JP4672187B2 - 空気浮揚装置を備えた用紙給送装置 - Google Patents
空気浮揚装置を備えた用紙給送装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般には電子複製印刷装置、より詳細には、複製や印刷の一般的な方法と同時に行われることが多い、用紙スタックからの用紙の給送を行う用紙給送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電写真複製プロセスにおいては、一般に、複写または印刷する原稿の光像が感光部材の上に静電潜像の形で記録される。その後、静電潜像は一般にトナーと呼ばれる静電記録粒子を付与することによって可視化される。可視トナー像は感光部材に直接定着することもできるし、感光部材から普通紙などの別の支持媒体へ転写することもできる。このトナー像を永続化するため、一般に熱と圧力を加えてトナー像を紙に「固定」すなわち「定着」しなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複写機又はプリンタによって１時間に３０００枚以上の速度でコピーを作成できる高速ゼログラフィー複製装置の出現により、複製装置の能力をフルに利用するには、用紙取扱装置が確実な信頼できるやり方で、紙または他の媒体を迅速に連続的に給送して各処理部を通過させる必要がある。それらの用紙取扱装置は、記録用紙を損傷させる危険を事実上なくし、かつ無給送又は重複給送のせいで機械が停止するのを最小限にするため、完璧に動作しなければならない。最も多くの問題が起きるのは、最初に用紙スタックから個々の用紙を分離する時である。あるケースでは、一般に用紙スタックにおいて無作為に生じる用紙のアップカールやダウンカールが原因で問題が起きることがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、用紙スタックから処理方向に処理部へ用紙を給送する改良型の用紙給送装置を提供する。本発明の用紙給送装置は、用紙スタックを保持する用紙トレイ、前記用紙スタックの上方に配置されていて、第１の高さの第１リブ群と第２の高さの第２リブ群をもつ波形化面を有する空気プレナム（空気室）、および前記用紙スタックの用紙を吸引して前記波形化面に接触させるため前記空気プレナム内に真空圧を生成する送風機を備えている。
【０００５】
本発明の対象は、用紙給送装置である。本装置においては、用紙の分離を促進し、用紙を浮揚させ、用紙トレイから用紙を捕捉し、かつ給送中の用紙から余分の用紙を除去するのに、空気を使用している。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施例について説明するが、発明を特定の実施例に限定するつもりのないことは理解されるであろう。本発明の特徴の一般的な理解のために、図面を参照して説明する。図面では、同じ要素は同じ参照番号を用いて示してある。本発明とその種々の実施例が多種多様な印刷装置および複写装置において使用するのに適していること、およびその応用が必ずしも図示した特定の装置に限定されないことは、以下の検討から明らかになるであろう。
【０００７】
一般的な説明のために、図１に、本発明の特徴を組み入れた電子写真印刷装置の略正面図を示す。本発明が多種多様な複写装置および印刷装置に使用するのに等しくうまく適していること、およびその応用が必ずしも図示した特定装置に限定されないことは、以下の検討から明らかになるであろう。図１に示すように、印刷装置の動作の間じゅう、ラスタ入力スキャナ（ＲＩＳ）１０の上にカラー原稿または白黒原稿３８が置かれている。ＲＩＳ１０は原稿照明ランプ、光学装置、機械式走査駆動装置、および電荷結合素子（ＣＣＤアレイ）を含んでいる。ＲＩＳ１０は原稿３８から全体像をキャプチャし、それを一連のラスタ走査線へ変換し、さらに原稿の各点における一組の原色の濃度すなわち赤、緑、および青の濃度を測定する。この情報は電気信号として画像処理装置（ＩＰＳ）１２へ送られる。ＩＰＳ１２は一組の赤、緑、青の濃度信号を一組の表色座標へ変換する。
【０００８】
ＩＰＳ１２はラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）１６への像データの流れを準備したり、管理したりする制御電子回路を含んでいる。ＩＰＳ１２にユーザーインターフェース（ＵＩ）１４が接続されている。オペレータはＵＩ１４を用いて、さまざまなオペレータ調節可能な諸機能を制御することができる。オペレータはＵＩ１４の適当なキーを起動させてコピーのパラメータを調整する。ＵＩ１４はタッチ画面であってもよいし、装置にオペレータ・インタフェースを提供する別の適当な制御パネルであってもよい。ＵＩ１４から出力信号がＩＰＳ１２へ送られる。そのあと、ＩＰＳ１２は所望の像に対応する出力信号を、出力コピー像を生成するＲＯＳ１６へ送る。ＲＯＳ１６はレーザーと回転ポリゴンミラーを有する。使用するミラーは９面ポリゴンが好ましい。ＲＯＳ１６は、ミラー３７を経由してプリンタすなわちマーキングエンジン１８の光導電性ベルト２０の帯電した部分を１インチ当り約４００画素の割合で照明して、一組の減法混色の原色潜像を形成する。ＲＯＳ１６は光導電性ベルト２０を露光して、ＩＰＳ１２から送られた信号に対応する３つの潜像を記録する。第１の潜像はシアン現像剤で現像される。第２の潜像はマゼンタ現像剤で現像される。第３の潜像はイエロー現像剤で現像される。これらの現像された像は互いに重ね合わせてコピー用紙へ転写され、用紙上にマルチカラー像が形成される。そのあと、このマルチカラー像はコピー用紙に定着され、カラーコピーができ上がる。
【０００９】
図１の説明を続けると、プリンタすなわちマーキングエンジン１８は電子写真印刷装置である。マーキングエンジン１８の光導電性ベルト２０は光導電性物質から作ることが好ましい。光導電性ベルト２０は矢印２２の方向に動いて光導電性表面の連続する部分を進め、ベルトの移動通路のまわりに配置された種々の処理部を順次通過させる。光導電性ベルト２０は移送ローラ２４と２６、テンションローラ２８、および駆動ローラ３０に掛け渡されている。駆動ローラ３０は適当な手段たとえばベルト伝動装置で連結されたモータ３２によって回転される。駆動ローラ３０が回転すると、ベルト２０は矢印２２の方向に進む。
【００１０】
最初に、光導電性ベルト２０の一部分が帯電部３３を通過する。帯電部３３では、コロナ発生装置３４が光導電性ベルト２０を比較的高い実質上一様な電位に帯電させる。
【００１１】
次に、帯電した光導電性表面は露光部３５へ進む。露光部３５は、マルチカラー原稿３８が上に置かれたＲＩＳ１０によって得た情報に対応する変調光ビームを受け取る。変調光ビームは光導電性ベルト２０の表面に当って光導電性ベルトの帯電した部分を照明し、静電潜像を形成する。光導電性ベルトは、３回露光され、３つの潜像が記録される。
【００１２】
静電潜像が光導電性ベルト２０に記録された後、ベルト２０は潜像を現像部３９へ進める。現像部３９は４個の個別現像ユニット４０、４２、４４、４６を備えている。現像ユニットはこの分野では一般に「磁気ブラシ現像ユニット」と呼ばれる形式のものである。一般に、磁気ブラシ現像装置は、磁性キャリア粒子と摩擦帯電によってキャリア粒子に付着したトナー粒子とから成る磁化可能な現像剤を使用している。現像剤は連続的に運ばれて指向性磁束場を通過し、現像ブラシを形成する。新しい現像剤を連続的にブラシに供給するため、現像剤は絶えず移動している。現像は現像剤ブラシを光導電性表面に接触させることによって行われる。現像ユニット４０、４２、および４４は、それぞれ、光導電性表面に記録された特定の色分解静電潜像の補色に相当する特定の色のトナー粒子を塗布する。
【００１３】
それぞれのトナー粒子の色は電磁波スペクトルのあらかじめ選択したスペクトル領域の光を吸収するようになっている。たとえば、原稿の緑領域に対応する光導電性ベルト２０上の電荷の部分を放電させることによって形成された静電潜像は、光導電性ベルト２０上に比較的高い電荷密度の区域として赤の部分と青の部分を記録するであろう。他方、緑の区域は現像に効果のない電圧レベルまで下げられるであろう。そのあと、帯電した区域は、現像ユニット４０が光導電性ベルト２０に記録された静電潜像に緑吸収（マゼンタ）トナー粒子を塗布することによって可視化される。同様に、青色分解静電潜像は現像ユニット４２によって青吸収（イエロー）トナー粒子で現像され、そして赤色分解静電潜像は現像ユニット４４によって赤吸収（シアン）トナー粒子で現像される。現像ユニット４６はブラックトナー粒子が入っており、白黒原稿から形成された静電潜像を現像するのに使用できる。各現像ユニットは作用位置に出し入れされる。作用位置では、磁気ブラシは光導電性ベルトに実質上隣接しているが、非作用位置では、磁気ブラシはベルトから離れた位置にある。（図１では、各現像ユニット４０、４２、４４および４６は作用位置に示してある。）各静電潜像の現像中、１個の現像ユニットだけが作用位置にあり、残りの現像ユニットは非作用位置にある。これによって、各静電潜像は混ざり合うことなく、適切な色のトナー粒子で確実に現像される。
【００１４】
現像後、トナー像は転写部６５へ進められる。転写部６５は転写ゾーン６４を有する。転写ゾーン６４において、トナー像は支持材料のシート、たとえば普通紙へ転写される。転写部６５において、用紙搬送装置４８は用紙を移動させて光導電性ベルト２０に接触させる。用紙搬送装置４８は円筒形の一対のローラ５０と５２に掛け渡された、間隔をおいて配置された一対のベルト５４を有する。一対のベルト５４の間に延びている用紙グリッパー（図示せず）はベルト５４と一緒に動く。用紙はトレイに置かれた用紙のスタック５６から送り出される。本発明に係る用紙給送装置５８はスタック５６から一番上の用紙を転写前搬送装置６０へ送り出す。搬送装置６０は用紙（図１には図示せず）を用紙搬送装置４８へ進める。用紙は転写前搬送装置６０によって用紙グリッパーの動きに同期して進められる。このやり方で、用紙の前縁はあらかじめ選択した位置すなわち装填ゾーンに達して、開いた用紙グリッパーによって受け取られる。そのあと、用紙グリッパーが閉じて用紙を固定し、再循環通路内を用紙と一緒に移動する。用紙の前縁は用紙グリッパーによって開放自在に固定される。ベルト５４が矢印６２の方向に動くと、用紙は光導電性ベルト上の現像されたトナー像と同期して動き、光導電性ベルトに接触する。転写ゾーン６４では、現像されたトナー像と用紙の接触を強化するために、ガス案内機構（図１には図示せず）がガス流を用紙の上に案内し、光導電性ベルト２０上の現像されたトナー像に用紙を押し付ける。さらに、転写ゾーン６４では、光導電性ベルト２０から用紙へトナー像を引き付けるために、コロナ発生装置６６が、用紙の裏面を適当な電位および極性に帯電させる。用紙は用紙グリッパーに固定された状態のまま、再循環通路を３回移動する。このやり方で、３つの異なるカラートナー像が互いに重ね合わせて用紙へ転写される。
【００１５】
下色除去（アンダーカラー除去）を用いる場合は用紙が再循環通路を４回移動することは、この分野の専門家は理解されるであろう。光導電性表面に記録された各静電潜像は、適当なカラートナーで現像され、互いに重ね合わせて用紙に転写され、カラー原稿のマルチカラーコピーができ上がる。
【００１６】
最後の転写動作の後、用紙搬送装置４８は用紙を真空コンベヤ６８へ送る。用紙は真空コンベヤ６８によって矢印７０の方向に定着部７１へ運ばれ、そこで、転写されたトナー像が用紙へ永続的に定着される。定着部は加熱された定着ロール７４と圧力ロール７２を有する。用紙は定着ロール７４と圧力ロール７２によって形成されたニップを通過する。そのとき、トナー像は定着ロール７４と接触して用紙へ固着される。定着後、用紙は一対のロール７６によってキャッチトレイ７８へ送られ、後でオペレータによって取り出される。
【００１７】
矢印２２で示す光導電性ベルト２０の移動方向に沿った最後の処理部は、感光体清掃部である。
【００１８】
次に図２〜図５を参照して、本発明の用紙給送装置５８の構造と動作をより詳細に説明する。本発明の用紙給送装置の動作順序は以下の通りである。用紙スタック５６は昇降式用紙トレイ１２０の中に置かれる。
【００１９】
また、図１４および図１５には、適応浮揚装置（アダプティブ・フラッファ）１４０を示す。適応浮揚装置１４０は、空気開口４０１を有する。適応浮揚装置１４０はスタックの用紙間と、給送する用紙の上面に空気を導入できるように構成されている。用紙間の空気圧は用紙を分離するのを助ける、すなわち用紙を上方に浮揚させる。他方、給送する用紙の上面の空気はベンチュリ効果によって真空を生成して、用紙を用紙給送装置ヘッドへ引引き付けるのを助ける。この２つの効果の組合せにより、用紙捕捉速度が向上し、そして１枚の用紙のみが確実に給送される。
【００２０】
浮揚装置は、ベンチュリ板部分４０５と調節板部分４２０を有する板４１５と、支持構造４１０とで構成されている。調節板部分４２０は空気の通過を許す区域４２１と、空気の流れを制限する横断面区域４２６を有する。用紙が浮揚する前、ベンチュリ板部分４０５は用紙のスタック５６を背にして平らである。用紙が浮揚し用紙に撓みが発生すると、用紙はベンチュリ板部分４０５を持ち上げるであろう。用紙が上に動くと、その動きは最上位置４２５へ移るであろう。それにより、浮揚装置の調節板部分４２０が旋回する。ベンチュリ板部分４０５の旋回運動によって、調節板部分４２０の横断面区域４２６が空気の流れを制限する。ベンチュリ板は支持構造４１０に対しある角度をなしているので、スタックがどんな高さでも、隙間区域６１５は実質上変わらない。これにより、スタックの高さが変化しても、スタック上の空気流が一定に維持される。これら２つの効果は、浮揚量を調節して過剰浮揚を防止し、かつ一番上の用紙の近くに用紙がパックされないようにする。これにより、浮揚した用紙に用紙がパックされる問題が未然に避けられる。この問題は、薄紙の場合は重複給送が生じるので、通常の浮揚装置ではより深刻である。
【００２１】
用紙給送装置プレナム５８によって用紙２０２がベンチュリ板部分４０５との接触から離れ、送り出されると、板４１５が下降して戻り、ベンチュリ板部分４０５が給送すべき次の用紙と接触する。
【００２２】
適応浮揚装置は、そのほかに、用紙スタッ高の検出に使用される。検出を行うために、センサ装置６１０がベンチュリ板に取り付けられており、用紙トレイ内部の用紙の許容度を測定するのに使用される。センサ装置６１０は用紙スタック上のベンチュリ板の位置変化を検出する。用紙の許容度の読みは、そのあと、トレイ昇降機を作動させて、用紙トレイを調節するのに使用される。
【００２３】
次に図２、図３、図４、図５、図１２、および図１３を参照して説明すると、スタック５６の上方に用紙給送装置プレナム５８が配置されている。用紙給送装置プレナム５８は空洞を有し、その空洞を排気することによって圧力差を作り出すことができる。用紙給送装置プレナム５８の真空用紙接触面１２２には多数の小開口１２４が設けられている。
【００２４】
用紙給送装置プレナム５８の内部と外部の圧力差によって、用紙はプレナム５８の真空用紙接触面１２２と封止機構３００へ引き付けられる。真空用紙接触面１２２は、さまざまなサイズのリブの組合せで構成された波形化面を用いて、紙面間の付着力を小さくすることにより、真空用紙接触面１２２上の用紙を分離する。
【００２５】
封止機構３００はプレナム５８の周囲に配置されている。封止機構３００は真空プレナムと用紙スタック間の浮動式可撓封止機構である。封止機構３００のすぐれた特徴はその適応能力である。封止機構３００は真空プレナムと用紙スタック間の隙間を埋めているが、用紙スタックの浮揚を妨げない。用紙が封止機構へ吸引されると、封止機構３００はスタックの平らでない状態の輪郭に従う。さらに、用紙が真空プレナムの波形領域を当って波形になると、封止機構３００は用紙に近い輪郭になることができる。封止機構３００は十分な剛性を有するので、真空プレナムボックスの中に吸い込まれることはない。
【００２６】
図１３に、封止機構３００の第１の実施例を示す。この構造の場合、封止ストリップはピン３１０で柔軟に連結された小セグメント３１２で構成されている。これらのセグメント３１０は互いに平面内の方向に自由に回転できるので、用紙の波形にうまく順応することができる。封止ストリップは、望ましくないストリップの曲りを防止するため平面外の方向に相対的にかなり大きな曲げ剛性を有する。真空プレナムと用紙スタック間の初期隙間に対する範囲の広い適応能力を実現するために、封止機構３００は真空プレナムに対し相対的に移動できる。これを実現する１つの方法は、封止機構３００が、ずり上がり及びずり下がりできるように、小さい垂直溝３０７を通して封止機構３００をプレナム５８に吊り下げることである。小さい垂直溝３０７は上下運動を案内するであろう。真空を加える前、封止機構３００は重力によって溝に沿って滑り落ち、用紙ストック上に載っている。封止機構３００と用紙スタックが直かに接触するのを防止するため、（接触が望ましくなければ）、最大移動量を制限する停止具０５を溝に取り付けてもよい。
【００２７】
用紙を捕捉するため真空プレナムを封止することは、そのほかに、浮揚用および空気ナイフ用の圧力流を真空プレナムに流入させず、かつ捕捉用真空の生成を困難にしないという追加の利点がある。
【００２８】
図４および図５に、封止機構３００の第２の実施例を示す。封止機構３００は波形化面１２２の形状に合う複数の封止部材から成っている。封止部材３０２，３０４、および３０６は、垂直溝、又は封止部材の移動を可能にする他の機構を通して真空プレナムの周囲に取り付けられている。プレナムに真空を加えると、前方直線封止部材３０８は、他の３つの封止部材３０２、３０４、および３０６と協力して、ほとんどまたは全く洩らさずに、全真空圧を平らな用紙に加える。これにより、用紙は持ち上げられ（浮揚装置もそれを助ける）、引き付けられてプレナムボックスと接触する。この時点で、用紙はプレナムボックスの固定パターンのまわりに波形になり始める。厚紙はほんの少し波形になるだけであるが、薄紙はより大きく波形になる。プレナムボックスの圧力を調節するために、封止部材３０４と３０６は、調節された量の洩れを許すような形状に作られている。厚紙の場合は、大きな真空圧が望ましいが、薄紙の場合は、低い真空圧が望ましい。封止部材３０４と３０６は用紙と接触するように輪郭が作られているので、より薄い紙の場合は圧力を下げるため適当な洩れを許しながら、用紙は次第に波形になる。
【００２９】
次に図１６〜図１８について説明すると、捕捉した用紙の前縁５７を給送ローラ５５の中に平行移動させるために、駆動装置６００が空気プレナム５８に取り付けられている。用紙スタックから真空用紙接触面１２２へ他の用紙を吸引する可能性をより少なくする（重複給送を減らす）ため、駆動装置６００は、最初、給送ローラ５５の給送方向とは逆の方向に空気プレナム５８を平行移動させ、捕捉した用紙の後縁５９を用紙トレイの部分１２０にぶつけて、用紙にたわみ（バックル）を起こさせる。次に、フランジ１２１の上方で用紙の前縁５７が給送ローラ５５によって捕捉されるように、駆動装置６００は給送ローラ５５の給送方向に空気プレナムを平行移動させる。図１７に、駆動装置６００を示す。前記逆方向の移動によって用紙５６がたわめられれて、もし２枚の用紙が一緒に重なっていれば、用紙５６を下の用紙から分離する力を生み出すことが判った。
【００３０】
用紙スタックから真空用紙接触面１２２へ他の用紙を吸引する可能性をより減らす（重複給送を減らす）ために、用紙給送装置プレナムは、さまざまなサイズのリブの組合せで構成された波形化面を使用して紙面間の付着力を減らすことによって、前記真空用紙接触面１２２上の用紙を分離する。
【００３１】
真空力、静電気力、縁結合力、その他の原因によって紙面間の付着力が生じることが判った。真空式用紙給送装置（ＶＣＦ）においては、ある用紙を他の用紙から分離するため、重複して捕捉した紙面間の空間に空気を吹き込むので、真空式用紙給送装置における用紙の分離は、必然的に２つのステップから成る。すなわち、第１ステップで隙間を生成し、第２ステップで隙間に空気を吹き込む。後の機能は空気ナイフによって行われる。用紙を引き離すのに波形化機構を使用しないで、一様な真空を加えるだけの方法はあまり信頼できないことはずっと以前より判っていた（図６）。図７から判るように、用紙付着力に打ち勝つ唯一の力の成分は加えた真空に等しい垂直応力であり、また真空が最も弱い用紙間付着力に打ち勝つまで用紙は捕捉されないであろう。第１用紙２０１と第２用紙２０２間の付着力が最も弱くなければ、２枚以上の用紙が捕捉されるであろう。実際に２枚以上の用紙が平らな真空用紙接触面に捕捉されれば、図７に示すように、捕捉された用紙を分離する有効な力（重力は除く。重力は用紙の分離を保証するものではない。）が存在しないので、重大な問題が生じる。用紙付着力に打ち勝って隙間を生じさせるため紙面にある種の大きな応力を作用させたいと思うけれども、図６においては、真空力は紙面上に十分に大きな応力を生み出さない。
【００３２】
この例から少なくとも１つの結論を引き出すことができる。すなわち、均一に分布した吸引力は確実に用紙を分離させ、有効に用紙間に隙間を生じさせるには十分でなく、大きな集中応力をもたらすある種の集中力が望ましい。
【００３３】
用紙が捕捉されると（図８および図９参照）、波形化機構２１０によって３つの集中せん断力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が発生し、これらの力によって用紙の厚さ方向に沿って用紙の断面にせん断応力が生じる。弾性理論の中で指摘されているように、垂直方向（用紙の厚さ方向）のせん断応力は水平方向の（紙面に沿った）せん断応力に等しい。ビーム（複数の用紙の腰の部分）厚さの中心でせん断応力は最大であり、その値は厚さに反比例する。捕捉された用紙のビーム厚さは小さいので、集中せん断力は大きなせん断応力を発生するであろう。したがって、もし２枚以上の用紙が捕捉されれば（図９）、大きなせん断応力は一方の用紙を他方の用紙の上で紙面に沿って滑らせようとするであろう。したがって、もし滑らせる力より応力を受けた場所の用紙付着力の強さが弱ければ、用紙間に隙間が生じる。
【００３４】
せん断力のほかに、用紙を曲げることも同様に用紙間に隙間を生成するのを助ける。用紙群（ビーム）が曲げられると、ビームの上部と下部は異なる種類の変形を受ける。すなわち、一方の部分は引張り状態にあり、他方の部分は圧縮状態にある。したがって、もし２枚以上の用紙が同時に曲げられれば、その曲げ運動は用紙の分離を助けるであろう。
【００３５】
用紙の分離に加えて、波形にされた用紙は平らな用紙よりかなり曲りにくく、用紙を給送ローラ５５へ送るとき用紙の取扱いがかなり容易になるので、真空式用紙給送装置（以下、ＶＣＦと略す）の波形化機構は用紙の移送を助ける。
【００３６】
従来の上部型ＶＣＦは、隙間を生じさせるため、波形化機構として単一直線リブを使用している。必要な真空は約６０ｍｍＨ2Ｏであり、要求された真空を確実に生じさせる（そして十分な浮揚用およびエアナイフ用空気流を生じさせる）空気流量は約５０ｃｍ3である。これらの要求を満たすには、送風機を大型にしなければならない。大型送風機は高馬力のモータが必要であるし、複写機やプリンタの騒音の主要発生源になる。さらに、より高い真空は紙面に痕跡を残す傾向があり、結論として、コート紙には歓迎されない。
【００３７】
これと同様な他のＶＣＦ（真空式用紙給送装置）は、ある範囲の紙については用紙の分離がうまくいくが、単リブ波形化機構はその範囲外の紙についてはうまくいかない。カラー印刷とオフセット印刷市場において取り扱わなければならない紙の性質は大きく異なる。そこで、用紙給送装置の許容度を向上させ、かつ費用を節減することが本発明の目的の１つである。
【００３８】
本発明にかかる複数の波形に形成する真空式用紙給送装置すなわちＭＶＣＦの波形化機構はさまざまな高さの多数のリブで構成されている（図３、図１０、および図１１）。周知のように、曲げ剛性が違うので、厚紙は薄紙より撓みが少ない。リブの上で曲げられたとき、薄紙の場合は、最初の用紙に２枚目の用紙がよりぴったり従うであろう。すなわち、同じリブを使用すれば、薄紙に生じる隙間は、厚紙に生じる隙間よりも小さいであろう。これらの特徴を用いて、図３、図１０、および図１１に示すように、１つのＶＣＦにいろいろなサイズの多数のリブを設けることができる。真空が加えられると、厚紙はより背の高いリブだけと接触し、薄紙は、より背の高いリブとより背の低いリブの両方と接触するであろう。リブが紙と接触するときだけ、せん断力が発生して用紙の分離が行われることに留意されたい。薄紙と接触するリブのほうが厚紙と接触するリブより多いので、そして１個のリブは薄紙の場合より厚紙の場合により大きな隙間を生成するので、ＭＶＣＦにおいては、薄紙と厚紙の両方について、総隙間面積はほぼ等しいであろう。高い曲げ応力を生じさせ、紙面に痕跡を残す背の高いリブを使用せずに、ＭＶＣＦは硬質紙と軟質紙の両方を送り出することができる。この波形化機構は４個の異なる高さのリブで構成されている。４個の側面リブ（各側面に２個）は最も背が高く、２個の中央リブは２番目の高さを有する。同じ大きさの荷重を加えれば、厚紙は薄紙より変形が少ないので、提案した波形化機構を使用すれば、用紙はその曲げ剛性に従って、１つ、２つ、４つ、６つ、その他の数の山形(span)に変形するであろう。
【００３９】
図１０は、本発明によって提案した波形化機構を使用して厚紙を捕捉した時の紙の変形を示す。図１１は、薄紙を捕捉した時の変形した紙の曲率を示す。紙の範囲は６０ＧＳＭ〜３００ＧＳＭであった。図８および図９と図１０および図１１を比較して、提案した波形化機構はすべての等級の紙について波形化面のほとんどの部分で曲げ運動と滑り運動を生成したが、単一波形化機構は厚紙の場合には、機構の中央部分においてだけ滑り運動を生成したことが判った。用紙の分離には滑り運動と曲げ運動の両方が不可欠であるので、提案した波形化機構はよりうまく作動するであろうと信じられる。
【００４０】
この分野の専門家は、提示した情報をよく検討した後、本発明の他の実施例や修正物を思い浮かべるかもしれない。しかし、それらの実施例や修正物は、均等物と同様に本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を備えた典型的なカラー電子写真印刷装置の略正面図である。
【図２】用紙給送装置の底部と空気プレナムの底面図である。
【図３】下方から見た用紙給送装置の底部と空気プレナムの斜視図である。
【図４】空気プレナムと一緒に使用される封止機構の一実施例を示す斜視図である。
【図５】空気プレナムに真空を加えて用紙を捕捉した状態を示す図４の実施例の斜視図である。
【図６】スタックから用紙を捕捉する前の空気プレナムを示す略図である。
【図７】スタックから２枚の用紙を捕捉した空気プレナムを示す略図である。
【図８】スタックから用紙を捕捉する前のリブ付き空気プレナムを示す略図である。
【図９】スタックから２枚の用紙を捕捉したリブ付き空気プレナムを示す略図である。
【図１０】提案した波形化機構を使用して厚紙を捕捉した時の紙の変形を示すグラフである。
【図１１】薄紙を捕捉した時の変形した紙の曲率を示すグラフである。
【図１２】空気プレナムによってスタックから捕捉され、波形にされた用紙を示す斜視図である。
【図１３】封止機構の別の実施例を示す側面図である。
【図１４】スタックから浮揚する前の用紙を示す空気浮揚装置の側面図である。
【図１５】スタックから浮揚した後の用紙を示す空気浮揚装置の側面図である。
【図１６】最初に、浮揚装置によってスタックから用紙の後端が持ち上げられ、空気プレナムの用紙接触面に捕捉された用紙を示す、用紙給送装置の側面図である。
【図１７】その後、浮揚装置への空気流が遮断され、空気プレナムが逆方向に動かされて用紙の後端にたわみが生じた状態を示す、図１６と同様な側面図である。
【図１８】最後に、空気プレナムが前方に動かされ、捕捉された用紙の前端がフランジを越えて給送ローラに送り込まれる状態を示す、図１６と同様な側面図である。
【符号の説明】
１０ ラスタ入力スキャナ（ＲＩＳ）
１２ 画像処理装置（ＩＰＳ）
１４ ユーザーインタフェース（ＵＩ）
１６ ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）
１８ プリンタ
２０ 光導電性ベルト
２４，２６ ローラ
２８ テンションローラ
３０ 駆動ローラ
３２ モータ
３３ 帯電部
３４ コロナ発生装置
３５ 露光部
３７ ミラー
３８ 原稿書類
３９ 現像部
４０、４２、４４、４６ 現像ユニット
４８ 用紙搬送装置
５０、５２ 一対のローラ
５４ 一対の搬送ベルト
５５ 給送ローラ
５６ 用紙スタック
５７ 用紙の前縁
５８ 本発明の用紙給送装置プレナム
５９ 用紙の後縁
６０ 転写前搬送装置
６２ ベルト移動方向
６４ 転写ゾーン
６５ 転写部
６６ コロナ発生装置
６８ 真空コンベヤ
７０ 用紙移動方向
７１ 定着部
７２ 圧力ローラ
７４ 加熱された定着ローラ
７６ 一対のロール
７８ キャッチトレイ
１２０ 昇降式用紙トレイ
１２１ フランジ
１２２ 真空用紙接触面
１４０ 適応浮揚装置
１４１ 空気開口
２０１、２０２ 用紙
２１０ 波形化機構
３００ 封止機構
３０２、３０４、３０６、３０８ 封止部材
３０５ 停止具
３０７ 垂直溝
３１０ ピン
３１２ 小セグメント
４０５ ベンチュリ板部分
４１０ 支持構造
４１５ 板
４２０ 調節板部分
４２１ 空気の流れを許す部分
４２６ 空気の流れを制限する横断部分
６００ 駆動装置
６１０ センサ装置
【産業上の利用分野】
本発明は、一般には電子複製印刷装置、より詳細には、複製や印刷の一般的な方法と同時に行われることが多い、用紙スタックからの用紙の給送を行う用紙給送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電写真複製プロセスにおいては、一般に、複写または印刷する原稿の光像が感光部材の上に静電潜像の形で記録される。その後、静電潜像は一般にトナーと呼ばれる静電記録粒子を付与することによって可視化される。可視トナー像は感光部材に直接定着することもできるし、感光部材から普通紙などの別の支持媒体へ転写することもできる。このトナー像を永続化するため、一般に熱と圧力を加えてトナー像を紙に「固定」すなわち「定着」しなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複写機又はプリンタによって１時間に３０００枚以上の速度でコピーを作成できる高速ゼログラフィー複製装置の出現により、複製装置の能力をフルに利用するには、用紙取扱装置が確実な信頼できるやり方で、紙または他の媒体を迅速に連続的に給送して各処理部を通過させる必要がある。それらの用紙取扱装置は、記録用紙を損傷させる危険を事実上なくし、かつ無給送又は重複給送のせいで機械が停止するのを最小限にするため、完璧に動作しなければならない。最も多くの問題が起きるのは、最初に用紙スタックから個々の用紙を分離する時である。あるケースでは、一般に用紙スタックにおいて無作為に生じる用紙のアップカールやダウンカールが原因で問題が起きることがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、用紙スタックから処理方向に処理部へ用紙を給送する改良型の用紙給送装置を提供する。本発明の用紙給送装置は、用紙スタックを保持する用紙トレイ、前記用紙スタックの上方に配置されていて、第１の高さの第１リブ群と第２の高さの第２リブ群をもつ波形化面を有する空気プレナム（空気室）、および前記用紙スタックの用紙を吸引して前記波形化面に接触させるため前記空気プレナム内に真空圧を生成する送風機を備えている。
【０００５】
本発明の対象は、用紙給送装置である。本装置においては、用紙の分離を促進し、用紙を浮揚させ、用紙トレイから用紙を捕捉し、かつ給送中の用紙から余分の用紙を除去するのに、空気を使用している。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施例について説明するが、発明を特定の実施例に限定するつもりのないことは理解されるであろう。本発明の特徴の一般的な理解のために、図面を参照して説明する。図面では、同じ要素は同じ参照番号を用いて示してある。本発明とその種々の実施例が多種多様な印刷装置および複写装置において使用するのに適していること、およびその応用が必ずしも図示した特定の装置に限定されないことは、以下の検討から明らかになるであろう。
【０００７】
一般的な説明のために、図１に、本発明の特徴を組み入れた電子写真印刷装置の略正面図を示す。本発明が多種多様な複写装置および印刷装置に使用するのに等しくうまく適していること、およびその応用が必ずしも図示した特定装置に限定されないことは、以下の検討から明らかになるであろう。図１に示すように、印刷装置の動作の間じゅう、ラスタ入力スキャナ（ＲＩＳ）１０の上にカラー原稿または白黒原稿３８が置かれている。ＲＩＳ１０は原稿照明ランプ、光学装置、機械式走査駆動装置、および電荷結合素子（ＣＣＤアレイ）を含んでいる。ＲＩＳ１０は原稿３８から全体像をキャプチャし、それを一連のラスタ走査線へ変換し、さらに原稿の各点における一組の原色の濃度すなわち赤、緑、および青の濃度を測定する。この情報は電気信号として画像処理装置（ＩＰＳ）１２へ送られる。ＩＰＳ１２は一組の赤、緑、青の濃度信号を一組の表色座標へ変換する。
【０００８】
ＩＰＳ１２はラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）１６への像データの流れを準備したり、管理したりする制御電子回路を含んでいる。ＩＰＳ１２にユーザーインターフェース（ＵＩ）１４が接続されている。オペレータはＵＩ１４を用いて、さまざまなオペレータ調節可能な諸機能を制御することができる。オペレータはＵＩ１４の適当なキーを起動させてコピーのパラメータを調整する。ＵＩ１４はタッチ画面であってもよいし、装置にオペレータ・インタフェースを提供する別の適当な制御パネルであってもよい。ＵＩ１４から出力信号がＩＰＳ１２へ送られる。そのあと、ＩＰＳ１２は所望の像に対応する出力信号を、出力コピー像を生成するＲＯＳ１６へ送る。ＲＯＳ１６はレーザーと回転ポリゴンミラーを有する。使用するミラーは９面ポリゴンが好ましい。ＲＯＳ１６は、ミラー３７を経由してプリンタすなわちマーキングエンジン１８の光導電性ベルト２０の帯電した部分を１インチ当り約４００画素の割合で照明して、一組の減法混色の原色潜像を形成する。ＲＯＳ１６は光導電性ベルト２０を露光して、ＩＰＳ１２から送られた信号に対応する３つの潜像を記録する。第１の潜像はシアン現像剤で現像される。第２の潜像はマゼンタ現像剤で現像される。第３の潜像はイエロー現像剤で現像される。これらの現像された像は互いに重ね合わせてコピー用紙へ転写され、用紙上にマルチカラー像が形成される。そのあと、このマルチカラー像はコピー用紙に定着され、カラーコピーができ上がる。
【０００９】
図１の説明を続けると、プリンタすなわちマーキングエンジン１８は電子写真印刷装置である。マーキングエンジン１８の光導電性ベルト２０は光導電性物質から作ることが好ましい。光導電性ベルト２０は矢印２２の方向に動いて光導電性表面の連続する部分を進め、ベルトの移動通路のまわりに配置された種々の処理部を順次通過させる。光導電性ベルト２０は移送ローラ２４と２６、テンションローラ２８、および駆動ローラ３０に掛け渡されている。駆動ローラ３０は適当な手段たとえばベルト伝動装置で連結されたモータ３２によって回転される。駆動ローラ３０が回転すると、ベルト２０は矢印２２の方向に進む。
【００１０】
最初に、光導電性ベルト２０の一部分が帯電部３３を通過する。帯電部３３では、コロナ発生装置３４が光導電性ベルト２０を比較的高い実質上一様な電位に帯電させる。
【００１１】
次に、帯電した光導電性表面は露光部３５へ進む。露光部３５は、マルチカラー原稿３８が上に置かれたＲＩＳ１０によって得た情報に対応する変調光ビームを受け取る。変調光ビームは光導電性ベルト２０の表面に当って光導電性ベルトの帯電した部分を照明し、静電潜像を形成する。光導電性ベルトは、３回露光され、３つの潜像が記録される。
【００１２】
静電潜像が光導電性ベルト２０に記録された後、ベルト２０は潜像を現像部３９へ進める。現像部３９は４個の個別現像ユニット４０、４２、４４、４６を備えている。現像ユニットはこの分野では一般に「磁気ブラシ現像ユニット」と呼ばれる形式のものである。一般に、磁気ブラシ現像装置は、磁性キャリア粒子と摩擦帯電によってキャリア粒子に付着したトナー粒子とから成る磁化可能な現像剤を使用している。現像剤は連続的に運ばれて指向性磁束場を通過し、現像ブラシを形成する。新しい現像剤を連続的にブラシに供給するため、現像剤は絶えず移動している。現像は現像剤ブラシを光導電性表面に接触させることによって行われる。現像ユニット４０、４２、および４４は、それぞれ、光導電性表面に記録された特定の色分解静電潜像の補色に相当する特定の色のトナー粒子を塗布する。
【００１３】
それぞれのトナー粒子の色は電磁波スペクトルのあらかじめ選択したスペクトル領域の光を吸収するようになっている。たとえば、原稿の緑領域に対応する光導電性ベルト２０上の電荷の部分を放電させることによって形成された静電潜像は、光導電性ベルト２０上に比較的高い電荷密度の区域として赤の部分と青の部分を記録するであろう。他方、緑の区域は現像に効果のない電圧レベルまで下げられるであろう。そのあと、帯電した区域は、現像ユニット４０が光導電性ベルト２０に記録された静電潜像に緑吸収（マゼンタ）トナー粒子を塗布することによって可視化される。同様に、青色分解静電潜像は現像ユニット４２によって青吸収（イエロー）トナー粒子で現像され、そして赤色分解静電潜像は現像ユニット４４によって赤吸収（シアン）トナー粒子で現像される。現像ユニット４６はブラックトナー粒子が入っており、白黒原稿から形成された静電潜像を現像するのに使用できる。各現像ユニットは作用位置に出し入れされる。作用位置では、磁気ブラシは光導電性ベルトに実質上隣接しているが、非作用位置では、磁気ブラシはベルトから離れた位置にある。（図１では、各現像ユニット４０、４２、４４および４６は作用位置に示してある。）各静電潜像の現像中、１個の現像ユニットだけが作用位置にあり、残りの現像ユニットは非作用位置にある。これによって、各静電潜像は混ざり合うことなく、適切な色のトナー粒子で確実に現像される。
【００１４】
現像後、トナー像は転写部６５へ進められる。転写部６５は転写ゾーン６４を有する。転写ゾーン６４において、トナー像は支持材料のシート、たとえば普通紙へ転写される。転写部６５において、用紙搬送装置４８は用紙を移動させて光導電性ベルト２０に接触させる。用紙搬送装置４８は円筒形の一対のローラ５０と５２に掛け渡された、間隔をおいて配置された一対のベルト５４を有する。一対のベルト５４の間に延びている用紙グリッパー（図示せず）はベルト５４と一緒に動く。用紙はトレイに置かれた用紙のスタック５６から送り出される。本発明に係る用紙給送装置５８はスタック５６から一番上の用紙を転写前搬送装置６０へ送り出す。搬送装置６０は用紙（図１には図示せず）を用紙搬送装置４８へ進める。用紙は転写前搬送装置６０によって用紙グリッパーの動きに同期して進められる。このやり方で、用紙の前縁はあらかじめ選択した位置すなわち装填ゾーンに達して、開いた用紙グリッパーによって受け取られる。そのあと、用紙グリッパーが閉じて用紙を固定し、再循環通路内を用紙と一緒に移動する。用紙の前縁は用紙グリッパーによって開放自在に固定される。ベルト５４が矢印６２の方向に動くと、用紙は光導電性ベルト上の現像されたトナー像と同期して動き、光導電性ベルトに接触する。転写ゾーン６４では、現像されたトナー像と用紙の接触を強化するために、ガス案内機構（図１には図示せず）がガス流を用紙の上に案内し、光導電性ベルト２０上の現像されたトナー像に用紙を押し付ける。さらに、転写ゾーン６４では、光導電性ベルト２０から用紙へトナー像を引き付けるために、コロナ発生装置６６が、用紙の裏面を適当な電位および極性に帯電させる。用紙は用紙グリッパーに固定された状態のまま、再循環通路を３回移動する。このやり方で、３つの異なるカラートナー像が互いに重ね合わせて用紙へ転写される。
【００１５】
下色除去（アンダーカラー除去）を用いる場合は用紙が再循環通路を４回移動することは、この分野の専門家は理解されるであろう。光導電性表面に記録された各静電潜像は、適当なカラートナーで現像され、互いに重ね合わせて用紙に転写され、カラー原稿のマルチカラーコピーができ上がる。
【００１６】
最後の転写動作の後、用紙搬送装置４８は用紙を真空コンベヤ６８へ送る。用紙は真空コンベヤ６８によって矢印７０の方向に定着部７１へ運ばれ、そこで、転写されたトナー像が用紙へ永続的に定着される。定着部は加熱された定着ロール７４と圧力ロール７２を有する。用紙は定着ロール７４と圧力ロール７２によって形成されたニップを通過する。そのとき、トナー像は定着ロール７４と接触して用紙へ固着される。定着後、用紙は一対のロール７６によってキャッチトレイ７８へ送られ、後でオペレータによって取り出される。
【００１７】
矢印２２で示す光導電性ベルト２０の移動方向に沿った最後の処理部は、感光体清掃部である。
【００１８】
次に図２〜図５を参照して、本発明の用紙給送装置５８の構造と動作をより詳細に説明する。本発明の用紙給送装置の動作順序は以下の通りである。用紙スタック５６は昇降式用紙トレイ１２０の中に置かれる。
【００１９】
また、図１４および図１５には、適応浮揚装置（アダプティブ・フラッファ）１４０を示す。適応浮揚装置１４０は、空気開口４０１を有する。適応浮揚装置１４０はスタックの用紙間と、給送する用紙の上面に空気を導入できるように構成されている。用紙間の空気圧は用紙を分離するのを助ける、すなわち用紙を上方に浮揚させる。他方、給送する用紙の上面の空気はベンチュリ効果によって真空を生成して、用紙を用紙給送装置ヘッドへ引引き付けるのを助ける。この２つの効果の組合せにより、用紙捕捉速度が向上し、そして１枚の用紙のみが確実に給送される。
【００２０】
浮揚装置は、ベンチュリ板部分４０５と調節板部分４２０を有する板４１５と、支持構造４１０とで構成されている。調節板部分４２０は空気の通過を許す区域４２１と、空気の流れを制限する横断面区域４２６を有する。用紙が浮揚する前、ベンチュリ板部分４０５は用紙のスタック５６を背にして平らである。用紙が浮揚し用紙に撓みが発生すると、用紙はベンチュリ板部分４０５を持ち上げるであろう。用紙が上に動くと、その動きは最上位置４２５へ移るであろう。それにより、浮揚装置の調節板部分４２０が旋回する。ベンチュリ板部分４０５の旋回運動によって、調節板部分４２０の横断面区域４２６が空気の流れを制限する。ベンチュリ板は支持構造４１０に対しある角度をなしているので、スタックがどんな高さでも、隙間区域６１５は実質上変わらない。これにより、スタックの高さが変化しても、スタック上の空気流が一定に維持される。これら２つの効果は、浮揚量を調節して過剰浮揚を防止し、かつ一番上の用紙の近くに用紙がパックされないようにする。これにより、浮揚した用紙に用紙がパックされる問題が未然に避けられる。この問題は、薄紙の場合は重複給送が生じるので、通常の浮揚装置ではより深刻である。
【００２１】
用紙給送装置プレナム５８によって用紙２０２がベンチュリ板部分４０５との接触から離れ、送り出されると、板４１５が下降して戻り、ベンチュリ板部分４０５が給送すべき次の用紙と接触する。
【００２２】
適応浮揚装置は、そのほかに、用紙スタッ高の検出に使用される。検出を行うために、センサ装置６１０がベンチュリ板に取り付けられており、用紙トレイ内部の用紙の許容度を測定するのに使用される。センサ装置６１０は用紙スタック上のベンチュリ板の位置変化を検出する。用紙の許容度の読みは、そのあと、トレイ昇降機を作動させて、用紙トレイを調節するのに使用される。
【００２３】
次に図２、図３、図４、図５、図１２、および図１３を参照して説明すると、スタック５６の上方に用紙給送装置プレナム５８が配置されている。用紙給送装置プレナム５８は空洞を有し、その空洞を排気することによって圧力差を作り出すことができる。用紙給送装置プレナム５８の真空用紙接触面１２２には多数の小開口１２４が設けられている。
【００２４】
用紙給送装置プレナム５８の内部と外部の圧力差によって、用紙はプレナム５８の真空用紙接触面１２２と封止機構３００へ引き付けられる。真空用紙接触面１２２は、さまざまなサイズのリブの組合せで構成された波形化面を用いて、紙面間の付着力を小さくすることにより、真空用紙接触面１２２上の用紙を分離する。
【００２５】
封止機構３００はプレナム５８の周囲に配置されている。封止機構３００は真空プレナムと用紙スタック間の浮動式可撓封止機構である。封止機構３００のすぐれた特徴はその適応能力である。封止機構３００は真空プレナムと用紙スタック間の隙間を埋めているが、用紙スタックの浮揚を妨げない。用紙が封止機構へ吸引されると、封止機構３００はスタックの平らでない状態の輪郭に従う。さらに、用紙が真空プレナムの波形領域を当って波形になると、封止機構３００は用紙に近い輪郭になることができる。封止機構３００は十分な剛性を有するので、真空プレナムボックスの中に吸い込まれることはない。
【００２６】
図１３に、封止機構３００の第１の実施例を示す。この構造の場合、封止ストリップはピン３１０で柔軟に連結された小セグメント３１２で構成されている。これらのセグメント３１０は互いに平面内の方向に自由に回転できるので、用紙の波形にうまく順応することができる。封止ストリップは、望ましくないストリップの曲りを防止するため平面外の方向に相対的にかなり大きな曲げ剛性を有する。真空プレナムと用紙スタック間の初期隙間に対する範囲の広い適応能力を実現するために、封止機構３００は真空プレナムに対し相対的に移動できる。これを実現する１つの方法は、封止機構３００が、ずり上がり及びずり下がりできるように、小さい垂直溝３０７を通して封止機構３００をプレナム５８に吊り下げることである。小さい垂直溝３０７は上下運動を案内するであろう。真空を加える前、封止機構３００は重力によって溝に沿って滑り落ち、用紙ストック上に載っている。封止機構３００と用紙スタックが直かに接触するのを防止するため、（接触が望ましくなければ）、最大移動量を制限する停止具０５を溝に取り付けてもよい。
【００２７】
用紙を捕捉するため真空プレナムを封止することは、そのほかに、浮揚用および空気ナイフ用の圧力流を真空プレナムに流入させず、かつ捕捉用真空の生成を困難にしないという追加の利点がある。
【００２８】
図４および図５に、封止機構３００の第２の実施例を示す。封止機構３００は波形化面１２２の形状に合う複数の封止部材から成っている。封止部材３０２，３０４、および３０６は、垂直溝、又は封止部材の移動を可能にする他の機構を通して真空プレナムの周囲に取り付けられている。プレナムに真空を加えると、前方直線封止部材３０８は、他の３つの封止部材３０２、３０４、および３０６と協力して、ほとんどまたは全く洩らさずに、全真空圧を平らな用紙に加える。これにより、用紙は持ち上げられ（浮揚装置もそれを助ける）、引き付けられてプレナムボックスと接触する。この時点で、用紙はプレナムボックスの固定パターンのまわりに波形になり始める。厚紙はほんの少し波形になるだけであるが、薄紙はより大きく波形になる。プレナムボックスの圧力を調節するために、封止部材３０４と３０６は、調節された量の洩れを許すような形状に作られている。厚紙の場合は、大きな真空圧が望ましいが、薄紙の場合は、低い真空圧が望ましい。封止部材３０４と３０６は用紙と接触するように輪郭が作られているので、より薄い紙の場合は圧力を下げるため適当な洩れを許しながら、用紙は次第に波形になる。
【００２９】
次に図１６〜図１８について説明すると、捕捉した用紙の前縁５７を給送ローラ５５の中に平行移動させるために、駆動装置６００が空気プレナム５８に取り付けられている。用紙スタックから真空用紙接触面１２２へ他の用紙を吸引する可能性をより少なくする（重複給送を減らす）ため、駆動装置６００は、最初、給送ローラ５５の給送方向とは逆の方向に空気プレナム５８を平行移動させ、捕捉した用紙の後縁５９を用紙トレイの部分１２０にぶつけて、用紙にたわみ（バックル）を起こさせる。次に、フランジ１２１の上方で用紙の前縁５７が給送ローラ５５によって捕捉されるように、駆動装置６００は給送ローラ５５の給送方向に空気プレナムを平行移動させる。図１７に、駆動装置６００を示す。前記逆方向の移動によって用紙５６がたわめられれて、もし２枚の用紙が一緒に重なっていれば、用紙５６を下の用紙から分離する力を生み出すことが判った。
【００３０】
用紙スタックから真空用紙接触面１２２へ他の用紙を吸引する可能性をより減らす（重複給送を減らす）ために、用紙給送装置プレナムは、さまざまなサイズのリブの組合せで構成された波形化面を使用して紙面間の付着力を減らすことによって、前記真空用紙接触面１２２上の用紙を分離する。
【００３１】
真空力、静電気力、縁結合力、その他の原因によって紙面間の付着力が生じることが判った。真空式用紙給送装置（ＶＣＦ）においては、ある用紙を他の用紙から分離するため、重複して捕捉した紙面間の空間に空気を吹き込むので、真空式用紙給送装置における用紙の分離は、必然的に２つのステップから成る。すなわち、第１ステップで隙間を生成し、第２ステップで隙間に空気を吹き込む。後の機能は空気ナイフによって行われる。用紙を引き離すのに波形化機構を使用しないで、一様な真空を加えるだけの方法はあまり信頼できないことはずっと以前より判っていた（図６）。図７から判るように、用紙付着力に打ち勝つ唯一の力の成分は加えた真空に等しい垂直応力であり、また真空が最も弱い用紙間付着力に打ち勝つまで用紙は捕捉されないであろう。第１用紙２０１と第２用紙２０２間の付着力が最も弱くなければ、２枚以上の用紙が捕捉されるであろう。実際に２枚以上の用紙が平らな真空用紙接触面に捕捉されれば、図７に示すように、捕捉された用紙を分離する有効な力（重力は除く。重力は用紙の分離を保証するものではない。）が存在しないので、重大な問題が生じる。用紙付着力に打ち勝って隙間を生じさせるため紙面にある種の大きな応力を作用させたいと思うけれども、図６においては、真空力は紙面上に十分に大きな応力を生み出さない。
【００３２】
この例から少なくとも１つの結論を引き出すことができる。すなわち、均一に分布した吸引力は確実に用紙を分離させ、有効に用紙間に隙間を生じさせるには十分でなく、大きな集中応力をもたらすある種の集中力が望ましい。
【００３３】
用紙が捕捉されると（図８および図９参照）、波形化機構２１０によって３つの集中せん断力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が発生し、これらの力によって用紙の厚さ方向に沿って用紙の断面にせん断応力が生じる。弾性理論の中で指摘されているように、垂直方向（用紙の厚さ方向）のせん断応力は水平方向の（紙面に沿った）せん断応力に等しい。ビーム（複数の用紙の腰の部分）厚さの中心でせん断応力は最大であり、その値は厚さに反比例する。捕捉された用紙のビーム厚さは小さいので、集中せん断力は大きなせん断応力を発生するであろう。したがって、もし２枚以上の用紙が捕捉されれば（図９）、大きなせん断応力は一方の用紙を他方の用紙の上で紙面に沿って滑らせようとするであろう。したがって、もし滑らせる力より応力を受けた場所の用紙付着力の強さが弱ければ、用紙間に隙間が生じる。
【００３４】
せん断力のほかに、用紙を曲げることも同様に用紙間に隙間を生成するのを助ける。用紙群（ビーム）が曲げられると、ビームの上部と下部は異なる種類の変形を受ける。すなわち、一方の部分は引張り状態にあり、他方の部分は圧縮状態にある。したがって、もし２枚以上の用紙が同時に曲げられれば、その曲げ運動は用紙の分離を助けるであろう。
【００３５】
用紙の分離に加えて、波形にされた用紙は平らな用紙よりかなり曲りにくく、用紙を給送ローラ５５へ送るとき用紙の取扱いがかなり容易になるので、真空式用紙給送装置（以下、ＶＣＦと略す）の波形化機構は用紙の移送を助ける。
【００３６】
従来の上部型ＶＣＦは、隙間を生じさせるため、波形化機構として単一直線リブを使用している。必要な真空は約６０ｍｍＨ2Ｏであり、要求された真空を確実に生じさせる（そして十分な浮揚用およびエアナイフ用空気流を生じさせる）空気流量は約５０ｃｍ3である。これらの要求を満たすには、送風機を大型にしなければならない。大型送風機は高馬力のモータが必要であるし、複写機やプリンタの騒音の主要発生源になる。さらに、より高い真空は紙面に痕跡を残す傾向があり、結論として、コート紙には歓迎されない。
【００３７】
これと同様な他のＶＣＦ（真空式用紙給送装置）は、ある範囲の紙については用紙の分離がうまくいくが、単リブ波形化機構はその範囲外の紙についてはうまくいかない。カラー印刷とオフセット印刷市場において取り扱わなければならない紙の性質は大きく異なる。そこで、用紙給送装置の許容度を向上させ、かつ費用を節減することが本発明の目的の１つである。
【００３８】
本発明にかかる複数の波形に形成する真空式用紙給送装置すなわちＭＶＣＦの波形化機構はさまざまな高さの多数のリブで構成されている（図３、図１０、および図１１）。周知のように、曲げ剛性が違うので、厚紙は薄紙より撓みが少ない。リブの上で曲げられたとき、薄紙の場合は、最初の用紙に２枚目の用紙がよりぴったり従うであろう。すなわち、同じリブを使用すれば、薄紙に生じる隙間は、厚紙に生じる隙間よりも小さいであろう。これらの特徴を用いて、図３、図１０、および図１１に示すように、１つのＶＣＦにいろいろなサイズの多数のリブを設けることができる。真空が加えられると、厚紙はより背の高いリブだけと接触し、薄紙は、より背の高いリブとより背の低いリブの両方と接触するであろう。リブが紙と接触するときだけ、せん断力が発生して用紙の分離が行われることに留意されたい。薄紙と接触するリブのほうが厚紙と接触するリブより多いので、そして１個のリブは薄紙の場合より厚紙の場合により大きな隙間を生成するので、ＭＶＣＦにおいては、薄紙と厚紙の両方について、総隙間面積はほぼ等しいであろう。高い曲げ応力を生じさせ、紙面に痕跡を残す背の高いリブを使用せずに、ＭＶＣＦは硬質紙と軟質紙の両方を送り出することができる。この波形化機構は４個の異なる高さのリブで構成されている。４個の側面リブ（各側面に２個）は最も背が高く、２個の中央リブは２番目の高さを有する。同じ大きさの荷重を加えれば、厚紙は薄紙より変形が少ないので、提案した波形化機構を使用すれば、用紙はその曲げ剛性に従って、１つ、２つ、４つ、６つ、その他の数の山形(span)に変形するであろう。
【００３９】
図１０は、本発明によって提案した波形化機構を使用して厚紙を捕捉した時の紙の変形を示す。図１１は、薄紙を捕捉した時の変形した紙の曲率を示す。紙の範囲は６０ＧＳＭ〜３００ＧＳＭであった。図８および図９と図１０および図１１を比較して、提案した波形化機構はすべての等級の紙について波形化面のほとんどの部分で曲げ運動と滑り運動を生成したが、単一波形化機構は厚紙の場合には、機構の中央部分においてだけ滑り運動を生成したことが判った。用紙の分離には滑り運動と曲げ運動の両方が不可欠であるので、提案した波形化機構はよりうまく作動するであろうと信じられる。
【００４０】
この分野の専門家は、提示した情報をよく検討した後、本発明の他の実施例や修正物を思い浮かべるかもしれない。しかし、それらの実施例や修正物は、均等物と同様に本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を備えた典型的なカラー電子写真印刷装置の略正面図である。
【図２】用紙給送装置の底部と空気プレナムの底面図である。
【図３】下方から見た用紙給送装置の底部と空気プレナムの斜視図である。
【図４】空気プレナムと一緒に使用される封止機構の一実施例を示す斜視図である。
【図５】空気プレナムに真空を加えて用紙を捕捉した状態を示す図４の実施例の斜視図である。
【図６】スタックから用紙を捕捉する前の空気プレナムを示す略図である。
【図７】スタックから２枚の用紙を捕捉した空気プレナムを示す略図である。
【図８】スタックから用紙を捕捉する前のリブ付き空気プレナムを示す略図である。
【図９】スタックから２枚の用紙を捕捉したリブ付き空気プレナムを示す略図である。
【図１０】提案した波形化機構を使用して厚紙を捕捉した時の紙の変形を示すグラフである。
【図１１】薄紙を捕捉した時の変形した紙の曲率を示すグラフである。
【図１２】空気プレナムによってスタックから捕捉され、波形にされた用紙を示す斜視図である。
【図１３】封止機構の別の実施例を示す側面図である。
【図１４】スタックから浮揚する前の用紙を示す空気浮揚装置の側面図である。
【図１５】スタックから浮揚した後の用紙を示す空気浮揚装置の側面図である。
【図１６】最初に、浮揚装置によってスタックから用紙の後端が持ち上げられ、空気プレナムの用紙接触面に捕捉された用紙を示す、用紙給送装置の側面図である。
【図１７】その後、浮揚装置への空気流が遮断され、空気プレナムが逆方向に動かされて用紙の後端にたわみが生じた状態を示す、図１６と同様な側面図である。
【図１８】最後に、空気プレナムが前方に動かされ、捕捉された用紙の前端がフランジを越えて給送ローラに送り込まれる状態を示す、図１６と同様な側面図である。
【符号の説明】
１０ ラスタ入力スキャナ（ＲＩＳ）
１２ 画像処理装置（ＩＰＳ）
１４ ユーザーインタフェース（ＵＩ）
１６ ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）
１８ プリンタ
２０ 光導電性ベルト
２４，２６ ローラ
２８ テンションローラ
３０ 駆動ローラ
３２ モータ
３３ 帯電部
３４ コロナ発生装置
３５ 露光部
３７ ミラー
３８ 原稿書類
３９ 現像部
４０、４２、４４、４６ 現像ユニット
４８ 用紙搬送装置
５０、５２ 一対のローラ
５４ 一対の搬送ベルト
５５ 給送ローラ
５６ 用紙スタック
５７ 用紙の前縁
５８ 本発明の用紙給送装置プレナム
５９ 用紙の後縁
６０ 転写前搬送装置
６２ ベルト移動方向
６４ 転写ゾーン
６５ 転写部
６６ コロナ発生装置
６８ 真空コンベヤ
７０ 用紙移動方向
７１ 定着部
７２ 圧力ローラ
７４ 加熱された定着ローラ
７６ 一対のロール
７８ キャッチトレイ
１２０ 昇降式用紙トレイ
１２１ フランジ
１２２ 真空用紙接触面
１４０ 適応浮揚装置
１４１ 空気開口
２０１、２０２ 用紙
２１０ 波形化機構
３００ 封止機構
３０２、３０４、３０６、３０８ 封止部材
３０５ 停止具
３０７ 垂直溝
３１０ ピン
３１２ 小セグメント
４０５ ベンチュリ板部分
４１０ 支持構造
４１５ 板
４２０ 調節板部分
４２１ 空気の流れを許す部分
４２６ 空気の流れを制限する横断部分
６００ 駆動装置
６１０ センサ装置
Claims (2)
- 用紙スタックから処理部へ用紙を給送する用紙給送装置であって、
前記用紙スタックを保持する用紙トレイと、
前記用紙スタックの上方に配置されていて、プレナム内に真空圧があるとき前記用紙スタックから用紙を吸い上げる空気プレナムと、
前記用紙スタックの個々の用紙間に空気を吹き込む用紙浮揚装置とを備え、
前記用紙浮揚装置が個々の用紙間の空気流を調節する手段を備え、
前記用紙浮揚装置は、支持構造と前記支持構造に旋回自由に取り付けられた板を有し、前記板は、用紙と接触するベンチュリ板部分と調節板部分を有し、前記調節板部分は、用紙が前記空気プレナムに接触するよう移動して該用紙の撓みによって前記板が旋回されたときに空気流を制限する横断面部分と、空気の通過を許す小孔と、を有することを特徴とする給紙装置。 - 用紙スタックから処理部へ用紙を給送する用紙給送装置を備えたプリンタであって、前記用紙給送装置が、
前記用紙スタックを保持する用紙トレイと、
前記用紙スタックの上方に配置されていて、プレナム内に真空圧があるとき前記用紙スタックから用紙を吸い上げる空気プレナムと、
前記用紙スタックの個々の用紙間に空気を吹き込む用紙浮揚装置とを備え、
前記用紙浮揚装置が個々の用紙間の空気流を調整する手段を備え、
前記用紙浮揚装置は、支持構造と前記支持構造に旋回自由に取り付けられた板を有し、前記板は、用紙と接触するベンチュリ板部分と調節板部分を有し、前記調節板部分は、用紙が前記空気プレナムに接触するよう移動して該用紙の撓みによって前記板が旋回されたときに空気流を制限する横断面部分と、空気の通過を許す小孔と、を有することを特徴とするプリンタ。
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