JP5834586B2 - 遊星歯車機構、駆動装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、遊星歯車機構、駆動装置および画像形成装置に関する。

画像形成装置において感光体などの回転部材を高い精度で駆動することが求められる。特許文献１には、遊星歯車を支持する軸受の固定穴と遊星歯車側の軸受固定部にそれぞれ鍔部を設け、ラジアル軸受の外輪が支持側鍔部に、内輪が歯車側鍔部に挿入され、内輪が軸方向内側から外側に移動しないように位置決めする手段が記載されている。特許文献２には、ハウジングに内歯歯車の位置決め部と固定部を有し、位置決め部に内歯歯車と接する弾性体を有する構成が記載されている。特許文献３には、内歯車ブランクをインサートしてからギアケースをダイカスト鋳造することで固定し、内歯車ブランクの内周面に歯車加工を施すことが記載されている。特許文献４には、内歯歯車がハウジング内に圧入されるようにした撓み噛み合い式歯車装置が記載されている。特許文献５には、回転体が軸方向に離間し相対向する一対のテーパローラ軸受を介してケーシングに回転自在に支持され、かつ、入力軸が一対の軸受を介してケーシングに回転自在に支持される遊星歯車減速機が記載されている。

特開２００９−１４０３９号公報 特開２０１０−２４９１７０号公報 特開２０１１−７２１５号公報 特開２００８−５７７０２号公報 特開２００６−２５８２７０号公報

本発明の目的は、遊星歯車に噛み合う内歯車の位置決めの精度を向上させることである。

上述した課題を解決するため、本発明の請求項１に係る遊星歯車機構は、太陽歯車と、穴を有する環状部材と、一端側において前記太陽歯車を回転可能に支持し、他端側において前記穴の中心が前記太陽歯車の軸線上に位置するように前記環状部材を支持する支持体と、一部が前記穴から突出するように当該穴に嵌め込まれた外輪と、当該外輪によって回転可能に支持された内輪とを有するベアリングと、中空部を有し、当該中空部の一部に内歯が設けられた内歯車であって、前記ベアリングの外輪のうち、前記穴から突出した部分によって内側から前記中空部の一端を支持されて位置決めされる内歯車と、前記内歯車および前記太陽歯車に噛み合い、前記太陽歯車の周りを自転しながら公転する遊星歯車と、前記遊星歯車の軸を支持し、周縁部が前記ベアリングの前記内輪に固定されて、前記遊星歯車の公転により前記太陽歯車の軸を中心として回転するプレートとを具備し、前記内歯車は、径方向に拡がるフランジ部を有し、前記フランジ部の一方の面は前記環状部材に固定され、他方の面は前記支持体に固定されていないことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る遊星歯車機構は、請求項１に記載の態様において、前記内歯車は、前記太陽歯車の軸方向に沿った移動および当該軸を中心とした回転が制限されるように前記環状部材に固定されることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る遊星歯車機構は、請求項１または２に記載の態様において、前記内歯車は、樹脂により形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る遊星歯車機構は、請求項１から３のいずれか１項に記載の態様において、前記遊星歯車は、異なる２つの歯車を同軸上に備え、前記２つの歯車の一方は前記太陽歯車に噛み合い、他方は前記内歯車に噛み合うことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る駆動装置は、請求項１から４のいずれか１項に記載の遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構の前記太陽歯車を回転させるモータと、回転部材に、前記遊星歯車機構の前記プレートの回転力を伝達する伝達機構とを具備することを特徴とする。

本発明の請求項６に係る画像形成装置は、請求項５に記載の駆動装置と、前記駆動装置から回転力が伝達されて回転する前記回転部材を用いて、媒体上に画像を形成する画像形成部とを具備することを特徴とする。

本発明の請求項７に係る画像形成装置は、請求項６に記載の態様において、前記画像形成部は、露光部に露光されて潜像を保持する感光体と、前記感光体に保持された潜像に現像剤を供給する現像剤供給部と、前記感光体に形成された現像像を媒体に転写する転写部と、前記転写部を通過するように前記媒体を搬送する搬送部とを用いて画像を形成し、前記回転部材は、前記感光体、前記現像剤供給部、前記転写部、前記搬送部のいずれかに含まれることを特徴とする。

請求項１に記載の遊星歯車機構によれば、支持体に固定された環状部材の穴に嵌め込まれたベアリングの外輪によって内歯車の中空部の一端が内側から支持されて内歯車の位置決めがなされる構成を有さない場合と比べて、内歯車の位置決めの精度が向上される。
請求項２に記載の遊星歯車機構によれば、内歯車が太陽歯車の軸方向に沿った移動およびこの軸を中心とした回転が制限されるように環状部材に固定される構成を有さない場合と比べて、内歯車の位置が軸方向およびこの軸を中心とした回転方向に変動する可能性が抑制される。
請求項３に記載の遊星歯車機構によれば、内歯車が一方の面が環状部材に固定され他方の面が支持体に固定されていない樹脂製のフランジ部を有さない場合と比べて、プレートの位置が軸方向に変動する可能性が抑制される。
請求項４に記載の遊星歯車機構によれば、この構成を有さない場合と比べて、減速比が大きくなる。
請求項５に記載の駆動装置によれば、この構成を有さない場合と比べて、回転部材が高い精度で回転させられる。
請求項６、７に記載の画像形成装置によれば、この構成を有さない場合と比べて、媒体上に画像を形成する際に用いられる回転部材が高い精度で回転させられる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成を説明する図である。 駆動装置の斜視図である。 図２と異なる方向から見た駆動装置の斜視図である。 駆動装置を図面左下側が入力側となるように示した分解斜視図である。 駆動装置を図面右下側が出力側となるように示した分解斜視図である。 支持体と内歯車との関係を説明するための図である。 太陽歯車の軸とネジ受けの中心とを通る面で駆動装置を切断した断面図である。 太陽歯車の軸とネジの中心とを通る面で駆動装置を切断した断面図である。

１．実施形態
１−１．全体構成
以下に本発明の実施形態に係る画像形成装置１を説明する。本明細書および図面においては、互いに直角に交わるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸で方向を表す。このＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸で表されるＸＹＺ座標系は右手系である。Ｘ軸はＸ成分を表し、Ｘ軸に沿ってＸ成分が増加する方向をＸ（＋）方向、Ｘ軸に沿ってＸ成分が減少する方向をＸ（−）方向と呼ぶ。Ｙ，Ｚについても同様とする。また、本明細書および図面においては、ＸＹ平面にあってＺ軸から遠ざかる径方向をｒとし、Ｚ軸を中心とした回転角度をθとする極座標によって空間を表すこともある。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を説明する図である。図１には、Ｚ（−）方向に沿って見たときの画像形成装置１内部の概略が示されている。供給部１０１は、用紙や封筒などの媒体を収容する容器を備える。この容器を画像形成装置１の筐体１０２に設置することで、容器内部に収容された媒体は供給可能になる。
搬送部１０３は、供給部１０１から媒体を１枚ずつ取り出して画像形成部１０４に搬送する。

画像形成部１０４は、現像剤を用いた電子写真プロセスにより、媒体の表面に画像を形成する。具体的には、画像形成部１０４は、潜像を保持する感光体と、感光体を露光して潜像を保持させる露光装置と、感光体の潜像に現像剤を供給する現像剤供給部、および感光体に形成された現像像を媒体に転写する転写部を備える。この転写部は中間転写ベルトなどの中間転写体を含んだものであってもよい。現像剤は、例えば黒色のトナーを含む。画像形成部１０４は、媒体に画像を形成する画像形成部の一例である。搬送部１０３は、上述した転写部を通過するように媒体を搬送する。

定着部１０５は、画像形成部１０４により媒体の表面に付着させられたトナーを加熱・溶融して、画像を媒体に定着させる。
排出部１０６は、定着部１０５により画像を定着させた媒体を補助部１０７とともに挟持して積載部１０８へ排出する。
積載部１０８は、排出部１０６が排出した媒体を積載して保持する。

１−２．駆動装置の構成
上述した構成のうち、画像形成部１０４の感光体、現像剤供給部および転写部には、Ｚ軸に沿った軸を中心として回転させる回転部材が使用されている。また、搬送部１０３、定着部１０５および排出部１０６にも回転部材が使用されている。画像形成装置１は、これらの回転部材を回転させるために駆動装置を用いる。以下、これらの構成のうち特に高精度が要求される感光体を駆動させる駆動装置２について説明する。

駆動装置２は、図１に示した画像形成部１０４の感光体のＺ（＋）方向に配置され、Ｚ軸に並行な軸を中心としてこの感光体を回転させる。駆動装置２の「入力側」とは、駆動力が加えられる方向であり、Ｚ（＋）方向の側である。駆動装置２の「出力側」とは、伝達機構を介して感光体に回転運動を伝達する方向であり、Ｚ（−）方向の側である。

図２は、駆動装置２の斜視図である。図３は、図２と異なる方向から見た駆動装置２の斜視図である。駆動装置２は、遊星歯車機構３とモータ４とを具備する。また、駆動装置２は、出力される運動を上述した画像形成部１０４の感光体に伝達する伝達機構（図示せず）を具備する。

図４は、駆動装置２を図面左下側が入力側となるように示した分解斜視図である。図５は、駆動装置２を図面右下側が出力側となるように示した分解斜視図である。駆動装置２の遊星歯車機構３は、太陽歯車３１、環状部材３２、支持体３３、ベアリング３４、内歯車３５、遊星歯車３６、およびプレート３７を具備する。

なお、コストダウンおよび異音防止のため、本実施形態における内歯車３５および遊星歯車３６の材質にはいずれも樹脂が用いられているが、これらの材質は樹脂に限定されるものではない。また、太陽歯車３１、内歯車３５および遊星歯車３６は、回転精度を向上させるために、より噛み合い率が高いはすば歯車であることが望ましいが、本実施形態に示すように平歯車であってもよい。

一方、本実施形態における太陽歯車３１、環状部材３２、支持体３３、ベアリング３４およびプレート３７については、位置決めの精度を確保するために、材質に金属が用いられている。ただし、これらの材質も金属に限定されるものではない。

太陽歯車３１は、一端が駆動装置２のモータ４に繋がっており、モータ４よって回転させられる。環状部材３２は、円形の穴３２１を有する部材である。支持体３３は、一端側において太陽歯車３１を回転可能に支持する。この一端側とは、すなわち入力側（Ｚ（＋）方向）である。また、支持体３３は、他端側において、環状部材３２の穴３２１の中心が太陽歯車の軸線上に位置するように環状部材３２を支持する。この他端側とは、すなわち、出力側（Ｚ（−）方向）である。支持体３３は、例えばネジ止めによって環状部材３２をＺ（−）方向に固定する。

ベアリング３４は、外輪と内輪、およびこれらを互いに滑らせるための複数個のボールを備える。ベアリング３４の外輪は、一部が環状部材３２の穴３２１から突出するようにこの穴３２１に嵌め込まれている。

内歯車３５は、中空部３５５を有し、この中空部３５５のＺ（＋）方向の側に内歯が設けられている。内歯車３５の中空部３５５のＺ（−）方向の側の一端は、ベアリング３４の外輪のうち、環状部材３２の穴３２１から突出した部分によって内側から支持され位置決めされる。

また、内歯車３５は、径方向に拡がるフランジ部３５１を有する。このフランジ部３５１は、Ｚ（−）方向の面が環状部材３２に固定されている。例えば、環状部材３２には周縁に沿って複数のネジ穴が設けられている。そしてフランジ部３５１にも環状部材３２のネジ穴に対応する位置に貫通穴３５３が設けられている。フランジ部３５１の貫通穴３５３と環状部材３２のネジ穴とが合うようにこれらを配置し、ネジ３５４をフランジ部３５１の貫通穴３５３に通して環状部材３２の対応するネジ穴に嵌め込むことで、フランジ部３５１は、環状部材３２に固定される。これにより、内歯車３５は、太陽歯車３１の軸方向に沿った移動およびその軸を中心とした回転が制限される。

一方、内歯車３５のＺ（＋）方向の面（すなわち、環状部材３２に固定された面ではない面）は、支持体３３に固定されていない。つまり、支持体３３は自身のＺ（−）方向において環状部材３２を固定する。そして、環状部材３２は、自身のＺ（＋）方向において内歯車３５のフランジ部３５１を固定する。しかし、支持体３３は、内歯車３５を直接固定しない。支持体３３と内歯車３５との関係については、後述する。

遊星歯車３６は、内歯車３５および太陽歯車３１に噛み合い、太陽歯車３１の周りを自転しながら公転する。遊星歯車３６は、遊星歯車機構３に３つ備えられており、それぞれには後述する軸３７１を収容する軸孔３６１を有する。

また、遊星歯車３６は、軸が共通で径の異なる２つの歯車を有している。大歯車３６２には、太陽歯車３１が噛み合い、大歯車３６２よりも径が小さい小歯車３６３には、内歯車３５が噛み合っている。

プレート３７は、円形のプレートであって、周縁部がベアリング３４の内輪に固定されている。具体的には、ベアリング３４の内側にプレート３７が圧入され、ベアリング３４の内輪にプレート３７の周縁部が密着する。ベアリング３４の外輪と内輪とは、上述した複数個のボールを介して互いに滑るため、内輪に固定されたプレート３７は、ベアリング３４の外輪によって回転可能に支持される。

また、プレート３７には、入力側（Ｚ（＋）方向）において、３つの軸３７１が設けられている。軸３７１は、太陽歯車３１の軸線上からずれた位置にそれぞれ設けられている。これら軸３７１は、各遊星歯車３６の軸孔３６１に収容される。軸孔３６１の内周と軸３７１の側面とは互いに滑るため、軸３７１は各遊星歯車３６を回転可能に支持する。プレート３７は、遊星歯車３６の公転により太陽歯車３１の軸を中心として回転する。

プレート３７は、出力側（Ｚ（−）方向）において、自身の回転中心に出力軸３７２を有する。この出力軸３７２はプレート３７の回転に伴って回転するため、この出力軸３７２に接続された伝達機構は、プレート３７の回転運動を、画像形成部１０４の感光体に伝達する。画像形成部１０４の感光体は、回転させられて、画像形成に用いられる。

ここで、ベアリング３４の外輪は、一部が環状部材３２の穴３２１から突出するように構成されている。そして、この突出した部分は、内歯車３５の中空部３５５の一端を内側から支持する。この理由は、ベアリング３４の外輪の位置によって内歯車３５の位置を決めるためである。つまり、ベアリング３４の外輪に内歯車３５の中空部３５５を直接、嵌め込むことで、これら（ベアリング３４の外輪と内歯車３５の中空部３５５）の間に他の部材を挟んだ場合に比べて、公差の累積を減らすことができるので、内歯車３５の中心軸とプレート３７の中心軸を高い精度で合わせることができるためである。

１−３．支持体と内歯車との関係
図６は、支持体３３と内歯車３５との関係を説明するための図である。図６（ａ）には、支持体３３を出力側（Ｚ（−）方向）から見た斜視図が示されている。図６（ｂ）には、環状部材３２に固定され、遊星歯車３６と噛み合わさった内歯車３５を入力側（Ｚ（＋）方向）から見た斜視図が示されている。

図６（ａ）に示すように、支持体３３は、Ｚ（−）方向の面に段差がある。具体的には、４箇所の凸部３３１があり、凸部３３１よりもＺ（＋）方向に位置する４つの凹部３３２がある。凸部３３１には、ネジ受け３３３やピン３３４が設けられている。ネジ受け３３３は、中空部に雌ネジが設けられた円筒部材であり、ピン３３４は、棒状の部材であり、いずれも凸部３３１からＺ（−）方向に突出している。

図６（ｂ）に示すように、内歯車３５のフランジ部３５１において、Ｚ（＋）方向の面を面３５２と呼ぶ。フランジ部３５１には、複数の貫通穴３５３が設けられており、この一部には、Ｚ（＋）方向から環状部材３２に向けてネジ３５４が貫通している。ネジ３５４は、貫通穴３５３を貫通して環状部材３２に設けられたネジ穴（図６において図示せず）に締結される。他の貫通穴３５３は、支持体３３の凸部３３１から突出したネジ受け３３３やピン３３４を貫通させる。ピン３３４の先端は、環状部材３２に設けられた窪みに当たり、支持体３３に対して環状部材３２を位置決めする。ネジ受け３３３は、環状部材３２に設けられた穴を通してＺ（−）方向から差し込まれるネジ３２２を受ける。このネジ３２２がネジ受け３３３と締結されることで環状部材３２は、支持体３３に固定される。

以上のように、環状部材３２が支持体３３に固定され、内歯車３５のフランジ部３５１が環状部材３２に固定されると、フランジ部３５１の面３５２と、支持体３３の凸部３３１との間には隙間が開く。図７は、太陽歯車３１の軸とネジ受け３３３の中心とを通る面で駆動装置２を切断した断面図である。図７（ａ）には、駆動装置２の全体の断面図が示されており、図７（ｂ）には、図７（ａ）に示した領域Ｒ７を拡大した断面図が示されている。図７に示したように、ネジ受け３３３（又はピン３３４）は、凸部３３１から突出する長さが、フランジ部３５１のＺ軸方向の長さ（厚み）よりも長くなるように形成されている。そして、環状部材３２のＺ（＋）方向の面にフランジ部３５１のＺ（−）方向の面が密着しているので、フランジ部３５１の面３５２と、支持体３３の凸部３３１には隙間Ｄ１が生じる。

また、図８は、太陽歯車３１の軸とネジ３５４の中心とを通る面で駆動装置２を切断した断面図である。図８（ａ）には、駆動装置２の全体の断面図が示されており、図８（ｂ）には、図８（ａ）に示した領域Ｒ８を拡大した断面図が示されている。図８に示したように、フランジ部３５１のネジ３５４は、そのネジ頭の部分だけ面３５２からＺ（＋）方向に突出しており、この位置に対応するように、支持体３３には凹部３３２が設けられている。そして、凹部３３２のＺ（＋）方向の深さは、ネジ３５４のネジ頭よりも深いため、図８に示すように、凹部３３２とネジ３５４との間には隙間Ｄ２が生じる。つまり、ここでもフランジ部３５１と支持体３３との間には隙間が開く。つまり、内歯車３５は、支持体３３によって直接、Ｚ軸方向の移動を制限されていない。

フランジ部３５１を含めて内歯車３５は樹脂により形成されているため、金属で形成された他の部材に比べて形状の精度が低い。従来では、支持体と環状部材の間に内歯車を挟んで固定される場合があった。この構成では、支持体のモータ固定面と環状部材の平行度が樹脂で形成された内歯車Ｚ方向二面の平行度に依存するため、精度が出ない。この場合、太陽歯車、遊星歯車、内歯車の中心軸に傾きが生じるため、バックラッシの不均一や歯面の片当たりによって回転精度や摩耗による歯車寿命が悪化する可能性がある。

上述した駆動装置２において、環状部材３２は、支持体３３に直接固定されており、間に樹脂製の内歯車３５を挟んでいない。したがって、上述した平行度の悪化が生じる可能性は抑制される。

２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

２−１．画像形成部
上述した実施形態において、画像形成部１０４は、現像剤を用いた電子写真プロセスにより、媒体の表面に画像を形成していたが、他のプロセスにより媒体に画像を形成してもよい。例えば、インクジェット方式などにより画像を形成してもよい。要するに、画像形成装置１において、駆動装置２によって回転させられる回転部材が用いられていればよい。

２−２．歯数
太陽歯車３１および内歯車３５の歯数は、遊星歯車３６の歯数の整数倍にすることが望ましい。これにより、太陽歯車３１、内歯車３５および遊星歯車３６の３つを同時に噛み合わせることが容易になって、製造負荷が軽減される。

１…画像形成装置、１０１…供給部、１０２…筐体、１０３…搬送部、１０４…画像形成部、１０５…定着部、１０６…排出部、１０７…補助部、１０８…積載部、２…駆動装置、３…遊星歯車機構、３１…太陽歯車、３２…環状部材、３２１…穴、３２２…ネジ、３３…支持体、３３１…凸部、３３２…凹部、３３３…ネジ受け、３３４…ピン、３４…ベアリング、３５…内歯車、３５１…フランジ部、３５２…面、３５３…貫通穴、３５４…ネジ、３５５…中空部、３６…遊星歯車、３６１…軸孔、３６２…大歯車、３６３…小歯車、３７…プレート、３７１…軸、３７２…出力軸、４…モータ

Claims (7)

1. 太陽歯車と、
   穴を有する環状部材と、
   一端側において前記太陽歯車を回転可能に支持し、他端側において前記穴の中心が前記太陽歯車の軸線上に位置するように前記環状部材を支持する支持体と、
   一部が前記穴から突出するように当該穴に嵌め込まれた外輪と、当該外輪によって回転可能に支持された内輪とを有するベアリングと、
   中空部を有し、当該中空部の一部に内歯が設けられた内歯車であって、前記ベアリングの外輪のうち、前記穴から突出した部分によって内側から前記中空部の一端を支持されて位置決めされる内歯車と、
   前記内歯車および前記太陽歯車に噛み合い、前記太陽歯車の周りを自転しながら公転する遊星歯車と、
   前記遊星歯車の軸を支持し、周縁部が前記ベアリングの前記内輪に固定されて、前記遊星歯車の公転により前記太陽歯車の軸を中心として回転するプレートと
   を具備し、
   前記内歯車は、径方向に拡がるフランジ部を有し、
   前記フランジ部の一方の面は前記環状部材に固定され、他方の面は前記支持体に固定されていない
   ことを特徴とする遊星歯車機構。
2. 前記内歯車は、前記太陽歯車の軸方向に沿った移動および当該軸を中心とした回転が制限されるように前記環状部材に固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車機構。
3. 前記内歯車は、樹脂により形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の遊星歯車機構。
4. 前記遊星歯車は、
   異なる２つの歯車を同軸上に備え、
   前記２つの歯車の一方は前記太陽歯車に噛み合い、他方は前記内歯車に噛み合う
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の遊星歯車機構。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の遊星歯車機構と、
   前記遊星歯車機構の前記太陽歯車を回転させるモータと、
   回転部材に、前記遊星歯車機構の前記プレートの回転力を伝達する伝達機構と
   を具備することを特徴とする駆動装置。
6. 請求項５に記載の駆動装置と、
   前記駆動装置から回転力が伝達されて回転する前記回転部材を用いて、媒体上に画像を形成する画像形成部と
   を具備することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記画像形成部は、露光部に露光されて潜像を保持する感光体と、前記感光体に保持された潜像に現像剤を供給する現像剤供給部と、前記感光体に形成された現像像を媒体に転写する転写部と、前記転写部を通過するように前記媒体を搬送する搬送部とを用いて画像を形成し、
   前記回転部材は、前記感光体、前記現像剤供給部、前記転写部、前記搬送部のいずれかに含まれる
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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