JP4911207B2 - 画像形成装置及びベルトユニット - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置及びベルトユニットに関するものである。
ベルトユニットは、周知のごとく、無端状のベルト、ベルトを回転駆動する駆動ローラ、及び駆動ローラとの間でベルトが架け渡されてベルトの回転と共に従動回転する従動ローラ等から構成されている。
しかし、ベルトに作用する張力が幅方向において不均一である場合、又は各ローラの寸法や組み付け寸法のバラツキが大きい場合には、ベルトは回転しながら幅方向に移動するように斜行してしまう。ここで、幅方向とは、ベルトの回転方向及び厚み方向と直交する方向をいい、通常、ローラの軸方向と一致する。
そして、ベルトが大きく斜行すると、ベルトの幅方向端部が他の部材と干渉してしまうので、ベルトの幅方向端部が損傷してしまうおそれがある。
これに対して、例えば、特許文献1に記載の発明では、ベルトの斜行状態に応じて従動ローラの回転軸を上下方向(展張面と直交する方向)に変位させることにより、ベルトの斜行を抑制している。
なお、展張面とは、ベルトのうち張力が作用することにより平面状に緊張した部分をいい、多くの場合、ベルトのうち駆動ローラと従動ローラとの間に形成される平面部をいう。
特開2006−162659号公報
しかし、従動ローラの回転軸が上下方向に変位すると、これに呼応してベルトの展張面も上下方向に変位するので、展張面と対向配置されている部材と展張面との距離(クリアランス)等が変化してしまい、画像形成に悪影響が生じる場合がある。
すなわち、例えば、中間転写方式の画像形成装置では、用紙に画像が形成される前に、一旦、ベルト(中間転写ベルト)の展張面に画像が転写(形成)されるが、ベルトの斜行を抑制すべく、従動ローラの回転軸を上下方向に変位させると、このベルトに画像を形成する現像ユニットと展張面との距離も変化するので、画像形成に悪影響が生じてしまう。
また例えば、ダイレクト方式の画像形成装置では、ベルトに画像を形成することなく、ベルト上を搬送される用紙に画像を直接的に形成するが、ベルトの斜行を抑制すべく、従動ローラの回転軸を上下方向に変位させると、このベルト上を搬送される用紙に転写される画像を担持する感光ドラムと用紙(ベルト)との距離、及びベルトを挟んで感光ドラムと反対側に配設される転写部材とベルトとの距離も変化するので、画像形成に悪影響が生じてしまう。
また例えば、上記した画像形成装置では、ベルトに付着した付着物やベルトに残存する現像剤等を除去するベルトクリーナが設けられている場合があるが、ベルトの斜行を抑制すべく、従動ローラの回転軸を上下方向に変位させると、ベルトクリーナとベルトとの距離も変化するので、ベルトクリーナの除去能力が低下してしまい、画像形成に悪影響が生じてしまうおそれが高くなる。
以上のように、画像形成装置に用いられるベルトユニットにおいて、ベルトの斜行状態に応じて従動ローラの回転軸を上下方向に変位させる手段は、画像形成に悪影響を及ぼす可能性が高いので、妥当な手段とは言い難い。
本発明は、上記点に鑑み、画像形成に及ぼす悪影響を特許文献1に記載の発明に比べて小さくしながら、ベルトの斜行を抑制してベルトの回転軌道を安定させることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、用紙に画像を形成する画像形成装置であって、無端状のベルト(14)と、ベルト(14)を回転駆動する駆動ローラ(15)と、ベルト(14)の回転と共に従動回転する従動ローラ(16)と、駆動ローラ(15)及び従動ローラ(16)を支持するフレーム(17)と、ベルト(14)に張力を発生させるための付勢力を発揮する張力発生手段(19)と、従動ローラ(16)の軸方向と平行な方向に変位可能に配設され、ベルト(14)の回転時にベルト(14)が従動ローラ(16)の軸方向と平行な方向に移動したときにベルト(14)と共に軸方向と平行な方向に変位する変位部材(21)と、変位部材(21)を変位させる力(以下、この力を変位力という。)を、軸方向と平行な方向と交差する方向の力であってベルト(14)に発生する張力の大きさを変化させるための力(以下、この力を張力調整力という。)に変換する軸力変換手段(22)とを備え、軸力変換手段(22)は、ベルト(14)に発生する張力のうち、ベルト(14)の移動方向前進側で発生する張力(Tf)に対する移動方向後退側で発生する張力(Tb)の比(Tb/Tf)が、張力を変化させる以前に比べて小さくなるように、ベルト(14)に発生する張力を変化させることを特徴とする。
これにより、本発明では、ベルト(14)が斜行してベルト(14)が従動ローラ(16)の軸方向と平行な方向に移動すると、軸力変換手段(22)は、変位力を張力調整力に変換して、ベルト(14)の移動方向前進側で発生する張力(Tf)に対する移動方向後退側で発生する張力(Tb)の比(以下、この比を張力比という。)が、張力を変化させる以前に比べて小さくなるように、ベルト(14)に発生する張力を変化させるので、ベルト(14)の斜行を抑制してベルト(14)の回転軌道を安定させることができ、ベルト(14)の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
すなわち、ベルト(14)を軸方向に変位させる力、つまり変位力は、ベルト(14)の幅方向一端側で発生する張力の大きさと幅方向他端側で発生する張力の大きさとの差が大きくなるほど大きくなり、かつ、その向きは、張力が大きい側から張力が小さい側に向かう向きである。
このため、ベルト(14)が斜行して軸方向と平行な方向に移動したときに、軸力変換手段(22)が、変位力を張力調整力に変換して、例えばベルト(14)の移動方向前進側で発生する張力(Tf)を変化させる以前に比べて大きくすると、張力比(Tb/Tf)がそれ以前に比べて小さくなるので、変位力の大きさが小さくなり、ベルト(14)の斜行を抑制してベルト(14)の回転軌道を安定させることができ、ベルト(14)の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
また、ベルト(14)が斜行して軸方向と平行な方向に移動したときに、軸力変換手段(22)が、例えばベルト(14)の移動方向後退側で発生する張力(Tb)を変化させる以前に比べて小さくすると、張力比(Tb/Tf)がそれ以前に比べて小さくなるので、変位力の大きさが小さくなり、ベルト(14)の斜行を抑制してベルト(14)の回転軌道を安定させることができ、ベルト(14)の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
また、ベルト(14)の移動方向前進側で発生する張力(Tf)及び移動方向後退側で発生する張力(Tb)を同時に変化させて張力比(Tb/Tf)を変化させても、同様な作用・効果を得ることができる。
以上のように、本発明では、張力比(Tb/Tf)が小さくなるように張力を調整してベルト(14)の移動を抑制するので、従動ローラ(16)又は駆動ローラ(15)の回転軸を展張面と直交する方向に変位させる必要はなく、画像形成に及ぼす悪影響を特許文献1に記載の発明に比べて小さくしながら、ベルト(14)の斜行を抑制してベルト(14)の回転軌道を安定させることができ、ベルト(14)の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
なお、本発明では、従動ローラ(16)を、いわゆるテンションローラとして機能させる場合、及びテンションローラを従動ローラ(16)とは別に設ける場合のいずれの場合でもよく、張力発生手段は、いずれの場合にあってもベルト(14)に張力を発生させる手段として機能する。また、軸力変換手段(22)による張力調整力が作用する部位は、ベルト(14)の張力を変化させる部位であればいずれの部位でもよい。
因みに、実際に、張力比を計測・計算する際には、ベルト(14)の幅方向端部で発生する張力を計測することが望ましい。
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手等に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の中央断面図である。 本発明の第1実施形態に係るベルトユニット13の斜視図である。 本発明の第1実施形態に係るベルトユニット13の上面図である。 本発明の第1実施形態に係るベルトユニット13の側面図である。 図4のA−A断面図である。 図3のB−B断面図である。 (a)は本発明の第1実施形態に係るベルトカラー21の断面図であり、(b)は本発明の第1実施形態に係るベルトカラー21を従動ローラ16側から見た図である。 本発明の第1実施形態に係るテコアーム22の斜視図である。 本発明の第1実施形態に係る斜行力減衰機構20の作動説明図である。 変位力F1と張力差Tdとの関係を示すグラフである。 本発明の第2実施形態に係る斜行力減衰機構20の特徴を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る斜行力減衰機構20を示す図である。 本発明の第4実施形態に係る斜行力減衰機構20の特徴を示す図である。 本発明の第5実施形態に係る斜行力減衰機構20の特徴を示す図である。 本発明の第6実施形態に係るベルトユニット13の特徴を示す図である。 本発明の第8実施形態に係る転写ベルト14の特徴を示す図である。
本実施形態は、本発明に係る画像形成装置及びベルトユニットを電子写真方式の画像形成装置に適用したものであり、以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
(第1実施形態)
1.画像形成装置の概略構造
画像形成装置1の筐体3内には、図1に示すように、記録用紙やOHPシート等の記録シート(以下、用紙という。)に現像剤像を転写することにより、用紙に画像を形成する電子写真方式の画像形成部5が収納されており、この画像形成部5は、プロセスカートリッジ7、転写ローラ8、露光器9及び定着器11等から構成されている。
また、本実施形態に係る画像形成部5は、ダイレクトタンデム方式のカラープリンタであり、用紙の搬送方向上流側から順に、ブラック用のプロセスカートリッジ7K、イエロー用のプロセスカートリッジ7Y、マゼンタ用のプロセスカートリッジ7M、及びシアン用のプロセスカートリッジ7Cが用紙の搬送方向に沿って直列に配設されている。
そして、各プロセスカートリッジ7K〜7Cは、現像剤像が担持される感光ドラム7A、及び感光ドラム7Aを帯電させる帯電器7B等から構成されている。なお、図1においては、紙面の都合上、シアン用のプロセスカートリッジ7Cのみに感光ドラム7A及び帯電器7Bの符号を付した。
以上に説明した構成において、帯電した感光ドラム7Aを露光器9にて露光して感光ドラム7Aの外周面に静電潜像を形成した後、電荷を帯びた現像剤(本実施形態では、粉体状のトナー)を感光ドラム7Aに供給すると、感光ドラム7Aの外周面に現像剤像が担持(形成)される。
また、用紙を搬送する転写ベルト14を挟んで感光ドラム7Aと対向する位置には、感光ドラム7Aに担持された現像剤を用紙に転写させる転写ローラ8が設けられており、感光ドラム7Aに担持されていた現像剤像は、転写ベルト14により搬送される用紙に転写される。そして、現像剤像が転写された用紙は、定着器11に搬送されて加熱され、用紙に転写された現像剤像が用紙に溶着(定着)する。
2.ベルトユニット
2.1.ベルトユニットの概要
ベルトユニット13は、図2に示すように、転写ベルト14、駆動ローラ15、従動ローラ16、並びに駆動ローラ15及び従動ローラ16をその軸方向両端側で保持するフレーム17等から構成されており、このベルトユニット13は、装置本体に対して着脱可能に組み付けられている。
そして、転写ベルト14は、樹脂材料(本実施形態では、熱可塑性エラストマー)からなる無端状のベルト部材であって、駆動ローラ15と従動ローラ16との間に架け渡されている(図1参照)。なお、以下、実施形態において、転写ベルト14のうち駆動ローラ15と従動ローラ16との間に形成される平面部であって、プロセスカートリッジ7(感光ドラム7A)に面する部位を展張面14A(図1参照)という。
駆動ローラ15は、フレーム17に対する位置を不動とした状態でフレーム17に回転可能に組み付けられているとともに、装置本体に設けられた電動モータ(図示せず。)等の駆動源から動力を得て回転することにより転写ベルト14を回転させる。このため、駆動ローラ15が回転して転写ベルト14が回転すると、従動ローラ16は転写ベルト14の回転と共に従動回転する。
従動ローラ16は、駆動ローラ15と略平行に配設され、かつ、従動ローラ16の回転軸16A(図1参照)は、その軸方向(以下、この方向を軸方向D2(図2参照)という。)と直交する方向であって、展張面14Aに発生する張力の方向(本実施形態では、画像形成装置1の前後方向)と平行な方向に変位できるようにフレーム17に組み付けられている。
すなわち、一対のフレーム17は、図2に示すように、転写ベルト14を軸方向D2両側から挟むような位置され、かつ、展張面14Aに発生する張力の方向(以下、展張方向D1という。)と平行な方向に延びている。そして、フレーム17の長手方向端部のうち従動ローラ16側には、図4に示すように、長径方向(長辺方向)が展張方向D1と一致するような矩形状の長穴17Aが設けられている。
また、長穴17Aには、回転軸16Aを回転可能に支持する軸受ブロック18が変位可能に組み付けられており、この軸受ブロック18は、長穴17Aの内壁面のうち展張方向D1と平行な一対の内壁面17Bにより、その変位方向が規制されている。このため、軸受ブロック18、つまり従動ローラ16は、展張方向D1と平行な方向のみに変位することができる。
そして、軸受ブロック18は、展張方向D1と平行な方向の力であって従動ローラ16と駆動ローラ15との軸間距離が増大する向きの弾性力Fsをコイルバネ19から受けている。このため、本実施形態では、従動ローラ16は、展張面14A(転写ベルト14)に所定の張力を発生させるテンションローラとして機能し、転写ベルト14は、転写ベルト14と駆動ローラ15との接触部で発生する摩擦力により、駆動ローラ15に対して滑ることなく一体的に回転する。
なお、本実施形態では、コイルバネ19による弾性力Fsの向きと展張方向D1とが平行であるため、コイルバネ19による弾性力Fsの殆ど全ては、転写ベルト14(展張面14A)に張力を発生させるための付勢力として軸受ブロック18を介して従動ローラ16に作用する。
ところで、従動ローラ16は、図5に示すように、アルミニウム等の軽金属からなる筒状のローラ本体16C、及びローラ本体16Cの軸方向両端を閉塞するように圧入された鋼等の高剛性金属からなる回転軸16Aから構成されている。
そして、従動ローラ16のうち軸方向一端側(斜行力減衰機構20側)は、回転軸16Aに装着したE型止め輪等の止め輪16Bと軸受ブロック18とを摺接させることにより位置決めされ、一方、軸方向他端側は、回転軸16Aの大径部(ローラ本体16Cに圧入された部分)と軸受ブロック18とを摺接させることにより位置決めされている。
2.2.斜行力減衰機構の概要
例えば、コイルバネ19による付勢力(弾性力)が軸方向D2一端側と他端側とで異なる等を原因として、転写ベルト14に発生する張力が軸方向D2において不均一である場合には、転写ベルト14は回転しながら軸方向D2に移動するように斜行する。
そこで、本実施形態では、図3に示すように、転写ベルト14が軸方向D2に移動しようとする力を利用して、転写ベルト14を斜行させようとする力(以下、斜行力という。)を減衰させる斜行力減衰機構20を設けている。
なお、斜行力減衰機構20は、軸方向D2において少なくとも一端側に設けられていれば十分であるので、本実施形態では、従動ローラ16の軸方向一端側のみに斜行力減衰機構20を設けている。
2.3.斜行力減衰機構の構造
本実施形態に係る斜行力減衰機構20は、図5に示すように、回転軸16Aの軸端側に組み付けられたベルトカラー21、及びベルトカラー21が設けられた紙面左端側の軸受ブロック18を展張方向D1に変位させるためのテコアーム22等から構成されている。
すなわち、ベルトカラー21は、転写ベルト14が軸方向D2に変位したときに、転写ベルト14と共に軸方向D2に変位することが可能な樹脂(本実施形態では、POM)製の変位部材である。
そして、ベルトカラー21の中心部には、図7(a)又は図7(b)に示すように、回転軸16Aが摺動可能に挿入される軸穴21Aが設けられ、一方、その外周部には、転写ベルト14の端面14B(図2参照)に接触可能な鍔状のフランジ部21Bが設けられている。なお、転写ベルト14の端面14Bとは、転写ベルト14のうち軸方向D2と平行な方向(幅方向)における端部をいう。
このため、ベルトカラー21は、回転しながら回転軸16A上を軸方向D2に摺動変位することができるので、転写ベルト14が軸方向D2に移動して転写ベルト14の端部14Bがフランジ部21Bに接触したときには、図5に示すように、ベルトカラー21は転写ベルト14から軸方向D2の力を受けて転写ベルト14と共に軸方向D2に変位する。
また、テコアーム22は、ベルトカラー21を軸方向D2に変位させる力(以下、この力を変位力F1という。)を、軸方向D2と交差する方向の力であって展張面14Aに発生する張力の大きさを変化させるための力(以下、この力を張力調整力F2という。)に変換する軸力変換手段である。
なお、張力調整力F2の方向は、本実施形態では、展張方向D1及びコイルバネ19の弾性力の向きと平行な方向であり、変位力F1の向き及び大きさは、通常、斜行力と同一である。
すなわち、テコアーム22は、図8に示すように、第1アーム部22A及び第2アーム部22Bからなるアーム部材であり、第1アーム部22Aは、図5に示すように、ベルトカラー21の円筒部21Cの先端部が接触することにより、ベルトカラー21から軸方向D2の力(変位力F1)を受けるものである。
また、第2アーム部22Bは、第1アーム部22Aの延び方向と交差する方向に延びて軸受ブロック18を介して従動ローラ16に張力調整力F2を作用させるものであり、この第2アーム部22Bと第1アーム部22Aとは、樹脂(例えば、POM)又は金属にて一体成形されて一体化されている。
そして、第1アーム部22Aと第2アーム部22Bとの連結部には、テコアーム22をフレーム17に対して揺動自在に組み付けるための軸穴22C(図8参照)が設けられ、一方、フレーム17には、軸穴22Cに挿入される揺動軸17Cを装着するための軸受部が設けられている。
なお、揺動軸17Cの軸方向は、コイルバネ19による弾性力の向き及び軸方向D2と交差する方向(本実施形態では、展張面14Aと直交する方向と平行な方向)に設定されている。
このため、テコアーム22は、変位力F1を揺動軸17C周りのモーメントに変換して張力調整力F2を軸受ブロック18に作用させることとなるので、変位力F1の大きさに対する張力調整力F2の大きさの比は、テコアーム22の揺動中心O1から軸受ブロック18に張力調整力F2を作用させる作用点P2までの距離(以下、第2アーム部22Bの長さという。)L2に対する揺動中心O1から変位力F1が作用する力点P1までの距離(以下、第1アーム部22Aの長さという。)L1の比となる。
そこで、本実施形態では、第1アーム部22Aの長さL1を第2アーム部22Bの長さL2より大きくして、第2アーム部22Bの長さL2に対する第1アーム部22Aの長さL1の比(以下、レバー比(=L1/L2)βという。)を大きくすることにより、小さな変位力F1で大きな張力調整力F2が発生するような設定としている。
また、第1アーム部22Aのうちベルトカラー21の円筒部21Cと接触する当接部22Dは、図5に示すように、変位力F1が作用する力点P1となる。そして、当接部22Dは、A矢視方向(図6参照)から見て、力点P1が従動ローラ16の回転軸16Aと重なり、かつ、図6に示すように、A矢視方向において回転軸16Aを挟んで対称の位置に力点P1が位置するように設定されている。なお、A矢視方向とは、テコアーム22の揺動軸17Cに沿った方向をいう。
2.4.斜行力減衰機構の作動
転写ベルト14が軸方向D2に移動する際に発生する変位力F1の大きさは、転写ベルト14の移動方向(軸方向D2)一端側における張力の大きさと他端側における張力の大きさとの差が大きくなるほど大きくなり、かつ、変位力F1の向きは、張力が大きい側から張力が小さい側に向かう向きである。
このため、例えば、転写ベルト14(展張面14A)に発生する張力のうち、ベルトカラー21が設けられた側の張力(以下、この張力を左側張力T1という。)が、ベルトカラー21が設けられていない側の張力(以下、この張力を右側張力T2という。)より小さい場合には、転写ベルト14は回転しながらベルトカラー21側に移動するので、ベルトカラー21は転写ベルト14と共に軸方向一端側に移動してテコアーム22に変位力F1を作用させる。
このため、テコアーム22は、図9の実線で示す状態から二点鎖線に示すよう状態となるように揺動軸17C周りに揺動するので、軸受ブロック18は、テコアーム22から張力調整力F2を受けて駆動ローラ15から離間する向きに変位する。
なお、図9では、テコアーム22の揺動量を強調して描いているが、実際の揺動量は目視では確認することができない程度の微量である。このため、軸受ブロック18が変位した場合であっても、従動ローラ16の軸方向は、駆動ローラ15の軸方向に対して略平行な状態を保持し、かつ、転写ベルト14に発生する張力を変化させるのみであるので、展張面14Aと感光ドラム7A等との距離は変化しない。
したがって、軸受ブロック18が駆動ローラ15から離間する向きに変位し始めると、左側張力T1が、斜行力減衰機構20(テコアーム22)が作動する以前に比べて大きくなるので、変位力F1の大きさが、それ以前に比べて小さくなり、斜行力が減衰されて転写ベルト14の移動が抑制される。
ところで、上述の作動説明からも明らかなように、本実施形態では、初期時(斜行力減衰機構20が作動する前)において転写ベルト14が反カラー側に移動した場合には、斜行力減衰機構20が作動しない。
そこで、本実施形態では、工場出荷時(設計時)において、右側張力T2が左側張力T1より大きくなるように、コイルバネ19による初期荷重を調整することにより、初期時においては、転写ベルト14がベルトカラー21側に移動するような構成としている。
3.本実施形態に係る画像形成装置(特に、ベルトユニット)の特徴
本実施形態に係る斜行力減衰機構20は、上述したように、左側張力T1の大きさを大きくしているが、これは換言すれば、斜行力減衰機構20は、転写ベルト14に発生する張力のうち、転写ベルト14の移動方向前進側で発生する張力Tfに対する移動方向後退側で発生する張力Tbの比である張力比(Tb/Tf)が、張力を変化させる以前に比べて小さくなるように、転写ベルト14に発生する張力を変化させていることになる。
すなわち、図10に示すように、転写ベルト14を軸方向に変位させる力(変位力F1)は、張力差Tdが大きくなるほど大きくなり、かつ、その向きは、張力が大きい側から張力が小さい側に向かう向きである。
なお、図10の実線は、張力差Tdと変位力F1とを実測したときの関係を示すグラフであり、このグラフに示されるように、変位力F1は、張力差Tdの変化に対してほぼ線形的に比例変化するものとみなしても実用上問題がない。そこで、以下、初期設定時(テコアーム22から力を受けていないとき)の張力差Tdに対する変位力F1の平均変化率(=ΔF1/ΔTd)を変位力変換係数αという。
因みに、本実施形態では、変位力F1の実測値は、作用点P2に作用する力を圧力センサにて測定し、その値をレバー比βにて除することにより求めている。
このため、転写ベルト14が軸方向D2に移動し、これに伴って変位力F1がテコアーム22により張力調整力F2に変換された場合において、転写ベルト14の移動方向前進側で発生する張力Tf(左側張力T1)が張力を変化させる以前に比べて大きくなると、張力比がそれ以前に比べて小さくなるので、張力差Tdが小さくなって変位力F1の大きさが小さくなり、転写ベルト14の斜行を抑制して転写ベルト14の回転軌道を安定させることができる。
したがって、本実施形態では、従動ローラ16又は駆動ローラ15の回転軸を展張面14Aと直交する方向に変位させることなく、転写ベルト14の斜行を抑制できるので、画像形成に及ぼす悪影響を特許文献1に記載の発明に比べて小さくしながら、転写ベルト14の斜行を抑制して転写ベルト14の回転軌道を安定させることができ、転写ベルト14の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
ところで、斜行力減衰機構20側のコイルバネ19による初期設定時の荷重をFsLとし、斜行力減衰機構20と反対側のコイルバネ19による初期設定時の荷重をFsR(>FsL)とすると、テコアーム22が作動して軸受ブロック18を変位させたときには、以下の式1が成立し、この式1を変形すると、以下の式2を得ることができる。
そして、式2から明らかなように、変位力F1は、初期設定荷重の差に基づく張力差Tdに比例して大きくなるとともに、レバー比βが大きくなると小さくなる。また、レバー比βが0となったとき、つまり斜行力減衰機構20が無いときには、変位力F1は初期設定荷重の差に基づく張力差Tdにより決定され、その大きさは、レバー比βを0より大きくしたとき、つまり斜行力減衰機構20を作動させたときに比べて大きくなる。
F1=α{FsR−(FsL+β×F1)}…式1
F1=α(FsR−FsL)/(1+α×β)…式2
但し、F1:変位力、α:変位力変換係数、β:レバー比
なお、図10の破線は、変位力変換係数αを1.0として変位力F1を計算したときの値(理論値)を示しており、レバー比βによらず、実測値と理論値とはほぼ一致している。したがって、適切なレバー比βを選択することにより、転写ベルト14の斜行を抑制又は転写ベルト14の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
因みに、変位力変換係数αは、試験により求められる値であるので、画像形成装置毎に変化する値であるが、概ね0.1〜1.5程度の範囲の値である。したがって、変位力変換係数αをさらに最適化すれば、理論値の精度を向上させることができる。
また、本実施形態では、コイルバネ19は、従動ローラ16と駆動ローラ15との軸間距離が増大する向きの付勢力を従動ローラ16に作用させることにより転写ベルト14に張力を発生させているので、本実施形態では、従動ローラ16は、いわゆるテンションローラの機能も兼ね備えたローラとなる。
そして、本実施形態では、テンションローラの機能を兼ね備える従動ローラ16に張力調整力F2を作用させて転写ベルト14で発生する張力を変化させる(調整する)ので、別途、テンションローラを設ける必要がなく、画像形成装置の部品点数を削減しながら画像形成装置の設計自由度を高めることができる。
また、本実施形態では、長穴17Aの内壁面17Bにより、従動ローラ16が付勢力の方向と平行な方向のみに変位するように規制されているので、テコアーム22により変換された張力調整力F2を効率よく利用して転写ベルト14に発生する張力を調整することができる。
すなわち、付勢力の方向と平行な方向の力は、転写ベルト14(展張面14A)で発生する張力の大きさを支配する力であるので、仮に従動ローラ16の変位が規制されていない場合には、張力調整力F2が張力を発生させるために寄与せず、無駄に摩擦抵抗として消費されてしまうおそれが高い。
これに対して、本実施形態では、従動ローラ16が付勢力の方向と平行な方向のみに変位するように従動ローラ16の変位を規制するので、張力調整力F2の多くを張力の発生に寄与させることができる。したがって、無駄に摩擦抵抗として消費されてしまう分を抑制でき、張力調整力を効率よく利用して転写ベルト14に発生する張力を調整することができる。
また、本実施形態では、テコアーム22が従動ローラ16に作用させる力の方向は、コイルバネ19による弾性力と平行な方向であるので、張力調整力F2の多くを張力の発生に寄与させることができる。したがって、無駄に摩擦抵抗として消費されてしまう分を抑制でき、張力調整力を効率よく利用して転写ベルト14に発生する張力を調整することができる。
また、本実施形態では、くの字状又はL字状に屈曲したテコアーム22により、変位力F1が張力調整力F2に変換されるので、簡素な構成にて変位力F1を張力調整力F2に変換することができる。
また、本実施形態では、第2アーム部22Bの長さL2対する第1アーム部22Aの長さL1(レバー比)を調節することにより、容易に張力調整力F2を変更することができるので、テコアーム22(斜行力減衰機構20)の設計自由度を高めることができる。
また、本実施形態では、軸受ブロック18を介して従動ローラ16に力を作用させるので、従動ローラ16に対して直接的に付勢力を作用させる場合とほぼ同等となる。したがって、従動ローラ16に対して間接的に付勢力を作用させる場合に比べて、張力調整力F2を効率よく利用して転写ベルト14に発生する張力を調整することができる。
また、本実施形態では、レバー比を1より大きくしているので、変位力F1が小さい場合であっても大きな張力調整力F2を発生させることができ、容易に転写ベルト14で発生する張力を変更することができる。
また、本実施形態では、テコアーム22のうちベルトカラー21から力を受ける力点P1は、図5に示すように、揺動軸17Cの軸方向に沿ったA矢視方向から見て、従動ローラ16の回転軸16Aと重なっているので、力点P1がA矢視方向から見て回転軸16Aからずれた位置にある場合に比べて、従動ローラ16の回転中心軸線から力点P1までの距離を小さくすることができ、力点P1で発生する摩擦力に起因する回転中心軸線周りのモーメントを小さくすることができる。
一方、このモーメントは、ベルトカラー21の作動を阻害する力となるので、このモーメントは小さいほどよい。したがって、本実施形態では、力点P1で発生する摩擦力に起因する回転中心軸線周りのモーメントを小さくすることができるので、ベルトカラー21の作動が阻害されることを抑制できる。
また、A矢視方向から見て、力点P1が回転軸16Aと重なっているので、テコアーム22が揺動した場合であっても、テコアーム22の揺動中心から力点P1までの距離の変化を小さくすることができる。
さらに、本実施形態では、テコアーム22のうち変位力F1を受ける当接部22Dが曲面状に形成されているので(図9参照)、テコアーム22が揺動してテコアーム22とベルトカラー21との接触角度が変化しても、テコアーム22とベルトカラー21とを滑らかに摺接させることができ、力点P1で発生する摩擦力が過度に大きくなることを抑制できる。
以上により、本実施形態では、ベルトカラー21がテコアーム22から反作用として受ける力の変動を小さくすることができるので、ベルトカラー21の作動が阻害されることを抑制できる。
また、本実施形態では、力点P1は、図6に示すように、A矢視方向において、回転軸16Aを挟んで両側に設定されているので、ベルトカラー21がテコアーム22から反作用として受ける力が、回転軸16Aに対して対称となり、ベルトカラー21を滑らかに軸方向に変位させることができる。
つまり仮に、ベルトカラー21がテコアーム22から反作用として受ける力が、回転軸16Aに対して非対称であると、ベルトカラー21に偶力が発生するので、ベルトカラー21を滑らかに軸方向に変位させることが難しくなる。
これに対して、本実施形態では、ベルトカラー21がテコアーム22から反作用として受ける力が、回転軸16Aに対して対称となり、ベルトカラー21に偶力が発生しないので、ベルトカラー21を滑らかに軸方向に変位させることができる。
また、本実施形態では、ベルトカラー21には、幅方向端面14Bに接触可能な鍔状のフランジ部21Bが設けられているので、転写ベルト14が斜行することにより発生する軸方向の力(変位力F1)を確実にベルトカラー21に伝達することができ、転写ベルト14の斜行を適切に抑制することができる。
4.発明特定事項と実施形態との対応関係
本実施形態では、コイルバネ19が特許請求の範囲に記載された張力発生手段に相当し、ベルトカラー21が特許請求の範囲に記載された変位部材に相当し、テコアーム22が特許請求の範囲に記載された軸力変換手段及びアーム部材に相当する。
また、長穴17Aの内壁面17Bが特許請求の範囲に記載された規制手段に相当し、軸受ブロック18が特許請求の範囲に記載された軸受部材に相当し、プロセスカートリッジ7が特許請求の範囲に記載された画像形成ユニットに相当する。
(第2実施形態)
上述の実施形態では、ベルトカラー21と従動ローラ16とが別体であったが、本実施形態は、図11に示すように、ベルトカラー21と従動ローラ16とを一体化したものである。
これにより、画像形成装置1の部品点数の増加を抑制できるので、画像形成装置1の製造原価上昇を抑制できる。
(第3実施形態)
上述の実施形態では、斜行力減衰機構20が従動ローラ16の軸方向一端側のみに設けられていたが、本実施形態では、図12に示すように、従動ローラ16の軸方向両端側に斜行力減衰機構20を設けたものである。
これにより、本実施形態においても第1実施形態と同様に、従動ローラ16又は駆動ローラ15の回転軸を展張面14Aと直交する方向に変位させることなく、転写ベルト14の斜行を抑制できるので、転写ベルト14の回転軌道を安定させることができ、転写ベルト14の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
なお、本実施形態では、従動ローラ16の軸方向両端側に斜行力減衰機構20を設けているので、第1実施形態とは異なり、工場出荷時(設計時)において、積極的に張力差Tdが発生するような構成とする必要はない。
(第4実施形態)
上述の実施形態では、斜行力減衰機構20は張力を増大させる向きのみに軸受ブロック18を変位させたが、本実施形態に係る斜行力減衰機構20は、張力を増大させる向き及び張力を減少させる向きのいずれの向きにも軸受ブロック18を変位させることができるように構成したものである。
1.本実施形態に係る斜行力減衰機構の構成及び作動
本実施形態に係る転写ベルト14では、図13に示すように、その内周面側にベルトカラー21(回転軸16A)側に向けて突出したガイドベルト14Cが設けられ、一方、ベルトカラー21の外周面のうち、ガイドベルト14Cに対応する部位にはガイドベルト14Cが填り込む溝部21Dが設けられている。
このため、本実施形態では、転写ベルト14(ベルトガイド14C)とベルトカラー21とが係止された状態となるので、軸方向D2(紙面左右方向)において、いずれの向きに転写ベルト14が移動しても、ベルトカラー21は転写ベルト14と一体的に同一の向きに移動する。
また、ベルトカラー21の円筒部21Cには、第1アーム部22Aの先端側に形成された球面部22Eが填り込む溝部21Eが形成されており、この球面部22Eは、回転軸16Aを挟んで両側に設けられて溝部21Eに摺動可能に填り込んでいる。
このため、ベルトカラー21が、紙面左側から右側に向かう向き(以下、この向きを右向きという。)移動した場合には、ベルトカラー21は、右向きの変位力F12をテコアーム22に作用させるので、テコアーム22は、左側張力T1を減少させる向きの張力調整力F22を軸受ブロック18に作用させる。
一方、ベルトカラー21が、紙面右側から左側に向かう向き(以下、この向きを左向きという。)移動した場合には、ベルトカラー21は、左向きの変位力F11をテコアーム22に作用させる。このため、テコアーム22は、左側張力T1を増大させる向きの張力調整力F21を軸受ブロック18に作用させる。
2.本実施形態に係る斜行力減衰機構の特徴
本実施形態に係る斜行力減衰機構20では、左側張力T1が右側張力T2より小さい場合には、転写ベルト14が左向きに移動し、テコアーム22が変位力F11を張力調整力F21に変換して、転写ベルト14の移動方向前進側で発生する張力Tf(左側張力T1)を、それ以前より大きくするので、張力比及び張力差Tdが小さくなり、転写ベルト14の斜行を抑制して転写ベルト14の回転軌道を安定させることができ、転写ベルト14の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
逆に、左側張力T1が右側張力T2より大きい場合には、転写ベルト14が右向きに移動し、テコアーム22が変位力F12を張力調整力F22に変換して、転写ベルト14の移動方向後退側で発生する張力Tb(左側張力T1)を、それ以前に比べて小さくするので、張力比及び張力差Tdが小さくなり、転写ベルト14の斜行を抑制して転写ベルト14の回転軌道を安定させることができ、転写ベルト14の幅方向端部の損傷を抑制することができる。
以上のように、本実施形態では、転写ベルト14がいずれの向きに移動した場合であっても、張力比が小さくなるようにテコアーム22(斜行力減衰機構20)が作動するので、転写ベルト14の斜行を速やかに抑制することができる。
なお、本実施形態では、転写ベルト14がいずれの向きに移動した場合であっても、張力比が小さくなるようにテコアーム22(斜行力減衰機構20)が作動するので、第1実施形態とは異なり、工場出荷時(設計時)において、積極的に張力差Tdが発生するような構成とする必要はない。
(第5実施形態)
本実施形態は、図14に示すように、斜行力減衰機構20が従動ローラ16の軸方向一端側のみに設けられている場合において、他端側に転写ベルト14の端部と接触することにより、転写ベルト14の移動を規制する鍔状のフランジ部16Dを設けたものである。
これにより、本実施形態では、軸方向他端側への転写ベルト14の移動は、フランジ部16Dにより規制されるので、第1実施形態に比べて、工場出荷時(設計時)点での張力差Tdを小さく設定することができる。
(第6実施形態)
上述の実施形態では、従動ローラ16はテンションローラを兼ねるローラであったが、本実施形態は、図15に示すように、従動ローラ16とは別にテンションローラ23を設け、このテンションローラ23の軸方向一端側又は両端側に斜行力減衰機構20を設けたものである。
(第7実施形態)
本実施形態は、第6実施形態の変形例である。具体的には、本実施形態では、テンションローラ23は転写ベルト14に張力を付与する機能のみ有し、斜行力減衰機構20は従動ローラ16の軸方向一端側又は両端側に設けられている。
つまり、上述の実施形態では、転写ベルト14に張力を付与する機能を有するローラに斜行力減衰機構20を設けたが、本実施形態では、転写ベルト14に張力を付与するためのローラとは異なるローラに斜行力減衰機構20を設けたものである。
(第8実施形態)
本実施形態は、図16に示すように、転写ベルト14の幅方向端部側のうち少なくともベルトカラー21側に幅方向端部14Bを補強する補強テープ14Dを設けたものである。
なお、本実施形態に係る補強テープ14DはPET製であり、転写ベルト14に接着又は粘着固定されている。因みに、図16では、補強テープ14Dは転写ベルト14の外周面側に設けられているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、ベルトカラー21に補強テープ14Dが填り込む逃げ溝を設ければ、補強テープ14Dを転写ベルト14の内周面側に設けてもよい。
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、ダイレクトタンデム型電子写真方式の画像形成装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、用紙搬送用のベルトユニット13に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば中間転写ベルト用のベルトユニット、ADF(オートドキュメントフィーダ)の原稿搬送用ベルトユニット、又は定着器用ベルトユニットにも適用できる。
また、上述の実施形態では、テコアーム22にて軸力変換手段を構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、楔効果を利用して変位力F1を張力調整力F2に変換する軸力変換手段、又は変位力F1により空気圧又は液圧を変化させて変位力F1を張力調整力F2に変換する軸力変換手段を採用してもよい。
また、上述の実施形態では、テコアーム22の力点P1は、揺動軸17Cの軸方向に沿ったA矢視方向から見て、従動ローラ16の回転軸16Aと重なっていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、力点P1は回転軸16Aを挟んで両側に設定されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、力点P1は、理想的には、回転軸16Aの中心線上に位置することが望ましい。これに対して、上述の実施形態では、回転軸16Aがテコアーム22を貫通していたので、現実の力点P1を回転軸16Aの中心線上に設定することができなかった。
しかし、回転軸16Aに対して対称の位置に2つの力点P1が設定されていたので、2つの力点P1の合力点(仮想の力点)は、回転軸16Aの中心線上に位置している。因みに、軸受ブロック18をテコアーム22とベルトカラー21との間に配設すれば、現実の力点P1を回転軸16Aの中心線上に設定することができる。
また、上述の実施形態では、ベルトカラー21にフランジ部21Bを設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、フランジ部21Bを廃止してもよい。
また、上述の実施形態では、張力発生手段としてコイルバネ19を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、引張りコイルバネ、捻りバネ又はゴム等であってもよい。
また、上述の実施形態では、レバー比を1より大きくしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、レバー比を1以下としてもよい。なお、レバー比を1以下とすれば、ベルトカラー21の移動量に対して、第1レバー23Aの長さを短くすることができるので、ベルトユニット19の前後方向寸法及び左右方向の小型化を図ることができる。
また、上述の実施形態では、揺動軸17Cの軸方向は、展張面14Aと直交する方向と平行な方向に設定されていたが、本発明は、揺動軸17Cの軸方向がコイルバネ19による弾性力の向き及び軸方向D2と交差する方向に設定されていれば、展張面14Aと直交する方向以外であってもよい。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
1…画像形成装置、5…画像形成部、7…プロセスカートリッジ、
7B…帯電器、8…転写ローラ、9…露光器、11…定着器、
13…ベルトユニット、14…転写ベルト、14A…展張面、
14C…ガイドベルト、15…駆動ローラ、16…従動ローラ、
16A…回転軸、16B…止め輪、16C…ローラ本体、16D…フランジ部、
17…フレーム、17A…長穴、17B…内壁面、17C…揺動軸、
18…軸受ブロック、19…コイルバネ、20…斜行力減衰機構、
21…ベルトカラー、21A…軸穴、21B…フランジ部、21C…円筒部、
21D…溝部、21E…球面部、22…テコアーム、22A…第1アーム部、
22B…第2アーム部、22C…軸穴、22D…当接部、23…テンションローラ。

Claims (13)

  1. 用紙に画像を形成する画像形成装置であって、
    無端状のベルトと、
    前記ベルトを回転駆動する駆動ローラと、
    前記ベルトの回転と共に従動回転する従動ローラと、
    前記駆動ローラ及び前記従動ローラを支持するフレームと、
    前記ベルトに張力を発生させるための付勢力を発揮する張力発生手段と、
    前記駆動ローラの軸方向と平行な方向に変位可能に配設され、前記ベルトの回転時に前記ベルトが前記軸方向と平行な方向に移動したときに前記ベルトと共に前記軸方向と平行な方向に変位する変位部材と、
    前記変位部材を変位させる力を、前記軸方向と平行な方向と交差する方向の力であって前記ベルトに発生する張力の大きさを変化させるための力に変換する軸力変換手段と、
    前記従動ローラが前記付勢力の方向と平行な方向のみに変位するように、前記従動ローラの変位を規制する規制手段とを備え、
    前記軸力変換手段は、前記ベルトに発生する張力のうち、前記ベルトの移動方向前進側で発生する張力に対する前記移動方向後退側で発生する張力の比が、張力を変化させる以前に比べて小さくなるように、前記ベルトに発生する張力を変化させ、
    前記従動ローラは、前記ベルトに発生する張力の方向と平行な方向に変位することができるように前記フレームに組み付けられ、
    前記張力発生手段は、前記付勢力として前記従動ローラと前記駆動ローラとの軸間距離が増大する向きの力を前記従動ローラに作用させて前記ベルトに張力を発生させ、
    さらに、前記軸力変換手段は、前記従動ローラの軸方向両端側のうち少なくとも一端側に力を作用させて前記ベルトに発生する張力を変化させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記軸力変換手段が前記従動ローラに作用させる力の方向は、前記付勢力と平行な方向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. 前記変位部材は、前記従動ローラと一体化されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記軸力変換手段は、前記変位部材から前記軸方向と平行な方向の力を受ける第1アーム部、及び前記第1アーム部の延び方向と交差する方向に延びて前記従動ローラに力を作用させるとともに、前記第1アーム部に一体化された第2アーム部からなるアーム部材を有して構成されており、
    さらに、前記アーム部材は、前記フレームに揺動自在に組み付けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  5. 前記従動ローラを回転可能に支持するとともに、前記フレームに対して変位可能に組み付けられた軸受部材を備えており、
    前記張力発生手段は、前記軸受部材を介して前記従動ローラに前記付勢力を作用させ、
    さらに、前記第2アーム部は、前記軸受部材を介して前記従動ローラに力を作用させることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記アーム部材の揺動中心から前記第1アーム部に作用する力の力点までの距離は、前記揺動中心から前記第2アーム部が前記従動ローラに力を作用させる作用点までの距離に比べて大きいことを特徴とする請求項4又は5に記載の画像形成装置
  7. 前記軸力変換手段のうち前記変位部材から力を受ける力点は、前記アーム部材の揺動軸に沿った矢視方向から見て、前記従動ローラの軸と重なっていることを特徴とする請求項4ないし6のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  8. 前記力点は、前記矢視方向において、前記従動ローラの軸を挟んで両側に設定されていることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 前記軸力変換手段は、前記従動ローラの軸方向両端側に設けられていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  10. 前記変位部材には、前記ベルトのうち前記軸方向と平行な方向の端面に接触可能な鍔状のフランジ部が設けられていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  11. 前記ベルトの展張面に対向する位置には、複数の画像形成ユニットが前記ベルトの移動方向に沿って直列に並んで配設されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  12. 前記複数の画像形成ユニットは、前記展張面上を搬送される用紙に直接的に画像を形成することを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
  13. 無端状のベルトと、
    前記ベルトを回転駆動する駆動ローラと、
    前記ベルトの回転と共に従動回転する従動ローラと、
    前記駆動ローラ及び前記従動ローラを支持するフレームと、
    前記ベルトに張力を発生させるための付勢力を発揮する張力発生手段と、
    前記駆動ローラの軸方向と平行な方向に変位可能に配設され、前記ベルトの回転時に前記ベルトが前記軸方向と平行な方向に移動したときに前記ベルトと共に前記軸方向と平行な方向に変位する変位部材と、
    前記変位部材を変位させる力を、前記軸方向と平行な方向と交差する方向の力であって前記ベルトに発生する張力の大きさを変化させるための力に変換する軸力変換手段、
    前記従動ローラが前記付勢力の方向と平行な方向のみに変位するように、前記従動ローラの変位を規制する規制手段とを備え、
    前記軸力変換手段は、前記ベルトに発生する張力のうち、前記ベルトの移動方向前進側で発生する張力に対する前記移動方向後退側で発生する張力の比が、張力を変化させる以前に比べて小さくなるように、前記ベルトに発生する張力を変化させ、
    前記従動ローラは、前記ベルトに発生する張力の方向と平行な方向に変位することができるように前記フレームに組み付けられ、
    前記張力発生手段は、前記付勢力として前記従動ローラと前記駆動ローラとの軸間距離が増大する向きの力を前記従動ローラに作用させて前記ベルトに張力を発生させ、
    さらに、前記軸力変換手段は、前記従動ローラの軸方向両端側のうち少なくとも一端側に力を作用させて前記ベルトに発生する張力を変化させることを特徴とするベルトユニット。
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