JP6098185B2 - ２段スプラインカップリングジョイント、及びこれを用いた駆動伝達装置、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、２段スプラインカップリングジョイント、及びこれを用いた駆動伝達装置、画像形成装置に関する。

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では、感光体等の消耗部分をユニット化して着脱可能にしてユーザが交換できるようにしたものが知られている。例えば、感光体ドラムと帯電装置、現像装置、クリーニング装置をユニット化して、画像形成本体から着脱可能とし、画像形成本体側からこれらの駆動力を伝達する構成である。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色それぞれの画像形成部を有するタンデム型の画像形成装置では、この画像形成ユニットを色ごとに計４つ備えている。

この画像形成ユニットが画像形成装置本体に装着され、画像形成時には、感光体ドラムや現像ローラ等を回転駆動する必要がある。駆動源となるモータや減速ユニットは、画像形成装置本体側に備えられ、減速ユニットと感光体ドラムが連結され、動力が伝達できるようにされている。

画像形成ユニットが着脱可能であるために、連結する画像形成本体側の減速ユニット出力軸と減速ユニット側の感光体ドラム軸とに軸偏心や軸偏角が発生しやすい。また、連結部品である外歯車や内歯車自体の軸に対する歯車偏心や、歯車偏角が発生する。

この連結部の構成が種々提案されており、例えば、外歯車と内歯車を用いたスプラインカップリングがある。例えば特許文献１には、画像形成ユニットを画像形成装置本体に装着するときに、スプラインカップリングを確実に係合させ、回転特性も安定させ、着脱性と回転伝達精度を確保する手段が提案されている。スプラインカップリングの一端である外歯車の歯形状を、噛合歯面の歯幅方向において、歯幅中央部分から両端部に向けて傾斜面とするテーパー形状の歯形を構成している。特許文献２に記載の画像形成装置では、同様にスプラインカップリングを有し、外歯車の歯形をピッチ円方向の厚みが軸方向の中央部で極大となるようにクラウニング加工を施し、軸偏心や軸偏角を許容しながら、回転伝達誤差が発生しない高精度な連結手段が提案されている。

しかし、画像形成ユニットの回転軸と減速ユニットの出力軸とが共通で、画像形成ユニット内を貫通する軸と画像形成ユニットの回転体との連結部において、繰り返しの脱着によって画像形成装置本体駆動側のギヤが破損してしまう可能性があるという問題がある。

一方、歯車部品の生産手段として射出成形がある。射出成形による樹脂歯車は低コストで量産できるメリットがあり、ポリアセタール樹脂など流動性の高い材料を使用することで高精度歯車が成形できるメリットがある。一般の射出成形においては、先述した両端部テーパー形状やクラウン形状の歯車部品は、歯幅中央の有効歯面内にて固定側金型と可動側金型を分割しなければ、成形品が取り出せない形状である。平面上や曲面上で両金型を分割すると、型分割によるバリと呼ばれる線形状の凹凸部が形成されやすい。従って、歯面形状の精度が要求される歯車においては、成形加工が困難である。

特許文献３には、樹脂の収縮特性（ひけ現象）を応用した樹脂クラウン歯車の成形方法が提案されている。しかし、ひけによるクラウン量は４０μｍ程度では、特許文献２に示されているようなクラウン量を確保するには不十分である。また、安定かつ高精度なクラウン成形が困難である。特許文献４では２段ギヤカップリングの機構が開示されているが、ユニットの繰り返し脱着に対する耐久性を考慮すると不利な機構となっている。

すなわち従来の連結手段を用いた駆動伝達装置では、画像形成ユニット等のような脱着を必要とする構造について考慮されていないため、繰り返しのユニット挿入によって装着対象となる画像形成装置等の装置側のギヤの歯が欠けて破損するリスクがあるという問題がある。

本発明は以上の問題点にかんがみてなしたものであり、繰り返しの脱着によってギヤ歯面端部が破損することによって取付対象となる装置の駆動伝達機能が損なわれることのない２段スプラインカップリングを提案することを目的とする。

本発明の２段スプラインカップリングジョイントは、２段スプラインカップリングジョイントにおいて、外周に歯が形成された２つの外歯車と、前記外歯車と噛合うように、内歯車を内周に形成させた円筒形状部材からなり、前記２つの外歯車の一方に被回転伝達体側の軸を連結し、他方に駆動軸を連結するものであり、前記２つの外歯車は、前記駆動軸及び前記被回転伝達体側の軸の軸線方向に延びる歯が形成されており、前記円筒形状部材は、径が異なる２つの内歯車を備えた２段構造を有し、かつ前記内歯車の２つの内歯車のうち小径の内歯車にはクラウニング処理を施し、大径の内歯車は平歯車とした、ことを特徴とする。

本発明によれば、２段スプラインカップリングジョイントにおいて、繰り返しのユニットの脱着による被装着装置本体の駆動側ギヤが破損するリスクを低減できる。

、本発明による駆動装置を用いる被駆動部材である潜像担持体を備えた画像形成装置（タンデム方式を用いた電子写真方式のカラー複写機）を示す概略構成図 本発明の連結手段を用いた画像形成ユニット装着の第１例について説明する図 本発明の連結手段を用いた画像形成ユニット装着例の第２例について説明する図 本発明の実施形態の特徴部分である歯車形状について説明する図 本発明の中間伝達部品の射出成形について説明するため、金型の構造を示す縦断正面図 図４に示した内歯の歯部を拡大して示す斜視図

以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は、画像形成装置の連結部に適用する駆動伝達装置と、これに用いた２段スプラインカップリングジョイントとに係る。そして、繰り返し画像形成ユニットを脱着することによる画像形成装置本体の駆動側ギヤの破損リスクを低減するものである。要するに、樹脂同士の雄と雌のスプラインジョイントでは繰り返しの脱着によって雄あるいは雌ジョイントの歯端部が破損するリスクがあるが、片方を焼結ギヤにすることで焼結ギヤ側の破損を防ぐ。ただし、焼結ギヤをクラウン形状に加工（クラウニング処理）することは成形上生じる段差やバリによる回転精度の悪化が樹脂よりも懸念される。そこで焼結ギヤが噛合う側の内歯ギヤをクラウン形状にするために中間体を２段構成にして２つの内歯を設けることで、ミスアライメントに対して回転伝達特性の優れた２段スプラインカップリングジョイントを提供するものである。

本実施形態では、２２段スプラインカップリングジョイントについて、
（１）画像形成装置本体の駆動側のスプラインギヤを焼結ギヤとし、
（２）中間伝達部品を２段構成にして直径の異なる２つの内歯構成とし、片側の内歯の歯先円径をもう片方の内歯の歯底円径よりも大きくした上で、直径が小さい側の内歯をクラウン形状とした構成とする。

すなわち、
（１）スプラインギヤの雄ジョイントと雌ジョイントが繰り返し脱着した場合においても、焼結ギヤは樹脂に比べて十分に剛性が高いので、焼結側の破損リスクが非常に小さくなる。特に本体駆動側を焼結ギヤジョイントにすることは、万が一破損しても交換頻度の高い感光体ユニットを交換すればいいので、効果的である。
（２）中間伝達部品を２段構成にして内歯ギヤのパーティングラインを内歯ギヤ中央に設けることで、内歯ギヤをクラウン形状に成形できる。

なお本実施形態は複写機、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、特に、駆動源からの回転駆動力を着脱可能な被駆動部材に伝達する駆動伝達装置と、これを利用した画像形成装置に関するが、本発明は図示の実施形態のものには限定されない。特に画像形成装置に用いるものには限定されず、被装着対象装置は種々の装置が考えられる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明による駆動装置を用いる被駆動部材である潜像担持体を備えた画像形成装置を示す図である。図１は、タンデム方式を用いた電子写真方式のカラー複写機を示しており、鑑識に成分系現像剤を用いる二成分現像方式により静電潜像が可視像処理されるようになっている。

図１に示す複写機は、図示しない画像読取部から画像情報である画像データを受け取って画像形成処理を行う。この複写機には、図に示すように、イエロー（以下、「Ｙ」と省略する。）、マゼンタ（以下、「Ｍ」と省略する。）、シアン（以下、「Ｃ」と省略する。）、ブラック（以下、「Ｂｋ」と省略する。）の各色用の４個の回転体としての潜像担持体である感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋが並設されている。これら感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、駆動ローラを含む回転可能な複数のローラに支持された無端ベルト状の中間転写ベルト５に接触するように、そのベルト移動方向に沿って並んで配置されている。

また、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの周りには、それぞれ、帯電装置（帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ）、各色対応の現像装置９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋ、クリーニング装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ、除電装置（除電ランプ３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋ）等の電子写真プロセス用部材がプロセス順に配設されている。

本実施形態に示す複写機でフルカラー画像を形成する場合、後述する感光体ドラム駆動装置により、感光体ドラム１Ｙを図中矢印の方向に回転駆動しながら帯電器２Ｙで一様帯電する。その後、図示しない光書込装置からの光ビームＬＹを照射して感光体ドラム１Ｙ上にＹ静電潜像を形成する。このＹ静電潜像は、現像装置９Ｙにより、現像剤中のＹトナーにより現像される。現像時には、現像ローラと感光体ドラム１Ｙとの間に所定の現像バイアスが印加され、現像ローラ上のＹトナーは、感光体ドラム１Ｙ上のＹ静電潜像部分に静電吸着する。

このように現像されて形成されたＹトナー像は、感光体ドラム１Ｙの回転に伴い、感光体ドラム１Ｙと中間転写ベルト５とが接触する１次転写位置に搬送される。この１次転写位置において、中間転写ベルト５の裏面には、１次転写ローラ６Ｙにより所定のバイアス電圧が印加される。そして、このバイアス印加によって発生した１次転写電界により、感光体ドラム１Ｙ上のＹトナー像を中間転写ベルト５側に引き寄せ、中間転写ベルト５上に１次転写する。

以下、同様にして、Ｍトナー像、Ｃトナー像、Ｂｋトナー像も、中間転写ベルト５上のＹトナー像に順次重ね合うように１次転写される。

このように、中間転写ベルト５上に４色重なり合ったトナー像は、中間転写ベルト５の回転に伴い、２次転写ローラ７と対向する２次転写位置に搬送される。また、この２次転写位置には、図示しないレジストローラにより所定のタイミングで転写紙が搬送される。そして、この２次転写位置において、２次転写ローラ７により転写紙の裏面に所定のバイアス電圧が印加され、そのバイアス印加により発生した２次転写電界及び２次転写位置での当接圧により、中間転写ベルト５上のトナー像が転写紙上に一括して２次転写される。その後、トナー像が２次転写された転写紙は、定着ローラ対８により定着処理がなされた後に装置外に排出される。

図２は、本発明の連結手段を用いた画像形成ユニット装着例（第１例）について説明する図です。
以下、図２に基づいて、例えば上述したプリンタなどの画像形成装置における感光体ドラムを含む画像形成ユニットと本体側にある感光体駆動ユニットとの連結部の構成について説明する。本実施形態では、感光体ドラムを被駆動体の例として説明しているが、他にも、画像形成ユニットにある現像ローラやクリーニングローラの連結部に使用することも可能である。また、画像形成装置にある中間転写ベルトユニットにある駆動ローラや、定着ユニットにある定着ローラ、２次転写ユニットにある転写ローラなどで同様に使用することも可能である。

各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、同一構成の感光体駆動装置により回転駆動されているので、以下、感光体ドラム１Ｙと感光体駆動装置１０Ｙとの連結部について説明する。

図１に示すように、画像形成装置本体には、感光体ドラム１Ｙが装着されるが、画像形成装置本体側に設置されている外歯車７１に連結部を介して嵌合されて装着される。感光体ドラム１Ｙは、ドラム筒（感光体ドラム本体）５２Ｙ、フロント側のドラムフランジ５３ｂ、リア側のドラムフランジ５３ａを備えている。フロント側のドラムフランジ５３ｂ及びリア側ドラムフランジ３２ａは、ドラム筒５２Ｙの両端部に嵌め込まれるようにして取付けられている。フロント側のドラムフランジ５３ｂ及びリア側のドラムフランジ５３ａの中心には、感光体ドラムユニットフレーム５４Ｙに設けられた軸受５６にて支持されているドラム軸５５（回転軸）が貫通して嵌め込まれている。ドラム軸５５は、外形が１０ｍｍ程度の金属シャフトである。

感光体ドラムユニットフレーム５４Ｙは、感光体ドラム１Ｙを収納する感光体ドラムユニットの筐体である。感光体ドラム１Ｙを、その交換等のために画像形成装置本体から取り出す際には、感光体ドラムユニットフレーム５４Ｙごと取り出す。ドラム軸５５のリア側には、ドラム軸５５を回転中心とした外歯車８１（スプラインカップリング出力部）が形成されている。また、ドラム軸フロント側は、取付面板６１に設置された軸受で支持され画像形成装置本体に位置決めされる。

＜実施形態１＞
次に感光体ドラム１Ｙを駆動するための駆動部について説明する。
感光体ドラム１Ｙを駆動するために画像形成装置本体に設けられている駆動部は、図２に示すように、駆動モータ２０Ｙ、外歯車７２、外歯車７１、駆動軸５０Ｙ及び外歯車８３（スプラインカップリング入力部）を備えている。駆動モータ２０Ｙは、画像形成装置本体の駆動フレーム６３に取付けられている。駆動モータ２０Ｙのモータ軸２０Ｙａには外歯車７２が形成されている。この歯車は、外歯車７１と噛合うようになっている。外歯車７１は駆動軸５０Ｙに取付けられており、駆動モータ２０Ｙからの回転駆動力を駆動軸５０Ｙに伝達している。駆動軸５０Ｙは、駆動フレーム６３に取付けられた軸受と、画像形成装置本体の本体フレームを構成する取付面板６２に取付けられた軸受により画像形成装置本体側に支持されている。駆動軸５０Ｙは、外形が１０ｍｍ程度の金属シャフトである。

感光体ドラムユニットのドラム軸５５と駆動軸５０Ｙは、同様に外形１０ｍｍの金属シャフトを採用しているので、駆動側、被駆動側のどちらも軸剛性が高く、撓み量が少ない。これによって、画像形成時に低周波の振動が発生しにくいため、バンディングと呼ばれる画像の周期的な濃度ムラを抑制することができる。しかし、ドラム軸５５と駆動軸５０Ｙは軸心ずれ、軸偏角の誤差が発生する。これをネジ締結などで固定連結する。または、許容誤差範囲の少ないカップリングで連結すると、それぞれの軸に大きな軸反力が発生し、感光体ドラムユニットの変形や、大きな振動を発生させてしまう。なお、感光体ユニットには、感光体ドラムの他に現像ローラを備えた現像装置９Ｙや帯電器２Ｙ、除電ランプ３Ｙ、クリーニング装置４Ｙが含まれる場合がある。このような大型の感光体ユニットでは、装着時の位置決め精度が下がり、軸心ずれや軸偏角はより大きくなりやすい。

そこで本実施形態では、許容誤差範囲の広い連結手段として知られている２段スプラインカップリングジョイントを採用する。円筒形状のスリーブ８４の内周面には、内歯車８２が形成されており、外歯車８１、外歯車８３の両歯車と噛合うようになっている。外歯車８１と外歯車８３は、それぞれ、ピッチ円方向の厚みが軸方向に変化し、規定の有効歯面で噛合うように設計されている。この歯形状の歯車により、外歯車と内歯車において、回転伝達誤差を発生させることなく、軸偏角を許容することができる。この軸偏角を許容する噛合部が２箇所（外歯車８１と内歯車８２、外歯車８３と内歯車８２）あるので、軸心ずれがあった場合も内歯車が形成されたスリーブ８４の傾斜により許容することが可能となる。このように２段スプラインカップリングジョイントによって、スリーブ８４が軸誤差に応じて揺動し、外歯車８１の回転中心軸と、外歯車８３の回転中心軸とのずれを吸収する。同一直線上にない平行な２軸間においても、軸反力が発生することなく、また、角速度を変化させることなく回転駆動力を伝達することができる。
次に本発明の特徴部分である連結部の着脱性を向上するための構成について説明する。

図２に示すようにスリーブ８４は２段構造になっており、抜け留めとなる中間伝達部品８５のスナップフィット部が段差に引っかかることによって内歯車８２と外歯車８１が抜けないようになっている。

外歯車８３の軸方向先先端部の歯は、歯厚、歯たけが減少するようにテーパー形状に形成されており、内歯車８２との噛合連結を容易にしている。例えば、内歯車８２とスリーブ８４の退避中において、内歯車８２とスリーブ８４の姿勢変化や、内歯車８２と外歯車８１とのバックラッシ、外歯車７１と外歯車７２とのバックラッシにより、内歯車８２とスリーブ８４の少しの回転によって正しい噛合位相となり、連結することができる。

本構成によって、中間伝達部品（円筒形状部材）である内歯車８２とスリーブ８４が連結状態で揺動し、軸ずれを吸収して、回転伝達誤差がなく、高精度な回転伝達を実現する。また、軸ずれ状態の駆動ユニットと画像形成ユニットを連結することによる軸反力の発生を抑制して、高精度な画像形成が可能となる。非連結状態から連結時の外歯車８３と内歯車８２の接触によるユニット装着不可や連結部の破損を防止することができる。

＜実施形態２＞
図３は、本発明の連結手段を用いた画像形成ユニット装着例（第２例）について説明する図である。
図２の例では、画像形成ユニット側の回転軸と駆動ユニット側の回転軸が連結する構成を示した。第２の実施形態では、画像形成ユニット側と駆動ユニット側で共通の回転軸を用いた連結構成を示す。従来、画像形成装置本体側の駆動ユニットから出力回転軸を感光体ドラム支持位置まで延長して、中空の感光体ドラムユニットを回転軸に装着する例が提案されている。これによると感光体ドラムユニットが回転軸に位置決めされるため、軸ずれが無く高精度な駆動伝達が可能となる。しかし、連結部の部品精度によって、軸ずれと同様の課題が発生する。例えば、感光体ドラムフランジに形成された外歯車の偏心や回転軸に圧入された外歯車の偏心によって、軸ずれと同様に連結部のずれが生じる。これが回転伝達誤差や軸反力の発生要因となり、先述と同様に画像品質の悪化を招く。

本実施形態は、駆動ユニット側から延長された貫通タイプの感光体ドラム軸を採用した構成でも有効である。また、駆動ユニットにて遊星歯車機構を採用するなどの多数の部品を用いた場合には、連結部で発生する軸反力によって駆動ユニット側の複数の歯車噛合状態へ影響し画像品質の劣化が大きくなりやすい。

以下、実施形態１とは違う駆動ユニット部と感光体ドラム部について説明する。
図３に示すように、感光体ドラム１Ｙの駆動系は駆動モータ２０Ｙ、遊星歯車減速装置３０Ｙ、ジョイント４１Ｙ、駆動軸５０Ｙから構成されている。遊星歯車減速装置３０Ｙの出力軸４０は駆動軸５０Ｙとジョイント４１Ｙにより連結固定されている。また駆動軸５０Ｙには軸受５１が圧入されており、この軸受を介して装置筐体である後側の取付面板６２に支持位置決めされ、感光体ドラム装着後に固定される前側の取付面板６１の軸受によって支持される構成となっている。

次に図３を用いて遊星歯車減速装置３０Ｙの内部構造の詳細について説明する。なお遊星歯車減速装置３０Ｙは２Ｋ−Ｈ型２段構成の遊星歯車機構が用いられている。なお、図では２段としているが、減速比に応じて３段、４段と段数をさらに重ね合わせることも可能である。

駆動モータ２０Ｙのモータ出力軸２１Ｙに第１太陽歯車３１を直接歯切りしてある。この第１太陽歯車３１及びブラケット２２に固定された内歯車３２に噛合う１段目の第１遊星歯車３３が１段目の第１キャリア３４により支持されて第１太陽歯車３１の外周を公転するようになっている。第１遊星歯車３３は回転バランスとトルク分担のために同心状に３箇所が配置される。各第１遊星歯車３３は、第１キャリア３４に設けられた第１キャリアピン３５に支持されて自転する。

第１遊星歯車３３は、第１太陽歯車３１と内歯車３２との噛合により、自転及び公転回転し、第１遊星歯車３３を支持する第１キャリア３４は、第１太陽歯車３１の回転に対し減速回転し、１段目の減速比が獲得される。次に、この第１キャリア３４の回転中心に設けられた第２太陽歯車３６が２段目減速機構の入力となる。第１キャリア３４に回転支持部はなく、浮動回転を行うようになっている。

同様に、２段目の第２太陽歯車３６には２段目まで一体で形成された内歯車３２に噛合う２段目の第２遊星歯車３７が２段目の第２キャリア３８により支持されて２段目の第２太陽歯車３６の外周を公転するようになっている。

各第２遊星歯車は、第２キャリア３８に設けられた第２キャリアピン３９に支持されて自転及び公転する。最終段に相当する２段目の第２キャリア３８の回転中心には出力軸４０が設けられており、中空円筒上のジョイント４１Ｙを介して駆動軸５０Ｙと連結されている。ここで第２キャリア３８の出力軸４０は内歯車３２により位置決めされた内歯車キャップ４２に圧入された軸受により支持される構成となっている。内歯車キャップ４２は内歯車３２の内周とインローで位置決めされる構成となっているため、出力軸４０は内歯車の中心軸と同軸度を最小化できる構成となっている。ジョイント４１Ｙは中空円筒形状となっており、駆動軸５０Ｙ、遊星歯車減速装置の出力軸４０は同じ直径となっている。そしてジョイント４１Ｙは駆動軸５０Ｙに圧入され、ジョイント４１Ｙは中央部にスリット４１ａを有している。出力軸４０は図示しない固定用ネジにより押し曲げられたジョイントとの摩擦力により連結固定されている構成となっている。上述した駆動モータ２０Ｙのモータ出力軸２１Ｙは、ブラケット２２により支持されている。

内歯車３２は、ブラケット２２に対してネジ４３によって固定されており、ブラケット２２は内歯車３２の固定・保持及び駆動モータ２０Ｙの固定・保持している。またブラケット２２は駆動フレーム６３とネジによって固定される構成となっている。なお、駆動フレーム６３は後側の取付面板６２にカシメられたスタッド６４により支持位置決めされている。内歯車３２のモータ側には、内歯車中心軸に中空円筒形状のボスが設けられている。駆動モータ２０Ｙはその円筒形状内周とモータ出力軸２１Ｙ側に設けられた軸受がインローによる嵌合で位置決めされる。そして中空円筒形状の外周はブラケット２２の穴とインローによる嵌合で位置決めされる構成となっている。以上の構成とすることで、内歯車を基準として、モータ出力軸２１Ｙ、ブラケット２２、遊星歯車減速装置の出力軸４０の中心軸をすべて同軸上に配置し、かつ部品寸法のバラツキによる同軸度を最小化することが可能な構成となっている。これより、モータ出力軸２１Ｙから駆動軸５０Ｙまで中心軸をすべて同軸上に配置できかつ、部品寸法のバラツキによる同軸度を最小化することが可能となっている。

加えて速度検知手段９０を内歯車、モータ出力軸２１Ｙ、ブラケット２２、遊星歯車減速装置の出力軸４０の中心軸の同軸上に設けている。速度検知手段は例としてエンコーダと２センサ構成を示している。この構成は必要制御精度によって任意にセンサの数を変更してもよい。

また、ドラム筒５２Ｙはドラム両端に設けられたドラムフランジ５３ａ、ｂを介して駆動軸５０Ｙに位置決めされる構成となっている。ドラムフランジ５３ａには外歯車８１が一体成形されている。外歯車８１とドラムフランジ５３の回転中心には、駆動軸５０Ｙが貫通するように穴が設けられており、その穴と駆動軸５０Ｙがインローで位置決めされる。また駆動軸５０Ｙにはドラム筒５２Ｙへと駆動伝達を行う外歯車８３が圧入されており、ドラムフランジ５３ａに固定されている外歯車８１と中間伝達部品の内歯車８２とスリーブ８４を介してドラム筒５２Ｙは駆動される構成となっている。

以上の構成により、モータ出力軸、内歯車、第２キャリア、遊星歯車減速装置出力軸、ドラム軸、ドラムの中心軸をすべて同一軸上に配置し、同軸度を最小化できる構成となっている。ところが、ドラムフランジ５３ａ、５３ｂのドラム筒５２Ｙへの圧入精度、ドラムフランジ５３ａに一体の外歯車８１の成形精度、外歯車８３の成形精度と駆動軸５０Ｙへの圧入精度による、外歯車８３に対する外歯車８１の回転中心ずれが発生する。しかし、内歯車８２とスリーブ８４の揺動によって吸収し高精度な回転伝達が実現できる。第２の実施形態は、第１の実施形態に比べて、吸収する軸ずれ量は少ないため、噛合接触面積が広く伝達剛性が高いという利点がある。

＜歯車形状＞
図４は、上述してきた本発明の実施形態の特徴部分である歯車形状について説明する図である。特に、特徴部分である外歯車８１、外歯車８３、中間伝達部品８５、中間体保持部材８６について、この図４を用いて説明する。

図４（ａ）は、外歯車８１、外歯車８３、中間伝達部品８５、中間体保持部材８６を組み付けたときの断面を示している。被回転伝達体側である感光体ドラム１Y側に配する一方の外歯車８１は樹脂で成形されている。また図６に示すクラウン形状を有しており、中間伝達部品８５がミスアライメントで傾斜した場合においても内歯車８２Ｂが常に歯幅中央部で噛合うようになっている。さらに中間伝達部品８５がミスアライメントによってより滑らかに傾斜させるために中間体保持部材８６と接する部分が球形状８９になっている。駆動軸５０Ｙを連結する他方の外歯車８３は焼結金属でありユニットの繰り返し脱着による中間伝達部品８５の衝撃に対しても破損しないだけの強度を持たせている。また、外歯車８３はテーパー形状部８７Ａを有しており、ユニット装着時に中間伝達部品８５の内歯車８２Ａと外歯車８３がスムーズに噛合うようになっている。なお外歯車８１、内歯車８２Ａ、８２Ｂ、外歯車８３の歯は駆動軸５０Ｙ及びドラム軸５５の軸線方向に延びるように形成してある。

中間伝達部品は段差を持つ２段円柱構造をしており、内歯車８２Ａと内歯車８２Ｂの２つの内歯車を有している。小径の内歯車８２Ａは図６に示すクラウン形状をしており外歯車８３と歯幅中央部で噛合うようになっている。さらに内歯車８２Ａはユニット脱着時に外歯車８３と噛合うために脱着性を向上させるためにテーパー形状部８７Ｂを有している。一方、内歯車８２Ｂはストレートの平歯車である。中間伝達部品８５が２段円筒構造であるのは前述の内歯車８２Ａをクラウン形状に成形するためである。そのため、中間伝達部品８５の小口径側円筒形状の内径は内歯車８２Ｂの歯先円直径よりも小さくなっている。中間伝達部品８５の成形に関しては図５で詳細に述べる。中間体保持部材８６は外歯車８１と中間伝達部品８５がユニット脱着時の抜け留めの役割をしている。具体的にはスナップフィット部８８が中間伝達部品８５の段差に引っかかることで機能を果たしている。

本実施形態では歯幅は例えば５ｍｍとする。これは従来の画像形成装置で使われる１段スプラインカップリングの歯幅１０ｍｍに対して小さい。理由は歯幅が短くすることで回転伝達特性が良くなる傾向にあることと、レイアウト上省スペースで作れること、スプラインジョイントはすべての歯が噛合う設計思想になっているので耐久強度上も問題ないことが上げられる。さらに歯幅５ｍｍとするユニット側外歯車と中間体小口径側内歯車には、回転伝達誤差が生じにくくなる構造として知られているクラウニング処理を施す。そのため、より回転伝達特性の高い２段スプラインカップリングジョイントが得られる。

＜射出成形による中間伝達部品の成形金型について＞
図５は、本発明の中間伝達部品の射出成形について説明するため、金型の構造を示す縦断正面図である。この図５により、本実施形態の中間伝達部品８５について溶融樹脂の射出成形による製造方法と成形された中間伝達部品８５を説明する。

金型１４は、固定式の上型１５と可動式の下型１６とから構成され、上型１５の空隙部と下型１６の空隙部とに挟まれた部分にキャビティ１７が形成されている。キャビティ１７は主に円筒状に形成された空隙であり、このキャビティ１７内に溶融樹脂が射出されて冷却固化されることにより円筒状プラスチック成形品として中間伝達部品８５が成形される。

上型１５には、溶融樹脂が供給される流路１９と、流路１９内を供給された溶融樹脂がキャビティ１７内に射出される複数個のピンゲート２０とが形成されている。また上型１５と下型１６とにはそれぞれキャビティ１７内に連通される複数個の連通孔２１が形成されている。これらの連通孔２１は、圧縮気体供給源２３に接続されている。連通孔２１の内径寸法、より詳しくは、連通孔２１におけるキャビティ１７に開口する部分の内径寸法は、０．００１〜０．５ｍｍとされている。

図５には、金型１４で形成された円筒状プラスチック成形品の中間伝達部品８５を示す。この円筒状プラスチック成形品は、スリーブ８４と、内歯車８２Ａ、８２Ｂから構成されている。内歯車８２Ａは円筒状本体の内周側であるキャビティ１７の内周側端部に形成されている歯部形状が転写、形成されている。内歯車８２Ｂは、円筒状本体の内周側であるキャビティ１７の外周側端部に形成されている歯部形状が転写、形成されている。

本実施形態では、クラウン形状の内歯車８２Ａを形成するために、図５の符号１８ａ、１８ｂで示す型分割面が設定された金型を採用している。本発明の実施形態におけるクラウン形状とは、歯厚方向のクラウニングである。図６は内歯車８２Ａの歯部を拡大表示し図である。図６に示すように、歯幅中央部の歯厚が最大で歯幅方向両端側の歯厚が最小となるクラウン形状である。このようなクラウン形状の歯形を射出成形するには歯厚最大部で型分割する必要がある。図６の型分割ライン９１が上型１５と下型１６との境界を示し、内歯車８２Ａの歯幅方向に半分の歯形を上型と下型のそれぞれで転写成形する。内歯車８２Ａの型分割ラインは１８ａである。クラウン形状の歯形を１箇所成形するために複雑な型分割ライン（パーティングライン）となっている。ただし円筒状プラスチック成形品の離型性が低い傾向がある場合は、円筒状の中間伝達部品８５内部及び内歯車８２Ａの半分を成形する転写部についてはスライドコアを採用してもよい。

＜射出成形について＞
上述した金型１４を用いて行われる円筒状プラスチック成形品１８の成形時においては、溶融樹脂が流路１９内を流れて供給され、この溶融樹脂がピンゲート２０からキャビティ１７内に射出される。キャビティ１７内に射出された溶融樹脂は、各ピンゲート２０を中心にして放射状に広がる。

このため、キャビティ１７内に射出された溶融樹脂がキャビティ１７の外周側端部や内周側端部に到達するタイミングにバラツキが生じる。そして、キャビティ１７の外周側端部や内周側端部における溶融樹脂の到達タイミングが遅い箇所では、溶融樹脂の充填量が不足ぎみとなる。

キャビティ１７内に射出された溶融樹脂は時間の経過とともに冷却固化される。この冷却固化される過程で樹脂圧力が所定の値になったとき、圧縮気体供給源２３を駆動させ、円筒状本体の側面部に対向して形成されている連通孔２１からキャビティ１７内へ圧縮気体を吹き付ける。この圧縮気体の吹き付けにより、円筒状本体の側面部における連通孔２１に対向している部分には引け凹部が形成される。

このような引け凹部が形成されることにより、この引け凹部の容積に相当する量の溶融樹脂がキャビティ１７の外周側端部や内周側端部に追加して充填される状態となる。そして、この引け凹部が形成される位置が、隣接する２本のピンゲートの略中央部である。この位置は、キャビティ１７内に射出された溶融樹脂がキャビティ１７の外周側端部や内周側端部に到達するタイミングが遅れるとともに溶融樹脂の充填量が不足ぎみになる箇所に対応する位置である。そこで、溶融樹脂の充填量が不足ぎみとなる箇所に溶融樹脂が追加して充填される状態となる。

これにより、キャビティ１７の外周側端部や内周側端部に充填される溶融樹脂の充填量のバラツキを修正して略均一にすることができる。そして、円筒状本体の内周側転写部の内歯８３Ａや内歯８３Ｂの歯部形状に波形の凹凸が発生することを防止でき、成形精度が高い歯車を有する円筒状プラスチックの成形品を得ることができる。

なお、圧縮気体供給源２３の駆動タイミングや出力を調節することにより、圧縮気体の付与量と付与タイミングとを適宜調節することができ、それによって、引け凹部の形成領域や深さを調節することができる。このため、引け凹部の容積を調節することができ、キャビティ１７の外周側端部や内周側端部へ追加して充填される状態となる溶融樹脂の量を調節することができる。そして、この調節によって円筒状本体の内周側転写部の内歯８３Ａや内歯８３Ｂに波形の凹凸が発生することをより確実に防止でき、歯形の成形精度がより高い円筒状プラスチック成形品を得ることができる。

また、連通孔２１の内径寸法が０．００１〜０．５ｍｍと小さいので、キャビティ１７内へ射出された溶融樹脂の連通孔２１への入り込みが発生せず、溶融樹脂が連通孔２１内に入り込むことが原因となるバリの発生が防止される。

なお本発明の実施形態では、焼結で成形された外歯車を駆動軸と圧入嵌合することが好ましい。２段スプラインカップリングジョイントは中間部材がミスアライメントを吸収することで回転精度を高めるジョイント方式であるため、極力ガタ分を取り除いた構成にすることが効果的であるためである。また上述したように２つの内歯車を有した円筒形状部材はポリアセタールで成形するが、焼結ギヤと樹脂ギヤの噛合歯面での摺動音による騒音と樹脂ギヤの磨耗を防ぐために摺動性の高いＰＯＭを使うことが好ましい。

またクラウニング加工が施された内歯車と外歯車は歯幅中央部にパーティングラインを設けることで、歯幅中央に対して対称なクラウン形状を設けることが可能となっている。そして、円筒形状部材の２つの内歯車においてクラウン形状の内歯車の歯底円直径はクラウン形状のない内歯車の歯先円直径よりも小さい。すなわち、小口径内歯ギヤを金型で成形するために逃げの段差を設けている。

クラウン形状を備えた内歯車において焼結歯車と噛合う側の歯端部にテーパー形状を設けると、回転体を繰り返し脱着する際にスムーズな脱着性を得られる。また焼結歯車において中間伝達部品と噛合う側の歯端部にテーパー形状を設けて、回転体を繰り返し脱着する際にスムーズな脱着性を得られる。

さらに、中間体保持部材はスナップフィット構造を有しており、その部分が円筒形状部材に引っかかることで円筒形状部材が外歯車からの脱落することを防止している。スナップフィット部分が円筒形状部材に、例えば図４にあるような段差に爪が引っかかることで中間体の脱落を防ぐのである。そして、スナップフィットなので必要な場合には簡単に手で外せる。

またさらに、回転体が現像ローラ、現像スクリュー、感光体、転写駆動ローラである場合、軸ずれを吸収し、遊星歯車機構に発生する軸反力が抑えられ、高精度な駆動伝達が実現し得る。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ：感光体ドラム
２ ：帯電器
３ ：除電ランプ
４ ：クリーニング装置
５ ：中間転写ベルト
６ ：１次転写ローラ
７ ：２次転写ローラ
９ ：現像装置
１０ ：感光体駆動装置
１４ ：金型
１５ ：上型
１６ ：下型
１７ ：キャビティ
１８ ：円筒状プラスチック成形品
１９ ：流路
２０ ：ピンゲート
２０Ｙ ：駆動モータ
２０Ｙａ ：モータ軸
２１ ：連通孔
２１Ｙ ：モータ出力軸
２２ ：ブラケット
２３ ：圧縮気体供給源
３０Ｙ ：遊星歯車減速装置
３１ ：第１太陽歯車
３２ ：内歯車
３２ａ ：リア側ドラムフランジ
３３ ：第１遊星歯車
３４ ：第１キャリア
３５ ：第１キャリアピン
３６ ：第２太陽歯車
３７ ：第２遊星歯車
３８ ：第２キャリア
３９ ：第２キャリアピン
４０ ：出力軸
４１Ｙ ：ジョイント
４１ａ ：スリット
４２ ：内歯車キャップ
４３ ：ネジ
５０Ｙ ：駆動軸
５１ ：軸受
５２Ｙ ：ドラム筒
５３、５３ａ、５３ｂ ：ドラムフランジ
５４Ｙ ：感光体ドラムユニットフレーム
５５ ：ドラム軸
５６ ：軸受
６１、６２ ：取付面板
６３ ：駆動フレーム
６４ ：スタッド
７１、７２、８１、８３ ：外歯車
８２、８２Ａ、８２Ｂ ：内歯車
８３Ａ ：内歯
８３Ｂ ：内歯
８４ ：スリーブ
８５ ：中間伝達部品
８６ ：中間体保持部材
８７Ａ、８７Ｂ ：テーパー形状部
８８ ：スナップフィット部
８９ ：球形状
９０ ：速度検知手段
９１ ：型分割ライン

特開２００８−２６７１号公報 特開２００９−２０４００２号公報 特許第４４０９７８２号公報 特開２０１１−１９７２９８号公報

Claims (10)

1. ２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   外周に歯が形成された２つの外歯車と、
   前記外歯車と噛合うように、内歯車を内周に形成させた円筒形状部材からなり、
   前記２つの外歯車の一方に被回転伝達体側の軸を連結し、他方に駆動軸を連結するものであり、
   前記２つの外歯車は、前記駆動軸及び前記被回転伝達体側の軸の軸線方向に延びる歯が形成されており、
   前記円筒形状部材は、径が異なる２つの内歯車を備えた２段構造を有し、かつ
   前記内歯車の２つの内歯車のうち小径の内歯車にはクラウニング処理を施し、大径の内歯車は平歯車とした、
   ことを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント。
2. 請求項１に記載の２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   前記円筒形状部材が前記外歯車から脱落することを防止するための中間体保持部材を有することを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント。
3. 請求項１または２に記載の２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   前記２つの外歯車のうち前記被回転伝達体側の外歯車にはクラウニング処理を施したことを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   前記駆動軸側の前記外歯車が焼結ギヤで、前記クラウニング処理された前記小径の内歯車と噛合うことを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント。
5. 請求項４に記載の２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   焼結ギヤである前記外歯車は、前記クラウニング処理された内歯車の側の歯端部にテーパー形状部を設けたことを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   前記円筒形状部材の２つの内歯車のうちクラウニング処理を施した前記内歯車の歯底円直径は、クラウニング処理を施していない前記内歯車の歯先円直径よりも小さいことを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント。
7. 請求項６に記載の２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   クラウニング処理を施した前記内歯車は、焼結ギヤである前記外歯車と噛合う側の歯端部にテーパー形状部を設けたことを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の２段スプラインカップリングジョイントにおいて、
   前記クラウニング処理を施した歯車は、歯幅中央部にパーティングラインを設けてあることを特徴とする２段スプラインカップリングジョイント。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の２段スプラインカップリングジョイントを用いたことを特徴とする駆動伝達装置。
10. 請求項９に記載の駆動伝達装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。