JP2007040399A

JP2007040399A - 駆動伝達装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2007040399A
Application number: JP2005225254A
Authority: JP
Inventors: Kiyoteru Wajima; 清輝和島; Yoshinori Takeda; 良典竹田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】画像形成装置などの駆動系に用いられる樹脂製はす歯ギヤは、或る程度大きくなると精度を保つために肉厚を小さくするが、強度は小さくなるため外負荷変動に対してフランジの曲がりや、ボスとフランジの接合部、あるいはギヤ部とフランジの接合部の変形などが無視できなくなる。フランジ面に補強部材を取り付けてフランジの変形を防ぐ提案はあるが、補強部材の重量により回転体の慣性が増え、感光体の動きに追随しなくなる。また、ギヤ部とフランジの接合部の変形の防止に不十分な点があった。
【解決手段】補強部材を多角形状にし、必要に応じて外形線を中心側に寄せることで重量軽減を図る。また、補強部材を縁つきにすることで強度を落とさずに板厚を小さくして重量を軽減することができる。補強部材を円形にし、その外径とギヤの歯部の裏側との隙間を１／１０００〜３／１０００にすることで、歯部の倒れを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラー複写機、カラープリンタの高精度駆動伝達機構に関する。特に精密回転送り精度を要する画像形成装置全般に適用可能な技術に関する。

図１０はカラー画像形成装置の駆動列を説明するための図である。
同図において符号１は感光体とともに回転する従動ギヤ、３は駆動モータ軸に連結された駆動ギヤをそれぞれ示す。
図１１は駆動系を説明するための図である。
同図において符号２は従動軸、４は駆動モータ、５は従動軸の軸受、６は駆動連結機構、７は感光体をそれぞれ示す。
図１２は各感光体の回転むらの位相を合わせた状態を示す図である。
同図において横軸は回転角度、縦軸は目標位置からのずれをそれぞれ示す。
図１０はブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色の感光体をタンデム駆動してトナー像を重ね合わせて画像を形成するカラープリンタ、カラーコピアの一般的な駆動列を示す。
このような駆動伝達機構では、各色に対応した従動ギヤ１に樹脂回転体を使用し、図１２に示すような各色のギヤの持つ位相を合わせ、トナー像の位置合わせ精度の改善をはかっている。
感光体の駆動は、図１１に示すように、従動ギヤ１が、駆動モータ４に取り付けられた駆動ギヤ３により駆動伝達され、従動ギヤ１は従動軸２を回して、この従動軸２はジョイント等の駆動連結機構６を介して、感光体７を回転させる。従動軸２は軸受５、５により支持され、然るべき手段により位置決め固定されている。

図１３はギヤの側面振れを説明するための図である。
図１４は側面振れの要因を説明するための概要図である。
図１５は負荷変動による振幅および位相の変化を説明するための図である。
従動ギヤ１には、一般的にギヤの噛合いのガタつきを押える目的ではすば歯車が使用されている。公知の通り、はすば歯車は回転を伝えるときに横方向の推力を生じる。よって、特に樹脂で成型されたギヤの場合には、金属の場合に比較して剛性が弱いため感光体の回転中に負荷変動があった場合や、ユーザー先で感光体ユニット交換等で負荷が変わった場合には、図１３に示すようにギヤの側面振れが生じ、それによって、ギヤ１回転周期の振幅と位相が図１５に示した例のように変わってしまい、トナー像の位置合わせ精度が低下し、画像品質を悪くしている。
ギヤ列のそれぞれをリブを持ったギヤとし、各段のギヤ比を整数倍に設定するとともに、各段のリブの数も同様整数倍とし、リブ相互の位相を特定の角度に定める提案がある（例えば、特許文献１参照。）。この提案は、画像の位置合わせ精度を上げることはできるが、はす歯ギヤにおけるスラスト方向の推力によるねじれ力の問題解決にはならない。
図１３で示した側面振れが起きる要因の一つに、図１４に示すように、回転軸２と嵌合う従動ギヤ１のフランジ部の強度不足により、従動軸２に対する従動ギヤ１の直角度が変わってしまう事が挙げられる。

フランジの曲がりを抑えるため、フランジ部の材質をギヤ部の材質より剛性の高い材質を用いて一体成型する提案がある（例えば、特許文献２参照。）。このようにすればフランジの撓み等による問題は解決するが、部品のリサイクル対策から見れば、あまり好ましい解決方法ではない。
これらの問題を解決するためにギヤのフランジ面に補強部材をつける提案がある（例えば特許文献３参照。）。この提案では、外力によって歯面が傾斜することを防ぐため、補強部材の周面をギヤの裏面に当接させる構成となっている。しかし、樹脂製のギヤの変形には外力の加わり方により、いくつかのモードがある。典型的なのは、ボス部とギヤ部を結ぶフランジ部の変形である。この変形も、フランジ全体の撓みのほかに、図１４に示すようなフランジとボスの接続部における曲がりがある。これらの変形をすべて補償したとしてもなお、ギヤ部とフランジの接続部における曲がりが生ずる可能性が残る。特許文献３はフランジ全体の撓みと、ギヤ部とフランジの接続点における曲がりを補償しようとするものである。ところで、製造上、部品公差を或る程度認めねばならず、そうなると、補強部材の径の方がギヤの裏面の径より大きくなることもあり得る。このような大小関係で補強部材を取り付けると、ギヤの歯面が補強部材の圧力によって、曲げられてしまう危険性がある。また、フランジとボスの接続部における曲がりの問題は解決していない。

さらに、上記特許文献３においては、補強部材にフライホイールの効果を期待しているが、画像形成装置に用いた場合に、従動ギヤ１と安定回転が求められる感光体とが従動軸２と駆動連結機構６を介して連結されていると、負荷変動が起きたとき（停止命令が出たときにも負荷変動は起きる）に、軸のわずかな捩れにより、感光体と従動ギヤとの間で動きが異なり振動を起こしやすい。しかし、従動ギヤの慣性が小さい場合は、感光体との間の従動軸２がねじられることもなく、安定した回転が得られる。
このような理由から、回転系に負荷変動が生じた場合でも感光体との相対的な動きが生じないように、慣性力を小さくする努力をする場合がある。特許文献３には、慣性力を小さくするための方策は何も示されていない。

特開平７−２０９９４２号公報特開２００２−８２５７４号公報特開平８−７４９７１号公報

本発明は、上記のような外負荷の変動があった場合でも、樹脂製のはす歯ギヤの変形による回転特性変化を防止し、安定した回転駆動を実現しようとするものである。
その第１は、負荷変動時において、従動ギヤ部のフランジが変形を起こさずに安定した回転を確保するため、補強部材による慣性力の増加を極力抑えることを一つの目的とする。
その第２は、外負荷の変動があった場合でも、フランジと歯部の変形を許容誤差以内に抑えることを他の目的とする。

請求項１に記載の発明では、駆動軸と結合され駆動力伝達に用いられる樹脂製はす歯ギヤのフランジの、少なくとも片方の面に少なくとも１枚の補強部材を密着させ、該補強部材は前記フランジと３カ所以上の結合点で結合し、該結合点を頂点とする多角形を基本とした形状であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、駆動軸と結合され駆動力伝達に用いられる樹脂製はす歯ギヤのフランジの、少なくとも片方の面に少なくとも１枚の円板状補強部材を密着させ、該補強部材の外周と、前記はす歯ギヤの歯の裏側との間に１／１０００〜３／１０００の隙間を空けたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の駆動伝達装置において、前記補強部材の剛性は前記樹脂製はす歯ギヤの剛性より大きいことを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材は前記フランジの面の片側に複数枚取り付けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材は前記フランジの面の両側にそれぞれ少なくとも１枚取り付けられていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材の１枚は前記駆動軸に圧入されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材は縁つきであることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の駆動伝達装置を用いた画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、樹脂製はす歯ギヤを用いたときに生ずるフランジの変形を補強することができてなお、補強部材の重量を軽減することによって、回転体の慣性モーメントを小さく抑えることができる。
また、樹脂製はす歯ギヤのフランジとはす歯部の間の変形を抑え、あるいは最小限にすることにより、画像形成装置に用いられた場合の画像品質を良好に保つことができる。

図１は本発明の第１の実施形態を説明するための図である。同図（ａ）は従動ギヤ周辺の側断面図、同図（ｂ）は従動ギヤと補強部材の正面図、同図（ｃ）は補強部材の変形例を示す図である。
同図において符号９は平行ピン、１０は補強部材、１１は雌ねじ、１２は止めねじをそれぞれ示す。また、１０ａは従動ギヤ１のボス部１ａと嵌合する穴部、１０ｂは補強部材の外形線をそれぞれ示す。その他の符号は図１０〜１３に示した符号を援用する。
従動ギヤ１は、ピッチ円８を持つはす歯歯車であり、汎用的な材料により成型されている。また補強部材１０は金属材料を使用している金属材料としては、鉄系の材料、あるいは銅系の材料（例えば、ＳＥＣＣ、ＳＵＳ、真鍮など。特にＳＥＣＣは加工性に優れている。）を用いる。従動ギヤ１は、駆動軸２に圧入された平行ピン９が従動ギヤ１のボス部１ａに設けられた溝１ｂに系合することにより駆動が伝達される。
補強部材１０の材質は金属以外にもフィラー配合の樹脂成型品でも可能であるが、金属に比べて厚さが増し、レイアウトの制約が生ずるので、本実施例では従動ギヤ１の直径がおよそ１１０ｍｍ程度、好適なフランジの厚さが１．５ｍｍ程度なので、厚さｔ＝１ｍｍの金属を使用している。尚、金属材料の厚さは、従動ギヤ１の樹脂材料との剛性比にもよるが、少なくとも厚さｔ＝０．６ｍｍ以上のものを使用するのが好ましい。

本実施例の補強部材１０は、従動ギヤ１と３箇所で結合される。補強部材１０の基本形は円板とするが、必要に応じて重量を小さくしたいような場合、この結合する位置を頂点とする形状、すなわち、同図（ｂ）に示すような正三角形を基本とした形とするのがよい。３箇所以上で結合する場合には、例えば４箇所の結合であれば正方形、五箇所の結合であれば正五角形となる。正多角形の角数を多くすれば補強効果はより確実になるが、それだけ補強部材の重量が大きくなる。したがって、結合箇所をいくつにするかは、回転体の慣性に影響を与える補強部材の重量と、補強効果との兼ね合いで定めることになる。
また、さらに重量を軽減したい場合には、同図（ｃ）に１例を示すように、外形線10ｂを単なる直線とせず、強度の許す範囲で中心側に寄せて軽量化することもできる。
なお、補強部材の形状として円板を用いる場合は、結合箇所の制限がなくなるが、回転体としての慣性の中心がずれないような配置にする必要がある。簡単に言えば、結合位置の中心からの距離を等しくし、隣接する結合位置の中心角が互いに等しくなるようにすればよい。
従動ギヤ１と補強部材１０の結合は、同図（ａ）に示すような一般的に使用される止めねじ１２により行っており、経時変化によるねじの緩み等を防止するため、雌ねじ１１はより剛性の高い補強部材１０の側に設けている。この場合、補強部材の板厚が小さくて十分なねじ山が得られないときは、バーリング加工等で所望のねじ山を確保する。
なお、補強部材１０が円板であれば旋盤加工で作ることができるが、多角形の場合は打ち抜き加工で作るのが一般的である。

図２は本発明の第２の実施形態を説明するための図である。同図（ａ）は円板型補強部材を用いた場合の従動ギヤ周辺側断面図、同図（ｂ）は三角型補強部材の正面図、同図（ｃ）は円板型補強部材の正面図である。
本実施形態は補強効果の強化と軽量化を両立させるための構成になっている。
同図（ｂ）、（ｃ）において、補強部材１０は、板状の平面部材を基本とし、従動ギヤ１のボス部１ａに嵌合する部分１０ａと、最外周に相当する部分１０ｂを若干量立ち上げてある。立ち上げの量は、従動ギヤ１の補強部材１０を取り付ける部分のくぼみからとび出さない程度がよい。この形状の補強部材をここでは「縁つき」と呼ぶことにする。このような構成にすると、中央部側と周辺部側が立ち上がり部のために強度が増し、その分、板厚を減らすことができ軽量化を達成することができる。この補強部材１０は、例えば板状部材にフライス加工をして、いわゆる肉抜きをするのであれば、雌ねじ１１の部分だけ厚肉部を残すのがよい。実用的には板材の絞り加工によってたやすく作ることができる。以下の説明において特に限定しない限り、補強部材の形状は円板形状でも、多角形状でもかまわない。

図３は本発明の第３の実施形態を説明するための図である。同図は、簡略化のため主として軸２より上側を示してある。以下の図においても同様である。
同図において符号１３は追加の補強部材、１４は止めねじをそれぞれ示す。
本実施形態は、補強部材１０を従動ギヤ１の片面だけにつけたのでは強度不足になる場合の対策になる。すなわち、補強部材１０を従動ギヤ１の片面に取り付け、他面に追加の補強部材１３を取り付ける。追加の補強部材１３は結合用の穴として、ねじ穴ではなく止めねじ１４が自由に貫通できる大きさの穴を開けておく。止めねじ１４は追加の補強部材１３の側から従動ギヤ１を挟んで補強部材１０のねじ穴１１にねじ込む。
図４は本発明の第４、第５の実施形態を説明するための図である。同図（ａ）は第４の実施形態、同図（ｂ）は第５の実施形態をそれぞれ示す図である。
第４の実施形態は、全体構成の都合で追加の補強部材１３がフランジの反対側の面に付けられない場合の対策になっている。この場合は、追加の補強部材１３を補強部材１０と重ねてフランジの同じ側に取り付けることになる。この構成では、補強部材を２倍の厚さの部材１枚に代えても実質同じ効果であるが、単体部品として重量が大きくなるのを避けるため、ほぼ同程度の形状の部品２枚に分けておくことが行われる。
本実施形態は、構成の自由度を確保できる点以外の効果は第３の実施形態と同様である。
第５の実施形態は、縁つきの補強部材を用いることによって、補強部材を２枚使うことによる重量増加を避け、軽量化を目指した構成となっている。
本実施形態において、軽量化以外の効果は第３の実施形態と同様である。

図５は本発明の第６の実施形態を説明するための図である。
これまでの実施形態では、補強部材の取り付けはすべて、従動ギヤ１のボス部１ａに嵌合させる構成をとってきた。しかし、従動ギヤ１を樹脂成型で作る限り、ボス部はどうしても厚肉になり、あまり高い精度が期待できない。したがって、その構成の場合は、補強部材１０とボス部１ａとの嵌合は厳密なものとせず、或る程度の遊びを持たせて構成することになる。そのため、補強部材の取り付けの際、微妙な偏心が生ずる可能性があり、偏心がおきても見かけだけでは分からない。この問題の解決方法として、従動ギヤ１を成型後にボス部１ａを精度良く機械加工して補強部材１０を圧入できるようにする方法がある。ただし、金属と樹脂の圧入の場合は温度変化によって応力歪みが増加したり、圧入部が緩むこともあり得るので余り好ましい方法ではない。
本実施形態はそのような問題を解決する構成になっている。すなわち、補強部材１０の中心側は駆動軸２の外径にほぼ等しく形成し、圧入によって金属製の駆動軸２と一体化する。補強部材１０は金属材料を用いているので、外形や穴位置も精度よく作ることができる。したがって、補強部材１０を取り付けることによる偏心の問題は発生しない。
また、金属材料からなる補強部材１０は平面度も比較的良いので、樹脂成型による従動ギヤ１のフランジ部の不十分な平面性を矯正することもできる。そのため、本発明では、補強部材１０は必ずフランジ面と密着するように構成している。
図６は本発明の第７の実施形態を説明するための図である。
本実施形態は、縁つきの補強部材を用いることによって軽量化を目指した構成となっている。軽量化以外の効果は第６の実施形態と同様である。

図７は本発明の第８の実施形態を説明するための図である。
本実施形態は第５の実施形態において補強部材の補強効果が不足している場合の対策になっている。すなわち、補強部材１０を取り付けたフランジのもう一方の面にも追加の補強部材１３を取り付けている。追加の補強部材１３は第３の実施形態と同様、中央部側は従動ギヤ１のボス部に緩く嵌合させてある。
図８は本発明の第９の実施形態を説明するための図である。
本実施形態は、縁つきの補強部材を用いることによって軽量化を目指した構成となっている。軽量化以外の効果は実施形態８と同様である。

図９はギヤの噛み合い面の変形を説明するための図である。
同図において符号１５は歯の先端の一方の角部、１６は他方の角部をそれぞれ示す。
補強部材１０および、追加の補強部材１３によって、フランジ部が補強された場合でも、スラスト力が加わった場合、歯面がわずかに傾斜することがある。本実施形態で想定している従動ギヤの大きさの場合、歯の先端１５、１６の許容できる高さ変化はおよそ１０００分の３ｍｍ程度になる。そこで、補強部材１０および追加の補強部材１３の外径を従動ギヤ１のギヤ面の裏側１ｃに極めて近い位置になるよう設定する。ただし、両者が当接するようでは先に述べたように、歯面の変形を引き起こす危険性があるので、必ず隙間が空くような設定にする。そこで、この隙間を１０００分の１から１０００分の３となるように定める。こうすることによって、従動ギヤの歯面の傾きが許容量以上になることを防ぐことができる。なお、この問題はギヤの周面すべてにおいて生ずる可能性の或る問題なので、補強部材の形状は円板型に限る。逆に補強部材が円板であれば、上記隙間の設定は第１の実施形態から第８の実施形態までのすべての実施形態に適用できる。傾きの生ずる方向が一方向のみの場合はギヤの裏面が内側に傾く側のみに補強部材があれば、上記の問題は解決する。傾きが両側に及ぶ場合はフランジの両面に補強部材を取り付けるのが好ましい。なお、樹脂製のギヤは精度があまり期待できないことは既に述べたとおりである。特に大きな寸法に関しては成型後のひけなどにより、精度を保ちにくい。そのため、補強部材の直径を精度良く形成しても、対応するギヤの歯の裏側の直径は、成型のみでは同程度の精度に仕上げることはできない。したがって、先にボス部１ａの件で述べたのと同様に、成型後に機械加工を行うのがよい。この場合は補強部材と樹脂部材が圧入の関係にならないので応力歪みや緩みの問題は生じない。

本発明の第１の実施形態を説明するための図である。本発明の第２の実施形態を説明するための図である。本発明の第３の実施形態を説明するための図である。本発明の第４、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る。本発明の第７の実施形態を説明するための図である。本発明の第８の実施形態を説明するための図である。本発明の第９の実施形態を説明するための図である。ギヤの噛み合い面の変形を説明するための図である。カラー画像形成装置の駆動列を説明するための図である。駆動系を説明するための図である。各感光体の回転むらの位相を合わせた状態を示す図である。ギヤの側面振れを説明するための図である。側面振れの要因を説明するための概要図である。負荷変動による振幅および位相の変化を説明するための図である。

符号の説明

１従動ギヤ
２従動軸
１０補強部材
１３追加の補強部材

Claims

駆動軸と結合され駆動力伝達に用いられる樹脂製はす歯ギヤのフランジの、少なくとも片方の面に少なくとも１枚の補強部材を密着させ、該補強部材は前記フランジと３カ所以上の結合点で結合し、該結合点を頂点とする多角形を基本とした形状であることを特徴とする駆動伝達装置。
駆動軸と結合され駆動力伝達に用いられる樹脂製はす歯ギヤのフランジの、少なくとも片方の面に少なくとも１枚の円板状補強部材を密着させ、該補強部材の外周と、前記はす歯ギヤの歯の裏側との間に１／１０００〜３／１０００の隙間を空けたことを特徴とする駆動伝達装置。
請求項１または２に記載の駆動伝達装置において、前記補強部材の剛性は前記樹脂製はす歯ギヤの剛性より大きいことを特徴とする駆動伝達装置。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材は前記フランジの面の片側に複数枚取り付けられていることを特徴とする駆動伝達装置。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材は前記フランジの面の両側にそれぞれ少なくとも１枚取り付けられていることを特徴とする駆動伝達装置。
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材の１枚は前記駆動軸に圧入されていることを特徴とする駆動伝達装置。
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の駆動伝達装置において、前記補強部材は縁つきであることを特徴とする駆動伝達装置。
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の駆動伝達装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。