JPH0683122A - 回転体の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像出力機器の駆動系の振動特性に対応した
最適の減衰特性を備え、すばやく振動を減衰させること
ができる回転体の駆動装置を提供すること。 【構成】 回転体２、２６及び回転体を回転させるため
の駆動軸１３からなる駆動系と、該駆動系を回転させる
ためのモータ及び駆動伝達系を有する画像出力機器にお
いて、前記回転体２、２６と前記駆動軸１３が前記駆動
伝達系１１に近い側で減衰部材１６を介して連結され、
且つ前記駆動伝達系１１に遠い側で固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プロセスを応
用したデジタルカラー複写機、あるいはデジタルカラー
プリンタをはじめとする画像形成出力機器に関する。

【０００２】

【従来技術】電子写真プロセスを応用した複写機やプリ
ンタ等では、回転する円筒状の感光体の表面や、ベルト
状に形成した感光体を走行させその表面に順次静電潜像
を形成し、形成した静電潜像に黒、及びカラー画像であ
れば各色のトナーを付着させて現像しそれを紙面に転写
して画像を得るようにしている。ここで、画像出力装置
における感光体ドラムや、ベルト状感光体の駆動ローラ
を回転体と称することにする。

【０００３】そのため、何らかの影響で感光体に速度の
変動が生じると出力された画像にジッタや画像ムラが生
じる。このことは、感光体への書き込みを半導体レーザ
の走査によって行わせるデジタル方式の電子写真技術に
おいては特に顕著に現れ、感光体の回転の速度変動が書
き込み系の副走査方向の速度変動となり書き込みライン
の間隔に微妙なずれを生じさせて画像品質を著しく低下
させる原因となっていた。

【０００４】一方、従来複写機やプリンタ等の駆動系の
設計は、駆動対象を、製品仕様から導かれたラインスピ
ード、回転数等の数値を満足させながら、許容されるス
ペースとの関係で適正配置を探ることに力点が置かれて
いた。すなわち動力源からの動力を駆動対象までどのよ
うに伝達するか、動力伝達の機械要素として何を用いる
かと言うようなことが大きな関心事であった。したがっ
て、できあがった製品に段ムラ、回転ムラが発生すると
原因を探り感光体の駆動軸の軸受けを焼結品に変更した
り、感光体の駆動軸にフライホイールを連結させたり、
感光体の回転軸にばねと摩擦部材を組み合わせたブレー
キを取り付けたり、歯車精度を向上させたり、種々のね
じり角を持つはすば歯車を使用する等という対策がとら
れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、デジタ
ル方式の画像出力機器の開発では、性能が向上するにつ
れ、レーザによる書き込みによる１ドットラインの再現
性が厳密に求められ、駆動系に要求される精度も急速に
厳しいものになった。ここで要求される精度は、レーザ
による書き込みの副走査方向の均一性が視覚系の可視感
度との関係で保証されるレベルであり、これを達成する
にあたっては、感光体駆動の高精度化が最大の技術課題
である。

【０００６】駆動系の速度変動の主原因は、モータの回
転軸１回転あたりの速度変動と、歯車の１回転成分及び
１歯成分の絶対値が大きいことと、それらの変動成分と
その高調波成分が駆動系の固有振動数との関係で共振現
象を起こしていることであることが判明した。

【０００７】図６に従来機の駆動系の速度変動パワース
ペクトルを示す。これによると、機械固有のラインスピ
ードに基づき歯車一歯による変動成分は、モータに直結
した歯車で１７６Ｈｚ、第２軸で６４Ｈｚ、ドラムに直
結した歯車で２５Ｈｚのものを有し、その高調波成分と
して５０Ｈｚのものが現れている。またモータに直結し
た歯車の一回転成分として２２Ｈｚを有し、その高調波
として４４Ｈｚが現れている。

【０００８】一方、図７に駆動系の固有振動数を数値的
にとらえるための伝達関数の測定例を示す。この場合の
測定はデュアルチャンネルのＦＦＴアナライザにインパ
クト加振ハンマの出力と、感光体ドラムの一端に回転方
向の加速度変動が測定できるように取り付けた圧電型ピ
ックアップセンサの出力を接続し、それぞれのフーリエ
スペクトルの比を求める方法で行った。この図７から、
本駆動系の固有振動数のピークが４５Ｈｚ付近にあり、
伝達関数のレベルの高い領域が３０〜６０Ｈｚ付近まで
広がりを見せていることがわかる。

【０００９】上記変動成分スペクトルと伝達関数とを重
ね合わせたのが図８である。この図からわかるように、
本駆動系は、伝達関数のピークと、変動成分及びその２
次高調波が存在する周波数領域の位置が重なりあってい
る。すなわち、本駆動系は変動成分を増幅させている
（共振を起こしている）系であることが判明した。

【００１０】実際、本駆動系を有する機械３台について
実測値を調べてみると感光体の回転変動は５〜８％の値
を示していた。

【００１１】駆動形の回転変動の発生原因の１つである
現像ユニット・クリーニング・ユニット、転写搬送ユニ
ットなどの動力のＯＮ／ＯＦＦに伴い、回転体にインパ
ルス的負化変動がかかり、これにより回転体の回転速度
が急激に変動して振動を発生する。しかもこの振動が減
衰するまでに時間がかかっている。

【００１２】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、駆動系の振動特性に対応した最適の減衰特性を備
え、すばやく振動を減衰させる手段を有する回転体の駆
動装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するため、モータや歯車など発生源での速度変動を
低減させることを前提として、更にこれに加え、駆動伝
達系での変動成分の伝達という点に着目し、伝達関数、
共振、固有振動数の概念を取り入れ、しかも、伝達され
た変動をいかに減衰させるかという点を考慮して、回転
体の駆動装置を次のように構成した。

【００１４】まず、回転体駆動系の共振を回避するため
に、回転体駆動系の固有振動数と、回転体駆動系に伝達
される変動成分の周波数の一致を防止することにした。
一般に、固有振動数ωは次の式で表現される。

【００１５】

【数１】 式中Ｋは駆動系のねじり剛性、Ｉは慣性モーメントであ
る。共振の回避のためにＫあるいはＩの値を変更するこ
とによりωの値を変えることができる。共振の回避とい
う観点からはωを回転駆動系の変動成分に対し、大きく
してもよいし、また小さくしてもよい。ωを大きくする
方法としては、Ｋを大きくするか、Ｉを小さくすること
で実現できる。また、ωを小さくするためには、Ｉを大
きくするか、Ｋを小さくすると実現できる。

【００１６】図９及び図１０は図８に示したデータの駆
動系について、構造変更により固有振動数を大きい値
と、小さい値に移動させた場合の、駆動系の回転変動の
パワースペクトルと伝達関数の実測値について、図８と
同様に、重ね合わせを行ったものである。また、図１１
は、以上の３つの駆動系についての伝達関数のピークの
値を比較したものである。図１１における駆動系の低剛
性化の構造変更は、駆動系のねじり剛性Ｋの値を小さく
するものである。

【００１７】図９、図１０、図１１のデータを比較し
て、考えられることは、共振の回避のために、固有振動
数を移動させるために駆動系のねじり剛性Ｋを小さくし
固有振動数をより低周波側に移動させる構造変更の場合
には、固有振動数の移動と共に伝達関数が小さくなって
いくことである。これは、固有振動数の移動のための構
造変更にともない、その柔軟構造化のために減衰要素の
増加が見られ、回転変動を駆動系そのものが吸収するよ
うな構造に移行するためと考えられる。

【００１８】以上の結果、共振の回避のための固有振動
数の移動を実施する場合、駆動系のねじり剛性Ｋを小さ
くする構造変更が、回転速度の変動の伝達ゲインの大き
さの変化を伴い駆動系の速度変動を低減することに有利
でかつ効果的であることがわかる。

【００１９】そこで本発明では、このような考え方に基
づき、回転体駆動系の固有振動数を低下させることと
し、その手段として、回転体を回転させる駆動軸とこの
回転体とを、駆動歯車に近い側の回転体のフランジと駆
動軸とはを減衰部材を介して連結し、駆動歯車と遠い側
のフランジと駆動軸とを固定させることとした。

【００２０】

【作用】駆動歯車と遠い側で駆動軸と回転体のフランジ
とを連結したことにより、駆動軸の有効長さが長くなる
ため駆動歯車から先の剛性Ｋが小さくなり、数１で表さ
れる回転体駆動系の固有振動数が低下するので、固有振
動数と周波数領域における変動成分の分離ができ、回転
体駆動系の共振を防止し且つ振動の減衰係数を大きくし
て回転体の速度変動を減少できる。更に、回転体駆動系
の剛性Ｋを小さくしたので、柔構造化の達成により回転
体駆動系の伝達ゲインが小さくなる。これらにより、回
転体の速度変動が減少し、出力された画像品質を大きく
向上させことができる。又、装置を小型化し、低コス
ト、更にはシステム全体の信頼性を向上できる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００２２】図４に本発明の回転体を用いた電子写真画
像出力機器の全体を示す。この電子写真画像出力機器３
１は内部に回転体としての感光体ドラム２，現像部３、
感光体ドラム２を駆動する駆動機構等が取り付けられて
いる。図２に感光体ドラム２と駆動機構４を示す。駆動
機構４は駆動用モータ５とそれに連結した歯車群６から
なり、歯車群６の最終歯車１０に感光体ドラム２の駆動
歯車１１が連結している。

【００２３】感光体ドラム２は，円筒状のアルミニウム
母材からなり、図１に示すように両端にフランジ１２ａ
及び１２ｂが取り付けられ、側面に有機感光材料が塗布
してある。フランジ１２ａ等の中心には、駆動軸１３が
通してあり、この駆動軸１３は、軸受け２１に回動自在
に支持されており、前述した駆動歯車１１が軸端に取り
付けられ、この駆動歯車１１が最終歯車１０に噛み合っ
ている。そして、フランジ１２ａ及び１２ｂのうち、駆
動歯車１１の側のフランジ１２ａは、駆動軸１３にピン
１５で固定されたつば部材１７との間に接着されたゴム
製の減衰部材１６を介して連結されている。他方のフラ
ンジ１２ｂと駆動軸１３がピン１５により一体に固定さ
れている。

【００２４】このように、駆動歯車１１側のフランジ１
２ａと駆動軸１３とを減衰部材１６を介して連結し、、
駆動歯車１１と遠い側のフランジ１２ｂで駆動軸１３と
固定したことから、感光体ドラム２と、駆動軸１３と、
駆動歯車１１からなる回転体駆動系の剛性が小さくな
り、これによりこの回転体駆動系の固有振動数が低下し
且つ減衰する。したがって、この固有振動数を適宜な値
に設定することができ、駆動機構４で発生した変動成分
の周波数との関係で固有振動数と変動成分とを分離させ
ることができ、感光体ドラム２の共振を防止でき、感光
体ドラム２を速度変動を生じさせることなく滑らかに回
転させて出力される画像品質を著しく向上させることが
できる。

【００２５】更に、剛性を低下させる構造変更の結果、
感光体ドラム２の伝達ゲインが低下できるので、最終歯
車１０から入力される速度変動が減衰されやすくなり、
感光体ドラム２の回転速度の変動を抑えることができ
る。

【００２６】更に、上記実施例は回転体自身が感光体ド
ラム２であったが、感光体ドラム２が回転体でなくとも
よく、図５に示すように、ベルト状の感光体２５を有
し、このベルト状感光体２５を駆動する駆動ローラ２６
を本発明の回転体とした画像出力装置でもよい。この実
施例を図３に示す。フランジ１２ａ及び１２ｂのうち、
駆動歯車１１の側のフランジ１２ａは、駆動軸１３にピ
ン１５で固定されたつば部材１７との間に接着されたゴ
ム製の減衰部材１６を介して連結されている。この場合
においても、上述した実施例を駆動ローラ２６に用いて
駆動ローラ２６を速度変動なく回転させることができ、
したがってベルト状感光体２５を一定の速度で移送でき
るので、出力する画像品質を著しく向上させることがで
きる。

【００２７】以上述べたように、駆動歯車１１に近い側
のフランジ１２ａと駆動軸１３とを連結部材１６を介し
て連結、駆動歯車１１と遠い側のフランジ１２ｂを駆動
軸１３に固定させることとして回転体駆動系の剛性を小
さくし、固有振動数を下げて、駆動系に伝達される速度
変動の周波数と一致させないようにしたので、感光体ド
ラム２、あるいはベルト状感光体２５の共振を防止し且
つ振動をすばやく減衰させることができ、感光体ドラム
２、もしくはベルト状感光体２５を速度変動を生じさせ
ず一定の速度で回転、もしくは移送でき、これにより画
像品質を著しく向上できる。又、剛性を下げたことから
感光体ドラム２、もしくは駆動ローラ２６の伝達ゲイン
が低下し、速度変動が伝達されにくくなる。更に、コン
パクトな機構で実現でき装置を小型化し、コストを下げ
ることができ、またシステム全体の信頼性を著しく向上
させることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の回転体駆動装置によれば、駆動
モータに接続されて駆動される駆動軸と、この駆動軸に
連結して一定速度回転される回転体からなる駆動系にお
いて、駆動軸に取り付けられた駆動歯車に近い側のフラ
ンジと駆動軸とを減衰部材を介して連結し、この駆動歯
車から遠い側のフランジと駆動軸とを一体に固定させて
この回転体駆動系の剛性を下げたことによりこれらの固
有振動数を下げ、駆動モータ及びこれに連結する歯車の
回転によって発生する変動成分の周波数と一致しないよ
うに設定したので、回転体の共振が防止でき且つ振動を
すばやく減衰させることができ回転体を速度変動なく回
転させることができる。また、剛性を小さくするための
構造変更により、駆動系の伝達ゲインを下げることがで
き、変動の伝達を抑えより回転体の速度変動を小さくす
ることができる。その結果、画像品質、特に書き込み系
の副走査方向に発生する段ムラ、ピッチムラと呼ばれる
画像ムラが低減し、画像品質の著しい向上が得られた。
又、従来技術では機構が複雑で大型化していた装置を、
簡単でコンパクトな機構により実現でき、且つこのこと
によりコストダウンが図れた。更に、機構が簡素化した
ことにより、システム全体の信頼性を著しく向上させる
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる感光体駆動軸の実施例を示す断
面図である。

【図２】回転体駆動系の全体を示す斜視図である。

【図３】本発明にかかる感光体駆動軸の他の実施例を示
す断面図である。

【図４】本発明にかかる電子写真画像出力機器を示す断
面図である。

【図５】本発明にかかる電子写真画像出力機器を示す断
面図である。

【図６】従来の感光体ドラムの速度変動のパワースペク
トルを示すグラフである。

【図７】従来の感光体駆動系の伝達関数を示すグラフで
ある。

【図８】従来の感光体ドラムの速度変動パワースペクト
ルと感光体駆動系の伝達関数を合わせ示したグラフであ
る。

【図９】固有振動数を大きくした場合の感光体駆動系の
伝達関数と感光体の速度変動パワースペクトルとを合わ
せ示したグラフである。

【図１０】固有振動数を小さくした場合の感光体駆動系
の伝達関数と感光体の速度変動パワースペクトルとを合
わせ示したグラフである。

【図１１】各駆動系の伝達関数のピークの値を示すグラ
フである。

【符号の説明】

２ 感光体ドラム １１ 駆動歯車 １２ フランジ １３ 駆動軸 １６ 減衰部材 ２５ ベルト状感光体 ２６ 駆動ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｆ 15/12 Ｅ 9030−3Ｊ Ｈ０４Ｎ 1/31 9186−5Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体および該回転体を回転させるため
   の駆動軸からなる駆動系と、該駆動系を回転させるため
   のモータおよび駆動伝達系とを有する画像出力機器にお
   いて、前記回転体と前記駆動軸が前記駆動伝達系に近い
   側で減衰部材を介して連結され、かつ前記駆動伝達に遠
   い側で固定されていることを特徴とする回転体駆動装
   置。
2. 【請求項２】 前記回転体が感光体ドラムである請求項
   １に記載の回転体の駆動装置。
3. 【請求項３】 前記回転体がベルト状感光体を駆動する
   駆動ローラである請求項１に記載の回転体駆動装置。