EP3322589A2 - Method for actuating an ink-jet print head - Google Patents

Method for actuating an ink-jet print head

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EP3322589A2
EP3322589A2 EP16758262.6A EP16758262A EP3322589A2 EP 3322589 A2 EP3322589 A2 EP 3322589A2 EP 16758262 A EP16758262 A EP 16758262A EP 3322589 A2 EP3322589 A2 EP 3322589A2
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Definitions

  • FIGs. 1 to 4. A known ink printing system is shown in Figs. 1 to 4. 1, the outer, mechanical structure of an ink jet print head 1. Its central region forms an elongated plate 2, with adjustment and / or mounting holes 3, 4 and / or pins in the end-side end portions 5 of the plate. 2
  • the adjustment and fixing end portions 5 is a central, preferably thickened part 6 of the plate 2;
  • a plurality of nozzles 8 for dispensing drops of ink in the direction open to the substrate to be printed.
  • the middle part 6 of the plate 2 provided with nozzles 8 can be raised in relation to the adjacent end areas 5, so that heads 9 of fastening screws projecting beyond the end areas 5 do not touch the substrate to be printed.
  • Each printing system 11 comprises its own ink chamber 12, from which only the single nozzle 8 opening into it is fed with ink.
  • This ink chamber 12 is connected via a contrast cross section significantly reduced ink channel 13 with a feeding ink reservoir 14; through the ink channel 13, the ink chamber 12 can be refilled after printing an ink drop.
  • the ink channel 13 opens laterally into the ink chamber 12, located on the nozzle 8 opposite side of the ink chamber 12, a membrane 15 which is fixed only along its peripheral edge, for example clamped.
  • the movable part of a piezoelectric element 16 is attached to the side facing away from the ink chamber 12 side of the diaphragm 15, which is already fixed to a solid, rear plate or on a solid, rear block 17.
  • a total of only a few ink reservoirs 14 are provided, preferably only one or two, to each of which a larger part of the ink chambers 12 is connected.
  • the piezoelectric elements 16 can be represented as capacitances in electrical terms, which charge when connected to a supply voltage 19 to cause a mechanical reaction, such as a contraction or expansion; they may also be discharged or reloaded to initiate the reverse mechanical response, for example by short-circuiting the two electrical terminals of one capacitor or by actively applying a different voltage.
  • Its natural frequency f res depends on the geometric structure of the printing system 11 and on the properties of its components 12, 15, 16, 18. However, the natural frequency f res does not need to be calculated but can be triggered by triggering a vibration by means of a sufficiently high-energy trigger signal the electrical connections of the piezoelectric element 16 are read.
  • An active drive circuit 18 for a piezoelectric element generates an isolated drive pulse or a series of drive pulses spaced in time, for example at intervals of one or more seconds.
  • the connection between the drive circuit 18 and the piezoelement 16 can be additionally interrupted after delivery of a pulse or are interrupted until the next pulse, so that the piezoelectric element 16 together with the connected mechanical components is left to itself and can oscillate freely without appreciable damping, so that a plurality of measurable oscillation waves follow each other.
  • an electrical voltage in the form of a gradually decaying wave is measurable at the electrical terminals of the piezoelectric element 16, with a frequency corresponding to the resonant frequency f res of the entire system of electrical and mechanical components.
  • the voltage on the piezoelectric element is measured or recorded dynamically, for example with an oscilloscope or a storage oscilloscope, wherein the image representation or recording is triggered by the drive pulse.
  • an oscilloscope or a storage oscilloscope wherein the image representation or recording is triggered by the drive pulse.
  • the time interval T trop f between two successive drops of ink may be constant, for example T seq / (k-1), that is to say a part of the entire image drop sequence T seq , or a multiple thereof, in particular:
  • T drip T seq * (kn) / (k-1) when printing n ⁇ k ink drops per pixel sequence.
  • the natural oscillation at the resonant frequency f res of the printing system 11 is initially excited by a signal having a reduced amplitude, and then an ink drop per period T res of the inherent shrinkage is emitted in the period grid prescribed thereby by means of a correspondingly set antineration, and although in each case at about the same phase of natural vibration.
  • This requires a control to the effect that - at least in case of more than one drop of ink per pixel sequence:
  • the printing system is subordinated to the natural frequency of the system; this natural frequency forms, so to speak, the clock in which printing takes place.
  • this clock frequency f res is comparatively slow and therefore limits the printing speed.
  • This in turn means that in practice the number of ink drops per image sequence is reduced as much as possible in order to still keep the printing speed to a tolerable level; However, this in turn results in a reduced printing accuracy, because then each ink droplet must have a comparatively large volume, and thus no fine gradations are possible.
  • the printing system is initially in an idle state there.
  • the first drop is printed with a large drive amplitude, but with a shortened pulse duration to minimize the energy introduced into the system, so that no or only minimal excitation occurs at the natural frequency and consequently the printing system does not settle after the first ink drop, but within less than a period T res of the natural oscillation comes to rest again, preferably even within less than half the period T res of the natural oscillation.
  • the minimum time interval T tr opf between temporally successive pressure drive signals can not be made arbitrarily small, because otherwise either successive ink drops would unite during their flight or would not detach any ink drops from the nozzle at all. Therefore should also apply:
  • An advantageous side effect of the method according to the invention is that the droplet frequency can be at least doubled, possibly even increasing even further. As a result, several drops can be dispensed per pixel.
  • the size or the volume of an ink droplet does not depend on the duration or other properties of a preceding drive pulse. As a result not only several drops of ink per pixel can be generated, but even different large drops.
  • the sizes or volumes of the ink droplets to be printed in a pixel sequence may thus be different and / or independent of each other.
  • the size or volume of an ink drop can be increased by increasing the amplitude of a drive pulse. As a result, the membrane 15 is deflected further and moved a larger volume of ink.
  • Another way to increase the size or volume of an ink drop is to increase the total duration of a drive pulse or the duration of the plateau phase of a drive pulse. This will enable a peeling drop to draw in a larger amount of ink.
  • the size or volume of an ink drop can also be increased by increasing the duration of the rising and / or falling edge of a drive pulse. This gives the mechanics more time to follow a drive signal, and also allows a larger amount of ink to be set in motion, which then eventually comes off in the form of a larger drop.
  • the printing speed is not affected by superfluous intermediate signals;
  • no superfluous energy is consumed, which in particular warms up the ink head and can therefore lead to inaccuracies, and finally, successive drive pulses are optimally adjusted to each other in such an optimal way that no additional signals are required for the desired suppression of resonant natural oscillations.
  • Figures 1a-c show various views of an ink jet print head.
  • Fig. 2 is a vertical section through a printing system of the ink jet print head of Fig. 1;
  • FIG. 3 shows the ink chamber system of the ink jet print head according to FIG. 1 in a schematic representation
  • FIG. 4 shows the control electronics of the ink jet print head according to FIG. 1 in a schematic representation
  • FIG. 5 shows the time characteristic of a customary drive signal for a printing system according to FIG. 1 or the deflection signal of the piezoelectric element proportional thereto;
  • FIG. 6 shows the time profile of the drive signal according to the invention for the printing system according to FIG. 1;
  • Drop size or drop volume where "+” corresponds to an increasing influence on the drop size and a "-" a reducing influence;
  • FIG. 8 shows an exemplary time profile of a sequence of on-drive pulses according to the invention, for the purpose of illustrating the possibility of varying the quantity of ink by overprinting several drops with different volumes; such as
  • Fig. 5 The usual operation of such a printing system is shown in Fig. 5.
  • the deflection x or -x of the part of the piezoelectric element 16 coupled to the membrane 15 can be seen as the graph 20.
  • the upper line of the signal corresponds to a kind of zero position of the piezoelectric element 16 or the membrane 15.
  • the ink chamber 12 is just completely filled with ink.
  • a deflection of the piezoelectric element 16 or the membrane 15 away from the ink chamber 12 resulting in an increase of the volume V in the ink chamber results.
  • This increase in volume AV is approximately equal to the deflection ⁇ of the membrane 16, multiplied by the base area F of the ink chamber 12 and that of the completely spanning membrane 16:
  • the deflection 21 in Fig. 5 points downwards, i.e. ⁇ becomes larger, so the ink chamber volume V increases, ink in an amount ⁇ is sucked into the ink chamber 12.
  • the follow-on pulses 22 for expressing a plurality of ink droplets 24 are generated in a specific time frame. Each successive pulse 22 consists of a falling edge in FIG. 5, during which the volume of ink V in the ink chamber 12 increases by a volume AV, where:
  • ink flows from the ink reservoir 14 through the ink channel 13 into the ink chamber 12 of the respective printing system.
  • Such a "shot” period within which so ink is sucked into the ink chamber 12 and then pushed through the nozzle 8 until the beginning of the next suction movement of the membrane 16, corresponds to the period T res of the natural vibration of the printing system 11, so that each Period begins at the same phase of the natural oscillation.
  • the intensity values of the pixels of images captured by a camera are much finer, for example with 16 different color intensities per pixel and color (4 bits), or 64 color intensities, or with 128 or even 256 color intensities.
  • the invention proposes - with otherwise identical printhead 1 and identical printing system 11, the driving method shown in FIG.
  • This method is based on the idea not to subordinate itself to the natural vibration of the printing system 11 with the resonance frequency f res , but to avoid those so that the system is not excited to its natural vibration, so that each ink droplet 24 is not synchronous to a vibration of the printing system 11th but theoretically could be delivered at any time.
  • the invention provides several measures: On the one hand, in the method according to the invention, an excitation pulse 21 'preceding the actual pressure pulses 22' is completely missing.
  • the first pressure pulse 22 ' has a stationary diaphragm 16 - defined conditions prevail in the pressure system 11, and the first ink droplet 24 is delivered with high precision.
  • Another measure for avoiding resonant natural oscillations in the printing system 11 is to further reduce the duration of a period T trop f for the printing of an ink droplet, in particular such that the following applies:
  • the period duration should not be too short, so that successive ink droplets 24 remain separated from each other in the flight phase and not uncontrollably connect with each other in flight, otherwise the size of the sucked from the nozzle 8 drops 24 could deviate from the desired volume.
  • the invention recommends the following inequality:
  • Such printheads 1 or printing systems 11 are particularly suitable for the process according to the invention, in which the movement of a membrane 15, which at least partially delimits the ink chamber 12, is effected by a piezoelement 16. Its activity direction is directed mostly perpendicular to the membrane 15. Nevertheless, there are various such piezo printheads, which in particular with regard to the arrangement of the Membrane 15 and the acting on that piezoelectric element 16 relative to the position and longitudinal direction of the nozzle 8 differ:
  • the diaphragm 15 is located between the nozzle 8 and the piezoelectric element 16, and the action direction of the latter is in alignment with or parallel to the longitudinal direction of the nozzle 8.
  • the membrane 15 is located laterally on the ink chamber 12, so to speak adjacent to the nozzle 8. While the membrane 15 may be parallel to the nozzle direction, the direction of action of the piezoelectric element 16 is perpendicular to the longitudinal direction of the nozzle 8, and consequently a squeezed drop 24 moves at an angle of 90 ° to the direction of action of the piezoelectric element 16.
  • the timing of the fire signal is independent of an advance signal or a vibration, as is fired at frequency rest.
  • a pixel is assigned the color intensity zero, corresponding to no ink drop, a dummy signal can be output, which is too weak in intensity, similar to the pre-signal generated in the prior art, to cause the ejection of a drop.
  • Such a wildcard signal is intended only for the purpose of printing the ink within the ink comb 12 during non-use phases Condition with an optimal viscosity.
  • successive ink droplets 24 with different, independent droplet sizes can be realized which do not influence each other.
  • the drop size is only dependent on
  • the droplet size is only conditionally dependent on the nozzle diameter, since the drop / meniscus does not vibrate during firing and is limited by the nozzle wheel, but depends purely on the energy of the pulse.
  • the nozzle diameter is the determining element of the droplet size.
  • the ejected drops 24 are very stable and precise.
  • the maximum drop speed becomes lower; next to, in front of or behind the main drop there are no unwanted satellite drops.
  • the frequency can be increased by about 100% to about 200%, at the same time finer shades of gray can be achieved.

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for actuating an ink-jet print head, comprising at least one printing system that has a nozzle positioned on the side of an ink chamber that faces a substrate to be printed, said ink chamber being delimited at least in some sections, and preferably in the region thereof that faces away from the printing substrate, by a membrane which can be moved away from the ink chamber by electrically actuating a piezo-element that is mechanically coupled to said membrane, such that ink is sucked into the ink chamber from a storage chamber, and which membrane can be moved into the ink chamber such that an ink drop is pushed out through the nozzle, wherein the printing system, which consists of the ink chamber, membrane, piezo element and the electronic actuation element thereof, constitutes a vibrating structure that, upon a high-energy actuation, is excited to vibrate with a natural frequency fres exhibiting a resonance, i.e. the vibration with the cycle Tres = 1 / fres is not or is only slightly attenuated, wherein the brightness of an image point being printed is varied by a sequence of a plurality of ink drops being pushed out of the same nozzle one after the other, for each image point, with a temporal spacing of Ttropf = 1 / ftropf, and energy is only introduced into the printing system by said actuation signal precisely when an ink drop should also actually be pushed out.

Description

Verfahren zur Ansteuerung eines Tintendruckkopfs  Method for controlling an inkjet print head
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung eines Tintendruckkopfs, umfassend wenigstens ein Drucksystem mit einer Düse an der einem zu bedruckenden Substrat zugewandten Seite einer Tintenkammer, die wenigstens bereichsweise, vorzugsweise in ihrem dem Drucksubstrat abgewandten Bereich, durch eine Membran begrenzt wird, welche durch elektrische Ansteuerung eines mit der Membran mechanisch gekoppelten Piezoelements von der Tintenkammer weg bewegbar ist, um Tinte aus einem Vorratsraum in diese hineinzusaugen, sowie in jene hinein bewegbar ist, um daraus durch die Düse einen Tintentropfen herauszudrücken, wobei das Drucksystem, bestehend aus Tintenkammer, Membran, Piezoelement und dessen Ansteuerelektronik, ein schwingfähiges Gebilde darstellt, welches bei einer energiereichen Ansteuerung zu einer Schwingung mit einer Eigenfrequenz fres angeregt wird, die eine Resonanz zeigt, d.h., dass die Schwingung mit der Periode Tres = 1 / fres nicht oder nur kaum bedämpft wird, und wobei die Helligkeit eines zu druckenden Bildpunktes dadurch variiert wird, indem pro Bildpunkt eine Sequenz von keinem, einem, zweien oder mehreren Tintentropfen aus der selben Düse hintereinander herausdrückbar ist, mit einem zeitlichen Abstand Ttr0pf = 1 / ftropf- The invention is directed to a method for controlling an inkjet print head, comprising at least one printing system with a nozzle on the side of an ink chamber facing a substrate to be printed, which is bounded by a membrane at least regionally, preferably in its region facing away from the printing substrate electrical actuation of a mechanically coupled to the membrane piezoelectric element away from the ink chamber is movable to suck ink from a storage space in this, and is movable into that to squeeze out through the nozzle an ink drop, wherein the printing system consisting of ink chamber, membrane , Piezoelement and its control electronics, represents an oscillatory structure, which is excited at a high-energy activation to a vibration with a natural frequency f res , which shows a resonance, ie, that the oscillation with the period T res = 1 / f res not or only is hardly damped, and wherein the brightness of a pixel to be printed is varied by successively ejecting one sequence of one, one, two or more drops of ink from the same nozzle per pixel, with a temporal distance T tr0 pf = 1 / dropping
Ein bekanntes Tintendrucksystem ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt. Man erkennt in Fig. 1 den äußeren, mechanischen Aufbau eines Tintendruckkopfs 1. Dessen zentralen Bereich bildet eine langestreckte Platte 2, mit Justier- und/oder Befestigungsbohrungen 3, 4 und/oder -stiften in stirnseitigen Endbereichen 5 der Platte 2. A known ink printing system is shown in Figs. 1 to 4. 1, the outer, mechanical structure of an ink jet print head 1. Its central region forms an elongated plate 2, with adjustment and / or mounting holes 3, 4 and / or pins in the end-side end portions 5 of the plate. 2
Zwischen diesen, der Justierung und Befestigung dienenden Endbereichen 5 befindet sich ein mittiger, vorzugsweise verdickter Teil 6 der Platte 2; dort münden in der einem zu bedruckenden Substrat zugewandten Flachseite 7 der Platte 2 eine Vielzahl von Düsen 8 zur Abgabe von Tintentropfen in Richtung zu dem zu bedruckenden Substrat. Im Bereich der Flachseite 7 kann der mit Düsen 8 versehene Mittelteil 6 der Platte 2 gegenüber den angrenzenden Endbereichen 5 erhaben ausgebildet sein, so dass über die Endbereiche 5 überstehende Köpfe 9 von Befestigungsschrauben das zu bedruckende Substrat nicht berühren. Between these, the adjustment and fixing end portions 5 is a central, preferably thickened part 6 of the plate 2; There, in the flat side 7 of the plate 2 facing a substrate to be printed, a plurality of nozzles 8 for dispensing drops of ink in the direction open to the substrate to be printed. In the area of the flat side 7, the middle part 6 of the plate 2 provided with nozzles 8 can be raised in relation to the adjacent end areas 5, so that heads 9 of fastening screws projecting beyond the end areas 5 do not touch the substrate to be printed.
An der gegenüber liegenden Flachseite 10 der Platte 2 erstreckt sich im Bereich des Mittelteils 6 der Platte 2 ein Mechanismus, der in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist. Daraus kann man ersehen, dass sich hinter jeder Düse 8 ein dieser zugeordnetes Drucksystem 11 befindet. At the opposite flat side 10 of the plate 2 extends in the region of the central part 6 of the plate 2, a mechanism which is shown in Fig. 2 in section. It can be seen that behind each nozzle 8 is one of these associated printing system 11.
Jedes Drucksystem 11 umfasst eine eigene Tintenkammer 12, woraus nur die einzige, dort hinein mündende Düse 8 mit Tinte gespeist wird. Diese Tintenkammer 12 ist über einen demgegenüber querschnittlich deutlich verringerten Tintenkanal 13 mit einem speisenden Tintenvorratsraum 14 verbunden; durch den Tintenkanal 13 kann die Tintenkammer 12 nach Abdrücken eines Tintentropfens nachgefüllt werden. Each printing system 11 comprises its own ink chamber 12, from which only the single nozzle 8 opening into it is fed with ink. This ink chamber 12 is connected via a contrast cross section significantly reduced ink channel 13 with a feeding ink reservoir 14; through the ink channel 13, the ink chamber 12 can be refilled after printing an ink drop.
Während der Tintenkanal 13 seitlich in die Tintenkammer 12 mündet, befindet sich an der der Düse 8 gegenüber liegenden Seite der Tintenkammer 12 eine Membran 15, die nur entlang ihres Umfangsrandes festgelegt ist, beispielsweise eingespannt. In ihrem mittigen Bereich ist an der der Tintenkammer 12 abgewandten Seite der Membran 15 der bewegliche Teil eines Piezoelements 16 befestigt, welches seinereits an einer massiven, rückwärtigen Platte oder an einem massiven, rückwärtigen Block 17 festgelegt ist. While the ink channel 13 opens laterally into the ink chamber 12, located on the nozzle 8 opposite side of the ink chamber 12, a membrane 15 which is fixed only along its peripheral edge, for example clamped. In its central region, the movable part of a piezoelectric element 16 is attached to the side facing away from the ink chamber 12 side of the diaphragm 15, which is already fixed to a solid, rear plate or on a solid, rear block 17.
Über eine unmittelbar an das Piezoelement 16 angeschlossene Ansteuerschaltung 18 kann dieses zu Kontraktionen oder Expansionen angeregt werden, welche sich 1 : 1 auf die angeschlossene Membran 15 übertragen und daher das Volumen innerhalb der Tintenkammer 12 vergrößern oder verkleinern. Beim Vergrößern der Tintenkammer 12 wird Tinte aus dem Tintenvorratsraum 14 in die Tintenkammer 12 hinein gesaugt, beim Verkleinern der Tintenkammer 12 wird ein Tintentropfen aus der Düse 8 hinausgedrückt, wenn die Volumenverkleinerung ausreichend stark und heftig erfolgt, also ausreichend groß und schnell ist, so dass ein sich infolgedessen an der Düse 8 hinaus wölbender Tintentropfen abreisst. By way of a drive circuit 18 connected directly to the piezoelectric element 16, this can be excited into contractions or expansions which are transmitted 1: 1 to the connected membrane 15 and therefore increase or decrease the volume within the ink chamber 12. When enlarging the ink chamber 12, ink is sucked from the ink reservoir 14 into the ink chamber 12, as the ink chamber 12 is reduced, an ink droplet is expelled from the nozzle 8 when the volume reduction is sufficiently strong and violent, that is, sufficiently large and fast, so that as a result, ink droplets bulging at the nozzle 8 will rupture.
In Fig. 3 ist zu sehen, dass insgesamt nur wenige Tintenvorratsräume 14 vorgesehen sind, vorzugsweise nur ein oder zwei, an welche jeweils ein größerer Teil von Tintenkammern 12 angeschlossen ist. In Fig. 3 it can be seen that a total of only a few ink reservoirs 14 are provided, preferably only one or two, to each of which a larger part of the ink chambers 12 is connected.
In Fig. 4 ist erkennbar, dass sich die Piezoelemente 16 in elektrischer Hinsicht als Kapazitäten darstellen lassen, welche sich bei Verbinden mit einer Speisespannung 19 aufladen, um eine mechanische Reaktion hervorzurufen, beispielsweise eine Kontraktion oder Expansion; sie können auch entladen oder umgeladen werden, um die umgekehrte mechanische Reaktion auszulösen, beispielsweise durch Kurzschließen der beiden elektrischen Anschlüsse einer Kapazität oder durch aktives Anlegen einer anderen Spannung. In Fig. 4 it can be seen that the piezoelectric elements 16 can be represented as capacitances in electrical terms, which charge when connected to a supply voltage 19 to cause a mechanical reaction, such as a contraction or expansion; they may also be discharged or reloaded to initiate the reverse mechanical response, for example by short-circuiting the two electrical terminals of one capacitor or by actively applying a different voltage.
Die Gesamtheit eines Drucksystems 11 , also dessen Tintenkammer 12, Membran 15, Piezoelement 16 sowie die Ansteuerschaltung 18 bilden ein schwingungsfähiges System. Dessen Eigenfrequenz fres richtet sich nach dem geometrischen Aufbau des Drucksystems 11 sowie nach den Eigenschaften seiner Komponenten 12, 15, 16, 18. Jedoch braucht die Eigenfrequenz fres nicht berechnet zu werden, sondern kann nach Anstoßen einer Schwingung mittels eines ausreichend energiereichen Ansteuersignais an den elektrischen Anschlüssen des Piezoelements 16 abgelesen werden. Dort ist eine weitgehend ungedämpfte Schwingung erkennbar, deren Periode Tres umgekehrt proportional zu der Eigenfrequenz fres ist: fres = 1/Tres- Eine Messbeschaltung für die Ermittlung dieser Eigenfrequenz fres ist denkbar einfach: Eine aktive Ansteuerschaltung 18 für ein Piezoelement erzeugt einen isolierten Ansteuerimpuls oder eine Reihe von zeitlich weit beabstandeten Ansteuerimpulsen, beispielsweise im Abstand von einer oder mehreren Sekunden. Falls der Signalverlauf nach Abgabe des Impulses bzw. jeweils eines Impulses von der Ansteuerschaltung 18 so stark bedämpft wird, dass die Eigenfrequenzschwingung bereits innerhalb einer Schwingungsperiode abklingt, kann die Verbindung zwischen der Ansteuerschaltung 18 und dem Piezoelement 16 nach der Abgabe eines Impulses zusätzlich unterbrochen bzw. bis zu dem nächsten Impuls unterbrochen werden, so dass das Piezoelement 16 samt der angeschlossenen mechanischen Komponenten sich währenddem selbst überlassen ist und ohne nennenswerte Bedämpfung frei schwingen kann, so dass eine Vielzahl von messbaren Schwingungswellen aufeinander folgen. In dieser Phase ist an den elektrischen Anschlüssen des Piezoelements 16 eine elektrische Spannung in Form einer allmählich abklingenden Welle messbar, mit einer Frequenz, die der Resonanzfrequenz fres des gesamten Systems aus elektrischen und mechanischen Komponenten entspricht. The entirety of a printing system 11, that is, its ink chamber 12, membrane 15, piezoelectric element 16 and the drive circuit 18 form a vibratory system. Its natural frequency f res depends on the geometric structure of the printing system 11 and on the properties of its components 12, 15, 16, 18. However, the natural frequency f res does not need to be calculated but can be triggered by triggering a vibration by means of a sufficiently high-energy trigger signal the electrical connections of the piezoelectric element 16 are read. There, a largely undamped oscillation is recognizable whose period T res is inversely proportional to the natural frequency f res : f res = 1 / T res - A measuring circuit for the determination of this natural frequency f res is conceivably simple: An active drive circuit 18 for a piezoelectric element generates an isolated drive pulse or a series of drive pulses spaced in time, for example at intervals of one or more seconds. If the signal curve is so strongly attenuated by the drive circuit 18 after delivery of the pulse or in each case a pulse that the natural frequency oscillation already decays within one oscillation period, the connection between the drive circuit 18 and the piezoelement 16 can be additionally interrupted after delivery of a pulse or are interrupted until the next pulse, so that the piezoelectric element 16 together with the connected mechanical components is left to itself and can oscillate freely without appreciable damping, so that a plurality of measurable oscillation waves follow each other. In this phase, an electrical voltage in the form of a gradually decaying wave is measurable at the electrical terminals of the piezoelectric element 16, with a frequency corresponding to the resonant frequency f res of the entire system of electrical and mechanical components.
Die Spannung an dem Piezoelement wird dynamisch gemessen oder aufgezeichnet, bspw. mit einem Oszillographen oder einem Speicheroszilloskop, wobei die Bilddarstellung oder Aufzeichnung von dem Ansteuerimpuls getriggert wird. Auf der Zeitskala des Oszillographenschirms oder einer gespeicherten Signalaufzeichnung kann man dann die Periode Tres einer Resonanzschwingung ablesen und daraus die Resonanzfrequenz fres bestimmen anhand der Formel: fres = 1/Tres. The voltage on the piezoelectric element is measured or recorded dynamically, for example with an oscilloscope or a storage oscilloscope, wherein the image representation or recording is triggered by the drive pulse. On the time scale of the oscilloscope screen or a stored signal recording, one can then read off the period T res of a resonance oscillation and from this determine the resonance frequency f res using the formula: f res = 1 / T res .
Zur variablen Eindunkelung eines Bildpunktes können pro Bildpunkt bis zu k Tintentropfen abgegeben werden: n = 0, 1 , 2, ... k. Dabei kann das Zeitintervall Ttropf zwischen zwei aufeinanderfolgenden Tintentropfen konstant sein, beispielsweise Tseq/(k-1 ), also ein Teil der gesamten Bildtropfen-Sequenz Tseq, oder ein Vielfaches davon, insbesondere: For the variable darkening of a pixel, up to k ink droplets per pixel can be delivered: n = 0, 1, 2, ... k. In this case, the time interval T trop f between two successive drops of ink may be constant, for example T seq / (k-1), that is to say a part of the entire image drop sequence T seq , or a multiple thereof, in particular:
Ttropf = Tseq * (k-n)/(k-1 ), wenn n < k Tintentropfen pro Bildpunktsequenz gedruckt werden. T drip = T seq * (kn) / (k-1) when printing n <k ink drops per pixel sequence.
Üblicherweise wird dabei pro Bildpunktsequenz zunächst durch ein Signal mit einer verringerten Amplitude die Eigenschwingung bei der Resonanzfrequenz fres des Drucksystems 11 angeregt, und sodann wird in dem dadurch vorgegebenen Periodenraster mittels einer entsprechend eingestellten Asnteuerung je ein Tintentropfen pro Periode Tres der Eigenschwindung abgegeben, und zwar jeweils etwa bei der selben Phase der Eigenschwingung. Dies bedingt eine Ansteuerung dahingehend, dass - jedenfalls bei mehr als einem Tintentropfen pro Bildpunktsequenz - gilt: Usually, the natural oscillation at the resonant frequency f res of the printing system 11 is initially excited by a signal having a reduced amplitude, and then an ink drop per period T res of the inherent shrinkage is emitted in the period grid prescribed thereby by means of a correspondingly set antineration, and although in each case at about the same phase of natural vibration. This requires a control to the effect that - at least in case of more than one drop of ink per pixel sequence:
Ttropf — "^res- Drop - " ^ res-
Damit ordnet sich das Drucksystem der Eigenfrequenz des Systems unter; diese Eigenfrequenz bildet sozusagen den Takt, in welchem gedruckt wird. Es hat sich jedoch erwiesen, dass diese Taktfrequenz fres vergleichsweise langsam ist und daher die Druckgeschwindigkeit begrenzt. Dies wiederum führt dazu, dass in der Praxis die Anzahl der Tintentropfen pro Bildsequenz soweit als möglich reduziert wird, um die Druckgeschwindigkeit noch in einem erträglichen Maß zu halten; dies wiederum hat jedoch eine reduzierte Druckgenauigkeit zur Folge, weil dann jeder Tintentropfen ein vergleichsweise großes Volumen haben muss, und somit keine feinen Abstufungen möglich sind. Thus, the printing system is subordinated to the natural frequency of the system; this natural frequency forms, so to speak, the clock in which printing takes place. However, it has been found that this clock frequency f res is comparatively slow and therefore limits the printing speed. This in turn means that in practice the number of ink drops per image sequence is reduced as much as possible in order to still keep the printing speed to a tolerable level; However, this in turn results in a reduced printing accuracy, because then each ink droplet must have a comparatively large volume, and thus no fine gradations are possible.
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die Druckgeschwindigkeit erhöht werden kann, und/oder bei gleicher oder verbesserter Druckgeschwindigkeit die Abstufungen in der Farbhelligkeit verfeinert werden können. From the disadvantages of the prior art described results in the invention initiating problem, a generic method such to further develop that the printing speed can be increased, and / or at the same or improved printing speed, the gradations in the color brightness can be refined.
Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass über das Ansteuersignal nur genau dann Energie in das Drucksystem eingeleitet wird, wenn auch tatsächlich ein Tintentropfen herausgedrückt werden soll. The solution to this problem succeeds in that energy is introduced into the printing system via the activation signal only when an ink droplet is actually to be forced out.
Indem somit auf das Anstoßen der Eigenschwingung vor einer Bildpunktsequenz verzichtet wird, ist dort das Drucksystem zunächst in einem Ruhezustand. Der erste Tropfen wird mit einer großen Ansteueramplitude gedruckt, jedoch bei einer verkürzten Impulsdauer, um die in das System eingetragene Energie zu minimieren, so dass bei der Eigenfrequenz keine oder nur eine minimale Anregung erfolgt und das Drucksystem demzufolge auch nach dem ersten Tintentropfen nicht nachschwingt, sondern innerhalb von weniger als einer Periode Tres der Eigenschwingung wieder zur Ruhe kommt, vorzugsweise sogar innerhalb von weniger als der halben Periode Tres der Eigenschwingung. Damit ist die Möglichkeit eröffnet, den Ansteuerimpuls für den nächstfolgenden Tintentropfen innerhalb eines Bruchteils dieser Periode Tres abgeben zu können. Demzufolge finden auch keine rhythmischen Anregungen im Takt der Eigenfrequenz fres statt, so dass sich keine Eigenschwingung im Zuge mehrerer aufeinanderfolgender Ansteuerimpulse aufbauen kann. Das Drucksystem kehrt vielmehr nach jedem Tintentropfen wieder in den Ruhezustand zurück. By thus dispensing with the initiation of the natural oscillation before a pixel sequence, the printing system is initially in an idle state there. The first drop is printed with a large drive amplitude, but with a shortened pulse duration to minimize the energy introduced into the system, so that no or only minimal excitation occurs at the natural frequency and consequently the printing system does not settle after the first ink drop, but within less than a period T res of the natural oscillation comes to rest again, preferably even within less than half the period T res of the natural oscillation. This opens up the possibility of being able to deliver the drive pulse for the next following ink drop within a fraction of this period T res . Consequently, no rhythmic suggestions take place in time with the natural frequency f res so that no natural oscillation can build up in the course of several successive drive pulses. Rather, the printing system returns to its idle state after each ink drop.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen ungleich der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems ist: It has proved to be favorable that the minimum time interval Tt r0 pf between chronologically successive pressure control signals is equal to the oscillation period T res = 1 / f res of the resonant natural frequency f res of the printing system:
1 tropf res- Am besten ist ein gewisser Sicherheitsabstand Τε = |Tres - Ttropf| > 0 zwischen den beiden Periodenwerten Ttropf Tres, so dass selbst im Fall unmittelbar aufeinander folgender Ansteuersignale keine resonante Schwingung angestoßen wird bzw. dass eine von aufeinander folgenden Ansteuersignalen ggf. ausgelöste Schwingung eine ausreichende Bedämpfung erfährt. Ein solcher Sicherheitsabstand lässt sich definieren durch 1 drip res- The best is a certain safety distance Τ ε = | T res - T drip | > 0 between the two period values T drip T res , so that even in the case of directly successive control signals no resonant oscillation is triggered or that a possibly triggered by successive control signals oscillation undergoes a sufficient damping. Such a safety distance can be defined by
~Γε = |Tres - Ttropf I u * Tres, mit 0 < μ < 1 , insbesondere mit μ = 1/5, oder μ = 1/4, oder μ = 1/3. ~ Γ ε = | T res - droplet I u * T res , with 0 <μ <1, in particular with μ = 1/5, or μ = 1/4, or μ = 1/3.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der minimale zeitliche Abstand ΤίΓ0Ρί zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise kleiner ist als drei Viertel der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems: The invention can be further developed such that the minimum time interval Τ ίΓ0Ρ ί between temporally successive pressure control signals is equal to or preferably smaller than three quarters of the oscillation period T res = 1 / fres of the resonant natural frequency f res of the pressure system:
Ttropf _S Tres / 1 ,33. Ttropf _S T res / 1, 33.
Dies entspricht einem Wert für μ von μ = 1/4. This corresponds to a value for μ of μ = 1/4.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der minimale zeitliche Abstand Ttropf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise kleiner ist als zwei Drittel der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems: The invention can be further developed such that the minimum time interval T trop f between temporally successive pressure control signals is equal to or preferably less than two thirds of the oscillation period T res = 1 / fres of the resonant natural frequency f res of the printing system:
Ttropf Tres / 1 ,5. Drop Tres / 1, 5.
Dies entspricht einem Wert für μ von μ = 1/3. This corresponds to a value for μ of μ = 1/3.
Eine weitere Konstruktionsvorschrift besagt, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise kleiner ist als die Hälfte der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems: Another design rule states that the minimum time interval T t r 0 pf between temporally successive pressure drive signals is equal to or preferably less than half the oscillation period T res = 1 / f res of the resonant natural frequency f res of the printing system:
Ttropf £ Tres / 1.66. Drop T £ res / 1.66.
Dies entspricht einem Wert für μ von μ = 2/5. This corresponds to a value for μ of μ = 2/5.
Eine weitere Konstruktionsvorschrift besagt, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise kleiner ist als die Hälfte der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems: Another design rule states that the minimum time interval T tr0 pf between chronologically successive pressure control signals is equal to or preferably smaller than half the oscillation period T res = 1 / f res of the resonant natural frequency f res of the printing system:
Ttropf < Tres 1 ,75. Ttropf <Tres 1, 75.
Dies entspricht einem Wert für μ von μ = 3/8. This corresponds to a value for μ of μ = 3/8.
Andererseits kann der minimale zeitliche Abstand Ttropf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen nicht beliebig klein gemacht werden, weil sich ansonsten entweder aufeinander folgende Tintentropfen während ihres Fluges vereinigen würden oder aber überhaupt keine Tintentropfen von der Düse ablösen würden. Deshalb sollte auch gelten: On the other hand, the minimum time interval T tr opf between temporally successive pressure drive signals can not be made arbitrarily small, because otherwise either successive ink drops would unite during their flight or would not detach any ink drops from the nozzle at all. Therefore should also apply:
Ttr0pf > V * Tres, mit 0 < v < 1 , insbesondere mit v = 1/5, oder v = 1/4, oder v = 1/3. Tt r0 pf> V * T res , with 0 <v <1, in particular with v = 1/5, or v = 1/4, or v = 1/3.
Die Erfindung sieht beispielsweise vor, dass der minimale zeitliche Abstand Ttropf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise größer ist als ein Drittel der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems: The invention provides, for example, that the minimum time interval Ttropf between temporally successive pressure control signals is equal to or preferably greater than one third of the oscillation period T res = 1 / fres of the resonant natural frequency f res of the pressure system:
Ttropf > Tres / 4. Dies entspricht einem Wert für v von v = 1/4. Drop> Tres / 4. This corresponds to a value for v of v = 1/4.
Deshalb sieht die Erfindung vor, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise größer ist als ein Drittel der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems: Therefore, the invention provides that the minimum time interval T tr0 pf between temporally successive pressure control signals is equal to or preferably greater than one third of the oscillation period T res = 1 / f res of the resonant natural frequency f res of the printing system:
Ttropf Ü. Tres / 3. Drop. Tres / 3.
Dies entspricht einem Wert für v von v = 1/3. This corresponds to a value for v of v = 1/3.
Weitere Vorzüge ergeben sich dadurch, dass der minimale zeitliche Abstand Ttropf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise größer ist als vier Zehntel der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems: Further advantages result from the fact that the minimum time interval Ttropf between chronologically successive pressure control signals is equal to or preferably greater than four tenths of the oscillation period T res = 1 / f res of the resonant natural frequency f res of the pressure system:
Ttropf > Tres / 2,5. Drop> Tres / 2.5.
Dies entspricht einem Wert für v von v = 2/5. Aufgrund der obigen Definition muss für μ und v gelten: μ + v < 1. This corresponds to a value for v of v = 2/5. Based on the above definition, for μ and v, μ + v <1.
Optimale Ergebnisse lassen sich dadurch erzielen, wenn ein folgender Ansteuerimpuls ziemlich genau zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn eine durch den vorangehenden AnSteuerimpuls angestoßene Resonanzschwingung gerade eine halbe Periode absolviert hat, weil dann der neuerliche Ansteuerimpuls antizyklisch zu dem vorangehenden ist und jenem quasi entgegensteuert, diesen also im Idealfall löscht. Dies lässt sich optimal realisieren durch die folgende Bemessung: Ttropf Tres / 2. Optimum results can be achieved if a following drive pulse occurs at a fairly precise time when a resonance oscillation initiated by the preceding drive pulse has just completed half a period, because then the renewed drive pulse is anticyclical to the preceding one and counteracts it, so to speak ideally clears. This can be optimally realized by the following design: Drop - T res / 2.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass auch davon leicht abweichende Werte noch gute Ergebnisse liefern, also: In practice, it has been shown that even slightly different values still provide good results, ie:
0,4 * TreS < TtrOpf < 0,6 * TreS) oder insbesondere: 0.4 * T r e S <T trO p f <0.6 * T reS) or in particular:
0,45 * Tres < Ttr0pf < 0,55 * Tres. 0.45 * T res <T tr0 p f <0.55 * T res .
Eine solche Ansteuerung ist also vollkommen anders als die im Stand der Technik übliche, wo sich die Energien aufeinander folgender Ansteuerimpulse additiv überlagern, also eine Resonanzschwingung weiter verstärken. Bei der vorliegenden Erfindung überlagern sich die Energien aufeinander folgender Ansteuerimpulse dagegen subtraktiv, löschen also jede Resonanzschwingung aus. Mit anderen Worten, während im Stand der Technik Resonanzschwingungen gefördert werden, zielt die Erfindung darauf ab, Resonanzschwingungen zu unterdrücken. Such a control is thus completely different than the usual in the prior art, where the energies of successive drive pulses additively superimposed, so further amplify a resonant vibration. In the present invention, however, the energies of successive drive pulses superimpose subtractive, so extinguish each resonance oscillation. In other words, while in the prior art resonant vibrations are promoted, the invention aims to suppress resonant vibrations.
Ein vorteilhafter Nebeneffekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass sich die Tropfen-Freuqenz mindestens verdoppeln lässt, eventuell sogar noch weiter steigern. Dadurch können pro Bildpunkt mehrere Tropfen abgegeben werden. An advantageous side effect of the method according to the invention is that the droplet frequency can be at least doubled, possibly even increasing even further. As a result, several drops can be dispensed per pixel.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Größe oder das Volumen eines Tintentropfens nicht von der Dauer oder von sonstigen Eigenschaften eines vorangehenden AnSteuerimpulses abhängt. Dadurch können nicht nur mehrere Tintentropfen pro Bildpunkt erzeugt werden, sondern sogar unterschiedliche große Tropfen. Die Größen oder Volumina der zu druckenden Tintentropfen einer Bildpunkt- Sequenz können also unterschiedlich sein und/oder unabhängig voneinander. According to the invention, it is further provided that the size or the volume of an ink droplet does not depend on the duration or other properties of a preceding drive pulse. As a result not only several drops of ink per pixel can be generated, but even different large drops. The sizes or volumes of the ink droplets to be printed in a pixel sequence may thus be different and / or independent of each other.
Die Erfindung erlaubt eine Weiterbildung dahingehend, dass die Reihe unterschiedlicher Tropfengrößen nichtlinear ist. Sie kann bspw. logarithmisch sein, wie 8 : 4 : 2 : 1. Es ist einleuchtend, dass sich mit einem derartigen System Tropfengrößen zwischen einem maximalen Volumen Vmax und einem minimalen Volumen Vmin erzeugen lassen, bspw. Vmax = 15 * Vmin. Für eine Tintenmenge pro Bildpunkt von 7 * Vmin müssten dann je ein Tropfen der Größen 4 * Vmin, 2 * Vmin und 1 * Vmin erzeugt werden; eine Tintenmenge pro Bildpunkt von 12 * Vmin lässt sich mittels je eines Tropfens der Größen 8 * Vmin und 4 * Vmin erzeugen, usw. The invention allows a development in that the row of different drop sizes is non-linear. It may, for example, be logarithmic, such as 8: 4: 2: 1. It is evident that with such a system, droplet sizes can be generated between a maximum volume V max and a minimum volume V min , for example V max = 15 * V min . For an ink quantity per pixel of 7 * V min , one drop of the quantities 4 * V min , 2 * V min and 1 * V min would then have to be generated; An ink quantity per pixel of 12 * V min can be generated by means of one drop of the sizes 8 * V min and 4 * V min , etc.
Die Größe oder das Volumen eines Tintentropfens kann vergrößert werden, indem die Amplitude eines AnSteuerimpulses erhöht wird. Dadurch wird die Membran 15 weiter ausgelenkt und ein größeres Tintenvolumen verschoben. The size or volume of an ink drop can be increased by increasing the amplitude of a drive pulse. As a result, the membrane 15 is deflected further and moved a larger volume of ink.
Eine andere Möglichkeit zur Vergrößerung der Größe oder des Volumens eines Tintentropfens besteht darin, die Gesamtdauer eines Ansteuerimpulses oder die Dauer der Plateauphase eines Ansteuerimpulses zu erhöhen. Dadurch wird ein sich ablösender Tropfen befähigt, eine größere Tintenmenge nachzuziehen. Another way to increase the size or volume of an ink drop is to increase the total duration of a drive pulse or the duration of the plateau phase of a drive pulse. This will enable a peeling drop to draw in a larger amount of ink.
Die Größe oder das Volumen eines Tintentropfens lässt sich auch dadurch vergrößern, indem die Dauer der ansteigenden und/oder abfallenden Flanke eines Ansteuerimpulses erhöht wird. Dadurch wird der Mechanik mehr Zeit gegeben, einem Ansteuersignal zu folgen, und auch dadurch kann eine größere Tintenmenge in Bewegung gesetzt werden, die sich dann schließlich in Form eines größeren Tropfens ablöst. The size or volume of an ink drop can also be increased by increasing the duration of the rising and / or falling edge of a drive pulse. This gives the mechanics more time to follow a drive signal, and also allows a larger amount of ink to be set in motion, which then eventually comes off in the form of a larger drop.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass allenfalls bei einem Bildpunkt, dem die Farbintensität null zugeordnet ist, entsprechend keinem Tintentropfen, ein Platzhaltersignal ausgegeben wird, welches jedoch von seiner Intensität her zu schwach ist, um das Abstoßen eines Tropfens zu bewirken; ist einem Bildpunkt jedoch nicht die Farbintensität null zugeordnet, entsprechend einem oder mehreren Tintentropfen, so gibt es jedoch weder vor noch zwischen den AnSteuerimpulsen dieser Bildpunktsequenz ein nicht druckendes Vor- oder Zwischensignal. Einerseits wird dadurch die Druckgeschwindigkeit nicht durch überflüssige Zwischensignale beeinträchtigt; andererseits wird keine überflüssige Energie verbraucht, welche vor allem den Tintenkopf aufwärmt und daher zu Ungenauigkeiten führen kann, und schließlich sind im Idealfall aufeinander folgende Ansteuerimpulse derart optimal aufeinander eingestellt, dass zu der angestrebten Unterdrückung von resonanten Eigenschwingungen keine zusätzlichen Signale erforderlich sind. Finally, it is in accordance with the teaching of the invention that at most one pixel, to which the color intensity is assigned zero, corresponds to none Ink drop, a wildcard signal is output which, however, is too weak in intensity to cause the repulsion of a drop; However, if a pixel is not associated with zero color intensity, corresponding to one or more drops of ink, then there is no pre- or intermediate non-printing signal either before or between the drive pulses of that pixel sequence. On the one hand, the printing speed is not affected by superfluous intermediate signals; On the other hand, no superfluous energy is consumed, which in particular warms up the ink head and can therefore lead to inaccuracies, and finally, successive drive pulses are optimally adjusted to each other in such an optimal way that no additional signals are required for the desired suppression of resonant natural oscillations.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspürchen sowie aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt: Further features, details, advantages and effects on the basis of the invention will become apparent from the Unteranspürchen and from the following description of a preferred embodiment of the invention and from the drawing. Hereby shows:
Fig. 1a-c verschiedene Ansichten eines Tintendruckkopfs; Figures 1a-c show various views of an ink jet print head.
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein Drucksystem des Tintendruckkopfs nach Fig. 1 ; Fig. 2 is a vertical section through a printing system of the ink jet print head of Fig. 1;
Fig. 3 das Tintenkammersystem des Tintendruckkopfs nach Fig. 1 in einer schematischen Darstellung; FIG. 3 shows the ink chamber system of the ink jet print head according to FIG. 1 in a schematic representation; FIG.
Fig. 4 die Ansteuerelektronik des Tintendruckkopfs nach Fig. 1 in einer schematischen Darstellung; FIG. 4 shows the control electronics of the ink jet print head according to FIG. 1 in a schematic representation; FIG.
Fig. 5 den Zeitverlauf eines üblichen Ansteuersignais für ein Drucksystem nach Fig. 1 bzw. das dazu proportionale Auslenkungssignal des Piezoelements; Fig. 6 den Zeitverlauf des erfindungsgemäßen Ansteuersignales für das Drucksystem nach Fig. 1 ; 5 shows the time characteristic of a customary drive signal for a printing system according to FIG. 1 or the deflection signal of the piezoelectric element proportional thereto; FIG. 6 shows the time profile of the drive signal according to the invention for the printing system according to FIG. 1; FIG.
Fig. 7 die Einflussmöglichkeiten auf das Steuersignal zur Variation der 7 shows the possibilities of influencing the control signal for varying the
Tropfengröße bzw. des Tropfenvolumens, wobei „+" einem vergrößernden Einfluss auf die Tropfengröße entspricht und ein„-„ einem reduzierenden Einfluss;  Drop size or drop volume, where "+" corresponds to an increasing influence on the drop size and a "-" a reducing influence;
Fig. 8 einen beispielhaften Zeitverlauf einer erfindungsgemäßen Sequenz von AnSteuerimpulsen, zwecks Darstellung der Möglichkeit, die Tintenmenge durch Übereinanderdrucken von mehreren Tropfen mit unterschiedlichem Volumina zu variieren; sowie 8 shows an exemplary time profile of a sequence of on-drive pulses according to the invention, for the purpose of illustrating the possibility of varying the quantity of ink by overprinting several drops with different volumes; such as
Fig. 9 einen beispielhaften Zeitverlauf einer Bildpunkt-Sequenz im Stand der Technik, wo alle Ansteuerimpulse gleich groß und lang sind, so dass alle Tintentropfen gleiche Volumina aufweisen. 9 shows an exemplary time course of a pixel sequence in the prior art, where all drive pulses are the same size and long, so that all ink droplets have the same volumes.
Der Aufbau des Tintendruckkopfs 1 und eines seiner Drucksysteme 11 wurde weiter oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 bereits ausführlich geschildert. The structure of the ink jet print head 1 and one of its printing systems 11 has already been described in detail above with reference to FIGS. 1 to 4.
Die übliche Betriebsweise eines solchen Drucksystems ist in Fig. 5 dargestellt. Dort ist als Graph 20 die Auslenkung x bzw. -x des an die Membran 15 gekoppelten Teils des Piezoelements 16 zu sehen. Die obere Linie des Signals entspricht einer Art Nullstellung des Piezoelements 16 bzw. der Membran 15. Dabei ist die Tintenkammer 12 gerade vollständig mit Tinte gefüllt. Nach unten aufgetragen ist eine Auslenkung des Piezoelements 16 bzw. der Membran 15 von der Tintenkammer 12 weg, woraus eine Vergrößerung des Volumens V in der Tintenkammer resultiert. Diese Volumenvergrößerung AV ist etwa gleich der Auslenkung Δχ der Membran 16, multipliziert mit der Grundfläche F der Tintenkammer 12 bzw. der jene vollständig überspannenden Membran 16: The usual operation of such a printing system is shown in Fig. 5. There, the deflection x or -x of the part of the piezoelectric element 16 coupled to the membrane 15 can be seen as the graph 20. The upper line of the signal corresponds to a kind of zero position of the piezoelectric element 16 or the membrane 15. In this case, the ink chamber 12 is just completely filled with ink. Applied downward, a deflection of the piezoelectric element 16 or the membrane 15 away from the ink chamber 12, resulting in an increase of the volume V in the ink chamber results. This increase in volume AV is approximately equal to the deflection Δχ of the membrane 16, multiplied by the base area F of the ink chamber 12 and that of the completely spanning membrane 16:
AV = Q * Δχ. AV = Q * Δχ.
In Fig. 5 ist entlang der Ordinate die Verschiebung -x dargestellt, d.h., dass dort nach oben eine Verstellung der Membran 16 zu der Tintenkammer 12 hin aufgetragen ist. Steigt also der Graph 20 an, so nähert sich die Membran 16 der Tintenkammer 12 um den Wert |Δχ| und demzufolge verringert sich das Volumen V um den Betrag |AV| = Q * |Δχ|, d.h., es gilt Δν < 0. Mit anderen Worten, nach oben ist -Δχ aufgetragen, entsprechend -Δν. In Fig. 5, the displacement -x is shown along the ordinate, that is, an upward shift of the diaphragm 16 toward the ink chamber 12 is applied. Thus, when the graph 20 increases, the diaphragm 16 approaches the ink chamber 12 by the value | Δχ | and consequently, the volume V decreases by the amount | AV | = Q * | Δχ |, that is, Δν <0. In other words, upwards -Δχ is plotted, corresponding to -Δν.
Entlang der Abszisse ist in Fig. 5 die Zeit t aufgetragen. Along the abscissa in Fig. 5, the time t is plotted.
Ein erster Impuls 21 beginnt bei t = 0. Die Auslenkung 21 in Fig. 5 zeigt dabei nach unten, d.h., Δχ wird größer, also nimmt das Tintenkammervolumen V zu, es wird Tinte in einer Menge Δν in die Tintenkammer 12 gesogen. A first pulse 21 starts at t = 0. In this case, the deflection 21 in Fig. 5 points downwards, i.e. Δχ becomes larger, so the ink chamber volume V increases, ink in an amount Δν is sucked into the ink chamber 12.
Allerdings erfolgt die Auslenkung 21 nicht weit genug, so dass das angesaugte Volumen Δν kleiner ist als das Volumen eines Tropfen Vtropf: However, the deflection 21 does not take place far enough so that the sucked volume Δν is smaller than the volume of a drop V drip :
AV < Vtropf. AV <V drip .
Demzufolge wird beim Anschließenden Zurückschwingen der Membran 16 kein Tintentropfen durch die Düse 8 gedrückt, sondern die Tintenoberfläche wölbt sich nur durch die Düse 8 nach außen, ohne jedoch aubzureißen. As a result, upon subsequent swinging back of the membrane 16, no ink droplet is pushed through the nozzle 8, but the ink surface bulges outwardly only through the nozzle 8, but without tearing.
Durch diese energiereiche Maßnahme wird jedoch in dem Drucksystem 1 die Eigenschwingung mit der Resonanzfrequenz fres angestoßen, wobei in dem dargestellten Beispiel die Periode Tres = 1 / fres der resonanten Eigenschwingung bei etwa 15 ps liegt. Anschließend werden in einem bestimmten Zeitraster die Folgeimpulse 22 für das Herausdrücken mehrerer Tintentropfen 24 erzeugt. Jeder Folgeimpuls 22 besteht in Fig. 5 aus einer fallenden Flanke, während der sich das Tintenvolumen V in der Tintenkammer 12 um ein Volumen AV erhöht, wobei gilt: By means of this high-energy measure, however, the natural oscillation with the resonance frequency f res is triggered in the printing system 1, the period T res = 1 / f res of the resonant natural oscillation being approximately 15 ps in the illustrated example. Subsequently, the follow-on pulses 22 for expressing a plurality of ink droplets 24 are generated in a specific time frame. Each successive pulse 22 consists of a falling edge in FIG. 5, during which the volume of ink V in the ink chamber 12 increases by a volume AV, where:
AV = Vtropf. AV = V drip .
Während einer kurzen Plateauphase 23 des Folgeimpulses 22 fließt Tinte von dem Tintenvorratsraum 14 durch den Tintenkanal 13 in die Tintenkammer 12 des betreffenden Drucksystems. During a short plateau phase 23 of the sequence pulse 22, ink flows from the ink reservoir 14 through the ink channel 13 into the ink chamber 12 of the respective printing system.
Anschließend schwingt die Membran 16 wieder in ihre Ausgangslage zurück, und das Volumen V innerhalb der Tintenvorratskammer 12 verringert sich um AV. Diese Tintenmenge entspricht jedoch dem Volumen Vtropf eines Tintentropfens, und dieser reisst schließlich jenseits der Düse 8 ab. Subsequently, the membrane 16 swings back to its original position, and the volume V within the ink reservoir chamber 12 decreases by ΔV. However, this amount of ink corresponds to the volume V dripping of an ink drop, and this finally breaks off beyond the nozzle 8.
Eine solche„Schuß"-Periode, innerhalb der also Tinte in die Tintenkammer 12 eingesaugt und anschließend durch die Düse 8 abgedrückt wird, bis zum Beginn der nächsten Einsaugbewegung der Membran 16, entspricht dabei der Periode Tres der Eigenschwingung des Drucksystems 11 , damit jede Periode bei der selben Phasenlage der Eigenschwingung beginnt. Such a "shot" period, within which so ink is sucked into the ink chamber 12 and then pushed through the nozzle 8 until the beginning of the next suction movement of the membrane 16, corresponds to the period T res of the natural vibration of the printing system 11, so that each Period begins at the same phase of the natural oscillation.
Damit die Periode Tseq einer gesamten Bildpunktsequenz höchstens bei etwa 50 MS liegt, können pro Bildpunktsequenz daher nur maximal drei Tintentropfen 24 abgegeben werden. Da ferner das Volumen aller Tintentropfen 24 näherungsweise gleich ist, lässt sich demnach die Farbintensität lF eines Bildpunkts nur in einem groben Raster verändern, nämlich nur in den Stufen So that the period T seq of an entire pixel sequence is at most about 50 MS, therefore, only a maximum of three ink droplets 24 can be delivered per pixel sequence. Further, since the volume of all the ink drops 24 is approximately the same, can therefore change the color intensity l F a pixel only in a coarse grid, namely only in the stages
IF = 0 * I0; IF = 0 * I 0 ;
IF = 1 * lo; IF = 1 * lo;
lF = 2 * l0; lF = 3 * l0; wobei l0 der Farbintensität eines einzigen Farbtropfens der betreffenden Größe entspricht. l F = 2 * l 0 ; l F = 3 * l 0 ; where l 0 corresponds to the color intensity of a single drop of color of the respective size.
Es handelt sich also um maximal 4 unterschiedliche Werte, was einer mit 2 Bits darstellbaren Information entspricht: 00 = 0; 01 = 1 ; 10 = 2; 11 = 3. This means a maximum of 4 different values, which corresponds to an information that can be represented with 2 bits: 00 = 0; 01 = 1; 10 = 2; 11 = 3.
Dies mag zwar für für einen Tintendrucker normal sein, stellt jedoch kein gutes Ergebnis dar, denn bespielsweise sind die Intensitätswerte der Bildpunkte von mittels einer Kamera aufgenommenen Bildern weitaus feiner aufgelöst, beispielsweise mit 16 verschiedenen Farbintensitäten pro Bildpunkt und Farbe (4 Bit), oder mit 64 Farbintensitäten, oder mit 128 oder gar 256 Farbintensitäten. While this may be normal for an inkjet printer, it does not provide a good result, for example, the intensity values of the pixels of images captured by a camera are much finer, for example with 16 different color intensities per pixel and color (4 bits), or 64 color intensities, or with 128 or even 256 color intensities.
Um die obigen Probleme beim Drucken mittels Tintendruckern hinsichtlich einer begrenzten Druckgeschwindigkeit und einer sehr eingeschränkten Auflösung der Farbintensität zu lösen, schlägt die Erfindung - bei ansonsten gleichem Druckkopf 1 bzw. identischem Drucksystem 11 das in Fig. 6 dargestellte Ansteuerverfahren vor. In order to solve the above problems in printing by ink printers in terms of a limited printing speed and a very limited resolution of the color intensity, the invention proposes - with otherwise identical printhead 1 and identical printing system 11, the driving method shown in FIG.
Dieses Verfahren beruht auf dem Gedanken, sich nicht der Eigenschwingung des Drucksystems 11 mit der Resonanzfrequenz fres unterzuordnen, sondern jene zu vermeiden, damit das System überhaupt nicht zu seiner Eigenschwingung angeregt wird, so dass jeder Tintentropfen 24 nicht synchron zu einer Schwingung des Drucksystems 11 abgegeben werden muss, sondern theoretisch zu einem beliebigen Zeitpunkt abgegeben werden könnte. This method is based on the idea not to subordinate itself to the natural vibration of the printing system 11 with the resonance frequency f res , but to avoid those so that the system is not excited to its natural vibration, so that each ink droplet 24 is not synchronous to a vibration of the printing system 11th but theoretically could be delivered at any time.
Zur Vermeidung der Eigenschwingung des Drucksystems 11 mit der Resonanzfrequenz fres sieht die Erfindung mehrere Maßnahmen vor: Einerseits fehlt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein den eigentlichen Druckimpulsen 22' vorangehender Anregungsimpuls 21' völlig. To avoid the natural vibration of the printing system 11 with the resonant frequency f res , the invention provides several measures: On the one hand, in the method according to the invention, an excitation pulse 21 'preceding the actual pressure pulses 22' is completely missing.
Daher findet jedenfalls der erste Druckimpuls 22' eine ruhende Membran 16 vor - es herrschen definierte Verhältnisse im Drucksystem 11 , und der erste Tintentropfen 24 wird mit hoher Präzision abgegeben. In any case, therefore, the first pressure pulse 22 'has a stationary diaphragm 16 - defined conditions prevail in the pressure system 11, and the first ink droplet 24 is delivered with high precision.
Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung der Eigenschwingung ist, dass die Plateauphase 23' verkürzt wird. Während im Stand der Technik die Zeit Tpiat der Plateauphase 23 größer ist als die Zeiten Tanst> Tabf für die ansteigende oder abfallende Rampe, gilt nun: Another measure to avoid self-oscillation is that the plateau phase 23 'is shortened. While in the prior art the time T p i at the plateau phase 23 is greater than the times T ans t > T abf for the rising or falling ramp, the following now applies:
Tpiat < Tanst Tpiat < T ans t
Tpiat < Tabf- Tpiat < Tab
Dies wird dadurch erreicht, dass die maximale Auslenkung Axmax gesteigert wird, bei etwa gleichbleibender Steigung der Anstiegs- und Abfallrampen. Dadurch kann zur Ansaugung desselben Tintenvolumens AV die dazu benötigte Zeit Tpiat verkürzt werden, weil infolge eines höheren Differenzsaugdrucks zwischen Tintenkammer 12 und Tinntenvorratsraum 14 die Fließgeschwindigkeit erhöht ist. This is achieved by increasing the maximum deflection Ax max , with approximately the same gradient of the rise and fall ramps. Characterized, can be used for suction of the same volume of ink AV time T p i a t required to be shortened as a result of a higher Differenzsaugdrucks between ink chamber 12 and Tinntenvorratsraum 14 the flow rate is increased.
Demzufolge lässt sich realisieren, dass gilt: Consequently, it can be realized that the following applies:
Tabf + Tp|at + Tanst Tres/4, insbesondere Tabf + T p | at + T a nst T re s / 4, in particular
Tabf + Tpiat + Tanst < Tres/5. TABF + T p i a t + T ans t <T res /. 5
Die Folge dieser Maßnahme ist, dass das Spektrum einer solchen einzelnen Welle zu höheren Frequenzen hin verschoben ist, mithin einen weitaus größeren Frequenzabstand zu der Resonanzfrequenz fres aufweist. Infolgedessen wird die Resonanzfrequenz fres hierdurch nicht angestoßen. The consequence of this measure is that the spectrum of such a single wave is shifted towards higher frequencies, thus far more has greater frequency spacing to the resonant frequency f res . As a result, the resonance frequency f res is not triggered thereby.
Eine weitere Maßnahme zru Vermeidung von resonanten Eigenschwingungen in dem Drucksystem 11 besteht darin, die Dauer einer Periode Ttropf für das Abdrücken eines Tintentropfens weiter zu reduzieren, insbesondere derart, dass gilt: Another measure for avoiding resonant natural oscillations in the printing system 11 is to further reduce the duration of a period T trop f for the printing of an ink droplet, in particular such that the following applies:
Ttropf < Tres 1 »5. T trop f <T res 1 »5.
Dadurch finden sich in dem Spektrum keine Spektralanteile bei fres, und demzufolge wird auch keine Eigenschwingung angeregt. As a result, there are no spectral components in the spectrum at f res , and as a result no natural oscillation is excited.
Mehr noch, etwa bei einer Periodendauer von ΤίΓ0Ρί = Tres / 2 wird durch einen folgenden Druckimpuls eine ggf. zuvor angestoßene Eigenschwingung der Frequenz fres durch eine antizyklische Phasenlage wieder gelöscht. Even more, for example at a period of Τ ίΓ0Ρ ί = T res / 2, a possibly previously initiated natural oscillation of the frequency f res is erased by an anticyclical phase position by means of a following pressure pulse.
Andererseits sollte die Periodendauer auch nicht zu kurz werden, damit aufeinander folgende Tintentropfen 24 in der Flugphase voneinander getrennt bleiben und sich nicht im Flug unkontrolliert miteinander verbinden, wodurch ansonsten die Größe der aus der Düse 8 gesaugten Tropfen 24 von dem gewünschten Volumen abweichen könnte. Um dies sicherzustellen, empfiehlt die Erfindung die Beachtung folgender Ungleichung: On the other hand, the period duration should not be too short, so that successive ink droplets 24 remain separated from each other in the flight phase and not uncontrollably connect with each other in flight, otherwise the size of the sucked from the nozzle 8 drops 24 could deviate from the desired volume. To ensure this, the invention recommends the following inequality:
Ttropf > Tres / 3. Drop> T res / 3.
Für das erfindunggemäße Verfahren sind derartige Druckköpfe 1 bzw. Drucksysteme 11 besonders geeignet, bei welchen die Bewegung einer die Tintenkammer 12 zumindest teilweise begrenzenden Membran 15 von einem Piezoelement 16 bewirkt wird. Dessen Aktivitätsrichtung ist zumeist lotrecht zu der Membran 15 gerichtet. Dennoch gibt es verschiedene derartige Piezo- Druckköpfe, welche sich insbesondere hinsichtlich der Anordnung der Membran 15 und des auf jene einwirkenden Piezoelements 16 relativ zu der Lage und Längsrichtung der Düse 8 unterscheiden: Such printheads 1 or printing systems 11 are particularly suitable for the process according to the invention, in which the movement of a membrane 15, which at least partially delimits the ink chamber 12, is effected by a piezoelement 16. Its activity direction is directed mostly perpendicular to the membrane 15. Nevertheless, there are various such piezo printheads, which in particular with regard to the arrangement of the Membrane 15 and the acting on that piezoelectric element 16 relative to the position and longitudinal direction of the nozzle 8 differ:
Bei der im Fachjargon„Piston Shooter" genannten Anordnung befindet sich die Membran 15 zwischen der Düse 8 und dem Piezoelement 16, und die Aktionsrichtung des letzteren ist in einer Flucht mit oder parallel zu der Längsrichtung der Düse 8. In the arrangement referred to in the art "Piston Shooter", the diaphragm 15 is located between the nozzle 8 and the piezoelectric element 16, and the action direction of the latter is in alignment with or parallel to the longitudinal direction of the nozzle 8.
Beim sog. „Side Shooter" befindet sich die Membran 15 seitlich an der Tintenkammer 12, sozusagen neben der Düse 8. Während die Membran 15 parallel zu der Düsenrichtung sein kann, ist die Aktionsrichtung des Piezoelements 16 lotrecht zur Längsrichtung der Düse 8, und demzufolge bewegt sich ein abgedrückter Tropfen 24 unter einem Winkel von 90° zur Aktionsrichtung des Piezoelements 16. In the so-called "Side Shooter", the membrane 15 is located laterally on the ink chamber 12, so to speak adjacent to the nozzle 8. While the membrane 15 may be parallel to the nozzle direction, the direction of action of the piezoelectric element 16 is perpendicular to the longitudinal direction of the nozzle 8, and consequently a squeezed drop 24 moves at an angle of 90 ° to the direction of action of the piezoelectric element 16.
Ferner gibt es noch die sog. „Shared Wall"-Anordnung, wo mittels Piezoelementen 16 von beiden Seiten gegen seitlich angeordnete Membranen gedrückt wird, vorzugsweie in entgegengesetzten Richtungen; die Längsrichtung der Düse 8 und die Richtung eines diese verlassenden Tropfens 24 sind jedoch um 90° gegenüber der gemeinsamen Linie der Aktionsrichtungen der Piezoelemente 16 gegeneinander versetzt. Furthermore, there is the so-called "shared wall" arrangement, where by means of piezoelectric elements 16 is pressed from both sides against laterally arranged membranes, preferably in opposite directions, but the longitudinal direction of the nozzle 8 and the direction of a drop 24 leaving these are by 90 ° offset relative to the common line of the directions of action of the piezo elements 16 against each other.
Die Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen: The invention offers a number of advantages:
Der Zeitpunkt des Feuersignals ist unabhängig von einem Vorsignal oder einer Schwingung, da bei Frequenzruhe gefeuert wird. Allenfalls wenn einem Bildpunkt die Farbintensität null zugeordnet ist, entsprechend keinem Tintentropfen, kann ein Platzhaltersignal ausgegeben werden, welches ähnlich dem im Stand der Technik erzeugten Vorsignal von seiner Intensität her zu schwach ist, um das Abstoßen eines Tropfens zu bewirken. Ein solches Platzhaltersignal soll nur dem Zweck dienen, die Tinte innerhalb der Tintenkamme 12 während Phasen des Nichtgebrauchs in einem druckreifen Zustand mit einer optimalen Viskosität zu halten. Außerdem kann eine restliche Eigenschwingung von einem vorangehenden Ansteuersignal gelöscht werden, wenn die Ansteuerung antizyklisch erfolgt, d.h., bei Ttr0pf = Tres / 2. The timing of the fire signal is independent of an advance signal or a vibration, as is fired at frequency rest. At best, if a pixel is assigned the color intensity zero, corresponding to no ink drop, a dummy signal can be output, which is too weak in intensity, similar to the pre-signal generated in the prior art, to cause the ejection of a drop. Such a wildcard signal is intended only for the purpose of printing the ink within the ink comb 12 during non-use phases Condition with an optimal viscosity. In addition, a residual self-oscillation can be deleted from a preceding drive signal if the drive takes place anticyclically, ie, at T tr0 pf = T res / 2.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich aufeinanderfolgende Tintentropfen 24 mit unterschiedlichen, voneinander unabhängigen Tropfengrößen realisieren, die sich gegenseitig nicht beeinflussen. With the method according to the invention, successive ink droplets 24 with different, independent droplet sizes can be realized which do not influence each other.
Dabei ist die Tropfengröße jeweils nur abhängig von The drop size is only dependent on
der Dauer der ansteigenden und/oder abfallenden Flanke eines Druckimpulses (eine schnellere Flanke resultiert in einer kleineren Tropfengröße), und/oder  the duration of the rising and / or falling edge of a pressure pulse (a faster edge results in a smaller drop size), and / or
der Dauer eines Druckimpulses insgesamt (ein kürzerer Druckimpuls hat eine kleinere Tropfengröße zur Folge), und/oder  the duration of a pressure pulse in total (a shorter pressure pulse results in a smaller drop size), and / or
der Amplitude oder Höhe eines Druckimpulses (bei kleinerer Amplitude ist der Tropfen kleiner),  the amplitude or height of a pressure pulse (at smaller amplitude the drop is smaller),
und jeweils umgekehrt, d.h., größere Tropfengrößen lassen sich durch die jeweils entgegengesetzte Maßnahme erzielen. and, conversely, that is, larger drop sizes can be achieved by the opposite measure.
Durch Variation der obigen Parameter ist es möglich, in einer einzigen Sequenz zur Erzeugung eines Bildpunktes mittels mehrerer Druckimpulse mehrere Tropfen 24 mit unterschiedlichen Größen bzw. Volumina abzustoßen, um Zwischengrößen der Farbintensität zu erreichen. By varying the above parameters, it is possible to eject a plurality of drops 24 of different sizes or volumes in a single sequence for generating a pixel by means of a plurality of pressure pulses in order to achieve intermediate quantities of the color intensity.
Die Tropfengröße ist dagegen nur bedingt abhängig vom Düsendurchmesser, da der Tropfen/Meniskus beim Feuern nicht schwingt und vom Düsenrad begrenzt wird, sondern rein von der Energie des Impulses abhängt. Beim derzeitigen Stand der Technik ist der Düsendurchmesser das bestimmende Element der Tropfengröße. The droplet size, however, is only conditionally dependent on the nozzle diameter, since the drop / meniscus does not vibrate during firing and is limited by the nozzle wheel, but depends purely on the energy of the pulse. In the current state of the art, the nozzle diameter is the determining element of the droplet size.
Ferner sind bei der Erfindung die abgestoßenen Tropfen 24 sehr stabil und präzise. Die maximale Tropfengeschwindigkeit wird geringer; neben, vor oder hinter dem Haupttropfen gibt es keine unerwünschten Satellitentropfen. Furthermore, in the invention, the ejected drops 24 are very stable and precise. The maximum drop speed becomes lower; next to, in front of or behind the main drop there are no unwanted satellite drops.
Mit dem erfndungsgemäßen Verfahren ist eine viel höhere Feuerfrequenz möglich als beim Stand der Technik, bei gleichzeitig steigender Präzision und variabler Tropfengröße. Die Frequenz lässt sich um ca. 100 % steigern auf etwa 200 %, wobei gleichzeitig feinere Grauabstufungen erzielbar sind. With the method according to the invention, a much higher firing frequency is possible than in the prior art, with simultaneously increasing precision and variable droplet size. The frequency can be increased by about 100% to about 200%, at the same time finer shades of gray can be achieved.
Beim Verdrucken von höherviskösen (Tinten-) Flüssigkeiten beträgt die Einsparung ca. 5 bis 10 %. When printing higher viscosity (ink) liquids, the saving is about 5 to 10%.
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Bezugszeichenliste Tintendruckkopf List of Reference Intaglio print head
Platte plate
Befestigungsbohrung mounting hole
Befestigungsbohrung mounting hole
Endbereich end
Mittelteil midsection
Flachseite flat side
Düse jet
Schraubenköpfe screw heads
Flachseite flat side
Drucksystem printing system
Tintenkammer ink chamber
Tintenkanal ink channel
Tintenvorratsraum Ink reservoir
Membran membrane
Piezoelement piezo element
rückwärtiger Block rear block
Ansteuerschaltung drive circuit
Speisespannung supply voltage
Graph graph
erster Impuls first impulse
Folgeimpuls follow-up pulse
Plateauphase plateau phase
Tropfen drops

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Ansteuerung eines Tintendruckkopfs (1 ), umfassend wenigstens ein Drucksystem (11 ) mit einer Düse (8) an der einem zu bedruckenden Substrat zugewandten Seite einer Tintenkammer (12), die wenigstens bereichsweise, vorzugsweise in ihrem dem Drucksubstrat abgewandten Bereich, durch eine Membran (15) begrenzt wird, welche durch elektrische Ansteuerung eines mit der Membran (15) mechanisch gekoppelten Piezoelements (16) von der Tintenkammer (12) weg bewegbar ist, um Tinte aus einem Tintenvorratsraum (14) in diese hineinzusaugen, sowie zu jener hin oder in diese hinein bewegbar ist, um daraus durch die Düse (8) einen Tintentropfen (24) herauszudrücken, wobei das Drucksystem (11), bestehend aus Tintenkammer (12), Membran (15), Piezoelement (16) und dessen Ansteuerschaltung (18), ein schwingfähiges Gebilde darstellt, welches bei einer energiereichen Ansteuerung zu einer Schwingung mit einer Eigenfrequenz fres angeregt wird, die eine Resonanz zeigt, d.h., dass die Schwingung mit der Periode Tres = 1 / fres nicht oder nur kaum bedämpft wird, und wobei die Farbintensität eines zu druckenden Bildpunktes dadurch variiert werden kann, indem pro Bildpunkt eine Sequenz von mehreren Tintentropfen (24) aus der selben Düse (8) hintereinander herausdrückbar ist, mit einem zeitlichen Abstand ΤίΓ0Ρί = 1 / ftropf. dadurch gekennzeichnet, dass über das Ansteuersignal nur genau dann Energie in das Drucksystem (11 ) eingeleitet wird, wenn auch tatsächlich ein Tintentropfen (24) herausgedrückt werden soll. Method for controlling an inkjet print head (1), comprising at least one printing system (11) with a nozzle (8) on the side of an ink chamber (12) facing a substrate to be printed, which at least partially, preferably in its region facing away from the printing substrate, passes through a Membrane (15) is limited, which is movable by electrical actuation of a mechanically coupled to the membrane (15) piezo element (16) of the ink chamber (12) to suck ink from an ink reservoir (14) into this, as well as to that or can be moved into it, in order to push out an ink drop (24) through the nozzle (8), the printing system (11) consisting of ink chamber (12), membrane (15), piezo element (16) and its drive circuit (18 ), an oscillatory structure, which is excited in a high-energy activation to a vibration with a natural frequency f res , which shows a resonance, ie, that the vibration m it period T res = 1 / f re s the color intensity of an image to be printed dot can only hardly attenuated or not, and wherein be varied by using per pixel, a sequence of a plurality of ink drops (24) from the same nozzle (8) in succession with a time interval Τ ίΓ0Ρ ί = 1 / ftropf. characterized in that on the drive signal only then energy is introduced into the printing system (11), even if an ink droplet (24) is actually to be pushed out.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen ungleich der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems (11 ) ist: T, tropf res- A method according to claim 1, characterized in that the minimum time interval T tr0 pf between temporally successive pressure control signals not equal to the oscillation period T res = 1 / f res the resonant natural frequency f res of the printing system (11) is: T, drip res-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale zeitliche Abstand Ttropf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise kleiner ist als die anderthalbfache Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems (11): 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the minimum time interval T drip between temporally successive pressure control signals is equal to or preferably smaller than one and a half times the oscillation period T res = 1 / f res of the resonant natural frequency f res of the printing system ( 11):
Ttropf < Tres 1 ,5. T drop <T res 1, 5.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise kleiner ist als die doppelte Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems (11 ): 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the minimum time interval T tr0 pf between temporally successive pressure control signals is equal to or preferably smaller than twice the oscillation period T res = 1 / f res of the resonant natural frequency f res of the printing system (11):
T, tropf _S Tres 1 2. T, drip _S T r es 1 2.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise größer ist als ein Drittel der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems (11 ): 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the minimum time interval T tr0 pf between temporally successive pressure control signals equal to or preferably greater than one-third of the oscillation period T res = 1 / f r it the resonant natural frequency f res of the printing system (11):
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale zeitliche Abstand Ttr0pf zwischen zeitlich aufeinander folgenden Druck-Ansteuersignalen gleich oder vorzugsweise größer ist als zwei Fünftel der Schwingungsperiode Tres = 1/fres der resonanten Eigenfrequenz fres des Drucksystems (11): Ttropf > Tres / 2,5. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the minimum time interval T tr0 pf between temporally successive pressure control signals is equal to or preferably greater than two-fifths of the oscillation period T res = 1 / f re s the resonant natural frequency f res of the printing system (11): Drop> T res / 2.5.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe oder das Volumen eines Tintentropfens (24) vergrößert wird, indem die Amplitude eines AnSteuerimpulses erhöht wird. A method according to any preceding claim, characterized in that the size or volume of an ink drop (24) is increased by increasing the amplitude of a drive pulse.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe oder das Volumen eines Tintentropfens (24) vergrößert wird, indem die Gesamtdauer eines AnSteuerimpulses oder die Dauer der Plateauphase eines AnSteuerimpulses erhöht wird. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size or volume of an ink drop (24) is increased by increasing the total duration of a drive pulse or the duration of the plateau phase of a drive pulse.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe oder das Volumen eines Tintentropfens (24) vergrößert wird, indem die Dauer der ansteigenden und/oder abfallenden Flanke eines AnSteuerimpulses erhöht wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size or the volume of an ink drop (24) is increased by the duration of the rising and / or falling edge of a AnSteuerimpulses is increased.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe oder das Volumen eines Tintentropfens (24) nicht von der Dauer oder sonstigen Eigenschaften eines vorangehenden AnSteuerimpulses abhängt. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size or the volume of an ink drop (24) does not depend on the duration or other properties of a preceding AnSteuerimpulses.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen der zu druckenden Tintentropfen (24) einer Bildpunkt-Sequenz unterschiedlich sind und/oder unabhängig voneinander. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sizes of the ink drops to be printed (24) of a pixel sequence are different and / or independently.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe unterschiedlicher Tropfengrößen nichtlinear ist. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the row of different drop sizes is non-linear.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass allenfalls bei einem Bildpunkt, dem die Farbintensität null zugeordnet ist, entsprechend keinem Tintentropfen, ein Platzhaltersignal ausgegeben wird, welches jedoch von seiner Intensität her zu schwach ist, um das Abstoßen eines Tropfens zu bewirken; ist einem Bildpunkt jedoch nicht die Farbintensität null zugeordnet, entsprechend einem oder mehreren Tintentropfen, so gibt es jedoch weder vor noch zwischen den AnSteuerimpulsen dieser Bildpunktsequenz ein nicht druckendes Vor- oder Zwischensignal. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at most at a pixel to which the color intensity is assigned zero corresponding to no drop of ink, a placeholder signal is output, which is too weak in intensity, to the repulsion of a drop cause; However, if a pixel is not associated with zero color intensity, corresponding to one or more drops of ink, then there is no pre- or intermediate non-printing signal either before or between the drive pulses of that pixel sequence.
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