JP4395085B2 - シート給送装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホッパに積載された用紙をピックして装置内に搬送し、分離部に備えたセパレータローラ及びブレーキローラにより用紙が１枚づつ装置内に給紙されるシート給送装置に関する。

イメージ読み取り装置等に用いられる従来のシート給送装置においては、シート間の摩擦係数と分離部材（パッド、ベルト、ローラ）との摩擦係数差を利用してシートを分離する方式が広く使われている。

一般的なイメージ読み取り装置に用いられているシート給送装置は、図９に示すような構成によって、シートを一枚ずつ取り出す。読み取り対象の原稿用紙が複数枚ある場合、その複数枚の用紙を重ねて、用紙の端部がピックローラの下に位置するようにホッパにセットする。ピックローラがセットされた用紙を装置内に引き込むように回転することにより、最も上にある用紙がピックローラと接触する部分の摩擦力によりピックされ、装置本体内に給送される。このとき、最も上の用紙だけでなく、その上の数枚が同時に搬送されることがあるが、給紙ゲートにより、通過できる用紙の厚さを規制することで、装置内に給紙される用紙の枚数を絞り込み、さらに、セパレータローラ及びブレーキローラにより用紙が１枚だけ装置内に給紙されるように構成している。

しかし、実際には、種々のタイプの用紙が用いられるなど条件が変化することにより、用紙を装置内に搬送することができないという給紙不良、或いは複数枚同時に給送するという重送の問題が発生する。より高性能なシート給送装置の実現手段として、シートの特性や装置の設置環境に合わせた装置設定とすることは、シート特性の多様性から見れば非常に有効である。ただ、ユーザが正しい装置設定を選択することは難しいのが現状であり、エンジニアが設置時に調整するケースも見られる。

従来、このような問題を解決するために、分離部を通過直後の紙厚により重送を検知し、重送と判断した場合にリバースローラの逆転回転数を増加させる技術（特許文献１参照）、ブレーキベルトの正転・逆転速度を処理速度に応じて変更する技術（特許文献２参照）、シート材の移動速度が適正範囲にない場合、分離付圧を調整する手段を持つシート材搬送装置（特許文献３参照）、分離部の移動状態に応じてブレーキ部の負荷を変更する技術（特許文献４参照）等が知られている。
特開平８−１８８２８６号公報 米国特許第６１９９８５４号 特開平８−１８８２９１号公報 特開２００１−２０６５７１号公報

上述した従来技術のように、装置自体の機構や制御、分離部材を見直すことは、一方から見れば性能が向上するが、デメリットも同時に発生してしまう。例えば、分離力を上げると重送はなくなるが、ジャム（Jam）が増え、消耗品の寿命が縮まることになる。さらに、近年種類の異なるシートの混載可能な給送装置も求められているが、この場合シートの特性に合わせようとすると、１枚毎に最適な装置設定が異なるため、同一シートに比べると性能は劣ってしまうことになる。

そこで、本発明は、係る問題点を解決して、シートの分離状態をリアルタイムに監視、フィードバック制御することで、デメリットのない混載可能な給送装置を提供することを目的としている。

本発明のシート給送装置は、用紙を積載したホッパ端部に、ピックローラが備えられて、ホッパに積載された用紙を上からピックして装置内に搬送し、かつ、分離部に備えたセパレータローラ及びブレーキローラにより用紙が１枚づつ装置内に給紙される。分離部に用紙移動量を検出する装置を備える。セパレータローラには、そのセパレータローラの回転を検出する装置を備えて、検出したセパレータローラの回転速度とローラ径とによりローラ送り量を演算する。検出した用紙移動量とローラ送り量との差をスリップ率として演算する。ブレーキローラは、そのブレーキトルクを制御可能にすると共にそのブレーキローラの回転を検出する装置を備えて、該ブレーキローラが回転しているか否かを検出する。分離部での用紙移動量から判断した分離部の用紙の有無及びブレーキローラの回転を検出することにより給紙状態を判別して、この給紙状態及び前記演算したスリップ率に基づき、ブレーキトルクの制御を行う。

ブレーキトルクの制御は、ブレーキローラの回転負荷を制御可能に構成して、その回転負荷を制御することにより、又はブレーキローラの付圧力若しくはピックローラを付圧する付圧力を制御することにより行う。セパレータローラに進入する用紙の状態は、待機状態、進入前状態、分離状態、及び用紙単送状態の内のいずれかの状態に判別される。セパレータローラとブレーキローラのそれぞれ検出された回転速度から、これら両ローラの送り量の差の積算値を演算して、この積算値が規定値に達した場合、清掃を促す通知を出すよう構成することができる。セパレータローラには、該セパレータローラ側の用紙に追従して回転する従動ローラを備え、該従動ローラには用紙移動量を検出するためのエンコーダを取付けて用紙移動量を検出し、この検出された用紙移動量と、セパレータローラ及びブレーキローラそれぞれとの送り量との差の積算値が、規定値に達した場合、ローラの交換を促す通知を行うよう構成する。従動ローラは、セパレータローラの用紙押圧力よりも小さい押圧力で用紙に接触して従動し、セパレータローラの寸法変化や環境温度の変化、用紙形状等により変化する用紙接触高さに追従して回転するローラを使用する。

本発明によれば、シートの分離状態をリアルタイムに監視、フィードバック制御することで、種類の異なるシートを混載した給送装置であっても、１枚ごとにシートの特性に合わせる制御が可能となる。

以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、イメージ読み取り装置などに使用されるシート給送装置を例示する図である。用紙を積載したホッパ端部に、ピックローラが備えられて、ホッパに積載された用紙を上からピックして装置内に搬送する。このとき、最も上の用紙だけでなく、その上の数枚が同時に搬送されることがあるが、給紙ゲートにより、通過できる用紙の厚さを規制することで、装置内に給紙される用紙の枚数を絞り込み、さらに、セパレータローラ及びブレーキローラにより用紙が１枚だけ装置内に給紙されるように構成している。

ピックローラ及びセパレータローラは、通常のように、モータ駆動されている。セパレータローラ及びブレーキローラは、その回転を検出する装置が備えられている。また、ブレーキローラは、その回転負荷を制御可能に構成する。例えば、ローラ軸に電磁ブレーキのようなブレーキを結合して、そこに流す電流を可変することによりブレーキトルクを制御することができる。或いは、ブレーキローラの付圧力を制御したり、ピックローラのピック圧を制御することができる。

分離部において、用紙速度を検出する装置（エンコーダ）が備えられる。これに加えて、ピック部に用紙速度を検出する装置（エンコーダ）を備えることもできる。図２は、ピックローラ及びセパレータローラを、用紙接触側から見た写真である。図示のピックローラ及びセパレータローラは、それぞれ、軸方向に２分割構成にした２つのローラを同一駆動軸上に固定している。これら、２分割ローラの間に、用紙に接触して用紙移動に対応して回転する従動ローラが設けられている。これら従動ローラは、無負荷にし、かつ、それぞれピックローラ及びセパレータローラの駆動軸の周りに自由回転可能に支持されている。これら従動ローラは、搬送手段（ピックローラ又はセパレータローラ）のシート押圧力よりも小さい押圧力でシートに接触して従動し、搬送手段の寸法変化や環境温度の変化、シート形状等により変化するシート接触高さに追従して回転する回転負荷の小さいローラを使用する。

この従動ローラに取り付けたエンコーダにより、その回転速度を検出することができる。この回転速度と、従動ローラ径とにより、それぞれ、ピック部及び分離部における用紙搬送速度を、またそれを積算することにより用紙移動量を演算することができる。また、分離部に備えた従動ローラが回転しているか否かにより、分離部の用紙の有無、即ち用紙先端を検出することができる。さらに、セパレータローラの回転速度を検出することにより、この回転速度とローラ径とにより、ローラ送り量を演算することができるので、このローラ送り量と、従動ローラにより検出した用紙移動量との差（スリップ率）が演算可能となる。

また、セパレータローラとブレーキローラにそれぞれ回転速度検出装置（エンコーダ）が設けられているのを利用して、これら両ローラの送り量の差の積算値が、規定値に達した場合、清掃を促す通知を出すことができる。さらに、分離部に従動ローラを備えて用紙搬送速度を検出する装置が備えられているのを利用して、搬送されるシートと、セパレータローラ及びブレーキローラそれぞれとの送り量との差の積算値が、規定値に達した場合、ローラの交換を促す通知を行うことができる。

本発明は、分離部の用紙の有無及び分離部でのスリップ率に基づき、ブレーキローラの回転負荷とかその付圧力、或いはピック圧を制御する等により、用紙分離に作用する力を最適に制御するものである。以下、ブレーキローラのブレーキトルクを制御する場合を例として、さらに説明する。

図５は、本発明によるブレーキトルク制御を概略的に説明する概略構成図である。分離部の用紙の有無（用紙速度の検出の有無）とブレーキローラの回転を検出することにより、分離部への用紙の進入状態（給紙状態）を判別することができる。さらに、この給紙状態は、用紙先端が検出された後、実際に用紙が搬送された移動量情報を加えることで、給紙状態をより細かく判別することが可能となる。この給紙状態、即ち用紙の進入状態に基づき、ブレーキローラのブレーキトルクを最適に制御する。

また、セパレータローラの回転速度を検出することにより、この回転速度とローラ径とにより、ローラ送り量を演算することができるので、このローラ送り量と、従動ローラにより検出した用紙移動量との差（スリップ率）を演算する。これによって、スリップ状態を検出して、ブレーキローラのブレーキトルクを制御する。

図３は、給紙状態を検出して、ブレーキローラのブレーキトルクの制御を説明する図であり、（Ａ）は、用紙が分離部に進入する前を示している。待機時には、ピックローラ及びセパレータローラは駆動されていない。ブレーキローラも回転していない。図３（Ａ）は、この待機状態から、今、ピックローラ及びセパレータローラが駆動されて、用紙がセパレータローラ及びブレーキローラに接触する位置まで到達した状態にある。この状態は、用紙速度を検出し始めることにより、即ち、用紙先端を検出することにより、判別できる。この状態までは、ブレーキローラは、セパレータローラに直接接触して高速で回転している。このブレーキローラの回転は、それに取り付けた回転検出装置により検出される。このとき、用紙が複数入る可能性があるため、ブレーキローラは、ブレーキトルクを最大に制御して、ブレーキローラを急停止させる。

図３（Ｂ）は、用紙分離中のブレーキローラのブレーキトルク制御を説明する図である。最上位の用紙は分離部から装置内に搬送されつつも、２枚目の用紙がブレーキローラに到達している。この状態では、ブレーキローラに到達して停止している２枚目の用紙の進入を阻止する必要があるが、２枚目の用紙は、最上位の用紙に対して滑るので、ブレーキローラは静止した状態となる。ブレーキローラは、この静止状態を保持できれば十分であるので、ブレーキトルクを小さくすることができる。ブレーキトルクを不必要に大きくすることは、セパレータローラの負荷が不必要に増すことになるので、望ましいことではない。

図３（Ｃ）は、用紙搬送中のブレーキローラのブレーキトルク制御を説明する図である。ブレーキローラは、１枚の用紙を挟んで、セパレータローラにブレーキを掛けている。ブレーキローラは、セパレータローラとの間に用紙を挟んでいて、直接接触するよりも滑りやすくなっているので、必要とするブレーキトルクは、中程度である。

図４は、以上の説明をまとめた表である。分離部の用紙の有無と、ブレーキローラの回転を検出することにより、給紙状態を判別することができ、この給紙状態に基づき、ブレーキローラのブレーキトルクを最適に制御する。

図６は、スリップ状態を検出して、ブレーキローラのブレーキトルクの制御を説明する図であり、（Ａ）は、スリップが小さい場合の制御を説明する図である。例えば、アート紙などを用いた場合とか多湿環境で、スリップは小さい。このような用紙の場合、用紙の進入が容易であることは利点であるが、最上位の用紙にくっついて、２枚目、３枚目の用紙が分離部に入り込んでくることになる。ブレーキローラは、２枚目に接触することになるため、セパレータローラの搬送負荷は軽減されている。この場合、ブレーキトルクを大きくして、２枚目の用紙が入り込んでくるのを阻止する方に制御する。図中の×印は、ブレーキローラを停止させることを示している。

図６（Ｂ）は、スリップが大きい場合の制御を説明する図である。例えば、超薄紙などを用いた場合とか低湿環境で、スリップは大きい。このような用紙の場合、用紙は進入し難い状態にある。ただ、用紙同士はくっつかず、２枚目の用紙は分離部の前で停止する傾向にある。ブレーキローラは、１枚のみの紙を挟んでセパレータローラに接触することになるため、セパレータローラの搬送負荷は大きい。この場合、ブレーキトルクを小さくする方に制御して、搬送負荷を軽減する。

図７は、図６を参照して説明したブレーキトルクの制御をまとめたグラフである。横軸は、用紙位置を表し、かつ縦軸はブレーキトルクを表している。用紙は分離部で設定されたトルク大から、用紙搬送中を検出してトルク中に設定される。その後、図６を参照して説明したように、セパレータローラでスリップ率が検出され、このスリップ率に基づき、ブレーキトルクを大きくしたり、或いは小さくする等のトルク制御が行われる。セパレータローラのさらに先に位置する搬送ローラを通過したのを検出した後、スリップ率に基づくブレーキトルクの制御を終える。

図８は、ブレーキトルクの最適化制御の動作シーケンスを例示する図である。まず、ステップＳ１において、ピック開始され、ピックローラ及びセパレータローラが駆動される。その後の制御は、図３を参照して前述したように行われる。そして、分離部での用紙検出とブレーキローラの回転検出により、用紙搬送中か否かが判断される（Ｓ２）。用紙搬送中が検出されると、前述したように、ブレーキローラトルクを“中”に設定する（Ｓ３）。次に、搬送部で用紙検出が行われたか否かが判断される（Ｓ４）。搬送部は、セパレータローラのさらに先の位置に搬送ローラを備えることにより構成されている。

搬送部で用紙が検出されない限り、ステップＳ５から始まるループに入る。ステップＳ５に進むと、ここでは、ブレーキローラの回転停止か否かが判断される。停止していない場合、ステップＳ４に戻る。回転停止の場合、ブレーキローラトルクを“小”に設定する。次に、セパレータローラと用紙間にすべり有りか無しかが判断される（Ｓ７）。すべり無しの場合、ステップＳ４に戻る。すべり有りの場合、ブレーキローラトルクを“最小”に設定して（Ｓ８）、ステップＳ４に戻る。

搬送部で用紙を検出した場合、ピックを終了して、ピックローラ及びセパレータローラの駆動をオフにする（Ｓ９）。そして、搬送部で用紙後端を検出したか否かが判断され（Ｓ１０）、検出した場合、ステップＳ１に戻る。

イメージ読み取り装置などに使用されるシート給送装置を例示する図である。 ピックローラ及びセパレータローラを、用紙接触側から見た写真である。 給紙状態を検出して、ブレーキローラのブレーキトルクの制御を説明する図である。 給紙状態に基づき必要とするトルクを説明する表である。 本発明によるブレーキトルク制御を概略的に説明する概略構成図である。 スリップ状態を検出してブレーキローラのブレーキトルクの制御を説明する図である。 図６を参照して説明したブレーキトルクの制御をまとめたグラフである。 ブレーキトルクの最適化制御の動作シーケンスを例示する図である。 一般的なイメージ読み取り装置に用いられているシート給送装置を示す図である。

Claims (6)

1. 用紙を積載したホッパ端部に、ピックローラが備えられて、ホッパに積載された用紙をピックして装置内に搬送し、かつ、分離部に備えたセパレータローラ及びブレーキローラにより用紙が１枚づつ装置内に給紙されるシート給送装置において、
   前記分離部に用紙移動量を検出する装置を備え、
   前記セパレータローラには、そのセパレータローラの回転を検出する装置を備えて、検出したセパレータローラの回転速度とローラ径とによりローラ送り量を演算し、
   前記検出した用紙移動量と前記ローラ送り量との差をスリップ率として演算し、
   前記ブレーキローラは、そのブレーキトルクを制御可能にすると共にそのブレーキローラの回転を検出する装置を備えて、該ブレーキローラが回転しているか否かを検出し、
   前記分離部での用紙移動量から判断した分離部の用紙の有無及び前記ブレーキローラの回転を検出することにより給紙状態を判別して、この給紙状態及び前記演算したスリップ率に基づき、ブレーキトルクの制御を行う、
   ことから成るシート給送装置。
2. 前記ブレーキトルクの制御は、ブレーキローラの回転負荷を制御可能に構成して、その回転負荷を制御することにより、又はブレーキローラの付圧力若しくはピックローラを付圧する付圧力を制御することにより行う請求項１に記載のシート給送装置。
3. 前記セパレータローラに進入する用紙の状態は、待機状態、進入前状態、分離状態、及び用紙単送状態の内のいずれかの状態に判別される請求項１に記載のシート給送装置。
4. 前記セパレータローラとブレーキローラのそれぞれ検出された回転速度から、これら両ローラの送り量の差の積算値を演算して、この積算値が規定値に達した場合、清掃を促す通知を出すよう構成した請求項１に記載のシート給送装置。
5. 前記セパレータローラには、該セパレータローラ側の用紙に追従して回転する従動ローラを備え、該従動ローラには用紙移動量を検出するためのエンコーダを取付けて用紙移動量を検出し、
   前記検出された用紙移動量と、セパレータローラ及びブレーキローラそれぞれとの送り量との差の積算値が、規定値に達した場合、ローラの交換を促す通知を行うよう構成した請求項１に記載のシート給送装置。
6. 前記従動ローラは、セパレータローラの用紙押圧力よりも小さい押圧力で用紙に接触して従動し、セパレータローラの寸法変化や環境温度の変化、用紙形状等により変化する用紙接触高さに追従して回転するローラを使用する請求項５に記載のシート給送装置。
   

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