JP2016028261A - 端部部材、感光体ドラムユニット、現像ローラユニットおよびプロセスカートリッジ - Google Patents

端部部材、感光体ドラムユニット、現像ローラユニットおよびプロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】適切な回転力の伝達、および装置本体との円滑な着脱を可能とする端部部材を提供する。
【解決手段】画像形成装置本体(2)に装着される円柱状回転体(11)の端部に配置される端部部材(30)であって、筒状の軸受部材(40)と、軸受部材に保持される軸部材(50)と、を有し、軸部材は、軸受部材に同軸に配置され、該軸受部材に対して軸線まわりに回動することにより軸線方向に移動する軸状である回動軸(51)と、回動軸に同軸に配置され、先端には画像形成装置本体の駆動軸(70)に係合する係合部材(60)を具備する回転力受け部材(58)が配置された先端部材(55)と、を有し、軸線まわりの回転力は、回転力受け部材、回動軸、及び軸受部材の順に伝達されるとともに、回転力受け部材が軸線に対して傾くように動く。
【選択図】図5

Description

本発明は、レーザープリンタや複写機等の画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジ、並びに該プロセスカートリッジに配置される感光体ドラムユニット、現像ローラユニットおよび端部部材に関する。
レーザープリンタや複写機等に代表される画像形成装置には、該画像形成装置の本体(以下、「装置本体」と記載することがある。)に対して着脱可能にプロセスカートリッジが備えられている。
プロセスカートリッジとは、文字や図形等の表されるべき内容を形成し、これを紙等の記録媒体に転写する部材である。そのためプロセスカートリッジには、転写する内容が形成される感光体ドラムが含まれているとともに、該感光体ドラムに作用して転写すべき内容を形成させるための各種手段が併せて配置される。これら手段としては、例えば現像ローラユニット、帯電ローラユニット、クリーニングを行う手段を挙げることができる。
プロセスカートリッジは、メンテナンスのために同一のプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱したり、古いプロセスカートリッジを装置本体から離脱して代わりに新しいプロセスカートリッジを装置本体に装着したりする。このようなプロセスカートリッジの着脱は、画像形成装置の利用者が自ら行うことであり、できるだけ容易に行えることが望ましい。
一方、プロセスカートリッジに含まれる感光体ドラムはその作動時には軸線を中心に回転させる必要がある。そのために感光体ドラムは、少なくとも作動時には装置本体の駆動軸が直接又は他の部材を介して係合し、この駆動軸から回転力を受けて回転するように構成されている。従って、プロセスカートリッジを装置本体に対して着脱させるためには、その都度、装置本体の駆動軸と感光体ドラムとの係合の解除(離脱)、および再装着をさせる必要がある。
ここで、感光体ドラム(プロセスカートリッジ)を装置本体の駆動軸の軸線方向に移動させて着脱することができれば、上記の着脱のための構造は比較的簡易である。しかしながら、画像形成装置の小型化、プロセスカートリッジの着脱スペース確保等の観点から、プロセスカートリッジを駆動軸の軸線方向とは異なる方向に引き抜くように装置本体から離脱させ、また、この方向から押し込むように装置本体に装着することが好ましい。
特許文献1には、装置本体のカバーが閉じているときは装置本体側からの駆動力を感光体ドラムへ伝達することができる状態とし、カバーを開いたときは、感光体ドラムに駆動力が伝達されないように離隔する移動が行われることが開示されている。これにより、駆動軸の軸線方向と異なる方向にプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱できる。
また、特許文献2には、感光体ドラムに取り付けられたトラニオン構造を有する回転力伝達部品を介して装置本体の駆動軸と感光体ドラムとを係合させて、感光体ドラムを回転させる発明が開示されている。当該回転力伝達部品は、トラニオン構造により感光体ドラムの軸線に対して角度を変えることができるので、装置本体の駆動軸と感光体ドラムユニットとの係合離脱を容易としている。
非特許文献1には、駆動軸に係合する感光体ドラムユニットの軸受部材がバネ等の弾性部材により軸線方向に移動可能に設けられる技術が開示されている。これにより軸受部材と駆動軸との着脱時には軸受部材が弾性部材に付勢されつつ軸線方向に移動して退避することで着脱の円滑が図られる。
特許第2875203号公報 特開2008−233868号公報
発明協会公開技報公技番号2010−502197号
しかしながら特許文献1に記載の発明では、プロセスカートリッジを着脱させる際には、フタの開閉に連動させて回転体を該回転体の軸線方向に移動させる過程を含み、そのための機構が必要となる。
特許文献2に記載の発明では、プロセスカートリッジを感光体ドラムの軸線方向とは異なる方向(実質的に直交する方向)に直接移動させることができるが、回転力伝達部品を傾斜自在に構成する必要があり、構造的に複雑となる。これにより、駆動伝達軸の軸線と被駆動伝達軸の軸線とを一致させることが困難な場合があった。また回転力伝達部品が大きく傾斜する構造となり回転伝達の精度の低下を招くこともあった。
非特許文献1に記載の発明では、回転力伝達部の溝と駆動軸側の回転力伝達部の係合が弱く、回転力の伝達が適切に行われないことがあった。また、プロセスカートリッジの着脱時において、部材の回転方向における姿勢によっては引っ掛かりが生じて着脱し難いこともあった。
そこで本発明は上記問題点に鑑み、適切な回転力の伝達、および装置本体との円滑な着脱を可能とする端部部材を提供することを課題とする。また、当該端部部材を備える感光体ドラムユニット、現像ローラユニットおよびプロセスカートリッジを提供する。
以下、本発明について説明する。ここではわかりやすさのため括弧書きにて図面の参照符号の一部を例示して付すが、本発明はこれに限定されるものではない。
請求項1に記載の発明は、画像形成装置本体(2)に装着される円柱状回転体(11)の端部に配置される端部部材(30)であって、筒状の軸受部材(40)と、軸受部材に保持される軸部材(50)と、を有し、軸部材は、軸受部材に同軸に配置され、該軸受部材に対して軸線まわりに回動することにより軸線方向に移動する軸状である回動軸(51)と、回動軸に同軸に配置され、先端には画像形成装置本体の駆動軸(70)に係合する係合部材(60)を具備する回転力受け部材(58)が配置された先端部材(55)と、を有し、軸線まわりの回転力は、回転力受け部材、回動軸、及び軸受部材の順に伝達されるとともに、回転力受け部材が軸線に対して傾くように動く、端部部材である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の端部部材(30)において、回動軸及び/又は先端部材は、軸部材の軸線まわりの回動とは無関係に軸線方向に沿った方向に移動する。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の端部部材において、回転力受け部材の軸線に対して傾くように動く範囲が0°より大きく10°以下である。
請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の端部部材において、回転力受け部材の軸線に対して傾くように動く範囲が0°より大きく5°以下である。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の端部部材(30)において、係合部材(60)には、軸線方向に対して傾斜した傾斜面又は湾曲面を具備している(60a、60b、60c)。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の端部部材(30)において、係合部材(60)には、駆動軸(70)が係合する凹部(60d)が形成されている。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の端部部材(30)において、軸受部材(40)の内面には螺状に形成された部位(47)が設けられ、回動軸(51)には螺状に形成された部位内を移動する部材(67)を具備することにより、回動軸が軸受部材に対して軸線まわりに回動することにより軸線方向に移動する。
請求項8に記載の発明は、円柱状回転体が感光体ドラムであり、該感光体ドラムと、感光体ドラムの少なくとも一方の端部に配置される請求項1乃至7のいずれかに記載の端部部材と、を備える感光体ドラムユニットである。
請求項9に記載の発明は、円柱状回転体が現像ローラであり、該現像ローラと、現像ローラの少なくとも一方の端部に配置される請求項1乃至7のいずれかに記載の端部部材と、を備える現像ローラユニットである。
請求項10に記載の発明は、筐体と、該筐体に保持される請求項8に記載の感光体ドラムユニットと、を具備するプロセスカートリッジである。
請求項11に記載の発明は、筐体と、該筐体に保持される請求項9に記載の現像ローラユニットと、を具備するプロセスカートリッジである。
本発明によれば、従来と同等の回転力の伝達が可能であるとともに、装置本体との着脱をより円滑に行うことができる。
画像形成装置本体およびプロセスカートリッジの概念図である。 プロセスカートリッジの構成を説明する概念図である。 感光体ドラムユニット10の外観斜視図である。 端部部材30の斜視図である。 端部部材30の分解斜視図である。 図6(a)は軸受部材40の斜視図、図6(b)は軸受部材40の正面図、図6(c)は軸受部材40の平面図である。 図7(a)は軸受部材40の軸線方向に直交する端面図、図7(b)は軸受部材40の軸線方向に沿った断面図である。 図8(a)は回動軸51の斜視図、図8(b)は回動軸51の断面図である。 図9(a)は先端部材55の斜視図、図9(b)は先端部材55の断面図である。 図10(a)は回転力受け部材58の斜視図、図10(b)は回転力受け部材58の断面図である。 端部部材30の断面図である。 図12(a)は端部部材30の軸線方向に直交する端面図、図12(b)は端部部材30の軸線方向に沿った断面図である。 端部部材30の斜視図である。 端部部材30の断面図である。 図15(a)が駆動軸70の斜視図、図15(b)が駆動軸70の断面図である。 図16(a)は駆動軸70と端部部材30とが係合した場面の斜視図、図16(b)は係合部分を拡大した斜視図である。 駆動軸70と端部部材30とが係合した場面の軸線方向に沿った断面図である。 図18(a)は駆動軸70と感光体ドラムユニット10とが係合する場面を説明する斜視図、図18(b)は駆動軸70と感光体ドラムユニット10とが係合する他の場面を説明する斜視図、図18(c)は駆動軸70と感光体ドラムユニット10とが係合する他の場面を説明する斜視図である。 図18(b)の場面における軸線方向に沿った断面図である。 図20(a)は駆動軸70と感光体ドラムユニット10とが係合する場面を説明する斜視図、図20(b)は駆動軸70と感光体ドラムユニット10とが係合する他の場面を説明する斜視図、図20(c)は駆動軸70と感光体ドラムユニット10とが係合する他の場面を説明する斜視図である。 図20(b)の場面における軸線方向に沿った断面図である。 図22(a)は駆動軸70から感光体ドラムユニット10を離脱する場面を説明する斜視図、図22(b)は駆動軸70から感光体ドラムユニット10を離脱する他の場面を説明する斜視図、図22(c)は駆動軸70から感光体ドラムユニット10を離脱する他の場面を説明する斜視図である。 図22(b)を拡大して説明する図である。 図24(a)は回転力が伝達されている姿勢において発生する力を説明する模式図、図24(b)はプロセスカートリッジを離脱する場面において発生する力を説明する模式図である。 図25(a)は駆動軸70に端部部材30が係合した姿勢を表す断面図、図25(b)は駆動軸70から端部部材30が離脱する場面の好ましい1つの例を説明する断面図である。 図26(a)は駆動軸70に端部部材30が係合した姿勢を表す断面図、図26(b)は駆動軸70から端部部材30が離脱する場面の好ましい他の例を説明する断面図である。 端部部材330の分解斜視図である。 端部部材330の軸線方向に沿った分解断面図である。 図29(a)は軸受部材340の本体341の斜視図、図29(b)は軸受部材340の本体341の平面図である。 軸部材350の斜視図である。 変形例を説明する分解斜視図である。 図32(a)は端部部材330’の軸線方向断面図、図32(b)は端部部材330’の他の姿勢における軸線方向断面図である。 変形例を説明する分解斜視図である。 端部部材430の斜視図である。 端部部材430の分解斜視図である。 軸受部材440の軸線方向断面図である。 図37(a)は回動軸451の斜視図、図37(b)は回動軸451の軸線方向断面図である。 先端部材455の斜視図である。 端部部材430の軸線方向断面図である。 図40(a)は端部部材430の軸線方向に直交する端面図、図40(b)は回動軸451と突起456との関係を説明する図である。 端部部材430の軸線方向断面図である。 端部部材530の分解斜視図である。 端部部材530の分解断面図である。 端部部材530の断面図である。 端部部材530’の分解斜視図である。 先端部材555’の斜視図である。 端部部材530’の軸線に沿った断面図である。 端部部材530’の軸線に沿った他の断面図である。 端部部材530”の分解斜視図である。 端部部材530”の分解断面図である。 端部部材530”の断面図である。 端部部材30が現像ローラユニットに適用された例を説明する斜視図である。
以下本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら形態に限定されるものではない。
図1は第一の形態を説明する図で、プロセスカートリッジ3、および該プロセスカートリッジ3を装着して使用する画像形成装置本体2(以下、「装置本体2」と記載することがある。)を有する画像形成装置1を模式的に示した斜視図である。プロセスカートリッジ3は、図1にIで示した方向に移動させることにより装置本体2に装着し、および離脱させることができる。そしてこの方向は装置本体2に設けられた駆動軸70(図15参照)の軸線方向とは異なる方向である。
図2には、プロセスカートリッジ3の構造を模式的に表した。図2からわかるようにプロセスカートリッジ3は、筐体3aの内側に感光体ドラムユニット10(図3参照)、帯電ローラユニット4、現像ローラユニット5、規制部材6、およびクリーニングブレード7を内包している。プロセスカートリッジ3を装置本体2に装着した姿勢で、紙等の記録媒体が図2にIIで示した線に沿って移動することにより、当該記録媒体に画像が転写される。
また、プロセスカートリッジ3の装置本体2への着脱は概ね次のように行われる。プロセスカートリッジ3に備えられる感光体ドラムユニット10は、装置本体2から回転駆動力を受けて回転することから、少なくとも作動時には装置本体2の駆動軸70(図15(a)参照)と感光体ドラムユニット10の端部部材30(図4参照)とが係合して回転力を伝達できる状態にある(図16(a)参照)。
一方、プロセスカートリッジ3の装置本体2に対する着脱時には、駆動軸70と端部部材30とが、その姿勢によらずお互いに他方側の移動を阻害しないように速やかに係合および離脱が行われる必要がある。
このように、装置本体2の駆動軸70には感光体ドラムユニット10の端部部材30が適切に係合して回転駆動力が伝達される。
以下、各構成について説明する。
プロセスカートリッジ3には、図2からわかるように帯電ローラユニット4、現像ローラユニット5、規制部材6、クリーニングブレード7、および感光体ドラムユニット10が備えられ、これらが筐体3aの内側に内包されている。それぞれは次のようなものである。
帯電ローラユニット4は、装置本体2からの電圧印加により感光体ドラムユニット10の感光体ドラム11を帯電させる。これは、当該帯電ローラユニット4が感光体ドラム11に追随して回転し、感光体ドラム11の外周面に接触することにより行われる。
現像ローラユニット5は感光体ドラム11に現像剤を供給するローラである。そして、当該現像ローラユニット5により、感光体ドラム11に形成された静電潜像が現像される。なお現像ローラユニット5には、固定磁石が内蔵されている。
規制部材6は、上記した現像ローラユニット5の外周面に付着する現像剤の量を調整するとともに、現像剤自体に摩擦帯電電荷を付与する部材である。
クリーニングブレード7は、感光体ドラム11の外周面に接触してその先端により転写後に残存した現像剤を除去するブレードである。
感光体ドラムユニット10は、感光体ドラム11を備え、ここに記録媒体に転写すべき文字や図形等が形成される。図3に感光体ドラムユニット10の外観斜視図を示した。図3からわかるように感光体ドラムユニット10は、感光体ドラム11、フタ材20、および端部部材30を備えている。
感光体ドラム11は、円柱状回転体であるドラムシリンダの外周面に感光層を被覆した部材である。すなわちドラムシリンダは、アルミニウム等の導電性のシリンダであり、ここに感光層が塗布されて構成されている。当該感光層に、紙等の記録媒体に転写すべき文字や図形等が形成される。
基体はアルミニウム、又はアルミニウム合金による導電性材料が円筒形状に形成されたものである。基体に用いられるアルミニウム合金の種類は特に限定されないが、感光体ドラムの基体として用いられることが多いJIS規格(JIS H 4140)で定められる6000系、5000系、3000系のアルミニウム合金であることが好ましい。
また、基体の外周面に形成される感光層は特に限定されることはなく、その目的に応じて公知のものを適用することができる。
基体は、切削加工、押し出し加工、引き抜き加工等により円筒形状を形成することにより製造することができる。そして基体の外周面に感光層を塗布する等して積層して感光体ドラム11を作製することが可能である。
感光体ドラム11の一端には後述するように該感光体ドラム11をその軸線中心に回転させるために少なくとも2つの端部部材が取り付けられる。本形態では一方の端部部材がフタ材20であり、他方の端部部材が端部部材30である。
フタ材20は感光体ドラム11の軸線方向端部のうち、装置本体2の駆動軸70が係合しない側の端部に配置される端部部材である。フタ材20は樹脂により形成されており、感光体ドラム11の円筒内側に嵌合される嵌合部と、感光体ドラム11の一方の端面を覆うように配置される軸受部とが同軸に形成されている。軸受部は、感光体ドラム11の端面を覆う円板状であるとともに、筐体3aに設けられた軸を受ける部位を具備する。また、フタ材20には、導電性材料からなるアース板が配置され、これにより感光体ドラム11と装置本体2とを電気的に接続させている。
なお、本形態ではフタ材の一例を表したがこれに限定されず、通常取り得る他の形態のフタ材を適用することも可能である。例えばフタ材に回転力伝達のための歯車が配置されてもよい。
また上記導電性材料は端部部材30側に設けられてもよい。
端部部材30は、感光体ドラム11の端部のうち上記フタ材20とは反対側の端部に取り付けられる部材であり、軸受部材40および軸部材50を備えている。図4に端部部材30の斜視図、図5に端部部材30の分解斜視図を示した。
軸受部材40は、端部部材30のうち感光体ドラム11の端部に接合される部材である。図6(a)には軸受部材40の斜視図、図6(b)には軸受部材40の正面図、図6(c)には軸受部材40のうち、軸部材50が配置される側から見た平面図を表した。さらに図7(a)には図6(b)にVIIa−VIIaで示した線に沿った端面図を示した。すなわち図7(a)は軸受部材40の軸線に対して直交する面で軸受部材40を切断したときの端面が表れている。図7(b)は図6(c)にVIIb−VIIbで示した線に沿った断面図である。すなわち図7(b)は軸受部材40の軸線を含み、該軸線に沿った方向における軸受部材40の断面図である。
なお、以下に示す各図では、断面図における端面(切断面)はハッチングをして表すことがある。
軸受部材40は、図4〜図7よりわかるように、筒状体41、接触壁42、嵌合部43、歯車部44、および軸部材保持部45を有して構成されている。
筒状体41は、全体として円筒状の部材であり、その外側に接触壁42および歯車部44が配置され、その内側に軸部材保持部45が形成されている。なお、筒状体41の内側のうち少なくとも軸部材保持部45が具備される部位については、後述する軸部材50の回動軸51(図8参照)が円滑に軸線方向に移動するおよび軸線中心に回転できる程度に、筒状体41の内径が回動軸51の外径と概ね同じとされている。
筒状体41の外周面の一部からは感光体ドラム11の端面に接触して係止する接触壁42が立設している。これにより端部部材30を感光体ドラム11に装着した姿勢で端部部材30の感光体ドラム11への挿入深さが規制される。
また、筒状体41のうち接触壁42を挟んで一方側が感光体ドラム11の内側に挿入される嵌合部43となっている。嵌合部43が感光体ドラム11の内側に挿入され、接着剤により感光体ドラム11の内面に固定される。これにより端部部材30が感光体ドラム11の端部に固定される。従って、嵌合部43の外径は、感光体ドラム11の円筒形状の内側に挿入可能な範囲で、感光体ドラム11の内径と概ね同じである。嵌合部43には外周面に溝が形成されてもよい。これにより当該溝に接着剤が充填され、アンカー効果等により筒状体41(端部部材30)と感光体ドラム11との接着性が向上する。
接触壁42を挟んで嵌合部43とは反対側の筒状体41の外周面には歯車部44が形成されている。歯車部44は、現像ローラユニット等の他の部材に回転力を伝達する歯車で、本形態でははす歯歯車が配置してある。ただし歯車の種類は特に限定されることはなく、平歯車が配置されていたり、両者が筒状体の軸線方向に沿って並べて配置されていたりしてもよい。また歯車は必ずしも設けられている必要もない。
軸部材保持部45は、筒状体41の内側に形成され、軸部材50の所定の動作を確保しつつ、該軸部材50を軸受部材40に保持する機能を有する部位であり、後述する回転力受け部材58を移動および回動させる手段の1つとして機能する。軸部材保持部45は、図5、図7(b)に表れた底板46および図7(a)、図7(b)に表れた螺状溝47を有している。
底板46は円盤状の部材であり筒状体41の内側を塞いで仕切るように配置される。これにより軸部材50を支持する。筒状体41への底板46の取り付けは接着や融着等により行うことができる。また、筒状体41と底板46とは一体に形成されてもよい。
螺状溝47は筒状体41の内面に形成された複数の螺状の溝であり、その深さ方向は図7(a)にAで示したように、筒状体41の軸線を中心に放射状(半径方向)に形成されている。一方、螺状溝47の長手方向は図7(b)に表れるように筒状体41の軸線に沿った方向であるとともに、その一端側と他端側とが筒状体41の内周に沿った方向にずれるようにねじれ、螺状に形成されている。また、螺状溝47の幅方向は図7(a)にBで示したように、後述する軸部材50のピン67の端部が挿入され、該ピン67の端部が円滑に溝内を移動できる程度にピン67の直径と概ね同じ程度に形成されている。
なお、螺状溝47の長手方向一端は底板46により塞がれており、これとは反対の他端は筒状体41の端面にまで達することなく塞がれている。
また、螺状溝47のねじれの程度を表す指標として、「ねじれ率」を定義することができる。すなわち、「ねじれ率」は、螺状溝の軸線方向の距離(図7(b)にhで示した大きさ)及びこの間における螺状溝が軸線を中心に周方向にねじれた角度である総ねじれ角度から定義し、次式で表される。
ねじれ率(°/mm)=総ねじれ角度(°)/螺状溝の軸線方向の距離(mm)
さらに、複数の螺状溝47は筒状体41の軸線を挟んで対向する少なくとも1組が設けられている。本形態では4組、合計8つの螺状溝47が形成された例であるが、1組で合計2つの螺状溝が形成されていてもよい。一方、2組、3組、又は5組以上の螺状溝が設けられてもよい。このような螺状溝を射出成形する際には、材料の射出後に金型を回しながら離型することにより行う。
軸受部材40を構成する材料は特に限定されることはないが、ポリアセタール、ポリカーボネート、PPS等の樹脂や金属を用いることができる。ここで、樹脂を用いる場合には部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維等を配合してもよい。また、軸部材の取り付けや移動を円滑にするために、樹脂にフッ素、ポリエチレン、及びシリコンゴムの少なくとも1種類を含有して摺動性を向上させてもよい。また、樹脂をフッ素コーティングしたり、潤滑剤を塗布してもよい。
金属で作製する場合は、切削による削り出し、アルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、金属粉末射出成形法(いわゆるMIM法)、金属粉末焼結積層法(いわゆる3Dプリンタ)などを用いることができる。また、金属の材質は問わず、鉄、ステンレス、アルミニウム、真鍮、銅、亜鉛やこれらの合金等を用いてもよい。また、各種メッキを施して表面に機能性(潤滑性や耐腐食性など)を向上させることができる。
図4、図5に戻り、端部部材30のうち軸部材50について説明する。軸部材50は、図5からわかるように、回動軸51、および先端部材55を備えている。さらに軸部材50は先端部材用弾性部材65、回動軸用弾性部材66、およびピン67を具備している。本形態の先端部材用弾性部材65、および回動軸用弾性部材66はいずれも弦巻バネである。
以下にそれぞれについて説明する。
回動軸51は、先端部材55が受けた回転力を軸受部材40に伝達する回転力伝達部であるとともに、回転力受け部材58を移動および回動させる手段として機能する軸状部材である。図8(a)に回動軸51の斜視図、図8(b)に図8(a)にVIIIb−VIIIbで示した線により切断した軸線方向断面図をそれぞれ表した。
図8(a)、図8(b)からわかるように、回動軸51は円筒状である。円筒の内側は、先端部材用弾性部材65が挿入できる大きさとされている。回動軸51には、その一方の端部にはフタ部51aが設けられており、フタ部51aには円筒の内径に対して狭められた開口部51bが形成されている。そして本形態ではこの開口部51bは矩形である。ただし開口部の形状は矩形に限定されることはなく、ここに挿入される先端部材55の軸57(図5参照)が空転することなく回動軸51の開口部51bに引っ掛かって回転力を伝達できればよい。従って円形以外の形状をとることができる。先端部材55の軸線方向の移動を可能としつつ先端部材55の回動に回動軸51が連動すればその手段は特に限定されることはなく、例えばピンなどの付加部材を用いてもよい。
また、回動軸51には、フタ部51aが配置された端部とは反対側の端部に、円筒の軸線に直交し、円筒の1つの直径方向に設けられ、円筒の内外を貫通する2つのピン通し孔51cが形成されている。このピン通し孔51cには後で説明するようにピン67(図5参照)が通される。
先端部材55は、装置本体2(図1参照)からの回転駆動力を受けて回動軸51に当該駆動力を伝達する部材である。図9(a)には先端部材55の斜視図、図9(b)は図9(a)にIXb−IXbで示した線により切断した先端部材55の軸線方向断面図である。図10(a)には図9(a)のうち回転力伝達部材58の部位に注目して拡大した図、図10(b)には図9(b)のうち回転力伝達部材58の部位に注目して拡大した図をそれぞれ示した。
図9(a)、図9(b)よりわかるように、先端部材55は、軸57、保持部材56、および回転力受け部材58を有して構成されている。
軸57は柱状の部材であり、本形態では矩形断面を有する四角柱である。軸57の断面形状は上記した回動軸51の開口部51bと概ね同じ形状、又は該開口部51bより若干小さく形成されている。
保持部材56は軸57の一方の端部に配置された板状の部材である。保持部材56と軸57とは、保持部材56の一方の端面に保持部材56の一方の面が重ねられる形態で配置されている。両者は別の部材で形成されて接着又は融着してもよいし、一体で形成されていてもよい。
保持部材56は図9(a)、図9(b)に表れているように軸線方向に直交する方向において、軸57より大きく形成されている。この大きさおよび形状は、上記した回動軸51の内側に納まることができるとともに、開口部51bを通ることができないように構成される。これにより回動軸51に先端部材55を保持することができる。本形態では保持部材56の外形は回動軸51の内側の断面形状と概ね同じ形態(すなわち円形)とされている。
回転力受け部材58は、軸57のうち保持部材56とは反対側の端部に配置され、円柱状の受け部材59および該受け部材59の一方の端面から立設された2つの係合部材60を有して構成されている。軸57と回転力受け部材58とは別の部材で形成されて接着又は融着してもよいし、一体で形成されていてもよい。
受け部材59は、軸57の端部のうち保持部材56とは反対側の端部に設けられた円柱を基本とした部材で軸57と同軸に配置されている。
受け部材59はその外周部において軸線方向に沿った方向で傾斜する傾斜面59cを有している。この傾斜面59cは図9(b)、図10(b)に表れているように、係合部材60側に向かうにしたがって直径が小さくなる傾斜であり、その端部は受け部材59のうち係合部材60が設けられた端面(縁部59d)に接続している。
さらに受け部材59は係合部材60が形成された側の面に凹部59aが形成されている。この凹部59aは後述する駆動軸70(図15(a)参照)の先端部がここに入るように形成され、これにより軸部材50(端部部材30)の軸線と駆動軸70の軸線とが一致する。また、凹部59aの底面59bは駆動軸70との係合および離脱の円滑の観点から滑らかな斜面又は曲面であることが好ましい。かかる観点から凹部59aは軸線部を最深部とした球面の一部となる形態であることが好ましい。
2つの係合部材60は突起状の部材であり、受け部材59のうち軸57と接続された側とは反対側の面における外周端部に配置され、受け部材59の軸線から同じ距離離隔し、両者は当該軸線を挟んで対称位置に配置されている。2つの係合部材60の間隔は、後で説明する駆動軸70(図15(a)参照)の軸部71の直径と概ね同じ、又はこれより若干大きく形成されている。また、2つの係合部材60の間隔は、図16(a)を参照するとわかるように2つの係合部材60の間に駆動軸70の軸部71が配置された姿勢で、係合突起72が係合部材60に引っ掛かる位置に構成されている。
どのように駆動軸70から回転力を受けることができるかについては後で説明する。
ここで係合部材60はこのように2つの係合部材60により対を成して構成されている。本形態では1対の係合部材60が配置される例を説明したが、2対(4つ)、3対(6つ)又はそれ以上の係合部材を具備してもよい。
係合部材60は図9(a)〜図10(b)に表れる形状を有しているが、係合部材60を形成する面の形状は次の通りである。係合部材60の面のうち受け部材59の外周側となる面60aは、受け部材59の外周に形成された傾斜面59cに連続した面60aとされている。従って、面60aは凹部59aから離隔するにしたがって軸線に近づくように傾斜又は湾曲している。
係合部材60の面のうち凹部59a側に面する面60bは、凹部59aの底面59bに連続した面60bとされている。従って、面60bは凹部59aから離隔するにしたがって軸線から遠ざかるように傾斜又は湾曲している。
係合部材60の面のうち受け部材59の周方向に面する1つの面である60cはそのいずれの部位でも当該部位における法線(例えば図10(b)にNで示した線)が受け部材59から遠ざかる方向に向く傾斜又は湾曲を有している。
係合部材60の面のうち面60cと反対側となる面で受け部材59の周方向に面する他の1つの面である60eは凹部60dを形成するように傾斜又は湾曲面を有している。従ってこの凹部60dは受け部材59の周方向において凹となる凹部である。凹部60dは、該凹部60dの内側に駆動軸70の係合突起72の一部が入り、係合部材60に係合突起72が係合する大きさに形成されている。
ここで2つの係合部材60では、受け部材59の周方向において、一方の係合部材60の面60eが他方の係合部材60の面60cを向くように並べられている。また、この凹部60dは係合部材60のうち、駆動力を伝達すべき回転方向に凹となるように形成される。これにより後述するように適切に駆動軸70の係合突起72を係合することができる。
図5に戻り、軸部材50に備えられる他の構成について説明する。先端部材用弾性部材65、および回動軸用弾性部材66はいわゆる弾性部材であり、いずれも回転力受け部材58を移動および回動させる手段として機能する。本形態ではこれらは弦巻ばねである。また、ピン67は回転力受け部材58を移動および回動させる手段で、螺状溝47の内側を移動する突起として機能する棒状の部材である。これらの各部材の配置および作用については後で説明する。
軸部材50の各部材を構成する材料は特に限定されないが各種の樹脂又は金属を用いることができる。
樹脂で作製する場合には、例えばポリアセタール、ポリカーボネート、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PFA(4Fパーフルオロアルキルビニルエーテル)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(液晶ポリマー)樹脂、PA−MXD6(ポリアミドMXD6)等を好適に用いることができる。ただし、部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維や無機フィラー等を配合しても良い。また、樹脂中に金属をインサートしてさらに剛性を上げても良い。
一方、金属で作製する場合は、切削による削り出し、アルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、金属粉末射出成形法(いわゆるMIM法)、金属粉末焼結積層法(いわゆる3Dプリンタ)などを用いることができる。また、金属の材質は問わず、鉄、ステンレス、アルミニウム、真鍮、銅、亜鉛やこれらの合金等を用いてもよい。また、各種メッキを施して表面の機能性(潤滑性や耐腐食性等)を向上させることができる。
また、軸部材50、軸部材50に含まれるいずれかの部材については弾性を持たせる観点から、金属板を折り曲げて作製したり、金属、ガラス、炭素繊維等を樹脂に含浸させて作製したりしてもよい。
上記のような軸受部材40、および軸部材50とは次のように組み合わせられることにより端部部材30とされている。なお、当該組み合わせの説明から、各部材、部位の大きさ、構造、および部材、部位同士の大きさの関係等がさらに理解される。図11は端部部材30の軸線方向断面図である。図12(a)は図11にXIIa−XIIaで示した線に沿った端部部材30の端面図、図12(b)は図12(a)にXIIb−XIIbで示した線による端部部材30の断面図である。ただし図12(a)、図12(b)では見易さのため軸部材50についてはピン67のみを表している。
図11からわかるように、先端部材55の軸57が回動軸51の開口部51bを通される。このとき先端部材55の保持部材56が回動軸51の内側に内包され、先端部材55の回転力受け部材58が回動軸51から突出するように配置される。
一方、ピン67が回動軸51の2つのピン通し孔51cを渡すように通される。このときピン67の両端はそれぞれ回動軸51の側面から突出し、突起として機能する。
そして、回動軸51の内側で先端部材55の保持部材56とピン67との間に先端部材用弾性部材65が配置される。従って先端部材用弾性部材65の一方が保持部材56、他方がピン67に接触する。これにより、先端部材用弾性部材65が先端部材55を付勢し回動軸51から先端部材55を突出させる方向に先端部材55が付勢される。ただし、保持部材56は回動軸51の開口部51bを通ることができないので、先端部材55は回動軸51から外れることなく付勢された状態で保持される。
このように先端部材55、先端部材用弾性部材65、およびピン67が組み合わされた回動軸51のうち、先端部材55が配置されない側が軸受部材40の内側に形成された軸部材保持部45の底板46側に向けて挿入される。このとき、回動軸51の側面から突出したピン67の端部が図12(a)、図12(b)に示したように軸受部材40の軸部材保持部45に形成された螺状溝47に挿入される。
また、図11からわかるように、軸受部材40の内側で、回動軸51と底板46との間に回動軸用弾性部材66が配置される。従って回動軸用弾性部材66の一方が回動軸51、他方が底板46に接触する。これにより、回動軸用弾性部材66が回動軸51を付勢し軸受部材40から先端部材55を含む回動軸51を突出させる方向に回動軸51が付勢される。ただし、ピン67の先端が軸受部材40の螺状溝47に挿入され、該螺状溝47はその両端が上記のように塞がれているので、回動軸51は軸受部材40から外れることなく付勢された状態で保持される。
以上により、各部材が組み合わされた姿勢で、軸受部材40、回動軸51、および先端部材55の軸線が一致する。
次に、端部部材30がどのように変形、移動、回動することができるかについて説明する。図13には端部部材30の1つの姿勢における斜視図を表した。
図11〜図13に示した姿勢では、先端部材用弾性部材65、回動軸用弾性部材66により軸部材50の全体が、可能な範囲で最も軸受部材40から突出した姿勢とされている。軸部材50に何ら外力が加わらないときには端部部材30はこの姿勢にある。
この姿勢から、図11、図13に矢印XIaで示したように先端部材55の回転力受け部材58に軸線まわりの回転力を与えると、これに追随して軸57が回動する。軸57と回動軸51の開口部51bとは空転しない形態なので、回転力が回動軸51に伝わり図11、図13に矢印XIbで示したように回動軸51も回動する。
回動軸51がこのように回動すると合わせてピン67も回動する。すると、第一に、ピン67が螺状溝47の側壁を押圧し、回転を軸受部材40に伝達し、図11、図13に矢印XIcで示したように軸受部材40が回動する。これにより軸受部材40に取り付けられた感光体ドラム11も軸線まわりに回転する。
第二に、ピン67の先端が螺状溝47に挿入されているので、回動軸51が回動するとピン67が図12(b)に矢印XIIcで示したように、軸線方向にも移動する。これにより、ピン67が取り付けられた回動軸51およびこれに取り付けられた先端部材55も図11、図13に矢印XIdで示したように回動軸用弾性部材66の付勢力に抗して、又は付勢方向に移動する。
従って、端部部材30では回転力受け部材58の回転により、端部部材30の軸線まわりの回動、並びに回動軸51および先端部材55の軸線に沿った方向への移動もする。
上記の他、端部部材30は次のような変形も可能である。図14に説明のための図を示した。図14は図11と同じ視点による図である。すなわち、端部部材30では、先端部材55の回転力受け部材58に、軸線方向に力がかかったときには、図14に矢印XIVで示したように他の部材は変形することなく、先端部材55のみが軸線方向に移動する。
以上のような端部部材30を図3に示したように、該端部部材30の嵌合部43を感光体ドラム11の一方の端部に差し込み接着する(図16(a)、図17も参照)。また、感光体ドラム11の他方の端部にフタ材20を配置して感光体ドラムユニット10とすることができる。感光体ドラムユニット10では、端部部材30、感光体ドラム11、およびフタ材20の軸線は一致する。
次に装置本体2について説明する。本形態で装置本体2はレーザープリンタの本体である。レーザープリンタでは、上記したプロセスカートリッジ3が装着された姿勢で作動し、画像を形成するときには、感光体ドラム11を回転させて、帯電ローラにより帯電させる。この状態で、ここに備えられる各種光学部材を用いて画像情報に対応したレーザー光を感光体ドラム11に照射し、当該画像情報に基づいた静電潜像を得る。この潜像は現像ローラユニットにより現像される。
一方、紙等の記録媒体は、装置本体2にセットされ、該装置本体2に設けられた送り出しローラ、搬送ローラ等により転写位置に搬送される。転写位置には転写ローラ1a(図2参照)が配置されており、記録媒体の通過に伴い転写ローラに電圧が印加されて感光体ドラム11から記録媒体に像が転写される。その後、記録媒体に熱および圧力が加えられることにより当該像が記録媒体に定着する。そして排出ローラ等により装置本体2から像が形成された記録媒体が排出される。
このように、プロセスカートリッジ3が装着された姿勢で、装置本体2は感光体ドラムユニット10に回転駆動力を与える。そこで、プロセスカートリッジ3が装着された姿勢でどのように装置本体2から感光体ドラムユニット10に回転駆動力が与えられるかについて説明する。
プロセスカートリッジ3への回転駆動力は装置本体2の回転力付与部としての駆動軸70により与えられる。図15(a)に駆動軸70の先端部の形状の斜視図を示した。また図15(b)には駆動軸70の軸線方向に沿った断面図を表した。これらの図からわかるように駆動軸70は軸部71および係合突起72を備えて構成されている。
軸部71は、その軸線を中心に回転する軸部材である。本形態では図15(a)、図15(b)からわかるようにその先端が半球状に形成されている。そして軸部71の先端部は上記した軸部材50の回転力受け部材58の2つの係合部材60(例えば図4参照)の間に配置できる大きさとされている。このように先端部において角部が除去された滑らかな形状とされることにより、回転力受け部材58の受け部材59の形状と相まって駆動軸70と軸部材50との係合がより円滑に行われる。
軸部71の図15(a)に示した先端側とは反対側には、軸部71を軸線中心に回転させることができるように歯車列が形成されており、これを介して駆動源であるモータに接続されている。
係合突起72は、軸部71の先端近くに設けられ、軸部71の軸線に対して直交する方向に延びる柱状の2つの部材である。そしてその2つの係合突起72は、軸部71の断面における1つの同じ直径方向上に配置されている。
ここで、図1にIで示したプロセスカートリッジ3の装置本体2への着脱のための移動方向に対して、駆動軸70の軸部71は概ね垂直に突出して配置されている。これに加えて軸部71はその軸線方向に移動することなく回転するのみである。従ってプロセスカートリッジ3の着脱では、このような駆動軸70に軸部材50を装着、離脱させる必要がある。そして、上記した端部部材30によれば、軸部材50と駆動軸70との装着および離脱が容易となる。具体的な着脱の態様については後で説明する。
プロセスカートリッジ3が装置本体2に装着された姿勢で、駆動軸70と端部部材30の軸部材50に具備される回転力受け部材58とが係合して回転力が伝達される。図16(a)には駆動軸70に端部部材30の回転力受け部材58が係合した場面を斜視図で示した。また、図16(b)には当該係合した場面を拡大して表した。さらに図17には軸線方向に沿った断面図を表した。
図16(a)、図16(b)、および図17からわかるように駆動軸70と回転力受け部材58とが係合した姿勢では、駆動軸70の軸線と軸部材50の軸線とが一致するように突き合わされて配置される。このとき、駆動軸70の軸部71の先端が回転力受け部材58の2つの係合部材60の間に入り込み、受け部材59の凹部59aの内側に配置される。
そして駆動軸70の係合突起72が回転力受け部材58の係合部材60に側面から引っ掛かるように係合している。このとき係合突起72が係合部材60の凹部60dの内側に入り込んでいる。
かかる姿勢で図16(b)に矢印XVIbで示したように、駆動軸70が回転力伝達方向に回転したとき、係合突起72が係合部材60の凹部60dに入り該係合部材60に引っ掛かって図16(b)に矢印XVIcに示したように回転力が伝達される。その際、回動軸51は軸受部材40の上記螺状溝47とピン67の作用により図16(b)にXVIdで示した方向に移動しようとする。しかし、駆動軸70の係合突起72が回転力受け部材58の係合部材60の凹部60dに入り込み係合しているので両者の係合は外れることなく安定した連結が維持される。この矢印XVIdで示した方向へ移動しようとする力は駆動軸70を引き寄せる力となって、より回動を安定したものにするように作用する。
ただし、その際には螺状溝47による当該引き寄せる力は、係合部材60が駆動軸70と係合する力よりも弱いものとする。より具体的には次のように構成されることが好ましい。
図17に模式的に示したように、Pで表した係合部材による引き込み力、Qで表した回動軸用弾性部材の付勢力、Rで表した螺状溝による軸線方向力において次式が成立することを回転駆動の条件とすることが好ましい。
R≦P+Q
ここで、Pは先端部材の係合部材が有する形状により駆動回転時に装置本体の駆動軸に近づく方向に移動させる力、Qは回動軸用弾性部材により発生し、装置本体の駆動軸に近づく方向に移動させる力、Rは回転駆動時に本体の螺状溝により発生し、回動軸を装置本体の駆動軸から離れる方向に移動させる力である。
次にプロセスカートリッジ3を装置本体2に装着して図16(a)、図16(b)、図17の姿勢にさせるときの駆動軸70と、感光体ドラムユニット10の動作の例について説明する。第一の例の説明を図18、図19に、第二の例の説明を図20、図21に示した。
第一の例について、図18では図18(a)〜図18(c)で駆動軸70が回転力受け部材58に係合する過程を順を追って斜視図で表している。図19では図18(b)の姿勢を軸線方向に沿った断面図で表している。
初めに図18(a)に示した状態から図18(b)に示したように駆動軸70の軸線方向に対して直交する方向から、感光体ドラムユニット10が近づく。このとき感光体ドラムユニット10は端部部材30が駆動軸70側に向けられ、その軸線が駆動軸70の軸線と平行となる向きとされており、軸線に直交する方向に移動しつつ駆動軸70に近づく。このとき軸部材50は図11に示した姿勢にある。
図18(b)、および図19に示した場面で駆動軸70が回転力受け部材58の受け部材59の外周面に接触する。このとき、先端部材55は図19に示したように、感光体ドラムユニット10の矢印XIXaで示した方向の移動に対して、矢印XIXbで示した方向に移動する(図14で説明した変形。)。従って、駆動軸70の先端は回転力受け部材58の縁部59dを乗り越えて図18(c)に示した姿勢となる。その後、駆動軸70を回動させることにより、図16(a)に示した姿勢となる。
ここで、図18(b)、図19に示したように、当該受け部材59の外周部に傾斜面59cが設けられることにより、より円滑な先端部材55の移動(矢印XIXb方向への移動)が行われる。
第二の例について、図20では図20(a)〜図20(c)で駆動軸70が回転力受け部材58に係合する過程を順を追って斜視図で表している。図21では図20(b)の姿勢を軸線方向に沿った断面図で表している。
初めに図20(a)に示した状態から図20(b)に示したように駆動軸70の軸線方向に対して直交する方向から、感光体ドラムユニット10が近づく。このとき感光体ドラムユニット10は端部部材30が駆動軸70側に向けられ、その軸線が駆動軸70の軸線と平行となる向きとされており、軸線に直交する方向に移動しつつ駆動軸70に近づく。このとき軸部材50は図11に示した姿勢にある。
図20(b)、および図21に示した場面で駆動軸70が回転力受け部材58の係合部材60の外周面である面60aに接触する。このとき、先端部材55は図21に示したように、感光体ドラムユニット10の矢印XXIaで示した方向の移動に対して、矢印XXIbで示した方向に移動する(図14で説明した変形。)。従って、回動軸70の先端は回転力受け部材58の係合部材60を乗り越えて図20(c)に示した姿勢となる。その後、駆動軸70を回動させることにより、図16(a)に示した姿勢となる。
ここで、図20(b)、図21に示したように、係合部材60には傾斜面である面60a、60cが設けられることにより、より円滑な先端部材55の移動(矢印XXIb方向への移動)が行われる。
次にプロセスカートリッジ3を装置本体2に装着した姿勢から、プロセスカートリッジ3を離脱するときの駆動軸70と、感光体ドラムユニット10の動作の例について説明する。説明のための図を図22、図23に示した。図22では図22(a)〜図22(c)で駆動軸70から回転力受け部材58が離脱する過程を順を追って斜視図で表している。図23では図23(b)を拡大して表している。
初めに図22(a)に示した状態から図22(b)に示したように駆動軸70の軸線方向に対して直交する方向に、感光体ドラムユニット10を引き抜く方向に移動させる。このように引き抜く際には、2つの係合部材60のうち一方が当該引き抜きを阻害する方向に係合している。従ってこのままでは円滑な離脱をすることができない。しかしながら本形態では、図23に矢印XXIIIaで示した方向に感光体ドラムユニット10を移動させると、当該一方の係合部材60と駆動軸70の係合突起72との関係により、回転力受け部材58が図23に矢印XXIIIbに示した方向に回動する。すると先端部材55が回動し、これに連動して回動軸51も回動するので、上記した螺状溝47の作用により、回動軸51および先端部材55が図23に矢印XXIIIcで示した方向に移動する。これら回転力受け部材58の回動および移動により係合突起72から係合部材60が離脱し、図22(c)のように、離脱が完了する。
ここで、受け部材59の凹部59aの底面59b、および係合部材60の面60bが傾斜して形成されているので、より円滑な離脱が可能となっている。
以上のように、プロセスカートリッジ3を装置本体2の駆動軸70の軸線方向とは異なる方向から押し込むように該装置本体2に装着し、離脱も円滑に行われる。
また、端部部材30によれば軸部材50の揺動を必要とすることなくその軸線方向の回動および軸線方向に直交する方向への移動により、軸部材30に対してより円滑に駆動軸70への着脱が可能となる。そして、揺動を必要とする軸部材に対して寸法に対する公差を大きく設定することができるためかかる観点からも生産性が高いといえる。
また、上記したようにプロセスカートリッジの着脱の最中において部材による着脱の阻害が生じ難く、より円滑な着脱となる。
次に変形例について説明する。上記したように本発明によりプロセスカートリッジ3を装置本体2に対して円滑に着脱することができる。これに対してさらに円滑な着脱を可能とするため次のように構成することもできる。図24に考え方を説明するための模式図を示した。図24(a)は装置本体の駆動軸70’からプロセスカートリッジの端部部材30’に回転力が伝達されている状態の図で図16(a)に相当する姿勢の模式図、図24(b)はプロセスカートリッジの端部部材30’を装置本体の駆動軸70’から離脱する場面の図で図23に相当する姿勢の模式図である。
図24(a)では、駆動軸70’の係合突起72’が、端部部材30’の2つの係合部材60’に係合した姿勢で、係合突起72’が駆動軸70’の軸線周りに矢印XXIVaに示したように回転している。そして係合部材60’に伝わった回転力は軸51’を回転させ、さらにピン67’を軸51’の軸線周りに回転させる。ピン67’の両端は軸受部材40’の螺状溝47’に挿入されている。ここで、本説明では係合部材60’には、該係合部材60’が駆動軸70’から離脱し難い方向に傾斜した傾斜面を有し、この傾斜面に係合突起72’が接触して回転力が伝達されるものとする。
図24(a)に示した姿勢では、駆動軸70’の回転により係合突起72’から係合部材60’に対して図24(a)にFで示したように力が働く、このとき、上記のように係合部材60’は傾斜面で係合突起72’に接しているので、Faで示したように紙面上向きに分力が働く。この分力Faは2つの係合部材60’のそれぞれで同じように発生しているので、合わせると2・Faである。
一方、伝達した回転力によってピン67’が螺状溝47’の側壁を図24(a)にGで示した力で押圧するが、螺状溝47’の側壁は端部部材30’の軸線に沿った方向に対して傾斜した傾斜面であるから、Gaで示したように紙面下向きに分力が働く。この分力Gaは上記分力Faとは反対向きの力である。分力Gaはピン67’の両端のそれぞれで同じように発生しているので合わせると2・Gaである。
図24(a)の場面では安定して回転力を伝達するという観点から、係合部材60’と駆動軸70’が離脱しないことが必要なので、2・Fa>2・Ga、すなわち、
Fa>Ga …(1)
が好ましい。
一方、図24(b)では、駆動軸70’の係合突起72’が、端部部材30’の2つの係合部材60’に係合した姿勢で、端部部材30’を矢印XXIVbの方向に移動させる。すると、2つの係合部材60’のうちの1つに力Fがかかったと仮定することができる。そしてこれによりピン67’が軸51’の軸線を中心に矢印XXIVcの方向に回転すると考える。
すると図24(b)に示した姿勢では、係合突起72’から係合部材60’に対して図24(b)にFで示しように力が働く、このとき、上記のように係合部材60’は傾斜面で係合突起72’に接しているので、Faで示したように紙面上向きに分力が働く。この分力Faは一方の係合部材60’で発生しているので合計もFaである。
一方、伝達した回転力によってピン67’が軸受部材40’の螺状溝47’の側壁を押圧するが、このときの力は図24(a)の場合に比べて半分であるからG/2の力で押圧することになる。そして、螺状溝47’の側壁は傾斜面であるから、Ga/2で示したように紙面下向きに分力が働く。すなわちこの分力Ga/2は上記Faとは反対向きの力である。分力Ga/2はピン67’の両端のそれぞれで発生しているので合わせるとGaである。
図24(b)の場面では端部部材30’と駆動軸70’とが容易に離脱するという観点から、
Fa<Ga …(2)
が好ましい。
ここで式(1)と式(2)を比べてみると、好ましい力関係が互いに反対である。従ってより円滑な回転力伝達の確保と、より簡易なプロセスカートリッジの着脱と、の両立が困難になる虞がある。これに対しては例えば次のように構成することにより解消することが可能である。
すなわち、上記した離脱の過程において、回動軸51及び/又は先端部材55の弾性変形や部材同士のクリアランスに基づき、回転力受け部材58が若干傾動することにより、係合部材60がさらに駆動軸70から離脱し易くなり、より円滑な離脱が可能となる。具体的に図25、図26に説明のための図を示した。図25(a)、図26(a)は、駆動軸70に端部部材30が係合し、回転力が伝達する姿勢を表した断面図である。図25(b)は回動軸51及び先端部材55が傾く例を説明する図、図26(b)は先端部材55が傾く例を説明する図である。
図25(b)の例によれば、図25(a)に示した姿勢から、図25(b)に矢印XXVで示したようにプロセスカートリッジ10を移動させると、先端部材55が駆動軸70に引っ掛かり、回動軸51、先端部材55、及びピン67が全体として軸線に対してθの角度で傾く。このように回動軸51、先端部材55、及びピン67が傾くことを可能とするためには例えば回動軸51の外周と、軸受部材40のうち回動軸51が挿入される部位と、の間に所定の間隙を設ける方法を挙げることができる。
図26(b)の例によれば、図26(a)に示した姿勢から、図26(b)に矢印XXVIで示したようにプロセスカートリッジ10を移動させると、先端部材55が駆動軸70に引っ掛かり先端部材55が軸線に対してθの角度で傾く。このように先端部材55が傾くことを可能とするためには例えば先端部材55の軸57の外周と、回動軸51のうち軸57が挿入される部である開口部51bと、の間に所定の間隙を設ける方法を挙げることができる。
このような形態の端部部材によれば、図25(a)、図26(a)に示したように、傾きθ、傾きθ、又は両者を合計した傾きθ+θにより、回転力が伝達される場面では通常通りに受け部材59と駆動軸70とが係合され、回転力が伝達される。このときには上記式(1)を満たすように構成することができる。
一方、端部部材30(すなわちプロセスカートリッジ)を駆動軸70から離脱する場面では、図25(b)、図26(b)に示したようにプロセスカートリッジを移動させることにより上記のように回転力受け部材59が傾く。すると、図24(b)で示した分力Faがその傾きの程度により小さくなる。具体的には傾きの程度により決まる係数を0<x<1とすれば、傾くことにより小さくなった分力は、x・Faで表すことができる。従ってこの場合には式(2)の代わりに式(3)を適用することができる。
xFa<Ga …(3)
これによれば、式(1)と式(3)とを両立させることができ、安定した回転駆動力の伝達と、駆動軸70からのプロセスカートリッジの円滑な離脱をより確実に確保することができる。
具体的な傾きの角度は、端部部材30の軸線に対して、(図25(b)、図26(b)にθで示した)0°より大きく10°以下であることが好ましい。0°であれば傾かないことになる。また、10°よりも大きいと許容される傾きが大きすぎ、図25(a)、図26(a)のように通常に回転力を伝達する姿勢においてもガタツキ等を生じる虞があり、安定した回転を阻害する可能性が高まる。より好ましくは0°より大きく5°以下である。
また、軸線に対して全方位に同じように傾くことが許容されてもよいし、特定の方向への傾きのみが許容されてもよい。特定の方向へ傾きが許容されるための具体的な形態は特に限定されることはないが、例えば後述する端部部材330’のように軸部材350の傾動を規制する孔を、傾きが許容される方向に長く形成することにより行うことができる。
次に第二の形態について説明する。図27は当該第二の形態に含まれる端部部材330の分解斜視図、図28は端部部材330の軸線方向に沿った分解断面図である。端部部材330は、端部部材30と同様に、感光体ドラム11の端部のうち上記フタ材20とは反対側の端部に取り付けられる部材であり、軸受部材340および軸部材350を備えている。
軸受部材340は、端部部材330のうち感光体ドラム11の端部に接合される部材である。図29(a)には軸受部材340の本体341の斜視図、図29(b)には本体341の平面図を示した。
軸受部材340は、本体341、及びフタ材342を有し、本体341は図27〜図29よりわかるように、筒状体41、嵌合部43、歯車部44、および軸部材保持部345を備えて構成されている。
筒状体41、嵌合部43及び歯車部44は上記した端部部材30と同様なので同じ符号を付して説明を省略する。
軸部材保持部345は、筒状体41の内側に形成され、軸部材350の所定の動作を確保しつつ、該軸部材350を軸受部材340に保持する機能を有する部位であり、回転力受け部材58を移動および回動させる手段の1つとして機能する。軸部材保持部345は、底板346および断面が軸線方向にねじれた空間である螺状部347を有している。
底板346は円盤状の部材であり筒状体41の内側の少なくとも一部を塞いで仕切るように配置される。これにより軸部材350を支持する。本形態ではその中心部に孔346aが形成されている。筒状体41への底板346の取り付けは接着や融着等により行うことができる。また、筒状体41と底板346とは一体に形成されてもよい。
螺状部347は筒状体41の内面に形成された空間であり、図28、図29(b)からわかるように本形態では軸線方向に直交する断面が略三角形であるとともに、当該断面は軸線方向に沿って軸線を中心に少しずつ回転するように形成され、いわゆる捻じれた三角柱形状の空間とされている。(図29(b)には螺状部の開口縁を実線で表し、軸線方向奥における一例の断面を破線で表している。)。
なお、螺状溝347の長手方向一端は底板346によりその一部が塞がれており、これとは反対の他端はフタ部材342でその一部が塞がれている。
フタ部材342は軸部材保持部345を挟んで底板346とは反対側に配置される円板状の部材であり、その中心には孔342aを備えている。本形態では爪342bを有し、これが本体341に係合し、いわゆるスナップフィットにより固定される。ただし、フタを固定する手段はこれに限定されることなく、その他の手段として接着剤や、熱または超音波による融着を用いることもできる。
軸受部材340の各部材を構成する材料は特に限定されないが各種の樹脂又は金属を用いることができる。
樹脂で作製する場合には、例えばポリアセタール、ポリカーボネート、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PFA(4Fパーフルオロアルキルビニルエーテル)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(液晶ポリマー)樹脂、PA−MXD6(ポリアミドMXD6)等を好適に用いることができる。ただし、部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維や無機フィラー等を配合しても良い。また、樹脂中に金属をインサートしてさらに剛性を上げても良い。
また、軸部材の取り付けや移動を円滑にするために、樹脂にフッ素、ポリエチレン、およびシリコンゴムの少なくとも1種類を含有して摺動性を向上させてもよい。また、樹脂をフッ素コーティングしたり、潤滑剤を塗布してもよい。
一方、金属で作製する場合は、切削による削り出し、アルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、金属粉末射出成形法(いわゆるMIM法)、金属粉末焼結積層法(いわゆる3Dプリンタ)などを用いることができる。また、金属の材質は問わず、鉄、ステンレス、アルミニウム、真鍮、銅、亜鉛やこれらの合金等を用いてもよい。また、各種メッキを施して表面の機能性(潤滑性や耐腐食性等)を向上させることができる。
また、軸受部材340、軸受部材340に含まれるいずれかの部材については弾性を持たせる観点から、金属板を折り曲げて作製したり、金属、ガラス、炭素繊維等を樹脂に含浸させて作製したりしてもよい。
軸部材350は、図27、図28からわかるように、回動軸351、および先端部材355を備えている。さらに軸部材350は先端部材用弾性部材365、回動軸用弾性部材366、およびピン367を具備している。本形態の先端部材用弾性部材365、および回動軸用弾性部材366はいずれも弦巻バネである。
以下にそれぞれについて説明する。
回動軸351は、先端部材355が受けた回転力を軸受部材340に伝達する回転力伝達部であるとともに、回転力受け部材58を移動および回動させる手段として機能する軸状部材である。図30に回動軸351の斜視図を表した。
図27、図28、及び図30よりわかるように、回動軸351は円筒状の部材352と円柱状の部材353とが同軸で連結されている。円筒の内側は、先端部材用弾性部材365が挿入できる大きさとされている。回動軸351には、その円筒である部位に軸線方向に直交する方向に貫通する2つの長孔351aが形成される。2つの長孔351aは円筒状の部材352の1つの直径上に配置されている。また、この長孔351aは軸線方向を長手方向としている。
そして、回動軸351の外周部には円筒状の部材352と円柱状の部材353との境界部分に上記螺状部347の形状に対応した捻じれた螺状の柱状部354が設けられている。
先端部材355は、装置本体2(図1参照)からの回転駆動力を受けて回動軸351に当該駆動力を伝達する部材である。図27、図28よりわかるように、先端部材355は、軸357、および回転力受け部材58を有して構成されている。
軸357は柱状の部材であり本形態では円柱である。また軸357には軸線に直交する方向に貫通する孔357aが形成されている。
回転力受け部材58は、上記した端部部材30と同様なので説明を省略する。
図27に戻り、軸部材350に備えられる他の構成について説明する。先端部材用弾性部材365、および回動軸用弾性部材366はいわゆる弾性部材であり、いずれも回転力受け部材58を移動および回動させる手段として機能する。本形態ではこれらは弦巻ばねである。また、ピン367は先端部材355を移動可能に軸部材351に保持する手段である。
軸部材350の各部材を構成する材料は特に限定されないが各種の樹脂又は金属を用いることができる。
樹脂で作製する場合には、例えばポリアセタール、ポリカーボネート、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PFA(4Fパーフルオロアルキルビニルエーテル)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(液晶ポリマー)樹脂、PA−MXD6(ポリアミドMXD6)等を好適に用いることができる。ただし、部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維や無機フィラー等を配合しても良い。また、樹脂中に金属をインサートしてさらに剛性を上げても良い。
一方、金属で作製する場合は、切削による削り出し、アルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、金属粉末射出成形法(いわゆるMIM法)、金属粉末焼結積層法(いわゆる3Dプリンタ)などを用いることができる。また、金属の材質は問わず、鉄、ステンレス、アルミニウム、真鍮、銅、亜鉛やこれらの合金等を用いてもよい。また、各種メッキを施して表面の機能性(潤滑性や耐腐食性等)を向上させることができる。
また、軸部材350、軸部材350に含まれるいずれかの部材については弾性を持たせる観点から、金属板を折り曲げて作製したり、金属、ガラス、炭素繊維等を樹脂に含浸させて作製したりしてもよい。
上記のような軸受部材340、および軸部材350とは次のように組み合わせられることにより端部部材330とされている。なお、当該組み合わせの説明から、各部材、部位の大きさ、構造、および部材、部位同士の大きさの関係等がさらに理解される。
図28からわかるように、先端部材355の軸357が回動軸351の円筒状の部材352の内側に配置され、ピン367が軸部材351の長孔351a及び先端部材355の孔357aに通される。これにより先端部材355が回動軸351に保持される。このとき円筒状の部材352の内側には先端部材用弾性部材365が配置され、これにより先端部材355が軸部材351から飛び出す方向に付勢されている。
このように先端部材355、先端部材用弾性部材365、およびピン367が組み合わされた回動軸351のうち、先端部材355が配置されない側である円柱状の部材353が軸受部材340の本体341の内側に形成された軸部材保持部345の底板346側に向けて挿入される。このとき、回動軸351の螺状の柱状部354が軸部材保持部345の螺状部347の内側に配置される。また、円柱状の部材353は底板346の孔346aに通される。そして底板346と螺状の柱状部354との間に回動軸用弾性部材366が配置され軸部材351を先端部材355側に向けて付勢している。
そしてフタ部材342が配置され、軸部材350が軸受部材340に保持される。このとき、フタ部材342の孔342a内には軸部材350のうち円筒状の部材352が配置され、螺状の柱状部354は孔342aを通過することができないので、この螺状の柱状部354が軸受部材340の内側に保持され、軸部材350が軸受部材340から抜けることなく付勢された状態で保持される。
以上により、各部材が組み合わされた姿勢で、軸受部材340、回動軸351、および先端部材355の軸線が一致する。
以上のような端部部材330によっても、螺状部347と螺状の柱状部354との関係が端部部材30における螺状溝47とピン67との関係の例に倣って作用し、端部部材30と同じように作動することができる。なお、本形態でも端部部材と同様に回転力受け部材が傾くように形成され、上記式(1)と式(3)を満たすことにより、さらに安定した回転力の伝達及び駆動軸からの円滑な離脱が可能となる。
図31、図32には変形例にかかる端部部材330’について説明する図である。図31は端部部材330’に含まれる軸受部材340’の分解斜視図、図32(a)は端部部材330’の軸線方向に沿った断面図、図32(b)は軸部材350が傾いた場面を示す軸線方向に沿った斜視図である。
本変形例では軸受部材340のかわりに軸受部材340’が適用されている。その中でも、図31からわかるように本体341’に具備される底板346’の孔346’aが長孔となっている。さらにフタ部材342’の孔342’aも長孔とされている。この2つの孔346’a、342’aの長手方向は同じ方向である。
これにより図32(a)、図32(b)からわかるように、孔346’a、342’aに挿入された軸部材350(回動軸351)が、該孔346’a、342’aの長手方向への傾きが許容され、短い方向への傾きが規制される。
このとき軸部材350(回動軸351)の傾きを規制するのは主として孔342’aなので、孔342a’と孔346’aとの長手方向大きさを同じとする他、孔346’aは長孔ではなく大きい円の孔としてもよい。
このように、必要に応じて傾く方向を制御することができ、より好適な傾動をさせることが可能である。
図33には他の変形例にかかる端部部材330”の一部の部材について分解斜視図を示した。図33ではわかりやすさのため、軸受部材340”の本体341”及び軸部材350”の回動軸351”のみを表している。他の部材についてはここまでに説明した部材と同様なので説明は省略する。
この変形例では螺状の柱状部354”がはす歯歯車、螺状部347”がはす歯内歯車により形成されており、このような形態でもこれが端部部材330における螺状部347と螺状の柱状部354との関係の例に倣って作用し、端部部材30と同じように作動することができる。なお、本形態でも端部部材と同様に回転力受け部材が傾くように形成され、上記式(1)と式(3)を満たすことにより、さらに安定した回転力の伝達及び駆動軸からの円滑な離脱が可能となる。
はす歯歯車及びはす歯内歯車における歯数は特に限定されることはなく適宜調整することができる。
また、この例の他、柱状部354”におけるはす歯歯車の代わりに厚さが薄い平歯車等のいわゆるギア形状を適用し、螺状部347”の代わりにこのギア形状の歯が溝内を移動できる螺状部を構成することができる。その際には、螺状部の形態に関し、軸線方向に沿った1mmあたりに何度ねじれているかで軸部材の回動及び軸線方向への移動を規定することができる。またギア形状の歯等の他にもピン等の突起状の部位を形成して適用することもできる。
図34は第三の形態を説明する図であり、端部部材430の斜視図である。端部部材430では端部部材30と同じ構成については、端部部材30と同じ符号を付して説明を省略する。端部部材430も、感光体ドラム11の端部のうち上記フタ材20とは反対側の端部に取り付けられる部材であり、軸受部材440および軸部材450を備えている。図35に端部部材430の分解斜視図を示した。
軸受部材440は、端部部材430のうち感光体ドラム11の端部に接合される部材である。図36には軸受部材440の軸線方向に沿った断面図を示した。
軸受部材440は、図34〜図36よりわかるように、筒状体41、接触壁42、嵌合部43、歯車部44、および軸部材保持部445を有して構成されている。
軸部材保持部445は、筒状体41の内側に形成され、軸部材450の所定の動作を確保しつつ、該軸部材450を軸受部材440に保持する機能を有する部位であり、回転力受け部材58を移動および回動させる手段の1つとして機能する。軸部材保持部445は、フタ部材46および直線溝447を有している。
直線溝447は筒状体41の内面に形成された複数の直線状の溝であり、その深さ方向は上記した螺状溝47と同様に例えば図7(a)にAで示したように、筒状体41の軸線を中心に放射状(半径方向)に形成されている。一方、直線溝447の長手方向は筒状体41の軸線に平行である。また、直線溝447の幅方向は上記螺状溝47と同様に例えば図7(a)にBで示したように、ピン67の端部が挿入され、該ピン67の端部が円滑に溝内を移動できる程度にピン67の直径と概ね同じ程度に形成されている。
なお、直線溝447の長手方向一端はフタ部材46により塞がれており、これとは反対の他端は筒状体41の端面にまで達することなく塞がれている。
さらに、複数の直線溝447は筒状体41の軸線を挟んで対向する少なくとも1組が設けられている。従って2組以上設けられていてもよい。
次に端部部材430のうち軸部材450について説明する。軸部材450は、図35からわかるように、回動軸451、および先端部材455を備えている。さらに軸部材450は先端部材用弾性部材65、回動軸用弾性部材66、およびピン67を具備している。本形態の先端部材用弾性部材65、および回動軸用弾性部材66はいずれも弦巻バネである。
回動軸451は、先端部材455が受けた回転力を軸受部材440に伝達する回転力伝達部であるとともに、回転力受け部材58を移動および回動させる手段として機能する軸状部材である。図37(a)に回動軸451の斜視図、図37(b)に図37(a)にXXXVIIIb−XXXVIIIbで示した線により切断した軸線方向断面図をそれぞれ表した。
図37(a)、図37(b)からわかるように、回動軸451は円筒状である。円筒の内側は、先端部材用弾性部材65が挿入できる大きさとされている。回動軸451には、その一方の端部にはフタ部451aが設けられており、フタ部451aには狭められた開口部451bが形成されている。そして本形態ではこの開口部451bは円形である。
また、回動軸451には、フタ部451aが配置された端部とは反対側の端部に、円筒の軸線に直交し、円筒の1つの直径方向に設けられ、円筒の内外を貫通する2つのピン通し孔51cが形成されている。このピン通し孔51cにはピン67(図35参照)が通される。
さらに本形態では回動軸451の円筒の内面に複数の螺状溝452が形成されている。螺状溝452は螺状の溝であり、その深さ方向は上記した螺状溝47と同様に例えば図7(a)にAで示したように、回動軸451の軸線を中心に放射状(半径方向)に形成されている。一方、螺状溝452の長手方向は回動軸451の軸線に沿った方向であるとともに、その一端側と他端側とが回動軸451の内周に沿った方向にずれるようにねじれ、螺状に形成されている。また、螺状溝452の幅方向は上記螺状溝47と同様に例えば図7(a)にBで示したように、後述する先端部材455の突起456の端部が挿入され、該突起456の端部が円滑に溝内を移動できる程度に突起456の直径と概ね同じ程度に形成されている。
なお、螺状溝452の長手方向一端はフタ部材451aにより塞がれている。
さらに、複数の螺状溝452は回動軸451の軸線を挟んで対向する少なくとも1組が設けられている。本形態では3組、合計6つの螺状溝452が形成された例であるが、1組で合計2つの螺状溝が形成されていてもよい。一方、2組、又は4組以上の螺状溝が設けられてもよい。このような螺状溝を射出成形する際には、材料の射出後に金型を回しながら離型することにより行う。
先端部材455は、装置本体2(図1参照)からの回転駆動力を受けて回動軸451に当該駆動力を伝達する部材である。図38に先端部材455の斜視図を示した。
図38よりわかるように、先端部材455は、軸457、突起456、および回転力受け部材58を有して構成されている。
軸457は柱状の部材であり、本形態では円柱である。この断面形状は上記した回動軸451の開口部451bと概ね同じ形状、又は該開口部451bより若干小さく形成されている。
突起456は軸457のうち回転力受け部材58が配置された側とは反対側に設けられ、軸457の側面から突出する2つの突起である。2つの突起456は軸457の軸線を挟んで対称位置に配置されている。
上記のような軸受部材440、および軸部材450とは次のように組み合わせられることにより端部部材430とされている。なお、当該組み合わせの説明から、各部材、部位の大きさ、構造、および部材、部位同士の大きさの関係がさらに理解される。図39は端部部材430の軸線方向断面図である。図40(a)は図39にXXXXIa−XXXXIaで示した線に沿った端部部材430の端面図、図40(b)は回動軸451の軸線方向断面図で、突起456との関係を説明する図である。
図39からわかるように、先端部材455の軸457が回動軸451の開口部451bを通される。このとき先端部材455の突起456が回動軸451の内側に内包され、先端部材455の回転力受け部材58が回動軸451から突出するように配置される。また、先端部材455の突起456は図40(a)、図40(b)に示したように、回動軸451の螺状溝452内に配置される。
一方、ピン67が回動軸451の2つのピン通し孔51cを渡すように通される。このときピン67の両端はそれぞれ回動軸451の側面から突出し、突起として機能する。
そして、回動軸451の内側で先端部材455の軸457とピン67との間に先端部材用弾性部材65が配置される。従って先端部材用弾性部材65の一方が軸457、他方がピン67に接触する。これにより、先端部材用弾性部材65が先端部材455を付勢し回動軸451から先端部材455を突出させる方向に先端部材455が付勢される。ただし、突起456は回動軸451の開口部451bを通ることができないので、先端部材455は回動軸451から外れることなく付勢された状態で保持される。
このように先端部材455、先端部材用弾性部材65、およびピン67が組み合わされた回動軸451のうち、先端部材455が配置されない側が軸受部材440の内側に形成された軸部材保持部445のフタ部材46側に向けて挿入される。このとき、回動軸451の側面から突出したピン67の端部が図39に示したように軸受部材440の軸部材保持部445に形成された直線溝447に挿入される。
また、図39からわかるように、軸受部材440の内側で、回動軸451とフタ部材46との間に回動軸用弾性部材66が配置される。従って回動軸用弾性部材66の一方が回動軸451、他方がフタ部材46に接触する。これにより、回動軸用弾性部材66が回動軸451を付勢し軸受部材440から先端部材455を含む回動軸451を突出させる方向に回動軸451が付勢される。ただし、ピン67の先端が軸受部材440の直線溝447に挿入され、該直線溝447はその両端が上記のように塞がれているので、回動軸451は軸受部材440から外れることなく付勢された状態で保持される。
以上により、各部材が組み合わされた姿勢で、軸受部材440、回動軸451、および先端部材455の軸線が一致する。
次に、端部部材430がどのように変形、移動、回動することができるかについて説明する。
図39に示した姿勢では、先端部材用弾性部材65、回動軸用弾性部材66により軸部材450の全体が、可能な範囲で最も軸受部材440から突出した姿勢とされている。軸部材450に何ら外力が加わらないときには端部部材430はこの姿勢にある。
この姿勢から、図39に矢印XXXXaで示したように先端部材455の回転力受け部材58に軸線まわりの回転力を与えると、これに追随して軸457が回動し、さらに突起456も軸線まわりに回動する。これにより突起456は螺状溝452の側面に係合しているので、該側面を押圧して図39に矢印XXXXbで示したように回動軸451も回動する。さらには回動軸451はピン67が軸受部材440の直線溝447に係合しているので軸受部材440も図39に矢印XXXXcで示したように回動する。従って端部部材430が軸線まわりに回動する。
一方、先端部材455が図39に矢印XXXXaで示したように回動すれば、突起456は図40(b)に直線矢印で示したように、螺状溝452内を移動するので、先端部材455を軸線方向に移動させる力も発生し、先端部材455は図39に矢印XXXXdで示したように軸線方向にも移動する。
上記の他、端部部材430は次のような変形も可能である。図41に説明のための図を表した。すなわち、端部部材430では、先端部材455の回転力受け部材58に、図41にXXXXIIaで示したように軸線方向に力がかかったときには、先端部材455の突起456が螺状溝452内を移動する際に、図41に矢印XXXXIIbで示したように先端部材455を軸線まわりに回動させるとともに、回動軸451を図41に矢印XXXXIIcで示したように軸線方向に移動させる。
端部部材430によるこのような移動及び回動によっても、端部部材30と同様の効果を奏するものとなる。なお、本形態でも端部部材と同様に回転力受け部材が傾くように形成され、上記式(1)と式(3)を満たすことにより、さらに安定した回転力の伝達及び駆動軸からの円滑な離脱が可能となる。
次に第四の形態について説明する。図42は当該第四の形態に含まれる端部部材530の分解斜視図、図43は端部部材530の軸線方向に沿った分解断面図である。図44は各部材が組み合わされた端部部材530の軸線方向に沿った断面図である。端部部材530は、端部部材30と同様に、感光体ドラム11の端部のうち上記フタ材20とは反対側の端部に取り付けられる部材であり、軸受部材540および軸部材550を備えている。
軸受部材540は、端部部材530のうち感光体ドラム11の端部に接合される部材である。軸受部材540は、本体541、及びフタ材542を有し、本体541は筒状体41、嵌合部43、歯車部44、および軸部材保持部545を備えて構成されている。
筒状体41、嵌合部43及び歯車部44は上記した端部部材30と同様なので同じ符号を付して説明を省略する。
軸部材保持部545は、筒状体41の内側に形成され、軸部材550の所定の動作を確保しつつ、該軸部材550を軸受部材540に保持する機能を有する部位であり、回転力受け部材58を移動および回動させる手段の1つとして機能する。軸部材保持部545は、底板546および螺状部として機能する螺状溝547を有している。
底板546は円盤状の部材であり筒状体41の内側の少なくとも一部を塞いで仕切るように配置される。これにより回動軸用弾性部材566を支持する。本形態ではその中心部に孔546aが形成されている。この孔546aに回動軸551の円柱状の部材553が挿入される。筒状体41への底板546の取り付けは接着や融着等により行うことができる。また、筒状体41と底板546とは一体に形成されてもよい。
螺状溝547は螺状に形成された部位として機能し、筒状体41の内面に形成された複数の螺状の溝であり、上記した端部部材30の螺状溝47と同じ考えによりこれに倣って形成することができる。螺状溝547の長手方向一端は底板546により塞がれており、これとは反対の他端はフタ材542により塞がれている。
フタ部材542は軸部材保持部545を挟んで底板546とは反対側に配置される円板状の部材であり、その中心には孔542aが形成されている。本形態では爪542bを有し、これが本体541に係合し、いわゆるスナップフィットにより固定される。ただし、フタ部材を固定する手段はこれに限定されることなく、その他の手段として接着剤や、熱または超音波による融着を用いることもできる。
軸受部材540の各部材を構成する材料は特に限定されないが各種樹脂又は金属を用いることができる。
樹脂で作製する場合には、例えばポリアセタール、ポリカーボネート、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PFA(4Fパーフルオロアルキルビニルエーテル)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(液晶ポリマー)樹脂、PA−MXD6(ポリアミドMXD6)等を好適に用いることができる。ただし、部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維や無機フィラー等を配合しても良い。また、樹脂中に金属をインサートしてさらに剛性を上げても良い。
また、軸部材の取り付けや移動を円滑にするために、樹脂にフッ素、ポリエチレン、およびシリコンゴムの少なくとも1種類を含有して摺動性を向上させてもよい。また、樹脂をフッ素コーティングしたり、潤滑剤を塗布してもよい。
一方、金属で作製する場合は、切削による削り出し、アルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、金属粉末射出成形法(いわゆるMIM法)、金属粉末焼結積層法(いわゆる3Dプリンタ)などを用いることができる。また、金属の材質は問わず、鉄、ステンレス、アルミニウム、真鍮、銅、亜鉛やこれらの合金等を用いてもよい。また、各種メッキを施して表面の機能性(潤滑性や耐腐食性等)を向上させることができる。
また、軸受部材540、軸受部材540に含まれるいずれかの部材については弾性を持たせる観点から、金属板を折り曲げて作製したり、金属、ガラス、炭素繊維等を樹脂に含浸させて作製したりしてもよい。
軸部材550は、回動軸551、および先端部材555を備えている。さらに軸部材550は先端部材用弾性部材565、回動軸用弾性部材566、ピン567、ピン568を具備している。本形態の先端部材用弾性部材565、および回動軸用弾性部材566はいずれも弦巻バネである。
以下にそれぞれについて説明する。
回動軸551は、先端部材555が受けた回転力を軸受部材540に伝達する回転力伝達部であるとともに、回転力受け部材58を移動および回動させる手段として機能する軸状部材である。
回動軸551は円筒状の部材552と円柱状の部材553とが同軸で連結されている。円筒の内側は、先端部材555の軸557及び先端部材用弾性部材565が挿入できる大きさとされている。回動軸551には、その円筒である部位に軸線方向に直交する方向に貫通する2つの孔551aが形成される。2つの孔551aは円筒状の部材552の1つの直径上に配置されている。
そして、回動軸551には円筒状の部材552の軸線方向端部のうち円柱状の部材553側の端部に軸線方向に直交する方向に貫通する孔551bが形成される。2つの孔551aは円筒状の部材552の1つの直径上に配置されている。
先端部材555は、装置本体2(図1参照)からの回転駆動力を受けて回動軸551に当該駆動力を伝達する部材である。先端部材555は、軸557、および回転力受け部材58を有して構成されている。
軸557は柱状の部材であり本形態では円柱である。また軸557には軸線に直交する方向に貫通する長孔557aが形成されている。長孔557aの長手方向は軸線に沿った方向である。なお、本形態では軸557のうち回転力受け部材58とは反対となる端部が細く形成されている。
回転力受け部材58は、上記した端部部材30と同様なので説明を省略する。
先端部材用弾性部材565、および回動軸用弾性部材566はいわゆる弾性部材であり、いずれも回転力受け部材58を移動および回動させる手段として機能する。本形態ではこれらは弦巻ばねである。また、ピン567は先端部材555を軸線方向に沿って移動可能に軸部材551に保持する手段である。そしてピン568は軸部材551を軸受部材540に保持するとともに、螺状溝547に沿って移動及び回転して軸部材551を移動及び回転させる手段である。
軸部材550の各部材を構成する材料は特に限定されないが各種樹脂又は金属を用いることができる。
樹脂で作製する場合には、例えばポリアセタール、ポリカーボネート、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、PFA(4Fパーフルオロアルキルビニルエーテル)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(液晶ポリマー)樹脂、PA−MXD6(ポリアミドMXD6)等を好適に用いることができる。ただし、部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維や無機フィラー等を配合しても良い。また、樹脂中に金属をインサートしてさらに剛性を上げても良い。
一方、金属で作製する場合は、切削による削り出し、アルミダイキャスト、亜鉛ダイキャスト、金属粉末射出成形法(いわゆるMIM法)、金属粉末焼結積層法(いわゆる3Dプリンタ)などを用いることができる。また、金属の材質は問わず、鉄、ステンレス、アルミニウム、真鍮、銅、亜鉛やこれらの合金等を用いてもよい。また、各種メッキを施して表面の機能性(潤滑性や耐腐食性等)を向上させることができる。
また、軸部材550、軸部材550に含まれるいずれかの部材については弾性を持たせる観点から、金属板を折り曲げて作製したり、金属、ガラス、炭素繊維等を樹脂に含浸させて作製したりしてもよい。
上記のような軸受部材540、および軸部材550とは次のように組み合わせられることにより端部部材530とされている。なお、当該組み合わせの説明から、各部材、部位の大きさ、構造、および部材、部位同士の大きさの関係等がさらに理解される。
図44からわかるように、先端部材555の軸557が回動軸551の円筒状の部材552の内側に配置され、ピン567が軸部材551の孔551a及び先端部材555の長孔557aに通される。これにより先端部材555が回動軸551に保持される。このとき円筒状の部材552の内側には先端部材用弾性部材565が配置され、これにより先端部材555が回動軸551から飛び出す方向に付勢されている。
このように先端部材555、先端部材用弾性部材565、およびピン567が組み合わされた回動軸551のうち、先端部材555が配置されない側である円柱状の部材553が軸受部材540の本体541の内側に形成された軸部材保持部545の底板546側に向けて挿入される。その際には、回動軸551の孔551bにピン568が挿入され、ピン568の両端のそれぞれが回動軸551の側面から突出するように配置されている。そして、ピン568の当該突出した端部が軸受部材540の螺状溝547の溝内に配置される。また、円柱状の部材553は底板546の孔546aに通される。そして底板546と筒状の部材553との間に回動軸用弾性部材566が配置され回動軸551を先端部材555側に向けて付勢している。
そしてフタ部材542が配置され、回動軸551が軸受部材540に保持される。このとき、フタ部材542の孔542a内には回動軸551のうち円筒状の部材552が配置され、ピン568は孔542aを通過することができないので、回動軸551が軸受部材540から抜けることなく付勢された状態で保持される。
以上により、各部材が組み合わされた姿勢で、軸受部材540、回動軸551、および先端部材555の軸線が一致する。
以上のような端部部材530によっても、螺状溝547とピン568との関係が端部部材30における螺状溝47とピン67との関係の例に倣って作用し、端部部材30と同じように作動することができる。また、先端部材555は、軸部材550の回転とは無関係に回動軸551に対して軸線方向に移動することが可能である。なお、本形態でも端部部材と同様に回転力受け部材が傾くように形成され、上記式(1)と式(3)を満たすことにより、さらに安定した回転力の伝達及び駆動軸からの円滑な離脱が可能となる。
図45には端部部材530の変形例である端部部材530’の分解斜視図を示した。本例の端部部材530’では端部部材530の先端部材555の代わりに、先端部材555’が適用されている。そこでここでは先端部材555’について説明する。図46には先端部材555’の斜視図を示した。他の部分は端部部材530と同じである。
先端部材555’は図45、図46からわかるように、1枚の長い板が折り曲げて形成されたような形態を有し、回転力受け部材として機能する。その形状は次の通りである。
先端部材555’は、一方の板面が所定の間隔を有して略平行に配置される2つの基板555’aを有し、2つの基板555’aは一方の端部同士で連結板555’bで連結されている。2つの基板555’aのうち連結板555’bで連結された側とは反対側の端部(他方の端部)のそれぞれからは、互いに離隔する方向に延びる板状部材である拡間板555’cが配置されている。そして拡間板555’cの先端からは基板555’aから離れる方向に延びる係合部材として機能する係合板555’dが具備されている。従って2つの係合板555’dはその板面が対向するように所定の間隔を有して略平行となっている。
ここで、係合板555’dのうち、板幅方向の少なくとも一方の端部には窪み555’eが設けられている。ここには上記した駆動軸70(図15(a)参照)の係合突起72が当たるように配置される。従って2つの窪み555’eは板幅方向の反対側に配置されている。また2つの係合板555’dの間隔は駆動軸70の軸部71の先端が入り込むことができる間隔とされている。
このような先端部材555’は弾性に優れる材料により形成されている。これには例えばステンレス鋼やリン青銅等を挙げることができる。また、これらの金属は低音焼鈍(テンパー処理)をすることによって弾性限を増大させ、そのばね性を向上することができる。
図47には端部部材530’の軸線に沿った断面を示した。図47からわかるように、本形態では、先端部材555’の2つの基板555’aの間にピン567が挿入されることにより円筒状の部材552内に保持される。
このような端部部材530’によれば、上記した端部部材530と同様の効果に加え、図48に示したように、駆動軸70からの離脱の際に係合板555’dが弾性変形して離脱が円滑におこなわれる。なお、駆動軸70が端部部材530’に係合した状態における回転力の伝達時には、図46にFkで示したように係合板555’dの板幅方向に回転力が伝わるので係合板555’dは大きく変形することなく適切に回転力が伝達される。
ここまで説明した各形態における端部部材はいずれも、螺状に形成された部位の作用により、軸部材が軸線周りに回動することにより該軸部材が軸線方向移動する動作(例えば図11参照)、及び回動とは無関係に回転力受け部材が軸線方向に移動する動作(例えば図14参照)の両方の動作が可能であった。これについては、螺状に形成された部位の作用による「軸部材が軸線周りに回動することにより該軸部材が軸線方向移動する動作」のみであってもよいが、より円滑なプロセスカートリッジの着脱の観点から、補助として「回動とは無関係に回転力受け部材が軸線方向に移動する動作」を付加したものである。従って、本発明では「軸部材が軸線周りに回動することにより該軸部材が軸線方向移動する動作」のみであってもよい。また、「回動とは無関係に回転力受け部材が軸線方向に移動する動作」も適用する際には、そのために供される手段による力(例えば先端部材用弾性部材65の弾性力)は、「軸部材が軸線周りに回動することにより該軸部材が軸線方向移動する動作」を行うために供される手段による力(例えば回動軸用弾性部材66の弾性力)より弱いことが好ましい。
そこで、次に「軸部材が軸線周りに回動することにより該軸部材が軸線方向移動する動作」のみにより構成される形態例を説明する。
図49、図50、図51は、上記第四の形態の端部部材530の他の変形例にかかる端部部材530”を説明する図であり、図49は端部部材530”の分解斜視図、図50は端部部材530”の軸線方向に沿った分解断面図である。図51は各部材が組み合わされた端部部材530”の軸線方向に沿った断面図である。端部部材530”は、端部部材530の軸部材550の代わりに軸部材550”が適用されている。軸受部材540は端部部材530の軸受部材540と同じである。
軸部材550”は、回動軸551”と先端部材555”とが一体に形成されており、先端部材用弾性部材565が具備されない。従って回動軸551”と先端部材555”とは相対的な移動はできず、常に一体に移動及び回動する。これ以外は軸部材550と同じである。従って、本例では、「回動とは無関係に回転力受け部材が軸線方向に移動する動作」をおこなうことができず、軸部材550”は螺状溝547及びピン568の作用により、「軸部材が軸線周りに回動することにより該軸部材が軸線方向移動する動作」のみの端部部材となる。
このような端部部材530”によっても、螺状溝547とピン568との関係が端部部材30における螺状溝47とピン67との関係の例に倣って作用するので、従来と同等の回転力の伝達が可能であるとともに、装置本体との着脱をより円滑に行うことができる。なお、本形態でも端部部材と同様に回転力受け部材が傾くように形成され、上記式(1)と式(3)を満たすことにより、さらに安定した回転力の伝達及び駆動軸からの円滑な離脱が可能となる。
ここまでは、説明した全ての端部部材は感光体ドラム11の端部に配置され、これにより感光体ドラムユニットを形成する形態を説明した。一方、図2により説明したようにプロセスカートリッジにはこの他にもドラム状部材を具備する現像ローラユニットや帯電ローラユニットが具備されている。そこで、上記した形態、及び変形例にかかる全ての端部部材は感光体ドラムに配置される代わりに、現像ローラユニットや帯電ローラユニットに適用して装置本体から回転駆動力を受けることができる。図52には1つの形態として、端部部材30が具備された現像ローラユニット623を示した。図52には現像ローラユニット623に合わせて、これに隣接して配置される感光体ドラムユニット630の斜視図も表した。
現像ローラユニット623は、現像ローラ624、スペーサーリング625、フタ材626、磁気ローラ(不図示)、及び端部部材30を備えている。端部部材30については上記の通りである。またその他の部材については公知のものを適用することができるが、例えば次のような構成を備えている。
現像ローラ624は、円柱状回転体の外周面に現像層を被覆した部材である。現像ローラ624は、本形態ではアルミニウム等の導電性のシリンダであり、ここに現像層を構成する材料が塗布されて構成されている。
スペーサーリング625は現像ローラ624の両端のそれぞれの外周面に巻かれるように配置される環状の部材であり、これにより現像ローラ624と感光体ドラム11との間隙を一定に保持する。スペーサリング625の厚さは概ね200μm以上400μm以下程度とされている。
フタ材626は上記したフタ材20と同様に、現像ローラ624の一端側に配置され、現像ローラユニット623の当該一端において現像ローラ624が軸線周りに回転するための軸受となる。
磁気ローラは、現像ローラ624の内側に配置されるため図52には表れないが、磁性体又は磁性体を含む樹脂により形成されたローラで軸線に沿って複数の磁極が配置されている。これにより磁力を利用して現像ローラ624の表面に現像剤を吸着させることができる。
端部部材30は上記の通りであるが、現像ローラ624の端部のうちフタ材626が配置された端部とは反対側の端部に配置される。ここでは端部部材30を適用した例を示したが、これに限らず既に説明した他のいずれかの端部部材を適用することも可能である。
なお、このときには感光体ドラムユニット630は例えば次のように構成することができる。すなわち、感光体ドラムユニット630は、感光体ドラム11と、該感光体ドラム11の両端のそれぞれに該感光体ドラム11を軸線周りに回転させる軸受となるフタ材20、640と、を備える。このとき一方の端部部材640には、現像ローラユニット623に配置された端部部材30の歯車部44にかみ合って回転力を受ける歯車部641を具備する。
以上のように、各端部部材は現像ローラユニットに含まれる構成部材としてもよく、この場合にも感光体ドラムユニットに備えられたときと同様に作用する。なお、本形態でも端部部材と同様に回転力受け部材が傾くように形成され、上記式(1)と式(3)を満たすことにより、さらに安定した回転力の伝達及び駆動軸からの円滑な離脱が可能となる。
1 画像形成装置
2 画像形成装置本体
3 プロセスカートリッジ
10 感光体ドラムユニット
11 感光体ドラム(円柱状回転体)
20 フタ材
30 端部部材
40 軸受部材
50 軸部材
51 回動軸
55 先端部材
58 回転力受け部材
59 受け部材
60 係合部材

Claims (11)

  1. 画像形成装置本体に装着される円柱状回転体の端部に配置される端部部材であって、
    筒状の軸受部材と、
    前記軸受部材に保持される軸部材と、を有し、
    前記軸部材は、
    前記軸受部材に同軸に配置され、該軸受部材に対して軸線まわりに回動することにより前記軸線方向に移動する軸状である回動軸と、
    前記回動軸に同軸に配置され、先端には前記画像形成装置本体の駆動軸に係合する係合部材を具備する回転力受け部材が配置された先端部材と、を有し、
    前記軸線まわりの回転力は、前記回転力受け部材、前記回動軸、及び前記軸受部材の順に伝達されるとともに、前記回転力受け部材が軸線に対して傾くように動く、端部部材。
  2. 前記回動軸及び/又は前記先端部材は、前記軸部材の軸線まわりの回動とは無関係に前記軸線方向に沿った方向に移動する、請求項1に記載の端部部材。
  3. 前記回転力受け部材の前記軸線に対して傾くように動く範囲が0°より大きく10°以下である、請求項1又は2に記載の端部部材。
  4. 前記回転力受け部材の前記軸線に対して傾くように動く範囲が0°より大きく5°以下である、請求項1又は2に記載の端部部材。
  5. 前記係合部材には、軸線方向に対して傾斜した傾斜面又は湾曲面を具備している請求項1乃至4のいずれかに記載の端部部材。
  6. 前記係合部材には、前記駆動軸が係合する凹部が形成されている請求項1乃至5のいずれかに記載の端部部材。
  7. 前記軸受部材の内面には螺状に形成された部位が設けられ、前記回動軸には前記螺状に形成された部位内を移動する部材を具備することにより、前記回動軸が前記軸受部材に対して軸線まわりに回動することにより前記軸線方向に移動する請求項1乃至6のいずれかに記載の端部部材。
  8. 前記円柱状回転体が感光体ドラムであり、該感光体ドラムと、前記感光体ドラムの少なくとも一方の端部に配置される請求項1乃至7のいずれかに記載の端部部材と、を備える感光体ドラムユニット。
  9. 前記円柱状回転体が現像ローラであり、該現像ローラと、前記現像ローラの少なくとも一方の端部に配置される請求項1乃至7のいずれかに記載の端部部材と、を備える現像ローラユニット。
  10. 筐体と、該筐体に保持される請求項8に記載の感光体ドラムユニットと、を具備するプロセスカートリッジ。
  11. 筐体と、該筐体に保持される請求項9に記載の現像ローラユニットと、を具備するプロセスカートリッジ。
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