JP2005069381A - 駆動連結構造及びこれを用いた処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被回転体と回転駆動装置とを同軸に連結する構造を前提とし、被回転体の軸受部に不必要な軸反力を生じさせることなく、被回転体を安定且つ応答性良く回転させる。
【解決手段】 被回転体１の伝達駆動軸１ａと回転駆動装置２の出力駆動軸２ａとを同軸に連結する駆動連結構造において、被回転体１の伝達駆動軸１ａ端と回転駆動装置２の出力駆動軸２ａ端とを連結可能に構成し、伝達駆動軸１ａ若しくは出力駆動軸２ａのいずれかには当該駆動軸が軸心に対し揺動変位可能な可動変形部５を形成する。また、これを用いた処理装置をも対象とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転駆動装置からの駆動力を被回転体に駆動連結する駆動連結構造に係り、特に、被回転体の伝達駆動軸と回転駆動装置の出力駆動軸とを同軸に連結する態様の駆動連結構造及びこれを用いた処理装置の改良に関する。

一般に、画像形成装置などの処理装置においては、像担持体として感光体ドラム等の被回転体が用いられることが多い。このとき、被回転体には回転駆動装置からの駆動力を伝達することが必要になるが、この場合の駆動連結構造としては、例えば感光体ドラム等の被回転体の伝達駆動軸をダイレクト駆動モータ等の回転駆動装置にて駆動するようにした態様（例えば特許文献１参照）、あるいは、感光体ドラムと駆動モータとの間に遊星ロール減速機構等の減速機構を介在させるようにした態様（例えば特許文献２参照）が既に提案されている。

特開平５−３０７２８３号公報（実施例，図１０） 特開２０００−２５７６２５号公報（発明の実施の形態，図２） 特開平４−２４６５６号公報（実施例，第２図） 特開平１０−３３３３８７号公報（発明の実施の形態，図１）

ところで、特許文献１に示す駆動連結構造にあっては、感光体ドラム等の被回転体の伝達駆動軸を回転駆動装置である駆動モータの出力駆動軸と共用する態様が提示されているが、このような態様の駆動モータは構造が複雑であり、製造上困難である。
また、特許文献２に示すような駆動連結構造にあっては、図６に示すように、被回転体２００を安定的に回転させるには、被回転体２００の伝達駆動軸２０１と回転駆動装置２１０（駆動モータ２１５，減速機構２１６）の出力駆動軸２１１とを同軸に連結することが必要である。ところが、仮に、図６に示すように、回転駆動装置２１０の出力駆動軸２１１の軸線２１２が被回転体２００の伝達駆動軸２０１の軸線２０２に対し偏角θだけ変位してしまうと、被回転体２００の軸受部２０５，２０６にラジアル荷重変動が起こり、被回転体２００の速度ムラや被回転体２００の支持軸に対する磨耗の原因になってしまう。

一方、被回転体の伝達駆動軸と回転駆動装置の出力駆動軸との間を所定構造の軸継手（駆動用爪とこの駆動用爪が挿入可能な爪挿入凹部とを具備）で連結した態様（例えば特許文献３参照）、あるいは、撓み軸継手にて両駆動軸を連結するようにした態様（例えば特許文献４参照）がある。
ところが、この種の軸継手を用いる場合には、軸継手部分でねじり剛性が低下し易く、フィードバック制御の高周波応答性が悪化したり、強度的に軸継手の構造を大きくせざるを得ず、駆動連結構造が大型化してしまう懸念がある。
これに対し、例えば特許文献２に示されるように、剛体カップリングからなる軸継手を用いるようにすれば、確かに軸継手のねじり剛性は高くはなるが、僅かな偏心、偏角によって軸受部に大きな軸反力が生じてしまう。このため、関連する部品の全ての精度を上げることが必要になり、例えばタンデム型の画像形成装置のように、複数の作像エンジンを搭載する態様にあっては、装置コストが嵩み過ぎ、実現が困難になり易い。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、被回転体と回転駆動装置とを同軸に連結する構造を前提とし、被回転体の軸受部に不必要な軸反力を生じさせることなく、被回転体を安定且つ応答性良く回転させることができる駆動連結構造及びこれを用いた処理装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１に示すように、被回転体１の伝達駆動軸１ａと回転駆動装置２の出力駆動軸２ａとを同軸に連結する駆動連結構造において、被回転体１の伝達駆動軸１ａ端と回転駆動装置２の出力駆動軸２ａ端とを連結可能に構成し、伝達駆動軸１ａ若しくは出力駆動軸２ａのいずれかには当該駆動軸が軸心に対し揺動変位可能な可動変形部５を形成したことを特徴とするものである。

このような技術的課題において、被回転体１には回転せしめられるもので、伝達駆動軸１ａを有するものであれば広く含む。例えば感光体ドラムや中間転写ドラム、あるいは、感光体ベルト、中間転写ベルト、用紙搬送ベルトの駆動張架ロールなどが挙げられる。
また、回転駆動装置２には、駆動モータ単独の態様は勿論、駆動モータと駆動伝達機構とを組み合わせた態様をも含む。

更に、両駆動軸１ａ，２ａは連結可能であれば任意の構成で差し支えない。
両駆動軸間の代表的な連結構造としては、被回転体１の伝達駆動軸１ａ端及び回転駆動装置２の出力駆動軸２ａ端のいずれかに連結孔３を開設し、前記他方には前記連結孔３に嵌合連結可能な連結軸４を形成したものが挙げられる。ここで、嵌合連結可能な連結軸４とは、連結孔３に嵌合し且つねじなどの止め具にて連結可能である態様を始め適宜選定して差し支えない。

また、可動変形部５は、伝達駆動軸１ａ若しくは出力駆動軸２ａのいずれかに設けられていればよく、軸心に対し揺動変位可能で、駆動軸１ａ又は２ａの偏角を吸収する働きをするものであればよい。
この可動変形部５の代表的態様としては、前記伝達駆動軸１ａ若しくは出力駆動軸２ａに対し軸直角方向から切り込まれた一若しくは複数のスリットにて構成されているものが挙げられる。この場合、スリットの幅寸法、長手方向寸法、深さ寸法等については適宜選定して差し支えないが、可動変形部５のねじり剛性が損なわれない範囲で選定することが必要である。

更に、本発明においては、駆動連結構造のうち、被回転体１の速度ムラを更に低減するには、被回転体１の伝達駆動軸１ａのうち、可動変形部５よりも被回転体１側にロータリエンコーダを付設する態様が好ましい。本態様によれば、ロータリエンコーダにて被回転体１の速度変動を検出することにより、これをフィードバック制御し、前記被回転体１の速度変動を抑制することが可能である。

更にまた、被回転体１の伝達駆動軸１ａの素材について適宜選定して差し支えないが、例えばステンレスにて構成することが好ましい。本態様によれば、例えば伝達駆動軸１ａ端に連結孔３を開設する際には孔径を高精度に管理可能であり、芯ずれを極力抑えることができ、しかも、軸のねじり剛性を高く保つことができる。

また、本発明は、被回転体１の伝達駆動軸１ａが被回転体１を軸方向に貫通する軸である態様において特に有用である。これは、被回転体１の伝達駆動軸１ａが貫通軸であると、曲げ剛性が高くなる分、偏角に対する軸反力が大きく、その分、トルクムラが発生し易いことによる。
更に、本発明は、上述した駆動連結構造に限られるものではなく、これを用いた処理装置（例えば画像形成装置）をも対象とする。
この場合、本発明としては、図１に示すように、被回転体１と、この被回転体１に回転力を与える回転駆動装置２とを備え、被回転体１の伝達駆動軸１ａと回転駆動装置２の出力駆動軸２ａとを上述した連結駆動構造にて同軸に連結するようにすればよい。

以上説明してきたように、本発明に係る駆動連結構造によれば、被回転体の伝達駆動軸と回転駆動装置の出力駆動軸とを連結可能に構成し、伝達駆動軸若しくは出力駆動軸のいずれかには当該駆動軸が軸心に対し揺動変位可能な可動変形部を形成するようにしたので、回転駆動装置の取付誤差などに伴って駆動軸の連結部位に僅かな偏角が生じたとしても、前記可動変形部にて前記偏角に伴う軸ずれを吸収することができる。このため、被回転体の軸受部に不必要な軸反力を生じさせることなく、被回転体を安定且つ応答性良く回転させることができる。
更に、このような駆動連結構造を用いた処理装置にあっては、被回転体の伝達駆動軸周辺の部品精度を極端に上げることなく、また、別部材である軸継手を用いずに、被回転体の回転動作を良好に保つことを可能にしたので、省スペース、低コストで高品質の画像形成装置を始めとする各種処理装置を提供することができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す。
同図において、感光体ドラム２０はドラム本体２１の軸方向に対して貫通する伝達駆動軸２２を有し、この感光体ドラム２０の支持構造は、装置筐体のフロント及びリアフレーム３１，３２に前記感光体ドラム２０の両端に突出する伝達駆動軸２２をボールベアリングなどの軸受部３３，３４を介して回転支持するようにしたものである。

本実施の形態においては、図２及び図３に示すように、リアフレーム３２の外側には回転駆動装置４０が配設されている。この回転駆動装置４０は、ステッピングモータなどの駆動モータ４１と、この駆動モータ４１に対して入力カップリング（図示せず）を介して連結される減速機構４２とで構成されている。ここで、減速機構４２は例えば遊星ロール減速機構が用いられる。
特に、本実施の形態においては、減速機構４２の出力駆動軸４２ａ（図４参照）と感光体ドラム２０の伝達駆動軸２２との駆動連結構造に特徴点がある。

すなわち、本実施の形態において、駆動連結構造は、図３及び図４に示すように、伝達駆動軸２２の一端に連結孔５１を開設する一方、前記出力駆動軸４２ａの端部には前記連結孔５１に嵌合連結可能な連結軸５２を突出形成し、前記伝達駆動軸２２のうち前記連結孔５２に面した部位には雌ねじ部が形成された取付孔５３を一若しくは複数形成すると共に、前記連結孔５１に連結軸５２を嵌合連結させながら、前記取付孔５３にねじなどの止め具５４を挿入し、この止め具５４にて両駆動軸２２，４２ａを固定連結するようにしたものである。
ここで、伝達駆動軸２２の素材としては例えばＳＵＳ３０４などのステンレスが用いられも、伝達駆動軸２２の連結孔５１は例えば軸外周と同時に加工される。
尚、本例では、伝達駆動軸２２側に連結孔５１を、出力駆動軸４２ａ側に連結軸５２を形成しているが、逆の関係であっても差し支えない。

更に、伝達駆動軸２２の端部から離間した箇所のうち、例えば連結孔５１の奥行き近傍に対応した箇所には可動変形部６０が形成されている。この可動変形部６０は、図４及び図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、軸直角方向から切り込まれた複数のスリット６１にて構成されており、各スリット６１は、微小幅（例えば１ｍｍ程度）にて、軸直角方向から連結孔５１を乗り越えた位置、例えば伝達駆動軸２２の径寸法の約４／５程度の位置まで深く切り込まれ、伝達駆動軸２２の軸方向に沿って所定間隔（例えば１ｍｍ程度）毎に離間して形成されている。尚、図５（ｂ）〜（ｅ）中、符号６２はスリット６１の底部を区画する切込残部である。
そして、本実施の形態では、各スリット６１は、伝達駆動軸２２の円周方向に所定の偏位角度をもって切り込み配置されている。本例では、スリット６１相互間の偏位角度が９０°に設定されており、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、伝達駆動軸２２の端部側に位置する１番目のスリット６１の切込位置（図５（ｂ）参照）に対し、２番目のスリット６１の切込位置が１８０°偏位配置され、３番目のスリット６１の切込位置が９０°偏位配置され、４番目のスリット６１の切込位置が２７０°偏位配置されている。ここで、スリット６１数としては特に制限はないが、均等性を考え、例えばスリット６１相互間の偏位角度が９０°であれば４の倍数（４，８…）とするのが好ましい。
尚、本例では、可動変形部６０の形成箇所については、伝達駆動軸２２のうち連結孔５１の奥行き寸法以内に設けているが、これに限定されるものではなく、駆動伝達軸２２のうち、その端部から連結孔５１の奥行き寸法以上離間した箇所に形成してもよい。また、本例では、伝達駆動軸２２側に可動変形部６０を形成したが、出力駆動軸４２ａ側に可動変形部６０を形成してもよいことは勿論である。

更に、本実施の形態では、図３に示すように、伝達駆動軸２２の可動変形部６０を挟んで回転駆動装置４０と反対側にはロータリエンコーダ７０が組み込まれている。このロータリエンコーダ７０は伝達駆動軸２２の外周に等間隔のスリットが形成された円板７１を取り付け、この円板７１のスリット開設部を挟む位置には発光素子、受光素子が対向配置されたフォトセンサ７２を配設し、フォトセンサ７２からの光学情報に基づいて伝達駆動軸２２の回転情報を検出するものである。
このロータリエンコーダ７０からの回転情報は図示外の制御装置に取り込まれ、制御装置は、前記ロータリエンコーダ７０からの回転情報に基づいて伝達駆動軸２２の速度変動を把握し、駆動モータ４１に対し例えばクローズドループのフィードバック制御を行うようになっている。

従って、本実施の形態によれば、感光体ドラム２０の伝達駆動軸２２は、連結孔５１に連結軸５２を嵌合させ、止め具５４にて両者を連結固定することにより、回転駆動装置４０の減速機構４２の出力駆動軸４２ａに連結される。
このとき、連結孔５１は伝達駆動軸２２の外周と同時に加工可能であるから、例えば連結孔５１の芯ずれ量は５μｍ以下に抑えられ、連結孔５１の芯（連結孔５１の中心軸）が精度良く合わせられる。このため、この伝達駆動軸２２に別部材としての軸継手（スリットカップリングなど）を連結する態様よりも、芯ずれを小さく抑えることが可能であり、かつ、軸継手を介在させない分、感光体ドラム２０と回転駆動装置４０との連結部分の軸方向長さを短寸に設定することが可能である点で好ましい。

また、両駆動軸２２，４２ａの連結固定手段としては、取付孔５３に止め具５４を挿入して両駆動軸２２，４２ａを固定する形式が採用されるが、後述する実施例１で示すように、両駆動軸２２，４２ａの芯ずれ量は十分小さく抑えられ、芯合わせ精度としては良好に保たれる。

更に、本実施の形態では、図４に示すように、伝達駆動軸２２にスリット６１構成の可動変形部６０を形成したため、この伝達駆動軸２２は軸心に対し揺動変位可能である。これは、伝達駆動軸２２の一部にスリットカップリングに相当する機能を一体的に組み込んだものに相当する。このため、仮に、回転駆動装置４０の取付誤差により、回転駆動装置４０の軸心が感光体ドラム２０の伝達駆動軸２２の軸心に対し所定の偏角をもって取り付けられるとしても、伝達駆動軸２２の可動変形部６０の変形により、前記偏角による軸心ずれは吸収される。
よって、感光体ドラム２０の軸受部３３，３４に作用する軸反力は、後述する実施例で示すように、十分に小さく抑えられる。

更にまた、本実施の形態では、図３に示すように、ロータリエンコーダ７０により、感光体ドラム２０の伝達駆動軸（本来回転ムラを抑えたい部分に相当）の速度変動を直接測定し、フィードバック制御する方式を採用しているため、駆動モータ４１や減速機構４２による速度ムラを低減しつつ、偏角があった場合に生ずる偏心誤差を低減することが可能になり、その分、感光体ドラム２０の伝達駆動軸２２の速度ムラを非常に小さく抑えることができる。

また、本実施の形態において、可動変形部６０は上述したように、偏角に対して高い許容値を有しているが、芯ずれ量に対する許容値は小さい。
しかしながら、本実施の形態のように、感光体ドラム２０の伝達駆動軸２２の素材として例えばＳＵＳ３０４のようなステンレスを用いるようにすれば、耐食性がよいため、表面処理が不要であり、連結軸５２挿入用の連結孔５１の内径を高精度に管理することができ、その分、芯ずれ量を極力抑えることができる。仮に、前記伝達駆動軸２２の素材として、炭素鋼にニッケルメッキ等を施した場合には、メッキ層の厚みムラだけで１０μｍ程度あるため、連結孔５１の内径を高精度に管理することは困難になり易い。
更に加えて、ステンレスは、アルミニウムやプラスチック等よりも伝達駆動軸２２のねじり剛性が高いため、駆動力の応答性が良好に保たれ、フィードバック制御を行うのに適している。

尚、本実施の形態にあっては、ロータリエンコーダ７０を使用したモデルを示したが、これに限定されるものではなく、ロータリエンコーダ７０を使用しないモデルでも本発明を適用できることは勿論である。

実施の形態１に示すモデルにおいて、感光体ドラム２０の伝達駆動軸２２の素材をＳＵＳ３０４、その外径をφ２０ｍｍ、伝達駆動軸２２の連結孔５１の内径をφ６Ｈ７（６．０００〜６．０１２）、減速機構４２の出力駆動軸４２ａの外径をφ６ｈ７（５．９８８〜６．０００）とする。
また、可動変形部６０は、相互の偏位角度が９０°である４つのスリット６１（幅寸法１ｍｍ、切込深さが伝達駆動軸２２の径寸法の４／５程度）を軸方向に１ｍｍ間隔毎に形成したものである。

ここで、連結軸５２と連結孔５１との間のはめあい隙間による芯ずれは最大１２μｍとなり、感光体ドラム２０の伝達駆動軸２２の外径と連結孔５１との中心軸ずれが製造上±０．００５ｍｍで出来れば、伝達駆動軸２２の外径を基準とした駆動軸の芯ずれは最大１７μｍとなる。一般的に、内径２０ｍｍのボールベアリングを軸受部３３，３４として使用した場合、そのラジアル隙間が３〜１８μｍであることを考慮すると、連結軸５２と連結孔５１との芯合わせ精度としては十分であることが確認される。

そして、本実施例の性能（軸受部での軸反力低減効果）を評価するために、可動変形部６０を形成しないモデル（比較例）と対比したところ、比較例では、偏角５分（０．０８°）で軸受部での軸反力の振幅が３０Ｎであるのに対し、本実施例では、偏角３°でも、軸受部による軸反力の振幅が１０Ｎにしかならないことが確認された。

本発明に係る駆動連結構造及びこれを用いた処理装置の概要を示す説明図である。 本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。 その要部を示す説明図である。 本実施の形態で用いられる駆動連結構造の詳細を示す説明図である。 （ａ）は本実施の形態における伝達駆動軸の可動変形部を示す説明図、（ｂ）〜（ｅ）は（ａ）図中、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図、Ｄ−Ｄ線断面図、Ｅ−Ｅ線断面図である。 従来における駆動連結構造の不具合を示す説明図である。

符号の説明

１…被回転体，１ａ…伝達駆動軸，２…回転駆動装置，２ａ…出力駆動軸，３…連結孔，４…連結軸，５…可動変形部

Claims (7)

1. 被回転体の伝達駆動軸と回転駆動装置の出力駆動軸とを同軸に連結する駆動連結構造において、
   被回転体の伝達駆動軸端と回転駆動装置の出力駆動軸端とを連結可能に構成し、伝達駆動軸若しくは出力駆動軸のいずれかには当該駆動軸が軸心に対し揺動変位可能な可動変形部を形成したことを特徴とする駆動連結構造。
2. 請求項１記載の駆動連結構造において、
   被回転体の伝達駆動軸端及び回転駆動装置の出力駆動軸端のいずれかに連結孔を開設し、前記他方には前記連結孔に嵌合連結可能な連結軸を形成したことを特徴とする連結駆動構造。
3. 請求項１記載の駆動連結構造において、
   可動変形部は、前記伝達駆動軸若しくは出力駆動軸に対し軸直角方向から切り込まれた一若しくは複数のスリットにて構成されていることを特徴とする駆動連結構造。
4. 請求項１記載の駆動連結構造において、
   被回転体の伝達駆動軸のうち、可動変形部よりも被回転体側にロータリエンコーダを付設したことを特徴とする駆動連結構造。
5. 請求項１記載の駆動連結構造において、
   被回転体の伝達駆動軸がステンレスにて構成されていることを特徴とする駆動連結構造。
6. 請求項１記載の駆動連結構造において、
   被回転体の伝達駆動軸は、被回転体を軸方向に貫通する軸であることを特徴とする駆動連結構造。
7. 被回転体と、この被回転体に回転力を与える回転駆動装置とを備え、被回転体の伝達駆動軸と回転駆動装置の出力駆動軸とを請求項１記載の連結駆動構造にて同軸に連結するようにした処理装置。

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