(57)【要約】【課題】画像形成装置などの装置本体から挿脱可能なプロセスユニットにおいて、感光体ドラムの回転精度を向上させるとともに、構成を簡素化し、装置コストを抑える。【解決手段】挿脱可能なプロセスユニットに感光体ドラム３および感光体ドラム３のギア３ａを備えるとともに、この感光体ドラム３のギア３ａとモータ出力軸８ａのギア８ｂとの間に、感光体ドラム３のギア３ａに噛み合う出力側ギア部９ｂとモータ出力軸８ａのギア８ｂに噛み合う入力側ギア部９ａとを一体に設けた単一の減速ギア９を配置し、この減速ギア９のみを介してモータ出力軸８ａの回転を感光体ドラム３へ伝達する。【選択図】図３
2006323422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿脱可能なプロセスユニットに感光体ドラムおよび感光体ドラムのギアを備えるとともに、
この感光体ドラムのギアとモータ出力軸のギアとの間に、前記感光体ドラムのギアに噛み合う出力側ギア部とモータ出力軸のギアに噛み合う入力側ギア部とを一体に設けた単一の減速ギアを配置し、
この減速ギアのみを介して前記モータ出力軸の回転を前記感光体ドラムへ伝達することを特徴とする、感光体ドラム駆動装置。
【請求項２】
感光体ドラムのギアとモータ出力軸のギアとの間に、前記感光体ドラムのギアに噛み合う出力側ギア部と前記モータ出力軸のギアに噛み合う入力側ギア部とを一体に設けた単一の減速ギアを配置し、
前記モータ出力軸のギアと前記減速ギアとの全噛み合い率を４以上とし、
前記減速ギアのみを介して前記モータ出力軸の回転を前記感光体ドラムへ伝達することを特徴とする、感光体ドラム駆動装置。
【請求項３】
感光体ドラムのギアとモータ出力軸のギアとの間に、前記感光体ドラムのギアに噛み合う出力側ギア部と前記モータ出力軸のギアに噛み合う入力側ギア部とを一体に設けた単一の減速ギアを配置し、
前記感光体ドラムのギアと前記減速ギアとの全噛み合い率を３以上とし、
前記減速ギアのみを介して前記モータ出力軸の回転を前記感光体ドラムへ伝達することを特徴とする、感光体ドラム駆動装置。
【請求項４】
感光体ドラムのギアの中心を、モータの出力軸のギアの中心と減速ギアの中心とを結ぶ線を基準として、この基準よりも減速ギアの回転方向に１２０°＋α１＋α２（ただし、α１は減速ギアの入力側ギア部の圧力角、α２は減速ギアの出力側ギア部の圧力角）で規定されている角度と、この基準よりも減速ギアの回転方向とは逆方向に１２０°−α１−α２で規定されている角度との双方の範囲内に収まるように配置することを特徴とする、請求項１、２または３に記載の感光体ドラム駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータの出力軸の回転をギアによる減速伝達機構にて減速して感光体ドラムに伝達する感光体ドラム駆動装置に関し、複写機やプリンタやファクシミリやそれらの複合機などの画像形成装置等に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の印字画像の画質の中で画像劣化の要因としては、感光体ドラムの回転ムラによる印字画像のズレが大きな要因である。その原因には、モータの回転ムラ、モータから感光体ドラムへの駆動ギア列の噛み合いや回転ムラ、モータから他ユニットへの駆動ギア列の噛み合いや回転ムラによるものがある。
【０００３】
特に、前記他ユニットへの駆動ギア列の噛み合いや回転ムラについては、感光体ドラムが感光体ドラムのギアと同一のプロセスユニット内に装備され、前記プロセスユニットが装置本体から自由に挿脱が可能となる構成のものにおいて、顕著に現れる。即ち、感光体を備えたプロセスユニットは、このユニットフレームの被支持部が装置本体の支持部に支持されることによって位置決めされるので、感光体ドラムのギアと装置本体の駆動ギア列との正確なギアピッチが確保しずらいことに起因するものである。
【０００４】
そこで、特許文献１には、モータの出力軸と感光体ドラムとの間の回転精度の向上を意図し、装置本体側のモータ出力軸のギアに噛み合う減速ギアと、感光体ドラムの端面とに、ねじれ突起とねじれ穴をそれぞれ有するカップリングを設け、両方のカップリングを移動手段により感光体ドラムの長手方向に相対移動させて、両者のねじれ突起とねじれ穴とを嵌合させることにより、ねじれ突起がねじれ穴へ引き込まれる状態で、モータ出力軸の回転が感光体ドラムに減速して伝達されるようにした感光体ドラム駆動装置が開示されている。
【０００５】
図１０はその中の一例で、５１は感光体ドラム、５２は感光体ドラム５１の端面に設けられた感光体ドラム側カップリング、５２ａは該カップリング５２に形成されたねじれ穴、５４はモータ５５の出力軸のギア、５６は該ギア５４と噛み合う減速ギア、５７は該減速ギア５６に突設された装置本体側カップリング、５７ａはカップリング５７の先端に突出形成されたねじれ突起である。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３２８４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような構造では、感光体ドラム側カップリング５２と装置本体側カップリング５７とに、ねじれ穴５２ａとねじれ突起５７ａをそれぞれ形成しなければならず、また両側のカップリングを感光体ドラム５１の長手方向に相対移動させて接離を行う移動手段が必要であり、構成が複雑となり、またコストアップになってしまう。
【０００８】
そこで、この発明の第１の目的は、画像形成装置などの装置本体から挿脱可能なプロセスユニットにおいて、感光体ドラムの回転精度を向上させるとともに、構成を簡素化し、装置コストを抑えることにある。
【０００９】
従来の一般の感光体ドラム駆動装置における別の問題として、特に、モータ初段の噛み合いは２００Ｈｚ近辺の周波数成分のもので、駆動系騒音の主要因となることが多い。また、レーザ書き込み系ユニットを振動させ、画像劣化を引き起こす原因にもなりやすい。
【００１０】
そこで、この発明の第２の目的は、モータ出力軸のギアと減速ギアとの噛み合いに起因する駆動ムラを低減し、感光体ドラムの回転精度を向上させるとともに、騒音発生を低減してレーザ書き込み系ユニットの振動を抑えることにある。
【００１１】
また、プロセスユニットの感光体ドラムのギアと装置本体からのギアの連結部は、ギアの中心間距離を出しにくく、減速ギアの噛み合いや回転ムラが、画像劣化を引き起こす原因にもなりやすい。
【００１２】
そこで、この発明の第３の目的は、感光体ドラムのギアと減速ギアとの噛み合いに起因する駆動ムラを低減し、感光体ドラムの回転精度を向上させることにある。
【００１３】
また、感光体ドラムを装置本体側と連結する減速ギアは、プロセスユニットと装置本体との間を連結することになるため、軸方向に長くなりやすく、その両端近くに力が作用する。また、軸の両端支持部の剛性確保に工夫を要する。
【００１４】
そこで、この発明の第４の目的は、減速ギアに作用する力で軸に関わる力を抑え、軸の負荷トルクの摩擦損失を低減させ、ギアおよび軸の耐久性を向上させるとともに、軸の両端支持部に作用する力も軽減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１の発明は、上記第１の目的を達成するために、挿脱可能なプロセスユニットに感光体ドラムおよび感光体ドラムのギアを備えるとともに、
この感光体ドラムのギアとモータ出力軸のギアとの間に、前記感光体ドラムのギアに噛み合う出力側ギア部とモータ出力軸のギアに噛み合う入力側ギア部とを一体に設けた単一の減速ギアを配置し、
この減速ギアのみを介して前記モータ出力軸の回転を前記感光体ドラムへ伝達することを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、第２の目的を達成するために、感光体ドラムのギアとモータ出力軸のギアとの間に、前記感光体ドラムのギアに噛み合う出力側ギア部と前記モータ出力軸のギアに噛み合う入力側ギア部とを一体に設けた単一の減速ギアを配置し、
前記モータ出力軸のギアと前記減速ギアとの全噛み合い率を４以上とし、
前記減速ギアのみを介して前記モータ出力軸の回転を前記感光体ドラムへ伝達することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、第３の目的を達成するために、感光体ドラムのギアとモータ出力軸のギアとの間に、前記感光体ドラムのギアに噛み合う出力側ギア部と前記モータ出力軸のギアに噛み合う入力側ギア部とを一体に設けた単一の減速ギアを配置し、
前記感光体ドラムのギアと前記減速ギアとの全噛み合い率を３以上とし、
前記減速ギアのみを介して前記モータ出力軸の回転を前記感光体ドラムへ伝達することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、第４の目的を達成するために、請求項１、２または３に記載の発明において、
感光体ドラムのギアの中心を、モータの出力軸のギアの中心と減速ギアの中心とを結ぶ線を基準として、この基準よりも減速ギアの回転方向に１２０°＋α１＋α２（ただし、α１は減速ギアの入力側ギア部の圧力角、α２は減速ギアの出力側ギア部の圧力角）で規定されている角度と、この基準よりも減速ギアの回転方向とは逆方向に１２０°−α１−α２で規定されている角度との双方の範囲内に収まるように配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、単一の減速ギアのみを介してモータ出力軸の回転を感光体ドラムへ伝達するので、モータ出力軸から感光体ドラムへの回転伝達系を単独で最短化させ、他ユニットへの駆動ギア列の噛み合いや回転ムラの感光体ドラムへの伝播を低減し、感光体ドラムの回転精度を向上させるとともに、構成を簡素化し、装置コストを抑えることができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、モータ出力軸のギアと減速ギアとの全噛み合い率を４以上としたので、モータ出力軸のギアと減速ギアとの噛み合いに起因する駆動ムラを低減し、感光体ドラムの回転精度を向上させるとともに、騒音発生を低減してプロセスユニットの振動を抑えることができる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、感光体ドラムのギアと減速ギアとの全噛み合い率を３以上としたので、感光体ドラムのギアと減速ギアとの噛み合いに起因する駆動ムラを低減し、感光体ドラムの回転精度を向上させることができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、減速ギアの入力側ギア部と出力側ギア部とのそれぞれ作用する力が互いに逆向きで相殺することができるから、減速ギアに作用する力で軸に関わる力を抑え、軸の負荷トルクの摩擦損失を低減させ、ギアおよび軸の耐久性を向上させるとともに、軸の両端支持部に作用する力も軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、この発明の実施の最良形態を図面にしたがって詳細に説明する。
図１に、この発明による感光体ドラム駆動装置を適用する画像形成装置の概要構成の一例を示す。装置本体１内に、プロセスユニット２が着脱自在にセットされ、このプロセスユニット２の内部には、感光体ドラム３が設置されている。
【００２４】
このプロセスユニット２は、装置本体１に対してこのプロセスユニット２のユニットフレームに備え付けられた支持ピンと、装置本体１に設けられた受け穴との嵌合および装置本体１に設けてこのプロセスユニットの挿脱をガイドするガイドレールによって支持されている。
【００２５】
また、装置本体１内には、レーザ書き込み系ユニット４や、転写紙を給紙搬送する給紙ユニット５や、感光体ドラム３上のトナー像を転写紙に転写させる転写ローラ６や、トナーを転写紙に定着させる定着ユニット７等が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、感光体ドラム３の一端にはギア３ａが設けられている。図３に、該ギア３ａを含んで構成される、この発明の感光体ドラム駆動装置の一例を示す。
【００２７】
図３において、装置本体１のフレーム１０に取り付けられたモータ８の出力軸８ａ自体にギア８ｂが形成されている。フレーム１０には、単一の減速ギア９が回転自在に軸支されている。この減速ギア９は、大径の入力側ギア部９ａと小径の出力側ギア部９ｂとを同軸として一体的に設けたもので、入力側ギア部９ａは、モータ８の出力軸８ａのギア８ｂと噛み合い、出力側ギア部９ｂは、感光体ドラム３のギア３ａと噛み合っている。
【００２８】
モータ８の出力軸８ａのギア８ｂと減速ギア９の入力側ギア部９ａとは、図４に示すようにハズバギアで構成され、これらの歯数、圧力角、転位係数により決まる正面噛み合い率と、歯幅、モジュール、ねじれ角により決まる重なり噛み合い率との合計である、全噛み合い率を４以上としている。
【００２９】
つぎに、この発明者が、モータ８の出力軸８ａのギア８ｂと減速ギア９の入力側ギア部９ａについて考察を行い、画像形成装置を稼動したときの騒音レベルを調査した結果を図５に示す。なお、この図５に示すグラフにおいて、横軸には音の周波数、縦軸には音のレベルを示す。
【００３０】
この結果から、２４４Ｈｚの振動数の音のレベルが、他の周波数のレベルに比較して突出していることが確認された。そこで、この発明者は、この音源を調査すべく、画像形成装置の駆動系（例えば定着駆動系、給紙駆動系など）を一つずつ取り除きながら、そのときの騒音レベルを調べてみたところ、主に、感光体ドラム３の初段、つまり、モータ８の出力軸８ａから減速ギア９までのところで、その騒音が発生していることを突き止めた。すなわち、図５中の２４４Ｈｚのピークが、モータ８の出力軸８ａのギア８ｂと減速ギア９の入力側ギア部９ａとの噛み合い振動による騒音の周波数であることが判明したのである。
【００３１】
そこで、このギアに対して、ハスバギアを採用し、全噛み合い率（歯数、圧力角、転移係数により決まる正面噛み合い率と歯幅、モジュール、ねじれ角により決まる重なり噛み合い率の和）を計測したところ、「４」の値を探ることで、６０ｄＢとなり、前後の振動数のレベルと遜色ないことが確認された。なお、噛み合い率をさらに上げることにより、この振動数のレベルが徐々に低下することになるが、全噛み合い率が「６」の値を超えるあたりからはほぼ一定のレベルを維持し、これ以上の噛み合い率を有するギアは成形が困難になる。
【００３２】
このように、モータ８の出力軸８ａのギア８ｂと、減速ギア９の入力側ギア部９ａの全噛み合い率を「４」以上とすることにより、そのピーク周波数２４４Ｈｚを低減させることができる。その結果、装置全体の騒音を低減させることができるようになり、同時に、減速ギア９の回転も安定することにより、感光体ドラム３の回転むらも低減させることができる。
【００３３】
また、この発明者により、感光体の回転むらについては、感光体ドラム３が一定速度で回転していないことにより発生するとの知見が得られていたが、感光体ドラム３の回転むらをさらに低減させるために、周波数解析を行った。このときの結果を図７に示す。なお、この図７において、横軸には回転速度むらの周波数成分、縦軸には感光体ドラム３の変位を示す。
【００３４】
この結果から、周波数が３０．３Ｈｚのところで感光体ドラム３の変位が著しく上昇することが確認された。そこで、この発明者は、感光体ドラム３の駆動系に着目し、噛み合い周波数（歯数×回転速度／６０）が３０．３Ｈｚ近辺になるギアを調べたところ、感光体ドラム３連結部の噛み合い周波数がほぼ一致していることが発見された。ここで、この感光体ドラム３連結部の全噛み合い率を上げてみたところ、「３」の値から、変位量が約５０％低減され、周辺の回転周波数の変位と遜色ない程度に低減させることができた。
【００３５】
これにより、図７中の３０．３Ｈｚのピークが、感光体ドラム３のギア３ａと減速ギア９の出力側ギア部９ｂとの噛み合いによる感光体ドラム３の回転ムラの周波数であることが判明したが、全噛み合い率を「３」以上とすることでそのピークを低減できることが判った。
【００３６】
この全噛み合い率も「５」に至るまでは徐々に感光体ドラムの変位量が低減されるが、「６」の値を超えるあたりからほぼ一定の変位量を示すようになり、同時にギアの成形も著しく困難になる。
【００３７】
また、この実施例では、感光体ドラム３のギア３ａと減速ギア９の出力側ギア部９ｂも、図６に示すようにハズバギアで構成され、これらの歯数、圧力角、転位係数により決まる正面噛み合い率と、歯幅、モジュール、ねじれ角により決まる重なり噛み合い率との合計である、全噛み合い率を「３」以上としている。
【００３８】
さらに、図８において、感光体ドラム３のギア３ａの中心３ｂの配置位置として、モータ８の出力軸８ａのギア８ｂの中心８ｃと減速ギア９の中心９ｃとを結ぶ線（８ｃ−９ｃ）を基準として、この基準よりも減速ギア９の回転方向に１２０°＋α１＋α２で規定されている角度と、この基準よりも減速ギア９の回転方向とは逆方向に１２０°−α１−α２で規定されている角度との双方の範囲内に収まるように配置することにより、減速ギア９に作用する２つの力Ｆ１とＦ２とが相殺される。なお、ここで、α１は入力側ギア部９ａの圧力角、α２は出力側ギア部９ｂの圧力角，Ｆ１はモータ８の出力軸８ａのギア８ｂが減速ギア９に作用する力、Ｆ２は感光体ドラム３のギア３ａが減速ギア９に作用する力である。
【００３９】
特に、図９に示すように、感光体ドラム３のギア３ａの中心３ｂと減速ギア９の中心９ｃとを結ぶ線（３ｂ−９ｃ）と、モータ８の出力軸８ａのギア８ｂの中心８ｃと減速ギア９の中心９ｃとを結ぶ線（８ｃ−９ｃ）とのなす角度θが、減速ギア９に入力側から作用する力（Ｆ２）の方向に（２・α）度の位置関係にあると、減速ギア９に作用する２つの力Ｆ１とＦ２とは完全に相殺される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】画像形成装置の一例の概要構成図である。
【図２】その画像形成装置で用いる感光体ドラムの斜視図である。
【図３】その画像形成装置に備えるこの発明による感光体ドラム駆動装置の斜視図である。
【図４】図３のモータ出力軸のギアと減速ギアの入力側ギア部とがハズバギアで構成されていることを示す側面図である。
【図５】モータ出力軸のギアと減速ギアの入力側ギア部との噛み合い振動による騒音周波数を示すグラフである。
【図６】図３の感光体ドラムのギアと減速ギアの出力側ギア部とがハズバギアで構成されていることを示す側面図である。
【図７】感光体ドラムのギアと減速ギアの出力側ギア部との噛み合いによる感光体ドラムの回転ムラの周波数を示すグラフである。
【図８】感光体ドラムのギアの中心と減速ギアの中心とモータの出力軸のギアの中心との相対位置関係を示す図である。
【図９】図８とは異なる相対位置関係を示す図である。
【図１０】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    装置本体
２    プロセスユニット
３    感光体ドラム
３ａ  感光体ドラムのギア
４    レーザ書き込み系ユニット
５    給紙ユニット
６    転写ローラ
７    定着ユニット
８    モータ
８ａ  出力軸
８ｂ  出力軸のギア
９    減速ギア
９ａ  入力側ギア部
９ｂ  出力側ギア部
１０    装置本体のフレーム
【図１】
2006323422.tif 000003
【図２】
2006323422.tif 000004
【図３】
2006323422.tif 000005
【図４】
2006323422.tif 000006
【図５】
2006323422.tif 000007
【図６】
2006323422.tif 000008
【図７】
2006323422.tif 000009
【図８】
2006323422.tif 000010
【図９】
2006323422.tif 000011
【図１０】
2006323422.tif 000012