(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-15
(45)【発行日】2024-04-23
(54)【発明の名称】駆動伝達装置及び画像形成装置
(51)【国際特許分類】
F16H 7/02 20060101AFI20240416BHJP
G03G 21/16 20060101ALI20240416BHJP
G03G 15/00 20060101ALI20240416BHJP
G03G 21/00 20060101ALI20240416BHJP
F16H 7/00 20060101ALI20240416BHJP
F16G 1/20 20060101ALI20240416BHJP
F16H 55/36 20060101ALI20240416BHJP
【FI】
F16H7/02 Z
G03G21/16 147
G03G15/00 657
G03G21/00 386
G03G21/00 510
F16H7/00 A
F16G1/20
F16H55/36 Z
(21)【出願番号】P 2020036021
(22)【出願日】2020-03-03
【審査請求日】2023-02-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000006150
【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100111202
【氏名又は名称】北村 周彦
(72)【発明者】
【氏名】山口 晃宏
【審査官】小川 克久
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-034582(JP,A)
【文献】特開2016-206347(JP,A)
【文献】特開2008-102461(JP,A)
【文献】国際公開第2019/116846(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 7/02
G03G 21/16
G03G 15/00
G03G 21/00
F16H 7/00
F16G 1/20
F16H 55/36
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モーターによって駆動される駆動プーリーと、
径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部が外周面の全周にわたって形成された従動プーリーと、
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たベルトと、
前記駆動プーリーの回転むらを計測する第1計測部と、を備え、
前記駆動プーリーは、径が軸方向に均一であり、前記従動プーリーよりも径が小さく、
前記ベルトは、前記従動プーリーの前記膨出部に沿って、前記軸方向の中央部が端部よりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、
前記ベルトの前記軸方向の端部は、前記駆動プーリーの外周面に接触する一方、前記従動プーリーの外周面には接触
せず、
前記第1計測部によって計測された回転むらから前記ベルトの前記軸方向の端部の損傷の有無を判定し、前記ベルトの損傷を示す情報を出力する制御部を備えることを特徴とする駆動伝達装置。
【請求項2】
前記従動プーリーの前記膨出部のクラウン量が、0.3mm以上0.5mm以下であり、
前記駆動プーリーの外周面のうち前記従動プーリーから最も遠い点と、前記従動プーリーの外周面のうち前記駆動プーリーから最も遠い点との距離が、前記ベルトの幅の8倍以上25倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の駆動伝達装置。
【請求項3】
前記従動プーリーの回転むらを計測する第2計測部を備え、
前記制御部は、前記第2計測部によって計測された前記従動プーリーの回転むらに応じて前記モーターを制御することで、前記従動プーリーの回転むらを低減させることを特徴とする請求項
1又は2に記載の駆動伝達装置。
【請求項4】
請求項1乃至
3のいずれか1項に記載の駆動伝達装置と、
前記従動プーリーに接続された感光体ドラムと、を備え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、ベルトを用いて駆動力を伝達する駆動伝達装置及び駆動伝達装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子写真方式の画像形成装置には、像担持体として感光体ドラムが備えられている。感光体ドラムに駆動力を伝達する装置としては、モーター側の駆動軸又は駆動プーリーと感光体ドラム側の従動プーリーとに金属製のベルトが巻き掛けられた駆動伝達装置が一般的である。このような駆動伝達装置においては、長期間の使用によりベルトに損傷や蛇行が生じることでベルトの耐久性や感光体ドラムの回転速度に悪影響が及ぶ。そして、ベルトが破断に至った場合には、駆動力の伝達が不能になり、画像形成装置が使用できないダウンタイムが発生するという問題がある。
【0003】
そこで、従来、長期にわたりベルトの蛇行を抑制する技術の検討が行われている。例えば、特許文献1には、熱膨張によりベルトの周長が変化することで生じる蛇行をベルトの冷却によって抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、画像形成装置のダウンタイムをなくすためには、ベルトの破断前に早期に損傷を検知する必要がある。特許文献1に記載されたベルト駆動機構は、ベルトの損傷を検知する仕組みを備えていない。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮し、ベルトの蛇行を防止するとともに、ベルトの損傷を高精度に検知することのできる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】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明に係る駆動伝達装置は、モーターによって駆動される駆動プーリーと、径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部が外周面の全周にわたって形成された従動プーリーと、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たベルトと、前記駆動プーリーの回転むらを計測する第1計測部と、を備え、前記駆動プーリーは、径が軸方向に均一であり、前記従動プーリーよりも径が小さく、前記ベルトは、前記従動プーリーの前記膨出部に沿って、前記軸方向の中央部が端部よりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、前記ベルトの前記軸方向の端部は、前記駆動プーリーの外周面に接触する一方、前記従動プーリーの外周面には接触しないことを特徴とする。
【0008】
本発明に係る駆動伝達装置において、前記従動プーリーの前記膨出部のクラウン量が、0.3mm以上0.5mm以下であり、前記駆動プーリーの外周面のうち前記従動プーリーから最も遠い点と、前記従動プーリーの外周面のうち前記駆動プーリーから最も遠い点との距離が、前記ベルトの幅の8倍以上25倍以下であってもよい。
【0009】
本発明に係る駆動伝達装置において、前記第1計測部によって計測された回転むらから前記ベルトの前記軸方向の端部の損傷の有無を判定し、前記ベルトの損傷を示す情報を出力する制御部を備えていてもよい。
【0010】
本発明に係る駆動伝達装置において、前記従動プーリーの回転むらを計測する第2計測部を備え、前記制御部は、前記第2計測部によって計測された前記従動プーリーの回転むらに応じて前記モーターを制御することで、前記従動プーリーの回転むらを低減させてもよい。
【0011】
また、本発明に係る画像形成装置は、上記のいずれかの駆動伝達装置と、前記従動プーリーに接続された感光体ドラムと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ベルトの蛇行を防止するとともに、ベルトの損傷を高精度に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】本発明の一実施形態に係るプリンターの内部構成を模式的に示す正面図である。
【
図2】本発明の一実施形態に係る駆動伝達装置の斜視図である。
【
図3】本発明の一実施形態に係る駆動伝達装置の左側面図である。
【
図4】本発明の一実施形態に係る駆動プーリー、従動プーリー及びベルトの断面図である。
【
図5】本発明の一実施形態に係る駆動伝達装置の動作を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係るプリンター1(画像形成装置の一例)及び駆動伝達装置31について説明する。
【0015】
まず、
図1を参照して、プリンター1の全体の構成について説明する。
図1はプリンター1の内部構成を模式的に示す正面図である。以下、
図1における紙面手前側をプリンター1の正面側(前側)とし、左右の向きはプリンター1を正面から見た方向を基準として説明する。各図において、U、Lo、L、R、Fr、Rrは、それぞれ上、下、左、右、前、後を示す。
【0016】
プリンター1の本体ハウジング3には、シートSが収容される給紙カセット5と、給紙カセット5からシートSを送り出す給紙ローラー7と、シートSにトナー像を形成する画像形成部9と、トナー像をシートSに定着する定着装置11と、シートSを排出する排出ローラー13と、排出されたシートSが積載される排出トレイ15と、が備えられている。本体ハウジング3には、給紙ローラー7から、画像形成部9、定着装置11を経て排出ローラー13に至る搬送路17が形成されている。
【0017】
画像形成部9には、感光体ドラム19、帯電装置21、露光装置23、現像装置25、転写ローラー27及びクリーニング装置29が備えられている。帯電装置21、現像装置25、転写ローラー27、クリーニング装置29は、感光体ドラム19の周囲に回転方向に沿って帯電装置21、現像装置25、転写ローラー27、クリーニング装置29の順に配置されている。感光体ドラム19は、後述する駆動伝達装置31によって駆動され、
図1における時計回り方向に回転する。
【0018】
給紙ローラー7によって給紙カセット5から給紙されたシートSは、搬送路17に沿って画像形成部9に搬送され、帯電装置21によって感光体ドラム19が所定の電位に帯電された後、露光装置23で露光されることで感光体ドラム19に潜像が書き込まれる。次に、現像装置25によって静電潜像が現像されることでトナー像が形成される。トナー像は、転写ローラー27によってシートSに転写され、定着装置11によってシートSに定着される。トナー像が定着されたシートSは排出ローラー13によって排出トレイ15に積載される。感光体ドラム19の表面に残留したトナーは、クリーニング装置29によって除去される。
【0019】
次に、
図2乃至4を参照して、駆動伝達装置31の構成について説明する。
図2は、駆動伝達装置31の斜視図である。
図3は、駆動伝達装置31の左側面図である。
図4は、駆動プーリー35、従動プーリー37及びベルト39の断面図である。
【0020】
駆動伝達装置31は、感光体ドラム19の後方に配置され、本体ハウジング3に固定されたハウジング(図示省略)に支持されている。なお、以下の例では、駆動軸34の下方に従動軸36が位置する姿勢で駆動伝達装置31が配置されるが、駆動伝達装置31は他の姿勢で配置されていてもよい。
【0021】
[駆動プーリー]
モーター33は、ブラシレスモーターであり、前後方向を駆動軸34の軸方向として、ハウジングに支持されている。駆動軸34は、ベルト39を駆動する駆動プーリー35の機能を兼ねている。駆動プーリー35は、クラウニングされておらず、径が軸方向に均一である。ベルト39の応力集中を緩和するために、駆動プーリー35の径は、8mm以上が望ましい。ベルト39に張力を発生させるために、モーター33は、ばね等を用いた付勢機構(図示書略)により上方に付勢されている。
【0022】
[従動プーリー]
従動プーリー37は、従動軸36に設けられている。従動軸36は、前後方向を軸方向として、駆動軸34から下方に離間した位置に設けられている。従動軸36の前後両端部は、ハウジングに固定された軸受(図示省略)によって支持されている。従動軸36の前端部には、軸継手38が設けられ、軸継手38を介して従動軸36と感光体ドラム19の軸とが連結されている。
【0023】
[ベルト]
ベルト39は、継ぎ目のない無端ベルトであり、非磁性の金属材料(例えば、SUS304)で形成され、駆動プーリー35と従動プーリー37とに巻き掛けられている。モーター33が回転すると、駆動プーリー35及びベルト39を介して駆動力が伝達されることで従動プーリー37が回転する。
【0024】
次に、ベルト39の軸方向の端部39Eの損傷を検知する機能について説明する。長期にわたる使用により、ベルト39の軸方向の端部39Eに、亀裂、欠損、変形等の損傷が発生することがある。これらの損傷を放置すると、ベルト39が破断に至るおそれがある。損傷部分が駆動プーリー35や従動プーリー37に接触すると、応力の分布が変化するため、回転むらが大きくなることが分かっている。また、減速装置として構成された駆動伝達装置31においては駆動プーリー35が従動プーリー37よりも径が小さいため、駆動プーリー35のほうが損傷部分に接触する時間が短い。従って、損傷部分の接触による回転むらの増加のピークは、駆動プーリー35のほうが鋭敏である。よって、本実施形態では、駆動プーリー35の回転むらの計測により、ベルト39の軸方向の端部39Eの損傷を検知する。
【0025】
駆動伝達装置31は、モーター33によって駆動される駆動プーリー35と、径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部41が外周面の全周にわたって形成された従動プーリー37と、駆動プーリー35と従動プーリー37とに巻き掛けられたベルト39と、駆動プーリー35の回転むらを計測する第1計測部51と、を備え、駆動プーリー35は、径が軸方向に均一であり、従動プーリー37よりも径が小さく、ベルト39は、従動プーリー37の膨出部41に沿って、軸方向の中央部39Cが端部39Eよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、ベルト39の軸方向の端部39Eは、駆動プーリー35の外周面に接触する一方、従動プーリー37の外周面には接触しない。具体的には、以下のとおりである。
【0026】
従動プーリー37には、径方向の外側に膨らむ形状にクラウニングされた膨出部41が外周面の全周にわたって形成されている。膨出部41は、軸方向の中央部が最も径が大きく、軸方向の中央部を対称面とする面対称の形状に形成されている。なお、面対称であることは必須ではない。膨出部41のクラウン量C(径が最大の部分と最小の部分との径の差)は、0.3mm以上0.5mm以下であることが望ましい。クラウン量Cが0.3mm未満であると、ベルト39の蛇行の修正効果が得られにくく、クラウン量Cが0.5mmを超えると、ベルト39が脱落しやすくなるからである。
【0027】
ベルト39が駆動されると、ベルト39の従動プーリー37に接触している区間は、従動プーリー37の膨出部41に沿って、軸方向の中央部39Cが端部39Eよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられる。この曲げ変形の影響により、ベルト39の従動プーリー37に接触していない区間にも、同様の形状の曲げ変形が残留する。曲げ変形は従動プーリー37から離れるにつれて緩和されるが、一定の条件下においては、駆動プーリー35に接触する区間においても、曲げ変形が残留する。ただし、ベルト39の軸方向の端部39Eが従動プーリー37の外周面に接触していると外周面が削られてしまい、外周面の表面粗さが増大することでベルト39の端部39Eが損傷するおそれがある。従って、ベルト39の軸方向の端部39Eが従動プーリー37の外周面に接触しないことが必要である。
【0028】
この状態を実現するのに必要なプーリー間距離を実験で求めたところ、駆動プーリー35の外周面のうち従動プーリー37から最も遠い点と、従動プーリー37の外周面のうち駆動プーリー35から最も遠い点との距離L(
図3参照)が、ベルト39の幅Wの25倍以下であることを要することが判明した。距離Lが幅Wの25倍を超えると、ベルト39の曲げ変形(軸方向の中央部39Cが端部39Eよりも外側に膨らむ形状)が駆動プーリー35付近でほぼ消失し、ベルト39の内周面全体が駆動プーリー35に面接触するため、駆動プーリー35の回転速度に対する端部39Eの損傷の影響が現れにくくなり、端部39Eの損傷を検知することが困難になる。ただし、距離Lが8倍未満の場合、駆動プーリー35付近における曲げ変形の緩和が少ないため、駆動プーリー35の周方向の曲げ変形との合成により曲げ応力が過大となり、ベルト39の寿命が短くなるおそれがある。
【0029】
以上のことから、クラウン量Cが0.3mm以上0.5mm以下、且つ、距離Lが幅Wの8倍以上25倍以下である場合、ベルト39の軸方向の端部39Eは、駆動プーリー35の外周面に接触する一方、従動プーリー37の外周面には接触せず、且つ、ベルト39の回転速度の低下が回避される。
【0030】
[第1計測部]
第1計測部51は、例えば、モーター33の内部に配置された複数のホール素子51Hと、信号処理部51Sと、を備える。ホール素子51Hは、モーター33のローター(図示省略)の周囲に回転方向に等間隔で配置され、ローターの回転に伴って変化する磁界の強さに応じたFG(Frequency Generator)パルス信号を出力する。信号処理部51Sは、例えば、FGパルス信号の周波数に比例した電圧を出力するF/V変換器と、出力された電圧の周波数を解析するFFTアナライザーと、を備え(図示省略)、FGパルス信号を解析して駆動プーリー35の回転むらを算出し、回転むらを示すデータを制御部4に出力する。回転むらは、設定された回転数に対する実際の回転数の比率で表される。
【0031】
[制御部]
駆動伝達装置31は、制御部4によって制御される。制御部4は、プロセッサーとソフトウェアとによって実現されてもよいし、集積回路等のハードウェアによって実現されてもよい。プロセッサーは、メモリーに記憶されているプログラムを読み出して実行することで各種処理を実行する。プロセッサーとしては、例えば、CPU(Central Processing Unit)が使用される。メモリーは、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の記憶媒体を含む。メモリーには、駆動伝達装置31の制御に用いられる制御プログラムが記憶される。
【0032】
制御部4には、第1計測部51の信号処理部51Sが接続されている。また、制御部4は、通信回線を通じてサービスセンターに接続されており、サービスセンターとの間でデータの送受信が可能である。
【0033】
図5は、駆動伝達装置31の動作を示す流れ図である。プリンター1に画像形成ジョブが入力されると、制御部4は、以下の損傷検知処理を実行する。最初に、制御部4は、閾値以上の回転むらが計測された回数を累積するカウンターnを0に初期化し(ステップS01)、モーター33により駆動プーリー35を回転させる(ステップS03)。
【0034】
次に、制御部4は、駆動プーリー35の回転むらを計測し(ステップS05)、回転むらが閾値以上であるか否かを判定する(ステップS07)。本実施形態では、一例として、回転むらの閾値が2%に設定されている。制御部4は、回転むらが2%以上であると判定した場合には(ステップS07:YES)、ステップS09の処理に移行し、回転むらが2%未満であると判定した場合には(ステップS07:NO)、ステップS15の処理に移行する。
【0035】
ステップS09において、制御部4は、カウンターnに1を加算し、nが10に達したか否かを判定する(ステップS11)。制御部4は、nが10に達したと判定した場合には(ステップS11:YES)、ベルト39に損傷が発生した旨の情報をサービスセンターに送信し(ステップS13)、損傷検知処理を終了する。nが10に達していないと判定した場合には(ステップS11:NO)、制御部4は、ステップS05以降の処理を繰り返す。
【0036】
一方、ステップS15において、制御部4は、画像形成ジョブが終了したか否かを判定する。制御部4は、画像形成ジョブが終了したと判定した場合には(ステップS15:YES)、損傷検知処理を終了し、画像形成ジョブが終了していないと判定した場合には(ステップS15:NO)、ステップS01以降の処理を繰り返す。
【0037】
駆動プーリー35と従動プーリー37の両方をクラウニングすれば、片方をクラウニングした場合と比べて蛇行防止の効果は高くなるが、径の小さなプーリー側ではベルト39に過大な曲げ応力が生じるおそれがあるため、減速装置として構成された駆動伝達装置31においては、径の大きな従動プーリー37だけをクラウニングするのが一般的である。その場合、ベルト39の軸方向の端部39Eが従動プーリー37の外周面に接触しないことが必要であるが、そうした場合、ベルト39の端部39Eに損傷が生じても損傷部位が外周面に接触しないから、従動プーリー37の回転むらを計測しても、損傷を検知することができない。
【0038】
これに対して、本実施形態に係る駆動伝達装置31は、駆動プーリー35の回転むらを計測する第1計測部51を備え、駆動プーリー35は、径が軸方向に均一であり、従動プーリー37よりも径が小さく、ベルト39は、従動プーリー37の膨出部41に沿って、軸方向の中央39C部が端部39Eよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられ、ベルト39の軸方向の端部39Eは、駆動プーリー35の外周面に接触する一方、従動プーリー37の外周面には接触しない。よって、駆動プーリー35の回転むらから、ベルト39の端部39Eの損傷を検知することができる。また、ベルト39の蛇行を防止することができる。
【0039】
以上説明した本実施形態に係る駆動伝達装置31によれば、ベルト39の蛇行を防止するとともに、ベルト39の損傷を高精度に検知することができる。
【0040】
また、本実施形態に係る駆動伝達装置31によれば、従動プーリー37の膨出部41のクラウン量Cが、0.3mm以上0.5mm以下であり、駆動プーリー35の外周面のうち従動プーリー37から最も遠い点と、従動プーリー37の外周面のうち駆動プーリー35から最も遠い点との距離Lが、ベルト39の幅Wの8倍以上25倍以下であるから、ベルト39の軸方向の端部39Eが駆動プーリー35の外周面に接触する一方、従動プーリー37の外周面には接触しない状態を実現することができる。
【0041】
また、本実施形態に係る駆動伝達装置31によれば、制御部4が、第1計測部51によって計測された回転むらからベルト39の軸方向の端部39Eの損傷の有無を判定し、ベルト39の損傷を示す情報を出力するから、ベルト39が破断に至る前に対策を講じることができる。
【0042】
[変形例]
上記実施形態が以下のように変形されてもよい。
【0043】
上記実施形態の構成に加えて、第2計測部52が設けられていてもよい。第2計測部52は、例えば、光学式のロータリーエンコーダーであり、遮光板52Dと、フォトインタラプター52Pと、信号処理部52Sと、を備える。遮光板52Dは、放射状に延びる複数のスリット(図示省略)が従動軸36の回転方向に等間隔で形成された円板であり、従動軸36に固定されている。フォトインタラプター52Pは、ハウジングに固定され、遮光板52Dの回転により交互にレベルが変化するパルス信号を出力する。信号処理部52Sは、例えば、パルス信号の周波数を電圧に変換するF/V変換器と、信号の周波数分布を高速フーリエ変換により算出するFFTアナライザーとを備え(図示省略)、パルス信号を解析して従動プーリー37の回転速度を算出し、回転速度を示すデータを制御部4に出力する。制御部4は、第2計測部52によって計測された回転速度と、設定された回転速度との差が所定の範囲内に収まるように、モーター33をフィードバック制御する。この構成によれば、従動プーリー37の駆動の精度を高めることができる。
【0044】
上記実施形態では、制御部4が、2%以上の回転むらが計測された回数を積算し、その回数が10回に達した場合に、ベルト39に損傷が発生したと判定する例が示されたが、この構成に加えて、制御部4が、2%以上の回転むらの発生周期を計測し、その発生周期と設計上のベルト39の回転周期との差が閾値以下である場合に、ベルト39に損傷が発生したと判定してもよい。この構成によれば、ベルト39の損傷の検知の精度を高めることができる。
【0045】
また、制御部4が、2%以上の回転むらの値が増加する傾向を示した場合に、モーター33の駆動を停止するように構成されてもよい。この構成によれば、ベルト39の破断を未然に防ぐことができる。
【0046】
また、制御部4が、ベルト39が1回転する間の損傷の発生回数を記憶し、その発生回数が増加する傾向を示した場合に、モーター33の駆動を停止するように構成されてもよい。この構成によれば、ベルト39の破断を未然に防ぐことができる。
【0047】
上記実施形態では、第1計測部51が、モーター33の内部に配置された複数のホール素子51Hと信号処理部51Sとを備える例が示されたが、第1計測部51は、光学式のロータリーエンコーダー等でもよい。
【0048】
上記実施形態では、ベルト39が駆動されるとベルト39の従動プーリー37に接触している区間が従動プーリー37の膨出部41に沿って軸方向の中央部39Cが端部39Eよりも外側に膨らむ形状に曲げ変形させられる例が示されたが、ベルト39は、予め、軸方向の中央部39Cが端部39Eよりも外側に膨らんだ形状に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【0049】
1 プリンター(画像形成装置)
4 制御部
9 画像形成部
19 感光体ドラム
31 駆動伝達装置
33 モーター
35 駆動プーリー
37 従動プーリー
39 ベルト
39C 中央部
39E 端部
41 膨出部
51 第1計測部
52 第2計測部