驱动单元的设计方法及驱动单元、图像形成装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种驱动单元的设计方法和通过该设计方法设计出的驱动单元、以及具备该驱动单元的图像形成装置。本发明的驱动单元的设计方法使驱动齿轮组在侧板框架片与驱动外壳之间轴支撑于旋转轴。在第一工序中，导出多个旋转轴中的任一旋转轴达到损坏的最小基准表面压力Fa。在第二工序中，在设施加于一个旋转轴的载荷为F、旋转轴的轴径为D且旋转轴与旋转齿轮的轴向的接触长度为L的情况下，以满足F/(D×L)＜Fa的关系的方式设定旋转轴或旋转齿轮的形状。根据本发明，能够易于进行驱动单元的设计。
【专利说明】驱动单元的设计方法及驱动单元、图像形成装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将旋转驱动力传递给被旋转体的驱动单元的设计方法和由该设计方法设计的驱动单元、以及具备该驱动单元的图像形成装置。
【背景技术】
[0002]复印机、打印机、传真机等图像形成装置一般通过包括侧板框架的板金制的框架结构体来形成筐体结构，在其内部空间配置有用于进行图像形成处理的多个处理单元。所述处理单元例如为包括形成调色剂图像的感光鼓的鼓单元和通过向所述感光鼓供给调色剂以在感光鼓上形成调色剂图像的显影单元。在所述侧板框架上组装有将驱动力传递给所述处理单元所具备的被旋转体(感光鼓和显影辊等)的驱动单元等。这种驱动单元由多个驱动齿轮的排列体和覆盖该排列体的树脂外壳构成。
[0003]树脂外壳由两个板状部件构成，在该板状部件彼此之间配置有轴支撑各驱动齿轮的旋转轴。若驱动齿轮旋转，则对旋转轴施加规定的驱动负载。专利文献I中公开有如下技术:以规定的时机使轴承旋转，以使载荷不会集中在能够旋转地支撑旋转轴的轴承的同一处上。
[0004]在如上所述的驱动单元中，具有旋转轴因施加于旋转轴的负载而损坏的情况。为此，为了较长地设定驱动外壳的寿命，需要使旋转轴与树脂外壳为分别的部件，且由金属销构成。进而，此时，具有如下问题:当组装驱动外壳时，由于将金属销组装到树脂外壳上，组装工时增加。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种防止轴部的损坏并尽可能缩减零件件数的驱动单元的设计方法和由该设计方法设计的驱动单元、以及具备该驱动单元的图像形成装置。本发明的一方面所涉及的驱动单元的设计方法，该驱动单元具有:板金框架，具备多个轴承孔；由规定的树脂材料构成的外壳，具备朝向所述板金框架突出设置且前端部分别轴支撑于所述轴承孔的多个轴部，并且安装于所述板金框架；和多个齿轮，分别能够旋转地安装于所述多个轴部，所述驱动单元与预先设定的驱动源连结，且经由通过所述多个齿轮形成的驱动传递路径，将所述驱动源的旋转驱动力传递给具备规定的负载转矩的被旋转体，所述驱动单元的设计方法的特征在于，具有:第一工序，导出所述多个轴部中的任一轴部达到损坏的最小基准表面压力Fa，该最小基准表面压力Fa为施加于由所述树脂材料构成的所述多个轴部的表面压力；和第二工序，在与所述驱动源及所述被旋转体连结的状态下，设施加于所述多个轴部的一个轴部的载荷为F(N)、所述一个轴部的轴径为D(mm)、所述一个轴部与安装于该轴部的所述齿轮的轴向的接触长度为L(mm)时，以所述多个轴部及所述多个齿轮满足F/(DXL) < Fa的关系的方式，设定所述轴部或所述齿轮的形状。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是表示本发明的实施方式所涉及的图像形成装置的外观的立体图。
[0007]图2是表示所述图像形成装置的内部结构的主要部分的剖视图。
[0008]图3是从前方右上观察本发明的实施方式所涉及的框架结构体的立体图。
[0009]图4是从后方右上观察所述框架结构体的立体图。
[0010]图5是表示安装有高电压基板的驱动单元的外壳和板金框架的局部的立体图。
[0011]图6是从开口侧观察所述驱动单元的外壳的立体图。
[0012]图7是从开口侧观察所述驱动单元的外壳的立体图。
[0013]图8是从板金框架侧观察从所述驱动单元的外壳卸下多个齿轮的状态的立体图。
[0014]图9是放大所述驱动单元的外壳的一轴部的立体图。
[0015]图10是表示在板金框架与外壳之间齿轮轴支撑于轴部的情况的剖面立体图。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行说明。图1是表示本发明的实施方式所涉及的图像形成装置I的外观的立体图。图像形成装置I为具备复印功能的单色彩色打印机，包括呈箱型的主体筐体10。主体筐体10由下部筐体11、配置于下部筐体11的上方的上部筐体12和在下部筐体11与上部筐体12之间配置于主体筐体10的右侧面1R侧的连结筐体13构成。
[0017]下部筐体11收容用于对片材实施图像形成处理的各种单元。上部筐体12收容扫描装置，该扫描装置当图像形成装置I作为复印机发挥功能时被使用，光学地读取原稿片材的图像。在下部筐体11的前面装卸自如地安装有储存被实施图像形成处理的一叠片材的片材盒14。主体框架10包括排出图像形成处理后的片材的体内排纸空间15。体内排纸空间15为由下部筐体11的上表面、上部筐体12的下表面及连结筐体13的左侧面限定的空间。在体内排纸空间15的底部设置有接收所述片材的体内排纸托盘151。在上部筐体12的前面安装有接收用户对该图像形成装置I的操作信息的输入的操作面板16。另外，在主体筐体10的右侧面10R，相对于右侧面1R开闭自如地设置有用于手动供供片材的手动托盘17。
[0018]图2是表示图像形成装置I的内部结构的主要部分的剖视图。图2表示下部筐体11的右半部分的上方部分及连结筐体13的左右方向的剖视图。在下部筐体11内收容有作为图像形成用单元的、感光鼓21、曝光单元22、显影单元23、调色剂容器24、定影单元25及运送单元26等。这些为单元单位，能够从下部筐体11 (后述的框架结构体30)拆卸。
[0019]鼓单元21为包括感光鼓211、配置于该感光鼓211的周围的带电装置212及清洁装置214的单元。显影单元23为包括与感光鼓211抵接的显影辊231的单元。在运送单元26搭载有与感光鼓211抵接的转印辊213。
[0020]感光鼓211绕其轴旋转，具备形成静电潜像及调色剂图像的圆周面。带电装置212使感光鼓211的所述圆周面均匀地带电。曝光单元22为了形成所述静电潜像而向感光鼓211的所述圆周面照射激光。显影单元23的显影辊231为了使感光鼓211的圆周面上形成的静电潜像显影而对感光鼓211的圆周面供给调色剂。转印辊213与感光鼓211形成转印夹持部NI，使感光鼓211上的调色剂图像转印到片材上。清洁装置214清扫调色剂图像转印后的感光鼓211的圆周面。调色剂容器24对显影单元23补给调色剂。
[0021]定影辊25包括内装有热源的定影辊251和与定影辊251 —起形成定影夹持部N2的加压辊252。定影辊25通过在定影夹持部N2中对在转印夹持部NI转印有调色剂图像的片材加热及加压，从而实施定影处理。经定影处理的片材从片材排出口 131朝向体内排纸托盘151排出。
[0022]在主体筐体10内具备运送片材的运送通道。该片材运送通道包括主运送通道Pl，该主运送通道Pl从下部筐体11的下部附近至连结筐体13，经由转印夹持部NI及定影夹持部N2沿上下方向延伸，直到片材排出口 131。进而，当双面印刷时使片材反转运送的反转运送通道P2从主运送通Pl的最下游端延伸至上游端附近。
[0023]片材盒14具备收容一叠片材的片材收容部。在该片材收容部的右上附近，具备:取纸辊271，逐张抽出所述一叠片材的最上层的片材；和供纸辊对272，将该片材送出至主运送通道Pl的上游端。在主运送通道Pl的与转印夹持部NI相比更上游侧配置有以规定的时机将片材送出至转印夹持部NI的对准辊对273。
[0024]利用运送单元26的内侧面(左侧面)及外侧面(右侧面)来形成主运送通道Pl及反转运送通道P2。例如，由运送单元26的内侧面和与此相对地配置的转印前引导件274来限定转印夹持部NI的正上游的主运送通道P1。在运送单元26除了如前文所述搭载有转印辊213之外，搭载有对准辊对273的一侧的辊和在反转运送通道P2中进行片材运送的运送辊对(图略)的一侧的辊。
[0025]对图像形成装置I的图像形成动作进行简单说明。首先，通过带电装置212使感光鼓211的圆周面大致均匀地带电。已带电的感光鼓211的圆周面被从曝光单元22发出的激光而曝光，形成于片材上的图像的静电潜像形成到感光鼓211的圆周面上。该静电潜像通过从显影单元23对感光鼓211的圆周面供给调色剂，从而作为调色剂图像被有形化。
[0026]在对片材进行单面印刷处理的情况下，片材从片材盒14或手动托盘17送出至主运送通道P1，对于该片材，分别在转印夹持部NI实施所述调色剂图像的转印处理，在定影夹持部N2实施使已转印的调色剂图像定影在片材上的定影处理。之后，该片材从片材排出口 131排出到体内排纸托盘151上。另一方面，在对片材进行双面印刷处理的情况下，在对片材的单面实施转印处理及定影处理之后，该片材的一部分从片材排出口 131排出到排纸托盘151上。之后，该片材被转回运送，经过反转运送通道P2，返回到主运送通道Pl的上游端。然后，对片材的另一面实施转印处理及定影处理，该片材从片材排出口 131排出到体内排纸托盘151上。
[0027]接着，对本实施方式所涉及的框架结构体30进行说明。图3是从前方右上观察框架结构体30的立体图，图4是从后方右上观察框架结构体30的立体图。框架结构体30组装到下部筐体11内。框架结构体30为形成筐体结构的框架结构体，该筐体结构具备收容上述的鼓单元21、曝光单元22、显影单元23、调色剂容器24、定影单元25及运送单元26的内部空间30H。
[0028]框架结构体30由板金制的部件形成。框架结构体30包括后方侧板框架31、前方侧板框架32、棒状的第一、第二。第三、第四纵框架331、332、333、334及棒状的第一、、第二。第三、第四、第五、第六、第七水平框架341、342、343、344、345、346、347。
[0029]第一及第二纵框架331、332沿前后方向隔开间隔平行竖立设置。用前后方向延伸的第一及第二水平框架341、342分别连结第一及第二纵框架331、332的上端及下端。由这四个棒状框架331、332、341、342形成的四方框状的框架组合体构成框架结构体30的左侧壁。第三及第四纵框架333、334沿前后方向隔开间隔平行竖立设置。用前后方向延伸的第五及第六水平框架345、346分别连结第三及第四框架333、334的上端及下端。由这四个棒状框架333、334、345、346形成的四方框状的框架组合体构成框架结构体30的右侧壁。
[0030]作为后方侧的纵框架的第二及第四纵框架332、334分别保持后方侧板框架31的左端边缘及右端边缘。另外，用沿左右方向延伸的第三及第四水平框架343、344分别连结第二及第四纵框架332、334的上端及下端。第三及第四水平框架343、344分别保持后方侧板框架31的上端边缘及下端边缘。即，由四个棒状框架332、334、343、344形成四方框状的框架组合体，其开口部基本上被后方侧板框架31堵塞。此外，实际上，后方侧板框架31被分为若干个侧板片。例如，通过纵长的板金制的侧板框架片310 (板金框架)构成后方侧板框架31的靠右方的部分(参照图4、图5)。
[0031]作为前方侧的纵框架的第一及第三纵框架331、333分别保持前方侧板框架32的左端边缘及右端边缘。前方侧板框架32为具有第一及第三纵框架331、333的高度的一半左右的上下宽度的侧板框架。前方侧板框架32的下边缘部位于高于底部的位置，由沿左右方向延伸的第七水平框架347支撑该下边缘部。由第一及第三纵框架331、333的下端部分和第一水平框架347限定的门型的开口 14H为待安装片材盒14的开口。
[0032]图3表示在内部空间30H在未安装各种单元的状态的框架结构体30，但表示安装有上述的转印前引导件274和保持对准辊对273的一侧的辊的运送引导部件275的状态。后方侧板框架31具有与内部空间30H相对的内侧面31A和与该内侧面31A相反侧的外侧面31B。外侧面31B为与下部筐体11的外装部分的内表面相对的面。在后方侧板框架31的内侧面3IA上配置有驱动单元4(图5)。另一方面，在后方侧板框架31的外侧面3IB上安装有对后述的驱动齿轮组50施加旋转驱动力的驱动马达M (图4)(驱动源)。
[0033]下面，对驱动单元4的结构及与其相关的结构进行详细说明。图5是表示安装有高电压基板70的驱动外壳40和侧板框架片310的立体图。图6及图7是从开口侧观察安装有驱动齿轮组50的驱动外壳40的立体图。另外，图8是在从驱动外壳40拆卸驱动齿轮组50(多个齿轮)的状态下从侧板框架片310侧观察的立体图。另外，图9是放大驱动单元4的驱动外壳40的一旋转轴501的立体图。图10是表示在侧板框架片310与驱动外壳40之间旋转齿轮502轴支撑于旋转轴501的情况的剖面立体图。
[0034]驱动单元4与驱动马达M连结。驱动单元4经由通过驱动齿轮组50形成的驱动传递路径向感光鼓211和显影辊231 (被旋转体)传递驱动马达M的旋转驱动力。此外，感光鼓211和显影辊231具备规定的负载转矩。驱动单元4具备驱动外壳40 (外壳)、驱动齿轮组50和侧板框架片310。
[0035]驱动外壳40为使用具有电绝缘性的硬质树脂材料来形成的树脂制的部件。详细地，驱动外壳40由ABS树脂中含有聚碳酸酯的硬质树脂材料构成。驱动外壳40安装于侧板框架片310。
[0036]驱动外壳40 (图5)具备大致为平板的底板41和从该底板41的周缘竖立设置的侧板42。另外，驱动外壳40在左上部分具备支撑高电压基板70的基板支撑部43。S卩，驱动外壳40还发挥作为支撑高电压基板70的部件的作用。基板支撑部43为底板41及侧板42以向左上方突出的方式延伸设置而成的部分。进而，利用该驱动外壳40，转印前引导件274及运送引导部件275的后端部被定位固定。
[0037]侧板42的立设端缘为驱动外壳40的开口边缘44。S卩，驱动外壳40为与底板41相对的面开口且具有与侧板42的立设高度相应的腔40H(图6)的有底容器。腔40H为用于收容驱动齿轮组50的空间。所述驱动外壳40被安装于后方侧板框架31 (侧板框架片310)，使得所述开口被后方侧板框架31 (侧板框架片310)的内侧面31A封闭，具体来讲，开口边缘44与内侧面31A抵接。
[0038]参照图7及图8，驱动外壳40具备多个旋转轴501 (轴部)。旋转轴501朝向侧板框架片310突出设置。参照图9，旋转轴501具备前端部501A和基端部501B。使前端部501A与旋转轴501的主体部分相比直径略小。前端部501A(图9)分别被侧板框架片310上开口的多个轴承孔310S(图10)轴支撑。如图9所示，旋转轴501的基端部501B被底板41的突出支撑部41S支撑，旋转轴501的前端部501A相对于底板41沿垂直方向竖立设置。即，旋转轴501的前端部501A侧为驱动外壳40的开口面。在本实施方式中，多个旋转轴501通过所述树脂材料的一体成型而形成作为驱动外壳40的一部分。
[0039]驱动齿轮组50 (图6、图7)由发挥作为减速齿轮和空转齿轮等的作用的、多个驱动齿轮51、52、53、54、55…(齿轮)的排列体构成。驱动齿轮组50向鼓单元21和显影单元23等所具备的旋转部件(感光鼓211和显影辊231等被旋转体)传递驱动马达M的旋转驱动力。侧板42具有大致严密包围该驱动齿轮组50的周围的形状。但是，基板支撑部43并不是沿驱动齿轮组50的周围形状的部分，在该基板支撑部43中不收容驱动齿轮。
[0040]参照图7及图8，驱动齿轮组520能够旋转地安装于所述旋转轴501。另外，参照图10，各驱动齿轮51、52、53、54、55…由旋转齿轮502构成。旋转齿轮502具备齿轮主体部502A和突起部502B。齿轮主体部502A为由圆板形状构成的旋转齿轮502的主体部分。齿轮主体部502A具备内周部502C和外周部502D。内周部502C为齿轮主体部502A的内周部，且轴支撑于旋转轴501。外周部502D为齿轮主体部502A的外周部，且在圆周面上包括未图示的齿轮齿。突起部502B从齿轮主体部502A沿轴向突出设置。突起部502B为与内周部502C连续设置的圆筒部分，且与齿轮主体部502A —起轴支撑于旋转轴501。通过配置突起部502B，增加旋转轴501与旋转齿轮502的接触面积。其结果，防止从旋转齿轮502施加于旋转轴501的载荷集中在旋转轴501的圆周面的一部分。此外，在驱动齿轮组50中还包括仅由齿轮主体部502A构成且不具备突起部502B的齿轮。
[0041]另外，前述的驱动马达M的输出轴与驱动齿轮51及55啮合。在图6中，用符号P表示的圆形记号的部位为驱动马达M的输出轴的啮合位置。由于驱动马达M安装于板金制的后方侧板框架31的外侧面31B，因此能够使用后方侧板框架31来散热驱动马达M所产生的热。另外，由于驱动齿轮组50中的其他齿轮与感光鼓211和显影辊231连结，从而经由驱动齿轮组50，将驱动马达M的旋转驱动力传递给感光鼓211和显影辊231。
[0042]侧板框架片310为后方侧板框架31的一部分。如前所述，侧板框架片310具备多个轴承孔310S(图10)。此外，图4中虽然未出现轴承孔310S，但在侧板框架片310上与驱动外壳40的多个旋转轴501相对地开口有多个轴承孔310S。轴承孔310S分别轴支撑旋转轴501的前端部501A。
[0043]如此，在本实施方式中，通过由树脂材料构成的驱动外壳40与金属制的侧板框架片310的夹入而实现驱动单元4。进而，分别能够旋转地轴支撑驱动齿轮组50的旋转轴501为驱动外壳40的一部分，且由树脂材料构成。为此，和多个旋转轴与驱动外壳40由分别的部件构成的情况相比，无需将所述旋转轴嵌入到驱动外壳40中。另外，和使用与树脂材料相比高价的金属销作为旋转轴的情况相比，廉价构成所述旋转轴。其结果，实现驱动单元4的零件件数的缩减及成本降低。
[0044]另外，根据本实施方式的结构，用后方侧板框架31闭塞收容驱动齿轮组50的驱动外壳40的开口面。因此，通过设置所述开口而缩减该驱动外壳40的零件件数的同时，还能够用底板41与后方侧板框架31的内侧面31A夹入驱动齿轮组50来实现谋求齿轮的动作音的静音化的结构。另外，由于用驱动外壳40的基板支撑部43支撑高电压基板70，因此无需另外在后方侧板框架31上准备高电压基板70的安装位置及安装零件(端子台等)。由此，能够实现零件件数的缩减及安装位置的简单的确保。
[0045]<关于驱动单元4的设计方法>
[0046]其次，对具备如上述的结构的驱动单元4的设计方法进行详述。如前述，在本实施方式所涉及的驱动单元4中，通过与驱动外壳40为一体的旋转轴501来轴支撑驱动齿轮50。此时，可实现驱动单元4的成本降低，另一方面，在轴支撑驱动齿轮组50的任一旋转轴501损坏的情况下，需要驱动外壳40整体的更换。为此,对旋转轴501来说，要求高的耐久性及可靠性。此外，在旋转轴501由金属销构成的情况下，成本增加，另一方面，基于金属的强度可得到高的耐久性。
[0047]本发明的
【发明者】在通过侧板框架片310及树脂制的驱动外壳40夹入驱动单元4的结构中，对从驱动外壳40突出设置的旋转轴501的损坏机理详细地进行了分析。其结果，重新见识了旋转轴501的损坏依赖施加于旋转轴501的表面压力。换言之，假设按照旋转轴501所使用的树脂材料的强度来设计旋转轴501及旋转齿轮502的形状，而不考虑施加于旋转轴501的表面压力。此时，带来旋转轴501的突发的损坏，并且驱动外壳40所使用的树脂材料过量增加，从而带来驱动单元4的成本增加。
[0048]在本实施方式中，驱动单元4的设计方法具备以下的第一工序和第二工序。第一工序为导出最小基准表面压力Fa的工序。另外，第二工序为基于已导出的最小基准表面压力Fa而设计旋转轴501及旋转齿轮502的形状的工序。
[0049]<关于第一工序>
[0050]在第一工序中导出多个旋转轴501中的任一旋转轴501达到损坏的最小基准表面压力Fa。最小基准表面压力Fa为施加于由树脂材料构成的多个旋转轴501的表面压力。最小基准表面压力Fa根据所使用的树脂材料而变动。
[0051]更详细地，在第一工序中，实行规定的基准表面压力导出试验(确认试验)。此时，在基准表面压力导出试验中，使用试验用外壳60 (图8)及未图不的试验用驱动齿轮组(试验用齿轮)。试验用外壳60具备朝向侧板框架片31突出设置且前端部分别轴支撑于轴承孔310S的多个试验用旋转轴601 (试验用轴部)。试验用外壳60由与驱动外壳40相同的树脂材料构成。此外，在图8中，相对于驱动外壳40,用括号记号来表不试验用外壳60。实际上，试验用外壳60和最终设计出的驱动外壳40形状上略有不同，但所有其形状及结构相同。特别是，试验用旋转轴601和最终设计出的旋转轴501形状(外径、轴向长度)略有不同。预先，基于驱动单元4所要求的功能，准备试验用外壳60。另外，与驱动齿轮组50相同，所述试验用驱动齿轮组能够旋转地轴支撑于试验用旋转轴601。
[0052]而且，在基准表面压力导出试验中，在试验用外壳60的试验用旋转轴601上安装有多个试验用驱动齿轮组的状态下，将试验用外壳60安装于侧板框架片310。进而，试验用驱动齿轮组中的一个齿轮与驱动马达M连结，并且试验用驱动齿轮组中的其他齿轮与试验用被旋转体连结。此外，试验用被旋转体为与前述的感光鼓211和显影辊231及定影单元25对应的试验方面的负载机构。本实施方式中，作为试验用旋转轴601易损坏的应力条件，在周边环境为32.5度的高温环境中进行基准表面压力导出试验。作为试验的一例，将与定影单元25对应的负载从1.5kg.cm起每增加0.1kg.cm的同时,进行了基准表面压力导出试验。另外，设试验用旋转轴601的直径为Φ8mm,并且使用与所述试验用旋转轴601的轴向的接触长度不同的两种试验用驱动齿轮来进行了试验。
[0053]若基准表面压力导出试验开始，则与定影单元25对应的负载转矩设定为上述的值，使旋转马达M旋转驱动30分钟。而且,在旋转马达M的驱动旋转中及驱动旋转之后,确认是否在试验用旋转轴601中产生异常。依次增加负载转矩，最终将当试验用旋转轴601中产生损坏等异常时的施加于所述试验用旋转轴601的圆周面的表面压力导出作为最小基准表面压力。首先，在从所述试验用旋转轴601损坏时的试验用被旋转体的负载转矩，考虑各试验用驱动齿轮的传递效率及齿轮比等之后，导出安装于已损坏的试验用旋转轴601的试验用驱动齿轮的转矩X (kgf ^cm)。而且,在设试验用驱动齿轮的节圆直径为Dp (mm)且设试验用驱动齿轮的压力角为a (deg)的情况下，用下面的公式I计算出试验用驱动齿轮对于试验用旋转轴601的径向载荷Ks(N)。
[0054]Ks = 19.1 X 106.H/ (Dp.η) X tan α (公式 I)
[0055]在公式I中，H为传递动力(kW)，n为旋转速度(min_l)。在公式I中，用下面的公式2算出传递动力H。
[0056]H[k*ff] = (0.0981 XX) [N.m] X (2 π n/60) [rad/s]/1000 (公式 2)
[0057]其结果，公式I变换为下面的公式3。
[0058]Ks= (196 X X/Dp) X tan α (公式 3)
[0059]而且，在设试验用旋转轴601的直径为A(mm)且设试验用旋转轴601与试验用驱动的轴向接触长度为B(mm)的情况下，用下面的公式4计算出最小基准表面压力Fa(N/
2\mm; ο
[0060]Fa = Ks/ (AXB)
[0061]〈关于第二工序〉
[0062]在第二工序中，基于上述中导出的最小基准表面压力Fa，设计最终的驱动外壳40的旋转轴501的形状及驱动齿轮组50的旋转齿轮502的形状。详细地，在驱动单元4与驱动马达M及感光鼓211和显影辊231连结的状态下，假设施加于多个旋转轴501中的一个旋转轴501的载荷为F(N)、所述一个旋转轴501的轴径为D(mm)且所述一个旋转轴501与安装于该旋转轴501的旋转齿轮502的轴向的接触长度为L(mm)。此时，以满足施加于旋转轴501的表面压力Fb( = F/(DXL)) < Fa的关系的方式，设定旋转轴501或旋转齿轮502的形状。详细地，设计出旋转轴501的轴径D或旋转轴501与旋转齿轮502的接触长度L。而且，需要多个旋转轴501及多个旋转齿轮502的全部满足上述的关系式。
[0063]此时，通过增加旋转轴501与旋转齿轮502的接触长度L而能够降低施加于旋转轴501的表面压力Fb。如前述，在驱动齿轮组50的旋转齿轮502中包括除齿轮主体部502A之外还具备突起部502B的旋转齿轮。此时，在第二工序中，还可以以满足F/(DXL) < Fa的关系的方式设定从齿轮主体部502A突出设置的突起部502B的突出设置长度Q来作为旋转齿轮502的形状。通过调节突出部502B的突出设置长度Q而变化接触长度L，能够调节施加于旋转轴501的表面压力Fb。进而，通过在突起部502B的外周部配置多个肋502E而能够在突起部502B的轴向使表面压力Fb均匀化。
[0064]此外，在本实施方式中，作为一例，对于ABS树脂中含有聚碳酸酯的驱动外壳40，在周边环境32.5°C的温度设定下，导出最小基准表面压力Fa为0.72N/mm2。因此，在将最小基准表面压力Fa设定为0.72N/mm2以下之后，以满足表面压力Fb ( = F/(DXL)) < Fa的关系的方式，设定旋转轴501或旋转齿轮502的形状的情况下，可确保驱动单元4的高的耐久性。
[0065]此外，在第一工序中，在周围环境为30°C以上的高温环境下，使试验用被旋转体的负载转矩上升，导出最小基准表面压力Fa。因此，通过在试验用旋转轴601易损坏的应力条件下进行基准表面压力导出试验，从而能够考虑规定的安全率来设计耐久性更高的驱动单元4。
[0066]以上，对本发明的实施方式所涉及的驱动单元4的设计方法及通过该设计方法设计出的驱动单元4和具备该驱动单元4的图像形成装置I进行了说明，但本发明并不限于此。在上述的实施方式中，在第一工序中，对于通过基准表面压力导出试验导出最小基准表面压力Fa的方式进行了说明，但还可以是通过基于材料力学及结构力学的仿真导出与所使用的树脂材料相应的最小基准表面压力Fa的方式。
【权利要求】
1.一种驱动单元的设计方法，该驱动单元具有:板金框架，具备多个轴承孔；由规定的树脂材料构成的外壳，具备朝向所述板金框架突出设置且前端部分别轴支撑于所述轴承孔的多个轴部，并且安装于所述板金框架；和多个齿轮，分别能够旋转地安装于所述多个轴部，所述驱动单元与预先设定的驱动源连结，且经由通过所述多个齿轮形成的驱动传递路径，将所述驱动源的旋转驱动力传递给具备规定的负载转矩的被旋转体， 所述驱动单元的设计方法的特征在于，具有: 第一工序，导出所述多个轴部中的任一轴部达到损坏的最小基准表面压力Fa,该最小基准表面压力Fa为施加于由所述树脂材料构成的所述多个轴部的表面压力；和 第二工序，在与所述驱动源及所述被旋转体连结的状态下，设施加于所述多个轴部的一个轴部的载荷为F(N)、所述一个轴部的轴径为D(mm)、所述一个轴部与安装于该轴部的所述齿轮的轴向的接触长度为L(mm)时，以所述多个轴部及所述多个齿轮满足F/(DXL)< Fa的关系的方式，设定所述轴部或所述齿轮的形状。
2.根据权利要求1所述的驱动单元的设计方法，其特征在于， 在所述第一工序中，在具备朝向所述板金框架突出设置且前端部分别轴支撑于所述轴承孔的多个试验用轴部且由与所述外壳相同的树脂材料构成的试验用外壳上安装有多个试验用齿轮的状态下，驱动所述驱动源，并且使与所述驱动传递路径连结的试验用被旋转体的负载转矩上升时，所述最小基准表面压力Fa导出为当任一所述试验用轴部损坏时的施加于该试验用轴部的圆周面的表面压力。
3.根据权利要求2所述的驱动单元的设计方法，其特征在于， 在所述第一工序中，所述试验用被旋转体的负载转矩在周围环境为30°C以上的高温环境下上升，导出所述最小基准表面压力Fa。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的驱动单元的设计方法，其特征在于， 所述多个齿轮中的至少一个齿轮具备:齿轮主体部，具备轴支撑于所述轴部的内周部和包括齿轮齿的外周部；和突起部，从所述齿轮主体部沿轴向突出设置且与所述内周部连续设置，与所述齿轮主体部一起轴支撑于所述轴部， 在所述第二工序中，以满足F/(DXL) < Fa的关系的方式，设定所述突起部的突出设置长度来作为所述齿轮的形状。
5.根据权利要求4所述的驱动单元的设计方法，其特征在于， 所述树脂材料为ABS树脂中含有聚碳酸酷的树脂材料， 所述最小基准表面压力Fa为0.72N/mm2。
6.一种驱动单元，其特征在于， 通过权利要求1所述的驱动单元的设计方法来设计。
7.一种图像形成装置，其特征在于，具有: 权利要求6所述的驱动单元； 所述被旋转体，经由所述驱动传递路径被传递所述旋转驱动力；和 图像形成部，在片材上形成图像。
【文档编号】G03G15/00GK104514843SQ201410494432
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】小林竜也 申请人:京瓷办公信息系统株式会社