JP5383523B2 - 画像形成装置の回転伝達機構 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成装置において、感光体ドラムにモータの回転を伝達する回転伝達機構に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、帯電工程及び露光工程で感光体ドラムの表面に形成した静電潜像を現像工程でトナー像に顕像化した後、転写工程で感光体ドラムの表面から用紙に転写する。画像形成装置は、感光体ドラムの周囲に帯電器、露光ユニット、現像ユニット、転写器、クリーニングユニットを配置し、感光体ドラムを回転させることで感光体ドラムの表面を繰り返し画像形成に使用する。高品質の画像を形成するためには、感光体ドラムを安定した速度で回転させる必要がある。

従来の画像形成装置では、感光体ドラムを回転させるために、感光体ドラムの一端に被駆動側ギアであるドラムギアを固定し、モータの回転軸に固定された駆動側ギアであるモータギアとの間に複数の中間ギアを配置した回転伝達機構を備えている（例えば、特許文献１参照。）。

ドラムギアは、感光体ドラムの一端側に圧入されるためにある程度の弾性が要求され、感光体ドラムとともに交換されるために比較的廉価であることが必要であり、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂を素材として形成される。一方、モータギアは、感光体ドラム及びドラムギアの５倍以上の寿命が要求されるため、真鍮等の金属材料で構成されている。

また、ドラムギアとモータギアとの間の複数の中間ギアは、所定の減速比を実現するとともに、省スペース化を図るべく、少なくとも一部に２段ギアが用いられる。例えば、入力側がモータギアに噛合する第１の２段ギアの出力側と、出力側がドラムギアに噛合する第２の２段ギアの入力側と、を噛合させる。従来の２段ギアは、ポリアセタール（ＰＯＭ）等のエンジニアリングプラスチックを素材として入力側と出力側とを同軸上に一体に形成している。

特開２０００−２９３００２号公報

しかし、第２の２段ギアの素材としてＰＯＭを用いると、ＰＣ製のドラムギアと接触する第２の２段ギアの出力側がドラムギアよりも磨耗し易くなる。これに対して、第２の２段ギアの素材としてカーボンファイバ含有樹脂等のＰＣよりも削れ難い材料を用いると、第２の２段ギアの入力側に接触するＰＯＭ製の第１の２段ギアの出力側がドラムギアよりも磨耗し易くなる。何れにしても、中間ギアが被駆動側のギアであるドラムギアよりも早期に磨耗し、モータの回転を感光体ドラムの寿命の間に安定して伝達することができなくなる。

このような問題は、感光体ドラムに回転を供給する回転伝達機構だけでなく、現像ローラ等の駆動源であるモータに比較して寿命の短い被駆動部材に、モータギア、中間ギア及び被駆動側ギアを介してモータの回転を供給する回転伝達機構においても、同様に生じる。

この発明の目的は、２段ギアの入力側と出力側とを互いに異なる素材で構成することで、中間ギアの一部が被駆動側ギアよりも早期に磨耗することを防止し、モータの回転を被駆動部材に安定して伝達できる画像形成装置の回転伝達機構を提供することにある。

この発明の画像形成装置の回転伝達機構は、少なくとも１つの駆動側ギアと少なくとも１つの被駆動側ギアとの間に中間ギアを備え、モータの回転を駆動側ギアから中間ギア及び被駆動側ギアを介して、被駆動ギアと一体的に交換される被駆動部材に伝達する。中間ギアは、駆動側ギアに噛合する入力側ギアと被駆動側ギアに噛合する出力側ギアとの２分割に構成され、入力側ギアと出力側ギアとを同軸上で拘束する係合部材を備えている。入力側ギアは出力側ギアより柔軟な素材で構成されている。出力側ギアは被駆動側ギアよりも硬い素材で構成されている。

この構成では、モータの回転を被駆動部材に伝達するギア列の一部に、入力側ギアと出力側ギアとを異なる素材で構成した２分割の２段ギアが、中間ギアとして配置される。出力側ギアは、被駆動側ギアよりも硬い素材で構成されているため、被駆動側ギアよりも先に磨耗することがない。したがって、中間ギアが被駆動側ギアとの噛合によって早期に磨耗することがなく、モータの回転が被駆動部材に安定して伝達される。

この構成において、中間ギアの入力側ギアに噛合する駆動側ギアは、中間ギアの出力側ギアに噛合する被駆動側ギアよりも柔軟な素材で構成することが好ましい。中間ギアが駆動側ギアとの噛合によって早期に磨耗することを防止でき、モータの回転を中間ギアを介して被駆動部材に安定して伝達することができる。

また、係合部材は、中間ギアの軸方向及び半径方向について入力側ギアと出力側ギアとを拘束する第１の係合部材と、中間ギアの周方向について入力側ギアと出力側ギアとを拘束する第２の係合部材と、からなるものとすることが好ましい。入力側ギアと出力側ギアとの一体化と、入力側ギアから出力側ギアへの回転の伝達と、のそれぞれを第１の係合部材と第２の係合部材とに分担させることができ、入力側ギアから出力側ギアへ長期間にわたって安定して回転を伝達することができる。

さらに、中間ギアの入力側ギアをこれに噛合する駆動側ギアと同一の素材で構成することが好ましい。中間ギアの入力側ギア及びこれに噛合する駆動側ギアにおける磨耗を防止して、モータの回転を被駆動部材に安定して伝達できる。

これらの構成は、前記被駆動部材を被駆動側ギアと一体的に交換する場合に好適である。

この発明によれば、駆動側ギア、中間ギアの早期の磨耗を防止することができ、モータの回転が被駆動部材に安定して伝達することができる。

この発明の実施形態に係る回転伝達機構が用いられる画像形成装置の概略図である。 同回転伝達機構の外観図である。 同回転伝達機構を構成する各ギアの諸元値を示す図である。 同回転伝達機構に含まれる第２の中間ギアの分解図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、同第２の中間ギアの平面図、Ｘ−Ｘ部断面図、Ｙ−Ｙ部断面図である。

以下に、この発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、画像形成装置１００は、画像読取部１２、画像形成部１４、給紙部１８及び制御部１９０を有する装置本体１９、並びに後処理装置２０を備える。画像読取部１２は、原稿の画像を読み取って画像データを生成する。画像形成部１４は、用紙に対して画像形成処理を実行する。給紙部１８は、画像形成部１４に対して用紙を１枚ずつ供給する。制御部１９０は、装置本体１９の各部及び後処理装置２０を統括して制御する。後処理装置２０は、画像形成部１４で画像形成処理が施された用紙に対して後処理を実行する。

装置本体１９の画像読取部１２と画像形成部１４とによって上下に挟まれた空間には、胴内排紙部１６が設けられている。

画像読取部１２は、原稿台１２６上の原稿の画像を読み取るように構成された光学系ユニット１２８、及び原稿載置台１２２上の原稿を原稿台１２６の原稿読取位置へ順次に搬送する自動原稿搬送ユニット１２４を備える。

画像形成部１４は、画像読取部１２の下に配置される。画像形成部１４は、用紙搬送路１８６に接するように配置された感光体ドラム１４２を回転自在に備える。感光体ドラム１４２は、この発明の被駆動部材である。感光体ドラム１４２の周囲には、帯電装置１４３、露光装置１４４、現像装置１４６、転写装置１４８、及びクリーニング装置１５０が配置される。感光体ドラム１４２は、例えば寿命を２４０００枚程度に設定されており、２４０００枚程度の用紙に対する画像形成処理後に交換される。

帯電装置１４３は、感光体ドラム１４２を所定電位に均一に帯電させる。露光装置１４４は、感光体ドラム１４２を露光して感光体ドラム１４２上に静電潜像を形成する。現像装置１４６は、感光体ドラム１４２に現像剤を供給して、感光体ドラム１４２上の静電潜像を現像する。転写装置１４８は、感光体ドラム１４２上の現像剤像を用紙に転写する。クリーニング装置１５０は、感光体ドラム１４２上に残留した現像剤等を回収する。

画像形成部１４はさらに、用紙搬送路１８６における感光体ドラム１４２の下流側に定着装置１５２を備える。定着装置１５２は、用紙に転写された現像剤像を熱と圧力とによって用紙に定着する。用紙搬送路１８６における定着装置１５２の下流側には、画像形成処理された用紙を後処理装置２０へ導入する導入ローラ１５４が設けられる。導入ローラ１５４は、胴内排紙部１６の右側面に配置される。

給紙部１８は、用紙を収容する用紙収容カセット１８２を複数備える。各用紙収容カセット１８２には、用紙を１枚ずつ用紙搬送路１８６へ送り出す送り出し機構が設けられる。給紙部１８はさらに、用紙を画像形成部１４へ供給するタイミングを調整するための１対のレジストローラ１８４を備える。

図２に示すように、感光体ドラム１４２の背面側の端部には、ドラムギア４が圧入されている。ドラムギア４は、この発明の被駆動側ギアであり、画像形成装置１００の背面側フレーム２００から水平に延出した軸２０１に外嵌しており、感光体ドラム１４２と一体的に軸２０１周りに回転自在に支持されている。ドラムギア４は、一例としてポリカーボネート（ＰＣ）を素材として構成されている。ＰＣは、感光体ドラム１４２の端部に圧入するために十分な弾性を備えており、感光体ドラム１４２の寿命に比較して十分な耐久性を備えている。

モータ３００は、回転軸にモータギア１を固定して備えている。モータギア１は、背面側フレーム２００の孔部２０２から前面側に突出している。モータギア１は、一例として真鍮等の金属材料を素材として形成されている。

軸２０１には、第１の中間ギア２が外嵌している。第１の中間ギア２は、入力側ギア２１と出力側ギア２２とを同軸上に配置した２段ギアである。第１の中間ギア２は、一例としてポリアセテート（ＰＯＭ）を素材として入力側ギア２１と出力側ギア２２とを一体的に形成したものであり、モータギア１とともにこの発明の駆動側ギアを構成している。

第２の中間ギア３は、この発明の中間ギアであり、背面側フレーム２００から水平に延出した軸２０３に外嵌して回転自在に支持されている。中間ギア３は、入力側ギア３１と出力側ギア３２とを備えている。入力側ギア３１は、中間ギア２と同一のＰＯＭを素材として構成されている。出力側ギア３２は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）をベースとするカーボンファイバ含有樹脂を素材として構成されている。入力ギア３１および出力側ギア３２は、個別に成形された後、同軸上で一体化されて２段ギアを構成する。

モータ３００の回転軸の回転は、モータギア１から入力側ギア２１、出力側ギア２２、入力側ギア３１、出力側ギア３２、ドラムギア４をこの順に経由して感光体ドラム１４２に伝達される。モータギア１、入力側ギア２１、出力側ギア２２、入力側ギア３１、出力側ギア３２及びドラムギア４がこの発明の回転伝達機構に相当する。

中間ギア３の入力側ギア３１は、中間ギア２の出力側ギア２２と噛合する。図３に示すように、入力側ギア３１と出力側ギア２２とは、同一の素材で構成されているため、噛合によって互いに削れることがなく、早期に磨耗することがない。

中間ギア３の出力側ギア３２は、ドラムギア４と噛合する。出力側ギア３２の素材であるカーボンファイバ含有樹脂は、ドラムギア４の素材であるＰＣよりも硬く削られ難いため、ドラムギア４との噛合によって削れることがなく、早期に磨耗することがない。

即ち、削れによるギアの磨耗がギアの歯に作用する負荷によって生じると考えると、ギアの歯に作用する負荷は回転数比×歯面に作用する力と考えることができる。図３に示すように、入力側ギア２１に噛合するモータギア１とドラムギア４に噛合する出力ギア３２とに作用する負荷は、他のギアに作用する負荷よりも大きい。そこで、モータギア１の素材を、モータギア１が噛合する入力側ギア２１の素材であるＰＯＭに比較して硬い真鍮としている。また、出力側ギア３２の素材を、出力側ギア３２が噛合するドラムギア４の素材であるＰＣよりも硬いカーボンファイバ含有樹脂（６／６ＰＡ＋ＣＦ）としている。他のギアよりも大きい負荷が作用するモータギア１及び出力側ギア３２を噛合する相手のギアの素材よりも硬くしているため、モータギア１及び出力側ギア３２に削れによる磨耗を生じ難い。

また、互いに噛合する出力側ギア２２と入力側ギア３１とは、同一素材である上に、歯数が近似している。このため、出力側ギア２２と入力側ギア３１とは、それぞれに作用する負荷に大きな差がなく、一方に削れによる磨耗を生じ難い。

なお、金属材料である真鍮を素材とするモータギア１に噛合する入力側ギア２１は、真鍮に比較して十分に柔軟なＰＯＭを素材として構成されている。しかし、入力側ギア２１は、図３に示すように、モータギア１に比較して十分に大きい歯数を有しているため、モータギア１との噛合によって削れ難く、早期に磨耗することがない。

画像形成装置１００の回転伝達機構のうち、消耗品である感光体ドラム１４２とともに交換されるドラムギア４を除くモータギア１並びに中間ギア２，３が、感光体ドラム１４２の寿命よりも早期に磨耗することを防止できる。このため、感光体ドラム１４２の寿命の間において、モータ３００の回転を感光体ドラム１４２に正確に伝達することができ、感光体ドラム１４２の回転ムラによる画質の劣化を防止することができる。

図４及び図５に示すように、中間ギア３は、個別に成形された入力側ギア３１と出力側ギア３２とからなる。入力側ギア３１は、円筒状のボス部の周面の３カ所に段部３１１が形成されており、ボス部から出力側ギア３２に向けて延出した係合片３１２が形成されている。出力側ギア３２は、一方の端部から入力側ギア３１に向けて延出した３個の突起３２１が形成されており、内周面の３カ所に凹部３２２が形成されている。係合片３１２及び凹部３２２がこの発明の第１の係合部材に相当し、段部３１１及び突起３２１がこの発明の第２の係合部材に相当する。

各係合片３１２は、先端部に傾斜面を有し、入力側ギア３１の半径方向に弾性変形自在にされている。入力側ギア３１を出力側ギア３２に近づけていくと、３個の係合片３１２は、半径方向に互いに近接する方向に弾性変形した後、先端部が３カ所の凹部３２２のそれぞれの位置に達した時に弾性力によって復元して３カ所の凹部３２２のそれぞれに係合する。３個の係合片３１２がそれぞれ３カ所の凹部３２２に係合することにより、入力側ギア３１と出力側ギア３２とが同心上で中間ギア３の軸方向について互いに拘束される。

このとき、３個の突起３２１が、それぞれ３カ所の段部３１１に中間ギア３の軸方向に嵌入する。各突起３２１の周方向の幅は、各段部３１１の周方向の幅に等しくされている。３個の突起３２１がそれぞれ３カ所の段部３１１に嵌入することにより、入力側ギア３１と出力側ギア３２とが中間ギア３の周方向について互いに拘束される。

入力側ギア３１と出力側ギア３２との周方向の拘束によって入力側ギア３１の回転が出力側ギア３２に伝達され、出力側ギア３２は入力側ギア３１と一体的に回転する。この状態は、入力側ギア３１と出力側ギア３２との軸方向の拘束によって維持される。

出力側ギア２２から入力側ギア３１に伝達された回転は、入力側ギア３１の段部３１１と突起３２１との周方向の係合により、出力側ギア３２に伝達される。一方、入力側ギア３１と出力側ギア３２との一体化は、凹部３２２と係合片３１２との半径方向及び軸方向の係合によって維持される。入力側ギア３１と出力側ギア３２との一体化のための機能を担う凹部３２２と係合片３１２とには、回転方向の力を作用させる必要がない。このため、凹部３２２と係合片３１２とによって、入力側ギア３１と出力側ギア３２とを一体化させた状態を確実に維持することができる。

係合片３１２及び凹部３２２の数は同数であることを条件に３個に限るものではなく、段部３１１及び突起３２１の数も同数であることを条件に３個に限るものではない。また、係合片３１２を出力側ギア３２に形成するとともに凹部３２２を入力側ギア３１に形成することもできるが、弾性変形自在に設けるべき係合片３１２は出力側ギア３２よりも柔軟な素材で構成された入力側ギア３１に形成することが好ましい。

この発明の回転伝達機構は、単一の駆動側ギア及び単一の被駆動側ギアを備えた構成に限らず、複数の駆動側ギア及び複数の被駆動側ギアを備えたものであってもよい。また、上記の構成は、画像形成装置１００における他の消耗品、例えば現像ユニットの現像ローラにモータの回転を伝達する回転伝達機構にも同様に適用することができる。

なお、この発明の中間ギアとして、上述の実施形態では単一の２段ギア（中間ギア３）を備えているが、複数の２段ギアを備えることもできる。この場合には、複数の２段ギアのうち、最も駆動側に位置する２段ギアの入力側ギアを駆動側ギアの出力側ギアと同一の素材とし、最も被駆動側に位置する２段ギアの出力側ギアをドラムギア４よりも硬いカーボンファイバ含有樹脂で形成する。最も駆動側に位置する２段ギアの出力側ギア及び最も被駆動側に位置する２段ギアの入力側ギアは、これらの間に位置するギアとともに同一の素材で形成する。したがって、この発明の中間ギアを複数の２段ギアで構成する場合、少なくとも最も被駆動側に位置する２段ギアを上述の実施形態における中間ギア３とすればよく、最も被駆動側に位置する２段ギア以外は駆動側ギアの出力側ギアと同一の素材で一体的に形成できる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１−モータギア
２−第１の中間ギア
３−第２の中間ギア
４−ドラムギア
１０−回転伝達機構
２１−入力側ギア
２２−出力側ギア
３１−入力側ギア
３２−出力側ギア
１００−画像形成装置
１４２−感光体ドラム

Claims (6)

1. 少なくとも１つの駆動側ギアと少なくとも１つの被駆動側ギアとの間に中間ギアを備え、モータの回転を駆動側ギアから中間ギア及び被駆動側ギアを介して被駆動部材に伝達する画像形成装置の駆動伝達機構であって、
   前記中間ギアを、前記駆動側ギアに噛合する入力側ギアと前記被駆動側ギアに噛合する出力側ギアとの２分割に構成し、前記入力側ギアと前記出力側ギアとを同軸上で一体的に拘束する係合部材を備え、
   前記入力側ギアを、前記出力側ギアより柔軟な素材で構成するとともに、前記出力側ギアを、前記被駆動側ギアよりも硬い素材で構成し、
   前記被駆動部材は、前記被駆動ギアと一体的に交換される画像形成装置の回転伝達機構。
2. 前記中間ギアの前記入力側ギアに噛合する前記駆動側ギアは、前記中間ギアの前記出力側ギアに噛合する前記被駆動側ギアよりも柔軟な素材で構成した、請求項１に記載の画像形成装置の回転伝達機構。
3. 前記係合部材は、前記中間ギアの軸方向について前記入力側ギアと前記出力側ギアとを拘束する第１の係合部材と、前記中間ギアの周方向について前記入力側ギアと前記出力側ギアとを拘束する第２の係合部材と、からなる請求項１又は２に記載の画像形成装置の回転伝達機構。
4. 前中間ギアの前記入力側ギアをこれに噛合する前記駆動側ギアと同一の素材で構成した請求項１乃至３の何れかに記載の画像形成装置の回転伝達機構。
5. 前記被駆動部材は、前記モータ、前記駆動側ギア及び前記中間ギアよりも短寿命の消耗品である請求項１乃至４の何れかに記載の画像形成装置の回転伝達機構。
6. 前記出力側ギアの歯数は、前記被駆動側ギアの歯数よりも少ない、請求項１乃至５の何れかに記載の画像形成装置の回転伝達機構。

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