JP2002304030A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本体側の駆動歯車にカートリッジ側の駆動歯
車がスムーズに係合でき、軸と歯車のクリアランスやそ
の前後の歯車とのバックラッシュを小さくし、回転ムラ
や振動を少なくする。 【解決手段】 本体２との間で歯車３を係合させて駆動
する着脱自在のカートリッジ１を用いる画像形成装置に
おいて、本体側の歯車３２に対してカートリッジ側の歯
車３１の軸心を外側にずらしてカートリッジ１を挿入
し、カートリッジ側の歯車３１が本体側の歯車３２に歯
幅方向で重なり合う位置からカートリッジ１の挿入に伴
いカートリッジ側の歯車３１の軸心を本体側の歯車３２
の軸心に近づけ係合させるようにするガイド手段６を設
け、一方向の挿入によりカートリッジ側の歯車が本体側
の歯車に対して半径方向の離れた位置から係合する状態
に移動することが可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真法を用い
る複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に係
わり、特に、本体側との間で歯車を係合させて駆動する
着脱自在のカートリッジを用いる画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置では、例えば感光体と、該
感光体に露光して形成された潜像にトナーを現像して顕
像化する現像手段と、現像されたトナー像を感光体から
転写した後に感光体の転写残りトナー像を除去するクリ
ーナ手段などを組み込んだカートリッジを着脱自在にし
ている。このような感光体カートリッジを装置に着脱す
る場合の係合部に関して、種々の提案がなされている
（例えば実公平０４−１２５１６号公報、特開平０８−
０６９２３９号公報、特開平０８−０６９２３９号公報
を参照）。

【０００３】図７は着脱可能なカートリッジを装置本体
に挿入して用いる画像形成装置の概要を示す図、図８は
カートリッジの挿入部について細部を示す図であり、１
はカートリッジ、２は装置側フレーム、３は駆動歯車、
４は装置側駆動輪列、５は像担持体位置決め位置、６は
カートリッジ固定軸、１０は画像形成装置を示す。

【０００４】画像形成装置１０の装置本体に対しカート
リッジ１の挿入する場合、図７に示すように感光ドラム
の軸方向に沿って行われ、図８に示すように装置側フレ
ーム２に設けられた像担持体の位置決め位置５の孔にカ
ートリッジ固定軸６を嵌入して装置側駆動輪列４、装置
側とカートリッジ側の駆動歯車３を係合させることによ
り行われる。

【０００５】上記提案の従来装置（実公平０４−１２５
１６号公報）においては、例えば装置本体に設けられた
歯車と、装置本体に移動自在な要素側に設けられた歯車
の係合に関し、２つの歯車のいずれか一方の歯車が軸方
向に移動可能で、かつ該歯車には、もう一方の歯車に対
して係合する方向に弾性付与部材を設けるといった提案
がなされている。これは、歯車の軸方向へ移動しながら
係合する歯車が、スムーズに連結するためになされた提
案である。

【０００６】また、上記他の従来装置（特開平０８−０
６９２３９号公報）においては、クラムシェル型のアッ
パーフレームに対してカートリッジを装着し、その開閉
動作にて装置本体との駆動連結を行うものを提案し、さ
らに上記他の従来装置（特公平０６−０２３８７３号公
報）においては、感光体を含む一部分を複写処理部から
回避するレバーを持つ構成を提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、歯車が軸方向
に移動可能にした上記従来装置（実公平０４−１２５１
６号公報）では、予めお互いの歯車の軸間が位置決めさ
れている状態で、軸方向移動して歯車を係合させようと
した場合、お互いの歯車の歯先の干渉は避けられず、そ
のため、一方の歯車を軸方向に変移可能にし、また該歯
車は係合する方向に弾性付与されているため、回転駆動
が開始された歯先が干渉位置から移動すると、自動的に
係合するという特徴を持っている。

【０００８】また、上記従来装置においては、歯車をは
すば歯車とすることも提案されている。これは、はすば
歯車の方が、平歯車を用いた場合より回転ムラ、震動が
少なくなり、良好な画像形成が行われ、また、はすば歯
車のねびれ角を１．５〜１０°とすることにより、平歯
車よりも回転精度が向上し、かつ、スムーズに係合する
ことができるという理由からである。

【０００９】しかし、このようないずれか一方の歯車を
軸方向に移動する手段を用いた従来提案の装置では、軸
方向に摺動するために、該歯車と軸との間、また、その
歯車の上流または下流側の歯車との間でスムーズに移動
しなければならず、相当のクリアランスが必要となる。
そのため、該歯車自身のガタツキや上流または下流側の
歯車とのバックラッシュが大きくなり、それによる歯車
の回転ムラや震動が画像形成に影響を与えるといった問
題が生じる。

【００１０】そして、カラー画像形成装置においては、
各色間における位置合わせが重大な課題であり、そのた
めにより大きいねじれ角をもつはすば歯車を用いようと
した場合、はすば歯車によって生じるスラスト力によっ
て、弾性付与される一方に歯車の位置が一定しないとい
う問題も生じ、画像形成に影響を与える。

【００１１】また、クラムシェル型のアッパーフレーム
に対してカートリッジを装着する他の従来装置（特開平
０８−０６９２３９号公報）においては、歯車の半径方
向に移動動作する場合のはすば歯車はスムーズではある
が、装置本体の構造が複雑、大型化し、コストアップの
要因となり、また装置の信頼性も低くなるといった問題
が生じる。

【００１２】さらに、感光体を含む一部分を複写処理部
から回避するレバーを持つ構成の他の従来装置（特公平
０６−０２３８７３号公報）においては、感光体を含む
位置部分を装置本体に引き出し可能に装着できるが、処
理部から回避するための構造やレバーが必要になり、こ
れらも装置が複雑化してしまうという問題が生じてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、本体側の駆動歯車にカートリッジ
側の駆動歯車がスムーズに係合でき、軸と歯車のクリア
ランスやその前後の歯車とのバックラッシュを小さく
し、回転ムラや振動を少なくするものである。

【００１４】そのために本発明は、装置本体側との間で
歯車を係合させて駆動する着脱自在のカートリッジを用
いる画像形成装置において、本体側の歯車に対してカー
トリッジ側の歯車の軸心を外側にずらしてカートリッジ
を挿入し、カートリッジ側の歯車が本体側の歯車に歯幅
方向で重なり合う位置からカートリッジの挿入に伴いカ
ートリッジ側の歯車の軸心を本体側の歯車の軸心に近づ
け係合させるようにするガイド手段を設けたことを特徴
とするものである。

【００１５】前記ガイド手段として、本体側に嵌入する
カートリッジの固定軸先端にテーパを設け、本体側にカ
ートリッジをガイドするガイドレールを設け、軸心をず
らした方向で歯車を近づけて係合させ、あるいは前記歯
車として、はすば歯車を用い、前記はすば歯車は、カー
トリッジの感光ドラムがクリーニングブレードに対して
トレール方向に回転する方向のねじれを有し、前記ガイ
ド手段として、カートリッジの挿入側に位置決め手段を
有することを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る画像形成装
置の実施の形態を示す図、図２はカートリッジの係合プ
ロセスを説明するための図である。図中、１はカートリ
ッジ、２は装置側フレーム、３、３１、３２は駆動歯
車、４は装置側駆動輪列、５は像担持体位置決め位置、
６はカートリッジ挿入固定軸を示す。

【００１７】図１において、カートリッジ１は、駆動歯
車３１の軸心が装置側の駆動歯車３２に接触、係合しな
いだけの距離をもってガイドされ挿入される。カートリ
ッジ挿入固定軸６は、装置側フレーム２に設けた像担持
体位置決め位置５の孔に嵌入するものであり、その先端
にガイドとしてテーパを形成している。そして、カート
リッジ１側の駆動歯車３１が装置側の駆動歯車３２に歯
幅方向で重なり始める位置までくると、テーパの先端が
像担持体位置決め位置５の孔に嵌入し始める。ここか
ら、カートリッジ１の挿入に伴い、テーパにより駆動歯
車３１の軸心が装置側の駆動歯車３２に係合する方向に
移動される。つまり、カートリッジ１の挿入方向を図示
のように左から右への方向とすると、駆動歯車３１、３
２が歯幅方向で重なり始める位置にある状態を示してい
るのが図１である。カートリッジ１側の駆動歯車３１と
装置側の駆動歯車３２は、ここからカートリッジ１をさ
らに装置側フレームへ向けて挿入させると、カートリッ
ジ挿入固定軸６の先端のテーパにより、カートリッジ１
の駆動歯車３１の軸心が装置側の駆動歯車３２の軸心に
向かって近づき、徐々に係合を開始する。

【００１８】すなわち、図２を参照すると、図１に対応
する図２（Ａ）に示す状態から、カートリッジ挿入固定
軸６の先端のテーパに沿って図２（Ｂ）に示すようにカ
ートリッジ１が上昇してカートリッジ１側の駆動歯車３
１が装置側の駆動歯車３２に係合し、さらにカートリッ
ジを挿入することにより、図２（Ｃ）に示すように歯車
の係合が完了する。このような係合プロセスを実現する
ことにより、歯先の衝撃を少なくして歯先の障害を防ぎ
係合を円滑に行わせることができる。

【００１９】図３はカートリッジの挿入を円滑に行うた
めに画像形成装置側にガイドレールを設け、カートリッ
ジ側に装置本体との位置決め穴を設けた構成例を示す図
であり、１１は突起部、１２は挿入口側位置決め穴、２
１はカートリッジガイドレール、２２は挿入口側位置決
めピンを示す。

【００２０】カートリッジを上記のように駆動歯車の係
合位置へ向けて斜め方向に外側から軸心を近づけて挿入
し、位置決めをするために、カートリッジ挿入固定軸６
の先端のテーパに加えて、図３に示すようにカートリッ
ジ側に位置決め部材としての突起部１１と挿入口側位置
決め穴１２を設けると共に、本体装置側にガイド・位置
決め部材としてのカートリッジガイドレール２１と挿入
口側位置決めピン２２を設ける。突起部１１は、本体装
置に挿入するカートリッジ１の奥側に設け、挿入口側位
置決め穴１２は、カートリッジ１の正面側に設ける。こ
れらに対応して、カートリッジガイドレール２１は、装
置本体の開口からカートリッジ１の挿入に伴い突起部１
１をガイドし、カートリッジ１の駆動歯車３１の軸心が
装置側の駆動歯車３２の軸心に向かって近づくように
し、挿入口側位置決めピン２２は、カートリッジ１が完
全に挿入され装着される位置で挿入口側位置決め穴１２
に勘合する。

【００２１】図４はカートリッジの挿入動作に伴う感光
ドラムの回転によるブレードのめくりを説明するための
図、図５はカートリッジの挿入動作に伴う感光ドラムの
回転をはすば歯車の使用により制御する例を説明するた
めの図、図６はカートリッジの挿入動作に伴う感光ドラ
ムの回転を歯車の軸心をずらして制御する例を説明する
ための図である。

【００２２】クリーニングブレード１６をカウンタ状態
に当接させて、感光ドラム１５をクリーニングする装置
においては、感光体カートリッジ１が新品の状態で長期
間放置されたり、使用中でも長時間放置されたりした場
合、ブレード１６の感光ドラム１５に接触している稜線
が変形し、その状態で装置に装着されて駆動を開始する
と、図４（Ｂ）に示すように変形した部分の影響でブレ
ード１６のめくりが生じたり、鳴きと呼ばれる異常音が
発生するなどの問題が起きる。

【００２３】本発明に係る画像形成装置においては、感
光ドラム１５とクリーニングブレード１６を有するプロ
セスカートリッジ１において、感光ドラム端部に設けら
れた駆動歯車３１とこれに係合する装置側に設けられた
駆動歯車３２をはすば歯車で構成する。そして、はすば
歯車で構成した駆動歯車３１、３２を上記のようにカー
トリッジ１の挿入により係合させるとき、感光ドラム１
５がクリーニングブレード１６に対して、図４（Ａ）に
示すような通常の回転方向であるカウンタ方向とは逆方
向のトレール方向に回転する方向にねじれを有する歯車
とする。このことにより、お互いのはすば歯車の歯すじ
の接触が開始され、図５（Ｂ）から所定位置に到達する
図５（Ａ）に示す状態まで接触し続けるが、この間、本
体側の駆動歯車３２が停止状態にあるため、カートリッ
ジ１側の駆動歯車３１が駆動歯車３２の歯すじに沿って
回転させられることになる。これにより、クリーニング
ブレード１６の先端の変形状態が緩和される。そのた
め、稼働状態になった場合にめくれや鳴きといった問題
を防止することができる。

【００２４】これまでに、クリーニング装置を含むプロ
セスカートリッジにおいて、はすば歯車で構成する例も
提案（例えば特公平１−９６３１号公報、特公平４−４
８３９０号公報参照）されているが、本発明のように装
着時におけるはすば歯車の噛み合いによって、感光ドラ
ム１５を自動的にトレール方向に回転させるようにしよ
うとするものはない。

【００２５】上記のようにカートリッジ１の挿入動作に
よって感光ドラム１５が自動的にトレール方向に回転
し、クリーニングブレード１６の変形を矯正するので、
ブレード１６を離間させる機構などを用いることなく、
稼働初期のめくれや鳴きといった問題を解消できる。し
かも、複雑な機構でないため、クリーニングブレード１
６の感光ドラム１５への接触状態も良好になり、感光ド
ラム１５のクリーニング性能も向上する。

【００２６】カートリッジ１の挿入動作に伴ってカート
リッジ側の駆動歯車３１を本体側駆動歯車３２に近づけ
て徐々に係合させるようにガイドする場合、上記実施の
形態では、カートリッジ側の駆動歯車３１の軸心を本体
側駆動歯車３２の軸心の方向へ近づけるようにしたが、
駆動歯車間の軸心をずらした方向でカートリッジ側の駆
動歯車３１を近づけることによっても、感光ドラム１５
の回転を制御することができる。その軸心をずらした方
向と感光ドラム１５の回転方向の関係を示したのず図６
である。例えば図６（Ａ）に示すようにカートリッジ側
の駆動歯車３１の軸心を左側にずらして下方から近づけ
ると、駆動歯車３１は時計廻りの方向に回転し、図６
（Ｂ）に示すようにカートリッジ側の駆動歯車３１の軸
心を右側にずらして下方から近づけると、駆動歯車３１
は反時計廻りの方向に回転する。

【００２７】さらに、はすば歯車を用いる場合の態様に
ついて説明する。従来、感光ドラムと感光ドラムに作用
する手段を含むプロセスカートリッジにおいて、装置本
体より駆動される歯車をはすば歯車とする提案もあるが
（例えば特公平１−９６３１号公報、特公平４−４８３
９０号公報参照）、これらは、歯車のねじれ方向を感光
ドラムが回転駆動を受けた際に、装置本体の駆動側の方
向にスラスト力を発生させるようなもので、そのスラス
ト力によりカートリッジそのものを一方向に付勢して感
光ドラムを位置決めするものである。

【００２８】ここで、廃トナー収納容器一体型のカート
リッジにおいては、感光ドラムの寿命が延びるに従い、
その収納容積は年々大きくなり、廃トナー収納容積は２
５００ｃｃ、収納廃トナー重量は１０００ｇに達するも
のも登場しつつある。この場合、感光ドラム、ドラム
軸、帯電器、クリーナ装置、カートリッジ筐体の総重量
は１３００ｇ程度であるので、廃トナー満杯時のカート
リッジ総重量は２３００ｇにもなる。

【００２９】これに対し、はすば歯車で発生するスラス
ト力は、感光ドラムに作用する負荷トルク、歯車径、ね
じれ角度によって変化する値であるが、前記の廃トナー
まで含めたカートリッジの総重量に達しない場合が発生
する。実験結果によれば、感光ドラムの負荷トルク０．
３Ｎ−ｍ（約３ｋｇ−ｃｍ）、はすば歯車ｍ＝０．８、
歯数３６、ねじれ角２０°の場合、発生スラスト力は、
６．２Ｎ（約０．６３ｋｇ）となり、廃トナーまで含め
たカートリッジを付勢する程の力にならなくなってい
た。この場合、従来のように発生するスラスト力で、カ
ートリッジ全体を移動させることができず、そのため、
感光ドラムの位置自体もばらついてしまうという問題が
発生していた。

【００３０】本発明では、図５に示すようにカートリッ
ジを挿入する際に、通常とは逆方向のトレール方向に回
転する方向にねじれを有する歯車としたが、このこと
は、取りも直さず、装置本体より通常のカウンタ方向に
回転駆動を受けると、挿入方向と同じ方向にスラスト力
を受けるねじれ方向を持っていることになる。しかも、
廃トナーまで含めたカートリッジの総重量に比べ、はす
ば歯車によって発生するスラスト力が小さい場合に、カ
ートリッジ筐体と装置本体の当接部を非ドラム歯車側の
部分に設け、かつカートリッジ筐体と装置本体は、図３
に示すように２本以上の位置決めピンで位置決めする構
成となる。

【００３１】したがって、カートリッジの装置本体への
当接部は、挿入側のフレーム端面となり、これをロック
レバー等で規制することにより、十分に装置本体フレー
ムに密着して固定されることになり、感光体カートリッ
ジにおいて、はすば歯車で発生するスラスト力が廃トナ
ー重量まで含めたカートリッジの総重量より小さい場合
でも、装置本体に対して正しい位置に感光ドラムを設置
することができる。しかも、カートリッジ筐体は、発生
するスラスト力に対して十分な剛性を持っており、歪ん
だり撓んだりすることはないので、発生するスラスト力
が廃トナーまで含めたカートリッジの総重量よりも小さ
く、カートリッジを移動させる程の力がない場合でも、
筐体を装置本体に正しく位置決めすることが可能で、か
つ感光ドラムも正しい位置に規制することができる。

【００３２】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、感光ドラムカートリッジを挿入する
画像形成装置について説明したが、他の着脱自在にした
カートリッジを挿入して駆動歯車を係合させるものにつ
いても同様に適用してもよい。また、ガイド手段とし
て、カートリッジ挿入固定軸にテーパを設け、本体側に
ガイドレールを設けたが、他の構成のガイド手段を設け
てもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、本体側との間で歯車を係合させて駆動する着
脱自在のカートリッジを用いる画像形成装置において、
本体側の歯車に対してカートリッジ側の歯車の軸心を外
側にずらしてカートリッジを挿入し、カートリッジ側の
歯車が本体側の歯車に歯幅方向で重なり合う位置からカ
ートリッジの挿入に伴いカートリッジ側の歯車の軸心を
本体側の歯車の軸心に近づけ係合させるようにするガイ
ド手段を設けたので、一方向の挿入によりカートリッジ
側の歯車が本体側の歯車に対して半径方向の離れた位置
から係合する状態に移動することが可能になり、２つの
歯車のいずれか一方を軸方向へ移動させる手段がなくて
も、スムーズに２つの歯車を係合させることができる。

【００３４】ガイド手段として、本体側に嵌入するカー
トリッジの固定軸先端にテーパを設け、本体側にカート
リッジをガイドするガイドレールを設け、軸心をずらし
た方向で歯車を近づけて係合させることにより、軸と歯
車のクリアランスや、その前後の歯車とのバックラッシ
ュも小さくすることができ、回転ムラや振動の防止が可
能となり、良好な画像を得るとができる。

【００３５】しかも、従来装置のような軸方向に移動す
る手段を持たないため、２つの歯車の軸方向の位置は、
それぞれカートリッジ筐体と装置本体に規制される。さ
らには、歯車として、はすば歯車を用い、カートリッジ
の感光ドラムがクリーニングブレードに対してトレール
方向に回転する方向のねじれを有し、ガイド手段とし
て、カートリッジの挿入側に位置決め手段を有すること
により、回転駆動の際に生じるスラスト力の影響を抑え
ることができ、より大きいねじれ角をもつはすば歯車の
使用が可能になり、回転精度の向上を図ることができ
る。装置が大型化・複雑化することなく、単純な挿入動
作のみで、カートリッジの装着を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示
す図である。

【図２】 カートリッジの係合プロセスを説明するため
の図である。

【図３】 カートリッジの挿入を円滑に行うために画像
形成装置側にガイドレールを設け、カートリッジ側に装
置本体との位置決め穴を設けた構成例を示す図である。

【図４】 カートリッジの挿入動作に伴う感光ドラムの
回転によるブレードのめくりを説明するための図であ
る。

【図５】 カートリッジの挿入動作に伴う感光ドラムの
回転をはすば歯車の使用により制御する例を説明するた
めの図である。

【図６】 カートリッジの挿入動作に伴う感光ドラムの
回転を歯車の軸心をずらして制御する例を説明するため
の図である。

【図７】 着脱可能なカートリッジを装置本体に挿入し
て用いる画像形成装置の概要を示す図である。

【図８】 カートリッジの挿入部について細部を示す図
である。

【符号の説明】

１…カートリッジ、２…装置側フレーム、３、３１、３
２…駆動歯車、４…装置側駆動輪列、５…像担持体位置
決め位置、６…カートリッジ挿入固定軸

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体側との間で歯車を係合させて駆動す
   る着脱自在のカートリッジを用いる画像形成装置におい
   て、本体側の歯車に対してカートリッジ側の歯車の軸心
   を外側にずらしてカートリッジを挿入し、カートリッジ
   側の歯車が本体側の歯車に歯幅方向で重なり合う位置か
   らカートリッジの挿入に伴いカートリッジ側の歯車の軸
   心を本体側の歯車の軸心に近づけ係合させるようにする
   ガイド手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記ガイド手段として、本体側に嵌入す
   るカートリッジの固定軸先端にテーパを設けたことを特
   徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記ガイド手段として、本体側にカート
   リッジをガイドするガイドレールを設けたことを特徴と
   する請求項１記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記ガイド手段は、軸心をずらした方向
   で歯車を近づけて係合させるようにすることを特徴とす
   る請求項１記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記歯車として、はすば歯車を用いたこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記はすば歯車は、カートリッジの感光
   ドラムがクリーニングブレードに対してトレール方向に
   回転する方向のねじれを有することを特徴とする請求項
   ５記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記ガイド手段として、カートリッジの
   挿入側に位置決め手段を有することを特徴とする請求項
   ６記載の画像形成装置。