JP4270167B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置（以下、レーザプリンタという。）は、周知のごとく、感光ドラムを回転させながら、その円筒面に付着したトナーを紙やＯＨＰ用紙等の記録媒体に転写することにより記録媒体に画像を形成するものである。

このため、トナーを記録媒体に転写する際に、感光ドラムが記録媒体に対して一定速度で回転しない場合には、記録媒体の搬送方向に周期的な白いスジや色の濃いスジ等の画像ムラが発生してしまう。

なお、以下、このような記録不良をバンディングといい、感光ドラムが記録媒体に対して一定速度で回転しないことを、感光ドラムの回転ムラという。
ところで、感光ドラムの回転ムラの主な原因は、感光ドラムを回転させる歯車の精度、つまり歯車の単一ピッチ誤差、隣接ピッチ誤差、法線ピッチ誤差及び歯形誤差等によるものである。単一ピッチ誤差、隣接ピッチ誤差、法線ピッチ誤差及び歯形誤差の語は、ＪＩＳ Ｂ １７０２の規定による。

すなわち、歯車は回転しながら噛み合う歯が入れ替わることにより回転力を伝達するので、噛み合う歯が入れ替わる時に、歯に作用する荷重が変動せざるを得なく、この荷重変動によって回転ムラが発生する。

このため、例えば歯と歯との間隔が一定ではなく、かつ、歯形が不正確である等の要因が重なると、回転運動を正確に伝達できないため、噛み合う歯が入れ替わる際の荷重変動が非常に大きくなってしまう。したがって、瞬間的に大きな回転ムラが発生してしまうので、歯車の精度が低いと、歯車の歯の周期でバンディングが発生してしまう。

これに対しては、精度の高い歯車を用いれば、回転ムラを小さくすることができ、バンディングを小さくすることができるものの、歯車は噛み合う歯が入れ替わることにより回転を伝達するものであるので、噛み合う歯が入れ替わることに起因する回転ムラを完全に無くすことは困難である。

そこで、従来は、歯車機構を構成する歯車の歯数を増大させることにより、バンディングの間隔を目に付きにくい程度まで小さくしていた（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、感光ドラムを回転させる歯車の歯数を増大させると、記録媒体が単位長さ分だけ搬送される間に回転する歯車の歯数が増大するので、感光ドラムを回転させる歯車の噛み合う歯が入れ替わる周期が小さくなり、バンディングが目立たなくなる。

ところで、記録媒体が単位長さ分だけ搬送される間に回転する歯車の歯数は、歯車の歯数とその歯車の回転数（回／秒）との積を記録媒体の搬送速度（ｍｍ／秒）にて除した値（以下、この値を「空間周波数」という。）と等しくなる。

したがって、空間周波数が大きくなるほど、スジとスジとの間隔が小さくなり、隣り合うスジとスジとを肉眼で識別することができなくなるので、バンディングが目立たなくなる。逆に、空間周波数が小さくなるほど、スジとスジとの間隔が大きくなり、隣り合うスジとスジとを肉眼で容易に識別することができるようになるので、バンディングが目立ち易くなる。

なお、前述のごとく、バンディングの主な原因は、感光ドラムを回転させる歯車の噛み合う歯が入れ替わるときが周期的に発生することであるので、空間周波数は、記録媒体が単位長さ（通常は、１ｍｍ）搬送される間に回転する歯車の歯数と略一致する。
特開平１０−３１２０９７号公報

ところで、バンディングは、前述のごとく、感光ドラムを回転させる歯車の歯数を増大させれば目立たなくなるものの、歯車が１回転する際に、歯と歯とが衝突する回数が増大するので、騒音周波数が高くなってしまう。

一方、人間の耳は、周知のごとく、同じ音の強さであれば、概ね、周波数が低くなると小さく聞こえ、逆に周波数が高くなると大きく（耳障りが悪く）聞こえるので、感光ドラムを回転させる歯車の歯数を増大させると、耳障りな高周波騒音が増大してしまう。

この問題に対しては、少なくとも感光ドラムを回転させる歯車の歯数を増大させた分だけ、歯車の回転数を低下させれば、単位時間当たりに歯と歯とが衝突する回数が低下するので、空間周波数を大きくして印刷品質を向上させつつ、騒音周波数が上昇することを抑制できるものの、記録媒体の搬送速度が低下してしまうので、印刷スピードが低下してしまう。

また、記録媒体の搬送速度が低下してしまう問題に対しては、歯車機構（減速機構）の減速比を小さくすれば、搬送速度を維持しつつ、印刷品質の向上と騒音低減との両立を図ることができるものの、減速比を小さくすると駆動トルクが増大するので、電動モータの大型化を招くとともに、歯車の歯面に作用する力が大きくなり、歯車の設計が困難になるおそれが高い。

本発明は、上記点に鑑み、記録媒体の搬送速度を大きく低下させることなく、印刷品質の向上と騒音低減との両立を図ることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、感光ドラムを有し、記録媒体に画像を形成する電子写真方式の画像形成手段と、記録媒体を搬送する搬送手段と、電動モータ、電動モータの回転軸と一体に回転する第１歯車、及び第１歯車と噛み合う第２歯車を有し、感光ドラムを回転させるドラム駆動手段とを備え、記録媒体の搬送速度（ｍｍ／秒）に１．６を乗じた値を画質保証周波数とし、第１歯車の歯数と電動モータの回転数（回／秒）との積を騒音噛み合い周波数とした場合において、ドラム駆動手段は、騒音噛み合い周波数が、画質保証周波数より大きく、かつ、画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域においてその上限周波数以下となるように構成されていることを特徴とする。

ところで、騒音の主な原因は、歯車の歯と歯との衝突音であるので、人間が騒音として聞こえる音の周波数は、回転する歯車の歯数とその歯車の回転数との積で表される。また、人間の耳には、周波数が高くなると大きく（耳障りが悪く）聞こえるので、最も高速で回転する歯車で発生する騒音が最も高い周波数となる。

したがって、電動モータの回転軸と一体に回転する第１歯車の歯数と電動モータの回転数との積、つまり騒音噛み合い周波数が、人間にとって最も耳障りとなる騒音の周波数となる。

また、人間の耳は、前述したように、同じ音の強さであれば、概ね、周波数が低くなると小さく聞こえ、逆に周波数が高くなると大きく（耳障りが悪く）聞こえるので、騒音は、通常、音圧レベルの絶対測定値に対して、Ａ特性曲線（ＪＩＳ Ｚ ８７３４及びＪＩＳ Ｃ １５１４等参照）を用いて補正された値を騒音レベルとして評価される。

そして、音圧レベルの絶対測定値を補正する際には、１／３オクターブバンド毎に区切って、その１／３オクターブバンド範囲においては、同一の補正値にて補正される（ＪＩＳ Ｚ８７３４等参照）。

したがって、本発明では、騒音噛み合い周波数を、画質保証周波数より大きく、かつ、画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域の上限周波数以下としているので、同一の補正値にて補正されて人間にとってほぼ同程度の大きさの騒音に聞こえる範囲、つまり１／３オクターブバンド周波数領域内で、歯車の歯数及び歯車の回転数を増大させることが可能となる。

延いては、人間が感じる騒音を増大させることなく、空間周波数を増大させることができるので、記録媒体の搬送速度を大きく低下させることなく、印刷品質の向上と騒音低減との両立を図ることができる。

なお、画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域の中心周波数は、請求項２に記載の発明のごとく、２５０Ｈｚとすることが望ましい。
また、第１歯車の歯数は、請求項３に記載の発明のごとく、８又は９とすることが望ましい。

また、第１歯車のモジュールは、請求項４に記載の発明のごとく、０．５とすることが望ましい。
また、請求項５に記載の発明のごとく、第１歯車及び第２歯車をはすば歯車とし、さらに、第１歯車と第２歯車との全噛み合い率が４以上とすれば、噛み合う歯が入れ替わることによる回転ムラを小さくしつつ、噛み合い時に発生する騒音を小さくすることができる。

本実施形態は本発明に係る画像形成装置を、いわゆるレーザプリンタに適用したものであり、以下に本実施形態を図面と共に説明する。
１．レーザプリンタの全体構成
図１は本実施形態に係るレーザプリンタ１の外観を示す斜視図であり、このレーザプリンタ１は、紙面上側を重力方向上方側として設置され、通常、紙面手前側を前側として使用される。

そして、レーザプリンタ１の筐体３は略箱状（立方体状）に形成されており、この筐体３の上面側には、印刷を終えて筐体３から排出された記録媒体が載置される排紙トレイ５が設けられている。なお、本実施形態では、記録媒体として、紙やＯＨＰシート等の用紙を想定している。

また、排紙トレイ５は、後方側に向かうほど、筐体３の上面から下がるように傾斜した傾斜面５ａにて構成されており、この傾斜面５ａの後端側には、印刷が終了した記録媒体を排出する排出部７が設けられている。

２．レーザプリンタの内部構成
図２はレーザプリンタ１を示す要部側断面図である。筐体３内には、記録媒体に画像を形成する画像形成部１０、画像形成部１０に記録媒体を供給する搬送手段をなすフィーダ部２０、及び画像形成部１０にて画像形成が終了した記録媒体を排出部７に向けて案内する案内部材をなす排出シュート３０等が収納されている。

２．１フィーダ部
フィーダ部２０は、筐体３の最下部に収納された給紙トレイ２１、給紙トレイ２１の前端部上方に設けられて画像形成部１０に記録媒体を搬送する給紙ローラ２２、並びに給紙ローラ２２にて搬送される記録媒体を１枚毎に分離する分離ローラ２３及び分離パッド２４等を有して構成されている。そして、給紙トレイ２１に載置されている記録媒体は、筐体３内前側にてＵターンするようにして、筐体３内の略中央部に配設された画像形成部１０に搬送される。

なお、給紙トレイ２１から画像形成部１０に至る記録媒体の搬送経路のうち、略Ｕ字状に転向する部位の頂部外側には、記録媒体の画像形成面（印刷面）に付着した紙粉等を取り除く紙粉取りローラ２５が配設され、その頂部内側には搬送される記録媒体を紙粉取りローラ２５に押圧する対向ローラ２６が配設されている。

また、搬送経路のうち画像形成部１０の入口には、記録媒体に搬送抵抗を付与して記録媒体の搬送状態を整える一対のローラからなるレジストローラ２７が配設されている。
２．２画像形成部
画像形成部１０は、電子写真方式の画像形成手段をなすもので、スキャナ部４０、プロセスカートリッジ５０及び定着部６０等を有して構成されている。

２．２．１スキャナ部
スキャナ部４０は、筐体３内の上部に設けられて後述する感光ドラム５１の表面に静電潜像を形成するものであり、具体的には、レーザ光源（図示せず）、ポリゴンミラー（図示せず）、ｆθレンズ（図示せず）、反射鏡（図示せず）、及び反射鏡（図示せず）等から構成されている。

そして、レーザ光源から発光される画像データに基づくレーザビームは、ポリゴンミラーで偏向されて、ｆθレンズを通過した後、反射鏡２４によって光路が折り返された後、反射鏡によってさらに光路が下方に屈曲されることにより、感光ドラム５１の表面上に照射され、静電潜像が形成される。

２．２．２プロセスカートリッジ
プロセスカートリッジ５０は、スキャナ部４０の下方側において着脱可能に筐体３内に配設されており、このプロセスカートリッジ５０は、感光ドラム５１、帯電器５３、転写ローラ５４及び現像カートリッジ５５等から構成されている。

そして、感光ドラム５１は、記録媒体に転写される画像を担持する画像担持手段をなすもので、最表層がポリカーボネート等からなる正帯電性の感光層により形成される円筒状のドラム本体５１ａと、このドラム本体５１ａの軸心において、ドラム本体５１ａの長手方向に沿って延びてドラム本体５１ａを回転可能に支持するドラム軸５１ｂとを有して構成されている。

また、感光ドラム５１は、図３に示すように、減速機構５２を介して電動モータ５２ａにより回転駆動されており、この減速機構５２は、電動モータ５２ａの回転軸５２ｂと一体的に回転する第１歯車５２ｃ、第１歯車５２ｃと噛み合う第２歯車５２ｄ等の複数個の歯車５２ｅ〜５２ｇから構成されている。なお、本実施形態では、減速機構５２及び電動モータ５２ａにより感光ドラム５１を回転させるドラム駆動手段が構成されている。

そして、本実施形態では、第１歯車５２ｃの歯数と電動モータ５２ａの回転数（回／秒）との積である騒音噛み合い周波数が、画質保証周波数より大きく、かつ、この画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域の上限周波数以下となるように、第１歯車５２ｃの歯数及び電動モータ５２ａの回転数が設定されている。

ここで、画質保証周波数とは、記録媒体の搬送速度（ｍｍ／秒）に１．６を乗した値であり、１．６は許容でき得る画質の下限を示す空間周波数である。
また、１／３オクターブバンド周波数領域とは、Ａ特性曲線（ＪＩＳ Ｚ ８７３４及びＪＩＳ Ｃ １５１４等参照）を用いて補正された値（騒音レベル）のうち同一の補正値にて補正される範囲であり（ＪＩＳ Ｚ８７３４等参照）、具体的には、図４に示すように、Ａ特性曲線を階段状の特性としたときの同一補正値となる周波数領域、つまり階段状の水平部分の周波数領域をいう。

そして、本実施形態では、第１歯車５２ｃの歯数を８又は９とし、モジュールを０．５とした「はすば歯車」を採用し、第１歯車５２ｃと第２歯車５２ｄとの全噛み合い率を４以上とするとともに、画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域の中心周波数が２５０Ｈｚとなるように電動モータ５２ａ回転数を設定している。

また、帯電器５３は、感光ドラム５１の表面を帯電させる帯電手段をなすもので、図２に示すように、感光ドラム５１の後側斜め上方において、感光ドラム５１と接触しないように所定間隔を有して感光ドラム５１と対向配設されている。なお、本実施形態に係る帯電器５３は、コロナ放電を利用して感光ドラム５１の表面に略均一に正電荷を帯電させるスコロトロン型帯電器を採用している。

転写ローラ５４は、感光ドラム５１と対向して配設されて感光ドラム５１の回転と連動して回転し、記録媒体が感光ドラム５１近傍を通過する際に、感光ドラム５１に帯電した電荷と反対側の電荷（本実施形態では、負電荷）を印刷面とは反対側から記録媒体に作用させることにより、感光ドラム５１の表面に付着したトナーを記録媒体の印刷面に転写させる転写手段をなすものである。

現像カートリッジ５５は、トナーが収容されたトナー収容室５５ａ、トナーを感光ドラム５１に供給するトナー供給ローラ５５ｂ及び現像ローラ５５ｃ等を有して構成されている。

そして、トナー収容室５５ａに収容されているトナーは、トナー供給ローラ５５ｂの回転によって現像ローラ５５ｃ側に供給され、さらに、現像ローラ５５ｃ側に供給されたトナーは、現像ローラ５５ｃの表面に担持されるとともに、層厚規制ブレード５５ｄにより担持されたトナーの厚みが所定の厚みにて一定（均一）となる調整された後、スキャナ部４０にて露光された感光ドラム５１の表面に供給される。

２．２．３定着部
定着部６０は、記録媒体の搬送方向において感光ドラム５１より後流側に配設され、記録媒体に転写されたトナーを加熱溶融させて定着させるもので、具体的には、定着部６０は、記録媒体の印刷面側に配設されてトナーを加熱する加熱ローラ６１、及び記録媒体を挟んで加熱ローラ６１と反対側に配設されて記録媒体を加熱ローラ６１側に押圧する加圧ローラ６２等を有して構成されている。

因みに、本実施形態に係る加熱ローラ６１は、表面がフッ素樹脂によってコーティングされた金属管と、その金属管内に加熱のためのハロゲンランプとから構成されており、一方、加圧ローラ６２は、金属製のローラ軸を、ゴム材料からなるローラで被覆することにより構成されている。

以上に説明した画像形成部１０においては、以下のようにして記録媒体に画像が形成される。
すなわち、感光ドラム５１の表面は、その回転に伴って、帯電器５３により一様に正帯電された後、スキャナ部４０から照射されるレーザビームの高速走査により露光される。これにより、感光ドラム５１の表面には、記録媒体に形成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。

次いで、現像ローラ５５ｃの回転により、現像ローラ５５ｃ上に担持され、かつ、正帯電されているトナーが、感光ドラム５１に対向して接触するときに、感光ドラム５１の表面上に形成されている静電潜像、つまり、一様に正帯電されている感光ドラム５１の表面のうち、レーザビームによって露光され電位が下がっている露光部分に供給される。これにより、感光ドラム５１の静電潜像は、可視像化され、感光ドラム５１の表面には、反転現像によるトナー像が担持される。

その後、感光ドラム５１の表面上に担持されたトナー像は、転写ローラ５４に印加される転写バイアスによって記録媒体に転写される。そして、トナー像が転写された記録媒体は定着部６０に搬送されて加熱され、トナー像として転写されたトナーが記録媒体に定着して、画像形成が完了する。

４．実施形態に係るレーザプリンタの特徴
騒音の主な原因は、歯車の歯と歯との衝突音であるので、人間が騒音として聞こえる音の周波数は、回転する歯車の歯数とその歯車の回転数との積、つまり騒音噛み合い周波数で表される。また、人間の耳には、周波数が高くなると大きく（耳障りが悪く）聞こえるので、最も高速で回転する歯車で発生する騒音が最も高い周波数となる。

したがって、電動モータ５２ａの回転軸５２ｂと一体に回転する第１歯車５２ｃの騒音噛み合い周波数が、人間にとって最も耳障りとなる騒音の周波数となる。
また、人間の耳は、前述したように、同じ音の強さであれば、概ね、周波数が低くなると小さく聞こえ、逆に周波数が高くなると大きく（耳障りが悪く）聞こえるので、騒音は、通常、音圧レベルの絶対測定値に対して、Ａ特性曲線（ＪＩＳ Ｘ ７７７９、ＪＩＳ Ｚ ８７３４及びＪＩＳ Ｃ １５１４等参照）を用いて補正された値を騒音レベルとして評価される。

また、音圧レベルの絶対測定値を補正する際には、１／３オクターブバンド毎に区切って、その１／３オクターブバンド範囲においては、同一の補正値にて補正される（ＪＩＳ Ｚ８７３４等、及び図４参照）。

そして、本実施形態では、騒音噛み合い周波数を、画質保証周波数より大きく、かつ、画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域の上限周波数以下としているので、同一の補正値にて補正されて人間にとってほぼ同程度の大きさの騒音に聞こえる範囲、つまり１／３オクターブバンド周波数領域内で、第１歯車５２ｃの歯数及び電動モータ５２ａの回転数を増大させることが可能となる。

したがって、人間が感じる騒音を増大させることなく、空間周波数を増大させることができるので、記録媒体の搬送速度を大きく低下させることなく、印刷品質の向上と騒音低減との両立を図ることができる。因みに、本実施形態では、Ａ４サイズの記録紙を１分間に約２８枚印刷可能なものにおいて、騒音噛み合い周波数が約２６５〜２７０Ｈｚ以上となるように設定されている。

また、本実施形態では、減速機構５２を構成する歯車として、はすば歯車を採用するとともに、第１歯車５２ｃと第２歯車５２ｄとの全噛み合い率を４以上としているので、減速機構５２にて発生する騒音を小さくしつつ、噛み合う歯が入れ替わることによる回転ムラを小さくすることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係る画像形成装置をレーザプリンタに適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機にも適用することができる。

また、減速機構５２を構成する歯車列は、上述の実施形態に示されたものに限定されるものではなく、その他の歯車列であってもよい。
また、上述の実施形態では、はすば歯車を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、平歯車等のその他の歯車を用いてもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るレーザプリンタの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るレーザプリンタを示す要部側断面図である。 （ａ）は感光ドラム及び減速機構の配置関係を示す図であり、（ｂ）は減速機構の模式図である。 Ａ特性補正を示すグラフである。

符号の説明

１…レーザプリンタ、３…筐体、５…排紙トレイ、５ａ…傾斜面、７…排出部、
１０…画像形成部、２０…フィーダ部、２１…給紙トレイ、２２…給紙ローラ、
２４…反射鏡、２５…紙粉取りローラ、２６…対向ローラ、２７…レジストローラ、
４０…スキャナ部、５０…プロセスカートリッジ、５１…感光ドラム、
５１ａ…ドラム本体、５１ｂ…ドラム軸、５２…減速機構、５２ａ…電動モータ、
５２ｂ…回転軸、５２ｃ…第１歯車、５３…帯電器、５４…転写ローラ、
５５…現像カートリッジ、５５ａ…トナー収容室、５５ｂ…トナー供給ローラ、
５５ｃ…現像ローラ、５５ｄ…層厚規制ブレード、６０…定着部、
６１…加熱ローラ、６２…加圧ローラ。

Claims (5)

1. 感光ドラムを有し、記録媒体に画像を形成する電子写真方式の画像形成手段と、
   記録媒体を搬送する搬送手段と、
   電動モータ、前記電動モータの回転軸と一体に回転する第１歯車、及び前記第１歯車と噛み合う第２歯車を有し、前記感光ドラムを回転させるドラム駆動手段とを備え、
   記録媒体の搬送速度（ｍｍ／秒）に１．６乗じた値を画質保証周波数とし、前記第１歯車の歯数と前記電動モータの回転数（回／秒）との積を騒音噛み合い周波数とした場合において、
   前記ドラム駆動手段は、前記騒音噛み合い周波数が、前記画質保証周波数より大きく、かつ、前記画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域においてその上限周波数以下となるように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画質保証周波数を含む１／３オクターブバンド周波数領域の中心周波数は、２５０Ｈｚ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. 前記第１歯車の歯数は、８又は９であ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. 前記第１歯車のモジュールは、０．５であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
5. 前記第１歯車及び前記第２歯車は、はすば歯車であり、
   さらに、前記第１歯車と前記第２歯車との全噛み合い率が４以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置。