DE102009042209B4

DE102009042209B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Verbessern der Druckqualität eines Tintenspritzdruckers

Info

Publication number: DE102009042209B4
Application number: DE102009042209.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Stefan (FH) Buschmann
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2029-09-19
Also published as: US8668298B2; JP2011063024A; US20110069101A1; DE102009042209A1

Abstract

Vorrichtung zum Verbessern der Druckqualität eines Tintendruckers, die aufweist:
- einen Tintendruckkopf (10) mit mindestens einer Düse (11), einer Tintenkammer (14) und einem Aktor (12), der bei Aktivierung veranlasst, dass zumindest ein Tintentropfen (17) vorbestimmter Größe aus der Düse (11) ausgestoßen wird, wobei der oder die Tintentropfen (17) jeweils einen Bildpunkt auf einem Aufzeichnungsträger (20) bilden,
- eine Aktorsteuerung (23), die das Ausstoßen von Tintentropfen (17) und deren Größe steuert, und
- eine Messvorrichtung (24), die mittelbar oder unmittelbar eine Zeitdauer (Δt_T) seit dem letzten Ausstoßen eines oder mehrerer Tintentropfen (17), die einen Bildpunkt erzeugt haben, ermittelt, um die Größe des nächsten auszustoßenden Tintentropfens (17) abhängig von der Zeitdauer (Δt_T) einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern der Druckqualität eines Tintendruckers, insbesondere eines sogenannten Drop-on-Demand Tintendruckers, bei dem nur bei Bedarf einzelne Tropfen erzeugt werden und von einer Düse ausgestoßen werden.
Bei solchen Drop-on-Demand Tintendruckern besteht die Gefahr, dass Tinte in den Düsen nach längerer Nichtverwendung der Düse anfängt einzutrocknen und bis zum Verstopfen der Düse führen kann. Indem ein Teil der Flüssigkeit mit der Zeit mehr und mehr verdunstet, führt dies zu einer Erhöhung der Viskosität, wodurch ein auszustoßender Tintentropfen etwas länger braucht bis er ausgestoßen ist oder die Tropfenfluggeschwindigkeit reduziert ist. Damit trifft ein solcher Tropfen später auf den Aufzeichnungsträger auf. Wenn eine Düse verstopft ist, so wird ein Bildpunkt überhaupt nicht gedruckt. Infolgedessen können Druckbildfehler in signifikantem Ausmaß entstehen.
Aus dem Stand der Technik sind vielfach Verfahren bekannt, wie das Verstopfen von Düsenkanälen von Tintendruckern verhindert werden kann. So ist aus der EP 1 038 677 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem jede Düse beobachtet wird, wie lange schon nicht mehr ein Tintentropfen ausgestoßen worden ist. Wenn diese sogenannte Totzeit größer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, so wird die Düse oder der Tintendruckkopf in eine Parkposition verfahren, in der dann die Düse mit einem größeren Tintentropfen gespült wird.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 035 805 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Vermeiden des Austrocknens von Düsen. Dabei wird der Tintendruckkopf nicht in eine Reinigungsposition verfahren, sondern das Reinigen der Düsen während des Druckbetriebs vorgenommen. Hierzu werden Tintentropfen nach einem vorgegebenen Algorithmus aus Düsen ausgesendet. Diese Tintentropfen überlagern sich auf dem Aufzeichnungsträger mit einem bereits zuvor oder danach an derselben Stelle bereits gedruckten bzw. noch zu druckenden Bildpunkt. Somit werden alle selten benutzten Düsen immer wieder mit Tinte gespült und gereinigt, ohne dass das Druckbild deutlich sichtbar beeinträchtigt wird.
Es ist auch bekannt, dass wenige Bildpunkte auf einer Seite von den Düsen an beliebiger, zufälliger Stelle auf den Aufzeichnungsträger gedruckt werden. So entsteht ein gewisses „Rauschen“ von Bildpunkten im Hintergrund, das allerdings kaum auffallen sollte. Dennoch besteht insbesondere bei hohen grafischen Anforderungen eine Beeinträchtigung der Bildqualität.
Aus der Patenschrift US 6,561,622 B1 ist ebenfalls ein Verfahren zum Spülen der Düsen bekannt. Bei diesem wird ein Tintendruckkopf mit den Düsen in eine Parkposition verfahren und dort werden die Düsen mit unterschiedlichen Tintenvolumen durchgespült.
Aus der Patentschrift DE 60 2004 006 812 T2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei dem zwei kurzzeitig nacheinander ausgestoßene Tintentröpfchen einen gewünschten Bildpunkt auf einem Aufzeichnungsträger bilden sollen. Die Tröpfchenausdehnung auf dem Aufzeichnungsträger wird ermittelt und abhängig davon wird der zeitliche Abstand zwischen dem Ausstoßen der beiden Tröpfchen bestimmt, um den gewünschten Bildpunkt zu erhalten. Wenn über längere Zeitdauer kein Tropfen ausgestoßen wurde, so dass die Gefahr besteht, dass die Viskosität der Tinte in der Tintendüse zu stark zunimmt, so wird ein Vorab-Ausstoß in Richtung eines Deckels vorgenommen, bei dem dann die verschlechterte Tinte ausgestoßen wird.
Aus der Patentschrift DE 699 12 571 T2 ist ein Verfahren zum Spülen und Reinigen von Tintendüsen bekannt. Das Spülen und Reinigen findet dabei in einer separaten Wartungsposition statt. Wenn die Gefahr des Verstopfens der Düsen wegen längerer Nichtbenutzung der Düsen besteht, so wird abhängig von der Geschwindigkeit der Viskositätserhöhung der Tinte in den Düsen eine größere Anzahl von Spülungen durchgeführt. Die Tinte, die zur Spülung genutzt wurde, kann wiederverwendet werden.
Bei all diesen bekannten Verfahren geht es um das Reinigen der Düsen. Somit wird dort verhindert, dass Tintenkanäle vollständig eintrocknen. Doch bereits nach kurzer Nichtbenutzungsdauer einer Düse kann sich die Viskosität der Tinte schon soweit kritisch erhöhen, dass im Druckbild Fehler infolge der geänderten Viskosität der Tinte feststellbar sind.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern der Druckqualität eines Tintendruckers zu schaffen, bei dem bereits geringer Viskositätsänderungen der Tinte berücksichtigt werden.
Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 4 und durch einen Tintendrucker mit den Merkmalen von Patentanspruch 10 gelöst.
Dabei wird ein Tintendruckkopf mit seinen Düsen von einer Aktorsteuerung zum Ausstoßen von Tintentropfen gesteuert. Die Aktorsteuerung ist mit einer Messvorrichtung verbunden, die die Zeit seit dem letzten Ausstoßen von Tinte durch einen Tintenkanal und somit einer Tintendüse erfasst. Wenn die ermittelte Zeit (wird im Folgenden als Totzeit bezeichnet) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, so wird die Größe oder das Volumen des nächsten auszustoßenden Tintentropfens abhängig von dieser Totzeit eingestellt und der Aktor entsprechend angesteuert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So weist der Tintendruckkopf vorteilhafterweise ein Piezoelement auf, das über eine Spannung beaufschlagt wird, um einen Tintentropfen aus der Düse auszustoßen. Die veränderte Größe des Tintentropfens kann dabei vorab festgelegt sein oder abhängig von der Totzeit stetig oder stufenweise geändert werden.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbessern der Druckqualität eines Tintendruckers,
2a und 2b die Druckdaten bzw. das resultierende Druckbild ohne Kompensation und
3a und 3b die Druckdaten bzw. das daraus resultierende Druckbild, wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wurde.

In 1 ist der Schnitt durch einen Tintendruckkopf 10 im Bereich einer Düse 11 dargestellt. Der Tintendruckkopf 10 ist dabei zum Zwecke der Verdeutlichung stark schematisiert dargestellt und in seiner Größe gegenüber den anderen Teilen übertrieben vergrößert dargestellt.
Der Tintendruckkopf 10 weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen elektromechanischen Wandler, einen sogenannte Aktor 12 mit einem Piezoelement 13 auf. Das Piezoelement 13 dehnt sich bei Beaufschlagen mit einer elektrischen Spannung aus und zieht sich danach wieder zusammen, wenn die Spannung weggenommen oder in ihrem Vorzeichen umgekehrt wird. Durch das Ausdehnen (in der 1 durch den Doppelpfeil und die gestrichelte Linie gekennzeichnet) wird eine Tintenkammer 14 in einem Gehäuse 15 des Tintendruckkopfes 10, die mit Tinte gefüllt ist, mechanisch unter Druck gesetzt (das Volumen der Tintenkammer 14 wird komprimiert). Dadurch wird durch einen nach außen offenen Düsenkanal 16 einer Düse 11 ein Tintentropfen 17 mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, sofern das Piezoelement 13 die Tintenkammer 14 mit ausreichender Stärke und schnell genug komprimiert.
Wenn sich das Piezoelement 13 zusammenzieht, entsteht in der Tintenkammer 14 ein Unterdruck und Tinte wird über einen Tintenzuführkanal 18 in die Tintenkammer 14 nachgefüllt. Damit herrschen beim nächsten Ausdehnen wieder dieselben Volumen- und Druckverhältnisse in der Tintenkammer 14 und es kann wieder ein Tintentropfen 17 bezüglich seiner Größe reproduzierbar erzeugt werden.
Der Tintentropfen 17 fliegt in Verlängerung des Düsenkanals 16 in Richtung eines Aufzeichnungsträgers 20, der mit einem gewünschten Druckbild 21 (siehe 2b) versehen werden soll. Nach kurzer Flugzeit treffen die Tintentropfen 17 auf dem Aufzeichnungsträger 20 auf. Das Erzeugen der Tintentropfen 17 wird abhängig von der Erzeugung des Tropfens, der Flugzeit (Abstand zwischen Düse 11 und Aufzeichnungsträger 20) und einer Relativbewegung Düse 11 - Aufzeichnungsträger 20 vorab eingestellt, so dass der Tintentropfen 17 genau auf dem gewünschten Ort auf dem Aufzeichnungsträger 20 auftrifft.
Der Aktor 12 wird abhängig von den zu druckenden Bildpunkten 22 (siehe 2b) von einer Aktorsteuerung 23 mit entsprechenden elektrischen Steuersignalen gesteuert. Hierzu werden Spannungsimpulse mit vorgegebener Amplitude, vorgegebener Frequenz, vorgegebener Anstiegs- oder Abfallflanke, vorgegebener Wiederholungsrate und/oder vorgegebener Impulsdauer an den Aktor 12 angelegt. All diese Parametern können den Tintentropfen 17 bezüglich seiner Größe, seiner Form und Ausstoßgeschwindigkeit beeinflussen zusammen mit der Geometrie des Tintendruckkopfes und den Materialeigenschaften der Tinte.
Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Zeitmessung 24 auf, die eine Totzeit Δt_T einer Düse 11 ermittelt. Hierzu kann die Zeitdauer gemessen werden, die seit dem Ausstoßen des letzten ausgestoßenen Tintentropfens 17 einer Düse 11 vergangen ist. Unter der Totzeit Δt_T ist also diejenige Zeitdauer zu verstehen, die zwischen dem Ausstoßen von zwei aufeinanderfolgenden Tintentropfen 17 derselben Düse 11 liegt.
Der Aufzeichnungsträger 20, auf den das Druckbild 21 gedruckt wird, kann die Form einer Bahn haben, wie es in der 1 dargestellt ist. Dort wird der Aufzeichnungsträger 20 von einem Abroller 25 abgerollt, mittels einer geeigneten Transporteinrichtung durch den Tintendrucker transportiert, dabei relativ zur Düse 11 an dieser vorbeibewegt und von einem Aufroller 26 wieder aufgerollt. Nach dem Bedrucken von solchen Bahnen können diese auch nachbearbeitet, d.h. beispielsweise in Einzelblätter geschnitten und gestapelt oder nach dem Schneiden kuvertiert werden.
Ebenso können blatt- oder bogenförmige Aufzeichnungsträger 20 (Einzelblätter, Bögen) verwendet werden, die an der Düse 11 vorbeibewegt werden.
Statt der Bewegung des Aufzeichnungsträgers 20 an der Düse 11 vorbei, kann auch der Tintendruckkopf 10 über den Aufzeichnungsträger 20 bewegt werden.
Damit der Tintentropfen 17 an der richtigen Stelle auf dem Aufzeichnungsträger 20 landet, muss bei der Ansteuerung des Aktors 12 die Zeit zum Erzeugen des Tropfens, die Flugzeit eines Tropfens und die Relativgeschwindigkeit Aufzeichnungsträger 20 - Düse 11 berücksichtigt werden. Die Zeit, bis sich der Tintentropfen 17 aus dem Düsenkanal 16 löst und die Flugzeit hängen von der Viskosität der Tinte, von der Oberflächenspannung der Tinte, der Dynamik des Ansteuersignals sowie der Geometrie der Düse 11 und der Tintenkammer 14 ab und auch den Materialeigenschaften der Tinte.
Die Oberflächenspannung der Tinte kann vorab durch Additive, die der Tinte zugesetzt werden, eingestellt werden. Die Geometrie der Düse 11 und der Tintenkammer 14 sind entsprechend vorab derart festgelegt, dass bei einem Referenzansteuersignal ein Tropfen bestimmter Größe und Form erzeugt wird, der mit einer bestimmten Geschwindigkeit zum Aufzeichnungsträger 20 fliegt - vorausgesetzt die Viskosität der Tintentropfen 17 ist immer gleich groß.
Die Viskosität kann sich jedoch schnell ändern, wenn kein Tintentropfen 17 für eine längere Zeitdauer aus dem Düsenkanal 16 ausgestoßen wurde. Insbesondere am Ausgang des Tintendüsenkanals beginnt ein Teil der Tinte zu verdampfen. Dadurch beginnt sich in diesem Bereich die Viskosität der Tinte zu erhöhen. Je länger die Zeit des Nichtbenutzens dauert (d.h. je größer die Totzeit Δt_T ist), desto viskoser wird die Tinte in diesem Bereich. Dies kann bis zum Eintrocknen/Verstopfen des gesamten Düsenkanals 16 führen. Dann kann kein Tintentropfen 17 mehr durch den Düsenkanal 16 ausgestoßen werden. Grundsätzlich sollte das Eintrocknen des Düsenkanals 16 verhindert werden, da ansonsten der Tintendruckkopf 10 ausgetauscht oder aufwändig gereinigt werden muss.
Damit die Tinte im Düsenkanal 16 nicht gänzlich eintrocknet, können verschiedene bekannte Verfahren zum Verhindern des Verstopfens der Düse 11 zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbessern der Druckqualität durch Verändern der Tintengröße nach einer längeren Totzeit Δt_T angewendet werden.
So können Tintentropfen 17 zufällig über den Aufzeichnungsträger 20 verteilt gedruckt werden. Allerdings können diese Tropfen je nach Größe im Hintergrund leicht sichtbar sein, wodurch das Druckbild 21 in seiner Qualität verschlechtert wird. Es können auch Tintentropfen 17 auf bereits bedruckte Bildpunkte 22 einer anderen Farbe gedruckt werden, wodurch kaum Qualitätseinbußen im Druckbild 21 erkennbar sind. Der Tintendruckkopf 10 kann jedoch auch in eine nicht dargestellte Parkposition verfahren werden. Dort kann die Düse 11 gespült werden. Allerdings beeinträchtigt dies die Zeitdauer, bis ein kompletter Druckjob fertig gedruckt ist, da zwischendurch immer mal wieder gereinigt werden muss. Falls zu lange abgewartet wird (d.h. der Druckjob wird fertig abgearbeitet), so kann die Druckqualität gegebenenfalls erheblich darunter leiden, da möglicherweise schon die eine oder andere selten benutzte Düse 11 verstopft ist.
Wie aus den 2a und 2b ersichtlich ist, können Druckfehler bereits dann entstehen, wenn sich die Viskosität der Tinte auf Grund längerer Nichtbenutzungszeit (Totzeit Δt_T ) ändert. In der 2a sind Druckdaten 27 (dort als schwarze Punkte dargestellt) in ihrer zeitlichen Verteilung entsprechend dem gewünschten Druckbild 21 dargestellt, die als Punkte auf ein Aufzeichnungsträger 20 gedruckt werden sollen. Die Druckdaten 27, die in einem Druckdatenstrom angeliefert werden, dienen dann zum Ansteuern der entsprechenden Tintendruckköpfe 10, um ein Druckbild 21 zu erzeugen.
Alle Bildpunkte 22 zusammen ergeben das Druckbild 21 (2b), das entsprechend seiner örtlichen Lage (Weg s) in der 2b dargestellt ist.
Angenommen der Aufzeichnungsträger 20 bewegt sich relativ zum Tintendruckkopf 10 in den 2b und 3b von rechts nach links (durch den punktierten Pfeil gekennzeichnet), so stellen die Punkte in einer waagrechten Reihe diejenigen Druckdaten 27 (2a) für die entsprechenden gedruckten Bildpunkte 22 (2b) dar, die von einer Düse 11 zeitlich nacheinander gedruckt werden sollen. Die Bildpunkte 22 in senkrechter Richtung stammen von unmittelbar benachbarten Düsen 11.
Entsprechend der Druckdaten 27 wurden dann im Druckbild 21 (2b) durch die obersten drei Düsen 11 zunächst jeweils drei Bildpunkte 22 gedruckt und nach einer kurzen Abstand (entsprechend einer Pause = Totzeit Δt_T ) nochmals ein Bildpunkt 22. Die unteren drei Düsen 11 haben nur den ersten Tintentropen gedruckt und dann nach einer längeren Pause (dazwischen könnten noch vier Druckpunkte gedruckt werden) wird jeweils noch ein einziger Bildpunkt 22 gedruckt.
Diese Pause, die auch als Wartezeit (oder Totzeit Δt_T ) bezeichnet wird, ist die tatsächliche Zeitdauer, die vergeht zwischen dem Ausstoßen zweier aufeinanderfolgender Tintentropfen 17 ein und derselben Düse 11.
Wenn eine Düse 11 ununterbrochen Tintentropfen 17 ausstoßen soll, so haben zwei aufeinanderfolgende Tropfen bedingt durch die Parameter des Tintendruckkopfes 10 und der Materialeigenschaften der Tinte immer noch einen kleinen Abstand zueinander, wodurch die maximale Druckgeschwindigkeit und Auflösung gegeben ist. Somit ist in 2b im linken oberen Bereich der technisch bedingte Mindestabstand zweier Bildpunkte 22, d.h. die maximal mögliche Auflösung dargestellt.
Wenn ständig mit höchster Auflösung Tintentropfen 17 erzeugt werden, so wird ständig intermittierend Tinte aus einer Düse 11 ausgestoßen. Die Viskosität der Tinte am Ausgang des Düsenkanals 16 kann sich daher noch kaum merklich ändern.
Wird jedoch nicht jeder mögliche Druckpunkt gedruckt, sondern gibt es bedingt durch das gewünscht zu druckende Druckbild 21 eine Totzeit Δt_T2 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Tintentropfen 17, die länger andauert als ein vorgegebener Schwellenwerts Δt_s, so hat sich die Viskosität der Tinte bereits leicht erhöht. Der Schwellenwert Δt_s ist dabei derart festgelegt, dass bei einer kürzeren Totzeit Δt_T1 die Viskositätsänderung noch tolerabel ist, aber bei einer längeren Totzeit Δt_T2 sich merkliche Verzögerungen beim Erzeugen und während des Flugs der Tintentropfen 17 ergeben können.
Die Totzeit Δt_T1 der oberen drei Düsen 11 zwischen dem dritten und vierten ausgestoßenen Tropfen ist noch innerhalb einer Toleranzgrenze (unterhalb des Schwellenwerts Δt_s), innerhalb derer die Viskositätserhöhung noch akzeptabel ist und noch keine merklich Druckbildverschlechterung vorhanden ist.
Es sei angenommen, dass die Totzeit Δt_T2 zwischen dem ersten und zweiten ausgestoßenen Tropfen der unteren drei Düsen 11 bereits so groß ist, dass sich Viskositätsänderungen im Druckbild 21 bemerkbar machen. Hier liegt die Totzeit Δt_T2 schon über dem vorgegebenen Schwellenwert Δt_s, denn im tatsächlichen Druckbild 21 sind Druckbildfehler zu erkennen. Denn infolge der erhöhten Viskosität landen die Tintentropfen 17 später auf dem Aufzeichnungsträger 20 (mit einem Abstand Δs_t von der Sollposition entfernt) und liegen somit nicht auf einer Linie mit den oberen drei Bildpunkten 22.
Wie in 2a dargestellt, sollen durch die rechte Spalte der Druckdaten 27 gedruckte Bildpunkte 22 auf einer Linie liegend gedruckt werden. Da durch die unteren drei Düsen 11 die Tropfenbildung in Folge der erhöhten Viskosität länger dauert und die Flugzeit infolge der Viskositätsänderung (Tintentropfen 17 sind auch kleiner) später auf den Aufzeichnungsträger 20 auftreffen, erscheint die Linie nicht mehr gerade, sondern geteilt und versetzt. Diesen Fehler gilt es nun soweit wie möglich zu kompensieren.
Falls nur ein einziger Tintentropfen 17 einen Bildpunkt 22 erzeugt, haben die Tintentropfen 17 ohne irgendeine Kompensation eine vorab festgelegte Größe. Die Größe wird vorab eingestellt und ist abhängig von der gewünschten Fläche des Bildpunkts 22. Dabei werden die Eigenschaften der Tinte und der Saugfähigkeit oder Eindringtiefe der Tinte in den Aufzeichnungsträger 20 berücksichtigt.
Wie in 3a zu sehen ist, sind die Druckdaten 27, die zu drucken sind, dieselben wie in 2a. Um nun den Fehler durch die erhöhte Viskosität infolge der zu langen Totzeit Δt_T2 zu kompensieren, werden nächsten Tintentropfen 17, die erst nach einer Zeitdauer länger als der Schwellenwert Δt_s ausgestoßen werden sollen, in ihrer Größe oder ihrem Volumen erhöht. Durch diese Volumenvergrößerung wird nun der Tintentropfen 17 schneller in der Düse 11 erzeugt und fliegt auch schneller zum Aufzeichnungsträger 20.
Durch eine solche Kompensation landen die Tintentropfen 17 mit erhöhter Viskosität früher auf dem Aufzeichnungsträger 20 als die ursprünglichen (unkompensierten) Tintentropfen 17. Somit erscheinen im Druckbild 21 die „kompensierten“ Bildpunkte 22 zwar größer, aber von ihrem Mittelpunkt her wieder näher der gewünschten Solllinie (mit einem Abstand Δs_k , der gegenüber dem unkompensierten Abstand Δs_t deutlich kleiner ist). Die zu druckende Linie erscheint dem Auge nun gerader, auch wenn die unteren Bildpunkte 22 etwas größer sind. Somit wurde das Druckbild 21 in seiner Qualität verbessert, auch wenn eine Düse 11 eine etwas längere Totzeit Δt_T hatte, d.h. länger damit nicht gedruckt wurde.
Die Tropfengröße kann dabei fest eingestellt werden, sobald der Schwellenwert Δt_s überschritten ist. Der Tintentropfen 17 ist auf jeden Fall größer wie derjenige Tropfen, der ausgesendet wurde, bevor der Schwellenwert Δt_s überschritten wurde. Der Tropfen kann auch proportional (stetig) zum Ansteigen der Zeitdauer, in der kein Tintentropfen 17 ausgestoßen wurde, vergrößert werden. Die Tropfen können auch stufenweise (stufig) vergrößert werden, je länger die Totzeit Δt_T dauert. So kann beispielsweise alle halbe Sekunde längere Totzeit Δt_T über dem Schwellenwert Δt_s die zu erzeugende Tropfengröße um eine kleine Stufe (beispielsweise Tintentropfen 17 um 1/10 vergrößern) erhöht werden, so dass am Ende ein aufsummierter Wert abhängig von der gesamten Totzeit Δt_T für die Größe des Tintentropfens 17 ergibt.
Die Totzeit Δt_T kann durch die Zeitmessung 24 gemessen werden, die mit der Aktorsteuerung 23 verbunden ist. Die Zeitmessung 24 kann auch in der Aktorsteuerung 23 integriert angeordnet sein. Sobald ein Ansteuersignal für den Aktor 12 erzeugt wurde, kann ein Zähler in der Zeitmessung 24 gestartet werden, dessen Zählstand ständig abgefragt wird. Sobald der Zählstand eine dem Schwellenwert Δt_s entsprechende Zeitdauer überschreitet, wird der nächste zu erzeugende Tropfen in seiner Größe verändert, sobald er erzeugt wird. Denn die Viskosität kann bereits soweit kritisch angestiegen sein, dass sich das Druckbild 21 in seiner Qualität verschlechtern würde.
Statt unmittelbar die Totzeit Δt_T zu messen kann diese auch mittelbar über den „nicht gedruckten“ Weg ermittelt werden. Hierzu kann die Anzahl der „nicht gedruckten“ Pixel über die Aktorsteuerung gezählt werden. Der Minimalabstand zweier Pixel entspricht dabei der maximalen Auflösung. Die Anzahl der Nichtbildpunkte kann man aus dem Datenstrom ablesen oder durch Zählen der nicht vorhandenen Steuersignale für den Aktor 12 erkennen, sobald wieder ein Tintentropfen mit derselben Düse 11 ausgestoßen werden soll. Je nachdem wie oft die Düse 11 keinen Tintentropfen ausgestoßen hat, ergibt sich dann die Totzeit Δt_T als Multiplikation der ganzzahligen Anzahl der Nichtbildpunkte mit dem Mindestabstand zweier Pixel.
Die Totzeit Δt_T könnte alternativ oder zusätzlich durch einen Sensor im Düsenkanal 16 gemessen werden. Auch eine optische Messung ist möglich, in dem die fliegenden Tintentropfen 17 oder die auf dem Aufzeichnungsträger 20 befindlichen Druckpunkte 22 (oder die nicht vorhandenen Druckpunkte) optisch erfasst werden und festgestellt wird, wie lange eine Düse 11 schon nicht mehr einen Tintentropfen 17 ausgestoßen hat. Die Totzeit Δt_T wird dann der Aktorsteuerung 23 zur Verfügung gestellt, um die Druckbildqualität zu verbessern.
Um das Eintrocknen einer Düse 11 gänzlich zu vermeiden, sollten bekannte Verfahren zum Spülen oder Verhindern des Eintrocknens (engl. anti-clogging) der Düse 11 zusätzlich angewendet werden, falls die Totzeit Δt_T länger andauert als ein Grenzwert Δt_G , der wesentlich größer ist als der Schwellenwert Δt_s. Ist der Grenzwert Δt_G überschritten, so werden Tintentropfen 17 durch den Düsenkanal 16 ausgestoßen oder mit Tinte der Düsenkanal 16 gespült.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch abhängig von den Materialeigenschaften der verwendeten Tinte eingesetzt werden. Denn wasserbasierte Tinten (Pigment- oder Dye-Tinten) ändern schneller ihre Viskosität als ultraviolett-härtbare Tinten. Es können auch Additive berücksichtigt werden, die das Verhalten der Tinte bezüglich Viskosität beeinflussen. Dementsprechend können auch der Schwellenwert Δt_s und der Grenzwert Δt_G automatisch oder manuell verändert werden.
Der Schwellenwert Δt_s kann abhängig von der Tinte bei Inbetriebnahme des Druckers beispielsweise über ein Bedienfeld oder durch Anlegen eines entsprechenden Streuersignals über eine Schnittstellte eingestellt werden. Es können auch automatisch einstellende Vorrichtungen verwendet werden, bei denen die Tinte analysiert und dann ein Schwellenwert Δt_s entsprechend dem Viskositätsverlauf eingestellt werden.
Falls ein Tintendruckkopf 10 mehrere Düsen 11 aufweist, so kann jede Düse 11 einzeln überwacht und zur Kompensation des Druckbildes oder Verbesserung der Druckqualität die Tropfengrößen einzeln eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Farbe der Tinte, die durch den Tintendruckkopf 10 gedruckt werden soll. So können ein oder mehrere Tintendruckköpfe 10 zum Drucken einer Farbe in einer Zeile verwendet werden. Für unterschiedliche Farben können die entsprechenden Tintendruckköpfe 10 relativ zum Aufzeichnungsträger 20 bewegt werden. Die Tintendruckköpfe 10 für die verschiedenen Farben können auch in jeweils einer Zeile angeordnet sein, wobei sich der Aufzeichnungsträger 20 an den Tintendruckköpfen quer zu einer Zeile vorbeibewegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei MICR-Tinte (Magnetic Ink Character Recognition) verwendet werden, bei der ein Schriftbild magnetisch gelesen wird, beispielsweise für Bankschecks. Dabei ist es besonders wichtig, dass die Buchstaben reproduzierbar und eindeutig magnetisch lesbar sind. Da MICR-Schriftzüge in einem Dokument nicht oft vorkommen, besteht die Gefahr, dass gerade die Düsen 11 für MICR-Tinte anfällig gegen Verstopfung oder Viskositätsänderungen sind. Daher ist es vorteilhaft, wenn besonders die MICR-Düsen überwacht werden, damit die MICR-Düsen auf jeden Fall entsprechend vergrößerte Tintentropfen 17 ausstoßen, falls der Schwellenwert Δt_s überschritten ist.
Bei betriebsüblichen Tinten hat sich gezeigt, dass sich bereits nach einer Sekunde des Nichtbenutzens einer Düse 11 eine deutliche Veränderung der Viskosität ergibt, die zu einer merklichen Druckbildveränderung (Verschlechterung der Druckqualität) führt. Bei dünnen Linien oder scharfen Randbereiche von Vollflächen macht sich die Veränderung der Viskosität im Druckbild 21 besonders bemerkbar. Daher ist es auch möglich, den Druckdatenstrom genau auf solche zu druckenden Objekte zu analysieren. Diejenigen Düsen 11, die diese kritischen Objekte drucken sollen, können dann besonders überwacht werden auf die Totzeiten Δt_T , damit die nächsten Tintentropfen 17 entsprechend korrigiert werden. Im Druckdatenstrom liegen die Druckdaten 27 schon einige Zeit vor dem tatsächlichen Erzeugen der entsprechenden Tintentropfen 17 und entsprechenden Bildpunkten 22 vor. Die Aktorsteuerung 23 kann daher rechtzeitig auf die Kompensation eingestellt werden.
Zusätzlich könnte auch neben der Vergrößerung der Tintentropfengröße der Tintentropfen 17 zeitlich etwas früher erzeugt werden. Somit würde der korrigierte Bildpunkt 22 noch etwas früher auf dem Aufzeichnungsträger 20 auftreffen, um die Qualität noch weiter zu verbessern. Aus dem Druckdatenstrom sind schon frühzeitig die Totzeiten Δt_T , die länger als der Schwellenwert Δt_s sind, abzulesen, so dass auch die Aktorsteuerung 23 rechtzeitig darauf eingestellt werden kann.
Der Begriff „Aktor“ bezeichnet einen Wandler, der elektrische Signale in mechanische Bewegung oder in andere physikalische Größen, wie Druck oder Temperatur umsetzt.
Bei dem Tintendrucker handelt es sich um einen Drucker, bei dem Tintentropfen die Düse verlassen (so genannter Drop-on-Demand Tintendrucker). Die Tintentropfen können auch durch einen Aktor erzeugt werden, der ein elektrisches Ansteuersignal in Wärme umsetzt, wodurch die Tinte im Bereich eines Heizelements erhitzt wird und explosionsartig eine winzige Dampfblase erzeugt wird. Durch den entstehenden Druck wird ein Tintentropfen aus der Düse gepresst. Solche Tintendrucker werden als Bubble-Jet-Drucker bezeichnet. Es können auch Druck-Ventil-Drucker verwendet werden, bei denen einzelne Ventile an den Düsen angebracht sind, die sich öffnen, wenn ein Tintentropfen die Düse verlassen soll. Bei allen diesen Arten von Drop-on-Demand-Tintendruckern kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.
Als Aufzeichnungsträger 20 können Aufzeichnungsträgerbahnen (Drucker, die solche Aufzeichnungsträgerbahnen verwenden, werden auch als Continuous-Feed-Drucker bezeichnet) oder auch Einzelblätter/-bogen (Drucker, die solche Aufzeichnungsträger verwenden, werden als Cutsheet-Drucker bezeichnet) durch den Drucker transportiert und dabei bedruckt werden. Als Material wird vorzugsweise Papier verwendet. Ebenso können Kunststoff- oder Metallfolien oder sonstige, bedruckbare Medien verwendet werden.
Zum Bedrucken können der oder die Tintendruckköpfe 10 mit ein oder mehreren Düsen 11 und/oder der Aufzeichnungsträger 20 bewegt werden. Somit bewegt sich die Düse 11 relativ zum Aufzeichnungsträger 20. Im Druckbild 21 machen sich insbesondere solche Fehler infolge der erhöhten Viskosität nach längerem Nichtausstoßen von Tinte bemerkbar, bei denen Bildpunkte 22 auf einer feine Linie oder einem geraden Randbereich einer größeren Volltonfläche quer zur Bewegungsrichtung gedruckt werden sollen.
Wenn sich nur der Aufzeichnungsträger 20 durch den Drucker an den Düsen 11 vorbei bewegt, sollten die Düsen 11 über die gesamte Druckbreite verteilt angeordnet sein mit einem Abstand zueinander, der der Druckauflösung (Anzahl der Pixel pro Fläche) entspricht. Hierzu können mehrere Tintendruckköpfe 10 gegebenenfalls versetzt zueinander eine Druckzeile bilden. Durch mehrere Zeilen von Tintendruckköpfen 10 können mehrere Farben, wie beispielsweise nach dem YMCK-Farbdruckverfahren (Gelb Y, Magenta M, Zyan C, Schwarz K) gedruckt werden. Es können auch redundante Zeilen von Tintendruckköpfen 10 vorhanden sein. Falls eine Düse 11 ausfallen sollte, kann auf eine redundante Düse 11 zum Drucken derselben Pixelposition umgeschaltet werden.
Es können auch so genannte Primer mit den Tintendruckköpfen 10 verdruckt werden, durch die eine Substanz vor oder nach dem Drucken der Farbtinte auf den Aufzeichnungsträger 20 aufgebracht wird, um beispielsweise das Eindringen der Tinte in den Aufzeichnungsträger 20 zu vermeiden oder so gering wie möglich zu machen. Es können auch zusätzlich kundenspezifische Farben verdruckt werden.
Die Größe eines Tintentropfens 17 bedeutet dabei die physikalischen Abmessungen oder das Volumen des Tropfens. Wenn die Größe verändert wird, so wird folglich mehr oder weniger Tinte ausgestoßen, so dass mehr oder weniger Tinte auf dem Aufzeichnungsträger 20 ankommt.
Das Verfahren zum Kompensieren von Druckbildfehlern und Verbessern der Druckbildqualität infolge einer veränderten Viskosität kann auch angewendet werden, wenn ein Bildpunkt 22 (Pixel) aus mehreren Tintentropfen 17 zusammengesetzt wird. So kann jeder Grau- oder Halbton eines Druckpunktes durch Rasterung beispielsweise mit Hilfe der so genannten Multilevel-Technik erzeugt werden. Dabei wird ein Pixel rastertechnisch aus mehreren Tintenpunkten zusammengesetzt. Damit kann eine größere Zahl von Graustufen im Druckbild 21 erzeugt werden als bei einem einzelnen Tintentropfen 17.
Bei Multilevel kann die Größe eines Bildpunkts 22 durch mehrere Tintentropfen 17 erzeugt werden, die nacheinander und zum Teil mit unterschiedlicher Größe kurz hintereinander ausgestoßen werden. Die Tintentropfen 17 können sich bereits im Flug zu einem einzigen Tintentropfen 17 vereinigen. Die Tintentropfen 17 können sich auch auf dem Aufzeichnungsträger 20 so überlagern, dass ein einziger Bildpunkt 22 eingefärbt ist. Vorzugsweise wird zur Kompensation des Druckbildes einer oder mehrere der Tintentropfen 17, die letztendlich einen Bildpunkt 22 bilden, in ihrer Größe vergrößert, falls eine Düse 11 schon länger als der Schwellenwert Δt_s keinen Tintentropfen 17 mehr ausgestoßen hat.
Bezugszeichenliste

10: Tintendruckkopf
11: Düse
12: Aktor
13: Piezoelement
14: Tintenkammer
15: Gehäuse
16: Düsenkanal
17: Tintentropfen
18: Tintenzuführkanal
20: Aufzeichnungsträger
21: Druckbild
22: Bildpunkt (Pixel)
23: Aktorsteuerung
24: Zeitmessung
25: Abroller
26: Aufroller
27: Druckdaten
s: Weg
t: Zeit
Δt: Zeitdauer
Δt_T: Totzeit
Δt_G: Schwellenwert
Δs_k: kompensierter Abstand
Δs_t: Abstand

Claims

Vorrichtung zum Verbessern der Druckqualität eines Tintendruckers, die aufweist: - einen Tintendruckkopf (10) mit mindestens einer Düse (11), einer Tintenkammer (14) und einem Aktor (12), der bei Aktivierung veranlasst, dass zumindest ein Tintentropfen (17) vorbestimmter Größe aus der Düse (11) ausgestoßen wird, wobei der oder die Tintentropfen (17) jeweils einen Bildpunkt auf einem Aufzeichnungsträger (20) bilden, - eine Aktorsteuerung (23), die das Ausstoßen von Tintentropfen (17) und deren Größe steuert, und - eine Messvorrichtung (24), die mittelbar oder unmittelbar eine Zeitdauer (Δt_T) seit dem letzten Ausstoßen eines oder mehrerer Tintentropfen (17), die einen Bildpunkt erzeugt haben, ermittelt, um die Größe des nächsten auszustoßenden Tintentropfens (17) abhängig von der Zeitdauer (Δt_T) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Tintendruckkopf (10) einzelne Tropfen bei Bedarf ausgestoßen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) ein Piezoelement (13) ist, das über die Aktorsteuerung (23) mit einem elektrischen Spannungssignal beaufschlagt wird, um einen Tintentropfen (17) auszustoßen.
Verfahren zum Verbessern der Druckqualität eines Tintendruckers, bei dem - Tintentropfen (17) vorbestimmter Größe entsprechend einem zu druckenden Bildpunkt (22) mittels eines Tintendruckkopfs (10) über eine Düse (11) ausgestoßen werden, wobei der oder die Tintentropfen (17) jeweils einen Bildpunkt auf einem Aufzeichnungsträger (20) bilden, - eine Zeitdauer (Δt_T) seit dem letzten Ausstoßen eines Tintentropfens (17) ermittelt wird, und - falls die Zeitdauer (Δt_T) größer als ein Schwellenwert (Δt_s) ist, abhängig von der ermittelten Zeitdauer (Δt_T) die Größe des nächsten auszustoßenden Tintentropfens (17) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des nächsten auszustoßenden Tintentropfens (17) umso größer wird je länger die ermittelte Zeitdauer (Δt_T) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des nächsten auszustoßenden Tintentropfens (17) fest eingestellt wird, falls der Schwellenwert (Δt_s) überschritten wurde, wobei die Größe des nächsten Tintentropfens (17) größer ist als der zuvor ausgestoßene Tintentropfen (17).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des nächsten auszustoßenden Tintentropfens (17) nach Überschreiten des Schwellenwerts (Δt_s) stetig oder stufig verändert wird abhängig von der ermittelten Zeitdauer (Δt_T) .
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch jede Düse (11) eines Tintendruckkopfes (10) von Zeit zu Zeit nach Überschreiten eines Grenzwertes (Δt_G), innerhalb dessen kein Tintentropfen (17) von der jeweiligen Düse (11) ausgestoßen worden ist, ein Tintentropfen (17) ausgestoßen wird, um das Eintrocknen der Tinte in der Düse (11) zu verhindern, wobei der Grenzwert (Δt_G) wesentlich größer ist als der Schwellenwert (Δt_s) .
Tintendrucker, der zumindest eine Vorrichtung nach Anspruch 1 aufweist und nach einem Verfahren nach Anspruch 4 betrieben wird.
Tintendrucker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintendrucker eine Transporteinheit aufweist, die einen Aufzeichnungsträger (20) in Form einer Bahn oder von Einzelblättern durch den Tintendrucker transportiert.