(57)【要約】【課題】トルクリミッタにおいて、簡単な構成で耐久性を向上させるとともにトルクリップルを防止して所定のトルクを発生させる。【解決手段】所定の方向に延びる筒状部材３２の外周面にはコイルスプリング３３が装着されている。コイルスプリングに回転力が加えられた際、筒状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。筒状部材として鉄系の焼結合金が用いられており、コイルスプリングの表面硬度に対して、筒状部材の表面硬度はコイルスプリングの表面硬度の１．４倍以上１．７倍以下とされる。さらに、コイルスプリングの十点表面粗さを１μｍ以上５μｍ以下、望ましくは３μｍ以上５μｍ以下とする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【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
【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】
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