(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転軸の回転中心を第１の円の中心とする円柱状端部の周縁部に凸部を突出させて凹凸形状とした第１カップリング部材と、
第２回転軸の回転中心を第２の円の中心とする円柱状端部の周縁部に凸部を突出させて凹凸形状とし、前記第１カップリング部材と互いに対面して嵌合する第２カップリング部材を備え、
前記第１カップリング部材は、
前記周縁部を、円周と、所定距離内側の同心円と、所定角度の中心角となるよう前記第１の円を等分割したときの２本の半径と、で区画される部位を単位部位とし、該単位部位を突出させて凸部とする場合を０と定義し、前記単位部位を突出させない場合を１と定義したとき前記周縁部の一周が１又は０のランダムな凹凸形状となるように形成され、
前記第２カップリング部材は、
前記周縁部を、前記第１カップリング部材の凹凸形状と対応した凸凹形状に形成されている、
ことを特徴とする駆動カップリング装置。
【請求項２】
前記ランダムな凸凹形状は、擬似乱数に基づいて形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の駆動カップリング装置。
【請求項３】
前記擬似乱数はM系列の擬似乱数であることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動カップリング装置。
【請求項４】
伝動部が分離可能な機構において、請求項１乃至３に記載の駆動カップリング装置を用いている、
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の駆動伝達において接続対象が一意的に決定される駆動カップリング装置と、それを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転体の駆動部と被駆動部が相対的に離接可能に構成されて相互に接続されたとき駆動部から被駆動部に回転駆動を伝達する回転駆動伝達機構として、同形状の複数の凸部を持ったカップリングにより接続／分離が可能なように構成されたものがある。（例えば、特許文献１、２、３、４参照。）
【０００３】
上記の特許文献１では、図１３を参照すると、円形の係合面を有するカップリングの一方の係合面に円の中心を中心とした星形又は三角形の突部が形成され、他方の係合面には、上記の星形又は三角形の突部に対応する星形又は三角形の凹部が形成されている。
【０００４】
特許文献１の係合面の凹凸が星形のものでは最低１／５回転以内で双方を係合させることができ、係合面の凹凸が三角形のものでは最低１／３回転以内で双方を係合させることができるようになっている。
【０００５】
また、特許文献２の図８〜１０、１７、特許文献３の図２、４、７、特許文献４の図３〜７等を参照すると、いずれも、一方の係合面の円周部の縁の対向部に形成された２個の凸部と、これに対応する他方の係合面の円周部の縁の対向部に形成された２個の凹部とを係合させる構造が採用されている。
【０００６】
これらの構造は、最低１／２回転以内で双方を係合させることができる構造であるといえる。また、上記特許文献１〜４のカップリングは、いずれも一旦係合した後は、正逆いすれの回転方向にも駆動伝達が可能な形態である。これに対して、回転駆動伝達方向が一方向に限定されるカップリングの係合機構も良く知られている。
【０００７】
図２(a)〜(e)は、従来の回転駆動伝達方向が一方向に限定されるカップリングの係合機構の例を示す図である。図２(a)はカップリング機構を軸方向から見た図であり、同図(b)は側面図、同図(c)は底面図、同図(d)は側面又は底面の斜視図、同図(e)は係合を解除した状態の斜視図である。
【０００８】
図２(a)〜(e)に示すカップリング機構では、鋸歯状の凸部は均等な間隔で６個形成されている。したがって、この構造は、最低１／６回転以内で双方を係合させることができる構造であるといえる。
【０００９】
また、図２(a)〜(e)では、カップリングＡからカップリングＢに回転駆動を伝達する場合、カップリングＡが図２(d)に示す矢印ａ方向に回転する場合は、鋸歯状の凸部の立設部同士が噛み合っている方向に駆動が伝達されるのでカップリングＡの駆動がカップリングＢに伝達される。
【００１０】
しかし、カップリングＡが図２(d)に示す矢印ｂ方向に回転する場合は、鋸歯状の凸部の傾斜部同士が係合している傾斜の上端方向に駆動が伝達されるので傾斜部の係合に滑りを生じてカップリングＡが脱調し、カップリングＢは回転しない構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−０３１６４８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６２０５６号公報
【特許文献３】特開２０１１−０２８１６７号公報
【特許文献４】特開２００６−２８４６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述したカップリングは、画像形成装置において、本体装置に対して着脱自在に装着される消耗部材と本体装置の駆動系との係合部に関するものであるが、カップリング機構は、これに限るものではない。
【００１３】
いずれにしても、本体装置の駆動部と消耗部材の被駆動部とが嵌合し合う係合関係において、確実な嵌合を確保しつつ１／５回転〜１／２回転以内に係合が完了する形態や、逆回転を禁止する駆動伝達が一方向に限定される形態のカップリング機構には幾つかの問題が残されている。
【００１４】
一つには、例えば、トナー式画像形成装置の交換を必要とする消耗部材にはトナーカートリッジ、用紙カートリッジ、ベルトユニット等がある。トナーカートリッジは色ごとに区別が必要であり、用紙カートリッジは収容する用紙のサイズごとに区別が必要であり、ベルトユニットは、印刷モードごとに変化する態様に区別が必要である。
【００１５】
しかし、これらの区別は、単に本体装置に消耗部材を係合・装着させただけでは、ユーザにはもちろん、本体装置の制御部にも判別できない。したがって、従来は、上記の各区別を示す標識や、各区別を検出する検知機構が、本体装置側と消耗部材に別途組み込まれているものが多い。
【００１６】
このため、消耗部材の内部構成の複雑化、本体装置側における検知機構のためのスペースの確保という点で装置全体が大型化するという問題や、検知機構の信頼性維持に高度の技術を要する等の問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、回転体の駆動伝達において接続対象が一意的に決定される駆動カップリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の駆動カップリング装置は、第１回転軸の回転中心を第１の円の中心とする円柱状端部の周縁部に凸部を突出させて凹凸形状とした第１カップリング部材と、第２回転軸の回転中心を第２の円の中心とする円柱状端部の周縁部に凸部を突出させて凹凸形状とし、前記第１カップリング部材と互いに対面して嵌合する第２カップリング部材を備え、前記第１カップリング部材は、前記周縁部を、円周と、所定距離内側の同心円と、所定角度の中心角となるよう前記第１の円を等分割したときの２本の半径と、で区画される部位を単位部位とし、該単位部位を突出させて凸部とする場合を０と定義し、前記単位部位を突出させない場合を１と定義したとき前記周縁部の一周が１又は０のランダムな凹凸形状となるように形成され、前記第２カップリング部材は、前記周縁部を、前記第１カップリング部材の凹凸形状と対応した凸凹形状に形成されている、ように構成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の駆動カップリング装置によれば、カップリングの係合のみで、係合相手側の態様を一意的に決定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】(a)〜(e)は本発明の実施例１に係る駆動カップリング装置の構成を示す図であり、(a)は一方のカップリングの係合面を示す図、(b)は他方のカップリングの係合面を示す図、(c)は係合した状態を右下向こう側から左上手前側に傾斜した形で示す斜視図、(d)はその係合を解除した状態を示す斜視図、(e)は同じ状態を右下手前側から左上向こう側に傾斜した形で示す斜視図である。
【図２】(a)〜(e)は従来の回転駆動伝達方向が一方向に限定されるカップリングの係合機構の例を示す図であり、(a)はカップリング機構を軸方向から見た図、(b) は側面図、(c)は底面図、(d)は側面又は底面の斜視図、(e)は係合を解除した状態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１(a)〜(e)は本発明の実施例１に係る駆動カップリング装置の構成を示す図であり、(a)は一方のカップリングの係合面を示す図、(b)は他方のカップリングの係合面を示す図、(c)は係合した状態を右下向こう側から左上手前側に傾斜した形で示す斜視図、(d)はその係合を解除した状態を示す斜視図、(e)は同じ状態を右下手前側から左上向こう側に傾斜した形で示す斜視図である。
【００２３】
図１(a)〜(e)に示す駆動カップリング装置は、例えばベルト走行方向に現像器が多段式に配置された電子写真式画像形成装置の用紙搬送ベルト又は中間転写ベルトの印刷モード切替軸の駆動カップリング装置を示している。
【００２４】
通常、印刷モードは、非印字モード、モノクロ印字モード、フルカラー印字モードの３モードに分かれている。それぞれの印刷モードに対応してベルトの走行面と現像器の感光体面との接触態様を３様に切り替える切替部が、ベルトユニット内に配設されている。
【００２５】
そして、この切替部を印刷モード切替軸の回転によって作動させて、ベルトの走行面と現像器の感光体面との接触態様を３様に切り替えている。換言すれば、印刷モード切替軸の回転位置によって、印刷モードが決定される。
【００２６】
用紙搬送ベルト又は中間転写ベルトを備えたベルトユニットは、保守作業の際、又は新旧交換の際に、画像形成装置（本体装置）に対し着脱自在に構成されている。着脱の際は本体装置の駆動系の駆動軸とベルトユニット側の印刷モード切替軸とが係合又は係合解除される。
【００２７】
図１(a)〜(e)に示す駆動カップリング装置は、例えば上記のような本体装置の駆動系の駆動軸とベルトユニットの印刷モード切替軸との係合部に用いると有効に機能する。以下これについて説明する。
【００２８】
図１(a)は、第１のカップリング部材としてのカップリング（例えば、本体装置の駆動系の駆動軸の係合部とする）１のカップリング係合面を示し、図１(b)は、第２のカップリング部材としてのカップリング（例えば、ベルトユニットの印刷モード切替軸とする）２のカップリング係合面を示している。
【００２９】
図１(a)に示すカップリング１と、図１(b)に示すカップリング２は、係合面が対向したとき相互に嵌合する複数の凹凸部を形成されている。
【００３０】
これらの複数の凹凸部は、カップリング１または２の円形の係合面の外周部の縁部を、円周と、所定距離内側の同心円と、所定角度の中心角となるよう円を等分割したときの２本の半径と、で区画される部位で形成されている。
【００３１】
そして、これら複数の凹凸部の部位は、本例では、凹形状であるものを１と定義し、凸形状であるものを０と定義したとき、一周が１又は０のＭ系列の擬似乱数の周期的な凹凸形状となるように形成されている。
【００３２】
これを図１(a)のカップリング１で示すと、矢印cで示す部位を始点として、矢印ｄで示す反時計回り方向に、凸（０）、凸（０）、凸（０）、凹（１）、凸（０）、凸（０）、凹（１）、凹（１）、凸（０）、凹（１）、凸（０）、凹（１）、凹（１）、凹（１）、凹（１）と形成されている。
【００３３】
他方の図１(b)に示すカップリング２は、外周部の縁部を、カップリング１の周期的な凹凸形状と対応した凸凹形状に形成されている。すなわち、図１(b)において、矢印ｅで示す部位を始点として、矢印ｆで示す時計回り方向に、凹（１）、凹（１）、凹（１）、凸（０）、凹（１）、凹（１）、凸（０）、凸（０）、凹（１）、凸（０）、凹（１）、凸（０）、凸（０）、凸（０）、凸（０）と形成されている。
【００３４】
ここで、Ｍ系列の擬似乱数とその周期性について考察する。擬似乱数（pseudo-random number）は、フリー百科事典「ウィキペディア（Wikipedia）」によれば、乱数列(乱数)のように見えるが、実際には確定的な計算によって求めることができる数列に含まれる数であるという。
【００３５】
ここで、擬似乱数は確定的な計算によって求めることができる数列に含まれる数といったが、１つの数で表される数列ということは、その数列には周期があるということに他ならない。
【００３６】
つまり、１周期の中ではランダムな数列を発生するが、その数列には周期があるので、このような数列を擬似乱数と呼ぶようになったと、ウィキペディアではいっている。
【００３７】
そして、擬似乱数を生成する機器（又はアルゴリズム）を擬似乱数生成器（又は擬似乱数生成法）と呼び、擬似乱数の用途としては、シミュレーション実験や、暗号などに利用されているという。
【００３８】
本発明者は、上記の確定的な計算によって求めることができる数列のうち、Ｍ系列（M-sequence-random-numberというアルゴリズム）の擬似乱数列によって得られる数列を１パターンとして、この１パターンを形成する数列に従った０と１からなる数列を、カップリング１または２の係合面の円周縁部に所定の規則に従って形成される一連の部位の凹凸形状のパターンとした。
【００３９】
そのパターンの一例が、図１(a),(b)に示すカップリング１または２の係合面の円周縁部に形成された１または０の指標で示される凹凸部の列である。このカップリング１の０と１とで表される擬似乱数列に準じた凸部と凹部の配列に対応するカップリング２の凹部と凸部の配列は、係合面の回転角に対して一意的である。
【００４０】
ここで、Ｍ系列の擬似乱数列について更に説明する。このＭ系列の１ビットの数列から成る擬似乱数を発生させる専用の演算式は、下記の線形漸化式である。
【００４１】
Ｘn ＝Ｘn-p ＋Ｘn-q （ｐ＞ｑ）…（１）
この式で、各項の値は０か１で、「＋」記号は排他的論理和（ＸＯＲ：Exclusive OR）である。つまり、ｎ番目の項は、ｎ−ｐ番目とｎ−ｑ番目の項とをＸＯＲ演算することによって得られる。ここで、ｐとｑの値は、式「Ｘ^p＋Ｘ^q＋１（ｐ＞ｑ）」が既約多項式となるように選択される。
【００４２】
例えば、上記の式で、ｐ＝５、ｑ＝２としたとき、下に示すように、Ｘ8 は、Ｘ3 （＝Ｘ8-5 ）とＸ6 （＝Ｘ8-2）とをＸＯＲ演算することにより生成される。
【００４３】
ｎ：０１２３４５６７８
Ｘn ：１００００１１１１
↓    ↓  ↑
→→→＋→↑
【００４４】
実際にこのようにＭ系列の擬似乱数を発生させるには、ｐ個（各１ビット）の値、すなわちｘn-1 、ｘn-2 ・・・ｘn-p を初期値として与えておく必要がある。ここで、単純に、短い周期のＭ系列を発生させて、その特徴を見ることにする。
【００４５】
そこで、式１で、ｐ＝３、ｑ＝１として、ｎ＝０〜９までＭ系列を発生させてみることにする。初期値はＸ0 、Ｘ1 、Ｘ2 を「１、０、０」とすると、Ｘn ＝Ｘn-3 ＋Ｘn-1 から、
【００４６】
ｎ：０１２３４５６７８９
Ｘn ：１００１１１０１００
となって、ｎ＝７からｎ＝９まで初期値のパターンが出現する。つまりｎ＝６（最初から７番目）で数列が一巡する。このＭ系列の周期は「７」である。
【００４７】
上記の後は、ｎ＝１０からｎ＝１３まで、ｎ３からｎ＝６までと同一のパターンが出現し、ｎ＝１４から、更にｎ＝０〜６までと同一のパターンが繰り返される。つまり周期「７」で８ビットの数列からなる同一パターンが繰り返される。
【００４８】
また、式１で、ｐ＝４、ｑ＝１として、ｎ＝０〜１８までＭ系列を発生させてみると、初期値Ｘ0 、Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ4 を「１、０、０、０」として、Ｘn ＝Ｘn-3 ＋Ｘn-1 の式から、Ｘ0 〜Ｘ18 まで１９ビットから成る「１０００１１１１０１０１１００１０００」の数列が発生する。
【００４９】
この場合は、ｎ＝１４（最初から１５番目）から初期値のパターンが出現する。つまり最初から１５番目で数列が一巡する。このＭ系列の周期は「１５」である。
【００５０】
一般的に、Ｍ系列の周期Ｔは「Ｔ＝２^p−１」で表すことができる。つまり周期Ｔはｐの値で決まる値である。
【００５１】
図１(a)に示すカップリング１の円形の係合面の外周部の縁部に形成されている凹凸の各部位は、周期「１５」の１５個のビット列からなるＭ系列の擬似乱数に従った０と１の配列パターンに対応している。図１(a)の凹凸の部位で示す１５ビット長のＭ系列の数列は「０００１００１１０１０１１１１」の数列を環状に配置した形になっている。
【００５２】
ここで、この「０００１００１１０１０１１１１」の数列を２個１組の組み合わせとして考えて見ると、
０００１００１１０１０１１１１
０００１００１１０１０１１１１
の場合のみ完全に一致し、１ビットでもずれた場合は、他の場所で絶対に一致することは無いことが擬似乱数の性質よりわかっている。
【００５３】
これを、カップリングの係合部の凹凸に応用し、カップリング１の凹凸を、凸を１、凹を０で表し、１と０をＭ系列の擬似乱数の数列で構成し、図１(a)に示すように、「０００１００１１０１０１１１１」に対応する凹凸の配列に構成したとする。
【００５４】
この場合、カップリング２は、カップリング１の凸に凹が対応し、凹に凸が対応したときに噛み合うので、０と１の凹凸の関係がカップリング１とは逆になり、カップリング１の「０００１００１１０１０１１１１」の凹凸の配列に対して、カップリング２の凹凸の配列は図１(b)に示すように「１１１０１１００１０１００００」と表されるのは明らかである。
【００５５】
このような凹凸で構成されたカップリングの係合部は、１周で１箇所でしか噛み合うことがない。よってモード切替軸の軸位置によりベルトユニットの印刷モードが確定する。したがって、別途にモード表示やモード検知の機構を本体装置とベルトユニット間に設ける必要がないので構成のコストが低減する。
【００５６】
また、モード表示やモード検知の機構を本体装置とベルトユニット間に設ける場合に比べて誤作動する余地が全く無く、機械的信頼性が極めて高くなる。
【００５７】
尚、画像形成装置等においては、通常、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色の現像器及びトナーカートリッジを用いるが、それぞれ、新旧の交換やメンテナンスが発生し、その際、本体装置に対する着脱が発生する。
【００５８】
このとき、例えばマゼンタのトナーカートリッジが脱抜された装着部に誤ってシアンのトナーカートリッジが装着されるなどの不具合を防止するに場合にも、上記のような一意的に対応するカップリングを使用すると有効に機能する。
【００５９】
また、本例では、分かりやすく周期の短い１５ビット長のＭ系列の擬似乱数を使用したが、より長い周期の数列を適用しても良い。Ｍ系列の擬似乱数の数列は、上記の１５ビット長に限定してみても、多数の異なる数列が発生することは明らかであり、一意的に決定する必要のある各種多数のカップリングに適用可能である。
【００６０】
このように本発明の実施例に係る駆動カップリング装置によれば、カップリング機構の相互に嵌合する凹凸部の配置を、Ｍ系列等の０と１の擬似乱数に対応させて配置するので、一意の角度でしか嵌合が噛み合わないように構成することができる。
【００６１】
また、円周縁部におけるカップリングでは、２点間における係合となっている場合が多いが、２点間の係合は、係合状態が不安定になる場合があることと、一方に遊びが生じると他方に掛る負荷が大きくなって部材の寿命が短くなるという問題もある。
【００６２】
これに対して、本例のカップリング機構は、係合部が多数の凹凸部で構成できるので凹凸の噛み合いストロークを小さくしても剛性の高い丈夫な構成とすることができ、小型化が可能となる。
【００６３】
また、カップリングが噛み合うまでの係合面の摺り合わせ状態のときでも多数の凸面が均等に摺接するので、カップリングは常に平行であり、カップリング部材の軸に負担が掛かることがない。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[付記１]
【００６５】
第１回転軸の回転中心を第１の円の中心とする円柱状端部の周縁部に凸部を突出させて凹凸形状とした第１カップリング部材と、
第２回転軸の回転中心を第２の円の中心とする円柱状端部の周縁部に凸部を突出させて凹凸形状とし、前記第１カップリング部材と互いに対面して嵌合する第２カップリング部材を備え、
前記第１カップリング部材は、
前記周縁部を、円周と、所定距離内側の同心円と、所定角度の中心角となるよう前記第１の円を等分割したときの２本の半径と、で区画される部位を単位部位とし、該単位部位を突出させて凸部とする場合を０と定義し、前記単位部位を突出させない場合を１と定義したとき前記周縁部の一周が１又は０の擬似乱数の周期的な凹凸形状となるように形成され、
前記第２カップリング部材は、
前記周縁部を、前記第１カップリング部材の前記周期的な凹凸形状と対応した凸凹形状に形成されている、
ことを特徴とする駆動カップリング装置。
[付記２]
【００６６】
前記擬似乱数は、Ｍ系列の擬似乱数である、ことを特徴とする付記１記載の駆動カップリング装置。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、回転体の駆動伝達において接続対象が一意的に決定される駆動カップリング装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  駆動側カップリング
２  非駆動側カップリング
【図１】
0005776526.tif 000002
【図２】
0005776526.tif 000003