JP2006027844A

JP2006027844A - シート分離装置

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Publication number: JP2006027844A
Application number: JP2004210643A
Authority: JP
Inventors: Shin Takeuchi; 伸竹内; Kazuyuki Tsukamoto; 一之塚本; Katsumi Sakamaki; 克己坂巻
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: JP4424105B2

Abstract

【課題】分離ロールに与えるトルクを適切に制御可能なシート分離装置を提供する。
【解決手段】本発明は、搬送ロールと、分離ロールと、搬送ロールに搬送トルクを与える搬送トルク発生手段と、分離トルクの大きさを制御可能な分離トルク発生手段と、分離ロールの回転速度を計測する速度計測手段と、分離ロールの目標回転速度を記憶する記憶手段と、速度計測手段により計測された回転速度と記憶手段に記憶された目標回転速度との差に基いて、分離トルク発生手段を制御する制御信号を出力する制御手段と、分離ロール駆動手段により発生される分離トルクがあるしきい値を超えないように制御信号を制限するトルク制限手段と、トルク制限手段から出力された制御信号に基づいて分離トルク発生手段を駆動する駆動信号を出力する分離駆動手段とを有するシート分離装置を提供する。
【選択図】図２

Description

この発明は、複写機やプリンタなどに好適なシート分離装置に関する。

複写機やプリンタなどには、多段に積み重ねられたシート束の中からシートを１枚ずつ取り出し、画像形成装置に供給するシート分離装置が設けられている。図１３はこの種のシート分離装置の一例を示すものである。図１３において、トレイ２０１にはシート束が積載されている。ピックアップロール２０２は、シート束に押し当てられた状態で回転することにより、その最上位のシートの先端を給紙ロール２０３および分離ロール２０４間のニップ部に送り出す。給紙ロール２０３は、ピックアップロール２０２と同一方向に回転し、ピックアップロール２０２から送られてくるシートを画像形成装置に向かう搬送経路に送り出す。

トレイ２０１に積載されたシート束からニップ部を介してシートを１枚ずつ送り出すためには、分離ロール２０４に適切なトルクを与えなければならない。その理由は次の通りである。図１４は、給紙ロール２０３と分離ロール２０４との間のニップ部に、シートＰ１とシートＰ２の２枚のシートが重送された様子を示す模式図である。分離ロール２０４に、紙面に垂直な方向（紙面から紙面上方へ）に分離トルクＴ_rが与えられているとすると、シートＰ２に紙面左方向に阻止力Ｆ_rが働く（ここで、分離ロール２０４の半径をｒ_rとすると、Ｔ_r＝Ｆ_r・ｒ_rである）。また、シートＰ２には、シートＰ１との摩擦により摩擦力Ｆ_fが紙面右方向に働く。したがって、分離トルクＴ_rが小さすぎるとシートＰ２に働く摩擦力Ｆ_fすなわちシートＰ２を紙面右方向に搬送しようとする搬送力が、阻止力Ｆ_rを上回りシートＰ２がシートＰ１と一緒に搬送される。すなわち、重送状態が引き起こされることとなる。逆に、分離トルクＴ_rが大きすぎると阻止力Ｆ_rが大きくなりすぎてシートＰ１が逆方向に搬送される。すなわち、搬送不良が発生することとなる。

図１５は、従来技術によるシート分離装置の構成を示す図である。ステッピングモータ３０１は、分離ロール２０４を駆動するためのモータである。ステッピングモータ３０１は、トルクリミッタ３０３を介して分離ロール２０４に接続されている。トルクリミッタ３０３は、ステッピングモータ３０１から分離ロール２０４に与えられる分離トルクを制限する機能を有する。このような機構により、分離ロール２０４に対し一定の分離トルクを与えることができる。

しかし、前述のシートに作用する各種の力は、例えばシートやロールの材質、あるいはロールの位置等により異なるものである。さらに、これらの力は、シートやロールの材質、あるいはロールの位置の経時変化によっても変化する。したがって、分離ロール２０４に与える分離トルクは、一定ではなく制御可能であることが望ましい。

このようなトルク可変機構を有するシート分離装置として、例えば特許文献１および特許文献２に記載の技術がある。特許文献１に記載の技術は、分離ロールの回転速度を検知し、回転速度が所定速度以下になった場合にモータのトルクを切り換えるものである。また、特許文献２に記載の技術は、重送状態あるいは温度、湿度に応じて分離ロールに与えるトルクを変化させるものである。
特開２０００−４４０７６号公報特開２０００−２６４４８９号公報

ところで、特許文献１に記載の技術は、モータと分離ロールの間にトルクリミッタを設けずモータと分離ロールを直結し、ステッピングモータの代わりにＤＣモータを採用したものである。このようにＤＣモータを分離ロールに直結したため、ＤＣモータへの入力電流を制御することによりモータからの出力トルクを変化させることが可能になるが、系全体の慣性モーメントが増大してしまい重送時に分離モータを逆回転させるまでの反応時間が長くなってしまうという問題があった。
また、特許文献２に記載の技術は、重送状態を検出するためにシートの枚数を検知する枚数検知器を設けたものであり、構成が複雑になってしまうという問題があった。
また、いずれの文献に開示の技術でも、分離ロールを逆回転する際のロール回転速度がシートの種類等の条件により異なるため、条件によっては分離ロールが逆回転せず重送を引き起こしたり、あるいは逆に逆回転速度が速すぎるためジャムが起こるといった問題もあった。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、分離ロールに与えるトルクおよび分離ロールの逆回転速度を適切に制御可能なシート分離装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、搬送ロールと、前記搬送ロールと互いに外周面が接するように配置された分離ロールと、前記搬送ロールに、その搬送ロールを一定の方向に回転させる搬送トルクを与える搬送トルク発生手段と、前記分離ロールに前記搬送トルクと同方向の分離トルクを与える手段であって、その分離トルクの大きさを制御可能な分離トルク発生手段と、前記分離ロールの回転速度を計測する速度計測手段と、前記分離ロールの目標回転速度を記憶する第１の記憶手段と、前記速度計測手段により計測された回転速度と前記記憶手段に記憶された目標回転速度との差に基いて、前記分離トルク発生手段を制御する第１の制御信号を出力する制御手段と、前記分離ロール駆動手段により発生される分離トルクがあるしきい値を超えないように前記第１の制御信号を制限するトルク制限手段と、前記トルク制限手段から出力された前記制御信号に基づいて前記分離トルク発生手段を駆動する第１の駆動信号を出力する第１の分離駆動手段とを有するシート分離装置を提供する。

好ましい態様において、このシート分離装置は、ある時間間隔の前後における、前記分離ロールの回転速度の変化量を計測する速度変化計測手段と、前記速度変化計測手段による計測結果に基いて前記分離ロール駆動手段を制御する第２の駆動信号を出力する第２の分離駆動手段と、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とを加算し、加算駆動信号を出力する駆動信号加算手段とをさらに有し、前記分離トルク発生手段は、前記加算駆動信号に基づいて前記分離トルクを発生することを特徴とする。

別の好ましい態様において、このシート分離装置は、前記分離トルクのしきい値を複数記憶する第２の記憶手段と、前記複数のしきい値のうち、１のしきい値を選択する選択手段とをさらに有し、前記選択手段は、ユーザの指示入力に基いて前記１のしきい値を選択することを特徴とする。

別の好ましい態様において、このシート分離装置は、当該シート分離装置に導入されるシートの物理パラメータを計測するパラメータ計測手段と、前記分離トルクのしきい値を複数記憶する第２の記憶手段と、前記パラメータ計測手段が計測した物理パラメータに基いて、前記複数のしきい値のうち、１のしきい値を選択する選択手段とをさらに有する。

本発明によれば、シートを分離するための分離トルクおよび逆回転速度を制御可能なシート分離装置を得ることができる。分離トルクおよび逆回転速度を適切に制御することにより、搬送不良や重送を防止することができる。また、本発明によれば、応答性が高いトルク可変機構を構成することができる。１枚搬送の状態から２枚目のシートがニップ部に導入された場合に、必要なトルクを高速に発生させることにより搬送不良や重送を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．構成＞
図１は、本発明の第１実施形態であるシート分離装置を用いた複写機の構成を示している。この複写機は、一般的な複写機と同様、原稿から画像を読み取る画像読取装置１と、この画像読取装置１によって読み取られた画像をシートに記録する画像形成装置２と、ユーザとのマン−マシンインタフェースである操作表示部３と、記憶部４と、全体を制御する制御部５とを有している。

本実施形態に係るシート分離装置は、トレイ１０に積載されたシート束からシートを１枚ずつ取り出し、画像形成装置２に向けて搬送する装置である。前掲図１３のものと同様、シート分離装置は、ピックアップロール２０２と、給紙ロール２０３と、分離ロール２０４とを有している。押圧力発生部１１は、ピックアップロール２０２をシート支持体としてのトレイ１０に支持されたシート束に押し当てる圧力を発生する装置である。本実施形態では、ピックアップロール２０２の軸受けと給紙ロール２０３の軸受けは連結されており、押圧力発生部１１によって発生される圧力は、ピックアップロール２０２と給紙ロール２０３の両方に与えられるようになっている。押圧力発生部１２は、分離ロール２０４を下方からシート支持体としての給紙ロール２０３に押し当て、両ロール間にニップ圧を発生させる装置である。回転駆動部２１、２２および２３は、ピックアップロール２０２、給紙ロール２０３および分離ロール２０４を各々回転駆動するトルクを発生する装置である。

制御部５は、シート分離装置に対応した制御機能の主なものとして、押圧力発生部１１および１２によるロール圧およびニップ圧を制御する機能、回転駆動部２１〜２３により発生するトルク制御する機能を有している。以上が本実施形態に係るシート分離装置を用いた複写機の全体構成である。

続いて、本実施形態に係るシート分離装置の搬送系について説明する。図２は、本実施形態に係るシート分離装置の搬送系（回転駆動部２２、２３、給紙ロール２０３、分離ロール２０４）の構成を示す図である。分離ロール２０４は、ジャム時にシートを逆転方向に引き抜く際に用いるワンウェイクラッチ３１およびギア３５ａ、３５ｂを介してＤＣモータ３２に接続されている。モータドライバ３３は、制御部５の制御下でＤＣモータ３２を駆動するための駆動電流を出力する。また、モータドライバ３３の出力側には電流制限回路３４が接続されており、モータドライバ３３から出力される駆動電流を、制御部５からの制御信号により指定される制限電流値Ｉ_max以下に制限することができる。分離ロール２０４の回転軸には、分離ロールの回転速度を計測するためのエンコーダ３６が取り付けられている。エンコーダ３６の信号は制御部５に出力される。制御部５は、エンコーダ３６により測定された分離ロール２０４の回転速度に基いてＤＣモータ３２を制御する信号をモータドライバ３３に出力する。なお、分離ロール２０４を駆動する回転駆動部２１は、ＤＣモータ３２に限られず、トルクを制御可能な回転駆動装置であればブラシレスモータやステッピングモータ等他の方式のモータでもよい。また、エンコーダ３６は、分離ロール２０４の回転軸ではなく、ＤＣモータ３２の回転軸あるいはＤＣモータ３２から分離ロール２０４までの駆動系中の回転軸に取り付けてもよい。

給紙ロール２０３は、ギア３８、３９、４０、４１を介してステッピングモータ３７に接続されている。ステッピングモータ３７はモータドライバ４２からの制御信号に従って給紙ロール２０３に搬送トルクを発生させる。これにより給紙ロール２０３は、シートを排出側に排出する方向に回転する。

＜１−２．動作原理＞
次に、本実施形態に係るシート分離装置の動作原理について説明する。分離ロール２０４の回転運動方程式は次式のようになる。

ここで、Ｍは分離ロール２０４の慣性モーメントに各ギアやモータの慣性モーメントをそれぞれのギア比に応じて補正した慣性モーメントを加えた、分離ロール駆動系全体の分離ロール２０４の軸上からみた慣性モーメントである。ｒ_gはＤＣモータ３２が生成するトルクを分離ロール２０４に伝えるギアのギア比、Ｔ_rはモータが生成するトルクの大きさ、ｒは分離ロール２０４の半径、Ｆは分離ロール２０４と接するシートに作用する搬送力である。

また、Ｆは、ニップ部に挟まれたシートが０枚または１枚のときは、給紙ロール２０３が所定の搬送速度に追従するように、０枚のときは±μ_rr・Ｎ、１枚のときは±μ_pr・Ｎの範囲の大きさを有する力である。ここで、μ_rrは給紙ロール２０３／分離ロール２０４間の摩擦係数、μ_prは分離ロール２０４／シート間の摩擦係数、Ｎは給紙ロール２０３／分離ロール２０４間の接触圧である。なお、モータやギア、シャフトの擦動による抵抗は無視した。

図２に示す駆動系において、ＤＣモータ３２が発生するトルクＴ_rは次式によって与えられる。

ここで、記号「ｌｉｍｉｔ」は、後続する括弧内の数式の最大値が、ｌｉｍｉｔ記号の下に記載された値であることを示す。すなわち、Ｔ_rの最大値はＴ_r ^maxである。また、Ｋ₁は比例定数、Ｖ_p／ｒは分離ロール２０４が逆回転する際の目標逆回転速度である。Ｔ_r ^maxは、通常状態（シートが０枚あるいは１枚の状態）のときに給紙ロール２０３から与えられる搬送トルクの最大値Ｔ_f ^maxよりも小さく、重送状態（ニップ部にシートが２枚以上ある状態）のときに給紙ロール２０３から与えられる搬送トルクＴ_fよりも大きな値に設定される。すなわち、

である。ここで、Ｔ_f＝ｒ・Ｆである。なお、本明細書においては、分離ロール２０４がシートを出力側に排出する回転方向を正回転方向、シートを入力側に戻す回転方向を逆回転方向と定義する。分離ロール２０４の回転角θおよび目標逆回転速度Ｖ_p／ｒもこの定義に従って正負が定義される（Ｖ_p／ｒは逆回転の目標速度であるので負の値である）。また、トルクは本来ベクトルであるが、以上の記述から明らかなように、搬送トルクＴ_fと分離トルクＴ_rの向きは同一である。したがって、以下の説明ではトルクの大きさのみについて議論する。

数２を数１に代入して得られる微分方程式を解くことにより、給紙ロール２０３から与えられる搬送トルクＴ_fが、通常状態（シートが０枚または１枚の状態）から重送状態（シートが２枚以上の状態）にステップ応答した場合の分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔの時間変化を得ることができる。

図３は、このようにして得られた回転速度ｄθ／ｄｔの時間変化およびＤＣモータ３２が発生するトルクの時間変化を示している。数２および図３から分かるように、本実施形態に係るシート分離装置によれば、重送を防止するための分離トルクの最大値Ｔ_r ^maxと、重送時に分離ロール２０４を逆回転させる速度をそれぞれ独立して制御することができる。

＜１−３．動作＞
続いて、本実施形態に係るシート分離装置を用いた複写機の動作の詳細について説明する。図４は給紙ロール２０３と分離ロール２０４の間のニップ部にシートが搬送され、ニップ部からシートが後続の搬送系に出力される様子を示す模式図である。また、図５はシート分離装置の動作を示すタイミングチャートである。以下、ニップ部に搬送されてきた２枚のシートが、本実施形態に係るシート分離装置により分離され、ニップ部から１枚ずつ排出される際の動作について説明する。

ユーザが操作表示部３を操作することにより複写の指示を入力すると、制御部５はモータドライバ３３およびモータドライバ４２に分離ロール２０４および給紙ロール２０３を駆動する旨を指示する信号を出力する。ユーザの指示入力の際には、操作表示部３に、この複写機において使用可能な用紙の一覧が表示される。使用者は、表示される一覧から使用する用紙を選択する。記憶部４には、複数のトレイ１０のうち、１のトレイ１０を特定する識別子と、そのトレイ１０にセットされている用紙に最適な分離トルクの最大値（制限トルク）とを対応付けて記録した制限トルクテーブルを記憶している。制御部５は、記憶部４に記憶された制限トルクテーブルから、ユーザが選択した用紙の識別子に対応付けられている制限トルクの値を読み出す。制御部５は読み出した値を制限トルク値として記憶部４に記憶する。なお、制限トルクテーブルは、例えば、用紙をセットする際にユーザが操作表示部３を操作することによりその用紙のパラメータを入力し、入力されたパラメータと、あらかじめ記憶部４に記憶されている、パラメータを制限トルクへ変換する変換テーブルあるいは関数を用いて制限トルクを決定し、制限トルクテーブルに記録するようにすればよい。

記憶部４は、トルクをモータドライバ３３の駆動電流に変換する関数ｆを記憶している。制御部５は記憶部４からその関数ｆを読み出し、制限トルク値を制限電流値Ｉ_maxに変換する。制御部５は、こうして得られた制限電流値を示す制御信号を電流制限回路３４に出力する。記憶部４は、さらに、分離ロール２０４の目標逆回転速度Ｖ_p／ｒを記憶している。なお、目標逆回転速度Ｖ_p／ｒは装置毎に個別に設定される固定値である。

本実施形態においてＤＣモータ３２は、駆動電流Ｉ_drに対し、次式によるトルクＴ_rを発生する特性を有するモータである。

ここで、ａ、ｂはモータの特性により定められる定数であり、その値は記憶部４に記憶されている。

したがって、数２および数４から、分離トルクの制限値Ｔ_r ^maxを無視すると、エンコーダ３６から出力される分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔに対して

から算出される出力電流Ｉ_OUTをＤＣモータ３２に出力することにより、制限トルクＴ_r ^maxを無視した場合の分離トルクＴ_rに相当する電流を発生させることができる。なお、数５において、ｃ＝１／ａ、ｄ＝−ｂ／ａである。すなわち、制御部５は、エンコーダ３６から信号、記憶部４に記憶されている目標逆回転速度Ｖ_p／ｒ、および数５に基いて、電流Ｉ_OUTを出力させる制御信号をモータドライバ３３に出力する。モータドライバ３３は、制御部５からの制御信号に従って電流Ｉ_OUTを後段の電流制限回路３４に出力する。電流制限回路３４は、電流Ｉ_OUTが制限電流値Ｉ_maxを超える場合には、電流値をＩ_maxとし、駆動電流Ｉ_drとしてＤＣモータ３２に出力する。Ｉ_maxは制限トルクＴ_r ^maxに相当する電流値であるため、ＤＣモータ３２は制限トルクＴ_r ^maxを超えないよ範囲で分離トルクＴ_rを発生する。このようにして、ＤＣモータ３２は、分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔに対して数２に基いて制御された分離トルクＴ_rを発生させることができる。

さらに、制御部５は、給紙ロール２０３を駆動するための信号をモータドライバ４２に出力する。モータドライバ４２はステッピングモータ３７に制御信号を出力する。

図４（ａ）は、本実施形態に係るシート分離装置において、ニップ部にシートが搬送されていない状態（通常状態）を示す図である。給紙ロール２０３には、ステッピングモータ３７により図４（ａ）中の矢印Ａ方向に回転させる搬送トルクＴ_fが与えられている。ニップ部にシートが搬送されていない状態ではＴ_f＝ｒ・μ_rr・Ｎである。ＤＣモータ３２は、モータドライバ３３からの出力電流に基き、分離ロール２０４に搬送トルクと同方向、すなわち図４（ａ）中の矢印Ｂ方向に回転させる分離トルクＴ_rを出力する。したがって、給紙ロール２０３と分離ロール２０４の接触面すなわちニップ部においては、給紙ロール２０３および分離ロール２０４の外周部は互いに逆方向に回転しようとする力が働いている。しかし、本実施形態においては、分離トルクの最大値Ｔ_r ^maxは搬送トルクＴ_fより小さくなるように設定されている（数３参照）ので、分離ロール２０４は通常状態においては接触面において給紙ロール２０３の外周部と同方向（図４（ａ）中の矢印Ｃ方向）に回転する。このときトルクＴ_rもトルクＴ_fも一定であるので、分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔは一定である（この一定の速度を「搬送速度」という）。

図４（ｂ）は、ニップ部にシートＰ１が１枚搬送された状態（これも通常状態である）を示す図である。Ｔ_f＝ｒ・μ_pr・Ｎである点以外は図４（ａ）の場合と同じである。すなわち、給紙ロール２０３および分離ロール２０４はそれぞれ図４（ｂ）中の矢印Ａ、Ｃ方向に回転し、シートＰ１を後続する搬送系に出力する。図５の区間Iは、図４（ａ）あるいは図４（ｂ）の通常状態に対応している。

図４（ｃ）は、ニップ部にシートＰ１、シートＰ２の２枚のシートが搬送された状態を示す図である。このとき、給紙ロール２０３に接しているシートＰ１は給紙ロール２０３との摩擦力により搬送方向に搬送される。一方、シートＰ２には給紙ロール２０３との摩擦力が作用するが、シート間の摩擦力は小さいのでシート間で滑りが発生する。ここで、分離ロール２０４には、分離ロール２０４を図中Ｂ方向、すなわち回転している方向と逆方向に回転させようとする分離トルクＴ_rが作用しているため、分離ロール２０４の回転速度が低下する（図５、区間II）。

分離ロール２０４の回転速度が低下すると、モータドライバ３３から数５に従って出力される駆動電流Ｉ_drが減少する。すなわち、分離トルクＴ_rは減少する。ただし、数４により算出される分離トルクＴ_rの値がＴ_r ^maxより大きい場合には電流制限回路３４により駆動電流Ｉ_drが制限されるので、Ｔ_r＝Ｔ_r ^maxで一定となる。Ｔ_rが一定である間は、数１からも分かるように、分離ロール２０４の回転加速度ｄ²θ／ｄｔ²は一定である。したがって、Ｔ_rが一定である間は、分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔは一定の傾きをもって減少する（図５、区間II）。

分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔの減少につれ、数４により算出される分離トルクＴ_rの値も減少する。Ｔ_rの値がＴ_r ^max以下になると、分離トルクＴ_rは一定値から減少し始める。分離トルクＴ_rの減少につれ、分離ロール２０４の回転加速度ｄ²θ／ｄｔ²も減少する。すなわち、分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔはだんだん傾きが緩やかになりながら減少し、目標逆転速度に漸近する（図５、区間III）。

このようにしてシートＰ２の搬送速度は低下し、さらには分離ロール２０４の逆回転により入力側に逆送される（図４（ｄ））。シートＰ１がニップ部を抜けると、再び通常状態となり、分離ロール２０４は再度図中矢印Ｃ方向に回転を始め、シートＰ２は出力側に搬送される。

以上で説明したように、本実施形態に係るシート分離装置によれば、重送を防止するための分離トルクの最大値Ｔ_r ^maxと、重送時に分離ロール２０４を逆回転させる速度をそれぞれ独立して制御することができる。これにより、搬送不良や重送を防止することができる。

＜２．第２実施形態＞
ニップ部に２枚のシートが搬送されてきたとき、正方向に回転していた分離ロール２０４は分離トルクＴ_rの作用により減速し、やがて逆回転するが、２枚のシートがニップ部に導入されてから分離ロール２０４が実際に逆回転を始めるまでには有限の時間を要する（図５の時刻ｔ₁〜ｔ₂）。つまり、速度は低下するにせよ、２枚目のシートはある程度搬送方向に搬送され、そこから逆回転により戻されることになる。これは主として駆動系の慣性モーメントに起因するものであるが、この時間が長すぎると反応速度が遅くなり問題である。そこで、本実施形態においては、重送時には分離ロール２０４に制限トルクＴ_r ^maxを超える分離トルクを与え、分離ロール２０４を高速に反転させるものである。
以下、本実施形態の構成、動作原理、動作について説明するが、第１実施形態と同一の事項についてはその説明を省略する。

＜２−１．構成＞
図６は、本発明の第２実施形態であるシート分離装置を用いた複写機の構成を示している。第１実施形態のシート分離装置と同一の構成要素には同一の参照番号が付されている。速度変化計測部５１は、エンコーダ３６からの信号に基づいてある時間間隔あたりの回転速度の変化量を算出する。制御部５は、速度変化計測部５１からの信号に基づいて、分離ロール２０４の逆回転を加速するトルクを発生させるための電流を出力させる制御信号をモータドライバ４３に出力する。電流加算回路５２は、モータドライバ４３および電流制限回路３４から出力される電流を加算し、駆動電流としてＤＣモータ３２に出力する。

＜２−２．動作原理＞
図６に示す駆動系において、ＤＣモータ３２が発生する分離トルクＴ_rは次式によって与えられる。

ここで、Ｋ₂は駆動系の慣性モーメント以下の定数であり、ω_a、ω_bはそれぞれ時刻ｔ_a、ｔ_bにおける分離ロール２０４の回転速度である（ｔ_a＜ｔ_b）。

数６の第１項は、数２で定義されるトルクと同一である。すなわち、制限トルクＴ_r ^maxにより最大値が制限されている。本実施形態においては、これに第２項が加えられている。ここで、定数Ｋ₂は駆動系の慣性モーメント以下に設定されているため、第２項によるトルクは駆動系の慣性モーメントにより相殺される。すなわち、分離ロール２０４の逆転時には第２項のトルクが駆動系の慣性モーメントを消去し、第１項の制限トルクをいち早く作用させることができる。

図７は、本実施形態の動作原理を示す図である。要するに、本実施形態に係るシート分離装置は、重送が発生した時に制限トルクを超える強いトルクを発生させ、分離ロール２０４を高速に逆回転させるものである。

＜２−３．動作＞
続いて、本実施形態に係るシート分離装置を用いた複写機の動作の詳細について説明する。図８は本実施形態に係るシート分離装置の動作を示すタイミングチャートである。以下、図４および図８を用いて、第１実施形態と同様に、ニップ部に搬送されてきた２枚のシートが、本実施形態に係るシート分離装置により分離され、ニップ部から１枚ずつ排出される際の動作について説明する。

ユーザが操作表示部３を操作することにより複写の指示を入力すると、制御部５はモータドライバ３３およびモータドライバ４２に分離ロール２０４および給紙ロール２０３を駆動する旨を指示する信号を出力する。ユーザの指示入力の際には、操作表示部３に、この複写機において使用可能な用紙の一覧が表示される。使用者は、表示される一覧から使用する用紙を選択する。記憶部４には、この複写機において使用可能な用紙を特定する識別子と、その用紙に最適な分離トルクとを対応付けて記録した制限トルクテーブルを記憶している。制御部５は、記憶部４に記憶された制限トルクテーブルから、ユーザが選択した用紙の識別子に対応付けられている分離トルクの値を読み出す。制御部５は読み出した分離トルクの値を制限トルク値として記憶部４に記憶する。

また、記憶部４は、トルクをモータドライバ３３の駆動電流に変換する関数ｆおよびトルクをモータドライバ４３の駆動電流に変換する関数ｇを記憶している。制御部５は記憶部４から関数ｆを読み出し、制限トルク値を制限電流値Ｉ_maxに変換する。制御部５は、こうして得られた制限電流値を示す制御信号を電流制限回路３４に出力する。

制御部５は、数５による電流Ｉ_OUTを出力させる制御信号をモータドライバ３３に出力する。モータドライバ３３は、制御部５からの制御信号に従って電流Ｉ_OUTを後段の電流制限回路３４に出力する。電流制限回路３４は、電流Ｉ_OUTが制限電流値Ｉ_maxを超える場合には、電流値をＩ_maxとし、出力電流Ｉ_dr1として電流加算回路５２に出力する。出力電流Ｉ_dr1は、数６の第１項のトルクを発生させる駆動電流に相当する。

数６の第２項に相当する駆動電流を発生させるため、制御部５は、次式による出力電流Ｉ_dr2を出力させる制御信号をモータドライバ４３に出力する。

なお、数７は数６の第２項および数４から導出される。

モータドライバ４３は、制御部５からの制御信号に応じて、数７による出力電流Ｉ_dr2を電流加算回路５２に出力する。電流加算回路５２は、モータドライバ３３およびモータドライバ４３から出力される出力電流Ｉ_dr1およびＩ_dr2を加算し、駆動電流Ｉ_drとしてＤＣモータ３２に出力する。すなわち、Ｉ_dr＝Ｉ_dr1＋Ｉ_dr2である。このようにして、ＤＣモータ３２は、分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔに対して数６に基いて制御された分離トルクＴ_rを発生させることができる。

さらに、制御部５は、給紙ロール２０３を駆動するための信号をモータドライバ４２に出力する。モータドライバ４２は給紙ロール２０３に制御信号を出力する。

図４（ａ）および（ｂ）の通常状態においては、第１実施形態と同様に、給紙ロール２０３には、ステッピングモータ３７により図中の矢印Ａ方向に回転させる搬送トルクＴｆが与えられている。ＤＣモータ３２は、電流加算回路５２からの出力電流Ｉ_drに基き、分離ロール２０４に搬送トルクと同方向、すなわち図中の矢印Ｂ方向に回転させる分離トルクＴ_rを出力する。第１実施形態で説明したように、分離ロール２０４は通常状態においては接触面において給紙ロール２０３の外周部と同方向（図中の矢印Ｃ方向）に回転する。このときトルクＴ_rもトルクＴ_fも一定であるので、分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔは搬送速度で一定である。図７の区間Iは、図４（ａ）あるいは図４（ｂ）の通常状態に対応している。

図４（ｃ）の重送状態では、シート間で滑りが発生する。ここで、分離ロール２０４には、分離ロール２０４を図中Ｂ方向、すなわち回転している方向と逆方向に回転させようとする分離トルクＴ_rが作用しているため、分離ロール２０４の回転速度が低下する（図７、区間II）。

分離ロール２０４の回転速度が低下すると、モータドライバ３３から数５に従って出力される駆動電流Ｉ_dr1が減少する。ただし、Ｉ_dr1＞Ｉ_maxの間は、Ｉ_dr1＝Ｉ_maxに出力電流が制限される。一方、分離ロール２０４の回転速度が低下するということはすなわち加速度が発生していることであるので、モータドライバ４３が電流加算回路５２に出力する出力電流Ｉ_dr2は、数７に従って増加する。したがって、電流加算回路５２からＤＣモータ３２に出力される駆動電流Ｉ_drは、Ｉ_maxを超えて増加した後、減少する特性を示す。すなわち、ＤＣモータ３２が発生する分離トルクＴ_rも、同様の特性を示す（図８、区間II）。

このように、２枚のシートがニップ部に搬送され、シート間の滑りにより分離ロール２０４が正方向回転から減速し始めると、ＤＣモータ３２は分離ロール２０４の減速すなわち逆回転を加速する方向に、制限トルクＴ_r ^maxを超える強いトルクを発生する。したがって、分離ロール２０４は高速で逆回転状態になり、応答性のよいシート分離処理が実現される。

分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔが減少し、目標逆回転速度に近づくにつれ、速度の変化量Δω（＝ω_b―ω_a）は小さくなり、Ｉ_dr2は最小値に漸近する。したがってＩ_drも最小値に漸近し、分離ロール２０４の回転速度ｄθ／ｄｔは目標逆回転速度に漸近する（図７、区間III）。

本実施形態によれば、ＤＣモータ３２は、第１実施形態と比較して、駆動系の慣性モーメントを消去するトルクを発生するので、応答性のよいシート分離装置を実現することが可能になる。本実施形態において、ＤＣモータ３２は、分離ロール２０４の回転速度が変化している間は制限トルクＴ_r ^max以上のトルクを発生しているが、この過剰なトルクは分離ロール２０４の回転速度を変化させるために費やされるため、シートに作用するトルクは制限トルクＴ_r ^max以下になる。したがって、本実施形態によれば、重送を阻止する分離トルクと、シート分離時の逆回転速度をともに制御可能であり、かつ応答性の高いシート分離装置を実現することができる。

＜３．変形例＞
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、上述の実施形態においては、ユーザの指示入力により使用する用紙（シート）を決定し、使用する用紙に応じて制限トルクの値を決定する態様について説明したが、指定された複写処理において適用する制限トルク値の決定方法はこれに限られるものではない。例えば、シートの厚み等の物理パラメータを計測するパラメータ計を設置し、パラメータ計で計測された物理パラメータに基いて制限トルク値を決定する構成としてもよい。

また、上述の実施形態においてはモータドライバ３３、電流制限回路３４をそれぞれ別の回路として構成する例について説明したが、これら２つの回路の代わりに電流制限回路を内蔵したモータドライバを使用する態様としてもよい。さらに、第２実施形態においてはモータドライバ３３、モータドライバ４３、電流制限回路３４、電流加算回路５２をそれぞれ別個の回路として構成する例について説明したが、これらの一部または全部の機能を１つにまとめた回路を使用してもよい。

また、上述の実施形態においては、電流制限回路３４をモータドライバ３３の後段に設置する構成について説明したが（図２および図６）、トルクの上限値を規定するための回路をモータドライバの前段に設置する構成としてもよい。
図９は第１実施形態の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。分離ロール２０４はギア４４、４５、シャフト４６を介してＤＣモータ３２に接続されている。制御部５ａは、最大値制限回路３４ａと速度制御回路５３ａとを内蔵している。速度制御回路５３ａは、記憶部４に記憶されている目標逆回転速度Ｖ_p／ｒおよびエンコーダ３６からの信号に基づいて数２のｌｉｍｉｔ内の項に相当する制御信号を出力する。最大値制限回路３４ａは、トルクの最大値をＴ_r ^maxに制限するため、速度制御回路５３ａからの制御信号を制限する。制御部５ａは、以上により生成された制御信号をモータドライバ３３に出力する。これによりモータドライバ３３は、数２で示されるトルクＴ_rを発生させるための駆動電流をＤＣモータ３２に出力する。その他の構成、動作等は第１実施形態と同様である。

図１０は第１実施形態の別の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。制御部５ｂは、エンコーダ３６からの信号に基づいて分離ロール２０４の回転速度を算出する速度回転回路５４ｂと、分離ロール２０４の回転速度と記憶部４に記憶された目標逆回転速度Ｖ_p／ｒとの差に基づいて制御信号を出力する減算回路５９ｂと、減算回路５９ｂから出力された制御信号をＫ₁倍に増幅する増幅回路５５ｂと、トルクの最大値をＴ_r ^maxに制限するために増幅回路５５ｂから出力された制御信号を制限する最大値制限回路３４ｂとを内蔵している。このような構成によっても本発明の目的、効果を達成することができる。

図１１は第２実施形態の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。速度制御回路５３ｃ、最大値制限回路３４ｃの動作は図９の速度制御回路５３ａ、最大値制限回路３４ａと同様である。すなわち、最大値制限回路３４ｃは、数６の第１項に相当する制御信号を出力する。加速度制御回路５６ｃは、エンコーダ３６からの信号に基づいて、所定時間経過前後の分離ロール２０４の回転速度の変化量をＫ₂倍した制御信号（数６の第２項に相当する）を出力する。加算回路５２ｃは、最大値制限回路３４ｃから出力される制御信号と、加速度制御回路５６ｃから出力される制御信号とを加算し、モータドライバ３３に出力する。これによりモータドライバ３３は、数６で示されるトルクＴ_rを発生させるための駆動電流をＤＣモータ３２に出力する。その他の構成、動作等は第２実施形態と同様である。

図１２は、第２実施形態の別の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。速度演算回路５４ｄ、減算回路５９ｄ、増幅回路５５ｄ、最大値制限回路３４ｄの動作は、それぞれ図１０の速度演算回路５４ｂ、減算回路５９ｂ、増幅回路５５ｂ、最大値制限回路３４ｂと同様である。加速度演算回路５７ｄは、エンコーダ３６からの信号に基づいて速度の変化量に相当する信号を出力する。増幅回路５８ｄは、加速度演算回路５７ｄから出力された信号をＫ₂倍に増幅する。加算回路５２ｄは、最大値制限回路３４ｄから出力される制御信号と、増幅回路５８ｄから出力される制御信号とを加算し、モータドライバ３３に出力する。このような構成によっても本発明の目的、効果を達成することができる。

なお、上述の実施形態および各変形例における制御部５内の信号処理は、各回路の組み合わせによりハードウェア的に実現するのではなく、ソフトウェア処理によって実現してもよい。

本発明の第１実施形態に係るシート分離装置を用いた複写機の構成を示す図である。同実施形態に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。同実施形態に係る動作原理を説明する図である。シートがニップ部に導入され、後続の搬送系に出力される様子を示す図である。同実施形態に係るシート分離装置の動作を示すタイミングチャートである。本発明の第２実施形態に係るシート分離装置を用いた複写機の構成を示す図である。同実施形態に係る動作原理を説明する図である。同実施形態に係るシート分離装置の動作を示すタイミングチャートである。第１実施形態の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。第１実施形態の別の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。第２実施形態の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。第２実施形態の別の変形例に係るシート分離装置の搬送系の構成を示す図である。先行技術に係るシート分離装置の一例を示すものである。ニップ部に２枚のシートが重送された様子を示す模式図である。従来技術に係るシート分離装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…画像読取装置、２…画像形成装置、３…操作表示部、４…記憶部、５…制御部、１０…トレイ、１１…押圧力発生部、２１…回転駆動部、３１…ワンウェイクラッチ、３２…ＤＣモータ、３３…モータドライバ、３４…電流制限回路、３５…ギア、３６…エンコーダ、３７…ステッピングモータ、３８…ギア、４２…モータドライバ、４３…モータドライバ、５１…速度変化計測部、５２…電流加算回路、２０１…トレイ、２０２…ピックアップロール、２０３…給紙ロール、２０４…分離ロール、３０１…ステッピングモータ、３０３…トルクリミッタ。

Claims

搬送ロールと、
前記搬送ロールと互いに外周面が接するように配置された分離ロールと、
前記搬送ロールに、その搬送ロールを一定の方向に回転させる搬送トルクを与える搬送トルク発生手段と、
前記分離ロールに前記搬送トルクと同方向の分離トルクを与える手段であって、その分離トルクの大きさを制御可能な分離トルク発生手段と、
前記分離ロールの回転速度を計測する速度計測手段と、
前記分離ロールの目標回転速度を記憶する第１の記憶手段と、
前記速度計測手段により計測された回転速度と前記記憶手段に記憶された目標回転速度との差に基いて、前記分離トルク発生手段を制御する第１の制御信号を出力する制御手段と、
前記分離ロール駆動手段により発生される分離トルクがあるしきい値を超えないように前記第１の制御信号を制限するトルク制限手段と、
前記トルク制限手段から出力された前記制御信号に基づいて前記分離トルク発生手段を駆動する第１の駆動信号を出力する第１の分離駆動手段と
を有するシート分離装置。
ある時間間隔の前後における、前記分離ロールの回転速度の変化量を計測する速度変化計測手段と、
前記速度変化計測手段による計測結果に基いて前記分離ロール駆動手段を制御する第２の駆動信号を出力する第２の分離駆動手段と、
前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とを加算し、加算駆動信号を出力する駆動信号加算手段と、
をさらに有し、
前記分離トルク発生手段は、前記加算駆動信号に基づいて前記分離トルクを発生する
ことを特徴とする請求項１に記載のシート分離装置。
前記分離トルクのしきい値を複数記憶する第２の記憶手段と、
前記複数のしきい値のうち、１のしきい値を選択する選択手段と
をさらに有し、
前記選択手段は、ユーザの指示入力に基いて前記１のしきい値を選択する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のシート分離装置。
当該シート分離装置に導入されるシートの物理パラメータを計測するパラメータ計測手段と、
前記分離トルクのしきい値を複数記憶する第２の記憶手段と、
前記パラメータ計測手段が計測した物理パラメータに基いて、前記複数のしきい値のうち、１のしきい値を選択する選択手段と
をさらに有する請求項１または２に記載のシート分離装置。