JP2016212332A - 端部部材、円柱状回転体ユニット、プロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】はすば歯車を用いつつも、スラスト方向への位置ズレに対して問題が生じ難く、設計の自由度を高めることができる、端部部材を提供する。【解決手段】画像形成装置に具備される円柱状回転体の端部に装着される端部部材２０であって、外周に歯車が形成された歯車部３０を有しており、歯車部は、第一の歯車形状と、該第一の歯車形状とは異なる形状の第二の歯車形状と、が混合して配置された少なくとも１つの混合歯車部３２を備え、第一の歯車形状及び第二の歯車形状の少なくとも一方ははすば歯車である。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザプリンタ、複写機等の画像形成装置に用いられる感光体ドラムユニット等の円柱状回転体ユニット、該円柱状回転体ユニットの端部に配置される端部部材、及び、円柱状回転体ユニットを備えるプロセスカートリッジに関する。

レーザプリンタ、複写機等の画像形成装置には、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は、装置本体に装着された姿勢で文字や図形等、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。そのために、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、及び該感光体ドラムに対して転写すべき内容を形成するための帯電手段や現像手段、転写手段等が具備されている。当該プロセスカートリッジが装着された画像形成装置により画像が形成される原理は公知の通りである。

プロセスカートリッジに装着された画像形成装置では、画像形成装置本体からの駆動力により、プロセスカートリッジに含まれた感光体ドラム、帯電手段、現像手段、及び転写手段等が回転することで機能を発揮する。このとき、画像形成装置本体からの駆動力はこれらのうちの１つ（例えば感光体ドラム）に伝達され、ここから他の部材へ連動するように駆動力が伝えられる。そのため、特許文献１にも表れているように、プロセスカートリッジに具備された円筒状回転体（感光体ドラム、帯電手段等の回転する部材）の端部には歯車を有する端部部材が配置されている。この歯車を具備する端部部材により、隣り合って配置された各円柱状回転体が連動して回転する。

また、特許文献１に記載の発明では、バックラッシュの低減をしつつ、スラスト方向への力の逃げを防止する観点から、はすば歯車を用いることを回避し、２種類の平歯車を同軸で並べるように配列する技術を開示している。

特開２００２−１４７５４３号公報

しかしながら、スラスト方向への力の逃げを許容しないと、寸法に要求される各部の精度が高すぎ、設計の自由度が大きく損なわれる。また部材の共通化をするに際しても自由度が小さいと当該共通化が阻害されることも起こる。
また、スラスト方向への位置決めも必要であり、そのためにスラスト方向の位置決めを行うための新たな部材を設けたり、端部部材に新たな部位を設けたりする必要があり、設置スペース等の観点からも設計の自由度を低下させることがあった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、はすば歯車を用いつつも、スラスト方向への位置ズレに対して問題が生じ難く、設計の自由度を高めることができる、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円柱状回転体ユニット、及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。なお、分かり易さのためここでは図面の参照符号を括弧書きて付記するが本発明はこれら符号に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、画像形成装置に具備される円柱状回転体（１１）の端部に装着される端部部材（２０）であって、外周に歯車が形成された歯車部（３０）を有しており、歯車部は、第一の歯車形状と、該第一の歯車形状とは異なる形状の第二の歯車形状と、が混合して配置された少なくとも１つの混合歯車部（３２）を備え、第一の歯車形状及び第二の歯車形状の少なくとも一方ははすば歯車である、端部部材である。

ここで「円柱状回転体」とは、中実であるいわゆる丸棒状で軸線まわりに回転する回転体、及び、中空であるいわゆる円筒状で軸線まわりに回転する回転体を含む概念である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の端部部材（２０）において、歯車部（３０）は、第一の歯車形状のみからなる第一歯車部（３１）、第二の歯車形状のみからなる第二歯車部（３３）、及び、第一歯車部と第二歯車部との間に配置された少なくとも１つの混合歯車部（３２）、を備える。

請求項３に記載の発明は、円柱状回転体（１１）と、円柱状回転体の少なくとも一方の端部に配置された請求項１又は２に記載の端部部材（２０）と、を備える円柱状回転体ユニット（１０）である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の円柱状回転体ユニットにおいて、円柱状回転体が感光体ドラムである。

請求項５に記載の発明は、筐体（１ａ）と、筐体の内側に軸線を中心に回転可能に配置された請求項４に記載の円柱状回転体ユニット（１０）と、を備えるプロセスカートリッジ（１）である。

本発明によれば、はすば歯車を用いつつも、スラスト方向への位置ズレに対して問題が生じ難く、設計の自由度を高めることができる。

プロセスカートリッジ１の構造を概念的に示した図である。 感光体ドラムユニット１０の斜視図である。 端部部材２０の斜視図である。 図４（ａ）は端部部材２０の正面図、図４（ｂ）は端部部材２０の平面図である。 図５（ａ）は端部部材２０のＡ−Ａ断面図、図５（ｂ）は端部部材２０のＢ−Ｂ断面図、図５（ｃ）は端部部材２０のＣ−Ｃ断面図である。 感光体ドラムユニット１０、現像ローラユニット３、及び転写ローラユニット５の関係を説明する図である。

図１には、１つの形態であるプロセスカートリッジ１の内部構造を模式的に表した。図１からわかるようにプロセスカートリッジ１は、筐体１ａの内側に感光体ドラムユニット１０、帯電ローラユニット２、現像ローラユニット３、クリーニング手段４、転写ローラユニット５を内包している。プロセスカートリッジ１を不図示の画像形成装置本体に装着して画像形成装置となる。ここで画像形成装置本体には露光手段６が具備されている。そして画像形成装置としてプロセスカートリッジ１が装置本体に装着された姿勢で、紙等の記録媒体が図１にＣ_１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。このように画像が形成されること自体は公知の通りである。

帯電ローラユニット２は、円柱状回転体ユニットの一つの形態であり、画像形成装置本体からの電圧印加により感光体ドラムユニット１０に具備される感光体ドラム１１（図２参照）を帯電させる。そのため、帯電ローラユニット２は円柱状回転体である帯電ローラを有している。

現像ローラユニット３は、円柱状回転体ユニットの一つの形態であり、感光体ドラムユニット１０の感光体ドラム１１に現像剤を供給する手段である。これにより、感光体ドラム１１に形成された静電潜像が現像される。そのため、現像ローラユニット３は円柱状回転体である現像ローラ３ａを有している（図６参照）。
本形態では現像ローラユニット３は、現像手段の中に収められており、ここにはトナーを含む現像剤を収納する容器と、当該容器からトナーを取得して感光体ドラム１１に当該トナーを供給するこの現像ローラユニット３が配置されている。

クリーニング手段４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手段であり、ブレード等を用いることができる。

転写ローラユニット５は、円柱状回転体ユニットの一つの形態であり、感光体ドラム１１との間に紙などの記録媒体を挟み込むことで、感光体ドラム１１に現像された画像を記録媒体に転写させる。そのため、転写ローラユニット５は円柱状回転体である転写ローラ５ａを有している（図６参照）。

また、露光手段６は、画像形成装置本体に具備され、感光体ドラム１１の表面に像を描画するための光照射手段である。露光手段６としては公知のものを適用することができ、これには例えばレーザー出射器、ＬＥＤ光出射装置等を挙げることができる。

図２は感光体ドラムユニット１０の外観斜視図である。感光体ドラムユニット１０は、円柱状回転体ユニットの一つの形態であり、転写する内容が形成される感光体ドラム１１を具備する。図２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、一方の端部部材である駆動側端部部材２０、及び他方の端部部材である非駆動側端部部材５０を備えている。

感光体ドラム１１は、円柱状回転体の１つの形態であり、円筒である基体の外周面に感光層を被覆した部材である。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るものではないが、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。
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で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、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の一端には該感光体ドラム１１をその軸線中心に回転させるために一組の端部部材が取り付けられる。一方の端部部材が駆動側端部部材２０、他方の端部部材が非駆動側端部部材５０である。

駆動側端部部材２０は感光体ドラム１１の軸線に沿った方向の端部のうち、画像形成装置本体の駆動軸が係合する側の端部に配置される端部部材である。図３には駆動側端部部材２０の外観斜視図を示した。また図４（ａ）には駆動側端部部材２０の正面図、図４（ｂ）には駆動側端部部材２０の平面図をそれぞれ示した。さらに、図５（ａ）には図４（ｂ）にＡ−Ａで示した線に沿った断面図、図５（ｂ）には図４（ｂ）にＢ−Ｂで示した線に沿った断面図、図５（ｃ）には図４（ｂ）にＣ−Ｃで示した線に沿った断面図をそれぞれ示した。

駆動側端部部材２０は、図４（ａ）等からわかるように、中心に軸線に沿った穴２０ａを有する筒状体であり、その外周部には、嵌合部２１、連結部２２及び歯車部３０を有している。

筒状体である一方の端部側は感光体ドラム１１の内側に挿入される嵌合部２１となっている。嵌合部２１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。これにより駆動側端部部材２０が感光体ドラム１１の端部に固定される。従って、嵌合部２１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２１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駆動側端部部材と感光体ドラムとの接着性が向上する。

筒状体である他方の端部側（嵌合部２１とは反対側）は、画像形成装置本体の駆動軸に連結される連結部２２とされている。当該連結部２２が画像形成装置本体に具備された駆動軸に連結し、ここから回転駆動力を受けて感光体ドラムユニット１０が回転する。本形態では、図４（ａ）からわかるように、連結部２２は正面視で六角形を有している。これに対して不図示の画像形成装置本体の駆動軸には、当該連結部２２の六角形に対応した、三角形の穴を有しており、連結部２２がこの三角形の穴に挿入され、互いに引っ掛かることにより回転力が伝達される。
本形態ではこのように六角形状の連結部を例示したが、これに限定されることはなく、画像形成装置本体の駆動軸に連結して回転力を伝達する形態であればよい。また、必ずしもこのような連結部でなく、端部部材に設けられた歯車で駆動を伝達してもよい。

図３、図４（ａ）、図４（ｂ）からわかるように、嵌合部２１と連結部２２との間の外周面には歯車部３０が形成されている。本形態では歯車部３０は、感光体ドラムユニット１０に隣接して配置された他の円柱状回転体ユニットを回転させるための歯車である。また、この歯車部３０を用いて画像形成装置本体からの駆動力を伝達させるように構成してもよい。
図４（ｂ）からわかるように、歯車部３０では、同軸に形成された第一歯車部３１、混合歯車部３２及び第二歯車部３３が連結部２２側から軸線に沿った方向に配列されている。ここでは、便宜上、第一歯車部３１、第二歯車部３３、及び混合歯車部３２の順で説明する。

第一歯車部３１は、第一の歯車形状のみからなる部位である。本形態では図４（ｂ）、図５（ａ）からわかるように、第一の歯車形状は、はすば歯車である。このはすば歯車の歯車形状は特に限定されることなく公知の形状を適用することができる。

第二歯車部３３は、上記第一の歯車形状とは異なる第二の歯車形状のみからなる部位である。本形態では、本形態では図４（ｂ）、図５（ｃ）からわかるように、この第二の歯車形状も、はすば歯車である。このはすば歯車の形態は特に限定されることはないが、第一歯車部３１のはずば歯車とねじれ方向が逆であることが好ましい。これによりスラスト力を相殺することができる。

混合歯車部３２は、第一の歯車形状と第二の歯車形状とが混合して配置された部位である。本形態では図４（ｂ）、図５（ｂ）からわかるように、第一の歯車形状が第一歯車部３１の第二歯車部３３側端部から該第二歯車部３３側に延びる。また、第二歯車形状が第二歯車部３３の第一歯車部３１側端部から該第一歯車部３１側に延びる。これにより、両形状の歯車が混合して存在する。

ここで混合歯車部３２は例えば次のように形成することができる。これによって混合歯車部３２が有する形状の一例を理解できる。すなわち、混合歯車部３２が形成される部位において、初めに混合歯車部の歯が加工されていない円柱に対して、第一歯車部３１側端部から第二歯車部３３側端部に向けて第一の歯車形状を加工（除去加工）する。次いで、当該円柱に対して、第二歯車部３３側端部から第一歯車部３１側端部に向けて第二の歯車形状を加工（除去加工）する。この２つの加工の後に残った部位が混合歯車部３２が有する歯車形状となる。
このときの混合歯車部３２に形成される歯車形状の歯底円直径は、第一の歯車形状及び第二の歯車形状のうち歯底円直径が小さい方に一致する。また、混合歯車部３２に形成される歯車形状の歯先円直径は、第一の歯車形状及び第二の歯車形状のうち歯先円直径が小さい方の歯先円以下となる。
このように混合歯車部３２を形成した際には、混合歯車部３２に形成される歯の歯面がテーパー状になったり、歯丈が連続的に変化したりすることがある。

以上のような混合歯車部３２により、感光体ドラムユニット１０の当該駆動側端部部材２０に咬み合った他の円柱状回転体ユニット（例えば現像ローラユニット、転写ローラユニット等）がスラスト方向に位置ズレを生じても問題が生じ難く、設計の自由度を高めることができる。
また、このような位置ズレを許容することができるため、余分な位置決め部材や位置決め部位が不要であり、その結果としても設計の自由度を高めることが可能である。

なお、本形態では、第一の歯車形状のみからなる第一歯車部３１、及び第二の歯車形状からなる第二歯車部３３が設けられた例であるが、これに限らず歯車部の全体が混合歯車部により形成されていてもよい。
また、歯車部に具備される少なくとも２種類の歯車は、その少なくとも１つははすば歯車とする。これによりバックラッシュを低減させることができる。従って、第一歯車部３１及び第二歯車部３３のうち、一方を平歯車としてもよい。
さらに本形態では、２つの歯車部（第一歯車部、第二歯車部）と１つの混合歯車部とを有するものであるが、本発明は必ずしもこれに限定されることなく、これよりも多く設けられてもよい。

なお、第一歯車部又は第二歯車部で画像形成装置本体からの駆動力を受けて伝達する場合、当該駆動力を受ける歯車部では、その歯幅は他方の歯車部よりも広い歯幅であることが好ましい。これは、画像形成装置本体の駆動側の歯車の幅全体を当該歯車部のみで駆動伝達すると、歯車同士のかみ合い率が低下し、バックラッシュが大きくなる虞があるからである。

このような駆動側端部部材２０では、特に混合歯車部においていわゆるアンダーカット部が生じることが多い。そこで、駆動側端部部材２０は切削加工や３次元プリンタで作製することができる。

以上より、駆動側端部部材２０は、特に限定されることはないが、例えば、ポリアセタール、ポリカーボネート、ＰＰＳ、ＡＢＳ、ＰＬＡ、ポリアミド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、摺動性を高め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。ここで、樹脂で作製する場合には、適切なアンダーカット処理を考慮した上での切削加工や、３Ｄプリンタ等を用いることができる。３Ｄプリンターを用いる場合、光造形、熱溶解積層法、粉末固着法などを用いることができる。
金属で作製する場合は、切削による削り出し、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（潤滑性や耐腐食性など）を向上させることができる。

図２に戻って、非駆動側端部部材５０について説明する。非駆動側端部部材５０は感光体ドラム１１の軸線方向端部のうち、駆動側端部部材２０とは反対側で、画像形成装置本体の駆動軸が係合しない側の端部に配置される端部部材である。非駆動側端部部材５０は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、プロセスカートリッジ１の筐体１ａに設けられた軸を受ける部位を具備する。

以上説明した、感光体ドラム１１のうち一方の端部に駆動側端部部材２０の嵌合部２１を歯車部３０に接触するまで挿入する。そして感光体ドラム１１のうち他方の端部に、非駆動側端部部材５０の嵌合部を軸受部に接触するまで挿入して図２のように感光体ドラムユニット１０となる。

このような感光体ドラムユニット１０を筐体１ａに装着することによりプロセスカートリッジ１とすることができる。このとき、非駆動側端部部材５０ではプロセスカートリッジ１の筐体１ａの内面から延びる支持軸部材が軸受部に設けられた穴を貫通して挿入される。これにより非駆動側端部部材５０が軸受として機能し、感光体ドラムユニット１０を回転可能に支持する。

一方、駆動側端部部材２０については、その連結部２２が画像形成装置本体の駆動軸に設けられた穴に挿入できるように、プロセスカートリッジ１の筐体１ａから突出するように露出している。

また、筐体１ａの内側では、例えば次のように現像ローラユニット３及び転写ローラユニット５が配置される。ここでは例として現像ローラユニット３及び転写ローラユニット５を示すが、帯電ローラユニット等の他の種類のローラユニットであってもよい。

現像ローラユニット３は、上記したように円柱状回転体ユニットの一つの形態であり、感光体ドラムユニット１０の感光体ドラム１１に現像剤を供給する手段である。これにより、感光体ドラム１１に形成された静電潜像が現像される。そのため、現像ローラユニット３は円柱状回転体である現像ローラ３ａを有している。そして現像ローラ３ａのうち一方の端部には駆動側端部部材３ｂを有し、他方の端部には非駆動側端部部材３ｃが配置されている。
駆動側端部部材３ｂには第一の歯車形状の歯車が形成されており、上記した感光体ドラムユニット１０の駆動側端部部材２０のうち、第一歯車部３１に組み合わされるように位置づけられる。
非駆動側端部部材３ｃはプロセスカートリッジ１の筐体１ａの穴に差し込まれ回転軸として機能する。

転写ローラユニット５は、上記したように円柱状回転体ユニットの一つの形態であり、感光体ドラム１１との間に記録媒体を挟み込むことで、感光体ドラム１１に現像された画像を紙などの記録媒体に転写させる。そのため、転写ローラユニット５は円柱状回転体である転写ローラ５ａを有している。そして転写ローラ５ａのうち一方の端部には駆動側端部部材５ｂを有し、他方の端部には非駆動側端部部材５ｃが配置されている。
駆動側端部部材５ｂには第二の歯車形状の歯車が形成されており、上記した感光体ドラムユニット１０の駆動側端部部材２０のうち、第２歯車部３３に組み合わされるように位置づけられる。
非駆動側端部部材５ｃはプロセスカートリッジ１の筐体１ａの穴に差し込まれ回転軸として機能する。

このような配置により画像形成装置本体の駆動軸からの回転力が感光体ドラムユニット１０を回転させる。そして、感光体ドラムユニット１０の回転により、駆動側端部部材２０に組み合わされた現像ローラユニット３及び転写ローラユニット５が回転する。このとき、第一の歯車形状と第二の歯車形状とが混合した部位である混合歯車部があることで、感光体ドラムユニット、現像ローラユニット、及び転写ローラユニットの軸線に沿った方向の相対位置にずれが生じても、隣り合った歯車に乗り上げることが防止され、感光体ドラム１１と現像ローラ３ａとの間隔、及び感光体ドラム１１と転写ローラ５ａとの間隔に不具合を生じることがない。

なお、本形態では感光体ドラムユニットに混合歯車部を有する端部部材を配置する例を説明したが、これに限らず、帯電ローラユニット、現像ローラユニット、及び転写ローラユニット等他のローラユニットに混合歯車部を有する端部部材を配置してもよい。

１ プロセスカートリッジ
１ａ 筐体
２ 帯電ローラユニット
３ 現像ローラユニット
４ クリーニングブレード
５ 転写ローラユニット
６ 露光手段
１０ 感光体ドラムユニット
１１ 感光体ドラム
２０ 端部部材（駆動側端部部材）
３０ 歯車部
３１ 第一歯車部
３２ 混合歯車部
３３ 第二歯車部
５０ 端部部材（非駆動側端部部材）

Claims (5)

1. 画像形成装置に具備される円柱状回転体の端部に装着される端部部材であって、
   外周に歯車が形成された歯車部を有しており、
   前記歯車部は、第一の歯車形状と、該第一の歯車形状とは異なる形状の第二の歯車形状と、が混合して配置された混合歯車部を少なくとも１つ備え、
   前記第一の歯車形状及び前記第二の歯車形状の少なくとも一方ははすば歯車である、端部部材。
2. 前記歯車部は、
   前記第一の歯車形状のみからなる第一歯車部、
   前記第二の歯車形状のみからなる第二歯車部、及び、
   前記第一歯車部と前記第二歯車部との間に配置された少なくとも１つの前記混合歯車部、を備える請求項１に記載の端部部材。
3. 円柱状回転体と、
   前記円柱状回転体の少なくとも一方の端部に配置された請求項１又は２に記載の端部部材と、を備える円柱状回転体ユニット。
4. 前記円柱状回転体が感光体ドラムである、請求項３に記載の円柱状回転体ユニット。
5. 筐体と、
   前記筐体の内側に軸線を中心に回転可能に配置された請求項４に記載の円柱状回転体ユニットと、を備えるプロセスカートリッジ。

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