JP6020237B2 - 軸受部材、端部部材、感光体ドラムユニット、及び軸受部材の製造方法 - Google Patents

軸受部材、端部部材、感光体ドラムユニット、及び軸受部材の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザープリンタや複写機等の画像形成装置に具備される感光体ドラムユニット、該感光体ドラムユニットに配置される軸受部材、端部部材、及び軸受部材の製造方法に関する。
レーザープリンタや複写機等に代表される画像形成装置には、該画像形成装置の本体(以下、「装置本体」と記載することがある。)に対して着脱可能にプロセスカートリッジが備えられている。
プロセスカートリッジとは、文字や図形等の表されるべき内容を形成し、これを紙等の記録媒体に転写する部材であり、ここには転写する内容が形成される感光体ドラムが含まれている。さらにプロセスカートリッジには、感光体ドラムに加え、該感光体ドラムに対して作用して転写すべき内容を形成させるための各種手段が配置される。これら手段として、例えば感光体ドラム表面に現像する手段、感光体ドラムを帯電させる手段、感光体ドラムをクリーンニングする手段を挙げることができる。
プロセスカートリッジは、メンテナンスのため、同一のプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱したり、新たなプロセスカートリッジに交換するために古いプロセスカートリッジを装置本体から離脱して代わりに新しいプロセスカートリッジを装置本体に装着したりする。このようなプロセスカートリッジの着脱は、画像形成装置の利用者が自ら行うことであり、このような観点からできるだけ容易に行えることが望ましい。
ところが、プロセスカートリッジに含まれる感光体ドラムには、装置本体の駆動軸が直接又は他の部材を介して係合し、これにより感光体ドラムがこの駆動軸から回転力を受けて回転するように構成されている。従って、プロセスカートリッジを装置本体に対して着脱させるためには、その都度装置本体の駆動軸と感光体ドラムとの係合の解除(離脱)、及び再装着させる必要がある。
ここで、感光体ドラム(プロセスカートリッジ)を装置本体の駆動軸の軸線方向に移動させて着脱することができれば、上記の着脱のための構造は比較的容易に構成することができる。しかしながら、画像形成装置の小型化、プロセスカートリッジの着脱スペース確保等の観点から、プロセスカートリッジを駆動軸の軸線方向とは異なる方向に引き抜くように装置本体から離脱させ、また、この方向から押し込むように装置本体に装着することが好ましい。
特許文献1には、プロセスカートリッジを装置本体の駆動軸の軸線方向とは異なる方向から着脱するための構造が開示されている。具体的には、特許文献1に記載されているカップリング部材は、球形部を備えることによりドラムフランジに揺動可能に取り付けられる。従って、カップリング部材に具備された、装置本体の駆動軸に係合する部分が、球形部を中心に揺動して感光体ドラムの軸線に対して角度を変えることができ、装置本体の駆動軸と感光体ドラムとの係合離脱を容易にしている。
また、非特許文献1には、軸部材に具備される回転力伝達ピンを軸受部材に導入するための溝が軸受部材の内周の回転方向に設けられ、この溝により当該回転力伝達ピンの軸受部材への取り付けが容易である構造が開示されている。またここにはこのような軸受部材を一体で成形する技術も記載されている。
特開2010−26473号公報
発明協会公開技報公技番号2010−502200号
しかしながら、特許文献1に記載のカップリング部材及びこれを保持するドラムフランジ(軸受部材)の構造では、カップリング部材を揺動可能としつつ球形部をドラムフランジに保持する構造とするため、球形部をドラムフランジ(軸受部材)に取り付ける際には無理入れする必要があった。無理入れによる組み立ては、組み立て精度の低下や、組み立て時に部品が破損する虞がある。
また、特許文献1には、カップリング部材を分解して一部の部品をドラムフランジ(軸受部材)に配置した後、カップリング部材の他の部品を順に組み立てる方法も記載されている。これによれば、無理入れのような不具合はないが、工数が多くなり生産性が低下してしまう。すなわち、生産の観点から、工数の増加、部品点数の増加等による生産コストの上昇や、組み立て精度の低下等の品質管理項目の増加等の問題も生じる。かかる観点から、完全に一体化するに限らず、可能な限り部品点数を減少させることが望まれる。
また、このように揺動可能なカップリング部材が取り付けられたドラムフランジ(軸受部材)を感光体ドラムの端部に精度よく取り付けることも困難である。さらに、このようにカップリング部材やドラムフランジを複数の部材から形成し、これらを順次組み立てながら製造する構造によると、部材同士の接合箇所の強度に問題を生じる虞があった。
一方、非特許文献1によればこれら問題を解決することができるが、軸部材の回転力伝達ピンを挿入するための溝が揺動のための溝の側壁部に連結しているため、軸部材が不意に外れてしまう虞がある。
また、非特許文献1には一体成形する方法も開示されているが、当該文献に開示された方法のみでは軸部材のスムーズな取り付け、軸部材のスムーズな揺動、及び軸部材の装置本体とのスムーズな着脱を実現することが困難であった。
そこで本発明は上記問題点に鑑み、従来と同等の回転力の伝達、及び装置本体との着脱を可能としつつ、精度よく、破損等の不具合を抑制して簡易に生産することができる、軸受部材、端部部材、感光体ドラムユニットを提供することを目的とする。また、このような端部部材の製造方法を提供する。
以下、本発明について説明する。ここではわかりやすさのため括弧書きにて図面の参照符号の一部を例示して付すが、本発明はこれに限定されるものではない。
請求項1に記載の発明は、感光体ドラム(35)の端部に配置され、少なくとも一部が球状である球体(90)と球体から突出して設けられる回転力伝達ピン(95)とを備える軸部材(70)が揺動可能に取り付けられる軸受部材(45)であって、一方が開放されるとともにこれと反対側の底部(51b)が球体に沿った湾曲面を有し、球体が内包される凹部(51c)と、凹部の側面に設けられ、回転力伝達ピンの端部が挿入される溝である少なくとも2つの揺動溝(52)と、を有し、揺動溝はその少なくとも一部に軸受部材の軸に平行である部位と軸に近づくように湾曲する部位(52a)とを備え、凹部は、軸受部材の軸方向のうち凹部の開放された側から該凹部をみたときにアンダーカット部がなく、凹部の開放された側における軸方向に直交する方向の2つの揺動溝の間隔(XIIIa)は、軸部材が軸受部材に装着されて最も傾いた姿勢とされたときでも回転力伝達ピンの両端間の軸受部材の軸に直交する方向における距離(XIIIb)よりも短く形成される、軸受部材である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の軸受部材(145)において、揺動溝(152)の湾曲する部位(52a)にさらに突出部(152a)が設けられている。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の軸受部材(45)において、揺動溝(52)の湾曲する部位(52a)は円弧状に形成され、該円弧状の中心は、軸受部材(45)の凹部(51c)の底部(52b)の湾曲面の中心と一致する。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の軸受部材(245、345)において、揺動溝(252、352)は、湾曲する部位(52a)と平行である部位との間に、軸受部材(245、345)の軸から離隔する方向に段差(252a)又は傾斜(352a)が設けられている。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の軸受部材(45)において、揺動溝(52)には、凹部(51c)の開放側とは反対側から軸受部材を見たとき、アンダーカット部がない。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の軸受部材(45)において、全てが一体に形成されている。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の軸受部材(45)、及び、軸受部材に揺動可能に取り付けられる軸部材(70)を備え、軸部材は、回転する駆動軸と連結すべき回転力受け部と、回転力受け部と連動し、軸受部材の凹部に配置される少なくとも一部が球状である球体(90)と、球体から突出し、該突出した部位が軸受部材の揺動溝内(52)を移動可能である回転力伝達ピン(95)と、を備える端部部材(40)である。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の端部部材(40)において、軸部材(70)の、回転力伝達ピン(95)が軸受部材(45)の揺動溝(52)の湾曲する部位(52a)に引っ掛かることにより、軸部材が軸受部材から外れることが防止される。
請求項9に記載の発明は、請求項7又は8に記載の端部部材(240)において、軸部材(70)の回転力伝達ピン(95)は球体(90)から回転力伝達ピンの両端を突出させた姿勢及び回転力伝達ピンの一端のみを突出させた姿勢を取ることを許容し、軸受部材(245)の揺動溝(252)の湾曲する部位(52a)によって、回転力伝達ピンが揺動溝内を移動することが規制される範囲内で、球体は軸受部材の凹部内を回転可能であり、揺動溝の湾曲する部位により回転力伝達ピンが軸受部材の軸方向への移動が規制され、該移動を規制された姿勢で軸部材が軸受部材に旋回可能に取り付けられている。
請求項10に記載の発明は、感光体ドラム(35)と、感光体ドラムの軸方向端部の少なくとも一方に取り付けられた請求項7乃至9のいずれか1項に記載の端部部材(40)と、を備える感光体ドラムユニット(30)である。
請求項11に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の軸受部材(45)を製造する方法であって、射出成型により形成する工程を有し、凹部(51c)を形成する第一金型(100)、及び、揺動溝(52)を形成する第二金型(110)により、工程は、第一金型に設けられた溝(100a)に第二金型を差し込んで第一金型と第二金型とを組み合わせ、射出成型をおこない、第一金型と第二金型とを反対の方向に引き離すことにより離型させることを含む、軸受部材の製造方法である。
本発明の端部部材、感光体ドラムユニットによれば、従来と同等の回転力の伝達、及び装置本体との着脱を可能としつつ、精度よく、破損等の不具合を抑制して簡易に生産することができる。また、軸受部材から不意に軸部材が外れてしまうことを抑制することが可能である。
一方、軸受部材の製造方法によれば、アンダーカットのない形態である場合において、軸受部材を効率よく製造することが可能である。
画像形成装置本体及びプロセスカートリッジの概念図である。 図2(a)は1つの形態に係る感光体ドラムユニットの外観斜視図、図2(b)は端部部材の外観斜視図である。 軸受部材の外観斜視図である。 図3の矢印IVで示した方向から見た平面図である。 図5(a)は図4のVa−Vaに沿った断面図、図5(b)は図4のVb−Vbに沿った断面図である。 軸部材の斜視図である。 図7(a)は、図2(b)に表れた軸部材のVIIa−VIIaに沿った断面図、図7(b)は、図2(b)に表れた軸部材のVIIb−VIIbに沿った断面図である。 カップリング部材を拡大した図である。 図2にVIIa−VIIaで示した線に沿った端部部材の軸線方向断面図である。 図2にVIIb−VIIbで示した線に沿った端部部材の軸線方向断面図である。 図11(a)は図9に示した断面において軸部材が揺動する場面を説明する図である。図11(b)は図10に示した断面において軸部材が揺動する場面を説明する図である。 軸部材が軸方向に移動した姿勢を説明する図である。 軸部材が最も傾いたときの姿勢を説明する図である。 軸受部材45を作製する金型100、110を表す斜視図である。 図14にXVで示した線を含む軸方向断面図である。 図14にXVIで示した線を含む軸方向断面図である。 図17(a)は図15の視点における、第一金型100と第二金型110とを組み合わせた姿勢を説明する図である。図17(b)は図16の視点における、第一金型100と第二金型110とを組み合わせた姿勢を説明する図である。 図18(a)は他の形態の軸受部材145の断面図、図18(b)は端部部材140の断面図である。 図19(a)は軸受部材245を説明する図である。図19(b)は端部部材240を説明する図である。 端部部材240の組み立てについて説明する図である。 図21(a)は軸受部材345を説明する図である。図21(b)は端部部材340を説明する図である。 図22(a)は、画像形成装置本体の駆動軸、及びピンを表した斜視図、図22(b)は、ピンがカップリング部材に連結した姿勢を説明するための図である。 プロセスカートリッジを装置本体に装着する場面の例を説明する図である。
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
図1は第一の形態に係る端部部材40(図2参照)を具備するプロセスカートリッジ20、及び該プロセスカートリッジ20を装着して使用する画像形成装置本体10(以下、「装置本体10」と記載することがある。)を模式的に示した斜視図である。図1に示したようにプロセスカートリッジ20は、図1にAで示した方向に移動させることにより装置本体10に装着し、及び離脱させることができる。この方向は装置本体10の駆動軸の軸線方向とは異なる方向である。そして、装置本体10及びプロセスカートリッジ20により画像形成装置とされる。以下詳しく説明する。
プロセスカートリッジ20は、その外郭を形成する筐体21を有し、その内側に各種部品が内包されている。本形態では具体的には、感光体ドラムユニット30(図2(a)参照)、帯電ローラ、現像ローラ、現像ブレード、転写ローラ、及びクリーニングブレードを備えている。
感光体ドラムユニット30は、紙等の記録媒体に転写すべき文字や図形等が形成される部材である。図2(a)に感光体ドラムユニット30の外観斜視図を示した。図2(a)からわかるように感光体ドラムユニット30は、感光体ドラム35、フタ材36、及び端部部材40を備えている。図2(b)には端部部材40に注目した斜視図を示した。以下、図2(a)、図2(b)及び適宜示す図を参照しつつ感光体ドラムユニット30について説明する。
感光体ドラム35は、円筒状であるドラムシリンダの外周面に感光層を被覆した部材である。すなわちドラムシリンダは、アルミニウム等の導電性のシリンダに感光層が塗布され、該ドラムシリンダの一端には後述するように端部部材40が取り付けられ、他端にはフタ材36が配置されている。本形態ではドラムシリンダを円筒状であるものとしたが、中実の円柱状であってもよい。ただし、少なくともフタ材36、及び端部部材40がその端部に適切に取り付けられるように形成されている。
フタ材36は樹脂により形成された部材で、感光体ドラム35の円筒内側に嵌合される嵌合部と、感光体ドラム35の一方の端面を覆うように配置される軸受部とが同軸に形成されている。軸受部は、感光体ドラム35の端面を覆う円板状であるとともに、装置本体10の軸を受ける部位を具備する。また、フタ材36には、導電性材料によりなるアース板が配置され、これにより感光体ドラム35と装置本体10とを電気的に接続させている。
なお、本形態ではフタ材の一例を表したがこれに限定されず、通常取り得る他の形態のフタ材を適用することも可能である。例えばフタ材に回転力伝達のための歯車が配置されてもよい。
また上記導電性材料は後述する端部部材40側に設けられてもよい。
端部部材40は、感光体ドラム35の端部のうち上記フタ材36とは反対側の端部に取り付けられる部材であり、軸受部材45及び軸部材70を備えている。
軸受部材45は、感光体ドラム35の端部に固定される部材である。図3には軸受部材45の斜視図を示した。また、図4には図3に矢印IVで示した方向(軸部材70を挿入する側)から見た図、図5(a)には図4にVa−Vaで示した線による断面図、図5(b)には図4にVb−Vbで示した線による断面図をそれぞれ示した。なお、図5(a)、図5(b)では、断面図における端面(切断面)はハッチングをして表している。
本形態では、軸受部材45は、図2乃至図5からわかるように円筒状である筒状体46を備えている。また、筒状体46の外周面には、該外周面に沿って立設するリング状である接触壁47、及び、歯車48が形成されている。筒状体46の外径は上記感光体ドラム35の内径と概ね同じであり、該筒状体46の一端側を感光体ドラム35に差し込んで嵌合することにより軸受部材45を感光体ドラム35に固定する。この際には、感光体ドラム35の端面が接触壁47に当てられる深さまで挿入される。このとき、より強固な取り付けのために接着剤を用いてもよい。また接着剤が配置される部分の筒状体46には溝や凹凸が設けられてもよい。これにより接着剤がこの溝や凹部に保持され、さらに強固な接着が可能となる。
歯車48は、現像ローラ等の隣接するローラに回転力を伝達する歯車であり、本形態では、はす歯歯車である。歯車の種類は特に限定されることはなく平歯車等であってもよい。ただし歯車は必ずしも設けられている必要はない。
筒状体46の筒状である内側には保持部50が形成されている。保持部50は、後述するように軸部材70を揺動可能に保持する部位であり、球体受け部51及び揺動溝52を有して形成されている。
球体受け部51は、筒状体46の内側に形成された有底円筒の容器状の部位であり、壁部51a、及び底部51bを有している。
壁部51aは、図4及び図5(b)からわかるように、筒状体46と同心の円筒状の部位である。図4、図5(b)にFで表した壁部51aの円筒状である内側の直径は、後述する軸部材70の球体90の直径と概ね同じとされている。
一方、底部51bは、円筒状である壁部51aの一方側端部を塞ぐように底を形成する部位である。そして該底部51bは半球状に湾曲する形態を有している。底部51bの半球状は、図5(b)に表れているようにその中心Cが軸受部材45の軸上となるように形成され、半径は後述する軸部材70の球体90の半径と概ね同じにされている。
そして当該壁部51a及び底部51bで囲まれた内側に凹部51cが形成され、凹部51cは、その底(すなわち底部51b)が半球状に湾曲した凹状である。凹部51cのうち底部51bの反対側は開放されている。この凹部51cが軸部材70の球体90を受ける空間となる。
ここで球体受け部51は、凹部51cの開放側から図5(b)に矢印Vcで示したように軸方向正面から見てアンダーカット部がないように形成されている。このときの「アンダーカット部がない」とは、球体受け部51の軸方向に直交する任意の隣接する断面において、矢印Vcから見たときに凹部51cの底部51b側の方が凹部51cの開放側より軸側又は同じ位置になることである。
なお、図5(b)からわかるように本形態では、壁部51aの外周面と筒状体46の内周面との間には間隙が設けられている。
揺動溝52は、球体受け部51の壁部51aの一部に設けられた溝であり、軸受部材45の軸方向に平行に延びる。本形態では、軸受部材45の軸を挟んで対向するように平行な2つの揺動溝52が備えられている。図5(a)、図5(b)からわかるように、揺動溝52は、筒状体46のうち凹部51cの開放部側とは反対側の端部からスリット状の溝が設けられることにより形成される。
また、図5(a)からわかるように、揺動溝52のうち凹部51cの開放側端部では、溝の底間が狭められるように湾曲している。本形態ではこの湾曲は点Cを中心とした円弧に沿って形成されており、点Cは筒状体46の軸上であるとともに、球体受け部51の底部51bの半球状の中心である上記した点Cと概ね同じ位置であることが好ましい。
ここで本形態の揺動溝52では、凹部51cの開放側とは反対側から図5(a)に矢印Vdで示したように軸方向正面から見てアンダーカット部がないように形成されている。このときの「アンダーカット部がない」とは、揺動溝52の軸方向に直交する任意の隣接する断面において、矢印Vd方向から見たとき、矢印Vdに遠い側の方が矢印Vdに近い側より軸側又は同じ位置になることである。本発明では必ずしもここにアンダーカット部がないことは必要ないが、これにより後述するように一体成型を容易に行うことができるようになる。
保持部50を構成する上記各部位のさらなる形態的な特徴は、軸部材70の形状とも関連するので、軸受部材45と軸部材70との組み合わせを説明する際に述べる。
軸受部材45を構成する材料は特に限定されることはないが、ポリアセタール、ポリカーボネート、PPS等の樹脂を用いることができる。ここで、部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維等を配合してもよい。また、軸部材の取り付け、揺動動作を円滑にするために、樹脂にフッ素、ポリエチレン、及びシリコンゴムの少なくとも1種類を含有して摺動性を向上させてもよい。また、樹脂をフッ素コーティングしたり、潤滑剤を塗布してもよい。
図2に戻り、端部部材40のうち軸部材70について説明する。図6には軸部材70の斜視図、図7(a)には、図2(b)に表れた軸部材70のVIIa−VIIaに沿った断面図、図7(b)には、図2(b)に表れた軸部材70のVIIb−VIIbに沿った断面図をそれぞれ示した。軸部材70は、図2、図6、図7からわかるように、カップリング部材71、回転軸85、球体90、及び回転力伝達ピン95を備えている。
カップリング部材71は、装置本体10(図1参照)からの回転駆動力を受ける回転力受け部として機能する部位である。図8にはカップリング部材71を拡大した斜視図を示した。カップリング部材71は、図2、及び図6乃至図8からわかるように、円形皿状の部材であり、その内側は軸線が通る部位が最も深くなるように円錐状の凹部73aが設けられた底部73を有している。
また、底部73の面のうち、一方の面側(回転軸85が設けられる側とは反対側)の面の縁に沿って筒状の係合壁74が立設されている。係合壁74には軸部材70の軸線を挟んで対向して設けられる溝74a、74bが2対設けられている。一方の対の溝74aと他方の対の溝74bとは軸線周りに90度ずらされている。
各溝74a、74bには、図8によく表れているように、溝の一方の側壁に凸部75が設けられるとともに、その底部73側には円周方向に窪み75aを具備している。これにより後述するように装置本体10の駆動軸11のピン12が窪み75aに係合してその抜けが防止されつつ、適切に回転力が伝達される(図22(b)参照)。
また、各溝74a、74bの他方側の側壁には斜面74cが形成されており、上記ピン12の溝内への導入を容易にしている。
従って図8にDで示した溝74aの幅はピン12の直径より若干大きくされている(図22(b)参照)とともに、駆動軸11が通過できないように、該駆動軸11よりは狭くされている。また、図8にEで示した係合壁74の内側の径は駆動軸11の直径より若干大きく形成されているが概ね同じ程度とされる。どのように駆動軸11から回転力を受けることができるかついては後で説明する。
本形態では係合壁の溝を4つ(2対)としたが、その数は特に限定されるものではなく、2つ(1対)でも、6つ(3対)でも、又はそれより多くてもよい。
回転軸85は、カップリング部材71が受けた回転力を伝達する回転力伝達部として機能する円柱状の軸状部材である。従って回転軸85の一端に上記カップリング部材71が設けられている。
球体90は、基端部として機能し、本形態では図6、図7からわかるように球状の部材で、回転軸85の端部のうちカップリング部材71が配置される側とは反対側の端部に具備される。このとき、回転軸85の軸線と球体90の中心はできるだけ一致させることが好ましい。これにより、感光体ドラム35の安定した回転を得ることができる。また球体90の半径は、上記した軸受部材45の保持部50の底部51bの半球状の半径と概ね同じ、又は若干小さくされている。以上より明らかなように、球体90は、軸受部材45の保持部50の壁部51aによって軸部材70の抜け方向(図5(a)の上方)の移動が規制されているわけではない。
本形態では、基端部として通常の球である場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば少なくとも一部が球状である場合や、卵形のように曲面が組み合わされて形成されたものであってもよい。
回転力伝達ピン95は、球体90の中心を通るとともに、該球体90を貫いて両端が球体90から突出して配置される円柱状の軸状部材である。回転力伝達ピン95の軸線は上記回転軸85の軸線に直交するように設けられている。
軸部材70の材質は特に限定されるものではないが、ポリアセタール、ポリカーボネート、PPS等の樹脂を用いることができる。ただし、部材の剛性を向上させるために、負荷トルクに応じて樹脂中にガラス繊維、カーボン繊維等を配合しても良い。また、樹脂中に金属をインサートしてさらに剛性を上げても良いし、全体を金属で製作しても良い。
上記軸受部材45と軸部材70とは次のように組み合わせられることにより、端部部材40とされている。図9には図2にVIIa−VIIaで示した線に沿った端部部材40の軸線方向断面図、図10には図2にVIIb−VIIbで示した線に沿った端部部材40の軸線方向断面図をそれぞれ表した。また、図11には軸部材70が傾いた姿勢を表した。図11(a)は図9に表した断面における軸部材70の揺動、図11(b)は図10に表した断面における軸部材70の揺動をそれぞれ示している。
軸部材70は、図9、図10からわかるように、その球体90が保持部50の上記した凹部51c内に配置される。このとき、球体90から突出した回転力伝達ピン95の両端部が、2つの揺動溝52の溝内に配置される。これにより軸部材70が軸受部材45に保持される。すなわち、凹部51cを形成する壁部51aの円筒状の内側の直径は球体90の直径と概ね同じとされるとともに、底部51bの半球状の半径は、球体90の半径と概ね同じとされている。これにより、がたつきの無い円滑な揺動が可能となる。さらに、揺動溝52の溝幅は回転力伝達ピン95の径より若干広く形成されているとともに、対向する2つの揺動溝52の底部間は回転力伝達ピン95の長さより大きくなるように構成されている。
このように軸部材70が軸受部材45の内側に配置されて取り付けられることにより、軸部材70は、図11(a)にXIaで示したように、回転力伝達ピン95の軸線自体が揺動する方向に回動(揺動)することができる。これは、回転力伝達ピン95の両端部のそれぞれが揺動溝52内を溝の長手方向に移動することにより可能となる。
また、軸部材70は、図11(b)にXIbで示したように、回転力伝達ピン95の軸線を中心として回動(揺動)することができる。すなわち回転力伝達ピン95の軸線を中心に図11(a)に示した方向に直交する方向に回動(揺動)することが可能である。
このとき、揺動溝52の側壁には例えば該揺動溝52に回転力伝達ピン95を導入するための別の溝が連結されたり、その他凹凸が形成されていないので、これら他の溝や凹凸が軸部材の揺動を阻害することがない。従ってより確実で円滑な揺動が可能である。
また、装置本体10からの駆動力を受けた時には、軸部材70は、図9にIX、図10にXで示したようにその軸線を中心とした回転力を受ける。このときには、装置本体10からカップリング部材71が回転駆動力を受け、これに追随して球体90及び回転力伝達ピン95が連動して回転する。そして回転力伝達ピン95の両端部が揺動溝52の溝側面(溝側壁)に引っ掛かり、回転力を軸受部材45、そして感光体ドラム35に伝達させる。
図12は、軸部材70が軸方向に引っ張られた場面における、軸部材70及び軸受部材45の姿勢を示す図である。ここで、揺動溝52の端部には上記したように円弧状に湾曲した係止部52aが設けられ、対向する揺動溝52の底間が狭くされている。ここで回転力伝達ピン95の長さを、当該係止部52aにおける揺動溝52の底部間の距離よりも長くしておくことにより、軸部材70が軸方向に引っ張られたとしても、図12のように回転力伝達ピン95が揺動溝52の係止部52aに引っ掛かるので軸部材70は軸受部材45から外れない。以上より明らかなように、回転力伝達ピン95と揺動溝52の係止部52aによって軸部材70の軸方向の移動が規制される。
また、図13には図9に示した断面において軸部材70を最も傾けた姿勢を表した。すなわち、回転力伝達ピン95がその長手方向の中心を中心として軸部材70を最も傾けた姿勢である。従って、回転力伝達ピン95の一端が揺動溝52の係止部52aに達し、他端が係止部52aから離隔するように傾いている。
このとき、図13にXIIIaで示した距離は係止部52aにおける揺動溝52の底部間の距離を表している。また、図13にXIIIbで示した距離は、図13に示した軸部材70の姿勢において、筒状体46の径方向における回転力伝達ピン95の端部間距離を表している。そして本形態では、XIIIbの距離がXIIIaの距離よりも長くなるように形成されている。これにより軸部材70が最大に傾いても回転力伝達ピン95が揺動溝52の係止部52aに確実に引っ掛り、少なくとも自重や軽微な外力によって軸部材70が軸受部材45から外れることがない。従って、確実に軸部材70を軸受部材45に保持しておくことができ、意図しない場面で軸部材70が軸受部材45から外れてしまうことがなく端部部材40として機能することができる。
なお、軸部材70を軸受部材45から取り外すには、例えば図13に示した姿勢から少し強い力を加えて係止部52aを撓ませて回転力伝達ピン95の一端側を保持部50から離すことにより行うことができる。軸部材70を軸受部材45に取り付けるにはこれと逆を行えばよい。
このような端部部材40により、プロセスカートリッジ20の装着時には感光体ドラム35に適切に回転力を付与するとともに、当該プロセスカートリッジ20の容易な着脱が可能となる。
上記した端部部材40を構成する軸受部材45及び軸部材70は、複数の部品が組み合わされて構成されてよいし、後述するように一体で成形するものであってもよい。複数の部品が組み合わされる構成である場合には、これら部品は同じ材質であっても異種の材質であってもよい。またその接合は接着剤、超音波、熱融着、ネジ、及びボルト接合等公知の手段を適用することができる。
次に軸受部材45の製造方法について説明する。ここでは、1つの好ましい形態例として一体で軸受部材を作製する例を説明する。本形態の軸受部材45は上記した例のように凹部及び揺動溝にアンダーカット部がないことにより射出成型により成型される。すなわち、複数の金型を組み合わせ、該組み合わされた金型の空隙部に流動性のある材料を射出して充填し、これを固め、その後に金型を離脱させることにより成型する。従って軸受部材45の成型では、筒状部46の外周側、及び内側の形状を形成するための金型が必要となる。ここでは当該内側の成型について説明する。なお、筒状部46の外周側の形状(例えば歯車48)については公知の方法により成型することが可能である。
図14には、軸受部材45の内側の形状を成型する第一金型100、及び第二金型110の斜視図を示した。ここには、成型される軸受部材45も併せて破線で表している。図15には、図14にXV−XVで示した線を含む軸線方向断面図、図16には図14にXVI−XVIで示した線を含む軸線方向断面図を示した。
図14乃至図16からわかるように、軸受部材45の内側形状は2つの金型である第一金型100、及び第二金型110により成型される。
第一金型100は、有底円筒部101及び凹部形成部102を備えている。有底円筒部101の円筒部分は、軸受部材45の筒状体内面と壁部51aの外周部との間隙を形成する形状とされている。一方、凹部形成部102は図15からわかるように、有底円筒部101の底から突出するように設けられ、有底円筒部101の内側に配置される。凹部形成部102は球体受け部51を形成できる形状を有しており、凹部51cに対応するようにドーム状の形態とされている。また、有底円筒部101と凹部形成部102との間には間隙が形成され、これが軸受部材45の壁部51aを成型する形状を有している。
第一金型100には、第二金型110が挿入される溝100aが形成されている。この溝100aは揺動溝52が形成される位置までの深さを有している。
一方、第二金型110は、揺動溝52を形成するための金型で、板状の部材である。従って第二金型110は揺動溝52の溝幅と概ね同じ厚さとされ、その一端側には図16からわかるように係止部52aを形成するための湾曲部110aが第二金型110の板幅を狭めるように形成されている。
このような第一金型100、第二金型110、及び不図示の他の金型を組み合わせて射出成型することにより、保持部50を含む軸受部材45を一体に成型することができる。そして成型後において、第一金型100及び第二金型110を反対方向に移動して離型させることが可能である。図17に第一金型100と第二金型110とを組み合わせた図を示した。図17(a)が図15と同じ視点による断面図、図17(b)が図16と同じ視点による断面図である。
図17(a)からわかるように、第一金型100の溝100aに、第二金型110が挿入されることにより組み合わされる。このとき、第二金型110のうち湾曲部110aが溝100aの奥(溝100aの開口部とは反対側)となるように組み合わせられる。
このような第一金型100及び第二金型110の組み合わせに対して射出成型をすることにより、上記した軸受部材45の内部形状を形成することができる。また、成型後には、第一金型100及び第二金型110を軸線方向反対側に引き離すように移動させることにより離型する。軸受部材45の球体受け部51、及び揺動溝52は上記したようにアンダーカット部がない形状を有しているので、第一金型100及び第二金型110の離形が引っ掛り等なく円滑に行われる。すなわち、上記した形態の軸受部材45は、一体成型で円滑に効率よく製造することができる形状を具備しており、生産性の向上を図ることが可能である。
図18は、第二の形態にかかる軸受部材145、及びこれに軸部材70を取り付けた端部部材140を表した図である。図18(a)は図5(a)に相当する図であり、図18(b)は図13に相当する図である。
本形態の軸受部材145、及び端部部材140では、揺動溝152のうち凹部51cの開放部側端部に、さらに2つの揺動溝152間を狭めるように楔形の突出部152aを備えている。この点以外は上記した軸受部材45及び端部部材40と同様の構造である。
このような端部部材140によれば、図18(b)からよくわかるように、軸部材70を最も傾けた姿勢で回転力伝達ピン95が突出部152aに引っ掛かり、さらに軸部材70が意図しない場面で軸受部材145から外れてしまうことを確実に防止することができる。
図19は、第三の形態にかかる軸受部材245、及びこれに軸部材70を取り付けた端部部材240を表した図である。図19(a)は図5(a)に相当する図であり、図19(b)はこれに軸部材70を取り付けた図13に相当する図である。
本形態の軸受部材245、及びこれに軸部材70を取り付けた端部部材240では、揺動溝252のうち凹部51cの開放部側端部に、上記説明した突出部152aを備えている。さらに、軸受部材245は、揺動溝252のうち、湾曲した係止部52aのうち突出部152aとは反対側の端部から、軸受部材245の軸から離隔して2つの揺動溝252間が広がるように形成される段差252aが設けられている。この点以外は上記した軸受部材45及び端部部材40と同様の構造である。
このような端部部材240によれば、図19(b)からよくわかるように、軸部材70を最も傾けた姿勢で回転力伝達ピン95が突出部152aに引っ掛かり、軸部材70が軸受部材245から意図しない場面で外れてしまうことを確実に防止することができる。
さらに軸受部材245によれば、次のように軸部材70を軸受部材245に取り付けることができる。図20に説明図を示した。図20では図20(a)〜図20(f)で軸受部材245への軸部材70の取り付けを順を追って表している。以下に説明する。なお図20では、図の見易さのため多くの符号を省略しているが、省略した符号については図19を参照することができる。
初めに、図20(a)に示したように、軸部材70の回転力伝達ピン95を球体90から一方の端部のみが突出するように大きく寄せて突出させる。そしてこの突出した回転力伝達ピン95の端部が揺動溝の段差252aに達するように軸部材70を傾けて軸受部材45の凹部51c内に球体90を挿入する。
次に図20(b)、図20(c)、図20(d)に順に示したように軸部材70を徐々に軸受部材245の軸線方向に沿うように起こす。これにより、球体90から突出した回転力伝達ピン95の端部が段差252aを乗り越える過程で揺動溝252の底部から押圧され、回転力伝達ピン95はその軸線方向反対側に移動する。
そして図20(e)に示したように軸部材70の軸線が軸受部材245の軸線方向に重なる姿勢になると、回転力伝達ピン95はその両端が球体90から同じ程度に突出するような形態となる。この姿勢から図20(f)のように軸部材70の球体90を軸受部材245の底部51bに載置して取り付けが完了する。
これによればいわゆる無理入れをすることなく、軸受部材に軸部材を取り付けることが可能である。
すなわち本形態では、端部部材240の軸部材70に具備される回転力伝達ピン95は、球体90から当該回転力伝達ピン95の両端を突出させた姿勢、及び、回転力伝達ピン95の一端のみを突出させた姿勢を取ることができるように構成されている。そして他の形態と同様に、軸受部材245の揺動溝252の湾曲する部位52aによって、回転力伝達ピン95の揺動溝252内における移動が規制されている。そして球体90は軸受部材245の凹部内を回転可能であり、揺動溝252の湾曲する部位52aにより回転力伝達ピン95が軸受部材245の軸方向への移動が規制され、該移動を規制された姿勢で軸部材70が軸受部材245に旋回可能に取り付けられている。
図21は、第四の形態にかかる軸受部材345、及びこれに軸部材70を取り付けた端部部材340を表した図である。図21(a)は図5(a)に相当する図であり、図21(b)はこれに軸部材70を取り付けた図13に相当する図である。
本形態の軸受部材345、及びこれに軸部材70を取り付けた端部部材340では、揺動溝352のうち凹部51cの開放部側端部に、上記説明した突出部152aを備えている。さらに、軸受部材345は、揺動溝352のうち、湾曲した係止部52aのうち突出部152aとは反対側の端部から、軸線から離隔して2つの揺動溝352間が広がるように形成される傾斜部352aが設けられている。この点以外は上記した軸受部材45及び端部部材40と同様の構造である。
このような端部部材340によれば、図21(b)からよくわかるように、軸部材70を最も傾けた姿勢で回転力伝達ピン95が突出部152aに引っ掛かり、軸部材70が意図しない場面で外れてしまうことを確実に防止することができる。また、傾斜部352aが軸受部材245の段差252aと同様に作用し、軸部材70を円滑に取り付けることができる。
図1に戻って、プロセスカートリッジ20について説明を続ける。プロセスカートリッジ20の筐体21の内側に備えられる他の構成である帯電ローラ、現像ローラ、現像ブレード、転写ローラ、及びクリーニングブレードは公知のものを適用することができるが、例えば次のようなものである。
帯電ローラは、装置本体10からの電圧印加により感光体ドラム35を帯電させる。これは、当該帯電ローラが感光体ドラム35に追随して回転し、感光体ドラム35の外周面に接触することにより行われる。
現像ローラは、感光体ドラム35に現像剤を供給するローラである。そして、当該現像ローラにより、感光体ドラム35に形成された静電潜像が現像される。なお現像ローラには、固定磁石が内蔵されている。
現像ブレードは、上記した現像ローラの外周面に付着する現像剤の量を調整するとともに、現像剤自体に摩擦帯電電荷を付与するブレードである。
転写ローラは、感光体ドラム35に形成された像を紙等の記録媒体に転写するためのローラである。
クリーニングブレードは、感光体ドラム35の外周面に接触してその先端により転写後に残存した現像剤を除去するブレードである。
上記各ローラは筐体21の内側に回転可能に収められる。すなわち各ローラは筐体21の内側で必要に応じて回転してその機能を発揮する。
ここで、上記した感光体ドラムユニット20の軸部材70のうち、少なくともカップリング部材71は該筐体21から露出して配置される。これにより後述するように、装置本体10から回転駆動力を得ることができるとともに、装置本体10とプロセスカートリッジ20との着脱が容易となる。
ここでは、プロセスカートリッジ20に備えられる各ローラ及びブレードについて説明したが、ここに具備される部材はこれに限定されるものではなく、その他プロセスカートリッジに通常に備えられる部材、部位、及び現像剤等が具備されていることが好ましい。
次に装置本体10について説明する。本実施形態の装置本体10はレーザープリンタである。レーザープリンタでは、上記したプロセスカートリッジ20が装着された姿勢で作動し、画像を形成するときには、感光体ドラム35を回転させて、帯電ローラにより帯電させる。この状態で、ここに備えられる各種光学部材を用いて画像情報に対応したレーザー光を感光体ドラム35に照射し、当該画像情報に基づいた静電潜像を得る。この潜像は現像ローラにより現像される。
一方、紙等の記録媒体は、装置本体10にセットされ、該装置本体10に設けられた送り出しローラ、搬送ローラ等により転写位置に搬送される。転写位置には転写ロールが配置されており、記録媒体の通過に伴い転写ロールに電圧が印加されて感光体ドラム35から記録媒体に像が転写される。その後、記録媒体に熱及び圧力が加えられることにより当該像が記録媒体に定着する。そして排出ロール等により装置本体10から像が形成された記録媒体が排出される。
このように、プロセスカートリッジ20が装着された姿勢で、装置本体10は感光体ドラムユニット20に回転駆動力を与える。そこで、プロセスカートリッジ20が装着された姿勢でどのように装置本体10から感光体ドラムユニット30に回転駆動力が与えられるかについて説明する。
プロセスカートリッジ20への回転駆動力は装置本体10の回転力付与部としての駆動軸11により与えられる。図22(a)に駆動軸11の先端部の形状を示した。図22(a)からわかるように、駆動軸11はその先端が半球面である円柱状軸部材であるとともに、一点鎖線で示した回転軸線に直交する方向に突出する回転力付与部としての円柱状のピン12が設けられている。当該駆動軸11の図22(a)に示した先端側とは反対側には、駆動軸11を軸線中心に回転させることができるように歯車列が形成されており、これを介して駆動源であるモータに接続されている。
また、図1に示したプロセスカートリッジ20の装置本体10への着脱のための移動方向に対して、駆動軸11は概ね直角に、該着脱の移動の軌道上に突出して配置されている。これに加えて駆動軸11はその軸線方向に移動することなく回転するのみである。従ってプロセスカートリッジ20の着脱では、このような駆動軸11に軸部材70を装着、離脱させる必要がある。そして、上記した端部部材40によれば、軸部材70と、駆動軸11との装着及び離脱が容易となる。具体的な着脱の態様については後で詳しく説明する。
プロセスカートリッジ20が装置本体10に装着された姿勢で、駆動軸11と端部部材40の軸部材70のカップリング部材71とが係合して回転力が伝達される。図22(b)には駆動軸11に端部部材40のカップリング部材71が係合した場面を示した。図22(b)からわかるように駆動軸11とカップリング部材71とが係合した姿勢で、駆動軸11の軸線とカップリング部材71の軸線とが一致するように突き合わされて配置される。このとき、駆動軸11のピン12がカップリング部材71の対向する溝74a、又は溝74bの内側に配置される(図22(b)では溝74aの内側に配置されている場合である。)。これにより駆動軸11の回転に追随してカップリング部材71が回転し、感光体ドラムユニット30が回転する。
以上より、回転力が伝達される姿勢は、駆動軸11とカップリング部材71との軸線が同軸に配置されるとともに、ピン12がカップリング部材71の溝74a又は溝74bの内側にある姿勢である。
次にプロセスカートリッジ20を装置本体10に装着させるときの駆動軸11と、感光体ドラムユニット30の動作の例について説明する。図23に説明図を示した。図23(a)は駆動軸11に端部部材40が装着される1つの場面を示した図、図23(b)は駆動軸11に端部部材40が装着される他の場面を示した図である。図23では、図23(a)、図23(b)でその動作の順を示し、紙面左右が軸線方向となる向きである。また、ここではプロセスカートリッジ20を紙面下方に移動させて装着させる場面である。
初めに図23(a)に示したように、軸部材70のカップリング部材71を駆動軸11側に傾けた姿勢としておく。この姿勢は軸部材70が最も傾いた姿勢であることが好ましい。この姿勢からプロセスカートリッジ20を紙面下方に移動させると、駆動軸11の先端がカップリング部材71の底部73の内側や係合壁74に引っ掛かるように接触する。プロセスカートリッジ20をさらに装置本体10に押し込むと、カップリング部材71に引っ掛かるように接触した駆動軸11は、傾いている軸部材70を起こすように回動させる。そして、ピン12は溝74aの内側に挿入される。
そしてさらにプロセスカートリッジ20を装着方向に押し込むことにより、図23(b)に示したように、傾けられていた軸部材70の軸線が駆動軸11の軸線に一致し、駆動軸11、軸部材70、軸受部材45及び感光体ドラム35の軸線が一致し、図23(b)に示した姿勢となる。これにより、適切に駆動軸11から、軸部材70、軸受部材45、感光体ドラム35に回転力が付与され、最終的にプロセスカートリッジ20へ回転力が与えられる。
一方、プロセスカートリッジ20を装置本体10から離脱させるときの駆動軸11と、感光体ドラムユニット30の動作については、上記の順を遡ればよい。
以上のように、プロセスカートリッジ20を装置本体10の駆動軸11の軸線方向とは異なる方向に引き抜くように該装置本体10から離脱させ、また、押し込むように装置本体10に装着することができる。
10 画像形成装置本体
20 プロセスカートリッジ
30 感光体ドラムユニット
35 感光体ドラム
40 端部部材
45 軸受部材
50 保持部
51 壁部
52 揺動溝
70 軸部材

Claims (11)

  1. 感光体ドラムの端部に配置され、少なくとも一部が球状である球体と前記球体から突出して設けられる回転力伝達ピンとを備える軸部材が揺動可能に取り付けられる軸受部材であって、
    一方が開放されるとともにこれと反対側の底部が前記球体に沿った湾曲面を有し、前記球体が内包される凹部と、前記凹部の側面に設けられ、前記回転力伝達ピンの端部が挿入される溝である少なくとも2つの揺動溝と、を有し、
    前記揺動溝はその少なくとも一部に前記軸受部材の軸に平行である部位と前記軸に近づくように湾曲する部位とを備え、
    前記凹部は、前記軸受部材の軸方向のうち前記凹部の開放された側から該凹部をみたときにアンダーカット部がなく、
    前記凹部の前記開放された側における前記軸方向に直交する方向の前記2つの揺動溝の間隔は、前記軸部材が前記軸受部材に装着されて最も傾いた姿勢とされたときでも前記回転力伝達ピンの両端間の前記軸受部材の軸に直交する方向における距離よりも短く形成される、軸受部材。
  2. 前記揺動溝の前記湾曲する部位にさらに突出部が設けられている請求項1に記載の軸受部材。
  3. 前記揺動溝の前記湾曲する部位は円弧状に形成され、該円弧状の中心は、前記軸受部材の前記凹部の底部の前記湾曲面の中心と一致する、請求項1又は2に記載の軸受部材。
  4. 前記揺動溝は、前記湾曲する部位と前記平行である部位との間に、前記軸受部材の軸から離隔する方向に段差又は傾斜が設けられている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の軸受部材。
  5. 前記揺動溝には、前記凹部の開放側とは反対側から前記軸受部材を見たとき、アンダーカット部がない、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の軸受部材。
  6. 全てが一体に形成されている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の軸受部材。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の軸受部材、及び、前記軸受部材に揺動可能に取り付けられる軸部材を備え、
    前記軸部材は、
    回転する駆動軸と連結すべき回転力受け部と、
    前記回転力受け部と連動し、前記軸受部材の前記凹部に配置される少なくとも一部が球状である球体と、
    前記球体から突出し、該突出した部位が前記軸受部材の前記揺動溝内を移動可能である回転力伝達ピンと、を備える端部部材。
  8. 前記軸部材の前記回転力伝達ピンが前記軸受部材の前記揺動溝の前記湾曲する部位に引っ掛かることにより、前記軸部材が前記軸受部材から外れることが防止される請求項7に記載の端部部材。
  9. 前記軸部材の前記回転力伝達ピンは前記球体から前記回転力伝達ピンの両端を突出させた姿勢及び前記回転力伝達ピンの一端のみを突出させた姿勢を取ることを許容し、
    前記軸受部材の前記揺動溝の前記湾曲する部位によって、前記回転力伝達ピンが前記揺動溝内を移動することが規制される範囲内で、前記球体は前記軸受部材の前記凹部内を回転可能であり、
    前記揺動溝の前記湾曲する部位により前記回転力伝達ピンが前記軸受部材の軸方向への移動が規制され、該移動を規制された姿勢で前記軸部材が前記軸受部材に旋回可能に取り付けられている請求項7又は8に記載の端部部材。
  10. 感光体ドラムと、
    前記感光体ドラムの軸方向端部の少なくとも一方に取り付けられた請求項7乃至9のいずれか1項に記載の端部部材と、を備える感光体ドラムユニット。
  11. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の軸受部材を製造する方法であって、
    射出成型により形成する工程を有し、
    前記凹部を形成する第一金型、及び、前記揺動溝を形成する第二金型により、
    前記工程は、前記第一金型に設けられた溝に前記第二金型を差し込んで前記第一金型と前記第二金型とを組み合わせ、射出成型をおこない、前記第一金型と前記第二金型とを反対の方向に引き離すことにより離型させることを含む、軸受部材の製造方法。
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