JP2005258316A - 感光体ドラム、プロセスカートリッジ、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸間距離を均等に保ち、かつ振動発生等の不具合がない駆動装置を備えた感光体ドラム、プロセスカートリッジおよびこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 高画質を達成し、感光体ドラムを駆動する駆動手段として大径かつ小モジュールの樹脂ギヤ５９を用いた画像形成装置において、温度変化による前記樹脂製ギヤ５９の線膨張変化により軸間距離が変動することを防止するために、前記大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤ５９とこれに噛み合うモータギヤ５５の軸間距離がピッチ円径とほぼ同一のピッチ円サークル６３により決まるように構成され、前記モータギヤ５５を前記大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤ５９にばね６５にて押し付け、温度変化による軸間距離変動を吸収する構成を備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、振動発生等の不具合がない駆動装置を備えた感光体ドラム、プロセスカートリッジおよびこれを備えた画像形成装置に関するものである。

ドラム状の感光体として構成された４つの像担持体（感光体ドラム）が、転写材の搬送方向に沿って配列されているカラープリンタのごとき画像形成装置は一般に知られている。
近年の高画質化に伴い、画像の副走査方向の速度ムラに起因する画像不良（以降バンディングと呼ぶ）の低減が求められている。バンディングが発生する要因としては、感光体ドラムをギヤ駆動で構成する場合に、駆動部に使用されるギヤの１歯周期で発生するものが最も多い。
これは、感光体ドラムギヤの部品単品精度に起因する場合や、バックラッシュ量の変化により発生する場合がある。そこで、ギヤ１歯当りのバンディングを目立たなくするために、ギヤ噛み合い周波数を高くすることで、発生するバンディングピッチを細かくしてバンディングを目立たなくする技術も公開されている。
一般的に、バンディングピッチが０．４ｍｍピッチ以下であれば目立たないとされている。しかし、ギヤ噛み合い周期を細かくするためには、感光体ドラム駆動ギヤの径を大きくし、かつモジュールを小さくすることで達成することが可能であるが、近年のギヤは、樹脂にて成型したギヤが主流であり、この樹脂製ギヤは温度変化によりピッチ円径が変化してしまう問題があった。
とくにギヤ噛み合い周波数を高くするためにはギヤピッチ円径が大きくなる傾向にあり、ピッチ円がφ１００の場合、一般的にギヤ材に使用されるＰＯＭ材の場合、線膨張係数が８×１０^−５程度であり、仮にギヤ周囲温度が３０℃上昇すると、１２０μ軸間ピッチが長くなることになる。
また、ギヤ周波数を上げるためには、ギヤモジュールも小さくする必要がある。ギヤモジュールが小さい場合の軸間公差は、バックラッシュ量の適正化のためにも厳しくする必要が出てくる。
その構成におけるギヤの熱膨張による軸間変動は、噛み合い状態が悪化することにより、バンディングピッチを細かくしても1歯あたりのバンディングが目立つ結果となってしまう。最悪の場合、相手ギヤの歯底と大径ギヤの歯先が干渉する結果となり、画像ばかりではなく、騒音、寿命にも影響してしまう可能性もある。

上記問題点を解決する手段として、ギヤ噛み合い部を保持する部品の線膨張係数がほぼ同等の樹脂で構成したものが知られているが、この場合軸間保証部材の剛性は、板金に対して著しく低下し、かつ、高温環境下での剛性はさらに低下していき、保証部材形状を工夫しても（リブ等での補強）モータ振動の増幅等、他の不具合による画像不良が発生してしまう。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、軸間距離を均等に保ち、かつ振動発生等の不具合がない駆動装置を備えた感光体ドラム、プロセスカートリッジ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。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、高画質を達成し、感光体ドラムを駆動する駆動手段として大径かつ小モジュールの樹脂ギヤを用いた画像形成装置において、温度変化による前記樹脂製ギヤの線膨張変化により軸間距離が変動することを防止するために、前記大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤとこれに噛み合うモータギヤの軸間距離がピッチ円径とほぼ同一のピッチ円サークルにより決まるように構成され、前記モータギヤを前記大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤにばねにて押し付け、温度変化による軸間距離変動を吸収する構成を備えた画像形成装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記大径かつ小モジュールの樹脂ギヤが、遮蔽された空間に保持されて、その空間に対してファンモータ等による冷却装置を具備し、前記大径かつ小モジュールの樹脂ギヤが保持される空間の温度上昇を抑える請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記大径かつ小モジュールの樹脂ギヤとこれに噛み合う前記ギヤをハスバギヤとして構成する請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３の記載の画像形成装置において、前記大径かつ小モジュールの樹脂ギヤを駆動源とする回転体が、回転軸の伝達部材と反対側に設けた爪部材との係合部を端部に備え、前記回転軸の軸方向に移動することにより前記係合部の接離を可能とし、前記回転軸から着脱可能な感光体ドラムを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載した感光体ドラムと、画像形成用手段のうちすくなくとも前記感光体ドラム表面を帯電させる帯電手段を一体にしたプロセスカートリッジを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプロセスカートリッジを具備してなる画像形成装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のプロセスカートリッジを少なくとも４個具備し、カラー画像が形成可能である画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、大径、小モジュールギヤの線膨張による軸間距離変動を防止することが可能となり、軸間変動によるバックラッシュ変動も抑えることが可能となり、適正なバックラッシュを確保することで、これに起因する画像ムラ（画像バンディング）の発生を防ぐことが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は一般に知られている本発明を適用する画像形成装置の一例であるカラープリンタを示す概略垂直断面図である。
画像形成装置本体１内には、ドラム状の感光体として構成された４つの像担持体（感光体ドラム）２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２ＢＫが、後述する転写材の搬送方向Ａ１に沿って配列されている。
図示した例では転写材の搬送方向Ａ１の最上流側の感光体ドラム２Ｙの表面にはイエロートナー像が形成され、次の感光体ドラム２Ｍの表面にはマゼンタトナー像が、さらに次の感光体ドラム２Ｃの表面にはシアントナー像が、さらにその次の感光体ドラム２ＢＫの表面にはブラックトナー像がそれぞれ形成されるように構成され、これらの感光体ドラムはそれぞれ矢印Ｂ１方向に回転駆動される。
感光体ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２ＢＫに対向して転写材搬送装置３が配置され、この転写材搬送装置３は、支持ローラ４、５、６、７と、これらの支持ローラ４、５、６、７に巻き掛けられた無端ベルトよりなる転写ベルト８とを有し、転写ベルト８は転写材の搬送方向Ａ１に回転駆動される。
かかる転写ベルト８の表面に各感光体ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２ＢＫが当接し、しかも転写ベルト８を挟んで、各感光体ドラムに対向した位置には、転写装置の一例である転写ブラシ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９ＢＫがそれぞれ配置されている。
一方、画像形成装置本体１内の下部には、シート給送装置１０のカセット１１が配置され、そのカセット１１内に配置された底板１２上に、例えば転写紙よりなる転写材Ｓが積載されている。

最上位の転写材Ｓの上面に当接した給送ローラ１３が反時計方向に回転駆動されることにより、その最上位の転写材Ｓが矢印Ｃ方向に給送され、その給送された転写材Ｓはレジストローラ対１４の回転によって所定のタイミングで各感光体ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２ＢＫと転写ベルト８との間の転写部に向けて給送される。
ここで、前述のようにイエロー用の感光体ドラム２Ｙの表面にはイエロートナー像が形成されており、かかる感光体ドラム２Ｙと転写ベルト８の間の転写部を転写材Ｓが通過するとき転写ブラシ９Ｙの作用により、感光体ドラム２Ｙの表面に形成されたイエロートナー像が転写材Ｓの表面に転写される。
この転写材Ｓは引き続きマゼンタ用の感光体ドラム２Ｍ、シアン用の感光体ドラム２Ｃおよびブラック用の感光体ドラム２ＢＫと転写ベルト８との間の各転写部を順次通過する。
そして各転写ブラシ９Ｍ、９Ｃ、９ＢＫの作用により、各感光体ドラム２Ｍ、２Ｃ、２ＢＫ上の各色のトナー像が、既に転写材Ｓ上に転写されたイエロートナー像上に重ね合わされて順次転写される。
上述のようにして表面に４色の重ね合せトナー像が転写された転写材Ｓは、定着ローラ１５と加圧ローラ１６の間を通り、このとき熱と圧力の作用によって、そのトナー像が転写材Ｓの表面に定着される。次いで、この転写材Ｓは矢印Ｅで示すように排紙トレイ１７上にスタックされる。
各感光体ドラム２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２ＢＫと、その表面にトナー像を形成する各要素は、それぞれ一体的なプロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８ＢＫとして構成されている。
その各プロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８ＢＫの構成は実質的に同一であるため、そのうちの１つのイエロー用の感光体ドラム２Ｙを有するプロセスカートリッジ１８Ｙの構成と作用だけを図２を参照して説明する。

図２はイエロー用の感光体ドラムを有するプロセスカートリッジの構成を示す断面図である。図２に示すように、このプロセスカートリッジ１８Ｙの感光体ドラム２Ｙは、ユニットケース１９に回転自在に組み付けられて矢印Ｂ１方向に回転駆動される。
感光体ドラム２Ｙの表面には、ユニットケース１９に回転自在に支持された帯電ローラ２０が回転しながら当接し、その帯電ローラ２０により感光体ドラム２Ｙの表面が所定の極性に帯電される。
一方、画像形成装置本体１内には、図１に示すように、プロセスカートリッジ１８Ｙとは別にレーザ書き込みユニット２１が配置され、このレーザ書き込みユニット２１からレーザビームＬが出射される。
光変調されたレーザビームＬによって、図２に示すように帯電後の感光体ドラム２Ｙの表面が露光され、これによって感光体ドラム表面にイエロー画像用の静電潜像が形成される。
上記静電潜像は現像装置２２によってイエロートナー像として可視像化される。この現像装置２２は、ユニットケース１９の一部により構成された現像ケース２３と、この現像ケース２３に回転自在に支持されて反時計方向に回転駆動される現像ローラ２４とを有し、現像ケース２３内には、イエロー色のトナーとキャリアを有する粉体状の二成分系現像剤ＤＹが収容されている。
この現像剤ＤＹは現像ローラ２４上に担持されて搬送され、規制ブレード２６により量を規制されて現像ローラ２４と感光体ドラム２Ｙとの間の現像領域に運ばれ、その現像剤ＤＹ中のトナーが感光体ドラム表面に形成された静電潜像に静電的に移行して静電潜像がイエロートナー像として可視像化される。
イエロートナー像は前述のようにして転写材Ｓの表面に転写され、その転写後に感光体ドラム表面に付着する転写残トナーは、クリーニング装置２７により除去される。
このクリーニング装置２７はユニットケース１９の一部により構成されたクリーニングケース２８と、そのクリーニングケース２８に回転自在に支持されて矢印方向に回転駆動されるクリーニングブラシ２９と、基端部がクリーニングケース２８に固定されたクリーニングブレード３０とを有している。
この構成において、回転駆動されるクリーニングブラシ２９とクリーニングブレード３０が夫々感光体ドラム２Ｙの表面に当接してその表面の転写残トナーを掻き取り除去する。

図３は感光体ドラム駆動部の実施の形態を示す概略断面図である。まず感光体ドラムを含むプロセスカートリッジ１８Ｙは、画像形成装置本体１に対して着脱可能に装着されている。
図３はこのプロセスカートリッジ１８Ｙが画像形成装置本体１に装着されたときの様子を示しており、この図に示すように、ドラム状の像担持体（感光体ドラム）２Ｙは、円筒状の感光体ドラム本体３９を含んでいる。
感光体ドラム２Ｙは、さらに、その長手方向各端部に固定されたフランジ部材４０、４１を備え、手前側（紙面下側）のフランジ部材４０は軸受４２を介してユニットケース１９に回転自在に支持され、奥側（紙面上側）のフランジ部材４１は画像形成装置本体１に回転自在に支持された軸５７に着脱可能に連結されている。
軸５７は、画像形成装置本体１の奥側の側板３１と、この側板３１に不動に固定された支持板３２とからなる支持体６０に、軸受４７、５８を介して回転自在に支持されている。また奥側のフランジ部材４１の回転中心部に形成された中心孔４９に軸５７の先端部に固定されたジョイント５０が係合する。
ジョイント５０の外周面に歯が形成され、中心孔４９の内周面にも歯が形成され、かかるジョイント５０と中心孔４９が互いに嵌合し、これらの歯が互いに噛み合い、軸５７の回転が感光体ドラム２Ｙに伝えられるように構成されている。この状態で、プロセスカートリッジ１８Ｙのユニットケース１９が、画像形成装置本体１に対して位置決めされて保持される。
プロセスカートリッジ１８Ｙを画像形成装置本体１の手前側、すなわち図３に矢印Ｆで示した方向に引くと、ジョイント５０と像担持体の中心孔４９が外れ、感光体ドラム２Ｙを含めたプロセスカートリッジ１８Ｙを画像形成装置本体１の手前側に引き出すことができる。
逆に、プロセスカートリッジ１８Ｙを画像形成装置本体１の奥側、すなわち矢印Ｆと反対方向に押し込むと、図３に示したように感光体ドラム２Ｙの中心孔４９とジョイント５０が嵌合し、その両者の歯が互いに噛み合い、ドラム状の像担持体２Ｙと軸５７が同心状に位置決めされる。上記軸５７のジョイント５０が固定された側の端部と反対側の端部に、ギヤとして構成された回転体５９が固定連結されている。
大径かつ小モジュールの樹脂ギヤを駆動源とする回転体５９が、回転軸５７の伝達部材と反対側に設けた爪部材（図示せず）との係合部（ジョイント５０）を端部に備え、回転軸５７の軸方向に移動することにより係合部の接離を可能とし、回転軸５７から着脱可能となっている。

図４は本発明による感光体駆動部の詳細を図３の配置と１８０°方向を変えた状態で示す概略縦断面図である。図５は図４の感光体駆動部の斜視図である。本実施の形態では、１つの感光体ドラムステーションを例に取って説明する。
感光体ドラムに駆動力を伝達する手段としてギヤ５９があり、この感光体ドラム駆動ギヤ５９は樹脂にて成型され、かつモジュールが０．３で構成されている。また、この感光体ドラム駆動ギヤ５９は、図示しない平行ピンにより感光体ドラム駆動軸５７と同期して回転するように、ネジ５６によって保持されている。
本発明のギヤピッチ保持部材とし、駆動ギヤ５９と同材質で成型されたピッチ円サークル６４が感光体ドラム駆動軸５７に同期し回転するよう保持されている。このピッチ円サークル６４は、感光体ドラム駆動ギヤ５９のピッチ円とほぼ同径で構成されているものとする。
また、このピッチ円サークル６４を感光体ドラム駆動ギヤ５９と一体に成型して構成しても良い。次に感光体ドラム駆動ギヤ５９を駆動するモータギヤ５５は、感光体ドラム駆動ギヤ５９の径の約１／１０の径であり、このギヤピッチ円径とほぼ同径で形成されたピッチ円サークル６３を備えている。
このピッチ円サークル６３もモータギヤ５５と同材質で構成されたものである。このモータギヤ５５は樹脂ではなく、黄銅等の金属材質で構成されていても良い。また、このギヤ構成を備えた駆動モータ５４は、回転基準ピン６２を中心に揺動可能に揺動ブラケット６１により保持されている。
この揺動ブラケット６１は、ばね６５により感光体ドラム駆動ギヤ５９にＡ方向へ付勢されピッチ円サークル６４の突き当てによりギヤピッチが確保される構成となっている。すなわち、画像形成装置は感光体ドラムの駆動手段にギヤ駆動を用い、かつ高画質を達成する手段として大径、小モジュールの樹脂製ギヤを用いている。
温度変化による樹脂製ギヤの線膨張変化により軸間距離が変動することを防止する変動防止手段として、大径かつ小モジュール樹脂ギヤと、このギヤと噛み合う他のギヤとの軸間距離は、各ギヤのピッチ円径とほぼ同一のピッチ円サークル６３、６４により決まる構成で、大径、小モジュールギヤに噛み合うギヤを前記ギヤにばね等６５にて押し付け、温度変化による軸間距離変動を吸収する構成を有する。
大径かつ小モジュールの樹脂ギヤを駆動源とする回転体が、回転軸５７の伝達部材と反対側に設けた爪部材（図示せず）との係合部を端部に備え、回転軸５７の軸方向に移動することにより係合部の接離を可能とし、回転軸５７から着脱可能にしてある。

図６は本発明による感光体ドラム駆動部の詳細を第２の実施の形態において示す概略図である。図６において、複数の感光体ドラム駆動ギヤ５９を覆う（包囲する）形で、ダクト６６が形成されている。
このダクト６６内の空間（外部から遮断された空間）の一端開口に対して、ファンモータ６７を配置し、外気を矢印方向に流すことによって、感光体ドラム駆動ギヤ５９周辺の雰囲気温度を下げ、駆動ギヤ５９が膨張しても画像に影響が出ない使用環境を作ることで、画像不具合の発生を抑える構成である。
図４ないし図６において、駆動ギヤ５９として使用するギヤはハスバギヤで構成されてもよく、その場合には、噛み合い率を平歯より多くすることが可能となるため、回転精度の向上が望まれ、さらに動作音の低減効果も可能となる。
上述のごとく、本発明は感光体ドラムに適用され、かつこの感光体ドラムが着脱可能な構成であるため、ユーザ操作をスムーズに行うことが可能となる。また、プロセスカートリッジ形態を取ることで、画像形成装置に対して容易に着脱作業ができることで、ユーザ負荷低減に繋がる。
本発明の構成をカラー画像形成装置に搭載することによって、大径、小モジュールギヤの線膨張による軸間距離変動を防止することができるので、モノクロ画像より要求画像が高いカラー画像の品質を安定させることができる。

一般に知られている本発明を適用する画像形成装置の一例であるカラープリンタを示す概略垂直断面図である。 イエロー用の感光体ドラムを有するプロセスカートリッジの構成を示す断面図である。 感光体ドラム駆動部の実施の形態を示す概略断面図である。 本発明による感光体駆動部の詳細を図３の配置と１８０°位置を変えた状態で示す概略図である。 図４の感光体駆動部の斜視図である。 本発明による感光体ドラム駆動部の詳細を第２の実施の形態において示す概略図である。

符号の説明

１ 画像形成装置（レーザプリンタ）
２Ｙ 像担持体（イエロー用感光体ドラム）
１８Ｙ プロセスカートリッジ
２０ 帯電手段（帯電ローラ）
５０ 係合部（ジョイント）
５７ 回転軸
５５ モータギヤ（樹脂製ギヤ５９と噛み合う）
５９ 大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤ
６５ ばね

Claims (7)

1. 感光体ドラムの駆動手段として、大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤとこれに噛み合うモータギヤとを用いた画像形成装置において、前記樹脂製ギヤと前記モータギヤの各片面側に夫々固定され且つ各ギヤのピッチ円径とほぼ同一径のピッチ円サークルと、前記モータギヤを前記樹脂製ギヤに押し付けるばねと、を備え、
   前記樹脂製ギヤとモータギヤの軸間距離が各ピッチ円サークルにより決まるように構成し、温度変化による軸間距離変動を吸収するように構成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤが、外部と遮蔽された空間内に保持されて、その空間内を換気するための冷却装置を具備し、前記樹脂製ギヤが保持される空間の温度上昇を抑えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤとこれに噛み合う前記モータギヤをハスバギヤとして構成する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１ないし３の記載の画像形成装置において、前記大径かつ小モジュールの樹脂製ギヤとしての回転体が、回転軸の伝達部材と反対側に設けた爪部材との係合部を端部に備え、前記回転軸の軸方向に移動することにより前記係合部の接離を可能とし、前記回転軸から着脱可能であることを特徴とする感光体ドラム。
5. 請求項４に記載した感光体ドラムと、画像形成用手段のうちすくなくとも前記感光体ドラム表面を帯電させる帯電手段を一体にしたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
6. 請求項５に記載のプロセスカートリッジを具備してなることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項５に記載のプロセスカートリッジを少なくとも４個具備し、カラー画像が形成可能であることを特徴とする画像形成装置。

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