(57)【要約】【課題】回転駆動時にリブの配置に起因した振動を抑制でき、成形により作製するのが容易で、しかも歯車の歯数の限定が無く設計の自由度が大きい樹脂製歯車を提供すること。【解決手段】樹脂製歯車１０は、中心部に存するハブ１２から周縁部に存するリム１３まで放射状に延びる複数のリブ１５Ａ，１５Ｂ；１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂを備える。複数のリブはそれぞれ、この歯車の中心軸１１が延びる方向に関してセグメント１０Ａ，１０Ｂに区分されている。この歯車１０の周方向に関して、一のセグメント１０Ａに存するセグメントリブ１５Ａ，１６Ａ，１７Ａの角度位置と他のセグメント１０Ｂに存するセグメントリブ１５Ｂ，１６Ｂ，１７Ｂの角度位置とが互いに異なっている。【選択図】  図５
2004278635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
上記複数のリブはそれぞれ、この歯車の中心軸が延びる方向に関してセグメントに区分され、
この歯車の周方向に関して、一のセグメントに存するセグメントリブの角度位置と他のセグメントに存するセグメントリブの角度位置とが互いに異なっていることを特徴とする樹脂製歯車。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂製歯車において、
上記セグメントの数は二つであり、
この歯車の周方向に関して、一のセグメントに設けられたセグメントリブの角度位置が他のセグメントに設けられたセグメントリブの角度位置を等分していることを特徴とする樹脂製歯車。
【請求項３】
請求項１に記載の樹脂製歯車において、
上記複数のリブはそれぞれ、この歯車の中心軸に対して垂直な境界面でセグメントに区分され、
上記ハブとリムとの間に上記境界面に沿って、その境界面を挟むセグメントのセグメントリブを支持するウエブが設けられていることを特徴とする樹脂製歯車。
【請求項４】
請求項１に記載の樹脂製歯車を含む動力伝達機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は樹脂製歯車に関する。
【０００２】
また、この発明は、樹脂製歯車を含む動力伝達機構を備えた画像形成装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従前より、樹脂製歯車としては、中心部に存するボス（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ものがある。リブは歯車の周方向に関して等角度間隔で配置され、また、リムの外周面には周方向に関して所定の円ピッチで歯が配置されている。この種の樹脂製歯車では、周方向に関してリブが存在する角度位置とリブが存在しない角度位置との間で機械的強度が異なるため、回転駆動時にリブの配置の周期に応じた振動が発生するという問題がある。
【０００４】
そこで、中心のハブ部と周縁のリム部との間に円板形状のウエブを備え、駆動時の変形を防止して精密な動力伝達を行うように、ウエブの肉厚を２ｍｍ以上としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、ボス（ハブ）からリムに向けて延びるリブを備えた一対の樹脂製歯車を互いに噛み合わせた歯車装置において、回転むらが発生するのを抑制するように、他方の歯車の歯数を一方の歯車の歯数の整数倍とし、噛み合い部において、両歯車のリブが互いに向き合うようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２９５９１４号公報（第１頁の要約）
【特許文献２】
特開２０００−３１０２９７号公報（第１頁の要約、第２頁の請求項１、２および段落０００４、０００５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方式では、ウエブの肉厚を２ｍｍ以上としているため、特殊な成形型（金型）が必要になり、樹脂製歯車を成形により作製するのが困難となる。また、特許文献２の方式では、歯車の歯数を限定しているため設計の自由度が制限されて、例えば動力を複数段階にわたって伝達するような動力伝達装置を構成するのが困難となる。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、回転駆動時にリブの配置に起因した振動を抑制でき、成形により作製するのが容易で、しかも歯車の歯数の限定が無く設計の自由度が大きい樹脂製歯車を提供することにある。
【０００９】
また、この発明の課題は、そのような樹脂製歯車を含む動力伝達機構を備えた画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の樹脂製歯車は、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、
上記複数のリブはそれぞれ、この歯車の中心軸が延びる方向に関してセグメントに区分され、
この歯車の周方向に関して、一のセグメントに存するセグメントリブの角度位置と他のセグメントに存するセグメントリブの角度位置とが互いに異なっていることを特徴とする。
【００１１】
なお、上記リブのうちそれぞれのセグメントに存する部分を、「セグメントリブ」と呼んでいる。
【００１２】
この請求項１の樹脂製歯車では、複数のリブはそれぞれ、この歯車の中心軸が延びる方向に関してセグメントに区分されている。そして、この歯車の周方向に関して、一のセグメントに存するセグメントリブの角度位置と他のセグメントに存するセグメントリブの角度位置とが互いに異なっている。したがって、回転駆動時に、この歯車のリブ（つまり、セグメントリブ）が別の歯車との噛み合い部を通るときの周波数を、様々に可変して設定できる。また、セグメント間でリブの角度位置が同じである場合に比して、周方向に関してリブが存在する角度位置とリブが存在しない角度位置との間の機械的強度の差が緩和される。これらの結果、回転駆動時にリブの配置に起因した振動を抑制できる。
【００１３】
また、特許文献１の方式では、樹脂製歯車を作製するために特殊な成形型（金型）を必要としたが、この発明の樹脂製歯車の構成であれば、作製のために特殊な成形型の（金型）を必要とはしない。したがって、この発明の樹脂製歯車は、成形により容易に作製される。
【００１４】
また、特許文献２の方式では、歯車の歯数を限定しているため設計の自由度が制限されたが、この発明の樹脂製歯車の構成であれば、歯車の歯数の限定が無く設計の自由度が大きい。したがって、例えば動力を複数段階にわたって伝達するような動力伝達装置を構成するのが容易になる。
【００１５】
請求項２に記載の樹脂製歯車は、請求項１に記載の樹脂製歯車において、上記セグメントの数は二つであり、この歯車の周方向に関して、一のセグメントに設けられたセグメントリブの角度位置が他のセグメントに設けられたセグメントリブの角度位置を等分していることを特徴とする。
【００１６】
この請求項２の樹脂製歯車では、上記セグメントの数は二つであり、この歯車の周方向に関して、一のセグメントに設けられたリブの角度位置が他のセグメントに設けられたリブの角度位置を等分している。したがって、見かけ上リブの本数（中心軸方向片側の端面を見たときのリブの本数）を増やすことなしに、回転駆動時に、この歯車のリブ（つまり、セグメントリブ）が別の歯車との噛み合い部を通るときの周波数を増やすことができる。また、セグメント間でリブの角度位置が同じである場合に比して、周方向に関してリブが存在する角度位置とリブが存在しない角度位置との間の機械的強度の差が効果的に緩和される。これらの結果、回転駆動時にリブの配置に起因した振動を効果的に抑制できる。しかも、この樹脂製歯車は、成形により容易に作製される。また、歯車の歯数の限定が無く設計の自由度が大きい。したがって、例えば動力を複数段階にわたって伝達するような動力伝達装置を構成するのが容易になる。
【００１７】
請求項３に記載の樹脂製歯車は、請求項１に記載の樹脂製歯車において、上記複数のリブはそれぞれ、この歯車の中心軸に対して垂直な境界面でセグメントに区分され、上記ハブとリムとの間に上記境界面に沿って、その境界面を挟むセグメントのセグメントリブを支持するウエブが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この請求項３の樹脂製歯車では、上記複数のリブはそれぞれ、この歯車の中心軸に対して垂直な境界面でセグメントに区分されている。そして、上記ハブとリムとの間に上記境界面に沿って、その境界面を挟むセグメントのセグメントリブを支持するウエブが設けられている。したがって、この樹脂製歯車全体の剛性を高めることができる。
【００１９】
請求項４に記載の画像形成装置は、請求項１に記載の樹脂製歯車を含む動力伝達機構を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この請求項４の画像形成装置は、請求項１に記載の樹脂製歯車を含む動力伝達機構を備える。したがって、動力伝達時に、動力伝達機構に含まれた樹脂製歯車のリブの配置に起因した振動を抑制できる。また、上記樹脂製歯車は歯車の歯数の限定が無く設計の自由度が大きいので、動力を複数段階にわたって伝達するような動力伝達機構が容易に構成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず、図１〜図４を用いてこの発明の基礎となる一般的な樹脂製歯車（ギヤ）の特性を説明し、その後に本願発明の実施形態を説明するものとする。
【００２２】
図２は、この発明の基礎となる一般的な樹脂製歯車８０を中心軸８１が延びる方向から見たときの態様を例示している。また、図１は、互いに同じ構造をもつ樹脂製歯車８０，９０が噛み合わされた状態をそれらの中心軸８１，９１に対して垂直な方向から見たときの態様を例示している。
【００２３】
図２に示すように、この樹脂製歯車８０は、中心部に存するボス（ハブ）８２から周縁部に存するリム８３まで放射状に延びる複数（この例では３本）のリブ８５，８６，８７を備えている。リブ８５，８６，８７は中心軸８１の周りに周方向に関して等角度間隔で配置されている。また、リム８３の外周面には周方向に関して所定の円ピッチで歯８４が配置されている（簡単のため、歯８４は集合的に１つの円で示され、個々の歯の図示が省略されている。）。
【００２４】
図３は、この樹脂製歯車８０の回転駆動時の変形量を表している。この図３における横軸は歯車の角度位置を表しており、記号Ｒはリブが存在する位置、記号Ｉはリブ間の位置にそれぞれ相当する。また、図３における縦軸は歯車の変形量を任意単位で表している。これらの横軸、縦軸のとり方は、後述する図４、図６、図８において同様である。
【００２５】
図３中に曲線Ｃ１で示すように、この樹脂製歯車８０では、周方向に関してリブ８５，８６，８７が存在する角度位置Ｒとリブが存在しない角度位置Ｉとの間で機械的強度が異なるため、回転駆動時にリブ８５，８６，８７の配置の周期に応じた振動が発生する。なお、この例のようにリブ数を３本とし、この歯車８０の中心軸８１の周りの回転数を１０ｒｐｓ（回転／秒）とすると、リブの配置の周期に応じた振動数（これを「リブ周波数」と呼ぶ。）は、１０ｒｐｓ×３本＝３０Ｈｚとなる。ここで、この樹脂製歯車８０を含む機械全体の共振周波数、例えば機械の筐体の共振周波数が３０Ｈｚであれば、歯車８０のリブ周波数と筐体の共振周波数とが一致する。そのような場合、機械全体が大きく振動する危険性がある。また、歯車８０の変形量の振幅が機器全体の振動の大きさとなって現れる。
【００２６】
この振動問題に対する対策として、リブの本数を３本から例えば６本に増やした場合、図４中の曲線Ｃ２に示すように、リブ周波数が６０Ｈｚになって、筐体の共振周波数（３０Ｈｚ）とは一致しなくなる。また、歯車としての剛性が上がるので、変形量が全体に小さくなり、その振幅も小さくなる。したがって、振動問題は発生しない。なお、図４中には、比較のために、図３中の曲線Ｃ１が図３におけるスケールと同じスケールで破線で描かれている。
【００２７】
しかし、単にリブ本数を増やすことは、歯車の大きさや加工上の制約によってできない場合がある。また、リブ周波数を筐体の共振周波数からずらすために、逆にリブ本数を減らしてリブ周波数を低くすることは、歯車全体の剛性を著しく低下させるため、好ましくない。
【００２８】
そこで、本発明は、リブの本数を単に変えるのではなく、リブ周波数を大きくできる樹脂製歯車の構造を提案する。
【００２９】
図５（ａ）、図５（ｃ）は本発明の一実施形態の樹脂製歯車１０を中心軸１１に対して斜めに互いに反対側から見たところを示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）、図５（ｃ）におけるＢ−Ｂ′線矢視断面（両者に共通の断面）を示している。
【００３０】
これらの図に示すように、この樹脂製歯車１１は、中心部に存する円筒状のハブ１２と、周縁部に存する円筒状のリム１３と、ハブ１２からリム１３まで放射状に延びる複数のリブ１５Ａ，１５Ｂ；１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂを備えている。図５（ａ）、図５（ｃ）のどちらの端面を見ても、リブの本数は３本に見える。
【００３１】
リム１３の外周面には周方向に関して所定の円ピッチで歯１４が配置されている（個々の歯１４は、簡単のため、１本の線で表されている。）。
【００３２】
リブ１５Ａ，１５Ｂ；１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ、この歯車の中心軸１１に対して垂直な円板状のウエブ１９で二つのセグメント１０Ａ，１０Ｂに区分されている。以下では、二つのセグメント１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに存する個々のリブを「セグメントリブ」と呼ぶ。この例では、セグメントリブ１５Ａ，１５Ｂが対をなし、セグメントリブ１６Ａ，１６Ｂが対をなし、また、セグメントリブ１７Ａ，１７Ｂが対をなしている。
【００３３】
図５（ｂ）によって最も良く分かるように、ウエブ１９は、二つのセグメント１０Ａ，１０Ｂを区分する境界面２０に沿って設けられている。ウエブ１９は、二つのセグメント１０Ａ，１０Ｂの各セグメントリブ１５Ａ，１５Ｂ；１６Ａ，１６Ｂ；１７Ａ，１７Ｂを支持している。これにより、この樹脂製歯車１０全体の剛性を高めることができる。
【００３４】
図５（ａ）（ｂ）から分かるように、セグメント１０Ａに存する三つのセグメントリブ１５Ａ，１６Ａ，１７Ａは互いに等角度間隔（１２０度間隔）に配置されている。また、図５（ｂ）（ｃ）から分かるように、セグメント１０Ｂに存するセグメントリブ１５Ｂ，１６Ｂ，１７Ｂは互いに等角度間隔（１２０度間隔）に配置されている。そして、この樹脂製歯車１０の周方向に関して、一のセグメント１０Ａに存するセグメントリブ１５Ａ，１６Ａ，１７Ａの角度位置と他のセグメント１０Ｂに存するセグメントリブ１５Ｂ，１６Ｂ，１７Ｂの角度位置とが互いに異なっている。この例では、セグメントリブ１５Ａの角度位置とセグメントリブ１６Ａの角度位置とを等分する角度位置にセグメントリブ１５Ｂが配置されている。セグメントリブ１６Ａの角度位置とセグメントリブ１７Ａの角度位置とを等分する角度位置にセグメントリブ１６Ｂが配置されている。また、セグメントリブ１７Ａの角度位置とセグメントリブ１５Ａの角度位置とを等分する角度位置にセグメントリブ１７Ｂが配置されている。
【００３５】
この場合、図６中の曲線Ｃ３に示すように、リブ周波数が６０Ｈｚになって、筐体の共振周波数（３０Ｈｚ）とは一致しなくなる。また、単なる３本リブの場合（図３中の曲線Ｃ１の場合）に比して、変形量の振幅が小さくなる。したがって、回転駆動時にリブの配置に起因した振動を抑制できる。ただし、変形量の全体のレベルは、単なる６本リブの場合（図４中の曲線Ｃ２の場合）に比して、多少大きくなる。
【００３６】
このように、この樹脂製歯車１０では、周方向に関して、一のセグメント１０Ａに存するセグメントリブ１５Ａ，１６Ａ，１７Ａの角度位置と他のセグメント１０Ｂに存するセグメントリブ１５Ｂ，１６Ｂ，１７Ｂの角度位置とが互いに異なっている。したがって、回転駆動時に、リブ周波数を様々に可変して設定できる。また、セグメント１０Ａ，１０Ｂ間でリブの角度位置が同じである場合に比して、周方向に関してリブが存在する角度位置とリブが存在しない角度位置との間の機械的強度の差が緩和される。これらの結果、回転駆動時にリブの配置に起因した振動を抑制できる。また、このような構成であれば、作製のために特殊な成形型の（金型）を必要とはしない。したがって、この発明の樹脂製歯車は、成形により容易に作製される。また、この発明の樹脂製歯車の構成であれば、歯数の限定が無く設計の自由度が大きい。したがって、例えば動力を複数段階にわたって伝達するような動力伝達機構を構成するのが容易になる。
【００３７】
図７は、上記樹脂製歯車１０の変形例（符号１０′で表す）を中心軸１１が延びる方向から見たときの態様を例示している。簡単のため、図５中の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を用いている。
【００３８】
この例では、一のセグメント１０Ａに存するセグメントリブ１５Ａ，１６Ａ，１７Ａの角度位置に対して他のセグメント１０Ｂに存するセグメントリブ１５Ｂ，１６Ｂ，１７Ｂの角度位置がそれぞれ角度α（図では２０度から３０度の範囲内の角度）だけ離れた位置に設定されている。このようにした場合、対をなすセグメントリブ１５Ａ，１５Ｂ同士、セグメントリブ１６Ａ，１６Ｂ同士、セグメントリブ１７Ａ，１７Ｂ同士がそれぞれ接近することによって、見かけ上リブが太くなったような効果が現れる。つまり、図８中の曲線Ｃ４に示すように、リブ周波数は３０Ｈｚのままだが、単なる３本リブの場合（図３中の曲線Ｃ１の場合）に比して、曲線の谷の幅が広がり、振幅が小さくなったような効果が現れる。このように対をなすセグメントリブ同士を微妙にずらすことで、回転駆動時にリブの配置に起因した振動を抑制できる。
【００３９】
なお、対をなすセグメントリブ同士をずらす角度が小さすぎると、見かけ上リブを太くする効果が得られない。一方、対をなすセグメントリブ同士をずらす角度が大きくなると、各セグメントリブが作る曲線の谷が分離して、先の例（樹脂製歯車１０）と実質的に同じになる。
【００４０】
図５や図７に示した樹脂製歯車１０，１０′は、歯車の振動が問題となる可能性のある画像形成装置の動力伝達機構や医療機器（ＣＴ等）の動力伝達機構に対して有効に適用することができる。
【００４１】
図９は、この発明の一実施形態の画像形成装置の動力伝達機構１００を表わした駆動引き回し図である。画像形成装置自体は、円筒状の感光体１０７、図示しない現像器、定着器等を備えて、給紙カセットから取り出した用紙に公知の電子写真プロセスによって画像形成するものである。この画像形成装置の動力伝達機構１００は、動力源であるモータ１０１と、給紙カセットから用紙を取り出すローラを駆動するための給紙ピックアップギヤ１０２と、給紙カセットから取り出された用紙を搬送するための給紙搬送ローラギヤ１０３と、動力伝達用ギヤ１０４と、現像器を駆動するための現像ドッキングギヤ１０５と、感光体を帯電させる帯電ブラシを駆動するための帯電ブラシギヤ１０６と、定着ローラを駆動するための定着ローラギヤ１０８と、画像定着後の用紙を排出するための排紙ローラギヤ１０９を備えている。動力源であるモータ１０１から感光体１０７へは、図中に太い実線で示す経路（感光体への動力伝達系）を介して動力が伝達される。
【００４２】
この種の画像形成装置では、画像形成に直接関係する感光体１０７への動力伝達系に振動問題が発生するケースが多い。そこで、図９中の動力伝達用ギヤ１０４を本発明の樹脂製歯車（例えば既述の樹脂製歯車１０，１０′）で構成することによって、そのような振動問題を解消することができる。上記樹脂製歯車１０，１０′は歯車の歯数の限定が無く設計の自由度が大きいので、動力を複数段階にわたって伝達するような動力伝達機構が容易に構成される。
【００４３】
感光体への動力伝達系以外にも、転写ローラ（ベルト）への動力伝達系、現像ローラへの動力伝達系、帯電ローラ（ブラシ）への動力伝達系などに本発明の樹脂製歯車を採用すれば同様の効果が得られる。
【００４４】
医療機器（ＣＴ等）では、歯車振動に起因する異音によって患者に不安感を与えることになる。したがって、本発明の樹脂製歯車による振動対策が有効となる。
【００４５】
なお、図５や図７に示した樹脂製歯車１０，１０′では、ウエブ１９を備えているが、当然ながらウエブ１９を省略することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の樹脂製歯車によれば、この発明の課題は、回転駆動時にリブの配置に起因した振動を抑制できる。また、この発明の樹脂製歯車は、成形により作製するのが容易で、しかも歯車の歯数の限定が無く設計の自由度が大きい。
【００４７】
また、この発明の画像形成装置は、動力伝達機構がそのような樹脂製歯車を含むので、動力を伝達する経路の振動問題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】互いに同じ構造をもつ一般的な樹脂製歯車が噛み合わされた状態をそれらの中心軸に対して垂直な方向から見たときの態様を例示する図である。
【図２】この発明の基礎となる一般的な樹脂製歯車を中心軸が延びる方向から見たときの態様を例示する図である。
【図３】図２の樹脂製歯車が回転駆動されたときの変形量を示す図である。
【図４】上記樹脂製歯車のリブの本数を６本に増やした場合の変形量を、リブの本数が３本の場合の変形量と対比して示す図である。
【図５】この発明の一実施形態の樹脂製歯車の構造を示す図である。
【図６】図５の樹脂製歯車が回転駆動されたときの変形量を示す図である。
【図７】この発明の別の実施形態の樹脂製歯車の構造を示す図である。
【図８】図８の樹脂製歯車が回転駆動されたときの変形量を示す図である。
【図９】この発明の一実施形態の画像形成装置の動力伝達機構を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０′  樹脂製歯車
１０Ａ，１０Ｂ  セグメント
１２  ハブ
１３  リム
１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ  セグメントリブ
１９  ウエブ
【図１】
2004278635.tif 000003
【図２】
2004278635.tif 000004
【図３】
2004278635.tif 000005
【図４】
2004278635.tif 000006
【図５】
2004278635.tif 000007
【図６】
2004278635.tif 000008
【図７】
2004278635.tif 000009
【図８】
2004278635.tif 000010
【図９】
2004278635.tif 000011