JP3710430B2 - シート材給送装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリ等の両像形成装置に記録紙などのシートを供給するためのシート材給送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複写機等に設けられているシート給送装置は、例えばシートカセットに記録紙であるシートを収納し、収納されているシートをフィードローラとリタードローラとにより1枚ずつ分離して送り出す構成の白動シート給送部を備えたものがある。この従来例のシート給送装置の一例を図に基づいて説明する。図3〜図5はリタード分離方式のシート材給送装置であり、図3はシート材給送部を示す断面説明図、図4はシート材給送部を駆動するための駆動伝達部を示す斜視図である。また図5はシート材給送部要部である。
【0003】
図3においてシート材給送部はピックアップローラ2と給紙ローラ対(3、4)からなる。
【0004】
図4において、給紙ローラ対(3、4)は、フィードローラ3とリタードローラ4からなる。15はトルクリミッタである。フィードローラ3はフィードローラ軸11を通じて常時給送方向(矢印A方向)に回転しており、リタードローラ4にはリタードローラ軸13、トルクリミッタ15を介して矢印B方向の回転動力が伝達されている。
【0005】
今、ピックアップローラ2がデッキ5の内から1枚のシート材Sを給送すると、シート材Sとフィードローラ3の摩擦力によってトルクリミッタ15が空転しリタードローラ4の矢印B方向の回転動力が断たれる。このため、リタードローラ4はフィードローラ3に従動回転してシート材Sを給送する。
【0006】
また、ピックアップローラ2が複数枚のシート材Sを給送すると、シート材Sとフィードローラ3の摩擦力よりも各シート材S,S間の摩擦力が小さいために、リタードローラ4が矢印B方向に回転して最上紙以外を給紙カセット内に戻す。図5において、102は加圧アームであり、加圧アーム102の回動支点を102Aとする。また、101はスプリングである。リタードローラ4には加圧アーム回動支点102Aまわりに、スプリング101による加圧力が加えられ、フイードローラ3への接触圧となっている。この接触圧は、トルクリミッタ15の空転トルクTとともに、給送されるシート材の「重送」「スリップ」を決定する重要なパラメータをなしている。なお、以下、シート材が給紙ローラ対(3、4)で分離しきれずに両像形成装置木体内へ複数枚送られる現象を「重送」と称し、逆に給紙ローラ対(3、4)より先に搬送されない現象を「スリップ」と称する。図11に「重送」、「スリップ」を起こさない給送領域の説明図を示す。同図において、横軸はトルクリミッター15の空転トルクTを、縦軸にはリタードローラ4の加圧力N(接触圧)を取り、斜線部が給送領域となる。
【0007】
即ち、図11においてトルクリミッター15の空転トルクに所定の値T1を設定したとすると、「重送」、「スリップ」を起こさないためには、図中の境界(3)及び(5)との交点N1,N2に規定される範囲内に接触圧が限定されることが分かる。このように、接触圧の値は給送領域を決定する、非常に重要なパラメータである。また、この接触圧は給紙ローラ対(3、4)への駆動入力により変動する。
【0008】
ここで、フィードローラ3へのリタードローラ4の接触圧が変動する理論について以下に詳しく説明する。まず、図4においてリタードローラ4の矢印B方向の回転動力により、フィードローラ3にはトルクリミッタ15による戻し力(矢印a方向とは逆向き)がかかる。図5に示すように、この戻し力の反力として、フィードローラ3との接点、リタードローラ4の外周面にはF1なる力が給紙方向に働く。このF1により作用する力を次に列挙する。但し前提として、駆動時にリタードローラにかかる力の作用点は、回転するローラ外周面ではなく、ローラ中心と定義している。
F1:リタードローラ4の戻し力の反力(=T/r)
F2:F1のオフセット力
F3:F2の回動アーム102の回動中心まわり接線方向成分
Na:F3のフィードローラ3中心方向成分
また、
Na=(T/2r)sin2θ…(1)
ここで、
T:トルクリミッタの空転トルク
r:リタードローラの実効半径(実効半径とは、リタードローラ中心からフィードローラ外周面までの実際の距離と定義する。)
θ:F2が作用する線上からの、加圧アーム102の回動支点の角度この作用力Naを、リタードローラ4の変動圧Naと定義する。従って、静止時の接触圧(静圧)との相関は、次の様になる。(図6に示す)動作時の接触圧(動圧)=静止時の接触圧(静圧)十変動圧Na…(2)
即ち、駆動入力時はこの変動圧Naにより、フィードローラ3へのリタードローラ4の接触圧が変動する。ここで、図5における、リタードローラ4の中心と加圧アーム102の回動支点を結ぶ作用線がF2となす角度をθとする。これより図7として、横軸に角度θ、縦軸に変動圧Naをとったグラフを示す。同図中に(1)式による理論値を示す。このとき、トルクリミッタの空転トルクT、リタードローラ4の実効半径rはともに固定とする。
【0009】
図7から、加圧アーム102の回動支点の角度θによっては変動圧Naは正、または負の値を取る事が分かる。ただし、図7においてはθの符号が正の時、Naの符号も正となるよう対応させている。
【0010】
図7に示した(1)式の関係はリタードローラ実効半径rを固定とした場合の理論値であり、従ってリタードローラ4の実効半径rを固定としない場合、すなわちローラ表面への加圧力によりローラ半径が変化しうる場合は、また異なる曲線となる。図8に、横軸に角度θ、縦軸に変動圧Naをとり、リタードローラ4の材質がスポンジの場合の測定結果を示す。同図より、rを固定とする場合に比べて、(1)式の傾きが小さくなっている事が分かる。他の材質、例えばリタードローラがゴムローラなどの場合も考えられるが、この場合の測定結果は、ゴムローラの実効半径の変化量が小さいため、図7に示した、実効半径rを固定とした場合の理論値にほぼ一致する。
【0011】
この、図8において(1)式の傾きが図4に比べて小さくなっている理論を次に説明する。まず、リタードローラ対(3、4)への駆動入力により、フィードローラ3へのリタードローラ4の接触圧に、変動圧Naが発生する。リタードローラ4が柔らかい素材である場合はこの変動圧Naによりローラがつぶれ、リタードローラ4の中心位置が移動し、リタードローラ4の実効半径rが変化する。この実効半径rの変化量をΔrとすると、Δrの符号の正負は変動圧Naの符号の逆となる。ここで、リタードローラ4には加圧アーム102の回動支点102Aまわりに、スプリング101による加圧力が加えられ、フィードローラ3への接触圧となっているが、リタードローラ4の実効半径rがΔr変化することにより、スプリング101の変位量も変化し、従ってフィードローラ3への接触圧も変化する。この、スプリング101の変位量の変化による接触圧の変化量をΔNaとすると、ΔrとΔNaの間には次の関係がある。
ΔNa≒k・Δr…(3)
ただし、
k:スプリング101のバネ弾性係数
Δrの符号は変動圧Naの符号の逆となることから、ΔNaは変動圧Naを打ち消す方向に働く。つまりこのΔNaが、リタードローラ4の実効半径rを固定した場合に比べて、実効半径rを固定としない場合の(1)式の傾きが小さくなる要因のひとつになっている。
【0012】
これより、上記従来のシート材給送装置ではリタードローラ対(3、4)への駆動入力により、フィードローラ3へのリタードローラ4の接触圧が変動することが分かる。
【0013】
以上の過程を経て給送されたシート材Sは複写機の現像、転写、定着等の画像形成プロセスを経て画像が形成されて排出される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では給紙ローラ対(3、4)への駆動入力によりフィードローラ3へのリタードローラ4の接触圧が変動する結果、実際には図11で説明した給送領域から大きく外れてしまう場合もあり、給送条件の安定化という面で問題となっていた。例えば給送条件が、図11中に示す点N1で決定されていたとすると、変動圧が正にふれれば「重送領域」内に入り、給送領域より外れてしまう。
【0015】
また図7および図8に、加圧アーム102の回動支点102Aの角度θをパラメータのひとつとして変動圧Naを(1)式より示したが、(1)式の傾きが大である、ということは加圧アーム102の回動支点角度の変化量に対する、変動圧Naの変動幅が大きいということである。従って、例えば寸法公差等による角度変化のバラつきの影響を考慮した場合、(1)式の傾きが大きいと変動圧Naのバラつきも大きくなり、その分、給紙ラチチュードは小さくなるという事になる。
【0016】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、給紙ローラ対(3、4)への駆動入力により発生する、フィードローラ3へのリタードローラ4の接触圧の変動の幅を小さくする事で給送条件の安定化を図ることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シート材の給送方向に回転駆動されるフィードローラと、フィードローラに所定圧で対向接触させシート材搬送方向とは逆方向に所定のトルクで回転駆動されるリタードローラを有するシート給送装置において、前記フィードローラヘの前記リタードローラの接触圧変化を小さくする圧変動抑制手段を有することを特徴とする。
【0018】
また、前記リタードローラを所定圧でフィードローラに対向接触させる弾性体を有し、前記圧変動抑制手段として、リタードローラを支持し回動自在に設けられたローラ支持部材と、前記弾性体が掛支され回動自在に設けられた弾性体支持部材と、これらを連結する変位伝達手段と、を有することを特徴とし、前記変位伝達手段としては、前記ローラ支持部材の回転変位量よりも前記弾性体支持部材の回転変位量が大きくなるよう構成する。
【0019】
更に前記変位伝達手段は、前記ローラ支持部材と前記弾性体支持部材のそれぞれの回動中心に固設されたギアを含むギア列により構成されることを特徴とする。
【0020】
(作用)
給紙ローラ対(3、4)への駆動入力により発生する、フィードローラ3へのリタードローラ4の接触圧の変動の幅を小さくするための上記構成によれば、前記ローラ支持部材の回転変位量よりも、前記弾性体支持部材の回転変位量が大きくなる。
【0021】
このため前記弾性体支持部材の回転変位量が大きくなる事で前記弾性体の変位量も大きくなり、その結果、前記弾性体の変位量の変化による接触圧の変化量をΔNaとすると、ΔNaが大きくなる。ΔNaは常に前記変動圧Naの変動幅を小さくする方向に働く事から、接触圧の変動幅は小さくなる。
【0022】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下図面に沿って、本発明の第1の実施形態について説明する。図3のシート材給送部を示す断面説明図、図4のシート材給送部を駆動するための駆動伝達部を示す斜視図は、本発明の実施形態においても同構成であるため重複して使用し、説明する。また図1は本発明の第1の実施形態であるシート材給送部要部断面説明図である。図9は本発明に係るシート材給送装置を装備した複写機の概略説明図である。本発明に係るシート材給送装置は、画像形成装置としての複写機Pの木体50に接続されている。
【0023】
まず、本画像形成装置の全体的な構成を説明する。図8において、前記シート材給送装置は各デッキ53,54,55から用紙S1,S2,S3を一枚ずつ分離して送り出すように配設されている。また、複写機Pを含む複写システムは、複写機Pの上部に配設されていて原稿56を白動給送する原稿処理装置57と、ソータ等のコピー紙後処理装置58と、複写機Pの載置台を兼ねていて用紙Sの両面に両像を形成させるのに用いられる白動両面装置59等を備えている。本体50内には、上記原稿56をスキャンする光学系60と、この光学系60による露光および現像装置によるトナー像が形成される感光体61と、トナー像を用紙Sに転写させる転写部62およびトナー像を定着する定着器63等を有している。
【0024】
次に、シート材を画像形成装置に給送するシート材給送部および前記シート材給送部を駆動するための駆動伝達部について説明する。図3において、シート材給送部1は図8に示す画像形成装置としての複写機Pに対して紙や合成樹脂等で構成されるシート材Sを一枚ずつ分離して供給し得るものである。図3において、シート材送り出し手段となるシート材給送部1は図示しないリフター板上に複数枚のシート材Sが積載収納されたシート材収納手段であるデッキ5から最上位のシート材Sを一枚ずつ給送するピックアップローラ2と、前記ピックアップローラ2によりデッキ5から給送されたシート材Sを複写機P本体内(図の矢印a方向)へ搬送するフィードローラ3と、前記フィードローラ3に対向配置されてデッキ5から給送されたシート材Sが複数枚の場合には、シート材S給送方向と逆方向に回転して一枚のシート材Sに分割するためのリタードローラ4と、複写機Pの手前に配置された搬送ローラ対6とを備えている。
【0025】
また、ピックアップローラ2とフィードローラ3およびリタードローラ4との間のシート材通過領域7にはガイド8が配置され、フィードローラ3およびリタードローラ4と搬送ローラ対6との間、および搬送ローラ対6と複写機Pの本体との間にはガイド9が配置され、それぞれシート材Sが案内搬送されるようになっている。
【0026】
前記フィードローラ3およびリタードローラ4は図3に示す駆動伝達部10によって駆動される。駆動伝達部10にはフィードローラ3を軸支するフィードローラ軸11と、リタードローラ4を軸支するリタードローラ軸12および前記リタードローラ軸12に連結されたリタードローラ駆動軸13とが平行に設けられている。
【0027】
リタードローラ軸12とリタードローラ駆動軸13との間にはカップリング14およびトルクリミッタ15が配置されている。更に、フィードローラ軸11の端部には複写機Pの図示しないメイン駆動手段から駆動入カベルト16を介して伝達された駆動力をフィードローラ軸11に伝達する電磁クラッチ17が設けられている。また、フィードローラ軸11とリタードローラ駆動軸13との間にはフィードローラ軸11に伝達された回転駆動力をリタードローラ駆動軸13に伝達するリタード駆動ベルト18が張架されている。
【0028】
図1には本発明の第1の実施形態のシート材給送部要部が示されている。同図において、110はリタードローラを軸支するリタードローラ支持アームであり、111はスプリング支持アームである。リタードローラ支持アーム110とスプリング支持アーム111は、それぞれ両者の接続端に構成されたギア対(110A、111A)で噛合している。またギア対(110A、111A)の軸を回動中心として連動しており、ともにギア支板113により軸支されている。
【0029】
また、スプリング支持アームにはスプリング112が掛支されている。このスプリング112によりリタードローラ4はギア対(110A、111A)を通じてフィードローラ3に加圧されている。
【0030】
ここで、リタードローラ支持アーム110の配置であるが、リタードローラ中心を通る作用線(向きは矢印a方向)と、リタードローラ中心とリタードローラ支持アーム110の回動中心(ギア110Aの軸中心)を結んだ作用線のなす角度θをもって決定される。角度θが0のとき、先に述べたフィードローラ3とリタードローラ4の回転駆動時の接触圧の変動幅は0となる。また、図7において角度θを時計まわりにとった値を正符号とすると、θが正符号の時、前記接触圧は増加方向に変動し、θが負符号の時、前記接触圧は減少方向に変動する。
【0031】
次に、上記駆動伝達部10によるフィードローラ3およびリタードローラ4の駆動について説明する。複写機P本体のメイン駆動手段から与えられた回転駆動力は、駆動入カベルト16に伝達され、給送タイミングに応じてON/OFF制御される電磁クラッチ17のアマチュア部に設けられたプーリ19に入力される。
【0032】
ここで、電磁クラッチ17のロータ部と一体に回転するフィードローラ軸11と、リタードローラ駆動軸13およびリタードローラ軸12は、リタード駆動ベルト18によって連結されているので、フィードローラ軸11とリタードローラ駆動軸13は同方向に回転し、フィードローラ3とリタードローラ4は、給送タイミングON時に同期して回転駆動される。
【0033】
前記駆動伝達部10によりシート材Sが給送方向(図3、図4に示す矢印a方向)に一枚ずつ送られる際、フィードローラ3およびシート材Sとの間の摩擦力によりトルクリミッタ15が空転して、リタードローラ4はリタードローラ駆動軸13の駆動回転方向と逆方向に回転する。
【0034】
また、複数枚のシート材Sが給送された際は、リタードローラ4とシート材Sとの間の摩擦力に対して、複数枚のシート材S間の摩擦力が小さいことからトルクリミッタ15は空転せずにリタードローラ4はリタードローラ駆動軸13の回転駆動方向と同方向に回転する。
【0035】
これにより、複数枚送られたシート材Sの中のフイードローラ3側、即ち、最上位のシ一ト材Sとそれ以外のシート材Sとを分離し、複写機P本体内へのシート材Sの重送を防止するようになっている。
【0036】
このフィードローラ3とリタードローラ4の回転駆動時、フィードローラ3に対するリタードローラ4の接触圧が変動する、この接触圧の変動について以下に説明する。
【0037】
まず、このフィードローラ3とリタードローラ4に回転駆動が入力されると、先に述べた理由より、(2)式に示されるように変動圧Naが発生する。リタードローラ4がスポンジ素材のように柔らかい素材の場合、静止時のフィードローラ3とリタードローラ4の中心軸の位置関係がバランスした状態から、変動圧Naが作用する事でローラがつぶれを起こし、リタードローラ3の中心位置がΔr移動する(リタードローラ4の中心の移動の様子を図9に示す)。この、中心位置の移動に連動してスプリング112の変位量が、ギア対(110A,111A)を介して変化する。更に、このスプリング112の変位量の変化により、リタードローラ4のフィードローラ3への接触圧がΔNa変化する。その変化量は次の様になる。
ΔNa≒α・k・Δr…(4)
ただし、
k:スプリング101のバネ弾性係数
α:リタードローラ支持アーム110の回転角度に対してスプリング支持部材111の回転角度を増加させるようなギア対(110A、111A)の減速比
ここで図1においてリタードローラ支持アーム110の回転変位をφ、スプリング支持アーム111の回転変位をφとし、α>1であれば、常にφ>φが成り立つ。従って、駆動入力によってリタードローラ4の戻し力の反力が作用し、同図においてリタードローラ支持アーム110がフィードローラ3に接近する方向に移動し(1)式で計算されるように接触圧が増加しても、スプリング支持アーム111が図1中で半時計方向に回転しスプリング112の変位量を小さくするため、駆動入力による接触圧の変動幅は(4)式で計算されるΔNaだけ確実に小さくなる。また逆に、リタードローラ支持アーム110がフィードローラ3から離れる方向に移動し接触圧が減少する場合でも、スプリング支持アーム111が図中で時計方向に回転しスプリング112の変位量を大きくするため、駆動入力による接触圧の変動幅は小さくなる。
【0038】
このΔNaにおいて、前記減速比αを大きく取る事で変動圧Naの変動幅をより小さく抑える事が出来る。したがって本実施形態によって接触圧の変動幅を小さくし、給送条件の安定化を可能にするという効果が得られることが分かる。
【0039】
(第2の実施形態)
図2に本発明の第2の実施形態のシート材給送部要部断面説明図を示す。同図において、第1の実施形態と同構成部分については同符号を付し、重複した説明を省略する。第2の実施形態においては、一対のギア(110A、111A)のみで構成するのではなく、図2に示すアイドラギア114を含めて構成されている。
【0040】
図2において、駆動入力によってリタードローラ4の戻し力の反力が作用し、同図においてリタードローラ支持アーム110がフィードローラ3に接近する方向に移動し(1)式で計算されるように接触圧が増加しても、スプリング支持アーム111が図2中で時計方向に回転しスプリング112の変位量を小さくするため、駆動入力による接触圧の変動幅は(4)式で計算されるΔNaだけ確実に小さくなる。また逆に、リタードローラ支持アーム110がフィードローラ3から離れる方向に移動し接触圧が減少する場合でも、スプリング支持アーム111が図2中で半時計方向に回転しスプリング112の変位量を大きくするため駆動入力による接触圧の変動幅は小さくなる。
【0041】
また、この第2の実施形態の構成の作用として、ギアの配置、構成によりスプリング112の配置の自由度を高める事が可能となる。その他動作、作用については第1の実施形態と何ら変わるところがないため、ここでは割愛する。
【0042】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば本実施形態ではリタードローラ支持アーム110がリタードローラ4を軸支している例を挙げたが、図4におけるローラのカラー部30の下面をリタードローラ支持アーム110の先端がフィードローラ3方向に押圧していても良い。また本実施形態では、図2に示すようにリタードローラ回動支点位置(ギア110Aの中心)がリタードローラ4に対してシート材搬送方向(矢印a方向)の下流側に位置しているが、上流側に位置していても良い。また、本発明のシート材給送装置が適用される画像形成装置も複写機に限定されるものではなく例えばプリンタ、ファクシミリ等に適用することが可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、給紙ローラ対(3、4)への駆動入力により発生する前記ローラ支持部材の回転変位量よりも、前記弾性体支持部材の回転変位量が大きくなる。
【0044】
このため前記弾性体支持部材の回転変位量が大きくなる事で前記弾性体の変位量も大きくなり、その結果、前記弾性体の変位量の変化による接触圧の変化量が大きくなる。この接触圧の変化は常に接触圧の変動を打ち消す方向に働くため、接触圧の変動が小さくなり、給送条件の安定化を図れるとともに給紙ラチチュードが広がるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態であるシート材給送部要部断面説明図。
【図2】本発明の第2の実施形態であるシート材給送部要部断面説明図。
【図3】シート材給送部を示す断面説明図。
【図4】図1に示したシート材給送部を駆動するための駆動伝達部を示す斜視図。
【図5】図1に示したシート材給送部の要部断面説明図。
【図6】フィードローラ及びリタードローラ接触圧の駆動入力による変化模式図。
【図7】図3に示す加圧アームを横軸にとり、リタードローラの実効半径を固定とした場合の接触圧の変化量説明図。
【図8】図3に示す加圧アームを横軸にとり、リタードローラの実効半径を非固定とした場合の接触圧の変化量説明図。
【図9】本発明に係るシート材供給装置を装備した複写機の概略説明図。
【図10】リタードローラ対への駆動入力によるリタードローラ中心の移動の様子を示す図。
【図11】給送領域の説明図。
【符号の説明】
1 シート材給送部
2 ピックアップローラ
3 フィードローラ
4 リタードローラ
5 デッキ
6 搬送ローラ
10 駆動伝達部
11 フィードローラ軸
12 リタードローラ軸
13 リタードローラ駆動軸
14 カップリング
15 トルクリミッタ
17 電磁クラッチ
30 カラー
102 加圧アーム
101、102 スプリング
110 リタードローラ支持アーム
111 スプリング支持アーム
113 ギア支板
114 アイドラギア

Claims (4)

  1. シート材の給送方向に回転駆動されるフィードローラと、フィードローラに所定圧で対向接触させシート材搬送方向とは逆方向に所定のトルクで回転駆動されるリタードローラを有するシート給送装置において、
    前記フィードローラヘの前記リタードローラの接触圧変化を小さくする圧変動抑制手段を有することを特徴とするシート材給送装置。
  2. 前記リタードローラを所定圧でフィードローラに対向接触させる弾性体を有し、
    前記圧変動抑制手段として、
    リタードローラを支持し回動自在に設けられたローラ支持部材と、
    前記弾性体が掛支され回動自在に設けられた弾性体支持部材と、
    これらを連結する変位伝達手段と、
    を有することを特徴とし、
    前記変位伝達手段として
    前記ローラ支持部材の回転変位量よりも前記弾性体支持部材の回転変位量が大きくなるよう構成した、請求項1に記載のシート材給送装置。
  3. 前記変位伝達手段は、前記ローラ支持部材と前記弾性体支持部材のそれぞれの回動中心に固設されたギアを含むギア列により構成されることを特徴とする、請求項2に記載のシート材給送装置。
  4. 請求項1、請求項2、または請求項3に記載のシート材給送装置と、前記シート材給送装置より送り出されたシートに画像を形成する画像形成手段と、を備えた事を特徴とする画像形成装置。
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