(57)【要約】【課題】カップリングの形状によっては駆動を精度よく伝達することが困難であり、カップリングと軸受の摺動部で溶着が発生する点を解決する。【解決手段】カップリング２１は、外、内側にインボリュートスプライン形状部２１ａ、２１ｂを有する。カップリング２１とカップリング２２の嵌合部では、カップリング２２の軸部の外周にインボリュートスプライン形状部２１ａを、カップリング２２側へ向かう軸部を嵌める軸穴の内周にインボリュートスプライン形状部２２ａを形成している。カップリング２２とギヤ２３の嵌合部では、カップリング２２の軸部の中空部の内周にインボリュートスプライン形状部２１ｂを形成し、ギヤ２３側ではカップリング２２の軸部の外周にインボリュートスプライン形状部２３ａを形成している。このようなカップリングは構造的に調心性に優れ、軸のずれが発生しても回転精度を保てる。【選択図】図４
2013140206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の機械要素と、該一の機械要素の軸部に対して連結、解除可能に取り付ける他の機械要素との間に介在し、両機械要素を連結、解除可能に連結するカップリング体を用いるカップリング構造であって、
前記カップリング体は、前記一の機械要素の軸部への連結部分と、前記他の機械要素への連結部分それぞれにインボリュートスプラインを設けてなり、
前記一の機械要素と前記他の機械要素は、前記カップリング体との連結部分にインボリュートスプラインを設けてなる
ことを特徴とするカップリング構造。
【請求項２】
請求項１のカップリング構造において、
前記カップリング体のインボリュートスプラインは、一方側が軸部の外周面に設けてあり、他方側が中空軸部の内周面に設けてあることを特徴とするカップリング構造。
【請求項３】
請求項１または２のカップリング構造において、
前記インボリュートスプラインの転位係数を、連結状態でガタをもつように設定してなることを特徴とするカップリング構造。
【請求項４】
少なくとも像担持体を回転可能に内蔵し、請求項１から３のいずれかに記載のカップリング構造の前記カップリング体を備え、該カップリング体を、取り付け先の画像形成装置との連結に用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項５】
カバー開放時にできる開口部から、少なくとも回転体の像担持体を有するプロセスカートリッジを脱着可能で、該プロセスカートリッジが請求項１から３のいずれかに記載のカップリング構造の前記カップリング体を備え、該カップリング体を画像形成装置本体内の被連結装置との連結に用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載のカップリング構造の前記カップリング体を備え、カバー開放時にできる開口部から、少なくとも回転体の像担持体を有するプロセスカートリッジを脱着可能で、該プロセスカートリッジと画像形成装置本体内の被連結装置との連結に前記カップリング体を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の画像形成装置において、
前記カバーの開閉と連動して画像形成装置本体と前記プロセスカートリッジ内の回転体との駆動伝達部材を連結、解除する駆動伝達リンク機構を備える画像形成装置において、前記駆動伝達リンク機構が、請求項１から３のいずれかに記載のカップリング構造の前記カップリング体を含むことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インボリュートスプラインカップリングを用いたカップリング構造と、これを用いたプロセスカートリッジ、このプロセスカートリッジを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置において用いる感光体や現像などの回転体を有するプロセスカートリッジにおいては、プロセスカートリッジが備える回転体に駆動伝達するためのジョイント部の結合方向と、画像形成装置のカバーを開けて画像形成装置からプロセスカートリッジを取り出す方向とが水平でない場合、プロセスカートリッジを画像形成装置から取り出すために、画像形成装置のカバーの開閉と連動してプロセスカートリッジの駆動伝達部を解除、結合させる必要がある。そのような用途に用いるカップリングの形状としては、多角形の凹凸形状やねじれさせているものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、プロセスカートリッジ内の感光体ドラムを所定の位置で精度よく回転させる目的で、画像形成装置の装置本体とプロセスカートリッジの駆動の伝達に、軸継ぎ手をねじれた三角柱形状のカップリングを用いることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、画像形成装置のカバー開放時に、その開口部から感光体や現像用等の回転体を有するプロセスカートリッジを脱着でき、さらにカバーの開閉と連動して画像形成装置本体とプロセスカートリッジ内の回転体との駆動伝達機能が連結、解除される駆動伝達部材とリンク機構を備え、プロセスカートリッジと画像形成装置の駆動連結部がプロセスカートリッジの脱着方向と角度をもっている画像形成装置において、プロセスカートリッジと本体駆動側の軸心を出すために傾けた状態でプロセスカートリッジを装着する方法が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、画像形成装置に設けられたギヤの側面に固定されたピンを感光体ドラムに設けられたギヤの側面に設けられた凹部に嵌合させ、感光体ドラムを回転させる方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に開示されている多角形の凹凸形状のカップリングでは、結合部に少しガタをもたせることが多く、そのためカップリングに対して画像形成装置の装置本体側に軸受を設ける必要があった。このカップリングと軸受の材質は、コストの問題などから、樹脂部材が使われることが多く、材質によっては摺動負荷によってジョイントと軸受が溶着してしまい、回転がロックする可能性があるという問題があった。また、カップリングの噛み合いが不安定で回転ムラが生じるという問題もあった。
【０００７】
また特許文献１の構造を、カップリングをカバー開放時に、その開口部から感光体や現像などの回転体を有するプロセスカートリッジを脱着でき、さらにカバーの開閉と連動して画像形成装置本体と前記プロセスカートリッジ内の回転体との駆動伝達機能が連結／解除される駆動伝達部材とリンク機構を備え、プロセスカートリッジと画像形成装置の駆動連結部がプロセスカートリッジの脱着方向と角度をもっている画像形成装置の連結部に適用すると、カップリングを受ける軸受部が必要となり、カップリングと軸受の摺動部で溶着が発生するおそれがある。
【０００８】
また従来の技術では、いずれもカップリングの形状によっては駆動を精度よく伝達することが困難であり、さらに複雑な機構を設けることで、部品点数が増加する。さらにこれについてもカップリングを受ける軸受部が必要となり、カップリングと軸受の摺動部で溶着が発生するおそれがある。さらに特許文献３の構成では回転ムラが発生してしまうという問題がある。
【０００９】
そこで本発明においては、インボリュートスプラインカップリングを採用することで、軸受を不要とし溶着の発生を防ぎ、かつ回転ムラを抑えることが可能なカップリング構造と、これを用いたプロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のカップリング構造は、一の機械要素と、該一の機械要素の軸部に対して連結、解除可能に取り付ける他の機械要素との間に介在し、両機械要素を連結、解除可能に連結するカップリング体を用いるカップリング構造であって、前記カップリング体は、前記一の機械要素の軸部への連結部分と、前記他の機械要素への連結部分それぞれにインボリュートスプラインを設けてなり、前記一の機械要素と前記他の機械要素は、前記カップリング体との連結部分にインボリュートスプラインを設けてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機械要素間の駆動連結部をインボリュートスプラインカップリングにすることで、インボリュートスプラインのもつ調心によって正確に回転を伝達することができ、部品点数の削減と溶着のおそれを排除することができるので、軸受を不要とし、溶着の発生を防ぎ、かつ回転ムラを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置およびプロセスカートリッジの構成について説明するための図
【図２】参考のために従来のカップリング構成を示す図
【図３】参考のために従来のカップリング構成を示す図
【図４】本発明の実施形態に係るインボリュートスプラインカップリングの構成について説明するための図
【図５】軸心のずれとオーバーオール値について説明するための図
【図６】カップリングの軸心のずれとモータ電流の関係について説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施形態は、駆動連結部をインボリュートスプラインカップリングにすることで、インボリュートスプラインのもつ調心によって正確に回転を伝達することができるようにし、従来のカップリング部には必要であった軸受を不要とし、部品点数の削減と溶着のおそれを排除するものである。
【００１４】
以下、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置およびプロセスカートリッジの構成の要部について説明するための図である。従来、画像形成装置の中には小型化を図るべく、またメンテナンス上の便宜から、少なくとも像担持体を備え、それに帯電手段や現像手段やクリーニング手段などを適宜一体的に設けてプロセスカートリッジを形成し、そのプロセスカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱自在とするものがある。特に、ローエンドの画像形成装置においては、小型化を図るためにプロセスカートリッジ３２の着脱方向（図１の矢印Ｘ方向）とプロセスカートリッジ３２へ駆動を伝達するための連結にカップリング１２を使用し、プロセスカートリッジ３２内の例えば感光体ドラム３３に取り付けたカップリング１２と画像形成装置本体側の１１のカップリングの連結の軸心が角度（図中では矢印で示すように垂直方向）をもつように構成していることがある。このような構成の場合、カップリング体１１、１２が連結したままでは、プロセスカートリッジ３２を着脱することができない。
【００１５】
このような構成の装置では、一般に、プロセスカートリッジ３２を着脱するためには、画像形成装置のカバーの開閉とリンクさせて、カップリング体１１がその軸心方向に退避し、カップリング１２との連結を解除する構造が採用されている。カップリング体１１を退避させるためには、例えばスライダリンク機構を用いることがある。また、カップリング体１１の連結時にはモータ３１と噛み合っているギヤ１３の軸心方向に取り付けたスプリング１４によって押すことで連結させている。
【００１６】
図２、図３は、参考のために従来のカップリング構成を示す図である。
既述のように、従来の構成のカップリングでは、図２に示すような多角形形状が用いられることが多かった。しかし、このような構成においては、回転精度を向上させるために図３に示すように画像形成装置本体の側板３４とカップリング体１１の間に軸受１５を設けることがあった。軸受１５は樹脂素材のものでも金属素材のものでもよいが、カップリング体１１は樹脂素材で作られることが多い。すると、モータ３１から駆動が伝達され、回転が伝わると、カップリング体１１の外径と軸受１５の内径の摺動部において、溶着するという問題が発生することがあった。そして溶着が発生すると、負荷によっては駆動がロックされ、回転しなくなるという重大な問題に発展することもある。また、ロックまでには至らなくても、狙いの回転精度で回転させることが困難で、異常画像が出るという問題が発生する。さらに溶着が発生しなくても、図２のようなカップリング構成では嵌合のガタによっては回転ムラが発生してしまうおそれがある。また、プロセスカートリッジ３２が狙いの位置にセットされていない場合なども、従来のカップリング形状では狙いの回転精度を出すことは厳しくなってしまう。
【００１７】
図４は、上述のような問題に対処可能な本発明の実施形態に係るインボリュートスプラインカップリングの構成について説明するための図である。
図示のインボリュートスプラインカップリングの構成を詳細に説明すると、図中の符号２１、２２、２３は、図２におけるカップリング体１１（本体側駆動伝達機構のカップリング体１１）と、カップリング２２（プロセスカートリッジ３２内の回転体である感光体ドラム３３に駆動を伝達するためのカップリング２２）と、ギヤ１３（画像形成装置本体のカバーを開けてプロセスカートリッジ３２を脱着可能な状態にした際に連結を解除してカップリングがスプリング１４を縮めながらスライドして摺動する部分を備えたギヤ１３）に相当する。そして、カップリング体１１とカップリング１２、カップリング体１１とギヤ１３の嵌合部に対応する部位を、それぞれインボリュートスプライン形状にしたものである。
【００１８】
すなわち、この図４に示したカップリング２１は、外側と内側に各々インボリュートスプライン形状部２１ａ、２１ｂを有する。カップリング２１とカップリング２２の嵌合部では、カップリング２２の軸部の外周に形成したインボリュートスプライン形状部２１ａと、カップリング２１のカップリング２２側へ向かう軸部を嵌める軸穴の内周にインボリュートスプライン形状部２２ａを形成している。また、これとは逆に、カップリング２２とギヤ２３の嵌合部では、カップリング２２の軸部の中空部の内周にインボリュートスプライン形状部２１ｂを形成し、ギヤ２３側ではカップリング２２の軸部の中空部に嵌める軸の外周にインボリュートスプライン形状部２３ａを形成している。
【００１９】
このようなインボリュートスプラインカップリングは構造的に調心性に優れ、プロセスカートリッジ３２を画像形成装置にセットした際に、カップリング２１とカップリング２２の軸のずれが発生しても、従来のカップリングに比べて優れた調心性を発揮することにより、回転精度を保つことができる。また、軸受１５（図３参照）がなく、本体側板３４との隙間が空いていたとしても、インボリュートスプラインでは回転精度を保つことができるので、カップリング２１は溶着現象を起こす要因が無くなる。また、このインボリュートスプラインの転位係数を調整することによって、連結部位に適度なガタをもたせ、それによって、さらに余裕度を増すことができる。
【００２０】
図５は、軸心のずれとオーバーオール値について説明するための図である。
図５は、図３の構成のものと図４の構成のものを比較するために、それぞれの構成において、モータ３１を回転させた際のプロセスカートリッジ３２内のカップリング１２（２２）の同軸上にある回転体の回転ムラを測定した結果を示している。図の横軸はカップリング２１とカップリング２２の同軸のずれ量を、縦軸は回転変動を周波数解析し、その結果のオーバーオール値を示す。従来のカップリング体１１、１２、本実施形態のカップリング２１、２２の組み合わせの際は、上述した軸受１５との摺動部はないようにしている。この図では、カップリング体１１、１２、カップリング２１、２２の軸心のずれ量がそれぞれ微小な時はほぼ同等の性能を発揮できるが、軸心のずれが大きくなるにしたがって従来のカップリングの回転精度が本発明の実施形態のカップリングよりもかなり粗くなってくることが確認できる。
【００２１】
図６は、カップリングの軸心のずれとモータ電流の関係について説明するための図である。
この図６は、図３の構成のものと図４の構成のものを比較するために、それぞれの構成において、モータ３１を回転させた際のモータの電流値を示したものである。カップリング２１、２２の組み合わせの際は、軸受１５との摺動部はなく、従来のカップリング体１１、１２に比べ、インボリュートスプラインの方が電流値が低く、モータへの負荷が軽いと言える。
【００２２】
なお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。また、本発明の適用対象となる機械要素には、上述した画像形成装置とプロセスカートリッジだけでなく、多くのものが含まれることは当業者には自明である。
【符号の説明】
【００２３】
１１      ：カップリング体
１２      ：カップリング
１３      ：ギヤ
１４      ：スプリング
１５      ：軸受
２１      ：カップリング
２１ａ、２１ｂ    ：インボリュートスプライン形状部
２２      ：カップリング
２２ａ    ：インボリュートスプライン形状部
２３      ：ギヤ
２３ａ    ：インボリュートスプライン形状部
３１      ：モータ
３２      ：プロセスカートリッジ
３３      ：感光体ドラム
３４      ：本体側板
３４      ：側板
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開平１０−１０５０２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１９３９号公報
【特許文献３】特開昭６２−６５０４９号公報
【図１】
2013140206.tif 000003
【図２】
2013140206.tif 000004
【図３】
2013140206.tif 000005
【図４】
2013140206.tif 000006
【図５】
2013140206.tif 000007
【図６】
2013140206.tif 000008