JP4358929B2 - ギヤ機構及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的ギヤの回転ムラを抑制するように複数ギヤが組み合わされたギヤ機構及びそのギヤ機構を駆動ユニットに使用した画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、画像形成装置においてモータの回転を感光体ドラムに伝達するための駆動ユニットとしてギヤ機構が使われている。ギヤ機構は、モータの駆動軸に固定した原動ギヤに1つ又は複数のアイドラギヤを噛み合わせ、さらにアイドラギヤに目的ギヤ(例えば感光体ドラムの回転軸に固定したギヤ)を噛み合わせることで、モータの回転を原動ギヤから目的ギヤに伝達する。
【0003】
ギヤ機構を構成している原動ギヤ、アイドラギヤ、目的ギヤはそれぞれ固有のギヤ精度を有している。これらのギヤが順次噛み合って形成されるギヤ系列では、ギヤとギヤとの接点(以下、「噛合い点」と呼ぶ)において双方のギヤ精度に依存した回転ムラが発生する。これまでは、回転ムラを抑制する為のギヤ配置については配慮されていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、原動ギヤから目的ギヤに至るまでの間の噛合い点が増えると、各噛合い点で発生した回転ムラが複数重なるので、目的となる感光体ドラムに不均一な回転ムラが生じて画質を低下させる可能性があった。
【0005】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、互いに噛み合ったギヤ系列において各噛合い点での噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤの回転を安定化させるギヤ機構及びそのギヤ機構を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原動ギヤから目的ギヤに到るまで4つ以上のギヤが一列になって噛合い、n個の噛合い点と同一の噛合い周波数とを有するギヤ系列中において、各噛合い点での噛合い周波数の位相が1/n(nはギヤ系列における噛合い点の数)ピッチずつずれるようなギヤ配置にした。
【0007】
これにより、原動ギヤから目的ギヤに到るまで4つ以上のギヤが一列になって噛合うギヤ系列において、原動ギヤと目的ギヤとの間に複数のギヤが介在する場合でも、目的ギヤで生じる回転ムラを大幅に抑制できる。
【0008】
また、上記ギヤ配置を有するギヤ機構を、画像形成装置の感光体ドラムの駆動ユニットに使用することにより、感光体ドラムの回転ムラを抑制することができるので、画質の向上を図ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の態様は、原動ギヤから目的ギヤに到るまで4つ以上のギヤが一列になって噛合い、n個の噛合い点と同一の噛合い周波数とを有するギヤ系列中において、互いに噛合った連続する3つのギヤのギヤ配置は、下式に基づいて設定することを特徴とするギヤ機構である。
θ=P×(N+0.5+1/n)
θ:ギヤ配置
P:中間に位置するギヤの1歯あたりのピッチ角
N:中間に位置するギヤの2つの噛合い点間の歯数
【0010】
この構成によれば、原動ギヤから目的ギヤに到るまで4つ以上のギヤが一列になって噛合うギヤ系列において、原動ギヤから目的ギヤに至るまでの各噛合い点で生じる噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤの回転ムラを抑制することができるので目的ギヤの回転を安定させることができる。
【0014】
即ち、各噛合い点で噛合い周波数の位相を1/n(nは原動ギヤから目的ギヤに至るまでに存在する噛合い点の数)ずつずらすことにより、目的ギヤに至るまでに生じた回転ムラの成分を、目的ギヤの噛合い点で生じる回転ムラ成分で打ち消すことが出来るので、目的ギヤの回転ムラの振幅を極めて小さな値に抑えることができる。
【0019】
本発明の第2の態様は、第1の態様のギヤ機構を、感光体ドラムを駆動する駆動ユニットに用いて画像形成装置を構成する。
【0020】
この構成によれば、目的ギヤを感光体ドラムにすることにより、感光体ドラムの回転を安定させることができるので、形成される画質の向上を図ることができる。
【0021】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
【0022】
(実施の形態1)
実施の形態1に係るギヤ機構は、3つのギヤを組合わせたギヤ機構である。図1を参照して本実施の形態のギヤ機構について説明する。図1において、Aは原動ギヤ、Bはアイドラギヤ、Cは目的ギヤである。
【0023】
本実施の形態のギヤ機構は、原動ギヤAとアイドラギヤBとの噛合い点で生じる回転ムラ成分を、アイドラギヤBと目的ギヤCとの噛合い点で生じる回転ムラ成分によって打ち消すように、ギヤ配置(θ)を設定している。
【0024】
具体的には、ギヤ配置(θ)が(式1)を満足するようにギヤA−B−Cの配置を設定する。
【0025】
θ=P×(N+0.5+1/n) (式1)
P:アイドラギヤBの1歯のピッチ角
N:アイドラギヤBの2つの噛合い点の間に存在する歯数
n:ギヤ系列A−B−Cに存在する噛合い点の数(n=2)
ここで、以上のようなギヤ配置(θ)とすることにより目的ギヤCに生じる回転ムラを効果的に抑制できることについて以下に説明する。
【0026】
一般的にギヤの精度は、噛合い精度の測定データから明らかなように、1回転に歯数分のピークが現われることから、全噛合いのうねりを除けば、正弦波形で表すことができる。
【0027】
いま、原動ギヤAの精度がa、アイドラギヤBの精度がbとすれば、ギヤAB間の噛合い点には、精度a,bに依存した回転ムラが生じることになる。図2にギヤAB間の噛合い点で生じるアイドラギヤBの回転ムラの正弦波形(イ)を示す。一方、目的ギヤCの精度がcとすれば、精度b、cに依存した(ギヤBの回転ムラは含まない)回転ムラは図3に示すような正弦波形(ロ)となる。そして、現実にギヤBC間の噛合い点で生じて目的ギヤCに及ぼされるる回転ムラ成分は、正弦波形(イ)と正弦波形(ロ)とを合成した波形(ハ)となる。以下、ギヤ間の噛合い点で生じる回転ムラの周波数成分を噛合い周波数と呼ぶ。
【0028】
上記合成波形(ハ)のピークが等間隔で並ばないときに不均一な回転ムラによる画質の低下が起きる。本発明は、ギヤAB間の噛合い点とギヤBC間の噛合い点の噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤCの回転ムラを小さくするものである。
【0029】
図9(a)〜(e)に、2つの噛合い点について、噛合い周波数の位相を少しずつ変えて合成波形(ハ)の振幅が変化する様子をシュミレーションしたサンプルを示す。オフセット(位相シフト量)を0.5(同図(e))に近づけるのにしたがって合成波形(ハ)の振幅が小さくなっていることがわかる。オフセット=0.5のサンプルでは、目的ギヤCの回転ムラに相当する合成波形(ハ)はほぼ完全に消えている。
【0030】
したがって、本実施の形態のように3つのギヤからなるギヤ系列では噛合い点n=2なので、上記(式1)において1/n=0.5となり、図9のシュミレーション通り噛合い周波数の位相は最適化される。噛合い周波数の位相はギヤ配置θを変えることによりシフトするので、上記(式1)で定義されるギヤ配置θに変えることで噛合い周波数の位相は最適化されることになる。図4に1/n=0.5とした場合の具体的なギヤ配置を示す。
【0031】
(実施の形態2)
実施の形態2に係るギヤ機構は、4つのギヤを組合わせたギヤ機構である。図5を参照して本実施の形態のギヤ機構について説明する。図5において、Aは原動ギヤ、B、Cはアイドラギヤ、Dは目的ギヤである。
【0032】
本実施の形態のギヤ機構は、目的ギヤDに生じる回転ムラを最も効率よく抑制するように、ギヤ配置θABC、θBCDを設定している。
【0033】
具体的には、ギヤ配置θABCが(式2)を満足するようにギヤA−B−Cの配置を設定し、ギヤ配置θBCDが(式3)を満足するようにギヤB−C−Dの配置を設定している。
【0034】
θABC=Pb×(Nb+0.5+1/n) (式2)
θBCD=Pc×(Nc+0.5+1/n) (式3)
Pb:アイドラギヤBの1歯のピッチ角
Pc:アイドラギヤCの1歯のピッチ角
Nb:アイドラギヤBの2つの噛合い点の間に存在する歯数
Nc:アイドラギヤCの2つの噛合い点の間に存在する歯数
n:ギヤ系列A−B−C−Dに存在する噛合い点の数(n=3)
ここで、目的ギヤDの回転ムラは、ギヤ系列A−B−C−Dに存在する3つの噛合い点に生じる回転ムラの正弦波形の合計で決まる。本発明は、上記ギヤ配置とすることで、ギヤAB間の噛合い点とギヤBC間の噛合い点とにおける回転ムの合成波形を、ギヤCD間の噛合い点における回転ムラの正弦波形で打ち消すようにしたものである。
【0035】
図6に示すように、正弦波形S1と、正弦波形S1から位相を0.333ずらした正弦波形S2との合成波形S3はS1、S2と同じ振幅となり、位相は0.333/2となる。3つの正弦波形の合計を振幅ゼロとするためには、上記位相0.333/2の合成波形S3を反転させた波形S4をたせば良いことが判る。合成波形S3を反転させた波形S4は合成波形S3の位相を0.5だけシフトさせた波形であるので、反転波形S4の位相は、0.333/2+0.5=0.666である。このことは、基準となる正弦波形S1の位相を0、0.333、0.666とずらした3つの正弦波形S1、S2、S4の合計の振幅がゼロになることを意味する。図10(a)に正弦波形Aの位相を0、0.333、0.666とずらした3つの正弦波形S1、S2、S3の合計の振幅がゼロになるシュミレーション結果を示す。
【0036】
実際のギヤ系列A−B−C−Dのギヤ配置を考える。ギヤ歯数により決まる1歯のピッチ角をPbとすれば、P×(N+0.5)の配置で位相が0なので、2個目のギヤCは
θABC=Pb×(Nb+0.5+0.333)
=Pb×(Nb+0.833)
のギヤ配置とする。
【0037】
3個目のギヤDは、0.333位相のずれたギヤCに対しさらに0.333位相を変えるので、
θBCD=Pc×(Nc+0.5+0.333)
=Pc×(Nc+0.833)
のギヤ配置とする。
【0038】
このようなギヤ配置とすれば目的ギヤDの回転は安定することになる。
【0039】
図7に実際のギヤ系列A−B−C−Dについて上記(式2、式3)に基づいてギヤ配置θABC、θBCDを設定した例を示す。同図において、ギヤAB間の噛合い点に対するギヤBC間の噛合い点の位相は、θABCの設定により、0.333変化する。また、ギヤCD間の噛合い点の位相はθBCDによりギヤBC間の噛合い点に対し相対的に0.333変化するのでギヤAB間の噛合い点に対して0.666変化する。
【0040】
以上の設定で各噛合い点の噛合い周波数の位相差はAB噛合い点=0、BC噛合い点=0.333、CD噛合い点=0.666となる。したがって、n=3の場合の噛合い周波数に同期した回転ムラの合計は最小値となるので、ギヤDの回転は安定する。
【0041】
以上の説明では、噛合い点が2点又は3点のギヤ系列の場合であるが、噛合い点が4点以上の場合にも同様に考えることができる。例えば、図10(b)には噛合い点がn=5のギヤ系列のシュミレーション結果を示している。オフセットを1/5ずつずらした場合に合成波形の振幅がゼロになっていることがわかる。
【0042】
(実施の形態3)
次に、本発明のギヤ機構を画像形成装置において感光体ドラム(OPC)の駆動ユニットに使用した実施の形態について説明する。
【0043】
図8に画像形成装置における感光体ドラム(OPC)の駆動ユニット部分のギヤ配置を示している。同図に示す駆動ユニットは、ギヤG1(モータ)−ギヤG2−ギヤG34−ギヤG5−ギヤG67−ギヤG8−ギヤG9(OPC)−ギヤ10(DEV)の順番で噛み合ったギヤで構成されている。このギヤ機構においてギヤG9(OPC)の回転を安定させるギヤ配置を実現する。そのために、ギヤ配置(θ2、θ5、θ8)を、(式4)に基づいて設定する。
【0044】
θ=P×(N+0.5+1/n) (式4)
ギヤG1(モータ)からギヤG9(OPC)までの間を複数のギヤ系列に分割して複数のギヤ系列として扱う場合である。この場合、例えば3つ又は4つの連続するギヤを1つのギヤ系列として噛み合い点数を定め、各ギヤ系列で独立にギヤ配置を設定する。本実施の形態では、G1−G2−G3のギヤ系列に基づいてギヤ配置θ2を決め、G4−G5−G6のギヤ系列の基づいてギヤ配置θ5を決め、さらにG7−G8−G9のギヤ系列に基づいてギヤ配置θ8を決めるものとする。
【0045】
以上のようなギヤ配置による駆動ユニットでは、ギヤG1に噛み合うギヤG2はギヤ精度により回転ムラが悪化するが、ギヤG3はギヤ配置θ2の設定により噛合い周波数の位相を最適化することで回転ムラが最小限に抑えられる。
【0046】
以下同様に、ギヤG6はθ5の設定により最適化され、ギヤG9はθ8の設定により最適化される。
【0047】
このようにして、最終的に目的ギヤとなるギヤG9(OPC)の回転を安定化することができる。
【0048】
以上のようなギヤ配置に設定されたギヤ機構を有する駆動ユニットにより感光体ドラムを回転させることにより、感光体ドラムの回転を安定させることができ画質の改善を図ることができる。
【0049】
また、噛合い点が2つ又は3つの小さなギヤ系列内でそれぞれ回転ムラを抑制するので、回転ムラが幾つも重なって大きな回転ムラが生じる前の小さな段階で回転ムラを抑制できる。
【0050】
なお、実施の形態3では本発明のギヤ機構を感光体ドラムの駆動ユニットに適用する場合に付いて説明したが、任意のギヤを目的ギヤに選ぶことが出来る。また、本発明は画像形成装置以外の装置のギヤ機構にも適用することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、原動ギヤから目的ギヤに到るまで4つ以上のギヤが一列になって噛合うギヤ系列において、各噛合い点での噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤの回転を安定化させるギヤ機構及びそのギヤ機構を用いた画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかるギヤ機構のギヤ配置を示す図
【図2】図1のギヤ機構におけるギヤBの回転ムラを示す波形図
【図3】回転ムラが合成されたギヤCの回転ムラを示す波形図
【図4】実施の形態1にかかるギヤ機構における具体的なギヤ配置を示す図
【図5】本発明の実施の形態2にかかるギヤ機構のギヤ配置を示す図
【図6】3つの噛合い周波数の最適化を説明するための波形図
【図7】実施の形態2にかかるギヤ機構における具体的なギヤ配置を示す図
【図8】本発明の実施の形態3にかかる感光体ドラム駆動ユニットのギヤ配置を示す図
【図9】2つの噛合い点が存在するギヤ系列における噛合い周波数を変化させたシュミレーション結果を示す図
【図10】(a) 3つの噛合い点が存在するギヤ系列における噛合い周波数を最適化したシュミレーション結果を示す図
(b) 5つの噛合い点が存在するギヤ系列における噛合い周波数を最適化したシュミレーション結果を示す図
【符号の説明】
A 原動ギヤ
B、C アイドラギヤ
C、D 目的ギヤ
イ ギヤBの回転ムラ
ロ ギヤCの回転ムラ(b、cの効果)
ハ ギヤCの回転ムラ(ギヤBとb、cの効果)
G1 モータ
G2〜G8 ギヤ
G9 感光体ドラム
Claims (2)
- 原動ギヤから目的ギヤに到るまで4つ以上のギヤが一列になって噛合い、n個の噛合い点と同一の噛合い周波数とを有するギヤ系列中において、互いに噛合った連続する3つのギヤのギヤ配置は、下式に基づいて設定することを特徴とするギヤ機構。
θ=P×(N+0.5+1/n)
θ:ギヤ配置
P:中間に位置するギヤの1歯あたりのピッチ角
N:中間に位置するギヤの2つの噛合い点間の歯数 - 請求項1に記載のギヤ機構を、感光体ドラムを駆動する駆動ユニットに用いたことを特徴とする画像形成装置。
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