专利名称：纸张探测装置和包括该装置的成像装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种纸张探测装置和包括该装置的成像装置。更特别地，本申请涉及这样一种纸张探测装置和包括该装置的成像装置，其可以大致防止当通过弹性部件将接触力施加到所述纸页上时、由于打印纸与纸张接触臂之间接触而造成的纸页污染。
背景技术：
打印纸包括不同尺寸和弹性的记录介质，例如纸张、胶片和相纸，其可用作例如打印字符和图片的打印机，复印机、传真机和照片打印机等装置(下文中的“成像装置”)的成像介质。
电子照相成像装置通过在带有一定电势的光敏介质上扫描激光而形成静电潜像。显影单元将该静电潜像显影成具有预定颜色的调色剂图像。通过将该调色剂图像转印并定影到打印纸页上，在打印纸页上打印出单色图像或彩色图像。通过排出路径将其上已定影有调色剂图像的纸页排出。
在电子照相成像装置中，由多个辊传送打印纸页，多个传感器感测打印纸页是否被正确传送。
这些传感器包括非接触型传感器，其根据通过打印纸页的光量来确定打印纸页是否处于纸张路径上；以及接触型传感器，其利用打印接触臂的前端部分直接接触打印纸页的表面来感测是否有打印纸页通过排出路径排出。
日本已公开专利公开号No.1995-144789和No.1998-59582都公开了接触型传感器。每个接触型传感器包括接触打印纸页表面的纸张接触臂；传感器操纵臂，其打开和关闭与纸张接触臂接合的光学传感器；和利用弹性力将纸张接触臂返回到初始位置的弹簧。
与非接触型传感器相比，接触型传感器可在成本、可靠性和精确度上具有更多的优势。但是，由于需加热打印纸页表面以将调色剂图像转印或定影于其上，直接接触加热的打印纸页表面的纸张接触臂可能会因为调色剂颗粒粘附于其上而造成污染。
当弹性部件的将纸张接触臂返回到初始位置的弹性力过大时，打印纸页的表面很可能受到污染。若弹性力较小，则纸张接触臂不能正确地返回到初始位置，由此引起卡纸。
因此，需要一种改进的纸张探测装置的成像装置，该探测装置大致能够防止由于打印纸页与纸张接触臂之间的接触而造成的污染。
发明内容
本发明提供一种纸张探测装置和包括该装置的成像装置，其中当利用弹性部件使纸张接触臂返回到其初始位置时，接触力调节单元通过在与弹性部件的弹性力相反的方向上产生转动力来调节接触力处于预定的范围内。
根据本发明的一个方面，一种纸张探测装置包括一纸张接触臂，其第一端与打印纸页的表面接触，而第二端连接到一转动部件。由于所感测的打印纸页的恢复力，纸张接触臂围绕转动部件转动。一传感器单元感测纸张接触臂的转动。一弹性部件在纸张接触臂接触打印纸页的方向上弹性偏置纸张接触臂。一接触力调节单元在与弹性部件产生的弹性力相反的方向上产生转动力，并且调节在纸张接触臂和打印纸页之间的接触力的大小。
根据本发明的另一方面，一种成像装置包括使用电子照相方法将调色剂图像转印到打印纸页上的打印单元。定影辊彼此面对并且当定影辊转动时通过对调色剂图像施加热和压力将调色剂图像定影到打印纸页上。纸张接触臂弹性接触经定影辊排出的打印纸页，并且由于打印纸页的恢复力，纸张接触臂围绕转动部件转动。传感器单元感测纸张接触臂的转动。弹性部件在纸张接触臂接触打印纸页的方向上弹性偏置纸张接触臂。接触力调节单元在与弹性部件产生的弹性力相反的方向上产生转动力，并且调节在纸张接触臂和打印纸页之间的接触力的大小。
接触力调节单元可以是一重块并且该重块的质量中心可以偏心地位于转动部件的上部上，以便利用重块的净负荷(dead load)产生在与弹性部件产生的弹性力相反的方向上的转动力。
通过下面结合附图公开本发明典型实施例的详细说明，本发明的其它目的、优点和显著特征将变得更加显而易见。
本发明的上述和其它特征通过参照附图对其典型实施例的详细说明将变得更加显而易见。其中图1是示意性示出根据本发明的一个典型实施例的成像装置的结构的侧视图；图2是图1的D部分的透视图；图3是图1的D部分的俯视图；图4是图2中标识为E部分的纸张探测装置的局部横截面的正视图；图5是根据本发明一典型实施例的纸张探测装置的透视图；图6是当施加向下按压打印纸页的接触力时，图5的F部分的隔离体图(free-body diagram)；图7是当施加向上按压打印纸页的接触力时，图5的F部分的隔离体图；图8是图5的纸张探测装置中作用力距(applied moment)的大小与转动角度的关系的曲线图；在所有附图中，相同的参考标记应该理解成指代相同的部分、组件和结构。
具体实施例方式
图1是示意性示出根据本发明的一个典型实施例的成像装置的侧视图。图2是图1的D部分的透视图。图3是图1的D部分的俯视图。图4是图2中标识为E部分的纸张探测装置的局部横截面的正视图。图5是根据本发明一典型实施例的纸张探测装置的透视图。
参照图1和图2，打印单元100利用电子照相方法将调色剂图像转印到打印纸页S上，该打印单元包括第一定影辊171、第二定影辊172、排出路径310和翻转路径320。参考标记180、181和182分别表示供纸盒、拾取辊和送纸辊。
打印单元100包括充电器120、激光扫描单元(LSU)130、感光鼓110、多个显影单元140、转印带150和转印辊160。根据本发明的一个典型实施例，打印单元100优选能够打印彩色图像并且包括四个显影单元140，每个单元内装有黑(K)、青(C)、洋红(M)和黄(Y)色显影剂。
在上述打印单元100的成像过程中，充电器120使感光鼓110的表面带上一定的电势。然后，LSU 130将对应于例如黄色图像数据的光扫描到感光鼓110上。由于在扫描光的部分和未曝光的部分之间的相对电势差，形成了黄色(Y)静电潜像。该静电潜像由向静电潜像提供显影剂的显影单元140Y显影成黄色(Y)调色剂图像。该黄色(Y)调色剂图像被转印到转印带150上。
在黄色(Y)调色剂图像转印到转印带150之后，将按照与黄色调色剂图像相同的成像方式形成的洋红(M)、青(C)和黑(K)色调色剂图像依次彼此重叠地转印到转印带150上。因此，在转印带150上完整地形成彩色调色剂图像。拾取辊181将打印纸页S从供纸盒排出，然后经送纸辊182传送。当彩色调色剂图像的前端到达转印带150和转印辊160彼此面对的位置时，打印纸页S正好到达转印带150和转印辊160彼此面对的位置。然后将彩色调色剂图像转印到打印纸页S上。
转印后的打印纸页S进入到第一定影辊171和第二定影辊172之间。第一定影辊171和第二定影辊172彼此接触并挤压地转动。至少第一定影辊171和第二定影辊172中的一个包括加热器。第一定影辊171和第二定影辊172在下文中称为定影辊170。定影辊170通过对打印纸页S加热和加压将彩色调色剂图像定影到打印纸页S上，由此完成彩色调色剂图像的打印。
在上述典型实施例中，作为本发明的一个实例描述具有单个感光鼓和单个LSU的多道型(multiple-pass type)打印单元。然而，本发明并不仅限于这种结构，各种类型的打印图像的电子照相打印单元都可以应用于本发明。
排出路径310连接定影辊170和排出辊183。其上已打印有调色剂图像的打印纸页S经排出路径310排出到出纸盘190中。也可还包括用于对打印纸页S进行双面打印的翻转路径320。经翻转路径320将已在一面上打印有图像的打印纸页S翻转并传送到打印单元，以在打印纸页S的另一面上打印图像。翻转路径320从排出路径310中分叉出来，并延伸到馈送打印纸页S的打印单元100的送纸辊182。可在排出路径310和翻转路径320上安装单独的驱动单元(未示出)以馈送打印纸页S。
在成像装置的操作中，由拾取辊181将打印纸页S从供纸盒180中取出，或者经用于双面打印的翻转路径320提供打印纸页S。送纸辊182将打印纸页S插入转印带150和转印辊160之间。当通过充电、扫描、显影和转印过程，将彩色调色剂图像转印到转印带150上。然后，将彩色调色剂图像从转印带150转印到打印纸页S上。将其上转印有彩色调色剂图像的打印纸页S插入定影辊170，并在加热和加压的定影过程后将打印纸页S排出到排出路径310。
参照图2至4，引导部件200将从定影辊170排出的打印纸页S引导到排出路径310。作为一个典型实施例，在第二定影辊172上方设置在打印纸页S的宽度方向上延伸的框架280。优选与框架280一体形成引导部件200。
纸张接触臂210与框架280枢转连接。作为一个典型实施例，转动部件230枢轴连接于框架280，并且纸张接触臂210连接到转动部件230上。纸张接触臂210的前端部延伸到打印纸页S从定影辊170排出的地方。从定影辊170排出的打印纸页S推动纸张接触臂210，由此使得纸张接触臂转动。
传感器单元感测纸张接触臂210的转动以探测打印纸页S。根据本发明的一个典型实施例，该传感器单元包括感测打印纸页S的传感器290以及传感器操纵臂220，传感器操纵臂220根据纸张接触臂210是否接触打印纸页S来打开和关闭传感器，并且传感器操纵臂220与纸张接触臂210一起转动。
转动部件230可为枢轴连接到固定在框架280上的一凸台的一轴，该凸台类似于轴承。传感器操纵臂220连接到转动部件230的端部231。传感器操纵臂220与纸张接触臂210一起转动以探测是否打印纸页S从定影辊170中排出来。通过转动的传感器操纵臂220打开和关闭传感器290。该传感器290可以是光学传感器或微型开关。
作为光学传感器的一个典型实施例，在形成于传感器操纵臂220的一个端部上的光屏蔽部分的两侧分别安装光发射传感器和光接收传感器。光屏蔽部分屏蔽从光发射传感器发射到光接收传感器上的光。本发明并不仅限于此，光屏蔽部分还可以反射从光发射传感器发射光接收传感器上的光。
传感器290可以用于确定是否卡纸。例如，如果在从供纸盒180中取出打印纸页S后的预定时间内，传感器290未感测到打印纸页，就可以确定供纸盒180和定影辊170之间的馈纸路径中发生了卡纸。当传感器290在探测打印纸页S后的一预定时间保持处于ON状态时，可以确定在定影辊170或排出路径310中发生了卡纸。
参照图3，安装弹性部件240使其在纸张接触臂接触打印纸页S的方向上弹性偏置纸张接触臂210。弹性部件240可以是同心连接到转动部件230的扭转弹簧。该弹性部件240提供抵压打印纸页的接触力，并且使纸张接触臂210返回到初始位置。
该扭转弹簧的一端连接到纸张接触臂210。该扭转弹簧的另一端可以连接到成像装置的框架280上。然而，本发明并不仅限于此，可安装例如压簧、片簧和橡胶等弹性介质使纸张接触臂210返回到初始位置。
当忽略例如阻尼力的非线性因素时，弹性力的大小等于弹性系数乘以位移转动角(displacement rotation angle)。弹性力相对于位移转动角的增加成比例地增加，该弹性力的增加增加了压靠打印纸页S的接触力。安装调整相对于打印纸页S的接触力的一接触力调节单元，以在与弹性部件240的弹性力方向相反的方向上产生转动力。安装重块400作为该接触力调节单元的一个实施例。示例性的，重块400偏心地布置在转动部件230的上部上，以便利用重块400的静负荷，在与弹性部件240的弹性力相反的方向上产生转动力。
纸张接触臂210接触打印纸S的图像区。该图像区是实际打印图像的区域，不算顶部、底部和侧部的页边。各种宽度和尺寸的打印纸页都可用于打印图像。为了以最小宽度接触打印纸页S，纸张接触臂210可以位于打印纸页S宽度方向的中心。
用于电子照相成像装置的调色剂是具有预定颜色的常用树脂。当打印纸页上的加热的调色剂未充分冷却时，打印纸页上的调色剂可能是粘性的。当在打印纸页S的背面上打印图像或者在打印纸页S的两面打印图像时，固定附于打印纸页S的调色剂由于被定影辊170加热而再次熔化。当在打印纸页S的两面打印图像时，由于纸张接触臂210的前端部接触打印纸页的背面的图像区，该打印纸页S的背面可能被污染。当在打印纸页S的背面打印图像时，在已打印页上的由于定影辊170加热而软化的调色剂污染了纸张接触臂210的前端部，因此打印纸页被二次污染。
为了避免污染打印纸页，需要减少接触力。弹簧的弹性系数必须减小到确保最小弹性力的范围内。但是，如果弹性部件240的弹性系数低，由于在小的公差范围内制造和装配弹性部件240，则会降低大规模生产能力和效率。当使用具有大弹性系数的弹性部件240且接触力调整部件减少弹性部件240的接触力时，就可以在扩大的公差范围内制造装配弹性部件240，由此可以提高大规模生产能力。
通过将弹性系数乘以转动角可获得弹性部件240的弹性力。该弹性力相对于施加在打印纸页S的纸张接触臂210的转动角成比例地增加。由于根据打印纸页的尺寸和材料，弹性系数在宽度方向上和长度方向上不同，所以纸张接触臂210的转动角也变化。由于接触力根据由打印纸页的各种尺寸和材料造成的转动角的变化而灵敏地变化，所以需要接触力调节单元能够主动地处理转动角的变化。
由纸张接触臂210的静负荷产生的接触力对应于将转动部件230的中心和纸张接触臂210的质量中心之间的水平投影距离乘以纸张接触臂210的静负荷所获得的转矩。水平投影距离代表垂直于重力方向的距离。当纸张接触臂210大致垂直于重力方向时，由纸张接触臂210的静负荷产生的接触力的大小最大。由纸张接触臂210的静负荷产生的接触力的大小随着纸张接触臂210的进一步转动而进一步减小。当纸张接触臂210停止在大致平行于重力方向的方向上时，接触力为0。由于当纸张接触臂210停止在平行于重力方向的方向上时，未施加由静负荷产生的弹性力，所以纸张接触臂210可能不返回，因此产生了卡纸。所以，理想的是，通过利用弹性部件240的弹性力，而不是仅依靠纸张接触臂210的静负荷，来防止纸张接触臂不返回并且获得预定的接触力。但是弹性部件240的接触力相对于转动角成比例地过大地增加会造成例如难以使用不同的纸张、纸张损坏和打印表面污染等问题。而接触力调节单元调节过大的接触力。
由于安装扭转弹簧时将其按压以具有初始位移，甚至在纸张接触臂210转动之前，由扭转弹簧产生的弹性力就施加到纸张接触臂210上。这个初始弹性力相应于常量，是一个较小的值，因此当检查接触力的变化大小时，该初始弹性力可以被忽略。
当纸张接触臂210的材料是合成树脂时，由于纸张接触臂210的静负荷很小，且转动部件230和纸张接触臂210的质量中心之间的水平投影距离包括余弦项，该变化的大小很小(因为当θ为小角度时cosθ1)。因此当检查接触力的变化大小时，由纸张接触臂210的静负荷产生的转动力可以被忽略。
图6是当在打印纸页上施加向下按压的接触力时，图5的F部分的隔离体图。图7是当在打印纸页上施加向上抬升的接触力时，图5的F部分的隔离体图。虚线表示在转动前位于初始位置的纸张接触臂210和重块。在图6和7的隔离体图中，转矩的平衡方程如下。转矩的平衡方程是θ的函数，θ是从转动前纸张接触臂210的初始位置转动到纸张接触臂210检测打印纸页的位置的角度。
∑T＝T弹簧-TMg＝kθ-MgLsinθT弹簧扭转弹簧的弹性力矩TMg重块的静负荷引起的转矩K扭转弹簧的扭转弹性系数θ从纸张接触臂的初始位置转动的角度M重块质量g重力加速度L重块质量中心的偏心率图8是转动角度θ(度)在水平轴上，T弹簧和TMg在垂直轴上的图表。假设k＝0.2(N·m/度)，MgL＝10(N·m)，以所示力矩值为例。
参照图8，如果θ＝30°且没有安装重块时，将对应于等式T弹簧＝6(N·m)的弹性力矩(附图标记800)施加到打印纸页上。如果θ＝30°且安装重块时，将对应于等式T弹簧-TMg＝6-5＝1(N·m)的弹性力矩(附图标记800)施加到打印纸页上。
当转动角θ很小时，sinθ的值也很小，但由于sinθθ，其相对于转动角度成比例增加。由转动角度造成的弹簧弹性力矩T弹簧的增加斜率可以通过相对于扭转弹性系数适当地选择ML来减少，ML为重块质量乘以偏心距离。
随着转动角度θ的增加，sinθ几乎为恒量(sin 90°＝1)。因此通过控制ML很难减小弹簧弹性力矩T弹簧的增加斜率。但是由于sinθ的值大，MgLsinθ的值也被增加。ML的值可相对较小。因此可以相对减少用于安装重块的成本和空间。
也就是说，在上部方向上垂直安装重块有助于减少弹簧弹性力矩T弹簧的增加斜率，并且横向水平安装重块有助于在小的安装空间内减小弹簧弹性力矩T弹簧的大小。
由于只有当从等式∑T＝T弹簧-TMg＝kθ-MgLsinθ获得的值为正时，才产生向下按压在打印纸页上的接触力，必须小心确定k、ML和重块的初始位置。
虽然上述典型实施例是在施加向下按压在打印纸页上的接触力的假设下进行描述的，但本发明并不仅限于此，还可以施加将打印纸页向上抬起的接触力。参照图7，扭转弹簧安装在扭转弹簧向上抬升纸张接触臂210的方向上。当纸张接触臂210在逆时针方向转动时，在顺时针方向上施加T弹簧，即弹簧弹性力矩，在逆时针方向上施加TMg，且转动角度θ为正。然而，图6和7的转矩的平衡方程是相同的，因此的T弹簧和TMg相对于转动角度θ的变化与图8中所示出的大致相同。
在上述典型实施例中，假设由弹簧的初始安装力以及纸张接触臂210和传感器操纵臂220在转动前初始位置处的静负荷所造成的初始转矩可以忽略。但是，在转矩平衡方程中需要考虑到初始转矩，以消除在由弹簧的初始安装力和纸张接触臂210和传感器操纵臂220在转动前初始位置处的静负荷造成的初始转矩。设定重块上的垂直轴为参考轴，当安装重块使其在水平方向上距参考轴预定的角度时，可以消除初始转矩。
根据本发明的典型实施例，重块的质量中心距转动部件230的向上的垂直轴成预定角度，因此，可消除当纸张接触臂210位于转动前的初始位置时，由弹性部件240产生的弹性力以及纸张接触臂210和传感器操纵臂220的静负荷引起的转矩。
虽然上述典型实施例描述为包括一个纸张接触臂210，但本发明并不仅限于此，可在成像装置中安装多个纸张接触臂和多个纸张探测装置。
根据本发明上述的典型实施例，纸张探测装置和包括该装置的成像装置通过使用弹性部件将纸张接触臂返回到其初始位置来避免卡纸，由此通过使用接触力调节单元在预定范围内调节纸张接触力，避免纸张的损坏和污染。此外，纸张探测装置和包括该装置的成像装置的结构简单，可提高大规模生产能力。
虽然本发明已参照其典型实施例具体示出并进行了描述，本领域的普通技术人员应该可以理解在不背离如下面权利要求中所限定的本发明的精神和范围之内，可以在形式和细节上进行各种变化。
本申请要求于2004年11月24日提交给韩国知识产权局的申请号为10-2004-0097016的韩国专利申请的优先权，其全部公开在此作为参考引入。
权利要求
1.一种纸张探测装置，包括一纸张接触臂，其具有适于接触纸页表面的一第一端和连接到一转动部件的一第二端，由于被探测的纸页的恢复力，所述纸张接触臂围绕所述转动部件转动；一传感器单元，其感测所述纸张接触臂的转动；一弹性部件，其在所述纸张接触臂接触所述纸页的方向上弹性偏置所述纸张接触臂；和一接触力调节单元，其在与所述弹性部件产生的弹性力方向相反的方向上产生转动力，并且调节在所述纸张接触臂和所述纸页之间的接触力的大小。
2.根据权利要求1所述的纸张探测装置，其中，所述传感器单元包括一传感器，其探测纸页；和一传感器操纵臂，其根据所述纸张接触臂是否接触到纸页来打开和关闭所述传感器，所述传感器操纵臂与所述纸张接触臂一起转动。
3.根据权利要求2所述的纸张探测装置，其中所述传感器是一光学传感器，该光学传感器包括一光发射传感器和一光接收传感器，两者彼此分隔地分别设置于形成在所述传感器操纵臂的一个端部上的一光屏蔽部分的两侧。
4.根据权利要求1所述的纸张探测装置，其中所述弹性部件是与所述转动部件同心连接的一扭转弹簧。
5.根据权利要求1所述的纸张探测装置，其中所述接触力调节单元是一重块，并且所述重块的质量中心偏心地位于所述转动部件的上部上。
6.根据权利要求5所述的纸张探测装置，其中由所述重块的静负荷产生的转动力处于与所述弹性部件产生的所述弹性力的第二方向相反的第一方向上。
7.根据权利要求6所述的纸张探测装置，其中所述重块的质量中心距通过所述转动部件的一垂直轴成预定角度，以便消除当所述纸张接触臂位于转动前的一初始位置时，由所述弹性部件产生的弹性力以及所述传感器操纵臂和所述纸张接触臂的静负荷引起的转动力。
8.一种成像装置，包括一打印单元，其利用电子照相方法将一调色剂图像转印到一纸页上；定影辊，其彼此面对地设置在所述成像装置中，并且当所述定影辊转动时，通过对所述调色剂图像加热和加压而将所述调色剂图像定影到所述纸页上；一纸张接触臂，其弹性接触从所述定影辊排出的纸页，并且由于所述纸页的恢复力，所述纸张接触臂围绕一转动部件转动；一传感器单元，其感测所述纸张接触臂的转动；一弹性部件，其在所述纸张接触臂接触所述纸页的方向上弹性偏置所述纸张接触臂；和一接触力调节单元，其在与所述弹性部件产生的弹性力的第二方向相反的第一方向上产生转动力，所述接触力调节单元调节所述纸张接触臂和所述纸页之间的接触力的大小。
9.根据权利要求8所述的成像装置，其中，所述传感器单元包括一传感器，其探测纸页；一传感器操纵臂，根据所述纸张接触臂是否接触所述纸页来打开和关闭所述传感器，所述传感器操纵臂与所述纸张接触臂一起转动。
10.根据权利要求9所述的成像装置，其中所述传感器是一光学传感器，该光学传感器包括一光发射传感器和一光接收传感器，其彼此分隔地分别设置于形成在所述传感器操纵臂的一个端部上的一光屏蔽部分的两侧。
11.根据权利要求8所述的成像装置，其中所述弹性部件是与所述转动部件同心连接的一扭转弹簧。
12.根据权利要求8所述的成像装置，其中所述接触力调节单元是一重块，并且所述重块的质量中心偏心地位于所述转动部件的上部上。
13.根据权利要求12所述的成像装置，其中由所述重块的静负荷产生的转动力处于与所述弹性部件产生的弹性力的第二方向相反的第一方向上。
14.根据权利要求13所述的成像装置，其中所述重块的质量中心距通过所述转动部件的一垂直轴成预定角度，以便消除当所述纸张接触臂位于转动前的一初始位置时，由所述弹性部件产生的弹性力以及所述传感器操纵臂和所述纸张接触臂的静负荷引起的转动力。
全文摘要
一种纸张探测装置，包括一纸张接触臂，其第一端与纸页的表面接触，而第二端连接到一个转动部件。一传感器单元感测纸张接触臂的转动。一弹性部件在纸张接触臂接触纸页的方向上弹性偏置纸张接触臂。安装一接触力调节单元以在与弹性部件产生的弹性力相反的方向上产生转动力。因此，由于弹性部件使纸张接触臂返回到其初始位置，就可以大致防止卡纸。接触力调节单元在预定范围内调节纸张接触力以避免纸页的损坏和污染。纸张探测装置的简单结构可提高其大规模生产能力。
文档编号G03G15/06GK1779577SQ20051012049
公开日2006年5月31日 申请日期2005年11月18日 优先权日2004年11月24日
发明者金振玧, 李宰熏 申请人:三星电子株式会社