DE69918355T2

DE69918355T2 - Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE69918355T2
Application number: DE69918355T
Authority: DE
Inventors: Alan E. San Diego Cariffe
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2019-04-22
Also published as: EP0952003B1; DE69918355D1; EP0952003A1; JPH11334046A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahldrucktechniken und insbesondere auf ein Verfahren zur Medienbedeckung, das ein unidirektionales Tintenstrahldrucken betrifft, das eine mechanische Hysterese verringert und die Fläche unbedruckbarer Ränder durch ein Drucken entlang eines spiralförmigen Ortspfades auf Null reduziert.
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine ebenfalls anhängige europäische Patentanmeldung Nr. 0952725 mit dem Titel „Optical Scanning of Documents", die am gleichen Datum eingereicht wurde.
Es existiert ein Verfahren zum Aufbringen von Tintentropfen auf Medien derart, dass ein Düsenarray über die Oberfläche eines flachen, rechteckigen Mediums in der Art eines rechteckigen „Rasters" gestrichen wird, normalerweise von links nach rechts und dann zurück von rechts nach links, begleitet durch eine schrittweise Bewegung von oben nach unten. Dieses Verfahren ermöglicht es, dass das Tintenstrahldüsenarray im Grunde genommen die gesamte Medienfläche ein- oder mehrmals „besucht", abhängig von der Länge der Bewegung von oben nach unten, der Länge der Bewegung von links nach rechts und dem Versatz des Überstreichungsstarts.
Während der Überstreichung werden zu unterschiedlichen Zeiten Tintenstrahldüsen aktiviert, um Tintentropfen „abzuschießen" oder auszustoßen, und diese Tropfen landen auf dem Medium, wobei sie Text oder Bilder auf dem Medium sichtbar machen. Es gibt eine Anzahl von unerwünschten Artefakten, die den oben beschriebenen Prozess begleiten. Diese Fehler sind in der Regel zurückzuführen auf mechanische Ausrichtungen innerhalb und um das Befestigen des „Tintenstrahlkopfes", Direktionalitätsfehler, die durch die Winkel bewirkt werden, in denen die Tropfen von den Düsen ausgestoßen werden, Zeitgebungsquantisierung, Positionserfassung und, besonders wichtig, mechanische Hysterese.
Hysterese ist ein Effekt, der als eine nicht-wiederholbare Positionsspur während eines Bewegens von links nach rechts und dann während eines Bewegens von rechts nach links auftritt, so dass die Soll-Position eine Unsicherheit oder einen Versatz von der tatsächlichen Düsenposition aufweist. Hysterese ist oft das Resultat einer Reibung bei einem Mechanismus, begleitet durch die normale Toleranz eingepasster Teile und verstärkt durch eine Start-Stopp-Bewegung des Mechanismus. Startreibung kann höher sein als Betriebsreibung; daher besteht eine Tendenz, dass die Köpfe sich bei der Umkehrung der Überstreichung auf ein Ende ihrer mechanischen Toleranz zubewegen.
All diese Effekte bewirken, dass der Tintentropfen, der von der Düse ausgestoßen wird, mit einem Positionsfehler auf dem Medium landet, und oft gibt es regelmäßige visuelle Effekte, die dann auftauchen, wenn jemand das resultierende Bild oder den resultierenden Text betrachtet. Einige Lösungen werden gefunden durch ein Überlappen der „Bänder" der Überstreichung oder durch ein Abfeuern der Düsen nur während einer der Bewegungsrichtungen, z. B. von links nach rechts, oder durch ein Durchführen von Mehrfachdurchläufen über die gleiche Region des Mediums und ein Wählen eines Tropfenabfeuerungsmusters, das die mechanischen Fehler mittelt. Es gibt auch Techniken automatischer Kalibrierungen, die die sich ergebende Druckqualität verbessern.
Zusätzlich zu Schwierigkeiten, die Tinte in der richtigen Position aufzubringen, besteht ein üblicher Zustand des Mechanismus, der die Bewegung des Mediums in der vertikalen Richtung handhabt, darin, dass sich das Düsenarray des Tintenstrahlkopfes nicht ganz bis zu der Kante des Mediums bewegen kann, wodurch das Aufbringen jeglicher Tintentropfen auf einem Rand sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Mediums verhindert wird. Zusätzlich verhindern andere mechanische Einschränkungen, dass Tintentropfen auf einem oberen und auch auf einem unteren Rand des Mediums aufgebracht werden.
Diese Erfindung liefert Verbesserungen hinsichtlich des Hysterese-Problems und des Rand-Problems, wie dieselben oben für den Fall einer Überstreichung eines Tintenstrahldüsenarrays über ein flaches Medium mit einem rechteckigen „Raster" beschrieben sind. Eine Verbesserung hinsichtlich des Hysterese-Problems wird bereitgestellt, wenn das mechanische System nicht mehr als einmal startet und stoppt, d. h. wenn eine fortlaufende Bewegung des Düsenarrays in Bezug auf das Medium vorliegt. Eine Drucktechnik gemäß einem Aspekt der Erfindung erfüllt diesen Bedarf, indem dieselbe wirksam eine spiralförmige Relativbewegung zwischen dem Medium und dem Düsenarray schafft.
Die US-A-5,317,337 offenbart ein Tintenstrahldrucksystem, bei dem ein Druckerkopfarray angeordnet ist, um spiralförmige Spuren auf ein Etikett zu drucken. Die Offenbarung dieses Dokuments entspricht im Allgemeinen den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren zur Medienbedeckung mit einem Tintenstrahldüsenarray gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Tintenstrahldüsenarrays;
Tragen eines flachen Mediums zur Aufnahme von Tintentröpfchen, die während eines Tintenstrahldruckzyklus durch das Düsenarray ausgestoßen werden;
Ausstoßen von Tintentröpfchen während eines Tintenstrahldruckzyklus auf das Medium; und
Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray und dem Medium, derart, dass während eines Tintenstrahldruckzyklus ein spiralförmiger Pfad durch die Spur des Düsenarrays auf dem Medium definiert wird; und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten benachbarter Teile des Pfads über eine wesentliche Ausdehnung derselben voneinander beabstandet sind.
Ein Tintenstrahldrucksystem gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Tintenstrahldüsenarray zum Ausstoßen von Tintentröpfchen während eines Tintenstrahldruckzyklus, ein flaches Medium, das positioniert ist, um Tintentröpfchen aufzunehmen, die durch das Düsenarray während eines Tintenstrahldruckzyklus ausgestoßen werden, eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray und dem Medium, derart, dass während eines Tintenstrahldruckzyklus ein spiralförmiger Pfad durch die Spur des Düsenarrays auf dem Medium definiert wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten benachbarter Teile des Pfads über eine wesentliche Ausdehnung derselben voneinander beabstandet sind.
In Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung kann der maximale Spiralendurchmesser hergestellt sein, um gleich der diagonalen Abmessung eines rechteckigen Mediums zu sein, so dass es ermöglicht wird, dass Tropfen sehr nahe an der Kante des Mediums aufgebracht werden, und so die Fläche von unbedruckbaren Rändern auf beiden Seiten und im oberen und unteren Bereich des Mediums reduziert oder beseitigt wird.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden, detaillierten Beschreibung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels derselben, wie dasselbe in den beiliegenden Zeichnungen abgebildet ist. Es zeigen:
1 eine schematische isometrische Ansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Tintenstrahldruckers, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
2 eine graphische Darstellung des spiralförmigen Ortspfades der Relativbewegung zwischen dem Tintenstrahlstift und dem flachen Medium gemäß einem Beispiel, das beim Erklären der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
3 ein vereinfachtes Düsenarray mit einer Mehrzahl von Düsen für den Tintenstrahlstift des Druckers von 1 in zwei Positionen relativ zu der Oberfläche des flachen Mediums.
4 eine vereinfachte Darstellung eines beim Erklären der vorliegenden Erfindung nützlichen, exemplarischen Pfades der äußersten Düse des Düsenarrays von 3 für eine vollständige Drehung (2π rad) des Mediums für den Fall einer nicht-überrundeten Düsenarrayspirale.
5 eine vereinfachte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und insbesondere einen Pfad der äußersten Düse des Düsenarrays von 3 für eine vollständige Drehung (2π rad) des Mediums für den Fall einer teilüberrundeten Düsenarrayspirale.
6 eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und insbesondere einen Pfad der äußersten Düse des Düsenarrays von 3 für eine vollständige Drehung (2π rad) des Mediums für den Fall einer teilunterrundeten Düsenarrayspirale.
7 eine Kennlinie der Winkelgeschwindigkeit des flachen Mediums als eine Funktion der Radialentfernung.
8 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm des Steuersystems, das die Druckervorrichtung von 1 aufweist.
Eine Tintenstrahldrucktechnik ist offenbart, bei der eine Relativbewegung zwischen einem Düsenarray und der Oberfläche eines flachen Mediums bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird, ohne dass tatsächlich bewirkt wird, dass das Düsenarray oder Medium periodisch stoppt und seine Richtung umkehrt. Dies kann bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel dadurch erzielt werden, dass das Düsenarray an einem Arm befestigt wird, der von einer Koordinatenmitte in einem RHO- (ρ-), THETA- (θ-) Koordinatenraum ausstrahlt, wobei RHO ein Maß einer Entfernung von einer Koordinatenmitte darstellt und THETA ein Maß eines Winkels darstellt, üblicherweise in rad. Das Düsenarray kann dann von dieser Mitte nach außen bewegt werden, während gleichzeitig das Medium in einem Kreis um die Koordinatenmitte gedreht werden kann. Alternativ dazu kann das Düsenarray anstatt des Mediums gedreht und verschoben werden, um einen Spiralenort für die Tintenstrahldüsen relativ zu dem Druckmedium bereitzustellen.
Die 1–8 veranschaulichen ein Tintenstrahldrucksystem 50, das die vorliegende Erfindung erläutert. Ein Tintenstrahlstift 52, der eine Düsenplatte 54 mit einem Array von Tintenstrahldüsen 56A–56N (3) umfasst, wird in einem Wagen 60 gehalten. Der Wagen 60 ist für eine Bewegung entlang einer Bewegungsachse 62 angepasst. Ein Wagenantriebssystem 70 ist mit dem Wagen gekoppelt, um den Wagen in einem Pfad entlang der Achse 62 zu treiben. Wagenantriebssysteme sind für Banddrucker bekannt und umfassen normalerweise einen Antriebsmotor 72, einen Riemenantrieb 74 und einen Codierstreifen 76 mit einem Codiersensor 78 (8) zum Bereitstellen von Wagenpositionsdaten. Das Antriebssystem für das System von 1 benötigt keine so hohen Wagengeschwindigkeiten, wie sie normalerweise für Linearbandtyp-Drucker benötigt werden, und so können andere Antriebsmechanismen, wie z. B. Führungsspindelantriebe, eingesetzt werden.
Das Druckmedium 10 ist an einer flachen Drehtischauflage 80 befestigt, die wiederum für eine Drehung um eine Mittelachse 82 befestigt ist, die auf der Ebene des Mediums 10 die Koordinatenmitte 86 definiert. Die Drehtischauflage 80 wird durch ein sich drehendes Drehtischantriebssystem 90 getrieben, das einen Drehtischmotor 92 und einen Drehtischcodierer 94 (8) zum Bereitstellen von Drehtischpositionsdaten umfasst.
Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung bereitgestellt, um das Druckmedium flach gegen den Drehtisch zu halten. Solche Vorrichtungen sind dem Stand der Technik bekannt, wie z. B. ein Vakuum-Niederhalte-System, ein elektrostatisches System oder ein mechanisches System mit einer Halterung, um das Medium in Position zu halten.
Die Wagenachse 62 schneidet die lineare Düsenarrayachse über der Koordinatenmitte 86 (3). In 1 ist auch eine zweite Vorrichtung 40 gezeigt, die durch den Wagen gehalten wird. Diese Vorrichtung ist optional und es kann sich dabei um einen Schwarztintenstrahlstift (z. B. Stift 40B in 8) handeln, falls der Stift 52 ein Stift mit drei Fächern, drei Farben und mit drei Düsenarrays zum Ausstoßen von Tintentröpfchen drei verschiedener Farben ist. Bewegungen des Stiftwagens und des Mediendrehtisches können verwendet werden, um es zu ermöglichen, dass beide Stifte über die gleichen Regionen auf dem Medium streichen. Zum Beispiel kann der Stift 52 über eine Spirale streichen, wenn der Stift 40 2π rad einer Drehung später über die gleiche Fläche gestrichen wird. Alternativ dazu kann es sich bei der zweiten Vorrichtung um einen optischen Abtastkopf mit einem Lichtsensorarray (z. B. Array 40A in 8) zum Bereitstellen einer optischen Abtastvorrichtungsfunktion handeln, wie es insbesondere in der oben erwähnten, ebenfalls anhängigen Anmeldung beschrieben ist. Ein exemplarischer optischer Abtastkopf, der für den Zweck geeignet ist, ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0831639 beschrieben. In anderen Anmeldungen wird keine zweite Vorrichtung 40 eingesetzt.
2 ist ein Diagramm, das den Relativbewegungspfad, einen Spiralenort, des Düsenarrays bezüglich des Mediums 10 während einer Druckoperation gemäß einem Beispiel, das beim Erklären der vorliegenden Erfindung nützlich ist, veranschaulicht. ORT 1 ist eine Spur des Pfades, den z. B. die Düse des Stifts 52, die am weitesten von der Koordinatenmitte 86 entfernt befestigt ist, relativ zu der Oberfläche des Druckmediums 10 nimmt. REGION 1 ist die kreisförmige Region, die durch die relative Düsenüberstreichung definiert ist, die bei einem feststehenden Düsenarray und dem Medium in Drehung eintreten würde, wenn das Düsenarray der Koordinatenmitte 86 am nächsten ist, so dass sich die innere Düse über der Koordinatenmitte 86 befindet und die Düse, die an der Position von ORT 1 angeordnet ist, sich am weitesten von dieser Mitte entfernt befindet. REGION 2 veranschaulicht eine typische rechteckige Druckregion, W mal H. REGION 3 wird durch einen Kreis begrenzt, der die äußere Bedeckungsgrenze für mögliche Tintentropfen anzeigt.
3 veranschaulicht ein vereinfachtes Düsenarray 54 mit einer Mehrzahl von Düsen 56A–56N. Position 1 zeigt das Düsenarray in einer Startposition relativ zu der Oberfläche des Mediums 10, wobei sich die Düse 56A in der Auflagenkoordinatenmitte 86 befindet. Position 2 zeigt eine Relativdrehung (um einen Winkel θ) zwischen dem Düsenarray 54 und dem Medium 10. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Wagen während der ersten vollständigen Dre hung der Auflage 80 stationär, um eine vollständige Bedeckung zu liefern, d. h. REGION 1 zu überstreichen. Diese erste vollständige Relativdrehung ist kreisförmig und die Düse 56A verbleibt in der Koordinatenmitte 86, was in 3 veranschaulicht ist. Bei der zweiten Drehung wird der Wagen in Bewegung gesetzt, um einen spiralförmigen Relativpfad, wie in 4 gezeigt, bereitzustellen.
4 ist eine vereinfachte Darstellung des Pfades der äußersten Düse 56N für eine zweite vollständige Drehung (2π rad) des Mediums 10, d. h. für den Fall einer gegebenen Bewegung des Wagens entlang der Wagenachse 62, wenn sich die Auflage 80 dreht. Der Pfad startet an einer Position A der Düse 56N, bei θ = 0, Radius ρ = 1 Einheit (gleich der Breite des Düsenarrays), und endet an einer Position E der Düse 56N, bei θ = 2π, ρ = 2 Einheiten. Die Düse 56N folgt dem Pfad, der relativ zu dem Medium veranschaulicht ist, wobei Position B bei θ = π/2, ρ = 1,25 Einheiten eintritt, Position C bei θ = π, ρ = 1,5 Einheiten eintritt und Position D bei θ = 3π/2, ρ = 1,75 Einheiten eintritt. Während dieser zweiten vollständigen Drehung, d. h. der ersten Drehung, nachdem der Wagen in Bewegung gesetzt worden ist, liegt eine überrundete Bedeckung von Druckdüsen bezüglich der Anfangsdrehung vor. Bevorzugt ist die Druckersteuerung programmiert, um ein Abfeuern der Düsen für diese zweite Drehung über der überrundeten Fläche zu unterdrücken, um eine doppelte Punktbedeckung zu verhindern. Auch werden die Tintentropfen oder -punkte gemäß Standardentwurfspraktiken bevorzugt gleichmäßig entlang des spiralförmigen Pfades beabstandet.
Die 2 und 4 veranschaulichen auch den Zustand, dass sich für dieses exemplarische Ausführungsbeispiel die Radialbewegung des Düsenarrays für jede Drehung des Mediums 10 auf der Auflage 80 um 2π rad (360 Grad) gezwungenermaßen um eine Düsenarray-Breite in der Radialrichtung bewegen muss. Somit überrundet oder unterrundet sich der spiralförmige Pfad in 2 nicht auf sich selbst. Bei der dritten und allen nachfolgenden Drehungen der Auflage 80 gibt es keine überrundete Bedeckung des Düsenarrays relativ zu vorhergehenden Drehungen/Durchgängen des Düsenarrays.
Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, den Pfad zu überrunden, um eine spiralförmige Banderscheinung zu verhindern, genau wie es gegenwärtig bei bekannten rechteckigen Koordinatendruckern praktiziert wird, um eine Banderscheinung zu verhindern. In diesem Fall wird das Düsenarray dann weniger als eine volle Düsenarray-Breite (1 Einheit) für jede Drehung des Mediums 10 um 2π rad bewegt. 5 veranschaulicht einen exemplarischen Spiralenort für einen derartigen überrundeten Fall. Bei diesem Beispiel bewegt sich der Wagen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Einheiten (Düsenarray-Breite) pro vollständiger Drehung des Düsenarrays nach außen. Alternativ dazu kann das Düsenarray mehr als eine volle Düsenarray-Breite für jede Drehung des Mediums 10 um 2π rad bewegt werden, wobei Lücken in der Druckbedeckung bereitgestellt werden, wenn sich das Düsenarray nach außen bewegt. Diese Lücken können bei einer umgekehrten spiralförmigen Bewegung gefüllt werden, wobei das Düsenarray von einer Außenposition zurück zu der Startposition, die in 3 gezeigt ist, bewegt wird. 6 veranschaulicht einen exemplarischen Spiralenort für einen derartigen unterrundeten Fall. Bei diesem Beispiel bewegt sich der Wagen mit einer Geschwindigkeit von 2 Einheiten (Düsenarray-Breiten) pro vollständiger Drehung des Düsenarrays nach außen.
Um die REGION 1 vollständig mit möglichen Tintentropfen zu bedecken, wenn das Düsenarray über der REGION 1 angeordnet ist, muss dasselbe diese Position während der ersten vollen Umdrehung des Mediums 10 auf der Auflage 80 beibehalten. Anschließend wird bei der zweiten und den nachfolgenden Umdrehungen der Auflage 80, wenn sich das Düsenarray nach außen bewegt, die gesamte verbleibende Fläche von REGION 3 zu dem möglichen Ziel von Tintentropfen. REGION 3 ist kreisförmig, aber die meisten Medien, auf die gedruckt werden soll, sind normalerweise rechteckig, wie es durch die rechteckige Druck-REGION 2 veranschaulicht ist. Um diese Region vollständig zu bedecken, muss sich die innerste Düse des Düsenarrays von der Koordinatenmitte weg nach außen bewegen, und die äußerste Düse muss in der Lage sein, die äußersten Ecken der Medien gerade zu erreichen.
Um die Gesamtdruckzeit für einen Druckauftrag zu minimieren, feuern die Tintenstrahldüsen ihre Tropfen in den meisten Fällen mit einer konstanten Geschwindigkeit ab, obwohl dies von dieser Erfindung nicht benötigt wird. Wenn dies jedoch eine gewünschte Operation ist, dann wird, da die Geschwindigkeit einer gegebenen Düse entlang der Spirale mit einem Radius RHO (ρ) für eine konstante Drehgeschwindigkeit (dθ/dt) zunehmen würde, die kreisförmige Drehgeschwindigkeit der Auflage 80 derart eingestellt, dass, wenn S eine Tangentialentfernung entlang ORT 1 ist und [1] dS = RHO·dTHETA, wobei „d" verwendet wird, um „differentiell" anzuzeigen wie bei der mathematischen Schreibweise, dann [2] dS/dt = RHO·dTHETA/dt = V, wenn t für die Zeit steht, wobei V die gewünschte konstante Geschwindigkeit entlang ORT 1 ist. Dies wird aufgelöst nach [3] dTHETA/dt = V/RHO, wobei RHO als 1 Düseneinheitsbreite beginnt und an dem Punkt, an dem eine volle Bedeckung des Mediums stattgefunden hat, (W²+ H²)^1/2/2 erreicht. Da es sich bei RHO um eine Variable handelt, die in der Nennerposition auftritt, bedeutet das, dass die Drehgeschwindigkeit eine nichtlineare Funktion der Position des Tintenstrahlkopfes ist, wenn eine konstante Tangentialgeschwindigkeit des Kopfes gewünscht ist. 7 ist eine Kennlinie, die eine exemplarische Winkelgeschwindigkeit des Kopfes als eine Funktion der Radialentfernung von der Koordinatenmitte darstellt. Anders ausgedrückt, die maximale Drehgeschwindigkeit des Mediums beträgt V rad pro Sekunde, wenn die innerste Düse über der Drehungsmitte angeordnet ist, und die minimale Drehgeschwindigkeit beträgt 2V/(W²+ H²)^1/2 rad pro Sekunde für ein Düsenarray von 1 Einheit Länge.
Als veranschaulichendes Beispiel sei angenommen, dass gewünscht wird, auf einem 20,32 × 27,94 cm (8,5 × 11 Zoll) großen Medium von Kante zu Kante zu drucken unter Verwendung eines Tintenstrahlarrays, das 300 Düsen umfasst, von denen jede gleichmäßig um 0,0085 cm (1/300 Zoll) von ihren Nachbarn beabstandet ist. Dieses Array ist dann 2,54 cm (1,0 Zoll) lang. Tintenstrahlstifte sind normalerweise für eine maximale Abfeuergeschwindigkeit konzipiert. Daher schreiben die gleichmäßig beabstandeten Tropfen die Entfernung vor, die sich der Stift (Kopf) in 1/f Sekunden bewegt, wobei f die Abfeuergeschwindigkeit (Frequenz) ist. Dies stellt die maximale Geschwindigkeit des Stiftes (Kopfes) ein. Ferner sein angenommen, dass die maximale Tangentialgeschwindigkeit, die dieses Düsenarray unterstützt, während dasselbe mit seiner maximalen Geschwindigkeit Punkte abfeuert, 25,4 cm pro Sekunde (10,0 Zoll pro Sekunde) beträgt. Somit werden 10·300 = 3.000 Punkte pro Sekunde abgefeuert, während sich der Kopf mit dieser Geschwindigkeit über das Medium bewegt, und die „Bandbreite" ist 2,54 cm (1,0 Zoll) breit.
Die Maximalposition, die die Düse, die am weitesten von der Drehungsmitte entfernt ist, von dieser Mitte entfernt sein muss, ist für dieses Beispiel (W²+ H²)^1/2/2 = (8,5²+ 11²)^1/2/2 = 17,65 cm (6,95 Zoll), und wenn dieselbe diese äußere Grenze von RHO erreicht, beträgt ihre Drehgeschwindigkeit dTHE-TA/dt = V/RHO = 25,4 cm pro Sekunde/17,65 cm (10,0 Zoll pro Sekunde/6,95 Zoll) = 1,44 rad pro Sekunde oder etwa 13,75 U/Min (Umdrehungen pro Minute) wie in 7. Die Tangentialgeschwindigkeit ist die Drehgeschwindigkeit mal den Radius, d. h. 1,44·6,95 = 25,4 cm pro Sekunde (10 Zoll pro Sekunde), wie erwartet.
Wenn nun die Düse, die am weitesten von der Drehungsmitte entfernt ist, bei RHO = 2,54 cm (1,0 Zoll) ist, beträgt die Drehgeschwindigkeit 25,4 cm pro Sekunde/2,54 cm (10,0 Zoll pro Sekunde/1,0 Zoll) = 10,0 rad pro Sekunde oder etwa 95,5 U/Min wie in 7.
Die Gesamtdruckzeit kann der Zeit angenähert werden, die benötigt wird, um die gesamte kreisförmige Fläche von REGION 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit von 64,5 cm² pro Sekunde (10 Zoll² pro Sekunde) zu überstreichen (die Fläche, die durch den Kopf in einer Sekunde überstrichen wird, ist die Länge des Düsenarrays mal die Entfernung, die in einer Sekunde zurückgelegt wird). Die gesamte „überstrichene" kreisförmige Fläche beträgt π·(RADIUS²) = 3,14159·(6,95)² = 979 cm² (151,75 Zoll²). Bei 64,5 cm² pro Sekunde (10 Zoll² pro Sekunde) ergibt dies ungefähr 15,2 Sekunden.
Falls ein Bild aufbereitet wird, das normal in einer herkömmlichen Weise in Reihen und Spalten von Datenpixeln oder Bildelementen organisiert ist, gibt es einige Regionen des Mediums, in denen die Tropfen vielleicht nicht genau auf der gewünschten „kartesischen" Koordinate landen aufgrund von Quantisierungstypeffekten, die zwischen dem kartesischen Koordinatensystem von Reihen und Spalten und dem RHO-THETA-Koordinatensystem, das in 2 abgebildet ist, bestehen. Der maximale Fehler bei den obigen Schemata tritt bei einem Drehwinkel von 180 Grad oder π rad auf, wobei π das Verhältnis des Umfangs zu dem Durchmesser eines perfekten Kreises darstellt. Durch ein Neuabtasten der kartesischen Rasterdaten in RHO-THETA-Koordinaten unter Verwendung bekannter Digitaltechniken (z. B. Faltung) sind Druckartefakte minimal. Die oben erwähnte, ebenfalls anhängige Anmeldung beschreibt eine Technik, die den Bedarf an derartigen Koordinatenumwandlungen vollkommen beseitigt.
8 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm des Steuersystems für das Druckersystem, das in 1 abgebildet ist. Eine Steuerung 100 ist zur Wiedergewinnung von Daten, die einen Druckauftrag definieren, mit einem Speicher 102 verbunden. Die Steuerung erzeugt die Antriebsbefehle an den Stiftbewegungsmotor 72, der den Wagenantrieb umfasst, und empfängt Positionssignale, die die Wagen- /Stift-Position von einem Stiftbewegungscodierer 78 anzeigen. Die Steuerung erzeugt auch Drehtischmotorantriebsbefehle, um den Drehtischmotor 92 zu steuern, der die Drehtischauflage dreht, und empfängt Codierersignale von dem Drehtischcodierer 94, um die Position und die Winkelgeschwindigkeit der Drehtischauflage zu bestimmen. Die Steuerung kann somit den Wagenantrieb steuern, um einen nichtüberrundenden Spiralenort des Stiftdüsenarrays bezüglich des Mediums zu erzielen, oder einen überrundeten Spiralenort, um eine Banderscheinung oder andere Artefakte zu verhindern, oder einen unterrundeten Ort, um andere spezielle Druckmodi zu liefern. Andere exemplarische Druckmodi umfassen ein Überspringen des Druckens bei abwechselnden Drehungen, die die Spirale bilden, und ein Umkehren der Richtung des Wagens an dem Ende, wobei die ausgelassenen Punkte bei den abwechselnden Drehungen eingefüllt werden.
Die Steuerung stellt auch Abfeuerpulse an die Stiftdruckkopfdüsen 54 bereit, abhängig von dem zu erzeugenden Bild und der Position des Stiftes bezüglich der Koordinatenmitte. Die Bilddaten können in dem Speicher 102 gespeichert sein oder von einem Hostcomputer 120 empfangen werden. Die Steuerung kann auch die Abfeuergeschwindigkeit für die Stiftdüsen einstellen. Während es in vielen Fällen wünschenswert ist, eine konstante (maximale) Abfeuergeschwindigkeit zu verwenden, kann die Steuerung für andere Aufträge oder Anwendungen die Abfeuergeschwindigkeit so steuern, dass sie bei einem bestimmten Druckauftrag nicht konstant ist oder dass eine langsamere konstante Abfeuergeschwindigkeit verwendet wird.
Schnellere oder langsamere Abfeuergeschwindigkeiten können verwendet werden, um höhere oder niedrigere Punktdichten in bestimmten Regionen auf dem Medium 10 zu erreichen.
Jede Düse in dem Düsenarray 54 befindet sich in einer anderen Radialentfernung von der Koordinatenmitte 86 als jede andere Düse. Dies führt dazu, dass ein Abfeuern aller Düsen mit einer konstanten Geschwindigkeit Punktbeabstandungsunterschiede erzeugt, die bei kleinen Werten von RHO, besonders in der REGION 1 von 2, leicht ersichtlich ist. Zum Beispiel muss in der REGION 1 während der Anfangsdrehung des Mediums (die nicht durch eine Radialbewegung des Wagens begleitet ist) und für eine Düsenbeabstandung von 0,0085 cm (1/300 Zoll) die Düse 56N (3), die bei RHO am weitesten von der Drehungsmitte entfernt ist, 300 mal für jeden Zoll entlang des Umfangs abfeuern. Für ein 1-Zoll-Düsenarray beträgt der Umfang 2π Zoll. Also werden entlang dieses Umfangs 1.885 Punkte bei einer Beabstandung von 0,0085 cm (1/300 Zoll) gedruckt. An der zweiten Düse 56B außerhalb der Koordinatenmitte beträgt der Umfang nur 2π/300 Zoll oder 0,053 cm (0,0209 Zoll), und ein Abfeuern von 1.885 Tintenpunkten entlang dieses kreisförmigen Pfades ist nicht korrekt, da dasselbe zu viel Tinte entlang dieses kreisförmigen Pfades erzeugt. An der Düse neben dem äußersten Sensorelement, d. h. 0,0085 cm (1/300 Zoll) näher an der Drehungsmitte, sollte die Anzahl der Punkte, die abgefeuert werden, um 300 Punkte pro Zoll aufrechtzuerhalten, 2V(1,0–1/300)(300), d. h. 1.879 betragen. Stattdessen würden dagegen tatsächlich 1.885 Punkte abgefeuert, wenn die Abfeuergeschwindigkeit die gleiche wie die äußerste Düse wäre, und die so erzeugten Punkte würden näher zusammenliegen als diejenigen, die durch die äußerste Düse erzeugt werden. Während der Überstreichung von REGION 1 oder bei jeder anderen Region des Mediums sollten Pixel, die gedruckt worden sind, nicht noch einmal gedruckt werden, und eine Logik in der Steuerung kann ohne Weiteres bestimmen, welches Pixel durch jede Düse zu drucken ist, und Düsen, die näher an der Drehungsmitte liegen, können weniger häufig abgefeuert werden.
Als ein weiteres Beispiel: Wenn das Düsenarray nach der zweiten vollständigen Umdrehung des Mediums einen RHO-Wert von 2,0 erreicht hat, ist die Düse 56A (die der Drehungsmitte am nächsten ist), bei einem RHO-Wert von 1,0 und muss mit der halben Geschwindigkeit der äußersten Düse abgefeu ert werden, um die gleiche Punktbeabstandung aufrechtzuerhalten. Erneut stellt die Logik in der Steuerung die Abfeuergeschwindigkeit ein, um keine Tinte auf ein Pixel aufzubringen, das schon einmal gedruckt wurde. Es ist aber erwünscht, die Gesamtdruckzeit zu minimieren, indem veranlasst wird, dass die Düse 56N, d. h. die äußerste Düse, mit der maximal möglichen (konstanten) Geschwindigkeit abfeuert. 7 zeigt die Beziehung zwischen der konstanten (maximalen) Geschwindigkeit dieser äußersten Düse, während alle anderen Düsen tatsächlich abfeuern, wenn das Pixel, über das sie drucken sollen, zumindest 0,0085 cm (1/300 Zoll) von jedem benachbarten Pixel entfernt ist, und dies wird immer bei einer niedrigeren Abfeuergeschwindigkeit als der maximal möglichen sein. Diese Geschwindigkeitsunterschiede nehmen rasch mit einer Entfernung von der Drehungsmitte ab.
Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Veranschaulichung der möglichen spezifischen Ausführungsbeispiele dienen, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen können. Zum Beispiel können andere Anordnungen eingesetzt werden, um die gewünschte Relativbewegung zwischen dem Stift und dem Druckmedium bereitzustellen, um einen spiralförmigen Pfad bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Stift an einem Armmechanismus angeordnet sein, der sich in einem spiralförmigen Pfad bewegt, wobei das Druckmedium an einer feststehenden Auflage angeordnet ist. Oder umgekehrt kann der Stift in einer feststehenden Position angeordnet sein, und das Druckmedium kann an einer Auflage angeordnet sein, die den gewünschten Spiralbewegungsort bereitstellt. Obwohl die Bewegung des Stiftes so beschrieben wurde, dass sie von einer Position in der Koordinatenmitte beginnt und sich radial nach außen bewegt, könnte der Stift außerdem alternativ dazu an jeder anderen Position gestartet werden, z. B. an der äußersten Position, und spiralförmig nach innen bewegt werden, um in der Koordinatenmitte zu enden.

Claims

Ein Verfahren zur Medienbedeckung mit einem Tintenstrahldüsenarray, das eine Folge der folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Tintenstrahldüsenarrays (54); Tragen eines flachen Mediums (10) zur Aufnahme von Tintentröpfchen, die während eines Tintenstrahldruckzyklus durch das Düsenarray ausgestoßen werden; Ausstoßen von Tintentröpfchen während eines Tintenstrahldruckzyklus auf das Medium; und Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray und dem Medium, derart, daß während eines Tintenstrahldruckzyklus ein spiralförmiger Pfad durch die Spur des Düsenarrays auf dem Medium definiert wird; dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten benachbarter Teile des Pfads über eine wesentliche Ausdehnung derselben voneinander beabstandet sind.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schritt des Bereitstellens einer Relativbewegung ohne ein Bewirken, daß das Düsenarray (54) stoppt und seine Richtung periodisch während des Druckzyklus umkehrt, erzielt wird.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß das Düsenarray (54) an einem Arm befestigt ist, der von einer Koordinatenmitte ausstrahlt, und bei dem der Schritt des Bereitstellens einer Relativbewegung ein Bewegen des Düsenarrays an dem Arm von der Koordinatenmitte nach außen bein haltet, während sich das Medium (10) um die Koordinatenmitte dreht.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß das Düsenarray (54) eine erste Entfernung in einer Richtung aufspannt, die sich radial von der Koordinatenmitte erstreckt, und bei dem der Schritt des Bereitstellens einer Relativbewegung ein radiales Bewegen des Düsenarrays mit einer derartigen Geschwindigkeit umfaßt, daß das Düsenarray radial um eine Entfernung, die kleiner als die erste Entfernung ist, für jede vollständige Drehung des Mediums um die Koordinatenmitte bewegt wird.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß das Düsenarray (54) eine Mehrzahl von Düsen (56A–56N) umfaßt, die eine äußerste Düse (56N) relativ zu der Koordinatenmitte umfassen, und bei dem der Schritt des Ausstoßens von Tintentröpfchen während eines Tintenstrahldruckzyklus ein Ausstoßen der Tintentröpfchen von der äußersten Düse mit einer konstanten Geschwindigkeit umfaßt und der Schritt des Bereitstellens einer Relativbewegung ein Variieren der relativen Drehungsgeschwindigkeit des Mediums (10) umfaßt, um eine im wesentlichen konstante Tangentialgeschwindigkeit der äußersten Düse des Tintenstrahldüsenarrays zu erzielen.
Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schritt des Bereitstellens einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray (54) und dem Medium (10) ein radiales Bewegen des Düsenarrays mit einer Geschwindigkeit umfaßt, die ausgewählt ist, um während des Druckzyklus eine Teilüberrundung des Düsenarrays relativ zu dem Medium zu schaffen.
Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schritt des Bereitstellens einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray (54) und dem Medium (10) ein radiales Bewegen des Düsenarrays mit einer Geschwindigkeit umfaßt, die ausgewählt ist, um eine Teilunterrundung des Düsenarrays relativ zu dem Medium zu schaffen.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schritt des Bereitstellens einer Relativbewegung ein radiales Bewegen des Düsenarrays (54) um eine Entfernung umfaßt, die ausreichend groß ist, um eine Überstreichbedeckung des Düsenarrays über die gesamte Fläche des Mediums (10) zu schaffen.
Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Tintentröpfchen auf ein rechteckiges Medium ausgestoßen werden, wobei der maximale Durchmesser des spiralförmigen Pfades gleich der diagonalen Abmessung des rechteckigen Mediums ist.
Ein Tintenstrahldrucksystem (50) mit folgenden Merkmalen: einem Tintenstrahldüsenarray (54) zum Ausstoßen von Tintentröpfchen während eines Tintenstrahldruckzyklus; einem flachen Medium (10), das positioniert ist, um Tintentröpfchen aufzunehmen, die durch das Düsenarray während eines Tintenstrahldruckzyklus ausgestoßen werden; und einer Vorrichtung (60, 72, 80, 92) zum Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray und dem Medium, derart, daß während eines Tintenstrahldruckzyklus ein spiralförmiger Pfad durch die Spur des Düsenarrays auf dem Medium definiert wird; dadurch ge kennzeichnet, daß die Kanten benachbarter Teile des Pfads über eine wesentliche Ausdehnung derselben voneinander beabstandet sind.
Ein Drucksystem gemäß Anspruch 10, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung (60, 72, 80, 92) zum Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray (54) und dem Medium (10) angepaßt ist, um das Düsenarray radial mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die während des Druckzyklus eine Teilüberrundung des Düsenarrays relativ zu dem Medium liefert.
Ein Drucksystem gemäß Anspruch 11, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung (60, 72, 80, 92) zum Bereitstellen einer Relativbewegung zwischen dem Düsenarray (54) und dem Medium angepaßt ist, um das Düsenarray radial mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die eine Teilunterrundung des Düsenarrays relativ zu dem Medium liefert.
Ein Drucksystem gemäß Anspruch 11, das ferner durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: einen Tintenstrahlstift (52), wobei das Düsenarray (54) an dem Stift befestigt ist; einen Stiftwagen (60) zum Halten des Stifts, wobei der Stiftwagen zur Bewegung entlang einer Wagenachse (62) befestigt ist, die sich durch eine Koordinatenmitte erstreckt; eine Armstruktur zum Tragen des Stiftwagens für die Bewegung entlang der Wagenachse, und wobei die Vorrichtung zum Bereitstellen einer Relativbewegung eine Wagenantriebsvorrichtung (72) zum Bewegen des Stifts an dem Arm von der Koordinatenmitte nach außen und einen Drehtischantrieb zum Drehen des Mediums um die Koordinatenmitte umfaßt.
Ein Drucksystem gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, das ferner durch eine Steuerung (100) zum Erzeugen von Düsenabfeuerungsbefehlen gekennzeichnet ist, um zu bewirken, daß das Düsenarray (54) Tintentröpfchen aus einer bestimmten Düse, die das Düsenarray aufweist, mit einer konstanten Geschwindigkeit für den Druckzyklus ausstößt, und bei dem die Vorrichtung zum Drehen des Mediums angepaßt ist, um die Drehgeschwindigkeit des Mediums zu variieren, um eine im wesentlichen konstante Tangentialgeschwindigkeit des Tintenstrahldüsenarrays zu erzielen.
Ein Drucksystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, das ferner durch eine Steuerung (100) zum Erzeugen von Düsenabfeuerungsbefehlen gekennzeichnet ist, um zu bewirken, daß das Düsenarray (54) Tintentröpfchen mit einer variierenden Geschwindigkeit für den Druckzyklus ausstößt.