プリンターの付着物除去を支えている「ばねの弾性力」

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特許検索する際に指定したキーワードは、ばね定数と弾性力です。
物理で復習した「ばね」について、特許でどのように使われているか確認しました。

この特許は、プリンタなどの画像形成装置に関するものです。
プリンタには、感光体ドラムに付着するゴミや残留トナーを除去して、次の印刷の準備をするクリーニング（清掃工程）の機能があります。

クリーニングについて、基本的な原理を企業サイトで調べてみました。

富士フィルムのサイトで確認したものです。

上のイラストのように、回転する感光体ドラムにゴム製のクリーニングブレードを接触させ、付着物を除去します。
クリーニングをすることで、安定した画質を維持できるため、画像形成装置にとっては重要な機能になります。

この特許でも、クリーニングについて、同じような説明がされています。

ばね定数

※変位量…ばねの伸びのこと、弾性部材…ばねのこと

こちらの特許では、クリーニングブレードの先端部分が感光体ドラムに接触した際に、ブレードが捲れたりするのを防止するために、クリーニングブレードに荷重をあたえる弾性部材にばね定数の異なる不等ピッチ圧縮コイルスプリングを組み合わせていました。

不等ピッチ圧縮コイルスプリングとは

引用：大同ばね

左は、ピッチ（ばねを巻く間隔）が等間隔ですが、不等ピッチは不均等になっています。
これにより、たわみの量に応じてばね定数を変えることができるようです。

特許の中のこちらの図面は、不等ピッチのスプリングについて説明されていました。

第二弾性部のほうが、第一弾性部よりばね定数が小さくなります。

ばね定数は、ばねの伸びにくさを表します。
Fを弾性力（弾性力とは、力が加わって変形した物体が、もとの状態に戻ろうとして他の物体に及ぼす力のこと）、Xをばねの伸び、ｋをばね定数とおくと、　F=ｋX　の公式になります。

公式をグラフで表した場合がこちら。

引用

ばね定数が大きいほど、伸ばすために大きな力（F）が必要になります。

上の図のように、弾性部材には、ばね定数の異なる複数の部材が並列に配置されています。
クリーニングブレードを感光体ドラムに押し付けている（クリーニングしている）状態は、弾性部材（ばねの部分）は圧縮された状態です。

（a)のばねの状態は、正常にクリーニングブレードが感光体ドラムに押し付けられています。
しかし、感光体ドラムの摩擦力が大きくなり、クリーニングブレードが捲れるような異常状態になると、弾性部材（ばね）は（ｂ）の状態になり、自然長まで伸び切ったばねは荷重されなくなります。
73ｂのばねのみで荷重することになります。
３つの弾性力が働いていたものが、１つの弾性力になることで、クリーニングブレードが感光体ドラムに与える荷重が弱くなり、その結果ブレード捲れが防止できるという仕組みになっています。

まとめ

簡単ですが、以上ばねの弾性力を利用した特許でした。
こちらの特許は、画像形成装置（プリンタ）の画像形成に関する概略も記載されていて、大まかにプリンタの構造を理解することができました。

特許を読む際、何社かの企業サイトを横断して読むことで、共通点が見えてくることも分かりました。
同じような類似特許まで本来はおさえておくと、さらに理解が深まると思います。

何社か代表的な企業の特許で確認していきます。