专利名称：齿轮驱动系统的设计系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对把驱动源中产生的驱动力传递到驱动对象的齿轮驱动系统进行设计用的齿轮系统的设计系统。
背景技术：
将驱动源产生的驱动力通过作为驱动传递部件的齿轮传递到驱动对象，并把驱动该驱动对象的齿轮驱动系统应用于各种各样的装置中。在应用这种齿轮驱动系统的装置中，该齿轮驱动系统的设计是重要的因素之一。
在现有的齿轮驱动系统的设计中，其着眼点是寻求在容许的空间内得到所希望的减速比和转矩输出等所需的齿轮尺寸及齿轮材质。
然而，在这样设计的齿轮驱动系统中，即使减速比和转矩输出合适，在实际装载于装置上进行实用的阶段，该齿轮驱动系统的最终齿轮也可能会产生振动。即根据齿轮和齿轮的组合，会出现不能使转动平稳地传递给转动驱动力所传递一侧的齿轮而产生振动的情况。这种振动现象被称之为不规则振动现象。
例如在电子照相方式的图像形成装置的感光辊转动用的驱动部分上应用齿轮驱动系统时，在该齿轮驱动系统上产生不规则振动现象将使感光辊的周速度变得不均匀，会产生带电不匀、曝光不匀和显影不匀。因此，比如在中间调整的印刷中，会产生叫做“节距不匀”的印刷不匀。这种“节距不匀”在用于输送纸系统的齿轮驱动系统中产生不规则振动现象的情况也会出现。
此外，例如在原稿读取用光学系中不规则振动现象引起驱动不稳时，移动的光学单元的速度变得不均匀，可能会发生读取图像的欠缺、重影，不能如实地读取原稿。
另外，例如在定影机构的驱动部上发生不规则振动现象造成的驱动不稳时，定影辊的周速度会变得不均匀，可能产生使通过定影的未定影调色剂的受热不均匀，造成过定影或定影不良。而且，由此也可能造成印刷的光泽性不良。
如上所述，假如在图像形成装置中产生不规则振动现象将造成印刷质量的下降。
作为减少上述的不规则振动现象的结构，例如在日本专利公报特公平4-48390号公报(
公开日1992年8月6日)中公布，作为感光滚筒的驱动系统使用的滚筒齿轮采用了如图8所示的斜齿轮101·102的结构。
在上述的特公平4-48390号公报中使用斜齿轮101·102，目的是向感光滚筒103施以旋转轴方向的推力，保持该感光滚筒103的轴线方向的位置。并且，使用斜齿轮的齿轮驱动系统与使用直齿轮的驱动系统相比，能够使齿的接触平稳，减少其驱动系统产生的不规则振动现象。
另外，在日本国公开专利公报的特开2000-147948号公报(
公开日2000年5月26日)中，公布了如图9所示的、通过减小感光体齿轮111及感光体连接齿轮112的模数，同时加大感光体连接齿轮113、驱动输入齿轮114及驱动输出齿轮115的模数，以减少齿轮由于啮合而造成振动的感光体单元。
发明内容
然而，在上述现有的结构中出现了以下所述的问题。
即在上述的特公平4-48390号公报与特开2000-147948号公报的结构中，为了使齿轮驱动系统的振动减少到所希望的程度，全都需要设计者的经验和技术决窍，并且在求出最佳的设计条件之前经过若干次试验失败是必要的，因此存在设计效率低下的问题。
比如，如特公平4-48390号公报所示，即使通过使用斜齿轮能够减少振动，但在有关将齿数确定为何种程度才能将振动减少到最小的特性方面，各个装置还需要根据设计者的经验和技术决窍来决定。
另外，在特公平4-48390号公报的结构中，使用斜齿轮反而出现使驱动用的负荷增大、加大电耗的问题。即要实现包括低电耗化的驱动系统整体的特性最佳化是很困难的。
还有，特公平4-48390号公报中的斜齿轮及特开2000-147948号公报中的模数小的齿轮仅使用于齿轮驱动系统的最终段。然而，在这种场合下，除了要达到调整齿轮的减速比以外，即为了实现改变最终段的齿轮的种类的目的，还存在着需要改变齿轮级，且对实现装置的小型化十分不利的问题。
本发明的目的是提供一种可以抑制振动产生的齿轮驱动系统进行设计的设计系统。
为了达到上述目的，本发明的齿轮驱动系统的设计系统包括设定齿轮驱动系统的齿轮特性值的设定部；根据在上述设定部中设定的齿轮特性值，对在上述驱动系统的最终齿轮中发生的振动进行模拟计算的计算部；判断由上述计算部的模拟计算求出的最终齿轮中的振动是否在容许的范围之内的判定部；及上述判定部判定最终齿轮中的振动不在容许的范围之内的场合，变更上述设定部中所设定的齿轮特性值的设定变更部。
在上述齿轮驱动系统的设计系统中，上述齿轮设定部设定的齿轮特性值并未考虑其齿轮驱动系统的防振，且上述齿轮驱动系统的设计系统能够把该齿轮特性值修正为考虑防振的值。
即，在上述计算部中，根据在该时刻上述设定部设定的齿轮特性值，对在上述齿轮驱动系统的最终齿轮上产生的振动进行模拟计算。利用此模拟结果，在上述判定部判定最终齿轮的振动是否在容许的范围之内。
最终齿轮的振动如果是在容许的范围之内，在该时刻上述设定部设定的齿轮特性值可以作为考虑防振的最佳齿轮特性输出，但如果最终齿轮的振动不在容许的范围之内，那么通过上述设定变更部对设定部设定的齿轮特性值进行变更。
这样，在上述判定部判定最终齿轮的振动在容许的范围之内之前，上述设定变更部、计算部及判定部的处理反复进行，在判定最终齿轮的振动在容许的范围之内的时刻，上述设定部设定的齿轮特性值才作为最佳齿轮特性输出，由此能够对考虑防振的齿轮驱动系统进行设计。
在其齿轮驱动系统的设计系统设计的齿轮驱动系统中，构成该齿轮驱动系统的各齿轮不必使用斜齿轮和模数小的齿轮就能够抑制振动的产生。
另外，为达到上述目的，本发明的齿轮驱动系统设计方法包括设定齿轮驱动系统的齿轮特性值的设定工序；由上述设定工序设定的齿轮特性值对上述齿轮驱动系统的最终齿轮产生的振动进行模拟计算的计算工序；判定由上述计算工序的模拟计算求出的最终齿轮的振动是否在容许的范围之内的判定工序；及上述判定工序判定最终齿轮的振动不在容许的范围之内的情况下，变更上述设定工序设定的齿轮特性值并进行再设定的设定变更工序；在上述判定工序中，在判定最终齿轮的振动在容许的范围之内之前，上述设定变更工序、计算工序及判定工序反复进行，在判定最终齿轮的振动在容许的范围之内的时刻，所设定的齿轮特性值才作为最佳齿轮特性输出。
在上述的齿轮驱动系统设计方法中，与上述的齿轮驱动系统的设计系统一样，构成齿轮驱动系统的各齿轮不必使用斜齿轮和模数小的齿轮，且能够对考虑防振的齿轮驱动系统进行设计。
本发明的其他目的、特点和优点将通过以下所示的记述来了解。另外，本发明的优点还将参照附图进行后面的说明。
图1表示本发明的一个实施例，是表示齿轮驱动系统的设计系统构成的方框图；图2是表示装有可用上述齿轮驱动系统的设计系统设计的齿轮驱动系统的图像形成装置的简要结构的剖面图；图3是表示上述齿轮驱动系统的设计系统的动作的流程图；图4是表示利用上述齿轮驱动系统的设计系统运算的振动系统的模型的立体图；图5(a)～图5(c)是表示利用上述齿轮驱动系统的设计系统运算结果的一例，是表示使最终齿轮轴系统相异时的最终齿轮的频谱曲线图；图6(a)是实物的齿轮驱动系统中产生的振动的试验结果的曲线图，图6(b)是表示利用上述实物的齿轮驱动系统的齿轮特性值，通过上述齿轮驱动系统的设计系统的模拟计算出的频谱的结果的曲线图；图7(a)是表示利用上述齿轮驱动系统的设计系统得出的最佳齿轮特性的特性值的频谱的模拟结果的曲线图，图7(b)是表示用上述齿轮驱动系统的设计系统得出的最佳齿轮特性值制造的实物的齿轮驱动系统产生的振动的试验结果的曲线图；图8是表示现有的齿轮驱动系统的一例的剖面图；图9是表示现有的齿轮驱动系统的另外一例的剖面图。
具体实施例方式
按照附图对本发明的一个实施例进行以下说明。这里，作为使用本发明的齿轮驱动系统的设计系统的设计对象的齿轮驱动系统的装置的例子，列举的是图像形成装置。
这里列举的图像形成装置(彩色图像形成装置)是沿记录用纸等记录材料的运送方向使图像形成装置并列配置的串列型的结构。上述彩色图像形成装置可以对只以一个图像形成单元进行图像形成的单色图像形成模式和以多个图像形成单元进行图像形成的多色图像形成模式实行切换。另外，记录材料在复制载体上存在期间开始从单色图像形成模式向多色图像形成方式的切换。
上述彩色图像形成装置具体的结构如图2所示，对于图像形成部1，具备按压放置在原稿台上的原稿的双面自动原稿传送装置3等。
双面自动原稿传送装置3，是在图像读取部4的原稿台41上使原稿的一面与图像读取部4相对来传送原稿、并在图像读取部4上读取原稿的图像的设备。双面自动原稿传送装置3也可以在原稿的一面读取完成后，翻转原稿再读取另一面来传送原稿。而且，对一页原稿读取一面或两面的图像后，反复进行排出该原稿并读取下一个原稿的两面的上述动作。
图像读取部4为读取原稿图像被配置在双面自动原稿传送装置3的下方，由原稿台41、第1扫描单元42、第2扫描单元43、成像透镜44和光电转换元件45等组成。
第1扫描单元42移动自如地支承在与放置原稿的原稿台41相对的位置上，包括通过原稿台41向原稿照射光的未图示的光源，和把原稿的反射光引导到第2扫描单元43的镜子。并且它对于原稿台的下面一边保持一定的距离，一边以所定的速度平行地进行往复运动。
第2扫描单元43具有两面镜子，与第1扫描单元42在相同方向保持一定的速度平行进行往复运动。这些镜子中的一面与第1扫描单元42的镜子相对，另一面与成像透镜44相对。
另外，成像透镜44使利用第2扫描单元43的镜子所偏转的从原稿反射光像缩小，并在光电转换元件45上结成影像。光电转换元件45夹着成像透镜44，被配置在与第2扫描单元43相对的位置上，对上述成像的光像进行光电转换后，作为电气信号输出。而且，利用光电转换元件45转换为电气信号的原稿图像信息被转送到未图示的图像处理部后，进行图像数据处理。
图像形成部1具有4个图像形成单元Pa～Pd，图像形成单元Pa包括感光鼓11、带电器12、激光束扫描部13、显影装置14、复制用放电器15、和清洁装置16。这些带电器12、显影装置14、复制用放电器15，和清洁装置16被配置在感光鼓11的周围。另外，其他图像形成单元Pb～Pd也具有与图像形成单元Pa同样的构成。
在各图像形成单元Pa～Pd中，感光鼓11的表面由带电器12均匀后，利用设在感光鼓上方的激光束扫描部13进行静电潜影的写入。激光束扫描部13由发出按照图像数据调制发出点光的未图示的半导体激光元件、使该半导体激光元件发出的激光束偏向主扫描方向用的偏光装置、使被偏光装置偏转的激光束在感光鼓的表面上成像的透镜、和反射镜等组成。
此时，图像形成单元Pa的激光束扫描部13被输入对应于彩色原稿图像的黑色成分像的像素信号。另外，向各图像形成单元Pc～Pd的激光束扫描部13分别输入对应于青绿色、深红色、黄色的各色成分像的像素信号。由此，对应于已进行色彩转换的原稿图像信息的静电潜像形成在各图像形成单元Pa～Pd的感光鼓11上。
显影装置14使感光鼓11上形成的静电潜像进行显影，复制用放电器15把已显影的感光鼓11上的调色剂像复制在记录材料上。另外，清洁装置16把残留在感光鼓11上的调色剂除掉。
另外，各图像形成单元Pa～Pd的显影装置14中分别容纳有青绿色、深红色、黄色的各色的色剂，各感光鼓11上的静电潜像由这些各色的色剂进行显影。由此，已进行色彩转换的原稿图像信息作为各色的调色剂像被再现出来。
在图像形成部1内的下方配置给纸机构17，堆放收容在纸架18内的记录材料被逐页分离进行供给。套准调节辊19对利用给纸机构17分离供给的记录材料向图像形成单元Pa～Pd的传送时间进行控制。
在图像形成单元Pa～Pd的下方配置传送复制带机构20，该传送复制带机构20由驱动辊21、从动辊22、复制传送带23、记录材料吸附用带电器24、除电器(未图示)等构成。传送复制带机构20把供给的记录材料静电吸附于复制传送带23上进行传送。复制传送带23利用驱动辊21向图2的箭头A所示的方向进行摩擦驱动。
记录材料吸附用带电器24使复制传送带23的表面带电，把从套准调节辊19排出的记录材料吸附在复制传送带23上，消除传送时带与记录材料的位置偏差。在除电器上施加交流电流，以使在各图像形成单元Pa～Pd上形成图像并被排出的记录材料从复制传送带23上分离开来。
定影装置25隔着传送复制带机构20与套准调节辊19相对，并使在记录材料上复制形成的影像在记录材料上定影。通过该定影装置25的定影辊之间的夹紧部的记录材料，经过传送导向器26，利用排出口27排出到设置在图像形成部1的外壁的排纸架28上。
在上述构成的彩色图像形成装置中，作为记录材料使用切片状的纸张。该记录材料供给到给纸机构17的给纸传送路线的导纸器内，记录材料的前端部分被未图示的传感器检测，按照该传感器输出的检测信号由套准调节辊19使之暂停传送。然后，记录材料被送到与图像形成单元Pa～Pd同步转动的复制传送带23上。此时，复制传送带23靠带电器24带电，所以记录材料在通过图像形成单元Pa～Pd期间被稳定地传送。
各图像形成单元Pa～Pd中，形成各色的调色剂像，并被重合到通过复制传送带23进行静电吸附而传送的记录材料上，复制一旦完成，记录材料从其前端部分起被依次由除电器从复制传送带23上剥离开来，并引导到定影装置25上之后排出到排纸架28上。
在上述构成的彩色图像形成装置中，光电转换元件45是CCD行传感器，成像后的光像依次进行光电转换，作为电气信号输出。CCD行传感器是三行的彩色CCD，能够读取黑白图像或彩色图像，输出分解为R(红)G(绿)B(蓝)的各色成分的行式数据。
另外，双面自动原搞传送装置3也可以是单面自动原稿传送装置。而且，也可以替代各图像形成单元Pa～Pd的激光束扫描部13，使用发光二极管阵列和成像透镜阵列组成的光学系统LED头)实行向感光体的光写入。LED头与激光扫描部相比，尺寸小，无可动部分和无噪音，这对于需要多个光写入单元的串列式电子照相图像形成装置是有用的。
在上述的彩色图像形成装置中，对于感光鼓11的转动及各种传送辊的转动驱动，为使驱动源的马达的输出传递到驱动对象物的感光鼓11及各种传送辊上，要使用齿轮驱动系统。
并且，通过应用有关本发明的齿轮驱动系统设计方法制造这些齿轮驱动系统，能够减少齿轮驱动系统的振动现象，实行高质量的图像印刷。
例如在图像形成部1的感光鼓11的转动用的驱动部上采用齿轮驱动系统时，利用本发明的齿轮驱动系统设计方法设计该齿轮驱动系统，制造出的齿轮驱动系统能够抑制振动造成的感光鼓11的周速度的不均匀性，大幅度减少带电不匀、曝光不匀和显影不匀。因此，比如在中间调的印刷中，能够避免产生被称为“节距不匀”的印刷不匀。
下面，对适用有关本发明的齿轮驱动系统设计方法的齿轮驱动系统的设计系统进行说明。
上述齿轮驱动系统的设计系统如图1所示，由输入装置51、显示装置52及计算机中具备的运算装置53构成。另外，上述输入装置51、输出装置52及运算装置53也可以是在一体的计算机中构成的，或者是对于上述齿轮驱动系统的设计系统实行外部联接。上述齿轮驱动系统的设计系统的运算结果作为设计条件输出到制造装置61，由该制造装置61按照其设计条件进行齿轮驱动系统的制造。
输入装置51是向运算装置53输入数据用的设备。输出装置52是利用比如显示及打印等手段输出运算装置53的计算结果的设备。
运算装置53包括特性设定部54、计算部55、比较部56和特性变更部57。特性设定部54、计算部55、比较部56和特性变更部57，是利用计算机读取由可进行计算机读取的记录媒体上所记录的程序来实现功能的。
特性设定部(设定部)54在设计对象的齿轮驱动系统中，对构成该齿轮驱动系统的各齿轮的特性进行设定。
这里，特性设定部54设定的齿轮特性是指，作为利用输入装置5 1的输入实行设定的特性(以下称初始设定特性)，包括输入齿轮和最终齿轮的容许节距距离范围、最终齿轮的减速比的容许范围、最终齿轮的输出转矩、输入齿轮的转数和模数、以及减速级数等；进而，作为利用计算部55的计算结果实行设定的特性(以下称设计条件特性)，包括最终齿轮的转数、各齿轮的齿数、齿宽、齿的强度、齿的材质、齿的耐久性、及支承齿轮的轴的直径、长度和支承方法等。另外，上述输入齿轮是指最初把驱动源的输出传递到齿轮驱动系统用的齿轮，最终齿轮是指把齿轮驱动系统传递来的驱动力最终输出到驱动对象物的齿轮。
计算部(计算部·方程式作成部·方程式解析部)55，是根据特性设定部54设定的初始设定特性，利用比较部56和特性变更部57的相关动作来计算形成最佳齿轮条件的设计条件特性。
即上述计算部55计算出的设计条件特性由比较部(判定部)56检测是否满足上述初始设定特性，在其不满足时，特性变更部(设定变更部)57对在计算部55的输出变更特性设定部54设定的特性。并且，在计算部55计算出的设计条件特性满足初始设定特性之前，通过反复实行上述处理来求出最佳的齿轮特性。
下面，继续参照图3的流程图，对上述齿轮驱动系统的设计系统的运算装置53的运算处理动作进行说明。
这里，本实施例的运算装置53的运算处理大致可分为2项运算处理。首先，图3所示的S1～S7的各工序是依次设计驱动系统的各齿轮的运算处理(各齿轮的设计工序)。其次，S8～S14所示的各工序是求出抑制最终齿轮和驱动齿轮的振动的最佳齿轮特性的值的运算处理(防振用最佳齿轮特性的计算工序)。
在S1中，输入装置51对特性设定部54输入在本齿轮驱动系统的设计系统将要设计的齿轮驱动系统的初始设定特性。这里，输入的初始设定特性比如是输入齿轮的转数和模数、输入齿轮和最终齿轮的容许节距距离范围、最终齿轮的减速比的容许范围、最终齿轮的输出转矩和减速级数等。
在S2中，对于构成齿轮驱动系统的各齿轮，从连接输入齿轮侧的齿轮起依次算出所希望的齿轮特性。而且，该计算由计算部55进行。另外，该工序在最终齿轮的齿轮特性被决定时，为了从最终齿轮向上游侧的齿轮进行计算，也可在驱动系统的最终齿轮中输入所需的输出特性。
在S3中，利用在上述S2中算出的最终齿轮的齿轮特性，在计算部55中算出最终齿轮的减速比，进而，在比较部56判定该减速比是否在容许范围之内。未在容许范围之内时，返回S2重新算出齿轮特性。
最终齿轮的减速比在容许减速比内时，在S4中，利用上述S2算出的最终齿轮的齿轮特性，在计算部55中计算输入齿轮和最终齿轮的节距距离，进而，在比较部56中判定该节距距离是否在容许范围之内。不在节距距离容许范围之内时，返回S2重新算出齿轮特性。
上述S3及S4的任何之一是NO，并在S2中重新算出齿轮特性时，特性变更部57在重新进行上述计算之前，在特定设定部54中对该时刻设定的齿轮特性的任何之一增加变更。该齿轮特性的变更处理按所定的程序实施，以使变更后的计算结果接近适宜的结果(在S3或S4中使未在容许范围之内的减速比或节距距离趋近容许范围之内的值)。
在S4中是YES时，在S5中对应S2最终算出的齿轮特性计算各齿轮的齿的强度和耐久性。另外，在接下来的S6中，计算在各齿轮中可使用的最大轴径。这些计算都是在计算部55中进行的。
在S7中，从作为初始设定特性输入的输入齿轮的齿轮特性和在S2中算出的各齿轮的齿轮特性，决定构成齿轮驱动系统的各齿轮的排列。这样已决定排列的齿轮驱动系统的各齿轮的齿轮特性也可在该时刻输出到输出装置52。
如上所述，上述S1～S7的运算处理是计算齿轮驱动系统的齿轮排列及各齿轮的齿轮特性的设计工序，在该设计工序中存在着已建立的众所周知的手法。而且，在本发明的齿轮驱动系统的设计系统的各齿轮的设计工序中，可以使用这样的众所周知的手法。
但是，在利用上述众所周知的手法设计的齿轮驱动系统中，对于减少实际驱动时产生的振动全部未加以考虑。因此，如果利用该设计结果制造齿轮驱动系统，则在使用该齿轮驱动系统的装置上就有可能产生振动的问题。
为此，在有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统中，对于各齿轮的设计工序中的输出结果，进一步利用防振用最佳齿轮特性的计算工序中的运算处理求出考虑防振的最佳齿轮特性。
而且，防振用最佳齿轮特性的计算工序也可对从输入齿轮到最终齿轮的全部的齿轮加以实施，而在驱动对象物中产生的振动，仅在最终级齿轮对(最终齿轮和其驱动齿轮)中考虑防振就可基本对其进行抑制。因此，防振用最佳齿轮特性的计算工序仅对最终级齿轮对进行计算就能生效，在有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统中，也是在以下的S8～S14中仅对最终级齿轮对进行计算。
防振用最佳齿轮特性的计算工序是在S8中，在上述各齿轮的设计工序中得到的各齿轮的齿轮特性之中，抽出最终级齿轮对的齿轮特性。这里被抽出的齿轮特性是为建立S10中的振动运动方程式所必需的数值，被抽出的齿轮特性是在特性设定部54中作为初始输入特性来设定的。这里被抽出的齿轮特性是比如齿数、模数、扭转角、压力角和齿宽。
在S9中，进行用于后面所述的振动运动方程式的各乘数的计算。上述各乘数是指，比如最终齿轮及其驱动齿轮的各自的齿轮质量、惯性转矩及弹性常数。上述齿轮质量和惯性转矩，可以按照从在S8中抽出的上述齿轮特性能够进行特定的齿轮形状及齿轮材质，利用众所周知的物理公式来计算。另外，轴的弹性常数可以利用材料力学的挠曲的公式从施加某种负荷时的挠曲量算出。作用于齿轮的齿和作用于齿间的弹性常数是随时间变化的乘数，从齿的啮合起到齿的啮合结束的齿的刚性根据众所周知的公式进行计算，并利用傅里叶变换置换为正弦波后给出。而且，在S9中得出的各乘数比如如果输出到输出装置52中，设计者就能在确认该乘数的大小之后，确认模型是否得到恰当的设定。
在S10中，使用在S9中算出的乘数建立最终级齿轮对的振动运动方程式，该振动运动方程式的求解计算使用比如龙格-库塔-基尔法进行。
这里，对在S10中的振动运动方程式进行说明。在本实施实行中，如图4所示，最终齿轮和驱动齿轮作为相互以弹簧结合的圆柱使之模型化。而且，在图4所示的模型中，上述2个圆柱有互相平行的中心轴，并定义为平行于这些中心轴的轴方向为z轴方向，在包含这些中心轴的平面内且与上述z轴正交的轴方向为x轴方向，与上述x轴和z轴两轴正交的轴方向为y轴方向。
即最终齿轮是半径rg1的圆柱，驱动时在xy平面内图中箭头所示的方向上接受转矩T1。另外，上述最终齿轮在上述x轴、y轴、及z轴周围的各自的转动方向上接受弹性常数Kθx1、Kθy1、Kθz1的螺旋弹簧的弹力，在与重心的x轴、y轴、z轴平行的各自的移动方向上接受弹性常数Kx1、Ky1、Kz1的弹簧的弹力。这里，上述各弹性常数的值使用在S9中算出的值。
同样，驱动齿轮是半径rg2的圆柱，驱动时在xy平面内图中箭头所示的方向上接受转矩T2。另外，上述驱动齿轮在上述x轴、y轴、及z轴周围的各自的转动方向上接受弹性常数Kθx2、Kθy2、Kθz2的螺旋弹簧的弹力，在与重心的x轴、y轴、z轴平行的各自的移动方向上接受弹性常数Kx2、Ky2、Kz2的弹簧的弹力。
另外，在齿轮驱动系统内从该驱动齿轮的前级的齿轮向驱动齿轮加力(图4的模型中的转矩T2)。进而，最终齿轮和驱动齿轮利用弹性(具有作用于上述的齿轮的齿和齿的弹性常数)结合，作为互相受力的部分使之模型化。转矩T2与作用于齿轮的齿和齿的弹性常数在表示振动运动方程式的后面所述的式(1)内作为式子的一部分被放入右边的{F}之中。
利用以上模型得到的振动运动方程式。能够对最终齿轮的振动的振摆的时间变化进行计算。而且，上述振动运动方程式用下面的式(1)表示。在式(1)中，m表示质量，δ为位移，F为载荷，[m]、[k]是从上述图4所示的模型中导出的质量及刚性矩阵。
{δ..}+[k]{δ}={F}---(1)]]>在本实施例中，上述振动运动方程式使用龙格-库塔-基尔法进行计算，求出上述模型所示的振动系统的时间变化，并计算振动的频谱。而且，振动的频谱的计算利用图3的流程图中S11～S12的处理进行。
在S11中，对于最终齿轮及其驱动齿轮分别抽出利用求解上述振动运动方程式得到的转动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，例如如果输出到输出装置52，则设计者就能够在确认该位移量和加速度的大小后，确定模型是否进行了恰当的设定。而且，在上述S11中不仅是转动方向的位移量和加速度，还可以算出x、y、z轴各自的并进方向的位移量和加速度，但本发明的目的是对于从感光体复制的图像的节距不匀进行解析，所以只对影响图像的转动方向进行计算。
在S12中，利用傅里叶变换从上述S11中抽出的位移量和加速度算出最终齿轮的频率成分及其振幅。而且，根据该频率成分及其振幅求出表示与齿轮驱动系统的振动的相关性的振动频率和振幅。这里求出的振幅不是在傅里叶变换的计算中求振幅的绝对值，实际上是作为相对振幅强度(无量纲的值)算出的值。
这样，在有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统中，输出最终齿轮的频率成分宽度，所以能够很容易地把握振动中特征的振动频率。而且，上述S11及S12的处理利用计算部55实行。
在S13中，把在S12中得到的振动频率和振幅由计算部55输出到比较部56，与希望的振动频率和振幅进行比较。得到的振动频率为希望的振动频率以下，或得到的振动的振幅是希望的振幅以下时，判断所设计的齿轮驱动系统产生的振动在容许范围之内，处理完成。而且，希望的振动频率和振幅也可以是设计者从输入装置51输入的值，或者是在运行本齿轮驱动系统的设计系统的程序内预先设定的值。
在上述S13中，在S12中得到的振动频率和振幅的两者比希望的振动频率和振幅大时，在S14中，对在S8中作为初始输入特性而设定的特性加以设定变更后，返回S9，反复实行S9～S13的处理。在S14中的设定变更，使利用特性变更部57的控制在特性设定部54中设定的齿轮特性再设定为其他的值。
另外，在S14中的设定变更，也可以利用运行本齿轮驱动系统的设计系统的程序自动地进行设定变更，或者根据来自输入装置51的用户的指示实施。
这样，在上述S13中，在振动频率或振幅的至少一项比希望的值小的时刻，在设定部54中设定的齿轮特性作为齿轮驱动系统的已考虑防振的最佳齿轮特性进行输出。
如上所述，利用有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统，能够不进行实际驱动系统的制作而求出使最终齿轮的振动的频率和振幅成为所希望的值的齿轮特性。
对以上得到的结果的一例按照图5进行说明。
图5(a)～图5(c)是最终齿轮的轴径分别设定为不同值的5mm、6mm、7mm的场合下得到的表示最终齿轮的转动方向的振动的频谱的图。在图5(a)～图5(c)中，横轴表示频率成分，纵轴表示振幅(即相对振幅强度)。
这里，图5(a)所示的频谱是根据在S8中抽出的未考虑防振的齿轮特性(即初始输入设定)算出的频谱。在图5(a)中振幅最大的频率成分是约35Hz，是作为此时振动频率为约35Hz，其振幅约1.3mm来求出。
而且，此时的振动频率及振幅都超过希望的值时，在特性设定部54中设定的齿轮特性的任何之一作为参数进行设定变更，根据其设定变更的齿轮特性再次算出频谱。这里，最终齿轮的轴径是被实行设定变更的参数。图5(b)及图5(c)是表示在最终齿轮的轴径被变更后再次算出的频谱。
从图5(a)～图5(c)可知，使最终齿轮的轴径变大，则产生振动的频率的频谱成分减少。即，如果使最终齿轮的轴径变大，则在齿轮驱动系统中产生的振动的振幅减少。因此，从该结果可知，最好是最终齿轮的轴径设定的大些，最终齿轮可以不使用斜齿轮或模数小的齿轮，来设计抑制振动发生的齿轮振动系统。
在进行频谱的再计算时设定变更的参数不限定于上述例子的最终齿轮的轴径。除此以外，如果是利用设定变更能降低振动频率或振幅的齿轮特性，就可作为进行频谱的再计算时实行设定变更的参数来选定。换言之，与以最终齿轮的轴径作为参数的场合一样，对于其他的齿轮特性，利用观察改变其齿轮特性场合的最终齿轮的振动的频谱的变化，就能得到希望的特性值。
下面，进一步对上述齿轮驱动系统的设计系统的模拟的妥当性的评价结果参照图6和图7进行说明。在图6和图7中，横轴表示频率(但图6(a)中是空间频率)，纵轴表示相对振幅强度。
这里，如上所述，把改变特性值之前的、在图像形成装置中使用的实物的齿轮驱动系统中产生的振动的频谱的测定试验结果示于图6(a)。另外，使用上述实物的齿轮驱动系统的齿轮特性值，利用本实施例的齿轮驱动系统的设计系统进行计算的结果，得出的频谱示于图6(b)。并且，在图6(a)的横轴上频率[1p/mm]是空间频率，将其乘以过程速度(本例中为88mm/s)得到频率。
另一方面，对利用有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统得到的希望的齿轮特性值的、通过该齿轮驱动系统的设计系统得出的频谱示于图7(a)。使用利用齿轮驱动系统的设计系统得到的上述齿轮特性值实际进行齿轮驱动系统的制作，对制作出的实物的齿轮驱动系统中产生的振动的频谱进行测定的试验结果示于图7(b)。
从图6和图7可知，利用有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统得到的频谱与试验结果非常一致。由此，有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统的妥当性获得良好评价。
即对图6与图7进行比较可知，如果利用有关本发明的齿轮驱动系统的设计系统得到的齿轮特性值形成图像形成装置的齿轮驱动系统，就能减少驱动系统的最终齿轮产生的振动，得到高像质的图像形成装置。
另外，如果利用上述齿轮驱动系统的设计系统设计齿轮驱动系统，即使不制作实际的图像形成装置，就能对最终齿轮的振动的振摆进行模拟，同时利用计算齿轮特性得到可以防振的最佳齿轮特性，所以能够很容易地和有效地进行齿轮驱动系统的设计。
在有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统中，其运算由各齿轮的设计工序和防振用最佳齿轮特性的计算工序的两个阶段的计算工序组成，本发明至少可以是包括防振用最佳齿轮特性的计算工序的齿轮驱动系统的设计系统。本发明的齿轮驱动系统的设计系统仅由防振用最佳齿轮特性的计算工序组成时，在特性设定部54上设定的设定输入特性可考虑为由设计者通过输入部51直接输入来构成。
另外，在有关本实施例的齿轮驱动系统的设计系统中，虽然对图像形成装置的齿轮驱动系统的设计进行了说明，但本发明不限定于此，也可以用于其他的齿轮驱动系统的设计。
另外，作为本发明的齿轮驱动系统的设计系统的各种手段，本发明还包括运行计算机的程序，及被记录程序的计算机可以读取的记录媒体。
上述记录媒体可以是实行微机处理用的未图示的存储器，也可以是例如像ROM那样(只读存储器)本身就是程序媒体，另外，虽然未图示，但也可以作为外部存储装置来设置程序读取装置，并在其上插入记录媒体而成为可读取的程序媒体。
不管是那种场合，存储程序的构成可以是由微处理器存取来实行，或者无论是那种场合的读出程序，被读出的程序下载到微机的未图示的程序存储区，再执行其程序的方式也可以。这种下载用的程序预先存储在本体装置内。
这里，上述程序媒体是能够与本体分离构成的记录媒体，可以是磁带或盒式磁带等的磁带系、软盘或硬盘等磁盘和CD-ROM/MO/MD/DVD等光盘的盘系、IC卡(包括存储卡)/光卡等卡系、或者是包括掩膜ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、快擦写ROM等包含半导体存储器的固定保存程序的媒体。
另外，在本实施例中，作为可连接包括因特网的通信网络的系统构成，也可以是从通信网络下载程序的流动性地保存程序的媒体。从这样的通信网络下载程序时，可以是其下载用的程序预先存放在本体装置内，或者从其他的记录媒体进行安装。
综上所述，本发明的齿轮驱动系统的设计系统的特点是，它包括设定齿轮驱动系统的齿轮特性值的设定部；在上述的设定部中，根据已设定的齿轮特性值对上述驱动系统的最终齿轮产生的振动进行模拟计算的计算部；判断根据上述计算部的模拟计算求出的最终齿轮的振动是否在容许的范围之内的判定部；及上述判定部判定最终齿轮的振动不在容许的范围之内的场合，变更上述设定部设定的齿轮特性值的设定变更部。
根据上述的构成，上述齿轮设定部设定的齿轮特性值并未考虑其齿轮驱动系统的防振，且上述齿轮驱动系统的设计系统能够把该齿轮特性值修正为已考虑防振的值。
即在上述计算部中，根据在该时刻上述设定部设定的齿轮特性值，对在上述齿轮驱动系统的最终齿轮上产生的振动进行模拟计算。利用此模拟结果，在上述判定部判定最终齿轮的振动是否在容许的范围之内。
最终齿轮的振动如果是在容许的范围之内，在该时刻上述设定部设定的齿轮特性值可以作为已考虑防止振动的最佳齿轮特性值输出，但如果最终齿轮的振动不在容许的范围之内，上述设定变更部对设定部设定的齿轮特性值进行变更。
这样，在上述判定部判定最终齿轮的振动在容许的范围之内之前，上述设定变更部、计算部及判定部的处理反复执行，在判定最终齿轮的振动在容许的范围之内的时刻，上述设定部设定的齿轮特性值才作为最佳齿轮特性输出，由此能够对考虑防振的齿轮驱动系统进行设计。
在该齿轮驱动系统的设计系统设计的齿轮驱动系统中，构成该齿轮驱动系统的各齿轮不用使用斜齿轮和模数小的齿轮就能够抑制振动的产生。
另外，在上述齿轮驱动系统的设计系统中其优选的结构是，上述计算部是由使用上述设定部中设定的齿轮特性值作成上述齿轮驱动系统内所定的振动系统的振动运动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动运动方程式后，求出上述振动系统的振动频率和振幅的方程式解析部构成；上述判定部的构成是在上述方程式解析部求出的振动频率和振幅的至少一方是容许范围之内的值时，判定最终齿轮的振动在容许的范围之内。
根据上述的结构，在上述计算部中，使用上述设定部设定的齿轮特性值作成上述齿轮驱动系统内所定的振动系统的振动运动方程式，其振动运动方程式由方程式解析部求解，求出上述振动系统的振动频率和振幅。由此，能够很容易地把握上述振动系统的振动中的特征性的振动频率。
另外，上述判定部判定在上述方程式解析部求出的振动频率和振幅的至少一方是容许范围之内的值，判定最终齿轮的振动在容许的范围之内，由此，能够很容易地进行该判定部的判定处理。
另外，在上述齿轮驱动系统的设计系统中，上述方程式作成部使用的振动系统最好是齿轮驱动系统的最终齿轮和其驱动齿轮的齿轮对组成的振动系统。
根据上述的构成，上述设定变更部、计算部及判定部中的处理仅对最终齿轮及其驱动齿轮的齿轮对实行，因此减少了应设定的齿轮特性值，同时简化了计算。另外，在齿轮驱动系统中产生的振动只对最终齿轮及其驱动齿轮的齿轮对考虑防振，就可基本上得到抑制，由此可实行有效的设计。
本发明的齿轮驱动系统的设计系统方法的特点是，它包括设定齿轮驱动系统的齿轮特性值的设定工序；根据上述设定工序设定的齿轮特性值对上述齿轮驱动系统的最终齿轮产生的振动进行模拟计算的计算工序；判定根据上述计算工序的模拟计算求出的最终齿轮的振动是否在容许的范围之内的判定工序；及上述判定工序判定最终齿轮的振动不在容许的范围之内的场合，变更上述设定工序中设定的齿轮特性值，并且进行再设定的设定变更工序，在上述判定工序中，在判定最终齿轮的振动在容许的范围之内之前，上述设定变更工序、计算工序及判定工序反复执行，在判定最终齿轮的振动在容许的范围之内的时刻，所设定的齿轮特性值才作为最佳齿轮特性输出。
根据上述的构成，与上述的齿轮驱动系统的设计系统一样，构成齿轮驱动系统的各齿轮不使用斜齿轮和模数小的齿轮，就能够对考虑防振的齿轮驱动系统进行设计。
在发明的详细说明的项目中举出的具体的实施例和实施例，说到底还是为阐明本发明的技术内容用的，不应狭义地解为仅限定于这样的具体的例子，在本发明的精神和下面记述的权利要求事项的范围之内，可加以各种变更来进行实施。
权利要求
1.一种齿轮驱动系统的设计系统，其中，包括设定齿轮驱动系统的齿轮特性值的设定部；根据在所述设定部中设定的齿轮特性值，对所述驱动系统的最终齿轮中发生的振动进行模拟计算的计算部；判断由所述计算部的模拟计算求出的最终齿轮的振动是否在容许的范围之内的判定部；由所述判定部判定最终齿轮的振动不在容许的范围之内的情况下，变更在所述设定部中设定的齿轮特性值的设定变更部。
2.根据权利要求1记述的齿轮驱动系统的设计系统，其中，所述计算部包括使用在所述设定部中设定的齿轮特性值作成所述齿轮驱动系统内所定振动系统的振动运动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动运动方程式，求出所述振动系统的振动频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动频率和振幅的至少一方是容许范围之内的值时，判定最终齿轮的振动在容许的范围之内。
3.根据权利要求2记述的齿轮驱动系统的设计系统，其中，所述方程式作成部使用的振动系统是由齿轮驱动系统的最终齿轮和其驱动齿轮的齿轮对组成的振动系统。
4.一种程序，其中，使计算机作为设计部、计算部、判定部和设定变更部起作用，设定部，其设定齿轮驱动系统的齿轮特性值；计算部，其根据在所述的设定部设定的齿轮特性值对所述驱动系统的最终齿轮中产生的振动进行模拟计算；判定部，其判断由所述计算部的模拟计算求出的最终齿轮的振动是否在容许的范围之内；设定变更部，其由所述判定部判定最终齿轮的振动不在容许的范围之内的情况下，变更所述设定部中设定的齿轮特性值。
5.根据权利要求4记述的程序，其中，所述计算部包括使用在所述设定部中设定的齿轮特性值作成所述齿轮驱动系统内所定振动系统的振动运动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动运动方程式，求出所述振动系统的振动频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动频率和振幅的至少一方是容许范围之内的值时，判定最终齿轮的振动在容许的范围之内。
6.根据权利要求5记述的程序，其中，所述方程式作成部使用的振动系统是齿轮驱动系统的最终齿轮和其驱动齿轮的齿轮对组成的振动系统。
7.一种齿轮驱动系统的设计方法，其中，包括设定齿轮驱动系统的齿轮特性值的设定工序；根据由所述设定部设定的齿轮特性值对所述齿轮驱动系统的最终齿轮产生的振动进行模拟计算的计算工序；判定由所述计算工序的模拟计算求出的最终齿轮的振动是否在容许的范围之内的判定工序；及由所述判定工序判定最终齿轮的振动不在容许的范围之内的情况下，变更所述设定工序中设定的齿轮特性值，进行再设定的设定变更工序，在所述判定工序中，判定最终齿轮的振动在容许的范围之内之前，所述设定变更工序、计算工序及判定工序反复执行，在判定最终齿轮的振动在容许的范围之内的时刻，所设定的齿轮特性值才作为最佳齿轮特性输出。
8.根据权利要求7记述的齿轮驱动系统的设计方法，其中，所述计算工序包括使用在该时刻设定的齿轮特性值作成所述齿轮驱动系统内的所定的振动系统的振动运动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动运动方程式，求出所述振动系统的振动频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动频率和振幅的至少一方是在容许范围之内的值时，判定最终齿轮的振动在容许范围之内。
9.根据权利要求8记述的齿轮驱动系统的设计方法，其中，所述方程式作成工序使用的振动系统是齿轮驱动系统的最终齿轮和其驱动齿轮的齿轮对组成的振动系统。
全文摘要
一种齿轮驱动系统的设计系统，在特性设定部中设定未考虑防振的齿轮特性值，根据该设定的齿轮特性值，在计算部对齿轮驱动系统的最终齿轮产生的振动进行模拟计算。在比较部判定该模拟计算结果的振动系统的振动频率和振幅是否是容许范围之内的值，在不是容许范围之内的场合，在特性变更部对齿轮特性值进行变更后，再次实行计算部、比较部的处理。在比较部判定振动系统的振动频率或振幅在容许范围之内之前，反复实行特性变更部、计算部、比较部的处理。由此，可进行抑制振动产生的齿轮驱动系统的设计。
文档编号G03G21/00GK1519660SQ20031012480
公开日2004年8月11日 申请日期2003年10月11日 优先权日2002年10月11日
发明者森田极, 奥村好延, 冈田知彦, 延, 彦 申请人:夏普株式会社