DE60218592T2

DE60218592T2 - Bogenzuführvorrichtung für einen Drucker

Info

Publication number: DE60218592T2
Application number: DE60218592T
Authority: DE
Inventors: Jin-ho Giheung-eub Yongin-city Park
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: EP1302421A2; EP1302421A3; CN1411993A; CN1204031C; KR20030030406A; JP3784759B2; JP2003118858A; US6648322B2; DE60218592D1; KR100412492B1; EP1302421B1; US20030075856A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bogenzuführungsmechanismus für einen Drucker, wobei der Mechanismus eine Kassette zum Halten der Bögen und eine Aufnahmewalze, die an einem freien Ende einer Schwenkarm-Einrichtung befestigt ist, und einen Antriebsstrang aufweist, der an einem Ende der Aufnahmewalze mit der Aufnahmewalze verbunden ist, um den Antrieb darauf zu übertragen, um die Bögen vom Anfang eines Stapels von Bögen in der Kassette (20) zu entnehmen, wobei der Antriebsstrang erste und zweite drehbar verbundene Abschnitte aufweist, wobei der erste Abschnitt zur Verbindung mit einer Antriebsquelle dient und wobei das Ende der Aufnahmewalze des Antriebsstrangs auf dem zweiten Abschnitt vorgesehen ist. Ein solcher Mechanismus ist z. B. in JP-A-07 277 538 offenbart.
Im Allgemeinen werden Drucker mit Papierzuführungsvorrichtungen versehen, um Papierbögen zuzuführen. Die Papierzuführungsvorrichtungen werden an den Druckergehäusen befestigt. Normalerweise führt eine Druckerpapierzuführungsvorrichtung die Bögen einen nach dem anderen von einer Kassette im Druckergehäuse gemäß den Drucksignalen zu. Die Papierzuführung wird durch Aufbringen einer vertikalen Kraft auf eine Gummiwalze erreicht, um eine Reibkraft zwischen dem Papierbogen und der Walze zu erzeugen.
Wenn jedoch ein Papierbogen dem Druckergehäuse zugeführt wird, und demzufolge der Papierstapel niedriger wird, verändert sich die vertikale Kraft, wobei sich dadurch die Reibkraft ebenfalls verändert. Dies behindert eine gleichmäßige Papierzuführung.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer konventionellen Druckerpapierzuführungsvorrichtung, bei der eine automatische Kompensationseinheit vorgesehen ist, um die sich verändernden vertikalen Kräfte zu kompensieren. 2 zeigt Veränderungen beim Papierkontaktwinkel der Papierzuführungsvorrichtung von 1. Das heißt 2 zeigt den Winkel zwischen einem obersten Bogen beim Papierstapel mit maximaler Höhe und der automatischen Kompensationseinheit und den Winkel zwischen dem untersten Papierbogen und der automatischen Kompensationseinheit.
Mit Bezug auf die 1 und 2 verändern sich die Papierkontaktwinkel von einem Winkel β1 (wenn der Papierstapel eine maximale Höhe aufweist) auf einen Winkel β2 (wenn nur noch der letzte Bogen übrig ist).
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Druckerpapierzuführungsvorrichtung eine Aufnahmewelle 11, um den Antrieb von einer Antriebsquelle (nicht gezeigt) zu übertragen, eine mit einer Aufnahmewalze 15 versehene automatische Kompensationseinheit 10, eine Papierkassette 20 zur Aufnahme eines Papierstapels 30 und eine Trennwand 23, die an einem Ende der Papierkassette 20 in der Papierzuführungsrichtung ausgebildet ist, um die Bögen zu separieren.
Die automatische Kompensationseinheit 10 weist einen Strang von vier Zahnrädern 13a, 13b, 13c, 13d auf. Der Strang der vier Zahnräder 13a, 13b, 13c, 13d ist drehbar mit der Aufnahmewelle 11 verbunden, sodass das erste Zahnrad 13a ein Drehmoment T von der Aufnahmewelle 11 auf die Aufnahmewalze 15 übertragen kann, und die Kontaktposition der Aufnahmewalze 15 auf dem Papierstapel 30 sich verändern kann, da sich die Höhe des Papierstapels während dem Drucken verringert. Die Aufnahmewalze 15 ist koaxial mit der Welle des vierten Zahnrads 13d verbunden.
Die Funktion der Druckerpapierzuführungsvorrichtung wird nun beschrieben.
Wenn die Aufnahmewelle 11 durch die Antriebsquelle (nicht gezeigt) gedreht wird, dann dreht sich das erste Zahnrad 13a und die zweiten und dritten Zahnräder 13b, 13c drehen sich, um letztendlich die Kraft auf das vierte Zahnrad 13d zu übertragen. Die Aufnahmewalze 15 ist an der Welle des vierten Zahnrads 13d montiert und wenn sich das vierte Zahnrad 13d dreht, dann dreht sich auch die Aufnahmewalze 15. Wenn sich die Aufnahmewalze 15 dreht, werden die obersten Papierbögen der Kassette 20 infolge der Reibung zwischen der Aufnahmewalze 15 und dem Papierstapel 30 nach vorn geschoben. Aufgrund der Präsenz der Trennwand 23 wird der oberste Papierbogen separiert und dem Druckergehäuse zugeführt.
Wenn die Papierbögen nacheinander separiert werden, muss die nachfolgende Bedingung erfüllt sein: Fpick > Ffric > Fd > Fdouble (Formel 1)wobei F_pick die Zuführungskraft auf Grund des Drehmoments der Aufnahmewalze 15 ist, F_fric die Transportkraft aufgrund einer Reibung zwischen der Aufnahmewalze 15 und dem Papierstapel 30 ist, F_d die Widerstandskraft ist, die durch die Trennwand 23 auf die Vorderkante des Papiers einwirkt, und F_double die Transportkraft für den zweiten Papierbogen nach dem obersten Papierbogen ist.
Zuerst wird F_pick wie folgt berechnet: Fpick = T/r (Formel 2) wobei T das Drehmoment der Aufnahmewelle 11 und r der Radius der Aufnahmewalze 15 ist.
F_fric wird wie folgt berechnet: Ffric = μroll × Ntotal (Formel 3)wobei μ_roll der Reibungskoeffizient zwischen dem Papierstapel 30 und der Aufnahmewalze 15 ist und N_total die maximale vertikale Kraft ist, die durch die Aufnahmewalze 15 auf den Papierstapel 13 drückt.
Schließlich wird F_double wie folgt berechnet: Fdouble = μPapier × Ntotal (Formel 4)wobei μ_Papier der Reibungskoeffizient zwischen den Papierbögen ist und N_total die maximale vertikale Kraft ist, die durch die Aufnahmewalze 15 auf den Papierstapel 13 drückt.
Wenn die Faktoren, wie z. B. das Drehmoment T der Aufnahmewelle 11, der Radius der Aufnahmewalze 15, die Trennwand 23 und der Papierbogen-Typ richtig gewählt sind, dann werden F_pick und F_d, wie in den Formeln 2 bis 4 gezeigt, ungeachtet der Höhe des Papierstapels 30 konstant. Jedoch verändern sich F_fric und F_double gemäß der Höhe des Papierstapels 30 und dadurch werden F_fric und F_double als Variable behandelt. Ob die Formel 1 erfüllt ist oder nicht, wird demzufolge durch den Wert N_total bestimmt.
N_total ist die vertikale Kraft, die durch die Aufnahmewalze 15 auf den Papierstapel 30 aufgebracht wird, und kann daher als vertikale Kraft ausgedrückt werden, die auf die Aufnahmewalze 15 einwirkt. N_total ist die Gesamtsumme von: einer vertikalen Kraft N_R aufgrund des Drehmoments der Aufnahmewalze 15, einer vertikalen Kraft N_A aufgrund eines Verbindungsglieds 12 der automatischen Kompensationseinheit 10 und einer vertikalen Kraft N_W aufgrund des Gewichts der automatischen Kompensationseinheit 10. Ntotal = NR + NA + NW (Formel 5)
In der obigen Formel wirkt die vertikale Kraft N_R so, dass das Drehmoment der Aufnahmewalze 15 die vertikale Kraft in dem Moment erhöht, wenn Fd > F_fric wird, um die Zuführung der Papierbögen zu stoppen.
Mit Bezug auf 3A kann der Maximalwert der vertikalen Kraft N_R durch die nachfolgende Formel berechnet werden:
wobei T das Drehmoment der Aufnahmewalze 15 ist, r der Radius der Aufnahmewalze 15 ist und β der Papierkontaktwinkel ist.
Darüber hinaus wird die vertikale Kraft N_A aufgrund der Wirkung des Verbindungsglieds 12 der automatischen Kompensationseinheit erzeugt, wenn die Transportkraft F_fric aufgrund der Aufnahmewalze 15 das Gleichgewicht mit dem Papierzuführungswiderstand Fd erlangt, um die Drehung der Aufnahmewalze 15 zu stoppen. Ein Maximalwert für die vertikale Kraft N_A kann auf der Basis der nachfolgenden Formel mit Bezug auf 3B berechnet werden.
wobei L die Länge des Verbindungsglieds 12 der automatischen Kompensationseinheit 10 ist, T das Drehmoment der Aufnahmewalze 15 ist und β der Papierkontaktwinkel ist.
Die vertikale Kraft N_W aufgrund des Gewichts der automatischen Kompensationseinheit 10 kann auf der Basis der nachfolgenden Formel mit Bezug auf 3C berechnet werden.
wobei W das Gesamtgewicht der automatischen Kompensationseinheit 10 ist, d der Abstand vom Mittelpunkt des ersten Zahnrads 13a bis zum Schwerpunkt der automatischen Kompensationseinheit 10 ist und L die Länge des Verbindungsglieds 12 der automatischen Kompensationseinheit 10 ist.
Wenn die Formeln 6 bis 8 in die Formel 5 eingesetzt werden, dann kann die Formel 5 dementsprechend wie folgt ausgedrückt werden:
N_total ist die maximale vertikale Kraft, die auf die Aufnahmewalze 15 während der Erzeugung des Zuführungswiderstands F_d einwirkt, und diese Kraft wirkt, bis die Bedingungen der Formel 1 erfüllt sind. Beim normalen Papierzuführungsvorgang schiebt sich der Papierbogen jedoch vor, bevor die vertikale Kraft wirkt. Wenn die Transportkraft F_fric den Papierzuführungswiderstand F_d nicht übersteigt, dann erhöhen N_R und N_A die vertikale Kraft N_total automatisch und schrittweise. Wenn die vertikale Kraft ansteigt, steigt folglich die Transportkraft F_fric aufgrund der Reibung gemäß Formel 3 mit dem Ergebnis an, dass die Bedingungen der Formel 3 erfüllt werden, um dadurch den Vorschub des Papierbogens zuzulassen.
Sofern das Verhältnis des Radius r der Aufnahmewalze 15 zur Länge L des Verbindungsglieds 12 auf der Basis der Formel 9 1:5 beträgt, dann ist die Beziehung zwischen dem Papierkontaktwinkel β und der vertikalen Kraft N_total in 4 dargestellt. Der Maximalwert ist in der Nähe eines β-Wertes von 45 Grad zu sehen.
Wenn der oberste Papierbogen zugeführt wird, muss eine geeignete Kraft zwischen der Transportkraft F_fric des ersten Papiers und der Vorspannungskraft F_double des zweiten Papiers so eingestellt werden, dass die Widerstandskraft F_d ein Faktor wäre. Wenn jedoch das Papier zugeführt wird und sich dadurch die Höhe h des Papierstapels 30 schrittweise verringert, dann wird der Papierkontaktwinkel β schrittweise verändert. Insbesondere verändert sich, wie in 2 gezeigt, der Papierkontaktwinkel β vom Winkel β1 zum Winkel β2.
Eine Änderungsgröße Δθ (β2 – β1) des Papierkontaktwinkels ist proportional: (1) zur Papierstapelhöhe h; (2) zur Länge L des Verbindungsglieds 12; und (3) zum anfänglichen Papierkontaktwinkel β1 oder β2.
Wenn sich β2 gemäß 2 von 0° bis 90° verändert, verändert sich die Änderungsgröße Δθ außerordentlich. Typischerweise von
Um eine große Veränderung zu vermeiden, liegt β2 im Allgemeinen zwischen 7° und 15°.
Jedoch findet innerhalb dieses Papierkontaktwinkels, wie in der graphischen Darstellung von 4 gezeigt, zwischen β1 und β2 eine starke Veränderung bei der vertikalen Kraft N_total statt. Wenn die maximale Papiermenge in der Papierkassette 20 eingelegt ist, tritt eine große Differenz bei der vertikalen Kraft N_total zwischen dem ersten Papier und dem letzten Papier auf. Daher sind Fälle wahrscheinlich, bei denen die Formel 1 nicht erfüllt werden kann. Besonders wenn die Veränderung zwischen F_fric und F_double die Formel 1 nicht erfüllen kann, tritt ein Zuführungsfehler oder eine doppelte Zuführung auf.
Darüber hinaus ist der Papierzuführungswiderstand F_d, abhängig vom Typ und der Steifigkeit des Papiers, unterschiedlich. Wenn alle Papiertypen die Formel 1 erfüllen sollen, dann muss der Änderungsbereich zwischen F_fric und F_double so klein wie möglich sein.
Ein erfindungsgemäßer Mechanismus ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Abschnitt z. B. in einem Knick angeordnet sind, sodass das Ende der Aufnahmewalze des zweiten Abschnitts, ungeachtet der Höhe des Stapels, unter dem ersten Abschnitt bleibt.
Vorzugsweise weist das Aufnahmeende des Antriebsstrangs eine Riemenscheibe oder ein Zahnrad auf, die/das an einer Welle mit der Aufnahmewalze montiert ist. Noch vorteilhafter weist der erste Abschnitt einen Zahnradsatz auf oder der zweite Abschnitt weist einen Zahnradsatz auf.
Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt kürzer als der erste Abschnitt.
Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen dem zweiten Abschnitt (45) und dem obersten Blatt ca. 7°, wenn die Kassette (20) voll ist und ca. 15°, wenn nur noch ein Blatt in der Kassette (20) übrig ist.
Weitere bevorzugte und optionale Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind in den hierzu anliegenden Ansprüchen 6 bis 28 dargelegt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft, mit Bezug auf die 5 bis 9 der anliegenden Zeichnung, beschrieben, in der:
1 eine konventionelle Papierzuführungsvorrichtung für einen Drucker darstellt;
2 Veränderungen beim Papierzuführungswinkel entsprechend den Höhenänderungen eines Papierstapels bei der konventionellen Papierzuführungsvorrichtung darstellt;
3A die vertikale Kraft darstellt, die bei der konventionellen Papierzuführungsvorrichtung durch das Drehmoment der Aufnahmewalze auf die Aufnahmewalze wirkt;
3B die vertikale Kraft darstellt, die durch das Verbindungsglied der automatischen Kompensationseinheit bei der konventionellen Papierzuführungsvorrichtung auf die Aufnahmewalze wirkt;
3C die vertikale Kraft darstellt, die durch das Gewicht der automatischen Kompensationseinheit bei der konventionellen Papierzuführungsrichtung auf die Aufnahmewalze wirkt;
4 eine grafische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der vertikalen Kraft und der Veränderung des Papierkontaktwinkels bei der konventionellen Papierzuführungsvorrichtung zeigt;
5 eine Vorderansicht der Papierzuführungsvorrichtung für einen erfindungsgemäßen Drucker ist;
6 eine perspektivische Ansicht der automatischen Kompensationseinheit der in 5 gezeigten Papierzuführungsvorrichtung ist;
7A den Papierkontaktwinkel bei einem Fall der maximalen Ladung des Papiers in der Papierkassette bei der Papierzuführungsvorrichtung für den in 5 gezeigten Drucker darstellt;
7B den Papierkontaktwinkel bei einem Fall darstellt, bei dem das letzte Papierblatt in der Papierkassette in der Papierzuführungsvorrichtung für den in 5 gezeigten Drucker übrig ist;
8A die vertikale Kraft darstellt, die infolge der Schwenkbewegung des ersten Verbindungsglieds in der Papierzuführungsvorrichtung für den in 5 gezeigten Drucker auf die Aufnahmewalze wirkt;
8B die vertikale Kraft darstellt, die infolge der Schwenkbewegung des zweiten Verbindungsglieds in der Papierzuführungsvorrichtung für den in 5 gezeigten Drucker auf die Aufnahmewalze wirkt;
8C die vertikale Kraft darstellt, die infolge des Drehmoments der Aufnahmewalze in der Papierzuführungsvorrichtung für den in 5 gezeigten Drucker auf die Aufnahmewalze wirkt;
8D die vertikale Kraft darstellt, die infolge des Gewichts der automatischen Kompensationseinheit in der Papierzuführungsvorrichtung für den in 5 gezeigten Drucker auf die Aufnahmewalze wirkt;
9 eine grafische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der vertikalen Kraft und dem Papierkontaktwinkel in der Papierzuführungsvorrichtung für den in 5 gezeigten Drucker zeigt.
Mit Bezug auf die 5 und 6 umfasst eine Papierzuführungsvorrichtung für einen erfindungsgemäßen Drucker eine automatische Kompensationseinheit 40, die eine erste Verbindungsglied-Baugruppe 43, eine zweite Verbindungsglied-Baugruppe 45, eine Aufnahmewalze 47, einen Tragarm 49 und eine Papierzuführungskassette 20 umfasst.
Die erste Verbindungsglied-Baugruppe 43 umfasst einen Zahnradsatz, der vier Zahnräder 43a, 43b, 43c, 43d umfasst, die durch ein erstes Verbindungsglied verbunden sind. Ein Antriebszahnrad 43a an einem Ende ist mit einer Aufnahmewelle 41 verbunden und daher dreht sich das Antriebszahnrad 43a, wenn sich die Aufnahmewelle 41 dreht. Dadurch wird durch die ersten und zweiten Verbindungszahnräder 43b, 43c ein Drehmoment auf das passive Zahnrad 43d übertragen.
Beim vorliegenden Beispiel gibt es zwei Verbindungszahnräder 43b, 43c in der ersten Verbindungsglied-Baugruppe 43. Jedoch ist die Anzahl der Verbindungszahnräder nicht auf zwei beschränkt, sondern kann abhängig von der Größe des Druckers variieren.
Die Aufnahmewelle 41 ist mit einer Antriebskraftquelle (nicht gezeigt) im Druckergehäuse verbunden, um den Antrieb auf das Antriebszahnrad 43a zu übertragen. Ein erstes Verbindungsglied 42 ist schwenkbar an der Aufnahmewelle 41 montiert, und wenn die Papierblätter kontinuierlich zugeführt werden, um die Höhe des Papierstapels 30 zu senken, dann wird das erste Verbindungsglied 42 folglich nach unten auf die Aufnahmewelle 41 geschwenkt.
Die zweite Verbindungsglied-Baugruppe 45 umfasst einen Zahnradsatz, der die drei Zahnräder 45a, 45b, 45c der gleichen Größe umfasst und mit einem zweiten Verbindungsglied 46 verbunden ist. Ein Hilfsantriebszahnrad 45a ist an der Welle 44 des passiven Zahnrads 43d der ersten Verbindungsglied-Baugruppe 43 montiert und ist durch einen bestimmten Abstand vom passiven Zahnrad 43d getrennt und koaxial mit dem passiven Zahnrad 43d eingebaut. Wenn sich das passive Zahnrad 43d der ersten Verbindungsglied-Baugruppe 43 dreht, dann wird die Rotationskraft demzufolge über das Hilfsantriebszahnrad 45a und das Mitläuferzahnrad 45b der zweiten Verbindungsglied-Baugruppe 45 auf das Aufnahmezahnrad 45c übertragen.
Das zweite Verbindungsglied 46 drehbar mit der Welle des passiven Zahnrads 44 der passiven Verbindungsglied-Baugruppe 43 verbunden und wird, ähnlich wie die erste Verbindungsglied-Baugruppe 42, nach unten auf die Welle 44 des passiven Zahnrads geschwenkt, wenn sich die Höhe des Papierstapels 30 reduziert.
Die zweite Verbindungsglied-Baugruppe 45 umfasst im vorliegenden Beispiel ein Mitläuferzahnrad 45b. Jedoch kann, wie bei der ersten Verbindungsglied-Baugruppe 43, die Anzahl der Mitläuferzahnräder entsprechend der Größe des Druckers variieren.
Die Aufnahmewalze 47 ist koaxial mit dem Aufnahmezahnrad 45c des zweiten Verbindungsglieds 46 montiert und wenn sich das Aufnahmezahnrad 45c des zweiten Verbindungsglieds 46 dreht, dreht sich folglich auch die Aufnahmewalze 47.
Ein Ende des Tragarms 49 ist auf einer Seite des Druckergehäuses um eine Schwenkwelle 50 drehbar montiert, während das andere Ende des Tragarms 49 schwenkbar an einer Drehwelle 48 der Aufnahmewalze montiert ist.
Da die Papierblätter in das Druckergehäuse zugeführt werden und sich somit die Höhe des Papierstapels reduziert, wird der Tragarm 49 folglich nach unten auf die Schwenkwelle 50 geschwenkt. Darüber hinaus senkt sich die Aufnahmewalze 47, die schwenkbar am anderen Ende des Tragarms 49 montiert ist, indem sie auf die Schwenkwelle 50 geschwenkt wird. Demzufolge wird auf den Papierstapel eine vertikale Kraft mit einer nahezu konstanten Größe aufgebracht. Das heißt, selbst wenn die Papierzuführung fortgesetzt wird und sich die Höhe h des Papierstapels 30 allmählich reduziert, kann die Aufnahmewalze 47, aufgrund des Zusammenwirkens zwischen dem ersten Verbindungsglied 42, dem zweiten Verbindungsglied 46 und dem Tragarm 49, kontinuierlich einen Druck auf den Papierstapel 30 ausüben.
Die Papierzuführungskassette 20 ist unter der Aufnahmewalze 47 montiert und kann viele Papierblätter aufnehmen. Eine Trennwand 32 ist an der Papierzuführungskassette 20 in der Zuführungsrichtung eingebaut und bildet einen stumpfen Winkel mit der Bodenfläche der Papierkassette 20.
Wie dargestellt, wird die Kraft durch die ersten und zweiten Verbindungsglied-Baugruppen 43, 45, d. h. durch die Zahnräder 43a, ... 43d, 45a ... 45d übertragen. Jedoch könnte bei einer alternativen Ausführungsform die Kraft durch Riemenscheiben und einen Riemen übertragen werden. Das heißt, die Riemenscheiben werden anstelle des Antriebszahnrads 43a und des passiven Zahnrads 43d verwendet und die Riemenscheiben sind durch einen Riemen verbunden. Für das Hilfsantriebszahnrad 45a und das Aufnahmezahnrad 45c kann der gleiche Aufbau vorgesehen werden. Bei einer weiteren Ausführungsform können anstelle der Zahnräder oder Riemenscheiben Reibräder eingesetzt werden, um die Antriebskraft zu übertragen.
Die Funktion der Papierzuführungsvorrichtung wird nun beschrieben.
Zuerst wird die Aufnahmewelle 41 durch die Antriebskraftquelle (nicht dargestellt) gedreht und gleichzeitig dreht sich das Antriebszahnrad 43a der ersten Verbindungsglied-Baugruppe 43, das an der Aufnahmewelle 41 montiert ist. Innerhalb des Zahnradsatzes überträgt das Antriebszahnrad 43a die Antriebskraft durch die ersten und zweiten Verbindungszahnräder 43b, 43c auf das passive Zahnrad 43d, um das passive Zahnrad 43d zu drehen. Wenn sich das passive Zahnrad 43d dreht, dreht sich dadurch das Hilfsantriebszahnrad 45a der zweiten Verbindungsglied-Baugruppe 45, das an der Welle 44 koaxial mit dem passiven Zahnrad 43d montiert ist. Die Drehung des Hilfszahnrads 45a wird durch das Mitläuferzahnrad 45b auf das Aufnahmezahnrad 45c übertragen, um das Aufnahmezahnrad 45c anzutreiben. Wenn sich das Aufnahmezahnrad 45c dreht, dreht sich die Aufnahmewalze 47, die an der Drehwelle 48 koaxial mit dem Aufnahmezahnrad 45c montiert ist.
Wenn sich die Aufnahmewalze 47 dreht, werden die Papierblätter auf dem oberen Teil des Papierstapels 30 der Papierzuführungskassette 20 infolge der Reibung zwischen den Papierstapel 30 und der Aufnahmewalze 47 nach vorne geschoben. Dann wird, aufgrund der vorhandenen Trennwand 23, nur das oberste Papier dem Druckergehäuse zugeführt. Wenn in dieser Situation die Papierblätter eines nach dem andern separiert werden, dann muss die Formel 1, d. h. F_pick > F_fric > F_d > F_double erfüllt sein.
In der oben genannten Formel ist F_pick die Papierzuführungskraft aufgrund der Drehung der Aufnahmewalze 47, F_d ist der Widerstand der Papiertrennwand 23 gegenüber dem Papier und F_double ist die Transportkraft des zweiten Papierblatts nach dem ersten Papierblatt. Jedoch werden die Papierzuführungskraft F_pick und die Widerstandskraft F_d durch Faktoren, wie z. B. das Drehmoment der Antriebskraftquelle, dem Radius der Aufnahmewalze 47 und der Steifigkeit des Papiers bestimmt. Deshalb sind F_pick und F_d konstant, selbst wenn sich die Höhe h des Papierstapels 30 reduziert. Jedoch wirken die Papiertransportkraft F_fric und die zweite Papiertransportkraft F_double gemäß der vertikalen Kraft N_total variabel, die durch die Aufnahmewalze 47 auf dem Papierstapel 30 anliegt.
Die Höhe des Papierstapels 30 reduziert sich mit Fortdauer des Druckens schrittweise. Folglich wird das erste Verbindungsglied 42 entgegen dem Uhrzeigersinn (wie in 6 gezeigt) um die Aufnahmewelle 41 geschwenkt und das zweite Verbindungsglied 46 wird im Uhrzeigersinn um die passive Zahnradwelle 44 geschwenkt, während sich der Tragarm 49 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schwenkelle 50 dreht.
Mit Bezug auf 7A ist ein Winkel A1 ein erster Verbindungswinkel zwischen dem ersten Verbindungsglied 42 und einer Ebene, die durch die Achse der Aufnahmewelle 41 verläuft und parallel zum Boden der Papierkassette 20 ist. Ein Winkel B1 ist ein zweiter Verbindungsgliedwinkel zwischen dem zweiten Verbindungsglied 46 und einer Ebene, die durch die Achse der Welle 44 des passiven Zahnrads verläuft, und parallel zum Boden der Papierkassette 20 ist.
Ein Winkel β1 ist der Winkel zwischen dem Tragarm 49 und einer Ebene, die durch die Achse der Drehwelle 48 verläuft und parallel zum Boden der Papierkassette 20 ist. Wie in 7A gezeigt, ist der Winkel β1 der Anfangs-Papierkontaktwinkel.
h ist die Höhe des Papierstapels 30 im Falle der maximalen Stapelung und L1 ist die Länge des ersten Verbindungsglieds 42. Das heißt, L1 ist der Abstand zwischen der Achse des Antriebszahnrads (Aufnahmewelle 41) und der Achse des passiven Zahnrads hilft 44.
L2 ist die Länge des zweiten Verbindungsglieds 46, d. h. der Abstand zwischen der Achse des passiven Zahnrads 43d und (oder des Antriebszahnrads 45a) und der Achse des Aufnahmezahnrads 45c. L ist die Länge des Tragarms 49, d. h. der Abstand zwischen der Achse der Schwenkwelle 50 und der Achse der Drehwelle 48. T ist das Drehmoment, das von der Antriebskraftquelle übertragen wird.
Mit Bezug auf 7B entsprechen die Winkel A2, B2, β2 jeweils den Winkeln A1, B1, β1 von 7A, wenn nur noch das letzte Blatt des Papierstapels 30 zur Zuführung vorhanden ist.
In der Papierzuführungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die vertikale Kraft N_total die durch die Aufnahmewalze 47 auf den Papierstapel 30 wirkt, wie folgt ausgedrückt werden: Ntotal = NL1 + NL2 + NR + NW (Formel 10)wobei N_L1 die vertikale Kraft ist, die durch die Schwenkung des ersten Verbindungsglieds 42 erzeugt wird, N_L2 die vertikale Kraft ist, die durch die Schwenkung des zweiten Verbindungsglieds 46 erzeugt wird, N_R die vertikale Kraft ist, die durch das Drehmoment der Aufnahmewalze 47 erzeugt wird und N_W die vertikale Kraft ist, die durch das Gewicht der automatischen Kompensationseinheit 40 erzeugt wird.
Zuerst kann N_L1, mit Bezug auf 8A, durch die folgende Formel berechnet werden:
wobei L1 die Länge des ersten Verbindungsglieds 42, T das Drehmoment der Antriebskraftquelle und A2 der erste Verbindungsgliedwinkel ist, der zwischen dem ersten Verbindungsglied 42 und einer Ebene gebildet wird, die durch die Achse der Aufnahmewelle 41 verläuft und parallel zum Boden der Papierzuführungskassette 20 ist.
Die vertikale Kraft N_L2, die durch die Schwenkung des zweiten Verbindungsglieds 46 erzeugt wird, kann mit Bezug auf 8B berechnet werden und basiert auf der folgenden Formel:
wobei L2 die Länge des zweiten Verbindungsglieds 46 ist, T das Drehmoment der Antriebskraftquelle ist und B2 der zweite Verbindungsgliedwinkel ist, der zwischen dem zweiten Verbindungsglied 46 und einer Ebene gebildet wird, die durch die Achse der passiven Zahnradwelle 44 des ersten Verbindungsglieds 42 verläuft und parallel zum Boden der Papierzuführungskassette 20 ist.
Die durch das Drehmoment der Aufnahmewalze 47 erzeugte vertikale Kraft N_R kann mit Bezug auf 8C berechnet werden und basiert auf der folgenden Formel:
wobei T das Drehmoment der Antriebskraftquelle ist, r der Radius der Aufnahmewalze 47 ist und β der Papierkontaktwinkel ist.
N_W ist schlussendlich die vertikale Kraft aufgrund des Gewichts der automatischen Kompensationseinheit 40. Die automatische Kompensationseinheit 40 umfasst die erste Verbindungsglied-Baugruppe 43, die zweite Verbindungsglied-Baugruppe 45, den Tragarm 49 und die Aufnahmewalze 47.
Mit Bezug auf 8D kann der Schwerpunkt der automatischen Kompensationseinheit 40 gemäß der Veränderung beim Papierkontaktwinkel β als näherungsweise vertikal beweglich angesehen werden und daher kann die vertikale Kraft aufgrund des Gewichts der automatischen Kompensationseinheit 40 als konstant angesehen werden.
Demzufolge kann der Veränderungsverlauf der vertikalen Kraft N_total, die durch die Aufnahmewalze 47 auf das Papier entsprechend dem restlichen Papier einwirkt, in einer vereinfachten Form ausgedrückt werden, weil die vertikale Kraft N_W aufgrund des Gewichts der automatischen Kompensationseinheit 40 fast ein konstanter Wert ist.
Wenn die vertikale Kraft N_total, bei der N_W weggelassen wurde, mit N_Σ bezeichnet wird, dann kann N_Σ wie folgt ausgedrückt werden:
wobei T das Drehmoment der Aufnahmewalze 47 ist, L1 die Länge des ersten Verbindungsglieds 42 ist, L2 die Länge des zweiten Verbindungsglieds 46 ist, r der Radius der Aufnahmewalze 47 ist, A der erste Verbindungsgliedwinkel ist, B der zweite Verbindungsgliedwinkel ist und β der Papierkontaktwinkel ist.
Wie in 9 gezeigt, kennzeichnet die Kurve (1) den Veränderungsverlauf der vertikalen Kraft N_Σ als Funktion der Veränderungen des Papierkontaktwinkels β. Die Kurve (2) kennzeichnet den Veränderungsverlauf der vertikalen Kraft, die durch das erste Verbindungsglied 42 auf die Aufnahmewalze 47 einwirkt.
Die Kurve (3) kennzeichnet den Veränderungsverlauf der vertikalen Kraft, die durch das zweite Verbindungsglied 46 auf die Aufnahmewalze 47 einwirkt. Die Kurve (4) kennzeichnet den Veränderungsverlauf der vertikalen Kraft, die durch das Drehmoment der Aufnahmewalze 47 auf die Aufnahmewalze 47 einwirkt. Die Kurve (1) ist die Addition der Kurven (2), (3) und (4).
Das Diagramm von 9 ist das Ergebnis, das wie folgt erhalten wurde. Um die Veränderungen der vertikalen Kraft N_Σ in der Formel 14 zu veranschaulichen, wurde ein Verhältnis von L1:L2:r = 3:2:1,5 festgelegt. Die Zahnräder der ersten und zweiten Verbindungsglied-Baugruppen 43, 45 sind identisch und auf diese Weise ist das Drehmoment T konstant. Somit wurde das Diagramm von 9 erhalten.
Darüber hinaus wurde die Veränderung des Papierkontaktwinkels β, der der Winkel ist, der zwischen dem Papierstapel 30 und dem Tragarm 49 gebildet wird) auf den doppelten Veränderungsbetrag des ersten Verbindungsgliedwinkels A oder des zweiten Verbindungsgliedwinkels B festgelegt. Mit Bezug auf die Kurve (1) von 9 ist ersichtlich, dass der Veränderungsverlauf der vertikalen Kraft N_Σ in einem Bereich von 7° bis 15°, der den Bereich des Normalbetriebs darstellt, nahezu konstant ist.
Die konstanten N_Σ-Werte liegen vor, weil die Veränderungen bei der vertikalen Kraft N_Σ, die aus der Veränderung der Papierhöhe entstehen, zwischen dem ersten Verbindungsglied 42, dem zweiten Verbindungsglied 46 und dem Tragarm 49 verstezt sind. Dies ist deutlich veranschaulicht, wenn 9 mit dem Diagramm von 4 verglichen wird. Das heißt, dass, mit Bezug auf 4, die Differenz der vertikalen Kräfte N_total, die zwischen β1 und β2 auf die Aufnahmewalze 15 wirken, sehr groß ist und daher die Formel 1 (F_pick > F_fric > F_d > F_double) manchmal nicht erfüllt ist, besonders wenn der Papierstapel 30 eine maximale Höhe aufweist oder wenn nur noch das letzte Blatt übrig ist.
Mit Bezug auf die Kurve (1) der 9 ist bei der Papierzuführungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die vertikale Kraft N_Σ, die auf die Aufnahmewalze 47 wirkt, jedoch nahezu gleichmäßig, wenn sich β in einem Bereich von 7° bis 15° verändert. Folglich kann die Formel 1, d. h. F_pick > F_fric > F_d > F_double während des gesamten Druckbetriebs erfüllt werden.
Darüber hinaus sind die Veränderungsbeträge von F_fric und F_double sehr gering und daher können verschiedene Papiergrößen verwendet werden, wobei die Formel 1 nach wie vor erfüllt ist. Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung wird die Veränderung des Papierkontaktwinkels β bezüglich der Veränderung der Papierhöhe auf einem Minimum gehalten und folglich wird die Veränderung der vertikalen Kraft, die auf die Aufnahmewalze wirkt, minimiert, um dadurch Zuführungsfehler verhindern. Außerdem können verschiedene Papiergrößen verwendet werden, während die Papier-Zuführungsfehler auf einem Minimum gehalten werden.

Claims

Bogenzuführungsmechanismus für einen Drucker, wobei der Mechanismus eine Kassette (20) zum Halten der Bögen und eine Aufnahmewalze (47), die an einem freien Ende einer Schwenkarm-Einrichtung (49) befestigt ist, und einen Antriebsstrang (43, 45) aufweist, der an einem Ende der Aufnahmewalze mit der Aufnahmewalze (47) verbunden ist, um den Antrieb darauf zu übertragen, um die Bögen von der Oberseite eines Stapels (30) der Bögen in der Kassette (20) zu entnehmen, wobei der Antriebsstrang erste und zweite schwenkbar verbundene Abschnitte (43, 45) aufweist, wobei der erste Abschnitt (43) zur Verbindung mit einer Antriebsquelle dient und wobei das Ende der Aufnahmewalze des Antriebsstrangs auf dem zweiten Abschnitt (45) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Abschnitt so angeordnet sind, dass das Ende der Aufnahmewalze des zweiten Abschnitts (45), unabhängig von der Höhe (h) des Stapels (30), unter dem ersten Abschnitt (43) bleibt.
Mechanismus gemäß Anspruch 1, wobei das Ende der Aufnahmewalze des Antriebsstrangs (43, 45) eine Riemenscheibe oder ein Zahnrad (45c) aufweist, die/das mit der Aufnahmewalze (47) an einer Welle (48) befestigt ist.
Mechanismus gemäß Anspruch 2, wobei der erste Abschnitt (43) einen Zahnradsatz (43a, 43b, 43c, 43d) aufweist.
Mechanismus gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der zweite Abschnitt (45) einen Zahnradsatz (45a, 45b, 45c) aufweist.
Mechanismus gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der zweite Abschnitt (45) kürzer als der erste Abschnitt (43) ist.
Mechanismus gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Winkel zwischen dem zweiten Abschnitt (45) und dem obersten Bogen circa 7° beträgt, wenn die Kassette (20) voll ist, und circa 15° beträgt, wenn nur noch ein Bogen in der Kassette (20) übrig ist.
Mechanismus gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Antriebsstrang (43, 45) aufweist: eine erste Dreheinheit (43a), die sich als Antwort auf ein Antriebsdrehmoment dreht, wobei die erste Dreheinheit eine Drehwelle (41) aufweist, eine zweite Dreheinheit (43b), um das Antriebsdrehmoment von der ersten Dreheinheit aufzunehmen, wobei die zweite Dreheinheit eine Drehwelle (44) aufweist; eine dritte Dreheinheit (45c), um das Antriebsdrehmoment von der zweiten Dreheinheit (43b) aufzunehmen, wobei die dritte Dreheinheit eine Drehwelle (48) aufweist; wobei der erste Abschnitt (43) aufweist: ein erstes Verbindungsglied (42), mit: einem ersten Ende, das mit der Drehwelle (43) der ersten Dreheinheit (43a) verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit der Drehwelle (44) der zweiten Dreheinheit (43d) verbunden ist; wobei der zweite Abschnitt (45) aufweist: ein zweites Verbindungsglied (46), mit: einem ersten Ende, das mit der Drehwelle (44) der zweiten Dreheinheit (43d) verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit der Drehwelle (48) der dritten Dreheinheit (45c) verbunden ist; und wobei die Bögen Papierbögen sind und die Aufnahmewalze (47) mit der dritten Dreheinheit (45c) verbunden ist, um sich zu drehen und die Papierbögen zusammenzudrücken, um die Papierbögen einen nach dem anderen in ein Druckergehäuse des Druckers zu befördern.
Mechanismus gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Ausnahmewalze (47) eine Drehwelle (48) aufweist.
Mechanismus gemäß Anspruch 7, sofern nicht abhängig von Anspruch 3 oder Anspruch 4, der ferner einen Zahnriemen aufweist, um die ersten und zweiten Dreheinheiten zu verbinden, wobei die ersten und zweiten Dreheinheiten Riemenscheiben aufweisen.
Mechanismus gemäß Anspruch 7, sofern nicht abhängig von Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die ersten, zweiten und dritten Dreheinheiten Reibräder aufweisen.
Mechanismus gemäß Anspruch 8, der ferner aufweist: einen Arm (49), mit: einem ersten Ende, das mit der Drehwelle (48) der Aufnahmewalze (47) verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit dem Druckergehäuse verbunden ist.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei eine Länge des ersten Verbindungsglieds (42), eine Länge des zweiten Verbindungsglieds (46) und ein Radius der Walze (47) ein Verhältnis von 3:2:1,5 aufweisen.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Drehwellen (44, 48) der zweiten und dritten Dreheinheiten 43d, 45c) jeweils eine Achse aufweisen, und eine Veränderung eines Papier-Kontaktwinkels zweimal einer Veränderung eines ersten Verbindungswinkels entspricht, der zwischen dem ersten Verbindungsglied (42) und einer Ebene gebildet wird, die durch die Achse der zweiten Drehwelle (44) und parallel zum Boden der Papiereinheit verläuft.
Mechanismus gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, der ferner aufweist: eine Wand (23), die an einem Ende der Kassette eingebaut ist, um die Papierbögen zu berühren.
Mechanismus gemäß Anspruch 14, wobei F_pick > F_fric > F_d > F_double während eines ganzen Druckvorgangs erfüllt ist, wobei F_pick eine Zuführungskraft auf Grund des Drehmoments der Aufnahmewalze (47) ist, F_fric eine Transportkraft aufgrund einer Reibung zwischen der Aufnahmewalze (57) und den Papierbögen ist, F_d eine Widerstandskraft ist, die durch die Wand auf eine Vorderkante der Papierbögen einwirkt, und F_double eine Transportkraft eines zweiten Papierbogens unter dem obersten Papierbogen ist.
Mechanismus gemäß Anspruch 11 oder einem der Ansprüche 12 bis 15, wenn abhängig von Anspruch 11, der ferner aufweist: eine Antriebskraftquelle, um das Antriebsdrehmoment bereitzustellen; wobei: die erste Dreheinheit (43a) ein Antriebszahnrad ist; die zweite Dreheinheit (43d) ein passives Zahnrad ist und ineinander greifend mit dem Antriebszahnrad (43a) gedreht wird; das erste Verbindungsglied (42) ein erstes Ende aufweist, das drehbar an der Drehwelle (41) des Antriebszahnrads (43d) befestigt ist; die dritte Dreheinheit (45c) ein Aufnahmezahnrad ist und ineinander greifend mit dem passiven Zahnrad (43d) gedreht wird; das zweite Verbindungsglied (46) ein erstes Ende aufweist, das drehbar an der Drehwelle (44) des passiven Zahnrads (43d) befestigt ist; und die Aufnahmewalze (47) koaxial mit dem Aufnahmezahnrad (45c) verbunden ist.
Mechanismus gemäß Anspruch 16, der ferner ein Verbindungszahnrad (43b, 43c) aufweist, das zwischen dem Antriebszahnrad (43a) und dem passiven Zahnrad (43d) angeordnet ist, um ein Drehmoment des Antriebszahnrads (43a) auf das passive Zahnrad (43d) zu übertragen.
Mechanismus gemäß Anspruch 17, der ferner eine Mehrzahl der Verbindungszahnräder (43b, 43c) aufweist.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, der ferner ein Mitläuferzahnrad (45b) aufweist, das zwischen dem passiven Zahnrad (43d) und dem Aufnahmezahnrad (45c) angeordnet ist, um ein Drehmoment des passiven Zahnrads (43d) auf das Aufnahmezahnrad (45c) zu übertragen.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das erste Verbindungsglied (42) und das zweite Verbindungsglied (46) einen Winkel mit dem passiven Zahnrad (43d) als Scheitel bilden.
Mechanismus gemäß Anspruch 19, wenn abhängig von Anspruch 18, wobei das Aufnahmezahnrad (45c), die Verbindungszahnräder (43b, 43c), das passive Zahnrad (43d) und das Mitläuferzahnrad (45b) eine gleiche Form aufweisen.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 7 bis 21, wobei das erste Verbindungsglied (42) eine größere Länge als das zweite Verbindungsglied (46) aufweist.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 7 bis 21, wobei die Aufnahmewalze (47) einen kleineren Radius als die Länge des zweiten Verbindungsglieds (46) aufweist.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 7 bis 23, wobei eine durch die Aufnahmewalze auf die Papierbögen wirkende vertikale Kraft durch die folgende Gleichung berechnet wird:
wobei N_Σ die durch die Aufnahmewalze (47) auf die Papierbögen wirkende vertikale Kraft ist, T ein Drehmoment der Aufnahmewalze (47) ist, L1 die Länge des ersten Verbindungsglieds (42) ist, L2 die Länge des zweiten Verbindungsglieds (46) ist, r der Radius der Aufnahmewalze (47) ist, A ein erster Verbindungsgliedwinkel ist, der zwischen den Papierbögen und dem ersten Verbindungsglied (42) gebildet wird, B ein zweiter Verbindungsgliedwinkel ist, der zwischen den Papierbögen und dem zweiten Verbindungsglied (46) gebildet wird, und β ein Papier-Kontaktwinkel ist.
Mechanismus gemäß Anspruch 24, wobei eine Veränderung des Papier-Kontaktwinkels zweimal einer Veränderung des ersten Verbindungsgliedwinkels oder des zweiten Verbindungsgliedwinkels entspricht.
Mechanismus gemäß Anspruch 14, wobei die Trennwand (23) einen oberen Bereich aufweist, der in einer Papier-Zuführungsrichtung geneigt ist.
Mechanismus gemäß einem der Ansprüche 7 bis 26, der ferner ein Hilfs-Antriebszahnrad (45a) aufweist, das koaxial mit dem passiven Zahnrad (43d) eingebaut ist, und mit dem Aufnahmezahnrad (45c) im Eingriff steht.
Drucker, der einen Mechanismus gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche umfasst.