DE4340163A1 - Verfahren zum Flüssigkeitsstrahldrucken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Flüssigkeitsstrahldrucken, insbesondere zur Herstellung einer Druckform, bei dem ein Flüssigkeitsstrahl auf ein Aufzeichnungsmedium, das sich relativ zum Flüssigkeitsstrahl bewegen kann, gerichtet und im Verlaufe eines mittels eines Synchronisationssignals angeregten Tropfenbildungsprozesses an einem Tropfenbildungspunkt in einen Zug aus einzelnen Tropfen zerlegt wird, die Tropfen mittels einer den Bilddaten entsprechenden Steuerspannung in Form von elektrischen Impulsen zwischen dem Strahl und einer Ladeelektrode beim Tropfenbildungspunkt selektiv aufgeladen werden, wobei die Steuerspannung mittels eingesetzter RC-Glieder einen gegenüber der Rechteckform abgeflachten, zeitlichen Verlauf aufweist, und schließlich die Tropfen durch ein elektrisches Ablenkfeld geführt werden, um anhand des Ladungsniveaus der Tropfen zu unterscheiden, welcher Tropfen zum Aufzeichnungsmedium gelangen oder abgefangen werden soll.

Ein solcher mit einer Anregungsfrequenz synchronisierter Tropfenbildungsprozeß ist z. B. bereits aus der EP 0 210 251 bekannt geworden. Es wird ein kontinuierlicher leitfähiger Flüssigkeitsstrahl unter gleichförmigem Druck aus einer Düse ausgestoßen, der sich in einer vorgebbaren Richtung auf das Aufzeichnungsmedium zu bis zu einem Tropfenbildungspunkt fortpflanzt, an dem der Strahl in einen Zug von Tropfen zerfällt.

Eine periodische elektro-mechanische Anregung sorgt dabei dafür, daß der austretende Strahl mit definierter Frequenz in einzelnen Tropfen zerfällt.

Der Tropfenabrißzeitpunkt ist im allgemeinen gegenüber der Anregungsfrequenz phasenverschoben. Diese Phasenverschiebung hängt von verschiedenen Parametern, wie der Anregungsfrequenz selbst, Form, Amplitude, Strahlquerschnitt und -Geschwindigkeit, sowie temperaturabhängige Stoffwerte ab. Werden alle Parameter konstant gehalten, so besteht eine feste Phasenbeziehung zwischen der Anregungsfrequenz und Tropfenabriß.

Am Tropfenbildungspunkt werden die Tropfen durch Steuerimpulse, die den Bildinformationen entsprechen, selektiv aufgeladen, indem mittels eines elektrischen Feldes zwischen Strahlspitze und einer Ladeelektrode eine definierte Ladung in den abreißenden Tropfen verschoben wird.

Zur Aufzeichnung eines eine Information enthaltenden Musters lenkt man nun die Tropfen mittels eines weiteren elektrischen Feldes, das durch zwei beidseits des Strahlweges angeordneten Elektroden erzeugt wird und senkrecht zur Strahlrichtung verläuft, entsprechend ihrer Ladung ab. Auf diese Weise können Tropfen die das Aufzeichnungsmedium nicht erreichen sollen, in eine Abfangvorrichtung gelenkt werden, während die übrigen Tropfen das Aufzeichnungsmedium erreichen.

Wesentlich für den Erhalt einer befriedigenden Druckqualität ist, die Tropfen mit einer konstanten oder fest bestimmbaren Ladung zu beaufschlagen. Deshalb werden die sogenannten Steuerimpulse in Form von Spannungsimpulsen zur selektiven Aufladung der Tropfen synchron zur periodischen Anregung zur Tropfenbildung gegeben. Das heißt, daß die Steuerimpulse idealerweise mit der Anregungsfrequenz synchronisiert sind und in fester Phasenbeziehung zu dieser stehen.

Ihre Dauer entspricht in der Regel einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer der Tropfenabrißfrequenz, entsprechend der gewünschten Anzahl der anzusteuernden Tropfen.

Der Betrag der elektrischen Ladung, mit der der jeweilige Tropfen beaufschlagt wird, ist eine Funktion des Phasenwinkels zwischen der Anregungsfrequenz und der Flanken der Steuerimpulse. Genauer gesagt, es muß das Umschalten der Steuerspannung je nach Zeitcharakteristik des Tropfenladevorganges eine bestimmte Zeit (Phasenlage) vor dem Tropfenabriß erfolgen, ansonsten läßt sich das gewünschte Ladungsniveau für den angesteuerten Tropfen nicht erreichen. Die Flanken des Steuersignals müssen daher in einem zulässigen Lade-Zeitfenster, in dem der elektrische Widerstand des anzusteuernden Tropfens noch ausreichend klein ist, liegen, wobei die Phasenlage des Lade-Zeitfensters sich am Tropfenabrißzeitpunkt orientiert.

In einer derartigen Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens hat ein Flüssigkeitsstrahl üblicherweise einen Durchmesser von 10 Mikrometer und eine Geschwindigkeit von circa 40 Meter/Sekunde, wobei der Strahl bei einer Anregungsfrequenz von circa 1 Megahertz in etwa 10⁶ Tropfen pro Sekunde zerfällt.

Es ist auch bekannt, daß die Steuerimpulse nicht eine exakte Rechteckform haben sollten, sondern einen bestimmten Verlauf aufweisen sollten, um den sogenannten "historic effect" zu kompensieren. Das heißt, die Tropfenladung hängt nicht nur von der angelegten Spannung an der Steuerelektrode bei der Strahl spitze und der Dynamik des Ladevorganges ab, sondern auch vom Ladungszustand benachbarter, bzw. vorhergehender Tropfen.

Insbesondere tritt bei jedem Wechsel des Ladezustands, also eines gesetzten und ungesetzten Steuerimpulses ein Überschreiten des angestrebten Ladungsniveaus auf, das heißt, ein gewollt nicht aufgeladener Tropfen erhält durch einen benachbarten aufgeladenen Tropfen durch kapazitive Beeinflussung eine Ladung mit entgegengesetzten Vorzeichen. Ein Einfluß ist etwa bis zum fünften vorhergehenden Tropfen feststellbar. Das heißt, die zum Schreiben vorgesehenen Tropfen erreichen nicht exakt die vorbestimmte Stelle des Aufzeichnungsmediums, sondern werden etwas abgelenkt.

Üblicherweise wird dieser Effekt mittels eines RC-Glieds kompensiert (einzige Figur, Teil A).

Diese Vorgehensweise hat nun neben dem Vorteil, das sogenannte "Influence charging" zu kompensieren, allerdings jedoch den Nachteil, daß dieser stetige Verlauf der Steuerspannung das gattungsbildende Verfahren empfindlich gegenüber Phasenschwankungen des Tropfenabrißzeitpunkts zur Anregungsfrequenz macht. Eine innerhalb des sich abflachenden Zeitverlaufs eines Steuerimpulses auftretende Phasenschwankung des Tropfenabrisses macht sich in der Höhe des Ladungsniveaus des aufzuladenden Tropfens bemerkbar. Weiterhin ist es auch nicht möglich, jede beliebige Folge von geladenen und ungeladenen Vorgängertropfen zu kompensieren.

Somit ist es die Aufgabe der Erfindung, das gattungsbildende Verfahren derart weiterzubilden, daß eine Kompensation der Einflußnahme benachbarter Tropfen auf das Ladungsniveau des aktuell aufzuladenden Tropfens möglich ist, ohne dabei empfindlich gegenüber Phasenschwankungen des Tropfenabrisses zu sein, sowie beliebige Folgen von korrekt geladenen und ungeladenen Tropfen erzeugen zu können.

Erfindungsgemäß wird der kontinuierliche zeitliche Verlauf der Ladespannung (der in der Figur A dargestellt ist), insbesondere der etwa in Form einer Exponentialfunktion verlaufende Teil der Steuerspannung (Ladespannung), der wegen eingesetzter RC-Glieder gegenüber der theoretischen Rechteckform der Steuerimpulse abgeflachte Ecken aufweist, mittels eines D/A-Wandlers in einen treppenförmigen diskreten Verlauf umgewandelt (Teil B der Figur).

Die Taktfrequenz der Abtastung des D/A-Wandlers wird so eingestellt, daß diese der Frequenz des Synchronisationssignals entspricht. Ein solcher Takt drückt sich (im Teil B der Figur) als zeitliche Stufenbreite t_i aus.

Damit haben Schwankungen des Tropfenabrißzeitpunktes innerhalb eines Taktes t_i, da in dieser Zeit das Niveau des Steuerimpulses konstant ist, keine Veränderung der Tropfenladung zur Folge.

Die exakten, für die Kompensation des Übersprechens benachbarter Tropfen erforderlichen Werte der Spannungsniveaus der Steuerimpulse können aus einem digitalen Speicher ausgegeben werden. Dies ermöglicht eine Kompensation für beliebige Folgen von Tropfenladungszuständen und für beliebige Betriebsarten, das heißt Tropfenfrequenz und -geschwindigkeiten.

Außerdem kann der Tropfenladevorgang dadurch verkürzt werden, indem bei jeder Änderung des Ladungsniveaus ein analog oder digital erzeugtes, innerhalb eines Taktes kurzzeitiges Überhöhen bzw. Erniedrigen der treppenförmigen Steuerspannung über bzw. unter das jeweils angestrebte Ladungsniveau angewendet wird (Teil C der Figur).

Damit sinkt nochmals die Empfindlichkeit gegenüber Phasenschwankungen der Tropfenbildung und es wird eine korrekte Ansteuerung auch bei höheren Tropfenraten möglich, da der Tropfen sehr viel früher den gewünschten Ladungszustand erreicht.

Selbstverständlich setzt das Verfahren in bekannter Weise eine Anordnung voraus, die eine Einrichtung zum Steuern der Zeit, sowie der Rate und damit der Periode der Tropfenbildung, eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Ablenkfeldes quer zum Weg der Tropfen zwischen dem Tropfenbildungspunkt und dem relativ zum Flüssigkeitsstrahl bewegbaren Aufzeichnungsmedium, eine beim Tropfenbildungspunkt angeordnete Elektrodenanordnung und eine Schaltungsanordnung zum Anlegen und Steuern von Steuerimpulsen umfaßt, in der Art, wie in der EP 0 210 251 gezeigt ist.

Als Flüssigkeit wird vorzugsweise elektrisch leitfähiges wasserbasiertes oder lösungsmittelbasiertes Material verwendet, aber auch ein oleophiles, wasserresistentes Medium ist denkbar.

Claims (3)

1. Verfahren zum Flüssigkeitsstrahldrucken, insbesondere zur Herstellung einer Druckform, bei dem ein Flüssigkeitsstrahl auf ein Aufzeichnungsmedium, das sich relativ zum Flüssigkeitsstrahl bewegen kann, gerichtet und im Verlaufe eines mittels eines Synchronisationssignals angeregten Tropfenbildungsprozesses an einem Tropfenbildungspunkt in einen Zug aus einzelnen Tropfen zerlegt wird, die Tropfen mittels einer den Bilddaten entsprechenden Steuerspannung in Form von elektrischen Impulsen zwischen dem Strahl und einer Ladeelektrode beim Tropfenbildungspunkt selektiv aufgeladen werden, wobei die Steuerspannung mittels eingesetzter RC-Glieder einen gegenüber der Rechteckform abgeflachten, zeitlichen Verlauf aufweist, und schließlich die Tropfen durch ein elektrisches Ablenkfeld geführt werden, um anhand des Ladungsniveaus der Tropfen zu unterscheiden, welcher Tropfen zum Aufzeichnungsmedium gelangen oder abgefangen werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche zeitliche Verlauf der Steuerspannung mittels eines D/A-Wandlers in einen treppenförmigen diskreten Verlauf umgewandelt wird (Figur Teil B), wobei die Taktfrequenz der Abtastung der Frequenz des Synchronisationssignals entspricht und sich ein Takt in der zeitlichen Stufenbreite t_i des zeitlichen Verlaufs der Steuerspannung ausdrückt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exakten Werte der Spannungsniveaus der Steuerspannung bei jedem Takt t_i der Taktfrequenz der Abtastung aus einem digitalen Speicher herausgelesen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Änderung des Ladungsniveaus die Steuerspannung kurzzeitig innerhalb eines Taktes t_i über bzw. unter das jeweils angestrebte Ladungsniveau gehoben bzw. gesenkt wird (Teil C der Figur).