JP4330135B2

JP4330135B2 - 往復運動機構

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Publication number: JP4330135B2
Application number: JP2003424207A
Authority: JP
Inventors: 健一向井
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: JP2005180625A

Description

この発明は、動力伝達装置に広く使用され、回転を往復動に変換する往復運動機構であり、例えば、小型化・軽量化を強く求められる複写機，プリンター，ファクシミリ等の画像形成装置や各種精密機械、自動車部品等の各部に好適に使用される往復運動機構に関するものである。

例えば、複写機，プリンター等の電子写真方式の画像形成装置において、往復運動機構は、感光体ドラムの表面に残留したトナーを掻き落とすために使用されるクリーニングブレードを、感光体ドラムの表面に沿って移動させるたり、また、感光体ドラムの表面を一様に帯電させるために使用される帯電ローラを、感光体ドラムの表面に沿って移動させるために使用されている（特許文献１乃至３参照）。

特開２００１−１６６５６２号公報特開平９−２７４３５９号公報特開平３−１２０５６４号公報

しかしながら、特許文献１乃至３の従来技術は、いずれも感光体ドラムの回転周期よりも往復運動機構の往復動の周期を十分大きくすることができるようになっていない。特に、
往復運動する部材が感光体ドラム表面に摺接するような場合には、感光体ドラムの長寿命化を図るため、感光体ドラムの回転周期よりも往復運動機構の往復動の周期を十分に大きくすることが求められるが、このような従来技術ではこのような要望に応えることができなかった。そこで、これら従来技術において、感光体ドラムの回転周期よりも往復運動機構の往復動の周期を十分に大きくしようとすれば、より多くの歯車を往復運動機構に介在させて、多くの歯車で多段に減速し、その減速した回転を往復運動に変換させる必要がある。その結果、これら従来技術では、部品点数の増加及び往復運動機構の大型化を招くことになるという問題を生じる。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するために案出されたものであり、小型で且つ簡単な構造でもって、回転運動の周期に対して往復運動の周期を十分大きくすることができる往復運動機構を提供することを目的としている。

本発明は、次のように（ａ）〜（ｈ）の構成を備えている。すなわち、本発明は、（ａ）．回転軸と固定軸を平行に配置し、（ｂ）．前記回転軸には、第１歯車と第２歯車を一体回動できるように取り付け、（ｃ）．前記固定軸には、前記第１歯車に噛み合う第３歯車を相対回動可能に且つスライド可能に取り付けると共に、前記第２歯車に噛み合う第４歯車を相対回動可能に且つスライド不能に取り付け、（ｄ）．前記第３歯車を前記固定軸に沿って往復運動させる往復運動機構であって、（ｅ）．前記第３歯車と前記第４歯車の対向する面のいずれか一方には、他方側に向かって突出するカムを形成し、（ｆ）．前記第３歯車と前記第４歯車の対向する面のいずれか他方には、前記カムに摺接する突起を形成し、（ｇ）．前記突起が前記カムに常時接触するように、前記第３歯車を前記第４歯車側に向けてばねで付勢し、（ｈ）．前記回転軸の回転に対し、前記第３歯車の回転と前記第４歯車の回転がわずかな差を生じるように、前記第１乃至第４歯車の歯数を設定してなることを特徴としている。

本発明によれば、第１歯車及び第３歯車によって構成される第１歯車列と第２歯車及び第４歯車によって構成される第２歯車列の減速比を僅かに変えるだけで、カム（第４歯車）の従動節（第３歯車の突起）に対する相対回転速度を回転軸の回転速度に対して大きく減速することができるため、歯車の数を少なくすることができると共に、構造を簡単化することができ、回転軸と固定軸の軸間距離を小さくして、往復運動機構の小型化・軽量化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。

（往復運動機構及びこれを備えたクリーニング装置）
図１〜図２は、本実施の形態に係る往復運動機構１を使用したクリーニング装置２を示す図である。このうち、図１は、感光体ドラム３の前面側から見たクリーニング装置２の外観斜視図である。また、図２は、感光体ドラム３の裏面側から見たクリーニング装置２の外観斜視図である。

このクリーニング装置２は、板状のゴム（例えば、ポリウレタンゴム）で形成されたクリーニングブレード４と、このクリーニングブレード４を支持するブレードホルダ５と、このブレードホルダ５を感光体ドラム３の表面６に沿ってスライド移動させる往復運動機構１と、から構成されている。なお、クリーニングブレード４は、その長手方向の寸法が感光体ドラム３の軸方向寸法よりも短く設定されており、往復運動機構１によって感光体ドラム３の表面６に沿って軸方向にスライド移動させられることにより、感光体ドラム３の表面６の全域をクリーニングし、感光体３の表面６に残留しているトナーを掻き落とすようになっている。

このうち、往復運動機構１は、感光体ドラム（回転軸）３の一方の端部に一体回動可能に取り付けられた第１歯車７及び第２歯車８と、感光体ドラム３と平行に配置された固定軸１０と、この固定軸１０に相対回動可能に且つスライド可能に取り付けられて第１歯車７に噛み合う第３歯車１１と、固定軸１０に相対回動可能に且つスライド移動不能に取り付けられて第２歯車８と噛み合う第４歯車１２と、ブレードホルダ５を介して第３歯車１１を第４歯車１２側に常時付勢するばね１３と、を備えている。なお、ブレードホルダ５の第３歯車１１側の端部には、第３歯車１１の側面１４を押圧する突起１５が折り曲げ形成されている。また、本実施の形態において、第１歯車７と第２歯車８とが一体に形成されており、この第１歯車７と第２歯車８とで歯数の異なる大小２個の歯車からなる２段歯車１６を構成している。

第３歯車１１と第４歯車１２の対向する側面１７，１８には、図３〜図４に詳細を示すように、凹凸係合する一対のカム２０，２１が突出形成されている。このカム２０，２１は、周方向に１２０°ごとに頂上部（最大リフト部）２２が位置するように、カム面が滑らかな曲面で形成された端面カムである。そして、第４歯車１２のカム２１の頂上部２２と第３歯車１１のカム（突起）２０の谷底部（リフト量がゼロの部分）２３が係合した状態は、クリーニングブレード４がスライド移動する際の基準位置（往復動の基準位置）にある状態に対応している。ここで、第４歯車１２のカム２１に対し、第３歯車１１側が従動節として作動する。

第３歯車１１と第４歯車１２が相対回動すると、第４歯車１２のカム２１の頂上部２２と第３歯車１１のカム２０の谷底部２３の位置が回動方向にずれ、第３歯車１１が第４歯車１２のカム２１によって押圧され、第３歯車１１がブレードホルダ５を介してばね１３を押し縮め、第３歯車１１がブレードホルダ５と共に固定軸１０上を第４歯車１２から遠ざかる方向にスライド移動する（第３歯車が図５（ｃ）及び図６（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態に移動する）。

第３歯車１１と第４歯車１２の相対回動角度が６０°になると、第４歯車１２のカム２１の頂上部２２に第３歯車１１のカム２０の頂上部２２が位置するようになり、第３歯車１１が第４歯車１２から最も離れた位置まで固定軸１０上をスライドすることになる（図５（ａ）及び図６（ｂ）参照）。なお、第４歯車１２側のカム２１の最大リフト量がｈであり、第３歯車１１側のカム２０の最大リフト量がｈであるとすると、第３歯車１１が第４歯車１２から最も離れる寸法は２ｈとなる。すなわち、第３歯車１１及びクリーニングブレード４のスライド移動量の最大値が２ｈとなる。

さらに第３歯車１１と第４歯車１２の相対回動角度が６０°よりも大きくなると、第３歯車１１がばね１３に押されて第４歯車１２に近づく方向に固定軸１０上をスライド移動する。そして、第３歯車１１と第４歯車１２の相対回動角度が１２０°になると、第４歯車１２のカム２１の頂上部２２と第３歯車１１のカム２０の谷底部２３が噛み合い、第３歯車１１及びクリーニングブレード４が基準位置に戻る（図５（ｃ）及び図６（ａ）参照）。この第３歯車１１及びクリーニングブレード４の往復動作は、第３歯車１１と第４歯車１２の相対回動角度が０°〜３６０°の間で３回繰り返されることになる。すなわち、第３歯車１１及びクリーニングブレード４の往復動作の回数をｎとすると、ｎ＝３になる。

ここで、第１歯車７の歯数をＺ１、第２歯車８の歯数をＺ２、第３歯車１１の歯数をＺ３、第４歯車１２の歯数をＺ４とし、第１歯車７と第３歯車１１のモジュールをｍａ、第２歯車８と第４歯車１２のモジュールをｍｂとすると、次のような式１が成り立つようになっている。

また、感光体ドラム３の回転角をθｏとし、第３歯車１１の回転角をθａとし、第４歯車１２の回転角をθｂとすると、式２及び式３のように、θａ及びθｂをθとの関係で示すことができる。

また、第３歯車１１と第４歯車１２の相対回動角度は、第３歯車１１の回転角θａと第４歯車１２の回転角θｂの差（θａ−θｂ）であり、式４のように示すことができる。

また、感光体ドラム３の回転θｏと、第３歯車１１と第４歯車１２の回転角の差（θａ−θｂ）との比を減速比ｋとすると、その減速比は式５のように示すことができる。

この式５から分かるように、θａとθｂとの差が僅かであれば、極めて大きな減速比ｋとなる。すなわち、本実施の形態によれば、Ｚ１／Ｚ３とＺ２／Ｚ４を僅かに変えるだけで、極めて大きな減速比を得ることができ、感光体ドラム３の回転周期に対するクリーニングブレード４の往復動の周期を大きくすることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１歯車７及び第３歯車１１によって構成される第１歯車列と第２歯車８及び第４歯車１２によって構成される第２歯車列の減速比を僅かに変えるだけで、カム２１（第４歯車１２）の従動節としてのカム２０（第３歯車１１）に対する相対回転速度を感光体ドラム３の回転速度に対して大きく減速することができるため、歯車の数を少なくすることができると共に、構造を簡単化することができ、感光体ドラム３と固定軸１０の軸間距離を小さくして、往復運動機構の小型化・軽量化を図ることができる。したがって、このような往復運動機構１を備えたクリーニング装置２の小型化・軽量化を図ることができる。

なお、本実施の形態において、固定軸１０は、回転中心が同心であれば、第３歯車１１側と第４歯車１２側に分割したものでもよい。

また、本実施の形態において、カム２０，２１の頂上部２２，２２が周方向に３箇所形成されるようになっているが、これに限られず、１箇所でもよく、また、２箇所以上の複数箇所形成するようにしてもよい。ただし、カム２０，２１の頂上部２２、２２を周方向に複数箇所形成すれば、カム２０，２１の周方向に作用する力が周方向で釣り合うため（カム２０，２１の接触位置が回転中心に対して対称になるため）、第３歯車１１及び第４歯車１２の回転中心線が固定軸１０の軸芯に対して傾くようなことがなく、第３歯車１１及び第４歯車１２が固定軸１０に対して安定した姿勢を保つことが可能になる。

また、本実施の形態において、第１歯車７と第２歯車８を感光体ドラム３の端部に一体回動可能に取り付ける態様を例示したが、これに限られず、感光体ドラム３の端部を切削加工して、第１歯車７と第２歯車８を感光体ドラム３の端部に直接形成するようにしてもよい。

（画像形成装置）
図７は、上述のようなクリーニング装置２を備えた画像形成装置３１の概略構成を示すものであり、この図７において感光体ドラム３は、図７の矢印Ａの方向に回転し、帯電手段３２によって表面が一様に帯電され、制御手段３３からの制御信号に基づき作動する露光手段３４によってレーザー光が照射され、その表面に静電潜像が形成された後、その表面に現像手段３５によって現像剤としてのトナーが供給され、静電潜像がトナー像として可視化される。

そして、給紙トレイ３６，３７から給紙ローラ３８，４０によって送り出されたシート状の記録媒体（コピー用紙、プラスチックフィルム等であり、以下単にシートという）４１が、レジストローラ４２によって感光体ドラム３と転写ローラ（転写手段）４３との間の転写位置Ｐに送り込まれる。転写ローラ４３は、トナーと逆極性の転写バイアスをシート４１に印加することにより、感光体ドラム３の表面に付着したトナー像を転写位置（本実施の形態においては感光体ドラム３と転写ローラ４３のニップ部）Ｐでシート４１に転写する。

感光体ドラム３は、シート４１に転写されずに表面に残留したトナーがクリーニング装置２によって取り除かれるようになっている。このクリーニング装置２は、上述したように、感光体ドラム３の表面にクリーニングブレード４の先端が摺接して、感光体ドラム３の表面に残留付着しているトナーを掻き落とすようになっている。そして、このクリーニング装置２によって清掃された感光体ドラム３の表面が帯電手段３２によって新たに帯電させられる。なお、感光体ドラム３としては、アモルファスシリコン系のものが使用されている。

転写位置Ｐよりもシート搬送方向下流側の所定位置には、分離手段４４が配置されている。この分離手段４４は、分離針（分離電極部）に分離電圧が印加されることにより、感光体ドラム３との間にコロナ放電を生じさせ、シート４１を感光体ドラム３から除電分離する。また、感光体ドラム３の周囲で、且つ、分離手段４４とクリーニング装置２との間には、分離手段４４で分離できなかったシート４１を感光体ドラム３の表面から剥がして分離する分離爪４５が配置されている。

分離手段４４によって感光体ドラム３から除電分離されたシート４１は、定着手段４６に送り込まれ、定着手段４６によって加熱・加圧されて、トナーが定着される。そして、定着手段４６から送り出されたシート４１は、排紙ローラ４７によって排紙トレイ４８に排出され、排紙トレイ４８上に積載される。

このような画像形成装置３１によれば、上述したような本発明の実施形態に係るクリーニング装置２を備えているため、感光体ドラム３の周辺の省スペース化を図ることができ、小型化・軽量化を図ることが可能になる。

なお、本実施の形態の画像形成装置３１は、往復運動機構１をクリーニング装置２に適用する態様を例示したが、帯電手段３２の帯電ローラ（図示せず）を感光体ドラム３の表面に沿ってスライドさせる往復運動機構１として使用するようにしてもよい。

上述の実施の形態において、例えば、第１歯車７及び第３歯車１１のモジュールｍａと第２歯車８及び第４歯車１４のモジュールｍｂを共に０．５とし、第１歯車７の歯数Ｚ１を６１、第２歯車８の歯数Ｚ２を６０、第３歯車１１の歯数Ｚ３を２９、第４歯車１２の歯数Ｚ４を３０とする。また、第３歯車１１及びクリーニングブレード４の往復動作の回数ｎを３とし、カム２０，２１の最大リフト量を０．５ｍｍとする。

このような設計条件下において、感光体ドラム３が９．７回転すると、第３歯車１１と第４歯車１２の相対回転が１回転となる。ここで、ｎ＝３であるから、感光体ドラム３がほぼ３．２回転すると、第３歯車１１及びクリーニングブレード４が往復動作を１回行い、その最大スライド量が１ｍｍとなる。

この発明は、電子写真方式及びインクジェット方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置において、回転運動を往復運動に変換する必要がある部分に広く適用できる。また、本発明は、画像形成装置に限られず、自動車部品やその他の機械等において、回転運動を往復運動に変換する機構として広く適用できる。

本発明の実施の形態に係る往復運動機構を備えたクリーニング装置を示すものであり、感光体ドラムの前面側から見たクリーニング装置の外観斜視図である。本発明の実施の形態に係る往復運動機構を備えたクリーニング装置を示すものであり、感光体ドラムの裏面側から見たクリーニング装置の外観斜視図である。往復運動機構を分解して示す第３歯車のカムの外観斜視図である。往復運動機構を分解して示す第４歯車のカムの外観斜視図である。往復運動機構の作動状態を示す要部外観斜視図である。図６（ａ）がカムのリフト量がゼロの状態を示す往復運動機構の側面図であり、図６（ｂ）がカムのリフト量が最大の状態を示す往復運動機構の側面図である。本発明の実施の形態に係るクリーニング装置を使用した画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１……往復運動機構、３……感光体ドラム（回転軸）、７……第１歯車、８……第２歯車、１０……固定軸、１１……第３歯車、１２……第４歯車、１３……ばね、２０……カム（突起）、２１……カム

Claims

回転軸と固定軸を平行に配置し、
前記回転軸には、第１歯車と第２歯車を一体回動できるように取り付け、
前記固定軸には、前記第１歯車に噛み合う第３歯車を相対回動可能に且つスライド可能に取り付けると共に、前記第２歯車に噛み合う第４歯車を相対回動可能に且つスライド不能に取り付け、
前記第３歯車を前記固定軸に沿って往復運動させる往復運動機構であって、
前記第３歯車と前記第４歯車の対向する面のいずれか一方には、他方側に向かって突出するカムを形成し、
前記第３歯車と前記第４歯車の対向する面のいずれか他方には、前記カムに摺接する突起を形成し、
前記突起が前記カムに常時接触するように、前記第３歯車を前記第４歯車側に向けてばねで付勢し、
前記回転軸の回転に対し、前記第３歯車の回転と前記第４歯車の回転がわずかな差を生じるように、前記第１乃至第４歯車の歯数を設定してなることを特徴とする往復運動機構。