JP4711224B2 - 歯車列、駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、はすば歯車から構成される歯車列、この歯車列を有する駆動装置及びこの像担持体駆動装置を有する画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、感光体及び中間転写体等の像担持体並びに帯電ロール、転写ロール、搬送ロール等のロールを有し、これらを駆動するためにモータを有する駆動装置が用いられている。

例えば像担持体を駆動する場合、振動／衝撃の影響により画質の劣化が生じるので、これらの振動／衝撃を緩和するためにフライホイール等を用いた除振機構が提案され、実用化されている。しかしながら、このような除振機構は、構成が複雑であり、小型化、軽量化及びコストダウンする上で劣るので、機器の小型化、軽量化、低コスト化に適応するシンプルな駆動装置の提案が待望されていた。

特許文献１においては、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車とが噛合する歯車列において、歯車列の標準ねじれ角をαとし、回転駆動時の第１のはすば歯車の第２のはすば歯車に対する軸心の倒れ角をδ1 としたとき、α1 −α≒δ1 の関係を有するように、第１のはすば歯車の噛み合い面側ねじれ角α1 が前記標準ねじれ角αに対して相互差δ1 を設けて構成したものが開示されている。はすば歯車の軸受にガタがあり、軸心が変位したとしても、これと噛合するはすば歯車のねじれ角が軸芯の変位量に相当する量ねじれているために、見かけ上の噛み合いねじれ角のズレが解消され、歯車の歯ごとのピッチむらが低減されるとしている。

特開平０９−０８０８４０号公報

しかしながら、上記従来例は、はすば歯車の軸受にあるガタによる倒れを補正するものであるのに対し、実際の軸受には与圧が印加されており、はすば歯車に受ける負荷による影響が大きいのに拘わらず、このような負荷による影響については何ら考慮されていないので、実際の駆動装置に適用しても効果が期待できない。

本発明の目的は、負荷の影響によって生じる速度変動の発生を抑制することができる歯車列、駆動装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の第１の特徴とするところは、モータ軸に固定されたピニオンであって、はすば歯車からなる入力歯車と、この入力歯車に噛み合うはすば歯車からなる出力歯車と、を有し、前記入力歯車は、一方の端部側で支持され他方の端部側が支持されておらず、前記入力歯車及び前記出力歯車の少なくとも一方の捩れ角は、前記出力歯車の負荷により生じる前記入力歯車の軸撓み量及び前記出力歯車の歯面撓み量に応じて、撓んだ状態にある前記入力歯車と撓んだ状態にある前記出力歯車とが噛み合うように定められている歯車列にある。即ち、本願発明者は、出力歯車の負荷により入力歯車及び出力歯車に撓みが生じ、この撓みにより周期的な速度変動を生じる主原因であることを見出して本発明をするに至っており、本発明は、出力歯車の負荷により生じる前記入力歯車及び前記出力歯車の撓み量に応じたオフセット量で補正し、出力歯車に受ける負荷に抗して速度変動を抑制できるようにしている。

好適には、前記捩れ角は、基準捩れ角から前記入力歯車の軸撓み角度及び前記出力歯車の歯面撓み角度をマイナス側へオフセットしたものである。

また、好適には、前記入力歯車と前記出力歯車とは、共通する支持基板に支持されている。この支持基板を基準としてオフセット量を調整することができる。

本発明の第２の特徴とするところは、出力軸を有するモータと、このモータの出力軸に固定されたピニオンであって、はすば歯車からなる入力歯車と、この入力歯車に噛み合うはすば歯車からなる出力歯車と、を有し、前記入力歯車は、一方の端部側で支持され他方の端部側が支持されておらず、前記入力歯車及び前記出力歯車の少なくとも一方の捩れ角は、前記出力歯車の負荷により生じる前記入力歯車の軸撓み量及び前記出力歯車の歯面撓み量に応じて、撓んだ状態にある前記入力歯車と撓んだ状態にある前記出力歯車とが噛み合うように定められている駆動装置にある。

好適には、前記捩れ角は、基準捩れ角から前記入力歯車の軸撓み角度及び前記出力歯車の歯面撓み角度をマイナス側へオフセットしたものである。

さらに本発明は、上記駆動伝達装置を備えた画像形成装置を含むものである。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の概要が示されている。画像形成装置１０は、画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に排出部１６が設けられていると共に、この画像形成装置本体１２の下部に後述する給紙装置１８が設けられている。

排出部１６は、画像形成装置本体１２に対して回動自在の傾斜部２２を有する。この傾斜部２２は、排出口部分が低く、前面方向（図１の右方向）に向けて徐々に高くなるよう傾斜しており、排出口部分を下端とし、高くなった先端を上端としている。この傾斜部２２は下端を中心に回動自在であるよう画像形成装置本体１２に支持されている。図１で２点鎖線で示すように、傾斜部２２を上方に回転して開いたときには、開放部２４が形成され、この開放部２４を介して後述するプロセスカートリッジ４０が脱着できるようにしてある。

像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、感光体からなる像担持体２６と、この像担持体２６を一様帯電する例えば帯電ロールからなる帯電装置２８と、この帯電装置２８により帯電された像担持体２６に、光により潜像を書き込む光書込み装置３０と、この光書込み装置３０により形成された像担持体２６の潜像を現像剤により可視化する現像装置３２と、この現像装置３２による現像剤像を用紙に転写する例えば転写ロールからなる転写装置３４と、像担持体２６に残存する現像剤をクリーニングする例えばブレードからなるクリーニング装置３６と、転写装置３４により転写された用紙上の現像剤像を用紙に定着させる例えば加圧ロールと加熱ロールとからなる定着装置３８とから構成されている。光書込み装置３０は例えば走査型のレーザ露光装置からなり、給紙装置１８の給紙カセット２０と平行で画像形成装置本体１２の前面（図１の右側面）近傍に配置され、現像装置３２内を横切って像担持体２６を露光する。また、現像装置３２は、像担持体２６と対向する現像ロール４２を有する。

プロセスカートリッジ４０は、像担持体２６、帯電装置２８、現像装置３２及びクリーニング装置３６を一体化したものである。このプロセスカートリッジ４０は、排出部１６の傾斜部２２の直近下方に配置されており、前述したように、傾斜部２２を開いたときに形成される開放部２４を介して脱着される。

また、画像形成装置本体１２には、例えばレジストロール４４が転写装置３４の上流側（図１の下方側）に配置されている。給紙装置１８から搬送路４５に搬送された用紙は、このレジストロール４４により一時停止され、所定のタイミングで像形成手段１４に送られて像が形成され、排出ロール４６により排出部１６へ排出される。

ただし、両面印刷の場合は、反転路に戻される。即ち、排出ロール４６の手前は２股に別れ、その分かれた部分に切換爪４８が設けられていると共に、分かれた部分からレジストロール４４まで戻る反転路５０が形成されている。この反転路５０には搬送ロール５２ａ〜５２ｃが設けられており、両面印刷の場合には、切換爪４８が反転路５０を開く側に切り換えられ、排出ロール４６に用紙の後端手前がかかる時点で排出ロール４６が反転し、用紙が反転路５０に導かれ、レジストロール４４、転写装置３４と像担持体２６との間及び定着装置３８を通って排出部１６へ排出されるものである。

給紙装置１８は、給紙カセット２０と、この給紙カセット２０が収納された給紙装置本体５４とを有する。給紙装置本体５４は、前述した画像形成装置本体１２と一体に形成されており、画像形成装置１０の前面側が開口し、給紙カセット２０を受入れるようになっている。フィードロール６０は、給紙装置本体５４に支持され、リタードロール６２は給紙カセット２０に支持されており、このフィードロール６０とリタードロール６２とは互いに接触し、給紙カセット２０の最上位の用紙をピックアップし、協働して用紙を捌くようにしてある。

前述した像担持体２６、帯電装置２８、転写装置３４、現像ロール４２、レジストロール４４、定着装置３８、フィードロール６０等を駆動するためにモータを含む駆動装置が用いられている。

図２において、駆動装置６４の一例が示されている。この駆動装置６４は、モータ６６と、歯車列６８とを有する。モータ６６は、前述した画造形性装置本体を構成する支持基板としての外側フレーム７０に固定されている。また、このモータ６６は出力軸７２が外側フレーム７０の内側に突出するように設けられている。歯車列６８は、入力歯車７４とこの入力歯車７４に噛み合う出力歯車７６とを有する。入力歯車７４は、はすば歯車からなるピニオンであり、例えばステンレス等の金属から構成され、モータ６６の出力軸７２に固定されている。また、出力歯車７６は、入力歯車７４と同様にはすば歯車であり、例えばＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂から構成され、中心両側には支持軸７８，７８が固定されている。一方の支持軸７８は、外側フレーム７０に第１の軸受け８０を介して回転自在に支持されている。他方の支持軸７８は、内側フレーム８２に設けれた第２の軸受け８４を介して内側フレーム７８に回転自在に支持されている。出力歯車７６は、例えば像担持体に設けれた歯車に噛み合っており、モータ６６が回転すると、歯車列６８を介して像担持体を回転させるようになっている。

入力歯車７４は、回転時には出力歯車７６側から負荷を受けるので、該入力歯車７４が出力軸６８の根元部分から倒れるように撓む。一方、出力歯車７６は、回転時には像担持体側から負荷を受けるので、基準捩れ角に対してマイナスとなる方向へ歯面が撓む。そのため、この実施形態においては、入力歯車７４の軸撓み量と出力歯車７６の歯面撓み量とを加えたオフセット量で入力歯車７４の捩れ角βを補正し、入力歯車７４と出力歯車７６とが精度良く噛み合うようにしてある。

入力歯車７４は出力軸を介して外側フレーム７０に支持され、出力歯車７６は第１の軸受け８０を介して外側フレーム７０に支持されているので、入力歯車７４及び出力歯車７６とは共通の支持基板である外側フレーム７０に支持されていることになる。したがって、この外側フレーム７０を基準として入力歯車７４の捩れ角の補正量を調整することができる。

以上の構成において、歯車列の基準捩れ角をβ、出力軸６８の根元から入力歯車７４の先端までの長さをＬ、入力歯車７６の軸撓み量をσ１、出力歯車７６の幅をＢ、出力歯車７６の歯面撓み量をσ２とし、入力歯車７４の補正後の捩れ角β´を求める。

ここで、まず入力歯車７４の軸撓み量σ１を求める。図３に示すように、撓み角度をａ１とすれば、撓み角度ａ１は次のようにして求められる。
ａ１＝ｔａｎ^−１σ１／Ｌ・・・・（１）

次に出力歯車７６の歯面撓み量σ２を求める。図４に示すように、歯面の長さをｘとし、撓み角度をａ２とすれば、
ｘ＝Ｂ／ｃｏｓβ・・・・（２）
ａ２＝ｔａｎ^−１σ２／ｘ・・・・（３）
であるから、
ａ２＝ｔａｎ^−１σ２・ｃｏｓβ／Ｂ・・・・（４）

上記式（１）、（４）から、
β´＝β−（ｔａｎ^−１σ１／Ｌ＋ｔａｎ^−１σ２・ｃｏｓβ／Ｂ）・・・・（５）
となる。

即ち、捩れ角補正量（β´−β）は、撓み量（σ１＋σ２）の角度換算値分、マイナス側へオフセットするものである。

一般的に画像形成装置においては、出力軸に受ける負荷は、０．１Ｎ・ｍから１．０Ｎ・ｍであり、長さＬは５ｍｍから２５ｍｍであり、幅Ｂは５ｍｍから１５ｍｍである。そして、入力歯車７４が金属製であり、出力歯車７６が樹脂製であるとすれば、σ１は１μｍから３０μｍの範囲となり、σ２は０．５μｍから５μｍの範囲となる。したがって、捩れ角補正量（β´−β）は、−０°１′４９″から−０°５８′０５″であり、実用的には０°１′００″〜０°５９′００″（絶対値表示）の範囲内にある。

図５において、出力軸での負荷トルクを変動させたときの速度変動率が最下点（最低値）となる、捩れ角の補正量（β´−β）をプロットしたグラフが示されている。なお、ここで用いた入力歯車はステンレス製であり、出力歯車はＰＯＭ製であり、歯車列の基準捩れ角βは２０°、長さＬは２５ｍｍ、幅Ｂは１０ｍｍ、である。
ここから、実際の出力軸負荷トルクを例えば０．８（Ｎ．ｍ）と仮定すると、捩れ角補正量（（β´−β）は、−０．３５°が適正量であることが判る。

図６において、捩れ角補正量（（β´−β）を−０．３５°に固定し、出力軸負荷トルクを変化させた場合の出力軸速度変動率をプロットしたグラフが示されている。目標とする出力軸速度変動率を０．２％とすれば、出力軸負荷トルクが０．６〜１．０（Ｎ・ｍ）の負荷範囲内にて効果を有することが確認できる。

以上述べたように、本発明は、負荷の影響によって生じる速度変動の発生を抑制する必要がある歯車列、駆動装置及び画像形成装置に適用することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る歯車列を有する駆動装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る歯車列において、入力歯車７４の軸撓み量σ１を求めるための図である。 本発明の実施形態に係る歯車列において、出力歯車７６の歯面撓み量σ２を求めるための図である。 本発明の実施形態に係る歯車列において、出力軸での負荷トルクを変動させたときの速度変動率が最下点（最低値）となる、捩れ角の補正量（β´−β）をプロットしたグラフである。 本発明の実施形態に係る歯車列において、捩れ角補正量（（β´−β）を−０．３５°に固定し、出力軸負荷トルクを変化させた場合の出力軸速度変動率をプロットしたグラフが示されている。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 画像形成装置本体
１４ 像形成手段
１８ 給紙装置
２６ 像担持体
２８ 帯電装置
３８ 定着装置
４２ 現像ロール
６０ フィードロール
６４ 駆動装置
６６ モータ
６８ 歯車列
７０ 外側フレーム（支持基板）
７２ 出力軸
７４ 入力歯車
７６ 出力歯車

Claims (6)

1. モータ軸に固定されたピニオンであって、はすば歯車からなる入力歯車と、
   この入力歯車に噛み合うはすば歯車からなる出力歯車と、
   を有し、
   前記入力歯車は、一方の端部側で支持され他方の端部側が支持されておらず、
   前記入力歯車及び前記出力歯車の少なくとも一方の捩れ角は、前記出力歯車の負荷により生じる前記入力歯車の軸撓み量及び前記出力歯車の歯面撓み量に応じて、撓んだ状態にある前記入力歯車と撓んだ状態にある前記出力歯車とが噛み合うように定められていることを特徴とする歯車列。
2. 前記捩れ角は、基準捩れ角から前記入力歯車の軸撓み角度及び前記出力歯車の歯面撓み角度をマイナス側へオフセットしたものであることを特徴とする請求項１記載の歯車列。
3. 前記入力歯車と前記出力歯車とは、共通する支持基板に支持されていることを特徴とする請求項１又は２記載の歯車列。
4. 出力軸を有するモータと、
   このモータの出力軸に固定されたピニオンであって、はすば歯車からなる入力歯車と、
   この入力歯車に噛み合うはすば歯車からなる出力歯車と、
   を有し、
   前記入力歯車は、一方の端部側で支持され他方の端部側が支持されておらず、
   前記入力歯車及び前記出力歯車の少なくとも一方の捩れ角は、前記出力歯車の負荷により生じる前記入力歯車の軸撓み量及び前記出力歯車の歯面撓み量に応じて、撓んだ状態にある前記入力歯車と撓んだ状態にある前記出力歯車とが噛み合うように定められていることを特徴とする駆動装置。
5. 前記捩れ角は、基準捩れ角から前記入力歯車の軸撓み角度及び前記出力歯車の歯面撓み角度をマイナス側へオフセットしたものであることを特徴とする請求項４記載の駆動装置。
6. 請求項４又は５記載の駆動装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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