JP5451028B2

JP5451028B2 - 駆動伝達装置及び画像形成装置

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Publication number: JP5451028B2
Application number: JP2008276286A
Authority: JP
Inventors: 大輔川口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: JP2010106859A

Description

本発明は、駆動軸と被駆動軸を同軸上に接離可能に配置し、係合部を介して駆動軸から被駆動軸に駆動を伝達する駆動伝達装置とこれを備える画像形成装置に関する。

平行芯ズレや角度ズレがある軸間で駆動伝達する手段として、従来よりユニバーサルカップリング（首振りカップリング）が知られている。これに組み合わせる駆動伝達箇所の形状としては、従来、爪形状のものや平行ピンを用いたものがある（例えば、特許文献１や特許文献２を参照）。

特開平９−２３０６５４号公報特開２００２−４８１４８号公報

しかしこれらはいずれも線接触あるいは面接触により駆動を伝達するため、カップリングが首振り運動をしたときに伝達点の位置が大きく変動する。これが振動発生の要因となっていた。

本発明の目的は、駆動軸と被駆動軸との間に軸線ずれが存在した場合に、被駆動側のユニットの振動を防ぐことである。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、回転可能に支持された出力駆動軸と、回転可能に支持された入力駆動軸と、軸線方向にスライド可能に設けられ、前記出力駆動軸の端部に設けられた出力側伝達部と、前記入力駆動軸の端部に設けられた入力側伝達部と、前記出力側伝達部から突起し、凸状の曲面を有する複数の第１係合部と、前記入力側伝達部から突起し、凸状の曲面を有し、前記第１係合部と係合することで前記出力駆動軸から前記入力駆動軸に回転駆動を伝達する複数の第２係合部と、前記出力側伝達部を前記入力側伝達部側へ付勢するバネ部材と、前記出力側伝達部と前記入力側伝達部の少なくとも一方が他方に当接可能に設けられ、他方の伝達部に向けて突出する突起部と、を有し、前記出力側伝達部と前記入力側伝達部とを軸線方向に接離可能に配置し、前記出力側伝達部と前記入力側伝達部の少なくとも一方は、設けられた側の軸に対して半径方向に自由度をもつように設けられた駆動伝達装置において、前記第１係合部もしくは前記第２係合部のいずれか一方の複数の係合部のうち、他の係合部よりも長尺となる係合部を備え、該長尺の係合部は、前記出力側伝達部と前記入力側伝達部とが接近、係合する際に他方の伝達部をガイドするように先端にテーパー面を備えていることを特徴とする。

以上の構成により、駆動軸と被駆動軸との間に軸線ずれが存在しても、被駆動側のユニットの振動を防ぐことができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。

〔画像形成装置〕
図１は画像形成装置の断面図である。図２は画像形成部の１ステーション分の拡大図である。本実施形態では、画像形成装置としてフルカラー複写機を例示して説明する。フルカラー複写機は、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ及びブラックＫの４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成する装置である。以下の説明においては、適宜、ＹＭＣＫの符号を省略して説明する。

図１に示すように、画像形成装置は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色に対応する画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを有する。

カセット１に収納された転写材は、給送部２により給送された後にレジストローラ３に到達する。転写材は、レジストローラ３によって斜行等が補正され、適当なタイミングで転写ベルト４に向かって送り出される。

この間、不図示の原稿読取装置、またはコンピュータの出力装置（不図示）から画像情報信号が送られる。この画像情報信号に応じて、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ上にはそれぞれ各色に対応した潜像が形成される。

一方、レジストローラ３から転写ベルト４に送り出された転写材は、転写ベルト４上に静電吸着される。その後、転写材は、転写ベルト４によって各色画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの下を通過しながら搬送される。

各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにおいては、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの周りに、複数のプロセス手段が配設される。プロセス手段としては、露光ＬＥＤヘッド１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ、現像器１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ、及び注入帯電器１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ等である。これらのプロセス手段を用いることにより、電子写真プロセスを通じて、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの表面に各色のトナー像が形成される。

転写ベルト４と各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋが近接する転写部では転写部材５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設される。これらの作用によって、転写材上に各色のトナー像が順次転写される。

４色のトナー像が転写された転写材は、曲率分離によって転写ベルト４から剥がされる。転写材は定着部６に搬送され、定着部６において加熱及び加圧されることでトナー像の定着を受ける。その後、排出トレイ７上に排出されて複写動作が終了する。

〔プロセスカートリッジ〕
次に、プロセスカートリッジ２１を図２及び図３を用いて説明する。尚、図３はプロセスカートリッジとその駆動系の構成を示す平断面図である。

プロセスカートリッジ２１は感光体ドラム１１と現像器１３及び注入帯電器１４で構成され、これは図３に示すようにキット側板２２、２３を介して一体的に支持されている。そして、このプロセスカートリッジ２１は装置本体に対して前後方向に着脱可能に構成され、一体での交換若しくは部分的な交換・保守が可能である。

感光体ドラム１１はキット側板２２、２３には位置決めされておらず、これを装置本体に装着するときにドラム軸５１に嵌合することによって位置決めされる。

これに対して、現像器１３と注入帯電器１４は、キット側板２２、２３に固定される。キット側板２２、２３の軸受部２４、２５は、現像器１３と注入帯電器１４との間に配設され、軸受部２４、２５にドラム軸５１を嵌合して保持する。

また、キット側板２３から突出したピン２３ａが、本体側板５２の長孔部５２ａの短径部に嵌合する。これによって、キット側板２２、２３と現像器１３及び注入帯電器１４の位置決めがなされる。

また、現像器１３の現像スリーブ１３ａと注入帯電器１４の注入スリーブ１４ａは、それぞれ軸受部２４、２５との距離が予め高精度に調整され、キット側板２２、２３に対して組み付けられる。これによってこれらの現像スリーブ１３ａと注入スリーブ１４ａは、プロセスカートリッジ２１の装置本体への装着時にドラム軸５１に対して半径方向に高精度に位置決めされる。そして、感光体ドラム１１もドラム軸５１に対して位置決めされるため、現像スリーブ１３ａと注入スリーブ１４ａの感光体ドラム１１表面とのクリアランス（ＳＤギャップ）は高精度に設定される。

図３に示すように、現像スリーブ１３ａは駆動軸８１と同軸的に配設され、駆動軸８１からの駆動力が伝達されて駆動される。また注入スリーブ１４ａは駆動軸９１と同軸的に配設され、駆動軸９１からの駆動力が伝達されて駆動される。

駆動軸８１、９１には、電磁クラッチ８３、９３がそれぞれ備えられており、これらは所定のタイミングで回転可能である。

現像スリーブ１３ａの駆動軸８１の先端には、駆動継手としてのカップリング６１が装着されている。カップリング６１によって駆動軸８１から現像スリーブ１３ａに駆動力が伝達される。一方、注入スリーブ１４ａの駆動軸９１の先端には、駆動継手としてのカップリング７１が装着されている。カップリング７１によって駆動軸９１から注入スリーブ１４ａに駆動力が伝達される。

〔駆動伝達部〕
次に、駆動伝達部（駆動伝達装置）の構成について詳細に説明する。図４はスリーブ軸３１及び駆動軸８１の横断面図（図２のＤ−Ｄ断面図）である。図５は図４のＡ−Ａ線断面図（図２のＥ−Ｅ線断面図）である。また図６はスリーブ軸３１の端部に設けられた入力側伝達部６１ａの斜視図である。図７は駆動軸８１の端部に設けられた出力側伝達部６１ｂの分解図である。現像器１３と注入帯電器１４の駆動入力部の構成は同一であるため、以下、現像器１３における駆動伝達部についてのみ説明する。

図４乃至図６に示すように、駆動軸８１と略同一軸線上にあるスリーブ軸３１（被駆動軸）の端部には、入力側係合部材６１１が係合している。入力側係合部材６１１の内径部とスリーブ軸３１の外径部とは嵌合して、スリーブ軸３１の半径方向に入力側係合部材６１１の遊び（ガタ）を無くしている。

入力側係合部材６１１には、スリーブ軸３１と入力側係合部材６１１とを連結する連結ピン６１２が貫通して配設されている。連結ピン６１２がスリーブ軸３１と入力側係合部材６１１を連結する位置には、連結ピン６１２の外径に対応してスリーブ軸３１と入力側係合部材６１１とに嵌合孔が設けられている。

本実施形態では連結ピン６１２の外径をφ２ｍｍとし、スリーブ軸の嵌合孔内径を連結ピン６１２の外径より0〜40μm程度大きく設定している。また入力側係合部材６１１の嵌合孔内径を連結ピン６１２の外径より50〜100μm程度小さく設定している。したがって入力側係合部材６１１の嵌合孔とスリーブ軸３１の嵌合孔とを貫通して連結ピン６１２を挿入すると、連結ピン６１２は入力側係合部材６１１に圧入して固定される。このため、スリーブ軸３１と入力側係合部材６１１とが確実に一体的に固定されている。

尚、本実施形態では連結ピン６１２を挿入する際にスリーブ軸３１が変形することを避けるため、スリーブ軸３１の嵌合孔径を連結ピン６１２の外径よりも大きく設定しているが、これに限るものではない。例えば、スリーブ軸３１の嵌合孔径を連結ピン６１２の外径よりも小さく設定して連結ピン６１２を圧入しても良い。この場合、該箇所での嵌合ガタを無くすことができるため、より大きな振動低減効果が得られる。

入力側係合部材６１１の外周には入力側伝達部６１ａの係合部として係合突起６１１ａが配設されている。係合突起６１１ａは、駆動軸８１の端部に設けられた出力側伝達部６１ｂの係合部としての係合突起６１４ｅと係合して駆動力の伝達を受ける。入力側係合部材６１１において、係合突起６１４ｅと接触する係合突起６１１ａの係合面（図６の斜線部）は、円筒面の一部で形成される。そして、該円筒面の軸線はスリーブ軸３１の軸線と直交している。

尚、図６に示すように、本実施形態では係合突起６１１ａをスリーブ軸３１と直交する平面内で９０度間隔に４箇所配設している。しかしながらこれに限るものではなく、例えば、等角度間隔に２箇所あるいは３箇所、あるいは５箇所以上設けても良い。

スリーブ軸３１はアルミニウムあるいはステンレス鋼によって形成されている。また入力側係合部材６１１はポリアセタール樹脂（POM）、ポリカーボネート樹脂（PC）、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）樹脂、あるいはこれらの樹脂を含有する樹脂材料によって形成されている。

図４、図５、図７に示すように、駆動軸８１の端部には、前述のとおり出力側伝達部６１ｂが配設される。出力側伝達部６１ｂは、出力側係合部材６１４と、スライド部材６１５と、駆動ピン６１３と、付勢バネ６１６と、バネ支台６１７と、止め輪６１８を有している。

図４及び図７に示すように、出力側係合部材６１４の駆動軸８１側は、駆動軸８１の端部が挿入可能になるように、円筒形状に形成された円筒形状部６１４ｆがある。円筒形状部の内径面６１４ａは、装着する駆動軸８１の外径８１ｂよりも大きく設定されている。

本実施形態では内径面６１４ａの内径をφ９ｍｍとし、対向する外径８１ｂをφ６ｍｍとしている。このため、駆動軸８１と出力側係合部材６１４との間には、半径方向の遊び（ガタ）が形成されている。

図７に示すように、円筒形状部６１４ｆの内径面６１４ａには、軸線を挟んで対向する位置に一対の溝６１４ｄが形成される。溝６１４ｄは、後述のスライド部材６１５の突起部６１５ａ（図５参照）と嵌合する。

出力側係合部材６１４において、入力側伝達部６１ａと対向する側の端部には円柱状の係合突起６１４ｅが配設される。係合突起６１４ｅの円柱面の軸線は内径面６１４ａの軸線と平行である。また係合突起６１４ｅは、内径面６１４ａの軸線と直交する平面内で内径面６１４ａの軸線を中心とする同心円上に入力側の係合突起６１１ａに対応する数だけ等角度間隔に設けられている。このように、出力側伝達部６１ｂの係合突起６１４ｅの円筒面と、入力側伝達部６１ａの係合突起６１１ａの円筒面の軸線は、互いに略直交する。

係合突起６１４ｅのうち、一箇所は他の係合突起よりも長尺である。この長尺の係合突起６１４ｅの先端には、出力側係合部材６１４の装着側の軸方向にテーパー面６１４ｃを有する構成となっている。このテーパー面６１４ｃは、出力側伝達部６１ｂと入力側伝達部６１ａとが接近、係合する際に、係合突起６１１ａをガイドする。

この構成により、出力側係合部材６１４が入力側係合部材６１１と接近した後係合をする時には、テーパ―面６１４ｃが最初に入力側係合部材６１１と接触し、出力側係合部材６１４を案内する。したがって、入力側の係合突起６１１ａと出力側の係合突起６１４ｅとが対向する姿勢にてプロセスカートリッジの挿入がなされた場合でも、入力側の係合突起６１１ａと出力側の係合突起６１４ｅとの係合がスムーズに果たされる。

図５に示すように、出力側係合部材６１４のうち、係合突起６１４ｅが設けられた側の端部には、内径面６１４ａの軸線上で、入力側伝達部６１ａ方向に突出する位置規制突起６１４ｂ（突起部）が設けられている。

位置規制突起６１４ｂは、入力側伝達部６１ａと出力側伝達部６１ｂとが係合した状態にて入力側係合部材６１１と出力側係合部材６１４との間に軸線方向に一定の隙間を空ける作用がある。

このため、本実施形態においては、位置規制突起６１４ｂはスリーブ軸３１の軸線上の一端に当接しているが（図４及び図５参照）、これに限るものではない。即ち、スリーブ軸３１の略軸線上にあれば、入力側伝達部６１ａの一部に当接してもよい。

また、位置規制突起６１４ｂがあることで、係合部が変位するときに所定の自由度の範囲内で装着側の軸に対して変位動作を行う際には、位置規制突起の先端が変位支点となる作用がある。

スライド部材６１５は、出力側係合部材６１４と付勢バネ６１６との間に配設され、且つ内部に駆動軸８１の端部を貫通させた円筒形の部材である。スライド部材６１５の端部のうち、出力側係合部材６１４側の内径は、出力側係合部材６１４の円筒形状部６１４ｆの外径よりも大きく設定され、両者が嵌合可能である。

図７に示すように、スライド部材６１５の軸線を挟んで対向する円筒形状部６１４ｆの側面には、一対の溝孔６１５ｂが形成されている。溝孔６１５ｂの周囲には内径方向に突起部６１５ａ（図５参照）が形成され、装着状態において出力側係合部材６１４の溝６１４ｄと嵌合する。

図４に示すように、スライド部材６１５の円筒部の一部には半径方向に弾性的に変形可能な係止爪６１５ｇ（パッチン爪）が形成される。出力側係合部材６１４の円筒形状部６１４ｆの外径面に形成された溝部６１４ｇに係止爪６１５ｇを引っ掛けることにより、これらを一体的に固定している。

スライド部材６１５は、ポリアセタール樹脂（POM）、ポリカーボネート樹脂（PC）、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）樹脂、あるいはこれらの樹脂を含有する樹脂材料によって形成されている。このため、駆動ピン６１３となめらかに摺動することができる。

図７に示すように、駆動ピン６１３は、出力側係合部材６１４の溝６１４ｄ及びスライド部材６１５の溝孔６１５ｂとを貫通して、駆動軸８１の端部に設けられた孔８１ａに圧入される。図４及び図５に示すように、駆動ピン６１３により、スライド部材６１５と駆動軸８１とを一体的に結合する。

本実施形態では駆動ピン６１３の外径をφ２ｍｍとしている。スライド部材６１５の溝孔６１５ｂの幅は、駆動ピン６１３の外径よりも0〜40μm程度大きく設定している。このため、出力側係合部材６１４とスライド部材６１５は駆動軸８１に固定された駆動ピン６１３の周りを溝孔６１５ｂの範囲内で自在に変位させることができる。

また、出力側係合部材６１４とスライド部材６１５とを入力側伝達部６１ａ側に付勢するための付勢バネ６１６と、付勢バネ６１６の一方端を支持するバネ支台６１７とは、止め輪６１８によって駆動軸８１に対してその位置を規制され、固定されている。付勢バネ６及びバネ支台６１７があることで、入力側伝達部６１ａと出力側伝達部６１ｂとを軸線方向に接離可能に配置している。

〔出力側伝達部〕
次に出力側伝達部６１ｂの構成について説明する。

図４及び図５に示すように、出力側係合部材６１４とスライド部材６１５とは、付勢バネ６１６によって入力側伝達部６１ａ側に付勢される。このとき、入力側伝達部６１ａと出力側伝達部６１ｂとが係合した状態では、位置規制突起６１４ｂが、付勢バネ６１６の付勢方向に対向する位置にあるスリーブ軸３１に当接する。すると、出力側係合部材６１４は、その移動が規制され、付勢バネ６１６によって付勢されたスライド部材６１５が出力側係合部材６１４に対して押し込まれる。

次に出力側伝達部６１ｂの動作について説明する。図８は出力側伝達部６１ｂを駆動ピン６１３と平行な方向から見た図である。図９は図８の矢印Ｆ方向から出力側伝達部６１ｂを見た図である。

図８及び図９に示すように、スライド部材６１５が出力側係合部材６１４に対して押し込まれた状態において、駆動ピン６１３は溝孔６１５ｂのおよそ中央に位置する。このとき、出力側係合部材６１４とスライド部材６１５は、駆動ピン６１３を中心として矢印Ａ方向に変位（首振り）可能である。また溝孔６１５ｂがあることによって、矢印Ｂ方向へも変位可能である。またそれぞれの方向の変位が組み合わさることで駆動軸８１周りの全方位へ変位可能である。

本実施形態においては、出力側伝達部６１ｂは、入力側伝達部６１ａに対して駆動軸８１の軸線に対して半径方向に自由度をもって装着されているが、これに限るものではない。即ち、入力側伝達部６１ａと出力側伝達部６１ｂの少なくとも一方が軸線から半径方向に自由度をもって装着されていればよい。

図１０はスリーブ軸３１と駆動軸８１に軸線ずれがある状態での入力側伝達部６１ａと出力側伝達部６１ｂとの係合状態を示す図である。図１１は図１０の状態を逆側から見た図である。図１２は図１０の状態を矢印Ｇ方向から見た図である。

前述のように、スリーブ軸３１は駆動軸８１に対して直接に位置決めするものではない。このため、介在する部品公差を積み上げた量だけ軸線ずれ（芯ずれ）が生じる。

本実施形態では、首振り自在な出力側係合部材６１４とスライド部材６１５によって、駆動軸８１とスリーブ軸３１とが連結されている。このため、駆動軸８１とスリーブ軸３１との間に軸線ずれ（芯ずれ）があっても、駆動軸８１からスリーブ軸３１への駆動力の伝達を出力側係合部材６１４とスライド部材６１５によって円滑に行うことができる。従って、被駆動ユニットであるプロセスカートリッジ２１の振動を低減することができる。この理由を以下に詳細に説明する。

図１０、図１１、図１２に示すようにスリーブ軸３１と駆動軸８１に軸線ずれがある状態では、出力側係合部材６１４及びスライド部材６１５が変位する。これにより、軸線のずれを許容しつつ、入力側係合部材６１１と出力側係合部材６１４とは係合している。

このとき、入力側の係合突起６１１ａと出力側の係合突起６１４ｅとの係合面は軸線が互いに略直交する円筒面である。このため、これらの部材の接触状態は四つの係合箇所の全てで点接触であり、且つ四箇所が同時に接触している。

駆動軸８１が回転すると、出力側係合部材６１４とスライド部材６１５は軸線ずれを許容するような変位姿勢を保ったまま、駆動ピン６１３から回転駆動力を受ける。そして、この回転駆動力を入力側係合部材６１１に伝達する。駆動軸８１が一回転する間に前記四つの係合箇所は常に点接触である。これにより、本実施形態は各係合部が恒常的に点接触して、駆動軸から被駆動軸に回転駆動を伝達している。

また、一つの係合箇所について駆動軸８１が一回転する間の接触点位置の移り変わりに着目すると、接触点は入力側の係合突起の円筒面上を周方向に移動しながら係合状態を保つことが分かる。

またこのとき入力側の係合突起６１１ａの円筒面と出力側の係合突起６１４ｅの円筒面とが相対的に転がって移動することで、接触点の円筒面上の移動が行われる。このため、接触点の移動は連続的かつ滑らかに行われる。このように接触点の移動によって生じる係合部での回転駆動力の変動を抑制することができるため、該箇所での振動の発生を低減でき、被駆動ユニットであるプロセスカートリッジ２１の振動が低減される。

さらに本実施形態においては、円筒面同士が相対的に転がりつつ駆動伝達を行う。このため、駆動を伝達する際の荷重が作用する点は、円筒面上の一定の範囲内に分散して分布する。したがって、係合部の磨耗の進行を抑止することができ、係合部部品の長寿命化が可能である。特に、例えば図１３に示すように円筒面と凸稜線（エッジ）とで係合する場合に比べて、係合部１０８ａ及び１０８ｂの磨耗の進行を抑止することができる。尚、図１３は比較例としての２点係合カップリングの係合状態を示す図である。

次に本実施形態にて特徴的な係合箇所の数について以下に説明を加える。

まず、説明のための比較例として、１８０°位相のずれた２箇所で係合するカップリングで駆動伝達する場合を述べる。図１４は比較例における駆動側と被駆動側のカップリングをモデル化した図である。図１５は比較例における駆動状態が移り変わったときの駆動側と被駆動側のカップリングをモデル化した図である。図１６は比較例における各値を説明するための数式を示す図である。また、図１７は比較例における２点係合カップリングの駆動側カップリングから被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフである。図１８は比較例における２点係合カップリングの被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフである。

駆動軸と被駆動軸に軸線ずれがあるときの駆動状態は図１５のように移り変わる。即ち、図１５（ａ）に示すように、軸線のずれα方向にｚ軸をとると、駆動軸の位相がθ＝0であるとき、図１５（ａ）は駆動側カップリングの駆動伝達点Ａと駆動伝達点Ｂがともに被駆動側カップリングの被駆動伝達面に係合して駆動を伝達する。このとき駆動伝達点Ａと駆動伝達点Ｂが被駆動伝達面に与える力F_A及びF_Bはそれぞれｘ軸と平行な方向であり、これらの合力のｚ軸方向成分は０である。したがって駆動軸と被駆動軸には軸線のずれ方向（ｚ軸方向）に力は作用していない。

次に駆動軸がθ＝θ₁（0＜θ₁＜π）回転したとき図１５（ｂ）を考える。このときは駆動伝達点Ａのみが被駆動伝達面と係合している。駆動伝達点Ａが被駆動伝達面に与える力F_Aは図１５（ｂ）の矢印方向であり、被駆動伝達面に直交する方向である。

ここで駆動軸の回転角θ＝θ₁に対応する角度φ＝φ_１だけ被駆動伝達面は回転している。したがって被駆動伝達面と直交する方向に作用するF_Aは軸線のずれ方向（ｚ軸方向）に分力F_AZを有している。

駆動軸の回転中心と駆動伝達点Ａの距離をｒｐ、非駆動軸中心と駆動伝達点Ｂの距離をｒｑとすると、ｒｑ及びφ_１は、図１６に示す（式１）及び（式２）で表される。

したがって非駆動軸の回転負荷トルクをτとすると、F_A、F_AZの大きさは、（式３）及び（式４）で表される。

次に駆動軸がθ＝π回転したとき図１５（ｃ）を考える。このときはθ＝0であるときと同様に駆動伝達点Ａと駆動伝達点Ｂがともに被駆動側カップリングの被駆動伝達面に係合し、駆動軸と被駆動軸には軸線のずれ方向（ｚ軸方向）に力は作用していない。

次に駆動軸がθ＝θ₂（π＜θ＜2π）回転したとき図１５（ｄ）を考える。このときは駆動伝達点Ｂのみが被駆動伝達面と係合している。駆動伝達点Ｂが被駆動伝達面に与える力F_Bは図１５（ｄ）の矢印方向であり、被駆動伝達面に直交する方向である。θ＝θ₁の場合と同様に駆動軸の回転角θ＝θ₂に対応する角度φ＝φ₂だけ被駆動伝達面は回転している。したがって被駆動伝達面と直交する方向に作用するF_Bは軸線のずれ方向（ｚ軸方向）に分力F_BZを有している。被駆動軸中心と駆動伝達点Ｂの距離をｒsとすると、駆動伝達点Ｂは駆動伝達点Ａと１８０°位相がずれた位置にあるので、ｒs、φ₂、F_B、F_BZは（式１）〜（式４）においてθにθ−πを、φにφ−πを代入した値に等しい。したがって、（式５）〜（式８）と表せる。

図１６における（式２）、（式４）及び（式６）、（式８）より軸線のずれ方向（ｚ軸方向）に被駆動側カップリングに働く力を求めると図１７のようになる。θ＝0とπで駆動伝達する伝達点が切り替わるため、軸線のずれ方向の力は図１７の実線のように二山形状になる。ここで図１７は非駆動軸の負荷トルクを600ｇｆ・ｃｍ（0.0588399Ｎ・ｍ）、軸線のずれ量を0.1ｍｍとして求めている。

図１７より、被駆動側カップリングに働く軸線のずれ方向の力は常に0または負の値であることが分かる。即ち、被駆動側カップリングにはθ＝0とπの瞬間を除いて常に駆動軸側に向けた力が作用する。一方、駆動側カップリングには反作用によって軸線のずれ方向（ｚ軸方向）に常に0または正の値の力が作用する。即ち、駆動側カップリングにはθ＝0とπの瞬間を除いて常に被駆動軸側に向けた力が作用する。これら二つの力によって駆動軸と被駆動軸には互いに近づく方向の力が作用していることになる。

ここで本実施形態に示すように駆動側あるいは被駆動側のカップリングが自由度をもって軸に装着される場合を考える。

このとき、静的状態では自由度を持って装着される側のカップリング（本実施形態では出力側伝達部６１ｂ）が駆動軸と被駆動軸の軸線ずれを許容するように、首振り変位して係合する。ここでさらに駆動力が作用すると、前述の調心力の作用によって自由度をもって装着されたカップリングがさらに変位して他方のカップリングと回転中心が一致する。回転中心が一致すると伝達された力は全て回転モーメントに変換されるために、係合部での振動の発生が起きない。

しかしながら、本実施形態の付勢バネ６１６ような弾性部材などによって自由度をもって装着されたカップリングを元の位置に戻す復元力を作用させる場合には、前記の作用が阻害される場合がある。なぜならば前記復元力は首振り変位したカップリングを元の位置に戻そうとする方向、即ち前記駆動軸と被駆動軸を近づける力とは逆の方向にカップリングに作用するためである。

例えば図１７に示すカップリングに0.1ｋｇｆ（0.980665Ｎ）の復元力が作用した場合を考える。このときの軸線のずれ方向の力を図１８に示す。

図１８のように復元力が作用した場合には、従動側のカップリングに作用する力の合力はT₁、T₂、T₃の範囲で正の値、即ち駆動軸と被駆動軸を離す方向に作用することが分かる。

したがって、この瞬間には自由度をもって装着されたカップリングと他方のカップリングの回転中心がずれてしまうため、駆動伝達箇所で回転モーメントに変換される力以外の力が被駆動側に作用してしまう。この回転中心のずれは駆動軸の回転周期で発生するために回転周期の振動が発生することとなる。

しかしながら、本実施形態では係合箇所を４点とすることで上記問題を解決している。図１９は４点係合カップリングの駆動側カップリングから被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフである。図２０は４点係合カップリングの被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフである。

図１９には軸に固定されπ/2位相のずれた４箇所で係合するカップリングで駆動伝達する場合の軸線のずれ方向の力を示す。尚、駆動軸と被駆動軸の軸線のずれ方向及び座標軸は図１５と同様である。

π/2位相のずれた４箇所で係合する場合には、２箇所で係合する場合と同様にπ/2ごとに４つある駆動伝達点が次々と接触して駆動を伝達する。この結果、被駆動側カップリングに作用する力は図１９の実線で示すような４つ山形状になる。各々の山は図１６の（式４）のθにθ−π/2、θ−π、θ−2π/3を、φにφ−π/2、φ−π、φ−2π/3を各々代入した式で示される曲線の一部である。

ここで図１９は非駆動軸の負荷トルクを600ｇｆ・ｃｍ、軸線のずれ量を0.1ｍｍとして求めている。この場合には軸線のずれ方向の力は常に負の値であり、被駆動側カップリングには常に駆動軸側に向けた力が作用することが分かる。

一方、駆動側カップリングにも反作用によって常に被駆動軸側に向けた力が作用する。図１９より被駆動側カップリングには軸線のずれ方向に常に約0.6ｋｇｆ（5.88399Ｎ）以上の力が作用することが分かる。

ここで、駆動側あるいは被駆動側のカップリングが自由度をもって軸に装着され、該カップリングに0.1ｋｇｆ（0.980665Ｎ）の復元力が作用した場合の軸線のずれ方向の力を図２０に示す。すると、この場合でも被駆動側カップリングに作用する力の合力は常に負であり、常に駆動軸側に向けた力が作用する事が分かる。

したがって自由度をもって装着されたカップリングには、復元力が作用した場合でも常に他方のカップリングとの回転中心を一致させる方向に力が働く。このため、２箇所で係合するときのような振動の発生が防がれる。

前記効果を得るため、図１６の（式４）から得られる力と復元力の合力が常に負の値となるよう復元力の値を設定する。本実施形態では（式４）から得られる力がおよそ−0.6ｋｇｆ〜−0.83ｋｇｆ（−5.88399Ｎ〜−8.13952Ｎ）であるのに対し、復元力を0.05ｋｇｆ〜0.2ｋｇｆ（−0.490332Ｎ〜−1.96133Ｎ）に設定している。

尚、本実施形態では係合箇所を４点としたが、これに限定されるものではなく３点以上の係合箇所を有するカップリングにおいて同様の効果を得ることができる。

尚、本実施形態では出力側係合部材６１４が駆動軸８１の周りに変位可能に構成したが、入力側係合部材６１１がスリーブ軸３１の周りに変位可能に構成しても得られる効果は変わらない。

また、以上の説明において、プロセスカートリッジ２１は現像器１３と注入帯電器１４及び感光体ドラム１１より構成されるものであるが、本発明が適用可能なプロセスカートリッジの構成はこれに限定されるものではない。被駆動軸を有するプロセスカートリッジに対して本実施形態は好適に適用可能である。

次に本実施形態の効果を示す実験の実験装置と実験結果について説明する。図２１は実験装置の構成を示す模式図である。本実験では、図２に示す如く感光体ドラムユニットと現像器ユニットとが一体的に結合されたプロセスカートリッジのスリーブに対し外部のスリーブ駆動軸からカップリングを介して駆動を伝達した。

スリーブとスリーブ駆動軸とには軸線ずれを意図的に設けた。本実験では約１ｍｍの軸線ずれを設定した。

スリーブを回転駆動する際の負荷トルクはスリーブ内部に設けられたマグネットローラーの磁極配置や磁力等によって変動し、これらは現像器によって個々に設定されるものである。したがって本実験ではスリーブを駆動するための負荷トルクを任意に設定できるよう構成した。

本実験ではカップリング部での振動低減の効果を感光体ドラム表面の振動量によって定量化した。前述のように感光体ドラムが振動すると、SDギャップが振動周期で変動して画像の濃淡ムラが生じたり、感光体ドラムに形成される静電潜像に倍率ムラが生じたりする。ドラム表面の振動量は外部に固定されたレーザードップラー式変位センサによって測定した。後述の実験結果は振動の下限と上限の差（P−P値）である。本実験においては感光体ドラムへは駆動を入力していない。したがってプロセスカートリッジに与えられる駆動力はスリーブ駆動軸からの回転駆動のみであり、振動の発生源となるのはスリーブへの駆動入力部のみである。

図２２は本実験の実験結果を示すグラフである。横軸はスリーブの負荷トルクであり、0ｋｇｆ・ｃｍ〜2.6ｋｇｆ・ｃｍ（0Ｎ・ｍ〜0.254972Ｎ・ｍ）の範囲を示している。また縦軸はドラム表面の振動量であり、0μｍから40μｍの範囲を示している。

図２３は比較例における駆動伝達装置の係合姿勢を示す図である。図２４は図２３の状態を逆側から見た図である。図２５は図２３の状態を矢印Ｈ方向から見た図である。図２３乃至図２５において、１００は被駆動軸、１０１は被駆動軸側の係合部材、１０２は駆動軸、１０３は駆動軸側の係合部材、１０４は係合部材１０３が変位する点である。

図２２に、本実施形態で示す点接触タイプの係合部を設けたカップリングを備えた場合の振動量をひし形プロットにて、図２３、図２４、図２５に示す如く爪タイプのカップリングを備えた場合の振動量を丸型プロットにて示す。

図２２より、スリーブの負荷トルクが増すと振動量が比例的に増していることが分かる。これは負荷トルクが増した分、スリーブを回転駆動するための力が増加するが、それと同時に回転駆動に使われる力以外の力（振動の原因となる力）も増したためである。しかしながら、点接触タイプと爪タイプを比較すると、負荷トルクが1.2ｋｇｆ・ｃｍ（0.117679Ｎ・ｍ）の場合において、ドラム表面の振動量は爪タイプで約38μｍであるのが点接触タイプでは約27μmに低減していることが分かる。

図２２の点線及び一点鎖線は得られた実験値を線形近似した線である。点線は点接触タイプを示し、一点鎖線は爪タイプを示す。これらの近似線の傾きを比較すると、点接触タイプの傾きは爪タイプの傾きの約５３％であり、約４７％の振動低減効果が得られていることが分かる。

尚、本実施形態においては、入力側係合部材６１１の係合突起６１１ａを円筒面の一部としたが、これに限るものではない。即ち、接触点の移動は連続的かつ滑らかに行われるために、凸状の曲面であればよい。また、必ずしも入力側係合部材の係合部の面を円筒面の一部とする必要はなく、出力側係合部材の係合部に円筒面の一部の形状を採用することとしてもよい。

また、本実施形態においては、出力側係合部材６１４の係合突起６１４ｅを円筒としたが、これに限るものではない。即ち円筒でなくとも、凸状の曲面であればよい。また、入力側係合部材を複数の円筒を用いて係合させてもよい。

以上のように、本実施形態においては、駆動側と被駆動側の駆動伝達箇所の形状が、それぞれ凸状の曲面にて形成される。さらにそれぞれの軸線が互いに直交するよう構成する。これにより、軸間に平行芯ズレや角度ズレがあってカップリングが首振り運動をした場合でも、駆動伝達点の位置が大きく変動することは無い。また、本実施形態によれば、係合部での磨耗を防ぐことができ、伝達部の長寿命化が可能である。

さらに、本実施形態においては、駆動力の伝達点を多点としている。すると、首振り運動の効果により多点が同時に接触するので、カップリングが１回転する間に生じる力の掛かる方向の変動が低減される。これにより、従来よりも駆動伝達部での振動の低減が可能となる。

画像形成装置の断面図。画像形成部の１ステーション分の拡大図。プロセスカートリッジとその駆動系の構成を示す平断面図。スリーブ軸３１及び駆動軸８１の横断面図（図２のＤ−Ｄ断面図）。図４のＡ−Ａ線断面図（図２のＥ−Ｅ線断面図）。スリーブ軸３１の端部に設けられた入力側伝達部６１ａの斜視図。駆動軸８１の端部に設けられた出力側伝達部６１ｂの分解図。出力側伝達部６１ｂを駆動ピン６１３と平行な方向から見た図。図８の矢印Ｆ方向から出力側伝達部６１ｂを見た図。スリーブ軸３１と駆動軸８１に軸線ずれがある状態での入力側伝達部６１ａと出力側伝達部６１ｂとの係合状態を示す図。図１０の状態を逆側から見た図。図１０の状態を矢印Ｇ方向から見た図。比較例としての２点係合カップリングの係合状態を示す図。比較例における駆動側と被駆動側のカップリングをモデル化した図。比較例における駆動状態が移り変わったときの駆動側と被駆動側のカップリングをモデル化した図。比較例における各値を説明するための数式を示す図。比較例における２点係合カップリングの駆動側カップリングから被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフ。比較例における２点係合カップリングの被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフ。４点係合カップリングの駆動側カップリングから被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフ。４点係合カップリングの被駆動側カップリングに作用する力の推移を示すグラフ。実験装置の構成を示す模式図。本実験の実験結果を示すグラフ。比較例における駆動伝達装置の係合姿勢を示す図。図２３の状態を逆側から見た図。図２３の状態を矢印Ｈ方向から見た図。

符号の説明

１０…画像形成部
２１…プロセスカートリッジ
３１…スリーブ軸
６１…カップリング
６１１…入力側係合部材
６１１ａ…係合突起
６１４…出力側係合部材
６１４ｂ…位置規制突起
６１４ｃ…テーパー面
６１４ｅ…係合突起
６１ａ…入力側伝達部
６１ｂ…出力側伝達部
８１…駆動軸

Claims

回転可能に支持された出力駆動軸と、
回転可能に支持された入力駆動軸と、
軸線方向にスライド可能に設けられ、前記出力駆動軸の端部に設けられた出力側伝達部と、
前記入力駆動軸の端部に設けられた入力側伝達部と、
前記出力側伝達部から突起し、凸状の曲面を有する複数の第１係合部と、
前記入力側伝達部から突起し、凸状の曲面を有し、前記第１係合部と係合することで前記出力駆動軸から前記入力駆動軸に回転駆動を伝達する複数の第２係合部と、
前記出力側伝達部を前記入力側伝達部側へ付勢するバネ部材と、
前記出力側伝達部と前記入力側伝達部の少なくとも一方が他方に当接可能に設けられ、他方の伝達部に向けて突出する突起部と、を有し、
前記出力側伝達部と前記入力側伝達部とを軸線方向に接離可能に配置し、
前記出力側伝達部と前記入力側伝達部の少なくとも一方は、設けられた側の軸に対して半径方向に自由度をもつように設けられた駆動伝達装置において、
前記第１係合部もしくは前記第２係合部のいずれか一方の複数の係合部のうち、他の係合部よりも長尺となる係合部を備え、該長尺の係合部は、前記出力側伝達部と前記入力側伝達部とが接近、係合する際に他方の伝達部をガイドするように先端にテーパー面を備えていることを特徴とする駆動伝達装置。
前記出力側伝達部と前記入力側伝達部は少なくとも３箇所で係合することを特徴とする請求項１記載の駆動伝達装置。
前記出力側伝達部の前記第１係合部と前記入力側伝達部の前記第２係合部はそれぞれ円筒面にて形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の駆動伝達装置。
前記突起部は、前記出力側伝達部と前記入力側伝達部との係合状態において他方の伝達部もしくは他方の伝達部が設けられた軸に当接し、前記出力側伝達部あるいは前記入力側伝達部が所定の自由度の範囲内で設けられた軸に対して変位動作を行う際には、前記突起部の先端が変位支点となることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の駆動伝達装置。
装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを有し、装置本体よりプロセスカートリッジに駆動の伝達がなされる画像形成装置において、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の駆動伝達装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。