(57)【要約】【課題】はすば歯車がスラスト方向に移動するのを抑制することが可能な駆動力伝達機構およびそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】この駆動力伝達機構２０は、同軸上に配置された第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂを有する多段歯車２１と、多段歯車２１と同軸上に配置され、多段歯車２１に駆動力を伝達するカップリング部材２２と、多段歯車２１の第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂにそれぞれ噛み合い、多段歯車２１から駆動力が伝達される下流側はすば歯車２３および２４と、を備える。多段歯車２１の第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂのねじれ角Ｂ１およびＢ２は、第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂに生じるスラスト力の合計が略０になるように設定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に配置された複数のはすば歯車を有する多段歯車と、
前記多段歯車と同軸上に配置され、前記多段歯車に駆動力を伝達する駆動力伝達部材と、
前記多段歯車の各はすば歯車にそれぞれ噛み合い、前記多段歯車から駆動力が伝達される複数の下流側はすば歯車と、
を備え、
前記多段歯車の各はすば歯車のねじれ角は、前記多段歯車の各はすば歯車に生じるスラスト力の合計が略０になるように設定されていることを特徴とする駆動力伝達機構。
【請求項２】
前記多段歯車は、ねじれ方向が互いに異なる第１はすば歯車および第２はすば歯車を有する２段歯車からなり、
前記第１はすば歯車から前記下流側はすば歯車を介して駆動力が伝達される第１末端負荷を駆動するために必要な第１末端トルクをＴ１、前記第２はすば歯車から前記下流側はすば歯車を介して駆動力が伝達される第２末端負荷を駆動するために必要な第２末端トルクをＴ２、前記第１はすば歯車から前記第１末端負荷までの減速比をＸ１、前記第２はすば歯車から前記第２末端負荷までの減速比をＸ２、前記第１はすば歯車のピッチ円の直径をＤ１、前記第２はすば歯車のピッチ円の直径をＤ２、前記第１はすば歯車のねじれ角をＢ１、前記第２はすば歯車のねじれ角をＢ２、とすると、ねじれ角Ｂ１およびＢ２は、
｛（Ｔ１／Ｘ１）／（Ｄ１／２）｝×ｔａｎ（Ｂ１）＋｛（Ｔ２／Ｘ２）／（Ｄ２／２）｝×ｔａｎ（Ｂ２）＝０
の関係を略満たすことを特徴とする請求項１に記載の駆動力伝達機構。
【請求項３】
前記多段歯車は、少なくとも１つがねじれ方向の異なる第１はすば歯車、第２はすば歯車および第３はすば歯車を有する３段歯車からなり、
前記第１はすば歯車から前記下流側はすば歯車を介して駆動力が伝達される第１末端負荷を駆動するために必要な第１末端トルクをＴ１、前記第２はすば歯車から前記下流側はすば歯車を介して駆動力が伝達される第２末端負荷を駆動するために必要な第２末端トルクをＴ２、前記第３はすば歯車から前記下流側はすば歯車を介して駆動力が伝達される第３末端負荷を駆動するために必要な第３末端トルクをＴ３、前記第１はすば歯車から前記第１末端負荷までの減速比をＸ１、前記第２はすば歯車から前記第２末端負荷までの減速比をＸ２、前記第３はすば歯車から前記第３末端負荷までの減速比をＸ３、前記第１はすば歯車のピッチ円の直径をＤ１、前記第２はすば歯車のピッチ円の直径をＤ２、前記第３はすば歯車のピッチ円の直径をＤ３、前記第１はすば歯車のねじれ角をＢ１、前記第２はすば歯車のねじれ角をＢ２、前記第３はすば歯車のねじれ角をＢ３、とすると、ねじれ角Ｂ１、Ｂ２およびＢ３は、
｛（Ｔ１／Ｘ１）／（Ｄ１／２）｝×ｔａｎ（Ｂ１）＋｛（Ｔ２／Ｘ２）／（Ｄ２／２）｝×ｔａｎ（Ｂ２）＋｛（Ｔ３／Ｘ３）／（Ｄ３／２）｝×ｔａｎ（Ｂ３）＝０
の関係を略満たすことを特徴とする請求項１に記載の駆動力伝達機構。
【請求項４】
前記駆動力伝達部材は、カップリング部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動力伝達機構。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動力伝達機構を備え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、複数のはすば歯車を有する多段歯車が設けられた駆動力伝達機構およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機などの画像形成装置に用いる駆動力伝達機構には、多くの歯車が用いられている。歯車の中でもはすば歯車には、静音性の向上、噛み合い率の上昇、回転精度の向上などの効果があることが知られている。
【０００３】
なお、はすば歯車を用いた駆動力伝達機構は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１５６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、はすば歯車を用いると、はすば歯車のねじれ角に応じてスラスト力（軸方向の力）が生じるので、はすば歯車がスラスト方向に移動して摩耗等の弊害が生じるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、はすば歯車がスラスト方向に移動するのを抑制することが可能な駆動力伝達機構およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の構成の駆動力伝達機構は、同軸上に配置された複数のはすば歯車を有する多段歯車と、多段歯車と同軸上に配置され、多段歯車に駆動力を伝達する駆動力伝達部材と、多段歯車の各はすば歯車にそれぞれ噛み合い、多段歯車から駆動力が伝達される複数の下流側はすば歯車と、を備える。多段歯車の各はすば歯車のねじれ角は、多段歯車の各はすば歯車に生じるスラスト力の合計が略０になるように設定されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の第１の構成によれば、多段歯車の各はすば歯車のねじれ角は、多段歯車の各はすば歯車に生じるスラスト力の合計が略０になるように設定されている。これにより、多段歯車がスラスト方向に移動するのを抑制することができるので、多段歯車の摩耗等の弊害を抑制することができる。
【０００９】
また、多段歯車の各はすば歯車に生じるスラスト力の合計が略０になるように、各はすば歯車のねじれ角を設定する。これにより、各はすば歯車から末端負荷までの減速比および各はすば歯車のピッチ円の直径を変更する必要がなく、各はすば歯車のねじれ角のみを調整すればよいので、駆動力伝達機構およびその周辺装置の大幅な設計変更を行う必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の駆動力伝達機構を備えた画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の駆動力伝達機構周辺の構成を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態の駆動力伝達機構の多段歯車の構造を示した図である。
【図４】本発明の変形例の駆動力伝達機構周辺の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態の駆動力伝達機構２０を備えた画像形成装置１００の構成を示す概略図である。
【００１３】
図１の画像形成装置１００は以下のような構成になっている。画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
【００１４】
これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。
【００１５】
トナー像が転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００本体下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。
【００１６】
次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。中間転写ベルト８は、駆動ローラー１０およびテンションローラー１１に張架されている。
【００１７】
次に、画像形成装置１００における画像形成手順について説明する。ユーザーにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光ユニット４によって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像ユニット３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ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。
【００１８】
そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。
【００１９】
後述する駆動モーター３０による駆動ローラー１０の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。
【００２０】
定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、分岐部１４によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、両面搬送路１８に送られて両面印刷された後に）、排出ローラー１５によって排出トレイ１７に排出される。
【００２１】
次に、駆動力伝達機構２０の構造について説明する。
【００２２】
駆動力伝達機構２０は図２に示すように、多段歯車２１と、多段歯車２１と同軸上に配置され、多段歯車２１に駆動力を伝達するカップリング部材（駆動力伝達部材）２２と、多段歯車２１から駆動力が伝達される複数（ここでは２つ）の下流側はすば歯車２３および２４と、によって構成されている。
【００２３】
多段歯車２１は、同軸上に配置された複数（ここでは２つ）のはすば歯車（第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂ）を有する２段歯車からなり、樹脂により一体で形成されている。
【００２４】
カップリング部材２２は、ギア列等を介して駆動モーター（駆動源）３０に連結されており、駆動モーター３０から駆動力が伝達される。また、カップリング部材２２は、多段歯車２１の側面に形成された凹凸（図示せず）と係合しており、駆動モーター３０からの駆動力を多段歯車２１に伝達する。
【００２５】
下流側はすば歯車２３は、多段歯車２１の第１はすば歯車２１ａと噛み合っている。また、下流側はすば歯車２３は、ギア列等を介して現像ユニット３ａ〜３ｄ（第１末端負荷）に連結されており、第１はすば歯車２１ａからの駆動力を現像ユニット３ａ〜３ｄに伝達する。
【００２６】
下流側はすば歯車２４は、多段歯車２１の第２はすば歯車２１ｂと噛み合っている。また、下流側はすば歯車２４は、ギア列等を介して中間転写ベルト８（第２末端負荷）の駆動ローラー１０に連結されており、第２はすば歯車２１ｂからの駆動力を中間転写ベルト８に伝達する。
【００２７】
また、多段歯車２１の第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂは、ねじれ方向が互いに異なっており、第１はすば歯車２１ａは左ねじれになっており、第２はすば歯車２１ｂは右ねじれになっている。このため、図２の白抜き矢印方向に多段歯車２１が回転すると、第１はすば歯車２１ａには図２の上方向へのスラスト力が生じ、第２はすば歯車２１ｂには図２の下方向へのスラスト力が生じる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、多段歯車２１の第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂのねじれ角を、第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂに生じるスラスト力の合計が略０になるように設定している。
【００２９】
具体的には、現像ユニット３ａ〜３ｄを駆動するために必要な第１末端トルクをＴ１［Ｎ・ｍｍ］、中間転写ベルト８を駆動するために必要な第２末端トルクをＴ２［Ｎ・ｍｍ］、第１はすば歯車２１ａから現像ユニット３ａ〜３ｄまでの減速比をＸ１、第２はすば歯車２１ｂから中間転写ベルト８までの減速比をＸ２、とすると、第１はすば歯車２１ａに作用するトルクは、Ｔ１／Ｘ１［Ｎ・ｍｍ］となり、第２はすば歯車２１ｂに作用するトルクは、Ｔ２／Ｘ２［Ｎ・ｍｍ］となる。
【００３０】
また、第１はすば歯車２１ａのピッチ円の直径をＤ１［ｍｍ］、第２はすば歯車２１ｂのピッチ円の直径をＤ２［ｍｍ］、とすると、第１はすば歯車２１ａに作用する接線力は、（Ｔ１／Ｘ１）／（Ｄ１／２）［Ｎ］となり、第２はすば歯車２１ｂに作用する接線力は、（Ｔ２／Ｘ２）／（Ｄ２／２）［Ｎ］となる。
【００３１】
また、第１はすば歯車２１ａのねじれ角をＢ１［°］、第２はすば歯車２１ｂのねじれ角をＢ２［°］、とすると、第１はすば歯車２１ａに作用するスラスト力は、｛（Ｔ１／Ｘ１）／（Ｄ１／２）｝×ｔａｎ（Ｂ１）［Ｎ］となり、第２はすば歯車２１ｂに作用するスラスト力は、｛（Ｔ２／Ｘ２）／（Ｄ２／２）｝×ｔａｎ（Ｂ２）［Ｎ］となる。
【００３２】
このため、第１はすば歯車２１ａのねじれ角Ｂ１および第２はすば歯車２１ｂのねじれ角Ｂ２は、
｛（Ｔ１／Ｘ１）／（Ｄ１／２）｝×ｔａｎ（Ｂ１）＋｛（Ｔ２／Ｘ２）／（Ｄ２／２）｝×ｔａｎ（Ｂ２）＝０
の関係を略満たすように形成されている。
【００３３】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、ねじれ角とは図３に示すように、反時計回り方向を正方向とした場合の回転軸に対する歯の角度を意味する。すなわち、左ねじれの場合（第１はすば歯車２１ａの場合）は回転軸と歯とのなす角のうちの小さい方の角（Ｂ１）を意味し、右ねじれの場合（第２はすば歯車２１ｂの場合）は回転軸と歯とのなす角のうちの大きい方の角（Ｂ２）を意味する。また、ねじれ角を、時計回り方向を正方向とした場合の回転軸に対する歯の角度としてもよい。
【００３４】
次に、ねじれ角Ｂ１およびＢ２の設定方法について具体的な数値を用いて説明する。
【００３５】
例えば、第１末端トルクＴ１を１００［Ｎ・ｍｍ］、第２末端トルクＴ２を２００［Ｎ・ｍｍ］、減速比Ｘ１を５、減速比Ｘ２を６、ピッチ円の直径Ｄ１を２６．５０［ｍｍ］、ピッチ円の直径Ｄ２を１４．９１［ｍｍ］、とする。このとき、上述したように、第１はすば歯車２１ａに作用するスラスト力は、｛（１００／５）／（２６．５０／２）｝×ｔａｎ（Ｂ１）≒１．５１×ｔａｎ（Ｂ１）［Ｎ］となり、第２はすば歯車２１ｂに作用するスラスト力は、｛（２００／６）／（１４．９１／２）｝×ｔａｎ（Ｂ２）≒４．４７×ｔａｎ（Ｂ２）［Ｎ］となる。
【００３６】
このため、ねじれ角Ｂ１およびＢ２を、
１．５１×ｔａｎ（Ｂ１）＋４．４７×ｔａｎ（Ｂ２）＝０
の関係を略満たすように形成すればよい。
【００３７】
例えば、第１はすば歯車２１ａのねじれ角Ｂ１を１５［°］にする場合、第２はすば歯車２１ｂのねじれ角Ｂ２を約１７４．８［°］にすればよい。なお、上記式の関係をより満たすように、ねじれ角Ｂ１およびＢ２を小数点以下の位まで設定することが好ましいが、四捨五入により小数点以下を無くして、例えば上記の例ではねじれ角Ｂ２を１７５［°］に設定してもよい。
【００３８】
本実施形態では、上記のように、多段歯車２１の第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂのねじれ角Ｂ１およびＢ２は、第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂに生じるスラスト力の合計が略０になるように設定されている。これにより、多段歯車２１がスラスト方向に移動するのを抑制することができるので、多段歯車２１の摩耗等の弊害を抑制することができる。
【００３９】
また、第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂに生じるスラスト力の合計が略０になるように、ねじれ角Ｂ１およびＢ２を設定する。これにより、減速比Ｘ１、Ｘ２およびピッチ円の直径Ｄ１、Ｄ２を変更する必要がなく、ねじれ角Ｂ１およびＢ２のみを調整すればよいので、駆動力伝達機構２０およびその周辺装置の大幅な設計変更を行う必要がない。
【００４０】
また、上記のように、第１末端トルクをＴ１、第２末端トルクをＴ２、第１はすば歯車２１ａから現像ユニット３ａ〜３ｄまでの減速比をＸ１、第２はすば歯車２１ｂから中間転写ベルト８までの減速比をＸ２、第１はすば歯車２１ａのピッチ円の直径をＤ１、第２はすば歯車２１ｂのピッチ円の直径をＤ２、第１はすば歯車２１ａのねじれ角をＢ１、第２はすば歯車２１ｂのねじれ角をＢ２、とすると、ねじれ角Ｂ１およびＢ２は、
｛（Ｔ１／Ｘ１）／（Ｄ１／２）｝×ｔａｎ（Ｂ１）＋｛（Ｔ２／Ｘ２）／（Ｄ２／２）｝×ｔａｎ（Ｂ２）＝０
の関係を略満たす。これにより、多段歯車２１が２段歯車からなる場合に、第１はすば歯車２１ａおよび第２はすば歯車２１ｂに生じるスラスト力の合計を容易に略０にすることができる。
【００４１】
また、上記のように、駆動力伝達部材としてカップリング部材２２を用いることによって、多段歯車２１に同軸上から駆動力を容易に伝達することができる。
【００４２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、カラープリンターに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。言うまでもなく、モノクロプリンター、カラー複写機、モノクロ複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の、複数のはすば歯車を有する多段歯車が設けられた駆動力伝達機構を備えた種々の画像形成装置に本発明を適用できる。また、複数のはすば歯車を有する多段歯車が設けられた駆動力伝達機構を備えた種々の装置に本発明を適用できる。
【００４４】
また、上記実施形態では、多段歯車２１が２つのはすば歯車を有する２段歯車からなる例について示したが、本発明はこれに限らず、多段歯車２１は３つ以上のはすば歯車を有するように形成されていてもよい。例えば、図４に示した本発明の変形例の駆動力伝達機構２０のように、多段歯車２１を、少なくとも１つがねじれ方向の異なる第１はすば歯車２１ａ、第２はすば歯車２１ｂおよび第３はすば歯車２１ｃを有する３段歯車により形成してもよい。この場合、上記実施形態の構成に加えて、第３はすば歯車２１ｃから下流側はすば歯車２５を介して駆動力が伝達される感光体ドラム１ａ〜１ｄ（第３末端負荷）を駆動するために必要な第３末端トルクをＴ３、第３はすば歯車２１ｃから感光体ドラム１ａ〜１ｄまでの減速比をＸ３、第３はすば歯車２１ｃのピッチ円の直径をＤ３、第３はすば歯車２１ｃのねじれ角をＢ３、とすると、ねじれ角Ｂ１、Ｂ２およびＢ３は、
｛（Ｔ１／Ｘ１）／（Ｄ１／２）｝×ｔａｎ（Ｂ１）＋｛（Ｔ２／Ｘ２）／（Ｄ２／２）｝×ｔａｎ（Ｂ２）＋｛（Ｔ３／Ｘ３）／（Ｄ３／２）｝×ｔａｎ（Ｂ３）＝０
の関係を略満たすように構成される。これにより、多段歯車２１が３段歯車からなる場合に、第１はすば歯車２１ａ、第２はすば歯車２１ｂおよび第３はすば歯車２１ｃに生じるスラスト力の合計を容易に略０にすることができる。
【００４５】
また、上記実施形態および変形例では、第１末端負荷を現像ユニット３ａ〜３ｄ、第２末端負荷を中間転写ベルト８、第３末端負荷を感光体ドラム１ａ〜１ｄとした例について示したが、本発明はこれに限らない。第１末端負荷、第２末端負荷、第３末端負荷として、現像ユニット３ａ〜３ｄ、中間転写ベルト８、感光体ドラム１ａ〜１ｄ以外の負荷を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ〜１ｄ  感光体ドラム（第３末端負荷）
３ａ〜３ｄ  現像ユニット（第１末端負荷）
８  中間転写ベルト（第２末端負荷）
２０  駆動力伝達機構
２１  多段歯車
２１ａ  第１はすば歯車（はすば歯車）
２１ｂ  第２はすば歯車（はすば歯車）
２１ｃ  第３はすば歯車（はすば歯車）
２２  カップリング部材（駆動力伝達部材）
２３、２４、２５  下流側はすば歯車
１００  画像形成装置
Ｂ１、Ｂ２  ねじれ角
【図１】
2017211456.tif 000003
【図２】
2017211456.tif 000004
【図３】
2017211456.tif 000005
【図４】
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