JP2002278363A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体を感光体ドラムの内部に設けてこれを
回転させ、回転体外周面と感光体内壁との間に形成され
る隙間（通気経路）で空気流れの渦を形成させ、空冷効
率を向上させることを課題とする。 【解決手段】 軸心を中心として回転自在に支持され且
つ軸方向両端面に設けたドラムフランジ３，４に夫々通
気穴３ａ、４ｂを備えた中空円筒状の感光体ドラム２
と、該感光体ドラムの一方の通気穴から感光体ドラム内
部に外気を供給し他方の通気穴から排出させる冷却ファ
ン１０と、該冷却ファンと感光体ドラムの一方の通気穴
との間を接続する空気流路としてのダクト１１と、を備
えた電子写真式画像形成装置において、感光体ドラムの
内部に、該感光体ドラムの内壁との間に通気経路２１を
形成する小径円筒状の回転体２０を配置し、一方の通気
穴を介して該通気経路と前ダクトとを連通させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、レーザー
プリンター、ファクシミリ装置等の画像形成装置に用い
る冷却機構の改良に関し、特に機内ユニットや部品を効
率よく冷却してその温度上昇を防止することによって、
画像品質の安定と信頼性の確保を図った画像形成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の電子写真式画像形成装置には、画
像形成速度の高速化が要求され、コピースピードが毎分
６０枚以上の機種が主力になってきている。これにとも
ない、発熱ユニット、発熱部品からの発熱量の増大と、
冷却効率が低下し、従来の中速機では問題にならなかっ
た、各種ユニット部品の温度上昇対策が深刻になってき
た。しかも、装置の小型化が進展した結果、益々機器内
部で発生する熱を効率良く排出することが困難になって
きた。特に、画像形成動作を行う上で最も重要な構成要
素である感光体は、画像の濃淡を再現する静電潜像を保
持する役割を有する光半導体で有るため、その温度が上
昇することによって電気抵抗が小さくなり、電荷を保持
する能力が著しく損なわれる。このことにより、感光体
上に形成されるトナー画像の画像濃度が低下するなど、
画像品質が大きな影響を受けることになる。このような
不具合を解消するため、感光体周辺をファンによって空
冷して冷却する方法が一般的である。例えば、特開平１
０−１１５９５８号公報では、感光体の温度上昇をもた
らす近接する定着ユニットと感光体との間を熱的に隔離
する中空の金属製の通風ダクトを設け、送風ファンと排
気ファンを用いて感光体周辺を空冷する装置を開示して
いる。しかし、この方法では定着からの熱的影響は避け
られるものの、専用の金属製ダクトが必要であり、小型
化・高密度実装という要請に反するばかりか、コスト高
になるという欠点を有する。また、特開２０００−１９
４２３０号公報には、感光体ドラムの両端にフィンをつ
けてドラム回転にともなってフィンが気流を形成するよ
うに構成し、気流の流れをドラム内部を通過させて空冷
する技術を開示している。この方法は、機構が簡単では
あるが、回転数がファンのように多くないため発生する
空気の流れは僅かであり、効率良く空冷させることが困
難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたものであり、機器の小型化と、収容ユニット、
部品の高密度実装化にも対応して感光体ドラムを冷却す
ることができる冷却機構を備えた画像形成装置を提供す
るものである。各請求項に対応した解決課題は、以下の
通りである。請求項１の解決課題…作像プロセスにおい
て、感光体ドラムは静電潜像およびこれを現像したトナ
ー像を保持し、トナー像を用紙に転写させる機能を有し
ているが、温度が上昇すると電荷保持能力が低下するた
め静電潜像の電位が低くなり、画像濃度が低下する副作
用を生じる。そのため、感光体を空冷し一定の温度に保
つ必要がある。その空冷にあたって、感光体の表面側に
空気を流して冷却する方法もあるが、トナーが微粉であ
るため飛散し周囲ユニットを汚染する。そのため、感光
体内部を冷却することでその欠点を解消できるが、単に
空気の流れを感光体内部に作っても効率よく冷却するこ
とが困難である。そこで本発明では、回転体を感光体ド
ラムの内部に設けてこれを回転させ、回転体外周面と感
光体内壁との間に形成される隙間（通気経路）で空気流
れの渦を形成させ、空冷効率を向上させることを課題と
する。請求項２の解決課題…請求項１において回転体を
内部に設けて回転させ、感光体内部の通気経路で空気流
の渦を形成させるにあたって、回転体表面に螺旋溝を設
けることによって、渦発生を促進しさらに空冷効率を向
上させることを課題とする。請求項３の解決課題…回転
体の表面に設けた螺旋溝が回転することにより空気流の
渦が発生するが、その渦の進行方向が排出側に向かうよ
うに螺旋溝の設け方を回転体の回転方向と同一にするこ
とにより、効率良く空冷ができるように工夫することを
課題とする。請求項４の解決課題…螺旋溝によって空気
流の渦はドラムの長さ方向に速度成分を有し、排出側で
螺旋溝のピッチが狭くなるため速度成分が大きくなり、
排出速度が増加し空冷効果が促進される。

【０００４】請求項５の解決課題…感光体ドラムの両端
部を機器本体に固定する治具をドラムフランジと称し、
感光体ドラム両端に固定され一体的に回転するが、ドラ
ム内部の新たに設けた空冷構造体である螺旋溝を有する
回転体を、感光体ドラム回転と同期させて回転させるこ
とによって、渦発生を促進し空冷効率を向上させること
を課題とする。請求項６の解決課題…感光体ドラムの両
端に位置するドラムフランジに、ファンから送風された
ドラム空気内に導いてから外部に排出させるための通気
穴を設け、冷却効率を高めることを課題とする。請求項
７の解決課題…感光体ドラムを機器本体にセットしたの
ち、ドラム固定のための面板を用いるが、面板そのもの
にも通気口を設けて空気を機外に排出することによって
空冷効率を高めることを課題とする。請求項８の解決課
題…請求項１において回転体を感光体ドラム内部に設け
て回転させ、感光体内部の隙間で空気流の渦を形成させ
るにあたって、回転体表面に長さ方向に溝を設けること
によって、渦発生を促進できさらに空冷効率を向上させ
ることを課題とする。請求項９の解決課題…回転体の内
部は中空であるが、この内部を回転体が自転することを
利用して、内部の空冷構造を創作したものである。軸流
ファンのプロペラ形状の羽を回転体内部の周囲壁に設
け、空気流を生じせしめて自己冷却させる。請求項１０
の解決課題…請求項９記載の回転体内部に空気流路を設
けるため、両端のフランジに通気穴を設けた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、軸心を中心として回転自在に支
持され且つ軸方向両端面に設けたドラムフランジに夫々
通気穴を備えた中空円筒状の感光体ドラムと、該感光体
ドラムの一方の通気穴から感光体ドラム内部に外気を供
給し他方の通気穴から排出させる冷却ファンと、該冷却
ファンと感光体ドラムの一方の通気穴との間を接続する
空気流路としてのダクトと、を備えた電子写真式画像形
成装置において、前記感光体ドラムの内部に、該感光体
ドラムの内壁との間に通気経路を形成する小径円筒状の
回転体を配置し、前記一方の通気穴を介して該通気経路
と前記ダクトとを連通させたことを特徴とする。請求項
２の発明は、前記回転体の外周面に螺旋溝を設けたこと
を特徴とする。請求項３の発明は、螺旋溝の進行方向、
形状を、回転体の回転時に内部の空気を前記他方の通気
穴から外部へ排出する方向に設定したことを特徴とす
る。請求項４の発明は、前記回転体の外周面に設けた螺
旋溝のピッチを、外気を導入する一方の通気穴から排出
用の他方の通気穴に向かって密になるように構成したこ
とを特徴とする。請求項５の発明は、前記回転体を、前
記感光体ドラムと同期して一体回転するように構成した
ことを特徴とする。請求項６の発明は、前記感光体ドラ
ムの両端面に設けた前記ドラムフランジは、感光体ドラ
ムの両端を固定するとともに前記回転体と感光体ドラム
の内壁との間の通気経路に空気を導入、排出するための
通気穴を有することを特徴とする。請求項７の発明は、
前記感光体ドラムの他方のドラムフランジを支持する面
板に、該ドラムフランジに設けた通気穴と連通する排気
用の通気口を設けたことを特徴とする。請求項８の発明
は、前記回転体の外周面には、その軸方向へ延びる複数
本の横溝を備えていることを特徴とする。請求項９の発
明は、前記回転体の内周面に、回転体の内部に流れを生
じせしめるプロペラを複数個設けたことを特徴とする。
請求項１０の発明は、前記感光体ドラムの軸方向両端部
に設けた各ドラムフランジには、夫々通気穴が設けられ
ていることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態により詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の一
実施形態にかかる冷却機構を備えた画像形成装置の概略
構成図、図１（ｂ）及び（ｃ）は冷却機構の全体分解斜
視図、及び要部断面図、図２は感光体ドラムの構成を示
す斜視図であり、感光体ドラム内部の空冷機構を示して
いる。画像形成装置の機器本体１内部に配置された中空
円筒状の感光体ドラム２は、軸方向両端面にドラムフラ
ンジ３、４を固定した構成を備え、さらにドラムフラン
ジ３、４の内の少なくとも一方（この例では、前側のド
ラムフランジ４）は、機器本体側に設けた後述する面板
５に対して回転自在に支持されている。各ドラムフラン
ジ３、４は、夫々通気穴３ａ、４ａを有する。後方のド
ラムフランジ３の中心孔内には駆動軸１５が固定され、
感光体及び回転体を一体的に回転駆動する。他方のドラ
ムフランジ４の中心孔は軸１６により支持される。感光
体ドラム２の後方側には外気を導入する吸引ファン１０
が配置され、吸引ファン１０と後方側のドラムフランジ
３との間には、ダクト１１が配置されている。感光体ド
ラム２の内部に、該感光体ドラムの内壁との間に通気経
路２１を形成する小径円筒状の回転体２０を同軸状に配
置し、後方の通気穴３ａを介して該通気経路２１とダク
ト１１とを連通させた。機器本体１の背面側内部に設け
た吸引ファン１０で外部の空気を吸込み、ドラムフラン
ジ３までダクト流路で空気の流れを導き、ドラム内部の
熱を奪って空冷して前方の通気穴４ａから排出する。本
発明では、この冷却のための構成に加えてさらに空冷効
率を上げるための工夫を施したものである。

【０００７】本発明では、図２に示すように感光体ドラ
ム内部に中空円筒状の回転体２０を同軸状且つ回転自在
に配置した。回転体２０の材質は例えば軽量なプラスチ
ック等の樹脂材料である。ドラム直径８０φｍｍの感光
体ドラム２を使用した場合、その内部に設けた回転体２
０は直径５０φｍｍである。軸方向長さは感光体ドラム
２が３００ｍｍで、回転体２０は、２８０ｍｍである。
この回転体２０と感光体ドラム２とを一体的に回転させ
ることにより、ファン１０によって後方の通気穴３ａか
ら導入された空気が通気経路２１内に渦巻き状の気流と
なり、効率的に感光体内壁から熱を奪い、前方の通気穴
４ａから排出することができる。このように感光体ドラ
ム内に回転体を挿入し、ドラム内側の空隙を強制空冷で
冷却することによって効率良く温度上昇を防ぐことが可
能となった。

【０００８】次に、図３は本発明の他の実施形態にかか
る回転体の構成図であり、回転体２０の外周面に螺旋溝
２５を設けた構成が特徴的である。螺旋溝２５は、一
重、二重、・・・であってよく、回転体２０の軸方向一
端側から他端部へ向けて延在させる。この実施形態で
は、図２に示したごとき寸法の回転体２０に対して、溝
幅１０ｍｍ、溝深さ７ｍｍの螺旋溝２５を設けている。
この螺旋溝２５を形成した場合には、回転体表面が平坦
な場合に比べて、通気経路２１を通過しようとする空気
を攪拌して渦巻き流状にし、感光体ドラムを冷却する効
率を大幅に高めることが可能となる。次に、螺旋溝２５
の進行方向、形状を、回転体２０の回転時に通気経路内
部の空気を排気側通気穴４ａから外部へ排出しやすくな
る方向に設定する。つまり、螺旋溝２５の形状、ピッチ
等を通気経路２１内の空気流が排出方向へ向かうように
構成することによって、空気流の滞留を防ぎ、効率的に
冷却することができる。なお本例では感光体ドラムは時
計回りに回転するものであるため、感光体ドラムの回転
方向に合わせて同方向へ回転させる。また、回転体２０
の外周面に設けた螺旋溝２５のピッチを、外気を導入す
る一方の通気穴３ａから排出用の他方の通気穴４ａに向
かって密になるように構成してもよい。この例では、通
気経路２１内に機器本体背面から送風され、正面側に排
出されるので、背面側から正面側に向かって螺旋ピッチ
を密にした。螺旋溝２５のピッチを排出側で密にしたこ
とによって、温度の上昇した空気を早く排出させること
ができ、空冷効率が向上した。この際、回転体２０を、
感光体ドラム２と同期して一体回転するように構成して
もよい。即ち、図４はドラム駆動系の説明図であるが、
感光体ドラムを固定するフランジ３、４に動力を伝達す
る模式図であるが、そのフランジ３、４に回転体を固定
することによって、従来の駆動系がそのまま利用できる
様にすることができる。このように回転体２０を回転さ
せることにより、渦発生が可能となり、効率の良い空冷
ができるが、新規駆動系を設けずとも空冷が可能とな
り、コストをかけず効率向上を図ることができる。

【０００９】次に、図５に示すように、感光体ドラム２
の両端面に設けたドラムフランジ３、４は、感光体ドラ
ムの両端に固定されるが、このドラムフランジ３、４に
は、回転体２０の外周面と感光体ドラム２の内壁との間
の通気経路２１に空気を導入、排出するための通気穴３
ａ、４ａを有する。即ち、感光体ドラム２は、アルミ製
シリンダー上に感光層を塗布や蒸着で形成させた構成を
備えているが、本実施形態の空冷方法では感光体ドラム
の内壁のアルミ素材を冷却することになる。本発明で
は、アルミドラムと回転体２０の空隙に送風し空冷させ
るため、図５に示すドラムフランジ３、４に通気用の開
口部３ａ、４ａをできるだけ広く設けた。通気穴３ａ、
４ａの幅は感光体ドラムと回転体の空隙（通気経路２
１）の幅にほぼ合わせた。この実施形態では、感光体ド
ラム２と回転体２０の空隙２１に外部空気を効率良く取
り込み、かつ排出させるように流路となる通気穴３ａ、
４ａを設けることによって、空冷効率を向上させること
ができた。

【００１０】次に、図６は本発明の他の実施形態であ
り、感光体ドラム２の前方のドラムフランジ４を回転自
在に支持する面板３０（５）に、ドラムフランジ４に設
けた通気穴４ａと連通する排気用の通気口３０ａを設け
た。即ち、感光体ドラム２を機器本体１にセットした後
に、ドラム固定用のフランジ３、４を挿入し、さらに面
板３０で固定するが、画像形成装置の前面側に位置する
通気穴４ａを有するドラムフランジ４をさらに装置内で
固定する面板３０に、ドラムフランジの通気穴４ａに対
応する位置に冷却空気を排出する通気口３０ａを設けた
ので、空気流路となる通気口３０ａにより、冷却効率を
良くすることができる。

【００１１】次に、図７（ａ）（ｂ）は本発明の他の実
施形態にかかる回転体の構成図であり、回転体２０の外
周面には、その軸方向へ延びる複数本の横溝３５を備え
ている。溝幅は例えば１０ｍｍ、溝深さは７ｍｍであ
る。回転体表面の溝は、長さ方向へ延びる横溝３５であ
っても充分な空冷効果を示した。図８（ａ）（ｂ）は本
発明の他の実施形態にかかる回転体の断面図、及び端面
図であり、この回転体２０はその内周面に回転体２０の
内部に流れを生じせしめるプロペラ４０を複数個備えて
いる。即ち、回転体内部に軸流ファンのような形状のプ
ロペラ４０を４枚一組として、二組取り付けた。このよ
うに構成したことにより、回転体内部の空冷に際して、
回転体の回転に伴う空気の流れを自ら内部に形成でき、
内部の冷却に効果がある。図９は他の実施形態にかかる
回転体の端面図であり、回転体内部の空冷を行なうため
に、ドラムフランジの内径側に回転体内部と連通する通
気口３ｂ、４ｂを設けた。このように、回転体内部に空
気の流路を形成させることによって空冷効率が向上し
た。

【００１２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、機器の小
型化と、収容ユニット、部品の高密度実装化にも対応し
て感光体ドラムを冷却することができる冷却機構を備え
た画像形成装置を提供することができる。即ち、請求項
１の発明によれば、感光体ドラム内に回転体を挿入し、
ドラム内側の空隙を強制空冷で冷却することによって効
率良く温度上昇を防ぐことが可能となった。請求項２の
発明によれば、回転体表面に螺旋状の溝を設けることに
よって、気流が渦を形成しその結果、効率良く空冷する
ことが可能となった。請求項３の発明によれば、螺旋溝
の方向を空気の排出側にすることによって、気流を送り
出すため効率の良い空冷が可能となった。請求項４の発
明によれば、回転体を回転させることにより、渦発生が
可能となり効率の良い空冷ができたが、その駆動力を新
規駆動系を設けずに得ることが可能となり、コストをか
けず効率向上を図ることができる。請求項５の発明によ
れば、感光体ドラムと回転体の空隙に外部空気を効率良
く取り込み、かつ排出させるように流路となる通気穴を
設けることによって、空冷効率が向上した。請求項６の
発明によれば、請求項５の場合と同様に、流路を形成さ
せることによって空冷効率が向上した。請求項７の発明
によれば、回転体表面の溝は、長さ方向へ延びる横溝で
あっても充分な空冷効果を示した。請求項８の発明によ
れば、螺旋溝のピッチを排出側で密にしたことによっ
て、温度の上昇した空気を早く排出させることができ、
空冷効率が向上した。請求項９の発明によれば、回転体
内部の空冷を回転に伴う流れを自ら形成でき、内部の冷
却に効果があった。請求項１０の発明によれば、請求項
５の場合と同様に、流路を形成させることによって空冷
効率が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施形態にかかる冷却機構
を備えた画像形成装置の概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）
は冷却機構の全体分解斜視図、及び要部断面図。

【図２】感光体ドラムの構成を示す斜視図。

【図３】本発明の他の実施形態にかかる回転体の構成
図。

【図４】ドラム駆動系の説明図。

【図５】ドラムフランジの端面図。

【図６】面板の構成図。

【図７】（ａ）（ｂ）は他の実施形態に係る回転体の構
成図

【図８】（ａ）（ｂ）は他の実施形態に係る回転体の構
成図

【図９】ドラムフランジの他の形態例を示す図。

【符号の説明】

１ 機器本体、２ 感光体ドラム、３、４ ドラムフラ
ンジ、３ａ、４ａ 通気穴、５ 面板、１０ 吸引ファ
ン、１１ ダクト、１５ 駆動軸、１６ 軸、２０ 回
転体、２１ 通気経路、２５ 螺旋溝、３０ａ 通気
口、３５ 横溝、４０ プロペラ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸心を中心として回転自在に支持され且
   つ軸方向両端面に設けたドラムフランジに夫々通気穴を
   備えた中空円筒状の感光体ドラムと、該感光体ドラムの
   一方の通気穴から感光体ドラム内部に外気を供給し他方
   の通気穴から排出させる冷却ファンと、該冷却ファンと
   感光体ドラムの一方の通気穴との間を接続する空気流路
   としてのダクトと、を備えた電子写真式画像形成装置に
   おいて、 前記感光体ドラムの内部に、該感光体ドラムの内壁との
   間に通気経路を形成する小径円筒状の回転体を配置し、
   前記一方の通気穴を介して該通気経路と前記ダクトとを
   連通させたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記回転体の外周面に螺旋溝を設けたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記螺旋溝の進行方向、形状を、回転体
   の回転時に内部の空気を前記他方の通気穴から外部へ排
   出する方向に設定したことを特徴とする請求項２に記載
   の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記回転体の外周面に設けた螺旋溝のピ
   ッチを、外気を導入する一方の通気穴から排出用の他方
   の通気穴に向かって密になるように構成したことを特徴
   とする請求項２又は３のいずれか一項に記載の画像形成
   装置。
5. 【請求項５】 前記回転体を、前記感光体ドラムと同期
   して一体回転するように構成したことを特徴とする請求
   項１、２、３、又は４のいずれか一項に記載の画像形成
   装置。
6. 【請求項６】 前記感光体ドラムの両端面に設けた前記
   ドラムフランジは、感光体ドラムの両端を固定するとと
   もに前記回転体と感光体ドラムの内壁との間の通気経路
   に空気を導入、排出するための通気穴を有することを特
   徴とする請求項１、２、３、４又は５のいずれか一項に
   記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記感光体ドラムの他方のドラムフラン
   ジを回転自在に支持する面板に、該ドラムフランジに設
   けた通気穴と連通する排気用の通気口を設けたことを特
   徴とする請求項１、２、３、４、５又は６のいずれか一
   項に記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記回転体の外周面には、その軸方向へ
   延びる複数本の横溝を備えていることを特徴とする請求
   項１、５、６又は７のいずれか一項に記載の画像形成装
   置。
9. 【請求項９】 前記回転体の内周面に、回転体の内部に
   流れを生じせしめるプロペラを複数個設けたことを特徴
   とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像形成
   装置。
10. 【請求項１０】 前記感光体ドラムの軸方向両端部に設
    けた各ドラムフランジには、夫々通気穴が設けられてい
    ることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。