JP4876013B2 - 駆動ユニットの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に代表される、家庭用及び産業用の精密機器に用いられる駆動ユニットの冷却構造に関する。

電子写真方式を用いた従来の画像形成装置では、コピー動作を行う場合、装置本体内に配置された画像形成部において、帯電、露光、現像及び転写の各工程により記録媒体上に原稿画像データに基づく所定のトナー画像を形成する。そして、定着工程により未定着トナー画像を記録媒体に定着（固定）して永久像とした後、記録媒体を装置本体外部へと排出する。

このような画像形成装置においては、画像形成部、トナー像の定着を行う定着ユニット及びその下流側の排出ユニット等は、像担持体、現像ローラ、転写ローラ、定着ローラ対や搬送ローラ対等の多数の回転体を備えているため、これらを回転駆動するための駆動ユニットが必要となる。

従来の構成においては、板金製の本体フレームに対し金属製のギヤやシャフト、モータ等から成る駆動ユニットが直接取り付けられているため、振動や騒音が大きくなるという問題点があった。また、シャフトはカシメや圧入により、直接或いは取付板を介して本体フレームに取り付けられ、ギヤはＥリング等を用いてシャフトに支持されるため、製造工程が煩雑となり部品点数も多くなる上、リサイクル時の分別作業も困難となっていた。

上記の問題点を解決するため、例えば特許文献１に開示されているような、装置本体のフレームに装着されるハウジングを樹脂で形成し、その間に立設された固定ピンにギヤを外挿する構成とした駆動ユニットが広く用いられている。このような構成とすれば、ギヤやモータが樹脂製のハウジングで覆われるため騒音や振動を抑制することができる。また、ギヤを支持するためのＥリング等が不要となるため部品点数も削減でき、駆動ユニットの組み立て作業性も向上する。

しかしながら、樹脂製のハウジングを用いた場合、固定ピンとギヤのボス部との摩擦により固定ピンが高温となってハウジングが熱変形し、最悪の場合は溶融するという問題点があった。特にアイドルギヤが装着される固定ピンはギヤのボス部によって外周面が完全に覆われた構造となるため固定ピンとボス部との間に熱がこもり易く、効果的な冷却対策の開発が望まれていた。なお、ここでは画像形成装置を例に挙げて説明したが、駆動ユニットを用いる他の精密機器においても事情は同じであった。
特開２００１−２１０２３号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な構成でアイドルギヤと固定ピンとの摩擦による固定ピンの発熱を低減可能な駆動ユニットの冷却構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、樹脂製のハウジングと、該ハウジング内に立設される固定ピンと、該固定ピンに回転自在に外挿されるボス部及び該ボス部の外周面から放射状に延びる複数のリブを有するアイドルギヤと、を備えた駆動ユニットの冷却構造において、前記ボス部には前記固定ピンの外周面の一部が露出する開口部を設け、前記各リブには前記ボス部の周囲に前記開口部と連通する通気路を形成するための切り欠きを設けるとともに、前記ハウジングには前記通気路と駆動ユニット外部とを連通する通気孔を設けたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の駆動ユニットの冷却構造において、前記通気孔と対峙する前記アイドルギヤの端面と前記ハウジング内面との間に隙間を形成したことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の駆動ユニットの冷却構造において、前記アイドルギヤ内を回転軸方向に貫通して前記通気路に連通する貫通孔を設けたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の駆動ユニットの冷却構造において、前記通気孔の外側近傍に前記ハウジング内の空気を排気するファンを配置したことを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、固定ピンの一部がアイドルギヤのボス部に設けられた開口部から露出するため、固定ピンに蓄積された摩擦熱は開口部を介して放熱され、放熱により暖められた空気はアイドルギヤのリブを切り欠くことで形成された通気路を介して通気孔から駆動ユニット外部に放出される。これにより、固定ピンの温度上昇が抑制されてハウジングの溶融を効果的に防止可能となる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の駆動ユニットの冷却構造において、通気孔と対峙するアイドルギヤの端面とハウジング内面との間に隙間を形成することにより、通気路を通って通気孔に至る空気流にアイドルギヤの側方から隙間を通って通気孔に至る空気流が合流し、開口部からの放熱により暖められた空気は通気路付近に滞留することなく通気孔から効率良く放出される。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の駆動ユニットの冷却構造において、アイドルギヤ内を回転軸方向に貫通して通気路に連通する貫通孔を設けることにより、通気孔と反対側のギヤ端面からアイドルギヤ内を通って通気孔まで流れる空気流が発生する。これにより、固定ピンからの放熱により暖められた空気が更に効率良く放出されるため、固定ピンの温度上昇をより効果的に抑制可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の駆動ユニットの冷却構造において、通気孔の外側近傍にハウジング内の空気を排気するファンを配置することにより、通気路内の空気を含めて駆動ユニット内の熱気を強制的に排気できるため、固定ピンの温度上昇を一層効果的に抑制可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１及び図２は、本発明の冷却構造が組み込まれた第１実施形態の駆動ユニットをハウジング側及び支持板側から見た斜視図であり、図３は、図２において支持板を取り外した状態を示す斜視図である。なお、ここではタンデム型カラー画像形成装置においてイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの４色の画像形成部を駆動する駆動ユニットを例に挙げて説明する。

図１及び図２に示すように、駆動ユニット１００は、樹脂製のハウジング１ａ及び金属製の支持板１ｂから成るユニットフレーム１内に、複数の駆動出力ピン２、ギヤ列３等が取り付けられており、ハウジング１ａ及び支持板１ｂは複数のビス５により互いに連結されている。ハウジング１ａ側に突出する駆動入力ピン２の先端には各画像形成部に配置された現像ローラ、クリーニングローラ等の回転体の駆動入力軸（図示せず）に連結するためのカップリング機構が形成されている。また、ユニットフレーム１には各画像形成部に配置された感光体ドラムの中心軸（図示せず）が挿入されるボス穴１０ａ〜１０ｄが形成されている。

支持板１ｂ側には電磁クラッチ７及び駆動モータ９が装着されており、駆動モータ９からの駆動力はギヤ列３を介して駆動出力ピン２よりイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各画像形成部に伝達される。電磁クラッチ７は、ボス穴１０ｄ周辺のギヤ列（ブラックの画像形成部への駆動伝達機構）と、他のギヤ列（イエロー、シアン、マゼンタの画像形成部への駆動伝達機構）との間で駆動力の伝達及び遮断を行い、モノクロ画像形成時にはブラックの画像形成部への駆動伝達機構のみを駆動させ、カラー画像形成時には全ての画像形成部への駆動伝達機構を駆動させる。

本実施形態では、駆動モータ９の回転軸に固定された駆動出力ギヤ（図示せず）に係合するアイドルギヤ３ａの固定ピンを冷却する冷却構造を設けている。以下、本発明の冷却構造について詳細に説明する。図４は、第１実施形態の駆動ユニットに用いられるアイドルギヤ３ａの斜視図である。アイドルギヤ３ａは、固定ピン１１が回転自在に挿入されるボス部３１と、大径部及び小径部から成り外周面にギヤ歯（図示せず）が形成されるギヤ部３２と、ボス部３１の外周面からギヤ部３２に向かって放射状に延びる複数（ここでは８本）のリブ３３とで構成されている。

固定ピン１１は金属製であり、一端にはハウジング１ａ（図１参照）に固定するためのＤカット部１１ａが形成されている。アイドルギヤ３ａのボス部３１には、固定ピン１１の外周面の一部を露出させる矩形状の開口部３５が固定ピン１１を挟んで対向する２箇所に形成されている。なお、図４では一方の開口部３５のみを図示している。

また、各リブ３３には、ボス部３１に対峙する部分に台形状の切り欠き３３ａが形成されている。これにより、ボス部３１の周囲には開口部３５と連通する環状の通気路３７が形成される。

図５及び図６は、第１実施形態の駆動ユニットをアイドルギヤ３ａの装着部分で切断した断面斜視図（図３のＡＡ′断面）及び断面拡大図である。固定ピン１１は、Ｄカット部１１ａが形成された一端がハウジング１側の支持部１３ａに嵌合され、他端が支持板１ｂ側の支持部１３ｂに嵌合されることでユニットフレーム１内に立設固定されている。アイドルギヤ３ａはボス部３１が固定ピン１１に回転自在に外挿されることで、駆動出力ギヤからの回転駆動力を隣接する他のギヤに伝達可能となっている。また、アイドルギヤ３ａの通気路３７が連通する側の端面３９ａとハウジング１ａの内面との間には隙間ｄが設けられている。

ここで、アイドルギヤ３ａがガタつきなく円滑に回転するように、ボス部３１の内径は固定ピン１１の外径と略同一径に設計されている。そのため、ボス部３１の内面と固定ピン１１の外周面との摺動により摩擦熱が発生して固定ピン１１の温度が上昇する。そこで、ボス部３１に開口部３５を形成して固定ピン１１の外周面の一部を露出させ、ボス部３１の周囲にはリブ３３の切り欠き３３ａにより通気路３７を形成するとともに、ハウジング１ａには通気路３７と連通する位置に複数の通気孔４０を形成している。

この構成により、固定ピン１１に蓄積された摩擦熱は開口部３５を介して放熱され、図６に破線矢印で示すように、放熱により暖められた空気は通気路３７を介して通気孔４０から駆動ユニット１００の外部に放出される。従って、固定ピン１１の温度上昇が抑制されてハウジング１ａの溶融を効果的に防止可能となる。なお、ここでは開口部３５をボス部３１の対向する２箇所に設けたが、１箇所に設けても良いし、３箇所以上に設けても良い。

また、隙間ｄを設けることで、アイドルギヤ３ａの側方から隙間ｄを通って通気孔４０に至る空気流も発生する。これにより、通気路３７を通って通気孔４０に至る空気流に隙間ｄからの空気流が合流し、開口部３５からの放熱により暖められた空気は通気路３７付近に滞留することなく通気孔４０から効率良く放出される。隙間ｄの寸法は、アイドルギヤ３ａが回転時にハウジング１ａに接触しないように部品公差を考慮して適宜設定すれば良い。

図７は、本発明の第２実施形態の駆動ユニットに用いられるアイドルギヤ３ａの斜視図である。本実施形態では、アイドルギヤ３ａの内部を回転軸方向に貫通して通気路３７に連通する貫通孔５０が設けられている。アイドルギヤ３ａの他の構成は第１実施形態の図４と同様であるため説明は省略する。

図８は、第２実施形態の駆動ユニットをアイドルギヤ３ａの装着部分で切断した断面図である。駆動ユニット１００の構成は第１実施形態の図６と同様であるため説明は省略する。本実施形態におけるアイドルギヤ３ａ周辺の空気の流れを図８に破線矢印で示す。本実施形態では、アイドルギヤ３ａの支持板１ｂ側の端面３９ｂから貫通孔５０及び通気路３７を通過して通気孔４０に至る（アイドルギヤ３ａ内を回転軸方向に貫通する）空気流と、アイドルギヤ３ａの側方から隙間ｄを通って通気孔４０に至る空気流とが発生する。これにより、第１実施形態に比べてアイドルギヤ３ａ周辺の空気がさらに効率良く循環するため、固定ピン１１からの放熱により暖められた空気の排気も促進され、固定ピン１１の温度上昇をより効果的に抑制可能となる。

図９は、第１実施形態の駆動ユニット１００において、通気孔４０の外側近傍に駆動ユニット１００内の空気を排気するファン６０を配置した構成である。この構成により、通気路３７内の空気を含めて駆動ユニット１００内の熱気を通気孔４０から強制的に排気できるため、固定ピン１１の温度上昇を一層効果的に抑制可能となる。

なお、ファン６０は他のユニットの冷却ファンと兼用しても良いし、駆動ユニット１００専用の冷却ファンとして別途配置しても良い。また、ここでは第１実施形態の駆動ユニット１００とファン６０の組み合わせについて説明したが、第２実施形態の駆動ユニット１００にファン６０を配置すれば、さらに効率的な放熱が可能となり、固定ピン１１の冷却効果をより一層高めることができる。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態においては駆動モータ９の駆動出力ギヤに係合するアイドルギヤ３ａに冷却構造を組み込んだ構成について説明したが、駆動ユニット１００内の他のアイドルギヤにも適用できるのはもちろんである。

また、上記実施形態では樹脂製のハウジング１ａと金属製の支持板１ｂとで構成されるユニットフレーム１を用いたが、樹脂のみで成型されたユニットフレーム１を用いても良い。その場合、固定ピン１１の両端が樹脂材料で支持されるため、開口部３５及び切り欠き３３ａをアイドルギヤ３ａの軸方向両端に設け、通気孔４０もユニットフレーム１の両面に形成すれば、ユニットフレーム１の熱変形や溶融を効果的に防止できる。

また、上記実施形態ではタンデム式カラー画像形成装置の画像形成部の駆動に用いられる駆動ユニットを例に挙げて冷却構造を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば定着ユニットや排出ユニット等の駆動に用いられる駆動ユニットや、画像形成装置以外の精密機器に用いられる駆動ユニットにも全く同様に適用可能である。

本発明は、樹脂製のハウジングと、該ハウジング内に立設される固定ピンと、該固定ピンに回転自在に外挿されるボス部及び該ボス部の外周面から放射状に延びる複数のリブを有するアイドルギヤと、を備えた駆動ユニットの冷却構造において、ボス部には固定ピンの外周面の一部が露出する開口部を設け、各リブにはボス部の周囲に開口部と連通する通気路を形成するための切り欠きを設けるとともに、ハウジングには通気路と駆動ユニット外部とを連通する通気孔を設けている。

これにより、固定ピンに蓄積された摩擦熱は開口部を介して放熱され、放熱により暖められた空気は通気路を介してハウジングの通気孔から駆動ユニット外部に放出されるため、固定ピンの温度上昇を抑制してハウジングの溶融を効果的に防止できる簡易且つ低コストな冷却構造となる。

また、通気孔と対峙するアイドルギヤの端面とハウジング内面との間に隙間を形成したので、アイドルギヤの側方から隙間を通って通気孔に至る空気流が発生し、開口部からの放熱により暖められた空気は通気路付近に滞留することなく通気孔から効率良く放出される。さらに、アイドルギヤ内を回転軸方向に貫通して通気路に連通する貫通孔を設けておけば、固定ピンからの放熱により暖められた空気が更に効率良く放出されるため、固定ピンの温度上昇をより効果的に抑制可能となる。

また、ハウジング内の空気を排気するファンを配置して通気路内の空気を含めて駆動ユニット内の熱気を強制的に排気することで、固定ピンの温度上昇を一層効果的に抑制可能な冷却構造となる。

は、本発明の第１実施形態の駆動ユニットをハウジング側から見た斜視図である。 は、第１実施形態の駆動ユニットを支持板側から見た斜視図である。 は、第１実施形態の駆動ユニットの支持板を取り外した状態を示す部分斜視図である。 は、第１実施形態の駆動ユニットに用いられるアイドルギヤの斜視図である。 は、第１実施形態の駆動ユニットをアイドルギヤの装着部分で切断した断面斜視図である。 は、図５におけるアイドルギヤ周辺の拡大図である。 は、本発明の第２実施形態の駆動ユニットに用いられるアイドルギヤの斜視図である。 は、第２実施形態の駆動ユニットにおけるアイドルギヤ周辺の断面拡大図である。 は、第１実施形態の駆動ユニットにおいて、通気孔の外側近傍にファンを配置した構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ユニットフレーム
１ａ ハウジング
１ｂ 支持板
２ 駆動出力ピン
３ ギヤ列
３ａ アイドルギヤ
７ 電磁クラッチ
９ 駆動モータ
１１ 固定ピン
１３ａ、１３ｂ 支持部
３１ ボス部
３２ ギヤ部
３３ リブ
３３ａ 切り欠き
３５ 開口部
３７ 通気路
３９ａ、３９ｂ ギヤ端面
４０ 通気孔
５０ 貫通孔
６０ ファン
１００ 駆動ユニット
ｄ 隙間

Claims (4)

1. 樹脂製のハウジングと、該ハウジング内に立設される固定ピンと、該固定ピンに回転自在に外挿されるボス部及び該ボス部の外周面から放射状に延びる複数のリブを有するアイドルギヤと、を備えた駆動ユニットの冷却構造において、
   前記ボス部には前記固定ピンの外周面の一部が露出する開口部を設け、前記各リブには前記ボス部の周囲に前記開口部と連通する通気路を形成するための切り欠きを設けるとともに、前記ハウジングには前記通気路と駆動ユニット外部とを連通する通気孔を設けたことを特徴とする駆動ユニットの冷却構造。
2. 前記通気孔と対峙する前記アイドルギヤの端面と前記ハウジング内面との間に隙間を形成したことを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニットの冷却構造。
3. 前記アイドルギヤ内を回転軸方向に貫通して前記通気路に連通する貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の駆動ユニットの冷却構造。
4. 前記通気孔の外側近傍に前記ハウジング内の空気を排気するファンを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の駆動ユニットの冷却構造。

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