JP5532756B2

JP5532756B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5532756B2
Application number: JP2009198660A
Authority: JP
Inventors: 辰生福嶋; 克己熊田; 信彦喜多; 精小沼
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: US20110052261A1; CN102003505A; US8417155B2; JP2011048284A; CN102003505B

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関し、詳しくは、複数の画像形成速度モード（高速モードと低速モード）を有する画像形成装置に関する。

この種の画像形成装置では、ユーザの要求の多様性に対応すべく、画質を優先する低速モードと、スピード（生産性）を優先する高速モードとに任意に切替えることが可能な方式のものが知られている。
この方式では、駆動対象である像担持体と駆動源との間に駆動ギヤ列を配置し、駆動源の回転数を変化させて高速モードと低速モードを切替えるようになっている。
このような複数の画像形成速度モードを有する画像形成装置において、高速モード時には騒音が大きくなる。画像形成時の騒音には、駆動源ギヤの噛合周波数の騒音レベルが大きく影響していることが判っている。
噛合周波数は1秒間に歯車が噛み合う回数であり、駆動源の噛合周波数は、モータギヤと伝達ギヤとが1秒間に噛み合う回数である。
したがって、駆動源としてのモータの回転数を下げれば噛合周波数を低く抑えることができ、騒音を低減させることができる。また、静音化のためには、人間の聴感で聞き取り難い低周波音である１００Ｈｚ以下にすることが望まれる。

この種の画像形成装置の駆動源としては、従来から、周波数発電機（Frequency Generator）を備え、回転速度を検知してフィードバックする回転制御機能を有する、いわゆるＦＧ出力方式のモータが用いられている（特許文献３参照）。モータの回転部のマグネットに対向する部分にパルス形状のＦＧパターンが設けられており、モータ回転時にマグネットとＦＧパターン間で電磁誘導が発生してパルス電流を出力し、それを用いてフィードバック制御を行う方式のモータで、安価な回転制御方式のモータとして多用されている。

駆動源ギヤの噛合周波数の騒音レベルを改善するために、駆動源の高速モード時の回転速度を下げると、従来においては上記のように、一定の駆動ギヤ列構成下において、駆動源の回転数を変化させて高速モードと低速モードを切替える方式であるため、低速モード時にはより低い回転数に設定せざるを得ない。すなわち、駆動ギヤ列の減速比が一定であるため、高速モードの減速量はそのまま低速モードに平行シフトされる。
ＦＧ出力方式のモータを駆動源とする画像形成装置において、静音化のための高速モード時における駆動源の回転数低減に対応して、低速モード時の駆動源の回転速度を下げると、駆動源の速度フィードバックに使用する電磁パターン発電力が弱くなり、駆動源がパルス信号を検知できなくなり、回転制御ができなくなるという問題があった。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、高速・低速モードを有する画像形成装置において、ＦＧ出力方式のモータを駆動源とする場合であっても、駆動源の噛合周波数に起因する騒音を低減でき、静音化に寄与できるとともにＦＧ出力方式の駆動源の利点を十分に活かせる画像形成装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、駆動源により回転駆動される像担持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を可視像化した後、該可視像を直接に又は間接的に記録媒体に転写する画像形成装置であって、高速モードと低速モードにて画像形成可能な画像形成装置において、前記駆動源は第１方向とこれとは逆の第２方向に回転可能であり、前記駆動源の回転軸に設けられた駆動ギヤと、駆動伝達方向における最上流に前記駆動ギヤと噛み合う第１揺動ギヤを備え、前記駆動源の第１方向の回転を前記像担持体に伝達する第１駆動ギヤ列と、駆動伝達方向における最上流に前記駆動ギヤと噛み合う第２揺動ギヤを備え、第１駆動ギヤ列よりも減速比が大きく、前記駆動源の第２方向の回転を前記像担持体に伝達する第２駆動ギヤ列と、を備え、第１揺動ギヤと第２揺動ギヤは、それぞれの回転軸を２つのフレームで支持され、前記各回転軸は、各フレームに軸方向で対向する位置に軸ごとに形成された一対の円弧状のガイド溝を移動可能に支持され、前記駆動源が第１方向に回転した場合には、第１駆動ギヤ列の第１揺動ギヤが下流側のギヤと噛み合って第１駆動ギヤ列は前記駆動ギヤからの駆動を伝達可能となり、且つ、第２駆動ギヤ列の第２揺動ギヤが駆動伝達時に噛み合う下流側のギヤから離間し、前記駆動源が第２方向に回転した場合には、第２駆動ギヤ列の第２揺動ギヤが下流側のギヤと噛み合って第２駆動ギヤ列は前記駆動ギヤからの駆動を伝達可能となり、且つ、第１駆動ギヤ列の第１揺動ギヤが伝達時に噛み合う下流側のギヤから離間し、前記駆動源の回転方向を切替えることにより高速モードと低速モードを切替えることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置において、第２駆動ギヤ列は第１駆動ギヤ列よりも伝達ギヤの数が１つ多いことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記駆動源が、周波数発電機を備え、回転速度を検知してフィードバックする回転制御機能を有するモータであることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記駆動源の回転数が、前記駆動ギヤの噛合音の周波数が１００Ｈｚ未満となる回転数に設定されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項４記載の画像形成装置において、高速モードと低速モードにおける前記駆動源の回転数は同じであることを特徴とする。

本発明によれば、ＦＧ出力方式のモータを駆動源とする場合であっても、駆動源の噛合周波数に起因する騒音を低減でき、静音化に寄与できるとともに安価な制御方式であるＦＧ出力方式の駆動源の利点を十分に活かすことができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の駆動機構の概要構成図で、駆動ギヤが第１方向（時計回り方向）に回転した状態を示す図である。揺動ギヤの揺動機構を示す図である。図１において、駆動ギヤが第２方向に回転した状態を示す図である。トルクと音、回転数と音との関係を示すグラフである。画像形成装置の概要構成図である。従来の駆動機構の概要構成図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図５に基づいて本実施形態に係る画像形成装置としてのレーザカラープリンタの概要構成を説明する。このレーザカラープリンタでは、支持ローラ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ間に張設された中間転写ベルト２１の展張面に沿って像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ（イエロー）、２０Ｍ（マゼンタ）、２０Ｃ（シアン）、２０Ｋ（ブラック）が並設されている。
感光体ドラム２０Ｙの周囲には、反時計回り方向に順に、図示しない帯電手段、露光手段としての共通の光走査装置１０５、現像手段１０６Ｙ、中間転写ベルト２１の内側に設けられる図示しない１次転写ローラ、図示しないクリーニング手段、図示しない除電手段等が配置されている。感光体ドラム２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋにおいても同様の構成を有している。

各色の画像情報に基づいて各々レーザビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４で各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ上に各色成分画像の静電潜像が形成され、各現像手段１０６Ｙ、１０６Ｍ、１０６Ｃ、１０６Ｋにより可視像化される。
各色のトナー像は中間転写ベルト２１上に順次重ね合わせて転写される。重ね合わせ画像は、給紙カセット１１１から所定のタイミングで給紙される転写紙（記録媒体）に２次転写ローラ１０２ｄにより一括転写される。カラー画像転写後、中間転写ベルト２１は図示しないクリーニング手段で清掃される。転写紙は定着装置１１４へ送られてここで熱と圧力によりカラー画像を定着される。
定着を終えた転写紙は、装置本体を略垂直に搬送されて装置上面の排紙トレイ１１０に排出される。

図１に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置の駆動機構について説明する。なお、図１では分かりやすいように、中間転写ベルト２１は２つのローラ間に支持された形状として示している。
駆動機構１は、黒色の感光体ドラムを駆動する駆動ギヤ３と、カラーの感光体ドラムを駆動する駆動ギヤ５を有しており、これらの駆動ギヤ３、５はそれぞれ駆動源としてのＦＧ出力方式のモータ６（図２参照）の回転軸６ａに固定されている。
駆動ギヤ３は減速ギヤ７に噛み合っており、減速ギヤ７は黒色の感光体ドラム２０Ｋと一体化されたドラムギヤ９と噛み合っている。減速ギヤ７は減速ギヤ１１に噛み合っており、減速ギヤ１１はアイドラギヤ１３を介して支持ローラと一体化されたベルトギヤ１５に接続されている。
駆動ギヤ３に対応した駆動源が第２方向（反時計回り方向）に回転すると、減速ギヤ７を介してドラムギヤ９が矢印方向（反時計回り方向）に回転し、同時にベルトギヤ１５も矢印方向（時計回り方向）に回転する。

カラーの感光体ドラムを駆動する駆動ギヤ５は、２つの揺動可能な揺動ギヤ１７、１９に噛み合っている。第１揺動ギヤ１７は減速ギヤ２１に接続可能に設けられており、第２揺動ギヤ１９は減速ギヤ２１に噛み合っている減速ギヤ２２に接続可能に設けられている。
減速ギヤ２１はマゼンタの感光体ドラム２０Ｍと一体化されたドラムギヤ２３と噛み合っている。
減速ギヤ２１の入力側には、アイドラギヤ２５、２７が噛み合っている。アイドラギヤ２５はさらに減速ギヤ２９を介してイエローの感光体ドラム２０Ｙと一体化されたドラムギヤ３１に接続されている。
アイドラギヤ２７はさらに減速ギヤ３３を介してシアンの感光体ドラム２０Ｃと一体化されたドラムギヤ３５に接続されている。
図１において、符号３６は支持ローラ１０２ａと一体化されたベルトギヤを示している。また、符号３８Ｙ、３８Ｍ、３８Ｃ、３８Ｋは現像手段へトナーを補給するトナー補給ユニットを示している。
減速ギヤ２２はマゼンタの感光体ドラム２０Ｍの中心線、換言すればドラムギヤ２３の中心線よりも上に配置されており、これにより、トナー補給ユニットの存在によって形成される感光体ドラム間の空間を有効利用して高速モード時と低速モード時の切り替えを行う構成を嵩張ることなく配置している。

図２は、モータ６と駆動ギヤ５及び揺動ギヤ１７、１９の組み付け構成を示している。駆動ギヤ３、５が固定された駆動源としてのＦＧ出力方式のモータ６は、周波数発電機を備え、回転速度を検知してフィードバックする機能を持っており、回転速度検知手段として、駆動源回転部と、駆動源固定部の間に配置された電磁パターンにより、駆動源が一定角回転した際に、パルス信号を発電させ、その発電時間間隔を速度として検出し、フィードバックする電磁パターン発電方式を用いている。
図２（ｂ）に示すように、モータ６は駆動源固定部としてのモータ回路基板３７と、フレーム３９に支持されており、モータ回路基板３７には上記電磁パターンの一方をなすＦＧパターンが形成されている。
揺動ギヤ１７、１９はフレーム３９とフレーム４１間に支持されており、これらのフレームに形成されたガイド溝４３、４５を移動可能に設けられている。揺動ギヤ１７、１９は、スラストバネ４７、４９によってスラスト方向に与圧のかけられた軸と一体化されている。ガイド溝４３、４５は実際には滑らかな円弧形状を有し、それぞれの両端は揺動ギヤ１７、１９の軸の周面に沿った形状を有している。
モータ６が回転すると、その回転押圧力によって揺動ギヤ１７、１９はそれぞれ、回転押圧力がかかる方向にガイド溝４３、４５を移動（変位）し、ガイド溝４３、４５の端部に軸が当接して摺動しながら回転する。
図２（ａ）は、モータ６が第２方向（反時計回り方向）に回転した場合の揺動状態を示している。

モータ６が高速モード時の回転方向である第１方向（時計回り方向）に回転すると、図１に示すように、揺動ギヤ１７が減速ギヤ２１に噛み合い、カラーの感光体ドラム２０Ｍ、２０Ｙ、２０Ｃが高速回転数で回転する。
この場合、揺動ギヤ１７、減速ギヤ２１及びドラムギヤ２３は第１駆動ギヤ列を構成し、揺動ギヤ１７はその最上流ギヤとしてなる。
一方、揺動ギヤ１９、減速ギヤ２２、減速ギヤ２１及びドラムギヤ２３は第２駆動ギヤ列を構成し、揺動ギヤ１９はその最上流ギヤとしてなる。
モータ６が第１方向に回転した場合、揺動ギヤ１９は減速ギヤ２２から離間するので、第２駆動ギヤ列はその駆動伝達を絶たれる。
モータ６が低速モードの回転方向である第２方向（反時計回り方向）に回転すると、図３に示すように、揺動ギヤ１９が減速ギヤ２２に噛み合い、カラーの感光体ドラム２０Ｍ、２０Ｙ、２０Ｃが低速回転数で回転する。
低速モード時には、揺動ギヤ１７は減速ギヤ２１から離間するので、第１駆動ギヤ列はその駆動伝達を絶たれる。
上記駆動ギヤ５、第１駆動ギヤ列及び第２駆動ギヤ列からなる構成を以下「減速切替ユニット」という。
表１は、本実施形態に係る駆動機構の仕様を示している。

本実施形態では、高速モード時のモータ６の回転数を、表２に示すように、ＦＧ出力方式のモータとして制御可能な低速で、且つ、噛合周波数が人間の聴感で聞き取り難い低周波音である１００Ｈｚ以下の条件を満たす７００ｒｐｍに設定している。このときの噛合周波数は９３．３Ｈｚであり、静音化を実現している。
低速モード時の回転数は、上述のようにモータ６の回転数を直接下げられないため、本実施形態では、モータ６を第２方向に回転させ、揺動ギヤ１９及び増速ギヤとしての減速ギヤ２２を介してから減速ギヤ２１に連結させることにより、第１方向に回転させた時に比べて減速比を大きく取る構成により回転数を下げている。
すなわち、モータ６の回転数そのものは高速モード時と低速モード時で一定（７００ｒｐｍ）とし、駆動ギヤ列の減速比の違いによって高速モードと低速モードの実質的な回転数の違いを確保している。
これにより、モータ６の回転速度を変更しなくても、複数の速度モードを成立させることができ、モータ６の回転速度を常に静音化に寄与する低速に設定でき、いずれの像担持体速度モード時においても駆動ギヤ５の噛合周波数を低周波音である１００Ｈｚ以下とすることが可能となる。

表２では、黒の感光体ドラム２０Ｋについては、駆動ギヤ３に対する上記減速切替ユニットを適用しない状態の数値を示しているが、実際には、駆動ギヤ３に対しても駆動ギヤ５と同様の減速切替ユニットを適用し、静音化を図るものである。
図４は、トルクと音、回転数と音との関係を示している。回転数における最初の７００は、高速モード時の回転数であり、次の７００は低速モード時の回転数を示している。高速モード時には、減速比の関係でトルクは大きくなる。
表３にその数値を示す。

図６は、上記減速切替ユニットを適用しない従来の駆動機構の構成を示している。
図６に示すように、駆動ギヤ５は減速ギヤ２１に噛み合っており、駆動源からの駆動力を伝達する駆動ギヤ列は、駆動ギヤ５、減速ギヤ２１及びドラムギヤ２３からなる構成に固定され、モータ６の回転方向は第２方向（反時計回り方向）のみとなる。
例えば、低速モード時にはモータ６の回転数は７００ｒｐｍに設定され、高速モード時にはモータ６の回転速度を大きくして２倍の１４００ｒｐｍに設定される。
この場合、高速モード時には、表４に示すように、駆動ギヤ５の噛合周波数は１８６．７Ｈｚとなり、低周波音である１００Ｈｚを大きく上回って騒音レベルが大きくなる。この騒音を低減すべく、高速モード時の回転速度を下げると、駆動ギヤ列すなわち減速比が一定であるために、低減量が平行シフトして低速モード時の回転速度が大きく低下し、ＦＧ出力方式のモータ６の制御ができなくなる。

３、５駆動ギヤ
６駆動源としてのＦＧ出力特性を有するモータ
１７第１揺動ギヤ
１９第２揺動ギヤ
２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ像担持体としての感光体ドラム

特開２００２−０８９６３８号公報特開２００７−２１２８０６号公報特開平０９−４６９９５号公報

Claims

駆動源により回転駆動される像担持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を可視像化した後、該可視像を直接に又は間接的に記録媒体に転写する画像形成装置であって、高速モードと低速モードにて画像形成可能な画像形成装置において、
前記駆動源は第１方向とこれとは逆の第２方向に回転可能であり、
前記駆動源の回転軸に設けられた駆動ギヤと、
駆動伝達方向における最上流に前記駆動ギヤと噛み合う第１揺動ギヤを備え、前記駆動源の第１方向の回転を前記像担持体に伝達する第１駆動ギヤ列と、
駆動伝達方向における最上流に前記駆動ギヤと噛み合う第２揺動ギヤを備え、第１駆動ギヤ列よりも減速比が大きく、前記駆動源の第２方向の回転を前記像担持体に伝達する第２駆動ギヤ列と、
を備え、
第１揺動ギヤと第２揺動ギヤは、それぞれの回転軸を２つのフレームで支持され、
前記各回転軸は、各フレームに軸方向で対向する位置に軸ごとに形成された一対の円弧状のガイド溝を移動可能に支持され、
前記駆動源が第１方向に回転した場合には、第１駆動ギヤ列の第１揺動ギヤが下流側のギヤと噛み合って第１駆動ギヤ列は前記駆動ギヤからの駆動を伝達可能となり、且つ、第２駆動ギヤ列の第２揺動ギヤが駆動伝達時に噛み合う下流側のギヤから離間し、
前記駆動源が第２方向に回転した場合には、第２駆動ギヤ列の第２揺動ギヤが下流側のギヤと噛み合って第２駆動ギヤ列は前記駆動ギヤからの駆動を伝達可能となり、且つ、第１駆動ギヤ列の第１揺動ギヤが伝達時に噛み合う下流側のギヤから離間し、
前記駆動源の回転方向を切替えることにより高速モードと低速モードを切替えることを特徴とする画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置において、
第２駆動ギヤ列は第１駆動ギヤ列よりも伝達ギヤの数が１つ多いことを特徴とする画像形成装置。
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
前記駆動源が、周波数発電機を備え、回転速度を検知してフィードバックする回転制御機能を有するモータであることを特徴とする画像形成装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
前記駆動源の回転数が、前記駆動ギヤの噛合音の周波数が１００Ｈｚ未満となる回転数に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
請求項４記載の画像形成装置において、
高速モードと低速モードにおける前記駆動源の回転数は同じであることを特徴とする画像形成装置。