JP2016173112A - はすば歯車駆動伝達装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】片持ち支持の駆動はすば歯車と被駆動用はすば歯車のかみ合いにおいて、駆動はすば歯車の軸の傾きによる軸変位と被駆動はすば歯車の歯面たわみ量とを同等に設定することで、かみ合い時に発生する回転方向の振動や、歯車周辺の並進方向への振動（起振力）や、周辺部に影響を与える振動伝播を夫々低減する。【解決手段】駆動はすば歯車と、該駆動はすば歯車とかみ合って駆動される被駆動はすば歯車と、駆動はすば歯車の軸部を回転自在に軸支する駆動歯車軸受部と、被駆動はすば歯車の軸部を回転自在に軸支する被駆動歯車軸受部と、を備え、駆動はすば歯車のかみ合い始めの軸方向の位置が駆動歯車軸受部から離れている側とし、かつ、駆動はすば歯車に加わる負荷トルクと駆動はすば歯車の軸受部の軸受け剛性とにより定まる駆動はすば歯車の回転軸の傾きによる軸変位と、被駆動はすば歯車の歯面たわみ量とを同等にした。【選択図】図２

Description

本発明は、はすば歯車駆動伝達装置、及び画像形成装置に関し、例えば画像形成装置の歯車駆動機構に適用されることにより駆動はすば歯車と被駆動はすば歯車とのかみ合い時に発生する回転方向の振動や周囲部に影響を与える振動の伝播を低減することを可能とした技術に関する。

各種の機械装置、例えばプリンタ、複写機、ファクシミリ、印刷装置等々の画像形成装置に装備される駆動力伝達機構には、歯車駆動伝達装置が用いられている（特許文献１、２）。
特に、製品の小型化、軽量化、高速化が進む画像形成装置では安価で軽いプラスチック歯車が多用され、歯のたわみである歯面自体の曲げ変形が問題となると共に、歯のたわみを原因とする回転ムラや振動問題が発生する。

また、画像形成装置の小型化に伴って、歯車列を配置するスペースが少なくなり、歯車の数を少なくするために、例えば、駆動モータの出力軸に歯車の歯を形成したり、或いは歯車を中心としてその両側に軸受を配置せず、歯車軸を片側のみで支持する、いわゆる、片持ち方式が採用されたりしている。そのため、歯車軸の傾きに伴う回転ムラの悪化や歯車の起振力の増加が懸念される。
例えば、画像形成装置では歯車駆動系周囲部にレーザー書き込み系などが配置されることが多く、歯車のかみ合い時の起振力により書き込み系内部のレンズやミラー等が振動して画像品質を劣化させる。また、回転方向の回転ムラだけでなく、歯車周辺の並進方向の振動低減や振動に伴う装置の騒音問題が重要な課題である。
特許文献１には、はすば歯車を用いた駆動伝達機構において、歯車のスラスト弾性変化に伴う歯面位置の変化を軽減するため、歯車を支持している軸を傾けて設定した駆動伝達機構、及び画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２には、プラスチックはすばギヤにスラスト荷重が加わる実稼働時のかみ合い位置において、高精度な歯形や歯スジを保つはすばギヤが開示され、実稼働時のスラスト荷重によるギヤ歯車の変位をキャンセルするようにギヤ歯部をギヤ軸心に対して傾けて形成した駆動力伝達装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１、及び特許文献２に記載の従来技術は、大口径の歯車のスラスト方向の弾性変形には有効であるが、口径が小さい場合や歯車の歯自体の曲げ変形（歯を梁として見た場合のたわみに相当するもの）や、負荷トルクに伴う歯車軸受けの弾性変形に伴う軸の傾きに対しては効果がないという不具合があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、片持ち支持の駆動はすば歯車と被駆動用はすば歯車のかみ合いにおいて、駆動はすば歯車の軸の傾きによる軸変位と被駆動はすば歯車の歯面たわみ量とを同等に設定することで、かみ合い時に発生する回転方向の振動（回転ムラ）や、歯車周辺の並進方向への振動（起振力）や、周辺部に影響を与える振動伝播を夫々低減することを可能にしたはすば歯車駆動伝達装置、及び画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、駆動はすば歯車と、該駆動はすば歯車とかみ合って駆動される被駆動はすば歯車と、駆動はすば歯車の軸部を回転自在に軸支する駆動歯車軸受部と、被駆動はすば歯車の軸部を回転自在に軸支する被駆動歯車軸受部と、を備えたはすば歯車駆動伝達装置において、駆動はすば歯車のかみ合い始めの軸方向の位置が駆動歯車軸受部から離れている側とし、かつ、駆動はすば歯車に加わる負荷トルクと駆動はすば歯車の軸受部の軸受け剛性とにより定まる駆動はすば歯車の回転軸の傾きによる軸変位と、被駆動はすば歯車の歯面たわみ量とを同等にしたことを特徴とする。

本発明によれば、駆動はすば歯車と被駆動はすば歯車の２つの歯車のかみ合い時に発生する回転方向の振動（回転ムラ）や、歯車周辺の並進方向への振動（起振力）や、周辺部に影響を与える振動伝播を夫々低減することができる。

本発明の実施形態に係る歯車駆動伝達装置を適用する画像形成装置の一例としてのカラープリンタの内部構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るはすば歯車駆動伝達装置の構成を示す説明図である。 （ａ）は駆動はすば歯車６５にかみ合い力Ｆが加えられていない状態を示す図、（ｂ）は駆動はすば歯車６５にかみ合い力Ｆが加えられた状態を示す図である。 駆動はすば歯車６５の傾きを説明するための図である。 駆動軸心が傾斜した場合の歯幅中央における歯の断面と、歯幅上端における歯の断面との位置関係を示した図である。 はすば歯車の歯の変形を説明するための図である。 （ａ）は駆動軸心と従動軸心とが平行を保った状態で歯面の変形が発生した状態を説明するための図、（ｂ）は駆動軸心と駆動軸心とが非平行状態で歯面の変形が発生した状態を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るはすば歯車駆動伝達装置の構成を示す正面縦断面図ある。 本発明の第３の実施形態に係るはすば歯車駆動伝達装置の構成を示す正面縦断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す図であり、（ａ）は駆動はすば歯車６５の傾きを説明するための図、（ｂ）は駆動はすば歯車６５の歯幅を変化させた図である。 本発明の第５の実施形態を説明するための図である。 本発明の第６の実施形態を説明するための図であり、（ａ）は駆動側、従動側の歯車に変形が生じていない場合の模式図、（ｂ）は駆動側、従動側の歯車に金属製のものを用いた場合の状態を表す模式図、（ｃ）は駆動側歯車を金属製、従動側歯車を樹脂製のものを用いた場合の状態を表す模式図である。 本発明の第７の実施形態に係るはすば歯車伝達駆動装置の説明図である。 本発明の第８の実施形態に係るはすば歯車伝達駆動装置の説明図である。 本発明の第９の実施形態に係るはすば歯車伝達駆動装置の説明図である。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るはすば歯車駆動伝達装置を適用する画像形成装置の一例としてのカラープリンタの内部構成を示す概略図である。
カラープリンタ１は、記録紙上に画像を形成する画像形成部２、画像形成部に記録紙を搬送する記録紙搬送部２０、記録紙上の未定着トナー像を定着させる定着部２５、排紙部３０、制御手段等を備えており、カラープリンタ１の歯車を用いた駆動機構にははすば歯車駆動伝達装置５０が組み込まれている。

画像形成部２は、駆動ローラ３、従動ローラ４、及び加圧ローラ５によってエンドレスに張設されて矢印方向へ走行する中間転写ベルト６と、中間転写ベルト６の一つの走行面に沿って順次配置されて一方向に回転するイエロー感光体ドラム８、シアン感光体ドラム９、マゼンタ感光体ドラム１０、ブラック感光体ドラム１１と、各感光体ドラム外周面に沿って夫々配置された帯電部、露光部、現像部、一次転写部、クリーニング部等と、各感光体ドラムの露光部に画像情報を書き込むレーザー書込み部１２と、中間転写ベルト６を間に挟んで加圧ローラ５と対向配置された二次転写ローラ１４（二次転写部）と、各可動部材を駆動するための駆動系と、を概略備えている。
記録紙搬送部２０は、画像形成部２の下方に配置された給紙装置２１と、給紙装置２１から加圧ローラ５と二次転写ローラ１４とのニップ部（二次転写部）を経て定着部２５、排紙部３０へ向けて延びる搬送経路２２と、搬送経路を構成するローラ、ベルト等の搬送部材を駆動する搬送駆動系と、を備えている。
画像形成部２、定着部２５、記録紙搬送部２０等は制御手段によって制御される。

帯電部によって予め一様に帯電された各感光体ドラム８〜１１の表面（露光部）には、レーザー書込み部１２から色毎の画像情報に応じたレーザー光が照射されて各色の画像情報に応じた静電潜像が形成される。各感光体ドラムに配置された色毎の現像部から各静電潜像に対してトナーが供給されて可視像化される。各感光体ドラムの回転に同期して中間転写ベルト６が走行し、各一次転写部において、中間転写ベルト６上にイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、ブラックトナー像が順次重ね転写される。この重ね転写像は二次転写部に達したときに給紙装置２１から供給された記録紙上に一括転写され、その後定着部２５において定着されて排紙部３０へ排出される。
画像形成装置には、稼動する部品が多数あり、夫々に多数の歯車が使用されている。例えば、歯車同士の噛合部で発生した起振力が書き込みユニット内のミラー等を振動させると、濃度ムラであるバンディングとなり画像品質を低下させていた。

以下に説明する各実施形態に係るはすば歯車駆動伝達装置を各歯車伝達機構に適用することにより、起振力を低減させ、画像品質の低下を回避できる。
即ち、本発明に係るはすば歯車駆動伝達装置５０は、例えば画像形成部２を構成する可動部材である感光体ドラム、現像部を構成する現像ローラ（現像タンク内で回転することにより周面のトナーを感光体に付着させる部材）、中間転写ベルト駆動ローラ３、二次転写ローラ１４等を駆動する駆動機構に含まれる歯車伝達機構に適用されることにより、歯車同士のかみ合い時に発生する回転方向の振動（回転ムラ）や周辺部に影響を与える振動伝播を低減することを可能にする。

＜第１の実施形態＞
図２は本発明の一実施形態に係るはすば歯車駆動伝達装置の構成を示す説明図である。
図２において、平板状の側板５２の一面には、断面形状がコ字状のフレーム５３の基端部が固定され、側板５２とフレーム５３との間には歯車等を収容する空間が形成されている。フレーム５３は、並行に配置された二枚の縦板５４ａ、５４ｂの先端縁間を側板５２と並行な横板５５で連結した構成を有する。側板５２と横板５５との間には駆動軸６０と被駆動軸７０とが並行に配置されている。駆動軸６０は、横板５５に設けた駆動歯車軸受部である軸受ユニット８０の軸受８０ａ、８０ｂにより駆動はすば歯車６５の歯面に対して片持ちの状態で回転自在に軸支されている。また、被駆動軸７０は、側板５２に設けた被駆動歯車軸受部である軸受部５２ａとフレームの横板５５に設けた軸受部５５ａによって両端部を回転自在に軸支されている。駆動軸６０は図示を省略したモータ等の駆動源によって回転駆動される。

被駆動軸７０には各種負荷７２、例えば感光体ドラム、現像ローラ、中間転写ベルトの駆動ローラ等が接続されている。駆動軸６０には駆動はすば歯車（ねじれ方向が左）６５の軸心が固定されており、被駆動軸７０には被駆動はすば歯車（ねじれ方向が右）７５の軸心が固定され、両歯車はかみ合っている。また駆動はすば歯車のかみ合い始めの軸方向の位置は軸受ユニット８０から遠方、すなわち、符号Ｓで示した位置であり、かみ合いの終わりの軸方向の位置は軸受ユニット８０側、すなわち、符号Ｆで示した位置である。なお、以下の説明においては、駆動はすば歯車を駆動歯車、被駆動はすば歯車を被駆動歯車若しくは従動歯車と、被駆動軸を従動軸ということがある。

駆動軸６０には、モータからのトルクが加わり、このトルクを駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５とから成る歯車対により減速し、被駆動軸７０に連結された負荷７２を駆動する。歯車の歯のかみ合いで発生する起振力や周波数は、歯車の回転速度（回転／秒）と歯数（歯）の積から求められ、これをかみ合い周波数と呼ぶ。負荷が加わった歯車が稼動すると、このかみ合い周波数に応じた回転ムラや起振力が発生し、駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５の各軸受８０ａ、８０ｂ、５２ａ、５５ａに作用力、反作用力として周期的（かみ合い周波数）な力が加わる。

また、図２に示したように駆動はすば歯車６５の軸受方式が片持ち、すなわち、軸方向に駆動はすば歯車６５を挟む形で軸受が配置されず、駆動はすば歯車６５の軸方向の一方のみを軸支されている場合には、負荷トルクＴに対応した歯車かみ合い力Ｆ（＝Ｔ／ｒ、ｒは駆動はすば歯車のピッチ半径）と軸受剛性Ｋｂによって歯車が傾く。

図３（ａ）は駆動はすば歯車６５にかみ合い力Ｆが加えられていない状態を示す図であり、図３（ｂ）は駆動はすば歯車６５にかみ合い力Ｆが加えられた状態を示す図である。図４は図３（ｂ）に示した駆動はすば歯車６５の傾きを説明するための拡大図であり、図５は駆動軸心が傾斜した場合の駆動はすば歯車の歯幅中央における歯の断面と、歯幅上端における歯の断面との位置関係を示した図である。
駆動はすば歯車６５にかみ合い力Ｆが加わると、駆動はすば歯車６５の軸受方式が片持ちであるため、駆動軸６０の駆動軸心はかみ合い力Ｆが加わっていない状態と比較して図３（ｂ）若しくは図４に示すようにδθ傾斜することになる。この場合、駆動はすば歯車６５の歯幅ｂの中央（直線ＣＬ）を基準として考えると、かみ合い力Ｆが加わっていない初期の駆動軸心と被駆動軸心との軸間距離Ｌ０は駆動軸６０の傾斜によって広がり、その距離はＬ０＋δＬになる。そのため、駆動はすば歯車６５の歯幅ｂの軸受８０ａ、８０ｂから離れている上端側では、δθ・ｂ／２の距離で歯面が遅れてかみ合い始め、一方、軸受８０ａ、８０ｂに近い、駆動はすば歯車６５の下端側ではδθ・ｂ／２の距離で歯面が早くかみ合い始めることとなる。なお、図４においては歯面のかみ合いが遅れる距離をプラス（＋）、歯面のかみ合いが早まる距離をマイナス（−）として表示している。
この状態における駆動はすば歯車６５の歯幅ｂの中央の歯の断面と、軸受８０ａ、８０ｂから離れている上端側の歯の断面との位置関係は図５に示す状態となる。すなわち、歯幅中央の歯の断面６５ａに対し、歯幅ｂの上端の歯の断面６５ｂは駆動軸心の傾きに応じて歯面法線に対してδθ・ｂ／２だけずれ、作用線（歯面法線）におけるかみ合い遅れ量はδθ・ｂ／２・ｓｉｎαで表すことができる。

図６ははすば歯車の歯の変形を説明するための図、図７（ａ）は駆動軸心と従動軸心とが平行を保った状態で、歯面の変形が発生した状態を説明するための図、（ｂ）は駆動軸心と駆動軸心とが非平行状態で、歯面の変形が発生した状態を説明するための図である。なお、後述する歯面のたわみは歯車を構成する部材の剛性等により決定し、かつ、駆動はすば歯車６５及び被駆動はすば歯車７５のいずれの歯面にも生じるが、特に図６、図７、図１２における説明では、理解を容易にするため駆動はすば歯車６５の歯面はたわみ等の変形を生じず、被駆動はすば歯車７５の歯面にのみたわみ等の変形が生じる場合を例に挙げて説明する。
被駆動はすば歯車７５の断面形状は駆動はすば歯車６５による負荷トルクが加わっていない場合には理想的な歯車曲線であるインボリュート曲線であり、このような形状の歯車は駆動はすば歯車に対して滑らかなすべり接触からかみ合いが始まる。しかし、負荷トルクが歯面に加わると、歯面に変形が生じ、歯の断面形状はインボリュート曲線からずれ、滑らかな滑り接触によるかみ合いが行われなくなる。
従って、駆動歯車軸６０と被駆動歯車軸７０とが平行を保った状態で被駆動はすば歯車７５の歯７５ａに変形（たわみ）が生じると、図７（ａ）に示したように、被駆動はすば歯車７５のＡ部における歯のたわみにより次にかみ合い始まる歯７５ｂまでのピッチ間距離（歯７５ａと歯７５ｂとの間隔（Ａ−Ａ’））が広がる。このため、次にかみ合いが始まる歯７５ｂの歯先Ａ’は駆動はすば歯車６５の歯のＢ部と衝突する。これが回転ムラや起振力の要因となっている。

一方、駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５とがかみ合い、かみ合い力Ｆが加わると、前述したように駆動はすば歯車６５の軸心と被駆動はすば歯車７５の軸心との軸間距離がＬ０＋δＬとなり、さらにかみ合いによる負荷トルクの影響により被駆動はすば歯車７５の歯面に変形が生じる。この際の歯幅中央における歯の断面形状は図７（ｂ）に示すような状態となる。すなわち、駆動はすば歯車６５の駆動軸心が傾いたことで、駆動はすば歯車６５の歯面は実線で示したように下がる（作用線上でかみ合い点が遅れる方向）方向に移動する。従って、被駆動はすば歯車７５の歯面にたわみが生じて歯７５ａと歯７５ｂとの間隔（Ａ−Ａ’）が広がっても、駆動はすば歯車６５は駆動軸心の傾斜によりかみ合い点が遅れ、被駆動はすば歯車７５の歯先Ａ’と駆動はすば歯車６５の歯のＢ部とは衝突することなく滑らかなかみ合いとなり、回転ムラや起振力を小さくすることができる。なお、図７（ｂ）において点線で示した駆動はすば歯車６５は歯のずれ量を理解するために示したものであり、図７（ｂ）中の点線で示した駆動はすば歯車６５は、図７（ａ）の駆動はすば歯車６５の状態（位置）と同一である。

このように、負荷トルクによる被駆動はすば歯車７５の歯面の弾性変形による撓み量と、かみ合い力Ｆによる駆動はすば歯車６５の軸傾斜に起因するかみ合い遅れ量とを同等とすることで、滑らかなかみ合いを実現することができる。なお、滑らかなかみ合いを実現するには歯車のかみ合い始めの側でかみ合い点が遅れることが必要であり、本実施例のように駆動はすば歯車の歯のねじれ方向が左の場合には、駆動軸６０は負荷側から見てＣＷ方向（時計回り）の回転方向にする必要がある。また、駆動はすば歯車６５の歯のねじれ方向が右の場合には駆動軸６０は負荷側から見てＣＣＷ方向（反時計回り）に回転させればよい。

＜第２の実施形態＞
図８は第２の実施形態に係る歯車駆動伝達装置の構成を示す正面縦断面図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
この実施形態では、駆動はすば歯車６５をモータ（駆動源）９０の軸上に形成した点が特徴的である。モータ９０はハウジング９３内に磁石９５と、コイルが巻き回されたステータ９６と、出力軸であるシャフト９７とシャフト軸受９８ａ、９８ｂから構成し、横板５５の下面にモータベース９９を介して取り付けられている。このモータ９０は、いわゆるアウターロータ型のブラシレス・モータである。シャフト９７の上端部には駆動はすば歯車６５が形成されている。
モータ９０のシャフト９７に直接駆動はすば歯車６５を形成することで、小径の駆動はすば歯車を得ることができ、大口径の被駆動はすば歯車７５と組み合わせることで大きな減速比を得ることができ、かつ、省スペースでの配置が可能となる。

また、駆動源であるモータ９０の歯車は駆動系動力の最上流で駆動力を供給する歯車であるため、駆動力の下流の歯車すべてに影響を及ぼすこととなる。また全ての負荷が集中するので、被駆動はすば歯車の歯面に与える負荷トルクの影響も最も大きい個所である。従って、モータ出力における回転ムラや起振力を小さくすることは駆動系を設計する上で非常に重要である。
この第２の実施形態においても、モータ９０のシャフト９７は駆動はすば歯車６５からみてシャフト軸受９８ａ、９８ｂにより片持ちの状態で軸支されており、駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５とがかみ合い、被従動はすば歯車７５の歯面に負荷トルクが加わり、歯面が撓んだ場合であっても、駆動はすば歯車６５が形成されたシャフト９７の軸心の傾きによりかみ合い始めが遅れ、駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５との歯のかみ合いは図７（ｂ）に示した状態となり、滑らかな滑り接触からかみ合いを始めることができる。

＜第３の実施形態＞
図９は第３の実施形態に係るはすば歯車駆動伝達装置の構成を示す正面縦断面図である。上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
この実施形態は図２に示した実施形態と同様に、駆動はすば歯車６５の軸方向の一方のみを軸受８０ａ、８０ｂにより回転自在に軸支しているため、駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５とのかみ合いにより負荷トルクＴに対応した歯車かみ合い力Ｆ（＝Ｔ／ｒ、ｒは駆動はすば歯車のピッチ半径）と軸受剛性Ｋｂによって駆動はすば歯車の駆動軸６０が傾くが、軸受剛性Ｋｂのみならず、軸受ユニット８０が取り付けられた横板５５の剛性によっても駆動軸６０の傾斜が生じる状態を示している。
従って、駆動軸６０の傾き量を見積もる場合には、軸受剛性Ｋｂと軸受ユニット８０を支持する板金や樹脂モールドからなる横板５５の肉厚等に起因する支持剛性をも考慮する必要がある。図に示したように軸受ユニット８０を支持する横板５５が駆動軸６０の傾きを増す方向で弾性変形する場合には、弾性変形しない場合に比してよりかみ合いが遅れる方向となるので、その遅れ量を利用して歯車のかみ合い初めに歯が衝突することなく滑らかなかみ合いとし、回転ムラや起振力を小さくすることができる。

例えば、図８に示したように駆動はすば歯車６５をモータ９０のシャフト９７に片持ちで形成するような場合、モータ９０のシャフト軸受９８ａ、９８ｂにおける軸受剛性が高く、シャフト９７に所望の傾きが得られない場合には、モータベースを取り付けている横板５５の剛性を所望のものとすることで、シャフト軸受９８ａ、９８ｂによる駆動軸６０の傾斜が得られなくとも駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５とがかみ合った際に、モータ９０の全体が傾斜し、シャフト９７が所望角度傾斜するよう構成することも可能である。

また、横板５５が駆動軸６０の傾きを減らす方向で弾性変形するよう横板５５の板厚等を設計し、軸受ユニット８０の軸受剛性と横板５５の支持剛性との合成により所望の角度駆動軸６０が傾くようにしても良い。
このように軸受剛性を考慮するにあたり、軸受を支持する部材の剛性を含めることで、軸受を支持する構造体が堅牢でない場合であっても、正確な軸変位を求めることができ、狙いとする歯面たわみ量に適した駆動軸変位となるよう設計することができる。
その結果、回転ムラと起振力の軽減を効率よく実施することができる歯車駆動伝達装置を提供することができる。

＜第４の実施形態＞
図１０は本発明の第４の実施形態を示す図であり、図１０（ａ）は駆動はすば歯車６５の傾きを説明するための図であり、図４に示したものと同一である。図１０（ｂ）は駆動はすば歯車６５の歯幅を変化させた図である。
前述したように、駆動はすば歯車６５の駆動軸６０の傾きによる軸変位はδθ・ｂ／２であり、その軸変位量は駆動軸６０の傾き量とはすば歯車の歯幅ｂの１／２の長さに比例する。従って、図１０（ｂ）に示したように駆動はすば歯車６５の歯幅を例えばｂ’（＝２ｂ）に設定すると、歯車のかみ合い初めである歯車上端における軸変位は、図１０（ａ）に示したものの２倍となる。換言すれば、被駆動はすば歯車７５の歯面たわみ量と駆動軸６０の変位とを同等とするために、駆動はすば歯車６０の歯幅を調整することで軸変位量を自由に設定することができる。これにより、所望の軸変位量を得るために軸受剛性を変更せず、すなわち、軸受ユニット８０やモータ９０或いは軸受ユニット８０やモータ９０が取り付けられる横板５５等の部材の種類や構成を変えることなく軸変位量を変化させることができる。
駆動はすば歯車の歯幅を変化させることにより、狙いとする歯面たわみ量に適した駆動軸変位となるよう設計することができ、回転ムラと起振力の軽減を効率よく実施することができる歯車駆動伝達装置を提供することができる。

＜第５の実施形態＞
次に、図１１は本発明の第５の実施形態を説明するための図である。前述した実施形態においては、被駆動はすば歯車７５の歯面のたわみ量と駆動軸６０の傾きによる軸変位の量とを等しくするために、歯幅ｂを調整する例について説明したが、この実施の形態では軸受ユニット８０の軸受８０ａ、８０ｂ間の軸間距離Ｌｂを調整することで駆動軸６０の傾きを調整するものである。
駆動軸６０を軸支する軸受ユニット８０は、図２、図３等に示したように、駆動はすば歯車６５の被駆動はすば歯車７５に対する与圧を与えるために軸方向に離間した２つの軸受８０ａ、８０ｂを用いている。この軸受８０ａ、８０ｂの間の距離である軸受間距離をＬｂ、軸受剛性をＫｂとした場合、被駆動はすば歯車７５に負荷トルクＴが加わると、軸受荷重Ｆｂ１、Ｆｂ２はそれぞれ以下のように表すことができる。
Ｆｂ１＝（Ｔ／ｒ）・（−Ｌ０＋Ｌ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）
Ｆｂ２＝（Ｔ／ｒ）・（Ｌ０＋Ｌ１）／（Ｌ１＋Ｌ２）
ただし、ｒは駆動はすば歯車６５のピッチ半径、Ｌ０は駆動軸６０の重心ＣＧから歯車６５の歯幅中央までの距離、Ｌ１は上側軸受８０ａと重心ＣＧまでの距離、Ｌ２は下側軸受８０ｂと重心ＣＧまでの距離、軸間距離ＬｂはＬ１＋Ｌ２である。

各軸受の軸受荷重Ｆｂ１、Ｆｂ２と、軸受剛性Ｋｂから各軸受におけるたわみ量δ１＝Ｆｂ１／Ｋｂとδ２＝Ｆｂ２／Ｋｂとを算出し、このたわみ量δ１とδ２との合成によって軸が傾く。
従って、駆動軸６０の軸の傾き量δθは、δθ＝ａＴａｎ（（δ１＋δ２）／Ｌｂ）となる。このδθを用いて算出した軸変位と歯面のたわみ量を同等とするように軸受同士の距離Ｌｂを調整して、設計を実施することで滑らかな滑り接触からかみ合いの始まるはすば歯車駆動伝達装置を実現することが可能となる。
このように軸受間距離によって駆動軸６０の傾きを調整することができ、軸受の種類を変えることなく所望の軸変位が得られ、歯面のたわみ量に対応するかみ合い初めの遅れが得られ、回転ムラと起振力の軽減化を効率よく実現したはすば歯車駆動伝達装置を得ることができる。

＜第６の実施形態＞
図１２は本発明の第６の実施形態を説明するための図であり、（ａ）は駆動側、従動側の歯車に変形が生じていない場合の模式図、（ｂ）は駆動側、従動側の歯車に金属製のものを用いた場合に負荷トルクにより駆動側歯車及び従動側歯車の歯面にたわみが発生し、歯車のかみ合い始めにおいてわずかな食い込みが生じている状態を表す模式図、（ｃ）は駆動側の歯車を金属製とし、他方、従動側の歯車を樹脂製のものを用いた場合に負荷トルクにより駆動側のはすば歯車及び従動側のはすば歯車の歯面にたわみが発生し、歯車のかみ合い始めにおいて比較的大きい食い込みが生じている状態を表す模式図である。
図１２（ａ）に示すように、駆動側、従動側の歯車共に変形がない場合、次にかみ合う歯（点線で囲った部分）は、歯面同士の食込みもなく、滑らかなすべり接触でかみ合いが始まる。また、金属歯車同士の場合には、（ｂ）に示すように、負荷に応じて駆動側及び従動側の歯車共にその歯面は多少変形はするが、その変形の程度は小さく、歯車のかみ合い始め（点線で囲った部分）における食込み量も小さく、歯と歯との衝突も小さい。

一方、図１２（ｃ）に示したように駆動側の歯車を金属製とし、被駆動側（従動側）の歯車を樹脂製のものを用いた場合には、金属製の駆動側の歯車の歯面変形が少ないのに対し、樹脂製の従動側歯車の歯の歯面変形が大きく、かみ合い始め（点線で囲った部分）における食込み量が大きい。このため、かみ合い始めの衝突が大きくなり、回転ムラや起振力が悪化する。
従って、上述した各実施例におけるはすば歯車駆動伝達装置は、一方の歯車、例えば駆動はすば歯車が金属製で、被駆動はすば歯車が樹脂製の場合に、歯車同士のかみ合い始めにおける食い込みを軽減する上で、より一層効果を有する。

＜第７の実施形態＞
この実施形態では、歯車駆動伝達装置５０は、記録紙上に画像を形成する画像形成部２、及び画像形成部に記録紙を搬送する記録紙搬送部２０を備えた画像形成装置１の駆動系に組み込まれていることを特徴とする。
図１に基づいて説明したように、画像形成装置では、中間転写ベルト６の一つの走行面に沿って４つの各色の感光体ドラム（Ｙ；イエロー、Ｃ；シアン、Ｍ；マゼンタ、Ｋ；ブラック）を順次配置し、色ごとに書き込み、現像などを行う。単色トナー画像を１次転写装置により中間転写材である中間転写ベルト６に順次転写した後、この中間転写ベルト上の画像を二次転写ローラ１４で構成された二次転写部により、給紙装置２１から点線で示す搬送経路２２に沿って送られてきた記録紙に一括転写し、トナーを紙に定着する定着部２５を経由して出力される。画像形成装置には、このように稼動する部品が多数あり、それぞれに多数の歯車が使用されている。ここで発生した起振力が書き込みユニット内のミラーなどを振動させると、濃度ムラであるバンディングとなり画像品質を低下させていた。

第７の実施形態によれば、画像形成装置１に組み込まれたはすば歯車駆動伝達装置の駆動はすば歯車６５の駆動軸心が傾くことで、駆動はすば歯車６５の歯面はかみ合い点が遅れる方向に移動し、駆動はすば歯車６５や被駆動はすば歯車７５の歯面にたわみが生じて歯と歯との間隔が広がっても歯車同士のかみ合い始めが遅れることで駆動はすば歯車６５の歯先と被駆動はすば歯車７５の歯先とは衝突することなく滑らかなかみ合いとなり、回転ムラや起振力を小さくすることができる。

＜第８の実施形態＞
次に、図１３は本発明の第８の実施形態に係る歯車伝達駆動装置の説明図である。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
このはすば歯車駆動伝達装置５０は、画像形成装置の画像形成部を構成する感光体ドラムを駆動する感光体ドラム駆動用であることを特徴とする。
図１３では感光体ドラム８〜１１に図８の歯車駆動伝達装置を適用した構成例を示しており、各感光体ドラムが負荷７２となる。

各色の感光体ドラム８乃至１１の回転速度は、数ｒｐｓ（回転／秒）程度の低速となっており、歯車減速機を用いて駆動するのが一般的である（減速機を用いないダイレクト駆動モータでは、モータサイズが大きくコスト面などで不利）。この感光体ドラム上での回転ムラや周辺部にある書き込み系への振動は、画像品質に直接影響を与えるものであり、重要な解決課題となっている。
感光体ドラムを駆動するための歯車機構である駆動はすば歯車６５、及び被駆動はすば歯車７５のかみ合いを適正に設定するための構成として、上記各実施形態の構成（本例では、図８の構成）を採用したことにより、感光体ドラム８〜１０を駆動する歯車６５、７５における回転ムラを低減し、かみ合い時に発生する起振力を小さくすることができ、画像品質の低下を防ぐことができる。

＜第９の実施形態＞
次に、図１４は本発明の第９の実施形態に係る歯車伝達駆動装置の説明図である。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
このはすば歯車駆動伝達装置５０は、画像形成装置の中間転写ベルト６を駆動する中間転写ベルト駆動用の歯車伝達装置であることを特徴とする。より具体的には、はすば歯車駆動伝達装置５０は駆動ローラ３の駆動機構に適用される。
図１４では中間転写ベルトの駆動ローラ３の駆動機構に図８の歯車駆動伝達装置を適用した構成例を示しており、駆動ローラ３が負荷７２となる。
中間転写ベルト６上での速度ムラや周辺部にある書き込み系への振動は、画像品質に直接影響を与えるものであり、重要な解決課題となっている。

中間転写ベルト用の駆動ローラ３を駆動するための歯車機構である駆動はすば歯車６５、及び被駆動はすば歯車７５のかみ合いを適正に設定するための構成として、上記各実施形態の構成（本例では、図８の構成）を採用したことにより、中間転写ベルト６を駆動する歯車６５、７５における回転ムラを低減し、かみ合い時に発生する起振力を小さくすることができ、画像品質の低下を防ぐことができる。

＜第１０の実施形態＞
次に、図１５は本発明の第１０の実施形態に係るはすば歯車伝達駆動装置の説明図である。なお、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
このはすば歯車駆動伝達装置５０は、画像形成装置の二次転写ローラ１４用の歯車伝達装置であることを特徴とする。
図１５では二次転写ローラ１４の駆動機構に図８の歯車駆動伝達装置を適用した構成例を示しており、二次転写ローラ１４が負荷７２となる。

二次転写ローラ１４は中間転写ベルト上の画像を記録紙に転写する際の紙送りを制御しており、中間転写ベルト６上での速度ムラや周辺部にある書き込み系への振動は、画像品質に直接影響を与えるものであり、重要な解決課題となっている。
二次転写ローラ１４を駆動するための歯車機構であるはすば駆動歯車６５、及び被駆動はすば歯車７５のかみ合いを適正に設定するための構成として、上記各実施形態の構成（本例では、図８の構成）を採用したことにより、二次転ローラを駆動する歯車６５、７５での回転ムラを低減し、かみ合い時に発生する起振力を小さくすることができ、画像品質の低下を防ぐことができる。

＜本発明の構成、作用、効果のまとめ＞
第１の本発明に係る歯車駆動伝達装置５０は、駆動はすば歯車６５と、駆動はすば歯車とかみ合って駆動される被駆動はすば歯車７５と、駆動はすば歯車６５の軸部６０（モータシャフト９７）を回転自在に軸支する駆動歯車軸受部８０ａ、８０ｂ（９８ａ、９８ｂ）と、被駆動はすば歯車７５の軸部を回転自在に軸支する被駆動歯車軸受部５２ｂ、５５ｂと、を備え、駆動はすば歯車６５のかみ合い始めの軸方向の位置が駆動歯車軸受部８０ａ、８０ｂ（９８ａ、９８ｂ）から離れている側とし、かつ、駆動はすば歯車６５に加わる負荷トルクと駆動歯車軸受部の軸受け剛性とにより定まる駆動はすば歯車の回転軸の傾きによる軸変位と、被駆動はすば歯車７５の歯面たわみ量とを同等になるように構成したことを特徴とする。

歯車同士のかみ合いに起因し、歯車の歯面のたわみにより生じる歯のピッチ間距離（歯と歯との間隔）の広がりと、駆動軸の軸部６０の傾きに起因するかみ合い遅れにより生じる歯面のずれとが同じになるよう調整、設定することにより、かみ合い始めにおける歯面間の食い込みを低減させることができる。つまり、駆動はすば歯車と被駆動はすば歯車が駆動する際に駆動はすば歯車の軸部が傾斜し、かつ被駆動はすば歯車の歯面が撓んでも、歯面のたわみによるピッチ間距離の変化を吸収するよう駆動はすば歯車の駆動軸を傾斜させることで、かみ合い始めにおける駆動はすば歯車と被駆動はすば歯車との歯面同士の衝突を軽減し、回転ムラや振動量、外部に影響を与える起振力を低減することができる。

第２の本発明に係る歯車駆動伝達装置５０は、駆動はすば歯車６５が駆動源９０の出力軸９７上に形成されたことを特徴とする。
これによれば、駆動源としてのモータ９０のシャフト（出力軸）９７は駆動はすば歯車６５からみてシャフト軸受９８ａ、９８ｂにより片持ちの状態で軸支されており、駆動はすば歯車６５と被駆動はすば歯車７５とがかみ合い、被従動はすば歯車７５の歯面に負荷トルクが加わり、歯面が撓んだ場合であっても、駆動はすば歯車６５が形成されたシャフト９７の軸心の傾きによりかみ合い始めが遅れ、滑らかな滑り接触からかみ合いを始めることができる。
その結果、はすば歯車駆動伝達装置を小型化することができると共に、回転ムラや振動量、外部に影響を与える起振力を低減できる。

第３の本発明に係るはすば歯車駆動伝達装置５０は、駆動歯車軸受部の軸受け剛性には、軸受けを支持する部材の剛性を含めていることを特徴とする。
これによれば、軸受を支持する構造体が堅牢でない場合であっても、正確な軸変位を求めることができ、歯面のたわみ量に応じた駆動軸の傾きを設定することができる。また、駆動軸を回転軸支する軸受の軸受剛性が高く、駆動軸に所望の傾きが得られない場合にも、駆動軸の軸受を軸支する構造体の剛性を利用して歯面のたわみ量に応じた駆動軸の傾きを設定することができる。
その結果、回転ムラや振動量、外部に影響を与える起振力を低減できる。

第４の本発明に係る歯車駆動伝達装置５０は、駆動はすば歯車の回転軸の軸変位と歯面たわみ量を同等とするために、駆動はすば歯車或いは被駆動はすば歯車のいずれか一方若しくは両方のはすば歯車の歯幅を調整したことを特徴とする。
これによれば、駆動軸の軸変位と歯面たわみ量とを同等とするために歯車の歯幅を調整したので、軸受の種類や構成を変えることなく軸変位量を変えることができ、歯面たわみ量に応じた所望の軸傾斜である軸変位量を得る設計が可能となる。
その結果、回転ムラと起振力の軽減化を効率よく達成できる。

第５の本発明に係る歯車駆動伝達装置５０は、軸変位と歯面たわみ量を同等とするために、駆動歯車軸受部と被駆動歯車軸受部との距離を調整したことを特徴とする。
これによれば、軸受の種類を変えることなく軸変位量を変えることができ、歯面たわみ量に応じた所望の軸傾斜である軸変位量を得る設計が可能となる。
その結果、回転ムラと起振力の軽減化を効率よく達成できる。

第６の本発明に係る歯車駆動伝達装置５０では、駆動はすば歯車の材質を金属に、被駆動はすば歯車の材質を樹脂としたことを特徴とする。
これによれば、被駆動はすば歯車の歯面のたわみ量が大きい場合であっても、これに体操した軸変位が得られるように設計することが可能である。
その結果、回転ムラと起振力の軽減化を効率よく達成できる。

第７の本発明に係る画像形成装置１では、記録紙上に画像を形成する画像形成部２、及び画像形成部に記録紙を搬送する記録紙搬送部２０を備えた画像形成装置１の駆動系に歯車駆動伝達装置が組み込まれていることを特徴とする。
これによれば、かみ合いにおける振動が減少し、画像形成装置１内の駆動用に用いられる歯車から発生する起振力を低減し、周辺ユニットに与える影響を抑えることで、高画像な印字品質を得ることが可能になる。
その結果、高画質な印字品質を提供することができる。

第８の本発明に係る画像形成装置１では、記録紙上に画像を形成する画像形成部２、及び該画像形成部に記録紙を搬送する記録紙搬送部２０を備えた画像形成装置の感光体ドラム８〜１０の駆動系にはすば歯車伝達装置を組み込んだことを特徴とする。
これによれば、画像形成装置内の感光体ドラム駆動用に用いられる歯車から発生する起振力を低減し、周辺ユニットに与える影響を抑え、また、感光体ドラムの回転ムラをも低減することで、高画像な印字品質を提供することができる。

第９の本発明に係る画像形成装置１では、はすば歯車駆動伝達装置５０は、画像形成装置の中間転写ベルト６を駆動する中間転写ベルト駆動用であることを特徴とする。
これによれば、画像形成装置内の中間転写ベルト駆動用に用いられる駆動ローラ３を駆動するための歯車から、かみ合いに起因して発生する起振力を低減し、周辺ユニットに与える影響を抑え、また、中間転写ベルト速度ムラ（歯車の回転ムラ）も低減することで、高画像な印字品質を得ることができる。

第１０の本発明に係る画像形成装置１では、はすば歯車駆動伝達装置５０は、該画像形成装置の二次転写ローラを駆動する二次転写ローラ駆動用の歯車駆動伝達装置であることを特徴とする。
これによれば、画像形成装置内の二次転写ローラ駆動用に用いられる歯車から、かみ合いに起因して発生する起振力を低減し、周辺ユニットに与える影響を抑え、また、二次転写ローラの回転ムラ（歯車の回転ムラ）も低減することで、高画像な印字品質を提供することが可能となる。
なお、本発明の歯車駆動伝達装置は、歯車機構系を用いた精密機械製品である情報機器（複写機、プリンタ等の画像形成装置）以外であっても、家電製品、ロボット等幅広い分野での設計工程に応用することができる。

１…画像形成装置（カラープリンタ）、２…画像形成部、３…駆動ローラ、４…従動ローラ、５…加圧ローラ、６…中間転写ベルト、８〜１１…感光体ドラム、１２…光書込み部、１４…二次転写ローラ、２０…記録紙搬送部、２１…給紙装置、２２…搬送経路、２５…定着部、３０…排紙部、５０…はすば歯車駆動伝達装置、５２…側板、５２ａ…軸受部、５３…フレーム、５４ａ、５４ｂ…縦板、５５…横板、５５ａ…軸受部、６０…駆動軸（軸部）、６５…はすば駆動歯車、７０…被駆動軸（軸部）、７２…負荷、７５…被駆動はすば歯車、７５ａ、７５ｂ…歯部、８０…軸受ユニット、８０ａ、８０ｂ…軸受、９０…モータ、９３…ハウジング、９５…磁石、９６…ステータ、９７…シャフト、９８ａ、９８ｂ…シャフト軸受、９９…モータベース。

特開２００９−１０８９７６公報 特開２００３−２８２７７公報

Claims (10)

1. 駆動はすば歯車と、該駆動はすば歯車とかみ合って駆動される被駆動はすば歯車と、前記駆動はすば歯車の軸部を回転自在に軸支する駆動歯車軸受部と、前記被駆動はすば歯車の軸部を回転自在に軸支する被駆動歯車軸受部と、を備えたはすば歯車駆動伝達装置において、
   前記駆動はすば歯車のかみ合い始めの軸方向の位置が前記駆動歯車軸受部から離れている側とし、かつ、前記駆動はすば歯車に加わる負荷トルクと前記駆動歯車軸受部の軸受け剛性とにより定まる前記駆動はすば歯車の回転軸の傾きによる軸変位と、前記被駆動はすば歯車の歯面たわみ量とを同等にしたことを特徴とするはすば歯車駆動伝達装置。
2. 前記駆動はすば歯車を、駆動源の出力軸上に形成したことを特徴とする請求項１に記載のはすば歯車駆動伝達装置。
3. 前記駆動歯車軸受部の軸受け剛性には、軸受けを支持する部材の剛性を含めていることを特徴とする請求項１又は２に記載のはすば歯車駆動伝達装置。
4. 前記駆動はすば歯車の回転軸の軸変位と歯面たわみ量を同等とするために、前記駆動はすば歯車、或いは前記被駆動はすば歯車のいずれか一方、若しくは両方のはすば歯車の歯幅を調整したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のはすば歯車駆動伝達装置。
5. 前記軸変位と歯面たわみ量を同等とするために、前記駆動歯車軸受部と前記被駆動歯車軸受部との距離を調整したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のはすば歯車駆動伝達装置。
6. 前記駆動はすば歯車の材質を金属とし、前記被駆動はすば歯車の材質を樹脂としたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のはすば歯車駆動伝達装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のはすば歯車駆動伝達装置を、駆動系に組み込んでいることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のはすば歯車駆動伝達装置を、電子写真式画像形成装置の感光体ドラムの駆動用に組み込んでいることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のはすば歯車駆動伝達装置を、画像形成装置の中間転写ベルトを駆動する中間転写ベルト駆動用に組み込んでいることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の前記はすば歯車駆動伝達装置を、画像形成装置の二次転写ローラを駆動する二次転写ローラ駆動用に組み込んでいることを特徴とする画像形成装置。

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