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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Stabilisierung des Tintenmeniskus einer Düse eines Tintenstrahl(Inkjet)-Drucksystems.
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Ein Tintenstrahl-Drucksystem umfasst typischerweise ein oder mehrere Druckköpfe mit jeweils einer Mehrzahl von Düsen, wobei jede Düse eingerichtet ist, Tintentropfen auf einen Aufzeichnungsträger zu feuern bzw. zu stoßen. Eine Düse umfasst dabei typischerweise eine Druckkammer, in der Druck aufgebaut wird, um einen Tintentropfen zu erzeugen. Die Druckkammern der einzelnen Düsen eines Druckkopfes können über ein oder mehrere Tintenversorgungskanäle mit einem gemeinsamen Tintenreservoir verbunden sein. Ein solches Drucksystem ist z.B. in
US2010/0053252A1 beschrieben.
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Bei einem Druckkopf mit einer relativ hohen Dichte von Düsen kann es, wie in
US2010/0053252A1 dargelegt, zu Interaktionen zwischen benachbarten Düsen eines Druckkopfes kommen. Dadurch kann die Druckqualität eines Tintenstrahl-Drucksystems beeinträchtigt werden. Insbesondere kann es durch die Interaktionen zu Ausfällen von einzelnen Düsen kommen.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, den Einfluss von benachbarten Düsen auf eine Düse in einem Druckkopf zu reduzieren, um Ausfälle der Düse zu vermeiden und um so die Druckqualität eines Tintenstrahl-Drucksystems zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Stabilisierung des Tintenmeniskus an einer Düsenöffnung einer ersten Düse eines Druckkopfes beschrieben. Die Druckkammer der ersten Düse ist dabei über einen Tintenversorgungskanal mit Druckkammern von ein oder mehreren benachbarten Düsen des Druckkopfes verbunden, wobei die ein oder mehreren benachbarten Düsen zeitgleich mit der ersten Düse an ein oder mehreren Ansteuer-Zeitpunkten angesteuert werden, um Bildpunkte eines Druckbildes auf einen Aufzeichnungsträger zu drucken.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln, ob an einem Ansteuer-Zeitpunkt, an dem die erste Düse keine Tinte ausstoßen soll, zumindest ein Teil der ein oder mehreren benachbarten Düsen Tinte ausstoßen soll. Dies kann z.B. auf Basis der Druckdaten eines zu druckenden Druckbildes ermittelt werden. Außerdem umfasst das Verfahren, in Abhängigkeit von dem Ermitteln, das Ansteuern der ersten Düse an dem Ansteuer-Zeitpunkt mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls, durch den zumindest zeitweise ein Unterdruck in der Druckkammer der ersten Düse reduziert wird ohne dabei einen Tintenausstoß zu bewirken. Durch das selektive Einfügen von Unterdruck-Reduzierungs-Pulsen bei ein oder mehreren Düsen, die zu einem Ansteuer-Zeitpunkt keinen Tintenausstoß bewirken sollen, können der Lufteinschluss bzw. das Lufteinsaugen in einem Tintenversorgungskanal des Druckkopfes und damit Düsenausfälle vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit für einen Druckkopf eines Tintenstrahl-Drucksystems beschrieben, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Tintenstrahl-Drucksystem beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
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Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Tintenstrahl-Drucksystems;
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2 einen beispielhaften Aufbau einer Düse;
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3a, 3b, 3c beispielhafte Ansteuersituationen einer Reihe von benachbarten Düsen;
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3d beispielhafte Druckdaten zur Ansteuerung einer Reihe von benachbarten Düsen; und
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4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Stabilisierung des Tintenmeniskus einer Düse eines Druckkopfes.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Tintenstrahl-Drucksystems 100 als Beispiel für ein digitales Drucksystem. Das in 1 dargestellte Drucksystem 100 ist für den Druck auf einem bahnförmigen Aufzeichnungsträger 120 (auch als „continuous feed“ bezeichnet) ausgelegt. Die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte sind aber auch auf Drucksysteme 100 anwendbar, die eingerichtet sind, um einen bogen- oder blattförmigen Aufzeichnungsträger 120 zu bedrucken. Ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger 120 wird typischerweise von einer Rolle (dem Abwickler) abgewickelt und dann dem Druckwerk des Drucksystems 100 zugeführt. Durch das Druckwerk wird ein Druckbild auf den Aufzeichnungsträger 120 aufgebracht, und der bedruckte Aufzeichnungsträger 120 wird nach Fixieren / Trocknen des Druckbildes wieder auf einer weiteren Rolle (dem Aufwickler) aufgewickelt oder in Bögen geschnitten.
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In 1 wird die Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 120 durch einen Pfeil dargestellt. Das Drucksystem 100 weist dabei typischerweise nur eine einzige Transportrichtung auf, so dass jeder Punkt des Aufzeichnungsträgers 120 nur einmal an einer bestimmten Düse des Drucksystems 100 vorbeigeführt wird. Dabei können die Düsen fest (d.h. unbeweglich) in dem Drucksystem 100 verbaut sein. Der Aufzeichnungsträger 120 kann aus Papier, Pappe, Karton, Metall, Kunststoff, Textilien und/oder sonstigen geeigneten und bedruckbaren Materialien hergestellt sein.
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Das Druckwerk des Drucksystems 100 umfasst in dem dargestellten Beispiel vier Druckkopfanordnungen 102 (die jeweils auch als Druckriegel bezeichnet werden). Die unterschiedlichen Druckkopfanordnungen 102 können für das Drucken mit Tinten unterschiedlicher Farbe verwendet werden (z.B. Schwarz, Cyan, Magenta und/oder Gelb). Das Druckwerk kann noch weitere Druckkopfanordnungen 102 für das Drucken mit weiteren Farben oder weiteren Tinten (z.B. MICR-Tinte) umfassen.
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Eine Druckkopfanordnung 102 umfasst ein oder mehrere Druckköpfe 103. In dem dargestellten Beispiel umfasst eine Druckkopfanordnung 102 jeweils fünf Druckköpfe 103. Jeder Druckkopf 103 kann wiederum in eine Vielzahl von Druckkopf-Segmenten unterteilt sein, wobei jedes Druckkopf-Segment typischerweise eine Vielzahl von Düsen umfasst.
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Die Einbaulage / Orientierung eines Druckkopfes 103 innerhalb einer Druckkopfanordnung 102 kann von dem Typ des Druckkopfes 103 abhängen. Jeder Druckkopf 103 umfasst mehrere Düsen, wobei jede Düse eingerichtet ist, Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger 120 zu feuern oder zu stoßen. Beispielsweise kann ein Druckkopf 103 2558 effektiv genutzte Düsen umfassen, die entlang einer oder mehrerer Reihen quer zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 120 angeordnet sind. Die Düsen in den einzelnen Reihen können versetzt zueinander angeordnet sein. Mittels der Düsen eines Druckkopfs 103 kann jeweils eine Zeile (Linie) auf den Aufzeichnungsträger 120 quer zur Transportrichtung gedruckt werden. Durch die Verwendung von L Reihen mit (querversetzten) Düsen (L > 1) kann eine erhöhte Auflösung bereitgestellt werden. In Summe können so durch eine in 1 dargestellte Druckkopfanordnung 102 z.B. K = 12790 Tropfen entlang einer Querlinie auf den Aufzeichnungsträger 120 gefeuert werden (z.B. für eine Druckbreite von ca. 21,25 Zoll mit 600 dpi (dots per inch). Mit anderen Worten, eine Druckkopfanordnung 102 kann K (z.B. K = 12790) Düsen zum Druck einer Zeile (bzw. Querlinie) eines Druckbildes umfassen, wobei die K Düsen in L Reihen angeordnet sein können, so dass jede Reihe von Düsen (im Durchschnitt) K/L Düsen aufweist. Jede Druckkopfanordnung 102 kann eingerichtet sein, mit den K Düsen bei Bedarf eine Querlinie einer bestimmten Farbe auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken. Dabei können die Düsen in den L unterschiedlichen Reihen zeitversetzt zueinander angesteuert werden, um zu gewährleisten, dass durch die Düsen eine Querlinie (auch als Zeile bezeichnet) gedruckt wird.
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Das Drucksystem 100 umfasst weiter eine Steuereinheit 101 (z.B. eine Ansteuer-Hardware und/oder einen Controller), die eingerichtet bzw. geeignet ist, die Aktuatoren der einzelnen Düsen der einzelnen Druckköpfe 103 anzusteuern, um in Abhängigkeit von Druckdaten ein Druckbild auf den Aufzeichnungsträger 120 aufzubringen.
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Das Drucksystem 100 umfasst somit K Düsen, die mit einer bestimmten Ansteuer-Frequenz angesteuert werden können, um eine Zeile (quer zur der Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 120) mit K Pixeln bzw. K Spalten auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken. Die Düsen sind unbeweglich bzw. fest im Drucksystem 100 verbaut, und der Aufzeichnungsträger 120 wird mit einer bestimmten Transportgeschwindigkeit an den feststehenden Düsen vorbeigeführt. Eine bestimmte Düse druckt somit eine entsprechende bestimmte Spalte (in Transportrichtung) auf den Aufzeichnungsträger 120 (in einer Eins-zu-Eins Zuordnung). Somit erfolgt durch eine bestimmte Düse pro Zeile eines Druckbildes maximal ein Tintenausstoß.
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2 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Düse 200 eines Druckkopfs 103. Die Düse 200 umfasst Wände 202, welche zusammen mit einem Aktuator 220 ein Behältnis bzw. eine Druckkammer 212 zur Aufnahme von Tinte bilden. Über eine Düsenöffnung 201 der Düse 200 kann ein Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger 120 gefeuert werden. Die Tinte bildet an der Düsenöffnung 201 einen sogenannten Meniskus 210. Des Weiteren umfasst die Düse 200 einen Aktuator 220 (z.B. ein piezoelektrisches Element), der eingerichtet ist, das Volumen der Druckkammer 212 zur Aufnahme der Tinte zu verändern bzw. den Druck in der Druckkammer 212 der Düse 200 zu verändern. Insbesondere kann durch den Aktuator 220 infolge einer Auslenkung 222 das Volumen der Druckkammer 212 reduziert und der Druck in der Druckkammer 212 erhöht werden. So wird ein Tintentropfen über die Düsenöffnung 201 aus der Düse 200 gestoßen. 2 zeigt eine entsprechende Auslenkung 222 des Aktuators 220 (gepunktete Linien). Außerdem kann durch den Aktuator 220 das Volumen der Druckkammer 212 vergrößert werden (siehe Auslenkung 221), um neue Tinte über einen Tintenversorgungskanal 230 in die Druckkammer 212 zu saugen.
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Durch eine Auslenkung 221, 222 des Aktuators 220 kann somit die Tinte innerhalb der Düse 200 bewegt werden und die Kammer 212 kann unter Druck gesetzt werden. Dabei bewirkt eine bestimmte Bewegung des Aktuators 220 eine entsprechende bestimmte Bewegung der Tinte. Die bestimmte Bewegung des Aktuators 220 wird typischerweise durch eine entsprechende bestimmte Wellenform oder einen entsprechenden bestimmten Puls eines Ansteuersignals des Aktuators 220 bewirkt. Insbesondere kann durch einen Fire Puls (auch als Ausstoß-Puls bezeichnet) zur Ansteuerung des Aktuators 220 bewirkt werden, dass die Düse 200 über die Düsenöffnung 201 einen Tintentropfen ausstößt. Durch unterschiedliche Ansteuersignale an den Aktuator 220 können unterschiedliche Tintentropfen ausgestoßen werden. Insbesondere können so Tintentropfen mit unterschiedlicher Tropfengröße (z.B. 5pl, 7pl oder 12pl) ausgestoßen werden. Des Weiteren kann durch einen Pre-Fire Puls (auch als Vorausstoß-Puls bezeichnet) zur Ansteuerung des Aktuators 220 bewirkt werden, dass die Düse 200 zwar eine Bewegung der Tinte und eine Schwingung des Meniskus 210 bewirkt, dabei aber über die Düsenöffnung 201 kein Tintentropfen ausgestoßen wird.
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Die unterschiedlichen Düsen 200 eines Druckkopfes 103 bzw. eines Druckkopf-Segmentes sind über ein oder mehrere Tintenversorgungskanälen 230 teilweise miteinander und mit einem Tintenreservoir verbunden. Über die Tintenversorgungskanäle 230 kann Tinte in die Druckkammer 212 einer Düse 200 gezogen werden (wenn sich der Aktuator 220 z.B. in der Auslenkung 221 befindet). Dabei können sich die Düsen 200 eines Druckkopfes 103 (bzw. eines Druckkopf-Segmentes) indirekt über die ein oder mehreren Tintenversorgungskanäle 230 gegenseitig beeinflussen. Dies kann zu Beeinträchtigungen der Druckqualität eines Tintenstrahl-Drucksystems 100 führen.
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Wie oben dargelegt, sind in einem Druckkopf 103 zumindest ein Teil der K Düsen 200 zum Druck einer Zeile eines Druckbildes parallel zueinander angeordnet (in Bezug auf die Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 120). Beispielsweise können K/L Düsen 200 eines Druckkopfes 103 in einer Reihe (quer zur Transportrichtung) angeordnet sein. Diese K/L Düsen 200 können zum Druck einer Zeile eines Druckbildes gleichzeitig angesteuert werden, und können sich dabei aufgrund der Verbindung über die ein oder mehreren Tintenversorgungskanälen 230 gegenseitig beeinflussen.
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3a zeigt eine beispielhafte Anordnung von drei Düsen 301, 302, 303, die zeitgleich angesteuert werden können. Dabei sollen die erste Düse 301 und die dritte Düse 303 in dem in 3a dargestellten Beispiel an einem Ansteuer-Zeitpunkt keine Tinte ausstoßen, während die zweite Düse 302 an dem Ansteuer-Zeitpunkt einen Tintentropfen 311 ausstoßen soll (was durch die gestrichelt dargestellte relativ große Auslenkung 222 des Aktuators 220 veranschaulicht wird). Im Rahmen des Ausstoßes eines Tintentropfes 311 saugt die zweite Düse 302 Tinte über die ein oder mehreren Tintenversorgungskanäle 230 an (durch die Pfeile in 3a dargestellt).
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3b zeigt ein Beispiel, bei dem zeitgleich die zweite Düse 302 und die dritte Düse 303 an einem Ansteuer-Zeitpunkt einen Tintentropfen 311, 313 ausstoßen sollen und dazu Tinte aus den ein oder mehreren Tintenversorgungskanälen 230 ansaugen (siehe Pfeile in 3b). Die zu der zweiten und dritten Düse 302, 303 benachbarte erste Düse 301 soll zu diesem Ansteuer-Zeitpunkt keinen Tintentropfen ausstoßen, so dass der Aktuator 220 der ersten Düse 301 typischerweise nicht mit einem Puls angesteuert wird, um den Aktuator 220 auszulenken. Das Ansaugen von Tinte durch die benachbarte zweite und dritte Düse 302, 303 kann dazu führen, dass über die ein oder mehreren Tintenversorgungskanäle 230 Tinte aus der Kammer 212 der ersten Düse 301 gesogen wird, so dass ein Unterdruck in der Kammer 212 der ersten Düse 301 erzeugt wird und dadurch der Meniskus 210 an der Düsenöffnung 201 der ersten Düsenanordnung 301 nach innen gezogen wird. Aufgrund des Underdrucks in der Kammer 212 der ersten Düse 301 kann Luft über die Düsenöffnung 201 in die Kammer 212 der ersten Düse 301 gesogen werden, wodurch der Tintenausstoß der ersten Düse 301 in einer folgenden Druckzeile (d.h. an einem nachfolgenden Ansteuer-Zeitpunkt) beeinträchtigt werden kann. Der Tintenausstoß in ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 kann somit die Tropfenbildung der ersten Düse 301 beeinträchtigen.
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Mit anderen Worten, während des Druckens werden bei einem Inkjet-Druckkopf 103 häufig mehrere Düsen 301, 302, 303 gleichzeitig angesteuert (z.B. die Düsen 301, 302, 303 einer Reihe des Druckkopfes 103). Dabei können diese Düsen 301, 302, 303 miteinander über Tintenversorgungskanäle 230 verbunden sein. Es kann sich dann insbesondere bei Druckköpfen 103 mit einer relativ hohen Bildpunktdichte (z.B. von 1200 dpi) das Phänomen ergeben, dass einzelne Düsen 301 ausfallen, nachdem benachbarte Düsen 302, 303, die Tinte aus demselben Druckkopf-internen Versorgungskanal 230 ziehen, angesteuert wurden, um Tintentropfen auszustoßen. Dieses Phänomen rührt daher, dass Luft über die Düsenöffnung 201 der nicht angesteuerten Düse 301 in das Innere der Düsenkammer 212 gezogen wird, da aus der Tintenversorgung bzw. aus dem Tintenreservoir nicht genügend schnell Tinte über den Tintenversorgungskanal 230 nachfließt (wie in 3b veranschaulicht). Aufgrund des am Druckkopf 103 bzw. an den Düsen 301, 302, 303 anliegenden Unterdrucks kann diese Luftblase dann innerhalb kurzer Zeit weiter in das Innere des Druckkopfes 103 gezogen werden. Als Resultat können mehrere Düsen 301, 302, 303 oder ganze Reihen von Düsen 301, 302, 303 aufgrund dieses Lufteinschlusses ausfallen. Dieser Effekt kann insbesondere dann auftreten, wenn zu einem Ansteuer-Zeitpunkt relativ viele Düsen 302, 303 angesteuert werden (um Tintentropfen auszustoßen) und nur einzelne Düsen 301 nicht angesteuert werden (und somit keine Tintentropfen ausstoßen). Insbesondere die einzelnen nicht angesteuerten Düsen 301 können dann aufgrund von Lufteinschlüssen ausfallen.
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Typischerweise steigt die gegenseitige Beeinträchtigung von Düsen 301, 302, 303, die Tinte aus einem gemeinsamen Tintenversorgungskanal 230 ziehen, mit steigender Anzahl von Düsen 301, 302, 303, die an einem Ansteuer-Zeitpunkt angesteuert werden, um Tintentropfen auszustoßen, an. Mit steigender Anzahl von angesteuerten Düsen 301, 302, 303 (bzw. mit einem steigenden Anteil von angesteuerten Düsen 301, 302, 303 an der Gesamtzahl von Düsen 301, 302, 303 eines Tintenversorgungskanals 230) steigen insbesondere die Druckschwankungen und damit die Beeinträchtigungen an.
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Dem Ausfall von Düsen 301 kann durch dedizierte Purge & Wipe Intervalle für die Reinigung und Regeneration der Düsen 301, 302, 303 entgegengewirkt werden. Dies führt jedoch zu einer Reduzierung der Druckgeschwindigkeiten und zu einer Erhöhung der erforderlichen Druck-Ressourcen (insbesondere Tinte).
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Um zu verhindern, dass eine erste Düse 301, die zu einem Ansteuer-Zeitpunkt keine Tinte ausstoßen soll, beeinträchtigt wird, kann die erste Düse 301 zum Ansteuer-Zeitpunkt mit einem Ansteuersignal angesteuert werden, durch das der Aktuator 220 der ersten Düse 301 derart ausgelenkt wird (siehe Auslenkung 322 in 3c), dass der (durch die benachbarten ein oder mehreren Düsen 302, 303 bewirkte) Unterdruck in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 reduziert wird, dabei jedoch kein Tintenausstoß aus der ersten Düse 301 bewirkt wird. Insbesondere kann die erste Düse 301 zum Ansteuer-Zeitpunkt mit einem Pre-Fire Puls angesteuert werden, um den Unterdruck in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 zu reduzieren. Allgemein kann der Puls zur Ansteuerung der ersten Düse 301 als Unterdruck-Reduzierungs-Puls bezeichnet werden.
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Der Unterdruck-Reduzierungs-Puls kann in Abhängigkeit davon generiert werden, wie die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 der ersten Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt angesteuert werden. Zu diesem Zweck können die Druckdaten 330 für die (zeitgleich angesteuerten) Düsen 301, 302, 303 analysiert werden (siehe 3d). Die Druckdaten 330 zeigen durch entsprechende Ansteuersignale 331, 332, 333 an, ob eine Düse 301, 302, 303 zu einem Ansteuer-Zeitpunkt 334
- • ein „weißes“ Pixel drucken soll und somit typischerweise nicht einem Puls angesteuert wird (Ansteuersignal 333); oder
- • ein „nicht-weißes“ Pixel drucken soll und somit mit einem Fire-Puls angesteuert wird (Ansteuersignal 331).
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Auf Basis der Druckdaten 330 kann ermittelt werden, ob zu einem bestimmten Ansteuer-Zeitpunkt 334 die (ggf. direkt) benachbarten Düsen 302, 303 der ersten Düse 301 ein „nicht-weißes“ Pixel drucken sollen, während die ersten Düse 301 ein „weißes“ Pixel drucken soll. Wenn dies der Fall ist, so können die Druckdaten 330 angepasst werden, um zu bewirken, dass die erste Düse 301 zu dem bestimmten Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit einen Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert wird (Ansteuersignal 332). So können in zuverlässiger Weise und ohne Überhitzung der Aktuatoren 220 der einzelnen Düsen 301, 302, 303 Düsenausfälle in einem Druckkopf 103 vermieden werden.
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Mit anderen Worten, um den Ausfall von Düsen 301, 302, 303 eines Druckkopfes 103 zu verhindern, können einzelne Düsen 301, welche zu einen bestimmten Zeitpunkt 334 nicht drucken während andere Düsen 302, 303 zeitgleich drucken, mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls (insbesondere mit einem Pre-Fire Pulse) angesteuert werden (wie in 3c dargestellt). Während die Düsen 302, 303 drucken, wird durch den Tintenversorgungskanal 230 Tinte in die Druckkammern 212 der Düsen 320, 303 nachgefördert, was zu einem Unterdruck in den Druckkammern 212 der ein oder mehreren nicht druckenden Düsen 301 führen kann. Bei den ein oder mehreren nicht druckenden Düsen 301 kann dann der Unterdruck-Reduzierungs-Puls bewirken, dass die ein oder mehreren nicht druckenden Düsen 301 einen gewissen Widerstand bzw. Gegendruck gegen den anliegenden Unterdruck leisten und als Folge draus keine Luft über die Düsenöffnungen 201 der ein oder mehreren nicht druckenden Düsen 301 in die jeweiligen Druckkammern 212 gesogen wird. So können Düsenausfälle verhindert werden.
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Um die ein oder mehreren Düsen 301, die zu einem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls stabilisiert werden müssen, auszuwählen, kann mit Hilfe einer modifizierten Pixel Preview Funktion (z.B. auf Basis der Druckdaten 330) identifiziert werden, welche Düsen 301, 302, 303 zu welchem Zeitpunkt 334 mit welchen Ansteuersignalen 331, 333 angesteuert werden (wie z.B. in 3d dargestellt). Wenn an einem bestimmten Zeitpunkt 334 eine gewisse Anzahl von Düsen 302, 303 in einer Düsenreihe mit einem Fire-Puls angesteuert werden, kann entschieden werden, ob ein oder mehrere nicht angesteuerte, benachbarte Düsen 301 an dem bestimmten Zeitpunkt 334 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert werden sollen. Dabei kann bei einer nicht-druckenden Düse 301 zu einem Ansteuer-Zeitpunkt 334 ein Unterdruck-Reduzierungs-Puls eingefügt werden, wenn die Anzahl von (ggf. direkt benachbarten) Düsen 302, 303, die an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 ein „nicht-weißes“ Pixel drucken sollen, größer als oder gleich wie ein vordefinierter Anzahl-Schwellenwert ist. Andernfalls kann auf das Einfügen eines Unterdruck-Reduzierungs-Pulses verzichtet werden.
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Die Wahrscheinlichkeit für das Ansaugen von Luft in einer Düse 301 steigt typischerweise mit steigender Anzahl von druckenden Düsen 302, 303 an. Der Anzahl-Schwellenwert kann derart gewählt werden, dass die Wahrscheinlichkeit für das Ansaugen von Luft bei oder unter einem bestimmten Wahrscheinlichkeits-Schwellenwert liegt.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Stabilisierung des Tintenmeniskus 210 an einer Düsenöffnung 201 einer ersten Düse 301 eines Druckkopfes 103. Dabei ist die Druckkammer 212 der ersten Düse 301 über (zumindest) einen Tintenversorgungskanal 230 mit Druckkammern 212 von ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 des Druckkopfes 103 verbunden. Die erste Düse 301 und die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 sind darüber hinaus typischerweise über den (zumindest einen) Tintenversorgungskanal 230 mit einem Tintenreservoir verbunden, aus dem Tinte in die Druckkammern 212 der Düsen 301, 302, 303 gefördert werden kann.
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Die in diesem Dokument als benachbarte Düsen 301, 302, 303 bezeichneten Düsen 301, 302, 303 können Düsen sein, die über einen gemeinsamen Tintenversorgungskanal 230 miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten, alle Düsen 301, 302, 303 eines Tintenstrahl-Drucksystems 100, die auf einen gemeinsamen Tintenversorgungskanal 230 zugreifen, können als zueinander benachbarte Düsen 301, 302, 303 bezeichnet werden.
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Darüber hinaus kann es Abstufungen im Grad der Nachbarschaft zwischen Düsen 301, 302, 303 geben, die an einem gemeinsamen Tintenversorgungskanal 230 hängen. Beispielsweise können Düsen 301, 302, 303 nebeneinander (quer zu der Transportrichtung) angeordnet und an einem quer zu der Transportrichtung verlaufenden Tintenversorgungskanal 230 angeschlossen sein. In einem solchen Fall hat eine erste Düse 301 (die nicht am Rand liegt) zwei direkt oder unmittelbar benachbarte Düsen 302, 303 (wie z.B. in 3a dargestellt). Darüber hinaus kann eine erste Düse 301 links von der zweiten Düse 302 und/oder rechts von der dritten Düse 303 noch weitere benachbarte Düsen aufweisen, die jedoch mit steigendem Abstand zu der ersten Düse 301 einen sich reduzierenden Grad der Nachbarschaft aufweisen. Mit anderen Worten, der Grad der Nachbarschaft einer bestimmten, benachbarten Düse in Bezug auf die erste Düse 301 kann mit der Anzahl von Düsen, die zwischen der bestimmten, benachbarten Düse und der ersten Düse 301 liegt, sinken.
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Die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 werden typischerweise zeitgleich mit der ersten Düse 301 an einem Ansteuer-Zeitpunkt 334 bzw. an einer Sequenz von Ansteuer-Zeitpunkten 334 angesteuert, um Bildpunkte eines Druckbildes (bzw. entsprechende Sequenzen von Bildpunkten) auf einen Aufzeichnungsträger 120 zu drucken. Beispielsweise kann der Druckkopf 103 L (quer zur Transportrichtung angeordnete) Reihen von Düsen 301, 302, 303 aufweisen. Die erste Düse 301 und die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 können Teil einer Reihe von Düsen 301, 302, 303 sein oder einer Reihe von Düsen 301, 302, 303 eines Druckkopfes 103 entsprechen.
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Durch die erste Düse 301 und die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 können an dem Ansteuer-Zeitpunkt Bildpunkte auf einer Zeile des Druckbildes gedruckt werden, wobei die Bildpunkte in unterschiedlichen Spalten liegen. Eine Zeile verläuft dabei quer zu der Transportrichtung und eine Spalte verläuft längs zu der Transportrichtung. An einer Sequenz von Ansteuer-Zeitpunkten 334 können die erste Düse 301 und die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 jeweils eine Sequenz von Bildpunkten in unterschiedlichen Spalten des Druckbildes drucken.
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Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401, ob an einem Ansteuer-Zeitpunkt 334, an dem die erste Düse 301 keine Tinte ausstoßen soll, zumindest ein Teil der ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 Tinte ausstoßen soll. Mit anderen Worten, es kann ermittelt werden, ob an einem Ansteuer-Zeitpunkt 334, an dem die erste Düse 301 einen „weißen“ Bildpunkt (ohne Tintenausstoß) auf den Aufzeichnungsträger 120 druckt, zumindest ein Teil der zeitgleich angesteuerten ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 einen „nicht-weißen“ Bildpunkt (mit Tintenausstoß) auf den Aufzeichnungsträger 120 druckt. In einer solchen Situation kann es dazu kommen, dass über die Düsenöffnung 210 der ersten Düse 301 Luft in die Druckkammer 212 der ersten Düse 301 gesogen wird, was zu Düsenausfällen führen könnte. Das Ansaugen von Luft in die Druckkammer 212 der ersten Düse 301 kann insbesondere dann erfolgen, wenn die ein oder mehreren direkt benachbarten Düsen 302, 303 der ersten Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 Tinte ausstoßen.
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Das Verfahren 400 umfasst weiter, in Abhängigkeit von dem Ermitteln 401, das Ansteuern 402 der ersten Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls, durch den zumindest zeitweise ein Unterdruck in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 reduziert wird ohne dabei jedoch einen Tintenausstoß durch die erste Düse 301 zu bewirken. Zu diesem Zweck kann insbesondere ein Aktuator 220 der ersten Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit dem Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert werden, um zumindest zeitweise das Volumen der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 zu reduzieren, so dass der Unterdruck in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 reduziert wird. So kann vermieden werden, dass während einer Druckpause der ersten Düse 301 durch das Ansteuern der ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 Luft über die Düsenöffnung 310 der ersten Düse 301 angesogen wird, was zu Düsenausfällen führen könnte.
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Die erste Düse 301 und die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 können typischerweise zeitgleich an einer Sequenz von Ansteuer-Zeitpunkten 334 angesteuert werden, um jeweils eine entsprechende Sequenz von Bildpunkten des Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken. Die Ansteuer-Zeitpunkte 334 der Sequenz von Ansteuer-Zeitpunkten 334 können dabei mit einer Ansteuer-Frequenz (bzw. mit einem Zeilentakt) aufeinander folgen, um mit der Ansteuer-Frequenz Bildpunkte von unterschiedlichen Zeilen auf den Aufzeichnungsträger 120 zu drucken. Das Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuer-Zeitpunkten 334 der Sequenz von Ansteuer-Zeitpunkten 334 entspricht dabei dem Zeitraum, der einer Düse 301, 302, 303 zur Verfügung steht, um den Bildpunkt einer Zeile des Druckbildes zu drucken.
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Der Aktuator 220 einer Düse 301, 302, 303 kann mit einen Ausstoß-Puls (bzw. Fire Puls) angesteuert bzw. angeregt werden, wobei durch den Ausstoß-Puls der Ausstoß von Tinte aus der Düsenöffnung 210 der Düse 301, 302, 303 bewirkt wird. Dabei umfasst ein Ausstoß-Puls typischerweise innerhalb des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuer-Zeitpunkten 334 eine erste Phase, in der das Volumen der Druckkammer 212 der Düse 301, 302, 303 erhöht wird, und eine zweite Phase, in der das Volumen der Druckkammer 212 der Düse 301, 302, 303 reduziert wird. Durch die Erhöhung des Volumens in der Druckkammer 212 einer Düse 302 kann über den Tintenversorgungskanal 230 ein Unterdruck in der Druckkammer 212 einer anderen Düse 301 verursacht werden.
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Mit anderen Worten, das Volumen der Druckkammer 212 einer Düse 301, 302, 303 kann zum Ausstoß von Tinte zumindest zeitweise während des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuer-Zeitpunkten 334 vergrößert werden, um über den Tintenversorgungskanal 230 Tinte in die Druckkammer 212 der Düse 301, 302, 303 zu ziehen. Dadurch kann ein Unterdruck in der Druckkammer 212 einer anderen Düse, insbesondere in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301, erzeugt werden.
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Der Unterdruck-Reduzierungs-Puls kann derart ausgelegt sein, dass durch den Unterdruck-Reduzierungs-Puls der Unterdruck in der Druckkammer 212 einer Düse 301, 302, 303 während des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuer-Zeitpunkten 334 der Sequenz von Ansteuer-Zeitpunkten 334 zumindest zeitweise reduziert wird. Insbesondere kann der Unterdruck-Reduzierungs-Puls derart ausgelegt sein, dass der Unterdruck in der Druckkammer 212 einer Düse 301, 302, 303 in der ersten Phase eines Ausstoß-Pulses reduziert wird. So kann das Einziehen von Luft über die Düsenöffnung 201 einer nicht-druckenden Düse 301, 302, 303 besonders effektiv vermieden werden.
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Die erste Düse 301 und die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 umfassen jeweils eine Druckkammer 212 und einen Aktuator 220, durch den das Volumen der jeweiligen Druckkammer 212 verändert werden kann. Die Aktuatoren 220 der ersten Düse 301 und der ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 können an einem Ansteuer-Zeitpunkt 334 jeweils mit einem Ansteuersignal 331, 333 aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Ansteuersignalen 331, 333 (z.B. M unterschiedliche Ansteuersignale, z.B. mit M = 4 oder 8) angesteuert werden. Die Anzahl von unterschiedlichen Ansteuersignalen 331, 333 kann z.B. durch eine maximale Anzahl von Bits (z.B. 2 oder 3 Bits) für die Ansteuersignale 331, 333 festgelegt sein. Durch eine Bit-Folge kann dann einer Düse 301, 302, 303 mitgeteilt werden, mit welchem Ansteuersignal 331, 333 die Düse 301, 302, 303 angesteuert wird. Insbesondere kann durch das Ansteuersignal 331, 333 der Puls bzw. die Wellenform für den Aktuator 220 einer Düse 301, 302, 303 angezeigt werden.
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Beispielsweise kann die Mehrzahl von Ansteuersignalen 331, 333 umfassen: ein erstes Ansteuersignal 331 (für einen Ausstoß-Puls), durch das das Volumen der Druckkammer 212 einer Düse 301, 302, 303 derart (während des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansteuer-Zeitpunkten 334) verändert wird, dass ein Tintentropfen durch die Düsenöffnung 201 der Düse 301, 302, 303 ausgestoßen wird; ein zweites Ansteuersignal 333, durch das das Volumen der Druckkammer 212 einer Düse 301, 302, 303 (während des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansteuer-Zeitpunkten 334) unverändert bleibt; und ein drittes Ansteuersignal (z.B. für einen Vor-Ausstoß-Puls), durch das das Volumen der Druckkammer 212 einer Düse 301, 302, 303 derart (während des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansteuer-Zeitpunkten 334) verändert wird, dass sich zwar der Tintenmeniskus 210 bewegt aber kein Tintentropfen durch die Düsenöffnung 201 der Düse 301, 302, 303 ausgestoßen wird.
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Das dritte Ansteuersignal kann dabei einem Pre-Fire Puls entsprechen, durch den der Tintenmeniskus 210 an der Düsenöffnung 201 einer Düse 301, 302, 303 bewegt wird, um die Viskosität der Tinte innerhalb der Druckkammer 212 der Düse 301, 302, 303 zu reduzieren. Mit anderen Worten kann durch den Pre-Fire Puls der Tintenmeniskus 210 an der Düsenöffnung 201 einer Düse 301, 302, 303 vibriert werden, um Tinte in der Druckkammer 212 bzw. in einem Bereich des Tintenmeniskus 210 der Düse 301, 302, 303 zu vermischen, so dass sich die Viskosität der Tinte innerhalb der Druckkammer 212 bzw. in dem Bereich des Tintenmeniskus 210 der Düse 301, 302, 303 langsamer erhöht. Des Weiteren kann das dritte Ansteuersignal 332 dem Unterdruck-Reduzierungs-Puls entsprechen. Die Verwendung des Pre-Fire Pulses zur Reduzierung des Unterdrucks in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 ist vorteilhaft, da so Düsenausfälle in Daten-/Bit-effizienter Weise vermieden werden können (ohne ein weiteres spezifisches Ansteuersignal mit einem eigenen Daten-Code für einen Unterdruck-Reduzierungs-Puls definieren zu müssen).
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Das Ermitteln 401 kann umfassen, das Analysieren von Druckdaten 330, die die Ansteuersignale 331, 333 für die ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 anzeigen. Dabei können die Druckdaten 330 für die erste Düse 301 für den Ansteuer-Zeitpunkt 334 das zweite Ansteuersignal 333 anzeigen. Insbesondere kann auf Basis der Druckdaten 330 ermittelt werden, dass die erste Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit dem zweiten Ansteuersignal 333 angesteuert werden soll.
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Das Verfahren 400 kann umfassen, das Ändern der Druckdaten 330, so dass die Druckdaten 330 für die erste Düse 301 für den Ansteuer-Zeitpunkt 334 das dritte Ansteuersignal 332 anzeigen, wenn bestimmt wurde, dass die erste Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert werden soll. So können in effizienter Weise durch Ändern der Druckdaten 330 Düsenausfälle vermieden werden.
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Das Verfahren 400 kann umfassen, das Ermitteln einer Anzahl der ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303, die an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 Tinte ausstoßen sollen. Die erste Düse 301 kann (ggf. nur dann) an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert werden, wenn die ermittelte Anzahl gleich wie oder größer als ein Anzahl-Schwellenwert ist. Dabei kann der Anzahl-Schwellenwert einem Anteil von 50% oder mehr der ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 entsprechen. Es kann somit eine selektive Ansteuerung der ersten Düse 301 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls erfolgen, so dass eine Überhitzung der Aktuatoren 220 der Düsen 301, 302, 303 vermieden werden kann (bei gleichzeitiger Vermeidung von Düsenausfällen).
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Alternativ oder ergänzend kann das Verfahren 400 umfassen, das Ermitteln eines Grades der Nachbarschaft der ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303, die an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 Tinte ausstoßen sollen. Insbesondere kann für jede der ausstoßenden ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 ein Grad der Nachbarschaft ermittelt werden. Des Weiteren kann ggf. ein (ggf. gewichteter) mittlerer Grad der Nachbarschaft der ausstoßenden ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 ermittelt werden. Die erste Düse 301 kann dann an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 in Abhängigkeit von dem (ggf. mittleren) Grad der Nachbarschaft der ausstoßenden ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert werden. Beispielsweise kann ggf. nur dann eine Ansteuerung mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls erfolgen, wenn der ermittelte (ggf. mittlere) Grad der Nachbarschaft einen vordefinierten Nachbarschaft-Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Beispielsweise kann die erste Düse 301 ggf. nur dann mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert werden, wenn zumindest eine bzw. zumindest beide der direkt benachbarten Düsen 302, 303 Tinte ausstoßen sollen. Alternativ oder ergänzend kann eine Eigenschaft (z.B. eine Form) des Unterdruck-Reduzierungs-Pulses in Abhängigkeit von dem ermittelten (ggf. mittleren) Grad der Nachbarschaft angepasst werden. Typischerweise sinkt der in der ersten Düse 301 bewirkte Unterdruck mit sinkendem (ggf. mittleren) Grad der Nachbarschaft. Der von dem Unterdruck-Reduzierungs-Puls in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 bewirkte Druck kann in entsprechender Weise mit sinkendem (ggf. mittleren) Grad der Nachbarschaft sinken. So können die Druckqualität und die Tropfenbildung weiter verbessert werden.
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Die Steuereinheit 101, 105 eines Druckkopf 103 eines Tintenstrahl-Drucksystems 100 kann eingerichtet sein, das Verfahren 400 auszuführen. Insbesondere kann die Steuereinheit 101, 105 eingerichtet sein, zu ermitteln, ob an einem Ansteuer-Zeitpunkt 334, an dem die erste Düse 301 keine Tinte ausstoßen soll, zumindest ein Teil der ein oder mehreren benachbarten Düsen 302, 303 Tinte ausstoßen soll. Die Steuereinheit 101, 105 kann dann in Abhängigkeit davon, die erste Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls ansteuern, durch den ein Unterdruck in der Druckkammer 212 der ersten Düse 301 reduziert wird ohne einen Tintenausstoß zu bewirken. Insbesondere kann abhängig von dem Ermitteln 401 bestimmt werden, ob die erste Düse 301 an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 mit einem Unterdruck-Reduzierungs-Puls angesteuert werden soll oder nicht. Das Einfügen eines Unterdruck-Reduzierungs-Pulses kann dabei abhängen
- • von der Anzahl von benachbarten Düsen 302, 303, die an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 Tinte ausstoßen sollen; und/oder
- • von der Anordnung der benachbarten Düsen 302, 303 relativ zu der ersten Düse 301.
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Es werden somit ein Verfahren 400 und eine entsprechende Steuereinheit 101, 105 beschrieben, bei denen in Abhängigkeit von der Anzahl und/oder der Lage von benachbarten Düsen 302, 303, die an einem Ansteuer-Zeitpunkt 334 Tinte ausstoßen, ein oder mehrere nicht-druckende erste Düsen 301 veranlasst werden, an dem Ansteuer-Zeitpunkt 334 einen Unterdruck-Reduzierungs-Puls, insbesondere einen Pre-Fire Puls, zu generieren.
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Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren 400 ermöglicht es, Düsenausfälle während des Druckbetriebs zu verhindern, und so die Druckqualität eines Drucksystems 100 zu erhöhen. Des Weiteren können Lastschwankungen innerhalb eines Druckkopfs 103 ausgeglichen werden und es kann Crosstalk zwischen den Düsen 301, 302, 303 eines Druckkopfes 103 reduziert werden. Außerdem können die Produktivität eines Drucksystems 100 erhöht und der Ressourcenverbrauch (insbesondere von Tinte) reduziert werden, da Refresh-Maßnahmen reduziert oder gänzlich vermieden werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Drucksystem
- 101
- Steuereinheit des Drucksystems 100
- 102
- Druckkopfanordnung / Druckriegel
- 103
- Druckkopf
- 105
- Steuereinheit einer Druckkopfanordnung
- 120
- Aufzeichnungsträger
- 200, 301, 302, 303
- Düse
- 201
- Düsenöffnung
- 202
- Wand
- 210
- Meniskus
- 212
- Kammer
- 220
- Aktuator (piezoelektrisches Element)
- 221, 222, 322
- Auslenkung des Aktuators
- 230
- Tintenversorgungskanal
- 330
- Druckdaten
- 331
- Ansteuersignal für den Druck eines „nicht-weißen“ Pixels
- 332
- Ansteuersignal für einen Unterdruck-Reduzierungs-Puls
- 333
- Ansteuersignal für den Druck eines „weißen“ Pixels
- 334
- Ansteuer-Zeitpunkt
- 400
- Verfahren zur Stabilisierung des Tintenmeniskus einer Düse
- 401, 402
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0053252 A1 [0002, 0003]