JP3258393B2 - 画像出力機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プロセスを応
用したデジタルカラー複写機、あるいはデジタルカラー
プリンタをはじめとする画像形成出力機器に関する。

【０００２】

【従来技術】電子写真プロセスを応用した複写機やプリ
ンタ等では、回転する円筒状の感光体の表面や、ベルト
状に形成した感光体を走行させその表面に順次静電潜像
を形成し、形成した静電潜像に黒、及びカラー画像であ
れば各色のトナーを付着させて現像しそれを紙面に転写
して画像を得るようにしている。ここで、画像出力装置
における感光体ドラムや、ベルト状感光体の駆動ローラ
を回転体と称することにする。そのため、何らかの影響
で感光体に速度の変動が生じると出力された画像にジッ
タや画像ムラが生じる。このことは、感光体への書き込
みを半導体レーザの走査によって行わせるデジタル方式
の電子写真技術においては特に顕著に現れ、感光体の回
転の速度変動が書き込み系の副走査方向の速度変動とな
り書き込みラインの間隔に微妙なずれを生じさせて画像
品質を著しく低下させる原因となっていた。

【０００３】一方、従来複写機やプリンタ等の駆動系の
設計は、駆動対象を、製品仕様から導かれたラインスピ
ード、回転数等の数値を満足させながら、許容されるス
ペースとの関係で適正配置を探ることに力点が置かれて
いた。すなわち動力源からの動力を駆動対象までどのよ
うに伝達するか、動力伝達の機械要素として何を用いる
かと言うようなことが大きな関心事であった。したがっ
て、できあがった製品に段ムラ、回転ムラが発生すると
原因を探り感光体の駆動軸の軸受けを焼結品に変更した
り、感光体の駆動軸にフライホイールを連結させたり、
感光体の回転軸にばねと摩擦部材を組み合わせたブレー
キを取り付けたり、歯車精度を向上させたり、種々のね
じり角を持つはすば歯車を使用する等という対策がとら
れていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、デジタ
ル方式の画像出力機器の開発では、性能が向上するにつ
れ、レーザによる書き込みによる１ドットラインの再現
性が厳密に求められ、駆動系に要求される精度も急速に
厳しいものになった。ここで要求される精度は、レーザ
による書き込みの副走査方向の均一性が視覚系の可視感
度との関係で保証されるレベルであり、これを達成する
にあたっては、感光体駆動の高精度化が最大の技術課題
である。駆動系の速度変動の主原因は、モータの回転軸
１回転あたりの速度変動と、歯車の１回転成分及び１歯
成分の絶対値が大きいことと、それらの変動成分とその
高調波成分が駆動系の固有振動数との関係で共振現象を
起こしていることであることが判明した。

【０００５】図１４に従来機の駆動系の速度変動パワー
スペクトルを示す。これによると、機械固有のラインス
ピードに基づき歯車一歯による変動成分は、モータに直
結した歯車で１７６Ｈｚ、第２軸で６４Ｈｚ、ドラムに
直結した歯車で２５Ｈｚのものを有し、その高調波成分
として５０Ｈｚのものが現れている。またモータに直結
した歯車の一回転成分として２２Ｈｚを有し、その高調
波として４４Ｈｚが現れている。

【０００６】一方、図１５に駆動系の固有振動数を数値
的にとらえるための伝達関数の測定例を示す。この場合
の測定はデュアルチャンネルのＦＦＴアナライザにイン
パクト加振ハンマの出力と、感光体ドラムの一端に回転
方向の加速度変動が測定できるように取り付けた圧電型
ピックアップセンサの出力を接続し、それぞれのフーリ
エスペクトルの比を求める方法で行った。この図１５か
ら、本駆動系の固有振動数のピークが４５Ｈｚ付近にあ
り、伝達関数のレベルの高い領域が３０〜６０Ｈｚ付近
まで広がりを見せていることがわかる。

【０００７】上記変動成分スペクトルと伝達関数とを重
ね合わせたのが図１６である。この図からわかるよう
に、本駆動系は、伝達関数のピークと、変動成分及びそ
の２次高調波が存在する周波数領域の位置が重なりあっ
ている。すなわち、本駆動系は変動成分を増幅させてい
る（共振を起こしている）系であることが判明した。

【０００８】実際、本駆動系を有する機械３台について
実測値を調べてみると感光体の回転変動は５〜８％の値
を示していた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するため、モータや歯車など発生源での速度変動を
低減させることは前提として、更にこれに加え、駆動伝
達系での変動成分の伝達という点に着目し、伝達関数、
共振、固有振動数の概念を取り入れ、しかも、伝達され
た変動をいかに減衰させるかという点を考慮して、回転
体の駆動装置を次のように構成した。

【００１０】まず、回転体駆動系の共振を回避するため
に、回転体駆動系の固有振動数と、回転体駆動系に伝達
される変動成分の周波数の一致を防止することにした。
一般に、固有振動数ωは次の式で表現される。

【００１１】

【数１】 式中Ｋは駆動系のねじり剛性、Ｉは慣性モーメントであ
る。共振の回避のためにＫあるいはＩの値を変更するこ
とによりωの値を変えることができる。共振の回避とい
う観点からはωを回転駆動系の変動成分に対し、大きく
してもよいし、また小さくしてもよい。ωを大きくする
方法としては、Ｋを大きくするか、Ｉを小さくすること
で実現できる。また、ωを小さくするためには、Ｉを大
きくするか、Ｋを小さくすると実現できる。

【００１２】図１７及び図１８は図１４に示したデータ
の駆動系について、構造変更により固有振動数を大きい
値と、小さい値に移動させた場合の、駆動系の回転変動
のパワースペクトルと伝達関数の実測値について、図１
６と同様に、重ね合わせを行ったものである。また、図
１９は、以上の３つの駆動系についての伝達関数のピー
クの値を比較したものである。図１７における駆動系の
低剛性化の構造変更は、駆動系のねじり剛性Ｋの値を小
さくするものである。図１７、図１８、図１９のデータ
を比較して考えられることは、共振の回避のために、固
有振動数を移動させるために駆動系のねじり剛性Ｋを小
さくし固有振動数をより低周波側に移動させる構造変更
の場合には、固有振動数の移動と共に伝達関数が小さく
なっていくことである。これは、固有振動数の移動のた
めの構造変更にともない、その柔軟構造化のために減衰
要素が顕著になり、回転変動を駆動系そのものが吸収す
るような構造に移行するためと考えられる。以上の結
果、共振の回避のための固有振動数の移動を実施する場
合、駆動系のねじり剛性Ｋを小さくする構造変更が、回
転速度の変動の伝達ゲインの大きさの変化を伴い駆動系
の速度変動を低減するのに有利でかつ効果的であること
がわかる。一方、剛性Ｋを小さくする構造変更は、クリ
ーニングブレード等の当接など瞬間的な力が加えられた
場合の速度変動が収まりにくく、長時間にわたってその
影響が画像に残るということがある。

【００１３】そこで本発明では、このような考え方に基
づき回転体と駆動軸とを回転体の駆動伝達系に遠い側に
て連結し、回転体の内部に慣性負荷を取り付け回転体駆
動系の固有振動数を低下させるとともに、回転体の非画
像部分、すなわち画像形成に関わらない部分に回転抵抗
を有する回転部材を当接させることとした。

【００１４】

【作用】駆動伝達系から遠い側にて駆動軸と回転体とを
連結したので駆動軸の有効長さが長くなることにより駆
動歯車から先の剛性Ｋが実質的に小さくなり、かつ慣性
負荷を回転体に取り付けたことにより、駆動系の慣性モ
ーメントＩが大きくなり、固有振動数を低下させること
ができることにより、数１で表される回転体駆動系の固
有振動数が低下するので、固有振動数と変動成分の周波
数との分離ができ、回転体駆動系の共振を防止して回転
の速度変動を減少できる。又、回転体駆動系の剛性Ｋが
実質的に低くなるので、柔構造化の達成ができ、これに
より回転体駆動系の伝達ゲインが小さくなり回転体の速
度変動のレベルを小さくすることができる。更に、回転
抵抗を有する回転部材を回転体の非画像部分に当接させ
たことから、回転体の速度変動を速やかに収束でき、出
力された画像品質を大きく向上させることができる。
又、装置を小型化し、低コスト、更にはシステム全体の
信頼性を向上できる。

【００１５】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。

【００１６】図１２に本発明の回転体を用いた電子写真
画像出力機器の全体を示す。この電子写真画像出力機器
３１は内部に回転体としての感光体ドラム２，現像部
３、感光体ドラム２を駆動する駆動機構等が取り付けら
れている。図２に感光体ドラム２と駆動機構４を示す。
駆動機構４は駆動用モータ５とそれに連結した歯車群６
からなり、歯車群６の最終歯車１０に感光体ドラム２の
駆動歯車１１が連結している。

【００１７】感光体ドラム２は，側面に有機感光材料を
塗布した円筒状のアルミニウム母材からなり、図１に示
すように両端にフランジ１２ａ及び１２ｂが取り付けて
ある。フランジ１２ａ等の中心には、駆動軸１３が通し
てあり、駆動歯車１１に遠い側のフランジ１２ｂと駆動
軸１３とはピン１５により固定してあり、駆動歯車１１
側のフランジ１２ａと駆動軸１３とは回動自在になって
いる。駆動軸１３は、軸受け２１に回動自在に支持され
ており、前述した駆動歯車１１が軸端に取り付けられ、
この駆動歯車１１が最終歯車１０に噛み合っている。感
光体ドラム２の内部には、慣性部材８が両側のフランジ
１２ａおよび１２ｂにそれぞれ取り付けてある。

【００１８】慣性部材８は、鋼材、ＳＵＳ、真ちゅう等
からなるリング状の重りであって、材質は比重が大きい
程コンパクトな大きさで形成でき、好ましくは感光体ド
ラム２の慣性モーメントＩ１とこの慣性部材の慣性モー
メントＩ２との比が０．０５〜０．４の範囲が良い。

【００１９】図３に回転部材１８を示す。回転部材１８
は、支持軸１９とこの支持軸１９に回動自在に取り付け
られたローラ２０からなり、支持軸１９とローラ２０の
間には、粘性の高いオイルが塗布されている。又、ロー
ラ２０は金属製の内筒２３とその外側を覆うゴム製の外
筒２２からなっている。この回転部材１８は、ローラ２
０が感光体ドラム２の隅、すなわち画像形成に関わらな
い箇所に接し、かつ支持軸１９が感光体ドラム２の駆動
軸１３と平行になるように取り付けられている。したが
って、感光体ドラム２が回転すると、支持軸１９との間
で粘性抵抗を有するローラ２０が回転し、それによっ
て。感光体ドラム２は回転抵抗を受けながら回転するよ
うになっている。

【００２０】ここで、一般に振動における伝達関数Ｇ
（ｓ）はつぎの式で表される。

【００２１】

【数２】 式中、ζは減衰係数比であり、ω_N は固有振動数であ
る。この数２から減衰係数比ζを小さくすると伝達関数
Ｇ（ｓ）が小さくなることがわかる。

【００２２】図５〜図８に減衰係数比ζを変えた場合の
減衰状態の違いを示す。各図の縦軸は振幅、横軸は時間
である。図５は減衰係数比ζが１０％、図６は減衰係数
比ζが２０％、図７は減衰係数比ζが４０％、図８は減
衰係数比ζが６０％の場合である。これより減衰係数比
ζは２０％〜６０％の範囲内が好ましいことがわかる。

【００２３】このように、駆動歯車１１から遠い側のフ
ランジ１２ｂと駆動軸１３とを連結し、感光体ドラム２
の内部に慣性部材８を設け、かつ感光体ドラム２に回転
部材１８を当接させたことから、感光体ドラム２と、駆
動軸１３と、駆動歯車１１からなる駆動系の慣性モーメ
ントＩが大きくなり、加えて駆動歯車１１から慣性部材
８間での距離が長くなって実質的に駆動系の剛性Ｋが下
がるので、これにより駆動系の固有振動数が低下する。
したがって、この固有振動数を適宜な値に設定して、駆
動機構４で発生した変動成分の周波数との関係で固有振
動数と変動成分とを分離させることができ、感光体ドラ
ム２の共振を防止でき、感光体ドラム２を速度変動を生
じさせることなく滑らかに回転させて出力される画像品
質を著しく向上させることができる。

【００２４】更に、実質的に剛性Ｋが低下することから
感光体ドラム２の伝達ゲインが低下できるので、最終歯
車１０から入力される速度変動が減衰されやすくなり、
感光体ドラム２の回転速度の変動を抑えることができる
とともに回転部材１８を感光体ドラム２に当接させたの
で感光体ドラム２の減衰係数比ζが大きくなり、例えば
クリーニングブレードが感光体ドラム２に作用した場合
等瞬間的な速度変動が生じた場合でも、速度変動を速や
かに減衰させて元の速度に戻し回転速度の変動を最小限
に保つことができる。したがって、感光体ドラム２を一
定の速度で滑らかに回転させることができ、出力される
画像品質を著しく向上させることができる。

【００２５】図４に感光体ドラム２の他の実施例を示
す。これは、フランジ１２ａおよび１２ｂを慣性負荷の
大きな部材で形成したものであり、フランジ１２ａと駆
動軸１３とは回動自在である。駆動系の慣性モーメント
Ｉを大きくするにあたって、このようにフランジ自体の
慣性負荷を大きくしてもよい。このようにすれば、上述
したと同様速度変動を減少させて画像品質を向上できる
とともに組み立て行程を簡略化でき、部品点数も減少さ
せてコストを低減することができる。

【００２６】更に、慣性部材８を薄板の金属板を積層
し、これをフランジ１２に固定するようにしたものでも
良く、このように慣性部材８を形成しても、上述したと
同様に感光体ドラム２の慣性モーメントＩを上げ、且つ
剛性Ｋを下げて固有振動数を低下させることができ、そ
の結果、固有振動数と周波数領域における変動成分との
分離ができ、共振を防止して感光体ドラム２の速度変動
を減少させ画像品質を著しく向上させることができ、更
に金属板の取り付け枚数を加減することにより容易に慣
性モーメントＩを調整することができる。

【００２７】回転部材１８は、ローラ２０と支持軸１９
との間に封入されたオイルの粘性等によってその回転抵
抗を適宜に設定できるようになっている。図９に回転部
材１８の他の実施例を示す。これは、内筒２３の内側に
溝２４を円周方向に形成し、その溝２４内に粘性の高い
オイルを封入したものである。このように構成すると、
オイルが切れることがなく、常に安定した粘性抵抗が得
られ、感光体ドラム２の減衰係数比ζを上げて、クリー
ニングブレードの当接した場合等の瞬間的な速度変動を
速やかに減衰させて回転速度を一定に保つことができ
る。

【００２８】更に、図１０に他の実施例を示す。これ
は、図９に示した回転部材１８と同様内筒２３内に溝２
４を有し、更に支持軸１９に邪魔板２７を図１１に示す
ように４か所に設け、溝２４に向けて突出するようにし
たものである。このようにすると、回転部材１８のロー
ラ２０が回転した際、支持軸１８に取り付けられた邪魔
板２７がローラ２０とともに移動しようとする粘性オイ
ルを遮ることになり、より大きな抵抗を得ることがで
き、感光体ドラム２の減衰係数比ζを上げて、クリーニ
ングブレードの当接した場合等の瞬間的な速度変動を速
やかに減衰させて回転速度を一定に保つことができる。
尚、この邪魔板２７はローラ２０側に設けられていても
良い。

【００２９】フランジ１２ａと駆動軸１３とを上記例で
は摺動自在としたが、この部分は滑り軸受けを用いた
り、又はボールべアリングを取り付けても良い。このよ
うにすることにより、駆動軸１３とフランジ１２との寸
法的な精度が確保されるとともに駆動軸１３とフランジ
１２とをより円滑に回転させて画像品質を向上させるこ
とができる。

【００３０】又、以上は回転体自身が感光体ドラム２で
あったが、感光体ドラム２が回転体でなくともよく、図
１０に示すように、ベルト状の感光体２５を有し、この
感光体２５を駆動する駆動ローラ２６を本発明の回転体
とした画像出力装置でもよい。この場合においても、上
述した各実施例を駆動ローラ２６に用いることにより駆
動ローラ２６を速度変動なく回転させることができ、し
たがって感光体２５を一定の速度で移送できるので、出
力する画像品質を著しく向上させることができる。

【００３１】以上述べたように、駆動歯車１１から遠い
側のフランジ１２ｂと駆動軸１３とを固定して実質的な
剛性Ｋを小さくし、かつ感光体ドラム２等の回転体に慣
性部材８を取り付けて回転体駆動系の慣性モーメントＩ
を大きくすることにより、固有振動数を下げて、回転体
駆動系に伝達される速度変動の周波数と一致させないよ
うにしたので、感光体ドラム２、あるいは駆動ローラ２
６の共振を防止でき、感光体ドラム２、もしくは感光体
２５を速度変動を生じさせず一定の速度で回転、もしく
は移送でき、これにより画像品質を著しく向上できる。
又、剛性Ｋが実質的に小さくなることから感光体ドラム
２、もしくは駆動ローラ２６の伝達ゲインが低下し、速
度変動が伝達されにくくなり感光体ドラム２、もしくは
感光体２５の速度変動を減少できるとともに回転部材１
８を感光体ドラム２の非画像部分に当接させたことによ
り、感光体ドラム２あるいは駆動ローラ２６の減衰係数
比ζを大きくでき、クリーニングブレードの作用等によ
る瞬間的な速度変動に対して、これを短い時間で静定で
き、これにより画像品質を著しく向上できる。更に、コ
ンパクトな機構で実現でき装置を小型化し、コストを下
げることができ、またシステム全体の信頼性を著しく向
上させることができる。

【００３２】尚、上記例における慣性部材８と回転部材
１８の各実施例の組み合わせはどのように構成しても良
い。

【００３３】

【発明の効果】本発明の画像出力機器によれば、駆動モ
ータに接続されて駆動される駆動軸と、この駆動軸に連
結して一定回転される回転体からなる回転体駆動系にお
いて、駆動軸に取り付けられた駆動歯車から遠い側のフ
ランジと駆動軸とを固定し、回転体の内部に慣性負荷を
取り付け、更に回転体の非画像部分に摺動部材を当接さ
せたことにより、これら駆動系の固有振動数を下げて、
駆動モータ及びこれに連結する歯車の回転によって発生
する変動成分の周波数と固有振動数を一致させないよう
に設定でき、回転体の共振が防止でき回転体を速度変動
なく回転させることができる。また、剛性が実質的に小
さくなることにより、回転体駆動系の伝達ゲインを下げ
ることができ、変動の伝達を抑えより回転体の速度変動
を小さくすることができるとともに回転部材を回転体に
当接させたことにより回転体駆動系の減衰係数比ζを大
きくでき、瞬間的な速度変動に対して、短い時間でこれ
を静定でき、画像品質を著しく向上できる。その結果、
画像品質、特に書き込み系の副走査方向に発生する段ム
ラ、ピッチムラと呼ばれる画像ムラが低減し、画像品質
の著しい向上が得られる。又、従来技術では機構が複雑
で大型化していた装置を、簡単でコンパクトな機構によ
り実現でき、且つこのことによりコストダウンが図れ
る。更に、機構が簡素化したことにより、システム全体
の信頼性を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる感光体ドラムの実施例を示す断
面図である。

【図２】回転体駆動系の全体を示す斜視図である。

【図３】回転部材を示す斜視図である。

【図４】感光体ドラムの他の実施例を示す断面図であ
る。

【図５】振動の減衰状態を示すグラフである。

【図６】振動の減衰状態を示すグラフである。

【図７】振動の減衰状態を示すグラフである。

【図８】振動の減衰状態を示すグラフである。

【図９】回転部材の他の実施例を示す断面図である。

【図１０】回転部材の他の実施例を示す断面図である。

【図１１】回転部材の他の実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明にかかる電子写真画像出力機器を示す
断面図である。

【図１３】本発明にかかる電子写真画像出力機器を示す
断面図である。

【図１４】従来の感光体ドラムの速度変動を示すグラフ
である。

【図１５】従来の感光体駆動系の伝達関数を示すグラフ
である。

【図１６】従来の感光体の速度変動パワースペクトルと
感光体駆動系の伝達関数を合わせ示したグラフである。

【図１７】固有振動数を大きくした場合の感光体駆動系
の伝達関数と感光体の速度変動パワースペクトルとを合
わせ示したグラフである。

【図１８】固有振動数を小さくした場合の感光体駆動系
の伝達関数と感光体の速度変動パワースペクトルとを合
わせ示したグラフである。

【図１９】各駆動系の伝達関数のピークの値を示すグラ
フである。

【符号の説明】

２ 感光体ドラム ８ 慣性部材 １１ 駆動歯車 １２ フランジ １３ 駆動軸 １８ 回転部材 ２５ 感光体 ２６ 駆動ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 1/31 Ｈ０４Ｎ 1/12 Ａ (56)参考文献 特開 平３−288183（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75065（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−71355（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−104373（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 550 G03G 21/00 350 - 352 G03G 21/16 - 21/18 F16F 15/00 - 15/36 H04N 1/04 H04N 1/31

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体及び当該回転体を回転させるため
   の駆動軸からなる駆動系と、当該駆動系を回転させるた
   めのモータ及び駆動伝達系とを有する画像出力機器にお
   いて、前記回転体と前記駆動軸とを前記駆動伝達系に近
   い側で回転自在にするとともに当該駆動伝達系に遠い側
   において一体に固定し、当該回転体内に慣性負荷を取り
   付け、当該回転体の非画像部分に回転により粘性抵抗を
   有する回転部材を当接させたことを特徴とする画像出力
   機器。