JPH11212423A - 回転体駆動装置およびこれを使用した画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で簡単な構成により、回転ムラが少ない
回転体駆動装置を提供する。 【解決手段】 駆動モータ８０によりギヤ装置９０を介
して感光体ドラム４１を所定の回転速度で駆動する。感
光体ドラム４１のフランジ４１６にはヒステリシス材で
形成された円盤状の回転子リング１０１が同軸上に取着
され、支持フレーム４１３の上記回転子リング１０１に
対向する部分には、固定コイル１０２２を有する固定子
１０２が回動軸４１１を中心にして複数個配設される。
この固定子１０２を励磁し、上記駆動モータ８０とギヤ
装置９０により得ようとする回転速度と同じ速度の回転
磁界を生ずるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光体ドラムなど
の回転体を駆動する回転体駆動装置およびこの回転体駆
動装置を使用した画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、感光体ドラムの周面に静電潜像
を形成してトナーで顕像化し、このトナー像を複写紙上
に転写して画像を形成する電子写真式の画像形成装置に
おいては、感光体ドラムに静電潜像を正しく形成し、か
つ、当該静電潜像を現像して得られたトナー像を忠実に
複写紙上に転写するため、当該感光体ドラムを高精度に
回転駆動する必要がある。

【０００３】このため、従来の感光体駆動装置において
は、ＤＣモータを駆動源としてＰＬＬ制御したり、ステ
ッピングモータを駆動源としてパルス制御したりするこ
とにより感光体ドラムの回転精度を向上させるように努
めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いくら
モータの回転精度を向上させても、駆動系の機械的振動
等に起因する微小な回転ムラを避けることができないと
いう問題があった。すなわち、ＤＣモータを駆動源とし
て感光体ドラムを駆動する場合、ＤＣモータは低速回転
での回転速度が不安定で駆動トルクも弱いため、当該モ
ータを一定の回転数以上で高速回転させ、これを複数の
歯車からなる減速装置を介して低速化して駆動しなけれ
ばならない。そのため、当該減速装置の歯車の噛合部に
おいて生じる噛み合い振動が生じ、この振動が感光体ド
ラムに伝播されて回転ムラが生ずる。

【０００５】また、ステッピングモータを駆動源として
使用する場合、ステッピングモータは、低速回転時でも
回転制動性が高く駆動トルクも大きく取れるので、上述
のような減速装置を排して感光体ドラムを直接駆動する
ことが可能であり、これにより上記噛み合い振動の発生
を排除することができるが、しかし、ステッピングモー
タは、入力パルスが入力されるたびにステータコイルの
励磁相を切り換えて起動・停止の動作を繰り返しながら
１ステップずつ回転するという構成をとるため、微視的
に見れば、その１ステップごとに速度変動やトルクリッ
プルが生じており、これがモータ自身の振動（ステップ
振動）を引き起こす。このステップ振動が感光体ドラム
に伝播されるとやはり回転ムラが生ずる。

【０００６】このように感光体ドラムに回転ムラが生じ
ると、レーザ光により、感光体ドラムを露光走査する際
に走査ラインごとにピットむらが生じるばかりでなく、
これを現像したトナー像を複写紙に忠実に転写できなく
なり、再現画像が劣化してしまう。特に、複数の感光体
ドラムに形成された各色のトナー像を重ね合わせてカラ
ー画像を形成するタンデム型の複写機にあっては、各感
光体ドラムで上述の回転ムラが生じると、重ね合わせた
再現画像に色ずれが発生し、画質の劣化が顕著となる。

【０００７】本発明は、以上のような問題に鑑みてなさ
れたものであって、安価で簡単な構成で、感光体ドラム
などの回転体を回転ムラなく駆動することができる回転
体駆動装置およびこの駆動装置を利用した画像形成装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る回転体駆動装置は、回転体を所定の回転
速度で駆動する駆動手段と、当該駆動時に前記回転体に
生ずる速度変動を緩和する速度変動緩和手段とを備え、
前記速度変動緩和手段は、ヒステリシス材で形成され、
その回転軸が前記回転体の回転軸と同軸上に設けられた
回転子リングと、装置本体側の前記回転子リングに対応
する位置に設けられた固定子群と、前記固定子群を励磁
して、前記回転子リングに対して前記所定の回転速度と
同じ速度で回転する回転磁界を生成させる励磁手段とを
備えることを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、前記回転子リングが、回
転体のフランジ部に設けられていることを特徴とする。
さらに、本発明は、前記回転子リングが、その着磁面が
前記固定子群の各固定子に対して少なくとも２方向から
臨むように軸方向の断面形状が形成されていることを特
徴とする。

【００１０】また、本発明は、前記固定子群が、前記回
転子リングの異なる面を着磁する第１と第２の固定子群
からなることを特徴とする。また、さらに前記駆動手段
は、駆動ベルトをモータで回転駆動し、当該駆動ベルト
の表面を回転体の周面に当接させて摩擦駆動する構成で
あることを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、回転駆動される感光体ド
ラムの周面に静電潜像を形成して画像を形成する画像形
成装置であって、感光体ドラムを上記各回転体駆動装置
により駆動するようにしたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る回転体駆動装
置の実施の形態を、デジタル複写機（以下、単に「複写
機」という。）における感光体ドラムの駆動装置に適用
した例について説明する。図１は、当該複写機１の全体
の構成を示す図である。この複写機１は、原稿画像を読
み取るイメージリーダ部１０と、読み取った画像を複写
紙上にプリントして再現するプリンタ部２０とから構成
される。

【００１３】イメージリーダ部１０は、プラテンガラス
（不図示）に載置された原稿画像をスキャンし、これを
電気信号に変換して画像データを得る周知のものであ
る。イメージリーダ部１０で得られた画像データは、制
御部７０においてＡ／Ｄ変換されてデジタル信号とな
り、さらにシェーディング補正や濃度変換、エッジ強調
など必要な処理を加えられた後、レーザダイオードの駆
動信号として出力される。

【００１４】プリンタ部２０は、電子写真方式により複
写紙上に画像を形成するものであって、露光走査部３０
と画像形成部４０と給紙部５０などからなる。露光走査
部３０は、レーザダイオード３１、ポリゴンミラー３
２、走査レンズ３３などを備え、上記制御部７０からの
駆動信号を受けて光変調されたレーザ光を発光し、感光
体ドラム４１表面を露光走査する。

【００１５】画像形成部４０は、当該感光体ドラム４１
の周囲にクリーナ４２やイレーサランプ４３、帯電チャ
ージャ４４および現像器４５などを配して構成される。
感光体ドラム４１は、上記露光を受ける前にクリーナ４
２で感光体表面の残留トナーを除去され、さらにイレー
サランプ４３に照射されて除電された後、帯電チャージ
ャ４４により一様に帯電されており、このように一様に
帯電した状態でレーザ光により露光されると、感光体ド
ラム４１の表面に静電潜像が形成される。

【００１６】当該静電潜像は、現像器４５により現像さ
れてトナー像が形成される。このトナー像は、当該作像
動作と同期して給紙部５０の給紙カセット５１から給紙
されてきた複写紙上に転写チャージャ４６の静電力によ
り転写され、定着装置６０において熱定着された後、排
紙トレイ６１上に排出され、これにより原稿の画像デー
タに基づく画像形成が終了する。

【００１７】図２は、上記感光体ドラム４１の駆動装置
の構成を示すための断面図である。同図において、感光
体ドラム４１の回動軸４１１は、対向して配置された支
持フレーム４１２、４１３に軸受部材４１４，４１５を
介して回転可能に保持されており、ピニオン９１１、ピ
ニオンと平歯車が一体となった減速歯車９１２、および
平歯車９１３からなるギヤ装置９０を介して駆動モータ
８０により回転駆動される。

【００１８】当該駆動モータ８０は、例えばエンコーダ
装置を内蔵したＤＣモータが使用され、制御部７０内の
駆動制御部における公知のＰＬＬ制御によって、画像形
成時において感光体ドラム４１が一定の回転速度となる
ように制御される。上述したように駆動モータ８０の回
転精度をどれだけ向上させても、中間の動力伝達部であ
るギヤ装置９０において生じた歯車同士の噛み合い振動
や、感光体ドラム４１周面に接触しているクリーナ４
２、現像器４５の現像ローラから受ける振動もしくは負
荷変動により感光体ドラム４１の回転ムラはどうしても
生ずる。

【００１９】そのため、感光体ドラム４１の右側フラン
ジ４１６と支持フレーム４１３との間には、感光体ドラ
ム４１の速度変動を緩和するための速度変動緩和装置１
００が設けられている。この速度変動緩和装置１００
は、感光体ドラム４１のフランジ４１６に、ヒステリシ
ス材で形成された回転子リング１０１を取着すると共
に、支持フレーム４１３の回転子リング１０１に対向す
る位置に、複数の固定子１０２（本実施の形態では４
個）が回動軸４１１の軸心を中心にして等間隔に放射線
状に配設して構成される。各固定子１０２は、固定子ヨ
ーク１０２１に固定子コイル１０２２を巻回してなり、
台座１３を介して支持フレーム４１３に取り付けられて
いる。

【００２０】したがって、この速度変動緩和装置１００
は、いわゆるヒステリシスモータと同じ構成を有してお
り、固定子１０２により一定速度の回転磁界を生成する
と、回転子リング１０１が当該回転磁界により着磁され
ながらこれに追随して同期回転するようになっている。
このような構成の速度変動緩和装置１００を感光体ドラ
ム４１と同軸上に設けることにより、ギヤ装置９０など
における噛み合い振動に起因する回転ムラを緩和して円
滑に駆動することを可能になる。

【００２１】図３は、ギヤ装置９０の噛み合い振動によ
って周期的に発生する回転速度の変化（回転ムラ）を模
式的に示す図である。同図では理解しやすいように変動
幅をやや誇張して示しているが、実際は微小な値であ
る。しかし、感光体ドラム４１表面に例えば４００ｄｐ
ｉの画素密度で画像を形成する場合には、隣接する画素
間の距離は約６４μｍとなるので、回転ムラにより感光
体ドラム４１の周速が変動してレーザ光による画像の書
込位置が１００μｍも異なれば、画像劣化は顕著とな
る。したがって、微小な速度変動もできるだけ排除する
必要がある。

【００２２】一方、速度変動緩和装置１００は、ヒステ
リシス材により形成された回転子リングが固定子により
生ずる回転磁界により着磁されつつ一定の遅れ角を有し
て回転するという構成を有する。したがって、回転子リ
ングが回転磁界と同期をなして回転しているとき（同期
回転時）は、回転子リングの着磁部分の磁束は、ヒステ
リシスループを描かずに永久磁石化して通常の同期モー
タとして動作するが、負荷変動などにより回転子リング
が外部の回転磁界から少しでも外れると、回転子リング
の着磁部分の磁束が外部磁界の変化に対応してヒステリ
シスループに沿って変化し、その際ヒステリシスループ
の面積に比例した大きなトルクが発生する（図４のトル
ク特性図参照。回転子リングの回転数が同期回転数Ｎｓ
から少しでもずれるとモータトルクが急激に大きくなっ
ている。）。そのため、回転子リングはすぐに外部回転
磁界に追いついて同期状態に復帰する。このことは、回
転子の回転が外部回転磁界より速くなって非同期状態が
生じた場合でも同様である。このような同期状態への復
帰は、非常に微小な時間で行われるので、ほとんど非同
期状態が発生したようには見えず、これにより回転子リ
ングは、固定子によって発生される回転磁界に忠実に回
転しようとする。

【００２３】したがって、駆動モータ８０で駆動すべき
感光体ドラム４１の回転速度と同じ回転速度で固定子１
０２により回転磁界を生成すれば、速度変動緩和装置１
００は、ギヤ装置９０などで生じる微小な速度変動に対
して、それを阻止もしくは緩和するような制動トルクを
発生し、回転ムラのない優れた感光体ドラム４１の回転
駆動を可能となる。

【００２４】なお、制御部７０内には、速度変動緩和装
置１００を制御する励磁制御部（不図示）が含まれてお
り、感光体ドラム４１の定速回転時において、各固定子
１０２を励磁して当該回転速度と同じ速度の回転磁界を
生成させるようになっている。この励磁制御部は、内部
にインバータ回路を備え、制御部７０のＣＰＵから起動
信号を受けると、当該インバータ回路で上記基準回転速
度Ｎｓと同じ回転磁界を生じるような周波数の交流を生
成し、これを３相交流として各固定子ヨーク１０２１の
固定子コイル１０２２に通電して速度変動緩和装置１０
０を動作させる。

【００２５】図５から図８に上記速度変動緩和装置１０
０の変形例を示す。まず、図５では、速度変動緩和装置
１００の回転子リング１０４がカップ状に形成されてお
り固定子１０２を軸方向と外周方向の２方から囲むよう
にしている。これにより、固定子１０２から発生される
磁界による回転子リングの着磁領域を増加させることが
できるので、制動トルクが増し、速度変動緩和の効果を
向上させることが可能となる。

【００２６】これをさらに発展させたのが図６に示すも
のであって、回転子リング１０５は固定子１０２の内周
側軸方向にも延びて内周リング部１０５１を形成し、各
固定子１０２を３方向から囲むようにして着磁領域の増
加を図り、制動トルクを増している。図７に示す速度変
動緩和装置１００は、円筒形状の回転子リング１０６の
外側と内側にそれぞれ複数の固定子１０７，１０８を配
設している。すなわち台座１０３は、軸方向と平行な固
定子保持部１０３１、１０３２を対向して備えており、
固定子保持部１０３１には外周側の固定子１０７が固定
され、固定子保持部１０３２には内周側の固定子１０８
が固定される。

【００２７】各固定子１０７、１０８は、それぞれ固定
子ヨーク１０７１，１０８１（図８参照）に固定子コイ
ル１０７２、１０８２が巻回されて構成されており、そ
れぞれ同じ回転速度の回転磁界を生じるように制御部７
０により励磁される。図８は、上記固定子１０７，１０
８の位置関係を示すための斜視図であり、上記固定子保
持部１０３１，１０３２などは図示を省略している。同
図に示すように円筒形状の回転子リング１０６の外周側
には、固定子１０７が等間隔に４個配されると共に、回
転子リング１０６の内周側の上記固定子１０７と対向す
る位置に同じく４個の固定子１０８が配設されている。
これにより回転子リング１０６に作用する磁力線が増加
して制動トルクが増し、速度変動緩和の効果を向上させ
ることができる。

【００２８】なお、図５、図６に示す速度変動緩和装置
１００では、回転子リング１０４、１０５が感光体ドラ
ム４１のフランジを兼ねているため、部品点数を下げて
組み立て工程の工数を減らすことができ、フランジと別
に設ける構成に比べてコスト面で有利である。また、軸
方向の取り付けスペースを若干少なくすることもでき
る。

【００２９】図７では、回転子リング１０６を介して対
向する位置に固定子１０７，１０８を配設したが、内周
側と外周側の位置関係が周方向にずれても、それぞれの
固定子群で同じ速度の回転磁界を生じるようにさえすれ
ば問題はない。また、回転子リングを円盤状として、フ
ランジ４１７と少し距離をおいて回動軸４１１に取着す
ると共に、この円盤状の回転子リングを軸方向の前後か
ら挟むようにして固定子を配設し、当該回転子リングの
第１面と第２面から回転磁界を作用させるようにしても
よい。

【００３０】なお、以上の実施の形態において設けられ
る固定子の数は、設計上必要な制動トルクやコストを勘
案して適当な個数が設定されるが、固定子の数が多いほ
ど円滑な回転磁界を形成でき、その速度変動緩和効果も
高くなる。次に、図９により感光体ドラム４１の駆動装
置の別の例を説明する。なお、同図では、簡略化のた
め、各軸の軸受部や支持フレームなどは図示を省略して
いる。

【００３１】本図に示すように感光体駆動装置１２０
は、駆動ベルト１２１を駆動ローラ１２２および従動ロ
ーラ１２３に張架し、当該駆動ローラ１２２をモータ９
１で回転駆動させるように構成される。駆動ベルト１２
１の走行方向は、感光体ドラム４１の軸と直交する方向
に設定され、その周面を押圧ローラ１２４により当該感
光体ドラム４１の周面に圧接することにより、感光体ド
ラム４１が摩擦駆動されるようになっている。押圧ロー
ラ１２４の軸受けはバネなどの付勢部材により（いずれ
も不図示）感光体ドラム４１方向に付勢されている。

【００３２】一方、感光体ドラム４１の回動軸４１１に
は、市販のヒステリシスモータ１１０が軸結され、感光
体駆動装置１２０で感光体ドラム４１を回転すべき回転
速度と同じ回転速度で同方向に駆動される。上述のよう
に速度変動緩和装置１００はほぼヒステリシスモータと
同じ構成をしているので、このようにヒステリシスモー
タを直結しても同様な速度変動緩和の効果を得ることが
できる。

【００３３】本変形例の場合、感光体駆動装置１２０は
ベルトによる摩擦駆動なので、ギヤ装置を使用する場合
のように噛み合い振動などが生ぜず、駆動系に生じる振
動が少ないという利点がある上、駆動ローラ１２２によ
る駆動性をよくするためベルトには多かれ少なかれ、そ
の走行方向に伸縮性のあるものが使用されることになる
ので、ヒステリシスモータ１１０による制動トルクの作
用を受け入れ易く、それだけ速度変動緩和効果が向上す
るという効果もある。

【００３４】なお、スリップを避けるため駆動ベルト１
２１の周面もしくは当該駆動ベルト１２１と接触する当
該感光体ドラム４１の周面には、摩擦係数が増すように
表面加工しておくことが望ましい。本発明は、上記実施
の形態に限定されないのは言うまでもない。例えば、上
記各実施の形態においては、感光体駆動装置としてＤＣ
モータをギヤ装置で減速し、あるいはベルトによる摩擦
駆動を用いたが、これらのものに限定されず、ステッピ
ングモータにより感光体ドラムを直接駆動する構成とし
てもよい。

【００３５】また、上記実施の形態では、本発明に係る
駆動装置を複写機の感光体ドラムの駆動について利用し
ているが、その他転写ドラムなどの回転体や、ビデオデ
ッキにおけるシリンダヘッドなど高い回転精度が要求さ
れる回転体の駆動にも適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明に係る回
転体駆動は、回転体を所定の回転速度で駆動する通常の
駆動手段に加えて、当該駆動時に前記回転体に生ずる速
度変動を緩和する速度変動緩和手段を有しており、当該
速度変動緩和手段は、ヒステリシス材で形成された回転
子リングを回転体の回転軸と同軸上に設けると共にこの
前記回転子リングに対応する位置に固定子群を配設し
て、前記回転子リングに対して前記所定の回転速度と同
じ速度で回転する回転磁界を生成させるように構成され
ているので、回転子リングは着磁されつつ当該回転磁界
に追随して回転し、駆動手段に起因する回転ムラにより
当該回転磁界と回転子リングの着磁部分の位相がずれよ
うとすると、大きな制動トルクが生じてこれを阻止す
る。これにより駆動系の振動などに起因する回転ムラの
発生を効果的に排除もしくは緩和することができ、回転
ムラの少ない円滑な回転駆動を可能とする。

【００３７】また、本発明は、前記回転子リングが、回
転体のフランジ部に設けられており、速度変動緩和手段
をコンパクトかつ簡易に構成することができる。さら
に、本発明は、前記回転子リングが、その着磁面が前記
固定子群の各固定子に対して少なくとも２方向から臨む
ように軸方向の断面形状が形成されているので、固定子
の生成する磁力を有効利用し、回転子リングの着磁領域
を増加してその制動トルクを増してさらに優れた速度変
動緩和効果を得ることができる。

【００３８】また、本発明は、前記固定子群が、前記回
転子リングの異なる面を着磁する第１と第２の固定子群
からなり、それぞれの固定子群によって付与される磁界
により回転子リングの着磁部分が増加し、上記同様優れ
た速度変動緩和効果を得ることができる。また、本発明
は、前記駆動手段を、駆動ベルトをモータで回転駆動
し、当該駆動ベルトの表面を回転体の周面に当接させて
摩擦駆動する構成とすることもでき、これにより駆動系
に生じる振動を低減できるとともに、当該ベルトの伸縮
性により速度変動緩和手段による制動作用を効果的に受
け入れて、さらに円滑な回転駆動を可能とする。

【００３９】また、本発明は、回転駆動される感光体ド
ラムの周面に静電潜像を形成して画像を形成する画像形
成装置であって、当該感光体ドラムを上記各回転体駆動
装置により駆動するようにしているので、回転ムラがな
く円滑に感光体ドラムを回転駆動することが可能とな
り、優れた再現画像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転体駆動装置を用いた複写機の構成
を示す図である。

【図２】上記複写機内の感光体ドラムの駆動装置の構成
を示す断面図である。

【図３】上記駆動装置のギヤ装置における噛み合い振動
による周期的な速度変動（回転ムラ）の発生の様子を模
式的に示す図である。

【図４】速度変動緩和装置におけるトルク特性を示す図
である。

【図５】速度変動緩和装置の変形例の構成を示す図であ
る。

【図６】速度変動緩和装置の別の変形例の構成を示す図
である。

【図７】速度変動緩和装置のさらに別の変形例の構成を
示す図である。

【図８】図７の速度変動緩和装置における固定子と回転
子リングの位置関係を示す斜視図である。

【図９】感光体ドラムの駆動装置の別の例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ 複写機 １０ イメージリーダ部 ２０ プリンタ部 ３０ 露光走査部 ４０ 画像形成部 ４１ 感光体ドラム ７０ 制御部 ８０ 駆動モータ ９０ ギヤ装置 １００ 速度変動緩和装置 １０１，１０４，１０５，１０６ 回転子リング １０２，１０７，１０８ 固定子 １０２１，１０７１，１０８１ 固定子ヨーク １０２２，１０７２，１０８２ 固定子コイル １１０ ヒステリシスモータ １２０ 感光体駆動装置 １２１ 駆動ベルト ４１１ 回動軸

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体を所定の回転速度で駆動する駆動
   手段と、当該駆動時に前記回転体に生ずる速度変動を緩
   和する速度変動緩和手段とを備え、 前記速度変動緩和手段は、 ヒステリシス材で形成され、その回転軸が前記回転体の
   回転軸と同軸上に設けられた回転子リングと、 装置本体側の前記回転子リングに対応する位置に設けら
   れた固定子群と、 前記固定子群を励磁して、前記回転子リングに対して前
   記所定の回転速度と同じ速度で回転する回転磁界を生成
   させる励磁手段とを備えることを特徴とする回転体駆動
   装置。
2. 【請求項２】 前記回転子リングは、回転体のフランジ
   部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の回
   転体駆動装置。
3. 【請求項３】 前記回転子リングは、その着磁面が前記
   固定子群の各固定子に対して少なくとも２方向から臨む
   ように軸方向の断面形状が形成されていることを特徴と
   する請求項１または２に記載の回転体駆動装置。
4. 【請求項４】 前記固定子群は、前記回転子リングの異
   なる面を着磁する第１と第２の固定子群からなることを
   特徴とする請求項１または２に記載の回転体駆動装置。
5. 【請求項５】 前記駆動手段は、駆動ベルトをモータで
   回転駆動し、当該駆動ベルトの表面を回転体の周面に当
   接させて摩擦駆動する構成であることを特徴とする請求
   項１ないし４のいずれかに記載の回転体駆動装置。
6. 【請求項６】 回転駆動される感光体ドラムの周面に静
   電潜像を形成して画像を形成する画像形成装置であっ
   て、 感光体ドラムを、請求項１ないし５のいずれかに記載さ
   れる回転体駆動装置により駆動するようにしたことを特
   徴とする画像形成装置。