JP4956053B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真技術を利用した複写機、ファクシミリ装置、プリンタおよび複合機などの電子写真画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）に関するものである。

静電潜像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、「感光体ドラム」という）上に静電潜像を形成し、現像剤（トナー）を用いて顕像化する画像形成装置では、トナー像をたとえば無端状の搬送ベルト上に載せた記録紙などシートに転写する。あるいは、その搬送ベルトを中間転写体ベルトとして用い、トナー像を一旦転写して保持し、それからそのトナー像をシートに移し替えて転写する中間転写方式がある。

その場合、感光体ドラムの周面の速度（周速）と搬送ベルトの走行速度との間に相対的な速度差が生じると、トナー像に影響して印字後の画質低下や画質劣化につながる。その相対速度差をなく方法として、転写ベルトの駆動部にトルクリミッタを設けて、感光ドラムと転写ベルトとの間にすべりがあったときには、ドラムの速度を転写ベルトの周速に追従させ、転写ベルトとドラム間の滑りを小さくするような構成がある（たとえば、特許文献1参照）。しかし、この構成は、すべりが発生する異常時に感光ドラムに追従させる構成である。

一方、高画質化を狙うために、搬送ベルトの走行速度を一定に走行させ、そのベルト面に感光体ドラムを接触させた摩擦力で従動回転させるようにした構造が周知である。あるいはまた、別に設けたドラム専用ベルトを感光体ドラムに直接または同軸上のプーリ−に巻き掛けし、搬送ベルト（転写体ベルト）を周回走行させる駆動モータを兼用してそのドラム専用ベルトを周回走行させる。すなわち、１つの駆動モータを両用してドラム専用ベルトと搬送ベルトの両ベルトを同時に周回させ、それによって感光体ドラムと搬送ベルトとの間で相対的速度差が生じないようにした画像形成装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特登録２９７１６１５号公報 特開平１１−２４３５０号公報

しかしながら、上記特許文献１の公報に開示されたドラム駆動構造、ならびに従来その種の構造にあってはつぎの点に問題がある。

１つは、感光体ドラムと搬送ベルトとが互いにスリップなどで速度差を生じないようにするには、感光体ドラムと搬送ベルトを強力な押し付け合いで密着させる必要がある点である。その結果、駆動モータの負荷が大きくなる問題がある。

また１つは、強力に押し合うストレスのためにドラムやベルトの寿命を早めることである。

以上から、本発明の目的は、無端状の転写体ベルトと像担持体と間の加圧を大きくしなくても、ベルトと像担持体が従動できるようにして良好な画像を形成できる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体を清掃する清掃部材と、前記像担持体と接触する中間転写体と、前記像担持体上に形成されたトナー像を前記中間転写体へ転写する転写手段と、駆動源から前記像担持体へ駆動力を伝える第一駆動伝達経路と、駆動源から前記中間転写体へと駆動力を伝える第二駆動伝達経路と、前記第一駆動伝達経路に設けられ、前記第一駆動伝達経路を介して駆動源から前記像担持体へ伝達されるトルクを、前記清掃部材が接触した状態の前記像担持体を前記中間転写体から離した状態で回転させるために要するトルク未満に制限するトルクリミッタと、を有し、前記像担持体は前記中間転写体から受ける力と前記トルクリミッタを介して伝達される駆動力により前記中間転写体と同一の表面速度で回転し、その際の前記トルクリミッタの駆動源側の回転速度は常に前記トルクリミッタの前記像担持体側の回転速度よりも速いことを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、転写体ベルトとの回転摩擦力で従動回転する感光体ドラムの回転をドラム補助回転機構で助勢する。それにより、転写体ベルトと感光体ドラムの両部材間にスリップなどで速度差が生じないよう両部材を常に同一速度で駆動させることができ、高品位の画像を形成することができる。また、速度差解消のために、転写体ベルトと感光体ドラムを強力に押し付け合わせる必要がないので、ベルトとドラム双方の部材強度や剛性をそれだけアップさせずに済み、コスト低減や部材寸法の長大化を抑えるのに有効である。

以下、本発明による画像形成装置の好適な一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明は、以下の構成に限定されるものではない。

図１は、画像形成装置の具体例としてプリンタを示す。プリンタ本体１内の上部に画像形成部２に備わり、下部にシート搬送部４が備わっている。画像形成部２には、たとえばＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色ステーションにそれぞれ像担持体としての感光体ドラム２０がタンデム型に配置されている。各色対応の感光体ドラム２０の周辺には、感光体ドラム２０に作用するつぎのプロセス手段が配置されている。帯電バイアス電圧を印加してドラム表面を均一に帯電する帯電器２１を有し、感光体ドラム２０に静電潜像を形成するためのＬＥＤユニット２２を有する。また、感光体ドラム２０上の静電潜像を粒径５〜１０μｍの現像剤（トナー）を用いてトナー像に現像する現像器２３を有する。さらに、感光体ドラム２０上のトナー像を中間転写体である中間転写体ベルト２４に転写する一次転写部材としての一次転写ローラ２５、感光体ドラム２０上の残留トナーをブレードで掻き取って除去するクリーナ２６を有する。中間転写ベルト２４は駆動ローラ２７、ローラ２８およびテンションローラ２９の各ローラ間に捲回して張架されている。 シート搬送部４は、給紙カセット４０に収納された記録材などのシートＰが給紙ローラ４１および対向一対の分離ローラ４２によって１枚ずつ分離され、搬送路に沿って複数個所に配置された搬送ローラ４３によって対向一対のレジストローラ４４へと搬送される。レジストローラ４４に達したシートＰは、中間転写体ベルト２４上のトナー像の位置にタイミングを合わせて搬送される。

中間転写体ベルト２４上のトナー像は、二次転写部材としての二次転写ローラ４５によってシートＰ上に転写される。その二次転写外ローラ４５の下流にはシートＰを搬送する搬送ベルト４６、トナー像をシートＰに定着させる定着装置４７が配置されている。そして、トナー像が定着されたシートＰをプリンタ本体１外へ排出する排紙ローラ４８、排出されたシートＰを積載収容する排紙トレイ４９が設けられている。

（ドラム補助回転機構−第１の実施形態）
図２は、本発明の要旨である感光体ドラム２０の回転駆動に関する「ドラム補助回転機構」について、その第１の実施形態を示す。

中間転写体ベルト２４を背面側から押圧して感光体ドラム２０に押し付けて密着させるための一次転写ローラ２５が備わっている。一次転写ローラ２５はローラ両端で軸受ごと圧縮ばね（図示略）によって弾性力で押圧され、中間転写体ベルト２４に押し付けられる方向へたとえば３５〔Ｎ〕程度のばね力で付勢されている。

中間転写体ベルト２４の一端側は駆動ローラ２７に巻き掛けられている。駆動ローラ２７の回転軸であるローラシャフト３０２の一端部には駆動ギア３０５が設けられ、この駆動ギア３０５に駆動手段であるベルト駆動モータ（駆動源）３０８の出力軸ギアが噛合して連結されている。すなわち、ベルト駆動モータ３０８から出力された回転動力を受けて駆動ローラ２７が回転し、中間転写体ベルト２４を周回走行させる。その中間転写体ベルト２４が上記一次転写ローラ２５で感光体ドラム２０に押し付けられているので、感光体ドラム２０は中間転写体ベルト２４から回転摩擦力を受けて従動して回転する。そのようにして感光体ドラム２０を回転駆動させる通常の機構を以下、説明の便宜上「ドラム従動機構」と呼んでドラム補助回転機構と区別する。

そのドラム従動機構において感光ドラム２０と中間転写ベルトとによる圧を軽減するために感光体ドラム２０の回転を助勢するドラム補助回転機構が設けられている。

Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色に対応する感光体ドラム２０はそれぞれドラムシャフト３０１を介して回転可能に支持されている。そうしたドラムシャフト３０１の一端部にトルクリミッタ（駆動制限手段）３０３が連結され、このトルクリミッタ３０３を介してドラム駆動ギア３０４に結合されている。ドラム駆動ギア３０４はドラム駆動モータ（駆動手段）３０７の出力軸ギアに噛合し、モータ回転動力をドラム駆動ギア３０４で受けることにより、感光体ドラム２０が所要の回転速度で回転する。感光ドラムが中間転写ベルトの回転による従動回転を行うためにトルクリミッタ３０３が以下のように機能する。

まず、感光体ドラム２０を回転駆動させるために要するトルクＴ（Ｄ）はつぎのように算出される。

仮に、中間転写体ベルト２４が一次転写ローラ２５によって背面側から押圧されず、したがって中間転写体ベルト２４から感光体ドラム２０は回転摩擦力を受けないものとする。この値は、中間転写ベルトが感光ドラムから離間している状態に等しい値である。この状態で感光体ドラム２０を回転駆動させるに要するトルクをＴ（Ｄ）とする。また、中間転写ベルトが感光ドラムから離間している状態で、感光体ドラム２０上に所定量のトナーである残留トナーが存在するときに回転駆動させるのに要するトルクをＴ（Ｄ’）とする。それに対し上記構成のように、一次転写ーラ２５で押し付けて一次転写用として高圧の電圧を印加して静電密着力を発生させ、その静電密着力を生じさせた状態で中間転写体ベルト２４から感光体ドラム２０に付与されるトルクをＴ（Ｂ）とする。このときの高圧の電圧は普通紙に画像を形成する際の電圧である。また、ドラムの回転が駆動手段による駆動の制限を受けるトルクリミッタ３０３による駆動伝達トルク（リミットトルク）をＴ（Ｌ）とすると、Ｔ（Ｄ）はドラムを回転させる為に必要なトルクで、Ｔ（Ｂ）＋Ｔ（Ｌ）はドラムを回す駆動力であるからＴ（Ｌ）より大きい必要があり、次式（１）が成立する。

０＜Ｔ（Ｌ）＜Ｔ（Ｄ’）＜Ｔ（Ｄ）＜Ｔ（Ｂ）＋Ｔ（Ｌ） ・・・（１）
そこで、（１）式が成立するように、トルクリミッタ３０３の駆動伝達トルクＴ（Ｌ）を設定する。なお、トルクＴ（Ｂ）としては、一次転写用高電圧、付勢力、中間転写体ベルト２４と感光体ドラム２０とのニップ部に存在するトナー量によって変化するものである。

発明者らによるＴ（Ｂ），Ｔ（Ｄ）の測定方法は以下のとおりである。まず、Ｔ（Ｂ）については、最小値となる一次転写用高電圧（画像形成時にトナー像を転写するために使用される電圧）および付勢力（一次転写ローラの感光体ドラムに対する付勢力）をそれぞれ下限に設定し、ニップ部にトナーを最大載せた状態にする。その状態で中間転写体ベルト２４の周回走行を停止させ、感光体ドラム２０が回転してスリップし始めるときのトルクを測定する。ニップ部にトナーが最大載った状態とは、最大濃度で、多色機の場合は重ね合わせの最大量のときである。その際、感光体ドラム２０が回転するのに抵抗となるようなクリーナ２６などは遠ざけて外しておく。一方、Ｔ（Ｄ）の測定は、クリーナ２６を取り付け、Ｔ（Ｄ）が最大値となるように感光体ドラム２０上のトナーを掻き取って存在しない状態で行う。また、残留トナーが感光体ドラム２０上に存在するときの状態でＴ（Ｄ’）も測定する。尚、本実施例において、感光体ドラム２０ニップ部の最大トナー量は１．４５〔ｍｇ／ｃｍ^２〕、残留トナーは０．０６〔ｍｇ／ｃｍ^２〕だった。

実測による測定結果は、Ｔ（Ｂ）が０．３７〔Ｎ・ｍ〕、Ｔ（Ｄ）が０．２８〔Ｎ・ｍ〕、Ｔ（Ｄ’）が０．２７〔Ｎ・ｍ〕であった。トルクリミッタ３０３としては駆動伝達トルクＴ（Ｌ）が０．２４〔Ｎ・ｍ〕のものを用いた。測定値のＴ（Ｂ）＝０．３７〔Ｎ・ｍ〕、Ｔ（Ｄ）＝０．２８〔Ｎ・ｍ〕を上式（１）に当てはめると、Ｔ（Ｌ）を「０」値にした場合でも不等式を満足するが、Ｔ（Ｄ）およびＴ（Ｂ）は実際の作像時は変動するため、（１）式の条件を満たす範囲で駆動伝達トルクＴ（Ｌ）を大きめに設定することが望ましい。

以上のように、ドラム補助回転機構は、感光体ドラム２０に対し、トルクリミッタ３０３を介して回転駆動力を補助回転トルクという形で助勢することにより、Ｔ（Ｂ）が小さい場合でも感光体ドラム２０と中間転写体ベルト２４は互いにスリップせず、表面速度を一致させて回転することが可能になる。

なお、この第１の実施形態においては、トルクリミッタ３０３を設置しない場合は、一次転写ローラ２５による押圧力を８５〔Ｎ〕にまで高めても、感光体ドラム２０と中間転写体ベルト２４との間でスリップを発生する場合がみられた。ところが、ドラム駆動モータ３０７やトルクリミッタ３０３などで構成されるドラム補助回転機構を設けたことで、一次転写ローラ２５の押圧力を１８〔Ｎ〕に設定すれば、感光体ドラム２０と中間転写体ベルト２４との間でスリップは発生しない。結果、良好な画像を得ることができた。

ちなみに、（１）式の条件を満たさない駆動伝達トルクＴ（Ｌ）を０．４〔Ｎ・ｍ〕に設定した場合、得られた画像はドラム駆動ギア３０４とローラ駆動ギア３０５のギアピッチに起因するバンディングが発生していた。トルクＴ（Ｌ）を０．４〔Ｎ・ｍ〕に設定したので、前述の不等式のＴ（Ｌ）＜Ｔ（Ｄ’）＜Ｔ（Ｄ）を満たさなくなり、トルクリミッタ３０３を介しての駆動と中間転写ベルトによる駆動力とが互いに影響し合い、各駆動列に振動が生じた為である。

一方、ドラム駆動モータ３０７とベルト駆動モータ３０８の各回転速度についてはつぎのように設定される。

いま、中間転写体ベルト２４から回転摩擦力を受け、ドラム従動機構によって感光体ドラム２０が回転するときの角速度をω（Ｂ）とする。また、トルクリミッタ３０３から回転伝達トルクＴ（Ｌ）を受けず、ドラムシャフト３０１を無負荷に近い状態で感光体ドラム２０を回転させる。その場合の角速度をω（Ｌ）とすると、次式（２）が成立する。

ω（Ｂ）＜ω（Ｌ） ・・・（２）
第１の実施形態においては、上式（２）の不等式が成立するようにω（Ｂ）＝０．８８〔ｒａｄ／ｓ〕に対して、ω（Ｌ）を１．０５倍の０．９２４〔ｒａｄ／ｓ〕に設定する。すなわち、トルクリミッタ３０３を介してドラム駆動モータ３０７からの回転動力による感光体ドラム２０の回転速度を、中間転写体ベルト２４から回転摩擦力で受ける回転速度よりも速く設定している。結果、常に感光体ドラム２０の回転駆動を助勢することになる。

なお、ドラム駆動モータ３０７およびトルクリミッタ３０３などによるドラム補助回転機構の角速度ω（Ｌ）は、ベルト駆動モータ３０８および中間転写体ベルト２４などによるドラム従動機構の角速度ω（Ｂ）より大きく１．２倍以下の範囲に設定することが望ましい。感光体ドラム２０の回転を助勢するのであれば、１倍以上であれば足りることになる。しかし実際には、駆動モータの回転速度の変動、感光体ドラム２０のドラム直径の加工精度誤差やフレ精度、中間転写体ベルト２４の厚さ寸法のムラ、駆動ローラ２７のローラ径の加工精度誤差やフレ精度などがある。それらの精度誤差のためにω（Ｂ）およびω（Ｌ）は僅かながら変動することがある。角速度ω（Ｌ）をω（Ｂ）に同等とした場合、一時的にではあるが感光体ドラム２０表面の速度の方が中間転写体ベルト２４の速度よりも遅くなる可能性がある。そこで、感光体ドラム２０の表面の周速度および中間転写体ベルト２４の走行速度が僅かに変動した場合でも、速度が逆転することがないように、１％以上つまり１．０１倍以上に設定することが望ましいのである。

ところで、トルクリミッタ３０３などからなるドラム補助回転機構による角速度ω（Ｌ）を極端に速くすることは、中間転写体ベルト２４などドラム従動機構側との相対速度差が大きくなることである。そうすると当然ながら、速度逆転現象は発生しないけれども、トルクリミッタ３０３に大きな負担をかけることになり、トルクリミッタ３０３自身の耐久性（寿命）を早めて不利である。それゆえ、ω（Ｂ）とω（Ｌ）との相対速度差は２０％以下に、つまりω（Ｌ）をω（Ｂ）の１．２倍以下にすることが望ましい。

（ドラム補助回転機構−第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態を示す。上記第１の実施形態で示された各部材や機器に同一または同種のものには対応する符号を付して重複する説明を省く。

ドラム従動機構においては、中間転写体ベルト２４を駆動する駆動ローラ２７がローラシャフト３０２の一端側に取り付けた駆動ギア３０５を介してベルト・ドラム両用駆動モータ（以下、「共用モータ」という）３０９の出力軸ギアに噛合して連結されている。駆動ギア３０５はアイドラギア３１０にも噛合し、同じくアイドラギア３１１を介してつぎに示すドラム補助回転機構側に連結されている。

ドラム補助回転機構にあっては、感光体ドラム２０のドラムシャフト３０１の一端側にトルクリミッタ３０３が連結され、このトルクリミッタ３０３を介して駆動ギア３０４が設けられている。駆動ギア３０４はアイドラギア３１１と噛合し、中間転写体ベルト２４などからなるドラム従動機構に連結されている。

すなわち、第２の実施形態では、中間転写体ベルト２４と感光体ドラム２０の両部材は上記１つの共用モータ３０９から回転動力を受け、ドラム従動機構およびドラム補助回転機構間にトルクリミッタ３０３を介在させたことが第１の実施形態と異なる点である。

１つの共用モータ３０９で回転駆動を行うので、その１つの共用モータ３０９の駆動をオンオフさせるだけで感光体ドラム２０と中間転写ベルト２４が同期して同時回転する。第１の実施形態のように、感光体ドラム２０と中間転写体ベルト２４とをそれぞれ専用の駆動モータ３０７，３０８で回転させるときは、それら両部材の起動と停止に時間差が生じることがある。オンオフ時間差によって、たとえば感光体ドラム２０の補助駆動の起動よりも先に中間転写ベルト２４が動き、感光体ドラム２０と中間転写ベルト２４とが互いにスリップすることがある。結果、感光体ドラム２０や中間転写体ベルト２４の表面を損傷させ、画質にも影響する場合がある。

この点に関して本実施形態では払拭され、起動時あるいは停止時を高精度に同期させる駆動モータの制御、ならびに第１の実施形態で示されたドラム駆動モータ３０７とベルト駆動モータ３０８の起動オンオフの順序を管理するなどといった制御が不要になる。

以上、本発明の画像形成装置について第１，第２の実施形態が説明されたが、それら各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、その他の実施形態、応用例、変形例およびそれらの組み合わせも可能である。

たとえば、第１の実施形態において、感光体ドラム２０のドラムシャフト３０１と同軸上にトルクリミッタ３０３を設けたが、その構造に限定されず、トルクリミッタ３０３はドラム補助回転機構の適宜場所に設けることもできる。また、中間転写体ベルト２４に代えて、円筒状の中間転写体ドラムを用いた場合でも可能であり、シートＰを搬送する搬送転写ベルトを代用することでも勿論可能である。また、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色に対応して４つの感光体ドラム２０をタンデム型に配列した構造のプリンタが例に示されたが、感光体ドラム２０としては単色あるいは２色といったように４つ以外でもよく、設置数４つに何ら限定されるものではない。さらに、感光体ドラム２０に静電潜像を形成する手段としてＬＥＤユニットを例としたが、レーザ光をポリゴンミラーの回転によって操作して所望の静電潜像を形成するものでもよく、これに限定するものではない。

また、第２の実施形態では、中間転写体ベルト２４などのドラム従動機構と、感光体ドラム２０などのドラム補助回転機構とがアイドラギア３１０，３１１などのギア列を介して連結されているが、ギア列に代えてタイミングベルトなど用いることもできる。

また、第１，第２の実施形態に共通して、感光体ドラム２０および転写体ベルト２４の双方の回転速度や走行速度を検出する速度検出センサを適所に配置することにより、この検出信号に基づいた制御でもって感光体ドラム２０上に潜像を形成するように構成することができる。

本発明による画像形成装置の具体例としてプリンタ本体を示す図。 第１の実施形態によるドラム回転機構の要部を示す斜視図。 第２の実施形態によるドラム回転機構の要部を示す斜視図。

符号の説明

１ プリンタ本体（画像形成装置本体）
２ 画像形成部
２０ 感光体ドラム
−以下、ドラム従動機構−
２４ 中間転写体ベルト
２５ 一次転写ローラ
２７ 駆動ローラ
３０５ 駆動ギア
３０８ ベルト駆動モータ
−以下、ドラム補助回転機構−
２０ 感光体ドラム
３０１ ドラムシャフト
３０３ トルクリミッタ（補助トルク制限手段）
３０４ 駆動ギア
３０７ ドラム 駆動モータ
３０９ 両用モータ（両用回転駆動源）

Claims (5)

1. 像担持体と、
   前記像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記像担持体を清掃する清掃部材と、
   前記像担持体と接触する中間転写体と、
   前記像担持体上に形成されたトナー像を前記中間転写体へ転写する転写手段と、
   駆動源から前記像担持体へ駆動力を伝える第一駆動伝達経路と、
   駆動源から前記中間転写体へと駆動力を伝える第二駆動伝達経路と、
   前記第一駆動伝達経路に設けられ、前記第一駆動伝達経路を介して駆動源から前記像担持体へ伝達されるトルクを、前記清掃部材が接触した状態の前記像担持体を前記中間転写体から離した状態で回転させるために要するトルク未満に制限するトルクリミッタと、を有し、
   前記像担持体は前記中間転写体から受ける力と前記トルクリミッタを介して伝達される駆動力により前記中間転写体と同一の表面速度で回転し、その際の前記トルクリミッタの駆動源側の回転速度は常に前記トルクリミッタの前記像担持体側の回転速度よりも速いことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体が前記中間転写体と接触して同一表面速度で回転する際の、前記トルクリミッタの駆動源側の回転速度は、前記トルクリミッタの前記像担持体側の回転速度の１．０１倍以上、１．２倍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. 前記転写手段に所定の電圧を前記転写手段に印加した状態において、
   回転する前記中間転写体から前記像担持体が受けるトルクと前記トルクリミッタを介して駆動源から伝達されるトルクの和は前記清掃部材が接触した状態の前記像担持体を前記中間転写体から離した状態で回転させるために要するトルクよりも大きい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. 前記清掃部材がクリーニングブレードであり、前記トルクリミッタを介して駆動源から前記像担持体へと伝達されるトルクは、所定量のトナーを担持した前記クリーニングブレードが接触した状態の前記像担持体を前記中間転写体と離した状態で回転させるために要するトルク未満であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記第一駆動伝達経路と前記第二駆動伝達経路は同一の駆動源から駆動力を受けることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。

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