JP2012139959A - 記録装置および回転体支持装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ギア列の中間ギアの姿勢が不安定だと伝達精度が劣化するため、中間ギアの姿勢を安定させる必要があるが、従来技術では支持軸の強度が落ちてしまう。
【解決手段】 中間ギアの支持軸を略円筒形状とし、そこから中間ギア軸受部内周面に内接する曲面を有する突起部を少なくとも二ヶ所設けた。
【選択図】 図4

Description

本発明は記録装置の搬送手段における、アイドラギアの軸形状に関するものである。
プリンタなどの記録装置には、用紙の搬送方向と直交する方向に移動するキャリッジに記録ヘッドを搭載し、用紙搬送と記録ヘッドによる用紙への記録とを交互に行う、いわゆるシリアル記録装置がある。
このような記録装置では、記録ヘッドを挟んで用紙搬送方向の上流側に搬送ローラ、下流側に排紙ローラを配置している。用紙の搬送精度を確保するために、搬送ローラにその回転量を検出するためのコードホイールを、記録装置本体にその検出手段であるエンコーダを備えている。また用紙先端部では搬送ローラのみで用紙搬送、用紙中央部では両方のローラで用紙搬送、用紙後端部では排紙ローラのみで用紙搬送、という三つの搬送形態が存在し、それぞれにおいて記録も行っている。
またコストやスペースの制約から、搬送ローラと排紙ローラとを別々に駆動するのではなく、ギアにより両者を接続して一つの駆動源によって駆動する形態が数多く見られる。この場合、両ローラ間の距離によってはそれぞれに設けたギアの中間に、複数のアイドラギアを配置して駆動を接続している。
しかし、このような構成では用紙が搬送ローラを抜けた後、排紙ローラのみで用紙搬送をする場合でも、搬送ローラに設けたコードホイールの情報を元に搬送量を制御することとなる。そのためアイドラギアの姿勢が不安定な場合、例えば回転軸の周面上を移動するような状態であるとギアの伝達精度が劣化、しいては搬送精度が劣化することとなる。
このような問題に対して、アイドラギアの支持軸を従来の丸軸ではなく、平坦部と円弧部とから成る小判形状として、平坦部と円弧部との二つの接続部分、二ヶ所でギア内周面を支持することにより、ギアの姿勢を安定させる形態が提案されている。
特開2006−35613号公報
しかしながら、特許文献1に記載の軸は平坦部と円弧部とで形成されているため、平坦部を形成するために削られる領域が大きく、通常の丸軸に比べて軸が細くなり、強度が落ちてしまう。強度の低下は軸のたわみの増大につながり、ギアが所定位置からずれてしまい、伝達精度が劣化する原因となっていた。また特許文献1のような金属プレートに金属軸を取り付ける構成ではなく、コストを考慮しモールドのフレームに軸を一体で成形する場合、特許文献1のように小判形状としてしまうと、軸のたわみはさらに大きくなり、さらなる伝達精度の劣化を招くこととなっていた。
また二ヶ所の支持部を離して(角度を開いて)配置しようとすると、平坦部で削られる領域はさらに大きくなる。よって軸強度を考慮すると、支持部の配置に制限が生じていた。
また平坦部と円弧部との境界を支持部とした上で面取りまたは丸みを付加すると、ギアは所定位置からずれてしまう。摩耗を考慮すると、丸みを大きくするべきではあるが、それによってギアの所定位置からのずれがさらに大きくなるため、大きな丸みを確保することが困難となっていた。
本発明はこのような課題を解決し、軸の強度低下を抑え、ギア列における伝達精度の劣化防止を目的とするものである。
上記目的を達成するために本発明では、ラジアル方向の力を受ける、回転中心に円筒状の軸受部を有する回転体と、前記軸受部に挿入される支持軸とから構成される回転体支持装置において、前記支持軸は前記回転体の軸受部に内接する曲面を含む突起部を、少なくとも二ヶ所有する形状に形成した。
ギア軸受部(内周面)よりも小径の支持軸から曲面を含む突起部を出してギア軸受部を支持することにより、ギアの姿勢を安定させるとともに、軸を極端に細くすることがなく、軸強度を保つことが可能となる。これにより軸のたわみによってギアが所定位置からずれてしまうことを防止できる。
またギア軸受部に内接する曲面を有する突起部を形成したので、曲面の丸みを大きくしても設定通りの軸受角度、ギア位置を維持できる。また丸みを大きくすることで突起部の摩耗高さを減少させることが可能となり、摩耗によって生じるギアの所定位置からのずれが小さくなり、ギア伝達精度劣化を防止できる。
本発明による記録装置の全体構成を示す斜視図である。 用紙搬送部と記録部についての側断面図である。 ギア列についての側面図である。 アイドラギアの支持軸部についての拡大図である。 アイドラギアと支持軸についての断面図である。
(実施形態1)
図1は本発明による記録装置の全体構成を示す斜視図、図2は用紙搬送部と記録部についての側断面図である。ここではインクを液滴状にして用紙に吐出して画像を形成する、いわゆるインクジェット記録装置について説明を行っている。
記録装置1は給紙部100、用紙搬送部200、記録部300、記録部のメンテナンスを行う回復部400などから構成されている。給紙部100の圧板101上に積載された記録媒体である用紙Pは、給紙ローラ102と図示しない分離機構とにより1枚ずつ分離され、用紙搬送部200へと搬送される。
用紙搬送部200に搬送された用紙Pは、駆動モータ201からタイミングベルト202を介して駆動される搬送手段である搬送ローラ203とそれに圧接するピンチローラ205により挟持され下流側へ搬送される。搬送ローラ203の下流にはプラテン206が配置されている。プラテン206は用紙Pの下面を支持し、記録手段である記録ヘッドを備えた記録部300との距離を一定に保つものである。用紙Pは記録部300により記録を行った後、搬送手段である排紙ローラ207とそれに圧接する拍車209により挟持され記録装置1外へ排出される。排紙ローラ207は、搬送ローラ203と同軸に固定された搬送ローラギア204、アイドラギア210、排紙ローラ206と同軸に固定された排紙ローラギア208のギア列を経て、駆動モータ201の駆動が伝達され、搬送ローラ203と同期して回転する。搬送ローラ203にはコードホイール211が同軸上に固定され、フレーム2に備えられたエンコーダ212によって搬送ローラ203の回転量を検出する。検出した値は図示しない制御部に転送され、それをもとに用紙Pの搬送量を制御する。搬送ローラ203は前述したようにピンチローラ205によって、また排紙ローラ207は図示しない付勢部材によって、それぞれの回転中心が移動しないように付勢されている。
またアイドラギア210はフレーム2に一体に設けられた支持軸4(図示せず;後述)に回転可能に嵌めこまれている。アイドラギア210にはラジアル方向における付勢部材は設けられておらず、支持軸4に対してラジアル方向には移動可能となっている。軸方向の移動はストッパ5によって規制されている。この理由としてまず、軸4に倒れがあった場合、アイドラギア210が軸方向に移動すると、その倒れに沿ってアイドラギア210の位置も変化し、搬送ローラギア204および排紙ローラギア207との位置関係にずれが生じる。このずれは伝達誤差劣化の一因となる。また、搬送ローラギア203や排紙ローラギア207にフランジを一体で形成した場合、ギアとフランジとの接続部において歯面形状が正規形状に形成されないことがあり、この部分で歯面がかみ合うと伝達精度の劣化を起こしてしまう。またこのフランジにアイドラギア210が接触することでも、伝達精度の劣化につながる可能性がある。このような理由から、ストッパ5により軸方向の動きを規制するものである。
記録部300はインクを収納するインクタンク302、インクタンク302から供給されたインクを用紙Pに水滴状に吐出して記録を行う記録ヘッド303、それらを搭載するキャリッジ301、制御部とのデータ伝達を行うフレキシブルケーブル304などから構成されている。キャリッジ301には駆動ベルト305が固定されており、図示しない駆動モータによって用紙Pの搬送方向Aと直交する方向にガイドレール3に沿って往復動作を行う。
記録部300による用紙Pへの記録は、用紙Pを一定量搬送して停止する、いわゆる間欠搬送を行う搬送部200の動作、記録部300の往復動作およびそれと同時に行われる記録ヘッドからのインク吐出動作、とを繰り返して用紙Pに画像を形成する。
図2では用紙Pは排紙ローラ206と拍車209とだけに挟持されている状態を示している。用紙Pは搬送ローラ203に接していないため、用紙搬送量は排紙ローラ206の回転量となる。排紙ローラ206の回転量は、アイドラギア210を介して搬送ローラ203に伝達したものを、搬送ローラ203に取り付けたコードホイール211で検出するため、そこにはギアの伝達誤差が生じる。よって、この状態で高精度な用紙搬送を行うためには、ギアの伝達誤差を極力減らすことが必要となる。
次にギアの伝達誤差の一因であるアイドラギアの姿勢変化を防止し、姿勢を安定させる軸形状についての説明を行う。
図3は駆動伝達装置であるギア列についての側面図、図4は回転体であるアイドラギアの回転体支持装置についての拡大図である。アイドラ儀は210は搬送ローラギア204の回転力を排紙ローラギア208に伝達する。支持軸4は装置の本体側に回転しないように固定されている。アイドラギア210の回転中心の円形の軸穴が支持軸4に嵌めこまれている。支持軸4は円筒形状または円柱形状の基部である円筒部4aと、円筒等部4aから半径方向に突出する4か所の突起部4b、4c、4d、4eとから形成されている。各突起部4b、4c、4d、4eは支持軸4の長手方向に同じ断面形状で伸びている凸条の形をしている。前記支持軸はモールド材料で形成されている。すなわち、金型による樹脂成型品である。
ここでは図1で述べたように用紙Pを搬送方向Aに搬送する場合を示しており、アイドラギア210はTで示す主回転方向である、反時計回りに回転する。搬送ローラギア204(駆動側のギア、第一のギア)から駆動を受け、排紙ローラギア208(被駆動側のギア、第二のギア)に駆動を伝達している状態で、2個の突起部4b,4cはアイドラギア210の軸穴の内周面210aに接するように形成され、突起部4d、4eはアイドラギアの軸穴の内周面210aと所定の隙間d1、d2ができるように形成されている。アイドラギア210の内周面201aは支持軸4の突起部4b,4cの先端部と線接触している。
通常、支持軸が丸軸の場合、アイドラギア210の位置は支持軸4の位置によって規定されている。つまり、搬送ローラギア204の中心から搬送ローラギア204のピッチ円半径とアイドラギアのピッチ円半径との和に適正バックラッシの値を加えた値を半径として描いた円弧と、排紙ローラギア207の中心から排紙ローラギア207のピッチ円半径とアイドラギアのピッチ円半径との和に適正バックラッシの値を加えた値を半径として描いた円弧との交点を支持軸の中心としている。しかし、支持軸とギアの穴(軸受部)とには一定の隙間を持たせていることが一般的であるため、その分だけギアの回転中心は上記のように設定した支持軸の中心からずれる可能性がある。
本実施形態では、アイドラギア210の中心が前述した二つの円弧の交点となるような配置を、アイドラギア210の所定位置と定義し、この所定位置においてアイドラギア210の内周面210aに接するように突起部4b、4cを形成している。よって、この回転方向においては、前述したような中心位置のずれが発生せず、伝達精度に影響を与えないこととなる。
なお、ここで示したアイドラギアの所定位置の定義は一例である。例えばバックラッシのとりかたであるが、前述のようにバックラッシを軸間距離に加算するのではなく、歯厚を減じることによりバックラッシをとる方法もある。その場合、軸間距離は接続するギア同士のピッチ円半径の和のまま、搬送ローラ、排紙ローラそれぞれの中心から描いた二つの円弧の交点をアイドラギアの中心とした配置が、アイドラギアの所定位置となる。このように設計の仕方により、さまざまにアイドラギアの所定位置を定義できることを言及しておく。
この突起部4b,4cの最適位置、水平面からの角度θ1、θ2は、図に示す力およびモーメントのつり合い式から求めることができる。なお符号の詳細説明は別途記載するが、μはアイドラギア210と支持軸4との動摩擦係数、αはギアの圧力角、Fgはアイドラギア210の自重をそれぞれ表している。力のつり合いは図中X、Y方向それぞれについて以下のようになる。
−Ff・sin(θf−α)+Fo・sin(θo−α)+μ・N1・sinθ1+μ・N2・sinθ2
=N1・cosθ1−N2・cosθ2 (X方向)
−Ff・cos(θf−α)−Fo・cos(θo−α)+μ・N1・cosθ1−μ・N2・cosθ2
=−N1・sinθ1−N2・sinθ2+Fg (Y方向)
またモーメントのつり合い式は以下のようになる。
R・Ff・cosα−R・Fo・cosα+T=μ・r・N1+μ・r・N2(モーメント)
ここで、
θf:送ローラギアのアイドラギア水平線からなす角度
θo:排紙ローラギアのアイドラギア水平線からなす角度
Ff:搬送ローラからの入力荷重
Fo:排紙ローラの負荷
T:アイドラギアの慣性モーメント
N1:支持軸突起部4bでの垂直抗力
N2:支持軸突起部4cでの垂直抗力
F1:支持軸突起部4bでの摩擦力(=μ・N1)
F2:支持軸突起部4cでの摩擦力(=μ・N2)
θ1:支持軸突起部4bのアイドラギア水平線からなす角度
θ2:支持軸突起部4cのアイドラギア水平線からなす角度
α:ギア圧力角
R:ギアピッチ円半径
r:アイドラギア軸受部内径
μ:アイドラギアと支持軸との摩擦係数
θ3:支持軸突起部4dのアイドラギア水平線からなす角度
θ4:支持軸突起部4eのアイドラギア水平線からなす角度
これら三式を支持軸4の突起部4b,4cにかかる垂直抗力N1、N2が同じ値となる条件下で解くことにより、垂直抗力N1(=N2)に対する最適角度θ1、θ2の関係式を算出することができる。なお垂直抗力N1、N2を同じ値とするのは、荷重の均等による姿勢の安定、また耐久における摩耗の均等化を図るためである。
垂直抗力N1=N2の条件下では、θ1とθ2との角度差は一定となる。これはアイドラギア210に働く総荷重を突起部4b,4cに均等に振り分けることになるためである。
また角度θ1、θ2が大きくなれば垂直抗力N1(=N2)は小さくなり、逆にθ1、θ2を小さくすれば垂直抗力N1(=N2)は大きくなる。前者を採用すれば摩耗を減少することができ、後者を採用すればギアの安定を増加させることができる。つまり摩耗とギアの安定のバランスを考慮しつつ、最適角度を決定することが可能である。このようにアイドラギア210を支持する突起部4b、4cの位置を変更したとしても、支持軸4の形状は大きく変化しないため、支持軸4の強度を減少させることがない。
上記の式を用いて角度θ1、θ2の理想的な値を算出することができる。しかし、突起4bからアイドラギア210に作用する垂直効力N1と突起4cからアイドラギア210に作用する垂直効力N2の差が極端に大きくならない範囲であれば実用には支障はない。すなわち、アイドラギア210が搬送ローラギア204から受ける力Ffと排紙ローラギア208から受ける力Foによってアイドラギア210の軸穴の内周面が210aが突起4bと突起4cの双方に押しつけられれば良い。
あるいは、アイドラギア210の回転中心から引いた、搬送ローラギア204から受ける力Ffと排紙ローラギア208から受ける力Foの合力の方向は、アイドラギアの軸穴の内周面から突起部4b、4cに作用する力の方向(垂直効力N1、N2の逆の方向)間にあるようにしてもよい。
またアイドラギア210が搬送ローラギア204から受ける力Ffと排紙ローラギア208から受ける力Foの合力ベクトルをアイドラギア210の回転中心から引いたとき、その合力ベクトルとN1がなす角度と、合力ベクトルとN2がなす角度とが等しいか、ほぼ等しくなるようにθ1、θ2を決めてもよい。
次に搬送ローラギアを逆回転させた場合にはFf、Foは逆方向に働くため、アイドラギア210はY正方向に移動することとなり、突起部4d、4eに接触することになる。この突起部4d、4eの配置角度(θ3、θ4)については、前述した力とモーメントのつり合いから同様に求めることができる。またこの場合にはアイドラギア210は前述の所定位置から移動してしまうが、アイドラギア210の内周面210aと突起部4dとの隙間d1、4eとの隙間d2を、通常の丸軸と穴との嵌め合い公差に等しい隙間とすることにより、アイドラギア210の回転中心のずれを丸軸と同程度に抑えられる。本実施形態の記録装置においては、逆方向に搬送ローラ203を回転させながら記録を行うことはなく、高い搬送精度つまりギア列に高い伝達精度が要求されないため、こうした配置としている。換言すれば、伝達精度の要求が高い正方向で接する突起部は前述したアイドラギアの所定位置に合わせて形成し、その逆転方向、伝達精度の要求が低い方向で接する突起部は隙間をあけて形成しているのである。
図5はアイドラギアと支持軸についての断面図である。アイドラギア210には円筒部210bが設けられている。この円筒部210bの内周には、支持軸4と接触する内周面210aよりもやや大径とした段付き部210cが長さ210dだけ設けられている。
ストッパ5の先端部には、アイドラギア210の円筒部210bの外径よりもやや大きい直径5aを有する円筒部5bが形成されていて、取り付け状態においてアイドラギア210の円筒部210bを覆っている。またストッパ5には支持軸4を貫通する爪部5cが形成されていて、軸方向の位置を規制している。これによりアイドラギア210の軸方向の動きは隙間eに規制されている。
このような形状にすることにより、アイドラギア210と支持軸4の間に摩耗を軽減するためにグリスなどの潤滑剤を塗布しなければならない場合でも、アイドラギア210の段付き部210cが過剰なグリスのトラップ部となる。またストッパ5に設けた円盤部5cが遮蔽板となり、外部へのグリス飛散を防止することが可能となる。
以上、説明したようにアイドラギアの内周面を二点で受けてアイドラギアの姿勢を安定させ、伝達精度劣化を防止する軸形状について、アイドラギアの支持軸形状を略円筒形状から突起部を出した形状とした。これにより、従来よりも支持軸の強度低下が少なくなり、支持軸の倒れによるアイドラギアの軸方向移動によるアイドラギアの所定位置からの移動を防止できる。しいては、アイドラギアを介して搬送ローラと接続される排紙ローラを、搬送ローラに設けたコードホイールの検出結果を元に制御する場合において、伝達精度の劣化を防止できるため、より高い用紙搬送精度が実現可能となる。これらは、特に支持軸に金属ではなくモールド材を使用する場合に効果が大きい。
また、ここでは支持軸を円筒形状として、その外周面から曲面を含む突起部を形成したが、支持軸の形状は円筒形状に限らず、同様に突起部の形状には平面を含んでいても問題ないことは、容易に考えられるところである。
また、ここでは記録装置の搬送部について説明を行ったが、ギア列を有し、伝達精度を要求されるものであれば適用可能な技術であることは言うまでもない。
1 記録装置
4 支持軸
4a 円筒部
4b〜4e 突起部
5 ストッパ
100 給紙部
200 用紙搬送部
203 搬送ローラ
204 搬送ローラギア
207 排紙ローラ
208 排紙ローラギア
210 アイドラギア
210a アイドラギア内周面
d1、d2 アイドラギアと支持軸突起部との隙間
θf 搬送ローラギアのアイドラギア水平線からなす角度
θo 排紙ローラギアのアイドラギア水平線からなす角度
Ff 搬送ローラからの入力荷重
Fo 排紙ローラの負荷
T アイドラギアの慣性モーメント
N1 支持軸突起部4bでの垂直抗力
N2 支持軸突起部4cでの垂直抗力
F1 支持軸突起部4bでの摩擦力(=μ・N1)
F2 支持軸突起部4cでの摩擦力(=μ・N2)
θ1 支持軸突起部4bのアイドラギア水平線からなす角度
θ2 支持軸突起部4cのアイドラギア水平線からなす角度
α ギア圧力角
R ギアピッチ円半径
r アイドラギア軸受部内径
μ アイドラギアと支持軸との摩擦係数
θ3 支持軸突起部4dのアイドラギア水平線からなす角度
θ4 支持軸突起部4eのアイドラギア水平線からなす角度

Claims (14)

  1. ラジアル方向の力を受け、回転中心に円筒状の軸受部を有する回転体と、前記軸受部に挿入される支持軸とから構成される回転体支持装置において、
    前記支持軸は前記回転体の軸受部に内接する曲面を含む突起部を、少なくとも二ヶ所有する形状に形成されていることを特徴とする回転体支持装置。
  2. 前記支持軸に設けられた突起部は二ヶ所を一組として、前記回転体の軸受部に接触することを特徴とする請求項1に記載の回転体支持装置。
  3. 前記回転体は駆動を伝達する複数のギア列の中間に配置されるギアであり、当該ギアに接続する第一のギアから、当該ギアに接続する第二のギアへと駆動を伝達する、いわゆるアイドラギアであるとともに、当該ギアは前記支持軸に対して固定されておらず、自由に回転可能であることを特徴とする請求項1乃至2に記載の回転体支持装置。
  4. 前記複数の突起部のうち、主回転方向において当該ギア軸受部と当接する二ヶ所の突起部は、当該ギアの定義された所定位置において、当該ギアの軸受部に当接するように形成されていることを特徴とする請求項1乃至3に記載の回転体支持装置。
  5. 前記複数の突起部のうち、逆回転方向においてギア軸受部と当接する複数の突起部は、前記当該ギアの配置時において、当該ギア軸受部と所定の隙間をもって形成されていることを特徴とする請求項4に記載の回転体支持装置。
  6. 前記支持軸に設けられた複数の突起部のうち、前記回転体の回転時に前記回転体の軸受部と接触する二ヶ所の突起部は、前記回転体の回転時に概ね等荷重がかかるように配置されていることを特徴とする請求項1乃至2に記載の回転体支持装置。
  7. 前記支持軸はモールド材料で形成されていることを特徴とする請求項1乃至6に記載の回転体支持装置。
  8. ラジアル方向の力を受け、回転中心に円筒状の軸受部を有する回転体と、前記軸受部に挿入される支持軸とから構成される回転体支持装置において、
    前記支持軸は前記回転体の軸受部と略同心で、かつ前記軸受部内径よりも所定量小径の略円柱形状に形成された基部を有するとともに、
    その基部と一体で、かつ前記軸受部に内接する曲面を含む突起部を、少なくとも二ヶ所有する形状に形成されていることを特徴とする回転体支持装置。
  9. 前記回転体は、前記支持軸に固定され、前記回転体の軸受部を覆う形状を有する回転体規制部材によって、前記支持軸の軸方向への移動を規制されていることを特徴とする請求項1乃至8に記載の回転体支持装置。
  10. 駆動側のギアから受けた回転力を被駆動側のギアに伝達するアイドラギアと、
    前記アイドラギアの軸穴に貫通し、前記アイドラギアを回転可能に支持する支持軸と、
    前記支持軸の外周に突出する2個の突起とを有し、
    前記駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力と、前記被駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力は、前記アイドラギアの軸穴の内周面を前記2個の突起に押しつけるように作用するように前記駆動側のギアと、前記被駆動側のギアと、前記アイドラギアが配置されている駆動伝達装置。
  11. 前記駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力と、前記被駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力の合力の方向は、前記アイドラギアの軸穴の内周面から前記2個の突起の一方に作用する力の方向と、他方の突起に作用する力の方向の間である請求項10に記載の駆動伝達装置。
  12. 前記駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力と、前記被駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力の合力の方向と前記アイドラギアの軸穴の内周面から前記2個の突起の一方に作用する力の方向のなす角度と、前記合力と前記軸穴の内周面から他方の突起に作用する力の方向のなす角度はほぼ等しい請求項10に記載の駆動伝達装置。
  13. 前記駆動側のギアを逆方向に回転した時に、前記駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力と、前記被駆動側のギアが前記アイドラギアに作用する力によって、前記アイドラギアの軸穴の内周面が押しつけられる前記2個の突起とは異なる2個の突起をさらに有している請求項10に記載の駆動伝達装置。
  14. 前記被駆動側のギアによって回転力の伝達を受ける搬送手段と、前記搬送手段によって搬送される記録媒体に記録を行う記録手段を有する記録装置。
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