JP2008138816A - トルクリミッタ及びシート給送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化、低コスト化が可能なトルクリミッタ及びシート給送装置を提供する。
【解決手段】トルクリミッタ18Aを、軸部18cの周面を囲む複数個に分割された摺動部材18bと、摺動部材18bに締着される弾性部材18aとにより構成し、弾性部材18aの締め付け力によって軸部18cと摺動部材18bの間に摩擦抵抗を発生させるように構成する。そして、この摩擦抵抗によって分離ローラのシート搬送ローラとの連れ回りを阻止するようにする。
【選択図】図4

Description

本発明は、トルクリミッタ及びシート給送装置に関し、特にシート給送手段より送り出されるシートを分離する構成に関するものである。
従来、プリンタ、複写機、FAX等の画像形成装置や、画像読取装置には、複数枚の記録紙又は原稿(以下、シートという)が積載されるシート積載部から、シートを1枚ずつ分離して画像形成部、または画像読取部に送り出すシート給送装置が設けられている。
シート給送装置は、シートを1枚ずつ分離するためのシート分離手段を備えており、このようなシート分離手段として分離パッドを用いたものの他、トルクリミッタ機能を有した分離ローラを採用したものが知られている(特許文献1参照)。なお、このようなシート分離手段では、トルクリミッタを同軸上、もしくは内蔵した分離ローラを給送ローラに圧接させ、このトルクリミッタの制動トルクによってシートを分離するようにしている。
例えば、給送ローラと分離ローラの間にシートが一枚のみある場合には、トルクリミッタには大きな回転トルクが作用し、これによりトルクリミッタは分離ローラの給送ローラによる連れ回りを許容する。一方、給送ローラと分離ローラの間に複数枚のシートがある場合には、トルクリミッタには比較的小さな回転トルクが作用し、これによりトルクリミッタは分離ローラの給送ローラとの連れ回りを阻止する。そして、このように分離ローラの給送ローラとの連れ回りを阻止することにより、給送ローラは一枚のシートを搬送し、分離ローラは他のシートが搬送されるのを阻止する仕組みとなっている。
従って、トルクリミッタの制動トルクは、給送ローラと分離ローラとの間に複数枚のシートがある場合に連れ回りを阻止する回転トルクを下限とし、給送ローラと分離ローラの間にシートが一枚のみある場合に連れ回りを許容する回転トルクを上限としている。そして、その範囲内で制動トルクを管理することにより、シート分離機能、給紙性能を発揮するものである。
このように構成することにより、分離パッドを用いたシート分離手段に比べて、耐久性に優れ、パットとシートのびびりによる変音もなく、安定した給紙を行なうことができることが知られている。なお、このようなシート給送装置において、使用されるトルクリミッタとしてはパウダー方式、コイルバネ方式等のものが一般的に知られている。
特開平7−301248号公報
ところで、このような従来シート給送装置において、分離ローラ16aは、図11に示すようにトルクリミッタ16bに接続され、このトルクリミッタ16bを介して分離ローラ支持部材16cに回転可能に保持されるようになっている。なお、図11において、16dは、分離ローラ16aを不図示の給紙ローラに圧接させるためのバネである。
また、分離ローラ16aに対するトルクリミッタの接続方法は、この方法に限定するものではなく、図12の(a)に示すようにトルクリミッタ16bを分離ローラ16aに略内蔵するように接続しても構わない。また、分離ローラに搬送方向とは反対の駆動力を付加するリタード方式では図12の(b)に示すように分離ローラ17aの駆動軸17c上にトルクリミッタ17bを固定し、分離ローラ17aを、その同軸上に接続するようにしても良い。
ここで、これらのトルクリミッタ16b,17bは専用の構造体が必要である。また、トルクリミッタ16b,17bは、このように分離ローラ16a,17aの同軸上に接続、もしくは分離ローラ16aに内蔵して使用されるため、左右形状が非対称になり、装置全体としての小型化、低コスト化が困難である。このように従来のトルクリミッタを備えたシート給送装置では、小型化、低コスト化が困難であった。
さらに、給送されるシートの左右端までの搬送経路の形状が非対称になるため、シート先端の引っ掛かりや、シートの左右の搬送抵抗差によるシートの搬送不良が発生する。このため、シートガイド面の工夫等が必要になる。
そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、小型化、低コスト化及び安定したシートの給送が可能なシート給送装置を提供することを目的とするものである。また、本発明は、小型化、低コスト化が可能なトルクリミッタを提供することを目的とするものである。
本発明は、シート積載手段から送り出されたシートを分離するシート分離部を構成する分離ローラ及びシート搬送ローラと、前記分離ローラに設けられ、前記シート搬送ローラにより一定量以上の回転トルクが作用するまでは前記分離ローラの前記シート搬送ローラとの連れ回りを阻止するトルクリミッタと、を備え、前記トルクリミッタは前記分離ローラの軸部の周面を囲む複数個に分割された摺動部材と、前記摺動部材に締着される弾性部材とにより構成され、前記分離ローラの前記シート搬送ローラとの連れ回りを阻止するよう前記弾性部材の締め付け力によって前記軸部と前記摺動部材の間で摩擦抵抗を発生させることを特徴とするものである。
また本発明は、トルクリミッタにおいて、軸部の周面を囲む複数個に分割された摺動部材と、前記摺動部材に締着される弾性部材と、を有し、前記弾性部材の締め付け力によって前記軸部と前記摺動部材の間で摩擦抵抗を発生させることを特徴とするものである。
本発明のように、トルクリミッタを分離ローラの軸部を囲む複数の摺動部材と、摺動部材に締着される弾性部材とにより構成し、弾性部材の締め付け力により軸部と摺動部材の間に発生する摩擦抵抗によって分離ローラのシート搬送ローラとの連れ回りを阻止する。これにより、シート給送装置は、小型化、低コスト化及び安定したシートの搬送が可能となる。
また、トルクリミッタを軸部の周面を囲む複数の摺動部材と、摺動部材に締着される弾性部材により構成し、弾性部材の締め付け力により軸部と摺動部材の間に摩擦抵抗を発生させることにより、トルクリミッタの小型化、低コスト化が可能となる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るシート給送装置を備えた画像形成装置の一例として電子写真方式のプリンタの概略構成を示す図である。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、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らのみに限定する趣旨のものではない。
図1において、1はプリンタ本体(以下、装置本体という)であり、1Aは画像形成部である。この画像形成部1Aは、レーザスキャナ7、像担持体としての感光体ドラム6aを有する画像形成プロセスユニット6、感光体ドラム6aに形成されたトナー像をシートSに転写する転写ローラ6b等が設けられている。
なお、8は画像形成部1Aにより形成されたトナー画像がシート上に転写された後、シート上のトナー像を定着させる定着器であり、定着器8によりトナー像が定着された後、シートSは、順次、装置本体最上部に設けられた排紙トレイ11に排紙積載される。
画像形成部1Aの下方にはシート給送装置3が配置されており、このシート給送装置3は、図2に示すようにシート積載手段である給紙カセット2と、給紙カセット2に収納されたシートSを送り出すフィードローラ3aを備えている。また、このシート給送装置3は、シート搬送ローラであるフィードローラ3aに圧接する分離ローラ18等を備え、フィードローラ3aにより送り出されたシートSを1枚ずつに分離するシート分離部3bを備えている。
ここで、このフィードローラ3aは、例えば後述する図9に示すシート給送手段であるピックアップローラを兼用するものであり、給紙カセット2に回転自在に設けられている。そして、シートSを積載するシート積載板2a上に積載された最上位のシートS1に接すると同時、そのシート搬送方向下流側では分離ローラ18と接している。なお、シート積載板2aは、その裏面側(図中下側)からシート積載板加圧バネ2bにより上方に押圧され、積載された最上位のシートS1の先端側をフィードローラ3aに押し付けるようになっている。
そして、このような構成のシート給送装置3を備えたプリンタにおいて、フィードローラ3aが不図示の駆動モータより駆動を受け、図1及び図2における反時計回りに回転すると、シート積載板2a上に積載された最上位のシートS1が送り出される。この後、シートS1はシート分離部3bにより他のシートから分離されて下流方向へ搬送される。
なお、画像形成部1Aの側方には、図1に示すようにシート給送装置の一例であるマルチシート給紙部12が配置されている。このマルチシート給紙部12は、図3に示すようにシート積載板15aと、シート積載板15aに積載されたシートSを送り出すシート給送手段であるフィードローラ13を備えている。また、このマルチシート給紙部12は、フィードローラ13に圧接する分離ローラ14a等を備え、フィードローラ13により送り出されたシートSを1枚ずつに分離するシート分離部14を備えている。
そして、このような構成のマルチシート給紙部12においては、フィードローラ13が不図示の駆動モータより駆動を受け、図1及び図3における時計回りに回転すると、シート積載板15a上に積載された最上位のシートS1が送り出される。この後、シートS1はシート分離部14により他のシートから分離されて下流方向へ搬送される。
なお、シート給送装置3のシート分離部3b又はマルチシート給紙部12のシート分離部14により1枚に分離されたシートS1は、この後、搬送ローラ対4、レジストローラ対5を経て感光体ドラム6aと転写ローラ6bとにより構成される転写部に搬送される。このとき、感光体ドラム表面には、その上部に配置されているレーザスキャナ7から出力されるレーザ光に基づくトナー画像が形成されており、このトナー画像は転写部にて、搬送されてきたシートS1に転写される。
このようにトナー画像が転写されたシートS1は下流方向に搬送され、定着器8により加熱、加圧処理されトナー画像が溶融定着される。この後、シート排紙手段である搬送ローラ対9、排紙ローラ対10を経て、排紙トレイ11上に順次積載される。
ところで、シート給送装置3のシート分離部3bは、図2に示すように、分離ローラ18、支持部材3e、付勢手段である分離ローラバネ3gと、ガイド部材3fにより構成されている。なお、本実施の形態では、フィードローラ3aがピックアップローラを兼ねているので分離ローラ18は、フィードローラ3aの最上位のシートS1との接触点から下流側に配置される。
また、ガイド部材3fは装置本体1に固定され、シート分離手段を構成する分離ローラ18、支持部材3e、分離ローラバネ3gをスライド可能に支持する。そして、分離ローラ18は、このガイド部材3fの平坦なガイド面にガイドされながら上下方向にスライドするようになっている。
ここで、本実施の形態において、分離ローラ18は支持部材3eの上端部に回転可能に支持され、支持部材3eを介して分離ローラバネ3gにより上側に付勢されていることから、フィードローラ3aに上下方向にスライド可能に圧接している。
つまり、分離ローラ18はフィードローラ3aと対向する方向、言い換えればフィードローラ3aの中心に向かう方向に圧接するようにスライド可能に構成されているのではなく、ガイド部材3fにより上下方向にスライド可能に構成されている。このため、分離ローラ18は、フィードローラ3aの中心に向かう方向に対して所定角度をもってフィードローラ3aに圧接している。そして、このように分離ローラ18を上下方向にスライド可能に構成することにより、シート分離部3bを、概ね分離ローラ18の幅(径)分のスペースで構成することができる。
また、マルチシート給紙部12のシート分離部14は、図3に示すように、分離ローラ14a、支持部材14d、付勢手段である分離ローラバネ14cと、ガイド部材14eにより構成されている。なお、本実施の形態では、フィードローラ13がピックアップローラを兼ねているので分離ローラ14aは、フィードローラ13の最上位のシートS1との接触点から下流側に配置される。
また、ガイド部材14eは装置本体1に固定され、シート分離手段を構成する分離ローラ14a、支持部材14d、分離ローラバネ14cをスライド可能に支持する。そして、分離ローラ14aは、このガイド部材14eの平坦なガイド面にガイドされながら上下方向にスライドするようになっている。
ここで、分離ローラ14aは支持部材14dの上端部に回転可能に支持され、支持部材14dを介して分離ローラバネ14cにより上側に付勢されていることから、フィードローラ13に上下方向にスライド可能に圧接している。
なお、図3において、15cはシート積載板15aを上下方向に回動自在に保持するマルチカバー、15bはシート積載板15aを裏面側(図中下側)から付勢するシート積載板加圧バネである。そして、このシート積載板加圧バネ15bにより、シート積載板15aが上方に押圧され、シート積載板15aに積載された最上側のシートSの先端側がフィードローラ13に押圧される。
ところで、シート給送装置3の分離ローラ18は、モータなどからの駆動が伝達されておらず、分離ローラ18には分離ローラ18のフィードローラ13との連れ回りを阻止するトルクリミッタ18Aが接続されている。そして、本実施の形態においては、トルクリミッタ18Aとして締め付け式トルクリミッタを用いるようにしている。
図4の(a)は、このような締め付け式トルクリミッタが接続された分離ローラ18の斜視図であり、図4の(b)は分離ローラ18の分解斜視図である。
図4において、18aは分離ローラ18の、ゴムにより形成された弾性部材である筒状のローラ本体、18cは各種金属や高分子材料などで作られた分離ローラ18の円柱状の軸部である。18bは軸部18cの周面を囲む複数、本実施の形態においては4つに分割された軸受け状の摺動部材であり、この摺動部材18bに弾性部材であるローラ本体18aが摺動部材全体を覆うように締着されるようになっている。
なお、これら4つの摺動部材18bのうち、2つの摺動部材18bの端部には、それぞれ鍔部18dが形成されている。ここで、本実施の形態において、摺動部材18bは4分割しているが、この分割数は必要とするトルクの大きさや構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などを考慮して決定される。
本実施の形態において、トルクリミッタ18Aは、摺動部材18bと、摺動部材18bに締着されるローラ本体18aとにより構成されている。そして、このような構成のトルクリミッタ18Aでは、ローラ本体18aの締め付け力によって軸部18cと摺動部材18bの間に発生する摩擦抵抗により、分離ローラ18のフィードローラ3aとの連れ回りを阻止するようにしている。
トルクリミッタ18Aでは、ローラ本体18aに加わるトルクが予め決められたトルク以下であった場合には、軸部18cと摺動部材18bの間に発生する摩擦抵抗によって、摺動部材18b及びローラ本体18aは、軸部18cに対して相対的に回転しない。一方、ローラ本体18aに加わるトルクが予め決められた一定量以上のトルク(回転トルク)を超えると、軸部18cと摺動部材18bとが摺動し、摺動部材18b及びローラ本体18aが、軸部18cに対して相対的に回転する。
ここで、図5に示すように軸部18cの半径をR、摺動部材18bの肉厚をd、図4に示すようにローラ本体18aの自由内径をrとすると、R+d>rとなるようにR,d,rは設定されている。
これにより、軸部18cの周面を4つに分割した摺動部材18bで囲み、摺動部材18bにローラ本体18aを締着すると、ローラ本体18aの弾性力により、分割された摺動部材18bが軸部側に移動する。これにより、軸部18cが摺動部材18bを介してローラ本体18aにより締め付けられるようになる。
そして、このように締付け部材としてローラ本体18aの弾性力を応用することにより、トルクリミッタ18Aは、リミッタ機構のためだけの特殊な構造を持つことなく目的とするトルクリミッタ機能を有することができる。
ところで、ローラ本体18aにより発生するトルクの大きさを算出するための理論式は図6に示す計算モデルから導き出される。なお、図6に示す計算モデルは、図5に示す分離ローラ18の断面方向から見たローラ本体18aの張力による力の単位面積当たりのベクトル量を示したものである。
ローラ本体18aにより発生する張力Tは、n分割された摺動部材18bの両端部において、軸部18c表面の接線方向に作用する。ここで、ローラ本体18aの張力によるバネ定数をkとすると、張力Tは次式で表される。
Figure 2008138816
この張力Tが、n分割された摺動部材18bを介して軸部18cの表面に及ぼす力の総和Fは次式で表される。
Figure 2008138816
単位面積あたりのFの分力をfとすると、Fはまた次のように表すことができる。
Figure 2008138816
(2)、(3)より
Figure 2008138816
図6に示すように力を受ける軸部18cの表面曲面を平面に置き換えると、微小区間dxにかかるfに対する垂直抗力は
Figure 2008138816
(4)、(5)よりトルク算出に必要な軸部18c表面の垂直抗力の総和は
Figure 2008138816
(6)および(1)より軸受け状の摺動部材18bがn分割された際の張力Tによる発生トルクPは次式で表される。
Figure 2008138816
このように、本実施の形態に係るトルクリミッタ18Aは、締付け部材としてローラ本体18aの弾性力を応用することにより、リミッタ機構のためだけの特殊な構造を持つことなく目的とするトルクリミッタ機能を有することができる。これにより、分離ローラ形状以外の特殊形状を有する必要がなく、目的とする機能を有する最小の構造が実現できる。
また、このように分離ローラ形状以外の特殊形状を有する必要がなくなることにより、シート搬送経路が左右対称となり、この結果、シート先端の引っ掛かりがなくなり、シートの安定した搬送が可能となる。さらに、上記発生トルクの大きさを示す(7)に示す式からも明らかなように、発生トルクの大きさは、軸部18c及び分割した摺動部材18bの数、材質、表面性状及び締め付け力の変更によって自由に設定することができる。
言い換えれば、ローラ本体18aの締め付け力により軸部18cと摺動部材18bの間に発生する摩擦抵抗の大きさは、軸部18c及び分割した摺動部材18bの数、材質、表面性状及び締め付け力の変更によって自由に設定することができる。
なお、これまでの説明においては、制動トルクを発生させるため摺動部材18bに締着されるローラ本体をゴムにより形成する場合について述べてきたが、ローラ本体をエラストマーあるいは金属などの弾性を有する部材により形成しても良い。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
図7は、本実施の形態に係るシート給送装置に設けられた分離ローラの構成を説明する図であり、図7の(a)は分離ローラの斜視図、(b)は分離ローラの分解斜視図である。また、図8は、分離ローラの正面図である。
図7及び図8において、19は分離ローラであり、この分離ローラ19には分離ローラ19のフィードローラ3aとの連れ回りを阻止するトルクリミッタ19Aが設けられている。このトルクリミッタ19Aは、分離ローラ19の軸部19dの周面を囲む複数個に分割された軸受け状の摺動部材19cと、摺動部材19cの一端部に締着される弾性部材であるグリップリング19bとにより構成されている。なお、19aは摺動部材19cに密着するエラストマーや金属などの弾性を有する筒状の部材であるローラ本体である。
このように構成されたトルクリミッタ19Aは、グリップリング19bを摺動部材19cの一端部に締着し、グリップリング19bによって摺動部材19cを介して軸部19dを締め付けるようにしている。制動トルクを発生させるようにしている。
そして、このように構成することによりトルクリミッタ19Aは、グリップリング19bの締め付け力によって軸部19dと摺動部材19cの間に摩擦抵抗を発生させることができ、分離ローラ19のフィードローラ3aとの連れ回りを阻止するようにしている。
このように、本実施の形態に係るトルクリミッタ19Aは、締付け部材としてグリップリング19bの弾性力を応用することにより、リミッタ機構のためだけの特殊な構造を持つことなく目的とするトルクリミッタ機能を有することができる。これにより、分離ローラ形状以外の特殊形状を有する必要がなく、目的とする機能を有する最小の構造が実現できる。
ところで、これまでの説明においては、フィードローラがピックアップローラを兼ねるようにしたシート給送装置について述べてきたが、本発明はこれに限らない。例えば、図9に示すように、フィードローラ3aと、ピックアップローラ3hとをそれぞれ設けるように構成したシート給送装置にも用いることができる。
そして、このような構成のシート給送装置の場合には、シート積載板2a上のシートS1をピックアップローラ3hにより送り出した後、このシートS1をフィードローラ3aと分離ローラ18とにより1枚ずつ分離して給送する。
また、これまでの説明においては、フィードローラ3aに分離ローラ18を圧接させる際、分離ローラ支持部材3eを介して分離ローラ18を分離ローラバネ3gにより付勢する構成について述べてきたが、本発明は、これに限らない。
例えば、図10の(a)に示すように、分離ローラ18を上下方向に軸3iを支点として回動自在なアーム3jの回動端に設け、このアーム3jを分離ローラバネ3gにより付勢するようにした構成のシート給送装置にも用いることができる。さらに、図10の(b)に示すように、シート積載板2a上のシートS1をピックアップローラ3hにより送り出すと共に、分離ローラ18を上下方向に回動自在なアーム3jの回動端に設けるように構成したシート給送装置にも用いることができる。
また、これまでの説明においては、画像形成装置に設けられたシート給送装置に本発明を適用した例を示したが、画像読取装置に設けられ、原稿を画像読取部に搬送する原稿自動給送装置等のシート給送装置に適用することもできる。
本発明の第1の実施の形態に係るシート給送装置を備えた画像形成装置の一例として電子写真方式のプリンタの概略構成を示す図。 上記シート給送装置の構成を説明する図。 上記シート給送装置の一例であるマルチシート給紙部の構成を示す図。 上記シート給送装置に設けられた分離ローラの構成を説明する図。 上記シート給送装置に設けられた分離ローラの断面図。 上記分離ローラの分離ローラゴムにより発生するトルクの大きさを算出するための理論式を導き出す計算モデルを示す図。 本発明の第2の実施の形態に係るシート給送装置に設けられた分離ローラの構成を説明する図。 上記シート給送装置に設けられた分離ローラの正面図。 上記シート給送装置の他の構成を示す第1の図。 上記シート給送装置の他の構成を示す第2の図。 従来のトルクリミッタを備えた分離ローラの構成を説明する第1の図。 従来のトルクリミッタを備えた分離ローラの構成を説明する第2の図。
符号の説明
1 プリンタ本体
1A 画像形成部
2 給紙カセット
2a シート積載板
3 シート給送装置
3a フィ−ドローラ
3b シート分離部
3h ピックアップローラ
12 マルチシート給紙部
13 フィードローラ
14 シート分離部
14a 分離ローラ
18 分離ローラ
18A トルクリミッタ
18a ローラ本体
18b 摺動部材
18c 軸部
19A トルクリミッタ
19 分離ローラ
19a ローラ本体
19b グリップリング
19c 摺動部材
19d 軸部
S シート

Claims (5)

  1. 軸部の周面を囲む複数個に分割された摺動部材と、
    前記摺動部材に締着される弾性部材と、を有し、
    前記弾性部材の締め付け力によって前記軸部と前記摺動部材の間で摩擦抵抗を発生させることを特徴とするトルクリミッタ。
  2. シート積載手段から送り出されたシートを分離するシート分離部を構成する分離ローラ及びシート搬送ローラと、
    前記分離ローラに設けられ、前記シート搬送ローラにより一定量以上の回転トルクが作用するまでは前記分離ローラの前記シート搬送ローラとの連れ回りを阻止するトルクリミッタと、を備え、
    前記トルクリミッタは前記分離ローラの軸部の周面を囲む複数個に分割された摺動部材と、前記摺動部材に締着される弾性部材とにより構成され、前記分離ローラの前記シート搬送ローラとの連れ回りを阻止するよう前記弾性部材の締め付け力によって前記軸部と前記摺動部材の間で摩擦抵抗を発生させることを特徴とするシート給送装置。
  3. 前記弾性部材は、前記分離ローラの筒状のローラ本体であることを特徴とする請求項2記載のシート給送装置。
  4. 前記筒状のローラ本体により摺動部材全体を覆うようにしたことを特徴とする請求項3記載のシート給送装置。
  5. 前記弾性部材は、前記摺動部材の一端部に締着されるリングであることを特徴とする請求項2記載のシート給送装置。
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