(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軸受穴を備える板金フレームと、前記板金フレームに向かって突設され先端部が前記軸受穴にそれぞれ軸支される複数の軸部を備え、前記板金フレームに装着され、所定の樹脂材料を用いて一体成型されるハウジングと、前記複数の軸部にそれぞれ回転可能に装着される複数のギアと、を有し、予め設定された駆動源に連結され、前記複数のギアによって形成される駆動伝達経路を介して、所定の負荷トルクを備える被回転体に前記駆動源の回転駆動力を伝達する駆動ユニットの設計方法であって、
前記樹脂材料からなる前記複数の軸部にかかる面圧であって、前記複数の軸部のうちのいずれかの軸部が破損に至る最小基準面圧Ｆａを導出する第１工程と、
前記駆動源および前記被回転体に連結された状態で、前記複数の軸部のうちの一の軸部にかかる荷重をＦ（Ｎ）、前記一の軸部の軸径をＤ（ｍｍ）、前記一の軸部と該軸部に装着される前記ギアとの軸方向における接触長さをＬ（ｍｍ）とした場合、Ｆ／（Ｄ×Ｌ）＜Ｆａの関係を、前記複数の軸部および前記複数のギアが満たすように、前記軸部または前記ギアの形状を設定する第２工程と、
を有し、
前記複数のギアのうちの少なくとも一のギアは、前記軸部に軸支される内周部とギア歯を含む外周部とを備えたギア本体部と、前記ギア本体部から軸方向に突設され、前記内周部に連設され前記ギア本体部とともに前記軸部に軸支されるボス部と、前記ボス部の外周部に配置された複数のリブと、を備え、
前記第２工程において、Ｆ／（Ｄ×Ｌ）＜Ｆａの関係を満たすように、前記ギアの形状として前記ボス部の突設長さが設定されることを特徴とする駆動ユニットの設計方法。
【請求項２】
前記第１工程において、前記最小基準面圧Ｆａは、前記板金フレームに向かって突設され先端部が前記軸受穴にそれぞれ軸支される複数の試験用軸部を備え前記ハウジングと同一の樹脂材料から構成される試験用ハウジングに、複数の試験用ギアが装着された状態で、前記駆動源を駆動させ、かつ、前記駆動伝達経路に連結される試験用被回転体の負荷トルクを上昇させた場合に、いずれかの前記試験用軸部が破損した際の該試験用軸部の周面にかかる面圧として導出されることを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニットの設計方法。
【請求項３】
前記第１工程において、前記試験用被回転体の負荷トルクが、周囲の環境が３０℃以上の高温環境において上昇され、前記最小基準面圧Ｆａが導出されることを特徴とする請求項２に記載の駆動ユニットの設計方法。
【請求項４】
前記樹脂材料は、ＡＢＳ樹脂にポリカーボネートを含有するものであり、
前記最小基準面圧Ｆａは、０．７２Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の駆動ユニットの設計方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の駆動ユニットの設計方法によって設計されたことを特徴とする駆動ユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の駆動ユニットと、
前記駆動伝達経路を介して、前記回転駆動力が伝達される前記被回転体と、
シートに画像を形成する画像形成部と、
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、被回転体に回転駆動力を伝達する駆動ユニットの設計方法、および該設計方法により設計された駆動ユニット、並びに該駆動ユニットを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置は、一般に側板フレームを含む板金製のフレーム構造体によって筐体構造を形成し、その内部空間に画像形成処理を行うための複数の処理ユニットが配置される。前記処理ユニットは、例えばトナー像を形成する感光体ドラムを含むドラムユニットや、前記感光体ドラムにトナーを供給して感光体ドラム上にトナー像を形成する現像ユニットである。前記側板フレームには、前記処理ユニットが備える被回転体（感光体ドラムや現像ローラー等）に駆動力を伝達する駆動ユニットなどが組み付けられる。このような駆動ユニットは、複数の駆動ギアの配列体と、この配列体を覆う樹脂ハウジングとからなる。
【０００３】
樹脂ハウジングは２枚の板状部材からなり、該板状部材同士の間に、各駆動ギアを軸支する回転軸が配置される。駆動ギアが回転されると、回転軸には所定の駆動負荷が付与される。特許文献１には、回転軸を回転可能に支持する軸受の同一箇所に荷重が集中しないよう、所定のタイミングで軸受を回転させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような駆動ユニットでは、回転軸にかかる負荷によって回転軸が破損する場合がある。このため、駆動ハウジングの寿命を長く設定するためには、回転軸を樹脂ハウジングとは別部材とし、金属ピンから構成する必要があった。更に、この場合、駆動ハウジングの組立に際して、金属ピンを樹脂ハウジングに組み付けるために組立工数が増大されるという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、軸部の破損を防止するとともに、部品点数が可及的に削減された駆動ユニットの設計方法、および該設計方法により設計された駆動ユニット、並びに該駆動ユニットを備えた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】
【０００７】
本発明の一の局面に係る駆動ユニットの設計方法は、複数の軸受穴を備える板金と、前記板金に向かって突設され先端部が前記軸受穴にそれぞれ軸支される複数の軸部を備え、前記板金に装着され、所定の樹脂材料を用いて一体成型されるハウジングと、前記複数の軸部にそれぞれ回転可能に装着される複数のギアと、を有し、予め設定された駆動源に連結され、前記複数のギアによって形成される駆動伝達経路を介して、所定の負荷トルクを備える被回転体に前記駆動源の回転駆動力を伝達する駆動ユニットの設計方法であって、前記樹脂材料からなる前記複数の軸部にかかる面圧であって、前記複数の軸部のうちのいずれかの軸部が破損に至る最小基準面圧Ｆａを導出する第１工程と、前記駆動源および前記被回転体に連結された状態で、前記複数の軸部のうちの一の軸部にかかる荷重をＦ（Ｎ）、前記一の軸部の軸径をＤ（ｍｍ）、前記一の軸部と該軸部に装着される前記ギアとの軸方向における接触長さをＬ（ｍｍ）とした場合、Ｆ／（Ｄ×Ｌ）＜Ｆａの関係を、前記複数の軸部および前記複数のギアが満たすように、前記軸部または前記ギアの形状を設定する第２工程と、を有し、前記複数のギアのうちの少なくとも一のギアは、前記軸部に軸支される内周部とギア歯を含む外周部とを備えたギア本体部と、前記ギア本体部から軸方向に突設され、前記内周部に連設され前記ギア本体部とともに前記軸部に軸支されるボス部と、前記ボス部の外周部に配置された複数のリブと、を備え、前記第２工程において、Ｆ／（Ｄ×Ｌ）＜Ｆａの関係を満たすように、前記ギアの形状として前記ボス部の突設長さが設定されることを特徴とする。
【０００８】
本構成によれば、駆動ユニットの設計方法の第１工程では、最小基準面圧Ｆａが導出される。更に、第２工程では、Ｆ／Ｄ×Ｌ＜Ｆａの関係を、複数の軸部および複数のギアが満たすように軸部またはギアの形状が設定される。このため、駆動ユニットの各軸部にかかる面圧が、最小基準面圧Ｆａ未満に維持される。この結果、軸部が破損しにくい、耐久性の高い駆動ユニットを設計することが可能となる。また、軸部とハウジングとを一体とすることが可能となるため、駆動ユニットの部品点数が削減されるとともに、駆動ユニットの組立作業が容易に実現される。また、本構成によれば、ギアがボス部を備え、ボス部の突設長さが調整されることによって、軸部と軸部に装着されるギアとの軸方向における接触長さＬを変化させることができる。
【０００９】
上記の構成において、前記第１工程において、前記最小基準面圧Ｆａは、前記板金に向かって突設され先端部が前記軸受穴にそれぞれ軸支される複数の試験用軸部を備え前記ハウジングと同一の樹脂材料から構成される試験用ハウジングに、複数の試験用ギアが装着された状態で、前記駆動源を駆動させ、かつ、前記駆動伝達経路に連結される試験用被回転体の負荷トルクを上昇させた場合に、いずれかの前記試験用軸部が破損した際の該試験用軸部の周面にかかる面圧として導出されることが望ましい。
【００１０】
本構成によれば、試験用ハウジングおよび試験用ギアを用いた確認試験によって、最小基準面圧Ｆａが導出される。したがって、実際の試験用軸部の破損に基づいて、精度良く最小基準面圧Ｆａを導出することができる。
【００１１】
上記の構成において、前記第１工程において、前記試験用被回転体の負荷トルクが、周囲の環境が３０℃以上の高温環境において上昇され、前記最小基準面圧Ｆａが導出されることが望ましい。
【００１２】
本構成によれば、周囲の環境が３０℃以上の高温環境において負荷トルクが上昇され、最小基準面圧Ｆａが導出される。したがって、軸部が破損しやすいストレス条件において確認試験が行われることによって、所定の安全率が考慮され、より耐久性の高い駆動ユニットを設計することができる。
【００１５】
上記の構成において、前記樹脂材料は、ＡＢＳ樹脂にポリカーボネートを含有するものであり、前記最小基準面圧Ｆａは、０．７２Ｎ／ｍｍ２以下であることが望ましい。
【００１６】
本構成によれば、ＡＢＳ樹脂にポリカーボネートを含有する樹脂材料からなるハウジングを備える駆動ユニットにおいて、高い耐久性を確保することができる。
【００１７】
本発明の他の局面に駆動ユニットは、上記の何れか１に記載の駆動ユニットの設計方法によって設計されたことを特徴とする。
【００１８】
本構成によれば、軸部の破損が防止されるとともに、部品点数が可及的に削減された駆動ユニットが提供される。
【００１９】
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、上記に記載の駆動ユニットと、前記駆動伝達経路を介して、前記回転駆動力が伝達される前記被回転体と、シートに画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
【００２０】
本構成によれば、軸部の破損が防止されるとともに、部品点数が可及的に削減された駆動ユニットを備えた画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、軸部の破損を防止するとともに、部品点数が可及的に削減された駆動ユニットの設計方法、および該設計方法により設計された駆動ユニット、並びに該駆動ユニットを備えた画像形成装置を提供することができる。従って、駆動ユニットおよび画像形成装置の組み立て作業を容易とし、且つ、コストダウンを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の外観を示す斜視図である。
【図２】前記画像形成装置の内部構造の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフレーム構造体を、前方右上から見た斜視図である。
【図４】前記フレーム構造体を、後方右上から見た斜視図である。
【図５】高電圧基板が取り付けられた駆動ユニットのハウジングと板金フレームの一部とを示す斜視図である。
【図６】前記駆動ユニットのハウジングを開口側から見た斜視図である。
【図７】前記駆動ユニットのハウジングを開口側から見た斜視図である。
【図８】前記駆動ユニットのハウジングから複数のギアを取り外した状態を、板金フレーム側から見た斜視図である。
【図９】前記駆動ユニットのハウジングの一の軸部を拡大した斜視図である。
【図１０】板金フレームとハウジングとの間でギアが軸部に軸支された様子を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の外観を示す斜視図である。画像形成装置１は、複写機能を備えたモノクロのカラープリンターであり、箱形を呈する本体筐体１０を含む。本体筐体１０は、下部筐体１１と、下部筐体１１の上方に配置された上部筐体１２と、下部筐体１１と上部筐体１２との間であって、本体筐体１０の右側面１０Ｒ側に配置された連結筐体１３とによって構成されている。
【００２４】
下部筐体１１は、シートに画像形成処理を施すための各種のユニットを収容する。上部筐体１２は、画像形成装置１が複写機として機能する際に用いられ、原稿シートの画像を光学的に読み取るスキャナ装置を収容する。下部筐体１１の前面には、画像形成処理が施されるシートの束を貯留するシートカセット１４が、着脱自在に装着されている。本体筐体１０は、画像形成処理後のシートが排出される胴内排紙空間１５を含む。胴内排紙空間１５は、下部筐体１１の上面、上部筐体１２の下面、及び連結筐体１３の左側面で区画される空間である。胴内排紙空間１５の底部には、前記シートを受け取る胴内排紙トレイ１５１が設けられている。上部筐体１２の前面には、当該画像形成装置１に対するユーザーの操作情報の入力を受け付ける操作パネル１６が取り付けられている。また、本体筐体１０の右側面１０Ｒには、手差しでシートを給紙するための手差しトレイ１７が、右側面１０Ｒに対して開閉自在に設けられている。
【００２５】
図２は、画像形成装置１の内部構造の要部を示す断面図である。図２では、下部筐体１１の右半分の上方部分及び連結筐体１３の左右方向の断面図を示している。下部筐体１１内には、画像形成用のユニットとして、ドラムユニット２１、露光ユニット２２、現像ユニット２３、トナーコンテナ２４、定着ユニット２５及び搬送ユニット２６などが収容されている。これらは、ユニット単位で、下部筐体１１（後述のフレーム構造体３０）から取り外すことができる。
【００２６】
ドラムユニット２１は、感光体ドラム２１１と、この感光体ドラム２１１の周囲に配置された帯電装置２１２及びクリーニング装置２１４を含むユニットである。現像ユニット２３は、感光体ドラム２１１に当接される現像ローラー２３１を含むユニットである。搬送ユニット２６には、感光体ドラム２１１に当接される転写ローラー２１３が搭載されている。
【００２７】
感光体ドラム２１１は、その軸回りに回転し、静電潜像及びトナー像が形成される周面を備える。帯電装置２１２は、感光体ドラム２１１の前記周面を均一に帯電する。露光ユニット２２は、前記静電潜像を形成するために、感光体ドラム２１１の前記周面にレーザー光を照射する。現像ユニット２３の現像ローラー２３１は、感光体ドラム２１１の周面に形成された静電潜像を現像するために、感光体ドラム２１１の周面にトナーを供給する。転写ローラー２１３は、感光体ドラム２１１と転写ニップ部Ｎ１を形成し、感光体ドラム２１１上のトナー像をシートに転写する。クリーニング装置２１４は、トナー像転写後の感光体ドラム２１１の周面を清掃する。トナーコンテナ２４は、現像ユニット２３にトナーを補給する。
【００２８】
定着ユニット２５は、熱源が内蔵された定着ローラー２５１と、定着ローラー２５１と共に定着ニップ部Ｎ２を形成する加圧ローラー２５２とを含む。定着ユニット２５は、転写ニップ部Ｎ１においてトナー像が転写されたシートを、定着ニップ部Ｎ２において加熱及び加圧することで、定着処理を施す。定着処理されたシートは、シート排出口１３１から胴内排紙トレイ１５１に向けて排出される。
【００２９】
本体筐体１０内には、シートを搬送するシート搬送路が備えられている。このシート搬送路は、下部筐体１１の下部付近から連結筐体１３まで、転写ニップ部Ｎ１及び定着ニップ部Ｎ２を経由して上下方向に延び、シート排出口１３１に至るメイン搬送路Ｐ１を含む。さらに、両面印刷の際にシートを反転搬送する反転搬送路Ｐ２が、メイン搬送路Ｐ１の最下流端から上流端付近まで延設されている。
【００３０】
シートカセット１４は、シート束を収容するシート収容部を備える。このシート収容部の右上付近には、前記シート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すピックアップローラー２７１と、そのシートをメイン搬送路Ｐ１の上流端に送り出す給紙ローラー対２７２とが備えられている。メイン搬送路Ｐ１の転写ニップ部Ｎ１よりも上流側には、所定のタイミングでシートを転写ニップ部Ｎ１に送り出すレジストローラー対２７３が配置されている。
【００３１】
メイン搬送路Ｐ１及び反転搬送路Ｐ２は、搬送ユニット２６の内側面（左側面）及び外側面（右側面）を利用して形成されている。例えば、転写ニップ部Ｎ１の直上流のメイン搬送路Ｐ１は、搬送ユニット２６の内側面と、これに対向して配置された転写前ガイド２７４とによって区画されている。搬送ユニット２６には、既述の通り転写ローラー２１３が搭載される他、レジストローラー対２７３の一方のローラーや、反転搬送路Ｐ２においてシート搬送する搬送ローラー対（図略）の一方のローラーが搭載されている。
【００３２】
画像形成装置１の画像形成動作について簡単に説明する。先ず、帯電装置２１２により感光体ドラム２１１の周面が略均一に帯電される。帯電された感光体ドラム２１１の周面が、露光ユニット２２から発せられるレーザー光により露光され、シートに形成する画像の静電潜像が感光体ドラム２１１の周面に形成される。この静電潜像が、現像ユニット２３から感光体ドラム２１１の周面にトナーが供給されることにより、トナー像として顕在化される。
【００３３】
シートに片面印刷処理が行われる場合、シートカセット１４又は手差しトレイ１７からシートがメイン搬送路Ｐ１に送り出され、該シートに、転写ニップ部Ｎ１において前記トナー像の転写処理が、定着ニップ部Ｎ２において、転写されたトナーをシートに定着させる定着処理が、各々施される。その後、該シートは、シート排出口１３１から胴内排紙トレイ１５１上に排紙される。一方、シートに両面印刷処理が行われる場合、シートの片面に対して転写処理及び定着処理が施された後、該シートは、シート排出口１３１から胴内排紙トレイ１５１上に一部が排紙される。その後、該シートはスイッチバック搬送され、反転搬送路Ｐ２を経て、メイン搬送路Ｐ１の上流端付近に戻される。しかる後、シートの他面に対して転写処理及び定着処理が施され、該シートは、シート排出口１３１から胴内排紙トレイ１５１上に排紙される。
【００３４】
続いて、本実施形態に係るフレーム構造体３０について説明する。図３は、フレーム構造体３０を、前方右上から見た斜視図、図４は、フレーム構造体３０を、後方右上から見た斜視図である。フレーム構造体３０は、下部筐体１１内に組み込まれるものであって、上述のドラムユニット２１、露光ユニット２２、現像ユニット２３、トナーコンテナ２４、定着ユニット２５及び搬送ユニット２６を収容する内部空間３０Ｈを備えた筐体構造を形成するフレーム構造体である。
【００３５】
フレーム構造体３０は、板金製の部材で形成され、後方側板フレーム３１、前方側板フレーム３２、棒状の第１、第２、第３、第４縦フレーム３３１、３３２、３３３、３３４、及び棒状の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７水平フレーム３４１、３４２、３４３、３４４、３４５、３４６、３４７を含む。
【００３６】
第１及び第２縦フレーム３３１、３３２は、前後方向に間隔をおいて平行に立設され、これらの上端及び下端が、前後方向に延びる第１及び第２水平フレーム３４１、３４２で、それぞれ連結されている。これら４つの棒状フレーム３３１、３３２、３４１、３４２によって形成された四角枠状のフレーム組立体が、フレーム構造体３０の左側壁を構成している。第３及び第４縦フレーム３３３、３３４は、前後方向に間隔をおいて平行に立設され、これらの上端及び下端が、前後方向に延びる第５及び第６水平フレーム３４５、３４６で、それぞれ連結されている。これら４つの棒状フレーム３３３、３３４、３４５、３４６によって形成された四角枠状のフレーム組立体が、フレーム構造体３０の右側壁を構成している。
【００３７】
後方側の縦フレームである第２及び第４縦フレーム３３２、３３４は、後方側板フレーム３１の左端縁及び右端縁をそれぞれ保持している。また、第２及び第４縦フレーム３３２、３３４の上端及び下端が、左右方向に延びる第３及び第４水平フレーム３４３、３４４で、それぞれ連結されている。第３及び第４水平フレーム３４３、３４４は、後方側板フレーム３１の上端縁及び下端縁をそれぞれ保持している。すなわち、４つの棒状フレーム３３２、３３４、３４３、３４４によって四角枠状のフレーム組立体が形成され、その開口部が後方側板フレーム３１によってほぼ塞がれている。なお、実際には後方側板フレーム３１は、いくつかの側板ピースに分かれている。例えば後方側板フレーム３１の右方寄りの部分は、縦長の板金製の側板フレームピース３１０（板金フレーム）によって構成されている（図４、図５参照）。
【００３８】
前方側の縦フレームである第１及び第３縦フレーム３３１、３３３は、前方側板フレーム３２の左端縁及び右端縁をそれぞれ保持している。前方側板フレーム３２は、第１及び第３縦フレーム３３１、３３３の高さの半分程度の上下幅を有する側板フレームである。前方側板フレーム３２の下縁部は底部よりも高い位置にあり、当該下縁部は、左右方向に延びる第７水平フレーム３４７によって支持されている。第１及び第３縦フレーム３３１、３３３の下端部分と、第７水平フレーム３４７とで区画される門型の開口１４Ｈは、シートカセット１４が装着される開口である。
【００３９】
図３においては、内部空間３０Ｈに各種のユニットが装着されていない状態のフレーム構造体３０を示しているが、上述の転写前ガイド２７４と、レジストローラー対２７３の一方のローラーを保持する搬送ガイド部材２７５とが装着された状態を示している。後方側板フレーム３１は、内部空間３０Ｈに対向する内側面３１Ａと、該内側面３１Ａとは反対側の外側面３１Ｂとを有する。外側面３１Ｂは、下部筐体１１の外装部材の内面と対向する面である。後方側板フレーム３１の内側面３１Ａには、駆動ユニット４（図５）が配置されている。一方、後方側板フレーム３１の外側面３１Ｂには、後記の駆動ギア群５０に回転駆動力を与える駆動モーターＭ（図４）（駆動源）が取り付けられている。
【００４０】
以下、駆動ユニット４の構成及びこれに関わる構成について詳細に説明する。図５は、高電圧基板７０が取り付けられた駆動ハウジング４０と側板フレームピース３１０とを示す斜視図である。図６および図７は、駆動ギア群５０が装着された駆動ハウジング４０を開口側から見た斜視図である。また、図８は、駆動ハウジング４０から駆動ギア群５０（複数のギア）を取り外した状態で、側板フレームピース３１０側から見た斜視図である。また、図９は、駆動ユニット４の駆動ハウジング４０の一の回転軸５０１を拡大した斜視図である。図１０は、側板フレームピース３１０と駆動ハウジング４０との間で回転ギア５０２が回転軸５０１に軸支された様子を示す断面斜視図である。
【００４１】
駆動ユニット４は駆動モーターＭに連結され、駆動ギア群５０によって形成される駆動伝達経路を介して感光体ドラム２１１や現像ローラー２３１（被回転体）に駆動モーターＭの回転駆動力を伝達する。なお、感光体ドラム２１１や現像ローラー２３１は所定の負荷トルクを備える。駆動ユニット４は、駆動ハウジング４０（ハウジング）と、駆動ギア群５０と、側板フレームピース３１０と、を備える。
【００４２】
駆動ハウジング４０は、電気絶縁性を有する硬質樹脂材料を用いて成形された樹脂製の部材である。詳しくは、駆動ハウジング４０は、ＡＢＳ樹脂にポリカーボネートを含有する硬質樹脂材料から構成される。駆動ハウジング４０は、側板フレームピース３１０に装着される。
【００４３】
駆動ハウジング４０（図５）は、概ね平板である底板４１と、この底板４１の周縁から立設された側板４２とを備える。また、駆動ハウジング４０は、左上部分に、高電圧基板７０を支持する基板支持部４３を備えている。すなわち、駆動ハウジング４０は、高電圧基板７０を支持する部材としての役目も果たしている。基板支持部４３は、底板４１及び側板４２が、左上方に突出するように延設されてなる部分である。更に、この駆動ハウジング４０を利用して、転写前ガイド２７４及び搬送ガイド部材２７５の後端部が位置決め固定されている。
【００４４】
側板４２の立設端縁は、駆動ハウジング４０の開口縁４４である。つまり、駆動ハウジング４０は、底板４１と対向する面が開口し、側板４２の立設高さに応じたキャビティ４０Ｈ（図６）を有する有底容器である。キャビティ４０Ｈは、駆動ギア群５０を収容するための空間である。前記駆動ハウジング４０は、前記開口が後方側板フレーム３１（側板フレームピース３１０）の内側面３１Ａで封止されるように、具体的には開口縁４４が内側面３１Ａと当接するように、後方側板フレーム３１（側板フレームピース３１０）に対して取り付けられている。
【００４５】
図７および図８を参照して、駆動ハウジング４０は、複数の回転軸５０１（軸部）を備える。回転軸５０１は、側板フレームピース３１０に向かって突設される。図９を参照して、回転軸５０１は、先端部５０１Ａと、基端部５０１Ｂとを備える。先端部５０１Ａは、回転軸５０１の本体部分と比較して僅かに小径とされている。先端部５０１Ａ（図９）は、側板フレームピース３１０に開口された複数の軸受穴３１０Ｓ（図１０）にそれぞれ軸支される。図９に示されるように、回転軸５０１の基端部５０１Ｂは、底板４１の突出支持部４１Ｓで支持され、回転軸５０１の先端部５０１Ａ側は底板４１に対して垂直方向に立設されている。すなわち、回転軸５０１の先端部５０１Ａ側が、駆動ハウジング４０の開口面である。本実施形態では、複数の回転軸５０１は、駆動ハウジング４０の一部として、前記樹脂材料の一体成型によって形成される。
【００４６】
駆動ギア群５０（図６、図７）は、減速ギアやアイドルギア等としての役目を果たす、複数の駆動ギア５１、５２、５３、５４、５５・・・（ギア）の配列体からなる。駆動ギア群５０は、ドラムユニット２１や現像ユニット２３などに具備されている回転部材（感光体ドラム２１１や現像ローラー２３１等、被回転体）に、駆動モーターＭの回転駆動力を伝達する。側板４２は、この駆動ギア群５０の周囲を概ね密に取り囲む形状を有している。但し、基板支持部４３は、駆動ギア群５０の周囲形状に沿った部分ではなく、該基板支持部４３には駆動ギアは収容されていない。
【００４７】
図７および図８を参照して、駆動ギア群５０は、前述の回転軸５０１に回転可能に装着される。また、図１０を参照して、各駆動ギア５１、５２、５３、５４、５５・・・は、回転ギア５０２からなる。回転ギア５０２は、ギア本体部５０２Ａと、ボス部５０２Ｂとを備える。ギア本体部５０２Ａは、円板形状からなる回転ギア５０２の本体部分である。ギア本体部５０２Ａは、内周部５０２Ｃと、外周部５０２Ｄとを備える。内周部５０２Ｃは、ギア本体部５０２Ａの内周部であり、回転軸５０１に軸支される。外周部５０２Ｄは、ギア本体部５０２Ａの外周部であり、周面に不図示のギア歯を含む。ボス部５０２Ｂは、ギア本体部５０２Ａから軸方向に突設される。ボス部５０２Ｂは、内周部５０２Ｃに連設される円筒部分であって、ギア本体部５０２Ａとともに回転軸５０１に軸支される。ボス部５０２Ｂが配置されることによって、回転軸５０１と回転ギア５０２との接触面積が増大される。この結果、回転ギア５０２から回転軸５０１に付与される荷重が回転軸５０１の周面の一部分に集中することが防止される。なお、駆動ギア群５０の中には、ギア本体部５０２Ａのみからなり、ボス部５０２Ｂを備えないギアも含まれている。
【００４８】
また、前述の駆動モーターＭの出力軸は、駆動ギア５１及び５５に歯合されている。図６に、符号Ｐで示す丸印の箇所が、駆動モーターＭの出力軸の歯合位置である。駆動モーターＭは、板金製の後方側板フレーム３１の外側面３１Ｂに取り付けられているので、後方側板フレーム３１を用いて、駆動モーターＭが発する熱を放熱させることができる。また、駆動ギア群５０のうちの他のギアが、感光体ドラム２１１や現像ローラー２３１に連結されることで、駆動モーターＭの回転駆動力が駆動ギア群５０を介して、感光体ドラム２１１や現像ローラー２３１に伝達される。
【００４９】
側板フレームピース３１０は、後方側板フレーム３１の一部である。前述のように、側板フレームピース３１０は、複数の軸受穴３１０Ｓ（図１０）を備える。なお、図４には、軸受穴３１０Ｓは現れていないが、側板フレームピース３１０には、駆動ハウジング４０の複数の回転軸５０１に対向して、複数の軸受穴３１０Ｓが開口されている。軸受穴３１０Ｓは、それぞれ、回転軸５０１の先端部５０１Ａを軸支する。
【００５０】
このように、本実施形態では、駆動ユニット４が、樹脂材料からなる駆動ハウジング４０と金属製の側板フレームピース３１０との挟み込みによって実現されている。更に、駆動ギア群５０をそれぞれ回転可能に軸支する回転軸５０１は、駆動ハウジング４０の一部であり、樹脂材料から構成される。このため、複数の回転軸が駆動ハウジング４０とは別部材からなる場合と比較して、前記回転軸を駆動ハウジング４０に嵌めこむ必要がない。また、樹脂材料と比較して高価な金属ピンを回転軸として使用する場合と比較して、前記回転軸が安価に構成される。この結果、駆動ユニット４の部品点数の削減およびコストダウンが実現される。
【００５１】
また、本実施形態の構成によれば、駆動ギア群５０を収容する駆動ハウジング４０の開口面が後方側板フレーム３１で閉塞される。従って、前記開口を設けることで当該駆動ハウジング４０の部品点数を削減しつつも、駆動ギア群５０を底板４１と後方側板フレーム３１の内側面３１Ａとで挟み込んで、ギアの動作音の静音化を図る構造を実現することができる。また、高電圧基板７０は駆動ハウジング４０の基板支持部４３で支持されるので、別個に後方側板フレーム３１に対する高電圧基板７０の取り付け位置及び取り付け部品（端子台など）を準備する必要がなく、部品点数の削減及び取り付け位置の容易な確保を図ることができる。
【００５２】
＜駆動ユニット４の設計方法について＞
次に、上記のような構造を備える駆動ユニット４の設計方法について詳述する。前述のように、本実施形態に係る駆動ユニット４では、駆動ハウジング４０に一体とされた回転軸５０１によって、駆動ギア群５０が軸支される。この場合、駆動ユニット４のコストダウンが実現される一方で、駆動ギア群５０を軸支するいずれかの回転軸５０１が破損した場合、駆動ハウジング４０全体の交換が必要となってしまう。このため、回転軸５０１には高い耐久性および信頼性が求められる。なお、回転軸５０１が金属ピンからなる場合にはコストアップとなる一方で、金属の強度に基づいて高い耐久性が得られる。
【００５３】
本発明の発明者は、駆動ユニット４が側板フレームピース３１０および樹脂製の駆動ハウジング４０によって挟み込まれた構造において、駆動ハウジング４０から突設される回転軸５０１の破損メカニズムについて詳細に分析を行った。その結果、回転軸５０１の破損は、回転軸５０１に付与される面圧に依存することが新たに知見された。換言すれば、回転軸５０１に付与される面圧を考慮することなく、回転軸５０１に使用される樹脂材料の強度に応じて回転軸５０１および回転ギア５０２の形状を設計した場合、回転軸５０１の突発的な破損がもたらされるとともに、駆動ハウジング４０に使用される樹脂材料が過剰に増大され、駆動ユニット４のコストアップがもたらされてしまう。
【００５４】
本実施形態では、駆動ユニット４の設計方法は、以下の第１工程と、第２工程とを備える。第１工程は、最小基準面圧Ｆａが導出される工程である。また、第２工程は、導出された最小基準面圧Ｆａに基づいて、回転軸５０１および回転ギア５０２の形状が設計される工程である。
【００５５】
＜第１工程について＞
第１工程では、樹脂材料からなる複数の回転軸５０１にかかる面圧であって、前記複数の回転軸５０１のうちのいずれかの回転軸５０１が破損に至る最小基準面圧Ｆａが導出される。最小基準面圧Ｆａは、使用される樹脂材料によって変動される。
【００５６】
より詳しくは、第１工程では、所定の基準面圧導出試験（確認試験）が実行される。この際、基準面圧導出試験では、試験用ハウジング６０（図８）および不図示の試験用駆動ギア群（試験用ギア）が使用される。試験用ハウジング６０は、側板フレームピース３１０に向かって突設され先端部が軸受穴３１０Ｓにそれぞれ軸支される複数の試験用回転軸６０１（試験用軸部）を備える。試験用ハウジング６０は、駆動ハウジング４０と同一の樹脂材料から構成される。なお、図８では、駆動ハウジング４０に対して括弧書きで試験用ハウジング６０を示している。実際には、試験用ハウジング６０と最終的に設計される駆動ハウジング４０とは形状が若干異なるが、凡その形状および構造は同様である。特に、試験用回転軸６０１と最終的に設計される回転軸５０１とは形状（外径、軸方向長さ）が若干異なる。予め、駆動ユニット４に求められる機能に基づいて、試験用ハウジング６０が準備される。また、前記試験用駆動ギア群は、駆動ギア群５０と同様に、試験用回転軸６０１に回転可能に軸支される。
【００５７】
そして、基準面圧導出試験では、試験用ハウジング６０の試験用回転軸６０１に複数の試験用駆動ギア群が装着された状態で、試験用ハウジング６０が側板フレームピース３１０に装着される。更に、試験用駆動ギア群のうちの一のギアに駆動モーターＭが連結されるとともに、試験用駆動ギア群のうちの他のギアには、試験用被回転体が連結される。なお、試験用被回転体は、前述の感光体ドラム２１１や現像ローラー２３１および定着ユニット２５に対応する試験上の負荷機構である。本実施形態では、試験用回転軸６０１が破損しやすいストレス条件として、周辺の環境が３２．５度の高温環境において、基準面圧導出試験が実行される。試験の一例として、定着ユニット２５に対応する負荷を１．５ｋｇ・ｃｍから、０．１ｋｇ・ｃｍずつ増やしながら、基準面圧導出試験を実行した。また、試験用回転軸６０１の直径はΦ８ｍｍとされ、前記試験用回転軸６０１との軸方向における接触長さが異なる２種類の試験用駆動ギアを用いて試験を行った。
【００５８】
基準面圧導出試験が開始されると、定着ユニット２５に対応する負荷トルクが上記の値に設定され、駆動モーターＭを３０分間回転駆動させる。そして、駆動モーターＭの駆動回転中および駆動回転後に、試験用回転軸６０１に異常が発生していないかを確認する。負荷トルクが順次増大され、やがて、試験用回転軸６０１に破損などの異常が発生した際の前記試験用回転軸６０１の周面にかかる面圧が、最小基準面圧Ｆａとして導出される。まず、前記試験用回転軸６０１が破損した際の試験用被回転体の負荷トルクから、各試験用駆動ギアの伝達効率およびギア比などが考慮された上で、破損した試験用回転軸６０１に装着された試験用駆動ギアのトルクＸ（ｋｇｆ・ｃｍ）が導出される。そして、試験用駆動ギアのピッチ円径をＤｐ（ｍｍ）、試験用駆動ギアの圧力角をα（ｄｅｇ）とした場合、試験用駆動ギアの試験用回転軸６０１に対するラジアル方向荷重Ｋｓ（Ｎ）は、以下の式で計算される。
Ｋｓ＝１９．１×１０６・Ｈ／（Ｄｐ・ｎ）×ｔａｎα  （式１）
式１において、Ｈは伝達動力（ｋＷ）であり、ｎは回転速度（ｍｉｎ―１）である。式１において、伝達動力Ｈは、以下の式２で算出される。
Ｈ[k・W]＝（0.0981×Ｘ）[N・m]×（2πｎ／60）[rad/s]／１０００  （式２）
この結果、式１は以下の式３に変換される。
Ｋｓ＝（１９６×Ｘ／Ｄｐ）×ｔａｎα  （式３）
そして、最小基準面圧Ｆａ（Ｎ／ｍｍ２）は、試験用回転軸６０１の直径をＡ（ｍｍ）、試験用回転軸６０１と試験用駆動ギアとの軸方向の接触長さをＢ（ｍｍ）とした場合、以下の式４で計算される。
Ｆａ＝Ｋｓ／（Ａ×Ｂ）  （式４）
【００５９】
＜第２工程について＞
第２工程では、上記において導出された最小基準面圧Ｆａに基づいて、最終的な駆動ハウジング４０の回転軸５０１の形状および駆動ギア群５０の回転ギア５０２の形状が設計される。詳しくは、駆動ユニット４が駆動モーターＭおよび感光体ドラム２１１や現像ローラー２３１に連結された状態で、複数の回転軸５０１のうちの一の回転軸５０１にかかる荷重をＦ（Ｎ）、前記一の回転軸５０１の軸径をＤ（ｍｍ）、前記一の回転軸５０１と該回転軸５０１に装着される回転ギア５０２との軸方向における接触長さをＬ（ｍｍ）とした場合、回転軸５０１に付与される面圧Ｆｂ（＝Ｆ／Ｄ×Ｌ）＜Ｆａの関係が満たされるように、回転軸５０１または回転ギア５０２の形状が設定される。詳しくは、回転軸５０１の軸径Ｄまたは、回転軸５０１と回転ギア５０２との接触長さＬが設計される。そして、上記の関係式は、複数の回転軸５０１および複数の回転ギア５０２の全てにおいて満たされる必要がある。
【００６０】
この際、回転軸５０１と回転ギア５０２との接触長さＬが増大されることで、回転軸５０１に付与される面圧Ｆｂを低減することができる。前述のように、駆動ギア群５０の回転ギア５０２の中には、ギア本体部５０２Ａに加え、ボス部５０２Ｂを備えるものが含まれている。この場合、第２工程において、Ｆ／Ｄ×Ｌ＜Ｆａの関係を満たすように、回転ギア５０２の形状として、ギア本体部５０２Ａからボス部５０２Ｂが突設される突設長さＱが設定されてもよい。ボス部５０２Ｂの突設長さが調整されることで、接触長さＬが変化され、回転軸５０１に付与される面圧Ｆｂを調整することが可能となる。更に、ボス部５０２Ｂの外周部に複数のリブ５０２Ｅが配置されることで、ボス部５０２Ｂの軸方向に亘って、面圧Ｆｂを均一化することができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、一例として、ＡＢＳ樹脂にポリカーボネートが含有された駆動ハウジング４０では、周辺環境３２．５℃の温度設定において、最小基準面圧Ｆａは、０．７２Ｎ／ｍｍ２と導出された。したがって、最小基準面圧Ｆａが０．７２Ｎ／ｍｍ２以下に設定された上で、面圧Ｆｂ（＝Ｆ／Ｄ×Ｌ）＜Ｆａの関係が満たされるように、回転軸５０１または回転ギア５０２の形状が設定された場合、駆動ユニット４の高い耐久性が確保される。
【００６２】
なお、第１工程では、試験用被回転体の負荷トルクが、周囲の環境が３０℃以上の高温環境において上昇され、最小基準面圧Ｆａが導出される。したがって、試験用回転軸６０１が破損しやすいストレス条件において基準面圧導出試験が行われることによって、所定の安全率が考慮され、より耐久性の高い駆動ユニット４を設計することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態に係る駆動ユニット４の設計方法、および該設計方法により設計された駆動ユニット４、並びに駆動ユニット４を備えた画像形成装置１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記の実施形態では、第１工程において、基準面圧導出試験によって最小基準面圧Ｆａが導出される態様にて説明したが、使用される樹脂材料に応じた最小基準面圧Ｆａは、材料力学および構造力学に基づいたシミュレーションによって導出される態様でもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１  画像形成装置
１０  本体筐体
２１１  感光体ドラム（被回転体）
３０  フレーム構造体
３０Ｈ  内部空間
３１  後方側板フレーム
３１０  側板フレームピース（板金フレーム）
３１０Ｓ  軸受穴
３１Ａ  内側面
３１Ｂ  外側面
３２  前方側板フレーム
４  駆動ユニット
４０  駆動ハウジング（ハウジング）
４０Ｈ  キャビティ
４１  底板
４１Ｓ  突出支持部
４２  側板
４３  基板支持部
４４  開口縁
５０  駆動ギア群
５０１  回転軸（軸部）
５０１Ａ  先端部
５０１Ｂ  基端部
５０２  回転ギア
５０２Ａ  ギア本体部
５０２Ｂ  ボス部
５０２Ｃ  内周部
５０２Ｄ  外周部
５０２Ｅ  リブ
５１、５２、５３、５４、５５  駆動ギア（ギア）
６０  試験用ハウジング
６０１  試験用回転軸
７０  高電圧基板
Ｍ  駆動モーター（駆動源）
【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】
0005919240.tif 000008
【図８】
0005919240.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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