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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Mediengewichtssensor des Typs,
der einen Wandler umfaßt,
der aus einer Metallplatte mit einem piezoelektrischen Element besteht
und der in einem Drucker derart angebracht ist, daß sich das
Medium, das sich zu dem Drucker bewegt, über das obere Ende des Resonators
bewegt, in dem eine Öffnung
des Resonators positioniert ist. Eine weiche Polymerrolle kann verwendet
werden, um das Medium gegen den Wandler zu drücken. Die Resonanzfrequenz
des Wandlers wird durch das Medium beeinflußt. Die Masse des Mediums trägt zur Masse
des Resonators bei, wodurch die Resonanzfrequenz abgesenkt wird. Je
schwerer daher das Medium ist, desto mehr wird die Resonanzfrequenz
abgesenkt.
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Es
ist bei Papiergewichtssensoren bekannt, optische Sensoren zu verwenden.
Beispiele eines solchen Standes der Technik sind das U.S.-Patent Nr:
5,138,178 ('178)
an L.F. Wong u.a. mit dem Titel „Photoelectric Paper Basis
Weight Sensor" und
das U.S.-Patent Nr. 5,127,643 ('643)
an A. T. DeSanctis u.a. mit dem Titel „Automatic Copy Sheet Selection Device." Obwohl die Druckschriften '178 und '643 optische Sensoren
verwenden, werden diese Sensoren verwendet, um die Dicke oder das
Gewicht des Papiers zu messen. Diese Messungen werden durch Messen
der Lichtmenge durchgeführt,
die durch das Papier läuft.
Wenn jedoch das Papier beschichtet ist, kann diese Beschichtung
ungünstig
beeinflussen, wieviel Licht durch das Papier läuft. Eine genaue Messung kann
daher nicht erhalten werden.
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Es
ist ferner bei Papiergewichtssensoren bekannt, die Steifigkeit des
Papiers zu messen, um das Gewicht des Papiers zu bestimmen. Beispiele
eines solchen Standes der Technik sind das U.S.-Patent Nr. 5, 962,861
('861) mit dem Titel „Sheet
Media Weight Detector and Method" und
das U.S.-Patent Nr. 6,028,318 ('318)
mit dem Titel „Print
Media Weight Detection System." Obwohl
die Druckschriften '861 und '318 die Steifigkeit
des Papiers messen, um das Gewicht des Papiers zu ermitteln, verwenden
dieselben keinen Resonator. Statt dessen messen diese Druckschriften
die Ablenkung des Papiers, die sich auf die Steifigkeit und daher
auf das Gewicht des Papiers bezieht.
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Es
ist schließlich
bei Papiergewichtssensoren bekannt, die Papierdicke zu messen. Ein
Beispiel eines solchen Standes der Technik ist das U.S.-Patent Nr.
5,806,992 ('992)
an Y. Ju mit dem Titel „Sheet Thickness
Sensing Technique and Recording Head Automatic Adjusting Technique
of Ink Jet Recording Apparatus Using Same." Obwohl die Druckschrift '992 die Blattdicke
mißt,
bewirkt dieselbe dies, indem das Maß einer Armdrehung gemessen
wird, was zu einer komplexen und zerbrechlichen Anordnung führen kann.
Obwohl die Vorrichtung der Druckschrift '992 die Dicke des Papierblatts genau
messen kann, müssen,
um das Gewicht des Papiers zu bestimmen, Annahmen hinsichtlich der
Zusammensetzung des Papierblatts gemacht werden. Es muß beispielsweise
angenommen werden, daß jedes
Papierblatt die gleiche Dichte aufweist. Es ist jedoch gut bekannt, daß die Dichte
von Papierblättern
in einem gleichen Papierstapel bis zu einem Faktor von zwei variieren kann.
Eine Gewichtsbestimmung kann daher nicht genau durchgeführt werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Mediengewichtserfassungsvorrichtung,
ein Verfahren zum Bestimmen des Gewichts eines Mediums und einen
Drucker, der ein Mediengewicht erfassen kann, zu schaffen, die eine
genaue Erfassung des Gewichts eines Mediums mit einem geringen Aufwand
ermöglichen.
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Die
nachveröffentlichte
DE 101 43 201 A1 beschreibt
einen Mediengewichtssensor mit einer akustischen Übertragung.
Sowohl unterhalb als auch oberhalb eines Mediums, dessen Gewicht
zu bestimmen ist, ist ein Wandler vorgesehen, wobei ein Wandler
akustische Energie erzeugt, die durch das Medium läuft und
den gegenüberliegenden
Wandler erreicht. Der Pegel des Signals, welches den gegenüberliegenden
Wandler erreicht, ist proportional zu der Menge der akustischen
Energie, die diesen Wandler erreicht. Je schwerer das Medium ist,
desto mehr Energie wird blockiert oder absorbiert und desto niedriger
ist der Pegel des Signals, das durch den anderen Wandler empfangen
wird.
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Die
US-A-4,890,054 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung physikalischer
Größen eines
blattartigen Objekts. Die Vorrichtung umfasst einen Mikrowellen-Hohlraumresonator,
der entlang seiner Achse einen Vorsprung aufweist. Ein zu messendes Objekt
wird parallel zu einem mittleren Abschnitts des Vorsprungs angeordnet,
so dass ein elektrisches Feld auf den zu messenden Bereich konzentriert wird.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung eingesetzt, um ein Gewicht des
zu messenden Objekts, beispielsweise von Papier, zu erfassen.
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Die
AT 388 053 B beschreibt
eine Ultraschallprüfeinrichtung
zur Ermittlung bruchmechanischer und/oder Ermüdungskennwerte für eine Probe, wobei
die Probe unter Vorspannung gesetzt wird und durch Ultraschall mit
mindestens einem Schwinger zu Resonanzschwingungen angeregt wird.
Die Probe ist zwischen eine Ultraschallquelle und einer Haltevorrichtung
gekoppelt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Mediengewichtserfassungsvorrichtung
und ein Verfahren zum Bestimmen des Gewichts eines Mediums zu schaffen,
die eine genaue Erfassung des Gewichts eines Mediums mit einem geringen
Aufwand ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Mediengewichtserfassungsvorrichtung gemäß Anspruch
1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch
8 gelöst.
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Gemäß einem
Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Drucker, der die
erfindungsgemäße Mediengewichtserfassungsvorrichtung
aufweist.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe
ein durch die Einfachheit der Teile und die Einzigartigkeit der
Struktur leichtes Mediengewichtssensorsystem ermöglicht, das mindestens die
gleichen Mediengewichtserfassungscharakteristika wie bekannte Mediengewichtssensoren besitzt,
jedoch gleichzeitig einen Resonator verwendet.
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Allgemein
ausgedrückt
schafft diese Erfindung eine Mediengewichtserfassungsvorrichtung, die
eine Resonatoreinrichtung, die eine Öffnung aufweist, eine Mediengewichtsmeßeinrichtung,
die mit der Resonatoreinrichtung wirksam verbunden ist, und eine
Medienverschiebeeinrichtung zum Verschieben eines Mediums, dessen
Gewicht bestimmt werden soll, über
der Öffnung
in der Resonatoreinrichtung aufweist.
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Bei
bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen
umfaßt
der Resonator ein piezoelektrisches Element, und eine Metallplatte.
Die Mediengewichtsmeßeinrichtung
umfaßt
ferner eine Treiberschaltung, die mit dem piezoelektrischen Element wirksam
verbunden ist. Die Medienverschiebeeinrichtung umfaßt ferner
eine nachgiebige Rolle.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
mißt die
Vorrichtung eine Medieneigenschaft, die eine Kombination sowohl
der Mediendicke als auch der Mediendichte ist. Als ein Resultat
kann die Messung genauer das Mediengewicht wiederspiegeln, indem
die Änderung
der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements mit und ohne das
Medium gemessen wird. Da es sich um eine Differenzmessung handelt,
ist dieselbe gegenüber
Faktoren, wie z. B. einem Verschleiß und der Temperatur, relativ
unempfindlich.
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Die
bevorzugte Erfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung bietet die
folgenden Vorteile: ein leichtes Gewicht; einen einfachen Aufbau
und eine einfache Reparatur; ausgezeichnete Gewichtsmeßcharakteristika;
eine gute Stabilität;
eine ausgezeichnete Haltbarkeit; und eine gute Wirtschaftlichkeit.
Bei vielen bevorzugten Ausführungsbeispielen
werden tatsächlich
diese Faktoren des leichten Gewichts, des einfachen Aufbaus und
der einfachen Reparatur, der Gewichtsmeßcharakteristika und der Haltbarkeit bis
zu einem Grad optimiert, der wesentlich höher ist, als der Grad, der
bei den bekannten Mediengewichtserfassungsvorrichtungen erreicht
wird.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Mediengewichtserfassungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung einer Treiberschaltung für die Mediengewichtserfassungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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3 eine
graphische Darstellung eines Frequenzabfalls (in Hz) über dem
Papiergewicht (in kg).
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In 1 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
zur Verwendung der Konzepte dieser Erfindung dargestellt. Insbesondere
ist die Mediengewichtserfassungsvorrichtung 2 dargestellt.
Die Vorrichtung 2 umfaßt
teilweise eine Platte 6, ein piezoelektrisches Element 7,
eine Treiberschaltung 8, eine Öffnung 10, ein herkömmliches
Medium 12 und eine nachgiebige Rolle 14.
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Die
Platte 6 ist herkömmlicherweise
in der Öffnung 10 angebracht.
Die Platte 6 ist vorzugsweise aus einem beliebigen geeigneten
Metallmaterial aufgebaut und ist herkömmlicherweise an dem piezoelektrischen
Element 7 befestigt. Das piezoelektrische Element 7 ist
herkömmlicherweise
an der Treiberschaltung 8 befestigt. Die Treiberschaltung 8 ist
in 2 dargestellt. Das piezoelektrische Element 7, die
Platte 6 und die Öffnung 10 bilden
einen Resonator. Das piezoelektrische Element 7 und die
Platte 6 bilden einen Wandler, der verwendet wird, um die
Resonanzfrequenz zu messen. Das Medium 12 kann, ist jedoch
nicht darauf begrenzt, Papier, Pappe, Kunststoff, Stoff oder dergleichen
sein. Die Rolle 14 ist vorzugsweise aus einem geeigneten
weichen Polymermaterial aufgebaut. Es ist offensichtlich, daß die Rolle 14 durch
einen beliebigen Typ einer Verschiebevorrichtung ersetzt werden
kann, die das Medium 12 an der Öffnung 10 vorbeibewegen
kann, während das
Medium 12 in einer Berührung
mit der Öffnung 10 gehalten
wird.
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Wie
im vorhergehenden erörtert
ist die Platte 6 an dem piezoelektrischen Element 7 auf
einer Seite befestigt, wodurch die Rückseite eines Resonators gebildet
wird. Dieser Resonator kann vorzugsweise in einem Drucker angebracht
sein. Durch die Drehung der Rolle 14 entlang der Richtung
eines Pfeils A bewegt sich das Medium 12 in der Richtung
eines Pfeils B über
der Öffnung 10.
Die Rolle 14 verschiebt das Medium 12 nicht nur
entlang der Richtung des Pfeils B, sondern wird ferner verwendet,
um das Medium 12 gegen die Öffnung 10 zu drücken. Die
Resonanzfrequenz des Resonators wird durch das Medium 12 beeinflußt.
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Je
schwerer das Medium 12 ist, desto mehr wird die Resonanzfrequenz
abgesenkt. Die Treiberschaltung 8 (2) wird
verwendet, um die Vorrichtung 2 bei der Resonanzfrequenz
der Kombination der Vorrichtung 2 und des Mediums 12 oszillieren bzw.
schwingen zu lassen. Durch Messen des Abfalls der Oszillatorfrequenz,
der durch das Medium 12 verursacht wird, kann das „Gewicht" des Mediums 12, wie
in 3 gezeigt, genau geschätzt werden.
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Eine
Resonanzfrequenz wird während
des Betriebs der Vorrichtung 2 herkömmlich von der Vorrichtung 2 erhalten,
ohne daß ein
Medium 12 über der Öffnung 10 positioniert
ist. Eine Probe eines Mediums 12 wird dann durch die Rolle 14 mit
herkömmlichen
Verfahren über
der Öffnung 10 plaziert.
Eine Resonanzfrequenz der Vorrichtung 2 wird herkömmlich erhalten.
Die Resonanzfrequenz, die darauf basiert, daß das Medium 12 über der Öffnung 10 positioniert
ist, wird mit der Resonanzfrequenz verglichen, wenn kein Medium 12 über der Öffnung 10 positioniert
ist, um eine Nettoresonanzfrequenz oder einen Abfall der Resonanzfrequenz,
wie z. B. der in 3 gezeigte, zu erhalten. Der
Betreiber betrachtet lediglich ein Diagramm ähnlich zu dem in 3,
um das Gewicht des Mediums 12 zu bestimmen. Es ist offensichtlich,
daß zu 3 ähnliche
Diagramme herkömmlich
in eine herkömmliche
Berechnungseinrichtung (nicht gezeigt) eingegeben werden können, und daß ein automatisches
Mediengewichtsauslesen aus der Berechnungsvorrichtung erhalten werden
kann.
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In 3 ist
die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei diesem
Beispiel werden verschiedene Gewichte von Papierproben basierend auf
einem Nettoresonanzfrequenzpegel oder einem Abfall der Resonanzfrequenzpegel
bestimmt. Wie es in 3 sichtbar ist, muß man lediglich
den Nettoresonanzfrequenzpegel oder den Abfall des Resonanzfrequenzpegels
erhalten, um das Gewicht des Papiermediums zu bestimmen. Wenn beispielsweise die
Vorrichtung 2 auf einer herkömmlichen Anzeigevorrichtung
(nicht gezeigt) eine Nettoresonanzfrequenz oder einen Abfall der
Resonanzfrequenz von 20 Hertz zeigt, kann man ermitteln, daß das Papiermedium
ein Papiergewicht von etwa 12,7 kg (28 Pfund) aufweist.
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Es
ist offensichtlich, daß die
Vorrichtung 2 in einem Drucker verwendet werden kann. Während beispielsweise
das Medium 12 vorbereitet wird, um durch den Drucker bedruckt
zu werden, wird das Medium 12 beispielsweise über die Öffnung 10 der
Vorrichtung 2 bewegt, die innerhalb eines Gehäuses (nicht
gezeigt) des Druckers, wie oben beschrieben; positioniert ist. Auf
diese Art und Weise kann das Gewicht des Mediums 12 vor
dem Drucken bestimmt werden. Diese Gewichtsbestimmung ermöglicht dem Drucker,
herkömmliche
Einstellungen basierend auf dem Gewicht des Mediums 12 durchzuführen. Wenn beispielsweise
bestimmt wird, daß das
Medium 12 schwerer als ein gerade bedrucktes Medium ist,
kann der Drucker die Anschlagsstärke
erhöhen,
wenn der Drucker ein Punktmatrixdrucker ist. Wenn ferner der Drucker
ein elektrophotographischer Drucker ist, kann das Gewicht des Mediums 12 die
Papiergeschwindigkeit durch die Fixiervorrichtung und/oder die Fixiervorrichtungstemperatur
beeinflussen.
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Wie
zu sehen, mißt
die vorliegende Erfindung eine Eigenschaft, die eine Kombination
von sowohl der Dicke als auch der Dichte des Mediums 12 ist.
Als ein Resultat sollte die Messung genauer das Gewicht des Mediums 12 wiederspiegeln
als eine Nur-Dicke-Messung. Die vorliegende Erfindung ist ferner
inhärent
weniger aufwendig, effizienter und zuverlässiger als die Dickensensoren.
Dies liegt daran, daß das
piezoelektrische Element 6 wesentlich weniger aufwendig
ist als induktive Sensoren. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ferner
eine Messung, ohne das Papier zu berühren, und ist keinem Verschleiß wie ein
Dickensensor ausgesetzt, der das sich bewegende Medium berühren muß. Die vorliegende
Erfindung führt
schließlich
die Messung derselben durch Messen der Änderung der Resonanzfrequenz
des piezoelektrischen Elements 6 mit und ohne Medium 12 durch.
Da es sich um eine Differenzmessung handelt, ist dieselbe gegenüber Faktoren, wie
z. B. einem Verschleiß und
einer Temperatur, relativ unempfindlich.