JPH11234985A - 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】 ヒステリシスモータを使用しつつも省スペー
ス化を図ることができる回転体駆動装置を提供するこ
と。 【解決手段】 感光体ドラム４１は、固定板４１６に一
端が固着され、他端が支持フレーム４１３の穴部４１３
１に挿通されて保持された固定軸４１１に軸受部材４１
４、４１５を介して回転自在に支持されている。当該感
光体ドラム４１には、保持部材１０３を介し、ヒステリ
シス材で形成され、断面形状がコの字型をした回転子リ
ング１０１が内接されている。固定軸４１１には、回転
子リング１０１の開口部に対向する位置に複数の固定子
１０２が固定軸４１１の軸心を中心にして等間隔に放射
線状に固定される。このような構成において、固定子１
０２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
追随して同期回転が行われる。

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、画像形成装置においては、等速
で回転する感光体ドラムに静電潜像を形成し、それをト
ナーで現像して可視像とし、搬送されてくる転写紙上に
転写して画像を形成するようになっている。従って、感
光体ドラムに回転ムラが生じると、形成された画像が搬
送方向に伸びたり縮んだりして忠実に原稿画像を再現で
きなくなり、ひいては画像の質が劣化してしまう。

【０００３】そこで、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。ところが、いくらモータの回転制御を向上さ
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。

【０００４】例えば、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。このため、当該減速装置の歯車の噛合部において噛
み合い振動が生じ、この振動が感光体ドラムに伝播され
て回転ムラが生じる。

【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、低速回転時でも駆動トルクを大きくとれ
るので、複数の歯車からなる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を
排除することができる。ところが、ステッピングモータ
は、駆動パルスが入力される毎に一定のステップ角度ず
つ回転する構成なので、微視的にみれば、前記駆動パル
スが１パルス入力される毎に起動、停止を繰り返しなが
ら回転しているため、その起動、停止時の加速、減速に
より微小な振動が発生し、この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じる。

【０００６】そこで、上記モータに比べて回転ムラがさ
らに少ないヒステリシスモータを使用して感光体ドラム
を直接駆動することが望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒステ
リシスモータは駆動トルクが弱く、感光体ドラムを直接
駆動するのに必要な駆動トルクを得るためには、当該ヒ
ステリシスモータ自体を大型化せざるを得なかった。そ
のため、当該ヒステリシスモータは装置内において大き
なスペースを占有するようになり、装置自体が大型化す
るという問題があった。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、ヒステリシスモータを使用しつつも省
スペース化を図れ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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、回転体を回転駆動する回転体駆動装置で
あって、ヒステリシス材で形成され、前記回転体と一体
となって設けられた回転子リングと、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、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。

【００１０】また、前記回転体は、固定軸を中心に回転
自在に保持されており、前記回転子リングが前記回転体
の内部に設けられると共に、前記固定子群が前記回転体
の内部であって前記固定軸に設けられていることを特徴
とする。また、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。

【００１１】また、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
臨むように前記回転体の軸方向の断面形状が形成されて
いることを特徴とする。また、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。

【００１２】また、前記回転体の回転軸は、磁気軸受を
介して回転可能に保持されていることを特徴とする。ま
た、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。

【００１３】

【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、当該複写機の全体の
構成を示す概略図である。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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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、このような状態で
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。

【００１７】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、搬送ベルト５２上を搬送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６
０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。

【００１８】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は、支持フレーム４１２に取着された固定
板４１６に一端が固着され他端が支持フレーム４１３の
穴部４１３１に挿通されて保持された固定軸４１１に、
軸受部材４１４、４１５を介して回転可能に支持されて
いる。

【００１９】感光体駆動装置１００は、感光体ドラム４
１の内部に構成される。感光体ドラム４１には、保持部
材１０３を介し、ヒステリシス材で形成された円環状の
回転子リング１０１が内接される。当該回転子リング１
０１は、軸方向における断面形状がコの字型であって、
その開口部が内周側に設けられている。固定軸４１１に
は、回転子リング１０１の開口部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、図示は２個）
が固定軸４１１の軸心を中心にして等間隔に放射線状に
配設され、各固定子１０２は回転子リング１０１に３方
から囲まれるようになっている。各固定子１０２は、固
定子ヨーク１０２１に固定子コイル１０２２が巻回され
てなり、固定軸４１１に固着されている。また、固定軸
４１１は中空になっており、各固定子コイル１０２２か
ら引き出された電線は、固定軸４１１内を通って制御部
７０まで配線される。

【００２０】したがって、この感光体駆動装置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。
このように構成された感光体駆動装置１００が感光体ド
ラム４１の内部に設けられているので、従来のように大
型のヒステリシスモータを支持フレーム４１３等に取着
し、カップリング部材を連結して感光体ドラムを直接回
転駆動する構成に比べ、大幅な省スペース化を図ること
ができる。さらに、これにより、他の駆動機構や電装部
材を配置する際のスペースに余裕ができ設計の自由度が
増えると共に複写機の小型化につながる。

【００２１】もちろん、感光体ドラム４１は、ヒステリ
シスモータで直接駆動する場合と同様に、回転ムラ無く
円滑に駆動される。また、感光体ドラム４１の長さが軸
方向に比較的長いことを利用して、当該感光体駆動装置
１００自体を軸方向に長くしたり、感光体ドラム４１内
に軸方向に複数個設けることにより駆動トルクをさらに
向上させることもできる。

【００２２】なお、制御部７０内には、感光体駆動装置
１００を制御する励磁制御部（不図示）が含まれてお
り、各固定子１０２を励磁して、感光体ドラム４１が所
定の回転速度で回転するように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所定の回転速度と同じ回
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１
０２２に通電して感光体駆動装置１００を動作させる。

【００２３】また、本複写機は、二成分磁気ブラシ現像
方式を採用しており、現像器４５の現像ローラ４５１
（図１参照）表面に形成された磁気ブラシが感光体ドラ
ム４１表面を掃くように接触することにより、現像が行
われるようになっている。そのため、固定子１０２によ
り生成される磁界が、回転子リング１０１だけでなく感
光体ドラム４１を介して当該磁気ブラシに作用すると、
磁気ブラシの形状が微妙に変化して適正な現像を行えな
いおそれがある。

【００２４】したがって、保持部材１０３は、磁気遮断
部材により形成すると共に、回転子リング１０１を３方
から取り囲むような形状にして、磁力線が回転子リング
１０１にだけ流れるようにしておくことが望ましい。図
３から図８に上記感光体駆動装置１００の変形例を示
す。まず、図３では、感光体ドラム４１の回転軸４１７
が、対向して配置された支持フレーム４１２、４１３に
軸受部材４１８、４１９を介して回転可能に保持されて
いる。

【００２５】感光体ドラム４１のフランジ４２０には、
ヒステリシス材で形成された回転子リング１０６が取着
され、支持フレーム４１３の回転子リング１０６に対向
する位置に、複数の固定子１０４が回転軸４１７を中心
にして等間隔に放射線状に配設される。また、各固定子
１０４は、台座１０５を介して支持フレーム４１３に取
り付けられている。

【００２６】このように、回転子リング１０６自体が、
フランジ４２０と一体となって回転する構成なので、同
トルクの独立したヒステリシスモータにカップリング部
材を連結して回転軸４１７を直接回転させる構成に比
べ、カップリング部材が不要になると共にモータの外装
ケースも不要となり、特に軸方向の省スペース化を図れ
る。また、上述したような感光体ドラム４１内部に当該
装置を設ける場合に比べて、簡易に構成できる。

【００２７】図４では、感光体駆動装置１００の回転子
リング１０７がカップ状に形成されており、固定子を軸
方向と外周方向の２方向から囲むようにしている。これ
により、上述した省スペース化の利益を享受すると共
に、固定子１０４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、駆動トル
クが増し、より安定した回転ムラのない感光体ドラム４
１の駆動が可能となる。

【００２８】また、回転子リング１０７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立
工程の工数を減らすことができコスト面で有利である。
これをさらに発展させたのが図５に示すものであって、
回転子リング１０８は、固定子１０２の内周側軸方向に
も伸びて内周リング部１０８１を形成し、各固定子１０
２を３方向から囲むようにして着磁領域の増加を図り、
駆動トルクを増している。

【００２９】図６に示す感光体駆動装置１００は、円筒
形状の回転子リング１１１外側と内側にそれぞれ複数の
固定子１０９、１１０を配している。すなわち台座１０
５は、軸方向と平行な固定子保持部１０５１、１０５２
を対向して備えており、固定子保持部１０５１には外周
側の固定子１０９が固定され、固定子保持部１０５２に
は内周側の固定子１１０が固定される。

【００３０】各固定子１０９、１１０は、それぞれ固定
子ヨーク１０９１、１１０１（図７参照）に固定子コイ
ル１０９２、１１０２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７は、上記固定子１０９、１１
０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１０５１、１０５２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１０８の外周側
には、固定子１０９が等間隔に４個配されると共に、回
転子リング１０８の内周側の上記固定子１０９と対向す
る位置に同じく４個の固定子１１０が配設されている。
これにより、回転子リング１０８に作用する磁力線が増
加して駆動トルクが増す。

【００３１】図８は、回転軸４２２の軸受として磁気軸
受２００を利用したときの一例を示す図である。同図に
おいて、磁気軸受２００は、回転軸４２２の軸心方向に
磁力線を発生するヨーク２０２と回転軸４２２の軸方向
に磁力線を発生するヨーク２０３とを備えた電磁石部２
０１を、回転軸４２２を中心にして等間隔に放射線状に
複数配設すると共に、回転軸４２２のヨーク２０２と対
向する位置には、外周面がＳ極となる円筒型の永久磁石
部材２０６が埋め込まれ、さらにフランジ４２３のヨー
ク２０３と対向する位置には、ヨーク２０３側の側面が
Ｓ極となる円筒型の永久磁石部材２０７が回転軸４２２
を中心にして埋め込まれて構成される。

【００３２】各電磁石部２０１は、ヨーク２０２、２０
３にコイル２０４、２０５が巻回されてなり、台座１１
３を介して支持フレーム４１３に固着されている。ま
た、各コイル２０４、２０５が励磁されると、ヨーク２
０２の永久磁石部材２０６と対向する側にＳ極が、ヨー
ク２０３の永久磁石部材２０７と対向する側にＳ極が形
成されるようになっている。

【００３３】このようにして構成された磁気軸受２００
と同様のものが、支持フレーム４１２側の軸受部にも設
けられている。一方、感光体駆動装置１００は、台座１
１３に固着された固定子１１２と、フランジ４２３に設
けられた、軸方向の断面形状がコの字型の回転子リング
１２０とからなり、固定子１１２を回転子リング１２０
によって３方から囲むようにしている。これにより、固
定子１１２から発生される磁界による着磁領域を増やし
て駆動トルクを増加している。

【００３４】このような構成において、制御部７０が固
定子１１２を励磁する際に、全ての電磁石部２０１のコ
イル２０４、２０５を同時に励磁すると、ヨーク２０２
と永久磁石部材２０６との間、およびヨーク２０３と永
久磁石部材２０７との間に斥反力がそれぞれ作用し、回
転軸４２２およびフランジ４２３は、各ヨーク２０２、
２０３にそれぞれ接触することなく円滑に回転する。

【００３５】これにより、回転軸４２２の軸受としてボ
ール軸受等を使用する場合に比べて、軸受において生じ
る摩擦力がほとんどなくなるので、当該感光体駆動装置
１００にかかる負荷が軽くなり、その分回転に必要な駆
動トルクを低く設定できる。駆動トルクを低く設定でき
れば、それに合わせて回転子リング等の大きさを小型化
できるようになるので、感光体駆動装置１００自体を小
型化でき省スペース化に資する。また、ボール軸受等を
使用する場合に比べて振動が低減され、さらに円滑な回
転が可能となる。

【００３６】また、上記磁気軸受２００では、回転軸４
２２とフランジ４２３に永久磁石部材２０６、２０７を
埋め込んで構成しているが、これに限定されることはな
く、例えば、その部分を着磁するようにしてもよい。ま
た、電磁石部２０１の替わりに、永久磁石部材を回転軸
４２２の周囲に配設するようにしてもよい。このように
すれば、コイル２０４、２０５を励磁する必要がなくな
るので、制御部７０の構成を簡略化できるし、複雑な配
線も不要となる。

【００３７】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、設計上必要な駆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
ど円滑な回転駆動を行うことができる。また、上記電磁
石部２０１の配設数は磁気軸受を構成する上で必要な個
数が設定される。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
転体や他の回転精度が要求される分野における装置の回
転体の駆動にも適用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明に係る回
転体駆動装置は、ヒステリシス材で形成された回転子リ
ングが回転体と一体となって設けられると共に、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回転磁
界を生成させるように構成されているので、従来のよう
に大型のヒステリシスモータをフレーム等に取着して、
カップリング部材で連結して回転体を回転させる場合に
比べ、カップリング部材や当該ヒステリシスモータの外
装ケースなどの部材が不要となり、その分省スペース化
を図ることが可能となる。もちろん、当該回転体駆動装
置は、ヒステリシスモータと同様の構成を有しているの
で、回転ムラの少ない円滑な回転駆動を可能とする。

【００３９】また、本発明は、前記回転子リングと固定
子群とが回転体の内部に設けられているので、これらの
配設スペースを回転体の外部に確保する必要がなくな
り、大幅な省スペース化を図ることができる。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
られて回転体と一体となって回転する構成としたので、
同トルクの独立したヒステリシスモータをカップリング
部材で連結する場合に比べ、特に軸方向の省スペース化
を図ることができると共に、簡易に構成することができ
る。

【００４０】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その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界を有効利用し、回
転子リングの着磁領域を増加して、駆動トルクを増やす
ことができる。さらに、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
子群からなるようにしたので、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、さらに駆動トルクを増やすことができる。

【００４１】また、本発明によると、前記回転体の回転
軸は磁気軸受を介して回転可能に保持されているので、
ボール軸受等を使用する場合に比べて、軸受での摩擦力
がほとんどなくなる。これにより、当該回転体駆動装置
にかかる負荷が軽くなり、その分回転に必要な駆動トル
クを低く設定できる。駆動トルクを低く設定できれば、
これに合わせて回転子リング等の大きさを小型化できる
ようになるので、感光体駆動装置自体を小型化でき省ス
ペース化に資する。また、ボール軸受等を使用する場合
に比べて振動が低減され、さらに円滑な回転が可能とな
る。

【００４２】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、省スペース化
が図れると共に、回転ムラがなく円滑に感光体ドラムを
回転駆動でき、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】感光体ドラムの駆動装置の変形例の構成を示す
図である。

【図４】感光体ドラムの駆動装置の別の変形例の構成を
示す図である。

【図５】感光体ドラムの駆動装置のさらに別の変形例の
構成を示す図である。

【図６】感光体ドラムの駆動装置のさらに別の変形例の
構成を示す図である。

【図７】図６の感光体ドラムの駆動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８】上記感光体ドラムの回転軸の軸受として磁気軸
受を利用したときの一例を示す図である。

【符号の説明】

２０ プリンタ部 ４０ 画像形成部 ４１ 感光体ドラム ７０ 制御部 １００ 感光体駆動装置 １０１、１０６、１０７、１０８、１１１、１２０
回転子リング １０２、１０４、１０９、１１０、１１２ 固
定子 １０３ 保持部材 １０５、１１３ 台座 ２００ 磁気軸受 ２０１ 電磁石部 ２０２、２０３ ヨーク ２０４、２０５ コイル ２０６、２０７ 永久磁石部材 ４１１ 固定軸 ４１７、４２２ 回転軸 ４２０、４２１、４２３ フランジ １０２１、１０９１、１１０１ 固定子ヨーク １０５１、１０５２ 固定子保持部 １０８１ 内周リング部 １０２２、１０９２、１１０２ 固定子コイル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体を回転駆動する回転体駆動装置で
   あって、 ヒステリシス材で形成され、前記回転体と一体となって
   設けられた回転子リングと、 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、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】 前記回転体は、固定軸を中心に回転自在
   に保持されており、 前記回転子リングが前記回転体の内部に設けられると共
   に、前記固定子群が前記回転体の内部であって前記固定
   軸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、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。
4. 【請求項４】 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
   ように前記回転体の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３に記載の回転体駆動装置。
5. 【請求項５】 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３記載の回転体駆動装置。
6. 【請求項６】 前記回転体の回転軸は、磁気軸受を介し
   て回転可能に保持されていることを特徴とする請求項１
   および３ないし５のいずれかに記載の回転体駆動装置。
7. 【請求項７】 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６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。