JP2004092683A - 駆動伝達装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤ形状誤差や組付け誤差による１回転周期の回転ムラをシンプルな構成で小さくできる駆動伝達装置を提供する。
【解決手段】モータ２等の駆動源に連結された駆動軸１と、作業を行う従動軸４と、該従動軸４に前記駆動軸１のトルクを伝達する伝達機構部としての従動ギヤ１０とを有する駆動伝達装置に関し、ギヤ１回転周期の回転ムラを低減させる方向に従動ギヤ１０を傾斜させて組み付ける構成とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動軸と従動軸と伝達機構からなる機構系で、従動軸を精度良く回転させるための駆動伝達装置に関するものであり、複写機やプリンタの感光体ドラム駆動系への応用をはじめ、ギヤ伝達機構部で発生する１回転周期の回転ムラを抑制して、従動軸を精度良く運転する幅広い分野に応用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従動軸の回転ムラ（１回転周期）を低減する方法として、特開２００２−２３５６１公報の回転体偏心位相と累積ピッチ誤差位相を測定して、抑制する方向に組み付ける方法や、特開平８−２４７２５８号公報のギヤ歯中心とギヤ穴中心を隙間分ずらした方法がある。また、ギヤを高精度にすることで回転ムラが小さくする方法や軸とギヤの隙間をなくすことで偏心による回転ムラを低減する方法もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−２３５６１公報では、回転体の偏心量と累積ピッチ誤差の大きさが同じくらいのレベルになっていないと相殺できない。また、回転体の偏心位相を個々に測定する必要があり、手間がかかる。感光体ドラムのように消耗部品として交換される場合、ギヤもいっしょに交換しないと位相関係が保つことができないため、未寿命のギヤ部品も含めて交換してしまうこととなり、消耗交換ユニットが高価になる。
特開平８−２４７２５８号公報では、樹脂ギヤで成形する場合、金型から抜き取る時にギヤ歯の中心とギヤ穴の中心がずれていると、はすばギヤの抜き取りができない問題がある。歯部金型を固定とし、成形するはすばギヤを回転させながら取り出す際に、ギヤ穴中心とギヤ歯中心がずれているのでギヤ歯部状をプラスチック成形ギヤで、製作できない場合もある。軸とギヤの隙間をなくすことで偏心による回転ムラを低減できるが、挿入しにくくなるので組付け作業の面で問題である。
このように、従来技術では、偏心や累積ピッチ誤差による１回転周期の回転ムラをシンプルな構成で、小さくできない等の問題があった。
本発明は上述の実情に鑑みて成したもので、ギヤ形状誤差や組付け誤差による１回転周期の回転ムラをシンプルな構成で小さくできる駆動伝達装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、駆動源により駆動される駆動軸と、該駆動軸によってギヤ穴を支持された駆動ギヤと、該駆動ギヤと噛合して従動する従動ギヤと、該従動ギヤのギヤ穴に挿通固定された従動軸と、を有する駆動伝達装置であって、一方のギヤの他方のギヤに対する角度を、該一方のギヤの１回転周期の回転ムラを低減させる方向に傾斜させて組み付ける構成としたことを主要な特徴とする。
請求項２の発明では、請求項１において、前記一方のギヤの１回転周期の回転ムラ要因を、該ギヤに設けたギヤ穴径と、該ギヤ穴に挿通される軸の軸径との組付け隙間による偏心としたことを主要な特徴とする。
請求項３の発明では、請求項１において、前記一方のギヤがプラスチック成形ギヤである場合に、該成形ギヤの１回転周期の回転ムラ要因を、該成形ギヤの累積ピッチ誤差としたことを特徴とする。
請求項４の発明では、請求項１において、前記一方のギヤを他方のギヤに対して傾斜させて組み付けるに際し、該一方をギヤを軸に固定するための複数の軸方向の止めネジの締め付けトルクを調整し、ギヤフランジ部を弾性変形させたことを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項３において、前記一方のギヤを他方のギヤに対して傾斜させて組み付けるに際し、ギヤフランジ面の厚さを調整したことを特徴とする。
【０００５】
請求項６記載の発明では、前記ギヤフランジ部を弾性変形させるに際し、軸側フランジ部のネジ受け面をギヤフランジ面より小さくした請求項４記載の駆動伝達装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記ギヤフランジ部を弾性変形させるに際し、弾性変形用の凸部をギヤフランジ部に設けた請求項４記載の駆動伝達装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、傾斜させて組み付けるギヤの歯面を歯形修正させた請求項１記載の駆動伝達装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、ギヤボス部に止めネジを設け、その止めネジを基に軸との半径方向の位置合わせを行い組み付ける構成とした請求項２記載の駆動伝達装置を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、面に静電潜像を形成し周方向に回転移動する像担持体と、像担持体上の静電潜像を顕像化する現像手段と、顕像化されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、転写される記録材上のトナー像を固定する定着手段とを有する画像形成装置であって、像担持体を回転させる従動ギヤについて、１回転周期の回転ムラを低減させる方向に従動ギヤを傾斜させて組み付ける構成としたことを特徴とする画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１に構成概要図を示す。駆動軸１に動力を与えるモータ２をベース部３に固定し、このベース部３を図示しない本体に締結する。ベース部３には従動軸４を支持する軸受けユニット部５が組み込まれている。
そして従動軸４の軸フランジ６と従動ギヤ１０のギヤフランジ７を合わせた状態で従動軸４を従動ギヤ１０の中心孔（ギヤ穴）内に嵌合させて、ネジ１０ａで締結することで歯車伝達機構部８を構成している。
互いに噛み合う駆動ギヤ９と従動ギヤ１０間の回転特性（従動ギヤ一回転周期の回転ムラ：全ピッチムラ）を良くするために、予め回転ムラと回転角度を計測し、この回転ムラを小さくする方向に従動ギヤ１０を傾斜させて組み付ける。傾斜させる手段として軸フランジ６側とギヤフランジ７側の間に薄いスペーサ１１を任意の位置（角度や半径）に挟むことで、様々な１回転周期の回転ムラの大きさと位相に対応できる。
【０００７】
図２に従動ギヤ１０をそのまま組み付けた場合（ギヤ傾斜調整なし）と、従動ギヤ１０を任意の方向に傾斜させて取付た場合（傾斜調整あり）の回転ムラ評価結果を示す。回転ムラを抑制する方向に傾けることで１回転周期（約０．７秒周期）の回転ムラが小さくなっている。
図３には、ギヤ傾斜量を変えた場合の回転ムラの変化の結果例を示す。この関係から、発生している回転ムラに対して、どのくらいの傾斜量を与えれば補正できるか把握できる。
また、以上に述べた形態例においては、回転ムラの位相（角度）と大きさを計測してから打ち消す方向に従動ギヤ１０を傾斜させて取付けていたが、図４のように従動軸４と従動ギヤ１０の隙間を重力を利用して従動ギヤ１０が常に下側にくるように（ギヤ穴と軸は穴上部で接触）した上で、図５に示す如くスペーサ１１を用いて、その下方向の偏心を打ち消すように従動ギヤ１０を傾けて取付けるようにする。
傾ける方向は、ギヤ歯の圧力角で変化させるようにし、図４の場合、水平方向のＸ軸を位相基準とすると、偏心位相角は９０ｄｅｇ、ギヤ傾斜位相角はギヤ圧力角の２０ｄｅｇとなる（図６参照）。
このように傾斜させることで、図４（ａ）に示された大きな回転ムラを、図５（ａ）に示された小さな回転ムラに低減できる（図４（ａ）、図５（ｂ）の細かな振幅は駆動軸や駆動ギヤ１回転周期の回転ムラである）。この偏心の位相は９０ｄｅｇと固定され、また、軸とギヤ穴の隙間も公差の範囲で限定できるので、個々に回転ムラを計測し傾斜角と位相を求める必要がなくなり簡単に調整ができる。
また、ギヤをプラスチック成形した場合、成形条件や金型構成によって累積ピッチ誤差が発生する（図７参照）。この累積ピッチ誤差は、同一条件下では同じ位相状態となる（図８のように回転ムラのピーク位置がどのギヤも同じになる）。
【０００８】
そこで、成形された従動ギヤ１０を抜き取り、累積ピッチ誤差の大きさと位相を計測する。これを打ち消す方向に従動ギヤ１０を傾けて組み付けることで、１回転周期の回転ムラを低減できる（図９参照）。累積ピッチ誤差の測定は、成形条件や金型変更、材料のロット変更時に行い、それ以外は同一条件で測定したデータを用いることより、測定なしで簡単に調整が行える。
また、軸フランジ６側が金属であり、従動ギヤ１０がプラスチックで構成され、軸方向に複数のネジで締結する場合、その締め付けトルクや締め付けるネジの順番によって従動ギヤ１０が傾斜する。そこで、図１０に示す如く、一番深く傾斜させる方向のネジＡから締結し、かつ他のところ（ネジＢ等）よりも大きなトルクで締め付ける。これによりプラスチックのフランジ面が圧縮変形し従動ギヤ１０が傾斜して組みつけられる。傾斜量は締め付けトルクの差の大きさで簡単に調整できる。
更に、従動ギヤ１０をプラスチックで成形した場合、同一条件下では累積ピッチ誤差など同じ位相状態になる。そこで、予め累積ピッチ誤差を計測し、それを小さくする方向に従動ギヤ１０が傾斜するように成形用金型のフランジ面に追加加工を加える。フランジ面への加工は、歯自体の修正に比べ簡単に施すことができ、簡単に任意の傾斜量を与えることが可能となる。
【０００９】
図１１は、従動ギヤを駆動ギヤに対して傾斜させる方向とは反対側の部分の肉厚を厚くして傾斜させた場合の説明図で、金型を削ることで容易に部分的に厚くすることができる。
また、ギヤフランジ７を弾性変形させる際に、軸フランジ６のネジ受け面を小さくする。圧縮変形させる面積が小さいほど接触面に応力が集中し、締め付けトルクが少なくて済み、組み付け作業者への負担を低減できる。図１２に軸フランジ６の形状例を示すが、同じネジ穴半径でも斜線部の接触面が円形である（ａ）の場合に比べ、接触面が四角形である（ｂ）の方が小さくでき、従動ギヤ１０側に変形を与えやすい形状となる。
更に、ギヤフランジ７を弾性変形させる際に、弾性変形用の凸部をギヤフランジ７に設けるようにしても良い。圧縮変形させる面積が小さいほど締め付けトルクが少なくて済み、組み付け作業者への負担を低減できる。図１３にギヤフランジ７の形状例を示すが、（ａ）のドーナツ状のフランジ形状（斜線部）は全面が接触するのに比べ、（ｂ）のようにネジ穴周辺部のみ（斜線部）が接触するように部分的に突出させて軸フランジ６と接触させた方が傾斜させやすい形状となる。
また、傾斜させて組み付ける従動ギヤ１０の歯面はクラウニング修正（歯形修正）させてあることとする。クラウニング修正とは、図１４のようにギヤ幅の両端部の歯厚を中央部に比べ薄くさせておくことで、これにより従動ギヤ１０が傾斜して組みつけられても歯面接触部の減少に伴う回転特性の低下を防ぐことができる。本発明では、１回転周期の回転ムラを相殺するように能動的に従動ギヤ１０を傾斜させるので、傾斜量が大きい場合には効果的に働く。
【００１０】
更に、図１５に示す如く、ギヤボス部１２に貫通したネジ止め穴内に止めネジ１３を螺着し、その止めネジ１３の締め付けることにより、従動軸４との組み付けを行う構成とする。従動ギヤ１０と従動軸４との隙間を一定にするため、前述した二つ目の形態例では重力を利用して穴上側に従動軸４を接触させていたが、従動軸４が水平方向に無い場合や、従動ギヤ１０自身の質量が軽過ぎて、重力を上手く活用できない場合がある。そこで、ギヤボス部１２に従動軸４を押さえつける止めネジ１３を設け、これによって従動軸４とギヤ穴の隙間とその位相関係を一定にするようにしている。図１５では、重力と反対方向になるように上側に止めネジ１３を設け、これによってギヤ穴の下側と軸の下側が接触するようにしてギヤを固定する。これによって、組み付け用の隙間（ギヤ穴と軸との隙間）が大きい場合でも、常に片側に寄せて組み付けることで、製品間のバラツキが抑えられ、かつ、これによる偏心量も既知（軸径や穴径の寸法公差より算出できる）となるのでこれを相殺する分、従動ギヤ１０を傾斜させて組み付けることができる。
その結果、従動ギヤ１０の挿入時に従動軸４の途中できつくなり挿入できなくなることもなく、スムーズな挿入が行え、かつ偏心による回転ムラもギヤ傾斜補正で小さくできる。
【００１１】
図１６は以上に説明した駆動伝達装置の構造を画像形成装置（白黒機）に適用した例を示すもので、ここでは画像形成装置の内部構造を概略的に示す正面縦断面図としてあり、画像形成装置本体１４の一側に給紙カセット１５が着脱自在に装着され、画像形成装置本体１４の他側には排紙口１６が設けられている。
給紙カセット１５から排紙口１６に至る用紙搬送路１７の上方には感光体１８が回転自在に設けられて、その周囲にはそれぞれプロセスユニットとしての帯電器１９、露光器２０、現像器２１が配列されている。さらに感光体１８の外周には転写器２２、クリーニング器２３、除電器２４等が配列されている。
更に、用紙搬送路１７に沿う上流から下流にむけて、給紙ローラ２５、レジストローラ２６、ヒートローラ２７とプレスローラ２８を有する定着器２９、排紙ローラ３０が配列されている。
このような構成で、帯電器１９によって感光体１８表面を帯電させ、その部分に露光器２０からのレーザー光を走査することで静電潜像を形成する。その後、感光体１８のドラムの回転により、静電画像は現像器２１によってトナー画像として現像される。
一方、給紙カセット１５内の用紙が給紙ローラ２５によってレジストローラ２６まで引き出され、感光体１８のドラムの回転運動に同期回転するレジストローラ２６によって用紙は感光体１８のドラム下部に給紙される。感光体１８上のトナー画像は転写器２２によって用紙に転写され、その用紙が定着器２９を通るときに用紙上の転写画像が定着される。その後、定着後の用紙は排紙ローラ３０によって、排紙口１６より排出される。
【００１２】
このような製品では感光体１８のドラム軸の一定速度特性（回転特性、回転ムラ）が画像品質に直接影響を与えるものであり、モータトルクを従動ギヤを介して感光体１８のドラム軸に伝え駆動している場合、ギヤ１回転周期の回転ムラ低減は位置ズレという観点で重要である。特に感光体１８のドラムを複数備えたカラー機となると色ずれという画像品質に大きく影響を及ぼす（図１０では、感光体ドラムは１個の白黒機での説明）。
そこで、位置ズレに一番影響を及ぼす従動ギヤ１回転周期の回転ムラを抑制するため、回転ムラ要因の偏心やギヤ累積ピッチ誤差の影響を相殺する方向に従動ギヤを傾斜させて組付けることとする。
これによって、１回転周期の回転ムラを小さくでき、位置誤差の少ない高画質の出力が可能となる。更に、回転ムラの振動を抑えるために必要とされてきたフライホイールが不要となり、大きなモータを必要とせず、省エネ駆動ができる。また、小型のモータで間に合うので駆動機構部の省スペース化が図られ、製品の小型化にも貢献する。
ここまで、感光体１８のドラムに適用した場合について説明したが、同様に感光体ベルトを駆動する駆動ローラの伝達機構部に適用できることは言うまでも無い。
尚、本発明の駆動伝達装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】
上記した本発明の駆動伝達装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項に記載の発明によれば、駆動ギヤと従動ギヤのうちの一方のギヤの１回転周期分の回転ムラを低減させる方向に、該ギヤを傾斜させて組み付ける構成とすることで、１回転周期の回転ムラとギヤの傾斜による１回転周期の回転ムラを相殺し、１回転周期の回転ムラを減少させることができ、その結果、従動軸上の１回転周期の回転ムラをシンプルな構成で低減化できる装置を実現することができる。
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、ギヤ１回転周期の回転ムラ要因を、ギヤ穴径と軸径の組付け隙間による偏心とすることで、ギヤの偏心量とその方向が限定でき、回転ムラの予測ができるので、個々に回転ムラを計測して傾斜角と位相を求める必要がなくなり簡単に調整ができる。
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、ギヤ１回転周期の回転ムラ要因を、成形ギヤの累積ピッチ誤差とすることで、代表ギヤの累積ピッチ誤差を測定し、この大きさと位相方向を参考にすることで同一条件での成形ギヤの回転ムラの予測ができるので、個々に回転ムラを計測して傾斜角と位相を求める必要がなくなり簡単に調整ができる。
【００１４】
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、微小な傾斜角に対しても締め付けトルクの設定によって行うことができるので、組付け時の傾斜角の調整作業が簡単となり、作業効率が向上する。
（Ｖ）本発明の請求項５に記載の発明によれば、普通に組付けた状態で、ギヤ傾斜が可能となるので、組付け時の傾斜角の調整作業が不要となり、作業効率が向上する。
（ＶＩ）本発明の請求項６に記載の発明によれば、軸側フランジ部のネジ受け面をギヤフランジ面より小さくしたことで、圧縮変形させる面積が小さくて済み、しかも、変形させるための締め付けトルクも少なくて済むので、組み付け作業者への負担を低減でき、作業の効率向上を図ることができる。
（ＶＩＩ）本発明の請求項７に記載の発明によれば、弾性変形用の凸部をギヤフランジ部に設けてあることで、圧縮変形させる面積が小さくて済み、しかも、変形させるための締め付けトルクも少なくて済むので、組み付け作業者への負担を低減でき、作業の効率向上を図ることができる。
（ＶＩＩＩ）本発明の請求項８に記載の発明によれば、傾斜させて組み付けるギヤの歯面に歯形修正（クラウニング）させてあることで、ギヤが傾斜して組みつけられても歯面接触部の減少に伴う回転特性の低下を防ぐことができる。
（ＩＸ）本発明の請求項９に記載の発明によれば、ギヤボス部に止めネジを設け、その止めネジを基に軸との半径方向の位置合わせを行い組み付ける構成とすることで、従動軸と従動ギヤ穴の隙間量とその位相関係を一定にすることができるので、組み付け用の隙間（ギヤ穴と軸との隙間）が大きい場合でも、常に片側に寄せて組み付けることで、製品間のバラツキが抑えられ、かつ、これによる偏心量も既知（軸径や穴径の寸法公差より算出できる）となるのでこれを相殺する分、ギヤを傾斜させて組み付けることができる。
（Ｘ）本発明の請求項１０に記載の発明によれば、１回転周期の回転ムラとギヤの傾斜による１回転周期の回転ムラを相殺し、１回転周期の回転ムラを減少させることができるので、画像機器におけるギヤ伝達機構の回転ムラ（特に１回転周期）が引き起こす画像の位置ズレを低減でき、特に複数の感光体ドラムを駆動してカラー画像を形成する場合、各色のギヤの回転ムラをそれぞれ小さくでき、色ズレの低減を図り、画像品質の向上が可能となり、また、部品加工コストの増加を抑え、高精度な駆動系を必要としない、また、フライホイールを用いない小型で省エネ駆動ができる製品を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】傾斜調整による回転特性の変化を示す図である。
【図３】ギヤ傾斜量と回転ムラ補正量との関係を示す図である。
【図４】重力による偏心についての説明図である。
【図５】ギヤ傾斜による補正についての説明図である。
【図６】偏心と傾斜の位相についての説明図である。
【図７】累積ピッチ誤差に関する図である。
【図８】累積ピッチ誤差の回転ムラに関する図である。
【図９】ギヤ傾斜補正に関する図である。
【図１０】ネジによる傾斜設定についての説明図である。
【図１１】肉厚差による傾斜設定についての説明図である。
【図１２】軸フランジの形状についての説明図である。
【図１３】ギヤフランジの形状についての説明図である。
【図１４】クラウニングギヤ形状についての説明図である。
【図１５】止めネジによる偏心バラツキの低減についての説明図である。
【図１６】駆動伝達装置の構造を画像形成装置に適用した例を示す概略図である。
【符号の説明】
１　従動ギヤ、２　モータ、４　　従動軸、６　軸フランジ、７　ギヤフランジ、８　歯車伝達機構部、９　駆動ギヤ、１０　従動ギヤ、１１　スペーサ、１２ギヤボス部、１３　止めネジ、１４　画像形成装置本体、１８　感光体（像担持体）、２１　現像器（現像手段）、２２　転写器（転写手段）、２９　定着器（定着手段）

Claims (10)

1. 駆動源により駆動される駆動軸と、該駆動軸によってギヤ穴を支持された駆動ギヤと、該駆動ギヤと噛合して従動回転する従動ギヤと、該従動ギヤのギヤ穴に挿通固定された従動軸と、を有する駆動伝達装置であって、一方のギヤの他方のギヤに対する角度を、該一方のギヤの１回転周期の回転ムラを低減させる方向に傾斜させて組み付ける構成としたことを特徴とする駆動伝達装置。
2. 前記一方のギヤの１回転周期の回転ムラ要因を、該ギヤに設けたギヤ穴径と、該ギヤ穴に挿通される軸の軸径との組付け隙間による偏心としたことを特徴とする請求項１記載の駆動伝達装置。
3. 前記一方のギヤがプラスチック成形ギヤである場合に、該成形ギヤの１回転周期の回転ムラ要因を、該成形ギヤの累積ピッチ誤差としたことを特徴とする請求項１記載の駆動伝達装置。
4. 前記一方のギヤを他方のギヤに対して傾斜させて組み付けるに際し、該一方をギヤを軸に固定するための複数の軸方向の止めネジの締め付けトルクを調整し、ギヤフランジ部を弾性変形させたことを特徴とする請求項１記載の駆動伝達装置。
5. 前記一方のギヤを他方のギヤに対して傾斜させて組み付けるに際し、ギヤフランジ面の厚さを調整したことを特徴とする請求項３記載の駆動伝達装置。
6. 前記ギヤフランジ部を弾性変形させるに際し、軸側フランジ部のネジ受け面をギヤフランジ面より小さくしたことを特徴とする請求項４記載の駆動伝達装置。
7. 前記ギヤフランジ部を弾性変形させるに際し、弾性変形用の凸部をギヤフランジ部に設けたことを特徴とする請求項４記載の駆動伝達装置。
8. 傾斜させて組み付けるギヤの歯面を歯形修正させたことを特徴とする請求項１記載の駆動伝達装置。
9. ギヤボス部に止めネジを設け、その止めネジを基に軸との半径方向の位置合わせを行い組み付ける構成としたことを特徴とする請求項２記載の駆動伝達装置。
10. 面に静電潜像を形成し周方向に回転移動する像担持体と、像担持体上の静電潜像を顕像化する現像手段と、顕像化されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、転写される記録材上のトナー像を固定する定着手段とを有する画像形成装置であって、像担持体を回転させる従動ギヤについて、１回転周期の回転ムラを低減させる方向に従動ギヤを傾斜させて組み付ける構成としたことを特徴とする画像形成装置。

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