JP2004036843A - Torque limiter - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve durability with simple constitution and to prevent torque ripple to generate prescribed torque in a torque limiter. <P>SOLUTION: A coil spring 33 is mounted to the outer peripheral surface of a cylindrical member 32 extending in a prescribed direction. When rotational force is applied to the coil spring, torque is generated corresponding to frictional force generated between the cylindrical member and the coil spring. An iron-based sintered alloy is used for the cylindrical member, and the surface hardness of the cylindrical member is set to 1.4 to 1.7 times of the surface hardness of the coil spring. Further, the ten-point surface roughness of the coil spring is set to 1μm to 5μm, preferably 3μm to 5μm. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクを予め規定された値に抑制するためのトルクリミッタに関し、特に、プリンタ又は複写機等の画像形成装置の給紙経路（給紙装置）で用いられるトルクリミッタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、画像形成装置においては、記録媒体（例えば、記録用紙）に印字（画像形成）を行う際には、給紙装置から印字部（例えば、感光体ドラムと転写ドラムとのニップ部）に記録媒体を搬送され、記録用紙に画像の転写が行われる。ところが、給紙装置で印字部に記録用紙を搬送する際、記録用紙が重なって印字部に搬送されてしまうことがある。つまり、印字を行うべき記録用紙に次の記録用紙（２枚目の記録用紙）が重なって印字部に搬送されてしまうことがあり、このように記録用紙が重なり合って印字部に搬送されると、印字が良好に行われないことがある（言い換えると、一ページ分の画像が２枚の記録用紙に跨がって印字されてしまうことがある）。
【０００３】
このような不具合を防止するため、給紙装置には２枚目の記録用紙の搬送を抑制するための分離ローラが設けられており、そして、この分離ローラによって一枚目の記録用紙と（印字を行う記録用紙）と二枚目の記録用紙（次の記録用紙）とを分離して、２枚目の記録用紙の搬送を抑制している。このような分離ローラにおいては、そのトルクを安定させるためトルクリミッタが備えられている。トルクリミッタは、回転可能に配置された筒状部材と筒状部材の外周に配置されたコイルバネとを有しており、このコイルバネはローラに係止されている。そして、コイルバネと筒状部材との摩擦に応じてトルク値が規定される。
【０００４】
ところで、近年、画像形成装置の小型化に起因して、トルクリミッタもコンパクトにする必要があり、トルクリミッタをコンパクトにするには、筒状部材に対するコイルバネの締めつけを大きくする必要がある。ところが、このような締めつけを大きくすると、不可避的に磨耗が発生しやすくなって、この結果、トルクが低下するばかりでなく、トルクリップルが大きくなってしまう。特に、筒状部材が樹脂製である場合には、磨耗が激しくなって、磨耗粉がコイルバネと筒状部材との間に侵入して、トルク変動及びトルク低下が甚だしくなる。そして、トルク変動が大きくなると、給紙装置においては、記録用紙の不搬送又は重ね搬送が生じてしまい、良好な印字を行うことができなくなってしまう。さらに、上述のような磨耗が生じると、トルクリミッタとしての寿命で低下してしまい、早期にメンテナンスを行わなければならない。
【０００５】
加えて、古紙のリサイクル等に起因して、記録用紙の種類によって分離しにくい用紙があり、このため、トルクリミッタによるトルクを上げる必要があるが、トルクを上げすぎると、記録用紙の搬送が行えないという事態が発生する。つまり、記録用紙の種類に関係なく良好な記録用紙の搬送を行うためには、トルクリミッタによるトルクを精度よくする必要がある。
【０００６】
一方、トルクリミッタとして、従来特開平９−５３６４８号公報に記載されたものが知られている（以下従来例と呼ぶ）。従来例では、外輪に嵌合して一体化した保持器に深さの異なるバネフック係止溝を形成して、複数個のコイルバネを並列的に配設して、コイルバネと内輪との摩擦の和に応じてトルクを決定している。そして、内輪の鋼材の硬度に対して摺動するコイルバネの硬度を低くして、回転の際の磨耗がコイルバネ側となるようにしている。これによって、従来例では、内輪の磨耗を防止して、トルクリップルを少なくしている。つまり、従来例では、内輪の外周に複数のコイルバネを配置して、これらコイルバネの各々の一端のフック部を外輪に係止しており、この際、内輪の硬度をコイルバネの硬度よりも高くしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来例に記載されたトルクリミッタでは、上述のように、内輪の外周に複数のコイルバネを配置して、これらコイルバネの各々の一端のフック部を外輪に係止して、トルクを高くしているものの、複数のコイルバネを装着する関係上構造が複雑になってしまうという課題がある。
【０００８】
さらに、従来例に記載されたトルクリミッタでは、内輪の硬度をコイルバネの硬度よりも高くして、内輪の磨耗を防止しているものの、内輪の硬度をコイルバネの硬度よりも高くしただけでは、トルクリップルを防止することが難しい。つまり、従来例に記載されたトルクリミッタでは、精度よくトルクを規定することが難しいという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は簡単な構成でトルクリップルを防止して精度よくトルクを規定することのできるトルクリミッタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、所定の方向に延びる部材と、該部材の外周面に巻回されたコイルスプリングとを有し、前記コイルスプリングに回転力が加えられた際前記部材と前記コイルスプリングとの間に発生する摩擦力に応じたトルクを発生するトルクリミッタにおいて、前記部材として鉄系の焼結合金が用いられ、前記コイルスプリングの表面硬度に対して前記部材の表面硬度は前記コイルスプリングの表面硬度の１．４倍以上１．７倍以下であることを特徴とするトルクリミッタが得られる。このようにして、部材の材質及び表面硬度を規定すると、簡単な構成でトルクばらつき及びトルクリップルを抑えて、耐久性を向上させることができる。
【００１１】
本発明では、前記コイルスプリングの十点表面粗さＲｚを１μｍ以上（望ましくは３μｍ以上）５μｍ以下とする。このようにコイルスプリングの十点表面粗さを規定すると、耐久性が良好となる。なお、上述のようなコイルスプリングは、例えば、ピアノ線にニッケルメッキを施すことによって容易に作成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。なお、図示の例における構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１３】
まず、図１を参照して、ここでは、画像形成装置に用いられる給紙装置で使用されるトルクリミッタについて説明する。図示の画像形成装置１０は、感光体ドラム１１を有しており、この感光体ドラム１１の周囲には帯電器１２、露光装置（図示せず）、現像器１３、転写ローラ１４、及びクリーニングユニット１５が配置されている。画像形成を行う際には、感光体ドラム１１が実線矢印で示す方向に回転されて、帯電器１２によって感光体ドラム１１が均一に帯電される。そして、露光装置が画像データに応じて感光体ドラム１１を露光して、感光体ドラム１１上に静電潜像を形成する。
【００１４】
現像器１３には現像ローラ１３ａが備えられており、現像ローラ１３ａによって静電潜像が現像されてトナー像とされる。このトナー像は転写ローラ１４によって感光体ドラム１１と転写ローラ１４とのニップ部において給紙装置２０から搬送される記録用紙に転写される。そして、記録用紙は搬送装置（図示せず）によって定着装置（図示せず）に搬送されて、トナー像が記録用紙上に定着される。なお、感光体ドラム１１上に残留したトナーはクリーニングユニット１５によってクリーニングされる。
【００１５】
図示のように、給紙装置２０は用紙カセット２１を有しており、この用紙カセット２１には多数の記録用紙２２が収納されている。用紙カセット２１にはボトムプレート２１ａが備えられ、このボトムプレート２１ａはカセットスプリング２１ｂによって図中上方に押し上げられている。ボトムプレート２１ａの前端上方にはピックアップローラ２３が配置されており、前述のように、ボトムプレート２１ａがカセットスプリング２１ｂに上方に押し上げられる結果、記録用紙２２はピックアップローラ２３に押し付けられることになる。
【００１６】
ピックアップローラ２３の後段には所定のギャップ（隙間）をおいて、給紙ローラ２４と分離ローラ２５とが互いに対向して配置されている（給紙ローラ２４が図中上側に配置され、分離ローラ２５が下側に配置される）。さらに、給紙ローラ２４の後段には用紙ガイド部２６を介して用紙センサ２７が配置されるとともに一対のレジストローラ２８が配置されている。給紙を行う際には、まず、ピックアップローラ２３が回転駆動されて、用紙カセット２１から最上位に位置する記録用紙（以下この記録用紙を一枚目の記録用紙と呼ぶ）２２が送り出される。そして、一枚目の記録用紙２２は給紙ローラ２４と分離ローラ２５との間に挿入される。この際、ピックアップローラ２３の回転によって、最上位の次に位置する記録用紙（以下この記録用紙を二枚目の記録用紙と呼ぶ）が一枚目の記録用紙２２に引きずられて、給紙ローラ２４と分離ローラ２５との間に挿入される。
【００１７】
２枚分の記録用紙が給紙ローラ２４と分離ローラ２５との間に挿入される結果、二枚目の記録用紙２２は分離ローラ２５との間に発生する摩擦力によって停止する。つまり、分離ローラ２５と二枚目の記録用紙２２との間に生じる摩擦力は、一枚目及び二枚目の記録用紙２２の間に生じる摩擦力よりも大きく、給紙ローラ２４による搬送力は分離ローラ２５によるトルクよりも大きい。
【００１８】
この結果、一枚目の記録用紙２２は給紙ローラ２４によって用紙ガイド部２６に送り出されることになり、二枚目の記録用紙２２は分離ローラ２５によって搬送が停止される。これによって、一枚目の記録用紙２２は二枚目の記録用紙２２を伴うことなく（つまり、一枚目及び二枚目の記録用紙が重なることなく）、用紙ガイド部２６を介して給紙される。
【００１９】
用紙センサ２７は一枚目の記録用紙２２の通過を検知して用紙検知信号をコントローラ（図示せず）に送出する。そして、コントローラは用紙検知信号に応じて、トナー像が前述のニップ部に到達するタイミングでレジストローラ２８を駆動制御して、一枚目の記録用紙２２をニップ部に搬送する。
【００２０】
同様にして、二枚目及び三枚目の記録用紙２２についても、二枚目の記録用紙２２が給紙ローラ２４によって用紙ガイド部２６に送り出され、三枚目の記録用紙２２は分離ローラ２５によって搬送が停止される。以下同様にして記録用紙の給紙が行われる。
【００２１】
上述のように、分離ローラ２５は記録用紙が重なって搬送されることを防止しており、このためには、分離ローラ２５は安定したトルクを保つ必要があり、分離ローラ２５にはトルクリミッタが備えられている。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）を参照して、分離ローラ２５は軸３１を有しており、この軸３１には筒状部材（カラー）３２が固定されている。つまり、筒状部材３２の中心部には軸３１が挿通されて、筒状部材３２が軸３１に固定されている。この軸３１の両端は給紙装置フレーム（図示せず）に固定されるか又は記録用紙を搬送する方向（図２（ｂ）において実線矢印で示す方向）と逆向きに回転可能に給紙装置フレーム（図示せず）に取り付けられている。
【００２３】
筒状部材３２の外周面にはコイルスプリング３３が装着されており、このコイルスプリング３３の内径は筒状部材３２の外径よりも小さい（なお、筒状部材３２とコイルスプリング３３との間にはグリースが介在している）。そして、コイルスプリング３３の有効巻き数及びコイルスプリング３３の内径と筒状部材３２の外径との差に応じてトルク値が決定される。コイルスプリング３３の一端（図２（ａ）において右端）は上方に折り曲げられており、この一端部はスプリングフック部３３ａとされる。
【００２４】
軸３１には筒状のカバー部３４が挿通されており、このカバー部３４は軸３１が挿通される小径部３４ａとコイルスプリング３３を覆う大径部３４ｂとを有している。大径部３４ｂの一端（図２（ａ）において右端）には係止溝（図示せず）が形成されており、前述のスプリングフック部３３ａがこの係止溝に係止される。そして、小径部３４ａの外周面にはゴムローラ３５が装着されている。
【００２５】
いま、ゴムローラ３５が用紙搬送方向に回転すると、それによって、カバー部３４も用紙搬送方向に回転することになる。前述のように、コイルスプリング３３はスプリングフック部３３ａによってカバー部３４に係止されているから、カバー部３４が用紙搬送方向に回転した際、コイルスプリング３３に対して緩み方向に力が作用するようにしておけば、コイルスプリング３３は所定の締めつけ力で筒状部材３２を締めつけることになる。この結果、筒状部材３２とコイルスプリング３３との間には所定の摩擦力（つまり、トルク）が発生する。この際、図３に示すように、筒状部材３２とコイルスプリング３３とは接触することになる。なお、軸３１、筒状部材３２、及びコイルスプリング３３によってトルクリミッタが構成される。
【００２６】
ここで、筒状部材３２及びコイルスプリング３３の材質を種々変更して、トルクリミッタを構成して、分離ローラ２５に使用し、そのトルクばらつき、トルクリップル、及び耐久性を測定したところ、図４に示す結果が得られた。図４において、トルクばらつきの欄中の○印はトルクばらつきが１０％以下、△印はトルクばらつきが１１〜１９％、×印はトルクばらつきが２０％以上であることを示す。また、トルクリップルの欄中の○印はトルクリップルが５％以下、△印はトルクリップルが６〜１５％、×印はトルクリップルが１５％以上であることを示す。そして、耐久性の欄中の○印は耐久性が５００時間以上、△印は耐久性が３０１〜４９９時間、×印は耐久性が３００時間以下であることを示す。
【００２７】
図４に示すように、カラー材料として樹脂（ポリカーボネート（ＰＣ））を用い、スプリング材料として同様の樹脂を用いたトルクリミッタではトルクばらつき、トルクリップル、及び耐久性ともに△印であり、カラー材料として樹脂（ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ））を用い、スプリング材料としてピアノ線（ニッケルメッキ）を用いたトルクリミッタではトルクばらつきは○印、トルクリップルは△印、そして、耐久性は×印であった。
【００２８】
一方、カラー材料として焼結合金（ビッカース硬度Ｈｖ５００）を用い、スプリング材料としてピアノ線（ニッケルメッキ：厚さ２〜４μｍ）を用いたトルクリミッタでは、トルクばらつきは△印、トルクリップル及び耐久性は×印であった。さらに、カラー材料として焼結合金（Ｈｖ７００）を用い、スプリング材料としてピアノ線（ニッケルメッキ：厚さ２〜４μｍ）を用いたトルクリミッタでは、トルクばらつき、トルクリップル、及び耐久性ともに○印であった。
【００２９】
このように、カラー材料として焼結合金（Ｈｖ７００）を用い、スプリング材料としてピアノ線（ニッケルメッキ）を用いたトルクリミッタでは、トルクばらつき、トルクリップル、及び耐久性ともに良好となることがわかる。そして、発明者の実験によれば、カラー材料の硬度がＨｖ６００以上であれば、トルクばらつき、トルクリップル、及び耐久性ともにほぼ満足できることがわかった。
【００３０】
次に、筒状部材（カラー）３２の硬度とコイルスプリング３３の硬度（Ｈｖ）とを種々変化させて、トルクリミッタの耐久性を調べた。その結果を図５に示す。なお、ここでは、分離ローラの評価回転数を２００ｒｐｍ、発生トルクを４００ｇ−ｃｍとした。
【００３１】
図５に示すように、カラー硬度がＨｖ５４０、スプリング硬度がＨｖ４５０（硬度差２０％）のトルクリミッタでは、耐久性は１００時間に満たない。また、カラー硬度がＨｖ５９０、スプリング硬度がＨｖ４５０（硬度差３０％）のトルクリミッタ及びカラー硬度がＨｖ８１０、スプリング硬度がＨｖ４５０（硬度差８０％）のトルクリミッタでは、耐久性が５００時間に満たない。そして、カラー硬度がＨｖ６３０、スプリング硬度がＨｖ４５０（硬度差４０％）のトルクリミッタ及びカラー硬度がＨｖ７７０、スプリング硬度がＨｖ４５０（硬度差７０％）のトルクリミッタでは、耐久性が５００時間を越えるが、１０００時間に満たない。一方、カラー硬度がＨｖ６８０、スプリング硬度がＨｖ４５０（硬度差５０％）のトルクリミッタ及びカラー硬度がＨｖ７２０、スプリング硬度がＨｖ４５０（硬度差６０％）のトルクリミッタでは、耐久性が１０００時間を越えた。
【００３２】
このように、スプリング材料の硬度をＨｖ４５０として、カラー硬度をスプリング硬度の１．５倍以上１．６倍以下とすれば、耐久性が１０００時間を越え、スプリング材料の硬度をＨｖ４５０として、カラー硬度をスプリング硬度の１．４倍以上１．７倍以下とすれば、耐久性が５００時間を越える。
【００３３】
続いて、スプリングの表面粗さを変化させるとともに、筒状部材（カラー）の表面硬度を種々変化させて、トルクリミッタの耐久性を試験した。その結果を図６に示す。図６に示すように、スプリングの表面粗さＲｚが３μｍである際には、カラー表面硬度がＨｖ６００以上であれば、良好な耐久性が得られる。スプリングの表面粗さＲｚが１μｍである際には、カラー表面硬度がＨｖ７００であれば、良好な耐久性が得られることが分かる。一方、スプリングの表面粗さＲｚが０．５μｍである際には、カラー表面硬度を変化させても耐久性は改善されなかった（良好ではなかった）。
【００３４】
また、図６において、スプリングの表面粗さＲｚが５μｍである際には、カラー表面硬度がＨｖ６００であれば、ほぼ良好な耐久性が得られ、カラー表面硬度がＨｖ７００であれば、良好な耐久性が得られることが分かる。なお、スプリングの表面粗さＲｚが１０μｍである際には、カラー表面硬度がＨｖ７００であれば、ほぼ良好な耐久性が得られる。
【００３５】
さらに、スプリングの表面硬度を変化させるとともに、筒状部材（カラー）の表面硬度を種々変化させて、トルクリミッタの耐久性を試験した。その結果を図７に示す。図７に示すように、スプリングの表面硬度がＨｖ３００である際には、カラー表面硬度がＨｖ４５０〜５００であれば、良好な耐久性が得られ、カラー表面硬度がＨｖ７００以下であれば、ほぼ良好な耐久性が得られる。スプリングの表面硬度がＨｖ４５０である際には、カラー表面硬度がＨｖ６００〜７００であれば、良好な耐久性が得られる。一方、スプリングの表面硬度がＨｖ６００であると、カラー表面硬度を変化させても耐久性は改善されなかった（良好ではなかった）。
【００３６】
図７から容易に理解できるように、スプリングの表面硬度がＨｖ３００である際には、カラーの表面硬度がＨｖ４５０〜７００で耐久性が満足でき、スプリングの表面硬度がＨｖ４５０である際には、カラーの表面硬度がＨｖ６００〜７００で耐久性が満足できることになる。
【００３７】
上述の説明から容易に理解できるように、カラー材料として鉄系の焼結合金を用いて、カラーの表面硬度をＨｖ６００以上すれば、トルクばらつき、トルクリップル、及び耐久性ともに良好となる。この際、カラー表面硬度がスプリング硬度よりも５０〜６０％高くなるように設定することが望ましい。さらに、スプリングの表面粗さは十点表面粗さＲｚで１μｍ以上５μｍ以下、望ましくは３μｍ以上５μｍ以下とすれば、さらに、耐久性が向上することになる。
【００３８】
つまり、コイルスプリング３３としてピアノ線にニッケルメッキ（２〜４μｍ）を施して、ビッカース硬度Ｈｖ４５０とし、その表面粗さを、Ｒｚで１μｍ以上５μｍ以下、望ましくは３μｍ以上５μｍ以下とする。一方、筒状部材３２として鉄系の焼結合金を用い、浸炭焼き入れによってその表面硬度をコイルスプリングの表面硬度の１．４倍以上１．７倍以下とする。この際、その表面粗さは、焼結合金粉末粒子に依存するが、十点表面粗さＲｚで１５μｍとなる。このようにすれば、トルクばらつきを１０％以下に抑え、しかもトルクリップルを５％以下とすることができ、記録用紙の種類にかかわらず、良好な給紙を行うことができることになる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、所定の方向に延びる部材と、この部材の外周面に巻回されたコイルスプリングとを有し、コイルスプリングに回転力が加えられた際、部材とコイルスプリングとの間に発生する摩擦力に応じたトルクを発生するトルクリミッタにおいて、部材として鉄系の焼結合金を用いて、コイルスプリングの表面硬度に対して部材の表面硬度をコイルスプリングの表面硬度の１．４倍以上１．７倍以下としたので、簡単な構成で、トルクばらつきを１０％以下に抑制できるとともにトルクリップルを５％以下に抑制できるという効果があり、しかも耐久性を向上させることができるという効果がある。
【００４０】
本発明では、コイルスプリングの十点表面粗さを１μｍ以上５μｍ以下としたから、耐久性をさらに向上させることができ、しかも、このようなコイルスプリングはピアノ線にニッケルメッキを施すことによって容易に作成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトルクリミッタの一例が用いられる給紙装置が使用される画像成形装置を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す分離ローラにおいて用いられるトルクリミッタを説明するための図であり、（ａ）は一部破断して示す正面図、（ｂ）は一部破断して示す側面図である。
【図３】図２における筒状部材（カラー）とコイルスプリングとの接触面を拡大して示す図である。
【図４】カラー材料（筒状部材の材料）とスプリング材料との組み合わせを変更した際のトルクばらつき、トルクリップル、及び耐久性試験結果を示す図である。
【図５】カラー硬度（筒状部材の硬度）を変化させた際の耐久性試験結果を示す図である。
【図６】スプリング表面粗さ及びカラー表面硬度を変化させた際の耐久性試験結果を示す図である。
【図７】スプリング表面硬度及びカラー表面硬度を変化させた際の耐久性試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０　画像形成装置
１１　感光体ドラム
１２　帯電器
１３　現像器
１４　転写ローラ
１５　クリーニングユニット
２０　給紙装置
２１　用紙カセット
２２　記録用紙
２３　ピックアップローラ
２４　給紙ローラ
２５　分離ローラ
２６　用紙ガイド部
２７　用紙センサ
２８　レジストローラ
３１　軸
３２　筒状部材（カラー）
３３　コイルスプリング
３４　カバー部
３５　ゴムローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque limiter for suppressing a torque to a predetermined value, and more particularly to a torque limiter used in a paper feeding path (paper feeding device) of an image forming apparatus such as a printer or a copying machine.
[0002]
[Prior art]
Generally, in an image forming apparatus, when printing (image formation) on a recording medium (for example, recording paper), recording is performed from a paper feeding device to a printing unit (for example, a nip portion between a photosensitive drum and a transfer drum). The medium is conveyed, and the image is transferred to the recording paper. However, when the recording paper is transported to the printing unit by the paper feeding device, the recording paper may be overlapped and transported to the printing unit. In other words, the next recording paper (the second recording paper) may be conveyed to the printing unit while being superimposed on the recording paper on which printing is to be performed. In some cases, printing is not performed satisfactorily (in other words, an image for one page may be printed across two recording sheets).
[0003]
In order to prevent such a problem, the paper feeding device is provided with a separation roller for suppressing conveyance of the second recording paper, and the separation roller is used to separate the first recording paper (printing). And the second recording paper (the next recording paper) are separated to suppress the conveyance of the second recording paper. Such a separation roller is provided with a torque limiter to stabilize the torque. The torque limiter has a cylindrical member rotatably disposed and a coil spring disposed on the outer periphery of the cylindrical member, and the coil spring is locked by a roller. Then, the torque value is defined according to the friction between the coil spring and the tubular member.
[0004]
By the way, in recent years, due to the downsizing of the image forming apparatus, it is necessary to make the torque limiter compact, and to make the torque limiter compact, it is necessary to tighten the coil spring against the tubular member. However, when such tightening is increased, abrasion is unavoidably likely to occur, and as a result, not only the torque is reduced but also the torque ripple is increased. In particular, when the tubular member is made of resin, the wear becomes severe, and wear powder enters between the coil spring and the tubular member, and the torque fluctuation and the torque decrease become severe. Then, when the torque fluctuation becomes large, non-conveyance or overlapping conveyance of the recording paper occurs in the paper feeding device, and it becomes impossible to perform good printing. Further, when the above-described wear occurs, the life as a torque limiter is reduced, and maintenance must be performed at an early stage.
[0005]
In addition, there are papers that are difficult to separate depending on the type of recording paper due to the recycling of waste paper, etc.Therefore, it is necessary to increase the torque by the torque limiter. The situation that there is not occurs. In other words, in order to convey good recording paper irrespective of the type of recording paper, it is necessary to accurately adjust the torque by the torque limiter.
[0006]
On the other hand, as a torque limiter, a torque limiter described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-53648 is known (hereinafter referred to as a conventional example). In the conventional example, a spring hook engaging groove having a different depth is formed in a retainer fitted and integrated with an outer ring, and a plurality of coil springs are arranged in parallel to obtain a sum of friction between the coil spring and the inner ring. The torque is determined according to. The hardness of the coil spring that slides with respect to the hardness of the steel material of the inner ring is reduced so that the wear during rotation is on the coil spring side. Thereby, in the conventional example, wear of the inner ring is prevented, and torque ripple is reduced. That is, in the conventional example, a plurality of coil springs are arranged on the outer periphery of the inner ring, and the hooks at one end of each of the coil springs are locked to the outer ring. In this case, the hardness of the inner ring is set higher than the hardness of the coil spring. ing.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the torque limiter described in the conventional example, as described above, a plurality of coil springs are arranged on the outer circumference of the inner ring, and the hooks at one ends of these coil springs are locked to the outer ring to increase the torque. However, there is a problem that the structure becomes complicated due to the mounting of a plurality of coil springs.
[0008]
Further, in the torque limiter described in the conventional example, although the hardness of the inner ring is made higher than the hardness of the coil spring to prevent wear of the inner ring, the torque of the inner ring alone is made higher than the hardness of the coil spring. It is difficult to prevent ripple. That is, the torque limiter described in the conventional example has a problem in that it is difficult to accurately define the torque.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a torque limiter capable of preventing torque ripple with a simple configuration and accurately defining torque.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a member extending in a predetermined direction, and a coil spring wound around the outer peripheral surface of the member, and when a rotational force is applied to the coil spring, the member and the coil spring In a torque limiter that generates a torque corresponding to a frictional force generated therebetween, an iron-based sintered alloy is used as the member, and the surface hardness of the member is different from the surface hardness of the coil spring. A torque limiter characterized by being at least 1.4 times and not more than 1.7 times the hardness is obtained. When the material and the surface hardness of the member are defined in this way, it is possible to suppress the torque variation and the torque ripple with a simple configuration and improve the durability.
[0011]
In the present invention, the ten-point surface roughness Rz of the coil spring is set to 1 μm or more (preferably 3 μm or more) and 5 μm or less. When the ten-point surface roughness of the coil spring is defined as described above, the durability is improved. The above-described coil spring can be easily formed by, for example, applying nickel plating to a piano wire.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components in the illustrated example are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples, unless otherwise specified.
[0013]
First, a torque limiter used in a sheet feeding device used in an image forming apparatus will be described with reference to FIG. The illustrated image forming apparatus 10 has a photosensitive drum 11, and a charger 12, an exposure device (not shown), a developing device 13, a transfer roller 14, and a cleaning unit are provided around the photosensitive drum 11. 15 are arranged. When forming an image, the photoconductor drum 11 is rotated in the direction indicated by the solid line arrow, and the photoconductor drum 11 is uniformly charged by the charger 12. Then, the exposure device exposes the photosensitive drum 11 according to the image data, and forms an electrostatic latent image on the photosensitive drum 11.
[0014]
The developing device 13 is provided with a developing roller 13a, and the electrostatic latent image is developed by the developing roller 13a into a toner image. This toner image is transferred by a transfer roller 14 onto a recording sheet conveyed from a sheet feeding device 20 at a nip portion between the photosensitive drum 11 and the transfer roller 14. Then, the recording paper is transported to a fixing device (not shown) by a transport device (not shown), and the toner image is fixed on the recording paper. The toner remaining on the photosensitive drum 11 is cleaned by the cleaning unit 15.
[0015]
As shown, the paper feeding device 20 has a paper cassette 21, and a large number of recording papers 22 are stored in the paper cassette 21. The paper cassette 21 is provided with a bottom plate 21a, and the bottom plate 21a is pushed upward in the figure by a cassette spring 21b. The pickup roller 23 is disposed above the front end of the bottom plate 21a. As described above, the bottom plate 21a is pushed upward by the cassette spring 21b, so that the recording paper 22 is pressed against the pickup roller 23.
[0016]
A paper feed roller 24 and a separation roller 25 are disposed opposite to each other with a predetermined gap (gap) at the subsequent stage of the pickup roller 23 (the paper supply roller 24 is disposed on the upper side in the drawing, 25 is arranged on the lower side). Further, a paper sensor 27 is disposed at a subsequent stage of the paper supply roller 24 via a paper guide section 26, and a pair of registration rollers 28 are disposed. When performing paper feeding, first, the pickup roller 23 is driven to rotate, and the recording paper 22 (hereinafter, this recording paper is referred to as the first recording paper) located at the uppermost position is sent out from the paper cassette 21. Then, the first recording paper 22 is inserted between the paper feed roller 24 and the separation roller 25. At this time, the rotation of the pickup roller 23 causes the recording sheet positioned next to the uppermost sheet (hereinafter, this recording sheet is referred to as a second recording sheet) to be dragged by the first recording sheet 22, and It is inserted between 24 and the separation roller 25.
[0017]
As a result of the two sheets of recording paper being inserted between the feed roller 24 and the separation roller 25, the second recording sheet 22 is stopped by the frictional force generated between the recording sheet 22 and the separation roller 25. That is, the frictional force generated between the separation roller 25 and the second recording sheet 22 is larger than the frictional force generated between the first and second recording sheets 22, and Is larger than the torque by the separation roller 25.
[0018]
As a result, the first recording paper 22 is sent out to the paper guide section 26 by the paper feed roller 24, and the conveyance of the second recording paper 22 is stopped by the separation roller 25. As a result, the first recording paper 22 is fed via the paper guide 26 without accompanying the second recording paper 22 (that is, without overlapping the first and second recording papers). Is done.
[0019]
The paper sensor 27 detects the passage of the first recording paper 22 and sends a paper detection signal to a controller (not shown). Then, the controller controls the driving of the registration roller 28 at the timing when the toner image reaches the nip portion in accordance with the sheet detection signal, and conveys the first recording sheet 22 to the nip portion.
[0020]
Similarly, with respect to the second and third recording papers 22, the second recording paper 22 is sent out to the paper guide unit 26 by the paper feed roller 24, and the third recording paper 22 is separated by the separation roller 25. Stops the conveyance. Hereinafter, recording paper is fed in the same manner.
[0021]
As described above, the separation roller 25 prevents the recording paper from being conveyed in an overlapping manner. For this purpose, the separation roller 25 needs to maintain a stable torque, and the separation roller 25 has a torque limiter. Provided.
[0022]
Referring to FIGS. 2A and 2B, the separation roller 25 has a shaft 31, and a cylindrical member (collar) 32 is fixed to the shaft 31. That is, the shaft 31 is inserted through the center of the tubular member 32, and the tubular member 32 is fixed to the shaft 31. Both ends of the shaft 31 are fixed to a paper feeder frame (not shown) or are rotatable in a direction opposite to the direction in which the recording paper is conveyed (the direction indicated by the solid arrow in FIG. 2B). It is attached to a frame (not shown).
[0023]
A coil spring 33 is mounted on the outer peripheral surface of the tubular member 32, and the inner diameter of the coil spring 33 is smaller than the outer diameter of the tubular member 32 (between the tubular member 32 and the coil spring 33). Is with grease). The torque value is determined according to the effective number of turns of the coil spring 33 and the difference between the inner diameter of the coil spring 33 and the outer diameter of the tubular member 32. One end (the right end in FIG. 2A) of the coil spring 33 is bent upward, and this one end is a spring hook 33a.
[0024]
A cylindrical cover part 34 is inserted through the shaft 31, and the cover part 34 has a small diameter part 34 a through which the shaft 31 is inserted and a large diameter part 34 b that covers the coil spring 33. A locking groove (not shown) is formed at one end (the right end in FIG. 2A) of the large diameter portion 34b, and the above-described spring hook 33a is locked in this locking groove. A rubber roller 35 is mounted on the outer peripheral surface of the small diameter portion 34a.
[0025]
Now, when the rubber roller 35 rotates in the paper transport direction, the cover 34 also rotates in the paper transport direction. As described above, since the coil spring 33 is locked to the cover portion 34 by the spring hook portion 33a, when the cover portion 34 rotates in the paper transport direction, a force acts on the coil spring 33 in the loosening direction. By doing so, the coil spring 33 tightens the tubular member 32 with a predetermined tightening force. As a result, a predetermined frictional force (that is, torque) is generated between the tubular member 32 and the coil spring 33. At this time, as shown in FIG. 3, the cylindrical member 32 and the coil spring 33 come into contact with each other. The shaft 31, the tubular member 32, and the coil spring 33 constitute a torque limiter.
[0026]
Here, various materials of the cylindrical member 32 and the coil spring 33 were variously changed to constitute a torque limiter, which was used for the separation roller 25, and its torque variation, torque ripple, and durability were measured. Were obtained. In FIG. 4, a circle in the column of torque variation indicates that the torque variation is 10% or less, a triangle indicates that the torque variation is 11 to 19%, and a cross indicates that the torque variation is 20% or more. Further, in the column of torque ripple, a circle indicates that the torque ripple is 5% or less, a triangle indicates that the torque ripple is 6 to 15%, and a cross indicates that the torque ripple is 15% or more. In the column of durability, a circle indicates that the durability is 500 hours or more, a triangle indicates that the durability is 301 to 499 hours, and a cross indicates that the durability is 300 hours or less.
[0027]
As shown in FIG. 4, in a torque limiter using a resin (polycarbonate (PC)) as a color material and a similar resin as a spring material, the torque variation, the torque ripple, and the durability are marked with “△”. In a torque limiter using a resin (polyetheretherketone (PEEK)) and using a piano wire (nickel plating) as a spring material, the torque variation was indicated by ○, the torque ripple was indicated by △, and the durability was indicated by ×. .
[0028]
On the other hand, in a torque limiter using a sintered alloy (Vickers hardness Hv500) as a color material and a piano wire (nickel plating: 2 to 4 μm in thickness) as a spring material, the torque variation is indicated by a triangle, the torque ripple and the durability are evaluated. X mark. Further, in a torque limiter using a sintered alloy (Hv700) as a color material and a piano wire (nickel plating: 2 to 4 μm in thickness) as a spring material, the torque variation, the torque ripple, and the durability are marked with a circle. Was.
[0029]
As described above, it can be seen that the torque limiter using the sintered alloy (Hv700) as the color material and the piano wire (nickel plating) as the spring material has good torque variation, torque ripple, and durability. According to the experiment of the inventor, it has been found that when the hardness of the color material is Hv600 or more, the torque variation, the torque ripple, and the durability can be almost satisfied.
[0030]
Next, the durability of the torque limiter was examined by variously changing the hardness of the cylindrical member (collar) 32 and the hardness (Hv) of the coil spring 33. The result is shown in FIG. Here, the evaluation rotation speed of the separation roller was 200 rpm, and the generated torque was 400 g-cm.
[0031]
As shown in FIG. 5, the durability of the torque limiter having the color hardness of Hv540 and the spring hardness of Hv450 (hardness difference of 20%) is less than 100 hours. Further, a torque limiter having a color hardness of Hv590 and a spring hardness of Hv450 (hardness difference of 30%) and a torque limiter having a color hardness of Hv810 and a spring hardness of Hv450 (hardness difference of 80%) have a durability of less than 500 hours. In a torque limiter having a color hardness of Hv630 and a spring hardness of Hv450 (hardness difference of 40%) and a torque limiter having a color hardness of Hv770 and a spring hardness of Hv450 (hardness difference of 70%), the durability exceeds 500 hours. Less than 1000 hours. On the other hand, in a torque limiter having a color hardness of Hv680 and a spring hardness of Hv450 (hardness difference of 50%) and a torque limiter having a color hardness of Hv720 and a spring hardness of Hv450 (hardness difference of 60%), the durability exceeded 1,000 hours.
[0032]
As described above, when the hardness of the spring material is Hv450 and the color hardness is 1.5 times or more and 1.6 times or less of the spring hardness, the durability exceeds 1,000 hours, and the hardness of the spring material is Hv450 and the color hardness is Hv450. Is set to be 1.4 times or more and 1.7 times or less of the spring hardness, the durability exceeds 500 hours.
[0033]
Subsequently, the durability of the torque limiter was tested by changing the surface roughness of the spring and variously changing the surface hardness of the cylindrical member (collar). FIG. 6 shows the result. As shown in FIG. 6, when the surface roughness Rz of the spring is 3 μm, good durability can be obtained if the color surface hardness is Hv600 or more. It can be seen that when the surface roughness Rz of the spring is 1 μm, good durability can be obtained if the color surface hardness is Hv700. On the other hand, when the surface roughness Rz of the spring was 0.5 μm, the durability was not improved (not good) even when the color surface hardness was changed.
[0034]
In FIG. 6, when the surface roughness Rz of the spring is 5 μm, almost good durability can be obtained if the color surface hardness is Hv600, and good durability can be obtained if the color surface hardness is Hv700. It can be seen that the property can be obtained. When the surface roughness Rz of the spring is 10 μm, if the color surface hardness is Hv700, almost excellent durability can be obtained.
[0035]
Furthermore, the durability of the torque limiter was tested by changing the surface hardness of the spring and the surface hardness of the cylindrical member (color) in various ways. FIG. 7 shows the result. As shown in FIG. 7, when the surface hardness of the spring is Hv300, good durability is obtained when the color surface hardness is Hv450 to 500, and almost good when the color surface hardness is Hv700 or less. Durability can be obtained. When the surface hardness of the spring is Hv450, if the color surface hardness is Hv600 to 700, good durability can be obtained. On the other hand, when the surface hardness of the spring was Hv600, the durability was not improved (not good) even when the color surface hardness was changed.
[0036]
As can be easily understood from FIG. 7, when the surface hardness of the spring is Hv300, the collar has a surface hardness of Hv450 to 700, which satisfies the durability, and when the surface hardness of the spring is Hv450, the collar has a color. Has a surface hardness of Hv 600 to 700, which means that the durability can be satisfied.
[0037]
As can be easily understood from the above description, when an iron-based sintered alloy is used as the color material and the surface hardness of the collar is equal to or higher than Hv600, the torque variation, the torque ripple, and the durability are improved. At this time, it is desirable to set the color surface hardness to be 50 to 60% higher than the spring hardness. Furthermore, if the surface roughness of the spring is 1 μm or more and 5 μm or less, preferably 3 μm or more and 5 μm or less in ten-point surface roughness Rz, the durability is further improved.
[0038]
That is, a nickel wire (2 to 4 μm) is applied to a piano wire as the coil spring 33 to have a Vickers hardness Hv450, and the surface roughness is 1 μm to 5 μm, preferably 3 μm to 5 μm in Rz. On the other hand, an iron-based sintered alloy is used as the cylindrical member 32, and its surface hardness is made to be 1.4 times or more and 1.7 times or less the surface hardness of the coil spring by carburizing and quenching. At this time, the surface roughness depends on the sintered alloy powder particles, but is 15 μm in ten-point surface roughness Rz. By doing so, the torque variation can be suppressed to 10% or less, and the torque ripple can be reduced to 5% or less, so that good paper feeding can be performed regardless of the type of recording paper.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the present invention includes a member extending in a predetermined direction and a coil spring wound around the outer peripheral surface of the member, and when a rotational force is applied to the coil spring, the member and the coil spring In the torque limiter that generates torque according to the frictional force generated between the coil spring and the surface hardness of the coil spring, the surface hardness of the member is determined by using an iron-based sintered alloy as the member. Since it is 1.4 times or more and 1.7 times or less, there is an effect that, with a simple configuration, torque variation can be suppressed to 10% or less and torque ripple can be suppressed to 5% or less, and durability is improved. There is an effect that can be.
[0040]
In the present invention, since the ten-point surface roughness of the coil spring is set to 1 μm or more and 5 μm or less, the durability can be further improved, and such a coil spring can be easily formed by applying nickel plating to a piano wire. Can be created.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an image forming apparatus in which a sheet feeding device using an example of a torque limiter according to the present invention is used.
FIGS. 2A and 2B are views for explaining a torque limiter used in the separation roller shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a partially cutaway front view, and FIG. is there.
FIG. 3 is an enlarged view showing a contact surface between a cylindrical member (collar) and a coil spring in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing torque variation, torque ripple, and durability test results when a combination of a color material (material of a cylindrical member) and a spring material is changed.
FIG. 5 is a diagram illustrating a result of a durability test when a color hardness (hardness of a cylindrical member) is changed.
FIG. 6 is a diagram showing the results of a durability test when the spring surface roughness and the collar surface hardness were changed.
FIG. 7 is a diagram showing the results of a durability test when the surface hardness of a spring and the surface hardness of a collar are changed.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 image forming apparatus 11 photoreceptor drum 12 charging device 13 developing device 14 transfer roller 15 cleaning unit 20 paper feeding device 21 paper cassette 22 recording paper 23 pickup roller 24 paper feeding roller 25 separation roller 26 paper guide unit 27 paper sensor 28 registration roller 31 shaft 32 cylindrical member (color)
33 Coil spring 34 Cover 35 Rubber roller

Claims (3)

所定の方向に延びる部材と、該部材の外周面に巻回されたコイルスプリングとを有し、前記コイルスプリングに回転力が加えられた際前記部材と前記コイルスプリングとの間に発生する摩擦力に応じたトルクを発生するトルクリミッタにおいて、前記部材として鉄系の焼結合金が用いられ、前記コイルスプリングの表面硬度に対して前記部材の表面硬度は前記コイルスプリングの表面硬度の１．４倍以上で１．７倍以下の範囲であることを特徴とするトルクリミッタ。A member extending in a predetermined direction, and a coil spring wound around an outer peripheral surface of the member, wherein a frictional force generated between the member and the coil spring when a rotational force is applied to the coil spring In the torque limiter that generates a torque according to the following, an iron-based sintered alloy is used as the member, and the surface hardness of the member is 1.4 times the surface hardness of the coil spring with respect to the surface hardness of the coil spring. The torque limiter has a range of 1.7 times or less. 前記コイルスプリングの十点表面粗さは１μｍ以上５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミッタ。The torque limiter according to claim 1, wherein the ten-point surface roughness of the coil spring is 1 m to 5 m. 前記コイルスプリングはピアノ線にニッケルメッキが施されていることを特徴とする請求項２に記載のトルクリミッタ。The torque limiter according to claim 2, wherein the coil spring is formed by plating a piano wire with nickel.

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