駆動伝達装置およびこれを備えた画像形成装置

【課題】噛み合い時の振動を従動軸の画像形成用の回転体に伝えないようにし、また、部品寸法公差によってギヤの軸方向取り付け位置が変化した場合に対応でき、噛み合い周期で発生する加振力の大きさに応じて抑止力を調整でき、画質向上を図るとともに小型軽量に適した駆動伝達装置およびこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】モータ等の駆動源に連結された駆動軸１と、作業を行う従動軸３と、この従動軸３に前記駆動軸１のトルクを伝達する伝達機構部としてのはす歯ギヤ４を有する駆動伝達装置において、回転する従動側はす歯ギヤ４の噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に、側面回転と連れ回る制振用の回転ローラ５を押し当てる構成とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動軸と従動軸と伝達機構からなる機構系で、従動軸を精度良く回転させるための駆動伝達装置およ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】
従来、例えば、はす歯歯車の側面端部に切り欠き部を設け、噛み合い時の振動を吸収させるはす歯歯車、および従動ギヤ側面に対向する形でフライホイールを設け、起動時にはフライホイールが連れ回りしないようにする一方で、定速時にはフライホイールが従動ギヤと一緒に回転するようにした駆動伝達装置が知られている（例えば特許文献１および２参照）。
特許文献１では、ギヤ側面端部に切り欠きを設けることで、その周辺部の歯面強度、歯面精度が低下する。とくにギヤが樹脂で成形された場合、切り欠き部に応力が集中し、その周辺部のギヤ歯が負荷トルクによって破損する可能性がある。また、歯筋誤差の低下による振動増加が懸念される。これらの理由で当該駆動伝達装置には不向きである。
特許文献２の場合、フライホイールを付加する方法であるが、フライホイールを組み込んだ分、製品が重くなるということや、とくにカラー機になると４色分の従動ギヤに夫々フライホイールを付けるため、上記の問題が顕著化する。また、小型化という観点でも不向きである。
【特許文献１】実開平６−２８４０７号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６９９３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、かかる駆動伝達装置が画像形成装置に使用される場合には、画像機器におけるギヤ伝達機構系の影響が、塗りつぶし画像での濃度ムラ（バンディング）との関連が高いため、噛み合い時の振動を従動軸の画像形成用の回転体に伝えないようにしなければならない。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、噛み合い時の振動を従動軸の画像形成用の回転体に伝えないようにし、また、部品寸法公差によってギヤの軸方向取り付け位置が変化した場合に対応でき、噛み合い周期で発生する加振力の大きさに応じて抑止力を調整でき、画質向上を図るとともに小型軽量に適した駆動伝達装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、駆動源により回転駆動される駆動ギヤと、駆動ギヤと噛合して従動回転するはす歯ギヤと、を有する駆動伝達装置において、はす歯ギヤの側面であって駆動ギヤとの噛み合い部近傍のスラスト力が加わる部分に、制振用の回転ローラを押し当てて連れ回りするように構成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記はす歯ギヤの噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に前記回転ローラを押し当てるための弾性ばねを備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１、または２において、前記回転ローラは、予め一定の押圧力を生成するように構成された弾性体ローラであることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１、２または３において、前記回転ローラを、前記はす歯ギヤの外周寄りの側面に当接させたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１、２、３または４において、前記回転ローラが連れ回りする前記従動ギヤ側面に、噛み合い周波数に対応させた凹凸が設けてあることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発明に於いて、前記回転ローラを、前記従動ギヤの両側面に当接させたことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１乃至６において、回転ローラが駆動ギヤの起動時には前記はす歯ギヤ側面から離れ、定速時には接触して連れ回るように進退させる接離機構を備えたことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至７において、前記回転ローラが、前記はす歯ギヤに一定の負荷を与える構成であることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１乃至８において、前記回転ローラが円錐台形状であり、前記従動ギヤ外周部側に対応する方の半径を大きくすることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、表面に静電潜像を形成し周方向に回転移動する像担持体と、像担持体上の静電潜像を顕像化する現像手段と、顕像化されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、転写される記録材上のトナー像を固定する定着手段とを有する画像形成装置において、前記像担持体を駆動する従動側はす歯ギヤの噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に、側面回転と連れ回る制振用の回転ローラを押し当てる構成とした駆動伝達装置を有する画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、複写機やプリンタの感光体ドラム駆動系への応用を始め、ギヤ伝達機構部で発生する噛み合い周期の回転ムラを抑制して、従動軸を精度良く運転する幅広い分野に応用できる。
また、回転する従動側はす歯ギヤの噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に、側面回転と連れ回る制振用の回転ローラを押し当てる構成としたことで、負荷トルクの大きさによって変化するスラスト力が大口径ギヤ歯部に加わったさいの弾性変形の低減と、噛み合い周期での歯面側面のスラスト方向への振動の抑制の働きがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による駆動伝達装置の構成の実施の形態を示す概略図である。図２は図１の構成の右側面図である。図３は図１の従動ギヤに発生するスラスト力を示す概略図である。図４は制振用の回転ローラによるスラスト力の抑えを示す概略図である。
図１ないし図４において、モータ等の駆動源（図示せず）に連結された駆動軸１には駆動ギヤ２の軸心部が固定される。作業を行なう従動軸３にはこの従動軸３に駆動軸１のトルクを伝達する伝達機構部としてのはす歯ギヤである従動ギヤ４が設けられる。
駆動ギヤ２と従動ギヤ４は噛み合っている。図１および図２から見られるように、回転する従動側のはす歯ギヤ４の噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に押し当てるように、側面回転と連れ回る制振用の回転ローラ５を設けている。
はす歯ギヤ（この場合、従動ギヤ４）は、平歯ギヤに比べ、噛み合う歯数を増やすことで回転方向のトルク伝達を滑らかにしているが、歯を軸方向から傾けた角度（ねじれ角β）に応じてスラスト力が発生する（図３）。
とくに大口径の樹脂ギヤではこのスラスト力の影響によって、ギヤ歯面が傾き、正規の歯面位置から誤差が発生する。また、トルク伝達が滑らかになったとはいえ、噛み合い周期での振動が発生し、大口径の歯面が軸方向（スラスト方向）に振動する。
これを抑制する手段として、上述したような、回転する従動側のはす歯ギヤ４の噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に、側面回転と連れ回る制振用の回転ローラ５の周面を押し当てる構成とする。
この制振用の回転ローラ５は、負荷トルクの大きさにしたがって変化するスラスト力が大口径ギヤ歯部に加わったさいの弾性変形を抑え、歯面位置の誤差を軽減させる（図４）。
また、噛み合い周期に同期して歯面側面がスラスト方向に振動するが、これを制振用の回転ローラ５によって抑制するという２つの働きがある。これにより、歯面位置が正規の位置に近づき回転ムラが小さくなるとともにスラスト振動を直接抑えることができるので効果が倍増する。
【０００７】
図５は制振用の回転ローラの弾性支持機構の第１の実施の形態を示す概略図である。図６は制振用の回転ローラの弾性支持機構の第２の実施の形態を示す概略図である。噛み合い振動とスラスト変形を抑制する制振用の回転ローラ５は、ローラ支持機構の弾性ばねによって押し当てる構成とする。
弾性ばねの方式としては、図５のように基部６ａによって支持された板ばね６、または図６のように基部７ａによって支持されたスプリング（コイルばね）７など様々な弾性部材が適用できる。これらの弾性ばねによって、従動ギヤ４側面の位置が部品寸法バラツキによって変化した場合でも、適切に制振用の回転ローラ５を押し当てることが可能となる。
スラスト振動が大きくなってもその分、弾性体６、７の復元力も増加するのでスラスト振動を小さくできる。したがって、はす歯ギヤ４の噛み合い振動を、効率よく低減させることができる。
図７は制振用の回転ローラの第１の変形例を示す概略図である。図７において、噛み合い振動とスラスト変形を抑制する制振用の回転ローラは弾性体ローラ５ａとしている。この場合には、予め一定の押圧になるような構成とする。
弾性体ローラ５ａとしては、図のように外周部にゴムやウレタンを配置したベアリングや樹脂成形したものなどが適用できる。この弾性体ローラ５ａによって、従動ギヤ側面の位置が部品寸法バラツキによって変化した場合でも、適切に制振用の回転ローラを押し当てることが可能となる。スラスト振動が大きくなってもその分、弾性体の復元力も増加するのでスラスト振動を小さくできる。
【０００８】
図８は制振用の回転ローラの取り付け位置の第１の実施の形態を示す概略図である。図９は制振用の回転ローラの取り付け位置の第２の実施の形態を示す概略図である。噛み合い振動やスラスト変形は、このように回転軸３から離れるほど大きくなる。半径ｒの歯面でスラスト力Ｆｓが働く場合、ｒ近傍で制振用の回転ローラ５を配置する（図８）と、ローラ押し付け力は約Ｆｓとなる。
ところが、ｒ／２の位置に制振用の回転ローラ５を設けると（図８）、ローラ押し付け力は２Ｆｓ必要となり、回転ローラ面に負担（寿命面、支持機構）が掛かる。そこで、この振動や変形の大きなポイント（外周側）に、制振用の回転ローラ５を配置し、振動や変形を低減させる。
変化（振動や変形）が大きくなった分、抑制しやすく、また、その効果も大きい。外周側になるほど周速が増加するが、回転ローラ方式としているので、回転しないすべり接触式より有利で、高速動作にも対応が可能である。
図１０ははす歯ギヤ側面に施した凹凸加工を示す概略図である。はす歯ギヤ（従動ギヤ）４の噛み合い振動は、回転速度×歯数分の周波数で発生する。この振動によってはす歯ギヤ外周がスラスト方向に振動している。
そこで、図１０に示すように、この振動と同じ周波数で位相が逆になるようにはす歯ギヤ側面に一定のピッチで周方向に連続する凹凸８の加工を施す。その結果、制振用の回転ローラ５がこの凹凸面を移動するさいにスラスト方向に変位し、この変位量と弾性部材剛性値の積の力が噛み合い振動を打ち消す方向に働き、噛み合い振動を低減できる。
図１１は制振用の回転ローラを従動ギヤの両側に設ける実施の形態を示す概略図である。回転方向が正回転と逆回転がある場合、スラスト力は図１０のように２つの方向になる。そこで、どちらの方向にも対応可能なように従動ギヤ４側面の両側に固定部５ｂに支持された制振用の回転ローラ５を配置する。
これにより、回転方向が変化しても、どちらかの制振用の回転ローラが振動を抑えるように働き、正逆回転する場合においても、高精度に回転を伝達する駆動系を提供することができる。
【０００９】
図１２は制振用の回転ローラと従動ギヤの接離の関係を従動ギヤの回転速度と時間に関してグラフで示す概略図である。図１３は制振用の回転ローラと従動ギヤの接離の関係を制振用の回転ローラの回転速度と時間に関してグラフで示す概略図である。
駆動系の起動時には、定常負荷トルクに加え起動加速度に応じた慣性分の負担が駆動モータに加わる。とくに短時間で起動するような場合、起動トルクが大きくなり、これに制振用の回転ローラ５の負荷トルクが加わると駆動モータの出力、容量も大きくする必要が出てくる。
そこで、起動時のモータへの負担を小さくするために、起動時は制振用の回転ローラ５を従動ギヤ４側面から離れるようにし、定常速度になってから接触して連れ回るようにする。
そのために、回転ローラ５をはす歯ギヤ側面に対して進退させる接離機構を設ける。接離機構は、例えばソレノイド等によって駆動する。
図１３のように従動ギヤ起動時（時間０〜ｔ１の区間）は、制振用の回転ローラ５が従動ギヤ４から離れているため、回転ローラ５は回らない。その後、一定速度になったｔ１以降に制振用の回転ローラ５と従動ギヤ４が接触し、連れ回るようになり、制振等の働きを行う。
これによって、起動時のモータへの負担が軽減され、定速時には接触して振動を抑制することができる。起動時に掛かるモータへの負担を軽減し、必要以上に大容量のモータを使用することなく、省エネルギに適している駆動系を提供することができる。
一般に、ギヤは、回転を滑らかにするためや、軸間寸法公差、ギヤの熱膨張などを考慮してバックラッシを設けて使用する。そのようななかで、外乱トルクが加わると歯面同士が飛び跳ねて分離しバックラッシの隙間分回転ムラを発生する。
【００１０】
図１４は制振用の回転ローラによる負荷を説明する実施の形態を示す概略図である。そこで、歯面同士が離れないように制振用の回転ローラ５側から一定の負荷トルクを加える。図１４のように回転ローラ５を支持する固定軸９と制振用の回転ローラ５の内周面のすべり摩擦を利用する。この例では、回転ローラ５の軸孔５Ａは、固定軸９の径よりも大径となっている。
固定軸９の軸径やすべり軸受けの幅、押付力によって、回転ローラ５から加わる負荷トルクの調整が可能となる。これにより、外乱トルクによって歯面が飛び跳ねることなく常に歯面同士が接触して、高精度な回転を提供できる。
図１５は制振用の回転ローラを円錐台形状のローラとした実施の形態を示す概略図である。図１５において、制振用の回転ローラは、円錐台形ローラ５’とし、従動ギヤ４外周部側に対応する方の半径ｒｂを、他方の半径ｒａよりも大きくする（図１５）。
回転ローラ５が円柱形状の場合、その厚みが小さい場合は問題ないが、厚くなるにしたがって、外周側（ｒ２）と内周側（ｒ１）で速度差が生じる。長期間使用すると摩耗によって回転ローラの形状が変わり、機能できない可能性がある。
そこで、回転ローラ５を円錐台形状とし、内周側、外周側に対応させた形状（ｒ１／ｒ２＝ｒａ／ｒｂ）とする。これにより速度差が発生しないので、長期間使用しても同じ摩耗量で回転ローラ５の形状を保つことができ、安定して働くことができる。
【００１１】
図１６は本発明による駆動伝達装置を備えた画像形成装置の実施の形態を示す概略図である。図１６において、従動軸３に画像形成用の回転体が装着されていることとする。
まず、図１６を参照して画像形成装置の概要を説明する。図１６は画像形成装置の内部構造を概略的に示す縦断正面図で、画像形成装置本体１０の１側に給紙カセット１１が着脱自在に装着され、本体他側には排紙口１２が設けられている。
給紙カセット１１から排紙口１２に至る用紙搬送路１３の上方には感光体１４が回転自在に設けられて、その周囲にはそれぞれプロセスユニットとしての帯電器１５、露光器１６、現像器１７が配列されている。さらに感光体１４の外周には転写器１８、クリーニング器１９、除電器２０等が配列されている。
さらに用紙搬送路１３に沿って上流から下流に向けて、給紙ローラ２１、レジストローラ２２、ヒートローラ２３とプレスローラ２４を有する定着器２５、排紙ローラ２６が配列されている。
このような構成で、帯電器１５によって感光体１４表面を帯電させ、その部分に露光器１６からのレーザ光を走査することで静電潜像を形成する。その後、感光体（感光体ドラム）１４の回転により、静電画像は現像器によってトナー画像として現像される。
一方では、給紙カセット１１内の用紙が給紙ローラ２１によってレジストローラ２２まで引き出され、感光体ドラム１４の回転運動に同期回転するレジストローラ２２によって用紙は感光体ドラム下部に給紙される。
感光体１４上のトナー画像は転写器１８によって用紙に転写され、その用紙が定着器２５を通るときに用紙上の転写画像が定着される。その後、定着後の用紙は排紙ローラ２６によって、装置排紙口１２より排出される。
このような製品では感光体ドラム１４の軸の一定速度特性が画像品質に直接影響を与えるものであり、モータトルクをギヤによって感光体ドラム１４の軸に伝え駆動している場合、モータ自体のトルク変動を抑えることはもちろんギヤ噛み合いによるトルク振動の低減は重要である。
【００１２】
像担持体（感光体ドラム）１４を駆動する従動側はす歯ギヤ４の噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に、側面回転と連れ回る制振用の回転ローラ５を押し当てる構成としたことで、負荷トルクの大きさによって変化するスラスト力が大口径ギヤ歯部に加わったさいの弾性変形の低減と、噛み合い周期での歯面側面がスラスト方向に振動するのを抑制する働きがある。
この制振用の回転ローラは、（１）負荷トルクの大きさによって変化するスラスト力が大口径ギヤ歯部に加わったさいの弾性変形を抑え、歯面位置の誤差を軽減させる。また、（２）噛み合い周期で歯面側面がスラスト方向に振動するが、これを制振用の回転ローラによって抑制する、という２つの働きがある。
これにより、歯面位置が正規の位置に近づき回転ムラが小さくなるとともにスラスト振動を直接抑えることができるので効果が倍増する。
とくにギヤの噛み合い周波数（歯数）は、濃度ムラであるバンディングとして人間の目にとって目立つ周波数帯である。この周波数の振動を抑えることで、画質向上が可能となる。
また、フライホイール等に比べ、小型、軽量で回転ローラを構成することができるので、駆動機構部の省スペース化が図られ、製品の小型化にも貢献する。
ここまで、感光体ドラムに適用した場合について説明したが、同様に感光体ベルトを駆動する駆動ローラの伝達機構部や、中間転写ベルト方式での駆動ローラの伝達機構部にも適用できることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による駆動伝達装置の構成の実施の形態を示す概略図。
【図２】図１の構成の右側面図。
【図３】図１の従動ギヤに発生するスラスト力を示す概略図。
【図４】制振用の回転ローラによるスラスト力の抑えを示す概略図。
【図５】制振用の回転ローラの弾性支持機構の第１の実施の形態を示す概略図。
【図６】制振用の回転ローラの弾性支持機構の第２の実施の形態を示す概略図。
【図７】制振用の回転ローラの第１の変形例を示す概略図。
【図８】制振用の回転ローラの取り付け位置の第１の実施の形態を示す概略図。
【図９】制振用の回転ローラの取り付け位置の第２の実施の形態を示す概略図。
【図１０】はす歯ギヤ側面に施した凹凸加工を示す概略図。
【図１１】制振用の回転ローラを従動ギヤの両側に設ける実施の形態を示す概略図。
【図１２】制振用の回転ローラと従動ギヤの接離の関係を従動ギヤの回転速度と時間に関してグラフで示す概略図。
【図１３】制振用の回転ローラと従動ギヤの接離の関係を制振用の回転ローラの回転速度と時間に関してグラフで示す概略図。
【図１４】制振用の回転ローラによる負荷を説明する実施の形態を示す概略図。
【図１５】制振用の回転ローラを円錐台形状のローラとした実施の形態を示す概略図。
【図１６】本発明による駆動伝達装置を備えた画像形成装置の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
【００１４】
１駆動軸、２駆動ギヤ、３従動軸、４従動ギヤ（伝達機構部、はす歯ギヤ）、５制振用の回転ローラ、５ａ弾性体ローラ、５ｂローラ支持機構（固定部）、５’ 円錐台形ローラ、６弾性ばね（板ばね）、６ａローラ支持機構（固定部）、７弾性ばね（コイルばね）、７ａローラ支持機構（固定部）、８凹凸、９固定軸、１０画像形成装置本体、１４像担持体（感光体、感光体ドラム）、１７現像手段（現像器）、１８転写手段（転写器）、
２５定着手段（定着器）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源により回転駆動される駆動ギヤと、駆動ギヤと噛合して従動回転するはす歯ギヤと、を有する駆動伝達装置において、はす歯ギヤの側面であって駆動ギヤとの噛み合い部近傍のスラスト力が加わる部分に、制振用の回転ローラを押し当てて連れ回りするように構成したことを特徴とする駆動伝達装置。
【請求項２】
前記はす歯ギヤの噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に前記回転ローラを押し当てるための弾性ばねを備えたことを特徴とする請求項１記載の駆動伝達装置。
【請求項３】
前記回転ローラは、予め一定の押圧力を生成するように構成された弾性体ローラであることを特徴とする請求項１、または２記載の駆動伝達装置。
【請求項４】
前記回転ローラを、前記はす歯ギヤの外周寄りの側面に当接させたことを特徴とする請求項１、２または３記載の駆動伝達装置。
【請求項５】
前記回転ローラが連れ回りする前記従動ギヤ側面に、噛み合い周波数に対応させた凹凸が設けてあることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の駆動伝達装置。
【請求項６】
前記回転ローラを、前記従動ギヤの両側面に当接させたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の駆動伝達装置。
【請求項７】
前記回転ローラが駆動ギヤの起動時には前記はす歯ギヤ側面から離れ、定速時には接触して連れ回るように進退させる接離機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の駆動伝達装置。
【請求項８】
前記回転ローラが、前記はす歯ギヤに一定の負荷を与える構成であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の駆動伝達装置。
【請求項９】
前記回転ローラが円錐台形状であり、前記従動ギヤ外周部側に対応する方の半径を大きくすることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の駆動伝達装置。
【請求項１０】
表面に静電潜像を形成し周方向に回転移動する像担持体と、像担持体上の静電潜像を顕像化する現像手段と、顕像化されるトナー像を記録材に転写する転写手段と、転写される記録材上のトナー像を固定する定着手段とを有する画像形成装置において、前記像担持体を駆動する従動側はす歯ギヤの噛み合い部近傍のスラスト力が加わる側面に、側面回転と連れ回る制振用の回転ローラを押し当てる構成とした駆動伝達装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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【図１】