(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動されるフィードローラと、トルクリミッタを介して正逆回転可能に設けられ該フィードローラに圧接するリバースローラを有し、該フィードローラと分離部材のニップ部にシート材を送り込んで該シート材を分離搬送するシート材搬送装置において、
上記リバースローラは、周方向における半径Ｒ１、Ｒ２がＲ１＞Ｒ２なる条件を満たす２種類の半径を持ち、回転に伴って上記シート材の搬送方向と直交する該シート材の厚み方向へ上記ニップ部が変位する歯車形状を有し、
上記半径Ｒ２の領域の外周面には、上記半径Ｒ1の領域の外周面よりも大きな動摩擦係数を有する高摩擦部材が固定されていることを特徴とするシート材搬送装置。
【請求項２】
像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像をシート材搬送装置により給送されたシート材に転写する画像形成装置において、
上記シート材搬送装置が、請求項１記載のものであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙等のシート材を一枚ずつ給送するシート材搬送装置及びこれを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
フィードローラとこれに対向して配置された分離部材との間でシート材としての用紙を挟持し、分離する方法として種々のものが提案されている。その代表的なものに、摩擦分離方式やフリクションパッド方式がある。
摩擦分離方式を採用したシート材搬送装置として、従来より、ＦＲＲ（feed roller-reverse roller）方式の給紙装置が知られている。ＦＲＲ方式の給紙装置は、用紙を給紙する方向に回転するフィードローラと、該フィードローラに圧接され、給紙方向と逆方向へトルクリミッタを介した駆動機構により回転駆動されるリバースローラを有しており、フィードローラとリバースローラのニップ部に進入する用紙の枚数に応じた摩擦力の変化により、リバースローラの用紙に対する給紙方向の回転と戻し方向の回転を得るようになっている。
１枚の用紙がニップ部に進入したときは、リバースローラはフィードローラに連れ回りして、給紙方向に回転する。２枚の用紙がニップ部に進入したときは、用紙間摩擦が用紙とリバースローラ間の摩擦より低いため、リバースローラはフィードローラとは逆方向に回転し、下層の用紙を戻す。
【０００３】
フリクションパッド方式のシート材搬送装置は、給紙方向に回転するフィードローラと、該フィードローラに圧接するパッドを備え、フィードローラによって送り出される用紙束をパッドによって阻止することで重送を防止し、１枚ずつ分離搬送するようになっている。
【０００４】
ところで、用紙が、静電気による密着や裁断バリによる密着、平滑性が高いコート紙などの真空状態による密着、高湿による密着などの状態下であると、用紙間の摩擦係数がゴムローラ（フィードローラ、リバースローラ）や分離パッドなどの摩擦係数よりも高くなる。このような場合には、上述のような分離方式では分離できずに重送が発生してしまうことがある。
この問題に対処すべく、特開平6-100179号公報には、給紙トレイに積載された用紙に振動を与えて捌くようにした構成が開示されている。特開平5-201571号公報には、フィードローラが位置固定で、分離片シートを給紙方向における前後方向に揺動・振動させて用紙の分離性能を高める構成が開示されている。特開平5-213468号公報には、フィードローラが位置固定で、分離部材を上下に振動させて用紙への搬送阻止力を小さく変化させる構成が開示されている。このようにすることで、分離部材として高摩擦係数を有するパッドを選択でき、振動の制御により用紙の種類に対応した分離性能を得ることが可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、積載されている用紙に振動を与えるためには、非常に大きな振動及び力が必要であり、機構的にコスト増大を招くばかりでなく、騒音が発生する問題があった。分離部材を給紙方向前後に振動させる構成ではそれなりの効果が得られるものの、ＦＲＲ方式の給紙装置の性能を超えるには至らず、満足する分離性能の向上がなされているとは言い難い。
また、圧電素子を用いてパッドを振動させ、パッド圧を変化させるような構成においても、駆動回路を含めてコストが掛かりすぎるという問題があった。
【０００６】
近年はカラー印刷の機会が増え、これに伴って上記コート紙の使用率が増えており、従来の構成による重送抑制は更に困難な状況にある。
また、ネットワーク化の普及によりプリンタ等の画像形成装置が遠隔操作されるケースが多く、重送等を原因とした用紙ジャムの更なる低減が望まれている。
【０００７】
本発明は、簡易且つ低コストの構成でシート材の分離性能を高めて重送を抑制することができるシート材搬送装置及びこれを備えた画像形成装置の提供を、その目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、回転駆動されるフィードローラと、トルクリミッタを介して正逆回転可能に設けられ該フィードローラに圧接するリバースローラを有し、該フィードローラと分離部材のニップ部にシート材を送り込んで該シート材を分離搬送するシート材搬送装置において、上記リバースローラは、周方向における半径Ｒ１、Ｒ２がＲ１＞Ｒ２なる条件を満たす２種類の半径を持ち、回転に伴って上記シート材の搬送方向と直交する該シート材の厚み方向へ上記ニップ部が変位する歯車形状を有し、上記半径Ｒ２の領域の外周面には、上記半径Ｒ1の領域の外周面よりも大きな動摩擦係数を有する高摩擦部材が固定されている、という構成を採っている。
【０００９】
請求項２記載の発明では、像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像をシート材搬送装置により給送されたシート材に転写する画像形成装置において、上記シート材搬送装置が、請求項１記載のものである、という構成を採っている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。まず、参考例を説明する。
図６に基づいて本参考例及び本発明の実施形態における画像形成装置としての複写機の概要構成及び動作を説明する。装置本体１の上部にはコンタクトガラス２が設けられており、その上面に図示しない原稿が載置される。該原稿の画像は、装置本体１内に設けられた露光装置３によって像担持体としてのドラム状の感光体４に結像され、感光体４の表面が露光される。感光体４は矢印で示す時計回り方向に回転駆動され、上記露光に先立って帯電手段５により表面を一様に帯電される。帯電面を露光されることにより、感光体４の表面には原稿画像に対応した静電潜像が形成される。該静電潜像は、現像手段６によりトナー像として可視像化される。
【００２２】
感光体４の下方には、シート材としての用紙７を１枚ずつ給送するシート材搬送装置としての給紙装置８が設けられている。給紙装置８から給紙された用紙７は、レジストローラ対９によって所定のタイミングで感光体４と転写手段１０との間の転写部１１へ送り込まれる。用紙７が転写部１１を通るとき、転写手段１０により転写バイアスが印加され、感光体４の表面に形成されたトナー像が用紙７上に転写される。
トナー像を転写され、感光体４から分離された用紙７は、定着手段１２へ送られ、ここで熱と圧力によりトナー像を定着される。定着を終えた用紙７は排紙ローラ対４０により、排紙トレイ１３上に排出され、スタックされる。
転写後に感光体４の表面に付着している残留トナーは、クリーニング手段１４によって除去される。次いで、感光体４の表面が除電手段１５により除電され、その表面電位が初期化されて次の画像形成工程に備えられる。
【００２３】
給紙装置８は、用紙７を積載状態に収容する給紙トレイ１６と、該給紙トレイ１６内に設けられた用紙載置台１７を有しており、用紙載置台１７上に用紙７が載置されている。
用紙７の給送時に、ピックアップローラ２０は、最上位の用紙７の上面に当接しながら反時計回り方向に回転駆動され、このとき、ピックアップローラ２０と用紙７間に作用する摩擦力によって、最上位の用紙７が図中右方向へ送り出される。この送り出し方向におけるピックアップローラ２０の下流側には、ゴム製のフィードローラ２８と、該フィードローラ２８に対向して圧接された分離部材としてのゴム製のリバースローラ２９が配置されている。
図示しないが、ピックアップローラ２０の回転軸には駆動ギヤが固定されており、フィードローラ２８の回転軸に固定された従動ギヤにアイドルギヤを介して噛み合っている。従って、ピックアップローラ２０が回転するとフィードローラ２８も同一方向に、すなわち用紙７を送り出す方向に同期回転する。
【００２４】
ピックアップローラ２０によって送り出された最上位の用紙７は、フィードローラ２８とリバースローラ２９のニップ部に進入し、該ニップ部で挟持されてさらに搬送される。
用紙７は、ターンガイド部材３３に沿って上方に進路を変え、反時計回り方向に回転駆動される搬送ローラ３５と、該搬送ローラ３５と対をなす従動ローラ３６との間に挟持されて給送ユニット３１から送り出される。給送ユニット３１から送り出された用紙７は、装置本体１の一部を構成するガイド板３７と、これに対向するガイド面３９によって案内されながら上方に搬送され、レジストローラ対９に至る。レジストローラ対９で一旦止められ、斜めずれ等を修正された後、感光体４上のトナー像の先端と用紙７の先端の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対９により転写部１１へ送られる。そして、上述のように用紙７上にトナー像が転写される。
装置本体１の右側面には手差しトレイ１７ｃが備えられており、該手差しトレイ１７ｃに積載された用紙７ｃは給紙コロ２０ｃと分離部材２９ｃにより１枚ずつ分離されてレジストローラ対９へ向けて給送される。
【００２５】
次に、図１乃至図５に基づいて、ＦＲＲ方式の給紙装置８の要部について具体的に説明する。
図１に示すように、フィードローラ２８は、歯車状の外形を有しており、図示しない装置本体１の側板に回転軸４２を介して支持されている。リバースローラ２９は、図示しない側板に片持ち式に支持された回転軸４４の自由端部にトルクリミッタ４６を介して支持されている。回転軸４４には図示しない従動ギヤが固定されており、図示しない駆動軸に固定された駆動ギヤが該従動ギヤに噛み合っている。
【００２６】
リバースローラ２９は、トルクリミッタ４６を介して反時計回り方向、すなわちピックアップローラ２０と同じ方向に回転駆動されるが、フィードローラ２８とリバースローラ２９のニップ部に、前述の如く最上位の用紙７だけが送り込まれたときは、該用紙７から受ける摩擦力によって、リバースローラ２９はフィードローラ２８に連れ回りして時計回り方向に回転する。
これに対し、ピックアップローラ２０によって複数枚の用紙７が共に送り出され、これらの用紙７の先端がフィードローラ２８とリバースローラ２９のニップ部に至ると、用紙間摩擦の低さによってリバースローラ２９に作用する抵抗が低下し、リバースローラ２９は反時計回り方向、すなわち、用紙７を送り出す方向とは逆の方向に回転し、最上位の用紙７と下層の用紙７とを分離する。
これにより、用紙７の重送が阻止され、最上位の用紙７だけが上述のように転写部１１へ向けて給送される。
【００２７】
フィードローラ２８は、図２に示すように、円柱状の胴部２８ａと、該胴部２８ａの外周面に周方向に等間隔に形成された歯部２８ｂを有する歯車形状に形成されている。従って、歯部２８ｂの外周面に対する半径Ｒ1と、胴部２８ａの外周面に対する半径Ｒ2の２つの半径（Ｒ1＞Ｒ2）を有している。
ある１つの歯部２８ｂに対応した、半径がＲ1となる領域の中心角をθ1ラジアン、これと隣接する半径Ｒ2となる領域の中心角をθ2ラジアンとする。歯車形状は特にこの周期性をもたなくてもよい。
図３に示すように、ゴム材質が同一で、半径Ｒ1のみの円形のフィードローラ５０を設定してリバースローラ２９を加圧力Ｐで圧接したときのニップ部の用紙搬送方向の長さをＬとするとき、本参考例では以下の条件（式（１））を満足するように設けられている。但しＬは、試行回数が複数回の平均値である。
θ2×Ｒ1≧０．８Ｌ      式（１）
【００２８】
図４に示すように、リバースローラ２９はバネ５２により加圧力Ｐでフィードローラ２８に圧接されている。上記構成の下、フィードローラ２８が回転すると、図４（ａ）に示すように、フィードローラ２８の歯部２８ｂにリバースローラ２９が対向するタイミングと、図４（ｂ）に示すように、歯部２８ｂ間の谷間にリバースローラ２９が対向するタイミングが交互に生じる。なお、図４（ｂ）においては、用紙７は厳密には湾曲するが、位置変動状態を判り易くするために直線的に示している。
両タイミングでは、用紙７の挟持位置に寸法ｔの差があり、用紙７の挟持位置が上下に振動する。すなわち、用紙７は、フィードローラ２８の回転に伴って、該用紙７の搬送方向と直交する厚み方向に振動することになる。
該振動によってニップ圧が変動し、用紙７が複数送り出された場合の用紙７回間の密着力が低減され、ニップ圧が一定の場合に比べて分離性能が向上する。
【００２９】
一般に、不送り状態を解消するため、ある基準以上の加圧力（ニップ圧）が用いられる。しかしながら、あまり加圧力を高くすると、重送防止には不利になる。これは、２枚の紙を重ねて指で挟んでずらして捌くとき、強く摘みすぎるとずらしにくく、ソフトに摘んだ状態の方がうまくずれるのと同じことである。
そこで、加圧力は一定ではなく変動し、不送りしない加圧力と、分離に有利な比較的低い加圧力を含むのが望ましい。
かかる観点から、上記フィードローラ２８の歯車形状が具体化されている。上記不等式の右辺の係数０．８は、不送り防止と重送防止の両立を観察した実験（コンピュータシミュレーションを含む）から得られた値である。
式▲１▼が成り立たず、半径Ｒ2となる領域が狭いと、用紙７の上下振動が発生しない。
【００３０】
θ1とθ2の設定の仕方は色々考えられる。式（１）ではθ2のみ規定したが、θ1／θ2の比が重要となる。それは、上述のように不送りが発生しないようにするためである。この値を変化させて実験を行ったところ、約０．３以上の値が必要となり、以下の式（２）を満たすことが望ましいことが判った。本参考例ではこの条件を満たすように設定されている。
θ1／θ2≧０．３      式（２）
【００３１】
次に、Ｒ1とＲ2の値を変えて実験を行ったところ、その差が小さいときは用紙７に与える振動と加圧力変動が小さく、分離効果が特に向上しなかったため、その時の条件を調べた。
半径Ｒ1の歯部２８ｂとリバースローラ２９を加圧力Ｐで当接させて使用する場合、図３に示すように、この加圧力で同一のゴム材質の半径Ｒ1のみの円形状のフィードローラ５０にリバースローラ２９を圧接させたときに、フィードローラ５０が圧接時に半径方向へｘだけ変位したとすると、以下の式（３）を満足するときが特に分離効果が向上するのが判った。本参考例ではこの条件を満たすように設定されている。
Ｒ1−Ｒ2≧ｘ          式（３）
【００３２】
歯車形状のフィードローラ２８を使用した場合、経時的に半径Ｒ1の領域と半径Ｒ2の領域の境界部に応力集中が原因と思われる亀裂が生じることが判明した。これに対処すべく、本参考例では、図５に示すように、境界部におけるコーナー形状が極率半径ｒを有するように形成され、且つ、以下の式（４）を満足するように設定している。
ｒ≧０．５ｍｍ          式（４）
式（４）を満足するフィードローラ２８を用いたところ、亀裂の発生は見られなかった。
【００３３】
次に、図７に基づいて他の参考例を説明する。なお、上記参考例と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り、既にした構成上及び機能上の説明は省略する。また、要部のみ説明する（以下の実施形態において同じ）。
本参考例にでは、フィードローラ５４とリバースローラ５６からなる用紙分離構成を有しているが、上記参考例とは逆に、フィードローラ５４が通常の円形状のローラであり、リバースローラ５６が歯車形状を有している。すなわち、リバースローラ５６は、円柱状の胴部５６ａと、該胴部５６ａの外周面に周方向に等間隔に形成された歯部５６ｂを有する歯車形状に形成されている。
本参考例の構成による分離機能の実験をしたところ、上記参考例のようにフィードローラ２８を歯車形状とする場合に比べて、密着紙に対する重送防止効果が大きいことが判った。
ハイスピードカメラにより分離部を観察すると、重送した下層の用紙７ｂの先端が歯部５６ｂの側面に当たり、これによって重送が阻止されていることが判った。
【００３４】
次に、図８に基づいて本発明の実施形態を説明する。
本実施形態では、図７で示した構成に加え、リバースローラ５６における半径Ｒ2の領域の外周面が半径Ｒ1の領域の外周面よりも大きな動摩擦係数を有していることを特徴としている。
すなわち、半径Ｒ2の領域の外周面には、ゴムの動摩擦係数よりも大きな動摩擦係数を有する高摩擦部材５８が固定されている。
高摩擦部材５８としては、砂消しゴムのようにゴム中に砥石状の物質を混ぜ合わせた材料や、Ｐｏｓｔ−ｉｔ（商品名）のような粘着性ゴム、あるいは機械的に表面を粗くした部材等を採用できる。
かかる構成によれば、半径がＲ2となる領域がフィードローラ５４に対向した場合の下層の用紙７ｂに対するリバースローラ５６の戻し力が向上し、重送防止効果がさらに向上した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成でシート材に振動を与えてシート材間の密着力を低減でき、且つ、重送防止機能を向上させることができるとともに、高摩擦化構成を低コストに且つ容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シート材搬送装置としての給紙装置におけるフィードローラとリバースローラの対構成を示す斜視図である。
【図２】  フィードローラの形状示す正面図である。
【図３】  １つの半径のみを有するフィードローラとリバースローラの圧接状態を示す概要正面図である。
【図４】  用紙の分離動作を示す図で、（ａ）はフィードローラの歯部とリバースローラが対向する位置での挟持状態を示す図、（ｂ）はフィードローラの谷部とリバースローラが対向する位置での挟持状態を示す図である。
【図５】  フィードローラの付け根部の形状を示す要部正面図である。
【図６】  画像形成装置としての複写機の概要正面図である。
【図７】  他の参考例におけるフィードローラとリバースローラの対構成を示す概要正面図である。
【図８】  本発明の実施形態におけるフィードローラとリバースローラの対構成を示す概要正面図である。
【符号の説明】
４  像担持体としての感光体
６  現像手段
７  シート材としての用紙
２８，５４  フィードローラ
２９，５６  分離部材としてのリバースローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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