JP4442470B2 - 駆動機構および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸の角度を定める駆動機構および該駆動機構を備える画像形成装置に関する。

画像形成装置において、転写ローラや定着ローラおよび転写ベルトのクリーナ等の圧接または離間は、カムなどの駆動軸の角度を定める駆動機構によって行われている。

特許文献１には、２つのカムを有する駆動軸の回転範囲を、各カムの動作位置に対応する角度の間に制限し、２つのカムの動作位置の間の角度位置に原点を設け、原点を位置検出手段で検出する駆動機構が記載されている。

特許文献２には、回転可能な現像装置の４つの動作角度に対応する位置に設けた突起を、電磁石でレバーを揺動して係止可能な画像形成装置が記載されている。特許文献２の現像装置も、回転の原点（ホームポジション）は、フォトセンサなどの検出手段によって検出される。
特開２０００−２４９２２７号公報 特開平９−２４４４０３号公報

特許文献１および２に記載されているように、従来の駆動機構は、前記フォトセンサ等電気部品で原点を検出しなければならない。近年、画像形成装置の低コスト化および小型化が進むにつれ、そのような電気部品のコストと設置スペースが低コスト化と小型化の阻害要因となってきている。

前記問題点に鑑みて、本発明は、電気的な位置検出を必要とせずに原点に復帰可能な安価で小型の駆動機構および、そのような駆動機構を備えることで安価で小型の画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明により駆動機構は、回転可能な駆動軸に同期して回転し、前記駆動軸の原点に対応する角度位置に原点係合部と、１つ以上の動作位置に対応する角度位置に動作係合部とを設けたカラーと、前記原点係合部および前記動作係合部に当接して前記カラーの回転を係止可能な係止位置と、前記原点係合部および前記動作係合部に当接しないで前記カラーの回転を許す開放位置との間で移動可能な係止部材とを有し、前記原点係合部から回転方向に最も後方の前記動作係合部までの動作角度が、前記最も後方の動作係合部から前記原点係合部までの無効角度よりも小さく、前記駆動軸に回転トルクを与えつつ、前記カラーが前記動作角度より大きく前記無効角度よりも小さい角度を回転可能な時間だけ前記係止部材を前記開放位置に保持した後に前記係止位置に移動するものとする。

この構成によれば、係止部材を開放する時間が動作角度より大きく無効角度よりも小さいので、係止部材が原点係合部および動作係合部のいずれを係止している状態からでも、カラーが回転して最も後方の動作係合部が係止部材を通過した後、原点係合部が係止部材を通過する前に、係止部材が再び係止位置に移動して原点係合部の通過を阻止する。このように、フォトセンサなどの電気部品がなくても、係止部材が原点係合部に当接してカラーを係止し、駆動軸を原点に復帰させることができる。

また、本発明の駆動機構において、前記係止部材を前記開放位置に保持する前に、前記駆動軸に回転トルクを与えつつ、前記カラーが前記無効角度よりも大きな角度を回転可能な時間だけ前記係止部材を前記係止位置に保持してもよい。

この構成によれば、電源遮断時やトラブル時に駆動軸に回転トルクが与えられておらず、係止部材が原点係合部またはいずれかの動作係合部と当接していない状態からでも、先ず、係止部材を係止位置に保持したままカラーを回転させるので、原点係合部および動作係合部のいずれかが係止部材に係止されてから、係止部材を開放位置に移動させるので、確実に駆動軸を原点に復帰させることができる。

また、本発明によれば、本発明の前記駆動機構により転写装置または定着装置を圧接および離間させる画像形成装置、および、異常を検出したときに前記駆動機構により前記駆動軸を原点に復帰させる画像形成装置を提供する。

この構成によれば、画像形成装置の構成要素を駆動する駆動機構にその原点を検出するためのフォトセンサなどの電機部品が不要であるため、低コストで小型の画像形成装置が提供できる。

以上のように、本発明の駆動機構は、駆動軸の動作角度を無効角度よりも小さくしたことで、係止部材を開放する時間を管理するだけで駆動軸を原点に復帰させることができ、電気部品によって駆動軸の角度を検出する必要がない。よって、そのような駆動機構を備えることで低コストで小型の画像形成装置を提供することもできる。

これより、本発明の駆動機構の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の駆動機構１を示す。駆動機構１は、不図示のモータによって矢印方向に回転トルクが与えられる駆動軸２の一端に円盤状のカラー３が固定されている。カラー３には、それぞれ外周から突出した原点係合部４と動作係合部５とが設けられている。また、カラー３の上方には、先端がカラー３の外周に摺接し、原点係合部４または動作係合部５と当接してカラー３の回転を係止できるレバー状の係止部材６が設けられている。係止部材６は、通常、ばね７によって付勢され、実線で示すように原点係合部４または動作係合部５と当接可能な係止位置に保持されるが、電磁石８を励磁することで、ばね７の付勢力に抗して、二点鎖線で示すようにカラー３から離反して原点係合部４または動作係合部５と当接しない開放位置に移動することができる。原点係合部４および動作係合部５は、係止部材６に係止されたときに、それぞれ、駆動軸２に設けた不図示のカムが０°の原点および１２０°の動作角度になるように配置されている。言い換えると、カラー３の回転方向に、原点係合部４から動作係合部５までの角度を動作角度αとし動作係合部５から原点係合部４までの角度を無効角度βとすると、α＝１２０°，β＝２４０°になっている。

続いて、駆動機構１の動作を、図２に時系列に示しながら説明する。
駆動機構１において、駆動軸２は、常に、不図示のモータにより矢印方向の回転トルクが与えられている。初期状態において、図２（Ａ）に示すように、カラー３は、係止部材６が原点係合部４を係止しているので、回転位置が０°の原点（ホームポジション）に定められている。ここで、図２（Ｂ）に示すように、電磁石８を励磁して係止部材６を開放位置に移動させてカラー３の回転を許す。カラー３が４５°回転できる時間だけ解放位置に保持すると原点係合部４が係止部材６の下を通過する。そして、図２（Ｃ）に示すように、電磁石８の励磁を停止して係止部材６を再びカラー３の外周に摺接させる。カラー３がさらに７５°回転すると、図２（Ｄ）に示すように、係止部材６は、今度は、動作係合部５に当接してカラー３の回転を係止し、駆動軸２の角度をカム（不図示）の動作位置に定める。カムの機能が不要になったら、同様に、電磁石８を励磁して係止部材６を開放位置に移動させ、図２（Ｅ）に示すようにカラー３が４５°回転できる時間だけ解放位置を保持する。ここで、もう一度、係止部材６をカラー３の外周に摺接させ、さらに、カラー３が１９５°回転すると、係止部材６は、原点係合部４に当接して、再びカラー３を原点に位置決めする。このように、駆動機構１は、電磁石８をカラー３が４５°回転可能な時間だけ励磁する度に、駆動軸２を原点（０°）と動作位置（１２０°）とに交互に位置決めする。

このように、駆動機構１は、駆動軸２原点と動作位置とを交互に位置決めするので、最初にいずれの位置にあるのかが不明であると、逆の動作を行ってしまうおそれがある。このため、駆動装置１は、先ず、起動して駆動軸２に駆動トルクが加わってからカラー３が２７０°回転できる時間だけ係止部材６を係止位置に保持し、続いて、カラー３が１８０°回転できる時間だけ係止部材６を開放位置に保持し、さらに、カラー３が２７０°回転できる時間だけ係止部材６を係止位置に保持することで、駆動軸２を原点に復帰する。

図３は、カラー３の位相が原点から６０°遅れている状態から前記手順で原点に復帰する様子を示し、図４に、カラー３の位相（角度）をグラフに示す。図３（Ａ）のように、カラー３の位相が−６０°であるとき（図４のＡ点）に駆動機構１を起動すると、不図示のモータが駆動軸２に矢印方向の回転トルクを与える。係止部材６が係止位置に保持されたまま、カラー３が６０°回転すると、つまり、起動からカラー３が６０°回転可能な時間が経過すると、図３（Ｂ）に示すように、原点係合部４が係止部材６に係止される（図４のＢ点）ので、その後、カラー３が２１０°回転できる時間は、カラー３は回転することができずに静止する（図４のＢ−Ｃ間）。ここで、図３（Ｃ）に示すように、係止部材６を開放位置に移動させると（図４のＣ点）、再びカラー３は回転し始め、原点係合部４および動作係合部５が係止部材６の下を通過する（図４のＣ−Ｄ間）。係止部材６を開放位置に保持してから、カラー３が１８０°回転できる時間が経過したら、図３（Ｄ）に示すように再び係止部材６を係止位置に戻す（図４のＤ点）が、カラー３は、さらに１８０°回転（図４のＤ−Ｅ間）して、図３（Ｅ）に示すように、原点係合部４が係止部材６に当接することで回転が係止される（図４のＥ点）。このように、駆動機構１は、起動してかカラー３が６３０°回転するに相当する時間が経過したときに、原点に復帰する。実際の制御においては、係止部材６を再び係止位置に移動させてからカラー３が２７０°回転できる時間が経過するまでは運転動作に入らない。つまり、駆動機構１は、起動してから、カラー３が起動後２回転（７２０°回転）できる時間に相当する時間が、原点復帰のために割り当てられる。

また、図４には、カラー３の位相が原点から６０°進んでいる常態から、同じ手順で原点に復帰するときのカラー３の位相が示され、駆動機構１の様子を図５の（Ａ）から（Ｅ）に時間を追って示す。この場合、図５（Ａ）に示す初期状態で、駆動軸２に回転トルクが与えられてから、カラー３が６０°回転すると（図４のＡ’−Ｂ’点間）、図５（Ｂ）に示すように、動作係合部５が係止部材６に係止される。この状態で、さらにカラー３が２１０°回転できる時間が経過したら（図４のＢ’−Ｃ’間）、図５（Ｃ）に示すように係止部材６を、カラー３が１８０°回転できる時間だけ解放位置に保持（図４のＣ’−Ｄ’間）してから、図５（Ｄ）に示すように、係止位置に戻す。さらにカラー３が６０°回転する（図４のＤ’−Ｅ’間）と、図５（Ｅ）に示すように、原点係合部４が係止部材に当接してカラー３の回転が係止され、原点に復帰する。

さらに、図４に破線で示すように、初期状態においてカラー３がいずれの位相であっても、先ず、カラー３が２７０°回転できる時間だけ係止部材６を係止位置に保持する間に、原点係合部４および動作係合部５のいずれか一方が係止部材６に係止される。続いて、カラー３が１８０°回転できる時間だけ係止部材６を開放位置に保持する間に、動作係合部５が係止部材６の下を通過する。ここで、係止部材６を再び係止位置に戻すので、係止部材６は、カラー３の動作係合部５後方で原点係合部４の前方に摺接する。さらに、カラー３が２７０°回転できる時間だけ係止部材６を係止位置に保持する間に、原点係合部４が係止部材６に係止され、カラー３の位相が原点になる。

このような原点復帰を可能にするために、係止部材６が原点係合部４と動作係合部５のいずれに当接している場合にも、係止部材６は、一定時間開放位置に保持してから係止位置に戻したときに、必ず動作係合部５の後方で原点係合部４の前方に摺接する必要がある。このため、原点係合部４から動作係合部５までの動作角度αが、動作係合部５から原点係合部４までの無効角度βよりも小さく、係止部材６を開放する時間は、動作角度αを回転する時間より長く、無効角度βを回転する時間よりも短い必要がある。

また、係止部材６を開放するときに、係止部材６が原点係合部４および動作係合部５のいずれかと必ず当接している必要があるので、係止部材６を開放する前に、無効時間βよりも長い時間、係止部材６を係止位置に保持しておく必要がある。

さらに、係止部材６が原点係合部４を係止している状態で係止部材６を開放する場合、係止部材６が原点係合部４と再び当接する必要があるので、係止部材６を係止位置に戻してからも、係止部材６を開放してからの合計時間がカラー３が１回転できる時間以上係止部材６を係止位置に保つ必要がある。

本実施形態においては、原点と動作位置の２つの角度に位置決めするものであるが、カラー３に複数の動作係合部５を設けて、３つ以上の角度に位置決め可能にすることもできる。その場合、原点係合部４から回転方向に最も後方の動作係合部５までの角度を動作角度αとして、前記の条件を満たすようにすればよい。

また、本実施形態では、円筒状のカラー３の外周面に原点係合部４および動作係合部５を突出して設けているが。それらの形状を限定するものではない。例えば、原点係合部および動作係合部はカラーの外周面に設けた凹部であってもよく、また、駆動軸２に垂直な端面上に設けてもよい。カラーと駆動軸が明確に区別できる必要はなく、例えば駆動軸の一部（端部に限らない）をカラーとみなして、駆動軸に直接、原点係合部および動作係合部を突設してもよい。さらに、カラーは駆動軸に固定される他、歯車を介するなどして駆動軸と同期して回転するものでもよく、例えば駆動軸が１回転する間にカラーが２回転してもよい。また、係止部材６の形状や、係止部材６を移動させる方法も任意である。

図６は、駆動機構１を利用する画像形成装置１１を示す。画像形成装置１１は、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｂの４色トナーをそれぞれ収容した４つの現像器からなる現像装置１２を有し、感光体１３上に所定の色のトナーの画像を形成する。感光体１３には転写ベルト１４が１次転写ローラ１５で押圧されており感光体１３上のトナーの画像は転写ベルト１４に転写される。さらに、転写ベルト１４を案内するベルトローラ１６に２転写ローラ１７（転写装置）を押圧し、ベルトローラ１６と２次転写ローラ１７の間で転写ベルト１４と記録紙を圧接して、転写ベルト１４上のトナーの画像を記録紙に転写する。２次転写ローラ１７は、後述するように駆動機構１（図６には不図示）によって位置決めされるカムによって転写ベルト１４に対して圧接または離間されるようになっている。転写ベルト１４に転写されずに感光体１３上に残留するトナーは、感光体クリーナ１８によって掻き落とされる。感光体クリーナ１８は、別の駆動機構１（不図示）によってカムを位置決めしてブレードを感光体１３に密接させることでトナーを掻き落とすように構成されている。また、記録紙に転写されずに転写ベルト１４上に残留するトナーは、ベルトクリーナ１９によって掻き落とされる。ベルトクリーナ１９は、転写ベルト１４上のトナーを掻き落とすブレードを有し、ベルトクリーナ１９自体が、さらに別の駆動機構１（不図示）に位置決めされるカムによって転写ベルト１４に密接または離間する。記録紙は、給紙部２０に収容され、給紙ローラ２１で１枚ずつ画像形成装置１１の内部に引き込まれ、タイミングローラ２２で転写ベルト１４上のトナーの画像に合わせて送り込まれる。トナーの画像が転写された記録紙は、水平搬送路２３から定着器２４に送られ、定着器２４で画像が定着される。定着器２４は、通常は隙間を空けて離間しているが、定着動作を行うときは不図示の駆動機構１によって位置決めされるカムによって記録紙を挟み込むように圧接される２つのローラからなっている。さらに、画像が定着された記録紙は、垂直搬送部２５により排紙部２６に送り出される。

図７は、転写ベルト１４から記録紙Ｐにトナーの画像を転写する２次転写ローラ１７と駆動機構１の関係を示す。駆動機構１、２次転写ローラ１７およびベルトローラ１６は、互いに平行に、それぞれフレーム２７に支持されている。駆動機構１の駆動軸２およびベルトローラ１６の軸２８をそれぞれ回転可能に支持するベアリング２９および３０はフレーム２７に固定されているが、２次転写ローラ１７の軸３１を支持するベアリング３２は、フレーム２７に沿って上下に摺動可能に支持されている。駆動軸２は、プーリ３３が設けられ、タイミングベルト３４で回転させられる。また、駆動軸２に設けたカム３５は、２次転写ローラ１７の軸３１に設けたカムフォロワ３６と当接している。

図７において、駆動機構２の係止部材６は、係止位置にあって動作係合部５を係止している。カム３５の形状は、動作係合部５に対応する角度において、２次転写ローラ１７の方向に径が大きくなっており、この状態では、実線で示すように、２次転写ローラ１７を上方に押し上げ、ベルトローラ１６に対して、転写ベルト１４および記録紙Ｐを挟み込むように圧接する。しかし、少しカム３５の角度（位相）がずれると、二点鎖線で示すように、２次転写ローラ１７が自重で下降することを許す。当然に、係止部材６が原点係合部４を係止している状態でも、２次転写ローラ１７は、下降して、ベルトローラ１６から離間する。上記のように、駆動機構１は、電気的に駆動軸２の位相を検出するセンサを有していなくても、カム３５の適切な回転位置決めを行うことができる。

同様に、画像形成装置１１では、感光体クリーナ１８、ベルトクリーナ１９および定着器２４も、それぞれ、対応する駆動機構１によって駆動する。これらの駆動機構１は、いずれも原点を検出するセンサがないので、画像形成装置１１は、従来の画像形成装置に比べて少なくともセンサ４つ分のコストが低減されており、センサのための配線や回路も必要ないために構成が簡単になっている。また、センサを設ける空間が必要ないので、画像形成装置１１はその分だけ小型である。

また、画像形成装置１１は、封筒に画像を形成する場合は通紙速度を遅くするなど、記録紙の種類に応じて通紙速度を変化させる機能を備える。この機能は、転写ベルト１４や２次転写ローラ１７などの各構成要素を駆動するモータ（不図示）からの動力伝達を行うギヤ系列が複数系列設けてあり、不図示の駆動機構１によって使用するギヤ系列を選択して切り換えることで実現されている。よって、通紙速度を変化させる機構も、原点を検出する電気部品を有していない。

また、画像形成装置１１は、カラー画像形成時には４つの現像器を駆動するが、モノクロ画像形成時には、本発明の駆動機構１によってＣ，Ｍ，Ｙの各色の現像器への駆動力の伝達を遮断し、黒色用の現像器のみを駆動するようになっている。

また、画像形成装置１１は、起動時だけでなく、転写出力が正常でないと検出したときに、２次転写ローラ１７の圧接状態が良好でないと判断して、一度、２次転写ローラ１７の駆動機構１を原点に復帰させてから再度の転写を行うリトライ機構を備えている。また、画像形成装置１１は、定着器２４のトルクを監視し、離間しているべきときにトルクが上昇した場合は圧接状態である可能性があると判断して、一旦、駆動機構１の原点復帰を行う。さらに、画像形成装置１１は、紙詰まりなどのトラブルで停止した後にも、各駆動機構１を原点復帰させてから再起動する。

本発明の駆動機構の概略図。 図１の駆動機構の位置決め動作を順番に示す概略図。 図１の駆動機構の原点復帰動作を順番に示す概略図。 原点復帰動作時のカラーの位相変化を示すグラフ。 図１の駆動機構の、図３と初期の位相が異なる場合の原点復帰動作を順番に示す概略図。 本発明の画像形成装置の断面図。 図６の画像形成装置の２次転写ロールの駆動機構を示す概略図。

符号の説明

１ 駆動機構
２ 駆動軸
３ カラー
４ 原点係合部
５ 動作係合部
６ 係止部材
７ ばね
８ 電磁石
１１ 画像形成装置
１４ 転写ベルト
１７ ２次転写ローラ（転写装置）
１８ 感光体クリーナ
１９ 転写ベルトクリーナ
２４ 定着器（定着装置）
α 動作角度
β 無効角度

Claims (4)

1. 回転可能な駆動軸に同期して回転し、前記駆動軸の原点に対応する角度位置に原点係合部と、１つ以上の動作位置に対応する角度位置に動作係合部とを設けたカラーと、
   前記原点係合部および前記動作係合部に当接して前記カラーの回転を係止可能な係止位置と、前記原点係合部および前記動作係合部に当接しないで前記カラーの回転を許す開放位置との間で移動可能な係止部材とを有し、
   前記原点係合部から回転方向に最も後方の前記動作係合部までの動作角度が、前記最も後方の動作係合部から前記原点係合部までの無効角度よりも小さく、
   前記駆動軸に回転トルクを与えつつ、前記カラーが前記動作角度より大きく前記無効角度よりも小さい角度を回転可能な時間だけ前記係止部材を前記開放位置に保持した後に前記係止位置に移動することを特徴とする駆動機構。
2. 前記係止部材を前記開放位置に保持する前に、前記駆動軸に回転トルクを与えつつ、前記カラーが前記無効角度よりも大きな角度を回転可能な時間だけ前記係止部材を前記係止位置に保持することを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
3. 請求項１または２に記載の駆動機構により、転写装置または定着装置を圧接および離間させることを特徴とする画像形成装置。
4. 異常を検出したときに、請求項１または２に記載の駆動機構により前記駆動軸を原点に復帰させることを特徴とする画像形成装置。

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