JPH0695565A - 回転体の駆動装置 - 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】 感光体ドラム２の内部に円板状の慣性部材８
を設け、この慣性部材８を感光体２の内部において位置
を変更可能にする。これにより、感光体２の慣性モーメ
ントの分布を任意に設定し、回転体である感光体ドラム
２の共振を防止するとともに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】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変更する手段とし
て、回転体の内部に円板状の慣性部材を回転体の内部で
軸方向の位置を変更可能に設け、更にこの慣性部材を取
りつけることにより回転体の剛性を高めることとし、こ
れら両者によって固有振動数を変更することとした。

【００１３】

【作用】回転体の内部に円板状の慣性部材を移動可能に
設け、かつこの慣性部材の取り付けにより回転体の剛性
を高めることとしたので、回転体の慣性モーメントを大
きくした場合には、数１で表される回転体駆動系の固有
振動数が低下して、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て回
転体の速度変動を減少できる。一方、慣性部材を回転体
内で適宜に配置することにより慣性モーメントの分布を
任意に設定することができ、これに加えて慣性部材の取
り付けにより、回転体の剛性を高めることができるの
で、固有振動数を上昇させて、回転体駆動系の共振を防
止して、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。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。

【００１５】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。

【００１６】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、両端にフランジ１２が取り付け
てある。フランジ１２の中心には、駆動軸１３が通して
あり、駆動歯車１１から遠い側のフランジ１２にピン１
５により固定してあり、駆動歯車１１側のフランジ１２
とは回動自在になっている。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１
１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。感光体ドラム２の内部には、フ
ランジ１２に平行に複数の慣性部材８が設けられてい
る。

【００１７】図３に慣性部材８を示す。慣性部材８は、
金属等の比較的重量の大きい部材からなる円板で、中心
に駆動軸１３を通す穴１５と、その周囲４か所に穴１４
が均等に設けてある。これら慣性部材８は、厚さを変え
て各種用意され、それぞれの間にスペーサ１６をはさん
で、穴１４に連結棒９を通し、所定の間隔を設けて駆動
歯車１１から遠い側に集中させて固定してある。そし
て、各慣性部材８をねじ１７で締めつけるとともに連結
棒１４を両端のフランジ１２にねじ１８で固定する。

【００１８】このように、感光体ドラム２の内部に慣性
部材８を駆動歯車１１から遠い側に設けたことから、感
光体ドラム２の慣性モーメントが大きくなり、その結果
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】一方、これとは逆に慣性部材８を駆動歯車
１１側に集中させて配置させることにより、駆動軸１３
の剛性に関わる有効長さを小さくし、かつ剛性Ｋを大き
くするとともに、慣性を増加させ、固有振動数を上昇さ
せることができ、その結果、固有振動数と変動成分とを
分離でき、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る。

【００２０】更に、スペーサ１６の長さやねじ１７の位
置等を変更させて慣性部材８の取り付け位置や間隔を変
えることにより、慣性モーメントを変更させることがで
き、より適切な慣性モーメントの分布を得ることができ
る。例えば、感光体ドラム２の慣性量分布が不均一の場
合、図４に示すように、感光体ドラム２内部の慣性部材
８の位置を適切に配置して、分布を均一にすることがで
きる。

【００２１】又、固有振動数の微妙な釣り合いを求める
場合、慣性部材８を追加、あるいは削除することにより
容易に調整することができる。

【００２２】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８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】以上述べたように、感光体ドラム２の内部
に慣性部材８を移動自在に設けることにより駆動系の慣
性モーメントを上げたり、又は剛性を高めることがで
き、固有振動数を下げる、あるいは上げて、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、あるいは駆動ローラ２６の共振を
防止でき、更に、慣性モーメントの分布を微妙に変えて
適切な分布を得ることにより、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。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。

【００２４】

【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駆動系におい
て、回転体内に慣性部材を取り付け位置を変更可能に設
け、慣性モーメントを上げるとともに剛性も上昇できる
ようにしたことにより、回転体駆動系の固有振動数を上
げたり、あるいは下げることができ、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
波数と固有振動数と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、更に慣性モーメントの分
布を適切に設定できることから回転体を速度変動なく回
転させることができる。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】慣性部材の一実施例を示す正面図である。

【図４】本発明にかかる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】従来の感光体ドラムの速度変動スペクトルと感
光体駆動系の伝達関数を合わせ示したグラフである。

【符号の説明】

２ 感光体ドラム ８ 慣性部材 １１ 駆動歯車 １２ フランジ ２５ 感光体 ２６ 駆動ローラ

Claims (1)

【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出力装置にお
   いて、前記回転体内部に円板状の慣性部材を当該回転体
   の駆動軸に同軸に設け、当該慣性部材の位置を当該回転
   体内にて変更することにより、回転体の慣性モーメント
   の分布を任意に設定できるようにしたことを特徴とする
   回転体の駆動装置。