KR20050028303A

KR20050028303A - 화상 형성 장치, 화상 형성 장치의 구동 기구, 및 웜 기어세트의 제조 방법

Info

Publication number: KR20050028303A
Application number: KR1020040067852A
Authority: KR
Inventors: 미타무라요시히코; 기바야시스스무; 사토이타루; 호카리니리오; 모리타유타카
Original assignee: 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2005-03-22
Also published as: JP2005091826A; CN1598708A; CN101145004A; KR100580310B1; US7769324B2; US20090028605A1; US20050062832A1; CN100449413C

Abstract

화상 형성 장치는 복수의 화상 담지체(image carrier), 상기 복수의 화상 담지체를 구동하는 공통 구동원 및 상기 구동원에 접속되어 구동되는 구동축을 갖는다. 상기 화상 형성 장치는 또한 상기 복수의 화상 담지체에 대응하여 설치되고 상기 구동축과 동축으로 형성된 복수의 웜 기어(worm gear) 및 상기 웜 기어와 각각 맞물리고 상기 웜 기어의 구동력을 상기 화상 담지체로 전달하는 복수의 웜 휠(worm wheel)을 갖는다. 상기 복수의 웜 기어는 수지 재료로 이루어지고, 상기 웜 기어와 상기 웜 휠은 상기 웜 기어와 상기 웜 휠이 각각 서로 맞물릴 때의 상기 웜 기어의 탄성 변형을 이용하여 상기 복수의 화상 담지체를 구동한다.

Description

화상 형성 장치, 화상 형성 장치의 구동 기구, 및 웜 기어 세트의 제조 방법{IMAGE FORMING APPARATUS, DRIVE MECHANISM OF IMAGE FORMING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD OF A WORM GEAR SET}

본 발명은 프린터, 복사기, 팩시밀리 등에 이용되는 화상 형성 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수의 화상 담지체(image carrier)가 나란히 배치되어 있는 화상 형성 장치에 관한 것이다.

전자사진법을 이용하는 화상 형성 장치로서, 옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙의 복수의 화상 형성 유닛이 나란히 배치되어 있는 소위 탠덤형(tandem-type) 화상 형성 장치가 널리 이용되고 있다. 이러한 탠덤형 화상 형성 장치에서는 일반적으로 외주면에 감광층을 갖는 감광 드럼이 각각의 화상 형성 유닛마다 설치되어 있다. 감광 드럼에 대향하는 위치에는, 복수의 신장 롤(expansion roll) 상으로 연장하는 전사 벨트가 배치되어 있다. 각각의 감광 드럼 상에 형성되는 각 컬러의 토너 화상들은 전사 벨트 상에 직접 또는 기록 시트(sheet)(시트, OHP 시트 등의 다양한 형태의 시트)를 경유하여 다양한 방식으로 순차적으로 전사된다. 또한, 각 감광 드럼과 접촉하게 되는 전사 롤이 화상 형성 유닛마다 설치되어 있고, 이 감광 드럼 및 전사 롤에 의해 기록 재료(recording material)의 전사 동작이 행해지는 화상 형성 장치도 있다.

이러한 탠덤형 화상 형성 장치에서는, 각각의 화상 형성 유닛에 의해 형성된 각 컬러 성분 화상들을 전사 벨트의 동일한 화상 담지체 위치나 동일한 기록 재료에 연속 중첩 방식으로 전사할 필요가 있으므로, 각각의 컬러 성분 화상의 정합(registration)이 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 종래 기술에 대한 공보들에 기재된 기술들 중에는, 구동 시스템으로서 단일 구동 모터를 이용하고 나란히 배치된 복수의 감광 드럼을 상기 단일 구동 모터로 구동하는 기술이 있다. 보다 구체적으로는, 구동 모터에 접속되어 회전 가능하게 구동되는 회전식 구동축에 복수의 웜 기어를 장착하고, 감광 드럼 각각의 회전축 상에 웜 휠을 장착하고, 웜 기어 및 웜 휠을 서로 맞물리게 하여, 복수의 감광 드럼을 단일 구동 모터로 구동하는 기술이 있다(예컨대, JP-A-63-11967(이하, "특허 문헌 1"이라 함)의 3 내지 4 페이지 및 도 1 참조).

특허 문헌 1에 기재된 기술에 따르면, 각각의 감광 드럼이 개별적으로 구동원을 갖는 경우에 비하여, 컬러 성분 화상들 각각의 정합이 용이하다. 그러나, 주로 웜 기어와 웜 휠 사이에서 백래시(backlash)를 갖는 맞물림으로 인하여, 감광 드럼의 속도가 변한다는 기술적 결함이 발견되었다. 상술한 바를 감안하여, 예컨대 웜 축들의 일단을 집중시키고 축 방향에 대하여 각 웜 축의 양단 위치를 구속하면서 웜 축들의 일단을 회전 가능하게 유지하는 집중 위치 구속 장치를 설치하는 기술이 제안되었으며, 이에 의해 감광 드럼의 속도 변화로 인한 화상 불균일을 억제할 수 있다(예컨대 JP-A-2000-131918(이하, "특허 문헌 2"라 함)의 4 내지 5페이지 및 도 1 참조).

이런 식으로, JP-A-2000-131918에 기재된 기술을 채용함으로써, 웜 축들의 축 진동 및 진동 변화에 기인한 속도 변화를 억제할 수 있다. 그러나, 특허 문헌 2에 기재된 관련 기술에서는 단일체로서의 웜 기어의 치형 정밀도, 피치 정밀도 등과 같은 기하학적인 요인들에 의해 초래된 속도 변화를 억제하지 못한다. 치형 정밀도, 피치 정밀도 등과 같은 기하학적인 요인들로 인한 속도 변화를 억제함으로써 일정한 회전을 고정밀도로 유지하기 위해서는, 웜 기어 자체를 고정밀도로 제조할 필요가 있다.

탠덤형 화상 형성 장치에 이용되는 종래의 웜 기어의 제조 시에, 스테인레스강과 같은 금속 재료를 절삭 가공, 압연 성형 등에 의해 웜 형상으로 형성한 후에, 기어의 정밀도를 확보하기 위하여 기어의 이(tooth)를 연마하는 기어 연마 공정이 별도로 행해진다. 따라서, 고정밀도를 갖는 치형을 얻기 위해서는 제조 비용이 증가하여 생산 비용이 상당히 증가한다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 하나의 회전축에 장착된 복수의 기어와 단일 구동원을 이용하여 나란히 배치된 복수의 화상 담지체(image carrier)를 구동하고 탄성 변형에 의해 기어의 기하학적인 오차를 흡수함으로써 기어의 제조 시에 허용 정밀도 레벨을 완화하는 탠덤형 화상 형성 장치, 기어 연마 공정을 이용하지 않고서 복수의 기어를 제조하여 제조 비용을 저감하는 웜 기어 세트의 제조 방법, 및 기어의 기하학적인 오차가 탄성 변형에 의해 흡수되는 경우에도 구동 전달 시스템의 구동-시스템 강성(rigidity)을 잘 유지하는 구동 기구를 제공한다.

따라서, 본 발명은, 복수의 감광 드럼(화상 담지체)이 고정밀도로 동시에 회전하는 탠덤형 화상 형성 장치의 특성을 감안하여, 수지 재료로 이루어진 웜 기어와 금속 재료로 이루어진 연결 구동축을 이용하여, 즉 구동축의 강성과 웜 기어의 탄성 변형을 이용하여, 구동력의 원활한 전달을 가능하게 한다. 즉, 본 발명이 적용되는 화상 형성 장치는, 나란히 배치된 복수의 화상 담지체; 상기 복수의 화상 담지체를 구동하는 공통 구동원; 상기 구동원에 연결되어 구동되는 구동축; 상기 복수의 화상 담지체에 대응하여 제공되고 상기 구동축과 동축으로 형성된 복수의 웜 기어(worm gear); 및 상기 각각의 웜 기어와 각각 맞물리고 상기 웜 기어의 구동력을 상기 화상 담지체로 각각 전달하는 복수의 웜 휠(worm wheel)을 포함하며, 상기 복수의 웜 기어는 수지 재료로 이루어지고, 상기 웜 기어와 상기 웜 휠은 상기 웜 기어와 상기 웜 휠이 각각 서로 맞물릴 때 상기 웜 기어의 탄성 변형을 이용하여 상기 복수의 화상 담지체를 구동하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명이 적용되는 화상 형성 장치의 구동 기구는, 화상 형성 장치의 복수의 구성 부재를 동시에 구동하는 구동축으로서 이용되는 금속재 축(metal shaft); 및 상기 금속재 축 상에 동축으로 형성되어 있고, 상기 복수의 구성 부재의 각 축에 구동력을 전달하며, 상기 금속재 축을 주형에 삽입한 후에 인서트 성형을 행함으로써 형성되는, 수지 재료로 이루어진 복수의 웜 기어를 포함하며, 상기 복수의 웜 기어는 상기 수지 재료의 외주부 상에 나선형 나사산부를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 나선형 나사산부가 수지 재료로 형성되어 있지만, 나선형 나사산부 이외의 부분에 금속 재료, 세라믹 등과 같은 다른 재료를 사용하여도 좋다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 본 발명이 적용되는 화상 형성 장치의 구동 기구는, 화상 형성 장치의 복수의 구성 부재를 동시에 구동하는 구동축으로서 이용되는 금속재 축; 및 상기 금속재 축에 동축으로 장착되어 상기 복수의 구성 부재의 각 축에 구동력을 전달하고 상기 금속재 축 상에 순차적으로 압입된 수지 재료로 이루어진 복수의 웜 기어를 포함하며, 상기 복수의 웜 기어는 상기 수지 재료의 외주부 상에 나선형 나사산부를 갖는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 나선형 나사산부 이외의 부분은 수지 재료 이외의 재료로 형성되어도 좋다. 또한, 상기 나사산부가 상기 수지 재료를 압입할 때 형성되는지 여부는 중요하지 않다.

본 발명의 또다른 관점에 따르면, 본 발명이 적용되는 웜 기어 세트의 제조 방법은, 금속재 축을 주형에 삽입하는 단계; 상기 주형의 게이트로부터 상기 금속재 축의 축 방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 있는 복수의 위치에 수지를 충전하는 단계; 및 상기 수지를 고체화시키고 상기 금속재 축 및 상기 고체화된 수지를 상기 주형으로부터 제거함으로써 상기 금속재 축 상에 복수의 웜 기어를 동축으로 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 복수의 웜 기어를 형성하는 단계는 상기 고체화된 수지를 절삭함으로써 상기 나선형 나사산부를 형성하는 것을 포함한다. 또한, 상기 제조 방법은 상기 수지를 고체화시킬 때 상기 나선형 나사산을 형성하도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 수지를 충전하는 단계에서, 상기 수지가 두꺼운 벽부를 갖는 게이트 랜드를 매립할 때까지 상기 수지를 충전하고, 이어서 얇은 벽부를 갖고 상기 게이트 랜드에 연결된 필름 게이트를 통하여, 상기 금속재 축의 외주를 덮고 상기 게이트 필름(film gate)에 연결된 상기 웜 기어를 형성하는 부분에 상기 수지를 충전하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 또다른 관점에 따르면, 세개 이상의 웜 기어를 금속재 축 상에 동축으로 형성하는 웜 기어 세트의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 웜 기어가 형성되는 상기 금속재 축 부분 중에서, 상기 금속재 축의 중앙 부분의 축 직경이 크고 상기 금속재 축의 양단부 부분의 축 직경이 작도록, 상기 금속재 축을 절삭하는 단계; 및 나선형 나사산을 형성하기 전 또는 후에 상기 절삭된 금속재 축 상에 수지재 프리폼(preform)을 순차적으로 압입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하나의 회전축 상에 형성된 복수의 기어와 단일 구동원을 이용하여 나란히 배치된 복수의 화상 담지체를 구동하는 탠덤형 화상 형성 장치에 있어서, 탄성 변형에 의해 기어의 기하학적인 오차를 흡수할 수 있고, 따라서 기어의 제조 시에 허용 정밀도 레벨을 완화할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 화상 형성 장치의 전체 구조를 나타내는 도면으로, 소위 탠덤형의 디지털 컬러 프린터를 도시하고 있다. 도 1에 나타낸 화상 형성 장치는 각 컬러의 계조 데이터에 따라서 화상 정보를 처리하는 화상 처리 시스템(10), 기록 용지, OHP 시트 등을 이송하는 용지 이송 시스템(40), 및 예컨대 퍼스널 컴퓨터, 화상 판독 장치 등에 접속되어 있고 소정의 화상 처리를 본체(1) 상의 수신 화상 데이터에 적용하는 다른 화상 처리 시스템을 구성하는 화상 처리 시스템(50)을 장착하고 있다.

화상 처리 시스템(10)에서는, 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 및 블랙(K)의 4개 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)이 일정한 간격으로 수평 방향으로 나란히 배치되어 있다. 또한, 화상 처리 시스템(10)은 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)의 감광 드럼(12) 상에 형성된 각 컬러의 토너 화상의 중간 전사 벨트(21)로의 다중 전사를 행하는 전사 유닛(20), 및 레이저빔을 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)에 조사하는 광학 유닛을 구성하는 래스터(Raster) 출력 스캐너(ROS)(30)를 포함하고 있다. 또한, 본체(1)에는 전사 유닛(20)에 의해 기록 용지(시트)에 2차 전사된 화상을 열 및 압력을 이용하여 상기 기록 용지 상에 정착시키는 정착 장치(29)가 형성되어 있다. 또한, 각 컬러의 토너를 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)으로 공급하는 토너 카트리지(19Y, 19M, 19C, 19K)가 형성되어 있다.

전사 유닛(20)은 중간 전사 벨트(21)를 구동하는 구동 롤(22), 중간 전사 벨트(21)에 일정한 장력을 부여하는 인장 롤(23), 중첩된 각 컬러의 토너 화상의 기록 용지로의 2차 전사를 행하는 백업 롤(24), 및 중간 전사 벨트(21)에 존재하는 잔류 토너를 제거하는 세정 장치(25)를 포함하고 있다. 중간 전사 벨트(21)는 구동 롤(22)과 인장 롤(23)과 백업 롤(24) 간에 일정한 장력으로 걸려 있다. 또한, 중간 전사 벨트(21)는 우수한 정속(constant speed) 특성을 보이는 전용 구동 모터(도시되지 않음)에 의해 일정한 속도로 회전 가능하게 구동되는 구동 롤(22)에 의해 화살표 방향으로 순환 방식으로 구동된다. 중간 전사 벨트(21)로서, 예컨대, 대전(charge)을 일으키지 않고 저항이 조절되는 벨트 재료(고무 또는 수지)로 이루어진 벨트가 이용된다. 세정 장치(25)는 세정 브러시 및 세정 블레이드를 포함하며, 토너 화상 전사 공정을 완료한 후에 중간 전사 벨트(21)의 표면으로부터 잔류 토너, 용지 가루 등을 제거함으로써 중간 전사 벨트(21)가 다음의 화상 형성 공정을 준비하도록 구성되어 있다.

ROS(30)는 도시되지 않은 반도체 레이저, 변조기 외에도 반도체 레이저로부터 조사된 레이저빔(LB-Y, LB-M, LB-C, LB-K)의 편향 주사를 수행하는 다각형 미러(31)를 포함하고 있다. 도 1에 나타낸 예에서, ROS(30)는 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)의 아래에 설치되어 있고, 토너의 낙하 등에 의해 ROS(30)가 더럽혀질 가능성이 있다. 따라서, ROS(30)에는 각 구성 부재를 밀봉하는 직선 프레임(32)이 설치되어 있다. 또한, ROS(30)에는, 레이저빔(LB-Y, LB-M, LB-C, LB-K)을 투과시키는 유리재 창(33)이 프레임(32) 위쪽에 설치되어 주사 노광 및 차폐 효과 모두를 증대시킨다.

용지 이송 시스템(40)은 화상이 기록되는 기록 용지를 적층 및 공급하는 용지 공급 장치(41), 공급 장치(41)로부터 기록 용지를 픽업하여 공급하는 너저(nudger) 롤(42), 너저 롤(42)로부터 공급된 기록 용지를 하나씩 분리하여 이송하는 공급 롤(43), 및 공급 롤(43)에 의해 하나씩 분리된 기록 용지를 화상 전사부로 이송하는 이송 경로(44)를 포함하고 있다. 또한, 용지 이송 시스템(40)은 이송 경로(44)를 통하여 이송된 기록 용지를 기록 용지의 이송 타이밍에서 2차 전사 위치로 이송하는 레지스트 롤(45), 및 상기 기록 용지를 2차 전사 위치에 설치된 백업 롤(24)에 압접시킴으로써 화상의 기록 용지로의 2차 전사를 수행하는 2차 전사 롤(46)을 더 포함하고 있다. 또한, 용지 이송 시스템(40)은 정착 장치(29)에 의해 토너 화상이 정착된 기록 용지를 본체(1)의 외부로 배출하는 배출 롤(47) 및 이 배출 롤(47)에 의해 배출된 기록 용지를 적층하는 배출 트레이(48)를 더 포함하고 있다. 또한, 용지 이송 시스템(40)은 정착 장치(29)에 의해 정착된 기록 용지를 반전시킴으로써 양면 인쇄를 가능하게 하는 양면 이송 유닛(49)을 더 포함하고 있다.

다음에, 화상 처리 시스템(10)의 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)을 상세하게 설명한다.

도 2는 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)의 구성을 상세하게 설명하는 도면이다. 이 도면에는 옐로우(Y)용 화상 형성 유닛(11Y)과 마젠타(M)용 화상 형성 유닛(11M)이 도시되어 있다. 다른 화상 형성 유닛(11C, 11K)들도 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.

각 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)은 토너 화상을 담지하는 화상 담지체로서의 감광 드럼(12), 대전 롤(13a)을 이용하여 감광 드럼(12)을 대전시키는 대전 장치(13), 대전 장치(13)에 의해 대전되고 현상 롤(14a)에 의해 ROS(30)로부터 레이저빔(LB-Y, LB-M-LB-C, LB-K)을 이용하여 감광 드럼(12) 상에 형성된 정전 잠상을 현상하는 현상 장치(14), 중간 전사 벨트(21)를 사이에 두고 감광 드럼(12)과 대향하도록 배치되고 감광 드럼(12) 상의 현상된 토너 화상을 중간 전사 벨트(21)로 전사하는 1차 전사 롤(15), 및 상기 토너 화상의 전사 작업 후에 감광 드럼(12) 상에 잔류하는 잔류 토너를 제거하는 세정 장치(16)를 포함하고 있다. 여기서, 본 실시예에서는, 각 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)에서, 감광 드럼(12), 대전 장치(13), 및 세정 장치(16)는 카트리지에 일체로 형성되어 있고, 4개의 카트리지가 본체(1)에 장착되어 있다. 또한, 각각의 카트리지는 화상 형성 장치의 본체(1)로부터 제거되거나 본체(1)에 장착될 수 있다.

다음에, 도 1에 나타낸 화상 형성 장치의 동작을 설명한다. 도시되지 않은 최초 판독 장치에 의해 판독된 최초의 컬러 재료 반사 광학 화상 또는 도시되지 않은 퍼스널 컴퓨터 등에 의해 형성된 컬러 재료 화상 데이터가 예컨대 R(적색), G(녹색), B(청색)의 8비트 반사 데이터로서 IPS(50)에 입력된다. IPS(50)에서는, 입력된 반사 데이터에 대하여 음영 보정(shading correction), 위치 변위 보정, 휘도/컬러 공간 변환, 감마 보정, 프레임 삭제, 컬러 편집과 움직임 편집을 포함하는 다양한 화상 편집 등의 소정의 화상 처리가 행해진다. 화상 처리된 화상 데이터는 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 및 블랙(K)의 4개 컬러의 컬러 재료 계조 데이터로 변환되고, ROS(30)로 출력된다.

ROS(30)에서는, 입력된 컬러 재료 계조 데이터에 응답하여 반도체 레이저(도시되지 않음)로부터 출사된 레이저빔(LB-Y, LB-M, LB-C, LB-K)이 f-θ 렌즈(도시되지 않음)를 통하여 다각형 미러(31)에 조사된다. 다각형 미러(31)에서는, 각 컬러의 계조 데이터에 따라서 입사 레이저빔이 변조되고 편형 주사되며, 도시되지 않은 집광 렌즈 및 복수의 미러를 통하여 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)의 감광 드럼(12)에 조사된다. 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)의 감광 드럼(12)에서는, 대전된 표면이 주사 노광되어 감광 드럼(12) 상에 정전 잠상이 형성된다. 형성된 정전 잠상은 각각의 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)에 의해 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 및 블랙(K)으로 이루어진 각 컬러의 토너 화상으로서 현상된다. 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K) 상에 형성된 토너 화상은 중간 전사체를 구성하는 중간 전사 벨트(21)로 다중 전사된다. 여기서, 블랙 토너 화상을 형성하는 블랙 화상 형성 유닛(11K)은 중간 전사 벨트(21)의 이동 방향의 최하류측에 배치되고, 블랙 토너 화상은 최종적으로 중간 전사 벨트(21)로 1차 전사된다.

한편, 용지 이송 시스템(40)에서는, 화상 형성 시에 너저 롤(42)이 회전하여 용지 공급 장치(41)로부터 소정 크기의 기록 용지를 공급한다. 하나씩 분리된 기록 용지는 공급 롤(43)에 의해 이송 경로(44)를 따라 레지스트 롤(45)로 이송되어 일시적으로 정지된다. 그 후에, 토너 화상이 형성된 중간 전사 벨트(21)의 이동 타이밍에서, 레지스트 롤(45)이 회전하고, 백업 롤(24) 및 2차 전사 롤(46)에 의해 규제된 2차 전사 위치로 기록 용지가 이송된다. 2차 전사 위치에서는, 4개 컬러를 중첩하여 형성된 토너 화상이 아래쪽에서 위쪽으로 이송된 기록 용지로 압압력 및 소정의 전계를 이용하여 서브 주사 방향으로 순차적으로 전사된다. 다음에, 각 컬러의 토너 화상이 전사된 기록 용지는 정착 장치(29)에 의해 열과 압력으로 정착 처리되고, 이어서 본체(1)의 위쪽에 배치된 배출 트레이(48)로 배출 롤(47)에 의해 배출된다. 여기서, 기록 용지는 배출 트레이(48)로 직접 배출되지 않고 그 이송 방향이 도시되지 않은 전환 게이트에 의해 전환되고 정착 장치(29)에 의해 정착된 기록 용지가 양면 이송 유닛(49)에 의해 반전되는 것이 가능할 수 있다. 반전된 기록 용지는 레지스트 롤(45)로 이송되고, 그 후 상술한 흐름과 유사한 흐름을 따라 인쇄가 행해지지 않은 다른 면상에 화상이 형성되어, 기록 용지의 양면 상에 화상을 형성할 수 있다.

다음에, 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)의 구동 기구를 설명한다.

도 3은 본 실시예가 적용되는 감광 드럼 구동 기구(70)를 설명하는 도면이다. 탠덤형 화상 형성 장치에서는, 나란히 배치된 각 화상 형성 유닛(11Y, 11M, 11C, 11K)의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K) 모두를 동일한 회전 속도로 회전 가능하게 구동할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 각 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)의 구동축(71)이 일체화되어 각 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)이 단일 구동원에 의해 구동되는 구성을 제공한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예가 적용되는 감광 드럼 구동 기구(70)는 본체(1)의 후면측에 형성되어 있고, 그 구성 부재로서 금속 재료로 형성되어 강성을 보장하는 단일 구동축(71)이 각 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)을 회전시킬 때 축이 되는 각 감광 드럼 구동축(61)(61Y, 61M, 61C, 61K)에 수직한 방향으로 설치되어 있다. 수지 재료로 이루어지고 나선형 나사산을 갖는 4개의 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 각 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)에 대향하는 위치에서 구동축(71)에 장착되어 있다. 금속 재료로 이루어진 구동축(71)으로서는, 예컨대 저 탄소강인 SUM(Sulfur free cutting steel) 또는 SUS(Stainless Steel)가 이용된다. 또한, 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)에서는 수지 재료로서 열가소성 수지가 바람직하다. 예컨대, 이 수지 재료는 폴리아세탈(POM), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 수퍼-엔지니어링-플라스틱(super-engineering-plastic) 폴리페닐렌 황화물(PPS), 또는 이들 재료의 합성 재료일 수 있다. 웜 휠(62)(62Y, 62M, 62C, 62K)이 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)와 대향하도록 각 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)의 드럼 회전축(61)(61Y, 61M, 61C, 61K)에 웜 휠(62)(62Y, 62M, 62C, 62K)이 장착되어 있다. 각 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)와 각 웜 휠(62)(62Y, 62M, 62C, 62K)을 서로 맞물리게 함으로써, 구동축(71)의 회전에 의해 모든 감광 드럼 회전축(61)(61Y, 61M, 61C, 61K)을 동시에 회전시킬 수 있다.

또한, 감광 드럼 구동 기구(70)는 각각의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)을 구동하는 공통 구동원(단일 구동원)을 구성하는 구동 모터(73), 이 구동 모터(73)에 구동 가능하게 연결되어 구동력을 구동 모터(73)로부터 구동축(71)으로 전달하는 기어 박스(gear box)(74), 적어도 두개 지점에서 구동축(71)을 지지하는 베어링(75)을 포함하고 있다. 또한, 구동축(71)의 회전 불균일이 억제된 상태에서 구동축(71)을 유지하는 구체(76) 및 구체(76)의 탈락이 방지된 상태에서 본체(1)의 프레임(도시되지 않음)에 고정된 구체 수납 플레이트(77)가 구동축(71)의 양단에 설치되어 있다.

여기서, 구동 모터(73)가 구동되면, 베어링(75)에 지지되는 구동축(71)이 기어 박스(74)를 통하여 회전한다. 구동축(71)의 상기 회전으로 인하여, 구동축(71)에 고정된 4개의 수지재 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 동일한 방향으로 동시에 회전한다. 이들 4개의 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 회전으로 인하여 나선형 나사산이 회전하고, 이에 따라 4개의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)의 드럼 회전축(61)(61Y, 61M, 61C, 61K)에 장착된 웜 휠(62)(62Y, 62M, 62C, 62K)이 구동축(71)의 축방향에 수직방향이면서 동일한 방향으로 회전한다. 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)는 수지 재료로 이루어져 있기 때문에, 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 웜 휠(62)(62Y, 62M, 62C, 62K)과 맞물려서 4개의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)을 회전시키는 경우, 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)는 복원적으로 또는 탄성적으로 변형된다. 4개의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)을 고정밀도로 회전시키려면, 금속 재료로 이루어진 종래의 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)에서는 치형(tooth shape), 치적(tooth trace), 피치(pitch) 등의 정밀도를 나선형 나사산에 대하여 매우 높일 필요가 있다. 따라서, 충분한 치형 연마를 포함하여 기어를 형성하는데 많은 비용을 지출함으로써, 4개의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)의 회전에 필요한 운동 특성이 확보될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 웜 휠(62)(62Y, 62M, 62C, 62K)과 맞물리는 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 재료로서 수지 재료를 이용함으로써 탄성 변형에 의해 기하학적 오차를 흡수할 수 있다. 결과적으로, 복수의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)을 동시에 회전시키는 특별한 동작 모드에서도, 기어의 정밀도를 낮추어 기어의 제조 비용을 상당히 낮추더라도 본 실시예의 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)를 이용하여 운동 특성을 유지할 수 있다.

여기서, 감광 드럼 구동 기구(70)는 나선형 나사산을 갖는 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)와 웜 휠(62)(62Y, 62M, 62C, 62K)의 조합을 이용하여 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)을 회전시키도록 구성되어 있다. 그러나, 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)과 접촉하게 되는 부재들이 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)과 함께 회전하게 되면, 감광 드럼 구동 기구(70)도 이들 부재의 구동 장치로서 기능한다. 예컨대, 도 1에 나타낸 구조에서, 감광 드럼 구동 기구(70)는 중간 전사체를 구성하는 중간 전사 벨트(21)의 구동 장치로서 기능할 수 있다. 또한, 기록 용지를 직접 이송하는 화상 형성 장치에서, 감광 드럼 구동 기구(70)는 기록 용지의 운반체의 구동 장치로서 기능할 수 있다.

다음에, 구동축(71)과 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 구조를 설명한다.

도 4의 (a) 내지 도 4의 (d)는 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 인서트 성형(후술됨)에 의해 구동축(71)에 고정되는 구성예를 나타내는 도면이다. 여기서, 각 도면에는 하나의 웜 기어(72)만이 도시되어 있으며, 이 웜 기어(72)는 도면의 이해를 용이하게 하기 위하여 단면으로 도시되어 있다.

도 4의 (a)에서, D 형상의 절결부(71a)가 원형의 단면을 갖는 로드로 이루어진 구동축(71)에서 성형에 의해 웜 기어(72)가 형성되는 부분에 형성되어 있다. D 형상의 절결부(71a)의 설치에 의해, 성형에 의해 형성되는 웜 기어(72)가 구동축(71)에 대하여 자유롭게 회전할 가능성이 없으며, 웜 기어(72)는 구동축(71)의 회전과 연동하는 방식으로 회전할 수 있을 뿐이다. 도 4의 (a)에 나타낸 구조에 따르면, 치형의 정밀도는 쉽게 달성될 수 있으며, 편심이 저감되고, 낮은 제조 비용으로 상기 구조를 제조할 수 있으므로, 비용에 대하여 유리한 효과를 줄 수 있다.

도 4의 (b)에서, 원형 단면을 갖는 로드로 이루어진 구동축(71)의 표면 상에는 웜 기어(72)가 형성된 부분에 마디(knurling)(71b)가 형성되어 있다. 이 마디(71b)의 형성에 의해, 도 4의 (a)에 나타낸 D 형상의 절결부(71a)와 마찬가지로 구동축(71)에 대한 웜 기어(72)의 공전을 억제할 수 있고 또 비용에 있어서 유리한 효과를 나타낼 수 있다.

도 4의 (c)에 나타낸 구성예는, 구동축(71)이 원형 단면을 갖는 원통형 튜브로 이루어져서 중공 원통체를 구성한다는 점을 특징으로 한다. 이 구조는 치형의 정밀도 및 편심의 저감을 만족스런 수준으로 달성할 수 있지만, 비용을 다소 증가시킬 것으로 생각된다. 도 4의 (a)나 도 4의 (b)에 나타낸 것과 유사한 D 형상 절결부(71a) 또는 마디(71b)를 중공 원통형 튜브의 표면에 형성함으로써, 구동축(71)에 대한 웜 기어(72)의 공전을 방지할 수 있다.

도 4의 (d)에 나타낸 구성예는, 상업적으로 입수할 수 있는 금속재 육각 축 등과 같은 다각형 단면을 갖는 다각형 로드 축이 구동축(71)으로서 이용된다는 점을 특징으로 한다. 이러한 다각형 로드 축을 이용함으로써, 인서트 성형에 의해 구동축(71) 상에 형성된 웜 기어(72)의 회전 방향으로의 공전을 방지할 수 있다. 그러나, 단순히 다각형 로드 축을 이용하면, 웜 기어(72)가 구동축(71)의 축방향으로 움직일 가능성이 있다. 따라서, 도 4의 (d)에 나타낸 소정의 홈(71c)을 웜 기어(72)가 형성된 구동축(71)의 부분에 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 다각형 로드 축을 이용하면, 도 3에 나타낸 베어링(75)의 구조 등을 설계할 필요가 있다.

도 5는 구동축(71) 상에 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)를 압입함으로써 조립되는 구조예를 나타낸다. 여기서, 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)는 그 단면 구조가 표현되어 있다. 본 실시예가 적용되는 감광 드럼 구동 기구(70)에서는, 4개의 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 하나의 구동축(71)에 연결되어 있다. 따라서, 성형된 기어를 (치형 절삭 전이나 치형 형성 후) 구동축(71) 상에 압입할 때, 구동축(71)의 중앙 부분에 두개의 웜 기어(72M 및 72C)를 장착하기 위해서는, 이들 웜 기어(72)(72M 및 72C)를 두개의 웜 기어(72)(72Y 및 72K)가 장착될 구동축(71)의 단부에 위치한 부분을 통과시킬 필요가 있다. 구동축(71) 상에 웜 기어(72)를 장착할 때, 구동축(71)에 대한 웜 기어(72)의 공전을 방지하기 위해서는, 웜 기어(72)를 구동축(71)에 비교적 큰 압력으로 고정하거나 또는 예컨대 구동축(71) 상에서 축방향으로 연장하는 소정의 돌기(71d) 등을 형성할 필요가 있다. 돌기의 크기로서는 대략 0.1 내지 0.2mm면 충분하다. 구동축(71)의 중앙 부분에서의 2개의 웜 기어(72)(72M 및 72C)의 내경과 구동축(71)의 단부에서의 2개의 웜 기어(72)(72Y 및 72K)의 내경이 동일하다고 가정하면, 구동축(71)의 중앙 부분에서의 2개의 웜 기어(72)(72M 및 72C)가 2개의 웜 기어(72)(72Y 및 72K)가 장착될 구동축(71)의 단부에 위치한 부분을 쉽게 통과하지 못할 가능성이 있다. 또한, 이들 2개의 웜 기어(72)(72M 및 72C)가 구동축(71)의 단부에 위치한 부분을 통과할 때, 수지재 웜 기어(72)(72M 및 72C)의 내경이 변형되어, 웜 기어(72)(72M 및 72C)가 지정된 위치에 장착될 때 충분한 장착 강도를 얻지 못할 가능성도 있다. 웜 기어(72)의 수가 3개 이상인 경우에도, 유사한 문제가 발생한다.

따라서, 본 실시예에서는, 예컨대 구동축(71)의 축 직경이 12mm로 설정된 경우에, 중앙 부분의 2개의 웜 기어(72)(72M 및 72C)가 장착되는 부분(위치)에서의 구동축(71)의 축 직경은 단부 부분에서의 축 직경보다 다소 크도록(예컨대 12.5mm의 직경으로) 설계된다. 이러한 축 직경에 대응하여, 중앙 부분의 2개의 웜 기어(72)(72M 및 72C)와 단부 부분의 2개의 웜 기어(72)(72Y 및 72K)는 내경이 다르도록 설계된다. 여기서, 마젠타용 웜 기어(72M)와 옐로우용 웜 기어(72Y)는 구동축(71) 상을 도 5에 나타낸 X1 방향으로 슬라이딩함으로써 구동축(71)에 장착된다. 이 경우에, 마젠타용 웜 기어(72M)의 내경이 웜 기어(72Y)를 장착하는 구동축(71) 부분의 외경보다 크기 때문에, 웜 기어(72K)가 장착되는 부분으로 웜 기어(72M)를 이동시킬 때 이 부분은 장애가 되지 않으며, 이에 의해 웜 기어(72M)의 내경 부분의 변경, 깎임 등의 발생을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 시안용 웜 기어(72C)와 블랙용 웜 기어(72K)도 도 5에 나타낸 X2 방향으로 구동축(21) 상을 슬라이딩하여 구동축(71)에 장착되지만, 웜 기어(72C)의 내경이 웜 기어(72K)를 장착하는 구동축(71) 부분의 외경보다 크기 때문에, 웜 기어(72C)를 블랙 웜 기어(72K)용 장착부를 통과시킬 때, 이러한 부분은 장애가 되지 않아, 웜 기어(72C)의 내경 부분의 변경, 깎임 등의 발생을 방지할 수 있다. 사용된 웜 기어(72)의 수가 3인 경우에는, 중앙 웜 기어(72)가 장착되는 부분의 축 직경이 단부 웜 기어(72)가 장착되는 부분의 축 직경보다 크게 된다.

도 5에 나타낸 예에서, 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 구동축(71)에 장착될 때, 기계적 체결 부재를 구성하는 E 형상 링(78)으로 인해 각 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 양단부는 고정되어 있다. 따라서, 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 축 방향으로 장착될 때에는, 각 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 구동축(71)의 축 방향으로의 변위가 억제될 수 있다. 여기서, 체결 처리로서, 기계적 체결 외에 접착제 등을 이용한 체결을 생각할 수 있다. 또한, 구동축(71) 상에 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)를 장착할 때, 각 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)에 치형이 형성되어 있는지 여부는 중요하지 않다. 치형이 형성되지 않은 수지 프리폼을 압입에 의해 구동축(71)에 조립하고, 그 다음에 웜 기어(72)에 절삭에 의해 치형을 형성할 수 있다. 치형이 이미 형성된 웜 기어를 구동축(71)에 조립하여 도 5에 나타낸 구성을 제공할 수도 있다.

다음에, 구동축(71) 상에 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)를 형성하는 방법, 즉, 본 실시예에서의 탠덤형 웜 기어 세트를 제조하는 방법을 설명한다.

제 1 제조 방법은, 웜 기어(72)가 장착되는 금속재 축으로 이루어진 구동축(71)의 부분에서 유체 수지가 고체화되는 인서트 성형을 이용하여 웜 기어(72)를 형성하는 제조 방법이다. 제 2 제조 방법은 미리 고체화된 수지가 압입에 의해 구동축(71)에 고정되는 압입 고정식 제조 방법이다. 이들 제조 방법을 순서대로 설명한다.

도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 제 1 제조 방법의 인서트 성형에 의해 형성된 탠덤형 웜 기어 세트의 제조 단계와 이 인서트 성형에 사용되는 주형의 예를 나타낸다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 우선 인서트 성형을 행할 때, 구동축(71)을 구성하는 금속재 축(금속 축)이 도 6의 (b)에 나타낸 주형에 삽입된다(단계 101). 다음 단계에서, 도 6의 (b)에 나타낸 프리폼 형성부에 상기 주형의 게이트를 통하여 수지가 충전된다(단계 102). 이어서, 수지가 고체화되어 금속재 축 상에 프리폼을 형성한다(단계 103). 그 후에, 분리선으로부터 주형이 개방되고, 성형된 제품이 주형으로부터 취출된다. 다음에, 프리폼이 형성된 금속재 축의 양단부를 지지하고, 절삭 등에 의해 상기 형성된 프리폼에 웜 치형(나선형 나사산)이 형성되어, 각각의 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)를 형성한다(단계 104).

여기서, 도 6의 (a)에 나타낸 단계에서, 각 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 최종 치형이 절삭 단계에 의해 형성되지만, 최종 치형(나선형 나사산)은 주형을 이용하여 성형 가공에 의해 형성될 수도 있다. 그러나, 주형을 이용하여 웜 치형을 형성하는 경우에, 주형으로부터 성형된 제품을 취출하기 위해서는 기어 부분을 회전시키면서 성형된 제품을 취출할 필요가 있다. 따라서, 간단한 상하(좌우) 주형은 이용할 수 없으며, 각각의 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K) 부분을 회전시킴으로써 주형으로부터 성형된 제품을 취출할 수 있는 소정의 분리형(split) 주형이 요구된다.

도 7은 도 6의 (a)에 나타낸 단계에 의해 형성되는 성형 제품(프리폼)의 일례를 나타낸다. 여기서, 하나의 웜 기어(72)에 대응하는 성형 제품이 일례로서 취해진다. 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 본 실시예에서는 금속재 축의 주위에 프리폼이 형성되며, 따라서 금속재 축에 대응하는 성형 제품의 부분에는 캐비티가 형성되어 있다. 따라서, 어떤 대책도 없이 수지를 주형 내측으로 그대로 흘림으로써 프리폼을 형성하는 경우에는, 두개 이상의 흐름 선단(흐름 말단부들)이 생겨서 흐름 선단이 합쳐지는 부분에 나사선 모양의 미세한 선형 흔적(유선(fluid lines))인 용접 라인들을 초래한다. 용접 라인의 존재는 그 부분에서 크랙(crack)을 발생하기 쉽고, 따라서 성형 제품은 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)의 구동을 전달하는 기어로서 적합하지 않다. 따라서, 본 실시예에서는, 각 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 프리폼의 형상으로서 도 7에 나타낸 형상이 채용된다.

도 7에서, 금속재 축으로 이루어진 구동축(71)의 주위에는, 웜 기어(72)의 치형이 형성되는 프리폼 형성부(81), 수지를 유입시키기 위한 게이트부(84)가 형성된 게이트 랜드(gate land)(82), 및 상기 프리폼 형성부(81)와 게이트 랜드(82)에 연결되고 구동축(71)의 축 외경을 따라 얇은 벽부를 갖는 필름 게이트(film gate)(83)가 형성되어 있다. 주형의 내부로 유입되는 수지는 벽 두께가 큰 부분으로 흘러가는 특성을 갖는다. 이 특성을 이용하여, 게이트부(84)가 제공된 게이트 랜드(82)는 축의 주위에 예컨대 대략 2mm의 두께를 갖는 두꺼운 벽부로서 형성되어 있다. 한편, 게이트 랜드(82)에 연결된 필름 게이트(83)는 축의 주위에 약 0.3mm의 두께를 갖는 얇은 벽부를 가져서, 프리폼 형성부(81)로의 수지의 유로를 좁게 한다. 게이트부(84)로부터 게이트 랜드로 유입되는 수지는 우선, 수지가 게이트 랜드(82)를 매립하도록 두꺼운 벽부를 구성하는 게이트 랜드(82)로 유입된다. 두꺼운 벽부로의 유입의 완료 후에, 가압된 상태에서 수지는 축을 따라 필름 게이트(83)의 얇은 벽부로 이동하여 프리폼 형성부(81)로 들어간다. 이런 식으로, 본 실시예에 따르면, 도 7에 나타낸 구조를 채용하여, 두꺼운 벽부를 갖는 게이트 랜드(82)를 수지로 매립한 후에, 얇은 벽부를 갖는 필름 게이트(83)에 의해 수지를 압박한 상태에서 축의 주위를 수지로 덮으면서 수지가 축을 따라 프리폼 형성부(81)에 채워진다. 게이트 위치(84)로부터 두꺼운 벽부를 갖는 프리폼 형성부(81)에 수지가 직접 유입되는 경우에, 수지는 넓은 범위에서 임의로 프리폼 형성부(81)에 채워지며, 이에 의해 용접 라인이 쉽게 생긴다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 용접 라인의 생성을 억제할 수 있으며, 이에 의해 크랙의 발생에 의해 야기된 결점을 크게 감소시킬 수 있다.

여기서, 프리폼 형성부(81)를 형성한 후에는 필름 게이트(83) 및 게이트 랜드(82)와 같은 부분은 더이상 필요 없으며, 따라서 이 부분들은 제거될 수도 있다. 그러나, 이들 부분이 웜 기어(72)의 구동을 방해하지 않는 경우에는, 제거 단계를 감축한다는 관점에서 이들 부분을 그대로 남겨 두는 것이 바람직하다.

이런 식으로, 제 1 제조 방법에 따르면, 이런 식으로 금속재 축(원형 단면을 갖는 로드 축)이 소정 형상을 갖는 주형의 내부로 삽입되고, 수지가 주형에 채워져서, 축 주위에 대략 원통형의 프리폼을 형성한다. 다음에, 축의 양단을 지지하면서 수지로 이루어진 프리폼 부분에 절삭에 의해 치형 형성을 적용하여 웜 기어 형상을 형성한다.

다음에, 제 2 제조 방법인 압입 고정식 제조 방법을 설명한다. 이 압입 고정식 제조 방법에 따르면, 도 5에 나타낸 상술한 구조를 갖는 탠덤형 웜 기어 세트가 형성된다.

이러한 압입 고정식 제조 방법에서는, 우선, 프로토 타입(proto type)의 각 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 되는 원통형 부재(수지재 프리폼)를 형성할 필요가 있다. 원통형 부재를 형성하는 방법으로서, 다음의 방법들을 포함하는 다양한 방법들이 생각된다.

1. 원형 단면을 갖는 수지 로드를 절삭하는 방법.

2. 성형에 의해 연속 원통형 부재를 형성하고 이 원통형 부재를 원하는 크기로 절단하는 압출 성형(extrusion molding) 방법.

3. 수지를 주형에 채운 후에 이 수지를 고체화함으로써 각 원통형 부재가 형성되는 일반적인 플라스틱 성형을 이용하여 탠덤형 웜 기어 세트를 제조하는 사출 성형(injection molding) 방법.

상술한 문단 3에 기재된 사출 성형 방법에서는, 두꺼운 벽부의 성형 시에 발생하는 결함인 "수축 크랙"과 "보이드(버블)"를 제거하기 위해서 사출 압축 성형(injection compression molding)을 채용하는 것이 효과적이다. 이 사출 압축 성형은, 수지가 고체화되기 전에 주형의 내부에 배치된 압축 핀을 진행시켜서 캐비티 내부에서 수지를 압축하는 방법을 채용한다.

상술한 다양한 방법을 이용하여 원통형 부재를 형성한 후에, 다음 단계에서, 이 원통형 부재는 도 5에 나타낸 바와 같이 금속재 축에 조립된다. 상술한 바와 같이, 마젠타 웜 기어(72M)와 옐로우 웜 기어(72Y)를 형성하는데 이용되는 원통형 부재는 도 5에 나타낸 X1 방향으로 슬라이딩하게 되어 금속재 축으로 된 구동축(71) 상에 순차적으로 장착된다. 또한, 시안 웜 기어(72C)와 블랙 웜 기어(72K)를 형성하는데 이용되는 원통형 부재는 도 5에 나타낸 X2 방향으로 슬라이딩하게 되어 구동축(71) 상에 순차적으로 장착된다. 이런 식으로 원통형 부재를 장착한 후에, 체결 처리로서 예컨대 기계적 체결 부재를 구성하는 E 형상 링(78)이 구동축(71) 상에 장착된다. 여기서, 접착제 등을 이용하여 체결 처리를 행하는 것도 유효하다. 구동축(71) 상에 원통형 부재를 장착할 때에, 웜 치형을 원통형 부재에 형성하면, 탠덤형 웜 기어 세트의 제조는 이 단계에서 종료한다. 한편, 구동축(71) 상에 원통형 부재를 장착할 때 웜 치형을 원통형 부재에 형성하지 않으면, 절삭 등에 의해 원통형 부재에 웜 치형을 형성함으로써 일련의 제조 단계가 종료한다.

이런 식으로, 제 2 제조 방법에 따르면, 우선, 예컨대 수지가 원하는 형상을 갖는 주형의 내부에 채워지고 고체화되어, 원통 형상을 갖는 프리폼(원통형 부재)이 사출 성형(또는 사출 압축 성형)에 의해 형성된다. 대안으로, 압출 성형에 의해 연속 원통형 수지 재료(연신형 수지 재료)가 형성되고, 이 수지 재료가 소정 길이로 절단되어 프리폼(원통형 부재)을 형성한다. 이런 식으로 형성된 프리폼은 원하는 위치에서 금속재 축 상에 압입되어 고정된다. 그 후에, 금속재 축의 양단부를 지지하고, 절삭을 이용한 치형 형성에 의해 수지재 프리폼부에 웜 치형(나선형 나사산)을 형성한다. 또한, E 형상 링(78) 등과 같은 기계적 체결 장치를 이용하여 프리폼을 금속재 축에 압입 및 고정할 수도 있다.

제 1 제조 방법 및 제 2 제조 방법과 관련하여 상세하게 설명된 제조 방법을 이용함으로써, 본 실시예에 따르면, 종래 기술로는 어려웠던 수지 재료를 이용한 다중 직렬 구조를 갖는 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)의 형성을 실현할 수 있다. 주형을 이용하여 나선형 나사산을 갖는 웜 치형을 형성할 때에는, 상술한 바와 같이, 고체화된 수지를 회전시키면서 고체화된 수지를 취출할 필요가 있다. 하나의 웜 기어(72)만을 이용하는 경우에는, 웜 기어는 성형에 의해 비교적 용이하게 형성될 수 있다(예컨대, JP-A-8-90667 참조). 그러나, 복수의 수지재 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 금속재 축에 연결되어 있는 경우에는, 이러한 구조를 고정밀도로 형성하는 것은 극히 어려우며, 따라서 종래 기술로는 어려웠다. 본 실시예에서는, 이러한 결점을 상술한 제조 방법으로 극복하여 수지재 탠덤형 웜 기어 세트의 획득을 실현할 수 있다.

다음에, 상술한 방식으로 형성된 수지 재료로 이루어진 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)를 채용하는 경우 얻어지는 유리한 효과를 설명한다.

도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 본 실시예의 구동 기구를 채용할 때 얻어지는 유리한 효과를 설명하는 도면이다. 도 8의 (a)는 종래의 금속재 웜을 채용하는 경우의 속도 변동 레벨을 나타내는 반면에, 도 8의 (b)는 본 실시예의 수지재 웜을 채용하는 경우의 속도 변동 레벨을 나타내고 있다. 각 도면에서, 주파수를 가로축 상에 취하고, 속도 변동 레벨의 절대값을 세로축 상에 취한다. 도 8의 (a)에 나타낸 종래의 금속재 웜에서는, 예컨대 웜 구동 시스템의 공진점인 275Hz의 근방에서 속도 변동이 극히 크다는 것을 알 수 있다. 한편, 도 8의 (b)에 나타낸 본 실시예의 수지재 웜에서는, 피크 레벨이 크게 감소하여 웜 구동 시스템의 공진점인 275Hz의 근방에서 속도 변동이 극히 작다는 것을 알 수 있다.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타낸 속도 변동 레벨을 측정하는데 작용하는 웜 기어(72)의 정밀도 데이터를 나타낸다. 도 9의 (a)는 이론적인 인볼류트 치형에 대한 치형의 오차량을 나타낸다. 즉, 도 9의 (a)는 도 8의 (a)에 나타낸 실험 결과를 보여주는 금속재 웜의 치형 오차 레벨 및 도 8의 (b)에 나타낸 실험 결과를 보여주는 수지재 웜의 치형 오차 레벨을 나타낸다. 각각의 웜 기어(72)는 4개의 나사산 (헬리컬)을 가지며, 제1 나사산 내지 제4 나사산에서의 각 치형 오차 레벨이 표시되어 있다. 또한, 도 9의 (b)는 도 8의 (a)에 나타낸 실험 결과를 보여주는 금속재 웜 및 도 8의 (b)에 나타낸 실험 결과를 보여주는 수지재 웜에 있어서 제1 내지 제4 나사산에서의 각 치적(tooth trace) 오차 레벨을 나타내고 있다.

도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 수지재 웜의 치형 오차 레벨은 금속재 웜의 치형 오차 레벨보다 약 2배 내지 5배정도 크다. 또한, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 수지재 웜의 치적 오차 레벨은 금속재 웜의 치적 오차 레벨보다 약 10배정도 크다. 이와 같이, 종래의 금속재 웜에 비하여 본 실시예에 따라 제조된 웜의 정밀도가 크게 낮아지고 악화되어 있다. 그러나, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)로부터 속도 변동 레벨이 크게 낮아짐을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 성형이나 기계가공의 정밀도가 그렇게 높지 않더라도, 높은 회전 품질을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 본 실시예의 수지재 웜에 있어서는, 구동축(71)의 축부분이 금속으로 형성되어 있다. 따라서, 웜 기어 구동 전달 시스템의 구동-시스템 강성이 종래 기술과 마찬가지로 높다(공진점이 높다)는 유리한 효과를 보장할 수 있다.

지금까지 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 탠덤형 컬러 화상 형성 장치에서는 복수의 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)을 구동하기 위하여 수지 재료로 이루어진 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)가 금속재 축으로 이루어진 구동축(71)에 장착된다. 금속재 웜 기어에서는, 웜 자체가 높은 강성을 갖고, 따라서 기어 치형 정밀도, 기어 치적 정밀도, 피치 정밀도 등의 기하학적인 오차가 감광 드럼(12)(12Y, 12M, 12C, 12K)의 속도 변동에 직접 영향을 미친다. 그러나, 본 실시예에서는, 수지 재료로 이루어진 웜 기어(72)(72Y, 72M, 72C, 72K)를 이용함으로써, 웜 기어(72)가 쉽게 탄성 변형을 일으킬 수 있고, 기어의 기하학적인 오차가 이 탄성 변형에 의해서 흡수될 수 있다. 결과적으로, 제조 정밀도의 허용 레벨을 완화시킬 수 있다. 이 제조 정밀도의 허용 레벨의 완화는 예컨대 기어 연마 단계를 생략함으로써 실현될 수 있다. 따라서, 제조 비용의 저감을 실현할 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 축 부분을 금속으로 형성함으로써, 웜 기어 구동 전달 시스템이 높은 구동-시스템 강성(높은 공진점)을 갖는다는 유리한 효과를 보장할 수 있다.

본 발명이 적용될 수 있는 예로서, 전자사진술을 채용하는 컬러 프린터나 복사기, 팩시밀리 등과 같은 화상 형성 장치 및 이들 화상 형성 장치에 이용되는 구동 기구를 들 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 아래에 설명한다.

(1) 본 발명의 화상 형성 장치에서, 구동축은 금속 재료로 이루어진다.

(2) 본 발명의 화상 형성 장치에서, 상기 구동축 상에 수지를 성형에 의해 형성함으로써 복수의 웜 기어가 상기 구동축 상에 고정된다.

(3) 본 발명의 화상 형성 장치에서, 상기 웜 기어의 치형이 형성된 각 프리폼 형성부, 수지 주입 시에 두꺼운 벽부를 갖는 각 게이트 랜드(gate land), 및 압박 방식으로 상기 각 프리폼 형성부로의 수지의 유입을 허용하는 얇은 벽부를 갖는 각 필름 게이트(film gate)가 연결되도록 성형에 의해 상기 복수의 웜 기어가 형성된다.

(4) 본 발명의 화상 형성 장치에서, 성형된 수지를 상기 구동축 상에 압입함으로써 상기 복수의 웜 기어가 상기 구동축에 고정되어 있다.

(5) 본 발명의 화상 형성 장치에서, 상기 구동축은 상기 복수의 웜 기어가 압입된 위치에 대응하는 직경이 다르다.

(6) 본 발명의 화상 형성 장치의 구동 기구에서, 복수의 웜 기어가 성형에 의해 형성되어 있고, 각 웜 기어는 상기 나사산부가 형성된 프리폼 형성부; 수지를 주입하는 게이트 위치를 갖는 게이트 랜드; 및 상기 게이트 랜드의 두께보다 작은 두께를 갖고 상기 게이트 랜드와 상기 프리폼 형성부 사이에 형성되어 있으며 주입된 수지가 상기 프리폼 형성부로 흘러 들어가게 하는 필름 게이트를 포함한다.

(7) 본 발명의 화상 형성 장치의 구동 기구에서, 상기 복수의 웜 기어에서 인서트 성형 후에 절삭 가공을 행함으로써 또는 인서트 성형을 직접 행함으로써 상기 나사산부가 형성된다.

(8) 본 발명의 화상 형성 장치의 구동 기구에서, 상기 복수의 웜 기어가 성형에 의해 형성되어 있는 위치에서 상기 금속재 축의 표면에 공전 방지 처리가 적용된다.

(9) 본 발명의 화상 형성 장치의 구동 기구에서, 상기 금속재 축에는 순차적으로 압입된 상기 복수의 웜 기어가 장착되는 복수의 위치에서 소정의 높이를 갖는 돌출부가 제공된다.

(10) 본 발명의 화상 형성 장치의 구동 기구에서, 상기 구동 기구는 상기 금속재 축의 축 방향으로의 상기 웜 기어의 이동을 방지하는 체결 부재를 포함한다.

(11) 본 발명의 웜 기어 세트의 제조 방법에서, 상기 복수의 웜 기어를 형성하는 단계는 고체화된 수지를 절삭함으로써 나선형 나사산부를 형성하는 것을 포함한다.

(12) 본 발명의 웜 기어 세트의 제조 방법에서, 상기 수지를 충전하는 단계에서, 상기 수지가 두꺼운 벽부를 갖는 게이트 랜드를 매립할 때까지 상기 수지를 충전하고, 이어서 얇은 벽부를 갖고 상기 게이트 랜드에 연결된 필름 게이트(film gate)를 통하여, 상기 금속재 축의 외주를 덮고 상기 게이트 필름에 연결된 상기 웜 기어를 형성하는 부분에 상기 수지를 충전한다.

(13) 본 발명의 웜 기어 세트의 제조 방법에서, 상기 제조 방법은 상기 금속재 축 상에 압입되는 상기 수지재 프리폼에 상기 나선형 나사산이 아직 형성되어 있지 않은 경우에 절삭에 의해 상기 나선형 나사산을 상기 수지재 프리폼에 형성하는 단계를 더 포함한다.

(14) 본 발명의 웜 기어 세트의 제조 방법에서, 상기 제조 방법은 상기 수지재 프리폼을 상기 금속재 축 상에 압입한 후에 상기 금속재 축의 축 방향으로의 상기 수지재 프리폼의 변위를 방지하기 위한 체결 처리를 적용하는 단계를 더 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 하나의 회전축에 장착된 복수의 기어와 단일 구동원을 이용하여 나란히 배치된 복수의 화상 담지체를 구동하고 탄성 변형에 의해 기어의 기하학적인 오차를 흡수함으로써 기어의 제조 시에 허용 정밀도 레벨을 완화하는 탠덤형의 화상 형성 장치, 기어 연마 공정을 이용하지 않고서 복수의 기어를 제조하여 제조 비용을 저감하는 웜 기어 세트의 제조 방법, 및 기어의 기하학적인 오차가 탄성 변형에 의해 흡수되는 경우에도 구동 전달 시스템의 구동-시스템 강성(rigidity)을 잘 유지하는 구동 기구가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화상 형성 장치의 전체 구성을 나타내는 도면.

도 2는 화상 형성 유닛의 구성을 설명하는 도면.

도 3은 본 실시예가 적용될 수 있는 감광드럼 구동 기구를 설명하는 도면.

도 4의 (a) 내지 도 4의 (d)는 웜 기어(worm gear)가 인서트 성형(insert molding)에 의해 구동축 상에 장착되는 구조적인 예들을 설명하는 도면.

도 5는 웜 기어를 압입(pressfitting)하여 웜 기어를 구동축에 조립할 때의 구조적인 예를 나타내는 도면.

도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 제1 제조 방법의 인서트 성형에 의해 탠덤용 웜 기어 세트를 제조하는 공정 및 인서트 성형용 주형(mold)의 예를 나타내는 도면.

도 7은 도 6의 (a)에 나타낸 공정에 의해 제조된 성형 제품(프리폼; preform)의 일례를 나타내는 도면.

도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 본 실시예의 구동 기구를 채용함으로써 얻어지는 유리한 효과를 설명하는 도면.

도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타낸 속도 변동 레벨을 측정할 때의 웜 기어의 정밀도에 관한 데이터를 나타내는 도면.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 본체

10 화상 처리 시스템

11Y, 11M, 11C, 11K 화상 형성 유닛

12 감광 드럼

20 전사 유닛

21 중간 전사 벨트

22 구동 롤

23 인장 롤

24 백업 롤

25 세정 장치

29 정착 장치

30 ROS

32 직선 프레임

33 유리재 창

40 용지 이송 시스템

41 용지 공급 장치

42 너저 롤

43 공급 롤

44 이송 경로

45 레지스트 롤

46 2차 전사 롤

47 배출 롤

48 배출 트레이

Claims

나란히 배치된 복수의 화상 담지체(image carrier);

상기 복수의 화상 담지체를 구동하는 공통 구동원;

상기 구동원에 연결되어 구동되는 구동축;

상기 복수의 화상 담지체에 대응하여 제공되고 상기 구동축과 동축으로 형성된 복수의 웜 기어(worm gear); 및

상기 각각의 웜 기어와 각각 맞물리고 상기 웜 기어의 구동력을 상기 화상 담지체로 각각 전달하는 복수의 웜 휠(worm wheel)

을 포함하고,

상기 복수의 웜 기어는 수지 재료로 이루어지고, 상기 웜 기어와 상기 웜 휠은 상기 웜 기어와 상기 웜 휠이 각각 서로 맞물릴 때 상기 웜 기어의 탄성 변형을 이용하여 상기 복수의 화상 담지체를 구동하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구동축은 금속 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 구동축 상에 수지를 성형에 의해 형성함으로써 상기 복수의 웜 기어가 상기 구동축에 고정되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 웜 기어의 치형(tooth shape)이 형성되어 있는 각 프리폼(preform) 형성부, 수지 주입 시에 두꺼운 벽부를 갖는 각 게이트 랜드(gate land), 및 압박 방식으로 상기 각 프리폼 형성부로의 수지의 유입을 허용하는 얇은 벽부를 갖는 각 필름 게이트(film gate)가 연결되도록 성형에 의해 상기 복수의 웜 기어가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
제 2 항에 있어서,

성형된 수지를 상기 구동축 상에 압입함으로써 상기 복수의 웜 기어가 상기 구동축에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 구동축은 상기 복수의 웜 기어가 압입된 위치에 대응하는 직경이 다른 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
화상 형성 장치의 복수의 구성 부재를 동시에 구동하는 구동축으로서 이용되는 금속재 축(metal shaft); 및

상기 금속재 축 상에 동축으로 형성되어 있고, 상기 복수의 구성 부재의 각 축에 구동력을 전달하며, 상기 금속재 축을 주형에 삽입한 후에 인서트 성형을 행함으로써 형성되는, 수지 재료로 이루어진 복수의 웜 기어(worm gear)

를 포함하고,

상기 복수의 웜 기어는 상기 수지 재료의 외주부 상에 나선형 나사산부를 갖는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
제 7 항에 있어서,

상기 복수의 웜 기어는 성형에 의해 형성되며, 각각의 웜 기어는,

상기 나사산부가 형성된 프리폼 형성부;

수지를 주입하는 게이트 위치를 갖는 게이트 랜드(gate land); 및

상기 게이트 랜드의 두께보다 작은 두께를 갖고 상기 게이트 랜드와 상기 프리폼 형성부 사이에 형성되어 있으며 주입된 수지가 상기 프리폼 형성부로 흘러 들어가게 하는 필름 게이트(film gate)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
제 7 항에 있어서,

상기 복수의 웜 기어에서, 인서트 성형 후에 절삭 가공을 행함으로써 또는 인서트 성형을 직접 행함으로써 상기 나사산부가 형성되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
제 7 항에 있어서,

상기 복수의 웜 기어가 성형에 의해 형성되어 있는 위치에서 상기 금속재 축의 표면에 공전 방지 처리가 적용되는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
화상 형성 장치의 복수의 구성 부재를 동시에 구동하는 구동축으로서 이용되는 금속재 축; 및

상기 금속재 축에 동축으로 장착되어 상기 복수의 구성 부재의 각 축에 구동력을 전달하고 상기 금속재 축 상에 순차적으로 압입된 수지 재료로 이루어진 복수의 웜 기어(worm gear)

를 포함하고,

상기 복수의 웜 기어는 상기 수지 재료의 외주부 상에 나선형 나사산부를 갖는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
제 11 항에 있어서,

순차적으로 압입되는 상기 복수의 웜 기어가 상기 금속재 축 상에 장착되는 복수의 위치에서, 상기 금속재 축은 그 양단부에 근접한 위치에서보다 중심부에 근접한 위치에서 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
제 11 항에 있어서,

상기 금속재 축에는 순차적으로 압입되는 상기 복수의 웜 기어가 장착되는 상기 복수의 위치에서 소정의 높이를 갖는 돌출부가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
제 11 항에 있어서,

상기 구동 기구는, 상기 금속재 축의 축 방향으로의 상기 웜 기어의 이동을 방지하는 체결 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치의 구동 기구.
금속재 축을 주형에 삽입하는 단계;

상기 주형의 게이트로부터 상기 금속재 축의 축 방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 있는 복수의 위치에 수지를 충전하는 단계; 및

상기 수지를 고체화시키고 상기 금속재 축 및 상기 고체화된 수지를 상기 주형으로부터 제거함으로써 상기 금속재 축 상에 복수의 웜 기어를 동축으로 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 세트(worm gear set)의 제조 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 복수의 웜 기어를 형성하는 단계는 상기 고체화된 수지를 절삭함으로써 나선형 나사산부를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 세트의 제조 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 수지를 충전하는 단계에서, 상기 수지가 두꺼운 벽부를 갖는 게이트 랜드를 매립할 때까지 상기 수지를 충전하고, 이어서 얇은 벽부를 갖고 상기 게이트 랜드에 연결된 필름 게이트를 통하여, 상기 금속재 축의 외주를 덮고 상기 게이트 필름에 연결된 상기 웜 기어를 형성하는 부분에 상기 수지를 충전하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 세트의 제조 방법.
세개 이상의 웜 기어를 금속재 축 상에 동축으로 형성하는 웜 기어 세트의 제조 방법으로서,

상기 웜 기어가 형성되는 상기 금속재 축 부분 중에서, 상기 금속재 축의 중앙 부분의 축 직경이 크고 상기 금속재 축의 양단부 부분의 축 직경이 작도록, 상기 금속재 축을 절삭하는 단계; 및

나선형 나사산을 형성하기 전 또는 후에 상기 절삭된 금속재 축 상에 수지재 프리폼을 순차적으로 압입하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 세트의 제조 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 제조 방법은, 상기 금속재 축 상에 압입되는 상기 수지재 프리폼에 상기 나선형 나사산이 아직 형성되어 있지 않은 경우에 절삭에 의해 상기 나선형 나사산을 상기 수지재 프리폼에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 세트의 제조 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 제조 방법은, 상기 수지재 프리폼을 상기 금속재 축 상에 압입한 후에 상기 금속재 축의 축 방향으로의 상기 수지재 프리폼의 변위를 방지하기 위한 체결 처리를 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웜 기어 세트의 제조 방법.