(57)【要約】【課題】第１歯車１０１に対して嵌脱自在に設けられた切換用歯車１０７が第１歯車１０１と歯先同士で接することによって生じる両歯車の歯先の破損を抑えた歯車嵌脱装置、及びそれを備えた記録装置を提供すること。【解決するための手段】第１歯車１０１の歯車軸１０２と切換用歯車１０７の歯車軸１０８が近づくように動作すると、距離Ｓが減少し、距離Ｒが増加するようにカム１１０およびカムフォロア１０５ａを形成し、カム１１０を一定のトルクで駆動することによって、両歯車の咬合する軸間距離Ａｄにおいて切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力よりも、両歯車の接する軸間距離ＡＤにおいて切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力が小さくなるように、歯車嵌脱装置を構成する。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１歯車と、該第１歯車の歯車軸と平行な歯車軸を有する切換用歯車と、該切換用歯車の歯車軸を保持し、且つ前記第１歯車の歯車軸と前記切換用歯車の歯車軸との軸間距離に応じた押し付け力を前記切換用歯車の歯車軸に加える切換用歯車押付手段と、を備え、
前記切換用歯車が前記切換用歯車押付手段によって前記第１歯車に嵌脱自在であるように構成された歯車嵌脱装置であって、
前記切換用歯車押付手段は、前記切換用歯車と前記第１歯車の歯同士が咬み合い、且つ両歯車間の動力伝達が可能な歯車咬合状態において、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力よりも、前記第１歯車と前記切換用歯車の歯先同士が接し、且つ両歯車間の動力伝達に至る直前の接触状態において、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が小さくなるように構成されている、
ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の歯車嵌脱装置において、前記切換用歯車押付手段が、前記接触状態から前記歯車咬合状態へ向かうとき、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力がどの点においても増加するように構成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の歯車嵌脱装置において、前記切換用歯車押付手段が、前記第１歯車の歯車軸と平行なアーム回動軸を中心に回動するアームと、該アームを駆動するアーム駆動手段と、を備え、
前記アームが、前記切換用歯車の歯車軸を保持し、前記アームの回動によって、前記第１歯車と前記切換用歯車とが嵌脱自在となるように構成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項４】
請求項３に記載の歯車嵌脱装置において、前記アーム駆動手段が、前記アームに設けられたカムフォロアと接して回動するカムと、該カムが回動自在に設けられたカム軸と、前記カムに一定のトルクを負荷する定トルク負荷手段と、を備え、
前記カムおよび前記カムフォロアの形状が、前記歯車咬合状態において前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力よりも、前記接触状態において前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が小さくなるように形成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の歯車嵌脱装置において、前記カムおよび前記カムフォロアの形状が、前記接触状態から前記歯車咬合状態へ向かうとき、どの点においても、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が増加するように形成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項６】
請求項３に記載の歯車嵌脱装置において、前記アーム駆動手段が、前記アームに設けられたカムフォロアと接して回動するカムと、該カムが回動自在に設けられたカム軸と、前記カムに一定のトルクを負荷する定トルク負荷手段と、を備え、
前記カムおよび前記カムフォロアの形状が、前記カムと前記カムフォロアの接点における前記カムフォロアについての接線と垂直な面を面Ｑとし、該面Ｑから前記アーム回動軸までの距離を距離Ｒとし、前記面Ｑから前記カム軸までの距離を距離Ｓとして、前記接触状態のときＲ＝ＲＤ、Ｓ＝ＳＤとし、前記歯車咬合状態のときＲ＝Ｒｄ、Ｓ＝Ｓｄとした場合に、
ＲＤ＜Ｒｄ且つＳＤ＞Ｓｄ、またはＲＤ＜Ｒｄ且つＳＤ＝Ｓｄを満たすように形成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項７】
請求項６に記載の歯車嵌脱装置において、前記カム及び前記カムフォロアの形状が、前記切換用歯車が前記接触状態から前記歯車咬合状態へ向かうとき、前記距離Ｒは増加し、且つ、前記距離Ｓが減少若しくは一定であるように形成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記定トルク負荷手段が、前記カムと定荷重負荷手段とを備え、且つ該定荷重負荷手段の生じる定荷重を前記カムに作用する前記カム軸周りの定トルクに変換するように構成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項９】
請求項８に記載の歯車嵌脱装置において、前記定荷重負荷手段が、ばねを備えたばね機構であり、該ばね機構が力学的エネルギーの安定位置を複数有し且つ少なくとも前記歯車咬合状態における前記ばね機構の位置が前記安定位置であるように構成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記カム軸に回動自在に設けられたレバーを備え、
前記カムは突起部を有し、前記レバーは、該レバーが前記カム軸周りに回動することによって前記突起部と当接可能な当接部を有しており、該当接部と前記突起部の間に間隙が設けられている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１１】
請求項３〜１０のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、該歯車嵌脱装置が前記接触状態および前記歯車咬合状態にあるとき、
前記切換用歯車の歯車軸が、前記第１歯車の歯車軸と垂直に交わる直線と、前記アーム回動軸を中心として前記切換用歯車の歯車軸が描く円軌道との接点Ｐから前記第１歯車の歯車軸までの間に位置する、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の歯車嵌脱装置において、前記接触状態のとき、前記切換用歯車の歯車軸が前記接点Ｐに位置する、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記第１歯車と前記切換用歯車の歯先円直径をそれぞれＤ１、Ｄｋとし、ピッチ円直径をｄ１、ｄｋとしたとき、前記接触状態における前記第１歯車と前記切換用歯車の軸間距離ＡＤがＡＤ＝（Ｄ１＋Ｄｋ）／２で得られ、前記歯車咬合状態における前記第１歯車と前記切換用歯車の軸間距離ＡｄがＡｄ＝（ｄ１＋ｄｋ）／２で得られる、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１４】
請求項３〜１３のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、第２歯車が、前記アーム回動軸と歯車軸を共有し前記アーム回動軸に対して回動自在であり、且つ前記切換用歯車と常に咬合するように設けられている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の歯車嵌脱装置において、前記アームが前記切換用歯車の歯車軸を２本有する歯車嵌脱装置であって、前記２つの切換用歯車はどちらも前記アームの回動によって前記第１歯車と嵌脱自在であり、且つ前記２つの切換用歯車はどちらも常に前記第２歯車と咬合し、且つ前記２つの切換用歯車が同時に前記第１歯車に接することがないように構成されている、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記第１歯車と前記切換用歯車とがインボリュート歯車である、ことを特徴とする歯車嵌脱装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置を備えている、ことを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１歯車に対して切換用歯車が嵌脱自在に設けられて成る歯車嵌脱装置に係り、特に両歯車の歯先の摩耗や破損を抑えた歯車嵌脱装置、及びそれを備えた記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機等の記録装置において、１つの動力源から搬送ローラまたは紙送りローラまでの動力伝達経路を複数設け、その中から各記録用紙に適した紙送り速度となる動力伝達経路を選択し切り換えて使用する場合がある。
【０００３】
このような動力伝達経路を切り換える装置として、例えば図５に示すような歯車嵌脱装置がある。この歯車嵌脱装置は、互いに平行な２本の回動軸を備えている。図５に示す歯車嵌脱装置の下方から、１本目の回動軸は、第１歯車１が回動自在に設けられた歯車軸２であり、２本目の回動軸は、アーム５および第２歯車３が回動自在に設けられたアーム回動軸４である。
【０００４】
アーム回動軸４に設けられたアーム５は、前記アーム回動軸４と平行な２本の歯車軸８、１８を有し、それぞれ切換用歯車７、１７が回動自在に設けられている。前記２本の歯車軸８、１８は、第１歯車１の歯車軸２と第２歯車３の歯車軸４を含む平面６に対して略対称で且つ切換用歯車７、１７の一方が、第２歯車３と常に咬合する位置に配設されている。アーム５の回動によって、２つの切換用歯車７、１７は、第２歯車３に対して公転するとともに第１歯車１と嵌脱自在であり、且つ２つの切換用歯車７、１７が同時に第１歯車１に接することがないようにアーム５に配設されている。
【０００５】
すなわち、切換用歯車７が第１歯車１と接する位置にあるときには、第２の切換用歯車１７が第１歯車１と接することはなく、逆に、第２の切換用歯車１７が第１歯車１と接する位置にあるときには、切換用歯車７が第１歯車１と接することはない。したがって、２つの切換用歯車７、１７の内どちらかが第１歯車１と咬合するように選択することによって、動力伝達経路を切り換えることができる。
【０００６】
しかし、動力伝達経路の切り換え時に第１歯車１の歯先と切換用歯車７、１７の歯先は互いの位相が必ずしも一致しないため、歯先同士で接触し、両歯車同士の咬み合わないことがしばしばある。この時、歯先同士の接触部分に高い応力が発生し摩耗や欠損等の歯先の破損の原因となる。歯車嵌脱装置を備えた記録装置において、歯先の破損は紙送り量や速度における精度向上の妨げとなり、高い印字品質向上を困難なものとしていた。
【０００７】
この歯先同士の接触部分に生じる応力は、切換用歯車７、１７を第１歯車１に近づけるときに、切換用歯車７、１７の歯車軸８、１８に加わる押し付け力を小さくすることによって、抑えることが可能である。
【０００８】
そこで本発明の課題は、第１歯車と嵌脱自在な切換用歯車とを備えた歯車嵌脱装置における、嵌脱動作時において、両歯車の歯先が摩耗しにくく、且つ破損しにくい歯車嵌脱装置およびそれを備えた記録装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願請求項１に記載の歯車嵌脱装置は、第１歯車と、該第１歯車の歯車軸と平行な歯車軸を有する切換用歯車と、該切換用歯車の歯車軸を保持し、且つ前記第１歯車の歯車軸と前記切換用歯車の歯車軸との軸間距離に応じた押し付け力を前記切換用歯車の歯車軸に加える切換用歯車押付手段と、を備え、前記切換用歯車が切換用歯車押付手段によって前記第１歯車に嵌脱自在であるように構成された歯車嵌脱装置であって、前記切換用歯車押付手段は、前記切換用歯車と前記第１歯車の歯同士が咬み合い、且つ両歯車間の動力伝達が可能な歯車咬合状態において、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力よりも、前記第１歯車と前記切換用歯車の歯先同士が接し、且つ両歯車間の動力伝達に至る直前の接触状態において、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が、小さくなるように構成されている、ことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、切換用歯車押付手段が、第１歯車と切換用歯車の歯先同士が接し、且つ両歯車間の動力伝達に至る直前の接触状態において、切換用歯車の歯車軸に加わえる押し付け力が比較的小さいため、両歯車の歯先同士の接触部分に生じる応力を低く抑えることができ、歯先の破損を抑えることができる。
【００１１】
また、本願請求項２に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項１に記載の歯車嵌脱装置において、前記切換用歯車押付手段が、前記接触状態から前記歯車咬合状態へ向かうとき、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力がどの点においても増加するように構成されている、ことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が、接触状態から歯車咬合状態へ向かうとき、どの点においても増加する。そのため、第１歯車と切換用歯車とが、互いに歯面のどの部分で接触しても、切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力は歯車咬合状態のときに生じる押し付け力よりも小さく、接触部分の応力を低く抑えることができ、歯面全体にわたって破損を抑えることができる。
【００１３】
また、本願請求項３に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項１または本願請求項２に記載の歯車嵌脱装置において、前記切換用歯車押付手段が、前記第１歯車の歯車軸と平行なアーム回動軸を中心に回動するアームと、該アームを駆動するアーム駆動手段と、を備え、前記アームが、前記切換用歯車の歯車軸を保持し、前記アームの回動によって、前記第１歯車と前記切換用歯車とが嵌脱自在となるように構成されている、ことを特徴とするものである。本発明によれば、第１歯車に対する切換用歯車の嵌脱をアームの回動によって行うため、より扱い易くなる。
【００１４】
また、本願請求項４に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項３に記載の歯車嵌脱装置において、前記アーム駆動手段が、前記アームに設けられたカムフォロアと接して回動するカムと、該カムが回動自在に設けられたカム軸と、前記カムに一定のトルクを負荷する定トルク負荷手段と、を備え、前記カムおよび前記カムフォロアの形状が、前記歯車咬合状態において前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力よりも、前記接触状態において前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が、小さくなるように形成されている、ことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、歯車咬合状態において切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力よりも、接触状態において切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が小さくなるようにカムおよびカムフォロアの形状を形成することで、複雑な制御器等を設けることなく、本願請求項１と同様の作用効果を得ることができる。
【００１６】
また、本願請求項５に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項４に記載の歯車嵌脱装置において、前記カム及び前記カムフォロアの形状が、前記接触状態から前記歯車咬合状態へ向かうとき、どの点においても、前記切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が増加するように形成されている、ことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明によれば、接触状態から歯車咬合状態へ向かうとき、どの点においても、切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力が増加するように、カムおよびカムフォロアの形状を形成することで、複雑な制御器等を設けることなく、本願請求項２と同様の作用効果を得ることができる。
【００１８】
また、本願請求項６に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項３に記載の歯車嵌脱装置において、前記アーム駆動手段が、前記アームに設けられたカムフォロアと接して回動するカムと、該カムが回動自在に設けられたカム軸と、前記カムに一定のトルクを負荷する定トルク負荷手段と、を備え、前記カムおよび前記カムフォロアの形状が、前記カムと前記カムフォロアの接点における前記カムフォロアについての接線と垂直な面を面Ｑとし、該面Ｑから前記アーム回動軸までの距離を距離Ｒとし、前記面Ｑから前記カム軸までの距離を距離Ｓとして、前記接触状態のときＲ＝ＲＤ、Ｓ＝ＳＤとし、前記歯車咬合状態のときＲ＝Ｒｄ、Ｓ＝Ｓｄとした場合に、ＲＤ＜Ｒｄ且つＳＤ＞Ｓｄ、またはＲＤ＜Ｒｄ且つＳＤ＝Ｓｄを満たすように形成されている、ことを特徴とするものである。本発明によれば、本願請求項４と同様の作用効果を得ることができる。
【００１９】
また、本願請求項７に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項６に記載の歯車嵌脱装置において、前記カムおよび前記カムフォロアの形状が、前記切換用歯車が前記接触状態から前記歯車咬合状態へ向かうとき、前記距離Ｒは増加し、且つ、前記距離Ｓが減少若しくは一定であるように形成されている、ことを特徴とするものである。本発明によれば、本願請求項５と同様の作用効果を得ることができる。
【００２０】
また、本願請求項８に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項４〜７のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記定トルク負荷手段が、前記カムと定荷重負荷手段とを備え、且つ該定荷重負荷手段の生じる定荷重を前記カムに作用する前記カム軸周りの定トルクに変換するように構成されている、ことを特徴とすることを特徴とするものである。
本発明によれば、定トルク負荷手段に用いる動力源として、定荷重負荷手段を利用することで、定トルク負荷手段を比較的簡素な構造とすることができる。
【００２１】
また、本願請求項９に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項８に記載の歯車嵌脱装置において、前記定荷重負荷手段が、ばねを備えたばね機構であり、該ばね機構が力学的エネルギーの安定位置を複数有し且つ少なくとも前記歯車咬合状態における前記ばね機構の位置が前記安定位置であるように構成されている、ことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明によれば、歯車咬合状態におけるばね機構の位置が、定荷重負荷手段であるばね機構の力学的エネルギーの安定位置となるため、第１歯車と切換用歯車が咬み合い歯車咬合状態となった場合には、該歯車咬合状態から外れにくく、歯車咬合状態から少しはずれた位置にばね機構がある場合には、歯車咬合状態へと自動的に移行する、歯車嵌脱装置を得ることができる。
【００２３】
また、本願請求項１０に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項４〜９のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記カム軸に回動自在に設けられたレバーを備え、前記カムは突起部を有し、前記レバーは、該レバーが前記カム軸周りに回動することによって前記突起部と当接可能な当接部を有しており、該当接部と前記突起部の間に間隙が設けられている、ことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明によれば、レバーを回動させると、レバーに設けられた当接部がカムに設けられた突起部に当接し、前記当接部が前記突起部を押すため、レバーを操作することによってカムを回動させることができる。したがって、レバーの操作によって、第１歯車と切換用歯車との間の動力伝達の有無を切り換えることができる。さらに、レバーの当接部とカムの突起部との間に設けられた間隙は、レバーが振動等の外乱を受けたとき、カムに前記振動等の外乱を伝えないように遮断する機能も果たす。
【００２５】
また、本願請求項１１に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項３〜１０のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、該歯車嵌脱装置が前記接触状態および前記歯車咬合状態にあるとき、前記切換用歯車の歯車軸が、前記第１歯車の歯車軸と垂直に交わる直線と、前記アーム回動軸を中心として前記切換用歯車の歯車軸が描く円軌道との接点Ｐから第１歯車の歯車軸までの間に位置する、ことを特徴とするものである。
【００２６】
本発明によれば、切換用歯車が第１歯車に近づくように動くとき、アームが回動自在に取り付けられたアーム回動軸から、第１歯車の歯車軸と切換用歯車の歯車軸を含む面までの距離が小さくなるように構成された歯車嵌脱装置を得ることができる。すなわち、前記アーム回動軸から、第１歯車の歯車軸と切換用歯車の歯車軸を含む面までの距離は、アームの駆動トルクを切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力で除して得られる、いわゆるモーメントの腕の長さであり、切換用歯車が第１歯車に近づくように動くとき、前記モーメントの腕の長さが、短くなるように構成された歯車嵌脱装置を得ることができる。したがって、アームの駆動トルクが一定でも、切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力は大きくなるため、アーム駆動手段の選定および設計が容易になる。
【００２７】
また、本願請求項１２に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項１１に記載の歯車嵌脱装置において、前記接触状態のとき、前記切換用歯車の歯車軸が前記接点Ｐに位置する、ことを特徴とするものである。
本発明によれば、歯車嵌脱装置が接触状態となるときと、切換用歯車の歯車軸が接点Ｐに位置するときと、を一致させる。アームの駆動トルクを、切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力で除して得られる、いわゆるモーメントの腕の長さが、切換用歯車の歯車軸が接点Ｐに位置するとき最も長くなるため、接触状態において切換用歯車の歯車軸に加わる押し付け力をより小さくした歯車嵌脱装置を得ることができる。
【００２８】
また、本願請求項１３に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項１〜１２のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記第１歯車と前記切換用歯車の歯先円直径をそれぞれＤ１、Ｄｋとし、ピッチ円直径をｄ１、ｄｋとしたとき、前記接触状態における前記第１歯車と前記切換用歯車の軸間距離ＡＤがＡＤ＝（Ｄ１＋Ｄｋ）／２で得られ、前記歯車咬合状態における前記第１歯車と前記切換用歯車の軸間距離ＡｄがＡｄ＝（ｄ１＋ｄｋ）／２で得られる、ことを特徴とするものである。
【００２９】
本発明によれば、歯車咬合状態は、第１歯車と切換用歯車の両歯車のピッチ円が接する状態であるため、該歯車咬合状態において効率の良い動力伝達が可能である。また、接触状態は、第１歯車と切換用歯車の両歯車の歯先円が接する状態であるため、本願請求項１〜１２のいずれかと同様の作用効果により、両歯車の外周面に過負荷が生じないようにすることが可能である。
【００３０】
また、本願請求項１４に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項３〜１３に記載の歯車嵌脱装置において、第２歯車が、前記アーム回動軸と歯車軸を共有し前記アーム回動軸に対して回動自在であり、且つ前記切換用歯車と常に咬合するするように設けられている、ことを特徴とするものである。
【００３１】
本発明によれば、入力と出力の位置関係が変動しない歯車嵌脱装置を得ることができる。第２歯車は切換用歯車と常に咬合しているため、切換用歯車が第１歯車と咬合すると、第２歯車にも動力が伝達される。また、第２歯車はアーム回動軸と歯車軸を共有するため、第１歯車と第２歯車との軸間距離は、アームの回動によって変動しない。したがって、第１歯車と第２歯車を動力の入出力として利用することにより、入出力の位置関係が変動しないようにすることができる。
【００３２】
また、本願請求項１５に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項１４に記載の歯車嵌脱装置において、前記アームが前記切換用歯車の歯車軸を２本有する歯車嵌脱装置であって、前記２つの切換用歯車はどちらも前記アームの回動によって前記第１歯車と嵌脱自在であり、且つ前記２つの切換用歯車はどちらも常に第２歯車と咬合し、且つ前記２つの切換用歯車が同時に前記第１歯車に接することがないように構成されている、ことを特徴とするものである。
本発明によれば、２つの動力伝達経路を有し、２つの切換用歯車の一方を選択することで、動力伝達経路の選択および切り換えが可能な歯車嵌脱装置を得ることができる。
【００３３】
また、本願請求項１６に記載の歯車嵌脱装置は、本願請求項１〜１５のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置において、前記第１歯車と前記切換用歯車とがインボリュート歯車である、ことを特徴とするものである。
本発明によれば、第１歯車と切換用歯車にインボリュート歯車を用いることから、歯車咬合状態において、その軸間距離が変化しても、両歯車の角速度比が変化しない歯車嵌脱装置を得ることができる。
【００３４】
また、本願請求項１７に記載の記録装置は、本願請求項１〜１６のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置を備えている、ことを特徴とするものである。
本発明によれば、歯車嵌脱装置の破損を抑えた、記録装置を得ることができ、例えば、本願請求項１〜１６のいずれか一項に記載の歯車嵌脱装置を、記録装置における紙送り速度を切り換える動力伝達経路内に備えれば、紙送り速度の切り換え時における動力伝達経路内の歯車の破損を抑えることができ、さらに歯車の破損に起因する紙送り速度等の精度誤差をより小さく抑えることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明に係る歯車嵌脱装置の第１の実施例を示す正面図である。図２は、本願発明に係る歯車嵌脱装置の第１歯車の歯車軸と垂直に交わる直線と、切換用歯車の歯車軸が描くアーム回動軸を中心とする円軌道と、の接点Ｐを説明する模式図である。まず、第１の実施例である図１に示す歯車嵌脱装置の構成について述べる。
【００３６】
本実施例（第１の実施例）において、歯車嵌脱装置は、互いに平行な３本の回動軸を備え、該３本の回動軸は、ほぼ一直線上に配設されている。図１に示す歯車嵌脱装置の下方から順に、１本目の回動軸は、第１歯車１０１が回動自在に設けられた歯車軸１０２であり、２本目の回動軸は、アーム１０５が回動自在に設けられたアーム回動軸１０４であり、３本目の回動軸は、カム１１０およびレバー１１４が回動自在に設けられたカム軸１１１である。
【００３７】
アーム回動軸１０４に設けられたアーム１０５は、前記３本の回動軸と平行な歯車軸１０８を有し、該歯車軸１０８には、切換用歯車１０７が回動自在に設けられている。また、アーム１０５は、第１歯車１０１の歯車軸１０２から遠い側、すなわち、カム軸１１１に近い側に、略円弧の凹状に形成されたカムフォロア１０５ａを有している。
【００３８】
該カムフォロア１０５ａが、アーム駆動手段１３０に備えられたカム１１０に押されると、アーム１０５はアーム回動軸１０４を中心に回動する。また、該アーム１０５は、アーム駆動手段１３０とともに、切換用歯車押付手段１３１に備えられており、該切換用歯車押付手段１３１は、前記アーム１０５の回動によって、第１歯車１０１と切換用歯車１０７とが嵌脱自在となるように構成されている。該切換用歯車押付手段１３１についての詳細は後述する。
【００３９】
前記カム１１０は、略扇形状に形成されており、該略扇形状のカム１１０の頂点付近にはカム軸１１１が位置し、該略扇形状の弧側でカムフォロア１０５ａと接するように配設されている。前記略扇形状のカム１１０の弧の一端付近には、ばね１１２の一方の端点１１２ｂが回動自在に取り付けられており、前記弧の他端側には、前記レバー１１４の当接部１１４ａ、１１４ｂが当接する突起部１１３が設けられている。
【００４０】
前記ばね１１２のもう一方の端点１１２ａは、支持部１２０に回動自在に設けられており、該ばね１１２とカム１１０は連動して回動するように構成されている。さらに、該ばね１１２は、カム１１０に定荷重を負荷する定荷重負荷手段１３２であり、且つ、カム１１０とともに該カム１１０にカム軸１１１周りのほぼ一定のトルクＭを発生させる定トルク負荷手段１３３を構成している。前記定荷重負荷手段１３２および前記定トルク負荷手段１３３の詳細については後述する。
【００４１】
前記レバー１１４は、Ｙ字状に形成され、Ｙ字の分岐部分にカム軸１１１が位置し、２つの当接部１１４ａ、１１４ｂで、カム１１０の突起部１１３を挟むように配設されている。前記２つの当接部１１４ａ、１１４ｂの間隔は、カム１１０の突起部１１３の幅と比べ、広く形成され、前記当接部１１４ａ、１１４ｂと前記突起部１１３との間には、間隙１１５が設けられている。
以上が、第１の実施例である図１に示す歯車嵌脱装置の構成であり、以下、第１歯車１０１と切換用歯車１０７との位置関係について説明する。
【００４２】
本実施例に示す歯車嵌脱装置は、第１歯車１０１と切換用歯車１０７との位置関係を、第１歯車１０１の歯車軸１０２と切換用歯車１０７の歯車軸１０８との軸間距離Ａと、第１歯車１０１と切換用歯車１０７との動力伝達の有無を基準に、３つの状態に大別することができる。ここで、第１歯車１０１と切換用歯車１０７の歯先円１０１ａ、１０７ａの直径をそれぞれ歯先円直径Ｄ１、Ｄｋとし、ピッチ円１０１ｂ、１０７ｂの直径をそれぞれピッチ円直径ｄ１、ｄｋとする。
【００４３】
１つ目の状態は、３つの状態の中で第１歯車１０１と切換用歯車１０７との軸間距離Ａが最も小さくなる状態であり、具体的には、図１のように、第１歯車１０１と切換用歯車１０７とが咬合し、両歯車間の動力伝達が可能な状態であり、以下、歯車咬合状態とする。さらに、該歯車咬合状態は両歯車のピッチ円１０１ｂ、１０７ｂ同士が接する状態であると限定した場合には、該歯車咬合状態における軸間距離Ａｄは、前記ピッチ円直径ｄ１、ｄｋを用いて、軸間距離Ａｄ＝（ｄ１＋ｄｋ）／２で得られる。
【００４４】
２つ目の状態は、３つの状態の中で第１歯車１０１と切換用歯車１０７との軸間距離Ａが最も大きくなる状態であり、前記歯車咬合状態とは逆に、第１歯車１０１と切換用歯車１０７とが完全に離れ、両歯車の歯同士は全く接することなく、両歯車間の動力伝達も全く無い状態であり、以下、歯車離間状態とする。
【００４５】
３つ目の状態は、軸間距離Ａが１つ目の状態と２つ目の状態との間で、第１歯車１０１と切換用歯車１０７とが、互いに歯先で接し、両歯車間の動力伝達に至る直前の状態であり、以下、接触状態とする。さらに、該接触状態は両歯車の歯先円１０１ａ、１０７ａ同士が接する状態であると限定した場合には、該接触状態における軸間距離ＡＤは、前記歯先円直径Ｄ１、Ｄｋを用いて、軸間距離ＡＤ＝（Ｄ１＋Ｄｋ）／２で得られる。
【００４６】
以上が、第１歯車１０１と切換用歯車１０７の位置関係についての説明であり、第１歯車１０１の歯車軸１０２と切換用歯車１０７の歯車軸１０８との軸間距離Ａと、第１歯車１０１と切換用歯車１０７との動力伝達の有無を基準に、３つの状態に大別した。
【００４７】
切換用歯車押付手段１３１は、第１歯車１０１の歯車軸１０２と切換用歯車１０７の歯車軸１０８との軸間距離Ａに応じた押し付け力を切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加えるものであり、該切換用歯車押付手段１３１は、前記歯車咬合状態において生じる前記押し付け力よりも、前記接触状態において生じる前記押し付け力が小さくなるように構成されている。以下、アーム１０５とアーム駆動手段１３０を備えた、切換用歯車押付手段１３１について説明する。
【００４８】
既述したように切換用歯車押付手段１３１は、アーム１０５とアーム駆動手段１３０とを備えている。また、アーム駆動手段１３０は、カム１１０と後述する定トルク負荷手段１３３とを備えている。
【００４９】
まず、図１を参照しつつ、アーム駆動手段１３０の駆動対象であるアーム１０５と、該アーム１０５と接し該アーム１０５を直接駆動するカム１１０と、の関係について説明する。
既述したように、カム１１０は、カム軸１１１に回転自在であり、且つアーム１０５に設けられたカムフォロア１０５ａと接するように備えられている。
【００５０】
図１において、カム１１０が図１の反時計回りに回動すると、該カム１１０はカムフォロア１０５ａを押し、アーム１０５は図１の時計回りに回動する。それによって切換用歯車１０７が第１歯車１０１に押し付けられ、切換用歯車１０７と第１歯車１０１は歯車咬合状態となる。
逆に、カム１１０が図１の時計回りに回動すると、該カム１１０は、アーム１０５が図１の反時計回りに回動する方向にカムフォロア１０５ａを押す。そして、切換用歯車１０７と第１歯車１０１は歯車離間状態となる。
【００５１】
したがって、本実施例に示す歯車嵌脱装置は、カム１１０を回動させることによって、カムフォロア１０５ａを有するアーム１０５を回動させ、第１歯車１０１の歯車軸１０２と切換用歯車１０７の歯車軸１０８の軸間距離Ａを変動させること、および、両歯車間の動力伝達の有無を切り換えることが可能である。
【００５２】
次に、カム１１０とカムフォロア１０５ａの形状と、切換用歯車１０７に加わる押し付け力との関係について説明する。まず、図１の符号Ｑ、符号Ｒ、符号Ｓについて定義する。図１に示す、符号Ｑは、アーム１０５のカムフォロア１０５ａとカム１１０の接点におけるカムフォロア１０５ａについての接線に対して垂直な面Ｑを示し、符号Ｒは、前記面Ｑとアーム回動軸１０４との距離Ｒを示し、符号Ｓは、前記面Ｑとカム軸１１１との距離Ｓを示すものである。
【００５３】
切換用歯車押付手段１３１は、接触状態のときの、距離ＲをＲ＝ＲＤ、距離ＳをＳ＝ＳＤとし、歯車咬合状態のときの、距離ＲをＲ＝Ｒｄ、距離ＳをＳ＝Ｓｄとした場合に、カム１１０とカムフォロア１０５ａの形状が、ＲＤ＜Ｒｄ且つＳＤ＞Ｓｄ、またはＲＤ＜Ｒｄ且つＳＤ＝Ｓｄを満たすように形成され、該カム１１０が、後述する定トルク負荷手段１３３によって一定のトルクＭで駆動されることによって、歯車咬合状態において切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力よりも、接触状態において切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力が小さくなるように構成されている。
【００５４】
さらに、該切換用歯車押付手段１３１は、カム１１０とカムフォロア１０５ａの形状が、「軸間距離Ａが小さくなる向きに動作すると、距離Ｓが減少し、距離Ｒが増加するような形状」に形成されているため、接触状態から歯車咬合状態へ向かうとき、切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力が、どの点においても増加するように構成されている。
【００５５】
カム１１０とカムフォロア１０５ａの形状が、「軸間距離Ａが小さくなる向きに動作すると、距離Ｓが減少し、距離Ｒが増加するような形状」に形成され、且つ、カム１１０が後述する定トルク負荷手段１３３によって一定のトルクＭで駆動されると、接触状態から歯車咬合状態へ向かうとき、切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力が、どの点においても増加するために必要な条件について述べる。
【００５６】
ここで、カム１１０とアーム１０５の接触力Ｆ１と前記距離Ｒの積として得られるアーム１０５の駆動トルクをアーム駆動トルクＴとする（Ｔ＝Ｆ１×Ｒ）。
前記接触力Ｆ１は、カム１１０を駆動するカム軸１１１周りの前記トルクＭを、前記距離Ｓで除した値でもある（Ｆ１＝Ｍ／Ｓ）。さらに、切換用歯車１０７が、前記アーム駆動トルクＴによって第１歯車１０１に押し付けられるとき切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力Ｆ２と前記アーム駆動トルクＴより求められるいわゆるモーメントの腕の長さを長さＬとする（Ｌ＝Ｔ／Ｆ２）。
【００５７】
このとき、押し付け力Ｆ２とトルクＭとの関係は式（１）で表すことができる。
Ｆ２＝（Ｍ／Ｌ）×（Ｒ／Ｓ）　・　・　・　・　（１）
式（１）の右辺のＲ／Ｓの値は、カム１１０及びカムフォロア１０５ａの形状が「軸間距離Ａが小さくなる向きに動作すると、距離Ｓが減少し、距離Ｒが増加するような形状」となっているため、接触状態のときに比べ歯車咬合状態のときの方が大きくなる。
【００５８】
したがって、トルクＭの値を一定としたとき、式（１）の押し付け力Ｆ２の値が大きくなるためには、前記モーメントの腕の長さＬの値が減少するかまたは一定であれば良い。
【００５９】
図２を参照しつつ、軸間距離Ａが小さくなる向きに動作するとき、「長さＬが減少する条件」および「長さＬを一定と考える事ができる条件」について述べる。まず、図２に付されている符号について説明し、続いて「長さＬが減少する条件」および「長さＬを一定と考える事ができる条件」について説明する。
【００６０】
図２において、符号１０１ａは第１歯車１０１の歯先円１０１ａを示し、符号１０１ｂは第１歯車１０１のピッチ円１０１ｂを示し、符号１０２ａは第１歯車１０１の中心位置１０２ａを示し、符号１０４ａはアーム１０５の回動中心１０４ａを示し、符号１０７ａは切換用歯車１０７の歯先円１０７ａを示し、符号１０７ｂは切換用歯車１０７のピッチ円１０７ｂを示し、符号１０８ａは切換用歯車１０７の中心位置１０８ａを示し、符号２０１は切換用歯車１０７の中心位置１０８ａ（切換用歯車１０７の歯車軸１０８）の円軌道２０１を示している。
【００６１】
ただし、各歯先円１０１ａ、１０７ａと、各ピッチ円１０１ｂ、１０７ｂと、各中心位置１０２ａ、１０８ａと、回動中心１０４ａと、円軌道２０１と、は第１歯車１０１の歯車軸１０２と平行な方向から紙面上に投影されたものであり、同一平面上にあるものとする。
符号１０６は前記中心位置１０２ａと前記回動中心１０４ａを含む平面１０６であり、図１の平面１０６と同じものである。
【００６２】
また、符号２０３は、第１歯車１０１の中心位置１０２ａと切換用歯車１０７の中心位置１０８ａを通る直線であり、切換用歯車１０７の歯車軸１０８（切換用歯車１０７の中心位置１０８ａ）に加わる押し付け力の作用線２０３である。符号２０４は、アーム１０５の回動中心１０４ａを通り、且つ前記作用線２０３と直行する直線２０４である。
【００６３】
符号Ｌは、前記作用線２０３と前記直線２０４との交点と、前記回動中心１０４ａと、の距離であり、すなわち、前記作用線２０３とアーム１０５の回動中心１０４ａとの距離であり、前記いわゆるモーメントの腕の長さＬを示している。
また、符号２０３ａは、第１歯車１０１の中心位置１０２ａを通り円軌道２０１と接する接線２０３ａを示しており、符号Ｐは、前記接線２０３ａと円軌道２０１が接する接点Ｐを示している。
【００６４】
続いて、「長さＬが減少する条件」について説明する。作用線２０３は、切換用歯車１０７の中心位置１０８ａの移動によって揺動し、該作用線２０３が、アーム１０５の回動中心１０４ａから最も遠くなるのは、該作用線２０３が前記円軌道２０１と接するとき、すなわち、作用線２０３が、前記接線２０３ａと一致するときであり、切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが、前記接点Ｐと一致するときである。
【００６５】
切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが、接点Ｐと一致するとき、前記長さＬは、円軌道２０１の半径となり、最も長くなるため、接点Ｐから第１歯車１０１の中心位置１０２ａに近づくほど、前記長さＬは短くなる。
したがって、軸間距離Ａが小さくなる向きに動作するとき、「長さＬが減少する条件」とは、切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが接点Ｐに位置すること、もしくは、切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが点Ｐよりも第１歯車１０１の中心位置１０２ａに近い点に位置することである。
【００６６】
次に、「長さＬを一定と考える事ができる条件」について説明する。ここで注目すべきは、切換用歯車１０７が接触状態から歯車咬合状態まで移動するときの該切換用歯車１０７の移動距離と長さＬとの関係である。
切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが、接点Ｐ付近で動くとき、前記移動距離が微小であれば、前記中心位置１０８ａの描く軌道は、前記接線２０３ａと平行な直線とみなすことができる。ここで、前記移動距離が微小となるのは、前記円軌道２０１の半径が前記移動距離と比べ十分に大きい場合である。
【００６７】
前記中心位置１０８ａが接点Ｐからはずれた点に位置している場合でも、円軌道２０１の半径が大きければ、円軌道２０１の曲率が小さくなるため、円軌道２０１上を移動する前記中心位置１０８ａの描く軌道は直線とみなすことができる。
前記中心位置１０８ａの描く軌道が直線であれば、切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力の方向（作用線２０３の方向）に変化は無く、アーム回動中心１０４ａから作用線２０３までの距離は一定と考えることができる。
【００６８】
すなわち、前記中心位置１０８ａが接点Ｐからはずれた点に位置している場合でも、円軌道２０１の半径が前記移動距離よりも十分に大きければ、前記長さＬの変動は小さく、該長さＬは一定であると考えることができる。
【００６９】
以上が、アーム１０５とアーム駆動手段１３０を備えた、切換用歯車押付手段１３１についての説明であり、接触状態および歯車咬合状態（軸間距離Ａ＝（Ｄ１＋Ｄｋ）／２および軸間距離Ａ＜（Ｄ１＋Ｄｋ）／２）において、切換用歯車１０７が第１歯車１０１に近づくとき、切換用歯車１０７に加わる押し付け力Ｆ２が大きくなる条件は、切換用歯車押付手段１３１の、カム１１０とカムフォロア１０５ａの形状を「軸間距離Ａが小さくなる向きに動作すると、距離Ｓが減少し、距離Ｒが増加するような形状」に形成し、後述する定トルク負荷手段１３３によってカム１１０を一定のトルクＭで駆動し、「長さＬが減少する条件」または「長さＬを一定と考える事ができる条件」を満たすようにアーム１０５および切換用歯車１０７を構成することである。
【００７０】
さらに、歯車嵌脱装置が接触状態にあるとき、切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力Ｆ２が、当該歯車嵌脱装置において最小となるのは、前記モーメントの腕の長さＬが最大となるときであり、前記切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが、前記接点Ｐに位置するときである。
【００７１】
すなわち、歯車嵌脱装置が接触状態および歯車咬合状態にあるとき、前記切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが、前記接点Ｐから前記第１歯車１０１の中心位置１０２ａまでの間に位置するように、当該歯車嵌脱装置を構成することで、接触状態において切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力Ｆ２は、歯車咬合状態において切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力Ｆ２よりも小さくなる。
【００７２】
さらに、接触状態における切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力Ｆ２は、接触状態にあるとき、前記切換用歯車１０７の中心位置１０８ａが、前記接点Ｐに位置するように、当該歯車嵌脱装置を構成することで、最小となる。
【００７３】
以下、アーム駆動手段１３０に備えられた、定荷重負荷手段１３２および定トルク負荷手段１３３について説明する。
既述したように、本実施例では、ばね１１２が定荷重負荷手段１３２としての機能を担っており、その定荷重を負荷する対象はカム１１０である。また、定トルク負荷手段１３３は、ばね１１２とカム１１０を備え、カム軸１１１周りの定トルクを生じさせるものである。まず、連動して動く前記ばね１１２と前記カム１１０の関係について説明する。
【００７４】
図１に示すように、ばね１１２の一方の端点１１２ａは支持部１２０に対して回動自在に取り付けられ、他方の端点１１２ｂはカム１１０に対して回動自在に取り付けられている。そのため、該ばね１１２は、カム１１０と連動し、支持部１２０側の端点１１２ａを中心に回動する。
ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂを通る直線がカム軸１１１の中心を通るとき、該ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂ同士が互いに最も近づくため、該ばね１１２に、ばね力が最も蓄えられる状態となる。
【００７５】
そのため、図１のように、ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂを通る直線がカム軸１１１の中心よりも下方を通る場合には、ばね１１２に蓄えられたばね力によって、カム１１０には、図１の反時計回りのトルクＭが生じ、該カム１１０は、アーム１０５を図１の時計回りに揺動するように回動させ、図１に示すような、第１歯車１０１と切換用歯車１０７が咬合する歯車咬合状態に至らせる。
【００７６】
逆に、ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂを通る直線が、図１において、カム軸１１１の中心よりも上方を通る場合には、ばね１１２に蓄えられたばね力によって、カム１１０には、図１の時計回りのトルクＭが生じ、該カム１１０は、アーム１０５を図１の反時計回りに揺動するように回動させ、第１歯車１０１と切換用歯車１０７とが完全に離れ両歯車の歯同士が全く接触することのない歯車離間状態に至らせる。
【００７７】
また、歯車咬合状態および歯車離間状態において、カム１１０とばね１１２からなるばね機構は、ばね力と外力が釣り合うため、両状態におけるばね機構の位置は力学的エネルギーの安定位置にある。そのため、本実施例に示す歯車嵌脱装置は、ばね機構が前記力学的エネルギーの安定位置以外のどの位置にあっても、どちらかの力学的エネルギーの安定位置、すなわち、歯車咬合状態または歯車離間状態に自動的に移行するように構成されている。
【００７８】
次に、接触状態および歯車咬合状態において、ばね１１２が、定荷重負荷手段１３２としての機能を担い一定の荷重を生じ、カム１１０とともに定トルク負荷手段１３３としてカム軸１１１周りの一定のトルクを生じるものであることを説明する。
本実施例において、ばね１１２に蓄えられるばね力は、カム１１０の可動範囲全域で見ると、一定ではない。しかし、第１歯車１０１と切換用歯車１０７の歯先の破損を招くおそれのある両歯車の接触は、接触状態および歯車咬合状態以外では生じない。
【００７９】
したがって、ばね１１２に蓄えられるばね力は、接触状態および歯車咬合状態において一定であれば、定荷重負荷手段１３２として機能することになる。また、接触状態および歯車咬合状態において、ばね１１２の変形量が小さければ、ばね１１２の蓄える力はほぼ一定であり、定荷重負荷手段１３２であると言える。
【００８０】
ばね１１２は、該ばね１１２のカム１１０側の端点１１２ｂの変位、すなわち、カム１１０の回動に応じて、変形するため、前記端点１１２ｂの変位が小さければ、ばね１１２の変形量は小さい。ここで、前記端点１１２ｂの変位が小さいとは、ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂの間隔が前記端点１１２ｂの変位量と比べて十分に大きい場合である。
【００８１】
具体的には、支持部１２０とカム軸１１１の間隔を大きくし、ばね１１２のカム１１０側の端点１１２ｂを、カム軸１１１により近づけることによって、ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂの間隔は、ばね１１２のカム１１０側の端点１１２ｂの変位量と比べ大きくなり、ばね１１２に蓄えられるばね力を、ほぼ一定とみなすことができる。
【００８２】
さらに、ばね１１２のカム１１０側の端点１１２ｂの変位量が、該ばねの両端１１２ａ、１１２ｂの間隔と比べ、十分に小さければ、カム軸１１１と前記端点１１２ｂとの位置関係もほぼ一定である。すなわち、カム１１０に作用するばね１１２のばね力の大きさと向きが、ほぼ一定であり、カム１１０に生じるトルクＭもほぼ一定とみなすことができる。
【００８３】
したがって、本実施例において、定トルク負荷手段１３３は、定荷重負荷手段１３２であるばね１１２によって生じる定荷重を、カム１１０に加え、且つ、前記ばね１１２と前記カム１１０の位置関係が、歯車咬合状態から接触状態までの間、ほぼ一定となるように前記ばね１１２と前記カム１１０を配置することで、カム軸１１１周りの定トルクが発生するように構成されている。
【００８４】
ここで、カム１１０に定トルクを加える定トルク負荷手段１３３の構成要素にカム１１０が含まれているが、これは本実施例が、部品点数を極力抑えた構造であり、カム１１０が定トルク負荷手段１３３の構成要素の機能とカム自体の機能を兼ね備えたものとなっているためである。すなわち、定荷重負荷手段１３２を用いた場合には、力をトルクに変換する必要があり、本実施例においては、力からトルクへの変換機能をカム１１０が兼ねることで、定荷重負荷手段１３２の生じる定荷重をカム１１０に作用するのカム軸１１１周りの定トルクに変換するように構成されている。そのため、力を発生するばね１１２が直接カム１１０に取り付けられ、カム１１０が定トルク負荷手段１３３の一部となっている。
【００８５】
力からトルクへの変換機能をカム１１０から分離させた例としては、平行な２本の軸にそれぞれ１枚ずつプーリが設けられ、さらに、一方の軸にはカムが設けられ、もう一方の軸にはモータ等の駆動源が設けられ、前記２枚のプーリ間に無端ベルトを張ったような機構が考えられる。該機構において、無端ベルトに生じる張力が、カム軸周りのトルクへの変換機能は、カム側のプーリが果たしているため、カムは、モータと、プーリと、無端ベルトとを備えた、定トルク負荷手段１３３からトルクのみを受けることとなる。
【００８６】
以上が定トルク負荷手段１３３を備えたアーム駆動手段１３０についての説明であり、以下、アーム駆動手段１３０に備えられたカム１１０とレバー１１４との関係について説明する。既述したように、カム１１０には、突起部１１３が設けられており、前記レバー１１４には、該レバー１１４が回動することにより、前記突起部１１３と当接する当接部１１４ａ、１１４ｂが設けられており、前記突起部１１３および当接部１１４ａ、１１４ｂとの間には、間隙１１５が設けられている。
【００８７】
図１の状態から、レバー１１４が図１の時計回りに回動すると、前記当接部１１４ａは前記突起部１１３から離れ、前記当接部１１４ｂが前記突起部１１３に当接し、前記突起部１１３が前記当接部１１４ｂに押され、カム１１０はレバー１１４と一体となって図１の時計回りに回動する。
このとき、ばね１１２はカム１１０とともに回動し、該ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂを通る直線が、図１において、カム軸１１１の中心よりも上方まで移動すると、カム１１０は、ばね１１２に蓄えられたばね力によって図１の時計回りに回動する。
【００８８】
そして、カム１１０の突起部１１３は再びレバー１１４の当接部１１４ａに当接しする。このとき、カム１１０には図１の時計回りのトルクが作用しているので、突起部１１３が当接部１１４ａに押し付けられる。そのため、カム１１０は、レバー１１４の図１の時計回りの回動に追従して回動し、アーム１０５を可動限界まで押仕切ったところで停止する。尚、カム１１０は、ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂを通る直線が、図１において、カム軸１１１の中心よりも上方まで移動した後、レバー１１４を図１の時計回りに押しているため、該レバー１１４に外力が加わっていなければ、カム１１０がレバー１１４を図１の時計回りに駆動することになる。すなわち、アーム１０５は反時計回りに回動し、切換用歯車１０７が第１歯車１０１から完全に離れ、両歯車の歯同士が全く接触することのない歯車離間状態となる。
【００８９】
逆に、該歯車離間状態から、レバー１１４を反時計回りに回動させた場合にも、同様にして、歯車咬合状態に切り換わる。だたし、歯車離間状態から歯車咬合状態への切り換え時には、歯車咬合状態へと直接切り換わらずに、一旦切換用歯車１０７と第１歯車１０１の歯先同士が接する接触状態となる場合もある。
【００９０】
接触状態となった場合、すぐには歯車咬合状態へと移行しないが、ばね１１２の両端１１２ａ、１１２ｂを通る直線が、図１において、カム軸１１１の中心よりも下方を通るため、カム１１０には図１の反時計回りのトルクが作用し、該カム１１０がカムフォロア１０５ａを押し続け、切換用歯車１０７の歯先が第１歯車１０１の歯先に押し付けられる。歯先同士の位相が一致している間は接触状態が保たれるが、歯先同士の滑りなどにより、前記位相がずれたとき、接触状態から自動的に歯車咬合状態へと移行する。
【００９１】
また、接触状態では、突起部１１３が当接部１１４ｂに押し付けられているため、切換用歯車１０７の歯車軸１０８に加わる押し付け力の動力源が、ばね１１２に蓄えられたばね力のみであり、第１歯車１０１と切換用歯車１０７の両歯車の歯先には、過度の接触力が発生することがなく、切換用歯車１０７と第１歯車１０１の歯先の破損を抑えることが可能である。
【００９２】
また、カム１１０の突起部１１３とレバー１１４の当接部１１４ａ、１１４ｂの間に設けられた間隙１１５は、レバー１１４に外部から加えられた外力や振動が作用しても、カム１１０に前記外力や前記振動を伝えないように遮断する機能も果たしている。
【００９３】
図３は、本願発明に係る歯車嵌脱装置の第２の実施例を示す正面図である。本実施例（第２の実施例）において歯車嵌脱装置は、互いに平行な３本の回動軸を備え、該３本の回動軸は、ほぼ一直線上に配設されている。
図３に示す歯車嵌脱装置の下方から順に、１本目の回動軸は、第１歯車１０１が回動自在に設けられた歯車軸１０２であり、２本目の回動軸は、アーム１０５および第２歯車１０３が回動自在に設けられたアーム回動軸１０４であり、３本目の回動軸は、カム１１０およびレバー１１４が回動自在に設けられたカム軸１１１である。
【００９４】
図３において図１に示した本発明に係る歯車嵌脱装置と同一の構成要素については同一の符号を付し、以下、適宜その説明は省略する。
第２歯車１０３は、アーム回動軸１０４に対して回動自在であり、且つ切換用歯車１０７と常に咬合するように設けられている。
切換用歯車１０７は、大きさの異なる２枚の歯車を互いの中心軸が一致するように重ねて一体とした形状に形成されており、最外径に位置する歯面（ピッチ円１０７ｂを含む歯面）と、最外径に位置しない歯面（ピッチ円１０７ｃを含む歯面）とを有する段付の歯車となっている。
【００９５】
切換用歯車１０７は、第２歯車１０３と常に咬合し、アーム１０５の回動によって、第１歯車１０１に対して嵌脱自在に設けられている。すなわち、切換用歯車１０７のピッチ円１０７ｃを含み最外径に位置しない歯面は、第２歯車１０３のピッチ円１０３ｂを含む歯面と常に咬合し、切換用歯車１０７のピッチ円１０７ｂを含み最外径に位置する歯面は、アーム１０５の回動によって、第１歯車１０１のピッチ円１０１ｂを含む歯面に対して嵌脱自在であるように構成されている。
【００９６】
第１の実施例の場合には、第２歯車１０３を設けていないため、動力伝達を担う歯車は、第１歯車１０１と切換用歯車１０７のみであり、それぞれどちらかを入力または出力とすることになる。この場合、アーム１０５の回動に伴い、入力と出力（第１歯車１０１と切換用歯車１０７）の位置が変動する。したがって、歯車嵌脱装置へ入力する入力源と歯車嵌脱装置からの出力を受ける出力先は、互いに位置関係がアーム１０５の回動とともに変動可能であるように構成しなければならず、比較的複雑な構造となる。
【００９７】
一方、本実施例においては、動力伝達を担う歯車が第１歯車１０１と第２歯車１０３と切換用歯車１０７の３枚であり、このうち第１歯車１０１と第２歯車１０３の軸間距離は常に一定である。したがって、第１歯車１０１と第２歯車１０３を、歯車嵌脱装置の入出力として利用することで、歯車嵌脱装置へ入力する入力源と、歯車嵌脱装置からの出力を受ける出力先の位置関係を一定とすることが可能である。
【００９８】
また、本実施例に示す歯車嵌脱装置は、既述のように切換用歯車１０７の形状を、大きさの異なる２枚の歯車を互いの中心軸が一致するように重ねて一体とした形状とすることで、略円盤状の通常の平歯車を用いた場合と比べ、一段多く減速が可能である。ただし、切換用歯車１０７は必ずしも歯車を２枚重ねた形状とする必要はなく、切換用歯車１０７に略円盤状の通常の平歯車を用い、第１歯車１０１に咬合する切換用歯車１０７の歯面と、第２歯車１０３に咬合する切換用歯車１０７の歯面とが共通するように構成することも可能である。
【００９９】
図４は、本願発明に係る歯車嵌脱装置の第３の実施例を示す正面図であり、図６は、第１歯車と第２の切換用歯車との歯車咬合状態を示す正面図である。
本実施例（第３の実施例）における歯車嵌脱装置も、互いに平行な３本の回動軸を備え、該３本の回動軸は、ほぼ一直線上に配設されている。
図４において図３に示した本発明に係る歯車嵌脱装置と同一の構成要素については同一の符号を付し、以下、適宜その説明は省略する。
【０１００】
アーム回動軸１０４に設けられたアーム１０５は、前記３本の回動軸と平行な２本の歯車軸１０８、１１８を有し、両歯車軸１０８、１１８は、第１歯車１０１の歯車軸１０２およびアーム回動軸１０４を含む平面１０６に対して略対称となるように、アーム１０５に配設され、歯車軸１０８には、切換用歯車１０７が回動自在に設けられ、歯車軸１１８には、第２の切換用歯車１１７が回動自在に設けられている。
【０１０１】
第２歯車１０３と切換用歯車１０７と第２の切換用歯車１１７とは、大きさの異なる２枚の歯車を互いに中心軸が一致するように重ねて一体とした形状に形成されており、それぞれ最外径に位置する歯面（ピッチ円１０３ｂ、１０７ｂ、１１７ｂを含む歯面）と最外径に位置しない歯面（ピッチ円１０３ｃ、１０７ｃ、１１７ｃを含む歯面）を有する段付の歯車となっている。
【０１０２】
第２歯車１０３は、切換用歯車１０７および第２の切換用歯車１１７の両歯車と常に咬合している。すなわち、第２歯車１０３のピッチ円１０３ｂを含み最外径に位置する歯面が、第２の切換用歯車１１７のピッチ円１１７ｃを含み最外径に位置しない歯面と常に咬合し、第２歯車１０３のピッチ円１０３ｃを含み最外径に位置しない歯面が、切換用歯車１０７のピッチ円１０７ｃを含み最外径に位置しない歯面と常に咬合するように構成されている。
【０１０３】
また、切換用歯車１０７のピッチ円１０７ｂを含み最外径に位置する歯面と第２の切換用歯車１１７のピッチ円１１７ｂを含み最外径に位置する歯面は、どちらもアーム１０５の回動によって第１歯車１０１のピッチ円１０１ｂを含む歯面に対して嵌脱自在であり、且つ前記２つの切換用歯車１０７、１１７は、同時に第１歯車１０１に接することがないように構成されている。
【０１０４】
本実施例において、歯車嵌脱装置へ入力する入力源と歯車嵌脱装置からの出力を受ける出力先の位置関係は、第２の実施例と同様に、第１歯車１０１と第２歯車１０３を入出力として用いることによって、一定とすることが可能である。
【０１０５】
第１の実施例および第２の実施例に示した歯車嵌脱装置は、切換用歯車１０７を第１歯車１０１と咬合させるか、または離間させるか、どちらかを選択することによって動力伝達の有無を切り換えるものであり、その動力伝達経路は１つであった。
【０１０６】
一方、本実施例に示す歯車嵌脱装置は、２つの動力伝達経路を有している。該２つの動力伝達経路とは、第１歯車１０１と第２歯車１０３の動力伝達において、切換用歯車１０７が介在し動力が図４の面１０６の右側を伝達される経路と、第２の切換用歯車１１７が介在し動力が図４の面１０６の左側を伝達される経路と、の２つである。具体的には、図４に示すように、第１歯車１０１と切換用歯車１０７とが歯車咬合状態となり動力が伝達される場合と、図６に示すように、第１歯車１０１と第２の切換用歯車１１７とが歯車咬合状態となり動力が伝達される場合である。
【０１０７】
したがって、本実施例に示す歯車嵌脱装置の回転速度およびトルクの入出力比は、第１歯車１０１と切換用歯車１０７と第２歯車１０３とを備えた動力伝達経路の減速比と、第１歯車１０１と第２の切換用歯車１１７と第２歯車１０３とを備えた動力伝達経路の減速比と、が異なるように構成することで、２通り備えることが可能である。
【０１０８】
また、２つの動力伝達経路の減速比が、どちらも同じであるように構成すれば、２つの切換用歯車１０７、１１７のうち、どちらかを一方が破損しても、もう一方を予備として用いることが可能である。
【０１０９】
第１〜３の実施例に示した歯車嵌脱装置はその性質上、第１歯車１０１の歯車軸１０２と切換用歯車１０７、１１７の歯車軸１０８、１１８との軸間距離が変動するものであり、特別に軸間距離を管理しなければ、歯車咬合状態においても前記軸間距離には、わずかな変動が絶えず生じている。この軸間距離の変動とともに、第１歯車１０１と切換用歯車１０７、１１７の角速度比が変動すると、たとえ入力源の動力の状態が一定でも、歯車嵌脱装置からの出力の回転速度は絶えず変動することになる。
【０１１０】
プリンタ等の記録装置において、歯車嵌脱装置は、例えば、動力源から搬送ローラまたは紙送りローラまでの動力伝達経路の間に設けられ、記録実行時に各記録用紙に適した紙送り速度となる動力伝達経路を選択できるように搭載されている。そして、記録実行時には、各記録用紙に適した紙送り速度で記録を実行し、高い印字品質を得るようになっている。そのため、第１歯車１０１と切換用歯車１０７、１１７の歯車軸１０８、１１８との軸間距離の変動によって生じる、歯車嵌脱装置からの出力の回転速度の変動は、記録装置における印字品質向上の障害となる。
【０１１１】
そこで、第１歯車１０１および切換用歯車１０７、１１７にインボリュート歯車を用いれば、第１歯車１０１の歯車軸１０２と切換用歯車１０７、１１７の歯車軸１０８、１１８との軸間距離が変化しても、両歯車の角速度比が変化しないため、入力源の動力の状態が一定であれば、出力の回転速度もほぼ一定となる歯車嵌脱装置を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る歯車嵌脱装置の第１の実施例を示す正面図。
【図２】接点Ｐを説明する模式図。
【図３】本願発明に係る歯車嵌脱装置の第２の実施例を示す正面図。
【図４】本願発明に係る歯車嵌脱装置の第３の実施例を示す正面図。
【図５】従来の歯車嵌脱装置を示す正面図。
【図６】第１歯車と第２の切換用歯車との歯車咬合状態を示す正面図。
【符号の説明】
１０１　第１歯車、　１０１ａ　第１歯車の歯先円、　１０１ｂ　第１歯車のピッチ円、　１０２　第１歯車の歯車軸、　１０３　第２歯車、　１０３ｂ　第２歯車の最外径に位置する歯面のピッチ円、　１０３ｃ　第２歯車の最外径に位置しないの歯面のピッチ円、　１０４　アーム回動軸、　１０５　アーム、　１０５ａ　アームに設けられたカムフォロア、　１０６　第１歯車の歯車軸と第２歯車の歯車軸を含む平面、　１０７　切換用歯車、　１０７ａ　切換用歯車の歯先円、　１０７ｂ　切換用歯車の最外径に位置する歯面のピッチ円、　１０７ｃ切換用歯車の最外径に位置しない歯面のピッチ円、　１０８　切換用歯車の歯車軸、　１１０　カム、　１１１　カム軸、　１１２　ばね、　１１２ａ　支持部側に取り付けられたばねの端点、　１１２ｂ　カム側に取り付けられたばねの端点、　１１３　カムに設けられた突起部、　１１４　レバー、　１１４ａ　レバーに設けられた当節部、　１１４ｂ　レバーに設けられた当節部、　１１５　カムの突起部とレバーの当接部との間に設けられた間隙、　１１７　第２の切換用歯車、　１１７ａ　第２の切換用歯車の歯先円、　１１７ｂ　第２の切換用歯車の最外径に位置する歯面のピッチ円、　１１７ｃ　第２の切換用歯車の最外径に位置しない歯面のピッチ円、　１１８　第２の切換用歯車の歯車軸、　１２０支持部、　１３０　アーム駆動手段、　１３１　切換用歯車押付手段、　１３２　定荷重負荷手段、　１３３　定トルク負荷手段、　Ａ　第１歯車の歯車軸と切換用歯車の歯車軸との軸間距離、　Ｄ１　第１歯車の歯先円直径、　Ｄｋ　切換用歯車の歯先円直径、　ｄ１　第１歯車のピッチ円直径、　ｄｋ　切換用歯車のピッチ円直径、　Ｑ　カムとカムフォロアの接点におけるカムフォロアについての接線と垂直な面、　Ｒ　カムとカムフォロアの接点におけるカムフォロアについての接線と垂直な面と、アーム回動軸との距離、　Ｓ　カムとカムフォロアの接点におけるカムフォロアについての接線と垂直な面と、カム軸との距離、　Ｔ　アーム駆動トルク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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