JP5553736B2 - ベルト駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の支持部材に張架された無端ベルトの寄りを補正するベルト駆動装置及びこれを有する画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置には、中間転写ベルト、定着ベルト、及び記録紙搬送ベルト等の無端ベルトが設けられ、これらの無端ベルトを駆動するためのベルト駆動装置が設けられている。ベルト駆動装置は、駆動ローラと従動ローラで支持された無端ベルトを、駆動ローラの回転駆動によって走行させる。

無端ベルトは、無端ベルトの搬送方向に直交する方向（幅方向）に寄らずに搬送されるのが理想的である。しかし、各ローラの傾きや無端ベルトにおける左右の張力差、外部負荷の変動等、様々な要因により無端ベルトが幅方向に寄り、蛇行してしまうことが知られている。このような無端ベルトの蛇行を補正する技術としては、ステアリングローラを傾斜させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ステアリングローラを傾斜させるための構成が必要になり、装置の大型化及びコストアップを引き起こすという問題があった。

そこで、同一軸線上に配置された複数の分割駆動ローラに無端ベルトを張架させ、それぞれのローラの回転速度を個別に制御することで、無端ベルトの蛇行を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−２８２１９６号公報 特開２００６−０３０７１１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、複数の分割駆動ローラに速度差を与えても無端ベルトの幅方向に十分な力を加えることが困難であった。このため、無端ベルトに対して幅方向への十分な寄り力を働かせることができず、この構成だけでは無端ベルトの蛇行を補正することが困難であった。

そこで、本発明の目的は、無端ベルトの蛇行補正制御を行うにあたり、簡易な構成で無端ベルトに対して幅方向への寄り力を十分に働かせることができるベルト搬送装置及び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、本発明に係るベルト駆動装置は、回転駆動される駆動ローラを含む複数のローラと、前記複数のローラに張架される無端ベルトと、前記駆動ローラを駆動することで前記無端ベルトを搬送する駆動手段と、前記駆動手段による前記駆動ローラの駆動を制御する制御手段と、前記無端ベルトの搬送方向に直交する幅方向における前記無端ベルトの位置を検知する検知手段と、を有するベルト駆動装置において、前記駆動ローラは、前記幅方向に並んで配置された第１の駆動ローラ及び第２の駆動ローラから構成され、前記第１の駆動ローラが前記無端ベルトを送り出す方向と、前記第２の駆動ローラが前記無端ベルトを送り出す方向とは非平行であり、前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づき、前記第１の駆動ローラ及び前記第２の駆動ローラに速度差を与えることで、前記幅方向における前記無端ベルトの位置を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の記載のベルト駆動装置を有し、記録紙にトナー像を形成する画像形成装置において、前記無端ベルトは、表面にトナー像が形成された感光体から当該トナー像が転写される中間転写ベルト、記録紙上に転写されたトナー像を加熱定着させる定着器に設けられた定着ベルト、又は記録紙を搬送する記録紙搬送ベルトであることを特徴とする。

本発明に係るベルト搬送装置及び画像形成装置によれば、無端ベルトの蛇行補正制御を行うにあたり、簡易な構成で無端ベルトに対して幅方向への寄り力を十分に働かせることができる。

画像形成装置の全体構成を示す概略縦断面図である。 中間転写ベルトの駆動構成を示す図である。 画像形成装置のブロック図である。 画像形成動作時における中間転写ベルトの蛇行補正制御を示すフローチャートである。

図１は、画像形成装置の全体構成を示す概略縦断面図である。

本実施形態に係る画像形成装置は、複数の画像形成部が並列に配され、且つ中間転写方式が採用されたカラー画像形成装置である。

画像形成装置は、画像読取部１Ｒと、画像出力部１Ｐとを有する。画像読取部１Ｒは、原稿画像を光学的に読み取り、電気信号に変換して画像出力部１Ｐに送信する。画像出力部１Ｐは、４つ並設された画像形成部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、給紙ユニット２０と、中間転写ユニット３０と、定着器４０と、クリーニングユニット９０と、フォトセンサ６０と、制御ユニット８０とを有する。

各画像形成部１０ａ〜１０ｄは同じ構成を有する。各画像形成部１０ａ〜１０ｄでは、ドラム状の感光体、即ち、感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが回転自在に軸支され、矢印方向に回転駆動される。感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの外周面に対向してその回転方向に一次帯電器１２ａ〜１２ｄ、光学系１３ａ〜１３ｄ、折り返しミラー１６ａ〜１６ｄ、現像装置１４ａ〜１４ｄ、及びクリーニング装置１５ａ〜１５ｄが配置されている。

一次帯電器１２ａ〜１２ｄは、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄの表面に均一な帯電量の電荷を与える。次いで、画像読取部１Ｒからの記録画像信号に応じて光学系１３ａ〜１３ｄにより変調されたレーザビームなどの光線が、折り返しミラー１６ａ〜１６ｄを介して感光体ドラム１１ａ〜１１ｄに照射され、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄが露光される。これにより、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上に静電潜像が形成される。

更に、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックといった４色の現像剤（以下、「トナー」という。）をそれぞれ収納した現像装置１４ａ〜１４ｄによって上記静電潜像を顕像化する。顕像化された可視画像を画像転写領域Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄにて中間転写ユニット３０を構成する中間転写ベルト３１に転写する。

画像転写領域Ｔａ〜Ｔｄの下流側では、クリーニング装置１５ａ〜１５ｄは、中間転写ベルト３１に転写されずに感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上に残されたトナーを掻き落としてドラム表面の清掃を行う。以上に示したプロセスにより、各トナーによる画像形成が順次行われる。

給紙ユニット２０は、記録紙Ｐを収納するためのカセット２１と、カセット２１より記録紙Ｐを一枚ずつ送り出すためのピックアップローラ２２と、給紙ローラ対２３と、給紙ガイド２４と、レジストローラ対２５とを有する。給紙ローラ対２３は、ピックアップローラ２２から送り出された記録紙Ｐを搬送するためのローラ対である。レジストローラ対２５は、各画像形成部の画像形成タイミングに合わせて記録紙Ｐを二次転写領域Ｔｅへ送り出すためのローラ対である。

次に、中間転写ユニット３０について詳細に説明する。

中間転写ベルト３１は、中間転写ベルト３１に駆動を伝達する駆動ローラ３２と、従動ローラ３３と、二次転写対向ローラ３４との間に張架されている。従動ローラ３３は、ばね（図示せず）の付勢によって中間転写ベルト３１に適度なテンションを与えるテンションローラとして、中間転写ベルト３１の回動に従動するローラである。そして、駆動ローラ３２と従動ローラ３３の間に一次転写平面Ａが形成される。

中間転写ベルト３１としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）などが用いられる。駆動ローラ３２は、金属ローラの表面に数ｍｍ厚のゴム（ウレタン又はクロロプレン）をコーティングしてベルトとのスリップを防いでいる。駆動ローラ３２は、パルスモータ（不図示）によって回転駆動される。

各感光体ドラム１１ａ〜１１ｄと中間転写ベルト３１とが対向する画像転写領域Ｔａ〜Ｔｄには、中間転写ベルト３１の裏に一次転写用帯電器３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが配置されている。一方、二次転写対向ローラ３４に対向して二次転写ローラ３６が配置され、中間転写ベルト３１とのニップによって二次転写領域Ｔｅを形成する。二次転写ローラ３６は、中間転写ベルト３１に対して適度な圧力で加圧されている。

また、中間転写ベルト３１の二次転写領域Ｔｅの下流には、中間転写ベルト３１の画像形成面をクリーニングするためのクリーニングユニット９０が配置される。クリーニングユニット９０は、中間転写ベルト３１上のトナーを除去するためのクリーニングブレード９１と、廃トナーを収納する廃トナーボックス９２とを備えている。

定着器４０は、内部にハロゲンランプヒーターなどの熱源を備えた上ベルトユニット４１ａと、その上ベルトユニット４１ａに加圧される下ベルトユニット４１ｂとを有する。上ベルトユニット４１ａと下ベルトユニット４１ｂは、不図示の着脱モータにより離間することが可能である。下ベルトユニット４１ｂにも熱源を備える場合がある。

また、定着器４０は、上下のベルトユニット４１ａ，４１ｂのニップ部へ記録紙Ｐを導くための搬送ガイド５３と、定着器４０の熱が外部へ放射されることを防ぐための上下のカバー５１ａ，５１ｂとを備える。更に、上下のベルトユニット４１ａ，４１ｂから排出されてきた記録紙Ｐを装置外部に導き出すための内排紙ローラ対５０及び外排紙ローラ対９４と、記録紙Ｐ積載する排紙トレイ９３とを備える。定着器４０は、ニップ部で記録紙Ｐを挟持搬送して記録紙上の画像を加熱定着する。

次に、画像形成装置の動作について説明する。

制御ユニット８０内のＣＰＵ（不図示）により画像形成動作開始信号が発せられると、ユーザにより選択された記録紙サイズなどに応じて給紙ユニット２０等から給紙する給紙動作を開始する。例えば、図１において、先ず、ピックアップローラ２２によりカセット２１ａから記録紙Ｐが一枚ずつ送り出される。

そして、給紙ローラ対２３によって記録紙Ｐが給紙ガイド２４の間を案内されてレジストローラ対２５まで搬送される。そのとき、レジストローラ対２５は回転駆動を停止しており、記録紙Ｐの先端はそのニップ部に突き当たる。その後、画像形成部１０ａ〜１０ｄが画像の形成を開始するタイミングに合わせてレジストローラ対２５が回転を始める。記録紙Ｐと、画像形成部１０ａ〜１０ｄより中間転写ベルト３１上に一次転写されたトナー画像とが二次転写領域Ｔｅにおいて一致するように、そのタイミングが設定されている。

一方、画像形成動作開始信号が発せられると、上記プロセスにより中間転写ベルト３１の回転方向の一番上流における感光体ドラム１１ｄ上に形成されたトナー画像が、一次転写用帯電器３５ｄにより一次転写領域Ｔｄの中間転写ベルト３１に転写される。転写されたトナー像は次の一次転写領域Ｔｃまで搬送される。そこでは各画像形成部間をトナー像が搬送される時間だけ遅延して画像形成が行われており、前画像の上にレジストを合わせて、その次のトナー像が転写される。

以下も同様の工程が繰り返され、結局４色のトナー像が中間転写ベルト３１上において転写される。その後、記録紙Ｐが二次転写領域Ｔｅに進入し、中間転写ベルト３１に接触すると、記録紙Ｐの通過タイミングに合わせて二次転写ローラ３６に高電圧を印加する。これにより、前述したプロセスにより中間転写ベルト３１上に形成された４色のトナー画像が記録紙Ｐの表面に転写される。

次に、記録紙Ｐは搬送ガイド５３によって上ベルトユニット４１ａ、下ベルトユニット４１ｂのニップ部まで正確に案内される。そして、上ベルトユニット４１ａ、下ベルトユニット４１ｂの熱及びニップの圧力によってトナー画像が記録紙Ｐの表面に定着される。その後、内排紙ローラ対５０及び外排紙ローラ対９４により搬送され、記録紙Ｐは機外に排出され、排紙トレイ９３に積載される。

図２は、中間転写ベルトの駆動構成を示す図である。

中間転写ベルト３１を駆動するための駆動ローラ３２は、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂに分割して構成される。第１の駆動ローラ３２ａの軸には、第１の駆動ローラ３２ａの回転速度を検知するための第１の速度センサ３７ａが設けられている。また、第２の駆動ローラ３２ｂの軸には、第２の駆動ローラ３２ｂの回転速度を検知するための第２の速度センサ３７ｂが設けられている。速度センサ３７ａ及び３７ｂは、ロータリーエンコーダで構成されている。

第１のモータ３９ａは第１の駆動ローラ３２ａを駆動するためのモータであり、第２のモータ３９ｂは第２の駆動ローラ３２ｂを駆動するためのモータである。従動ローラ３３は、中間転写ベルト３１の回動に従動して回転する。

中間転写ベルト３１の幅方向における位置（寄り量）は、複数の発光部と受光部が中間転写ベルト３１の搬送方向に直交する方向に並べて配置された寄り量センサ３８で検知される。寄り量センサ３８からの検知結果に基づき、基準位置からの中間転写ベルト３１のずれ量が寄り量として検知され、この寄り量に基づき、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂの速度が制御される。

第１の駆動ローラ３２ａによる中間転写ベルト３１の送り出し方向Ｄａと、第２の駆動ローラ３２ｂによる中間転写ベルト３１の送り出し方向Ｄｂとが非平行となるように、各駆動ローラ３２ａ及び３２ｂが配置されている。図２に示されるように、いずれの駆動ローラの軸も中間転写ベルト３１の搬送方向に直交する方向（幅方向）に対して角度θだけ傾けて設けられている。第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂに角度をつけるのは、中間転写ベルト３１を搬送する力と同時に、駆動ローラ軸に対して外側に寄せる力（寄り力）を発生させるためである。

仮に、第１の駆動ローラ３２ａの回転速度Ｖａに対して第２の駆動ローラ３２ｂの回転速度Ｖｂを速くすると、第２の駆動ローラ３２ｂ側の寄り力が第１の駆動ローラ３２ａ側の寄り力に対して大きくなる。このため、図２のＢ方向に中間転写ベルト３１が寄っていくことになる。逆に、回転速度Ｖｂに対して回転速度Ｖａを速くすると、第１の駆動ローラ３２ａの寄り力が第２の駆動ローラ３２ｂ側の寄り力に対して大きくなるため、図のＡ方向に中間転写ベルト３１が寄っていくことになる。

本実施形態では、中間転写ベルト３１の搬送速度（プロセス速度）を２４６ｍｍ／ｓとする。中間転写ベルト３１が図２のＡ方向に寄っている場合は、第１の駆動ローラ３２ａを２４４ｍｍ／ｓで、第２の駆動ローラ３２ｂを２４６ｍｍ／ｓで回転させる。一方、中間転写ベルト３１が図２のＢ方向に寄っている場合は、第１の駆動ローラ３２ａを２４６ｍｍ／ｓで、第２の駆動ローラ３２ｂを２４４ｍｍ／ｓで回転させる。いずれの方向にも寄っていない場合は、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂのいずれも２４６ｍｍ／ｓで駆動する。

このように、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂに速度差を与えることで、中間転写ベルト３１に対して幅方向に寄り力を発生させ、中間転写ベルト３１の蛇行を補正することができる。

図３は、画像形成装置のブロック図である。

制御ユニット８０は、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ８２と、ＲＡＭ８３とを有する。ＣＰＵ８１は、画像形成装置全体を制御する制御回路である。ＲＯＭ８２には、画像形成装置で実行する各種処理を制御するための制御プログラムが格納されている。ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１が動作するためのシステムワークメモリであり、また画像データを一時記憶するための画像メモリとしても機能する。操作部５５には、ユーザが画像形成装置への操作入力を行うための各種キーと、タッチパネルディスプレイが設けられている。

ＣＰＵ８１は、第１の速度センサ３７ａ、第２の速度センサ３７ｂ、及び寄り量センサ３８から受信する信号に基づいて、第１のモータ３９ａ及び第２のモータ３９ｂを制御する。

図４は、画像形成動作時における中間転写ベルトの蛇行補正制御を示すフローチャートである。

このフローチャートを実行するためのプログラムは、ＲＯＭ８２に記憶されており、ＣＰＵ８１により読み出されることにより実行される。

まず、ＣＰＵ８１は、操作部５５上のスタートキーをユーザが押下することによる画像形成要求がなされたかどうかを判断する（Ｓ４０１）。画像形成要求があった場合、ＣＰＵ８１は、第１のモータ３９ａ及び第２のモータ３９ｂを駆動して、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂの回転速度を２４６ｍｍ／ｓまで加速する（Ｓ４０２）。第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂの回転速度の制御は、それぞれ第１の速度センサ３７ａ及び第２の速度センサ３７ｂからの検知信号を参照しながら実行される。

次に、ＣＰＵ８１は、寄り量センサ３８からの出力に基づき、中間転写ベルト３１の寄りが発生しているかどうかを判断する（Ｓ４０３）。中間転写ベルト３１の寄りが発生していない場合、ＣＰＵ８１は、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂの回転速度を２４６ｍｍ／ｓに設定し、この設定速度で第１のモータ３９ａ及び第２のモータ３９ｂを制御する（Ｓ４０４）。

ステップＳ４０３において、中間転写ベルト３１の寄りが発生していると判断された場合、ＣＰＵ８１は、寄り量センサ３８からの出力に基づき、図２におけるＡ方向の寄りかどうかを判断する（Ｓ４０５）。Ａ方向の寄りである場合、ＣＰＵ８１は、第１の駆動ローラ３２ａの回転速度を２４４ｍｍ／ｓに、第２の駆動ローラ３２ｂの回転速度を２４６ｍｍ／ｓに設定し、この設定速度で第１のモータ３９ａ及び第２のモータ３９ｂを制御する（Ｓ４０６）。

一方、Ｂ方向の寄りである場合、ＣＰＵ８１は、第１の駆動ローラ３２ａの回転速度を２４６ｍｍ／ｓに、第２の駆動ローラ３２ｂの回転速度を２４４ｍｍ／ｓに設定し、この設定速度で第１のモータ３９ａ及び第２のモータ３９ｂを制御する（Ｓ４０６）。

ステップＳ４０４、Ｓ４０６、及びＳ４０７にて、各駆動ローラ３２ａ及び３２ｂの回転速度の設定がされると、ＣＰＵ８１は、画像形成動作を終了するかどうかを判断する（Ｓ４０８）。ここでは、最終ページの画像形成が完了した場合に、ＣＰＵ８１は画像形成動作を終了すると判断する。

ステップＳ４０８において、画像形成動作を終了しないと判断された場合は、前述のステップＳ４０３に戻る。画像形成動作を終了すると判断された場合は、ＣＰＵ８１は、第１のモータ３９ａ及び第２のモータ３９ｂの駆動を停止して、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂの回転を停止し（Ｓ４０９）、このフローを終了する。

なお、上記の説明では無端ベルトとして中間転写ベルトを例に挙げたが、定着ベルト及び記録紙搬送ベルト等の画像形成装置内に設けられるベルトについて、同様の蛇行補正制御を行っても構わない。このとき、いずれの無端ベルトの駆動についても、ベルト駆動装置としての制御ユニット８０が制御するようにすればよい。

また、本発明は第１の駆動ローラ３２ａの軸と第２の駆動ローラ３２ｂの軸とを非平行にする構成に限られず、第１の駆動ローラ３２ａ及び第２の駆動ローラ３２ｂを円錐台形状にしてもよい。各駆動ローラ３２ａ及び３２ｂを円錐台形状にし、各駆動ローラ３２ａ及び３２ｂの中間転写ベルト３１の送り出し方向を非平行にすることで、同様の効果を奏することができる。

以上で説明したように、本実施形態によれば、簡易な構成で無端ベルトの蛇行補正制御を行うことができる。

３１ 中間転写ベルト（無端ベルトに対応）
３２ａ 第１の駆動ローラ
３２ｂ 第２の駆動ローラ
３３ 従動ローラ
３７ａ 第１の速度センサ
３７ｂ 第２の速度センサ
３８ 寄り量センサ（検知手段に対応）
３９ａ 第１のモータ（第１の駆動手段に対応）
３９ｂ 第２のモータ（第２の駆動手段に対応）
８０ 制御ユニット（ベルト駆動装置に対応）
８１ ＣＰＵ（制御手段に対応）

Claims (5)

1. 回転駆動される駆動ローラを含む複数のローラと、
   前記複数のローラに張架される無端ベルトと、
   前記駆動ローラを駆動することで前記無端ベルトを搬送する駆動手段と、
   前記駆動手段による前記駆動ローラの駆動を制御する制御手段と、
   前記無端ベルトの搬送方向に直交する幅方向における前記無端ベルトの位置を検知する検知手段と、を有するベルト駆動装置において、
   前記駆動ローラは、前記幅方向に並んで配置された第１の駆動ローラ及び第２の駆動ローラから構成され、
   前記第１の駆動ローラが前記無端ベルトを送り出す方向と、前記第２の駆動ローラが前記無端ベルトを送り出す方向とは非平行であり、
   前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づき、前記第１の駆動ローラ及び前記第２の駆動ローラに速度差を与えることで、前記幅方向における前記無端ベルトの位置を制御することを特徴とするベルト駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づいて前記無端ベルトが寄っている方向を判断し、前記第１の駆動ローラ及び前記第２の駆動ローラのうち、前記無端ベルトが寄っている側に位置する駆動ローラの回転速度を遅くすることで、前記無端ベルトの寄りを補正することを特徴とする請求項１記載のベルト駆動装置。
3. 前記第１の駆動ローラの軸と前記第２の駆動ローラの軸とは、非平行となるように構成されることを特徴とする請求項１記載のベルト駆動装置。
4. 前記第１の駆動ローラ及び前記第２の駆動ローラは、それぞれ円錐台形状であることを特徴とする請求項１記載のベルト駆動装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルト駆動装置を有し、記録紙にトナー像を形成する画像形成装置において、
   前記無端ベルトは、表面にトナー像が形成された感光体から当該トナー像が転写される中間転写ベルト、記録紙上に転写されたトナー像を加熱定着させる定着器に設けられた定着ベルト、又は記録紙を搬送する記録紙搬送ベルトであることを特徴とする画像形成装置。

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