(57)【要約】【課題】軸受部の強度が強く、高い駆動力に耐え、小型化、薄型化することができる複合材料からなる歯車を提供する。【解決手段】歯車本体部２、該歯車本体部２の外周に歯形部３、歯車本体部２の内周に軸受部４を有する歯車１において、歯車本体部２と歯形部３は、歯幅内に位置する金属又は高強度樹脂からなる補強部５と、該補強部５を覆う樹脂からなる表面部６とで構成される。表面部６は歯形部３の歯面を形成し、補強部５は軸受部４で屈曲して軸方向に延びる軸受補強部１１を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車本体部、該歯車本体部の外周に歯形部、前記歯車本体部の内周に軸受部を有する歯車において、
前記歯車本体部と歯形部は、歯幅内に位置する金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆う樹脂からなる表面部とで構成され、
前記表面部は歯形部の歯面を形成し、
前記補強部は前記軸受部で屈曲して軸方向に延びる軸受補強部を有することを特徴とする複合材料からなる歯車。
【請求項２】
前記軸受補強部は、軸受部の軸受面を形成していることを特徴とする請求項１に記載の複合材料からなる歯車。
【請求項３】
前記軸受補強部は、金属焼結材料からなることを特徴とする請求項２に記載の複合材料からなる歯車。
【請求項４】
前記歯形部の端面縁部を面取りして斜面を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかの記載の複合材料からなる歯車。
【請求項５】
前記歯形部の斜面を除く有効歯幅内に前記補強部が位置していることを特徴とする請求項４に記載の複合材料からなる歯車。
【請求項６】
前記軸受部は、一端側内面に駆動部材が挿入連結される駆動連結部を有し、前記軸受補強部の先端は前記駆動連結部内まで延びていることを特徴とする請求項１に記載の複合材料からなる歯車。
【請求項７】
前記請求項１から６のいずれかに記載の複合材料からなる歯車で構成された駆動系列装置を有す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】
本発明は画像形成装置等の駆動系列装置で使用される複合材料からなる歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の小型化に伴い、内部構成ユニットである例えば現像装置等も小型化を余儀なくされている。現像装置は、現像ローラ等を有する現像部と、トナーを貯溜し撹拌する撹拌部材を有するトナーホッパー部と、これら各部の回転部材を駆動する駆動部とからなっている。現像装置の小型化は、従来からトナー容量を減少してトナーホッパー部の縮小を図ることで対処されてきた。
【０００３】
しかし、トナー容量の減少は、トナーカートリッジ交換やメンテナンスのタイムサイクルの短縮を招来する。そこで、トナーホッパー部を縮小する代わりに、駆動部の歯車の機械的強度や剛性を高めて小型化、薄型化することで駆動系列の縮小する研究がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、金属板材からなる歯車本体部と、該歯車本体部に樹脂の射出成形により一体化した歯形部とからなる時計等の精密機械用の歯車が提案されている。
【０００５】
しかし、この歯車は、機械的強度や剛性の増加により歯幅を薄くできたとしても、軸受部が樹脂からなるので、歯車本体部の軸受部上の付け根部で倒れやすく、時計等のような精密機械に比べて大型で高駆動力を要する画像形成装置の駆動系列装置には採用が困難である。
【特許文献１】特開２００５−３０８０１２号公報（特に図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、軸受部の強度が強く、高い駆動力に耐え、小型化、薄型化することができる複合材料からなる歯車、及びこれを用いた画像形成装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、歯車本体部、該歯車本体部の外周に歯形部、前記歯車本体部の内周に軸受部を有する歯車において、前記歯車本体部と歯形部は、歯幅内に位置する金属又は高強度樹脂からなる補強部と、該補強部を覆う樹脂からなる表面部とで構成され、前記表面部は歯形部の歯面を形成し、前記補強部は前記軸受部で屈曲して軸方向に延びる軸受補強部を有する手段を採用した。
【０００８】
この手段によれば、補強部は軸受部で屈曲して軸方向に延びる軸受補強部を有する。この軸受補強部が歯車本体部の軸受部上の付け根部に作用する荷重に抵抗することができるので、歯車本体部が倒れることがなく、高い駆動力に耐える結果、歯車を小型化、薄型化することができる。
【０００９】
前記軸受補強部は、軸受部の軸受面を形成していることが好ましい。このようにすると、軸受としての耐久性が増大する。この場合、前記軸受補強部は、金属焼結材料からなることが好ましい。
【００１０】
前記歯形部の端面縁部を面取りして斜面を設けることが好ましい。このようにすると、他の歯車を軸方向に移動させて連結する際に歯先当たりが防止され、歯車の損傷がなくなる。この場合、前記歯形部の斜面を除く有効歯幅内に前記補強部が位置していることが好ましい。
【００１１】
前記軸受部は、一端側内面に駆動部材が挿入連結される駆動連結部を有し、前記軸受補強部の先端は前記駆動連結部内まで延びていることが好ましい。このようにすると、駆動部材が歯車の駆動連結部に挿入され連結される際に作用する負荷に対する強度が増大するので、軸受部に高強度の樹脂材料（ガラス繊維充填）を使用する必要がないし、大型化する必要もない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の歯車によれば、軸受部で屈曲して軸方向に延びる軸受補強部を設けたので、この軸受補強部が歯車本体部の軸受部上の付け根部に作用する荷重に抵抗することができ、歯車本体部が倒れることがなく、高い駆動力に耐える結果、歯車を小型化、薄型化することができる。また本発明の歯車で構成された駆動系列装置を有する画像形成装置では、例えば現像装置では、駆動系列装置の小型化が可能となり、トナーホッパー部を縮小することなく、小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１４】
まず、本発明に係る歯車の説明の前に、複合材料を用いた歯車の形態を説明する。図１に示す基本形態の歯車１は、歯車本体部２と、該歯車本体部２の外周の歯形部３と、前記歯車本体部２の内周の軸受部４とを有する。歯車本体部２は円形板状である。歯形部３は、歯車本体部２の肉厚より大きい歯幅を有し、歯車本体部２の両側に突出している。歯形部３の外周面には歯面が形成されている。軸受部４は円筒形で、歯車本体部２の両側に突出し、一方の側が長くなっている。
【００１５】
歯車本体部２と歯形部３は、歯幅内に位置する補強部５と、該補強部５を覆う表面部６とで構成されている。補強部５は、金属又は高強度樹脂からなる環状の板材である。補強部５の外周縁は、歯形部３に対応した突起７が形成され、歯形部３まで進入している。金属材料としては、炭素工具鋼鋼材やステンレス鋼が好適である。高強度樹脂材料としては、ガラス繊維入りのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が好適である。表面部６は、樹脂からなっている。樹脂材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＡ）が好適である。
【００１６】
前記歯車１では、歯形部３の歯幅が歯車本体部２の肉厚部より広いが、図２に示すように、この歯幅を歯車本体部２と同じ程度に狭くすると、歯車連結時や回転時に歯車本体部２の軸受部上の付け根部８に作用する応力が高く、歯車本体部２が倒れやすくなる。このため、本発明の実施の形態では、図３から図７に示す歯車を採用している。基本的な構造及び材料は図１に示す歯車１と同じであるので、対応する部分には同一符号を附している。
【００１７】
図３の歯車１０ａでは、補強部５の内周縁を軸受部４で屈曲して軸方向に延ばすことで軸受補強部１１を形成している。この軸受補強部１１は、円筒状が好ましいが、円筒でなくても周方向に一定間隔で配置された帯状板であってもよい。また、軸受補強部１１は、補強部５と一体にプレス成形されてもよいし、補強部５に溶接されてもよい。
【００１８】
図４の歯車１０ｂは、図３の歯車１０ａの軸受補強部１１を円筒形とし、その内面を軸受面としたものである。この軸受補強部１１は軸受面の耐久性、耐摩耗性を確保するため、ＳＢＫ１２１８、ＳＢＦ２２１８等の金属焼結材料からなることが好ましい。
【００１９】
図５の歯車１０ｃは、図３の歯車１０ａの歯幅を歯車本体部２の肉厚より大きくし、軸受４を軸受本体部２の反対側にも突出したものである。
【００２０】
図６の歯車１０ｄは、図５の歯車１０ｃの軸受部４を歯車本体部２の両側に同じ寸法だけ突出したものである。軸受補強部１１は、補強部５の内周縁から両側に軸方向に延びている。この軸受補強部１１も円筒状が好ましいが、周方向に一定間隔で配置された複数の帯状板であってもよい。
【００２１】
図７の歯車１０ｅは、図６の歯車１０ｄの軸受部４の長さを歯形部３の歯幅と同じにし、これに伴って軸受補強部１１も短くしたものである。
【００２２】
図８の歯車１０ｆは、図５の歯車１０ｃの歯形部３の一方の側を他方の側に比べて長く形成し、長い側の歯形部３の歯幅方向端面に面取りを行って斜面１２を形成したものである。この斜面１２を除く歯幅を有効幅Ｙとしている。この有効幅Ｙ内に補強部５を配置している。
【００２３】
前記図８の歯車１０ｆは、図９に示すように、例えば画像形成装置の本体側とユニット側に斜面１２が対向するように設けて、図９において右側のユニット側歯車１０ｆを軸方向に移動させて左側の本体側歯車１０ｆと連結する際に、歯先当たりを防止することができるとともに、両歯車を円滑に連結することができる。
【００２４】
図１０の歯車１０ｇは、図３の歯車１０ａの軸受部４の一端側の端面から距離Ｓの範囲に、駆動連結凹部１３を形成したものである。この歯車１０ｇは、他端側の端面が例えば画像形成装置の現像ユニットの現像ローラ１４の軸１５に取り付けられ、画像形成装置の本体側に設けた駆動歯車１６の駆動連結突部１７が挿入されるようになっている。現像ローラ１４側の歯車１０ｇの駆動連結凹部１３の軸に直交する断面は三角形であり、一方本体側の駆動歯車１６の駆動連結凸部１７の軸に直交する断面は前記三角形より小さな三角形である。このため、小さな三角形の駆動連結凸部１７を大きな三角形の駆動連結凹部１３に容易に連結することができ、駆動連結凸部１７を回転駆動すると三角形の頂点近傍の３点が駆動連結凹部１３の内面と係合するので、駆動力を現像ローラ１４に伝達することができる（形状は回転を伝達できる形状、例えば四角形でもよい）。
【００２５】
前記図１０の歯車１０ｇの軸受補強部１１は、距離Ｓの駆動連結凹部１３まで延びている。このため、駆動連結凹部１３と駆動連結凸部１７が連結するときの負荷に対する強度が増大するので、軸受部４に高強度の樹脂材料（ガラス繊維充填）を使用する必要がないし、大型化する必要もない。
【００２６】
また、図１０において、本体側の駆動連結凸部１７の近傍に歯車１０ｇの金属からなる軸受補強部１１に感応するリードスイッチ１８等を設ければ、駆動連結凹部１３と駆動連結凸部１７が連結するときリードスイッチ１８がオンすることで、現像ユニットの接近又は装着を検出することができる。
【００２７】
以上のいずれも歯車１０ａ〜１０ｇも、補強部５を屈曲し、延長して構成した軸受補強部１１を設けたので、連結時及び回転時の負荷による歯車本体部２の倒れがなくなり、小型化、薄型化することができる。歯車１０ａ〜１０ｇは、補強部５及び軸受補強部１１を金型の成形空間に設置しその周囲に樹脂を射出成形して、歯車本体部２、歯形部３、軸受部４のそれぞれの表面部６を成形することで製造することができる。
【００２８】
図１１（ａ）．（ｂ）は、本発明に係る歯車１０ａ〜１０ｇを適用した駆動部２３を有する現像ユニット２０を示す。この現像ユニット２０は、現像部２１と、ホッパー部２２と、駆動部２３とから構成されている。現像部２１には現像ローラ２４と供給ローラ２５が回転可能に配設され、ホッパー部２２にはトナーが収容されるとともにトナー攪拌部材２６が回転可能に配設されている。駆動部２３は、図１１と図１２を合わせて参照すると、現像ローラ２４の軸に固定された現像ローラ駆動ギア２７と、供給ローラ２５の軸に固定された供給ローラ駆動ギア２８と、トナー攪拌部材２６の軸に固定されたトナー攪拌ギア２９と、本体連結ギヤ３０とが回転可能に設けられている。現像ローラ駆動ギア２７は本体連結ギア３０の大ギア３０ａに噛み合い、供給ローラ駆動ギヤ２８は第１アイドルギア３１、第２アイドルギア３２を介して本体連結ギア３０の小ギア３０ｂに噛み合っている。トナー攪拌ギア２９は第３アイドルギア３３の小ギア３３ａに噛み合い、該第３アイドルギア３３の大ギア３３ｂは第２アイドルギア３２を介して本体連結ギア３０の小ギア３０ｂに噛み合っている。これらのギアは全て本願発明の複合材料からなる歯車が使用され、歯幅が小さいものである。
【００２９】
図１３は、図１２の駆動部２３と同一の歯車列構成を有する従来の歯車を適用した駆動部４０を示し、対応するギアには同一符号に’（ダッシュ）を附している。この図１３と図１２を比較すると、従来の駆動部４０の大きさＬ１に対して、本願発明の複合材料からなる歯車を用いた駆動部２３の大きさＬ２は非常に小さくなっていることが分かる。
【００３０】
このため、図１４に示すように、本発明の歯車を使用した現像ユニット２０のホッパー部２２が従来の現像ユニット５０のホッパー部２２’と同一の容量であれば、駆動部２３の寸法Ｂが駆動部４０の寸法Ａより小さい分（Ｃ＝Ａ−Ｂ）だけ、現像ユニット２０の全長を現像ユニット５０の全長よりを小型化することができる。
逆に、図１５に示すように、現像ユニット２０が従来の現像ユニット５０と同一長さであれば、駆動部２３が駆動部４０より小さい分（Ｃ）だけ、ホッパー容量増量領域２２ａを確保することができる。
【００３１】
なお、現像ユニット２０を、図１６に示すように、装置本体３４に対して正面から水平に挿入して現像ユニット２０の本体連結ギア３０と本体側の駆動歯車１６とを連結させる構造と、図１７に示すように、トナーカートリッジ６０を装置本体３４に対して上方から垂直方向に挿入して本体連結ギア３０と本体側の駆動歯車３５とを連結させる構造とがある。前者の構造では、軸同士の軸方向の連結であり、図１０の構造を採用できる。また、後者の構造は、歯車同士の連結であり、軸同士を軸に直角な方向に直接連結する。この場合、図３〜７のいずれの歯車でも採用できる。また、後者の構造は、一旦軸に直角な方向に装着してから軸に平行に移動させて連結してもよい。この場合、図８，図９に示す構造が採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】歯車の基本形態を示す正面図（ａ）及び断面図（ｂ）。
【図２】図１（ｂ）の歯車の歯幅を小さくした歯車の断面図。
【図３】本発明の歯車の第１実施形態を示す正面図（ａ）及び断面図（ｂ）。
【図４】本発明の歯車の第２実施形態を示す断面図。
【図５】本発明の歯車の第３実施形態を示す断面図。
【図６】本発明の歯車の第４実施形態を示す断面図。
【図７】本発明の歯車の第５実施形態を示す断面図。
【図８】本発明の歯車の第６実施形態を示す断面図。
【図９】図８の歯車の連結時の状況を示す断面図。
【図１０】現像ローラに固着した本発明の歯車の第７実施形態であって本体側の駆動連結部との連結時の状況を示す断面図。
【図１１】本発明の歯車を用いた駆動部を有する現像ユニットの側面図（ａ）及び断面図（ｂ）。
【図１２】本発明の歯車を用いた駆動部を有する現像駆動列の平面図。
【図１３】従来の歯車を用いた駆動部を有する現像駆動列の平面図。
【図１４】本発明の歯車を用いた駆動部を有する現像ユニットと従来の現像ユニットの長さを対比して示す断面図。
【図１５】本発明の歯車を用いた駆動部を有する現像ユニットと従来の現像ユニットの容量を対比して示す断面図。
【図１６】現像ユニットを本体に水平方向に装着する状態を示す斜視図。
【図１７】トナーカートリッジを本体に垂直方向に装着する状態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３３】
１  歯車
２  歯車本体部
３  歯形部
４  軸受部
５  補強部
６  表面部
１１  軸受補強部
１２  斜面
１３  駆動連結部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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