JP2013124185A - 給紙台駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上昇時に必要とするトルクが引張バネでアシストされる給紙台を安定して上昇駆動させる給紙台駆動制御装置を提供する。
【解決手段】用紙積載台１１の昇降位置によって、プーリ付きギア２９Ｒとワイヤ通過用プーリ３２Ｒとの相対位置が変化し、ワイヤ通過用プーリ３２Ｒからプーリ付きギア２９Ｒに作用する引張バネ３５Ｒの付勢力のうち水平方向成分の大きさも変化する。そのため、用紙積載台１１が初期位置に近いほど、プーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａとラック部材２１Ｒのラック歯２１ａとの噛み込み深さが深くなり、プーリ付きギア２９Ｒを駆動モータ２４で回転駆動する際の負荷トルクの変化が大きくなる。そこで、用紙積載台１１を上昇させる際に、プーリ付きギア２９Ｒを回転させる際の負荷トルクの変化に対応したプロファイルデータを用い、用紙積載台１１の昇降位置に応じたトルクの大きさでで駆動モータ２４を駆動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタや印刷装置等の画像形成装置において、給紙による残量の減少に伴いピックアップローラに対する位置を一定に保つために行う給紙台の昇降駆動を制御する装置に関する。

プリンタや印刷装置等の画像形成装置において、給紙台の用紙をピックアップローラで給紙する場合、給紙台の用紙の上面位置をピックアップローラに対して一定に保つ必要がある。そこで、給紙台の用紙残量が減少するのに合わせて給紙台を上昇させることが行われる。

この場合、給紙台に対する用紙の最大積載枚数が多いほど、モータ等の駆動源により給紙台を上昇させる際に大きなトルクが必要となる。そこで、引張バネの復元力（引っ張り力）を利用して、給紙台の上昇駆動時におけるトルクアシストを行う技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−８９８９０号公報

この技術では、給紙台が下限位置にあるときに最も長くなる引張バネのバネ長さに応じたスペースを、引張バネの設置スペースとして給紙台の近傍に確保する必要が生じる。このようなスペースを画像形成装置の内部に確保することは、特に密集小型化が進んだ装置においては非常に困難な場合がある。

そこで、引張バネの付勢力を給紙台に伝達する経路の向きを途中で変更させ、装置内に現存する空間を有効活用して、引張バネ及びその伸長のためのスペースを確保することが考えられる。この場合は、引張バネよりも給紙台に近い、経路の向きを変更する箇所が、給紙台に対する引張バネの引張力（付勢力）の作用中継点になり、この作用中継点から給紙台に作用する付勢力のベクトル成分（上下方向成分と水平方向成分）のバランスが、給紙台の昇降位置によって変化する。

ところで、積載荷重が大きい給紙台の昇降には、重量物の駆動に適したラックピニオン機構を用いることが考えられる。ラックピニオン機構を用いる場合は、上下方向に延在するラックに噛合させたピニオンを回転駆動させて給紙台を昇降させることになる。このラックピニオン機構と共に、給紙台の上昇駆動をトルクアシストする引張バネに上述した配置を適用すると、ラックとピニオンの間に作用する付勢力のベクトル成分のバランスが、給紙台の昇降位置によって変化することになる。このベクトル成分（特に水平方向成分）が、ラックとピニオンの離間接近方向の成分を含んでいると、ラックのギア歯に対するピニオンのギア歯の噛み込み深さが、給紙台の昇降位置によって変化するようになる。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ラックピニオン機構を用いた給紙台の昇降機構に、引張バネによる給紙台上昇駆動時のトルクアシスト機構を組み合わせて使用することで、ラックに対するピニオンの噛み込み深さが変化する場合であっても、給紙台を安定して上昇駆動させることができる給紙台駆動制御装置を提供することにある。

即ち、ラックに対するピニオンのギア歯の噛み込み深さが深くなると、ラックとピニオンの一方のギア歯が他方のギア歯に噛み合い始めてから噛み合い終わるまでの間に、ラックの２つのギア歯間の最奥部にピニオンのギア歯の頂点が当接する。そのため、ラックに対してピニオンは、ピニオンの各ギア歯の頂点を結んだ正多角形がラックの隣接ギア歯間の各最奥部を結んだ平面上で転動するような挙動で、回転移動するようになる。したがって、ピニオンのギア歯の噛合対象がラックのあるギア歯から隣接するギア歯に移る際、ラックの隣接ギア歯間の最奥部をピニオンのギア歯の頂点が乗り越える前は回転トルクが高くなり、乗り越えた後は回転トルクが低くなる。

このような回転トルクの高低がラックに対するピニオンの回転に生じると、給紙台を上昇させる際にピニオンを定トルクで回転駆動させる通常の制御を行っても、実際の給紙台の上昇ペースにはムラが生じてしまい、ピックアップローラに安定して給紙台から用紙を給紙させることが困難になる。

そこで、請求項１に記載した本発明の給紙台駆動制御装置は、
モータにより回転させたピニオンを該ピニオンが噛合するラックに対して上昇させることで画像形成装置の筐体に対して給紙台を上昇させる際のトルクを、前記筐体に対する前記給紙台の昇降位置に応じて大きさが変化する、前記ピニオンが前記ラックに接近する方向のベクトル成分を含む付勢手段の付勢力によって軽減するトルクアシスト機構を有する給紙台の昇降駆動を制御する装置であって、
前記モータの駆動を制御するコントローラと、
前記モータの駆動制御パターンを規定するプロファイルデータが記憶される記憶手段とを備えており、
前記プロファイルデータは、前記ラック及び前記ピニオンのギアピッチに応じた周期で増減する、前記ピニオンの前記ラックに対する回転時の前記給紙台の昇降位置に応じたトルク変動を再現するトルクコントロール用のデータであり、
前記コントローラは、少なくとも前記給紙台が前記筐体に対して上昇する方向に前記ピニオンを回転させる際に、前記プロファイルデータを用いて前記モータを駆動制御する、
ことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の給紙台駆動制御装置によれば、ラックに噛合したピニオンが回転しながらラックに対して昇降して給紙台が画像形成装置の筐体に対して昇降する際、付勢手段の付勢力のうちピニオンがラックに接近する方向のベクトル成分の大きさが、給紙台の昇降位置によって変化する。

このベクトル成分が大きいときには、ラックの隣接ギア歯間の最奥部にピニオンのギア歯の頂点が当接する。このため、ラックに対してピニオンは、ピニオンの各ギア歯の頂点を結んだ正多角形がラックの隣接ギア歯間の各最奥部を結んだ平面上で転動するような、ガタ付きを伴う挙動で回転移動するようになる。したがって、ピニオンのギア歯の噛合対象がラックのあるギア歯から隣接するギア歯に移る際、両ギア歯間の最奥部をピニオンのギア歯の頂点が乗り越える前は、ピニオンの回転トルクが高くなり、乗り越えた後はピニオンの回転トルクが低くなる。

一方、付勢力中の上述したベクトル成分が小さいときには、ピニオンのギア歯の頂点がラックの隣接ギア歯間の最奥部に当接しない。このため、ラックに対してピニオンは、ピニオンの各ギア歯の頂点が内接する正円が平面上で転動するような、ガタ付きを伴わないスムーズな挙動で回転移動するようになる。したがって、ピニオンのギア歯の噛合対象がラックのあるギア歯から隣接するギア歯に移る際、ラックの隣接ギア歯間の最奥部をピニオンのギア歯の頂点が乗り越える前後で、ピニオンの回転トルクは変わらず一定のままとなる。

したがって、付勢力中の上述したベクトル成分が小さいときには、モータを定トルクで駆動してもピニオンはラックに対してスムーズに昇降し、筐体に対する給紙台の昇降もスムーズとなる。これに対し、付勢力中の上述したベクトル成分が大きいときに、モータを定トルクで駆動すると、ピニオンがラックに対して、回転トルクが高い間は回転トルクが低い間よりも低速で、速度を増減させつつ昇降し、給紙台も筐体に対して同様に速度を増減させつつ昇降することになる。

そして、筐体に対する給紙台の昇降速度が増減すると、特に、給紙台の用紙の上面位置をピックアップローラに対して一定にするために給紙台を筐体に対して上昇させる際に、給紙台の上昇ペースにムラが生じてしまい、ピックアップローラにより給紙台の用紙を安定して給紙させることが困難になる。

一方、記憶手段に記憶されたプロファイルデータは、ラック及びピニオンのギアピッチに応じた周期で増減する、ピニオンのラックに対する回転時の給紙台の昇降位置に応じたトルク変動を再現するトルクコントロール用のデータである。したがって、特に、筐体に対して給紙台を上昇させる際に、ピニオンの回転トルクの増減にトルク変動を同期させて、プロファイルデータを用いてモータを駆動制御することで、ピニオンのラックに対する回転速度を一定にし、筐体に対する給紙台の上昇速度も一定にすることができる。

よって、ラックピニオン機構を用いた給紙台の昇降機構に、付勢手段による付勢力を利用した給紙台上昇駆動時のトルクアシスト機構を組み合わせて使用することで、ラックに対するピニオンの噛み込み深さが変化する場合であっても、給紙台を安定して上昇駆動させることができる。

しかも、筐体に対する給紙台の位置等をモータの駆動制御（電流制御）にフィードバックする必要がないので、給紙台を定速で上昇させる制御系を小規模な構成で実現でき、かつ、レスポンスの悪いフィードバック制御によらず遅れなく給紙台を駆動制御することができる。

また、請求項２に記載した本発明の給紙台駆動制御装置は、請求項１に記載した本発明の給紙台駆動制御装置において、前記プロファイルデータは、少なくとも、前記モータにより前記ピニオンを回転させて前記給紙台を前記筐体に対して下限位置から上限位置まで上昇させた際の、前記筐体に対する前記給紙台の位置と前記モータの負荷とに基づいて生成されたデータであることを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の給紙台駆動制御装置によれば、請求項１に記載した本発明の給紙台駆動制御装置において、筐体に対して給紙台を下限位置から上限位置まで上昇させると、モータの負荷（モータに流れる電流）と給紙台の筐体に対する位置との関係がわかる。そこで、これを測定してモータのプロファイルデータを生成し、これを用いてモータの駆動を制御することで、筐体に対して給紙台を下限位置から上限位置まで定速で上昇させることができる。

さらに、請求項３に記載した本発明の給紙台駆動制御装置は、請求項１または２に記載した本発明の給紙台駆動制御装置において、前記コントローラは、前記給紙台が前記筐体に対して降下する方向に前記ピニオンを回転させる際に、前記プロファイルデータを用いずに前記モータを駆動制御することを特徴とする。

請求項３に記載した本発明の給紙台駆動制御装置によれば、請求項１または２に記載した本発明の給紙台駆動制御装置において、給紙台の用紙の上面位置をピックアップローラの高さに合わせる動作は、給紙台を筐体に対して上昇させることで行われ、給紙台を筐体に対して降下させる動作は、例えば、給紙台をホームポジション（初期位置）に移動させる際等に行われる。

したがって、給紙台の筐体に対する降下を定速で行わなくても、給紙台の用紙を安定してピックアップローラにより給紙させることに、直接的な支障は生じない。そこで、給紙台の筐体に対する上昇時にのみ、プロファイルデータを用いてモータを駆動制御することで、モータの駆動制御に関するコントローラの制御の負担を軽減させることができる。

本発明によれば、ラックピニオン機構を用いた給紙台の昇降機構に、引張バネによる給紙台上昇駆動時のトルクアシスト機構を組み合わせて使用することで、ラックに対するピニオンの噛み込み深さが給紙台の昇降位置によって変化する場合であっても、給紙台を安定して上昇駆動させることができる。

本発明の給紙台駆動制御装置を適用して駆動制御する給紙台を有する用紙積載装置の全体構成を示す説明図である。 図１の用紙積載台が下限位置にある状態を側方から示す説明図である。 図１の用紙積載装置が上限位置付近にある状態を側方から示す説明図である。 図２及び図３のプーリ付きギアを示す拡大斜視図である。 図１の用紙積載台の移動量と引張バネの変位量との関係を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は用紙積載台が初期位置と給紙位置とにそれぞれあるときの図２及び図３のプーリ付きギアに加わる引張バネによる付勢力の方向を示す説明図である。 図２及び図３の駆動モータがプーリ付きギアを回転駆動する際の負荷トルク及び駆動制御用プロファイルデータと引張バネによる付勢力の水平方向成分との関係を示すグラフである。 図１の用紙積載台の昇降駆動に用いる本発明の一実施形態に係る駆動制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。 図８の制御ユニットのＣＰＵが不揮発メモリに格納されたプログラムにしたがい実行する駆動モータの駆動制御の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の給紙台駆動制御装置を適用して駆動制御する給紙台を有する用紙積載装置を、図１乃至図５を参照して説明する。

図１は本発明の給紙台駆動制御装置を適用して駆動制御する給紙台を有する用紙積載装置の全体構成を示す説明図である。図１に示す本実施形態の用紙積載装置（用紙給紙装置）１０には、用紙Ｐを積載した用紙積載台１１（請求項中の給紙台に相当）が、印刷装置や複写機などの画像形成装置１の一つの側面１ａに、昇降機構部２０を介して用紙Ｐの積載量に応じて上下方向に昇降可能に設置されている。

上記した用紙積載台１１は、外形サイズの異なる１種類の用紙Ｐを例えば４０００枚程度積載可能となるように剛性のある金属材又は樹脂材を用いて直方形状に形成されており、且つ、用紙積載台１１の先端部１１ｂ側が画像形成装置１の一つの側面１ａに形成した開口部１ｂ内に進入した状態で設置されている。

また、用紙積載台１１の上面１１ａには、用紙Ｐの搬送方向と直交する用紙Ｐの幅方向をガイドする左右一対のガイドフェンス１２Ｌ，１２Ｒが不図示のガイドフェンス移動手段を介して左右に移動自在に間隔を離して設けられており、これによりＡ３サイズ，Ａ４サイズ，封筒サイズなどの１種類の用紙Ｐが多数枚積載可能になっている。

用紙積載台１１が下限位置及び上限位置付近にある状態を側方からそれぞれ示す図２及び図３の説明図に示すように、用紙積載台１１の上方部位には、給紙ローラ１３と捌きローラ１４とが左右一対のアーム１５，１５に軸支されており、両ローラ１３，１４は不図示のローラ回転駆動源によりそれぞれ反時計方向に回転可能になっている。

そして、用紙Ｐの搬送方向の上流側に配置された給紙ローラ（ピックアップローラ）１３は、用紙積載台１１上に積層された最上層の用紙Ｐに回転しながら当接して、最上層の用紙Ｐを搬送方向下流側に向かって給紙している。

一方、給紙ローラ１３よりも下流側に配置された捌きローラ１４には摩擦板１６が添接しており、給紙ローラ１３より給紙された用紙Ｐは捌きローラ１４と摩擦板１６との間で挟持搬送されながら一枚ずつ分離されて重送が防止され、この後、画像形成装置１内に搬送されるようになっている。

ここで、実施例の要部を構成し、且つ、用紙積載台１１を昇降させるための昇降機構部２０について説明する。

図１に示すように、昇降機構部２０では、用紙積載台１１を上下方向に昇降させるために左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒ（請求項中のラックに相当）が画像形成装置１の一つの側面１ａに間隔を離して上下方向に向って左右平行に垂直に取り付けられており、且つ、左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒは長尺なラック歯２１ａが両者２１Ｌ，２１Ｒ間に設置した用紙積載台１１の後方側に向かって左右対称に形成されている。

一方、用紙積載台１１の先端部１１ｂ側の左側面部１１ｃに平板状のブラケット２２が取り付けられ、且つ、用紙積載台１１の先端部１１ｂ側の右側面部１１ｄにＬ字状のモータブラケット２３が取り付けられている。この際、Ｌ字状のモータブラケット２３は、水平な上面２３ａが平坦面に形成され、垂直な側面２３ｂが用紙積載台１１の右側面部１１ｄに固着されている。

そして、右側のモータブラケット２３に形成した上面２３ａには、図２及び図３に示すように、用紙積載台１１を昇降させる駆動源としての駆動モータ２４がモータ軸２４ａを下方に向けて垂直に取り付けられており、且つ、モータ軸２４ａにウォームギア２５が固着されている。

また、Ｌ字状のモータブラケット２３の上面２３ａと直交する側面２３ｂには、図１に示すように、段付きシャフト２６が用紙積載台１１の右側面部１１ｄの外側に向って横設されており、この段付きシャフト２６に軸着させたアイドラーギア２７が、図２及び図３に示すように、モータ軸２４ａに固着させたウォームギア２５に噛合している。

また、図１に示すように、左側のブラケット２２及び右側のモータブラケット２３の側面２３ｂ上で左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒ側に向かう左右対称位置には、左右一対の段付きシャフト２８Ｌ，２８Ｒが用紙積載台１１の左側面部１１ｃ及び右側面部１１ｄの各外側に向って横設されており、これら左右一対の段付きシャフト２８Ｌ，２８Ｒに左右一対のプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒ（請求項中のピニオンに相当）が軸着されている。

上記した左右一対のプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒは、図４の拡大斜視図に示すように、左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒの各ラック歯２１ａに噛合するギア部２９ａと、このギア部２９ａに同軸的に連接されて後述する左右一対のワイヤ３０Ｌ，３０Ｒをギア部２９ａの回転方向に巻回させるプーリ部２９ｂと、左右一対の段付きシャフト２８Ｌ，２８Ｒに軸着される中心孔２９ｃとが樹脂材などを用いて一体形成されている。

なお、本実施形態では、左右一対のプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒを一体形成しているが、これに限定されるものではなく、ギア（２９ａ相当）とプーリ（２９ｂ相当）とを別体に形成して両者が同軸上で一体的に回転できる構造であれば良いものである。

この際、図１に示すように、右側のプーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａは、右側のラック部材２１Ｒのラック歯２１ａに噛合していると共に、アイドラーギア２７にも噛合してモータ軸２４ａに固着させたウォームギア２５を介して駆動モータ２４によって回転駆動されるようになっているが、左側のプーリ付きギア２９Ｌのギア部２９ａは、左側のラック部材２１Ｌのラック歯２１ａのみに噛合している。

上記から、左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒを画像形成装置１の一つの側面１ａの左右に取り付け、且つ、用紙積載台１１の左右に取り付けた左右一対のプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒの各ギア部２９ａを左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒの各ラック歯２１ａに噛合させることで、用紙積載台１１を左右に傾くことなく略水平に昇降させることが可能になっていると共に、駆動モータ２４を搭載した用紙積載台１１の昇降動作は左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒに対して左右一対のプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒを介して自走式となっている。

また、左右一対のプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒの各プーリ部２９ｂは、図４に示すように、ギア部２９ａより小径に形成されてこのギア部２９ａに連接する連接用ボス部２９ｂ１と、下フランジ部２９ｂ２と、ギア部２９ａより大径に形成されて左側のワイヤ３０Ｌ又は右側のワイヤ３０Ｒをギア部２９ａの回転方向に巻回させるプーリ外周部２９ｂ３と、上フランジ部２９ｂ４とからなり、左側のワイヤ３０Ｌ又は右側のワイヤ３０Ｒは各一端部をプーリ外周部２９ｂ３又はこのプーリ外周部２９ｂ３の近傍の下フランジ部２９ｂ２もしくは上フランジ部２９ｂ４に固着させて、左側のワイヤ３０Ｌ又は右側のワイヤ３０Ｒをプーリ外周部２９ｂ３よりも大径に形成された上下のフランジ部２９ｂ２，２９ｂ４により脱線しないようにガイドしながらプーリ外周部２９ｂ３に沿って巻回させている。

図１に示すように、左右一対のラック部材２１Ｌ，２１Ｒの各外側面２１ｂには、左右一対の段付きシャフト３１Ｌ，３１Ｒが外側に向って横設されており、これら左右一対の段付きシャフト３１Ｌ，３１Ｒに左右一対のワイヤ通過用プーリ３２Ｌ，３２Ｒが軸着されている。

さらに、画像形成装置１内の左右の側壁１ｃ，１ｄの近傍に左右一対の段付きシャフト３３Ｌ，３３Ｒが設置されており、これら左右一対の段付きシャフト３３Ｌ，３３Ｒにワイヤ方向転換用プーリ３４Ｌ，３４Ｒが軸着されている。

そして、左右一対のプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒの各プーリ部２９ｂのプーリ外周部２９ｂ３に巻回させた左右一対のワイヤ３０Ｌ，３０Ｒの各他端部側を左右一対のワイヤ通過用プーリ３２Ｌ，３２Ｒに沿って通過させた後に、画像形成装置１内に設置した左右一対のワイヤ方向転換用プーリ３４Ｌ，３４Ｒでワイヤ方向を用紙Ｐの搬送方向と直交する用紙幅方向に方向転換させて、画像形成装置１内で用紙幅方向に沿って設けた左右一対の引張バネ３５Ｌ，３５Ｒの各一端部に連結させると共に、左右一対の引張バネ３５Ｌ，３５Ｒの各他端部を画像形成装置１内に設置した左右一対の固定部３６Ｌ，３６Ｒに掛止させている。

この際、用紙積載台１１上に積載される用紙Ｐの最大積載枚数は前述したように４０００枚程度と多量であるので、用紙積載台１１が昇降するときの移動量が４４０ｍｍ程度と大きくなり、これに伴って、用紙積載台１１の昇降を補助する左右一対の引張バネ３５Ｌ，３５Ｒのバネ長さも長くなるので、左右一対の引張バネ３５Ｌ，３５Ｒを画像形成装置１内で用紙幅方向に沿って設ける場合に、図２及び図３に示すように、左右一対の引張バネ３５Ｌ，３５Ｒが互い干渉しないように両者３５Ｌ，３５Ｒの設置高さを変えている。従って、左右一対の引張バネ３５Ｌ，３５Ｒを画像形成装置１内の空きスペースに効率良く配置できる。

なお、ワイヤ通過用プーリ３２Ｌとワイヤ方向転換用プーリ３４Ｌ、ワイヤ通過用プーリ３２Ｒとワイヤ方向転換用プーリ３４Ｒは、両プーリの中間角度に向けた１つのプーリでそれぞれ代用してもよい。

上記のように構成した用紙積載装置１０は、次のように動作する。なお、以下の説明では主に、駆動モータ２４が設けられた図１中の用紙積載台１１の右側の動作について説明する。また、駆動モータ２４が取り付けられていない用紙積載台１１の左側の動作については、右側と同期して同様に動作するので基本的に省略し、必要に応じて説明することにする。

まず、図２に示すように、用紙積載装置１０が初期状態であるとき、又は、用紙積載台１１上に用紙Ｐが最大量積載されているときには、用紙積載台１１が初期位置（請求項中の下限位置に相当）に降下している。

そして、用紙Ｐを給紙する場合には、駆動モータ２４を駆動して右側のラック部材２１Ｒのラック歯２１ａに噛合している右側のプーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａを時計方向に回転させる。これにより、図３に示すように、右側のプーリ付きギア２９Ｒと一体に用紙積載台１１が右側のラック部材２１Ｒに沿って上昇し、やがて、用紙積載台１１上に積層した最上層の用紙Ｐが給紙ローラ１３に当接する給紙位置（請求項中の上限位置に相当）まで用紙積載台１１を上昇させている。

一方、用紙Ｐの給紙が終了して用紙積載台１１を初期位置まで降下させる場合には、上昇時とは逆に駆動モータ２４を介して右側のプーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａを反時計方向に回転させれば良い。

そして、図５の説明図に示す、用紙積載台１１の移動量と引張バネ３５Ｒの変位量との関係にあるように、用紙積載台１１を上昇させるときに、右側のラック部材２１Ｒのラック歯２１ａに噛合している右側のプーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａを時計方向に回転させると、右側のプーリ付きギア２９Ｒのプーリ部２９ｂのプーリ外周部２９ｂ３に巻回している右側のワイヤ３０Ｒの他端部側は引き出されるので、ワイヤ引き出し量に応じて右側の引張バネ３５Ｒは縮む方向に変位する。

一方、用紙積載台１１を降下させるときに右側のラック部材２１Ｒのラック歯２１ａに噛合している右側のプーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａを反時計方向に回転させると、右側のプーリ付きギア２９Ｒのプーリ部２９ｂのプーリ外周部２９ｂ３に巻回している右側のワイヤ３０Ｒの他端部側は巻き取られるので、ワイヤ巻き取り量に応じて右側の引張バネ３５Ｒは伸びる方向に変位する。

このように、プーリ外周部２９ｂ３にワイヤ３０Ｒが巻き取られて引張バネ３５Ｒが伸びることで、その復元力（引っ張り力）が引張バネ３５Ｒに蓄積され、ワイヤ３０Ｒ及びプーリ部２９ｂを通じてプーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａに付勢力となって伝わり、右側のプーリ付きギア２９Ｒを時計方向に回転させる回転力として作用する。したがって、駆動モータ２４により右側のプーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａを時計方向に回転させて用紙積載台１１を給紙位置に向けて上昇させるとき、プーリ付きギア２９Ｒには、引張バネ３５Ｒの伸び具合に応じた復元力が、時計方向への回転付勢力として加わる。この付勢力の分、プーリ付きギア２９Ｒを回転させるために必要な駆動モータ２４のトルクが軽減される。

ところで、本実施形態の用紙積載装置１０では、図２及び図３に示すように、引張バネ３５Ｒによりプーリ付きギア２９Ｒに加わる付勢力の方向が、ワイヤ通過用プーリ３２Ｒとプーリ付きギア２９Ｒとの相対位置に応じて変わる。

即ち、図２に示すように、用紙積載台１１が初期位置にあるときには、図６（ａ）の説明図に示すように、ワイヤ通過用プーリ３２Ｒとプーリ付きギア２９Ｒとの間の上下方向における位置差が小さいため、プーリ付きギア２９Ｒに加わる付勢力は、水平方向成分を多く含む方向となる。

一方、図３に示すように、用紙積載台１１が給紙位置にあるときには、図６（ｂ）の説明図に示すように、ワイヤ通過用プーリ３２Ｒとプーリ付きギア２９Ｒとの間の上下方向における位置差が大きいため、プーリ付きギア２９Ｒに加わる付勢力は、上下方向成分を多く含む方向となる。

図６（ａ）に示すように、プーリ付きギア２９Ｒに加わる付勢力が水平方向成分を多く含む方向であると、図６（ｂ）に示すように、プーリ付きギア２９Ｒに加わる付勢力が上下方向成分を多く含む方向である場合に比べて、プーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａがラック部材２１Ｒのラック歯２１ａに噛合するときの噛み込み深さが深くなる。

用紙積載台１１の給紙位置においては、図６（ｂ）に示すように、ギア部２９ａのラック歯２１ａに対する噛み込み深さが浅いので、ギア部２９ａのギア歯の頂点が隣接する２つのラック歯２１ａの最奥部に当接しない。

そのため、ラック部材２１Ｒに対してプーリ付きギア２９Ｒは、ギア部２９ａの各ギア歯の頂点が内接する正円が平面上で転動するような、ガタ付きを伴わないスムーズな挙動で回転移動するようになる。したがって、ギア部２９ａのギア歯の噛合対象がラック部材２１Ｒのあるラック歯２１ａから隣接するラック歯２１ａに移る際、プーリ付きギア２９Ｒの回転トルクは変わらず一定のままとなる。

一方、用紙積載台１１の初期位置においては、図６（ａ）に示すように、ギア部２９ａのラック歯２１ａに対する噛み込み深さが深いので、ギア部２９ａのギア歯の頂点が隣接する２つのラック歯２１ａの最奥部に当接する。

そのため、ラック部材２１Ｒに対してプーリ付きギア２９Ｒは、ギア部２９ａの各ギア歯の頂点を結んだ正多角形がラック部材２１Ｒの隣接するラック歯２１ａ間の各最奥部を結んだ平面上で転動するような、ガタ付きを伴う挙動で回転移動するようになる。したがって、プーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａのギア歯の噛合対象がラック部材２１Ｒのあるラック歯２１ａから隣接するラック歯２１ａに移る際に、プーリ付きギア２９Ｒの回転トルクが変化する。詳しくは、ラック部材２１Ｒの隣接するラック歯２１ａ間の最奥部をギア部２９ａのギア歯の頂点が乗り越える前は、プーリ付きギア２９Ｒの回転トルクが高くなり、乗り越えた後はプーリ付きギア２９Ｒの回転トルクが低くなる。

上述したプーリ付きギア２９Ｒの回転トルクの変化は、用紙積載台１１が初期位置よりも給紙位置寄りの昇降位置にあるときでも発生することがあり、その度合いは、用紙積載台１１の昇降位置が初期位置に近いほど顕著になる。それは、用紙積載台１１が初期位置に近いほどプーリ付きギア２９Ｒに加わる付勢力の水平方向成分が大きくなり、プーリ付きギア２９Ｒのギア部２９ａのラック部材２１Ｒのラック歯２１ａに対する噛み込み深さが深くなるためである。

なお、同様のことは、駆動モータ２４が取り付けられていない用紙積載台１１の左側においても発生する。これは、右側のワイヤ通過用プーリ３２Ｒとプーリ付きギア２９Ｒとの相対位置関係と同じ関係が、左側のワイヤ通過用プーリ３２Ｌとプーリ付きギア２９Ｌとの間にも存在するからである。

即ち、用紙積載台１１の左側においても、引張バネ３５Ｌによりプーリ付きギア２９Ｌに加わる付勢力に含まれる水平方向成分が、用紙積載台１１が初期位置に近いほど大きくなる。よって、プーリ付きギア２９Ｌのギア部２９ａとラック部材２１Ｌのラック歯２１ａとの噛み込み深さが、用紙積載台１１の昇降位置が初期位置に近いほど大きくなる。したがって、プーリ付きギア２９Ｌの回転トルクも、用紙積載台１１の昇降位置が初期位置に近いほど大きい度合いで変化する。

上述したプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒの回転トルクの変化により、プーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒを駆動モータ２４が回転駆動する際の負荷トルクは、図７のグラフにおける実線で示すようにジグザグ状に変化する。このジグザグ状の変化は、プーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒのギア部２９ａのギアピッチに応じた数及び周期で発生する。そして、用紙積載台１１が初期位置に近いほど、図７中に破線で示すように、引張バネ３５Ｌ，３５Ｒによるプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒの付勢力のうち水平方向成分が大きくなるので、負荷トルクのジグザグ状の変化の振れ幅も、用紙積載台１１が初期位置に近いほど大きくなる。

そこで、本実施形態の用紙積載装置１０では、用紙積載台１１の昇降位置に応じて駆動モータ２４が、図７中に一点鎖線で示すプロファイルデータで示されるトルクを発生するように、駆動制御される。

図８は用紙積載台１１の昇降駆動に用いる本発明の一実施形態に係る駆動制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。本実施形態の駆動制御装置は、全体制御用の制御ユニット５０を有している。この制御ユニット５０は、不揮発メモリ５１ｃに格納されたプログラムをＣＰＵ５１ａが揮発メモリ５１ｂの作業領域を使用しながら実行することで、各種の制御処理を実行する。

なお、上述した駆動モータ２４のプロファイルデータは、予め生成しておいて不揮発メモリ５１ｃに格納してもよい。あるいは、画像形成装置１の電源オンに伴う用紙積載装置１０の起動時等に生成して、揮発メモリ５１ｂに記憶させてもよい。用紙積載装置１０の起動時等にプロファイルデータを生成する場合については、後に詳述する。

ＣＰＵ５１ａには、センサインタフェース（センサＩ／Ｆ）５１ｄを介して、用紙積載台１１の給紙位置（上限位置）と初期位置（下限位置）とをそれぞれ検出する上限センサ６１ａ及び下限センサ６１ｂと、駆動モータ２４のモータ電流を検出する電流センサ６２と、駆動モータ２４のエンコーダ２４ｂとが接続されている。また、ＣＰＵ５１ａには、ドライバインタフェース（ドライバＩ／Ｆ）５１ｅを介して、駆動モータ２４のモータドライバ５１ｆが接続されている。

次に、図８の制御ユニット５０のＣＰＵ５１ａが不揮発メモリ５１ｃに格納されたプログラムにしたがい実行する駆動モータ２４の駆動制御の手順を、図９のフローチャートを参照して説明する。

ＣＰＵ５１ａは、用紙積載台１１の昇降に関する指令が発生したことをきっかけに処理を開始し、まず、指令の内容が用紙積載台１１の上昇指令（給紙台上昇）であるか否かを確認する（ステップＳ１）。

上昇指令でない場合は（ステップＳ１でＮＯ）、下限センサ６１ｂが用紙積載台１１の初期位置（下限位置）への到達を検出する（ステップＳ３でＹＥＳ）までの間（ステップＳ３でＮＯ）、用紙積載台１１が降下する方向にプーリ付きギア２９Ｒを回転させるための駆動指令をモータドライバ５１ｆから駆動モータ２４に出力させる（ステップＳ５）。

用紙積載台１１の初期位置への到達を下限センサ６１ｂが検出したら（ステップＳ３でＹＥＳ）、発生した指令に対応した用紙積載台１１の降下に関する駆動モータ２４の駆動制御を終了する。

一方、指令の内容が用紙積載台１１の上昇指令（給紙台上昇）である場合は（ステップＳ１でＹＥＳ）、上限センサ６１ａが用紙積載台１１の給紙位置（上限位置）への到達を検出する（ステップＳ７でＹＥＳ）までの間（ステップＳ７でＮＯ）、用紙積載台１１が上昇する方向にプーリ付きギア２９Ｒを回転させるための駆動指令をモータドライバ５１ｆから駆動モータ２４に出力させる（ステップＳ１３）。

なお、ステップＳ１３の駆動指令をモータドライバ５１ｆから駆動モータ２４に出力させるのに当たり、ＣＰＵ５１ａは、駆動モータ２４が発生させるべきトルクを示すプロファイルデータが存在するか否かを確認する（ステップＳ９）。そして、プロファイルデータが存在する場合は（ステップＳ９でＹＥＳ）、揮発メモリ５１ｂ又は不揮発メモリ５１ｃのプロファイルデータを、駆動モータ２４の駆動制御に使用する（ステップＳ１１）。

その結果、ステップＳ１３の駆動指令の内容は、そのプロファイルデータに示されるトルク（図７の一点鎖線参照）を駆動モータ２４に発生させるのに適した内容となる。その場合、駆動モータ２４に発生させるトルクは、エンコーダ２４ｂの出力からＣＰＵ５１ａが計算した用紙積載台１１の昇降位置に対応する大きさとなる。

このように、本実施形態によれば、用紙積載台１１の昇降位置によって、プーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒとワイヤ通過用プーリ３２Ｌ，３２Ｒとの相対位置が変化する。これにより、ワイヤ通過用プーリ３２Ｌ，３２Ｒからプーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒに作用する引張バネ３５Ｌ，３５Ｒの付勢力のうち水平方向成分の大きさが、用紙積載台１１の昇降位置によって変わる。そのため、用紙積載台１１が初期位置に近いほど、プーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒのギア部２９ａとラック部材２１Ｌ，２１Ｒのラック歯２１ａとの噛み込み深さが深くなり、プーリ付きギア２９Ｒを駆動モータ２４で回転駆動する際の負荷トルクの変化が大きくなる。

そこで、用紙積載台１１を上昇させる際に、プーリ付きギア２９Ｒを回転させる際の負荷トルクの変化に対応したプロファイルデータを用い、用紙積載台１１の昇降位置に応じたトルクの大きさでで駆動モータ２４を駆動させるように制御する。これにより、プーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒの回転トルクの大小変化に合わせて駆動モータ２４が出力するトルクを増減させて、プーリ付きギア２９Ｌ，２９Ｒを定速で回転させ、用紙積載台１１を定速で上昇させることができる。よって、用紙積載台１１上の用紙残数が減少するのに伴い用紙積載台１１をスムーズに安定して上昇させ、給紙ローラ１３及び捌きローラ１４により安定して用紙Ｐを給紙させることができる。

なお、図７の一点鎖線で示すプロファイルデータは、画像形成装置１の電源オンに伴う用紙積載装置１０の起動時等に生成して、揮発メモリ５１ｂに記憶させてもよい。その場合は、駆動モータ２４によりプーリ付きギア２９Ｒを定トルクで回転させて、用紙積載台１１を初期位置から給紙位置まで上昇させる。そして、上昇中に電流センサ６２が検出する駆動モータ２４のモータ電流から、定速でプーリ付きギア２９Ｒを回転させるのに必要なトルクを随時計算する。さらに、計算したトルクを、エンコーダ２４ｂの出力からＣＰＵ５１ａが計算する用紙積載台１１の昇降位置と対応付けて、プロファイルデータとする。

また、用紙積載台１１が降下する方向にプーリ付きギア２９Ｒを回転させる際にも、プーリ付きギア２９Ｒが定速で回転して用紙積載台１１が定速で降下するように、プロファイルデータを用いた駆動モータ２４の駆動制御を行う構成としてもよい。但し、用紙積載台１１の降下は、昇降位置のリセット時等、給紙ローラ１３及び捌きローラ１４により用紙Ｐを給紙しないときに行う。そこで、以上に説明した本実施形態の用紙積載装置１０のように、用紙積載台１１の降下時にはプロファイルデータを用いた駆動制御を行わない構成としても、何ら差し支えない。

１ 画像形成装置
１ａ 側面
１ｂ 開口部
１ｃ，１ｄ 側壁
１０ 用紙積載装置
１１ 用紙積載台
１１ａ 上面
１１ｂ 先端部
１１ｃ 左側面部
１１ｄ 右側面部
１２Ｌ，１２Ｒ ガイドフェンス
１３ 給紙ローラ
１４ 捌きローラ
１５，１５ アーム
１６ 摩擦板
２０ 昇降機構部
２１Ｌ，２１Ｒ ラック部材
２１ａ ラック歯
２１ｂ 外側面
２２ ブラケット
２３ モータブラケット
２３ａ 上面
２３ｂ 側面
２４ 駆動モータ
２４ａ モータ軸
２４ｂ エンコーダ
２５ ウォームギア
２６ シャフト
２７ アイドラーギア
２８Ｌ，２８Ｒ シャフト
２９Ｌ，２９Ｒ プーリ付きギア
２９ａ ギア部
２９ｂ プーリ部
２９ｂ１ 連接用ボス部
２９ｂ２ 下フランジ部
２９ｂ３ プーリ外周部
２９ｂ４ 上フランジ部
２９ｃ 中心孔
３０Ｌ，３０Ｒ ワイヤ
３１Ｌ，３１Ｒ シャフト
３２Ｌ，３２Ｒ ワイヤ通過用プーリ
３３Ｌ，３３Ｒ シャフト
３４Ｌ，３４Ｒ ワイヤ方向転換用プーリ
３５Ｌ，３５Ｒ 引張バネ
３６Ｌ，３６Ｒ 固定部
５０ 制御ユニット
５１ａ ＣＰＵ
５１ｂ 揮発メモリ
５１ｃ 不揮発メモリ
５１ｄ センサインタフェース
５１ｅ ドライバインタフェース
５１ｆ モータドライバ
６１ａ 上限センサ
６１ｂ 下限センサ
６２ 電流センサ
Ｐ 用紙

Claims (3)

1. モータにより回転させたピニオンを該ピニオンが噛合するラックに対して上昇させることで画像形成装置の筐体に対して給紙台を上昇させる際のトルクを、前記筐体に対する前記給紙台の昇降位置に応じて大きさが変化する、前記ピニオンが前記ラックに接近する方向のベクトル成分を含む付勢手段の付勢力によって軽減するトルクアシスト機構を有する給紙台の昇降駆動を制御する装置であって、
   前記モータの駆動を制御するコントローラと、
   前記モータの駆動制御パターンを規定するプロファイルデータが記憶される記憶手段とを備えており、
   前記プロファイルデータは、前記ラック及び前記ピニオンのギアピッチに応じた周期で増減する、前記ピニオンの前記ラックに対する回転時の前記給紙台の昇降位置に応じたトルク変動を再現するトルクコントロール用のデータであり、
   前記コントローラは、少なくとも前記給紙台が前記筐体に対して上昇する方向に前記ピニオンを回転させる際に、前記プロファイルデータを用いて前記モータを駆動制御する、
   ことを特徴とする給紙台駆動制御装置。
2. 前記プロファイルデータは、少なくとも、前記モータにより前記ピニオンを回転させて前記給紙台を前記筐体に対して下限位置から上限位置まで上昇させた際の、前記筐体に対する前記給紙台の位置と前記モータの負荷とに基づいて生成されたデータであることを特徴とする請求項１記載の給紙台駆動制御装置。
3. 前記コントローラは、前記給紙台が前記筐体に対して降下する方向に前記ピニオンを回転させる際に、前記プロファイルデータを用いずに前記モータを駆動制御することを特徴とする請求項１または２記載の給紙台駆動制御装置。

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