(57)【要約】【課題】  回転ムラが少なく、かつ、低コストの動力伝達装置、および回転ムラに起因する出力画像の濃度ムラ少なく、かつ、低コストの画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】  駆動源で発生した動力を所定の回転体に伝達する、互いに噛み合う２つのギアからなる動力伝達装置において、上記２つのギアのうちの一方のギアの回転軸が回転不能な状態で、ピッチ円半径がｒ（ｍ）である他方のギアの回転軸にトルクＴ（Ｎ／ｍ）を作用させた時の、他方のギアの回転軸の角度変化量をα（ラジアン）、これら２つのギアの噛み合い剛性Ｋ（Ｎ／ｍ）を、  Ｋ＝（Ｔ／ｒ）／（ｒ×α）  …  （１）なる式で表した時に、これら２つのギアの噛み合い剛性Ｋを０．７Ｎ／ｍ以上とした。【選択図】        図３
2005180481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源で発生した動力を所定の回転体に伝達する、互いに噛み合う２つのギアからなる動力伝達装置において、
前記２つのギアのうちの一方のギアの回転軸が回転不能な状態で、ピッチ円半径がｒ（ｍ）である他方のギアの回転軸にトルクＴ（Ｎ／ｍ）を作用させた時の、該他方のギアの回転軸の角度変化量をα（ラジアン）、該２つのギアの噛み合い剛性Ｋ（Ｎ／ｍ）を、
Ｋ＝（Ｔ／ｒ）／（ｒ×α）  …  （１）
なる式で表した時に、該２つのギアの噛み合い剛性Ｋが０．７Ｎ／ｍ以上であることを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記２つのギアのうちの少なくとも１つのギアがプラスチックギアであることを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項３】
トナー像を担持して所定方向に回転自在な像担持体と、動力を発生する駆動源と、該駆動源で発生した動力を前記像担持体に伝達する動力伝達装置とを備え、該像担持体が担持するトナー像を所定の用紙に転写して定着することにより該用紙上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
前記動力伝達装置が、互いに噛み合う２つのギアからなるものであって、
前記２つのギアのうちの一方のギアの回転軸が回転不能な状態で、ピッチ円半径がｒ（ｍ）である他方のギアの回転軸にトルクＴ（Ｎ／ｍ）を作用させた時の、該他方のギアの回転軸の角度変化量をα（ラジアン）、該２つのギアの噛み合い剛性Ｋ（Ｎ／ｍ）を、
Ｋ＝（Ｔ／ｒ）／（ｒ×α）  …  （１）
なる式で表した時に、該２つのギアの噛み合い剛性Ｋが０．７Ｎ／ｍ以上であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる動力伝達装置およびその動力伝達装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置において、感光体ドラムや中間転写体ドラムなどを駆動する駆動装置にはギア機構が広く用いられているが、これらのギア機構は、その不良が直ちに画像欠陥に繋がるという性質上、高噛み合い率、高伝達性、回転ムラの抑制などの高度な要求を満たすことが求められている。特に、感光体ドラムの回転ムラと出力画像の濃度ムラとの間には強い相関があるので、出力画像の濃度ムラを認知不可能なレベルとするためには、感光体ドラムや中間転写体ドラムなど駆動ギアによる回転ムラを極力減少させる必要がある。
【０００３】
図１２は、感光体ドラムの回転ムラと出力画像の濃度ムラとの関係を示すグラフである。
【０００４】
図１２には、縦軸に回転ムラの指標となる速度変動率ΔＶ０−ｐ（％）をとり、横軸に、回転速度を周波数分析して得られた空間周波数（Ｃｙｃｌｅ／ｍｍ）をとった場合の出力画像の濃度ムラが認知可能な領域と認知不可能な領域とが示されている。
【０００５】
図１２に示すように、速度変動率を約０．３％以下に抑えれば、出力画像の濃度ムラは認知不可能なレベルとすることができる。
【０００６】
この感光体ドラムの回転ムラの主な原因は、駆動ギアの噛み合いによる回転ムラに起因するものであることが知られている。
【０００７】
そこで、従来、画像形成装置の感光体ドラムや中間転写体ドラムなどの駆動ギアとして、高噛み合い率、高伝達性の実現、また、良好な低回転ムラ性能を達成するために、はす歯ギアを用いた動力伝達装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００８】
一般に、はす歯ギアを用いた動力伝達装置は、平歯ギアを用いた動力伝達装置と比較して噛み合い率を大きく取ることが容易であり、駆動ギアと被駆動ギアとの噛み合いがゆっくりと行われるので、駆動ギアから被駆動ギアに伝達される噛み合い振動をかなり低減させ得ることが知られている。
【０００９】
しかし、近年の画像形成装置の高画質化、高解像度化に伴い、はす歯ギアを用いただけでは回転ムラを十分に抑制することができず、画像の濃度ムラの発生を避けることが難しくなっている。
【００１０】
そこで、感光体ドラムの回転軸にフライホイールを取り付けることによりギアの噛み合い振動を低減する方法（例えば、特許文献３参照）、ギアなどの減速機構を設けずに、モータの回転軸と感光体ドラムの回転軸を共通に構成したダイレクトドライブ方式の動力伝達装置（例えば、特許文献４参照）、トラクションドライブ減速機構を用いて動力を伝達する動力伝達装置（例えば、特許文献５参照）などが開示されている。
【特許文献１】特開平９−８０８４０号公報（第２−３頁、図１１）
【特許文献２】特開平５−７２８６２号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献３】特許第３４０３５６５号明細書（第１−３頁、図２）
【特許文献４】特許第２９１０４０４号明細書（第１−３頁、図７）
【特許文献５】特開平９−２３０６６２号公報（第４−５頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、これら従来の動力伝達方式では、例えば、フライホイールを用いる方式の場合は、ギアの振動を十分減衰させるために巨大なフライホイールが必要であり、コスト、スペース、重量など解決すべき新たな課題が発生する。また、ダイレクトドライブ方式やトラクションドライブ減速機構を用いる方式の場合もコストアップが大きな問題となる。特に、近年、画像形成装置の小型化、低価格化が進むにつれて、上記のような従来の方式を採用することは難しくなりつつある。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、回転ムラが少なく、かつ、低コストの動力伝達装置、および回転ムラに起因する出力画像の濃度ムラ少なく、かつ、低コストの画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明の動力伝達装置は、
駆動源で発生した動力を所定の回転体に伝達する、互いに噛み合う２つのギアからなる動力伝達装置において、
上記２つのギアのうちの一方のギアの回転軸が回転不能な状態で、ピッチ円半径がｒ（ｍ）である他方のギアの回転軸にトルクＴ（Ｎ／ｍ）を作用させた時の、他方のギアの回転軸の角度変化量をα（ラジアン）、２つのギアの噛み合い剛性Ｋ（Ｎ／ｍ）を、
Ｋ＝（Ｔ／ｒ）／（ｒ×α）  …  （１）
なる式で表した時に、２つのギアの噛み合い剛性Ｋが０．７Ｎ／ｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
ここで、上記２つのギアのうちの少なくとも１つのギアはプラスチックギアであってもよい。
【００１５】
また、上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、
トナー像を担持して所定方向に回転自在な像担持体と、動力を発生する駆動源と、該駆動源で発生した動力を上記像担持体に伝達する動力伝達装置とを備え、像担持体が担持するトナー像を所定の用紙に転写して定着することにより用紙上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
上記動力伝達装置が、互いに噛み合う２つのギアからなるものであって、
上記２つのギアのうちの一方のギアの回転軸が回転不能な状態で、ピッチ円半径がｒ（ｍ）である他方のギアの回転軸にトルクＴ（Ｎ／ｍ）を作用させた時の、他方のギアの回転軸の角度変化量をα（ラジアン）、２つのギアの噛み合い剛性Ｋ（Ｎ／ｍ）を、
Ｋ＝（Ｔ／ｒ）／（ｒ×α）  …  （１）
なる式で表した時に、２つのギアの噛み合い剛性Ｋが０．７Ｎ／ｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の動力伝達装置によれば、上記式（１）で表される噛み合い剛性Ｋが０．７Ｎ／ｍ以上であるギア対の噛み合い構造を有する動力伝達装置とすることにより、例えば、画像形成装置における感光体ドラムや中間転写体ドラムなどの回転ムラを低下させて出力画像の濃度ムラを低減することができる。
【００１７】
また、本発明の動力伝達装置を画像形成装置以外の装置に使用しても、駆動精度の向上、騒音および振動の抑制などの点で有効である。
【００１８】
さらに、互いに噛み合う２つのギアのうちの少なくとも１つのギアをプラスチックギアとした場合は、より軽量化、かつより低コスト化された動力伝達装置を実現することができる。
【００１９】
また、本発明の画像形成装置によれば、上記式（１）で表される噛み合い剛性Ｋが０．７Ｎ／ｍ以上であるギア対の噛み合い構造を有する動力伝達装置を備えることにより、例えば、画像形成装置における感光体ドラムや中間転写体ドラムなどの回転ムラを低下させることができるので、濃度ムラが抑制された高画質の出力画像を形成することができる。
【００２０】
また、カラー画像形成装置の場合には、ギア変形による色ずれの発生が抑制されるので、高画質のカラー画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の動力伝達装置を適用した画像形成装置の一実施形態を示す断面概略図である。
【００２３】
図１を参照して、このカラー複写機８０の構成を、画像入力系、画像形成系、シート搬送系に分けてそれぞれ説明する。
【００２４】
画像入力系には、原稿が載置される原稿載置台７０、原稿載置台７０上の原稿を読み取る原稿読取装置７１、原稿読取装置７１にて読み取られた画像情報を処理する画像処理装置７２などが備えられている。
【００２５】
画像形成系には、Ｋ（ブラック）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色に対応する画像形成ステーション１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ（図中破線で囲まれた部分）、これら各画像形成ステーション１０に備えられた感光体ドラム１１Ｋ，１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃの各表面を、画像処理装置７２からの画像データＩＫ，ＩＭ，ＩＹ，ＩＣに基づいて露光する露光装置１３Ｋ，１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ、上記各画像形成ステーション１０で形成されたトナー像が順次転写される２つの第１中間転写ドラム３１ａ，３１ｂ、及び、１つの第２中間転写ドラム３２が備えられている。
【００２６】
各画像形成ステーション１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃには、感光体ドラム１１Ｋ，１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ、これら各感光体ドラムを帯電する帯電装置１２Ｋ，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ、帯電された各感光体ドラム上に露光装置１３Ｋ，１３Ｙ，１３Ｙ，１３Ｃにより書き込まれた静電潜像を各色トナーで現像してトナー像を形成する現像装置１４Ｋ，１４Ｙ，１４Ｙ，１４Ｃなどの電子写真用デバイスが備えられている。
【００２７】
なお、各感光体ドラム１１Ｋ，１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃと第１中間転写ドラム３１ａ，３１ｂとが対向する部分には一次転写部（図示せず）が、また、第１中間転写ドラム３１ａ，３１ｂと第２中間転写ドラム３２とが対向する部分には二次転写部（図示せず）がそれぞれ形成されている。
【００２８】
シート搬送系には、用紙等の記録シートＳが積載されるシートトレイ４０、シートトレイ４０内の記録シートＳを１枚ずつ繰り出すピックアップロール４１、繰り出された記録シートＳを所定の位置に位置決めするレジストロール４２、第２中間転写ドラム３２上の画像を記録シートＳに転写する三次転写ロール４３、記録シートＳ上に転写された画像を定着する定着ロール４４、排出された記録シートＳを収容する排出トレイ４５などが備えられている。
【００２９】
次に、このカラー複写機８０による複写工程について説明する。
【００３０】
先ず、ユーザが原稿載置台７０の上に原稿を載せ、ユーザインターフェイス（図示せず）により複写指示を行うと、画像読取装置７１が光学的に原稿を読み取り、電気信号（画像データ）に変換する。その画像データは、画像処理装置７２により、ブラック、イエロ、マゼンタ、シアンの各色に色分解され、それら各色の画像データＩＫ，ＩＹ，ＩＭ，ＩＣに所定の重み係数を付与する等の画像処理が施された後、各色ごとにそれぞれの露光装置１３Ｋ，１３Ｙ，１３Ｙ，１３Ｃに送られる。
【００３１】
一方、各画像形成ステーション１０内の各感光体ドラム１１は、後述するギア駆動により図中矢印の方向に回転駆動される。各感光体ドラム１１の表面は、各帯電装置１２により一様な所定電位に帯電される。そして、上記の各露光装置１３がそれぞれ画像データＩＫ，ＩＹ，ＩＭ，ＩＣに対応した露光光を所定タイミングで各感光体ドラム１１表面に照射することにより、各感光体ドラム１１表面に、電位差による静電潜像が形成される。形成された静電潜像には、各現像装置１４によりトナーが静電的に付着され、それぞれ、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃのトナー画像ＴＫ，ＴＹ，ＴＭ，ＴＣが形成される。
【００３２】
他方、第１中間転写ドラム３１ａ，３１ｂ及び第２中間転写ドラム３２も、感光体ドラムと同様、ギア駆動により図中矢印の方向へ回転駆動される。そして、トナー画像ＴＫ，ＴＹは、感光体ドラム１１Ｋ，１１Ｙから第１中間転写ドラム３１ａへ、また、トナー画像ＴＭ，ＴＣは、感光体ドラム１１Ｍ，１１Ｃから第１中間転写体ドラム３１ｂへとそれぞれ静電的に一次転写される。その際、トナー画像ＴＫ，ＴＹは第１中間転写ドラム３１ａ表面で重ね合わされ、トナー画像ＴＭ，ＴＣは第１中間転写ドラム３１ｂ表面で重ね合わされる。
【００３３】
第１中間転写ドラム３１ａ上で重ね合わされたトナー画像ＴＫ，ＴＹは、二次転写部において第２中間転写ドラム３２へ、同じく、第１中間転写ドラム３１ｂ上で重ね合わされたトナー画像ＴＭ，ＴＣも第２中間転写ドラム３２へとそれぞれ静電的に二次転写される。この際、トナー画像ＴＫ，ＴＹとトナー画像ＴＭ，ＴＣとは第２中間転写ドラム３２表面で重ね合わされてフルカラートナー画像が形成される。
【００３４】
このように、フルカラートナー画像が形成される間、シート搬送系においては、シートトレイ４０内の記録シートＳがピックアップロール４１により１枚取り出され、レジストロール４２へと搬送される。ここで、レジストロール４２が停止状態から所定タイミングで回転を開始することにより、第２中間転写ドラム３２上のフルカラートナー画像が三次転写ロール４３とのニップ部に達するタイミングと、記録シートＳがそのニップ部分に達するタイミングとを一致させることにより、三次転写ロール４３によって、第２中間転写ドラム３２上のフルカラートナー画像は記録シートＳに静電的に転写される。
【００３５】
その後、フルカラートナー画像を表面に担持した記録シートＳが、定着ロール４４のニップ部分を通過する際に、定着ロール４４からの熱および圧力の作用によりフルカラートナー画像は記録シートＳ表面に定着され、複写機８０外部の排出トレイ４５へと排出される。
【００３６】
上記の複写工程を１サイクルとし、これを連続的に実行することにより次々にフルカラー画像の複写が行われる。
【００３７】
このような複写機８０において、出力画像の濃度ムラを所定の許容値内に抑えるためには、各感光体ドラムの回転ムラを適正な値に抑制する必要がある。
【００３８】
そのためには、各感光体ドラムに動力を伝達する動力伝達装置における回転ムラを所定のレベル以下に保つ必要がある。
【００３９】
図２は、本実施形態のカラー複写機における感光体ドラムの駆動装置の構成を示す図である。
【００４０】
図２には、感光体ドラム１０７を駆動する駆動モータ１０１、モータ軸１０２、フレーム１０３、モータギア１０４、モータ側ギア１０５、ドラム側ギア１０６などからなる駆動装置１００が示されている。駆動モータ１０１はフレーム１０３に取り付けられており、金属製のモータ軸１０２には、直接、モータギア１０４が形成されている。モータギア１０４はモータ側ギア１０５と互いに噛み合い、モータ側ギア１０５はドラム側ギア１０６と互いに噛み合っている。ドラム側ギア１０６は、感光体ドラム１０７の回転軸１０８に取り付けられている。
【００４１】
なお、上記のモータ側ギア１０５およびドラム側ギア１０６は、成形プラスチックギアで形成されている。
【００４２】
なお、本実施形態のモータ側ギア１０５およびドラム側ギア１０６は、本発明にいう互いに噛み合う２つのギアに相当するものであり、また、本実施形態の駆動モータ１０１は、本発明にいう駆動源に相当するものであり、また、本実施形態の感光体ドラム１０７は、本発明にいう回転体に相当するものである。
【００４３】
ここで、互いに噛み合う２つのギアからなる動力伝達装置におけるギアの噛み合い剛性（ばね定数Ｋ）について考えてみる。
【００４４】
図３は、互いに噛み合う２つのギアの噛み合い剛性をモデル化した図である。
【００４５】
図３に示すように、ピッチ円半径ｒ１（ｍ）の第１の第１のギア２０１、およびピッチ円半径ｒ２（ｍ）の第２のギア２０２が互いに噛み合う動力伝達装置において、第２のギア２０２の回転軸２０２ａを回転不能な状態に固定し、第１のギア２０１の回転軸２０１ａに矢印方向のトルクＴ（Ｎ／ｍ）を作用させると、第１のギア２０１、第２のギア２０２のフランジ部は、それぞれΘ１、Θ２だけそれぞれ矢印方向に変形する。また、噛合っている歯もＸ０だけ変形する。
【００４６】
したがって、この時の接線上の変形量Ｘは、
Ｘ＝Θ１×ｒ１＋Ｘ０＋Θ２×ｒ２
で表することができる。すなわち、第１のギア２０１にトルクＴを作用させると第２のギア２０２はΘ２だけ変形し、噛み合っている歯はＸ０だけ変形する。第１のギア２０１もΘ１だけ変形して、第１のギア２０１の回転軸２０１ａはこれらすべての変形量Ｘだけ回転する。
【００４７】
なお、この変形量Ｘは、Θ１、Ｘ０、Θ２が合成されたものであるから、第１のギア２０１の回転角を測定するることにより容易に求めることができる。また、上記変形量Ｘは、第２のギア２０２の回転軸２０２ａのねじれが生じないものとして表した変形量であり、第２のギア２０２の回転軸２０２ａを軸端で固定した場合には、回転軸２０２ａのねじれ分も考慮しなければならず、この場合には、回転軸２０２ａの変形も測定されてしまうので、第２のギア２０２近くの回転軸の変形も同時に測定し、ギア１の回転角から差し引くことにより回転軸２０２ａのねじれ分をキャンセルすることができる。
【００４８】
ここで、作用させたトルクＴにより発生した荷重（接線力）Ｆは、
Ｆ＝Ｔ／ｒ
で表することができる。
【００４９】
この荷重（接線力）Ｆと変位（変形）Ｘとの間には次のような関係がある。
【００５０】
図４は、図３に示すギア対における接線力Ｆと変位Ｘの関係を示すグラフである。
【００５１】
図４に示すように、横軸に変位（回転角）Ｘをとり、縦軸に荷重（トルク）Ｆをとると、噛み合い剛性Ｋは、
Ｋ＝Ｆ／Ｘ
として表される。
【００５２】
図５は、ギアの噛み合い剛性を、ギアの噛み合い回転とともに測定した結果を示すグラフである。
【００５３】
剛性がＫ１、Ｋ２のように互いに異なる２つのギアの噛み合い剛性Ｋを、ギアの噛み合い回転とともに測定すると、図５に示すように、２つのギアの剛性にプラスして一定のギアの噛み合いの周期で剛性Ｋ１、Ｋ２が周期的に変動していることがわかる。
【００５４】
ここで、これらのギヤにかかる加重をＦとし、低剛性のギヤの変形量をΔＸ１、高剛性のギヤの変形量をΔＸ２すると、
ΔＸ１＝Ｆ／（Ｋ１＋ΔＫ／２）−Ｆ（Ｋ１−ΔＫ／２）
ΔＸ２＝Ｆ／（Ｋ２＋ΔＫ／２）−Ｆ（Ｋ２−ΔＫ／２）
となる。ここで、Ｋ２＞Ｋ１であるから
ΔＸ１＞ΔＸ２
となる。
【００５５】
ギア噛み合い剛性Ｋにこのような周期的な変動があると、それによるギアの変形（変位）も周期的に変化し、これが回転ムラの大きな要因となる。
【００５６】
周期的な剛性変化量ΔＫは、主に歯幅、歯数、噛み合い率等のギアの諸元で決まり、平均的なギア噛み合い剛性Ｋ１、Ｋ２は、主にギアのフランジ部の形状、材質等で決定される。従って、剛性変化量ΔＫが同じで、ギア噛み合い剛性がＫ１、Ｋ２のように異なる２つのギア対の場合に、噛み合いによって発生するギアの変形量ΔＸは、剛性が低い（Ｋ１）場合に発生する変形量ΔＸ１の方が、剛性が高い（Ｋ２）場合に発生する変形量ΔＸ２よりも大きくなる。
【００５７】
つまり、ギア噛み合い剛性が低いほど回転ムラが発生しやすいことがわかる。
【００５８】
また、剛性の大きさが同じでも、加える荷重（トルク）が大きい場合にも変形量ΔＸは大きくなり、回転ムラも大きくなる。
【００５９】
ここで、図３に示すギア対において、第２のギア２０２の回転軸２０２ａを回転不能な状態に固定した上で、ピッチ円半径がｒ（ｍ）である第１のギア２０１の回転軸２０１ａにトルクＴ（Ｎ／ｍ）を作用させた時の、第１のギア２０１の回転軸２０１ａの角度変化量α（ラジアン）を測定すれば、第１のギア２０１、第２のギア２０２の噛み合い剛性Ｋ（Ｎ／ｍ）は、
Ｋ＝（Ｔ／ｒ）／（ｒ×α）  …  （１）
なる式により求めることができる。
【００６０】
次に、上記のギア噛み合いによる回転ムラの測定装置について説明する。
【００６１】
図６は、ギア噛み合いによる回転ムラの測定装置の概要図である。
【００６２】
図６に示すように、この測定装置３００は、駆動モータ３０１、駆動ギア３０３、駆動モータ３０１と駆動ギア３０３とを連結するカップリング３０２、駆動ギア３０３の回転軸３０４、駆動ギア３０３により駆動される被駆動ギア３０５、被駆動ギア３０５の回転軸３０６、被駆動ギア３０５に負荷をかけるためのブレーキ３０８、被駆動ギア３０５とブレーキ３０８を連結するカップリング３０７、被駆動ギア３０５の回転を検出するエンコーダ３０９、エンコーダ３０９の検出結果に基づいてデータ処理を行うデータ処理装置３１０などから構成されている。
【００６３】
駆動モータ３０１には、それ自身回転ムラの少ないモータを用いている。回転軸３０４，３０６の両端は、図示しないベアリングで支持されている。
【００６４】
被駆動ギア３０５の回転軸３０６の両端には、エンコーダ３０９および駆動負荷を与えるブレーキ３０８が取り付けられている。エンコーダ３０９で測定された回転角速度情報はデータ処理装置３１０に取り込まれ、回転速度を周波数分析（ＦＦＴ処理）してギア噛み合い周波数成分を抽出しギア回転ムラの評価を行った。
【００６５】
図７は、図６に示した測定装置で測定したギアの一例の断面構造を示す図である。
【００６６】
図７に示すように、このギア３０３は、ギアのフランジ部分の両側面３０３ａを肉抜きした構造のギアであり、ナット３０３ｂおよび回転軸３０４に切られたネジ３０４ａにより回転軸３０４に十分な剛性で取り付けられている。回転軸３０４は、十分な剛性が得られるように直径１５ｍｍのステンレス製シャフトを用いている。
【００６７】
ギアの噛み合い剛性を測定するに当たっては、シャフトおよび取付部の剛性もギアの剛性の一部となり、回転ムラに大きな影響を与えることになるので、今回の実験では、これらシャフトおよび取付部の剛性を、ギアの剛性に対して十分大きく設定して実験を行った。
【００６８】
ここで、本実施形態の動力伝達装置を構成するギアの材質について説明する。
【００６９】
近年、画像形成装置の小型化が進み、従来多用されていた金属製ギアに代わって、成形プラスチックギアが多用されるようになっている。しかし、成形プラスチックギアは、金属に比較して強度が小さく、十分な強度を得るためにはギア肉厚を厚くする必要があるが、ギア肉厚を厚くすると成形時の冷却や固化に時間がかかるので、生産性が落ちコストが増加するので、ギアの肉厚を厚くしにくいという問題もある。また、ギア肉厚を厚くすると冷却時のひけが発生し易くなり、高精度の成形ギアを得ることが難しくなり、回転ムラの発生が顕著になるという問題がある。そのため、画像形成装置の分野に限らず一般用の成形プラスチックギアにおいても、十分な強度を確保するためにフランジ部に肉抜きを施したギアが広く用いられている。
【００７０】
図８は、図６に示した測定装置で測定された各種のギアの断面構造を示す図である。
【００７１】
図８には、フランジ部に肉抜きを全く施していないギアＡ、フランジ部の両側面に２ｍｍの肉抜きを施したギアＢ、フランジ部の両側面に４ｍｍの肉抜きを施したギアＣ、フランジ部の片面に８ｍｍの肉抜きを施したギアＤ、ギアＤとは反対側の面に８ｍｍの肉抜きを施したギアＥの断面構造が示されている。
【００７２】
これらの各ギアは、ポリアセタール製のはす歯ギアである。各ギアの歯幅は１０ｍｍ、モジュールは０．８、歯数は７１と３５の２種類、ねじれ角は１８度である。
【００７３】
次に、ギア形状、ギア歯数を種々変化させてギア噛み合い剛性と回転ムラの関係について調査した結果について説明する。
【００７４】
【表１】
2005180481.tif 000003
【００７５】
表１に、図６に示した測定装置を用い、図８に示したギア形状Ａ〜Ｅおよび歯数３５、７１の種々の組み合わせの実験条件を示した。
【００７６】
図９は、ギアの組合せおよびギアの軸間距離を種々変えて測定した場合の噛み合い剛性および回転ムラの関係を示すグラフである。
【００７７】
先ず、図６に示した測定装置を用いてギアの軸間距離を、バックラッシュの状態から０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍだけ離した３条件で、かつ、ブレーキによる負荷を３ｃＮ・ｍ、８ｃＮ・ｍ、１８ｃＮ・ｍの３条件でそれぞれギア噛み合い剛性を測定し、次に、上記と同じ条件で回転ムラを測定し、その測定データをグラフにプロットして図９を得た。ギア形状および歯数は、表１に示した組合せ条件でそれぞれ合計９回実験を行った。駆動モータの回転速度は３０ｒｐｍとした。
【００７８】
図９に示すように、例えば、駆動ギア、被駆動ギアともにギア形状：Ａで、かつ、歯数：７１の組み合わせの実験条件Ｎｏ１（表１参照）の場合には、ギア軸間距離を広げていく（バックラッシュを大きくする方向に向かう）とギア噛み合い剛性は次第に低下する。しかし、この実験条件Ｎｏ１の場合には、いずれのギア軸間距離でもギア噛み合い剛性は高く、回転ムラは総体的に低い。また、ブレーキ負荷を変化させても回転ムラは０．１％以下で安定している。
【００７９】
ところが、例えば、ギア噛み合い剛性の低い組合せである駆動ギア形状：Ｅ、歯数：３５、被駆動ギア形状：Ｄ、歯数：７１の組合せの実験条件Ｎｏ．２６（表１参照）の場合には、ギア軸間距離および負荷の変化により回転ムラが大きく変動し、回転ムラ０．３％以上になることが多い。
【００８０】
このように、ギア噛み合い剛性が低い場合は、ギア軸間距離や負荷の変化によりギアは変形して、本来の噛み合い点とは違った箇所で噛み合うこととなるので回転が正確に伝わらず回転ムラが大きくなるものと考えられる。
【００８１】
負荷によるギアの変形は複雑であり、例えば、ギアの製作精度、取付けアライメント精度などによっても回転ムラは大きな影響を受ける。また、はす歯ギアの場合には、軸方向にも変形するのでさらに複雑な様相を示す。例えば、上記の実験条件Ｎｏ．２６の場合のように、負荷を変化させるとギアの変形が回転ムラを打ち消す方向になって一時的に回転ムラが低下することもある。このように、負荷によりギアは複雑な変形をするので、ギア噛み合い剛性、負荷、軸間距離を一義的に決定することはできない。
【００８２】
次に、表１に示したすべての実験条件について行った測定結果をまとめて１つのグラフに示す。
【００８３】
図１０は、表１に示した実験条件のもとで得られたギア噛み合い剛性と回転ムラとの関係を示すグラフである。
【００８４】
図１０に示すように、ギア噛み合い剛性が比較的高い領域では、回転ムラは低いレベルで安定しているが、ギア噛み合い剛性が低い領域では、負荷やギヤ軸間距離の条件次第で回転ムラは不安定となり、大きな回転ムラを示すものが現れやすくなる傾向がある。したがって、ギア噛み合い剛性をある一定値以上とすることにより回転ムラを低く抑えることが可能である。
【００８５】
ここで、図１０に示すように、ばらついたデータ群の上限で曲線を描くと、出力画像に濃度ムラが発生する回転ムラの限界値である０．３％（図１参照）以下を満足するギア噛み合い剛性Ｋは０．７Ｎ／ｍであることがわかる。
【００８６】
このギア噛み合い剛性Ｋ：０．７Ｎ／ｍ以下を達成するには、ギア成形材料や、フランジ形状、肉抜きのデザイン等を最適化することにより達成することができる。
【００８７】
上記の実施形態では、本発明の動力伝達装置を、１つの感光体ドラムの駆動に適用した例（図２参照）について説明したが、図１に示したカラー複写機８０には４つの感光体ドラムが備えられているので、これら４つの感光体ドラムを駆動するために図２のような構成を４組使用することができるが、次のようなギア列からなる動力伝達装置を用いることもできる。
【００８８】
図１１は、複数の感光体ドラムに動力を伝達する動力伝達装置の上面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【００８９】
図１１に示す動力伝達装置４００は、４つの感光体ドラム４０１，４０２，４０３，４０４と、これら各感光体ドラムに取り付けられた感光体側ウォームギア４１１，４１２，４１３，４１４と、これら各感光体側ウォームギアと噛み合うモータ側ウォームギア４２１，４２２，４２３，４２４と、これら各モータ側ウォームギアに共通の回転軸４０６と、回転軸４０６に取り付けられたモータ４０５とを備えている。
【００９０】
この動力伝達装置４００における、４つの感光体側ウォームギア４１１，４１２，４１３，４１４および４つのモータ側ウォームギア４２１，４２２，４２３，４２４からなる４組のギア対は、本発明にいう互いに噛み合う２つのギアに相当する。
【００９１】
このような複数のギアからなるギア列において、すべてのギアの剛性を０．７Ｎ／ｍ以上に設計することが最も望ましいが、一部のギアのみに実施した場合でも効果を挙げることができる。特に、感光体ドラムに近い場所に０．７Ｎ／ｍ以上のギア噛み合い剛性を持つ構成にすることにより大きな効果を得ることができる。
【００９２】
また、本発明の動力伝達装置は、図１に示したカラー複写機における動力伝達装置としてのみならず、用紙搬送ベルトを用いて構成されたカラー画像形成装置や、用紙搬送ベルトを用いて構成されたカラー画像形成装置などにおける回転体の動力伝達装置に適用しても高い効果を挙げることができる。
【００９３】
また、本発明の動力伝達装置は、１つの感光体ドラムで構成されるカラー画像形成装置、その他単色の画像形成装置に適用しても大きな効果を得ることができる。
【００９４】
また、本発明の動力伝達装置は、画像形成装置の感光体ドラムの駆動に適用するのみではなく、現像装置、帯電装置、定着装置、用紙搬送装置等に用いられる各種の回転体の駆動に適用しても、回転精度の向上、騒音防止の面で高い効果を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の動力伝達装置を適用した画像形成装置の一実施形態を示す断面概略図である。
【図２】本実施形態のカラー複写機における感光体ドラムの駆動装置の構成を示す図である。
【図３】互いに噛み合う２つのギアの噛み合い剛性をモデル化した図である。
【図４】図３に示すギア対における接線力Ｆと変位Ｘの関係を示すグラフである。
【図５】ギアの噛み合い剛性を、ギアの噛み合い回転とともに測定した結果を示すグラフである。
【図６】ギア噛み合いによる回転ムラの測定装置の概要図である。
【図７】図６に示した測定装置で測定したギアの一例の断面構造を示す図である。
【図８】図６に示した測定装置で測定された各種のギアの断面構造を示す図である。
【図９】ギアの組合せおよびギアの軸間距離を種々変えて測定した場合の噛み合い剛性および回転ムラの関係を示すグラフである。
【図１０】表１に示した実験条件のもとで得られたギア噛み合い剛性と回転ムラとの関係を示すグラフである。
【図１１】複数の感光体ドラムに動力を伝達する動力伝達装置の上面図（ａ）および側面図（ｂ）であるである。
【図１２】感光体ドラムの回転ムラと出力画像の濃度ムラとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９６】
１０，１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ    画像形成ステーション
１１，１１Ｋ，１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ    感光体ドラム
１２Ｋ，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ    帯電装置
１３Ｋ，１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ    露光装置
１４，１４Ｋ，１４Ｙ，１４Ｙ，１４Ｃ    現像装置
３１ａ，３１ｂ    第１中間転写ドラム
３２    第２中間転写ドラム
４０    シートトレイ
４１    ピックアップロール
４２    レジストロール
４３    三次転写ロール
４４    定着ロール
４５    排出トレイ
７０    原稿載置台
７１    原稿読取装置
７２    画像処理装置
８０    カラー複写機
１００    駆動装置
１０１    駆動モータ
１０２    モータ軸
１０３    フレーム
１０４    モータギア
１０５，１０６    ギア
１０７    感光体ドラム
１０８    回転軸
２０１，２０２    ギア
２０１ａ，２０２ａ    回転軸
３００    測定装置
３０１    駆動モータ
３０２，３０３    駆動ギア
３０３ａ    側面
３０３ｂ    ナット
３０４，３０６    回転軸
３０４ａ    ネジ
３０５    被駆動ギア
３０７    カップリング
３０８    ブレーキ
３０９    エンコーダ
３１０    データ処理装置
４００    動力伝達装置
４０１，４０２，４０３，４０４    感光体ドラム
４０５    モータ
４０６    回転軸
４１１，４１２，４１３，４１４    感光体側ウォームギア
４２１，４２２，４２３，４２４    モータ側ウォームギア
【図１】
2005180481.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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