DE2431159A1

DE2431159A1 - Fluidschreiber

Info

Publication number: DE2431159A1
Application number: DE2431159A
Authority: DE
Inventors: John F Mahoney; Julius Perel
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1975-03-06
Also published as: JPS5051633A; FR2242246B1; BE819105A; CA1000778A; NL7409095A; US3848258A; IT1020191B; FR2242246A1; GB1473007A; BR7405352A

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidschreiber zum Beschreiben eines Aufzei chnungsmediumSo

Es sind grundsätzlich drei verschiedene Arten von Schreibeinrichtungen bekannt, welche mit flüssiger Tinte ein Aufzeichnungsmedium beschreiben. Die erste Art arbeitet in der Weise, daß ein mit Tinte beschickter Schreibstift und eine Aufzeichnungsfläche miteinander in Berührung stehen, wobei der Schreibstift beim Empfang eines entsprechenden Signals von der Aufzeichnungsfläche abgehoben werden kann» Zu den Nachteilen dieses Systems gehören die Schwierigkeiten,

S.08810/0642

Bankkonten: H. Aufhäuser, München 173533 - Deutsche Ban!;, München 16/25078 · Postscheckkonto München -46212 -801 BLZ 70030400 ' BLZ 70070010 BLZ 700IQO SO

welche damit verbunden sind_s den Schreibstift unter veränderten Betriebsbedingungen abzuheben. Bei hohen Schreibgeschwindigkeiten, wie sie bei einem starken Informationsfluß auftreten, ist ein stark gedämpftes, verhäitntsmäßig starres mechanisches System erforderlich, welches entweder in der Konstruktion außerordentlich aufwendig wird oder sehr unhandlich ist.

Bei einer zweiten Art derartiger Schreibeinrichtungen steht ebenfalls ein mit Tinte beschickter Schreibstift ständig in Berührung mit einer Aufzeichnungsfläche und wird über die Aufzeichnungsfläche bewegt, um die Information aufzuzeichnen. Wie bei der letztgenannten Art wird bei derartigen Schreibeinrichtungen auf der Aufzeichnungsfläche eine kontinuierliche Linie geliefert, und zwar stets dann, wenn der Schreibstift und die Aufzeichnungsfläche mit-" einander in Berührung stehen_o Diese Art ist bei praktischen Anwendungen als Oszillograph stark begrenzt, da der mechanische Aufwand zu groß ist, um einen kontinuierlich arbeitenden Schreibstift derart zu steuern, daß die bei entsprechend hohen Anforderungen zu schreibenden Kurvenformen stets sauber aufgezeichnet werden können.

Schließlich sind auch Tintensprüheinrichiungen grundsätzlich bekannt, bei welchen Tinte über einen Spalt zwischen einer Düse und einem Aufzeichnungsmedium ausgesprüht wird. Dabei sind Systeme bekannt, bei denen die Tinte kontinuierlich strömt, d. h. , daß Tintentropfen kontinuierlich in Reaktion auf Druck und Vibration ausgebildet und ausgesprüht werden. Im Bereich der Umgebung einer Düse ist hierbei ein Ladungskanal angeordnet, durch welchen die Tintentropfen hindurchgeschleudert werden und der dazu dient, eine Ladung auf bestimmte Tintentropfen aufzubringen, und zwar in Abhängigkeit von einem zu reproduzierenden Videosigna!. Strom-

509810/0642

abwärts von diesem Kanal ist ein Satz von Ablenkplatten angeordnet, die untereinander eine Potentialdifferenz aufweise"». Das elektrische Feld, welches zwischen den Platten erzeugt wird, wirkt auf die aufgeladenen Tropfen in der Weise, daß sie um einen Beirag abgelenkt werden, der durch die Amplitude der verwendeten Potentialdifferenz bestimmt ist. Weiterhin ist stromabwärts von den Ablenkplatten ein Trog angeordnet, der dazu dient, diejenigen Tropfen aufzufangen, die keine Ladung haben, um diese in einen Auffangbehälter zu teiten. Weiterhin ist ein Aufzeichnungsmedium vorhanden, welches die abgelenkten Tintentropfen aufnimmt, wodurch ein Bild entsteht, das für die zu erzeugenden Videosignale repräsentativ ist. Das Aufzeichnungsmedium wird gewöhnlich synchron zu der Anwendung der Videosignale auf die Tropfen bewegt. Zu dem Aufwand, daß ein Tintenauffangbehälter und möglicherweise, eine Pumpeinrichtung zur Übertragung der Tinte von dem Speicher auf die Düsen erforderlich sind, kommt bei dieser bekannten Art von Schreibeinrichtungen der Nachteil, daß bei einem derartigen System Tinte fehlgeleitet werden kann und mechanische Teile versagen können, so daß bei derartigen kontinuierlichen Tintensprüheinrichtungen die Wiedergabe des Videosignals nicht exakt erfolgt. Offensichtlich wird nämlich dann, wenn das Videosignal gerade ansteigt oder abfällt oder zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Tropfen sich gerade ablösen, überhaupt nicht vorhanden ist, die Ladung auf den Tropfen kein Kriterium für das Videosignal sein. Um getrennte Ladungen auf vorgegebene Tropfen aufzubringen, bedarf es der Kenntnis, wann die Ablösung eines Tropfens erfolgt oder in welcher Weise der Vorgang der Tropfenbildung zeitlich in Bezug auf das Videosignal abläuft. Ohne Steuerung der Tropfenablösezeit, weil un vorhersehbare Phasen Veränderungen bei der Tintentropfenbildung auftreten, werden die Gleichförmigkeit und die Wiedergabetreue des geschriebenen Signals stark beeinträchtigt.

509810/0642

Bei einem anderen Typ einer Tintenspruheinrichtung werden die Tintentropfen in selektiver Weise in Abhängigkeit vom Videosignal ausgebildet, und zwar derart, daß alle gebildeten Tintentropfen auf das Aufzeichnungsmedium auftreffen. Derartige Systeme sind in den US-Patentschriften 3 341 859 und 2 14-3 376 beschrieben. Bei diesen Systemen ist ein leitender Stab hinter dem Aufzeichnungsmedium angeordnet und liegt an einer Spannung mit einer bestimmten Polarität, die nicht ausreicht, um Tinte aus den Düsen herauszuziehen. Wenn gesehrieben werden soll, werden Rechteckimpulse mit anderer Polarität in selektiver Weise an die Düsen gelegt, und zugleich wird das Papier weiterbewegt. Das auf diese Weise entstehende elektrostatische Feld zwischen der Düse und dem Stab überwindet die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und zieht Tinte aus der Düse heraus auf das Aufzeichnungsmedium.

Offensichtlich ist es erwünscht, daß bei einem Tintenschreibsystem alle Tintentropfen zum Schreiben nutzbar gemacht werden, d.h., daß keine Tintentropfen abgelenkt oder dem Speicher wieder zugeführt werden müssen. Manchmal ist es jedoch envünscht, die Linienstärke zu erhöhen, und zwar auf ein Haß, welches mit einer einzigen Düse nicht erreichbar ist. Hierssu hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Mehrzahl von Tintendüsen oder, -strahlen konvergent anzuordnen, wie es in der US-Patentschrift 5 373 beschrieben ist. Eine derartige Strahlanordnung ermöglicht einen größeren Abstand zwischen den« einzelnen Strahlen als bei parallel zueinander angeordneten Strahlen. In solchen Systemen, bei welchen Tintentropfen durch einen Bereich von Strahlen gebildet werden, werden Spannungsimpulse einer bestimmten Polarität gleichzeitig an ausgewählte Düsen gelegt, und somit werden eine Yielzahl von Strahlen aus Tintentropfen erzeugt, welche dieselbe Ladung haben.

Weil die Strahlen aus Tintentropfen, die aus einer konvergenten Düsenanordnung erzeugt werden, dieselbe Polarität aufweisen, verursachen die elektrostatischen Kräfte, welche auf die Tintentropfen in der Nähe der Düsen wirken, eine derartige Ablenkung der Strahlen, daß sie bei ihrer Bewegung auf das Aufzeichnungsmedium divergieren. Diese Abstoßung führt zu einer unerwünschten

509810/0642

Verbreiterung der Linie und in einigen Fällen zu einer schwankenden Linienstärke_o Weiterhin wird es durch die elektrostatische Abstoßung schwierig, zwei Tintenlinien mit einem festen Abstand zwischeneinander zu erzeugen_o

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluidsehreibeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die Stärke und/oder der Abstand einzelner Linien auf dem Aufzeichnungsmedium exakt steuerbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß mehrere Düsen vorgesehen sind, die Fluid enthalten und auf einen Bereich des Aufzeichnungsmediums gerichtet sind, daß weiterhin eine erste Einrichtung vorhanden ist, um Spannungsimpulse an die Düsen zu führen, und daß weiterhin eine zweite Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, um die elektrostatischen Kräfte im Bereich der Düsen derart zu steuern, daß gerade gebildete Tröpfchen des Fluidstrahls, die von einer der Düsen kommen, nicht von ihrer Bahn auf den Bereich des Aufzeichnungsmedrums durch das elektrostatische FeId₃ welches in Bezug auf eine beliebige andere Düse besteht, abgelenkt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist den wesentlichen Vorteil auf, daß bei sparsamem Tintenverbrauch sowohl die Linienstärke als auch der Abstand sehr eng benachbarter Linienzüge außerordentlich genau eingestellt werden können.

Weiterhin ist der erfindungsgemäßen Anordnung der Vorteil eigen, daß auch bei hoher Schreibgeschwindigkeit ein komplizierter Kurvenverlauf exakt aufgezeichnet werden kann.

Der Grundgedanke, die Stärke und/Sder den Abstand einzelner Linien auf dem Aufzeichnungsmedium exakt zu steuern besteht darin, mehrere

509810/0642

Düsen zueinander konvergierend anzuordnen und unerwünschte gegenseitige Anziehungskräfte, die auf die Tintentröpfchen wirken, zu vermindern. In einem Ausführungsbeispiel ist eine Elektrode zwischen jeweils eineia Paar von Düsen der Düsenanordnung vorgesehen und an eine G-Ieichspannungsquelle angeschlossen, deren Spannungswert kleiner ist als der Spitzenwert der Spannungsimpulse, die an die Düsen geführt werden» In einem -zweiten Ausführungsbeispiel werden einander- benachbarte Düsen der Düsenanordnung mit Yideo impuls en entgegengesetzter Polarität gespeist _? v/o durch die Tintentröpfchen benachbarter Düsen entgegengesetzt aufgeladen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tintenschreibersystems,

Fig* 2 eine Wellenform, welche ,den Düsen des in den Fig. 1 und 3 dargestellten Tintenschreibersystems zugeführt werden kann, und

SIg. 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tintenschreibersystems.

Gemäß Hg. 1 weist die Vorrichtung eine Vielzahl von langgestreckten Tintendüsen 10, 12 und 14 auf, die jeweils eine Menge flüssiger Schreibtinte 16 enthalten, die elektrisch leitend ist. Die Tinte 16 kann eine auf Pigmentbasis hergestellte Tinte oder eine auf Farbbasis hergestellte Tinte sein, die eine jeweils annehmbare spezifische Viskosität, Leitfähigkeit und Oberflächenspannung aufweist. Die Düsen verjüngen sich von einem großen Durchmesser und enden in einer kurzen Kapillarspitze 11, 13 bzw. 15. Da der hydrostatische Druck an .den Düsenspitzen nur etwa 1 cm Wassersäule beträgt,

509810/0642

werden die Kapillarkräfte an den Kapillarspitzen nicht überwunden, und somit fließt normalerweise keine Tinte aus den Düsen 10, 12 und 14 heraus. Stattdessen bildet sich ein konvexer Miniskus auf den Spitzen der Düsen» Eine Strömung in der Form von Tintentropfen mit sehr geringem Querschnitt wird nur dann erzeugt, wenn der Miniskus der Wirkung eines elektrostatischen Feldes mit bestimmter Stärke unterworfen wtrd_o Der innendurchmesser der Spitzen 11_S 13 und 15 kann verhältnismäßig groß sein, er kann beispielsweise 0, 15 mm betragen, da der Druck gering ist. Der Außendurchmesser der Spitzen 11, 13 und 15 steuert die Größe des Miniskus und liegt in der Größenordnung von O₅ 25 mm, Die Düsen 10, 12 und 14 sind in einem konvergierenden Bereich derart angeordnet, daß T in ten tropf en, die von diesem Bereich ausgehen, gegen einen gemeinsamen Bereich 22 eines Aufzeichnungsmediums 24 gesprüht werden, welches über eine Platte 26 läuft, die vorzugsweise auf Erdpotential liegt» Während eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vorsieht, daß die Düsen in einem kreisförmigen Bereich angeordnet sind, dürfte ersichtlich sein, daß eine derartig gleichförmige räumliche Verteilung der Düsen nicht unbedingt erforderlich ist„

Wenn die Spannungs impulse an jeder Düse dieselbe Poäarität aufweisen_$ weisen auch die Tintentropfen der Sirahlen, die von den Düsen abgehen, diese Polarität auf, d₀ h_o, wenn ein positiv verSaufender Impuls an die Düsen 10, 12 und 14 geführt wird, so sind die Tropfen der Strahlen, welche vors den Düsen ausgehen, positiv geladen. Wenn der gerade gebildete geladene Tintentropfen die Düsen verläßt, so bewirken c'ie elektrostatischen Wechselwirkungskräfte, die im Bereich der Düsen wirksam sind, daß die Bahnen der gerade gebildeten Tintentropfen aus verschiedenen Düsen divergieren. Diese Divergenz führt oft dazu, daß T loten tropfen auf dem Aufzeichnungs-

50S810/Q642

medium außerhalb des Bereiches 22 des Aufzeichnungsmediums 24 auftreffen, was zu einer unerwünschten Auftrennung oder Verbreiterung der Linienstärke führt. Wenn eine Mehrzahl von einzelnen Linien gebildet werden soll, die innerhalb des Bereiches 22 einen vorgegebenen Abstand voneinander aufweisen, wobei jede Düse eine Linie erzeugt, können die auf die Tintenstrahlen wirkenden elektrostatischen Kräfte dazu führen, daß sich der Linienabstand sporadisch vergrößert oder verändert.

Um die elektrostatischen Wech.seIWirkungskräfte im Bereich der Düsen 10, 12 und 14 zu überwinden, ist eine Elektrode 28 zwischen den Düsen 10 und 12 und eine weitere Elektrode 30 zwischen den Düsen 12 und 14 angeordnet. An die Elekroden 28 und 30 ist ein Gleichspannungssignal gelegt, das eine Größe aufweist, die zwi- *' sehen dem Maximalwert der an die Düsen geführten Impulse und dem Potential der Platte 26 liegt. Wenn beispielsweise die an die Düsen 10, 12 und 14 von der Quelle 32 geführten Spannungsimpulse eine maximale Amplitude von 3 bis 3, 5 kV gegen Erde aufweisen und die Platten 26 geerdet Ist, so würde das an die Elektroden 28 und 30 geführte Gleichspannungssignal einen positiven Wert zwischen 2 und 2, 5 kV gegen Erde aufweisen. Wenn die Platte 26 gegen Erde ein negatives Potential aufweist, so könnte die Größe des an die Düsen und die Elektroden 28 und 30 geführten Signals vermindert werden und wenn das negative Potential auf der Platte 26 dne ausreichende Größe aufwejst, so kann das an die Elektroden 28 und 30 geführte Signal eine entgegengesetzte Polarität wie das an die Düsen geführte Signal aufweisen. Die Zwischenelektrode! 28 und 30 steuern die elektrostatische Wechselwirkung zwischen benachbarten Düsen, und daraus ergibt sich eine Steuerung der elektrostatischen Kräfte auf gerade gebildete Tintentropfen, was zu dem Ergebnis führt, daß die Bahnen der von den verschiedenen Düsen abgehenden Tintentropfen nicht divergieren.

509810/0642

In der Fig. 2 sind die Impulse einer Wellenform 40 dargestellt, und zwar zur Veranschaulichung des von der Quelle 32 gelieferten Signals, wobei jeder Impuls zweckmäßigerweise verschiedene Tintentropfen erzeugen soll. Gemäß der Darstellung weist jeder Impuls eine steil ansteigende Vorderflanke 42 auf, die auf einen vorgegebenen Pegel 44 ansteigt, beispielsweise auf 3500 Volt, und zwar an den oben erwähnten Düsen sowie an der Tinte, dann wird der Impuls während einer kurzen Zeitperiode auf einem Pegel 44 gehalten, beispielsweise über 100 Mikrosekunden. Vorzugsweise fällt die rückwärtige Flanke 45 jedes Impulses langsam ab, und zwar entweder linear oder exponentiell, bis er den Basispegel 43 erreicht.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des Erfindungsge-. genstandes dargestellt, in welcher die Divergenz der Strahlenbahnen der Tintentropfen von verschiedenen Düsen eines beliebigen Bereiches ohne Zwischenelektroden steuerbar sind. In dieser Ausführungsform sind gleiche Komponenten wie in. der Fig. 1 mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet, und die an die Zwischendüse 12 geführte Wellenform weist eine zu der Polarität der an die Düsen 10 und 14 geführten WeI I en formen umgekehrte oder entgegengesetzte Polarität auf. Gemäß der Darstellung kann dies durch eine herkömmliche Inverterschaltung 46 geschehen, die in der Schaltung angeordnet ist, welche die Düse 12 versorgt. Bei diesem System weisen die Tintentropfen von den Düsen 10 und 14 beispielsweise eine positive Polarität auf, und die Tintentropfen von der Düse 12 haben eine negative Polarität. Da die Tintentropfen des Strahls von der mittleren Düse 12 eine Polarität aufweisen, welche zu derjenigen der Tintentropfen von den äußeren Düsen 10 und 14 entgegengesetzt ist, werden abstoßende Kräfte zwischen den äusseren Strahlen vermieden. Auf diese Weise können Tintenlinien konstanter Stärke oder Tintenlinien mit steuerbarer Separation erreicht werden.

509810/0642

In dem System gemäß Fig. 1 und 3 sind die Düsen 10 und 14 vorzugsweise unter einem Winkel von 15 bis 30 Grad gegenüber der mittleren Düse 12 angeordnet, welche orthogonal zu der Ebene des Aufzeichnungsmediums 24 gerichtet ist. Die Düsen 10, 12 und 14 weisen vorzugsweise einen Abstand von etwa 1, 5 mm vom Bereich 22 des Aufzeichnungsmediums 24 auf. In der Ausführungsform gemäß Flg. 1 sind die Elektroden 28 und 30 vorzugsweise äqui distant von den Düsen 10 und 12 sowie jeweils von den Düsen 12 und 14 angeordnet und haben vorzugsweise einen Abstand von etwa 1,5 mm von den Bereichen 22 des Aufzeichnungsmediums 24.

- Patentansprüche -

509810/0642

Claims

Patentansprüche

Fluidschreiber zum Beschreiben eines Aufzeichnungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen (10,12,14) vorgesehen sind, die Fluid enthalten und auf einen Bereich (22) des Aufzeichnungsmediums (24) gerichtet sind, daß weiterhin eine erste Einrichtung (32) vorhanden ist, um Spannungsimpulse an die Düsen (10,12,14) zu führen, und daß weiterhin eine zweite Einrichtung (28,30) · vorgesehen ist, welche dazu dient, um die elektrostatischen Kräfte im Bereich der Düsen (10,12,14) derart zu steuern, daß gerade gebildete Tröpfchen des Fluidstrahls, die von einer der Düsen (10,12,14) kommen, nicht von ihrer Bahn auf den Bereich (22) des Aufzeichnungsmediums (24) durch das Feld, welches in Bezug auf eine beliebige andere Düse (10,12,14) besteht, abgelenkt werden.
2. Fluidschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _? fiaß die zweite Einrichtung aus einer Yielzahl von Elektroden (28,30) besteht und daß eine dieser Elektroden zwischen jeweils einem Paar von Düsen (10,12;12,14) angeordnet ist.
3. Fluidschreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (28,30) mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, die eine Spannung liefert, welche etwas geringer ist als der Spitzenwert der von der ersten Einrichtung (32) an die Düsen (10,12,14) geführten Spannungsimpulse.
4. Fluidschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung eine Vorrichtung ist, welche dazu dient, die Polarität der zumindest einer der Düsen (10,12,14) zugeführten Spannungsimpulse umzukehren

509810/0642
5. Fluidschreiber zum Beschreiben eines Aufzeichnungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppierung von Düsen (10,12,14) vorgesehen ist, welche Fluid enthalten und derart angeordnet sind, daß sie in Richtung auf einen Bereich (22) des Aufzeichnungsmediums (24) weisen, daß weiterhin eine" erste Einrichtung (32) vorhanden ist, welche dazu dient, um selektiv ein starkes elektrostatisches Feld zwischen den Düsen (10,12,14) und dem Aufzeichnungsmedium (24) zu erzeugen, und daß weiterhin eine zweite Einrichtung vorgesehen ist, welche dazu dient, das elektrostatische Feld zwischen "benachbarten Düsen (10,12, 14) des Bereiches zu vermindern, wenn das elektrostatische Feld zwischen diesen Düsen (10,12,14) und dem Aufzeichnungsmedium (24) aufgebaut ist.
6. Fluidschreiber zum Beschreiben eines Aufzeichnungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß mehere Düsen (10,12,14) vorgesehen sind, welche derart gerichtet sind, daß beim Anlegen von Impulsen ihrer Fluidstrahlen auf einen Bereich (22) des Aufzeichnungsmediums (24) gerichtet sind, daß weiterhin eine erste Einrichtung (32) vorhanden ist, welche dazu dient, um Spannungsimpulse an die Düsen (10,12,14) zu legen und daß weiterhin eine Elektrode (28,30) (jeweils zwischen benachbarten Düsen (10,12 ;12, 14) angeordnet ist, wobei den Elektroden eine Gleichspannung zugeführt wird, die einen Wert aufweist, der wesentlich geringer ist als der Spitzenwert der von der ersten Einrichtung (32) an die Düsen geführten Spannungsimpulse.
7. Fluidschreiber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Spitzenwert der Spannungsimpulse im Bereich von 3000 bis 3500 Volt liegt und daß die Gleichspannung eine Größe im Bereich von 2000 bis 2500 Volt aufweist.

509810/0642
8. Fluidschreiber nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10,12,14) gegeneinander unter einem Winkel zwischen 15 und 30 Grad geneigt angeordnet sind.
9. Fluidschreiber zum Beschreiben eines Aufzeichnungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppierung von Düsen (10,12,14) vorgesehen ist, welche Fluid enthalten und derart gerichtet sind, daß beim Anlegen von Impulsen ihre Fluidstrahlen auf einen Bereich (22) des Aufzeichnungsmediums (24) gerichtet sind, und daß weiterhin eine Einrichtung (32,46) vorhanden ist, um Spannungsimpulse entgegengesetzter Polarität an benachbarte Düsen (10,12,14) des Bereichs zu führen.

509810/0642