JP4977499B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

一般に、画像形成装置では、感光体に静電潜像を形成し、これをトナーによって現像し、この現像したトナー像を中間転写体に転写した上で、用紙などの記録媒体に転写し、熱により記録媒体に定着させる構成になっている。潜像や画像、記録媒体は、それぞれローラ回転体の形態を持ったものが回転することによって運搬されることが一般的で、このローラを回転させるためにモータ等の駆動源を持ち、それぞれのローラ回転体までギヤやタイミングベルト等の駆動伝達機構により連結されている。

特許第３５１２３０７号公報 特開２００６−０８９１８９号公報

また、その潜像や画像、記録媒体の形成や運搬動作が不要な場合は、その動作を切り離す退避機構が存在する。例えば、特許文献１に記載されているように、黒単色の画像を形成する時には、黒作像に必要な部分のみが稼動し、カラー画像形成のみに必要な部分を停止すべく、搬送ベルトを退避させる構造を有している。また、特許文献２に記載されているように、手差し給紙装置には、非動作時には底板が下降し、記録媒体の取り扱い易くする構造を有している。このいずれの実施例にも記載されているように、このような退避機構には、駆動源より伝達されてくる回転動力を往復運動に変換するカムを用いることが一般的である。

一般的に前述の往復運動対象部材は、動作位置または退避位置のいずれかに位置を保持しようとするバネ等の保持外力を与えられており、カムによって往復運動対象部材を動作させる場合には、保持外力により保持された往復運動対象部材の、動作位置または退避位置のいずれかである定位置より、保持外力に打ち勝つ力でカムより往復運動対象部材へ動作力を発生させ、他一方の位置まで移動させる構造となり、その際はカム軸には負荷トルクが発生する。さらにその状態から定位置まで往復運動対象部材を移動させる際には、往復運動対象部材の保持外力が往復運動対象部材を介してカムへ駆動力を与えるため、カム軸には加速トルクが発生することになる。したがって、本動作の繰り返しにより、カム軸には負荷トルクと加速トルクが繰り返し発生する負荷変動が発生することになる。

そこで、モータ等の駆動源は、カム軸に発生する負荷変動の中で発生する最大負荷トルクに打ち勝って駆動することのできる最大出力を得られるように、設定することになる。したがって、平均トルクが同一であっても、負荷変動が大きい機構の場合は、より高出力の駆動源を使用することになる。そのため、負荷変動量を少なくするべくカムや往復運動対象部材の形状等を調整すると、形状や構造が複雑になり、動作信頼性を低下させる可能性を持つ上、いずれにしても、装置の大型化、高価格化につながる。

また、負荷変動に対して回転制御機能を持たないＤＣブラシモータ等の駆動源を選定した際には、この負荷変動量が大きくなる程、負荷変動に同期して回転角速度が変動することになる。カムの回転位置や往復運動対象部材の位置を検出して駆動や停止の制御を付与する機構の場合には、動作位置によって回転角速度が変化するために、負荷変動が大きくなる程、位置検出精度の高精度化や、制御値の高精度な設定が必要となる。

さらには、回転制御機能を持たない駆動源の場合は駆動源の回転速度が変動するために、この変動周期に応じで駆動源の動作音が増減し、耳障りな音となりやすくなる。

また、前述したように、カムの回転周期内には加速トルクが発生する領域があるため、往復運動対象部材やカムは、その加速トルクや保持外力の大きさによって、動作加速度が発生し、定位置に到達した際に少なからず衝撃音が発生し、耳障り音となりやすくなる。この衝撃音の緩和のために、衝撃吸収材を衝突部分に付与したり、加速領域では摩擦負荷を付与するなどの減速部材を付与する場合、構造が複雑になる上、衝撃吸収や摩擦係数の低下などの経時信頼性維持の考慮が必要になる。さらには後者の場合は加速トルク発生時にも負荷トルクが発生する方向に設定するため、カムの回転周期に対する平均負荷トルクが増大し、消費電力の増加につながる。

本発明は、上記した事情に鑑み、カムを用いて往復運動対象部材を往復動させる際の負荷トルクやトルク変動を軽減することができる画像形成装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、電子写真方式を用いて記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、回転するカム、該カムによって往復動作に変換される往復動作部材及び該往復動作部材を前記カムに押し付ける押し付け手段を備えた往復動作変換機構を有する画像形成装置において、前記カムの往復動作部材との係合点で発生する荷重による負荷トルクとほぼ逆位相の負荷トルクを発生させる荷重付与手段を、前記カムもしくは該カムと一体でカムの回転中心と同一中心で回転する回転体に設け、前記カムもしくは前記回転体上の任意位置を荷重作用点とし、前記荷重付与手段の一端を該荷重作用点に支持し、前記ほぼ逆位相の負荷トルクを発生させるように、前記荷重付与手段の他端を前記係合点よりも前記往復動作部材側に支持し、前記荷重付与手段はバネであることを特徴とする画像形成装置を提案する。

さらにまた、本発明は、前記回転体は動力伝達部材であると、効果的である。

本発明によれば、荷重付与手段によってカムの動作により発生する負荷トルク変動の逆位相波形と近づけることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラーレーザプリンタを示す概略図である。

図１において、ここに示した画像形成装置は、装置本体１内のほぼ中央に画像形成部２、その下部に当該画像記録部２で画像が形成されるシートを給紙する給紙部２０を有するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。

画像記録部２には、像担持体として構成された複数のドラム状の感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｋを有し、その各感光体の表面にはイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及び黒トナー像がそれぞれ形成される。各感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｋは、所定の間隔をあけて互いに平行に配置され、この感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｋの下部に対向して中間転写体として構成された中間転写ベルト４が配置されており、この中間転写体としてはドラムを用いることもできるが、図示した例では複数の支持ローラ５，６に巻き掛けられて矢印方向に駆動される無端ベルトが用いられている。

感光体３の周囲には感光体の表面に帯電処理を行う帯電装置７、画像情報を感光体表面にレーザ光で照射する光走査装置（ＬＳＵ）８、露光により感光体３の表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置９、中間転写ベルト４を介して感光体３と対向配置された転写ローラ１０、中間転写ベルト４に転写後の感光体３表面に残留するトナーを除去回収するクリーニング装置１１が設けられている。

かかる画像形成装置において画像形成が開始されると、感光体３が図２における時計方向に回転駆動され、このとき帯電装置７によって感光体３の表面が所定の極性に帯電される。次いで、その帯電面に、光走査装置８から画像情報に基づくレーザ光が照射され、これによって感光体３に静電潜像が形成される。そして、感光体３の表面に形成された静電潜像は、現像装置９によってトナー像として可視像化され、トナー像は転写ローラ１０によって中間転写ベルト４上に転写される。

カラー画像形成時は上記した画像形成動作が全ての感光体３で行われ、これによって各感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｋにそれぞれ形成されたイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及び黒トナー像が中間転写ベルト４上に順次重ねて転写される。また、画像形成装置には中間転写ベルト４を挟んで、支持ローラ６に対向して２次転写ローラ１２が配置されている。

一方、画像記録部２の下部に配置された給紙部２０には、転写紙又は樹脂フィルムなどから成る記録媒体としてのシートを積載するシート収容部としての給紙トレイ２１、該給紙トレイ２１に積載されたシートＳを送り出す給紙コロ２２、重送されたシートを１枚に分離する分離手段としてのフリクションパッド２３等が設けられている。また、符号４０は手差し給紙部、４１は手差し給紙部の給紙コロ、４２は手差し給紙部の底板である。

給紙部２０あるいは手差し給紙部４０から供給された用紙に転写されから給紙されたシートは、レジストローラ１３に向けて送り出され、その先端が停止しているレジストローラ１３に突き当てられる。これによってシートが整合された後、レジストローラ１３は上記中間転写ベルト４上に形成されたカラートナー像が２次転写ローラ１２を設けた２次転写部でシートの先端部と合致するようなタイミングで回転を再開し、２次転写部に向けてシートを送り出す。

２次転写部で未定着トナー像が転写されたシートＳは、定着部１４に送られ、シートＳに未定着トナー像が定着された後、シート排紙部１５を介して装置本体１の上面に設けられたシート積載部１７に排紙される。なお、トナー像転写後の中間転写ベルト４の表面に付着する転写残トナーはベルト用のクリーナー１６によって除去される。

次に、黒１色の画像を形成する場合は、上記画像形成が感光体３Ｋのみで行われ、他の感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍの動作は不要である。このため、黒画像形成時は中間転写ベルト４の一部が後に詳述する往復動作変換機構によって下げられ、中間転写ベルト４が他の感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍから離れる。具体的には、他の感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍの転写ローラ１０と係合させたリンク機構１８および転写カム１９を設け、転写カム１９を回転させることで、転写ローラ１０を介して中間転写ベルト４が他の感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍから当接および離間動作を行う構造になっている。これによって、感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍの不要動作を削除し、中間転写ベルト４が担持した黒画像が他の感光体に接触することが防止される。

また、往復動作変換機構は手差し給紙部４０にも付設されている。手差し給紙部４０は手差し給紙ローラ４１、手差し底板４２、手差しカム４３を主構成要素としており、用紙給紙時には手差し底板４２は用紙を介して手差し給紙ローラ４１と当接し、用紙を２次転写ローラ１２へ送り出し、用紙給紙時以外は手差しカム４３が回転することで、手差し底板４２を鎖線の位置まで押し下げ退避し、手差し給紙ローラ４１と離間させ、ユーザによる用紙の取り出し、挿入等の取り扱い性を向上させている。

図２は、本発明に係る画像形成装置に設けるカムによる往復動作変換機構を模式図である。
図２において、往復動作変換機構は、回転軸３０に支持され回転するカム３１と、カム３１と係合する往復運動部材３２と、バネ等による往復運動部材３２への姿勢保持荷重付与手段３３と、バネ等による荷重付与手段４とを有している。

姿勢保持荷重付与手段３３は、バネ等から構成され、往復運動部材３２の動作範囲Ｍ中の、指定位置を定位置として保持できるように往復運動部材３２を介してカム３１へ荷重を発生させている。図示する例では、姿勢保持荷重付与手段３３が圧縮コイルバネで構成され、往復運動部材３２をカム３１側へ押し付けるように荷重を作用させている。

本例の荷重付与手段３４は、コイルスプリングからなり、その一方をカム３１と同期回転する位置を荷重作用点Ａとして支持し、もう一方は図２に示す状態である、カム３１が回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた位置Ｘ１にある状態にした時の、回転軸３０から始まる荷重作用点Ａを通る無限線Ｌ１に対して回転軸３０を中心にθだけ傾けた無限線Ｌ２上に支持点Ｂを設けることによって、荷重作用点Ａから支持点Ｂ方向に荷重Ｆを作用させるように設置されている。

このような構成において、図示しない駆動源からの駆動力を受けカム３１が回転すると、カム３１の形状に応じて往復運動部材３２との係合点が移動し、カム３１が往復運動部材３２を回転軸３０に対して最も遠ざけた位置Ｘ１と最も近づけた位置Ｘ２間を往復運動部材が揺動する、往復運動に変換される。なお本図ではカム３１の回転方向はＲにて図示している。

この動作により、カム３１に発生する回転軸３０まわりの負荷トルクについて、模式図である図３を用いて説明する。図示しない駆動源からの駆動力を受け、カム３１が回転軸３０まわりにＲ方向にζだけ回転した時、往復運動部材３２はカム３１の形状に応じてカム３１と係合する位置まで、移動量Ｘだけ移動する。この状態では、カム３１へは往復運動部材３２を介して姿勢保持荷重付与手段３３により外力Ｐが発生する。この外力Ｐと摩擦力Ｑの作用方向はカム３１の形状に応じて回転軸３０の中心に向かって作用しないため、カム３１へは回転軸３０まわりのモーメントとして作用し、この合成されたモーメントの発生方向がカム３１の回転方向と反する場合は負荷トルク、同一の場合は加速トルクとなる。一方、荷重作用点Ａは、カム３１の回転に同期して移動し、回転軸３０から始まる荷重作用点Ａを通る無限線Ｌ１と回転軸３０から始まる支持点Ｂを通る無限線Ｌ２との成す角度はθ＋ζとなった状態で、荷重作用点Ａから支持点Ｂ方向に荷重付与手段３４による荷重Ｆが作用することになる。この荷重Ｆは、カム３１へ回転軸３０まわりのモーメントとして作用し、このモーメントの発生方向がカム３１の回転方向と反する場合は負荷トルク、同一の場合は加速トルクとなる。

この動作によりカム３１に発生する負荷トルクの、カム３１の回転角度による推移を、図４に示す。図中のζ＝０°および３６０°が、カム３１が回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた状態にあたる。また、負荷トルクが正の値を示す時は負荷トルクとして、負の値を示す時は加速トルクとして発生することを示している。先ず、カム係合点で発生する荷重ＰおよびＱによる負荷トルク推移Ｔｐについて着目する。カム３１が、回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた状態から回転を始めると、負荷トルクは減少傾向を示し、負の値となった時は加速トルクとなる。更にカム３１の回転が進むと、負荷トルク値の最小点を過ぎて、負荷トルクは上昇を行い、負荷トルク最大点を迎え、更に減少傾向を示した上で、ζ＝３６０°の位置で元の負荷トルクに戻る。負荷トルク最大点が最大負荷トルク、最小点が最小負荷トルクとなり、その変動幅がトルク変動となって現れる。この負荷トルク変動波形は、カム３１の形状や係合点の表面特性により、それぞれ異なった形状を取ることになるが、一般的に、カム３１が回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた状態へ向かう時に最大負荷トルクが発生し、カム３１が、回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた状態を過ぎると、最小負荷トルクが発生することになる。一方、荷重付与手段３４により発生する負荷トルクＴｋに着目すると、カム３１が回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた位置Ｘ１にある状態にした時の、回転軸３０から始まる荷重作用点Ａを通る無限線Ｌ１と、回転軸３０と荷重付与手段Ｂを結ぶ無限線Ｌ２とを成す角θを初期位相ずれとして、カム３１が回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた状態を過ぎると最大負荷トルクが発生し、カム３１が回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた状態向かう時に、最小負荷トルクが発生することになる。したがって、θを-９０°〜９０°の間で設定する、すなわち、カム３１が回転軸３０に対して往復運動部材３２を最も遠ざけた位置Ｘ１にある状態にした時の、回転軸３０から始まる荷重作用点Ａを通る無限線Ｌ１に対して回転軸３０を中心にθだけ傾けた無限線Ｌ２上に支持点Ｂを設けその傾け量を０〜９０°の範囲内で設定することにより、カム係合点で発生する荷重ＰおよびＱによる負荷トルク推移Ｔｐとほぼ逆位相のトルク変動を発生させることができるため、双方を合成されたカム軸トルクＴは、双方によって打ち消しあい、トルク変動と最大負荷トルクを低減することが可能となる。

かかる構成の往復動作変換機構を中間転写ベルト４の他の感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍへの接離や手差し底板４２の手差し給紙ローラ４１への接離に用いることで、簡単な構造で衝撃音等の騒音の発生を抑え、消費電力の増加等を防止できる画像形成装置を提供することができる。

図５は、本発明の往復動作変換機構を取り入れた手差し給紙部４０の斜視図である。
本実施形態における手差し給紙部４０は、手差し給紙ローラ４１、手差し底板４２、手差しカム４３、回転軸４４、回転体４５、回転体荷重付与手段４６、手差し底板荷重付与手段４７で構成されている。手差し底板荷重付与手段４７は、手差し底板４２と手差し給紙ローラ４１を圧接させる方向に荷重を作用するように設置されており、記録媒体を搬送する際には、手差し底板４２と手差し給紙ローラ４１が圧接した状態で、図示しない駆動源が手差し給紙ローラ４１を回転させることにより、記録媒体が手差し給紙ローラ４１の回転方向に搬送される。一方、記録媒体の搬送が不要な場合には、図示しない駆動源が手差しカム４３を回転させることにより、手差しカム４３は、手差し底板４２を手差し底板回転軸５０を中心に押し下げることによって、手差し給紙ローラ４１と手差し底板４２を離間させ、ユーザによる記録媒体の取り出し、挿入等の取扱い性を向上させている。

本構成において、回転体荷重付与手段４６は、一方を回転体４５上の任意点に支持し、もう一方を、図示の状態である、手差しカム４３が手差し底板４２を回転軸４４に対して最も遠ざけた状態にした時の、回転軸４４から既に設定した回転体荷重付与手段４６の支持点へ向かう方向から０〜９０°の範囲内の図示しない用紙保持手段等の動作しない点に固定する。これにより、上記した本発明の往復動作変換機構と同等の効果を得ることができる上、カム軸にトルクを発生させる回転体荷重付与手段４６を、回転軸４４に固定された手差しカム４３と同期回転する手差しカムと異なる回転体４５に支持することで、手差しカム４３の形状や大きさ、回転軸４４に対する長手方向の設置位置によらず、またさらには、手差し底板４２の形状によることなく、本効果を発揮することができる。

さらには、回転体４５をギヤやタイミングプーリ等の動力伝達部材とすることで、回転体４５は回転体荷重付与手段４６の支持と、図示しない駆動源からの駆動力を回転軸４４へ伝える回転動力伝達機能を併せ持つことができ、より構造を簡略化することができる。

本発明のカラー画像形成装置の全体構成を示す概略説明図である。 本発明に係る往復動作変換機構を模式図である。 カムに発生する回転軸まわりの負荷トルクを説明する模式図である。 カムに発生する負荷トルクのカムの回転角度による推移を示すグラフである。 本発明の往復動作変換機構を取り入れた手差し給紙部の斜視図である。

符号の説明

３０、４４ 回転軸装置本体
３１，４１ カム
３２ 往復運動部材
３４，４６ 荷重付与手段

Claims (2)

1. 電子写真方式を用いて記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、回転するカム、該カムによって往復動作に変換される往復動作部材及び該往復動作部材を前記カムに押し付ける押し付け手段を備えた往復動作変換機構を有する画像形成装置において、
   前記カムの往復動作部材との係合点で発生する荷重による負荷トルクとほぼ逆位相の負荷トルクを発生させる荷重付与手段を、前記カムもしくは該カムと一体でカムの回転中心と同一中心で回転する回転体に設け、
   前記カムもしくは前記回転体上の任意位置を荷重作用点とし、前記荷重付与手段の一端を該荷重作用点に支持し、
   前記ほぼ逆位相の負荷トルクを発生させるように、前記荷重付与手段の他端を前記係合点よりも前記往復動作部材側に支持し、
   前記荷重付与手段はバネであることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記回転体は動力伝達部材であることを特徴とする画像形成装置。

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