JP2014235300A - 駆動伝達装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工性に優れ、組み立ても容易で、衝撃負荷にも強度的に強いクラウニング歯車を用いた２段スプラインカップリングを備えた駆動伝達装置とする。
【解決手段】画像形成装置本体に対して着脱可能な感光体ドラム１ＵＹに、駆動モータ２０の回転を伝達する駆動伝達装置である。クラウン加工された２つの外歯車８１、８３と噛み合うように内歯車８２を内周に形成させたスリーブ８４、環状の抜け留め体８５を有する。スリーブ８４は鍔形状部８４ａを外周に有し、その一部に球状突起を有する。内歯歯車８２の中央に環状に突出する仕切り部８４ｂを有する。抜け留め体８５は、球状突起９２が嵌る半球状の窪み部を有する。外歯車８１、８３は、内歯車８２と噛み合う２段スプラインジョイントである。内歯車８２とスリーブ８４が連結状態で揺動し、軸ずれを吸収して、回転伝達誤差がなく、高精度な回転伝達を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置本体に対して軸線方向に着脱可能に装着され得る回転体に回転を伝達するための駆動伝達装置と、これを備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置では、感光体等の消耗部分をユニット化して着脱可能にすることにより、ユーザによって交換できるようにした装置がある。例えば、感光体ドラムと帯電装置、現像装置、クリーニング装置をユニット化する。この画像形成ユニットを画像形成装置本体から着脱可能とし、かつ画像形成装置本体側から感光体ドラムへ駆動力を伝達可能とする構成である。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色それぞれの画像形成部を有するタンデム型の画像形成装置では、この画像形成ユニットを色ごとに計４つ備えている。この画像形成ユニットが画像形成装置本体に装着され、画像形成時には、感光体ドラムや現像ローラ等を回転駆動する必要がある。駆動源となるモータや減速ユニットは、画像形成装置本体側に備えられ、減速ユニットと感光体ドラムが連結され、動力が伝達できるようにされている。

この連結部の構成については、従来いろいろ提案されている。例えば、外歯車と内歯車を用いたスプラインカップリングが知られている。画像形成ユニットが着脱可能である。そのために、連結する画像形成本体側の減速ユニット出力軸とユニット側の感光体ドラム軸とに軸偏心や軸偏角が発生しやすい。また、連結部品である外歯車や内歯車自体の軸に対する歯車偏心や、歯車偏角が発生する。

特許文献１には、歯幅中央部から歯端部方向に歯厚が減少する傾斜面を持つテーパー状歯形を用いて、着脱性と回転伝達精度を確保する手段を備えた画像形成装置が提案されている。画像形成ユニットを画像形成装置本体に装着するときに、スプラインカップリングを確実に係合させ、回転特性も安定させることを目的とするものである。

しかし、特許文献１の連結手段では、内歯ギヤが中間伝達部材となる円筒形状部材（スリーブ）として機能していない。そのために、軸心ずれ、軸偏角、偏心等の誤差に対して回転伝達の許容力が小さい。また加工性や組み立て性や強度について考慮されていない。すなわち、内歯ギヤが固定されているために円筒形状部材としてミスアライメントを許容できない。そのため、中間伝達部材を設ける場合において繰り返される脱着や連続運転時に対して、どのように姿勢を保持させるかという問題や、内歯車と外歯車の樹脂金型成型時の加工性がよくないという問題がある。

また特許文献２に記載の画像形成装置では、同様にスプラインカップリングを有し、外歯車の歯形をピッチ円方向の厚みが軸方向の中央部で極大となるようにクラウニング加工を施している。そのために、軸偏心や軸偏角を許容しながらも回転伝達誤差が発生しない高精度な連結手段が提案されている。

ところで、歯車部品の生産手段として射出成形がある。射出成形による樹脂歯車は低コストで量産でき、ポリアセタール樹脂など流動性の高い材料を使用することで高精度歯車が成形できる。一般の射出成形においては、先述した両端部テーパー形状やクラウニング形状の歯車部品は、歯幅中央の有効歯面内にて固定側金型と可動側金型を分割しなければ、成形品が取り出せない。しかし、平面上や曲面上で両金型を分割すると、型分割によるバリと呼ばれる線形状の凹凸部が形成されやすい。従って、歯面形状の精度が要求される歯車においては、成形加工が困難である。

特許文献３には、樹脂の収縮特性（ひけ現象）を応用した樹脂クラウニング歯車の成形方法が提案されている。しかし、ひけによるクラウニング量は４０μｍ程度では、特許文献２に提示されているようなクラウニング量を確保するには不十分である。また、安定かつ高精度なクラウニング成形が困難である。

特許文献４では２段ギヤカップリングの機構が紹介されているが、ユニットの繰り返し脱着に対する耐久性を踏まえて焼結ギヤを搭載するためには不利な機構である。

本発明は、画像形成ユニットの回転軸と減速ユニットの出力軸とが共通で、画像形成ユニット内を貫通する軸と画像形成ユニットの回転体との連結部に用いる駆動伝達装置であって、加工性に優れ、組み立ても容易で、衝撃負荷にも強度的に強いクラウニング歯車を用いた２段スプラインカップリングを備えたものを提供することを目的とする。

本発明の駆動伝達装置は、画像形成装置本体に対して軸線方向に着脱可能に装着された回転体に、前記画像形成装置本体に設けられた駆動源の回転を伝達する駆動伝達装置において、外周に軸方向に延伸する歯が形成されかつクラウン加工が施された２つの外歯車と、これら外歯車と噛み合うように、内歯車８２を内周に形成させた円筒形状部材と、前記円筒形状部材が前記外歯車から脱落することを防止するための中間体保持部材と、を有し、前記円筒形状部材は、外周の一部に鍔形状部を有し、該鍔形状部が一部に球状突起を有し、前記内歯歯車の中央に環状に突出する仕切り部を有し、前記中間体保持部材が、前記円筒形状部材を組み付けた際に前記球状突起が嵌る半球状の窪み部を有し、前記外歯車が、前記円筒形状部材の内歯車と噛み合う２段スプラインジョイントである、ことを特徴とする。

本発明の駆動伝達装置は、画像形成装置の連結部に適用する２段スプラインカップリングを備え、スペースの少ない場所においても設置可能で繰り返しの脱着で破損するリスクも小さく、樹脂金型成形で容易に作ることができる。

本発明に係る駆動伝達装置の適用対象となり得る画像形成装置である複写機の概略構成について説明するための概念図である。 本発明の実施形態に係る駆動伝達装置の連結を用いた画像形成ユニットである、感光体ドラムユニットの装着例（第１例）について示す図である。 本発明の連結手段を用いた画像形成ユニットの装着例（第２例）について示す図である。 本実施形態の特徴部分である歯車形状について示す図である。 クラウニング歯車部品の射出成形金型の構造を示す断面図である。 クラウニング形状の歯形について示す図である。 円筒形状部材と中間体保持部材の抜け止め機構について示す図である。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施形態に係る駆動伝達装置は、２段スプラインカップリングが、外周に縁を設けた内歯車と回転させて内歯車の縁部と嵌る溝形状を有した抜け止め部材を持つ。そして、奥まで差し込まれた際に嵌るような凸部と凹部をそれぞれに設ける。また内歯車の内側に外歯車の歯先円直径よりも径の小さい円形状の縁部を備える。内歯車と噛み合う外歯車が抜け落ちることなく、かつ嵌合時に衝撃負荷がかかった際の破損を防ぐためである。

そのため、内歯車の凸部と抜け止め部材の凹部が嵌め合うことで回転駆動時の負荷や振動で内歯車と抜け止め部材が外れることを防げる。また、脱着時のスラスト方向の負荷に対して内歯車の内側にある円形状部が外歯車端部と接することでギヤの破損リスクを低減できる。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施形態に係る駆動伝達装置は、画像形成装置の連結部に適用する２段スプラインジョイントが以下の構成を有する。すなわち、連結後、通常であれば保持する機構がないためにスラスト方向に容易に移動してしまう円筒形状部材（スリーブ）を、抜け止め部材でスラスト方向への移動を規制する。さらに、繰り返しの着脱による衝撃負荷に対しても、内歯車内に円形状の部分を追加する。このことで円形状部の端面と外歯車の端面が接することで応力集中を分散できるようになる。その結果、構造が簡易で組み」立て性に優れ、着脱時の衝撃負荷に対しても十分強度を持つ、回転伝達特性の優れた２段スプラインカップリングとなる。

図１は、本発明に係る駆動伝達装置の適用対象となり得る画像形成装置である複写機の概略構成について説明するための概念図である。
図１に示す装置は、タンデム方式を用いた電子写真方式のカラー複写機であり、乾式２成分系現像剤を用いる２成分現像方式により静電潜像が可視像処理される。なお、本実施形態では複写機を対象としているが、本発明はこれに限られることなく、プリンタやファクシミリ装置、あるいは印刷機やこれら機能を複合した複合機を対象とすることも可能である。

この図示の複写機は、図示しない画像読取部から画像情報である画像データを受け取って画像形成処理を行う。この複写機には、図に示すように、イエロー（以下、「Ｙ」と省略する。）、マゼンタ（以下、「Ｍ」と省略する。）、シアン（以下、「Ｃ」と省略する。）、ブラック（以下、「Ｂｋ」と省略する。）の各色用の４個の回転体としての潜像担持体である感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋが並設されている。これら感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、駆動ローラを含む回転可能な複数のローラに支持された無端ベルト状の中間転写ベルト５に接触するように、そのベルト移動方向に沿って並んで配置されている。

また、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの周りには、電子写真プロセス用部材がプロセス順に配設されている。図示の例では、帯電装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ、各色対応の現像装置９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋ、クリーニング装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ、除電装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋ等である。感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋはその軸線方向で着脱可能に画像形成装置本体に搭載される。

図示の複写機でフルカラー画像を形成する場合を説明する。
まず後述する感光体ドラム駆動装置により、感光体ドラム１Ｙを図中矢印の方向に回転駆動しながら帯電装置２Ｙで一様帯電させる。その後、図示しない光書込装置からの光ビームＬＹを照射して感光体ドラム１Ｙ上にＹ静電潜像を形成する。このＹ静電潜像は、現像装置９Ｙにより、現像剤中のＹトナーにより現像される。現像時には、現像ローラと感光体ドラム１Ｙとの間に所定の現像バイアスが印加され、現像ローラ上のＹトナーは、感光体ドラム１Ｙ上のＹ静電潜像部分に静電吸着する。

このように現像されて形成されたＹトナー像は、感光体ドラム１Ｙの回転に伴い、感光体ドラム１Ｙと中間転写ベルト５とが接触する１次転写位置に搬送される。この１次転写位置において、中間転写ベルト５の裏面には、１次転写ローラ６Ｙにより所定のバイアス電圧が印加される。そして、このバイアス印加によって発生した１次転写電界により、感光体ドラム１Ｙ上のＹトナー像を中間転写ベルト５側に引き寄せ、中間転写ベルト５上に１次転写する。以下、同様にして、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｂｋトナー像も、中間転写ベルト５上のＹトナー像に順次重ね合うように１次転写される。

このように、中間転写ベルト５上に４色重なり合ったトナー像は、中間転写ベルト５の回転に伴い、２次転写ローラ７と対向する２次転写位置に搬送される。また、この２次転写位置には、図示しないレジストローラにより所定のタイミングで転写紙が搬送される。そして、この２次転写位置において、２次転写ローラ７により転写紙の裏面に所定のバイアス電圧が印加され、そのバイアス印加により発生した２次転写電界及び２次転写位置での当接圧により、中間転写ベルト５上のトナー像が転写紙上に一括して２次転写される。その後、トナー像が２次転写された転写紙は、定着ローラ対８により定着処理がなされた後に装置外に排出される。

＜装着例（第１例）＞
図２は、本発明の実施形態に係る駆動伝達装置の連結を用いた画像形成ユニットである、感光体ドラムユニットの装着例（第１例）について示す図である。
この図２に基づいて、例えば上述したプリンタなどの画像形成装置における感光体ドラム１Ｙを含む感光体ドラムユニット１ＵＹと、画像形成装置本体（図示せず）側にある感光体駆動ユニットである、感光体駆動装置１０Ｙとの連結部の構成について説明する。本実施形態では、感光体ドラムを被駆動体の例として説明しているが、他にも、画像形成ユニットにある現像ローラやクリーニングローラの連結部に使用することも可能である。また、画像形成装置にある中間転写ベルトユニットにある駆動ローラや、定着ユニットにある定着ローラ、２次転写ユニットにある転写ローラなどで同様に使用することも可能である。

各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、同一構成の感光体駆動装置により回転駆動されているので、以下、イエロー用の感光体ドラム１Ｙと感光体駆動装置１０Ｙとの連結部について説明する。

画像形成装置本体には、図１に示すように、感光体ドラム１Ｙが、画像形成装置本体側に設置されている外歯車７１に連結部を介して嵌合されて装着される。感光体ドラム１Ｙは、ドラム筒（感光体ドラム本体：以下、感光体ドラム５２Ｙと記載する）、フロント側のドラムフランジ部５３ｂ、リア側のドラムフランジ部５３ａを備えている。フロント側のドラムフランジ部５３ｂ及びリア側のドラムフランジ部３２ａは、感光体ドラム５２Ｙの両端部に嵌め込まれるようにして取り付けられている。フロント側のドラムフランジ部５３ｂ及びリア側のドラムフランジ部５３ａの中心には、感光体ドラムユニットフレーム５４Ｙに設けられた軸受５６にて支持されているドラム軸５５（回転軸）が貫通して嵌め込まれている。ドラム軸５５は、外形が１０ｍｍ程度の金属シャフトである。

感光体ドラムユニットフレーム５４Ｙは、感光体ドラム１Ｙを収納する感光体ドラムユニット１ＵＹの筐体である。感光体ドラム１Ｙを、その交換等のために画像形成装置本体から取り出す際には、感光体ドラムユニットフレーム５４Ｙごと取り出す。ドラム軸５５のリア側には、ドラム軸５５を回転中心とした外歯車８１（スプラインカップリング出力部）が形成されている。また、ドラム軸５５のフロント側は、取付面板である側板６１に設置された軸受で支持され画像形成装置本体に位置決めされる。

次に感光体ドラム１Ｙを駆動するための感光体駆動装置１０Ｙについて図２を参照して説明する。
感光体ドラム１Ｙを駆動するために画像形成装置本体に設けられている感光体駆動装置１０Ｙは、駆動源である駆動モータ２０Ｙ、外歯車７２、外歯車７１、ドラム軸５０Ｙ及び外歯車８３を備えている。外歯車８３はスプラインカップリング入力部を構成する。駆動モータ２０Ｙは、画像形成装置本体の駆動フレーム６３に取り付けられている。駆動モータ２０Ｙのモータ軸２０Ｙａ（駆動軸）には外歯車７２が形成されている。この歯車は、外歯車７１と噛み合うようになっている。外歯車７１はドラム軸５０Ｙに取り付けられており、駆動モータ２０Ｙからの回転駆動力をドラム軸５０Ｙに伝達している。ドラム軸５０Ｙは、駆動フレーム６３に取り付けられた軸受と、画像形成装置本体の本体フレームをなす側板６２に取り付けられた軸受により画像形成装置本体側に支持されている。ドラム軸５０Ｙは、外形が１０ｍｍ程度の金属シャフトである。

感光体ドラムユニット１ＵＹのドラム軸５５とドラム軸５０Ｙは、同様に外形１０ｍｍの金属シャフトを採用しているので、駆動側、被駆動側のどちらも軸剛性が高く、撓み量が少ない。これによって、画像形成時に低周波の振動が発生しにくいため、バンディングと呼ばれる画像の周期的な濃度ムラを抑制することができる。しかし、ドラム軸５５とドラム軸５０Ｙは軸心ずれ、軸偏角の誤差が発生する。これをネジ締結などで固定連結する。または、許容誤差範囲の少ないカップリングで連結すると、それぞれの軸に大きな軸反力が発生し、感光体ドラムユニット１ＵＹの変形や、大きな振動を発生させてしまう。なお、感光体ユニットには、感光体ドラムの他に現像ローラを備えた現像装置９Ｙや帯電装置２Ｙ、除電装置３Ｙ、クリーニング装置４Ｙが含まれる場合がある。このような大型の感光体ユニットでは、装着時の位置決め精度が下がり、軸心ずれや軸偏角はより大きくなりやすい。

そこで本実施形態では、許容誤差範囲の広い連結手段として知られている２段のスプラインカップリングを採用している。円筒形状部材であるスリーブ８４の内周面には、内歯車８２が形成されており、外歯車８１、外歯車８３の両歯車と噛み合うようになっている。外歯車８１と外歯車８３は、それぞれ、外周に軸方向に延伸する歯が形成され、ピッチ円方向の厚みが軸方向に変化し、規定の有効歯面で噛み合うように設計されている。この歯形状の歯車により、外歯車と内歯車において、回転伝達誤差を発生させることなく、軸偏角を許容することができる。この軸偏角を許容する噛み合い部が２箇所（外歯車８１と内歯車８２、外歯車８３と内歯車８２）あるので、軸心ずれがあった場合も内歯車が形成されたスリーブ８４の傾斜により許容することが可能となる。このように２段のスプラインカップリングによって、スリーブ８４が軸誤差に応じて揺動し、外歯車８１の回転中心軸と、外歯車８３の回転中心軸とのずれを吸収する。同一直線上にない平行な２軸間においても、軸反力が発生することなく、また、角速度を変化させることなく回転駆動力を伝達することができる。

次に連結部の着脱性を向上するための構成について説明する。
図２に示すようにスリーブ８４は２段構造になっており、中間体保持部材である環状の抜け留め体８５のスナップフィット部８５ａがスリーブ８４の鍔形状部８４ａが形成する段差に引っかかることによって内歯車８２と外歯車８１が抜けないようになっている。外歯車８３の軸方向で先端部の歯端部は、歯厚、歯たけが減少するようにテーパー形状に形成されており、内歯車８２との噛み合い連結を容易にしている。例えば、内歯車８２とスリーブ８４の退避中において、内歯車８２とスリーブ８４の姿勢変化により、内歯車８２とスリーブ８４の少しの回転によって、正しい噛み合い位相となり、連結することができる。また内歯車８２と外歯車８１とのバックラッシ、外歯車７１と外歯車７２とのバックラッシにより、内歯車８２とスリーブ８４の少しの回転でも、正しい噛み合い位相となり、連結することができる。なおテーパー形状を設けると、感光体ドラムユニット１ＵＹを繰り返し脱着する際にスムーズな脱着性を得られる。

本構成によって、内歯車８２とスリーブ８４が連結状態で揺動し、軸ずれを吸収して、回転伝達誤差がなく、高精度な回転伝達を実現する。また、軸ずれ状態の駆動ユニットと画像形成ユニットを連結することによる軸反力の発生を抑制して、高精度な画像形成が可能となる。非連結状態から連結時の外歯車８３と内歯車８２の接触によるユニット装着不可や連結部の破損を防止することができる。

＜装着例（第２例）＞
図３は、本発明の連結手段を用いた画像形成ユニットの装着例（第２例）について示す図である。
第１の装着例では、画像形成ユニット１ＵＹ側の回転軸（ドラム軸５５）と感光体駆動装置１０Ｙ側の回転軸（ドラム軸５０Ｙ）が連結する構成を示した。この第２の例では、画像形成ユニット１ＵＹ側と感光体駆動装置１０Ｙ側で共通の回転軸を用いた連結構成を示す。

従来、画像形成装置本体側の駆動ユニットから出力回転軸を感光体ドラム１Ｙの支持位置まで延長して、中空の感光体ドラムユニット１ＵＹを回転軸に装着する例が提案されている。これによると感光体ドラムユニット１ＵＹが回転軸に位置決めされるため、軸ずれがなく、高精度な駆動伝達が可能となる。しかし、連結部の部品精度によって、軸ずれと同様の課題が発生する。例えば、感光体ドラムフランジに形成された外歯車の偏心や回転軸に圧入された外歯車の偏心によって、軸ずれと同様に連結部のずれが生じる。これが回転伝達誤差や軸反力の発生要因となり、先述と同様に画像品質の悪化を招く。

本実施形態は、駆動ユニットである感光体駆動装置１０Ｙ側から延長された貫通タイプのドラム軸５０Ｙを採用した構成である。また、感光体駆動装置１０Ｙが遊星歯車機構を採用するなどの多数の部品を用いた構成の場合には、連結部で発生する軸反力によって駆動ユニットである感光体駆動装置１０Ｙ側の複数の歯車の噛み合い状態へ影響し画像品質の劣化が大きくなりやすい。

以下、本発明の連結手段を適用した第２の装着例として、第１の装着例と異なる構成の駆動ユニットと、感光体ドラムユニットの連結例について説明する。
図３に示すように、感光体駆動装置１０Ｙは駆動モータ２０Ｙ、遊星歯車減速装置３０Ｙ、ジョイント４１Ｙ、ドラム軸５０Ｙから構成されている。遊星歯車減速装置３０Ｙの出力軸４０はドラム軸５０Ｙとジョイント４１Ｙにより連結固定されている。またドラム軸５０Ｙには軸受５１が圧入されており、この軸受を介して装置筐体である後側の側板６２に支持位置決めされ、感光体ドラム装着後に固定される前側の側板６１の軸受によって支持される構成となっている。

次に図３を用いて遊星歯車減速装置３０Ｙの内部構造の詳細について説明する。
遊星歯車減速装置３０Ｙは２Ｋ−Ｈ型２段構成の遊星歯車機構が用いられている。なお、図では２段としているが、減速比に応じて３段、４段と段数をさらに重ね合わせることも可能である。駆動モータ２０Ｙの出力軸２１Ｙに第１太陽歯車３１を直接歯切りし、この第１太陽歯車３１及びブラケット２２に固定された内歯歯車３２に噛み合う１段目の第１遊星歯車３３が１段目の第１キャリア３４により支持されて第１太陽歯車３１の外周を公転する。第１遊星歯車３３は回転バランスとトルク分担のために同心状に３箇所が配置される。各第１遊星歯車３３は、第１キャリア３４に設けられた第１キャリアピン３５に支持されて自転する。

第１遊星歯車３３は、第１太陽歯車３１と内歯歯車３２との噛み合いにより、自転及び公転回転し、第１遊星歯車３３を支持する第１キャリア３４は、第１太陽歯車３１の回転に対し減速回転し、１段目の減速比が獲得される。

次に、この第１キャリア３４の回転中心に設けられた第２太陽歯車３６が２段目減速機構の入力となる。第１キャリア３４に回転支持部はなく、浮動回転を行うようになっている。同様に、２段目の第２太陽歯車３６には２段目まで一体で形成された内歯歯車３２に噛み合う２段目の第２遊星歯車３７が２段目の第２キャリア３８により支持されて２段目の第２太陽歯車３６の外周を公転するようになっている。

各第２遊星歯車は、第２キャリア３８に設けられた第２キャリアピン３９に支持されて自転及び公転する。最終段に相当する２段目の第２キャリア３８の回転中心には出力軸４０が設けられており、中空円筒上のジョイント４１Ｙを介してドラム軸５０Ｙと連結されている。ここで第２キャリア３８の出力軸４０は内歯歯車３２により位置決めされた内歯歯車キャップ４２に圧入された軸受により支持される構成となっている。内歯歯車キャップ４２は内歯歯車３２の内周とインローで位置決めされる構成となっているため、出力軸４０は内歯歯車の中心軸と同軸度を最小化できる構成となっている。ジョイント４１Ｙは中空円筒形状で、ドラム軸５０Ｙ、遊星歯車減速装置の出力軸４０は同じ直径となっている。またジョイント４１Ｙはドラム軸５０Ｙに圧入され、ジョイント４１Ｙは中央部にスリット４１ａを有している。そして、出力軸４０は図示しない固定用ネジにより押し曲げられたジョイントとの摩擦力により連結固定されている構成となっている。

上述した駆動モータ２０Ｙの出力軸２１Ｙは、ブラケット２２により支持されている。内歯歯車３２は、ブラケット２２に対してネジ４３によって固定されており、ブラケット２２は内歯歯車３２の固定・保持及び駆動モータ２０Ｙの固定・保持している。またブラケット２２は駆動フレーム６３とネジによって固定される構成となっている。なお、駆動フレーム６３は後側の側板６２にカシメられたスタッド６４により支持位置決めされている。内歯歯車３２の駆動モータ側には、内歯歯車中心軸に中空円筒形状のボスが設けられいる。駆動モータ２０Ｙはその円筒形状内周と駆動モータ２０Ｙ側に設けられた軸受がインローによる嵌合で位置決めされ、中空円筒形状の外周はブラケット２２の穴とインローによる嵌合で位置決めされている。以上の構成とすることで、内歯歯車を基準として、出力軸２１Ｙ、ブラケット２２、出力軸４０の中心軸をすべて同軸上に配置し、かつ部品寸法のバラツキによる同軸度を最小化することが可能な構成となっている。この構成により、出力軸２１Ｙからドラム軸５０Ｙまで中心軸をすべて同軸上に配置できかつ、部品寸法のバラツキによる同軸度を最小化することが可能となっている。

加えて速度検知手段９０を内歯歯車、出力軸２１Ｙ、ブラケット２２、遊星歯車減速装置の出力軸４０の中心軸の同軸上に設けている。速度検知手段は例としてエンコーダと２センサ構成を示している。この構成は必要制御精度によって任意にセンサの数を変更してもよい。

また、感光体ドラム５２Ｙはドラム両端に設けられたドラムフランジ部５３ａ，５３ｂを介してドラム軸５０Ｙに位置決めされる構成となっている。ドラムフランジ部５３ａには外歯車８１が一体成形されている。外歯車８１とドラムフランジ５３の回転中心には、ドラム軸５０Ｙが貫通するように穴が設けられており、その穴とドラム軸５０Ｙがインローで位置決めされる。またドラム軸５０Ｙには感光体ドラム５２Ｙへと駆動伝達を行う外歯車８３が圧入されており、ドラムフランジ部５３ａに固定されている外歯車８１と、内歯車８２と、スリーブ８４を介して感光体ドラム５２Ｙは駆動される構成となっている。

以上の構成により、モータ出力軸、内歯歯車、第２キャリア、遊星歯車減速装置出力軸、ドラム軸、ドラムの中心軸をすべて同一軸上に配置し、同軸度を最小化できる構成となっている。ところが、ドラムフランジ部５３ａ、５３ｂの感光体ドラム５２Ｙへの圧入精度、ドラムフランジ部５３ａに一体の外歯車８１の成形精度、外歯車８３の成形精度とドラム軸５０Ｙへの圧入精度による、外歯車８３に対する外歯車８１の回転中心ずれが発生する。しかし、内歯車８２とスリーブ８４の揺動によって吸収し高精度な回転伝達が実現できる。この第２の装着例は、第１の装着例に比べて、吸収する軸ずれ量は少ないため、噛み合い接触面積が広く伝達剛性が高いという利点がある。

図４は、本実施形態の特徴部分である歯車形状について示す図である。
図４（ａ）は、外歯車８１、外歯車８３、スリーブ８４、抜け留め体８５を組み付けたときの断面を示している。外歯車８１は樹脂で成形されている。また図６に示すクラウン加工された形状をしており、スリーブ８４がミスアライメントで傾斜した場合においてもスリーブ８４の内側にある内歯車８２が常に歯幅中央部で噛み合うようになっている。さらにスリーブ８４がミスアライメントによってより滑らかに傾斜させるために、抜け留め体８５が外歯車８１の円筒部と接する部分が球形状部８６になっている。また、外歯車８３はテーパー形状部８７Ａを有しており、感光体ドラムユニット１ＵＹの装着時にスリーブ８４の内歯車８２と外歯車８３がスムーズに噛み合うようになっている。

スリーブ８４は、画像形成装置本体とは反対側（抜け留め体８５側への組み付け側）に鍔形状部８４ａを一対備える（図６、図７等も参照）。または抜け留め体８５は、画像形成装置本体とは反対側の外周の一部を切り欠いて鍔形状部８４ａを嵌め合わせる溝部８５ｂを一対備える。溝部８５ｂにより、抜け留め体８５の外周縁は櫛歯形状を呈している。そしてこのような構造により、スリーブ８４と抜け留め体８５のいずれかあるいは双方を軸の周りで回転させ、図４（ｂ）、（Ｃ）に示すように組み合わせる。

なお図４の形態では、２つの外歯車８１、８３のうちの一方の外歯車８３を、スリーブ８４及び抜け留め体８５とともにユニット化してある。また抜け留め体８５の内径を、外歯車８３の歯先円直径より十分に小さいがスリーブ８４の外径よりも大きくし、またスリーブ８４の内側に仕切り部８４ｂを環状に突出させて形成してある。仕切り部８４ｂの内径は外歯車８３の外径よりも十分小さくする。このことで、スリーブ８４の鍔形状部８４ａと抜け留め体８５の櫛歯形状の溝部８５ｂが十分に嵌った状態であれば、ユニット化した外歯車８３とスリーブ８４及び抜け留め体８５が外れることを物理的に防いでいる。

外歯車８１と外歯車８３は図６（ａ）に示すクラウン形状をしており内歯車８２と歯幅中央部で噛み合うようになっている。一方、内歯車８２はストレートの平歯車である。さらに内歯車８２にも感光体ドラムユニット１ＵＹの脱着時に外歯車８３と噛み合うために脱着性を向上させるためにテーパー形状部８７Ｂを有している。

図６（ａ）のように外歯車８１はクラウニング形状にするために、歯の中央部にパーティングライン９１を設け、型での成形性を確保するために円筒部外径ｄ１は外歯車の底円直径よりも小さくなっている。一方、スリーブ８４内の内歯車の中央に仕切り板８８を設けている。外歯車８１とスリーブ８４と抜け留め体８５を組み付けた状態で軸８９に挿入する。ただし、挿入時に破損を防ぐために挿入時にスリーブ８４の仕切り板８８が外歯車８１の端部に面で受けて応力を分散させる公正にしている。また、図７に示すようにスリーブ８４と抜け留め体８５は球状突起９２と半球状の窪み部９３が嵌め合ってロックする。このことで繰り返し動作によってもスリーブ８４が脱落することがないようになっている。なお、パーティングライン９１を歯幅中央に設けることで歯幅中央に対して対称なクラウン形状を設けることが可能である。

本実施形態では歯幅は５ｍｍとなっている。これは従来の画像形成装置で使われる１段スプラインカップリングの歯幅１０ｍｍに対して小さい。その理由には、歯幅を短くすることで回転伝達特性がよくなる傾向にあることが挙げられる。また、レイアウト上省スペースで作れること、スプラインジョイントはすべての歯が噛み合う設計思想になっているので耐久強度上も問題ないことも挙げられる。さらに今回歯幅５ｍｍには感光体ドラムユニット１ＵＹ側外歯車と中間体小口径側内歯車には、回転伝達誤差が生じにくくなる構造として知られているクラウニング処理を施している。そのため、より回転伝達特性の高い２段スプラインジョイントが得られる。

なお本実施形態では、中間体を有するジョイントにおける、感光体ドラムユニット１ＵＹの脱着による中間体保持機構の破損に対する構成として、図４に示したように、面で受けることで応力を分散させている。かつ、強度上げるために接触面積を増やしたり、厚みを増やしたり、と設計自由度も高くしている。

図５は、本実施形態のクラウニング歯車部品の射出成形金型の構造を示す縦断正面図、図６は、同じくクラウニング形状の歯形について示す図、そして図７は、円筒形状部材と中間体保持部材の抜け止め機構について示す図である。

＜射出成形によるクラウニング歯車の成形金型について＞
本発明に係るクラウニング歯形を有する歯車の実施形態である外歯車８１と外歯車８３について、溶融樹脂の射出成形による製造方法を説明する。なお、高耐久性を要する場合は画像形成装置本体側に位置する駆動側の外歯車８３は焼結ギヤとすることが好ましい。一方、機能性を重視するとき、あるいは樹脂で耐久性を満足する場合は樹脂ギヤとしてもよい。例えば、噛み合い歯面での摺動音による騒音と樹脂ギヤの磨耗を防ぐためには摺動性の高いポリアセタール（ＰＯＭ）を使うことなどが好ましい。

金型１１４は、固定式の上型１１５と可動式の下型１１６とから構成され、上型１１５の空隙部と下型１１６の空隙部とに挟まれた部分にキャビティ１１７が形成されている。キャビティ１１７は主に円筒状に形成された空隙であり、このキャビティ１１７内に溶融樹脂が射出されて冷却固化されることにより円筒状プラスチック成形品１９１が成形される。

上型１１５には、溶融樹脂が供給される流路１１９と、流路１１９内を供給された溶融樹脂がキャビティ１１７内に射出される複数個のピンゲート１２０とが形成されている。上型１１５と下型１１６とにはそれぞれキャビティ１１７内に連通される複数個の連通孔１２１が形成されている。これらの連通孔１２１は、圧縮気体供給源１２２に接続されている。連通孔１２１の内径寸法、より詳しくは、連通孔１２１におけるキャビティ１１７に開口する部分の内径寸法は、０．００１〜０．５ｍｍとされている。

本例では、クラウニング形状の外歯８１Ａを形成するために、図５に符号１１８ａと１１８ｂで示す型分割面が設定された金型を採用している。本発明に係るクラウニング形状とは、歯厚方向のクラウニングである。

図６には内歯８２Ａの歯部が拡大表示されている。図６に示すように、歯幅中央部の歯厚が最大で歯幅方向両端側の歯厚が最小となるクラウニング形状である。このようなクラウニング形状の歯形を射出成形するには歯厚最大部で型分割する必要がある。図６の型分割のためのパーティングライン９１が上型１５と下型１６との境界を示し、外歯８１Ａの歯幅方向に半分の歯形を上型と下型のそれぞれで転写成形する。外歯８１Ａのパーティングラインは１８ａである。

＜射出成形について＞
上述した金型１４を用いて行われる円筒状プラスチック成形品１１８の成形時においては、溶融樹脂が流路１１９内を流れて供給され、この溶融樹脂がピンゲート１２０からキャビティ１１７内に射出される。キャビティ１１７内に射出された溶融樹脂は、各ピンゲート１２０を中心にして放射状に広がる。このため、キャビティ１１７内に射出された溶融樹脂がキャビティ１１７の外周側端部や内周側端部に到達するタイミングにバラツキが生じる。そして、キャビティ１１７の外周側端部や内周側端部における溶融樹脂の到達タイミングが遅い箇所では、溶融樹脂の充填量が不足ぎみとなる。キャビティ１１７内に射出された溶融樹脂は時間の経過とともに冷却固化される。この冷却固化の過程で樹脂圧力が所定の値になったとき、圧縮気体供給源１２２を駆動させる。そして、円筒状本体の側面部に対向して形成されている連通孔１２１からキャビティ１１７内へ圧縮気体を吹き付ける。この圧縮気体の吹き付けにより、円筒状本体の側面部における連通孔１２１に対向している部分には引け凹部が形成される。

このような引け凹部が形成されることにより、この引け凹部の容積に相当する量の溶融樹脂がキャビティ１１７の外周側端部や内周側端部に追加して充填される状態となる。そして、この引け凹部が形成される位置が、隣接する２本のピンゲートの略中央部である。キャビティ１１７内に射出された溶融樹脂がキャビティ１１７の外周側端部や内周側端部に到達するタイミングが遅れるとともに溶融樹脂の充填量が不足ぎみになる箇所に対応する位置である。そのため溶融樹脂の充填量が不足ぎみとなる箇所に溶融樹脂が追加して充填される状態となる。これにより、キャビティ１１７の外周側端部や内周側端部での溶融樹脂の充填量のバラツキを修正して略均一にすることができる。また円筒状本体の外周側転写部の外歯１８１Ａの歯部形状に波形の凹凸が発生することを防止でき、成形精度が高い歯車を有する円筒状プラスチックの成形品を得ることができる。

なお、圧縮気体供給源１２２の駆動タイミングや出力を調節することにより、圧縮気体の付与量と付与タイミングとを適宜調節することができ、それによって、引け凹部の形成領域や深さを調節することができる。このため、引け凹部の容積を調節することができ、キャビティ１１７の外周側端部や内周側端部へ追加して充填される状態となる溶融樹脂の量を調節することができる。そして、この調節によって円筒状本体の外周側転写部の外歯１８１Ａに波形の凹凸が発生することをより確実に防止でき、歯形の成形精度がより高い円筒状プラスチック成形品を得ることができる。

また、連通孔２１の内径寸法が０．００１〜０．５ｍｍと小さいので、キャビティ１７内へ射出された溶融樹脂の連通孔２１への入り込みが発生せず、溶融樹脂が連通孔２１内に入り込むことが原因となるバリの発生が防止される。

なお、以上説明してきた本発明の駆動伝達装置の実施形態に係る歯車は、既述の従来の１段のスプラインカップリングにも適用可能である。例えば、回転駆動する回転体が、画像形成装置本体が備えるか、または画像形成装置本体に着脱するもの、すなわち現像ローラ、現像スクリュー、感光体ドラム、転写駆動ローラ、あるいはこれらに類似するもののいずれかとする構成が可能である。すると、軸ずれを吸収し、遊星歯車機構に発生する軸反力が抑えられ、高精度な駆動伝達が実現できる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ：感光体ドラム
１ＵＹ ：感光体ドラムユニット
２ ：帯電装置
３ ：除電装置
４ ：クリーニング装置
５ ：中間転写ベルト
６ ：１次転写ローラ
７ ：２次転写ローラ
９ ：現像装置
１０ ：感光体駆動装置
１４、１５：金型
１７ ：キャビティ
２０ ：駆動モータ
２１ ：連通孔
２１ ：出力軸
２２ ：ブラケット
３０ ：遊星歯車減速装置
４０ ：出力軸
４１ ：ジョイント
５０ ：ドラム軸
５２ ：感光体ドラム
５３ ：ドラムフランジ
５４ ：感光体ドラムユニットフレーム
５５ ：ドラム軸
５６ ：軸受
７１、７２、８１、８３： 外歯車
８２ ：内歯車
８４ ：スリーブ
８４ａ ：鍔形状部
８４ｂ ：仕切り部
８５ ：抜け留め体
８５ａ ：スナップフィット部
８５ｂ ：溝部
８６ ：球形状部
８７Ａ、８７Ｂ ：テーパー形状部
８８ ：仕切り板
８９ ：軸
９０ ：速度検知手段
９１ ：パーティングライン
９２ ：球状突起
９３ ：窪み部

特開２００８−２６７１号公報 特開２００９−２０４００２号公報 特許第４４０９７８２号公報 特開２０１１−１９７２９８号公報

Claims (9)

1. 画像形成装置本体に対して軸線方向に着脱可能に装着された回転体に、前記画像形成装置本体に設けられた駆動源の回転を伝達する駆動伝達装置において、
   外周に軸方向に延伸する歯が形成されかつクラウン加工が施された２つの外歯車と、
   これら外歯車と噛み合うように、内歯車８２を内周に形成させた円筒形状部材と、
   前記円筒形状部材が前記外歯車から脱落することを防止するための中間体保持部材と、
   を有し、
   前記円筒形状部材は、
   外周の一部に鍔形状部を有し、
   該鍔形状部が一部に球状突起を有し、
   前記内歯歯車の中央に環状に突出する仕切り部を有し、
   前記中間体保持部材が、前記円筒形状部材を組み付けた際に前記球状突起が嵌る半球状の窪み部を有し、
   前記外歯車が、前記円筒形状部材の内歯車と噛み合う２段スプラインジョイントである、
   ことを特徴とする駆動伝達装置。
2. 前記２つの外歯車のうち前記画像形成装置本体側の外歯車が焼結ギヤあるいは樹脂ギヤにより前記駆動源の駆動軸と圧入、嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達装置。
3. 前記円筒形状部材と前記２つの外歯車のうち前記画像形成装置本体側でない外歯車がポリアセタールで成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動伝達装置。
4. 前記外歯車は、歯幅中央部にパーティングラインを設けていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の駆動伝達装置。
5. 前記内歯車と外歯車が、前記内歯車に前記外歯車を挿入する際に噛みみ合う側の歯端部がテーパー形状とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の駆動伝達装置。
6. 前記中間体保持部材が前記鍔形状部を嵌める溝部を備え、
   前記鍔形状部と前記中間体保持部材の溝部は回転させることで嵌め合わせ、前記球状突起と前記半球状の窪み部とを嵌合させて前記円筒形状部材の前記外歯車からの脱落を防止していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかにの駆動伝達装置。
7. 前記２つの外歯車の一方を、前記円筒形状部材と前記中間体保持部材とともにユニット化し、
   前記中間体保持部材の内径を、前記一方の外歯車の歯先円直径より十分に小さいが前記円筒形状部材の外径よりも大きく、かつ、
   前記円筒形状部材の前記仕切り部を環状に形成し、該仕切り部の内径が前記一方の外歯車の外径よりも十分小さいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の駆動伝達装置。
8. 前記回転体が、前記画像形成装置本体が備え、または前記画像形成装置本体に着脱する、現像ローラ、現像スクリュー、感光体ドラム、転写駆動ローラのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の駆動伝達装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の駆動伝達装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。