JP4647351B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に係り、特に作像ユニットの着脱が容易な画像形成装置に関する。

画像形成装置の像担持体としての感光体の周囲には、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、定着装置等が配置されており、これら各装置は、通常、単独または他の装置と一体となって画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。

このような画像形成装置等に関する先行技術として、例えば特許文献１には、画像形成装置に装着され、駆動切換え手段が画像形成装置本体内に枢支される揺動部材と、ギヤ端の伝達ギヤを定着手段側のギヤから離脱する方向に付勢するスプリングを有し、且つ、ジャム処理を行うための開閉ドアの閉時には、連動操作部材が弾性操作端を押し込み、前記スプリングの弾性力が操作端に加わる状態を消滅させることで、同伝達ギヤをギヤと駆動する正規位置に維持し、前記ドアの開時には、連動操作部材が弾性操作端の押し込みを消滅させることで、伝達ギヤをギヤから離脱させる解除位置の姿勢に遷移させる画像形成装置の駆動解除装置が開示されている。
また、特許文献２には、駆動源から回転が伝達される駆動側ギヤと、負荷に連結された被駆動側のギヤとが接続可能にかみ合う装置において、駆動源からのギヤとかみ合っている中間ギヤと被駆動側のギヤとかみ合っている駆動側ギヤを有し、この中間ギヤと駆動側ギヤは同軸上のクラッチでもって回転方向に遊びをもつように連結され、駆動側ギヤと被駆動側のギヤの離隔時は、前記遊びが常に両回転方向に存在するようにした駆動伝達装置が開示されている。

更に、特許文献３には、回転体を着脱自在に設け、その回転体を取り付けたとき、該回転体の連結ギヤをギヤ伝達手段の被連結ギヤに噛み合わせ、駆動モータの回転を該ギヤ伝達手段を介して伝達して前記回転体を駆動する装置において、前記回転体の取り付け時に前記連結ギヤが前記被連結ギヤと干渉するとき、被連結ギヤに回転伝達方向の回転力が作用する構成とするとともに、前記ギヤ伝達手段の上流側の部材に対して下流側の部材に回転伝達方向の遊びを設けた回転体駆動装置が開示されている。

特開２００４−１１７３９４号公報 特開平０７−２５７７７６号公報 特開平１１−３１５８９１号公報

一般に、着脱可能なユニットを有する画像形成装置、駆動伝達装置等において、ユニット装着時、本体とユニット間の駆動を連結するためのギヤを噛み合わせる際、ギヤ同士の歯の位置によっては、本体とユニットとの嵌合が進むにつれギヤが回転しながら動き、最終的には理想的に噛み合う位置でユニットが装着されるようになっている。しかしこの場合、ユニットまたは駆動モータの回転負荷が大きいと、ギヤを回転させるのに必要な力も大きくなり、ユニットの装着に大きな力が必要となって嵌合性が悪くなる。このことはユニットの装着時だけでなく離脱時においても同様である。
そこで、従来技術では、例えば駆動側である本体と被駆動側であるユニットとが噛み合うギヤ部分を揺動可能とするか、またはクラッチを用いて稼働時以外はギヤを回転自在とすることによって、被駆動側であるユニットの着脱時に負荷がかからないようにしている。

しかしながら、このような従来技術には、以下のような問題点がある。すなわち、揺動ギヤ機構またはクラッチ手段を装備するということは、部品点数が多くなりコストがかかるだけでなく、そのための必要スペースも大きくなるという問題点がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、余分なコストおよびスペースを必要とすることなく、作像ユニットの着脱性を向上させることができる画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、駆動装置と、この駆動装置によって駆動される第１のギヤと、この第１のギヤと同軸に形成され、第１のギヤと共に回動する第２のギヤとを備えた装置本体と、この装置本体の前記第２のギヤと噛み合う第３のギヤを備え、前記装置本体に対して着脱自在に設けられた作像ユニットとを有する画像形成装置において、前記装置本体の前記第２のギヤは前記第１のギヤに対して３６０°未満の範囲で回動自在であり、前記第２のギヤは、前記第１のギヤとは独立に設けられ、かつ前記第１のギヤに向かって延設された係合用の突起を有し、前記第１のギヤは、前記第２のギヤの係合用の突起と係合する係合部を有し、前記係合用の突起およびこの突起と係合する係合部は複数個あり、前記第１のギヤまたは第２のギヤの周方向に沿って同一円周上に均等に配置され、前記円周を形成する円の半径は、前記第２のギヤの半径以上、第１のギヤの半径以下であり、前記第１のギヤと第２のギヤの連結部に弾性体を介在させ、前記作像ユニットを装置本体から離脱させた際、前記第１のギヤと第２のギヤとの接合部に前記第２のギヤが回動するための所定のスペースを確保したことを特徴とする。前記突起およびこの突起と係合する係合部の数は特に限定されないが、それぞれ３個またはそれ以上とすることが好ましい。

更にまた、本発明において、前記装置本体は位置決めピンを備え、前記作像ユニットは前記位置決めピンと係合する切欠部を備えているものとすることができる。この場合、作像ユニットに位置決めピンを設け、装置本体にこの位置決めピンと係合する切欠部を設けてもよい。

更にまた、本発明において、前記作像ユニットをプロセスカートリッジとすることができる。

本発明の画像形成装置によれば、作像ユニットを装置本体に対して着脱自在とするための特別の部品を不要とし、必要部品点数を少なくして製作コストの低減を図ることができる。また、作像ユニットを装置本体に着脱させる際の、連結ギヤ及び作像ユニット自体にかかる負荷を著しく小さくすることができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付の図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。また、図２は作像ユニットの一つである定着ユニットの斜視図、図３は図２の断面図である。
図１において、この画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のトナー像を生成するための４つのプロセスカートリッジ６Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを備えている。これらは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。

図２および図３において、本実施形態に適用される定着ユニット２０は、定着ローラ２１と、この定着ローラ２１に当接して回転する加圧ローラ２２並びに定着ローラ２１および加圧ローラ２２と装置本体の駆動源とを連結するユニットギヤＡ（以下、第３のギヤという）２３とから主として構成されている。定着ユニット２０は、本体装着時に第３のギヤ２３が装置本体側の駆動ギヤと連結駆動することで、トナーを加熱、圧着させるための定着ローラ２１及び加圧ローラ２２等を回転させ、記録紙の定着ユニット通紙時に、前記記録紙上に形成されたトナー像を記録紙に融着させるものである。なお、定着ローラ２１に代えて定着ベルトを用いることもできる。

図４は、装置本体側の駆動ギヤ列を示す斜視図、図５は、図４の２段減速ギヤを示す図である。図４において、装置本体側の駆動ギヤ列４０は、モータ４１と、このモータ４１によって駆動される２段変速ギヤ４２とから主として構成されている。図５において、２段変速ギヤ４２は、大径の第１のギヤ４２ａと、この第１のギヤ４２ａと同軸に形成され、同時に回動する小径の第２のギヤ４２ｂを備えている。
第１のギヤ４２ａがモータ４１と連結し、第２のギヤ４２ｂが定着ユニット側の第３のギヤ２３（図２または図３参照）と噛み合うことによって連結駆動する。第３のギヤ２３を有する定着ユニット２０は、ユニットのメンテナンスおよび記録紙のジャム処理等のために本体から着脱自在となっており、ユニット装着時には装置本体側の駆動ギヤ列４０の２段変速ギヤ４２における第２のギヤ４２ｂと作像ユニット側の第３のギヤ２３が噛み合うようになっている。

ここで、画像形成装置への定着ユニットの着脱方法を説明する。定着ユニット２０を装置本体に装着するとき、定着ユニット２０は装置本体の例えばモールド側板に設けられたスライドレールに沿ってガイドされる。定着ユニット２０を容易に置くことのできる所定位置から、本体装置内部へ、例えば水平方向に移動させて定着ユニット２０の第３のギヤ２３と装置本体側の第２ギヤ４２ｂが良好に噛み合う位置へと収める。このとき、定着ユニット２０の第３のギヤ２３と装置本体側の第２のギヤ４２ｂのギヤ歯の位置が、噛み合い状態である山と谷の関係ではなく、山と山が向き合うような状態になっていると、ギヤ歯同士が干渉し、良好な噛み合い状態（お互いのギヤのインボリュート曲線同士が接する位置）になるまでギヤを回転させながら定着ユニット２０が装置本体内へ装着される。

このような画像形成装置において、ギヤによりその動力が減速伝達されるモータおよび所定の圧力がかかる定着ローラの回転負荷は大きく、例えば図６に示したように、ギヤ列の間に回転が自由となる部分が無い構成であると、ユニットの着脱時に大きな力が必要となる。特に、図７に示したように、定着ユニット２０側の第３のギヤ２３と装置本体側の第２のギヤ４２ｂとの噛み合い位置が、定着ユニット２０の移動方向に対して前記第３のギヤと第２のギヤとの軸心相互を結ぶ線とが略直角に交差するような場合、ギヤ同士が噛み合うまでのギヤ回転量が多くなるので、ユニットの着脱性はさらに悪くなる。

従って、本発明においては、装置本体側の２段変速ギヤ４２を、大径ギヤである第１のギヤ４２ａと小径ギヤである第２のギヤ４２ｂとで構成し、大径ギヤ４２ａに対して小径ギヤ４２ｂを３６０°未満の範囲で回転自在とする。この場合、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂを別個独立のものとすることができる。
図８は、大径ギヤと小径ギヤとに分割された本実施形態における２段変速ギヤを示す斜視図である。図８において、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとが同軸で、嵌合および離脱可能に構成されている。すなわち、本実施形態においては、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとを回転自在に連結するだけでなく、モータからの駆動力を定着ユニット２０へ伝えるために、小径ギヤ４２ｂが大径ギヤ４２ａと同様に回転するように連結される。大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂの間の駆動伝達手段としては、例えば小径ギヤ４２ｂから大径ギヤ４２ａに向かって延設された例えば扇形の突起４３を設け、この突起４３を大径ギヤ４２ａに設けられた係合部としての扇形の孔または窪み４４で受けるようにすることにより、別部品を必要とすることなく、それぞれのギヤの一部分を利用して連結することができ、これによって、２段変速ギヤ４２における二つのギヤ４２ａおよび４２ｂ相互間の連結に要するコストを削減することができる。

また、定着ユニット２０の装置本体側への装着時に小径ギヤ４２ｂを負荷無く動かすことができるので、少ない力で定着ユニット２０を装置本体に装着することができる。この場合、扇形の突起４３および／または扇形の孔若しくは窪み４４を各ギヤにおけるリブ形状の一部として形成することもできる。なお、２分割した２段変速ギヤを、装置本体側でなく、定着ユニット２０側に設けても同様の作用効果を奏する。

以下、このような構成の本実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する。図２および図３に示した定着ユニット２０を画像形成装置本体へ装着する際は、定着ユニット２０を装置本体の例えばモールド側板に設けられたスライドレール５３（後述する図１３参照）に沿って挿入する。すなわち、定着ユニット２０を容易に置くことのできる所定位置αから、本体装置内部へ例えば水平方向に移動させて定着ユニット２０の第３のギヤ２３と装置本体側の第２のギヤ４２ｂとが噛み合う位置βまで挿入する。
このとき、定着ユニット２０の第３のギヤ２３と装置本体側の第２のギヤ４２ｂの歯の位置が、ギヤの噛み合い状態である山と谷の関係ではなく、山と山が向き合うような状態になっているとギヤ歯同士が干渉するが、本実施形態においては、２段変速ギヤ４２を大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとで構成し、小径ギヤ４２ｂを大径ギヤ４２ａに対して３６０°未満の範囲で回動自在に設けたことにより、良好な噛み合い状態になるまで小径ギヤ４２ｂを回転させながら定着ユニット２０を装置本体へ押し込むことができ、第３のギヤ２３を２段変速ギヤ４２の小径ギヤ４２ｂに噛み合わせ、これによって定着ユニット２０を装置本体に装着する。

本実施形態によれば、２段変速ギヤ４２を大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとで構成し、小径ギヤ４２ｂを大径ギヤ４２ａに対して３６０°未満の範囲で回動自在に設けると共に、小径ギヤ４２ｂに大径ギヤ４２ａに向かって延設された突起４３を設け、第１のギヤ４２ａに前記突起４３が係合する扇形の孔または窪み４４を設け、小径ギヤの突起４３を大径ギヤの孔または窪み４４に係合させることによって両者を連結するようにしたので、定着ユニット２０を装置本体へ装着する際の負荷を著しく低減することができる。また、定着ユニット２０を装置本体に対して着脱自在とするための必要部品点数が減少し、製作コストの低減を図ることができる。

本実施形態において、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとを連結するための突起４３および扇形の孔若しくは窪み４４を、例えば４個とし、当該ギヤの円周方向に沿って同一円周上に均等配置することが好ましい。図９は、大径ギヤ４２ａに向かって延びる複数の突起４３がギヤ４２ａの円周方向に沿って均等に配置された小径ギヤ４２ｂを示す斜視図である。このように、突起４３を均等配置することによって、回転自在となる移動量を制御でき、かつ両ギヤの連結部にかかる負荷を分散させることができるので、耐久性が向上する。

本実施形態において、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとを連結する突起４３およびこの突起４３が嵌合する扇形の孔若しくは窪み４４は各ギヤの同一円周上に設けられるが、その円周を形成する円の半径は、小径ギヤ４２ｂの半径以上で、かつ大径ギヤ４２ａの半径以下であることが好ましい。これによって、力のモーメントにより両ギヤの係合部に作用する力を低減することができるので、耐久性が向上するだけでなく、係合部の部材形状を小さくすることができ、必要経費をより低減することができる。

小径ギヤ４２ｂは、上述したように大径ギヤ４２ａに対して３６０°未満の範囲で回転自在となっているが、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとの位置関係によっては、定着ユニット２０を装置本体に装着する際、図１０に示すように定着ユニット側の第３のギヤ２３により装置本体側ギヤである第２のギヤ４２ｂが回転自在に動くはずの方向にスペースがない場合も考えられる。このような場合、小径ギヤ４２ｂが回転自在の構成となっていても回転自在に動かないので、結局、定着ユニット２０の装着時に大きな力が必要となる。そこで、本実施形態においては、図１１に示したように、２段減速ギヤ４２の大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとの連結部に弾性体として例えばバネ部材４５を装着し、定着ユニット２０を装置本体から外したときには必ず定着ユニット２０の装着時に小径ギヤ４２ｂが受ける力の向きとは逆方向に力を加えることで、定着ユニット２０の装着時に小径ギヤ４２ｂが回転自在に動くスペースを確保するようにすることが好ましい。これによって、常に少ない力で定着ユニット２０を装置本体に装着することができる。

また、本実施形態において、作像ユニットはプロセスカートリッジであることが好ましい。図１２は、本実施形態で適用されるプロセスカートリッジを示す図である。図１２において、プロセスカートリッジとしての感光体ユニット２００Ａおよび現像ユニット２００Ｂが記載されている。感光体ユニット２００Ａは感光体ドラム３と、この感光体ドラム３の周囲近傍に設けられた帯電ローラ７、クリーニングローラ７Ｂ、クリーニングブレード１１Ｂ、トナー搬送オーガ１１Ｃとから主として構成されている。このように作像ユニットをプロセスカートリッジとすることによって、少ない力でプロセスカートリッジを装置本体に装着または脱離させることできるので、高いユーザビリティーを提供できる。

本実施形態において、装置本体側に、該装置本体に装着される定着ユニット位置決め用の位置決めピンを設け、定着ユニット側にこの位置決めピンに係合する切欠部を設けることが好ましい。図１３は、定着ユニット位置決めピン５１を有する装置本体５４と、この装置本体５４に装着される定着ユニットであって位置決めピン５１に嵌合する切欠部５２を有する定着ユニット２０を示す図である。このような構成とすることによって、定着ユニット２０の装置本体５４への装着状態が安定する。なお、装置本体５４にスイライドレール５３に沿って定着ユニット２０を装着する際、第３のギヤ２３と第２のギヤである小径ギヤ４２ｂにユニットの着脱方向だけでなく、位置決めピン５１が切欠部５２と嵌合する場合に力が作用する方向、例えば鉛直方向に力がかかり、ギヤ同士の噛み合いによる回転負荷が増大するが、本実施形態においては、上述したように、２段変速ギヤ４２を大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂとで構成し、小径ギヤ４２ｂを大径ギヤ４２ａに対して３６０°未満の範囲で回動自在に設けたことにより、装置本体５４の位置決めピン５１への定着ユニットの切欠部５２の嵌合によるユニット取り付け負荷が減少するので、少ない力で定着ユニット２０を装置本体に装着することができる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。 作像ユニットの一つである定着ユニットの斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。 本実施形態における本体装置側の駆動ギヤ列を示す斜視図である。 図４の２段減速ギヤ部分を示す図である。 ギヤ列の間に回転が自由となる部分が無い状態を示す説明図である。 第３ギヤと第２ギヤとの噛み合い位置と定着ユニット２０の移動方向との関係を示す図である。 本実施形態における２段変速ギヤを示す斜視図である。 本実施形態における小径ギヤの一例を示す斜視図である。 第３ギヤと第２ギヤとの係合状態を示す図である。 連結部に弾性体が配置された大径ギヤと小径ギヤを示す図である。 本実施形態で適用されるプロセスカートリッジを示す図である。 位置決めピンを有する装置本体と、切欠部を有する定着ユニットを示す図である。

符号の説明

３：感光体ドラム（像担持体）
７：帯電ローラ
７Ａ：芯金
７Ｂ：クリーニングローラ
１１Ｂ：クリーニングブレード
１１Ｃ：トナー搬送オーガ
２０：定着ユニット
２１：定着ローラ
２２：加圧ローラ
２３：第３のギヤ（ユニットギヤＡ）
４０：本体装置側の駆動ギヤ列
４１：モータ
４２：２段変速ギヤ
４２ａ：大径のギヤ
４２ｂ：小径のギヤ
４３：突起
４４：扇形の孔若しくは窪み
４５：バネ部材
５１：位置決めピン
５２：切欠部
５３：スライドレール
５４：装置本体
１００：画像形成装置
２００Ａ：感光体ユニット
２００Ｂ：現像ユニット

Claims (3)

1. 駆動装置と、この駆動装置によって駆動される第１のギヤと、この第１のギヤと同軸に形成され、第１のギヤと共に回動する第２のギヤとを備えた装置本体と、
   この装置本体の前記第２のギヤと噛み合う第３のギヤを備え、前記装置本体に対して着脱自在に設けられた作像ユニットとを有する画像形成装置において、
   前記装置本体の前記第２のギヤは前記第１のギヤに対して３６０°未満の範囲で回動自在であり、
   前記第２のギヤは、前記第１のギヤとは独立に設けられ、かつ前記第１のギヤに向かって延設された係合用の突起を有し、前記第１のギヤは、前記第２のギヤの係合用の突起と係合する係合部を有し、
   前記係合用の突起およびこの突起と係合する係合部は複数個あり、前記第１のギヤまたは第２のギヤの周方向に沿って同一円周上に均等に配置され、
   前記円周を形成する円の半径は、前記第２のギヤの半径以上、第１のギヤの半径以下であり、
   前記第１のギヤと第２のギヤの連結部に弾性体を介在させ、前記作像ユニットを装置本体から離脱させた際、前記第１のギヤと第２のギヤとの接合部に前記第２のギヤが回動するための所定のスペースを確保した
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記装置本体は位置決めピンを備え、前記作像ユニットは前記位置決めピンと係合する切欠部を備えている
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、
   前記作像ユニットはプロセスカートリッジである
   ことを特徴とする画像形成装置。

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