(57)【要約】  【課題】  スラスト方向の力を発生させることなく簡易且つコンパクトな構成で噛み合い率を高め、騒音や振動の発生を抑制する電磁クラッチ及びそれを用いた用紙搬送機構を提供する。  【解決手段】  電磁クラッチ２０は、駆動出力軸２１と、駆動出力軸２１の少なくとも一部を囲むように配置されたリング状の駆動入力ギヤ２２と、駆動出力軸２１と駆動入力ギヤ２２との間に同軸上に組み込まれ、駆動出力軸２１と駆動入力ギヤ２２とを磁気的に吸着させ、又は吸着状態の解除を行う電磁クラッチ部２３とを備えている。駆動入力ギヤ２２は、２つのはすばギヤ部分２２ａ、２２ｂを、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称となるように同軸上に形成したやまばギヤであり、はすばギヤ部分２２ａ、２２ｂには０．５歯分の位相ずれが設けられている。【選択図】      図２
2007009969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な駆動出力軸と、該駆動出力軸と同軸上且つ外側に配置される駆動入力ギヤと、前記駆動出力軸及び前記駆動入力ギヤと同軸上且つ前記駆動出力軸と前記駆動入力ギヤとの間に組み込まれる電磁クラッチ部と、を備え、
前記電磁クラッチ部へ通電し、若しくは通電を遮断することにより、前記駆動出力軸及び前記駆動入力ギヤを一体に又は別個に回転可能とする電磁クラッチにおいて、
前記駆動入力ギヤとして、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称な２つのはすばギヤ部分から成るやまばギヤが用いられており、前記はすばギヤ部分のギヤ歯が位相ずれを有することを特徴とする電磁クラッチ。
【請求項２】
前記駆動入力ギヤは、２枚のはすばギヤを、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称となるように位相をずらして同軸上に重ね合わせて構成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電磁クラッチが搭載されたことを特徴とする用紙搬送機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流のＯＮ／ＯＦＦにより回転駆動力の伝達を制御する電磁クラッチ及びそれを備えた用紙搬送機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の被駆動部材の駆動を別個に制御する場合、被駆動部材の個数だけモータ等の駆動手段を設けると装置のコストが高くなってしまう。そこで、一つの駆動手段を用いて各被駆動部材を駆動させるとともに、駆動手段と各被駆動部材との間に駆動力の伝達及び遮断を行うクラッチ機構を設けるのが一般的である。クラッチ機構は、クラッチ作用の発現方法により、ギヤの噛み合いやクラッチ板の摩擦、或いは遠心力等を利用して駆動力を断続する機械式クラッチと、電磁力でクラッチ板を吸着させることにより駆動力を断続する電磁クラッチとに分類される。
【０００３】
電磁クラッチは、例えば内側に位置するシャフト等から成る第１の回転軸と、この第１の回転軸と同軸上に、第１の回転軸の少なくとも一部を囲むように配置された駆動入力ギヤやカップリング等の可動部材から成る第２の回転軸と、第１の回転軸と第２の回転軸との間に組み込まれる電磁クラッチ部とから成り、第１の回転軸と第２の回転軸とを一体駆動する際には、電磁クラッチ部内のコイルに電流を流すことにより、第２の回転軸に係合している可動片であるアマチュアを、第１の回転軸に係合されているロータに電磁力を用いて吸着圧接させるものである。
【０００４】
このような電磁クラッチは、画像形成装置の給紙部や用紙搬送部の駆動タイミングを電気的に制御する駆動接続手段として用いられているが、電磁クラッチの構造上、第２の回転軸にスラスト方向の力が加わると、クラッチ接続時間及びクラッチ開放（遮断）時間のばらつきが大きくなり電磁クラッチの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、従来の電磁クラッチでは、駆動入力ギヤとしてスラスト方向の力（以下、スラスト力という）が発生しない平歯ギヤが採用されていた。
【０００５】
駆動入力ギヤに平歯ギヤを用いた場合、駆動入力ギヤと同一面内のギヤ列に連結されるギヤは全て平歯ギヤとなる。ここで、平歯ギヤは、ギヤ歯がつるまき状であるはすばギヤと比較して噛み合い率（非特許文献１参照）が低いため、モータ等の駆動源から駆動入力ギヤまでのギヤ列において、ギヤの噛み合い騒音が発生し易くなる。また、このような電磁クラッチを用紙搬送部に用いた場合は、噛み合い周波数で用紙が振動し、転写ずれ等の画像不具合が発生するという問題点があった。
【０００６】
平歯ギヤに代えて噛み合い率の高いはすばギヤを用いた駆動伝達手段は、既に多数提案されており、例えば特許文献１の図１には、ジャーナル用紙（ロール紙）の巻き取り機構を有するプリンタにおいて、ジャーナル機構のスプールへの駆動伝達系にはすばギヤを用い、スプールによるロール紙の巻き取りに際して、スプールの始動時にその回転方向の位置ずれを防止する方法が開示されている。また、特許文献２には、像担持体と一体回転する複数のはすばギヤを像担持体の両端に設け、像担持体と共に回転するローラとはすばギヤとを良好に噛み合わせてピッチむらを防止する画像形成装置が開示されている。
【０００７】
しかし、電磁クラッチの駆動入力ギヤにはすばギヤを用いた場合、噛み合い騒音や噛み合い周波数の振動は低減されるものの、電磁クラッチにスラスト力が作用することとなる。このスラスト力の方向は、はすばギヤのギヤ歯のねじれ方向によって決定されるが、ねじれ方向を、スラスト力が駆動入力ギヤを電磁クラッチに押しつける方向に作用するように設定した場合、クラッチの開放（遮断）時間のばらつきが大きくなり、スラスト力が逆方向に作用するように設定した場合、クラッチの接続時間のばらつきが大きくなる。
【０００８】
そのため、駆動入力ギヤがはすばギヤである電磁クラッチを、例えばレジストローラの駆動接続手段に用いた場合、用紙搬送性能が不安定となって画像書き出し位置にばらつきが生じることとなる。また、書き出し位置のばらつきを解消するため、レジストローラに対する用紙の弛み量を多めに設定する必要が生じ、レジストローラから用紙が再搬送される際の突入音が大きくなるという問題点もあった。
【０００９】
スラスト力を発生させることなく噛み合い率を高めたギヤとしては、２枚のはすばギヤ部分をギヤ歯のねじれ方向が左右対称になるように同軸上に重ね合わせたやまばギヤが知られており、特許文献１の図２には、ジャーナル機構の駆動伝達系にやまばギヤを用いてスラスト力を抑制する例が開示されている。また、特許文献３には、画像形成装置の定着部の駆動入力ギヤにやまばギヤを用いることにより、スラスト力を発生させずに噛み合い率を高めて画像品質を向上させる方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、近年の画像形成装置の小型化、コンパクト化の要望により、用紙搬送部に用いられる電磁クラッチも更なる小型化、薄型化が要求されている。通常、やまばギヤのギヤ厚は、はすばギヤ２枚分のギヤ厚となるため、電磁クラッチの駆動入力ギヤとしてやまばギヤを用いた場合、ギヤ２枚分の配置スペースが必要となるが、装置サイズの制約等により十分なスペースが確保できない場合があった。また、やまばギヤのギヤ厚を薄くすると、その分だけ噛み合い率が低下してしまう。
【非特許文献１】塚本尚久著「動力伝達用プラスチック歯車の設計技術」（技報堂出版、Ｐ．７３〜７４）
【特許文献１】特開平１１−３５１９８号公報
【特許文献２】特開平２−１６６４７０号公報
【特許文献３】特開２００３−９１１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、スラスト方向の力を発生させることなく簡易且つコンパクトな構成で噛み合い率を高め、騒音や振動の発生を抑制する電磁クラッチ及びそれを用いた用紙搬送機構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】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、回転可能な駆動出力軸と、該駆動出力軸と同軸上且つ外側に配置される駆動入力ギヤと、前記駆動出力軸及び前記駆動入力ギヤと同軸上且つ前記駆動出力軸と前記駆動入力ギヤとの間に組み込まれる電磁クラッチ部と、を備え、
前記電磁クラッチ部へ通電し、若しくは通電を遮断することにより、前記駆動出力軸及び前記駆動入力ギヤを一体に又は別個に回転可能とする電磁クラッチにおいて、前記駆動入力ギヤとして、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称な２つのはすばギヤ部分から成るやまばギヤが用いられており、前記はすばギヤ部分のギヤ歯が位相ずれを有することを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の電磁クラッチにおいて、前記駆動入力ギヤは、２枚のはすばギヤを、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称となるように位相をずらして同軸上に重ね合わせて構成されることを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の電磁クラッチが搭載された用紙搬送機構である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の構成によれば、駆動入力ギヤにやまばギヤを用いることにより、平歯ギヤを用いた場合に比べて噛み合い率を高めることができ、噛み合い騒音の発生や噛み合い周波数の振動の発生を防止するとともに、はすばギヤを用いた場合のようにスラスト力が発生しないため、電磁クラッチの接続時間及び開放時間のばらつきを低減する。さらに、はすばギヤ部分のギヤ歯が位相ずれを有するため、やまばギヤのギヤ厚を薄くしても十分な噛み合い率を確保でき、電磁クラッチの薄型化が可能となる。
【００１６】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の電磁クラッチにおいて、２枚のはすばギヤを、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称となるように位相をずらして同軸上に重ね合わせて駆動入力ギヤを構成することにより、はすばギヤ部分の位相ずれ量の調整が容易となる。
【００１７】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の電磁クラッチを用紙搬送機構に搭載することにより、ギヤの噛み合わせ周期の振動による画像不具合が発生せず、騒音も少ないコンパクトな画像形成装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の電磁クラッチが搭載される画像形成装置の側面断面図である。図１において、画像形成装置１内には画像形成部Ｐが、搬送ベルト８の上方に配設されている。この画像形成部Ｐは、帯電、露光、現像及び転写の各工程により所定の画像を形成する。
【００１９】
この画像形成部Ｐには、可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム２が配設されており、感光体ドラム２上に形成されたトナー像が、画像形成部に隣接して移動する搬送ベルト８によって担持・搬送されるシート（記録媒体）６上に転写され、さらに、定着部７においてシート６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム２を図８において時計回りに回転させながら、感光体ドラム２に対する画像形成プロセスが実行される。
【００２０】
次に、画像形成部Ｐについて詳細に説明する。回転自在に配設された感光体ドラム２の周囲及び上方には、感光体ドラム２を帯電させる帯電器３と、感光体ドラム２に画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム２上にトナー像を形成する現像装置５と、感光体ドラム２上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部９が設けられている。
【００２１】
先ず、帯電器３によって感光体ドラム２の表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、感光体ドラム２上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置５には、トナーがトナーコンテナ１０によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置５により感光体ドラム２上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
【００２２】
トナー像が転写されるシート６は、用紙を収納する複数の給紙カセット１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）１１ｄに収容されており、給紙ローラ１２、レジストローラ１３を介して搬送ベルト８上へ供給され、感光体ドラム２の位置へと搬送される。搬送ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。
【００２３】
搬送ベルト８は、下流側の駆動ローラ１４と、上流側の従動ローラ１５とに掛け渡されており、搬送ベルト８が反時計回りに回転を開始すると、シート６がレジストローラ１３から搬送ベルト８上へ搬送される。このとき画像書き出し信号がＯＮとなり、所定のタイミングにより感光体ドラム２上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム２の下部において、所定の転写電圧が印加された転写ローラ１６で電界付与することにより、感光体ドラム２上のトナー像がシート６上に転写される。このシート６は、搬送ベルト８上に静電吸着力で保持されている。
【００２４】
トナー像が転写されたシート６は、搬送ベルト８から離脱し、定着部７へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム２は、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、その表面に残留したトナーがクリーニング部９により除去される。搬送ベルト８から定着部７に搬送されたシート６は、定着ローラ７ａにより加熱及び加圧されてトナー像がシート６の表面に定着され、所定の画像が形成される。画像が形成されたシート６は、その後排出ローラ１７によって排出トレイ１８に排出される。
【００２５】
図２は、図１に示した給紙ローラ１２、レジストローラ１３、排出ローラ１７等の用紙搬送機構に搭載される本発明の電磁クラッチの外観構成を示す斜視図であり、図３は本発明の電磁クラッチの断面図である。電磁クラッチ２０は、駆動出力軸２１と、駆動出力軸２１と同軸上に、駆動出力軸２１の少なくとも一部を囲むように配置されたリング状の駆動入力ギヤ２２と、駆動出力軸２１と駆動入力ギヤ２２との間に同軸上に組み込まれ、駆動出力軸２１と駆動入力ギヤ２２とを磁気的に吸着させ、又は吸着状態の解除を行う電磁クラッチ部２３とを備えている。
【００２６】
駆動出力軸２１は、例えばシャフト等から構成され、駆動出力軸２１には、画像形成装置（図示せず）の用紙搬送ローラ等の被回転部材が連結される駆動出力ギヤ２４が固定されている。また、駆動出力軸２１には後述するアマチュア４１、ロータ４２、電磁コイル部４３、外装２６が嵌入されており、ストッパ５０によりスラスト方向への移動が規制されている。
【００２７】
駆動入力ギヤ２２は、２つのはすばギヤ部分２２ａ、２２ｂを、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称となるように同軸上に形成したやまばギヤであり、はすばギヤ部分２２ａ、２２ｂの位相を０．５歯分ずらして一体形成している。駆動入力ギヤ２２には、被回転部材の駆動源であるモータ（図示せず）の駆動力を伝達するギヤ２５が連結されている。ギヤ２５には、駆動入力ギヤ２２のギヤ歯に噛み合うように、２つのはすばギヤ部分２５ａ、２５ｂの位相を０．５歯分ずらして形成したやまばギヤが用いられている。
【００２８】
３１は、駆動入力ギヤ２２が係合されるギヤ受けである。ギヤ受け３１の駆動入力ギヤ２２と当接する面には複数の爪部３２が立設され、アマチュア４１と当接する面にも複数の爪部（図示せず）が設けられている。これらの爪部により、駆動入力ギヤ２２、ギヤ受け３１、及びアマチュア４１が一体に回転すように係合される。
【００２９】
電磁クラッチ部２３は、可動片であるアマチュア４１と、アマチュア４１に対向配置されるロータ４２と、ロータ４２の径方向に貫通する磁気回路を形成する電磁コイル部４３と、例えばヨークを兼ねるとともに電磁コイル部４３を保護する外装２６とから構成されている。また、電磁クラッチ部２３には、例えば皿バネ等から成り、アマチュア４１をロータ４２から離反させる方向に付勢することにより、アマチュア４１の垂直面とロータ４２の底面４２ｂとの間に適当な空間を保持する離反バネ（図示せず）も配置されている。
【００３０】
アマチュア４１はリング状に形成されており、その外周端にはギヤ受け３１の爪部３２が係合される複数の係合部４１ａが設けられている。ロータ４２は磁性材料から成り、円筒状の外筒部と、アマチュア４１と当接する底面とを有している。底面の中央には、駆動出力軸２１に係合する係合穴（図示せず）が形成されており、駆動出力軸２１とロータ４２とが一体に回転するようになっている。また、ロータ４２の底面には貫通穴４２ａが形成されており、電磁コイル部４３により発生する磁気回路を迂回（分流）して、ロータ４２とアマチュア４１との間を経由する磁気回路の形成を促進するように構成されている。
【００３１】
電磁コイル部４３は、ボビン２７と、ボビン２７に巻回されるコイル２８と、コイル２８の末端と外部のリード線（図示せず）とを接続する接続端子部２９とから成り、ロータ４２の内部空間に配設され、外装２６に固定されている。
【００３２】
以上のような構成により、電磁クラッチ２０は、図示しない外部電源から電磁コイル部４３へ通電することにより、離反バネに抗してアマチュア４１とロータ４２を磁気的に吸着させて駆動出力軸２１と駆動入力ギヤ２２とを連結し、電磁コイル部４３への通電を切ることにより、磁気的な吸着を解除し、離反バネの付勢力によりアマチュア４１とロータ４２との間に空間を保持して駆動出力軸２１と駆動入力ギヤ２２とを切り離す。
【００３３】
本発明においては、駆動入力ギヤ２２としてやまばギヤを用い、さらにやまばギヤを構成する２つのはすばギヤ部分２２ａ、２２ｂの位相をずらしたことを特徴としている。これにより、平歯ギヤを用いた場合に比べて噛み合い率を高めることができ、噛み合い騒音の発生や噛み合い周波数の振動の発生を防止する。また、はすばギヤを用いた場合のようにスラスト力が発生しないため、電磁クラッチ２０の接続時間及び開放時間のばらつきを低減することができる。
【００３４】
さらに、はすばギヤ部分２２ａ、２２ｂに位相ずれを設けているため、位相のずれがない場合に比べ噛み合い率がより高くなる。従って、やまばギヤのギヤ厚を薄くしても十分な噛み合い率を確保できるため、電磁クラッチ２０のスラスト方向の寸法が短くなって電磁クラッチ２０の薄型化が可能となる。なお、２つのはすばギヤ部分の位相ずれ量は０．５歯分に限定されるものではなく、駆動入力ギヤ２２とギヤ２５のずれ量が等しく、且つそれぞれのギヤの噛み合い率が最も高くなるように設定すれば良い。
【００３５】
また、本発明の電磁クラッチを図１で示した画像形成装置の用紙搬送機構に搭載すれば、ギヤの噛み合わせ周期の振動による画像不具合が発生せず、騒音も少ない画像形成装置となる。また、給紙ローラ１２、レジストローラ１３、排出ローラ１７等の用紙搬送ローラにスラスト力が作用しないため、筐体やローラ軸受けを補強するなどの対策を講じる必要がなくなりコスト面でも有利となる。さらに、駆動入力ギヤ２２のギヤ厚を薄くできるので、画像形成装置の小型化、コンパクト化にも貢献する。
【００３６】
その他本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、２つのはすばギヤ部分２２ａ、２２ｂを一体形成したやまばギヤを用いているが、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称な２枚のはすばギヤを、所定の位相ずれを設けて同軸上に固定してやまばギヤを構成しても良い。その場合、やまばギヤである駆動入力ギヤ２２の位相ずれ量は、２枚のはすばギヤを固定する際に容易に調整可能となる。また、ここでは電磁クラッチを、給紙ローラ１２、レジストローラ１３、排出ローラ１７等の用紙搬送機構と駆動入力軸との連結に適用した例について説明したが、感光体ドラム２等の他の被回転部材と駆動入力軸との連結に適用することもできる。
【００３７】
また、本発明の電磁クラッチ及び用紙搬送機構は、デジタル複合機やタンデム式のカラー複写機、アナログ方式のモノクロ複写機等の複写機、或いはファクシミリやレーザプリンタ等、種々の画像形成装置に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、回転可能な駆動出力軸と、該駆動出力軸と同軸上且つ外側に配置される駆動入力ギヤと、駆動出力軸及び駆動入力ギヤと同軸上且つ駆動出力軸と駆動入力ギヤとの間に組み込まれる電磁クラッチ部とを備え、電磁クラッチ部へ通電し、若しくは通電を遮断することにより、駆動出力軸及び駆動入力ギヤを一体に又は別個に回転可能とする電磁クラッチにおいて、駆動入力ギヤとして、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称な２つのはすばギヤ部分から成るやまばギヤが用いられており、はすばギヤ部分のギヤ歯が位相ずれを有している。
【００３９】
これにより、平歯ギヤを用いた場合のように噛み合い騒音の発生や噛み合い周波数の振動が発生せず、はすばギヤを用いた場合のようにスラスト力も発生しないため、低騒音でクラッチ接続時間及び開放時間のばらつきの少ない電磁クラッチを提供できる。さらに、駆動入力ギヤのギヤ厚を薄くできるので、従来に比べ薄型の電磁クラッチとなる。
【００４０】
また、駆動入力ギヤとなるやまばギヤを、ギヤ歯のねじれ方向が左右対称な２枚のはすばギヤの位相をずらして重ね合わせて形成すれば、最適な位相ずれ量に容易に調整することができる。
【００４１】
また、本発明の電磁クラッチを用いることにより、ギヤの噛み合わせ周期の振動による画像不具合が発生せず、騒音も少ない用紙搬送機構となる。また、用紙搬送機構にスラスト力が作用しないため、スラスト力に対する対策のためのコストを削減できる。さらに、電磁クラッチの薄型化により、用紙搬送機構及びそれを備えた画像形成装置の小型化、コンパクト化にも貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】は、本発明の電磁クラッチが搭載される画像形成装置の概略断面図である。
【図２】は、本発明の電磁クラッチの斜視図である。
【図３】は、本発明の電磁クラッチの構成を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１２              給紙ローラ（用紙排出機構）
１３              レジストローラ（用紙排出機構）
１７              排出ローラ（用紙排出機構）
２０              電磁クラッチ
２１              駆動出力軸
２２              駆動入力ギヤ（やまばギヤ）
２２ａ、２２ｂ    はすばギヤ部分
２３              電磁クラッチ部
２７              ボビン
２８              コイル
２９              接続端子部
４１              アマチュア
４２              ロータ
４３              電磁コイル部
１００            画像形成装置
【図１】
2007009969.tif 000003
【図２】
2007009969.tif 000004
【図３】
2007009969.tif 000005