JP6390790B2 - 歯車およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車およびそれを備えた画像形成装置に関し、特に、複数のゲートが設けられた金型を用いて射出成形される樹脂製の歯車およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置においては、種々の回転部材が使用されている。かかる回転部材を回転させるためには、駆動モーター等の駆動源から各回転部材へ駆動力を伝達する必要があり、伝達部材として複数の歯車が用いられている。このような歯車として、コスト、静音、軽量等の観点から、樹脂製の歯車が用いられることが多い。

樹脂製の歯車を製造する場合、例えば特許文献１に開示されているように、周方向に等間隔に複数のゲートが配置された金型を用いて射出成形により製造することが一般的である。

特開２００５−２２３６８号公報

しかしながら、複数のゲートが設けられた金型を用いて歯車を製造する場合、各ゲートから充填された溶融樹脂がゲートとゲートとの中間位置で合流し、ウェルドラインが発生する。ウェルドラインでは強度が低下するので、負荷によって歯車が破損する場合があるという問題点がある。特に、歯車を高温状態や高負荷で使用する場合には、破損しやすい。また、歯車の中心部側からクラックが入りやすい。また、樹脂材料の種類によってはウェルドラインが目立つ（ウェルドライン上に形成されるＶ字状溝が大きく形成される）ようになり、強度低下が大きくなる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ウェルドラインにおける強度低下を抑制することが可能な歯車およびそれを備えた画像形成装置を提供することである。

本発明の第１の局面に係る歯車は、中心部に形成された円筒状のボスと、ボスの径方向外側にボスと同心円状に形成され、外周部に歯部を有するリムと、ボス及びリムを連結するウェブと、を備えた樹脂製の歯車である。ウェブには、ウェブの厚み方向の一方側の表面に、複数のゲート痕が形成されている。また、ウェブには、隣接するゲート痕同士の間に出現するウェルドラインに沿ってボスから径方向外側に延びる複数の第１径方向リブが、少なくともウェブの厚み方向の他方側に突出して設けられている。

本発明の第１の局面に係る歯車によれば、ウェブには、隣接するゲート痕同士の間に出現するウェルドラインに沿ってボスから径方向外側に延びる複数の第１径方向リブが、少なくともウェブの厚み方向の他方側に突出して設けられている。これにより、ウェブのうちのウェルドラインが出現する部分の厚みを大きくすることができるので、ウェルドラインにおける樹脂の接合面積を大きくすることができる。その結果、歯車のウェルドラインでの強度低下を抑制することができるので、歯車の破損を抑制することができる。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明の一実施形態の歯車を備えた画像形成装置の構造を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の画像形成装置の定着装置の定着ローラー対周辺の構造を示した図である。 本発明の一実施形態の歯車の構造を矢印Ａ´方向側から示した斜視図である。 本発明の一実施形態の歯車の構造を矢印Ａ方向側から示した斜視図である。 図３の２００−２００線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態の歯車の成型金型であるキャビティ型およびコア型の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態の歯車の構造を矢印Ａ´方向から示した図である。 本発明の一実施形態の歯車の構造を矢印Ａ方向から示した図である。 本発明の変形例の歯車の構造を示した断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態の歯車４０を備えた画像形成装置１００について説明する。

画像形成装置１００（ここではカラープリンター）は、本実施形態では、異なる４色（イエロー、シアン、マゼンタおよびブラック）に対応する４つの感光体ドラム（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄを並列配置して画像形成を行う、４連タンデム型のカラープリンターである。

画像形成装置１００の装置本体内には、４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、図１では左側から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（イエロー、シアン、マゼンタおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ〜１ｄがそれぞれ配設されており、さらに図１において反時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラー９において用紙（シート）Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着装置１３において記録媒体の一例としての用紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。中間転写ベルト８および二次転写ローラー９は、ベルト駆動モーター（図示せず）により感光体ドラム１ａ〜１ｄと同一線速で回転駆動される。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１７が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対して画像データに基づく露光を行う露光ユニット５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像ユニット３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上でトナー像の転写後に残留した現像剤（トナー）を回収、除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄとが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット５によって画像データに基づいて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像ユニット３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラーを備え、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。

なお、後述のトナー像の形成によって各現像ユニット３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像ユニット３ａ〜３ｄにトナーが補給される。このトナーは、現像ユニット３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット５の露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置７ａ〜７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラー１０及び駆動ローラー１１に掛け渡されており、上記ベルト駆動モーターによる駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が反時計回りに回転を開始すると、用紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９と中間転写ベルト８とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、ニップ部において用紙Ｐ上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着装置１３へと搬送される。

定着装置１３に搬送された用紙Ｐは、加熱ローラー（加熱回転体）３１と加圧ローラー（加圧回転体）３２とで構成される定着ローラー対３０の定着ニップ部によって搬送される際に加熱および加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、搬送ローラー対１５を経て用紙搬送路１８の分岐部に配置された分岐部材２１によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、両面搬送路２２に送られて両面コピーされた後に）、排出ローラー対１９を介して排出トレイ２０に排出される。

用紙搬送路１８は、具体的には、搬送ローラー対１５の下流側において左右二股に分岐し、一方の経路（図１では左方向に分岐する経路）は排出トレイ２０に連通するように構成されている。そして、他方の経路（図１では右方向に分岐する経路）は両面搬送路２２に連通するように構成されている。用紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着装置１３を通過した用紙Ｐの一部を一旦排出ローラー対１９から装置外部にまで突出させる。

その後、排出ローラー対１９を逆回転させるとともに分岐部材２１を略水平に揺動させることにより、用紙Ｐは分岐部材２１の上面に沿って両面搬送路２２へ案内され、画像面を反転させた状態で二次転写ローラー９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により用紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着装置１３に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ２０に排出される。

図２に示すように、定着装置１３は、加熱ローラー３１および加圧ローラー３２からなる定着ローラー対３０と、加圧ローラー３２を加熱ローラー３１に押圧する押圧機構（図示せず）と、を含んでいる。

加熱ローラー３１は、熱伝導性に優れたアルミニウムや鉄等の金属から成る円筒形状の芯金上に、離型性に優れるＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂をコーティングした、いわゆるハードローラーが用いられており、芯金の内部には図示しないハロゲンヒーター等の熱源が設けられている。また、加熱ローラー３１の回転軸３１ａの一方端部には、駆動モーター（駆動源）からの回転駆動力が入力される歯車４０が設けられている。

加圧ローラー３２は、合成樹脂、金属その他材料から構成される円筒形状の基材上にシリコンゴム等の弾性層が形成され、この弾性層の表面がフッ素系樹脂等の離型性に優れた樹脂で覆われたものが用いられている。加圧ローラー３２は、押圧機構（図示せず）によって加熱ローラー３１に所定の圧力で圧接されて従動回転する。

歯車４０には、駆動モーターからの回転駆動力を伝達する複数の中間歯車３５からなる駆動力伝達列が繋がっている。

歯車４０は、例えば難燃性の観点からＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂を射出成形することによって形成されている。歯車４０は図３〜図５に示すように、中心部に形成された円筒状のボス４１と、ボス４１の径方向外側にボス４１と同心円状に形成されたリム４２と、ボス４１およびリム４２を連結するウェブ４３と、によって構成されている。

ボス４１の中心には、加熱ローラー３１の回転軸３１ａが挿入される貫通穴４１ａが形成されている。

リム４２は、ウェブ４３に対してウェブ４３の厚み方向（矢印ＡＡ´方向）の両側に突出するように形成されている。リム４２の外周部には、中間歯車３５に係合する歯部４２ａが形成されている。

ウェブ４３には、ウェブ４３の厚み方向の一方側（矢印Ａ方向）の表面に、複数（ここでは３つ）のゲート痕４３ａ（図４参照）が形成されている。このゲート痕４３ａは図６に示すように、歯車４０をキャビティ型５１とコア型５２とを用いて製造する場合に、キャビティ型５１の樹脂材料注入口であるゲート５１ａから樹脂材料を充填して歯車４０を形成した後、歯車４０をキャビティ型５１から取り外す際に形成される痕である。本実施形態では、ゲート５１ａは周方向に等間隔（約１２０°毎）に複数（ここでは３つ）設けられているため、ゲート痕４３ａは図７および図８に示すように、ボス４１を中心として周方向に等間隔（約１２０°毎）に形成されている。

このため、歯車４０（ボス４１、ウェブ４３、リム４２）には、隣接するゲート痕４３ａ同士の中間位置に複数（ここでは３つ）のウェルドライン４０ａが形成されている。

ここで、本実施形態では図３および図７に示すように、ウェブ４３のうちのウェルドライン４０ａが出現する部分には、ウェルドライン４０ａに沿ってボス４１から径方向外側に延びる複数（ここでは３つ）の第１径方向リブ４３ｂが形成されている。第１径方向リブ４３ｂは、ウェブ４３の厚み方向の他方側（矢印Ａ´方向）に突出して設けられている。また、第１径方向リブ４３ｂは、ボス４１に近づくにしたがってウェブ４３の厚み方向（矢印ＡＡ´方向）の長さ（突出量）が大きくなるように形成されている。

また、ウェブ４３には、ウェブ４３の厚み方向から見て複数のゲート痕４３ａと重なるように、ボス４１から径方向外側に延びる複数（ここでは３つ）の第２径方向リブ４３ｃが形成されている。第２径方向リブ４３ｃは、第１径方向リブ４３ｂと同様、ウェブ４３の厚み方向の他方側（矢印Ａ´方向）に突出して設けられているとともに、ボス４１に近づくにしたがってウェブ４３の厚み方向（矢印ＡＡ´方向）の長さ（突出量）が大きくなるように形成されている。

また、ウェブ４３には、ウェブ４３の厚み方向から見て複数のゲート痕４３ａと重なるように、ボス４１と同心円状の周方向リブ４３ｄが形成されている。周方向リブ４３ｄは、ウェブ４３の厚み方向の他方側（矢印Ａ´方向）に突出して設けられている。また、周方向リブ４３ｄは、リム４２から２ｍｍ以上（図５の距離Ｌ）離れて形成されている。

また、第１径方向リブ４３ｂおよび第２径方向リブ４３ｃは、ボス４１から周方向リブ４３ｄまで形成されている一方、周方向リブ４３ｄよりも径方向外側には形成されていない。

本実施形態では、上記のように、ウェブ４３には、ウェルドライン４０ａに沿ってボス４１から径方向外側に延びる複数の第１径方向リブ４３ｂが設けられている。これにより、ウェブ４３のうちのウェルドライン４０ａが出現する部分の厚みを大きくすることができるので、ウェルドライン４０ａにおける樹脂の接合面積を大きくすることができる。その結果、歯車４０のウェルドライン４０ａでの強度低下を抑制することができるので、歯車４０の破損を抑制することができる。

また、上記のように、ウェブ４３には、ウェブ４３の厚み方向から見て複数のゲート痕４３ａと重なるように、ボス４１と同心円状の周方向リブ４３ｄが設けられている。これにより、射出成形時に溶融樹脂を周方向に早く回り込ませることができるので、樹脂の温度が低下しないうちに樹脂同士を接合させることができる。このため、歯車４０のウェルドライン４０ａでの強度低下をより抑制することができる。

また、上記のように、第１径方向リブ４３ｂは、ボス４１から周方向リブ４３ｄまで形成されている一方、周方向リブ４３ｄよりも径方向外側には形成されていない。これにより、樹脂材料が硬化収縮する際に、第１径方向リブ４３ｂの収縮がリム４２に影響するのを抑制することができる。すなわち、リム４２のうちの第１径方向リブ４３ｂに対向する部分が、第１径方向リブ４３ｂに引っ張られて歪が生じるのを抑制することができる。このため、歯部４２ａの寸法精度が低下するのを抑制することができる。

また、上記のように、周方向リブ４３ｄは、リム４２から２ｍｍ以上離れて形成されている。これにより、樹脂材料が硬化収縮する際に、第１径方向リブ４３ｂの収縮がリム４２に影響するのをより抑制することができるので、歯部４２ａの寸法精度が低下するのをより抑制することができる。

また、上記のように、ウェブ４３には、ウェブ４３の厚み方向から見て複数のゲート痕４３ａと重なるように、ボス４１から径方向外側に延びる複数の第２径方向リブ４３ｃが設けられている。これにより、射出成形時に溶融樹脂を中心方向（ボス４１の方向）に早く充填することができるので、樹脂の温度が低下しないうちに中心部（ボス４１）付近の樹脂同士を接合させることができる。このため、中心部（ボス４１）付近のウェルドライン４０ａでの強度低下を抑制することができる。歯車４０に負荷をかけた際には歯車４０の中心部側からクラックが入りやすいので、中心部付近のウェルドライン４０ａでの強度低下を抑制することによって、歯車４０の破損を効果的に抑制することができる。

また、上記のように、第１径方向リブ４３ｂは、ボス４１に近づくにしたがってウェブ４３の厚み方向の長さが大きくなるように形成されている。これにより、中心部（ボス４１）付近のウェルドライン４０ａにおける樹脂の接合面積をより大きくすることができるので、中心部（ボス４１）付近のウェルドライン４０ａでの強度低下をより抑制することができる。このため、歯車４０の破損をより効果的に抑制することができる。

また、上記のように、定着ローラー対３０には、歯車４０を介して駆動力が伝達される。定着ローラー対３０周辺は高温になりやすく、ウェルドラインにおける強度低下による歯車の破損が発生しやすい。また、難燃性などの観点から歯車４０に用いる樹脂材料の種類にも制限があり、例えばＰＰＳを使用した場合はウェルドラインが目立つ（ウェルドライン上に形成されるＶ字状溝が大きく形成される）ようになり、歯車の強度低下が大きくなる。従って、定着ローラー対３０に駆動力を伝達するための歯車に本発明を適用することは、特に有効である。

なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに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。

例えば、カラープリンターに本発明を適用した例について示したが、本発明はこれに限らない。言うまでもなく、モノクロプリンター、カラー複写機、モノクロ複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の、樹脂製の歯車を備えた種々の画像形成装置に本発明を適用できる。

また、上記実施形態では、本発明を、定着ローラー対３０に駆動力を伝達する歯車４０に適用した例について示したが、定着ローラー対３０以外のローラー等に駆動力を伝達する歯車に適用してもよい。

また、上記実施形態では、第１径方向リブ４３ｂ、第２径方向リブ４３ｃおよび周方向リブ４３ｄが、ウェブ４３の厚み方向の他方側（矢印Ａ´方向）のみに突出して設けられる例について示したが、例えば図９に示した本発明の変形例の歯車４０のように、第１径方向リブ４３ｂ、第２径方向リブ４３ｃおよび周方向リブ４３ｄを、ウェブ４３の厚み方向の両側（矢印ＡＡ´方向）に突出して設けてもよい。

Claims (6)

1. 中心部に形成された円筒状のボスと、
   前記ボスの径方向外側に前記ボスと同心円状に形成され、外周部に歯部を有するリムと、
   前記ボス及び前記リムを連結するウェブと、
   を備えた樹脂製の歯車であって、
   前記ウェブには、
   前記ウェブの厚み方向の一方側の表面に、複数のゲート痕が形成されているとともに、
   隣接する前記ゲート痕同士の間に出現するウェルドラインに沿って前記ボスから径方向外側に延びる複数の第１径方向リブが、少なくとも前記ウェブの厚み方向の他方側に突出して設けられており、且つ、
   前記ウェブの厚み方向から見て前記複数のゲート痕と重なるように、前記ボスと同心円状の周方向リブが、少なくとも前記ウェブの厚み方向の他方側に突出して設けられており、
   前記第１径方向リブは、前記ボスから前記周方向リブまで形成されている一方、前記周方向リブよりも径方向外側には形成されていないことを特徴とする歯車。
2. 前記周方向リブは、前記リムから２ｍｍ以上離れて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
3. 中心部に形成された円筒状のボスと、
   前記ボスの径方向外側に前記ボスと同心円状に形成され、外周部に歯部を有するリムと、
   前記ボス及び前記リムを連結するウェブと、
   を備えた樹脂製の歯車であって、
   前記ウェブには、
   前記ウェブの厚み方向の一方側の表面に、複数のゲート痕が形成されているとともに、
   隣接する前記ゲート痕同士の間に出現するウェルドラインに沿って前記ボスから径方向外側に延びる複数の第１径方向リブが、少なくとも前記ウェブの厚み方向の他方側に突出して設けられており、且つ、
   前記ウェブの厚み方向から見て前記複数のゲート痕と重なるように、前記ボスから径方向外側に延びる複数の第２径方向リブが、少なくとも前記ウェブの厚み方向の他方側に突出して設けられていることを特徴とする歯車。
4. 中心部に形成された円筒状のボスと、
   前記ボスの径方向外側に前記ボスと同心円状に形成され、外周部に歯部を有するリムと、
   前記ボス及び前記リムを連結するウェブと、
   を備えた樹脂製の歯車であって、
   前記ウェブには、
   前記ウェブの厚み方向の一方側の表面に、複数のゲート痕が形成されているとともに、
   隣接する前記ゲート痕同士の間に出現するウェルドラインに沿って前記ボスから径方向外側に延びる複数の第１径方向リブが、少なくとも前記ウェブの厚み方向の他方側に突出して設けられており、
   前記第１径方向リブは、前記ボスに近づくにしたがって前記ウェブの厚み方向の長さが大きくなるように形成されていることを特徴とする歯車。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯車を備えたことを特徴とする画像形成装置。
6. 記録媒体を加熱及び加圧して未定着トナー像を前記記録媒体に定着させる定着ローラー対を含む定着装置を備え、
   前記定着ローラー対には、前記歯車を介して駆動力が伝達されることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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