JPH06133122A - 画像形成出力装置 - Google Patents

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】 フランジ１２と駆動軸１３とを回転自在に
し、駆動軸１３に第一連結部材１８を取り付け、一方駆
動歯車１１から遠い側のフランジ１２に第二連結部材１
９を取り付け、これら第一連結部材１８と第二連結部材
１９とをばね２０で連結する。こうして駆動軸１３、感
光体ドラム２等からなる駆動系の剛性を下げ、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装置に関するもの
であり、より詳細には画像形成出力装置内部の感光体ド
ラム等の回転体の駆動装置に関する。

【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、クリーニ
ングブレードの当接等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、レーザでの書き込みによる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８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９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９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１０である。この図１０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１１及び図１２は図１０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１
０と同様に、重ね合わせを行ったものである。また、図
１３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１０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１１、図１２、図１３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こと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、
最終歯車から感光体ドラムまでの回転伝達手段に剛性の
低い伝達手段を介在させ、回転体駆動系の剛性を低くす
ることとした。

【００１４】

【作用】回転体駆動系の剛性Ｋを小さくすることによ
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、固有振動数と周波数領域における変動成分の分
離ができ、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を低くしたので、
柔構造化の達成により回転体駆動系の伝達ゲインを小さ
くでき、回転体駆動における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著しく向上させことが実
現できる。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、本発明の回転体を図面を用いて説明す
る。

【００１６】図６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】図１に感光体ドラム２を示す。感光体ドラ
ム２は，側面に有機感光材料が塗布された円筒状のアル
ミニウム母材からなり、両端部にフランジ１２が取り付
けられている。左右両フランジ１２と駆動軸１３とは固
定されておらず、駆動軸１３に対して回転自在に嵌め合
わされている。駆動軸１３は、軸受け２１に回動自在に
支持されており、軸端に前述した駆動歯車１１が取り付
けてある。

【００１８】駆動軸１３には、第一連結部材１８がぴん
３５で一体に固定してあり、この第一連結部材１８と第
二連結部材１９との間にばね２０が取り付けられてい
る。第二連結部材１９は、駆動軸１３に回転自在であ
り、フランジ１２にねじ３６により固定されている。ば
ね２０は、第一連結部材１８と第二連結部材１９の回転
方向の力を伝達し実質的に両者を連結するとともに、回
転方向にばね性を備え若干の撓みを許容するようになっ
ている。

【００１９】このように、感光体ドラム２と駆動軸１３
とをばね２０を介して連結したので、最終歯車１０から
みた感光体ドラム２は回転方向の剛性、すなわちねじり
剛性が低下し固有振動数が低下される。したがって、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。

【００２０】更に、感光体ドラム２の剛性を小さくさせ
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からの速度変動が減衰されや
すくなり、より感光体ドラム２の回転速度の変動を抑え
ることができる。

【００２１】図３に他の実施例を示す。これは、カップ
リング２２を用いたもので、カップリング２２によって
フランジ１２と駆動軸１３とを連結している。カップリ
ング２２は、第一固定部材２３と第二固定部材２４、お
よびこれら第一固定部材２３と第二固定部材２４の間に
設けられたゴム２７からなっている。第一固定部材２３
とゴム２７、及び第二固定部材２４とゴム２７とは接着
剤等により互いに接着されており、第一固定部材２３
は、駆動軸１３にぴん３５により固定され、第二固定部
材２４はフランジ１２にねじ３６で固定されている。

【００２２】したがって、上記実施例と同様最終歯車１
０と感光体ドラム２とを低剛性部材、すなわちゴム２７
で連結したことと同じになり、共振を防止して、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。加えて、感光体ドラム２の剛性を小さくさせる構
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からの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。

【００２３】図４に他の実施例を示す。これは、駆動歯
車１１から遠い側のフランジ１２ｂを図５に示す様に細
いリブ１４で形成し、回転方向の剛性を低くしたもの
で、駆動歯車１１側のフランジ１２ａは駆動軸１３に回
動自在にしてあり、このリブ１２ｂは駆動軸１３にぴん
３５で連結してある。このようにしても、感光体ドラム
２の剛性を低下でき、固有振動数を下げて駆動機構４か
らの変動成分との共振を防止して回転速度を一定にでき
るとともに伝達ゲインを低下させたので滑らかに回転さ
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。

【００２４】更に、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７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に用いることにより駆動
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。

【００２５】以上述べたように、回転体駆動系の剛性を
小さくすることにより固有振動数を下げることができ、
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２
６の共振を防止でき、更に、剛性を小さくしたので、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、あるいは感光体２５を速度変動を生じさせず一定の
速度で回転、あるいは移送でき、これにより画像品質を
著しく向上できる。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。

【００２６】

【発明の効果】本発明の回転体駆動装置によれば、回転
体及びこの回転体を駆動する駆動軸からなる回転体駆動
系の剛性を下げることによりこれら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回転体を速度変動なく回
転させることができる。また、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
く向上できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】感光体ドラムの実施例を示す断面図である。

【図２】本発明にかかる回転体駆動系を示す斜視図であ
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】フランジを示す正面図である。

【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】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８】従来の感光体の速度変動のパワースペクトルを
示すグラフである。

【図９】従来の感光体駆動系の伝達関数を示すグラフで
ある。

【図１０】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１１】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１２】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１３】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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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形成出力装置
   において、当該駆動系の共振を回避するために、 【数１】 （但し、ω：駆動系の固有振動数、Ｋ：駆動系のねじり
   剛性、Ｉ：慣性モーメント）で表される前記駆動系のね
   じり剛性Ｋを低くすることによって、前記駆動系の固有
   振動数ωを低くした駆動系を有することを特徴とする画
   像形成出力装置。
2. 【請求項２】 前記駆動軸と前記回転体とを弾性または
   粘弾性要素を含む弾性部材で連結した請求項１に記載の
   画像形成出力装置。