DE3416449C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufzeichnen von Informationen oder Bildern mittels Tintenstrahlschreiber, in dem die aus mindestens zwei Düsen ausgestoßene Tinte elektrisch geladen und zwischen Ablenkelektroden abgelenkt wird, um entweder in ein Abfanggatter oder an vorbestimmter Stelle auf einen Aufzeichnungsträger zu gelangen. Das Verfahren ist besonders geeignet für Tintenstrahlschreiber, mit denen Halbton- oder farbige Bilder aufgezeichnet werden sollen.

Die bekannten Verfahren zur Tintenstrahlaufzeichnung gehen im wesentlichen auf zwei grundsätzliche Verfahren zurück:

• - entweder es wird eine Düse bzw. eine Spalte von Düsen verwendet und der Tintenstrahl auf einen Rasterpunkt bzw. eine Rasterspalte gerichtet, so daß ein oder mehrere Tintentröpfchen einen Rasterpunkt treffen; durch Weiterführung des Druckkopfwagens bzw. des Aufzeichnungsträgers werden die anderen Rasterpunkte beaufschlagt,
• - oder eine Düse wird während einer Druckstellung mehreren, meist senkrecht übereinander liegenden Rasterpunkten zugeordnet und die Tintentröpfchen werden durch geeignete Maßnahmen so abgelenkt, daß der jeweils gewünschte Rasterpunkt getroffen wird.

Die abgelenkten Tropfen haben den Nachteil, daß sie nicht senkrecht auf den Aufzeichnungsträger auftreffen. Das ist die Ursache dafür, daß solche Tropfen keinen kreisrunden Abdruck hinterlassen, sondern ovale Konturen aufweisen und vor allem seitliche Spritzer auftreten und so zu Verschmutzungen führen.

In der DE-OS 24 46 740 wird u. a. auch die Verwendung einer Düse ohne Ablenkung beschrieben, bei der, wie allgemein bekannt, der Tintenstrahl senkrecht auf den Aufzeichnungsträger gerichtet wird. Die nacheinander auf denselben Rasterpunkt auftreffenden Tintentröpfchen verursachen den sogenannten "Pfützeneffekt", d. h. jeder folgende Tropfen, der auf einen bereits auf dem Aufzeichnungsträger vorhandenen auftrifft, bewirkt ein Abspritzen kleiner Tintenteilchen, was wiederum zur Verschmutzung beiträgt.

Es ist auch bekannt, zwei oder mehrere Düsen zum Einfärben eines Rasterpunktes zu verwenden, deren Achsen sich auf dem Aufzeichnungsträger im Rasterpunkt schneiden, wie z. B. in der DE-OS 30 37 774 beschrieben. Dabei muß man jedoch wieder das schräge Auftreffen der Tintentröpfchen mit den bereits geschilderten Nachteilen in Kauf nehmen. Andere Tintendrucker verwenden mehrere Düsen, deren Achsen sich hinter dem Aufzeichnungsträger schneiden, z. B. wie in der DE-PS 23 49 453 beschrieben. Hier schneiden sich die Düsenachsen auf der Achse der Schreibwalze und die Tröpfchen treffen senkrecht auf dem Aufzeichnungsträger auf, aber die für denselben Rasterpunkt bestimmten Tröpfchen müssen zeitlich nacheinander nach einer kurzen Verdrehung der Trommel aufgezeichnet werden. Das stellt hohe Anforderungen an die Steuerung und die Mechanik, um die Tröpfchen aus mehreren Düsen auf den denselben Punkt zu führen. Dabei gibt es besonders bei Farbbildern infolge der zeitlich nacheinander auftreffenden Farbanteile sich nachteilig auswirkende Verschmelzungsprobleme.

Eine weitere Erfindungsbeschreibung, die EP-PA 00 64 881, zeigt zwei Düsen, deren Achsen sich vor dem Aufzeichnungsträger schneiden, wobei im Schnittpunkt die Tröpfchen aus den beiden Düsen aufeinanderprallen und einen mehr oder weniger abgelenkten Verlauf nehmen, je nach dem Masse- oder Geschwindigkeitsunterschied zwischen den beiden aufeinanderprallenden Tröpfchen. Abgesehen davon, daß sehr hohe Anforderungen an die Parameter (Masse, Geschwindigkeit, Richtung) der aufeinanderprallenden Tröpfchen gestellt werden, um die gewünschte resultierende Flugrichtung zu erreichen und somit den richtigen Rasterpunkt zu treffen, treten auch hier wieder die genannten Mängel der schräg abgelenkten Tintentröpfchen auf. Weiterhin muß auch mit Schwingungen und Verformungen des Tropfens gerechnet werden, der sich aus den beiden zusammengeprallten Tröpfchen gebildet hat, was zu unterschiedlichen Punktformen auf dem Aufzeichnungsträger und zu unkontrollierbaren Flugrichtungsabweichungen führen kann. Durch den Zusammenprall entstehen auch Tintenspritzer, die zur Verschmutzung des Aufzeichnungsträgers und der Druckeinrichtung führen.

Aus der DE-OS 26 26 529 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch eine Düse Tropfen auf unterschiedliche, benachbarte Rasterpositionen ausgesendet werden, wobei das unerwünschte Verschmelzen von sich gegenseitig beeinflussenden Tropfen beschrieben wird. Mittel zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung werden jedoch nicht aufgezeigt.

Weiter ist durch die DE-OS 27 04 757 ein Verfahren bekannt geworden, mit dem Halbtonbilder dadurch aufgezeichnet werden, daß zwei unterschiedliche Tinten, nämlich klare Tinte und schwarze Tinte, unmittelbar vor der Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsträger gemischt werden und durch einen Kanal im Schreibkopf infolge Kapillarwirkung auf den am Schreibkopf vorbeigeführten Aufzeichnungsträger ausfließt. Dadurch wird die Menge der pro Flächeneinheit des Aufzeichnungsträgers aufgebrachten Tinte im wesentlichen konstant gehalten, die Farbdichte jedoch durch die Mischung sich verändernder Mengen der Komponenten - klare Tinte und schwarze Tinte - wunschgemäß variiert.

Mit den bisherigen Verfahren zum Tintenstrahldruck war eine solche Vermischung unterschiedlicher Tinten nicht realisierbar.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein verbessertes Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren zu schaffen, das sich auch für Halbton- oder farbige Bilder gut eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren zu schaffen, das ein schräges Auftreffen der Tintentröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger vermeidet und nur senkrecht aufzeichnet, dabei den "Pfützeneffekt" vermindert und die Anwendung von zwei oder mehr Düsen pro Rasterpunkt und damit auch die Halbton- oder Farbbildaufzeichnung gestattet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Aufzeichnungsverfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist,

• - daß die Tintenstrahlen aus Düsen bzw. Düsenspalten ausgestoßen werden, die in einem solchen Winkel zueinander stehen, daß sich ihre Achsen vor dem Aufzeichnungsträger im Bereich der Ablenkelektrode in einem Punkt schneiden,
• - daß jedem Tintentröpfchen durch die ihm zugeordnete Ladeelektrode eine Ladung aufgebracht wird, deren Größe aus zwei vorgegebenen Stufen in Abhängigkeit von der zu schreibenden Information ausgewählt wird, wobei die beiden Ladungsstufen für die Tröpfchen aus ein und derselben Düse bzw. Düsenplatte konstant bleiben und eine der beiden Ladungsstufen auch Null sein kann, und
• - daß durch das homogene elektrische Feld der nachgeordneten gemeinsamen Ablenkelektrodenanordnung die Tintentröpfchen mit der größeren Ladung in ein Abfanggatter abgelenkt und die Tintentröpfchen mit der kleineren Ladung nur so stark abgelenkt werden, daß sie sich auf einer für die zu schreibenden Tröpfchen aller Düsen der gleichen Düsenspaltenposition gemeinsamen Flugbahn zum Aufzeichnungsträger hin weiterbewegen.

Dabei ist es vorteilhaft, zwei Düsen oder Düsenpaare symmetrisch zur verlängerten gemeinsamen Flugachse anzuordnen, so daß auch ein symmetrisches Ausstoßen der Tinte erfolgen kann und die Ladungsgrößen für die Düsen eines Paares gleichgroß, aber mit umgekehrter Polarität gehalten werden können. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung liegt darin, daß die Tintentröpfchen mit gleicher Geschwindigkeit, synchron und phasengleich ausgestoßen werden, so daß eine Verschmelzung von Tröpfchen gleicher Phase, die zur Aufzeichnung kommen sollen, erfolgen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung liegt darin,

• - daß aus mindestens zwei Düsen mindestens zwei unterschiedlich gefärbte Tintenstrahlen ausgestoßen werden
• - und zur Aufzeichnung einer Information für jeden Rasterpunkt die gleiche Tröpfchenanzahl verwendet wird, die sich dem gewünschten Grau- bzw. Farbton entsprechend aus einer unterschiedlichen Kombination von Tröpfchen der unterschiedlich gefärbten Tinten zusammensetzt.

Dabei können einerseits klare Tinte und andererseits farbige Tinte mit hoher Farbdichte oder einerseits farbige Tinte mit geringer Farbdichte und andererseits Tinte mit hoher Farbdichte oder zwei Tinten unterschiedlicher Farbe verwendet werden.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze über den Flugverlauf der Tintentröpfchen bei 2 Düsen;

Fig. 2 den Verlauf der Ladespannung an den Ladeelektroden eines Beispiels mit zwei Düsen;

Fig. 3 ein Beispiel für einen erzielbaren Druck, bei dem das Bild aus Bildpunkten mit verschiedener Flächendeckung zusammengesetzt ist;

Fig. 4 eine Darstellung über den Flugverlauf und die Verschmelzung der Tintentröpfchen;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit 3 Düsen;

Fig. 6 eine mögliche Anordnung der Abfanggatter bei 3 Düsen;

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel mit 4 Düsen;

Fig. 8 ein Beispiel für einen erzielbaren Druck, bei dem das Bild aus Bildpunkten mit verschiedener Farbdichte zusammengesetzt ist;

Fig. 9 den Verlauf der Ladespannungen an den Ladeelektroden in einem Beispiel;

Fig. 10a bis 10c schematische Darstellungen der Vereinigung von Tropfen aus zwei Düsen zu einem Gesamttintenvolumen mit variabler Farbdichte;

Fig. 11 schematische Darstellung der Erfindung bei Verwendung von vier Düsen.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von zwei Düsen. Hier sind zwei Tropfengeneratoren 1a; 1b dargestellt, welche von nicht näher gezeigten Tintenversorgungssystemen gespeist werden. Nach dem Hochdruckverfahren wird die Tinte durch Düsen 2a; 2b gepreßt, und infolge periodischer Druckstörungen in der Nähe der Düsen 2a; 2b zerfallen die austretenden Tintenstrahlen in Ketten von jeweils gleichgroßen und gleichbeabstandeten Tintentröpfchen. Dabei können die Druckstörungen so erfolgen, daß der Abriß der Tröpfchen aus beiden Düsen synchron erfolgt, so daß sie sich stets in gleicher Phasenlage befinden. Aber auch ein ungleicher Abriß ist denkbar, so daß die Tröpfchen aus den beiden Düsen abwechselnd in die gemeinsame Flugbahn einfliegen und dort eine Kette dicht hintereinanderfliegender Tröpfchen bilden. Die nachstehend geschilderten Ausführungsbeispiele haben eine phasengleiche Generierung der Tintentröpfchen zum Inhalt.

Die beiden Tropfengeneratoren 1a; 1b sind zueinander im Winkel α geneigt und symmetrisch angeordnet, wobei die Symmetrieachse 3 senkrecht auf dem Aufzeichnungsträger 4 steht. Die Achsen der Düsen 2a; 2b schneiden sich in einem Punkt 5, der auf der Symmetrieachse 3 liegt. Eine Düsenachse bildet somit mit der Symmetrieachse den Winkel . Die einzelnen Tröpfchen werden durch Ladeelektroden 6a; 6b, welche im Tropfenabreißpunkt kurz hinter den Düsen angeordnet sind, mit einer definierten elektrischen Ladung versehen, die proportional der an die Ladeelektroden 6a; 6b angelegten elektrischen Spannung U_L ist.

Sobald die frei fliegenden Tintentröpfchen den Bereich des durch die beiden Ablenkelektroden 7a; 7b gebildeten elektrischen Feldes erreichen, werden sie entsprechend der ihnen verliehenen Ladung durch das Ablenkfeld in ihrer Flugrichtung beeinflußt. Bei einem homogenen elektrischen Ablenkfeld, verursacht durch die an den Ablenkelektroden 7a; 7b angelegte Spannung U_A, geht die zunächst geradlinige Flugbahn der Tröpfchen in eine parabolische Flugbahn 8a, 8b über. Die Richtung der Feldlinien des elektrischen Feldes verläuft im wesentlichen rechtwinklig zur Flugbahn. Der Winkel α zwischen den Düsenachsen wird so gewählt, daß sich die aus dem elektrischen Feld austretenden Tropfen aus beiden Düsen 2a; 2b auf einer gemeinsamen Flugbahn, die entlang der Symmetrieachse 3 verläuft, weiterbewegen. Für die Dimensionierung des Winkels α sind u. a. die Parameter Tropfengeschwindigkeit, elektrische Feldstärke, Ablenkplattenlänge, die Tropfenladung und Tropfenmasse für die aufzuzeichnenden Tropfen zu berücksichtigen. Da nach den Ablenkelektroden 7a; 7b keine richtungsbeeinflussende Kraft mehr auf die auf der Symmetrieachse 3 weiterfliegenden Tropfen einwirkt, behalten sie diese nunmehr gemeinsame geradlinige Bahn bis zum Auftreffen auf dem Aufzeichnungsträger 4 bei.

Bei den hier dargestellten Verfahren ist die Richtung der Ablenkkomponente für die Tropfen aus der linken Düse 2a gegenläufig zu den Tropfen aus der rechten Düse 2b. Das wird bei einem gemeinsamen Ablenkfeld dadurch realisiert, daß die Tröpfchen aus der einen Düse 2a positiv (+U_L) und die Tröpfchen aus der anderen Düse 2b negativ (-U_L) geladen werden. Ist der Betrag der jeweiligen Tropfenladung sowie die Masse und die Geschwindigkeit der Tröpfchen gleich, dann verläuft die Ablenkung der Tröpfchen symmetrisch.

Nicht für die Aufzeichnung bestimmte Tröpfchen werden von je einem Abfanggatter 9a; 9b, welche sich hinter dem Ablenkfeld befinden, aufgenommen und gegebenenfalls wieder den Tintenvorratsbehältern zugeführt. Zu diesem Zweck wird für solche Tröpfchen im Abreißzeitpunkt eine höhere Spannung an die entsprechende Ladeelektrode 6a; 6b gelegt, so daß sie infolge der höheren Ladung eine größere Ablenkung erfahren, dadurch die Symmetrieachse 3 nicht erreichen und eine Flugbahn einschlagen, die sie direkt in die Abfanggatter 9a; 9b führt.

Die Fig. 2 zeigt als Signaldiagramm den Verlauf der Ladespannungen an den beiden Ladeelektroden 6a; 6b über der Zeit, wenn nach gleichen Zeitabschnitten die generierten Tropfen vom zusammenhängenden Teil des Strahles abreißen und entsprechend ihrer Zielinformation geladen werden. Die Tropfenkette beider Düsen ist also synchron und phasengleich, jeder Tropfen wird mit der gleichen Geschwindigkeit ausgestoßen. Günstigerweise legt man für das geschilderte Verhalten als Grundladespannung die Abfangspannung U_G ständig an, so daß in Druckpausen alle Tröpfchen ohne Ladeinformationsänderung auf den Abfangbahnen 10a; 10b in die Abfanggatter 9a; 9b geführt werden. Soll ein Tröpfchen zum Druck gelangen, dann wird für den Auslösezeitpunkt das Spannungssignal an der Ladeelektrode auf den Wert für die Druckspannung U_D erniedrigt. Im dargestellten konkreten Beispiel sind mehrere periodische Abreißzeitpunkte t₁ bis t₆ dargestellt.

Der Tropfenverlauf im einzelnen soll anhand eines Beispieles zum Aufzeichnen von Halbtonbildern geschildert werden. Hierzu kennt man verschiedene prinzipielle Möglichkeiten, abgegrenzte Flächen eines Bildes in bestimmten Farbdichten zu bedrucken. Geht man davon aus, daß das zu erzeugende Bild auf einem Aufzeichnungsträger gleichmäßig ist, dann steht die Aufgabe, jeden Rasterabschnitt mit einer Farbe einer vorbestimmten Farbdichte zu belegen. Bei einer genügend feinen Rasterung und einem genügend großen Betrachtungsabstand löst das menschliche Auge diese einzelnen Bildpunkte nicht mehr auf, und es entsteht für den Betrachter der integrale Bildeindruck. Unter diesen Verfahren gibt es zum ersten die Möglichkeit, die entsprechende Farbtonstufe mit einem geeigneten Farbmittel dieser farbtonstufe durch gleichmäßiges Belegen der gesamten Bildpunktfläche zu erreichen. Die zweite prinzipielle Möglichkeit nutzt die Schwäche des menschlichen Auges aus, daß mehrere kleine benachbarte Flächen zu einer Gesamtfläche integriert werden. Es wird bei Verwendung eines Farbmittels mit hoher Farbdichte nur ein entsprechender Flächenanteil der Bildpunktfläche bedruckt. In Verbindung mit der Restfläche des Bildpunktes, die im allgemeinen weiß ist, empfindet das Auge einen Farbeindruck mit verringerter Farbdichte. Beide Möglichkeiten werden nachstehend an Beispielen mit Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert.

Das erste Beispiel beschreibt ein Verfahren, das sich auf die zweite der beiden Möglichkeiten bezieht. Dabei zeigt Fig. 3 einen frei gewählten Bildausschnitt, aus dem hervorgeht, daß verschieden große Farbflecken 11 auf die Bildpunktflächen 12 gedruckt wurden, wobei der jeweilige Rastertonwert der Farbfläche durch den Flächenanteil der bedruckten Fläche zur Gesamtfläche des Bildpunktes 12 bestimmt wird. Die vom menschlichen Auge erfaßte integrale Farbdichte des Bildpunktes kann somit in bestimmten Stufen vom Papierweiß bis zur Vollfärbung, z. B. schwarz, ariiert werden. Dabei ist gleichgültig, welcher Art die Rasterung des Bildes ist. Es können alternierend versetzte Bildpunkte sein oder das Bild weist regelmäßige Spalten und Reihen von Bildpunkten auf, wie in Fig. 3 dargestellt.

Der Tintenstrahldruck verwendet erzeugte kleine Tintentropfen, die infolge ihrer Kugelgestalt beim Auftreffen auf den Aufzeichnungsträger im allgemeinen einen mehr oder weniger kreisrunden Abdruck hinterlassen. Die Rasterabstände zwischen den benachbarten Bildpunktflächen 12 sollten deshalb so gewählt werden, daß sich beim Druck von maximal eingefärbten Bildteilen keine Papierweiß-Lücken zwischen den Bildpunkten befinden. Es muß sich also eine genügend große Überlappung der runden Bildpunkte ergeben.

Um solche mit verschieden großen Farbflecken 11 belegte Bildpunktflächen 12 zu erreichen, muß die auf die Bildpunktfläche 12 zu übertragende Farbmenge variiert werden. Das kann einmal dadurch geschehen, daß die Tropfengröße variiert wird. In bekannter Weise kann das aber auch durch eine Überlagerung von einzelnen gleichgroßen Tintentropfen verwirklicht werden. Im vorliegenden Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren für den zweiten Weg genutzt. Es wird eine Anzahl von erzeugten Tintentröpfchen ausgewählt und bewirkt, daß sie sich vor der Aufzeichnungsposition zu einem Gesamttropfen vereinigen, also auf dem Wege zwischen der Tropfenquelle und dem Aufzeichnungsträger, und dann gemeinsam auf der Zielposition des Aufzeichnungsträgers auftreffen.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet dazu mehrere Tropfengeneratoren, die Tropfen auf eine gemeinsame Flugbahn senden können. In der Fig. 4 ist ein Beispiel mit zwei Tropfengeneratoren 1a; 1b veranschaulicht. Die Tinte wird unter Druck von einem gemeinsamen oder separaten Tintenversorgungssystem an die beiden Tropfengeneratoren 1a; 1b geliefert. Der Ausstoß aus den beiden gleichgroßen Düsen 2a; 2b erfolgt mit gleicher Geschwindigkeit und der Tropfenabriß ist synchron, so daß sich die beiden Tropfenketten in gleicher Phasenlage befinden. Das Beispiel zeigt in einer Phase schematisch die sich zwischen den Düsen 2a; 2b und dem Aufzeichnungsträger 4 befindenden Tintentropfen, wenn sich fortlaufend drei Tropfen zu einem Gesamttropfen vereinigen sollen. Im Beispiel sind die vom Abfanggatter 9a bzw. 9b abzufangenden Tropfen, welche eine größere Ladung tragen, weiß dargestellt und die zum Druck bestimmten Tropfen mit der kleineren elektrischen Ladung schwarz.

Bei der Erzeugung eines Dreifachtropfens werden in der ersten Stufe zwei, in beiden Tropfengeneratoren 1a; 1b gleichzeitig erzeugten Tropfen mit der den Druck bestimmenden Ladung versehen. Die Tropfen gelangen auf die beiden symmetrisch verlaufenden Flugbahnen 8a, 8b und nähern sich bis zum Verschmelzungspunkt 13 einander an, wo die Verschmelzung zum gemeinsamen Doppeltropfen stattfindet. Die entgegengesetzte Polarität der Ladung der beiden Tropfen fördert die Annäherung und die Verschmelzung. Daß die sich vereinigenden beiden Tropfen im Moment der Verschmelzung die gleiche Geschwindigkeit und Flugrichtung haben, hat den Vorteil, daß keine Nebentröpfchen, wie beim Zusammenstoßen zweier Tropfen entstehen und der nachfolgende Flug ruhig verläuft. Zur Bildung des Dreifachtropfens wird in der zweiten Stufe noch ein einzelner Tropfen benötigt, der hier beispielsweise aus der Tropfenkette genommen wird, die aus der linken Düse 2a kommt. Der zur gleichen Zeit aus der rechten Düse 2b generierte Tropfen wird ins Abfanggatter 9b abgelenkt.

Bei den üblichen Tropfengeschwindigkeiten zwischen 5 m/s und 20 m/s wirken die aerodynamischen Kräfte der Luftbremsung bereits erheblich auf die Tropfen ein, so daß der erste von in einer Kette fliegenden Tropfen eine Bremsung erfährt, während die hinter ihm fliegenden Tropfen praktisch im "Windschatten" bleiben. Noch wirksamer ist dieser Effekt bei verschieden großen Tropfen. Auf Grund der höheren Querschnittsfläche wird ein großer Tropfen stärker in der Luft gebremst als ein kleiner. Wird also zur Bildung eines Dreifachtropfens den beiden sich zum Doppeltropfen zusammengeballten ersten Tropfen ein dritter Tropfen aus einem der beiden Tropfengeneratoren nachgeschossen, so holt er aufgrund der Bremseffekte den größeren Doppeltropfen nach einer kurzen Wegstrecke ein und verschmilzt mit diesem zum Dreifachtropfen 14.

Ein Vierfachtropfen wird gebildet, indem jeweils zwei aufeinanderfolgend erzeugte Tropfen aus beiden Tropfengeneratoren verwendet werden. Sie vereinigen sich zunächst zu zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Doppeltropfen, deren erster stärker gebremst wird. Bei genügend großem Abstand des Aufzeichnungsträgers 4 erfolgt eine Vereinigung der beiden Doppeltropfen noch vor dem Aufzeichnungsträger 4.

Diese Verfahrensweise der Tropfenverschmelzung vor dem Aufzeichnungsträger trägt dazu bei, daß der "Pfützeneffekt" vermieden bzw. weitestgehend gemindert wird. Je mehr für eine Bildpunktfläche 12 benötigte Tropfen bereits im Fluge vereinigt werden, desto günstiger ist es. Deshalb kann es weitere Vorteile bringen, wenn mehr als zwei Tropfengeneratoren verwendet werden, was mit dem erfindungsgemäßen Verfahren - wie nachstehend geschildert - möglich ist.

So wird in Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit drei Düsen 2a; 2b; 2c gezeigt. Die Tintenstrahlen aus allen drei Düsen bewegen sich - ob zum Drucken oder zum Abfanggatter - alle auf einer Ebene. Die mittlere Düse 2b ist so angeordnet, daß die Düsenachse gleich der Symmetrieachse 3 ist. Demzufolge brauchen die aus dieser Düse kommenden und für den Druck bestimmten Tropfen nicht abgelenkt zu werden, so daß diese Tropfen ungeladen die Ladeelektrode 6b verlassen. Sollen Tropfen aus der Düse 2b in das zugehörige Abfanggatter 9b geführt werden, müssen sie mit einer negativen elektrischen Ladung versehen werden, die im vorliegenden Falle kleiner ist, als die Ablenkladungen für die aus den äußeren Düsen 2a; 2c ausgestoßenen Tropfen. Bei entsprechender Lage des Abfanggatters 9b, etwa wie in der Fig. 5 gezeigt, kann die Größe der Ablenkladung für die Tropfen der mittleren Düse 2b gleich der für den Druck bestimmten Ladung für die Tropfen aus den beiden äußeren Düsen 2a; 2c sein. Auf diese Weise kommt man mit nur zwei Steuerspannungsgrößen für die Tropfen aller drei Düsen aus. Die Ablenkspannung für die Tropfen aus der mittleren Düse 2b kann auch gleich der Ablenkspannung für die Tropfen aus der äußeren Düse 2c sein, wenn für beide ein gemeinsames Ablenkgatter 9d (Fig. 6) vorgesehen und unmittelbar am Ende des elektrischen Feldes angeordnet wird, und zwar unmittelbar hinter dem Schnittpunkt 15, der aus den beiden Abfang-Flugbahnen 10b; 10c gebildet wird. Mit dieser Dreidüsen-Anordnung kann man am Ende des Ablenkfeldes bis zu drei Tröpfchen und während des Weiterfluges bis zum Aufzeichnungsträger mindestens bis zu sechs Tröpfchen vereinigen.

Eine weitere Steigerung ist mit der Verwendung von weiteren Düsen möglich. In Fig. 7 ist z. B. eine Anordnung mit vier Düsen dargestellt. Hier muß berücksichtigt werden, daß es zum unerwünschten Zusammentreffen von Tropfen kommen kann, z. B. wenn die Tropfen aus der linken äußeren Düse 2a gedruckt und die Tropfen aus der linken inneren Düse 2b abgefangen werden sollen. Dabei würde sich der Kreuzungspunkt 16a ergeben. Ein unerwünschtes Zusammentreffen zweier synchroner Tropfen an dieser Stelle kann dadurch vermieden werden, daß ein Tropfen aus einer äußeren Düse 2a bzw. 2d immer nur unter der Bedingung zum Druck angesteuert wird, wenn auch der ihm synchrone Tropfen der inneren, ihm nebengeordneten Düse 2b bzw. 2c zum Druck angesteuert ist. Die Ansteuerung müßte dann beispielsweise folgendermaßen erfolgen:

Vorteilhafterweise sind die vier Düsen symmetrisch angeordnet; die linke äußere Düse 2a symmetrisch zur rechten äußeren 2d und die linke innere Düse 2b zur rechten inneren 2c. Sowohl die beiden äußeren Düsen 2a; 2d bilden also ein symmetrisches Paar als auch die beiden inneren Düsen 2b; 2c. Die beiden vorgegebenen Ladungsgrößen für die Tintentröpfchen aus der einen Düse eines Paares sind dann gleich den beiden vorgegebenen Ladungsgrößen für die Tintentröpfchen aus der anderen Düse desselben Paares, natürlich mit umgekehrter Polarität.

Im zweiten Ausführungsbeispiel werden Halbtonbilder erzeugt, bei denen abgegrenzte Flächen des Bildes mit einer bestimmten gleichbleibenden Farbmittelmenge bedruckt werden. Wie in der Fig. 8 an einem frei gewählten Beispiel gezeigt wird, sind die Bildpunktflächen 12 jeweils flächendeckend eingefärbt, wobei die jeweilige Farbdichte der Bildpunkte in bestimmten Stufen vom Papierweiß bis zur Vollfärbung, z. B. schwarz, variiert werden kann. Dabei ist es gleichgültig, welcher Art die Rasterung des Bildes ist. Es können alternierend versetzte Bildpunkte sein oder das Bild weist regelmäßige Spalten und Reihen von Bildpunkten auf, wie in Fig. 8 dargestellt.

Der Tintenstrahldruck verwendet erzeugte kleine Tintentropfen, die infolge ihrer Kugelgestalt beim Auftreffen auf den Aufzeichnungsträger im allgemeinen einen mehr oder weniger kreisrunden Abdruck hinterlasen. Die Rasterabstände zwischen den benachbarten Bildpunktflächen 12 sollten deshalb so gewählt werden, daß sich beim Druck der Bildpunkte keine Papierweiß-Lücken zwischen den Bildpunkten befinden. Es muß sich also eine genügend große Überlappung der runden Bildpunkte ergeben.

Zur Erzeugung solcher verschieden dichter flächendeckender Bildpunkte muß die den Abdruck bildende Gesamtmenge der Drucktinte eine bestimmte Farbdichte aufweisen. Die Gesamtmenge der Tinte für eine Bildpunktfläche 12 muß jedoch stets gleich groß sein.

Erfindungsgemäß wird dieser Effekt dadurch erreicht, indem zur Bildung dieser Gesamttintenmenge eine konstante Anzahl von mehreren Tintentropfen herangezogen wird, die sich entweder bereits vor der Aufzeichnungsposition, also auf dem Wege zwischen der Tropfenquelle und dem Aufzeichnungsträger zu einem Gesamttropfen vereinigen oder aber zeitlich nacheinander auf dem gleichen Fleck des Aufzeichnungsträgers auftreffen. Weiterhin wird erfindungsgemäß die variable Färbung der Gesamttintenmenge für den Bildpunkt dadurch realisiert, daß zwei getrennte Tintensysteme verwendet werden, die voneinander unabhängig Tropfen erzeugen können, deren gemeinsame Zielposition der Bildpunkt ist. Die beiden Tintensysteme verwenden Tinten unterschiedlicher Farbe oder Farbdichte. Durch die geeignete Kombination einer Anzahl von Tintentropfen aus dem einen System mit der zur konstanten Gesamttintentropfenanzahl komplementären Anzahl von Tintentropfen des zweiten Systems wird die Farbart oder die Farbdichte des Gesamttropfens in definierten Stufen veränderbar.

Die Fig. 9 zeigt als Signaldiagramm den Verlauf der Ladespannungen an den beiden Ladeelektroden 6a; 6b über der Zeit, wenn nach gleichen Zeitabschnitten die generierten Tropfen vom zusammenhängenden Teil des Strahles abreißen und entsprechend ihrer Zielinformation geladen werden. Die Tropfenkette beider Düsen ist also synchron und phasengleich, jeder Tropfen wird mit der gleichen Geschwindigkeit ausgestoßen. Günstigerweise legt man für das geschilderte Verfahren als Grundladespannung die Abfangspannung U_G ständig an, so daß in Druckpausen alle Tröpfchen ohne Ladeinformationsänderung auf den Abfangbahnen 10a; 10b in die Abfanggatter 9a; 9b geführt werden. Soll ein Tröpfchen zum Druck gelangen, dann wird für den Ablösezeitpunkt das Spannungssignal an der Ladeelektrode auf den Wert für die Druckspannung U_D erniedrigt. Im dargestellten konkreten Beispiel sind mehrere periodische Abreißzeitpunkte t₁ bis t₆ dargestellt.

In den Fig. 10a, b und c wird schematisch die Selektion und Vereinigung von Tropfen an dem linken und dem rechten Tropfengenerator dargestellt. Deutlich wird, daß die Anzahl der das Gesamtvolumen und damit die Fleckgröße bestimmenden Tintentropfen stets gleich groß ist, die Zusammensetzung der Gesamtanzahl jedoch die zu erzielende Farbart oder Farbdichte bestimmt. Die für den Druck nicht benötigten überflüssigen Tropfen 17 sind gestrichelt dargestellt. Die Tropfen 18 aus der im genannten Beispiel farblosen Tinte sind hell, die aus der tiefschwarzen Tinte 19 sind voll dargestellt. Natürlich ist die Gesamtzahl der für den Druck eines Bildpunktes zuständigen Tropfen von der Anzahl der zu erzielenden Stufen abhängig. In diesem dargestellten Beispiel sind insgesamt 6 Tropfen der farblosen und der tiefschwarzen Tinte zu einem Gesamtvolumen zu vereinigen. Die möglichen Kombinationen sind:

Fig. 10a realisiert demzufolge die zweite Graustufe für die Bildpunktfläche 12 mit fünf farblosen Tropfen 18 und einem schwarzen Tropfen 19. Entsprechend realisiert Fig. 10b die vierte Graustufe und Fig. 10a die fünfte Graustufe.

Einige Variationen zu diesem Verfahren sind möglich. So kann man für die erste Graustufe (Papierfarbe) z. B. alle Tropfen dem Abfanggatter 9a; 9b zuführen, da die Farbe des Aufzeichnungsträgers 4 (z. B. weiß) nicht verändert werden soll und eine farblose Tinte ohnehin nichts anderes vollbringt.

Eine weitere Modifizierung besteht darin, daß statt der farblosen Tinte eine entsprechend der ersten Farbdichtestufe vorgefärbte Tinte verwendet wird. Damit wäre bei gleicher Gesamttropfenzahl - hier sechs - eine weitere Graustufe realisierbar, wie die nachstehende Tabelle erkennen läßt:

Auch kann statt einer wenig oder nicht gefärbten Tinte eine weitere bunte vollgefärbte Tinte anderer Farbe eingesetzt werden, so daß sich durch anteilmäßige Mischung von bunten Farbkomponenten Mischfarben ergeben.

Um eine Verschmelzung möglichst vieler Tropfen zu erreichen und damit auch die Druckzeit weiter zu verkürzen, ist eine Anordnung mit vier Düsen realisierbar, so wie in Fig. 11 dargestellt. Hier muß berücksichtigt werden daß es zum unerwünschten Zusammentreffen von Tropfen kommen kann, z. B. wenn die Tropfen aus der linken äußeren Düse 2a gedruckt und die Tropfen aus der linken inneren Düse 2b abgefangen werden sollen. Dabei würde sich der Kreuzungspunkt 16a ergeben. Ein unerwünschtes Zusammentreffen zweier synchroner Tropfen an dieser Stelle kann dadurch vermieden werden, daß ein Tropfen aus einer äußeren Düse 2a bzw. 2d immer nur unter der Bedingung zum Druck angesteuert wird, wenn auch der ihm synchrone Tropfen der inneren, ihm nebengeordneten Düse 2b bzw. 2c zum Druck angesteuert ist. Die Ansteuerung müßte dann beispielsweise folgendermaßen sein, vorausgesetzt, daß wiederum immer sechs Tropfen für eine Bildpunktfläche zum Druck kommen sollen sowie eine farblose und eine schwarze Tinte verwendet wird:

In diesem Beispiel genügt als ein Angebot von drei Tropfen aus jeder Düse, um die gewünschte Auswahl treffen zu können.

In dem vorher genannten Beispiel mit zwei Düsen ist ein Tropfenangebot von sechs je Düse notwendig.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Tintenstrahldrucker natürlich auch mehrfach angewendet werden, z. B. indem mehrere solcher Düsensysteme untereinander angeordnet werden, so daß eine Spalte von Bildpunktflächen gleichzeitig gedruckt werden kann. Auch eine reihenweise Anordnung wäre denkbar, um eine Zeile von Bildpunktflächen gleichzeitig drucken zu können.

Der Vorteil der Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß mit dem neuen Verfahren mehrere Tröpfchen vor dem Auftreffen auf dem Aufzeichnungsträger verschmolzen werden können und ein senkrechtes Auftreffen gewährleistet wird. Es beseitigt bzw. vermindert den Pfützeneffekt und reduziert weitestgehend Verschmutzungen. Es legt dabei vor allem eine Grundlage für die Verbesserung der Aufzeichnung von Halbtonbildern und farbigen Bildern, für letztere besonders deshalb, weil bei Verwendung von drei oder mehr Düsen eine gute Farbmischung dadurch erfolgt, daß die verschiedenfarbigen Tinten sich im wesentlichen schon vor dem Aufzeichnungsträger vereinigen. Auch eine Verkürzung der Aufzeichnungszeiten lassen sich damit erreichen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Aufzeichnen von aus einzelnen Druckpunkten zusammengesetzten Informationen oder Bildern mittels Tintenstrahlschreiber mit mindestens zwei Düsen bzw. Düsenspalten, deren Achsen mit dem aufzuzeichnenden Druckpunkt in einer Ebene liegen und winklig zueinander stehen, wobei die Tintentröpfchen von Ladeelektroden elektrisch geladen werden und danach eine Ablenkelektrodenanordnung durchlaufen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Tintenstrahlen aus Düsen (2a; 2b) bzw. Düsenspalten ausgestoßen werden, die in einem solchen Winkel (α) zueinander stehen, daß sich ihre Achsen vor dem Aufzeichnungsträger im Bereich der Ablenkelektrodenanordnung (7a; 7b) in einem Punkt schneiden,
• - daß jedem Tintentröpfchen durch die ihm zugeordnete Ladeelektrode (6a; 6b) eine Ladung aufgebracht wird, deren Größe aus zwei vorgegebenen Ladungsstufen in Abhängigkeit von der zu schreibenden Information ausgewählt wird, wobei die beiden Ladungsstufen für die Tröpfchen aus ein und derselben Düse bzw. Düsenspalte konstant bleiben und eine der beiden Ladungsstufen auch Null sein kann, und
• - daß durch das homogene elektrische Feld der nachgeordneten gemeinsamen Ablenkelektrodenanordnung (7a; 7b) die Tintentröpfchen mit der größeren Ladung in ein Abfanggatter (9a; 9b) abgelenkt und die Tintentröpfchen mit der kleineren Ladung nur so stark abgelenkt werden, daß sie sich auf einer für die zu schreibenden Tröpfchen aller Düsen der gleichen Düsenspaltenposition gemeinsamen Flugbahn (3) zum Aufzeichnungsträger hin weiterbewegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintentröpfchen aus zwei Düsen (2a; 2b) symmetrisch zur verlängerten gemeinsamen Flugbahn (3) ausgestoßen werden, die beiden vorgegebenen Ladungsstufen für die Tintentröpfchen aus der einen Düse (2a) gleich den Ladungsstufen für die Tintentröpfchen aus der anderen Düse (2b) sind, aber mit umgekehrter Polarität.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tintentröpfchen aus mindestens 3 Düsen (2a; 2b; 2c) ausgestoßen werden, wobei sich alle Tintenstrahlen auf einer allen gemeinsamen Ebene bewegen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintentröpfchen aus mindestens zwei Düsenpaaren (2a; 2d und 2b; 2c) symmetrisch zur verlängerten gemeinsamen Flugachse (3) ausgestoßen werden, wobei die beiden Düsen jedes Paares (2a; 2d bzw. 2b; 2c) symmetrisch zur verlängerten gemeinsamen Flugbahn (3) angeordnet sind und die beiden vorgegebenen Ladungsstufen für die Tintentröpfchen aus der einen Düse (2a bzw. 2b) eines Düsenpaares gleich den Ladungsstufen für die Tintentröpfchen aus der anderen Düse (2d bzw. 2c) desselben Düsenpaares sind, aber mit umgekehrter Polarität.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintentröpfchen mit gleicher Geschwindigkeit und gleicher Masse synchron und phasengleich ausgestoßen werden, so daß die Tröpfchen gleicher Phase, die mit der kleineren Ladung versehen sind, sich am Ende des homogenen elektrischen Feldes der Ablenkelektrodenanordnung vereinigen und zum Vereinigungszeitpunkt die gleiche Geschwindigkeitsgröße und -richtung haben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung unterschiedlicher Punktgrößen unterschiedliche Anzahlen von Tröpfchen vereinigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß aus den Düsen mindestens zwei unterschiedlich gefärbte Tintenstrahlen ausgestoßen werden
• - und zur Aufzeichnung einer Information für jeden Rasterpunkt die gleiche Tröpfchenzahl verwendet wird, die sich dem gewünschten Grau- bzw. Farbton entsprechend aus einer unterschiedlichen Kombination von Tröpfchen der unterschiedlich gefärbten Tinten zusammensetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits klare Tinte und andererseits farbige Tinte mit hoher Farbdichte ausgestoßen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits farbige Tinte mit geringer Farbdichte und andererseits Tinte der gleichen Farbe mit hoher Farbdichte ausgestoßen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Tinten unterschiedlicher Farbe ausgestoßen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedlich gefärbte Tintenstrahlen aus vier Düsen (2a bis 2d; Fig. 5) ausgestoßen werden, von denen zwei links und zwei rechts der verlängerten gemeinsamen Flugachse angeordnet sind, wobei die eine Tinte aus den zwei linken Düsen (2a; 2b) und die andere gefärbte Tinte aus den zwei rechten Düsen (2c; 2d) ausgestoßen wird.