JP2006017271A - 駆動伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、歯噛合い位置やローラ接合位置を規定し、環境の温度変化や歯車の偏芯に対して、常に適切な歯噛合い状態を維持し、軸間の距離や平行を規定して安定した駆動伝達を実現できる駆動伝達装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の駆動伝達装置は、少なくとも一対の回転力伝達部材の間で回転とトルクを伝達する。そして、本発明の駆動伝達装置は、回転力伝達部材（１１）の各軸と同軸であって互いに当接し合って各軸間の距離を規定する軸間距離規定部材（１２）を有する。よって、環境の温度変化に対しても、常に適切な駆動伝達状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は駆動伝達装置に関し、詳細には歯車の歯噛合い位置を規定した歯車駆動伝達装置やローラ同士の接合位置を規定したローラ駆動伝達装置などの駆動伝達装置において、環境の温度変化、歯車及びローラの偏芯に対しても、常に適切な歯車の歯噛合い状態やローラの接合状態を維持し、安定した駆動伝達を実現する技術に関する。

デジタルコピー機、レーザプリンタなどの画像形成装置に利用される駆動装置において、歯車噛合い周期の回転ムラが画像に及ぼす影響を抑えるために、大口径小モジュールのギヤを用いた減速系を用いることが有効である。図１７に示すような半径５０ｍｍ程度の大口径小モジュールの歯車における樹脂歯車のモジュール及び歯丈と、熱膨張による半径変化量との関係を示す図１８からわかるように、モジュール０．５程度までの小モジュール歯車の使用では熱膨張の影響は比較的少なかったが、モジュール０．２以下の小モジュールにおいては、熱膨張の影響は無視できなくなる。詳細には、大径小モジュールの精密駆動用歯車伝達機構において、環境の温度変化が起こると、熱膨張によって歯車の直径が変化して、適切な噛合い状態を維持できなくなり、安定した駆動伝達ができなくなる。よって、低温環境において、歯車噛合いが外れることによる空回りが発生したり、高温環境において、両歯噛合いと片歯噛合いが混在したりすることによる駆動伝達誤差が生ずるなどの問題がある。更に、駆動軸と従動軸の間を歯車の材質と同材質の部材で固定することによって、熱膨張の影響を抑えることは可能であるが、軸に取付けた状態で歯車に偏芯がある場合には１回転の中で歯車の噛合い位置が変化するため、バックラッシュの大きい区間と小さい区間が生じ、レーザプリンタなどの画像形成装置においては、画像バンディングと呼ばれる画像濃淡ムラの原因となる。

そこで、これらの問題点を解決するための提案が従来よりいくつかなされている。その一つとして、特許文献１によれば、２軸間の温度変化による変化分を歯車の線膨張係数と同等の基材上に２軸を取り付けて駆動する駆動伝達機構が提案されている。
特開２００２−２１９４２号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、実際の装置内において位置が異なることによる温度分布の違いや駆動モータの発熱が基材に伝播することにより温度勾配が発生し、歯車とは異なった収縮量となるという問題が発生する。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、歯噛合い位置やローラ接合位置を規定し、環境の温度変化や歯車の偏芯に対して、常に適切な歯噛合い状態を維持し、軸間の距離や平行を規定して安定した駆動伝達を実現できる駆動伝達装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の駆動伝達装置は、少なくとも一対の回転力伝達部材の間で回転とトルクを伝達する。そして、本発明の駆動伝達装置は、回転力伝達部材の各軸と同軸であって互いに当接し合って各軸間の距離を規定する軸間距離規定部材を有することに特徴がある。よって、環境の温度変化に対しても、常に適切な駆動伝達状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。

また、回転力伝達部材が歯車である場合、軸間距離規定部材は、歯車の軸と同軸であって、少なくとも一対の歯車における基準ピッチ円の直径に相当する外径を有する円筒又は同軸円板であることが好ましい。

更に、回転力伝達部材がローラである場合、軸間距離規定部材は、ローラの軸と同軸であって、ローラ面同士が所定の当接を維持する際のローラ軸間の距離を規定する外径を有する円筒又は同軸円板であることが好ましい。

また、軸間距離規定部材によって規定された各軸間の距離が変化した場合の当該変化分に追従して、少なくとも一方の回転力伝達部材の軸を相対的に移動させて軸間の距離を可変する軸間距離可変機構を設けることにより、環境の温度変化に対して、常に適切な駆動伝達状態を維持し、軸間の距離や平行を規定して安定した駆動伝達を実現できる。

更に、軸間距離可変機構を構成する材質は、少なくとも一方の回転力伝達部材の材質と線膨張係数が等しい材質であることにより、環境の温度変化に対して、回転伝達部材の熱膨張と同じだけ軸間距離可変機構の熱膨張が発生するので軸間距離も対応して離れ、軸間の距離や平行を規定して安定した駆動伝達を実現できる。

また、軸間距離規定部材の材質は回転力伝達部材と同じ材質であることにより、回転伝達部材の熱膨張と同じだけ軸間距離規定部材の熱膨張が発生するので軸間距離も対応して規定でき、軸間の距離や平行を規定して安定した駆動伝達を実現できる。

更に、回転力伝達部材と軸間距離規定部材を一体成形にて形成することにより、成形金型内での位置決めによって、回転の偏芯がすくない、高精度な駆動伝達位置の規定が可能になり、環境の温度変化に対しても、常に適切な駆動伝達状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。

また、軸間距離規定部材の当接面の全面又は一部の面に弾性部材を設けることにより、駆動伝達時に生じる高周波の振動を減衰させて、騒音、高周波領域の回転ムラを低減した精密駆動伝達を達成することができる。また、バックラッシュを低減することが可能であり、負荷変動に強い駆動伝達が可能となる。

更に、歯車のリム側面に、歯車の基準ピッチ円の直径に相当する外径を有するリブを歯車と同軸で有することにより、相手の歯車と噛合う際に各歯車のリブ同士が接する状態で歯噛合い位置を保つことになるので、環境の温度変化に対しても、常に適切な噛合い状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。

本発明の駆動伝達装置によれば、環境の温度変化に対しても、常に適切な駆動伝達状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）は側面図である。同図に示すように、本実施の形態例の駆動伝達装置である歯車１００は、外周面に一定の間隔をおいて設けられた歯１３を有する歯車部１１と、歯車部１１における基準ピッチ円の直径に相当する外径を有し、歯車部１１と同軸である円筒部１２とを含んで構成されている。このような構成の本実施の形態例の歯車１００を、図２の（ａ）に示すようにモータ２１の駆動軸２２と同軸の歯車と、従動軸２３と同軸の歯車にそれぞれ用いることによって、図２の（ｂ）に示すように互いの歯車の歯噛合い位置を、互いの円筒部１２が接合する位置で規定する。即ち、互いの歯車の歯噛合い位置が各歯車の基準ピッチ円上に規定される。よって、本実施の形態例の歯車に適用した駆動伝達装置よれば、環境の温度変化に対しても、常に適切な歯噛合い状態を維持し、さらに各軸に設けられるため軸間の距離や平行が規定され、安定した駆動伝達を実現することができる。なお、円筒部１２は回転軸と一体の部材とし、更に樹脂歯車と一体成形にて結合されても構わない。

次に、図３は本発明の第１の実施の形態例に係る駆動伝達装置に取付けた軸間距離可変機構の構成を示す図である。同図の（ａ）は本実施の形態例の駆動伝達装置全体の正面図であり、同図の（ｂ）は軸間距離可変機構の構成を示す正面図である。なお、同図において、図１及び図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図の（ａ）に示す第１の実施の形態例の駆動伝達装置には、軸間距離可変機構３０が設けられている。ここで、同図の（ａ），（ｂ）に示すように、軸間距離可変機構３０は、筐体３１の一部にネジ等で取付けられ、モータ２１の駆動軸２２が通る軸穴３２を設ける部分に、固定された従動軸２３に対するモータ２１の駆動軸２２の軸平行を保持するために摺動自在の駆動軸受け部材３３が収納される切欠き溝３４と、従動軸２３が通る軸穴３５とが設けられている取付け板３６を有している。この取付け板３６の切欠き溝３４に収納された駆動軸受け部材３３は、切欠き溝３４の長手方向である図３の（ｂ）に示す矢印Ａに摺動し、更に切欠き溝３４の長手方向の端面と、ストッパ３７とのそれぞれの間に設けられた弾性部材３８の各弾性力により矢印Ａの双方向に押し付けられている。一方、従動軸２３が通る軸穴３５と同軸の穴が設けられた従動軸受け部材３９が取付け板３６にネジ等で取付けられている。また、駆動軸受け部材３３を矢印Ａの双方向のみに安定して摺動させるためにガイド部材４０を設けている。ここで、軸間距離可変機構３０を設けていない場合、環境温度が変化した際、各歯車部１１及び各円筒部１２の半径の熱膨張変化に応じて歯車の基準ピッチ円の直径の寸法が変化し、それに伴って固定されている各軸は当該寸法の変化で互いに相反する方向に応力が加わり軸間の距離や平行を保つことができないという現象が引き起こる。そこで、上述したような構成を有する軸間距離可変機構３０を設けることにより、駆動軸受け部材３３が当該熱膨張変化に応じて変化する各歯車部１１及び各円筒部１２の半径変化量の和をキャンセルするように軸間方向である矢印Ａの双方向に摺動し、駆動軸２２と従動軸２３の軸間の距離や平行を維持する。よって、常に適切な歯噛合い状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。また、軸に取付けた状態で歯車に偏芯がある場合においても、常に適切な噛合い状態を維持し、各軸に設けられるため軸間の距離や平行が規定されて安定した駆動伝達を実現することができる。

ここで、図３の軸間距離可変機構３０を設けない場合では上述したような現象が起きてしまうが、このような現象に対応する簡単な構成、例えば図４に示すように、取付け板４１を、当該取付け板４１に設けられた従動軸２３が通る軸穴３５の中心延長線上での取付け位置にネジ等で筐体３１の一部に取付け、更に長溝４２内を摺動自在とし取付け板４１を保持する平ネジ４３で筐体３１に取付け、更には取付け板４１を、歯車部１１及び円筒部１２と線膨張率が等しい材質で作製する構成でもよい。このような構成にすることによって、温度変化に応じて熱膨張する歯車部１１及び円筒部１２と同様に、取付け板４１自体も環境温度の変化に応じて熱膨張し、特にネジ止めされている軸穴３４の中心延長線上から軸穴３２へ向かって熱膨張して駆動軸２２が移動することにより、固定されている従動軸２３を基準にして駆動軸２２との軸間の距離や平行を維持することができる。よって、少なくとも一方の円筒部１２の材質と線膨張係数が等しい材質で取付け板４１を作製することにより、環境の温度変化に対して、歯車のピッチ円直径の熱膨張と同じだけ円筒部１２の直径の熱膨張が発生し、更に取付け板４１も同様に熱膨張して軸穴３２の位置も変化し駆動軸２２も移動しその結果軸間距離も対応して変化するので、歯車は基準ピッチ円上での歯噛合いを維持することができ、かつ駆動軸及び従動軸、軸受け部材、円筒部、歯車に過大なストレスを与えることなく、軸間の距離や平行が規定されて安定した駆動伝達を実現することができる。

次に、図５は本発明の第２の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）は側面図である。なお、図１と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す本実施の形態例の駆動伝達装置である歯車２００は、第１の実施の形態例と異なる構成として、歯車部１１を挟むように円筒部１２がそれぞれ設けられている。よって、図６の（ａ），（ｂ）に示すように、歯車１３の歯噛合い位置が各歯車の基準ピッチ円上に維持され、環境の温度変化に対しても、常に適切な歯噛合い状態を維持し、より一層安定した駆動伝達を実現することができ、歯車部１１の両サイドの円筒部１２で互いがより一層軸間の距離や平行が規定されるので、歯噛合い時の歯の倒れや偏芯影響を最小にすることができる。

ここで、第２の実施の形態例における駆動伝達装置である歯車２００変形例について説明する。図７はＰＯＭ材料による一体成形した歯車を示す正面図である。同図に示す歯車７１は、歯車部と円筒部とを同一材料で構成したもので、円筒部に相当する外周端部の直径を歯車１３の基準ピッチ円の直径としているので、環境変動に対して相対的に等しい変形が行われる。よって、型精度を高精度に調整すれば、偏芯量も極小に形成でき、低コストとなる。材料はプラスチックに限らず銅系焼結、鉄系焼結、Ａｌ合金の形成でも応用できる。また、図８は円筒部の外周端部及び歯と中心部を別材料で構成した歯車を示す正面図である。同図に示す歯車８１には、円筒部の外周端部８２と歯１３が同一線膨張係数の材料で形成され、かつ中心部８３が歯１３及び外周端部８２と異なる材料で形成されている。歯１３の歯噛合い振動が伝播して最終的に例えば駆動伝達装置の軸に連結された感光体へ伝播して生じる微少振動をなくすために、歯１３及び外周端部８２には高振動減衰材料を使用され、あるいは熱的湿度的に変形の少ない材料を選択したり、低コスト化のための材料を選択したりというように目的別に選択して使用できる。更に、図９は歯と円筒部の外周端部に逃げ溝を形成した歯車を示す正面図である。同図に示す歯車９１には、歯１３と円筒部の外周端部８２の間に逃げ溝９２が形成されている。よって、歯噛合う歯車のスラスト方向、つまり軸方向にガタがあっても円筒部の外周端部８２でのキズを発生しないようにすることができる。

図１０は本発明の第３の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。同図に示すように、円筒部１２の外周端部の外周面の全面にゴムなどの弾性部材１０１が設けられている。なお、歯車部１１の歯同士が噛合った際弾性部材１０１の端部の直径が歯車の基準ピッチ円の直径に相当するように弾性部材１０１の厚みや弾性係数、材質を設定するものとする。よって、相手の歯車と歯噛合う際に各歯車の円筒部同士が接するとき、環境の温度が変化して弾性部材１０１がわずかに変形するが、当該環境の温度変化に対して歯車の基準ピッチ円の直径における熱膨張と同じだけ円筒部１２の直径の熱膨張が発生して、常に適切な歯噛合い状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。また、円筒部１２の外周端部の外周面の全面に設けられたゴムなどの弾性部材１０１によって、歯噛合いの際に生じる高周波の振動を減衰させて、騒音、高周波領域の回転ムラを低減した駆動伝達装置を提供することができる。また、バックラッシュを低減することが可能であり、負荷変動に強い駆動伝達が可能となる。

図１１は本発明の第４の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。同図において図１０と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、円筒部１２の外周端部の外周面の一部に、ゴムなどの弾性部材１０１が設けられている。なお、歯車部１１の歯同士が噛合った際は弾性部材１０１が設けられていない円筒部１２の直径が歯車の基準ピッチ円の直径に相当し、円筒部１２同士が常に当接する状態となるように弾性部材１０１の厚みや弾性係数、材質を設定するものとする。また、この弾性部材１０１が設けられている部分の半径は、弾性部材１０１が設けられていない円筒部１２の外周端部の外周面の半径より大きくなっている。そして、軸間の押付け力によって弾性部材１０１が弾性変形した上で円筒部１２同士が常に接する状態で歯車が噛合うので、環境の温度変化に対して歯車の基準ピッチ円の直径の熱膨張と同じだけ円筒部１２の直径の熱膨張が発生しても、常に適切な歯噛合い状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。また、円筒部の一部の外周端部に設けられたゴムなどの弾性部材１０１によって、歯噛合いの際に生じる高周波の振動を減衰させて、騒音、高周波領域の回転ムラを低減した駆動伝達装置を提供することができる。更に、バックラッシュを低減することが可能であり、負荷変動に強い駆動伝達が可能となる。なお、図１０及び図１１に示す弾性部材１０１の表面に溝を形成することにより熱膨張による変化量の吸収をより一層増加できる。

図１２は本発明の第５の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。同図に示す本実施の形態例の駆動伝達装置である歯車は、基準ピッチ円の直径の位置に外周端部が位置するようなリブ１２１を歯車部１１のリム側面に設けたものである。そして、歯車の基準ピッチ円の直径に相当する外径を有するリブ１２１は歯車部１１と同軸であるので、相手の歯車と歯噛合う際に各歯車のリブ同士が接する状態で歯噛合い位置を保つことになる。よって、環境の温度変化に対して常に適切な歯噛合い状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。また、リブ１２１と歯車部１１を一体成形によって得ることもできるので、歯車部１１が偏芯している場合は同様にリブ１２１も偏芯するため、歯噛合い位置を適切な位置に保つことができる。更に、成形において、歯車部１１の真円度誤差が生じた場合、例えば外周が楕円状になる場合においても、リブ１２１も同様に楕円状になるため、歯噛合い位置を保つことができる。

図１３は本発明の第６の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。同図に示す本実施の形態例の駆動伝達装置である歯車は、基準ピッチ円の直径の同軸円板１３１を有している。歯車の基準ピッチ円の直径に相当する外径を有する同軸円板１３１を歯車部１１と同軸で有するので、相手の歯車と噛合う際に各歯車の円板同士が接する状態で歯噛合い位置を保つことになる。よって、環境の温度変化に対しても、常に適切な歯噛合い状態を維持し、安定した駆動伝達を実現することができる。

図１４は本発明の駆動伝達装置をローラ駆動機構に適用した例を示す正面図である。同図に示す駆動伝達装置は、駆動伝達部及び被駆動伝達部が互いにローラ状の部材である場合の例であり、第１のローラ１４１のローラ面が第２のローラ１４２のローラ面に当接するローラ駆動機構である。同図の（ｂ）に示すように、ローラ駆動機構は、互いのローラ面同士が当接したときの第１のローラ１４１の軸１４３と第２のローラ１４２の軸１４４との間の距離と平行を規定するために、各ローラ１４１，１４２のローラ面以外の部分に同軸の円筒部１４５をそれぞれ設けて構成されている。よって、第１のローラ１４１のローラ面が第２のローラ１４２のローラ面に対して隙間なく、かつ当接面に対して所定の一様な当接力で当接することができる。

図１５は本発明の駆動伝達装置を移動させる移動機構を示す正面図である。同図に示す移動機構は大口径歯車の円筒部の伸縮に追従して移動する小径歯車の移動機構を示す。モータ側に形成された小径歯車はホルダに対して回動可能に支持されている。他端には、大口径歯車にバイアスをかけながら突き当てるためのスプリングフック部１５１が伸びている。ここにスプリング１５２をかけて引っ張り両者を当接させる。同様の図において、スプリングフック部１５１を有するアームの一部に回転カム１５３を設け、これによって大口径ギヤの着脱を可能とさせている。

図１６は回転偏芯によって発生する感光体の位置変動の関係を示す特性図である。同図に示すように、それぞれ４色のギヤ駆動列を偶数比の歯車と同時に回転する円筒部の直径を等しくすることで、回転偏芯によって発生する感光体の位置変動の位相が合って色ズレが最小となる。

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す図である。 第１の実施の形態例の駆動伝達装置の具体例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態例に係る駆動伝達装置に取付けた軸間距離可変機構の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態例に係る駆動伝達装置の別の具体例の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す図である。 第２の実施の形態例の駆動伝達装置の具体例を示す図である。 ＰＯＭ材料による一体成形した歯車を示す正面図である。 円筒部の外周端部及び歯と中心部を別材料で構成した歯車を示す正面図である。 歯と円筒部の外周端部に逃げ溝を形成した歯車を示す正面図である。 本発明の第３の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。 本発明の第４の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。 本発明の第５の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。 本発明の第６の実施の形態例に係る駆動伝達装置の構成を示す正面図である。 本発明の駆動伝達装置をローラ駆動機構に適用した例を示す正面図である。 本発明の駆動伝達装置を移動させる移動機構を示す正面図である。 回転偏芯によって発生する感光体の位置変動の関係を示す特性図である。 大口径小モジュールの歯車を示す正面図である。 歯車のモジュール及び歯丈と、熱膨張による半径変化量との関係を示す図である。

符号の説明

１１；歯車部、１２，１４５；円筒部、１３；歯、
３０；軸間距離可変機構、４１；取付け板、
７１，８１，９１，１００，２００；歯車、
１０１；弾性部材、１２１；リブ、１３１；同軸円板、
１４１；第１のローラ、１４２；第２のローラ。

Claims (11)

1. 少なくとも一対の回転力伝達部材の間で回転とトルクを伝達する駆動伝達装置において、
   前記回転力伝達部材の各軸と同軸であって互いに当接し合って各軸間の距離を規定する軸間距離規定部材を有することを特徴とする駆動伝達装置。
2. 前記回転力伝達部材が歯車である場合、前記軸間距離規定部材は、歯車の軸と同軸であって、少なくとも一対の歯車における基準ピッチ円の直径に相当する外径を有する円筒である請求項１記載の駆動伝達装置。
3. 前記回転力伝達部材が歯車である場合、前記軸間距離規定部材は、歯車の軸と同軸であって、少なくとも一対の歯車における基準ピッチ円の直径に相当する外径を有する同軸円板である請求項１記載の駆動伝達装置。
4. 前記回転力伝達部材がローラである場合、前記軸間距離規定部材は、ローラの軸と同軸であって、ローラ面同士が所定の当接を維持する際のローラ軸間の距離を規定する外径を有する円筒である請求項１記載の駆動伝達装置。
5. 前記回転力伝達部材がローラである場合、前記軸間距離規定部材は、ローラの軸と同軸であって、ローラ面同士が所定の当接を維持する際のローラ軸間の距離を規定する外径を有する同軸円板である請求項１記載の駆動伝達装置。
6. 前記軸間距離規定部材によって規定された各軸間の距離が変化した場合の当該変化分に追従して、少なくとも一方の前記回転力伝達部材の軸を相対的に移動させて軸間の距離を可変する軸間距離可変機構を設ける請求項１〜５のいずれかに記載の駆動伝達装置。
7. 前記軸間距離可変機構を構成する材質は、少なくとも一方の前記回転力伝達部材の材質と線膨張係数が等しい材質である請求項６に記載の駆動伝達装置。
8. 前記軸間距離規定部材の材質は前記回転力伝達部材と同じ材質である請求項１〜７のいずれかに記載の駆動伝達装置。
9. 前記回転力伝達部材と前記軸間距離規定部材を一体成形にて形成する請求項８記載の駆動伝達装置。
10. 前記軸間距離規定部材の当接面の全面又は一部の面に弾性部材を設ける請求項１〜９のいずれかに記載の駆動伝達装置。
11. 歯車のリム側面に、歯車の基準ピッチ円の直径に相当する外径を有するリブを歯車と同軸で有する請求項２又は３に記載の駆動伝達装置。
    

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