JP4433666B2 - 回転体支持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギヤを介して回転動力が伝達される駆動対象の回転体の軸を支持する回転体支持装置に係り、特に、その軸の振動に起因して発生する回転体の回転むらを抑制することが要求される技術分野に好適な回転体支持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
実用新案登録第２５０２１５４号公報
【０００３】
この種の回転体支持装置は、例えば、電子写真方式、静電記録方式等を利用したプリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等に代表される画像形成装置において採用されている。
【０００４】
すなわち、図８に例示するように、トナー像の形成に使用される像担持体としての感光ドラム１００を支持する支持装置であり、具体的には、その感光ドラム１００の軸１２０を板金等の支持部材２００に軸受けを介して回転可能に支持し、その感光ドラム１００の端部や軸１２０に取り付けた被伝達ギヤ１３０に駆動伝達機構３００における駆動伝達ギヤ１５０を噛み合わせてなるものである。そして、かかる支持装置では、その駆動伝達ギヤ１５０からの回転動力が被伝達ギヤ１３０を介して伝達されることにより、感光ドラム１００が軸１２０を中心にして回転するように支持されている。
【０００５】
このような支持装置に支持された感光ドラム１００には、帯電処理後に露光装置の像露光により静電潜像が形成され、その潜像が現像装置から供給される現像剤としてのトナーにて現像されることによりトナー像が形成される。次いで、その感光ドラム上に形成されたトナー像が用紙に直接または中間転写体を介して転写される。したがって、感光ドラムは、このような画像形成プロセスの実行に関与することになるが、この際、感光ドラムに回転むらが発生すると、静電潜像の形成やその現像さらにはトナー像の転写が正確になされず、それらが原因で画質不良を招来してしまう。
【０００６】
このため、上述したような感光ドラムを支持する装置にあっては、特に、かかる画像形成プロセスにおいて感光ドラムを回転むらなく安定して回転させることが強く求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記感光ドラム等のような回転体を支持する支持装置においては、図９に例示するように、感光ドラム１００の軸１２０が被伝達ギヤ１３０と駆動伝達ギヤ１５０との噛み合いにより所定の方向Ｈに振動しやすい状態にあり、かかる振動に起因して感光ドラム１００に回転むらが発生してしまう。図中の矢印Ａは回転駆動方向を示す。
【０００８】
ここで、軸１２０が所定の方向Ｈに振動しやすいのは、主に、被伝達ギヤ１３０と駆動伝達ギヤ１５０の噛み合い点（歯の接触点）Ｎが、ギヤの回転に伴ってその各ギヤ１３０、１５０の基礎円Ｃ１，Ｃ２どうし間の接線ＴＬ上を移動し、両ギヤ１３０、１５０の中心点Ｏ１，Ｏ２を結ぶ直線ＳＬを挟んだ両側に位置するように周期的に変位することにより、その噛み合い点Ｎで生じる駆動反力の作用点も同様に周期的に移動することとなり、この結果、噛み合い周波数が発生して軸１２０をほぼ上記直線ＳＬに直交する方向（Ｈ）の加振力Ｆが発生するためと推測される。また、このような振動しやすい方向Ｈは、軸１２０に対する駆動負荷の変動やその他の外乱の影響等によっても決定付けられることもある。
【０００９】
ちなみに、感光体の支持軸を玉軸受けにより支持している装置において、その支持軸に振動が発生することに起因した感光体の回転むらの発生、ひいては画像ドット間隔の変動の発生を防止するため、その支持軸を軸の円周方向の２点で当接する保持手段と、その保持手段の２点を結ぶ線に直交する方向でその保持手段を支持軸に押圧する加圧手段とを設けた技術的手段が提案されている（実用新案登録第２５０２１５４号公報）。
【００１０】
しかし、この手段を採用する場合には、保持手段や加圧手段のような新たな構成部品を追加する必要があること、保持手段が支持軸と当接して回転するコロを使用して構成される場合にそのコロの偏心等の影響によって逆に軸を振動させてしまうおそれがあること、加圧手段がばねを使用して構成される場合に軸に加えられる駆動や外乱等の負荷により軸の支持状態が不安定になること等の問題がある。
【００１１】
本発明は、新たな構成部品を付加することなく、感光ドラム等のような回転体の軸の振動に起因して発生する回転むらを簡易な構成でもって安価に抑制することができる回転体の支持装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し得る本発明（第１発明）の回転支持装置は、駆動伝達ギヤと噛み合う被伝達ギヤを有する回転体の軸を支持部材に回転可能に支持してなる回転体支持装置において、前記支持部材が支持剛性の強い方向と弱い方向を有している場合、前記被伝達ギヤと前記駆動伝達ギヤの噛み合いにより前記軸の振動しやすい方向と前記支持部材の支持剛性の強い方向とを一致させていることを特徴とするものである。
【００１３】
この第１発明において上記支持部材の支持剛性は、支持対象である回転体の軸を支持するときの剛性である。この支持剛性の方向については、実際に、その支持部材に回転体の軸が振動するような各種の方向から負荷（衝撃、押圧など）を加え、そのときの支持部材の揺れや歪み（弾性変形）等の程度（相対的な大小）を調べることにより決定される。また、上記軸の振動しやすい方向は、外乱の影響がない場合には、前記したように駆動伝達ギヤと被伝達ギヤの回転中心を結ぶ直線の方向と直交する方向になることが多い。
【００１４】
そして、前記軸の振動しやすい方向と支持部材の支持剛性の強い方向とを一致させる構成は、主に、支持部材そのものの取り付け姿勢を調整する構成か、又は前記駆動伝達ギヤの被伝達ギヤとの噛み合い位置を調整する構成である。
【００１５】
また、上記課題を解決し得る本発明（第２発明）の回転支持装置は、駆動伝達ギヤと噛み合う被伝達ギヤを有する回転体の丸棒状の軸の一部を、支持部材に形成する位置決め孔に差し入れて支持してなる回転体支持装置において、前記位置決め孔を、前記軸の半周面領域の少なくとも２箇所と同時に当接する部位を有する非円形の孔形状にするとともに、その当接する部位の接点を結ぶ直線の方向が前記被伝達ギヤと前記駆動伝達ギヤの噛み合いにより前記軸の振動しやすい方向と一致するように形成することを特徴とするものである。
【００１６】
この両発明の支持装置は、その特徴的な構成を組み合わせて併用するものであっても構わない。また、この両発明の回転体支持装置は、回転を支持する軸の振動に起因して発生する回転体の回転むらを抑制することが要求される技術分野であれば特に制約されることなく適用することが可能である。例えば、電子写真方式、静電記録方式等を利用したプリンタ、複写機等の画像形成装置に適用可能であり、その画像形成装置おいて高度の回転精度が求められる回転体、すなわち感光ドラム、中間転写ドラム、転写用紙搬送ドラム、中間転写ベルト、転写用紙搬送ベルトの駆動ロール等の回転体を支持する支持装置として適用すると特に有効である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
≪実施の形態１≫
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転体支持装置を示す概要図である。
【００１８】
この回転体支持装置１Ａは、電子写真方式を利用した画像形成装置に使用される感光ドラム１０を支持するための支持装置である。感光ドラム１０は、円筒状の支持体の周面に感光層を形成したドラム本体を有し、そのドラム本体の両端部（例えばフランジ部）の中心から回転を支持するための軸１２、１３が突出形成された構造からなるものである。
【００１９】
そして、この支持装置１では、感光ドラム１０の画像形成装置のリア側に配置される軸１２をリア側の支持フレーム２１に取り付けられた断面コの字状のブラッケット２５に軸受け２６を介して支持しているとともに、画像形成装置のフロント側に配置される軸１３をフロント側の支持フレーム２２に軸受け２７を介して支持している。これにより、感光ドラム１０は支持フレーム２１、２２に回転可能な状態で支持されている。
【００２０】
また、この支持装置１Ａでは、感光ドラム１０に駆動モータ３１の回転動力をギヤ式の駆動伝達機構を介して伝達させることにより感光ドラム１０を矢印方向に回転させるようになっている。すなわち、感光ドラム１０のリア側の本体端部に取り付けられたギヤ１５が、駆動モータ３１の回転動力を伝達する複数の伝達ギヤ３２〜３４の最終段となる伝達ギヤ３４に噛み合う機構からなり、駆動モータ３１の回転動力がその複数の伝達ギヤ３２〜３４を介してギヤ１５に伝達される仕組みになっている。図１中の符号３５はギヤ３３、３４を取り付けた軸であり、この軸３５はリア側の支持フレーム２１に軸受け２８を介して取り付けられている。
【００２１】
このような回転体支持装置１Ａにおいては、図２に示すように感光ドラム１０のギヤ１５が伝達ギヤ３４と噛み合って回転動力が伝達される駆動伝達機構を採用していることにより、前述したごとくギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いに起因して各ギヤ１５、３４の中心点を結ぶ直線ＳＬとほぼ直交する方向Ｈに軸１２が振動しやすい傾向にある。
【００２２】
一方、感光ドラム１０のリア側の軸１２を支持するブラケット２５は、図３に示すように、板金を支持面２５ａと側壁面２５ｂ，２５ｃが形成されるようにコの字状に折り曲げたうえで、その両端部を折り返して取り付け部２５ｄ，ｅとしてなり、さらに、その支持面２５ａには軸受け２６を取り付けるとともに、その側壁面２５ｂと取り付け部２５ｄにかけて伝達ギヤ３４が配置される切り欠き部２５ｆを形成してなるものである。したがって、このような構造からなるブラケット２５は、例えば外力を加えた場合、その折り曲げ線と平行するような第１方向Ｊには剛性（支持剛性）が強く、その折り曲げ線と直交するような第２方向Ｋ方向には第１方向Ｊの剛性に比べるとその剛性が弱いという特性を有している。図中のＱ方向は、軸受け２６で支持する軸１２と平行する方向に相当するものである。この支持剛性の強弱を判断する方法としては、例えば、有限要素法解析等のシミュレーション解析方法や、軸受け２６に挿入した軸にあらゆる方向から加振力を加え、加速度ピックアップ等で各方向の振動レベルを計測して比較するという実験的な方法がある。
【００２３】
そこで、この支持装置１Ａでは、ギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いに起因して感光ドラム１０の軸１２の振動しやすい方向Ｈと、その軸１２を支持するブラケット２５の支持剛性の強い方向（第１方向）Ｊが一致する状態となるように設定している。すなわち、ブラケット２５の支持剛性の強い第１方向Ｊが感光ドラム１０の軸１２の振動しやすい方向Ｈと一致するように、ブラケット２５のリア側支持フレーム２１への取り付け姿勢を決定したうえでブラケット２５を支持フレーム２１に取り付けた。上記一致とは、支持剛性の強い方向Ｊと軸の振動しやすい方向Ｈとのずれ角度（交差する角度）θが０°である場合はもちろんのこと、θ≦３０°の範囲内になる場合も含むものである。
【００２４】
これにより、画像形成時において感光ドラム１０が駆動モータ３１の回転動力により回転駆動したときに、ギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いに起因して感光ドラム１０の軸１２が矢印Ｈ方向に振動しそうになっても、その軸１２がその矢印Ｈ方向と一致する方向に対して支持剛性が強い特性を有するブラケット２５に支持されているため、その振動が効果的に抑制される。この結果、かかる振動の影響により発生する感光ドラム１０の回転むらが抑制されるようになり、その回転むらによる画質不良の発生が抑制される。特に、この支持装置１Ａでは、新たな構成部品を付加することなく、既存の構成要素の取り付け状態を一定の条件を満たすように工夫する程度で感光ドラム１０の軸１２の上記振動、ひいてはその振動に起因した回転むらを容易に抑制することができる。
【００２５】
これに対し、この支持装置１Ａにおいて、図１０に例示するように、感光ドラム１０の軸１２の振動しやすい方向Ｈとブラケット２５の支持剛性の弱い方向（第２方向Ｋ）とが一致するように設定した場合には、前記した設定内容に比べると、その軸１２の振動がブラケット２５の支持剛性によって効果的に抑制されなくなり、感光ドラム１０の回転むらが発生するようになってしまう。
【００２６】
なお、この実施の形態１では、感光ドラム１の軸１２を支持する支持部材として形状的要因（曲げ形状の方向など）から支持剛性の強い方向とその弱い方向が存在するブラケット２５を使用する場合について例示したが、これ以外の要因で支持剛性の強い方向と弱い方向を示す支持部材を使用する場合にも同様に適用することができる。例えば、その軸１２を支持する支持部材における溶接箇所等からなる締結部の位置などの要因により支持剛性の強弱を示すものを使用する場合であっても構わない。
【００２７】
また、実施の形態１では、図４ａに例示するように感光ドラム１０のギヤ１５が伝達ギヤ３４と図中の斜め右下となる地点で噛み合う構成になっている場合には、感光ドラム１０の軸１２の振動しやすい方向Ｈとブラケット２５の支持剛性の強い方向Jとが一致するように、そのブラケット２５を同図ｂに示すように右下がりのような姿勢で取り付けるようにすればよい。
【００２８】
さらに、実施の形態１では、ブラケット２５の取り付け姿勢を調整することにより、感光ドラム１０の軸１２の振動しやすい方向Ｈとブラケット２５の支持剛性の強い方向Jとが一致するように設定した場合について例示したが、ブラケット２５の取り付け姿勢を調整することができないが、伝達ギヤ３４のギヤ１５と噛み合う位置を調整することができる条件下においては、その両ギヤ３４、１５の噛み合い位置を調整することにより、感光ドラム１０の軸１２の振動しやすい方向Ｈとブラケット２５の支持剛性の強い方向Jとが一致するように設定すればよい。
【００２９】
≪実施の形態２≫
図５は、本発明の実施の形態２に係る回転体支持装置を示す概要図である。この実施の形態２に係る回転体支持装置１Ｂは、画像形成装置の本体に対して着脱自在に装着される感光ドラム１０の軸の一部を支持フレームに形成する特定の位置決め孔に差し入れて支持するようにした以外は実施の形態１に係る支持装置１Ａと同じ構成からなるものである。
【００３０】
この支持装置１Ｂでは、まず感光ドラム１０を着脱ユニットのフレーム２３に回転可能に支持している。すなわち、感光ドラム１０の軸１２、１３を軸受け２８、２９を介して回転可能に支持している。そして、その感光ドラム１を含む着脱ユニットを、フロント側の支持フレーム２２の開口部から差し入れて、着脱ユニットのフレーム２３の前面部２３ａ及び後方側部２３ｄに突出形成された位置決めピン２４ａ〜２４ｃを支持フレーム２１、２２に開設された位置決めピン孔２１ａ，２２ａ，２２ｂにそれぞれ差し込むことにより、図６に示すように装着できるようになっている。また、その着脱ユニットの装着の際に、感光ドラム１０のリア側の軸１２を、リア側の支持フレーム２１に開設された位置決め誘導軸孔４１に差し入れて支持するようになっている。さらに、その着脱ユニットの装着の際に、感光ドラム１０に取り付けられたギヤ１５を支持フレーム２１側に設けられている伝達ギヤ３４と噛み合うようになっている。伝達ギヤ３４は実施の形態１の場合と同様にギヤ式の駆動伝達機構を構成するものであり、駆動モータ３１からの回転動力が伝達される。
【００３１】
このような回転体支持装置１Ｂにおいては、図５ｂや図１１ｂに示すように感光ドラム１０のギヤ１５が伝達ギヤ３４と噛み合って回転動力が伝達される駆動伝達機構を採用していることにより、前述したごとくギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いに起因して各ギヤ１５、３４の中心点を結ぶ直線ＳＬとほぼ直交する方向Ｈに軸１２が振動しやすい傾向にある。
【００３２】
ここで、従来においては、位置決め誘導軸孔４１として、図１１ａに例示するように丸棒状の軸１２に相応させて円形の孔５０を設けていた。しかも、軸１２の軸孔５０への差し込み作業が容易に行えるようにする観点から、軸孔５０の穴径が軸１２の穴径よりも大きくなるように形成されて軸１２と軸孔５０とが必ずすきま嵌めとなるように設定されていた。しかし、このような円形の大径からなる位置決め誘導軸孔５０では、軸１２が孔５０内でがたつくことなる（図１１ａ中の点線で示すような状態にある軸１２となる）。この結果、軸１２は、そのがたつく範囲内で前記した軸１２の振動しやすい方向Ｈに沿って振動してしまうことにもなっていた。
【００３３】
そこで、この支持装置１Ｂでは、位置決め誘導軸孔４１を、軸１２の半周面領域の少なくとも２箇所Ｐ１，Ｐ２と同時に当接する部位（この例では面Ｍ１，Ｍ２）を有する四角形の孔形状（角孔）にするとともに、その当接する部位の接点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線ＤＬの方向がギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いにより軸１２の振動しやすい方向Ｈと一致するように形成している。すなわち、軸孔４１の形成姿勢を調整することで、上記直線ＤＬの方向と軸１２の振動しやすい方向Ｈとを一致させるようにしている。なお、軸孔４１は、軸１２と接しない面が存在する、すなわち隙間のあるような寸法に形成している。
【００３４】
また、この場合、図１１ｂに示すように、ギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いにより、ギヤ１５が駆動される方向（駆動力の方向）Ｒが軸１２を軸孔４１の上記２面Ｍ１，Ｍ２に押圧する方向に機能する状態となるように設定するとよい。
【００３５】
これにより、画像形成時において感光ドラム１０が駆動モータの回転動力により回転駆動したときに、ギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いに起因して感光ドラム１０の軸１２が矢印Ｈ方向に振動しそうになっても、その軸１２が軸孔４１の２つの面Ｍ１，Ｍ２で同時に当接するため、その振動が効果的に抑制される。しかも、この際、ギヤ１５と伝達ギヤ３４の噛み合いにより発生する駆動力Ｒ（図１１ｂ）が軸１２を軸孔４１の２つの面Ｍ１，Ｍ２に押圧するような方向に働くため、バネ等の押圧部材を追加することもなく確実に当接させることができる。この結果、実施の形態１の場合とほぼ同様に、かかる振動の影響により発生する感光ドラム１０の回転むらが抑制されるようになり、その回転むらによる画質不良の発生が抑制される。
【００３６】
また、この支持装置１Ｂにおいては、感光ドラム１１が画像形成装置に着脱自在に装着する構造を採用しているにもかかわらず、その軸１２、１３が軸方向において２つの軸受け２８、２９と１つの位置決め誘導軸孔４１という３点以上で回転可能に支持されている構造になっている。これにより、軸１２、１３が、若干こじれた状態（例えば、軸受け２８、２９で支持されている軸１２が位置決め誘導軸孔４１において一定の方向に片寄った状態で支持されているような状態）で位置決めされて少し弾性変形した状態（しなった状態）になるため、これによっても軸１２と軸孔４１間のがたの発生をなくす効果が得られる。この効果は軸１２、１３が１本の連続したものである場合に、より顕著に得られる。
【００３７】
なお、実施の形態２では、軸１２の位置決め誘導軸孔４１として四角形の角孔からなるものを例示したが、この軸孔４１の孔形状については軸１２の半周面領域の少なくとも２箇所Ｐ１，Ｐ２と同時に当接する部位を有する非円形の形状であれば特に限定されない。その他の軸孔４１の例としては、例えば、図７ａに例示するように、軸１２と２点Ｐ１，Ｐ２で当接する２つの面Ｍ１，Ｍ２以外の部位が１つの曲面Ｍ３からなる孔形状のものや、同図ｂに例示するように面Ｍ１，Ｍ２以外の部位が１つの平面Ｍ４からなる孔形状のものが挙げられる。この他にも、同図ｃに例示するように、軸１２と当接する部位が面でなく、軸孔の内側に突出するような形態の突起４２を形成した孔形状のものであっても構わない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の回転体支持装置によれば、新たな構成部品を付加することなく、回転体の軸の振動に起因して発生する回転むらを簡易な構成でもって安価に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る回転体支持装置を示すものであり、（ａ）はその要部の構成を示す一部断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｓ１方向から見たときの構成要素の一部を示す正面図。
【図２】 図１の支持装置における伝達ギヤと被伝達ギヤとの噛み合いと、軸の振動しやすい方向との関係を示す説明図。
【図３】 ブラケットとその支持剛性の強弱の方向を示す斜視図。
【図４】 （ａ）は伝達ギヤと被伝達ギヤとの噛み合いと、軸の振動しやすい方向との他の関係例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の関係例に適したブラケットの取り付け姿勢状態の例等を示す斜視図。
【図５】 実施の形態２に係る回転体支持装置を示すものであり、（ａ）はその要部の構成を示す一部断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｓ１方向から見たときの構成要素の一部を示す正面図。
【図６】 図５の感光ドラムを含む着脱ユニットを完全に装着させた状態を示す一部断面図。
【図７】 位置決め誘導軸孔の形状の他例を示す説明図。
【図８】 従来の回転体支持装置を示す概要図。
【図９】 図８の支持装置における伝達ギヤと被伝達ギヤとの噛み合いの進行状況と、軸の振動しやすい方向との関係を示す説明図。
【図１０】 （ａ）は伝達ギヤと被伝達ギヤとの噛み合いと軸の振動しやすい方向との他の関係例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の関係例に不適切なブラケットの取り付け姿勢状態の例等を示す斜視図。
【図１１】 （ａ）は従来の位置決め誘導軸孔と軸との関係を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の関係例に不適切なブラケットの取り付け姿勢状態の例等を示す斜視図。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ…回転体支持装置、１０…感光ドラム（回転体）、１２…軸、１５…ギヤ（被伝達ギヤ）、２５…ブラケット（支持部材）、３４…伝達ギヤ、４１…位置決め軸孔、Ｊ…支持剛性の強い方向、Ｋ…支持剛性の弱い方向、Ｈ…軸の振動しやすい方向、Ｍ１，Ｍ２…当接面（部位）、Ｐ１，Ｐ２…接点、ＤＬ…接点を結ぶ直線。

Claims (1)

1. 駆動伝達ギヤと噛み合う被伝達ギヤを有する感光ドラムの丸棒の軸の一部を支持部材に形成する位置決め孔に差し入れて支持する支持装置を備え、
   その支持装置の少なくとも一部が、
   前記位置決め孔を、前記軸の半周面領域の少なくとも２箇所と同時に当接する部位を有する非円形の孔形状にするとともに、その当接する部位の接点を結ぶ直線の方向が前記被伝達ギヤと前記駆動伝達ギヤの噛み合いにより前記軸の振動しやすい方向と一致するように形成した回転体支持装置で構成されていることを特徴とする画像形成装置。

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