DE2459230A1

DE2459230A1 - Vorrichtung zum verstaerken der ablenkung von magnetisierbaren tintentropfen in einem tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE2459230A1
Application number: DE19742459230
Authority: DE
Inventors: Richard Lawrence Garwin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-02-04
Filing date: 1974-12-14
Publication date: 1975-08-07
Also published as: FR2259646B1; DE2459230B2; NL7500398A; SE404560B; SE7500840L; FR2259646A1; IL46418A; CH573816A5; GB1463772A; IL46418A0; IT1027854B; DE2459230C3; JPS552351B2; BG25103A3; JPS50110528A; CA1014593A; US3878518A; BR7500709A; ES433657A1

Description

Aktenzeichen der Anmelderini YO 973 013

Vorrichtung zum Verstärken der Ablenkung von magnetisierbaren Tintentropfen in einem Tintenstrahldrucker

Die Erfindung geht von einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art aus.

Bei Tintenstrahl-Druckern wird bekanntlich ein Strahl von Tinte unter Druck aus einer Düse ausgestoßen und durch periodische Unterbrechungen in einzelne Tropfen aufgelöst, die dann auf einen Aufzeichnungsträger auftreffen. Zum Erzielen einer guten Druckqualität ist es erforderlich, daß die Tropfen untereinander im wesentlichen gleiche Abstände aufweisen, gleiche Größe * haben und mit einer großen Folgefrequenz, wie beispielsweise 10-³ pro Sekunde, erzeugt werden.

50 9 as 27

Bei untereinander gleichen Abständen ist es möglich, die Tropfen individuell auf den Aufzeichnungsträger zu richten oder vor dem Erreichen des Aufzeichnungsträgers abzulenken, je nach dem zu druckenden Muster.

Es sind bereits verschiedene Typen von Ablenkvorrichtungen für die Verwendung in Tintenstrahl-Druckern bekannt geworden. Die Grosse der Ablenkung eines Tropfens durch die Ablenkvorrichtung muss gross genug sein, zu verhindern, dass der Tropfen den Aufzeichnungsträger erreichen kann. Wenn das zu druckende Muster erfordert, dass die Tropfen auf mehr als eine Stelle des Aufzeichnungsträgers gerichtet werden sollen, muss die Grosse der Ablenkung veränderbar sein. Daraus ergibt sich, dass zum Erreichen der nötigen Ablenkung jedes einzelnen Tropfens ein relativ grosser Energieaufwand erforderlich ist.

Bei den bekannten Ablenkvorrichtungen , in denen die erforderliche Ablenkung den einzelnen Tropfen auf einmal erteilt wird, ist es nötig, dass jeweils nur ein Tropfen innerhalb der Ablenkvorrichtung vorhanden ist. Daraus folgt, dass die Länge der Ablenkvorrichtung , welche von den Tropfen passiert wird, klein genug sein muss, dass trotz einer

YO 9-73-013 BO9832-/20667

relativ großen Tropfen-Folgefrequenz doch nur jeweils ein Tropfen innerhalb der Ablenkvorrichtung vorhanden ist. Das Erzielen eines ausreichend großen Ablenkwinkels innerhalb einer sehr kurzen Ablenkvorrichtung verlangt.eine sehr große Magnetisierungsenergie. Falls die maximale Magnetisierungsfeidstärke wegen eintretender Sättigung limitiert ist, muß der Tropfenabstand vergrößert werden, um die Benutzung einer größeren Ablenkeinheit zu gestatten. Außerdem muß genügend Zeit vorhanden sein, um die Größe des der Ablenkeinheit zugeführten Steuersignals für jeden der Tropfen zu verändern. Daraus folgt, daß die maximale Druckgeschwindigkeit von der Strecke abhängt, die die einzelnen Tropfen innerhalb der bekannten Ablenkvorrichtungeη zurücklegen müssen. Tatsächlich ist der Tropfenabstand immer ein kleines Vielfaches des Tropfendurchmessers, und die Länge der Ablenkvorrichtung muß deshalb normalerweise etwa einen Tropfendurchmesser betragen.

Es ist die Aufgabe' der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden und insbesondere bei gleichzeitiger Erhöhung der KDruckgeschwindigkeit den Energieverbrauch für die Gesamtablenkung der Tropfen zu senken.

509832/0667

Mit einer nach der Erfindung aufgebauten Vorrichtung ist eine höhere Druckgeschwindigkeit möglich, weil nur eine anfängliche, teilweise Ablenkung der einzelnen Tintentropfen zu erzeugen ist und daher die Ablenkvorrichtung relativ kurz sein kann. Da hierbei erfindungsgemäß ein statisches magnetisches Feld verwendet wird, ist es möglich, daß zur gleichen Zeit mehrere Tropfen innerhalb des Verstärkers vorhanden sein können. Durch das statische Magnetfeld wird eine lineare oder gleichförmige Verstärkung der Ablenkung der aus magnetisierbarer Tinte bestehenden Tropfen erzielt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

509832/0667

YO 973 013 - 4 -

Pig. 1 eine schematische Darstellung eines

Tintenstrahl-Druckers mit einer Vorrichtung zum Verstärken der Ablenkung der Tintentropfen und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der

Verstärkungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Tinten-Reservoir 1, von welchem magnetisierbare Tinte unter Druck, beispielsweise 3₉4 bar, einer Düse 2 zugeführt wird.' Ein Strahl 3 magnetisierbarer Tinte tritt aus einer öffnung der Düse 2 aus. Dabei passiert der Strahl 3 eine Erreger-Vorrichtung 4, die so ausgebildet ist, daß sie den Strahl 3 in im wesentlichen gleichgroße und untereinander gleiche Abstände aufweisende Tropfen 5 aufbricht. ' " .

Als Erreger kann irgendeine der bereits bekannten Vorrichtungen verwendet werden, wobei beispielsweise ein Wechselstromgenerator oder ein Impulsgenerator 6 benutzt wird, der die Spule der Erreger-Vorrichtung 4 mit Strom versorgt.

B0_9832/p6&l

YQ 973 013 - - 5 -

Nachdem der Strahl 3 in einzelne Tropfen 5 aufgebrochen ist, passieren sämtliche Tropfen eine Ablenkeinheit 7 , die mit einer Signalquelle 8 verbunden ist. Die Signalquelle 8 versorgt die Ablenkeinheit 7 mit Signalen, deren Parameter von den Eingabedaten abhängen, welche der Signalquelle 8 zugeführt werden, um jeden der Tropfen 5 in Uebereinstimmung mit dem gewünschten Muster abzulenken, welches auf einem Aufzeichnungsträger 19 abgedruckt werden soll. Die Signalquelle 8 ist mit dem Impulsgenerator 6 synchronisiert,, so dass der Ablenkeinheit 7 Signale zugeführt werden, wenn sich die Tropfen innerhalb der Ablenkeinheit 7 befinden.

Die Ablenkeinheit 7 ist so ausgebildet, dass sie jeden der aus dem Tintenstrahl 3 hervorgehenden Tropfen 5 ablenken kann. Eine derartige Ablenkeinheit ist im USA-Patent 3,805,272 beschrieben. Die Ablenkeinheit erzeugt eine anfängliche Ablenkung der Bahn eines jeden der Tropfen 5, falls das erforderlich ist. Die Ablenkeinheit 7 verursacht' selbstverständlich keine Ablenkung, wenn der Tropfen 5 auf praktisch horizontaler Bahn von der Erreger-VorFichtung 4 zum Aufzeichnungsträger 9 fliegen soll. Nach dem Verlassen der Ablenkeinheit 7 passiert jeder der Tropfen 5 einen Verstärker 10, der von seinem Eingang bis zu seinem Ausgang die Länge A aufweist.

509832/0667

YO 9-73-013 - 6 -

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Mitte der Ablenkeinheit 7 vom Eingang des Verstärkers 10 eine Distanz L entfernt, und eine Distanz M vom Ausgang der Erreger-Vorrichtung 4. Zur Veranschaulichung der Verhältnisse ist die Ablenkeinheit 7 sowohl vom Verstärker 10 als auch von der Erreger-Vorrichtung 4 sehr weit entfernt dargestellt, während die Ablenkeinheit 7 tatsächlich beiden eng benachbart ist . Beispielsweise

kann die Länge A des Verstärkers 10 etwa hundertmal grosser sein als die Längen L bzw. M.

Demnach legt jeder der Tropfen 5 die Strecke A in der x-Richtung durch den .Verstärker 10 zurück. Die x-, y- und z-Richtungen sind in der Fig. 1 angedeutet. Demnach erfolgt die Ablenkung der Tropfen 5 durch die Ablenkeinheit 7 in der ζ-Richtung, entweder aufwärts oder abwärts.

Der Verstärker 10 weist ein U-förmiges Joch 11 auf, das aus weichmagnetischem Material, wie beispielsweise weichem Eisen oder Ferrit, besteht. In dem Joch 11 sind Permanent-Magnete 12.,und 13 angeordnet, die aus hartmagnetischem Material bestehen und an gegenüberliegenden Seiten des Joches befestigt sind. Die Magnete 12 und 13 haben Weicheisen-Polflächen 14 und 15, von denen eine ein Nordpol, die andere ein Südpol ist.

6 0 9-832/0667

YO 9-73-013 - 7 -

Die PoIflochen 14 und 15 haben¹ eine zur Flugbahn des Strahls 3 symmetrische, konkave Form, wenn der Strahl x-Richtung aus der Erreger-Vorrichtung 4 austritt. Wegen ihrer konkaven Form sind die PolflMchen 14 und 15 bei z=0 am weitesten 'voneinander entfernt und sind sich an ihren oberen und unteren Enden am nächsten. Aufgrund dieser Anordnung erzeugen die Polflächen 14 und 15 ein magnetisches Feld im wesentlichen entlang der y-Richtung , so dass das magnetische Feld zur Hauptsache in einer Ebene senkrecht zur Ebene / in welche die x-Richtung und die z-Richtung liegen, wirkt.

Ferner hat das magnetische Feld wegen der konkaven Form der Polflächen 14 und 15 der Magnete 12 und 13 eine zunehmende Feldstärke gegen die Enden der Polflächen, obwohl es sich zur Hauptsache entlang der y-Achse erstreckt. Wenn der Tropfen 5 sich nicht in der z=0-Ebene bewegt, verursacht die zunehmende magnetische Feldstärke in der z-Richtung eine Beschleunigung des Tropfens S in der z-Richtung , in welcher der Tropfen 5 von der x-Richtung abweicht.

Wenn der Tropfen am Eingang des Verstärkers 10 von der x-Richtung nach oben in z-Richtung abweicht, dann verursacht die Zunahme der Feldstärke gegen die oberen Enden der Polflächen 14 und 15 eine

B 0 9 8 3 2/0 6 6 7

YO 9-73-013 - 8 -

lineare oder gleichförmige Verstärkung der Ablenkungen des Tropfens 5 in A ufwärtsrichtung von dem Moment an, in dem der Tropfen in den Verstärker 10 eintritt und während seiner gesamten Bewegung durch den Verstärker 10 in der x-Richtung. Das gleiche gilt für den Fall/ dass der Tropfen 5 durch die Ablenkeinheit 7 so abgelenkt worden ist, dass er in z-Richtung unterhalb der x-Richtung in den Verstärker 10 eintritt, wobei dann die Zunahme der Feldstärke gegen die unteren Enden der Polflächen .14 und 15 eine Verstärkung der Ablenkung des Tropfens in der Richtung nach abwärts verursacht, welche Verstärkung beginnt, sobald der Tropfen in den Verstärker 10 eintritt , und die während seiner gesamten Bewegung durch den Verstärker 10 in der x-Richtung andauert.

Die anfängliche Ablenkung .des Tropfens 5 in z-Richtung, aufwärts oder abwärts, zur Zeit des Eintritts des Tropfens 5 in den Verstärker 10, die magnetische Feldstärke , der Eintrittswinkel des Tropfens 5 in den Verstärker 10 ( d.h. die Neigung seiner Bahn), die Länge A des Verstärkers 10, und die Wink el-Verstärkung gehen als Parameter in die Verstärkung der Ablenkung des Tropfens 5 durch den Verstärker 10 ein. Wenn dem Tropfen keine anfängliche Ablenkung erteilt worden ist und demnach kein Eintrittswinkel vorhanden ist, unter dem der Tropfen 5 in den Verstärker 10 eintritt, dann ist dem Tropfen bis zu seinem Austritt aus dem Verstärker

B09832/0667

YO 9-73-013 - 9 -

- 40«

auch keine weitere Ablenkung*zuteil geworden.

Nach dem Verlassen des Verstärkers 10 treffen die Tropfen 5 entweder auf den Aufzeichnungsträger . 9 auf oder fallen in eine Auffangvorrichtung 16 , von welcher sie dem Tinten-Reservoir 1 wieder zugeführt werden. In der Fig. 1 ist dargestellt, wie die Tropfen 5 auf den sich

to

von links nach rechts bewegenden Aufzeichnungsträger 9 auftreffen, um den Buchstaben G zu formen, was durch unterschiedliche Ablenkungen der verschiedenen Tropfen-5 erfolgt.

Anstatt einen Buchstaben zu formen, können die Tropfen beispielsweise auch so abgelenkt werden, dass sie entweder in die Auffangvorrichtung 16 fallen oder in x-Richtung auf den Aufzeichnungsträger 9 auftreffen. Dabei haben die Tropfen keinen Winkel zur ζ-Richtung oder aber alle den gleichen,· so dass man in einfacher Weise die Operationen "Drucken" und "Nicht-Drucken" erhält.

Da das magnetische Feld zwischen den Polflächen 14 und 15 statisch ist, übt es immer die gleiche magnetische Kraft auf sämtliche Tropfen aus, die sich an der gleichen Stelle in x-Richtung befinden und die gleiche Auslenkung in z-Richtung haben. Daher kann mehr als ein

B09832/0667

YO 9-73-013 - 10 -

Tropfen 5 gleichzeitig im Verstärker 10 vorhanden sein, und doch können sämtliche Tropfen ihre individuellen Flugbahnen haben, und ihre Ablenkungen können individuell verstärkt werden.

Demnach ist der minimale Tropfenab-stand nur.durch die Länge der Ablenkeinheit 7 gegeben und nicht durch die Länge des Verstärkers 10, da die Geschwindigkeit so eingestellt sein muss, dass mit Sicherheit jeweils nur ein Tropfen 5 innerhalb der -Ablenkeinheit 7 vorhanden ist. · Daher ist die maximale Tropf en-Folgefrequenz nicht mehr so eingeschränkt . durch die Länge der Ablenkeinheit 7, die bei Anwendung des vorliegenden Erfindungsgedankens relativ kurz sein kann, im Vergleich mit vorbekannten Ablenkmitteln, welche die gesamte Ablenkung eines Tropfens zu erzeugen hatten.

Da ferner nur eine anfängliche Ablenkung der Tropfen durch die Ablenkeinheit 7 aufgebracht werden muss, ist die hierfür aufzuwendende Energie wesentlich kleiner als wenn die gesamte Ablenkung durch die Ablenkeinheit 7 erzeugt werden müsste. Die Permanentmagnete 12 und 13 verbrauchen selbstverständlich keine Leistung.

SO9832/Q66?

YO 9-73-013 -H-

Obwohl im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung Permanentmagnete 12 und 13 verwendet werden, ist es auch möglich, mittels einer in dem Verstärker 10 angeordneten stromdurchflossenen Spule ein magnetisches Feld zu erzeugen. Eine derartige Anordnung würde zwar Leistung verbrauchen, jedoch wesentlich weniger als die von einer Ablenkeinheit verbrauchte Leistung, welche die Gesamtablenkung der Tropfen zu erzeugen hätte, da eine derartige Ablenkeinheit für jeden einzelnen Tropfen ein- und ausgeschaltet werden müsste. Dadurch wird der Leistungsverbrauch stark vergrössert.

Fig. 2 zeigt einen Verstärker 17, der an Stelle des Verstärkers 10 im Tintenstrahl-Drucker der Fig. 1 verwendet werden kann. Der Verstärker 17 weist ein U-förmiges Joch 18 auf, das aus dem gleichen Material wie das Joch 11 hergestellt sein kann, und das an seinem oberen Schenkel 19 einen Permanentmagneten 20, und einen Permanentmagneten an seinem unteren Schenkel 22 trägt. Die Magnete, 20 und 21 bestehen aus hartmagnetischem Material.

Der Magnet 20 weist ein Weicheisen-Polstück 23 auf, und der Magnet 21 ein Polstück 24. Eines der Polstücke 23, 24 ist der Nordpol, das andere der Südpol.

Ö09832/0667

YO 9-73-013 - 12 -

Die Polstücke 23 und 24 haben'eine konvexe Form; sie sind symmetrisch zur Flugbahn der Tropfen 5 , wenn diese in x-Richtung aus der Erreger-Vorrichtung 4 auftreten. Aufgrund ihrer konvexen Form erzeugen die Polstücke 23 und 24 ein magnetisches Feld zwischen sich, das sich hauptsächlich in der ζ-Richtung erstreckt, d.h., das Feld wirkt vorwiegend in der Ebene, in welcher die ζ-Richtung .liegt.

Die Polstücke 23 und 24 haben in z-Richtung gleiche Abstände von der x-Achse. Dementsprechend wird ein in z-Richtung oberhalb der x-Achse · in den Verstärker 17 eintretender Tropfen durch das Magnetfeld in Richtung auf das Polstück. 23 .bewegt. Entsprechend wird ein in z-Richtung unterhalb der x-Achse in den Verstärker 17 eintretender Tropfen in Richtung auf das Polstück 24 bewegt.

Die Polstücke 23 und 24 des Verstärkers 17 müssen so ausgerichtet sein, dass sie senkrecht zu einer Linie entlang der x-Richtung kleinsten Abstand aufweisen. Das garantiert, dass keine Ablenkung eines Tropfens 5 während des Durchgangs durch den Verstärker 17 auftritt, wenn der betreffende Tropfen· vor dem Eintritt in den Verstärker 17 durch die Ablenkeinheit 7 noch nicht abgelenkt war. Es ist deshalb, erforderlich, dass die Polstücke 23 und 24 bezüglich des von der Düse 2 ausgehenden

S09832/0667

YO 9-73-013 - 13 -

Strahls 3 genau ausgerichtet'sind.

Beim Fluge durch den Verstärker 17 sind die Tropfen 5 einem statischen magnetischen Feld ausgesetzt. Bei gleicher Länge A des Verstärkers 17 und bei gleichstarkem Magnetfeld ergibt sich die gleiche Verstärkung der Ablenkung der Tropfen 5 wie beim. Verstärker 10.

Wie bereits in Zusammenhang mit dem Verstärker 10 erwähnt, können die Permanentmagnete 19 und 20 auch durch eine Spule ersetzt werden, die auf dem Joch 18 des Verstärkers 17 angeordnet wird· Im folgenden wird an einem Beispiel ausgeführt, dass das Magnetfeld ,-wenn es sich zur Hauptsache entlang der z-Achse erstreckt, wie das für den Verstärker 17 in Fig. 2 vorausgesetzt ist, genügend Kraft hat, um eine lineare Verstärkung der Ablenkung der Tropfen 5 hervorzurufen, falls diese Tropfen durch die Ablenkeinheit 7 bereits auf eine bestimmte Bahn abgelenkt worden sind. Wenn Fz die Kraft bezeichnet, welche auf einen Tropfen 5 wirkt, wenn das Magnetfeld entlang der z-Achse wirkt, ergibt sich

F₂, = k'z (1)

worin k' eine konstante und ζ den Abstand des Tropfens in z-Richtung von der x-Achse während seiner Bewegung durch das Magnet-

50 9 832/0667

iO 9-73-013 - 14 -

feld bedeuten. · ι ·

Wenn die Aenderungsgeschwindigkeit des Magnetfeldes

dz

H entlang der ζ-Richtung bezeichnet und u das magnetische Moment des Tropfens 5 an irgendeinem Punkt ζ entlang der z-Achse^ dann geht Gleichung (1) über in

dH ■ io\

F_s = u . (2)

dz

Die magnetische Feldstärke H an einer beliebigen Stelle des Feldes in z-Richtung ist:

Γ 2 Ί

.0)

2 H = H, * ' ^Z

worin H_Q die statische Feldstärke entlang der x-Achse, ζ wie in Gleichung (1) den jeweiligen Ort des Tropfens 5 und Z eine Konstante des betreffenden Magnetfeldes bedeuten, welche etwa dem halben Abstand der x-Achse von dem ihr nächsten Punkt der PpI-stücke 23,24 entspricht. Die erste Ableitung der Gleichung (3) nach ζ ergibt:

^dH --ξ--Κ- H)

dz

609832/0667

YO 9-73-013 - 15 -

^v* 2459.2

Die an irgendeinem Punkt ζ anL' den Tropfen 5 wirk.enafe τ?τ3ΐ1Γ"ΐ auch abhängig von seiner Masse m sowie von seiner Beschleunigung h,

F₂ = mh (5)

Die Gleichung (5) kann auch geschrieben werden als

worin ζ die zweite Ableitung von ζ nach der Zeit bedeutet, d.h. die Beschleunigung h in z-Richtung.

Durch Einsetzen von Gleichung (2) für F in Gleichung (6) und mit

r = , worin r das magnetische Moment je Masseneinheit des

Tropfens ist, um die Magnetisierungsdichte des Tropfens zu charakterisieren, ergibt sich

dH

dz"

Die Beziehung zwischen der Zeit t und dem Abstand in x-Richtung

worin ν die konstante Geschwindigkeit des Tropfens 5 in x-Richtung ist. Daraus folgt für die Bahn des Tropfens:

d . d

= ν

dt dx

Wird Gleichung (9) zweimal auf ζ angewandt, so ergibt sich:

² ^{d z} /i n\

z = ν -^r, (10)

und durch Einsetzen von Gleichung (10) in Gleichung (7) erhält man:

YO 9-73-013 - 16 -

5098 32/0667

ORIGINAL INSPECTED

Einsetzen der rechten Seite von Gleichung (4) in Gleichung (11) führt zu:

cl2_{z r} -2 ζ '

dx² ν⁵

H„ ,

Setzt man k = ' (13)

ν² Ζ²

so reduziert sich Gleichung (12) auf:

d²z - _k2 / (14)

dX^ '

Die Lösung der Gleichung (14) ist:

ζ = ae^cx + be~^cx, (15)

worin a,b und c Konstanten sind.

Die zweite Ableitung von Gleichung (15) nach χ ergibt:

d²;

= c²ae^cx + c²be ^CX (16)

dx²

Die rechte Seite der Gleidhung (16) wird nun in Gleichung (14) eingesetzt, und Gleichung (15) wird für ζ in Gleichung (14) eingesetzt, so

dass: . '

2 ex 2, -ex . ex ,. -ex /ι t\

c ae ■ + c be = kae + kbe (17)

Die Auflösung der Gleichung (17) nach c ergibt:

c = k^2. ' ".(18)

9-73-013 _ 17 _

50 9 832/0 667

Mit Gleichung (18) und ζ (o^ ,bedeutend den Ort des Tropfens in z-Richtung beim Eintritt in das Magnetfeld des Verstärkers 17, mit der Neigung z'(o) der Flugbahn des Tropfens beim Eintritt in das Feld, wobei der Tropfen im Abstand L vom Magnetfeld bereits auf seiner Bahn war, so dass der Abstand, in dem der Tropfen 5 seine Bahn beginnt -L ist, weil entgegengesetzt zur Flugrichtung, so ergibt sich als Lösung für Gleichung (15) mit χ = ο (Ort des Eintritts des Tropfens in das Magnetfeld des Verstärkers):

z(o) = a + b (19)

Wenn sich L bis zur Mitte der Ablenkeinheit 7 erstreckt, erhält man das Mittel der dem Tropfen erteilten Ablenkung.

Da z'(o) die Bahnneigung an der Steile x=o ist, ergibt sich

U \ = ^dz
^Z *^o; dx (20)

wobei z = z (o). An der Stelle χ = ο ist die Bahnneigung z'(o) definiert als Tangens des Winkels der Tropfenbahn, wenn der Tropfen sich weiterbewegt hat, von dem Ort, an dem seine Ablenkung durch die Ablenkeinheit 7 begonnen hat, bis zu seinem Eintritt in das Magnetfeld des Verstärkers, so dass: ,

ζ·(_ο) = -ZJ°1— , _oder (21)

YO 9-73-013 ' - 18 -

509832/0667

■ ζ (ο) = L^(o), , (22)

Durch Einsetzen von Gleichung (15) an Stelle von ζ (ο) in Gleichung (20) nach Ableitung nach χ erhält man:

z¹ (o) = cae^CX + cbe"^CX - " (23)

und durch Einsetzen von Gleichung (15) für ζ (ο) in Gleichung (22), und Gleichung (23) für z'(o) in Gleichung (22):

_ CX _ . ""CX CX . *""CX /λ μ\

L cae - L cbe = ae + be .. (24)

Auflösung von Gleichung (24) mit χ - ο ergibt:

L c (a-b)= a + b, (25)

und die Auflösung von Gleichung (25) nach b:

_b = _{t a<
{26)}

L c + 1

Setzt man dieses Ergebnis in Gleichung (19) ein, erhält man:
"L c - 1

ζ (o) = a

+ 1

L c + 1

,r-Lc-H-Lc.t-l 1 L L-c-Hl.. J

a = _a. (27) Lc ₊ I

Die Auflösung der Gleichung (27) nach a ergibt:

a = ζ (ο) ■ (28)

2 L c ·

Wenn die Gleichung (25) nach aufgelöst wird und in Gleichung (28) eingesetzt wird, ergibt deren Auflösung nach b:

YO 9-73-013 - 19 -

509832/06 67

, / \ L c-1
b = ζ (ο) τ-Γ

2 L c (29)

Wenn z (A) die Bahnneigung am Ausgang des Verstärkers 17 bedeutet und F die Winkelverstärkung im Magnetfeld des Verstärkers, so ist

z¹ (A)

F =

ζ¹ (ο) , (3 0)

das heisst, die Winke !verstärkung ist das Verhältnis der Neigung der Tropfenbahn am Ausgang zu derjenigen am Eingang des Verstärkers.

Da c und A für ein bestimmtes Magnetfeld konstant sind ( c = k ),

kann die Konstante f definiert werden als

In f = ca oder (31)

f = e ^Ca (32)

Da A den Ort des Tropfens in x-Richtung am Ende seines Durchgangs durch den Verstärker 17 bedeutet (A = Länge des Verstärkers), kann die Neigung der Tropfenbahn an der Stelle χ = A durch Ableitung der Gleichung (15) nach χ erhalten werden:

z¹ (A) = c (ae^CA - be ~^CA) (33)

• -cA
Da -be wegen des negativen Exponenten sehr klein ist, kann man

es vernachlässigen. Durch Einsetzen der Gleichung (32) in Gleichung (33) ergibt sich dann:

YO 9-73-013 - 20 -

509832/0667

ζ¹ (A) = a c f * ι (34)

Da L sehr viel kleiner als A ist, ist auch L c entsprechend kleiner als Ac. Daher ist auch L c viel kleiner als In f und kleiner als Bei χ = ο wird Gleichung (23):

z'(o) = ca - cb . (35)

In Gleichung (26) kann Lc vernachlässigt werden, da es klein gegen ist, so dass b angenähert gleich -a ist. Setzt man dieses Ergebnis in Gleichung (35) ein, erhält man:

z'(o) = 2 ac oder . (36)

_ Z¹Co)
^ac 2 (37)

Gleichung (37) in Gleichung (34) eingesetzt ergibt:

Z-(A) = ²^ ^f ' ' (38)

Mit Gleichung (30)

z'(A) = F Z¹Gd) (39)

ergibt sich für Gleichung (38)

_{F z}.(o) = LlM „ (40)

und damit

ρ - 4-· («)■

YO 9-73-013 - 21 -

5 0 9832/0667

Wenn eine Winkelverstärkung ^pn fünf gewünscht wird ( F = 5), ergibt sich aus Gleichung (41) f = 10 und mit Gleichung (31): cA = In 10, also

cA = 2,3 (42)

Bei einer Verstärkerlänge/von A = 1 cm wird c = 2,3, und damit k - 5,3, da k = c².

Mit Z = 0,2 cm, ν = 2 · 10 cm/s und r « 40 elektromagnetische Einheiten pro Gramm Masse des Tropfens, · ergibt sich für die Lösung der Gleichung (13) nach H₀:

k ν² Ζ² 5,3·4·10⁶·0,04 _ln4 _

Ho = = = .1O⁴ Gauss.

2r 2-40

Wenn die Länge A des Verstärkers auf 2 cm erhöht wird, erniedrigt sich die erforderliche Feldstärke auf H₀ = 2, 5 · io³ Gauss.

Beide Werte für die Verstärkerlänge A sind ohne weiteres realisierbar, desgleichen die entsprechenden Feldstärken, die eine angemessene Ver-. Stärkung der Ablenkung der Tropfenbahn gestatten. - - '·

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Verringerung des Energie-

YO 9-73-013 r- 22 -

509832/0667

bedarfs für die Ablenkung eines magnetisierbaren Tintentropfens. Ein weiterer Vorteil ist die Erhöhung der Druckgeschwindigkeit bei Tintenstrahl-Druckern, die mit magnetisierbarer Tinte arbeiten.

^Y0 973 013 - 23 -

509832/0667

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Verstärken der Ablenkung von magnetisierbaren Tintentropfen in einem Tintenstrahl-Drucker mit Mitteln zum selektiven Ablenken ausgewählter Tropfen auf individuell zugeordnete Plugbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Magnet (12,13: 20,21) vorgesehen ist, dessen Polflächen (14,15 ' 23,24) symmetrisch zum unabgelenkten Strahl (3) der Tropfen (5) ausgerichtet sind, und durch dessen statisches Magnetfeld die Tropfen (5) hindurchfliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß zwei Permanentmagnete (12,13 -: 20,21) vorgesehen sind, die auf den Schenkeln eines U-förmigen Joches (11,18) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels einer stromdurchflossenen Spule erregbarer Elektromagnet vorgesehen ist, dessen Polflächen auf den Schenkeln seines Joches angeordnet sind.

YO 973 013 - 24 -

509832/0667

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (14,15) der Permanentmagnete · (12,13) konkav ausgebildet sind und ihren größten gegenseitigen Abstand entlang der Flugbahn des unabgelenkten Strahls (3) der Tropfen (5) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (23,24) der Permanentmagnete (20,21) konvex ausgebildet sind und ihren kleinsten gegenseitigen Abstand entlang der Plugbahn der unabgelenkten Tropfen (5) haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (14,15) der Permanentmagnete (12,13) vertikal angeordnet sind, so daß ihre oberen und unteren Kanten sich am nächsten sind, und daß. der unabgelenkte Tropfenstrahl (3) eine horizontale Plugbahn hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (12,13 : 20,21) ein Magnetfeld mit linearem Gradienten hat, dessen Wirkung auf den in das Feld eintretenden Tropfen (5) abhängt von der Neigung seiner Flugbahn beim Eintritt und der relativen Entfernung des Tropfens (5) von der Bahn der unabgelenkten Tropfen innerhalb einer zu dieser Bahn senkrechten Ebene.

YO 973 013 - 25 -

609832/0667

L e

e r s e i t e