遊星歯車クラッチ機構、及び画像形成装置
【課題】駆動連結及び遮断の切換え動作を行う際の衝撃音や自由振動を、従来よりも低減できる遊星歯車クラッチ機構を提供する。
【解決手段】遊星歯車クラッチ機構に、回転規制部１２０に設けた規制アーム１２１の爪部１２５と、太陽歯車と同軸で一体に設けられたラチェット部１１２の突起部１１３とを噛み合わせる駆動連結状態と、離間させる遮断状態に切換える切換手段１３０を設けた。また、切換手段１３０に設けたソレノイド１３１のプランジャ１３３の端部を係合ピン１３４で連結した。そして、ソレノイド１３１を保持するソレノイドケース１３２とプランジャ１３３に設けたエンドリング１３５の間のプランジャ１３３の外周に圧縮ばね１３６を設けた。そして、圧縮ばね１３６が、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、この圧縮ばね１３６が圧縮されて線間接触し、規制アーム１２１の回動を規制するように構成した。
【解決手段】遊星歯車クラッチ機構に、回転規制部１２０に設けた規制アーム１２１の爪部１２５と、太陽歯車と同軸で一体に設けられたラチェット部１１２の突起部１１３とを噛み合わせる駆動連結状態と、離間させる遮断状態に切換える切換手段１３０を設けた。また、切換手段１３０に設けたソレノイド１３１のプランジャ１３３の端部を係合ピン１３４で連結した。そして、ソレノイド１３１を保持するソレノイドケース１３２とプランジャ１３３に設けたエンドリング１３５の間のプランジャ１３３の外周に圧縮ばね１３６を設けた。そして、圧縮ばね１３６が、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、この圧縮ばね１３６が圧縮されて線間接触し、規制アーム１２１の回動を規制するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置に用いる遊星歯車クラッチ機構、及びこ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】
プリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置において、駆動伝達方向下流側の被駆動系へ駆動源の回転駆動力を変速して伝達する遊星歯車機構に、回転駆動力の駆動連結及び遮断を行うクラッチ機構を備えたものが既に知られている。例えば、特許文献１には、駆動連結及び遮断を行うための切替手段にソレノイドを設けた、次のような構成の遊星歯車クラッチ機構（遊星ギアクラッチ機構）の構成が開示されている。
【０００３】
入力側の内歯歯車（内歯ギア付き部材）と、内歯歯車に噛み合う遊星歯車（遊星ギア）と、遊星歯車に噛み合う太陽歯車（太陽ギア部材）と、出力側である遊星歯車を保持するキャリア（遊星ギア保持部材）とを有している。そして、太陽歯車には、突起部を有した被回転規制部材（拘束部）が一体に設けられている。この遊星歯車クラッチ機構は、太陽歯車に一体に設けられた被回転規制部材の回転が規制される回転規制状態で初めて、内歯歯車に入力された回転駆動力がキャリアに駆動伝達される遊星画車機構の機能を得て駆動連結された状態になる。逆に、被回転規制部材の回転が規制されない回転規制解除状態では、内歯歯車に入力された回転駆動力がキャリアに駆動伝達される遊星画車機構の機能を得ることができず、遮断された状態となる。
【０００４】
このような駆動連結された状態と遮断された状態とを切換える切換手段は、特許文献１の図２の記載から、次のように構成されているものと考えられる。切換手段は、先端部に爪部を有した回動可能な回転規制部材と、電源が投入されると吸引力が生じるフラッパタイプのソレノイドと、引っ張りばねと、これらを保持するソレノイドケースとから、主に構成されている。そして、ソレノイドの電源がオフされると、回転規制部材は引っ張りばねの張力で回動し、その爪部が被回転規制部材の突起部に噛み合って被回転規制部材の回転を規制する回転規制状態となり、遊星歯車クラッチ機構は駆動連結された状態となる。逆に、ソレノイドの電源がオンされると、回転規制部材はソレノイド側へ吸引され、その爪部が被回転規制部材の突起部から離間して回転規制解除状態となり、遊星歯車クラッチ機構は遮断された状態となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の遊星歯車クラッチ機構のように、切替手段にソレノイドを設けた構成の遊星歯車クラッチ機構は、従来から多用されている電磁クラッチに比べて、小型なものでも高回転数や高負荷トルクに対応し易いという優れた点がある。また、低コスト化や省エネ化にも対応し易いという点でも優れている。しかしながら、特許文献１に開示された遊星歯車クラッチ機構は、次のような不具合が生じる可能性が高い。
【０００６】
特許文献１の遊星歯車クラッチ機構では、ソレノイドの電源がオンされると回転規制部材はソレノイドの吸引力により回動し、ソレノイドケースの受け部に衝突して、その回動が規制されるように構成されている。このため回転規制部材がソレノイドケースの受け部に衝突する際、衝撃音や自由振動が生じるという不具合である。ここで、上記受け部によってソレノイド側への回動を規制するのは、回転規制部材がソレノイドに直接衝突して、いずれかが破損しないようにするためである。また、回転規制部材の回動角が大きくなり、その爪部を被回転規制部材の突起にかみ合わせる際の速度が増して衝撃音や自由振動が大きくなりすぎたり、噛み合う互いの箇所が破損したりしないようにするためでもある。
【０００７】
そして、特許文献１の遊星歯車クラッチ機構では、引っ張りばねの仕様や、設置条件が特に開示されていないため、一般的な同一線径の引っ張りばねを、線形特性領域で利用するように配置されているものと考えられる。このような引っ張りばねの弾性力、つまり回転規制部材がソレノイドに吸着される場合の反力は、回転規制部材の回動により引っ張りばねが引き伸ばされる長さに比例する。一方、ソレノイドの吸引力は、ソレノイドと回転規制部材との距離に略反比例して、その距離が近づくほど強くなる。このような反力と吸引力との関係から、特許文献１の遊星歯車クラッチ機構では、受け部に衝突する際の回転規制部材の速度を低減し難く、回転規制部材やソレノイドケースで発生する切換手段側の衝撃音や自由振動を低減することが困難である。
【０００８】
このように遊星歯車クラッチ機構を遮断された状態に切換える際に、衝撃音や自由振動が発生すると、例えば、画像形成装置では、作像ユニットや書込みユニットへの振動伝播され、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動が増大し、高画質な画像形成が行えなくなってしまう。また、衝撃音が騒音として利用者に認識されてしまう。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、駆動連結及び遮断の切換え動作を行う際の衝撃音や自由振動を、従来よりも低減できる遊星歯車クラッチ機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、太陽歯車と、遊星歯車と、該遊星歯車を回転自在に保持するキャリアと、内歯歯車とを有した遊星歯車機構と、その回転が規制されることで前記遊星歯車機構の駆動伝達機能が有効になる、突起部を有した被回転規制部材と、前記被回転規制部材の突起部に噛み合う爪部を有した回転規制部材と、前記回転規制部材を、該回転規制部材の爪部が前記被回転規制部材の突起に接触して噛み合う回転規制状態と、前記被回転規制部材の突起から離間した回転規制解除状態とに切換えさせる、ソレノイドとばねとを有した切換手段と、前記回転規制部材の回転規制解除状態になる方向への回動角度を所定角度内に規制する回動規制部材と、を設けた遊星歯車クラッチ機構において、前記被回転規制部材は、前記太陽歯車、前記キャリア、前記内歯歯車のいずれか１つと駆動連結され、前記切換手段は、前記ソレノイドの吸引力で、前記ばねの弾性力に抗して前記回転規制部材を回転規制解除状態、又は回転規制状態のいずれかに一方に切換えるように構成されており、前記ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、前記回転規制部材と前記回動規制部材とが接触することを特徴とすることを特徴とするものである。
本発明は、ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する。このように接触するので、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回転規制部材と回動規制部材との衝突が生じる直前のばねの弾性力を大きくできる。このようにばねの弾性力を大きくできるので、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回動規制部材と衝突する直前の回転規制部材の速度を遅くできる。
したがって、従来の特許文献１のように、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回転規制部材と回動規制部材との衝突により発生する衝撃音や自由振動を低減することができる。
ここで、弾性範囲内の非線形特性領域を有するばねとして、円錐コイルばね、不等ピッチばね、及びテーパコイルばね等が一般に用いられている。しかし、圧縮コイルばねや引っ張りコイルばね等も、弾性範囲内の非線形特性領域を狭いながらも有している。このように狭いばねは、一般には使用用途等に鑑み、線形特性を有する範囲で用いられることが多いが、本発明では、回動規制部材と衝突する直前の回転規制部材の速度を従来よりも遅くするため、弾性範囲内の非線形特性領域を使用した。
そして、このような切替手段側の衝撃音や自由振動を低減できる構成を、被回転規制部材が、太陽歯車、キャリア、内歯歯車のいずれか１つと駆動連結された、いずれのタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、従来のように、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回転規制部材と回動規制部材との衝突により発生する衝撃音や自由振動を低減することができる。また、このような切替手段側の衝撃音や自由振動を低減できる構成を、被回転規制部材が、太陽歯車、キャリア、内歯歯車のいずれか１つと駆動連結された、いずれのタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用できる。
よって、駆動連結及び遮断の切換え動作を行う際の衝撃音や自由振動を、従来よりも低減できる遊星歯車クラッチ機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタの全体概要説明図。
【図２】作像ユニットの正回転時における、感光体及び現像ローラの駆動歯車列の説明図。
【図３】遊星歯車クラッチ機構の斜視説明図。
【図４】遊星歯車クラッチ機構の動作原理の説明図。
【図５】ソレノイドのプランジャの外周に圧縮コイルばねを配置した切換手段の説明図。
【図６】ソレノイドのプランジャの外周に円錐コイルばねを配置した切換手段の説明図。
【図７】ラチェットの突起部と規制アームの爪部が噛み合う際の噛み合い面の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を画像形成装置に適用した一実施形態として、中間転写方式のタンデム型のカラープリンタ（以下、プリンタ２００という）に適用した例について、図を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタ２００の全体概要説明図である。図２は、作像ユニット１０の正回転時における、感光体１及び現像ローラ４の駆動歯車列７０の説明図である。ここで、図２では、図中、遊星歯車クラッチ機構１００については、太陽歯車１１１に一体に設けたラチェット部１１２から内歯歯車１０１側を視た断面を示している。そして、図中、手前側に配置される出力歯車１１６、感光体１、及び現像ローラ４の外形も破線で示している。
【００１４】
また、図３は、遊星歯車クラッチ機構１００の斜視説明図、図４は、遊星歯車クラッチ機構１００の動作原理の説明図、図５は、ソレノイド１３１のプランジャ１３３の外周に圧縮コイルばね１３６ａを配置した切換手段１３０の説明図。図６は、ソレノイド１３１のプランジャ１３３の外周に円錐コイルばね１３６ｂを配置した切換手段１３０の説明図。図７は、ラチェット部１１２の突起部１１３と規制アーム１２１の爪部１２５が噛み合う際の噛み合い面の説明図である。ここで、上記各図の歯車部については、歯形は省略し、基準ピッチ円を記載するに留めている。また、以下の説明では、特に記載しない限り、各歯車及び中間転写ベルト２４等の回転体の回転方向については、画像形成時の回転方向を正回転方向、画像形成時とは逆方向への回転を逆回転方向という。また、このように相対的な回転方向でなく、絶対的な回転方向を示す必要が有る場合には、各図中時計回り又は反時計回りを、単に時計回り又は反時計回りという。また、図１、図５、図６では、各ばねの形状が分かり易いように、本来、隠れ線となる部分を実線で記載している。
【００１５】
まず、本実施形態のプリンタ２００の全体構成及び動作について説明する。図１に示すように、このプリンタ２００には、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の４色のトナーに、それぞれ対応した作像ユニット１０Ｋ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙを設けている。各作像ユニット１０は、２次転写ローラ２５の対応ローラでもある駆動ローラ２２、従動ローラ２３、及び複数の架張ローラに架け渡された中間転写ベルト２４に、下方から接触するように配置されている。また、中間転写ベルト２４の無端移動方向上流側（従動ローラ２３側）から、作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋの順で配置されている。各作像ユニット１０には、各色に対応した潜像担持体であるドラム状の感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙをそれぞれ設けている。各感光体１の回りには、それぞれ帯電装置２、現像装置３、感光体クリーニング装置７等が設けられている。
【００１６】
そして、パソコン等から画像情報が送信されてくると、各感光体１を回転駆動させるとともに、各帯電装置２で、それぞれ各感光体１上を一様帯電する。その後、各感光体１の下方に配置された、光書き込み装置３０が、パソコン等から送信された画像情報に基づいて、各感光体１表面上にレーザー光を照射して静電潜像を形成する。この静電潜像を、それぞれに設けられた現像装置３でトナー付着させてトナー画像として顕像化する。
【００１７】
各感光体１表面上にそれぞれ形成された各色のトナー画像は、各感光体１の図１図中、反時計回りの回転にともない、時計回りに無端移動する中間転写ベルト２４を介した対向位置に設けられた１次転写ローラ２１の位置まで搬送される。そして、１次転写ローラ２１に印加される１次転写バイアスにより、各感光体１表面上から中間転写ベルト２４上に、順次、重ね合わせられるよう１次転写され、中間転写ベルト２４上にカラーのトナー画像が形成される。中間転写ベルト２４上に１次転写されたカラーのトナー画像は、中間転写ベルト２４の無端移動により、２次転写ローラ２５が中間転写ベルト２４を介して駆動ローラ２２に対向配置された２次転写位置まで搬送される。
【００１８】
また、転写紙やＯＨＰシート等のシートＰが、カラーのトナー画像が２次転写位置に搬送されるタイミングに合わせて、光書き込み装置３０の下方に設けられた給紙装置４０から図１中、実線で示す搬送経路４１に沿って複数のシート搬送ローラにより給紙される。そして、レジストローラ対４２により２次転写位置に搬送されたシートＰ上に、カラーのトナー画像が２次転写ローラ２５に印加される２次転写バイアスにより一括転写される。
【００１９】
カラーのトナー画像が一括転写されたシートＰは、搬送経路４１に沿って２次転写位置のシート搬送方向下流側に設けられた、定着装置１１まで搬送されてシートＰ上にカラーのトナー画像が定着される。そして、定着後のシートＰは、排紙ローラの回転により排紙口４３から排紙されて、排紙トレイ４４上にスタックされる。また、１次転写位置で各感光体１上から中間転写ベルト２４上に１次転写し切れなかった転写残トナーは、各感光体１における１次転写位置の感光体回転方向下流側に設けられた感光体クリーニング装置７によりクリーニングされる。そして、２次転写位置で中間転写ベルト２４上からシートＰ上に２次転写しきれなかった転写残トナーも、中間転写ベルトクリーニング装置２６によりクリーニングされ、再度の画像形成に備える。
【００２０】
ここで、各作像ユニット１０の感光体１、及び現像装置３に有した現像剤担持体である現像ローラ４や現像剤攪拌搬送スクリュ５,６を回転駆動する際に、個々に駆動源である駆動モータを設けても良い。しかし、本実施形態のプリンタ２００では、コストや消費するエネルギーなどを考慮して、１つの駆動モータから複数の作像ユニット１０に回転駆動力を伝達するように構成している。具体的には、カラーの画像形成時に稼動させる作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍで１つの駆動モータを共用し、利用頻度が高いブラックに対応した作像ユニット１０Ｋで１つの駆動モータを利用している。そして各作像ユニット１０内では、感光体１、及び現像装置３に有した現像ローラ４や現像剤攪拌搬送スクリュ５,６は駆動歯車列により、それぞれ回転駆動力を伝達するように構成している。このように、回転駆動系を構成することで、プリンタ２００を、低コスト化、及び省エネルギー化している。
【００２１】
また、本実施形態の各作像ユニット１０ように、感光体１や現像装置３内の現像ローラ４、現像剤攪拌搬送スクリュ５,６等の回転部材を設けた構成では、感光体１よりも現像ローラ４の稼動時間にともなう劣化の方が早く進む傾向にある。このため、現像ローラ４の回転駆動は、必要最小限にとどめることが望ましい。また、感光体１の表面上をクリーニングする感光体クリーニング装置７に有したクリーニングブレードのエッジ部にトナー、添加剤、潤滑剤、紙粉等の付着物が固着して、クリーニング不良を起こす場合がある。そこで、所定期間が経過した毎、又は、所定回数の画像形成を行った毎に、感光体１を逆回転方向に回転駆動して、クリーニングブレードのエッジ部に付着した付着物を除去する必要がある。このように付着物の除去動作を行う場合には、通常、感光体１だけでなく、現像ローラ４も逆回転方向に回転駆動することとなる。
【００２２】
そこで、本実施形態のプリンタ２００では、各作像ユニット１０において、感光体１と、現像装置３内の現像ローラ４及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６との駆動歯車列を分岐した。そして、現像装置３内の現像ローラ４及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６に回転駆動力を伝達する駆動歯車列に、双方向回転駆動に対応したクラッチ機構として遊星歯車クラッチ機構１００を設けた。このように構成することで、現像ローラ４の回転駆動を最小限の回転駆動にとどめるとともに、クリーニングブレードのエッジ部の付着物の除去動作を行うための駆動制御を可能にした。
【００２３】
次に、本実施形態のプリンタ２００に備える各作像ユニット１０の駆動歯車列、及び遊星歯車クラッチ機構１００の構成について説明する。以下の説明では、太陽歯車に被回転規制部であるラチェット部を同軸で一体に設けた（駆動連結した）タイプの遊星歯車クラッチ機構１００について説明する。しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、太陽歯車、キャリア、内歯歯車のいずれか１にラチェット部を駆動連結させて、その回転を規制することで、遊星歯車機構の駆動伝達機能を有効にする、いずれのタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用可能である。例えば、カップリング等を用いて駆動連結された２体構成のタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用可能である。また、各作像ユニット１０に設ける遊星歯車クラッチ機構１００の構成は同様であるので、以下の説明では作像ユニット１０Ｋについて説明するとともに、特に必要がない限り各色に対応した符合Ｋ、Ｍ、Ｃ、Ｙは適宜省略して説明する。
【００２４】
まず、作像ユニット１０の駆動歯車列７０について、感光体１、現像ローラ４、及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６を正回転方向に回転させる場合を例に、図２を用いて説明する。駆動歯車列７０は、駆動モータ（不図示）の出力軸に直接形成された駆動歯車７１の図中左側の感光体１を回転駆動する感光体駆動歯車列８０と、図中右側の現像ローラ４を回転駆動する現像ローラ駆動歯車列９０とに分岐されている。そして、現像ローラ駆動歯車列９０内には、遊星歯車クラッチ機構１００を設けている。そして、現像ローラ４を回転駆動させる現像ローラ駆動歯車９４の駆動力伝達方向下流には、現像剤攪拌搬送スクリュ５,６（不図示）をそれぞれ回転駆動させるスクリュ歯車（不図示）を設けている。
【００２５】
ここで、他の色に対応する作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍでは、感光体駆動歯車列８０と現像ローラ駆動歯車列９０とに駆動力を伝達する駆動歯車が、作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍのモータ駆動歯車列（不図示）に接続された各作像ユニット用の駆動歯車（不図示）である点が異なる。しかし、上記相違点を除く、作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍの各感光体１に回転駆動力を伝達する感光体駆動歯車列８０、及び現像ローラ駆動歯車列９０の構成は同様である。
【００２６】
各作像ユニット１０の感光体駆動歯車列８０は、駆動歯車７１に図中左側から噛み合う第１感光体歯車８１、第１感光体歯車８１に図中左斜め下方から噛み合う感光体駆動歯車８２を備えている。また、現像ローラ駆動歯車列９０は、駆動歯車７１に図中右側から噛み合う第１現像ローラ歯車９１、及び第１現像ローラ歯車９１に噛み合う入力歯車部を有した遊星歯車クラッチ機構１００を備えている。そして、遊星歯車クラッチ機構１００に有した出力歯車１１６と噛み合う第２現像ローラ歯車９２、第２現像ローラ歯車９２と噛み合う第３現像ローラ歯車９３も備えている。さらに、第３現像ローラ歯車９３と噛み合い現像ローラ４を回転駆動する現像ローラ駆動歯車９４も備えている。ここで、遊星歯車クラッチ機構１００の入力歯車である内歯歯車１０１の外周に形成された外歯歯車部１０３と外歯の出力歯車１１６は、駆動連結された状態の場合には、いずれの方向に回転駆動されても同方向に回転するように構成されている。
【００２７】
図２に示すように、遊星歯車クラッチ機構１００を駆動連結された状態で、正回転方向に感光体１及び現像ローラ４を回転させる場合には、駆動歯車７１は反時計回りに回転する。駆動歯車７１が反時計回りに回転すると、感光体駆動歯車列８０では、第１感光体歯車８１を介して感光体駆動歯車８２も正回転方向である反時計回りに回転する。また、現像ローラ駆動歯車列９０では、第１現像ローラ歯車９１が時計回りに回転し、遊星歯車クラッチ機構１００の入力歯車である内歯歯車１０１は反時計回りに回転する。そして、遊星歯車クラッチ機構１００の出力歯車１１６が正回転方向である反時計回りに回転する。この出力歯車１１６の反時計回りの回転が、第２現像ローラ歯車９２及び第３現像ローラ歯車９３を介して伝達され、現像ローラ駆動歯車９４が正回転方向の時計回りに回転する。
【００２８】
そして、遊星歯車クラッチ機構１００が遮断された状態の場合には、遊星歯車クラッチ機構１００の出力歯車１１６に内歯歯車１０１の反時計回りの回転駆動力は伝達されない。したがって、出力歯車１１６はいずれの方向にも回転しない。すなわち、遊星歯車クラッチ機構１００が遮断状態の場合に駆動モータが正回転方向に回転駆動されると、感光体１は正回転方向に回転駆動される。しかし、現像装置３内の現像ローラ４及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６はいずれの方向にも回転しない。なお、逆回転方向においても、遊星歯車クラッチ機構１００の駆動連結された状態と遮断された状態とで、同様に、それぞれの回転が行われることになる。
【００２９】
次に、遊星歯車クラッチ機構１００について詳細に説明する。図３に示すように、本実施形態のプリンタ２００に用いる遊星歯車クラッチ機構１００は、遊星歯車機構、出力歯車１１６、及び被回転規制部であるラチェット部１１２を有した遊星歯車部１１０を備えている。また、回転規制部材である規制アーム１２１を有した回転規制部１２０と、規制アーム１２１の噛み合い状態と非噛み合い状態とを切換える動作を与える切換手段１３０も備えている。
【００３０】
遊星歯車クラッチ機構１００の遊星歯車部１１０は、入力歯車である内歯歯車１０１と、３つの遊星歯車１０５と、各遊星歯車１０５を回転自在、かつ公転自在に保持する部材であるキャリア１０４とを備えている。そして、各遊星歯車１０５に噛み合う太陽歯車１１１も備えている。また、各遊星歯車１０５を保持しているキャリア１０４には、キャリア１０４と、キャリア１０４の回転を下流側の駆動ユニットに伝達する出力歯車１１６とを一体で動作するように接続する出力軸１０９も備えている。また、太陽歯車１１１には、被回転規制部であるラチェット部１１２が、一体で動作するよう（駆動連結された状態で）設けられている。そして、内歯歯車１０１、キャリア１０４、太陽歯車１１１、ラチェット部１１２、出力軸１０９、及び出力歯車１１６は同軸上に配置されている。
【００３１】
ここで、遊星歯車部１１０では、次のような回転運動を行う。第１現像ローラ歯車９１（図２参照）を介して内歯歯車１０１の外周に形成された外歯歯車部１０３に回転駆動力が伝達されている間は、内歯歯車１０１の内歯歯車部１０２に噛み合っている各遊星歯車１０５は常に回転運動を行う。しかし、各遊星歯車１０５を保持しているキャリア１０４は一定の条件の場合のみ回転運動を行う。つまり、遊星歯車クラッチ機構１００は、一定の条件下での遊星歯車部１１０の下流側駆動ユニットへの回転駆動力を伝達する遊星歯車機構の駆動伝達機能を有効にする駆動連結機能と、他の条件下での下流側駆動ユニットへの駆動伝達を遮断する遮断機能とを備えている。このため、出力歯車１１６も一定の条件の場合のみ回転運動を行うこととなる。次に、この遊星歯車クラッチ機構１００の駆動連結機能と遮断機能について説明する。
【００３２】
まず、遊星歯車部１１０の駆動伝達方法について説明する。図４に示すように、この遊星歯車部１１０の駆動伝達部は、主に３種類の歯車、つまり、内歯歯車１０１の内歯歯車部１０２、遊星歯車１０５、及び太陽歯車１１１を備えている。また、内歯歯車１０１の回転軸と同軸で回転可能な要素としては、内歯歯車１０１、遊星歯車１０５を自転可能、かつ公転可能に保持したキャリア１０４、及び太陽歯車１１１を備えている。そして、遊星歯車部１１０は、３つの回転可能な要素に、それぞれ回転可能な入力、出力、及び回転が規制される固定に割り振ることで、初めてその駆動伝達機能が有効となる。そこで、本実施形態の遊星歯車部１１０では、内歯歯車１０１に入力、キャリア１０４に出力、太陽歯車１１１に固定に割り振ることで、遊星歯車機構の駆動伝達機能を有効にすることとしている。そして、固定に割り振った太陽歯車１１１を、回転が規制された固定状態に切換えることで、遊星歯車部１１０を下流側の駆動ユニットに回転駆動力を伝達できる駆動伝達状態にする。また、回転自在な固定解除状態に切換えることで、遊星歯車機構の駆動伝達機能を失う状態、すなわち、キャリア１０４の回転が停止し、下流側の駆動ユニットに回転駆動力を伝達しない遮断状態にする。
【００３３】
なお、内歯歯車１０１の外周には、外歯歯車部１０３が同軸で形成され、図２に示した第１現像ローラ歯車９１に噛み合って回転駆動力が内歯歯車１０１に伝達される。また、キャリア１０４には出力歯車１１６から離れた側の基準側板１０６と、基準側板１０６に支持され遊星歯車１０５を回転自在に保持するピン１０８と、ピン１０８の他端側を支持する端部側板１０７（図３参照）を有している。そして、基準側板１０６には、出力歯車１１６に回転駆動力を伝達する出力軸１０９が接続されている。この出力軸１０９の出力歯車１１６に嵌め合わせる部分の断面は、出力歯車１１６に確実に回転駆動力を伝達できるように、回り止め加工が施されている。また、端部側板１０７には、太陽歯車１１１を回転自在な状態で向かい入れるための孔が設けられている。そして、太陽歯車１１１及び太陽歯車１１１と同軸で一体に設けられたラチェット部１１２（図３参照）には、出力軸１０９を回転自在な状態で通す孔が形成されている。次に、太陽歯車１１１を、回転が規制された固定状態と回転自在な固定解除状態とに切換える具体的な構成、つまり、遊星歯車クラッチ機構１００を、駆動連結状態及び遮断状態とに切換える具体的な構成について説明する。
【００３４】
図５に示すように、太陽歯車１１１と同軸で一体に設けられた被回転規制部であるラチェット部１１２には、規制アーム１２１に設けられた爪部１２５と噛み合う複数の突起部である突起部１１３を全周に渡り等間隔に備えている。また、ラチェット部１１２、つまり太陽歯車１１１の回転を規制する回転規制部１２０は、ラチェット部１１２のいずれかの突起部１１３に噛み合う爪部１２５を設けた規制アーム１２１と規制アーム１２１を回動可能に支持する支持軸１２３から構成されている。そして、規制アーム１２１は、支持軸１２３から爪部１２５を設けた先端側のアーム出力部１２２と、支持軸１２３から突起とは反対側のアーム入力部１２４を有している。
【００３５】
また、回転規制部１２０のアーム出力部１２２に設けた爪部１２５をラチェット部１１２の突起部１１３に噛み合う固定状態と、離間した固定解除状態とに切換える切換手段１３０にはソレノイド１３１及び圧縮ばね１３６（図５では１３６ａ）を備えている。ソレノイド１３１には、電源のオン・オフにより図５図中略水平に移動する円柱状の部材であるプランジャ１３３を設けている。プランジャ１３３の先端には規制アーム１２１のアーム入力部１２４に設けた長孔（不図示）に通る係合ピン１３４が設けられており、その略水平方向の移動により、規制アーム１２１を支持軸１２３を回動中心として回動させる。また、ソレノイド１３１のプランジャ１３３の外周には、詳しくは後述する圧縮ばね１３６を設けている。そして、プランジャ１３３の係合ピン１３４側であって、規制アーム１２１のアーム入力部１２４の回動に支障しない位置にエンドリング１３５を設け圧縮ばね１３６の一端側を規制し、他端側はソレノイド１３１を保持するソレノイドケース１３２で規制している。この圧縮ばね１３６の反力で、アーム入力部１２４の係合ピン１３４を図５図中右方向（矢印Ａ方向）に、押し出すように構成されている。
【００３６】
このように切換手段１３０を構成することで、ソレノイド１３１の電源がオフされた状態では、圧縮ばね１３６の作用によりプランジャ１３３は図５図中右方向に移動する。この移動にともない、規制アーム１２１は支持軸１２３を中心に回動し、図中反時計方向（矢印Ｃ方向）に回動する。そして、アーム出力部１２２の先端に設けられた爪部１２５のいずれかの側面が、ラチェット部１１２の突起部１１３のいずれかの側面に面接触して固定状態となる。また、ソレノイド１３１の電源がオンされると、プランジャ１３３は図５図中左方向（矢印Ｂ方向）に移動する。この移動にともない、規制アーム１２１は支持軸１２３を中心に回動し、図中時計方向（矢印Ｄ方向）に回動し、アーム出力部１２２の先端に設けられた爪部１２５は、ラチェット部１１２の突起部１１３から離間して固定解除状態となる。
【００３７】
次に、本実施形態の特徴部である、切換手段１３０の構成について、さらに詳しく説明する。従来の特許文献１で開示された構成のような切換手段では、駆動連結状態及び遮断状態に切換える際に、主に、次のような箇所で衝撃音や自由振動が発生していた。１箇所目は、被回転規制部材の突起部と回転規制部材の爪部の噛み合い箇所である。そして、２箇所目がソレノイドの電源をオンにして回転規制部材を吸引した際に、その移動を規制するソレノイドケースの受け部である。これらの箇所で衝撃音や自由振動が発生するため、画像形成装置の画質が低下したり、衝撃音が騒音として利用者に認識されてしまったりしていた。ここで、画質の低下するのは、例えば、画像形成装置では、作像ユニットや書込みユニットへの振動伝播により、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動が増大してしまうためである。
【００３８】
一方、本実施形態の衝撃音や自由振動の発生源としては、主に、次の２箇所である。１箇所目は、ラチェット部１１２の突起部１１３と規制アーム１２１の爪部１２５の噛み合い箇所である。そして、２箇所目がソレノイド１３１の電源をオンにしてプランジャ１３３を吸引した際に、その移動を規制する部分、つまり切換手段１３０側の部分である。これらの箇所から発生する衝撃音や自由振動を低減するためには、移動して衝突する部材である規制アーム１２１の衝突する直前の角速度や、プランジャ１３３の衝突する直前の速度を小さくして衝突時の力積を小さくすれば良い。そこで、本発明の発明者らは、上記２箇所目の発生源に着目し、発生する衝撃音や自由振動を低減できないか検討した。
【００３９】
従来のソレノイドにプランジャを有した構成では、プランジャの端部やプランジャを連結した規制アーム１２１のアーム入力部１２４の端部に引っ張りばね等を線形領域で変形するように配置していた。そして、ソレノイド１３１の電源がオフされた状態では、線形領域の引っ張りばねの弾性力を用いて規制アーム１２１を回動させて、突起部１１３に爪部１２５を噛み合わせてラチェット部１１２を固定状態にしていた。また、ソレノイド１３１の電源がオンされると、ソレノイド１３１の吸引力により、引っ張りばねの弾性力に抗して、プランジャ１３３を移動させることで、規制アーム１２１を回動させてラチェット部１１２を固定解除状態にしていた。しかし、ソレノイド１３１の吸引力によりプランジャ１３３を移動させる場合にも、プランジャ１３３の移動、又は規制アーム１２１の回動を規制する必要があった。これは、プランジャ１３３移動、又は規制アーム１２１の回動を規制しないとソレノイド１３１の吸引時に、引っ張りばねとソレノイド１３１の吸引力との釣り合いで、これらの移動、又は回動を規制することになり、非常に困難なためである。
【００４０】
そこで、従来は、例えば、規制アーム１２１に当接（衝突）して、その回動を規制する部材を設けていた。あるいは、プランジャ１３３のソレノイドケース１３２側にソレノイドケース１３２の外壁面と当接（衝突）して、その移動を規制する部材（エンドリング等）を設けていた。これらのプランジャ１３３の移動を規制する構成は、いずれも規制アーム１２１の回動を規制する回動規制部材として機能している。しかし、いずれの方法も規制アーム１２１の回動を規制する際、回動又は移動する部材が静止した回動規制部材に衝突する構成である。
【００４１】
ここで、規制アーム１２１がソレノイドに吸着される場合の反力は、規制アーム１２１の回動にともなって、引っ張りばねが引き伸ばされる長さに比例する。一方、ソレノイドの吸引力は、吸引する場合のソレノイドに有するプランジャ１３３の移動距離に略反比例して、その距離が近づくほど強くなる。このような反力と吸引力との関係から、引っ張りばねのばね定数を適切に設定することで衝撃音や自由振動をある程度は低減できるものの、画像形成装置内の他の機器への振動の影響や、利用者に騒音として認識されない程度の衝撃音にまでは低減できなかった。
【００４２】
そこで、発明者らは、圧縮ばね（押しばね）や引張りばねが有する、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域に着目した。ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、回動又は移動する部材と静止した回動規制部材とが衝突すれば、線形特性領域で変形しながら衝突する構成よりも、衝突が生じる直前のばねの弾性力を大きくできる。このようにばねの弾性力を大きくして、線形特性領域で変形しながら衝突する構成よりも、回動規制部材と衝突する直前の回動又は移動する部材の速度を遅くできる。したがって、回動又は移動する部材と静止した回動規制部材とが衝突する際に作用する力積を小さくすることができ、規制アーム１２１の回動を規制する際に生じる衝撃音や自由振動も低減することができる。
【００４３】
具体的には、本実施形態の切換手段１３０では、図５に示したように、プランジャ１３３の外周に圧縮ばね１３６を設けるとともに、係合ピン１３４側にエンドリング１３５を設けた。このように構成することで、ラチェット部１１２を固定状態にするのに、圧縮ばね１３６の弾性力である反力を利用できる。また、圧縮ばね１３６を線間接触するように配置することで、規制アーム１２１の回動を規制する際に衝突する部材（回動規制部材）を圧縮ばね１３６自身とすることができ、引っ張りばねを用いた場合のように別途、回動規制部材や引張りばねの他端側を支持する部材を設ける必要がない。したがって、ソレノイドケース１３２と引っ張りばねの他端側を支持する部材間で、引っ張りばねを介して生じる振動も抑制できるとともに、切換手段１３０を小型化できる。また、プランジャ１３３の外周に圧縮ばね１３６を設けているので、圧縮ばね１３６の座屈現象の発生も抑制できる。
【００４４】
したがって、従来よりも、ソレノイドケース１３２とプランジャ１３３とが衝突した際に発生する衝撃音を低減でき、利用者が認識する騒音を低減できる。また、同時に発生する自由振動も低減でき、隣接する他の機器への影響を抑制することもできる。よって、低騒音、かつ、各作像ユニット１０や光書き込み装置３０への振動伝播を抑制でき、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動を低減し、高画質なプリンタ２００を提供できる。
【００４５】
また、用いる圧縮ばね１３６の種類としては、図５に示した、ばねの外径が一定な圧縮コイルばね１３６ａや、図６に示した、ばねの外径が変化する円錐コイルばね１３６ｂを用いることができる。圧縮コイルばね１３６ａは、加わる（ソレノイドの吸引力）に対する変形量の関係が線形特性領域を利用するものが、一般に広く流通しているとともに汎用性が高いため、その製造コストや調達コストを低減できるというメリットがある。
【００４６】
一方、円錐コイルばね１３６ｂは、荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域での変形を利用されることを前提に作られており、加わる荷重が増えるほど変形量が少なくなる（バネ定数が大きくなる）。つまり、非線形特性領域では、変形量が大きくなるほど弾性力（反力）が大きくなる。そして、圧縮コイルばね１３６ａのように、線形特性領域での利用を前提に作られている圧縮ばねよりも、非線形特性領域の範囲が広くできるとともに、ばね定数が増加する割合も大きくできる。したがって、規制アーム１２１の回動を規制する際に生じる衝撃音や自由振動を、圧縮コイルばね１３６ａを用いるよりも低減することができる。
【００４７】
また、圧縮コイルばね１３６ａよりも、ばねの線材同士が密着する密着高さを低くできる（Ｌａ＞Ｌｂ）ので、ソレノイド１３１の吸引力を効果的に活用でき、より小型のソレノイド１３１を用いることができる。さらに、座面接触型の円錐コイルばねを用いると、ばねの線材同士は密着せず、密着高さを最も線径が大きい部分の線径と同じ高さにできるのでより好ましい。ここで、本実施形態では、非線形特性領域での変形を利用されることを前提に作られているばねとして、円錐コイルばね１３６ｂを用いた例を説明しているが、不等ピッチばねやテーパコイルばね等、設計条件に合わせ適宜選択して用いることができる。
【００４８】
また、これまで説明してきた切換手段１３０（２箇所目の発生源）に加え、ラチェット部１１２の突起部１１３と規制アーム１２１の爪部１２５との噛み合い箇所の構成を規定することで、遊星歯車クラッチ機構１００から発生する衝撃音や自由振動も低減することもできる。次に、その方法を説明する。
図７（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の遊星歯車クラッチ機構１００では、ラチェット部１１２に複数有した突起部１１３のいずれかと、規制アーム１２１に設けた爪部１２５とが噛み合う面が、駆動伝達する回転駆動力の回転方向により異なる。ここで、図７（ａ）が、正回転方向時の噛み合い状態を示し、図７（ｂ）が、逆回転方向時の噛み合い状態を示している。
【００４９】
上述したように、遊星歯車クラッチ機構１００から発生する衝撃音や自由振動を低減するためには、移動して衝突する部材である規制アーム１２１の角速度やプランジャ１３３の移動速度を小さくするか、それぞれの衝突中の接触時間を長くして衝突時の力積を小さくすれば良い。
【００５０】
そこで、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、遊星歯車クラッチ機構１００で正回転方向への駆動連結を行う場合、つまり、ラチェット部１１２の正回転方向への回転を規制する場合の突起部１１３と爪部１２５とが噛み合う面である第１接触面を次のように規定することとした。
【００５１】
まず、突起部１１３と爪部１２５とが面で噛み合った際の突起部１１３の端部と爪部１２５の端部とを結ぶ線分の中間点を通る直線を第１接触面中間線と定義する。この第１接触面中間線と、規制アーム１２１の支持軸１２３の回転中心とを、その面内に有する面を第１回動アーム面と定義する。そして、この第１回動アーム面と第１接触面とがなす角度を第１角度：θ１［ｒａｄ］と定義し、第１角度：θ１を、４π／９≦θ１≦π／２の範囲に規定した。
【００５２】
このように第１角度：θ１が、θ１≦π／２を満たすことで、突起部１１３と爪部１２５とが噛み合い時、及び駆動連結中（噛み合い中）の圧縮ばね１３６の、ばね力を弱く設定することができる。これは第１角度：θ１が、θ１≦π／２を満たすことで、噛み合い部分で次ぎのような噛み合い動作が行われるためである。一旦、突起部１１３の第１接触面に爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第１接触面に突起部１１３の端部が接触すると、駆動伝達方向下流側の被駆動ユニットの負荷がラチェット部１１２に伝達され、ラチェット部１１２に正回転方向へ回転しようとする力が生じる。
【００５３】
このラチェット部１１２の正回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３の第１接触面を爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第１接触面を突起部１１３の端部が滑るようにして噛み合いが進行する。また、駆動連結中、つまり噛み合い中は、ラチェット部１１２の正回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３と爪部１２５との噛み合いが維持される。このように噛み合いが進行するとともに維持されるので、規制アーム１２１に噛み合う方向に回動する力、すなわち圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができる。
逆に、第１角度：θ１が、π／２＜θ１のとき、規制アーム１２１が受ける力は規制アーム１２１がラチェット部１１２側から離間する方向である。このため正回転方向への駆動連結を行う場合、突起部１１３と爪部１２５とを噛み合うように、圧縮ばね１３６の力で押し戻してやらねばならず、圧縮ばね１３６のばね力を強く設定せざるをえない。
【００５４】
また、第１角度：θ１が、４π／９≦θ１を満たすことで、規制アーム１２１の離間動作に必要なソレノイド１３１の吸引力を低く抑えることができ、ソレノイド１３１をオンした時の衝撃音や自由振動を低減できる。これは第１角度：θ１が、θ１＜４π／９のとき、規制アーム１２１が受ける力がラチェット部１１２側へ向きすぎて、吸引力の強いソレノイド１３１を使用しないと、ラチェット部１１２から規制アーム１２１を離間できなくなるためである。そこで、本実施形態では、第１角度：θ１を、４π／９≦θ１とすることで、離間動作に必要に必要なソレノイド１３１の力を小さくした。
【００５５】
上述したように、第１角度：θ１を、４π／９≦θ１≦π／２の範囲に規定することで、圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができるとともに、噛み合い解除に必要なソレノイド１３１の力も小さくできる。したがって、規制アーム１２１の角速度やプランジャ１３３の移動速度を小さできるとともに、それぞれの衝突中の接触時間を長くして、その力積を小さくできる。これにより、規制アーム１２１の接触動作時に発生する衝撃音や自由振動を低減できるとともに、切換手段１３０から発生する衝撃音や自由振動を低減も、さらに低減できる。つまり、弱い圧縮ばね１３６、及び弱いソレノイド１３１を用いて規制アーム１２１を回動させれば、衝突直前の規制アーム１２１の角速度は小さくなるので、結果的に衝撃音および自由振動は小さくなる。また、ソレノイド１３１を駆動させて離間させる場合の衝撃音や自由振もさらに低減できる。
【００５６】
また、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、遊星歯車クラッチ機構１００で逆回転方向への駆動連結を行う場合、つまり、ラチェット部１１２の逆回転方向への回転を規制する場合の突起部１１３と爪部１２５とが噛み合う面である第２接触面を次のように規定することとした。
【００５７】
まず、突起部１１３と爪部１２５とが面で噛み合った際の突起部１１３の端部と爪部１２５の端部とを結ぶ線分の中間点を通る直線を第２接触面中間線と定義する。この第２接触面中間線と、規制アーム１２１の支持軸１２３の回転中心とを、その面内に有する面を第２回動アーム面と定義する。そして、この第２回動アーム面と第２接触面とがなす角度を第２角度：θ２［ｒａｄ］と定義し、第２角度：θ２を、π／２≦θ２≦５π／９の範囲に規定した。
【００５８】
このように第２角度：θ２が、π／２≦θ２を満たすことで、突起部１１３と爪部１２５とが噛み合い時、及び駆動連結中（噛み合い中）の圧縮ばね１３６の、ばね力を弱く設定することができる。これは第２角度：θ２が、π／２≦θ２を満たすことで、噛み合い部分で次ぎのような噛み合い動作が行われるためである。一旦、突起部１１３の第２接触面に爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第２接触面に突起部１１３の端部が接触すると、駆動伝達方向下流側の被駆動ユニットの負荷がラチェット部１１２に伝達され、ラチェット部１１２に逆回転方向へ回転しようとする力が生じる。
【００５９】
このラチェット部１１２の逆回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３の第２接触面を爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第２接触面を突起部１１３の端部が滑るようにして噛み合いが進行する。また、駆動連結中、つまり噛み合い中は、ラチェット部１１２の逆回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３と爪部１２５との噛み合いが維持される。このように噛み合いが進行するとともに維持されるので、規制アーム１２１に噛み合う方向に回動する力、すなわち圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができる。
逆に、第２角度：θ２が、θ２＜π／２のとき、規制アーム１２１が受ける力は規制アーム１２１がラチェット部１１２側から離間する方向である。このため正回転方向への駆動連結を行う場合、突起部１１３と爪部１２５とを噛み合うように、圧縮ばね１３６の力で押し戻してやらねばならず、圧縮ばね１３６のばね力を強く設定せざるをえない。
【００６０】
また、第２角度：θ２が、θ２≦５π／９を満たすことで、規制アーム１２１の離間動作に必要なソレノイド１３１の吸引力を低く抑えることができ、ソレノイド１３１をオンした時の衝撃音や自由振動を低減できる。これは第２角度：θ２が、５π／９＜θ２のとき、規制アーム１２１が受ける力がラチェット部１１２側へ向きすぎて、吸引力の強いソレノイド１３１を使用しないと、ラチェット部１１２から規制アーム１２１を離間できなくなるためである。そこで、本実施形態では、第２角度：θ２を、θ２≦５π／９とすることで、離間動作に必要に必要なソレノイド１３１の力を小さくした。
【００６１】
上述したように、第２角度：θ２を、π／２≦θ２≦５π／９の範囲に規定することで、圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができるとともに、噛み合い解除に必要なソレノイド１３１の力も小さくできる。したがって、規制アーム１２１の角速度やプランジャ１３３の移動速度を小さできるとともに、それぞれの衝突中の接触時間を長くして、その力積を小さくできる。これにより、規制アーム１２１の接触動作時に発生する衝撃音や自由振動を低減できるとともに、切換手段１３０から発生する衝撃音や自由振動を低減も、さらに低減できる。つまり、弱い圧縮ばね１３６、及び弱いソレノイド１３１を用いて規制アーム１２１を回動させれば、衝突直前の規制アーム１２１の角速度は小さくなるので、結果的に衝撃音および自由振動は小さくなる。また、ソレノイド１３１を駆動させて離間させる場合の衝撃音や自由振もさらに低減できる。
【００６２】
また、上述した本実施形態の切換手段１３０の説明では、ソレノイド１３１を保持するソレノイドケース１３２とエンドリング１３５との間のプランジャ１３３の外周に、圧縮ばね１５３を直接配置した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、圧縮ばね１３６の両端を、それぞれ規制するソレノイドケース１３２及びエンドリング１３５のいずれか、又は両方に緩衝ゴムを配置することで、さらに衝撃音や自由振動を低減することができる。
【００６３】
また、本発明を、潜像担持体である感光体１及び現像剤担持体である現像ローラ４等を駆動する作像ユニット１０の駆動歯車列７０、つまり作像系に適用した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、レジストローラ対４２やシート搬送ローラ等を駆動する給紙レジスト系、定着ローラ対や脱圧カムや排紙ローラ等を駆動する排紙系、及び１次転写ローラ２１等と中間転写ベルト２４とを接離させる中間接離系等の駆動系にも適用可能である。但し、作像ユニット１０及び書込みユニットへの振動は画質に影響を及ぼすが、特に作像系の駆動歯車列７０は上記ユニットに近い配置のため、課題になりやすい。
【００６４】
また、本発明を、規制アーム１２１を圧縮ばねを用いて回動させる構成に適用した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、規制アーム１２１を引っ張りばねを用いて回動させる構成にも適用できる。
また、ソレノイド１３１にプランジャ１３３を有した構成に適用した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ソレノイド１３１の吸引力で規制アーム１２１を直接、吸引する構成にも適用できる。
そして、上記のような遊星歯車クラッチ機構１００を用いることで、電磁クラッチを用いるよりも、低コスト化や省エネ化が可能となる。
【００６５】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
太陽歯車１１１などの太陽歯車と、遊星歯車１０５などの遊星歯車と、該遊星歯車を回転自在に保持するキャリア１０４などのキャリアと、内歯歯車１０１などの内歯歯車とを有した遊星歯車部１１０などの遊星歯車機構と、その回転が規制されることで前記遊星歯車機構の駆動伝達機能が有効になる、突起部１１３などの突起部を有したラチェット部１１２などの被回転規制部材と、前記被回転規制部材の突起部に噛み合う爪部１２５などの爪部を有した規制アーム１２１などの回転規制部材と、前記回転規制部材を、該回転規制部材の爪部が前記被回転規制部材の突起に接触して噛み合う回転規制状態と、前記被回転規制部材の突起から離間した回転規制解除状態とに切換えさせる、ソレノイド１３１などのソレノイドと圧縮ばね１３６などのばねとを有した切換手段１３０などの切換手段と、前記回転規制部材の回転規制解除状態になる方向への回動角度を所定角度内に規制する線間接触した圧縮ばね１３６などの回動規制部材と、を設けた遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構において、前記被回転規制部材は、前記太陽歯車、前記キャリア、前記内歯歯車のいずれか１つと駆動連結され、前記切換手段は、前記ソレノイドの吸引力で、前記ばねの弾性力に抗して前記回転規制部材を回転規制解除状態、又は回転規制状態のいずれかに一方に切換えるように構成されており、前記ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、前記回転規制部材と前記回動規制部材とが接触することを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、駆動連結及び遮断の切換え動作を行う際の衝撃音や自由振動を、従来よりも低減できる遊星歯車クラッチ機構を提供できる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、圧縮ばね１３６などの前記ばねが、圧縮コイルばね１３６ａなどの圧縮コイルばねであることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧縮コイルばね１３６ａなどの前記圧縮ばねの製造コストや調達コストを低減できる。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）において、圧縮ばね１３６などの前記ばねが、円錐状コイルばね１３６ｂなどの円錐コイルばねであることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ソレノイドケース１３２とプランジャ１３３との衝突時に生じる衝撃音や自由振動を、圧縮コイルばね１３６ａを用いるよりも低減することができる。また、圧縮コイルばね１３６ａよりも、ばねの線材同士が密着する密着高さを低くできるので、ソレノイド１３１の吸引力を効果的に活用でき、より小型のソレノイド１３１を用いることができる。
（態様Ｄ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｃ）のいずれかにおいて、圧縮ばね１３６などの前記ばねが、ソレノイド１３１などの前記ソレノイドに有したプランジャ１３３などのプランジャの外周に設けられていることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧縮ばね１３６などのばねが線間接触することで、規制アーム１２１などの回転規制部材の回動を規制する回動規制部材としても機能させることができ、部品点数を減らせる。また、別途、ソレノイド１３１などのソレノイドを保持するソレノイドケース１３２などの保持部材の外に設けたばねと他の部材との間で、発生する振動も抑制できるとともに、切換手段１３０などの切換手段を小型化できる。また、プランジャ１３３などのプランジャの外周にばねを設けているので、ばねの座屈現象の発生も抑制できる。
（態様Ｅ）
感光体１や現像ローラ４などの複数の回転体を１つの駆動源で駆動する駆動歯車列７０などの駆動列を備え、転写紙等のシート上に画像を形成する画像形成装置において、前記駆動列内に、（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれかの遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構を設けていることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、低騒音、かつ、各作像ユニット１０などの各作像ユニットや光書き込み装置３０などの光書き込みユニットへの振動伝播を抑制でき、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動を低減し、高画質なプリンタ２００などの画像形成装置を提供できる。また、遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構を用いることで、電磁クラッチを用いるよりも、低コスト化や省エネ化が可能となる。
（態様Ｆ）
（態様Ｅ）において、駆動歯車列７０などの前記駆動列で駆動される複数の回転体に、感光体１などの潜像担持体と現像ローラ４などの現像剤担持体とを含んでいることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、各作像ユニット１０などの各作像ユニットや光書き込み装置３０などの光書き込みユニットに伝播する自由振動を、他の箇所に本発明を適用した遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構を用いるよりも効果的に低減でき、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動を抑制した、より高画質なプリンタ２００などの画像形成装置を提供できる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ 現像装置
４ 現像ローラ
５ 現像剤攪拌搬送スクリュ
７ 感光体クリーニング装置
１０ 作像ユニット
１１ 定着装置
２１ １次転写ローラ
２２ 駆動ローラ
２３ 従動ローラ
２４ 中間転写ベルト
２５ ２次転写ローラ
２６ 中間転写ベルトクリーニング装置
３０ 光書き込み装置
４０ 給紙装置
４１ 搬送経路
４２ レジストローラ対
４３ 排紙口
４４ 排紙トレイ
７０ 駆動歯車列
７１ 駆動歯車
８０ 感光体駆動歯車列
８１ 第１感光体歯車
８２ 感光体駆動歯車
９０ 現像ローラ駆動歯車列
９１ 第１現像ローラ歯車
９２ 第２現像ローラ歯車
９３ 第３現像ローラ歯車
９４ 現像ローラ駆動歯車
１００ 遊星歯車クラッチ機構
１０１ 内歯歯車
１０２ 内歯歯車部
１０３ 外歯歯車部
１０４ キャリア
１０５ 遊星歯車
１０６ 基準側板（キャリア）
１０７ 端部側板（キャリア）
１０８ ピン（キャリア）
１０９ 出力軸
１１０ 遊星歯車部
１１１ 太陽歯車
１１２ ラチェット部
１１３ 突起部
１１６ 出力歯車
１２０ 回転規制部
１２１ 規制アーム
１２２ アーム出力部
１２３ 支持軸
１２４ アーム入力部
１２５ 爪部
１３０ 切換手段
１３１ ソレノイド
１３２ ソレノイドケース
１３３ プランジャ
１３４ 係合ピン
１３５ エンドリング
１３６ 圧縮ばね
１３６ａ 圧縮コイルばね
１３６ｂ 円錐状コイルばね
２００ プリンタ
Ｐ シート
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】特開２００９−０７３６４８号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置に用いる遊星歯車クラッチ機構、及びこ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】
プリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置において、駆動伝達方向下流側の被駆動系へ駆動源の回転駆動力を変速して伝達する遊星歯車機構に、回転駆動力の駆動連結及び遮断を行うクラッチ機構を備えたものが既に知られている。例えば、特許文献１には、駆動連結及び遮断を行うための切替手段にソレノイドを設けた、次のような構成の遊星歯車クラッチ機構（遊星ギアクラッチ機構）の構成が開示されている。
【０００３】
入力側の内歯歯車（内歯ギア付き部材）と、内歯歯車に噛み合う遊星歯車（遊星ギア）と、遊星歯車に噛み合う太陽歯車（太陽ギア部材）と、出力側である遊星歯車を保持するキャリア（遊星ギア保持部材）とを有している。そして、太陽歯車には、突起部を有した被回転規制部材（拘束部）が一体に設けられている。この遊星歯車クラッチ機構は、太陽歯車に一体に設けられた被回転規制部材の回転が規制される回転規制状態で初めて、内歯歯車に入力された回転駆動力がキャリアに駆動伝達される遊星画車機構の機能を得て駆動連結された状態になる。逆に、被回転規制部材の回転が規制されない回転規制解除状態では、内歯歯車に入力された回転駆動力がキャリアに駆動伝達される遊星画車機構の機能を得ることができず、遮断された状態となる。
【０００４】
このような駆動連結された状態と遮断された状態とを切換える切換手段は、特許文献１の図２の記載から、次のように構成されているものと考えられる。切換手段は、先端部に爪部を有した回動可能な回転規制部材と、電源が投入されると吸引力が生じるフラッパタイプのソレノイドと、引っ張りばねと、これらを保持するソレノイドケースとから、主に構成されている。そして、ソレノイドの電源がオフされると、回転規制部材は引っ張りばねの張力で回動し、その爪部が被回転規制部材の突起部に噛み合って被回転規制部材の回転を規制する回転規制状態となり、遊星歯車クラッチ機構は駆動連結された状態となる。逆に、ソレノイドの電源がオンされると、回転規制部材はソレノイド側へ吸引され、その爪部が被回転規制部材の突起部から離間して回転規制解除状態となり、遊星歯車クラッチ機構は遮断された状態となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の遊星歯車クラッチ機構のように、切替手段にソレノイドを設けた構成の遊星歯車クラッチ機構は、従来から多用されている電磁クラッチに比べて、小型なものでも高回転数や高負荷トルクに対応し易いという優れた点がある。また、低コスト化や省エネ化にも対応し易いという点でも優れている。しかしながら、特許文献１に開示された遊星歯車クラッチ機構は、次のような不具合が生じる可能性が高い。
【０００６】
特許文献１の遊星歯車クラッチ機構では、ソレノイドの電源がオンされると回転規制部材はソレノイドの吸引力により回動し、ソレノイドケースの受け部に衝突して、その回動が規制されるように構成されている。このため回転規制部材がソレノイドケースの受け部に衝突する際、衝撃音や自由振動が生じるという不具合である。ここで、上記受け部によってソレノイド側への回動を規制するのは、回転規制部材がソレノイドに直接衝突して、いずれかが破損しないようにするためである。また、回転規制部材の回動角が大きくなり、その爪部を被回転規制部材の突起にかみ合わせる際の速度が増して衝撃音や自由振動が大きくなりすぎたり、噛み合う互いの箇所が破損したりしないようにするためでもある。
【０００７】
そして、特許文献１の遊星歯車クラッチ機構では、引っ張りばねの仕様や、設置条件が特に開示されていないため、一般的な同一線径の引っ張りばねを、線形特性領域で利用するように配置されているものと考えられる。このような引っ張りばねの弾性力、つまり回転規制部材がソレノイドに吸着される場合の反力は、回転規制部材の回動により引っ張りばねが引き伸ばされる長さに比例する。一方、ソレノイドの吸引力は、ソレノイドと回転規制部材との距離に略反比例して、その距離が近づくほど強くなる。このような反力と吸引力との関係から、特許文献１の遊星歯車クラッチ機構では、受け部に衝突する際の回転規制部材の速度を低減し難く、回転規制部材やソレノイドケースで発生する切換手段側の衝撃音や自由振動を低減することが困難である。
【０００８】
このように遊星歯車クラッチ機構を遮断された状態に切換える際に、衝撃音や自由振動が発生すると、例えば、画像形成装置では、作像ユニットや書込みユニットへの振動伝播され、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動が増大し、高画質な画像形成が行えなくなってしまう。また、衝撃音が騒音として利用者に認識されてしまう。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、駆動連結及び遮断の切換え動作を行う際の衝撃音や自由振動を、従来よりも低減できる遊星歯車クラッチ機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、太陽歯車と、遊星歯車と、該遊星歯車を回転自在に保持するキャリアと、内歯歯車とを有した遊星歯車機構と、その回転が規制されることで前記遊星歯車機構の駆動伝達機能が有効になる、突起部を有した被回転規制部材と、前記被回転規制部材の突起部に噛み合う爪部を有した回転規制部材と、前記回転規制部材を、該回転規制部材の爪部が前記被回転規制部材の突起に接触して噛み合う回転規制状態と、前記被回転規制部材の突起から離間した回転規制解除状態とに切換えさせる、ソレノイドとばねとを有した切換手段と、前記回転規制部材の回転規制解除状態になる方向への回動角度を所定角度内に規制する回動規制部材と、を設けた遊星歯車クラッチ機構において、前記被回転規制部材は、前記太陽歯車、前記キャリア、前記内歯歯車のいずれか１つと駆動連結され、前記切換手段は、前記ソレノイドの吸引力で、前記ばねの弾性力に抗して前記回転規制部材を回転規制解除状態、又は回転規制状態のいずれかに一方に切換えるように構成されており、前記ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、前記回転規制部材と前記回動規制部材とが接触することを特徴とすることを特徴とするものである。
本発明は、ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する。このように接触するので、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回転規制部材と回動規制部材との衝突が生じる直前のばねの弾性力を大きくできる。このようにばねの弾性力を大きくできるので、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回動規制部材と衝突する直前の回転規制部材の速度を遅くできる。
したがって、従来の特許文献１のように、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回転規制部材と回動規制部材との衝突により発生する衝撃音や自由振動を低減することができる。
ここで、弾性範囲内の非線形特性領域を有するばねとして、円錐コイルばね、不等ピッチばね、及びテーパコイルばね等が一般に用いられている。しかし、圧縮コイルばねや引っ張りコイルばね等も、弾性範囲内の非線形特性領域を狭いながらも有している。このように狭いばねは、一般には使用用途等に鑑み、線形特性を有する範囲で用いられることが多いが、本発明では、回動規制部材と衝突する直前の回転規制部材の速度を従来よりも遅くするため、弾性範囲内の非線形特性領域を使用した。
そして、このような切替手段側の衝撃音や自由振動を低減できる構成を、被回転規制部材が、太陽歯車、キャリア、内歯歯車のいずれか１つと駆動連結された、いずれのタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、従来のように、ばねが、線形特性領域で変形しながら、回転規制部材と回動規制部材とが接触する構成よりも、回転規制部材と回動規制部材との衝突により発生する衝撃音や自由振動を低減することができる。また、このような切替手段側の衝撃音や自由振動を低減できる構成を、被回転規制部材が、太陽歯車、キャリア、内歯歯車のいずれか１つと駆動連結された、いずれのタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用できる。
よって、駆動連結及び遮断の切換え動作を行う際の衝撃音や自由振動を、従来よりも低減できる遊星歯車クラッチ機構を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタの全体概要説明図。
【図２】作像ユニットの正回転時における、感光体及び現像ローラの駆動歯車列の説明図。
【図３】遊星歯車クラッチ機構の斜視説明図。
【図４】遊星歯車クラッチ機構の動作原理の説明図。
【図５】ソレノイドのプランジャの外周に圧縮コイルばねを配置した切換手段の説明図。
【図６】ソレノイドのプランジャの外周に円錐コイルばねを配置した切換手段の説明図。
【図７】ラチェットの突起部と規制アームの爪部が噛み合う際の噛み合い面の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を画像形成装置に適用した一実施形態として、中間転写方式のタンデム型のカラープリンタ（以下、プリンタ２００という）に適用した例について、図を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る画像形成装置であるプリンタ２００の全体概要説明図である。図２は、作像ユニット１０の正回転時における、感光体１及び現像ローラ４の駆動歯車列７０の説明図である。ここで、図２では、図中、遊星歯車クラッチ機構１００については、太陽歯車１１１に一体に設けたラチェット部１１２から内歯歯車１０１側を視た断面を示している。そして、図中、手前側に配置される出力歯車１１６、感光体１、及び現像ローラ４の外形も破線で示している。
【００１４】
また、図３は、遊星歯車クラッチ機構１００の斜視説明図、図４は、遊星歯車クラッチ機構１００の動作原理の説明図、図５は、ソレノイド１３１のプランジャ１３３の外周に圧縮コイルばね１３６ａを配置した切換手段１３０の説明図。図６は、ソレノイド１３１のプランジャ１３３の外周に円錐コイルばね１３６ｂを配置した切換手段１３０の説明図。図７は、ラチェット部１１２の突起部１１３と規制アーム１２１の爪部１２５が噛み合う際の噛み合い面の説明図である。ここで、上記各図の歯車部については、歯形は省略し、基準ピッチ円を記載するに留めている。また、以下の説明では、特に記載しない限り、各歯車及び中間転写ベルト２４等の回転体の回転方向については、画像形成時の回転方向を正回転方向、画像形成時とは逆方向への回転を逆回転方向という。また、このように相対的な回転方向でなく、絶対的な回転方向を示す必要が有る場合には、各図中時計回り又は反時計回りを、単に時計回り又は反時計回りという。また、図１、図５、図６では、各ばねの形状が分かり易いように、本来、隠れ線となる部分を実線で記載している。
【００１５】
まず、本実施形態のプリンタ２００の全体構成及び動作について説明する。図１に示すように、このプリンタ２００には、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の４色のトナーに、それぞれ対応した作像ユニット１０Ｋ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙを設けている。各作像ユニット１０は、２次転写ローラ２５の対応ローラでもある駆動ローラ２２、従動ローラ２３、及び複数の架張ローラに架け渡された中間転写ベルト２４に、下方から接触するように配置されている。また、中間転写ベルト２４の無端移動方向上流側（従動ローラ２３側）から、作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋの順で配置されている。各作像ユニット１０には、各色に対応した潜像担持体であるドラム状の感光体１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙをそれぞれ設けている。各感光体１の回りには、それぞれ帯電装置２、現像装置３、感光体クリーニング装置７等が設けられている。
【００１６】
そして、パソコン等から画像情報が送信されてくると、各感光体１を回転駆動させるとともに、各帯電装置２で、それぞれ各感光体１上を一様帯電する。その後、各感光体１の下方に配置された、光書き込み装置３０が、パソコン等から送信された画像情報に基づいて、各感光体１表面上にレーザー光を照射して静電潜像を形成する。この静電潜像を、それぞれに設けられた現像装置３でトナー付着させてトナー画像として顕像化する。
【００１７】
各感光体１表面上にそれぞれ形成された各色のトナー画像は、各感光体１の図１図中、反時計回りの回転にともない、時計回りに無端移動する中間転写ベルト２４を介した対向位置に設けられた１次転写ローラ２１の位置まで搬送される。そして、１次転写ローラ２１に印加される１次転写バイアスにより、各感光体１表面上から中間転写ベルト２４上に、順次、重ね合わせられるよう１次転写され、中間転写ベルト２４上にカラーのトナー画像が形成される。中間転写ベルト２４上に１次転写されたカラーのトナー画像は、中間転写ベルト２４の無端移動により、２次転写ローラ２５が中間転写ベルト２４を介して駆動ローラ２２に対向配置された２次転写位置まで搬送される。
【００１８】
また、転写紙やＯＨＰシート等のシートＰが、カラーのトナー画像が２次転写位置に搬送されるタイミングに合わせて、光書き込み装置３０の下方に設けられた給紙装置４０から図１中、実線で示す搬送経路４１に沿って複数のシート搬送ローラにより給紙される。そして、レジストローラ対４２により２次転写位置に搬送されたシートＰ上に、カラーのトナー画像が２次転写ローラ２５に印加される２次転写バイアスにより一括転写される。
【００１９】
カラーのトナー画像が一括転写されたシートＰは、搬送経路４１に沿って２次転写位置のシート搬送方向下流側に設けられた、定着装置１１まで搬送されてシートＰ上にカラーのトナー画像が定着される。そして、定着後のシートＰは、排紙ローラの回転により排紙口４３から排紙されて、排紙トレイ４４上にスタックされる。また、１次転写位置で各感光体１上から中間転写ベルト２４上に１次転写し切れなかった転写残トナーは、各感光体１における１次転写位置の感光体回転方向下流側に設けられた感光体クリーニング装置７によりクリーニングされる。そして、２次転写位置で中間転写ベルト２４上からシートＰ上に２次転写しきれなかった転写残トナーも、中間転写ベルトクリーニング装置２６によりクリーニングされ、再度の画像形成に備える。
【００２０】
ここで、各作像ユニット１０の感光体１、及び現像装置３に有した現像剤担持体である現像ローラ４や現像剤攪拌搬送スクリュ５,６を回転駆動する際に、個々に駆動源である駆動モータを設けても良い。しかし、本実施形態のプリンタ２００では、コストや消費するエネルギーなどを考慮して、１つの駆動モータから複数の作像ユニット１０に回転駆動力を伝達するように構成している。具体的には、カラーの画像形成時に稼動させる作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍで１つの駆動モータを共用し、利用頻度が高いブラックに対応した作像ユニット１０Ｋで１つの駆動モータを利用している。そして各作像ユニット１０内では、感光体１、及び現像装置３に有した現像ローラ４や現像剤攪拌搬送スクリュ５,６は駆動歯車列により、それぞれ回転駆動力を伝達するように構成している。このように、回転駆動系を構成することで、プリンタ２００を、低コスト化、及び省エネルギー化している。
【００２１】
また、本実施形態の各作像ユニット１０ように、感光体１や現像装置３内の現像ローラ４、現像剤攪拌搬送スクリュ５,６等の回転部材を設けた構成では、感光体１よりも現像ローラ４の稼動時間にともなう劣化の方が早く進む傾向にある。このため、現像ローラ４の回転駆動は、必要最小限にとどめることが望ましい。また、感光体１の表面上をクリーニングする感光体クリーニング装置７に有したクリーニングブレードのエッジ部にトナー、添加剤、潤滑剤、紙粉等の付着物が固着して、クリーニング不良を起こす場合がある。そこで、所定期間が経過した毎、又は、所定回数の画像形成を行った毎に、感光体１を逆回転方向に回転駆動して、クリーニングブレードのエッジ部に付着した付着物を除去する必要がある。このように付着物の除去動作を行う場合には、通常、感光体１だけでなく、現像ローラ４も逆回転方向に回転駆動することとなる。
【００２２】
そこで、本実施形態のプリンタ２００では、各作像ユニット１０において、感光体１と、現像装置３内の現像ローラ４及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６との駆動歯車列を分岐した。そして、現像装置３内の現像ローラ４及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６に回転駆動力を伝達する駆動歯車列に、双方向回転駆動に対応したクラッチ機構として遊星歯車クラッチ機構１００を設けた。このように構成することで、現像ローラ４の回転駆動を最小限の回転駆動にとどめるとともに、クリーニングブレードのエッジ部の付着物の除去動作を行うための駆動制御を可能にした。
【００２３】
次に、本実施形態のプリンタ２００に備える各作像ユニット１０の駆動歯車列、及び遊星歯車クラッチ機構１００の構成について説明する。以下の説明では、太陽歯車に被回転規制部であるラチェット部を同軸で一体に設けた（駆動連結した）タイプの遊星歯車クラッチ機構１００について説明する。しかし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、太陽歯車、キャリア、内歯歯車のいずれか１にラチェット部を駆動連結させて、その回転を規制することで、遊星歯車機構の駆動伝達機能を有効にする、いずれのタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用可能である。例えば、カップリング等を用いて駆動連結された２体構成のタイプの遊星歯車クラッチ機構にも適用可能である。また、各作像ユニット１０に設ける遊星歯車クラッチ機構１００の構成は同様であるので、以下の説明では作像ユニット１０Ｋについて説明するとともに、特に必要がない限り各色に対応した符合Ｋ、Ｍ、Ｃ、Ｙは適宜省略して説明する。
【００２４】
まず、作像ユニット１０の駆動歯車列７０について、感光体１、現像ローラ４、及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６を正回転方向に回転させる場合を例に、図２を用いて説明する。駆動歯車列７０は、駆動モータ（不図示）の出力軸に直接形成された駆動歯車７１の図中左側の感光体１を回転駆動する感光体駆動歯車列８０と、図中右側の現像ローラ４を回転駆動する現像ローラ駆動歯車列９０とに分岐されている。そして、現像ローラ駆動歯車列９０内には、遊星歯車クラッチ機構１００を設けている。そして、現像ローラ４を回転駆動させる現像ローラ駆動歯車９４の駆動力伝達方向下流には、現像剤攪拌搬送スクリュ５,６（不図示）をそれぞれ回転駆動させるスクリュ歯車（不図示）を設けている。
【００２５】
ここで、他の色に対応する作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍでは、感光体駆動歯車列８０と現像ローラ駆動歯車列９０とに駆動力を伝達する駆動歯車が、作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍのモータ駆動歯車列（不図示）に接続された各作像ユニット用の駆動歯車（不図示）である点が異なる。しかし、上記相違点を除く、作像ユニット１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍの各感光体１に回転駆動力を伝達する感光体駆動歯車列８０、及び現像ローラ駆動歯車列９０の構成は同様である。
【００２６】
各作像ユニット１０の感光体駆動歯車列８０は、駆動歯車７１に図中左側から噛み合う第１感光体歯車８１、第１感光体歯車８１に図中左斜め下方から噛み合う感光体駆動歯車８２を備えている。また、現像ローラ駆動歯車列９０は、駆動歯車７１に図中右側から噛み合う第１現像ローラ歯車９１、及び第１現像ローラ歯車９１に噛み合う入力歯車部を有した遊星歯車クラッチ機構１００を備えている。そして、遊星歯車クラッチ機構１００に有した出力歯車１１６と噛み合う第２現像ローラ歯車９２、第２現像ローラ歯車９２と噛み合う第３現像ローラ歯車９３も備えている。さらに、第３現像ローラ歯車９３と噛み合い現像ローラ４を回転駆動する現像ローラ駆動歯車９４も備えている。ここで、遊星歯車クラッチ機構１００の入力歯車である内歯歯車１０１の外周に形成された外歯歯車部１０３と外歯の出力歯車１１６は、駆動連結された状態の場合には、いずれの方向に回転駆動されても同方向に回転するように構成されている。
【００２７】
図２に示すように、遊星歯車クラッチ機構１００を駆動連結された状態で、正回転方向に感光体１及び現像ローラ４を回転させる場合には、駆動歯車７１は反時計回りに回転する。駆動歯車７１が反時計回りに回転すると、感光体駆動歯車列８０では、第１感光体歯車８１を介して感光体駆動歯車８２も正回転方向である反時計回りに回転する。また、現像ローラ駆動歯車列９０では、第１現像ローラ歯車９１が時計回りに回転し、遊星歯車クラッチ機構１００の入力歯車である内歯歯車１０１は反時計回りに回転する。そして、遊星歯車クラッチ機構１００の出力歯車１１６が正回転方向である反時計回りに回転する。この出力歯車１１６の反時計回りの回転が、第２現像ローラ歯車９２及び第３現像ローラ歯車９３を介して伝達され、現像ローラ駆動歯車９４が正回転方向の時計回りに回転する。
【００２８】
そして、遊星歯車クラッチ機構１００が遮断された状態の場合には、遊星歯車クラッチ機構１００の出力歯車１１６に内歯歯車１０１の反時計回りの回転駆動力は伝達されない。したがって、出力歯車１１６はいずれの方向にも回転しない。すなわち、遊星歯車クラッチ機構１００が遮断状態の場合に駆動モータが正回転方向に回転駆動されると、感光体１は正回転方向に回転駆動される。しかし、現像装置３内の現像ローラ４及び現像剤攪拌搬送スクリュ５,６はいずれの方向にも回転しない。なお、逆回転方向においても、遊星歯車クラッチ機構１００の駆動連結された状態と遮断された状態とで、同様に、それぞれの回転が行われることになる。
【００２９】
次に、遊星歯車クラッチ機構１００について詳細に説明する。図３に示すように、本実施形態のプリンタ２００に用いる遊星歯車クラッチ機構１００は、遊星歯車機構、出力歯車１１６、及び被回転規制部であるラチェット部１１２を有した遊星歯車部１１０を備えている。また、回転規制部材である規制アーム１２１を有した回転規制部１２０と、規制アーム１２１の噛み合い状態と非噛み合い状態とを切換える動作を与える切換手段１３０も備えている。
【００３０】
遊星歯車クラッチ機構１００の遊星歯車部１１０は、入力歯車である内歯歯車１０１と、３つの遊星歯車１０５と、各遊星歯車１０５を回転自在、かつ公転自在に保持する部材であるキャリア１０４とを備えている。そして、各遊星歯車１０５に噛み合う太陽歯車１１１も備えている。また、各遊星歯車１０５を保持しているキャリア１０４には、キャリア１０４と、キャリア１０４の回転を下流側の駆動ユニットに伝達する出力歯車１１６とを一体で動作するように接続する出力軸１０９も備えている。また、太陽歯車１１１には、被回転規制部であるラチェット部１１２が、一体で動作するよう（駆動連結された状態で）設けられている。そして、内歯歯車１０１、キャリア１０４、太陽歯車１１１、ラチェット部１１２、出力軸１０９、及び出力歯車１１６は同軸上に配置されている。
【００３１】
ここで、遊星歯車部１１０では、次のような回転運動を行う。第１現像ローラ歯車９１（図２参照）を介して内歯歯車１０１の外周に形成された外歯歯車部１０３に回転駆動力が伝達されている間は、内歯歯車１０１の内歯歯車部１０２に噛み合っている各遊星歯車１０５は常に回転運動を行う。しかし、各遊星歯車１０５を保持しているキャリア１０４は一定の条件の場合のみ回転運動を行う。つまり、遊星歯車クラッチ機構１００は、一定の条件下での遊星歯車部１１０の下流側駆動ユニットへの回転駆動力を伝達する遊星歯車機構の駆動伝達機能を有効にする駆動連結機能と、他の条件下での下流側駆動ユニットへの駆動伝達を遮断する遮断機能とを備えている。このため、出力歯車１１６も一定の条件の場合のみ回転運動を行うこととなる。次に、この遊星歯車クラッチ機構１００の駆動連結機能と遮断機能について説明する。
【００３２】
まず、遊星歯車部１１０の駆動伝達方法について説明する。図４に示すように、この遊星歯車部１１０の駆動伝達部は、主に３種類の歯車、つまり、内歯歯車１０１の内歯歯車部１０２、遊星歯車１０５、及び太陽歯車１１１を備えている。また、内歯歯車１０１の回転軸と同軸で回転可能な要素としては、内歯歯車１０１、遊星歯車１０５を自転可能、かつ公転可能に保持したキャリア１０４、及び太陽歯車１１１を備えている。そして、遊星歯車部１１０は、３つの回転可能な要素に、それぞれ回転可能な入力、出力、及び回転が規制される固定に割り振ることで、初めてその駆動伝達機能が有効となる。そこで、本実施形態の遊星歯車部１１０では、内歯歯車１０１に入力、キャリア１０４に出力、太陽歯車１１１に固定に割り振ることで、遊星歯車機構の駆動伝達機能を有効にすることとしている。そして、固定に割り振った太陽歯車１１１を、回転が規制された固定状態に切換えることで、遊星歯車部１１０を下流側の駆動ユニットに回転駆動力を伝達できる駆動伝達状態にする。また、回転自在な固定解除状態に切換えることで、遊星歯車機構の駆動伝達機能を失う状態、すなわち、キャリア１０４の回転が停止し、下流側の駆動ユニットに回転駆動力を伝達しない遮断状態にする。
【００３３】
なお、内歯歯車１０１の外周には、外歯歯車部１０３が同軸で形成され、図２に示した第１現像ローラ歯車９１に噛み合って回転駆動力が内歯歯車１０１に伝達される。また、キャリア１０４には出力歯車１１６から離れた側の基準側板１０６と、基準側板１０６に支持され遊星歯車１０５を回転自在に保持するピン１０８と、ピン１０８の他端側を支持する端部側板１０７（図３参照）を有している。そして、基準側板１０６には、出力歯車１１６に回転駆動力を伝達する出力軸１０９が接続されている。この出力軸１０９の出力歯車１１６に嵌め合わせる部分の断面は、出力歯車１１６に確実に回転駆動力を伝達できるように、回り止め加工が施されている。また、端部側板１０７には、太陽歯車１１１を回転自在な状態で向かい入れるための孔が設けられている。そして、太陽歯車１１１及び太陽歯車１１１と同軸で一体に設けられたラチェット部１１２（図３参照）には、出力軸１０９を回転自在な状態で通す孔が形成されている。次に、太陽歯車１１１を、回転が規制された固定状態と回転自在な固定解除状態とに切換える具体的な構成、つまり、遊星歯車クラッチ機構１００を、駆動連結状態及び遮断状態とに切換える具体的な構成について説明する。
【００３４】
図５に示すように、太陽歯車１１１と同軸で一体に設けられた被回転規制部であるラチェット部１１２には、規制アーム１２１に設けられた爪部１２５と噛み合う複数の突起部である突起部１１３を全周に渡り等間隔に備えている。また、ラチェット部１１２、つまり太陽歯車１１１の回転を規制する回転規制部１２０は、ラチェット部１１２のいずれかの突起部１１３に噛み合う爪部１２５を設けた規制アーム１２１と規制アーム１２１を回動可能に支持する支持軸１２３から構成されている。そして、規制アーム１２１は、支持軸１２３から爪部１２５を設けた先端側のアーム出力部１２２と、支持軸１２３から突起とは反対側のアーム入力部１２４を有している。
【００３５】
また、回転規制部１２０のアーム出力部１２２に設けた爪部１２５をラチェット部１１２の突起部１１３に噛み合う固定状態と、離間した固定解除状態とに切換える切換手段１３０にはソレノイド１３１及び圧縮ばね１３６（図５では１３６ａ）を備えている。ソレノイド１３１には、電源のオン・オフにより図５図中略水平に移動する円柱状の部材であるプランジャ１３３を設けている。プランジャ１３３の先端には規制アーム１２１のアーム入力部１２４に設けた長孔（不図示）に通る係合ピン１３４が設けられており、その略水平方向の移動により、規制アーム１２１を支持軸１２３を回動中心として回動させる。また、ソレノイド１３１のプランジャ１３３の外周には、詳しくは後述する圧縮ばね１３６を設けている。そして、プランジャ１３３の係合ピン１３４側であって、規制アーム１２１のアーム入力部１２４の回動に支障しない位置にエンドリング１３５を設け圧縮ばね１３６の一端側を規制し、他端側はソレノイド１３１を保持するソレノイドケース１３２で規制している。この圧縮ばね１３６の反力で、アーム入力部１２４の係合ピン１３４を図５図中右方向（矢印Ａ方向）に、押し出すように構成されている。
【００３６】
このように切換手段１３０を構成することで、ソレノイド１３１の電源がオフされた状態では、圧縮ばね１３６の作用によりプランジャ１３３は図５図中右方向に移動する。この移動にともない、規制アーム１２１は支持軸１２３を中心に回動し、図中反時計方向（矢印Ｃ方向）に回動する。そして、アーム出力部１２２の先端に設けられた爪部１２５のいずれかの側面が、ラチェット部１１２の突起部１１３のいずれかの側面に面接触して固定状態となる。また、ソレノイド１３１の電源がオンされると、プランジャ１３３は図５図中左方向（矢印Ｂ方向）に移動する。この移動にともない、規制アーム１２１は支持軸１２３を中心に回動し、図中時計方向（矢印Ｄ方向）に回動し、アーム出力部１２２の先端に設けられた爪部１２５は、ラチェット部１１２の突起部１１３から離間して固定解除状態となる。
【００３７】
次に、本実施形態の特徴部である、切換手段１３０の構成について、さらに詳しく説明する。従来の特許文献１で開示された構成のような切換手段では、駆動連結状態及び遮断状態に切換える際に、主に、次のような箇所で衝撃音や自由振動が発生していた。１箇所目は、被回転規制部材の突起部と回転規制部材の爪部の噛み合い箇所である。そして、２箇所目がソレノイドの電源をオンにして回転規制部材を吸引した際に、その移動を規制するソレノイドケースの受け部である。これらの箇所で衝撃音や自由振動が発生するため、画像形成装置の画質が低下したり、衝撃音が騒音として利用者に認識されてしまったりしていた。ここで、画質の低下するのは、例えば、画像形成装置では、作像ユニットや書込みユニットへの振動伝播により、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動が増大してしまうためである。
【００３８】
一方、本実施形態の衝撃音や自由振動の発生源としては、主に、次の２箇所である。１箇所目は、ラチェット部１１２の突起部１１３と規制アーム１２１の爪部１２５の噛み合い箇所である。そして、２箇所目がソレノイド１３１の電源をオンにしてプランジャ１３３を吸引した際に、その移動を規制する部分、つまり切換手段１３０側の部分である。これらの箇所から発生する衝撃音や自由振動を低減するためには、移動して衝突する部材である規制アーム１２１の衝突する直前の角速度や、プランジャ１３３の衝突する直前の速度を小さくして衝突時の力積を小さくすれば良い。そこで、本発明の発明者らは、上記２箇所目の発生源に着目し、発生する衝撃音や自由振動を低減できないか検討した。
【００３９】
従来のソレノイドにプランジャを有した構成では、プランジャの端部やプランジャを連結した規制アーム１２１のアーム入力部１２４の端部に引っ張りばね等を線形領域で変形するように配置していた。そして、ソレノイド１３１の電源がオフされた状態では、線形領域の引っ張りばねの弾性力を用いて規制アーム１２１を回動させて、突起部１１３に爪部１２５を噛み合わせてラチェット部１１２を固定状態にしていた。また、ソレノイド１３１の電源がオンされると、ソレノイド１３１の吸引力により、引っ張りばねの弾性力に抗して、プランジャ１３３を移動させることで、規制アーム１２１を回動させてラチェット部１１２を固定解除状態にしていた。しかし、ソレノイド１３１の吸引力によりプランジャ１３３を移動させる場合にも、プランジャ１３３の移動、又は規制アーム１２１の回動を規制する必要があった。これは、プランジャ１３３移動、又は規制アーム１２１の回動を規制しないとソレノイド１３１の吸引時に、引っ張りばねとソレノイド１３１の吸引力との釣り合いで、これらの移動、又は回動を規制することになり、非常に困難なためである。
【００４０】
そこで、従来は、例えば、規制アーム１２１に当接（衝突）して、その回動を規制する部材を設けていた。あるいは、プランジャ１３３のソレノイドケース１３２側にソレノイドケース１３２の外壁面と当接（衝突）して、その移動を規制する部材（エンドリング等）を設けていた。これらのプランジャ１３３の移動を規制する構成は、いずれも規制アーム１２１の回動を規制する回動規制部材として機能している。しかし、いずれの方法も規制アーム１２１の回動を規制する際、回動又は移動する部材が静止した回動規制部材に衝突する構成である。
【００４１】
ここで、規制アーム１２１がソレノイドに吸着される場合の反力は、規制アーム１２１の回動にともなって、引っ張りばねが引き伸ばされる長さに比例する。一方、ソレノイドの吸引力は、吸引する場合のソレノイドに有するプランジャ１３３の移動距離に略反比例して、その距離が近づくほど強くなる。このような反力と吸引力との関係から、引っ張りばねのばね定数を適切に設定することで衝撃音や自由振動をある程度は低減できるものの、画像形成装置内の他の機器への振動の影響や、利用者に騒音として認識されない程度の衝撃音にまでは低減できなかった。
【００４２】
そこで、発明者らは、圧縮ばね（押しばね）や引張りばねが有する、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域に着目した。ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、回動又は移動する部材と静止した回動規制部材とが衝突すれば、線形特性領域で変形しながら衝突する構成よりも、衝突が生じる直前のばねの弾性力を大きくできる。このようにばねの弾性力を大きくして、線形特性領域で変形しながら衝突する構成よりも、回動規制部材と衝突する直前の回動又は移動する部材の速度を遅くできる。したがって、回動又は移動する部材と静止した回動規制部材とが衝突する際に作用する力積を小さくすることができ、規制アーム１２１の回動を規制する際に生じる衝撃音や自由振動も低減することができる。
【００４３】
具体的には、本実施形態の切換手段１３０では、図５に示したように、プランジャ１３３の外周に圧縮ばね１３６を設けるとともに、係合ピン１３４側にエンドリング１３５を設けた。このように構成することで、ラチェット部１１２を固定状態にするのに、圧縮ばね１３６の弾性力である反力を利用できる。また、圧縮ばね１３６を線間接触するように配置することで、規制アーム１２１の回動を規制する際に衝突する部材（回動規制部材）を圧縮ばね１３６自身とすることができ、引っ張りばねを用いた場合のように別途、回動規制部材や引張りばねの他端側を支持する部材を設ける必要がない。したがって、ソレノイドケース１３２と引っ張りばねの他端側を支持する部材間で、引っ張りばねを介して生じる振動も抑制できるとともに、切換手段１３０を小型化できる。また、プランジャ１３３の外周に圧縮ばね１３６を設けているので、圧縮ばね１３６の座屈現象の発生も抑制できる。
【００４４】
したがって、従来よりも、ソレノイドケース１３２とプランジャ１３３とが衝突した際に発生する衝撃音を低減でき、利用者が認識する騒音を低減できる。また、同時に発生する自由振動も低減でき、隣接する他の機器への影響を抑制することもできる。よって、低騒音、かつ、各作像ユニット１０や光書き込み装置３０への振動伝播を抑制でき、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動を低減し、高画質なプリンタ２００を提供できる。
【００４５】
また、用いる圧縮ばね１３６の種類としては、図５に示した、ばねの外径が一定な圧縮コイルばね１３６ａや、図６に示した、ばねの外径が変化する円錐コイルばね１３６ｂを用いることができる。圧縮コイルばね１３６ａは、加わる（ソレノイドの吸引力）に対する変形量の関係が線形特性領域を利用するものが、一般に広く流通しているとともに汎用性が高いため、その製造コストや調達コストを低減できるというメリットがある。
【００４６】
一方、円錐コイルばね１３６ｂは、荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域での変形を利用されることを前提に作られており、加わる荷重が増えるほど変形量が少なくなる（バネ定数が大きくなる）。つまり、非線形特性領域では、変形量が大きくなるほど弾性力（反力）が大きくなる。そして、圧縮コイルばね１３６ａのように、線形特性領域での利用を前提に作られている圧縮ばねよりも、非線形特性領域の範囲が広くできるとともに、ばね定数が増加する割合も大きくできる。したがって、規制アーム１２１の回動を規制する際に生じる衝撃音や自由振動を、圧縮コイルばね１３６ａを用いるよりも低減することができる。
【００４７】
また、圧縮コイルばね１３６ａよりも、ばねの線材同士が密着する密着高さを低くできる（Ｌａ＞Ｌｂ）ので、ソレノイド１３１の吸引力を効果的に活用でき、より小型のソレノイド１３１を用いることができる。さらに、座面接触型の円錐コイルばねを用いると、ばねの線材同士は密着せず、密着高さを最も線径が大きい部分の線径と同じ高さにできるのでより好ましい。ここで、本実施形態では、非線形特性領域での変形を利用されることを前提に作られているばねとして、円錐コイルばね１３６ｂを用いた例を説明しているが、不等ピッチばねやテーパコイルばね等、設計条件に合わせ適宜選択して用いることができる。
【００４８】
また、これまで説明してきた切換手段１３０（２箇所目の発生源）に加え、ラチェット部１１２の突起部１１３と規制アーム１２１の爪部１２５との噛み合い箇所の構成を規定することで、遊星歯車クラッチ機構１００から発生する衝撃音や自由振動も低減することもできる。次に、その方法を説明する。
図７（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の遊星歯車クラッチ機構１００では、ラチェット部１１２に複数有した突起部１１３のいずれかと、規制アーム１２１に設けた爪部１２５とが噛み合う面が、駆動伝達する回転駆動力の回転方向により異なる。ここで、図７（ａ）が、正回転方向時の噛み合い状態を示し、図７（ｂ）が、逆回転方向時の噛み合い状態を示している。
【００４９】
上述したように、遊星歯車クラッチ機構１００から発生する衝撃音や自由振動を低減するためには、移動して衝突する部材である規制アーム１２１の角速度やプランジャ１３３の移動速度を小さくするか、それぞれの衝突中の接触時間を長くして衝突時の力積を小さくすれば良い。
【００５０】
そこで、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、遊星歯車クラッチ機構１００で正回転方向への駆動連結を行う場合、つまり、ラチェット部１１２の正回転方向への回転を規制する場合の突起部１１３と爪部１２５とが噛み合う面である第１接触面を次のように規定することとした。
【００５１】
まず、突起部１１３と爪部１２５とが面で噛み合った際の突起部１１３の端部と爪部１２５の端部とを結ぶ線分の中間点を通る直線を第１接触面中間線と定義する。この第１接触面中間線と、規制アーム１２１の支持軸１２３の回転中心とを、その面内に有する面を第１回動アーム面と定義する。そして、この第１回動アーム面と第１接触面とがなす角度を第１角度：θ１［ｒａｄ］と定義し、第１角度：θ１を、４π／９≦θ１≦π／２の範囲に規定した。
【００５２】
このように第１角度：θ１が、θ１≦π／２を満たすことで、突起部１１３と爪部１２５とが噛み合い時、及び駆動連結中（噛み合い中）の圧縮ばね１３６の、ばね力を弱く設定することができる。これは第１角度：θ１が、θ１≦π／２を満たすことで、噛み合い部分で次ぎのような噛み合い動作が行われるためである。一旦、突起部１１３の第１接触面に爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第１接触面に突起部１１３の端部が接触すると、駆動伝達方向下流側の被駆動ユニットの負荷がラチェット部１１２に伝達され、ラチェット部１１２に正回転方向へ回転しようとする力が生じる。
【００５３】
このラチェット部１１２の正回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３の第１接触面を爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第１接触面を突起部１１３の端部が滑るようにして噛み合いが進行する。また、駆動連結中、つまり噛み合い中は、ラチェット部１１２の正回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３と爪部１２５との噛み合いが維持される。このように噛み合いが進行するとともに維持されるので、規制アーム１２１に噛み合う方向に回動する力、すなわち圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができる。
逆に、第１角度：θ１が、π／２＜θ１のとき、規制アーム１２１が受ける力は規制アーム１２１がラチェット部１１２側から離間する方向である。このため正回転方向への駆動連結を行う場合、突起部１１３と爪部１２５とを噛み合うように、圧縮ばね１３６の力で押し戻してやらねばならず、圧縮ばね１３６のばね力を強く設定せざるをえない。
【００５４】
また、第１角度：θ１が、４π／９≦θ１を満たすことで、規制アーム１２１の離間動作に必要なソレノイド１３１の吸引力を低く抑えることができ、ソレノイド１３１をオンした時の衝撃音や自由振動を低減できる。これは第１角度：θ１が、θ１＜４π／９のとき、規制アーム１２１が受ける力がラチェット部１１２側へ向きすぎて、吸引力の強いソレノイド１３１を使用しないと、ラチェット部１１２から規制アーム１２１を離間できなくなるためである。そこで、本実施形態では、第１角度：θ１を、４π／９≦θ１とすることで、離間動作に必要に必要なソレノイド１３１の力を小さくした。
【００５５】
上述したように、第１角度：θ１を、４π／９≦θ１≦π／２の範囲に規定することで、圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができるとともに、噛み合い解除に必要なソレノイド１３１の力も小さくできる。したがって、規制アーム１２１の角速度やプランジャ１３３の移動速度を小さできるとともに、それぞれの衝突中の接触時間を長くして、その力積を小さくできる。これにより、規制アーム１２１の接触動作時に発生する衝撃音や自由振動を低減できるとともに、切換手段１３０から発生する衝撃音や自由振動を低減も、さらに低減できる。つまり、弱い圧縮ばね１３６、及び弱いソレノイド１３１を用いて規制アーム１２１を回動させれば、衝突直前の規制アーム１２１の角速度は小さくなるので、結果的に衝撃音および自由振動は小さくなる。また、ソレノイド１３１を駆動させて離間させる場合の衝撃音や自由振もさらに低減できる。
【００５６】
また、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、遊星歯車クラッチ機構１００で逆回転方向への駆動連結を行う場合、つまり、ラチェット部１１２の逆回転方向への回転を規制する場合の突起部１１３と爪部１２５とが噛み合う面である第２接触面を次のように規定することとした。
【００５７】
まず、突起部１１３と爪部１２５とが面で噛み合った際の突起部１１３の端部と爪部１２５の端部とを結ぶ線分の中間点を通る直線を第２接触面中間線と定義する。この第２接触面中間線と、規制アーム１２１の支持軸１２３の回転中心とを、その面内に有する面を第２回動アーム面と定義する。そして、この第２回動アーム面と第２接触面とがなす角度を第２角度：θ２［ｒａｄ］と定義し、第２角度：θ２を、π／２≦θ２≦５π／９の範囲に規定した。
【００５８】
このように第２角度：θ２が、π／２≦θ２を満たすことで、突起部１１３と爪部１２５とが噛み合い時、及び駆動連結中（噛み合い中）の圧縮ばね１３６の、ばね力を弱く設定することができる。これは第２角度：θ２が、π／２≦θ２を満たすことで、噛み合い部分で次ぎのような噛み合い動作が行われるためである。一旦、突起部１１３の第２接触面に爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第２接触面に突起部１１３の端部が接触すると、駆動伝達方向下流側の被駆動ユニットの負荷がラチェット部１１２に伝達され、ラチェット部１１２に逆回転方向へ回転しようとする力が生じる。
【００５９】
このラチェット部１１２の逆回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３の第２接触面を爪部１２５の端部が、又は爪部１２５の第２接触面を突起部１１３の端部が滑るようにして噛み合いが進行する。また、駆動連結中、つまり噛み合い中は、ラチェット部１１２の逆回転方向へ回転しようとする力により、突起部１１３と爪部１２５との噛み合いが維持される。このように噛み合いが進行するとともに維持されるので、規制アーム１２１に噛み合う方向に回動する力、すなわち圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができる。
逆に、第２角度：θ２が、θ２＜π／２のとき、規制アーム１２１が受ける力は規制アーム１２１がラチェット部１１２側から離間する方向である。このため正回転方向への駆動連結を行う場合、突起部１１３と爪部１２５とを噛み合うように、圧縮ばね１３６の力で押し戻してやらねばならず、圧縮ばね１３６のばね力を強く設定せざるをえない。
【００６０】
また、第２角度：θ２が、θ２≦５π／９を満たすことで、規制アーム１２１の離間動作に必要なソレノイド１３１の吸引力を低く抑えることができ、ソレノイド１３１をオンした時の衝撃音や自由振動を低減できる。これは第２角度：θ２が、５π／９＜θ２のとき、規制アーム１２１が受ける力がラチェット部１１２側へ向きすぎて、吸引力の強いソレノイド１３１を使用しないと、ラチェット部１１２から規制アーム１２１を離間できなくなるためである。そこで、本実施形態では、第２角度：θ２を、θ２≦５π／９とすることで、離間動作に必要に必要なソレノイド１３１の力を小さくした。
【００６１】
上述したように、第２角度：θ２を、π／２≦θ２≦５π／９の範囲に規定することで、圧縮ばね１３６のばね力を弱く設定することができるとともに、噛み合い解除に必要なソレノイド１３１の力も小さくできる。したがって、規制アーム１２１の角速度やプランジャ１３３の移動速度を小さできるとともに、それぞれの衝突中の接触時間を長くして、その力積を小さくできる。これにより、規制アーム１２１の接触動作時に発生する衝撃音や自由振動を低減できるとともに、切換手段１３０から発生する衝撃音や自由振動を低減も、さらに低減できる。つまり、弱い圧縮ばね１３６、及び弱いソレノイド１３１を用いて規制アーム１２１を回動させれば、衝突直前の規制アーム１２１の角速度は小さくなるので、結果的に衝撃音および自由振動は小さくなる。また、ソレノイド１３１を駆動させて離間させる場合の衝撃音や自由振もさらに低減できる。
【００６２】
また、上述した本実施形態の切換手段１３０の説明では、ソレノイド１３１を保持するソレノイドケース１３２とエンドリング１３５との間のプランジャ１３３の外周に、圧縮ばね１５３を直接配置した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、圧縮ばね１３６の両端を、それぞれ規制するソレノイドケース１３２及びエンドリング１３５のいずれか、又は両方に緩衝ゴムを配置することで、さらに衝撃音や自由振動を低減することができる。
【００６３】
また、本発明を、潜像担持体である感光体１及び現像剤担持体である現像ローラ４等を駆動する作像ユニット１０の駆動歯車列７０、つまり作像系に適用した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、レジストローラ対４２やシート搬送ローラ等を駆動する給紙レジスト系、定着ローラ対や脱圧カムや排紙ローラ等を駆動する排紙系、及び１次転写ローラ２１等と中間転写ベルト２４とを接離させる中間接離系等の駆動系にも適用可能である。但し、作像ユニット１０及び書込みユニットへの振動は画質に影響を及ぼすが、特に作像系の駆動歯車列７０は上記ユニットに近い配置のため、課題になりやすい。
【００６４】
また、本発明を、規制アーム１２１を圧縮ばねを用いて回動させる構成に適用した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、規制アーム１２１を引っ張りばねを用いて回動させる構成にも適用できる。
また、ソレノイド１３１にプランジャ１３３を有した構成に適用した例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ソレノイド１３１の吸引力で規制アーム１２１を直接、吸引する構成にも適用できる。
そして、上記のような遊星歯車クラッチ機構１００を用いることで、電磁クラッチを用いるよりも、低コスト化や省エネ化が可能となる。
【００６５】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
太陽歯車１１１などの太陽歯車と、遊星歯車１０５などの遊星歯車と、該遊星歯車を回転自在に保持するキャリア１０４などのキャリアと、内歯歯車１０１などの内歯歯車とを有した遊星歯車部１１０などの遊星歯車機構と、その回転が規制されることで前記遊星歯車機構の駆動伝達機能が有効になる、突起部１１３などの突起部を有したラチェット部１１２などの被回転規制部材と、前記被回転規制部材の突起部に噛み合う爪部１２５などの爪部を有した規制アーム１２１などの回転規制部材と、前記回転規制部材を、該回転規制部材の爪部が前記被回転規制部材の突起に接触して噛み合う回転規制状態と、前記被回転規制部材の突起から離間した回転規制解除状態とに切換えさせる、ソレノイド１３１などのソレノイドと圧縮ばね１３６などのばねとを有した切換手段１３０などの切換手段と、前記回転規制部材の回転規制解除状態になる方向への回動角度を所定角度内に規制する線間接触した圧縮ばね１３６などの回動規制部材と、を設けた遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構において、前記被回転規制部材は、前記太陽歯車、前記キャリア、前記内歯歯車のいずれか１つと駆動連結され、前記切換手段は、前記ソレノイドの吸引力で、前記ばねの弾性力に抗して前記回転規制部材を回転規制解除状態、又は回転規制状態のいずれかに一方に切換えるように構成されており、前記ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、前記回転規制部材と前記回動規制部材とが接触することを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、駆動連結及び遮断の切換え動作を行う際の衝撃音や自由振動を、従来よりも低減できる遊星歯車クラッチ機構を提供できる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、圧縮ばね１３６などの前記ばねが、圧縮コイルばね１３６ａなどの圧縮コイルばねであることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧縮コイルばね１３６ａなどの前記圧縮ばねの製造コストや調達コストを低減できる。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）において、圧縮ばね１３６などの前記ばねが、円錐状コイルばね１３６ｂなどの円錐コイルばねであることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ソレノイドケース１３２とプランジャ１３３との衝突時に生じる衝撃音や自由振動を、圧縮コイルばね１３６ａを用いるよりも低減することができる。また、圧縮コイルばね１３６ａよりも、ばねの線材同士が密着する密着高さを低くできるので、ソレノイド１３１の吸引力を効果的に活用でき、より小型のソレノイド１３１を用いることができる。
（態様Ｄ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｃ）のいずれかにおいて、圧縮ばね１３６などの前記ばねが、ソレノイド１３１などの前記ソレノイドに有したプランジャ１３３などのプランジャの外周に設けられていることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧縮ばね１３６などのばねが線間接触することで、規制アーム１２１などの回転規制部材の回動を規制する回動規制部材としても機能させることができ、部品点数を減らせる。また、別途、ソレノイド１３１などのソレノイドを保持するソレノイドケース１３２などの保持部材の外に設けたばねと他の部材との間で、発生する振動も抑制できるとともに、切換手段１３０などの切換手段を小型化できる。また、プランジャ１３３などのプランジャの外周にばねを設けているので、ばねの座屈現象の発生も抑制できる。
（態様Ｅ）
感光体１や現像ローラ４などの複数の回転体を１つの駆動源で駆動する駆動歯車列７０などの駆動列を備え、転写紙等のシート上に画像を形成する画像形成装置において、前記駆動列内に、（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれかの遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構を設けていることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、低騒音、かつ、各作像ユニット１０などの各作像ユニットや光書き込み装置３０などの光書き込みユニットへの振動伝播を抑制でき、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動を低減し、高画質なプリンタ２００などの画像形成装置を提供できる。また、遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構を用いることで、電磁クラッチを用いるよりも、低コスト化や省エネ化が可能となる。
（態様Ｆ）
（態様Ｅ）において、駆動歯車列７０などの前記駆動列で駆動される複数の回転体に、感光体１などの潜像担持体と現像ローラ４などの現像剤担持体とを含んでいることを特徴とするものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、各作像ユニット１０などの各作像ユニットや光書き込み装置３０などの光書き込みユニットに伝播する自由振動を、他の箇所に本発明を適用した遊星歯車クラッチ機構１００などの遊星歯車クラッチ機構を用いるよりも効果的に低減でき、バンディングやショックジターといった出力画像の濃度変動を抑制した、より高画質なプリンタ２００などの画像形成装置を提供できる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ 現像装置
４ 現像ローラ
５ 現像剤攪拌搬送スクリュ
７ 感光体クリーニング装置
１０ 作像ユニット
１１ 定着装置
２１ １次転写ローラ
２２ 駆動ローラ
２３ 従動ローラ
２４ 中間転写ベルト
２５ ２次転写ローラ
２６ 中間転写ベルトクリーニング装置
３０ 光書き込み装置
４０ 給紙装置
４１ 搬送経路
４２ レジストローラ対
４３ 排紙口
４４ 排紙トレイ
７０ 駆動歯車列
７１ 駆動歯車
８０ 感光体駆動歯車列
８１ 第１感光体歯車
８２ 感光体駆動歯車
９０ 現像ローラ駆動歯車列
９１ 第１現像ローラ歯車
９２ 第２現像ローラ歯車
９３ 第３現像ローラ歯車
９４ 現像ローラ駆動歯車
１００ 遊星歯車クラッチ機構
１０１ 内歯歯車
１０２ 内歯歯車部
１０３ 外歯歯車部
１０４ キャリア
１０５ 遊星歯車
１０６ 基準側板（キャリア）
１０７ 端部側板（キャリア）
１０８ ピン（キャリア）
１０９ 出力軸
１１０ 遊星歯車部
１１１ 太陽歯車
１１２ ラチェット部
１１３ 突起部
１１６ 出力歯車
１２０ 回転規制部
１２１ 規制アーム
１２２ アーム出力部
１２３ 支持軸
１２４ アーム入力部
１２５ 爪部
１３０ 切換手段
１３１ ソレノイド
１３２ ソレノイドケース
１３３ プランジャ
１３４ 係合ピン
１３５ エンドリング
１３６ 圧縮ばね
１３６ａ 圧縮コイルばね
１３６ｂ 円錐状コイルばね
２００ プリンタ
Ｐ シート
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６７】
【特許文献１】特開２００９−０７３６４８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽歯車と、遊星歯車と、該遊星歯車を回転自在に保持するキャリアと、内歯歯車とを有した遊星歯車機構と、
その回転が規制されることで前記遊星歯車機構の駆動伝達機能が有効になる、突起部を有した被回転規制部材と、
前記被回転規制部材の突起部に噛み合う爪部を有した回転規制部材と、
前記回転規制部材を、該回転規制部材の爪部が前記被回転規制部材の突起に接触して噛み合う回転規制状態と、前記被回転規制部材の突起から離間した回転規制解除状態とに切換えさせる、ソレノイドとばねとを有した切換手段と、
前記回転規制部材の回転規制解除状態になる方向への回動角度を所定角度内に規制する回動規制部材と、
を設けた遊星歯車クラッチ機構において、
前記被回転規制部材は、前記太陽歯車、前記キャリア、前記内歯歯車のいずれか１つと駆動連結され、
前記切換手段は、前記ソレノイドの吸引力で、前記ばねの弾性力に抗して前記回転規制部材を回転規制解除状態、又は回転規制状態のいずれかに一方に切換えるように構成されており、
前記ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、前記回転規制部材と前記回動規制部材とが接触することを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項２】
請求項１に記載の遊星歯車クラッチ機構において、
前記ばねが、
圧縮コイルばねであることを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項３】
請求項１に記載の遊星歯車クラッチ機構において、
前記ばねが、
円錐コイルばねであることを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一に記載の遊星歯車クラッチ機構において、
前記ばねが、
前記ソレノイドに有したプランジャの外周に設けられていることを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項５】
複数の回転体を１つの駆動源で駆動する駆動列を備え、転写紙等のシート上に画像を形成する画像形成装置において、
前記駆動列内に、請求項１乃至４のいずれか一に記載の遊星歯車クラッチ機構を設けていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像形成装置において、
前記駆動列で駆動される複数の回転体に、潜像担持体と現像剤担持体とを含んでいることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
太陽歯車と、遊星歯車と、該遊星歯車を回転自在に保持するキャリアと、内歯歯車とを有した遊星歯車機構と、
その回転が規制されることで前記遊星歯車機構の駆動伝達機能が有効になる、突起部を有した被回転規制部材と、
前記被回転規制部材の突起部に噛み合う爪部を有した回転規制部材と、
前記回転規制部材を、該回転規制部材の爪部が前記被回転規制部材の突起に接触して噛み合う回転規制状態と、前記被回転規制部材の突起から離間した回転規制解除状態とに切換えさせる、ソレノイドとばねとを有した切換手段と、
前記回転規制部材の回転規制解除状態になる方向への回動角度を所定角度内に規制する回動規制部材と、
を設けた遊星歯車クラッチ機構において、
前記被回転規制部材は、前記太陽歯車、前記キャリア、前記内歯歯車のいずれか１つと駆動連結され、
前記切換手段は、前記ソレノイドの吸引力で、前記ばねの弾性力に抗して前記回転規制部材を回転規制解除状態、又は回転規制状態のいずれかに一方に切換えるように構成されており、
前記ばねが、その荷重−たわみ関係が弾性範囲内の非線形特性領域で変形しながら、前記回転規制部材と前記回動規制部材とが接触することを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項２】
請求項１に記載の遊星歯車クラッチ機構において、
前記ばねが、
圧縮コイルばねであることを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項３】
請求項１に記載の遊星歯車クラッチ機構において、
前記ばねが、
円錐コイルばねであることを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一に記載の遊星歯車クラッチ機構において、
前記ばねが、
前記ソレノイドに有したプランジャの外周に設けられていることを特徴とする遊星歯車クラッチ機構。
【請求項５】
複数の回転体を１つの駆動源で駆動する駆動列を備え、転写紙等のシート上に画像を形成する画像形成装置において、
前記駆動列内に、請求項１乃至４のいずれか一に記載の遊星歯車クラッチ機構を設けていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像形成装置において、
前記駆動列で駆動される複数の回転体に、潜像担持体と現像剤担持体とを含んでいる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６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１３９７１（Ｐ２０１３−１１３９７１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８８６１（Ｐ２０１１−２５８８６１）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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