JP5455447B2 - ベルト部材搬送装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成に関わるベルト部材を搬送するベルト搬送装置に関する発明である。具体的には、中間転写ベルト、転写ベルト、感光体ベルトなどを搬送するベルトユニット、およびこれらのベルトユニットを備えた複写機、プリンタ、印刷機などの画像形成装置に関する発明である。また、直接画像形成に関わらないベルト部材（例えば、記録材の搬送ベルト、定着装置の定着ベルト）に関しても有効な発明である。

近年、画像形成装置の高速化に伴い、ベルト部材に対応して複数の画像形成部を並べて配置し、各色の作像プロセスを並行処理する構成が主流となっている。例えば、電子写真方式のフルカラー画像形成装置における中間転写ベルトがその代表的なものとして挙げられる。中間転写ベルトは各色のトナー像が順次ベルト表面に重ねあわされて転写され、記録材に対してカラートナー像を一括的に転写するというものである。この中間転写ベルトは、駆動ローラをはじめとする複数の張架部材である張架ローラによって張架され、回転可能とされている。このような、複数の張架ローラに張架されたベルト部材は、ローラの外径精度や各ローラ間のアライメント精度などによって、走行駆動時にいずれかの端部方向に寄ってしまうという課題が一般的に知られている。

このような一般的なベルト寄り問題に対する手段として、〔特許文献１〕に提案されているアクチュエータによるステアリングローラ制御が知られている。また、〔特許文献２〕に提案されているベルト寄り規制部材を設ける構成が知られている。

しかし、〔特許文献１〕は複雑な制御アルゴルを要し、またセンサやアクチュエータといった電気部品によるコスト高が課題である。また、〔特許文献２〕はセンサやアクチュエータを必要としないが、搬送中は規制部材が常にベルト部材の寄り力を受けるため画像形成装置の高速化に限界がある。さらに規制部材の貼り付け精度に関わる検査・管理コストがかさむという課題がある。

そこで、部品点数が少なく、簡易で低コストなベルト寄り制御方法として、摩擦力のバランスによりステアリング部材であるステアリングローラが自動的にベルト調芯を行う方式（以下、ベルト自動調芯と呼ぶ）の〔特許文献３〕が提案されている。

〔特許文献３〕は図１２に示すようなステアリング機構を備えるものである。即ち、ベルト部材の回転と共に従動可能な中央ローラ部９０と従動不可能な両端部材９１からなるステアリングローラ９７が、中央部に設けられたステアリング軸９３に関して矢印Ｓのように旋回可能な支持台９２に支持される。ここで支持台９２は加圧解除カム９６によって圧縮されるテンション付与部９５によって矢印Ｋ方向に付勢され、その結果ステアリングローラの外周面が不図示のベルト部材内周面に対してテンションを付与するようになっている。

図１３を用いて、ベルト自動調芯の原理について説明する。

既に説明したように、両端部材９１は従動不可能に支持されているため、ベルト搬送中は常にベルト部材内周面から摩擦抵抗を受けることになる。

図１３（ａ）は、矢印Ｖ方向に搬送駆動されるベルト部材５０が、巻き付き角θ_Ｓで両端部材９１に巻き付いている状態を示したものである。ここで、幅（紙面に垂直な方向）については単位幅であるものとして考える。ある巻き付き角θにおける微小巻き付き角ｄθ分に相当するベルト長について考えると、上流側は緩み側なので張力Ｔ、下流側は張り側なので張力Ｔ＋ｄＴがそれぞれ接線方向に作用する。従って、微小ベルト長において、ベルトが両端部材９１の向心方向に与える力はＴｄθと近似され、摩擦力ｄＦは両端部材９１が摩擦係数μ_Ｓを有するものとすると、
ｄＦ＝μ_ＳＴｄθ・・・（１）
で表される。

ここで、張力Ｔは不図示の駆動ローラに支配されるものであり、駆動ローラが摩擦係数μ_ｒを有するものとすると、
ｄＴ＝μ_ｒＴｄθ・・・（２）
つまり、

で表される。

（２’）式を巻き付き角θ_Ｓにわたって積分すると張力Ｔは、
Ｔ＝Ｔ_１ｅ^−μｒθ・・・（３）
のように得られる。なお、ここでＴ_１はθ＝０における張力である。

（１）式および（３）式から、

となる。

図１３（ａ）に示すように、ステアリング軸に関する支持台の回動方向が矢印Ｓ方向である場合、巻き付き始め（θ＝０）の位置は該回動方向に対して偏角αを有することになる。従って、（４）式で示される力のうちＳ方向下向きの成分は、

さらに、（５）式を巻き付き角θ_Ｓにわたって積分すると、

のように、ベルト搬送中において両端部材９１がベルト部材から受ける矢印Ｓ方向下向きの力（単位幅あたり）が得られる。

図１３（ｂ）は図１３（ａ）を矢印ＴＶ方向から見た上視図に相当するものであり、図１３（ｂ）に示すようにベルト部材５０が矢印Ｖ方向に搬送されたとき、向かって左側にベルト寄りを生じた場合を仮定する。このとき、ベルト部材５０と両端部材９１の掛かり幅の関係は、図１３（ｂ）に示すように向かって左側だけが掛かり幅ｗを有しているとする。すなわち、両端部材９１は左側がＦ_Ｓｗ、右側が０の力をＳ方向下向きにそれぞれ受けている。このような両端部での摩擦力差がステアリング軸まわりのモーメントＦ_ＳｗＬ（図１３（ｂ）の仮定では寄った側である左側が下がる方向）を生じさせる原動力であることが説明できる。以下、ステアリング軸回りのモーメントのことをステアリングトルクと呼ぶものとする。

以上の原理によって生じたステアリングローラ９７の舵角の方向は、ベルト部材５０の寄りを元に戻す方向に相当するため、自動調芯を行うことが可能になる。

特開平９−１６９４４９号公報 特開２００１−１４６３３５号公報 特表２００１−５２０６１１号公報

しかし、［特許文献３］で提案されているベルト自動調芯は、ステアリングローラ９７がステアリング軸９５に対して自由に回転可能であるがゆえに、ショック的な外乱に弱いという課題がある。中間転写ベルトの場合であれば、例えば一次転写部での静電負荷のオン・オフ切り替えや二次転写部への転写材の突入などがショック的な外乱として挙げられる。

［特許文献１］によるアクチュエータ制御であれば、これらショック的な外乱が作用してもモータの保持トルク等がステアリングローラ９７の変動を抑制する役割を果たす。

一方、ベルト自動調芯ではこのような保持トルクがないため、ショック的な外乱によってステアリングローラ９７が大きく振られてしまう。このようにステアリングローラ９７が大きく振られると搬送中のベルト部材５０の張架姿勢は時間的に大きく変化し、画像形成に関わるベルト部材の場合には主走査方向の色ズレとなって現れる。

図１４および図１５を用いて、ベルト部材５０の姿勢変化と主走査色ズレの関係について説明する。

図１４は、張架姿勢が一定の状態で搬送されるベルト部材５０の上視図である。ベルト部材５０は、ある時刻ｔにおいて駆動ローラ６０４およびステアリングローラ９７をはじめとする複数のローラに実線で表記した位置に張架されている。各ローラ間のアライメントの崩れなどによってある傾き姿勢γで張架されている。

ここで、傾き姿勢γが一定のまま矢印Ｖ方向に搬送されたとすると、時刻ｔ＋△ｔにおいてベルト部材５０は破線で表記した位置に移動する。ここで、検知位置Ｍ１およびＭ２の２点においてベルトエッジの位置を測定すると、時刻ｔにおいて検知位置Ｍ１で検知された点Ｐ_ｔと時刻ｔ＋△ｔにおいて検知位置Ｍ２で検知された点Ｐ_ｔ＋Δｔは同一質点を追跡したものとなる。そのため、両者の相対差は理想的にはゼロになるはずである。

傾き姿勢γが一定のまま搬送される場合には、図１４に示すように点Ｐ_ｔから点Ｐ_ｔ＋Δｔへの軌跡はｘ方向（副走査方向）に直進するため理想的な状態にあり、検知位置Ｍ１およびＭ２間でのｙ方向（主走査方向）の位置ズレは発生しない。

一方、図１５は張架姿勢が一定でない状態で搬送されるベルト部材５０の上視図である。ベルト部材５０は、ある時刻ｔにおいて図１４同様に実線で表記した位置にある傾き姿勢γで張架されている。ここで、傾き姿勢γが変化しながら矢印Ｖ方向に搬送されたとすると、時刻ｔ＋△ｔにおいてベルト部材５０は破線で表記した位置に移動する。図１４同様に検知位置Ｍ１およびＭ２の２点においてベルトエッジの位置を測定すると、傾き姿勢γが変化しながら搬送される図１５の場合には、点Ｐ_ｔから点Ｐ_ｔ＋Δｔへの軌跡はｘ方向（副走査方向）に対して斜めとなる。そのため、検知位置Ｍ１およびＭ２間でのｙ方向（主走査方向）の位置ズレが発生する。検知位置Ｍ１およびＭ２をそれぞれ第１色目および第２色目の画像形成部であると仮定すると、主走査方向の位置ズレが２色間で発生する主走査色ズレに相当する。このように、画像形成に関わるベルト部材の場合には、張架姿勢の時間的な変化が主走査色ズレを招くことが説明でき、ショック的な外乱はステアリングローラ９７を図中Ｓ方向へ大きく変動させるため、大きな姿勢変化を引き起こす。

図１６は、ショック的な外乱に伴う主走査位置ズレの時間的な推移を示すグラフである。縦軸の主走査位置ズレは、図１４および図１５で説明した２つの検知位置Ｍ１およびＭ２により検知されたベルトエッジ位置の相対差を示す。

図１６において、ベルト部材５０は定常調芯状態から点Ｅにおいて突然ショック的な外乱を受け、過渡応答Ｔ_ｒを経て再び定常調芯状態に戻っている。このように、定常調芯状態においてはステアリングローラ９７のＳ方向への変動（いわゆるステアリング動作）が小さいため、発生する主走査位置ズレも極めて小さく問題にならないレベルである。しかし、ショック的な外乱を受けた瞬間および積極的にステアリング動作を実行している過渡応答Ｔ_ｒの間に発生する主走査位置ズレは非常に大きな値となる。

［特許文献３］では、支持台９２の両端部に設けられた板バネ９８が、このようなショック的な外乱が入力された場合にステアリングローラ９７の旋回規制手段として作用する。

しかし、図１７（ａ）に示すように、ショック的な外乱のような急激な負荷に対しては、バネのダンピング効果が過渡応答Ｔ_ｒ中のオーバーシュートＯＳ_１,ＯＳ_２,ＯＳ_３,・・・を招きやすい。このようなオーバーシュートＯＳ_１,ＯＳ_２,ＯＳ_３,・・・の存在は、ベルト部材５０の姿勢が旋回するポイントとなるため主走査位置ズレを悪化させるほか、定常調芯状態への収束も遅らせるため制御的な即応性を低下させる要因となる。

従って、図７（ａ）のような舵角βの大きさに比例した抵抗力Ｒを付与する構成により旋回規制を行う構成は好ましくなく、急激な舵角の変動が生じても、制御的な即応性を向上することができる旋回規制の構成が望まれている。

本発明は、移動可能なベルト部材と、前記ベルト部材を張架する張架部材と、前記ベルト部材を張架するとともに前記ベルト部材をステアリング可能なステアリング部材と、前記張架部材と前記ステアリング部材とを支持する支持フレームと、を有し、前記ステアリング部材は、前記ベルト部材の移動に従動して回転軸線を中心に回転する回転部材と、前記回転軸線の方向において前記回転部材の両側の外側にそれぞれ設けられ、前記ベルト部材と摺擦する摩擦部材と、を有し、前記ステアリング部材は、前記回転軸線に略直交するステアリング軸線を中心に回動可能に前記支持フレームに支持され、前記ベルト部材と前記摩擦部材との摺擦により生ずる力により前記ステアリング軸線を中心に回動されて前記張架部材に対して傾斜されることで前記ベルト部材を前記回転軸線の方向にステアリング可能であるベルト搬送装置において、前記ステアリング部材が傾斜される角度の時間変化率の大きさが大きくなると前記ステアリング部材が傾斜される力に抵抗する抵抗力が大きくなるような抵抗力付与手段を、前記支持フレームと前記ステアリング部材との間に有することを特徴とする。

本発明により、ステアリング部材の耐ショック性を改善し、ベルト部材の瞬間的な姿勢変化を低減することができる。

中間転写方式の画像形成装置の断面図である。 本発明の実施例１における中間転写ベルトユニットの斜視図である。 本発明の実施例１における自動調芯機構部の斜視図（その１）である。 本発明の実施例１における自動調芯部の中心部詳細図である。 本発明の実施例１における自動調芯部の端部詳細図である。 本発明の実施例１における自動調芯機構部の斜視図（その２）である。 抵抗力付与手段の特性について説明するグラフである。 ベルトと摺動リングの掛かり幅の関係について説明する図である。 本発明の実施例２における自動調芯機構部の斜視図である。 実施例３の画像形成装置の断面図である。 実施例４の画像形成装置の断面図である。 ベルト自動調芯の従来例について説明する斜視図である。 ベルト自動調芯の原理について説明する図である。 ベルト寄りと主走査位置ズレの関係について説明する上視図（その１）である。 ベルト寄りと主走査位置ズレの関係について説明する上視図（その２）である。 ベルト自動調芯における課題について説明するグラフである。 ベルトエッジ位置の時間的推移について説明するグラフである。

（実施例１）
＜画像形成装置について＞
本発明に係る画像形成装置について説明する。

まず、図１を用いて画像形成装置の動作について説明する。画像形成装置には電子写真方式、オフセット印刷方式、インクジェット方式等複数の方式が挙げられるが、図１に示した画像形成装置６０は電子写真方式を用いたカラーの画像形成装置である。画像形成装置６０は、４色の画像形成部を中間転写ベルト上に並べて配置した、所謂中間転写タンデム方式の画像形成装置の断面図であり、厚紙対応力や生産性に優れる点から近年主流になっている。

＜転写材の搬送プロセス＞
記録材Ｓは記録材収納部６１内のリフトアップ装置６２上に積載される形で収納されており、給紙装置６３により画像形成タイミングに合わせて給紙される。エアによる分離吸着を利用する方式が挙げられるが、図１ではこのうちエアによる分離吸着を利用する方式を用いるものとする。もちろん、他の給紙方式であってもいい。給紙装置６３により送り出された記録材Ｓは搬送ユニット６４が有する搬送パス６４ａを通過し、レジストレーション装置６５へと搬送される。レジストレーション装置６５において斜行補正やタイミング補正を行った後、記録材Ｓは二次転写部へと送られる。二次転写部は、対向する第一の二次転写部材である二次転写内ローラ６０３および第二の二次転写部材である二次転写外ローラ６６により形成される転写ニップ部である。そして、所定の加圧力と静電的負荷バイアスが与えられることで、中間転写ベルト上のトナー像が記録材Ｓ上に転写される。

＜画像の作像プロセス＞
以上説明した二次転写部までの記録材Ｓの搬送プロセスに対して、同様のタイミングで二次転写部までの画像形成プロセスについて説明する。

本実施例では、イエロー（Ｙ）のトナーにより画像を形成する画像形成部６１３Ｙと、マゼンタ（Ｍ）のトナーで画像形成する画像形成部Ｍと、シアン（Ｃ）のトナーで画像形成する画像形成部６１３Ｃと、ブラック（ＢＫ）のトナーで画像形成する画像形成部６１３ＢＫを有する。画像形成部６１３Ｙと画像形成部６１３Ｍと画像形成部６１３Ｃと画像形成部６１３ＢＫとは、トナーの色が異なる以外は、同様の構成であるため、代表して画像形成部６１３Ｙを用いて説明する。

トナー像形成手段である画像形成部６１３Ｙは、像担持体である感光体６０８、感光体６０８を帯電する帯電器６１２、露光装置６１１ａ、現像装置６１０、一次転写装置６０７、および感光体クリーナ６０９から構成される。図中矢印ｍの方向に回転する感光体６０８は、帯電器６１２により表面を一様に帯電される。入力された画像情報の信号に基づいて露光装置６１１ａが駆動し、回折部材６１１ｂを経由して、帯電された感光体６０８を露光することで、静電潜像が形成される。感光体６０８上に形成された静電潜像は、現像装置６１０により現像され、感光体上にトナー像が形成される。その後、一次転写部材６０７により所定の加圧力および静電的負荷バイアスにより、ベルト部材である中間転写ベルト６０６上にイエローのトナー像が転写される。その後、感光体６０８上に残った転写残トナーは感光体クリーナ６０９により回収され、再び次の画像形成に備える。

以上説明した画像形成部６１３は図１の場合、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）の４セット存在する。そのため、中間転写ベルト６０６に形成されたイエローのトナー像に対して、画像形成部Ｍで形成されたマゼンタのトナー像が中間転写ベルト６０６に転写される。さらに、形成されたマゼンタのトナー像に対して、画像形成部Ｃで形成されたシアンのトナー像が中間転写ベルト６０６に転写される。さらに、シアンのトナー像に対して、画像形成部ＢＫで形成されたブラックのトナー像が中間転写ベルト６０６に転写される。このように、異なる色のトナー像が中間転写ベルト６０６上に重ねられて形成されることで、フルカラー画像が中間転写ベルト６０６上に形成される。なお、本実施例の色数は４色であったが、色数は４色に限定されるものではなく、また色の並び順もこの限りではない。

次に、中間転写ベルト６０６について説明する。中間転写ベルト６０６は駆動部材である駆動ローラ６０４、ステアリング部材であるステアリングローラ１、張架部材である張架ローラ６１７および二次転写内部材（張架部材）である二次転写内ローラ６０３によって張架されている。そして、中間転写ベルト６０６は図中矢印Ｖの方向へと搬送駆動されるベルト部材である。

また、中間転写ベルト６０６に所定の張力を付与するテンションローラの機能はステアリングローラ１が兼ね備えているものとする。先述の各画像形成部６１３Ｙ，６１３Ｍ，６１３Ｃ，６１３ＢＫにより並列処理される各色の画像形成プロセスは、中間転写ベルト６０６上に一次転写された上流色のトナー像上に重ね合わせるタイミングで行われる。その結果、最終的にはフルカラーのトナー像が中間転写ベルト６０６上に形成され、二次転写部へと搬送される。なお、中間転写ベルト６０６を張架するローラの本数は図１の構成に限定されるものではない。

＜二次転写以降のプロセス＞
以上、それぞれ説明した記録材Ｓの搬送プロセスおよび画像形成プロセスを以って、二次転写部において中間転写ベルト６０６に形成されたフルカラーのトナー像が記録材Ｓ上に二次転写される。その後、記録材Ｓは定着前搬送部６７により定着装置６８へと搬送される。定着装置６８には様々な構成および方式があるが、図１では対向する定着ローラ６１５および加圧ベルト６１４が形成する定着ニップ内で所定の加圧力と熱量を与えて記録材Ｓ上にトナー像を溶融固着させるものである。ここで、定着ローラ６１５は内部に熱源となるヒータを備え、加圧ベルト６１４は複数の張架ローラとベルト内周面から付勢される加圧パッド６１６を備えている。定着装置を通過した記録材Ｓは分岐搬送装置６９により、そのまま排紙トレイ６００上に排出されるか、もしくは両面画像形成を要する場合には反転搬送装置６０１へと搬送されるかの経路選択が行われる。両面画像形成を要する場合、反転搬送装置６０１へと送られた記録材Ｓはスイッチバック動作を行うことで先後端を入れ替え、両面搬送装置６０２へと搬送される。その後、給紙装置６１より搬送されてくる後続ジョブの記録材とのタイミングを合わせて、搬送ユニット６４が有する再給紙パス６４ｂから合流し、同様に二次転写部へと送られる。裏面（２面目）の画像形成プロセスに関しては、先述の表面（１面目）の場合と同様なので説明は省略する。

＜中間転写ベルトのステアリング構成について＞
図２は、図１に示した画像形成装置６０が有する中間転写ベルトユニット５００の斜視図であり、図２（ａ）は中間転写ベルト６０６を張架した状態、図２（ｂ）は中間転写ベルト６０６を外した状態をそれぞれ示す。中間転写ベルト６０６は、駆動伝達部材である駆動ギア５２から駆動入力された駆動部材である駆動ローラ６０４の搬送力によって矢印Ｖ方向に搬送される。本実施例ではステアリング部材であるステアリングローラ１が摩擦力のバランスを利用したベルト自動調芯の機構を備えている。

図３は、本発明におけるステアリング手段であるベルト自動調芯機構装置を抜粋した斜視図である。ステアリング部材であるステアリングローラ１は中央部を構成する回転部である従動ローラ部２と回転部の回転軸線方向においてその両側（両端部）に設けられた摩擦部である摺動リング部３が同軸上に連結される形で構成されている。また、サイド支持部材６とスライド溝部（不図示）で嵌合するスライド軸受け４は弾性部材であるテンションバネ（圧縮バネ）５によって図中矢印Ｐ_Ｔ方向にスライド付勢される。従って、ステアリングローラ１は中間転写ベルト６０６の内周面に対して矢印Ｋ’方向にテンションを付与するテンションローラでもある。さらに、サイド支持部材６は回動プレート７とともに従動ローラ部２と摺動リング部３を支持する支持台（支持手段）を構成し、中央のステアリング軸線Ｊに関して図中矢印Ｓ方向に回動可能に回転軸であるステアリング軸で支持されている。ここで、フレームステー８は中間転写ベルトユニット５００の筐体を構成する部材であり、ユニット前側板５１Ｆおよびユニット後側板５１Ｒの間に掛け渡されている。フレームステー８は両端側面部にスライドコロ９を備えており、回動プレート７の回動抵抗を低減する役割を果たしている。

＜自動調芯部の詳細構成＞
次に、図４および図５を用いてさらに詳細な構成について説明する。

図４は支持台の回動中心部の構造を示した断面図である。回動プレート７の中心部には一端が二方取り形状であって、回転軸であるステアリング軸２１が嵌合し、ビス２４にて一体的に締結されている。さらに、ステアリング軸２１はフレームステーが有する軸受け２３（例えばベアリング）に挿入および支持されるとともに、ロータリーダンパー２０の中心軸にもなっている。ステアリング軸２１の他端にはスラスト抜け止め部材２６が取り付けられ、ロータリーダンパー２０はビス２５によってフレームステー８に固定されている。ここで、ロータリーダンパー２０は、例えばオイルなどの粘性抵抗を利用したタイプの抵抗力付与手段であり、回転するステアリング軸２１が発生するせん断速度の大きさに応じて増大（理論的には比例）する抵抗力を発生する。即ち、ステアリング軸２１の傾斜角の時間変化率の大きさが大きくなるとステアリング軸２１の傾斜に対する抵抗力が大きくなるものである。

図５は本発明におけるベルト自動調芯機構部の端部付近の詳細図を示す。

摺動リング部３は図５（ａ）のようにローラ軸方向で均一な外径分布を有するストレート型３ａや、図５（ｂ）のようにローラ軸方向の外側に向かって連続的に外径が大径化するテーパー型３ｂとなっている。ステアリングローラ軸３０に対して、従動ローラ部２は内蔵される軸受け等により従動回転可能に支持されている。両端の摺動リング部３（３ａまたは３ｂ）は並行ピンなどを用いて従動回転不可能に支持されている。ここで、ステアリングローラ軸３０の端部はＤカット形状等を有することでスライド軸受け４に対して回転不可能に支持される。従って、張架される中間転写ベルト６０６が搬送されたとき、ステアリングローラ１のうち従動ローラ部２はベルト内周面に対して摺擦しないが、両端部の摺動リング部３（３ａまたは３ｂ）はベルトに対して摺動する関係になる。このような構成によってベルト自動調芯が可能となる原理については、既に前記（１）〜（６）式で説明したとおりである。即ち、本実施例では、摺動リング部３と中間転写ベルト６０６との接触する領域が所定量以上となると、ステアリングローラ１がステアリングを開始するものである。なお、本実施例では、摺動リング部３は、従動ローラ部２の回転方向において回転しないように固定されている構成であるが、この構成に限定されるものではない。摺動リング部が回転可能とする構成であってもいい。ただし、この場合には中間転写ベルト６０６の回転方向における摺動リング部を回転させるために必要なトルクが従動ローラ部の同方向に回転させるために必要なトルクよりも大きい構成であれば、ステアリング可能となる。

また、本実施例では、中間転写ベルト６０６の幅は従動ローラ部２の幅よりも広く、かつステアリングローラ１（従動ローラ部２＋両端の摺動リング部３）の幅よりも狭い関係としている。すなわち、理想的な定常調芯状態にある時、中間転写ベルト６０６と摺動リング部３の掛かり幅の関係は、図８（ａ）に示すように両端部が等しい掛かり幅ｗ（図中ハッチング部）を有するものとなる。このような関係にある時、仮にベルト寄りが発生しても必ず中間転写ベルト６０６はいずれか一方の摺動リング３と掛かり幅を有しながら摺擦することになる。即ち、この場合にはベルト部材の移動時においては、常に少なくとも一方或いは両方の摺動リング部３とベルト部材とが摺擦している状態となる。これは、図８（ｂ）に示すように中間転写ベルト６０６の幅が従動ローラ部２の幅よりも狭い場合だと、ベルト寄りが生じても摺動リング３に掛かり幅を持つまでは支持台が回動しないため、急激な調芯動作に陥りやすいためである。このように、原理的には図８（ｂ）のような掛かり幅の関係であっても、摩擦力のバランスを利用したベルト自動調芯は可能である。しかし、常時バランス差を検知できる図８（ａ）のような掛かり幅の方がよりこまめな調芯動作を可能とするため、舵角の時間変化に大きな変動が生じない。

次に、摺動リング部３ａの静止摩擦係数μ_ｓについて説明する。

具体的には、図５（ｂ）のように摺動リング部がテーパー形状になっている場合には、本実施例ではμ_ｓ＝０．３程度でテーパー角φ＝８°である。

また、摺動リング部３の表面の摩擦係数は、従動ローラ部２の表面の摩擦係数よりも大きいものとする。なお、摺動リング部３ａの材質としては、摺動性を有するポリアセタール（略号：ＰＯＭ）などの樹脂材料を使用しており、更には中間転写ベルト６０６との摩擦帯電による静電的な弊害を考慮して導電性も付与してある。なお、図５（ａ）のような場合には、摺動リング部３ａがストレート形状となっているため、μ_ｓ＝０．６程度と、テーパ−形状の場合にくらべて大きく設定することが望ましい。

次に、従動ローラ部２の静止摩擦係数μ_ＳＴＲについて説明する。従動ローラ部２の材質としてアルミを用いて表面の摩擦係数μ_ＳＴＲ＝０．１程度としており、摺動リング部の摩擦係数μ_ｓ程度よりも低い値に設定している。

また、中間転写ベルト６０６はポリイミドを基層とする樹脂ベルトとし、引張り弾性係数Ｅ＝１８０００Ｎ／ｃｍ^２程度としている。このように、引張り弾性係数Ｅが大きくて伸びにくい材質に生じる大きな引張り応力を、従動ローラ部２の摩擦係数μ_ＳＴＲを低くすることでベルト戻し力という形で有効に変換することができる。

同時にこれは、中間転写ベルト６０６に生じる歪みを常に開放しているため、中間転写ベルトが無理な負荷を受け続けながら搬送されるということも無くなる。

その結果、ベルト自動調芯が実現できるだけでなく、中間転写ベルトの破断なども防止することが可能となる。なお、中間転写ベルト６０６の材質はポリイミドに限定されるものではない。同等の引張り弾性係数を有し、伸びにくい材質を基層に有するベルトであれば、他の樹脂材料あるいは金属材料であっても構わない。同様に従動ローラ部２の材質についてもμ_ＳＴＲ≦μ_ｓであれば他の材質であっても構わない。

ここで、上記に示している摺動リング部３、従動ローラ部２、駆動ローラ等の摩擦係数の測定方法を示す。本件では、ＪＩＳ Ｋ７１２５ プラスチック−フィルム及びシート−摩擦係数試験方法を用いる。具体的には、ベルト部材の内周面のシート、本実施例では、中間転写ベルトの内周面のシートであるポリイミドシートをテストピースとして用いて測定する。

次に、ロータリーダンパー２０について説明する。図４に示すように、本実施例では回転型ダンパーである。ロータリーダンパー２０は粘性抵抗を利用しているため、図７（ｂ）に示すように舵角の時間変化率ｄβ／ｄｔ（すなわち舵角速度）の大きさに応じて増大する抵抗力Ｒを発生する。本実施例の構成では、時間変化率ｄβ／ｄｔと抵抗力Ｒとは比例する関係にある。摩擦力のバランスを利用したベルト自動調芯はアクチュエータ制御を行う系と異なり、その調芯周期が非常に長周期（およそ６０秒前後）であること、すなわち舵角速度ｄβ／ｄｔが非常に小さいという特徴的な特性を有する。特に、図８（ａ）を用いて説明したような系にすると、ショック的な外乱を除いた通常の舵角速度範囲は図７（ｂ）におけるＡ_Ｎのように限られた狭い範囲となる。これに対し、課題となるショック的な外乱は相対的にかなり大きな舵角速度範囲Ａ_Ｅを入力するものとなる。つまり、ショック的な外乱を除いた通常の調芯動作時には非常に微小な抵抗力Ｒしか発生しないため調芯動作を妨げることがなく、ショック的な外乱時のみ大きな抵抗力Ｒでステアリングローラ１への影響を低減する効果が得られる。その結果、ショック的な外乱に伴う急激な張架姿勢の変化が抑制されるため、図１６に示すような急激な主走査位置ズレおよびそれに伴う過渡応答Ｔ_ｒの値を低減することができる。

また、ベルト自動調芯を制御という観点から評価した場合においても、図１７（ｂ）に示すように、ベルトエッジ位置ｙの時間的推移はオーバーシュートを伴うことなく、速やかに定常状態に収束させることができる。

本効果については、ベルト寄り制御の即応性向上に関わるものであるため、画像形成部の有無に関わらず一般的なベルト部材の搬送装置という広義に対しても有効な効果であると考えられる。例えば、図１中に示した定着装置６８に対してベルト部材である定着ベルト６１４の搬送装置として捉えることができる。従って、定着ベルト６１４を張架するローラのうち１つに、本実施例で説明したベルト自動調芯（図３に準ずる構成）を適用することで同様の効果が得られる。

＜調芯特性とトルク特性のチューニング＞
本実施例においては、ベルト自動調芯が有する調芯特性とロータリーダンパー２０のトルク特性をチューニングする必要がある。中間転写ベルト６０６は材質がポリイミド等の弾性率が比較的高いもので形成されているため、ベルト引張応力に起因する抵抗によって調芯可能な舵角範囲が限られ、本実施例の場合では舵角範囲が約±２°程度である。しかし、ステアリングローラ１の全長が約３７０ｍｍ程度と長いため、調芯によって発生可能な両端部の変位差は約１３ｍｍと十分な値となる。すなわち、図３および図４に示したように、ステアリング軸２１の舵角速度ｄβ／ｄｔの大きさを直接利用する構成では、ショック的な外乱の入力時でも舵角速度ｄβ／ｄｔの大きさがロータリーダンパー２０のトルク特性に対して相対的に小さくなる。その結果、いわゆるダンパーの“遊び”の範囲内で所望の抵抗力Ｒが得られない場合が考えられる。このような場合に対しては、図６に示すようなギア比を用いた構成を用いて所望のトルク特性に合わせることができる。図６は自動調芯機構部を図３とは逆の方向から見た斜視図であり、中間転写ベルト６０６の搬送方向は図中矢印Ｖ方向である。図６はステアリング軸線Ｊまわりの構成を除いては図３と同じ構成であるため、異なる点だけを説明する。ステアリング軸線Ｊ上に設けられたステアリング軸２１の端部に歯数Ｚ_１のステアリングギア４０が一体回転可能に取り付けられている。また、ステアリングギア４０に噛合する歯数Ｚ_２のダンパーギア４１がロータリーダンパー２０の中心に設けられる回転軸上に回転可能に取り付けられている。ここで、両ギアの歯数の関係はＺ_１＞Ｚ_２ように構成されており、ロータリーダンパー２０の回転軸が増速回転される。

その結果、小さい舵角速度ｄβ／ｄｔであってもギア比を微調整することで、調芯特性に合わせたトルク特性の系にチューニングすることが可能となる。また、ギア比を用いてチューニングするため、ロータリーダンパー２０の粘性係数を増加させる方法に比べて、小型で低コストなロータリーダンパーで対応することができる。

以上に説明したように、本実施例を用いれば、通常の調芯動作を妨げることなく、除去したいショック的な外乱入力のみを対象とした抵抗力をベルト自動調芯機構に与えることができる。その結果、ベルト自動調芯の欠点であるステアリング軸の耐ショック性を改善し、ベルトの瞬間的な姿勢変化の大きさおよびそれに伴う主走査色ズレの発生を低減することが可能なベルト搬送装置が得られる。特に、中間転写ベルトユニットおよびこれを備えた画像形成装置に適用することで、画質とベルト寄りの両方の課題を安価な構成で解決することができる。

（実施例２）
図９に本発明の実施例２に関するベルト自動調芯機構の斜視図を示す。図９は、図１に示した画像形成装置６０が有する中間転写ベルトユニット５０（図２参照）の自動調芯機構の抜粋であり、図９（ａ）は自動調芯機構の上方斜視図、図９（ｂ）は同下方斜視図となる。図９の構成は、実施例１で説明した図３の構成の代替となるものであり、画像形成装置６０および中間転写ベルトユニット５０の構成・動作に関する説明については、ここでは省略する。また、本実施例におけるステアリングローラ１は、図３〜図５と同様に中間転写ベルト６０６の搬送とともに従動可能な従動ローラ部２と従動不可能な両端部の摺動リング部３とから構成される。また、スライド軸受け４がテンションバネ５により加圧され、ステアリングローラ１がテンションローラを兼ねる構成は図３〜図５と基本的に同様である。また、ユニット前側板５１Ｆおよびユニット後側板５１Ｒ間のフレームステー８に対して支持台たる回動プレート７がステアリング軸線Ｊ回りに回動可能である構成についても、図３〜図５と基本的に同様である。図９の構成において実施例１と異なる点は、抵抗力付与手段として図中矢印Ｄ方向にシリンダロッド１７０Ｒが伸縮する直動型ダンパー１７０（いわゆるショックアブソーバー）を用いている点である。図９では、両端部にそれぞれ１個ずつ直動型ダンパー１７０を設ける構成であり、それぞれユニット前側板５１Ｆおよびユニット後側板５１Ｒの曲げ起し面に取り付けられている。即ち、直動型ダンパー１７０は、回転部から回転軸線方向に予め設定された距離（任意の距離）だけ離れた位置に配置されている。また、直動型ダンパー１７０はシリンダロッド１７０Ｒの一端に先端接触面が球面であるダンパーヘッド１７０Ｈを有する。そして、ダンパーヘッド１７０Ｈは回動プレートに形成された受け面７Ｃと常に接触し、理想的には舵角β＝０において両方のシリンダロッド１７０Ｒの伸縮量は０となっている。なお、ダンパーヘッド１７０Ｈの先端接触面が球面であるのは、調芯動作を行っても受け面７Ｃとの接触が接線方向になり、滑らかな動作が実現できるためである。

ここで、直動型ダンパー１７０も実施例１で説明したロータリーダンパー２０と同様、オイルなどの粘性抵抗を利用した抵抗力付与手段である。そのため、図７（ｂ）に示したように舵角速度ｄβ／ｄｔの大きさに応じて増大（理論的には比例）する抵抗力Ｒを発生する。即ち、ダンパーヘッド１７０Ｈと受け面７Ｃとの接触部の速度の大きさに応じて抵抗力が増大するものである。ただし、本実施例の場合には、実施例１でも説明したようにステアリングローラ１の全長の長さゆえ、舵角範囲が僅かであってもシリンダロッド１７０Ｒの変位が十分確保できるという特徴がある。具体的には、舵角範囲が約±２°程度で、ステアリングローラ１の全長が約３７０ｍｍ程度の場合では、シリンダロッド１７０Ｒ１つあたりに生じる伸縮量は最大約６．５ｍｍ程度となる。そのため、ステアリング軸まわりに設けるロータリーダンパー２０に比べると、調芯特性とトルク特性の間のチューニングが行いやすい。なお、図９では直動型ダンパー１７０を回動プレート７の両端に２個配する構成としたが、どちらか一方の端部で回動プレート７を上下方向から挟み込むように２個配する構成でも構わない。

以上に説明したように、本実施例の構成を用いても、通常の調芯動作を妨げることなく、除去したいショック的な外乱入力のみを対象とした抵抗力をベルト自動調芯機構に与えることができる。その結果、ベルト自動調芯の欠点であるステアリング軸の耐ショック性を改善し、ベルトの瞬間的な姿勢変化の大きさおよびそれに伴う主走査色ズレの発生を低減することが可能なベルト搬送装置が得られる。

（実施例３）
これまで説明した実施例１および実施例２は、中間転写ベルトユニット５０およびこれを備えた画像形成装置６０に関する例であった。本実施例では、画像形成に関わるその他のベルト部材として、図１０に示す画像形成装置７０が備える直接転写ベルト７１を例に挙げる。図１０に示す画像形成装置７０は、図１に示した画像形成装置６０と基本的に同様の転写材給紙プロセスおよび転写材搬送プロセスを有するため、相違点である画像の作像プロセスについて説明する。

画像形成部６１３は、主に感光体６０８、露光装置６１１ａ、現像装置６１０、転写装置７３、および感光体クリーナ６０９等から構成される。予め帯電装置６１２により表面を一様に帯電され、図中矢印ｍの方向に回転する感光体６０８に対し、送られてきた画像情報の信号に基づいて露光装置６１１ａが駆動され、回折手段６１１ｂ等を適宜経由して潜像が形成される。感光体６０８上に形成された静電潜像は、現像装置６１０によるトナー現像を経て、感光体上にトナー像として顕在化する。最上流に位置するイエロー（Ｙ）の作像プロセスに同期してレジストローラ３２によって送り出された記録材Ｓは、静電吸着等を利用して直接転写ベルト７１の作像張架面Ｂ上に保持される。このように直接転写ベルト７１によって担持および搬送される記録材Ｓに対して、転写装置７３が印加する加圧力および静電的な負荷バイアスにより記録材Ｓ上にトナー像が転写される。同様の作像および転写プロセスが下流のマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）の画像形成部においても並列的に処理され、直接転写ベルト７１により搬送される記録材Ｓ上に順次下流のトナー像が重ね合わされるタイミングで制御される。その結果、最終的には記録材Ｓ上にフルカラーのトナー像が形成され、駆動ローラ６０４部で分離された後、下流の定着前搬送部６７および定着装置６８へと搬送される。なお、感光体６０８上に僅かに残った転写残トナーは感光体クリーナ６０９により回収され、再び次の画像形成に備える。また、以上説明した画像形成部６１３は図１０の場合、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＢｋの４セット存在するが、色数および並び順はこの限りではない。

次に、直接転写ベルト７１の搬送ユニットである直接転写ベルトユニットの構成について説明する。直接転写ベルト７１は駆動ローラ６０４、ステアリングローラ１および従動張架ローラ７２、６１７によって張架され、図中矢印Ｖの方向へと搬送駆動されるベルト部材である。また、直接転写ベルト７１に所定の張力を付与するテンションローラの機能はステアリングローラ１が兼ね備えているものとする。

本実施例は、ステアリングローラ１の支持構成に図３または図４で説明したベルト自動調芯構成を適用するものである。図１０のような直接転写方式の画像形成装置７０では、直接転写ベルト７１の張架姿勢の変化がすなわち担持された記録材Ｓの姿勢変化になるため、ショック的な外乱の入力が図１６と同様の主走査位置ズレおよび過渡応答を発生させる。従って、舵角速度ｄβ／ｄｔの大きさに応じて増大する抵抗力の付与手段を有するベルト自動調芯機構を備えた本発明に係るベルト搬送ユニットとすることで、上記課題を解決する効果が得られる。

なお、図１０では画像形成部６１３に電子写真方式を用いているが、直接転写ベルト７１の形態であればインクジェット方式を用いたものに置き換えることも可能な構成である。

（実施例４）
さらに、画像形成に関わるその他のベルト部材として、図１１に示す画像形成装置８０が備える感光体ベルト８１を例に挙げる。図１１に示す画像形成装置８０は、図１に示した画像形成装置６０と基本的に同様の転写材給紙プロセスおよび転写材搬送プロセスを有するため、相違点である画像の作像プロセスについて説明する。

画像形成部６１３０は、主に感光体ベルト８１、帯電装置８４、露光装置６１１ａ、現像装置６１０等から構成される。感光体ベルト８１は表面に感光層を有するベルト部材であり、駆動ローラ６０４、ステアリングローラ１および従動張架ローラ６１７、および転写内ローラ８２によって張架され、図中矢印Ｖ方向へと搬送駆動される。このように矢印Ｖ方向に搬送される感光体ベルト８１の表面を帯電装置８４により一様に帯電し、該表面を露光装置６１１ａが走査することで静電潜像が形成される。ここで、露光装置６１１ａは送信されてきた画像情報の信号に基づいて駆動され、回折手段６１１ｂ等を適宜経由して感光体ベルトの表面上に照射されるものとする。こうして形成された静電潜像は、現像装置６１０によるトナー現像を経て、感光体ベルト８１の表面にトナー像として顕在化する。これら一連の作像プロセスが最上流のイエロー（Ｙ）から順に、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）と並列的かつ上流のトナー像上に順次重ね合わされるタイミングで制御される。その結果、最終的には感光体ベルト８１上にフルカラーのトナー像が形成され、転写内ローラ８２および転写外ローラ８３によって形成される転写ニップ部へと搬送される。転写ニップでの記録材Ｓ上への転写プロセスおよびタイミング制御等については、図１で説明した中間転写方式と基本的には同様である。なお、感光体ベルト８１上に僅かに残った転写残トナーはベルトクリーナ８５により回収され、再び次の画像形成に備える。また、以上説明した画像形成部６１３は図１１の場合、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＢｋの４セット存在するが、色数および並び順はこの限りではない。

本実施例は、ステアリングローラ１の支持構成に図３または図４で説明したベルト自動調芯構成を適用するものである。すなわち、感光体ベルト８１に所定の張力を付与するテンションローラの機能はステアリングローラ１が兼ね備えている。図１１のような感光体ベルト方式の画像形成装置８０では、基本的に中間転写ベルトの場合と同じく感光体ベルト８１の張架姿勢の変化が画像形成部間での主走査位置ズレ（すなわち主走査色ズレ）を招き、ショック的な外乱の入力に伴って図１６と同様の応答が発生する。従って、舵角速度ｄβ／ｄｔの大きさに応じて増大する抵抗力の付与手段を有するベルト自動調芯機構を備えた本発明に係るベルト搬送ユニットとすることで、上記課題を解決する効果が得られる。

このように、本発明は、摩擦力のバランスを利用したベルト自動調芯において、ステアリングローラ９７の舵角βの大きさではなく、舵角βの時間変化ｄβ／ｄｔの大きさ応じて増大（理論的には比例）する抵抗力Ｒを付与する手段を設けることを特徴としている。摩擦を利用したベルト自動調芯のステアリング特性は非常に長周期、つまりステアリング軸上は非常に低せん断速度域にあるという点が特徴的であり、一方の除去したいショック的な外乱は相対的にかなりの高せん断速度を与えるものである。従って、通常の調芯動作の範囲であれば抵抗力Ｒによる影響は非常に小さく、課題となるショック的な外乱時のみ抵抗力Ｒによるステアリング軸の変動抑制効果を得ることができる。

このように、本発明によれば、ステアリング軸上が低せん断速度域にある通常の調芯動作には影響が非常に小さく、高せん断速度域にあるショック的な外乱時のみ大きな抵抗力を得ることができる。これにより、ベルト自動調芯の欠点であるステアリング軸の耐ショック性を改善し、ベルトの瞬間的な姿勢変化の大きさおよびそれに伴う主走査色ズレの発生を低減することができる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術思想内であらゆる変形が可能である。

１、９７ ステアリングローラ
２ 従動ローラ部
３ 摺動リング部
４ スライド軸受け
５ テンションバネ
６ サイド支持部材
７ 回転プレート
８ フレームステー
９ スライドコロ
２０ ロータリーダンパー
２１、９３ ステアリング軸
３０ ステアリングローラ軸
３２ レジストローラ
４０ ステアリングギア
４１ ダンパーギア
５０ 中間転写ベルトユニット
５１Ｆ ユニット前側板
５１Ｒ ユニット後側板
５２ 駆動ギア
６１ 転写材収納庫
６２ リフタ
６３ 給紙手段
６５ レジストレーション装置
１７０ 直動型ダンパー

Claims (11)

1. 移動可能なベルト部材と、
   前記ベルト部材を張架する張架部材と、
   前記ベルト部材を張架するとともに前記ベルト部材をステアリング可能なステアリング部材と、
   前記張架部材と前記ステアリング部材とを支持する支持フレームと、
   を有し、
   前記ステアリング部材は、前記ベルト部材の移動に従動して回転軸線を中心に回転する回転部材と、前記回転軸線の方向において前記回転部材の両側の外側にそれぞれ設けられ、前記ベルト部材と摺擦する摩擦部材と、を有し、
   前記ステアリング部材は、前記回転軸線に略直交するステアリング軸線を中心に回動可能に前記支持フレームに支持され、前記ベルト部材と前記摩擦部材との摺擦により生ずる力により前記ステアリング軸線を中心に回動されて前記張架部材に対して傾斜されることで前記ベルト部材を前記回転軸線の方向にステアリング可能であるベルト搬送装置において、
   前記ステアリング部材が傾斜される角度の時間変化率の大きさが大きくなると前記ステアリング部材が傾斜される力に抵抗する抵抗力が大きくなるような抵抗力付与手段を、前記支持フレームと前記ステアリング部材との間に有することを特徴とするベルト搬送装置。
2. 前記抵抗力付与手段は、粘性抵抗を利用した回転型ダンパーであり、前記ステアリング軸線は前記回転型ダンパーの中心軸と重なることを特徴とする請求項１に記載のベルト搬送装置。
3. 前記抵抗力付与手段は、粘性抵抗を利用した直動型ダンパーであり、前記ステアリング軸線から前記回転軸線の方向に任意の距離だけ離れた位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のベルト搬送装置。
4. 前記ベルト部材が移動しているとき、前記ベルト部材の内周面が少なくとも一方の摩擦部材に接触していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。
5. トナー像が担持される像担持体を有し、
   前記ベルト部材は前記像担持体から転写されたトナー像を担持する中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。
6. トナー像を形成する画像形成部を有し、
   前記ベルト部材は表面に記録材を担持しながら前記画像形成部へと搬送し、記録材にトナー像が形成される転写ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。
7. それぞれの摩擦部材の摩擦係数は、前記回転部材の摩擦係数よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。
8. 一方の前記摩擦部材と前記ベルト部材との接触する領域が所定量以上となると、前記ステアリング部材が傾斜をして前記ベルト部材をステアリングすることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。
9. 前記摩擦部材は導電性の樹脂材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。
10. 前記ベルト部材が移動されているときに、前記ベルト部材の移動方向における前記摩擦部材を回転させるために必要なトルクが前記回転部材を同方向に回転させるために必要なトルクよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。
11. 前記ベルト部材が移動されているときに、前記摩擦部材は前記ベルト部材の移動に伴って回転しないように前記ステアリング部材内で固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のベルト搬送装置。

Images