以下に、本発明に係る媒体供給装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
[第一実施形態]
図1,2を参照して本発明の第一実施形態について説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係る媒体供給装置の概略構成を示す断面図であり、図2は、図1中の分離力発生装置の概略構成を示す斜視図である。
まず図1を参照して、本実施形態の媒体供給装置の概略構成を説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る媒体供給装置1は、ホッパ8上に積層された複数のシート状の媒体Sから、搬送対象の媒体S1を1枚ずつ分離して搬送方向に供給する装置である。媒体供給装置1は、例えば、イメージスキャナ、複写機、ファクシミリ、文字認識装置等の画像読取装置やプリンタ等の画像形成装置などに搭載される自動給紙機構(Auto Document Feeder:ADF)に適用される。シート状の媒体Sとは、例えば、原稿や名刺等のシート状の読み取り対象物や印刷用紙、枚葉紙等のシート状の被記録媒体を含む。
媒体供給装置1は、媒体Sを搬送方向に搬送する搬送路上に、ピックアップローラ2と、給送ローラ3と、ブレーキローラ4と、搬送ローラ5とを備え、さらに制御装置6を備えている。なお、図1に例示される媒体供給装置1は、ホッパ8上に積層された複数の媒体Sのうち最上端の媒体S1を搬送対象として給紙する上取り出し式の媒体供給装置である。
ピックアップローラ2は、ホッパ8に積層される複数の媒体Sを搬送方向に送り出すためのローラである。ピックアップローラ2は、例えば内層に発泡ゴムなどのニップ幅を形成しやすい軟らかい材料を用いて円柱状に形成され、搬送方向に略直交に配置された回転軸を中心に回転可能に構成されている。ピックアップローラ2は、ホッパ8の搬送方向下端の給紙ゲート9より上流側にて、ホッパ8に積層される媒体Sの上方から、その周面が媒体Sと接触可能に配置されている。なお、給紙ゲート9は、ホッパ8に積載されている媒体Sの搬送方向下流側への進入枚数を規制する部材である。ピックアップローラ2は、制御装置6により制御されるモータ10の動作によってその回転軸が回転駆動し、上方から媒体Sに接触することで、媒体Sを搬送方向に送り出すことができる。
給送ローラ3は、ピックアップローラ2より送り出された媒体Sのうち、搬送対象となる最上層の1枚の媒体S1を搬送方向に繰り出すためのローラである。給送ローラ3は、例えば内層に発泡ゴムなどのニップ幅を形成しやすい軟らかい材料を用いて円柱状に形成され、搬送方向に略直交に配置された回転軸を中心に回転可能に構成されている。給送ローラ3は、給紙ゲート9より搬送方向下流側にて、媒体S1の上方から、その周面が媒体S1と接触可能に配置されている。給送ローラ3は、制御装置6により制御されるモータ11の動作によってその回転軸が回転駆動し、上方から媒体S1に接触することで、その周面で接触している搬送対象の媒体S1を搬送方向に搬送することができる。
ブレーキローラ4は、ピックアップローラ2より送り出された媒体Sのうち、搬送対象となる1枚の媒体S1以外の媒体S2が搬送方向に繰り出されるのを防止するためのローラである。ブレーキローラ4は、例えば内層に発泡ゴムなどのニップ幅を形成しやすい軟らかい材料を用いて円柱状に形成され、搬送方向に略直交に配置された回転軸4aを中心に回転可能に構成されている。
ブレーキローラ4は、給送ローラ3と対向して設けられ、給送ローラ3に接圧している。なお、本実施形態では、「接圧」とは任意の接触圧力で押圧する状態を意味するものである。この接圧状態により、ブレーキローラ4と給送ローラ3との間には、両ローラの接触面であるニップが形成されている。媒体S1は、給送ローラ3とブレーキローラ4との間のニップを通過して搬送方向の下流側に給送される。ニップの搬送方向の長さであるニップ幅は、ブレーキローラ4の給送ローラ3への接圧の度合いによって調整可能である。
ブレーキローラ4は、給送ローラ3または媒体Sとの間の摩擦力により、給送ローラ3側から搬送方向にトルクを受ける。ブレーキローラ4は、給送ローラ3側から受けるトルクが所定の従動回転トルク以上であるときには、図1に矢印Aで示す搬送方向に空転し、給送ローラ3の回転に従って従動回転可能である。また、ブレーキローラ4は、給送ローラ3側から受けるトルクが従動回転トルクより小さいときには、図示しない駆動源から伝達される駆動力によって、図1に矢印Bで示す方向、すなわち搬送方向の反対方向に駆動して回転負荷を発生するよう構成されている。言い換えると、ブレーキローラ4は、従動回転トルクを上限値として、回転負荷の発生を制限されている。
ブレーキローラ4は、給送ローラ3と直接接触している場合、またはニップに1枚の媒体S1のみが進入している場合には、給送ローラ3または媒体S1との間で相対的に大きい摩擦力が発生し、従動回転トルク以上のトルクを受けるので、給送ローラ3の回転に従って従動回転する。一方、搬送対象の媒体S1より下層の他の媒体S2も一緒に重送されてニップに進入した場合には、媒体S1,S2との間の摩擦力が相対的に小さくなり、給送ローラ3側から受けるトルクが従動回転トルクより小さくなるので、搬送方向と反対方向に回転負荷を発生させる。この回転負荷によって、搬送対象の媒体S1以外でニップに進入した媒体S2には、搬送方向と反対方向に媒体S1から分離させる分離力が作用し、媒体S1に対して搬送方向と反対側に相対移動されて媒体S1から分離する。これにより搬送対象の媒体S1のみをニップから送り出し、他の媒体S2はニップの中に保持することとなり、この結果、搬送対象となる1枚の媒体S1以外の媒体S2が搬送方向に繰り出されるのを防止する。
このようなブレーキローラ4の機能は、ブレーキローラ4の回転軸4aに連結されている分離力発生装置7(回転負荷発生手段)により実現される。また、分離力発生装置7は、ブレーキローラ4の回転負荷を多段階に変更可能に構成されている。分離力発生装置7は、オペレータの操作入力などにより制御装置6が回転負荷の変更命令を受けたときに、制御装置6からの指令に応じて従動回転トルクの設定値を変更する。ブレーキローラ4は、分離力発生装置7により従動回転トルクが変更されることにより、発生する回転負荷の大きさが変更される。例えば従動回転トルクが増加されたときには回転負荷も増大し、従動回転トルクが減少されたときには回転負荷も減少する。なお、分離力発生装置7の具体的な構成については後述する。
搬送ローラ5は、給送ローラ3の搬送方向における下流側に配置され、給送ローラ3を通過した媒体S1をさらに搬送方向下流側に搬送する。搬送ローラ5は、モータ12により回転駆動する駆動ローラと、駆動ローラと接圧して従動回転する従動ローラとを有する。媒体S1はこの駆動ローラと従動ローラとの間を通り搬送方向の下流側へ搬送される。
制御装置6は、媒体供給装置1の各部を制御するものである。図1に示すように、制御装置6は、モータ10,11,12に接続されており、モータ10が接続されるピックアップローラ2、モータ11が接続される給送ローラ3、及びモータ12が接続される搬送ローラ5の回転駆動を制御する。
また、制御装置6(回転負荷発生手段)は、分離力発生装置7に接続されている。例えばオペレータの操作入力などによりブレーキローラ4の回転負荷の変更命令を受けると、制御装置6はこの命令に応じて分離力発生装置7を制御することにより、ブレーキローラ4の回転負荷の変更制御を行う。
さらに、制御装置6は、ブレーキローラ4の回転負荷の変更命令を受けた後、実際に従動回転トルクを変更するタイミングを適宜調整することで、媒体Sの給送動作中のブレーキローラ4の回転負荷の変更をスムーズに行うことができるよう構成してもよい。例えば、回転負荷を変更することを決定した後、規定時間経過後に回転負荷を変更するよう構成してもよいし、あるいは、回転負荷を変更することを決定した後、規定時間経過後以降に搬送が開始される媒体Sが給送ローラ3に進入する直前に、回転負荷を変更するよう構成してもよい。
制御装置6は、物理的には、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)などを有するコンピュータである。上述した制御装置6の各機能の全部または一部は、ROMに保持されるアプリケーションプログラムをRAMにロードしてCPUで実行することによって、RAMやROMにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
次に図2を参照して、分離力発生装置7の構成について説明する。
分離力発生装置7は、ブレーキローラ4の回転軸4aと略平行に配置された軸13、軸14、軸15を備える。軸13及び軸14は同軸状に配列され、軸15と並列に配置されている。
また、分離力発生装置7は、ブレーキローラ4の回転軸4aに軸支されたギヤ4bと噛合するギヤ16を備える。このギヤ16には、軸13に軸支されたギヤ17と、軸15に軸支されたギヤ18とが噛合されている。
軸13と軸14との間にはトルクリミッタ19(第一負荷発生手段)が設けられている。トルクリミッタ19は、軸13と軸14との間の動力伝達を所定の上限トルクT1までに制限する。すなわち軸13または軸14に上限トルクT1以上のトルクが入力されると、トルクリミッタ19は軸13と軸14との間の動力伝達を遮断する。なお、トルクリミッタ19の上限トルクT1は、トルクリミッタ19の機械的構造により決まる固定値である。
軸14に軸支されたギヤ20は、軸14と略平行に配置された軸21に軸支されたギヤ22に噛合されている。軸21は、ギヤ22を基準としてブレーキローラ4と反対側の一端において、図示しないモータ等の駆動源と接続されている。
すなわち、軸21、ギヤ22、ギヤ20、軸14、トルクリミッタ19、軸13、ギヤ17及びギヤ16によって、駆動源からブレーキローラ4への動力伝達経路が形成されている。駆動源は、この動力伝達経路を介してブレーキローラ4を搬送方向と反対側へ回転させるよう駆動力を発生させるよう構成されている。本実施形態では、ブレーキローラ4の従動回転トルクは、トルクリミッタ19の上限トルクT1となる。また、トルクリミッタ19は一定の負荷トルクT1をブレーキローラ4に付与することができる。
軸15には電磁ブレーキ23(第二負荷発生手段)が設けられている。電磁ブレーキ23は、制御装置6からの指令に応じて、可変の制動力を軸15に発生させることができ、これによりギヤ18及びギヤ16を介して、ブレーキローラ4に負荷を付与することができる。また、電磁ブレーキ23は、ブレーキローラ4に付与する負荷を変更可能に構成されている。
上述のように、トルクリミッタ19は軸13及びギヤ17を介して、また、電磁ブレーキ23は軸15及びギヤ18を介して、共にギヤ16に接続されているので、トルクリミッタ19と電磁ブレーキ23は、ギヤ16及びギヤ4bを介してブレーキローラ4に並列に連結されている。したがって、トルクリミッタ19により発生した負荷と、電磁ブレーキ23により発生した負荷との和が、ブレーキローラ4の回転負荷としてブレーキローラ4に発生する。ブレーキローラ4の回転負荷は、電磁ブレーキ23の制動力を制御することによって連続的または段階的に変更可能である。
次に、本実施形態に係る媒体供給装置の効果について説明する。
本実施形態の媒体供給装置1は、媒体S1を搬送方向に搬送する給送ローラ3と、給送ローラ3と接圧して配置されるブレーキローラ4と、ブレーキローラ4に連結され、ブレーキローラ4に搬送方向とは反対方向の回転負荷を発生させる分離力発生装置7と、を備える。分離力発生装置7は、一定の負荷である上限トルクT1を発生するトルクリミッタ19と、発生する負荷を変更可能な電磁ブレーキ23と、を有し、トルクリミッタ19と電磁ブレーキ23とがブレーキローラ4に並列に連結される。
このような構成により、分離力発生装置7の電磁ブレーキ23の制動力を制御することで、ブレーキローラ4の回転負荷を連続的または段階的に変更可能であるので、ブレーキローラ4の回転負荷を変更することができる。
また、ブレーキローラの回転負荷を変更可能とする従来技術では、回転負荷を変更する構成要素として比較的慣性の大きい電磁ブレーキ等が使用されていた。これに対して、本実施形態の媒体供給装置1は、回転負荷を変更する手段として電磁ブレーキ23を使用すると共に、一定の回転負荷を発生可能なトルクリミッタ19を併用する。これにより、電磁ブレーキ23のサイズを小さく抑えることができ、慣性の影響を少なくできるので、ブレーキローラ4に回転負荷を発生させる際の応答性を向上できる。これにより、媒体搬送速度を高速化した場合でも、重送等が発生したときに迅速に回転負荷をブレーキローラに発生させることができ、搬送対象の媒体S1を他の媒体S2から分離する性能を十分に確保できる。
以上より、本実施形態の媒体供給装置1は、ブレーキローラ4の回転負荷を変更することと、媒体搬送速度を高速化しても搬送対象の媒体S1を他の媒体S2から分離する性能を十分に確保することを両立できる。
[第二実施形態]
次に、図3,4を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。図3は、本発明の第二実施形態に係る媒体供給装置の概略構成を示す断面図であり、図4は、本発明の第二実施形態におけるブレーキローラの回転負荷の変更処理を示すフローチャートである。
図3に示すように、本実施形態の媒体供給装置1aは、ブレーキローラ4より搬送方向の下流側に媒体Sの重送を検出する重送検出センサ30(重送検出手段)を備える点、及び重送検出センサ30により媒体Sの重送が検出された場合に制御装置6がブレーキローラ4の回転負荷を増加させるよう分離力発生装置7を制御する点で、第一実施形態の媒体供給装置1と異なるものである。
重送検出センサ30は、媒体Sの搬送路を挟んだ状態で一対配置されており、媒体Sの厚さ方向に沿って互いに対向している。そして、この対向するセンサの間を媒体Sが通過したときに、媒体Sが2枚以上重なって搬送されていることを検出する。重送検出センサ30は、媒体Sの重送を検出すると、その旨の情報を制御装置6に送信する。
重送検出センサ30により媒体Sの重送が検知されたときには、2枚以上の媒体Sが給送ローラ3とブレーキローラ4との間のニップから搬送方向下流側へ送出されている状態である。この状態を解消するため、制御装置6は、重送検出センサ30による重送の検知に応じて、ブレーキローラ4の従動回転トルクを増加させるよう分離力発生装置7を制御する。具体的には、制御装置6が、分離力発生装置7の電磁ブレーキ23の制動力を増加させる。これにより、ブレーキローラ4の回転負荷が増大し、給送ローラ3とブレーキローラ4との間のニップに進入している搬送対象以外の媒体S2に対して、より大きな分離力を加えることができ、搬送対象の媒体S1から分離するのを促進させることができる。
次に、図4を参照して、本実施形態の媒体供給装置1aの動作について説明する。
まず給送ローラ3の駆動が開始され(S101)、給送ローラ3が媒体Sを搬送方向下流側へ送出する。給送ローラ3から送出された媒体Sの先端が重送検出センサ30の検知範囲に到達すると、重送検出センサ30により複数の媒体Sの重なりが検出されたか否かが確認される(S102)。
ステップS102において媒体Sの重なりが検出された場合(S102のYes)には、次に、ブレーキローラ4の回転負荷の現在の設定値が上限値か否かが確認される(S103)。ブレーキローラ4の回転負荷の現在の設定値が上限値である場合には(S103のYes)、ブレーキローラ4の回転負荷を最大値に設定しても媒体Sの重送が発生しており、媒体供給装置1aに何らかの異常が発生しているものとして、給送ローラ3が停止され、給送エラーがオペレータに表示され、異常終了する(S104)。
ブレーキローラ4の回転負荷の現在の設定値が上限値でない場合には(S103のNo)、媒体Sの重送を抑制すべく、給送ローラ3が停止され(S105)、分離力発生装置7の電磁ブレーキ23を制御することで、ブレーキローラ4の回転負荷の設定値が増加され(S106)、ステップS101に戻る。具体的には、制御装置6が、分離力発生装置7の電磁ブレーキ23の制動力を増加させることで、ブレーキローラ4の回転負荷が増加される。
ステップS102において媒体Sの重なりが検出されない場合(S102のNo)には、次に、搬送ローラ5へ媒体S1の先端が到達したか否かが確認される(S107)。媒体S1が搬送ローラ5へ到達していない場合には(S107のNo)、ステップS102に戻る。
ステップS107にて媒体S1が搬送ローラ5へ到達した場合には(S107のYes)、給送ローラ3の駆動が停止され(S108)、搬送ローラ5により媒体S1が下流側へ搬送される。搬送ローラ5を媒体S1の後端が通過するまで待機し(S109のNo)、媒体S1の後端が搬送ローラ5を通過した後には(S109のYes)、ホッパ8に他の媒体Sがあるか否かが確認される(S110)。まだホッパ8上に媒体Sがある場合には(S110のYes)、ステップS101に戻る。ホッパ8に媒体Sがない場合には(S110のNo)、ブレーキローラ4の回転負荷の設定値がデフォルト値に戻されて(S111)、処理を終了する。
なお、図4のフローチャートでは、ホッパ8上のすべての媒体Sを送出した後に、ブレーキローラ4の回転負荷の設定値をデフォルト値に戻す構成を例示したが、例えば規定時間が経過した後、または媒体Sを規定枚数搬送した後などの他の時期に、回転負荷の設定値をデフォルト値に戻す構成としてもよい。また、変更した回転負荷の設定値を、図4に示す回転負荷変更処理の終了時にデフォルト値に戻さずに記憶しておき、次回の回転負荷変更処理の実行時には、記憶しておいた回転負荷の設定値を使用する構成としてもよい。
[第三実施形態]
次に、図5,6を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。図5は、本発明の第三実施形態に係る媒体供給装置の概略構成を示す断面図であり、図6は、本発明の第三実施形態におけるブレーキローラの回転負荷の変更処理を示すフローチャートである。
図5に示すように、本実施形態の媒体供給装置1bは、給送ローラ3に進入する媒体S1の移動距離を検出するエンコーダ31と、給送ローラ3の送り距離を検出するエンコーダ32とを備える点、及び、制御装置6が、給送ローラ3の送り距離と、給送ローラ3に進入する媒体S1の移動距離との比率に基づき、ブレーキローラ4の回転負荷を変更する制御を行う点で、第一実施形態の媒体供給装置1及び第二実施形態の媒体供給装置1aと異なるものである。
エンコーダ31は、例えば、ピックアップローラ2と給送ローラ3との間に配置され、ピックアップローラ2により給送ローラ3へ送出される媒体S1の移動量を計測する。エンコーダ32は、例えば給送ローラ3の周面と接触して配置され給送ローラ3の回転に応じて従動回転することにより、給送ローラ3の送り量を計測する。
制御装置6は、エンコーダ31により計測された媒体S1の移動量と、エンコーダ32により計測された給送ローラ3の送り量に基づき、給送ローラ3と媒体S1の送り率(媒体移動距離/給送ローラ送り距離)を算出する。この送り率が1未満のとき、給送ローラ3と媒体S1との間で滑りが発生している状態である。制御装置6は、送り率が1未満の規定値より小さいとき、ブレーキローラ4の回転負荷が大きすぎ、給送ローラ3による媒体S1の搬送が阻害されているものとして、ブレーキローラ4の回転負荷を減少させるよう分離力発生装置7を制御する。具体的には、制御装置6が、分離力発生装置7の電磁ブレーキ23の制動力を減少させる。これにより、ブレーキローラ4の回転負荷を適正値に変更して、給送ローラ3と媒体S1との間の滑りを抑制させることができる。
次に、図6を参照して、本実施形態の媒体供給装置1bの動作について説明する。
まず給送ローラ3の駆動が開始され(S201)、給送ローラ3が媒体S1を搬送方向下流側へ送出する。このとき、エンコーダ31により、ピックアップローラ2から給送ローラ3へ送出される媒体S1の移動量(媒体移動距離)が計測され、また、エンコーダ32により、給送ローラ3の送り量(ローラ送り距離)が計測され、これらの計測値に基づいて、給送ローラ3と媒体S1の送り率(媒体移動距離/ローラ送り距離)が算出される(S202)。
続いて、ステップS202にて算出された送り率が1未満の規定値より小さいか否かが確認される(S203)。送り率が規定値より小さい場合(S203のYes)には、次に、ブレーキローラ4の回転負荷の現在の設定値が下限値か否かが確認される(S204)。ブレーキローラ4の回転負荷の現在の設定値が下限値である場合には(S204のYes)、ブレーキローラ4の回転負荷を最小値に設定しても給送ローラ3と媒体S1との間で許容以上の滑りが発生しており、媒体供給装置1bに何らかの異常が発生しているものとして、給送ローラ3が停止され、給送エラーがオペレータに表示され、異常終了する(S205)。
ブレーキローラ4の回転負荷の現在の設定値が下限値でない場合には(S204のNo)、給送ローラ3と媒体S1との滑りを抑制すべく、給送ローラ3が停止され(S206)、分離力発生装置7の電磁ブレーキ23を制御して、ブレーキローラ4の回転負荷の設定値が減少され(S207)、ステップS201に戻る。具体的には、制御装置6が、分離力発生装置7の電磁ブレーキ23の制動力を減少させることで、ブレーキローラ4の回転負荷が減少される。
ステップS203において送り率が規定値以上の場合(S203のNo)には、次に、搬送ローラ5へ媒体S1の先端が到達したか否かが確認される(S208)。媒体S1が搬送ローラ5へ到達していない場合には(S208のNo)、ステップS203に戻る。
ステップS208にて媒体S1が搬送ローラ5へ到達した場合には(S208のYes)、給送ローラ3の駆動が停止され(S209)、搬送ローラ5により媒体S1が下流側へ搬送される。搬送ローラ5を媒体S1の後端が通過するまで待機し(S210のNo)、媒体S1の後端が搬送ローラ5を通過した後には(S210のYes)、ホッパ8に他の媒体Sがあるか否かが確認される(S211)。まだホッパ8上に媒体Sがある場合には(S211のYes)、ステップS201に戻る。ホッパ8に媒体Sがない場合には(S211のNo)、ブレーキローラ4の回転負荷の設定値がデフォルト値に戻されて(S212)、処理を終了する。
なお、図6のフローチャートでは、ホッパ8上のすべての媒体Sを送出した後に、ブレーキローラ4の回転負荷の設定値をデフォルト値に戻す構成を例示したが、例えば規定時間が経過した後、または媒体Sを規定枚数搬送した後などの他の時期に、回転負荷の設定値をデフォルト値に戻す構成としてもよい。また、変更した回転負荷の設定値を、図6に示す回転負荷変更処理の終了時にデフォルト値に戻さずに記憶しておき、次回の回転負荷変更処理の実行時には、記憶しておいた回転負荷の設定値を使用する構成としてもよい。
また、図6のフローチャートでは送り率が規定値より小さい場合にブレーキローラ4の回転負荷の設定値を減少する構成を例示したが、送り率が規定値より大きい場合に回転負荷を増加する構成を含めてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができるし、複数の実施形態を組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
上記実施形態では、ブレーキローラ4を搬送方向と逆方向に回転させるモータ等の駆動源を有するタイプの媒体供給装置、つまりFRR方式の媒体供給装置を例示したが、ブレーキローラ4に回転負荷を発生させることができればよく、例えばブレーキローラ4の回転軸4aが搬送方向と逆方向に回転しない簡易FRR方式など、FRR方式以外の手法を適用してもよい。分離力発生装置7が、モータ等の駆動源を持たず、駆動源と連結されていた軸21を、固定端に回転不能に固定する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、ホッパ8上に積層されている媒体Sのうち最上端の媒体S1を搬送対象として給紙する上取り出し式の媒体供給装置を例示したが、本発明は、ホッパ8に積層されている複数の媒体Sのうち最下端の1枚の媒体を搬送対象として供給するタイプ、所謂下取り出し式の媒体供給装置にも適用可能である。