画像形成装置及び駆動伝達軸継手
【課題】画像品質を改善すべく、軸継手部分での回転速度変動と振動伝播との両方を抑制するとともに、設計変更に対しても早期且つ柔軟に対応することのできる画像形成装置及び駆動伝達軸継手を提供する。
【解決手段】回転駆動源６０からの回転駆動力を受ける回転駆動部材６２と、感光体ドラム２０を含み、着脱可能に構成された画像形成ユニット３０と、の間に介在して、回転駆動部材６２からの回転駆動力を前記感光体ドラム２０に伝達する、画像形成装置１に使用される駆動伝達軸継手４０であって、駆動伝達軸継手４０が、高剛性材料５８及び防振材料５６を含んでなり、防振材料５６が高剛性材料５８を駆動伝達軸継手４０の軸方向で分断するように構成されている。
【解決手段】回転駆動源６０からの回転駆動力を受ける回転駆動部材６２と、感光体ドラム２０を含み、着脱可能に構成された画像形成ユニット３０と、の間に介在して、回転駆動部材６２からの回転駆動力を前記感光体ドラム２０に伝達する、画像形成装置１に使用される駆動伝達軸継手４０であって、駆動伝達軸継手４０が、高剛性材料５８及び防振材料５６を含んでなり、防振材料５６が高剛性材料５８を駆動伝達軸継手４０の軸方向で分断するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置およびそれに用いられる駆動伝達軸継手に関する。詳細には、本発明は、感光体を含む画像形成ユニットが着脱可能な画像形成装置、およびその本体と画像形成ユニットとの間での回転駆動力を伝達する駆動伝達軸継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、感光体等の消耗部分をユニット化して着脱可能な構成とすることにより、ユーザによって交換できるようにした画像形成装置がある。例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックという４色の画像形成部を有するタンデム型の画像形成装置では、各色に対応した画像形成ユニットを合計４つ備えている。このような画像形成ユニットが画像形成装置本体に装着されたとき、画像形成装置本体に設けられた駆動源によって感光体ドラムが回転駆動される。当該駆動源に対して感光体ドラムが駆動伝達軸継手を介して連結されることによって、駆動源の駆動力が感光体ドラムに伝達され、感光体ドラムが回転するように構成されている。
【０００３】
従来から、当該駆動伝達軸継手の構成として種々のものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照のこと。）。
【０００４】
特許文献１に記載された画像形成装置では、駆動伝達軸継手としてのカップリング凸軸又はカップリング凹軸のうちいずれか一方が、所定の温度以上になると記憶形状に回復する形状記憶材料から構成されている。カップリングに使用される形状記憶材料としては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金等の形状記憶合金やポリノルボルネシ等の形状記憶ポリマーが例示されているが、いずれも、樹脂材料や金属材料といった単体の材料が使用されている。
【０００５】
また、特許文献２に記載された画像形成装置では、駆動伝達軸継手としてのカップリング軸等を導電性樹脂や金属等の導電性材料にすることによって、感光体ドラムに帯電した不要な電荷を、導電性のドラム軸凸部やカップリング軸や駆動板金等を通じてアースに接地することが行われている。アースへの接地を確立するためには、感光体ドラムから駆動板金までの全経路を導電性材料で構成する必要があることから、カップリング軸としては電気的特性に着目した導電性材料が使用されている。
【０００６】
ところで、画像形成装置においては、画像品質の向上が切望されている。画像品質を向上するためには、感光体ドラムの回転を安定させることが非常に重要である。感光体ドラムの回転中に回転速度が変動したり振動が伝播したりすると、画質の劣化を招いてしまう。
【０００７】
形状記憶ポリマーや導電性樹脂等の樹脂材料だけで駆動伝達軸継手を構成した場合、駆動伝達軸継手の剛性が不足するために、感光体ドラムの回転速度の変動が大きくなり、画像形成部において各色の色重ねズレが生じやすいという問題がある。
【０００８】
また、形状記憶合金等の金属材料だけで駆動伝達軸継手を構成した場合、駆動伝達軸継手の剛性はアップするものの、駆動源からの振動伝播が大きくなり、画像ノイズが混入しやすいという問題がある。
【０００９】
さらに、画像形成装置内で発生する振動の周波数と、駆動源と駆動伝達軸継手と感光体ドラムとを含む感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数とが、一致するか整数倍になったときに、画像問題を生じることがある。そのような画像問題の発生状況に応じて、駆動伝達軸継手の外観形状や寸法形状や感光体駆動伝達系の構成（例えば、駆動ギアの歯数の構成）を個別具体的に変更することによって画像問題を解決しているのが現状である。しかしながら、このような変更は、大幅な設計変更に該当するので、変更が困難である場合が多い。大幅な変更が可能である場合であっても、新製品の早期開発や製造コスト削減の妨げになっている。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−９８８０８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、画像品質を改善すべく、軸継手部分での回転速度変動と振動伝播との両方を抑制するとともに、設計変更に対しても早期且つ柔軟に対応することのできる画像形成装置及び駆動伝達軸継手を提供することである。
【課題を解決するための手段および作用・効果】
【００１２】
上記技術的課題を解決するために、
回転駆動源からの回転駆動力を受ける回転駆動部材と、
感光体ドラムを含み、着脱可能に構成された画像形成ユニットと、
前記回転駆動部材と画像形成ユニットとの間に介在して、回転駆動部材からの回転駆動力を前記感光体ドラムに伝達する駆動伝達軸継手と、を有する画像形成装置であって、
前記駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含んでなり、
前記防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００１３】
上記構成によれば、駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含むいわゆるハイブリッド構造をしているので、高剛性材料が回転速度変動の抑制を担うとともに、防振材料が振動伝播の抑制を担っている。そして、防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることで、高剛性材料に起因した振動伝播が防振材料によって遮断される。したがって、駆動伝達軸継手での回転速度変動と振動伝播との両方を抑制することができるので、画像品質の向上を図ることができる。また、駆動伝達軸継手部分における高剛性材料及び防振材料の構成を適宜変えることによって、回転速度変動及び振動伝播を低減することができるので、早期且つ柔軟に設計変更に対応することができる。
【００１４】
駆動伝達軸継手において、振動伝播を低減させるためには少しの防振材料を介在させることで十分な効果が得られるとともに、駆動伝達軸継手を構造的に支えるために高剛性材料を多く必要とするので、駆動伝達軸継手の主たる構成要素が高剛性材料であることが好ましい。
【００１５】
駆動伝達軸継手において、高剛性材料及び防振材料が熱熔着やインサート成形等によって連結された構成とすることもできるが、様々な設計変更に迅速に対応すべく駆動伝達軸継手が高い自由度を備えるように、高剛性材料と防振材料とが螺合することによって連結されていることが好ましい。
【００１６】
高剛性材料及び防振材料が軸方向に沿って交互に配置されているという直列的な構成とすることができる。
【００１７】
あるいは、高剛性材料がいわゆる芯材として軸方向に延在し、該高剛性材料が防振材料で覆われているという並列的な構成とすることができる。
【００１８】
画像形成装置内で発生する振動の周波数と、回転駆動源と回転駆動部材と駆動伝達軸継手とを含む駆動部に存在する伝達関数の共振周波数とが、一致又は整数倍にならないように、高剛性材料と防振材料との体積比が変更される。
【００１９】
具体的には、高剛性材料が金属材料又はセラミック材料であり、防振材料が樹脂材料である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１について、図１乃至８及び表１を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、画像形成装置として、タンデム型のカラープリンタ１に適用したものである。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るカラープリンタ１の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のカラープリンタ１における駆動ユニット３を示す説明図である。図３は、ジョイント４０の形状を示す斜視図である。図４は、図３に示したジョイント４０の一実施形態を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。図５は、図４に示したジョイント４０の高剛性材料５８の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。図６は、図４に示したジョイント４０の樹脂材料５６の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。図７は、感光体ドラム２０の回転周期と位置ズレ量との関係を説明する図である。図８は、感光体ドラム２０の表面振動と周波数との関係を説明する図である。
【００２２】
本発明のカラープリンタ１は、図１に示すように、各色の画像形成ユニット３０が、中間転写ベルト１１に沿って並置されている。カラープリンタ１の下部には用紙カセット１２が装着され、その中の用紙が給紙ローラ１３によって給紙搬送部１４に搬送される。各色の画像形成ユニット３０によって中間転写ベルト１１上に重ねられて形成された画像は、二次転写部１５で用紙に転写され、定着部１６で定着される。こうして画像が形成された用紙は、排紙ローラ１７によって排紙される。これらの構成はすべて筐体１０内に収められている。
【００２３】
各色の画像形成ユニット３０は、いずれもほぼ同様の構成であり、それぞれ、感光体ドラム２０、現像部２２、露光部、帯電部、クリーナ部、転写部を有している。この画像形成ユニット３０の各部の構成および動作は一般的なものであるので、ここでは説明を省略する。各画像形成ユニット３０は、少なくとも感光体ドラム２０を含んだ所定部分がユニット化されている。画像形成ユニット３０は、カラープリンタ１の筐体１０に対して着脱可能にされている。以下、カラープリンタ１のうち、画像形成ユニット３０を除く部分を本体と呼ぶことにする。なお、画像形成ユニット３０は、Ｙ（イエロー）Ｍ（マゼンタ）Ｃ（シアン）に比べてＢＫ（黒）が大型であり、感光体系も多色のものに比べて大型化されている。
【００２４】
図１のカラープリンタ１の手前側には、開閉可能なドアが設けられている。このドアを開放することにより、各画像形成ユニット３０の手前側端部が露出する。ユーザはこの露出された画像形成ユニット３０の前端部を把持して図１の手前側に引き出すことにより、画像形成ユニット３０を本体から取り外すことができる。また、本体の画像形成ユニット３０が取り外された空間に画像形成ユニット３０を挿入し、図１の奥方向へ押し込めば再び装着することができる。取付後、ドアを閉止すると、画像形成ユニット３０の手前側端部がドアの内面によって保持されて固定される。
【００２５】
次に、図２を参照しながら、本体と画像形成ユニット３０とをつなぐ駆動ユニット３を説明する。この駆動ユニット３は、図１のカラープリンタ１の奥側に配置されている。図２は、駆動ユニット３の断面を模式的に示している。
【００２６】
図２の左側に示すように、本体に対して着脱可能である画像形成ユニット３０は、図２の右方向に延在する円筒状の感光体ドラム２０を含んでいる。感光体ドラム２０の左端には、その右端が開口した略円筒形状のカップリング３６が、感光体ドラム２０の回転軸上に取り付けられている。カップリング３６は、その右端が開口して、その内部に三角柱形状の当接穴３７が形成されている。なお、各画像形成ユニットには、同じ構成のジョイントを使用する。
【００２７】
また、本体側は、図２の右側に示すように、駆動ギア６２が軸受けを介して筐体１０に固定されている。駆動ギア６２の回転軸上には、図２の左方向に延在するジョイント受け部６６が形成されている。略円筒形状をしたジョイント受け部６６は、その左端が開口して、その内部に三角柱形状の当接穴６７が形成されている。当接穴６７の右端部には圧縮バネ６４が装着されている。圧縮バネ６４は、当接穴６７の中に挿入されたジョイント４０の末端部４８に係着されて、ジョイント４０を図２の左方向に付勢する。
【００２８】
駆動ギア６２は、本体の内部に設けられた駆動モータ６０による回転駆動力をジョイント４０に伝達する。詳しくは後述するが、ジョイント受け部６６の当接穴６７とジョイント４０とは、部分的に当接して回転駆動力が伝達される。軸受けは、筐体１０に固定され、駆動ギア６２を回転可能に支持している。
【００２９】
ジョイント４０は、図３に示すように、大略三角柱形状をした本体部４２と、大略三角錐形状をした先端部４４と、大略円柱形状をした末端部４８と、を備えている。画像形成ユニット３０が本体に取り付けられた状態のジョイント４０は、画像形成ユニット３０のカップリング３６の当接穴３７と、駆動ギア６２のジョイント受け部６６の当接穴６７と、に対して当接している。
【００３０】
ジョイント４０は、図４に示すように、高剛性材料５８と防振材料５６とから構成されたハイブリッド構成をしている。高剛性材料５８は、アルミニウムやアルミ合金や銅合金やステンレス鋼等の金属材料や、アルミナやジルコニア等のセラミック材料等から構成されている。加工容易性やコスト等の面から、高剛性材料５８としては金属材料が典型的に用いられる。また、防振材料５６は、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂材料から構成されている。
【００３１】
すなわち、図４乃至６に示すように、ジョイント４０は、樹脂材料５６からなる先端部４４と、金属材料５８からなる本体部４２及び末端部４８から構成されている。つまり、金属材料５８がジョイント４０の主たる構成要素となっている。先端部４４の末端側には、内ネジの形成された受入凹部５２が設けられているとともに、本体部４２の先端側には、外ネジの形成された突出部５０が設けられている。本体部４２が先端部４４に対して感光体ドラム２０の回転方向と同じ方向に回転・挿入されると、突出部５０が受入凹部５２に螺合して、先端部４４が本体部４２に対して連結固定される。寸法や材質や比率を変えた先端部４４及び本体部４２を適宜組み合わせることによって、所望のジョイント特性を得ることができる。
【００３２】
ジョイント４０が、感光体ドラム２０のカップリング３６の当接穴３７と、駆動ギア６２のジョイント受け部６６の当接穴６７と、に対してそれぞれ挿入されているとき、ジョイント４０の稜線４６が、カップリング３６の三角柱形状の当接穴３７の三つの内接面と、駆動ギア６２の三角柱形状の当接穴６７の三つの内接面とに対してそれぞれ一点のみで当接している。したがって、ジョイント４０は、当接穴３７と当接穴６７とに対して、回転方向の駆動に関してそれぞれ三点で嵌合されるので、駆動モータ６０による回転駆動力を感光体ドラム２０に伝達することができる。
【００３３】
次に、このようなジョイント４０をカラープリンタ１に組み込んだときのジョイント性能を、「感光体表面上の最大位置ズレ量」と「感光体表面上への振動伝播強度」とによって評価した。なお、評価に供したジョイント４０は、ポリカーボネート（ＰＣ）からなる先端部４４と、アルミ合金からなる本体部４２及び末端部４８とから構成されている。
【００３４】
「感光体表面上の最大位置ズレ量」は、感光体ドラム２０を一定速度で回転したと仮定したときの理想的な位置に対して、現実にどれだけの量のズレが発生しているかを実測したものである。具体的には、感光体ドラム２０の回転位置を読み取るエンコーダを感光体ドラム２０の回転中心と同軸に取付けて、感光体ドラム２０を回転駆動させたときの回転周期毎の感光体ドラム２０の表面上の位置データを測定する。この測定結果と、感光体ドラム２０が一定速度で回転すると仮定したときの理想的な位置との差を計算することによって、図７に示したような、感光体ドラム２０の回転周期毎の位置ズレ量が算出される。そして、感光体ドラム２０の回転周期と位置ズレとの関係を示した図７のグラフから、一回転周期での位置ズレ量の最大振幅を求めることによって、「感光体表面上の最大位置ズレ量」が算出される。したがって、「感光体表面上の最大位置ズレ量」の値は、感光体ドラム２０の回転速度の変動に関係している。
【００３５】
ここで、「感光体表面上の最大位置ズレ量」が小さいほど、印字が理想的な位置で作像及び転写されていることを示している。また、「感光体表面上の最大位置ズレ量」が大きいほど、駆動ギア６２と感光体ドラム２０との間での回転駆動力の伝達に遅延（位相のズレ）が周期的に発生するために、各色を転写したときの色重ねズレが大きくなる原因となり、色重ねズレがある閾値を超えると、人間の視覚上で色重ねズレを感知して画像品質問題となる。
【００３６】
また、「感光体表面上への振動伝播強度」は、感光体ドラム２０を回転駆動する駆動源としての駆動モータ６０や駆動ギア６２の駆動源から発生する振動が、感光体ドラム２０の表面上でどれだけ伝播しているかを実測したものである。具体的には、感光体ドラム２０の表面での速度変動をレーザードップラー計等を用いて測定し、その得られた測定結果を周波数解析を行い、図８に示したような、駆動源に起因した周波数の強度がどれくらいであるかを求めることによって、「感光体表面上への振動伝播強度」が算出される。したがって、「感光体表面上への振動伝播強度」の値は、駆動源からの振動伝播に関係している。
【００３７】
ここで、駆動ギア６２から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系での共振周波数と、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数とが、一致するか又は整数倍となる場合に、駆動ギア６２の振動が感光体駆動伝達系で増幅されるために、「感光体表面上への振動伝播強度」が大きいと、画像に周波数ノイズが入り、ある閾値を超えると、人間の視覚上で汚いものと感知して、画像品質問題となる。
【００３８】
その形状を同じにして構成材料だけを変えた三種類のジョイント４０、すなわち、比較例としての樹脂材料５６のみからなるジョイント４０と、比較例としての金属材料５８のみからなるジョイント４０と、本発明のハイブリッドタイプのジョイント４０と、を準備して、それらについて上記測定をそれぞれ行い、測定結果を表１にまとめた。このとき、本発明のハイブリッドタイプのジョイント４０は、樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：４であるように構成されている。表１において、「感光体表面上の最大位置ズレ量」及び「感光体表面上への振動伝播強度」の各測定値のうち、それぞれの最小のものを１としたときに、他のものが相対的にどれくらい悪くなっているかを倍率で示している。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１から、金属材料５８のみからなるジョイント４０及び樹脂材料５６のみからジョイント４０は、いずれか一方の特性だけが優れているものの、他の特性は大幅に劣っている。したがって、金属材料５８及び樹脂材料５６を含む本発明のハイブリッドタイプのジョイント４０が総合的に優れていることが分かる。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置１について、図９乃至１２及び表２乃至４を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
図９は、図３に示したジョイント４０の他の実施形態を説明する図である。図１０は、ジョイント４０の材料構成と周波数との関係を説明する概念図である。図１１は、従来技術に係る金属材料５８だけからなるジョイント４０の回転速度と周波数との関係を説明する図である。図１２は、本発明に係るジョイント４０の回転速度と周波数との関係を説明する図である。
【００４３】
図９に示すように、ジョイント４０の軸方向での樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変えることによって、様々なシステムスピード（機種毎で異なっていることが多い）に対応しようとするものである。例えば、先端部４４が樹脂材料５６であるとともに本体部４２及び末端部４８が金属材料５８であるジョイント４０（図９の上図）を、先端部４４及び本体部４２の約半分が樹脂材料５６であるとともに本体部４２の約半分及び末端部４８が金属材料５８であるジョイント４０（図９の下図）のように、樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変更するものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２は、画像形成装置１の内部で発生した振動の周波数と、ジョイント４０を含む駆動部の構成に存在する伝達関数の共振点とが一致する場合とずれる場合とを模式的に示している。画像形成装置１内で発生する振動とは、例えば、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合いによって発生する振動のことである。また、伝達係数とは、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系における振動の各周波数の出力と入力との比であり、例えば、駆動モータ６０に与える変調周波数をスイープさせることによって感光体ドラム２０の回転ムラを測定し、各変調周波数で入力（駆動モータ６０）と出力（感光体ドラム２０）との比をとることで、ジョイント４０を含む駆動部の構成に存在する伝達関数を求めることができる。ジョイント４０を含む駆動部の構成が変更されたときには、もちろん、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系における伝達関数も変化するので、そのような変更のたびに上記測定を行うことによって伝達関数を求めることができる。
【００４６】
画像形成装置１の内部で発生した振動に、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系の伝達関数を乗じたものが感光体ドラム２０（回転体）の表面での振動になって現れる。感光体ドラム２０（回転体）での振動ピークがある値以上になると、人間の視覚上でズレを感知し、画像品質問題となる。
【００４７】
図１０は、加振源である駆動モータ６０のギア及び駆動ギア６２の回転駆動力に対して、感光体ドラム２０の表面がどれだけ変位するかを模式的に示している。図１０に示すように、ジョイント４０における構成材料の比率を変更することによって、感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数をシフトさせることができるのではないかという考えに基づいて、樹脂材料５６と金属材料５８との体積比の変更について検討した。
【００４８】
駆動モータ６０の回転速度を変化させることで、システム速度（感光体ドラム２０の表面上の回転速度）を変化させながら感光体ドラム２０にレーザー光を照射して感光体ドラム２０の回転速度を測定し、その結果を周波数解析するということを行った。システム速度を変化させると、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数が変化する。当該噛み合い周波数のピークが、あるシステム速度において出現したならば、当該ピークの周波数が感光体駆動伝達系の共振周波数であることがわかる。
【００４９】
本発明の他の実施形態に係る長手軸方向での樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変えたジョイント４０と、比較例として金属材料５８だけからなるジョイント４０とを、それぞれ、図２に示した駆動ユニット３に組込み、そのときの「感光体表面上への振動伝播強度」についての周波数解析を行い、それらの結果を図１１、１２及び表３、４に示した。
【００５０】
【表３】
【００５１】
【表４】
【００５２】
図１１及び１２において、横軸は空間周波数であり、縦軸のＷ／Ｆは、感光体ドラム２０表面上の回転速度の平均値を１００％として、回転速度が平均値からどの程度変動しているかの割合を示している。図１１において、（Ａ）はシステム速度が１２０ｍｍ／ｓである場合、（Ｂ）はシステム速度が９０ｍｍ／ｓである場合、（Ｃ）はシステム速度が６０ｍｍ／ｓである場合、についての周波数解析結果をそれぞれ示している。
【００５３】
図１１及び表３に示すように、比較例として金属材料５８だけからなるジョイント４０を組み込んだ場合、システム速度が１２０ｍｍ／ｓ、９０ｍｍ／ｓ、６０ｍｍ／ｓと遅くなるに従って、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数が小さくなって、噛み合い周波数と、感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数とが一致して、振動が増幅されていることが分かる。
【００５４】
これに対して、軸方向での樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変えたジョイント４０（すなわち、図９の上図のように、樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：４）を図２に示した駆動ユニット３に組み込んだ場合、図１２に示すように、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数のピークが消失していることが分かる。
【００５５】
また、本発明の他の実施形態に係るジョイント４０として、図９の下図のように、樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：１としたものを、図２に示した駆動ユニット３に組み込んだ場合、図１２と同様に、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数のピークが消失していた。
【００５６】
また、比較例としての樹脂材料だけからなるジョイント４０を、図２に示した駆動ユニット３に組み込んだ場合も、図１２と同様に、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数のピークが消失していた。
【００５７】
表４は、上述したジョイント４０、すなわち、比較例としての金属材料５８だけからなるジョイント４０と、比較例としての樹脂材料５６からなるジョイント４０と、本発明に係る樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：４のハイブリッドタイプのジョイント４０と、本発明に係る樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：１のハイブリッドタイプのジョイント４０と、についての共振周波数をまとめたものである。表４から分かるように、金属材料５８のウエイトが大きくなるに従って、共振周波数が大きくなり、逆に、樹脂材料５６のウエイトが大きくなるに従って、共振周波数が小さくなっている。
【００５８】
このように、本発明に係るハイブリッドタイプのジョイント４０の材料やその体積比を変えることによって、ジョイント４０を含む駆動部や駆動ユニット３の形状や寸法や構成を変更することなく、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数をずらすことで、図１２に示したように、共振現象を避けることができる。したがって、本発明に係るハイブリッドタイプのジョイント４０を用いた画像形成装置１は、ジョイント４０の部分での回転速度変動と振動伝播との両方を抑制して画像品質を改善することができるとともに、設計変更に対しても早期且つ柔軟に対応することができる。
【００５９】
上記の２部品（２つの異種材料）が軸方向に沿って直列に配置されたハイブリッドタイプのジョイント４０は、高剛性材料である金属材料５８及び防振材料である樹脂材料５６が軸方向に沿って交互に複数個配置された構成することができる。すなわち、ハイブリッドタイプのジョイント４０は、金属材料５８、樹脂材料５６、金属材料５８あるいは樹脂材料５６、金属材料５８、樹脂材料５６の順番で軸方向に沿って直列に配置された３部品構成や、樹脂材料５６、金属材料５８、樹脂材料５６、金属材料５８の順番で軸方向に沿って直列に配置された４部品構成にすることができる。このとき、ジョイント４０の部品構成は、ジョイント４０の両端に対向するカップリング３６及びジョイント受け部６６の材質と実質的に同じ材質であるように選択される。そして、構造上の支持機能を担っている金属材料５８の体積比率あるいは軸方向長さは、通常、樹脂材料５６のそれよりも大きく構成されている。つまり、金属材料５８がジョイント４０の主たる構成要素となっている。したがって、本発明のジョイント４０においては、防振機能を担っている樹脂材料５６によって、構造上の支持機能を担っている金属材料５８がジョイント４０の軸方向に分断されている。
【００６０】
図３に示したジョイント４０のさらに他の実施形態について、図１３及び１４を参照しながら説明する。
【００６１】
図１３及び１４に示したジョイント４０は、構造上の支持機能を担っている芯材としての金属材料５８をジョイント４０の大略軸方向に沿って配置し、防振機能を担っている樹脂材料５６が当該金属材料５８を覆うように構成されている。したがって、図１３及び１４のジョイント４０は、金属材料５８と樹脂材料５６とがジョイント４０の軸方向に対して並列に配置された構成となっている。そして、ジョイント４０の少なくとも一つの端部、すなわちカップリング３６側の端部及び／又はジョイント受け部６６側の端部が、樹脂材料５６で構成されている。図１３及び１４に示したジョイント４０は、一つの端部が樹脂材料５６で構成された例であって、先端部４４が樹脂材料５６で構成され、本体部４２が金属材料５８と樹脂材料５６とからなる複合体で構成され、末端部４８が金属材料５８で構成されている。このようなジョイント４０は、金属材料５８を成形金型内に装填した後、成形金型内に溶融した樹脂材料５６を注入して金属材料５８を溶融した樹脂材料５６で包んだ状態で固化させるといういわゆるインサート成形によって作製することができる。
【００６２】
上記の２部品（２つの異種材料）が軸直交方向すなわち半径方向に沿って配置されたハイブリッドタイプのジョイント４０においても、構造上の支持機能を担っている金属材料５８の体積比率あるいは軸方向長さは、通常、樹脂材料５６のそれよりも大きく構成されている。つまり、金属材料５８がジョイント４０の主たる構成要素となっている。そして、図１３のジョイント４０においても、防振機能を担っている樹脂材料５６からなる先端部４４によって、構造上の支持機能を担っている金属材料５８が軸方向に分断されている。
【００６３】
また、高剛性材料として用いた金属材料５８の代わりに、セラミック材料を用いたセラミック材料と樹脂材料５６とからなるハイブリッドタイプのジョイント４０においても、上記と同様の作用・効果を得ることができる。
【００６４】
上記実施形態では、ジョイント４０を感光体ドラムの駆動部に適用した場合について説明したが、回転速度変動と振動伝播との両方を抑制することが求められる箇所、例えば、現像部２２の駆動部にも適用することができる。
【００６５】
また、先端部４４の受入凹部５２と本体部４２の突出部５０とを熱熔着することによって、先端部４４と本体部４２とを一体に連結することができる。あるいは、先端部４４の受入凹部５２を正六角形等の正多角凹形にするとともに、本体部４２の突出部５０を正六角形等の正多角凸形にすることで、雌雄の嵌合によって先端部４４と本体部４２とを一体に連結することができる。また、本実施例では、四つの画像形成ユニットのジョイントにおいて、同じ構成のジョイントを使用しているが、感光体径の異なるＢＫ（黒）のみ異なる構成としてもよい。例えば、図９のように、黒の感光体のみを、樹脂材料と金属材料との比率を１：４とし、他色の感光体を、樹脂材料と金属材料との比率を１：１としてもよい。こうすることで、駆動系等の他の構成を変えることなく、大きさの異なる画像形成ユニットの回転速度の変動や振動伝播を低減するように、簡単な変更が可能となる。あるいは、それぞれの感光体に対して異なる構成のジョイントを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の画像形成装置における駆動ユニットを示す説明図である。
【図３】駆動伝達軸継手の形状を示す斜視図である。
【図４】図３に示した駆動伝達軸継手の一実施形態を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図５】図４に示した駆動伝達軸継手の高剛性材料の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図６】図４に示した駆動伝達軸継手の防振材料の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図７】感光体ドラムの回転周期と位置ズレ量との関係を説明する図である。
【図８】感光体ドラムの表面振動と周波数との関係を説明する図である。
【図９】図３に示した駆動伝達軸継手の他の実施形態を説明する図である。
【図１０】駆動伝達軸継手の材料構成と周波数との関係を説明する概念図である。
【図１１】従来技術に係る金属材料からなる駆動伝達軸継手の回転速度と周波数との関係を説明する図である。
【図１２】本発明に係る駆動伝達軸継手の回転速度と周波数との関係を説明する図である。
【図１３】図３に示した駆動伝達軸継手のさらに他の実施形態を説明する図である。
【図１４】図３に示した駆動伝達軸継手のさらに他の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１：カラープリンタ（画像形成装置）
３：駆動ユニット
１０：筐体
１１：中間転写ベルト
１２：用紙カセット
１３：給紙ローラ
１４：給紙搬送部
１５：二次転写部
１６：定着部
２０：感光体ドラム
２８：トナーカートリッジ
３０：画像形成ユニット
３６：カップリング
３７：当接穴
４０：ジョイント（駆動伝達軸継手）
４２：本体部
４４：先端部
４６：稜線
４８：末端部
５０：突出部
５２：受入凹部
５６：樹脂材料（防振材料）
５８：金属材料（高剛性材料）
６０：駆動モータ（回転駆動源）
６２：駆動ギア（回転駆動部材）
６４：圧縮バネ
６６：ジョイント受け部
６７：当接穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置およびそれに用いられる駆動伝達軸継手に関する。詳細には、本発明は、感光体を含む画像形成ユニットが着脱可能な画像形成装置、およびその本体と画像形成ユニットとの間での回転駆動力を伝達する駆動伝達軸継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、感光体等の消耗部分をユニット化して着脱可能な構成とすることにより、ユーザによって交換できるようにした画像形成装置がある。例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックという４色の画像形成部を有するタンデム型の画像形成装置では、各色に対応した画像形成ユニットを合計４つ備えている。このような画像形成ユニットが画像形成装置本体に装着されたとき、画像形成装置本体に設けられた駆動源によって感光体ドラムが回転駆動される。当該駆動源に対して感光体ドラムが駆動伝達軸継手を介して連結されることによって、駆動源の駆動力が感光体ドラムに伝達され、感光体ドラムが回転するように構成されている。
【０００３】
従来から、当該駆動伝達軸継手の構成として種々のものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照のこと。）。
【０００４】
特許文献１に記載された画像形成装置では、駆動伝達軸継手としてのカップリング凸軸又はカップリング凹軸のうちいずれか一方が、所定の温度以上になると記憶形状に回復する形状記憶材料から構成されている。カップリングに使用される形状記憶材料としては、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金等の形状記憶合金やポリノルボルネシ等の形状記憶ポリマーが例示されているが、いずれも、樹脂材料や金属材料といった単体の材料が使用されている。
【０００５】
また、特許文献２に記載された画像形成装置では、駆動伝達軸継手としてのカップリング軸等を導電性樹脂や金属等の導電性材料にすることによって、感光体ドラムに帯電した不要な電荷を、導電性のドラム軸凸部やカップリング軸や駆動板金等を通じてアースに接地することが行われている。アースへの接地を確立するためには、感光体ドラムから駆動板金までの全経路を導電性材料で構成する必要があることから、カップリング軸としては電気的特性に着目した導電性材料が使用されている。
【０００６】
ところで、画像形成装置においては、画像品質の向上が切望されている。画像品質を向上するためには、感光体ドラムの回転を安定させることが非常に重要である。感光体ドラムの回転中に回転速度が変動したり振動が伝播したりすると、画質の劣化を招いてしまう。
【０００７】
形状記憶ポリマーや導電性樹脂等の樹脂材料だけで駆動伝達軸継手を構成した場合、駆動伝達軸継手の剛性が不足するために、感光体ドラムの回転速度の変動が大きくなり、画像形成部において各色の色重ねズレが生じやすいという問題がある。
【０００８】
また、形状記憶合金等の金属材料だけで駆動伝達軸継手を構成した場合、駆動伝達軸継手の剛性はアップするものの、駆動源からの振動伝播が大きくなり、画像ノイズが混入しやすいという問題がある。
【０００９】
さらに、画像形成装置内で発生する振動の周波数と、駆動源と駆動伝達軸継手と感光体ドラムとを含む感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数とが、一致するか整数倍になったときに、画像問題を生じることがある。そのような画像問題の発生状況に応じて、駆動伝達軸継手の外観形状や寸法形状や感光体駆動伝達系の構成（例えば、駆動ギアの歯数の構成）を個別具体的に変更することによって画像問題を解決しているのが現状である。しかしながら、このような変更は、大幅な設計変更に該当するので、変更が困難である場合が多い。大幅な変更が可能である場合であっても、新製品の早期開発や製造コスト削減の妨げになっている。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−９８８０８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、画像品質を改善すべく、軸継手部分での回転速度変動と振動伝播との両方を抑制するとともに、設計変更に対しても早期且つ柔軟に対応することのできる画像形成装置及び駆動伝達軸継手を提供することである。
【課題を解決するための手段および作用・効果】
【００１２】
上記技術的課題を解決するために、
回転駆動源からの回転駆動力を受ける回転駆動部材と、
感光体ドラムを含み、着脱可能に構成された画像形成ユニットと、
前記回転駆動部材と画像形成ユニットとの間に介在して、回転駆動部材からの回転駆動力を前記感光体ドラムに伝達する駆動伝達軸継手と、を有する画像形成装置であって、
前記駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含んでなり、
前記防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００１３】
上記構成によれば、駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含むいわゆるハイブリッド構造をしているので、高剛性材料が回転速度変動の抑制を担うとともに、防振材料が振動伝播の抑制を担っている。そして、防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることで、高剛性材料に起因した振動伝播が防振材料によって遮断される。したがって、駆動伝達軸継手での回転速度変動と振動伝播との両方を抑制することができるので、画像品質の向上を図ることができる。また、駆動伝達軸継手部分における高剛性材料及び防振材料の構成を適宜変えることによって、回転速度変動及び振動伝播を低減することができるので、早期且つ柔軟に設計変更に対応することができる。
【００１４】
駆動伝達軸継手において、振動伝播を低減させるためには少しの防振材料を介在させることで十分な効果が得られるとともに、駆動伝達軸継手を構造的に支えるために高剛性材料を多く必要とするので、駆動伝達軸継手の主たる構成要素が高剛性材料であることが好ましい。
【００１５】
駆動伝達軸継手において、高剛性材料及び防振材料が熱熔着やインサート成形等によって連結された構成とすることもできるが、様々な設計変更に迅速に対応すべく駆動伝達軸継手が高い自由度を備えるように、高剛性材料と防振材料とが螺合することによって連結されていることが好ましい。
【００１６】
高剛性材料及び防振材料が軸方向に沿って交互に配置されているという直列的な構成とすることができる。
【００１７】
あるいは、高剛性材料がいわゆる芯材として軸方向に延在し、該高剛性材料が防振材料で覆われているという並列的な構成とすることができる。
【００１８】
画像形成装置内で発生する振動の周波数と、回転駆動源と回転駆動部材と駆動伝達軸継手とを含む駆動部に存在する伝達関数の共振周波数とが、一致又は整数倍にならないように、高剛性材料と防振材料との体積比が変更される。
【００１９】
具体的には、高剛性材料が金属材料又はセラミック材料であり、防振材料が樹脂材料である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１について、図１乃至８及び表１を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、画像形成装置として、タンデム型のカラープリンタ１に適用したものである。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るカラープリンタ１の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のカラープリンタ１における駆動ユニット３を示す説明図である。図３は、ジョイント４０の形状を示す斜視図である。図４は、図３に示したジョイント４０の一実施形態を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。図５は、図４に示したジョイント４０の高剛性材料５８の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。図６は、図４に示したジョイント４０の樹脂材料５６の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。図７は、感光体ドラム２０の回転周期と位置ズレ量との関係を説明する図である。図８は、感光体ドラム２０の表面振動と周波数との関係を説明する図である。
【００２２】
本発明のカラープリンタ１は、図１に示すように、各色の画像形成ユニット３０が、中間転写ベルト１１に沿って並置されている。カラープリンタ１の下部には用紙カセット１２が装着され、その中の用紙が給紙ローラ１３によって給紙搬送部１４に搬送される。各色の画像形成ユニット３０によって中間転写ベルト１１上に重ねられて形成された画像は、二次転写部１５で用紙に転写され、定着部１６で定着される。こうして画像が形成された用紙は、排紙ローラ１７によって排紙される。これらの構成はすべて筐体１０内に収められている。
【００２３】
各色の画像形成ユニット３０は、いずれもほぼ同様の構成であり、それぞれ、感光体ドラム２０、現像部２２、露光部、帯電部、クリーナ部、転写部を有している。この画像形成ユニット３０の各部の構成および動作は一般的なものであるので、ここでは説明を省略する。各画像形成ユニット３０は、少なくとも感光体ドラム２０を含んだ所定部分がユニット化されている。画像形成ユニット３０は、カラープリンタ１の筐体１０に対して着脱可能にされている。以下、カラープリンタ１のうち、画像形成ユニット３０を除く部分を本体と呼ぶことにする。なお、画像形成ユニット３０は、Ｙ（イエロー）Ｍ（マゼンタ）Ｃ（シアン）に比べてＢＫ（黒）が大型であり、感光体系も多色のものに比べて大型化されている。
【００２４】
図１のカラープリンタ１の手前側には、開閉可能なドアが設けられている。このドアを開放することにより、各画像形成ユニット３０の手前側端部が露出する。ユーザはこの露出された画像形成ユニット３０の前端部を把持して図１の手前側に引き出すことにより、画像形成ユニット３０を本体から取り外すことができる。また、本体の画像形成ユニット３０が取り外された空間に画像形成ユニット３０を挿入し、図１の奥方向へ押し込めば再び装着することができる。取付後、ドアを閉止すると、画像形成ユニット３０の手前側端部がドアの内面によって保持されて固定される。
【００２５】
次に、図２を参照しながら、本体と画像形成ユニット３０とをつなぐ駆動ユニット３を説明する。この駆動ユニット３は、図１のカラープリンタ１の奥側に配置されている。図２は、駆動ユニット３の断面を模式的に示している。
【００２６】
図２の左側に示すように、本体に対して着脱可能である画像形成ユニット３０は、図２の右方向に延在する円筒状の感光体ドラム２０を含んでいる。感光体ドラム２０の左端には、その右端が開口した略円筒形状のカップリング３６が、感光体ドラム２０の回転軸上に取り付けられている。カップリング３６は、その右端が開口して、その内部に三角柱形状の当接穴３７が形成されている。なお、各画像形成ユニットには、同じ構成のジョイントを使用する。
【００２７】
また、本体側は、図２の右側に示すように、駆動ギア６２が軸受けを介して筐体１０に固定されている。駆動ギア６２の回転軸上には、図２の左方向に延在するジョイント受け部６６が形成されている。略円筒形状をしたジョイント受け部６６は、その左端が開口して、その内部に三角柱形状の当接穴６７が形成されている。当接穴６７の右端部には圧縮バネ６４が装着されている。圧縮バネ６４は、当接穴６７の中に挿入されたジョイント４０の末端部４８に係着されて、ジョイント４０を図２の左方向に付勢する。
【００２８】
駆動ギア６２は、本体の内部に設けられた駆動モータ６０による回転駆動力をジョイント４０に伝達する。詳しくは後述するが、ジョイント受け部６６の当接穴６７とジョイント４０とは、部分的に当接して回転駆動力が伝達される。軸受けは、筐体１０に固定され、駆動ギア６２を回転可能に支持している。
【００２９】
ジョイント４０は、図３に示すように、大略三角柱形状をした本体部４２と、大略三角錐形状をした先端部４４と、大略円柱形状をした末端部４８と、を備えている。画像形成ユニット３０が本体に取り付けられた状態のジョイント４０は、画像形成ユニット３０のカップリング３６の当接穴３７と、駆動ギア６２のジョイント受け部６６の当接穴６７と、に対して当接している。
【００３０】
ジョイント４０は、図４に示すように、高剛性材料５８と防振材料５６とから構成されたハイブリッド構成をしている。高剛性材料５８は、アルミニウムやアルミ合金や銅合金やステンレス鋼等の金属材料や、アルミナやジルコニア等のセラミック材料等から構成されている。加工容易性やコスト等の面から、高剛性材料５８としては金属材料が典型的に用いられる。また、防振材料５６は、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂材料から構成されている。
【００３１】
すなわち、図４乃至６に示すように、ジョイント４０は、樹脂材料５６からなる先端部４４と、金属材料５８からなる本体部４２及び末端部４８から構成されている。つまり、金属材料５８がジョイント４０の主たる構成要素となっている。先端部４４の末端側には、内ネジの形成された受入凹部５２が設けられているとともに、本体部４２の先端側には、外ネジの形成された突出部５０が設けられている。本体部４２が先端部４４に対して感光体ドラム２０の回転方向と同じ方向に回転・挿入されると、突出部５０が受入凹部５２に螺合して、先端部４４が本体部４２に対して連結固定される。寸法や材質や比率を変えた先端部４４及び本体部４２を適宜組み合わせることによって、所望のジョイント特性を得ることができる。
【００３２】
ジョイント４０が、感光体ドラム２０のカップリング３６の当接穴３７と、駆動ギア６２のジョイント受け部６６の当接穴６７と、に対してそれぞれ挿入されているとき、ジョイント４０の稜線４６が、カップリング３６の三角柱形状の当接穴３７の三つの内接面と、駆動ギア６２の三角柱形状の当接穴６７の三つの内接面とに対してそれぞれ一点のみで当接している。したがって、ジョイント４０は、当接穴３７と当接穴６７とに対して、回転方向の駆動に関してそれぞれ三点で嵌合されるので、駆動モータ６０による回転駆動力を感光体ドラム２０に伝達することができる。
【００３３】
次に、このようなジョイント４０をカラープリンタ１に組み込んだときのジョイント性能を、「感光体表面上の最大位置ズレ量」と「感光体表面上への振動伝播強度」とによって評価した。なお、評価に供したジョイント４０は、ポリカーボネート（ＰＣ）からなる先端部４４と、アルミ合金からなる本体部４２及び末端部４８とから構成されている。
【００３４】
「感光体表面上の最大位置ズレ量」は、感光体ドラム２０を一定速度で回転したと仮定したときの理想的な位置に対して、現実にどれだけの量のズレが発生しているかを実測したものである。具体的には、感光体ドラム２０の回転位置を読み取るエンコーダを感光体ドラム２０の回転中心と同軸に取付けて、感光体ドラム２０を回転駆動させたときの回転周期毎の感光体ドラム２０の表面上の位置データを測定する。この測定結果と、感光体ドラム２０が一定速度で回転すると仮定したときの理想的な位置との差を計算することによって、図７に示したような、感光体ドラム２０の回転周期毎の位置ズレ量が算出される。そして、感光体ドラム２０の回転周期と位置ズレとの関係を示した図７のグラフから、一回転周期での位置ズレ量の最大振幅を求めることによって、「感光体表面上の最大位置ズレ量」が算出される。したがって、「感光体表面上の最大位置ズレ量」の値は、感光体ドラム２０の回転速度の変動に関係している。
【００３５】
ここで、「感光体表面上の最大位置ズレ量」が小さいほど、印字が理想的な位置で作像及び転写されていることを示している。また、「感光体表面上の最大位置ズレ量」が大きいほど、駆動ギア６２と感光体ドラム２０との間での回転駆動力の伝達に遅延（位相のズレ）が周期的に発生するために、各色を転写したときの色重ねズレが大きくなる原因となり、色重ねズレがある閾値を超えると、人間の視覚上で色重ねズレを感知して画像品質問題となる。
【００３６】
また、「感光体表面上への振動伝播強度」は、感光体ドラム２０を回転駆動する駆動源としての駆動モータ６０や駆動ギア６２の駆動源から発生する振動が、感光体ドラム２０の表面上でどれだけ伝播しているかを実測したものである。具体的には、感光体ドラム２０の表面での速度変動をレーザードップラー計等を用いて測定し、その得られた測定結果を周波数解析を行い、図８に示したような、駆動源に起因した周波数の強度がどれくらいであるかを求めることによって、「感光体表面上への振動伝播強度」が算出される。したがって、「感光体表面上への振動伝播強度」の値は、駆動源からの振動伝播に関係している。
【００３７】
ここで、駆動ギア６２から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系での共振周波数と、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数とが、一致するか又は整数倍となる場合に、駆動ギア６２の振動が感光体駆動伝達系で増幅されるために、「感光体表面上への振動伝播強度」が大きいと、画像に周波数ノイズが入り、ある閾値を超えると、人間の視覚上で汚いものと感知して、画像品質問題となる。
【００３８】
その形状を同じにして構成材料だけを変えた三種類のジョイント４０、すなわち、比較例としての樹脂材料５６のみからなるジョイント４０と、比較例としての金属材料５８のみからなるジョイント４０と、本発明のハイブリッドタイプのジョイント４０と、を準備して、それらについて上記測定をそれぞれ行い、測定結果を表１にまとめた。このとき、本発明のハイブリッドタイプのジョイント４０は、樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：４であるように構成されている。表１において、「感光体表面上の最大位置ズレ量」及び「感光体表面上への振動伝播強度」の各測定値のうち、それぞれの最小のものを１としたときに、他のものが相対的にどれくらい悪くなっているかを倍率で示している。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１から、金属材料５８のみからなるジョイント４０及び樹脂材料５６のみからジョイント４０は、いずれか一方の特性だけが優れているものの、他の特性は大幅に劣っている。したがって、金属材料５８及び樹脂材料５６を含む本発明のハイブリッドタイプのジョイント４０が総合的に優れていることが分かる。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置１について、図９乃至１２及び表２乃至４を参照しながら詳細に説明する。
【００４２】
図９は、図３に示したジョイント４０の他の実施形態を説明する図である。図１０は、ジョイント４０の材料構成と周波数との関係を説明する概念図である。図１１は、従来技術に係る金属材料５８だけからなるジョイント４０の回転速度と周波数との関係を説明する図である。図１２は、本発明に係るジョイント４０の回転速度と周波数との関係を説明する図である。
【００４３】
図９に示すように、ジョイント４０の軸方向での樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変えることによって、様々なシステムスピード（機種毎で異なっていることが多い）に対応しようとするものである。例えば、先端部４４が樹脂材料５６であるとともに本体部４２及び末端部４８が金属材料５８であるジョイント４０（図９の上図）を、先端部４４及び本体部４２の約半分が樹脂材料５６であるとともに本体部４２の約半分及び末端部４８が金属材料５８であるジョイント４０（図９の下図）のように、樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変更するものである。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２は、画像形成装置１の内部で発生した振動の周波数と、ジョイント４０を含む駆動部の構成に存在する伝達関数の共振点とが一致する場合とずれる場合とを模式的に示している。画像形成装置１内で発生する振動とは、例えば、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合いによって発生する振動のことである。また、伝達係数とは、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系における振動の各周波数の出力と入力との比であり、例えば、駆動モータ６０に与える変調周波数をスイープさせることによって感光体ドラム２０の回転ムラを測定し、各変調周波数で入力（駆動モータ６０）と出力（感光体ドラム２０）との比をとることで、ジョイント４０を含む駆動部の構成に存在する伝達関数を求めることができる。ジョイント４０を含む駆動部の構成が変更されたときには、もちろん、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系における伝達関数も変化するので、そのような変更のたびに上記測定を行うことによって伝達関数を求めることができる。
【００４６】
画像形成装置１の内部で発生した振動に、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系の伝達関数を乗じたものが感光体ドラム２０（回転体）の表面での振動になって現れる。感光体ドラム２０（回転体）での振動ピークがある値以上になると、人間の視覚上でズレを感知し、画像品質問題となる。
【００４７】
図１０は、加振源である駆動モータ６０のギア及び駆動ギア６２の回転駆動力に対して、感光体ドラム２０の表面がどれだけ変位するかを模式的に示している。図１０に示すように、ジョイント４０における構成材料の比率を変更することによって、感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数をシフトさせることができるのではないかという考えに基づいて、樹脂材料５６と金属材料５８との体積比の変更について検討した。
【００４８】
駆動モータ６０の回転速度を変化させることで、システム速度（感光体ドラム２０の表面上の回転速度）を変化させながら感光体ドラム２０にレーザー光を照射して感光体ドラム２０の回転速度を測定し、その結果を周波数解析するということを行った。システム速度を変化させると、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数が変化する。当該噛み合い周波数のピークが、あるシステム速度において出現したならば、当該ピークの周波数が感光体駆動伝達系の共振周波数であることがわかる。
【００４９】
本発明の他の実施形態に係る長手軸方向での樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変えたジョイント４０と、比較例として金属材料５８だけからなるジョイント４０とを、それぞれ、図２に示した駆動ユニット３に組込み、そのときの「感光体表面上への振動伝播強度」についての周波数解析を行い、それらの結果を図１１、１２及び表３、４に示した。
【００５０】
【表３】
【００５１】
【表４】
【００５２】
図１１及び１２において、横軸は空間周波数であり、縦軸のＷ／Ｆは、感光体ドラム２０表面上の回転速度の平均値を１００％として、回転速度が平均値からどの程度変動しているかの割合を示している。図１１において、（Ａ）はシステム速度が１２０ｍｍ／ｓである場合、（Ｂ）はシステム速度が９０ｍｍ／ｓである場合、（Ｃ）はシステム速度が６０ｍｍ／ｓである場合、についての周波数解析結果をそれぞれ示している。
【００５３】
図１１及び表３に示すように、比較例として金属材料５８だけからなるジョイント４０を組み込んだ場合、システム速度が１２０ｍｍ／ｓ、９０ｍｍ／ｓ、６０ｍｍ／ｓと遅くなるに従って、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数が小さくなって、噛み合い周波数と、感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数とが一致して、振動が増幅されていることが分かる。
【００５４】
これに対して、軸方向での樹脂材料５６と金属材料５８との体積比を変えたジョイント４０（すなわち、図９の上図のように、樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：４）を図２に示した駆動ユニット３に組み込んだ場合、図１２に示すように、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数のピークが消失していることが分かる。
【００５５】
また、本発明の他の実施形態に係るジョイント４０として、図９の下図のように、樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：１としたものを、図２に示した駆動ユニット３に組み込んだ場合、図１２と同様に、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数のピークが消失していた。
【００５６】
また、比較例としての樹脂材料だけからなるジョイント４０を、図２に示した駆動ユニット３に組み込んだ場合も、図１２と同様に、駆動モータ６０のギアと駆動ギア６２との間の噛み合い周波数のピークが消失していた。
【００５７】
表４は、上述したジョイント４０、すなわち、比較例としての金属材料５８だけからなるジョイント４０と、比較例としての樹脂材料５６からなるジョイント４０と、本発明に係る樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：４のハイブリッドタイプのジョイント４０と、本発明に係る樹脂材料の体積：金属材料の体積＝１：１のハイブリッドタイプのジョイント４０と、についての共振周波数をまとめたものである。表４から分かるように、金属材料５８のウエイトが大きくなるに従って、共振周波数が大きくなり、逆に、樹脂材料５６のウエイトが大きくなるに従って、共振周波数が小さくなっている。
【００５８】
このように、本発明に係るハイブリッドタイプのジョイント４０の材料やその体積比を変えることによって、ジョイント４０を含む駆動部や駆動ユニット３の形状や寸法や構成を変更することなく、駆動モータ６０から感光体ドラム２０までの感光体駆動伝達系の伝達関数の共振周波数をずらすことで、図１２に示したように、共振現象を避けることができる。したがって、本発明に係るハイブリッドタイプのジョイント４０を用いた画像形成装置１は、ジョイント４０の部分での回転速度変動と振動伝播との両方を抑制して画像品質を改善することができるとともに、設計変更に対しても早期且つ柔軟に対応することができる。
【００５９】
上記の２部品（２つの異種材料）が軸方向に沿って直列に配置されたハイブリッドタイプのジョイント４０は、高剛性材料である金属材料５８及び防振材料である樹脂材料５６が軸方向に沿って交互に複数個配置された構成することができる。すなわち、ハイブリッドタイプのジョイント４０は、金属材料５８、樹脂材料５６、金属材料５８あるいは樹脂材料５６、金属材料５８、樹脂材料５６の順番で軸方向に沿って直列に配置された３部品構成や、樹脂材料５６、金属材料５８、樹脂材料５６、金属材料５８の順番で軸方向に沿って直列に配置された４部品構成にすることができる。このとき、ジョイント４０の部品構成は、ジョイント４０の両端に対向するカップリング３６及びジョイント受け部６６の材質と実質的に同じ材質であるように選択される。そして、構造上の支持機能を担っている金属材料５８の体積比率あるいは軸方向長さは、通常、樹脂材料５６のそれよりも大きく構成されている。つまり、金属材料５８がジョイント４０の主たる構成要素となっている。したがって、本発明のジョイント４０においては、防振機能を担っている樹脂材料５６によって、構造上の支持機能を担っている金属材料５８がジョイント４０の軸方向に分断されている。
【００６０】
図３に示したジョイント４０のさらに他の実施形態について、図１３及び１４を参照しながら説明する。
【００６１】
図１３及び１４に示したジョイント４０は、構造上の支持機能を担っている芯材としての金属材料５８をジョイント４０の大略軸方向に沿って配置し、防振機能を担っている樹脂材料５６が当該金属材料５８を覆うように構成されている。したがって、図１３及び１４のジョイント４０は、金属材料５８と樹脂材料５６とがジョイント４０の軸方向に対して並列に配置された構成となっている。そして、ジョイント４０の少なくとも一つの端部、すなわちカップリング３６側の端部及び／又はジョイント受け部６６側の端部が、樹脂材料５６で構成されている。図１３及び１４に示したジョイント４０は、一つの端部が樹脂材料５６で構成された例であって、先端部４４が樹脂材料５６で構成され、本体部４２が金属材料５８と樹脂材料５６とからなる複合体で構成され、末端部４８が金属材料５８で構成されている。このようなジョイント４０は、金属材料５８を成形金型内に装填した後、成形金型内に溶融した樹脂材料５６を注入して金属材料５８を溶融した樹脂材料５６で包んだ状態で固化させるといういわゆるインサート成形によって作製することができる。
【００６２】
上記の２部品（２つの異種材料）が軸直交方向すなわち半径方向に沿って配置されたハイブリッドタイプのジョイント４０においても、構造上の支持機能を担っている金属材料５８の体積比率あるいは軸方向長さは、通常、樹脂材料５６のそれよりも大きく構成されている。つまり、金属材料５８がジョイント４０の主たる構成要素となっている。そして、図１３のジョイント４０においても、防振機能を担っている樹脂材料５６からなる先端部４４によって、構造上の支持機能を担っている金属材料５８が軸方向に分断されている。
【００６３】
また、高剛性材料として用いた金属材料５８の代わりに、セラミック材料を用いたセラミック材料と樹脂材料５６とからなるハイブリッドタイプのジョイント４０においても、上記と同様の作用・効果を得ることができる。
【００６４】
上記実施形態では、ジョイント４０を感光体ドラムの駆動部に適用した場合について説明したが、回転速度変動と振動伝播との両方を抑制することが求められる箇所、例えば、現像部２２の駆動部にも適用することができる。
【００６５】
また、先端部４４の受入凹部５２と本体部４２の突出部５０とを熱熔着することによって、先端部４４と本体部４２とを一体に連結することができる。あるいは、先端部４４の受入凹部５２を正六角形等の正多角凹形にするとともに、本体部４２の突出部５０を正六角形等の正多角凸形にすることで、雌雄の嵌合によって先端部４４と本体部４２とを一体に連結することができる。また、本実施例では、四つの画像形成ユニットのジョイントにおいて、同じ構成のジョイントを使用しているが、感光体径の異なるＢＫ（黒）のみ異なる構成としてもよい。例えば、図９のように、黒の感光体のみを、樹脂材料と金属材料との比率を１：４とし、他色の感光体を、樹脂材料と金属材料との比率を１：１としてもよい。こうすることで、駆動系等の他の構成を変えることなく、大きさの異なる画像形成ユニットの回転速度の変動や振動伝播を低減するように、簡単な変更が可能となる。あるいは、それぞれの感光体に対して異なる構成のジョイントを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の画像形成装置における駆動ユニットを示す説明図である。
【図３】駆動伝達軸継手の形状を示す斜視図である。
【図４】図３に示した駆動伝達軸継手の一実施形態を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図５】図４に示した駆動伝達軸継手の高剛性材料の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図６】図４に示した駆動伝達軸継手の防振材料の形状を説明する図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は側面図である。
【図７】感光体ドラムの回転周期と位置ズレ量との関係を説明する図である。
【図８】感光体ドラムの表面振動と周波数との関係を説明する図である。
【図９】図３に示した駆動伝達軸継手の他の実施形態を説明する図である。
【図１０】駆動伝達軸継手の材料構成と周波数との関係を説明する概念図である。
【図１１】従来技術に係る金属材料からなる駆動伝達軸継手の回転速度と周波数との関係を説明する図である。
【図１２】本発明に係る駆動伝達軸継手の回転速度と周波数との関係を説明する図である。
【図１３】図３に示した駆動伝達軸継手のさらに他の実施形態を説明する図である。
【図１４】図３に示した駆動伝達軸継手のさらに他の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１：カラープリンタ（画像形成装置）
３：駆動ユニット
１０：筐体
１１：中間転写ベルト
１２：用紙カセット
１３：給紙ローラ
１４：給紙搬送部
１５：二次転写部
１６：定着部
２０：感光体ドラム
２８：トナーカートリッジ
３０：画像形成ユニット
３６：カップリング
３７：当接穴
４０：ジョイント（駆動伝達軸継手）
４２：本体部
４４：先端部
４６：稜線
４８：末端部
５０：突出部
５２：受入凹部
５６：樹脂材料（防振材料）
５８：金属材料（高剛性材料）
６０：駆動モータ（回転駆動源）
６２：駆動ギア（回転駆動部材）
６４：圧縮バネ
６６：ジョイント受け部
６７：当接穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源からの回転駆動力を受ける回転駆動部材と、
感光体ドラムを含み、着脱可能に構成された画像形成ユニットと、
前記回転駆動部材と画像形成ユニットとの間に介在して、回転駆動部材からの回転駆動力を前記感光体ドラムに伝達する駆動伝達軸継手と、を有する画像形成装置であって、
前記駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含んでなり、
前記防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記駆動伝達軸継手の主たる構成要素が高剛性材料であることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記高剛性材料と防振材料とが螺合することによって連結されていることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記高剛性材料及び防振材料が軸方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記高剛性材料が芯材として軸方向に延在し、該高剛性材料が防振材料で覆われていることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成装置内で発生する振動の周波数と、回転駆動源と回転駆動部材と駆動伝達軸継手とを含む駆動部に存在する伝達関数の共振周波数とが、一致又は整数倍にならないように、高剛性材料と防振材料との体積比が変更されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記高剛性材料が金属材料又はセラミック材料であり、前記防振材料が樹脂材料であることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項８】
回転駆動源からの回転駆動力を受ける回転駆動部材と、
感光体ドラムを含み、着脱可能に構成された画像形成ユニットと、の間に介在して、回転駆動部材からの回転駆動力を前記感光体ドラムに伝達する、画像形成装置に使用される駆動伝達軸継手であって、
当該駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含んでなり、
前記防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることを特徴とする駆動伝達軸継手。
【請求項９】
主たる構成要素が高剛性材料であることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１０】
前記高剛性材料と防振材料とが螺合することによって連結されていることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１１】
高剛性材料及び防振材料が軸方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１２】
高剛性材料が芯材として軸方向に延在し、該高剛性材料が防振材料で覆われていることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１３】
画像形成装置内で発生する振動の周波数と、回転駆動源と回転駆動部材と駆動伝達軸継手とを含む駆動部に存在する伝達関数の共振周波数とが、一致又は整数倍にならないように、高剛性材料と防振材料との体積比が変更されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１４】
前記高剛性材料が金属材料又はセラミック材料であり、前記防振材料が樹脂材料であることを特徴とする、請求項１２記載の画像形成装置。
【請求項１】
回転駆動源からの回転駆動力を受ける回転駆動部材と、
感光体ドラムを含み、着脱可能に構成された画像形成ユニットと、
前記回転駆動部材と画像形成ユニットとの間に介在して、回転駆動部材からの回転駆動力を前記感光体ドラムに伝達する駆動伝達軸継手と、を有する画像形成装置であって、
前記駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含んでなり、
前記防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記駆動伝達軸継手の主たる構成要素が高剛性材料であることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記高剛性材料と防振材料とが螺合することによって連結されていることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記高剛性材料及び防振材料が軸方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記高剛性材料が芯材として軸方向に延在し、該高剛性材料が防振材料で覆われていることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成装置内で発生する振動の周波数と、回転駆動源と回転駆動部材と駆動伝達軸継手とを含む駆動部に存在する伝達関数の共振周波数とが、一致又は整数倍にならないように、高剛性材料と防振材料との体積比が変更されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記高剛性材料が金属材料又はセラミック材料であり、前記防振材料が樹脂材料であることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項８】
回転駆動源からの回転駆動力を受ける回転駆動部材と、
感光体ドラムを含み、着脱可能に構成された画像形成ユニットと、の間に介在して、回転駆動部材からの回転駆動力を前記感光体ドラムに伝達する、画像形成装置に使用される駆動伝達軸継手であって、
当該駆動伝達軸継手が、高剛性材料及び防振材料を含んでなり、
前記防振材料が、高剛性材料を駆動伝達軸継手の軸方向で分断するように構成されていることを特徴とする駆動伝達軸継手。
【請求項９】
主たる構成要素が高剛性材料であることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１０】
前記高剛性材料と防振材料とが螺合することによって連結されていることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１１】
高剛性材料及び防振材料が軸方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１２】
高剛性材料が芯材として軸方向に延在し、該高剛性材料が防振材料で覆われていることを特徴とする、請求項７記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１３】
画像形成装置内で発生する振動の周波数と、回転駆動源と回転駆動部材と駆動伝達軸継手とを含む駆動部に存在する伝達関数の共振周波数とが、一致又は整数倍にならないように、高剛性材料と防振材料との体積比が変更されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の駆動伝達軸継手。
【請求項１４】
前記高剛性材料が金属材料又はセラミック材料であり、前記防振材料が樹脂材料であることを特徴とする、請求項１２記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−１３９４２７（Ｐ２００８−１３９４２７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２３７８８（Ｐ２００６−３２３７８８）
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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