-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Diese Erfindung bezieht sich allgemein
auf Wagenantriebssysteme für
Druck- und Scanvorrichtungen und speziell auf eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Variieren einer Riemenspannung in einem Wagenbewegungssystem.
-
Bei Tintenstrahldrucksystemen und
Dokumentscansystemen wird ein Wagen relativ zu einem Medium bewegt,
um entweder das Medium zu bedrucken oder zu bewegen. Bei einem Tintenstrahldrucksystem
trägt der
Wagen einen Tintenstrahlstift, der Tintentropfen auf das Medium
ausstößt, während das Medium
entlang eines Medienwegs bewegt wird. In einem Dokumentscansystem
trägt der
Wagen einen optischen Sensor, der Tintenmarkierungen oder Schriftzeichen
auf dem Medium erfaßt,
während
der Wagen sich relativ zum Medium bewegt. Herkömmlicherweise wird der Wagen
durch einen Zeitgebungsriemen hin- und hergetrieben. Der Zeitgebungsriemen
wird durch eine Rolle auf einer Motorwelle angetrieben und durch
eine Spannfeder in einer Spannung gehalten. Die maximale Beschleunigung
des Wagens in einem Zeitgebungsriemensystem ist eine Funktion der
Riemenspannung und der Wagenmasse. Bei Überschreitung der maximalen
Beschleunigung nimmt die Stabilität des Wagens ab. Die Riemenspannung
wird durch die Spannfeder gesteuert. Für größere Wägen oder höhere Beschleunigungsraten ist
die gewünschte
Riemenspannung für
eine akkurate Steuerung größer als
für kleinere
Wagen und geringere Beschleunigungsraten. Wenn die Riemenspannung
erhöht
wird, nimmt jedoch die Last auf den Antriebsmotor zu, was wiederum
die Nutzlebensdauer des Motors verkürzen kann. Dementsprechend besteht
ein Bedarf an einem Antriebsriemensystem, das bei ansteigender Beschleunigung
arbeiten kann oder größere Massen
ohne Verkürzung
der Nutzlebensdauer eines gegebenen Antriebsmotors tragen kann.
-
Um ein exaktes Drucken oder Scannen
zu erreichen, ist es wichtig, eine exakte Positionsbeziehung zwischen
dem Wagen und dem Medium zu kennen oder dieselbe beizubehalten.
Beim Tintenstrahldrucken ist es wichtig, daß der Wagen den Tintenstrahlstift
bei einer minimalen Schwingung reibungslos über das Medium bewegt, so daß die Tintenpunkte
exakt plaziert werden können.
Herkömmliche
Tintenstrahldrucker drucken 300 Punkte pro Zoll oder 600 Punkte
pro Zoll. Zusätzlich
besteht ein Bedarf an Druckern, die bei 1.200 Punkten pro Zoll drucken.
Da die Anzahl von Punkten pro Zoll zunimmt, hat sich die Punktgröße verkleinert.
Eine präzise
Punktpositionierung der kleineren Punkte bei einer ansteigenden Punktdichte
führt zu
Bildern einer höheren
Qualität. Speziell
führt eine
solche Positionierung von Farbpunkten zu einer nahezu photographischen
Bildqualität.
Eine Herausforderung bei dem Versuch, eine solche verbesserte Bildqualität zu erreichen,
ist die nachteilige Auswirkung auf die Wagenschwingungen. 1 zeigt zwei überlappende
Kreise 12 einer üblichen
Größe. Jeder
Kreis 12 stellt einen Tintenstrahldruckpunkt einer ersten
Größe dar.
Eine solche Größe wird
hier zu Darstellungszwecken größtenteils übertrieben
dargestellt. 2 zeigt
zwei überlappende
Kreise 14 mit einer üblichen
zweiten Größe, die kleiner
als die erste Größe ist.
Jeder Kreis 14 stellt wiederum einen Tintenstrahldruckpunkt
einer zweiten Größe dar,
und eine solche Größe ist zu
Darstellungszwecken weitgehend übertrieben
dargestellt. In jedem Beispiel überlappen
die Punkte 12 und die Punkte 14 um einen gemeinsamen Prozentsatz
ihrer jeweiligen Durchmesser (z. B. 20%). Die absolute Entfernung
der Überlappung
ist für
die zwei größeren Punkte 12 größer als
für die
Punkte 14. Die Überlappung
der Punkte 12 ist eine Entfernung x. Die Überlappung
der Punkte 14 ist eine Entfernung y. Zu Darstellungszwecken
ist davon auszugehen, daß die Punkte 14 die
Hälfte
der Größe der Punkte 12 sind und
daß y
= 0,5x.
-
Es wird nun eine Situation berücksichtigt,
wo der Wagen während
des Druckens entlang einer Achse 16 schwingt. Wenn die
Schwingungsamplitude entlang der Achse 16 viel kleiner
als die Entfernung x ist, dann wirkt sich die Auswirkung der Schwingung
nicht nachteilig auf die Punktplazierungsgenauigkeit aus und wird
somit die Bildqualität nicht
nachteilig beeinflussen. Während
die Schwingungsamplitude entlang der Achse 16 sich der
Entfernung x nähert,
tritt jedoch mehr Weißraum
auf dem Medium in der Nähe
des Schnittpunkts der Punkte 12 auf. Über ein ganzes Bild gesehen,
erscheint der Effekt als eine Banderscheinung von helleren und dunkleren
Bereichen des Bildes. 3 zeigt
ein exemplarisches Bild 18, das eine solche Banderscheinung aufweist.
-
Angesichts der gleichen Menge der
Schwingungsamplitude ist die Auswirkung auf ein Bild, das aus kleineren
Punkten 14 gebildet ist, nachteiliger als auf ein Bild,
das mit den Punkten 12 gebildet ist. Eine Schwingungsamplitude
von 0,25x kann beispielsweise für
ein Drucken unter Verwendung der Punkte 12 akzeptabel sein.
Die gleiche Schwingungsamplitude ist gleich 0,5y und kann eine unakzeptable
Banderscheinung bewirken, wenn mit den Punkten 14 gedruckt
wird. Solche Bänder
erscheinen innerhalb eines Bilds mit der Schwingungsfrequenz des
Wagens entlang der Achse 16. Allgemein erfordern die kleinere
Punktgröße und die
höhere
Auflösung
von modernen Tintenstrahldruckern eine exaktere Plazierung der Punkte,
um die erwarteten Bildqualitätsverbesserung
zu erreichen.
-
Beliebige Schwingungen, die den Wagen
relativ zum Medium versetzen, können
potentiell die Druck-/Scangenauigkeit verringern. Typische Schwingungsquellen
sind externe Schwingungen, die den ganzen Drucker oder Scanner bewegen,
und interne Quellen, die mit dem Wagen oder Medium gekoppelt sind.
Diese Erfindung bezieht sich auf interne Schwingungen, die mit dem
Wagen gekoppelt sind.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Erfindungsgemäß umfaßt ein Wagenantriebssystem
einen Zeitgebungsriemen der mit einem Wagen schwenkbar verankert
ist. Ein Antriebsmotor dreht den Zeitgebungsriemen, wobei der Wagen
entlang eines Wagenwegs hin- und zurückbewegt wird. Der Antriebsriemen
bewegt ein Paar von Rollen. Eine erste Rolle ist mit einer Welle
des Antriebsmotors gekoppelt. Eine zweite Rolle ist mit einer Spannfeder gekoppelt.
Die Spannfeder bestimmt die Riemenspannung, wenn der Riemen stationär ist. Die
Beschleunigung des Wagens ändert
die Riemenspannung. Eine Gelenksverbindung tritt gemäß dieser
Erfindung zwischen dem Antriebsriemen und dem Wagen auf.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung
ermöglicht
die Gelenksverbindung eine geringere Riemenspannung während Dauerzustandsoperationen
(z. B. Null-Geschwindigkeit, konstante Geschwindigkeit). Bei Ruhe-
und Dauerzustandsperioden wird die Spannung während dieser Perioden verringert
und der Riemen nicht bei hoher Spannung beibehalten. Ein Vorteil
der Verringerung ist eine Abnahme der Seitenbelastung auf die Welle
des Antriebsmotors.
-
Während
der beschleunigten Bewegung erhöht
der Motor die Geschwindigkeit des Zeitgebungsriemens. Eine solche
Beschleunigung bewirkt, daß sich
die Gelenksverbindung dreht. Dies kürzt die effektive Länge des
Riemens, was wiederum die Kraft auf die Spannfeder erhöht, wodurch
die Riemenspannung erhöht
wird. Zusammen mit der erhöhten
Riemenspannung tritt ein Anstieg der Seitenbelastung auf die Antriebswelle
auf. Somit fallen größere Seitenbelastungen
auf die Antriebswelle nur während
der beschleunigten Bewegung des Wagens an. Sobald eine Dauerzustandsgeschwindigkeit
erreicht ist, nimmt die Riemenspannung ab und die Gelenksverbindung
dreht sich zurück,
wodurch die Seitenbelastungsauswirkung auf die Antriebswelle verringert wird.
-
Ein Vorteil der Gelenksverbindung
ist, daß die
Riemenspannung nur nach Bedarf erhöht wird. Während einer Schwenkung ist
die Riemenspannung gering. Während
der Beschleunigung steigt die Riemenspannung an. Ein weiterer Vorteil
ist, daß große Seitenbelastungen
nur während
der Beschleunigung auftreten. Größere Seitenbelastungen
erhöhen
die Reibung auf den Motorlagern, was wiederum den thermischen Spielraum
des Motors senkt. Weil die größeren Seitenbelastungen
nicht während
der Ruhe- und Dauerzustandsoperation eintreten, halten die Motorlager
länger.
Erhöhte
Seitenbelastungen üben
auch ein Biegemoment auf die Welle aus, das die Motorwicklungen
und Lötverbindungen
ermüden kann.
Die Abnahme der Seitenbelastung während der Ruhe- und Dauerzustandsoperation
führt zu
einem kleineren Biegemoment. Somit wird die Lebensdauer der Motorwicklungen
und der Lötverbindungen verlängert.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser
Erfindung werden Hochfrequenzschwingungen im Antriebsriemen durch
die Gelenksverbindung vom Wagen entkoppelt. Alle Kräfte, die
durch den Antriebsriemen auf den Wagen ausgeübt werden, werden durch die
Gelenksverbindung bewegt. Eine solche Gelenksverbindung dient tatsächlich als
ein Tiefpaßfilter für Schwingungsfrequenzkomponenten,
die in der Ebene der Gelenksbewegung auftreten (z. B. Schwingungen
im Zeitgebungsriemen). Die Schwingungsfrequenzen über einer
vorgeschriebenen Frequenz, die durch die Gelenksverbindung bestimmt wird,
werden absorbiert und somit herausgefiltert. Die Schwingungen unter
einer solchen Frequenz gelangen zum Wagen.
-
Die Federcharakteristika der Gelenksverbindung
sind vorgeschrieben, um den Wagen vor Hochfrequenzwelligkeiten in
der Riemenspannung zu isolieren, wie jene, die durch eine Kommutation,
einen Schrittbetrieb oder ein Hängenbleiben
des Motors bewirkt werden. Dies ermöglicht eine reibungslosere Wagenbewegung
und ein verringertes Abheben, Rattern und eine Prozession des Wagens.
Infolgedessen wird die Druckqualität für Drucker mit einer abnehmenden
Punktgröße und einer
erhöhten
Präzision verbessert.
Diese und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch
Bezugnahme auf die nachstehende ausführliche Beschreibung, die in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen erfolgt, besser verständlich.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Diagramm von Tintenstrahldruckpunkten einer ersten Größe mit einer
gegebenen Überlappung;
-
2 ist
ein Diagramm von Tintenstrahldruckpunkten einer zweiten Größe, die
kleiner als die erste Größe ist und
den gleichen Prozentsatz einer Überlappung
aufweist;
-
3 ist
eine Kopie eines Bildes, das eine Banderscheinung aufgrund von Schwingungen
eines Wagens relativ zu einem Medienblatt in einem Tintenstrahldrucksystem
aufweist;
-
4 ist
ein Blockdiagramm eines Wagenantriebssystems;
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Wagenantriebssystems für ein Tintenstrahldrucksystem
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung;
-
6 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Wagenantriebssystems
von 5;
-
7 ist
eine planare Explosionsansicht des Wagens von 5 und 6;
-
8 ist
eine Explosionsansicht der Gelenksverbindung zwischen dem Antriebsriemen
und dem Wagen von 5 bis 7;
-
9 ist
ein Diagramm der Gelenksverbindung von 8, während
der Wagen von 7 im Ruhezustand
ist;
-
10 ist
ein Diagramm der Gelenksverbindung von 8, während
der Wagen von 7 in einer
Beschleunigungsbewegung ist; und
-
11 ist
ein Diagramm der Gelenksverbindung von 8, während
der Wagen von 7 in einer
Konstante-Geschwindigkeitsbewegung ist.
-
BESCHREIBUNG
DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
4 zeigt
ein Wagenantriebssystem 10 mit einem Wagen 20,
das entlang eines Wagenwegs 22 unter einer Antriebskraft 24 angetrieben
wird, die durch den Antriebsmotor 26 erzeugt wird. Während der
Wagen in die Richtungen 58, 60 vor – und zurückgetrieben
wird, wird die Wagenposition entlang dem Wagenweg 22 durch
einen Positionsdetektor 30 überwacht (z. B. einen Linearcodierer).
Der Positionsdetektor 30 liefert eine Rückmeldung über die Wagenposition für eine exakte
Steuerung der Bewegung des Wagens 20 relativ zu einem Medium 32. Der
Wagen trägt
eine Vorrichtung 34, die auf das Medium 32 einwirkt.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Tintenstrahldruckvorrichtung
ist die Vorrichtung 34 ein oder mehrere Tintenstrahlstifte.
Der Tintenstrahlstift umfaßt
einen Stiftkörper
mit einem internen Reservoir und einem Druckkopf. Der Druckkopf
umfaßt
ein Array von Druckelementen. Für
einen thermischen Tintenstrahldruckkopf umfaßt jedes Druckelement eine Düsenkammer,
einen Abfeuerungswiderstand und eine Düsenöffnung. Ein Tintenfluß von dem
Reservoir in die Düsenkammern
wird dann durch die Aktivierung des Abfeuerungswiderstands erwärmt. Eine Dampfblase
bildet sich in der Düsenkammer,
die einen Tintentropfen dazu treibt, durch die Düsenöffnung auf das Medium ausgestoßen zu werden.
Die präzise
Steuerung des Tintentropfenausstoßes und die relative Position
des Tintenstrahlstifts und des Mediums ermöglichen ein Bilden von Schriftzeichen, Symbolen
und Bildern auf dem Medium.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Dokumentscanvorrichtung
ist die Vorrichtung 34, die durch den Wagen 20 getragen
wird, ein oder mehrere optische Sensoren, und das Medium ist ein
Dokument mit Markierungen (z. B. Schriftzeichen, Symbolen oder Bildern).
Während
der Wagen sich relativ zum Dokument bewegt, erfaßt der optische Sensor die Markierungen
auf dem Dokument. Die präzise
Steuerung der optischen Sensorposition relativ zu dem Dokument ermöglicht,
daß ein
elektronisches Bild des Dokuments erzeugt werden kann. Bei Schriftzeichenerkennungssystemen
ist eine Software umfaßt, die
gegebene Markierungsmuster als gegebene alphanumerische Schriftzeichen
erkennt.
-
5 und 6 zeigen eine perspektivische
Ansicht des Wagenantriebssystems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Wagen 20 wird entlang eines Wagenstabs 36 angetrieben.
Der Wagenstab ist an einer Wagenplatte 38 befestigt. Die Wagenplatte 38 dient
als ein Rahmen für
das Wagenantriebssystem 10. Der Antriebsmotor 26 ist
an der Wagenplatte 38 befestigt. Der Antriebsmotor 26 umfaßt eine
Drehwelle 41, auf der eine Rolle 40 befestigt ist.
Der Motor und die Rolle 40 sind zu einem Ende 42 der
Antriebsplatte hin positioniert. Zu einem entgegengesetzten Ende 44 ist
eine federbelastete Rolle 46 befestigt. Ein Antriebsriemen 50 läuft entlang der
Rollen 40, 46 und wird durch die Spannfeder 47, die
die Rolle 46 federbelastet, in Spannung gehalten. Der Antriebsriemen 50 ist
mit dem Wagen 20 durch eine Gelenksverbindung 52 (siehe 6 bis 11) verbunden, um die Antriebskraft,
die durch den Motor 26 erzeugt wird, mit dem Wagen 20 zu
koppeln. Während
der Motor 26 seine Welle dreht, läuft der Antriebsriemen entlang
der Rollen 46, 40, wodurch bewirkt wird, daß der Wagen 20 sich
zuerst in eine Richtung 58, dann zurück in die entgegengesetzte
Richtung 60 entlang des Wagenstabs 36 bewegt.
Die Wagenplatte 38 umfaßt eine Öffnung 61, die einen
Abschnitt des Wagens für
ein darunterliegendes Medium freilegt. Ein solcher Wagenabschnitt
trägt die
Vorrichtung 34 (z. B. den Tintenstrahlstift oder den Dokumentscannersensor).
-
Der Wagen 20 trägt eine
Vorrichtung 34 (siehe 4)
zum Drucken oder Scannen eines Mediums. Der Wagen 20 trägt auch
ein Linearcodierermodul 30. Ein Linearcodiererstreifen 31 ist
relativ zur Wagenplatte 38 befestigt. Der Streifen 31 umfaßt ebenmäßig beabstandete
Markierungen. Das Linearcodierermodul 30 umfaßt einen
optischen Sensor, der solche Markierungen erfaßt und zählt, um die Position des Wagens 20 relativ
zum Streifen 31 zu verfolgen. Weil der Streifen 31 und
der Wagenstab 36 relativ zur Wagenplatte 38 befestigt
sind, kann das Linearcodierermodul 30 die Wagenposition
relativ zum Linearcodiererstreifen 31, der Wagenplatte 38 und zum
Wagenstab 36 erfassen.
-
7 zeigt
eine Explosionsansicht des Wagens 20 für ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruckens.
Der Wagen ist durch ein erstes Bauglied 80, ein zweites
Bauglied 82 und ein Abdeckungsbauglied 84 gebildet.
Das zweite Bauglied 82 und das Abdeckungsbauglied 84 sind
an dem ersten Bauglied 80 angebracht. Das erste Bauglied 80 umfaßt einen
ersten Abschnitt 62 zum Tragen einer Tintenstrahlstiftvorrichtung 34 (siehe 4) und einen zweiten Abschnitt
64 zum Empfangen des zweiten Bauglieds 82 und des Abdeckungsbauglieds 84.
Das zweite Bauglied 82 häust das Linearcodierermodul und
einen anderen elektronischen Schaltungsaufbau (z. B. Drucksteuerungsschaltungsaufbau,
Druckspeicher). Das zweite Bauglied 82 umfaßt einen
Schlitz 86, durch den der Linearcodiererstreifen 31 während der
Bewegung des Wagens 20 läuft. Das zweite Bauglied 82 umfaßt auch
die Gelenksverbindung 52, die den Wagen 20 mit
dem Antriebsriemen koppelt. Das Abdeckungsbauglied 84 deckt
das Linearcodierermodul 30 und den elektronischen Schaltungsaufbau.
-
Das erste Bauglied 80 umfaßt eine Öffnung 66,
die sich durch einen Mittelbereich erstreckt und den Wagenstab 36 aufnimmt.
Mit den geladenen Stiften und dem befestigten elektronischen Schaltungsaufbau
befindet der Schwerpunkt 68 des Wagens 20 leicht
nach vorne versetzt und abwärts
vom Mittelpunkt der Öffnung 66 hin
zum ersten Abschnitt 62. Während sich der Wagen 20 entlang
dem Wagenstab 36 bewegt, liegt somit ein Momentarm 70 um
den Wagenstab 36 vor, der ein distales Ende 72 des
Wagens 20 hin zu einer ersten Oberfläche 74 der Wagenplatte 38 vorspannt.
Eine Rolle 76 ist mit dem ersten Abschnitt 62 des
Wagens 20 zum distalen Ende 72 hin befestigt.
Unter der Schwerkraft des Momentarms 70 befindet sich die
Rolle 76 in Kontakt mit der ersten Oberfläche 74 der
Wagenplatte. Während
sich der Wagen 20 entlang dem Wagenstab 36 bewegt, läuft die
Rolle 76 entlang der ersten Oberfläche 74.
-
Wagen-Antriebsriemen-Verbindung
-
Ein Gelenkspunkt 52 ist
am Wagen 20 befestigt, wie in 6 bis 8 gezeigt
ist. Unter Bezugnahme auf 8 umfaßt die Verbindung
52 eine Achse 92 und einen Rahmen 94. Die Achse 92 ist
am Wagen 20 befestigt. Der Rahmen 94 dreht sich
um die Achse 92. Der Antriebsriemen 50 ist relativ
zum Rahmen 94 befestigt, verankert oder anderweitig feststehend
positioniert. Bei einem Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Antriebsriemen 50 einen Vorsprung 96, der
in eine Öffnung
98 im Rahmen 94 paßt.
Ein solcher Vorsprung 96 fixiert den Antriebsriemen 50 relativ
zum Rahmen 94. Während
sich der Antriebsmotor 26 dreht, bewegt die Motorwelle 41 den
Antriebsriemen 50 entlang der Rollen 40, 46.
Die Bewegung des Antriebsriemens 50 übt eine Antriebskraft auf den
Wagen 20 aus, wodurch der Wagen 20 entlang dem
Wagenweg bewegt wird, der durch den Wagenstab 36 definiert
ist. Die Antriebskraft entstammt am Antriebsmotor 26 und
wird in den Wagen 20 durch die Antriebswelle 41,
den Antriebsriemen 50 und die Gelenksverbindung 52 übersetzt.
-
Unter Bezugnahme auf 9, während
der Wagen 20 stationär
ist, befindet sich der Rahmen 94 der Gelenksverbindung 52 an
einem bekannten Winkel θrest relativ zur Länge des Antriebsriemens 50.
Ein solcher Winkel kann für
verschiedene Ausführungsbeispiele
variieren. Ein solcher Winkel kann sich auch in Folge eines Winkels,
der eintritt, wenn der Wagen 20 als letztes angehalten
wird, verändern. 9 zeigt den Wagen 20 in
einer Ruheposition, wo der bekannte Winkel θrest 90° beträgt. Während sich der
Wagen 20 bewegt, übt
der Wagen eine Seitenbelastung auf die Antriebswelle 41 und
den Antriebsmotor 26 aus.
-
10 zeigt
den Wagen 20, der in eine Richtung 60 ansprechend
auf eine Antriebskraft F beschleunigt wird. Die Beschleunigung bewirkt,
daß der Antriebsriemen 50 die
Führung
einnimmt und der Gelenksrahmen 94 sich so versetzt, daß der Wagen
an der Gelenksverbindung 52 nacheilt. Eine solche Verzögerung tritt
bei einem Winkelversatz an der Gelenkverbindung 52 ein.
Speziell dreht sich der Rahmen 94 um die Achse 92, um bei einem
Versatzwinkel θF relativ zum Wagenweg versetzt zu werden.
-
Die Antriebskraft F wirkt auch auf
die federbelastete Rolle 46, die die federbelastete Rolle 46 zur Antriebsmotorrolle
40 um eine Inkrementalentfernung Δx
zieht. Dies erhöht
die Spannung im Antriebsriemen 50. Der Anstieg der Antriebsriemenspannung wird
durch die Antriebskraft F bestimmt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die erhöhte Spannung
durch die Rolle 46 oder einen Ständer 49, der die Feder 47 mit
der Rolle 46 verbindet, absorbiert, ohne die Feder 46 zu
expandieren, um die Systemdynamik zu vereinfachen. Speziell liegt
eine Federkonstante für
die Rolle 46, die Feder 47 und den Ständer 49 für einen
Bereich der Riemenspannung vor, in der die Feder nicht expandiert,
und eine weitere für
einen Bereich einer höheren
Riemenspannung, in der die Feder expandiert.
-
Während
der Bewegung des Wagens liegt eine Seitenbelastung vor, die durch
den Antriebsriemen 50 auf die Antriebswelle 41 und
den Antriebsmotor 26 ausgeübt wird. Für eine gegebene Beschleunigung
liegt eine gegebene Seitenbelastung vor, die auf die Antriebswelle 41 und
den Antriebsmotor 26 ausgeübt wird. Um die Bewegung des
Wagens 20 zu beschleunigen, beschleunigt der Motor die
Drehung des Zeitgebungsriemens 50. Die Beschleunigung des
Zeitgebungsriemens 50 bewirkt, daß sich die Gelenksverbindung 52 dreht.
Dies kürzt
die effektive Länge
des Riemens 50, was wiederum die Spannfeder 47 komprimiert,
wodurch die Riemenspannung erhöht
wird.
-
Sobald der Wagen 20 auf
eine gewünschte Geschwindigkeit
beschleunigt worden ist, dreht der Motor 26 die Welle 41 bei
einer konstanten Geschwindigkeit. Der Antriebsriemen 50 bewegt
sich wiederum bei einer konstanten Geschwindigkeit. Der Effekt ist,
daß die
Kraft F abnimmt (auf einen Wert Fss, der
zum Überwinden
der Reibung notwendig ist). Unter Bezugnahme auf 11 ermöglicht die verringerte Kraft,
daß die
Gelenksverbindung 52 sich rückwärts, hin zur Ruheposition in
eine Dauerzustandsposition θss dreht, wobei θss im
gleichen Winkel wie der Ruhepositionswinkel θRest oder
leicht versetzt von einem solchen Winkel ist. Von Bedeutung ist,
daß die Riemenspannung
während
dieser Dauerzustandsbewegung kleiner als eine entsprechende Riemenspannung
in einem System mit einer steifen Verbindung zwischen dem Antriebsriemen 50 und
dem Wagen 20 oder in einem System mit einer nichtrotierenden
Verbindung 52 (wie in 8 bis 10 gezeigt) ist.
-
Ein Vorteil der Gelenksverbindung 52 ist,
daß die
Riemenspannung nur nach Bedarf erhöht wird. Während einer Schwenkung ist
die Riemenspannung gering. Während
einer Beschleunigung wird die Riemenspannung erhöht. Größere Seitenbelastungen erhöhen die
Reibung auf die Motorlager, was wiederum den thermischen Spielraum
des Motors verringert. Die Ruhe- und
Dauerzustandsperioden von einer im wesentlichen gerin geren Seitenbelastung
ermöglichen
den Motorlagern, länger
zu halten. Die größeren Seitenbelastungen üben auch
ein Biegemoment auf die Welle 41 aus, das die Wicklungen und
Lötverbindungen
eines Antriebsmotors 26 ermüden kann. Die Ruhe- und Dauerzustandsperioden von
einer im wesentlichen geringeren Seitenbelastung ermöglichen
Perioden eines unterscheidbar kleineren Biegemoments. Somit wird
die Lebensdauer der Motorwicklungen und der Lötverbindungen verlängert.
-
Die Gelenksverbindung 52 dient
auch dazu, den Wagen 20 vor Hochfrequenzschwingungen, die im
Antriebsriemen 50 auftreten, zu isolieren. Während der
Motor 26 die Antriebskraft 24 erzeugt, um den
Wagen 20 entlang des Wagenstabs 36 zu bewegen,
wird die Antriebskraft an den Wagen durch die Gelenksverbindung 52 übertragen.
Für eine
Bewegung in die Richtung 58 wird die Gelenksverbindung 52 durch
die Antriebskraft vorgespannt, um in eine Richtung zu drehen. Für die Bewegung
in die Richtung 60 wird die Gelenksverbindung 52 durch
die Antriebskraft vorgespannt, um in eine andere Richtung zu drehen.
Während
die Schwingungen eintreten, zittert die Riemenspannung, wodurch
bewirkt wird, daß der
Winkel der Gelenksverbindung 52 ebenfalls entsprechend
zittert, um die Schwingungen zu absorbieren.
-
Eine konstante Antriebskraft wird
typischerweise während
einer Bewegung des Wagens in eine Richtung angewendet. Die Kraft
nimmt dann ab und kehrt um, um den Wagen in die andere Richtung
zu bewegen. Die Vor- und Rückbewegung
des Wagens tritt bei einer ersten Frequenz ein, die die Frequenz der
Veränderung
für die
Antriebskraft definiert. Die Schwingungen werden jedoch unbeabsichtigt
auf den Antriebsriemen 50 gekoppelt. Diese Schwingungen
treten allgemein über
einem Bereich von Frequenzen auf, der sich höher ausbreitet als die erste Frequenz.
Wie im Abschnitt Hintergrund beschrieben, können die Schwingungen nachteilige
Auswirkungen auf die Druckqualität
eines Drucksystems oder die Scanqualität eines Scansystems haben.
Die Gelenksver- Bindung 52 dient
als ein Tiefpaßfilter, das
die Hochfrequenzschwingungen absorbiert und die Niederfrequenzschwingungen
durchläßt (z. B.
die erste Frequenz der Antriebskraft).
-
Niederfrequenzschwingungen, die durch
die Gelenksverbindung 52 nicht herausgefiltert werden, werden
durch das Linearcodierermodul 30 kompensiert. Der Linearcodierer
dient zum Erfassen einer Wagenposition. Die Wagenposition wird überwacht, so
daß die
Tintenpunkte exakt auf ein Medienblatt plaziert werden können oder
Markierungen exakt erfaßt
werden können.
Durch Befestigen des Linearcodierers auf dem Wagen erfaßt der Linearcodierer die
Wagenposition unabhängig
von der Drehung der Motorwelle 41. Infolgedessen werden
die Schwingungen in der Motorwelle nicht in das Positionserfassungsschema
gekoppelt. Somit kann der Linearcodierer die Wagenposition selbst
bei Vorliegen von Wagenschwingungen erfassen. Solche Schwingungen
bewegen das Linearcodierermodul 30 relativ zum Linearcodiererstreifen 31.
Somit wird die Wagenposition während
eines Abschnitts einer Schwingungsperiode erfaßt. Spezieller werden Niederfrequenzschwingungen,
die bei einer Frequenz eintreten, die kleiner als die Abtastrate
des Linearcodierers ist, und von einer Amplitude sind, die durch
den Linearcodierer erfaßbar
ist, durch den Linearcodierer erfaßt.