JP2022154798A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機構を介して駆動力を伝達するモーターの回転数を抑制することを目的とする。【解決手段】プリンターは、潜像が形成される感光体ドラムと、感光体ドラムを駆動する駆動装置３１と、を備え、駆動装置３１は、モーター３３と、モーター３３に設けられた駆動プーリー３５と、感光体ドラムに設けられた従動プーリー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金属ベルト３９と、を備える。モーター３３の回転数は、２０００ｒｐｍ以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、シートに画像を形成する画像形成装置に関する。

近年、画像形成装置の騒音に対する規制が強化されつつある。そこで、従来、画像形成装置の騒音を抑制する技術が検討されている。例えば、特許文献１では、定着装置の圧解除のタイミングを選択可能とすることが提案されている。特許文献２では、用紙積載台に積載された用紙を分離する空気の流れを発生させる分離ファンと、用紙積載台に積載された用紙を吸引する空気の流れを発生させる吸引ファンと、吸引ファンから排気された空気を分離ファンに導く中継ダクトとを備えることが提案されている。特許文献３では、モーターギアと減速ギアの内歯歯車部との噛み合い部の噛み合い周波数と、減速ギアの外歯歯車部と出力ギアとの噛み合い部の噛み合い周波数の差を、１００Ｈｚ以下にすることが提案されている。

国際公開第２０１９／０３９６１５号 国際公開第２０１３／１１１４８３号 特開２０２０－７６４９９号公報

ところで、画像形成装置には、感光体ドラム、現像装置、中間転写体、シート搬送機構等の回転体の駆動のために、モーターと減速機構とを備える駆動装置が設けられている。減速機構としては、従来、金属よりも騒音の少ない樹脂製の歯車が多用されているが、感光体ドラムにおいては回転の精度が要求されることから、減速機構の剛性を高める必要がある。しかし、剛性を高めるために従動側に大径の歯車を用いると、減速比が大きくなるため、モーターの回転数を上げる必要があり、感光体ドラムの外径をφ３０乃至４０ｍｍとした場合、高速仕様の画像形成装置ではモーターの回転数が３０００ｒｐｍを超えるような騒音の大きな領域での設計を余儀なくされる。また、従来、フルカラーの画像形成装置においては、４つの現像装置を１つ乃至２つのブラシレスモーターで駆動していたため、高トルクが必要となり、減速比を大きくするとともにモーターの回転数を高くする必要があった。

また、モーターには、定格トルクを発生する最低回転数である使用可能最低回転数が定められている。ここで、印刷速度（例えば、Ａ４の短辺を搬送方向に平行にして搬送する場合の１分間当たりの印刷枚数）が２０ｐｐｍ（page per minute）の低速仕様と、印刷速度が６０ｐｐｍの高速仕様で駆動装置を共通化することを想定すると、使用可能最低回転数が７００ｒｐｍ（revolutions per minute）のモーターを低速仕様で用いた場合、高速仕様では回転数を２１００ｒｐｍに上げる必要がある。一般に、モーターの回転数が２０００ｒｐｍを超えると、騒音が顕在化する傾向があるから、このことは駆動装置の共通化を阻む要因となる。

これらの課題に対して、特許文献１で提案された構成は、圧解除のタイミングを制御することで騒音の不快感の低減を図っている。特許文献２で提案された構成は、気流の発生に伴う騒音を低減するものである。特許文献３で提案された構成は、噛み合い周波数の差を小さくすることで低騒音化の対策を容易にすることを意図したものである。よって、特許文献１乃至３で提案された構成では、モーターの高回転化に伴う騒音を抑制することはできない。

本発明は、上記事情を考慮し、減速機構を介して駆動力を伝達するモーターの回転数を抑制することのできる画像形成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、本発明に係る画像形成装置は、潜像が形成される感光体ドラムと、前記感光体ドラムを駆動する駆動装置と、を備え、前記駆動装置は、モーターと、前記モーターに設けられた駆動プーリーと、前記感光体ドラムに設けら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金属ベルトと、を備えることを特徴とする。

前記モーターの回転数は、２０００ｒｐｍ以下であってもよい。

前記画像形成装置は、前記モーターをベクトル制御する制御装置を備えていてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、潜像を現像する複数の現像装置と、前記複数の現像装置の各々に設けられた駆動装置と、を備え、前記複数の駆動装置の各々は、ステッピングモーターと、前記ステッピングモーターが発生する駆動力を前記現像装置に伝達する減速歯車と、を備えることを特徴とする。

前記ステッピングモーターの回転数は、２０００ｒｐｍ以下であってもよい。

前記ステッピングモーターは、ＰＭ型であってもよい。

前記画像形成装置は、前記ステッピングモーターの脱調を回避するドライバーを備えていてもよい。

前記画像形成装置は、前記ステッピングモーターをベクトル制御する制御装置を備えていてもよい。

本発明によれば、減速機構を介して駆動力を伝達するモーターの回転数を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置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装置の背面図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置の内部構成を示す左側面図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る駆動装置の音響パワーレベルの測定結果を示す図である。

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）について説明する。

最初に、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は、直方体状のハウジング３を備える。ハウジング３の内部の下部には、シートＳが収容される給紙カセット４と、給紙カセット４からシートＳを送り出す給紙ローラー５が設けられている。給紙カセット４の上方には、電子写真方式にてトナー像を形成する作像装置６が設けられ、作像装置６の右上方には、トナー像をシートＳに定着させる定着装置７が設けられている。定着装置７の左上方には、トナー像が定着されたシートＳを排出する排紙ローラー対８と、排出されたシートＳが積載される排紙トレイ９が設けられている。

ハウジング３の内部には、給紙ローラー５から作像装置６、定着装置７を経て排紙ローラー対８に至る搬送路１０が設けられている。搬送路１０は、シートＳを通過させる間隙を空けて互いに対向する板状部材によって形成されており、シートＳを挟持して搬送する搬送ローラー対１７が搬送方向Ｙの複数箇所に設けられている。作像装置６よりも搬送方向上流側には、レジストローラー対１８が設けられている。

作像装置６は、光の照射により電位が変化する感光体ドラム１１、放電により感光体ドラム１１を帯電させる帯電装置１２、画像データに応じたレーザー光を出射する露光装置１３、感光体ドラム１１にトナーを供給する現像装置１４、転写バイアスを発生する一次転写ローラー１５Ａ、感光体ドラム１１のトナー像が転写される中間転写ベルト１５Ｂ、転写バイアスを発生する二次転写ローラー１５Ｃ、及び、感光体ドラム１１に残留したトナーを除去するクリーニング装置１６を備える。現像装置１４には、現像装置１４にトナーを供給するトナーコンテナ２０が接続されている。

制御部２は、プロセッサーとメモリーとを備える。プロセッサーは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。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。プロセッサーは、メモリーに記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで各種処理を実施する。なお、制御部２は、ソフトウェアを用いない集積回路によって実現されてもよい。

プリンター１の基本的な画像形成動作は、次のとおりである。外部のコンピューター等からプリンター１に印刷ジョブが入力されると、給紙ローラー５が給紙カセット４から搬送路１０にシートＳを送り出し、回転が停止されたレジストローラー対１８がシートＳの斜行を補正し、レジストローラー対１８が所定のタイミングで作像装置６にシートＳを送り出す。作像装置６においては、帯電装置１２が感光体ドラム１１を所定の電位に帯電させ、露光装置１３が感光体ドラム１１に潜像を書き込み、現像装置１４がトナーコンテナ２０から供給されたトナーを用いて潜像を現像することでトナー像を形成し、一次転写ローラー１５Ａが感光体ドラム１１上のトナー像を中間転写ベルト１５Ｂに転写し、二次転写ローラー１５Ｃが中間転写ベルト１５Ｂ上のトナー像をシートＳに転写する。続いて、定着装置７がシートＳを挟持して搬送しながらトナー像を溶融させることでトナー像をシートＳに定着させ、排紙ローラー対８が排紙トレイ９にシートＳを排出する。クリーニング装置１６は、感光体ドラム１１に残留したトナーを除去する。

［感光体ドラムの駆動装置］
次に、感光体ドラム１１を駆動する駆動装置３１について説明する。図２は、駆動装置３１の背面図である。図３は、駆動装置３１の内部構成を示す左側面図である。

プリンター１は、潜像が形成される感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を駆動する駆動装置３１と、を備え、駆動装置３１は、モーター３３と、モーター３３に設けられた駆動プーリー３５と、感光体ドラム１１に設けられた従動プーリー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金属ベルト３９と、を備える。

具体的には、駆動装置３１は、感光体ドラム１１の回転軸１１ａに駆動力を伝達する。感光体ドラム１１の回転軸１１ａは、ハウジング３と一体のフレーム３ａに回転可能に支持されている。

駆動装置３１は、モーター３３と、駆動プーリー３５と、従動プーリー３７と、駆動プーリー３５及び従動プーリー３７に巻き掛けられた金属ベルト３９と、金属ベルト３９の張力を調整する張力調整部４５と、を備えている。本実施形態では、モーター３３の出力軸３３ａが駆動プーリー３５を兼ねているが、出力軸３３ａとは別の駆動プーリー３５がモーター３３の出力軸３３ａに固定されてもよい。

モーター３３は、ブラシレスモーターであり、フレーム３ａの後方に設けられた支持プレート５１に固定されている。モーター３３の出力軸３３ａは、支持プレート５１とフレーム３ａを貫通している。支持プレート５１は、フレーム３ａに支持され、フレーム３ａに対して上下方向に移動可能である。

従動プーリー３７は、駆動プーリー３５の上方に設けられ、感光体ドラム１１の回転軸１１ａの端部に固定されている。従動プーリー３７は、駆動プーリー３５よりも大きい径を有している。従動プーリー３７の外周面に沿って、従動プーリー３７の径方向の外側に膨出する膨出部３７ａが形成されている。膨出部３７ａは、従動プーリー３７の厚さ方向の中央部が両端部よりも径方向の外側に突出したクラウニング形状を有している。

金属ベルト３９は、無端のベルトである。金属ベルト３９は、例えば、ＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス）等の、非磁性の金属材料で形成されている。金属ベルト３９は、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。従動プーリー３７の外周面には膨出部３７ａが形成されているため、金属ベルト３９は膨出部３７ａの最大外径部に主に接触する。

張力調整部４５は、２つのコイルバネ６１と、互いに締め付けられた２対の雌ネジ６３及び雄ネジ６５と、を有している。２つのコイルバネ６１と、２対の雌ネジ６３及び雄ネジ６５とは、モーター３３の左右に配置されている。モーター３３の左右において、支持プレート５１と、フレーム３ａに固定された固定プレート６７とには、上下方向に対向する上側のバネ受け片６９と下側のバネ受け片７１とがそれぞれ形成されている。下側のバネ受け片７１には、貫通孔７１ａが形成されている。雌ネジ６３は、下側のバネ受け片７１の上面に、貫通孔７１ａと同軸上に固定されている。雄ネジ６５は、下側のバネ受け片７１の貫通孔７１ａに下方から貫通して、雌ネジ６３に螺合している。雄ネジ６５の先端には、当接プレート７３が固定されている。

コイルバネ６１の上端は、上側のバネ受け片６９に突き当てられている。コイルバネ６１の下端は、当接プレート７３に突き当てられている。コイルバネ６１は、支持プレート５１をフレーム３ａに対して下方に付勢している。つまり、コイルバネ６１は、支持プレート５１に支持されたモーター３３の出力軸３３ａ（駆動プーリー３５）を、感光体ドラム１１の従動プーリー３７から離間する方向に付勢して、金属ベルト３９に張力を付与している。

雄ネジ６５を雌ネジ６３に対して締め付けを強くする方向に回すことで、当接プレート７３によってコイルバネ６１が押し上げられ、支持プレート５１が上方へ移動する。この結果、駆動プーリー３５と従動プーリー３７との間の距離が短くなり、金属ベルト３９の張力が低くなるように調整される。一方、雄ネジ６５を雌ネジ６３に対して締め付けを弱くする方向に回すことで、当接プレート７３によってコイルバネ６１が引き下げられ、支持プレート５１が下方へ移動する。この結果、駆動プーリー３５と従動プーリー３７との距離が長くなり、金属ベルト３９の張力が高くなるように調整される。

上記構成を有する駆動装置３１において、モーター３３が回転すると、駆動プーリー３５が回転して、金属ベルト３９を介して従動プーリー３７が回転する。これにより、従動プーリー３７が固定された回転軸１１ａが回転して感光体ドラム１１が回転する。

［現像装置の駆動装置］
次に、現像装置１４を駆動する駆動装置８１について説明する。図４は、現像装置１４の断面図である。図５は、駆動装置８１の斜視図である。

プリンター１は、潜像を現像する複数の現像装置１４と、複数の現像装置１４の各々に設けられた駆動装置８１と、を備え、複数の駆動装置８１の各々は、ステッピングモーター８３と、ステッピングモーター８３が発生する駆動力を現像装置１４に伝達する減速歯車８５と、を備える。

ハウジング２１は、前後方向を長手方向とする箱状に形成されている。現像ローラー２３と、２つのスクリュー２５は、前後方向を軸方向としてハウジング２１の内部に互いに平行に設けられている。２つのスクリュー２５は、ハウジング２１の底部に左右に並べて設けられ、現像ローラー２３は、右側のスクリュー２５の上方に設けられている。ハウジング２１における現像ローラー２３の右方の部分に開口部２１ａが形成されており、開口部２１ａから露出された現像ローラー２３の外周面が感光体ドラム１１の外周面に所定の距離だけ離間して対向する。ハウジング２１とトナーコンテナ２０との間には、トナーの供給路（図示省略）が設けられている。ハウジング２１の底部には、磁性キャリアが収容されており、トナーコンテナ２０から供給されたトナーと磁性キャリアとをスクリュー２５が混合、撹拌することで２成分の現像剤が構成される。

現像ローラー２３は、回転軸２３ａと、回転軸２３ａの周囲に設けられた磁極部材２３ｍと、所定の間隔を空けて磁極部材２３ｍを覆う円筒形の現像スリーブ２３ｓと、を備える。現像スリーブ２３ｓは、非磁性材料によって形成されている。回転軸２３ａは、ハウジング２１に支持され、現像スリーブ２３ｓとともに所定の方向に回転する。磁極部材２３ｍは、回転しない。

プリンター１は、複数の現像装置１４と同数（この例では、４つ）の駆動装置８１を備え、複数の現像装置１４の各々に駆動装置８１が設けられている。駆動装置８１は、ハウジング８２と、ステッピングモーター８３と、減速歯車８５と、現像ローラー歯車８７と、スクリュー歯車８９と、を備える。ハウジング８２は、前側が開口しており、減速歯車８５、現像ローラー歯車８７、スクリュー歯車８９を収容している。ステッピングモーター８３は、ハウジング８２の後側に設けられている。

ステッピングモーター８３は、ローターとして永久磁石を用いたＰＭ（Permanent Magnet）型である。減速歯車８５は、ステッピングモーター８３の出力軸に設けられた出力歯車（図示省略）に噛み合わされている。減速歯車８５は、ステッピングモーター８３の出力歯車よりも大径である。現像ローラー歯車８７は、現像ローラー２３の軸に結合される。スクリュー歯車８９は、Ｄカットが形成された軸継手９１を介してスクリュー２５に結合される。

減速歯車８５は、現像ローラー歯車８７に噛み合わされており、ステッピングモーター８３の駆動力を減速して現像ローラー歯車８７に伝達する。また、現像ローラー歯車８７は、スクリュー歯車８９と噛み合わされており、現像ローラー歯車８７を介してスクリュー歯車８９に駆動力が伝達される。なお、現像ローラー歯車８７を介さずに、減速歯車８５からスクリュー歯車８９に駆動力が伝達されてもよい。

上記構成を有する駆動装置８１において、ステッピングモーター８３が回転すると、出力歯車及び減速歯車８５を介して、現像ローラー歯車８７、スクリュー歯車８９に駆動力が伝達され、現像ローラー２３及びスクリュー２５が回転する。

以上説明した本実施形態に係るプリンター１によれば、潜像が形成される感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を駆動する駆動装置３１と、を備え、駆動装置３１は、モーター３３と、モーター３３に設けられた駆動プーリー３５と、感光体ドラム１１に設けられた従動プーリー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金属ベルト３９と、を備える。感光体ドラム１１の駆動においては、回転精度を高めるために、駆動装置３１の剛性を高める必要があるが、従来は、剛性を確保するために従動側に大径の樹脂製歯車（歯の１枚当たりの負荷が小さいため、歯が変形しにくい）を用いていたため、減速比を小さくすることができず、モーター３３の回転数を高く設定する必要があった。これに対して、本発明では、樹脂製歯車の代わりに金属ベルト３９を用いることで、剛性を低下させずに減速比を小さくすることが可能となる。その結果、モーター３３の回転数を抑制することができるようになるため、モーター３３の騒音が抑制される。

本実施形態に係るプリンター１において、モーター３３の回転数は、２０００ｒｐｍ以下であることが望ましい。回転数を２０００ｒｐｍ以下とすることで、騒音レベルをブルーエンジェルマーク等の規格に適合させることができる。

また、本実施形態に係るプリンター１によれば、潜像を現像する複数の現像装置１４と、複数の現像装置１４の各々に設けられた駆動装置８１と、を備え、複数の駆動装置８１の各々は、ステッピングモーター８３と、ステッピングモーター８３が発生する駆動力を現像装置１４に伝達する減速歯車８５と、を備える。従来、フルカラープリンターにおいては、４つの現像装置１４を１つ乃至２つのブラシレスモーターで駆動していたため、高トルクが必要となり、減速比を大きくするとともにモーターの回転数を高くする必要があった。これに対して、本発明では、１つの現像装置１４につき１つのステッピングモーター８３を用いることで、１つのステッピングモーター８３当たりのトルクの負担を軽減した。その結果、ステッピングモーター８３の回転数を抑制することができるようになるため、モーター３３の騒音が抑制される。

本実施形態に係るプリンター１において、ステッピングモーター８３の回転数は、２０００ｒｐｍ以下であることが望ましい。回転数を２０００ｒｐｍ以下とすることで、騒音レベルをブルーエンジェルマーク等の規格に適合させることができる。

図６は、駆動装置８１の音響パワーレベルの測定結果を示す図である。左側は、１つのブラシレスモーターで４つの現像装置１４を駆動する従来の構成の測定結果である。右側は、４つの現像装置１４の各々を１つのステッピングモーター８３で駆動する本実施形態の測定結果である。本実施形態では、従来の構成と比べて、３ｄＢ以上の音響パワーレベルの低下が見られた。

また、本実施形態に係るプリンター１によれば、ステッピングモーター８３は、ＰＭ型であるから、駆動装置８１を小型化且つ低コスト化することができる。

上記実施形態が以下のように変形されてもよい。

上記実施形態では、ステッピングモーター８３がＰＭ型である例が示されたが、ＰＭ型に代えて、ＶＲ（Variable Reluctance）型が用いられてもよい。

ステッピングモーター８３の脱調（入力信号と回転が同期しなくなること）は、過負荷や速度変動等の原因により発生するが、トルクの小さなモーターで起こりやすい。そのため、上記実施形態の構成に加えて、脱調を回避する機能を備えたドライバーを設けることが望ましい。脱調回避機能を備えたドライバーは、例えば、センサーを用いてローターの位置情報を取得し、位置情報をフィードバックすることでローターの回転を補正する。この構成によれば、ステッピングモーター８３の脱調を防ぐことができる。

上記実施形態の構成に加えて、モーター３３及びステッピングモーター８３をベクトル制御する制御装置が設けられてもよい。例えば、印刷速度が２０ｐｐｍの低速仕様と６０ｐｐｍの高速仕様とで駆動装置３１、８１の共通化を図る場合、高速仕様でモーターの回転数を２０００ｒｐｍ以下に抑えるためには、低速仕様の回転数を３００ｒｐｍ程度に抑える必要がある。従来は、モーターの使用可能最低回転数は７００ｒｐｍ程度であったが、モーターをベクトル制御することで、使用可能最低回転数を３００ｒｐｍ程度に抑えることが可能となり、低速仕様と高速仕様で駆動装置３１、８１を共通化することができる。

上記実施形態では、駆動装置８１が現像装置１４の駆動に用いられた例が示されたが、駆動装置８１は、搬送路１０に沿ってシートＳを搬送する搬送ローラー対１７、中間転写ベルト１５Ｂ等の駆動に用いられてもよい。

１ プリンター（画像形成装置）
１１ 感光体ドラム
１４ 現像装置
３１ 駆動装置
３３ モーター
３５ 駆動プーリー
３７ 従動プーリー
３９ 金属ベルト
８１ 駆動装置
８３ ステッピングモーター
８５ 減速歯車

Claims (8)

1. 潜像が形成される感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムを駆動する駆動装置と、を備え、
   前記駆動装置は、
   モーターと、
   前記モーターに設けられた駆動プーリーと、
   前記感光体ドラムに設けら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金属ベルトと、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記モーターの回転数は、２０００ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記モーターをベクトル制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 潜像を現像する複数の現像装置と、
   前記複数の現像装置の各々に設けられた駆動装置と、を備え、
   前記複数の駆動装置の各々は、
   ステッピングモーターと、
   前記ステッピングモーターが発生する駆動力を前記現像装置に伝達する減速歯車と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 前記ステッピングモーターの回転数は、２０００ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記ステッピングモーターは、ＰＭ型であることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
7. 前記ステッピングモーターの脱調を回避するドライバーを備える請求項４乃至６のいずれか1項に記載の画像形成装置。
8. 前記ステッピングモーターをベクトル制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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