JP4918421B2 - ベルトユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、無端ベルトを複数のローラに張架して回転走行可能にしたベルトユニットにおいて、ローラの両端部に装着されるフランジのローラからの抜けを防止することができるベルトユニット及び該ユニットを具えた、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来、例えば画像形成装置に用いられるベルトユニットにおいて、ベルトの片寄りの規制、防止を行うものとして、種々のものが提案されている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１は、搬送ベルトが張架される従動ローラの両端部にローラよりも大径のフランジを設け、これらフランジ間に搬送ベルトを挟み込むようにして搬送ベルトのスラスト方向への寄りを規制するものである。また、特許文献２は、従動ローラのシャフトにフランジを設け、このフランジと側板との間にフランジをスラスト方向にばね圧を与えるばねを介装し、ベルトの片寄りを規制するものである。

しかしながら、特許文献１に設けられているフランジは、従動ローラの両端部の外径よりもその外径が大きいというだけであって、一般的な円盤状の形状からなるものである。そのため、このようなフランジではベルトの端部が蛇行して突き当たると、フランジ抜けが発生する恐れがある。すなわち、フランジは材料の低コスト化、軽量化等から金属ではなく樹脂を射出成形して作られるのが一般的であるが、このように成形されたフランジはローラに嵌入し易い反面、フランジに外方に向けて作用するモーメントが発生して、フランジ抜けが発生し易い問題があった。また、特許文献２の方法ではスラスト方向にばねを入れるスペースが必要になり小型化できず、また部品点数も増えるため、コストアップにつながるという問題があった。
特第３４０２８９６号公報 特開２０００−１５５４８０号公報

さらに、図１２に示すようなものも知られている。これはローラ３１の両端部にフランジ２３を具え、これらフランジは相対向する面にローラ３１の両端開口部に嵌入される円筒状部２３ａを有し、両円筒状部２３ａの外周がローラ３１の内周に当接して支持し、フランジ２３の内周が回転用シャフトに当接して支持することにより、両フランジ２３でベルトの片寄りを規制するようにしたものである。しかしながら、このフランジ２３の形状では、ローラ３１よりはその外径が大きいものの、肉厚が比較的薄肉で、径方向で一定であるため、張架したベルト８からローラ３１が外力を受けた場合に、やはりフランジ２３が抜けてしまい、ベルト側端を規定の位置で規制できていないことがある。

これについて詳しく述べると、図１２は、フランジの形状を上面からみた図であり、断面を模式的に表した図である。フランジ２３は、円筒状部２３ａがローラ３１に嵌入（圧入）によって組み立てられることが多い。組み立てられたローラは、画像形成装置に用いられるベルトユニットの中で実施すると、図１３に示すようにローラ回転用シャフト３２の両端が左右の側板１５にばね１６を介して取り付けられている。ばね１６は、ベルト８にテンションを与えるためシャフト３２にばね圧をかけている。このような取り付け状態においては、力Ｆａと力Ｆｂの作用線がずれていることから、フランジ２３と円筒状部２３ａに図中の矢印で示す方向にモーメントが発生する。このモーメントは、Ｂoutを中心としてフランジ２３等が抜ける方向に力を及ぼすものであり、ローラ３１が回転すると繰り返し荷重としてこの力が働くことになり、結果として耐久時にフランジ２３等の抜けの発生を誘発する。フランジ２３等の抜けを予防するためには、圧入後に円筒状部２３ａとローラ３１を接着する方法や、フランジ２３のスラスト方向でみて外側にシャフト３２にＥリングをつけて、抜け止めにする方法が考えられる。しかし、どちらの方法とも組み立て工程での作業が増える上に、接着では粘着液漏れが、Ｅリングを付けた場合は、フランジ２３とＥリングの摺動面の磨耗等の問題の発生が懸念される。

そこでこの発明は、前記のような従来の問題を解決し、新たに部品を追加することなく、余分なスペースも必要なく、小型化ができ、コストアップにもならずにローラからのフランジの抜けを防止することができるベルトユニット及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、無端ベルトが回転走行可能に複数のローラに張架され、これらローラのうち少なくとも１つのローラはその両端部にフランジを具え、これらフランジは相対向する面にローラの両端開口部に嵌入される円筒状部を有し、両円筒状部の外周がローラの内周に当接して支持し、フランジの内周が回転用シャフトに当接して支持するベルトユニットにおいて、前記フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端、及び前記フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端と外側端の中心が、スラスト方向からみて、円筒状部の外周がローラに当接する面の外側端よりも内方に位置し、かつ、前記中心が、スラスト方向からみて、円筒状部の外周がローラに当接する面の内側端と外側端の中心と同位置に位置することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のベルトユニットにおいて、フランジの外径は、ローラの外径よりも大きいことを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のベルトユニットにおいて、無端ベルトの両側端が、スラスト方向からみて、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端と外側端の間に位置することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のベルトユニットにおいて、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端が、スラスト方向からみて、無端ベルトの両側端よりも内方に位置することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のベルトユニットにおいて、無端ベルトの両側部裏面に補強テープが貼付されており、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端と外側端の中心が、スラスト方向からみて、補強テープ幅の間に位置することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のベルトユニットにおいて、無端ベルトの両側部裏面に補強テープが貼付されているとともに、ローラの側部の外周に前記補強テープ厚よりも深く補強テープ幅よりも大きな逃げ溝が設けられており、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端が、スラスト方向からみて、前記逃げ溝の内端よりも内方に位置することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のベルトユニットを具えたことを特徴とする画像形成装置である。

この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明は、無端ベルトが回転走行可能に複数のローラに張架され、これらローラのうち少なくとも１つのローラはその両端部にフランジを具え、これらフランジは相対向する面にローラの両端開口部に嵌入される円筒状部を有し、両円筒状部の外周がローラの内周に当接して支持し、フランジの内周が回転用シャフトに当接して支持するベルトユニットにおいて、前記フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端、及び前記フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端と外側端の中心が、スラスト方向からみて、円筒状部の外周がローラに当接する面の外側端よりも内方に位置し、かつ、前記中心が、スラスト方向からみて、円筒状部の外周がローラに当接する面の内側端と外側端の中心と同位置に位置するように構成されているので、フランジがその円筒状部の外周と、フランジの内周によってローラとシャフトの２部品を同時に支持し、かつローラの支持部から受ける力とシャフトの支持部から受ける力によって発生する、ローラの回転方向と垂直方向にフランジを回転させるモーメントの発生をゼロにすることができる。したがって、従来発生していたローラからのフランジ抜けを防止することができる。
また、フランジをローラの両端開口部に円筒状部を嵌入するだけで装着できるので、組み立て工程での作業が減り、製造コストが低下する。しかも、フランジの肉厚も偏肉することなく均一に成形することができ、構成も簡素であり、従来のものに比し、新たに部品を追加する必要がないし、余分なスペースも必要ないのに加え、ベルトユニットの小型化ができ、コストアップも抑えることができるという優れた効果がある。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、画像形成装置の全体構成を示す概略図である。露光ユニット３により、４つの画像形成ユニット４，５，６，７へ光書き込みが行われ、各画像形成ユニットは無端ベルトとしての中間転写ベルト８上にカラートナー像を形成する。そこへ給紙カセット１に積載された転写紙が給紙ローラ２により給紙され、レジストローラ９を経て、２次転写ローラ１０によりトナー像は転写紙に転写される。その後、定着ユニット１１により転写紙上に画像として定着され、排紙ローラ１２により排出され、画像形成装置の出力画像となる。また、中間転写ベルト８上の転写残トナーはクリーニング機構１３により、ベルト上より除去され廃トナー、もしくは画像形成ユニット４，５，６，７から排出した廃トナーもしくはその両方から出た廃トナーが廃トナーボトル１４へ蓄積される。

本実施の形態では、ベルトユニットの主要構成部材となる中間転写ベルト８は、２本のローラ３０，３１に張架されている。図２は、フランジ３３、回転用シャフト３２、ローラ３１を組み立てた状態の図である。図３は、フランジ３３の形状を示し、Ｉで示した面がシャフト３２を支持する内周、Ｏで示した面がローラ３１を支持する外周である。

ローラ３０は図示しない駆動モータから駆動力を得て回転し、ローラ３１を支持するシャフト３２は図示しないばねによってある一定のばね圧を受け、中間転写ベルト８が一定張力で張架されることによって、ベルトユニットの中間転写ベルト８がローラ３０の回転に伴って走行するように構成される。ローラ３１は、その両端にフランジ３３が取り付けられている。これらフランジ３３は、図４にその一端側のフランジ３３を示しているように（図面ではシャフトを中心にその半部のみ示す）、相対向する面に円筒状部３３ａを一体に有している。そして、円筒状部３３ａの外周がローラ３１の内周に当接して支持し、フランジ３３の内周がシャフト３２に当接して支持する。

フランジ３３の構成について、さらに詳しく説明すると、フランジ３３はその外径がローラ３１の外径よりも大きくなっており、肉厚も大きく、円筒状部３３ａより外周側の部分の肉厚が円筒状部３３ａより内周側の部分の肉厚の２／３程度になっている。円筒状部３３ａの肉厚はフランジ３３の肉厚はもとより、ローラ３１の肉厚よりもやや小さい程度となっている。円筒状部３３ａの先端側は所定位置で内向きに屈曲されている。図４において、Ａinはフランジ３３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端、Ａoutはフランジ３３の内周がシャフト３２に当接する面の外側端、Ｂinは円筒状部３３ａの外周がローラ３１に当接する面の内側端（屈曲部の基端）、Ｂoutは円筒状部３３ａの外周がローラ３１に当接する面の外側端を示している。これにより、フランジ３３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端Ａinが、スラスト方向からみて、円筒状部３３ａの外周がローラ３１に当接する面の外側端Ｂoutよりも内方に位置するようになる。

このように構成されたローラ３１は、図１３に示す従来のものと同様にシャフト３２の両端が左右の側板にばねを介して取り付けられる。このとき、円筒状部３３ａは、ローラ３１と接する外周からベルト８の張力と同等の力Ｆｂを図４に示す方向に受け、またフランジ３３は、ばね圧と同等の力Ｆａをシャフト３２と接する内周からＦｂと反対方向に受けるが、前記のようにフランジ３３の内側端Ａinが円筒状部３３ａの外側端Ｂoutよりも内方に位置するため、シャフト３２から受ける力Ｆａの作用点を内方に変更して発生するモーメントを軽減することが可能となる。したがって、従来のようにフランジ３３がローラ３１から簡単に抜けてしまうというようなことがない。ローラ３１は力ＦａとＦｂが釣り合う位置で常に安定する。このようにフランジ３３は、組み立て作業手順を増やさずにフランジ形状だけでその抜けを防ぐことができる。

フランジ３３は、回転しないシャフト３２と、回転するローラ３１の仲介役を果たし、ローラ３１と共に回転する。そして、フランジ３３は、ベルトユニットの中で、中間転写ベルト８のスラスト方向への寄りを規制する。すなわち、中間転写ベルト８が駆動に伴ってスラスト方向に蛇行した場合、該ベルトの端部がローラ３１の外径よりも大きなフランジ３３の端部に突き当たることで、それ以上スラスト方向にベルト８が寄ることを防ぐことが可能となっている。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２を示すもので、実施の形態１と相違する点は、フランジ４３の円筒状部４３ａより外周側の部分を内周側の部分よりも外方に位置するようにしたことである。これにより、フランジ４３の内側端Ａinと外側端Ａoutの両方が、スラスト方向からみて、円筒状部４３ａの外側端Ｂoutよりも内方に位置するようになる。また、フランジ４３と円筒状部４３ａは均一の肉厚になっている。

前記のようにフランジ４３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端Ａinと外側端Ａoutの両方が、スラスト方向からみて、円筒状部４３ａの外周がローラ３１に当接する面の外側端Ｂoutよりも内方に位置するようになるため、実施の形態１と同様、シャフト３２から受ける力Ｆａの作用点を内方に変更して発生するモーメントを軽減することが可能となる。そのため、この場合も従来のようにフランジ４３がローラ３１から簡単に抜けてしまうというようなことがない。また、フランジ４３の肉厚も偏肉することなく均一に成形することが可能となる。

［実施の形態３］
図６は、実施の形態３を示すもので、実施の形態２と相違する点は、フランジ５３の円筒状部５３ａよりも外周側の部分を内周側の部分よりもさらに外方に位置するようにしたことである。これにより、円筒状部５３ａの外周がローラ３１に当接する面の外側端Ｂoutをフランジ５３の内周がシャフト３２に当接する面の外側端Ａoutよりスラスト方向からみて外方に位置し、フランジ５３の内側端Ａinと外側端Ａoutの中心が、スラスト方向からみて、円筒状部５３ａの内側端Ｂinと外側端Ｂoutの中心と同位置に位置するようになる。

前記のようにフランジ５３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端Ａinと外側端Ａoutの中心が、スラスト方向からみて、円筒状部５３ａの外周がローラ３１に当接する面の内側端Ｂinと外側端Ｂoutの中心と同位置に位置するようになるため、シャフト３２から受ける力Ｆａの作用点を内方に変更してフランジ５３がローラ３１から受ける力Ｆｂの作用点と同じ位置に合わせることが可能となる。これにより、モーメントの発生をゼロにすることが可能となり、接着やＥリングを用いずとも、耐久時のフランジ５３の抜けを防止することができる。

図７は、モーメントの発生をゼロにした形状のフランジ５３がベルトユニットの中で実施されている状態を表した図である。ベルト８から受ける力Ｆｂを支えるためにシャフト３２からフランジ５３が受ける力Ｆａの位置を調節し、フランジ５３が抜ける方向に作用するモーメントの発生を無くしていることがわかる。

図８（Ａ），（Ｂ）は、ローラ３１がフランジ５３から受ける力によって変形した場合を表したものである。（Ｂ）は、ベルトの両側部位置とフランジ５３のシャフト３２との当接面の中心が同位置なので、ベルトの両側部がローラ３１から浮く量が（Ａ）よりも小さくなり、安定したベルト走行性を示すベルトユニットとなる。

図９（Ａ），（Ｂ）は、ローラ３１がベルト８から受ける力によって変形した場合を表したものである。（Ｂ）は、フランジ５３の支持部がベルトの両側部よりも内側に位置するので、ローラ３１のたわみ量を（Ａ）よりも抑えることができ、安定したベルト走行性を示すベルトユニットとなる。

［実施の形態４］
図１０は、実施の形態４を示すもので、実施の形態１〜３と相違する点は、中間転写ベルト８として、その両側部裏面に補強テープ５７が貼付されたものを用いたことである。また、フランジ６３の構成は、実施の形態１，２のフランジに近い構成となっている。フランジ６３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端Ａinと外側端Ａoutの中心が、スラスト方向からみて、補強テープ５７幅の間に位置するようにしている。図１０では一例として補強テープ５７幅の中心と同位置に位置するようにしている。

前記のように中間転写ベルト８の両側部裏面に補強テープ５７が貼付されており、フランジ６３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端Ａinと外側端Ａoutの中心が、スラスト方向からみて、補強テープ５７幅の間に位置するようにしたので、ローラ３１はベルト８の補強テープ５７部と当接し、この部分からローラ３１がベルト８から受ける力Ｆｂをフランジ６３が同位置で支持することが可能となり、ローラ３１のたわみ量を抑えることができるとともに、モーメントの発生を軽減することができる。また、図示のように内側端Ａinと外側端Ａoutの中心を、補強テープ５７幅の中心と同位置にすると、力Ｆｂの作用線と力Ｆａの作用線が同一直線上となり、モーメントの発生をゼロにすることができる。このようにモーメントの発生を軽減し、あるいはゼロとすることにより、フランジ６３の抜けを防止する。

［実施の形態５］
図１１は、実施の形態５を示すもので、実施の形態４と相違する点は、中間転写ベルト８に貼付された補強テープ５７の逃げ溝５８をローラ３１の両側部の外周に形成したことである。また、フランジ７３の構成は、実施の形態３のフランジに近い構成となっている。本実施の形態のフランジ７３は、円筒状部７３ａよりも外周側の部分を内周側の部分よりも外方に位置するようにしているが、その外方への変位量は逃げ溝５８形成の関係上、フランジ７３の肉厚の２倍程度になっている。これにより、フランジ７３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端Ａinと外側端Ａoutの中心が、スラスト方向からみて、前記溝５８の内端５８ａよりも内方に位置するようになる。図１１では一例として内端５８ａと同位置に位置するようにしている。

前記のように中間転写ベルト８の両側部裏面に補強テープ５７が貼付されているとともに、ローラ３１の両側部の外周に前記補強テープ厚よりも深く、補強テープ幅よりも大きな逃げ溝５８が設けられており、フランジ７３の内周がシャフト３２に当接する面の内側端Ａinと外側端Ａoutの中心が、スラスト方向からみて、前記逃げ溝５８の内端５８ａよりも内方に位置するようにしたので、該溝の内端からローラ３１が受ける力Ｆｂをフランジ７３が同位置で支持することが可能となり、ローラ３１のたわみ量を抑えることができるとともに、モーメントの発生を軽減することができる。また、図示のように内側端Ａinを、内端５８ａと同位置にすると、力Ｆｂの作用線と力Ｆａの作用線が同一直線上となり、モーメントの発生をゼロにすることができる。このようにモーメントの発生を軽減し、あるいはゼロとすることにより、フランジ７３の抜けを防止する。尚、本実施の形態では逃げ溝５８をローラ３１の両側部の外周にローラ端側を切り欠いて形成したが、これは直接凹溝を形成するよりも容易であるからであり、凹溝を直接形成してもよいことは勿論であるし、ほかにも種々の溝形状として対応することも可能である。

前記各実施の形態で示した画像形成装置はそれぞれ好ましい一例を挙げたにすぎず、これ以外のタイプや構造のものを排除するものではない。フランジ及び円筒状部の肉厚や形状等は特許請求の範囲に記載した範囲内において、実施に際し適宜変更や修正をすることができる。また、無端ベルトとして中間転写ベルトを示したが、そのほかにも転写紙を搬送する搬送ベルト（直接転写ベルト）や、感光体ベルトなどにも適用が可能であるし、ベルトユニットとしては画像形成装置以外にも適用可能である。

次に特許請求の範囲の請求項２以下に記載した発明の特有な効果について説明する。請求項２に記載した発明によれば、ローラと一体となって回転するフランジによってベルトの片寄りを規制することができる。請求項３に記載した発明によれば、ローラがフランジから受ける力による変形が生じた場合に、無端ベルトの両側部がローラから浮く量が小さくなり、安定したベルト走行性を維持することができる。請求項４に記載した発明によれば、ベルト張力によってローラが無端ベルトから受ける力による変形量を抑えることができる。

請求項５に記載した発明によれば、ローラが無端ベルトの補強テープと当接し、この当接した部分からローラが無端ベルトから受ける力をフランジが同位置で支持することが可能となり、ローラのたわみ量を抑えることができるとともに、モーメントの発生を軽減することができ、また請求項６に記載した発明によれば、逃げ溝の内端からローラが受ける力をフランジが同位置で支持することが可能となり、ローラのたわみ量を抑えることができるとともに、モーメントの発生を軽減することができ、従来発生していたローラからのフランジ抜けを防止することができる。請求項７に記載した発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載のベルトユニットを備えた画像形成装置を提供することができる。

この発明の実施の形態である画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 同上のベルトユニットで用いるローラの斜視図である。 同上のローラに用いるフランジの斜視図である。 実施の形態１のフランジ等、ベルトユニットを示す要部概要図である。 実施の形態２のフランジ等、ベルトユニットを示す要部概要図である。 実施の形態３のフランジ等、ベルトユニットを示す要部概要図である。 同上のベルトユニットを左右の側板に取り付けた状態を示す要部概要図である。 （Ａ），（Ｂ）はローラがフランジから受ける力によって変形した場合のベルトの両端部の浮く量の程度を表した図面である。 （Ａ），（Ｂ）はローラがベルトから受ける力によって変形した場合のたわみ量の程度を表した図面である。 実施の形態４のフランジ等、ベルトユニットを示す要部概要図である。 実施の形態５のフランジ等、ベルトユニットを示す要部概要図である。 従来例のベルトユニットを示す要部概要図である。 同上のベルトユニットを左右の側板に取り付けた状態を示す要部概要図である。

符号の説明

１ 給紙カセット
２ 給紙ローラ
３ 露光ユニット
４，５，６，７ 画像形成ユニット
８ 中間転写ベルト（無端ベルト）
９ レジストローラ
１０ ２次転写ローラ
１１ 定着ユニット
１２ 排紙ローラ
１３ クリーニング機構
１４ 廃トナーボトル
１５ 側板
１６ ばね
３０，３１ ローラ
３２ シャフト
３３，４３，５３，６３，７３ フランジ
３３ａ，４３ａ，５３ａ，６３ａ，７３ａ 円筒状部
５７ 補強テープ
５８ 逃げ溝

Claims (7)

1. 無端ベルトが回転走行可能に複数のローラに張架され、これらローラのうち少なくとも１つのローラはその両端部にフランジを具え、これらフランジは相対向する面にローラの両端開口部に嵌入される円筒状部を有し、両円筒状部の外周がローラの内周に当接して支持し、フランジの内周が回転用シャフトに当接して支持するベルトユニットにおいて、
   前記フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端、及び前記フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端と外側端の中心が、スラスト方向からみて、円筒状部の外周がローラに当接する面の外側端よりも内方に位置し、
   かつ、前記中心が、スラスト方向からみて、円筒状部の外周がローラに当接する面の内側端と外側端の中心と同位置に位置することを特徴とするベルトユニット。
2. 請求項１に記載のベルトユニットにおいて、フランジの外径は、ローラの外径よりも大きいことを特徴とするベルトユニット。
3. 請求項１または２に記載のベルトユニットにおいて、無端ベルトの両側端が、スラスト方向からみて、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端と外側端の間に位置することを特徴とするベルトユニット。
4. 請求項１または２に記載のベルトユニットにおいて、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端が、スラスト方向からみて、無端ベルトの両側端よりも内方に位置することを特徴とするベルトユニット。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のベルトユニットにおいて、無端ベルトの両側部裏面に補強テープが貼付されており、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端と外側端の中心が、スラスト方向からみて、補強テープ幅の間に位置することを特徴とするベルトユニット。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載のベルトユニットにおいて、無端ベルトの両側部裏面に補強テープが貼付されているとともに、ローラの両側部の外周に前記補強テープ厚よりも深く補強テープ幅よりも大きな逃げ溝が設けられており、フランジの内周がシャフトに当接する面の内側端が、スラスト方向からみて、前記逃げ溝の内端よりも内方に位置することを特徴とするベルトユニット。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のベルトユニットを具えたことを特徴とする画像形成装置。