JP2012063008A - 駆動減速装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最終段の遊星歯車機構の太陽歯車、遊星歯車の寿命を延ばすことができる駆動減速装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】太陽歯車と、太陽歯車と同軸上で配設された内歯歯車と、内歯歯車内に円周方向で等間隔に配設され太陽歯車と内歯歯車とに噛み合う複数の遊星歯車と、遊星歯車を回転自在に支持するとともに太陽歯車や内歯歯車と同軸上で回転自在なキャリアとからなる遊星歯車機構を複数段備えている。そして、駆動伝達方向最下流に配置される最終段の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、他の遊星歯車機構のピッチ円直径よりも大きくした。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動減速装置および画像形成装置に関するものである。

感光体等の像担持体を備えた画像形成装置にあっては、像担持体の回転に従って、像担持体に対して帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程等を施すことにより画像形成を行うようになっている。かかる画像形成装置においては、像担持体を回転駆動するためのモータ等の駆動源が設けられているが、駆動源の回転数は一般に、像担持体の回転に求められる回転数よりも大きい。そこで、遊星歯車減速機構を用いて駆動源の回転速度を減速して像担持体に伝達する駆動減速装置が用いられている（例えば、特許文献１）。

遊星歯車減速機構は、太陽歯車、太陽歯車と同軸上に配設された内歯歯車、太陽歯車および内歯歯車に噛み合う複数の遊星歯車、遊星歯車を回転自在に支持するとともに太陽歯車および内歯歯車と同軸上に回転自在に支持されたキャリアを備えている。遊星歯車減速機構は、太陽歯車の回転、遊星歯車の公転（キャリアの回転）、内歯歯車の回転の三つの要素の内、一つを固定、一つを入力、一つを出力に接続する。それぞれ、どれを入出力・固定に割り当てるかによって、それぞれ異なる減速比を得ることができたり、出力軸の回転方向を入力軸の回転方向と反対にすることができたりする。

近年、高画質化のために、重合トナーが使用されることが多く、像担持体のクリーニングブレードなどによる負荷が大きくなっている。そこで、上記遊星歯車機構を複数段備えた複合遊星歯車減速装置を用いて、高減速比にして、出力トルクを高めることが考えられる。この複合遊星歯車減速装置においては、各段の内歯歯車、遊星歯車、太陽歯車を共通化して、コストを抑えることが一般的に行われている（例えば、特許文献２）

しかしながら、回転体たる像担持体に加わるクリーニングブレードなどによる負荷が、複合遊星歯車減速装置に対して負荷トルクとして加わる。この負荷トルクは、駆動伝達方向最下流の段（以下、最終段という）の遊星歯車機構に最も加わる。その結果、最終段の遊星歯車機構の各歯車の噛み合い部に加わる負荷トルクによる力が最も大きくなる。その中でも、回転中心にある太陽歯車と遊星歯車との噛み合い部にかかる負荷トルクによる力が最も大きくなる。遊星歯車と太陽歯車との噛み合い部に加わる負荷トルクからの力Ｆは、負荷トルクをＮ、太陽歯車のピッチ円直径をｒとすると、Ｆ＝Ｎ／（ｒ／２）となる。一方、内歯歯車は、太陽歯車に比べて、ピッチ円直径が大きいため、内歯歯車と遊星歯車との噛み合い部にかかる負荷トルクによる力は、太陽歯車と遊星歯車との噛み合い部にかかる力よりも小さい。このように、最終段の遊星歯車機構の太陽歯車と遊星歯車との噛み合い部に負荷トルクにより大きな力が加わるため、早期に太陽歯車や遊星歯車が磨耗してしまい、早期に太陽歯車や遊星歯車が寿命に達してしまうという課題があった。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構の太陽歯車、遊星歯車の寿命を延ばすことができる駆動減速装置および画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、太陽歯車と、前記太陽歯車と同軸上で配設された内歯歯車と、前記内歯歯車内に円周方向で等間隔に配設され前記太陽歯車と前記内歯歯車とに噛み合う複数の遊星歯車と、前記遊星歯車を回転自在に支持するとともに前記太陽歯車や前記内歯歯車と同軸上で回転自在なキャリアとからなる遊星歯車機構を複数個軸方向に直列に配置し、駆動伝達方向最上流に配置された遊星歯車機構の入力要素を駆動源に接続し、駆動伝達方向最下流に配置された遊星歯車機構以外の遊星歯車機構の出力要素を、この遊星歯車機構に対して駆動伝達方向下流側に隣接する遊星歯車機構の入力要素に接続し、駆動伝達方向最下流側に配置された遊星歯車機構の出力要素を、回転体へ駆動力を出力するための部材に接続して、駆動源からの回転駆動力を減速させて、回転体へ伝達する駆動減速装置において、駆動伝達方向最下流に配置される遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、他の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径よりも大きくしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、他の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径よりも大きくすることで、駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構の太陽歯車と遊星歯車との噛み合い部にかかる負荷トルクによる力を低減することができる。これにより、駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、他の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径と同じにした駆動減速装置に比べて、駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構の太陽歯車や遊星歯車の寿命を延ばすことができる。

実施形態に係るプリンタの一例における画像形成部全体の概略構成図。 感光体駆動装置の装置への組付けの様子を示す概略構成図。 感光体駆動装置の断面図。 （ａ）は、第１キャリアの斜視図、（ｂ）は、第２キャリアの斜視図。 １段目の遊星歯車機構の横断面図。 １段目の遊星歯車機構において、遊星歯車を４個設けた場合について説明する図。 ２段目の遊星歯車機構の横断面図。 遊星歯車機構における内歯歯車と遊星歯車との噛み合いモデルを示す説明図。 本発明の駆動減速装置を適用したベルト駆動装置と中間転写ベルト５の一部とを示す概略構成図。

以下、本発明を、画像形成装置である電子写真方式のカラー複写機（以下、「複写機」という。）に適用した一実施形態について説明する。なお、本実施形態における複写機は、いわゆるタンデム式の画像形成装置であって、乾式二成分現像剤を用いた乾式二成分現像方式を採用したものである。

図１は、本実施形態に係る複写機における画像形成部全体の概略構成図である。
この複写機は、図示しない画像読取部から画像情報である画像データを受け取って画像形成処理を行う。この複写機には、図に示すように、イエロー（以下、「Ｙ」と省略する。）、マゼンタ（以下、「Ｍ」と省略する。）、シアン（以下、「Ｃ」と省略する。）、ブラック（以下、「Ｂｋ」と省略する。）の各色用の４個の回転体としての潜像担持体である感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋが並設されている。これら感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、駆動ローラを含む回転可能な複数のローラに支持された無端ベルト状の中間転写ベルト５に接触するように、そのベルト移動方向に沿って並んで配置されている。また、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋの周りには、それぞれ、帯電器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋ、各色対応の現像装置９Ｙ，９Ｍ，９Ｃ，９Ｂｋ、クリーニング装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋ、除電ランプ３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ等の電子写真プロセス用部材がプロセス順に配設されている。また、感光体ドラム１、帯電器２、除電ランプ３、クリーニング装置４及び現像装置９は、プリンタ本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジとして一体形成されている。

本実施形態に係る複写機でフルカラー画像を形成する場合、まず、図２に示すように、後述する感光体駆動装置により、感光体ドラム１Ｙを図中矢印の方向に回転駆動しながら帯電器２Ｙで一様帯電した後、図示しない光書込装置からの光ビームＬＹを照射して感光体ドラム１Ｙ上にＹ静電潜像を形成する。このＹ静電潜像は、現像装置９Ｙにより、現像剤中のＹトナーにより現像される。現像時には、現像ローラと感光体ドラム１Ｙとの間に所定の現像バイアスが印加され、現像ローラ上のＹトナーは、感光体ドラム１Ｙ上のＹ静電潜像部分に静電吸着する。

このように現像されて形成されたＹトナー像は、感光体ドラム１Ｙの回転に伴い、感光体ドラム１Ｙと中間転写ベルト５とが接触する１次転写位置に搬送される。この１次転写位置において、中間転写ベルト５の裏面には、１次転写ローラ６Ｙにより所定のバイアス電圧が印加される。そして、このバイアス印加によって発生した１次転写電界により、感光体ドラム１Ｙ上のＹトナー像を中間転写ベルト５側に引き寄せ、中間転写ベルト５上に１次転写する。以下、同様にして、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｂｋトナー像も、中間転写ベルト５上のＹトナー像に順次重ね合うように１次転写される。

このように、中間転写ベルト５上に４色重なり合ったトナー像は、中間転写ベルト５の回転に伴い、２次転写ローラ７と対向する２次転写位置に搬送される。また、この２次転写位置には、図示しないレジストローラにより所定のタイミングで転写紙が搬送される。そして、この２次転写位置において、２次転写ローラ７により転写紙の裏面に所定のバイアス電圧が印加され、そのバイアス印加により発生した２次転写電界及び２次転写位置での当接圧により、中間転写ベルト５上のトナー像が転写紙上に一括して２次転写される。その後、トナー像が２次転写された転写紙は、定着ローラ対８により定着処理がなされた後に装置外に排出される。

次に、本発明の特徴部分である、減速装置としての遊星歯車減速装置を備える駆動装置である感光体駆動装置について説明する。

感光体ドラムに速度変動が生じると出力された画像にジッタや濃度ムラが生じる。ある周波数で速度変動が継続すると画像全体に周期濃度ムラが生じ、縞模様のバンディングとして目視される。感光体ドラムの速度変動は書き込み系の露光ラインの副走査位置ずれを発生させる。同時に、転写ベルトへの１次転写時の副走査位置ずれを発生させる。

このような高精度駆動が要求される感光体ドラムの駆動伝達部には、溶融樹脂を射出することに成形されたプラスチックギヤが利用されている。プラスチックギヤは金属ギヤに比べて、自己潤滑性があり、使用時の騒音が低く、軽量化を図ることができ、耐腐食性が高く、量産性が高い点で優れている。一方、耐久性（耐磨耗性）、高剛性、高精度といった点が劣っている。プラスチックギヤを用いても耐久性、剛性を高くするために、遊星歯車装置を駆動減速機として用いることが提案されている。遊星歯車装置は、同心状に配置した太陽歯車および内歯車と、これらの双方に噛合う複数の遊星歯車を有し、遊星歯車はキャリアによって回転支持され、自転および太陽歯車の回りに固定可能な状態となっている。出力軸の回転負荷を複数の遊星歯車が分散して伝達するため、歯車輪列の歯車装置よりも耐久性、伝達剛性に優れ、歯車の小型化が実現できる。例えば、小型化された駆動機構と駆動源であるモータを、感光体ドラムの円筒内部に配置することで、大幅な小型化を実現することができる。

一般的に、複写機、プリンタの感光体ドラムの駆動減速機において、歯車輪列の減速方式で使用される駆動モータは、回転精度、回転速度の要求仕様からアウターロータ型ＤＣブラシレスモータが用いられ、モータ回転数：１０００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍで使用されている。但し、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータの効率を考えれば、回転数は３０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍの方が望ましい。また、モータ軸径は、φ６ｍｍであり、モータ軸がφ６ｍｍより大きくなる場合は、段付き軸に加工を施し、モータ軸に形成される歯車がφ６ｍｍとなるようにする。モータのアウターロータ径：φ４０〜φ６０程度、減速駆動装置の減速比が１／１５〜１／２０程度である。また、感光体ドラムの径は、φ３０ｍｍ〜φ６０ｍｍが主流である。

一方、一般的な２Ｋ−Ｈ型遊星歯車減速装置は、入力軸は太陽歯車に、出力軸（減速回転）はキャリアに接続し、内歯歯車はケーシングに回転不能に固定され、複数の遊星歯車がキャリアに回転支持され、太陽歯車と内歯歯車に噛合う構成で、減速比は大きくできても、１／１０程度である。しかし、２Ｋ−Ｈ型遊星歯車機構を２段にすることにより、減速機の減速比を１／２０〜１／４０に容易にでき、モータの効率の良い回転数での使用が可能となる。また、遊星歯車装置は複数の遊星歯車に荷重分配されて駆動されるが、遊星歯車数は３個が均等に配分されて、回転精度も良いことが知られている。さらに、遊星歯車装置の外径をモータの外径及び感光体ドラムの外径相当、あるいは以下にすることによって、小型化のメリットが発揮できる。

しかしながら、このような、遊星歯車機構を複数段備えた遊星歯車減速装置においては、感光体ドラムの負荷トルクが、最終段の遊星歯車機構に加わる。特に、最終段の遊星歯車機構の回転中心に配置される太陽歯車と遊星歯車との噛み合い部にかかる負荷トルクにより加わる力が、最も大きくなり、最終段の遊星歯車機構の太陽歯車や遊星歯車が早期に磨耗し、早期に寿命を向かえてしまうという不具合があった。本実施形態においては、最終段の遊星歯車機構に負荷トルクが加わっても、太陽歯車や遊星歯車が早期に寿命を迎えるの抑制できる構成した。以下、図２〜８を用いて、具体的に説明する。なお、各感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは、同一構成の感光体駆動装置により回転駆動されているので、以下、感光体ドラム１Ｙの感光体駆動装置１０について説明する。

図２は、感光体駆動装置１０の装置への組付けの様子を示す概略構成図である。
感光体ドラム１Ｙの軸方向端部には、その感光体ドラム１Ｙの軸方向端部面を塞ぐように、円板状のドラムフランジ１ａが固定されている。ドラムフランジ１ａの中心には、ドラム軸１ｂが固定されている。ドラム軸１ｂは、感光体ドラム１Ｙと帯電器２Ｙ、現像装置９Ｙ、クリーニング装置４Ｙ、除電ランプ３Ｙ等を収容するプロセスカートリッジの側板１００ａに設けられた第１ドラム軸受１０１により回転支持されている。ドラム軸１ｂには、第２ドラム軸受１０２が固定されており、本体側板７６には、この第２ドラム軸受１０２が挿入される浅い嵌合部７６ａが設けられている。ドラム軸１ｂの先端には、後述する感光体駆動装置１０の出力軸である円筒軸９１の内周面に設けられたスプライン状の内歯５２ｂと嵌合するスプライン状の外歯５２ａが形成されている。また、図示してないが、プロセスカートリッジまたは本体側板７６のいずか一方に位置決めピンが設けられており、他方には、この位置決めピンが挿入される位置決め孔が設けられている。

プロセスカートリッジ１００Ｙは、本体側板７６に対し脱着可能であり、装着の際には、図示しないレースガイドで所定の場所へ誘導される。そして、第２ドラム軸受１０２が本体側板７６の嵌合部７６ａに挿入され、不図示の位置決めピンが不図示の位置決め孔に挿入されることで、２箇所で装置本体に位置決めされる。第２ドラム軸受１０２と本体側板７６とはインローで嵌合されることで、感光体ドラム１Ｙと感光体駆動装置１０における遊星歯車減速装置８０との同軸精度が確保される。

感光体駆動装置１０は、駆動源たるモータ１４と、駆動減速装置たる遊星歯車減速装置８０と有している。感光体駆動装置１０は、本体機構固定ネジ７１によって駆動側板７４に固定されている。

図３は、感光体駆動装置１０の断面図である。
モータ１４は、ＤＣブラシレスモータで、固定フランジ１４ｃを有している。固定フランジ１４ｃの遊星歯車減速装置８０との対向面には、感光体側へ突出する突出部１４ｄを有しており、遊星歯車減速装置８０の円筒状の内歯固定ハウジング８１が、この突出部１４ｄに嵌合して位置決めされる。そして、この内歯ハウジング８１が、図２に示すように、内歯固定ネジ７０によってモータ１４の固定フランジ１４ｃに固定されている。また、モータ１４の固定フランジ１４ｃの遊星歯車減速装置８０と対向する対向面と反対側の面には、固定子鉄心やモータ駆動回路基板１４ｂ等が設置されている。モータ１４のモータ軸１４ａは、固定フランジ１４ｃに設けられた不図示の２個の軸受に支持されながら、固定フランジ１４ｃを貫通して、先端が内歯固定ハウジング８１内に位置している。モータ軸１４ａを支持することで、固定フランジ１４ｃは、ＤＣブラシレスモータの回転子であるアウター型ロータを支持することになる。また、本実施形態では、固定フランジ１４ｃと内歯固定ハウジング８１とを別体で構成しているが、これらを一体形成してもよい。固定フランジ１４ｃは、十分な強度となるように５ｍｍ程度の金属板を用いている。

本実施形態の遊星歯車減速装置８０は、２Ｋ−Ｈ型遊星歯車機構を２段備えた複合遊星歯車機構を用いた。２Ｋ−Ｈ型遊星歯車機構は、太陽歯車（ｓｕｎ ｇｅａｒ）、遊星歯車（ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｇｅａｒ）、遊星歯車の公転運動を支持するキャリア（ｐｌａｎｅｔａｒｙ ｃａｒｒｉｅｒ）、内歯歯車（ｏｕｔｅｒ ｇｅａｒ）の四点の部品から構成されている。太陽歯車の回転、遊星歯車の公転（キャリアの回転）、内歯歯車の回転の三つの要素の内、一つを固定、一つを入力、一つを出力に接続する。それぞれ、どれを入出力・固定に割り当てるかによって、一つの遊星歯車減速機構で複数の減速比や回転方向の切替えが可能である。２Ｋ−Ｈ型遊星歯車減速機構を複数段備えた複合遊星歯車機構は、最もモータ側（駆動伝達方向最上流側）の遊星歯車機構は、３本の基本軸のうち１本の基本軸を駆動伝達方向ひとつ下流側の遊星歯車機構の基本軸に結合し、１本の基本軸を入力軸であるモータ軸に設け、残りの基本軸を固定する。また、最も回転体側（駆動伝達方向最下流側）の遊星歯車機構は、３本の基本軸のうち１本の基本軸を駆動伝達方向ひとつ上流側の遊星歯車機構の基本軸に結合し、１本の基本軸を出力軸に設け、残りの基本軸を固定する。また、遊星歯車機構に挟まれた遊星歯車機構は、３本の基本軸のうち２本の基本軸同士を結合し、残りの基本軸の１本を固定する。本実施形態の複合遊星歯車機構は、２Ｋ−Ｈ型の遊星歯車機構を２段備えたものであるため、上述した最もモータ側（駆動伝達方向最上流側）の遊星歯車機構の構成と、最も回転体側（駆動伝達方向最下流側）の遊星歯車機構の構成とを有したものとなる。また、本実施形態の複合遊星歯車装置の格段の遊星歯車機構は、内歯歯車を固定、太陽歯車を入力、遊星キャリアを出力に用いた。

モータ側の一段遊星歯車機構８０ａの第１太陽歯車９２は、入力軸であるモータのモータ軸１４ａの先端に直接歯切りして形成されている。この第１太陽歯車９２および内歯固定ハウジング８１に設けられた内歯歯車８２に噛み合う第１遊星歯車８３が第１キャリア８５により支持されて第１太陽歯車９２の外周を公転するようになっている。第１遊星歯車８３は回転バランスとトルク分担のために同心状に３箇所が配置される。本実施形態では、周方向で３等分された位置にそれぞれ第１遊星歯車８３が配置されている。各第１遊星歯車８３は、第１キャリア８５に設けられた第１キャリアピン８４に回転自在支持されて自転する。第１遊星歯車８３は、第１太陽歯車９２と内歯歯車８２との噛合いにより、自転及び公転回転し、第１遊星歯車８３を支持する第１キャリア８５は、第１太陽歯車９２の回転に対し減速回転し、１段目の減速比が獲得される。

第１キャリア８５の回転中心には２段目の遊星歯車機構８０ｂの第２太陽歯車８６が設けられており、第２太陽歯車８６が、２段目の遊星歯車機構８０ｂの入力となる。第１キャリア８５は、遊星歯車減速装置内に回動自在に浮動支持されている。第２太陽歯車８６のピッチ円直径は、第１太陽歯車９２のピッチ円直径よりも大きくなっている。この第２太陽歯車８６および内歯固定ハウジング８１に設けられた１段目の遊星歯車機構８０ａと共通の内歯歯車８２に噛み合う第２遊星歯車８７が第２キャリア８９により支持されて第２太陽歯車８６の外周を公転するようになっている。本実施形態では、周方向で４等分された位置にそれぞれ第２遊星歯車８７が配置されており、１段目の遊星歯車機構８０ａよりも遊星歯車の数が多くなっている。各第２遊星歯車８７は、第２キャリア８９に設けられた第２キャリアピン８８に支持されて自転する。最終段に相当する２段目の第２キャリア８９には、出力軸である円筒軸９１が設けられている。円筒軸９１の内周面にはスプライン状の内歯５２ｂが形成されている。そして、ドラム軸１ｂの先端のスプライン状の外歯５２ａとこの内歯５２ｂとでスプラインカップリング５２が構成され、上記外歯５２ａと内歯５２ｂとが噛み合うことで、ドラム軸１ｂと遊星歯車減速装置８０とが連結される。ドラム軸１ｂと遊星歯車減速装置８０の出力軸である円筒軸９１との連結をスプラインカップリング５２で行うことで、プロセスカートリッジを感光体ドラム軸方向に本体側板７６から引き出すだけで、円筒軸９１からドラム軸１ｂの切り離しが可能となり、円筒軸９１に対して容易にドラム軸１ｂの連結・切り離しができる。

モータ１４の駆動力は、モータ軸１４ａから第１太陽歯車８３へ伝達され、第１太陽歯車が回転駆動する。この第１太陽歯車８３の回転により、第１太陽歯車８３に噛み合う３個の第１遊星歯車８３に駆動力が伝達され、これら第１遊星歯車８３が第１太陽歯車８３のまわりを公転しながら自転する。これら第１遊星歯車８３の公転により、駆動力が減速されて第１キャリア８５に伝達され、第１キャリア８５が回転し、第１キャリア８５に設けられた第２太陽歯車８６に伝達され、第２太陽歯車８６が回転する。そして、第２太陽歯車８６と噛み合う４個の第２遊星歯車８７に駆動力が伝達され、これら第２遊星歯車８７が、第２太陽歯車８６のまわりを公転しながら自転する。これら第１遊星歯車８６の公転により、駆動力が減速されて第２キャリア８９に伝達され、第２キャリアに設けられた円筒軸９１、ドラム軸１ｂを介して、駆動力が、感光体に伝達され、感光体が所定の回転数で回転する。

図４（ａ）は、第１キャリア８５の斜視図であり、図４（ｂ）は、第２キャリア８９の斜視図である。
図４（ａ）に示すように、第１キャリア８５は、第１遊星歯車８３を支持する第１キャリアピン８４の両端部を第１キャリア側板８５ａと第２キャリア側板８５ｂの２枚の側板で支持する構成である。１段目は遊星歯車が３個配置されており、各遊星歯車の間に設けられた３本のキャリア支柱８５ｃによって第１キャリア側板８５ａと第２キャリア側板８５ｂとが固定されている。第１遊星歯車８３の公転回転が第１キャリア全体の回転となり、第１キャリア側板８５の同軸上に一体で構成された第２太陽歯車８６に回転が伝達される。

図４（ｂ）に示すように、第２キャリア８９は、第１キャリア８５と同様の構成であるが、第２遊星歯車８７とキャリア支柱８９ｃの数が４個となっている。また第２キャリア８９の第１キャリア側板８９ａの同軸上に円筒軸９１が一体に形成されている。

各キャリアピン８４,８８にはキャリアを回転させるためのラジアル荷重が発生する。各キャリアピン８４,８８を片持ち支持した場合、このラジアル荷重によって、キャリアピンの傾斜が発生しやすく、回転伝達精度を悪化させてしまう。特に、キャリアピンが固定されるキャリア側板の材質が樹脂の場合、キャリアピンの傾斜が発生しやすい。しかし、本実施形態では、キャリアピンは、第１キャリア側板と第２キャリア側板との両方で支持されているので、キャリアを樹脂材料で構成してもキャリアピンの傾斜を抑制することができ、回転伝達精度の悪化を抑制することができる。

遊星歯車減速装置８０の減速比に関しては、太陽歯車の歯数をＺａ、遊星歯車の歯数をＺｂ、内歯車の歯数をＺｃとした場合に、次の式で表される。なお、式中の添え字１，２は１段目の遊星歯車機構８０ａ、２段目の遊星歯車機構８０ｂを意味している。
減速比＝Ｚａ１／（Ｚａ１＋Ｚｃ１）×Ｚａ２／（Ｚａ２＋Ｚｃ２）
上記式に示すように、遊星歯車減速装置８０の減速比は、１段目と２段目の遊星歯車機構の減速比の積になる。モータ１４には、効率よく駆動できる回転数があり、モータ１４が効率よく駆動できる回転数で駆動できるよう、遊星歯車減速装置８０の減速比が決められる。

本実施形態においては、第２太陽歯車８６のピッチ円直径を大きくすることで、第２太陽歯車８６と第２遊星歯車８７との噛み合い部にかかる負荷トルクを低減することができる。しかし、第２太陽歯車８６のピッチ円直径を大きくすると、２段目の減速比が小さくなる。このため、モータ１４を、効率よく駆動できる回転数で回転できる減速比にするためには、１段目の減速比を大きくする必要がある。従って、本実施形態においては、第１太陽歯車９２のピッチ円直径を、第２太陽歯車８６のピッチ円直径よりも小さくして、減速比を大きくすることで、モータ１４を、効率よく駆動できる回転数で回転できる減速比にしている。ただし、１段目の内歯歯車の直径を大きくすれば、第１太陽歯車９２のピッチ円直径を小さくせずとも、１段目の減速比を大きくすることができる。しかし、その場合、１段目と２段目とで共通の内歯歯車を使用することができなくなり、装置のコストアップに繋がるおそれがある。また、一段目の遊星歯車機構の外径がモータ１４の外径および感光体の外径よりも大きくなり、小型化のメリットが得られなくなってしまう。

先の図３に示すように、内歯固定ハウジング８１の回転体側端部には、ネジ（不図示）によりエンドキャップ９０が固定されている。このエンドキャップ９０は、遊星歯車減速装置８０を駆動側板７４に組み付ける際に、内歯固定ハウジング内の部材（第１、第２キャリア８５,８９、第２太陽歯車８６、第１遊星歯車８３、第２遊星歯車８７、円筒軸９１）が内歯固定ハウジング８１から脱落するのを防止するために設けられている。エンドキャップ９０と第２キャリア８９に設けられた円筒軸９１には十分なクリアランスがあり、エンドキャップ９０は第２キャリア８９を回転支持していない。これにより、第２キャリア８９が内歯固定ハウジング８１内で浮動支持される。

また、本実施形態の遊星歯車減速装置８０においては、モータ軸１４ａに直接歯切りして形成された第１太陽歯車９２、第１、第２キャリアピン８４、８８は、金属材料、例えば、ステンレス、炭素鋼などからなり、その他部材（第１遊星歯車８３、第１キャリア８５、第２太陽歯車８６、第２遊星歯車８７、第２キャリア８９、円筒軸９１、内歯歯車８２が形成された内歯固定ハウジング８１）は、樹脂材料、例えばポリアセタールなどで成形されたものである。各部材を樹脂で成形することは、射出成形によって低コストで大量生産が可能となる。また、第１太陽歯車９２を除く遊星歯車機構の各歯車を樹脂材料で形成することで自己潤滑性を得ることができ、各歯車を金属で形成した場合に比べて、使用時の騒音が低く、軽量化を図ることができる。また、耐腐食性を高めることができる。

一方で、各歯車を樹脂材料で形成することで、金属材料にした場合に比べて、耐久性（耐磨耗性）、高剛性といった点で劣ってしまう。感光体ドラム１Ｙの負荷トルクを受ける２段目の遊星歯車機構８０ｂの第２遊星歯車８７と第２太陽歯車８６との噛み合い部には、負荷トルクにより大きな荷重がかかる。しかし、本実施形態では、第１太陽歯車９２のピッチ円直径を大きくしているので、第２太陽歯車８６を、第１太陽歯車９２のピッチ円直径を同じ直径にしたものに比べて、第２遊星歯車８７と第２太陽歯車８６との噛み合い部にかかる荷重を抑制することができる。これにより、第２太陽歯車８６や第２遊星歯車８７を樹脂材料で形成しても、第２太陽歯車８６や第２遊星歯車８７の寿命が早期にきてしまうのを抑制することができる。

図５は、１段目の遊星歯車機構８０ａの横断面図である。図５においては、キャリア支柱８５ｃについては、図示していない。
第１太陽歯車９２はモータ軸１４ａに直接歯切りしているので、外径がφ６ｍｍ以下となり、その回りに第１遊星歯車８３が３個等分に配置されている。第１太陽歯車９２のピッチ円直径が小さいので、第１太陽歯車９２と内歯歯車８２との間の距離が大きくなる。その結果、第１太陽歯車９２および内歯歯車８２に噛み合う第１遊星歯車８３のピッチ円直径が長くなり、図６に示すように、第１遊星歯車８３を４個配置しようとすると、遊星歯車同士が干渉して、配置できない。

図７は、２段目の遊星歯車機構８０ｂの横断面図である。この図においても、キャリア支柱８９ｃについては、図示していない。
第２太陽歯車８６のピッチ円直径は第１太陽歯車９２のピッチ円直径よりも長くしているため、第２太陽歯車８６と内歯歯車８２との間の距離が、１段目の遊星歯車機構８０ａよりも狭くなる。これにより、第２遊星歯車８７のピッチ円直径を第１遊星歯車８３よりも短くできる。したがって、第２遊星歯車８７はお互いが干渉することなく、４個等分に配置することができる。

このように、本実施形態においては、最終段の遊星歯車機構８０ｂの遊星歯車の数を４つにしているので、各遊星歯車８７に加わる負荷トルクによる荷重を、遊星歯車の数が３つの場合に比べて、少なくでき、第２遊星歯車８７の寿命を延ばすことができる。

さらに、本実施形態においては、第１、第２キャリア８５、８９を回転自在に浮動支持している。これにより、第１、第２遊星歯車８３、８７の公転軌道が自動調心される効果が得られる。
図８は、遊星歯車機構における内歯歯車と遊星歯車との噛み合いモデルを示す説明図である。
太陽歯車Ｓが反時計回りに回転する場合、図中符号Ａで示す部分のように、太陽歯車Ｓの歯と遊星歯車Ｐ１の歯は、遊星歯車Ｐ１が時計回りに回転する方向に動力伝達するように噛み合う。また同時に、遊星歯車Ｐ１は、図中符号Ｂ１で示す部分のように、内歯歯車Ｆと噛み合う。このとき、遊星歯車Ｐ１は図中矢印の方向の歯面応力を受けている。同様に、他の遊星歯車Ｐ２，Ｐ３も同時に各矢印が示す方向に歯面応力を受ける。この歯面応力は、内歯歯車Ｆの歯車精度誤差や取付位置誤差によって生じる噛み合い状態の違いで異なってくる。ここで、キャリアＣを浮動支持すると、各歯面応力が歯車噛合いの接触圧力角に応じて中心方向に傾いているため、各歯面応力が均等となる位置にキャリアＣは自動的に移動する。これによって各歯面応力が一致する。各歯面応力は、内歯歯車Ｆが１回転、および、キャリアＣが内歯歯車Ｆに沿って１回転する間、一定となるため、出力軸の回転速度変動が低減される。

また、上述では、太陽歯車を入力、内歯歯車を固定、キャリアを出力として用いているが、これに限られない。例えば、太陽歯車を固定、キャリアを入力、内歯歯車を出力にしてもよい。このような場合でも、最終段の太陽歯車のピッチ円直径を他の太陽歯車のピッチ円直径よりも大きくすることで、最終段の太陽歯車と遊星歯車との噛み合い部にかかる負荷トルクによる荷重を低減することができる。さらに、本実施形態の遊星歯車減速装置８０は、２段であるが、３段以上であってもよい。この場合も、少なくとも最終段の太陽歯車のピッチ円直径を、一段目の太陽歯車のピッチ円直径をよりも大きくすることで、最も負荷トルクがかかる最終段の遊星歯車機構における遊星歯車および太陽歯車の寿命を延ばすことができる。

また、上述では、像担持体としての感光体ドラムを回転駆動させる感光体駆動装置１０に本発明の駆動減速装置を適用した例について説明したが、像担持体たる中間転写ベルト５を回転駆動させるベルト駆動装置に本発明の駆動減速装置を適用してもよい。
図９は、本発明の駆動減速装置を適用したベルト駆動装置と中間転写ベルト５の一部とを示す概略構成図である。
中間転写ベルト５は駆動ローラ５１とその他複数の従動ローラ及びテンションローラに張架されおり、駆動ローラ５１の回転が、駆動ローラ５１と中間転写ベルト５間のフリクションによって中間転写ベルト５に伝達されて搬送される。駆動ローラ５１に設けられた駆動ローラ軸５１ａと遊星歯車減速装置８０の円筒軸（不図示）が感光体ドラムと同様のスプラインカップリング５２で連結されており、モータ１４の回転が遊星歯車減速装置８０で減速されて駆動ローラ５１へ回転が伝達される。

以上、本実施形態の駆動減速装置たる遊星歯車減速装置８０によれば、太陽歯車と、太陽歯車と同軸上で配設された内歯歯車と、内歯歯車内に円周方向で等間隔に配設され太陽歯車と内歯歯車とに噛み合う複数の遊星歯車と、遊星歯車を回転自在に支持するとともに太陽歯車や内歯歯車と同軸上で回転自在なキャリアとからなる遊星歯車機構を複数段備えている。そして、駆動伝達方向最下流に配置される最終段の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、他の遊星歯車機構のピッチ円直径よりも大きくした。これにより、上述したように、最終段の遊星歯車と太陽歯車との噛み合い部にかかる負荷トルクによる荷重を、最終段の太陽歯車を他の太陽歯車のピッチ円直径と同じした場合に比べて、低減することができる。その結果、最終段の太陽歯車や遊星歯車の歯が早期に磨耗するのを抑制することができ、最終段の太陽歯車や遊星歯車の寿命を延ばすことができる。

また、駆動伝達方向最上流に配置される一段目の遊星歯車機構の太陽歯車は、駆動源の駆動軸に直接歯切りして形成することで、一段目の太陽歯車を別に設ける必要がなくなり、装置のコストダウンを図ることができる。また、各段の遊星歯車機構の内歯歯車を共通にすることで、さらに、装置のコストダウンを図ることができる。また、各段のキャリアの遊星歯車を支持する支持軸たるキャリアピン以外、各段の遊星歯車機構の部品を樹脂材料で構成することで、射出成形によって低コストで大量生産が可能となる。また、樹脂材料で形成することで自己潤滑性を得ることができ、各歯車を金属で形成した場合に比べて、使用時の騒音が低く、軽量化を図ることができる。また、耐腐食性を高めることができる。また、キャリアピンを金属で構成することで、キャリアを回転させるためのラジアル荷重により、キャリアピンが変形するのを抑制することができ、良好な回転伝達精度を維持することができる。

また、最終段の遊星歯車機構の遊星歯車の数を、他の遊星歯車機構の遊星歯車の数よりも多くした。具体的には、他の遊星歯車機構に３個の遊星歯車を設け、最終段の遊星歯車機構に４個の遊星歯車を設けた。最終段の遊星歯車個数を多くすることで、１個当りに加わる負荷トルクによる荷重を小さくすることができ、最終段の遊星歯車の寿命を延ばすことができる。

また、各段の遊星歯車機構のキャリアをケーシングたる内歯固定ハウジングに回動自在に浮動支持したので、太陽歯車の偏芯や組み付け誤差、遊星歯車の偏芯、内歯歯車の組み付け誤差などの回転伝達誤差要因があっても、キャリアと遊星歯車とが径方向へ移動して、遊星歯車の公転軌道が自動調心されて回転変動が抑制される。

また、各段の遊星歯車機構は、内歯歯車を回転不能に固定し、太陽歯車に駆動力が入力され、キャリアに駆動力が出力されるよう構成した。これにより、モータの回転速度を、各段の遊星歯車機構で減速することができ、高減速比を得ることができる。

また、最終段の遊星歯車機構のキャリアには、回転体たる感光体へ駆動力を出力するための出力軸たる円筒軸が固定されており、それ以外の遊星歯車機構のキャリアには、当該遊星歯車機構よりも一段感光体側の遊星歯車機構の太陽歯車が固定されている。これにより、遊星歯車のキャリアから出力された駆動力が一段回転体側の太陽歯車に入力することができる。

最終段の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、ドラム軸径よりも長くすることで、最終段の遊星歯車と太陽歯車との噛み合い部にかかる負荷トルクによる荷重を、低減することができる。

また、円筒軸とドラム軸とをスプラインカップリングで連結することで、回転体たる感光体を軸方向へ移動するだけで、円筒軸とドラム軸との連結および切り離しを行うことができる。よって、容易に円筒軸とドラム軸とを連結および切り離しを行うことができる。

また、本実施形態によれば、回転体を備えたプリンタなどの画像形成装置において、回転体を駆動する駆動装置の駆動減速装置として、本発明の駆動減速装置を用いたことで、感光体ドラム等の像担持体、中間転写ベルト５や転写ベルト等のベルト部材を駆動する駆動ローラ、記録材等を搬送するための搬送ローラなどの回転体の回転速度変動を低減させることができ、良好な画像形成を行うことができる。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ：感光体ドラム
５：中間転写ベルト
１０：感光体駆動装置
１４：モータ
１４ａ：モータ軸
１４ｂ：モータ駆動回路基板
１４ｃ：固定フランジ
１４ｄ：突出部
５１：駆動ローラ
５１ａ：駆動ローラ軸
５２：スプラインカップリング
５２ａ：外歯
５２ｂ：内歯
７０：内歯固定ネジ
７１：本体機構固定ネジ
７４：駆動側板
７６：本体側板
８０：遊星歯車減速装置
８１：内歯固定ハウジング
８２：内歯歯車
８３：第１遊星歯車
８４：第１キャリアピン
８５：第１キャリア
８６：第２太陽歯車
８７：第２遊星歯車
８８：第２キャリアピン
８９：第２キャリア
９０：エンドキャップ
９１：円筒軸
９２：第１太陽歯車

特開２００８−１５１８６８号公報 特開２００１−１７３７３３号公報

Claims (11)

1. 太陽歯車と、
   前記太陽歯車と同軸上で配設された内歯歯車と、
   前記内歯歯車内に円周方向で等間隔に配設され前記太陽歯車と前記内歯歯車とに噛み合う複数の遊星歯車と、
   前記遊星歯車を回転自在に支持するとともに前記太陽歯車や前記内歯歯車と同軸上で回転自在なキャリアとからなる遊星歯車機構を複数個軸方向に直列に配置し、
   駆動伝達方向最上流に配置された遊星歯車機構の入力要素を駆動源に接続し、駆動伝達方向最下流に配置された遊星歯車機構以外の遊星歯車機構の出力要素を、この遊星歯車機構に対して駆動伝達方向下流側に隣接する遊星歯車機構の入力要素に接続し、駆動伝達方向最下流側に配置された遊星歯車機構の出力要素を、回転体へ駆動力を出力するための部材に接続して、駆動源からの回転駆動力を減速させて、回転体へ伝達する駆動減速装置において、
   駆動伝達方向最下流に配置される遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、他の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径よりも大きくしたことを特徴とする駆動減速装置。
2. 請求項１の駆動減速装置において、
   駆動伝達方向最上流に配置される遊星歯車機構の太陽歯車は、駆動源の駆動軸に直接歯切りして形成し、各遊星歯車機構の内歯歯車を共通にし、
   各遊星歯車機構のキャリアの遊星歯車を支持する支持軸のみを金属材料で構成し、各遊星歯車機構の残りの部品を樹脂材料で構成したことを特徴とする駆動減速装置。
3. 請求項１または２の駆動減速装置において、
   前記駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構の遊星歯車の数を、他の遊星歯車機構の遊星歯車の数よりも多くしたことを特徴とする駆動減速装置。
4. 請求項３の駆動減速装置において、
   他の遊星歯車機構に３個の遊星歯車を設け、駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構に４個の遊星歯車を設けたことを特徴とする駆動減速装置。
5. 請求項１乃至４いずれかの駆動減速装置において、
   各遊星歯車機構の各キャリアをケーシングに回動自在に浮動支持したことを特徴とする駆動減速装置。
6. 請求項１乃至５いずれかの駆動減速装置において
   各遊星歯車機構は、内歯歯車を回転不能に固定し、太陽歯車に駆動力が入力され、キャリアに駆動力が出力されるよう構成したことを特徴とする駆動減速装置。
7. 請求項６の駆動減速装置において
   駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構のキャリアには、前記回転体へ駆動力を出力するための部材としての出力軸が固定されており、それ以外の遊星歯車機構のキャリアには、当該遊星歯車機構よりも駆動伝達方向下流側で隣接する遊星歯車機構の太陽歯車が固定されていることを特徴とする駆動減速装置。
8. 請求項１乃至７いずれかの駆動減速装置において、
   駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構の太陽歯車のピッチ円直径を、前記回転体の軸の直径よりも大きくしたことを特徴とする駆動減速装置。
9. 請求項１乃至８いずれかの駆動減速装置において、
   駆動伝達方向最下流の遊星歯車機構のキャリアに設けられた前記回転体へ駆動力を出力するための出力軸と、回転体の軸とをスプラインカップリングで連結したことを特徴とする駆動減速装置。
10. 回転体を備えた画像形成装置において、
    前記回転体を駆動する駆動源と、前記駆動源の回転速度を減速して、前記回転体へ伝達する駆動減速装置とを備え、
    前記減速装置として、請求項１乃至９いずれかの駆動減速装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１０の画像形成装置において、
    前記回転体である像担持体を有しており
    前記駆動減速装置を前記像担持体の駆動に用いたことを特徴とする画像形成装置。

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