JP2009162794A - ベルト搬送装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置において、転写ベルトの片寄りや蛇行を抑制すると共に、転写ベルトを早期に破損させることのない転写ベルト搬送装置を提供する。
【解決手段】ドライブローラ７とアイドルローラ６によりシート状のベルト４を搬送するベルト搬送装置において、両ローラのうち少なくとも一方のローラの円周面に、ベルトとの間で高い摩擦力を生じる素材により、螺旋状にかつ左右対称に螺旋摩擦層１２を形成する。更に、該ローラ６の中央にも摩擦層１１を形成し、アイドルローラ６の端部にはフランジ１４を有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は電子写真方式を用いたプリンタ、ＦＡＸ、複写機等の画像形成装置における転写ベルト搬送装置に関するものである。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置においては、感光体上のトナー像を転写装置で転写を行い、その後定着装置で当該記録媒体に記録画像を定着するものがある。特開平６−２７８３５公報に記載されている転写・定着装置は、転写装置における転写ベルトの蛇行規制を行なうものであり、回転中の転写ベルトをフランジへ向けて寄せるための補正部材が転写ベルトの内側に設けられている。即ち、この補正部材は、一つの支持軸と、この支持軸に回転可能に取付けられた５個のコロを有する。感光体と転写用ローラの間を通過した転写ベルトは定着部へ移動する。このとき補正部材の５個のコロが転写ベルトの内面に摺接しているので、転写ベルトは定着部へ入る前にこれらのコロによりフランジの方向へ寄るようになる。このような機構により、転写ベルトの片寄りや蛇行を抑制するものである。
特開平６−２７８３５公報

しかしながら、特許文献１に開示される構成の装置では、転写ベルトの蛇行を防ぐことは出来ても、転写ベルトが常にフランジに当接する。そのため転写ベルトの端部がフランジに押し当てられる力（側圧）が大きい程ベルト端部への負荷が大きくなり、フランジに当接する転写ベルトの縁部が破損してしまう。その結果転写ベルト自体が転写ベルト搬送装置の寿命より早く破損してしまうという弊害が生じる。

このため本発明が解決しようとする課題は、電子写真方式を用いた画像形成装置において、転写ベルトの片寄りや蛇行を抑制すると共に、転写ベルトを早期に破損させることのない転写ベルト搬送装置を提供しようとするものである。

本発明における特許請求の範囲の請求項１は、ドライブローラとアイドルローラによりシート状のベルトを搬送するベルト搬送装置において、両ローラのうち少なくとも一方のローラの円周面に、ベルトとの間で高い摩擦力を生じる素材により、螺旋状にかつ左右対称に螺旋摩擦層を形成したベルト搬送装置である。

これにより電子写真方式を用いた画像形成装置において、転写ベルトの片寄りや蛇行を抑制することができ、かつ転写ベルトを早期に破損させることのない転写ベルト搬送装置を形成することができる。

（第１の実施の形態）
図２は第１の実施の形態に係る画像形成装置１を示す概略構成図である。図２において、画像形成装置１には画像形成ユニット２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが横方向に４個並設され、各画像形成ユニット２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄには現像装置２１とそれぞれ色の異なるトナーが収容されており、カラー印刷が可能である。

各画像形成ユニット２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄには感光体３が所定の回転速度で回転可能に設けられている。感光体３の表面はＬＥＤヘッド２０により静電潜像を形成することができる。更に現像装置２１によって、当該感光体３表面の静電潜像にトナーを供給して静電潜像を現像する。感光体３の下方には転写部材としての転写ベルト４と転写ローラ５が配設されている。感光体３上のトナー像は転写ローラ５によって、当該感光体３から記録媒体Ｐへ転写される。

転写ベルト４はアイドルローラ６とドライブローラ７の間に回転可能に掛け渡され、ドライブローラ７の駆動力により回転する。前記転写ローラ５は感光体３表面のトナー像を記録媒体Ｐに転写させるもので、感光体３の直下にそれぞれ設けられる。転写ベルト４の下方には、転写ベルト４上に残ったトナーをクリーニングするクリーニングブレード８が設けられている。

画像形成装置１の下方には媒体トレイ２２が設けられている。媒体トレイ２２は記録媒体Ｐを収納するもので、記録媒体Ｐはホッピングローラ２３により１枚ずつ搬送路２４に繰出すようになっている。搬送路２４には、記録媒体Ｐを転写ベルト４に斜行させずに搬送するためのレジストローラ（プレッシャ）２５および記録媒体Ｐを転写ベルト４に搬送するためのレジストローラ（フィード）２６が設けられている。

前記ドライブローラ７の搬送方向下流側には加熱ローラ２７と加圧ローラ２８からなる定着器２９が設けられている。定着器２９は記録媒体Ｐ上に転写されたトナーを熱により記録媒体Ｐに定着させる。定着器２９の搬送方向下流側には排出ローラ３０、３１が設けられ、定着後の記録媒体Ｐを排出部３２に排出するようになっている。

図１は第１の実施の形態を示すアイドルローラ６の説明図である。当該アイドルローラ６はベルトの蛇行防止機能を発現させる摩擦層の模様を有する。ここで、本発明を実施するための最良の形態において、ベルトの「蛇行」とは、ベルトが左に寄ったり、右に寄ったりして左右に振られて走行する状態のみならず、片方に片寄って走行する状態を含むものとする。

当該アイドルローラ６は、ローラ素地１３よりも摩擦力の高い素材からなる薄膜の摩擦層１１、１２−１、１２−２を有する。ローラ中央部に形成される中央摩擦層１１は、ローラ軸１０に対し垂直に、周方向帯状に形成されたものである。一方、ローラ中央部から両端部へ向けて形成される螺旋状の螺旋摩擦層１２は、中央から左方向の螺旋摩擦層１２−１は中央から見て右回りの螺旋模様を描き、中央から右方向の螺旋摩擦層１２−２は中央から見て左回りの螺旋模様を描いている。なお、１４はアイドルローラ６の端部に設けられたフランジであり、ローラ軸１０に自由回転する構造となっている。

また、ここに形成される螺旋模様の旋廻方向と、図１に示されるアイドルローラ６の回転方向との関係は以下の通りである。即ち、中央から左端へ向かっての螺旋摩擦層１２−１の旋廻方向はアイドルローラ６の回転方向（ベルトの走行方向）は同一であり、また中央から右端へ向かっての螺旋摩擦層１２−２の旋廻方向もアイドルローラ６の回転方向と同一である。

中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２は画像形成装置１の走行において発生する熱量に対して十分に耐えうるものであり、温度による環境依存性の小さくなるような、Ｔｇ≧７０℃の樹脂で形成され、膜厚２００μｍの薄膜によって形成される。

また、ローラ素地１３とはＰＯＭ（Poly Oxy Methyleneポリアセタール）樹脂で形成されたローラであり、中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２はその表面粗さがドライブローラ７の表面粗さと同等であり、表面粗さＲｍａｘが１００μｍ程度である。なお、表面粗さＲｍａｘとは、断面曲線を基準長さＬを抜き取った部分の最大高さを求めてマイクロメートル（μｍ）で表した値である。

アイドルローラ６の素地は樹脂による成型に限られたものではなく、金属ローラであってもよく、セラミック粉体でローラ表面を処理し、表面粗さＲｍａｘを１００μｍ程度にしたものを用いてもよい。アイドルローラ６は、同端部に設置されたフランジ１４の組成と同一であることが望ましい。また、中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の形成は樹脂の塗布による形成に限られるものではなく、セラミック粉体によってローラ表層を処理することでローラ全体を高摩擦体にした後、ローラ表層を研磨し、高摩擦部分が本実施例に代表されるような模様を築いたものであってもよい。

図３はフランジ部分を除いたアイドルローラ６−１部分の詳細を示す説明図である。アイドルローラ６の直径はφ＝２５．０ｍｍ、幅は２１８ｍｍである。螺旋摩擦層１２の模様幅ａ（ａ＝１５ｍｍ）は中央摩擦層１１の模様幅２ａの１／２である。即ち、螺旋摩擦層１２の幅よりも中央摩擦層１１の幅の方が広い。これは螺旋摩擦層１２が転写ベルト４の走行によって生じるローラ端部方向への摩擦力が図１に示されるような力関係（ｆ１＝ｆ２）を維持するための条件である。なお、中央摩擦層１１と螺旋摩擦層１２の間は間隔（０．５ａ）を空けてもよい。

更に、螺旋摩擦層１２はアイドルローラ６の軸方向に対して一定の角度（θ）（本発明では６０°）有し、θを調節することで転写ベルト４に加える力を調節することが可能であり、θは本実施例に限られるものではなく、その摩擦幅もこれに限定されるものではない。

図４はアイドルローラ６のフランジ部分の説明図である。アイドルローラ６の端部には、ローラ軸１０に対し自由回転するフランジ１４が取り付けられている。これは、転写ベルト４の走行中に転写ベルト４をフランジ１４に押し当てることで、転写ベルト４の蛇行を規制する機能を有するものであるが、本実施例では蛇行防止機能を有するとともに、転写ベルト装着時における初期位置を決定させるための補助する機能を有する。

フランジ１４の材料はＰＯＭ樹脂が好ましく、フランジ１４は図４に示す通りテーパー形状を特色とする。テーパー１４−１の部分は転写ベルト４に接することは無く、内側の円筒部分１４−２（２００μｍ以上）のみ接する形となる。フランジ１４は型で作成しても良いし、ストレートフランジを切削して作成しても良い。

図５はドライブローラ７の外観を示す説明図であり、図６は画像形成装置１の転写ベルトユニット４０の平面図である。転写ベルト４はドライブローラ７とアイドルローラ６の間に掛け渡され、ドライブローラ７に連結されたモータ１６により駆動される。ドライブローラ７とアイドルローラ６の間に、図２にて示した転写ローラ５が４本配置されている。前記記録媒体Ｐが転写ベルト４に乗って矢印Ａ方向に搬送されると、転写ローラ５により、夫々のカラートナー像が転写される。そして、前記定着器２９へ記録媒体Ｐを搬送する。このとき転写ベルト４はフランジ１４に常に接しながら回転している。

転写ベルト４の材料としてはＰＡＩ（Polyamide imideポリアミド・イミド）樹脂で形成されるが、これに限定されるものではなく、耐久性や機械的特性の観点からベルト駆動時の張力変形が一定範囲である材料が望ましい。また、蛇行防止手段との摺動を繰り返し受けることによる、端部磨耗、端部オレ、ワレ等のダメージを受けにくい材料であることが望ましく、例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−四フッ化エチレン共重合体等の樹脂及び、これら各々を主体とした混合物を用いても構わない。

転写ベルト４を回転成型にて製造するにあたり、その溶媒は使用される材料により適宜決定されるが、有機極性溶媒が良く用いられ、特にＮ、Ｎ−ジメチルアセトアミド類が有用であり、例えばＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ、Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ−ジエチルアセトアミド等があげられる。これらは単独で用いても良いし、混合して使用しても良い。

また、本実施の形態に用いる転写ベルト４に混ぜられるカーボンブラックは、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等が挙げられ、これらは単独使用することもでき、又は複数種類のカーボンブラックを併用しても良い。これらのカーボンブラックの種類は、目的とする導電性により適宜選択することができるが、本実施の形態に使用される転写ベルト４には、特にチャンネルブラック、ファーネスブラックが好適に用いられる。その用途によっては酸化処理、グラフト処理等の酸化劣化を防止したものや、溶媒への分散性を向上させたものを用いると好ましい。カーボンブラックの含有量については、その目的に応じ添加するカーボンブラックの種類により適宜決定されるが、本実施の形態の転写ベルト４としてはその機械的強度等から、ベルト組成樹脂固形分に対し、３−４０重量％、より好ましくは３−３０重量％である。

次に第１の実施の形態の動作について説明する。ドライブローラ７の駆動により、転写ベルト４が走行し、それに伴ってアイドルローラ６が回転する。アイドルローラ６に形成された螺旋摩擦層１２と転写ベルト４との接点において、アイドルローラ６が回転に伴って左右両方向に対し均等な摩擦力が発生する。図１に示したようにｆ１＝ｆ２となるように転写ベルト４を中央部から転写ベルト両端部方向に向かって均等な引っ張り力が生じる。即ち、中央摩擦層１１により、転写ベルト４の走行方向へ摩擦力が生じ、左右の螺旋摩擦層１２により端部方向に摩擦力が生じる。

なお、本実施の形態では、中央部に形成された中央摩擦層１１によって転写ベルト４を直進走行することを助ける。即ち、螺旋摩擦層１２−１、１２−２の作用によって生じる左右両方向の摩擦力ｆ１、ｆ２にわずかな差を有する場合においても、中央摩擦層１１が転写ベルト４の走行に対して影響を及ぼさないものにする機能を有し、転写ベルト４の左右方向へのズレを抑制することができる。即ち、螺旋摩擦層１２−１、１２−２によって発生する摩擦力は中央摩擦層１１からローラ端部方向へ向けて発生し、転写ベルト４を中央部から端部へ常に引っ張っているような作用をもたらす。

以上、第１の実施の形態によれば、転写ベルト４の走行によってアイドルローラ６に形成された螺旋摩擦層１２−１，１２−２がローラ両端部方向へ摩擦力が発生し、常に両方向へ一定の力が生じるため、経時における転写ベルト４の蛇行を抑制することが可能となり、色ズレなどの印字不良の発生を防ぐことができる。また、前述したローラ端部方向への摩擦力によってフランジ１４への側圧を一定に保つことができるため、ベルト寿命まで破損させることなく、長期にわたり安定した品質を得ることができる。

また、本実施の形態では、摩擦層の付与はアイドルローラ６について示したが、摩擦層の形成部位はこれに限られたものではなく、ドライブローラ７へ摩擦層を形成してもよい。また、ドライブローラ７およびアイドルローラ６の両方向に摩擦層を形成した場合、ローラ間における摩擦層形成のズレが生じることが予測される。そうした場合に転写ベルト４のよれが生じ、転写ベルト４を破断させる恐れがある。そのため、摩擦層は、アイドルローラ６又はドライブローラ７の少なくともどちらか一方に形成させることが望ましい。好ましくは、ドライブローラ７と転写ベルト４との接点を十分に確保し、安定した駆動力を提供するために、摩擦層の形成はアイドルローラ６に付与することが望ましい。

なお、ドライブローラ７へ螺旋摩擦層を形成する場合には、ドライブローラ７の螺旋摩擦層の形状は、図１に示す前記螺旋摩擦層１２−１、１２−２と同様である。即ち、ドライブローラの円周面の中央に中央摩擦層１１を有し、螺旋摩擦層１２−１、１２−２の螺旋方向は、中央から左右両端部を見たとき、ドライブローラ２７の回転方向と同じ回転方向である。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成要素については、同じ符号を付与する。更に、前記第１の実施の形態と同じ構成、動作についてはその説明を援用する。

第２の実施の形態では、転写ベルト４の蛇行防止機能と、画像形成装置を休止した時に発生する転写ベルトへの模様痕の形成について説明する。前記アイドルローラ６に形成される中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の模様層厚を１０〜１０００μｍの範囲において、その蛇行防止機能と画像形成装置休止時に発生する模様痕の発生を調査した。

図７は摩擦層厚別における蛇行防止機能の調査のために用いたベルト耐久加速試験機５０の説明図である。プリンタは直接転写又は中間転写のタンデム式プリンタを想定した。５−１はブラック、イエロー、マゼンタ、シアン４つに対応した転写ローラ（φ１８）である。また、６−１はアイドルローラ（φ２０）である。また、７−１はドライブローラ（φ２０）であり、モータ１７−１が連結されており、一定速度で回転するようになっている。

本装置における、転写ベルト４−１に掛かるテンションは左右ともに３ｋｇであり、転写ベルト４−１の線速は３００ｍｍ／ｓ、１Ｐ／Ｊ（２秒稼動１秒停止）、雰囲気温度５０℃で稼動させている。

図８は転写ベルト４−１の蛇行防止の評価結果と模様痕の形成の評価結果の関係を示す説明図である。先ず、アイドルローラ６−１に中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２を有するベルト耐久加速試験機５０に転写ベルト４−１を装着し、稼動することで摩擦層の厚み別（単位μｍ）に転写ベルト４の蛇行防止機能の発現の有無を目視により観察し、４段階評価を行った。その結果を示したものが図８の上段である。

同図中蛇行防止機能については、「○」は走行中のベルトの蛇行はほとんどなく、側圧上昇の経時変化もない状態であり、「△」はベルト蛇行の抑制効果は認められるものの有効でない状態であり、「×」はベルト蛇行の抑制効果は認められない状態を意味する。

また、前記第１の実施の形態にあるような前記画像形成装置１が、中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２が形成されたアイドルローラ６に転写ベルト４が装着されたままの状態で休止する場合がある。このように前記画像形成装置１が休止する状態が長時間継続した場合、アイドルローラ６に形成された中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の模様痕が転写ベルト４へ形成され、それが原因で印字不良を引き起こすことが懸念される。即ち、当該中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の模様痕が転写ベルト４の幅方向に不均一に形成されるため以下のことが懸念される。（１）転写ベルト４−１を走行させると、同位置にて蛇行防止機能が働かず、逆に模様痕が形成された部分で、転写ベルト４−１が左右方向へ蛇行することが懸念される。（２）当該模様痕の程度が大きいと同部分で色ズレを誘引することが懸念される。

そこで、本第２の実施の形態では、前記ベルト耐久加速試験機５０において、当該印字不良を起こす様な模様痕が転写ベルト４−１へ形成されることのない中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の摩擦層の厚みを検証した。このため、アイドルローラ６−１に厚みの異なる中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２を形成し、摩擦層厚別（μｍ）に転写ベルト４−１に対する模様痕の発生の有無を４段階で評価した。即ち、厚みの異なる中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２を有するアイドルローラ６−１に転写ベルト４−１を装着し、ベルト耐久加速試験機５０を高温高湿下（７０℃９０％ＲＨ）にて放置することにより、転写ベルト４−１に対して中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２が形成されているか否かの検証を行った。その結果を示したものが図８の下段である。

同図中模様痕の形成については、「◎」は模様痕の形成は認められない状態であり、「○」は模様痕の形成は認められるが、わずかに認められる状態であり、「△」は模様痕の形成は認められるが、軽微であり、画像に影響を与えるレベルではない状態であり、「×」は模様痕の形成が顕著であり、印字不良を引き起こすことが懸念される状態を意味する。

膜厚層厚による蛇行防止機能および画像形成装置１の休止時における転写ベルト４−１への模様痕の発生レベルを評価した結果、摩擦層厚が大きいほど蛇行防止能力が高く、摩擦層厚が小さいほど転写ベルト４−１への模様痕の発生が抑制されることが分かった。図８に示した結果より、模様痕の発生を抑制し、十分な蛇行防止機能を発現させるためには、数式（１）を満たす範囲が必要である。更に好ましくは、数式（２）を満たす場合に優れた蛇行防止機能と模様痕の程度を抑える機能を有する。

２０μｍ≦ｄ≦５００μｍ・・・（１）
５０μｍ≦ｄ≦１００μｍ・・・（２）
ｄ：中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の厚み
以上のことから、アイドルローラ６に形成された中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の摩擦層厚を調整することで、蛇行防止機能を有し、かつ転写ベルトユニットを高温高湿下（７０℃９０％ＲＨ）に長時間放置しても転写ベルト４−１へアイドルローラ６の中央摩擦層１１、螺旋摩擦層１２の痕の形成を軽微にすることが可能となり、画像品位を低下することなく転写ベルト４−１を直進走行させることが可能となる。

なお、前記中央摩擦層１１及び螺旋摩擦層１２をアイドルローラ６に形成する場合について説明したが、前記ドライブローラ７に形成する場合についても、同様な効果を有するものである。

本発明は、電子写真プリンタのシームレスベルト体に適応した画像形成装置に利用可能である。また、本形態の仕様は画像形成装置および転写ベルトユニットに限られたものではなく、ベルトをローラによって駆動させる機能を有する装置においても利用可能である。

第１の実施の形態を示すアイドルローラの説明図である。 第１の実施の形態の画像形成装置を示す概略構成図である。 アイドルローラ部分の詳細を示す説明図である。 アイドルローラのフランジ部分の説明図である。 ドライブローラの外観を示す説明図である。 画像形成装置の転写ベルトユニットの平面図である。 第２の実施の形態に係るベルト耐久加速試験機の説明図である。 転写ベルトの蛇行防止の評価結果と、模様痕の形成の評価結果の関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
４ 転写ベルト
６ アイドルローラ
７ ドライブローラ
１１ 中央摩擦層
１２ 螺旋摩擦層
１４ フランジ

Claims (8)

1. シート状の無端ベルトと、
   当該無端ベルトを駆動する駆動ローラと、
   駆動ローラとともに前記無端ベルトを張架し、当該無端ベルトの走行により回転する従動ローラと、
   前記駆動ローラと従動ローラのうち少なくとも一方のローラの円周面に、前記無端ベルトとの間でローラ素地より高い摩擦力を生じる素材により、螺旋状にかつ左右対称に螺旋摩擦層を形成したことを特徴とするベルト搬送装置。
2. 前記一方のローラは、従動ローラであることを特徴とする請求項１記載のベルト搬送装置。
3. 前記ローラの円周面には、更に、左右対称の前記螺旋摩擦層の中央に中央摩擦層を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のベルト搬送装置。
4. 前記螺旋摩擦層の螺旋方向は、従動ローラの中央から各側端部を見たとき、従動ローラの回転方向と同じであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一に記載のベルト搬送装置。
5. 前記従動ローラの端部には、自由回転するフランジ部が形成されていることを特徴とする請求項２乃至４いずれか一に記載のベルト搬送装置。
6. 像担持体上のトナー像を記録媒体に転写した後、当該記録媒体を定着装置へ搬送する請求項１乃至５いずれか一に記載のベルト搬送装置。
7. 前記中央摩擦層及び螺旋摩擦層の厚みをｄとしたとき、
   ２０μｍ≦ｄ≦５００μｍ
   の関係を有することを特徴とする請求項６記載のベルト搬送装置。
8. 請求項６又は７記載のベルト搬送装置を有することを特徴とする画像形成装置。
   

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