JP2024000841A - ベルト駆動装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く従動軸の回転速度を検出することができるベルト駆動装置を提供する。
【解決手段】
ベルト駆動装置２０は、駆動源２１によって軸周りに回転される駆動プーリー２２と、軸周りに回転する従動軸３２に軸心を合わせて固定される従動プーリー２３と、金属製の平帯で環状に形成され、駆動プーリー２２と従動プーリー２３とに巻き掛けられるベルト２４と、エンコーダーディスク３３に形成された光学パターンを単一の光学センサー３４で読み取った結果に基づいて従動軸３２の回転速度を検知する速度検知部２５と、を備え、エンコーダーディスク３３は、従動プーリー２３に軸心を合わせて固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ベルト駆動装置および画像形成装置に関する。

例えば、特許文献１に記載のカラー画像形成装置では、モーターと隣接する２つの感光体ドラムとに巻き掛けられた２つの金属ベルトによって、モーターの駆動力が２つの感光ドラムに伝達されていた。このカラー画像形成装置では、感光ドラムの回転速度を安定化させる目的で回転センサーを設ける場合、隣接する２つの感光ドラムの一方に回転センサーを設ければよいとされていた。

特開２０１０－１２２５５１号公報

感光ドラムの回転速度を検出する回転センサーとしては、エンコーダーディスク（回転盤）の光学パターンを光学センサーで読み取るロータリーエンコーダーが採用されることが多い。一般的には、エンコーダーディスクを感光体ドラムに直接取り付けることは難しいため、別部材としての取付部材を感光体ドラムに取り付け、その取付部材にエンコーダーディスクを取り付けることになる。

しかしながら、取付部材の寸法公差、感光体ドラムに対する取付部材の取付誤差および取付部材に対するエンコーダーディスクの取付誤差が積算されると、感光体ドラムの軸心とエンコーダーディスクの軸心との位置がずれる（芯ずれする）ことがあった。芯ずれした状態で回転するエンコーダーディスクの光学パターンを光学センサーで読み取った場合、光学センサーから不規則な信号が出力されるため、感光体ドラムの回転速度を正確に検出することができなかった。エンコーダーディスクは高精度に形成されているため、僅かな芯ずれも許容することができなかった。

エンコーダーディスクの芯ずれを許容するために、エンコーダーディスクの回転軸を挟んで両側に２つの光学センサーが配置され、２つの光学センサーの出力信号の平均値から感光体ドラムの回転速度が算出されることもあった。この場合、２つの光学センサーを設けることによる製造コストの増加に加え、２つの出力信号から平均値を算出する等の余計な演算処理が必要になるという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、精度良く従動軸の回転速度を検出することができるベルト駆動装置および画像形成装置を提供する。

本発明に係るベルト駆動装置は、駆動源によって軸周りに回転される駆動プーリーと、軸周りに回転する従動軸に軸心を合わせて固定される従動プーリーと、金属製の平帯で環状に形成され、前記駆動プーリーと前記従動プーリーとに巻き掛けられるベルトと、エンコーダーディスクに形成された光学パターンを単一の光学センサーで読み取った結果に基づいて前記従動軸の回転速度を検知する速度検知部と、を備え、前記エンコーダーディスクは、前記従動プーリーに軸心を合わせて固定されている。

この場合、前記ベルトに張力を付与する張力付与部を更に備えてもよい。

本発明に係る画像形成装置は、上記したいずれかのベルト駆動装置と、前記従動軸を中心に回転する感光体ドラムを有し、媒体に画像を形成する作像部と、を備えている。

本発明によれば、精度良く従動軸の回転速度を検出することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す概略図（正面図）である。 本発明の一実施形態に係るベルト駆動装置を示す概略図（側面図）である。 本発明の一実施形態に係るベルト駆動装置の一部を示す概略図（正面図）である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、図面に示すＦｒ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、前、後、左、右、上、下を示している。本明細書では方向や位置を示す用語を用いるが、それらの用語は説明の便宜のために用いるものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［画像形成装置］
図１を参照して、画像形成装置１について説明する。図１は画像形成装置１の内部構造を示す概略図（正面図）である。

画像形成装置１は、略直方体状の外観を構成する装置本体２を備えている。装置本体２の下部には用紙Ｐ（媒体）を収容する給紙カセット３が着脱可能に設けられ、装置本体２の上面には排紙トレイ４が設けられている。装置本体２の左上部には、例えば、黒色のトナー（現像剤）を収容したトナーコンテナ５が設けられている。

画像形成装置１は、用紙Ｐに電子写真方式で画像を形成する作像部１０を備えている。作像部１０は、感光体ドラム１１と、帯電装置１２と、現像装置１３と、転写ローラー１４と、光走査装置１５と、定着装置１６と、を備えている。

感光体ドラム１１は、前後方向に延びる円筒状に形成され、軸周りに回転可能に設けられている。感光体ドラム１１は、給紙カセット３から排紙トレイ４まで延びた第１の搬送路６の中流部に設けられている。帯電装置１２、現像装置１３および転写ローラー１４は感光体ドラム１１の周囲に画像形成プロセス順に配置されている。転写ローラー１４は、下側から感光体ドラム１１に接触して転写ニップを形成している。光走査装置１５は、感光体ドラム１１よりも上方に設けられている。定着装置１６は、第１の搬送路６の下流側に設けられている。

第１の搬送路６の上流端部には給紙部１７が設けられ、第１の搬送路６の中流部（感光体ドラム１１よりも上流側）にはレジストローラー対１８が設けられている。装置本体２の内部には、第１の搬送路６の下流側で分岐し、第１の搬送路６の上流側に合流する第２の搬送路７が設けられている。なお、第１の搬送路６および第２の搬送路７には、用紙Ｐを搬送するための複数の搬送ローラー対が設けられている。

画像形成装置１には、様々な制御対象機器を適宜制御するための制御装置８が設けられている。制御装置８は、メモリーに記憶されたプログラムやパラメーターに従って各種の演算処理を実行するプロセッサー等を含んでいる。また、画像形成装置１には、ユーザー（操作者）からの各種の指示を入力するためのタッチパネルやボタン等の表示入力部（図示せず）が設けられている。表示入力部は、制御装置８に電気的に接続され、制御装置８に入力信号を送信したり、制御装置８から電気信号（例えばタッチパネルへの表示情報）を受信したりする。

［画像形成処理］
画像形成装置１の動作について説明する。制御装置８は、例えば、外部端末から入力された画像データに基づいて、以下のように画像形成処理を実行する。

帯電装置１２は感光体ドラム１１の表面を帯電させ、光走査装置１５は画像データに基づいた走査光を出射して感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。現像装置１３は、トナーコンテナ５から供給されたトナーを用いて感光体ドラム１１の表面にトナー像を現像する。給紙部１７は、給紙カセット３から用紙Ｐを１枚ずつ第１の搬送路６に送り出す。用紙Ｐは、第１の搬送路６に沿って搬送され、レジストローラー対１８でスキュー補正され、転写ニップに進入する。転写ローラー１４は転写ニップを通過する用紙Ｐに感光体ドラム１１上のトナー像を転写し、定着装置１６は用紙Ｐにトナー像を熱定着させる。片面印刷の場合、用紙Ｐは排紙トレイ４に排出される。

両面印刷の場合、用紙Ｐは、第１の搬送路６の下流端部でスイッチバックされ、第２の搬送路７を搬送されて再び第１の搬送路６に戻される。その後、上記と同様の工程を経て用紙Ｐの裏面に画像が形成され、両面印刷された用紙Ｐが排紙トレイ４に排出される。

［ベルト駆動装置］
次に、図２を参照して、感光体ドラム１１を軸周りに回転させるベルト駆動装置２０について説明する。図２はベルト駆動装置２０を示す概略図（側面図）である。

ベルト駆動装置２０は、駆動源２１と、駆動プーリー２２と、従動プーリー２３と、ベルト２４と、速度検知部２５と、張力付与部２６と、を備えている。

＜駆動源＞
駆動源２１は、例えば、直流モーターであって、ステーター（図示せず）を内蔵したモーター本体３０と、ステーターの内側に配置されたローター（図示せず）の軸心から延び、軸受け（図示せず）を介して軸周りに回転可能に支持された駆動軸３１と、を有している。モーター本体３０は、第１支持部材２７の一方の面（後面）に固定され、駆動軸３１は、第１支持部材２７に形成された開口（図示せず）を貫通し、第１支持部材２７の他方（前方）に突出している。駆動源２１は、制御装置８に電気的に接続され、制御装置８に制御される。

なお、駆動軸３１は、例えば、鉄やステンレス等の金属材料で、曲がりのない（非常に少ない）高い精度で形成され、倒れや回転時の軸振れが無い状態（非常に少ない状態）でモーター本体３０に支持されている。

＜駆動プーリー、従動プーリー＞
駆動プーリー２２および従動プーリー２３は、金属材料または耐摩耗性を有する合成樹脂で円盤状（または円柱状）に形成されている。駆動プーリー２２は、駆動軸３１に軸心を合わせて固定され、駆動源２１によって軸周りに回転される。従動プーリー２３は、駆動プーリー２２よりも大径に形成され、駆動プーリー２２から上方に離れた位置に配置されている。従動プーリー２３は、軸周りに回転する従動軸３２に軸心を合わせて固定されている。従動軸３２は感光体ドラム１１の軸心部を構成しており、感光体ドラム１１は従動軸３２を中心に回転する。従動軸３２は、感光体ドラム１１の前後両端から両外側に伸長し、一対の第２支持部材２８に軸受け（図示せず）を介して回転可能に支持されている。従動軸３２（感光体ドラム１１）は、駆動源２１の駆動軸３１と略平行に配置されている。従動プーリー２３の軸心部には、感光体ドラム１１に向かって突き出すように嵌合部２３Ａが形成されている。嵌合部２３Ａは、弾性力をもって従動軸３２を挟み込むように二分割にされている。

なお、従動軸３２は、例えば、鉄やステンレス等の金属材料で、曲がりのない（非常に少ない）高い精度で形成され、倒れや回転時の軸振れが無い状態（非常に少ない状態）で第２支持部材２８に支持されている。また、各プーリー２２，２３は高い真円度で形成され、各軸３１，３２を貫通させる軸心穴（図示せず）は円の中心に正確に形成されている。また、駆動軸３１は駆動プーリー２２の軸心穴に圧入され、従動軸３２は従動プーリー２３の嵌合部２３Ａに圧入されている。各プーリー２２，２３は、各軸３１，３２に対して軸方向および径方向に移動不能、つまりガタつきなく固定されている。

また、一対の第２支持部材２８は、装置本体２に固定されている。一方（後方）の第２支持部材２８の下側は、第１支持部材２７の上側前面に重なるように対向している。一方の第２支持部材２８には上下方向に延びるスライド溝２８Ａが形成されており、第１支持部材２７にはスライド溝２８Ａにスライド可能に差し込まれる案内凸部２７Ａが設けられている。これにより、第１支持部材２７は、案内凸部２７Ａを介して第２支持部材２８に昇降可能（スライド可能）に支持されている。なお、スライド溝が第１支持部材２７に形成され、案内凸部が第２支持部材２８に形成されてもよい（図示せず）。

＜ベルト＞
ベルト２４は、金属製の平帯で環状に形成されている。ベルト２４は、駆動プーリー２２と従動プーリー２３とに巻き掛けられている。ベルト２４は、例えば、マルテンサイト系やオーステナイト系等のステンレスによって形成されることが好ましい。ベルト２４の厚みは、２０μｍ以上４０μｍ以下であるとよい。ベルト２４は、駆動プーリー２２（駆動軸３１）の回転を従動プーリー２３（従動軸３２）に伝達する。

＜速度検知部＞
速度検知部２５は、エンコーダーディスク３３と、光学センサー３４と、制御装置８と、を有している。なお。制御装置８は、画像形成装置１の構成であるが、速度検知部２５の構成でもある。

（エンコーダーディスク）
エンコーダーディスク３３は円盤状に形成され、エンコーダーディスク３３には光学パターン（図示せず）が形成されている。光学パターンは、例えば、一定の角度の間隔で形成された複数のスリットである。エンコーダーディスク３３は高い真円度で形成され、従動軸３２を貫通させる軸心穴（図示せず）が円の中心に正確に形成されている。

エンコーダーディスク３３は、従動プーリー２３に軸心を合わせて固定されている。具体的には、エンコーダーディスク３３は、軸心穴に従動軸３２を貫通させ、感光体ドラム１１の側となる従動プーリー２３の端面に接着されている。エンコーダーディスク３３は、従動プーリー２３（従動軸３２）に軸中心を一致させた状態（芯ずれのない状態）で固定されている。このため、従動軸３２、従動プーリー２３およびエンコーダーディスク３３は、軸心（中心）を同一直線上に位置させ、同一軸周りに回転する。なお、エンコーダーディスク３３は、従動プーリー２３の端面にネジ止め等の締結手段で固定されてもよい。また、エンコーダーディスク３３は、感光体ドラム１１とは逆側となる従動プーリー２３の端面に固定されてもよい。

（光学センサー）
光学センサー３４は、例えば、発光素子３４Ａと受光素子３４Ｂとを対向させた透過型フォトセンサーである。光学センサー３４は、発光素子３４Ａと受光素子３４Ｂとの間にエンコーダーディスク３３を挟むように配置されている。光学パターンのスリットは発光素子３４Ａから射出された光を通し、受光素子３４Ｂはスリットを通過した光を受光する。光学パターンのスリット以外の部分は、発光素子３４Ａから射出された光を遮光する（受光素子３４Ｂは受光しない）。光学センサー３４は、制御装置８に電気的に接続され、制御装置８に受光信号を送信する。

＜張力付与部＞
張力付与部２６は、第１支持部材２７と第２支持部材２８との間に架設された圧縮コイルスプリングである。詳細には、第１支持部材２７には第１受け部２７Ｂが略水平に突き出し、一方（後方）の第２支持部材２８には第２受け部２８Ｂが略水平に突き出しており、張力付与部２６は第１受け部２７Ｂと第２受け部２８Ｂとの間に架設されている。張力付与部２６は、第１支持部材２７を第２支持部材２８から離れる方向（下方）に付勢する。第１支持部材２７は第２支持部材２８にスライド可能に支持されているため、駆動源２１（駆動軸３１、駆動プーリー２２）が従動軸３２（従動プーリー２３）から離れる方向に付勢され、ベルト２４に張力が付与される。

［ベルト駆動装置の作用］
次に、ベルト駆動装置２０の作用（動作）につて説明する。

既に説明した画像形成処理が開始されると、制御装置８は駆動源２１を駆動させる。駆動源２１は、駆動軸３１（駆動プーリー２２）を軸周りに回転させ、駆動プーリー２２の回転力は、ベルト２４を介して従動プーリー２３に伝達され、従動プーリー２３が固定された従動軸３２（感光体ドラム１１）を軸周りに回転させる。このように、ベルト駆動装置２０は、駆動源２１の駆動力を感光体ドラム１１に伝達する。

エンコーダーディスク３３は従動プーリー２３と一体となって軸周りに回転する。速度検知部２５は、エンコーダーディスク３３に形成された光学パターンを単一の光学センサー３４で読み取った結果に基づいて従動軸３２の回転速度を検知する。具体的には、エンコーダーディスク３３が回転すると、光学センサー３４の発光素子３４Ａから出射された光が光学パターンのスリットを通過したり遮られたりし、スリットを通過した光は光学センサー３４の受光素子３４Ｂで電流（受光信号）に変換される。光学センサー３４は受光信号を制御装置８に送信し、制御装置８は、受信した受光信号をデジタル信号（矩形波出力）に変換し、そのデジタル信号から感光体ドラム１１（従動軸３２）の回転速度を算出する。

制御装置８のメモリーには、感光体ドラム１１の回転速度の正常範囲が予め記憶されており、制御装置８は、算出した回転速度と正常範囲とを比較した結果に基づいて駆動源２１をフィードバック制御する。具体的には、回転速度が正常範囲よりも速い場合には駆動源２１の回転速度を低下させる制御を実行し、回転速度が正常範囲よりも遅い場合には駆動源２１の回転速度を上昇させる制御を実行する。

従動軸３２（従動プーリー２３）は、駆動軸３１（駆動プーリー２２）とはベルト２４を介して繋がっているため、ギヤを介して駆動軸３１と従動軸３２を繋げた場合に比べて、駆動中の駆動源２１の振動が従動プーリー２３に伝達されることが抑制されている。本実施形態に係るベルト駆動装置２０では、６０～５００Ｈｚの周波数帯の振動が軽減されていることが確認されている。この構成によれば、エンコーダーディスク３３は振れることなく円滑に回転することができるため、従動軸３２（感光体ドラム１１）の正確な回転速度を検出することができる。これにより、感光体ドラム１１を一定の速度で回転させることが可能になり、適正な画像形成処理を担保することができる。また、６０～５００Ｈｚの周波数帯の振動が発生すると、回転速度が正常範囲であるにも関わらず、制御装置８が正常範囲ではないと誤検知する虞があるが、このベルト駆動装置２０では、上記周波数帯の振動が軽減されていることから、制御装置８が誤検知することが抑制される。

以上説明した本実施形態に係るベルト駆動装置２０では、エンコーダーディスク３３が、従動プーリー２３に軸心を合わせて固定されていた。この構成によれば、エンコーダーディスク３３を従動軸３２に固定するための取付部材（別部材）が不要になり、エンコーダーディスク３３を従動プーリー２３に精度良く固定すれば足りる。これにより、取付部材の寸法公差や取付誤差を考慮する必要が無くなり、エンコーダーディスク３３の芯ずれを抑制することが可能になる。その結果、精度良く従動軸３２の回転速度を検出することができる。また、エンコーダーディスク３３の芯ずれが抑制されるため、エンコーダーディスク３３の光学パターンを読み取る光学センサー３４は単一で足りる。これにより、エンコーダーディスク３３の芯ずれを許容するために２つの光学センサー３４を設ける場合に比べて、製造コストを低減することができ、単一の光学センサー３４の出力信号から従動軸３２の回転速度を算出することが可能になる。

また、本実施形態に係るベルト駆動装置２０によれば、張力付与部２６によってベルト２４に略一定の張力を与えることができる。これにより、ベルト２４を介して駆動プーリー２２（駆動源２１）の駆動力を従動プーリー２３（従動軸３２）に適正に伝達することができる。

なお、本実施形態に係るベルト駆動装置２０では、駆動プーリー２２が駆動軸３１に固定されていたが、駆動軸３１が駆動プーリー２２として使用されてもよい（図示せず）。つまり、ベルト２４が駆動軸３１と従動プーリー２３とに巻き掛けられていてもよい。

また、本実施形態に係るベルト駆動装置２０では、速度検知部２５の制御装置８が、画像形成装置１を統括制御するものであったが、この制御装置８に代えて、ベルト駆動装置２０（駆動源２１や速度検知部２５）を制御するための専用の制御装置を設けてもよい（図示せず）。また、制御装置は、光学センサー３４の一部として捉えてもよい。

また、本実施形態に係るベルト駆動装置２０では、速度検知部２５の光学センサー３４が透過型フォトセンサーであったが、これに限らず、反射型フォトセンサーであってもよい（図示せず）。

また、本実施形態に係るベルト駆動装置２０では、張力付与部２６が一対の圧縮コイルスプリングであったが、本発明はこれに限定されない。図３に示すように、他の張力付与部３５は、一対のプーリー２２，２３に回し掛けられたベルト２４の外側に接触するテンションローラー３６と、テンションローラー３６をベルト２４に押し付けるコイルスプリング３７と、を有してもよい。この場合、第１支持部材２７は装置本体２に固定されるとよい。

また、本実施形態に係るベルト駆動装置２０は、感光体ドラム１１の従動軸３２を回転駆動させる構造であったが、回転駆動させる対象は感光体ドラム１１に限らず、軸周りに回転するローラー等であってもよい（図示せず）。

また、本実施形態に係る画像形成装置１は、モノクロプリンターであったが、これに限らず、カラープリンター、コピー機、ファクシミリ等であってもよい。また、画像形成装置１の画像形成方式が、電子写真式であったが、これに限らず、インクジェット式であってもよい。

なお、上記実施形態の説明は、本発明に係るベルト駆動装置および画像形成装置における一態様を示すものであって、本発明の技術範囲は、上記実施態様に限定されるものではない。本発明は技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよく、特許請求の範囲は技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様を含んでいる。

１ 画像形成装置
１０ 作像部
１１ 感光体ドラム
２０ ベルト駆動装置
２１ 駆動源
２２ 駆動プーリー
２３ 従動プーリー
２４ ベルト
２５ 速度検知部
２６ 張力付与部
３２ 従動軸
３３ エンコーダーディスク
３４ 光学センサー

Claims (3)

1. 駆動源によって軸周りに回転される駆動プーリーと、
   軸周りに回転する従動軸に軸心を合わせて固定される従動プーリーと、
   金属製の平帯で環状に形成され、前記駆動プーリーと前記従動プーリーとに巻き掛けられるベルトと、
   エンコーダーディスクに形成された光学パターンを単一の光学センサーで読み取った結果に基づいて前記従動軸の回転速度を検知する速度検知部と、を備え、
   前記エンコーダーディスクは、前記従動プーリーに軸心を合わせて固定されていることを特徴とするベルト駆動装置。
2. 前記ベルトに張力を付与する張力付与部を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のベルト駆動装置。
3. 請求項１または２に記載のベルト駆動装置と、
   前記従動軸を中心に回転する感光体ドラムを有し、媒体に画像を形成する作像部と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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