JP2015190577A

JP2015190577A - 駆動伝達装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2015190577A
Application number: JP2014068638A
Authority: JP
Inventors: 徹宮澤; Toru Miyazawa; 有里森; Yuri Mori; 木山　耕太; Kota Kiyama; 耕太木山; 修平浜田; Shuhei Hamada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-11-02
Also published as: US9383710B2; US20150277339A1

Abstract

【課題】プーリ間でベルトの巻き付き長さの違いがあっても、振動や騒音の低減とプーリとベルトとの滑りの防止を図りつつプーリとベルトとの間の発熱を低く抑える。
【解決手段】ベルト２３の巻き付き長さは、駆動プーリ２１よりも従動プーリ２２の方が長い。プーリ２１、２２とベルト２３との間に電位差を与えて互いをジョンセンラーベック力により吸着させる。その際、電圧印加部２５が、駆動プーリ２１の金属層２１ｂとベルト２３との間に電位差Ｖ_１を与え、電圧印加部２４が、従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間に電位差Ｖ_１より小さい電位差Ｖ_２を与える。これにより、ベルト巻き付きの単位長さ当たりの電流量に関し、金属層２１ｂとベルト２３との間に介在する誘電体層２２ａに流れる電流量ｉ２を、金属層２２ｂとベルト２３との間に介在する誘電体層２１ａに流れる電流量ｉ１よりも小さくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、駆動プーリ及び従動プーリに巻回されるベルトによって駆動源の回転力が被駆動部に伝達される駆動伝達装置等に関する。

従来、複写機やプリンタ等の画像形成装置をはじめとする各種の装置において、モータ等の駆動源の回転力を被駆動部に伝達する駆動伝達装置が設けられる。

例えば、画像形成装置において、駆動源としてのモータの駆動力を、ギアを介して、被駆動部としての感光体ドラムや中間転写ベルトを駆動する駆動ローラに伝達する構成が採用されている。しかし、この構成では、駆動力が入力されるギア（駆動入力ギア）と出力されるギア（従動ギア）との間の回転伝達誤差（特にかみあい伝達誤差）が起振力となって振動が発生する。ギアで発生した振動が軸、軸受、側板などのギア支持部材や従動部品に伝わり、大きな騒音を発生させる可能性があった。画像形成装置においては、縞状の画像や濃度にムラのある画像が形成されたり、画像にスジやムラ等の劣化を生じさせたりするおそれもある。

特に、駆動入力ギアと従動ギアのかみ合い部分においては、モータの回転速度を減速させるために駆動入力ギアの歯と従動ギアの歯とが接触する。そのため、駆動伝達機構の初段においては、噛み合い部の速度が速いために振動・騒音の発生が顕著である。

そこで、プーリとベルトとを静電的に吸着させて、プーリとベルトとの滑りを抑制する技術が知られている（特許文献１）。この技術では、プーリとしての駆動ローラの芯金にバイアスを印加することにより、駆動ローラと中間転写ベルトとの間に静電吸着力を作用させ、駆動ローラの駆動力を中間転写ベルトへと伝達している。

特開平８−１４６７８３号公報

特許文献１のような構成において、モータの回転速度を減速して駆動力を駆動プーリからベルトを介して従動プーリへと伝達させる場合、駆動プーリと従動プーリの直径を異ならせる必要がある。即ち、ベルトが駆動プーリに掛け回されている長さが、ベルトが従動プーリに掛け回されている長さよりも短くした減速系とする必要がある。

ところで、静電力（ジョンセンラーベック(Johnsen-Rahbek)力）を発生させるために、ベルトの導電部とプーリの導電部との間に電圧を印加すると、介在する誘電体層に電流が流れてジュール熱が発生する。

ここで、ベルトのプーリへの巻き付き長さと電気的な抵抗値とは反比例する。例えば、ベルトの巻き付き長さの長いプーリは、巻き付き長さの短いプーリに比べて、誘電体層を介してベルトに接触する面積が大きい。そのため、巻き付き長さの長いプーリの側の方が、プーリの導電部とベルトの導電部との間の合計の抵抗値は小さくなる。

そのため、プーリとベルトを静電力で吸着させるために駆動プーリとベルトとの間、及び、従動プーリとベルトとの間に仮に等しい電圧が印加されると、抵抗値が小さいプーリ、すなわち巻き付き長さの長い従動プーリの側での電流量が多くなる。すると、従動プーリの側でのジュール熱が過剰に大きくなって、プーリ及びベルトの全体としての発熱量が大きくなってしまう。

また、全体としての発熱が大きいと、ベルトの長さやプーリの外形が変化したり、周囲の温度が上昇したりして、ベルトとプーリとの間に生じる静電吸着力が安定せず、ベルトとプーリで滑りが生じてしまうおそれがある。

一方、ベルト張力を設けることで、巻き付き長さの長いプーリでは、巻き付き長さの短いプーリよりも伝達可能な駆動力が大きく確保される。そのため、静電吸着力を用いない場合、ベルトとの滑りが発生しやすいのは通常、巻き付き長さの短いプーリである。従って、伝達可能な駆動力を静電吸着力によって大きくすることについては、巻き付き長さの長いプーリよりも、巻き付き長さの短いプーリでその必要性が大きいと考えられる。

本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものである。その目的は、プーリ間でベルトの巻き付き長さの違いがあっても、振動や騒音の低減とプーリとベルトとの滑りの防止を図りつつプーリとベルトとの間の発熱を低く抑えることができるようにすることにある。

上記目的を達成するために本発明は、導電部を有し、駆動源によって回転駆動される駆動プーリと、導電部を有し、被駆動部に直接または間接的に連結される少なくとも１つの従動プーリと、導電部を有し、前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻回されるベルトとを有し、前記駆動源の回転力が、前記駆動プーリ、前記ベルト及び前記従動プーリを介して前記被駆動部に伝達される駆動伝達装置であって、前記駆動プーリ及び前記従動プーリに誘電体層が設けられるか、前記ベルトに誘電体層が設けられるか、または前記駆動プーリ及び前記従動プーリと前記ベルトとの双方に誘電体層が設けられ、前記設けられた誘電体層が、前記ベルトが前記駆動プーリに巻回される領域において前記ベルトの前記導電部と前記駆動プーリの前記導電部との間に介在すると共に、前記ベルトが前記従動プーリに巻回される領域において前記ベルトの前記導電部と前記従動プーリの前記導電部との間に介在し、前記駆動プーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に電位差を与えて両者を静電的に吸着させると共に、前記従動プーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に電位差を与えて両者を静電的に吸着させる電圧印加手段を有し、前記駆動プーリ及び前記少なくとも１つの従動プーリからなる複数のプーリには、第１のプーリと、前記ベルトの巻き付き長さが前記第１のプーリよりも長い第２のプーリとが存在し、前記第２のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に介在する誘電体層に流れる前記ベルトの巻き付きの単位長さ当たりの電流量を、前記第１のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に介在する誘電体層に流れる前記ベルトの巻き付きの単位長さ当たりの電流量よりも小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、プーリ間でベルトの巻き付き長さの違いがあっても、振動や騒音の低減とプーリとベルトとの滑りの防止を図りつつプーリとベルトとの間の発熱を低く抑えることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る駆動伝達装置の斜視図である。画像形成装置の模式的断面図である。画像形成部、一次転写部及び二次転写部の断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、駆動伝達装置の電気的性質を表す等価回路を示す図である。印加電圧と単位面積当たりの静電吸着力の関係の一例を示す図である。第２の実施の形態に係る駆動伝達装置の斜視図である。図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図７（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、駆動伝達装置の電気的性質を表す等価回路を示す図である。第３の実施の形態に係る駆動伝達装置の斜視図である。図８のＥ−Ｅ線に沿う断面図、図９（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図、駆動伝達装置の電気的性質を表す等価回路を示す図である。変形例の従動プーリを採用した駆動伝達装置の断面図である。第４の実施の形態に係る駆動伝達装置の断面図、図１１（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図、駆動伝達装置の電気的性質を表す等価回路を示す図である。誘電体層の体積抵抗率を変えた場合の従動プーリにおける印加電圧と電流との関係を示す図である。従動プーリが２つある構成の駆動伝達装置の斜視図である。駆動伝達装置の電気的性質を表す等価回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

以下の説明で用いる部材、数値、材料等は、理解を助ける目的の例示に過ぎず、本発明を限定する趣旨のものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動伝達装置の斜視図である。各図を通して同一符号は同一または対応する構成要素を示す。

本実施の形態では、駆動伝達装置が適用される装置の一例として電子写真方式のプリンタである画像形成装置を挙げる。この画像形成装置の基本的な構成及び動作を、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、この画像形成装置１００の模式的断面図である。

画像形成装置１００は、中間転写ベルト９に沿って、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配置したフルカラーレーザビームプリンタである。

画像形成部ＰＹでは、回転駆動される感光ドラム１Ｙ上にイエロートナー像が形成され、感光ドラム１Ｙの回転によりイエロートナー像が担持搬送されて、第一転写部ＴＹにて一次転写ローラ５Ｙによって中間転写ベルト９に一次転写される。画像形成部ＰＭ、ＰＣ、ＰＫでも同様に、感光ドラム１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにマゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像が形成される。そして各色のトナー像が、第一転写部ＴＭ、ＴＣ、ＴＫにて一次転写ローラ５Ｍ、５Ｃ、５Ｋによって順次重ね合わせて中間転写ベルト９に一次転写される。

中間転写ベルト９は、駆動ローラ１３、テンションローラ１２、バックアップローラ１０に掛け渡されて支持され、駆動ローラ１３の回転に伴って図２の矢印Ｂ方向に回転する。中間転写ベルト９は一次転写ローラ５Ｙ〜５Ｋによって図中上方向に張り上げられ、感光ドラム１Ｙ〜１Ｋとの間で第一転写部ＴＹ〜ＴＫが形成される。

各画像形成部ＰＹ〜ＰＫから転写され、中間転写ベルト９に担持されたトナー像は、中間転写ベルト９の回転に伴って二次転写部Ｔ２へ搬送され、記録材Ｐへ二次転写される。このときに転写しきれずに中間転写ベルト９上に残ったトナーは、中間転写ベルト９に当接するクリーニングブレード１８によって除去され、中間転写ベルト９は次の画像形成に供される。

記録材Ｐは、給紙カセット１９から給紙ローラ１４によって引き出され、分離装置１５によって１枚ずつに分離されてレジストローラ１６へ送り出される。レジストローラ１６は、中間転写ベルト９に担持されたトナー像に先頭を一致させて、記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ給送する。トナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置１７へ受け渡されて加熱加圧を受けることにより、表面に画像が定着される。

感光ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）の各周囲には、帯電装置２（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ）、露光装置３（３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ）、現像装置４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）が配置される。さらに、一次転写ローラ５（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ）、クリーニング装置６（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ）が配置される。

続いて図３を参照して画像形成部の詳細を説明する。画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、付設された現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーがイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと、色が異なる以外は同様に構成される。従って、以下では、代表してイエローの画像形成部ＰＹについて説明し、画像形成部ＰＭ、ＰＣ、ＰＫについては、説明する構成の記号末尾のＹをＣ、Ｍ、Ｋに読み替えて説明されるものとする。

図３は、画像形成部ＰＹ、一次転写部及び二次転写部Ｔ２の断面図である。

感光ドラム１Ｙは、アルミニウム製シリンダの外周面に、帯電極性が負極性の有機光導電体層を塗布して構成され、矢印Ａ方向に回転する。帯電装置２Ｙは、電源Ｄ３から負極性の電圧を印加されて、感光ドラム１Ｙの表面に帯電粒子を照射することにより、感光ドラム１Ｙの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置３Ｙは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データに従ってＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査し、感光ドラム１Ｙの表面へ照射する。これにより、帯電した感光ドラム１Ｙの表面に画像データに対応した静電像が形成される。

現像装置４Ｙは、トナーに磁性キャリアを混合した二成分現像剤を攪拌してトナーを負極性に帯電させる。帯電したトナーは、固定磁極４ｊの周囲で感光ドラム１Ｙとカウンタ方向に回転する現像スリーブ４ｓに穂立ち状態で担持されて、感光ドラム１Ｙを摺擦する。

電源Ｄ４は、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧を現像スリーブ４ｓに印加し、現像スリーブ４ｓよりも相対的に正極性となった感光ドラム１Ｙの静電像へトナーを付着させて、静電像をトナー像として現像する。

一次転写ローラ５Ｙは、感光ドラム１Ｙとの間に中間転写ベルト９を挟持して、感光ドラム１Ｙと中間転写ベルト９との間に一次転写部ＴＹを形成する。電源Ｄ１は、正極性の直流電圧を一次転写ローラ５Ｙに印加して、負極性に帯電して感光ドラム１Ｙに担持されたトナー像を、一次転写部ＴＹを通過する中間転写ベルト９へ一次転写させる。クリーニング装置６Ｙは、クリーニングブレードを感光ドラム１Ｙに摺擦することで、一次転写部ＴＹを通過して感光ドラム１Ｙの表面に残留した転写残トナーを除去する。

二次転写ローラ１１は、中間転写ベルト９を介してバックアップローラ１０に圧接され、中間転写ベルト９と二次転写ローラ１１との間に二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写部Ｔ２は、中間転写ベルト９のトナー像に重ね合わせて記録材Ｐを挟持搬送し、記録材Ｐが二次転写部Ｔ２を通過する過程で、中間転写ベルト９から記録材Ｐへトナー像を二次転写させる。

電源Ｄ２は、正極性の直流電圧を二次転写ローラ１１に印加して、バックアップローラ１０と中間転写ベルト９と記録材Ｐと二次転写ローラ１１との直列回路に転写電流を流す。転写電流は中間転写ベルト９から記録材Ｐへのトナーの移動に関与する。

なお、画像形成装置１００は４つの画像形成部を採用しているが、これに限定されず、例えばブラック用のみの１つであってもよい。

次に、図１、図４、図５を用いて本実施の形態の駆動伝達装置５０の構成を説明する。この駆動伝達装置５０は、静電吸着力（ジョンセンラーベック力）を利用してプーリとベルトとの静電的に吸着させて、伝達可能な駆動力を増加させるものである。

本実施の形態では、駆動伝達装置５０によって、駆動源の回転駆動力が伝達されて回転駆動される被駆動部として感光ドラム１Ｙを例示し、駆動源としてはモータ２０を例示する。

駆動伝達装置５０を画像形成装置１００に適用する場合、被駆動部の例としては、回転して画像形成に関わる動作を行う構成要素が適しており、感光ドラム１の他には、中間転写ベルト９を駆動する駆動ローラ１３や、定着装置１７内の定着ローラ等が適している。しかしこれらに限定されるものではなく、駆動プーリと従動プーリのベルト巻き付き長さが異なるような駆動伝達機構に好適である。

図１に示すように、駆動伝達装置５０は、駆動プーリ２１、従動プーリ２２、無端状のベルト２３を備える。モータ２０の回転駆動力は、駆動プーリ２１、ベルト２３、従動プーリ２２を介して、感光ドラム１Ｙへと伝達される構成となっている。ベルト２３は、駆動プーリ２１と従動プーリ２２とに掛け渡され、ベルト２３と両プーリ２１、２２との間の摩擦力により動力伝達が行われる。ベルト２３は例えば平ベルトであるが、両プーリ２１、２２との間で摩擦伝達を行える構造であればよく、ＶベルトやＶリブドベルト等であってもよい。

図４（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、印加される電圧を模式的に付加してある。図４（ｃ）は、駆動伝達装置５０の電気的性質を表す等価回路を示す図である。

図４（ｂ）に示すように、駆動プーリ２１の半径ｒ_１は２０ｍｍ、駆動プーリ２１へのベルト２３の巻き付き角度θ_１は１２０度である。従動プーリ２２の半径ｒ_２は１２０ｍｍ、従動プーリ２２へのベルト２３の巻き付き角度θ_２は２４０度である。プーリ２１、２２の径の違いによって、駆動プーリ２１から従動プーリ２２までにおいて回転が減速される減速系となっている。

また、ベルト２３の巻き付き長さ（以下単に「ベルト巻き付き長さ」とも記す）は半径と巻き付き角度［ｒａｄ］の積で計算できるので、駆動プーリ２１への巻き付き長さは約２１ｍｍ、従動プーリ２２への巻き付き長さは約２５２ｍｍとなる。モータ２０から駆動プーリ２１、及び、従動プーリ２２から感光ドラム１Ｙまでの駆動力の伝達は、それらの回転軸同士の結合によってなされる。

また、駆動プーリ２１からベルト２３、及び、ベルト２３から従動プーリ２２までの駆動力の伝達は、互いの接触面において働く摩擦力によってなされる。後に詳細に説明するように、摩擦力発生に必要な垂直抗力は、静電吸着力、特にジョンセンラーベック力を用いて発生させる。

まず、駆動伝達装置５０の各々の構成部品について説明する。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、モータ２０の出力軸２０ａに結合された駆動プーリ２１は、ベルト２３に接する側（外周面）に誘電体層２１ａを有し、さらに誘電体層２１ａの下（半径方向内側）に金属層２１ｂを有する構造となっている。誘電体層２１ａは、体積抵抗率１０^１１Ω・ｃｍのポリイミドの樹脂材料で構成され、厚さ（膜厚）は約７０μｍ、幅は約１０ｍｍである。導電部である金属層２１ｂは駆動プーリ２１における電極の役割を担う。

感光ドラム１Ｙの回転軸３０Ｙに結合された従動プーリ２２も駆動プーリ２１と同様で、ベルト２３に接する側（外周面）に誘電体層２２ａを有し、さらに誘電体層２２ａの下（半径方向内側）に金属層２２ｂを有する構造となっている。誘電体層２２ａは、体積抵抗率１０^１１Ω・ｃｍのポリイミドの樹脂材料で構成され、厚さは約７０μｍ、幅は約１０ｍｍである。導電部である金属層２２ｂは従動プーリ２２における電極の役割を担う。

次に、電気的な接続構成について説明する。プーリ２１、２２に電圧を印加するために、各々別個の直流高圧電源である電圧印加部２４、２５が設けられる。駆動プーリ２１の金属層２１ｂへは、電圧印加部２４から導電性ブラシ２８ａを介して直流電圧が印加される。駆動プーリ２１の金属層２１ｂと出力軸２０ａとの結合部位は、絶縁部材３４ａによって絶縁されている。

従動プーリ２２の金属層２２ｂへは、電圧印加部２５から導電性ブラシ２８ｂを介して直流電圧が印加される。また、従動プーリ２２の金属層２２ｂと回転軸３０Ｙとの結合部位は、絶縁部材３４ｂによって絶縁されている。ベルト２３は、導電性のある金属材料にて形成され、図１に示すように導電性ブラシ２８ｃ（図１）を介して接地（ＧＮＤ）されている。

続いて、静電吸着力(ジョンセンラーベック力)を発生させる電圧について、図４（ｃ）に示す等価回路を用いて説明する。

ベルト２３と誘電体層２１ａ、２２ａとの接触面（接触界面）はミクロ的にみると接触している部分と接触していない部分がある。そのため、駆動プーリ２１の金属層２１ｂとベルト２３との間に電圧を印加すると、誘電体層表面とベルト２３とが接触した部分で電流が流れるが、誘電体層表面とベルト２３の接触点を挟んで接触抵抗に起因して局部的に大きな電圧降下が生じる。すると、誘電体層表面とベルト２３との接触点の小さな間隙を隔てて相対向する面に正負の電荷が誘起され、小さな間隙に著しく大きい電界が生じ、誘起された正負の電荷によって大きな吸着力が生じる。この吸着力のことをジョンセンラーベック力と呼ぶ。一般的に、ジョンセンラーベック力は、誘電体の体積抵抗率が１×１０^９Ω・ｃｍ以上１×１０^１４Ω・ｃｍ未満の場合に大きな力となる。

図４（ｃ）に示すように、ジョンセンラーベック力は接触部の静電吸着力であるため、電気抵抗としては、プーリ２１、２２とベルト２３との接触部Ｓ１、Ｓ２と、誘電体バルク部Ｂ１、Ｂ２とに分けて考える。駆動プーリ２１の金属層２１ｂとベルト２３との間に誘電体バルク部Ｂ１及び接触部Ｓ１を考え、従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間に誘電体バルク部Ｂ２及び接触部Ｓ２を考える。

接触部Ｓ１、Ｓ２、誘電体バルク部Ｂ１、Ｂ２は各々、抵抗成分とコンデンサ成分の並列接続で表すことができる。電圧印加部２４、２５によって駆動プーリ２１の金属層２１ｂと従動プーリ２２の金属層２２ｂとに電圧を印加し、ベルト２３を接地した構成であるので、図４（ｃ）に示す等価回路となる。電圧印加部２４は、駆動プーリ２１の金属層２１ｂとベルト２３との間に電位差Ｖ_１を与える。電圧印加部２５は、従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間に電位差Ｖ_２を与える。

この等価回路において、ジョンセンラーベック力を発生させる電圧は、接触部Ｓ１、Ｓ２に働く電圧Ｖ_ｓ１、Ｖ_ｓ２である。電圧Ｖ_ｓ１、Ｖ_ｓ２はそれぞれ接触部Ｓ１、Ｓ２の抵抗Ｒ_ｓ１、Ｒ_ｓ２と誘電体バルク部Ｂ１、Ｂ２の抵抗Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２の分圧によって求まる。これらを、下記数式１で表す。

接触部Ｓ１、Ｓ２に働く電圧によって、接触部Ｓ１、Ｓ２のコンデンサ成分に電界によってジョンセンラーベック力が生じ、ベルト２３とプーリ２１、２２とが静電的に吸着する。

次いで、電圧を印加することで発生する静電吸着力の作用により、伝達可能な駆動力が増加することについて説明する。

一般に、ベルトによって動力伝達を行う場合、プーリの入口と出口で張力が変化することによって動力が伝達されるため、駆動力の定義としては、入口と出口でのベルト張力の差のことを指し、伝達される駆動力はこの張力差に等しい。発生可能な張力差は、プーリとベルト間に発生し得る最大の摩擦力に依存する。一般に、静電吸着力を用いないベルト駆動伝達では、伝達可能な駆動力Ｆ_１はオイラーの公式より下記数式３で表される。

ここでベルトに張力を与えるテンションをＴとする。ベルトのプーリへの巻き付き角度をθ、ベルト及びプーリ間の摩擦係数をμとする。

さらに、単位面積あたりの静電吸着力をＰ、プーリの半径をｒ、プーリ電極とベルトの対向幅（以下、電極対向幅とも呼称する）をｂとすると、静電吸着力Ｐが加わった場合の伝達可能な駆動力Ｆ_２は、下記数式４で表される。

つまり、静電吸着力Ｐが加わったことによる伝達可能な駆動力の増分ΔＦは駆動力Ｆ_２と駆動力Ｆ_１との差分であり、下記数式５で表される。

駆動力Ｆ_１、駆動力Ｆ_２、増分ΔＦについては、駆動プーリ２１、従動プーリ２２のそれぞれに関して数式３〜５を用い、各々のプーリ半径ｒ、電極対向幅ｂ、摩擦係数μ、巻き付き角度θを代入して算出できる。

ここで、駆動プーリ２１及びベルト２３間に生じる単位面積当たりの静電吸着力Ｐ_１は、駆動プーリ２１とベルト２３との接触部Ｓ１のコンデンサ成分の電極間に働く力として考えることができ、下記数式６で表される。

ここで、ε_airは、接触部Ｓ１の空隙すなわち空気の誘電率、ｄは接触部Ｓ１の空隙の平均的な距離、ｋは接触している面積の率によって決まる係数である。電圧Ｖ_ｓ１は、駆動プーリ２１の誘電体２１ｂの表層部とベルト２３との間にかかる電圧であり、数式１で求められる。

なお、従動プーリ２２及びベルト２３間に生じる単位面積当たりの静電吸着力Ｐ_２を算出する場合は、数式６の右辺において、ε_airとして接触部Ｓ２の空隙の誘電率、ｄとして接触部Ｓ２の空隙の平均的な距離を用いる。さらに従動プーリ２２に関する係数ｋ、電圧Ｖ_ｓ２を用いる。

図５は、実際に作製したプーリとベルトでの測定結果から算出した印加電圧と単位面積当たりの静電吸着力Ｐの関係の一例を示す図である。図５に示されるように、実験的にも印加電圧に２次比例して単位面積当たりの静電吸着力Ｐが増加することが確認されている。

従って、駆動プーリ２１からベルト２３への伝達可能な駆動力の増分ΔＦは、数式６で求めた静電吸着力Ｐ_１を数式５のＰに代入することで求められる。増分ΔＦは、プーリ−ベルト間にかかる電圧に２次比例して増加することがわかる。

これまでの説明では、主に駆動プーリ２１とベルト２３との間の伝達可能な駆動力についてであったが、従動プーリ２２とベルト２３との間に関しても同様にして伝達可能な駆動力を算出できる。

これまでの説明を踏まえた上で、過剰なジュール熱を発生させる原因となっている余分な伝達可能駆動力を述べると共に、静電吸着力の過剰分を削減することでジュール熱を低減する手法を説明する。まずは、過剰なジュール熱を発生させている伝達可能駆動力について述べる。

駆動伝達装置５０では、駆動プーリ２１と従動プーリ２２とで、ベルト２３の巻き付き長さが異なる。この状態において、各プーリ２１、２２とベルト２３との間に同じ値の電圧を印加したとする。すると、単位面積当たり静電吸着力Ｐが同じであることから、ベルト巻き付き長さの短い駆動プーリ２１の方が、ベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２よりもベルト２３との接触面積が小さい分、静電吸着力が小さくなる。

複数のプーリに巻回されたベルト駆動においては、滑りが発生するプーリは、伝達可能な駆動力が一番小さいプーリにおいて発生するので、減速系では系全体での伝達可能な駆動力は駆動プーリ側で律速されることになる。この場合、伝達可能駆動力が大きい従動プーリの伝達可能駆動力は、駆動プーリに対して大きい分は必要のない力であり、余分（過剰）となる。本実施の形態では駆動プーリ２１で律速され、従動プーリ２２で余剰の伝達可能駆動力が生じる。

また、電流量について考察する。プーリ２１、２２間で、巻き付き長さ以外の諸条件（誘電体２１ｂ、２２ｂの厚みｔや体積抵抗率、電極対向幅ｂ等）が同じであるとする。この場合、接触部（Ｓ１、Ｓ２）と誘電体バルク部（Ｂ１、Ｂ２）を合わせた合計の抵抗値は、それぞれ巻き付き長さに反比例することになる。

ここで、駆動プーリ２１の金属層２１ｂとベルト２３との間に介在する誘電体層２１ａに流れるベルト巻き付きの単位長さ当たりの電流量をｉ１とする。従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間に介在する誘電体層２２ａに流れるベルト巻き付きの単位長さ当たりの電流量をｉ２とする。同じ印加電圧においては、電流量ｉ１は電流量ｉ２にほぼ等しくなる。従って、仮に印加電圧が同じだとすると（Ｖ_１＝Ｖ_２）、巻き付き長さの長い従動プーリ２２では、駆動プーリ２１と比べて電流量は多くなる一方で伝達可能駆動力は余り、無駄な発熱が大きい状態となる。

そこで、ベルト巻き付きの単位長さ当たりの電流量ｉ２を電流量ｉ１よりも小さくなるようにするのが適切である。無駄な発熱を最も適切に抑制するためには、電流量ｉ２＜電流量ｉ１とする際、伝達可能駆動力を駆動プーリ２１と従動プーリ２２とで一致させることが望ましい。しかし、電流量ｉ２をある程度減らして電流量ｉ２＜電流量ｉ１となるようにするだけでも、それに応じた発熱抑制効果は得られる。

以降、具体的な解決方法を説明する。

本実施の形態では、２つの独立した電圧印加部２４、２５を備え、ベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２への印加電圧をベルト巻き付き長さの短い駆動プーリ２１への印加電圧よりも小さい値に設定する（Ｖ_２＜Ｖ_１）。発熱量は、プーリにかかる電圧と流れる電流によって決まる。従って、従動プーリ２２において余分な伝達可能駆動力を削減することで、従動プーリ２２とベルト２３との間に流れる電流量を少なくし、発生するジュール熱を小さくする。

具体例として、駆動プーリ２１と従動プーリ２２のそれぞれにおいて伝達可能な駆動力（Ｆ_１、Ｆ_２）として２．５ｋｇｆを確保しようとした場合の、各プーリ２１、２２への印加電圧の設定を考える。

各プーリ２１、２２で必要となる単位面積当たりの静電吸着力Ｐ（Ｐ_１、Ｐ_２）の大きさを、数式４、６を用いて算出する。ベルト２３の張力を与えるテンションＴが０で、ベルト２３とプーリ２１、２２間の摩擦係数μは０．３、電極対向幅ｂは共通で１０ｍｍとする。また上述したように、駆動プーリ２１に関して、半径ｒ_１＝２０ｍｍ、巻き付き角度θ_１＝１２０度であり、従動プーリ２２に関して、半径ｒ_２＝１２０ｍｍ、巻き付き角度θ_２＝２４０度である。

すると、各プーリ２１、２２で必要となる単位面積当たりの静電吸着力Ｐ_１、Ｐ_２の大きさは、駆動プーリ２１でＰ_１＝約４００ｋＰａ、従動プーリ２２でＰ_２＝約３７ｋＰａとなる。そのような静電吸着力Ｐを発生させるために必要な電圧の値は、図５より、駆動プーリ２１で５２０Ｖ、従動プーリ２２では１６０Ｖで良いと分かる。

このような電圧（Ｖ_１＝５２０Ｖ、Ｖ_２＝１６０Ｖ）を印加した場合、各プーリで流れる電流は、駆動プーリ２１の側で０．２７ｍＡ、従動プーリ２２の側で０．０４ｍＡとなる。また従動プーリ２２での消費電力は、１６０×０．０４＝６.４ｍＷとなる。

これに対し、本発明による解決手法の工夫を反映させない場合、すなわち、駆動プーリ２１と従動プーリ２２とに同じ５２０Ｖの電圧を印加した場合（Ｖ_１＝Ｖ_２＝５２０Ｖ）は、各プーリで流れる電流は次のようになる。すなわち、電流は駆動プーリ２１の側で０．２７ｍＡ、従動プーリ２２の側で３．２５ｍＡとなる。また従動プーリ２２での消費電力は、５２０×３．２５＝１６９０ｍＷとなる。

この結果、本発明による工夫を反映させることで、従動プーリ２２での消費電力は、１６９０ｍＷから６.４ｍＷに削減され、発熱量が大幅に下がる。従って、各プーリ２１、２２での必要な駆動力を確保しつつ、ベルト２３及び各プーリ２１、２２間の全体の発熱量を低減することができる。

このように本実施の形態では、まず、プーリ２１、２２とベルト２３との間に電位差を与えてプーリ２１、２２とベルト２３とを静電的に吸着させることで摩擦力を増加させ、駆動力伝達時の滑りを抑制することができる。ギアを用いた伝達機構に比し、振動や騒音の発生も著しく少なくなる。

また、ベルト２３の巻き付き長さが、第１のプーリ（駆動プーリ２１）よりも第２のプーリ（従動プーリ２２）の方が長い構成において、Ｖ_２＜Ｖ_１とした。すなわち、第１の電圧印加手段（電圧印加部２４）が、第１のプーリの導電部（金属層２１ｂ）とベルト２３との間に第１の電位差を与える。さらに、第２の電圧印加手段（電圧印加部２５）が、第２のプーリの導電部（金属層２２ｂ）とベルト２３との間に第１の電位差より小さい第２の電位差を与えるようにした。これにより、電流量ｉ２＜電流量ｉ１となるようにし、ジュール熱を削減した。

よって、本実施の形態によれば、プーリ間でベルトの巻き付き長さの違いがあっても、振動や騒音の低減とプーリとベルトとの滑りの防止を図りつつプーリとベルトとの間の発熱を低く抑えることができる。

ひいては、過剰な発熱によるベルト２３、プーリ２１、２２の形状変化や劣化、機内昇温を抑制でき、また、発熱による抵抗率変化や形状変化による接触状態変化を抑えることができる。このことから、静電力の安定化が図られ、安定した駆動力伝達ができる。消費電力の削減にも寄与する。

なお、適用可能な他の構成も各種考えられる。本実施の形態では、ベルトの巻き付き長さが駆動プーリ２１よりも従動プーリ２２において長い構成を例示した。しかしこれとは逆の場合には、印加電圧の大小関係を逆にすればよい。また、従動プーリが複数であってもよく、駆動プーリ及び従動プーリからなる複数のプーリのうち、あるプーリ（第１のプーリ）と、第１のプーリと比べてベルト２３の巻き付き長さが長いプーリ（第２のプーリ）との関係で印加電圧の設定を考えればよい。すなわち、第２のプーリへの印加電圧を、第１のプーリへの印加電圧よりも小さく設定すればよい。望ましくは、第１のプーリは複数のプーリのうちベルトの巻き付き長さが最も短いプーリとする。

ベルト巻き付き長さが、従動プーリよりも駆動プーリの方が長い構成としては、駆動プーリの径が従動プーリの径より大きい増速系や、張架ローラや張架部材の追加によりベルト巻き付き角を変化させた系が考えられる。

なお、本実施の形態では、ベルト２３を接地させたが、ベルト２３を接地せずに電圧を印加する構成でもよく、プーリとベルト間に、ベルト巻き付き長さの大小関係を考慮した電圧がかかり、静電吸着力が発生する構成であればよい。

なお、誘電体層は、プーリ２１、２２に設けたが、代わりに、ベルト２３のうちプーリ２１、２２の外周面に対向する側の面に設けてもよいし、プーリ２１、２２とベルト２３との双方に設けてもよい。従って、ベルト２３がプーリ２１、２２に巻回される領域において、ベルト２３の導電部（金属層等）とプーリ２１、２２の導電部との間に誘電体層が介在するようにすればよい。なお、プーリが３以上になる場合、ベルト２３の環状形状の外側に配置されるプーリが存在する場合もある。従って、ベルト２３の環状形状の外側に誘電体層が設けられる構成も除外されない。

なお、静電吸着力の作用の把握を容易にするためにテンションＴが０である場合を例示したが、テンションＴを設けてもよい。その場合、伝達可能な駆動力には、テンションＴによるものも考慮に加えればよい。

なお、ベルト２３、駆動プーリ２１、従動プーリ２２については、電気的接続が阻害されない限り、各々の一部に導電性を有しない部分（樹脂部等）が存在していてもよい。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、電流量ｉ２＜電流量ｉ１とするために、２つの独立した電圧印加部２４、２５を設けて電位差に差異を設けた。これに対し、本発明の第２の実施の形態では、電圧印加部が単一であっても、ベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２への印加電圧をベルト巻き付き長さの短い駆動プーリ２１への印加電圧よりも小さくできるようにする。

図６は、本実施の形態に係る駆動伝達装置５０の斜視図である。図７（ａ）は、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、印加される電圧を模式的に付加してある。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。図７（ｃ）は、駆動伝達装置５０の電気的性質を表す等価回路を示す図である。

本実施の形態では、第１の実施の形態に対して、プーリ２１、２２とベルト２３との間へ電圧を印加する構成が相違し、その他の構成は同様である。

第１の実施の形態とは異なり、１つの電圧印加部２４でありながら、ベルト巻き付き長さの長いプーリ（従動プーリ２２）への電圧印加経路上に、外部抵抗３２を直列に接続することによって、従動プーリ２２とベルト２３との間の電位差を小さくしている。すなわち、外部抵抗３２が、従動プーリ２２の金属層２２ｂに対して電気的に直列に接続されている。

従動プーリ２２の電圧印加経路上に直列に外部抵抗３２を備えることで、電圧印加部２４の電圧が、金属層２２ｂとベルト２３との間の抵抗（Ｒ_ｓ２＋Ｒ_ｂ２）と、外部抵抗３２とで分圧されるようになる。これによって、従動プーリ２２とベルト２３との間の電位差を小さくすることが可能となる。

具体例として、駆動プーリ２１と従動プーリ２２のそれぞれにおいて伝達可能な駆動力（Ｆ_１、Ｆ_２）として２．５ｋｇｆを確保しようとした場合の、各プーリ２１、２２への印加電圧の設定を考える。駆動力２．５ｋｇｆを確保するための静電吸着力Ｐを発生させるために必要な電圧の値は、第１の実施の形態と同様に、駆動プーリ２１で５２０Ｖ、従動プーリ２２では１６０Ｖである。

駆動プーリ２１とベルト２３との間の必要十分な電圧である５２０Ｖは、電圧印加部２４の電圧設定を５２０Ｖとしてそのまま印加することで実現される。一方、従動プーリ２２とベルト２３との間の必要十分な電圧１６０Ｖは、その電圧印加経路上に直列に外部抵抗３２を備えて、電圧印加部２４の電圧５２０Ｖを分圧することによって実現する。

外部抵抗３２の抵抗の設定値は、分圧を算出する下記の数式７を変形した数式８で求めることができる。

ここで、Ｒ_ｅｘは、求めたい外部抵抗３２の抵抗値で、Ｖ_０は電圧印加部２４の電圧、Ｖ_Ｊは、従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間にかかる電圧（電位差）である。また、Ｒ_Ｊは、従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間の抵抗であり、従動プーリ２２とベルト２３との接触部Ｓ２の抵抗値Ｒ_ｓ２と従動プーリ２２の誘電体バルク部Ｂ２の抵抗値Ｒ_ｂ２の和と等しい。抵抗Ｒ_Ｊは、従動プーリ２２とベルト２３との間に印加される電圧値によっても変化するため、ここでは１６０Ｖの電圧が印加されている時に流れる電流から求めた抵抗値を用いるとする。なお、１６０Ｖの電圧を従動プーリ２２とベルト２３との間に印加した時の電流を事前に測定するためには、外部抵抗無しにして電圧印加部２４の電圧Ｖ_０を１６０Ｖに設定すれば良い。

外部抵抗３２により、電圧印加部２４の電圧Ｖ_０は、従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間の抵抗Ｒｊ（Ｒ_ｓ２＋Ｒ_ｂ２）にかかる電圧Ｖ_Ｊと外部抵抗３２にかかる電圧Ｖ_ｅｘとに分圧される。電圧Ｖ_Ｊが１６０Ｖとなるようにするために、例えば、抵抗Ｒｊが４ＭΩであった場合の外部抵抗３２の抵抗値Ｒ_ｅｘは、数式８より９ＭΩと求めることができる。

次に、電力消費の違いを算出する。本発明による工夫を反映させない場合、すなわち、プーリ２１、２２に共に同じ５２０Ｖの電圧を印加した場合、従動プーリ２２に流れる電流は３．２５ｍＡで、消費電力は１６９０ｍＷであった。

本発明による工夫を反映させて外部抵抗３２を加え、従動プーリ２２とベルト２３との間の電圧を１６０Ｖにすると、従動プーリ２２に流れる電流は０．０４ｍＡとなり、消費電力は６.４ｍＷとなって大幅に小さくなった。

本実施の形態によれば、ベルト巻き付き長さが第１のプーリ（駆動プーリ２１）よりも長い第２のプーリ（従動プーリ２２）に外部抵抗３２を直列に接続することで、電流量ｉ２＜電流量ｉ１となるようにし、ジュール熱を削減した。よって、プーリ間でベルトの巻き付き長さの違いがあっても、振動や騒音の低減とプーリとベルトとの滑りの防止を図りつつプーリとベルトとの間の発熱を低く抑えることに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

なお、外部抵抗３２における消費電力は１４．４ｍＷであり、従動プーリ２２での消費電力と外部抵抗３２での消費電力を合計しても、本発明による工夫を反映させない場合に比べれば消費電力の削減効果が大きい。なお、外部抵抗３２を従動プーリ２２やベルト２３から離間配置すれば、ベルト２３に与える外部抵抗３２自体での発熱の影響は少なくなる。

なお、設ける抵抗素子としては外部抵抗３２に限られず、代わりにツェナーダイオードを用いることで、一方のプーリには印加電圧を、他方のプーリには印加電圧とツェナー電圧の差分の電圧を印加するといった構成も採用可能である。

なお、適用可能な他の構成としては、第１の実施の形態で他の構成として説明したものの他に、ベルト２３に電圧を印加し、プーリ２１、２２の金属層２１ｂ、２２ｂをそれぞれ接地する構成にしても良い。

第１、第２の実施の形態では、第１のプーリの導電部とベルト２３との間に与える第１の電位差と、第２のプーリの導電部とベルト２３との間に与える第２の電位差とに差異を設ける方法を採用した。これに対し、以下に説明する第３〜第５の実施の形態では、各プーリの導電部とベルト２３との間の電圧（電位差）が等しいままでも、静電吸着力の過剰分を減らす構成を採用する。その構成の概略としては、各プーリの導電部とベルト２３との間の抵抗値を異ならせることにより、静電吸着力や電流量の過剰分を減らすものである。

（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係る駆動伝達装置５０の斜視図である。図９（ａ）は、図８のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、印加される電圧を模式的に付加してある。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。図９（ｃ）は、駆動伝達装置５０の電気的性質を表す等価回路を示す図である。

本実施の形態では、プーリの導電部とベルトとの間の抵抗値を変化させる方法として、ベルト巻き付き長さの違いに応じてプーリの導電部とベルト２３とが対向するベルト巻き付きの単位長さ当たりの接触面積を変える。

図９（ａ）に示すように、第１の実施の形態に対し、ベルト巻き付き長さの長い側の従動プーリ２２の金属層２２ｂの幅（電極幅Ｌと記す）を狭くする。電極幅Ｌを小さくすることに応じてベルト２３との対向幅ｂが小さくなり、ベルト巻き付きの単位長さ当たりの接触面積が小さくなる。

電極の役割を担っている従動プーリ２２の金属層２２ｂを幅狭にし、誘電体層２２ａが金属層２２ｂの外周面だけでなく側面も覆って露出する構造となっている。ただし、金属層２２ｂに電圧印加部２４から導電性ブラシ２８ｂを用いて電圧印加するために、金属層２２ｂの側面には誘電体層２２ａに覆われない部分を設ける必要がある。電圧印加手段としては第２の実施の形態と同じように電圧印加部２４が１つ設けられるが、外部抵抗３２は設けない（図９（ｂ）、（ｃ））。その他の構成は第２の実施の形態と同様である。

具体例として、駆動プーリ２１の金属層２１ｂと従動プーリ２２の金属層２２ｂの幅（電極幅Ｌ）が第１の実施の形態では共に１０ｍｍであったのに対し、本実施の形態では金属層２２ｂの電極幅Ｌだけを２ｍｍと小さくした場合を考える。

駆動プーリ２１の金属層２１ｂと従動プーリ２２の金属層２２ｂとには、共に電圧印加部２４によってＶ_０＝５２０Ｖの等しい電圧が印加されている。５２０Ｖの電圧印加時における金属層２２ｂとベルト２３との間の抵抗値は、電極幅Ｌが１０ｍｍである場合は１６０ｋΩであったが、電極幅Ｌを２ｍｍにしたことで接触面積が５分の１となり、抵抗値は５倍の８００ｋΩとなった。

従って、５２０Ｖの電圧印加時に従動プーリ２２に流れる電流量は、電極幅Ｌが１０ｍｍの場合は３．２５ｍＡであったものが、電極幅Ｌを２ｍｍにしたことで０．６５ｍＡへと減少した。電力消費については、電極幅Ｌが１０ｍｍの場合は１６９０ｍＷであったものが、電極幅Ｌを２ｍｍにしたことで３３８ｍＷに大幅に低減された。

駆動プーリ２１に流れる電流量は第１の実施の形態と同様に０．２７ｍＡである。従動プーリ２２へのベルト巻き付き長さは駆動プーリ２１の１２倍であるから、ベルト巻き付きの単位長さ当たりの電流量に関して、本実施の形態でも、電流量ｉ２＜電流量ｉ１が成立している。

次に伝達可能な駆動力を考える。５２０Ｖの電圧をプーリ及びベルト間に印加した時の単位面積当たりの静電吸着力Ｐは、図５より４００ｋＰａである。テンションＴが０で、ベルト及びプーリ間の摩擦係数μは０．３とする。数式４から、静電吸着力Ｐが加わった場合の伝達可能な駆動力Ｆ_２は、２．５ｋｇｆである。

従動プーリ２２において、電極幅Ｌが１０ｍｍであった場合の伝達可能駆動力は２７．３ｋｇｆで、駆動プーリ２１に比べ過剰だったものが、電極幅Ｌを２ｍｍとしたことで５．５ｋｇｆへと、過剰分をかなり減らすことができている。系全体の伝達可能駆動力はベルト巻き付き長さの短い駆動プーリ２１の側の伝達可能駆動力で律速されるため、従動プーリ２２の電極幅Ｌを２ｍｍに小さくすることによる系全体の伝達可能駆動力に変化はない。

本実施の形態によれば、従動プーリ２２において電極幅Ｌを小さくすることで、金属層２２ｂとベルト２３とが対向する接触面積を小さくし、ベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２における過剰な伝達可能駆動力を削減することができる。これにより、プーリ間でベルトの巻き付き長さの違いがあっても、振動や騒音の低減とプーリとベルトとの滑りの防止を図りつつプーリとベルトとの間の発熱を低く抑えることに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

なお、ベルト２３とプーリとのベルト巻き付きの単位長さ当たりの接触面積を変更する方法は、プーリの電極幅Ｌの変更に限るものでない。他の方法として、プーリの誘電体層幅を小さくすることでも可能である。また、幅方向に限らず、接触面にジグザグ等の各種パターンを形成することによって接触面積を変更することも可能である。また、図１０に変形例を示すように、プーリ形状をクラウン形状等にして接触面に対して高さ方向の違いを施す構成を採用してもよい。

図１０は、変形例の従動プーリ２２を採用した駆動伝達装置５０の断面図である。従動プーリ２２において、金属層２２ｂ及び誘電体層２２ａを共に幅方向に湾曲させて凸形状とする。すなわち、従動プーリ２２の支持軸に平行な断面視において、従動プーリ２２の外周部が丸みを帯びた形状となっている。これにより、電極として機能する金属層２２ｂがベルト２３と対向する実質的な接触面積が小さくなる。

また、他の方法として、ベルト２３に接するプーリの外周面を粗くすることによって接触面積を小さくすることも可能である。ベルト２３に接するプーリの表面粗さの変更方法としては、旋盤を用いて表面を削る方法や、遊離砥粒を分散させた研磨材によって表面を研磨するラッピング研磨や、研磨剤を吹き付けるサンドブラストなどが考えられる。

なお、誘電体層を、ベルト２３のうちプーリに対向する側の面に設けた場合は、プーリの電極（金属層）の形状を変更することで接触面積を変更することが可能となる。

（第４の実施の形態）
図１１（ａ）は、第４の実施の形態に係る駆動伝達装置５０の断面図であり、図９（ａ）に対応する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。図１１（ｃ）は、駆動伝達装置５０の電気的性質を表す等価回路を示す図である。

本実施の形態では、プーリの導電部とベルトとの間の抵抗値を変化させる方法として、プーリの導電部である誘電体層の厚さ、すなわち膜厚ｔを変更する。ベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２の誘電体層２２ａの膜厚ｔを大きくすることで従動プーリ２２とベルト２３との間の抵抗を大きくし、従動プーリ２２に流れる電流量を減らして電力消費による発熱を抑える。

具体的には、第３の実施の形態では、駆動プーリ２１と従動プーリ２２の各誘電体層２１ａ、２２ａの膜厚ｔが共に同じ７０μｍであったが、本第４の実施の形態では従動プーリ２２の誘電体層２２ａのみ、膜厚ｔを２８０μｍへと厚くする。電圧印加手段としては第３の実施の形態と同じように電圧印加部２４が１つ設けられ、ベルト２３に対する接触面積については駆動プーリ２１と従動プーリ２２とで同じとする。その他の構成は第３の実施の形態と同様である。

駆動プーリ２１の金属層２１ｂと従動プーリ２２の金属層２２ｂとには、共に電圧印加部２４によってＶ_０＝５２０Ｖの等しい電圧が印加されている。５２０Ｖの電圧印加時における従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間の抵抗値は、誘電体層２２ａの膜厚ｔ＝７０μｍである場合には１６０ｋΩであった。このとき、従動プーリ２２とベルト２３との間の抵抗は、接触部Ｓ２の抵抗Ｒ_ｓ２と誘電体バルク部Ｂ２の抵抗Ｒ_ｂ２で構成され、それぞれの抵抗値は約１２０ｋΩ、約４０ｋΩであった。

これに対し、本実施の形態において誘電体層２２ａの膜厚ｔ＝２８０μｍとした場合の従動プーリ２２とベルト２３との間の抵抗は５２０ｋΩとなり、誘電体バルク部Ｂ２の抵抗Ｒ_ｂ２は４倍の約４８０ｋΩとなった。つまり、接触部Ｓ２の抵抗Ｒ_ｓ２は約４０ｋΩのままで、抵抗Ｒ_ｂ２が大きくなった。

なおここで、誘電体バルク部Ｂ２の抵抗Ｒ_ｂ２については、ベルト２３と接する従動プーリ２２の誘電体層２２ａの表面に金属を蒸着させて、誘電体層２２ａの両端に電圧印加した時の電流から求めることができる。接触部Ｓ２の抵抗Ｒ_ｓ２については、従動プーリ２２の金属層２２ｂとベルト２３との間の抵抗値から抵抗Ｒ_ｂ２を引くことで求めることができる。

本実施の形態では、誘電体層２２ａの膜厚ｔを７０μｍから２８０μｍに厚くすることで抵抗が１６０ｋΩから５２０ｋΩに大きくなり、従動プーリ２２に流れる電流量は、３．２５ｍＡから１ｍＡに減らすことができた。従動プーリ２２における電力消費は、１６９０ｍＷから５２０ｍＷに減らすことができた。

本実施の形態によれば、プーリ間でベルトの巻き付き長さの違いがあっても、振動や騒音の低減とプーリとベルトとの滑りの防止を図りつつプーリとベルトとの間の発熱を低く抑えることに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

なお、誘電体バルク部Ｂ２の抵抗Ｒ_ｂ２を大きくすることにより、接触部Ｓ２にかかる電圧が小さくなり、静電吸着力は小さくなる。その結果、従動プーリ２２における過剰な静電吸着力を小さくすることもできている。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態では、プーリの導電部とベルトとの間の抵抗値を変化させる方法として、プーリの導電部である誘電体層の体積抵抗率を変更する。ベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２の誘電体層２２ａの体積抵抗率を大きくすることで従動プーリ２２とベルト２３との間の抵抗を大きくし、従動プーリ２２に流れる電流量を減らして電力消費による発熱を抑える。

図１２は、誘電体層２２ａの体積抵抗率を変えた場合の従動プーリ２２における印加電圧と電流との関係を示す図である。図１２からわかるように、誘電体層２２ａの体積抵抗率を大きくすることによって、流れる電流が小さくなり、電力消費が抑制される。

第１〜第４の実施の形態では、ベルト巻き付き長さの短い駆動プーリ２１の誘電体層２１ａとベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２の誘電体層２２ａの体積抵抗率が共に同じ１×１０^１１Ω・ｃｍであった。これに対し本実施の形態では、従動プーリ２２の誘電体層２２ａのみ、体積抵抗率を５×１０^１１Ω・ｃｍへと大きくする。電圧印加手段としては第３の実施の形態と同じように電圧印加部２４が１つ設けられ、ベルト２３に対する接触面積については駆動プーリ２１と従動プーリ２２とで同じとする。その他の構成は第３の実施の形態と同様である。

駆動プーリ２１の金属層２１ｂと従動プーリ２２の金属層２２ｂには、共に電圧印加部２４によってＶ_０＝５２０Ｖの等しい電圧が印加されている。誘電体層２２ａの体積抵抗率を１×１０^１１Ω・ｃｍである場合には、従動プーリ２２に流れる電流量が３．２５ｍＡであった。しかし、誘電体層２２ａの体積抵抗率を５×１０^１１Ω・ｃｍに大きくしたことで電流量は０．１５ｍＡに減少した。従動プーリ２２における電力消費は１６９０ｍＷから７８ｍＷに減少し、電力消費による発熱が抑えられた。

なお、誘電体層２２ａが大きくなると、同じ印加電圧がかかった場合の静電吸着力は小さくなる。その結果、従動プーリ２２における過剰な静電吸着力を小さくすることもできている。

ところで、これまで説明した第３〜第５の実施の形態は、ベルト巻き付き長さの異なるプーリ間において、プーリの導電部とベルトとの間の抵抗値を変更することにより電流量や静電吸着力の過剰分を減らす構成であった。しかし、このような工夫を施さない場合、すなわち、巻き付きの単位長さ当たりの誘電体層とベルトとの接触面積、誘電体層の体積抵抗率、及び、誘電体層の膜厚ｔが、プーリ間で等しいままである場合を考える。この場合は、プーリへのベルト巻き付き長さとプーリとベルトとの間の抵抗値を乗じた値は等しい。これは、ベルト巻き付き長さが長いほど抵抗値が小さくなるからである。

この例として、第１の実施の形態と同様に駆動プーリ２１の半径ｒ_１が２０ｍｍ、駆動プーリ２１へのベルト巻き付き角度θ_１が１２０度、従動プーリ２２の半径ｒ_２が１２０ｍｍ、従動プーリ２２へのベルト巻き付き角度θ_２が２４０度の場合を述べる。従動プーリ２２側のベルト巻き付き長さは駆動プーリ２１側より１２倍だけ長い。このときのベルト２３との間の抵抗値は、従動プーリ２２については１６０ｋΩ、駆動プーリ２１については１９２０ｋΩであり、従動プーリ２２の抵抗値は駆動プーリ２１の抵抗値の１２分の１の値であった。このように、他の諸条件が同じであるとすると、プーリへのベルト巻き付き長さとプーリとベルトとの間の抵抗値を乗じた値は等しい。

第３〜第５の実施の形態において、ベルト巻き付き長さに抵抗値を乗じた値をプーリ間で比較してみる。まず、ベルト巻き付き長さの長い側の従動プーリ２２のベルト巻き付き長さと従動プーリ２２とベルト２３との間の抵抗値を乗じた値を乗算値Ｒ−２２と記す。一方、ベルト巻き付き長さの短い側の駆動プーリ２１のベルト巻き付き長さと駆動プーリ２１とベルト２３との間の抵抗値を乗じた値を乗算値Ｒ−２１とする。第３〜第５の実施の形態ではいずれも、乗算値Ｒ−２２が乗算値Ｒ−２１よりも大きくなっている。このように、巻き付きの単位長さ当たりの接触面積、誘電体層の膜厚、または誘電体層の体積抵抗率の少なくともいずれかをプーリ間で異ならせて、Ｒ−２２＞Ｒ−２１となるようにすることで、電流量や静電吸着力の過剰分を減らすことができる。

なお、Ｒ−２２＞Ｒ−２１とすることに関して、ベルト巻き付き長さに接触部Ｓの抵抗Ｒ_ｓを乗じた値で考えてもよい。すなわち、ベルト巻き付き長さに電気的な接触抵抗値を乗じた値につき、ベルト巻き付き長さの短い側よりも長い側のプーリの値を大きくする。これは例えば、ベルト巻き付きの単位長さ当たりの接触面積を、ベルト巻き付き長さの長い側のプーリにおいて小さくすることで実現される。

ところで、上記各実施の形態において、ベルト２３が巻回されるプーリは複数でもよく、例えば従動プーリが２つである構成例を図１３、図１４を用いて説明する。

図１３は、変形例として従動プーリが２つある構成の駆動伝達装置５０の斜視図である。図１４は、駆動伝達装置５０の電気的性質を表す等価回路を示す図である。

この構成においては、一本のベルト２３と、駆動プーリ２１と、複数（ここでは２つ）の従動プーリ２２、２７とを備える。モータ２０によって回転駆動される駆動プーリ２１の回転力を、ベルト２３を介して従動プーリ２２と従動プーリ２７とに伝達し、それぞれ回転軸３０Ｙ、３０Ｍを介して感光ドラム１Ｙ、１Ｍへと伝達させる構成となっている。

駆動プーリ２１の半径やベルトの巻き付き角度は第１の実施の形態と同じである。従動プーリ２２、２７の半径は共に１２０ｍｍ、ベルトの巻き付き角度は共に１２０度であり、プーリ径の違いによって駆動プーリ２１から従動プーリ２２、２７までにおいて減速される減速系となっている。

図１４において、従動プーリ２７の金属層２７ｂは、従動プーリ２２の金属層２２ｂに対応する。電位差Ｖ３、接触部Ｓ３、電圧Ｖ_ｓ３、抵抗Ｒ_ｓ３、誘電体バルク部Ｂ３、抵抗Ｒ_ｂ３は、電位差Ｖ２、接触部Ｓ２、電圧Ｖ_ｓ２、抵抗Ｒ_ｓ２、誘電体バルク部Ｂ２、抵抗Ｒ_ｂ２に対応する。

従動プーリ２２、２７におけるベルト巻き付きの単位長さ当たりの電流量ｉ２を駆動プーリ２１における電流量ｉ１よりも小さくなるようにする構成について、第１の実施の形態と同じ手法を採用した例を代表として説明する。

第１の実施の形態に対して、電圧加手段として従動プーリ２７に対応する電圧印加部２６を追加する。そして、ベルト巻き付き長さの長い従動プーリ２２、２７への印加電圧をベルト巻き付き長さの短い駆動プーリ２１への印加電圧より小さい値とする。これにより、第１の実施の形態と同様に、従動プーリ２２、２７における過剰な伝達可能駆動力を削減し、また、流れる電流が小さくなることで発生するジュール熱を小さくすることができる。

具体的に、駆動プーリ２１、従動プーリ２２、２７における伝達可能な駆動力として２．５ｋｇｆを達成しようとした場合の各プーリへの印加電圧の設定を考える。ベルト２３の張力を与えるテンションＴが０で、ベルト２３と各プーリ２１、２２、２７間の摩擦係数μは０．３とする。各プーリで必要となる単位面積当たりの静電吸着力の大きさを、数式４を用いて算出する。

必要となる単位面積当たりの静電吸着力の大きさは、駆動プーリ２１で約４００ｋＰａ、従動プーリ２２、２７で約６７ｋＰａとなる。図５から、必要な単位面積当たりの静電吸着力を発生させるための印加電圧は、駆動プーリ２１でＶ_１＝５２０Ｖ、従動プーリ２２、２７ではＶ_２＝Ｖ_３＝２１０Ｖで良いと分かる。

従動プーリ２２、２７に２１０Ｖの電圧を印加した時に従動プーリ２２、２７に流れる電流量は０．１４ｍＡとなり、消費電力はそれぞれ２９．４ｍＷとなる。

一方、このような工夫を反映させないで駆動プーリ２１と従動プーリ２２、２７とに同じ５２０Ｖの電圧を印加した場合は、各プーリで流れる電流は、駆動プーリ２１で０．２７ｍＡ、従動プーリ２２、２７で１．６３ｍＡとなる。従動プーリ２２、２７での消費電力はそれぞれ８４５ｍＷとなる。

よって、従動プーリ２２、２７への印加電圧を小さくすることで、電流量、消費電力が削減され、発熱量も減少する。

なお、図１３、図１４の構成において、印加電圧を下げる工夫を従動プーリ２２、２７のいずれか１つのみに施した場合であっても、それに応じた発熱抑制効果は得られる。

なお、図１３、図１４に例示したような従動プーリが複数ある構成において、第２〜第５の実施の形態で挙げたのと同様の工夫を採用してもよい。

なお、上記各実施の形態において、駆動伝達装置５０による回転力の伝達対象となる被駆動部と駆動源とは、複数組設けてもよく、各組に対して本発明を適用することができる。また、被駆動部と従動プーリとの連結、駆動源と駆動プーリとの連結は、直接でなく間接的であってもよい。

本発明は、画像形成装置に限られず、シート処理装置やその他の各種装置にも適用可能である。また、画像形成装置に適用する場合でも、電子写真方式に限られず、熱転写方式、インクジェット方式等の他の方式の画像形成装置にも適用可能である。例えば、インクジェット方式においては、キャリッジを駆動するためのキャリッジベルトが被駆動部となり得る。熱転写方式においては、プラテンローラが被駆動部となり得る。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１感光ドラム
２０モータ
２１駆動プーリ
２２、２７従動プーリ
２１ａ、２２ａ誘電体層
２１ｂ、２２ｂ金属層
２３ベルト
２４、２５、２６電圧印加部
５０駆動伝達装置

Claims

導電部を有し、駆動源によって回転駆動される駆動プーリと、
導電部を有し、被駆動部に直接または間接的に連結される少なくとも１つの従動プーリと、
導電部を有し、前記駆動プーリ及び前記従動プーリに巻回されるベルトとを有し、
前記駆動源の回転力が、前記駆動プーリ、前記ベルト及び前記従動プーリを介して前記被駆動部に伝達される駆動伝達装置であって、
前記駆動プーリ及び前記従動プーリに誘電体層が設けられるか、前記ベルトに誘電体層が設けられるか、または前記駆動プーリ及び前記従動プーリと前記ベルトとの双方に誘電体層が設けられ、前記設けられた誘電体層が、前記ベルトが前記駆動プーリに巻回される領域において前記ベルトの前記導電部と前記駆動プーリの前記導電部との間に介在すると共に、前記ベルトが前記従動プーリに巻回される領域において前記ベルトの前記導電部と前記従動プーリの前記導電部との間に介在し、
前記駆動プーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に電位差を与えて両者を静電的に吸着させると共に、前記従動プーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に電位差を与えて両者を静電的に吸着させる電圧印加手段を有し、
前記駆動プーリ及び前記少なくとも１つの従動プーリからなる複数のプーリには、第１のプーリと、前記ベルトの巻き付き長さが前記第１のプーリよりも長い第２のプーリとが存在し、
前記第２のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に介在する前記誘電体層に流れる前記ベルトの巻き付きの単位長さ当たりの電流量を、前記第１のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に介在する前記誘電体層に流れる前記ベルトの巻き付きの単位長さ当たりの電流量よりも小さくすることを特徴とする駆動伝達装置。
前記電圧印加手段は、第１の電圧印加手段と、該第１の電圧印加手段とは別個の第２の電圧印加手段とを有し、
前記第１の電圧印加手段は、前記第１のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に第１の電位差を与えると共に、
前記第２の電圧印加手段は、前記第２のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間に前記第１の電位差より小さい第２の電位差を与えることを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達装置。
前記第２のプーリの前記導電部に対して電気的に直列に接続される抵抗素子を有し、
前記電圧印加手段は、前記抵抗素子と前記ベルトの前記導電部との間に電位差を与えることを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達装置。
前記第２のプーリへの前記ベルトの巻き付き長さに前記第２のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間の電気的な抵抗値を乗じた値は、前記第１のプーリへの前記ベルトの巻き付き長さに前記第１のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間の電気的な抵抗値を乗じた値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達装置。
前記第２のプーリへの前記ベルトの巻き付き長さに前記第２のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間の電気的な接触抵抗値を乗じた値は、前記第１のプーリへの前記ベルトの巻き付き長さに前記第１のプーリの前記導電部と前記ベルトの前記導電部との間の電気的な接触抵抗値を乗じた値より大きいことを特徴とする請求項４に記載の駆動伝達装置。
前記第２のプーリと前記ベルトとの、巻き付きの単位長さ当たりの接触面積は、前記第１のプーリと前記ベルトとの、巻き付きの単位長さ当たりの接触面積より小さいことを特徴とする請求項５に記載の駆動伝達装置。
前記誘電体層は、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに設けられ、前記第２のプーリに設けられた前記誘電体層の体積抵抗率は、前記第１のプーリに設けられた前記誘電体層の体積抵抗率より大きいことを特徴とする請求項４に記載の駆動伝達装置。
前記誘電体層は、前記第１のプーリと前記第２のプーリとに設けられ、前記第２のプーリに設けられた前記誘電体層の膜厚は、前記第１のプーリに設けられた前記誘電体層の膜厚より大きいことを特徴とする請求項４に記載の駆動伝達装置。
前記誘電体層の体積抵抗率は１×１０^９Ω・ｃｍ以上１×１０^１４Ω・ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の駆動伝達装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の駆動伝達装置を備えることを特徴とする画像形成装置。