JP2005141142A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数負荷の駆動において駆動損失を最小に抑え、画質・コスト・サイズ等を犠牲にすることなく省エネルギー化を可能にする画像形成装置を提供する。
【解決手段】 複数の回転可能な感光体ドラムを略直線上に配置し、該感光体ドラムに形成した像を記録材に転写して画像を形成する画像形成装置において、前記複数の感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkはそれぞれ回転軸に駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkを有し、それぞれの駆動伝達ギアには1つの段ギアを介してモータ41からの駆動力が伝達されることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複写機、プリンタ、FAXなどの画像形成装置に係るものであり、詳しくは、複数の像担持体が一直線上に配列され、各像担持体の回転軸の端部には、歯の噛み合いによる駆動伝達部材が設けられた画像形成装置に関する。
従来、電子写真方式を用いたカラー画像形成装置として、互いに異なる色の画像に対応する潜像がそれぞれ形成される4つの像担持体を記録材の搬送方向に沿って平行に配列し、記録材の搬送経路に沿って記録材を1度通すだけで、該記録材上にカラー画像を形成することができる、いわゆるタンデム方式の画像形成装置が知られている。
すなわち、図4に示すように、イエローy、マゼンタm、シアンc、ブラックBkの各色トナー像を形成する感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkを一列に配置し、各色トナー像を中間転写ベルト16に重畳転写することでカラー画像を形成し、そのカラー像を図示しない搬送系によって搬送される記録材に二次転写してカラー画像を記録するものである。
ここで、図4は従来のタンデム方式の画像形成装置の駆動構成を示す説明図であり、これに基づいて従来の駆動伝達構成について説明すると、このような画像形成装置にあっては、感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkと中間転写ベルト16は別の駆動源であるモータ41,42で駆動されている。一方のモータ41の回転駆動は、取り付けられたモータギア41aからアイドルギア43,44を介してギアプーリ45に伝達される。ギアプーリ45,46は歯車とプーリが一体的に取り付けられている。ギアプーリ45のプーリには歯付ベルト47が掛け回されており、ギアプーリ46へ駆動を伝達する。感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkの回転軸の端部には、駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkが取り付けられておりギアプーリ45,46から駆動を伝達される。
以上の構造の駆動伝達構成において、モータ41を駆動すると、各ギア41a,43,44、プーリ45、歯付ベルト47へ順に回動駆動力が伝達され、感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkがほぼ同時に回転する。
また、中間転写ベルト16を駆動するための駆動ローラ16aの端部にはプーリ48が取り付けられている。モータ42にはプーリ42aが取り付けられており、それらには歯付ベルト49が掛け回されている。
さらに、現像器7y,7m,7c,7Bkへの駆動は図示しない駆動源から50y,50m,50c,50Bkの各ギアを介して入力される。
特開平10−312097号公報
しかしながら、上記従来のような駆動構成を用いた場合、近年の省エネルギー化への指向に対応する場合に、大きな問題を有している。即ち、駆動源であるモータから負荷に至るまで、減速のための歯車列が長く連なることにより、駆動効率が大きく低下するという問題である。その結果、大トルクや馬力のモータを使わなければならず、駆動源が高価になると共に省エネルギー化への阻害要因のひとつとなっていた。特に小型で安価な製品では、ひとつのモータで感光体以外にもなるべく多くの負荷を集約させて駆動することが望ましいため、駆動効率や回転負荷が大きくなり、結果、この問題が顕著となる。
上記従来例においても、モータ42を廃止し、モータ41の駆動を駆動ローラ16aにまで伝達することは不可能ではないが、長大なギア列を連ねることになり、駆動効率という面からは好適でない。
また、本問題への解決策のひとつとして、複数の負荷をタイミングベルトを這い回すことで集約駆動する構成や、複数負荷をウォームギアで駆動する構成などが提案されているが、いずれも短所をも併せ持っている。例えば、タイミングベルトを這い回す駆動構成は、ベルトにかけるテンションが駆動効率向上へのポイントのひとつとなるが、テンションに耐えうる剛強な枠体構成も必要となる。また、ウォームギアを用いる駆動構成は、歯車列が短くなり、回転精度の点では優れてはいるものの、噛合い歯面での摩擦係数が大きいためオイル潤滑のための高価なオイルバス装置等を設ける必要がある。以上のように、いずれの提案も完全に問題を解決するには至っていないのが現状である。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、複数負荷の駆動において駆動損失を最小に抑え、画質・コスト・サイズ等を犠牲にすることなく省エネルギー化を可能にする画像形成装置を提供するものである。
上記課題を解決するための本発明における第1の手段は、複数の回転可能な像担持体を有し、該像担持体に形成した像を転写媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、前記複数の像担持体はそれぞれ回転軸に駆動伝達ギアを有し、それぞれの駆動伝達ギアには1つの中間駆動伝達部材を介して駆動源からの駆動力が伝達されることを特徴とする。
第2の手段は、前記第1の手段において、前記中間駆動伝達部材は、第1ギア部と第2ギア部とを有する段ギアであり、前記略直線上に配置された複数の像担持体のうち両端に配置された像担持体の駆動伝達ギアは前記第1ギア部と噛合し、それ以外の像担持体の駆動伝達ギアは前記第2ギア部と噛合することを特徴とする。
第3の手段は、前記第2の手段において、前記略直線上に配置された複数の像担持体のうち、両端に配置された像担持体端部の駆動伝達ギアの歯数をZD1、それ以外の像担持体の駆動伝達ギアの歯数をZD2、前記中間駆動伝達部材の第1ギア部の歯数をZ01、第2ギア部の歯数をZ02、としたとき、ZD1/Z01=ZD2/Z02の関係式が成り立つことを特徴とする。
第4の手段は、前記第1乃至第3のいずれかの手段において、前記転写媒体は中間転写体であり、前記画像形成装置は前記像担持体に形成した像を中間転写体に一次転写し、該中間転写体の像を記録材に二次転写して画像形成する画像形成装置であり、前記中間転写体を駆動するための駆動源が前記像担持体を駆動するための駆動源と同一であることを特徴とする。
第5の手段は、前記第1乃至第3のいずれかの手段において、前記転写媒体は記録材であり、前記画像形成装置は前記像担持体に形成した像を記録材搬送体により搬送される記録材に転写して画像形成する画像形成装置であり、前記記録材搬送体を駆動するための駆動源が前記像担持体を駆動するための駆動源と同一であることを特徴とする。
第6の手段は、前記第4又は第5の手段において、前記中間転写体又は前記記録材搬送体はベルト部材であり、該ベルト部材を駆動するための駆動ローラの回転軸に設けられた駆動ギアと前記中間駆動伝達部材のギア部とが噛合することで前記ベルト部材に駆動伝達され、前記像担持体の径をD1、前記駆動ローラの径をD2、前記像担持体の回転軸に設けられた駆動伝達ギアであって、前記駆動ギアと同じ中間駆動伝達部材のギア部と噛合する駆動伝達ギアの歯数をZD3、前記駆動ギアの歯数をZD4、としたとき、D1/ZD3=D2/ZD4の関係が成り立つことを特徴とする。
第7の手段は、前記第1乃至第6のいずれかの手段において、前記駆動源の駆動軸に設けられたギアと前記中間駆動伝達部材のギア部とが噛合する位置と、前記中間駆動伝達部材の回転中心を結ぶ線分と、前記像担持体の回転軸に設けた駆動伝達ギアと前記中間駆動伝達部材のギア部とが噛合する位置と、前記中間駆動伝達部材の回転中心を結ぶ線分とのなす配置角度が鋭角であることを特徴とする。
本発明は複数の像担持体のそれぞれの駆動伝達ギアに1つの中間駆動伝達部材を介して駆動源からの駆動力が伝達されるように構成したために、駆動源から像担持体までの駆動ギア段数を最小にして駆動効率を向上させ、モータの必要定格を抑えて低コスト化・小型化に貢献するとともに、装置の消費エネルギーも抑えて省エネルギー化に効果がある。更には、ギア段数が削減されるため、ギア起因のバンディングを減少させるとともに、摺擦音低減による静音化の効果も得られる。
次に本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照して説明する。
〔第1実施形態〕
図1は第1実施形態に係る画像形成装置の駆動伝達構成の説明図であり、図2は画像形成装置の全体断面説明図である。
{画像形成装置の全体構成}
まず、画像形成装置の全体構成について概略説明すると、図2において、11a,11bは記録材を収容するカセット部、11cは手差しにより記録材を給送するための手差し部、15は記録材をカセット部から後述の転写部に送る記録材搬送部である。また、14は給送タイミングをとるためのレジストローラ、12cは手差し部11cから記録材を給送する給送ローラである。
5y,5m,5c,5Bkは像担持体としての感光体ドラムで、y,m,c,Bkはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像に対応している。10y,10m,10c,10Bkは、不図示のレーザ発光装置からのレーザ光を走査するポリゴンミラーを含み、ポリゴンミラーからのレーザ光を前述の感光体ドラムに導くミラーユニット、6y,6m,6c,6Bkは、一次帯電器、7y,7m,7c,7Bkは感光体ドラム上の潜像をトナーで可視化する現像器、9y,9m,9c,9Bkはクリーナである。
16は現像器7y,7m,7c,7Bkによって可視化されたトナー像を保持する転写媒体となる中間転写体としての中間転写ベルト、16aは中間転写ベルト16を駆動する駆動ローラ、8y,8m,8c,8Bkは感光体ドラム上のトナー像を中間転写ベルト16に転写する転写帯電器である。中間転写ベルト16上の4色のトナー像は二次転写部において二次転写内ローラ21と二次転写帯電ローラ22のニップ部において記録材上に転写される。
17は定着/加圧ローラ対で、両者の加圧接触したニップ部において定着動作が行われ、記録材にトナー像を定着する。また、19は排出ローラ対であり、記録材を機外へ排出する。
上記構成において、パソコンその他から送られてきた画像情報は不図示の処理部によって電気信号に変換処理される。その信号によって、レーザ・発光装置における発光を制御する。画像信号に応じたレーザ光はポリゴンミラーにより走査され、ミラーユニット10によって画像記録部の感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkに照射され、潜像になる。
潜像は次に、感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkが図中反時計方向に回転することで、現像器7y,7m,7c,7Bkによりトナー像として可視化され、一次転写帯電器8y,8m,8c,8Bkによって中間転写ベルト16上へと順次転写される。
一方、記録材は、カセット部11a,11b、手差し部11cうちのいずれかから記録材搬送部15を経てレジストローラ14に送られる。その後、中間転写ベルト16上のトナー像と位置が合うようにタイミングを合わせ、二次転写部へと送られる。
トナー像が転写された中間転写ベルト16は、駆動ローラ16aに張架された状態で回転され、二次転写帯電ローラから与えられた電荷の作用により、記録材へとトナー像を転写する。
最後に、記録材が定着部に送り込まれ、定着/加圧ローラ17のニップにおける熱と圧力によってトナー像が記録材上に定着される。
{駆動伝達構成}
次に上記画像形成装置の画像形成部の駆動構成について説明する。本実施形態にあっては図1に示すように、略一直線上に配置された4個の感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkの回転軸の端部に設けられた駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkにおいて、駆動伝達ギア31y,31Bkに対してはアイドルギア61aが、駆動伝達ギア31m,31cに対してはアイドルギア61bが噛み合っている。
また、アイドルギア61a,61bは装置に固定された回転軸60によって回転自在に支持されている。なお、前記アイドルギア61aと61bとは一体的に形成された中間駆動伝達部材であり、いわゆる段ギアで構成されている。
モータ41の出力軸にはモータギア41aが取り付けられており、アイドルギア61aへ駆動を出力する。従って、感光体ドラムを所定の回転数で回転駆動するためには、感光体ドラム5y及び5Bkにおいてはモータギア41aと駆動伝達ギア31y,31Bkの歯数を所定の比で構成すれば良く、感光体ドラム5m及び5cにおいては、モータギア41aと段ギアの第1ギア部であるアイドルギア61aの歯数の比と、第2ギア部であるアイドルギア61bと駆動伝達ギア31m,31cの歯数の比を所定の比で構成すれば良い。
ここで、駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkの歯数をそれぞれZ31y、Z31m、Z31c、Z31kとし、モータギア41aの歯数をZ41、アイドルギア61a,61bの歯数をそれぞれZ61a、Z61bとすると、複数の感光体ドラムを同一の回転数で駆動するには、次の関係が成り立つ。
31y=Z31k ……(1)
31m=Z31c ……(2)
31y/Z61a=Z31m/Z61b ……(3)
また、感光体ドラムとモータ41の回転数をそれぞれNd、Nm[rpm]とすると、次の式が成り立つ。
d=Z41/Z31y×Nm ……(4)
以上の式を踏まえ、各ギアのモジュール、ドラムの周速等を決定することでギアの歯数も定まる。
例えば、感光体ドラム径をφ30[mm]として周速100[mm/s]で駆動するならば、感光体ドラム軸の回転数は63.7[rpm]となる。従って、仮にモータギア41aの歯数を8歯とし、モータ41をDCブラシレスと想定すると、駆動伝達ギア31y,31Bkの歯数を200歯にすれば(4)式よりモータ41の回転数が63.7×220/8=1751[rpm]となり、無理のない回転数で駆動することが可能である。この歯数は、上記従来の構成に比較し、サイズ的にも無理の無い歯数であるといえる。
更に、アイドルギア61a,61bの歯数をそれぞれ540歯、270歯とすると、(3)式より駆動伝達ギア31m,31cの歯数は110歯となり、サイズ的にも無理なく全ての感光体ドラムを同一の回転数で駆動することが可能となる。
このような駆動構成にすることで、最小段数のギア列で、複数の感光体ドラムを回転駆動することが可能となるため、前述した従来の駆動構成に比較して軸損失を低減させ、駆動効率の向上を図ることが可能となる。また、アイドルギア61a,61bに歯数の多い大径のギアを用いることにより、アイドルギア60a,61bと駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkとの正面噛合い率が向上し、この点でも更なる駆動効率の向上を見込むことができると共に、画質的にも有利であるといえる。
また、ここで一般に、ギアの配置角度は2α(α:圧力角)に近づけることで軸損失が低減し、駆動効率が向上することが知られている。そこで、本実施形態ではモータの配置においても、図1に示すように、感光体ドラム5m,5cから等距離に配置し、外側の駆動伝達ギア31y,31Bkへの配置角度θ1と、内側の駆動伝達ギア31m,31cへの配置角度θ2が鋭角(θ1<θ2<90°)になるように構成している。すなわち、モータ41のモータギア41aとアイドルギア61aとが噛合する位置と、該ギアの回転中心である回転軸60を結ぶ線分と、感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkの回転軸に設けた駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkとアイドルギア61a又は61bとが噛合する位置と、前記回転軸60を結ぶ線分とのなす配置角度θ1、θ2が鋭角になるように構成することで、前記2αに近づけている。前述した従来の駆動構成ではギア列の段数が多く、軸の干渉等の問題からこのような配置角度が困難であったため、本実施形態はこの点でも駆動効率の向上に有利な構成であることが分る。
このように本実施形態にあっては、複数負荷の駆動においても駆動損失を最小に抑え、画質・サイズ等を犠牲にすることなく省エネルギー化を可能にするという効果が得られることが分かる。更に、駆動効率の向上によりモータに必要なトルクを抑えることが可能なため、小トルクのモータを用いることができ、コスト的にも有利である。また、ギア段数が削減されるため、ギア歯面での摺擦音も低減し、静音化の効果も得られる。
なお、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。例えば、本実施形態ではモータ41としてDCブラシレスモータを想定しているが、ステッピングモータを用いてもよい。更にステッピングモータは回転数を適切に調整可能なモータであるため、アイドルギア61a,61bをモータ軸上に設けてやり、駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkをダイレクトに駆動してもよい。
〔第2実施形態〕
本発明の第2の実施形態においては、上記第1の実施形態に加え、中間転写ベルト16を駆動する駆動ローラ16aの回転駆動も同一の駆動源で駆動するよう構成したものであり、以下、図3に沿って詳細な説明を行う。なお、第1の実施形態と同構成部分については同符号を付し、重複した説明を割愛する。
まず、一直線上に配置された感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkの回転軸の端部に設けられた駆動伝達ギア31y,31m,31c,31Bkにおいてアイドルギア61a,61bが噛合っており、アイドルギア61aにはモータギア41aが噛み合っているところまでは前述した第1実施形態と同様である。
本実施形態においては、更に、中間転写ベルト16を駆動する駆動ローラ16aの回転軸の端部に駆動ギア70が設けられており、モータギア41aから直接入力されるよう配置されている。
ここで、中間転写ベルト16の周速は感光体ドラムのそれに近い速さでなければならないため、感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkと駆動ローラ16aの径をそれぞれDd、Db[mm]とし、駆動ギア70の歯数をZ70とすると、前述した式(1)〜(4)に加え、次の関係式が成り立つ。
d/Z31y=Db/Z70 ……(5)
従って、例えば感光体ドラム径を30[mm]、駆動ローラ径を36[mm]とすると、(5)式より駆動ギア70の歯数は264歯となる。
このように構成することで、感光体ドラム5y,5m,5c,5Bkと中間転写ベルト16の複数負荷を集約駆動する場合においても、最小段数のギア列で駆動することが可能となる。これにより、上記従来の駆動構成に比較し軸損失を低減させ、駆動効率の向上を図ることができ、画質・サイズ等を犠牲にすることなく省エネルギー化を可能にするという効果が得られることが分かる。
なお、この第2実施形態においても特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定しないものとする。
〔第3実施形態〕
本発明における第1の実施形態、第2の実施形態においては、転写方式として中間転写ベルト16を用いた形態を説明したが、紙、プラスチックシート等のシート材をベルト状や円筒状の記録材搬送体に保持させ、感光体ドラムから転写媒体としての記録材へと直接転写を行う直接転写方式においても、本発明を適用することができる。
第1実施形態に係る画像形成装置の駆動伝達構成の説明図である。 画像形成装置の全体断面説明図である。 第2実施形態に係る画像形成装置の駆動伝達構成の説明図である。 従来のタンデム方式の画像形成装置の駆動構成を示す説明図である。
符号の説明
5y,5m,5c,5Bk …感光体ドラム
6y,6m,6c,6Bk …一次帯電器
7y,7m,7c,7Bk …現像器
8y,8m,8c,8Bk …転写帯電器
9y,9m,9c,9Bk …クリーナ
10y,10m,10c,10Bk …ミラーユニット
11a,11b …カセット部
11c …手差し部
12c …給送ローラ
14 …レジストローラ
15 …転写材搬送部
16 …中間転写ベルト
16a …駆動ローラ
17 …定着/加圧ローラ対
19 …排出ローラ対
21 …二次転写内ローラ
22 …二次転写帯電ローラ
31y,31m,31c,31Bk …駆動伝達ギア
41 …モータ
41a …モータギア
60 …回転軸
61a …アイドルギア
61b …アイドルギア
70 …駆動ギア

Claims (7)

  1. 複数の回転可能な像担持体を有し、該像担持体に形成した像を転写媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
    前記複数の像担持体はそれぞれ回転軸に駆動伝達ギアを有し、それぞれの駆動伝達ギアには1つの中間駆動伝達部材を介して駆動源からの駆動力が伝達されることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記中間駆動伝達部材は、第1ギア部と第2ギア部とを有する段ギアであり、前記略直線上に配置された複数の像担持体のうち両端に配置された像担持体の駆動伝達ギアは前記第1ギア部と噛合し、それ以外の像担持体の駆動伝達ギアは前記第2ギア部と噛合することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記略直線上に配置された複数の像担持体のうち、両端に配置された像担持体端部の駆動伝達ギアの歯数をZD1、それ以外の像担持体の駆動伝達ギアの歯数をZD2
    前記中間駆動伝達部材の第1ギア部の歯数をZ01、第2ギア部の歯数をZ02
    としたとき、
    D1/Z01=ZD2/Z02
    の関係式が成り立つことを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。
  4. 前記転写媒体は中間転写体であり、前記画像形成装置は前記像担持体に形成した像を前記中間転写体に一次転写し、該中間転写体の像を記録材に二次転写して画像形成する画像形成装置であり、
    前記中間転写体を駆動するための駆動源が前記像担持体を駆動するための駆動源と同一であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記転写媒体は記録材であり、
    前記画像形成装置は前記像担持体に形成した像を記録材搬送体により搬送される記録材に転写して画像形成する画像形成装置であり、
    前記記録材搬送体を駆動するための駆動源が前記像担持体を駆動するための駆動源と同一であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記中間転写体又は前記記録材搬送体はベルト部材であり、該ベルト部材を駆動するための駆動ローラの回転軸に設けられた駆動ギアと前記中間駆動伝達部材のギア部とが噛合することで前記ベルト部材に駆動伝達され、
    前記像担持体の径をD1、前記駆動ローラの径をD2
    前記像担持体の回転軸に設けられた駆動伝達ギアであって、前記駆動ギアと同じ中間駆動伝達部材のギア部と噛合する駆動伝達ギアの歯数をZD3、前記駆動ギアの歯数をZD4
    としたとき、
    1/ZD3=D2/ZD4
    の関係が成り立つことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記駆動源の駆動軸に設けられたギアと前記中間駆動伝達部材のギア部とが噛合する位置と、前記中間駆動伝達部材の回転中心を結ぶ線分と、前記像担持体の回転軸に設けた駆動伝達ギアと前記中間駆動伝達部材のギア部とが噛合する位置と、前記中間駆動伝達部材の回転中心を結ぶ線分とのなす配置角度が鋭角であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の画像形成装置。
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