(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動ギヤから目的ギヤに到るまで４つ以上のギヤが一列になって噛合い、ｎ個の噛合い点と同一の噛合い周波数とを有するギヤ系列中において、互いに噛合った連続する３つのギヤのギヤ配置は、下式に基づいて設定することを特徴とするギヤ機構。
θ＝Ｐ×（Ｎ＋０．５＋１／ｎ）
θ：ギヤ配置
Ｐ：中間に位置するギヤの１歯あたりのピッチ角
Ｎ：中間に位置するギヤの２つの噛合い点間の歯数
【請求項２】
請求項１に記載のギヤ機構を、感光体ドラムを駆動する駆動ユニットに用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的ギヤの回転ムラを抑制するように複数ギヤが組み合わされたギヤ機構及びそのギヤ機構を駆動ユニットに使用した画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置においてモータの回転を感光体ドラムに伝達するための駆動ユニットとしてギヤ機構が使われている。ギヤ機構は、モータの駆動軸に固定した原動ギヤに１つ又は複数のアイドラギヤを噛み合わせ、さらにアイドラギヤに目的ギヤ（例えば感光体ドラムの回転軸に固定したギヤ）を噛み合わせることで、モータの回転を原動ギヤから目的ギヤに伝達する。
【０００３】
ギヤ機構を構成している原動ギヤ、アイドラギヤ、目的ギヤはそれぞれ固有のギヤ精度を有している。これらのギヤが順次噛み合って形成されるギヤ系列では、ギヤとギヤとの接点（以下、「噛合い点」と呼ぶ）において双方のギヤ精度に依存した回転ムラが発生する。これまでは、回転ムラを抑制する為のギヤ配置については配慮されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、原動ギヤから目的ギヤに至るまでの間の噛合い点が増えると、各噛合い点で発生した回転ムラが複数重なるので、目的となる感光体ドラムに不均一な回転ムラが生じて画質を低下させる可能性があった。
【０００５】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、互いに噛み合ったギヤ系列において各噛合い点での噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤの回転を安定化させるギヤ機構及びそのギヤ機構を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原動ギヤから目的ギヤに到るまで４つ以上のギヤが一列になって噛合い、ｎ個の噛合い点と同一の噛合い周波数とを有するギヤ系列中において、各噛合い点での噛合い周波数の位相が１／ｎ（ｎはギヤ系列における噛合い点の数）ピッチずつずれるようなギヤ配置にした。
【０００７】
これにより、原動ギヤから目的ギヤに到るまで４つ以上のギヤが一列になって噛合うギヤ系列において、原動ギヤと目的ギヤとの間に複数のギヤが介在する場合でも、目的ギヤで生じる回転ムラを大幅に抑制できる。
【０００８】
また、上記ギヤ配置を有するギヤ機構を、画像形成装置の感光体ドラムの駆動ユニットに使用することにより、感光体ドラムの回転ムラを抑制することができるので、画質の向上を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様は、原動ギヤから目的ギヤに到るまで４つ以上のギヤが一列になって噛合い、ｎ個の噛合い点と同一の噛合い周波数とを有するギヤ系列中において、互いに噛合った連続する３つのギヤのギヤ配置は、下式に基づいて設定することを特徴とするギヤ機構である。
θ＝Ｐ×（Ｎ＋０．５＋１／ｎ）
θ：ギヤ配置
Ｐ：中間に位置するギヤの１歯あたりのピッチ角
Ｎ：中間に位置するギヤの２つの噛合い点間の歯数
【００１０】
この構成によれば、原動ギヤから目的ギヤに到るまで４つ以上のギヤが一列になって噛合うギヤ系列において、原動ギヤから目的ギヤに至るまでの各噛合い点で生じる噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤの回転ムラを抑制することができるので目的ギヤの回転を安定させることができる。
【００１４】
即ち、各噛合い点で噛合い周波数の位相を１／ｎ（ｎは原動ギヤから目的ギヤに至るまでに存在する噛合い点の数）ずつずらすことにより、目的ギヤに至るまでに生じた回転ムラの成分を、目的ギヤの噛合い点で生じる回転ムラ成分で打ち消すことが出来るので、目的ギヤの回転ムラの振幅を極めて小さな値に抑えることができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、第１の態様のギヤ機構を、感光体ドラムを駆動する駆動ユニットに用いて画像形成装置を構成する。
【００２０】
この構成によれば、目的ギヤを感光体ドラムにすることにより、感光体ドラムの回転を安定させることができるので、形成される画質の向上を図ることができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
実施の形態１に係るギヤ機構は、３つのギヤを組合わせたギヤ機構である。図１を参照して本実施の形態のギヤ機構について説明する。図１において、Ａは原動ギヤ、Ｂはアイドラギヤ、Ｃは目的ギヤである。
【００２３】
本実施の形態のギヤ機構は、原動ギヤＡとアイドラギヤＢとの噛合い点で生じる回転ムラ成分を、アイドラギヤＢと目的ギヤＣとの噛合い点で生じる回転ムラ成分によって打ち消すように、ギヤ配置（θ）を設定している。
【００２４】
具体的には、ギヤ配置（θ）が（式１）を満足するようにギヤＡ−Ｂ−Ｃの配置を設定する。
【００２５】
θ＝Ｐ×（Ｎ＋０．５＋１／ｎ）      （式１）
Ｐ：アイドラギヤＢの１歯のピッチ角
Ｎ：アイドラギヤＢの２つの噛合い点の間に存在する歯数
ｎ：ギヤ系列Ａ−Ｂ−Ｃに存在する噛合い点の数（ｎ＝２）
ここで、以上のようなギヤ配置（θ）とすることにより目的ギヤＣに生じる回転ムラを効果的に抑制できることについて以下に説明する。
【００２６】
一般的にギヤの精度は、噛合い精度の測定データから明らかなように、１回転に歯数分のピークが現われることから、全噛合いのうねりを除けば、正弦波形で表すことができる。
【００２７】
いま、原動ギヤＡの精度がａ、アイドラギヤＢの精度がｂとすれば、ギヤＡＢ間の噛合い点には、精度ａ，ｂに依存した回転ムラが生じることになる。図２にギヤＡＢ間の噛合い点で生じるアイドラギヤＢの回転ムラの正弦波形（イ）を示す。一方、目的ギヤＣの精度がｃとすれば、精度ｂ、ｃに依存した（ギヤＢの回転ムラは含まない）回転ムラは図３に示すような正弦波形（ロ）となる。そして、現実にギヤＢＣ間の噛合い点で生じて目的ギヤＣに及ぼされるる回転ムラ成分は、正弦波形（イ）と正弦波形（ロ）とを合成した波形（ハ）となる。以下、ギヤ間の噛合い点で生じる回転ムラの周波数成分を噛合い周波数と呼ぶ。
【００２８】
上記合成波形（ハ）のピークが等間隔で並ばないときに不均一な回転ムラによる画質の低下が起きる。本発明は、ギヤＡＢ間の噛合い点とギヤＢＣ間の噛合い点の噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤＣの回転ムラを小さくするものである。
【００２９】
図９（ａ）〜（ｅ）に、２つの噛合い点について、噛合い周波数の位相を少しずつ変えて合成波形（ハ）の振幅が変化する様子をシュミレーションしたサンプルを示す。オフセット（位相シフト量）を０．５（同図（ｅ））に近づけるのにしたがって合成波形（ハ）の振幅が小さくなっていることがわかる。オフセット＝０．５のサンプルでは、目的ギヤＣの回転ムラに相当する合成波形（ハ）はほぼ完全に消えている。
【００３０】
したがって、本実施の形態のように３つのギヤからなるギヤ系列では噛合い点ｎ＝２なので、上記（式１）において１／ｎ＝０．５となり、図９のシュミレーション通り噛合い周波数の位相は最適化される。噛合い周波数の位相はギヤ配置θを変えることによりシフトするので、上記（式１）で定義されるギヤ配置θに変えることで噛合い周波数の位相は最適化されることになる。図４に１／ｎ＝０．５とした場合の具体的なギヤ配置を示す。
【００３１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るギヤ機構は、４つのギヤを組合わせたギヤ機構である。図５を参照して本実施の形態のギヤ機構について説明する。図５において、Ａは原動ギヤ、Ｂ、Ｃはアイドラギヤ、Ｄは目的ギヤである。
【００３２】
本実施の形態のギヤ機構は、目的ギヤＤに生じる回転ムラを最も効率よく抑制するように、ギヤ配置θABC、θBCDを設定している。
【００３３】
具体的には、ギヤ配置θABCが（式２）を満足するようにギヤＡ−Ｂ−Ｃの配置を設定し、ギヤ配置θBCDが（式３）を満足するようにギヤＢ−Ｃ−Ｄの配置を設定している。
【００３４】
θABC＝Ｐｂ×（Ｎｂ＋０．５＋１／ｎ）      （式２）
θBCD＝Ｐｃ×（Ｎｃ＋０．５＋１／ｎ）      （式３）
Ｐｂ：アイドラギヤＢの１歯のピッチ角
Ｐｃ：アイドラギヤＣの１歯のピッチ角
Ｎｂ：アイドラギヤＢの２つの噛合い点の間に存在する歯数
Ｎｃ：アイドラギヤＣの２つの噛合い点の間に存在する歯数
ｎ：ギヤ系列Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄに存在する噛合い点の数（ｎ＝３）
ここで、目的ギヤＤの回転ムラは、ギヤ系列Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄに存在する３つの噛合い点に生じる回転ムラの正弦波形の合計で決まる。本発明は、上記ギヤ配置とすることで、ギヤＡＢ間の噛合い点とギヤＢＣ間の噛合い点とにおける回転ムの合成波形を、ギヤＣＤ間の噛合い点における回転ムラの正弦波形で打ち消すようにしたものである。
【００３５】
図６に示すように、正弦波形Ｓ１と、正弦波形Ｓ１から位相を０．３３３ずらした正弦波形Ｓ２との合成波形Ｓ３はＳ１、Ｓ２と同じ振幅となり、位相は０．３３３／２となる。３つの正弦波形の合計を振幅ゼロとするためには、上記位相０．３３３／２の合成波形Ｓ３を反転させた波形Ｓ４をたせば良いことが判る。合成波形Ｓ３を反転させた波形Ｓ４は合成波形Ｓ３の位相を０．５だけシフトさせた波形であるので、反転波形Ｓ４の位相は、０．３３３／２＋０．５＝０．６６６である。このことは、基準となる正弦波形Ｓ１の位相を０、０．３３３、０．６６６とずらした３つの正弦波形Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４の合計の振幅がゼロになることを意味する。図１０（ａ）に正弦波形Ａの位相を０、０．３３３、０．６６６とずらした３つの正弦波形Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の合計の振幅がゼロになるシュミレーション結果を示す。
【００３６】
実際のギヤ系列Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄのギヤ配置を考える。ギヤ歯数により決まる１歯のピッチ角をＰｂとすれば、Ｐ×（Ｎ＋０．５）の配置で位相が０なので、２個目のギヤＣは
θABC＝Ｐｂ×（Ｎｂ＋０．５＋０．３３３）
＝Ｐｂ×（Ｎｂ＋０．８３３）
のギヤ配置とする。
【００３７】
３個目のギヤＤは、０．３３３位相のずれたギヤＣに対しさらに０．３３３位相を変えるので、
θBCD＝Ｐｃ×（Ｎｃ＋０．５＋０．３３３）
＝Ｐｃ×（Ｎｃ＋０．８３３）
のギヤ配置とする。
【００３８】
このようなギヤ配置とすれば目的ギヤＤの回転は安定することになる。
【００３９】
図７に実際のギヤ系列Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄについて上記（式２、式３）に基づいてギヤ配置θABC、θBCDを設定した例を示す。同図において、ギヤＡＢ間の噛合い点に対するギヤＢＣ間の噛合い点の位相は、θABCの設定により、０．３３３変化する。また、ギヤＣＤ間の噛合い点の位相はθBCDによりギヤＢＣ間の噛合い点に対し相対的に０．３３３変化するのでギヤＡＢ間の噛合い点に対して０．６６６変化する。
【００４０】
以上の設定で各噛合い点の噛合い周波数の位相差はＡＢ噛合い点＝０、ＢＣ噛合い点＝０．３３３、ＣＤ噛合い点＝０．６６６となる。したがって、ｎ＝３の場合の噛合い周波数に同期した回転ムラの合計は最小値となるので、ギヤＤの回転は安定する。
【００４１】
以上の説明では、噛合い点が２点又は３点のギヤ系列の場合であるが、噛合い点が４点以上の場合にも同様に考えることができる。例えば、図１０（ｂ）には噛合い点がｎ＝５のギヤ系列のシュミレーション結果を示している。オフセットを１／５ずつずらした場合に合成波形の振幅がゼロになっていることがわかる。
【００４２】
（実施の形態３）
次に、本発明のギヤ機構を画像形成装置において感光体ドラム（ＯＰＣ）の駆動ユニットに使用した実施の形態について説明する。
【００４３】
図８に画像形成装置における感光体ドラム（ＯＰＣ）の駆動ユニット部分のギヤ配置を示している。同図に示す駆動ユニットは、ギヤＧ１（モータ）−ギヤＧ２−ギヤＧ３４−ギヤＧ５−ギヤＧ６７−ギヤＧ８−ギヤＧ９（ＯＰＣ）−ギヤ１０（ＤＥＶ）の順番で噛み合ったギヤで構成されている。このギヤ機構においてギヤＧ９（ＯＰＣ）の回転を安定させるギヤ配置を実現する。そのために、ギヤ配置（θ２、θ５、θ８）を、（式４）に基づいて設定する。
【００４４】
θ＝Ｐ×（Ｎ＋０．５＋１／ｎ）      （式４）
ギヤＧ１（モータ）からギヤＧ９（ＯＰＣ）までの間を複数のギヤ系列に分割して複数のギヤ系列として扱う場合である。この場合、例えば３つ又は４つの連続するギヤを１つのギヤ系列として噛み合い点数を定め、各ギヤ系列で独立にギヤ配置を設定する。本実施の形態では、Ｇ１−Ｇ２−Ｇ３のギヤ系列に基づいてギヤ配置θ２を決め、Ｇ４−Ｇ５−Ｇ６のギヤ系列の基づいてギヤ配置θ５を決め、さらにＧ７−Ｇ８−Ｇ９のギヤ系列に基づいてギヤ配置θ８を決めるものとする。
【００４５】
以上のようなギヤ配置による駆動ユニットでは、ギヤＧ１に噛み合うギヤＧ２はギヤ精度により回転ムラが悪化するが、ギヤＧ３はギヤ配置θ２の設定により噛合い周波数の位相を最適化することで回転ムラが最小限に抑えられる。
【００４６】
以下同様に、ギヤＧ６はθ５の設定により最適化され、ギヤＧ９はθ８の設定により最適化される。
【００４７】
このようにして、最終的に目的ギヤとなるギヤＧ９（ＯＰＣ）の回転を安定化することができる。
【００４８】
以上のようなギヤ配置に設定されたギヤ機構を有する駆動ユニットにより感光体ドラムを回転させることにより、感光体ドラムの回転を安定させることができ画質の改善を図ることができる。
【００４９】
また、噛合い点が２つ又は３つの小さなギヤ系列内でそれぞれ回転ムラを抑制するので、回転ムラが幾つも重なって大きな回転ムラが生じる前の小さな段階で回転ムラを抑制できる。
【００５０】
なお、実施の形態３では本発明のギヤ機構を感光体ドラムの駆動ユニットに適用する場合に付いて説明したが、任意のギヤを目的ギヤに選ぶことが出来る。また、本発明は画像形成装置以外の装置のギヤ機構にも適用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、原動ギヤから目的ギヤに到るまで４つ以上のギヤが一列になって噛合うギヤ系列において、各噛合い点での噛合い周波数の位相を最適化することにより、目的ギヤの回転を安定化させるギヤ機構及びそのギヤ機構を用いた画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるギヤ機構のギヤ配置を示す図
【図２】図１のギヤ機構におけるギヤＢの回転ムラを示す波形図
【図３】回転ムラが合成されたギヤＣの回転ムラを示す波形図
【図４】実施の形態１にかかるギヤ機構における具体的なギヤ配置を示す図
【図５】本発明の実施の形態２にかかるギヤ機構のギヤ配置を示す図
【図６】３つの噛合い周波数の最適化を説明するための波形図
【図７】実施の形態２にかかるギヤ機構における具体的なギヤ配置を示す図
【図８】本発明の実施の形態３にかかる感光体ドラム駆動ユニットのギヤ配置を示す図
【図９】２つの噛合い点が存在するギヤ系列における噛合い周波数を変化させたシュミレーション結果を示す図
【図１０】（ａ）  ３つの噛合い点が存在するギヤ系列における噛合い周波数を最適化したシュミレーション結果を示す図
（ｂ）  ５つの噛合い点が存在するギヤ系列における噛合い周波数を最適化したシュミレーション結果を示す図
【符号の説明】
Ａ  原動ギヤ
Ｂ、Ｃ  アイドラギヤ
Ｃ、Ｄ  目的ギヤ
イ  ギヤＢの回転ムラ
ロ  ギヤＣの回転ムラ（ｂ、ｃの効果）
ハ  ギヤＣの回転ムラ（ギヤＢとｂ、ｃの効果）
Ｇ１  モータ
Ｇ２〜Ｇ８  ギヤ
Ｇ９  感光体ドラム
【図１】
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【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】
0004358929.tif 000010
【図１０】
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