DE2615713A1

DE2615713A1 - Tintenstrahlschreiber

Info

Publication number: DE2615713A1
Application number: DE19762615713
Authority: DE
Inventors: Heijiro Hayami; Hiroyoshi Tsuchiya; Yukifumi Tsuda; Kunio Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1976-10-21
Also published as: IT1057505B; GB1513351A; JPS51118924A; SU652913A3; SE418379B; AU1284476A; US4072958A; FR2306834B1; DE2615713C3; FR2306834A1; CA1056441A; JPS5548628B2; SE7604161L; DE2615713B2

Description

■«■ r> \£ f> Patentanwälte:

TlEDTKE - DÜHLING - I\INWE - lSRUPc Dipl.-lng.Tiedtke

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne - ■ Dipl.-lng. Grupe

8000 München 2, Postfach 20 24 Bavariaring 4

Tel.: (0 89)53 96 53-56

Telex: 5 24845 tipat

cable. Germaniapatent München

9.April 1976

B 7257

case PG5O-7603

Matsushita Electric Industrial Company,Limited

Osaka,Japan

Tintenstrahlschreiber

Die Erfindung betrifft allgemein Tintenstrahlschrexbsysterne und insbesondere ein Tintenstrahlschreibsystem mit einer Flüssigkeitsauf bring- oder Schreibeinheit und einer elektrischen Schaltung zum Antrieb der Einheit mit einem von Oberwellen freien Hochfrequenzsignal .

Wegen der Hochgeschwindigkeitsfähigkeit von Tintenstrahlschreibmechanismen sind viele Vorschläge gemacht worden, bei denen die Flüssigkeit durch Anlegen elektrischer Impulse auf das Papier gebracht wird, wobei die Flüssigkeit in einer Reihe von Strahlimpulsen ausgestoßen wird· Die Geschwindigkeit der

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HO/ba Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Schreibeinheit wird nicht nur von der Fähigkeit der Flüssigkeit auf die schnell auftretenden elektrischen Impulse zu reagieren, sondern auch von der Wellenform der elektrischen Impulse bestimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tintenstrahlsystern zu schaffen, bei dem ein sinusförmiges, von einem Videosignal amplitudenmoduliertes Signal geliefert wird, das die Wiedergabe scharf begrenzter Abbildungen ermöglicht.

Gemäß einem grundsätzlichen Merkmal der Erfindung wird ein Tintenstrahlsystem geschaffen, das eine Schreibeinheit und eine elektrische Schaltung enthält. Die Schreibeinheit umfaßt eine Kammer, einen Einlaßkanal zur Zufuhr von Flüssigkeit zur Kammer, einen Auslaßkanal und einen elektromechanischen Umsetzer zur Erzeugung von Druckanstiegen in der Flüssigkeit in der Kammer, um die Flüssigkeit in Form von Tröpfchen durch den Auslaßkanal auf

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eine Oberfläche auszugeben. Die elektrische Schaltung dient der Erzeugung von Signalen, mit denen der Umsetzer erregt wird, um die Druckanstiege zu erzeugen. Die Schaltung umfaßt eine Einrichtung zur Erzeugung eines sinusförmigen Signals konstanter Amplitude und einer Frequenz, die höher als die höchste Augenblicksfrequenz des Videosignals ist, und eine Einrichtung zum Modulieren der Amplitude des sinusförmigen Signals entsprechend dem Videosignal.

Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung wird ein Tintenstrahlsystem geschaffen, das eine Schreibeinheit und eine elektrische Antriebsschaltung enthält. Die Schreibeinheit umfaßt eine Kammer, einen Einlaßkanal zur Zufuhr von Flüssigkeit

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zur Kammer, einen Auslaßkanal und einen elektromechanischen Umsetzer zur Erzeugung von Druckanstiegen in der Flüssigkeit in der Kammer, um die Flüssigkeit in einer Reihe von Tröpfchen durch den Auslaßkanal auf eine Oberfläche herauszulassen; die elektrische Antriebsschaltung dient der Erzeugung von Signalen, mit denen der Umsetzer erregt wird, um die Druckanstiege zu erzeugen. Die Schaltung umfaßt eine Einrichtung zur Erzeugung eines sinusförmigen Signals konstanter Amplitude und einer Frequenz, die höher als die höchste Augenblickswiederholungsfrequenz des Videosignals ist, sowie eine Einrichtung zur Erzeugung eines Abtastsignals im Schritt bzw. synchron mit einer bestimmten Phase des sinusförmigen Signals, eine Abtast- und Speicherschaltung, die in der Lage ist, die Augenblickswerte des Videosignals mit dem Abtaststignal abzutasten und das abgetastete Videosignal zu halten oder zu speichern, bis das nächste Abtastsignal auftritt, und eine Einrichtung zum Modulieren der Amplitude des sinusförmigen Signals entsprechend dem Ausgangsimpuls.

Der Abtastimpuls ist vorzugsweise im Tritt bzw. synchron mit einem Nulldurchgang der Sinuswellenform, so daß das amplitudenmodulierte Signal auf dem Nullspannungswert beginnt und endet, auch wenn das Videosignal ein digitales Verhalten besitzt, so daß ' sich scharf begrenzte Abbildungen ergeben können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren an einem Beispiel erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Reihe'von in einem bekannten System verwendeten Wellenformen,

Fig. 2 einen Querschnitt einer beim erfindungsgemäßen Tintenstrahlsystem verwendeten Schreibeinheit,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 bis 7 Schaltungen zur Verdeutlichung von Abwandlungen der bei der Ausführungsform von Fig. 4 verwendeten Schaltungen,

Fig. 8 und 9 Wellenformen von Signalen, die in der Schaltung von . Fig. 4 auftreten, und

Fig. 1oa und 1ob Fotografiert reproduzierter Abbildungen.

Bevor die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird zunächst auf Fig. 1 bezug genommen, in der eine Reihe von Signalwellenformen gezeigt ist, die bei einem bekannten Tintenstrahlsystem verwendet werden. Bei dem bekannten System wurde ein analoges Videosignal (Fig. 1a) dazu verwendet, die Wellenform eines Signals zu modulieren, das eine exponentiell ansteigende Anstiegsflanke und eins scharf abfallende Abfallflanke

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besitzt/ wie es in Fig. 1b gezeigt ist. Die modulierte Signalwellenform, die in Fig. Ic gezeigt ist, wurde zum Betrieb einer Tintenstrahls chreibeinheit 1o (Fig. 2) verwendet, die eine erste oder innere Kammer 11 und eine zweite oder äußere Kammer 12 besitzt, welche über einen Verbindungskanal 13 in einer Trennplatte 14 verbunden sind. Die Schreibeinheit 1o enthält ferner einen Einlaßkanal 15, der mit einem Tintenvorrat oder -behälter (nicht gezeigt) über eine Leitung 16 verbunden ist, und einen Auslaßkanal 17, der in Ausrichtung mit dem Verbindungskanal 13 in axialer Richtung der Einheit 1o mit der äußeren Kammer 12 verbunden ist. Die innere Kammer 11 wird von einer trichterförmigen Innenwand 18 und einer Metallmembran 19 gebildet, die mit einem gegenüberlxegenden piezoelektrischen Element oder einer Membran 2o in Berührung steht, welche mit der Membran 19 zusammen einen elektromechanischen Umformer bildet, der über ein Paar Eingangsleitungen 21 an eine nicht gezeigte elektrische Schaltung angeschlossen ist. Wenn der Umformer vom Eingangssignal erregt wird, erzeugt er Druckanstiege in der Flüssigkeit in der inneren Kammer 11 als Antwort auf die Impulse kurzer Dauer. Die Druckanstiege in der inneren Kammer 11 werden über den Verbindungskanal 13 zur äußeren Kammer 12 übertragen, und die hierin befindliche Flüssigkeit wird durch den Auslaßkanal 16 in Form von Strahlimpulsen aus der Einheit herausgestoßen. In dem Augenblick, in dem die Eingangsspannung an der Abfallflanke jedoch scharf abfällt, besteht die Neigung, daß sich eine Reihe kleiner Tröpfchen, ein sogenannter "Nachstrahl" bildet, die dem Haupttropfen folgen; dadurch ergibt sich eine Verschwommenheit der Abbildung, wenn dieses nach und nach auf eine Oberfläche gebracht wird. An der Abfallflanke eines Treiberimpulses fällt der Druck in

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der Flüssigkeit in der inneren Kammer 11 rasch ab und zieht die Flüssigkeit in die äußere Kammer 12, wodurch verursacht werden kann,daß Luft bei größeren Eingangsspannungen in die äußere Kammer 12 eingesogen wird, so daß darin Blasen gebildet werden. Außerdem wird bei einer der Oberwellen der Eingangsspannung eine mechanische Resonanz auftreten, die ihrerseits eine Instabilität des Stromes von Strahlen bewirkt. Die Einheit 1o ist als Schreibkopf in einem Faksimilegerät eingebaut, so daß ihr Auslaßkanal 17 bezüglich der Oberfläche eines auf eine übliche umlaufende Trommel aufgerollten Blatt Papiers angeordnet ist und in einer Richtung senkrecht zur Abtastrichtung um die Breite einer Zeile am Ende jeder Zeilenabtastung bewegt wird.

In Fig. 3 ist in einem schematischen Schaltbild eine Signalgeneratorschaltung 3o für den erfindungsgemäßen Betrieb der Schreibeinheit ,1 ο gezeigt. Ein Sinusgenerator 31 erzeugt eine sinusförmige Wechselspannung konstanter Amplitude mit einer Frequenz in der Größenordnung von 2o kHz und führt diese zu einem Amplitudenmodulator 32 bekannter Ausführung. Eine Videosignalquelle 33 erzeugt vorzugsweise ein kontinuierliches Wellensignal, dessen Amplitude sich entsprechend den Dichten bzw. Schwärzungen eines kontinuierlichen wiederzugebenden Tonerbildes ändert. Der Modulator 32 wird mit dem Videosignal von der Videosignalquelle 33 gespeist, um das Signal vom Generator 31 in üblicher Weise in der Amplitude zu modulieren. Das amplitudenmodulierte sinusförmige Signal, das die Videoinformation trägt, enthält keine Oberwellen und wird über einen Verstärker 34 an den umformer der Einheit 1o angelegt. Wegen

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der Kontinuität des Antriebs- oder Treibersignals treten keine plötzlichen Druckabfälle in der Flüssigkeit in den Kammern 11 und 12 der Einheit 1o auf, so daß kein "Nachstrahlen" erzeugt wird.

Mit dem Ergebnis der Einführung eines gewissen Maßes von Oberwellen zum amplitudenmodulierten Videosignal an den Anstiegsund Abfallflanken der modulierenden Videoimpulse kann auch ein binäres Videosignal verwendet werden. Dieses Einführen von Oberwellen kann jedoch verglichen mit dem bekannten System zu einem geringeren Ausmaß von "Nachstrahlen" führen; beim bekannten System verunreinigt der "Nachstrahl"-Strom die nachlaufende Kante bzw. die Abfallkante jeder diskreten Bildfläche in einem solchen Ausmaß, daß sich eine praktische Verwendung des Systems verbietet.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Signalgeneratorschaltung 4o eine Videosignalquelle 41 für ein Videosignal, wie .es von einer nicht gezeigten Sendestation erhalten wird, und einen Sinusgenerator 42 enthält. Das Videosignal von der Videosignalquelle 41 ändert sich in der Amplitude entsprechend der Dichte bzw. der Schwärzung von elementaren Bereichen des Originalbildes und enthält steile Übergänge in der Amplitude, die gegen den weißen Hintergrund scharf abgegrenzten Bildbereichen hoher Schwärzung entsprechen, so daß das Signal sowohl analoge als auch digitale Eigenschaften besitzt, wie in Fig. 8a dargestellt. Das Signal vom Generator 42 ist eine sinusförmige Wechselspannung mit konstanter Amplitude und einer Frequenz in der Größenordnung von 2o kHz (Fig. 8b). Ein Nulldurch-

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gangsdetektor 43 ist an den Sinusgenerator 42 angeschlossen, um den Nulldurchgang der Sinuswellenform festzustellen und als Antwort darauf einen Abtastimpuls zu erzeugen (Fig. 8c). Dieser Abtastimpuls wird an eine Abtast- und Speicherschaltung 44 geliefert, die im Abtastbetrieb arbeitet, wenn sie den Abtastimpuls empfängt und zum Speicherbetrieb überwechselt, nachdem das Eingangssignal abgetastet wurde. Der Momentanwert des Videosignals wird auf diese Weise abgetastet und gespeichert, bis der nächste Abtastimpuls auftritt, so daß eine Ausgangswellenform erzeugt wird, wie sie in Fig. 8d gezeigt ist. Der Ausgang der Abtast- und Speicher-Schaltung istphasenkorrigiert, so daß die Anstiegs- und Abfallflanken mit den Nulldurchgängen des Sinussignals zusammenfallen bzw. im Schritt sind. Da die Frequenz des Sinussignals sehr viel höher als die höchstmögliche Augenblicksfrequenz des Videosignals ist, ist der Unterschied zwischen den relativen Phasen des Videosignals (Fig. 8a) und dem phasenkorrigierten Signal (Fig. 8d) vernachlässigbar: Der Ausgang bzw. das Ausgangssignal von der Abtast- und Speicher"-schaltung 44 wird an einen Amplitudenmodulator 46 angelegt, um die Amplitude des vom Generator 42 gelieferten sinusförmigen Signals zu modulieren und die in Fig. 8e gezeigte Ausgangswellenform zu erzeugen. Auch wenn das Videosignal digitale Eigenschaften besitzt, beginnt und endet das amplitudenmodulierte Ausgangssignal an den Anstiegs- und Abfallflanken auf dem Nullspannungswert, so daß im Treibersignal kein Oberwellenbestandteil vorhanden ist; das Treibersignal wird nach einer Verstärkung mittels eines Verstärkers 47 an die Schreibeinheit 1o angelegt.

Es ist auch möglich, die Schreibeinheit 1o mit einem rein

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digitalen Videosignal, wie es in Fig. 9a gezeigt ist, zu betreiben. In diesem Fall kann die Abtast- und Speicher-Schaltung 44 eine Torschaltung 5o aufweisen, deren Eingang mit der Videosignalquelle 41 verbunden ist, welche die Torschaltung mit dem binären Videosignal speist, und deren Ausgang mit dem Setzeingang einer bistabilen Einrichtung oder eines Flipflops 51 verbunden ist, das von der Art mit Setzvorrang ist (Fig. 5). Abtastsignale (Fig. 9c) vom Nulldurchgangsdetektor 43 werden an den Steuereingang der Torschaltung 5o und außerdem an den Rücksetzeingang des Flipflops 51 geliefert. Die Torschaltung 5o gibt das binäre Signal mit hohem Pegel von der Quelle 41 während eines Abtastimpulses vom Detektor 43 weiter und setzt den Ausgang Q des Flipflops 51 auf den hohen Pegel- oder Signalwert. Der Q-Ausgang bleibt hoch bis das Flipflop 51 von einem Abtastimpuls zurückgestellt wird, der auftaucht, während das Eingangsvideosignal auf dem niedrigen Signalwert ist. Der Ausgangsimpuls (Fig. 9d) vom Flipflop 51 wird dazu verwendet, die Amplitude des sinusförmigen Signals (Fig. 9b) zu modulieren und eine Kette von Impulsen zu erzeugen (Fig. 9e). Alternativ könnte die Abtast- und Speieher-Schaltung 44 bei einer in Fig. 6 gezeigten Schaltung verwendet werden, die ein übliches D-Flipflop 6o enthält, deren Dateneingang mit der binären Signalquelle 41 und deren Takteingang mit dem Detektor 43 verbunden sind. Das Flipflop 6o wechselt nur dann zu dem binären Zustand des Signals am Dateneingang, wenn der Abtastimpuls vom Detektor 43 ausgegeben wird.

Die vorangegangene Beschreibung zeigt nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Verschiedene Abwandlun-

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gen sind für Fachleute offensichtlich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Amplitudenmodulator 46 des Signalgenerators 4o durch ein Zweirichtungs-Übertragungsglied 7o ersetzt werden, wie es in Fig. 7 gezeigt ist und das vom Ausgangssignal der Abtast- und Speicherschaltung 44 torgesteuert wird, um das sinusförmige Signal vom Generator 42 über den Verstärker 47 an die Schreibeinheit 1o weiterzugeben. Daher dienen die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen nur zur Erläuterung und sind nicht einschränkend.

Zu Vergleichszwecken zeigt Fig. 1o eine Wiedergabe des originalen diskreten Schwarz-Weiß-Bildes. Fig. 1oa ist eine Fotografie des sich bei Verwendung der Schaltung von Fig. 3 ergebenden Bildes, bei der das sinusförmige Signal mit binären Videosignalen moduliert wird. Man erkennt, daß die wiedergegebenen Bilder dazu neigen, an ihrer Kante wegen des zuvor erwähnten "Nachstrahl" Effekts ein gewisses Ausmaß von Nachlauf zu erzeugen, wenn das Antriebssignal von den hohen zu den niedrigen binären Zuständen wechselt.

Dieser nachlaufende Teil des Bildes ist für einige Anwendungen zulässig, bei denen eine genaue Bildauflösung nicht erforderlich ist. Fig. lob ist eine Fotografie der Bilder, die sich bei Verwendung der Schaltung von Fig. 4 ergeben. Es ist klar erkennbar, daß die wiedergegebenen Bilder scharf begrenzt sind.

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Claims

Patentansprüche

ί 1. jTintenstrahlsystem mit einer Schreibeinheit, die eine KammerTeinen Einlaßkanal,- um die Kammer mit Flüssigkeit zu versorgen, einen Auslaßkanal und einen elektromechanischen Umformer zur Erzeugung von Druckanstiegen in der Flüssigkeit in der Kammer und zur Ausgabe der Flüssigkeit durch den Auslaßkanal auf eine Oberfläche in Form von Tröpfchen aufweist, und mit einer elektrischen Schaltung zur Erzeugung von Signalen mit denen der Umformer zur Erzeugung der Druckanstiege erregt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Schaltung (3o) eine Einrichtung (31) zur Erzeugung eines sinusförmigen Signals konstanter Amplitude und einer Frequenz, die höher als die höchste Augenblicksfrequenz eines Videosignals ist, und eine Einrichtung (32) zum Modulieren der Amplitude des sinusförmigen Signals entsprechend dem Videosignal enthält.
2. Tintenstrahlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Videosignal ein Analogsignal ist.
3. Tintenstrahlsystem mit einer Schreibeinheit, die eine Kammer, einen Einlaßkanal zur Versorgung der Kammer mit Flüssigkeit, einen Auslaßkanal und einen elektromechanischen Umformer zur Erzeugung von Druckanstiegen in der Flüssigkeit in der Kammer zur Ausgabe der Flüssigkeit durch den Auslaßkanal auf eine Oberfläche

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in einer Reihe von Tröpfchen aufweist, und mit einer elektrischen Antriebsschaltung zur Erzeugung von Signalen, mit denen der Umformer zur Erzeugung der Druckanstiege erregt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Schaltung (4o) eine Einrichtung (42) zur Erzeugung eines sinusförmigen Signals konstanter Amplitude und einer Frequenz, die höher als die höchste Augenblicksfrequenz eines Videosignals ist, eine Einrichtung (43) zur Erzeugung eines Abtastsignals synchron mit einer bestimmten Phase des sinusförmigen Signals, eine Abtast- und Speicher-Schaltung (44), die den Augenblickswert des Videosignals mit dem Abtastsignal abtastet und das abgetastete Videosignal bis zum Auftreten des nächsten Abtastsignals speichert, und eine Einrichtung (46) zum Modulieren der Amplitude des sinusförmigen Signals entsprechend dem Ausgangssignal von der Abtast- und Speicher-Schaltung enthält.
4. Tintenstrahlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die bestimmte Phase dem Nullspannungswert des sinusförmigen Signals entspricht.
5. Tintenstrahlsystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal ein binäres Signal ist und daß die Abtast- und Speicher-Schaltung

(44) eine bistabile Einrichtung (5o, 51; 6o) enthält, die einen ersten Eingang für die Aufnahme des binären Videosignals und einen zweiten Eingang für die Aufnahme des Abtastsignals aufweist und auf den binären Zustand des Signals am ersten Eingang

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überwechselt, wenn das Abtastsignal auftritt, um dadurch einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, dessen Anstiegs- und Abfallflanken mit der bestimmten Phase des sinusförmigen Signals synchron sind.
6. Tintenstrahlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Einrichtung (5o, 51) eine torgesteuerte leitende Einrichtung (5o), die das binäre Signal als Antwort auf das Abtastsignal passieren läßt, und ein Flipflop (51) aufweist, dessen erster Eingang das passierende binäre Signal aufnimmt, dessen zweiter Eingang das Abtastsignal aufnimmt und das bei Anlegen des Signals an den ersten Eingang zu einem ersten binären Zustand wechselt und bei Anlegen des Abtastsignals an den zweiten Eingang nach Ablauf eines bestimmten Intervalls vom Anlegen des Signals an den ersten Eingang an auf einen zweiten binären Zustand wechselt.
-7. Tintenstrahlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgangsimpuls der bistabilen Einrichtung (5o, 51; 6o) eine Impulsdauer besitzt, die ein ganzzahliges Vielfaches der Halbperiode des sinusförmigen Signals ist.
8. Tintenstrahlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die bistabile Einrichtung ein D-Flipflop (6o) enthält.
9. Tintenstrahlsystem nach einem.der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Modulieren eine torgesteuerte in zwei Richtungen leitende Einrichtung

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(7o) enthält, deren Steuerelektrode den Ausgangspuls von der bistabilen Einrichtung (So, 51; 6o) empfängt und deren Leitungspfad das Sinussignal als Antwort auf das Anlegen des Ausgangspulses an seine Steuerelektrode hindurchläßt.

1o. Tintenstrahlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schreibeinheit (1o) eine erste Kammer (11), eine zweite Kammer (12), einen Verbindungskanal (13), der die erste Kammer und die zweite Kammer miteinander verbindet, einen Einlaßkanal (15) der mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, um dort hindurch die erste Kammer mit Flüssigkeit zu versorgen, und einen Auslaßkanal (17) enthält, der mit der zweiten Kammer in Verbindung steht und mit dem Verbindungskanal entgegengesetzt dem elektromechanischen Umformer (19, 2o) ausgerichtet ist.

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