JP5541231B2 - ダンパー装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダンパー装置、特に、入力された回転力又は直進力を受動部材に伝達する箇所に配置されるダンパー装置、及び、複写機やプリンタなどの画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式による画像形成装置において、作像プロセスに関する回転駆動には高精度な回転力の伝達が要求されている。しかし、回転駆動系には、モータやギヤの噛み合いなど、回転方向の負荷変動あるいは回転方向の振動（速度変動）が発生する要因を含んでおり、回転力伝達の高精度化を阻んでいる。一方、コスト削減の方策として、回転力伝達系の簡素化が要求されており、これを実現するためには、駆動系の上流側で発生する回転方向の振動（速度変動）を下流側に伝達しないように簡単な構成で効果的に遮断する必要がある。

特許文献１には、感光体ドラムの端面に弾性変形可能な内周部を形成した側面部材を取り付け、内周部に係合穴を設けて駆動歯車の駆動により係合ピンが側面部材を弾性変形させ、その反力により感光体ドラムを回転するようにした駆動装置が記載されている。

特許文献２には、回転体と、回転体を駆動する駆動源と、駆動源の回転駆動力を回転体に伝達し、弾性的な変形挙動により回転体と駆動源からなる駆動系の固有振動数を決定する第１の弾性部材と、第１の弾性部材の弾性的な挙動に作用し、その減衰特性を増加させる第２の弾性部材とからなる駆動装置が記載されている。

特許文献３には、動力を発生するブラシレスモータと、このブラシレスモータの動力により回転駆動される感光体ドラムと、ブラシレスモータの動力を複数個のギヤを介して感光体ドラムに伝達するギヤ列と、ギヤ間に介在され、感光体ドラムへの振動の伝達を規制する防振ゴムと、感光体ドラムに設けられ、ギヤに接続される感光体ギヤとを備えた駆動装置が記載されている。

前記特許文献１，２，３に記載の防振対策は構成の簡素化や効果の点で必ずしも好ましいものではなく、より効果的な防振対策が望まれている。

特開平７−２１００３２号公報 特開平１０−２６８６０２号公報 特開２００２−１７４９３２号公報

本発明の目的は、簡単な構成で好ましい振動遮断効果を有するダンパー装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の第１の形態であるダンパー装置は、
回転駆動力が入力される入力部材と、
前記入力部材に入力された回転駆動力を受けて回転する受動部材と、
前記入力部材と前記受動部材との間に介在された粘弾性部材と、
前記粘弾性部材の直径方向への変位を規制しつつ、前記粘弾性部材の回転方向への搖動は規制しない可撓性部材と、
を備え、
前記可撓性部材はフィルム又は紐からなり、前記回転駆動力による回転軸に対して前記直径方向に延びるように配置されており、前記直径方向において、前記回転軸側の端部が固定されており、前記回転軸から離れた側の端部が固定されておらず、
前記粘弾性部材は前記可撓性部材に接着又は支持されていること、
ことを特徴とする。

本発明の第２の形態であるダンパー装置は、
回転駆動力が入力される入力部材と、
前記入力部材に入力された回転駆動力を受けて回転する受動部材と、
前記入力部材と前記受動部材との間に介在された粘弾性部材と、
前記粘弾性部材の直径方向への変位を規制しつつ、前記粘弾性部材の回転方向への搖動は規制しない可撓性部材と、
を備え、
前記可撓性部材は紐からなり、該紐は前記粘弾性部材に直径方向に貫通していること、
を特徴とする。

本発明の第３の形態である画像形成装置は、前記第１の形態であるダンパー装置又は前記第２の形態であるダンパー装置を備えたことを特徴とする。

前記ダンパー装置においては、粘弾性部材が入力部材に入力された振動を吸収する。粘弾性部材はフィルム又は紐からなる可撓性部材（第１の形態）又は粘弾性部材に直径方向に貫通する紐（第２の形態）によって直径方向への変位を規制されつつ回転方向への搖動は規制されないため、粘弾性部材は小さなスペースで回転方向にのみ圧縮／伸長することで振動エネルギーを効果的に吸収する。

本発明によれば、簡単な構成で好ましい振動遮断効果を有し、回転力の高精度な伝達が可能となる。

画像形成装置を示す概略構成図である。 ダンパー装置の基本的な実施形態を示す断面図である。 粘弾性部材の分割形態を示す説明図である。 弾性に基づく応答倍率を示すグラフである。 粘性に基づく応答倍率を示すグラフである。 粘性に基づく振動伝達率を示すグラフである。 ダンパーの解析用モデルを示す説明図である。 ねじり剛性に関する解析結果を示すチャート図である。 半径方向の変位に関する解析結果を示すチャート図である。 粘弾性部材の変形に関する解析結果を示すチャート図である。 ダンパー装置の第１例を示す斜視図である。 ダンパー装置の第２例を示す斜視図である。 ダンパー装置の第３例を示す斜視図である。 ダンパー装置の第４例を示す斜視図である。 ダンパー装置を適用した駆動機構を示す斜視図である。 図１５に示した駆動機構の要部を示す斜視図である。 ダンパー装置の第５例を示す斜視図である。 図１７に示したダンパー装置の正面図である。 図１７に示したダンパー装置を適用した緩衝機構を示す斜視図である。

以下、本発明に係るダンパー装置及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分に関しては共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示すように、本画像形成装置は、タンデム方式のカラープリンタとして構成され、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各画像を形成するための作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが中間転写ベルト１０の直下に並置されている。各作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは感光体ドラム２を中心に現像器３などを配置した周知の構成を有している。中間転写ベルト１０は、支持ローラ１１，１２に無端状に張り渡され、矢印ａ方向に回転駆動される。各感光体ドラム２上に形成されたトナー画像は順次中間転写ベルト１０上に１次転写されてカラー画像に合成される。

用紙は給紙トレイ１５に積載されており、給紙ローラ１６によって１枚ずつ給紙され、タイミングローラ対１７を経て中間転写ベルト１０と２次転写ローラ１８とのニップ部を通過することにより、前記カラー画像が中間転写ベルト１０から２次転写される。その後、用紙は定着ユニット１９に搬送されてトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対５から本体上面に排出される。

なお、画像形成装置としては、前記カラープリンタ以外にモノクロプリンタであっても、あるいは、画像読取りユニットを備えた複写機として構成されているもの、ファクシミリ機能やインターネットとの通信機能を備えた様々な態様の装置であってもよい。

（ダンパー装置の基本的実施形態、図２参照）
ダンパー装置の基本的な実施形態について図２を参照して説明する。このダンパー装置２０は、矢印ｂ方向の回転駆動力が入力される入力部材２１と、該入力部材２１に入力された回転駆動力を受けて矢印ｂ方向に回転する受動部材２５と、入力部材２１と受動部材２５との間に介在された粘弾性部材３０と、粘弾性部材３０の直径方向への変位を規制しつつ、粘弾性部材３０の回転方向への搖動は規制しない可撓性を有するフィルム３５（左右に位置するそれぞれの粘弾性部材３０について７枚ずつ配置されている）とで構成されている。なお、ここでは、入力部材２１又は受動部材２５の回転軸を中心とする円を想定したときの円周方向を「回転方向」とし、回転軸に垂直な方向を「直径方向」としている。

入力部材２１は軸部材２２の外周面に１８０°の間隔で設置されている。受動部材２５は筒部材２６の内周面に１８０°の間隔で設置されている。粘弾性部材３０は、略断面円筒形状あるいは略断面円筒の一部となる形状をなし、内周面と軸部材２２とは若干の間隔を有しており、外周面と筒部材２６とも若干の間隔を有している。図２中左右にそれぞれ約１６０°にわたる領域として配置されている粘弾性部材３０の両端面は入力部材２１及び受動部材２５に接着又は非接着な状態で単に圧着している。二つの領域に配置されている粘弾性部材３０はさらにそれぞれ八つのセグメントに分割されており、それぞれの切断面にはフィルム３５が接着されている。つまり、フィルム３５はそれぞれのセグメントに接着することで、各セグメントが直径方向には変位（膨張）しないように規制する。一方で、フィルム３５は粘弾性部材３０が回転方向へ搖動（収縮）することを規制しない。

以上の構成からなるダンパー装置２０において、入力部材２１から矢印ｂ方向の回転駆動力が入力されると、その回転駆動力はそれぞれ８個のセグメント及び７枚のフィルム３５を介して受動部材２５に伝達される。粘弾性部材３０は、回転駆動力と同時に入力される回転振動に応じて、回転方向に圧縮／伸長することで、振動エネルギーを熱エネルギーに変換し、回転振動を減衰する。

（粘弾性部材の分割例、図３参照）
粘弾性部材３０の分割形態については、図３に示すように、４等分した４分割モデル２０−４、３等分した３分割モデル２０−３、２等分した２分割モデル２０−２を想定することができる。これらの各モデルでは、合計でほぼ同じ量の粘弾性部材３０が使われているにも拘わらず、回転駆動方向のねじりばね性が異なったものとなる。４分割モデル２０−４は２分割モデル２０−２と比較した場合、一塊りの粘弾性部材３０において周方向の長さは１／２となり、断面積は２倍になる。このことは、単純化すると、直進ばねのモデルで考えた場合、ばね定数は４倍となることを意味する。

（振動伝達の応答、図４〜図６参照）
振動伝達は図４〜図６に示す応答関数で表わすことができる。図４は弾性に基づく応答倍率の特性を示し、図５は粘性に基づく応答倍率の特性を示す。また、図６は粘性に基づく振動伝達率の特性を示す。これらのグラフでは、入力に対する出力がほぼ同じ振幅となる点を境界として、振動が大きくなる領域Ａと、振動が減衰する領域Ｂに分けられる。振動の伝達を抑制するためには、応答倍率であれば負の領域、振動伝達率であれば１より小さい領域にすることが必要である。低周波領域の振動の伝達を抑制するための一つの考え方として、応答倍率の特性曲線を全体的に左方向に移動させることが有効である。そのためには、特性曲線のピーク（共振点）を左方向に移動させること、つまり、共振周波数を小さくすればよい。

共振周波数ｆ₀は以下の式（１）で示される。ｋはばね定数、Ｍは慣性質量で、これらを含む中央の式は直線振動に関する共振周波数を表わしている。Ｋはねじりばね剛性、Ｉは慣性モーメントで、これらを含む右側の式は回転振動に関する共振周波数を表わしている。

式（１）から明らかなように、共振周波数を下げるためには、ねじりばね剛性Ｋを小さくするか、慣性モーメントＩを大きくすればよい。このことから、図３に示す４等分モデルと２等分モデルとでは、２等分モデルの方がねじりばね剛性が小さい、つまり、共振周波数を下げることが可能で、低周波領域まで振動伝達を抑制することが可能である。

図６では、振動数比ｆ／ｆ₀に対する振動伝達率τを示し、振動伝達率τは以下の式（２）で示される。Ｆ₀は振動源から発生する加振力、Ｆは被振動源に伝えられた伝達力、ｆは振動源から発生する振動数、ｆ₀は防振支持したときの固有振動数、ｔａｎδは損失係数である。

図５及び図６に示すように粘性を基準として考慮すると、共振点近傍の振動を下げるには粘性が高い（損失係数が大きい）材料を用いればよい。減衰領域の振動を下げるには粘性の低い（損失係数が小さい）材料を用いればよい。

以上の考察に基づくと、粘弾性部材３０の分割配置形態によってねじりばね剛性を下げる方法以外に、粘弾性部材３０それ自体の性質（弾性、粘性）に基づいてばね性を下げることが可能である。以下の表１に、本ダンパー装置に粘弾性部材３０として使用可能な材料Ａ〜Ｅの弾性、粘性を示す。材料Ａ，Ｂ，Ｃは低弾性であり、材料Ｄは弾性が少し高めで粘性も中程度である。材料Ｅは粘性が非常に高い。

（ダンパーの解析モデル、図７〜図１０参照）
図７に本ダンパー装置の解析用モデルを示す。２０Ａは単純に粘弾性部材３０を４分割して配置したモデルである。２０Ｂは単純に粘弾性部材３０を２分割したモデルである。２０Ｃは、２分割した粘弾性部材３０をさらにそれぞれ８分割し、８分割したセグメントの間（７ヶ所）にフィルム３５を配置し、該フィルム３５の両面に各セグメントを接着したモデルであり、フィルム３５の基端は入力部材２１の軸部材２２に固定されている。２０Ｄは、２分割した粘弾性部材３０をさらにそれぞれ４分割し、４分割したセグメントの間（３ヵ所）にフィルム３５を配置し、該フィルム３５の両面に各セグメントを接着したモデルであり、フィルム３５の基端は入力部材２１の軸部材２２に固定されている。

２０Ｅは、２分割した粘弾性部材３０をさらにそれぞれ４分割し、４分割したセグメントの間（３ヵ所）にフィルム３５を配置し、該フィルム３５の片面でのみ各セグメントを接着したモデルであり、フィルム３５の基端は入力部材２１の軸部材２２に固定されている。２０Ｆは、２分割した粘弾性部材３０をさらにそれぞれ２分割し、２分割したセグメントの間にフィルム３５を配置し、該フィルム３５の両面に各セグメントを接着したモデルであり、フィルム３５の基端は入力部材２１の軸部材２２に固定されている。

以上８種類のモデルの解析結果を図８〜図１０に示す。まず、フィルム３５を配置しないモデル２０Ａ，２０Ｂの解析結果を検討すると、２分割モデル２０Ｂは４分割モデル２０Ａに対して、ねじり剛性が１／１０以下であり（図８参照）、一見、望ましい性能に思われる。ところが、半径方向の変位は逆に１０倍以上になっており（図９参照）、変形具合は図１０に示すように粘弾性部材３０が“腰折れ”を起こしている。２分割モデル２０Ｂのこのような変形は粘弾性部材３０の収納スペースを大きくする必要があり、振動抑制性能が不安定になり、粘弾性部材３０を著しく短寿命にしてしまう不具合がある。

フィルム３５を用いたモデル２０Ｃ〜２０Ｆの解析結果を検討すると、モデル２０Ｃ〜２０Ｆは単純４分割モデル２０Ａに比べて、ねじり剛性が小さく、低周波の振動抑制性能が向上している（図８参照）。また、半径方向の変位で比較すると、モデル２０Ｃ〜２０Ｆは単純２分割モデル２０Ｂに比べて、効果的に半径方向の変位を小さくできる（図９参照）。

また、３枚のフィルム３５を配置したモデル２０Ｄ，２０Ｅでは、各セグメントをフィルム３５の片面のみに接着したモデル２０Ｅは両面に接着したモデル２０Ｄに対して、ねじり剛性が小さく、半径方向の変位は大きくなっている。従って、モデル２０Ｄ，２０Ｅはダンパー装置が実際に使用される部所に応じて使い分ければよい。

（ダンパー装置の第１例、図１１参照）
第１例であるダンパー装置２０は、図２に示した基本的な実施形態に相当するものであり、フィルム３５は入力部材２１の軸部材２２に接着により固定してもよく、あるいは、軸部材２２と一体的に成形したものであってもよい。

（ダンパー装置の第２例、図１２参照）
第２例であるダンパー装置２０は、フィルム３５の基端に軸部３５ａを形成し、該軸部３５ａを入力部材２１の軸部材２２に形成した溝部に挿入したものである。フィルム３５は基端（軸部３５ａ）を支点として搖動自在であり、振動減衰効果が向上する。

（ダンパー装置の第３例、図１３参照）
第３例であるダンパー装置２０は、前記フィルム３５に代えて紐３６を用いたものである。紐３６は基端を入力部材２１の軸部材２２に固定し、粘弾性部材３０を貫通し、先端の突部３６ａが粘弾性部材３０の外周面を押さえることで、粘弾性部材３０の直径方向への変位を規制している。なお、紐３６は本第３例では樹脂材の成形品を用いているが、それに限定するものではなく、種々の材料を用いることができる。

（ダンパー装置の第４例、図１４参照）
第４例であるダンパー装置２０は、２分割した粘弾性部材３０の外周面に複数の断面三角形状の切込み３０ａを形成し、粘弾性部材３０の一端面を入力部材２１に、他端面を受動部材２５に、接着あるいは単に圧着せしめている。受動部材２５と一体的に形成した筒部材２６の内径は粘弾性部材３０の外径とほぼ等しくしている。

本第４例においては、入力部材２１に入力された回転駆動力で粘弾性部材３０が収縮／伸長して振動を減衰させる点は前記第１例から第３例と同様であり、特に、本第４例では、筒部材２６の内壁によって粘弾性部材３０の直径方向の変位（伸び）を規制している。粘弾性部材３０の円周方向への搖動（収縮／伸長）の自由度を保つためには、筒部材２６の内壁に潤滑剤（例えば、グリース）を塗布しておき、該内壁と粘弾性部材３０の外周面との摩擦力を低減させることが好ましい。また、切込み３０ａは粘弾性部材３０の回転方向への変形を阻害しないために形成されている。

（ダンパー装置を適用した駆動機構、図１５及び図１６）
図１５及び図１６は本ダンパー装置２０を適用した駆動機構を示し、この駆動機構は図１に示したカラープリンタの作像ユニット（感光体ドラム２、現像器３の現像ローラ３ａ）の駆動機構である。なお、カラープリンタにおいて、本ダンパー装置２０を好適に適用できるその他の箇所としては、中間転写ベルト１０を駆動するローラ１１の駆動機構を挙げることができる。

感光体ドラム２と現像ローラ３ａとは互いに僅かな隙間を保持して配置され、図示しないモータの出力ギヤ４１はギヤ４２の大径ギヤ４２ａと歯合し、小径ギヤ４２ｂはギヤ４３と歯合している。ギヤ４３に取り付けた部材４４が感光体ドラム２に回転駆動力を伝達する。さらに、ギヤ４３にはギヤ４５の小径ギヤ４５ａが歯合し、大径ギヤ４５ｂがギヤ４６に歯合している。ギヤ４６と一体的に設けた軸部４６ａが現像ローラ３ａに回転駆動力を伝達する。ギヤ４３とその軸部材４３ａは一体的に形成されている。また、それぞれの部材の回転方向は図１６に矢印で示すとおりである。

以上の構成からなる駆動機構において、本ダンパー装置２０は軸部材４３ａと部材４４との間に取り付けられている。例えば、第１例（図１１参照）のダンパー装置２０を適用した場合、軸部材４３ａが軸部材２２に相当し、部材４４が筒部材２６に相当し、粘弾性部材３０は軸部材４３ａと部材４４との間に介在される。回転駆動力はギヤ４１，４２，４３，４５，４６の順で伝達され、上流側からギヤ４３に伝達される回転駆動力に含まれる微振動は本ダンパー装置２０で減衰され、感光体ドラム２や現像ローラ３ａが配置されている下流側に伝達されることはない。

（ダンパー装置の第５例、図１７〜図１９参照）
第５例であるダンパー装置２０は直進振動の緩衝手段として用いたものである。即ち、図１７及び図１８に示すように、板状の入力部材２１と板状の受動部材２５とを互いに対向状態に配置している。入力部材２１は軸部材２２に連結され、受動部材２５は筒部材２６に連結され、入力部材２１と受動部材２５との間に粘弾性部材３０が配置されている。粘弾性部材３０は９分割されており、分割された各セグメントの間にはフィルム３５が接着あるいは非接着状態で単に圧着されている。

このダンパー装置２０は、図１９に示すように、基台４０と微振動を排除すべき測定機器４１との間に介在される。詳しくは、基台４０の上面４隅に入力部材２１を固定し、各受動部材２５に例えば測定機器４１を搭載する。これにて、基台４０に微振動が生じたとしても、該微振動はダンパー装置２０によって減衰され、測定機器４１に伝達されることはない。なお、基台４０上に配置される機器は測定機器４１に限定するものではないことは勿論である。

（他の実施例）
なお、本発明に係るダンパー装置及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

以上のように、本発明は、ダンパー装置、画像形成装置に有用であり、特に、簡単な構成で好ましい振動遮断効果を有する点で優れている。

２０…ダンパー装置
２１…入力部材
２２…軸部材
２５…受動部材
２６…筒部材
３０…粘弾性部材
３５…フィルム
３６…紐

Claims (8)

1. 回転駆動力が入力される入力部材と、
   前記入力部材に入力された回転駆動力を受けて回転する受動部材と、
   前記入力部材と前記受動部材との間に介在された粘弾性部材と、
   前記粘弾性部材の直径方向への変位を規制しつつ、前記粘弾性部材の回転方向への搖動は規制しない可撓性部材と、
   を備え、
   前記可撓性部材はフィルム又は紐からなり、前記回転駆動力による回転軸に対して前記直径方向に延びるように配置されており、前記直径方向において、前記回転軸側の端部が固定されており、前記回転軸から離れた側の端部が固定されておらず、
   前記粘弾性部材は前記可撓性部材に接着又は支持されていること、
   を特徴とするダンパー装置。
2. 前記粘弾性部材は回転方向に複数に分割されており、
   前記可撓性部材はフィルムからなり、
   分割されたそれぞれの前記粘弾性部材は前記フィルムに接着又は支持されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のダンパー装置。
3. 分割されたそれぞれの前記粘弾性部材の回転方向側の面が前記フィルムに接着されていること、を特徴とする請求項２に記載のダンパー装置。
4. 分割されたそれぞれの前記粘弾性部材の回転方向の両面が前記フィルムに接着されていること、を特徴とする請求項２に記載のダンパー装置。
5. 回転駆動力が入力される入力部材と、
   前記入力部材に入力された回転駆動力を受けて回転する受動部材と、
   前記入力部材と前記受動部材との間に介在された粘弾性部材と、
   前記粘弾性部材の直径方向への変位を規制しつつ、前記粘弾性部材の回転方向への搖動は規制しない可撓性部材と、
   を備え、
   前記可撓性部材は紐からなり、該紐は前記粘弾性部材に直径方向に貫通していること、
   を特徴とするダンパー装置。
6. 前記粘弾性部材は、略円筒の円周方向における一部となる形状を有し、前記回転駆動力が入力されたときに前記入力部材と前記受動部材との間で前記回転方向に圧縮されること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のダンバー装置。
7. 前記入力部材及び前記受動部材が互いに対向状態に配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のダンパー装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のダンパー装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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