JP3781081B2 - 無端ベルトを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に関し、特に、中間転写体として無端ベルトを用いて画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置では、感光体ドラム等の潜像担持体上に形成された未定着トナー像を用紙等の記録媒体に転写して印刷画像を得る方式がとられる。前記未定着トナー像を記録媒体に転写する方式として、前記未定着トナー像を記録媒体に直接転写する方式と、潜像担持体上に形成された未定着トナー像を、ドラム状あるいは無端ベルト状のフィルム部材からなる中間転写体上に１次転写した後、該中間転写体上の未定着トナー像を改めて記録媒体上に２次転写して複写画像を得る方式とが知られている。
【０００３】
図１２は、ベルト状中間転写体を用いた画像形成装置の一例としてのカラープリンタの要部構成を示す模式図である。同図において、感光体ドラム等の潜像担持体（以下、「感光体ドラム」で代表して説明する）１の表面は帯電器２により所定の電荷で一様に帯電され、レーザー光Ｌの書き込み走査で第１色の画像信号に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム１の、Ａ方向への回転で現像装置ユニット３の第１色の現像器との対向位置に到り、第１色の現像器でトナー現像される。感光体ドラム１はトナー像Ｔを担持してさらに回転する。
【０００４】
上記トナー現像動作に合わせて、中間転写ベルト４は感光体ドラム１の周速と略同一の速度で移動し、感光体ドラム１と中間転写ベルト４とが当接する位置の直下付近で中間転写ベルト４に接して配置された１次転写ロール５が配置されている１次転写部において、該１次転写ロール５に印加される上記トナーの帯電極性と逆極性の転写電界によって感光体ドラム１に担持されていたトナー像Ｔが中間転写ベルト４に１次転写される。以上で、１次転写サイクルが終了する。
【０００５】
中間転写ベルト４に１次転写されたトナー像は中間転写ベルト４の周回移動によって２次転写ロール６が配置されている２次転写部に到る。フルカラー画像形成装置の場合には潜像の形成からトナー像の１次転写までを予定色（一般にはイエロー(Y) 、マゼンタ(M) 、シアン(C) およびブラック(Bk)）分だけ繰り返して中間転写ベルト４上に多色トナーを重ね合わせたカラートナー像を形成する。
【０００６】
各色のトナー像を形成するため、現像装置ユニット３はイエロー現像器３_-1、マゼンタ現像器３_-2、シアン現像器３_-3およびブラック現像器３_-4の４色現像器からなる回転装置で構成され、感光体ドラム１に形成された各色の潜像を順次現像できるように構成されている。
【０００７】
感光体ドラム１に担持された第１色のトナー像が１次転写部で中間転写ベルト４上に転写された後、感光体ドラム１上の残留トナーは感光体クリーナ７で除去されるとともに図示しない除電器で電荷が中和された後、次の，第２色に対応する潜像の形成がなされる。第２色の静電潜像も第１色と同様にして現像され、その第２色のトナー像が中間転写ベルト４上の、先に転写された第１色のトナー像に重ねて転写される。以下、第３色以降についても同様にして中問転写ベルト４に多重転写され、その結果、中間転写べルト４には未定着の複数色トナーが重畳したカラートナー像が形成される。
【０００８】
すべての色のトナー像が１次転写された中間転写ベルト４が２次転写位置に達する時点で、タイミングを合わせて給紙トレイ８から送り出された記録媒体としての記録紙Ｐが２次転写位置に給送される。
【０００９】
記録紙Ｐを２次転写ロール６および中間転写ベルト４によって挟持して搬送する際、２次転写ロール６に印加される前記トナー像の帯電極性と逆極性の転写電圧で形成される転写電界により中間転写ベルト４のトナー像が記録紙Ｐに２次転写される。トナー像が２次転写された記録紙Ｐは定着器９に送られ、加熱・加圧処理によりトナー像を記録紙Ｐに固定し、作像プロセスを終了する。
【００１０】
２次転写ロール６は、中間転写ベルト４に対して矢印Ｃ方向に当接・離間自在に設けられていて、記録紙Ｐの進入に合わせて当接し、排出に合わせて離間する。２次転写ロール６は２次転写の終了とともに待避位置に戻る。また、中間転写ベルト４に対向して配置されているクリーナ１０も記録紙Ｐへ転写されなかったトナー像をクリ−ニングすべく、中間転写ベルト４に対して２次転写ロールＰ同様、当接・離間する。
【００１１】
前記中間転写ベルト４は、駆動ロール１１、アイドルロール１２、２次転写バックアップロール１３およびテンションロール１４により張架され、駆動ロール１１により矢印Ｂ方向に搬送される。中間転写ベルト４には、該中間転写ベルト４が駆動ロール１１等、各ロールの軸方向での位置を規制するためのリブが、その側端部内周に沿って設けられている。また、補強のため、該中間転写ベルトには、その側端部外周に沿ってベルト補強テープが設けられている。
【００１２】
このような中間転写ベルトを用いたカラー画像形成装置では、該中間ベルト上で既に多重転写された合成トナー像（各色トナー像の重畳像）を記録媒体に一括で転写しているので、潜像担持体から直接記録媒体に各色のトナー像を順次転写する方式におけるトナー像間の位置ずれや画像乱れの発生を効果的に防止できるといった利点を有している。
【００１３】
中間転写ベルト４の周回搬送に当たっては該中間転写ベルト４端部の破断防止の観点から、従来より各種の構成が提案されている。例えば、特開平５−１３４５５６号公報には、補強部材としてのテープを端部に貼付けた転写ベルトが開示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、中間転写ベルト上で複数色のトナーを合成しているので、これらのトナー色の重合わせのずれ、すなわち色ずれを防止するためには、中間転写ベルト上の基準位置を正確に検知し、この基準位置の検知信号に基づいて画像装置各部の動作を制御しなければならない。
【００１５】
そこで、中間転写ベルト上での基準位置を検知するため、該ベルト上のペイントもしくはテープ、または貫通孔等で形成したマーキングを反射型センサで読み取ったり、ベルトの駆動ロールの回転位置をエンコーダで読み取ったりしている。
【００１６】
上記検知方法のうち、貫通孔によりマーキングを施した場合には、孔に応力が集中して中間転写ベルトに亀裂が入る原因となりかねない。また、駆動ロールの回転を読み取る方法では、ベルトおよび駆動ロール間でのスリップによる誤差を生じやすい。したがって、ベルト上のペイントやテープ等を検知する方法が最も有利である。
【００１７】
しかし、この場合でも、各色の、中間転写ベルト上での色ずれを小さくするには、前記ペイントやテープ等のマーキングを極めて高い精度で検知できるように工夫しなければならない。例えば、色ずれを１２５μｍに抑えたい場合、マーキングの検知誤差は１５μｍ以下にしたいという要求が発生している。
【００１８】
このような厳しい精度を満足するためには、中間転写ベルトの周回速度、周回中に生じるたわみや振動、反射型センサの取付け位置等、検知誤差を生じる多くの要因を排除しなければならないという課題がある。
【００１９】
本発明は、上述の課題を解決し、無端ベルト上の基準位置を正確に検知して色ずれのない良好な画像を得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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トナー像を保持して搬送するトナー像担持体としての無端ベルトおよび該無端ベルトを張架搬送するための複数のロールからなるベルト張架手段を有する画像形成装置において、前記無端ベルトを含むベルト装置を支持するフレーム手段と、前記無端ベルトの外周面に設けられたベルト位置表示用マーク部材と、前記ベルト位置表示用マーク部材を検出するため、前記無端ベルトの外周面両端部に対向して配置された光学的検出手段とを具備し、前記光学的検出手段が、前記フレーム手段に固定されている点に特徴がある。
【００２１】
上記特徴によれば、無端ベルトはフレーム手段に支持され、光学的検出手段が同フレーム手段に固定されているので、無端ベルトとの距離や相対角度等の位置関係を一定に維持することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明を適用したカラー画像形成装置を詳細に説明する。ここでは、図１２に関して説明した構成や動作等を援用し、適宜図１２を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は、中間転写ベルト４上の基準位置を検知する反射型センサの取付けの態様を示す要部拡大図である。同図において、駆動ロール１１はベルトユニットを構成するサイドフレーム１８に軸１９を介して支持されている。また、テンションロール１４は前記サイドフレーム１８に揺動自在に軸支されたブラケット２０に軸２１で支持されている。中間転写ベルト４は、これら駆動ロール１１やテンションロール１４ならびに前記アイドルロール１２やバックアップロール１３からなるロール類に掛け渡されていて、テンションロール１４によって所定の張力が与えられている。
【００２４】
駆動ロール１１およびテンションロール１４の間には、基準位置を検知する反射型センサ２２が配置されている。該反射型センサ２２はサイドフレーム１８に直接固定されていて、中間転写ベルト４との間隔ＳＤが変動しないようにしている。さらに、反射型センサ２２との対向位置には中間転写ベルト４の裏側つまり内周面側にはセンサ裏当て２３が配置されている。センサ裏当て２３は、図１５、１６に示すように、全体としては箱形であり、両端の一部がリブ４１（詳細は後述）を逃げるように切欠かれている。
【００２５】
このセンサ裏当て２３は、駆動ロール１１の外周とテンションロール１４の外周をつなぐ面よりも該ベルト４の外周側にわずかに押し出された位置で中間転写ベルト４の裏面と確実に当接するように位置決めされ、サイドフレーム１８に取り付けられている。このようにして、後述するマーキングを検知するための反射型センサ２２は、中間転写ベルト４との間隔が容易に変動しないように配設されている。
【００２６】
例えば、反射型センサ２２による中間転写ベルト４の進行方向の検知誤差は、図４に示すとおりである。図４に示すように、測定の繰り返し、電源電圧の変化、検知距離のそれぞれの誤差によってトータル誤差が決定される。ここで、検知対象つまりマーキングおよび反射型センサ２２間の距離（検知距離）による誤差は、中間転写ベルト４が３２μｍ振動した場合に３．８〜１１．６μｍである。このように、中間転写ベルト４の振動がトータル誤差に与える影響は大きい。
【００２７】
また、反射型センサ２２の取付け角度の誤差による検知誤差は次のようになる。図１３において、反射型センサ２２の先端から中間転写ベルト４の表面までの距離をＨ、光軸が中間転写ベルト４の面に垂直な線とのなす角度をθとした場合、中間転写ベルト４がｈｍｍ上下に振動したときの検知誤差ｘは次の式で算出される。Ｘ／Ｈ＝ｘ／ｈからｘ＝ｈ・Ｘ／Ｈとなり、検知誤差ｘはｘ＝ｈ・ｔａｎθ……（式１）によって求められる。（式１）によれば、例えば、角度θが５°であって、中間転写ベルト４が０．０３２ｍｍ振動したとき、検出誤差ｘは２．８μｍとなる。
【００２８】
このように、反射型センサ２２の取付け誤差や中間転写ベルト４の振動によるマーキングの検知誤差は、直ちに色ずれとなって現れるため、これを小さくすることは極めて重要である。本実施形態では、反射型センサ２２を、中間転写ベルト４を支持するサイドフレーム１８に固定することで検知誤差の縮小させるとともに、センサ裏当て２３により中間転写ベルト４の振動を抑制している。
【００２９】
さらに、前記反射型センサ２２による検知精度を向上させるため、以下の構成がとられている。図５は、中間転写ベルト４の断面図である。中間転写ベルト４の側端部内側には該側端部に沿ってリブ４１が接着されている。また、中間転写ベルト４の側端部外側つまり外周部には該側端部に沿ってベルト補強手段としてのベルト補強テープ４２が接着されている。リブ４１，４１の内方側面つまり中間転写ベルト４の幅方向中央寄りの面は、駆動ロール１１等ロール類を通過するときその端面に対して当接摺動して、該ロール類の軸方向の移動が規制される。
【００３０】
中間転写ベルト４はポリイミド系樹脂で構成され、その厚みを５０〜１００μｍ、体積抵抗率が１０⁹ 〜１０¹²Ω・ｃｍ、表面抵抗率が１０¹¹〜１０¹³Ω／□に調整された半導電性フィルムである。この中間転写ベルト４は、その厚み、体積抵抗率、表面抵抗率が上記の値の範囲に入っている半導電性樹脂材料であれば、アクリル系樹脂、塩化ビニール系樹脂、あるいはポリカーボネート系樹脂等に抵抗安定化材料を含有させたものを使用できる。
【００３１】
リブ４１の材質には熱硬化性樹脂が好適であり、一例として厚さ０．５〜１．５ｍｍのポリウレタン樹脂を使用することができる。ベルト補強テープ４２の材質は、一例として厚さ５０〜１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を選択することができる。
【００３２】
図３は、前記中間転写ベルト４の外周面に貼付けられたマーキングとしての反射テープの接着状態を示す要部斜視図である。反射テープ２４はベルト補強テープ４２の上に重ねて貼付けられている。また反射テープ２４は、リブ４１の突合わせ部に生じる間隙ｇをまたぐように位置決めして貼付けられている。このように反射テープ２４を間隙ｇをまたぐように配設したのは次の理由による。
【００３３】
図５は、検知誤差の説明のための、リブ突合わせ部の要部拡大図である。同図において、リブ４１に間隙ｇが生じている場合、中間転写ベルト４が間隙ｇに沿って変形し、凹みを生じる。その結果、この凹みの表面が凹レンズの作用をして反射型センサ２２から出力された光を反射し、その光を反射型センサ２２が受光して検知信号を誤出力するおそれがある。
【００３４】
一方、反射テープ２４を間隙ｇをまたいで貼付けるようにすると、次のように作用する。図６は、本実施形態に係るリブ突合わせ部の要部拡大図である。同図において、中間転写ベルト４が矢印Ｂの方向に移動すると、反射型センサ２２は、反射テープ２４の先端を検知する。したがって、間隙ｇによって反射テープ２４が凹んでいてもこの凹みでの誤った受光信号は、正しい検知信号の直後であり、該正しい検知信号と識別をすることは比較的容易である。
【００３５】
反射テープ２４としては、耐薬品性、耐熱性に優れていて、静電気の発生が少ないものが好ましい。例えば、住友スリーエム社製ポリエステルテープＮｏ．８５０の銀色のものが好適である。このＮｏ．８５０テープは、アルミ蒸着したポリエステルフィルムを基材とし、アクリル系粘着剤を均一に塗布して接着部としたものである。Ｎｏ．８５０テープの物理的特性を図１４に示す。なお、反射テープ２４は、このＮｏ．８５０テープに限らず、これと同等の特性を有するものであればよい。
【００３６】
次に、第２の実施形態について説明する。図７は反射型センサの出力特性を示す図であり、縦軸に出力電圧、横軸に検出対象との距離をとってある。同図において、スレッショルドを１．９Ｖとした場合、前記反射テープ２４からの反射光による出力電圧は、該反射テープが未使用品か使用済み品であるかにかかわらず、スレッショルドを十分に超えている。反射テープ２４までの距離が１０ｍｍ程度までは十分な出力電圧が得られていることが分かる。
【００３７】
一方、中間転写ベルト４や、中間転写ベルト４上に接着したベルト補強テープ４２からの反射光による出力電圧はスレッショルドを上回ることはない。この場合、中間転写ベルト４およびベルト補強テープ４２間では出力電圧の差異は小さい。また、ベルト補強テープ４２として透明テープと黒色テープについても実験したがそのいずれにおいても出力電圧にほとんど差異がなかった。
【００３８】
反射型センサ２２による検出光から出力電圧を得るための回路の一例を図８に示す。同図において、電圧Ｖｃｃを印加すると、発光ダイオードＤ１が発光し、フォトトランジスタＴｒ１には検出物体ＯＢからの反射光に応じた電流ｉが流れる。比較器ＣＯＭＰは前記電流ｉによる抵抗Ｒ２の端子電圧を基準電圧（抵抗Ｒ３とＲ４との分圧）と比較して出力電圧Ｖｏｕｔ検出する。また、Ｒ１は電流制限抵抗、ＲＬは外部接続抵抗である。
【００３９】
上述のセンサ出力特性から見る限り、反射型センサ２２によって反射テープ２４を他と識別することは容易であると思われる。しかし、次のような場合に、誤検知をしてしまうおそれがある。
【００４０】
例えば、ベルト補強テープ４２と中間転写ベルト４との接着が十分でない部分があると、繰り返し使用により、その部分に中間転写ベルト４との間に隙間（気泡）ができることがある。特に駆動ロール１１等、中間転写ベルト４との接触角（ラップ角）が大きいロールを通過する際に、中間転写ベルト４およびベルト補強テープ４２の変形が大きくなるため、接着部へのストレスが大きい。同様に、ベルト補強テープ４２の重ね合わせ部分において、同様に中間転写ベルト４との間に隙間ができることがある。
【００４１】
図９（ａ）はベルト補強テープ４２と中間転写ベルト４との接着が十分でなかった部分に生じた隙間ＳＢを示し、図９（ｂ）はベルト補強テープ４２同士の重ね合わせ部に生じた隙間ＳＢを示す。
【００４２】
このように、ベルト補強テープ４２として透明のテープを使用した場合、中間転写ベルト４との間に気泡を含む隙間が生じると、中間転写ベルト４の色が該ベルト補強テープ４２を通さなくなり、外観上該気泡部分は白く見えてしまう。そうすると、反射型センサ２２の光は、この白い部分で反射されて反射型センサ２２に入力され、その出力電圧は前記スレッショルドを超過してしまうことがある。すなわち、反射テープ２４がない部分で、反射テープ２４の検知信号を出力してしまうエラーが発生する。
【００４３】
そこで、本実施形態では、ベルト補強テープ４２を黒色とすることで、上記エラーの発生を防止することに成功した。図１０は、ベルト補強テープ４２と中間転写ベルト４との間に気泡を含む隙間を形成させて、その部分での反射型センサ２２の出力電圧を測定した結果である。同図に示すように、ベルト補強テープ４２が透明の場合には、反射型センサ２２の出力電圧はスレッショルドを超過したが、ベルト補強テープ４２を黒色のテープとした場合には、隙間部分でも出力電圧はスレッショルドを超過しなかった。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７に示したように、反射テープ２４は、新品であっても使用済み品であっても、反射型センサ２２との距離が１２ｍｍ程度であれば、反射型センサ２２はスレッショルド以上の出力電圧を示す。
【００４５】
しかし、反射テープ２４の汚れや傷が激しい場合も予想されるし、反射テープ２４の汚れや傷をできるだけ低減させて反射型センサ２２の取付け位置の自由度を高めることは有意義である。
【００４６】
そこで、この実施形態では、図１１のように反射テープ２４を設けた。図１１において、反射テープ２４はベルト補強テープ４２と中間転写ベルト４との間に配置した。これによって汚れや傷の発生を防止できる。また、ベルトクリーナ１０のクリーナブレードの側方をシールするサイドシールが中間転写ベルト４の端部を摺動するが、このような摺接体によって反射テープ２４が剥離されるおそれもなくなるという利点がある。
【００４７】
上記実施形態では、無端ベルトの一例として中間転写ベルトに関して説明したが、これに限らず、例えば前記感光体１に代えて感光体ベルトを用いる画像形成装置にも本発明を適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、無端ベルトはフレーム手段に支持され、光学的検出手段が同フレーム手段に固定されているので、無端ベルトとの位置関係を一定に維持することができる。したがって、検知距離や検知角度の誤差による検知精度の誤差を小さくすることができ、無端ベルト上での基準位置を正確に検知できる。その結果、色ずれを最小に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る中間転写ベルトの要部拡大図である。
【図２】 中間転写ベルトの断面図である。
【図３】 反射テープの位置を示す中間転写ベルトの要部斜視図である。
【図４】 反射型センサのトータル検出誤差の大きさを示す図である。
【図５】 従来装置のリブ接合部を示す要部拡大図である。
【図６】 実施形態に係るリブ接合部を示す要部拡大図である。
【図７】 反射型センサの出力特性を示す図である。
【図８】 反射型センサの回路図である。
【図９】 補強テープと中間転写ベルトとの間に生じた隙間を示す要部拡大図である。
【図１０】 反射型センサの出力特性を示す図である。
【図１１】 反射テープを中間転写ベルトと補強テープとの間に配置した例を示す斜視図である。
【図１２】 カラープリンタの要部構成を示す模式図である。
【図１３】 反射型センサの取付け精度による検知誤差を説明するための図である。
【図１４】 反射テープの特性図である。
【図１５】 ベルト裏当て部材の要部斜視図である。
【図１６】 ベルト裏当て部材の要部断面図である。
【符号の説明】
１…感光体、 ４…中間転写ベルト、 １１…駆動ロール、 １４…テンションロール、 １８…サイドフレーム、 ２２…反射型センサ、 ２３…裏当て、４１…リブ、 ４２…ベルト補強テープ

Claims (8)

1. トナー像を保持して搬送するトナー像担持体としての無端ベルトおよび該無端ベルトを張架搬送するための複数のロールからなるベルト張架手段を有する画像形成装置において、
   前記無端ベルトの内周面両端部に沿って設けられ、端部での突合わせ部を含むリブ部材と、
   前記無端ベルトの外周面にあって、前記突合わせ部をまたいで配置されたベルト位置表示用マーク部材と、
   前記ベルト位置表示用マーク部材を検出するため、前記無端ベルトの外周面に対向して配置された光反射型センサとを具備したことを特徴とする無端ベルトを用いた画像形成装置。
2. 前記無端ベルトの外周面両端部に沿って設けられた無端ベルト補強テープをさらに具備し、
   前記ベルト位置表示用マーク部材が、該無端ベルト補強テープ上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の無端ベルトを用いた画像形成装置。
3. 前記無端ベルト補強テープの色が、黒色系統であることを特徴とする請求項２記載の無端ベルトを用いた画像形成装置。
4. 前記無端ベルト補強テープの色が、前記無端ベルトと同系統色であることを特徴とする請求項２記載の無端ベルトを用いた画像形成装置。
5. 前記無端ベルト補強テープが透明のテープであり、前記ベルト位置表示用マーク部材が、前記無端ベルトと該無端ベルト補強テープとの間に配設されていることを特徴とする請求項２記載の無端ベルトを用いた画像形成装置。
6. 前記無端ベルトの裏面に当接し、少なくとも前記光反射型センサと対向する位置を含む該無端ベルトの幅方向領域に配置されたベルト裏当て部材を具備したことを特徴とする請求項１記載の無端ベルトを用いた画像形成装置。
7. 前記ベルト裏当て部材が、前記フレーム手段に固定されていることを特徴とする請求項６記載の無端ベルトを用いた画像形成装置。
8. 前記ベルト裏当部材には、前記無端ベルト側端部内周に設けられたリブと当接しないように逃げを形成していることを特徴とする請求項６記載の無端ベルトを用いた画像形成装置。

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