(57)【要約】【課題】駆動系の構成から用紙の特性値を計測し、最適な給紙圧・分離圧に無段階に自動調整する給紙装置を提供する。【解決手段】積載された用紙の上面を押圧して用紙を搬送するピックアップコロ２と、ピックアップコロ２の下流にあって、用紙を押圧する給紙コロ３と、給紙コロ３の押圧力を可変する、給紙コロ３の下部にあって給紙コロ３に押圧され用紙の分離を行う用紙分離手段と、用紙分離手段の押圧力を可変する分離圧可変手段と、ピックアップコロ２と給紙コロ３に回転駆動力を与える駆動手段とを有する給紙装置であって、駆動手段に負荷トルクを読み込む検知手段と、検知手段で検知された負荷情報から用紙と給紙コロ３および用紙と分離手段の摩擦係数を算出する算出手段と、算出結果により、最適な給紙圧または分離圧、もしくはその両方を演算する演算手段と、演算手段により導出された値により、給紙圧・分離圧を制御する制御手段と、を有する。【選択図】図１
2014205548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積載された用紙の上面を押圧して用紙を搬送する搬送コロと、該搬送コロの下流にあって、用紙を押圧する給紙コロと、該給紙コロの押圧力を可変する、前記給紙コロの下部にあって前記給紙コロに押圧され用紙の分離を行う用紙分離手段と、該用紙分離手段の押圧力を可変する分離圧可変手段と、前記搬送コロと前記給紙コロに回転駆動力を与える駆動手段とを有する給紙装置であって、
前記駆動手段に負荷トルクを読み込む検知手段と、
該検知手段で検知された負荷情報から用紙と給紙コロおよび用紙と分離手段の摩擦係数を算出する算出手段と、
算出結果により、最適な給紙圧または分離圧、もしくはその両方を演算する演算手段と、
該演算手段により導出された値により、給紙圧・分離圧を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする給紙装置。
【請求項２】
前記検知手段は駆動源にＤＣモータを使用し、該ＤＣモータへの印加電圧または印加電流を利用することを特徴とする請求項１記載の給紙装置。
【請求項３】
前記算出手段は、一定の回転速度で制御した時の計測値を使用することを特徴とする請求項１または２記載の給紙装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記駆動手段にひずみゲージを介して負荷を読み込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給紙装置。
【請求項５】
前記演算手段は、ＣＰＵ内に給紙圧―分離圧の理論線図が設けられ、
前記制御手段は、理論線図の値に近づけるべく給紙圧・分離圧の値を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給紙装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の給紙装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用紙収容部から用紙を給送する給紙装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、積載された用紙を画像形成装置本体内部に１枚ずつ分離・搬送する分離搬送手段において、一般的に、用紙上面を押圧したまま回転し、用紙を分離部へ搬送するピックアップコロと、ピックアップコロに搬送された用紙を分離する給紙コロと、前記給紙コロの押圧力を可変する、給紙コロの下部にあって給紙コロに押圧する分離パッドもしくは分離コロとから成る、摩擦分離方式が知られている。
【０００３】
この時、ピックアップコロで用紙上面を追押圧する給紙圧と、分離パッドを給紙コロに押し付ける分離圧を可変とし、手動または電動可変制御により、最適な給紙圧・分離圧の設定を行う方法が既に知られている。
【０００４】
摩擦分離方式において、標準紙を通紙できる給紙圧・分離圧を初期値として設定しているが、１つの設定値の組み合わせで薄紙から厚紙までの１枚送りをカバーするのは難しく、用紙によっては重送や不送りが発生してしまうため、ユーザが紙種に応じて給紙圧・分離圧を調整する必要があった。
【０００５】
また、特許文献１には、給紙圧可変レバーをスライド溝を介して用紙幅方向に手動で摺動させ、印刷用紙の種類に対応させて給紙圧可変カムを作製し、給紙圧可変カムと板ばねとを係合させることにより、給紙圧を無段階に調整することが可能となる給紙装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来技術や特許文献１に開示された技術では、ユーザが用紙の設定条件を把握する必要がある。例えば、厚紙通紙時は給紙圧を強くし、分離圧を弱く調整する等、用紙に合った給紙圧・分離圧の設定方法を、ユーザが自らの手で調整する必要がある。また、ユーザが紙種を設定しているが、紙種によってこれを切り替えるのは手間であり、画像形成装置を使用する全てのユーザが最適なモードの設定方法を知っておく必要がある。
【０００７】
これに対して、特許文献２には、ユーザが用紙種類を選択するだけで、最適な給紙圧・分離圧に自動調整することができ、ユーザが直接メカの機構にて調整する手間を省いている。
【０００８】
しかし、特許文献２に開示された技術では、印刷前に用紙種類を毎回選択する必要があるため、ユーザにとっては手間であり、さらに、給紙圧・分離圧の調整機構は段階的にしか調整できないため、多種多様な用紙種類に対応することは難しい。また、最適な給紙圧・分離圧を設定しても、あらかじめ決められた複数段階の設定値から最適値を選ぶため、余裕度のとれた給紙圧・分離圧ではない。
【０００９】
それに対して、特許文献３に開示されている技術では、温度や湿度等の環境条件から分離パッドの種類角度を自動調整することを提案しているが、"この環境"の時は、"このぐらい"の調整値が最適だろうという推測でしかなく、実際に通紙する用紙の特性値から判断しているわけではないため、精度や信頼性に欠けるという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するためのものであり、その目的とするところは、駆動系の構成から用紙の特性値を計測し、最適な給紙圧・分離圧に無段階に自動調整する給紙装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。
【００１２】
本発明に係る給紙装置は、積載された用紙の上面を押圧して用紙を搬送する搬送コロと、該搬送コロの下流にあって、用紙を押圧する給紙コロと、該給紙コロの押圧力を可変する、前記給紙コロの下部にあって前記給紙コロに押圧され用紙の分離を行う用紙分離手段と、該用紙分離手段の押圧力を可変する分離圧可変手段と、前記搬送コロと前記給紙コロに回転駆動力を与える駆動手段とを有する給紙装置であって、前記駆動手段に負荷トルクを読み込む検知手段と、該検知手段で検知された負荷情報から用紙と給紙コロおよび用紙と分離手段の摩擦係数を算出する算出手段と、算出結果により、最適な給紙圧または分離圧、もしくはその両方を演算する演算手段と、該演算手段により導出された値により、給紙圧・分離圧を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ユーザが用紙を選択する必要は無く、自動で給紙圧・分離圧を調整するため、ユーザの手間を省くことができる。
また、紙種に応じて特性値を取得するため、環境に応じて用紙特性が変化しても、それに合った最適値に、無段階に調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る給紙装置全体の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る給紙装置の給紙が開始されたことを示す図である。
【図３】本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に突き当たったことを示す図である。
【図４】本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に進入したことを示す図である。
【図５】本実施形態に係る給紙装置の給紙が開始されたことを示す要部概略図である。
【図６】本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に突き当たったことを示す要部概略図である。
【図７】本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に進入したことを示す要部概略図である。
【図８】本実施形態に係る分離パッド方式の可送範囲を示す図である。
【図９】本実施形態に係る重送し易い用紙の例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る給紙装置の最適な給紙圧Ｐ１と分離圧Ｑ１を設定したことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施形態について図面により詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る給紙装置全体の構成を示す概略図である。給紙装置１は、ピックアップコロ２と給紙コロ３とロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４とを有している。
ピックアップコロ２は、積載された用紙の上面を押圧して用紙を搬送する。給紙コロ３は、ピックアップコロ２の下流にあって、用紙を押圧する。ロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４は、ピックアップコロ２と給紙コロ３に回転駆動力を与える。
【００１７】
ピックアップコロ２のピックアップコロ軸プーリ５と、給紙コロ３の給紙コロ軸プーリ６とは、ベルト９で回転可能に連動されている。給紙コロ３の従動プーリ７とロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４の駆動プーリ８とは、ベルト１０で回転可能に連動されている。
【００１８】
分離パッド１１は、分離圧可変ラック１３の先端の分離圧加圧スプリング１２に固定され、伸縮可能である。分離圧可変ラック１３は、分離圧可変モータ１５の分離圧可変ピニオン１４とギアが噛み合い、分離圧可変モータ１５を回転させると上下方向に移動する。分離圧可変ラック１３は、給紙コロ３の押圧力を可変し、分離パッド１１は給紙コロ３の下部にあって給紙コロ３に押圧され用紙の分離を行う。
【００１９】
ピックアップコロ２の回転支持軸１６と給紙コロ７の回転支持軸１７とは、カバー１８に回転可能に支持されている。カバー１８の上部に、支持部材１９が固定され、支持部材１９は給紙圧スプリング２０と給紙圧可変ラック２１との先端に固定されている。給紙圧スプリング２０の上方に給紙圧可変ラック２１に形成されたギアが設置されている。給紙圧可変ラック２１は、給紙圧可変モータ２３の給紙圧可変ピニオン２２とギア同士が噛み合い、給紙圧可変モータ２３を回転させると上下方向に移動する。
【００２０】
ピックアップコロ２の下方向に給紙台２４が設置されている。給紙台２４の上には、用紙が積載され、１枚目の用紙２５はピックアップコロ２に接し、１枚目の用紙２５の下に２枚目の用紙２６がある。
ロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４と給紙圧可変モータ１５と分離圧可変モータ２３とは、ＣＰＵ２７に接続されている。
【００２１】
次に、給紙圧と分離圧を最適に設定するためのパラメータを取得し、用紙によって最適な給紙圧・分離圧を取得したパラメータから演算する方法について説明する。フリクションパッド方式の場合、最適な給紙圧・分離圧導出のために、以下のパラメータが必要になる。
【００２２】
（１）用紙とコロの摩擦係数  μ1（ゴムローラの場合、１．６前後）、（２）用紙間摩擦係数  μＰ（後述する方法で計測する。）、（３）用紙とフリクションパッド間の摩擦係数  μ２（後述する方法で計測する。）、（４）用紙間の摩擦係数の差  ΔμP（最上紙と２枚目、２枚目と３枚目の用紙間摩擦係数の差であり、殆どの紙種で０．０５程度である。）、（５）進入抵抗係数ｆ （後述する方法で計測する。用紙が分離部に進入した時に発生する進入抵抗を導出する係数であり、進入抵抗は分離圧に比例して大きくなる。）
【００２３】
上記（１），（４）のパラメータに関しては、殆どの紙種で同等の数値であり、残りの（２），（３），（５）のパラメータは、用紙による差が大きい。つまり、（２），（３），（５）のパラメータを取得することで、対象の紙種での最適な給紙圧・分離圧を算出することができる。本実施形態では、上記（２），（３），（５）のパラメータを取得するために、駆動源に負荷トルクを読み込む検知手段を有することを特徴とする。
【００２４】
負荷トルクを検知する手段としては、ひずみゲージやＤＣモータ等が挙げられるが、本実施形態では、駆動源にＤＣモータを用い、負荷を検知する手段としてＤＣモータへの印加電流・電圧を利用する方法を示している。ＤＣモータの特性として、負荷を加えると回転速度が落ちる。無制御のＤＣモータの場合、紙種等により負荷条件が変わると、用紙の搬送速度も変化する。
【００２５】
そこで本手段では、駆動源にエンコーダ等を用いて回転速度を一定に保つよう、フィードバック制御を施したＤＣモータを用いる。一般的にＤＣモータをエンコーダ等を用いてフィードバック制御する場合、外乱に応じて印加する電流や電圧を増減させ、回転速度を一定に保とうとする。つまり、負荷が大きければ大きいほどＤＣモータに印加する電流や電圧の値は増える。この特性によって、駆動系に加わる負荷を読み取ることができる。
【００２６】
上記原理により、搬送中に用紙と用紙が擦れ合う負荷や、用紙が分離部に進入したときにＤＣモータ軸に加わる負荷の増減から、上記パラメータ（２），（３），（５）を判断し、最適な給紙圧・分離圧を演算し、自動調整する。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る給紙装置の給紙が開始されたことを示す図である。まず、ロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４に電圧を印加し、モータ軸を一定速度で回転させる。この時、分離パッド１１は、給紙コロ３に押圧させないように、分離圧可変モータ１５にて分離圧可変ラック１３を駆動し、圧を抜いておく。
【００２８】
モータ軸上に設けられた駆動プーリ８から、従動プーリ７と給紙コロ軸プーリ６を介して、ピックアップコロ２を回転させ、用紙を呼び出す。このとき、ピックアップコロ２が、１枚目の用紙２５の上面を押圧する力を任意の力Ｐ０とする。このときの用紙の搬送距離Ｘと、ＤＣモータに印加する印加電圧Ｖの関係を図２中下部に示す。
【００２９】
給紙開始直後は、定速に達するまでの加速により慣性負荷が加わるため、印加電圧Ｖはオーバーシュートするが、定速域での電圧は分離部に達するまで一定になる。この定速時の印加電圧Ｖ1をＣＰＵ２７上に記録する。
【００３０】
図３は、本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に突き当たったことを示す図である。用紙が分離部に進入する直前に、分離圧可変モータ１５を駆動し、分離圧可変ラック１３を上昇させ、分離パッド１１を給紙コロ３に押圧させる。用紙が分離部に進入する際、１枚目の用紙２５の先端が、給紙コロ３と分離パッド１１のニップ部に突き当たり、一時的に負荷が増大する（進入抵抗）。
【００３１】
図３中下部に示すように、この突出したロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４への印加ピーク電圧をＶ２とし、ＣＰＵ２７上に記録する。このとき、分離パッド１１が給紙コロ３に押圧する任意の力をＱ０とする。
【００３２】
図４は、本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に進入したことを示す図である。１枚目の用紙２５が分離部に進入したら、給紙圧可変モータ２３を回転させ、モータ軸上に設けられた給紙圧可変ピニオン２２により給紙圧可変ラック２１を上に遥動し、ピックアップコロ２と１番目の用紙２５を離す。このときのロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４への印加電圧をＶ３として、値をＣＰＵ２７上に記録する。
【００３３】
本実施形態では、通常の給紙速度よりも、任意の所定速度でＶ１、Ｖ２、Ｖ３を求めるための初期動作を実施することも可能であり、最初の１枚目給紙時に求めた給紙圧・分離圧にしてから２枚目以降の給紙印刷を行う。
【００３４】
次に、ＣＰＵ２７内での計算処理の方法を説明する。得られたＶ１、Ｖ２、Ｖ３より、ロータリーエンコーダ付ＤＣモータ４の軸上負荷トルクを、次式（１）で求めることができる。ＤＣモータの電流とトルクは比例するためである。
式（１）
2014205548.tif 000003
【００３５】
ただし、Ｔ：トルク、Ｒ：ロータリーエンコーダ付ＤＣモータの内部抵抗、ＫT：トルク定数とする。Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を（１）式に代入して求めた、ロータリーエンコーダ付ＤＣモータ軸上負荷トルクをそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３とする。
【００３６】
まず、算出したＴ１から、用紙間摩擦係数μＰを求める。図５は、本実施形態に係る給紙装置の給紙が開始されたことを示す要部概略図である。Ｔ１はモータ軸上の負荷トルクであるため、Ｔ１から図５中の搬送抵抗Ｆ１を求めることができる。求めたＦ１より、式（２）にて用紙間摩擦係数μPを算出することができる。
式（２）
2014205548.tif 000004
【００３７】
次に、用紙の進入抵抗係数ｆを求める。図６は、本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に突き当たったことを示す要部概略図である。算出したＴ２より、１枚目の用紙２５が給紙コロ３と分離パッド１１のニップに突き当たったときの抵抗力Ｆ２が算出できる。
【００３８】
Ｆ２と搬送力の合力は、分離圧Ｑに比例するので、式（３）となる。ただし、μ１：用紙とコロの摩擦係数（通常は約１．６程度）とする。
式（３）
2014205548.tif 000005
【００３９】
最後に、１枚目の用紙２５と分離パッド１１との間の摩擦係数μ２を求める。図７は、本実施形態に係る給紙装置の用紙が分離部に進入したことを示す要部概略図である。算出したＴ３より、分離パッド１１が与える抵抗力Ｆ３が算出できる。これにより、μ２は式（４）で表すことができる。
式（４）
2014205548.tif 000006
【００４０】
次に、取得したパラメータを用いた演算方法について示す。給紙圧Ｐ・分離圧Ｑの値を理論的に余裕度のとれた値に設定する。余裕度を確保するためには、給紙圧Ｐと分離圧Ｑを重送、不送り、進入抵抗による不送りのデッドラインからなるべく離れた値に設定することが必要となる。
【００４１】
図８は、本実施形態に係る分離パッド方式の可送範囲を示す図である。分離パッド方式の１枚送りの可能範囲は、Ｐ−Ｑ線図内の斜線範囲である。斜線範囲は重送ラインと不送りラインと進入抵抗による不送りラインとに囲まれた図８の矢印方向の範囲である。ただし、μ2：用紙と分離パッド間の摩擦係数、Δμp：用紙間の摩擦係数の差とする。
【００４２】
図９は、本実施形態に係る重送し易い用紙の例を示す図である。重送し易い紙種の場合、設定した初期の給紙圧Ｐ０・分離圧Ｑ０が、図９中の白色の星印とする。このとき、白色の星印の設定値は限りなく重送ラインに近く、用紙の摩擦係数のバラツキによっては、重送が発生する可能性のある紙種であると判断できる。そこで、給紙圧Ｐ・分離圧Ｑに関して、計算上余裕度のとれる値(Ｐ１、Ｑ１)を算出する。この値は図９中の黒色の星印である。
【００４３】
図１０は、本実施形態に係る給紙装置の最適な給紙圧Ｐ１と分離圧Ｑ１を設定したことを示す図である。分離圧可変モータ１５と給紙圧可変モータ２３とを回転し、算出した最適な給紙圧Ｐ１と分離圧Ｑ１に設定する。２枚目の用紙２６以降を通紙する際は、このＰ１とＱ１の設定値を使用して給紙する。
【００４４】
本実施形態によれば、ユーザが用紙を選択する必要は無く、自動で給紙圧・分離圧を調整するため、ユーザの手間を省くことができる。また、紙種に応じて特性値を取得するため、環境に応じて用紙特性が変化しても、それに合った最適値に、無段階に調整することが可能である。
【００４５】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１    給紙装置
２    ピックアップコロ
３    給紙コロ
４    ロータリーエンコーダ付ＤＣモータ
１１    分離パッド
１３    分離圧可変ラック
１５    給紙圧可変モータ
２４    給紙台
２５    １枚目の用紙
２６    ２枚目の用紙
２７    ＣＰＵ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４７】
【特許文献１】特開平９−８６６９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２５５３５２号公報
【特許文献３】特開２０００−２４７４６７号公報
【図１】
2014205548.tif 000007
【図２】
2014205548.tif 000008
【図３】
2014205548.tif 000009
【図４】
2014205548.tif 000010
【図５】
2014205548.tif 000011
【図６】
2014205548.tif 000012
【図７】
2014205548.tif 000013
【図８】
2014205548.tif 000014
【図９】
2014205548.tif 000015
【図１０】
2014205548.tif 000016