JP2006113154A - 駆動伝達機構及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動伝達時の平均応力及び応力振幅が小さく、耐久寿命の長い駆動伝達機構及び該駆動伝達機構を備えた画像形成装置を得る。
【解決手段】 軸部材１と歯車１０とからなる駆動伝達機構。軸部材１の軸端部分２には、断面Ｄ形状をなすようにカット面３が形成されているとともに、爪部６を有するスナップフィット部５及び切欠き７が形成されている。歯車１０はその中心孔１１がスナップフィット部５の爪部６を乗り越えて軸端部分２に嵌合される。スナップフィット部５は、端部エッジ３ａの基準位置Ａから回転方向Ｂに対して１８０°〜３６０°の範囲内に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動伝達機構及び画像形成装置、特に、回転力伝達のために軸部材と該軸部材に嵌合された歯車などの回転伝達用円環部材とを備えた駆動伝達機構及び該駆動伝達機構を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。

一般に、軸部材と歯車とを一体的に組み付けて回転力伝達機構を構成することは周知である。従来では、軸と歯車を平行ピンやＤカット面などを介して回転力を伝達するようにし、歯車の抜け止めはＥリングを併用していた。しかし、Ｅリングによる抜け防止構成は部品点数の増加によるコストアップだけでなく、組立ての手間、リサイクル時の分解の手間を要し、好ましいものではない。

そこで、この種の伝達機構においては、図９及び図１０に示すように、軸部材３０の軸端部分に断面Ｄ形状をなすカット面３２を形成したスナップフィット部３１と、歯車４０の断面Ｄ形状の軸孔４１とを嵌合させる構成が採用されるに至った。軸孔４１にはカット面３２に対向する係合面４２が形成されている。スナップフィット部３１はさらに爪部３３と切欠き部３４とを備えている。また、４５は駆動源側の歯車である。樹脂製の軸部材３０にスナップフィット部３１を一体的に形成することはコスト上有利であり、近年では多用されている。

例えば、特許文献１には、軸端部に配置したスナップフィット部の突片とセンサ取付部に形成したキー溝とを嵌合させた伝達機構が開示されている。特許文献２には、軸端部に配置したスナップフィット部のダブルＤカット面とセンサ取付部に形成したキー溝とを嵌合させた伝達機構が開示されている。また、特許文献３には、軸端部にＤカット面と段差部とを形成し、重心調整部にＤカット面との係合面及び段差部に嵌合するスナップフィット部を形成した伝達機構が開示されている。

ところで、強度特性の観点からは、図９に示すカット面エッジ３２ａや切欠きエッジ３４ａに応力集中が生じるため、この部分での塑性変形、疲労破壊に対する対策が必要となっている。

カット面３２を有する軸部材３０に対して嵌合された歯車４０と駆動源側歯車４５との噛み合いによる駆動伝達機構の特性として、歯車４０，４５の噛み合い位相とカット面３２の位相の変化に伴い、歯車４５から一定のトルクが伝達されるとしても、１回転中で歯車４０と軸部材３０との圧接状態が変動する。この変動に従って、応力集中箇所であるカット面エッジ３２ａや切欠きエッジ３４ａの応力レベルが変動する。

ここで、歯車４０が１回転する場合の位相位置について説明する。図１１に示すように、駆動中心Ｏからカット面３２のエッジ３２ａを結んだ直線Ｌの延長線上で歯車４０と駆動源側歯車４５が噛み合う位置を基準位置Ａとする。基準位置Ａから歯車４０が矢印Ｂ方向に１回転した場合の応力変動を図１２に示す。

図１２に示すように、歯車４０が１回転する途中での応力変動の傾向として、応力が最大になるのは基準位置Ａから４５°回転した位置で、最小になるのは１８０°回転した位置である。軸部材３０の耐久寿命はこの応力の変動量と繰り返し回数とで決定される。

この応力の変動量について詳述すると、最大応力と最小応力の平均値である「平均応力」と、最大応力と最小応力との差を０．５倍した「応力振幅」の二つの指標によって耐久寿命が決定され、各指標の値が小さいほど耐久寿命が長くなる。

特許文献１，２，３などに記載されている従来のスナップフィット部の配置では、駆動伝達時にスナップフィット部自体に駆動力が作用し、根元部（エッジ３２ａ，３４ａ）に前述のような応力変動を生じさせる。特に、画像形成装置の現像ユニットに用いられる現像剤の攪拌羽根など負荷が大きい駆動伝達機構として使用される場合などは、応力変動が大きいがゆえに装置の寿命よりも短い期間で軸部が破損することがある。
特開２００２−６８５２５号公報 特開２００２−１５４７１０号公報 特開平８−１５１８４０号公報

そこで、本発明の目的は、駆動伝達時の平均応力及び応力振幅が小さく、耐久寿命の長い駆動伝達機構及び該駆動伝達機構を備えた画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明に係る駆動伝達機構は、軸端部分に断面略Ｄ形状をなすように形成したカット面とスナップフィット部を有する軸部材と、前記軸端部分に嵌合された回転伝達用円環部材とを備えた駆動伝達機構において、カット面のエッジを回転中心に対する基準位置として、軸部材の回転方向に対して１８０°〜３６０°の範囲内にスナップフィット部を配置したことを特徴とする。

本発明に係る駆動伝達機構においては、カット面のエッジを回転中心に対する基準位置として、軸部材の回転方向に対して０°から１８０°未満の範囲内にはスナップフィット部が配置されていなくてもよい。

また、本発明に係る画像形成装置は、前記駆動伝達機構を備えたことを特徴とする。

本発明に係る駆動伝達機構において、本発明者らの知見によると、回転伝達用円環部材にトルクが作用した場合、軸部材の２箇所で顕著な圧接力のピークが発生する。このピーク位置は軸部材のＤ形状カット面のエッジと該エッジから１２０°〜１８０°回転した位置である。従って、スナップフィット部を０°から１８０°未満の範囲内には配置することなく、１８０°〜３６０°の範囲内に配置することにより、駆動力に対する軸部材の強度が改善され、即ち、駆動伝達時の平均応力及び応力振幅が小さく、耐久寿命が向上する。

以下、本発明に係る駆動伝達機構及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（実施例１、図１参照）
本実施例１は、図１に示すように、軸部材１と歯車１０とで構成されている。軸部材１は軸端部分２に断面Ｄ形状をなすようにカット面３が形成されているとともに、爪部６を有するスナップフィット部５及び切欠き７が形成されている。

歯車１０は軸端部分２の断面形状と同形状の中心孔１１を有し、該中心孔１１が軸部材１の軸端部分２にスナップフィット部５の爪部６を乗り越えて嵌合される。この嵌合時に、中心孔１１が爪部６の傾斜面６ａを摺動し、スナップフィット部５が矢印ａ方向に変形する。嵌合した後は、カット面３と中心孔１１に形成された係合面１２とが係合することで歯車１０からの回転力が軸部材１に伝達され、かつ、爪部６にて歯車１０の抜け止めが図られる。

軸部材１は、カット面３、スナップフィット部５、爪部６及び切欠き７を一体成形したものである。その材料としては、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＣなどに代表される弾性を有する熱可塑性樹脂が最も適している。勿論、他の材料（金属材料や複合材料）についても、弾性、製造性、機械強度などの特性を満足すれば、使用することができる。歯車１０は樹脂や金属あるいは複合材料のいずれであってもよい。

（スナップフィット部の位置に関する原理的説明、図２及び図３参照）
本発明に係る駆動伝達機構において、歯車１０に回転力が伝達された場合、軸部材１の２箇所で顕著な圧接力のピークが発生する（図２参照）。このピーク位置は、図３に示すように、軸部材１のＤ形状カット面３のカット面エッジ３ａと、該エッジ３ａを回転中心に対する基準位置Ａとして軸部材１の回転方向Ｂに対して１２０°〜１８０°回転した位置である。

従って、スナップフィット部５を０°から１８０°未満の範囲内には配置することなく、１８０°〜３６０°の範囲（図３で斜線を付した領域）内に配置することにより、駆動力に対する軸部材１の強度が改善され、以下に示すように、駆動伝達時の平均応力及び応力振幅が小さくなり、耐久寿命が向上する。

（実施例１の作用効果、図４参照）
前記実施例１においては、スナップフィット部５を、０°から１８０°未満の範囲内には配置することなく、１８０°〜３６０°の範囲内に配置している。駆動伝達時にはカット面３のエッジ３ａや切欠きエッジ７ａに応力が集中することになり、基準位置Ａから歯車１０が矢印Ｂ方向に１回転した場合の応力変動を図４に示す。

図４に示すように、歯車１０が１回転する途中での応力変動の傾向として、応力が最大になるのは基準位置Ａから４５°回転した位置で、最小になるのは１８０°回転した位置である。この傾向は従来例として示した図１２の特性と基本的には同様である。しかし、最大応力と最小応力の平均値である「平均応力」と、最大応力と最小応力との差を０．５倍した「応力振幅」の二つの指標は、いずれも実施例１の方が従来例よりも小さく、軸部材１の耐久寿命が長くなる。

ちなみに、図４に示した応力は有限要素法を用いて計算したものであり、本実施例１の構成において、歯車１０の径を９ｍｍ、材料をポリプラスチック社製のＰＯＭ（Ｍ９０Ｓ）とし、軸部材１の径を４ｍｍ、材料をＡＢＳとし、駆動トルクは１０Ｎ・ｍｍとした。なお、図１２に示した応力も同様のモデルを採用した。

（実施例２、図５参照）
本実施例２は、図５に示すように、軸部材１の軸端部分２に、歯車との嵌合の際にスナップフィット部５が矢印ｂ方向に変形するように形成したものである。勿論、スナップフィット部５は基準位置Ａから矢印Ｂ方向に０°から１８０°未満の範囲内に配置することなく、１８０°〜３６０°の範囲内に配置されている。

従って、その作用効果は前記実施例１と同様である。また、図５において、図１と同じ部材、部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

（実施例３、図６参照）
本実施例３は、図６に示すように、軸部材１の軸端部分２に、歯車との嵌合の際にスナップフィット部５が矢印ｃ方向に変形するように形成したものである。勿論、スナップフィット部５は基準位置Ａから矢印Ｂ方向に０°から１８０°未満の範囲内に配置することなく、１８０°〜３６０°の範囲内に配置されている。

従って、その作用効果は前記実施例１と同様である。また、図６において、図１と同じ部材、部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

（実施例４、図７参照）
本実施例４は、図７に示すように、軸部材１の軸端部分２に、歯車との嵌合の際にスナップフィット部５が矢印ｄ方向に変形するように形成し、かつ、切欠き７の幅を前記切欠き７よりも小さくし、軸端部分２の強度を高めたものである。勿論、スナップフィット部５は基準位置Ａから矢印Ｂ方向に０°から１８０°未満の範囲内に配置することなく、１８０°〜３６０°の範囲内に配置されている。

従って、その作用効果は前記実施例１と同様である。また、図７において、図１と同じ部材、部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

（画像形成装置、図８参照）
前記各実施例１〜４を画像形成装置に適用する場合、例えば、図８に示すように、軸部材１にスクリュー９を形成し、現像ユニット内に設置される現像剤の攪拌羽根として使用する。他に、トナーの攪拌／搬送羽根や用紙搬送系のローラ軸などとして使用することも可能であり、幅広い用途に適用することができる。

また、画像形成装置としては、モノクロ／カラーの複写機やプリンタ、ファクシミリ、これらの複合機のいずれであってもよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係る駆動伝達機構及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

例えば、軸部材におけるスナップフィット部やその切欠き、爪部の詳細な形状は任意である。特に、端部エッジには強度補強のために、面取り、フィレットを付加してもよい。また、回転伝達用円環部材としては、前記歯車以外にプーリなどであってもよく、歯車の場合、その外周面には平歯やはす歯などが形成される。

本発明に係る駆動伝達機構の実施例１を示す斜視図である。 駆動伝達機構において軸部材の周面に作用する接触圧力の分布を示すグラフである。 本発明に係る駆動伝達機構の原理説明図である。 前記実施例１における端部エッジでの応力変動を示すグラフである。 本発明に係る駆動伝達機構の実施例２を示す斜視図である。 本発明に係る駆動伝達機構の実施例３を示す斜視図である。 本発明に係る駆動伝達機構の実施例４を示す斜視図である。 現像剤攪拌羽根に適用した軸部材を示す斜視図である。 従来の駆動伝達機構を示す分解斜視図である。 図９に示した駆動伝達機構を組み立てた状態を示す斜視図である。 従来の駆動伝達機構における歯車の噛み合い位置と端部エッジの位置関係を示す説明図である。 従来の駆動伝達機構における端部エッジでの応力変動を示すグラフである。

符号の説明

１…軸部材
２…軸端部分
３…カット面
３ａ…カット面エッジ
５…スナップフィット部
６…爪部
７…切欠き
７ａ…切欠きエッジ
９…スクリュー
１０…歯車
１１…中心孔

Claims (3)

1. 軸端部分に断面略Ｄ形状をなすように形成したカット面とスナップフィット部を有する軸部材と、前記軸端部分に嵌合された回転伝達用円環部材とを備えた駆動伝達機構において、
   前記カット面のエッジを回転中心に対する基準位置として、前記軸部材の回転方向に対して１８０°〜３６０°の範囲内に前記スナップフィット部を配置したこと、
   を特徴とする駆動伝達機構。
2. 前記カット面のエッジを回転中心に対する基準位置として、前記軸部材の回転方向に対して０°から１８０°未満の範囲内には前記スナップフィット部が配置されていないことを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達機構。
3. 請求項１又は請求項２に記載の駆動伝達機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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