DD215747A1

DD215747A1 - Verfahren zum drucken mittels tintenstrahl unter verwendung eines hochdrucksystems

Info

Publication number: DD215747A1
Application number: DD25139983A
Authority: DD
Inventors: Volker Flechtner
Original assignee: Robotron Bueromasch
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1983-05-30
Publication date: 1984-11-21
Also published as: DE3343517A1

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, unter vertretbarem Aufwand ein Verfahren fuer den Tintenstrahldruck zu schaffen, das eine hohe Aufzeichnungsdichte garantiert, sowie eine relativ grosse Anzahl von Farbdichtestufen ermoeglicht, wobei die Druckgeschwindigkeit eines Hochleistungsdruckers erreicht werden soll. Die Aufgabe bestand darin, dass das Verfahren stabil arbeitet, wobei ein Druckkopf verwendet werden soll, der in Druckrichtung mehrere in ihrem Durchmesser gestufte Duesen besitzt, so dass auf dem Aufzeichnungstraeger Punkte mit einem Flaechenverhaeltnis von 1:2 oder 1:3 entstehen. Erfindungsgemaess wurde die Aufgabe dadurch geloest, indem die Duesen mit den groesseren Duesendurchmessern Tintenstrahlen aussenden, die mit der Frequenz f in Tropfen zerfallen und dass die Duesen mit den kleineren Duesendurchmessern Tintenstrahlen aussenden, die mit der Frequenz f in Tropfen zerfallen und dass die Duesen mit den kleineren Duesendurchmessern Tintenstrahlen aussenden, die mit der Frequenz 2f in Tropfen zerfallen.

Description

Titel der Erf ladung

Verfahren zum Drucken' mittels Tintenstrahl unter Verwendung · i ' eines Hochdrucksystems

' ' ' '. '·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann in aufzeichnenden Geräten, die den Tintenstrahldruck zur Grundlage haben, eingesetzt werden.

. . . " \^:'^;'".-

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der DE-OS 3 009 333 ist eine Tintenstrahldruckanordnung offenbart worden, bei der ein Druckkopf zur Anwendung gelangt, der mehrere parallele senkrechte Düsenspalten aufweist. Jede der 5 Düsenspalten hat in sich gleiche Düsendurchmesser. Die Düsendurchmesser der 5 Düsenspalten sind jedoch in ihrer Größe fortlaufend gestuft. Somit·ergibt sich in der in Richtung der Aufzeichnung verlaufenden Düsenreihe der Düsenanordnung eine Folge von 5 Düsen mit wachsenden Durch-

20^ messern, die unabhängig voneinander verschieden große Tintentropfen auf eine gemeinsame Punktzeile des Aufzeichnungsträgers plazieren

können. Die Tropfen einer Düsenzeile können dabei auf einem gemeinsamen Punkt des Aufzeichnungsträgers gerichtet sein oder es werden die für die Tintenvolumenmischung bestimmten Tropfen zeitlich nacheinander auf dem betreffenden Punkt plaziert. Die Tropfengrößen sind so gestuft* daß sie einzeln Farbflecken mit dem Flächenverhältnis 1 : 2 zwischen benachbarten Größen hinterlassen» Es können dadurch in einem Bildpunkt durch unterschiedliche Flächendeckung mehrere Farbdichtestufen erreicht werden=

3OiNlAI 1983*O9-28:&'4

Für eine ausreichend große Zahl-von Farbdichtestufen ist nach der hier vorgeschlagenen Lösung eine verhältnismäßig große Anzahl von gestuften Düsen in einer Düsenreihe notwendig.

Sie können auf Grund der hydrodynamischen und energetischen Verh'ältnisse bei der Tropfengenerierung nur unabhängig voneinander erzeugt werden, wie es bei bekannten "Tropfen nach Bedarf"-Druckverfahren der Pail ist. Hier ist für jede Düse ein. separates Erregersystem vorgesehen, das für den diskontinuierlichen Tropfenausstoß verantwortlich ist« ' -..'.. Derartige Anordnungen haben jedoch eine Reihe von lachteilen.

Es ist die maximale Tropfenfrequenz auf relativ .kleine Werte be- . schränkt. Es lassen sich bei vertretbarem Aufwand etwa maximal 5000 Tropfen pro Sekunde erzeugen. Die mit hohem Geräteaufwand maximal erreichbare Tropfenfrequenz liegt bei etwa 15000 Tropfen pro Sekunde.

Damit ist dieDruckausgabe auf niedrige oder mittlere Druck1eistungen beschränkt. ' . ^;

Zum zweiten kann der Durchmesser der generierten Tropfen nicht beliebig verkleinert werden,..: ohne daß das' Verfahren instabil arbeitet. Man rechnet mit maximal erzielbaren Fleckdurchmessern von 0,2 bis 0,3 mm. Mit einem Stufenfaktor 2 bei der Lösung entsprechend o. g« DE-OS 3 009 333 hieße dies für die größte der 5 Düsen, daß sie einen Fleck von 0,8 bis 1,2 mm Durchmesser hinterläßt und daß sich bei Überlagerung aller 5 Tropfen großen ein Fleck des Durchmessers 1,1 bis 1,7 mm ergibt« Solche groben Bildpunktraster sind für die Praxis In den meisten Fällen nicht zu verwenden« ' Als dritten Nachteil muß man die Gefahr der Verkrustung der Düsen bei Stillstand dieses diskontinuierlich arbeitenden Verfahrens erwähnen, die sich durch das Eintrocknen der Tinte in der Düse ergibt« Deshalb .müssen spezielle technische Vorkehrungen zur Vermeidung'dieser Gefahr

getroffen werden. -

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit einem vertretbarem Aufwand ein Verfahren- für den Tintenstrahldruck zu schaffen, das eine hohe Aufzeichnungsdichte garantiertj sowie eine relativ große Anzahl von Farbdichtestufen ermöglicht, wobei die Druokgeschwindigkeit eines Hochleistungsdruckers erreicht werden soll. ^:

Wesen der Erfindung

Technische Aufgabe . '.. <,.·

Aufgabe der Erfindung ist es,, für den Tintenstrahldruck ein Hochdruckverfahren zu realisieren, das stabil arbeitet, wobei ein Druckkopf Verwendet werden soll, der in Druckrichtung mehrere in ihrem Durchmesser gestufte Düsen besitzt, so daß auf dem Aufzeichnungsträger durch den Druckvorgang Punkte mit einem Flächenverhältnis von 1 : 2 oder 1 : 3 entstehen.

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Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, in dem die Düsen mit . den größeren Düsendurchmessern Tintenstrahlen aussenden, die mit der Frequenz f in Tropfen zerfallen und daß die Düsen mit den kleineren Düsendurchmessern Tintenstrahlen aussenden, die mit der Frequenz 2f In Tropfen zerfallen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen ±n

Fig* 1i eine schematische Darstellung des Tropfenzerfalls bei

einem 2-Düsen-Druckkopf; , Fig. 2: ^! ein Diagramm, das das Instabilitätskriterium I des Strahlzerfalls in Abhängigkeit vom Verhältnis X /ds zeigt» wobei Λ den Tropfenabstand und ds den ursprünglichen Strahldurchmesser darstellen;" . . .,-

Fig» 3: ein Diagramm mit dem erzielten Farbdichteeffekt im Bildpunkt bei verschieden großer gleichmäßiger Stufung der

Tropfendurchmesser;

Fig. 4 abc: drei schematische Beispiele für die gestufte Flächendeckung einer Bildpuüktfläche mit 10 Stufen, wobei sich die Punktflächen der Tropfen vun 3 benachbarten Düsen . jeweils um den Faktor 2 unterscheiden;

Fig. 5 abc: drei schematische Beispiele für die gestufte Flächendeckung einer Bildpunktflaohe mit 17 Stufen, wobei sich die Punktflächen der Tropfen von 3 benachbarten Düsen jeweils um den Faktor 3 unterscheiden.

Anhand der Pig. 1 soll das Wesen der Erfindung erläutert werden. Es wird das Tropfengeneratorsystem in 2 separate Tintendruckkopf- . " kammern 1, 2 unterteilt, die von- einer gemeinsamen Tintendruckquelle versorgt werden. Die beiden Kammern 1, 2 erhalten jeweils ein eigenes Schwingungserregersystem 3, 4· Jeder der Kammern 1, 2 sind Düsen 5,6 zugeordnet, aus den verschieden .starke Tintenstrahlen 7, 8 austreten. Da sich mit maximal 4 geeignet gestuften Düsen durch Tiberlagerung von Punktflächenteilen gleichmäßige, lückenlose Farbdichtestufen im Bereich bis 20 herstellen lassen, sind jedem der zwei SchwingungseΓΙΟ regersysteme 3, 4 maximal 2 benachbarte Düsen zugeordnet.

Mehr als 20 Farbdichtestufen sind für die Anforderungen der Bilddrucktechnik nicht nötig. Ih der Pig. 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit zwei Kammern 1, 2 mit den Schwingungserregern 3, 4_S den Tintenzuflüssen und jeweils nur eine Düse 5, 6 mit den austretenden Tintenstrahlen 7, 8 dargestellt. Erfindungsgemäß können jedoch bis zu 2 größenbenachbarte Düsen einer Kammer zugeordnet sein. Zur Optimierung des Verhältnisses Λ /ds (siehe Pig. 2) ,wird nun die , Kammer 1 mit der kleineren Düse 5 mit einer höheren Frequenz erregt. Zur Vereinfachung der Steuerungsprozesse ist erfindungsgemäß diese - ^:

höhere Frequenz genau doppelt so groß als die, mit der der größere Tintenstrahl, 8 erregt wird. Das bedeutet, daß die länge Λ., der "zerhackten" zylindrischen Abschnitte der Strahlen aus der Kammer t mit den kleineren Düsen 5 genau halb so groß ist wie der Abstand \ _ der Tropfen aus der Kammer 2 mit den größeren Düsen 6. Damit sind der Betrachtung mit dem Instabilitätskriterium (Pig. 2) nur noch jeweils maximal 2 gestuft große Tintenstrahlen einer Kammer unterzogen, ' die mit der gleichen frequenz gestört werden, und deren verschiedengroße Tropfen dadurch gleich beabstandet sind. Bei gleichem \ unterscheiden sich die Strahldurchmesser zweier benachbarter Düsen beim Flächenverhältnis 2 nur noch um den Paktor 1,682 und beim Flächenverhältnis 3 nur noch um den Paktor 2,279..Nach Pig. 2 gehört dazu beim .Flächenfaktor 2 ein Λ /ds2 =3,9 und Λ /dsl =6,56 mit den Ihstabilitätskriterium von 89 % des Maximums, bzw. bei gestuften Düsen für den Plächenfaktor 3 ein Λ /ds2 =3,6 und X /ds 1 = 8,2 mit dem Instabilitätskriterium von 74,7 % des Maximums. Damit ist ein stabiler Betrieb des HochdruckVerfahrens beim Tintenstrahldruck.realisierbar. Wie aus. Pig. 1 hervorgeht» kann für die Bildung eines Bildpunktes in · einem Druckzyklus jeweils maximal 1 Tropfen aus der Kammer 2 mit den

größeren Düsen 6 und jeweils maximal 2 Tropfen aus der Kammer 1 mit den kleinen Düsen 5 verwendet werden»

Eine vorteilhafte Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens liegt vor, wenn eine Anordnung benutzt wird, die 3 durchmessergestufte DU-sen im Durchmesserverhältnis 1 : 2£79 ^: 3,674 verwendet, wobei die beiden kleineren Düsen der mit der doppelten Frequenz erregten Kammer und die größte Düse der mit der einfachen Frequenz erregten Kammer zugeordnet werden. In einem Zyklus senden die beiden kleineren Düsen jeweils zwei Tropfen und die größte Düse einen Tropfen aus, die gleichzeitig oder zeitlich kurz nacheinander auf den selben Bildpunkt gelenkt oder aber unabhängig voneinander in den tropfenfänger gelei-' tet werden können* Die von den Düsen ausgestoßenen Tropfen erzeugen dabei gefärbte Flächenanteile im Verhältnis 1 :. 3 J 9· Die nachfolgende Tabelle soll die Kombination der Flächenanteile an einer Farbfläche mit lückenloser kontinuierlicher Stufung zwischen dem Papierweiß und der Vollfärbung des Bildpunktes an diesem konkreten Ausführungsbeispiel demonstrieren:

Tropfenänzahl aus den Düsen ft das Flächenverhältnis	3	: 9	Lr	Stufe	10	" " . '	Papierweiß"	Vollfärbung
1 :	0	0		0	11
0	0	0		1	1.2
1	0	o ,		2	13
2	i	0		3	.' 14 .
0	1			4.	15
1	1 2 2	0 0 0		5 6 7	16
2 ' 0 1	2	0		8	17
2	0	1		9
0	0	1		zunehmende Farbdichte - im BÜdpunkt
1	0	1
2	1	1
0 ·	1	1
1	1	1
2	2	1
0	2	·' 1
1	2	1
2









;

Eine Größenstufung von benachbarten Düsen, bei der mit gleicher Geschwindigkeit Tintenstrahlen ausgesendet werden, die mit jeweils gleicher Erregerfrequenz gestört und demzufolge in gleichlange Abschnitte zerteilt werden, welche sich zu gestuft großen Tropfen zusammen-

5 ballen, ist beim Hochdruckverfahren mit enormen Problemen verbunden. An Hand der Fig. 2 soll dies näher erläutert werden. Es ist die von RAYLEIGH gefundene in erster Näherung geltende Abhängigkeit des Instabilitätskriterium I als Maß für den stabilen Tropfenzerfall vom Verhältnis Λ /ds dargestellt. Als/( wird der Abstand zwischen den

10. Tropfen und als ds der Strahldurchmesser bezeichnet. /( kann durch Λ '= Vrp/f ausgedruckt werden, wenn V die Tropf engeschwindigkeit und f die Erregungsfrequenz, ist. Unterhalb von Λ /ds = H findet kein Tropfenzerfall mehr statt. Ein ausgeprägtes Zerfallsoptimum existiert bei A /ds = 4» 5. Das Diagramm zeigt, daß bei gleichen A und. einem Verhältnis von 4,757 zwischen den kleinsten und den größten Düsendurchmesser (4 Düsen, Paktor 2 gestuft) ein A /dsl = "15,6 und ein A. /ds4 = 3,3 gefunden werden kann.

Das Instabilitätskriterium liegt dabei nur noch bei 41 % des Maximums. • Bei Anwendung der mit dem Plächenfaktor 3 gestuften Düsenanordnung, bei der sich bei 3 gestuften Düsen die größte von der kleinsten um den Paktor 5,194 unterscheidet, -ergibt sich im Diagramm nach Pig. 2 bei diesem Paktor ein ^ /dsl = 3,25 und ein Λ /ds4 = 16,9. Das Instabilitätskriterium liegt dabei nur noch bei 30,5 % seines Maximums. Bei 41 % bzw. 30 % des Instäbilitätsmaximüms ist der Strahlzerfall nicht mehr stabil genug, um den Anforderungen des Hochdruckverfahrens zu genügen. Eine derartige Stufung läßt sich mit den Vorteilen des Hochdruckverfahrens (Tropfenfrequenz 100 kHz, Tropfengröße bis unter 30 ,um) nicht mehr stabil realisieren. Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll diesem Problem begegnet werden.

' ;^: . - ' ^; ' . '. ' '.', ·· Es werden mehrere Tropfen gleichzeitig oder kurz aufeinanderfolgend auf die gleiche Stelle des Aufzeichnungsträgers gelenkt. Bei dem Aufbau eines Bildpunktes können also mehrere Tropfen aus mehreren in Druckzeilenrichtung dicht benachbarten verschieden großen Düsen beteiligt sein. Die von einem Tropfen des Durchmessers d„ erzielte Pläche

·. .· .. - ." · -.... · : · · ^l ' W eines als kreisrund angenommenen Druckpunktes kann mit A = Ks 7 . d™ beschrieben werden. Der ^preizungsfaktor Ks ist von mehreren Paktoren' abhängig Und kann etwa zwischen Ks .= 2 und Ks = 3. liegen. Durch

geeignete Steuerung der Tropfengröße und Tropfenfolge läßt sich die Fläche eines Bildpunktes in verschiedenen Graden durch die' Addition von Teilflächen füllen. Dadurch entsteht für den Betrachter des Bildes auf dem Aufzeichnungsträger der integrale Eindruck einer ' Farbdiclrbestufung. Erforderlich ist für diese Farbdichtestufung, daß nie von der kleinsten Stufe (Papierweiß) bis zur größten Stufe (volle Färbung des Bildpunktes) gleichmäßig ist. Die Fig_e 3 zeigt im Kurvenzug (11) den gleichmäßigen Stufungsverlauf der Farbdichte, wie er erforderlich ist, während im Kurvenzug (12) die Stuf ung der '10 Farbdichte zu klein ist.

Bei einer vorgegebenen Anzahl von Farbstufen muß sich bei einer lückenlosenj gleichmäßigen Farbdichtestufung ein gleiches, von der Anzahl der Stufen abhängiges Differenzmaß der Flächendeckung benachbarter Dichtestufen einstellen. Eine solche lückenlose und gleichmäßige Stufung der bedruckten Flächenanteile in einem Bildpunkt kann man dadurch realisieren, indem mehrere verschieden große Tropfenvolumina sich in einem Bildpunkt vereinigen, die einzeln Punktflächen hinterlassen würden, welche im Verhältnis von 1 : 2 oder 1:3 zwischen größenbenachbarten Tropfen gestuft sind. Bei den mit dem Faktor 2 gestuften Flächen lassen sich je nach Anzahl der Düsen und Tropfenfolge 2, 3, 4, 6, 8, 10 oder 18 Stufen lückenlos kombinieren, wobei mehr als 20 Stufen technisch möglichj jedoch anwendungstechnisch sinnlos sind. Bei den mit dem Faktor 3 gestuften Flächen lassen sich je nach Anzähl der Düsen und der Tropfenfolge 5, 8 öder 17 Stufen lückenlos kombinieren. Dabei können zum Aufbau eines Bildpunktes maximal, 2 Tropfon.aus der selben Düse verwendet werden. '

Neben dem direkten Zusammenhang der Punktflächen mit dem zugehörigen Tropfendurchmesser kann man beim derzeitig schnellsten und rästerfeinsten Tintenstrahlverfahren, dem Hochdruckverfahren mit kontinuier-

30licher Tropfenfolge, einen direkten Zusammenhang des Tropfendurchmessers zum Strahldurchmesser und dem Tropfenabstand nennen.· Geht man von der gleichen Erregungsfrequenz aller Düsenanordnungen aus, dann treten aus den- verschieden großen benachbarten Düsen verschieden große Tintenstrahlen aus, die in verschieden große Trop'fen zerfallen, welche

3!? alle gleich beabstandet sind. ,

Del* notwendige Strahldurchmesser für eine bestimmte Tropfengröße ergibt sichj wenn das Volumen des kugligen Tropfen gleich dem Volumen des in zylindrische Abschnitte der Länge A "zerhackten" Tintenstrahles mit dem Durchmesser ds gesetzt wird.

— R —

Pur eine Punktflächenstufung mit dem Paktor 2 ergibt dies eine Stufung des Düsendurchmessers mit dem Paktor 1,682. Geht man davon aus, daß bei mehr als 4 gestuften Düsen die Anzahl der erzielbaren Färb-. dichtestufen größer als 20 ist, dann ist bei 4 Düsen das Größenver- hältnis äron der kleinsten bis zur größten Düse bereits 4,757. Bei der Anwendung von mit dem Flächenstufenfaktor 3 größengestufte Düsen wird die Zahl 20 der erzielbaren Parbdichtestufen bereits bei mehr als 3 benachbarten Düsen überschritten. '

Beim Stufungsfaktor 3 ergibt sich das Durchmesserverhältnis zwischen benachbarten Düsen von 2,279· Die größte der maximal 3 Düsen unterscheidet sich von der kleinsten Düse hier um den Paktor 5,194·

Eine nähere Erläuterung des Kombinationsprinzxps ist in den Pig. 4 abc und 5 abc gegeben« Es ist schematisch die Gesamtfläche des Bildpunktes 13 als Quadratfläche dargestellt, die stufenweise addiert durch Flächenanteile 14 von Tropfen der Düsen 1 bis 3 gefüllt werden kann. ; Das Schema ist eine Vereinfachung der geometrischen Bildpunktform, denn es ist natürlich so, daß sich durch die Addition der auf dem ' gleichen Punkt auftretenden Tintenmengen ein mehr oder weniger großer 'kreisrunder Parbfleck ergibt.

In den Pig. 4 abc ist die in verschiedenen Graden erfolgte Füllung des Bildpunktes .13 gezeigt, wenn 3 Düsen verwendet werden, die so gestuft sind, daß deren Tropfen Farbflächenanteile 14 im Verhältnis 1 : 2 : 4 hinterlassen, wenn die beiden kleineren Düsen mit der doppelten -Frequenz erregt werden. Damit können maximal 10 Flächenfüllungsstufen ermöglicht werden. ' . '

Die Fig. 5 abc zeigen Beispiele für die Füllung des Bildpunktes 13, wenn die gleiche Anordnung verwendet wird, wobei jedoch die Düsendurchmesser so gestuft sind, daß deren Tropfen auf dem Aufzeichnungsträger Plächenanteile 14 im Verhältnis 1 : 3'. s 9 hinterlassen. Hierbei sind bereits 17 Grade der Flächenfüllung lückenlos und gleichmäßig erzi.elbar.

Die besonderen Vorteile der Erfindung sind:

. -,es kann bei der notwendigen Stufung der Tropfendurchmesser im ' stabilen Bereich der kontinuierlichen Tropfenerzeugung gearbeitet werden; -.-.... '

- durch die Frequenzverdoppelung bei benachbarten Systemen ist eine einfache elektronische Ansteuerung möglich;

- mit nur 3 durchmessergestufte Düsen lassen sich bereits 17 (18) lückenlose gleichmäßige Farbdichtestufen erzielen; - durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Vorteile des Hochdruckverfahrens (sehr hohe Dru die istung bei sehr feinem raster) nutzbar gemacht. .

Claims

1. Verfahren zum Drucken! mittels Tintenstrahl unter Verwendung eines Hochdrucksystems, bei dem ein Druckkopf eingesetzt wird, der mehrere · DüsenreJQien in Druckrichtung besitzt, deren Düsenöffnungen in ihren Durchmessern gestuft sind, gekennzeichnet dadurch, daß

- die Düsen (6) mit den größeren Düsendurchmessern Tintenstrahlen (8) aussenden, die mit der Frequenz f in Tropfen (10) zerfallen und daß

- die Düsen (5) mit den kleineren Düsendurchmessern Tintenstrahlen (7)aussenden, die mit der Frequenz 2f' in Tropfen (9) zerfallen.

Hierzu

2 Seiten Zeichnungen.