EP3720719B1 - Printing method for a digital printing device - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a printing method for a digital printing device, comprising a print head with a plurality of printing systems and at least one control device in order to send control signals to the printing systems for generating ink droplets, each printing system having a nozzle, at least one ink chamber and one associated e.g. piezoelectric activator for ejecting ink drops from the relevant ink chamber through the relevant nozzle onto a substrate to be printed in response to a drive signal.
- a printing method for a digital printing device comprising a print head with a plurality of printing systems and at least one control device in order to send control signals to the printing systems for generating ink droplets, each printing system having a nozzle, at least one ink chamber and one associated e.g. piezoelectric activator for ejecting ink drops from the relevant ink chamber through the relevant nozzle onto a substrate to be printed in response to a drive signal.
- offset printing is one of the most widespread printing techniques for book, newspaper, advertising and packaging printing.
- an individual printing plate is first made, from which the color is then first transferred to a rubber cylinder during the printing process and from there to the substrate to be printed.
- a separate printing plate is required for each motif and each colour.
- the comparatively high quality of offset printing is offset by a comparatively low resolution, e.g. B, 150lpi or 120lpi (raster of 150 raster dots or 120 raster dots per square inch), but in which almost infinitely different dot sizes are available for each dot.
- the color intensity can range from white to e.g. B. 100% magenta can be realized simply by increasing the size of the color dots.
- Ink jet printers or laser printers are primarily considered as printing devices. By doing without a printing plate, digital printing - especially for smaller runs - easier, faster and cheaper.
- the print is either controlled by individual electrostatic charging of a continuous ink jet, which can then be deflected in a field depending on its electrical charge (continuous inkjet process, CIJ), or by the delivery of individual Drop on Demand (DOD) process.
- CIJ continuous inkjet process
- DOD Drop on Demand
- the aim of the industry is a printing technique that makes use of the advantages of both printing techniques without their disadvantages.
- the requirements such a printing technique can be described as follows:
- the advantages of offset printing namely high quality with low resolution, high speed, stable printing over a long period of time, but without the disadvantages of offset printing, i.e. the need to create printing plates, but rather a digital one Control, e.g. for the purpose of quick change of motif, etc.
- Both the software and the hardware must be able to send enormous amounts of print data to the printing units, which must first be prepared for digital printing - similar to rip software, since print data usually has a resolution of 150 to 300 dpi the prepress stage, with each pixel being assigned an exact color value, this means that the print data is extrapolated or falsified to 1200 ⁇ 1200 or 1200 ⁇ 2400 dpi.
- the pure file grows uncompressed by a factor of 16 to 32.
- An alternative approach to developing a printing machine with the characteristics mentioned above - i.e. high quality with low resolution, high speed, stable printing over a long period of time without using printing plates - would be to control a print head in such a way that it is similar to the offset for each pixel prints a drop of the appropriate drop size.
- a single waveform for the control signal with a predetermined time profile in the form of a single pressure pulse is preferably stored, comprising a first edge for increasing the volume of an ink chamber by means of the relevant activator, followed by a first hold time, while the ink is sucked into the relevant ink chamber, as well as a second flank to reduce the volume of the relevant ink chamber by means of the relevant activator, followed by a second hold time during which an ink droplet is shot out of the associated nozzle, the different droplet size being thereby achieved that at most with a single droplet size the entire waveform is transmitted as a control signal to the relevant activator, while with all other droplet sizes one or more sections of the stored, common waveform, esp consisting of the first edge, the first hold time, the second edge and the second hold time, are kept away from the relevant activator as part of the control signal.
- the droplet size can also be influenced significantly and reliably by suppressing one or more sections of a stored, common waveform, i.e. droplets with significantly different sizes can be generated, with the repeatability being very precise, i.e. the different droplet sizes are maintained with great precision.
- the individual suppression of individual sections of a saved, common waveform allows a more flexible influence on the droplet size. For example, the start and end times of portions of the common waveform to be transmitted can be influenced analogously, ie steplessly, while the number of different droplet sizes can be counted for different waveforms to be stored.
- the invention recommends using a drive stage with a switched output or preferably a drive stage with a controlled or regulated output to drive an activator.
- a switched output is to be understood as meaning a circuit which can switch back and forth on the output side between two or more predetermined, preferably constant voltages, i.e. between 0 V and 20 V, for example not specified, but the output always follows the switched through constant voltage value with the highest possible speed.
- a controlled or regulated output several or ideally any intermediate voltages are possible.
- the drive circuit prefferably has a high impedance at its drive output, which is connected to an activator, during partial sections of the stored waveform that are not switched through. In this high-impedance state, the activator is left to its own devices. An activator "with a memory” that can save its last set state is therefore recommended.
- control output of the control circuit which is connected to an activator, is constructed in the manner of a push-pull circuit with two transistors connected in series on the output side. These transistors can be operated in different ways.
- the two transistors connected in series on the output side of the control output of the control circuit connected to an activator should both have a high resistance on the output side when not switched through, in order to give the connected activator the possibility of not having to be influenced by the control circuit; Rather, the currently prevailing ink pressure or negative pressure could influence the output voltage, so that an immediate reaction to changed environmental conditions is possible.
- the arrangement should be such that during the first or second flank the volume of an ink chamber is increased by means of the activator in question, and ink is sucked into the ink chamber in question during the first or second holding time that immediately follows .
- the volume of the relevant ink chamber should be reduced by means of the relevant activator during the other, second or first edge, and an ink droplet should be shot out of the associated nozzle during the immediately following, second or first hold time.
- a piezo element is used as an activator, which is in contact with an ink chamber in the area of an ink nozzle in order to influence the volume of the ink chamber.
- a piezo element can be both contracted and expanded, so that a single, controllable element can be used to load or soak the ink chamber with ink and to push out or shoot an ink drop.
- the piezo element has conductive coatings on two opposite sides, these can be used as electrodes in order to control the piezo element.
- the electrical charge applied to the piezo element during a charging phase depends on the applied voltage on the one hand and on the duration of the charging phase on the other.
- the invention can be further developed such that at least two intervals are selected from the stored waveform and transmitted to the activator.
- At least two intervals selected and transmitted to the Activator should not be contiguous.
- the invention provides that the intervals transmitted to the activator are selected from a first or second holding time.
- the invention prefers that no edge is transferred to the activator in the case of one, several or all effective droplet sizes. Since no stored edge is transmitted, but rather only—in whole or in part—a few or all holding phases, a new setpoint value is specified instead of predetermined edges, which the output voltage can automatically approach.
- the stored waveform comprises two or more successive drive pulses, each of which has a first edge, followed by a first hold time, and, following the first hold time, a second, opposite edge, possibly followed by a second hold time.
- a first control pulse primarily serves to form an ink drop
- the second control pulse serves to shape it, in particular to reduce or supplement it, and/or to modify its movement, in particular to accelerate or decelerate.
- Two or more drive pulses of the stored waveform can differ from one another, in particular with regard to the slope of the first edge and/or the second edge, and/or with regard to the first hold time and/or the second hold time, and/or with regard to the amplitude of the first and/or or second hold time, and/or in terms of the rise or fall time during the first edge and/or the second edge. In this way, the different requirements for different control pulses can be taken into account.
- the amount of ink flowing into the ink chamber during a holding time when the volume of the ink chamber is increased depends on the degree of increase in volume and on the duration of the relevant increase in volume.
- the volume of an ink drop shot out during a flank in which the volume of the ink chamber in question is reduced by means of the activator in question increases with the slope of the flank in question, in which the volume within the ink chamber is reduced as an exception, explicitly specified, for example, if necessary, with an intrinsic droplet size, with the entire stored waveform being passed on to the print head as a control signal; in most other cases, only hold phases are switched through, with the edge slope then being at its maximum in a transition phase, and thus higher than with the intrinsic droplet size.
- the volume of an ink droplet shot out during an edge of a drive pulse can increase with the duration of the effective holding time that immediately follows, because the droplet can form undisturbed in the meantime and can therefore grow to its full size.
- the duration of the effective holding time immediately following an edge is determined by the time interval between a following edge of the drive signal.
- a flank of a second drive pulse which follows before the break-off of the ink drop emitted during a first drive pulse and increases the volume within the ink chamber (again) is able to reduce the volume of the ink drop, because as a result a larger part of the ink drop is held back, ie a flank which follows before the drop breaks off and increases the chamber volume pulls back a part of the drop, as it were.
- an edge of a second drive pulse which decreases the volume within the ink chamber (again) after the ink drop formed during a first drive pulse, can increase the volume of the ink drop, namely if an additional amount of ink is emitted as a result.
- an additional amount of ink can be delivered if there is a sufficient amount of ink between the edge that increases the volume within the ink chamber (again) and a subsequent edge of a second drive pulse that decreases the volume within the ink chamber (again). has been sucked into the ink chamber, and if the slope reducing the volume inside the ink chamber (again) is sufficiently steep.
- the speed of an ink drop shot out during an edge of a drive pulse increases with the amplitude or the stroke of the edge of the drive pulse. Because with increasing amplitude, increased pressure can be built up and thus a higher force, which results in a stronger acceleration of the ink to greater speeds.
- this duration of the charging current can be used to influence the speed of the ink droplets.
- An ink drop that is actually too fast can be prevented by shortening the duration of the charging current, i.e. the actively switched through holding phase, can be set slower, and an ink drop that is too slow will become faster by increasing the duration of the charging current.
- the duration of the actively impressed charging current for the activator should be shorter for larger droplet sizes than for smaller droplet sizes, so that the speed of an ink droplet shot out during an edge of a drive pulse is approximately the same for all droplet sizes.
- In 1 shows the procedure that is customary in the prior art for changing the gray level at a pixel, namely by a corresponding multiplication of the number of drive pulses in the area of the relevant pixel. If there instead of a single control pulse two or - as in 1 shown - three control pulses are generated and sent to the printing system in question, then the multiple amount of an ink jet drop reaches the relevant pixel to be printed. If a single ink drop is 7 pl (picoliters) in size, then two ink drops will be 14 pl and three ink drops will be 21 pl.
- Figure 1 shows what a waveform 1 used by the invention to generate all ink drops of different sizes looks like.
- the inactive starting position 2 at the voltage level 0V, at which the level is also at the end of the stored pulse sequence returns again.
- This is preferably an extreme value of the available voltage level.
- the other extreme value is a voltage level of -20 V, which in 2 represents the lowest voltage level.
- the stored waveform 1 has a first edge 3 after the initial value 2, during which the volume within the ink chamber of the relevant printing system increases, followed by a first hold time 4, in which the ink has the opportunity due to the negative pressure in the enlarged ink chamber to flow into those.
- a second flank 5 in which the volume of the ink chamber is reduced, followed by a second waiting time 6, in which a droplet is fired from the ink chamber through the nozzle in the direction of the substrate to be printed.
- the entire sequence, consisting of the initial waiting time 2, the first edge 3, the first holding time 4, the second edge 5 and the second holding time 6, consists of a sequence duration T of, for example, a total of 10 ⁇ s.
- one fifth of the total sequence duration T can be allocated to the initial waiting time 2, the first edge 3, the first holding time 4, the second edge 5 and the second holding time 6, in the present example then 2 ⁇ s each.
- the output or the output stage of the drive amplifier can be identical in both cases, e.g. with two transistors connected together in such a way that their collector-emitter paths are in lie in a row. Both transistors can then be switched on anti-cyclically, i.e. in such a way that one of the two is always conducting and the other is not.
- the potential at the connection node between the two transistors is then either at the upper potential (here 0 V) or at the lower potential (here -20 V) depending on the switching state.
- any intermediate value between the two input voltages (here 0 V on the one hand and -20 V on the other) can be generated.
- a very precise control of the amplifier output would be possible, for example, by feedback of the output voltage and a comparison with a specified target value, in which case the identity of the two voltages (if necessary multiplied by a factor, which is determined by using a voltage divider in the actual value acquisition) can be determined by means of a controller can be realized at the amplifier output) can be ensured.
- a stored waveform 2 can be fed as a time variable to the setpoint input of such an amplifier, and this then provides exactly this voltage (or a multiple thereof) at its output as a control signal for a printing system.
- a stored waveform i.e. a waveform stored in the form of digital values, as an analog desired value into such an amplifier stage, a digital-to-analog conversion of the stored waveform 1 necessary.
- the stored digital values of waveform 1 are limited to a finite number of bits - you can see this in the edges 8', 9' of the output signal of an amplifier operated in this way or in the control signal 7' generated by it, a multiplicity of small stages 10, as in 4 to see.
- these steps 10 are irrelevant for the printing process, or they were ignored or not noticed. However, the following can be observed.
- the steps induce micro-vibrations in the piezo element, which are partially dampened by the ink, but ultimately still affect drop formation to the extent that there are assumed ideal values for the waveform of a single drop, unique to each different print head.
- These ideal values for the flanks and hold times were defined as the resonance of the print head because drop formation at these values was found to be ideal. Shorter times or longer times resulted in drop formation deterioration, most likely because the ink dampened the micro-vibrations too little or too much, thereby adversely affecting the drop.
- FIGS Figures 5 to 5f shows the drive signal 7 ', as it arrives effectively at a printing system.
- the time axis is always to the right, and the time-dependent amplitude of the control signal 7' is to the top.
- a solid line means that the voltage of the control signal 7' is explicitly specified at the relevant points in time and is transmitted to the relevant printing system, while a dashed line means that the control signal is not specified at these points in time. Either no control signal is generated at these times, or it is not transmitted to the activator of the printing system. This could be done, for example, by interrupting the supply line between the control stage and the activator, or by blocking both transistors of the output stage of the amplifier in question. It is also possible in this case to break the control loop or to disconnect or disconnect the setpoint of the control loop.
- the Figures 6 to 8 show further possibilities how the control signal 7' can be further optimized.
- the according to the Figures 5 to 5f modifiable part of the control signal, ie the initial waiting time 11, the first edge 8, the first holding time 12, the second edge 9 and the second holding time 13, can always be found in the middle of the illustrated control sequence.
- the initial waiting time 11 can be preceded by a small pre-firing pulse 14, which has an increasing effect on the droplet volume.
- a small pre-firing pulse 14 which has an increasing effect on the droplet volume.
- an oscillation of the system can be controlled, which can result in particularly steep flanks.
- a counter-pulse 15 with a reduced amplitude can be generated the amount of drops has a reducing effect. The tearing off of the drop can thus be triggered prematurely.
- the pre-pulse does not generate its own drop, but instead influences a drop that may immediately follow.
- first edge 8, first holding time 12, second edge 9 and second holding time 13 can also be followed by at least one further, preferably controllable, pressure pulse 17, so that one pixel can also have two or more ink drops can be assigned to different sizes.
- an ink quantity of 42 pl can be applied to paper or to the substrate in a comparatively short time interval of only 20 ⁇ s. For this would be according to the usual procedure 1 double the time required.
- droplets are obtained from a small nozzle with, for example, a nominal droplet size of 7 pl Drop sizes, for example in a range from 5 pl or less to 50 pl or more.
- pre-firing pulses or counter-pulses can also be influenced in a corresponding manner.
- all the required droplet sizes are obtained from one and the same nozzle in order to print with a low physical resolution comparable to offset printing and, at the same time, to produce a high optical print quality. That means, for example, for an image to be printed with a resolution of 300 x 300 dpi despite a high printing speed of e.g. 1 m/sec. only a firing frequency of 12 kHz is required.
- the method according to the invention offers a further advantage, since the drop velocity can also be influenced by selecting suitable sections of the stored waveform.
- the inventor has found that a combination of two or more drive pulses 18, 19 results in additional setting parameters that make it possible to vary the two variables, droplet size and droplet speed, in different ways.
- the first drive pulse 18 takes a longer period of time than the following, second drive pulse 19. This is because the slope of the edge 3a" of the first drive pulse 18 has a lower slope than the corresponding edge 3b" of the second drive pulse 19, and flank 5a" is also flatter than flank 5b". Furthermore, the hold time 4a" of the first drive pulse 18 is longer than the hold time 4b" of the second drive pulse 19.
- the levels of the holding times 4a" and 4b" could also be of different sizes, which, however, is not the case in the embodiment according to FIG 10 is not realized.
- the parameters of the stored waveform 1" are selected in such a way that ink drops of different sizes but the same speed can be generated with this single waveform 1".
- control signals 20a" to 20z" are shown below the stored waveform 1" which are more or less inverted, i.e. only the partial sections of waveform 1" are switched through to the printing unit during the low phases of the relevant control signal 20a" to 20z".
- the second drive pulse 19 is not switched through, and an ink droplet with a size of 10 pl is obtained, which is however comparatively slow, precisely because of the small incline of the flanks 3a" and 5a".
- control signal 20z" only forwards the second drive pulse 19 to the connected printing unit, while the first drive pulse 18 is suppressed.
- edges 3b" and 5b" are somewhat steeper than the edges 3a" and 5a" of the first drive pulse 18 the holding phase 4b" is too short for an ink drop of sufficient size to form and also to detach from the printing unit with a sufficient pulse; again, no ink drop is formed at all.
- control signal 20c comes closest to the single, "intrinsic” ink drop that is generated from the first control pulse 18 in the case of the control signal 20x"; this also delivers an ink droplet with a volume of 10 pl, which, however, is significantly faster than the ink droplet generated with the control signal 20 ⁇ ".
- the control signal 20 ⁇ " only switches through the hold phase 4b" of the second drive pulse 19 and a part that is separated in time from it of the second holding phase 6b" of this second drive pulse 19.
- the edges 3b" and 5b" are not predetermined, but are abruptly switched over to the respective voltage level 4b" or 6b" with high resistance, so that a maximum gradient of the flanks actually applied results, which enables the droplet to be detached.
- the immediately following section 6b" is not switched through, but a waiting time elapses in which the ink chamber can fill up. Because of the steep flanks, the ink drop in the control signal 20c" detaches itself from the print head under comparatively high pressure and therefore receives a comparatively high speed v.
- control signal 20c which supplies an ink droplet with the volume 10 pl by selectively switching through parts of the second drive pulse 19
- the control signal 20d leads to a comparable procedure with regard to the first drive pulse 18; by selectively gating parts of it, an ink droplet with a volume of 12 pl is produced, but with the same velocity v.
- the drive signal 20e" represents a slightly modified combination of the two control signals 20c" and 20d", a section of the first holding phase 4a" and the second holding phase 6a" of the first drive pulse 18 being switched through, as well as a section of the first holding phase 4b" in each case. and the second holding phase 6b" of the second drive pulse 19.
- a second ink droplet can be set in motion, presumably even before the droplet breaks off the ink droplet applied during the first drive pulse 18, i.e. these two ink droplets are either originally bonded together or fuse in flight and therefore impact the substrate to be printed as a single drop of ink.
- a drop with a volume of 16 pl is obtained; the speed v is equal to the speed generated with the control signals 20c" and 20d".
- the control signal 20a" results in a further reduction of the ink droplet volume. This is achieved by switching through only two mutually separate sections 4a", 6a" of the first drive pulse. The consequence of this is that the first two edges (at 3a" and 5a") become steeper and the ink drop thus obtains a comparable or even greater initial velocity; at the same time, however, as a result of the shortening of the ink loading phase to the plateau of the holding phase 4a", less ink is drawn into the ink chamber and therefore only a smaller ink drop forms . From this, even a partial volume is then withdrawn again by the partially switched-through second drive pulse 19, in the manner of a counter-pulse. Finally, an ink drop of only 4 pl is obtained, but again with the speed v due to the high initial speed.
- FIGs 11a to 11d Another possibility for influencing the droplet size and/or speed is shown, which can be used in particular when using piezo elements as activators:
- a stored waveform 1 is shown, which corresponds to waveform 1 2 is equivalent to. You can see the holding phases 2, 4, 6 and the two edges 3, 5. The amplitude is 20 V on each edge 3, 5.
- the hold phase 4 is not switched through completely, but only to a very small extent, e.g. for a duration of about a quarter or fifth of the entire hold phase 4. This is so short that the switch-through duration between the two high-impedance phases of the output stage of the Control circuit is not sufficient to bring enough charge carriers to the electrodes of the piezoelectric element, which are required to lower the voltage 21 between those of initially 20 V to 0 V. Rather, the stroke or the amplitude in the area of the flank 3 is shortened, and the voltage 21 drops, for example, by only about 16 V, ie from 20 V to 4 V. Since the holding phase 6, which is then switched through, is long enough, the voltage 21 then again tends towards 20 V.
- the piezo element does not carry out the full stroke, but only a stroke of 4/5 of the maximum amplitude, for example, the chamber volume increases only to a correspondingly reduced extent. Less ink is sucked in, and therefore only an ink droplet with a smaller volume can be emitted on the second flank, for example with one corresponding to about 4/5 of the volume Figure 11b reduced value.
- the Figure 11d shows a different procedure, but one that has a similar effect: It is not the switching through of holding phase 4 that is significantly shortened here, but the switching through of holding phase 6.
- the voltage 21 between the electrodes of the piezo element therefore initially follows the flank 3 of the stored waveform 1 almost exactly , i.e. also with an amplitude deviation of 20 V. The maximum possible amount of ink is thus sucked into the ink chamber.
- the strong reduction in the switched-through holding phase 6 means that the voltage 21 in the area of the flank 5 does not have sufficient opportunity to rise again to the full value of 20 V. Because of the electrode capacitances to be recharged, only a voltage 21 of about 16 V can be achieved with the amount of charge applied. Again, only a smaller amount of ink is released from the printing unit, in the present example again only in an order of magnitude of 4/5 of the maximum value Figure 11b .
- Another way of influencing the amplitude of a control signal is to provide not only a single supply voltage - e.g. 20 V - in addition to the ground potential 0 V, but several, i.e. 16 V and 20 V, for example, between which you can switch if necessary - for example between two control pulses 18, 19.
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Druckverfahren für eine digitale Druckvorrichtung, umfassend einen Druckkopf mit einer Mehrzahl von Drucksystemen sowie wenigstens eine Ansteuereinrichtung, um den Drucksystemen Ansteuersignale zur Erzeugung von Tintentropfen zuzuleiten, wobei jedes Drucksystem je eine Düse, wenigstens eine Tintenkammer und einen dieser zugeordneten, bspw. piezoelektrischen Aktivator zum Ausstoß von Tintentropfen von der betreffenden Tintenkammer durch die betreffende Düse auf ein zu bedruckendes Substrat als Reaktion auf ein Ansteuersignal aufweist.The invention relates to a printing method for a digital printing device, comprising a print head with a plurality of printing systems and at least one control device in order to send control signals to the printing systems for generating ink droplets, each printing system having a nozzle, at least one ink chamber and one associated e.g. piezoelectric activator for ejecting ink drops from the relevant ink chamber through the relevant nozzle onto a substrate to be printed in response to a drive signal.
Als indirektes bzw. analoges Druckverfahren ist der Offsetdruck eine der am weitesten verbreiteten Drucktechniken für Bücher-, Zeitungs-, Werbe- und Verpackungsdruck. Vor dem Druck wird zunächst eine individuelle Druckplatte gefertigt, von der dann während des Druckvorgangs die Farbe zunächst auf einen Gummizylinder übertragen wird und von dort sodann auf das zu bedruckende Substrat. Für jedes Motiv und jede Farbe wird hierfür eine eigene Druckplatte benötigt. Die vergleichsweise hohe Qualität des Offsetdrucks wird durch eine vergleichsweise niedrige Auflösung, z. B, 150lpi oder 120lpi (Raster von 150 Rasterpunkten bzw. 120 Rasterpunkten pro square inch) erzeugt, bei der aber für jeden Punkt nahezu unendlich verschiedene Punktgrößen zur Verfügung stehen. So kann bei vorgegebener Rastergröße die Farbintensität von Weiss bis z. B. 100 % Magenta allein durch die Grössenzunahme der Farbpunkte realisiert werden.As an indirect or analogue printing process, offset printing is one of the most widespread printing techniques for book, newspaper, advertising and packaging printing. Before printing, an individual printing plate is first made, from which the color is then first transferred to a rubber cylinder during the printing process and from there to the substrate to be printed. A separate printing plate is required for each motif and each colour. The comparatively high quality of offset printing is offset by a comparatively low resolution, e.g. B, 150lpi or 120lpi (raster of 150 raster dots or 120 raster dots per square inch), but in which almost infinitely different dot sizes are available for each dot. With a given grid size, the color intensity can range from white to e.g. B. 100% magenta can be realized simply by increasing the size of the color dots.
Beim Digitaldruck wird dagegen auf eine Druckplatte verzichtet und das Druckbild vielmehr von einem Computer direkt an eine Druckvorrichtung übertragen. Als Druckvorrichtungen kommen dabei vor allem Tintenstrahldruckwerke oder Laserdrucker in Betracht. Durch den Verzicht auf eine Druckplatte ist der Digitaldruck - gerade auch für kleinere Auflagen - einfacher, schneller und preiswerter. Bei gängigen Tintendruckern oder Tintenstrahldruckern, beispielsweise mit Piezodruckköpfen, wird der Druck entweder durch individuelle elektrostatische Aufladung eines kontinuierlichen Tintenstrahls gesteuert, welcher sodann abhängig von seiner elektrischen Ladung in einem Feld abgelenkt werden kann (Continous InkJet-Verfahren, CIJ), oder durch die Abgabe einzelner Tropfen bei Bedarf (Drop-on-Demand-Verfahren, DOD).With digital printing, on the other hand, there is no printing plate and the printed image is transferred directly from a computer to a printing device. Ink jet printers or laser printers are primarily considered as printing devices. By doing without a printing plate, digital printing - especially for smaller runs - easier, faster and cheaper. In common ink printers or inkjet printers, for example with piezo printheads, the print is either controlled by individual electrostatic charging of a continuous ink jet, which can then be deflected in a field depending on its electrical charge (continuous inkjet process, CIJ), or by the delivery of individual Drop on Demand (DOD) process.
Solche Digitaldrucker beherrschen jedoch pro Druckfarbe zumeist nur 2 oder 3 verschiedene Tropfengrößen, welche mit den Punktgrößen des Offsetdrucks korrespondieren. Während sich dies vor allem beim Ausdrucken von Texten oder von sonstigen Schwarz-Weiss-Dokumenten mit einem kräftigen Kontrast zwischen Hell und Dunkel kaum bemerkbar macht, sind Tintenstrahldrucker beim Ausdrucken von Farbfotos oder Schwarzweissbildern mit Grauschattierungen weniger geeignet. Falls zu diesem Zweck versucht wird, jeden einzelnen Bildpunkt in ein kleineres Raster von beispielsweise 4 mal 4 kleinere Punkte zu zerlegen und sodann 0, 1, 2 ... 15, 16 von diesen kleineren Rasterpunkten zu bedrucken, kann man zwar bereits 16 verschiedene Farbintensitäten unterscheiden; jedoch sind diese kleineren Helligkeitsrasterpunkte eines Bildpunktes durchaus vom Auge noch als Punkte oder jedenfalls als optische Unruhe wahrnehmbar, oder gar als sogenannter Moiree-Effekt führen, d.h., mikroskopische Strukturen wiederholen sich regelmäßig und erzeugen dadurch ein deutlich wahrnehmbares oder gar unübersehbares makroskopisches Muster. Darüber hinaus würde die Auflösung eines Bildpunktes in bspw. 16 kleine Rasterpunkte die Druckgeschwindigkeit extrem reduzieren, weil nun anstelle eines einzigen Druckimpulses 16 Druckimpulse erforderlich sind. Ferner benötigt man komplexe Algorithmen, um den oben genannten Moiree-Effekt sowie dergleichen nachteilige Effekte zu unterdrücken.However, such digital printers usually only manage 2 or 3 different droplet sizes per printing color, which correspond to the dot sizes of offset printing. While this is hardly noticeable when printing text or other black and white documents with a strong contrast between light and dark, inkjet printers are less suitable for printing color photos or black and white images with shades of gray. If, for this purpose, an attempt is made to break down each individual pixel into a smaller grid of, for example, 4
Aus dem Stand der Technik sind Dokumente
Ziel der Industrie ist eine Drucktechnik, die sich die Vorteile beider Drucktechniken zu Nutze macht, ohne deren Nachteile. Die Anforderungen an eine derartige Drucktechnik lassen sich wie folgt beschreiben: Die Vorteile des Offestdrucks, nämlich hohe Qualität bei geringer Auflösung, hohe Geschwindigkeit, stabiler Druck über einen langen Zeitraum, jedoch ohne die Nachteile des Offsetdrucks, also die Notwendigkeit der Erstellung von Druckplatten, sondern vielmehr eine digitale Ansteuerung, bspw. zum Zweck schneller Motivwechsel, etc.The aim of the industry is a printing technique that makes use of the advantages of both printing techniques without their disadvantages. The requirements such a printing technique can be described as follows: The advantages of offset printing, namely high quality with low resolution, high speed, stable printing over a long period of time, but without the disadvantages of offset printing, i.e. the need to create printing plates, but rather a digital one Control, e.g. for the purpose of quick change of motif, etc.
In dieser Richtung wurden zwar viele Versuche unternommen, jedoch stieß man dabei immer wieder auf Probleme, die sich beim derzeitigen Stand der Technik wie folgt darstellen:
Um die Qualität des Offsetdrucks rein optisch zu erreichen, benötigt der Digitaldruck wie oben beschrieben eine sehr viel höhere Auflösung. Eine hohe Druckgeschwindigkeit bei einer derart hohen physikalischen Auflösung benötigt eine sehr hohe Anzahl an Druckdüsen mit entsprechender hoher Dichte/Auflösung und hoher Feuerfrequenz (1200 dpi = 48 kHz / 2400dpi = 96 kHz) und gleichzeitig sehr kleinen Tropfen (1 pl bis 5 pl). Um eine hohe Druckstabilität über einen langen Zeitraum zu gewährleisten, werden Systeme teils redundant gebaut mit "Ersatzdüsen" für nicht korrekt druckende Düsen und entsprechenden technischen Vorrichtungen, welche selbige Düsen als fehlerhaft erkennen und entsprechend ersetzen.Although many attempts have been made in this direction, problems have always been encountered, which are as follows in the current state of the art:
In order to achieve the optical quality of offset printing, digital printing requires a much higher resolution, as described above. A high printing speed with such a high physical resolution requires a very high number of printing nozzles with a correspondingly high density/resolution and high firing frequency (1200 dpi = 48 kHz / 2400dpi = 96 kHz) and at the same time very small drops (1 pl to 5 pl). In order to ensure high pressure stability over a long period of time, systems are partly built redundantly with "replacement nozzles" for nozzles that are not printing correctly and corresponding technical devices that recognize the same nozzles as defective and replace them accordingly.
Für den Maschinenbauer bedeutet dies einen sehr hohen Anspruch an mechanische Bauteile, vor allem hinsichtlich der Justage der Druckköpfe, die im Bereich von wenigen Micrometern perfekt zueinander ausgerichtet werden müssen. Gleichzeitig benötigen diese Maschinen eine komplexe Überwachung der Düsen, z. B. in Form einer optischen Erkennung fehlerhafter Düsen während des Druckens und entsprechendem Ersatz dieser Düsen. Der ganze Materialtransport muss an den Digitaldruck angepasst werden, da Luftverwirbelungen die kleinen Tropfen von 1 pl bis 5 pl stark ablenken. Sowohl die Software als auch die Hardeware muss in der Lage sein, enorme Mengen an Druckdaten an die Druckeinheiten zu schicken, die vorher für den Digitaldruck aufbereitet werden müssen - ähnlich einer Rip-Software, Da Druckdaten gewöhnlich mit einer Auflösung von 150 bis 300 dpi aus der Druckvorstufe kommen, wobei jedem Pixel ein exakter Farbwert zugeordnet ist, bedeutet dies für die Druckdaten das Hochrechnen oder Verfälschen des Bildes auf 1200 × 1200 oder 1200 × 2400 dpi. Dabei wächst die reine Datei unkomprimiert schon auf das 16 bis 32-fache. Hinzu kommen diverse Algorithmen, die zum einen die mechanischen Toleranzen der Maschine kaschieren und gleichzeitig das perfekte Druckbild wiedergeben müssen ohne für das menschliche Auge erkennbare Effekte plus das herkömmliche Colormanagement für Farbtreue, etc.For the machine builder, this means very high demands on mechanical components, especially with regard to the adjustment of the print heads, which have to be perfectly aligned with each other within a few micrometers. At the same time, these machines require complex monitoring of the nozzles, e.g. B. in the form of optical detection of defective nozzles during printing and appropriate replacement of these nozzles. The entire material transport has to be adapted to digital printing, since air turbulence strongly deflects the small droplets of 1 pl to 5 pl. Both the software and the hardware must be able to send enormous amounts of print data to the printing units, which must first be prepared for digital printing - similar to rip software, since print data usually has a resolution of 150 to 300 dpi the prepress stage, with each pixel being assigned an exact color value, this means that the print data is extrapolated or falsified to 1200 × 1200 or 1200 × 2400 dpi. The pure file grows uncompressed by a factor of 16 to 32. In addition, there are various algorithms that on the one hand conceal the mechanical tolerances of the machine and at the same time have to reproduce the perfect print image without any effects recognizable to the human eye plus the conventional color management for color fidelity, etc.
Die Herstellung von Druckköpfen mit einer immer höheren physikalischen Auflösung (Düsendichte) und immer kleineren Tropfen bereitet Druckkopfherstellern ebenso große Probleme. Kleinste mechanische Abweichungen in der Fertigung, und/oder Düsen, welche nicht funktionieren, führen zu einem enormen Ausschuss in der Produktion und zu einem entsprechend hohen Endpreis der Druckköpfe.The production of printheads with ever higher physical resolution (nozzle density) and ever smaller drops also poses major problems for printhead manufacturers. The smallest mechanical deviations in production and/or nozzles that don't work lead to enormous rejects in production and to a correspondingly high end price for the print heads.
Ebenso aufwendig gestaltet sich die Arbeit der Tintenhersteller bzw. Druckkopfelektronik-Entwickler.The work of the ink manufacturers and print head electronics developers is just as complex.
Ein alternativer Ansatz für die Entwicklung einer Druckmaschine mit den oben erwähnten Eigenschaften - also hohe Qualität bei geringer Auflösung, hohe Geschwindigkeit, stabiler Druck über langen Zeitraum ohne Verwendung von Druckplatten - wäre es, einen Druckkopf derart anzusteuern, dass er ähnlich dem Offset für jeden Bildpunkt einen Tropfen in der passenden Tropfengröße druckt.An alternative approach to developing a printing machine with the characteristics mentioned above - i.e. high quality with low resolution, high speed, stable printing over a long period of time without using printing plates - would be to control a print head in such a way that it is similar to the offset for each pixel prints a drop of the appropriate drop size.
Deshalb ist bereits versucht worden, die Tropfenanzahl und/oder -größe bei gleichbleibender Düsengröße zu verändern.Attempts have therefore already been made to change the number and/or size of drops while the nozzle size remains the same.
Der übliche Weg hierfür ist die Vervielfältigung der Ansteuerimpulse pro Bioldpunkt. Je nachdem, in welchem zeitlichen Abstand diese Ansteuerimpulse aufeinander folgen, werden damit entweder mehrere Tropfen erzeugt, oder - wenn sich die einzelnen Tropfen im Bereich der Düse oder im Flug miteinander verbinden - größere Tropfen. Damit lassen sich pro Bildpunkt dunklere Farben realisieren bspw. ein dunkleres Grau bis hin zu Schwarz. Eine Verkleinerung der Tropfengröße zwecks Verbesserung der Grauabstufungen ist damit jedoch nicht möglich. Darüber sind für eine derartige Steigerung der Tropfenanzahl oder -größe mehrere Druckimpulse erforderlich, wodurch wiederum die Druckgeschwindigkeit leidet. Im Übrigen hat sich herausgestellt, dass normalerweise größere Tintentropfen eine hhere Geschwindigkeit haben als kleinere Tintentropfen, was sich in Form eines uneinheitlichen Druckbildes bemerkbar machen kann.The usual way to do this is to multiply the drive pulses per image point. Depending on the time interval at which these control pulses follow one another, either several droplets are produced or—if the individual droplets combine in the area of the nozzle or in flight—larger droplets. This allows darker colors to be realized per pixel, e.g. a darker gray to black. However, it is not possible to reduce the droplet size in order to improve the shades of gray. Furthermore, such an increase in drop number or size requires multiple print pulses, which in turn reduces print speed. In addition, it has been found that larger ink drops normally have a higher speed than smaller ink drops, which can manifest itself in the form of an inconsistent print image.
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein gattungsgemäßes Druckverfahren für einen Tintenstrahldruckkopf derart weiterzubilden, dass die Tropfengröße und/oder -geschwindigkeit mit einem möglichst geringen Aufwand beeinflusst oder eingestellt werden kann. Besonderes Interesse gilt der Frage, ob trotz unterschiedlicher Tropfengrößen eine einheitliche Tropfengeschwindigkeit sichergestellt werden kann.The disadvantages of the prior art described result in the problem initiating the invention of further developing a generic printing method for an inkjet print head in such a way that the droplet size and/or speed can be influenced or adjusted with as little effort as possible. Of particular interest is the question of whether a uniform droplet speed can be ensured despite different droplet sizes.
Die Lösung dieses Problems gelingt durch ein Druckverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This problem is solved by a printing process with the features of
Bevorzugt wird im Rahmen der Ansteuereinrichtung zur Erzeugung von Tintentropfen unterschiedlicher Größe eine einzige Wellenform für das Ansteuersignal mit einem vorgegebenen Zeitverlauf in Form eines einzigen Druckimpulses hinterlegt, umfassend eine erste Flanke zur Vergrößerung des Volumens einer Tintenkammer mittels des betreffenden Aktivators, gefolgt von einer ersten Haltezeit, während der Tinte in die betreffende Tintenkammer gesaugt wird, sowie eine zweite Flanke zur Reduzierung des Volumens der betreffenden Tintenkammer mittels des betreffenden Aktivators, gefolgt von einer zweiten Haltezeit, während der ein Tintentropfen aus der zugeordneten Düse hinausgeschossen wird, wobei die unterschiedliche Tropfengröße dadurch erreicht wird, dass allenfalls bei einer einzigen Tropfengröße die gesamte Wellenform als Ansteuersignal zu dem betreffenden Aktivator übertragen wird, während bei allen anderen Tropfengrößen ein oder mehrere Abschnitte der hinterlegten, gemeinsamen Wellenform, bestehend aus erster Flanke, erster Haltezeit, zweiter Flanke und zweiter Haltezeit, im Rahmen des Ansteuersignals von dem betreffenden Aktivator ferngehalten werden.Within the scope of the control device for generating ink droplets of different sizes, a single waveform for the control signal with a predetermined time profile in the form of a single pressure pulse is preferably stored, comprising a first edge for increasing the volume of an ink chamber by means of the relevant activator, followed by a first hold time, while the ink is sucked into the relevant ink chamber, as well as a second flank to reduce the volume of the relevant ink chamber by means of the relevant activator, followed by a second hold time during which an ink droplet is shot out of the associated nozzle, the different droplet size being thereby achieved that at most with a single droplet size the entire waveform is transmitted as a control signal to the relevant activator, while with all other droplet sizes one or more sections of the stored, common waveform, esp consisting of the first edge, the first hold time, the second edge and the second hold time, are kept away from the relevant activator as part of the control signal.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass auch durch die Unterdrückung eines oder mehrerer Abschnitte einer abgespeicherten, gemeinsamen Wellenform signifikant und zuverlässig auf die Tropfengröße eingewirkt werden kann, d.h., es lassen sich Tropfen mit deutlich abweichender Größe generieren, wobei die Wiederholgenauigkeit sehr präzise ist, d.h., die unterschiedlichen Tropfengrößen werden mit großer Präzision eingehalten. Andererseits erlaubt die individuelle Unterdrückung einzelner Abschnitte einer abgespeicherten, gemeinsamen Wellenform eine flexiblere Einflussnahme auf die Tropfengröße. Beispielsweise lassen sich die Einsatz- und Endzeitpunkte zu übertragender Anteile der gemeinsamen Weilenform analog, d.h. stufenlos beeinflussen, während bei unterschiedlichen abzuspeichernden Wellenformen die Anzahl der unterschiedlichen Tropfengrößen abzählbar ist. Dieser Vorteil resultiert insbesondere auch daraus, dass im Rahmen des vorliegenden Verfahrens nicht ganze Impulse ein- oder ausgeblendet werden wie dies bspw. beim Drucken mehrerer Tropfen angewendet wird, um die Tropfenanzahl zu verändern, sondern dass einzelne Zeitabschnitte eines einzelnen Druckimpulses aus- oder eingeblendet werden.The inventor has found that the droplet size can also be influenced significantly and reliably by suppressing one or more sections of a stored, common waveform, i.e. droplets with significantly different sizes can be generated, with the repeatability being very precise, i.e. the different droplet sizes are maintained with great precision. On the other hand, the individual suppression of individual sections of a saved, common waveform allows a more flexible influence on the droplet size. For example, the start and end times of portions of the common waveform to be transmitted can be influenced analogously, ie steplessly, while the number of different droplet sizes can be counted for different waveforms to be stored. This advantage also results in particular from the fact that within the scope of the present method, not entire pulses are faded in or faded out, as is the case, for example, when printing several drops in order to change the number of drops, but instead individual time segments of a single print pulse are faded in or faded out .
Die Erfindung empfiehlt, zur Ansteuerung eines Aktivators eine Ansteuerstufe mit einem geschalteten Ausgang zu verwenden oder vorzugsweise eine Ansteuerstufe mit einem gesteuerten oder geregelten Ausgang. Unter einem eschaiteten Ausgang soll in diesem Zusammenhang eine Beschaltung verstanden werden, welche Ausgangsseitig zwischen zwei oder mehreren, vorgegebenen, vorzugsweise konstanten Spannungen hin- und herschalten kann, also bspw. zwischen 0 V und 20 V. Solchenfalls wird eine Flanke als Übergang zwischen diesen Konstantspannungen nicht vorgegeben, sondern der Ausgang folgt stets mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit dem jeweils durchgeschaltenen Konstantspannungswert. Bei einem gesteuerten oder geregelten Ausgang sind mehrere oder im idealfall sogar beliebige Zwischenspannungen möglich.The invention recommends using a drive stage with a switched output or preferably a drive stage with a controlled or regulated output to drive an activator. In this context, a switched output is to be understood as meaning a circuit which can switch back and forth on the output side between two or more predetermined, preferably constant voltages, i.e. between 0 V and 20 V, for example not specified, but the output always follows the switched through constant voltage value with the highest possible speed. In the case of a controlled or regulated output, several or ideally any intermediate voltages are possible.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Ansteuerschaltung während nicht durgeschalteter Teilabschnitte der abgespeicherten Wellenform an ihrem mit einem Aktivator verbundenen Ansteuer-Ausgang hochohmig ist. In diesem hochohmigen Zustand ist der Aktivator quasi sich selbst überlassen. Es wird daher ein Aktivator "mit einem Gedächtnis" empfohlen, der seinen zuletzt eingestellten Zustand speichern kann.It is within the scope of the invention for the drive circuit to have a high impedance at its drive output, which is connected to an activator, during partial sections of the stored waveform that are not switched through. In this high-impedance state, the activator is left to its own devices. An activator "with a memory" that can save its last set state is therefore recommended.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass der an einem Aktivator angeschlossene Ansteuer-Ausgang der Ansteuerschaltung nach Art einer Gegentaktschaltung aufgebaut ist mit zwei ausgangsseitig in Reihe geschalteten Transistoren. Diese Transistoren lassen sich auf unterschiedliche Weise betreiben. Eienrseits kann amit jeweils eine von zwei Versorgungsspannungen an den Ausgang durchgeschalten werden, also bspw. Va,s = 0 V oder Va,s ± 20 V. Andererseits lässt sich damit auch ein Regelkreis aufbauen, wobei der als Ausgang dienende, gemeinsame Knoten beider Transistoren beliebige Zwischenwerte zwischen den beiden Versorgungsspannungen einnehmen kann, also bspw. 0 V ≤ V3,r ≤ 20 V.It has proven advantageous that the control output of the control circuit, which is connected to an activator, is constructed in the manner of a push-pull circuit with two transistors connected in series on the output side. These transistors can be operated in different ways. On the one hand, one of two supply voltages can be switched through to the output, e.g. V a,s = 0 V or V a,s ± 20 V of both transistors can assume any intermediate values between the two supply voltages, e.g. 0 V ≤ V 3,r ≤ 20 V.
Die zwei ausgangsseitig in Reihe geschalteten Transistoren des an einem Aktivator angeschlossenen Ansteuer-Ausgangs der Ansteuerschaltung sollten in nicht durchgeschaltetem Zustand beide ausgangsseitig hochohmig sein, um dem angeschlossenen Aktivator die Möglichkeit zu geben, sich nicht von der Ansteuerschaltung beeinflussen lassen zu müssen; vielmehr könnte dann der gerade herrschende Tintendruck oder -unterdruck die Ausgangsspannung beeinflussen, so dass eine unmittelbare Reaktion auf geänderte Umgebungsbedingungen möglich ist.The two transistors connected in series on the output side of the control output of the control circuit connected to an activator should both have a high resistance on the output side when not switched through, in order to give the connected activator the possibility of not having to be influenced by the control circuit; Rather, the currently prevailing ink pressure or negative pressure could influence the output voltage, so that an immediate reaction to changed environmental conditions is possible.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Ansteuerung eines Aktivators sollte die Anordnung derart getroffen sein, dass während der ersten oder zweiten Flanke das Volumen einer Tintenkammer mittels des betreffenden Aktivators vergrößert wird, und während der darauf unmittelbar folgenden, ersten oder zweiten Haltezeit Tinte in die betreffende Tintenkammer gesaugt werden.As part of the activation of an activator according to the invention, the arrangement should be such that during the first or second flank the volume of an ink chamber is increased by means of the activator in question, and ink is sucked into the ink chamber in question during the first or second holding time that immediately follows .
Andererseits sollte während der jeweils anderen, zweiten oder ersten Flanke das Volumen der betreffenden Tintenkammer mittels des betreffenden Aktivators reduziert werden, und während der darauf unmittelbar folgenden, zweiten oder ersten Haltezeit ein Tintentropfen aus der zugeordneten Düse hinausgeschossen werden.On the other hand, the volume of the relevant ink chamber should be reduced by means of the relevant activator during the other, second or first edge, and an ink droplet should be shot out of the associated nozzle during the immediately following, second or first hold time.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn als Aktivator ein Piezoelement verwendet wird, das mit einer Tintenkammer im Bereich einer Tintendüse in Kontakt steht, um das Volumen der Tintenkammer zu beeinflussen. Durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen kann ein solches Piezoelement sowohl kontrahiert als auch expandiert werden, so dass mit einem einzigen, steuerbaren Element sowohl das Beladen bzw. Vollsaugen der Tintenkammer mit Tinte bewirkt werden kann, wie auch das Herausdrücken bzw. Abschießen eines Tintentropfens.Particular advantages result when a piezo element is used as an activator, which is in contact with an ink chamber in the area of an ink nozzle in order to influence the volume of the ink chamber. By applying different voltages, such a piezo element can be both contracted and expanded, so that a single, controllable element can be used to load or soak the ink chamber with ink and to push out or shoot an ink drop.
Sofern das Piezoelement an zwei einander gegenüber liegenden Seiten leitfähige Beläge aufweist, so können diese als Elektroden verwendet werden, um damit das Piezoelement zu steuern.If the piezo element has conductive coatings on two opposite sides, these can be used as electrodes in order to control the piezo element.
Indem das Piezoelement zwischen den zwei einander gegenüber liegenden Belägen elektrisch nicht leitfähig ist, bleibt eine infolge einer angelegeten Spannung aufgebrachte elektrische Ladung bei hochohmigem Ausgang der Ansteuerschaltung konstant.Since the piezoelectric element between the two oppositely located coverings is not electrically conductive, an electrical charge applied as a result of an applied voltage remains constant given a high-impedance output of the drive circuit.
Die während einer Ladephase auf das Piezoelement aufgebrachte elektrische Ladung ist einerseits von der angelegten Spannung abhängig, sowie andererseits von der Dauer der Ladephase.The electrical charge applied to the piezo element during a charging phase depends on the applied voltage on the one hand and on the duration of the charging phase on the other.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass aus der abgespeicherten Wellenform jeweils wenigstens zwei Intervalle ausgewählt und an den Aktivator übertragen werden.The invention can be further developed such that at least two intervals are selected from the stored waveform and transmitted to the activator.
Wenigstens zwei ausgewählte und an den Aktivator übertragene Intervalle sollten nicht unmittelbar aufeinander folgen.At least two intervals selected and transmitted to the Activator should not be contiguous.
Die Erfindung sieht vor, dass die an den Aktivator übertragenen Intervalle aus einer ersten oder zweiten Haltezeit ausgewählt werden.The invention provides that the intervals transmitted to the activator are selected from a first or second holding time.
Von der Erfindung wird bevorzugt, dass bei einer, mehreren oder allen effektiven Tropfengrößen jeweils keine Flanke an den Aktivator übertragen wird. Indem keine abgespeicherte Flanke übertragen wird, sondern vielmehr nur - ganz oder teilweise - einige oder alle Haltephasen, wird anstelle vorgegebener Flanken ein neuer Sollweli vorgegeben, dem sich die Ausgangsspannung selbsttätig annähern kann.The invention prefers that no edge is transferred to the activator in the case of one, several or all effective droplet sizes. Since no stored edge is transmitted, but rather only—in whole or in part—a few or all holding phases, a new setpoint value is specified instead of predetermined edges, which the output voltage can automatically approach.
Die Erfindung erfährt eine vorteilhafte Weiterbildung dahingehend, dass die abgespeicherte Wellenform zwei oder mehrere aufeinander folgende Ansteuerimpulse umfasst, von denen jeder jeweils eine erste Flanke aufweist, gefolgt von einer ersten Haltezeit, sowie im Anschluss an die erste Haltezeit eine zweite, entgegengesetzte Flanke, ggf. gefolgt von einer zweiten Haltezeit. Primär dient dabei ein erster Ansteuerimpuls der Bildung eines Tintentropfens, und der zweite Ansteuerimpuls dient dessen Formung, insbesondere der Reduzierung oder Ergänzung, und/oder der Modifikation seiner Bewegung, insbesondere der Beschleunigung oder Verzögerung.An advantageous further development of the invention is that the stored waveform comprises two or more successive drive pulses, each of which has a first edge, followed by a first hold time, and, following the first hold time, a second, opposite edge, possibly followed by a second hold time. A first control pulse primarily serves to form an ink drop, and the second control pulse serves to shape it, in particular to reduce or supplement it, and/or to modify its movement, in particular to accelerate or decelerate.
Zwei oder mehrere Ansteuerimpulse der abgespeicherten Wellenform können sich voneinander unterscheiden, insbesondere hinsichtlich der Steigung der ersten Flanke und/oder der zweiten Flanke, und/oder hinsichtlich der ersten Haltezeit und/oder der zweiten Haltezeit, und/oder hinsichtlich der Amplitude der ersten und/oder zweiten Haltezeit, und/oder hinsichtlich der Anstiegs- oder Abfallzeit während der ersten Flanke und/oder der zweiten Flanke. Damit kann den unterschiedlichen Erfordernissen an verschiedene Ansteuerimpulse Rechnung getragen werden.Two or more drive pulses of the stored waveform can differ from one another, in particular with regard to the slope of the first edge and/or the second edge, and/or with regard to the first hold time and/or the second hold time, and/or with regard to the amplitude of the first and/or or second hold time, and/or in terms of the rise or fall time during the first edge and/or the second edge. In this way, the different requirements for different control pulses can be taken into account.
Die während einer Haltezeit bei vergrößertem Volumen der Tintenkammer in diese einströmende Tintenmenge ist von dem Grad der Vergrößerung des Volumens abhängig sowie von der Dauer der betreffenden Volumenvergrößerung.The amount of ink flowing into the ink chamber during a holding time when the volume of the ink chamber is increased depends on the degree of increase in volume and on the duration of the relevant increase in volume.
Andererseits nimmt das Volumen eines während einer Flanke, bei der das Volumen der betreffenden Tintenkammer mittels des betreffenden Aktivators reduziert wird, hinausgeschossenen Tintentropfens mit der Steigung der betreffenden Flanke zu, In welcher das Volumen Innerhalb der Tintenkammer reduziert wird, Zwar wird die Steigung einer Flanke nur ausnahmsweise explizit vorgegeben, so bspw. ggf. bei einer intrinsischen Tropfengröße, wobei die gesamte, hinterlegte Wellenform als Ansteuersignal an den Druckkopf weitergegeben wird; in den meisten anderen Fällen werden nur Haltephasen durchgeschalten, wobei die Flankensteigung in einer Übergangsphase sodann maximal ist, und somit höher als bei der intrinsischen Tropfengröße, Dieser Effekt kann so stark sein, dass die abgespeicherte Wellenform bei vollständiger Weiterleitung an den Druckkopf in Ermangelung einer ausreichenden Steigung gar nicht in der Lage ist, einen Tintentropfen zu erzeugen, sondern dies ist erst möglich, wenn infolge des erfindungsgemäßen Umschaltens zwischen konstanten Spannungswerten eine höhere Flankensteigung erreicht wird.On the other hand, the volume of an ink drop shot out during a flank in which the volume of the ink chamber in question is reduced by means of the activator in question increases with the slope of the flank in question, in which the volume within the ink chamber is reduced as an exception, explicitly specified, for example, if necessary, with an intrinsic droplet size, with the entire stored waveform being passed on to the print head as a control signal; in most other cases, only hold phases are switched through, with the edge slope then being at its maximum in a transition phase, and thus higher than with the intrinsic droplet size. This effect can be so strong that the stored waveform is completely forwarded to the print head in the absence of a sufficient Slope is not even able to produce an ink drop, but this is only possible when a higher edge slope is achieved as a result of switching between constant voltage values according to the invention.
Darüber hinaus kann das Volumen eines während einer Flanke eines Ansteuerimpulses hinausgeschossenen Tintentropfens mit der Dauer der sich daran unmittelbar anschließenden, effektiven Haltezeit steigen, weil der Tropfen sich derweil ungestört ausbilden kann und also auf seine volle Größe anwachsen kann.In addition, the volume of an ink droplet shot out during an edge of a drive pulse can increase with the duration of the effective holding time that immediately follows, because the droplet can form undisturbed in the meantime and can therefore grow to its full size.
Andererseits wird die Dauer der sich an eine Flanke unmittelbar anschließenden, effektiven Haltezeit durch den zeitlichen Abstand einer folgenden Flanke des Ansteuersignals bestimmt.On the other hand, the duration of the effective holding time immediately following an edge is determined by the time interval between a following edge of the drive signal.
Eine vor dem Abreissen des während eines ersten Ansteuerimpulses abgegebenen Tintentropfens folgende, das Volumen Innerhalb der Tintenkammer (abermals) vergrößernde Flanke eines zweiten Ansteuerimpulses ist in der Lage, das Volumen des Tintentropfens zu reduzieren, weil infolgedessen ein größerer Teil des Tintentropfens zurückgehalten wird, d.h., eine vor dem Tropfenabriß nachfolgende, das Kammervolumen erhöhende Flanke zieht quasi einen Teil des Tropfens wieder zurück.A flank of a second drive pulse, which follows before the break-off of the ink drop emitted during a first drive pulse and increases the volume within the ink chamber (again) is able to reduce the volume of the ink drop, because as a result a larger part of the ink drop is held back, ie a flank which follows before the drop breaks off and increases the chamber volume pulls back a part of the drop, as it were.
Ferner ist zu beachten, dass eine nach dem während eines ersten Ansteuerimpulses gebildeten Tintentropfen folgende, das Volumen innerhalb der Tintenkammer (abermals) verkleinernde Flanke eines zweiten Ansteuerimpulses das Volumen des Tintentropfens erhöhen kann, nämlich dann, wenn infolgedessen eine zusätzliche Tintenmenge abgegeben wird.It should also be noted that an edge of a second drive pulse, which decreases the volume within the ink chamber (again) after the ink drop formed during a first drive pulse, can increase the volume of the ink drop, namely if an additional amount of ink is emitted as a result.
Nach der Bildung eines Tintentropfens während eines ersten Ansteuerimpulses kann eine zusätzliche Tintenmenge abgegeben werden, wenn zwischen der das Volumen innerhalb der Tintenkammer (abermals) vergößernden Flanke und einer darauf folgenden, das Volumen innerhalb der Tintenkammer (abermals) verkleinernden Flanke eines zweiten Ansteuerimpulses eine ausreichende Tintenmenge in die Tintenkammer gesaugt wurde, und wenn die das Volumen innerhalb der Tintenkammer (abermals) verkleinernden Flanke ausreichend steil ist.After the formation of an ink drop during a first drive pulse, an additional amount of ink can be delivered if there is a sufficient amount of ink between the edge that increases the volume within the ink chamber (again) and a subsequent edge of a second drive pulse that decreases the volume within the ink chamber (again). has been sucked into the ink chamber, and if the slope reducing the volume inside the ink chamber (again) is sufficiently steep.
Es liegt im Rahmen der Lehre der Erfindung, dass die Geschwindigkeit eines während einer Flanke eines Ansteuerimpulses hinausgeschossenen Tintentropfens mit der Amplitude bzw. dem Hub der Flanke des Ansteuerimpulses steigt. Denn mit zunehmender Amplitude kann ein verstärkter Druck aufgebaut werden und damit eine höhere Kraft, welche eine stärkere Beschleunigung der Tinte auf größere Geschwindigkeiten zur Folge hat.It is within the scope of the teaching of the invention that the speed of an ink drop shot out during an edge of a drive pulse increases with the amplitude or the stroke of the edge of the drive pulse. Because with increasing amplitude, increased pressure can be built up and thus a higher force, which results in a stronger acceleration of the ink to greater speeds.
Da die Amplitude der Flanke eines Ansteuerimpulses mit der Dauer des aktiv eingeprägten Ladestroms für den Aktivator steigt, kann mit dieser Dauer des Ladestroms auf die Geschwindgkeit der Tintentropfen Einfluss genommen werden. Ein an und für sich zu schneller Tintentropfen kann durch eine Verkürzung der Dauer des Ladestroms, also der aktiv durchgeschalteten Haltephase, langsamer eingestellt werden, und ein zu langsamer Tintentropfen wird durch eine Verlängerung der Dauer des Ladestroms schneller.Since the amplitude of the edge of a drive pulse increases with the duration of the actively impressed charging current for the activator, this duration of the charging current can be used to influence the speed of the ink droplets. An ink drop that is actually too fast can be prevented by shortening the duration of the charging current, i.e. the actively switched through holding phase, can be set slower, and an ink drop that is too slow will become faster by increasing the duration of the charging current.
Die Dauer des aktiv eingeprägten Ladestroms für den Aktivator sollte bei größeren Tropfengrößen kleiner sein als bei kleineren Tropfengrößen, damit die Geschwindigkeit eines während einer Flanke eines Ansteuerimpulses hinausgeschossenen Tintentropfens für alle Tropfengrößen etwa gleich groß ist.The duration of the actively impressed charging current for the activator should be shorter for larger droplet sizes than for smaller droplet sizes, so that the speed of an ink droplet shot out during an edge of a drive pulse is approximately the same for all droplet sizes.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
- Fig. 1
- eine Wellenform zur Ansteuerung einer Düse eines Druckkopfs gemäß dem Stand der Technik;
- Fig. 2
- eine erfindungsgemäß abgespeicherte, gemeinsame Wellenform für die Erzeugung von Ansteuersignalen für ein digitales Drucksystem;
- Fig. 3
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal mit einer ausschnittweisen Vergrößerung im Bereich einer Flanke;
- Fig. 4
- eine der
Fig. 3 entsprechend Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung; - Fig. 5
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal für die Erzeugung eines Tintentropfens mit
einem Volumen von 5 pl (Pikoliter); - Fig. 5a
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal für die Erzeugung eines Tintentropfens mit
einem Volumen von 7 pl; - Fig. 5b
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal für die Erzeugung eines Tintentropfens mit
einem Volumen von 10 pl; - Fig. 5c
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal für die Erzeugung eines Tintentropfens mit
einem Volumen von 12 pl; - Fig. 5d
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal für die Erzeugung eines Tintentropfens mit
einem Volumen von 14 pl; - Fig. 5e
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal für die Erzeugung eines Tintentropfens mit
einem Volumen von 17 pl; - Fig. 5f
- ein an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal für die Erzeugung eines Tintentropfens mit
einem Volumen von 21 pl; - Fig. 6
- eine andere Ausführungsform der Erfindung in einer der
Fig. 2 entsprechenden Darstellung; - Fig. 7
- eine wiederum abgewandelte Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung gemäß
Fig. 6 ; - Fig. 8
- eine nochmals veränderte Ausführungsform der Erfindung ähnlich der Darstellung von
Fig. 6 ; - Fig. 9a
- eine hinterlegte Wellenform als an ein Drucksystem vollständig übertragenes Ansteuersignal zur Erzeugung eines intrinsischen Tintentropfens mit einer Geschwindigkeit v1;
- Fig. 9b
- ein anderes, an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal in Form von zwei Teilabschnitten der abgespeicherten Wellenform, für die Erzeugung eines Tintentropfens mit einer
1,1 * v1;Geschwindigkeit von - Fig. 9c
- ein wiederum abgewandeltes, an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal in Form von zwei anderen Teilabschnitten der abgespeicherten Wellenform, zwecks Erzeugung eines Tintentropfens mit einer
1,2 * v1;Geschwindigkeit von - Fig. 9d
- ein nochmals verändertes, an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal, umfassend zwei abermals anders ausgewähte Teilabschnitte der abgespeicherten Wellenform, zwecks Erzeugung eines Tintentropfens mit einer
1,4 * v1;Geschwindigkeit von - Fig. 9e
- ein weiter modifiziertes, an ein Drucksystem übertragenes Ansteuersignal, umfassend zwei andere Teilabschnitte der abgespeicherten Wellenform, woraufhin der erzeugte Tintentropfen eine
Geschwindigkeit von 0,9 * v1 aufweist; - Fig. 10
- eine beispielhafte Zuasmmenstellung von mehreren Zeitsignalen, welche die Auswahl und Zusammenstellung von jeweils unterschiedlichen Teilabschnitten der abgespeicherten Wellenform zu verschiedenen Ansteuersignalen für bestimmte Tintentropfengrößen veranschaulicht;
- Fig, 11a
- eine abgespeicherte Wellenform für einen Ansteuerimpuls mit einer
Amplitude von 20 V; - Fig. 11b
- einen teilweise an ein Drucksystem übertragenen Ansteuerimpuls, wobei jedoch die Haltephasen vollständig übertragen werden, so dass die
Amplitude von 20 V erhalten bleibt; - Fig. 11c
- einen wiederum teilweise an ein Drucksystem übertragenen Ansteuerimpuls, wobei allerdings die erste Haltephase nicht vollständig übertragen wird, so dass die Amplitude im Bereich
beider Flanken von 20 V auf 16 V reduziert wird; sowie - Fig. 11d
- einen wiederum teilweise an ein Drucksystem übertragenen Ansteuerimpuls, woei nunmehr die zweite Haltephase nicht vollständig übertragen wird, so dass die Amplitude im Bereich der zweiten
Flanke von 20 V auf 16 V reduziert wird.
- 1
- a waveform for driving a nozzle of a print head according to the prior art;
- 2
- a common waveform stored according to the invention for the generation of control signals for a digital printing system;
- 3
- a control signal transmitted to a printing system with an enlarged section in the area of an edge;
- 4
- one of the
3 according to view of another embodiment of the invention; - figure 5
- a drive signal transmitted to a printing system for generating an ink droplet having a volume of 5 pl (picoliter);
- Figure 5a
- a drive signal transmitted to a printing system for producing an ink droplet having a volume of 7 pl;
- Figure 5b
- a drive signal transmitted to a printing system for generating an ink droplet having a volume of 10 pl;
- Figure 5c
- a drive signal transmitted to a printing system for producing an ink droplet having a volume of 12 pl;
- Figure 5d
- a drive signal transmitted to a printing system for producing an ink droplet having a volume of 14 pl;
- Figure 5e
- a drive signal transmitted to a printing system for producing an ink droplet having a volume of 17 pl;
- Fig. 5f
- a drive signal transmitted to a printing system for producing an ink droplet having a volume of 21 pl;
- 6
- another embodiment of the invention in one of
2 corresponding representation; - 7
- a turn modified embodiment of the invention in a representation according to
6 ; - 8
- a further modified embodiment of the invention similar to that shown in FIG
6 ; - Figure 9a
- a stored waveform as a drive signal completely transmitted to a printing system for generating an intrinsic ink droplet with a velocity v 1 ;
- Figure 9b
- another drive signal transmitted to a printing system in the form of two subsections of the stored waveform, for the production of an ink drop with a velocity of 1.1 * v 1 ;
- 9c
- a drive signal modified in turn and transmitted to a printing system in the form of two other subsections of the stored waveform in order to produce an ink drop with a velocity of 1.2 * v 1 ;
- Figure 9d
- a once again modified drive signal, transmitted to a printing system, comprising two again differently selected sections of the stored waveform, for the purpose of generating an ink droplet with a velocity of 1.4 * v 1 ;
- Fig. 9e
- a further modified drive signal transmitted to a printing system comprising two other portions of the stored waveform whereupon the generated ink drop has a velocity of 0.9 * v 1 ;
- 10
- an exemplary compilation of a plurality of time signals, which illustrates the selection and compilation of different partial sections of the stored waveform for different control signals for specific ink droplet sizes;
- Fig. 11a
- a stored waveform for a drive pulse with an amplitude of 20 V;
- Figure 11b
- a drive pulse partially transmitted to a printing system, but with the sustain phases fully transmitted so that the 20 V amplitude is maintained;
- 11c
- a drive pulse, which in turn is partially transmitted to a printing system, although the first holding phase is not is completely transmitted, so that the amplitude in the area of both edges is reduced from 20 V to 16 V; such as
- Figure 11d
- a control pulse that is in turn partially transmitted to a printing system, with the second holding phase now not being transmitted completely, so that the amplitude in the region of the second edge is reduced from 20 V to 16 V.
In
In
Man erkennt die inaktive Ausgangsposition 2 bei dem Spannungsniveau 0V, zu welcher der Pegel auch am Ende der abgespeicherten Impulssequenz wieder zurückkehrt. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um einen Extremwert des zur Verfügung stehenden Spannungspegels. Den anderen Extremwert bildet im vorliegenden Beispiel ein Spannungsniveau von -20 V, welches in
Wie man der
In
In den
Dabei kann der Ausgang oder die Ausgangsstufe des Ansteuerverstärkers in beiden Fällen identisch ausgebildet sein, bspw. mit zwei derart zusammengeschalteten Transistoren, dass ihre Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe liegen. Beide Transistoren können dann antizyklisch eingeschalten werden, also derart, dass stets einer von beiden leitet, der andere nicht. Dann liegt das Potential an dem Verbindungsknoten zwischen beiden Transistoren je nach Schaltzustand wahlweise am oberen Potential (hier also 0 V) oder am unteren Potential (hier also -20 V).The output or the output stage of the drive amplifier can be identical in both cases, e.g. with two transistors connected together in such a way that their collector-emitter paths are in lie in a row. Both transistors can then be switched on anti-cyclically, i.e. in such a way that one of the two is always conducting and the other is not. The potential at the connection node between the two transistors is then either at the upper potential (here 0 V) or at the lower potential (here -20 V) depending on the switching state.
Ein solcher Ausgang kann daher einfach zum Umschalten zwischen zwei Spannungspegeln verwendet werden, wie dies in
Bei der Ausführungsform nach
Diese Stufen 10 sind nach derzeitigem Stand der Technik für den Druckvorgang unerheblich, bzw. wurden sie nicht beachtet bzw. nicht bemerkt. Allerdings lässt sich folgendes feststellen. Die Stufen lösen im Piezoelement Mikrovibrationen aus, die zwar teilweise von der Tinte gedämpft werden, aber letztendlich trotzdem die Tropfenbildung in dem Maße beeinflussen, dass es angenommene Idealwerte für die Wellenform eines einzelnen Tropfens gibt, individuell für jeden unterschiedlichen Druckkopf. Diese Ideafwerte für die Flanken und Haltezeiten wurden als Resonanz des Druckkopfes definiert, weil die Tropfenbildung bei diesen Werten sich als ideal ergeben hat. Kürzere Zeiten bzw. längere Zeiten führten zu einer Verschlechterung der Tropfenbildung, und zwar höchstwahrscheinlich aus dem Grunde, dass die Tinte die Mikrovibrationen zu wenig oder zu viel dämpfte und damit den Tropfen ungünstig beeinflusst. Allerdings wurde in der Offenlegungsschrift
Diesen Vorteil macht sich die Erfindung im Folgenden zunutze, wie in den
Wie man aus
Werden gemäß
Einen noch größeren Tropfen mit einem Volumen von etwa 12 pl erhält man gemäß
Werden beide Haltezeiten 4, 6 der abgespeicherten Wellenfunktion 1 vollständig an den Aktivator des Drucksystems übertragen, nicht dagegen die Flanken 3, 5, so erhält man Tintentropfen mit einer Größe von ca. 14 pl. Dabei fließt einerseits mindestens während der gesamten ersten Haltezeit 4 Tinte in die Tintenkammer; jedoch wird dieser Tintenfluß nicht durch eine zweite Flanke 5 abgebrochen, weil die zweite Flanke 5 unterdrückt wird. Es kann daher noch mehr Tinte in die Tintenkammer einströmen als im Fall der
Wartet man nach Ansteuerung eienr ersten Haltezeit 4 mit der zweiten Haltezeit 6 noch länger als es der zweiten Flanke 5 entspricht, so kann eine noch größere Tintenmenge in die Tintenkammer einströmen, und man erhält gemäß
Die
Bspw. kann der anfänglichen Wartezeit 11 ein kleiner Vorfeuerimpuls 14 vorangesetzt werden, welcher auf das Tropfenvolumen einen steigernden Effekt hat. Dadurch kann bspw. eine Schwingung des Systems angesteuert werden, welche besondes steile Flanken zur Folge haben kann.For example, the
Alternativ dazu oder zusätzlich kann nach dem modifizierbaren Ansteuerimpuls ein Gegenimpuls 15 mit verringerter Amplitude erzeugt werden, welcher auf die Tropfenmenge einen reduzierenden Effekt hat. Damit kann das Abreißen des Tropfens vorzeitig ausgelöst werden.Alternatively or additionally, after the modifiable drive pulse, a counter-pulse 15 with a reduced amplitude can be generated the amount of drops has a reducing effect. The tearing off of the drop can thus be triggered prematurely.
Ferner soll in
Werden bspw. zwei oder mehrere Sequenzen gemäß
Wendet man die in den
Durch die Erfindung erhält man also aus einer kleinen Düse mit bspw. einer nominalen Tropfengröße von 7 pl viele Tropfen unterschiedlicher Tropfengrößen, bspw. in einem Bereich von 5 pl oder weniger bis 50 pl oder mehr.As a result of the invention, many different droplets are obtained from a small nozzle with, for example, a nominal droplet size of 7 pl Drop sizes, for example in a range from 5 pl or less to 50 pl or more.
Dabei lassen sich noch mehr unterschiedliche Tropfen-Zwischengrößen generieren und also dementsprechend viele Grau- oder Helligkeitsstufen.In this way, even more different intermediate droplet sizes can be generated and thus a correspondingly large number of gray or brightness levels.
Ferner kann auch die Größe von Vorfeuerimpulsen oder Gegenimpulsen auf eine entsprechende Weise beeinflusst werden.Furthermore, the size of pre-firing pulses or counter-pulses can also be influenced in a corresponding manner.
Durch die vorliegende Erfindung erhält man demnach aus ein und der selben Düse alle benötigten Tropfengrößen, um mit einer dem Offsetdruck vergleichbaren, geringen physikalischen Auflösung zu drucken und gleichsam eine hohe optische druckqualität zu erzeugen. D.h., bspw. wird für ein mit einer Auflösung von 300 x 300 dpi zu druckendes Bild trotz einer hohen Druckgeschwindigkeit von z.B. 1 m/sek. nur eine Feuerfrequenz von 12 kHz benötigt.With the present invention, all the required droplet sizes are obtained from one and the same nozzle in order to print with a low physical resolution comparable to offset printing and, at the same time, to produce a high optical print quality. That means, for example, for an image to be printed with a resolution of 300 x 300 dpi despite a high printing speed of e.g. 1 m/sec. only a firing frequency of 12 kHz is required.
Darüber hinaus sind bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Anforderungen an die Software und/oder Hardware und/oder an den Maschinenbau deutlich geringer als beim vorbekannten Stand der Technik. Auch die Herstellung von Druckköpfen mit einer geringen Düsenauflösung oder Düsendichte sowie von großen Düsen wird durch die Erfindung erheblich einfacher.In addition, when using the method according to the invention, the demands on the software and/or hardware and/or on the mechanical engineering are also significantly lower than in the previously known prior art. The production of print heads with a low nozzle resolution or nozzle density as well as large nozzles is also made considerably easier by the invention.
Wie man den
Zunächst soll das komplette Signal zur Bildung eines intrinsischen Tropfens nach
Werden nun nur die Teilabschnitte A und B gemäß
In ähnlicher Weise kann man die Druckeinheit wie in den
Steuert man die Druckeinheit wie in den
Andererseits zeigt eine Ansteuerung gemäß
Der Erfinder hat herausgefunden, dass sich durch eine Kombination zweier oder mehrerer Ansteuerimpulse 18, 19 zusätzliche Einstellparameter ergeben, welche es ermöglichen, die beiden Größen Tropfengröße und Tropfengeschwindigkeit in unterschiedlicher Weise zu variieren.The inventor has found that a combination of two or more drive pulses 18, 19 results in additional setting parameters that make it possible to vary the two variables, droplet size and droplet speed, in different ways.
Dementsprechend kann man aus mehreren unterschiedlichen Vorgehensweisen zur Erzeugung eines Tintentropfens einer gewünschten Größe jeweils diejenige Maske für die an die Druckeinheit weiterzuleitenden Teilabschnitte der gemeinsamen Wellenform auswählen, welche identische oder nahezu identische Tropfengeschwindigkeit ergeben.Accordingly, one can choose from several different procedures for generating an ink droplet of a desired size in each case that mask for which to be forwarded to the printing unit Select portions of the common waveform that give identical or nearly identical drop velocity.
Das Ergebnis ist in
Dort erkennt man eine für alle Tintentropfen unterschiedlicher Größen gemeinsam hinterlegte Wellenform 1" mit zwei zeitlich aufeinander folgenden Ansteuerimpulsen 18, 19.The result is in
There you can see a
Wie man sieht, nimmt der erste Ansteuerimpuls 18 einen größeren Zeitraum in Anspruch als der folgende, zweite Ansteuerimpuls 19. Dies rührt daher, weil die Steigung der Flanke 3a" des ersten Ansteuerimpulses 18 eine geringere Steigung aufweist als die entsprechende Flanke 3b" des zweiten Ansteuerimpulses 19, und auch die Flanke 5a" ist flacher als die Flanke 5b". Ferner ist die Haltezeit 4a" des ersten Ansteuerimpulses 18 größer als die Haltezeit 4b" des zweiten Ansteuerimpulses 19.As can be seen, the first drive pulse 18 takes a longer period of time than the following, second drive pulse 19. This is because the slope of the
Darüber hinaus könnten auch die Pegel der Haltezeiten 4a" und 4b" unterschiedlich groß sein, was jedoch bei der Ausführungsform gemäß
Die Parameter der hinterlegten Wellenform 1" sind derart gewählt, dass sich mit dieser einzigen Wellenform 1 " Tintentropfen unterschiedlicher Größe, aber gleicher Geschwindigkeit erzeugen lassen.The parameters of the stored
Unterhalb der abgespeicherten Wellenform 1" sind verschiedene Steersignale 20a" bis 20z" abgebildet, die quasi invertiert sind, d.h., es werden jeweils nur die Teilabschnitte der WellenForm 1" während der Low-Phasen des betreffenden Steuersignals 20a" bis 20z" zur Druckeinheit durchgeschalten.
Dabei zeigt sich allerdings, dass die vollständige Durchschaltung beider Ansteuerimpulse 18, 19 mit dem Steuersignal 20y" überhaupt keinen Tintentropfen liefert. Dies liegt daran, dass die Steigung der Flanken 3a" und 5a" des ersten Ansteuerimpulses 18 relativ gering ist; der dadurch im Entstehen begriffene Tintentropfen ist vergleichsweise langsam und moderat und wird durch den folgenden zweiten Ansteuerimpuls 19 wieder vollkommen zurückgezogen.It turns out, however, that the complete switching through of both drive pulses 18, 19 with the
Bei dem Steuersignal 20×" wird der zweite Ansteuerimpuls 19 nicht durchgeschalten, und man erhält einen Tintentropfen der Größe 10 pl, der allerdings vergleichsweise langsam ist, eben wegen der geringen Steigung der Flanken 3a" und 5a".With the
Das Steuersignal 20z" schaltet dagegen nur den zweiten Ansteuerimpuls 19 an die angeschlossene Druckeinheit weiter, während der erste Ansteuerimpuls 18 unterdrückt wird. Obzwar die Flanken 3b" und 5b" etwas steiler sind als die Flanken 3a" und 5a" des ersten Ansteuerimpulses 18, ist die Haltephase 4b" zu kurz, als dass sich ein Tintentropfen ausreichender Größe bilden und zusätzlich auch mit einem ausreichenden Impuls von der Druckeinheit lösen könnte; wiederum wird überhaupt kein Tintentropfen gebildet.In contrast, the
Es zeigt sich jedoch, dass die speziellen Steuersignale 20a" bis 20e" Tintentropfen unterschiedlicher Größe liefern, welche jedoch die gleiche Tropfengeschwindigkeit afweisen:
Dem einzigen, "intrinsischen" Tintentropfen, der bei dem Steuersignal 20x" aus dem ersten Ansteuerimpuls 18 generiert wird, kommt das Ansteuersignal 20c" am nächsten; dieses liefert ebenfalls einen Tintentropfen mit einem Volumen von 10 pl, der jedoch deutlich schneller ist als der mit dem Steuersignal 20×" erzeugte Tintentropfen. Das Steuersignal 20×" schaltet nur die Haltephase 4b" des zweiten Ansteuerimpulses 19 durch sowie einen davon zeitlich abgehobenen Teil der zweiten Haltephase 6b" dieses zweiten Ansteuerimpulses 19. Im Gegensatz zu dem Steuersignal 20z" sind dabei jedoch die Flanken 3b" und 5b" nicht vorgegeben, sondern es wird abrupt von hochohmig auf den jeweiligen Spannungspegel 4b" bzw. 6b" umgeschalten, so dass sich eine maximale Steigung der tatsächlich anliegenden Flanken ergibt, welche ein Lösen des Tropfens ermöglicht. Hinzu kommt außerdem, dass nicht der sofort anschließende Teilabschnitt 6b" durchgeschalten wird, sondern zunächst eine Wartezeit verstreicht, in welcher sich die Tintenkammer füllen kann. Wegen der steilen Flanken löst sich der Tintentropfen bei dem Steuersignal 20c" unter vergleichsweise hohem Druck von dem Druckkopf und erhält daher eine vergleichsweise hohe Geschwindigkeit v.However, it turns out that the
The
Ausgehend von dem Steuersignal 20c", welches unter selektviem Durchschalten von Teilen des zweiten Ansteuerimpulses 19 einen Tintentropfen mit dem Volumen 10 pl liefert, führt das Steuersignal 20d" zu einer vergleichbaren Verfahrensweise betreffend dem ersten Ansteuerimpuls 18; durch selektives Durchschalten von Teilen desselben wird ein Tintentropfen mit einem Volumen von 12 pl erzeugt, aber mit der selben Geschwindigkeit v.Starting from the
Das Ansteuersignal 20e" stellt eine leicht abgewandelte Kombination der beiden Steuersignale 20c" und 20d" dar, wobei jeweils ein Teilabschnitt der ersten Haltephase 4a" und der zweiten Haltephase 6a" des ersten Ansteuerimpulses 18 durchgeschalten wird, sowie eweils ein Teilabschnitt der ersten Haltephase 4b" und der zweiten Haltephase 6b" des zweiten Ansteuerimpulses 19. Durch die lange Wartezeit vor dem durchgeschalteten Teilabschnitt 6b" kann ein zweiter Tintentropfen auf den Weg gebracht werden, voraussichtlich noch vor dem Tropfenabriss des während dem ersten Ansteuerimpulses 18 angelegten Tintentropfens, d.h., diese beiden Tintentropfen sind entweder ursprünglich miteinander verbunden oder vereinigen sich im Flug und treffen daher als ein einziger Tintentropfen auf das zu bedruckende Substrat auf. Mit dieser Methode erhält man einen Tropfen mit einem Volumen von 16 pl; die Geschwindigkeit v ist gleich der mit den Steuersignalen 20c" und 20d" erzeugten Geschwindigkeit.The
Ausgehend von dem ursprünglich wegen des zu langsamen Tintentropfens verworfenen Steuersignal 20x", jedoch mit einer steileren zweiten Flanke (bei 5a"), wird ein ausreichend schneller Tintentropfen angelegt, der jedoch mittels zweier durchgeschalteter Teilabschnitte 4b", 6b" des zweiten Ansteuerimpulses 19 nicht vergrößert, sondern verkleinert wird. Hier kommt die insgesamt dritte Flanke (bei 3b") wieder relativ kurz nach dem zunächst angelegten Tintentropfen, allerdings nicht so schnell wie bei dem Steuersignal 20y". Nach Art eines Gegenimpulses können die Anteile des zweiten Ansteuerimpulses 19 daher den angelegten Tintentropfen nicht vollständig zurückziehen, aber in seinem Volumen schmälern. Der resultierende Tintentropfen hat ein Volumen von 6 pl bei gleicher Geschwindigkeit v,Starting from the
Das Steuersignal 20a" hat eine weitere Reduzierung des Tintentropfenvolumens zur Folge. Erreicht wird dies, indem von dem ersten Ansteuerimpuls nur noch zwei voneinander getrennte Teilabschnitte 4a", 6a" durchgeschalten werden. Dies hat zur Folge, dass die ersten beiden Flanken (bei 3a" und 5a") steiler werden und also der Tintentropfen eine vergleichbare oser sogar noch größere Anfangsgeschwindigkeit erhält; gleichzeitig wird jedoch infolge der Verkürzung der Tintenladephase auf das Plateau der Haltephase 4a" weniger Tinte in die Tintenkammer gesogen, und es bildet sich daher nur ein kleinerer Tintentopfen. Von diesem wird sodann durch den teilweise durchgeschaltenen zweiten Ansteuerimpuls 19 sogar noch ein Teilvolumen wieder zurückgezogen, nach Art eines Gegenimpulses. Man erhält schließlich einen Tintentropfen von nur 4 pl, aber aufgrund der hohen Anfangsgeschwindigkeit abermals mit der Geschwindigkeit v.The
Wie man sieht, gelingt es also, aus der einzigen, hinterlegten Wellenform 1" durch Maskierung und Durchschaltung bestimmter Teilabschnitte mittels der Steuersignale 20a" bis 20e" Tintentropfen der Größen 4 pl, 6 pl, 10 pl, 12 pl und 16 pl zu erzeugen, die jedoch allesamt die gleiche Tropfengeschwindigkeit v aufweisen.As can be seen, it is possible to generate ink drops of
In den
In
In
In den
Gemäß
Bei der
Da das Piezoelement jedoch nicht den volen Hub ausführt, sondern bspw. nur einen Hub von 4/5 der maximalen Amplitude, vergrößert sich das Kammervolumen nur in einem entsprechend verringerten Ausmaß. Es wird weniger Tinte eingesaugt, und daher kann bei der zweiten Flanke auch nur ein Tintentropfen mit einem geringeren Volumen abgegeben werden, bspw. mit einem auf etwa 4/5 des Volumens gemäß
Die
Allerdings führt die starke Reduzierung der durchgeschalteten Haltephase 6 dazu, dass die Spannung 21 im Bereich der Flanke 5 nicht ausreichend Gelegenheit hat, wieder bis auf den vollen Wert von 20 V anzusteigen. Aufgrund der umzuladenden Elektrodenkapazitäten kann mit der aufgebrachtgen Ladungsmenge nur eine Spannung 21 von etwa 16 V erreicht werden. Es wird also wiederum nur eine kleinere Tintenmenge von der Druckeinheit abgegeben, im vorliegenden Beispiel wiederum nur in einer Größenordndung von 4/5 des maximalen Wertes gemäß
Eine andere Möglichkeit zur Beeinflussung der Amplituden eines Ansteuersignals besteht darin, neben dem Massepotential 0 V nicht nur eine einzige Versorgungsspannung - bspw. 20 V - vorzusehen, sondern mehrere, also bspw. 16 V und 20 V, zwischen denen bei Bedarf umgeschalten werden kann - bspw. zwischen je zwei Ansteuerimpulsen 18, 19.Another way of influencing the amplitude of a control signal is to provide not only a single supply voltage - e.g. 20 V - in addition to the ground potential 0 V, but several, i.e. 16 V and 20 V, for example, between which you can switch if necessary - for example between two control pulses 18, 19.
- 11
- Wellenformwaveform
- 22
- anfängliche Wartezeitinitial waiting time
- 33
- erste Flankefirst flank
- 44
- erste Haltezeitfirst holding time
- 55
- zweite Flankesecond flank
- 66
- zweite Haltezeitsecond holding time
- 77
- Ansteuersignalcontrol signal
- 88th
- Flankeflank
- 99
- Flankeflank
- 1010
- StufeStep
- 1111
- Wartezeitwaiting period
- 1212
- erste Haltezeitfirst holding time
- 1313
- zweite Haltezeitsecond holding time
- 1414
- Vorfeuerimpulspre-fire pulse
- 1515
- Gegenimpulscounter impulse
- 1616
- Nachimpulsafterpulse
- 1717
- Folge-Druckimpulsfollow-up pressure pulse
- 1818
- erster Ansteuerimpulsfirst drive impulse
- 1919
- zweiter Ansteuerimpulssecond drive pulse
- 2020
- Steuersignalcontrol signal
- 2121
- Spannungtension
Claims (28)
- Printing method for a digital printing device for the production of ink drops of different drop sizes, comprising a print head having a plurality of printing systems and comprising at least one control apparatus for feeding control signals to the printing systems for the production of the ink drops, wherein each printing system has a nozzle, at least one ink chamber and an activator, e.g. a piezoelectric activator, which is associated with the at least one ink chamber, for the discharge of ink drops from the ink chamber in question via the nozzle in question onto a substrate to be printed on, as a response to a control signal, wherein, in the context of the control apparatus, only a single waveform (1) for the control signal (7, 7') having a specified time curve is stored for ink drops of all sizes, comprising at least one printing pulse with, optionally, an initial waiting time (2), a first edge (3), followed by a first holding time (4), and, after the first holding time (4), a second, opposite edge (5), optionally followed by a second holding time (6), characterized in that the size and, optionally, the speed of ink drops is varied by virtue of the fact that, at most for a single, intrinsic drop size, the entire stored waveform (1) is transferred as a control signal (7, 7') to the activator in question, while for all other, effective drop sizes, only a portion of the common, stored waveform (1) is transferred to the activator in question, namely one or more selected portions of the initial watinig time (2), the first edge (3), the first holding time (4), the second, opposite edge (5), and the second holding time (6), while, in the control signal (7, 7'), one or more other portions of the stored, common waveform (1) are held off from the activator in question.
- Printing method according to Claim 1, characterized in that a control stage with a switched output is used or preferably a control stage with a controlled or regulated output.
- Printing method according to Claim 1 or 2, characterized in that, during portions of the stored waveform (1) that are not switched-through, the control circuit is in a high-impedance state at the control output thereof that is connected to an activator.
- Printing method according to Claim 3, characterized in that the control circuit's control output that is connected to an activator is designed in the manner of a push-pull circuit with two transistors connected in series on the output side.
- Printing method according to Claim 4, characterized in that the two transistors, which are connected in series on the output side, of the control circuit's control output, which is attached to a piezo element, are both high-impedance on the output side in a non-switched-through state.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that during the first or second edge (3, 5), the volume of an ink chamber is increased by means of the activator in question, and during the thereupon immediately following first or second holding time (4, 6), ink is suctioned into the ink chamber in question.
- Printing method according to Claim 6, characterized in that during the respective other, second or first edge (5, 3), the volume of the ink chamber in question is reduced by means of the activator in question, and during the thereupon immediately following second or first holding time (6, 4), an ink drop is fired out of the associated nozzle.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that a piezo element is used as an activator, which piezo element is in contact with an ink chamber in the region of an ink nozzle in order to influence the volume of the ink chamber.
- Printing method according to Claim 8, characterized in that the piezo element has conductive coatings on two opposite sides, which can be used as electrodes.
- Printing method according to Claim 9, characterized in that the piezo element is not electrically conductive between the two opposite coatings, so that an electrical charge applied as the result of a voltage that is applied remains constant in the case of the high-impedance output of the control circuit.
- Printing method according to Claim 9 or 10, characterized in that the electrical charge applied to the piezo element during a charging phase is dependent on the applied voltage as well as on the duration of the charging phase.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that, in each case, at least two intervals are selected from the stored waveform (1) and are transferred to the activator.
- Printing method according to Claim 12, characterized in that at least two intervals that are selected and transferred to the activator do not immediately follow each other.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the intervals transferred to the activator are selected from a first or a second holding time (4, 6).
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that, in the case of one, several or all effective drop sizes, no edge (3, 5) is transferred to the activator.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the stored waveform (1) comprises two or more sequential control pulses, each of which respectively has a first edge (3), followed by a first holding time (4), and, after the first holding time (4), a second, opposite edge (5), optionally followed by a second holding time (6).
- Printing method according to Claim 16, characterized in that two or more control pulses of the stored waveform (1) differ from each other in terms of the slope of the first edge (3) and/or the second edge (5), and/or in terms of the first holding time (4) and/or the second holding time (6), and/or in terms of the amplitude of the first and/or second holding time (4,6), and/or in terms of the rise time or fall time during the first edge (3) and/or the second edge (5).
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the quantity of ink flowing into the ink chamber during a holding time in the case of an increased volume of said ink chamber is dependent on the increase in volume, and/or on the duration of the regarding volume increase.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume of an ink drop fired out during an edge (5, 3), during which the volume of the ink chamber in question is reduced by means of the regarding activator, increases with the slope of the edge (5, 3) in question, in which the volume inside the ink chamber is reduced.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume of an ink drop fired out during an edge (5, 3) of a control pulse increases with the duration of the immediately following effective holding time.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the duration of the effective holding time immediately following an edge is determined by the time interval of a following edge of the control signal.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that an edge of a second control pulse, which edge follows before the breaking off of the ink drop discharged during a first control pulse and is (once again) increasing the volume inside the ink chamber, reduces the volume of the ink drop, because consequently a larger part of the ink drop is withheld.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that an edge of a second control pulse, which edge follows after the ink drop formed during a first control pulse and is (once again) decreasing the volume inside the ink chamber, increases the volume of the ink drop, when consequently an additional quantity of ink is discharged.
- Printing method according to Claim 22 and 23, characterized in that, after the ink drop formed during a first control pulse, an additional quantity of ink is discharged, when a sufficient quantity of ink was suctioned into the ink chamber between the edge that is (once again) increasing the volume inside the ink chamber and a subsequent edge of a second control pulse, which edge is (once again) decreasing the volume inside the ink chamber, and when the edge that is (once again) decreasing the volume inside the ink chamber is sufficiently steep.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of an ink drop fired out during an edge (5, 3) of a control pulse increases with the amplitude of the edge (5, 3) of the control pulse.
- Printing method according to Claim 25, characterized in that the amplitude of the edge (5, 3) of a control pulse increases with the duration of the actively impressed charging current for the activator.
- Printing method according to Claim 26, characterized in that the duration of the actively impressed charging current for the activator is lower in the case of larger drop sizes than in the case of smaller drop sizes.
- Printing method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed of an ink drop fired out during an edge (5, 3) of a control pulse is kept constant for all drop sizes.
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