JP5266795B2 - ベルト寄り防止機構を備えたベルト搬送装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、無端ベルトを用いたベルト搬送装置のベルト寄り防止機構における制御技術に関する。また、この制御技術を用いた転写ベルト装置や感光体ベルト装置、定着ベルト装置、更にはこれらベルト搬送装置を用いたプリンタ、複写機、ファックスなどの画像形成装置に関するものである。

従来、無端ベルトが様々な分野で用いられ、例えば、電子写真方式の画像形成装置では、潜像担持体、中間転写体、シート搬送部材、定着部材などとして、無端ベルトが用いられている。無端ベルトは、複数の張架ローラによってループ内面側から支えられ張架され、少なくとも１個の張架ローラの回転駆動によって無端移動する。このような無端移動において、張架ローラの真円度が十分でなかったり、複数の張架ローラ間で平行度が微妙にずれていたりすると、ベルトを真っ直ぐに無端移動させることができなくなる。そしてベルトの蛇行や片寄りがあると、張架ローラから脱輪し、場合によってはベルト破損などにつながることもある。また、無端ベルトを用いた画像形成装置においては、画像の位置ズレになる恐れもある。そこで、ベルトの寄りは、規制或いは補正する必要がある。

具体的には、規制の場合、ベルト端部にゴムなどの寄り止め部材／ガイドリブを設けて、それを張架ローラ端部やローラ周面溝で規制したり、ローラ端部にツバを設けてベルト端面を直接規制したりする。しかしながら、これらの構成ではコストアップになるばかりか、ユニットの歪みなどのために想定以上の寄り力が働くとベルト寄り止め部材が破損し、ベルトまで破損することがあった。また貼り付けた寄り止め部材が剥れることもあり、その扱いも慎重にならざるを得ないばかりか、ベルト交換時もこの寄り止め部材のために簡単スムーズな交換を行うことができないなど、問題が多かった。

またベルト寄りを補正する方法として、機械的なリンクなどを用いたものが提案されている。特許文献１に開示されたものは、ベルト裏面のリブが接触体の間を通過することで回転し、リンク機構を介してローラ軸が傾くという構成である。特許文献２には、ローラの端部に、ローラの軸方向へのベルトの移動に応じてローラの軸に変位を与えるローラ軸変位部材を配し、ベルト端面で検知部材として機能するプーリの端面を押す構成が記載されている。その他、特許文献３に記載されているように、検知リングを設け、ベルト端部が乗り上げることで発生する駆動トルクを利用してローラ軸を傾けるという提案もある。しかしながら、これら低コストで簡易な機械式寄り補正方法を用いた場合、ベルトの軸方向への移動が収束するまでの時間が部品の精度、ユニットの平行度、装置本体の設置状況などや動作時のモードの違いによっても異なってしまうという欠点がある。またベルトにストレスがかかり、結果としてベルトが破損するという、耐久性の点でも問題がある。

また、ステアリングローラとセンサーを用いてベルトの位置を検知し、駆動源を用いてローラ軸に変位を与えるようなものも提案、商品化されている。しかしながら、このような方式では、ステアリングローラを上下動させるための駆動装置や前出のセンサー、ステアリングローラなど、コストが大幅にアップする。

特開２００５−９２１５３号公報 特開２００６−１６２６５９号公報 特開平５−５２２４４号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、これら問題点を解決する構成を提供することを課題とする。

上記課題は、本発明にしたがって、無端ベルトとそれを掛け回す複数のローラを有し、上記複数のローラの一つを傾けることで上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させるように構成されており、上記傾き可能なローラにベルト寄り検知手段が付設されたベルト搬送装置であって、上記ベルト寄り検知手段が、上記傾き可能なローラの方に向かって窄まった円錐部分を有し、上記傾き可能なローラと同心で且つ上記ベルトに接することなく当該ベルトのローラ軸線方向変位する側に配されていて、上記傾き可能なローラの傾きを減らす方向に付勢された軸支持部材と、当該軸支持部材と上記ベルト寄り検知手段の間に配され上記軸支持部材の付勢力に抗し且つベルト寄り検知手段のスライドに応じて位置をずらして軸支持部材の付勢力によるローラ傾きの減少を実現するリンク部材とをベルト搬送装置が更に有し、上記ベルト寄り検知手段を支承する非回転の軸部分にはネジ部が設けられ、上記ベルトがローラ軸線方向に変位すると、上記円錐部分がベルト内周縁に接して、上記ベルト寄り検知手段が回転して、ローラ軸線方向にスライドして上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させることで、解決される。

また、無端ベルトとそれを掛け回す複数のローラを有し、上記複数のローラの一つを傾けることで上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させるように構成されており、上記傾き可能なローラにベルト寄り検知手段が付設されたベルト搬送装置であって、上記ベルト寄り検知手段が、上記傾き可能なローラの方に向かって窄まった円錐部分を有し、上記傾き可能なローラと同心で且つ上記ベルトに接することなく当該ベルトのローラ軸線方向変位する側に配されていて、上記傾き可能なローラの傾きを減らす方向に付勢された軸支持部材と、当該軸支持部材の付勢力に抗して上記ベルト寄り検知手段に接触支持する位置固定のガイド部材とをベルト搬送装置が更に有し、上記ベルトがローラ軸線方向に変位すると、上記円錐部分がベルト内周縁に接して、上記ベルト寄り検知手段が回転して、ローラ軸線方向にスライドして上記ガイド部材と上記ベルト寄り検知手段における円錐部分の接触箇所が移動し、上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させることによっても、上記課題を解決できる。

上記円錐部分はローラ軸線方向に対して２０°＜θ＜７０°の傾き角度θを有するのが好ましい。上記ガイド部材は上記ベルト寄り検知手段との接触部において断面円柱形状に形成されているのがよい。上記ガイド部材は上記ベルト寄り検知手段との接触部において回転体を有していてもよい。

本発明によれば、無端ベルトがローラ軸線方向に変位すると、上記円錐部分がベルト内周縁に接してローラ軸線方向にスライドして上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させるので、ベルト端面が常にストレスを受けることがなくなり、ベルト破損のような事態を回避することができる。

請求項１に記載する構成にすれば、アクチュエータなどを必要とせずコスト面で有利である。

請求項２に記載する構成にすれば、ベルト寄り補正機構の構成が一層簡単となり、コスト面で有利である。

上記円錐部分がローラ軸線方向に対して２０°＜θ＜７０°の傾き角度θを有していれば、ベルト内周縁と円錐部分の接触に際してベルトに対するダメージを抑えながらベルトの弾性域内でのベルト変形にとどまるため、ベルトにクラックや折れなどの破損が生じない。

上記ガイド部材は上記ベルト寄り検知手段との接触部において断面円柱形状に形成されていたり、回転体を有していれば、接触負荷を低減しつつベルト寄り検知部材の確実な移動が保証される。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置を示すもので、タンデム型間接（中間）転写方式の複写機である。装置本体には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０が設けられている。中間転写ベルト１０は、多層構造でも、単層構造でも構わない。多層構造であれば、ベース層を例えば伸びの少ないフッ素樹脂やPVDFシート、ポリイミド系樹脂でつくり、表面をフッ素系樹脂などの平滑性のよいコート層で被ってなるもの、単層であればPVDF、PC、ポリイミドなどの材質を用いる。なお本発明では、特に中間転写体の材質に関して特定する必要はない。そして、図１に示す通り、ベルトを支持ローラ１３、１４、１５、１６に掛け回して、図中時計回りに回転搬送可能とする。

この図示例では、支持ローラ１５の左側に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置１７を設けている。クリーニング部材にはウレタンなどのブレード状のものを用い、中間転写体回転方向に対しカウンター方向に当接している。なお、図示はしないが、クリーニング部材にはウレタンブレードの他に導電性ブラシやローラを用いて静電的に回収するような構成をとってもよい。また、ブレードにより回収されたトナーは、クリーニング装置内の搬送部材（図示せず）により装置奥側へ搬送され、重力などにより下方へ落下させることでトナー回収用ボトル（図示せず）へと収容される。トナー回収用ボトルには、回収トナー量を検知する手段が設けられており、満杯時には装置を停止させるなどでトナーがあふれる事態を防止している。

また、中間転写ベルト１０のベルト上辺上方には、その搬送方向に沿って、ブラック・マゼンタ・シアン・イエロ−の４つの画像形成手段が横に並べて配置されており、タンデム画像形成装置を構成している。タンデム画像形成装置の上方には、露光装置２１が設けられている。

一方、中間転写ベルト１０のベルトループ下中央に配された支持ローラ１６の対向側には、２次転写ローラ２３が備えられている。２次転写ローラ２３を備える２次転写装置のシート搬送下流側には、転写シート上の転写画像を定着する定着装置２５が設けられている。定着装置２５は、通例のように、定着ローラ（図では定着ベルト／ローラ２６として示されている）に加圧ローラ２７を押し当てて構成されている。

不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６の１つを回転駆動して、支持ローラ１３を含む他の支持ローラが従動回転し、中間転写ベルト１０を回転搬送する。同時に個々の画像形成手段において、その感光体４０を回転し、各感光体４０上にそれぞれ、ブラック・マゼンタ・シアン・イエローの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト１０のベルト移動に伴って、それら単色画像を順次転写して中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。

他方、スタートスイッチを押すことにより、給紙装置の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンクに多段に備えられた給紙カセット４４の１つから転写シートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体内の給紙路に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。そして、中間転写ベルト１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写ローラ２３との間にシートを送り込み、２次転写ローラ２３で転写してシート上にカラー画像を記録する。

画像転写後のシートは、２次転写装置のベルト２４で搬送して定着装置２５へと送り込み、そこで熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、排出ローラ５０で排出し、排紙トレイ上にスタックする。一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、中間転写体クリーニング装置１７で、画像転写後にベルト上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置による再度の画像形成に備えられる。

このような構成の画像形成装置における中間転写ユニットでのベルトの寄り制御に関して次に説明する。ベルトの寄り制御を含め本発明に係るベルト搬送装置は、画像形成装置のベルトを用いる構成（２次転写装置や感光体ベルト装置、シート搬送機構等）にはすべて適用可能なものである。図２は、その寄り制御を説明するための図であり、図２（ａ）はテンションローラたる支持ローラ１５が予め水平位置から（あるいは転写ユニット側板に対して）若干傾けられた状態で配置されている様子を説明する図であり、図２（ｂ）は中間転写ユニットでのベルトの寄り補正機構の構成を示す部分斜視図、図２（ｃ）はその側面図である。支持ローラ１５は、ベルトを駆動するローラであり、検知部材３０を配した一端側が軸支持部材５５に支持され、当該軸支持部材５５は支点５６を介してユニット側板に回動可能に装着されている。そして、軸支持部材５５は引っ張りバネ５７によって支点５６を中心として図２（ｂ）の反時計方向に回動力が付勢され、下げようとする力が与えられているが、支持ローラ１５の一端側がリンク部材６０に支持され、その位置に保持されている。支持ローラ１５は図２（ａ）に示すように、中間転写ユニットの側板に対して予め傾けて設置されているので、中間転写ベルト１０が支持ローラ１５上において寄りを強制的に発生させることになる。この傾き設置のためにベルトの進行方向とローラ軸方向の間に生じる力のベクトルの関係から、ベルト１０が回転するとベルト１０は延長軸方向へ変位する（寄る）。この時、支持ローラ１５の端面に設けられた検知部材３０をベルト１０が押していき、押される検知部材３０が回転中心６１、長孔６２を有したリンク部材６０を押すことで、検知部材３０向きの押圧力に抗してリンク部材６０を回動する。長孔６２の幅は支持ローラ１５からの延長軸５２の直径と同寸か僅かに大きい程度に設定され、長孔６２に延長軸５２が通されているので、支持ローラ１５はその一端（図２（ｃ）の左側）の高さ位置がリンク部材６０によって保持されており、リンク部材６０の支点６１回りの回動によって、延長軸５２、即ち、支持ローラ１５は引っ張りバネ５７の力やローラなどの自重にために下がりながら、図２（ｃ）における右方向へ変位する。そして、ベルト寄りによる押す力と引っ張りバネ５７の下方へ押す力などとが釣り合う位置までリンク部材６０が支点６１を中心に回動して、やがて両者の力が釣り合うことで中間転写ベルト１０の寄りが収束する。

支持ローラ１５の端面に設けられた検知部材３０は、従来形状においては、図３に示すように、ベルト１０の端面で直接押されている。このような構成ではベルト１０の端面に常にストレスがかかっている。ベルト端面はベルトの最も弱い箇所である。実際観察すると、時折ベルト端部が折れることが観察された。本発明は、この検知部材の形状に関して最適な形態を提案するものである。

図４に示すように、本例において検知部材３１は円錐状部分を有するローラ体として形成され、当初はベルト１０の端面に接触しないように配置されている（図４ａ）。検知部材３１を支承する芯金３３は支持ローラ１５と同心に配置されているが、支持ローラ１５とは異なり、回転しない構成となっており、検知部材３１を支承する所定領域にはネジ部３５が形成されている。

ベルト１０が寄って、検知部材３１の端面に接触若しくは巻き付いてくる（図４ｂ）と、回転力と摩擦力により検知部材３１が回転する。検知部材３１は回転すると、芯金３３のネジ部３５の案内にしたがってベルト１０から離れる方向へ移動する。検知部材３１が移動すると、リンク部材６０（図２）に検知部材３１の円体底面が接触しているため、検知部材３１の回転が止むまでリンク部材６０を図２（ｃ）における反時計方向に回動し、芯金３３（図２の描写では延長軸５２に相当する）を下方へ移動する。更にリンク部材６０を用いない構成を図５に示す。これは、リンク部材６０に代えて、不図示の本体フレームに固定されたピン状のガイド部材３７が検知部材３１の錐面に当接しているものであり、軸支持部材５５の引っ張りバネ５７による引き下げ力に抗するようになっている。ピン状のガイド部材は回転可能に構成されていてもよい。ベルト１０が検知部材３１に接触して、検知部材３１が芯金３３のネジ部３５の案内にしたがって移動すると、ガイド部材３７は検知部材３１の錐面上を相対的に移動することになって、支持ローラ１５や検知部材３１の軸線がやがて水平となる（水平になった軸線を実線で示し、元の軸線位置を一点鎖線で示す）。

検知部材３１の円錐部分がベルト１０の内周縁部に押されることになるため、ベルト１０は一時的にラッパ状に広げるような力を受けつつ、検知部材３１を回転移動させ、やがて平衡状態になっていく。このようなラッパ状の広がりはベルト３１の弾性域内での変形にとどまるものであり、ベルト３１にクラックや折れなどの破損は生じない。更には、支持ローラの軸や芯金が下方に移動してベルト３１の寄り力が無くなったところで、ベルト端部の負荷が無くなる。

この弾性域を利用するためには検知部材の中心軸線に対する円錐面の傾き（図６）が重要である。図７に示すように、この傾きの角度θを小さくするとベルトが傾斜部に乗り上がって行く時間だけ検知部材の寄り補正反応は遅くなる。一方でベルトに対するダメージは逆に小さくなる。そこで傾斜部の傾き角度θは軸心に対して２０°〜７０°を提案する。傾き角度θの下限設定の理由としては、一般的に摩擦係数は１近辺のものが多く、摩擦係数が１のベルトの場合にθ＝２０°近辺から図７のグラフにおいて傾斜が緩やかになってきている点を考慮して決定したものである。また反対に寄り補正反応が早くなる（感度が高くなる方向）角度（上限角度）に対しては、７０°近辺がメカ的にベルトの端面に影響しない（ベルトが変形しても端面に接触しない）限界であるため、７０°を上限とする。

更に検知部材の傾斜面とベルトの摩擦係数については、摩擦係数が大きくなるほど検知部材がベルトと一緒に回転し易くなるため、ベルトに対してダメージが小さくなるだけでなく、スラスト方向への移動反応も早くなる。一方、芯金と検知部材間の摩擦係数を小さくすると、ベルトの寄りを早めることができる(反力が小さいため）。そこで、検知部材を低摩擦部材で形成（特に芯金のネジ部と接する雌ネジ部分）した後、傾斜部にゴムシートのような高摩擦部材を表面に貼ったり、高摩擦塗料を表面に施すなどの措置が考えられる。

何れの場合もベルト端部に対するストレス低減のための提案であるが、システムが停止した場合（ジョブ終了後）は、最後の状態が維持されていることになる。この場合、停止時に、若干ではあるがベルトに対して検知部材が１箇所のみ（ベルトと接触している箇所のみ）ストレスを与えていることがある。そこでジョブ終了後ベルトをわずかに逆回転させる。これによってベルトは、僅かながら、検知部材から離れようとする方向に動こうとする。このことによってベルトと検知部材間の脱圧を実施することができる。

画像形成装置の概略構成図である。 ベルトの寄りを制御する機構を説明する図で、ａは支持ローラが予め傾けて設置されていることを説明し、ｂはベルトの寄り補正機構の構成を示す部分斜視図、ｃはその側面図である。 寄り制御機構の検知部材の従来例を示す図である。 本発明に係る寄り制御機構の特徴的な検知部材の構成を示す図であり、ａは初期状態の位置関係を示し、ｂはベルトが寄って検知部材を回転し、軸線が平行になる様子を示し、ｃはその側面状態を示す図である。 本発明に係る寄り制御機構の別例を示す図である。 検知部材の軸線に対する錐面の傾きを説明する図である。 傾斜角度と寄り速さの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 中間転写ベルト
１５ 支持ローラ
３１ ベルト寄り検知部材
３３ 芯金
３５ ネジ部
３７ ガイド部材
５２ 延長軸
５５ 軸支持部材
５６ 支点
５７ 引っ張りバネ
６０ リンク部材
６１ 支点
６２ 長孔

Claims (6)

1. 無端ベルトとそれを掛け回す複数のローラを有し、上記複数のローラの一つを傾けることで上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させるように構成されており、上記傾き可能なローラにベルト寄り検知手段が付設されたベルト搬送装置であって、
   上記ベルト寄り検知手段が、上記傾き可能なローラの方に向かって窄まった円錐部分を有し、上記傾き可能なローラと同心で且つ上記ベルトに接することなく当該ベルトのローラ軸線方向変位する側に配されていて、
   上記傾き可能なローラの傾きを減らす方向に付勢された軸支持部材と、当該軸支持部材と上記ベルト寄り検知手段の間に配され上記軸支持部材の付勢力に抗し且つベルト寄り検知手段のスライドに応じて位置をずらして軸支持部材の付勢力によるローラ傾きの減少を実現するリンク部材とをベルト搬送装置が更に有し、上記ベルト寄り検知手段を支承する非回転の軸部分にはネジ部が設けられ、
   上記ベルトがローラ軸線方向に変位すると、上記円錐部分がベルト内周縁に接して、上記ベルト寄り検知手段が回転して、ローラ軸線方向にスライドして上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させることを特徴とするベルト搬送装置。
2. 無端ベルトとそれを掛け回す複数のローラを有し、上記複数のローラの一つを傾けることで上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させるように構成されており、上記傾き可能なローラにベルト寄り検知手段が付設されたベルト搬送装置であって、
   上記ベルト寄り検知手段が、上記傾き可能なローラの方に向かって窄まった円錐部分を有し、上記傾き可能なローラと同心で且つ上記ベルトに接することなく当該ベルトのローラ軸線方向変位する側に配されていて、
   上記傾き可能なローラの傾きを減らす方向に付勢された軸支持部材と、当該軸支持部材の付勢力に抗して上記ベルト寄り検知手段に接触支持する位置固定のガイド部材とをベルト搬送装置が更に有し、
   上記ベルトがローラ軸線方向に変位すると、上記円錐部分がベルト内周縁に接して、上記ベルト寄り検知手段が回転して、ローラ軸線方向にスライドして上記ガイド部材と上記ベルト寄り検知手段における円錐部分の接触箇所が移動し、上記ベルトのローラ軸線方向変位を収束させることを特徴とするベルト搬送装置。
3. 上記円錐部分はローラ軸線方向に対して２０°＜θ＜７０°の傾き角度θを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のベルト搬送装置。
4. 上記ガイド部材は上記ベルト寄り検知手段との接触部において断面円柱形状に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のベルト搬送装。
5. 上記ガイド部材は上記ベルト寄り検知手段との接触部において回転体を有することを特徴とする、請求項２に記載のベルト搬送装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のベルト搬送装置を備えた画像形成装置。

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