JPH0695566A

JPH0695566A - 回転体の駆動装置

Info

Publication number: JPH0695566A
Application number: JP27110892A
Authority: JP
Inventors: Toru Makino; 徹牧野; Tadashi Miwa; 正三輪; Ken Nonaka; 建野中
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電子写真画像出力機器の回転体の
速度変動を減少させ、画像品質を向上させることを目的
とする。【構成】駆動歯車１１から遠い側のフランジ１２ｂに
慣性負荷の大きい慣性部材８を取り付ける。こうして駆
動軸１３、感光体ドラム２等からなる駆動系の慣性モー
メントを上げ、且つ実質的に剛性を小さくし、駆動系の
固有振動数を低下させて、駆動系の固有振動数と駆動系
に伝達される速度変動の周波数とを一致させないように
する。これにより、回転体の共振を防止し、速度変動を
減少させて画像品質を向上させる。

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。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。

【０００３】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。

【０００４】

【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。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。

【０００５】図７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。

【０００６】一方、図８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８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。

【０００７】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９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。

【０００８】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。

【０００９】

【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
低減させることは前提として、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。

【００１０】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。

【００１１】

【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。

【００１２】図１０及び図１１は図９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１２
と同様に、重ね合わせを行ったものである。また、図１
２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１２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。図１０、図１１、図１２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
要素が顕著になり、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。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のに有利でかつ効果的であること
がわかる。

【００１３】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、回転体の駆動伝達系に遠い側に慣性負
荷を取り付けることとした。

【００１４】

【作用】駆動伝達系から遠い側に慣性負荷を取り付けた
ことにより、駆動系の慣性モーメントＩが大きくなり、
かつ駆動軸の有効長さが長くなることにより駆動歯車か
ら先の剛性Ｋが実質的に小さくなり、固有振動数を低下
させることができることにより、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、固有振動数と変動
成分の周波数との分離ができ、回転体駆動系の共振を防
止して回転の速度変動を減少できる。更に、回転体駆動
系の剛性Ｋが実質的に低くなるので、柔構造化の達成が
でき、これにより回転体駆動系の伝達ゲインが小さくな
り回転体の速度変動のレベルを小さくすることができ
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。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。

【００１６】図５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。

【００１７】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
ピン１５により固定してあり、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、駆動歯車１１から遠
い側のフランジ１２ｂに慣性部材８がボルト９により固
定してある。慣性部材８は、鋼材、ＳＵＳ、真ちゅう等
からなるリング状の重りであって、材質は比重が大きい
程コンパクトな大きさで形成でき、好ましくは感光体ド
ラム２の慣性モーメントＩ１とこの慣性部材の慣性モー
メントＩ２との比が０．０５〜０．４の範囲が良い。

【００１８】このように、駆動歯車１１から遠い側のフ
ランジ１２ｂに慣性部材８を取り付けたことから、感光
体ドラム２と、駆動軸１３と、駆動歯車１１からなる駆
動系の慣性モーメントＩが大きくなり、加えて駆動歯車
１１から慣性部材８間での距離が長くなって実質的に駆
動系の剛性Ｋが下がるので、これにより駆動系の固有振
動数が低下する。したがって、この固有振動数を適宜な
値に設定して、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。

【００１９】更に、実質的に剛性Ｋが低下することから
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。

【００２０】図３に他の実施例を示す。これは、フラン
ジ１２ｂを慣性負荷の大きな部材で形成してものであ
る。駆動系の慣性モーメントＩを大きくするにあたって
このようにフランジ自体の慣性負荷を大きくしてもよ
い。このようにすれば、上述したと同様速度変動を減少
させて画像品質を向上できるとともに組み立て行程を簡
略化でき、部品点数も減少させてコストを低減すること
ができる。

【００２１】図４に慣性部材８の他の例を示す。これは
慣性部材８を薄板の金属板を積層したもので、このよう
に慣性部材８を形成しても、上述した同様に感光体ドラ
ム２の慣性モーメントＩを上げ、且つ剛性Ｋを下げて固
有振動数を低下させることができ、その結果、固有振動
数と周波数領域における変動成分との分離ができ、共振
を防止して感光体ドラム２の速度変動を減少させ画像品
質を著しく向上させることができ、更に金属板の取り付
け枚数を加減することにより容易に慣性モーメントＩを
調整することができる。

【００２２】又、以上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
６に示すように、ベルト状の感光体２５を有し、この感
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。

【００２３】更に、駆動ローラ２６に上記第２実施例も
しくは第３実施例のごとくフランジ１２ｂ自体の慣性を
大きくしたり、又積層薄板で形成した慣性部材８等を取
り付けてもよい。この場合にも、上述したと同様な効果
が得られる。

【００２４】以上述べたように、駆動歯車１１から遠い
側のフランジ１２ｂに慣性部材８を取り付けて回転体駆
動系の慣性モーメントＩを大きくし、且つ実質的な剛性
Ｋを小さくすることにより、固有振動数を下げて、回転
体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、あるいは駆動ローラ
２６の共振を防止でき、感光体ドラム２、もしくは感光
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Ｋが実質的に小さくなることから感光体ド
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り感光体ドラム２、も
しくは感光体２５の速度変動を減少できる。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。

【００２５】

【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
連結して一定回転される回転体からなる回転体駆動系に
おいて、駆動軸に取り付けられた駆動歯車から遠い側の
フランジに慣性負荷を取り付けたことにより、これら駆
動系の固有振動数を下げて、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固
有振動数を一致させないように設定したので、回転体の
共振が防止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、剛性が実質的に小さくなることにより、
回転体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る。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
トダウンが図れる。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
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる感光体ドラムの実施例を示す断
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】感光体ドラムの他の実施例を示す断面図であ
る。

【図４】感光体ドラムの他の実施例を示す断面図であ
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】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７】従来の感光体ドラムの速度変動を示すグラフで
ある。

【図８】従来の感光体駆動系の伝達関数を示すグラフで
ある。

【図９】従来の感光体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１０】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１１】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１２】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２５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Ｈ０４Ｎ 1/31 9186−5Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体及び当該回転体を回転させるため
の駆動軸からなる駆動系と、当該駆動系を回転させるた
めのモータ及び駆動伝達系とを有する画像出力装置にお
いて、前記回転体の前記駆動伝達系に遠い側に慣性負荷
を取り付けたことを特徴とする回転体の駆動装置。