DE69402458T2

DE69402458T2 - Verfahren zum Ermitteln und Einregeln der Druckqualität in Thermofarbstrahldrucker

Info

Publication number: DE69402458T2
Application number: DE69402458T
Authority: DE
Inventors: Lance Cleveland; Abdolreza Movaghar; Wistar W Rhoads
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1993-05-03
Filing date: 1994-04-29
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2014-04-30
Also published as: US5455607A; DE69402458D1; JPH06328674A; EP0623474A3; EP0623474B1; HK71897A; EP0623474A2

Description

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet der thermischen Tintenstrahldrucker und spezieller eine Verbesserung der Qualität des schwarzen Textes bei thermischen Tintenstrahldruckern, welche mehrere schwarze und farbige Tintenstrahl- Schreiberkartuschen verwenden.
Die vorliegende Erfindung ist verwandt mit der US Patentanmeldung Nr. 08/056,639 vom 30,April 1993, nun US-A-5,368,403, US-A-5,441,354 und EP-A-0 622 241, der US-Patentanmeldung Nr. 08/056,229 vom 30. April 1993, nun US-A-5,399,039, US-A-5,456,543 und EP-A-0 622 222; der US-Patentanmeldung Nr. 08/057,241 vom 30. April 1993, nun EP-A-0 622 208, und der EP 93 120 341.8 vom 16. Dezember 1993, nun EP-A-0 622 240; die obigen europäischen Patentanmeldungen gehören zum Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ.
Thermische Tintenstrahldrucker haben eine weitverbreitete Akzeptanz. Diese Drucker wurden von W.J. Lloyd und H.T. Taub in "Ink Jet Devices" Kapitel 13 in Output Hardcopy Devices (Ed. R.C. Durbeck und S. Sherr, San Diego, Academic Press, 1988) und in den US-Patenten 4,490,728 und 4,313,684 beschrieben. Thermische Tintenstrahldrucker erzeugen Drucke hoher Qualität, sind kompakt und tragbar, und sie drucken schnell und geräuschlos, weil nur die Tinte auf das Papier auftrifft.
Ein Tintenstrahldrucker erzeugt ein gedrucktes Bild, indem er ein Muster aus einzelnen Punkten bei bestimmten Stellen einer Matrix druckt, welche für das Druckmedium definiert ist. Die Stellen werden als kleine Punkte in einer geradlinigen Anordnung visualisiert. Die Stellen werden manchmal als "Punktstellen", "punktpositionenll oder "pixel" bezeichnet. Der Druckvorgang kann somit als das Ausfüllen eines Musters aus Punktstellen mit Tintenpunkten betrachtet werden. Tintenstrahldrucker drucken Punkte durch Ausstoßen sehr kleiner Tintentropfen auf das Druckmedium, und sie haben üblicherweise einen beweglichen Schlitten, welcher einen oder mehrere Druckköpfe trägt, die jeweils Tintenausstoßdüsen haben. Der Schlitten überquert die Oberfläche des Druckmediums, und die Düsen werden angesteuert, um Tintentropfen abhängig von den Befehlen eines Mikrocomputers oder einer anderen Steuereinrichtung zu den richtigen Zeitpunkten auszustoßen, wobei die zeitliche Steuerung für das Aufbringen der Tintentropfen mit dem Pixelmuster des Bildes, welches gedruckt wird, übereinstimmen sollte.
Der typische thermische Tintenstrahldruckkopf. (d.h. ein Siliziumsubstrat, auf dem Strukturen aufgebaut sind, und Verbindung zu dem Substrat) verwendet eine flüssige Tinte (d.h. aufgelöste Farbstoffe oder dispergierte Pigmente in einem Lösungsmittel). Er weist eine Anordnung aus präzise ausgebildeten Düsen auf, die an einem Druckkopf substrat angebracht ist, welches eine Anordnung aus Abfeuer-Kammern enthält, die flüssige Tinte von einem Tintenreservoir erhalten. Jede Kammer hat einen Dünnfilmwiderstand, der als thermischer Tintenstrahl- Abfeuerkammer-Widerstand bekannt ist, welcher der Düse gegenüberliegt, so daß sich Tinte zwischen diesem und der Düse ansammeln kann. Das Zünden oder Abfeuern vontintentröpfchen erfolgt üblicherweise gesteuert durch einen Mikroprozessor, dessen Signale über elektrische Bahnen zu den Widerstandselementen übertragen werden. Wenn elektrische Druckimpulse den thermischen Tintenstrahl -Abfeuerkammer-Widerstand aufheizen, verdampft ein kleiner Teil der Tinte in dessen Nähe und stößt einen Tintentropfen aus dem Druckkopf aus. Richtig ausgerichtete Düsen erzeugen ein Punktmatrixmuster. Die richtige Bestimmung der Reihenfolge der Betätigung jeder Düse bewirkt, daß Zeichen oder Bilder auf das Papier gedruckt werden, wenn sich der Druckkopf an dem Papier vorbeibewegt.
Die Tintenkartusche, welche die Düsen enthält, wird wiederholt über die Breite des zu bedruckenden Mediums bewegt. Bei jeweils einer vorgegebenen Anzahl von Inkrementen dieser Bewegung über das Medium wird abhängig von den Programm-Ausgangsdaten des steuernden Mikroprozessors jede Düse dazu gebracht, Tinte auszustoßen, oder keine Tinte auszustoßen Bei jeder vollständigen Bewegung über das Medium kann eine Schwade gedruckt werden, die ungefähr so breit wie die Anzahl der Düsen in einer Spalte der Tintenkartusche multipliziert mit den Abständen.zwischen den Düsenmittelpunkten ist. Nach jede beendeten Bewegung oder Schwade wird das Medium um die Breite der Schwade weiterbewegt, und die Tintenkartusche beginnt mit der nächsten Schwade. Durch richtige Auswahl und zeitliche Steuerung der Signale, wird der gewünschte Druck auf dem Medium erhalten.
Thermische Tintenstrahl-Farbdrucker verwenden üblicherweise mehrere Druckkartuschen, normalerweise entweder zwei oder vier, die auf einem Druckerschlitten montiert sind, um ein vollständiges Farbspektrum zu erzeugen. Bei einem Drucker mit vier Kartuschen enthält jede Druckkartusche eine andersfarbige Tinte, wobei die üblicherweise verwendeten Grundfarben Cyan (blau), Magenta (rot), Gelb und Schwarz sind. Bei einem Drukker mit zwei Kartuschen enthält eine Kartusche üblicherweise schwarze Tinte, während die andere Kartusche eine Kartusche mit drei Abteilen ist, welche die Tinten mit den Grundfarben Cyan, Magenta und Gelb enthalten. Die Grundfarben werden auf dem Medium erzeugt, indem ein Tropfen der gewünschten Farbe auf einer Punktposition abgesetzt wird, während Sekundärfarben oder schattierte Farben erzeugt werden, indem mehrere Tintentropfen mit unterschiedlicher Grundfarbe auf dieselbe Punktposition gesetzt werden, wobei das Überdrucken mit zwei oder mehr Grundfarben die Sekundärfarben gemäß den allgemein bekannten optischen Gesetzen erzeugt.
Die Druckqualität ist eine der wichtigsten Erwägungen des Wettbewerbs auf dem Gebiet der Tintenstrahldrucker. Tintenstrahldrucker müssen das Problem lösen, daß sich beim Drucken von Text hoher Dichte oder Graphik auf einfachem Papier das mit Tinte gesättigte Medium in ein unakzeptabel welliges oder gekräuseltes Blatt Papier verwandelt. Die beim thermischen Tintenstrahldrucken verwendete Tinte ist üblicherweise eine Tinte auf Wasserbasis. Wenn die flüssige Tinte auf dem Papier abgesetzt wird, wird sie von den Zellulosefasern absorbiert und bewirkt, daß die Fasern schwellen. Wenn die Zellulosefasern schwellen, erzeugen sie eine örtliche Ausdehnung, wodurch wiederum das Papier sich in diesen Bereichen unkontrolliert verwirft. Dieses Phänomen wird Papierwellung genannt. Dies kann eine Verschlechterung der Druckqualität aufgrund des unkontrollierten Abstandes zwischen Druckkopf und Medium verursachen, und es kann weiterhin dazu führen, daß der Ausdruck wegen der Wellung des Papiers ein schlechtes Erscheinungsbild hat.
Frühere Drucker mit mehreren Druckköpfen wurden so konstruiert, daß jeder Druckkopf nominell denselben Abstand von dem Medium hatte. Der nominelle Abstand oder Nennabstand wird durch Summieren der verschiedenen Toleranzen ermittelt, wie der Höhe der Wellung des Mediums, Toleranzen zwischen den Teilen, welche die Position des Mediums und des Schlittens bestimmen, Toleranzen von Druckkopfposition zu Druckkopfposition innerhalb des Schlittens und Schwankungen des Abstands von dem nächstgelegenen Teil des Druckkopfes zum Medium zu der Fläche an der Druckkartusche, welche den Druckkopf in dem Schlitten positioniert. Diese Toleranzen können einen Nennabstand vom Druckkopf zum Medium erforderlich machen, der keine gute Druckqualität erzeugt, weil die Sprüheffekte zunehmen und Fehler in der nominellen Trajektone des Haupttropfens entstehen. Bei jüngeren Produkten wurde dieser Abstand reduziert, indem der Schlitten so eingestellt wurde, daß er so nah wie möglich bei dem Medium ist, ohne daß die Druckköpfe auf dem Medium schleifen.
Diese Lösung ergibt für einen Schwarz- und Farbdrucker nicht die optimale Druckqualität Da der Nennabstand von Druckkopf zu Medium identisch ist, kannnicht ermittelt werden, welche Druckkartusche aufgrund unvermeidbarer Zufallsschwankungen bei der Herstellung des Schlittens und der Druckköpfe am nächsten bei dem Medium liegt. In vielen Fällen wird der schwarze Druckkopf nicht der dem Medium am nächsten gelegene Druckkopf sein. Die Qualität eines Ausdrucks mit schwarzem Text ist jedoch empfindlicher gegenüber dem Abstand zwischen Druckkopf und Medium als Farbgraphik und Bilder, deshalb ergibt sich, wenn der schwarze Druckkopf weiter von dem Medium entfernt ist als der (die) farbige Druckkopf (Druckköpfe), und wenn alle Druckköpfe weit genug von dem Medium entfernt sind, um ein Schleifen zu verhindern, eine geringere Druckqualität, als man sie erhalten könnte, wenn man wüßte, daß der schwarze Druckkopf immer der zu begrenzde Faktor ist.
Zum Optimieren der Druckqualität ist es wünschenswert, die Distanz zwischen einem thermischen Tintenstrahldruckkopf und dem Medium, auf welches gedruckt wird, zu minimieren. Dies senkt die Verschlechterung der Druckqualität durch Sprühen (kleine, fehlgelenkte Tintentropfen mit anderen Trajektorien als der Haupttropfen) und Fehler bei der nominellen Trajektone des Hauptropfens. Thermische Tintenstrahl- Farbdrucker verwenden üblicherweise mehrere Druckkartuschen, normalerweise entweder zwei oder vier, die in dem Druckerschlitten montiert sind, um ein vollständiges Farbspektrum zu erzeugen. Bei einem Drucker mit mehreren Druckköpfen kann wegen der mechanischen Toleranzen des Druckers nur ein Druckkopf der dem Medium am nächsten gelegene sein.
Die Erfindung beruht auf einer statistischen Behandtung der Toleranzen, um den Bereich der Abstände zwischen Schreiber und Druckmedium zu ermitteln. Das Schreiberabteil wird dann so entworfen, daß die Bezugspunkte für den schwarzen Schreiber so festgelegt werden, daß dieser Schreiber nominell bei der Höhe sitzt, bei der 99,99% (4 Sigma) der Stichproben niedriger als die anderen Schreiber liegen. Dies wird erreicht, indem die Toleranzwerte erfaßt und statistische verarbeitet werden, um die größte Variation zwischen einem Schreiber und einen anderen zu ermitteln, so daß 99,99 % der erfaßten Daten innerhalb dieser Variation liegen. Dieser Wert wird dann dazu verwendet, die Bezugspunkte des Schlittenabteils für den schwarzen Schreiber so zu versetzen, daß bei 99,99 % aller Drucker der schwarze Schreiber der niedrigste Schreiber (und somit am nächsten bei dem Papier) ist, wodurch die Druckqualität maximiert wird.
Das Verfahren gemäß dieser Erfindung garantiert, daß der schwarze Druckkopf in einem Tintenstrahl-Farbdrucker mit mehreren Kartuschen der am nächsten bei dem Medium liegende Druckkopf ist, so daß die Druckqualität des schwarzen Textes optimiert wird. Da die Druckqualität des schwarzen Textes empfindlicher gegenüber dem Abstand zwischen Druckkopf und Medium ist als die Qualität der Farbgraphik, wird die gesamte Druckqualität sowohl für schwarzen Text als auch für Farbgraphik optimiert.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines thermischen Tintenstrahldruckers, welcher die vorliegende Erfindung enthält;
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer thermischen Tintenstrahlkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines thermischen Tintenstrahldruckerschlittens;
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht des Schlittens der Figur 3 von rechts, wobei man die Auflage der Gleitstange und des Gleitbalkens und einen Teil des Mediumtransportweges des Druckers der Figur 1, teilweise geschnitten, sieht;
Figur 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Gleitkörpers, der auf dem Schlitten verwendet wird;
Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite und der rechten Seite eines Druckerschlittens, der für eine Gleitbewegung auf einer Gleitstange und einem Gleitbalken montierbar ist, welche gestrichelt gezeichnet sind;
Figur 7 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Schlittenanordnung und des Mechanismus zum Einstellen des Abstandes zwischen dem Druckkopf und dem Medium.
Figur 1 zeigt einen thermischen Tintenstrahldrucker 10, welcher die vorliegende Erfindung enthält. Der Tintenstrahldrukker 10 hat im speziellen eine bewegliche Schlittenanordnung 20, welche hinten auf einer Gleitstange 6 und vorne auf einem Gleitbalken (nicht gezeigt) gelagert ist. Der Tintenstrahldrucker 10 hat weiterhin ein Eingangstablett 12, welches mehrere Blätter Papier oder ein anderes geeignetes Medium 14 zum Aufnehmen der Tinte hält, und ein oberes Ausgangstablett 16 zum Annehmen des bedruckten Mediums 18. Wie in Figur 3 gezeigt, umfaßt der bewegliche Schlitten 20 mehrere einzelne Kartuschenaufnahmen oder -abteile 24 zum Aufnehmen einer entsprechenden Anzahl von thermischen Tintenstrahl-Druckerkartuschen 22.
Figur 2 ist eine detailliertere Ansicht einer Tintenstrahl- Schreiberkartusche 22, welche Tinte speichert und einen Druckkopf 26 hat, der bei Aktivierung mittels Abfeuerimpulsen bewirkt, daß Tinte aus Düsen in dem Tintenstrahl-Schreiberdruckkopf 26 ausgestoßen wird. Am Boden des Druckkopfes 26 befindet sich eine Einkapselung (nicht gezeigt), welche die brahtanschlüsse an den Kanten des Druckkopfes 26 bedeckt. Die Einkapselung liegt näher bei dem Medium als die Düsen in dem Druckkopf 26. Die Dicke der Einkapselung wird hier als Einkapselungsdistanz bezeichnet. Figur 3 zeigt vier Tintenstrahl- Schreiberkartuschen 22, welche in vier Tintenkartuschen-Aufnahmen 24 in der Schlittenanordnung 22 installiert sind, wobei oben auf der Schlittenanordnung 20 eine Schlittenabdeckung 28 installiert ist.
Figur 4 zeigt eine Schlittenanordnung 20, welche für eine Gleitbewegung auf einer Gleitstange 6 und einem Gleitbalken 8 montiert ist, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Papiers oder des anderen Druckmediums durch den Drucker erstrecken. Bei der gezeigten Ausführungsform wird der Schlitten 20 an seiner Hinterseite auf der Gleitstange 6 von zwei seitlich mit Zwischenraum angeordneten Laufbuchsen im unteren hinteren Teil des Schlittens 20 gestützt, sowie vorne von dem Gleitbalken 8, dessen Oberseite eine Schlittenlagerfläche 86 aufweist, welche in Kontakt mit der Unterseite des Gleitkörpers 70 ist, um den vorderen Teil des Schlittens 20 zu stützten.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des vorderen unteren Teils der Schlittenanordnung 20. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind vier getrennte Tintenstrahlkartuschen 22 für Tinten der Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz vorgesehen. Der Schlitten 20 weist ein Spritzgußteil aus Kunststoff auf, welches aus fünf im wesentlichen L-förmigen parallelen, im Zwischenraum angeordnete Platten 31, 33, 35, 37 und 39 besteht, die vier Tintenkartuschen-Aufnahmen 24 zwischen den Platten eingrenzen. Die Tintenkartuschen 22 haben gedruckte Schaltungen, welche an ihren Rückseiten angebracht sind und die elektrische Impulse von dem Druckschlitten 20 erhalten, um die Druckköpfe 26 (Figur 2) zu aktivieren, um Tintentropfen von diesen auszustoßen. Der Schlitten 20 hat ferner eine einteilig mit diesem ausgebildete Bodenwand 30 mit vier Öffnungen 32, 34, 36 und 38, welche den schmalen Schnauzenabschnitt der Tintenkartuschen 22 aufnehmen, der den Druckkopf 26 enthält. Tinte wird von den Düsen (nicht gezeigt) in dem Druckkopf 26 nach unten auf das Papier oder ein anderes Medium ausgestoßen.
Im folgenden wird Bezug genommen auf die Figuren 4, 5 und 6; jeder der zwei oberen Gleitvorsprünge 62, 64 an der vorderen Wand des Schlittens 20 hat eine sich vertikal erstreckende Rippe 67 und einen sich nach außen erstreckenden horizontalen Flansch 68 zum Aufnehmen eines austauschbaren Schuhs 70. Jeder der Flansche 68 hat eine geringe Vertiefung (nicht gezeigt) zum Aufnehmen einer vorspringenden Erhebung 74 an zwei gegenüberliegenden Flanschen des Gleitkörpers oder Gleitschuhs 70, der einen kanalförmigen Kunststoffabschnitt aufweist, so daß der Gleitkörper 70 auf die horizontalen Flanschen 68 der oberen Vorsprünge 62, 64 geschoben werden kann, wobei die Erhebungen 74 (Figur 5) den Gleitkörper 70 auf den Flansche 68 halten, indem sie mit den Vertiefungen 72 in Eingriff kommen.
Der untere Vorsprung 66 an der vorderen Wand des Schlittens 20 hat vorzugsweise eine obere Kontaktlippe 69 (Figur 4), die sich nicht über die gesamte Länge des Vorsprungs erstreckt. Die Lippe 69 und die Unterseite des Verschleiß-Gleitkörpers 70 sind mit Abstand angeordnet, um einen oberen Flansch des Gleitbalkens 88 eng verschiebbar aufzunehmen.
Wie man in Figur 4 sieht, ist der Gleitbalken 8 vorzugsweise aus einem einzigen Blechstück hergestellt, das wie ein Kanal geformt ist, mit einem relativ breiten unteren Flansch 80, einer sich vertikal erstreckenden Verbindungsrippe 82 und einem relativ schmalen, sich horizontal erstreckenden oberen Flansch 84, dessen Oberseite eine Schlittenstützfläche 86 aufweist, die mit der Unterseite des Gleitkörpers 70 in Verbindung ist, um den vorderen Teil des Schlittens 20 zu stützten. Auf der Schlittenstützfläche 86 ist vorzugsweise eine Beschichtung aus Polyethylen mit hohem Molekulargewicht.vorgesehen. Diese Beschichtung kann entweder einfach ats ein Streifen eines Bandes aufgebracht werden, der Fachmann kann jedoch auch andere Mittel zum Schmieren der Stützfläche 86 des Gleitbalkens konzipieren.
In Figur 4 ist ein kleiner Teil des Papierweges durch den Drucker 10 gezeigt. Jede Kartusche 22 wird von der Schlittenanordnung 20 und einer Kartuschenaufnahme 24 über dem Medium gehalten, so daß der Druckkopf 26 einen geeigneten Druckkopf- Medium-Abstand von dem Medium 90 einhält Das Papier 90 wird von dem Eingangstablett 12 (Figur 1) aufgenommen und in der Richtung des Pfeiles 92 in den Papierweg transportiert. Die Anfangskante des Papiers 90 wird dann in den Klemmspalt zwischen einer Antriebswalze 106 und einer Leerlauf- oder einer Klemmwalze 104 geführt und in die Druckzone 110 bewegt. Ein Gitterschirm 108 trägt das Papier 90, während es unter dem Druckkopf 26 durch die Druckzone 110 geht. Nachdem das Papier durch die Druckzone 110 gegangen ist, trifft es auf eine Ausgangswalze 102, welche das Medium 90 in das Ausgangstablett 16 (Figur 1) befördert. Die Antriebswalze 106 und die Ausgangswalze 102 halten das Druckmedium 90 in einem gespannten Zustand, während es unter dem Druckkopf 26 hindurchgeht und sich in eine Richtung bewegt, welche senkrecht zu der Schlittenachse 20 verläuft, die durch die Gleitstange 6 definiert wird.
In der Druckzone 110 wird auf die Oberseite des Mediums 90 gedruckt, indem die Antriebs- und die Ausgangswalzen 106, 102 angehalten werden, der Schlitten 20 entlang einer Schwade bewegt wird, und die Tintenkartuschen abgefeuert werden, um eine gewünschte Schwade auf die Oberfläche des Mediums zu drucken. Nachdem das Drucken der Schwade auf das Medium 90 abgeschlossen ist, werden die Antriebs- und die Ausgangswalzen 106, 102 aktiviert, und das Medium 90 wird um eine Schwadenlänge vorwärts bewegt, und das Drucken der Schwade beginnt erneut.
Wie man in Figur 7 sieht, wird die Gleitstange 6 von zwei ausgestanzten Blechteilen, welche Stangenhalterungen 120 genannt werde, bei zwei Halbierungspunkten unterstützt. Jede Stangenhalterung 112 hat einen Paßstift 114, der an ihrem oberen rückwärtigen Teil liegt und in eine Rille 116 in dem sich nach oben erstreckenden Teil links und rechts des Druckerchassis 118 eingefügt wird. Die Vorderseite der Stangenhalterung 112 links und rechts des Druckers liegt auf Einstellfedern 120, welche mit Einstellschrauben 122 gehalten werden. Durch Drehen der Einstellschrauben 122 auf jeder Seite des Druckerchassis, während der Schlitten 20 zur linken und zur rechten der Druckzone bewegt wird, kann der Druckkopf-Medium-Abstand eingestellt werden.
Die Summe aller Toleranzen, welche durch jedes einzelne Drukkerteil entstehen, überschreitet die Toleranz des Druckkopf- Medium-Abstandes, welcher erforderlich ist, um die gewünschte Qualität beim Drucken von Text zu erhalten. Somit muß der Druckkopf-Medium-Abstand bei jedem Drucker eingestellt werden.
Das Einrichten des Abstandes des thermischen Tintenstrahldruckkopfes über dem Papier streng im Hinblick auf die Druckqualität würde bedeuten, daß der Druckkopf beinahe auf dem Papier schleift, um die maximale Qualität beim Drucken von Text zu erhalten. Das Einstellen der Druckkartusche so, daß der Abstand vom Druckkopf zum Medium 0,8 mm beträgt, erzeugt eine ausgezeichnete Druckqualität für schwarzen Text, weil die schwarze Kartusche während des Druckens von Text den Rand der Seite niemals vollständig verläßt. Es ist jedoch nicht möglich, Graphiken bei diesem Druckkopf-Medium-Abstand zu drukken, weil der Druckkopf während des Druckens von Graphiken häufig die Seite verläßt und sich beim Zurückgehen an den Rand des Papiers verfangen kann.
Im Bezug auf die Druckqualität sind Druckkopf-Medium-Abstande von 1,0 mm oder weniger eindeutig hervorragend, während Druckkopfabstände von 2,0 mm oder mehr über dem Medium eindeutig nicht annehmbar sind. Die Grenzlinie für die Annehmbarkeit liegt bei ungefähr 1,8 mm. Gestützt auf die anwendbaren Toleranzen in einem thermischen Tintenstrahldrucker ergibt ein Druckkopf-Medium-Nennabstand von 1,6 mm über dem Medium die maximalen Vorzüge in Bezug auf die Druckqualität von
schwarzem Text, während ein ausreichender Freiraum über dem Medium während des Druckens von Graphiken bleibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden Toleranzen analysiert, indem alle Quellen für Varianzen in dem Drucker von der Deckplatte bis zur Oberfläche des Mediums untersucht wurden. Vierzehn Variablen wurden identifiziert, variiert und mittels einer Monte-Carlo-Analyse statistisch Verarbeitet. Die Liste der Variablen und Toleranzgrenzen für den Drucker sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1: Unabhängige Variablen
Es wird angenommen, daß alle Toleranzen normal verteilt sind, wobei die Toleranzgrenzen den plus oder minus 3-Sigma-Wert s wiedergeben, der bei der Fertigung zu erwarten ist. Für diese Analyse wurde angenommen, daß die Wellung überall auf dem Papier konstant 0,8 mm beträgt. Dies wurde aus der statistischen Betrachtung ausgeklammert, weil es eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit gibt, daß während des Hochdichte-Druckens irgendwo auf dem Papier eine maximale Wellung auftritt. Andere Toleranzen wurden konservativ gewählt, da angenommen wurden, daß alle Varianzen normal sind. Es wurde z.B. angenommen, daß die Einkapselungsdistanz im Bereich von 0 bis 0,362 mm liegt, und es wurde angenommen, daß die Gleitstangeneinstellung plus oder minus 0,1 mm beträgt, obwohl erwartet wird, daß diese beiden Größen in der Produktion wesentlich weniger schwanken. Das Ergebnis war, daß der niedrigste Schreiber 1,6 mm über dem Druckmedium liegen muß, um sicherzustellen, daß bei 99,99 % der Drucker der Schreiber nie die Tinte auf dem Papier streift.
Die Varianzen wurden mittels Systemgleichungen, die in Tabelle 2 angegeben sind, in fünf Ergebnisse zusammengefaßt, welche mit R1 bis R5 bezeichnet sind. Vier davon sind Permutationen der nahen/fernen Gleichungen mit Abstandseinstellungs- / ohne Abstandeinstellungs-Parametern. Tabelle 2: Systemgleichungen
Die sich ergebenden Variablen sind unten zusammengefaßt (Einstellbarkeit bedeutet, daß die Gleitstange 6 eingestellt wird, um den gewünschten Druckkopf-Medium-Abstand zu erhalten):
R1 = Nicht einstellbare Toleranzengruppe für die Einkapselung; streicht gerade über die Oberseite des welligen Papiers.
R2 = Einstellbare Toleranzengruppe für die Einkapselung; streicht gerade über die Oberseite des welligen Papiers.
R3 = Nicht einstellbare Toleranzengruppe, ddie fallweise dem weitestmöglichen Abstand der Deckplatte zu dem Medium für jede Zufallskombination von Toleranzenwerten entspricht.
R4 = Einstellbare Version von R3
R5 = Einstellbare Toleranzengruppe der Varianz von dem niedrigsten zu dem höchsten Punkt für jeden Fall. Tabelle 3: Resultierende Variablen
Die nahen Gleichungen werden dazu verwendet, den minimalen Druckkopf-Medium-Abstand zu ermitteln. Umgekehrt gesagt, wenn ein 3-Sigma-Wert für R1 oder R2 als ein Druckkopf-Medium- Nennabstand gewählt wird, würde eine 3-Sigma-Vorrichtung gerade das Medium streifen. Diese Ergebnisse erhält man, wenn Nenn- oder Nominalwerte von 0,0 für alle Variablen außer der Einkapselungsdistanz verwendet werden, und wenn angenommen wird, daß der 3-Sigma-Fall das wellige Papier gerade berühren würde. Die fernen Gleichungen bestimmen dann, wie weit weg die Deckplatte von einem anderen Teil der Gleitstange über einem anderen Bereich des Heizgitters mit einem neuen Schreiber in dem Schlitten beim Drucken auf Papier ohne Wellung (d.h. beim Drucken von Text) sein könnte. Das fünfte Resultat berechnet getrennt die Varianz in der Abstandsänderung aufgrund eines anderen Schreibers in einem Drucker mit eingestelltem Druckkopf-Medium-Abstand.
Somit können R1 oder R2 dazu verwendet werden, einen Druckkopf-Medium-Nennabstand einzustellen, indem ein 3- oder 4- Sigma-Wert aller Toleranzen gewählt wird, die dazu beitragen, daß der Druckkopf auf dem Medium reibt. Dann ergibt R3 oder R4 den entsprechend 3 Sigma großen Abstand, der zu einer verschlechterten Textqualität führen würde. R5 wird in Kombination mit R2 für ein ähnliches Resultat wie R4 verwendet. Der Unterschied ist, daß R2 + R5 geringfügig größer ist als R4, weil es der Summe von zwei 3-Sigma-Werten anstelle eines 3- Sigma-Wertes der Summen entspricht.
Wenn die statistischen Daten betrachtet werden, ist es sinnvoll, die Bedeutung der Standardabweichung in Prozent der normal verteilten Population im Kopf zu behalten. In statistischen Tabellen der Lehrbücher findet man:
plus oder minus 1 Sigma 68,26 % der Population
plus oder minus 2 Sigma 95,44 % der Population
plus oder minus 3 Sigma 99,74 % der Population
plus oder minus 4 Sigma 99,99 % der Population
plus oder minus 5 Sigma 100,00 % der Population
Bei allen hier dargestellten Ergebnissen wurden 10.000 Zufallskombinationen (die jedoch an die Normalverteilung angepaßt waren) erzeugt, und die üblichen statistischen Operationen wurden mit der gesamten Population, oder Grundgesamtheit, durchgeführt.
1.) Es sei angenommen, daß der Druckkopf-Medium-Abstand nur auf plus oder minus 0,2 mm eingestellt werden kann (die tatsächliche Einstellung ist plus oder minus 0,10), und daß die Geradheit der Stange und die elastische Verbiegung während der Einstellung nicht auskalibriert werden.
Die Ergebnisse R1 und R3 geben die Bedingung wieder, daß die Einstellung des Druckkopf-Medium-Abstandes keine Möglichkeit ist. In diesem Fall würde der Druckkopf-Medium-Abstand auf den 4-Sigma-Wert von 1,57 mm eingestellt werden, um sicherzustellen, daß kein Aufprall oder Schmieren des Druckkopfes auf Wellenhügeln in dem Drucker auftreten. Dies würde erreicht, indem die Nennwerte aller Teile eingestellt würden, bis der Nennabstand von Einkapselung zum Medium 1,57 mm beträgt. Dies würde leider auch bedeuten, daß 50 % der Drucker eine Textqualität hätten, die mit einem Druckkopf von wenigstens 1,75 mm oder mehr einhergeht (wenn man annimmt, daß die Erhebung der Einkapselung 0,18 mm beträgt). Wenn 1,5 mm für den Druckkopfabstand eine Grenze für die Annehmbarkeit für die Text- Druckqualität PQ ist, erhielten mehr als die Hälfte der Benutzer eine schlechte Textqualität.
Bei den Ergebnissen R2 und R4 wird angenommen, daß der Druckkopfabstand im Bereich von plus oder minus 0,2 mm eingestellt werden kann. Bei dieser Einstelltoleranz gäbe es zu viele Drucker, welche bei dem 3-Sigma-Wert von 1,27 mm einen Aufprall des Druckkopfes erfahren würden. Um dies zu vermeiden, wird der 4-Sigma-Abstand von Druckkopf zu Medium von 1,37 mm verwendet. Der maximaler Druckkopf-Medium-Abstand könnte vernünftiger Weise als 1,6 mm geschätzt werden, was gerade über der annehmbaren Grenze von 1,5 mm liegt. Alternativ könnte R5 bei 3-Sigma zu R2 bei 4-Sigma addiert werden, um den maximalen (3-Sigma) Druckkopf-Medium-Abstand von 1,73 mm zu erhalten.
2) Es wird angenommen, daß der Druckkopf-Medium-Abstand im Bereich von plus oder minus 0,1 mm eingestellt werden kann, und daß die Geradheit und elastische Auslenkung der Stange während der Eichung von Druckkopf zu Medium auskalibriert werden.
R1 und R3 würden sich gegenüber dem erste Fall nicht ändern, weil sich nur die Einstelltoleranzen geändert haben. Obwohl der Druckkopf-Medium-Nennabstand auf den 3-Sigma-Nominalwert von 1,21 eingestellt werden könnte, gäbe es eine kleine Anzahl Drucker, bei denen die Einkapselung über einige Hügel der Wellung streift. Um auf der sicheren Seite zu sein, kann der 4-Sigma-Wert von 1,29 verwendet werden. Dies bedeutet, daß einige Drucker, die außerhalb des 3-Sigma-Bandes liegen (0,26 %) über das Medium schleifen würden. Da eine kleinere Anzahl Drucker Graphiken mit hoher Dichte druckt, bei der die Wellung entstehen kann, sollte die Anzahl der Drucker, bei denen der Druckkopf auf dem Medium schleift, extrem klein sein. Der maximale Druckkopf-Abstand zum Drucken von Textqualität sollte immer innerhalb des 4-Sigma-Wertes von R4 von 1,56 mm liegen, oder 4-Sigma(R2) + 3-Sigma(R5) = 1,58 mm sein. Wenn der Druckkopf-Medium-Nennabstand auf 1,3 mm eingestellt wird, werden 95 % der Drucker (2 Sigma) einen Druckkopf-Medium-Abstand von 1,50 oder weniger haben. Somit haben alle Drucker eine Druckqualität, die in jedem Fall zumindest akzeptabel ist.
Es muß sichergestellt sein, daß der Druckkopf zu keinem Zeitpunkt auf irgendeinem Teil des Chassis schleift, insbesondere den seitlichen Papier-Niederhaltern, was eine schlimme Störung verursachen würde. Dies kann überprüft werden, indem eine arithmetische Berechnung des schlimmsten Falls (worst case) des Druckkopf-Medium-Nennabstandes durchgeführt wird. Die angenommene Toleranz der Einstellung ist plus oder minus 0,1, der schlimmste Fall der Schreibertoleranzen (unterer Bezugspunkt (zpad), Oberflächensubstratposition, Substratdicke und Enderhebung) summieren sich zu 0,34 mm. Dies ergibt insgesamt 0,44 mm, die von dem Druckkopf-Medium-Nennabstand von 1,3 mm abgezogen werden müssen. Da der Druckkopf-Medium-Abstand jedoch mit einer Nenndicke des Mediums (0,7 mm) kalibriert ist, sollte diese Größe zu dem Druckkopf-Medium-Abstand addiert werden, um den Abstand zwischen Druckkopf und Gitter zu erhalten. Dadurch bleiben 0,9 mm als der maximale Abstand, welcher die seitlichen Papier-Niederhalter über dem Gitter haben dürfen. Die Dicke der momentanen seitlichen Papier-Niederhalter beträgt 0,56 mm, so daß die Druckköpfe gemäß der algebraischen Analyse der Toleranzen für den schlimmsten Fall die seitlichen Papier-Niederhalter bei keinem Gerät berühren werden, das unter Einhaltung dieser Toleranzspezifikation gebaut ist.
Da die obige Analyse der Toleranzen 1,3 mm als einen optimalen Druckkopf-Medium-Abstand angibt, wurde derselbe schwarze Schreiber verwendet, um mehrere Textproben bei 1,2 mm, 1,3 mm und 1,4 mm zu erzeugen. Die Abstandseinstellung wurde im Bereich von plus oder minus 0,05 mm durchgeführt. Mit zunehmendem Druckkopfabstand ergibt sich ein monoton zunehmender Sprüheffekt, und die Grenze für die Annehmbarkeit scheint bei 1,5 mm zu liegen. Da das Sprühen bei Druckkopf-Medium-Abständen über 1,5 mm dramatisch zuzunehmen beginnt, sollten alle Anstrengungen unternommen werden, um zu gewährleisten, daß die Mehrheit der Benutzer Druckkopf-Medium-Abstände von 1,5 mm oder weniger haben. Bei einem Druckkopf-Medium-Abstand von 1,4 mm haben noch immer 95 % Druckkopf-Medium-Abstände von 1,6 mm oder weniger (68 % liegen bei 1,5 mm oder weniger). Eine Bewegung in Richtung zu Druckkopf-Medium-Nennabständen von mehr als 1,4 mm führt jedoch schnell zu einer Verschlechterung der Textqualität für einen Großteil der Benutzer. Das Einstellen des Druckkopf-Medium-Abstandes auf 1,3 mm verbessert die Druckqualität von Text erheblich, während die Graphikqualität beibehalten wird.
Die Erfindung besteht aus einer statistischen Verarbeitung der Toleranzen, um den Bereich der Druckkopf-Medium-Abstände zu ermitteln. Die Schreiberschlitten-Aufnahme wird dann so konstruiert, daß die Bezugspunkte für den schwarzen Schreiber so vorgesehen wird, daß der Schreiber nominell auf einer Höhe sitzt, bei der 99,99 % (4 Sigma) der Stichproben niedriger liegen als die anderen Schreiber. Dies wird erreicht, indem die Toleranzwerte (z.B. die der Tabelle 4) herangezogen und statistisch verarbeitet werden, um die größte Variation zwischen einem Schreiber und einem anderen zu ermitteln, so daß 99,99 % der erfaßten Daten in den Bereich dieser Variation fallen. Dieser Wert wird dann dazu verwendet, die Bezugspunkte der Schlitteneinschübe für den schwarzen Schreiber so zu verschieben, daß bei 99,99 % aller Drucker der schwarze Schreiber der niedrigste Schreiber (und somit am nächsten am Papier) ist, wodurch die Druckqualität optimiert werden kann. Tabelle 4
Eine kursorisch Durchsicht der Toleranzvariation (mit dem Quadratwurzel-Verfahren) und der obigen Zahlen ergibt 0,3 als die ideale Verschiebung des Bezugspunktes für den schwarzen Schreiber relativ zu der Nennposition aller anderen Schreiber.
Es gibt keine anderen bekannten Tintenstrahl-Farbdrucker, welche für übliche Druckmedien (einfaches Papier, Kopierpapier, recyceltes Papier) entworfen wurde. Der Vorteil des Systems ist, eine verbesserte Druckqualität in einem großen Bereich üblicherweise erhältlicher Druckmedien zu erhalten, die bisher für Tintenstrahldrucker nicht verwendet werden können.
Durch Verschieben des schwarzen Druckkopfes in Richtung auf das Medium im Verhältnis zu den farbigen Druckköpfen um die Größe der gesamten Toleranzen zwischen den Druckköpfen in der Richtung des Mediums ist es möglich sicherzustellen, daß der schwarze Druckkopf immer näher bei dem Mediüm ist als die Farbdruckköpfe oder denselben Abstand hat wie die Farbdruckköpfe. Der Druckkopf-Medium-Abstand wird dann relativ zu dem Merkmal des Schlittens eingestellt, welcher die Position des schwarzen Druckkopf bestimmt. Da die Druckqualität beim Drukken von Schwarz empfindlicher gegenüber dem Druckkopf-Medium- Abstand ist als die Farbbildqualität, wird die gesamte Qualität des Ausdrucks optimiert.

Claims

1. Verfahren zum Verbessern des Druckens von schwarzem Text und des Druckens von farbiger Graphik auf ein Medium in einem Tintenstrahl-Farbdrucker (10), mit folgenden Verfahrens schritten:

Ermitteln der relevanten Toleranzen des Druckers, welche die Schreiber-Medium-Abstände beeinflussen;

Analysieren der Toleranzen, welche in dem Ermittlungsschritt erhalten werden, um einen Bereich der Schreiber- Medium-Abstände und eine größte Schreiber-Medium-Abstandsvariation zwischen den Stiften anzugeben; und Einstellen des Schreiber-Medium-Abstandes einer schwarzen Schreiberkartusche basierend auf den Ergebnissen des Ermittlungs- und des Analyseschrittes, um zu gewährleisten, daß die schwarze Schreiberkartusche (22) der dem Druckmedium am nächsten kommende Schreiber ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Analyseschritt das Kombinieren der Toleranzen zu fünf Variablen R1-R5 um-

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Analyseschritt das Durchführen einer statistischen Analyse der Variablen R1- R5 umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die statistische Analyse die Analyse der Variablen R1-R5 basierend auf einer Normalverteilung umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Einstellschritt das Vermindern des Abstandes des schwarzen Schreibers zum Medium um eine Strecke, welche gleich der größten Variation zwischen den Schreibern ist, umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Einstellschritt das Modifizieren des Schlitteneinschubs (24) für den schwarzen Schreiber umfaßt, so daß der schwarze Schreiber den kleinsten Stift-Medium-Abstand hat.

7. Verfahren zum Verbessern des Druckens von schwarzem Text und des Druckens von farbiger Graphik auf ein Medium in einem Tintenstrahl-Farbdrucker (10), mit folgenden Verfahrensschritten:

Ermitteln der relevanten Toleranzen des Druckers, welche die Schreiber-Medien-Abstände beeinflussen; Kombinieren der Toleranzen zu fünf Variable R1-R5; Durchführen einer statistischen Analyse der Variablen basierend auf einer Normalverteilung, um einen Bereich der Schreiber-Medien-Abstände und eine größte Schreiber- Medien-Abstandsvariation zwischen den Schreibern anzugeben; und

Einstellen des Schreiber-Nedien-Abstands einer schwarzen Schreiberkartusche basierend auf den Ergebnissen des Ermittlungs- und des Analyseschrittes, um zu gewährleisten, daß die schwarze Schreiberkartusche (22) der am nächsten bei dem Druckmedium liegende Schreiber ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ferner nach dem Durchführungsschritt basierend auf R1 und R2 ein nominaler Schreiber-Nedium-Abstand eingestellt wird

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem während des Einstellens der Abstände des schwarzen Schreibers zu dem Medium ausgehend von dem nominalen Abstand um eine Größe vermindert wird, die gleich der größten Schreiber-Medien-Abstandsvariation zwischen den Schreibern ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem während des Eintellens die Aufnahme (24) für den schwarzen Schreiber an dem Schlitten modifiziert wird, um den Abstand des schwarzen Schreibers zum Medium ausgehend von dem nominalen Abstand um eine Größe zu vermindern, die gleich der größten Schreiber-Medium-Abstandsvariation zwischen den Schreibern ist.