JP6011225B2 - クラッチ機構、及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
例えば、特許文献1には、装置を小型化するための遊星歯車減速機構と正逆転切替動作を行うための遊星歯車クラッチ機構(遊星クラッチ機構)とを併用させた駆動力伝達機構(反転駆動装置)が記載されている。この駆動力伝達機構は、駆動力伝達方向上流側(以下、単に「上流側」という。)と、駆動力伝達方向下流側(以下、単に「下流側」という。)にそれぞれ配置された2つの遊星歯車クラッチ機構を備えている。各遊星歯車クラッチ機構は、入力側の内歯歯車と、内歯歯車に噛み合う遊星歯車と、遊星歯車に噛み合う太陽歯車と、遊星歯車を保持する部材と、を有している。太陽歯車を回転しない状態にすることで、内歯歯車に伝達された回転駆動力を、遊星歯車を保持する部材を介して出力する。
各遊星歯車クラッチ機構の内歯歯車の外周面には同軸の外歯歯車が一体的に形成され、遊星歯車を支持する部材(遊星歯車支持部材)の外周には内歯歯車と同軸の外歯歯車が一体に形成されている。上流側に位置する遊星歯車クラッチ機構の内歯歯車と一体形成された外歯歯車は、駆動歯車(駆動入力ギア)と噛み合っている。下流側に位置する遊星歯車クラッチ機構の内歯歯車と一体形成された外歯歯車は、アイドラ歯車を介して上流側の外歯歯車と噛み合っている。
上流側の遊星歯車支持部材に一体形成された外歯歯車と、下流側の遊星歯車支持部材に一体形成された外歯歯車とは直接噛み合っている。下流側の外歯歯車が、さらに下流側の駆動ユニットに回転駆動力を伝達する駆動出力歯車に噛み合っている。
各遊星歯車クラッチ機構の太陽歯車には、突起状の被回転規制部(拘束部)が一体に設けられており、その回転を規制することで太陽歯車が回転しない状態になる。具体的には、被回転規制部の突起に回転規制部材の突起(拘束手段)が噛み合うことで、太陽歯車が回転しない固定状態に規制される。
回転規制部材のL字状突起の側面に対して平行な側面はL字状突起の側面と面で噛み合うことができるので、噛み合い後に衝撃が生じても噛み合いが解除され難く、太陽歯車の回転を固定状態に維持する。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、被回転規制部の突起と回転規制部材の突起との噛み合い時(係合時)又は噛み合い解除時(係合解除時)に発生する衝撃音や自由振動を小さくすることにより、静音化を実現可能なクラッチ機構及び画像形成装置を提供することを目的とする。
また、図10は、波状の湾曲部を有する回転規制部材の説明図であり、図11(a)、(b)は、他の実施形態に係る回転規制部材の説明図であり、図12は、弾性体を有する回転規制部材の説明図である。
カラーのトナー画像が一括転写された転写紙Pは、搬送経路41に沿って2次転写位置の転写紙搬送方向下流側に設けられた定着装置11まで搬送されて、転写紙P上にカラーのトナー画像が定着される。定着後の転写紙Pは排紙口43から排紙されて、排紙トレイ44上にスタックされる。また、1次転写位置で各感光体1上から中間転写ベルト24上に1次転写し切れなかった転写残トナーは、各感光体1における1次転写位置の感光体回転方向下流側に設けられた感光体クリーニング装置7によりクリーニングされる。2次転写位置で中間転写ベルト24上から転写紙P上に2次転写しきれなかった転写残トナーも、中間転写ベルトクリーニング装置26によりクリーニングされ、再度の画像形成に備える。
なお、遊星歯車クラッチ機構100について以下の実施形態においては、遊星歯車機構の3つの回転要素である、内歯歯車101の回転に入力を割り当て、遊星歯車105を保持するキャリア104の回転に出力を割り当て、太陽歯車111の回転に固定を割り当てた例について説明する。すなわち、入力を割り当てられた部材である入力側伝達部材を内歯歯車101、固定を割り当てられた部材である固定側伝達部材を太陽歯車111、出力を割り当てられた部材である出力側伝達部材をキャリア104とした例について説明する。
つまり、本発明の遊星歯車クラッチ機構100は、遊星歯車機構の3つの回転要素である、内歯歯車101、キャリア104、太陽歯車111の回転のいずれかをそれぞれ入力、出力、又は固定に割り当てて実施することが可能である。固定を割り当てられた固定側伝達部材の回転を固定することで駆動力が伝達される駆動伝達状態となり、固定側伝達部材の回転を非固定とすることで駆動力が伝達されない駆動遮断状態となる。
ここで、他の色に対応する作像ユニット10Y、10C、10Mでは、感光体駆動歯車列80にアイドラ歯車列83及び駆動ローラ歯車84を備えていない点が異なる。また、感光体駆動歯車列80と現像ローラ駆動歯車列90とに駆動力を伝達する駆動歯車が、作像ユニット10Y、10C、10Mのモータ駆動歯車列(不図示)に接続された各作像ユニット用の駆動歯車(不図示)である点が異なる。しかし、上記相違点を除く、作像ユニット10Y、10C、10Mの各感光体1に回転駆動力を伝達する感光体駆動歯車列80、及び現像ローラ駆動歯車列90の構成は同様である。
また、図2(b)に示すように、遊星歯車クラッチ機構100が遮断状態の場合には、遊星歯車クラッチ機構100の出力歯車116に内歯歯車101の反時計回りの回転駆動力は伝達されない。従って、出力歯車116はいずれの方向にも回転しない。すなわち、遊星歯車クラッチ機構100が遮断状態の場合に駆動モータが正回転方向に回転駆動されると、中間転写ベルト24及び感光体1は、それぞれ正回転方向に回転駆動される。しかし、現像装置3内の現像ローラ4及び現像剤攪拌搬送スクリュ5、6はいずれの方向にも回転しない。
また、図3(b)に示すように、遊星歯車クラッチ機構100が遮断状態の場合には、遊星歯車クラッチ機構100の出力歯車116に内歯歯車101の時計回りの回転駆動力は伝達されない。従って、出力歯車116は、いずれの方向にも回転しない。すなわち、遊星歯車クラッチ機構100が遮断状態の場合に駆動モータが逆回転方向に回転駆動されると、中間転写ベルト24及び感光体1は、それぞれ逆回転方向に回転駆動される。しかし、現像装置3内の現像ローラ4及び現像剤攪拌搬送スクリュ5、6はいずれの方向にも回転しない。
遊星歯車クラッチ機構100の遊星歯車部110は、外部駆動力により回転する入力歯車としての内歯歯車101と、内歯歯車101の内径側と噛み合う(噛合する)3つの遊星歯車105と、各遊星歯車105を回転(自転)自在、かつ太陽歯車111の外周を公転自在に軸支持するとともに、所定の周方向ピッチにて保持するキャリア104(遊星歯車保持部材)と、各遊星歯車105に噛み合う太陽歯車111と、を備えている。また、各遊星歯車105を保持しているキャリア104と、キャリア104の回転を下流側の駆動ユニットに伝達する出力歯車116とが、一体で動作するように接続する出力軸109も備えている。また、太陽歯車111には、被回転規制部であるラチェット部112が一体で動作するよう設けられている。そして、内歯歯車101、キャリア104、太陽歯車111、ラチェット部112、出力軸109、及び出力歯車116は同軸上に配置されている。
なお、内歯歯車101の外周には、外歯歯車部103が同軸で形成され、第1現像ローラ歯車91に噛み合って回転駆動力が内歯歯車101に伝達される。また、キャリア104には出力歯車116から離れた側の基準側板106と、基準側板106に支持され遊星歯車105を回転自在に保持するピン108と、ピン108の他端側を支持する端部側板107(図5には不図示)を有している。基準側板106には、出力歯車116に回転駆動力を伝達する出力軸109が接続されている。この出力軸109の出力歯車116に嵌め合わせる部分の断面は、出力歯車116に確実に回転駆動力を伝達できるように、回り止め加工が施されている。また、端部側板107には、太陽歯車111を回転自在な状態で向かい入れるための孔が設けられている。太陽歯車111及び太陽歯車111と同軸で一体に設けられたラチェット部112(図5には不図示)には、出力軸109を回転自在な状態で通す孔が形成されている。次に、太陽歯車111を、回転が規制された固定状態と回転自在な固定解除状態とに切換える具体的な構成について説明する。
規制レバー121(回転規制部材)は、一部(支持軸123)を揺動可能(揺れ動くことが可能)に支持されると共に、揺動することにより被回転規制部(ラチェット部112)の被係合部(被規制部突起113)と係合(又は掛止)する係合状態で、固定側伝達部材(太陽歯車111)を固定状態にし、被回転規制部(ラチェット部112)の被係合部(被規制部突起113)と係合しない非係合状態で固定側伝達部材(太陽歯車111)を固定解除状態にする係合部(正逆回転規制突起126)を他部に有している。
ここで、下流側の駆動ユニットである、遊星歯車クラッチ機構100の下流側の現像ローラ駆動歯車列90を双方向回転に対応させるためには、次の側面形状を最適化する必要がある。ラチェット部112の被規制部突起113の側面形状と、規制レバー121のレバー出力部122に設けた各回転規制突起の対応するそれぞれの側面形状である。これは、次の理由による。被規制部突起113の各側面と、噛み合う規制レバー121の突起の側面が、太陽歯車111と一体に設けられたラチェット部112を点接触で完全停止させる場合には、非常に大きい力(摩擦力)を与え続けることが必要なためである。
規制レバー121では、正逆回転規制突起126の正回転規制側面128及び正逆回転規制突起126の逆回転規制側面129を、次ぎのように規定する。水平線を0[deg]としたとき、水平線と各側面の直線部分とがなす角度をθ1とする。
ラチェット部112では、被規制部突起113が正逆回転規制突起126と接触するときの、被規制部突起113の上流側面114及び被規制部突起113の下流側面115を次のように規定する。水平線を0[deg]としたとき、水平線と各側面の直線部分とがなす角度をθ1とする。
このようにラチェット部112及び規制レバー121の各側面を構成することで、図7に示すように、双方向回転時に、ラチェット部112及び規制レバー121の各側面の噛み合いを点接触ではなく、面接触にできる。また、噛み合う各側面に等しい角度:θ1を付けることによって、規制レバー121がラチェット部112に噛み込んだ瞬間から、よりスムースにラチェット部112の中心に向かい、面接触するようにしている。よって、遊星歯車クラッチ機構100が下流側の駆動ユニットの双方向回転に対応可能となる。
このように遊星歯車クラッチ機構100を下流側の駆動ユニットの双方向回転に対応可能とすることで、図3(a)に示す正回転時には、遊星歯車クラッチ機構100の遊星歯車部110及び出力歯車116は次のように回転する。図9(a)に示すように、内歯歯車101は図中左奥から手前側へ向かう方向(矢印E方向)に回転し、遊星歯車105の公転によりキャリア104も同じ方向に回転する。キャリア104に出力軸109で接続された出力歯車116も同方向に回転する。また、図4(a)に示す逆回転時には、遊星歯車クラッチ機構100の遊星歯車部110及び出力歯車116は次のように回転する。図9(b)に示すように、内歯歯車101は図中右奥から手前側へ向かう方向(矢印F方向)に回転し、遊星歯車105の公転によりキャリア104も同じ方向に回転する。キャリア104に出力軸109で接続された出力歯車116も同方向に回転することとなる。
このように、本実施形態のプリンタ200では、現像ローラ駆動歯車列90に、双方向回転駆動に対応した遊星歯車クラッチ機構100を設けた。従って、現像装置3内の現像ローラ4及び現像剤攪拌搬送スクリュ5、6の双方向の回転と停止の動作を自由に行うことができる。切替動作を行うためのアクチュエータ131は、太陽歯車111の固定状態と固定解除状態との動作時間の短い方の動作を行うため、消費電力を低減し、省エネルギー化を実現することができる。
よって、この遊星歯車クラッチ機構100の下流側に設けられた駆動ユニットの双方向回転に対応できる。
振動エネルギーを分散させるため、本実施形態においては、規制レバー121の支持軸123と、これを支持する軸受138(図4参照)を樹脂化して、軸まわりの振動発生を防止する。さらに、図6に示すように規制レバー121の支持軸123よりも、正逆回転規制突起126側に、言い換えれば規制レバー121の支持軸123と正逆回転規制突起126との間に、伸縮可能部141(振動吸収部)を設けて、固定状態又は固定解除状態に切り換わる時、即ち係合時又は係合解除時に、主として規制レバー121の長手方向に発生する振動を吸収する。伸縮可能部141を支持軸123と正逆回転規制突起126との間に配置することで、支持軸123へ伝わる振動をより小さくすることができる。
図6に示すように、規制レバー121の正逆回転規制突起126は、支持軸132周りに回転(揺動)することによって、ラチェット部112に向かって進退移動する。
ここで、伸縮可能部141は、主としてレバー出力部122の長手方向に伸縮(弾性変形)することにより、ラチェット部112の被規制部突起113から伝達する振動エネルギーを吸収する。伸縮可能部141は、正逆回転規制突起126が被規制部突起113に掛止した後、その掛止状態が解除されない範囲内で変形する。即ち、伸縮可能部141は、掛止時に被規制部突起113から受ける応力に対して、正逆回転規制突起126と被規制部突起113との掛止状態が解除されないように、レバー出力部122の変形量を弾性的に規制する変形量規制部としても機能するし、レバー出力部122の変形方向を弾性的に規制する変形方向規制部としても機能するものである。
伸縮可能部141は、例えば図10に示すように、S字状の波形状部142から構成することができる。なお、波形状部142の凹凸数(湾曲の数)に特に限定はなく、単一の湾曲から構成してもよいし、3以上の湾曲部から構成されるつづら折り状としてもよい。また、単一の屈曲部から構成しても良いし、複数の屈曲部を組み合わせたジグザグ形状としてもよい。また、図11(a)に示すように、レバー出力部122の側面を支持軸123の軸方向に沿って切り欠いた切り欠き部151を単数、又は長手方向に複数有した伸縮可能部141としてもよい。或いは図11(b)に示すように、長手方向に沿って細幅部152と太幅部153が並べて配置された伸縮可能部141としてもよい。
伸縮可能部141は、正逆回転規制突起126がラチェット部112から受けた力により図中長手方向と短手方向の双方に弾性変形可能である。従って、正逆回転規制突起126が被規制部突起113のいずれかに掛止される「固定」の瞬間と、正逆回転規制突起126が被規制部突起113から離間する「固定解除」の瞬間に正逆回転規制突起126から支持軸123を伝わって発生する振動エネルギーを、波形状部142自体が伸縮することで吸収し、規制レバー121の支持軸123へ伝わる振動を小さくすることができる。なお、規制レバー121に伸縮可能部141を設けることにより、ある程度の振動低減効果を得ることができるが、動作中心軸である支持軸123を樹脂材質とすることで、より効果的に振動を抑制することができる。
基部143は可動部144に向けて突出する突出部145を有し、突出部145は正逆回転規制突起126から支持軸123へ伝わって発生する振動を吸収する弾性体146として圧縮コイルバネを挿し通している。可動部144には、突出部145を受け入れる凹所147が形成されている。弾性体146である圧縮コイルバネの軸方向一端部は基部143の適所に固定され、他端部は可動部144の適所に固定されている。
即ち、可動部144は、正逆回転規制突起126が被規制部突起113に掛止したとき、被規制部突起113が移動しようとする方向に沿って進退する。そして、弾性体146は、可動部144の進退移動を、正逆回転規制突起126と被規制部突起113との掛止状態が解除されない範囲内に、弾性的に規制する。
弾性体146は、「固定」の瞬間や「固定解除」の瞬間に正逆回転規制突起126から支持軸123を伝わって発生する振動エネルギーを、規制レバー121自体が変形するのではなく、弾性体146が変形することで吸収し、支持軸123へ伝わる振動を小さくすることができる。ここで、弾性体146としての圧縮コイルバネは、その性質上、図中長手方向における振動を低減させる効果を最大に発揮する。しかし、長手方向以外の外力(例えば短手方向の外力)が加わった場合にもその方向に変形することが可能である。本実施形態の伸縮可能部141は、所定の遊びの範囲にて長手方向以外にも変形が可能である。外力を受けた弾性体146は変形して、長手方向以外の振動を低減させる効果も発揮する。
このように、規制レバー121の支持軸123へ伝わる振動を小さくすることで、正逆回転規制突起126と被規制部突起113の「固定」の瞬間、及び「固定解除」の瞬間の力を緩和することができ、静音化が可能となる。また、正逆回転規制突起126と正回転規制側面128又は逆回転規制側面129の、長期間使用経過後の摩耗も少なくすることができ、高耐久性を実現することができる。
この結果、下流側に設けられた駆動ユニットの双方向回転に対応し、用いる装置の静音化かつ省エネルギー化を効率的に行える遊星歯車機構を用いたクラッチ機構を提供できる。また、本実施形態に係るクラッチ機構を画像形成装置内にて使用することで、駆動源の消費電力を抑えた省エネルギーの画像形成装置とすることができる。
Claims (7)
- 太陽歯車と、該太陽歯車に噛み合う遊星歯車と、該遊星歯車に噛み合う内歯歯車と、前記遊星歯車を保持する部材とを有し、3つの回転要素である前記太陽歯車の回転、前記遊星歯車を保持する部材の回転、及び前記内歯歯車の回転に、入力、出力、及び固定のいずれかを択一的に割り当てられて駆動伝達機能を得る遊星歯車機構を備えたクラッチ機構において、
入力を割り当てられた部材である入力側伝達部材に入力された回転駆動力を、固定を割り当てられた部材である固定側伝達部材が回転しないように支持された固定状態で、前記遊星歯車機構の駆動伝達機能を獲得して出力を割り当てられた部材である出力側伝達部材をして出力し、前記固定側伝達部材が回転可能に支持される固定解除状態で、前記遊星歯車機構の駆動伝達機能を失う機構であり、
前記固定側伝達部材と一体に設けられた被係合部を有する被回転規制部と、
一部を揺動可能に支持されると共に、揺動することにより前記被回転規制部の前記被係合部と係合する係合状態で前記固定側伝達部材を固定状態にし、前記被回転規制部の前記被係合部と係合しない非係合状態で前記固定側伝達部材を固定解除状態にする係合部を他部に有した回転規制部材と、
該回転規制部材の係合状態と、非係合状態とを切換える動作を与えるアクチュエータを有した切替え部と、
を備え、
前記回転規制部材は、前記係合状態又は前記非係合状態に切り換わる時に発生する振動を吸収する振動吸収部を備えており、
前記回転規制部材を揺動自在に支持する支持軸が樹脂から構成されていることを特徴とするクラッチ機構。 - 前記振動吸収部が、前記回転規制部材を揺動自在に支持する支持部と、前記係合部と、の間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のクラッチ機構。
- 前記振動吸収部は、前記係合部を有すると共に前記係合部が前記被係合部と係合したときに少なくとも該被係合部が移動しようとする方向に沿って進退する可動部と、該可動部を進退可能に支持する基部と、前記可動部と前記基部との間に配置され前記可動部の進退移動を弾性的に規制する弾性体と、を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載のクラッチ機構。
- 前記回転規制部材は単一の部材から構成されており、前記振動吸収部は、前記回転規制部材の一部を弾性変形可能に構成したものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のクラッチ機構。
- 前記係合部は、前記被回転規制部の正回転を規制するときに前記被係合部と接触する正回転規制側面と、前記被回転規制部の逆回転を規制するときに前記被係合部と接触する逆回転規制側面と、を備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のクラッチ機構。
- 前記切替え部は、前記係合部を前記被回転規制部に対して常時接近させるか、又は離間させる方向に弾性付勢する弾性付勢部材と、前記係合部を前記被回転規制部に対して前記弾性付勢部材の付勢方向とは逆方向に移動させる前記アクチュエータとしてのソレノイドと、を備えている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クラッチ機構。
- 像担持体と、現像剤担持体と、前記像担持体と前記現像剤担持体を駆動する駆動源と、前記駆動源から前記像担持体及び前記現像剤担持体まで駆動力を伝達する駆動伝達機構と、を備えた画像形成装置であって、
前記駆動伝達機構内に請求項1乃至6の何れか一項に記載のクラッチ機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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