クラッチ装置及びこれを搭載した画像形成装置
【課題】クラッチ要素と軸との間の不具合の発生を防止しながら、原動軸の回転開始後、できるだけ早い段階で原動軸のみを回転させることが可能なクラッチ装置を提供する。
【解決手段】クラッチ装置５０は、原動軸に相当する原動ギア６１が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素である締め付けばね６３と、前記特定方向に原動ギア６１とともに回転する締め付けばね６３を停止させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断する断続機構７０とが設けられたクラッチ機構６０を備える。制御部９０は、原動ギア６１の回転開始後、締め付けばね６３が少なくとも１回転した後に、断続機構７０を作用させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断する。これにより、断続機構７０を作用させる前に締め付けばね６３に回転力を与えて、締め付けばね６３を拡張させるに十分な摩擦力を原動ギア６１のボス部６１ａから得ることが可能である。
【解決手段】クラッチ装置５０は、原動軸に相当する原動ギア６１が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素である締め付けばね６３と、前記特定方向に原動ギア６１とともに回転する締め付けばね６３を停止させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断する断続機構７０とが設けられたクラッチ機構６０を備える。制御部９０は、原動ギア６１の回転開始後、締め付けばね６３が少なくとも１回転した後に、断続機構７０を作用させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断する。これにより、断続機構７０を作用させる前に締め付けばね６３に回転力を与えて、締め付けばね６３を拡張させるに十分な摩擦力を原動ギア６１のボス部６１ａから得ることが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動軸と従動軸との間で、動力の伝達を断続するクラッチ装置に関する。また、このクラッチ装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチ装置は、原動軸と従動軸との間で、動力の伝達を断続するために用いられる。クラッチ装置は、複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、給紙ローラやレジストローラ、現像ローラ等への動力伝達用として用いられる。画像形成装置では、できるだけ少ないモータにより、給紙ローラ等の多数の回転体を駆動する必要がある。したがって、１個のモータにつき多数のローラが連結されているので、この各々のローラに選択的に動力伝達を行う必要がある。このため、モータと各ローラとの間に、クラッチ装置が用いられる。
【０００３】
クラッチ装置には、摩擦クラッチのように２個の部材が相互に接触し合うものや、流体を利用した流体クラッチ等の機構が存在する。２個の部材が相互に接触し合うものには、拡張／収縮が可能な締め付けばねまたはリングで構成されるクラッチ要素を用いた機構がある。これは、締め付けばねを収縮させることによりばね内側に配置された軸を締め付け、ロックして動力を伝達し、リングを拡張させることにより軸を解放して動力の伝達を遮断するものである。
【０００４】
上記のような締め付けばねを用いたクラッチ機構において、締め付けばねの拡張／収縮は、締め付けばねの回転制御によってなされる。例えば、締め付けばねが常時収縮して軸を締め付けた状態にある場合には、締め付けばねの回転を停止させることにより、軸からの摩擦力が締め付けばねを拡張方向に作用するようにして軸を解放する。
【０００５】
締め付けばねの回転制御は、締め付けばねに連結されたスリーブと、このスリーブに係合する爪とを備えた断続機構によってなされる。スリーブは歯を有し、この歯に前記爪を掛けることによりスリーブの回転を停止させ、それとともに締め付けばねの回転を停止させることができる。
【０００６】
上記のような締め付けばねで構成されるクラッチ要素を用いたクラッチ機構の一例を、特許文献１に見ることができる。特許文献１に記載された画像形成装置のシート給送装置では、シート（用紙）を１枚ずつ分離して送り出すために、断続的にシートに給紙圧を加える際に利用するバネクラッチとして、クラッチ機構が適用されている。
【特許文献１】特開平８−２９５４２４号公報（第４頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１に記載された画像形成装置のシート供給装置に適用されたようなバネクラッチ（クラッチ機構）において、従動軸に連結され、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させ、そのローラの長寿命化を図ることを考える。そこで、原動軸の回転を停止させた状態から、原動軸の回転開始と同時に、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する、すなわち原動軸のみを回転させることとする。この場合、原動軸の回転を停止させた状態において断続機構を作用させ、締め付けばね（クラッチ要素）の回転を停止させることにより、原動軸の回転開始と同時に原動軸のみを回転させることが可能であるかと考えられる。
【０００８】
しかしながら、バネクラッチにおいて、締め付けばねは、前述のように、収縮して軸を締め付けた状態にある時に締め付けばねの回転を停止させることにより、軸からの摩擦力が締め付けばねの拡張方向に作用して軸を解放する。したがって、原動軸の回転開始と同時に断続機構により締め付けばねの回転を停止させても、回転している状態にある締め付けばねの回転を停止させる場合と違って、締め付けばねの拡張が不十分であり、軸を開放することができない。これにより、締め付けばねと、このばねが締め付ける軸との間で中途半端な摩擦力が発生し、この間で締め付けばねと軸とが磨耗したり、摩擦熱が発生したりして、クラッチ機構が破損してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構を備えたクラッチ装置において、クラッチ要素と軸とが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動軸の回転開始後、できるだけ早い段階で原動軸のみを回転させることができ、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させることが可能なクラッチ装置を提供することを目的とする。また、このクラッチ装置を搭載することにより長寿命化が図られた画像形成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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は、共通軸線上に整列配置された原動軸、及び従動軸と、これらの両軸間に介在し、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構と、前記断続機構の動作を制御する制御部とを備えたクラッチ装置において、前記制御部は、前記原動軸の回転開始後、前記クラッチ要素が少なくとも１回転した後に、前記断続機構を作用させ、原動軸から前記従動軸への動力伝達を遮断することとした。
【００１１】
また本発明では、上記クラッチ装置を画像形成装置に搭載することとした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成によれば、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構を備えたクラッチ装置において、制御部は、原動軸の回転開始後、クラッチ要素が少なくとも１回転した後に、断続機構を作用させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断することとしたので、断続機構を作用させる前にクラッチ要素に回転力を与えて、クラッチ要素を拡張させるに十分な摩擦力を軸から得ることが可能である。これにより、クラッチ要素と軸とが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動軸の回転開始後、できるだけ早い段階で原動軸のみを回転させることができる。したがって、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させることができ、そのようなローラの長寿命化を図ることが可能な高性能なクラッチ装置を得ることができる。
【００１３】
また本発明では、上記クラッチ装置を画像形成装置に搭載することとしたので、クラッチ要素と軸とが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動軸の回転開始後、できるだけ早い段階で原動軸のみを回転させることができ、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させることが可能な長寿命化が図られた画像形成装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づき説明する。なお、この実施形態に係るクラッチ装置は、画像形成装置において、用紙を搬送するために回転せしめられる給紙ローラや搬送ローラ、レジストローラ、或いは画像形成に使用される現像ローラ等のローラに対して利用されるべく搭載されているものとする。
【００１５】
最初に、本発明のクラッチ装置を搭載した画像形成装置について、図１を用いてその構造の概略を説明しつつ、画像出力動作を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るクラッチ装置を搭載した画像形成装置を示す模型的垂直断面左側面図である。図１において右方が画像形成装置の前面側、左方が背面側である。
【００１６】
図１に示すように、画像形成装置１の本体２の下部には、用紙供給装置２０が配置されている。用紙供給装置２０には、用紙収容部である用紙カセット２１が備えられ、この用紙カセット２１の内部に、印刷前のカットペーパー等の用紙Ｐが積まれて収容されている。用紙カセット２１の用紙搬送方向下流部、すなわち図１において右方の上方には、給紙ローラ２２が配置されている。この給紙ローラ２２により、用紙Ｐは図１において用紙カセット２１の右上方に向けて、１枚ずつ分離して送り出される。
【００１７】
用紙カセット２１の用紙搬送方向下流には、用紙搬送路３、レジストローラ４、画像形成部３０、及び転写部４０が配置されている。用紙カセット２１から送り出された用紙Ｐは、用紙搬送路３を通ってレジストローラ４に到達する。レジストローラ４は、用紙Ｐの斜め送りを矯正しつつ、画像形成部３０で形成されるトナー画像とのタイミングを計り、用紙Ｐを転写部４０へと送り出す。
【００１８】
一方、外部コンピュータ（図示せず）からの文字や図形、模様等の画像データ信号が画像形成装置１に送信され、この画像データに基づき、画像形成部３０上方に備えられた光学部５にて制御されるレーザ光Ｌ（図中一点鎖線）が照射される。これにより、画像形成部３０においては、像担持体である感光体ドラム３１上に原稿画像の静電潜像が形成される。この静電潜像から、感光体ドラム３１に対向して配置された現像ローラ３２によってトナー像が現像される。トナー像は、前記レジストローラ４によって同期をとって送られてきた用紙Ｐに、感光体ドラム３１と転写部４０の転写ローラ４１とが圧接して形成される転写ニップ部にて転写される。
【００１９】
画像形成部３０、及び転写部４０の用紙搬送方向下流には、定着装置６、用紙搬送路７、及び用紙排出部８が配置されている。転写部４０にて未定着トナー像を担持した用紙Ｐは、定着装置６へと送られ、熱ローラと加圧ローラとによりトナー像が定着される。定着装置６から排出された用紙Ｐは、用紙搬送路７を通って上方へ送られ、用紙排出口９から、本体２の最上部に備えられた用紙載置部である用紙排出部８に排出される。
【００２０】
上記構成の画像形成装置１において本発明のクラッチ装置は、前述のように、用紙Ｐを搬送するために回転せしめられる給紙ローラ２２や搬送ローラ、レジストローラ４、或いは画像形成に使用される現像ローラ３２等のローラに対して利用されているものであり、ここでは、画像形成部３０の現像ローラ３２に備えられたものについて、以下で説明する。
【００２１】
本発明の実施形態に係るクラッチ装置の詳細な構成について、図１に加えて、図２、及び図３を用いて説明する。図２はクラッチ装置周辺の斜視図、図３は図２に示すクラッチ装置のクラッチ機構の垂直断面側面図である。
【００２２】
図１に示す現像ローラ３２の軸端には、図２に示すクラッチ装置５０が備えられている。画像形成装置１に備えられたモータ１０には、現像ローラ３２の他に、複数の図示しないローラがギアを介して連結されている。しかしながら、現像ローラ３２は、常時回転して現像を実行しているわけではなく、所定のタイミングで選択的に動力伝達して回転させる必要がある。このため、クラッチ装置５０によりモータ１０からの動力の伝達が断続される。
【００２３】
図２、及び図３に示すように、クラッチ装置５０には、原動軸に相当する原動ギア６１、従動軸６２、クラッチ要素である締め付けばね６３、及び断続機構７０が設けられたクラッチ機構６０と、断続機構７０の動作を制御する制御部９０とが備えられている。
【００２４】
原動ギア６１は、図２に示すモータ１０により回転せしめられる。図３に示すように、原動ギア６１は、その軸線、すなわち原動軸の軸線と、従動軸６２の軸線とが一致するように、従動軸６２の軸部６２ａ及び現像ローラ３２の支軸３２ａを受け入れている。これにより、原動軸に相当する原動ギア６１と従動軸６２とは、共通軸線上に整列配置されている。現像ローラ３２の支軸３２ａは、従動軸６２の軸線に沿って設けられた中心孔に挿入され、固定されている。原動ギア６１と従動軸６２とは、独立して回転が可能である。なお、モータ１０と原動ギア６１との間に、中間ギアが配置される場合もある。
【００２５】
締め付けばね６３は、コイルばねで構成され、断続機構７０のスリーブ７１の内側に配置されている。締め付けばね６３は、その軸線が原動ギア６１、及び従動軸６２の軸線と一致し、原動ギア６１のボス部６１ａと従動軸６２の軸部６２ａとをコイルの内側に通すようにして備えられている。
【００２６】
締め付けばね６３の一端は従動軸６２の軸部６２ａに、他端はスリーブ７１に、各々回転不能に取り付けられている。これらの取り付け部分は、コイル線材の端部を９０°に折り曲げた形で軸部６２ａ、及びスリーブ７１に固定されている。原動ギア６１は、締め付けばね６３の、スリーブ７１への取り付け部側の端部に配置され、原動ギア６１のボス部６１ａが、締め付けばね６３の端部からそのコイルの内側に挿入されている。原動ギア６１のボス部６１ａの外径は、締め付けばね６３のコイルの内径に近い値であり、断続機構７０が動作していない状態においては、原動ギア６１のボス部６１ａが、締め付けばね６３に軽く接触している。このようにして、締め付けばね６３は、原動軸に相当する原動ギア６１と、従動軸６２との間に介在している。
【００２７】
断続機構７０は、スリーブ７１、歯７２、爪７３、及びソレノイド８０により構成されている。
【００２８】
スリーブ７１は、原動ギア６１と隣接する形で、原動ギア６１のボス部６１ａ、及び従動軸６２の軸部６２ａの外側に回転自在に配置されている。前述のように、スリーブ７１の内側であって、ボス部６１ａ及び軸部６２ａとの間には締め付けばね６３が備えられ、この締め付けばね６３の一端がスリーブ７１内面に固定されている。
【００２９】
歯７２は、図２及び図３に示すように、スリーブ７１の外周面に設けられている。歯７２は、スリーブ７１の周方向に４個設けられている。歯７２は、スリーブ７１の軸線方向と直角をなす方向の断面形状が鋸歯状であり、スリーブ７１の周方向の一方の端面がスリーブ７１の直径線と平行になっている。なお、歯７２は、４個に限定されるものではなく、他の個数であっても構わない。
【００３０】
図２に示すように、ソレノイド８０はフラッパ式のものであり、ソレノイドフラッパ８１、電磁石８２、及びばね８３が備えられている。
【００３１】
ソレノイドフラッパ８１は、スリーブ軸線方向と直角をなす方向に延びる平板状の部材であり、一方の端部が略９０°に折り曲げられ、その先端が爪７３として構成されている。爪７３は、図２に示すように、スリーブ７１の近傍であって、スリーブ７１の半径方向外側に位置する。ソレノイドフラッパ８１は、磁性金属で構成され、電磁石８２とばね８３の作用により、支持部８１ａを中心としてシーソーのような動作をする。ソレノイドフラッパ８１が図２において反時計方向に回転すると、爪７３は、スリーブ７１の歯７２の、スリーブ７１の直径線と平行な端面に係合し、スリーブ７１の回転を停止させる。爪７３は、爪７３のスリーブ軸線方向の中心と、歯７２のスリーブ軸線方向の中心とが一致するように配置されている。
【００３２】
電磁石８２は、ソレノイドフラッパ８１の支持部８１ａ近傍のスリーブ７１側、すなわち図２においてソレノイドフラッパ８１の下方に設けられている。ばね８３は、ソレノイドフラッパ８１の、回転中心８１ａを隔てた爪７３とは反対側の端部８１ｂに、その一端が連結されている。ばね８３の他端は、ソレノイド８０のベース部８４に連結され、ばね８３はソレノイドフラッパ８１を図２において時計方向、すなわち電磁石８２から離れる方向に付勢している。ソレノイド８０の電源のＯＮ／ＯＦＦにより、ソレノイドフラッパ８１がスリーブ７１の軸線と直角をなす平面で回転する。電源ＯＮの状態では、ソレノイドフラッパ８１が電磁石８２に吸い寄せられて変位し、爪７３がスリーブ７１の歯７２に係合する。電源ＯＦＦの状態では、ばね８３の作用により、ソレノイドフラッパ８１が電磁石８２から離れ、ソレノイドフラッパ８１の爪７３側が上方に変位して、爪７３と歯７２との係合が解除される。
【００３３】
上記構成の断続機構７０は、図２に示す制御部９０により、ソレノイド８０の動作が制御される。なお、制御部９０は、画像形成装置１全体を制御する制御装置（図示せず）の一部として構成されている形であっても構わない。
【００３４】
続いて、クラッチ装置５０による動力伝達動作について、図２、及び図３に加えて、図４、及び図５を用いて説明する。図４は図３と同様のクラッチ機構の垂直断面側面図にして、原動ギアと従動軸との連結が解除された状態を示すもの、図５はクラッチ装置の動作を示す制御チャート図である。
【００３５】
クラッチ装置５０において、制御部９０が断続機構７０のソレノイド８０を電源ＯＦＦの状態にした場合、図２に示すように、ソレノイドフラッパ８１の爪７３側が上方に変位して、爪７３と歯７２との係合が解除される。スリーブ７１は爪７３に拘束されることなく、原動ギア６１に追随して回転できる状態となり、図３に示すように、締め付けばね６３が原動ギア６１のボス部６１ａに巻き付く。これにより、原動ギア６１と従動軸６２との間で、締め付けばね６３によって連結作用が生じる。したがって、原動ギア６１がモータ１０により回転せしめられると、この動力が従動軸６２に伝達され、現像ローラ３２（図１参照）が回転せしめられる。
【００３６】
次に、制御部９０がソレノイド８０を電源ＯＮの状態にした場合、ソレノイドフラッパ８１が電磁石８２に吸い寄せられて変位し、爪７３がスリーブ７１の歯７２に係合する。歯７２に爪７３が係合すると、スリーブ７１は、ブレーキが掛かり、回転が停止する。同時に、一端がスリーブ７１に取り付けられた締め付けばね６３と、締め付けばね６３の他端が取り付けられた従動軸６２の回転も停止する。この時、原動ギア６１は回転したままであるので、原動ギア６１のボス部６１ａと締め付けばね６３との摩擦により、締め付けばね６３にその拡張方向へのねじりが生じる。これにより、原動ギア６１のボス部６１ａにおける締め付けばね６３の締め付けが緩くなり、締め付けばね６３のコイルの内側で原動ギア６１のボス部６１ａが滑り、原動ギア６１と締め付けばね６３との連結が解除される。したがって、原動ギア６１がモータ１０により回転せしめられても、この動力が現像ローラ３２に伝達されることはない。
【００３７】
上記のような動力伝達動作を行うクラッチ装置５０において、モータ１０、すなわち原動ギア６１の回転開始時に現像ローラ３２を回転させる必要がない場合、図５に示すチャート図のように制御される。
【００３８】
図５によると、モータ１０を電源ＯＮし、原動ギア６１の回転を開始した後、制御部９０は、締め付けばね６３が少なくとも１回転するまで、ソレノイド８０を電源ＯＦＦの状態にする。これにより、締め付けばね６３が原動ギア６１のボス部６１ａに巻き付き、原動ギア６１と従動軸６２との間で、締め付けばね６３による連結作用が生じる。締め付けばね６３が１回転すると、制御部９０は、ソレノイド８０を電源ＯＮの状態にして、締め付けばね６３にその拡張方向への十分なねじりを生じさせる。これにより、締め付けばね６３のコイルの内側で原動ギア６１のボス部６１ａが滑り、原動ギア６１と締め付けばね６３との連結が解除される。なお、制御部９０が制御する、締め付けばね６３が１回転するタイミングは、予め計測しておいた時間によって設定される。
【００３９】
このようにして、原動軸に相当する原動ギア６１が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素である締め付けばね６３と、前記特定方向に原動ギア６１とともに回転する締め付けばね６３を停止させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断する断続機構７０とが設けられたクラッチ機構６０を備えたクラッチ装置５０において、制御部９０は、原動ギア６１の回転開始後、締め付けばね６３が少なくとも１回転した後に、断続機構７０を作用させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断するので、断続機構７０を作用させる前に締め付けばね６３に回転力を与えて、締め付けばね６３を拡張させるに十分な摩擦力を原動ギア６１のボス部６１ａから得ることが可能である。これにより、締め付けばね６３とボス部６１ａとが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動ギア６１の回転開始後、できるだけ早い段階で原動ギア６１のみを回転させることができる。したがって、回転が不要なタイミングにある現像ローラ３２をできるだけ長時間回転停止させることができ、現像ローラ３２の長寿命化を図ることが可能な高性能なクラッチ装置５０を得ることができる。
【００４０】
また本発明では、上記クラッチ装置５０を画像形成装置１に搭載したので、締め付けばね６３とボス部６１ａとが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動ギア６１の回転開始後、できるだけ早い段階で原動ギア６１のみを回転させることができ、回転が不要なタイミングにある現像ローラ３２をできるだけ長時間回転停止させることが可能な長寿命化が図られた画像形成装置１を得ることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とを備えたクラッチ装置において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係るクラッチ装置を搭載した画像形成装置の模型的垂直断面左側面図である。
【図２】クラッチ装置周辺の斜視図である。
【図３】図２に示すクラッチ装置のクラッチ機構の垂直断面側面図である。
【図４】図３と同様のクラッチ機構の垂直断面側面図にして、原動ギアと従動軸との連結が解除された状態を示すものである。
【図５】クラッチ装置の動作を示す制御チャート図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 画像形成装置
１０ モータ
３０ 画像形成部
３２ 現像ローラ
５０ クラッチ装置
６０ クラッチ機構
６１ 原動ギア（原動軸）
６１ａ ボス部
６２ 従動軸
６２ａ 軸部
６３ 締め付けばね（クラッチ要素）
７０ 断続機構
７１ スリーブ
７２ 歯
７３ 爪
８０ ソレノイド
８１ ソレノイドフラッパ
９０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動軸と従動軸との間で、動力の伝達を断続するクラッチ装置に関する。また、このクラッチ装置を搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチ装置は、原動軸と従動軸との間で、動力の伝達を断続するために用いられる。クラッチ装置は、複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、給紙ローラやレジストローラ、現像ローラ等への動力伝達用として用いられる。画像形成装置では、できるだけ少ないモータにより、給紙ローラ等の多数の回転体を駆動する必要がある。したがって、１個のモータにつき多数のローラが連結されているので、この各々のローラに選択的に動力伝達を行う必要がある。このため、モータと各ローラとの間に、クラッチ装置が用いられる。
【０００３】
クラッチ装置には、摩擦クラッチのように２個の部材が相互に接触し合うものや、流体を利用した流体クラッチ等の機構が存在する。２個の部材が相互に接触し合うものには、拡張／収縮が可能な締め付けばねまたはリングで構成されるクラッチ要素を用いた機構がある。これは、締め付けばねを収縮させることによりばね内側に配置された軸を締め付け、ロックして動力を伝達し、リングを拡張させることにより軸を解放して動力の伝達を遮断するものである。
【０００４】
上記のような締め付けばねを用いたクラッチ機構において、締め付けばねの拡張／収縮は、締め付けばねの回転制御によってなされる。例えば、締め付けばねが常時収縮して軸を締め付けた状態にある場合には、締め付けばねの回転を停止させることにより、軸からの摩擦力が締め付けばねを拡張方向に作用するようにして軸を解放する。
【０００５】
締め付けばねの回転制御は、締め付けばねに連結されたスリーブと、このスリーブに係合する爪とを備えた断続機構によってなされる。スリーブは歯を有し、この歯に前記爪を掛けることによりスリーブの回転を停止させ、それとともに締め付けばねの回転を停止させることができる。
【０００６】
上記のような締め付けばねで構成されるクラッチ要素を用いたクラッチ機構の一例を、特許文献１に見ることができる。特許文献１に記載された画像形成装置のシート給送装置では、シート（用紙）を１枚ずつ分離して送り出すために、断続的にシートに給紙圧を加える際に利用するバネクラッチとして、クラッチ機構が適用されている。
【特許文献１】特開平８−２９５４２４号公報（第４頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１に記載された画像形成装置のシート供給装置に適用されたようなバネクラッチ（クラッチ機構）において、従動軸に連結され、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させ、そのローラの長寿命化を図ることを考える。そこで、原動軸の回転を停止させた状態から、原動軸の回転開始と同時に、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する、すなわち原動軸のみを回転させることとする。この場合、原動軸の回転を停止させた状態において断続機構を作用させ、締め付けばね（クラッチ要素）の回転を停止させることにより、原動軸の回転開始と同時に原動軸のみを回転させることが可能であるかと考えられる。
【０００８】
しかしながら、バネクラッチにおいて、締め付けばねは、前述のように、収縮して軸を締め付けた状態にある時に締め付けばねの回転を停止させることにより、軸からの摩擦力が締め付けばねの拡張方向に作用して軸を解放する。したがって、原動軸の回転開始と同時に断続機構により締め付けばねの回転を停止させても、回転している状態にある締め付けばねの回転を停止させる場合と違って、締め付けばねの拡張が不十分であり、軸を開放することができない。これにより、締め付けばねと、このばねが締め付ける軸との間で中途半端な摩擦力が発生し、この間で締め付けばねと軸とが磨耗したり、摩擦熱が発生したりして、クラッチ機構が破損してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構を備えたクラッチ装置において、クラッチ要素と軸とが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動軸の回転開始後、できるだけ早い段階で原動軸のみを回転させることができ、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させることが可能なクラッチ装置を提供することを目的とする。また、このクラッチ装置を搭載することにより長寿命化が図られた画像形成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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は、共通軸線上に整列配置された原動軸、及び従動軸と、これらの両軸間に介在し、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構と、前記断続機構の動作を制御する制御部とを備えたクラッチ装置において、前記制御部は、前記原動軸の回転開始後、前記クラッチ要素が少なくとも１回転した後に、前記断続機構を作用させ、原動軸から前記従動軸への動力伝達を遮断することとした。
【００１１】
また本発明では、上記クラッチ装置を画像形成装置に搭載することとした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成によれば、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構を備えたクラッチ装置において、制御部は、原動軸の回転開始後、クラッチ要素が少なくとも１回転した後に、断続機構を作用させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断することとしたので、断続機構を作用させる前にクラッチ要素に回転力を与えて、クラッチ要素を拡張させるに十分な摩擦力を軸から得ることが可能である。これにより、クラッチ要素と軸とが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動軸の回転開始後、できるだけ早い段階で原動軸のみを回転させることができる。したがって、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させることができ、そのようなローラの長寿命化を図ることが可能な高性能なクラッチ装置を得ることができる。
【００１３】
また本発明では、上記クラッチ装置を画像形成装置に搭載することとしたので、クラッチ要素と軸とが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動軸の回転開始後、できるだけ早い段階で原動軸のみを回転させることができ、回転が不要なタイミングにあるローラをできるだけ長時間回転停止させることが可能な長寿命化が図られた画像形成装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づき説明する。なお、この実施形態に係るクラッチ装置は、画像形成装置において、用紙を搬送するために回転せしめられる給紙ローラや搬送ローラ、レジストローラ、或いは画像形成に使用される現像ローラ等のローラに対して利用されるべく搭載されているものとする。
【００１５】
最初に、本発明のクラッチ装置を搭載した画像形成装置について、図１を用いてその構造の概略を説明しつつ、画像出力動作を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るクラッチ装置を搭載した画像形成装置を示す模型的垂直断面左側面図である。図１において右方が画像形成装置の前面側、左方が背面側である。
【００１６】
図１に示すように、画像形成装置１の本体２の下部には、用紙供給装置２０が配置されている。用紙供給装置２０には、用紙収容部である用紙カセット２１が備えられ、この用紙カセット２１の内部に、印刷前のカットペーパー等の用紙Ｐが積まれて収容されている。用紙カセット２１の用紙搬送方向下流部、すなわち図１において右方の上方には、給紙ローラ２２が配置されている。この給紙ローラ２２により、用紙Ｐは図１において用紙カセット２１の右上方に向けて、１枚ずつ分離して送り出される。
【００１７】
用紙カセット２１の用紙搬送方向下流には、用紙搬送路３、レジストローラ４、画像形成部３０、及び転写部４０が配置されている。用紙カセット２１から送り出された用紙Ｐは、用紙搬送路３を通ってレジストローラ４に到達する。レジストローラ４は、用紙Ｐの斜め送りを矯正しつつ、画像形成部３０で形成されるトナー画像とのタイミングを計り、用紙Ｐを転写部４０へと送り出す。
【００１８】
一方、外部コンピュータ（図示せず）からの文字や図形、模様等の画像データ信号が画像形成装置１に送信され、この画像データに基づき、画像形成部３０上方に備えられた光学部５にて制御されるレーザ光Ｌ（図中一点鎖線）が照射される。これにより、画像形成部３０においては、像担持体である感光体ドラム３１上に原稿画像の静電潜像が形成される。この静電潜像から、感光体ドラム３１に対向して配置された現像ローラ３２によってトナー像が現像される。トナー像は、前記レジストローラ４によって同期をとって送られてきた用紙Ｐに、感光体ドラム３１と転写部４０の転写ローラ４１とが圧接して形成される転写ニップ部にて転写される。
【００１９】
画像形成部３０、及び転写部４０の用紙搬送方向下流には、定着装置６、用紙搬送路７、及び用紙排出部８が配置されている。転写部４０にて未定着トナー像を担持した用紙Ｐは、定着装置６へと送られ、熱ローラと加圧ローラとによりトナー像が定着される。定着装置６から排出された用紙Ｐは、用紙搬送路７を通って上方へ送られ、用紙排出口９から、本体２の最上部に備えられた用紙載置部である用紙排出部８に排出される。
【００２０】
上記構成の画像形成装置１において本発明のクラッチ装置は、前述のように、用紙Ｐを搬送するために回転せしめられる給紙ローラ２２や搬送ローラ、レジストローラ４、或いは画像形成に使用される現像ローラ３２等のローラに対して利用されているものであり、ここでは、画像形成部３０の現像ローラ３２に備えられたものについて、以下で説明する。
【００２１】
本発明の実施形態に係るクラッチ装置の詳細な構成について、図１に加えて、図２、及び図３を用いて説明する。図２はクラッチ装置周辺の斜視図、図３は図２に示すクラッチ装置のクラッチ機構の垂直断面側面図である。
【００２２】
図１に示す現像ローラ３２の軸端には、図２に示すクラッチ装置５０が備えられている。画像形成装置１に備えられたモータ１０には、現像ローラ３２の他に、複数の図示しないローラがギアを介して連結されている。しかしながら、現像ローラ３２は、常時回転して現像を実行しているわけではなく、所定のタイミングで選択的に動力伝達して回転させる必要がある。このため、クラッチ装置５０によりモータ１０からの動力の伝達が断続される。
【００２３】
図２、及び図３に示すように、クラッチ装置５０には、原動軸に相当する原動ギア６１、従動軸６２、クラッチ要素である締め付けばね６３、及び断続機構７０が設けられたクラッチ機構６０と、断続機構７０の動作を制御する制御部９０とが備えられている。
【００２４】
原動ギア６１は、図２に示すモータ１０により回転せしめられる。図３に示すように、原動ギア６１は、その軸線、すなわち原動軸の軸線と、従動軸６２の軸線とが一致するように、従動軸６２の軸部６２ａ及び現像ローラ３２の支軸３２ａを受け入れている。これにより、原動軸に相当する原動ギア６１と従動軸６２とは、共通軸線上に整列配置されている。現像ローラ３２の支軸３２ａは、従動軸６２の軸線に沿って設けられた中心孔に挿入され、固定されている。原動ギア６１と従動軸６２とは、独立して回転が可能である。なお、モータ１０と原動ギア６１との間に、中間ギアが配置される場合もある。
【００２５】
締め付けばね６３は、コイルばねで構成され、断続機構７０のスリーブ７１の内側に配置されている。締め付けばね６３は、その軸線が原動ギア６１、及び従動軸６２の軸線と一致し、原動ギア６１のボス部６１ａと従動軸６２の軸部６２ａとをコイルの内側に通すようにして備えられている。
【００２６】
締め付けばね６３の一端は従動軸６２の軸部６２ａに、他端はスリーブ７１に、各々回転不能に取り付けられている。これらの取り付け部分は、コイル線材の端部を９０°に折り曲げた形で軸部６２ａ、及びスリーブ７１に固定されている。原動ギア６１は、締め付けばね６３の、スリーブ７１への取り付け部側の端部に配置され、原動ギア６１のボス部６１ａが、締め付けばね６３の端部からそのコイルの内側に挿入されている。原動ギア６１のボス部６１ａの外径は、締め付けばね６３のコイルの内径に近い値であり、断続機構７０が動作していない状態においては、原動ギア６１のボス部６１ａが、締め付けばね６３に軽く接触している。このようにして、締め付けばね６３は、原動軸に相当する原動ギア６１と、従動軸６２との間に介在している。
【００２７】
断続機構７０は、スリーブ７１、歯７２、爪７３、及びソレノイド８０により構成されている。
【００２８】
スリーブ７１は、原動ギア６１と隣接する形で、原動ギア６１のボス部６１ａ、及び従動軸６２の軸部６２ａの外側に回転自在に配置されている。前述のように、スリーブ７１の内側であって、ボス部６１ａ及び軸部６２ａとの間には締め付けばね６３が備えられ、この締め付けばね６３の一端がスリーブ７１内面に固定されている。
【００２９】
歯７２は、図２及び図３に示すように、スリーブ７１の外周面に設けられている。歯７２は、スリーブ７１の周方向に４個設けられている。歯７２は、スリーブ７１の軸線方向と直角をなす方向の断面形状が鋸歯状であり、スリーブ７１の周方向の一方の端面がスリーブ７１の直径線と平行になっている。なお、歯７２は、４個に限定されるものではなく、他の個数であっても構わない。
【００３０】
図２に示すように、ソレノイド８０はフラッパ式のものであり、ソレノイドフラッパ８１、電磁石８２、及びばね８３が備えられている。
【００３１】
ソレノイドフラッパ８１は、スリーブ軸線方向と直角をなす方向に延びる平板状の部材であり、一方の端部が略９０°に折り曲げられ、その先端が爪７３として構成されている。爪７３は、図２に示すように、スリーブ７１の近傍であって、スリーブ７１の半径方向外側に位置する。ソレノイドフラッパ８１は、磁性金属で構成され、電磁石８２とばね８３の作用により、支持部８１ａを中心としてシーソーのような動作をする。ソレノイドフラッパ８１が図２において反時計方向に回転すると、爪７３は、スリーブ７１の歯７２の、スリーブ７１の直径線と平行な端面に係合し、スリーブ７１の回転を停止させる。爪７３は、爪７３のスリーブ軸線方向の中心と、歯７２のスリーブ軸線方向の中心とが一致するように配置されている。
【００３２】
電磁石８２は、ソレノイドフラッパ８１の支持部８１ａ近傍のスリーブ７１側、すなわち図２においてソレノイドフラッパ８１の下方に設けられている。ばね８３は、ソレノイドフラッパ８１の、回転中心８１ａを隔てた爪７３とは反対側の端部８１ｂに、その一端が連結されている。ばね８３の他端は、ソレノイド８０のベース部８４に連結され、ばね８３はソレノイドフラッパ８１を図２において時計方向、すなわち電磁石８２から離れる方向に付勢している。ソレノイド８０の電源のＯＮ／ＯＦＦにより、ソレノイドフラッパ８１がスリーブ７１の軸線と直角をなす平面で回転する。電源ＯＮの状態では、ソレノイドフラッパ８１が電磁石８２に吸い寄せられて変位し、爪７３がスリーブ７１の歯７２に係合する。電源ＯＦＦの状態では、ばね８３の作用により、ソレノイドフラッパ８１が電磁石８２から離れ、ソレノイドフラッパ８１の爪７３側が上方に変位して、爪７３と歯７２との係合が解除される。
【００３３】
上記構成の断続機構７０は、図２に示す制御部９０により、ソレノイド８０の動作が制御される。なお、制御部９０は、画像形成装置１全体を制御する制御装置（図示せず）の一部として構成されている形であっても構わない。
【００３４】
続いて、クラッチ装置５０による動力伝達動作について、図２、及び図３に加えて、図４、及び図５を用いて説明する。図４は図３と同様のクラッチ機構の垂直断面側面図にして、原動ギアと従動軸との連結が解除された状態を示すもの、図５はクラッチ装置の動作を示す制御チャート図である。
【００３５】
クラッチ装置５０において、制御部９０が断続機構７０のソレノイド８０を電源ＯＦＦの状態にした場合、図２に示すように、ソレノイドフラッパ８１の爪７３側が上方に変位して、爪７３と歯７２との係合が解除される。スリーブ７１は爪７３に拘束されることなく、原動ギア６１に追随して回転できる状態となり、図３に示すように、締め付けばね６３が原動ギア６１のボス部６１ａに巻き付く。これにより、原動ギア６１と従動軸６２との間で、締め付けばね６３によって連結作用が生じる。したがって、原動ギア６１がモータ１０により回転せしめられると、この動力が従動軸６２に伝達され、現像ローラ３２（図１参照）が回転せしめられる。
【００３６】
次に、制御部９０がソレノイド８０を電源ＯＮの状態にした場合、ソレノイドフラッパ８１が電磁石８２に吸い寄せられて変位し、爪７３がスリーブ７１の歯７２に係合する。歯７２に爪７３が係合すると、スリーブ７１は、ブレーキが掛かり、回転が停止する。同時に、一端がスリーブ７１に取り付けられた締め付けばね６３と、締め付けばね６３の他端が取り付けられた従動軸６２の回転も停止する。この時、原動ギア６１は回転したままであるので、原動ギア６１のボス部６１ａと締め付けばね６３との摩擦により、締め付けばね６３にその拡張方向へのねじりが生じる。これにより、原動ギア６１のボス部６１ａにおける締め付けばね６３の締め付けが緩くなり、締め付けばね６３のコイルの内側で原動ギア６１のボス部６１ａが滑り、原動ギア６１と締め付けばね６３との連結が解除される。したがって、原動ギア６１がモータ１０により回転せしめられても、この動力が現像ローラ３２に伝達されることはない。
【００３７】
上記のような動力伝達動作を行うクラッチ装置５０において、モータ１０、すなわち原動ギア６１の回転開始時に現像ローラ３２を回転させる必要がない場合、図５に示すチャート図のように制御される。
【００３８】
図５によると、モータ１０を電源ＯＮし、原動ギア６１の回転を開始した後、制御部９０は、締め付けばね６３が少なくとも１回転するまで、ソレノイド８０を電源ＯＦＦの状態にする。これにより、締め付けばね６３が原動ギア６１のボス部６１ａに巻き付き、原動ギア６１と従動軸６２との間で、締め付けばね６３による連結作用が生じる。締め付けばね６３が１回転すると、制御部９０は、ソレノイド８０を電源ＯＮの状態にして、締め付けばね６３にその拡張方向への十分なねじりを生じさせる。これにより、締め付けばね６３のコイルの内側で原動ギア６１のボス部６１ａが滑り、原動ギア６１と締め付けばね６３との連結が解除される。なお、制御部９０が制御する、締め付けばね６３が１回転するタイミングは、予め計測しておいた時間によって設定される。
【００３９】
このようにして、原動軸に相当する原動ギア６１が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素である締め付けばね６３と、前記特定方向に原動ギア６１とともに回転する締め付けばね６３を停止させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断する断続機構７０とが設けられたクラッチ機構６０を備えたクラッチ装置５０において、制御部９０は、原動ギア６１の回転開始後、締め付けばね６３が少なくとも１回転した後に、断続機構７０を作用させ、原動ギア６１から従動軸６２への動力伝達を遮断するので、断続機構７０を作用させる前に締め付けばね６３に回転力を与えて、締め付けばね６３を拡張させるに十分な摩擦力を原動ギア６１のボス部６１ａから得ることが可能である。これにより、締め付けばね６３とボス部６１ａとが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動ギア６１の回転開始後、できるだけ早い段階で原動ギア６１のみを回転させることができる。したがって、回転が不要なタイミングにある現像ローラ３２をできるだけ長時間回転停止させることができ、現像ローラ３２の長寿命化を図ることが可能な高性能なクラッチ装置５０を得ることができる。
【００４０】
また本発明では、上記クラッチ装置５０を画像形成装置１に搭載したので、締め付けばね６３とボス部６１ａとが磨耗したり、両者間で摩擦熱が発生したりする不具合が起こるのを防止しながら、原動ギア６１の回転開始後、できるだけ早い段階で原動ギア６１のみを回転させることができ、回転が不要なタイミングにある現像ローラ３２をできるだけ長時間回転停止させることが可能な長寿命化が図られた画像形成装置１を得ることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とを備えたクラッチ装置において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係るクラッチ装置を搭載した画像形成装置の模型的垂直断面左側面図である。
【図２】クラッチ装置周辺の斜視図である。
【図３】図２に示すクラッチ装置のクラッチ機構の垂直断面側面図である。
【図４】図３と同様のクラッチ機構の垂直断面側面図にして、原動ギアと従動軸との連結が解除された状態を示すものである。
【図５】クラッチ装置の動作を示す制御チャート図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 画像形成装置
１０ モータ
３０ 画像形成部
３２ 現像ローラ
５０ クラッチ装置
６０ クラッチ機構
６１ 原動ギア（原動軸）
６１ａ ボス部
６２ 従動軸
６２ａ 軸部
６３ 締め付けばね（クラッチ要素）
７０ 断続機構
７１ スリーブ
７２ 歯
７３ 爪
８０ ソレノイド
８１ ソレノイドフラッパ
９０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通軸線上に整列配置された原動軸、及び従動軸と、これらの両軸間に介在し、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構と、前記断続機構の動作を制御する制御部とを備えたクラッチ装置において、
前記制御部は、前記原動軸の回転開始後、前記クラッチ要素が少なくとも１回転した後に、前記断続機構を作用させ、原動軸から前記従動軸への動力伝達を遮断することを特徴とするクラッチ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のクラッチ装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
共通軸線上に整列配置された原動軸、及び従動軸と、これらの両軸間に介在し、原動軸が特定方向に回転する時に連結作用が生じるクラッチ要素と、前記特定方向に原動軸とともに回転するクラッチ要素を停止させ、原動軸から従動軸への動力伝達を遮断する断続機構とが設けられたクラッチ機構と、前記断続機構の動作を制御する制御部とを備えたクラッチ装置において、
前記制御部は、前記原動軸の回転開始後、前記クラッチ要素が少なくとも１回転した後に、前記断続機構を作用させ、原動軸から前記従動軸への動力伝達を遮断することを特徴とするクラッチ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のクラッチ装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２００３４（Ｐ２００８−２００３４Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９３９８１（Ｐ２００６−１９３９８１）
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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