JP3904130B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタや複写機等に代表される画像形成装置に係り、特に１枚ずつ搬送されるシートをスイッチバックさせ、シート面を反転させて排出するシート反転装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成部から送り出されたシートを排紙ローラへ導く送紙路と、送紙路から分岐して設けられた引込み路と、引込み路から分岐して設けられ引込み路に引き込まれたシートを送紙路へ導く反転路とを備えた画像形成装置については、従来から種々構成が提案されている。上記構成の他に、引込み路と反転路とを１つの搬送路で兼用させて単一の搬送路内でシートの引き込みおよび反転を行わせる構成のものも知られているが、単一搬送路内でシートの引き込みおよび反転を行わせる場合には、先行シートと後続シートとの搬送間隔を十分に取る必要があるため装置のスループットが低下してしまうという欠点がある。これに対しシートの引き込みと反転とを個々の搬送路、即ち引込み路と反転路とで行うようにした構成の場合は、シートの搬送間隔を狭めることが可能になり装置のスループット向上の点で有利と考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように引込み路と反転路を備えた画像形成装置においては、少なくとも２箇所に分岐点が設けられる。即ち、送紙路と引込み路の分岐点と、引込み路と反転路の分岐点とが設けられることになる。分岐点には一般的に回動可能なゲート部材が設けられるのだが、それぞれの分岐点にゲート部材を設けたのでは構成ならびに制御の複雑化、ならびにコスト高を招いてしまうという欠点が生じていた。
【０００４】
また、搬送されてくるシートがカールを帯びている場合には、反転したシートの端部が分岐点などで引っ掛かったり、うまく反転路側に搬送されずに再び引込み路へ逆送されてしまい搬送ジャムが生じてしまう等の問題も発生していた。特に画像形成装置が熱定着により画像をシート上に定着させるレーザビームプリンタ等である場合には、加熱作用によりシートに大きなカールが生じるため装置の信頼性を落とす要因となっている。搬送ジャムを防止する方策としては、逆送防止のために分岐点上流側の引込み路出口の隙間をできるだけ狭めることが有効であるが、引込み路の隙間を調整する調整機構が別に必要となったり、マイラシート等の可撓性シート部材からなる戻り防止弁の設置が必要となり、組み立て性の低下およびコスト高を招いてしまうという欠点が生じていた。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、カールを帯びたシートに対しても装置のスループットを損なうことなく確実にシート反転を実現することが可能な画像形成装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、画像形成部（６，７，８，９，１０，１１）から送り出されたシートを排紙ローラ（２３）へ導く送紙路（１８）と、前記送紙路から分岐して設けられた引込み路（１９）と、前記引込み路から分岐して設けられ前記引込み路に引き込まれたシートを前記送紙路へ導く反転路（２２）とを備えた画像形成装置において、前記引込み路と反転路との分岐点（Ｅ１）に対しシート引込み方向下流部に、前記引込み路と前記反転路との合流点（Ｅ２）を設け、該合流点において前記引込み路を前記反転路に対して４０°未満の交差角度をなして合流され、さらに前記合流点に対しシート引込み方向下流部の引込み路上に屈曲部もしくは湾曲部（Ｅ３）を備えることに達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【０００８】
図３において、１は画像形成装置、２は用紙後処理装置であり、用紙後処理装置２は画像形成装置１の後段に接続されている。本実施例において、画像形成装置１としては、感光体を用い、周知の電子写真プロセスにより用紙上にトナー像を記録形成するレーザプリンタが例示されている。また、用紙後処理装置２としては、プリンタ１から排出された用紙にステープル処理を施すことが可能なフィニッシャが例示されている。
【０００９】
プリンタ１において、３,４,５は用紙収容部であり、用紙を一枚ずつ堆積収容している。６は感光ドラムで、コントローラ（図示せず）からの信号に基づいて矢印の方向へ回転を始める。感光ドラム６が回転を開始すると、コロナ帯電器７によって感光ドラム６表面は均一に帯電される。帯電した感光ドラム６には露光装置８から出射されたレーザビームによって静電潜像が形成される。静電潜像は現像装置９の位置に到達するとトナーによって現像され、感光ドラム６上にトナー像として可視化される。この様にして形成されたトナー像は転写器１０により用紙収容部３,４,５または後述する戻し路２０から送り出されてきた用紙に転写される。１１は定着装置であり、本実施例において定着装置１１は、互いに圧接させた熱ローラ１１ａと加圧ローラ１１ｂとから構成されており、熱ローラ１１ａと加圧ローラ１１ｂとの圧接部において用紙を挟持搬送するとともに、用紙に加熱加圧作用を付与し転写されたトナー像を用紙に定着させる。定着装置１１から送り出された用紙は、搬送ローラ１２によって搬送され、ゲート１３の位置に応じてプリンタ１上部に設けられた排紙トレイ１４か、あるいは搬送ローラ１５側へ選択的に搬送される。
【００１０】
搬送ローラ１５側へ搬送された用紙は、ゲート１６の位置に応じて排紙口１７か、あるいは後述する引込み路１９側へ選択的に搬送される。
【００１１】
ここで、プリンタ１内に構成された用紙搬送路に関し、以下の説明においては、便宜上、次の様に定義しておくこととする。
【００１２】
まず、用紙収容部３,４,５−画像形成手段６,７,８,９,１０,１１−搬送ローラ１２−搬送ローラ１５−排紙口１７を連絡する用紙搬送路１８を「送紙路」と呼ぶ。
【００１３】
また、１９は「引込み路」と呼ぶこととし、前記画像形成手段に対し用紙搬送方向下流側の送紙路１８から分岐して設けられており、ゲート１６の切り替え制御により搬送ローラ１５から送り出されてきた用紙を選択的に引き込む。
【００１４】
また、２０は「戻し路」と呼ぶこととし、引込み路１９の途中に設けられた分岐点２１から分岐し、その終端を前記画像形成手段に対し用紙搬送方向上流側の送紙路１８に合流させて設けられている。
また、２２は「反転路」と呼ぶこととし、ゲート１６および分岐点２１間における引込み路１９の途中から分岐し、その終端をゲート１６に対し用紙搬送方向下流側の送紙路１８に合流させて設けられている。
【００１５】
なお、図３において、２３は排紙ローラ、２４は引込み路１９上に設けられた搬送ローラ、２５および２６は引込み路１９上に設けられた正転／逆転切り替え可能な搬送ローラである。
【００１６】
上記構成により、用紙の印刷面を上に向けたままの状態で用紙をプリンタ１からフィニッシャ２へ排出させる場合（以下、「排出モード１」と称する。）は、定着装置１１から送り出された用紙を送紙路１８に沿ってそのまま排紙口１７から排出し、フィニッシャ２側へ送り出す。
【００１７】
また、用紙の印刷面を下に向けた状態で用紙をプリンタ１からフィニッシャ２へ排出させる場合（以下、「排出モード２」と称する。）は、定着装置１１から送り出された用紙をゲート１６の案内により引込み路１９に引き込み、用紙後端が引込み路１９内の適所に設けたセンサ位置（図示せず）に到達したタイミングで、搬送ローラ２５および搬送ローラ２６を引き込み時とは逆方向に回転させて、用紙を反転路２２を経由させて排紙ローラ２３側へ搬送し、排紙口１７から排出してフィニッシャ２側へ送り出す。
【００１８】
また、用紙の両面に印刷を行う場合は、定着装置１１から送り出されてきた用紙を引込み路１９へ引き込み、この引き込んだ用紙を戻し路２０に送り出すことによって、片面印刷済の用紙を再び画像形成手段に送り込み、これによって両面印刷が実行される。
【００１９】
なお、図３において、３ａ,４ａ,５ａは用紙収容部３,４,５に収容された用紙を繰り出すピックローラ、３ｂ,４ｂ,５ｂは一般にフィードローラとリタードローラから構成されることで知られる給紙ローラ対である。給紙ローラ対３ｂ,４ｂ,５ｂは、ピックローラ３ａ,４ａ,５ａによって繰り出された用紙が複数枚重なった状態で搬送されるのを防止しながら用紙を一枚ずつ送紙路１８へ供給する機能を有する。２７,２８,２９,３０は送紙路１８内の用紙を搬送する搬送ローラ、３１は感光ドラム６上に形成されたトナー像を用紙へ転写させるタイミングに同期させて、用紙の搬送を行うレジストローラである。また、３２,３３,３４,３５は、戻し路２０内の用紙を搬送する搬送ローラである。
【００２０】
次にフィニッシャ２の構成を説明する。フィニッシャ２は、その搬入口３６がプリンタ１の排紙口１７と連絡するように接続される。フィニッシャ２内には、搬入口３６と排紙トレイ３７とを連絡する搬送パス３８と、搬送パス３８上に設けられた分岐点（ゲート３９近傍）と排紙トレイ４０とを連絡する搬送パス４１と、搬送パス３８および搬送パス４１内の用紙を排紙トレイ３７,４０に向けて搬送する搬入ローラ４２および搬送ローラ４３,４４,４５,４６,４７が設けられている。なお、４８は排紙トレイ３７側に排出された用紙束に対しステープル処理を施すステープラを示す。
【００２１】
上記構成により、フィニッシャ２は、プリンタ１の排紙口１７から送り出されてきた用紙を搬入口３６から導入し、ステープル処理が必要な場合は、用紙を排紙トレイ３７側へ搬送し、作業用トレイ４９上に用紙を積み重ねて行き、所定枚数の用紙が積載されたならば、ステープラ４８によりステープル処理を行い、排出装置（図示せず）によりステープル処理された用紙束を排紙トレイ３７上へ排出する。
【００２２】
また、ステープル処理を必要としない場合は、ゲート３９により用紙を搬送パス４１側へ案内し、搬送ローラ４５,４６,４７により排紙トレイ４０上へ用紙を排出する。ここで、ゲート３９は後述する用紙排出信号がローレベルからハイレベルに変化した時を契機とし、コマンド信号線によって送信された用紙後処理方法で指定された用紙排出先に用紙を搬送する方向へ動作する。
【００２３】
なお、排紙トレイ３７,４０は、いずれも矢印方向へ昇降移動可能に設けられており、トレイ上の用紙積載量に応じてフィニッシャ２の各排出口に対し各トレイの上面が、予め設定された位置関係をなすように制御される。
【００２４】
上記プリンタおよびフィニッシャからなるプリンタシステムにおいて、プリンタ１に設けられたピックローラ３ａ,４ａ,５ａ、給紙ローラ対３ｂ,４ｂ,５ｂ、搬送ローラ２７,２８,２９,３０、レジストローラ３１、感光ドラム６、定着装置１１を構成する定着ローラ対１１ａ,１１ｂ、搬送ローラ１２,１５,２３,２４,２５,２６および戻し路２０内に設けられた搬送ローラ３２,３３,３４,３５の用紙搬送速度は約１７.５インチ／秒（約４４４.５ｍｍ／秒）に設定されている。なお、搬送ローラ１２,１５は、一方向クラッチを内蔵しており、搬送ローラ対１２,１５の駆動軸の速度よりも大なる速度でローラ外周が回された場合には搬送ローラ１２,１５は駆動軸と切り離されて回転可能となるように構成されている。
【００２５】
また、排紙ローラ２３および搬送ローラ２５,２６の用紙搬送速度は、約１７.５インチ／秒に設定された第１の用紙搬送速度と、約３３インチ／秒（約８３８.２ｍｍ／秒）に設定された第２の用紙搬送速度とで切り替え可能に設定されている。さらに、排紙ローラ２３の用紙搬送速度は、後述するフィニッシャ２の搬入ローラ４２の用紙搬送速度である約２２.８３インチ／秒（約５８０ｍｍ／秒）に設定された第３の用紙搬送速度にも切り替え可能に設定されている。
【００２６】
そして、プリンタ１から、用紙を上述の排出モード１にて排出する場合は、定着ローラ対１１ａ,１１ｂ、搬送ローラ１２,１５および排紙ローラ２３を感光ドラム６と同じ速度の約１７.５インチ／秒の用紙搬送速度（以下、１７.５インチ／秒の用紙搬送速度を「Ｖ１」とも記載する）で駆動させて用紙搬送を行い、排紙ローラ２３の用紙搬送速度を所定のタイミングでＶ１から約２２.８３インチ／秒（約５８０ｍｍ／秒）の用紙搬送速度に切り替える（以下、２２.８３インチ／秒の用紙搬送速度を「Ｖ３」とも記載する）。用紙搬送速度Ｖ１からＶ３への切り替えは、例えば用紙先端がフィニッシャ２の搬入ローラ４２に対して上流の所定の位置を通過したタイミングを契機に行われる。
【００２７】
また、プリンタ１から、用紙を排出モード２にて排出する場合は、用紙後端が引込み路１９内の所定位置に到達したタイミングを契機に、搬送ローラ２５,２６を引き込み時とは逆方向に回転させて、且つ、搬送ローラ２５,２６および排紙ローラ２３の用紙搬送速度をＶ１から３３インチ／秒の用紙搬送速度に切り替える（以下、３３インチ／秒の用紙搬送速度を「Ｖ２」とも記載する）。ここで、排出モード１と排出モード２とで用紙搬送速度を切り替えている理由は、排出モード２の場合は、定着装置１１を通過後の用紙を一旦、引込み路１９に引き込んでから反転路２２を経て、送紙路１８へ戻す工程を必要とするためであり、装置のスループットを排出モード１と同等にするためである。
【００２８】
用紙反転後、排紙ローラ２３の用紙搬送速度を所定のタイミングでＶ２からＶ３に切り替える。用紙搬送速度Ｖ２からＶ３への切り替えは、例えば用紙後端が搬送ローラ２５を通過した後であって用紙先端がフィニッシャ２の搬入ローラ４２に対して上流の所定の位置を通過したタイミングを契機に行われる。
【００２９】
これに対し、フィニッシャ２の搬入ローラ４２、搬送ローラ４３,４４,４５,４６,４７の用紙搬送速度は全て一定の値に設定されている（本実施例においては、約２２.８３インチ／秒（約５８０ｍｍ／秒）に設定している）。
【００３０】
プリンタ１とフィニッシャ２はインタフェース信号線を介して通信可能に接続されている。インタフェース信号線は、プリンタ１から搬送されてくる用紙の種類や、フィニッシャ２での用紙の後処理方法等の情報（排紙トレイの選択、ステープル処理の要否、ステープルする位置等）をシリアル転送方式により送信するコマンド信号線と、プリンタ１からフィニッシャ２に用紙が排出される際に電圧レベルがローレベルからハイレベルに変化することで用紙の排出を連絡するハード信号を扱う用紙排出信号線等からなる。
【００３１】
印刷が開始するとプリンタ１より、上記印刷用紙の種類や後処理方法の情報をコマンド信号線によってフィニッシャ２に送信し、その用紙がフィニッシャ２に排出される時には用紙排出信号線がローレベルからハイレベルに変化する。フィニッシャ２は、用紙排出信号のハイレベルへの変化を契機に、用紙の印刷開始とともに送信された用紙後処理方法の情報で指定された用紙後処理を開始、実行する。
【００３２】
次に、スイッチバック反転時の用紙受け渡しの様子を図２を用いて説明する。図２に示すローラは、プリンタ１の定着ローラ対１１ａ,１１ｂと、搬送ローラ対１２,１５，２４と、反転ローラ対２５と、排紙ローラ対２３と、戻し路２０内に設けられた搬送ローラ対３２である。図２において、Ｌ１は搬送ローラ対２４から反転ローラ対２５に至る搬送経路の平均長さである。Ｌ２は反転ローラ対２５から排紙ローラ対２３に至る反転路２２を通る搬送経路の平均長さである。Ｌ３は反転ローラ対２５から搬送ローラ対３２に至る搬送経路の平均長さである。
【００３３】
また、同図においてＭは搬送ローラ対２４から所定位置Ｐ１に至る搬送経路の平均長さである。Ｎは搬送ローラ対２４から所定位置Ｐ２までの搬送経路の長さである。
【００３４】
なお、本実施例においては、Ｌ１が約１４０ｍｍ、Ｌ２が約１７０ｍｍ、Ｌ３が約１５０ｍｍ、Ｍが約２７ｍｍ、Ｎが約１００ｍｍに設定されている。ここで、Ｌ１,Ｌ２,Ｌ３は用紙の搬送を確実に行うために画像形成装置で取り扱うシートの最小長さ以下に設定してある。
【００３５】
まず、片面印刷済み用紙をフェースダウン排出する場合の用紙受け渡しの様子について、用紙間隔３.５インチ（約８８.９ｍｍ）で連続して搬送されるレターサイズ用紙（長さ８.５インチ：約２１５.９ｍｍ）を用いて行う場合を例示して説明する。
【００３６】
このプロセスにおいて、用紙の後端が所定位置Ｐ１に到達してから反転した用紙の後端が反転ローラ２５を通過し、再度反転ローラ２５が停止し、再逆転するまでに要する時間Ｔ１は、反転ローラ２５が停止・逆転に要する時間をｔｍｍ秒、用紙長をＬｍｍとすると、Ｔ１＝（Ｌ＋Ｍ−Ｌ１）／Ｖ２＋２ｔ＝３２２.８ｍｍ秒となる。用紙後端がＰ１に到達した時間から後続用紙先端が反転ローラ２５に到達するまでに要する時間Ｔ２は、用紙間隔をＱとすると、Ｔ２＝（Ｌ１−Ｍ＋Ｑ）／Ｖ１＝４５４.２ｍｍ秒となる。この結果、Ｔ１＜Ｔ２であるため、反転ローラ２５に同時に２枚の用紙が存在することなく受け渡しが可能になる。
【００３７】
次に、両面印刷を行う場合の用紙受け渡しの様子について、用紙間隔３.５インチ（約８８.９ｍｍ）で連続して搬送されるレターサイズ用紙（長さ８.５インチ：約２１５.９ｍｍ）を用いて行う場合を例示して説明する。このプロセスにおいて、用紙後端が所定位置Ｐ２に到達してから反転した用紙の後端が反転ローラ２５を通過し、再度反転ローラ２５が停止し、再逆転するまでに要する時間Ｔ３は、Ｔ３＝（Ｌ＋Ｎ−Ｌ１）／Ｖ１＋２ｔ＝５９５.７ｍｍ秒となる。用紙後端がＰ２に到達した時間から後続用紙先端が反転ローラ２５に到達するまでに要する時間Ｔ４は、両面印刷済みの用紙は引込み路１９に引き込まれずに、送紙路１８から排紙口１７に排出されるために、次に引込み路１９に引き込まれてくる用紙との間隔は２Ｑ＋Ｌとなるために、Ｔ４＝（Ｌ１−Ｎ＋２Ｑ＋Ｌ）／Ｖ１＝９７５.７ｍｍ秒となる。この結果、Ｔ３＜Ｔ４であるため反転ローラ２５に同時に２枚の用紙が存在することなく受け渡しが可能となる。
【００３８】
次に、引込み路１９の分岐点におけるシート端部の振り分けの様子を所定位置Ｐ１近傍を例に図１を用いて説明する。
【００３９】
図１において、引込み路１９はＰ１上流の用紙ガイド端Ｅ１で反転路２２と分岐している。また、Ｐ１から下流に距離Ｓの点Ｅ２で反転路２２と反対方向にＰ１上流の搬送面に対して４０°未満の交差角度θで屈曲し、Ｐ１上流の搬送面から距離Ｄ移動した搬送面に点Ｅ３で連絡して形成している。
【００４０】
交差角度を４０°未満とすることで、突入角度が大きくなる方向にカールの生じた用紙であっても、Ｅ２点で折れが発生することなくＥ２点下流へのスムーズな搬送を達成している。ここで、Ｙは搬送ローラ対２４により引込み路１９に引き込まれた用紙である。Ｙ１は用紙ＹがＰ１に到達する直前の状態である。Ｙ２は用紙ＹがＰ１に到達した後、引込み路１９下流に設けられた反転ローラ２５（図２参照）により反転した直後の状態である。Ｒは用紙Ｙが熱定着により印刷した場合に生じたカールの半径を示す。図１ではシートの反りによる復元力を利用した構成で問題となる逆送搬送ジャムが生じ易いカールの方向で示している。
【００４１】
上記のように構成した搬送経路では、用紙Ｙは引込み路１９のＥ２,Ｅ３,Ｅ４点により積極的にカールと逆方向に姿勢が規制されているため、Ｅ２,Ｅ３,Ｅ４の経路では用紙にカール方向と反対方向のたわみ角が生じる。この結果、Ｅ２から上流の用紙端部は、Ｅ１点を離れた時にＥ２点に生じたたわみ角だけ反転路２２側を指向する。経験的にはレーザビームプリンタ等の熱定着により生じるカールの半径はＲ３０ｍｍ以上であるため、近似的にはＥ２,Ｅ３,Ｅ４を通る円弧に対してＥ２で接するＲ３０ｍｍの円弧がＥ１より反転路２２側を通るように搬送路の位置関係を規制することで、進入路への逆送ジャムは解消できる。なお、当然ながら上記搬送路の位置関係は両面印刷のための分岐点であるＰ２近傍にも適用可能である。
【００４２】
以上のようにスイッチバック反転のための搬送経路の長さおよび形状、ならびに反転ローラ２５と排紙ローラ２３および戻し路２０の搬送ローラ対の用紙搬送速度を関係づけることにより、カールしたシートでも装置のスループットを損なうことなく確実にスイッチバックできる安定したシート搬送が可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、カールを帯びたシートに対しても装置のスループットを損なうことなく確実にシート反転を実現することが可能な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置のスイッチバック反転機構部の用紙受け渡しの様子を示す説明図。
【図２】本発明の画像形成装置における用紙受け渡しの様子を示す説明図。
【図３】本発明の画像形成装置を用いたシステムの全体構成図。
【符号の説明】
１６…ゲート、１８…送紙路、１９…引込み路、２２…反転路、２３…排紙ローラ、２４…搬送ローラ対。

Claims (1)

1. 画像形成部（６，７，８，９，１０，１１）から送り出されたシートを排紙ローラ（２３）へ導く送紙路（１８）と、
   前記送紙路から分岐して設けられた引込み路（１９）と、
   前記引込み路から分岐して設けられ前記引込み路に引き込まれたシートを前記送紙路へ導く反転路（２２）とを備えた画像形成装置において、
   前記引込み路と反転路との分岐点（Ｅ１）に対しシート引込み方向下流部に、前記引込み路と前記反転路との合流点（Ｅ２）を設け、該合流点において前記引込み路を前記反転路に対して４０°未満の交差角度をなして合流され、さらに前記合流点に対しシート引込み方向下流部の引込み路上に屈曲部もしくは湾曲部（Ｅ３）を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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