JP6016357B2 - Gear and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、複写機，プリンタ等の画像形成装置及びカメラ等の撮像装置への使用が可能な歯車構造に関するものであり、特に低振動・低騒音化を目的とする技術分野に関する。ここで画像形成装置とは紙などの記録媒体に画像を形成するものである。また撮像装置とは被写体を撮影するものである。 The present invention relates to a gear structure that can be used in an image forming apparatus such as a copying machine and a printer, and an imaging apparatus such as a camera, and more particularly to a technical field aimed at reducing vibration and noise. Here, the image forming apparatus forms an image on a recording medium such as paper. The imaging device is for photographing a subject.
稼働時の歯車の振動や騒音低減には、歯車のウエブ面の剛性をあげて歯車同士の噛み合いによるウエブ面の振動を抑えることが効果的であることが実験や解析ですでにわかっている。 Experiments and analyzes have already shown that it is effective to reduce the vibration and noise of the gear during operation by increasing the rigidity of the web surface of the gear and suppressing the vibration of the web surface due to the meshing of the gears.
図１８に従来から一般的に使用されている歯車の斜視図を示す。図１８（ａ）は歯車を一方方向から見た斜視図であり、図１８（ｂ）はその裏面図である。図１８において、２３は歯車、２４及び２６は歯車２３のウエブに形成されたリブ、２５及び２７は歯車の基本肉厚部である。図示の如く、歯車の多くは歯車のウエブにリブを形成し歯車ウエブの剛性をあげる構成をとるが、射出成型時の引け（成形収縮によって生じるへこみ）防止や歯形精度向上のためにリブ太さを基本肉厚の５０〜７０％程度に設定するのが好ましい。このようにリブ太さの上限には制限あり、リブによって十分な剛性を確保することは困難であった。そのため、歯車に十分な剛性を持たせるためには歯車を大型化する必要があった。
FIG. 18 is a perspective view of a gear generally used conventionally. FIG. 18A is a perspective view of the gear viewed from one direction, and FIG. 18B is a rear view thereof. In FIG. 18, 23 is a gear, 24 and 26 are ribs formed on the web of the
そこで、歯車を大型化することなく歯車ウエブの剛性を高める提案として、以下の提案がなされている。 Therefore, the following proposal has been made as a proposal for increasing the rigidity of the gear web without increasing the size of the gear.
図１９はその先行技術文献での提案例を説明する図である。円筒状に形成され外周面１５１ａに軸に対して斜めの歯を有するリム１５１と、円盤状に形成されリム１５１の内周面１５１ｂから軸芯方向に延在するウエブ１５２と、軸芯に形成されたボス１５３と、が一体樹脂成形される。さらに、ウエブ１５２には軸方向の強度を補強するリム１５１径よりも小さな同心円の補強部１５４が少なくとも１つ以上形成する。これにより、リムの形状を損なうことなくウエブを補強でき、リムの断面２次モーメントを均一にするとともに充填および熱収縮の均一な樹脂成形を実現するように構成したものである（特許文献１参照）。
FIG. 19 is a diagram for explaining an example proposed in the prior art document. A
また、他の先行技術文献では、中心部に存するハブから周縁部に存するリムまで放射状に延びる複数のリブを備えた樹脂製歯車において、ウエブ表面とウエブ裏面に形成した複数のリブの配置をずらす構成が記載されている。これにより歯車の成形時における引けを抑制し、高精度な歯車成形を実現する構成も提案されている（特許文献２参照）。 In another prior art document, in a resin gear provided with a plurality of ribs extending radially from a hub existing in the central portion to a rim existing in the peripheral portion, the arrangement of the plurality of ribs formed on the web surface and the back surface of the web is shifted. The configuration is described. In this way, a configuration has been proposed in which the shrinkage during the molding of the gears is suppressed and high-precision gear molding is realized (see Patent Document 2).
本発明は上記従来例を更に発展させたものであり、歯車を小型に保ちつつ剛性を高めることを目的とする。 The present invention is a further development of the above conventional example, and an object thereof is to increase the rigidity while keeping the gears small.
上記目的を達成するため、本発明の代表的な構成は
円盤状のウエブと、前記ウエブの外周部に設けられた歯面を備える歯車において、
前記ウエブの一面側から窪んだ複数の一面側凹部と、
前記ウエブの他面側から窪んだ複数の他面側凹部と、
を備え、
前記一面側凹部と前記他面側凹部は前記歯車の円周方向に沿って交互に配置され、前記歯車の軸線方向において位置が重なり、
前記一面側凹部と前記他面側凹部が前記円周方向に沿って交互に配置された列が、同心円状に複数形成され、複数の前記列の内、前記歯車の最も内側に設けられた列に配置される前記一面側凹部と前記他面側凹部の合計数は、前記歯車の最も外側に設けられた列に配置される前記一面側凹部と前記他面側凹部の合計数よりも多いことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a typical configuration of the present invention is as follows.
In a gear having a disk-shaped web and a tooth surface provided on the outer peripheral portion of the web,
A plurality of one-side recesses recessed from one side of the web;
A plurality of recesses on the other surface side that are recessed from the other surface side of the web;
With
The one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses are alternately arranged along the circumferential direction of the gear, and the positions overlap in the axial direction of the gear,
A plurality of rows in which the one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses are alternately arranged along the circumferential direction are formed concentrically, and among the plurality of rows, the row provided on the innermost side of the gear The total number of the one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses disposed on the outer surface is larger than the total number of the one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses disposed in the outermost row of the gear. It is characterized by.
本発明によれば歯車を小型に保ちつつ剛性を高めることができる。 According to the present invention, rigidity can be increased while keeping the gears small.
（実施例１）
本発明を適用した歯車を代表的な歯車駆動機構を用いて説明する。
Example 1
A gear to which the present invention is applied will be described using a typical gear driving mechanism.
図１は本発明を適用した本実施例の歯車の斜視図であり、図１（ａ）は歯車正面図、図１（ｂ）は歯車裏面図である。 FIG. 1 is a perspective view of a gear according to the present embodiment to which the present invention is applied. FIG. 1 (a) is a front view of the gear, and FIG. 1 (b) is a rear view of the gear.
図１（ａ）及び図１（ｂ）において、１は本発明を適用した歯車であって、大径歯車部と小径歯車部の段ギアからなる。１ａは円盤状のウエブであり、歯車１の基盤部となる。２は歯車１の外周（ウエブ１ａの外周）に形成された大径歯車の歯面である。歯面２は歯車の回転軸に対して傾いた斜歯（はすば）である。
1 (a) and 1 (b),
また、３は歯車１を回転自在に支持する支持軸８（図４参照、後述）の外周部と係合するためのボス部である。ボス部３の内面には係合穴５が形成される。また、ボス部３の一部には他の歯車と噛み合う小径歯車の歯面４が形成されている。６は歯車１のウエブ１ａの一面側（以下「表側」と呼ぶ）１ａ１に複数形成された平面部、７はウエブ１ａの他面側（以下、「裏側」と呼ぶ）１ａ２に複数形成された平面部である。
図２は、歯車１の斜視図である。図３（ａ）は図２における平面Ａ１で歯車１を切断した際の断面図である。平面Ａ１は歯車１の回転軸の軸線ｆ１を含む平面である。図３（ｂ）は図２における平面Ａ２で歯車１を切断した際の断面図である。平面Ａ２も平面Ａ１同様に歯車１の回転軸の軸線ｆ１を含む面である。
FIG. 2 is a perspective view of the
本実施例の歯車１では図３に示されるように、ウエブ１ａの表側１ａ１に設けられた平面部６は、ウエブ１ａの裏側１ａ２に設けられた凹部６ａによって形成される。ここで凹部６ａはウエブ１ａの裏側１ａ２から窪み、表側１ａ１に平面部６を形成する裏側凹部（他面側凹部）である。
In the
またウエブ１ａの裏側１ａ２に設けられた平面部７は、ウエブ１ａの表側１ａ１に設けられた凹部７ａによって形成される。ここで凹部７ａはウエブ１ａの表側１ａ１から窪み、裏側１ａ１に平面部７を形成する表側凹部（一面側凹部）である。凹部７ａは凹部６ａに対して位相が１８０°異なる関係になっている。
The
ここで凹部６ａと凹部７ａは、歯車１の軸線方向Ｆにおいて重なることを特徴とする。つまり、図３に示すように、歯車１の軸線ｆ１が延びる方向（軸線方向Ｆ）において、凹部６ａと凹部７ａは重なる範囲Ｇを有する。
Here, the recess 6 a and the recess 7 a overlap with each other in the axial direction F of the
また本実施例ではこれら複数の平面部６及び複数の平面部７がウエブ３の円周方向（歯車１の回転方向）に沿って交互に形成されていることを特徴とする。
In the present embodiment, the plurality of
すなわち図１（ａ）に示すようにウエブ１ａの表側１ａ１には平面部６と凹部７ａがそれぞれ１６個ずつ設けられ、ウエブの円周方向（矢印Ｂ１とＢ２で示す方向）に沿って、平面部６と凹部７ａが交互に配置された円形の列を２つ形成する。つまり矢印Ｂ１に沿った列と、矢印Ｂ２に沿った列の２つの列が同心円状に形成され、一列当たり８つの平面部６と８つの凹部７ａが交互に並ぶことになる。また、本実施例ではウエブ１ａの半径方向Ｃ１に沿って、平面部６と凹部７ａが隣接して並ぶようにした。
That is, as shown in FIG. 1A, the front side 1a1 of the
また図１（ｂ）に示すようにウエブ１ａの裏側１ａ２には、平面部７と凹部６ａがそれぞれ１６個ずつ設けられ、ウエブ１ａの円周方向に沿って、平面部７と凹部６ａが交互に配置された列が２つ並ぶことになる。また、半径方向に沿って、平面部７と凹部６ａが隣接する。
As shown in FIG. 1B, the back side 1a2 of the
つまり本実施例の歯車１では、ウエブ１ａの円周方向Ｂ１，Ｂ２に沿って、ウエブ１ａの表側１ａ１に形成された凹部７ａと、ウエブ１ａの裏側１ａ２に形成された凹部６ａが、交互に配置される。またウエブ１ａの半径方向Ｃ１に沿って、凹部７ａと凹部６ａが交互に配置される。
That is, in the
本実施例では、図３に示されるように歯面２の歯筋長さ（歯幅）と、ウエブ１ａの厚み（平面部６と平面部７との距離）がほぼ等しくなるまで、平面部６の高さと平面部７の高さを大きくした構成を取っている。むろん、歯車ウエブ１ａの厚みを歯幅に合わせる必要はない事は言うまでもなく、駆動伝達時に必要とされる強度から適宜設定すれば良い。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the length of the tooth trace 2 (tooth width) and the thickness of the
図４は本実施例の歯車を使用した歯車駆動機構の歯車列の斜視図であり、図５は正面図、図６は側面図である。図４〜図６において、８は歯車１を回転自在に保持する支持軸であって歯車１の係合穴５（図１参照）に挿入されている。９は歯車１と噛み合う駆動歯車であり、不図示の駆動機構によって回転軸１０と一体となって回転し、歯車１への駆動伝達を行うものである。一方、歯車１を挟んで駆動歯車９の反対側には回転軸１３に回転自在に軸支持された出力歯車１１がある。出力歯車１１の最外周に形成された歯面１２が歯車１の小径歯車の歯面４と噛み合い、駆動源からの動力力を出力する構成となっている。
4 is a perspective view of a gear train of a gear drive mechanism using the gear of this embodiment, FIG. 5 is a front view, and FIG. 6 is a side view. 4 to 6, reference numeral 8 denotes a support shaft that rotatably holds the
ここで、本実施例の歯車１は上述したように歯面２がはすばとなるはすば歯車である。はすば歯車では歯面（歯筋）が斜めに形成されているために、他の歯車との噛み合い、回転する時には、噛み合い部において歯車のスラスト方向（図７中でＥ２方向）に力がかかる。この力によって、仮に図７に示すように歯車１の一部（部位Ｑ）が変形してしまうと、他の歯車との噛み合いが正常に保たれなくなる。このとき歯車１と駆動歯車９及び出力歯車１１とのアライメントに誤差が生じ、歯車１の回転が変動したり、歯車１の振動や騒音の原因になる可能性が生じる。
Here, the
ここで従来型の歯車２３（図１８参照）を用いて、歯車の変形と歯車が生じる騒音の関係について調べたので以下に説明する。図８は、従来の歯車２３を回転させた時に、ウエブの倒れ角度（＝ウエブの変形量）と、歯車２３から生じる騒音との関係を示すグラフである。即ち、剛性を異ならせた歯車２３を複数用意し、それぞれの歯車を同様の条件で回転させた際の、歯車の変形と、歯車から生じる騒音の関係を示したものである。
Here, the relationship between the deformation of the gear and the noise generated by the gear is examined using the conventional gear 23 (see FIG. 18), which will be described below. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the web tilt angle (= the amount of deformation of the web) and the noise generated from the
実験条件として、歯車２３を毎分３０００回転させた時の騒音を測定することとした。また歯車から生じる騒音を、ウエブの倒れ角度が０°となる場合を基準として、そこからの増分で示した。またウエブの倒れ角度は、シミュレーションにより計算で測定してある。
As an experimental condition, the noise when the
図８より明らかなように歯車ウエブ面の倒れ角度の増加に伴い、歯車による騒音も増大する事が分かっている。 As is apparent from FIG. 8, it is known that the noise caused by the gears increases as the tilt angle of the gear web surface increases.
図９に、ＦＥＭ計算で求めた、歯車の変形状態図を示す。他の歯車と噛み合い、回転する時には歯車２３の一部の領域（部位Ｑ２）が矢印Ｅ１方向に大きく変形し、アライメント誤差を生じさせ、振動や騒音を増大させている事が確認できる。
FIG. 9 shows a deformation state diagram of the gear obtained by FEM calculation. It can be confirmed that when meshing with other gears and rotating, a partial region (part Q2) of the
この振動や騒音を低減させるためには、歯車の剛性をあげ、歯車の変形量を小さくすることが求められる。従来は、歯車の剛性を上げるために、歯幅を大きく取ってウエブの厚みを厚くする、歯車の基本肉厚を厚くするなどの手段が取られていた。しかし、それぞれで課題を有している。つまり歯車のウエブを厚くすると歯車を用いる機器も大型化してしまう。また、歯車の基本肉厚を厚くすると歯車の成型時に、収縮によってへこみができる、所謂ひけ問題が生じやすくなり、高精度の歯車を製造する事ができなくなる。 In order to reduce this vibration and noise, it is required to increase the rigidity of the gear and reduce the deformation amount of the gear. Conventionally, in order to increase the rigidity of the gear, measures such as increasing the tooth width to increase the thickness of the web and increasing the basic thickness of the gear have been taken. However, each has problems. In other words, when the gear web is thickened, the equipment using the gear is also enlarged. Further, when the basic thickness of the gear is increased, a so-called sink problem that can be caused by dents due to shrinkage during molding of the gear is likely to occur, and a high-precision gear cannot be manufactured.
そこで本実施例では、上記の課題を生じさせることなくウエブの剛性を高められる形状の歯車１を提供する。
Therefore, in this embodiment, a
すなわち本実施例では歯車１においてウエブ１ａの剛性を高める手段として、図１で示したように、ウエブ１ａの半径方向及び円周方向において、凹部７ａ（平面部７）と凹部６ａ（平面部６）を交互に配置したことを特徴とする。これにより、ウエブ１ａの剛性を上げることができる。なお本実施例では、歯車１の剛性を全体で均一にするうえでウエブ１ａに形成する凹部７ａと凹部６ａの個数を同数とした。
That is, in this embodiment, as a means for increasing the rigidity of the
図１０に従来の歯車２３（図１８参照）のウエブと本実施例の歯車１のウエブ１ａの剛性比較を示す。このグラフは歯車２３と歯車１の歯面に同条件で力をかけた場合のウエブの変形量を計算で求め、比較したものである。
FIG. 10 shows a rigidity comparison between the web of the conventional gear 23 (see FIG. 18) and the
ここでは、歯車に使用される材料の体積と、歯車の大きさをほぼ同一にした条件で、従来の歯車２３と本実施例における歯車１を比較している。その結果、本発明の歯車１では従来の歯車２３に比較して約４１％も変形量を低減する結果を得た。この事より、本実施例の歯車１の形状は剛性アップの観点から、従来に比較して非常に優位であると思われる。
Here, the
また、逆に歯車１の剛性を従来同等に維持させた条件では、使用する材料を減少させることが可能である。この事は、機器の小型化やエコロジーの観点からも非常に有効なものと考えられる。
On the other hand, under the condition that the rigidity of the
また、一般に歯車を熱可塑性樹脂で成形する場合には、成形時の収縮によって歯車にへこみが生じること（引け）を抑制するため、歯車の基本肉厚を薄くすることが望ましい。本実施例における歯車１は、歯車の剛性を高くしつつ、歯車の基本肉厚を薄くすることができるので、成形時にへこみが生じることを抑制できる。すなわち歯車１を熱可塑性樹脂で成形した場合にも、歯車１の寸法を高精度に保つことができる。
In general, when a gear is molded from a thermoplastic resin, it is desirable to reduce the basic thickness of the gear in order to prevent the gear from being dented (shrunk) due to shrinkage during molding. Since the
（実施例２）
図１１に本発明の第２の実施例を示す。図１１の歯車１４及び歯車１６は歯車の一面側に形成される平面部と凹部によって歯車の一面側が分割される分割数、すなわち歯車の表側凹部（一面側凹部）と裏側凹部（他面側凹部）の合計数を実施例１よりも増やしたものである。基本的な構造は実施例１の歯車と同じなので詳細な説明は省略する。
(Example 2)
FIG. 11 shows a second embodiment of the present invention. The
図１１（ａ）に示す歯車１４は、円周方向を２４分割するように、その表側に平面部と凹部を形成したものである。すなわち、歯車１４の表側には凹部１５ａと平面部１５ｂが交互に並んで円形の列を同心円状に２列形成している。これらの列には、１列あたり１２個の凹部１５ａと１２個の平面部１５ｂが交互に配置されることで、歯車１４を円周方向において２４分割している。
The
また凹部１５ａと平面部１５ｂは歯車１４の半径方向に１つづつ配置され、歯車１４を半径方向に２分割している。なお、ここで平面部１５ｂは、実施例１の平面部６と同様に、歯車１４の裏側に設けられた凹部（他面側凹部）によって形成されている。
The
また図１１（ｂ）に示す歯車１６は円周方向を２４分割し、且つ半径方向を４分割するように、平面部と凹部を形成している。すなわち、歯車１６の表側には凹部１７ａと平面部１７ｂが交互に並んで円形の列を形成している。歯車１６ではこの列が同心円状に４つ形成されることで、歯車１６は半径方向に４分割されている。
Further, the
すなわち、歯車１６の円周方向に、１２個の凹部１７ａと１２個の平面部１７ｂが交互に並ぶことで、歯車１６を円周方向に２４分割する。また歯車１６の中心部から半径方向に２つの凹部１７ａと２つの平面部１７ｂが交互に並ぶことで、歯車１６を径方向に４分割している。
In other words, the twelve
なお、ここで平面部１７ｂは、実施例１の平面部６と同様に、歯車１６の裏側に設けられた凹部（他面側凹部）によって形成されている。
In addition, the
一般的には円周方向及び半径方向ともに、ウエブの分割数を増やすと歯車のウエブ剛性はより一層高めることができると思われる。それを確認するために、歯車のウエブ剛性をＦＥＭ計算で比較した。 In general, it is considered that the web rigidity of the gear can be further increased by increasing the number of web divisions in both the circumferential direction and the radial direction. In order to confirm this, the web stiffness of gears was compared by FEM calculation.
この結果を図１２に示す。図１２において、左より従来例の歯車２３（図１８参照）、実施例１の歯車１（図１参照）、本実施例の歯車１４（図１１（ａ）参照）、本実施例の歯車１６（図１１（ｂ）参照）のウエブの剛性を計算した結果である。それぞれの歯車に力を加えた際の変形量を棒グラフで示し、またそれぞれの歯車の体積を破線で示した。
The result is shown in FIG. In FIG. 12, from the left, the conventional gear 23 (see FIG. 18), the
図１２に示す様に、歯車１（図１）に比べて歯車１４（図１１（ａ））の方が、歯車に力を加えた際の変形量が小さく、剛性が高いことがわかる。また、歯車１、歯車１４よりも歯車１６（図１１（ｂ））の方がさらに剛性が高い。
As shown in FIG. 12, it can be seen that the gear 14 (FIG. 11A) has a smaller deformation amount and higher rigidity when a force is applied to the gear than the gear 1 (FIG. 1). Further, the gear 16 (FIG. 11B) has higher rigidity than the
つまり円周方向及び半径方向でウエブの分割数を増やすこと（歯車に形成する凹部と平面部の数を増やすこと）によって、より歯車のウエブ剛性をあげる（歯車の変形量を低減させる）事が可能となってくる。これにより、歯車の駆動時に生じる振動や騒音を低減させる事が可能となる。 In other words, by increasing the number of web divisions in the circumferential direction and radial direction (increasing the number of recesses and flat portions formed in the gear), the web rigidity of the gear can be increased (the amount of deformation of the gear can be reduced). It becomes possible. Thereby, it becomes possible to reduce the vibration and noise which are generated when the gear is driven.
ただし図１２に示す破線から分かるように、歯車１４、歯車１６は歯車１よりも体積が大きい。つまりウエブの分割数を増やすことで歯車の体積は大きくなる傾向がある。よって歯車に求められる体積および剛性の条件から、適宜、ウエブの分割数を選択すると良い。
However, as can be seen from the broken line shown in FIG. 12, the
なお、一般的な歯車は、歯車の外周に形成された歯面で噛み合うものが多い。その場合、噛み合いにより歯面に力がかかり、その力により歯車のウエブが変形する。この変形量を抑えるには、歯車内周側のウエブ剛性を上げる事で、曲げモーメントに対して歯車を強くすることが考えられる。 Note that many common gears mesh with a tooth surface formed on the outer periphery of the gear. In that case, a force is applied to the tooth surface by the meshing, and the gear web is deformed by the force. In order to suppress this deformation, it is conceivable to increase the gear rigidity against the bending moment by increasing the web rigidity on the inner peripheral side of the gear.
ここで、円周方向におけるウエブの分割数に関して、内周側の分割数を外周側の分割数よりも多くさせる事で、歯車のウエブ剛性を高めることができる。歯車１６（図１１（ｂ）参照）のように、半径方向に歯車が３分割以上される場合は、歯車の最も内側における円周方向の分割数を、歯車の最も外側における円周方向の分割数よりも大きくするとよい。 Here, regarding the number of divisions of the web in the circumferential direction, the web rigidity of the gear can be increased by making the number of divisions on the inner circumferential side larger than the number of divisions on the outer circumferential side. When the gear is divided into three or more in the radial direction as in the gear 16 (see FIG. 11B), the number of divisions in the circumferential direction on the innermost side of the gear is set to the division in the circumferential direction on the outermost side of the gear. It should be larger than the number.
なお、実施例１及び本実施例での歯車１、１４，１６は、はすば歯車を前提として説明してきたが、平歯歯車でも本実施例の構成を取ることでウエブ剛性を上げる効果がある。
The
しかし、はすば歯車の場合は、歯面がネジレ角を有し、歯面（歯筋）が歯車の軸線（回転軸）に対して斜めになっている為に、歯車の回転時にスラスト方向に大きな力がかかる。そのためはすば歯車へ上述の構成を適用することが、本発明の効果をより一層得る上では望ましい。 However, in the case of helical gears, the tooth surface has a twist angle, and the tooth surface (tooth trace) is inclined with respect to the gear axis (rotation axis), so the thrust direction when the gear rotates. It takes a lot of power. Therefore, it is desirable to apply the above-described configuration to a helical gear in order to further obtain the effects of the present invention.
（実施例３）
図１３に本発明の第３の実施例を示す。図１３（ａ）は本実施例の歯車１８を表側からみた斜視図である。図１３（ｂ）は歯車１８を裏側からみた斜視図である。
(Example 3)
FIG. 13 shows a third embodiment of the present invention. FIG. 13A is a perspective view of the
図１３において、歯車１８ははすば歯車であって、実施例１の歯車同様にウエブの両側に互いに位相をずらした凹部１９及び凹部２１を有する構成の歯車である。しかし実施例１と異なり、凹部１９の側面を形成する壁面（以下、「傾斜面」と呼ぶ）２０と凹部２１の側面を形成する壁面（以下、「傾斜面」と呼ぶ）２２を、図１４に示すように歯車１８の軸線ｄ１に対して斜めに構成している事が特徴である。ここで図１４ははすば歯車のネジレ角と傾斜面との関係を示す概念図である。
In FIG. 13, the
図１３、１４に示すように傾斜面２０及び傾斜面２２は歯車１８の歯面（はすば）１８ｃと略直交する方向に形成されている。この傾斜面２０及び傾斜面２２は、はすば歯車である歯車１８が、駆動時に受けるスラスト方向の力に対し、より剛性を保つために形成されてある。
As shown in FIGS. 13 and 14, the
つまりはすば歯車である歯車１８は、回転時に歯面（はすば）１８ｃと直交する方向に力が加わる。そこで、図１４に示すようにこの歯面１８ｃに対して直交するように傾斜面２０、２２を設ければ、歯車の実効歯幅を大きくさせる事と同等の効果を得る事ができる。
In other words, the
はすば歯車のネジレ角は一般的には１０〜３０度程度とる場合が多い。そのため、この傾斜面２０、２２の傾斜角度は、歯面（はすば）１８ｃに略直交する様に３０〜６０度程度取る事が望ましい。
The helical angle of a helical gear is generally about 10 to 30 degrees. Therefore, it is desirable that the inclination angles of the
図１５にＦＥＭ計算で歯車のウエブ剛性を確認したデータを示す。図１５では「はすばのネジレ角と逆方向」で傾斜面を形成した場合と、「はすばのネジレ角と同一方向」で傾斜面を形成した場合とを比較している。 FIG. 15 shows data obtained by confirming the web rigidity of the gear by FEM calculation. In FIG. 15, the case where the inclined surface is formed in “the direction opposite to the helical twist angle” is compared with the case where the inclined surface is formed in the “same direction as the helical twist angle”.
傾斜面を「はすばのネジレ角と逆方向」に形成した場合とは図１４のように傾斜面２０（２２）を歯面１８ｃと交差（直交）する様に傾斜した場合であって、これが本実施例の歯車１８の構成にあたる。
The case where the inclined surface is formed in the “opposite direction to the helical twist angle” is a case where the inclined surface 20 (22) is inclined so as to intersect (orthogonal) the
一方、傾斜面を「はすばのネジレ角と同一方向」に形成した場合とは、歯面（はすば）１８ｃの傾きに沿って傾斜面２２を傾斜した場合であり、これを本実施例に対する比較例とした。
On the other hand, the case where the inclined surface is formed in “the same direction as the helical twist angle” is a case where the
上記２つの歯車の剛性を比較するため、図２０に示すように、歯車の各点Ｒ１‐Ｒ９に力を加えた際の、歯車の変形量をそれぞれＦＥＭ計算にて求めた。なお図２０は本実施例における歯車１８の正面図である。
In order to compare the rigidity of the two gears, as shown in FIG. 20, the amount of deformation of the gear when a force was applied to each point R1-R9 of the gear was determined by FEM calculation. FIG. 20 is a front view of the
図１５において白抜きの点（□）が、傾斜面を「はすばのネジレ角と逆方向」に形成した本実施例を表す点であり、黒塗りの点（◆）が、傾斜面を「はすばのネジレ角と同一方向」に形成した比較例を表す点である。 In FIG. 15, white dots (□) are points representing this example in which the inclined surface is formed in the “opposite direction to the helical twist angle”, and the black dots (♦) indicate the inclined surface. This is a point representing a comparative example formed in the “same direction as the helical twist angle”.
グラフ縦軸は、図２０のＲ１−Ｒ９に、スラスト方向（図２０において図面の裏から表に向かう方向）に力を加えた際の歯車の変形量をそれぞれ計算で求め、ミリメートルで示したものである。 The vertical axis of the graph shows the amount of gear deformation when the force is applied to R1-R9 in FIG. 20 in the thrust direction (the direction from the back of the drawing to the front in FIG. 20), and is shown in millimeters. It is.
グラフ横軸は、歯車に力を加えた位置、すなわち図２０におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３…Ｒ９を角度で示したものである。Ｒ１を基準として０°にとり、Ｒ２の角度θが５°に対応する。また、Ｒ３、Ｒ４…Ｒ９が、それぞれ５°刻みで、１０°、１５°…４０°に対応する。 The horizontal axis of the graph indicates the position where the force is applied to the gear, that is, R1, R2, R3... R9 in FIG. Taking R1 as a reference, the angle is 0 °, and the angle θ of R2 corresponds to 5 °. R3, R4,... R9 correspond to 10 °, 15 °,.
図１５から分かるように、傾斜面を「はすばのネジレ角と逆方向」に形成した本実施例の方が、歯車の変形量も小さくなり、歯車ウエブ面の剛性が上がっている事を確認できる。 As can be seen from FIG. 15, the present embodiment in which the inclined surface is formed in the “opposite direction of the helical torsion angle” also reduces the amount of deformation of the gear and increases the rigidity of the gear web surface. I can confirm.
この様に、実施例１の構成に加え、更に凹部に傾斜面を形成させることで、より低振動及び低騒音の歯車を提供する事が可能となる。 In this manner, in addition to the configuration of the first embodiment, it is possible to provide a gear with lower vibration and noise by forming an inclined surface in the recess.
なお傾斜面２０、２２を歯面（はすば）１８ｃと直交させることが最も望ましいが、必ずしもこれに限る必要はない。傾斜面２０、２２が歯車１８の軸線ｄ１に対して傾斜する向きが、歯車１８の歯面（はすば）１８ｃが軸線ｄ１に対して傾斜する向きの反対であるとよい。
Although it is most desirable to make the
つまり、図１４に示すように歯車１８を軸線ｄ１が水平になるように配置し、軸線ｄ１と直交する向きからみたときに、歯面（はすば）１８ｃが軸線ｄ１に対して右下がりに傾く場合は、傾斜面２０（２２）を軸線ｄ１に対して右上がりに傾かせるとよい。またこれとは逆に歯面（はすば）１８ｃが右上がりに傾く場合は、傾斜面２０（２２）を右下がりに傾斜させると良い。
That is, as shown in FIG. 14, when the
なお本実施例では、歯車１８の成形時に、収縮によってへこみができること（ひけ）を防止するため、歯車１８の表側に設けた凹部１９と、裏側に設けた凹部２１の両方にそれぞれ傾斜面２０、２２を設けた。しかし、凹部１９と凹部２１のどちらか一方に傾斜面を形成してもよい。
In the present embodiment, when the
（歯車の適用例）
次に本発明を適用した歯車からなる駆動機構をレーザビームプリンタの駆動機構に適用した事例を示す。
(Application examples of gears)
Next, an example in which the drive mechanism composed of gears to which the present invention is applied is applied to the drive mechanism of a laser beam printer will be described.
図１６は、本実施形態にかかる画像形成装置の一例たるレーザビームプリンタ１００の概略構成を示す断面図である。レーザビームプリンタ１００は、記録材たる記録シートＰを収納するデッキ１０１、このデッキ１０１内から記録シートＰを繰り出すピックアップローラ１０２を有する。
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a
更にレーザビームプリンタ１００は、上記ピックアップローラ１０２によって繰り出された記録シートＰを搬送するデッキ給紙ローラ１０３、そのデッキ給紙ローラ１０３と対をなし記録シートＰの重送を防止するためのリタードローラ１０４を有する。そして、デッキ給紙ローラ１０３が記録シートＰを搬送する搬送方向の下流側には、給紙搬送ローラ１０５とレジストレーションローラ対１０６が配設されている。
Further, the
給紙搬送ローラ１０５は、デッキ給紙ローラ１０３よりも更に記録シートＰを下流へ搬送する。またレジストレーションローラ対１０６は、記録シートＰを画像形成動作と同期して搬送する。又、レジストレーションローラ対１０６の下流には、後述するレーザスキャナ部１０７からのレーザ光に基づいて感光体ドラム１０８上にトナー像を形成する画像形成手段を構成するプロセスカートリッジＣが装置本体に対して着脱可能に装着されている。
The sheet feeding and conveying
このプロセスカートリッジＣは、回転可能な感光体ドラム１０８と、その周囲に帯電ローラ１０９及び現像器１１０、更にはクリーニング器（図示せず）が設けられている。プロセスカートリッジＣは画像形成に帯電ローラ１０９によって感光体ドラム１０８の表面を一様に帯電する。そして、レーザービームプリンタ１００の装置本体に設けられたレーザスキャナ部１０７から、感光体ドラム１０８に選択的な露光を行う。これにより感光体ドラム１０８上に潜像（静電潜像）を形成し、そしてこの潜像を現像器１１０によってトナーで現像して可視像化する。そして、転写ローラ１１１に転写バイアス電圧を印加することで搬送されてきた記録シートＰに上記トナー像を転写して画像を形成する。
The process cartridge C includes a rotatable
更に、転写ローラ１１１の下流には、搬送ガイド１１２、記録シートＰ上に転写されたトナー像を熱定着する定着装置１１３が設けられている。尚、この定着装置１１３はシート分離装置を備えたものである。
Further, downstream of the
その後、記録シートＰは、搬送ローラ対１１４により排出ローラ１１５に送られ、次いで排出ローラ１１５により装置本体上面の排出トレイ１１６上に排出され、これで一連のプロセスが完了する。
Thereafter, the recording sheet P is sent to the
ここで、前述した感光体ドラム１０８やそれと一体的に機能（回転等）して帯電露光を行うプロセスカートリッジの駆動機構は、近年の画質に伴い非常に高精度の回転精度が要求される。この様な駆動系には一般的にブラシレスモータと歯車駆動機構から構成されるが、稼働時には駆動モータや歯車駆動部の歯車噛合いを起振源とした振動がドラム等に影響を与え画質を乱す主要な要因でもある。そこで、本発明ではこのプロセスカートリッジの駆動系に本歯車の構造を適用し、低振動化を図っている。
Here, the
次に図１７に、本発明の歯車を前記レーザビームプリンタのドラム駆動部に適用した模式図を示す。 Next, FIG. 17 shows a schematic diagram in which the gear of the present invention is applied to the drum drive unit of the laser beam printer.
図１７において、１０８は感光体ドラム、１３１は感光体ドラムを回転自在に保持するドラム軸、１３２は感光体ドラムを駆動せしめる、はすば歯車であってドラム軸１３１に取り付けられる。１３３は駆動源としてのモータ、１３４は前記モータ１３３や前記ドラム軸１３１を保持する構造板金、１３５は前記はすば歯車１３２と噛合うモータピニオンである。はすば歯車１３２に、上述した実施例の歯車（歯車１、１４、１６、１８のいずれか）の構成を採用した。
In FIG. 17, 108 is a photosensitive drum, 131 is a drum shaft that rotatably holds the photosensitive drum, and 132 is a helical gear that drives the photosensitive drum, and is attached to the
図１７に示した如く、駆動源であるモータ１３３が回転するとモータ軸の先端に圧入（又は一体的にモータ軸に形成）されたモータピニオン１３５が回転し、その回転に伴いはすば歯車１３２が回転して感光体ドラム１０８が所定の回転数で回転する構成である。
As shown in FIG. 17, when the
近年のレーザビームプリンタは画質とプロセススピード（印刷速度）の両立は必須の機能でもあり、駆動モータの回転数も高くする設計がなされている。しかし、駆動モータの回転数に伴い、振動や騒音が大きくなり卓上に設置する場合にユーザに不快感を与える可能性もあった。 In recent laser beam printers, compatibility between image quality and process speed (printing speed) is an essential function, and the number of rotations of the drive motor is designed to be high. However, vibration and noise increase with the rotational speed of the drive motor, which may cause discomfort to the user when installed on a desktop.
そこで、本発明の歯車を適用する事により振動や騒音の増加を最小限に抑える事が可能となり、快適なオフィス環境を提供する事が可能になってくると考える。 Therefore, by applying the gear of the present invention, it is possible to minimize the increase in vibration and noise, and to provide a comfortable office environment.
なお感光体ドラム１０８に駆動力を伝えるはすば歯車１３２に本発明を適用したが、感光体ドラムに作用するプロセス手段や紙を搬送させる給紙機構などに駆動力を伝える歯車に本発明を適用してもよい事は言うまでもない。
Although the present invention is applied to the
１ 歯車（第１実施例）
２ 歯面
４ 歯面
６、７ 平面部（実施例１）
１４、１６ 歯車（実施例２）
１５、１７ 平面部（実施例２）
１８ 歯車（実施例３）
２０、２２ 傾斜面
２３ 歯車（従来例）
1 Gear (first embodiment)
2
14, 16 Gears (Example 2)
15, 17 plane part (Example 2)
18 Gear (Example 3)
20, 22
Claims (10)
前記ウエブの一面側から窪んだ複数の一面側凹部と、
前記ウエブの他面側から窪んだ複数の他面側凹部と、
を備え、
前記一面側凹部と前記他面側凹部は前記歯車の円周方向に沿って交互に配置され、前記歯車の軸線方向において位置が重なり、
前記一面側凹部と前記他面側凹部が前記円周方向に沿って交互に配置された列が、同心円状に複数形成され、複数の前記列の内、前記歯車の最も内側に設けられた列に配置される前記一面側凹部と前記他面側凹部の合計数は、前記歯車の最も外側に設けられた列に配置される前記一面側凹部と前記他面側凹部の合計数よりも多いことを特徴とする歯車。 In a gear having a disk-shaped web and a tooth surface provided on the outer peripheral portion of the web,
A plurality of one-side recesses recessed from one side of the web;
A plurality of recesses on the other surface side that are recessed from the other surface side of the web;
With
The other side recess and said one surface recess are arranged alternately along the circumferential direction of the gear, Ri position Do heavy in the axial direction of the gear,
A plurality of rows in which the one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses are alternately arranged along the circumferential direction are formed concentrically, and among the plurality of rows, the row provided on the innermost side of the gear The total number of the one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses disposed on the outer surface is larger than the total number of the one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses disposed in the outermost row of the gear. A gear characterized by
前記傾斜面は前記歯車の軸線に対して、前記歯面が前記歯車の軸線に対して傾く向きとは反対側に傾き、前記歯面と交差することを特徴とする請求項３に記載の歯車。 At least one recess of the one-surface-side recess or the other-surface-side recess forms a part of the one recess, and has an inclined surface that is inclined with respect to the axis of the gear,
4. The gear according to claim 3, wherein the inclined surface is inclined with respect to the axis of the gear in a direction opposite to a direction in which the tooth surface is inclined with respect to the axis of the gear, and intersects the tooth surface. .
前記ウエブの一面側から窪んだ複数の一面側凹部と、
前記ウエブの他面側から窪んだ複数の他面側凹部と、
前記歯車の半径方向に関して、前記ウエブの前記外周部よりも内側で前記複数の一面側凹部及び前記複数の他面側凹部よりも外側に配置された円環状の平面部を備え、前記円環状の平面部の前記歯車の軸線方向に関する厚みは、前記外周部の前記歯車の軸線方向に関する厚みよりも薄く、且つ、前記複数の一面側凹部及び前記複数の他面側凹部の前記歯車の軸線方向の幅よりも薄く、
前記一面側凹部と前記他面側凹部は前記歯車の円周方向に沿って交互に配置され、前記歯車の軸線方向において位置が重なり、
前記一面側凹部または前記他面側凹部の少なくとも一方の凹部は、前記一方の凹部の一部を形成し、前記歯車の軸線に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記歯車の軸線に直交する方向から見て、前記傾斜面は前記歯車の軸線に対して、前記歯面が前記歯車の軸線に対して傾く向きとは反対側に傾き、前記歯面と交差することを特徴とする歯車。 In a gear as a helical gear provided with a disk-shaped web and a helical tooth surface provided on the outer peripheral portion of the web,
A plurality of one-side recesses recessed from one side of the web;
A plurality of recesses on the other surface side that are recessed from the other surface side of the web;
An annular plane portion disposed on the inner side of the outer peripheral portion of the web and on the outer side of the plurality of one-surface-side recesses and the plurality of other-surface-side recesses with respect to the radial direction of the gear , The thickness of the planar portion in the axial direction of the gear is thinner than the thickness of the outer peripheral portion in the axial direction of the gear, and the plurality of one-surface-side recesses and the plurality of other-surface-side recesses in the axial direction of the gears. Thinner than width,
The one-surface-side recesses and the other-surface-side recesses are alternately arranged along the circumferential direction of the gear, and the positions overlap in the axial direction of the gear,
At least one recess of the one-surface-side recess or the other-surface-side recess forms a part of the one recess, and has an inclined surface that is inclined with respect to the axis of the gear,
When viewed from the direction perpendicular to the axis of the gear, the inclined surface is inclined to the opposite side of the direction in which the tooth surface is inclined with respect to the axis of the gear and intersects the tooth surface. A gear characterized by that.
静電潜像が形成される感光体ドラムと
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の歯車と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus for forming an image on a recording medium,
A photosensitive drum on which an electrostatic latent image is formed; and the gear according to any one of claims 1 to 8 ,
An image forming apparatus comprising:
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