(57)【要約】【課題】角速度が変化しないカップリングを提供する。【解決手段】外周に軸方向に延伸する歯３３が形成された内軸３０と、内軸３０と嵌合し、内周に内軸３０の歯３３と咬合する歯３２が形成された外筒２７とを有するカップリング２２において、内軸３０および外筒２７のいずれかの歯３２，３３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、内軸３０の歯３３を、ピッチ円の径が軸方向の中央部で極大となるようにクラウニング、または、外筒２７の歯３２を、ピッチ円の径が軸方向の中央部で極小となるようにクラウニングする。【選択図】図３
2009204002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、
前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、
前記内軸および前記外筒のいずれかの歯を、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したことを特徴とするカップリング。
【請求項２】
外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、
前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、
前記内軸の歯を、ピッチ円の径が軸方向の中央部で極大となるようにクラウニングしたことを特徴とするカップリング。
【請求項３】
外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、
前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、
前記内軸の歯を、軸方向の中央部において、ピッチ円方向の厚みが極大となり、且つ、ピッチ円の径が極大となるようにクラウニングしたことを特徴とするカップリング。
【請求項４】
前記内軸の歯のピッチ円は、前記内軸の軸芯における断面上で円弧状に連続することを特徴とする請求項２または３に記載のカップリング。
【請求項５】
前記内軸の歯のピッチ円は、１つの球面上にあることを特徴とする請求項４に記載のカップリング。
【請求項６】
外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、
前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、
前記外筒の歯を、ピッチ円の径が軸方向の中央部で極小となるようにクラウニングしたことを特徴とするカップリング。
【請求項７】
装置本体に配設されたモータと、前記装置本体に着脱可能な回転体とを係合させるために、請求項１から６のいずれかに記載のカップリングを備える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、カップリングおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置では、感光体などの回転体を有するユニットを本体に対して着脱可能に構成し、必要に応じて交換可能とすることが一般的である。そのような画像形成装置では、本体にモータを設け、モータによって回転させられる駆動軸と、着脱可能なユニットの回転体とを、カップリングによって接続する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、本体に設けた駆動軸と着脱可能な回転体との芯ずれを吸収できるカップリングが記載されている。また、特許文献２には、駆動軸と回転体とを調芯する機能を有するセレーションカップリングが記載されている。
【０００４】
特許文献２のセレーションカップリングを用いても、駆動軸と回転体とを完全に同芯に調整することは不可能であり、駆動軸と回転体との間に僅かな傾斜やオフセットが残される。
【０００５】
セレーションカップリングにおいて、駆動側の歯車の回転の角速度をω１、周速をＶｄ１、ピッチ半径をｒ１、従動側の歯車の角速度をω２とすると、駆動側の歯車の角速度はω１＝Ｖｄ１／ｒ１である。駆動軸と回転体とが完全に同芯であれば、ω１＝ω２＝Ｖｄ１／ｒ１となる。
【０００６】
通常のセレーションカップリングは、厳密には、１歯毎に面当たりして回転力を伝達している。駆動側と従動側の軸に傾斜がある場合、セレーションカップリングは、その歯すじ端部で回転を伝達させることになり、セレーションカップリングの噛み合い幅をａとすると回転半径が√（ｒ１＾２＋ａ／２＾２）となり、従動側の角速度は、ω２＝Ｖｄ１／√（ｒ１＾２＋ａ／２＾２）となる。つまり、従来のセレーションカップリングでは、駆動側と従動側の軸の傾斜によって、駆動側と受動側の回転速度に差が発生してしまう。
【特許文献１】特開２００２−３４１６９６号公報
【特許文献２】特開２００７−１０８３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記問題点に鑑みて、本発明は、角速度が変化しないカップリングおよび、駆動伝達が安定した画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明によるカップリングの第１の態様は、外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、前記内軸および前記外筒のいずれかの歯を、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したものとする。
【０００９】
また、本発明によるカップリングの第２の態様は、外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、前記内軸の歯を、ピッチ円の径が軸方向の中央部で極大となるようにクラウニングしたものとする。
【００１０】
また、本発明によるカップリングの第３の態様は、外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、前記内軸の歯を、軸方向の中央部において、ピッチ円方向の厚みが極大となり、且つ、ピッチ円の径が極大となるようにクラウニングしたものとする。
【００１１】
また、本発明によるカップリングの第４の態様は、外周に軸方向に延伸する歯が形成された内軸と、前記内軸と嵌合し、内周に前記内軸の歯と咬合する歯が形成された外筒とを有し、前記外筒の歯を、ピッチ円の径が軸方向の中央部で極小となるようにクラウニングしたものとする。
【００１２】
以上の各態様の構成によれば、内軸または外筒の歯厚が、歯すじの中央部から歯すじ端に向かって連続的に減少し、内軸の芯と外筒の芯とが傾斜していても、歯当たりが歯幅中央に集中するため、駆動側と従動側の角速度の差が小さくなり、安定した伝動ができる。
【００１３】
また、本発明の第２および第３の態様のカップリングにおいて、前記内軸の歯のピッチ円は、前記内軸の軸芯における断面上で円弧状に連続してもよく、好ましくは、前記内軸の歯のピッチ円は、１つの球面上にあるようにするとよい。
【００１４】
また、本発明による画像形成装置は、装置本体に配設されたモータと、前記装置本体に着脱可能な回転体とを係合させるために、前記カップリングのいずれかを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内軸および外筒のいずれかの歯をクラウニングしたので、歯すじの中央部から歯すじ端に向かって歯厚が連続的に減少する。このため、内軸の芯と外筒の芯とが傾斜していても、歯当たりが歯幅中央に集中し、回転力の伝動に速度差が発生せず、安定した伝動ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態のカップリングを備えた画像形成装置を示す。本実施形態の画像形成装置は、それぞれ装置本体１に着脱可能であり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーによって異なる現像色の画像を形成する４つの現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋにレーザ光を供給する露光装置３と、転写ベルト４と、各現像色の現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが形成したトナー画像を静電力で転写ベルト４にそれぞれ転写する１次転写ローラ５と、転写ベルト４に転写されたトナー画像を記録紙Ｓに静電力で転写する２次転写ローラ６と、記録紙Ｓを加熱してトナー画像を定着させる定着器７とを有している。
【００１７】
各現像色の現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、それぞれ、回転するドラム状の感光体（回転体）８と、感光体８を帯電させる帯電器９とを有し、帯電した感光体８に露光装置３からレーザ光が照射されることで静電潜像が形成される。さらに、現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、感光体８の静電潜像にトナーを付着させてトナー画像を形成する現像装置１０と、感光体８の表面のトナーを掻き落とすクリーナ１１と、感光体８を徐電する除電器１２とを有している。
【００１８】
転写ベルト４は、回転駆動される駆動ローラ１３と、従動ローラ１４と、張力を与えるテンションローラ１５とに掛け渡されて、駆動ローラ１３によって矢印方向に回動させられる。また、本実施形態の画像形成装置は、転写ベルト４の表面に残留するトナーを除去するクリーナユニット１６を有している。
【００１９】
記録紙Ｓは、給紙部１７に供給され、供給ローラ１８で１枚ずつ送り出され、搬送ローラ１９で２次転写ローラ６に搬送され、定着器７を通って排紙部２０に排出される。
【００２０】
本実施形態の画像形成装置では、先ず、Ｙ色の現像ユニット２Ｙの感光体８上に現像したＹ色のトナー画像を中間転写ベルト４に転写し、中間転写ベルト４の回動によって転写されたＹ色のトナー画像がＭ色の現像ユニット２Ｍの感光体８上に移動するタイミングに合わせて、Ｍ色の現像ユニット２Ｍの感光体８上にＭ色のトナー画像を形成し、中間転写ベルト４のＹ色のトナー画像の上に重ねてＭ色のトナー画像を転写する。さらに、同様にタイミングを合わせて、Ｃ色のトナー画像およびＫ色のトナー画像を中間転写ベルト４に重ねて転写することで、カラーの画像を形成するようになっている。
【００２１】
図２に、装置本体１に装着される現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの感光体８と、感光体８を駆動するために装置本体１に配設されモータ２１とを着脱可能に係合させるためのセレーションカップリング２２を示す。セレーションカップリング２２は、モータ２１によって回転させられる雌型カップリング２３と、感光体８の回転軸に取り付けられた雄型カップリング２４とからなる。
【００２２】
雌型カップリング２３は、装置本体１に回転可能に取り付けられており、モータ２１の出力軸に形成された１次歯車２５と係合する径の大きい（歯数の多い）減速歯車部２６と、減速歯車部２６と一体に樹脂成型され、減速歯車部２６から概略円筒形をなすように延伸する外筒２７と、外筒２７を取り囲むように減速歯車部２６に固定された概略円筒形の雌型ガイド２８とを有する。さらに、雌型カップリング２３は、外筒２７の根元部分と雌型ガイド２８の取付部分の間に、補強のために、径方向に延伸するリブ２９が設けられている。また、雌型カップリング２３は、回転軸の中心部分を空洞にしたことにより、精度よく樹脂成型可能となっている。
【００２３】
雄型カップリング２４は、雌型カップリング２３の外筒２７に嵌合可能な内軸３０と、外筒２９を取り囲み、雌型カップリング２３の雌型ガイド２８に嵌入可能なオス型ガイド３１とを有する。雌型ガイド２８および雄型ガイド３１の先端は、互いに嵌合しやすくなるように、それぞれテーパ状に形成されている。セレーションカップリング２２では、先ず、雌型ガイド２８と雄型ガイド３１とが嵌合し、外筒２７の芯に内軸３０の芯を合わせて、外筒２７と内軸３０との係合を容易にする。
【００２４】
図３に、外筒２７および内軸３０を示す。外筒２７は、その内周に、軸方向に延伸する歯３２が形成されており、内軸３０は、その外周に、外筒２７の歯３２と咬合可能な歯３３が形成されている。外筒２７の歯３２は、軸方向に等断面で延伸する一般的なセレーション形状を有しているが、内軸３０の歯３３は、図４に示すように、それぞれ、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され、歯厚を歯すじ端部に向かって連続的に減少させるような形状を有している。
【００２５】
これにより、外筒２７に内軸３０が嵌合したとき、内軸３０の歯３３は、軸方向中央部が外筒２７の歯３２に当接しやすくなる。このため、感光体８の芯がずれて、内軸３０が内筒２７に傾斜して挿入されても、外筒２７の歯３２と内軸３０の歯３３との歯当たり（当接位置）は、内軸３０の歯３３の軸方中央部に集中する。
【００２６】
外筒２７の回転の角速度をω１、歯３２のピッチ円上の周速をＶｄ１、ピッチ半径をｒ１、内軸３０の角速度をω２とし、外筒２７の歯３２と内軸３０の歯３３との噛み合い幅をαとすると、内軸３０の角速度はω２＝Ｖｄ１／√（ｒ１＾２＋α／２＾２）となる。
【００２７】
上述のように、本実施形態のセレーションカップリング２２では、内軸３０の歯３３をクラウニングしたことで、外筒２７の歯３２と内軸３０の歯３３との歯当たりが内軸３０の歯３３の軸方中央部に集中するため、クラウニングを施していない通常の形状の内軸を使用する場合に比べて、噛み合い幅αが小さくなる。このため、外筒２７と内軸３０との角速度の差が小さく、安定した駆動力の伝達ができる。
【００２８】
続いて、図５に、本発明の第２実施形態のセレーションカップリング２２を示す。なお、これ以降の説明においては、先に説明した構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
本実施形態では、さらに、図６および７に詳細に示すように、内軸３０の歯３３のピッチ円が１つの球面上に位置するように、ピッチ円（図５および図７に一点鎖線で図示）の径を軸芯における断面上で円弧連続的に変化させ、ピッチ円の径が歯３３の軸方向中央部で極大となるように、歯３３にクラウニングを施してある。
【００３０】
本実施形態の内軸３０の歯３３の形状によっても、外筒２７の歯３２と内軸３０の歯３３との歯当たりを歯３３の軸方中央部に集中させて、外筒２７と内軸３０との角速度の差を小さくし、安定した駆動力の伝達ができる。
【００３１】
さらに、図８に、本発明の第３実施形態のセレーションカップリングの内軸３０の歯３３の形状を示す。本実施形態の全体構成は、第１実施形態および第２実施形態と同様である。本実施形態では、内軸３０の歯３３に、ピッチ円方向の厚みが軸方向中央部で極大となり、且つ、ピッチ円の径が軸方向中央部で極大となるようなクラウニングを施してある。本実施形態の歯３３の形状によっても、外筒２７の歯３２と内軸３０の歯３３との歯当たりを歯３３の軸方中央部に集中させて、安定した駆動力の伝達ができる。
【００３２】
また、第１乃至第３実施形態では、軸方向に長い外筒２７に挿入される軸方向に短い内軸３０の歯３３をクラウニングしたが、図９に示す本発明の第４実施形態のセレーションカップリング２２のように、外筒２７が短く、内軸３０が長い場合には、内軸３０に等断面の歯３３を形成し、外筒２７に、ピッチ園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を施した歯３２を形成してもよい。
【００３３】
また、図１０に示す本発明の第５実施形態のセレーションカップリング２２のように、外筒２７の歯３２を、その軸方向の中央部でピッチ円が極小となるようにクラウニングしてもよい。また、図１０において、外筒２７の歯３２を、軸方向の中央部において、ピッチ円方向の厚みが最大となり、且つ、ピッチ円の径が最小となるようにクラウニングを施してもよい。
【００３４】
以上の説明では、感光体８をモータ２１に接続するセレーションカップリング２２について説明したが、感光体８の他にも、１次転写ローラ５、定着器７、現像器１０および２次転写ローラ１３など、他の回転体の接続にも、本発明のカップリングが適用できる。
【００３５】
また、本発明のカップリングは、雄型の部材の外周に設けた軸方向に延伸する歯と雌型の内周に設けた軸方向に延伸する歯とを咬合させて回転力を伝達するものを広く含み、歯数の少ないスプラインを除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態の画像形成装置の概略図。
【図２】図１の画像形成装置のセレーションカップリングの断面図。
【図３】図２のセレーションカップリングの斜視図。
【図４】図２のセレーションカップリングの内軸の歯の拡大斜視図。
【図５】本発明の第２実施形態のセレーションカップリングの断面図。
【図６】図２のセレーションカップリングの斜視図。
【図７】図２のセレーションカップリングの内軸の歯の拡大斜視図。
【図８】本発明の第３実施形態のセレーションカップリングの内軸の歯の拡大斜視図。
【図９】本発明の第４実施形態のセレーションカップリングの断面図。
【図１０】本発明の第５実施形態のセレーションカップリングの断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１…装置本体
８…感光体（回転体）
２１…モータ
２３…雌型カップリング
２４…雄型カップリング
２２…セレーションカップリング
２７…外筒
３０…内軸
３２…歯
３３…歯
【図１】
2009204002.tif 000003
【図２】
2009204002.tif 000004
【図３】
2009204002.tif 000005
【図４】
2009204002.tif 000006
【図５】
2009204002.tif 000007
【図６】
2009204002.tif 000008
【図７】
2009204002.tif 000009
【図８】
2009204002.tif 000010
【図９】
2009204002.tif 000011
【図１０】
2009204002.tif 000012