追加してベルトの振動を抑制することが望ましくはない。また、最大動摩擦係数は材料固有の値であり、これをコントロールすることは容易ではないため、特許文献３の手法でベルトの走行時の異音の発生を抑制することは現実的には困難である。

また、中間転写ベルトの製法としては、押出成形と遠心成形とが知られている。押出成形とは、ダイスから溶融樹脂を押し出してチューブ状のベルトを製造する手法である。また、遠心成形とは、回転する円筒状の型の内面に樹脂溶液を供給して無端状のベルトを製造する手法である。

押出成形によって無端状のベルトを製造すると、ベルトの内周面には、製造時の押出に起因して、ベルトの幅方向に沿った筋状の凹キズが無数に発生する（ベルトの周方向に沿った凹キズは発生しない）。このベルト内周面の凹キズが、画像形成装置においてベルトの移動方向の最上流側に配置される像担持体よりもさらに上流側に位置する支持ローラー（例えばバックアップローラー）に対して、ベルトのスティックスリップ現象を生じさせ、その結果、バックアップローラーとさらにその上流側に位置する支持ローラー（例えばテンションローラー）と間でベルトが共振し、異音が発生することがわかっている。

一方、遠心成形によって無端状のベルトを製造すると、ベルトの幅方向および周方向において、ベルト内面の表面凹凸の差が小さくなり、異音が小さくなることがわかっている。しかし、遠心成形では、押出成形よりもベルトの生産性が低いため、ベルトの単価が上昇する。このため、コスト的には、押出成形で製造されたベルトを用いることが望ましい。したがって、上記ベルトを用いた構成でスティックスリップ振動を抑制して、異音の発生を抑制する構成を実現することが望まれる。しかし、このような構成は、上述した特許文献１〜３も含めて未だ提案されていない。

本発明は、上記問題点に鑑み、押出成形で製造された無端状の中間転写ベルトを用いた場合でも、振動抑制手段などの部品を新たに追加することなく、ベルトのスティックスリップ振動を容易に抑制することができ、これによってスティックスリップ振動に起因する異音の発生を容易に抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面に係る画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体にトナーを供給する現像装置と、を有し、異なる色の画像を形成する複数の画像形成部と、複数の支持ローラーで張架され、前記複数の画像形成部に沿って移動する無端状の中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトを挟んで前記像担持体と対向配置され、前記像担持体上に形成されたトナー像を前記中間転写ベルト上に一次転写する複数の一次転写部材と、前記中間転写ベルト上に一次転写された前記トナー像を記録媒体に二次転写する二次転写部材と、を備える。前記複数の支持ローラーは、前記中間転写ベルトを挟んで前記二次転写部材と対向配置される駆動ローラーと、前記複数の画像形成部の像担持体のうち、前記中間転写ベルトの移動方向の最も上流側に位置する像担持体よりも上流側に位置し、前記中間転写ベルトを周面に巻き付けることによって前記中間転写ベルトの移動方向を巻き付け前後で変化させるバックアップローラーと、前記バックアップローラーよりもさらに上流側に位置し、前記中間転写ベルトにテンションを与えるテンションローラーと、を含む。前記中間転写ベルトの内周面の算術平均粗さは、前記中間転写ベルトの幅方向よりも前記幅方向と垂直な移動方向のほうが大きい。前記テンションローラーと前記バックアップローラーとの間において、前記中間転写ベルトと水平面との成す角度が、２２°以下である。

押出成形によって製造された中間転写ベルトでは、その内周面の算術平均粗さは、幅方向よりも移動方向のほうが大きい（製造時の押出方向がベルトの幅方向と対応するため）。このような中間転写ベルトを用いた構成において、テンションローラーとバックアップローラーとの間での、中間転写ベルトと水平面との成す角度が２２°以下であると、中間転写ベルトがバックアップローラーの周面に対して水平に近い角度で接触するようになる。これにより、中間転写ベルトがバックアップローラーの周面と接触しているとき（巻き付いているとき）の移動速度と、非接触時の移動速度（周面に接触する前の移動速度または接触が解除された後の移動速度）との差を小さくすることができる。

したがって、上記のように中間転写ベルトの内周面の算術平均粗さが移動方向に大きい構成であっても（押出成形で製造された無端状の中間転写ベルトを用いた場合でも）、バックアップローラーに対する中間転写ベルトのスティックスリップ現象が起きにくくなる。その結果、従来のように振動抑制手段などの部品を新たに追加することなく、中間転写ベルトのスティックスリップ振動を容易に抑制することが可能となり、スティックスリップ振動に起因する異音の発生を容易に抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例であるカラープリンターの概略断面図である。 上記カラープリンターに搭載される中間転写ユニット周辺の構成を示す断面図である。 上記中間転写ユニットが有する中間転写ベルトの積層構造を示す部分断面図である。 算術平均粗さＲａの計算方法を模式的に示す説明図である。 最大高さＲｚの計算方法を模式的に示す説明図である。 上記中間転写ユニットにおける上流側のバックアップローラー付近を拡大して示す説明図である。 上記バックアップローラーと上記中間転写ベルトとの位置関係を模式的に示す説明図である。 上記中間転写ベルトが上記バックアップローラーの周面に巻き付きながら移動するときの、上記中間転写ベルトの内周面および外周面の移動速度の変化を模式的に示す説明図である。 実施例１のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。 実施例２のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。 比較例１のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。 比較例２のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。

〔画像形成装置の構成〕
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例であるタンデム方式のカラープリンター１００の概略断面図である。カラープリンター１００の本体内には、４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、中間転写ベルト８の移動方向の上流側（図１では左側）から下流側（図１では右側）に沿って順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（イエロー、シアン、マゼンタ、およびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程により、イエロー、シアン、マゼンタ、およびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄ（像担持体）がそれぞれ配設されている。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、例えばアルミニウム製のドラム素管の外周面に有機感光層（ＯＰＣ）が積層された有機感光体であり、メインモーター（図示せず）によって回転駆動される。また、図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が設けられている。中間転写ベルト８は、駆動ローラー１１の回転により、各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに沿って（特に感光体ドラム１ａ〜１ｄに沿って）移動する。駆動ローラー１１は、ベルト駆動モーター４１（図２参照）によって回転駆動される。また、中間転写ベルト８を挟んで駆動ローラー１１と対向する位置に、二次転写ローラー９（二次転写部材）が配置されている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、トナーコンテナ４ａ〜４ｄにより、イエロー、シアン、マゼンタ、およびブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が所定量充填されており、現像装置３ａ〜３ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に現像剤中のトナーが供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

帯電装置２ａ〜２ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を帯電させる帯電ローラー２１（図２参照）を有している。本実施形態においては、発生するオゾン量を少なくし、且つ帯電電圧電源（図示せず）のコストを低減するために、直流電圧のみからなる帯電電圧を帯電ローラー２１に印加している。

現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向する現像ローラー３０（図２参照）を備える。現像装置３ａ〜３ｄ内には、キャリアおよびトナーからなる二成分現像剤が収容されており、攪拌搬送部材（図示せず）によって現像ローラー３０に二成分現像剤が供給され、現像ローラー３０上に磁気ブラシが形成される。また、現像ローラー３０には、現像電圧電源（図示せず）から直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧が印加される。

現像電圧を印加された現像ローラー３０が図２の反時計回り方向に回転すると、現像電位と感光体ドラム１ａ〜１ｄの露光部の電位との電位差により、現像ローラー３０表面に担持された磁気ブラシからトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄに供給される。トナーは時計回り方向に回転する感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の露光部に順次付着し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像がトナー像に現像される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ（一次転写部材）により、一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタ、およびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等は、クリーニング装置７ａ〜７ｄにより除去される。

クリーニング装置７ａ〜７ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留するトナーを除去するクリーニングブレード７１（図２参照）を備える。クリーニングブレード７１としては、例えばポリウレタンゴム製のブレードが用いられる。

図１に示すように、トナー像が転写される転写紙Ｐ（記録媒体）は、カラープリンター１００内の下部に配置された用紙カセット１６ａ内に収容されるか、あるいはカラープリンター１００の側面に配置された手差しトレイ１６ｂに載置されている。用紙カセット１６ａ内または手差しトレイ１６ｂ上の転写紙Ｐは、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して、用紙搬送路１７内を所定のタイミングで二次転写ローラー９と中間転写ベルト８のニップ部（二次転写ニップ部Ｎ、図２参照）へ搬送される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。中間転写ベルト８の表面に残留したトナー等はベルトクリーニングユニット１９により除去される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａにより加熱および加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、そのまま（あるいは分岐部１４によって反転搬送路１８に振り分けられ、両面に画像が形成された後）用紙搬送路１７から排出ローラー対１５を介して排出トレイ２０に排出される。

また、最も下流側の感光体ドラム１ｄよりもさらに下流側の位置には、画像濃度センサー４５が中間転写ベルト８と対向して配置されている。画像濃度センサー４５としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する際、発光素子から中間転写ベルト８上に形成された各基準画像に対し測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、およびベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナーおよびベルト表面からの反射光には正反射光と乱反射光とが含まれる。この正反射光および乱反射光は、偏光分離プリズムで分離された後、それぞれ別個の受光素子に入射する。各受光素子は、受光した正反射光と乱反射光を光電変換して制御部（図示せず）に出力信号を出力する。そして、正反射光と乱反射光の出力信号の特性変化からトナー量を検知し、予め定められた基準濃度と比較して現像電圧の特性値などを調整することにより、各色について濃度補正（キャリブレーション）が行われる。

図２は、本実施形態のカラープリンター１００に搭載される中間転写ユニット３１周辺の構成を示す断面図である。中間転写ユニット３１は、上流側のテンションローラー１０と下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡された中間転写ベルト８と、中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触する一次転写ローラー６ａ〜６ｄと、バックアップローラー２２ａ、２２ｂと、ベルトクリーニングユニット１９と、ローラー接離機構３２と、を有する。駆動ローラー１１には、ギア列（図示せず）を介してベルト駆動モーター４１が連結されている。

なお、上記のテンションローラー１０、駆動ローラー１１、およびバックアップローラー２２ａ、２２ｂは、中間転写ベルト８を張架する複数の支持ローラーＳＲをそれぞれ構成している。また、バックアップローラー２２ａ、２２ｂは、中間転写ベルト８の移動方向の上流側および下流側にそれぞれ位置するローラーであるとする。バックアップローラー２２ａは、最上流側に位置する感光体ドラム１ａに中間転写ベルト８を水平方向から確実に（安定して）当接させるために配置されている。バックアップローラー２２ｂは、感光体ドラム１ｄとの当接が解除された中間転写ベルト８を水平方向に移動させ、その後、駆動ローラー１１に向かうように移動方向を変えるために配置されている。

図３は、中間転写ベルト８の積層構造を示す部分断面図である。中間転写ベルト８は、例えば基材層８１、弾性層８２、およびコート層８３から成る３層構造の導電性ベルトであり、コート層８３が感光体ドラム１ａ〜１ｄと接触する。基材層８１は中間転写ベルト８を構成する基本素材となって所定の剛性を付与するとともに、弾性層８２およびコート層８３を積層する際の加工条件に耐え、更に、中間転写ベルト８の製造に際し、加工作業性、耐熱性、滑り性、その他の諸物性において優れたものであることが好ましい。このような基材層８１の材質としては、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が好適に用いられる。

弾性層８２は、中間転写ベルト８に弾性を付与して応力集中による画像の中抜け現象を防止するために設けられる。弾性層８２の材質としては、例えばヒドリンゴムやクロロプレンゴム、ＴＰＵ（Thermoplastic Polyurethane）と呼ばれる熱可塑性ポリウレタンゴム等が用いられる。コート層８３は弾性層８２を保護するために設けられる。コート層８３の材質としては、アクリル、シリコン、フッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ；polytetrafluoroethylene））等が用いられる。中間転写ベルト８は、３層（基材層８１、弾性層８２、コート層８３）の共押出による押出成形によって得ることができる。

その他、中間転写ベルト８は、基材層８１を含まない構成や、基材層８１、弾性層８２、コート層８３以外の他の層を含む構成であっても良いし、積層構造に限らず弾性層８２のみの単層構造としても良い。

図２に示すように、ベルトクリーニングユニット１９は、ハウジング内に、ファーブラシ２３、回収ローラー２５、スクレーパー２７、搬送スパイラル２９を備えている。ファーブラシ２３は、中間転写ベルト８を介してテンションローラー１０と対向配置されている。ファーブラシ２３は、中間転写ベルト８の移動方向に対してカウンター方向（図２の反時計回り方向）に回転することにより、中間転写ベルト８上に残存するトナーや紙粉等の異物（以下、トナー等という）を掻き取る。回収ローラー２５に接触するファーブラシ２３のブラシ部分は電気抵抗値１〜９００ＭΩ程度の導電性の繊維で形成されている。

回収ローラー２５は、ファーブラシ２３の表面に接触しながらファーブラシ２３と逆方向（図２の時計回り方向）に回転することにより、ファーブラシ２３に付着したトナー等を回収する。回収ローラー２５にはベルトクリーニング電圧電源５５が接続されており、中間転写ベルト８のクリーニング時にトナーと逆極性（ここでは負極性）のクリーニング電圧が印加される。また、テンションローラー１０はグランドに接地（アース）されている。その結果、中間転写ベルト８から掻き取られたトナー等はファーブラシ２３のブラシ部分に電気的および機械的に回収され、さらに回収ローラー２５に電気的に移動する。搬送スパイラル２９は、スクレーパー２７によって回収ローラー２５から掻き落とされたトナー等をハウジングの外部の廃トナー回収容器（図示せず）へ搬送する。

ローラー接離機構３２は、４本の一次転写ローラー６ａ〜６ｄが、それぞれ中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ａ〜１ｄに圧接される４色押圧状態（カラー印刷モード）と、ブラックに対応する一次転写ローラー６ｄのみが中間転写ベルト８を介して感光体ドラム１ｄに圧接される３色離間状態（モノクロ印刷モード）と、４本の一次転写ローラー６ａ〜６ｄの全てを中間転写ベルト８から離間させる４色離間状態（メンテナンスモード）と、に切り換え可能である。なお、４色離間状態は、画像形成部Ｐａ等に含まれるユニット（例えば感光体ドラムを含むプロセスユニット）の交換など、メンテナンス作業を行うときに利用される。

〔異音対策について〕
次に、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動に起因する異音の発生を抑制する対策について説明する。

押出成形によって無端状のベルトを製造すると、ベルトの内周面に凹キズが発生し、この凹キズが、ベルトのスティックスリップ振動を増大させて異音を発生させる原因となることは、前述した通りである。凹キズの深さについては、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｚなどの表面粗さで代替して評価することができる。

ここで、図４は、算術平均粗さＲａの計算方法を模式的に示す説明図である。算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４またはＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で定義される値である。すなわち、算術平均粗さＲａは、粗さ曲線から、その平均線ｍの方向に基準長さＬだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線ｍの方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、同図中の式によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものである。なお、ＪＩＳは、Japanese Industrial Standards（日本工業規格）の略号である。

一方、図５は、最大高さＲｚの計算方法を模式的に示す説明図である。最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で定義される値である。すなわち、最大高さＲｚは、粗さ曲線からその平均線ｍの方向に基準長さＬだけを抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定し、この値をマイクロメートル（μｍ）で表したものである。

ベルトのスティックスリップ振動に起因する異音と、ベルト内周面の表面粗さとの関係について種々検討した結果、上記異音と最も相関が高いのは、算術平均粗さＲａであることがわかった。さらに、これまでベルトの周方向の算術平均粗さＲａ（ここではベルトを周方向に等間隔に１８等分して１８点のＲａを測定したときの平均値とする）を０．３２μｍ未満に小さく抑えれば、発生する異音の音レベルを許容していた。しかし、Ｒａ＜０．３２μｍとなるような表面粗さの管理では、ベルトの製造上、歩留まりが悪く、最大で０．６μｍのＲａが発生することがあった。

一方、ベルトの幅方向（周方向に垂直な方向）の表面粗さを大きくして、周方向と同程度までにすると（周方向および幅方向の表面粗さの差を小さくすると）、発生する異音のレベルが小さくなっていくことがわかっている。これは、ローラーの振動源（ローラー表面におけるベルトとの当接部位）が周方向および幅方向に細かく分散されるために、全体として振動が小さくなったのではないかと考えられる。このようなベルトは、遠心成形を用いることによって製造することができる。しかし、遠心成形は押出成形よりも生産性が低いため、遠心成形ではベルトの単価が上昇する。

以上の点を考慮して、本実施形態では、中間転写ベルト８として、押出成形によって凹キズが幅方向に入るベルト（周方向より幅方向の表面粗さが低いベルト）で、かつ、周方向の算術平均粗さＲａが０．３２μｍ以上であるベルトを用いた。なお、このような中間転写ベルト８では、内周面８ａ（図６参照）の算術平均粗さＲａが幅方向よりも周方向（移動方向）のほうが大きいとも言える。そして、そのような中間転写ベルト８のスティックスリップ振動に起因する異音の発生を抑制できる構成について検討した。

なお、テンションローラー１０およびバックアップローラー２２ａ、２２ｂは、それぞれアルミニウム芯金にアルマイト加工を施して形成された金属ローラーであるが、駆動ローラー１１は、弾性層を有する弾性ローラーである。このため、中間転写ベルト８の移動方向の下流側に位置するバックアップローラー２２ｂと駆動ローラー１１との間では、たとえ中間転写ベルト８がスリップして振動しても、駆動ローラー１１の弾性層でその振動が吸収、減衰されるため、異音が発生しにくい。一方、上記移動方向の上流側に位置するバックアップローラー２２ａとテンションローラー１０とは、どちらも金属ローラーであり、振動を吸収する弾性層を持たないため、これらの２つの金属ローラー間では上記のスティックスリップ振動が生じやすくなる。そこで、本実施形態では、テンションローラー１０と上流側のバックアップローラー２２ａとの間で発生するスティックスリップ振動に起因する異音の発生を抑制できる構成について検討した。

図６は、中間転写ユニット３１のバックアップローラー２２ａ付近を拡大して示している。バックアップローラー２２ａは、複数の画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの感光体ドラム１ａ〜１ｄのうち、中間転写ベルト８の移動方向の最も上流側に位置する感光体ドラム１ａよりも上流側に位置している。そして、バックアップローラー２２ａは、中間転写ベルト８を周面に巻き付けることによって中間転写ベルト８の移動方向を巻き付け前後で変化させる。このバックアップローラー２２ａの配置により、中間転写ベルト８は、バックアップローラー２２ａの周面から離れると、感光体ドラム１ａと一次転写ローラー６ａとの間に向かって水平方向に移動する。

また、テンションローラー１０は、バックアップローラー２２ａよりもさらに上流側に位置しており、テンションばね（図示せず）によって駆動ローラー１１とは反対側に（図６では左側に）付勢されている。これにより、中間転写ベルト８に所定のテンションが付与され、中間転写ベルト８が張架される。

ここで、テンションローラー１０とバックアップローラー２２ａとの間において、中間転写ベルト８と水平面Ｓとの成す角度をθ（°）とする。なお、上記の角度θは、テンションローラー１０から送り出されてバックアップローラー２２ａの周面の当接位置（図７の点Ｐ１に相当）に向かう中間転写ベルト８の移動方向と、水平面Ｓとの成す角度であるとも言える。また、水平面Ｓは、上述した４色押圧状態（カラー印刷モード）において、最も上流側に位置する感光体ドラム１ａと一次転写部材６ａとの対向方向（図６では上下方向）に垂直な面に等しい。本実施形態では、上記の角度θが２２°以下となるように、中間転写ベルト８を張架するテンションローラー１０とバックアップローラー２２ａとの位置関係が設定されている。なお、上述のように、バックアップローラー２２ａは、感光体ドラム１ａに中間転写ベルト８を水平方向から当接させるために配置されていることから、θ＞０°とする。

図７は、バックアップローラー２２ａと中間転写ベルト８との位置関係を模式的に示している。バックアップローラー２２ａの回転軸に垂直な面内で、テンションローラー１０から送り出された中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に最初に当接する点（中間転写ベルト８が巻き付き始める点）をＰ１とし、中間転写ベルト８の周面との当接（巻き付き）が解除される点をＰ２とする。この場合、バックアップローラー２２ａの周面上で点Ｐ１と点Ｐ２との間は、バックアップローラー２２ａの周面において中間転写ベルト８が巻き付く領域を示す。同図より、上記の角度θは、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に巻き付く領域の中心角に相当する巻き付け角度θ’と等しいことがわかる。なお、図７より、上述した角度θは、バックアップローラー２２ａの周面上の点Ｐ１における中間転写ベルト８の接平面８Ｓと、水平面Ｓとのなす角度であるとも言える。

また、図８は、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に巻き付きながら移動するときの、中間転写ベルト８の内周面８ａおよび外周面８ｂの移動速度の変化を模式的に示している。中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に巻き付く前の内周面８ａおよび外周面８ｂの移動速度をそれぞれＶ２ａ（ｍｍ／ｓ）とする。また、バックアップローラー２２ａの周面への中間転写ベルト８の巻き付きが解除された後の内周面８ａおよび外周面８ｂの移動速度をそれぞれＶ２ｂ（ｍｍ／ｓ）とする。さらに、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に巻き付いている状態での内周面８ａおよび外周面８ｂの移動速度を、それぞれＶ１（ｍｍ／ｓ）およびＶ３（ｍｍ／ｓ）とする。なお、Ｖ２ａ＝Ｖ２ｂとし、Ｖ２ａとＶ２ｂとをまとめてＶ２とも称する。

同図に示すように、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に巻き付きながら移動するときの、中間転写ベルト８の内周面８ａおよび外周面８ｂの移動速度については、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１の関係が成立する。中間転写ベルト８の厚みを一定とし、バックアップローラー２２ａの外径を一定としたとき、巻き付け角度θ’が大きくなるほど、Ｖ１とＶ３との差が大きくなるとともに、Ｖ１とＶ２との差も大きくなる。Ｖ１とＶ２との差が大きくなるほど、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に対してスリップしやすくなり、その結果、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動が発生しやすくなる。上述のように、巻き付け角度θ’は角度θと等しいため、結局、角度θが大きくなるほど、Ｖ１とＶ２との差が大きくなって、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動が発生しやすくなると言える。

本実施形態では、角度θを２２°以下と小さくすることにより、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に対して水平に近い角度で接触するようになる。これにより、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面と接触しているとき（巻き付いているとき）の内周面８ａの移動速度Ｖ１と、非接触時の内周面８ａの移動速度Ｖ２との差を小さくして、中間転写ベルト８がバックアップローラー２２ａの周面に対してスリップしにくくすることができる。その結果、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動を抑制することができる。特に、角度θが０°に近づくほど、Ｖ１とＶ２との差が０に近づいて中間転写ベルト８のスリップが生じにくくなるため、上記のスティックスリップ振動を抑制する効果は高くなる。

したがって、本実施形態のように、中間転写ベルト８の内周面８ａの算術平均粗さＲａが幅方向よりも移動方向に大きい構成であっても、言い換えれば、中間転写ベルト８として押出成形で製造された無端状のベルトを用いた構成であっても、振動抑制手段などの部品を新たに追加することなく、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動を抑制することができる。つまり、角度θを規定するという簡単な構成で、新たな部品を追加することなく中間転写ベルト８のスティックスリップ振動を容易に抑制することができる。その結果、上記のスティックスリップ振動に起因する異音の発生を容易に抑制することができる。

また、振動抑制手段などの部品の追加が不要であるため、そのような部品を設ける構成に比べて、装置のコスト低減、装置の構成の簡素化、中間転写ユニット３１の小型化を図ることができる。さらに、角度θの設定により、用いる中間転写ベルト８の材料に関係なく、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動を抑制でき、異音の発生を抑制することができる。

また、中間転写ベルト８の内周面８ａにおける移動方向の算術平均粗さＲａが０．６μｍを超えても、角度θを２２°以下に設定することにより、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動および異音の発生を抑制する効果があるが、特に、上記移動方向の算術平均粗さＲａが０．６μｍ以下である場合には、上記の角度θの設定によって中間転写ベルト８のスティックスリップ振動を抑制する効果が高くなり、これによって異音の発生を確実に抑制することが可能となる。

また、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動および異音の発生を抑制する観点では、中間転写ベルト８の内周面８ａにおける移動方向の算術平均粗さＲａは小さいことが望ましいが、上述のように、Ｒａ＜０．３２μｍでは、Ｒａが小さすぎて、そのような表面粗さの管理が中間転写ベルト８の製造上困難となる。上記移動方向の算術平均粗さＲａが０．３２μｍ以上である中間転写ベルト８を用いることにより、表面粗さの管理が容易となり、そのような中間転写ベルト８を用いた構成で上述した本実施形態の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、中間転写ベルト８は弾性層８２を有している。この構成では、中間転写ベルト８で発生した振動を弾性層８２で吸収して減衰させることができる。これにより、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動をより抑えることが可能となり、スティックスリップ振動に起因する異音の発生をより抑えることが可能となる。

また、テンションローラー１０およびバックアップローラー２２ａは、ともに金属ローラーであり、振動を吸収する弾性層を持たないため、これらの２つの金属ローラー間では、中間転写ベルト８が共振してスティックスリップ振動が起こりやすくなる。それゆえ、これらの２つの金属ローラー間での中間転写ベルトの角度θを規定することにより、スティックスリップ振動および異音の発生を抑制する本実施形態の効果を確実に得ることができる。

〔実施例〕
以下、図６の構成で角度θを変化させて、中間転写ベルト８のスティックスリップ振動に起因する異音の発生状況を具体的に調べた。その結果を実施例および比較例として説明する。

なお、実施例および比較例で共通する条件は、以下の通りである。
・中間転写ベルト：弾性層付きベルト（大倉工業株式会社製、厚み０．３７ｍｍ）
・弾性層付きベルト：基材（ＰＶＤＦ）＋弾性層（ＴＰＵ）＋コート層（ＰＴＦＥ）
・中間転写ベルト内周面算術平均粗さＲａ（移動方向）：０．６μｍ（実施例１、比較例１）、０．３２μｍ（実施例２、比較例２）
・中間転写ベルト内周面算術平均粗さＲａ（幅方向）：０．１μｍ（実施例１、２、比較例１、２）
・Ｒａの測定方法：表面粗さ測定機（株式会社ミツトヨ製、SJ210）を用い、中間転写ベルトの内周面の移動方向または幅方向にＲａを１８点測定し、その平均値を採用した。
・バックアップローラー：外径１３ｍｍ（アルミニウム芯金＋アルマイト加工）
・テンションローラー：外径２４ｍｍ（アルミニウム芯金＋アルマイト加工）
・テンションバネ：６０Ｎ（水平方向）
・テンションローラーからバックアップローラーまでの中間転写ベルトの移動距離：２２ｍｍ
・中間転写ベルト搬送速度：１３０ｍｍ／ｓ

（実施例１）
内周面の移動方向のＲａが０．６μｍである中間転写ベルトを用い、上記中間転写ベルトを、テンションローラーとバックアップローラー（最上流側の感光体ドラムよりも上流側に位置）とを含む複数の支持ローラーで張架した。このとき、テンションローラーとバックアップローラーとの間において、中間転写ベルトが水平面と成す角度θを２２°に設定した（θ＝２２°となるようにテンションローラーおよびバックアップローラーの位置を設定した）。そして、中間転写ベルトを上記の搬送速度で搬送し、そのときに発生する異音をセンサーで検知し、検知信号の周波数解析を、フーリエ変換解析装置を用いて行った。

（実施例２）
内周面の移動方向のＲａが０．３２μｍである中間転写ベルトを用いた以外は、実施例１と同様である。

（比較例１）
テンションローラーとバックアップローラーとの間において、中間転写ベルトが水平面と成す角度θを２５°に設定した（θ＝２５°となるようにテンションローラーおよびバックアップローラーの位置を設定した）。それ以外は、実施例１と同様である。

（比較例２）
内周面の移動方向のＲａが０．３２μｍである中間転写ベルトを用いた以外は、比較例１と同様である。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄは、それぞれ実施例１、実施例２、比較例１および比較例２のＦＦＴ（Fast Fourie Transform；高速フーリエ変換）解析結果を示している。なお、これらの図の縦軸の振幅は、中間転写ベルトを例えば６周分移動させたときに発生する異音の各周波数の音レベル（振幅）の積分値である。これらの図より、角度θが２２°である場合（実施例１、２）、角度θが２５°である場合（比較例１、２）に比べて、特定の周波数の異音の発生が抑えられており、スティックスリップ振動が抑制されていることが推測される。

なお、バックアップローラーの外径が１３ｍｍ以外の場合でも、１０ｍｍ以上１８ｍｍ以下の範囲内であれば、実施例１および２、比較例１および２と同様の結果が得られることが実験的に確認された。また、中間転写ベルトの厚みが０．３７ｍｍ以外の場合でも、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内であれば、実施例１および２、比較例１および２と同様の結果が得られることが実験的に確認された。

また、例えば角度θを２０°に設定すると、実施例２よりもさらに特定周波数の異音レベルが低下することが実験的に確認された。また、内周面の移動方向のＲａが例えば０．７μｍである中間転写ベルトを用いた場合でも、角度θを２２°またはそれ以下に設定することにより、比較例１および２よりも特定周波数の異音レベルを小さくできることが実験的に確認された。

本発明は、中間転写ベルトを用いた中間転写方式の画像形成装置に利用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
６ａ〜６ｄ 一次転写ローラー（一次転写部材）
８ 中間転写ベルト
８ａ 内周面
９ 二次転写ローラー（二次転写部材）
１０ テンションローラー
１１ 駆動ローラー
２２ａ バックアップローラー
８２ 弾性層
１００ カラープリンター（画像形成装置）
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
ＳＲ 支持ローラー

Claims (5)

1. 像担持体と、前記像担持体にトナーを供給する現像装置と、を有し、異なる色の画像を形成する複数の画像形成部と、
   複数の支持ローラーで張架され、前記複数の画像形成部に沿って移動する無端状の中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルトを挟んで前記像担持体と対向配置され、前記像担持体上に形成されたトナー像を前記中間転写ベルト上に一次転写する複数の一次転写部材と、
   前記中間転写ベルト上に一次転写された前記トナー像を記録媒体に二次転写する二次転写部材と、を備えた画像形成装置であって、
   前記複数の支持ローラーは、
   前記中間転写ベルトを挟んで前記二次転写部材と対向配置される駆動ローラーと、
   前記複数の画像形成部の像担持体のうち、前記中間転写ベルトの移動方向の最も上流側に位置する像担持体よりも上流側に位置し、前記中間転写ベルトを周面に巻き付けることによって前記中間転写ベルトの移動方向を巻き付け前後で変化させるバックアップローラーと、
   前記バックアップローラーよりもさらに上流側に位置し、前記中間転写ベルトにテンションを与えるテンションローラーと、を含み、
   前記中間転写ベルトの内周面の算術平均粗さは、前記中間転写ベルトの幅方向よりも前記幅方向と垂直な移動方向のほうが大きく、
   前記テンションローラーと前記バックアップローラーとの間において、前記中間転写ベルトと水平面との成す角度が、２２°以下であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記中間転写ベルトの前記内周面における前記移動方向の算術平均粗さをＲａで表したとき、
   Ｒａ≦０．６μｍ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. Ｒａ≧０．３２μｍであることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記中間転写ベルトは、弾性層を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記テンションローラーおよび前記バックアップローラーは、ともに金属ローラーであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置。

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