JP2003322223A - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過大な負荷が加った場合も歯車装置を破損か
ら未然に防止できる安全装置を備えた小型で低価格の歯
車装置を提供する。 【解決手段】 歯車装置１０により駆動される図示しな
い機能装置の負荷が通常の範囲内にあるときは、モータ
１１の軸１２の回転はピニオン１３、第１歯車１５を経
て第２歯車１７に伝達される。負荷が許容値を越える
と、モータ１１からピニオン１３、第１歯車１５を経て
第２歯車１７に伝達されるトルクの一部は歯車１５と１
７との歯型がハスバのため、第２歯車１７は第１歯車１
５に対して軸方向に向かう推力が加わり、第２歯車１７
の環状突起１７ｃが駆動軸１６の溝１６ａから外れ、第
２歯車１７は軸方向に移動して第１歯車１５との噛合が
外れ、歯車装置の破損を未然に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複写機やプリン
ター等の画像形成装置の内部に配置されている各種の機
構、例えば感光体駆動機構に使用される高精度の歯車装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置の内部に配置されている各
種の装置（以下、機能装置という）を駆動するために歯
車装置が使用されている。機能装置に過大な力が加わっ
たとき、例えば機能装置が記録紙搬送機構で、この搬送
機構に歯車装置が使用されている例で説明すれば、搬送
される記録紙にジャムが発生して紙詰まりを起こしたよ
うな場合は、搬送ベルトを駆動する歯車装置に過大な負
荷が加わり、歯車装置が破損してしまう場合も予想され
る。

【０００３】このため、歯車装置を構成する歯車列の途
中に、バネにより付勢された揺動レバーの上に回転自在
に取付られた揺動歯車を介在させ、揺動歯車を歯車列中
に介在／離脱可能に構成したものが提案されている。

【０００４】この構成では、通常の負荷が伝達されてい
るときは、揺動レバーはバネの付勢力により付勢され、
揺動歯車は歯車列の中に位置してモータから機能装置へ
向かう動力伝達がなされている。しかし、過大な負荷が
加わったときは揺動歯車の歯に大きな力が作用して揺動
歯車はバネの付勢力に抗して揺動レバーを回動させ、揺
動歯車が歯車列から離脱するので、モータから機能装置
へ向かう動力伝達が遮断され、歯車装置が保護される。

【０００５】また、歯車装置を構成する歯車の歯幅を、
モータから機能装置へ伝達される最大トルクに耐える歯
幅とする構成も提案されている。例えば、通常の状態で
伝達すべきトルクが１１．５Ｗのときの必要な歯車の歯
幅は４．６ｍｍとなるが、この場合、モータはトルクに
余裕を見込んで約３０％増の定格トルク１５Ｗのモータ
を選定し、定格トルク１５Ｗに対応する歯車として歯幅
６ｍｍのものを選択することになる。

【０００６】しかし、機能装置に障害が発生してトルク
が増大すると、モータは回転しようとして最大トルクを
発生する。発生する最大トルクが２５Ｗであるとする
と、歯車にも２５Ｗのトルクが作用するから歯幅６ｍｍ
の歯車は破損してしまう。これを避けるために歯車が２
５Ｗのトルクに耐えるようにするためには、歯幅約１０
ｍｍの歯車の使用が必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した揺動歯車を歯
車列の中に介在させた構成の歯車装置では、揺動レバー
や揺動歯車を配置するスペースを確保するために歯車装
置が大型になってしまうほか、揺動レバーや揺動歯車等
の部材が増え、コスト増となるという不都合がある。ま
た、歯車装置を構成する歯車の歯幅を、伝達される最大
トルクに耐える歯幅とする構成においては、通常の状態
の伝達トルクに耐える歯幅の２倍程度の歯幅にする必要
があるので、歯車装置が大型になってしまうほか、コス
ト増となるという不都合がある。

【０００８】この発明は、揺動レバーや揺動歯車等を使
用せず、スペースを確保やコスト増を招くことなしに、
歯車装置の破損を未然に防止する安全装置を備えた歯車
装置を提供し、上記課題を解決することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、請求項１の発明は、少くともハスバ歯型
を有する１対の第１歯車と第２歯車と、前記第１歯車が
固定装着される第１軸と、前記第２歯車が装着される第
２軸とから構成される歯車装置において、前記第２歯車
は、第２歯車に作用する軸方向推力が所定の限界値以下
のときは第２歯車を第２軸に係止し、軸方向推力が所定
の限界値を越えたときは第２歯車の第２軸への係止を解
除する係止手段を介して第２軸に装着されることを特徴
とする歯車装置である。

【００１０】そして、前記第２歯車は、前記係止手段に
よる第２軸への係止が解除されたときは、第２軸上を軸
方向に移動して前記第１歯車との噛合から離脱できるよ
うにするとよい。

【００１１】また、前記係止手段は、第２歯車のハブの
軸孔内面に設けられた突起と第２軸の外周面に設けられ
た溝とから構成され、第２歯車に作用する軸方向推力が
所定の限界値を越えたとき、前記突起が半径方向に変形
して前記溝から離脱する係止手段とするとよい。

【００１２】さらに、前記係止手段は、前記第２歯車の
ハブの軸孔内面に設けられた弾性変形可能な爪と、第２
軸の外周面に設けられた溝とから構成され、第２歯車に
作用する軸方向推力が所定の限界値を越えたとき、前記
爪が半径方向に弾性変形して前記溝から離脱する係止手
段としてもよい。

【００１３】また、前記係止手段は、前記第２歯車のハ
ブの軸孔内面に嵌合する円筒部とその一端に設けられた
弾性変形可能な突起からなる前記第２軸上に同軸に設け
られた係止手段で、第２歯車に作用する軸方向推力が所
定の限界値を越えたとき前記突起が半径方向に弾性変形
して前記第２歯車を離脱させる係止手段とすることもで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。図１は、ハスバ歯車又はヘリカルギアと呼ばれ
る歯車の外観を示す斜視図で、ハスバ歯車は、歯車Ｔの
外周面を構成する円筒面上に形成される螺旋Ｒに沿って
歯を刻んだものである。なお、符号Ｂはハスバ歯車を軸
に固定する部分であるハブを示す。以下説明するこの発
明の第１乃至第３の実施の形態では、ピニオンや歯車に
形成されている歯型は、全てハスバの歯型であるものと
する。

【００１５】ハスバ歯車は、平歯車に比較して同時に噛
み合う歯数を増加することができるので、円滑な動力伝
達ができ、騒音の発生が少ないという特徴があるが、一
方、歯が捩れているために軸方向の推力が発生するか
ら、推力に耐える軸受を使用しなければならないという
欠点がある。この発明は、この軸方向の推力を利用して
過負荷による歯車装置の破壊を防止しようとするもので
ある。

【００１６】まず、この発明の第１の実施の形態につい
て説明する。図２はこの発明の第１の実施の形態の歯車
装置１０の構成を説明する断面図である。

【００１７】図２において、モータ１１の軸１２にはピ
ニオン１３が固定され、ピニオン１３には、モータ軸１
２に平行に配置された第１軸である軸１４に回転自在
に、且つ軸方向には移動しないように固定された第１歯
車１５が噛合している。第１歯車１５には、モータ軸１
２に平行に配置された第２軸である駆動軸１６に、以下
説明する取付構造により取付けられた第２歯車１７が噛
合している。

【００１８】第２歯車１７は、図示しない機能装置、即
ち被駆動部材を駆動する歯車に噛合している。なお、モ
ータ軸１２、軸１４及び駆動軸１６は図示しない固定部
材により軸方向には移動することなく、回転方向には回
転自在に支承されているものとする。

【００１９】図３は、第１の実施の形態の歯車装置１０
における駆動軸１６と第２歯車１７との取付構造を説明
する図で、図３の（ａ）は第２歯車１７の断面図、図３
の（ｂ）は駆動軸１６の正面図、図３の（ｃ）は駆動軸
１６に第２歯車１７を固定した状態を示す断面図であ
る。

【００２０】第２歯車１７と駆動軸１６とを係止する係
止手段は、第２歯車１７の軸孔１７ｂの内面に突出する
突起である環状突起１７ｃと、駆動軸１６の外周面に設
けた溝１６ａから構成される。なお、ここでは突起は環
状突起１７ｃとしているが、必ずしも環状に連続した突
起でなくともよく、円周方向に沿って配置された１又は
複数個の突起であってもよい。

【００２１】第２歯車１７は、駆動軸１６に嵌合する軸
孔１７ｂが形成されたハブ１７ａを備えており、ハブ１
７ａの軸孔１７ｂには、軸孔１７ｂの内面に突出する環
状突起１７ｃが形成されている。

【００２２】一方、駆動軸１６には、第２歯車１７の環
状突起１７ｃに係合する溝１６ａが形成されており、第
２歯車１７の環状突起１７ｃは溝１６ａに係合し、第２
歯車１７は駆動軸１６に対して軸方向に移動しないよう
に保持される。

【００２３】係止手段を構成する環状突起１７ｃと溝１
６ａとの係合による保持力は、第１歯車１５と第２歯車
１７との噛合部分の歯型がハスバであるために第２歯車
１７に作用する通常の駆動状態における推力の範囲内、
即ち所定の限界値よりも大きく設定されているから、通
常の駆動状態では第２歯車１７と駆動軸１６とは環状突
起１７ｃと溝１６ａとの係合により保持されている。

【００２４】歯車装置に過大な負荷が作用し、第２歯車
１７に軸方向（矢印ａ方向）に向かう限界値を越えた過
大な推力が作用すると、第２歯車１７は軸方向（矢印ａ
方向）に移動しようとして、環状突起１７ｃと溝１６ａ
との係合が外れるので、第２歯車１７は軸方向（矢印ａ
方向）に移動することができる。

【００２５】次に、以上の構成の動作を説明する。歯車
装置１０により駆動される図示しない機能装置の負荷が
通常の範囲内にあるときは、第２歯車１７には通常の大
きさの範囲内、即ち所定の限界値以下の推力が作用する
から、第２歯車１７と駆動軸１６とは環状突起１７ｃと
溝１６ａとの係合により保持されて結合状態が維持され
る。

【００２６】機能装置に障害が発生して負荷が許容値を
越えると、第１歯車１５と第２歯車１７とが噛合する部
分の歯型がハスバであるため、第２歯車１７には第１歯
車１５に対して軸方向（矢印ａ方向）に向かう通常の推
力範囲よりも大きな、限界値を越えた過大な推力が作用
する。

【００２７】この結果、上記したように第２歯車１７
は、その環状突起１７ｃが駆動軸１６の溝１６ａから外
れ、第２歯車１７は軸方向（矢印ａ方向）に移動して歯
車列から離脱して第１歯車１５と噛合しなくなる。これ
により、歯車装置１０の破損を未然に防止することがで
きる。

【００２８】次に、この発明の第２の実施の形態につい
て説明する。第２の実施の形態の歯車装置は、第２歯車
の構成が相違するだけで、歯車装置のその他の構成は駆
動軸の構成を含めて第１の実施の形態のものと変わらな
いので、以下、第１の実施の形態のものと同一部材には
同一符号を付して説明を省略し、第２歯車２７と駆動軸
１６（第１の実施の形態参照）との取付部分の構成につ
いて説明する。

【００２９】図４は、第２の実施の形態の歯車装置にお
ける駆動軸１６と第２歯車２７との取付構造を説明する
図で、図４の（ａ）は第２歯車２７の断面図、図４の
（ｂ）は駆動軸１６の正面図、図４の（ｃ）は駆動軸１
６に第２歯車２７を固定した状態を示す断面図である。

【００３０】図４の（ａ）に示す第２歯車２７は、第１
の実施の形態の第２歯車１７に対応するものである。第
２歯車２７と駆動軸１６とを係止する係止手段は、第２
歯車２７の軸孔２７ｂの内面に突出する弾性変形可能な
弾性部材２７ｄの先端に形成された爪である環状爪２７
ｅと、駆動軸１６の外周面に設けた溝１６ａとから構成
されている。なお、ここでは爪は環状爪２７ｅとしてい
るが、必ずしも環状に連続した爪でなくともよく、円周
方向に沿って配置された１又は複数個の爪であってもよ
い。

【００３１】第２歯車２７のハブ２７ａの軸孔２７ｂ
は、駆動軸１６に嵌合するものである。ハブ２７ａに
は、その内面に円環状のスリット２７ｓが形成され、ス
リット２７ｓを隔てて一端がハブ２７ａに結合されてい
る円環状の弾性部材２７ｄが設けられている。さらに円
環状の弾性部材２７ｄの開放端には、軸孔２７ｂの内面
に突出する環状爪２７ｅが形成されている。

【００３２】一方、駆動軸１６には溝１６ａが形成され
ており、第２歯車１７の環状爪２７ｅは溝１６ａに係合
し、第２歯車２７は駆動軸１６に対して軸方向に移動し
ないように保持される。

【００３３】係止手段を構成する環状爪２７ｅと溝１６
ａとの係合による保持力は、第１歯車１５と第２歯車２
７との噛合部分の歯型がハスバであるために第２歯車１
７に作用する通常の駆動状態における推力の範囲内、即
ち所定の限界値以下よりも大きく設定されているから、
通常の駆動状態では第２歯車２７と駆動軸１６とは環状
爪２７ｅと溝１６ａとの係合により保持されている。

【００３４】歯車装置に過大な負荷が作用し、第２歯車
２７に軸方向（矢印ａ方向）に向かう限界値を越えた過
大な推力が作用すると、第２歯車２７は軸方向（矢印ａ
方向）に移動しようとして、環状爪２７ｅと溝１６ａと
の係合が外れるので、第２歯車２７は軸方向（矢印ａ方
向）に移動することができる。

【００３５】この構成によっても、機能装置に障害、例
えば給紙機構であれば紙詰りが発生するなどして負荷が
許容値を越えるときは、第２歯車２７は軸方向（矢印ａ
方向）に移動して歯車列から離脱し、歯車装置１０の破
損を未然に防止することができる。

【００３６】次に、この発明の第３の実施の形態につい
て説明する。第３の実施の形態の歯車装置は、第２歯車
の構成、及び駆動軸の構成が相違するが、歯車装置のそ
の他の構成は第１の実施の形態のものと変わらないの
で、以下、第１の実施の形態のものと同一部材には同一
符号を付して説明を省略し、第２歯車３３と駆動軸３１
との取付部分の構成について説明する。

【００３７】図５は、第３の実施の形態の歯車装置にお
ける駆動軸３１と第２歯車３３との取付構造を説明する
図で、図５の（ａ）は第２歯車３３の断面図、図５の
（ｂ）は駆動軸３１の正面図、図５の（ｃ）は駆動軸３
１に第２歯車３３を固定した状態を示す断面図である。
図５において、第２歯車３３は、第１の実施の形態の第
２歯車１７に対応するものであるが、第２歯車３３のハ
ブ３３ａに突起その他の特別な構成は備えられていな
い。

【００３８】駆動軸３１（第１の実施の形態の駆動軸１
６に対応する）には、係止手段を構成する弾性変形可能
な突起からなる係止手段が設けられている。即ち、駆動
軸３１には同軸に円筒部である有底円筒３２が一体に固
定されており、有底円筒３２の側面には弾性変形可能な
突起である環状突起３２ａが円周方向に配置されてい
る。なお、ここでは突起は環状突起３２ａとしている
が、必ずしも環状に連続した突起でなくともよく、円周
方向に沿って配置された１又は複数個の突起であっても
よい。

【００３９】一方、第２歯車３３には有底円筒３２に嵌
合するハブ３３ａが備えられており、有底円筒３２の側
面の環状突起３２ａが第２歯車３３のハブ３３ａの軸方
向端面に係止して、第２歯車３３は駆動軸３１に対して
軸方向に移動しないように保持される。

【００４０】係止手段を構成する弾性変形可能な環状突
起３２ａが第２歯車３３のハブ３３ａの軸方向端面に係
止することによる保持力は、第１歯車１５と第２歯車３
３との噛合部分の歯型がハスバであるために第２歯車３
３に作用する通常の駆動状態における推力の範囲内、即
ち所定の限界値以下よりも大きく設定されているから、
第２歯車３３と駆動軸３１とは通常の駆動状態では第２
歯車３３と駆動軸３１とは環状突起３２ａがハブ３３ａ
の軸方向端面に係止して保持されている。

【００４１】第２歯車３３に軸方向（矢印ａ方向）に向
かう過大な推力が作用して環状突起３２ａの保持力を越
えると、第２歯車３３は軸方向（矢印ａ方向）に移動し
ようとし、有底円筒３２の環状突起３２ａは変形して第
２歯車３３の軸方向（矢印ａ方向）に移動を許容する。

【００４２】この構成によっても、第２歯車３３は通常
の推力が作用しているときは、第２歯車３３は有底円筒
３２を介して駆動軸３１に保持されているが、第２歯車
３３に駆動軸３１の軸方向（矢印ａ方向）に向かう過大
な推力が作用すると、環状突起３２ａが変形して第２歯
車３３は有底円筒３２の上を軸方向（矢印ａ方向）に移
動して歯車列から離脱するから、歯車装置の破損を未然
に防止できる。

【００４３】次に、駆動軸に対して第２歯車を係止する
係止手段の保持力Ｇ、即ち、第１の実施の形態では、環
状突起１７ｃが溝１６ａに係止して第２歯車を固定する
保持力、第２の実施の形態では環状爪２７ｅが溝１６ａ
に係止して第２歯車を保持する保持力、第３の実施の形
態では環状突起３２ａが第２歯車３３のハブ３３ａの端
面に係止して第２歯車を保持する保持力、について説明
する。

【００４４】第２歯車のピッチ円の半径をｒ、ハスバの
捩れ角をβ、駆動軸に作用するトルクをＴとすると、第
２歯車のハスバ歯型に基づいて第２歯車を駆動軸方向に
押す力Ａは、 Ａ＝（Ｔ／ｒ）ｔａｎβ・・・・・・（１） で表すことができる。

【００４５】保持力Ｇは、通常の駆動状態において駆動
軸に作用するトルクＴ1 により発生する第２歯車を駆動
軸方向に押す力Ａ1 よりも大きく、トルクＴ1 の１．３
倍により発生する第２歯車を駆動軸方向に押す力（１．
３×Ａ1 ）よりも小さく設定、即ち、 Ａ1 ＜Ｇ＜（１．３×Ａ1 ）・・・・（２） に設定するものとする。

【００４６】保持力Ｇを上記式（２）のように設定して
おけば、機能装置に障害が発生して歯車装置に通常のト
ルクの１．３倍までのトルクが作用しても保持機構によ
り第２歯車は駆動軸に保持され、歯車装置は正常に作動
する。しかし、１．３倍を越えるトルクが作用すると保
持機構は第２歯車を保持できなくなり、第２歯車は駆動
軸上を軸方向（矢印ａ方向）に移動して第１歯車１５と
の噛合が外れ、モータ１１の回転は駆動軸に伝達されな
くなる。

【００４７】例えば第２歯車のピッチ円の半径ｒ＝１０
ｍｍ、ハスバの捩れ角β＝２０°、通常の駆動状態にお
いて駆動軸に作用するトルクＴ1 ＝１３．５Ｎ・ｍであ
るとすれば、上記式（２）は以下のとおりとなる。

【００４８】 １３．５Ｎ＜Ｇ＜１７．６Ｎ・・・・（３） 保持機構の保持力Ｇが上記式（２）を満足するように、
即ち、第１の実施の形態では環状突起１７ｃが溝１６ａ
に係止する形状、第２の実施の形態では環状爪２７ｅが
溝１６ａに係止する形状、第３の実施の形態では環状突
起３２ａが第２歯車３３のハブ３３ａの端面に係止する
形状を設計すればよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の歯車装
置は、少くともハスバ歯型を有する１対の第１歯車と第
２歯車と、前記第１歯車が固定装着される第１軸と、前
記第２歯車が装着される第２軸とから構成される歯車装
置において、前記第２歯車は、第２歯車に作用する軸方
向推力が所定の限界値以下のときは第２歯車を第２軸に
係止し、軸方向推力が所定の限界値を越えたときは第２
歯車の第２軸への係止を解除する係止手段を介して第２
軸に装着されるように構成される。

【００５０】これにより、歯車装置に過大な負荷が加っ
た場合には、歯車列を構成する第２歯車が軸方向に移動
して歯車列から離脱し、歯車装置を破損から未然に防止
することができる。

【００５１】そして、この発明によれば従来の歯車装置
における過大な負荷が加った場合の安全装置の１つであ
る揺動レバーや揺動歯車を使用するもののように特別な
部材を配置する必要がなく、コストを増加することもな
い。

【００５２】また、歯車装置を構成する歯車の歯幅を伝
達される最大トルクに耐える歯幅とする構成のように歯
車装置が大型になることもなく、小型で低価格の歯車装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハスバ歯車又はヘリカルギアと呼ばれる歯車の
外観を示す斜視図。

【図２】第１の実施の形態の歯車装置の構成を説明する
断面図。

【図３】図３に示す歯車装置における軸と第２歯車との
取付構造を説明する図。

【図４】第２の実施の形態の歯車装置の軸と第２歯車と
の取付構造を説明する図。

【図５】第３の実施の形態の歯車装置の軸と第２歯車と
の取付構造を説明する図。

【符号の説明】

１０ 歯車装置 １１ モータ １２ 軸 １３ ピニオン １４ 軸 １５ 第１歯車 １６ 駆動軸 １６ａ 溝 １７ 第２歯車 １７ａ ハブ １７ｂ 軸孔 １７ｃ 環状突起 ２７ 第２歯車 ２７ａ ハブ ２７ｂ 軸孔 ２７ｓ 円環状のスリット ２７ｄ 円環状の弾性部材 ２７ｅ 環状爪 ３１ 駆動軸 ３２ 有底円筒 ３２ａ 環状突起 ３３ 第２歯車 ３３ａ ハブ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J009 DA17 DA18 EA12 EA21 EA32 EB17 EC01 EC05 ED02 ED04 FA17 FA18 3J062 AA35 AA36 AB01 AC01 BA19 CF02 CF12 CF16 CF32

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少くともハスバ歯型を有する１対の第１
   歯車と第２歯車と、前記第１歯車が固定装着される第１
   軸と、前記第２歯車が装着される第２軸とから構成され
   る歯車装置において、 前記第２歯車は、第２歯車に作用する軸方向推力が所定
   の限界値以下のときは第２歯車を第２軸に係止し、軸方
   向推力が所定の限界値を越えたときは第２歯車の第２軸
   への係止を解除する係止手段を介して第２軸に装着され
   ることを特徴とする歯車装置。
2. 【請求項２】 前記第２歯車は、前記係止手段による第
   ２軸への係止が解除されたときは、第２軸上を軸方向に
   移動して前記第１歯車との噛合から離脱できることを特
   徴とする請求項１記載の歯車装置。
3. 【請求項３】 前記係止手段は、第２歯車のハブの軸孔
   内面に設けられた突起と第２軸の外周面に設けられた溝
   とから構成され、第２歯車に作用する軸方向推力が所定
   の限界値を越えたとき、前記突起が半径方向に変形して
   前記溝から離脱する係止手段であることを特徴とする請
   求項１記載の歯車装置。
4. 【請求項４】 前記係止手段は、前記第２歯車のハブの
   軸孔内面に設けられた弾性変形可能な爪と、第２軸の外
   周面に設けられた溝とから構成され、第２歯車に作用す
   る軸方向推力が所定の限界値を越えたとき、前記爪が半
   径方向に弾性変形して前記溝から離脱する係止手段であ
   ることを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
5. 【請求項５】 前記係止手段は、前記第２歯車のハブの
   軸孔内面に嵌合する円筒部とその一端に設けられた弾性
   変形可能な突起からなる前記第２軸上に同軸に設けられ
   た係止手段で、第２歯車に作用する軸方向推力が所定の
   限界値を越えたとき前記突起が半径方向に弾性変形して
   前記第２歯車を離脱させる係止手段であることを特徴と
   する請求項１記載の歯車装置。