齒輪驅動系統的設計系統的製作方法
2023-08-04 10:22:56
專利名稱：齒輪驅動系統的設計系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及對把驅動源中產生的驅動力傳遞到驅動對象的齒輪驅動系統進行設計用的齒輪系統的設計系統。
背景技術：
將驅動源產生的驅動力通過作為驅動傳遞部件的齒輪傳遞到驅動對象，並把驅動該驅動對象的齒輪驅動系統應用於各種各樣的裝置中。在應用這種齒輪驅動系統的裝置中，該齒輪驅動系統的設計是重要的因素之一。
在現有的齒輪驅動系統的設計中，其著眼點是尋求在容許的空間內得到所希望的減速比和轉矩輸出等所需的齒輪尺寸及齒輪材質。
然而，在這樣設計的齒輪驅動系統中，即使減速比和轉矩輸出合適，在實際裝載於裝置上進行實用的階段，該齒輪驅動系統的最終齒輪也可能會產生振動。即根據齒輪和齒輪的組合，會出現不能使轉動平穩地傳遞給轉動驅動力所傳遞一側的齒輪而產生振動的情況。這種振動現象被稱之為不規則振動現象。
例如在電子照相方式的圖像形成裝置的感光輥轉動用的驅動部分上應用齒輪驅動系統時，在該齒輪驅動系統上產生不規則振動現象將使感光輥的周速度變得不均勻，會產生帶電不勻、曝光不勻和顯影不勻。因此，比如在中間調整的印刷中，會產生叫做「節距不勻」的印刷不勻。這種「節距不勻」在用於輸送紙系統的齒輪驅動系統中產生不規則振動現象的情況也會出現。
此外，例如在原稿讀取用光學系中不規則振動現象引起驅動不穩時，移動的光學單元的速度變得不均勻，可能會發生讀取圖像的欠缺、重影，不能如實地讀取原稿。
另外，例如在定影機構的驅動部上發生不規則振動現象造成的驅動不穩時，定影輥的周速度會變得不均勻，可能產生使通過定影的未定影調色劑的受熱不均勻，造成過定影或定影不良。而且，由此也可能造成印刷的光澤性不良。
如上所述，假如在圖像形成裝置中產生不規則振動現象將造成印刷質量的下降。
作為減少上述的不規則振動現象的結構，例如在日本專利公報特公平4-48390號公報(
公開日1992年8月6日)中公布，作為感光滾筒的驅動系統使用的滾筒齒輪採用了如圖8所示的斜齒輪101·102的結構。
在上述的特公平4-48390號公報中使用斜齒輪101·102，目的是向感光滾筒103施以旋轉軸方向的推力，保持該感光滾筒103的軸線方向的位置。並且，使用斜齒輪的齒輪驅動系統與使用直齒輪的驅動系統相比，能夠使齒的接觸平穩，減少其驅動系統產生的不規則振動現象。
另外，在日本國公開專利公報的特開2000-147948號公報(
公開日2000年5月26日)中，公布了如圖9所示的、通過減小感光體齒輪111及感光體連接齒輪112的模數，同時加大感光體連接齒輪113、驅動輸入齒輪114及驅動輸出齒輪115的模數，以減少齒輪由於嚙合而造成振動的感光體單元。
發明內容
然而，在上述現有的結構中出現了以下所述的問題。
即在上述的特公平4-48390號公報與特開2000-147948號公報的結構中，為了使齒輪驅動系統的振動減少到所希望的程度，全都需要設計者的經驗和技術決竅，並且在求出最佳的設計條件之前經過若干次試驗失敗是必要的，因此存在設計效率低下的問題。
比如，如特公平4-48390號公報所示，即使通過使用斜齒輪能夠減少振動，但在有關將齒數確定為何種程度才能將振動減少到最小的特性方面，各個裝置還需要根據設計者的經驗和技術決竅來決定。
另外，在特公平4-48390號公報的結構中，使用斜齒輪反而出現使驅動用的負荷增大、加大電耗的問題。即要實現包括低電耗化的驅動系統整體的特性最佳化是很困難的。
還有，特公平4-48390號公報中的斜齒輪及特開2000-147948號公報中的模數小的齒輪僅使用於齒輪驅動系統的最終段。然而，在這種場合下，除了要達到調整齒輪的減速比以外，即為了實現改變最終段的齒輪的種類的目的，還存在著需要改變齒輪級，且對實現裝置的小型化十分不利的問題。
本發明的目的是提供一種可以抑制振動產生的齒輪驅動系統進行設計的設計系統。
為了達到上述目的，本發明的齒輪驅動系統的設計系統包括設定齒輪驅動系統的齒輪特性值的設定部；根據在上述設定部中設定的齒輪特性值，對在上述驅動系統的最終齒輪中發生的振動進行模擬計算的計算部；判斷由上述計算部的模擬計算求出的最終齒輪中的振動是否在容許的範圍之內的判定部；及上述判定部判定最終齒輪中的振動不在容許的範圍之內的場合，變更上述設定部中所設定的齒輪特性值的設定變更部。
在上述齒輪驅動系統的設計系統中，上述齒輪設定部設定的齒輪特性值並未考慮其齒輪驅動系統的防振，且上述齒輪驅動系統的設計系統能夠把該齒輪特性值修正為考慮防振的值。
即，在上述計算部中，根據在該時刻上述設定部設定的齒輪特性值，對在上述齒輪驅動系統的最終齒輪上產生的振動進行模擬計算。利用此模擬結果，在上述判定部判定最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內。
最終齒輪的振動如果是在容許的範圍之內，在該時刻上述設定部設定的齒輪特性值可以作為考慮防振的最佳齒輪特性輸出，但如果最終齒輪的振動不在容許的範圍之內，那麼通過上述設定變更部對設定部設定的齒輪特性值進行變更。
這樣，在上述判定部判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內之前，上述設定變更部、計算部及判定部的處理反覆進行，在判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內的時刻，上述設定部設定的齒輪特性值才作為最佳齒輪特性輸出，由此能夠對考慮防振的齒輪驅動系統進行設計。
在其齒輪驅動系統的設計系統設計的齒輪驅動系統中，構成該齒輪驅動系統的各齒輪不必使用斜齒輪和模數小的齒輪就能夠抑制振動的產生。
另外，為達到上述目的，本發明的齒輪驅動系統設計方法包括設定齒輪驅動系統的齒輪特性值的設定工序；由上述設定工序設定的齒輪特性值對上述齒輪驅動系統的最終齒輪產生的振動進行模擬計算的計算工序；判定由上述計算工序的模擬計算求出的最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內的判定工序；及上述判定工序判定最終齒輪的振動不在容許的範圍之內的情況下，變更上述設定工序設定的齒輪特性值並進行再設定的設定變更工序；在上述判定工序中，在判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內之前，上述設定變更工序、計算工序及判定工序反覆進行，在判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內的時刻，所設定的齒輪特性值才作為最佳齒輪特性輸出。
在上述的齒輪驅動系統設計方法中，與上述的齒輪驅動系統的設計系統一樣，構成齒輪驅動系統的各齒輪不必使用斜齒輪和模數小的齒輪，且能夠對考慮防振的齒輪驅動系統進行設計。
本發明的其他目的、特點和優點將通過以下所示的記述來了解。另外，本發明的優點還將參照附圖進行後面的說明。
圖1表示本發明的一個實施例，是表示齒輪驅動系統的設計系統構成的方框圖；圖2是表示裝有可用上述齒輪驅動系統的設計系統設計的齒輪驅動系統的圖像形成裝置的簡要結構的剖面圖；圖3是表示上述齒輪驅動系統的設計系統的動作的流程圖；圖4是表示利用上述齒輪驅動系統的設計系統運算的振動系統的模型的立體圖；圖5(a)～圖5(c)是表示利用上述齒輪驅動系統的設計系統運算結果的一例，是表示使最終齒輪軸系統相異時的最終齒輪的頻譜曲線圖；圖6(a)是實物的齒輪驅動系統中產生的振動的試驗結果的曲線圖，圖6(b)是表示利用上述實物的齒輪驅動系統的齒輪特性值，通過上述齒輪驅動系統的設計系統的模擬計算出的頻譜的結果的曲線圖；圖7(a)是表示利用上述齒輪驅動系統的設計系統得出的最佳齒輪特性的特性值的頻譜的模擬結果的曲線圖，圖7(b)是表示用上述齒輪驅動系統的設計系統得出的最佳齒輪特性值製造的實物的齒輪驅動系統產生的振動的試驗結果的曲線圖；圖8是表示現有的齒輪驅動系統的一例的剖面圖；圖9是表示現有的齒輪驅動系統的另外一例的剖面圖。
具體實施例方式
按照附圖對本發明的一個實施例進行以下說明。這裡，作為使用本發明的齒輪驅動系統的設計系統的設計對象的齒輪驅動系統的裝置的例子，列舉的是圖像形成裝置。
這裡列舉的圖像形成裝置(彩色圖像形成裝置)是沿記錄用紙等記錄材料的運送方向使圖像形成裝置並列配置的串列型的結構。上述彩色圖像形成裝置可以對只以一個圖像形成單元進行圖像形成的單色圖像形成模式和以多個圖像形成單元進行圖像形成的多色圖像形成模式實行切換。另外，記錄材料在複製載體上存在期間開始從單色圖像形成模式向多色圖像形成方式的切換。
上述彩色圖像形成裝置具體的結構如圖2所示，對於圖像形成部1，具備按壓放置在原稿臺上的原稿的雙面自動原稿傳送裝置3等。
雙面自動原稿傳送裝置3，是在圖像讀取部4的原稿臺41上使原稿的一面與圖像讀取部4相對來傳送原稿、並在圖像讀取部4上讀取原稿的圖像的設備。雙面自動原稿傳送裝置3也可以在原稿的一面讀取完成後，翻轉原稿再讀取另一面來傳送原稿。而且，對一頁原稿讀取一面或兩面的圖像後，反覆進行排出該原稿並讀取下一個原稿的兩面的上述動作。
圖像讀取部4為讀取原稿圖像被配置在雙面自動原稿傳送裝置3的下方，由原稿臺41、第1掃描單元42、第2掃描單元43、成像透鏡44和光電轉換元件45等組成。
第1掃描單元42移動自如地支承在與放置原稿的原稿臺41相對的位置上，包括通過原稿臺41向原稿照射光的未圖示的光源，和把原稿的反射光引導到第2掃描單元43的鏡子。並且它對於原稿臺的下面一邊保持一定的距離，一邊以所定的速度平行地進行往復運動。
第2掃描單元43具有兩面鏡子，與第1掃描單元42在相同方向保持一定的速度平行進行往復運動。這些鏡子中的一面與第1掃描單元42的鏡子相對，另一面與成像透鏡44相對。
另外，成像透鏡44使利用第2掃描單元43的鏡子所偏轉的從原稿反射光像縮小，並在光電轉換元件45上結成影像。光電轉換元件45夾著成像透鏡44，被配置在與第2掃描單元43相對的位置上，對上述成像的光像進行光電轉換後，作為電氣信號輸出。而且，利用光電轉換元件45轉換為電氣信號的原稿圖像信息被轉送到未圖示的圖像處理部後，進行圖像數據處理。
圖像形成部1具有4個圖像形成單元Pa～Pd，圖像形成單元Pa包括感光鼓11、帶電器12、雷射束掃描部13、顯影裝置14、複製用放電器15、和清潔裝置16。這些帶電器12、顯影裝置14、複製用放電器15，和清潔裝置16被配置在感光鼓11的周圍。另外，其他圖像形成單元Pb～Pd也具有與圖像形成單元Pa同樣的構成。
在各圖像形成單元Pa～Pd中，感光鼓11的表面由帶電器12均勻後，利用設在感光鼓上方的雷射束掃描部13進行靜電潛影的寫入。雷射束掃描部13由發出按照圖像數據調製發出點光的未圖示的半導體雷射元件、使該半導體雷射元件發出的雷射束偏向主掃描方向用的偏光裝置、使被偏光裝置偏轉的雷射束在感光鼓的表面上成像的透鏡、和反射鏡等組成。
此時，圖像形成單元Pa的雷射束掃描部13被輸入對應於彩色原稿圖像的黑色成分像的像素信號。另外，向各圖像形成單元Pc～Pd的雷射束掃描部13分別輸入對應於青綠色、深紅色、黃色的各色成分像的像素信號。由此，對應於已進行色彩轉換的原稿圖像信息的靜電潛像形成在各圖像形成單元Pa～Pd的感光鼓11上。
顯影裝置14使感光鼓11上形成的靜電潛像進行顯影，複製用放電器15把已顯影的感光鼓11上的調色劑像複製在記錄材料上。另外，清潔裝置16把殘留在感光鼓11上的調色劑除掉。
另外，各圖像形成單元Pa～Pd的顯影裝置14中分別容納有青綠色、深紅色、黃色的各色的色劑，各感光鼓11上的靜電潛像由這些各色的色劑進行顯影。由此，已進行色彩轉換的原稿圖像信息作為各色的調色劑像被再現出來。
在圖像形成部1內的下方配置給紙機構17，堆放收容在紙架18內的記錄材料被逐頁分離進行供給。套準調節輥19對利用給紙機構17分離供給的記錄材料向圖像形成單元Pa～Pd的傳送時間進行控制。
在圖像形成單元Pa～Pd的下方配置傳送複製帶機構20，該傳送複製帶機構20由驅動輥21、從動輥22、複製傳送帶23、記錄材料吸附用帶電器24、除電器(未圖示)等構成。傳送複製帶機構20把供給的記錄材料靜電吸附於複製傳送帶23上進行傳送。複製傳送帶23利用驅動輥21向圖2的箭頭A所示的方向進行摩擦驅動。
記錄材料吸附用帶電器24使複製傳送帶23的表面帶電，把從套準調節輥19排出的記錄材料吸附在複製傳送帶23上，消除傳送時帶與記錄材料的位置偏差。在除電器上施加交流電流，以使在各圖像形成單元Pa～Pd上形成圖像並被排出的記錄材料從複製傳送帶23上分離開來。
定影裝置25隔著傳送複製帶機構20與套準調節輥19相對，並使在記錄材料上複製形成的影像在記錄材料上定影。通過該定影裝置25的定影輥之間的夾緊部的記錄材料，經過傳送導向器26，利用排出口27排出到設置在圖像形成部1的外壁的排紙架28上。
在上述構成的彩色圖像形成裝置中，作為記錄材料使用切片狀的紙張。該記錄材料供給到給紙機構17的給紙傳送路線的導紙器內，記錄材料的前端部分被未圖示的傳感器檢測，按照該傳感器輸出的檢測信號由套準調節輥19使之暫停傳送。然後，記錄材料被送到與圖像形成單元Pa～Pd同步轉動的複製傳送帶23上。此時，複製傳送帶23靠帶電器24帶電，所以記錄材料在通過圖像形成單元Pa～Pd期間被穩定地傳送。
各圖像形成單元Pa～Pd中，形成各色的調色劑像，並被重合到通過複製傳送帶23進行靜電吸附而傳送的記錄材料上，複製一旦完成，記錄材料從其前端部分起被依次由除電器從複製傳送帶23上剝離開來，並引導到定影裝置25上之後排出到排紙架28上。
在上述構成的彩色圖像形成裝置中，光電轉換元件45是CCD行傳感器，成像後的光像依次進行光電轉換，作為電氣信號輸出。CCD行傳感器是三行的彩色CCD，能夠讀取黑白圖像或彩色圖像，輸出分解為R(紅)G(綠)B(藍)的各色成分的行式數據。
另外，雙面自動原搞傳送裝置3也可以是單面自動原稿傳送裝置。而且，也可以替代各圖像形成單元Pa～Pd的雷射束掃描部13，使用發光二極體陣列和成像透鏡陣列組成的光學系統LED頭)實行向感光體的光寫入。LED頭與雷射掃描部相比，尺寸小，無可動部分和無噪音，這對於需要多個光寫入單元的串列式電子照相圖像形成裝置是有用的。
在上述的彩色圖像形成裝置中，對於感光鼓11的轉動及各種傳送輥的轉動驅動，為使驅動源的馬達的輸出傳遞到驅動對象物的感光鼓11及各種傳送輥上，要使用齒輪驅動系統。
並且，通過應用有關本發明的齒輪驅動系統設計方法製造這些齒輪驅動系統，能夠減少齒輪驅動系統的振動現象，實行高質量的圖像印刷。
例如在圖像形成部1的感光鼓11的轉動用的驅動部上採用齒輪驅動系統時，利用本發明的齒輪驅動系統設計方法設計該齒輪驅動系統，製造出的齒輪驅動系統能夠抑制振動造成的感光鼓11的周速度的不均勻性，大幅度減少帶電不勻、曝光不勻和顯影不勻。因此，比如在中間調的印刷中，能夠避免產生被稱為「節距不勻」的印刷不勻。
下面，對適用有關本發明的齒輪驅動系統設計方法的齒輪驅動系統的設計系統進行說明。
上述齒輪驅動系統的設計系統如圖1所示，由輸入裝置51、顯示裝置52及計算機中具備的運算裝置53構成。另外，上述輸入裝置51、輸出裝置52及運算裝置53也可以是在一體的計算機中構成的，或者是對於上述齒輪驅動系統的設計系統實行外部聯接。上述齒輪驅動系統的設計系統的運算結果作為設計條件輸出到製造裝置61，由該製造裝置61按照其設計條件進行齒輪驅動系統的製造。
輸入裝置51是向運算裝置53輸入數據用的設備。輸出裝置52是利用比如顯示及列印等手段輸出運算裝置53的計算結果的設備。
運算裝置53包括特性設定部54、計算部55、比較部56和特性變更部57。特性設定部54、計算部55、比較部56和特性變更部57，是利用計算機讀取由可進行計算機讀取的記錄媒體上所記錄的程序來實現功能的。
特性設定部(設定部)54在設計對象的齒輪驅動系統中，對構成該齒輪驅動系統的各齒輪的特性進行設定。
這裡，特性設定部54設定的齒輪特性是指，作為利用輸入裝置5 1的輸入實行設定的特性(以下稱初始設定特性)，包括輸入齒輪和最終齒輪的容許節距距離範圍、最終齒輪的減速比的容許範圍、最終齒輪的輸出轉矩、輸入齒輪的轉數和模數、以及減速級數等；進而，作為利用計算部55的計算結果實行設定的特性(以下稱設計條件特性)，包括最終齒輪的轉數、各齒輪的齒數、齒寬、齒的強度、齒的材質、齒的耐久性、及支承齒輪的軸的直徑、長度和支承方法等。另外，上述輸入齒輪是指最初把驅動源的輸出傳遞到齒輪驅動系統用的齒輪，最終齒輪是指把齒輪驅動系統傳遞來的驅動力最終輸出到驅動對象物的齒輪。
計算部(計算部·方程式作成部·方程式解析部)55，是根據特性設定部54設定的初始設定特性，利用比較部56和特性變更部57的相關動作來計算形成最佳齒輪條件的設計條件特性。
即上述計算部55計算出的設計條件特性由比較部(判定部)56檢測是否滿足上述初始設定特性，在其不滿足時，特性變更部(設定變更部)57對在計算部55的輸出變更特性設定部54設定的特性。並且，在計算部55計算出的設計條件特性滿足初始設定特性之前，通過反覆實行上述處理來求出最佳的齒輪特性。
下面，繼續參照圖3的流程圖，對上述齒輪驅動系統的設計系統的運算裝置53的運算處理動作進行說明。
這裡，本實施例的運算裝置53的運算處理大致可分為2項運算處理。首先，圖3所示的S1～S7的各工序是依次設計驅動系統的各齒輪的運算處理(各齒輪的設計工序)。其次，S8～S14所示的各工序是求出抑制最終齒輪和驅動齒輪的振動的最佳齒輪特性的值的運算處理(防振用最佳齒輪特性的計算工序)。
在S1中，輸入裝置51對特性設定部54輸入在本齒輪驅動系統的設計系統將要設計的齒輪驅動系統的初始設定特性。這裡，輸入的初始設定特性比如是輸入齒輪的轉數和模數、輸入齒輪和最終齒輪的容許節距距離範圍、最終齒輪的減速比的容許範圍、最終齒輪的輸出轉矩和減速級數等。
在S2中，對於構成齒輪驅動系統的各齒輪，從連接輸入齒輪側的齒輪起依次算出所希望的齒輪特性。而且，該計算由計算部55進行。另外，該工序在最終齒輪的齒輪特性被決定時，為了從最終齒輪向上遊側的齒輪進行計算，也可在驅動系統的最終齒輪中輸入所需的輸出特性。
在S3中，利用在上述S2中算出的最終齒輪的齒輪特性，在計算部55中算出最終齒輪的減速比，進而，在比較部56判定該減速比是否在容許範圍之內。未在容許範圍之內時，返回S2重新算出齒輪特性。
最終齒輪的減速比在容許減速比內時，在S4中，利用上述S2算出的最終齒輪的齒輪特性，在計算部55中計算輸入齒輪和最終齒輪的節距距離，進而，在比較部56中判定該節距距離是否在容許範圍之內。不在節距距離容許範圍之內時，返回S2重新算出齒輪特性。
上述S3及S4的任何之一是NO，並在S2中重新算出齒輪特性時，特性變更部57在重新進行上述計算之前，在特定設定部54中對該時刻設定的齒輪特性的任何之一增加變更。該齒輪特性的變更處理按所定的程序實施，以使變更後的計算結果接近適宜的結果(在S3或S4中使未在容許範圍之內的減速比或節距距離趨近容許範圍之內的值)。
在S4中是YES時，在S5中對應S2最終算出的齒輪特性計算各齒輪的齒的強度和耐久性。另外，在接下來的S6中，計算在各齒輪中可使用的最大軸徑。這些計算都是在計算部55中進行的。
在S7中，從作為初始設定特性輸入的輸入齒輪的齒輪特性和在S2中算出的各齒輪的齒輪特性，決定構成齒輪驅動系統的各齒輪的排列。這樣已決定排列的齒輪驅動系統的各齒輪的齒輪特性也可在該時刻輸出到輸出裝置52。
如上所述，上述S1～S7的運算處理是計算齒輪驅動系統的齒輪排列及各齒輪的齒輪特性的設計工序，在該設計工序中存在著已建立的眾所周知的手法。而且，在本發明的齒輪驅動系統的設計系統的各齒輪的設計工序中，可以使用這樣的眾所周知的手法。
但是，在利用上述眾所周知的手法設計的齒輪驅動系統中，對於減少實際驅動時產生的振動全部未加以考慮。因此，如果利用該設計結果製造齒輪驅動系統，則在使用該齒輪驅動系統的裝置上就有可能產生振動的問題。
為此，在有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統中，對於各齒輪的設計工序中的輸出結果，進一步利用防振用最佳齒輪特性的計算工序中的運算處理求出考慮防振的最佳齒輪特性。
而且，防振用最佳齒輪特性的計算工序也可對從輸入齒輪到最終齒輪的全部的齒輪加以實施，而在驅動對象物中產生的振動，僅在最終級齒輪對(最終齒輪和其驅動齒輪)中考慮防振就可基本對其進行抑制。因此，防振用最佳齒輪特性的計算工序僅對最終級齒輪對進行計算就能生效，在有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統中，也是在以下的S8～S14中僅對最終級齒輪對進行計算。
防振用最佳齒輪特性的計算工序是在S8中，在上述各齒輪的設計工序中得到的各齒輪的齒輪特性之中，抽出最終級齒輪對的齒輪特性。這裡被抽出的齒輪特性是為建立S10中的振動運動方程式所必需的數值，被抽出的齒輪特性是在特性設定部54中作為初始輸入特性來設定的。這裡被抽出的齒輪特性是比如齒數、模數、扭轉角、壓力角和齒寬。
在S9中，進行用於後面所述的振動運動方程式的各乘數的計算。上述各乘數是指，比如最終齒輪及其驅動齒輪的各自的齒輪質量、慣性轉矩及彈性常數。上述齒輪質量和慣性轉矩，可以按照從在S8中抽出的上述齒輪特性能夠進行特定的齒輪形狀及齒輪材質，利用眾所周知的物理公式來計算。另外，軸的彈性常數可以利用材料力學的撓曲的公式從施加某種負荷時的撓曲量算出。作用於齒輪的齒和作用於齒間的彈性常數是隨時間變化的乘數，從齒的嚙合起到齒的嚙合結束的齒的剛性根據眾所周知的公式進行計算，並利用傅立葉變換置換為正弦波後給出。而且，在S9中得出的各乘數比如如果輸出到輸出裝置52中，設計者就能在確認該乘數的大小之後，確認模型是否得到恰當的設定。
在S10中，使用在S9中算出的乘數建立最終級齒輪對的振動運動方程式，該振動運動方程式的求解計算使用比如龍格-庫塔-基爾法進行。
這裡，對在S10中的振動運動方程式進行說明。在本實施實行中，如圖4所示，最終齒輪和驅動齒輪作為相互以彈簧結合的圓柱使之模型化。而且，在圖4所示的模型中，上述2個圓柱有互相平行的中心軸，並定義為平行於這些中心軸的軸方向為z軸方向，在包含這些中心軸的平面內且與上述z軸正交的軸方向為x軸方向，與上述x軸和z軸兩軸正交的軸方向為y軸方向。
即最終齒輪是半徑rg1的圓柱，驅動時在xy平面內圖中箭頭所示的方向上接受轉矩T1。另外，上述最終齒輪在上述x軸、y軸、及z軸周圍的各自的轉動方向上接受彈性常數Kθx1、Kθy1、Kθz1的螺旋彈簧的彈力，在與重心的x軸、y軸、z軸平行的各自的移動方向上接受彈性常數Kx1、Ky1、Kz1的彈簧的彈力。這裡，上述各彈性常數的值使用在S9中算出的值。
同樣，驅動齒輪是半徑rg2的圓柱，驅動時在xy平面內圖中箭頭所示的方向上接受轉矩T2。另外，上述驅動齒輪在上述x軸、y軸、及z軸周圍的各自的轉動方向上接受彈性常數Kθx2、Kθy2、Kθz2的螺旋彈簧的彈力，在與重心的x軸、y軸、z軸平行的各自的移動方向上接受彈性常數Kx2、Ky2、Kz2的彈簧的彈力。
另外，在齒輪驅動系統內從該驅動齒輪的前級的齒輪向驅動齒輪加力(圖4的模型中的轉矩T2)。進而，最終齒輪和驅動齒輪利用彈性(具有作用於上述的齒輪的齒和齒的彈性常數)結合，作為互相受力的部分使之模型化。轉矩T2與作用於齒輪的齒和齒的彈性常數在表示振動運動方程式的後面所述的式(1)內作為式子的一部分被放入右邊的{F}之中。
利用以上模型得到的振動運動方程式。能夠對最終齒輪的振動的振擺的時間變化進行計算。而且，上述振動運動方程式用下面的式(1)表示。在式(1)中，m表示質量，δ為位移，F為載荷，[m]、[k]是從上述圖4所示的模型中導出的質量及剛性矩陣。
{..}+[k]{}={F}---(1)]]>在本實施例中，上述振動運動方程式使用龍格-庫塔-基爾法進行計算，求出上述模型所示的振動系統的時間變化，並計算振動的頻譜。而且，振動的頻譜的計算利用圖3的流程圖中S11～S12的處理進行。
在S11中，對於最終齒輪及其驅動齒輪分別抽出利用求解上述振動運動方程式得到的轉動方向的位移量和加速度。另外，在S11中抽出的位移量和加速度，例如如果輸出到輸出裝置52，則設計者就能夠在確認該位移量和加速度的大小後，確定模型是否進行了恰當的設定。而且，在上述S11中不僅是轉動方向的位移量和加速度，還可以算出x、y、z軸各自的並進方向的位移量和加速度，但本發明的目的是對於從感光體複製的圖像的節距不勻進行解析，所以只對影響圖像的轉動方向進行計算。
在S12中，利用傅立葉變換從上述S11中抽出的位移量和加速度算出最終齒輪的頻率成分及其振幅。而且，根據該頻率成分及其振幅求出表示與齒輪驅動系統的振動的相關性的振動頻率和振幅。這裡求出的振幅不是在傅立葉變換的計算中求振幅的絕對值，實際上是作為相對振幅強度(無量綱的值)算出的值。
這樣，在有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統中，輸出最終齒輪的頻率成分寬度，所以能夠很容易地把握振動中特徵的振動頻率。而且，上述S11及S12的處理利用計算部55實行。
在S13中，把在S12中得到的振動頻率和振幅由計算部55輸出到比較部56，與希望的振動頻率和振幅進行比較。得到的振動頻率為希望的振動頻率以下，或得到的振動的振幅是希望的振幅以下時，判斷所設計的齒輪驅動系統產生的振動在容許範圍之內，處理完成。而且，希望的振動頻率和振幅也可以是設計者從輸入裝置51輸入的值，或者是在運行本齒輪驅動系統的設計系統的程序內預先設定的值。
在上述S13中，在S12中得到的振動頻率和振幅的兩者比希望的振動頻率和振幅大時，在S14中，對在S8中作為初始輸入特性而設定的特性加以設定變更後，返回S9，反覆實行S9～S13的處理。在S14中的設定變更，使利用特性變更部57的控制在特性設定部54中設定的齒輪特性再設定為其他的值。
另外，在S14中的設定變更，也可以利用運行本齒輪驅動系統的設計系統的程序自動地進行設定變更，或者根據來自輸入裝置51的用戶的指示實施。
這樣，在上述S13中，在振動頻率或振幅的至少一項比希望的值小的時刻，在設定部54中設定的齒輪特性作為齒輪驅動系統的已考慮防振的最佳齒輪特性進行輸出。
如上所述，利用有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統，能夠不進行實際驅動系統的製作而求出使最終齒輪的振動的頻率和振幅成為所希望的值的齒輪特性。
對以上得到的結果的一例按照圖5進行說明。
圖5(a)～圖5(c)是最終齒輪的軸徑分別設定為不同值的5mm、6mm、7mm的場合下得到的表示最終齒輪的轉動方向的振動的頻譜的圖。在圖5(a)～圖5(c)中，橫軸表示頻率成分，縱軸表示振幅(即相對振幅強度)。
這裡，圖5(a)所示的頻譜是根據在S8中抽出的未考慮防振的齒輪特性(即初始輸入設定)算出的頻譜。在圖5(a)中振幅最大的頻率成分是約35Hz，是作為此時振動頻率為約35Hz，其振幅約1.3mm來求出。
而且，此時的振動頻率及振幅都超過希望的值時，在特性設定部54中設定的齒輪特性的任何之一作為參數進行設定變更，根據其設定變更的齒輪特性再次算出頻譜。這裡，最終齒輪的軸徑是被實行設定變更的參數。圖5(b)及圖5(c)是表示在最終齒輪的軸徑被變更後再次算出的頻譜。
從圖5(a)～圖5(c)可知，使最終齒輪的軸徑變大，則產生振動的頻率的頻譜成分減少。即，如果使最終齒輪的軸徑變大，則在齒輪驅動系統中產生的振動的振幅減少。因此，從該結果可知，最好是最終齒輪的軸徑設定的大些，最終齒輪可以不使用斜齒輪或模數小的齒輪，來設計抑制振動發生的齒輪振動系統。
在進行頻譜的再計算時設定變更的參數不限定於上述例子的最終齒輪的軸徑。除此以外，如果是利用設定變更能降低振動頻率或振幅的齒輪特性，就可作為進行頻譜的再計算時實行設定變更的參數來選定。換言之，與以最終齒輪的軸徑作為參數的場合一樣，對於其他的齒輪特性，利用觀察改變其齒輪特性場合的最終齒輪的振動的頻譜的變化，就能得到希望的特性值。
下面，進一步對上述齒輪驅動系統的設計系統的模擬的妥當性的評價結果參照圖6和圖7進行說明。在圖6和圖7中，橫軸表示頻率(但圖6(a)中是空間頻率)，縱軸表示相對振幅強度。
這裡，如上所述，把改變特性值之前的、在圖像形成裝置中使用的實物的齒輪驅動系統中產生的振動的頻譜的測定試驗結果示於圖6(a)。另外，使用上述實物的齒輪驅動系統的齒輪特性值，利用本實施例的齒輪驅動系統的設計系統進行計算的結果，得出的頻譜示於圖6(b)。並且，在圖6(a)的橫軸上頻率[1p/mm]是空間頻率，將其乘以過程速度(本例中為88mm/s)得到頻率。
另一方面，對利用有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統得到的希望的齒輪特性值的、通過該齒輪驅動系統的設計系統得出的頻譜示於圖7(a)。使用利用齒輪驅動系統的設計系統得到的上述齒輪特性值實際進行齒輪驅動系統的製作，對製作出的實物的齒輪驅動系統中產生的振動的頻譜進行測定的試驗結果示於圖7(b)。
從圖6和圖7可知，利用有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統得到的頻譜與試驗結果非常一致。由此，有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統的妥當性獲得良好評價。
即對圖6與圖7進行比較可知，如果利用有關本發明的齒輪驅動系統的設計系統得到的齒輪特性值形成圖像形成裝置的齒輪驅動系統，就能減少驅動系統的最終齒輪產生的振動，得到高像質的圖像形成裝置。
另外，如果利用上述齒輪驅動系統的設計系統設計齒輪驅動系統，即使不製作實際的圖像形成裝置，就能對最終齒輪的振動的振擺進行模擬，同時利用計算齒輪特性得到可以防振的最佳齒輪特性，所以能夠很容易地和有效地進行齒輪驅動系統的設計。
在有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統中，其運算由各齒輪的設計工序和防振用最佳齒輪特性的計算工序的兩個階段的計算工序組成，本發明至少可以是包括防振用最佳齒輪特性的計算工序的齒輪驅動系統的設計系統。本發明的齒輪驅動系統的設計系統僅由防振用最佳齒輪特性的計算工序組成時，在特性設定部54上設定的設定輸入特性可考慮為由設計者通過輸入部51直接輸入來構成。
另外，在有關本實施例的齒輪驅動系統的設計系統中，雖然對圖像形成裝置的齒輪驅動系統的設計進行了說明，但本發明不限定於此，也可以用於其他的齒輪驅動系統的設計。
另外，作為本發明的齒輪驅動系統的設計系統的各種手段，本發明還包括運行計算機的程序，及被記錄程序的計算機可以讀取的記錄媒體。
上述記錄媒體可以是實行微機處理用的未圖示的存儲器，也可以是例如像ROM那樣(只讀存儲器)本身就是程序媒體，另外，雖然未圖示，但也可以作為外部存儲裝置來設置程序讀取裝置，並在其上插入記錄媒體而成為可讀取的程序媒體。
不管是那種場合，存儲程序的構成可以是由微處理器存取來實行，或者無論是那種場合的讀出程序，被讀出的程序下載到微機的未圖示的程序存儲區，再執行其程序的方式也可以。這種下載用的程序預先存儲在本體裝置內。
這裡，上述程序媒體是能夠與本體分離構成的記錄媒體，可以是磁帶或盒式磁帶等的磁帶系、軟盤或硬碟等磁碟和CD-ROM/MO/MD/DVD等光碟的盤系、IC卡(包括存儲卡)/光卡等卡系、或者是包括掩膜ROM(只讀存儲器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)、EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器)、快擦寫ROM等包含半導體存儲器的固定保存程序的媒體。
另外，在本實施例中，作為可連接包括網際網路的通信網絡的系統構成，也可以是從通信網絡下載程序的流動性地保存程序的媒體。從這樣的通信網絡下載程序時，可以是其下載用的程序預先存放在本體裝置內，或者從其他的記錄媒體進行安裝。
綜上所述，本發明的齒輪驅動系統的設計系統的特點是，它包括設定齒輪驅動系統的齒輪特性值的設定部；在上述的設定部中，根據已設定的齒輪特性值對上述驅動系統的最終齒輪產生的振動進行模擬計算的計算部；判斷根據上述計算部的模擬計算求出的最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內的判定部；及上述判定部判定最終齒輪的振動不在容許的範圍之內的場合，變更上述設定部設定的齒輪特性值的設定變更部。
根據上述的構成，上述齒輪設定部設定的齒輪特性值並未考慮其齒輪驅動系統的防振，且上述齒輪驅動系統的設計系統能夠把該齒輪特性值修正為已考慮防振的值。
即在上述計算部中，根據在該時刻上述設定部設定的齒輪特性值，對在上述齒輪驅動系統的最終齒輪上產生的振動進行模擬計算。利用此模擬結果，在上述判定部判定最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內。
最終齒輪的振動如果是在容許的範圍之內，在該時刻上述設定部設定的齒輪特性值可以作為已考慮防止振動的最佳齒輪特性值輸出，但如果最終齒輪的振動不在容許的範圍之內，上述設定變更部對設定部設定的齒輪特性值進行變更。
這樣，在上述判定部判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內之前，上述設定變更部、計算部及判定部的處理反覆執行，在判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內的時刻，上述設定部設定的齒輪特性值才作為最佳齒輪特性輸出，由此能夠對考慮防振的齒輪驅動系統進行設計。
在該齒輪驅動系統的設計系統設計的齒輪驅動系統中，構成該齒輪驅動系統的各齒輪不用使用斜齒輪和模數小的齒輪就能夠抑制振動的產生。
另外，在上述齒輪驅動系統的設計系統中其優選的結構是，上述計算部是由使用上述設定部中設定的齒輪特性值作成上述齒輪驅動系統內所定的振動系統的振動運動方程式的方程式作成部，和解出上述方程式作成部作成的振動運動方程式後，求出上述振動系統的振動頻率和振幅的方程式解析部構成；上述判定部的構成是在上述方程式解析部求出的振動頻率和振幅的至少一方是容許範圍之內的值時，判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內。
根據上述的結構，在上述計算部中，使用上述設定部設定的齒輪特性值作成上述齒輪驅動系統內所定的振動系統的振動運動方程式，其振動運動方程式由方程式解析部求解，求出上述振動系統的振動頻率和振幅。由此，能夠很容易地把握上述振動系統的振動中的特徵性的振動頻率。
另外，上述判定部判定在上述方程式解析部求出的振動頻率和振幅的至少一方是容許範圍之內的值，判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內，由此，能夠很容易地進行該判定部的判定處理。
另外，在上述齒輪驅動系統的設計系統中，上述方程式作成部使用的振動系統最好是齒輪驅動系統的最終齒輪和其驅動齒輪的齒輪對組成的振動系統。
根據上述的構成，上述設定變更部、計算部及判定部中的處理僅對最終齒輪及其驅動齒輪的齒輪對實行，因此減少了應設定的齒輪特性值，同時簡化了計算。另外，在齒輪驅動系統中產生的振動只對最終齒輪及其驅動齒輪的齒輪對考慮防振，就可基本上得到抑制，由此可實行有效的設計。
本發明的齒輪驅動系統的設計系統方法的特點是，它包括設定齒輪驅動系統的齒輪特性值的設定工序；根據上述設定工序設定的齒輪特性值對上述齒輪驅動系統的最終齒輪產生的振動進行模擬計算的計算工序；判定根據上述計算工序的模擬計算求出的最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內的判定工序；及上述判定工序判定最終齒輪的振動不在容許的範圍之內的場合，變更上述設定工序中設定的齒輪特性值，並且進行再設定的設定變更工序，在上述判定工序中，在判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內之前，上述設定變更工序、計算工序及判定工序反覆執行，在判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內的時刻，所設定的齒輪特性值才作為最佳齒輪特性輸出。
根據上述的構成，與上述的齒輪驅動系統的設計系統一樣，構成齒輪驅動系統的各齒輪不使用斜齒輪和模數小的齒輪，就能夠對考慮防振的齒輪驅動系統進行設計。
在發明的詳細說明的項目中舉出的具體的實施例和實施例，說到底還是為闡明本發明的技術內容用的，不應狹義地解為僅限定於這樣的具體的例子，在本發明的精神和下面記述的權利要求事項的範圍之內，可加以各種變更來進行實施。
權利要求
1.一種齒輪驅動系統的設計系統，其中，包括設定齒輪驅動系統的齒輪特性值的設定部；根據在所述設定部中設定的齒輪特性值，對所述驅動系統的最終齒輪中發生的振動進行模擬計算的計算部；判斷由所述計算部的模擬計算求出的最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內的判定部；由所述判定部判定最終齒輪的振動不在容許的範圍之內的情況下，變更在所述設定部中設定的齒輪特性值的設定變更部。
2.根據權利要求1記述的齒輪驅動系統的設計系統，其中，所述計算部包括使用在所述設定部中設定的齒輪特性值作成所述齒輪驅動系統內所定振動系統的振動運動方程式的方程式作成部；和解出所述方程式作成部作成的振動運動方程式，求出所述振動系統的振動頻率和振幅的方程式解析部，所述判定部在由所述方程式解析部求出的振動頻率和振幅的至少一方是容許範圍之內的值時，判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內。
3.根據權利要求2記述的齒輪驅動系統的設計系統，其中，所述方程式作成部使用的振動系統是由齒輪驅動系統的最終齒輪和其驅動齒輪的齒輪對組成的振動系統。
4.一種程序，其中，使計算機作為設計部、計算部、判定部和設定變更部起作用，設定部，其設定齒輪驅動系統的齒輪特性值；計算部，其根據在所述的設定部設定的齒輪特性值對所述驅動系統的最終齒輪中產生的振動進行模擬計算；判定部，其判斷由所述計算部的模擬計算求出的最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內；設定變更部，其由所述判定部判定最終齒輪的振動不在容許的範圍之內的情況下，變更所述設定部中設定的齒輪特性值。
5.根據權利要求4記述的程序，其中，所述計算部包括使用在所述設定部中設定的齒輪特性值作成所述齒輪驅動系統內所定振動系統的振動運動方程式的方程式作成部；和解出由所述方程式作成部作成的振動運動方程式，求出所述振動系統的振動頻率和振幅的方程式解析部，所述判定部在由所述方程式解析部求出的振動頻率和振幅的至少一方是容許範圍之內的值時，判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內。
6.根據權利要求5記述的程序，其中，所述方程式作成部使用的振動系統是齒輪驅動系統的最終齒輪和其驅動齒輪的齒輪對組成的振動系統。
7.一種齒輪驅動系統的設計方法，其中，包括設定齒輪驅動系統的齒輪特性值的設定工序；根據由所述設定部設定的齒輪特性值對所述齒輪驅動系統的最終齒輪產生的振動進行模擬計算的計算工序；判定由所述計算工序的模擬計算求出的最終齒輪的振動是否在容許的範圍之內的判定工序；及由所述判定工序判定最終齒輪的振動不在容許的範圍之內的情況下，變更所述設定工序中設定的齒輪特性值，進行再設定的設定變更工序，在所述判定工序中，判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內之前，所述設定變更工序、計算工序及判定工序反覆執行，在判定最終齒輪的振動在容許的範圍之內的時刻，所設定的齒輪特性值才作為最佳齒輪特性輸出。
8.根據權利要求7記述的齒輪驅動系統的設計方法，其中，所述計算工序包括使用在該時刻設定的齒輪特性值作成所述齒輪驅動系統內的所定的振動系統的振動運動方程式的方程式作成工序；和解出由所述方程式作成工序作成的振動運動方程式，求出所述振動系統的振動頻率和振幅的方程式解析工序，所述判定工序在由所述方程式解析工序求出的振動頻率和振幅的至少一方是在容許範圍之內的值時，判定最終齒輪的振動在容許範圍之內。
9.根據權利要求8記述的齒輪驅動系統的設計方法，其中，所述方程式作成工序使用的振動系統是齒輪驅動系統的最終齒輪和其驅動齒輪的齒輪對組成的振動系統。
全文摘要
一種齒輪驅動系統的設計系統，在特性設定部中設定未考慮防振的齒輪特性值，根據該設定的齒輪特性值，在計算部對齒輪驅動系統的最終齒輪產生的振動進行模擬計算。在比較部判定該模擬計算結果的振動系統的振動頻率和振幅是否是容許範圍之內的值，在不是容許範圍之內的場合，在特性變更部對齒輪特性值進行變更後，再次實行計算部、比較部的處理。在比較部判定振動系統的振動頻率或振幅在容許範圍之內之前，反覆實行特性變更部、計算部、比較部的處理。由此，可進行抑制振動產生的齒輪驅動系統的設計。
文檔編號G03G21/00GK1519660SQ20031012480
公開日2004年8月11日 申請日期2003年10月11日 優先權日2002年10月11日
發明者森田極, 奧村好延, 岡田知彥, 延, 彥 申請人:夏普株式會社