JP2005144869A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイミングベルトを用いて被記録媒体を搬送し、また記録ヘッドを往復動する駆動伝達機構において、タイミングベルトの張力のバラツキがなく、制御上の遅れ要素が少なく、長期にわたり制御性能の低下がないようにする。
【解決手段】記録ヘッド等を駆動する駆動伝達機構において、タイミングベルト５を掛け渡す駆動プーリ３の軸３ａは画像形成装置本体側に摺動可能に支持されるが、従動プーリ４の軸４ａは装置本体に固定される。軸３ａは引っ張りスプリング６（張力管理機構）によって装置本体側に引っ張られているので、タイミングベルト５の張力は一定に調整される。また、軸３ａの移動を規制する規制部材としてストッパ７が設けられており、タイミングベルト５が一定の張力を掛けられ、駆動プーリ３が一定以上動いた時にのみ軸３ａがストッパ７に接触し、駆動プーリ３の動きを規制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ等の画像形成装置に関し、さらに詳しくは、被記録媒体の搬送装置や記録ヘッドの走査装置等の構成要素としてタイミングベルトを用い、タイミングベルトの張力を安定して一定に調整する駆動伝達機構を備えた画像形成装置に関する。

従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ等の画像形成装置では、画像形成装置が例えばインクジェット記録方式を採用したものであれば、記録用紙を搬送装置によって記録ヘッドの下方に搬送し（副走査）、キャリッジに搭載された各色のインクジェットヘッドからなる記録ヘッドは、その位置で記録用紙の表面に画像情報に応じてインクを吐出しながら往復動（主走査）し、これを繰り返すことによって記録用紙の全面に画像を形成している。また、画像形成装置がレーザビーム記録方式を採用したものであれば、回転体である感光体ドラムの表面に画像情報に応じて変調されたレーザ光を照射することにより静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像して可視像化した後、該トナー像を転写材に転写することで画像を形成している。

このような画像形成装置においては、モータ等の駆動源からの駆動力をタイミングギアやタイミングベルト等の駆動系を介してインクジェットヘッドを搭載したキャリッジを往復動させたり、感光体ドラム等の回転体を回転体駆動装置によって回転させたりしている。このようなタイミングベルト駆動装置や回転体駆動装置では、駆動源や伝達系において振動が発生し、振動が共振状態に至ると駆動装置の速度変動が大きくなってしまう。そこで、駆動装置の駆動軸にダイナミックダンパやフライホイール等の慣性部材を設け、駆動系の慣性やバネ定数を調整することにより、駆動軸の回転変動が発生していない周波数域に増幅域を設定して、駆動軸の速度変動を抑えるようにしている。

特許文献１に記載された画像形成装置の回転体駆動装置は、回転体駆動系で発生する共振を抑えて感光体等の回転体の回転速度変動を効果的且つ広範囲で低減するもので、回転体を支持し回転体と一体回転する回転軸と、回転軸に固定され回転軸と一体回転する回転軸プーリと、駆動源側の軸に固定された駆動軸プーリと、２つのプーリ間に掛け渡され駆動源からの駆動力を回転軸に伝達するタイミングベルトと、タイミングベルトに当接しその張力を調節するタイトナと、駆動源を構成する駆動用モータを備え、タイミングベルトの張力をＴ、タイミングベルトの単位長さ当りの質量をｍ、２つのプーリ間またはプーリとタイトナ間のタイミングベルトの長さをＬ、駆動用モータの相励磁切り替え周波数をｆm としたとき、（ｎ²Ｔ／２Ｌ²ｍ）＜ｆm² （ｎ＝１，２，３，・・・）の関係を満たすようにしたものである。

特許文献２に記載されたタイミングベルトの張設構造及び記録装置は、タイミングベルトの支持部材を高精度に配設することができるタイミングベルトの張設構造に関し、タイミングベルトと、タイミングベルトを支持する支持部材と、支持部材を係止するフレームと、支持部材をタイミングベルトの張力に逆らって付勢する付勢手段とを備え、支持部材にフレームを挟み込む２箇所の溝部を設け、斜向かいの溝部の内面をタイミングベルトの張力方向に平行に形成することにより、支持部材がタイミングベルトにより引っ張られても、タイミングベルトの張力方向に平行に形成されている斜向かいの溝部の内面がフレームに当接することになるので、支持部材の傾斜を無くすことができるというものである。
特開２００２−０３９２９６号公報 特開２００２−２８３６４１号公報

記録用紙を搬送する搬送装置、記録ヘッドを走査させる駆動装置、感光体ドラム等にタイミングベルトを介し駆動力を伝達する駆動伝達機構とその駆動伝達機構を制御する制御手段を有する画像形成装置において、タイミングベルトに接しているタイミングプーリまたはタイトナ等の部材を装置本体に固定すると、タイミングベルトの時間変化による張力低下やタイミングプーリ等を固定するときに加わる外力等のため、タイミングベルトの張力（駆動機構の剛性）にバラツキが出る。そのため、駆動伝達機構を用いる記録用紙の搬送装置、記録ヘッドの駆動装置、感光体ドラムの駆動装置等を高精度に制御することが困難になり、高品質の画像形成が困難になる。

また、少なくとも１つのタイミングプーリまたはタイトナを固定せずに、常に一定の張力が掛かる状態にすると、駆動伝達機構に高い周波数で一定以上のトルクを加えた時、その固定せず常に一定の張力が掛かる状態にしたタイミングプーリまたはタイトナ自体が先に動いてしまい駆動に回転力が伝わるのが遅れる。これもまた、駆動伝達機構の制御上の遅れ要素となり、駆動伝達機構を高精度に制御することを困難にする。また、タイミングベルトの歯がプーリの歯から外れるプーリの歯飛びの原因にもなる。

したがって、本発明は、タイミングベルトの張力のバラツキを抑え、駆動源からの駆動力を伝達し、タイミングベルトを駆動する駆動伝達機構の制御上の遅れ要素を少なくし、制御装置の制御性能の低下を防止することを目的とする。また、タイミングベルトの歯がプーリの歯から外れる歯飛びを防止することを目的とする。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、被記録媒体を搬送する搬送手段と、前記被記録媒体に画像を形成する記録ヘッドと、タイミングベルトを介し被駆動体に駆動力を伝達する駆動伝達手段と、該駆動伝達手段を制御する制御手段を有する画像形成装置において、前記タイミングベルトの張力を一定に調整する張力管理手段と、該張力管理手段が一定距離以上動作することを規制する規制手段を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記駆動伝達手段が静止している時、前記規制手段は前記張力管理手段と非接触で、前記張力管理手段の動作に制限を与えることはなく、前記張力管理手段が一定距離以上動作した時、前記張力管理手段は前記規制手段に接触し、前記張力管理手段の動作は規制されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記規制手段による動作は一定の力を用いて規制されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の画像形成装置において、前記一定の力は摩擦抵抗による力であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記規制手段による動作は速度に比例する力を用いて規制されることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の画像形成装置において、前記速度に比例する力は粘性抵抗による力であることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記駆動伝達手段を前記搬送手段に用いることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記駆動伝達手段を前記記録ヘッドの駆動手段に用いることを特徴とする。

請求項１に係る発明は、画像形成装置の動作中におけるタイミングベルトの張力のバラツキを抑え、タイミングベルトを駆動する駆動伝達機構の制御上の遅れ要素を少なくし、制御装置の制御性能の低下を防止することができる。また、タイミングベルトの歯がプーリの歯から外れる歯飛びを防止することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、駆動伝達機構の制御上の遅れ要素が発生したときにのみ該張力管理機構の動作を規制することができる。また、タイミングベルトの歯が駆動プーリ、従動プーリの歯から外れる歯飛びが起こることを防止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、規制手段による動作を一定の力によって規定することによって、駆動伝達機構の制御計算上の非線形性をなくし、また画像形成装置の製造工程中における調整組みをする必要がなくなる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の画像形成装置において、一定の力を摩擦抵抗による力を利用するので、簡単な構成で低コストで提供することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、駆動伝達機構の制御上の遅れ要素が発生したときにのみ、張力管理機構の動作を速度に比例する力によって規制することによって、駆動伝達機構の制御計算上の非線形性をなくし、また画像形成装置の製造工程中における調整組みをする必要がなくなる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の画像形成装置において、速度に比例する力を粘性抵抗による力を利用するので、流体シリンダ等を用いて、コンパクトに形成することができる。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の駆動伝達手段を被記録媒体の搬送手段に用いるので、画像形成装置の動作中におけるタイミングベルトの張力のバラツキがなく、かつ駆動伝達機構の制御上の遅れ要素を少なくし制御性能が長期に亘って低下することがない画像形成装置を提供することができる。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の駆動伝達手段を記録ヘッドの駆動手段に用いるので、画像形成装置の動作中におけるタイミングベルトの張力のバラツキがなく、かつ駆動伝達機構の制御上の遅れ要素を少なくし制御性能が長期に亘って低下することがない画像形成装置を提供することができる。

本発明は、画像形成装置における被記録媒体の搬送装置や記録ヘッドの走査装置等に用いられるタイミングベルトの張力を一定としてバラツキを抑え、かつ駆動伝達機構の制御上の遅れ要素を少なくし、制御性能が低下することを防止することを目的とするとともに、タイミングベルトの歯がプーリの歯から外れる歯飛びを防止することを目的とする。
本発明は、タイミングベルトが掛け渡されたプーリの少なくとも１つのプーリ、またはタイミングプーリを側方から押圧するタイトナを装置本体に固定せずに常に一定の張力が掛かる状態にして、タイミングベルトの張力を一定に保ち、さらに装置本体に固定しないタイミングベルトまたはタイトナの動きを規制する部材を設けることにより、タイミングベルトの張力のバラツキを抑え、駆動伝達機構に回転力が伝わるのが遅れることによる制御に及ぼす悪影響を低減する。また同時に、タイミングベルトの歯がプーリの歯から外れる歯飛びが発生することを防止する。
以下、本発明の実施例を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の記録ヘッドを主走査する駆動系の要部を示す概略図である。
実施例１の画像形成装置はインクジェット記録装置である場合の例で、記録用紙を給紙トレイから取り出し、搬送装置によって記録ヘッド１の下方へ搬送（副走査）して、その位置でキャリッジに搭載した各色のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１は、ガイドレール２に案内されて図示しない記録用紙の表面との間に所定間隔を介して矢視方向に往復動（主走査）しつつインク滴を吐出することによって記録用紙の全面に画像を形成する。ここで、記録ヘッド１は、図示しない駆動源である主走査モータによって駆動される駆動プーリ３と従動プーリ４間に掛け渡されたタイミングベルト５に結合されている。駆動プーリ３、従動プーリ４、タイミングベルト５にはスリップを防ぐため噛み合い歯が形成された歯付きプーリ、歯付きベルトであることが望ましい。

図２は、本発明の画像形成装置に使用する実施例１の駆動伝達機構を模式的に示す図である。
実施例１の駆動伝達機構において、駆動プーリ３の軸３ａは装置本体側に対し所定範囲で摺動可能に支持されるが、従動プーリ４の軸４ａは装置本体に固定され、駆動プーリ３の軸３ａは引っ張りスプリング６によって装置本体側に引っ張られている。したがって、タイミングベルト５の張力が何らかの原因により増加または減少すると、軸３ａと軸４ａ間の距離が減少または増加して、タイミングベルト５の張力が一定に調整される。
このように、引っ張りスプリング６は、タイミングベルト５の張力を一定にする張力管理機構を構成しているが、従動プーリ４の軸４ａを摺動可能に支持し、軸４ａを引っ張りスプリングで引っ張って張力管理機構とすることもできる。

駆動プーリ３の軸３ａに対し従動プーリ４の軸４ａ寄りには、軸３ａの移動を規制する規制部材としてストッパ７が設けられており、駆動プーリ３と従動プーリ４が静止状態では、ストッパ７は軸３ａを固定せず、一定の張力を掛けた駆動プーリ３に接触して駆動プーリ３の動きに制限を与えることはない。そして、駆動プーリ３が一定以上動いた時にのみ軸３ａがストッパ７に接触し、駆動プーリ３の動きを規制する。駆動プーリ３の軸３ａとストッパ７間の隙間は、タイミングベルト５や引っ張りスプリング６の形状、構造、材質等設計の如何によって異なるが、駆動プーリ３と従動プーリ４の静止状態において、通常０.１〜０.３ｍｍ程度に選定される。

実施例１の駆動伝達機構において、装置本体側に固定せず摺動可能に支持した駆動プーリ３は、軸３ａと装置本体との間に引っ張りスプリング６が介在しているから振動系を形成し、例えば駆動源が発生する振動が振動系の共振周波数に一致したり、近似したりすると、振動が増幅されて駆動伝達機構の制御を困難にする。そこで、駆動プーリ３や一定の張力を掛けたタイミングベルト５に生じる振動を、摩擦抵抗によって生ずる一定の力を用いて規制する。このため、駆動プーリ３の軸３ａを支持する軸支持部材３ｂと記録装置本体との間に摩擦抵抗体３ｃを介在させ、駆動プーリ３が振動するとき摩擦抵抗体３ｃに生じる一定の力を振動減衰のために利用する。

図３は、本発明の画像形成装置に使用する実施例２の駆動伝達機構を説明するための図で、図３（Ａ）は実施例２の駆動伝達機構を模式的に示す図、図３（Ｂ）、（Ｃ）はタイトナを使用した従来の駆動伝達機構を模式的に示す図である。なお、実施例１の駆動伝達機構と同様の構成要素については、同様の用語を使用し、図には同様の符号を付して説明する。

図３（Ｂ）に示すようなタイトナ８を使用した従来の駆動伝達機構において、タイミングベルト５に接している駆動プーリ３、従動プーリ４、タイトナ８等すべてを装置本体側に固定すると、時間経過によるタイミングベルト５の張力低下や、駆動プーリ３、従動プーリ４等のタイミングプーリを固定するときに加わる外力等のため、タイミングベルト５の張力（駆動機構の剛性）にバラツキが生じる。

また、図３（Ｃ）に示すように、タイトナ８を固定せずに、常に一定の張力が掛かる状態にすると、駆動プーリ３に高い周波数で一定以上のトルクを加えた時、タイトナ８自体が先に動いてしまい従動プーリ４に回転力が伝わるのが遅れ、これもまた駆動伝達機構の制御上の遅れ要素となり駆動伝達機構の制御に悪影響を及ぼす。また、タイミングベルト５の歯がプーリの歯から外れる歯飛びを起こす原因ともなる。

実施例２の駆動伝達機構において、駆動プーリ３の軸及び従動プーリ４の軸は装置本体側に固定され、駆動プーリ３と従動プーリ４間に掛け渡されたタイミングベルト５にはタイトナ８が接触している。タイトナ８は自由回転するローラからなり、タイトナ８による押圧力がタイミングベルト５の張力と直交する方向となるように、圧縮スプリング９によって、タイミングベルト５を側方から押圧している。

タイトナ８は、タイミングベルト５の張力を一定に調整する張力管理機構として機能し、タイトナ８の軸８ａの外方には、軸８ａのさらに外方への移動を規制する規制部材としてストッパ７が設けられている。
図３（Ａ）に示す実施例２の駆動伝達機構において、駆動伝達機構の静止状態では規制部材としてのストッパ７は、張力管理機構を構成しているタイトナ８に接触せず、張力管理機構の動きには制限を与えることはなく、張力管理機構が一定以上動いた時にのみ接触し、タイトナの動きを規制する。

図４は、タイミングベルトに生じる振動の減衰手段を有する駆動伝達機構を示す図である。
実施例２の駆動伝達機構において、タイミングベルト５に生じる振動を減衰させる部材として粘性抵抗体１０を用い、速度に比例した力を用いて張力管理機構（例えば、装置本体側に固定せず一定の張力を掛けたタイミングプーリまたはタイトナ）とともに用いて、タイミングベルト５の振動を規制することができる。

実施例１、２の駆動伝達機構は、以上で説明したインクジェット方式の画像形成装置の他、レーザビーム方式、ワイヤードット方式、サーマル方式などあらゆる種類の画像形成装置に適用することも可能である。
そして、インクジェット方式の画像形成装置であれば、記録用紙を給紙トレイから取り出し、インクジェットヘッドからなる記録ヘッドの下方へ搬送する搬送装置や、記録ヘッドを記録用紙の幅方向に往復動させる走査装置に適用するのが好適である。

本発明の画像形成装置の記録ヘッドを主走査する駆動系の要部を示す概略図である。 本発明の画像形成装置に使用する実施例１の駆動伝達機構を模式的に示す図である。 本発明の画像形成装置に使用する実施例２の駆動伝達機構を説明するための図で、図３（Ａ）は実施例２の駆動伝達機構を模式的に示す図、図３（Ｂ）、（Ｃ）はタイトナを使用した従来の駆動伝達機構を模式的に示す図である。 タイミングベルトに生じる振動の減衰手段を有する駆動伝達機構を示す図である。

符号の説明

１…記録ヘッド、２…ガイドレール、３…駆動プーリ、３ａ…軸、３ｂ…軸支持部材、３ｃ…摩擦抵抗体、４…従動プーリ、４ａ…軸、５…タイミングベルト、６…引っ張りスプリング、７…ストッパ、８…タイトナ、８ａ…軸、９…圧縮スプリング、１０…粘性抵抗体。

Claims (8)

1. 被記録媒体を搬送する搬送手段と、前記被記録媒体に画像を形成する記録ヘッドと、タイミングベルトを介し被駆動体に駆動力を伝達する駆動伝達手段と、該駆動伝達手段を制御する制御手段を有する画像形成装置において、前記タイミングベルトの張力を一定に調整する張力管理手段と、該張力管理手段が一定距離以上動作することを規制する規制手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記駆動伝達手段が静止している時、前記規制手段は前記張力管理手段と非接触で、前記張力管理手段の動作に制限を与えることはなく、前記張力管理手段が一定距離以上動作した時、前記張力管理手段は前記規制手段に接触し、前記張力管理手段の動作は規制されることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記規制手段による動作は一定の力を用いて規制されることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、前記一定の力は摩擦抵抗による力であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記規制手段による動作は速度に比例する力を用いて規制されることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置において、前記速度に比例する力は粘性抵抗による力であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記駆動伝達手段を前記搬送手段に用いることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記駆動伝達手段を前記記録ヘッドの駆動手段に用いることを特徴とする画像形成装置。

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