CN102003505A - 摆动齿轮机构和具有多速度模式的图像形成装置 - Google Patents

摆动齿轮机构和具有多速度模式的图像形成装置 Download PDF

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Abstract

本发明的名称是摆动齿轮机构和具有多速度模式的图像形成装置。图像形成装置具有高速模式和低速模式，并且包括配置为通过切换驱动源的旋转方向选择高速模式或低速模式的速度切换单元。速度切换单元包括连接到驱动源的旋转轴的驱动齿轮；在以第一方向旋转后，将驱动源的旋转动力传输到图像载体的第一驱动齿轮系列；和在以第二方向旋转后，将驱动源的旋转动力传输到图像载体的第二驱动齿轮系列，第二驱动齿轮系列比第一驱动齿轮系列具有更大的减速比。速度切换单元使驱动齿轮选择性地连接到第一驱动齿轮系列或第二驱动齿轮系列，这取决于驱动源的旋转方向。

Description

摆动齿轮机构和具有多速度模式的图像形成装置
技术领域
一般而言，本发明涉及图像形成装置，例如复印机、打印机、传真机、绘图仪和并入多个图像形成功能诸如复制和打印功能的多功能***设备(MFP)。更具体而言，本发明涉及具有多个图像形成速度模式的图像形成装置。
背景技术
已知其中低速模式或高速模式可由使用者选择的图像形成装置。在低速模式中，可优先考虑图像质量，而在高速模式中，可优先考虑速度(生产力)。在该类型的图像形成装置中，驱动源，例如电动机，可经由一系列驱动齿轮连接到图像载体，例如感光鼓。当该一系列驱动齿轮的齿数比固定时，可通过改变驱动源的转数，切换高速模式和低速模式。
在这类图像形成装置中，噪声在高速模式中可能增加。已知在图像形成操作期间的噪声很大程度是由于驱动源齿轮的齿轮啮合频率的噪声水平。齿轮啮合频率是每秒两个齿轮彼此啮合的次数。例如，驱动源的齿轮啮合频率是每秒电动机齿轮和传动齿轮彼此啮合的次数。因此，齿轮啮合频率和因此的噪声水平可通过减少驱动源中电动机旋转的数目进行减少。期望地，齿轮啮合频率应该低于100Hz，这是因为这样频率的声音难以被人听到。
该类图像形成装置中的驱动源可包括装备有频率发生器的所谓的FG(频率-产生)输出电动机。一般而言，FG输出电动机具有频率发生脉冲形态的模式(“FG模式”)，其与电动机的旋转部分的磁铁相对布置。当电动机旋转时，在磁铁和FG模式之间产生电磁感应，从而产生脉冲电流。基于脉冲电流，进行反馈控制，以便电动机的转速可以被控制(例如，参见日本特许公开专利申请号09-46995)。FG输出电动机被频繁用作图像形成装置的驱动源，这是因为其便宜的旋转控制机构。
如上所述，当一系列驱动齿轮的齿数比固定时，可通过改变驱动源的转数，切换高速模式和低速模式。在这种情况下，当降低高速模式中的驱动源的转速以便减少驱动源齿轮的齿轮啮合频率的噪声水平时，低速模式的转数也减少，这是因为固定的齿数比。结果，频率发生器不能产生用于电动机转速反馈控制的足够水平的脉冲信号。
日本特许公开专利申请号2002-089638讨论包括各种电动机的驱动装置，简单的行星式齿轮机构作为中速减速机构和各种减速单元。在该驱动装置中，电动机和减速单元可以分别选择性地与简单的行星式齿轮机构啮合于输入和输出端，以便减少振动和噪声。
日本特许公开专利申请号2007-212806讨论包括驱动源、一系列齿轮和从动构件的旋转驱动装置。齿轮经由行星式齿轮连接，用以增加输出轴的旋转准确度和减少该轴轴向的尺寸，同时允许从动构件与旋转驱动装置分离。
发明内容
在本发明的一个方面中，摆动齿轮机构包括具有第一和第二拱形导向开口的框架，所述拱形导向开口具有第一端和第二端；所述框架支撑的第一摆动齿轮，其中所述第一摆动齿轮的轴导向入第一拱形导向开口；所述框架支撑的第二摆动齿轮，其中所述第二摆动齿轮的轴导向入第二拱形导向开口；和驱动齿轮，其与第一和第二摆动齿轮啮合并且被配置为以第一或第二方向旋转。在以第一方向旋转驱动齿轮后，第一摆动齿轮和第二摆动齿轮向相应的拱形导向开口的第一端位移，或在以第二方向旋转驱动齿轮后，第一摆动齿轮和第二摆动齿轮向相应的拱形导向开口的第二端位移。
在本发明的另一方面中，图像形成装置包括摆动齿轮机构。
在本发明的另一方面中，图像形成装置具有高速模式和低速模式，并且包括配置为以第一方向或第二方向旋转的驱动源；配置为由驱动源旋转的图像载体；配置为使用光束扫描图像载体的光学扫描单元，以便在图像载体上形成静电潜象；配置为将图像载体上的静电潜象显影为可见图像的显影单元；配置为将可见图像直接或间接转印到记录介质上的转印单元；和配置为通过切换驱动源的旋转方向选择高速模式或低速模式的速度切换单元。速度切换单元包括连接到驱动源的旋转轴的驱动齿轮；配置为在以第一方向旋转后，将驱动源的旋转动力传输到图像载体的第一驱动齿轮系列；和配置为在以第二方向旋转后，将驱动源的旋转动力传输到图像载体的第二驱动齿轮系列，第二驱动齿轮系列比第一驱动齿轮系列具有更大的减速比。取决于驱动源的旋转方向，速度切换单元被配置为使驱动齿轮选择性地连接到第一驱动齿轮系列或第二驱动齿轮系列。
附图说明
图1图解作为根据本发明实施方式的图像形成装置的激光彩色打印机；
图2图解高速模式的激光彩色打印机的驱动机构；
图3A图解激光彩色打印机的驱动机构中的摆动齿轮机构；
图3B图解电动机(驱动源)和摆动齿轮机构的组件；
图4图解低速模式的根据本发明实施方式的激光彩色打印机的驱动机构；
图5是显示相对于驱动源的转数的转矩和声压水平的图；和
图6图解根据传统技术的驱动机构。
具体实施方式
图1图解作为根据本发明实施方式的图像形成装置的激光彩色打印机100。在激光彩色打印机100中，感光鼓(图像载体)20Y(黄色)、20M(品红色)、20C(青色)和20K(黑色)沿着中间转印带21的延伸表面并排放置，所述中间转印带21由支撑辊102a、102b和102c支撑。激光彩色打印机100进一步包括光学扫描单元105(曝光单元)；充电单元(没有示出)、显影单元106Y、106M、106C和106K；置于中间转印带21内的初次转印辊(没有示出)；清洁单元(没有示出)；和中和单元(没有示出)。
光学扫描单元105被配置为根据各颜色的图像信息信号发射激光束L1、L2、L3和L4。激光束L1、L2、L3和L4冲击感光鼓20Y、20M、20C和20K，从而在感光鼓20Y、20M、20C和20K上形成各种颜色组分的静电潜象。此后，潜象通过显影单元106Y、106M、106C和106K呈现为可见墨粉图像，如本领域公知的。
各种颜色的墨粉图像连续转印到中间转印带21上，形成叠合的彩色图像。然后，通过二次转印辊102d，将叠合的图像转印到转印纸(transfer sheet)120(记录介质)上。转印纸120在预定时刻从进纸盒111进纸。此后，通过清洁单元清洁中间转印带21。将其上具有转印的彩色图像的转印纸120运输到熔固单元114，在那里使用热和压力将彩色图像熔固到转印纸120上。然后，熔固的转印纸排出到排纸盘110上。
图2图解用于图像形成装置100的驱动机构1。在图2中，中间转印带50(虚线表示)跨越分别与支撑辊102a和102b一体形成的皮带齿轮36和15支撑。驱动机构1包括用于驱动感光鼓20K的驱动齿轮3和用于驱动彩色感光鼓20Y、20M和20C的驱动齿轮5。驱动齿轮3和5固定到FG-输出-型电动机6(驱动源)的旋转轴6a，如将在下面描述的。
驱动齿轮3与减速齿轮7啮合。减速齿轮7与滚筒式齿轮9啮合，所述滚筒式齿轮9与感光鼓20K一体形成。减速齿轮7也与减速齿轮11啮合。减速齿轮11经由空转齿轮13与皮带齿轮15连接。皮带齿轮15与支撑辊102b一体生成。逆时针方向(″第二方向″)旋转驱动齿轮3的电动机6引起滚筒式齿轮9经由减速齿轮7以相应箭头表示的方向(逆时针方向)旋转。同时，使皮带齿轮15以相应箭头表示的方向(顺时针方向)旋转。
用于驱动彩色感光鼓20Y、20M和20C的驱动齿轮5与摆动齿轮17和19啮合。摆动齿轮17可与减速齿轮21啮合。其他的摆动齿轮19可以和与减速齿轮21啮合的减速齿轮22啮合。减速齿轮21也与和感光鼓20M一体形成的滚筒式齿轮23啮合。空转齿轮25和27与减速齿轮21啮合于输入端。空转齿轮25进一步经由减速齿轮29与滚筒式齿轮31啮合。滚筒式齿轮31与感光鼓20Y一体形成。空转齿轮27也经由减速齿轮33与滚筒式齿轮35啮合。滚筒式齿轮35与感光鼓20C一体形成。
皮带齿轮36与支撑辊102a(图1)一体形成。配置墨粉供应单元38Y、38M、38C和38K以将各种颜色的墨粉供应到显影单元106Y、106M、106C和106K。减速齿轮22被置于感光鼓20M(洋红色)的中线之上；即，滚筒式齿轮23。这样，感光鼓20M和20C之间和墨粉供应单元38C另外限定的空间，例如，可有效用于结构(包括摆动齿轮17和19，以及导向开口43和45)，以便能够在高速模式和低速模式之间进行切换，如在下面所描述的。
图3A图解摆动齿轮机构，而图3B图解FG-输出-型电动机6、驱动齿轮5与摆动齿轮17和19的组件。驱动齿轮5固定到其上的FG-输出-型电动机6可包括用于通过电磁模式产生方法检测转速的频率发生器。电磁模式产生方法可包括当电动机6旋转预定角度时使用置于电动机6的旋转部分和固定部分(其没有示出)之间的电磁模式(转速检测单元)产生脉冲信号。产生这种脉冲信号的时间间隔可被检测为速度，并提供用于反馈控制。
参考图3B，电动机6支撑在电动机电路板37(驱动源固定单元)和框架39上。在电动机电路板37上，可形成FG模式作为上述电磁模式的一部分。摆动齿轮17和19支撑在其中具有导向开口43和45的框架39和另一框架41之间。摆动齿轮17和19在导向开口43和45中是可移动的。摆动齿轮17和19可通过推力弹簧47和49在推力方向被加压。齿轮17和19与在导向开口43和45中可移动的轴一体形成。导向开口43和45具有平滑拱形，以便齿轮17和19的轴可平滑地移入其中。导向开口43和45的末端具有与摆动齿轮17和19的轴的外周表面贴合的形状。
当电动机6以一个方向或另一个方向旋转时，通过电动机6旋转提供的压力，摆动齿轮17和19在导向开口43和45中发生位移，以便摆动齿轮17和19与邻接导向开口43和45的一端或另一端的它们轴一起旋转。图3A图解当电动机6以低速模式、逆时针方向(“第二方向”)旋转时，在摆动运动中，其中相对于附图摆动齿轮17移向右边而摆动齿轮19移向左边的情况。
在另一方面，例如，在高速模式中，对于图2和3，电动机6以顺时针方向(″第一方向″)旋转。在这种情况下，摆动齿轮17移向左边，并且与减速齿轮21啮合，如在图2中图解的，以便彩色感光鼓20M、20Y和20C以高速旋转。在这种情况中，摆动齿轮17、减速齿轮21和滚筒式齿轮23组成用于高速模式的第一驱动齿轮系列，摆动齿轮17是最上游的齿轮。摆动齿轮19、减速齿轮22、减速齿轮21和滚筒式齿轮23组成第二驱动齿轮系列(用于低速模式)，其中摆动齿轮19是最上游齿轮。
例如，对于图2，当电动机6以第一(顺时针)方向旋转时，摆动齿轮19与减速齿轮22脱离，以便使第二驱动齿轮系列不能传输驱动动力。参考图4，当电动机6以用于低速模式的第二(逆时针)方向旋转时，摆动齿轮19与减速齿轮22啮合，以便彩色感光鼓20M、20Y、20C以低速旋转。在低速模式中，摆动齿轮17与减速齿轮21脱离，因此，使第一驱动齿轮系列不能传送驱动动力。包括驱动齿轮5、第一驱动齿轮系列、第二驱动齿轮系列和摆动齿轮机构的结构此后可以称为“速度切换单元”。
下面表1阐述根据本发明实施方式的驱动机构1的规格。
表1
  感光鼓和辊102b的转矩   0.5N·m
  驱动齿轮5驱动的感光鼓的数目   3
  齿轮传输系数   0.95
  感光鼓(高速模式)的转速(rpm)   94.03
  感光鼓(低速模式)的转速(rpm)   47.02
  支撑辊102b(高速模式)的转速(rpm)   117.00
  支撑辊102b(低速模式)的转速(rpm)   58.50
  驱动齿轮5的齿数   8
*驱动齿轮5的齿数可根据在其中形成齿之前的条材料成本进行选择。
根据本实施方式，高速模式中电动机6的转数可设定为700rpm，如在表2中图解的。700rpm是可由FG-输出-型电动机控制的相对低速，并且其满足齿轮啮合频率低于100Hz的条件，频率低于100Hz对应于难以被人类听到的低频声音。在这种情况下，齿轮啮合频率为93.3Hz，表示噪声充分降低。
根据本实施方式，为了切换为低速模式，以第二方向旋转电动机6，以便电动机6经由摆动齿轮19和减速齿轮22与减速齿轮21啮合。因此，通过与其中电动机6以第一方向旋转的情况相比增加减速比，实现更低转速。
因此，例如，通过改变驱动齿轮系列的减速比，同时将电动机6的转数设定为700rpm的恒定值，提供高速模式和低速模式之间的感光鼓转数的差异。这样，可以实现两种或更多种速度模式，而不改变电动机6的转速，以便电动机6的转速可以在所有时间设定在低速，这有助于减少噪声。因此，可以在任何多速度模式中，使驱动齿轮5的齿轮啮合频率低于100Hz的低频声音。
表2
Figure BSA00000244472100071
*减速比是驱动源与感光鼓或支撑辊转数的比。
表2对应于其中前述速度切换单元(包括驱动齿轮、第一和第二驱动齿轮系列和摆动齿轮机构)没有运用到用于感光鼓20K(用于黑色)的驱动齿轮3的情况。然而，在本发明的另一个实施方式中，出于增强噪声减少的目的，速度切换单元可以以与用于彩色感光鼓20Y、20M和20C相似的方式运用到用于感光鼓20K的驱动齿轮3。
图5是显示相对于转数(rpm)的转矩和声压水平的图。高速模式中，″700″的最初rpm是转数。低速模式中，″700″的第二rpm是转数。在低速模式中，由于减速比增加，转矩增加。相应的值在表3中示出。
  rpm   转矩(N·m)  声压水平(dBA)
  700.0(高速模式)   0.126   49.0
  700.0(低速模式)   0.252   50.0
  1400.0   0.126   53.0
图6图解了传统的驱动机构，其中没有使用根据本发明的前述实施方式的速度切换单元。如图解的，驱动齿轮5与减速齿轮21直接啮合。因此，驱动源的驱动动力通过以固定方式包括驱动齿轮5、减速齿轮21和滚筒式齿轮23的一系列驱动齿轮得以传输，以便将电动机6的旋转方向固定为第二方向(逆时针方向)。
在该传统实例中，低速模式中电动机6的转数可被固定为700rpm，而可通过将电动机6的转速加倍至1400rpm，提供高速模式。在这种情况中，在高速模式中，驱动齿轮5的齿轮啮合频率是186.7Hz，如在下面表4中阐述的，其远远高于100Hz的低频声音阈值，这导致大的噪声水平。如果降低高速模式中的转速，以便减少噪声，则转速的减少直接反映在低速模式中，这是因为驱动齿轮系列的减速比固定。结果，低速模式中的转速极大地减小，这使控制FG-输出-型电动机6不可能。
表4
Figure BSA00000244472100081
Figure BSA00000244472100091
*减速比值可以是整数，以便由于电动机振动引起的图像位置误差可以被消除。
*减速比是驱动源与感光鼓或支撑辊的转数比。
尽管本发明已经参考某些实施方式详细地描述，但是在本发明的范围和精神内存在变化和修改，如在所附权利要求中所描述和限定的。
本申请基于2009年8月28日提交的日本优先权申请号2009-198660，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (9)

1.摆动齿轮机构，其包括：
具有第一和第二拱形导向开口的框架，所述拱形导向开口具有第一端和第二端；
所述框架支撑的第一摆动齿轮，其中所述第一摆动齿轮的轴导向入所述第一拱形导向开口
所述框架支撑的第二摆动齿轮，其中所述第二摆动齿轮的轴导向入所述第二拱形导向开口；和
驱动齿轮，其与所述第一摆动齿轮和所述第二摆动齿轮啮合并且被配置为以第一或第二方向旋转，
其中，在以所述第一方向旋转所述驱动齿轮后，所述第一摆动齿轮和所述第二摆动齿轮向相应拱形导向开口的第一端位移，或在以所述第二方向旋转所述驱动齿轮后，所述第一摆动齿轮和所述第二摆动齿轮向相应拱形导向开口的另一端位移。
2.根据权利要求1所述的摆动齿轮机构，其中在以所述第一方向旋转所述驱动齿轮后，所述第一摆动齿轮与第一齿轮系列啮合，和
在以所述第二方向旋转所述驱动齿轮后，所述第二摆动齿轮与第二齿轮系列啮合，
所述第二齿轮系列具有比所述第一齿轮系列大的齿数比。
3.图像形成装置，其包括根据权利要求1所述的摆动齿轮机构。
4.图像形成装置，其具有高速模式和低速模式，所述装置包括：
配置为以第一方向或第二方向旋转的驱动源；
配置为由所述驱动源旋转的图像载体；
配置为使用光束扫描所述图像载体的光学扫描单元，以便在所述图像载体上形成静电潜象；
配置为将所述图像载体上的所述静电潜象显影为可见图像的显影单元；
配置为将所述可见图像直接或间接转印到记录介质上的转印单元；和
配置为通过切换所述驱动源的旋转方向选择所述高速模式或所述低速模式的速度切换单元，
所述速度切换单元包括
连接到所述驱动源的旋转轴的驱动齿轮；
配置为在以所述第一方向旋转后，将所述驱动源的旋转动力传输到所述图像载体的第一驱动齿轮系列；和
配置为在以所述第二方向旋转后，将所述驱动源的旋转动力传输到所述图像载体的第二驱动齿轮系列，所述第二驱动齿轮系列比所述第一驱动齿轮系列具有更大的减速比，
其中，取决于所述驱动源的旋转方向，所述速度切换单元被配置为使所述驱动齿轮选择性地连接到所述第一驱动齿轮系列或所述第二驱动齿轮系列。
5.根据权利要求4所述的图像形成装置，其中在所述第一驱动齿轮系列和所述第二驱动齿轮系列中齿轮的最上游一个与所述驱动齿轮啮合，
所述速度切换单元包括摆动齿轮机构，其被配置为
在所述驱动源以所述第一方向旋转后，使所述第一驱动齿轮系列的所述最上游齿轮以这样的方向位移：所述第一驱动齿轮系列连接到所述驱动齿轮，或
在所述驱动源以所述第二方向旋转后，使所述第二驱动齿轮系列的所述最上游齿轮以这样的方向位移：所述第二驱动齿轮系列连接到所述驱动齿轮。
6.根据权利要求4所述的图像形成装置，其中所述第二驱动齿轮系列的传输齿轮的数目比所述第一驱动齿轮系列的传输齿轮的数目大1。
7.根据权利要求4所述的图像形成装置，其中所述驱动源包括具有频率发生器的电动机，所述频率发生器配置为检测所述电动机的转速，以反馈控制所述驱动源的转速。
8.根据权利要求7所述的图像形成装置，其中所述驱动源的转数被设定以便所述驱动源的转速可以被控制，并且所述驱动源的齿轮啮合频率小于100Hz。
9.根据权利要求8所述的图像形成装置，其中所述驱动源的转数在所述高速模式和所述低速模式中是相同的。
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