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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf das Erfassen des Gewichts von Papier und anderen
Druckmedien in Bilderzeugungsvorrichtungen wie Druckern und Kopierern
und auf das Steuern von Druckvorgängen gemäß dem erfaßten Papiergewicht. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Erfassungsvorrichtung, die die
Steifigkeit des Papiers als einen Indikator des Papiergewichts erfaßt.
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Ein automatisches Erfassen des Gewichts des
Papiers oder eines anderen Druckmediums, das in einem Drucker, Kopierer
oder einer anderen Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, ist
erwünscht, um
bei der Aufrechterhaltung einer guten Druckqualität behilflich
zu sein. Bei Laserdruckern und anderen elektrophotographischen Bilderzeugungsvorrichtungen
ist das Gewicht des Papiers, als ein einzelnes Charakteristikum
des Papiers und als ein Indikator der Papierdicke, ein wichtiger
Faktor beim Bestimmen der Fixiertemperatur und des -drucks, der
Aufnahmekraft, die notwendig ist, um jedes Blatt in den Drucker
zuzuführen,
der Geschwindigkeit, mit der das Papier durch den Drucker fortbewegt
wird, und des Übergangsstroms,
der für
eine gute Druckqualität
benötigt
wird. So erfordert z. B. schwereres Papier eine größere Aufnahmekraft,
höhere
Fixierertemperaturen und -drücke
und muß oft
mit der Vorderseite nach unten ausgegeben werden, um ein Kräuseln zu reduzieren.
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In der Regel erfassen elektrophotographische
Drucker Papiere unterschiedlichen Gewichts nicht und stellen sich
auch nicht automatisch auf dieselben ein. Einige Drucker erlauben
es dem Bediener, eine Schwerpapiereinstellung in dem Computerdruckertreiber
manuell auszuwählen
oder die Fixierertemperatur auf der Druckersteuertafel einzustellen,
um eine gute Druckqualität
auf schwerem Papier aufrechtzuerhalten. Eine manuelle Auswahl ist
jedoch nur wirksam, wenn der Bediener in der Lage ist, die korrekte
Papiereinstel lung oder Fixierertemperatur auszuwählen, und dies auch tatsächlich tut.
Eine manuelle Auswahl ist manchmal sogar für einen sachkundigen und gewissenhaften
Bediener nicht durchführbar,
insbesondere dann, wenn häufig
wechselnd Papier unterschiedlichen Gewichts und unterschiedlicher
Dicke sowie aus mehreren unterschiedlichen Eingabequellen verwendet
wird.
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Die
EP 0 861 799 A1 , die ein bekanntes Dokument
gemäß Artikel
54 (3), (4) EPC ist, beschreibt einen Blattmediengewichtsdetektor,
der automatisch die Festigkeit des Papiers als einen Indikator des
Papiergewichts und der -dicke erfaßt. Der Detektor umfaßt eine
Ablenkvorrichtung, die auf das Papier- oder Blattmedium wirkt, und
einen Ablenksensor, der auf die Ablenkung des Papiers anspricht.
Die Ablenkvorrichtung kann die Schwerkraft oder eine mechanische
Vorrichtung sein oder eine Kombination aus beidem. Eine mechanische
Ablenkvorrichtung umfaßt ein
Kontaktbauglied und ein Torbauglied, wobei das Kontaktbauglied gegen
das sich an dem Detektor vorbei weiterbewegende Blattmedium vorgespannt ist
und dasselbe ablenkt. Der Sensor steht in wirksamer Kommunikation
mit dem Torbauglied und der Detektor ist wirksam, um zwischen einer
ersten Position und einer zweiten Position bewegt zu werden.
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Die JP-A-03/050583 beschreibt eine
Druckervorrichtung, die angepaßt
ist, um eine Fixierölmenge
zu einem Papier zu steuern, in Abhängigkeit von dem Riesgewicht
des Papiers. In der Druckervorrichtung wird, gemäß einer Änderung des Riesgewichts des
Papiers, ein Zugdruck einer Schleifenplatte umgeschaltet, ein solcher
Schaltungszustand wird erfaßt,
und auf der Basis der Erfassung wird eine Ölliefermenge eingestellt.
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Die JP-A-07/043967 beschreibt eine
Bilderzeugungsvorrichtung, die einen Druckmediengewichtsdetektor
umfaßt.
Der Druckmediengewichtsdetektor weist ein Bauglied auf, das sich
in einen Transportweg des Aufzeichnungspapiers er streckt, und das
Bauglied wird, in Abhängigkeit
von dem Gewicht des verwendeten Papiers, um einen bestimmten Betrag
bewegt, wobei der Betrag durch den Sensor erfaßt wird.
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Die JP-A-63/082314 beschreibt einen
Papierdickedetektor, bei dem während
des Transports eines Papiers von einem Vorrat die Vorderkante desselben
derart angehalten wird, daß eine
Ablenkung des Papiers auftritt. Mittels eines auf einem Ablenkteil des
Papiers angeordneten Gewichts wird eine Steifigkeit des Papiers
erfaßt.
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Die JP-A-03/138677 beschreibt eine
Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Steifigkeitserfassungseinrichtung
aufweist, die ein Signal erzeugt, das durch eine Steuereinrichtung
für den
weiteren Steuerbetrieb der Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen verbesserten Mediengewichtsdetektor zu schaffen,
der sowohl für
eine Erfassung des Mediengewichts als auch für die Führung des Mediums sorgt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Druckmediendetektor
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Bilderzeugungsvorrichtung gebildet, die den
erfindungsgemäßen Druckmediengewichtsdetektor
umfaßt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Erfassen
der Steifigkeit des Papiers als einen Indikator des Papiergewichts
und der -dicke. Papier und andere flache Druckmedien weisen eine
gewisse Steifigkeit auf – der
Widerstand gegen Verkrümmen oder
Verbiegen. Der Zusammenhang ist zwar nicht immer proportional, doch
ist ein leichteres Medium weniger steif und ein schwereres Medium
steifer. Die vorliegende Erfindung nutzt die relative Steifigkeit von
Papier oder anderen Druckmedien unterschiedlichen Gewichts aus,
um dem Drucker eine Rückmeldung über den
Typ des sich durch den Drucker hindurchbewegenden Papiers zu geben.
Das Erfassungssystem der Erfindung umfaßt eine bewegbare Medienführung und
einen auf eine Bewegung der Führung
ansprechenden Sensor. Es ist erwünscht, daß die Medienführung eine
gekrümmte
Medienkontaktoberfläche
aufweist, um dem Papier zu widerstehen, während es die Führung entlanggeschoben wird.
Ein mit der Führung
wirksam gekoppeltes Vorspannungselement kann dazu verwendet werden, um
den Widerstand der Führung
gegen das sich fortbewegende Papier zu regeln. Steifes schwereres
Papier bewirkt, daß sich
die Führung
bewegt, während das
Papier entlang der Kontaktoberfläche
der Führung
geschoben wird. Weniger steifes leichteres Papier bewirkt keine
oder zumindest keine so starke Bewegung der Führung wie das steife schwerere
Papier. Ein Sensor spricht auf die Bewegung der Führung an,
um die Steifigkeit und daher das Gewicht des Papiers zu erfassen.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Laserdruckers.
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2 ist
eine Querschnittseitenansicht des Laserdrukkers aus 1, die den Papierweg durch die Hauptkomponenten
des Druckers zeigt.
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3 ist
eine Detailseitenansicht eines Ausführungsbeispiels des automatischen
Papiergewichtserfassungssystems.
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4 ist
ein Top-Down-Grundriß eines
photoelektrischen Sensors, der die LED und den Phototransistor zeigt.
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5 ist
eine isometrische Teildetailansicht, die das Torbauglied in der
Erfassungszone eines der photoelektrischen Sensoren in dem Erfassungssystem
zeigt.
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6 ist
eine Detailseitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des automatischen Papiergewichtserfassungssystems.
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Es wird zwar erwartet, daß das automatische Papiergewichtserfassungssystem
der vorliegenden Erfindung bei elektrophotographischen Druckvorrichtungen,
wie z. B. dem in den 1 und 2 dargestellten Laserdrucker,
am nützlichsten
ist, doch kann das System bei verschiedenen Typen von Druckern,
Kopierern und anderen Bilderzeugungsvorrichtungen verwendet werden.
Die 1 und 2 stellen einen Laserdrucker
dar, bezeichnet durch ein Bezugszeichen 10, der für eine Verwendung
mit dem erfundenen Papiergewichtserfassungssystem angepaßt ist.
Unter Bezugnahme auf 1 überträgt ein Computer
Daten, die ein Bild darstellen, zu einem Eingangsport 12 eines
Druckers 10. Diese Daten werden in einem Formatierer 14 analysiert,
der typischerweise aus einem Mikroprozessor und einem verwandten
programmierbaren Speicher und Seitenpuffer besteht. Der Formatierer 14 formuliert
und speichert eine elektronische Darstellung jeder zu druckenden
Seite. Sobald eine Seite formatiert wurde, wird sie zu dem Seitenpuffer übertragen.
Der Seitenpuffer spaltet die elektronische Seite in eine Reihe von
Zeilen oder „Streifen" auf, die einen Punkt
breit sind. Jeder Datenstreifen wird an eine Druckersteuerung 15 gesendet.
Die Steuerung 15, die auch einen Mikroprozessor und einen
programmierbaren Speicher umfaßt, treibt
einen Laser 16 und steuert den (die) Antriebsmotor(en),
Fixierertemperatur und -druck und die anderen Druckmaschinenkomponenten
und Betriebsparameter.
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Jeder Datenstreifen wird dazu verwendet, den
von dem Laser 16 erzeugten Lichtstrahl derart zu modulieren,
daß der
Strahl die Daten „trägt". Der Lichtstrahl
wird von einem rotierenden Spiegel 18 mit mehreren Facetten
abreflektiert. Während
jede Facette des Spiegels 18 durch den Lichtstrahl gedreht wird,
reflektiert oder bewegt sie den Strahl „abta stend" über
die Seite einer Photoleitertrommel 20. Die Photoleitertrommel 20 dreht
sich auf einer motorgetriebenen Welle derart, daß sie gerade weit genug vorrückt, daß jede darauffolgende
Abtastbewegung des Lichtstrahls auf der Trommel 20 sofort
nach der vorhergehenden Abtastbewegung aufgezeichnet wird. Auf diese
Weise wird jeder Datenstreifen auf der Photoleitertrommel 20 als
eine Zeile nach der anderen aufgezeichnet, um die Seite auf der
Trommel zu reproduzieren.
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Eine Laderolle 22 lädt die Photoleitertrommel 20 auf
eine relativ hohe, im wesentlichen einheitliche negative Polarität an ihrer
Oberfläche
auf. Die Bereiche auf der vollständig
geladenen Trommel 20, die dem Lichtstrahl von dem Laser 16 ausgesetzt
sind, stellen das gewünschte
Druckbild dar. Die belichteten Bereiche der Trommel 20 sind
teilweise oder vollständig
entladen, in Abhängigkeit
von der Intensität des
Lichtstrahls und der Belichtungsdauer. Die unbelichteten Hintergrundbereiche
der Trommel 20 bleiben vollständig geladen. Dieser Prozeß erzeugt
ein latentes elektrostatisches Bild auf der leitenden Trommel 20.
Eine Entwicklerrolle 24 überträgt Toner auf die Photoleitertrommel 20.
Typischerweise wird ein trockener magnetischer Isoliertoner verwendet. Der
Toner wird durch einen inneren Magneten zu der Entwicklerrolle 24 hin
angezogen. Die Tonerpartikel sind so geladen, daß sie eine negative Polarität aufweisen.
Die Entwicklerrolle 24 ist elektrisch vorgespannt, um den
negativ geladenen Toner zu den Entladungsbildbereichen auf der Trommel 20 hin
abzustoßen.
Auf diese Weise wird der Toner auf die Photoleitertrommel 20 übertragen,
um ein Tonerbild auf der Trommel zu bilden.
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Der Toner wird von der Photoleitertrommel 20 auf
ein Papier 26 übertragen,
während
das Papier 26 zwischen der Trommel 20 und einer Übertragungsrolle 28 hindurchläuft. Die Übertragungsrolle 28 ist
elektrisch vorgespannt, um der Rückseite
des Papiers 26 eine relativ starke positive Ladung zu verleihen,
während
dieses an der Rolle 20 vorbeiläuft. Die positive Ladung zieht
den negativ geladenen Toner an und zieht ihn von der Trommel 20,
um das Bild auf dem Papier 26 zu bilden. Der Toner wird
dann auf dem Papier 26 fixiert, während das Papier zwischen erwärmten Fixierrollen 30 hindurchläuft. Die
Trommel 20 wird mit einer Reinigungsklinge 32 von überschüssigem Toner
gereinigt.
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Unter Bezugnahme jetzt auch auf 2 wird jedes Papierblatt 26 durch
eine Reihe von Rollen und Papierführungen hindurch zu der Photoleitertrommel 20 hin
fortbewegt. Eine Zuführrolle 34 nimmt
das oberste Blatt Papier von dem Stapel in einer Papierablage 36 auf
und bewegt es zu einem Paar Transportrollen 38 vor. Während die
Transportrollen 38 das Papier 26 weiter fortbewegen,
drehen Papierführungen 40, 41 und 42 das
Papier um 90° zu
Ausrichtungsrollen 44 hin. Die Ausrichtungsrollen 44 bewegen
das Papier 26 zu der Trommel 20 und der Übertragungsrolle 28 fort,
wo der Toner wie oben beschrieben aufgebracht wird. Das Papier 26 bewegt sich
dann durch die erwärmten
Fixiererrollen 30 hindurch und zu einem Ausgabebehälter 46 hin.
Während
die Transportrollen 48 und 50 das Papier 26 fortbewegen,
drehen die Papierführungen 52 und 54 das Papier
in den Ausgabebehälter 46.
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3 ist
eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels
des Papiergewichtserfassungssystems. Das Erfassungssystem, das auch
als der „Detektor" bezeichnet wird,
ist allgemein durch ein Bezugszeichen 60 angegeben. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird die äußere gekrümmte Papierführung 40,
die das Papier 26 zu den Ausrichtungsrollen 44 hin
leitet, zum Bestimmen des Gewichts des Papiers 26 verwendet.
Die Papierführung 40 ist
vorteilhaft, weil sie (a) gekrümmt
ist, um der Bewegung des Papiers 26 zu widerstehen, und
(b) vor den Ausrichtungsrollen 44 positioniert ist, um
das Papiergewicht zu erfassen, bevor das Papier die Photoleitertrommel 20 und
die anderen nachgeschalteten Druckmaschinenkomponenten erreicht.
Andere Papierführungen entlang
des Papierwegs könnten
verwendet werden. Eine innere Papierfüh rung 41 z. B., die
vor den Ausrichtungsrollen 44 positioniert ist, könnte auch
das Papiergewicht erfassen, bevor das Papier die Photoleitertrommel 20 erreicht.
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Unter Bezugnahme auf 3 bewegt sich das Papier 26 entlang
einer Kontaktoberfläche 40a der
Führung 40.
Ein vorderer Abschnitt 40b der Führung 40 ist an einem
Stift 56 befestigt, so daß die Führung 40 auf dem Stift 56 geschwenkt
wird. Der Schwenkstift 56 ist an dem Druckerchassis oder
einer anderen stabilen Druckerkomponente befestigt oder einstückig mit
dem Chassis oder der Komponente gebildet. Ein Detektor 60 umfaßt die Führung 40,
ein Tor 62, Sensoren 64 und 66 und ein
Vorspannungselement 67. Die Sensoren 64 und 66 sind
mit der Steuerung 15 elektronisch verbunden, wie in 1 abgebildet ist. Das Tor 62 steuert
die Signale, die von den Sensoren 64 und 66, die
die Position der Führung 40 erfassen,
erzeugt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist das Tor 62 als ein Arm ausgeführt, der sich weg von dem hinteren
Abschnitt 40c der Papierführung 40 zu den Sensoren 64 und 66 hin erstreckt.
Andere Tortypen könnten
auch verwendet werden. Zum Beispiel könnte der Arm weggelassen und
ein Sensor durch das Ende der Führung 40 aktiviert
werden, wie in 6 abgebildet
ist.
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Während
sich das Papier 26 zu den Ausrichtungsrollen 44 hin
fortbewegt, drückt
es gegen die Führung 40 und
versucht, die Führung 40 auf
dem Stift 56 zu schwenken und dadurch das Tor 62 abzulenken.
Ob und in welchem Maße
das Papier 26 das Tor 62 ablenkt, wird durch das
Gewicht des Papiers, das in seiner Steifigkeit reflektiert wird,
und durch die Kraft bestimmt, die durch das Vorspannungselement 67 auf
die Führung 40 ausgeübt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist das Vorspannungselement 67 eine Feder, die zwischen
die Führung 40 und
das Druckerchassis oder eine andere stabile Druckerkomponente geschaltet
ist. Der Ablenkungsbetrag des Tors 62 wird durch die Sensoren 64 und 66 erfaßt und an
die Druckersteuerung 15 ausgegeben. Das Gewicht und die
Dicke des Papiers 26 können
in dem Mikroprozessor der Steuerung
15 gemäß dem geeigneten
Algorithmus oder Modell berechnet werden. Das Ausgangssignal aus
dem Detektor 60 wird durch die Druckersteuerung 15 dazu
genutzt, um Operationen dieser Druckmaschinenkomponenten und Druckparameter
automatisch zu steuern, die von dem Papiergewicht oder der -dicke
abhängen,
wie z. B. Fixiertemperatur und -druck, die Geschwindigkeit, mit
der das Papier durch den Drucker fortbewegt wird, und der Übergangsstrom
(der Übergangsstrom ist
der elektrische Strom oder die elektrostatische Kraft, die den Toner
auf das Papier bewegt). Diese Parameter und die sie steuernden Komponenten können alle
durch die Steuerung 15 gemäß dem Ausgangssignal des Detektors 60 eingestellt
werden. Es ist erwünscht,
den Detektor 60 vorgeschaltet zu der Photoleitertrommel 20 zu
positionieren, so daß das Ausgangssignal
des Detektors 60 durch die Druckersteuerung 15 dazu
genutzt werden kann, die Photoleitertrommel 20 und die
anderen nachgeschalteten Druckmaschinenkomponenten zu steuern.
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Unter Bezugnahme auf 4 umfaßt jeder Sensor 64 und 66 eine
lichtemittierende Diode (LED) 68 und einen Phototransistor 70.
Als eine Alternative zu der LED 68 kann eine Wolframlampe,
eine Neonlampe oder jede geeignete Lichtstrahlungsquelle, vorzugsweise
Infrarotlicht, verwendet werden. Auf ähnliche Weise kann als eine
Alternative zu dem Phototransistor 70 eine Photodiode,
ein Photowiderstand oder jeder andere geeignete Lichtsensor verwendet
werden. Die LED 68 und der Phototransistor 70 sind
einander gegenüber
in den Sensoren 64 und 66 befestigt. Das Tor 62 auf
der Führung 40 läuft durch
eine Erfassungszone 72 zwischen der LED 68 und
dem Phototransistor 70, wie am besten aus 5 ersichtlich ist. Das Ausgangssignal
aus dem Phototransistor 70, das zu der Druckersteuerung 15 übertragen
wird, zeigt die Anwesenheit oder Abwesenheit des Tors 62 in
der Erfassungszone 72 an.
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Bei dem Ausführungsbeispiel aus 3 blockiert das Tor 62 das
durch die LED in einem ersten Sensor 64 emittierte Licht
und der Detektor 60 gibt ein Leichtgewichtspapiersignal
an die Steuerung 15 aus, wenn das Tor 62 in der
Erfassungszone des ersten Sensors 64 bleibt, während sich
das Papier 26 entlang der Führung 40 bewegt. Wenn
das Tor 62 in den Bereich zwischen den Sensoren 64 und 66 geschoben
wird, während
sich das Papier 26 wie in 3 abgebildet
entlang der Führung 40 bewegt, dann
erfassen die Phototransistoren 70 in beiden Sensoren das
durch die LEDs 68 emittierte Licht und der Detektor 60 gibt
ein Mittelgewichtspapiersignal an die Steuerung 15 aus.
Wenn sich das Tor 62 in die Erfassungszone des zweiten
Sensors 66 bewegt, während
sich das Papier 26 entlang der Führung 40 bewegt, dann
blockiert das Tor 62 das durch die LED in dem zweiten Sensor 66 emittierte
Licht und der Detektor 60 gibt ein Schwergewichtspapiersignal
an die Steuerung 15 aus. Im allgemeinen weist Leichtgewichtspapier
ein Basisgewicht kleiner als etwa 90 Gramm pro Quadratmeter, Mittelgewichtspapier
ein Basisgewicht zwischen etwa 90 und 135 Gramm pro Quadratmeter
und Schwergewichtspapier ein Basisgewicht größer als etwa 135 Gramm pro
Quadratmeter auf. Da die meisten Drukkeroperationen Leichtgewichtspapier
nutzen, sollten das Tor 62 und die Führung 40 auf die Leichtpapiergewichtsposition
vorgespannt werden. Das heißt,
die voreingestellte Position des Detektors 60 ist vorzugsweise
an der Leichtpapiergewichtsposition.
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Ein Vorspannungselement wird verwendet, um
dem Papier 26 zu widerstehen, während es sich entlang der Führung 40 bewegt.
In 3 ist das Vorspannungselement 67 eine
Feder. Die Feder 67 in 3 könnte durch
eine Torsionsfeder, die wirksam zwischen die Führung 40 und den Schwenkstift 56 gekoppelt
ist, ersetzt werden. Andere Vorspannungselemente sind ebenfalls
möglich.
Zum Beispiel kann das Vorspannungselement in dem Widerstand, der an
der Verbindung zwischen der Führung 40 und dem
Schwenkstift 56 bereitgestellt wird, inhärent sein.
Wichtig ist, daß die
Führung 40 den
gewünschten
Widerstand gegen das Papier 26 liefert, während das
Papier die Führung
in Eingriff nimmt und sich an ihr vorbei fortbewegt.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Detektors 60 dient
der Phototransistor 70 aus 4 als
eine digitale EIN/AUS-Vorrichtung, die auf die Anwesenheit oder
Abwesenheit des Tors 62 in der Erfassungszone 72 anspricht.
Bei einem in 6 dargestellten
alternativen Ausführungsbeispiel des
Detektors 60 ist das Tor 62 so hergestellt, um
einen variierenden Grad des Infrarotlichts, das durch die LED 68 emittiert
wird, durchzulassen. Das Lichtdurchlassungsvermögen des Tors 62 variiert
von einem ersten durchscheinenden Abschnitt 62a zu einem
zweiten opaken Abschnitt 62b. Vorzugsweise variiert der
Grad der Lichtdurchlässigkeit
im wesentlichen in einem Kontinuum zwischen dem ersten durchscheinenden
Abschnitt 62a, bei dem das Licht ungehindert durchgelassen
wird, und dem zweiten opaken Abschnitt 62b, bei dem das
Licht blockiert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Phototransistor 70 als
eine lineare analoge Vorrichtung, die auf den Grad an Licht, das
durch das Tor 62 hindurchtritt, und entsprechend auf den
Ablenkungsgrad des Papiers 26 anspricht. Deshalb kann der
Ablenkungsgrad und daher das Gewicht des Papiers kontinuierlich
gemessen werden und nicht in einzelnen Inkrementen.