JP6537229B2 - 駆動伝達機構および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車等の回転体を有する駆動伝達機構および前記駆動伝達機構を備える画像形成装置に関するものである。

駆動伝達機構として、歯車等の駆動伝達部を有する回転体は多くの分野で使用されており、図８に示すようなストレートの軸１２２に対して、歯車１２１が回転可能に支持された構成が広く知られている。近年では、画像形成装置の電力削減の要求に伴い、これら駆動伝達機構においても、歯車等の回転体の駆動伝達損失の低減が求められている。図８に示すような駆動伝達機構１２０で発生する損失の要因となるのは、歯車１２１が駆動を伝達する際の歯面等の駆動伝達部１２１ａでのすべり摩擦による損失や、軸１２２と歯車１２１の嵌合部でのすべり摩擦による損失がある。これらの損失を低減するため、潤滑剤を軸１２２と歯車１２１の摺動部１２１ｂや駆動伝達部１２１ａなどに塗布することがよく行われているが、これによって低温環境で潤滑剤の粘性による損失が発生する。そこで従来において、駆動伝達損失を低減させるために、歯車１２１が軸１２２や他部材と摺動する面積を減少させることで、摺動部に塗布される潤滑剤のせん断損失を低減させる構成が提案されている（特許文献１）。

図９に示す構成では、駆動伝達機構１００は、駆動伝達部を有する回転体（駆動伝達部品）としての歯車１０１を軸１０２に回転可能に支持したものでる。軸１０２は側板１０４に固定されており、軸１０２の先端には歯車１０１の抜け止めの側板１０５が構成される。歯車１０１は、駆動伝達部１０１ａと大内径部１０１ｂ、小内径部１０１ｃから構成される。軸１０２は、大径部１０２ａと小径部１０２ｂから構成される。歯車１０１は側板１０４、１０５によって軸方向の移動が規制されるよう支持される。また、歯車１０１と軸１０２の回転摺動部（図９の領域ｃ、ｄ）には潤滑剤が塗布されている。歯車１０１は軸１０２の大径部１０２ａと小径部１０２ｂで回転摺動するため、軸１０２と歯車１０１との嵌合部には非接触空間１０３を有する。これによって、歯車１０１と軸１０２の接触面積を減少させ、潤滑剤のせん断による損失を抑えている。

特開２００８−７５８７２号公報

しかしながら、図９に示した駆動伝達機構１００では、スラスト荷重によって生じる駆動伝達損失を低減できないという課題がある。図９に示すように軸方向下向き（図９中の矢印ａ方向）の力が発生した場合、歯車１０１は大内径部１０１ｂと側板１０４との当接部で前述の力を受けるので、トルク損失量が大きく、スラスト荷重による駆動伝達損失が悪化する。

また、図９に示した駆動伝達機構１００では、潤滑剤の塗布量過多による弊害がある。軸１０２の潤滑剤を塗布する小径領域が、図９の領域ｄに示すように不明確であるため、潤滑剤の塗布量が必要以上に増えてしまう。さらに、塗布量過多（図９の領域ｅ）により潤滑剤のせん断損失が生じ、駆動伝達損失が悪化する。

そこで、本発明の目的は、スラスト荷重による駆動伝達損失を低減させ、潤滑剤の塗布量過多による弊害をなくすことである。

上記目的を達成するため、本発明は、駆動伝達部を備えた回転体と、前記回転体を回転自在に支持する軸と、を有する駆動伝達機構において、前記軸は、大径部と、前記大径部より外径が小さい小径部と、前記大径部と前記小径部との間に設けられ、前記大径部より外径が小さく前記小径部より外径が大きい少なくとも１つの中間径部と、前記中間径部と前記小径部の境目に設けられ、前記回転体と当接する段差と、を有し、前記回転体は、前記大径部と接触する大内径部と、前記小径部と接触する小内径部と、を有し、前記回転体の軸方向と直交する方向において、前記中間径部と前記大内径部の間に非接触空間が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、スラスト荷重による駆動伝達損失を低減させ、潤滑剤の塗布量過多による弊害をなくすことができる。

実施例１における、駆動伝達機構を示す断面図 実施例１における、駆動伝達機構あるいは駆動伝達装置を備える画像形成装置の概略構成を示す断面図 実施例１の変形例である、駆動伝達機構を示す断面図 実施例１の変形例である、駆動伝達機構を示す断面図 実施例１の変形例である、駆動伝達機構を示す断面図 実施例１の変形例である、駆動伝達機構の構成部品の歯車を示す斜視図 実施例２における、駆動伝達機構を示す断面図 従来の駆動伝達機構の一例を示す断面図 従来の駆動伝達機構の一例を示す断面図

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

〔実施例１〕
本発明の実施例１について図１〜図６に基づいて説明する。図１は実施例１の駆動伝達機構の断面図、図２は駆動伝達機構を備える画像形成装置の概略構成を示す断面図、図３〜図６は実施例１の駆動伝達機構の変形例を示す断面図である。

まず、図２を用いて駆動伝達機構を備える画像形成装置の概略的な全体構成について説明する。図２に示す画像形成装置１はカラーレーザプリンタとして構成され、装置下部に記録材を積載収載するカセット１１が画像形成装置１に対して挿抜可能に設置される。カセット１１内に積載収納された記録材は、ピックアップローラ１２および給送ローラ１３によって最上位の記録材が繰り出される。給送された記録材は、搬送ローラ対１４、１５によって二次転写ローラ２５へ搬送される。また、搬送ローラ対１５はレジストレーションをとる機能を有している。

画像形成装置１において、記録材に画像を形成する画像形成部は、４つのプロセスカートリッジで構成されており、各プロセスカートリッジは画像形成装置に対して着脱自在に装着される。各プロセスカートリッジは、図２の左から順にＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）である。図２において、符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを意味するが、以下の説明で特に色を区別する必要がない場合は、符号を省略する。

次に、画像形成方法は、スキャナ２１から画像情報に応じたレーザ光を各々のプロセスカートリッジ内に設置される感光体２２に照射し、感光体２２上に静電潜像を形成する。この静電潜像はプロセスカートリッジ内の現像部（不図示）にてトナー現像される。各感光体２２上に形成されたトナー画像は、一次転写ローラ２４にバイアスを印加することにより、中間転写ベルト２３上に順次重なった状態で一次転写される。そして、４色のトナー像が重なった状態で二次転写部まで搬送され、二次転写ローラ２５によって中間転写ベルト２３上の４色のトナー像を記録材へ一括して二次転写する。

トナー像を二次転写された記録材は、トナー像を保持したまま定着装置内の定着ローラ３１まで搬送され、熱と圧を加えられ、画像が記録材上に定着される。片面印刷でプリントする場合には、定着を終えた記録材は、排出ローラ３２を介して装置外の排出トレイ３４へ排出される。

一方、両面印刷で二面目のプリントする場合には、定着を終えた記録材は、反転ローラ３３によってスイッチバック搬送され、搬送ローラ対４１、４２によって再び搬送ローラ対１５に搬送され、記録材裏面に表面と同様の手順で画像を形成し、排出する。

本発明の駆動伝達構成は、給送手段としてのピックアップローラ１２、給送ローラ１３や、搬送手段としての搬送ローラ対１４、１５、３３、４１、４２、排出手段としての排出ローラ３２などの回転部材を駆動する駆動伝達機構に用いることが可能である。また、画像形成部の感光体２２、一次転写ローラ２４、二次転写ローラなどの回転部材を駆動する駆動伝達機構や、定着装置内の定着ローラ３１などの回転部材を駆動する駆動伝達機構に用いることが可能である。さらに、画像形成装置内の駆動部を駆動させる駆動伝達機構に用いることが可能である。

以下に、実施例１における駆動伝達機構の構成について図１を用いて詳しく説明する。

図１に示す駆動伝達機構５０は、回転体としての歯車５１と、歯車５１を回転自在に支持する軸５２と、軸５２を固定している側板５４、および軸５２の固定側と反対側にある歯車の抜け止めとなる側板５５から構成される。

歯車５１は、ポリアセタールなどの摺動性に優れた材料によって成形され、駆動伝達部５１ａ、被支持部である大内径部５１ｂ、小内径部５１ｃ、および大内径部５１ｂと小内径部５１ｃの境目にある内径段差５１ｄで構成される。

軸５２は、強度のある構造用材料で摺動性のあるステンレス鋼や表面をメッキした快削鋼などで成形される。軸５２は、固定される側板５４側から、大径部５２ａ、中間径部５２ｂ、小径部５２ｃの順で径が異なる段付き軸構成である。図１に示すように、小径部５２ｃは、大径部５２ａより外径が小さく、大径部５２ａと小径部５２ｃの間に設けた中間径部５２ｂは、大径部５２ａより外径が小さく小径部５２ｃより外径が大きく形成されている。また、大径部５２ａと中間径部５２ｂの境目には大段差５２ｅが設けられ、中間径部５２ｂと小径部５２ｃの境目には小段差５２ｄが設けられている。軸５２は側板５４にカシメられており、側板５５の穴には小径部５２ｃが嵌合関係で挿入され、支持される。

この構成において、歯車５１にかかる軸５２と直交する方向の力（以下、ラジアル荷重と称す）は、歯車５１の大内径部５１ｂと小内径部５１ｃにそれそれ接触する、軸５２の大径部５２ａと小径部５２ｃで受ける。歯車５１がはすば歯車の時に発生する軸方向の力（以下、スラスト荷重と称す）は、軸方向下向き（図１、矢印ａ）の場合には、歯車５１の内径段差５１ｄと当接する、軸５２の小段差５２ｄで力を受ける。一方、前述のスラスト荷重が、軸方向上向き（図１、矢印ｂ）の場合には、側板５５で力を受ける。

また、図１に示すように、歯車５１の大内径部５１ｂと軸５２の中間径部５２ｂは接触しない構成のため、非接触空間５３が構成される。潤滑剤は、摺動性向上および耐摩耗性向上を目的に、軸５２の大径部５２ａ（図１の領域ｃ）と小径部５２ｃ（図１の領域ｄ）に塗布する。小段差５２ｄおよび大段差５２ｅを設けることで、非接触空間５３内で中間径部５２ｂと大内径部５１ｂの隙間を一定値以上あけることができる。

本実施例において、駆動伝達損失を低減させるための手段は、歯車の支持部の小径化と、潤滑剤の塗布部である接触面積の減少である。以下に説明する。

１つ目の歯車支持部の小径化による効果は、軸などの支持部が同じ抵抗を受けても小径であれば、トルクとしての損失が小さくなる点にある。

本実施例では、歯車で駆動伝達する際に発生するラジアル荷重の半分を小径部５２ｃで受けることで、トルク損失を低減できる構成になっている。さらに本実施例では、中間径部５２ｂを設けることで、さらに小径部５２ｃを必要最小限の長さにできるため、例えば軸径を２ｍｍ程度に小径化しても強度を十分に保つことができる。また、この構成をとれば、ヘッダーなどの量産製造が容易である。

また、本実施例では、スラスト荷重が発生しても、それを小径部５２ｃで受ける構成となっている。スラスト荷重が軸方向下向き（図１、矢印ａ）に発生する場合、直径が小さい小段差５２ｄで力を受ける。スラスト荷重が軸方向上向き（図１、矢印ｂ）に発生する場合は、側板５５で小内径部５１ｃの摺動面で力を受ける。これによってスラスト荷重による抵抗が発生しても、小径部５２ｃで受けることにより、トルク損失は最小限にすることができる。

また２つ目の潤滑剤塗布部である接触面積の減少による効果は、接触面積を減少することにより、潤滑剤のせん断力の損失を減少できる。

本実施例では、歯車が軸の周りを回転する時、歯車５１と軸５２の内径領域内に非接触空間５３が構成されるので、歯車５１と軸５２との接触面積を低減させることができる。

さらに本実施例では、塗布領域が明確なため、余分な潤滑剤が非接触空間５３に、はみ出しにくい。これにより、非接触空間５３で、潤滑剤のせん断損失が発生しない。また、塗布量も最適化できるので、潤滑剤を無駄に使うことがない。

次に、本実施例において、歯車５１が有する駆動伝達部５１ａを側板の一方に近づけた場合を図３に示す。図３に示すように、歯車５１の駆動伝達部５１ａが軸５２の小径部側（小径部５２ｃ寄り）にあることが望ましい。これにより、駆動伝達時に発生するラジアル荷重の大部分を小径部５２ｃで受けることができ、更なるトルク損失の削減ができる。

また、本実施例では図１に示すような駆動伝達部５１ａを有する一段歯車を説明したが、本発明は図４に示すような複数の駆動伝達部５１ａ１，５１ａ２を有する二段歯車にも適用できる。

更に本実施例として、駆動伝達効率を向上させるための構成を例示して説明する。図５および図６に示すのは、本実施例の歯車５１の大内径部５１ｂにリブ５１ｅを設けたものである。大内径部５１ｂに三角形状のリブ５１ｅを設けることで、大内径部５１ｂの強度が向上し、たわみを抑制する。この結果、歯面（駆動伝達部５１ａ）の噛み合いや、歯車５１と軸５２の摺動が適正に保たれ、駆動伝達効率が向上する。なお、本実施例ではリブ５１ｅは４つ設けたが、少なくとも１つ以上設けることで、歯車５１の大内径部５１ｂの強度を向上させることができる。また、リブ形状は図示したように三角形状でなくても、四角形状、台形形状などでも可能で、形状は不問である。

以上の構成と機能により、本実施例ではラジアル荷重とスラスト荷重による駆動伝達損失を低減でき、潤滑剤の塗布量過多による潤滑剤のせん断損失を低減できる。

〔実施例２〕
本発明の実施例２について図７に基づいて説明する。図７は実施例２の駆動伝達機構の断面図である。

図７に示す駆動伝達機構６０は、回転体として歯車６１と、歯車６１を回転自在に支持する軸６２と、軸６２と一体成形の側板６４で成形され、および歯車の抜け止めとなる側板６５から構成される。

歯車６１は、ポリアセタールなどの摺動性に優れた材料によって成形され、駆動伝達部６１ａ、被支持部である大内径部６１ｂ、小内径部６１ｃ、および大内径部６１ｂと小内径部６１ｃの境目にある内径段差６１ｄで構成される。

軸６２は側板６４と一体で成形されており、強度や摺動性のあるＡＢＳやＰＢＴなどで成形される。軸６２は、側板６４側から順に、径の異なる大径部６２ａ、中間径部６２ｂ、小径部６２ｃの順で構成されており、中間径部６２ｂはテーパ形状である。また、中間径部６２ｂと小径部６２ｃの境目には小段差６２ｄが設けられている。軸６２は、側板６５の穴に小径部６２ｃが嵌合関係で挿入され、支持される。

歯車６１の支持領域は、軸６２の大径部６２ａと接触する大内径部６１ｂの大径支持領域（図７の領域ｃ）と、軸６２の小径部６２ｃと接触する小内径部６１ｃの小径支持領域（図７の領域ｄ）からなる。歯車６１の支持領域の軸方向の長さは、小径支持領域ｄの方が大径支持領域ｃより長い。このため、実施例１と比べても、さらにトルク損失を低減できる。

歯車６１にかかるラジアル荷重は、軸６２の大径部６２ａと小径部６２ｃで受ける。歯車６１がはすば歯車の時に発生するスラスト荷重は、軸方向下向き（図７、矢印ａ）の場合には軸６２の小段差６２ｄで受け、軸方向上向き（図７、矢印ｂ）の場合には側板６５でスラスト荷重を受ける。テーパ形状の中間径部６２ｂを設けているため、射出成型による軸６２の量産製造が容易である。

また、歯車６１の大内径部６１ｂと軸６２の中間径部６２ｂは接触しない構成のため、非接触空間６３が構成される。

次に機能について説明する。

本実施例では、歯車６１で駆動伝達する際に発生するラジアル荷重を大径部６２ａと小径部６２ｃで受ける。ラジアル荷重を受ける小径支持領域（図７の領域ｄ）は、大径支持領域（図７の領域ｃ）よりも軸方向に長いので、さらにトルク損失を低減できる。

本実施例では、スラスト荷重が軸方向下向き（図７、矢印ａ）に発生する場合は、小段差６２ｄで力を受け、スラスト荷重が軸方向上向き（図７、矢印ｂ）に発生する場合は、側板６５で小内径部６１ｃの摺動面で力を受ける。これによってスラスト荷重による抵抗が発生しても、小径部６２ｃで受けることにより、トルク損失は最小限にすることができる。

本実施例では、歯車６１が軸６２の周りを回転する時、歯車６１と軸６２の内径領域内に非接触空間６３が構成されるので、歯車６１と軸６２との接触面積が少なく、潤滑剤のせん断損失による駆動伝達損失を低減させることができる。

さらに本実施例では、塗布領域が明確なため、余分な潤滑剤が非接触空間６３に、はみ出しにくい。これにより、非接触空間６３で、潤滑剤のせん断損失が発生しない。また、塗布量も最適化できるので、潤滑剤を無駄に使うことがない。

本実施例は、樹脂の軸においても実施例１と同様の効果が得られる。さらに、ラジアル荷重によるトルク損失においては、実施例１と比べて、小径部に荷重を多く受けることで、更にトルク損失を低減することができる。

なお前述した実施例では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、これに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であってもよい。これらの画像形成装置に用いられる駆動伝達機構に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

１ …画像形成装置
５０，６０ …駆動伝達機構
５１，６１ …歯車
５１ａ，５１ａ１，５１ａ２，６１ａ …駆動伝達部
５１ｂ，６１ｂ …大内径部
５１ｃ，６１ｃ …小内径部
５１ｄ，６１ｄ …内径段差
５１ｅ …リブ
５２，６２ …軸
５２ａ，６２ａ …大径部
５２ｂ，６２ｂ …中間径部
５２ｃ，６２ｃ …小径部
５２ｄ，６２ｄ …小段差
５２ｅ …大段差
５３，６３ …非接触空間
５４，５５，６４，６５ …側板

Claims (10)

1. 駆動伝達部を備えた回転体と、前記回転体を回転自在に支持する軸と、を有する駆動伝達機構において、
   前記軸は、大径部と、前記大径部より外径が小さい小径部と、前記大径部と前記小径部との間に設けられ、前記大径部より外径が小さく前記小径部より外径が大きい少なくとも１つの中間径部と、前記中間径部と前記小径部の境目に設けられ、前記回転体と当接する段差と、を有し、
   前記回転体は、前記大径部と接触する大内径部と、前記小径部と接触する小内径部と、を有し、
   前記回転体の軸方向と直交する方向において、前記中間径部と前記大内径部の間に非接触空間が形成されていることを特徴とする駆動伝達機構。
2. 前記軸は、前記大径部と前記小径部によって前記回転体にかかる軸と直交する方向の力を受け、前記段差によって前記回転体にかかる軸方向の力を受けることを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達機構。
3. 前記回転体は、軸方向において、前記駆動伝達部を前記軸の小径部側に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の駆動伝達機構。
4. 前記回転体は、前記中間径部との間に非接触空間を形成する前記大内径部にリブを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駆動伝達機構。
5. 前記軸の中間径部はテーパ形状であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の駆動伝達機構。
6. 前記小径部と接触する前記小内径部の支持領域は、前記大径部と接触する前記大内径部の支持領域よりも軸方向に長いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の駆動伝達機構。
7. 前記大内径部は前記大径部と摺動し、前記小内径部は前記小径部と摺動することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の駆動伝達機構。
8. 前記回転体の前記大内径部と前記小内径部の境目に設けられ、軸方向において前記回転体の前記段差と当接する内径段差と、
   軸方向の一方が固定された前記軸の固定側と反対側を支持する側板と、を有し、
   前記回転体に発生する軸方向一方の向きの力を前記段差で受け、前記回転体に発生する軸方向他方の向きの力を前記側板で受けることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の駆動伝達機構。
9. 前記軸は、前記中間径部と前記小径部の境目に設けられた前記段差のほかに、前記大径部と前記中間径部の境目に設けられた第二の段差を有し、
   前記小径部の前記小内径部との接触領域と、前記大径部の前記大内径部との接触領域に潤滑剤を塗布することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の駆動伝達機構。
10. 記録材に画像を形成する画像形成装置において、回転部材に駆動を伝達する駆動伝達機構として、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の駆動伝達機構を備えることを特徴とする画像形成装置。

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