JP2010078950A - 回転力伝達装置、画像形成体および画像形成装置 - Google Patents

回転力伝達装置、画像形成体および画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】軸とこの軸に接触しつつ相対的に回転する部材とを備えた構成において、軸または回転する部材から伝わる熱による現像剤の変質を抑える技術を提供する。
【解決手段】歯車106は、軸201に回転自在な状態で支持され、現像剤を感光体ロールに供給するための現像剤供給用ロール301に駆動力を伝達する。歯車106と軸201との間には、隙間204が形成されており、歯車106が回転すると、遠心力により、開口206から隙間204内の空気が排出され、また開口205から通路207を経由して隙間204に空気が流入する。これにより、軸201から放熱が行われ、現像剤供給用ロール301から現像剤に熱が伝わることによる現像剤の変質が抑えられる。
【選択図】図2

Description

本発明は、回転力伝達装置、画像形成体および画像形成装置に関する。
特許文献1には、ギア等のような回転体を支持する支軸として、中心孔を有した円筒形状のものを採用し、この中心孔からギア等の回転時の摩擦熱を放熱する構造が記載されている。特許文献2には、画像形成装置の歯車において、軸方向に沿って円周方向に所定の間隔で形成され、回転によって空気を吸収・排気するための螺旋羽根を設けた構成が記載されている。特許文献3には、回転することによって空気流を生じる開口をギアに形成した構成が記載されている。
特開平7−332351号公報 特開平8−152836号公報 特開2000−330458号公報
本発明は、本発明の構成を用いない場合と比べて、熱による現像剤の変質を抑える技術の提供を目的とする。
請求項1に記載の発明は、軸となる第1の部材と、前記第1の部材の外周に少なくとも一部が接触した内周を備え、前記第1の部材を軸として相対的な回転が可能な第2の部材と、前記第1の部材と前記第2の部材との間に形成された隙間と、前記隙間に繋がった開口と、を備え、前記相対的な回転により現像剤の搬送を行うことを特徴とする回転力伝達装置である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、開口は、相対的な回転に際して、空気が流入する第1の開口と、相対的な回転に際して、空気が流出する第2の開口と、を含むことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、第2の部材は、第1の部材の回りを回転し、第2の開口は、第2の部材の外周に形成されていることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の発明において、第2の部材は、第1の部材の回りを回転し、動力を伝達する回転体であり、第1の開口は、回転体の軸方向における一方の端面に形成され、第2の開口は、回転体の軸方向における他方の端面の位置またはそこから軸方向に離れた位置に設けられていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項2〜4のいずれか一項に記載の発明において、軸方向から見て、第1の開口の位置と、第2の開口の位置とが異なることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項2〜5のいずれか一項に記載の発明において、第1の開口と第2の開口とを結ぶ経路が、軸方向と交差することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転力伝達装置と、第1の部材が固定された筐体と、第2の部材の第1の部材に対する回転により、現像剤を搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする画像形成体である。
請求項8に記載の発明は、潜像が形成され当該潜像が請求項7記載の画像形成体によって搬送される現像剤にて現像されると共に現像された像を保持する像保持体と、前記像保持体上の像が転写された用紙を通過させると共に前記像に熱を加えて当該像を用紙に定着させる定着手段と、を有することを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、請求項1に記載した発明を採用しない場合に比較して、熱による現像剤の変質を抑えることができる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明を採用しない場合に比べて、隙間による放熱効果を高めることができる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項3に記載の発明を採用しない場合に比べて、第2の開口からの空気の排出効率を高めることができる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項4に記載の発明を採用しない場合に比較して、より多くの熱量を放熱できる。
請求項5に記載の発明によれば、請求項5に記載の発明を採用しない場合に比較して、第1の開口から第2の開口に流れる空気による放熱効果を高めることができる。
請求項6に記載の発明によれば、請求項5に記載の発明を採用しない場合に比較して、第1の開口から第2の開口に流れる空気による放熱効果を高めることができる。
請求項7に記載の発明によれば、請求項7に記載した発明を採用しない場合に比較して、画像形成体の内における現像剤の変質を抑えることができる。
請求項8に記載の発明によれば、請求項8に記載した発明を採用しない場合に比較して、画像形成装置の内における現像剤の変質を抑えることができる。
(1)第1の実施形態
(画像形成ユニット)
以下、発明を利用した一例を説明する。図1は、本発明を利用した画像形成ユニットの一例を示す斜視図である。図1には、画像形成ユニット100が示されている。画像形成ユニット100は、後述する画像形成装置に着脱可能であり、Y(イエロー)、M(マゼンダ)、C(シアン)、K(ブラック)から選ばれた1つの色のトナー象を形成する機能を備えている。図1では、画像形成ユニット100が備える外側の筐体の一部が図示省略され、歯車105等の内部構造を見易くした状態が示されている。
図1に示すように、画像形成ユニット100は、符号101の部分にトナーを含む現像剤が収納され、この現像剤は、符号102の部分に収められた螺旋形状の現像剤搬送装置などによって符号101の部分から符号103の部分に運ばれる。符号103の部分には、現像剤供給用ロールが収められている。この現像剤供給ロールが回転することで、現像剤が像保持体の一例としての感光体104ロールに向かって搬送され、感光体ロール104に現像剤が供給される。そして、感光体ロール104の表面にトナー像が形成される。
符号102の部分に収められた螺旋形状の現像剤搬送装置は、歯車105に駆動力が伝えられることで駆動される。この駆動機構についての説明は省略する。符号103の部分に収められた現像剤供給用ロールは、歯車106が回転することで回転する。歯車106は、図示しない筐体(外側ケース)に固定された軸201に、この軸201に対して回転が可能な状態で支持されている。歯車106は、後述する画像形成装置に画像形成ユニット101を装着した状態で、画像形成装置側の駆動歯車と噛み合う。この状態で、この駆動歯車がモータにより回転すると、その回転力が歯車106に伝わり、軸201の回りを歯車106が回転する。これにより、符号103の部分に収められた現像剤供給用ロールが回転する。
画像形成ユニット100は、画像形成ユニット100の画像形成装置への着脱を行う際に利用される取っ手107と108を備えている。画像形成ユニット100は、感光体ロール104に静電潜像を形成するための書き込み光を走査して照射する光学系は備えていない。この光学系は、後述する画像形成装置側に配置されている。
(歯車106に関連する構成)
図2〜4は、図1の歯車106に関連する構成を示す概念図である。ここで、図2(A)は、図1をX軸の正の方向から見た場合の外観が示され、(B)は、(A)を軸方向(Y軸方向)で切った断面の状態が示されている。また、図3は、図2と90°異なる視点から見たものであり、図3(A)は、図1をZ軸の負の方向から見た場合の外観が示され、図3(B)は、(A)を軸方向(Y軸方向)で切った断面の状態が示されている。また、図4には、Y軸の正の方向からみた外観の様子が示されている。
図2および図3に示されるように、軸201は、画像形成ユニット100の筐体202(図1では図示省略されている)に固定されている。なお、図4では、筐体202は図示省略されている。歯車106は、円筒形状部分203と一体に形成されており、円筒形状部分203は、軸方向(図の左方向)に延長している。歯車106および円筒形状部分203の軸部分は、空洞とされており、この空洞の内周の表面は、軸201の外周の表面に接触しつつ相対的に動くことができる状態とされている。すなわち、歯車106および円筒形状部分203は、筐体202に固定された軸106の回りを軸106に接触しつつ回転可能とされている。
円筒形状部分203と軸201との間には、隙間204が形成されている。隙間204は、円筒形状部分203の内径が拡げられた部分と、軸201の外形が縮小された部分とで構成されている。隙間204には、円筒形状部分203の外周に形成され、軸に垂直な方向に開いた開口206が繋がり、また軸方向に開いた開口205が繋がっている。開口205は、第1の開口の一例であり、開口206は、第2の開口の一例である。
開口205は、歯車106の端面(図の右側の端面)に形成され、開口206は、その反対側の端面の近く、すなわち歯車106の円筒形状部分203側の端面(図の左側の端面)から図の左方向に離れた位置に形成されている。なお、開口205の縁が、歯車106の端面の位置にあってもよい。
開口205は、軸中心に対して対象な180°異なる2方向に形成されている。隙間204から開口205との間には、通路207が形成されている。通路207は、歯車106の内径を拡げた部分と軸201との間の隙間により形成されている。通路207の長さは、歯車106の軸方向の長さ以上とされ、歯車106の軸方向の長さによって、その全長が確保されている。
図3および図4に示されるように、開口206は、軸201を挟んだ180°異なる方向に向いている。軸方向から見た場合、開口205の位置と、開口206の位置とは、重ならず異なっている。このため、開口205と開口206とを繋ぐ経路を考えた場合、その経路が軸方向(Y軸方向)と交わる。すなわち、開口205から開口206に到る経路を考えると、開口205から軸方向に進み、隙間204の部分で方向を軸回りの円周方向に変更し、円周方向に(1/4)周進むことで、開口206の直下に到る。この際、軸方向と交わる方向に進むことになる。軸方向から見た場合における開口205と開口206との重なり具合は、一部が重なっていても良い。
図2および図3に示すように、円筒形状部分203は、現像剤供給用ロールを収納する部分103(図1参照)に伸びている。この部分103には、外側構造体302の内側に現像剤供給用ロール301が収められた構造とされている。現像剤供給用ロール301は、円筒形状を有し、円筒形状部分203に結合している。円筒形状部分203が軸201の回りを回転すると、現像剤供給用ロール301は、円筒形状部分203と一緒に軸201の回りを回転する。現像剤供給用ロール301は、その表面に現像剤を保持した状態で回転することで、現像剤の搬送を行う。
(画像形成装置)
図5は、画像形成装置の一例を示す概念図である。図5には、画像形成装置400が示されている。画像形成装置400は、用紙供給装置401を備えている。用紙供給装置401は、用紙が複数枚収められ、画像形成装置400に着脱自在な構造とされている。用紙供給装置401内の用紙は、引き出しロール402によって引き出される。この引き出された用紙は、搬送ロール403、404を経て、搬送ベルト405に送られる。搬送ベルト405に対向した位置に、用紙の搬送経路に沿って、YMCKの各基本色のトナー像を形成する4つの画像形成ユニット406〜409が配置されている。
画像形成ユニット406〜409のそれぞれは、図1に示す画像形成ユニット100に示す構造を有し、YMCKに対応した現像剤を保持している。例えば、画像形成ユニット406がY色に対応した現像剤を保持し、Y色のトナー象を形成し、画像形成ユニット407がM色に対応した現像剤を保持し、M色のトナー象を形成し、画像形成ユニット408がC色に対応した現像剤を保持し、C色のトナー象を形成し、画像形成ユニット409がK色に対応した現像剤を保持し、K色のトナー象を形成する。
搬送ベルト405の下流側には、定着手段の一例としての定着装置410が配置されている。定着装置410は、一対のロールからトナー像が形成された用紙に圧力と熱を加えることで、用紙上に付着したトナー象を用紙上に定着させる。
定着装置410の下流側には、排出ロール411が配置されている。用紙は、排出ロール411から用紙排出面412に排出される。符号413は、用紙の両面への画像の形成を行う際に利用される用紙の搬送経路である。
符号414は、画像形成装置400の本体に対して開閉可能な開閉部分とされている。開閉部分414は、画像形成装置400の本体に軸415の部分で支持されている。搬送ロール404、搬送ベルト405、定着装置410および排出ロール411は、開閉部分414に取り付けられている。開閉部分414を開くと、画像形成ユニット406〜409の一部が露出する。所謂トナー切れの際には、開閉部分414を開いて、トナーの切れた画像形成ユニットの交換が可能となる。
画像形成ユニット406〜407の背後には、各画像形成ユニットの感光体ドラムに静電潜像を形成するための光学系ユニット416が配置されている。光学系ユニット416は、描画のための走査レーザ光を各画像形成ユニットの感光体ドラムに照射する。
図5を用いて画像形成ユニットの構成を補足説明する。画像形成ユニット406を例に挙げると、現像剤収納部501に現像剤が収められ、この現像剤は、回転する螺旋構造を利用した現像剤搬送装置502により、現像剤供給用ロール301(図2および図3を参照)に搬送される。現像剤供給用ロール301は、回転することで、現像剤を感光体ドラム103に向かって搬送する。現像剤供給用ロール301は、図1の歯車106から駆動力が伝えられる。歯車106は、図5では図示省略されている画像形成装置400側に配置された駆動歯車に噛み合い、この駆動歯車がモータによって回転することで、駆動される。
感光体ドラム103は、潜像が形成され当該潜像が現像剤供給用ロール301によって搬送される現像剤にて現像されると共に現像された像を保持する像保持体の一例である。
図示省略するが、感光体ドラム103の周囲には、回転上流側から順に除電装置、クリーニング装置および帯電装置が配置されている。感光体ドラム103が図5の時計回り方向に回転している状態において、まず除電装置によって感光体ドラム103の表面に残存する電荷が除去され、さらに残存物がクリーニング装置によって除去される。そして表面の残存物が除去された部分が、帯電装置によって帯電させられる。この帯電した部分に光学系ユニットから書き込みのためのレーザ光が走査されつつ照射されることで、感光体ドラム103の表面に静電潜像が形成される。そして、この静電潜像が形成された部分に現像剤供給用ロール301から現像剤が供給され、先の静電潜像に対応したトナー象が感光体ロール103の表面に形成される。こうして、感光体ドラム103に対する現像が行われる。これらの構造および仕組みは、画像形成ユニット607〜409においても同じである。
(動作)
以下、図5に示す画像形成装置の動作の一例を説明する。画像の形成動作が開始されると、用紙供給装置401から用紙が、引き出しロール402によって引き出され、搬送ロール403、404を経て、搬送ベルト405に向かって搬送される。搬送ベルト405に接触した用紙は、図の下から上に向かって搬送され、画像形成ユニット406〜409において、各基本色のトナー像がその表面に順次重ねられて形成される。
ここで、この際の画像形成ユニットにおいて行われる動作の一例について、画像形成ユニット406を例に挙げ説明する。図の時計回り方向に回転する感光体ドラム103が光学系ユニット416からの書き込み光によって露光されると、感光体ドラム103の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像に現像剤供給用ロール301から現像剤が供給されることで、感光体ドラム103上にトナー像が形成される(つまり現像が行われる)。この際、現像剤供給用ロール301が、画像形成装置400内の図示省略した駆動系によって駆動され回転する。
感光体ドラム103の表面に形成されたトナー像は、転写ロール503の機能によって、用紙上に転写される。このトナー像の形成が、画像形成ユニット407、408および409において順次行われることで、用紙上にYMCKの各基本色のトナー象が重ねて形成されてカラーのトナー像が形成される。
YMCKの各基本色のトナー象が重ねて形成された用紙は、搬送ベルト405から定着装置410に送られ、画像の定着処理が施される。画像の定着処理が行われた用紙は、排出ロール411から用紙排出面412に排出される。なお、両面に画像を形成する際には、排出ロール411から用紙搬送経路413に用紙を戻し、残りの面に対する画像の形成を行う。
(温度上昇を抑える機能)
以上説明した例示における現像剤の温度上昇を抑える機能について説明する。まず、現像剤の温度上昇が起こる原因として、以下に例示する要因があると考えられている。まず、図5に示す構造において、定着装置410の熱が、画像形成ユニット406〜409に伝わることである。特に、用紙の両面に画像の形成を行う際、定着装置410を通過した温められた用紙が、常温まで温度低下することなく、符号413の搬送経路を通って再び画像形成ユニット406〜409を通過する。温められた用紙の熱は、感光体ドラムを温める。そして感光体ドラムを温めた熱は現像剤供給用ロール301を温め現像剤に伝達する。両面の画像形成が連続するような場合には、特に顕著に、符号103の内部に収容された現像剤供給用ロール301、現像剤などの温度上昇が起こる。この傾向は、画像形成装置400が小型化され、部品の実装密度が高く程高くなる。これは、ファン等で冷却風を通過される隙間が狭くなり熱がこもり易くなっていることが一因と考えられている。次に、現像剤供給用ロール301、現像剤などが収容された符号103の内部空間(例えば現像器内部等)自身の要因で発生する熱である。現像剤供給用ロール301等が回転駆動される際に軸受けや現像剤等と接触して擦れることで生じる熱が生じる。特に、画像形成装置400の小型化に伴い、現像剤供給用ロール301、現像剤などが収容された符号103の内部空間(例えば現像器内部等)の容積も小型化された場合、現像剤供給用ロール301等が回転駆動される際に軸受けや現像剤等と接触して擦れることで生じた熱が、現像剤などが収容された符号103の内部空間(例えば現像器内部等)から速やかに放熱されること無くこもってしまう。上記二つの要因以外にも、画像形成装置400のプリント速度や設置環境等、種々の要因が考えられるが、画像形成装置400が小型化され、部品の実装密度が高くなった場合に、特に顕著な要因を例示した。
そして、現像剤の温度上昇を抑える原理を以下に説明する。図4に示す構成において、歯車106が図の時計回り方向に回転する場合を考える。この際、壁面206aに押された空気の分子は、遠心力で開口206から遠心方向に移動する。この結果、開口206側が負圧となり、開口205から空気が軸方向に流入し、この流入した空気は、図2の通路207を通って隙間204に到り、最終的に上記の遠心力によって開口206から排出される。この空気の流れが生じる過程で、軸201から熱が奪われ、軸201に符号103の内部空間から伝導した熱の冷却または放熱が行われる。
この際、開口205から流入した空気が、開口206に到る過程において、軸201の円周方向の成分を有する屈曲した経路を経るので、そうでない経路を減る場合よりもより長時間軸201に接触する。また、駆動力を伝達する部材である歯車106の軸方向における長さでもって、この空気の軸201への接触のための経路が確保されているので、小型を追究しつつ、軸201の冷却または放熱が確保される。
軸201に符号103の内部空間から伝わる熱を開口206から排出される空気によって放熱させることで、軸201に符号103の内部空間から伝わる熱量が、上記放熱構造を採用しない場合に比較して低下する。
また、軸201に対して、歯車106および円筒形状部材203が回転すると、軸201と歯車106および円筒形状部材203との間の接触部分で摩擦熱が発生する。この摩擦熱に対しても上記の原理により冷却または放熱作用が働く。
以上述べたように、歯車106は、軸201に回転自在な状態で支持され、現像剤を感光体ロールに供給するための現像剤供給用ロール301に駆動力を伝達する。歯車106と軸201との間には、隙間204が形成されており、歯車106が回転すると、遠心力により、開口206から隙間204内の空気が排出され、また開口205から通路207を経由して隙間204に空気が流入する。これにより、軸201が冷却または放熱され、現像剤供給用ロール301、現像剤などが収容された符号103の内部空間(例えば現像器内部等)に熱がこもる現象が緩和される。現像剤は、加熱により変質するトナーを含んでおり、定着前の段階での温度上昇は、材質の変質を招く可能性がある。上記の構成によれば、現像剤が変質するほどに熱が伝わる現象が緩和される。
(他の例)
図2の通路207の経路を軸201の軸方向に螺旋を描く形状としてもよい。この際、この螺旋の向き(螺子に置き換えた際に螺子の進む回転の方向)を歯車106の回転の方向に合わせると、通路207自体に開口205から空気を内部に取り入れる作用が得られる。開口205および/または開口206の数は、1つでもよいし、3以上でもよい。また、歯車をプーリに置き換えてもよい。
上記の例示では、軸側が固定され、軸に支持された側の部材(上記の例では歯車)が回転する場合を説明した。しかしながら、回転可能な軸と、この軸の回転を許容しつつ軸を支持する部材とを含む構造に本発明を適用することも可能である。図2の例でいうと、筐体202が存在せず、歯車206および円筒形状部分203に軸201が支持され、軸201が回転する場合が挙げられる。この場合、軸201の径を縮小させた部分に羽根形状の部分を設けることで、軸201の回転時に開口206からの排気作用が働き、開口205から流入する空気による軸201の冷却が行われる。
上記の例示では、現像剤供給用ロールの駆動部分に発明を適用した例を説明したが、この放熱構造は、他の軸受部分の放熱構造への適用も可能である。例えば、図1の歯車105の部分への適用が可能である。
本発明は、画像の形成を行う技術に利用することができる。
画像形成ユニットの一例を示す斜視図である。 現像剤を搬送するための駆動力を伝達する歯車の部分の一例を示す側面図(A)と断面図(B)である。 現像剤を搬送するための駆動力を伝達する歯車の部分の一例を示す側面図(A)と断面図(B)である。 現像剤を搬送するための駆動力を伝達する歯車の部分の一例を示す正面図である。 画像形成装置の一例を示す概念図である。
符号の説明
100…画像形成ユニット、101…現像剤を収納する部分、102…現像剤搬送装置を収納した部分、103…現像剤供給用ロールを収納した部分、104…感光体ロール、105…歯車、106…歯車、107…取っ手、108…取っ手、201…軸、202…筐体、203…円筒形状部分、204…隙間、205…開口、206…開口、207…通路、301…現像剤供給用ロール、302…外側構造体、400…画像形成装置、401…用紙供給装置、402…引き出しロール、403…搬送ロール、404…搬送ロール、405…搬送ベルト、406…画像形成ユニット、407…画像形成ユニット、408…画像形成ユニット、409…画像形成ユニット、410…定着装置、411…排出ロール、412…用紙排出面、413…両面への画像形成を行う際の用紙搬送経路、414…開閉部分、415…軸、416…光学系ユニット。

Claims (8)

  1. 軸となる第1の部材と、
    前記第1の部材の外周に少なくとも一部が接触した内周を備え、前記第1の部材を軸として相対的な回転が可能な第2の部材と、
    前記第1の部材と前記第2の部材との間に形成された隙間と、
    前記隙間に繋がった開口と、
    を備え、
    前記相対的な回転により現像剤の搬送を行うことを特徴とする回転力伝達装置。
  2. 前記開口は、
    前記相対的な回転に際して、空気が流入する第1の開口と、
    前記相対的な回転に際して、空気が流出する第2の開口と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の回転力伝達装置。
  3. 前記第2の部材は、前記第1の部材の回りを回転し、
    前記第2の開口は、前記第2の部材の外周に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の回転力伝達装置。
  4. 前記第2の部材は、前記第1の部材の回りを回転し、動力を伝達する回転体であり、
    前記第1の開口は、前記回転体の軸方向における一方の端面に形成され、
    前記第2の開口は、前記回転体の前記軸方向における他方の端面の位置またはそこから前記軸方向に離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項2または3に記載の回転力伝達装置。
  5. 軸方向から見て、前記第1の開口の位置と、前記第2の開口の位置とが異なることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の回転力伝達装置。
  6. 前記第1の開口と前記第2の開口とを結ぶ経路が、軸方向と交差することを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の回転力伝達装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転力伝達装置と、
    前記第1の部材が固定された筐体と、
    前記第2の部材の前記第1の部材に対する回転により、現像剤を搬送する搬送手段と
    を備えることを特徴とする画像形成体。
  8. 潜像が形成され当該潜像が請求項7記載の画像形成体によって搬送される現像剤にて現像されると共に現像された像を保持する像保持体と、
    前記像保持体上の像が転写された用紙を通過させると共に前記像に熱を加えて当該像を用紙に定着させる定着手段と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
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