JP2014001059A - 給紙装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多枚数の用紙がセットされた場合であっても、軸の回転による遠心力を活用して衝撃の発生を効果的に緩和する。
【解決手段】載置された用紙の重さに応じて上下動可能な載置板１０３を有する給紙装置であって、載置板１０３の上下動に連動して回転する軸１０６と、軸１０６の回転に連動して回転し、当該回転による遠心力Ｆで軸１０６から離れる方向に移動可能な離心部材５と、を備える。そして、離心部材５が軸１０６から離れる方向に移動する移動に応じて軸１０６の回転に対する制動力を発生させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、多枚数の用紙を収納する給紙装置、およびその給紙装置を備えた画像形成装置に関する。

従来より、給紙装置に用いられ、多量の用紙を収納する大容量給紙トレイ（ＬＣＴ）が知られている。こうした大容量給紙トレイは、給紙装置にセットされて給紙を行う給紙状態では、用紙を載置する底板（載置板）が、給紙装置本体のモータ（駆動手段）により上昇位置とされる。

このため、大容量給紙トレイが給紙装置にセットされて給紙状態であり、かつ、用紙が満載状態もしくは半分程度の積載状態である時に、この大容量給紙トレイが給紙装置から引き出されると、給紙装置本体のモータによる駆動機構から外れることとなるため、そのままでは底板は用紙の重さにより急激に下降してしまう。このため、停止位置で大きな衝撃が発生してしまう。

こうした衝撃発生を回避するため、大容量給紙トレイにおける底板の上下動を給紙装置本体の駆動機構に連動させる連動機構に、ギアで回すロータリーダンパーを取り付けることが考えられる。
しかし、小サイズ紙や少数枚の積載時は用紙の総重量が軽いため、ロータリーダンパーの抵抗により底板が下がらないおそれがある。また、ダンパーを少数枚の重さに合わせた場合、用紙が満載状態もしくは半分程度の積載状態の時には抵抗が足りず、底板の急激な下降が発生し、大きな衝撃が発生することとなってしまう。

このため、図１１に示すように、フィラー８０３によるスイッチをトレイ筐体１０１の側面に設ける構成が知られている。この図１１に示す構成例では、底板１０３の上下動に連動して回転する駆動軸１０５に、トルクリミッタ８０１、メカニカルクラッチ８０２を経由してフィラー８０３がさらに連動するようになっている。こうした構成により、スイッチが押されている時だけ底板が下降するように構成することで、用紙が積載された厚みの分だけ底板を下げるようにする構成が知られている。

他の従来技術として、特許文献１の構成では、給紙トレイの底板が降下する際の降下速度を適切に制御するため、底板の降下に伴う従動軸の回転に対して制動負荷トルクを付与する複数枚の制動ギアからなるギアトレーン制動機構を備えるようにしている。

また、本出願人による特許文献２では、底板の下にリンク機構をなす可動部材を設け、そこに直動型ダンパーを配置することにより、多枚数の用紙が積載されている場合であっても底板の急激な下降を抑制するようにしている。

しかしながら、上述した図１１に示す構成例では、例えば収容可能枚数が２０００枚である大容量給紙トレイに１７５０枚を積載している場合、そこに最後の１パック（２５０枚）を載せると、その瞬間に約２５ｍｍの底板下降で停止位置に達し、大きな衝撃が発生してしまう。こうした衝撃は、用紙が満載状態で給紙位置にある状態からトレイを引き出した時と同じ衝撃となってしまう。このように、一度に多枚数の用紙をセットされた場合についての対策についてまで考慮されたものではなかった。

また、上述した特許文献１は、ギアトレーン制動機構を備えることで衝撃の緩和を図り、特許文献２では、可動部材に直動型ダンパーを配置して衝撃の緩和を図っている。このように、何れも軸の回転による遠心力を活用することについてまで考慮されたものではなかった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、多枚数の用紙がセットされた場合であっても、軸の回転による遠心力を活用して衝撃の発生を効果的に緩和することができる給紙装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明に係る給紙装置は、載置された用紙の重さに応じて上下動可能な載置板を有する給紙装置であって、載置板の上下動に連動して回転する軸と、軸の回転に連動して回転し、当該回転による遠心力で該軸から離れる方向に移動可能な離心部材と、を備え、離心部材が軸から離れる方向に移動する移動に応じて軸の回転に対する制動力を発生させることを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、上述した本発明に係る給紙装置を備え、給紙装置からの用紙に画像形成を行うことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、多枚数の用紙がセットされた場合であっても、軸の回転による遠心力を活用して衝撃の発生を効果的に緩和することができる。

本発明の第１の実施形態としての大容量給紙トレイ１００の外観例を示す斜視図である。 連動軸１０６の停止時または低速回転時における第１の実施形態の緩衝機構１０８周りの構成を示す側面図である。 同、斜視図である。 連動軸１０６の高速回転時における第１の実施形態の緩衝機構１０８周りの構成を示す側面図である。 同、斜視図である。 本発明の第２の実施形態としての大容量給紙トレイ１００の外観例を示す斜視図である。 連動軸１０６の停止時または低速回転時における第２の実施形態の緩衝機構１０８周りの構成を示す側面図である。 同、斜視図である。 連動軸１０６の高速回転時における第２の実施形態の緩衝機構１０８周りの構成を示す側面図である。 同、斜視図である。 従来のスイッチを用いて底板を下降させる構成を示す図である。

次に、本発明に係る給紙装置および画像形成装置を適用した一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。以下に説明する各実施形態では、大容量給紙トレイに多枚数の用紙がセットされた場合であっても、底板（載置板）の下降速度を軸の回転運動に変換し、その回転による遠心力を活用することで適切な制動力を発生させる好適なものを例示する。

〔第１の実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１に、第１の実施形態としての給紙装置に取り付けられる大容量給紙トレイ１００の外観例を示す。図１では、内部構成を分かりやすくするため、一部構成を省略して示す。

本実施形態における大容量給紙トレイ１００は、図１に示すように、トレイ筐体１０１の内側が仕切り板１０２で区切られ、その区切られた一方である用紙を収納するスペースの下部に、用紙を載置するための底板１０３が上下動可能に設けられて構成される。

また、区切られた他方には、底板１０３の上下動に連動して回転する駆動軸１０５が設けられ、この駆動軸１０５には、駆動軸１０５の回転をより高速化して連動軸１０６に伝達する複数のギア１０７が連動するように設けられる。このため、連動軸１０６は、駆動軸１０５の回転と連動してより高速に回転する。
また、ギア１０７にはワンウェイクラッチ（不図示）が設けられ、底板１０３を上昇させる方向への回転時には連動軸１０６が回転せず、底板１０３が下降する方向への回転時にのみ連動軸が回転するようになっている。
また、連動軸１０６には、本実施形態の緩衝機構１０８が設けられる。

また、トレイ筐体１０１の側面に、底板１０３の上下動と駆動軸１０５の回転とを連動させる連動機構１０４が設けられる。この連動機構１０４は、底板１０３の４隅に一端が固定されたワイヤ（不図示）を、所定の滑車機構（不図示）を介して、駆動軸１０５に固定された巻き取り部で巻き取るように構成される。また、駆動軸１０５には、図示しない給紙装置本体のモータによる駆動機構と連動するギア（不図示）が固定され、この給紙装置本体のモータからの回転動力により、底板１０３を上昇させるようになっている。
こうした給紙装置本体のモータ、駆動軸１０５、および底板１０３を連動させる構成は従来既知のものであり、詳細な説明を省略する。

次に、図１における矢印Ａで示される、本実施形態の要部である緩衝機構１０８周りの構成について、図２〜図５を参照して説明する。図２、図３は、連動軸１０６の停止時または低速回転時の状態を示し、図４、図５は連動軸１０６の高速回転時の状態を示す。図２〜図５では、内部構成を分かりやすくするため、ギア１０７ａ、１０７ｂの軸など一部構成を省略して示す。

緩衝機構１０８は、図２、図３に示すように、連動軸１０６に固定された固定部材１と、スライド部材２との間にバネ６が設けられ、さらに錘（離心部材）５と、連結部材３、４とを備えて構成される。

スライド部材２は、連動軸１０６の回転には連動して回転し、連動軸１０６の軸方向には自由に移動可能となるよう連動軸１０６に設けられる。また、バネ６は、弾性による復元力を、固定部材１およびスライド部材２の間を遠ざける方向に作用させるよう設けられる。このため、図２、図３に示す連動軸１０６の停止時または低速回転時には、スライド部材２は固定部材１から遠ざけられた位置となる。このため、錘５が連動軸１０６に近づけられた状態となる。

連結部材３は、固定部材１および錘５の間を回転可能に連結する。すなわち、連結部材３と固定部材１は、連結部３１により、連動軸１０６の軸方向と平行な平面内で回転可能に連結される。また、連結部材３と錘５は、連結部３２により、連動軸１０６の軸方向と平行な平面内で回転可能に連結される。

連結部材４は、スライド部材２および錘５の間を回転可能に連結する。すなわち、連結部材４とスライド部材２は、連結部４１により、連動軸１０６の軸方向と平行な平面内で回転可能に連結される。また、連結部材４と錘５は、連結部４２により、連動軸１０６の軸方向と平行な平面内で回転可能に連結される。

こうして錘５が、固定部材１およびスライド部材２に取り付けられるため、錘５は、連動軸１０６に対して、軸方向と平行な平面内で移動可能に設けられる。

ここで、大容量給紙トレイ１００の底板１０３に多量の用紙が載置された状態で、大容量給紙トレイ１００が給紙装置本体から引き出された場合など、底板１０３に多枚数の用紙が載置された状態で底板１０３が下降する場合、その底板１０３の下降に連動して連動軸１０６が高速で回転する。

こうして連動軸１０６が高速回転すると、図４、図５に示すように、回転Ｑによる遠心力Ｆで、錘５は連動軸１０６から離れる方向に移動する。このため、スライド部材２は、連結部材３、４により、バネ６の復元力に逆らって固定部材１に近づく方向（図４の矢印Ｘの方向）に引き寄せられる。

ここで、回転運動エネルギーＫは下記式により求められる。
Ｋ＝（Ｉω²）／２
ただし、
Ｋ：回転運動エネルギー
Ｉ：慣性モーメント
ω：角速度

底板１０３に積載された用紙の重量が増えると連動軸１０６の回転運動エネルギーＫが増加するが、錘８が遠心力により軸から離れることで慣性モーメントＩも大きくなる。このため、結果として軸の角速度ωの増加は、慣性モーメントＩが固定されている場合に比較して小さくなる。

以上のように、上述した第１の実施形態では、底板１０３を上昇させることで給紙を行う給紙装置の大容量給紙トレイ１００について、底板１０３下降時に連動して回転する駆動軸１０５からギア列１０７ａ〜１０７ｃを組み増速させた連動軸１０６に、遠心力で連動軸１０６から離れる方向に移動可能な錘５を設けている。
このため、底板１０３に多枚数の用紙が積載され、その用紙の重量により底板１０３が下降する場合であっても、錘５が遠心力で連動軸１０６から離れることで慣性モーメントを増やし、底板１０３の下降速度を抑えることができる。このため、底板１０３の急激な下降による衝撃発生を防止することができる。

また、上述した第１の実施形態では、バネ６の張力により、連動軸１０６の停止時または低速回転時に錘５が連動軸１０６に近接した状態にしている。

このため、連動軸１０６の高速回転時には、錘５が遠心力により外側に引っ張られ、バネ６がスライド部材２の移動により圧縮された状態となり、錘５の回転により制動力を発生させる。こうして、連動軸１０６の回転速度が速くなりすぎないようにすることができる。このため、大容量給紙トレイ１００に用紙が満載または半分以上積載された状態であっても、衝撃発生のない底板下降ができる。

また、連動軸１０６の停止時または低速回転時には、錘５による制動力をほとんど発生させることがない。こうして、連動軸１０６の回転速度に影響をほとんど与えないようにすることができる。このため、大容量給紙トレイ１００に積載された用紙が小枚数の場合であっても、底板１０３をスムーズに下降させることができる。

このように、用紙の重量による下降速度を回転運動に変換する際、遠心力を利用した慣性モーメントの可変機構を設けたことにより、用紙の重さに合わせた抵抗（制動力）を得ることができる。このため、大容量給紙トレイ１００に積載された用紙が満載または半分以上であっても衝撃発生がなく、小サイズや少数枚であってもスムーズに下降させることができる。このため、セットされた用紙の重量や、底板１０３の位置に関わらず、底板１０３を最適な速度でスムーズに下降させることができる。

なお、上述した第１の実施形態における錘５に替えて羽根を設けた構成としてもよい。こうした構成によれば、羽根が遠心力により広がることで外周の線速度を上げ、空気抵抗を得ることにより、上述した実施形態を同様に実現することができ、同様の効果を得ることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、緩衝機構１０８としてブレーキ板７をさらに備え、このブレーキ板７との摩擦により制動力を発生させるように構成したものである。
上述した第１の実施形態と同様のものについては説明を省略する。

図６に、第２の実施形態としての給紙装置に取り付けられる大容量給紙トレイ１００の外観例を示す。図６では、内部構成を分かりやすくするため、一部構成を省略して示す。
第２の実施形態における大容量給紙トレイ１００では、図６に示すように、上述した第１の実施形態の構成に加え、緩衝機構１０８としてのブレーキ板７が、トレイ筐体１０１の内側を区切る仕切り板１０２に固定されて取り付けられ、トレイ筐体１０１に固定されるようになっている。

次に、図６における矢印Ｂで示される、本実施形態の要部である緩衝機構１０８周りの構成について、図７〜図１０を参照して説明する。図７、図８は、連動軸１０６の停止時または低速回転時の状態を示し、図９、図１０は連動軸１０６の高速回転時の状態を示す。図７〜図１０では、内部構成を分かりやすくするため、ギア１０７ａ、１０７ｂの軸など一部構成を省略して示す。

緩衝機構１０８は、図７、図８に示すように、上述した第１の実施形態の構成に加えてブレーキ板７が設けられると共に、スライド部材２が、スライド本体２１と、係合軸部２２と、制動部２３とを備えた構成となっている。スライド部材２は、上述した第１の実施形態と同様に、連動軸１０６の回転には連動して回転し、連動軸１０６の軸方向には自由に移動可能となるよう連動軸１０６に設けられる。

ブレーキ板７は、係合板部（制動部材）７１と、取付部７２とを備えて構成され、取付部７２により仕切り板１０２に固定される。係合板部７１にはスライド部材２の係合軸部２２を収容する軸受凹部７１ａが凹設される。

スライド部材２のスライド本体２１と、係合軸部２２と、制動部２３とは、この順に連接されて構成される。
スライド本体２１には、上述した第１の実施形態と同様に、連結部材４が、連結部４１により、連動軸１０６の軸方向と平行な平面内で回転可能に連結される。

係合軸部２２は、係合板部７１の軸受凹部７１ａの中に収まる円柱形に形成され、連動軸１０６の回転と連動して、この軸受凹部７１ａの中で回転可能となっている。

制動部２３は、軸受凹部７１ａの大きさよりも、連動軸１０６の軸回りの回転における半径方向に大きなサイズとなるよう形成される。

バネ６は、上述した第１の実施形態と同様に、弾性による復元力を、固定部材１およびスライド部材２の間を遠ざける方向に作用させるよう設けられる。このため、図７、図８に示す連動軸１０６の停止時または低速回転時には、スライド部材２は固定部材１から遠ざけられた位置となる。また、こうして錘５が連動軸１０６に近づけられた状態で、スライド部材２の係合軸部２２は軸受凹部７１ａの中で上述のように回転可能であると共に、制動部２３とブレーキ板７の係合板部７１との間には間隔が空けられるよう配置される。また、この状態で、スライド本体２１と係合板部７１との間にも間隔が空けられるよう配置される。

このため、図７、図８に示す連動軸１０６の低速回転時には、スライド本体２１および制動部２３は係合板部７１に接触せず、連動軸１０６の回転に影響を与えることがないように配置される。

ここで、大容量給紙トレイ１００の底板１０３に多量の用紙が載置された状態で、大容量給紙トレイ１００が給紙装置本体から引き出された場合など、底板１０３に多枚数の用紙が載置された状態で底板１０３が下降する場合、その底板１０３の下降に連動して連動軸１０６が高速で回転する。

こうして連動軸１０６が高速回転すると、図９、図１０に示すように、回転Ｑによる遠心力Ｆで、錘５は連動軸１０６から離れる方向に移動する。このため、スライド部材２は、連結部材３、４により、バネ６の復元力に逆らって固定部材１に近づく方向（図９の矢印Ｘの方向）に引き寄せられる。

こうしてスライド部材２が固定部材１に近づく方向（図９の矢印Ｘの方向）に引き寄せられると、軸受凹部７１ａよりも大きなサイズに形成された制動部２３が、図１０における矢印Ｃの部分で係合板部７１に接触して押圧される。すなわち、遠心力Ｆによりスライド部材２が引き寄せられる力により、制動部２３が係合板部７１に押圧される。

底板１０３に積載された用紙の重量が増えると連動軸１０６の回転速度も大きくなるが、回転速度が大きくなると遠心力Ｆも大きくなり、スライド部材２が固定部材１に近づく方向（図９の矢印Ｘの方向）に引き寄せられる力も大きくなる。このため、制動部２３が係合板部７１に押圧される力も大きくなり、その押圧による摩擦力も大きくなる。結果として連動軸１０６の回転速度を抑制する制動力が大きくなるため、連動軸１０６の回転力と制動力が釣り合った状態（回転数）で回転速度が維持される。

以上のように、上述した第２の実施形態では、底板１０３を上昇させることで給紙を行う給紙装置の大容量給紙トレイ１００について、底板１０３下降時に連動して回転する駆動軸１０５からギア列１０７ａ〜１０７ｃを組み増速させた連動軸１０６に、遠心力で連動軸１０６から離れる方向に移動可能な錘５を設けている。また、仕切り板１０２に固定されたブレーキ板７をスライド部材２の制動部２３近傍に配設している。
そして、遠心力による錘５の移動に連動してスライド部材２が移動することにより、スライド部材２の制動部２３がブレーキ板７の係合板部７１を押圧し、制動力を発生させる。

このため、底板１０３に多枚数の用紙が積載され、その用紙の重量により底板１０３が下降する場合であっても、錘５への遠心力により制動部２３が係合板部７１を押圧する力も大きくなるため、制動力も大きくなる。こうして底板１０３の下降速度を制動部２３と係合板部７１との摩擦力に回帰させて制動することにより、底板１０３の下降速度を抑えることができる。このため、底板１０３の急激な下降による衝撃発生を防止することができる。

また、上述した第２の実施形態では、バネ６の張力により、連動軸１０６の停止時または低速回転時に錘５が連動軸１０６に近接した状態とし、係合板部７１が制動部２３に接触しない配置としている。

このため、連動軸１０６の高速回転時には、錘５が遠心力により外側に引っ張られ、制動部２３が係合板部７１を押圧することで制動力を発生させる。こうして、連動軸１０６の回転速度を、連動軸１０６の回転力と制動力が釣り合う回転速度で維持させることができる。このため、大容量給紙トレイ１００に用紙が満載または半分以上積載された状態であっても、底板１０３の下降速度が速くなりすぎないようにすることができ、衝撃発生のない底板下降ができる。

また、連動軸１０６の停止時または低速回転時には、係合板部７１が制動部２３に接触せず、従って押圧による制動力も発生しない。こうして、連動軸１０６の回転速度に影響を与えないようにすることができる。このため、大容量給紙トレイ１００に積載された用紙が小枚数の場合であっても、底板１０３をスムーズに下降させることができる。

このように、用紙の重量による下降速度を回転運動に変換する際、遠心力を摩擦による制動力に回帰させる緩衝機構１０８を設けたことにより、用紙の重さに合わせた抵抗（制動力）を得ることができる。このため、大容量給紙トレイ１００に積載された用紙が満載または半分以上であっても衝撃発生がなく、小サイズや少数枚であってもスムーズに下降させることができる。このため、セットされた用紙の重量や、底板１０３の位置に関わらず、底板１０３を最適な速度でスムーズに下降させることができる。

〔各実施形態について〕
なお、上述した各実施形態は本発明の好適な実施形態であり、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々変形して実施することが可能である。

例えば、上述した第１、第２の実施形態について、連動軸１０６の軸方向が縦になるように配置し、バネ６を用いない構成としてもよい。こうした構成によれば、連動軸１０６の停止時または低速回転時には錘５の自重により連結部材３、４が閉じるため、上述した実施形態を同様に実現することができ、同様の効果を得ることができる。

また、上述した各実施形態では、本発明を大容量給紙トレイに適用した構成例について説明したが、トレイの収容可能枚数が数千枚クラスのものに限定されず、本発明は各種の給紙トレイにも同様に適用することができる。

また、上述した第１、第２の実施形態による大容量給紙トレイを備えた給紙装置を画像形成装置に接続し、その給紙装置から搬送される用紙に画像形成を行う構成とすることで、多枚数の用紙がセットされた場合であっても大きな衝撃が発生することのない好適な画像形成装置とすることができる。こうした構成とする場合、給紙装置は画像形成装置と一体であってもよく、別体として画像形成装置の側面または底面に給紙装置が取り付けられる構成であってもよい。

１ 固定部材
２ スライド部材
２１ スライド本体
２２ 係合軸部
２３ 制動部
３ 連結部材（第１の連結部材）
４ 連結部材（第２の連結部材）
５ 錘（離心部材）
６ バネ
７ ブレーキ板
７１ 係合板部（制動部材）
７１ａ 軸受凹部
７２ 取付部
１００ 用紙トレイ（給紙装置）
１０１ トレイ筐体
１０２ 仕切り板
１０３ 底板（載置板）
１０４ 連動機構
１０５ 駆動軸
１０６ 連動軸
１０７ ギア
１０８ 緩衝機構

特開平１１−５６３３号公報 特開２０１０−２０８７５１号公報

Claims (6)

1. 載置された用紙の重さに応じて上下動可能な載置板を有する給紙装置であって、
   前記載置板の上下動に連動して回転する軸と、
   前記軸の回転に連動して回転し、当該回転による遠心力で該軸から離れる方向に移動可能な離心部材と、を備え、
   前記離心部材が前記軸から離れる方向に移動する移動に応じて前記軸の回転に対する制動力を発生させることを特徴とする給紙装置。
2. 前記軸に固定された固定部材と、
   前記軸の回転には連動して回転し、軸方向には移動可能なスライド部材と、
   前記軸と平行な平面内で回転可能に前記固定部材および前記離心部材を連結させる第１の連結部材と、
   前記軸と平行な平面内で回転可能に前記スライド部材および前記離心部材を連結させる第２の連結部材と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の給紙装置。
3. 前記給紙装置の筐体に固定された制動部材を備え、
   前記離心部材の前記軸から離れる方向への移動に連動して前記スライド部材が移動することにより、該スライド部材が前記制動部材に接触して制動力を発生させることを特徴とする請求項２記載の給紙装置。
4. 前記離心部材が前記軸に近づく方向に復元力を加える弾性部材を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の給紙装置。
5. 前記固定部材および前記スライド部材の間を遠ざける方向に復元力を加える弾性部材を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の給紙装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の給紙装置を備え、前記給紙装置からの用紙に画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。

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