JP4533241B2 - シート給送装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シートを給送するシート給送装置ならびに給送されてきたシートに画像情報を記録する画像形成装置に関し、さらに詳しくは、給紙圧をシートサイズや積載重量に適応させるようにしたシート搬送装置に関するものである。

複写機、ファクシミリ装置およびプリンタなどの画像形成装置の分野において、シート給送装置は一般にはシートを積載して収納する給紙トレイや給紙カセットなどのシート収納部を有し、このシート収納部の筐体内にシート束を載せて保持する圧板が設けられている。圧板の上方にはピックアップローラ（給紙ローラ）が設けられて最上位のシートに接触させるようになっており、圧板ばねで圧板を付勢してシート束を持ち上げ、最上位のシートをピックアップローラに押し付けている。ここで、シート束をピックアップローラに押し付ける力を、以下給紙圧と呼ぶ。ピックアップローラに回転動力が伝えられると、そのローラ回転摩擦力と下方からの圧板ばね力とで給紙圧を生じさせることにより、最上位のシートが１枚ずつ繰り出されて画像形成部へと搬送される。

給紙圧を発生させる既知手段としては圧板ばねの他、駆動モータなどからなる圧板昇降機構を上昇動させて圧板を搬送路レベルの高さ位置まで持ち上げ、最上位のシートにピックアップローラをばねで押し当てる構造が知られている。

前者の圧板ばねで給紙圧を得る構造は簡易で安価であるため、シートの積載容量が２５０枚以下であるような給紙トレイや給紙カセットを有する低速処理の画像形成装置の分野で多用される。一方、後者の圧板昇降機構で給紙圧を得る構造の場合、シート積載重量に関係なく常時一定の給紙圧を得ることができ、多量のシートを積載して収納可能であるが、部品点数が増加したり、圧板を昇降する制御機構が必要なためにコスト高となり、比較的に高速処理の画像形成装置分野で用いられている。

ところで、給紙圧は、圧板に加える押し上げ力からシート積載重量と圧板自重との加算値を減算した値で表すことができる。そして、圧板ばねによる圧板押し上げ力が必要以上に過大であれば、数枚のシートを一度にピックアップローラして搬送してしまういわゆる重送を発生し易い。一方、圧板ばねによる圧板押し上げ力が小さく、給紙圧が必要な力に足りない場合はピックアップローラが最上位のシートにスリップし、繰り出させず不送りとなり易い。

シート積載枚数が２５０枚以下といった比較的に小容量対応の給紙カセットの場合、シートの積載枚数による重量の変動が少ないため、給紙圧を適正に調整したり設定することは比較的容易である。しかし、シート積載枚数が５００枚程度という大容量給紙カセットにおいては、つぎの問題が生じる。シートの積載枚数による重量の変動が大きく、さらに、シートサイズが異なる数種のシートに対応できるいわゆるユニバーサルカセットを用いる場合、シートサイズの最大と最小のものとでは重量差が大きすぎるため、給紙圧を適正に設定することが非常に難しい。

圧板ばねを用いて発生させる場合の給紙圧としては、図７の特性グラフで示すように、シートサイズに関係なくシート満載時から最終紙までほぼ線形特性を示す。この場合、例えば最大級のＡ３サイズ満載時の給紙圧に合わせて設定すると、最小級のＢ５Ｒサイズ満載時に対応させる給紙圧が必要以上に過大となる。結果、Ｂ５Ｒサイズのシートを送り出すと重送を発生し易い。

逆に、図８の特性グラフに示すように、Ｂ５Ｒサイズ満載時に合わせて給紙圧を設定すると、Ａ３サイズ満載時の給紙圧に不足が生じて給送不可状態となる。つまりは、ばね強度（ばね定数）が一定の単一の圧板ばねだけをもって、異なるシートサイズの満載時から最終紙までに適応する給紙圧を得ようとすれば無理がある。

かかる問題の解消にむけて、ばね強度が異なる数種の圧板ばねを準備し、異種サイズのシートごとに少なくとも１つの圧板ばねを対応させてそのばね強度を変化させるように構成したものが提案されている（特許文献１参照）。また、圧板の下面に傾斜案内部を設けて、シート幅によってばねの当接部位を変位させることで給紙圧をほぼ一定に保つよう構成されたものも提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−３０６６３号公報 特公昭６１−２２６４７号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、異種サイズのシートごとに数種のばねを準備して対応させるのでは、ばねごとにシートサイズに応じてばね強度を変化させるための調整圧アームなど専用部材を別に設ける必要がある。そのため、数種のばねを準備する点数増加やコストアップと相まって、調整圧アームなどのために装置が複雑化し、ばね強度の精度など管理が非常に困難なものとなる。

また、上記特許文献２のように、シート幅寸法によって圧板ばねの当接部位を変化させるために圧板下面に傾斜案内部を設けると、給紙カセットを高さ方向にその傾斜分のスペースを見込む必要がある。結果、給紙カセットが大型化し、ひいては装置の大型化を招くことになる。また、圧板ばねとして圧縮コイルばねを使用していることから、その伸縮動作を案内するガイド部材を別に設ける必要があり、やはり部品点数の増加による部品コストや製造コストを高騰させるといった問題がある。

以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、サイズごとに大小異なるシートの積載重量に適応でき、低コストで信頼性の高いシート給送装置を提供するとともに、そのシート給送装置を具備することでトータル処理能力を維持できる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によるシート給送装置は、シートを積載して収納し、回動可能なシート積載板と、前記シート積載板に積載されているシートの最上位のシートを送り出すシート給送部材と、前記シート積載板に積載されるシートのサイズに応じてスライド移動してシートを規制するサイド規制板と、前記シート積載板を付勢して積載されているシートの最上位のシートを前記シート給送部材に押し当てるとともに、その付勢力が前記サイド規制板のスライド移動に連動して可変するリフト手段と、を備え、前記リフト手段が、前記シート積載板の背面に装着されて弾性付勢力を発生する捩りばねであり、前記捩りばねのコイル部を前記積載板の下側に配置された支持ボスに保持させ、前記捩りばねの両端腕部の一方の腕部を前記シート積載板の背面に当接させ、かつ、他方の腕部を前記サイド規制板の下部に係止させ、前記サイド規制板のスライド移動する位置に応じて前記他方の腕部を押える位置を変更して、幅方向のサイズが小さいシートを規制する方向に前記サイド規制板をスライド移動させるに連れて前記他方の腕部の起き上がり角度が大きくなるよう前記他方の腕部を回動変位させることにより前記捩りばねの捩り角を小さくなるようにして、前記サイド規制板のスライド移動に応じて、前記捩りばねの両端腕部によって発生させる捩りモーメントが、前記シート積載板に収納可能なサイズのうちで最大幅のシートを収納するときと最小幅のシートを収納するときとで最大値から最小値の間で変化させるように構成したことを特徴とする。

また、本発明による画像形成装置は、上記のシート給送装置と、このシート給送装置から送り出されたシートに画像を形成する画像形成部とを備えたことを特徴とするものである。

本発明のシート給送装置によれば、圧板背面のリフト手段によってシートサイズに応じて給紙圧を変化させることができ、しかもリフト手段を設けただけの簡易な構造であるから、部品点数も増加することなくコストダウンを実現でき、装置の大型化を抑えるのに有効である。

本発明の画像形成装置によれば、シートサイズに応じた適正な給紙圧でもってシート給送装置からシートが１枚ずつ確実に搬送されてくるので、例えばシートの重送とか不送りといった搬送不良を引き起こすこともなく、安定して搬送されてきたシートに画像形成部で画像を記録するトータルな処理能力を維持することができる。

以下、本発明に係るシート給送装置および画像形成装置のそれぞれ好適な一実施形態について図を参照して詳細に説明する。

図１は、画像形成装置の具体例として電子写真方式によるレーザビームプリンタ本体の構成を示し、それに備わる画像形成部は以下の各部材や装置からなっている。露光手段のスキャナ１はパーソナルコンピュータやホストコンピュータなど上位装置から送信されてきた画像情報の信号に基づき、スキャナ１によってレーザ光の強度を変調し、帯電手段の帯電器２によってその表面を一様に帯電された像担持体である感光体ドラム３上に照射して静電潜像を形成する。この静電潜像は、感光体ドラム３の矢印方向への回転によって現像装置４と感光体ドラム３との対向部へと搬送され、現像装置４によって順次現像される。そして、現像されたトナー像はシート給送装置５から送られてきた記録紙、この場合転写材であるシートＳに転写ローラ６で転写される。トナー像を転写されたシートＳは感光体ドラム３の回転と共に分離され、搬送ガイド７を経由して定着装置８へと送り出される。

図２に示すように、シート給送装置５に備わる給紙カセット１００は、所望するサイズのシートＳを５００枚程度積載して収納可能であり、図中矢印で示すシート搬送方向に対して直交する方向からレーザビームプリンタ本体（以下、装置本体という）に着脱される。カセット装着の状態にして、給紙カセット１００の送り出し口の上方に設けた給紙ローラ６（図１参照）を回転させることによって、最上位のシートＳから順に１枚ずつ繰り出して装置本体内のシート搬送路へと送り出す。

カセット本体１１は単体成形されてカセット前カバー２１に結合されるか、あるいはカセット前カバー２１に一体成形して設けることができる。カセット本体１１の着脱方向に沿うその左右両側には平行にレールガイド１１ａ，１１ｂが設けられ、カセット着脱時にプリンタ本体側に設けられているレール（図示略）に係合し、ユーザが把手１２を持って引き出し操作ができるようになっている。カセット本体１１の内部のシート収容部は、シートＳの幅方向両端に当接してシート端を揃えるサイド規制板１３，１４を有し、またシートＳの搬送方向でいう後端に当接して規制する後端規制板１５を有している。サイド規制板１３，１４は、シートＳのシート幅に応じて一体的に移動可能とするためのピニオンギア１６に噛合するラック部を備えている。また、後端規制板１５はシートの後端のに合わせてスライド可能にカセット本体１１に設けられている。

また、カセット本体１１の内部には、シートＳを積載して収納するシート積載板１７（以下、圧板１７という）が設けられ、この圧板１７の後端両側には突起状のボス２２，２３が設けられ、このボス２２，２３を回動支点にして圧板１７は回動可能に支持されている。さらに、圧板１７の背面側（裏側）には本発明でいうリフト部材として弾性付勢力を発生する圧板ばねとしての捩りばね１８が装着され、圧板１７をボス２２，２３を回動支点にして図３中でいう反時計廻り方向へ持ち上げる方向に付勢している。すなわち、捩りばね１８のばね力をもって積載シートＳの束を下から持ち上げ、最上位のシートＳを図１で示された給送ローラ６に下方から押し付けることにより、シートと給送ローラ6との圧接力である給送圧を発生させる。

ここで、圧板１７には以下の要部構造が設けられている。図３および図１中矢印Ａ−Ａ線からの断面図である図４（ａ），（ｂ）に示すように、カセット本体１１に収納可能な最大のシートサイズである例えばＡ３サイズのシートＳがセットされている。捩りばね１８にはトーションばねが用いられてカセット幅方向の両側つまり図でいう前奥に一対で設けられている。捩りばね１８の一方の腕部１８ａは圧板１７の下面に当接して押し上げ力を作用させ、他方の腕部１８ｂはサイド規制板１３，１４に設けた支持面板１３ａ，１４ａの下端に係止されている。また、捩りばね１８のコイル部はカセット本体１１に設けた支持ボス２４，２５に保持され、脱落しないようロック部材（図示略）で抜け止めがなされている。

したがって、以下のように動作する。捩りばね１８の他方の腕部１８ｂはサイド規制板１３，１４の支持面板１３ａ，１４ａで規制されて位置不動であるが、一方の腕部１８ａは収納されたＡ３サイズのシート積載重量に応じて満載位置から最終紙位置まで追従して弾性変形して変位する。それにより、ばね両腕部１８ａ，１８ｂの捩りモーメントの差を利用して給紙圧をほぼ一定に保持する。すなわち、満載時と最終紙時の捩りばね１８の腕部１８ａの捩り角βの角度差を利用し、負荷の大きい満載時には捩り角βが大きく押し上げ力を大きくすることにより、また負荷の小さい最終紙時には捩り角βが小さく押し上げ力を小さくすることで、満載時から最終紙時までのシート積載重量の変化に応じてほぼ均一な給紙圧を発生させる。

つぎに、図５（ａ），（ｂ）は、カセット本体１１に収納可能な最小のシートサイズであるＢ５ＲサイズのシートＳをセットした状態を示し、図５（ａ）は最終紙時，図５（ｂ）は満載時のそれぞれセット状態を示す。

収納されるＢ５Ｒサイズに合わせ、シートＳのシート幅を規制すべくサイド規制板１３，１４を両板の間隔を狭める方向へ移動させてシート両端に当接させる。サイド規制板１３，１４を狭める方向へスライド移動させると、その移動に従って支持面板１３ａ，１４ａの下端に係止させている捩りばね１８の他方の腕部１８ｂがＡ３サイズ位置から角度γだけ起き上がって回動変位し、起き上がった分だけ捩り角が小さくなり捩りモーメントが減少する。したがって、最大のＡ３サイズによるシート積載重量から最小のＢ５Ｒサイズによるシート積載重量に対応させて、捩りばね１８による捩りモーメントを最大値から最小値の間で変化させる。

このようにして部品点数を増加させることなく、シートサイズによってサイド規制板１３，１４の間隔を拡大縮小する方向へ調整するだけで、給紙圧をほぼ一定化させることができる。すなわち、サイド規制板１３，１４の移動調整に連動させて捩りばね１８の両腕部１８ａ，１８ｂの捩り角を相対に変化させ、小サイズのシートの場合には弾性力が小さくなるようにし、大サイズのシートの場合には弾性力が大きくなるようにして、異種シートサイズに応じてシートの重量が変化しても、あるいは給送によって次第に枚数が減少することによりシート積載重量が変化しても、適正給紙圧を発生させることができるようになっている。そして、前述した従来構造のように、圧板ばねの受座面を傾斜形成することでカセット高さ方向へ傾斜高さ寸法分のスペースを見込む必要がなくなり、それだけ給紙カセット１００の小型化が可能となり、ひいては画像形成装置本体の小型化にもつなげられる効果がある。

図６は、本実施形態のシート給送装置において、例えば最大級Ａ３サイズと最小級Ｂ５ＲサイズのシートＳについて、満載時から最終紙時までの給紙圧の推移を示す特性グラフである。図から明らかなように、Ａ３サイズとＢ５Ｒサイズのいずれも積載枚数が満載時から最終紙時までの全域にて給紙圧が適正給紙圧領域内に収まっている。他のサイズ例としてＢ４サイズやＡ４サイズなどのシートＳを収納した場合でも同様に適正給紙圧を満足させることができる。捩りばねによる捩りばね１８を用いた場合の給紙圧をつぎの算式から求めることができる。

Ｌ＝πＤＮ＋（ｍ＋ｎ）／３ (１)
φ＝ＭＬ／ＥＩ＝６４ＭＬ／πＥｄ^４ （２）
Ｋｔ＝Ｍ／φ （３）
σ＝３２Ｍ／πｄ^３ （４）
Ｍ＝Ｐ₁Ｒ₁＝Ｐ_２Ｒ_２ （５）
各式中、ｄ；ばね材料の線径、Ｄ；コイル平均径、Ｎ；巻数、Ｅ；縦弾性係数、Ｍ；捩りばねに作用する捩りモーメント、Ｌ；捩りばね有効展開長さ、ｍ，ｎ；各腕の長さ、φ；捩りばねの捩り角、Ｋｔ；捩りばね定数、σ；曲げ応力、Ｐ１；捩りばねの一方腕部に働く力、Ｐ２；捩りばねの他方腕部に働く力、Ｒ１；捩りばね中心から一方腕部の作用点までの距離、Ｒ２；捩りばね中心から他方腕部の作用点までの距離を示す。これらのパラメータから給紙圧；Ｑは次式から算出される。

Ｑ＝Ｐ_１ｚ−Ｗ （６）
この（６）式中、Ｐ₁ｚは一方の腕部（本実施形態ではばね腕部１８ａ）が作用する力の鉛直方向成分、Ｗは圧板上の負荷（シート積載重量と圧板自重との加算値）である。

また、本実施形態では、捩りばね１８の材質としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４-ＷＰＢ）などを用いることができる。上記各式中のパラメータを下記に設定することで、給紙圧Ｑをシートサイズに関係なく、また０〜５００枚といった積載枚数に関係なく、適正な給紙圧領域であるＱ＝４００〜８５０[ｇｆ]に設定することができる。したがって、部品点数が増加せず機構も複雑化しないので低コストで安定した給紙圧を両立させ、最大級シートサイズの５００枚の圧板押し上げ方式による給紙カセットを実現できる。その結果、装置小型化を実現でき、信頼性の高いシート給送装置を提供することができる。

すなわち、そうした効果を得るのに、本実施形態のシート給送装置においては、従来のような複雑な機構や多種のばね部材を用いることもなく、シートＳの小サイズ時には捩りばね１８の捩り角度が小さく、大サイズ時には捩り角度が大きくなるようにして給紙圧をほぼ一定化するので、装置の小型化やコストダウン、および圧の安定化による装置信頼性向上に多大に貢献する。

また、図１に示すように、安定したシート搬送を可能にするシート給送装置を備えたレーザビームプリンタのごとき画像形成装置にあっては、シートサイズに応じた適正な給紙圧でもってシート給送装置からシートが１枚ずつ確実に搬送されてくるので、シートの重送とか不送りといった搬送不良、あるいはジャム（紙詰まり）などを引き起こすこともなく、安定して搬送されてきたシートに画像形成部で画像を記録するトータルな処理能力を維持できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば他の実施形態も可能であり、またそれら各実施形態の組み合わせによる応用例や変形例も可能である。

本発明にかかる画像形成装置の実施形態としてレーザビームプリンタを概略的に示す断面図。 本実施形態の給紙カセットを示す平面図。 同じく図２の給紙カセットについて示す矢印Ａ−Ａ線からの断面図。 同図（ａ），（ｂ）は給紙カセットに収納された最大級Ａ３サイズシートの最終紙位置ならびに満載時位置における捩りばねの動作を示すそれぞれ図２中矢印Ｂ−Ｂ線からの断面図。 同図（ａ），（ｂ）は給紙カセットに収納された最小級Ｂ５Ｒサイズのシートの最終紙位置ならびに満載時位置における捩りばねの動作を示すそれぞれ図２中矢印Ｂ−Ｂ線からの断面図。 給紙カセットに収納されたＡ３、Ｂ５Ｒの各サイズの満載時から最終紙時までの間で給紙圧／ばね圧（ばね定数）／シート積載荷重との相関において、適正給紙圧領域と重送発生領域とを示す特性グラフ。 従来例の小サイズシート収納時における給紙圧過大となる状態を示す特性グラフ。 同じく従来例の大サイズシート収納時における給紙圧過小となる状態を示す特性グラフ。

符号の説明

３ 感光体ドラム（画像形成部）
５ シート給送装置
６ ピックアップローラ（シート給送部材）
１００ 給紙カセット（シート収納部）
１３，１４ サイド規制板
１３a，１４a 支持面
１７ 圧板
１８ 捩りばね（リフト手段）
１８a、１８b 捩りばねの両腕部

Claims (2)

1. シートを積載して収納し、回動可能なシート積載板と、
   前記シート積載板に積載されているシートの最上位のシートを送り出すシート給送部材と、
   前記シート積載板に積載されるシートのサイズに応じてスライド移動してシートを規制するサイド規制板と、
   前記シート積載板を付勢して積載されているシートの最上位のシートを前記シート給送部材に押し当てるとともに、その付勢力が前記サイド規制板のスライド移動に連動して可変するリフト手段と、
   を備え、
   前記リフト手段が、前記シート積載板の背面に装着されて弾性付勢力を発生する捩りばねであり、前記捩りばねのコイル部を前記積載板の下側に配置された支持ボスに保持させ、前記捩りばねの両端腕部の一方の腕部を前記シート積載板の背面に当接させ、かつ、他方の腕部を前記サイド規制板の下部に係止させ、前記サイド規制板のスライド移動する位置に応じて前記他方の腕部を押える位置を変更して、幅方向のサイズが小さいシートを規制する方向に前記サイド規制板をスライド移動させるに連れて前記他方の腕部の起き上がり角度が大きくなるよう前記他方の腕部を回動変位させることにより前記捩りばねの捩り角を小さくなるようにして、前記サイド規制板のスライド移動に応じて、前記捩りばねの両端腕部によって発生させる捩りモーメントが、前記シート積載板に収納可能なサイズのうちで最大幅のシートを収納するときと最小幅のシートを収納するときとで最大値から最小値の間で変化させるように構成したことを特徴とするシート給送装置。
2. 請求項１に記載のシート給送装置と、前記シート給送装置から送り出されたシートに画像を形成する画像形成部と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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