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新型分紙機構之設計與分析

為了解決a4影印紙厚度的問題，作者紀偉祥 這樣論述：

電腦日益普及，深入企業，家庭及個人生活，處理運算各種資料及文件，己大幅改變人類的生活習慣，而電腦資料的輸出工具中，最重要的就是印表機，當然現今科技己走向列印、影印、掃瞄、傳真 四機合一的多功產品，但光就印表機這項功能，其性能的展現不只單單是列印速度及列印品質，更包括它的穩定性及可靠度。印表機之動作包含三大部分：取紙(分紙) 、送紙、列印。就取紙功能，其穩定性及可靠度的好壞取決於取紙是否成功，取紙失敗可以以下面兩個情形來說明： (1)一次取了二張以上的紙，造成印表機會容易卡紙。 (2)取不出紙，使得印表機判定紙匣沒紙。 兩種情形都

會使列印工作停擺，因此如何能設計好的取紙機構是相當重要的，本研究之研究動機即是研究利用紙張挫屈原理來取紙的取紙機構，希望設計一個較為穩定且可靠的取紙器，使得當紙的表面性質，紙的磅數等性質有所改變時仍能有可以接受的取紙成功率。尤其是針對使用普遍的A4紙。並利用對紙張力學之分析，找出取紙器最佳化之設計。 如果設計一個N值可以逐漸增加的機構，即fmax = Nμs可以逐漸增加，使得取紙力F增加時最大摩擦力fmax也增加，一直保持fmax 大於等於 F的環境，即第1區的情形，這樣一來取紙滾輪施加的取紙力F有多大紙張受到的力就有多大，沒有空轉打滑的情形。 為了解

本文設計的新型取紙器該如何擺放是最為適當，必須對取紙器的位置和挫屈力間有何關係進行了解與研究，我們採用彈性力學的能量法來求挫屈發生時的情形，首先以平板理論建立二維的紙張模型，配合邊界條件，找出其形狀函數，並將取紙滾輪施加在紙張上的力視為點作用力，以無限平板受點作用力的公式為理論基礎，求得應力的分佈情形，再代入能量法的統制方程式求取特徵值，即可得到紙張所需的挫屈力。 歸納結果如下： 1.a和b都是愈接近中間的地方，挫屈力愈大，愈接近紙張兩端挫屈力 愈小。 2.H值愈大，挫屈力愈小。 3.ν(蒲松比)愈大，挫屈力

愈小。 4.h(厚度)愈大，挫屈力愈大。 為了確定和理論分析的結果可以比較，所以實驗也是施點作用力在紙張上，在紙張上用針穿洞，用細線穿過後以小圓珠固定在紙的一端，另一端則繫上砝碼，利用砝碼施力在細線上，來模擬點作用力，慢慢增加砝碼重量直到紙張發生挫屈，則此時砝碼重量即是紙張的挫屈力。 討論與建議: 一.實驗誤差: 紙張在製造出廠時，本身即不可能是完美，一張紙上會有厚有薄，不是整張都是一樣厚度，加上紙張也不是完美的平坦，由理論知道平坦度愈差的紙，其實驗值和理論值相差愈大，參見圖 5-1挫屈曲線圖，

重點是實驗紙張的厚度相當薄，即使只是稍微的凹凸起伏，其物理量都可能是紙張厚度的倍數，所以每一次實驗所用的紙張即使是同一個廠製造，同一批生產，同一包裝中，平坦度和厚薄情形也都不一樣，實驗最大的誤差在此。 二. 理論上紙張的楊氏係數會因濕度增加而變小，而不大受溫度影響，但實驗過程發現，濕度增加時，有時挫屈力值卻會增加，這應是因為溼度會使紙張與紙匣間的的黏滯力增加，而且我們知道摩擦係數有三大因素，(1) 表面性質、(2)熱的情形 、(3)摩擦的速度。其中濕度影響(1)，溫度影響(2)，所以改變溫度、濕度也會因而改變紙張和紙匣間的摩擦係數，間接地改變了挫屈力，且水氣本身也會增加紙張

重量。所以改變溫度、濕度後，挫屈力會增或是會減，是E值、黏滯力、摩擦力這三個因素綜合的結果。 三. 由上面結果，並從實驗過程中觀察，紙張與紙匣兩側接觸的部分可能是影響主因，我們建議在設計紙匣的兩側擋板時，可以考慮設計成肋條式而不是整面式，且紙匣表面部分除了會與滾輪接觸的區域外，也可以設計成交叉的肋條，如此即可達到支撐紙張的目地，並藉著降低與紙張的接觸面積，減少摩擦、黏滯性質變化時對挫屈力的影響。 四. 如果實驗紙張與紙匣間還放有紙張的話，即多張疊放，則結果會更無規則，因為濕度高時不但會產生皺褶，水份還會使兩張紙容易黏在一起，不易分開，造成很難利用挫屈使兩

張紙分開，來達到取紙的目地，也就是說濕度大時會降低送紙的成功率，濕度低時可以得到較好的送紙的成功率。 五. 摩擦和黏滯造成的影響，其程度難以量測區分，不過都是會提高挫屈力的大小，而溫度對挫屈的影響則可能是由改變水份滲入紙張纖維的程度來影響挫屈力。 六. 如果挫屈裝置的位置己選定，則取紙滾輪靠近紙的側邊，即離挫屈裝置遠處，紙之挫屈力較小，但是會造成送出去的紙張有歪斜現象，所以還是挫屈裝置和取紙滾輪對放，兩者一起靠近紙的兩端，並拉大H值，來降低挫屈力，減低力對紙張的傷害，並防止紙張有歪斜現象，我們設計的新型取紙器相較於LEXMARK的優點即是在有限空間內其H

值較大。