JP2009180304A - 歯車異常検出方法、歯車異常検出装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車を割れる前に交換可能にする歯車異常検出方法、歯車異常検出装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数の歯車Ａ〜Ｅからなる歯車駆動系の各歯車Ａ〜Ｅの異常を検出する歯車異常検出方法において、各歯車Ａ〜Ｅの噛み合い周波数を示す駆動系統データと、正常時の歯車駆動系４８の噛み合い周波数と振幅値を示す噛み合いデータを記憶し、歯車駆動系４８の回転信号を検出し、回転信号をフーリエ変換して周波数と振幅値の関係を求め、フーリエ変換後の周波数及び振幅値と噛み合いデータとに基づいて、振幅値が正常時の振幅値より大きい周波数を求め、駆動系統データの歯車Ａ〜Ｅのうち周波数に対応する歯車Ａ〜Ｅを異常箇所として特定し、異常箇所を表示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、歯車駆動系の歯車異常検出方法、歯車異常検出装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。

一般に、画像形成装置においては、例えば感光体や駆動ローラ等の回転体が用いられている。これらの回転体は動力源から歯車を介して動力が伝達されて、回転している。

高画質な画像を得るためには、これらの回転体の回転数を一定に保つ必要がある。

例えば特許文献１には、駆動ローラ等の回転体の回転速度の変動量を、各回転体毎に検出して補正することで、回転体の回転数を一定に保つ画像形成装置が記載されている。

特許文献２には、感光体の回転変動が起きたときに回転が制御され、回転変動を修正する駆動修正値を感光体に加えることで感光体を一定の回転状態で回転させることができる画像形成装置が記載されている。

しかし、いずれの特許文献に記載の画像形成装置でも、感光体や駆動ローラに駆動力を伝達する歯車が劣化して割れると、回転速度を一定に保てず画質が劣化するという問題があった。

特願２００４−３０９８７１号公報 特願２０００−３２７４４９号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、歯車を割れる前に交換可能にする歯車異常検出方法、歯車異常検出装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る歯車異常検出方法は、複数の歯車からなる歯車駆動系の前記各歯車の異常を検出する歯車異常検出方法において、前記各歯車の噛み合い周波数を示す駆動系統データと、正常時の前記歯車駆動系の噛み合い周波数と振幅値を示す噛み合いデータを記憶し、前記歯車駆動系の回転信号を検出し、前記回転信号をフーリエ変換して周波数と振幅値の関係を求め、前記フーリエ変換後の周波数及び振幅値と前記噛み合いデータとに基づいて、前記振幅値が正常時の振幅値より大きい周波数を求め、前記駆動系統データの歯車のうち前記周波数に対応する歯車を異常箇所として特定し、前記異常箇所を表示するものである。ここで、回転信号とは、一定回転数毎に出力されるパルス信号であり、エンコーダ、ドップラーセンサ等の出力信号や、モータのＦＧ信号をいう。

歯車に摩耗、ひび割れ、破損等の異常があると、歯車駆動系の回転信号に乱れが生じ、この回転信号をフーリエ変換して得られる振幅値が変化する。従って、回転信号をフーリエ変換した周波数及び振幅値と、噛み合いデータ及び駆動系統データに基づいて歯車の異常箇所を特定することができる。

又、歯車の異常箇所を表示するので、歯車の劣化による異常を感知して、歯車を劣化して割れる前に交換することができる。

又、複数の歯車からなる歯車駆動系の前記各歯車の異常を検出する歯車異常検出装置において、前記各歯車の噛み合い周波数を示す駆動系統データと、正常時の前記歯車駆動系の噛み合い周波数と振幅を表す噛み合いデータを記憶する記憶手段と、前記歯車駆動系の回転信号を検出する回転検出手段と、前記回転信号をフーリエ変換して周波数と振幅値の関係を求める演算手段と、前記フーリエ変換後の周波数及び振幅値と前記噛み合いデータとに基づいて、前記振幅値が正常時の振幅値より大きい周波数を求め、前記駆動系統データの歯車のうち前記周波数に対応する歯車を異常箇所として特定する特定手段と、前記異常箇所を表示する表示手段と、を有することが好ましい。

更に、画像データに基づいて感光体上にトナー画像を形成する画像形成部と、前記感光体上のトナー画像を用紙に転写する転写部と、前記用紙に転写されたトナー像を定着する定着部と、前記画像形成部、転写部、定着部を、歯車を介して駆動する歯車駆動系とからなる画像形成装置において、前記各歯車の噛み合い周波数を示す駆動系統データと、正常時の前記歯車駆動系の噛み合い周波数と振幅を表す噛み合いデータを記憶する記憶手段と、前記歯車駆動系の回転信号を検出する回転検出手段と、前記回転信号をフーリエ変換して周波数と振幅値の関係を求める演算手段と、前記フーリエ変換後の周波数及び振幅値と前記噛み合いデータとに基づいて、前記振幅値が正常時の振幅値より大きい周波数を求め、前記駆動系統データの歯車のうち前記周波数に対応する歯車を異常箇所として特定する特定手段と、前記異常箇所を表示する表示手段と、を有する歯車異常検出装置を備えたことが好ましい。

本発明の歯車異常検出方法、歯車異常検出装置及びこれを用いた画像形成装置によれば、回転信号をフーリエ変換した周波数及び振幅値と、噛み合いデータ及び駆動系統データに基づいて歯車の異常箇所を特定するので、ユニット内のより詳細な歯車の異常箇所を特定でき、歯車の交換作業性が向上する。

又、歯車の異常箇所を表示するので、ユーザは歯車の劣化による異常を感知して、歯車を劣化して割れる前に交換することができる。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１に、本発明の歯車異常検出方法を実施し、本発明の歯車異常検出装置１１を用いた画像形成装置１２を示す。まず、画像形成装置１２の概略構成を説明する。画像形成装置１２は、画像形成装置本体１２ａの内部のほぼ中央部に像担持体として中間転写ベルト１３を備えている。中間転写ベルト１３は、ローラ１４ａ、１４ｂの外周部に支持されて矢印Ａ方向に回転駆動されるようになっている。駆動ローラ１４ａは図示しない駆動モータに連結され、この駆動ローラ１４ａの回転に伴い、従動ローラ１４ｂが従動回転するようになっている。中間転写ベルト１３の下部水平部の下には、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、ブラック(Ｋ)の各色にそれぞれ対応する４つのプリントユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋが中間転写ベルト１３に沿って並んで配置されている。プリントユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋの形状は、それぞれ同一である。各プリントユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは、感光体ドラム１６及び現像装置１７等をそれぞれ有している。各感光体ドラム１６の周囲には、中間転写ベルト１３を挟んで各感光体ドラム１６と対向する１次転写ローラ１８がそれぞれ配置されている。現像装置１７は、中間転写ベルト１３を挟んで上方に配設されたカートリッジ装着部１９に着脱可能に設けられたトナーカートリッジ２１と、トナー補給通路（図示せず）を介してそれぞれ連通している。中間転写ベルト１３の駆動ローラ１４ａで支持された部分には、２次転写ローラ（転写ローラ）２３が圧接されており、２次転写ローラ２３と中間転写ベルト１３とのニップ部が、転写部２４になっている。通紙路２５ａの更に下流には定着ローラ２６と加圧ローラ２７とが配設されており、この圧接部が定着部２８となっている。

画像形成装置１２の下部には、給紙部２９が設けられている。給紙部２９内に積載収容された用紙Ｓは、最上部のものから１枚ずつ通紙路２５ｂに送り出されることになる。また画像形成装置１２の側部には循環路３１が設けられている。排紙ローラ３２でスイッチバックした片面印刷済みの用紙は、循環路３１を介して下方に搬送され、未印刷面が中間転写ベルト１３側に向いた状態で通紙路２５ｃを再度上方に搬送されるようになっている。前記循環路３１の下方には、手差し給紙装置３３が設けられる。手差し給紙装置３３と給紙部２９からの通紙路２５ｃには、図１に代表的に示すように用紙Ｓを給紙するための給紙ローラ３４が配設されている。また３５はプリントユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋに画像信号に基づいて露光する露光部３５を示す。

次に、以上の構成からなる画像形成装置１２の概略動作について説明する。画像読取部３６で画像を読み取って得られたカラープリントデータ、又はパーソナルコンピュータ等から出力された画像データは、露光部３５で所定の信号処理が施された後、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の各色の画像信号として、各プリントユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋに供給される。各プリントユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋでは、それぞれの感光体ドラム１６上に画像信号で変調されたレーザ光が投射されて画像潜像が形成される。各感光体ドラム１６上にはイエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナー画像が形成される。形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナー画像は、１次転写ローラ１８の作用により、移動する中間転写ベルト１３上に順次重ね合わせて１次転写される。このようにして中間転写ベルト１３上に形成された重ね合わせられたトナー画像は、中間転写ベルト１３の移動にしたがって転写部２４に達する。この転写部２４において、重ね合わされた各色トナー画像は２次転写ローラ２３の作用により、給紙部２９又は手差し給紙装置３３から供給された用紙Ｓに一括して２次転写される。次にトナー画像が２次転写された用紙Ｓは、定着部２８に達する。定着部２８においては、トナー画像は定着ローラ２６及び加圧ローラ２７の作用により用紙Ｓに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｓは、排紙ローラ３２を介して排紙トレイ３７に排出される。

画像形成装置１２は、図２に示すように、ＣＰＵ４１を中心に構成される歯車異常検出装置１１を備えている。歯車異常検出装置１１は、ＣＰＵ４１とこれに接続されたＲＡＭ４２及びＲＯＭ４３を有する制御部４４と、歯車Ａ〜Ｅの回転を検出する回転検出装置４６と、異常箇所を表示する表示装置４７とを備えている。

制御部４４のＲＡＭ４２及びＲＯＭ４３は本発明の記憶手段、ＣＰＵ４１は本発明の演算手段及び特定手段を構成している。

制御部４４のＲＯＭ４３には、画像形成装置１２の例えば、各プリントユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ、転写部２４、定着部２８等の歯車駆動系である駆動装置４８の各歯車Ａ〜Ｅの噛み合い周波数を表す駆動系統データ（図３参照）と、正常時の駆動装置４８の噛み合い周波数と振幅を表す噛み合いデータ（図４参照）とを記憶している。図３に示す噛み合い周波数は、歯数に回転数（ｒｐｓ）を乗じたものである。

駆動装置４８は、モータ４９の駆動歯車と噛合する歯車Ａと、該歯車Ａと噛合する歯車Ｂと、該歯車Ｂと噛合する歯車Ｃ、Ｄと、該歯車Ｄと噛合する歯車Ｅとを備えている。

回転検出装置４６は、歯車Ａ〜Ｅの少なくともいずれか１つの軸に取り付けられたエンコーダやドップラーセンサからの信号を検出するように構成することができるが、これらを使用せずにモータ４９から出力されるＦＧ信号を検出することもできる。回転検出装置４６からの検出信号は制御部４４に入力されるようになっている。

表示装置４７は、画像形成装置１２に設けられた液晶パネルで構成されている。

制御部４４のＣＰＵ４１は、回転検出装置４６からの検出信号と、ＲＯＭ４３に記憶された駆動系統データ及び噛み合いデータとに基づいて、前記画像形成装置１２の駆動装置４８の異常を検出し、その信号を表示装置４７に示すようになっている。

次に、前記構成からなる歯車異常検出装置１１の動作、すなわち歯車異常検出方法の手順について説明する。図５のフローチャートに示すように、ステップＳ１において回転検出装置４６が、図６（ａ）に示すモータ４９のＦＧ信号を検出する。ステップＳ２においてＣＰＵ４１が、前記ＦＧ信号をＦＦＴ解析（高速フーリエ変換）することで、図６（ｂ）に示すように周波数と振幅が演算される。駆動装置４８の歯車Ａ〜Ｅのいずれかに摩耗、劣化、破損があると、ＦＧ信号が乱れ、これをフーリエ変換して得られる各周波数の演算振幅値が変化する。ステップＳ３においてＣＰＵ４１が、フーリエ変換された前記グラフに示す各周波数の演算振幅値を検出する。ステップＳ４においてＣＰＵ４１が、前記演算振幅値と、ＲＯＭ４３に記憶された図４に示す正常時の各周波数の振幅値とを比較することによって演算振幅値が目標値より大きいか否かを判断する。演算振幅値が、正常時の振幅値よりも例えば２倍以内であれば、演算振幅値が適切であると判断し、歯車Ａ〜Ｅの異常検出を終了する。

一方で、ステップＳ４においてＣＰＵ４１が、図４と図６（ｂ）の約１１０Ｈｚにおける振幅値のように、演算振幅値が正常時の振幅値よりも例えば２倍以上であれば、演算振幅値が不適正だと判断し、ステップＳ５に進み、ステップＳ５でＣＰＵ４１が、演算振幅値が不適切である周波数とＲＯＭ４３の駆動系統データに示される噛み合い周波数とを照合することで、異常箇所を有する歯車Ａ〜Ｅを特定する。具体的には図３の駆動系統データにおいて、噛み合い周波数が１１０Ｈｚを示すのはモータ４９と歯車Ａの噛み合いであるので、該噛み合いに異常があると特定することができる。ステップＳ６ではＣＰＵ４１から、異常を有すると特定された歯車Ａを表示する信号が表示装置４７に出力されて、図７に示すように表示装置４７に異常箇所が表示される。図７では、異常箇所が検出されたことと、具体的な異常箇所とを知らせるメッセージと、異常歯車の交換を促すメッセージとが表示されると共に、イラストマップ上に異常箇所が囲み線で視覚的に表示されている。ステップＳ７ではサービスマンが、前記表示に基づいて異常箇所を有する歯車Ａを修理交換する。

修理交換された歯車Ａが、適正に駆動することを確認するためにステップＳ７から、更にステップＳ１に進み、同様にステップＳ１からステップＳ４まで進む。ステップＳ４において演算振幅値が適正だと判断されると、表示装置４７に図８に示すように修理が完了し、異常がない旨の表示がなされる。

このように、表示装置４７に異常箇所のある歯車Ａ〜Ｅが表示されるので、ユーザは歯車Ａ〜Ｅの劣化による異常を感知して、歯車Ａ〜Ｅを割れる前に交換することができる。

モータ４９のＦＧ信号、噛み合いデータ及び駆動系統データに基づいて異常箇所のある歯車Ａ〜Ｅを特定するので、ユニット内のより詳細な異常箇所のある歯車Ａ〜Ｅを特定でき、歯車Ａ〜Ｅの交換作業性が向上する。

なお、前記実施形態では、モータ４９のＦＧ信号を利用したが、歯車Ａ〜Ｅの少なくともいずれかの軸にエンコーダ又はドップラーセンサを設けて、その回転を検出するようにしてもよい。又、検出した演算振幅値の大きさによって、各歯車Ａ〜Ｅの異常の程度、例えば摩耗、ひび割れ、破損の程度を知ることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略図。 歯車を備えた駆動装置と、本発明の歯車異常検出装置のブロック図。 本発明の歯車異常検出装置が記憶する駆動系統データ。 本発明の歯車異常検出装置が記憶する周波数と振幅値の関係を示す噛み合いデータ。 本発明の歯車異常検出装置の異常検出制御を示すフローチャート。 （ａ）駆動装置のモータが発するＦＧ信号を示すグラフ（ｂ）ＦＧ信号をフーリエ変換することで得られる各歯車の周波数と振幅値の関係を示すグラフ。 本発明の表示装置が異常箇所を有すると検出された歯車を表示する図。 本発明の表示装置が歯車に異常がない旨を表示する状態を示す図。

符号の説明

１１ 歯車異常検出装置
１２ 画像形成装置
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＡＭ
４３ ＲＯＭ
４４ 制御部
４６ 回転検出装置
４７ 表示装置
４８ 駆動装置（歯車駆動系）

Claims (3)

1. 複数の歯車からなる歯車駆動系の前記各歯車の異常を検出する歯車異常検出方法において、
   前記各歯車の噛み合い周波数を示す駆動系統データと、正常時の前記歯車駆動系の噛み合い周波数と振幅を示す噛み合いデータを記憶し、
   前記歯車駆動系の回転信号を検出し、
   前記回転信号をフーリエ変換して周波数と振幅値の関係を求め、
   前記フーリエ変換後の前記周波数及び前記振幅値と前記噛み合いデータとに基づいて、前記振幅値が前記正常時の振幅値より大きい周波数を求め、前記駆動系統データの歯車のうち前記周波数に対応する歯車を異常箇所として特定し、
   前記異常箇所を表示することを特徴とする歯車異常検出方法。
2. 複数の歯車からなる歯車駆動系の前記各歯車の異常を検出する歯車異常検出装置において、
   前記各歯車の噛み合い周波数を示す駆動系統データと、正常時の前記歯車駆動系の噛み合い周波数と振幅を示す噛み合いデータを記憶する記憶手段と、
   前記歯車駆動系の回転信号を検出する回転検出手段と、
   前記回転信号をフーリエ変換して周波数と振幅値の関係を求める演算手段と、
   前記フーリエ変換後の周波数及び振幅値と前記噛み合いデータとに基づいて、前記振幅値が正常時の振幅値より大きい周波数を求め、前記駆動系統データの歯車のうち前記周波数に対応する歯車を異常箇所として特定する特定手段と、
   前記異常箇所を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする歯車異常検出装置。
3. 画像データに基づいて感光体上にトナー画像を形成する画像形成部と、前記感光体上のトナー画像を用紙に転写する転写部と、前記用紙に転写されたトナー像を定着する定着部と、前記画像形成部、転写部、定着部を、歯車を介して駆動する歯車駆動系とからなる画像形成装置において、
   前記各歯車の噛み合い周波数を示す駆動系統データと、正常時の前記歯車駆動系の噛み合い周波数と振幅を示す噛み合いデータを記憶する記憶手段と、
   前記歯車駆動系の回転信号を検出する回転検出手段と、
   前記回転信号をフーリエ変換して周波数と振幅値の関係を求める演算手段と、
   前記フーリエ変換後の周波数及び振幅値と前記噛み合いデータとに基づいて、前記振幅値が正常時の振幅値より大きい周波数を求め、前記駆動系統データの歯車のうち前記周波数に対応する歯車を異常箇所として特定する特定手段と、
   前記異常箇所を表示する表示手段と、
   を有する歯車異常検出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。