JP4510774B2 - 画像形成装置に用いられる駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に用いられる駆動装置に関する。

カラープリンタやカラー複写機等のカラー画像形成装置は、各色成分用の感光体ドラムや転写ベルト等の装置を回転及び駆動させるための駆動装置を有する。駆動装置としては、モータと、モータの回転を減速する遊星方式の減速装置とを含むものがある。

近年、カラー画像形成装置の低コスト化に伴い、遊星方式の減速装置における遊星ローラは、特許文献１に示すように、少なくともその一部分を例えばゴム等の弾性体を用いて形成されつつある。弾性体の遊星ローラは、モータの回転を外部に伝える出力軸に圧接されているため、弾性変形が生じる。遊星ローラの弾性体に生じた弾性変形は、減速装置の出力軸の回転速度の変動をもたらす。更に、減速装置の出力軸の回転速度が変動している間に生成される画像には、色ズレや色ムラ等が表れる。

特許文献２には、遊星ローラに弾性体を用いた場合に、モータの回転速度を直接的に制御することで出力軸の回転速度を均一にする回転駆動装置が開示されている。具体的には、特許文献２の回転駆動装置は、ステッピングモータと減速装置とフィードバック制御手段とを備える。減速装置は、弾性体の摩擦接触によりトルク伝達を行うトルク伝達部を含みかつ歯車によるトルク伝達部を含まないものであり、モータの回転を減速して感光体ドラムに出力する。フィードバック制御手段は、減速装置の出力回転速度を検出して目標速度との差分値を求め、差分値に基づいてモータに速度指令信号を与え、モータの回転速度を直接的に制御する。
特開２００２−１１５７５１号公報 特開２００２−１７１７７９号公報

しかしながら、特許文献２では、以下の問題点がある。

モータが回転を停止し再駆動するまでの間に弾性体の遊星ローラに生じた弾性変形は、再駆動後しばらくの間、減速装置の出力軸の回転速度にムラを生じさせる。モータ停止時、遊星ローラに生じた弾性変形に起因して起こる減速装置の出力軸の回転速度が不均一な期間は、特許文献２の装置がフィードバック制御する際の応答時間よりもはるかに大きい。従って、特許文献２の装置に係るフィードバック制御により、モータ停止時に遊星ローラに生じた弾性変形により起こる減速装置の出力軸の回転速度のムラを検知してモータの回転速度を制御すると、過制御が生じてしまう。

そこで、本件出願人は、遊星ローラの弾性変形により生じる減速装置の出力軸の回転速度のムラが画像に影響を及ぼすことを防止する駆動装置を発明し、既に出願している（特願2005-368480号）。この駆動装置は、複数の弾性体の遊星ローラと内周面で接しており、外周面上に突出した突出部を有するリングと、このリングを覆っており、リングの突出部に対応する位置に開口部が形成された固定体とを有する遊星方式の減速装置を備え、画像形成動作が行われていない時に突出部が開口部内を往復移動するようにモータを駆動させる装置である。

しかし、画像形成動作の開始指示を受けてモータを起動させる際、リングの突出部が固定体の開口部内を移動できる位置にあると、リングの突出部はモータの回転により固定体の開口部内をその移動可能距離分だけ移動してしまう。この期間、駆動装置は、感光体ドラムを目標の速度で回転させるための回転を出力することができないため、正常なフィードバック制御を行うことができない。

特に、モータを起動させた時、感光体ドラムに接しながら駆動する転写ベルトの回転速度が感光体ドラムの回転速度よりも速い場合、感光体ドラムは転写ベルトの回転に連れ回されるためリングが逆方向に回転し、リングの突出部が開口部の内壁から離れて開口部内を移動してしまう。これにより、駆動装置はフィードバック制御不能となってしまう。

そこで、本発明は、画像形成動作の開始指示を受けてモータが起動する時から、出力軸に連結された感光体ドラムや転写ベルト等の装置を所望の速度で駆動させることができると共に、正常なフィードバック制御を行うことができる駆動装置を提供する。

前記課題を解決するために、発明１は、遊星ローラ式動力伝達ユニットと、固定手段と、制御手段とを含む駆動装置を提供する。遊星ローラ式動力伝達ユニットは、モータの回転軸の外周面に圧接されており、少なくとも一部が弾性体からなる複数の遊星ローラと、前記複数の遊星ローラと内周面で接しており、外周面上に突出した突出部を有しているリングと、前記リングを覆うように位置しており、前記リングの突出部に対応する位置に前記突出部が所定の距離を移動可能な幅を有する開口部が形成された固定体と、前記遊星ローラの回転に連動して回転するキャリアローラと、前記キャリアローラの回転を外部に出力する出力軸と、を備える。固定手段は、前記リングの突出部が前記固定体の開口部内を移動不能に前記リングを固定する固定状態と、前記リングの突出部が前記固定体の開口部内を移動可能に前記リングの固定を解除する固定解除状態と、をとり得る。制御手段は、画像形成処理の開始指示があってから前記画像形成処理の終了指示があるまでの間に前記固定手段が前記固定状態となるように、前記固定手段を制御する。

この駆動装置によると、リングは、画像形成処理の開始から終了までの間固定されるため、動力伝達ユニットには、固定体の開口部内におけるリングの突出部の位置に関係なく、モータの回転速度が所望の比率で減速された回転速度がモータ起動時から伝達される。従って、駆動装置は、モータの起動時から、出力軸に連結された像担持体を所望の速度で駆動させることができると共に、正常なフィードバック制御を行うことができる。

発明２は、前記発明１において、前記制御手段が、前記画像形成処理の終了指示があってから次の画像形成処理の開始指示があるまでの間に、前記固定手段が前記固定解除状態となるように前記固定手段を制御すると共に、前記リングの突出部が前記固定体の開口部内を往復移動するように前記モータの回転を制御する駆動装置を提供する。

この装置は、画像形成処理の終了指示を受けてから次の画像形成処理の開始指示を受けるまでの間リングの固定解除を行い、例えばリングの突出部が固定体の開口部内を往復移動するようにモータを微速回転させることができる。モータが微速回転を行うと、遊星ローラも微速回転を行う。これにより、モータ回転軸の外周面と接する遊星ローラの弾性体に弾性変形が生じることを防止できる。

発明３は、前記発明１または２において、前記固定手段は電流が通電されることが可能な電磁石であって、前記制御手段は前記電磁石への電流の通電及び通電停止を制御する駆動装置を提供する。

これにより、駆動装置は、リングをより確実に固定及び固定解除することができる。

本発明によると、画像形成動作の開始指示を受けてモータが起動する時、駆動装置は、出力軸に連結された感光体ドラムや転写ベルト等の装置を所望の速度で駆動させることができると共に、正常なフィードバック制御を行うことができる。

＜実施形態＞
図１は、本実施形態に係る駆動装置１の断面構成及びその周辺装置との接続を示した図である。図１の駆動装置１は、画像形成装置３１と接続されており、図２に示すような画像形成装置３１内に設けられた感光体ドラム３２を駆動するための装置として用いられる。

画像形成装置３１は、例えばカラープリンタやカラー複写機等に用いられるカラー画像形成装置である。本実施形態では、画像形成装置３１が、図２に示すように４色の未定着可視像を記録シートに多重転写した後にこれを定着する、いわゆるタンデム式のフルカラー画像形成装置である場合を例にとる。画像形成装置３１は、シート搬送路に沿って配置された感光体ドラム３２等を含む各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ）用の画像形成部を有している。駆動装置１は各感光体ドラム３２のそれぞれを駆動可能なように、各感光体ドラム３２に対応して設けられている。

（１）駆動装置の構成
以下より、駆動装置１の構成について、図１、図３及び図４を用いて説明する。

駆動装置１は、回転駆動源としてのモータ２、モータ回転軸３、複数の遊星ローラ４、リング６、キャリアローラ７、出力軸８、固定体９、固定部材１０及び制御部２１を含む。

モータ回転軸３は、モータ２の回転を外部に出力する。複数の遊星ローラ４は、モータ回転軸３の外周面とリング６の内周面との間に圧接された状態で位置している。尚、本実施形態では、遊星ローラ４が３つの場合を例にとる。各遊星ローラ４の縁部はゴムや樹脂等の弾性体４ａで形成されている。リング６は、Fe等の金属で形成されており、３つの遊星ローラ４を取り囲むように位置し、各遊星ローラ４と内周面で接している。更に、リング６は、外周面上に突出した突出部６ａを有している。キャリアローラ７は、遊星ローラ４から見てモータ２の反対側に位置しており、遊星ローラ４の回転軸４ｂにより遊星ローラ４と連結されている。そしてキャリアローラ７は、固定体９の一部に位置している軸受８ａを介して出力軸８と連結されている。出力軸８は、モータ回転軸３と同一軸心上で、キャリアローラ７の回転を外部に出力する。固定体９は、モータ２の外側に位置しており、モータ回転軸３、３つの遊星ローラ４、リング６及びキャリアローラ７を取り囲んでいる。そして、固定体９には、リング６の突出部６ａに対応する位置に、突出部６ａが所定の距離を移動可能な幅を有する開口部９ａが形成されている。以下より、遊星ローラ４、リング６、キャリアローラ７、出力軸８及び固定体９を、まとめて“遊星ローラ式動力伝達ユニット”と言う。

固定部材１０は、固定体９を介してリング６と対向するように位置しており、図４に示すように、電磁石１０ａと、電磁石１０ａに電流を流すための通電部１０ｂとを含む。固定部材１０は、通電部１０ｂが電磁石１０ａに電流を流し電磁石１０ａがオンすることで、リング６の突出部６ａが固定体９の開口部９ａ内を移動不能にリング６を固定する固定状態となる。また、固定部材１０は、通電部１０ｂが電磁石１０ａへの通電を停止し電磁石１０ａがオフすることで、リング６の突出部７ａが固定体９の開口部９ａ内を移動可能にリング７の固定を解除する固定解除状態となる。

制御部２１は、モータ２及び固定体９の外側に位置しており、図１及び図４に示すように、モータ２、固定部材１０及び画像形成装置３１と接続されている。制御部２１の構成については後述する。

（２）遊星ローラ式動力伝達ユニット及びモータ回転軸の動作
ここで、遊星ローラ式動力伝達ユニット及びモータ回転軸３の動作について、図３を用いて説明する。

先ず、リング６が固定部材１０により固定されている場合について説明する。モータ回転軸３がモータ２の回転方向に回転すると、３つの遊星ローラ４は、モータ回転軸３を中心とし、リング６の内周面に沿ってモータ回転軸３の回転方向と同じ方向に公転する。更に、各遊星ローラ４は、各遊星ローラ４の回転軸４ｂを中心としてモータ回転軸３の回転方向とは逆の方向に自転する。キャリアローラ７は、遊星ローラ４の公転に連動して回転する。即ち、キャリアローラ７は、モータ回転軸３の回転方向と同じ方向に回転する。この時、キャリアローラ７は、モータ回転軸３の回転が遊星ローラ４の自転により減速された速度で回転する。

また、リング６が固定部材１０により固定されていない場合、上述した動作に加え、リング６は遊星ローラ４の公転に連動して回転する。即ち、リング６は、モータ回転軸３を中心として遊星ローラ４の公転方向と同じ方向に回転するが、突出部６ａを有しているため、突出部６ａが固定体９の開口部９ａ内を移動できる分だけ回転する。例えば、モータ回転軸３及びリング６が時計回りに回転し、リング６の突出部６ａが固定体９の開口部９ａの内壁に接すると、リング６は回転を停止する。この状態で、モータ回転軸３が逆に回転し始めると、リング６の突出部６ａは接している開口部９ａの内壁から離れ、リング６はモータ回転軸３と同じ方向に回転する。そして、突出部６ａが固定体９の開口部９ａの反対側の内壁に接すると、リング６は回転を停止する。即ち、モータ回転軸３の回転方向を変化させることで、リング６の突出部６ａは固定体９の開口部９ａ内を往復移動する。

（３）制御部の構成
制御部２１は、図４に示すように、タイマ２２、モータ駆動制御部２３、モータ回転方向制御部２４、モータ回転速度制御部２５及び固定部材制御部２６を含む。以下より、各機能について具体的に説明する。

（３−１）タイマ
タイマ２２は、時刻情報を出力する。タイマ２２の時刻情報は、モータ駆動制御部２３、モータ回転方向制御部２４、モータ回転速度制御部２５及び固定部材制御部２６が信号を生成する際に用いられる。

（３−２）モータ駆動制御部
モータ駆動制御部２３は、モータ２の駆動制御を行う。具体的には、モータ駆動制御部２３は、タイマ２２からの時刻情報を基準として、モータ２の駆動のオン及びオフを制御するためのモータ駆動制御信号MOT_DRを生成してモータ２に出力する。

（３−３）モータ回転方向制御部
モータ回転方向制御部２４は、モータの回転方向を指示するためのモータ回転方向制御信号MOT_DIRをタイマ２２からの時刻情報を基準として生成し、モータ２に出力する。

具体的には、モータ回転方向制御部２４は、画像形成装置３１が画像形成処理を終了してから次の画像形成処理の開始を示す信号を例えば画像処理装置３１から受信するまでの間、リングの突出部６ａが固定体９の開口部９a内を往復移動するように、モータ２の回転方向を制御する。また、モータ回転方向制御部２４は、画像形成処理の開始を示す信号を受信してからこの画像形成処理の終了を示す信号を取得するまでの間、モータ２が正方向に回転するように、モータ２の回転方向を制御する。

（３−４）モータ回転速度制御部
モータ回転速度制御部２５は、モータ２の回転速度を指示するためのモータ回転速度制御信号MOT_FCLKをタイマ２２からの時刻情報を基準として生成し、モータ２に出力する。

具体的には、モータ回転速度制御部２５は、画像形成装置３１が画像形成処理を終了してから次の画像形成処理の開始を示す信号を例えば画像処理装置３１から受信するまでの間、リング６の突出部６ａが固定体９の開口部９ａ内を微速で移動するようにモータ２の回転速度を制御する。また、モータ回転速度制御部２５は、画像形成処理の開始を示す信号を受信後、モータ２が定常回転を行うためのモータ回転速度制御信号MOT_FCLKを生成し、モータ２に出力する。

（３−５）固定部材制御部
固定部材制御部２６は、固定部材１０の通電部１０ｂが電磁石１０ａに電流を流すか否かを制御するためのリングロック制御信号R_LOCKをタイマ２２からの時刻情報を基準として生成し、通電部１０ｂに出力する。

具体的には、固定部材制御部２６は、画像形成処理の開始を示す信号を受信してからこの画像形成処理の終了を示す信号を例えば画像形成装置３１から受信するまでの間、通電部１０ｂに通電を行わせるためのリングロック制御信号R_LOCKを通電部１０ｂに出力する。また、固定部材制御部２６は、画像形成処理の終了を示す信号を受信してから次の画像形成処理の開始を示す信号を受信するまでの間、通電部１０ｂの通電を停止させるためのリングロック制御信号R_LOCKを通電部１０ｂに出力する。

（４）制御部内の各機能の動作
図５は、制御部２１の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５の画像形成処理信号は、画像形成装置３１により画像形成動作が行われていることを示すための信号であって、画像形成動作が行われている期間を“１”として表す。画像形成指示信号は、画像形成処理の開始及び終了を指示するための信号である。モータ駆動制御信号MOT_DRは、モータ停止を“０”、駆動を“１”として表す。モータ回転方向制御信号MOT_DIRは、図３におけるモータ回転軸３の時計回り方向を“１”、モータ回転軸３の反時計回り方向を“０”として表す。リングロック制御信号R_LOCKは、通電部１０ｂの通電実行を“１”、通電停止を“０”として表す。

先ず、制御部２１は、画像形成処理の終了指示を示す画像形成指示信号を画像形成装置３１等の外部から受信すると、制御部２１のモータ駆動制御部２３は、モータ駆動制御信号MOT_DRを一旦リセットさせた後、モータ駆動制御信号MOT_DR“１”をモータ２に出力する。モータ回転方向制御部２４は、リング６の突出部６ａが固定体９の開口部９ａ内を往復移動するように、モータ２の回転方向を周期的に変化させるためのモータ回転方向制御信号MOT_DIRを、モータ２に出力する。具体的には、モータ回転方向制御部２４は、所定の周期及び所定のHigh期間を有するパルスを出力し続ける。モータ回転速度制御部２５は、リング６の突出部６ａが固定体９の開口部９ａ内を微速で移動するためのモータ回転速度制御信号MOT_FCLKを、モータ２に出力する。尚、図５では、モータ回転速度制御信号MOT_FCLKは、モータ回転方向制御信号MOT_DIRに同期している。そして、固定部材制御部２６は、通電部１０ｂの電磁石１０ａへの通電を停止させるためのリングロック制御信号R_LOCK“０”を、通電部１０ｂに出力する。

これにより、通電部１０ｂは通電を停止し、リング６は固定を解除される。モータ２は、モータ駆動制御部２３、モータ回転方向制御部２４及びモータ回転速度制御部２５から送られてきた各信号に基づいて、時計回り方向または反時計周り方向に微速回転する。すると、リング６の突出部６ａは固定体９の開口部９ａ内を往復移動すると共に、遊星ローラ４はモータ回転軸３の外周面上の所定の幅を往復する。これにより、モータ回転軸３の外周面と接する遊星ローラ４の弾性体４ａの一定箇所には圧力がかからなくなる。

次いで、制御部２１が、画像形成処理の開始指示を示す画像形成指示信号を画像形成装置３１等の外部から受信すると、制御部２１のモータ駆動制御部２３は、モータ駆動制御信号MOT_DRを一旦リセットさせた後、再度モータ駆動制御信号MOT_DR“１”をモータ２に出力する。モータ回転方向制御部２４及びモータ回転速度制御部２５は、モータ２を、画像形成処理の開始指示の信号を受信待機している時よりも早い定常速度で一方向に回転させるためのモータ回転速度制御信号MOT_FCLK及びモータ回転方向制御信号MOT_DIRを、モータ２に出力する。固定部材制御部２６は、通電部１０ｂに電磁石１０ａへの通電を行わせるためのリングロック制御信号R_LOCK“１”を、通電部１０ｂに出力する。

これにより、通電部１０ｂは通電を開始し電磁石１０ａには磁力が発生する。Fe等の金属で形成されているリング６は、電磁石１０ａの磁力により固定される。モータ２は、モータ回転方向制御信号MOT_DIR及びモータ回転速度制御信号MOT_FCLKに基づいた回転方向及び速度で回転し、やがて定常回転状態に至る。モータ２の回転が定常回転状態に至ると、画像形成処理が画像形成装置３１により実行される（画像形成処理信号“１”）。

（５）効果
この駆動装置１は、画像形成処理の開始指示を受けてからこの画像形成処理の終了指示を受けるまでの間、固定部材１０によりリング６を固定させる。これにより、固定体９の開口部９ａ内におけるリング６の突出部６ａの位置に関係なく、遊星ローラ式動力伝達ユニットにはモータ２の回転速度が所望の比率で減速された回転速度がモータ起動時から伝達される。従って、駆動装置１は、モータ２の起動時から感光体ドラム３２を所望の速度で駆動させることができると共に、正常なフィードバック制御を行うことができる。

そして、駆動装置１は、画像形成処理の終了指示を受けてから次の画像形成処理の開始指示を受けるまでの間、固定部材１０によるリング６の固定を解除し、リング６の突出部６ａが固定体９の開口部９ａ内を往復移動するようにモータ２を微速回転させる。これにより、遊星ローラ４も微速回転を行う。そのため、モータ回転軸３の外周面と接する遊星ローラ４の弾性体４ａの一定箇所に圧力がかかることを避けられるため、遊星ローラ４の弾性体４ａに弾性変形が生じることを防止できる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、固定部材が電磁石を用いた構成を有する場合について記したが、リングを固定及び固定解除できれば、固定部材はどのようなものであってもよい。

本発明の駆動装置は、カラープリンタやカラー複写機等のカラー画像形成装置内の感光体ドラムの駆動用装置として用いることができる。

本実施形態に係る駆動装置の断面構成とその周辺装置との接続を示した図。 本実施形態の駆動装置が用いられる画像形成装置の概略図。 駆動装置のIII−III線断面図。 制御部の機能構成図。 制御部の動作を説明するためのタイミングチャート。

符号の説明

１ 駆動装置
２ モータ
３ モータ回転軸
４ 遊星ローラ
４ａ 弾性体
６ リング
６ａ 突出部
７ キャリアローラ
８ 出力軸
９ 固定体
９ａ 開口部
１０ 固定部材

Claims (2)

1. モータの回転軸の外周面に圧接されており、少なくとも一部が弾性体からなる複数の遊星ローラと、前記複数の遊星ローラと内周面で接しており、外周面上に突 出した突出部を有しているリングと、前記リングを覆うように位置しており、前記リングの突出部に対応する位置に前記突出部が所定の距離を移動可能な幅を有する開口部が形成された固定体と、前記遊星ローラの回転に連動して回転するキャリアローラと、前記キャリアローラの回転を外部に出力する出力軸と、を備える遊星ローラ式動力伝達ユニットと、
   前記リングの突出部が前記固定体の開口部内を移動不能に前記リングを固定する固定状態と、前記リングの突出部が前記固定体の開口部内を移動可能に前記リングの固定を解除する固定解除状態と、をとり得る固定手段と、
   画像形成処理の開始指示があってから前記画像形成処理の終了指示があるまでの間に前記固定手段が前記固定状態となるように、前記固定手段を制御する制御手段と、を含み、
   前記制御手段は、前記画像形成処理の終了指示があってから次の画像形成処理の開始指示があるまでの間に、前記固定手段が前記固定解除状態となるように前記固定手段を制御すると共に、前記リングの突出部が前記固定体の開口部内を往復移動するように前記モータの回転を制御する駆動装置。
2. 前記固定手段は電流が通電されることが可能な電磁石であって、
   前記制御手段は、前記電磁石への電流の通電及び通電停止を制御する、請求項１に記載の駆動装置。

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