JP2014095416A - 駆動力伝達装置および画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】遊星歯車の公転時にこの遊星歯車に作用しうる摺動抵抗を減じる。
【解決手段】遊星歯車510の大径部511に対しては、第1板材561側に遊星歯車510を移動させようとするスラスト力F2が作用する。また、遊星歯車510の小径部512と、内歯歯車520とが噛み合うことで、遊星歯車510に対し、第1板材561側から離れる方向に遊星歯車510を移動させようとするスラスト力F3が作用する。また、遊星歯車510の小径部512に作用するスラスト力F3の方が、遊星歯車510の大径部511に作用するスラスト力F2よりも大きくなっている。この結果、図中矢印F5で示すスラスト力が遊星歯車510に作用するようになり、遊星歯車510は、回転円板540側に押し付けられるようになる。
【選択図】図5

Description

本発明は、駆動力伝達装置および画像形成装置に関する。
特許文献1には、エンジンの回転を伝達する入力軸と、この入力軸の回転速度を変速する自動変速機構と、入力軸と自動変速機構との間に設置され入力軸の回転方向を切り換える前後進切換機構と、入力軸と自動変速機構と前後進切換機構とを内部に設置するケースとを備えた自動変速機が開示されている。
特許文献2には、太陽歯車と内歯歯車の間に、これら両者に噛み合い、かつ、保持板に回転自在に支持された遊星歯車が設けられ、この遊星歯車を介して太陽歯車の回転を内歯歯車に伝達して外部に取り出すよう構成された遊星歯車装置において、内歯歯車と保持板との間と、遊星歯車の側面と保持板との間に、それぞれ高潤滑性材料からなるプレートが配置されている遊星歯車装置が開示されている。
特開2007−239910号公報 特開2001−304349号公報
本発明の目的は、遊星歯車の公転時にこの遊星歯車に作用しうる摺動抵抗を減じることにある。
請求項1に記載の発明は、駆動源から駆動力を受けて回転する太陽歯車と、前記太陽歯車と同軸上に配置された内歯歯車と、前記太陽歯車と前記内歯歯車とに噛み合う遊星歯車と、前記太陽歯車および前記内歯歯車と同軸上に設けられるとともに前記遊星歯車が取り付けられ、当該遊星歯車の公転に伴い回転する回転部材と、前記遊星歯車を前記回転部材に向けて付勢する付勢手段と、を備える駆動力伝達装置である。
請求項2に記載の発明は、前記遊星歯車および前記内歯歯車は、はすば歯車により構成され、前記遊星歯車と前記内歯歯車との噛み合いにより生じる軸方向力によって、当該遊星歯車の前記回転部材への付勢が行われることを特徴とする請求項1記載の駆動力伝達装置である。
請求項3に記載の発明は、前記駆動源は、前記太陽歯車を挟み前記回転部材とは反対側に配置されるとともに、モータにより構成され、前記太陽歯車および前記遊星歯車は、はすば歯車により構成され、前記太陽歯車と前記遊星歯車との噛み合いによって生じる軸方向力によって、前記モータから離れる方向へ当該太陽歯車が付勢されることを特徴とする請求項1記載の駆動力伝達装置である。
請求項4に記載の発明は、前記太陽歯車、前記遊星歯車、および、前記内歯歯車は、はすば歯車により構成され、前記駆動源は、前記太陽歯車を挟み前記回転部材とは反対側に配置されるとともに、モータにより構成され、前記遊星歯車と前記内歯歯車との噛み合いによって、当該遊星歯車を前記回転部材に向けて付勢する第1の軸方向力が当該遊星歯車に作用し、前記太陽歯車と前記遊星歯車との噛み合いによって、前記回転部材から離れる方向に向けて当該遊星歯車を付勢する第2の軸方向力が当該遊星歯車に作用し、前記第1の軸方向力の方が前記第2の軸方向力よりも大きくなるように構成されているとともに、前記第2の軸方向力の反作用として、前記モータから離れる方向へ前記太陽歯車を付勢する軸方向力が当該太陽歯車に作用することを特徴とする請求項1記載の駆動力伝達装置である。
請求項5に記載の発明は、形成される像を保持する像保持体と、前記像保持体の回転駆動に用いられる駆動源と、前記駆動源からの駆動力を前記像保持体に対して伝達する駆動力伝達装置と、を備え、前記駆動力伝達装置として、請求項1乃至4のいずれかに記載の駆動力伝達装置を用いた画像形成装置である。
請求項1の発明によれば、遊星歯車の公転時にこの遊星歯車に作用しうる摺動抵抗を減じることが可能になる。
請求項2の発明によれば、遊星歯車および内歯歯車をはすば歯車とすることで、回転部材への遊星歯車の付勢を行うことができるようになる。
請求項3の発明によれば、モータに接近する方向へ太陽歯車が付勢される場合に比べ、モータ音やモータにて生じる振動を低減可能となる。
請求項4の発明によれば、遊星歯車に作用する摺動抵抗の低減が可能になるとともに、モータに接近する方向へ太陽歯車を付勢する軸方向力が太陽歯車に作用する場合に比べ、モータ音やモータにて生じる振動の低減が可能となる。
請求項5の発明によれば、遊星歯車の公転時にこの遊星歯車に作用しうる摺動抵抗を減じることが可能な画像形成装置を提供することが可能となる。
本実施の形態に係る画像形成装置の構成例を示した図である。 駆動機構の断面図である。 図2における矢印III方向から駆動機構を眺めた場合の図である。 図3にて示した状態から一つの遊星歯車を取り外した後の状態を示した図である。 駆動機構に設けられた各歯車に作用するスラスト力を示した図である。 駆動機構の比較例を示した図である。 低減部材を設けた構成例を示した図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成例を示した図である。
同図に示す画像形成装置1は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部10、画像形成装置1全体の動作を制御する制御部31を備えている。さらには、例えばパーソナルコンピュータ(PC)3や画像読取装置(スキャナ)4等との通信を行って画像データを受信する通信部32、通信部32にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部33を備えている。
画像形成部10は、一定の間隔を置いて並列的に配置される4つの画像形成ユニット11Y,11M,11C,11K(「画像形成ユニット11」とも総称する)を備えている。各画像形成ユニット11は、トナー像を保持する像保持体として機能する感光体ドラム12、画像形成装置1の背面側(図中、奥側)に設けられ、感光体ドラム12の回転駆動を行う駆動機構50を備えている。詳細は後述するが、この駆動機構50は、回転駆動力を発生するモータ(後述)と、遊星歯車などを備えこのモータからの回転駆動力を感光体ドラム12に伝達する駆動力伝達装置とから構成されている。
また、各画像形成ユニット11は、感光体ドラム12の表面を予め定めた電位で帯電する帯電器13、帯電器13によって帯電された感光体ドラム12を各色画像データに基づき露光するLED(Light Emitting Diode)プリントヘッド14、感光体ドラム12上に形成された静電潜像を現像する現像器15、転写後の感光体ドラム12表面を清掃するドラムクリーナ16を備えている。ここで、画像形成ユニット11の各々は、現像器15に収納されるトナーを除いて同様に構成され、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
また、画像形成部10は、各画像形成ユニット11の感光体ドラム12にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト20、各画像形成ユニット11にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト20に順次転写(一次転写)する一次転写ロール21を備えている。さらに、中間転写ベルト20上に重畳して転写された各色トナー像を記録材である用紙Pに一括転写(二次転写)する二次転写ロール22、二次転写された各色トナー像を用紙P上に定着させる定着ユニット60を備えている。
本実施の形態の画像形成装置1では、制御部31による動作制御の下で、次のようなプロセスによる画像形成処理が行われる。すなわち、PC3やスキャナ4からの画像データは通信部32にて受信され、画像処理部33により予め定めた画像処理が施された後、各色毎の画像データとなって各画像形成ユニット11に送られる。
そして、例えばイエロー(Y)色のトナー像を形成する画像形成ユニット11Yでは、駆動機構50によって感光体ドラム12が矢印A方向に回転されるとともに、帯電器13によって、予め定めた電位で感光体ドラム12が帯電される。そして、画像処理部33から送信されたY色画像データに基づきLEDプリントヘッド14が感光体ドラム12を走査露光する。これにより、感光体ドラム12上にはY色の画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム12上に形成されたY色の静電潜像は現像器15により現像され、感光体ドラム12上にY色トナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット11M,11C,11Kにおいても、それぞれマゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色トナー像が形成される。
各画像形成ユニット11の感光体ドラム12に形成された各色トナー像は、一次転写ロール21により矢印B方向に移動する中間転写ベルト20上に順次静電転写(一次転写)され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。中間転写ベルト20上の重畳トナー像は、中間転写ベルト20の移動に伴って二次転写ロール22が配置された領域(二次転写部T)に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Tに搬送されると、そのタイミングに合わせて用紙保持部40から用紙Pが二次転写部Tに供給される。そして、重畳トナー像は、二次転写部Tにて二次転写ロール22が形成する転写電界により、搬送されてきた用紙P上に一括して静電転写(二次転写)される。
その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Pは、定着ユニット60まで搬送される。定着ユニット60に搬送された用紙P上のトナー像は、定着ユニット60によって熱および圧力を受け、用紙P上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置1の排出部に設けられた用紙積載部45に搬送される。
なお、一次転写後に感光体ドラム12に付着しているトナー(一次転写残トナー)、および二次転写後に中間転写ベルト20に付着しているトナー(二次転写残トナー)は、それぞれドラムクリーナ16、およびベルトクリーナ25によって除去される。
このようにして、画像形成装置1での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。
<駆動機構50の説明>
図2は、駆動機構50の断面図である。より具体的には、図1の矢印II方向から駆動機構50を眺めた場合における断面図である。
同図に示すように、本実施形態の駆動機構50には、駆動源の一例としてのモータMと、このモータMにより回転され太陽歯車としての役割を果たすモータピニオンMPとが設けられている。また、駆動機構50には、モータピニオンMPの周囲に配置されるとともにこのモータピニオンMPに噛み合った状態で配置された3つの遊星歯車510(図2では2つの遊星歯車510を表示)が設けられている。なお、この遊星歯車510は、例えば、POM(ポリオキシメチレン、ポリアセタール)により形成される。
また、駆動機構50には、モータピニオンMPと同軸上に配置された内歯歯車520が設けられている。ここで、この内歯歯車520は、円環状に形成されるとともに内周面にギアが形成され、且つ、3つの遊星歯車510の外側に配置され、この3つの遊星歯車510に噛み合うようになっている。また、駆動機構50には、3つの遊星歯車510の各々に対応するように3つ設けられ(図2では1つのみ表示)、且つ、遊星歯車510の軸心を貫通するように設けられ、遊星歯車510を回転可能な状態で支持する支持シャフト530が設けられている。
さらに、駆動機構50には、モータピニオンMPおよび内歯歯車520と同軸上に配置された回転円板(キャリア)540が設けられている。ここで、回転部材として機能するこの回転円板540は、径方向における中央部を中心に回転するようになっている。また、回転円板540には、上記支持シャフト530が取り付けられ、本実施形態では、回転円板540によって支持シャフト530が支持されるようになっている。また、本実施形態の駆動機構50では、回転円板540の径方向における中央部に取り付けられ、回転円板540からの回転駆動力を感光体ドラム12に伝達する伝達軸550が設けられている。
また、駆動機構50には、モータMを支持する第1板材561と、この第1板材561の対向位置に配置されるとともに第1板材561との間に間隙を有した状態で配置された第2板材562とが設けられている。ここで、上記にて説明した、モータピニオンMP、遊星歯車510、内歯歯車520、支持シャフト530、および、回転円板540は、この第1板材561と第2板材562との間に収められている。さらに、第1板材561と第2板材562との間に配置されるとともに円筒状に形成され、モータピニオンMP、遊星歯車510、内歯歯車520、支持シャフト530、および、回転円板540を内部に収容する収容部材563が設けられている。
ここで、駆動機構50による感光体ドラム12の回転がなされる際には、まず、モータMが駆動され、これに伴い、モータピニオンMPが回転駆動を行う。そして、モータピニオンMPが回転駆動を行うと、3つの遊星歯車510の各々が、自身の軸心を回転中心とした回転(自転)を行うようになる。また、3つの遊星歯車510の各々は、内歯歯車520と噛み合っているために、モータピニオンMPが設けられている箇所を中心として周回移動を行うようになる(公転を行うようになる)。
そして、3つの遊星歯車510の周回移動が開始されると、支持シャフト530もモータピニオンMPが設けられている箇所を中心として周回移動を行うようになり、これに伴い、回転円板540の回転が開始される。そして、回転円板540の回転が開始されると、伝達軸550の回転が開始され、これに伴い、感光体ドラム12が回転するようになる。なお、本実施形態の駆動機構50は、モータMの回転数よりも小さい回転数で伝達軸550が回転するようになり、駆動機構50は、減速機構としての役割も果たしている。
図3は、図2における矢印III方向から駆動機構50を眺めた場合の図である。なお、図3では、モータM、モータピニオンMP、第1板材561を取り外した状態を示している。
同図に示すように、また、上記に説明したように、本実施形態では、3つの遊星歯車510と、この3つの遊星歯車510の各々に対応するように設けられ、遊星歯車510を回転可能な状態で支持する支持シャフト530が設けられている。ここで、上記では説明を省略したが、3つの遊星歯車510は、正三角形の頂点に相当する箇所にそれぞれ配置されている。
なお、図2にて示したモータピニオンMPは、上記正三角形の中心に相当する箇所に配置され(図3にて符号3Aで示す箇所に配置され)、3つの遊星歯車510の全てに噛み合うようになっている。また、上記では説明を省略したが、図3に示すように、3つの遊星歯車510の各々は、はすば歯車により構成され、外周面に形成されている歯は、遊星歯車510の軸方向に対して傾斜した状態となっている。なお、図示は省略するが、はすば歯車により構成された遊星歯車510に噛み合わせるため、モータピニオンMPもはすば歯車により構成されている。
図4は、図3にて示した状態から二つの遊星歯車510を取り外した後の状態を示した図である。
上記では説明を省略したが、本実施形態の遊星歯車510は、外径の大きい大径部511と、この大径部511よりも外径の小さい小径部512とを備えている。そして、本実施形態では、小径部512が内歯歯車520の内周面に噛み合うようになっており、大径部511がモータピニオンMPに噛み合うようになっている。
また、本実施形態では、大径部511および小径部512の何れも、はすば歯車により構成され、また、内歯歯車520についても、はすば歯車により構成されている。なお、本実施形態では、大径部511の外周面に形成された歯が延びる方向(ねじれ方向)と、小径部512の外周面に形成された歯が延びる方向(ねじれ方向)とが異なっている(逆となっている)。
ところで、本実施形態のように、はすば歯車を用いた場合、はすば歯車の軸方向に向けて、はすば歯車を移動させようとするスラスト力(軸方向力)が各はすば歯車に作用するようになる。ここで、本実施形態における駆動機構50では、モータピニオンMP、遊星歯車510、内歯歯車520の各々に対し、図5(駆動機構50に設けられた各歯車に作用するスラスト力を示した図)の矢印F1〜F5に示すスラスト力が作用するようになっている。付言すると、本実施形態では、各はすば歯車の外周面に形成された歯のねじれ方向およびねじれ角が予め調整され、モータピニオンMP、遊星歯車510、内歯歯車520の各々に対し、矢印F1〜F5に示す向きのスラスト力が作用するようになっている。
具体的に説明すると、まず、モータピニオンMPに対しては、モータMからこのモータピニオンMPを引き離そうとするスラスト力F1(モータMから離れる方向へモータピニオンMPを付勢するスラスト力F1)が作用するようになっている。これにより、本実施形態では、モータM内に設けられた転がり玉軸受(ボールベアリング、不図示)に加えられている予圧の作用方向と同じ方向にモータピニオンMPが引っ張られる形となる。これにより、予圧の作用方向とは逆方向にスラスト力F1が作用する場合に比べ、騒音や振動が抑えられるようになっている。
その一方で、遊星歯車510の大径部511に対しては、第1板材561側(モータM側)に遊星歯車510を移動させようとするスラスト力F2が作用するようになっている。付言すると、回転円板540から離れる方向に向けて遊星歯車510を付勢するスラスト力F2(第2の軸方向力)が遊星歯車510に作用するようになっている。さらに説明すると、本実施形態では、モータMからモータピニオンMPを引き離そうとするスラスト力F1が遊星歯車510からモータピニオンMPに作用する結果、反作用として、回転円板540から離れる方向に向けて遊星歯車510を付勢するスラスト力F2が遊星歯車510に作用するようになっている。
また、本実施形態では、遊星歯車510の小径部512と、内歯歯車520とが噛み合うことで、各遊星歯車510に対し、第1板材561側(モータM側)から離れる方向に遊星歯車510を移動させようとするスラスト力F3が作用するようになっている。付言すると、各遊星歯車510に対し、遊星歯車510を回転円板540に向けて付勢するスラスト力F3(第1の軸方向力)が作用するようになっている。なお、内歯歯車520に対しては、反作用として、第1板材561側(モータM側)に内歯歯車520を移動させようとするスラスト力F4が作用するようになる。
また、本実施形態では、遊星歯車510の小径部512に作用するスラスト力F3の方が、遊星歯車510の大径部511に作用するスラスト力F2よりも大きくなっている。付言すると、スラスト力F3の方がスラスト力F2よりも大きくなるように、モータピニオンMP、遊星歯車510、および、内歯歯車520が予め設計されている。この結果、本実施形態では、図中矢印F5で示すスラスト力が遊星歯車510の各々に作用するようになり、各遊星歯車510が、回転円板540側に押し付けられるようになる(付勢されるようになる)。
図6は、駆動機構50の比較例を示した図である。
はすば歯車では、外周面に形成された歯の傾斜方向によって、スラスト力の作用方向が異なるようになる。ここで、例えば、遊星歯車510の小径部512の外周面に形成されている歯の傾斜方向、および、内歯歯車520の内周面に形成されている歯の傾斜方向を、本実施形態における傾斜方向とは逆にした場合、図6の矢印F6に示すように、遊星歯車510の小径部512に対して、遊星歯車510を第1板材561に向けて付勢するスラスト力が作用するようになる。かかる場合、各遊星歯車510は、第1板材561側に押し付けられるようになる。
ところで、各遊星歯車510は、上記のとおり、モータピニオンMPが設けられている箇所を中心として公転を行う。このため、遊星歯車510が第1板材561側に押し付けられると、遊星歯車510の公転時に、遊星歯車510の各々に対して抗力が作用するようになる。そしてこの場合、感光体ドラム12の回転精度が低下するおそれがある。また、このような抗力が作用する場合、摩耗によって遊星歯車510等の寿命が短くなりやすくなる。
なお、図7(低減部材を設けた構成例を示した図)に示すように、遊星歯車510(図7では不図示)が押し付けられる側に、樹脂などにより構成され、第1板材561(図6参照)側と遊星歯車510との摺動抵抗を低減させる低減部材590を設けることで、遊星歯車510に作用する上記抗力を低減できるようになるが、この場合は、部品点数の増加を招いてしまう。
一方で、本実施形態における構成では、図5にて説明したとおり、各遊星歯車510は、遊星歯車510とともに移動する回転円板540に対して押し付けられる。この結果、本実施形態では、遊星歯車510に対して作用する上記抗力が低減されるようになる。付言すると、遊星歯車510の自転時に遊星歯車510に対して抗力が作用する点においては、本実施形態の構成と上記比較例の構成とは同じであるが、遊星歯車510の公転時には、本実施形態の方が比較例に比して、遊星歯車510に作用する抗力が小さくなる。
なお、本実施形態でも、回転円板540に対しては遊星歯車510が押し付けられ、遊星歯車510と回転円板540との間で摩耗が生じるようになる。ここで、遊星歯車510の回転円板540に対する押し付け力が大きすぎると、摩耗が進行し装置寿命に影響を与えるおそれがある。
このため、本実施形態では、遊星歯車510の小径部512の外周面に形成された歯の傾斜角度(ねじれ角)や、内歯歯車520の内周面に形成された歯の傾斜角度(ねじれ角)などを調整することで、遊星歯車510の回転円板540に対する押し付け力が過大にならないようにしている。より具体的には、遊星歯車510と回転円板540との間におけるPV値(荷重圧力×回転速度)が限界PV値以下となるようにしている。これにより、装置の短寿命化を防いでいる。
なお、上記では、感光体ドラム12の回転駆動に駆動機構50を用いた場合を説明したが、駆動機構50は、他の部分の回転駆動に用いるようにしてもよい。例えば、用紙Pの搬送を行う搬送ロールや、中間転写ベルト20の回転駆動を行う駆動ロールなどの駆動に用いるようにしてもよい。また、本実施形態では、画像形成装置1の一部の駆動に駆動機構50を用いた場合を一例に説明したが、画像形成装置1に限らず、他の装置に設けられた回転部材の駆動に上記駆動機構50を用いるようにしてもよい。
また、上記では、はすば歯車に形成された歯の傾斜を利用することで、回転円板540への遊星歯車510の付勢を行ったが、ばねなどの付勢部材を用い、回転円板540への遊星歯車510の付勢を行うようにしてもよい。
1…画像形成装置、12…感光体ドラム、510…遊星歯車、520…内歯歯車、540…回転円板、M…モータ、MP…モータピニオン

Claims (5)

  1. 駆動源から駆動力を受けて回転する太陽歯車と、
    前記太陽歯車と同軸上に配置された内歯歯車と、
    前記太陽歯車と前記内歯歯車とに噛み合う遊星歯車と、
    前記太陽歯車および前記内歯歯車と同軸上に設けられるとともに前記遊星歯車が取り付けられ、当該遊星歯車の公転に伴い回転する回転部材と、
    前記遊星歯車を前記回転部材に向けて付勢する付勢手段と、
    を備える駆動力伝達装置。
  2. 前記遊星歯車および前記内歯歯車は、はすば歯車により構成され、
    前記遊星歯車と前記内歯歯車との噛み合いにより生じる軸方向力によって、当該遊星歯車の前記回転部材への付勢が行われることを特徴とする請求項1記載の駆動力伝達装置。
  3. 前記駆動源は、前記太陽歯車を挟み前記回転部材とは反対側に配置されるとともに、モータにより構成され、
    前記太陽歯車および前記遊星歯車は、はすば歯車により構成され、
    前記太陽歯車と前記遊星歯車との噛み合いによって生じる軸方向力によって、前記モータから離れる方向へ当該太陽歯車が付勢されることを特徴とする請求項1記載の駆動力伝達装置。
  4. 前記太陽歯車、前記遊星歯車、および、前記内歯歯車は、はすば歯車により構成され、
    前記駆動源は、前記太陽歯車を挟み前記回転部材とは反対側に配置されるとともに、モータにより構成され、
    前記遊星歯車と前記内歯歯車との噛み合いによって、当該遊星歯車を前記回転部材に向けて付勢する第1の軸方向力が当該遊星歯車に作用し、
    前記太陽歯車と前記遊星歯車との噛み合いによって、前記回転部材から離れる方向に向けて当該遊星歯車を付勢する第2の軸方向力が当該遊星歯車に作用し、
    前記第1の軸方向力の方が前記第2の軸方向力よりも大きくなるように構成されているとともに、前記第2の軸方向力の反作用として、前記モータから離れる方向へ前記太陽歯車を付勢する軸方向力が当該太陽歯車に作用することを特徴とする請求項1記載の駆動力伝達装置。
  5. 形成される像を保持する像保持体と、
    前記像保持体の回転駆動に用いられる駆動源と、
    前記駆動源からの駆動力を前記像保持体に対して伝達する駆動力伝達装置と、
    を備え、
    前記駆動力伝達装置として、請求項1乃至4のいずれかに記載の駆動力伝達装置を用いた画像形成装置。
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