JP2021139413A - 駆動伝達装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトの蛇行を防止するとともに、ベルトの損傷を高精度に検知することを目的とする。【解決手段】駆動伝達装置３１は、モーターによって駆動される駆動プーリー３５と、径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部４１が外周面の全周にわたって形成された従動プーリー３７と、駆動プーリー３５と従動プーリー３７とに巻き掛けられたベルト３９と、駆動プーリー３５の回転むらを計測する第１計測部と、を備え、駆動プーリー３５は、径が軸方向に均一であり、従動プーリー３７よりも径が小さく、ベルト３９は、従動プーリー３７の膨出部４１に沿って、軸方向の中央部３９Ｃが端部３９Ｅよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅは、駆動プーリー３５の外周面に接触する一方、従動プーリー３７の外周面には接触しない。【選択図】図４

Description

本発明は、ベルトを用いて駆動力を伝達する駆動伝達装置及び駆動伝達装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置には、像担持体として感光体ドラムが備えられている。感光体ドラムに駆動力を伝達する装置としては、モーター側の駆動軸又は駆動プーリーと感光体ドラム側の従動プーリーとに金属製のベルトが巻き掛けられた駆動伝達装置が一般的である。このような駆動伝達装置においては、長期間の使用によりベルトに損傷や蛇行が生じることでベルトの耐久性や感光体ドラムの回転速度に悪影響が及ぶ。そして、ベルトが破断に至った場合には、駆動力の伝達が不能になり、画像形成装置が使用できないダウンタイムが発生するという問題がある。

そこで、従来、長期にわたりベルトの蛇行を抑制する技術の検討が行われている。例えば、特許文献１には、熱膨張によりベルトの周長が変化することで生じる蛇行をベルトの冷却によって抑制することが記載されている。

特開２０１４−１５９８６６号公報

しかし、画像形成装置のダウンタイムをなくすためには、ベルトの破断前に早期に損傷を検知する必要がある。特許文献１に記載されたベルト駆動機構は、ベルトの損傷を検知する仕組みを備えていない。

本発明は、上記事情を考慮し、ベルトの蛇行を防止するとともに、ベルトの損傷を高精度に検知することのできる装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る駆動伝達装置は、モーターによって駆動される駆動プーリーと、径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部が外周面の全周にわたって形成された従動プーリーと、前記駆動プーリーと前記従動プーリーとに巻き掛けられたベルトと、前記駆動プーリーの回転むらを計測する第１計測部と、を備え、前記駆動プーリーは、径が軸方向に均一であり、前記従動プーリーよりも径が小さく、前記ベルトは、前記従動プーリーの前記膨出部に沿って、前記軸方向の中央部が端部よりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、前記ベルトの前記軸方向の端部は、前記駆動プーリーの外周面に接触する一方、前記従動プーリーの外周面には接触しないことを特徴とする。

本発明に係る駆動伝達装置において、前記従動プーリーの前記膨出部のクラウン量が、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、前記駆動プーリーの外周面のうち前記従動プーリーから最も遠い点と、前記従動プーリーの外周面のうち前記駆動プーリーから最も遠い点との距離が、前記ベルトの幅の８倍以上２５倍以下であってもよい。

本発明に係る駆動伝達装置において、前記第１計測部によって計測された回転むらから前記ベルトの前記軸方向の端部の損傷の有無を判定し、前記ベルトの損傷を示す情報を出力する制御部を備えていてもよい。

本発明に係る駆動伝達装置において、前記従動プーリーの回転むらを計測する第２計測部を備え、前記制御部は、前記第２計測部によって計測された前記従動プーリーの回転むらに応じて前記モーターを制御することで、前記従動プーリーの回転むらを低減させてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記のいずれかの駆動伝達装置と、前記従動プーリーに接続された感光体ドラムと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ベルトの蛇行を防止するとともに、ベルトの損傷を高精度に検知することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る駆動伝達装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る駆動伝達装置の左側面図である。 本発明の一実施形態に係る駆動プーリー、従動プーリー及びベルトの断面図である。 本発明の一実施形態に係る駆動伝達装置の動作を示す流れ図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係るプリンター１（画像形成装置の一例）及び駆動伝達装置３１について説明する。

まず、図１を参照して、プリンター１の全体の構成について説明する。図１はプリンター１の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きはプリンター１を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、Ｕ、Ｌｏ、Ｌ、Ｒ、Ｆｒ、Ｒｒは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。

プリンター１の本体ハウジング３には、シートＳが収容される給紙カセット５と、給紙カセット５からシートＳを送り出す給紙ローラー７と、シートＳにトナー像を形成する画像形成部９と、トナー像をシートＳに定着する定着装置１１と、シートＳを排出する排出ローラー１３と、排出されたシートＳが積載される排出トレイ１５と、が備えられている。本体ハウジング３には、給紙ローラー７から、画像形成部９、定着装置１１を経て排出ローラー１３に至る搬送路１７が形成されている。

画像形成部９には、感光体ドラム１９、帯電装置２１、露光装置２３、現像装置２５、転写ローラー２７及びクリーニング装置２９が備えられている。帯電装置２１、現像装置２５、転写ローラー２７、クリーニング装置２９は、感光体ドラム１９の周囲に回転方向に沿って帯電装置２１、現像装置２５、転写ローラー２７、クリーニング装置２９の順に配置されている。感光体ドラム１９は、後述する駆動伝達装置３１によって駆動され、図１における時計回り方向に回転する。

給紙ローラー７によって給紙カセット５から給紙されたシートＳは、搬送路１７に沿って画像形成部９に搬送され、帯電装置２１によって感光体ドラム１９が所定の電位に帯電された後、露光装置２３で露光されることで感光体ドラム１９に潜像が書き込まれる。次に、現像装置２５によって静電潜像が現像されることでトナー像が形成される。トナー像は、転写ローラー２７によってシートＳに転写され、定着装置１１によってシートＳに定着される。トナー像が定着されたシートＳは排出ローラー１３によって排出トレイ１５に積載される。感光体ドラム１９の表面に残留したトナーは、クリーニング装置２９によって除去される。

次に、図２乃至４を参照して、駆動伝達装置３１の構成について説明する。図２は、駆動伝達装置３１の斜視図である。図３は、駆動伝達装置３１の左側面図である。図４は、駆動プーリー３５、従動プーリー３７及びベルト３９の断面図である。

駆動伝達装置３１は、感光体ドラム１９の後方に配置され、本体ハウジング３に固定されたハウジング（図示省略）に支持されている。なお、以下の例では、駆動軸３４の下方に従動軸３６が位置する姿勢で駆動伝達装置３１が配置されるが、駆動伝達装置３１は他の姿勢で配置されていてもよい。

［駆動プーリー］
モーター３３は、ブラシレスモーターであり、前後方向を駆動軸３４の軸方向として、ハウジングに支持されている。駆動軸３４は、ベルト３９を駆動する駆動プーリー３５の機能を兼ねている。駆動プーリー３５は、クラウニングされておらず、径が軸方向に均一である。ベルト３９の応力集中を緩和するために、駆動プーリー３５の径は、８ｍｍ以上が望ましい。ベルト３９に張力を発生させるために、モーター３３は、ばね等を用いた付勢機構（図示書略）により上方に付勢されている。

［従動プーリー］
従動プーリー３７は、従動軸３６に設けられている。従動軸３６は、前後方向を軸方向として、駆動軸３４から下方に離間した位置に設けられている。従動軸３６の前後両端部は、ハウジングに固定された軸受（図示省略）によって支持されている。従動軸３６の前端部には、軸継手３８が設けられ、軸継手３８を介して従動軸３６と感光体ドラム１９の軸とが連結されている。

［ベルト］
ベルト３９は、継ぎ目のない無端ベルトであり、非磁性の金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４）で形成され、駆動プーリー３５と従動プーリー３７とに巻き掛けられている。モーター３３が回転すると、駆動プーリー３５及びベルト３９を介して駆動力が伝達されることで従動プーリー３７が回転する。

次に、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅの損傷を検知する機能について説明する。長期にわたる使用により、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅに、亀裂、欠損、変形等の損傷が発生することがある。これらの損傷を放置すると、ベルト３９が破断に至るおそれがある。損傷部分が駆動プーリー３５や従動プーリー３７に接触すると、応力の分布が変化するため、回転むらが大きくなることが分かっている。また、減速装置として構成された駆動伝達装置３１においては駆動プーリー３５が従動プーリー３７よりも径が小さいため、駆動プーリー３５のほうが損傷部分に接触する時間が短い。従って、損傷部分の接触による回転むらの増加のピークは、駆動プーリー３５のほうが鋭敏である。よって、本実施形態では、駆動プーリー３５の回転むらの計測により、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅの損傷を検知する。

駆動伝達装置３１は、モーター３３によって駆動される駆動プーリー３５と、径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部４１が外周面の全周にわたって形成された従動プーリー３７と、駆動プーリー３５と従動プーリー３７とに巻き掛けられたベルト３９と、駆動プーリー３５の回転むらを計測する第１計測部５１と、を備え、駆動プーリー３５は、径が軸方向に均一であり、従動プーリー３７よりも径が小さく、ベルト３９は、従動プーリー３７の膨出部４１に沿って、軸方向の中央部３９Ｃが端部３９Ｅよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅは、駆動プーリー３５の外周面に接触する一方、従動プーリー３７の外周面には接触しない。具体的には、以下のとおりである。

従動プーリー３７には、径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部４１が外周面の全周にわたって形成されている。膨出部４１は、軸方向の中央部が最も径が大きく、軸方向の中央部を対称面とする面対称の形状に形成されている。なお、面対称であることは必須ではない。膨出部４１のクラウン量Ｃ（径が最大の部分と最小の部分との径の差）は、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが望ましい。クラウン量Ｃが０．３ｍｍ未満であると、ベルト３９の蛇行の修正効果が得られにくく、クラウン量Ｃが０．５ｍｍを超えると、ベルト３９が脱落しやすくなるからである。

ベルト３９が駆動されると、ベルト３９の従動プーリー３７に接触している区間は、従動プーリー３７の膨出部４１に沿って、軸方向の中央部３９Ｃが端部３９Ｅよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられる。この曲げ変形の影響により、ベルト３９の従動プーリー３７に接触していない区間にも、同様の形状の曲げ変形が残留する。曲げ変形は従動プーリー３７から離れるにつれて緩和されるが、一定の条件下においては、駆動プーリー３５に接触する区間においても、曲げ変形が残留する。ただし、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅが従動プーリー３７の外周面に接触していると外周面が削られてしまい、外周面の表面粗さが増大することでベルト３９の端部３９Ｅが損傷するおそれがある。従って、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅが従動プーリー３７の外周面に接触しないことが必要である。

この状態を実現するのに必要なプーリー間距離を実験で求めたところ、駆動プーリー３５の外周面のうち従動プーリー３７から最も遠い点と、従動プーリー３７の外周面のうち駆動プーリー３５から最も遠い点との距離Ｌ（図３参照）が、ベルト３９の幅Ｗの２５倍以下であることを要することが判明した。距離Ｌが幅Ｗの２５倍を超えると、ベルト３９の曲げ変形（軸方向の中央部３９Ｃが端部３９Ｅよりも外側に膨らむ形状）が駆動プーリー３５付近でほぼ消失し、ベルト３９の内周面全体が駆動プーリー３５に面接触するため、駆動プーリー３５の回転速度に対する端部３９Ｅの損傷の影響が現れにくくなり、端部３９Ｅの損傷を検知することが困難になる。ただし、距離Ｌが８倍未満の場合、駆動プーリー３５付近における曲げ変形の緩和が少ないため、駆動プーリー３５の周方向の曲げ変形との合成により曲げ応力が過大となり、ベルト３９の寿命が短くなるおそれがある。

以上のことから、クラウン量Ｃが０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、且つ、距離Ｌが幅Ｗの８倍以上２５倍以下である場合、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅは、駆動プーリー３５の外周面に接触する一方、従動プーリー３７の外周面には接触せず、且つ、ベルト３９の回転速度の低下が回避される。

［第１計測部］
第１計測部５１は、例えば、モーター３３の内部に配置された複数のホール素子５１Ｈと、信号処理部５１Ｓと、を備える。ホール素子５１Ｈは、モーター３３のローター（図示省略）の周囲に回転方向に等間隔で配置され、ローターの回転に伴って変化する磁界の強さに応じたＦＧ（Frequency Generator）パルス信号を出力する。信号処理部５１Ｓは、例えば、ＦＧパルス信号の周波数に比例した電圧を出力するＦ／Ｖ変換器と、出力された電圧の周波数を解析するＦＦＴアナライザーと、を備え（図示省略）、ＦＧパルス信号を解析して駆動プーリー３５の回転むらを算出し、回転むらを示すデータを制御部４に出力する。回転むらは、設定された回転数に対する実際の回転数の比率で表される。

［制御部］
駆動伝達装置３１は、制御部４によって制御される。制御部４は、プロセッサーとソフトウェアとによって実現されてもよいし、集積回路等のハードウェアによって実現されてもよい。プロセッサーは、メモリーに記憶されているプログラムを読み出して実行することで各種処理を実行する。プロセッサーとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用される。メモリーは、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の記憶媒体を含む。メモリーには、駆動伝達装置３１の制御に用いられる制御プログラムが記憶される。

制御部４には、第１計測部５１の信号処理部５１Ｓが接続されている。また、制御部４は、通信回線を通じてサービスセンターに接続されており、サービスセンターとの間でデータの送受信が可能である。

図５は、駆動伝達装置３１の動作を示す流れ図である。プリンター１に画像形成ジョブが入力されると、制御部４は、以下の損傷検知処理を実行する。最初に、制御部４は、閾値以上の回転むらが計測された回数を累積するカウンターｎを０に初期化し（ステップＳ０１）、モーター３３により駆動プーリー３５を回転させる（ステップＳ０３）。

次に、制御部４は、駆動プーリー３５の回転むらを計測し（ステップＳ０５）、回転むらが閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ０７）。本実施形態では、一例として、回転むらの閾値が２％に設定されている。制御部４は、回転むらが２％以上であると判定した場合には（ステップＳ０７：ＹＥＳ）、ステップＳ０９の処理に移行し、回転むらが２％未満であると判定した場合には（ステップＳ０７：ＮＯ）、ステップＳ１５の処理に移行する。

ステップＳ０９において、制御部４は、カウンターｎに１を加算し、ｎが１０に達したか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御部４は、ｎが１０に達したと判定した場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ベルト３９に損傷が発生した旨の情報をサービスセンターに送信し（ステップＳ１３）、損傷検知処理を終了する。ｎが１０に達していないと判定した場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御部４は、ステップＳ０５以降の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１５において、制御部４は、画像形成ジョブが終了したか否かを判定する。制御部４は、画像形成ジョブが終了したと判定した場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、損傷検知処理を終了し、画像形成ジョブが終了していないと判定した場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ０１以降の処理を繰り返す。

駆動プーリー３５と従動プーリー３７の両方をクラウニングすれば、片方をクラウニングした場合と比べて蛇行防止の効果は高くなるが、径の小さなプーリー側ではベルト３９に過大な曲げ応力が生じるおそれがあるため、減速装置として構成された駆動伝達装置３１においては、径の大きな従動プーリー３７だけをクラウニングするのが一般的である。その場合、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅが従動プーリー３７の外周面に接触しないことが必要であるが、そうした場合、ベルト３９の端部３９Ｅに損傷が生じても損傷部位が外周面に接触しないから、従動プーリー３７の回転むらを計測しても、損傷を検知することができない。

これに対して、本実施形態に係る駆動伝達装置３１は、駆動プーリー３５の回転むらを計測する第１計測部５１を備え、駆動プーリー３５は、径が軸方向に均一であり、従動プーリー３７よりも径が小さく、ベルト３９は、従動プーリー３７の膨出部４１に沿って、軸方向の中央３９Ｃ部が端部３９Ｅよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅは、駆動プーリー３５の外周面に接触する一方、従動プーリー３７の外周面には接触しない。よって、駆動プーリー３５の回転むらから、ベルト３９の端部３９Ｅの損傷を検知することができる。また、ベルト３９の蛇行を防止することができる。

以上説明した本実施形態に係る駆動伝達装置３１によれば、ベルト３９の蛇行を防止するとともに、ベルト３９の損傷を高精度に検知することができる。

また、本実施形態に係る駆動伝達装置３１によれば、従動プーリー３７の膨出部４１のクラウン量Ｃが、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、駆動プーリー３５の外周面のうち従動プーリー３７から最も遠い点と、従動プーリー３７の外周面のうち駆動プーリー３５から最も遠い点との距離Ｌが、ベルト３９の幅Ｗの８倍以上２５倍以下であるから、ベルト３９の軸方向の端部３９Ｅが駆動プーリー３５の外周面に接触する一方、従動プーリー３７の外周面には接触しない状態を実現することができる。

また、本実施形態に係る駆動伝達装置３１によれば、制御部４が、第１計測部５１によって計測された回転むらからベルト３９の軸方向の端部３９Ｅの損傷の有無を判定し、ベルト３９の損傷を示す情報を出力するから、ベルト３９が破断に至る前に対策を講じることができる。

［変形例］
上記実施形態が以下のように変形されてもよい。

上記実施形態の構成に加えて、第２計測部５２が設けられていてもよい。第２計測部５２は、例えば、光学式のロータリーエンコーダーであり、遮光板５２Ｄと、フォトインタラプター５２Ｐと、信号処理部５２Ｓと、を備える。遮光板５２Ｄは、放射状に延びる複数のスリット（図示省略）が従動軸３６の回転方向に等間隔で形成された円板であり、従動軸３６に固定されている。フォトインタラプター５２Ｐは、ハウジングに固定され、遮光板５２Ｄの回転により交互にレベルが変化するパルス信号を出力する。信号処理部５２Ｓは、例えば、パルス信号の周波数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器と、信号の周波数分布を高速フーリエ変換により算出するＦＦＴアナライザーとを備え（図示省略）、パルス信号を解析して従動プーリー３７の回転速度を算出し、回転速度を示すデータを制御部４に出力する。制御部４は、第２計測部５２によって計測された回転速度と、設定された回転速度との差が所定の範囲内に収まるように、モーター３３をフィードバック制御する。この構成によれば、従動プーリー３７の駆動の精度を高めることができる。

上記実施形態では、制御部４が、２％以上の回転むらが計測された回数を積算し、その回数が１０回に達した場合に、ベルト３９に損傷が発生したと判定する例が示されたが、この構成に加えて、制御部４が、２％以上の回転むらの発生周期を計測し、その発生周期と設計上のベルト３９の回転周期との差が閾値以下である場合に、ベルト３９に損傷が発生したと判定してもよい。この構成によれば、ベルト３９の損傷の検知の精度を高めることができる。

また、制御部４が、２％以上の回転むらの値が増加する傾向を示した場合に、モーター３３の駆動を停止するように構成されてもよい。この構成によれば、ベルト３９の破断を未然に防ぐことができる。

また、制御部４が、ベルト３９が１回転する間の損傷の発生回数を記憶し、その発生回数が増加する傾向を示した場合に、モーター３３の駆動を停止するように構成されてもよい。この構成によれば、ベルト３９の破断を未然に防ぐことができる。

上記実施形態では、第１計測部５１が、モーター３３の内部に配置された複数のホール素子５１Ｈと信号処理部５１Ｓとを備える例が示されたが、第１計測部５１は、光学式のロータリーエンコーダー等でもよい。

上記実施形態では、ベルト３９が駆動されるとベルト３９の従動プーリー３７に接触している区間が従動プーリー３７の膨出部４１に沿って軸方向の中央部３９Ｃが端部３９Ｅよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられる例が示されたが、ベルト３９は、予め、軸方向の中央部３９Ｃが端部３９Ｅよりも外側に膨らんだ形状に形成されていてもよい。

１ プリンター（画像形成装置）
４ 制御部
９ 画像形成部
１９ 感光体ドラム
３１ 駆動伝達装置
３３ モーター
３５ 駆動プーリー
３７ 従動プーリー
３９ ベルト
３９Ｃ 中央部
３９Ｅ 端部
４１ 膨出部
５１ 第１計測部
５２ 第２計測部

Claims (5)

1. モーターによって駆動される駆動プーリーと、
   径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部が外周面の全周にわたって形成された従動プーリーと、
   前記駆動プーリーと前記従動プーリーとに巻き掛けられたベルトと、
   前記駆動プーリーの回転むらを計測する第１計測部と、を備え、
   前記駆動プーリーは、径が軸方向に均一であり、前記従動プーリーよりも径が小さく、
   前記ベルトは、前記従動プーリーの前記膨出部に沿って、前記軸方向の中央部が端部よりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、
   前記ベルトの前記軸方向の端部は、前記駆動プーリーの外周面に接触する一方、前記従動プーリーの外周面には接触しないことを特徴とする駆動伝達装置。
2. 前記従動プーリーの前記膨出部のクラウン量が、０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、
   前記駆動プーリーの外周面のうち前記従動プーリーから最も遠い点と、前記従動プーリーの外周面のうち前記駆動プーリーから最も遠い点との距離が、前記ベルトの幅の８倍以上２５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達装置。
3. 前記第１計測部によって計測された回転むらから前記ベルトの前記軸方向の端部の損傷の有無を判定し、前記ベルトの損傷を示す情報を出力する制御部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動伝達装置。
4. 前記従動プーリーの回転むらを計測する第２計測部を備え、
   前記制御部は、前記第２計測部によって計測された前記従動プーリーの回転むらに応じて前記モーターを制御することで、前記従動プーリーの回転むらを低減させることを特徴とする請求項３に記載の駆動伝達装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動伝達装置と、
   前記従動プーリーに接続された感光体ドラムと、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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