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Hintergrund
der Erfindung
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Die
offenbarte Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldruckvorrichtungen
und insbesondere auf verbesserte Techniken zum Treiben eines Druckwagens.
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Ein
Tintenstrahldrucker erzeugt ein gedrucktes Bild durch ein Drucken
eines Musters von einzelnen Punkten an bestimmten Orten eines Arrays,
das für
das Druckmedium definiert ist. Die Orte stellt man sich zweckmäßig so vor,
dass dieselben kleine Punkte in einem geradlinigen Array sind. Die
Orte werden bisweilen „Punktorte", „Punktpositionen" oder „Pixel" genannt. Somit kann
die Druckoperation als das Füllen
eines Musters von Punktorten mit Punkten von Tinte betrachtet werden.
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Tintenstrahldrucker
drucken Punkte durch ein Ausstoßen
von sehr kleinen Tintentropfen auf das Druckmedium und umfassen
normalerweise einen bewegbaren Druckwagen, der ein oder mehr Druckköpfe trägt, von
denen jeder Tintenausstoßdüsen aufweist.
Der Druckwagen wird gleitfähig
durch einen Gleitstab getragen und bewegt sich über der Oberfläche des
Druckmediums hin und her. Während
sich der Druckwagen hin- und
herbewegt, werden die Düsen
gesteuert, um Tintentropfen zu geeigneten Zeiten gemäß einem
Befehl eines Mikrocomputers oder einer anderen Steuerung auszustoßen, wobei
die Zeitgebung der Aufbringung der Tintentropfen dem Muster von
Pixeln des Bildes, das gedruckt wird, entsprechen soll. Normalerweise
wird eine Mehrzahl von Zeilen von Pixeln bei jedem Durchlauf oder
Bewegungslauf des Druckwagens gedruckt. Der bestimmte Tintenausstoßmechanismus
innerhalb des Druckkopfs kann eine Vielzahl von unterschiedlichen
Formen annehmen, die Fachleuten bekannt sind, wie z. B. diejenigen,
die eine thermische Druckkopf- oder piezoelektrische Technologie
verwenden. Zum Beispiel sind zwei frühe re thermische Tintenstrahlausstoßmechanismen
in den ebenfalls übertragenen US-Patenten
Nr. 5,278,584 und 4,683,481 gezeigt. Bei einem thermischen System
ist eine Tintensperrschicht, die Tintenkanäle und Tintenverdampfungskammern
enthält,
zwischen einer Düsenöffnungsplatte
und einem Dünnfilmsubstrat
angeordnet. Das Dünnfilmsubstrat
umfasst normalerweise Arrays von Heizelementen, wie z. B. Dünnfilmwiderstände, die selektiv
mit Energie versorgt werden, um Tinte in den Verdampfungskammern
zu erhitzen. Auf das Erhitzen hin wird ein Tintentröpfchen aus
einer Düse
ausgestoßen,
die dem mit Energie versorgten Heizelement zugeordnet ist. Durch
ein selektives Versorgen von Heizelementen mit Energie, wenn sich
der Druckkopf über
das Druckmedium bewegt, werden Tintentropfen auf das Druckmedium
in einem Muster ausgestoßen,
um das gewünschte
Bild zu erzeugen.
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Normalerweise
wird ein Druckwagen durch einen Wagenmotor, der einen Endlosriemen
treibt, der an dem Wagen angebracht ist, veranlasst, sich hin- und
herzubewegen. Verschiedene Komponenten sind an dem Wagen angebracht,
und somit ist eine Überlegung
beim Anbringen des Antriebsriemens an dem Wagen der Bedarf an Raum
an dem Wagen, um die Anbringungsstruktur aufzunehmen. Dies bewirkt
Grenzen beim Reduzieren der Größe des Wagens,
was wiederum eine Reduzierung der Produktgröße beschränkt.
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Eine
weitere Überlegung
beim Anbringen eines Antriebsriemens an einem Druckwagen ist die Schwierigkeit
und der unpraktische Aspekt eines Anbringens des Riemens an einem
Ort, der für
eine dynamische Wagenstabilität
optimal ist, da andere Komponenten ebenfalls an dem Wagen befestigt sind.
Infolge eines Anbringens des Endlosriemens an einem nicht optimalen
Ort werden Torsionskräfte durch
den Antriebsriemen auf den Wagen ausgeübt. Abhängig von der Implementierung
werden verschiedene Techniken verwendet, um zu verhindern, dass die
Torsionskräfte
eine Wagenstabilität
beeinträchtigen.
Diese Techniken umfassen ein Verwenden einer ausreichend geringen
Beschleunigung und/oder den Entwurf von Wagenträgerlagerstrukturen, die sich den
Torsionskräften
widersetzen. Eine geringe Beschleunigung führt zu einem langsameren Drucken und
breiteren Druckern, da mehr Wagenbewegung erforderlich ist, um eine
vorbestimmte konstante Geschwindigkeit zu erreichen, während Lagerstrukturen,
die gegenüber
Torsionskräften
resistent sind, mehr Reibung erzeugen, was mehr Leistung erfordert,
um den Wagen zu treiben.
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Es
besteht dementsprechend ein Bedarf an einem verbesserten Mechanismus
zum Treiben eines Druckwagens.
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Bei
jeder der
US 4,576,496 und
der EP-A-0953456 ist eine Druckkassettenanordnung offenbart, die
einen Druckwagen, der gleitfähig
an einem Gleitstab befestigt ist, einen getrennten Unterwagen, der
gleitfähig
an dem Gleitstab befestigt ist und an einem Antriebsriemen zur Bewegung
entlang einer Wagenachse angebracht ist, und eine Kopplungsstruktur,
durch die der Wagen durch den Unterwagen bewegt wird, aufweist.
Bei der
US 4,576,496 weist
die Kopplungsstruktur ein Paar von Einraststücken an dem Wagen auf, die
in einem entsprechenden Paar von Einrastöffnungen in dem Unterwagen aufgenommen
werden. Bei der EP-A-0953456 weist die Kopplungsstruktur einen ersten
und einen zweiten Lagerträger
an dem Wagen auf, die ein erstes und ein zweites Ende eines Lagerträgers an
dem Unterwagen kontaktiv in Eingriff nehmen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird eine Druckwagenanordnung des Typs geliefert, der in dem beiliegenden
Anspruch 1 dargelegt ist.
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Gemäß der Erfindung
wird ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Druckers geliefert,
wie es in dem beiliegenden Anspruch 10 dargelegt ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Vorteile und Merkmale der offenbarten Erfindung werden von Fachleuten
ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn
dieselbe zusammen mit der Zeichnung gelesen wird, erkannt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Druckmechanismus, der eine Wagenanordnung
gemäß der Erfindung
umfasst.
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2 eine
schematische Ansicht einer Wagenanordnung gemäß der Erfindung.
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3 eine
schematische Ansicht des Unterwagens der Wagenanordnung von 2.
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4 einen
schematischen Aufriss eines Endes des Unterwagens von 3.
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5 einen
schematischen Aufriss eines anderen Endes des Unterwagens von 3.
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6 eine
schematische Ansicht eines Lagerträgers des Wagens der Wagenanordnung
von 2.
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7 eine
schematische Ansicht eines weiteren Lagerträgers des Wagens der Wagenanordnung
von 2.
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8 eine
Schnittansicht, die eine Freiraumeinpassung zwischen dem Unterwagen
und dem Wagen der Wagenanordnung von 2 veranschaulicht.
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9 eine
schematische Ansicht einer weiteren Implementierung einer Wagenanordnung
gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Offenbarung
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung und bei den mehreren Figuren
der Zeichnung sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen identifiziert.
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1 legt
eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Tintenstrahldruckvorrichtung 10 dar,
bei der die offenbarte Erfindung verwendet werden kann. Die Tintenstrahldruckvorrichtung
umfasst einen hin- und herfahrenden Druckwagen, der gleitfähig an einem
Gleitstab befestigt ist und eine oder mehr Druckkassetten trägt, die Druckelemente,
wie z. B. Tintenstrahldüsen,
aufweisen. Gemäß der Erfindung
ist der Druckwagen durch eine Betätigungshülse oder einen Unterwagen,
der gleitfähig
an dem Gleitstab befestigt ist und durch einen Endlosantriebsriemen
gezogen wird. Insbesondere bewegt der Unterwagen den Druckwagen über eine
Kopplungsschnittstelle an dem Druckwagen und dem Unterwagen. Als
veranschaulichendes Beispiel weist die Kopplungsschnittstelle Kontaktstrukturen auf,
die an jedem Ende des Unterwagens und einem benachbarten Lagerträger angeordnet
sind, wie z. B. ein Kontakthöcker
und eine entsprechende Kontaktstelle. Ein weiteres Beispiel für eine Kopplungsschnittstelle
umfasst eine Nase oder ein Blatt an einem des Wagens und des Unterwagens,
die bzw. das in einer Buchse oder einem Spalt in dem anderen des Wagens
und des Unterwagens in Eingriff genommen wird.
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Die
Tintenstrahldruckvorrichtung 10 von 1 umfasst
insbesondere einen Rahmen oder ein Chassis 21, der bzw.
das von einem Gehäuse,
einer Verkleidung oder einer Umhüllung 23 umgeben
ist, der bzw. das gewöhnlich
aus Blech und/oder Kunststoff hergestellt ist. Ein Blatt eines Druckmediums 25, das
von einem Stapel von Blättern
von Druckmedien „aufgenommen" wird, wird einzeln
durch ein geeignetes Medienhandhabungssystem durch eine Druckzone 27 geführt. Bei
dem Druckmedium kann es sich um einen beliebigen Typ von geeignetem
Blattmaterial, wie z. B. Papier, Karton, Transparentfolien, beschichtetes
Papier, Gewebe und dergleichen, handeln.
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Ein
Wagengleit- oder -führungsstab 31 wird durch
das Chassis 21 getragen, um einen Tintenstrahldruckwagen 40 für eine Hin-und-her-
oder hin- und herfahrende Bewegung über die Druckzone 27 entlang
einer Wagenachse CA, die parallel zu der longitudinalen Achse des
Gleitstabs 31 ist, gleitfähig zu tragen. Ein Wagenbewegungsachsenantriebsmotor 33 treibt
einen Endlosriemen 35, der an einem Betätigungsunterwagen 50 (2)
befestigt ist, der wiederum den Druckwagen 40 treibt. Ein
Linearcodiererstreifen 37 wird verwendet, um eine Position des
Druckwagens 40 entlang der Wagenbewegungsachse z. B. gemäß herkömmlichen
Techniken zu erfassen.
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Der
Druckwagen 40 trägt
z. B. eine Mehrzahl von Tintenstrahldruckkopfkassetten 21,
und in der Druckzone 27 empfängt das Medienblatt 25 Tinte
von den Tintenstrahldruckkopfkassetten 21. Jede der Tintenstrahldruckkopfkassetten
kann eine Druckkopfkassette einer einzigen Farbe oder eine Mehrfarbendruckkopfkassette
aufweisen. Auch kann jede der Tintenstrahldruckkopfkassetten 21 eine
in sich abgeschlossene Druckkopfkassette aufweisen, die ein oder
mehr eingebaute Tintenreservoirs umfasst, die nicht mit entfernten
Tintenreservoirs gekoppelt sind. Alternativ dazu kann jede der Druckkopfkassetten eine
Druckkopfkassette aufweisen, die ein oder mehr kleine eingebaute
Tintenreservoirs aufweist, die von einem „außeraxialen" Tintenvorrat nachgefüllt werden,
der von der Druckkopfkassette getrennt ist. Als ein veranschaulichendes
Beispiel befindet sich die Druckzone 27 unter den Tintenstrahldruckkopfkassetten 21,
und die Druckköpfe
derselben stoßen
Tintentropfen nach unten aus. Die Tintenstrahldruckkopfkassetten 21 werden
gewöhnlich
von Fachleuten auch „Stifte" genannt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Druckvorrichtung von 1 eine
beliebige Anzahl von Druckkopfkassetten verwen den kann, bei denen
es sich z. B. um thermische Tintenstrahldruckkopfkassetten handeln
kann.
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Unter
jetziger Bezugnahme auf 2 umfasst der Druckwagen 40 insbesondere
ein Wagenchassis 41, das sich nach vorne erstreckende Rutschen
oder Kammern 45 trägt,
die die Druckkopfkassetten 21 tragen. Lagerträger 43,
die entlang der Wagenachse CA beabstandet sind, erstrecken sich
von dem Wagenchassis 41 nach hinten und tragen den Druckwagen 40 gleitfähig an dem
Gleitstab 31 (1). Der Druckwagen 40 wird
durch eine Betätigungshülse oder
einen Unterwagen 50 getrieben, die bzw. der gleitfähig an dem
Gleitstab 31 zwischen den Wagenlagerträgern 43 befestigt
ist und an dem Endlosriemen 35 angebracht ist.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 3 ist darin
ein veranschaulichendes Beispiel für eine Implementierung des
Unterwagens 50 dargelegt. Der Unterwagen 50 kann
allgemein aus einem Körper oder
einer Schiene 51 gebildet sein, der bzw. die Lagerträger 53 an
den Enden der Schiene 51 aufweist. Die Lagerträger 53 sind
entlang der Wagenachse beabstandet und sind gleitfähig an dem
Gleitstab 31 befestigt. Ein Riemenhaken 55 ist
in dem Mittelabschnitt der Schiene 51 angeordnet und bringt
den Unterwagen 50 fest an dem Endlosriemen 35 an,
der den Unterwagen 50 entlang dem Gleitstab 31 hin-
und herzieht. Die Drehposition des Unterwagens um den Gleitstab
wird durch den Endlosriemen 35 aufrechterhalten.
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Der
Unterwagen 50 ist an dem Gleitstab zwischen den Wagenlagerträgern 43 befestigt
und treibt somit den Druckwagen 40 durch Kontakt eines
Endes des Unterwagens 50 gegen einen benachbarten Lagerträger 43.
Wie es insbesondere in den 4 und 5 gezeigt
ist, umfasst jedes Ende des Unterwagens 50 sich axial erstreckende
Stifte 52 und einen sich axial erstreckenden Rand 54,
der in Zusammenwirkung mit einer vertieften Region 42 bei
dem benachbarten Wagenlagerträger 43 (wie
es in den 6 und 7 gezeigt
ist) C- förmige Schmierkissen 56 hält. Jedes
Ende des Unterwagens 50 umfasst ferner einen Kontakthöcker oder
einen Vorsprung 57, der eine zugeordnete Kontaktstelle 47 an der
Innenoberfläche
des benachbarten Wagenlagerträgers 43 kontaktiert,
wenn der Unterwagen 50 zu dieser zugeordneten planaren
Kontaktoberfläche 47 getrieben
wird. Die Kontakthöcker 57 erstrecken
sich allgemein entlang der Wagenachse CA, und die Kontaktstellen 47 sind
orthogonal zu der Wagenachse CA.
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Die
Stifte 52 und die Ränder 54 an
den Enden des Unterwagens 50 und die vertieften Regionen 42 in
den Wagenlagerträgern 43,
die benachbart zu den Enden des Unterwagens 50 sind, sind
derart konfiguriert, dass, wenn der Unterwagen 50 und der Wagen 40 an
dem Gleitstab 31 in ihrer ordnungsgemäßen Drehausrichtung um den
Gleitstab 31 eingebaut sind, ein Kontakt zwischen dem Unterwagen 50 und
dem Wagen 40 nur zwischen einem Kontakthöcker 57 und
der benachbarten Kontaktstelle 47 hergestellt werden kann.
In anderen Worten, wenn der Unterwagen 50 in einer bestimmten
Richtung entlang dem Gleitstab 31 gezogen wird, wird ein
Kontakt nur zwischen dem Kontakthöcker 57 an dem vorderen Ende
des Unterwagens 50 und der benachbarten Kontaktstelle 47 hergestellt.
Der Unterwagen 50 ist ferner derart dimensioniert, dass
eine Freiraumeinpassung zwischen den Höckern 57 und den benachbarten
Kontaktoberflächen 47 existiert,
wie es in 8 veranschaulicht ist. Das heißt, der
Abstand zwischen den äußersten
Punkten an den Höckern 57 ist
etwas geringer als der Abstand zwischen den Kontaktstellen 47,
derart, dass, wenn ein Höcker 57 sich in
Kontakt mit der benachbarten Kontaktstelle 47 befindet,
sich der andere Höcker
nicht in Kontakt mit der Kontaktstelle befindet, die dazu benachbart
ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der Unterwagen 50 ohne die
Stifte und Ränder
zum Tragen von Schmierkissen implementiert sein kann, z. B. mit Endoberflächen, die
zu dem Gleitstab orthogonal sind und von denen sich die Kontakthöcker erstrecken.
Bei einer derartigen Implementierung kann auf die vertieften Regionen 47 in
den Wagenlagerträgern 43 verzichtet
werden, so dass die gesamte Oberfläche des Lagerträgers, die
zu einem Ende des Unterwagens benachbart ist, eine durchgehende
planare Oberfläche
sein kann, die die Kontaktstelle 47 umfasst.
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Die
Höcker 57 und
die benachbarten Kontaktstellen 47 liefern eine Punktkontaktschnittstelle, durch
die eine Schiebekraft vorteilhaft über einen sehr kleinen Kontaktbereich,
der im Idealfall einem Punkt nahekommt, auf den Wagen 40 ausgeübt wird. Die
Kontaktstruktur, die aus den Höckern 57 und
den Kontaktstellen 47 gebildet ist, ist bevorzugt derart
angeordnet, dass die Kontaktpunkte sich auf einer Linie befinden,
die parallel zu der longitudinalen Achse des Gleitstabs 31 und
nahe bei einem Schwerpunkt der Verzögerungskräfte ist, denen der Wagen 50 unterworfen
ist (z. B. Masse und Reibung). Dieser Schwerpunkt befindet sich
normalerweise in der Nähe
des Gleitstabs, und die Höcker 57 und
die Kontaktstellen 47 sind so offenbart, dass dieselben
benachbart zu dem Gleitstab sind.
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Unter
jetziger Bezugnahme auf 9 ist darin ferner ein Beispiel
für eine
Wagenanordnung gemäß der Erfindung
schematisch veranschaulicht. Bei der Wagenanordnung von 9 wird
ein Tintenstrahldruckwagen 140 durch einen Unterwagen 150 durch
eine „Blatt-und-Spalt"-Kopplungsstruktur
geschoben. Der Unterwagen 150 ist gleitfähig an dem Gleitstab
zwischen Lagerträgern 43 des
Wagens 140 befestigt und umfasst ein Blatt oder eine Nase 71, das
bzw. die sich von einem Körper 151 des
Unterwagens in eine Tasche oder einen Spalt 73 erstreckt, die
bzw. der in einem Chassis 141 des Wagens 140 gebildet
ist, der ansonsten dem Wagen 40 von 3 im Wesentlichen ähnlich ist.
Das Blatt 71 und der Spalt 73 können Kontakthöcker und
Kontaktstellen verwenden, um eine Punktkontaktschnittstelle zwischen
dem Druckwagen 140 und dem Unterwagen 150 zu erreichen.
Als ein weiteres Beispiel können die
Kontaktinnenkanten des Spalts 73 und die Kontaktaußenkanten
des Blatts konvex sein, um einen Kontakt auf einen sehr kleinen
Bereich zu beschränken.
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Das
Vorhergehende war eine Offenbarung einer Druckwagenanordnung, die
eine größere Entwurfsfreiheit
bezüglich
einer Platzierung von Komponenten an dem Druckwagen bietet, einen
kompakten Entwurf ermöglicht
und eine Platzierung der Schiebekraft, die auf den Druckwagen ausgeübt wird,
ermöglicht,
die näher
an der optimalen Platzierung liegt. Eine optimale Platzierung der
Schiebekraft ermöglicht,
dass der Wagen mit einer höheren
Rate beschleunigt wird, was die Druckzeit verringert, wodurch ein
Durchsatz verbessert wird, und ermöglicht, dass die Breite des
Druckers verringert wird, da eine kürzere Strecke benötigt wird,
um den Wagen zu beschleunigen. Die offenbarte Druckwagenanordnung liefert
auch verringerte Materialkosten, da der Druckwagen kleiner gemacht
werden kann und da der Unterwagen abmessungsmäßig nicht so kritisch ist wie der
Wagen und somit aus einem kostengünstigeren Material hergestellt
werden kann.
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Obwohl
das Vorhergehende eine Beschreibung und Veranschaulichung von spezifischen
Ausführungsbeispielen
der Erfindung war, können
verschiedene Modifizierungen und Veränderungen daran durch Fachleute
vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen,
wie derselbe durch die folgenden Ansprüche definiert ist.