DE69932902T2

DE69932902T2 - Printhead for use in a ballistic aerosol marking device

Info

Publication number: DE69932902T2
Application number: DE69932902T
Authority: DE
Inventors: Jaan Mississauga Noolandi; Meng H. Briarcliff Manor Lean; Eric Fremont Peeters; Raj B. Palo Alto Apte; Philip D. Sunnyvale Floyd; Armin R. Mississauga Volkel
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: EP0990525B1; EP0990525A2; JP2000108339A; DE69932902D1; EP0990525A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von Markiervorrichtungen und im Besonderen Bauteile für eine Vorrichtung, die ein Markiermaterial auf ein Substrat auftragen kann, indem das Markiermaterial in einen Hochgeschwindigkeits-Treibmittelstrom eingeleitet wird.The The present invention relates generally to the field of marking devices and in particular components for a device that applies a marking material to a substrate can by placing the marking material in a high velocity propellant stream is initiated.

Tintenstrahl ist derzeit eine übliche Drucktechnologie. Es gibt eine Vielfalt von Tintenstrahldrucktypen, wozu auch thermischer Tintenstrahl (TIJ), piezoelektrischer Tintenstrahl usw. zählen. Im Allgemeinen werden Flüssigtintentröpfchen aus einer Öffnung, die sich an einem Ende eines Kanals befindet, ausgestoßen. Bei einem TIJ-Drucker wird zum Beispiel ein Tröpfchen durch die explosive Bildung einer Dampfblase in einem Tinte führenden Kanal ausgestoßen. Die Dampfblase wird mit Hilfe einer Heizvorrichtung in der Form eines Widerstands, der sich auf einer Oberfläche des Kanals befindet, gebildet.inkjet is currently a common one Printing technology. There are a variety of inkjet printing types, including also thermal inkjet (TIJ), piezoelectric inkjet etc. count. In general, liquid ink droplets will become an opening, which is located at one end of a channel, ejected. at For example, a TIJ printer becomes a droplet through the explosive Formation of a vapor bubble ejected in an ink channel leading. The Steam bubble is using a heating device in the form of a Resistor, which is located on a surface of the channel formed.

Wir haben mehrere Nachteile bei TIJ-Systemen (und anderen Tintenstrahlsystemen), die auf dem Gebiet bekannt sind, festgestellt. Bei einem 300-Punkte-je-Zoll(spi)-TIJ-System liegt die Austrittsöffnung, aus der ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird, typischerweise in der Größenordnung von ungefähr 64 μm Breite mit einer Kanal zu Kanal-zu-Kanal-Beabstandung (Abstand) von ungefähr 84 μm und bei einem 600-dpi-System beträgt die Breite ungefähr 35 μm und der Abstand ungefähr 42 μm. Eine Begrenzung der Größe der Austrittsöffnung wird durch die Viskosität der von diesen Systemen verwendeten fließfähigen Tinte vorgegeben. Es ist möglich, die Viskosität der Tinte zu senken, indem sie in zunehmenden Mengen von Flüssigkeit (z. B. Wasser) verdünnt wird, wobei das Ziel verfolgt wird, die Austrittsöffnungsbreite zu verringern. Jedoch führt der erhöhte Flüssigkeitsgehalt der Tinte zu erhöhter Dochtwirkung, Papierknitterung und langsamerer Trocknungszeit des ausgestoßenen Tintentröpfchens, was die Auflösung, Bildqualität (z. B. Mindestpunktgröße, Farbvermischung, Punktform) usw. negativ beeinflusst. Die Wirkung dieser Öffnungsweitenbegrenzung besteht dann, dass die Auflösung von TIJ-Drucken begrenzt wird, auf beispielsweise deutlich unter 900 spi, da Punktgröße eine Funktion der Breite der Austrittsöffnung ist und Auflösung eine Funktion von Punktgröße ist.We have several disadvantages with TIJ systems (and other inkjet systems), that are known in the field. For a 300-point-per-inch (spi) TIJ system is the outlet, out of an ink droplet pushed out is, typically of the order of magnitude of about 64 μm width with a channel to channel-to-channel spacing (spacing) of approximately 84 μm and at a 600 dpi system the width about 35 μm and the distance about 42 μm. A Limitation of the size of the outlet opening is by the viscosity given the flowable ink used by these systems. It is possible, the viscosity Lower the ink by putting in increasing amounts of liquid (eg water) diluted with the target being tracked, the exit port width to reduce. However, leads the increased liquid content the ink too high Wicking, paper creasing and slower drying time of the expelled Ink droplet, what the resolution, picture quality (eg minimum point size, color mixing, Dot shape) and so on. The effect of this opening width limitation then that is the resolution from TIJ prints is limited to, for example, well below 900 spi since point size is a function the width of the outlet opening is and resolution is a function of point size.

Ein anderer Nachteil bekannter Tintenstrahltechnologien ist die Schwierigkeit des Erzeugens von Graustufendruck. Das heißt, dass es für ein Tintenstrahlsystem sehr schwierig ist, Punkte variierender Größe auf einem bedruckten Substrat zu erzeugen. Wenn man die Treibkraft (Wärme bei einem TIJ-System) so herabsetzt, dass weniger Tinte ausgestoßen wird, um zu versuchen, einen kleineren Punkt zu erzeugen, oder gleichermaßen die Treibkraft erhöht, um mehr Tinte auszustoßen und dadurch einen größeren Punkt zu erzeugen, wird die Trajektorie des ausgestoßenen Tröpfchens beeinflusst. Dies macht wiederum genaue Punktplatzierung schwierig oder unmöglich und macht nicht nur einfarbiges Graustufendrucken problematisch, sondern macht mehrfarbiges Graustufen-Tintenstrahldrucken undurchführbar. Zusätzlich wird bevorzugtes Graustufendrucken nicht durch Variieren der Punktgröße erzielt, wie dies bei TIJ der Fall ist, sondern durch Variieren der Punktdichte, während gleichzeitig eine konstante Punktgröße beibehalten wird.One Another disadvantage of known inkjet technologies is the difficulty generating grayscale printing. That is, it is for an inkjet system is very difficult to dots of varying size on a printed substrate to create. If you have the driving force (heat in a TIJ system) so minimizes that less ink is ejected to try to create a smaller point, or equally the Increased driving force, to eject more ink and thereby a bigger point to generate, the trajectory of the ejected droplet is influenced. This makes Again, exact point placement is difficult or impossible and not only makes monochrome grayscale printing problematic, but also makes multicolored grayscale inkjet printing impracticable. additionally preferred gray level printing is not achieved by varying dot size, as is the case with TIJ, but by varying the point density, while maintaining a constant point size at the same time.

Noch ein weiterer Nachteil üblicher Tintenstrahlsysteme ist die erzielte Markiergeschwindigkeit. Ungefähr 80 % der zum Drucken eines Punktes erforderlichen Zeit wird dafür benötigt, darauf zu warten, dass sich der Tintenstrahlkanal durch Kapillarwirkung wieder mit Tinte auffüllt. Bis zu einem gewissen Grad fließt stärker verdünnte Tinte schneller, verursacht aber das Problem von Dochtwirkung, Substratknitterung, Trocknungszeit usw., wie oben besprochen.Yet another disadvantage is common Inkjet systems is the marking speed achieved. About 80% the time required to print a dot is needed on it to wait for the ink jet channel to become capillary refill with ink. To some extent flows more diluted ink faster, but causes the problem of wicking, substrate creasing, Drying time, etc., as discussed above.

Ein übliches Problem bei Ausstoß-Drucksystemen besteht darin, dass sich die Kanäle verstopfen können. Systeme wie TIJ, die wässrige Tintenfarbstoffe nutzen, sind oftmals für dieses Problem empfindlich und nutzen routinemäßig Nichtdruckzyklen zum Kanalreinigen während des Betriebs. Dies ist erforderlich, da Tinte typischerweise in einem Ausstoßer sitzt und darauf wartet, während des Betriebs ausgestoßen zu werden, und während sie dort sitzt, beginnen kann, zu trocknen, und zum Verstopfen führen kann.A common one Problem with ejection printing systems is that the channels can clog. Systems like TIJ, the watery Ink dyes are often sensitive to this problem and routinely use non-printing cycles for channel cleaning during of operation. This is necessary since ink is typically in an ejector sits and waits while of the factory to become, and while she sits there, can begin to dry, and can lead to clogging.

US-A-4403228 offenbart einen Tintenstrahldruckkopf, der eine Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsen umfasst, die aufeinanderfolgend in einer Reihe angeordnet sind. Eine Luftstromkammer befindet sich in Kommunikation mit den Düsen, um Luft und Tinte dort hindurch an eine Schreibfläche abzugeben, und ist mit einer Quelle von Druckluft verbunden, um einen Luftstrom zu veranlassen, bei dem Eintritt in die Düsen scharte Wendungen zu vollziehen, um dadurch eine Vielzahl scharfer Druckgradienten zu erzeugen. Eine Flüssigkeitskammer befindet sich hinter der Luftstromkammer und ist mit einer Tintenquelle verbunden.US-A-4403228 discloses an ink jet printhead including a nozzle plate with a variety of nozzles comprises, which are arranged consecutively in a row. An airflow chamber is in communication with the nozzles to Air and ink to pass through there to a writing surface, and is with a Source of compressed air connected to cause an airflow at the entrance to the nozzles make sharp twists, thereby a variety of sharp To generate pressure gradients. A liquid chamber is located behind the airflow chamber and is connected to an ink source.

Zu anderen Technologien, die als Hintergrund für die vorliegende Erfindung relevant sein können, gehören elektrostatische Gitter, elektrostatischer Ausstoß (sogenannter Tone-Jet), akustisches Tintendrucken und bestimmte Aerosol- und Sprühsysteme, wie Farbstoffsublimation.To Other technologies that serve as background for the present invention can be relevant belong electrostatic gratings, electrostatic discharge (so-called Tone-Jet), acoustic ink printing and certain aerosol and spraying systems, like dye sublimation.

Nach der vorliegenden Erfindung umfasst ein Druckkopf:
einen Körper, in dem Folgendes ausgebildet ist:
ein erster Kanal, wobei der erste Kanal eine erste Treibmittelempfangsregion, eine erste Markiermaterialempfangsregion und eine erste Austrittsöffnung aufweist;
ein erster Markiermaterialanschluss in Kommunikation mit der Markiermaterialempfangsregion zum Empfangen von Markiermaterial; und
ein erster Treibmittelanschluss in Kommunikation mit der Treibmittelempfangsregion zum Empfangen von Treibmittel;
so dass Treibmittel, das der Treibmittelempfangsregion zugeführt wird, zum Bilden eines Treibmittelstroms, der sich durch den ersten Kanal hindurch zu der Austrittsöffnung und durch diese hindurch bewegt, veranlasst werden kann und Markiermaterial, das der Markiermaterialempfangsregion zugeführt wird, veranlasst werden kann, in den Treibmittelstrom einzutreten und ausreichend Energie zu erhalten, um sich dadurch zu der Austrittsöffnung und durch diese hindurch zu bewegen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung eine Breite aufweist, die größer als null Mikrometer ist, jedoch 250 Mikrometer nicht überschreitet; und dass der erste Kanal des Weiteren eine konvergierende Region und eine divergierende Region aufweist, wobei sich die konvergierende Region und die divergierende Region zwischen der Treibmittelempfangsregion und der Markiermaterialempfangsregion befinden, der Treibmittelstrom mit einer ersten Geschwindigkeit und einem ersten Druck in die konvergierende Region eintreten und in die divergierende Region hineinfließen kann und des Weiteren das Treibmittel mit einer zweiten Geschwindigkeit und einem zweiten Druck aus der divergierenden Region austreten kann, der erste Druck größer als der zweite Druck ist und die erste Geschwindigkeit niedriger als die zweite Geschwindigkeit ist.According to the present invention, a printhead comprises:
a body in which:
a first channel, the first channel having a first propellant receiving region, a first marking material receiving region and a first exit port;
a first marking material port in communication with the marking material receiving region for receiving marking material; and
a first propellant port in communication with the propellant receiving region for receiving propellant;
such that propellant supplied to the propellant receiving region may be caused to form a propellant stream moving through and through the first channel to and from the exit port, and marking material to be supplied to the marking material receiving region may be caused to flow into the propellant stream and to obtain sufficient energy to move to and through the exit aperture and is characterized in that the exit aperture has a width greater than zero microns but not exceeding 250 microns; and that the first channel further comprises a converging region and a divergent region, wherein the converging region and the diverging region are between the propellant receiving region and the marking material receiving region, the propellant stream enters the converging region at a first velocity and a first pressure, and the diverging region may flow in and further the propellant may exit the divergent region at a second velocity and pressure, the first pressure is greater than the second pressure, and the first velocity is less than the second velocity.

Die vorliegende Erfindung ist ein Bauteil für ein neuartiges System zum, direkten oder indirekten, Auftragen eines Markiermaterials auf ein Substrat, das die oben angeführten Nachteile sowie andere, die des Weiteren hierin besprochen werden, überwindet. Im Besonderen ist die vorliegende Erfindung ein Druckkopf zur Verwendung bei einem System des Typs, umfassend ein Treibmittel, das sich durch einen Kanal hindurchbewegt, und ein Markiermaterial, das steuerbar (d. h. bei modifizierbarer Verwendung) in den Kanal eingeleitet oder eingespeist wird, so dass Energie von dem Treibmittel das Markiermaterial zu dem Substrat antreibt. Das Treibmittel ist normalerweise ein Trockengas, das kontinuierlich durch den Kanal hindurchströmen kann, während sich die Markiervorrichtung in einer betriebsfähigen Konfiguration befindet (d. h. in einem eingeschalteten oder ähnlichen markierbereiten Zustand). Das System wird als „ballistisches Aerosolmarkieren" in dem Sinne bezeichnet, dass Markieren im Wesentlichen durch Beschießen eines Substrats mit einem nichtkolloidalen, festen oder halbfesten partikelförmigen, oder alternativ einem flüssigen, Markiermaterial erreicht wird. Die Form des Kanals kann zu einem kollimierten (oder fokussierten) Flug des Treibmittels und Markiermaterials auf das Substrat führen.The The present invention is a component for a novel system for, direct or indirect, applying a marking material to a Substrate, the above Disadvantages as well as others that are further discussed herein overcomes. In particular, the present invention is a printhead for use in a system of the type comprising a propellant passing through passing a channel and a marking material that is controllable (i.e., with modifiable use) introduced into the channel or is fed so that energy from the propellant, the marking material drives to the substrate. The propellant is usually a Dry gas that can flow continuously through the channel, while the marking device is in an operable configuration (i.e., in an on or similar state ready for marking). The system is called "ballistic Aerosol marking "in The meaning is that marking is essentially done by shelling one Substrate with a non-colloidal, solid or semi-solid particulate, or alternatively a liquid, Marking material is achieved. The shape of the channel can become one collimated (or focused) flight of the propellant and marker material lead the substrate.

Die folgende Zusammenfassung und ausführliche Beschreibung beschreiben viele der allgemeinen Merkmale einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung und eines Verfahrens zum Einsetzen derselben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ein Teilsatz der hierin enthaltenen vollständigen Beschreibung, wie aus den Ansprüchen hiervon offensichtlich ist.The describe the following summary and detailed description many of the general features of a ballistic aerosol marking device and a method of inserting the same. The present invention however, is a subset of the full description contained herein, as from the claims it is obvious.

Bei unserem System kann das Treibmittel an einem Treibmittelanschluss in den Kanal eingeleitet werden, um einen Treibmittelstrom zu bilden. Dann kann ein Markiermaterial von einem oder mehreren Markiermaterialeinlassanschlüssen in den Treibmittelstrom eingeleitet werden. Das Treibmittel kann mit einer hohen Geschwindigkeit in den Kanal eintreten. Alternativ kann das Treibmittel mit einem hohen Druck in den Kanal eingeleitet werden und der Kanal kann eine Verengung (z. B. eine de-Laval-Düse oder ähnliche Düse konvergierenden/divergierenden Typs) umfassen, um den hohen Druck des Treibmittels in hohe Geschwindigkeit umzuwandeln. In einem solchen Fall wird das Treibmittel an einem Anschluss eingeleitet, der sich an einem proximalen Ende des Kanals (die konvergierende Region) befindet und die Markiermaterialanschlüsse werden in der Nähe des distalen Endes des Kanals (an der divergierenden Region oder weiter stromabwärts davon) bereitgestellt, wodurch das Einleiten von Markiermaterial in den Treibmittelstrom ermöglicht wird.at our system can use the propellant on a propellant connection be introduced into the channel to form a propellant stream. Then, a marking material of one or more marking material inlet ports in the propellant stream are introduced. The propellant can with enter the channel at a high speed. Alternatively, you can the propellant be introduced at a high pressure in the channel and the channel may be a constriction (eg, a de Laval nozzle or similar Nozzle converging / diverging Type) to the high pressure of the propellant in high speed convert. In such a case, the blowing agent is at a Connection initiated, located at a proximal end of the channel (the converging region) and become the marking material terminals near of the distal end of the canal (at the divergent region or further downstream thereof), whereby the introduction of marking material allowed in the propellant stream becomes.

Wenn mehrere Anschlüsse bereitgestellt werden, kann jeder Anschluss eine unterschiedliche Farbe (z. B. Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz), Vormarkierungsbehandlungsmaterial (wie ein Markiermaterialhaftmittel), Nachmarkierungsbehandlungsmaterial (wie ein Substratoberflächenfinishmaterial, z. B. Mattierung oder Glanzbeschichtung usw.), Markiermaterial, das ansonsten mit dem Auge ohne Hilfe nicht sichtbar ist (z. B. magnetisches partikeltragendes Material, ultraviolett-fluoreszierendes Material usw.), oder anderes Markiermaterial, das auf das Substrat aufzutragen ist, zuführen. Das Markiermaterial wird mit kinetischer Energie von dem Treibmittelstrom versehen und von dem Kanal an einer Austrittsöffnung, die sich an dem distalen Ende des Kanals befindet, in eine Richtung zu einem Substrat hin ausgestoßen.If several connections Each connection can be a different one Color (e.g., cyan, magenta, yellow and black), pre-marking treatment material (such as a marking adhesive), post-marking treatment material (like a substrate surface finishing material, z. Matting or gloss coating, etc.), marking material, that is otherwise invisible to the eye without help (eg magnetic particle-bearing material, ultraviolet-fluorescent Material, etc.), or other marking material applied to the substrate apply is to apply. The marking material becomes kinetic energy from the blowing agent stream provided and from the channel at an outlet opening, which at the distal End of the channel is located, in a direction towards a substrate pushed out.

Einer oder mehrere solcher Kanäle können in dem Druckkopf bereitgestellt sein. Die Breite der Austrittsöffnung (oder Ausstoßöffnung) eines Kanals liegt in der Größenordnung von 250 μm oder kleiner, vorzugsweise in dem Bereich von 100 μm oder kleiner. Wenn mehr als ein Kanal bereitgestellt wird, kann der Abstand oder der Zwischenraum von Kante zu Kante (oder Mitte zu Mitte) zwischen benachbarten Kanälen außerdem in der Größenordnung von 250 μm oder kleiner, vorzugsweise in dem Bereich von 100 μm oder kleiner liegen. Alternativ können die Kanäle versetzt angeordnet sein, um eine verringerten Zwischenraum von Kante zu Kante zu ermöglichen. Die Austrittsöffnung und/oder manche oder alle von jedem Kanal können eine kreisförmige, halbkreisförmige, ovale, quadratische, rechteckige, dreieckige oder andere Querschnittsform bei Betrachtung entlang der Fließrichtung des Treibmittelstroms (die Längsachse des Kanals) aufweisen.one or more of such channels can be provided in the printhead. The width of the outlet opening (or Ejection port) a channel is of the order of magnitude of 250 μm or smaller, preferably in the range of 100 μm or smaller. If more than one channel is provided, the distance or the space between edge to edge (or center to center) between adjacent channels also in of the order of magnitude of 250 μm or smaller, preferably in the range of 100 μm or smaller lie. Alternatively you can the channels staggered to a reduced gap of Allow edge to edge. The outlet opening and / or some or all of each channel may have a circular, semicircular, oval, square, rectangular, triangular or other cross-sectional shape when viewed along the flow direction of the propellant stream (the longitudinal axis of the channel).

Das auf das Substrat aufzutragende Material kann durch eine oder mehrere einer breiten Vielfalt von Möglichkeiten zu einem Anschluss transportiert werden, wozu auch einfache Schwerkraftzuführung, hydrodynamischer Transport, elektrostatischer Transport oder Ultraschalltransport usw. gehören. Das Material kann außerdem durch eine einer breiten Vielfalt von Möglichkeiten aus dem Anschluss heraus in den Treibmittelstrom eingespeist werden, wozu auch Steuerung des Transportmechanismus oder ein getrenntes System wie Druckausgleich, Elektrostatik, Schallenergie, Tintenstrahl usw. gehören.The Material to be applied to the substrate may be replaced by one or more a wide variety of possibilities be transported to a terminal, including simple gravity feed, hydrodynamic Transport, electrostatic transport or ultrasound transport etc. belong. The material can also through one of a wide variety of possibilities from the connection be fed out into the propellant flow, including control the transport mechanism or a separate system such as pressure equalization, Electrostatics, sound energy, inkjet, etc. belong.

Das auf das Substrat aufzutragende Material kann ein festes oder halbfestes partikelförmiges Material sein, wie Toner oder eine Vielfalt von Tonern in unterschiedlichen Farben, eine Suspension eines solchen Markiermaterials in einem Träger, eine Suspension eines solchen Markiermaterials in einem Träger mit einem Ladungsrichter, ein Phasenwechselmaterial usw. Eine bevorzugte Ausführung nutzt ein Markiermaterial, das partikelförmig, fest oder halbfest und trocken oder in einem flüssigen Träger suspendiert ist. Ein solches Markiermaterial wird hierin als partikelförmiges Markiermaterial bezeichnet. Dies ist von einem flüssigen Markiermaterial, aufgelösten Markiermaterial, zerstäubten Markiermaterial oder ähnlichem nichtpartikelförmigen Material zu unterscheiden, das im Allgemeinen hierin als ein flüssiges Markiermaterial bezeichnet wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ein solches flüssiges Markiermaterial bei bestimmten Anwendungen verwenden, wie ansonsten hierin beschrieben wird.The on the substrate to be applied material may be a solid or semi-solid particulate Be material such as toner or a variety of toners in different Colors, a suspension of such a marking material in one Carrier, a suspension of such a marking material in a carrier with a charge director, a phase change material, etc. A preferred execution uses a marking material that is particulate, solid or semi-solid and dry or in a liquid carrier is suspended. Such a marking material is referred to herein as a particulate marking material designated. This is of a liquid marking material, dissolved marking material, atomized Marking material or the like not particulate Material, generally referred to herein as a liquid marking material referred to as. However, the present invention may be such liquid Use marking material in certain applications, as otherwise described herein.

Zusätzlich ermöglicht die Fähigkeit zur Verwendung einer breiten Vielfalt von Markiermaterialien (z. B. nicht auf wässriges Markiermaterial beschränkt) der vorliegenden Erfindung das Markieren auf einer breiten Vielfalt von Substraten. Zum Beispiel ermöglicht die vorliegende Erfindung direktes Markieren auf nichtporösen Substraten, wie Polymere, Kunststoffe, Metalle, Glas, behandelte und endbearbeitete Oberflächen usw. Die Verringerung von Dochtwirkung und die Beseitigung von Trocknungszeit stellt außerdem verbessertes Drucken auf porösen Substraten, wie Papier, Textilien, Keramik usw., bereit. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung für indirektes Markieren konfiguriert sein, wie zum Beispiel Markieren auf einer Zwischenübertragungswalze oder -band, Markieren auf einem viskosen Bindefilm und einem Walzenspalt-Übertragungssystem usw.In addition, the ability for using a wide variety of marking materials (e.g. B. not to aqueous Marking material limited) of the present invention, marking on a wide variety of substrates. For example, allows the present invention direct marking on nonporous substrates, such as polymers, plastics, metals, glass, treated and finished surfaces etc. The reduction of wicking and the elimination of drying time as well improved printing on porous Substrates, such as paper, textiles, ceramics, etc., ready. In addition, can the present invention for indirect marking, such as marking on an intermediate transfer roller or tape, marking on a viscous binder film and a nip transfer system etc.

Das auf einem Substrat aufzubringende Material kann Nachausstoßveränderung unterzogen werden, wie zum Beispiel Fixieren oder Trocknen, Überschichten, Härten usw. Beim Fixieren kann die kinetische Energie des aufzubringenden Materials selbst ausreichend sein, um das Markiermaterial bei Zusammentreffen mit dem Substrat wirksam zu schmelzen und es an dem Substrat zu fixieren. Das Substrat kann erwärmt werden, um diesen Prozess zu steigern. Druckwalzen können verwendet werden, um das Markiermaterial kalt an dem Substrat zu fixieren. Fliegender Phasenwechsel (fest/flüssig/fest) kann alternativ eingesetzt werden. Ein erwärmter Faden in der Partikelbahn ist eine Möglichkeit zum Vollziehen des anfänglichen Phasenwechsels. Alternativ kann Treibmitteltemperatur dieses Ergebnis herbeiführen. Bei einer Ausführung kann ein Laser zum fliegenden Erwärmen und Schmelzen des partikelförmigen Materials eingesetzt werden, um den anfänglichen Phasenwechsel zu vollziehen. Das Schmelzen und Fixieren kann außerdem elektrostatisch unterstützt werden (d. h. Zurückhalten des partikelförmigen Materials in einer gewünschten Position, um reichlich Zeit zum Schmelzen und Fixieren in einer gewünschten Endposition zu ermöglichen). Der Partikeltyp kann außerdem die Nachausstoßveränderung diktieren. Zum Beispiel können UV-härtbare Materialien durch Anwendung von UV-Strahlung entweder fliegend oder dann, wenn sie sich auf dem Material tragenden Substrat befinden, gehärtet werden.The Material to be applied to a substrate may be post ejection change such as fixing or drying, overlaying, hardening etc. When fixing, the kinetic energy of the applied Material itself be sufficient to meet the marking material at the meeting to effectively melt with the substrate and attach it to the substrate fix. The substrate can be heated to increase this process. Pressure rollers can be used to fix the marking material cold to the substrate. Flying phase change (solid / liquid / solid) may alternatively be used. A warmed up Thread in the particle web is a way to complete the initial Phase change. Alternatively, propellant temperature can produce this result cause. In one execution For example, a laser can be used for the heating and melting of the particulate material be used to the initial phase change to accomplish. The melting and fixing can also be electrostatic supports (ie holding back of the particulate Materials in a desired Position to give plenty of time to melt and fix in one desired Allow end position). The particle type can also be the post ejection dictate. For example, you can UV-curable Materials either by flying or using UV radiation then, when they are on the material-bearing substrate, hardened become.

Da Treibmittel kontinuierlich durch einen Kanal hindurchfließen kann, wird Kanalverstopfung durch das Ansammeln von Material verringert oder beseitigt (das Treibmittel reinigt kontinuierlich wirksam den Kanal). Zusätzlich kann ein Verschluss bereitgestellt werden, der die Kanäle von der Umgebung isoliert, wenn das System nicht in Gebrauch ist. Alternativ können der Druckkopf und der Substratträger (z. B. Platte) in physischen Kontakt gebracht werden, um einen Verschluss des Kanals zu bewirken. Anfängliche und abschließende Reinigungszyklen können in den Betrieb des Drucksystems hineinkonstruiert werden, um das Reinigen des Kanals/der Kanäle zu optimieren. Abfallmaterial, von dem das System gereinigt wurde, kann in einer Reinigungsstation abgelagert werden. Es ist jedoch außerdem möglich, den Verschluss mit einer Öffnung in Eingriff zu bringen, um den Treibmittelstrom durch den Anschluss hindurch und in den Vorratsbehälter hinein umzuleiten, um dadurch den Anschluss auszuspülen.As propellant can continuously flow through a channel, channel clogging is reduced or eliminated by the accumulation of material (the propellant is continually effectively cleaning the channel). Additionally, a closure may be provided which isolates the channels from the environment when the system is not in use. Alternatively, the printhead and substrate carrier (eg, plate) may be brought into physical contact to effect closure of the channel. Initial and final cleaning cycles may be incorporated into the operation of the printing system to optimize the cleaning of the channel (s). Waste material from which the system has been cleaned can be used in a cleaning process be deposited. However, it is also possible to engage the closure with an opening to divert the propellant stream through the port and into the reservoir, thereby flushing out the port.

Somit stellen die vorliegende Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungen zahlreiche oben besprochene Vorteile sowie zusätzliche Vorteile, die im Folgenden ausführlicher beschrieben werden, bereit.Consequently illustrate the present invention and its various embodiments numerous advantages discussed above, as well as additional benefits, below in more detail be described.

Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und vieler der damit verbundenen Vorteile ist einfach zu erreichen und zu verstehen, indem Bezug genommen wird auf die folgende ausführliche Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente zwischen den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen. Die im Folgenden kurz beschriebenen Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht.A complete appreciation The invention and many of the advantages associated with it are simple to reach and understand by referring to the following detailed Description and the accompanying drawings in which same Reference numerals like elements between the various drawings describe. The drawings briefly described below are not to scale.

1 ist eine schematische Darstellung eines Systems zum Markieren eines Substrats nach der vorliegenden Erfindung. 1 Figure 3 is a schematic representation of a system for marking a substrate according to the present invention.

2 ist eine als Querschnitt ausgeführte Darstellung einer Markiervorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 2 is a cross-sectional view of a marking device according to an embodiment of the present invention.

3 ist eine andere als Querschnitt ausgeführte Darstellung einer Markiervorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 3 Fig. 12 is another cross-sectional view of a marking device according to an embodiment of the present invention.

4 ist eine Draufsicht eines Kanals mit Düse der in 3 gezeigten Markiervorrichtung. 4 is a plan view of a duct with nozzle of the in 3 shown marking device.

5A bis 5C und 6A bis 6C sind als Querschnitt ausgeführte Ansichten in der Längsrichtung mehrerer Beispiele für Kanäle nach der vorliegenden Erfindung. 5A to 5C and 6A to 6C Figure 11 are longitudinal cross-sectional views of several examples of channels according to the present invention.

7 ist eine andere Draufsicht eines Kanals einer Markiervorrichtung ohne eine Düse nach der vorliegenden Erfindung. 7 Fig. 14 is another plan view of a channel of a marking device without a nozzle according to the present invention.

8A bis 8D sind als Querschnitt ausgeführte Ansichten entlang der Längsachse mehrerer zusätzlicher Beispiele für Kanäle nach der vorliegenden Erfindung. 8A to 8D Figure 11 are cross-sectional views along the longitudinal axis of several additional examples of channels according to the present invention.

9A und 9B sind Endansichten einer ungestaffelten und einer zweidimensional gestaffelten Anordnung von Kanälen nach der vorliegenden Erfindung. 9A and 9B Figure 11 are end views of an un-staggered and a two-dimensional staggered array of channels according to the present invention.

10 ist eine Draufsicht einer Anordnung von Kanälen einer Vorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 10 Figure 11 is a plan view of an arrangement of channels of a device according to an embodiment of the present invention.

11A und 11B sind Draufsichten eines Abschnitts der in 10 gezeigten Anordnung von Kanälen, die zwei Ausführungen von Anschlüssen nach der vorliegenden Erfindung darstellen. 11A and 11B are plan views of a section of in 10 shown arrangement of channels, which represent two embodiments of terminals according to the present invention.

12A und 12B sind als Querschnitt ausgeführte Darstellungen einer Markiervorrichtung mit einem abnehmbaren Körper nach zwei unterschiedlichen Ausführungen der vorliegenden Erfindung. 12A and 12B FIG. 12 are cross-sectional views of a marking device with a removable body according to two different embodiments of the present invention. FIG.

13 ist ein Prozessablaufdiagramm für das Markieren eines Substrats nach der vorliegenden Erfindung. 13 Fig. 10 is a process flow diagram for marking a substrate according to the present invention.

14A ist eine als Querschnitt ausgeführte Seitenansicht und 14B ist eine Draufsicht einer Markiermaterialeinspeisevorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine ringförmige Elektrode einsetzt. 14A is a cross-sectional side view and 14B Fig. 10 is a plan view of a marking material feeder according to an embodiment of the present invention employing an annular electrode.

15 ist eine als Querschnitt ausgeführte Seitenansicht einer Markiermaterialeinspeisevorrichtung nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung, die zwei Elektroden einsetzt. 15 Fig. 12 is a cross-sectional side view of a marking material feeder according to another embodiment of the present invention employing two electrodes.

16 ist eine als Querschnitt ausgeführte Seitenansicht einer Markiermaterialeinspeisevorrichtung nach noch einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung, die einen akustischen Tintenausstoßer einsetzt. 16 Fig. 12 is a cross-sectional side view of a marking material feeder according to still another embodiment of the present invention employing an acoustic ink ejector.

17 ist eine als Querschnitt ausgeführte Seitenansicht einer Markiermaterialeinspeisevorrichtung nach noch einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung, die einen TIJ-Ausstoßer einsetzt. 17 Figure 11 is a cross-sectional side view of a marker feed device according to yet another embodiment of the present invention employing a TIJ ejector.

18 ist eine als Querschnitt ausgeführte Seitenansicht einer Markiermaterialeinspeisevorrichtung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, die eine(n) piezoelektrische(n) Wandler/Membran einsetzt. 18 Fig. 12 is a cross-sectional side view of a marking material feeder according to another embodiment of the present invention employing a piezoelectric transducer / diaphragm.

19 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von Markiermaterialeinspeisevorrichtungen, die zur Matrixadressierung verbunden sind. 19 Figure 3 is a schematic representation of an array of marking material feeders connected for matrix addressing.

20 ist eine andere schematische Darstellung einer Anordnung von Markiermaterialeinspeisevorrichtungen, die zur Matrixadressierung verbunden sind. 20 Figure 14 is another schematic illustration of an array of marking material feeders connected for matrix addressing.

21 ist eine als Querschnitt ausgeführte Ansicht einer Ausführung zum Erzeugen eines Wirbelbetts aus Markiermaterial in einem Hohlraum. 21 Figure 11 is a cross-sectional view of an embodiment for producing a fluidized bed of marking material in a cavity.

22 ist ein Diagramm von Druck gegenüber Zeit für eine druckabgeglichene Hohlraumausführung. 22 Figure 3 is a graph of pressure vs. time for a pressure balanced cavity design.

23 stellt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung dar, die ein alternatives Markiermaterialzuführsystem einsetzt. 23 Figure 1 illustrates an embodiment of the present invention employing an alternative marking material delivery system.

24 ist eine als Querschnitt ausgeführte Seitenansicht einer Markiermaterialtransportvorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die ein Elektrodengitter und eine elektrostatische Wanderwelle einsetzt. 24 Fig. 12 is a cross-sectional side view of a marking material transporting apparatus according to an embodiment of the present invention employing an electrode grid and a traveling electrostatic wave.

25 ist eine als Querschnitt ausgeführte Darstellung einer kombinierten Markiermaterialtransport- und -einspeisebaueinheit nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. 25 Figure 11 is a cross-sectional view of a combined marking material transport and feed assembly according to another embodiment of the present invention.

26A und 26B stellen eine Ausführung zum Wiederauffüllen eines Wirbelbetts aus Markiermaterial nach der vorliegenden Erfindung dar. 26A and 26B Figure 4 illustrates an embodiment for refilling a fluidized bed of marking material according to the present invention.

27 ist eine Draufsicht einer Anordnung von Kanälen und Adressierschaltung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 27 FIG. 10 is a top view of an arrangement of channels and addressing circuitry according to an embodiment of the present invention. FIG.

28 ist eine Darstellung der Verteilung von Farben nach Punktgröße oder (Punktdichte), die mit einer Ausführung einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung der vorliegenden Erfindung erzielt wurde. 28 Fig. 12 is an illustration of the distribution of colors by dot size or (dot density) achieved with an embodiment of a ballistic aerosol marking apparatus of the present invention.

29 ist eine Darstellung eines Beispiels der Treibmittelfließmuster bei ihrer Verbindung mit einem Substrat, senkrecht zu dem Substrat gesehen. 29 Fig. 3 is an illustration of an example of the blowing agent flow patterns as they are bonded to a substrate, seen perpendicular to the substrate.

30 ist eine Seitenansicht von einem der Treibmittelfließmuster von 29 und außerdem eine Darstellung der Markiermaterialpartikelverteilung als eine Funktion von Position innerhalb des Treibmittelstroms. 30 is a side view of one of the propellant flow patterns of 29 and also an illustration of the marking material particle distribution as a function of position within the blowing agent stream.

31 ist ein Modell, das für die Ableitung eines Szenarios des ungünstigsten Falles für seitlich von einem Punkt-Schwerpunkt versetztes Markiermaterial verwendet wird. 31 is a model used to derive a worst case scenario for laterally offset point markers.

32 ist ein Modell, das für die Ableitung eines Beispiels für Laser-Leistung, die für laser-unterstützte Nachausstoß-Markiermaterialveränderung, wie unterstütztes Fixieren, erforderlich ist, verwendet wird. 32 FIG. 12 is a model used to derive an example of laser power required for laser-assisted post-eject mark material modification, such as assisted fixation.

33 ist eine Darstellung einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung mit elektrostatisch unterstützter Markiermaterialextrahierung und/oder Vorfixierungs-Zurückhaltung. 33 Figure 3 is an illustration of a ballistic aerosol marking device with electrostatically assisted marking material extraction and / or prefixing restraint.

34 ist eine als Querschnitt ausgeführte Darstellung einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die feste Markiermaterialpartikel einsetzt, die in einem flüssigen Trägermedium suspendiert sind. 34 Figure 11 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention employing solid marking material particles suspended in a liquid carrier medium.

35 ist ein Diagramm der Anzahl von Partikeln gegenüber kinetischer Energie, das die Schwelle kinetischer Fixierung für eine Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt. 35 Figure 13 is a graph of the number of particles versus kinetic energy representing the kinetic fixation threshold for one embodiment of the present invention.

36 ist ein Diagramm der Treibmittelgeschwindigkeit an einer Austrittsöffnung gegenüber Treibmitteldruck für Kanäle mit konvergierenden/divergierenden Regionen und ohne nach der vorliegenden Erfindung darstellt. 36 Figure 12 is a graph of propellant velocity at an exit port versus propellant pressure for convergent / divergent region channels, and not according to the present invention.

37 ist eine aufgeschnittene Draufsicht eines Kanals und eines Lichtstrahls, der zum Bereitstellen von lichtunterstützter Nachausstoß-Markiermaterialveränderung angeordnet ist. 37 Figure 11 is a cut-away plan view of a channel and a light beam arranged to provide light assisted post eject marking material change.

38 ist ein Diagramm der Lichtquellenleistung gegenüber Markiermaterialpartikelgröße, das die Machbarkeit des Einsatzes von lichtunterstützter Nachausstoß-Markiermaterialveränderung demonstriert. 38 FIG. 12 is a graph of light source performance versus marking particle size demonstrating the feasibility of using light assisted post-ejection marking change. FIG.

39 ist eine Darstellung einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung, die eine Verschlussstruktur zum Verringern oder Verhindern von Verstopfung, Feuchtigkeitswirkungen usw. nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung einsetzt. 39 Figure 11 is an illustration of a ballistic aerosol marking apparatus employing a closure structure for reducing or preventing clogging, moisture effects, etc., according to an embodiment of the present invention.

40 ist eine Darstellung eines Kanalverschlusses, der durch Bewegen einer Platte in Kontakt mit einer Austrittsöffnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erzielt wird. 40 Figure 11 is an illustration of a channel closure achieved by moving a plate in contact with an exit port according to an embodiment of the present invention.

41A bis C und 42A bis C sind Darstellungen eines Prozesses zum Erzeugen eines Druckkopfes nach der vorliegenden Erfindung. 41A to C and 42A to C are illustrations of a process for producing a printhead according to the present invention.

43 ist eine Darstellung ausgewählter Abschnitte einer anderen Ausführung einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. 43 Fig. 12 is an illustration of selected portions of another embodiment of a ballistic aerosol marking device according to the present invention.

Nimmt man nun Bezug auf 1, wird dort eine schematische Darstellung einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung (10) nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie dann gezeigt wird, besteht die Vorrichtung (10) aus einem oder mehreren Ausstoßern (12), denen ein Treibmittel (14) zugeführt wird. Ein Markiermaterial (16), das von einer Transportvorrichtung (18) unter der Steuerung durch die Steuerung (20) transportiert werden kann, wird in den Ausstoßer (12) eingeleitet. (Optionale Elemente werden durch gestrichelte Linien angezeigt). Das Markiermaterial wird unter der Steuerung durch die Steuerung (20) durch Einspeiseeinrichtungen (21) in den Ausstoßer eingespeist (das heißt steuerbar eingeleitet). Das von dem Ausstoßer (12) ausgestoßene Markiermaterial kann Nachausstoßveränderung (23) unterzogen werden, die wahlweise außerdem Teil der Vorrichtung (10) ist. Jedes dieser Elemente wird im Folgenden ausführlicher beschrieben. Es ist festzustellen, dass die Vorrichtung (10) einen Teil eines Druckers, wie zum Beispiel des Typs, der üblicherweise an einem Rechnernetz, einem Personalcomputer oder Ähnlichem angeschlossen ist, Teil eines Faxgeräts, Teil einer Dokumentenkopiereinrichtung, Teil einer Etikettiervorrichtung oder Teil einer anderen einer breiten Vielfalt von Markiervorrichtungen bilden kann.Now take reference 1 , is a schematic representation of a ballistic aerosol marking device ( 10 ) according to an embodiment of the present invention. As will be shown, the device consists ( 10 ) from one or more ejectors ( 12 ) containing a propellant ( 14 ) is supplied. A marking material ( 16 ) transported by a transport device ( 18 ) under the control of the controller ( 20 ) can be transported to the ejector ( 12 ). (Optional elements are indicated by dashed lines). The marking material is under the control of the controller ( 20 ) through feed-in facilities ( 21 ) fed into the ejector (that is controllably initiated). That of the ejector ( 12 ) ejected marking material can Nachausstoßveränderung ( 23 ), optionally also part of the device ( 10 ). Each of these elements will be described in more detail below. It should be noted that the device ( 10 ) may form part of a printer, such as the type usually connected to a computer network, a personal computer or the like, part of a facsimile, part of a document copier, part of a labeler or part of another of a wide variety of marking devices.

Die in 1 dargestellte Ausführung kann durch eine ballistische Aerosolmarkiervorrichtung (24) des in der aufgeschnittenen Seitenansicht von 2 gezeigten Typs verwirklicht werden. Nach dieser Ausführung sind die aufzubringenden Materialien 4 Farbtoner, wie zum Beispiel Cyan (C), Magenta (M), Gelb (Y) und Schwarz (K) eines hierin ausführlicher beschriebenen Typs, die gleichzeitig, entweder gemischt oder ungemischt, aufeinanderfolgend oder anderweitig aufgebracht werden können. Während sich die Darstellung von 2 und die zugehörige Beschreibung mit einer Vorrichtung zum Markieren mit vier Farben (entweder nur jeweils eine Farbe oder in Mischungen davon) befassen, wird hierin eindeutig eine Vorrichtung mit einer geringeren oder einer größeren Anzahl von Farben oder anderen oder zusätzlichen Materialien, wie Materialien, die eine Oberfläche zum Anhaften von Markiermaterialpartikeln (oder andere Substratoberflächenvorbehandlung) erzeugen, eine gewünschte Substratendbearbeitungsqualität (wie Matt-, Satin- oder Glanzfinish oder andere Substratoberflächennachbehandlung), Material, das für das Auge ohne Hilfe nicht sichtbar ist (wie magnetische Partikel, ultraviolettfluoreszierende Partikel usw.), oder anderes Material, das mit einem markierten Substrat assoziiert ist, in Erwägung gezogen.In the 1 illustrated embodiment can by a ballistic aerosol marking device ( 24 ) of the in the cutaway side view of 2 be realized type realized. After this execution, the materials to be applied 4 Color toners, such as cyan (C), magenta (M), yellow (Y) and black (K), of a type more fully described herein, which may be applied simultaneously, either blended or unmixed, sequentially or otherwise. While the presentation of 2 and the related description with a four-color marking device (either one color at one time or mixtures thereof), will clearly be referred to herein as a device having a smaller or greater number of colors or other or additional materials, such as materials Produce surface to adhere marking material particles (or other substrate surface pretreatment), a desired substrate finish quality (such as matte, satin or gloss finish or other substrate surface post-treatment), material that is invisible to the eye without assistance (such as magnetic particles, ultraviolet fluorescent particles, etc.) , or other material associated with a labeled substrate.

Die Vorrichtung (24) besteht aus einem Körper (26), in dem eine Vielzahl von Hohlräumen (28C, 28M, 28Y und 28K) (zusammengenommen als Hohlräume (28) bezeichnet) zum Empfang von aufzubringenden Materialien ausgebildet ist. Außerdem kann in dem Körper (26) ein Treibmittelhohlraum (30) ausgebildet sein. Ein Passstück (32) kann bereitgestellt sein, um den Treibmittelhohlraum (30) mit einer Treibmittelquelle (33), wie einem Kompressor, einem Treibmittelvorratsbehälter oder Ähnlichem, zu verbinden. Der Körper (26) kann mit einem Druckkopf (34) verbunden sein, der unter anderen Schichten aus dem Substrat (36) und der Kanalschicht (37) besteht.The device ( 24 ) consists of a body ( 26 ), in which a plurality of cavities ( 28C . 28M . 28Y and 28K ) (taken together as cavities ( 28 ) is designed to receive materials to be applied. In addition, in the body ( 26 ) a propellant cavity ( 30 ) be formed. A fitting ( 32 ) may be provided to control the propellant cavity ( 30 ) with a propellant source ( 33 ), such as a compressor, a propellant reservoir or the like. The body ( 26 ) can be used with a print head ( 34 ), which among other layers from the substrate ( 36 ) and the channel layer ( 37 ) consists.

Nimmt man nun Bezug auf 3, wird darin ein aufgeschnittener Querschnitt eines Abschnitts der Vorrichtung (24) gezeigt. Jeder der Hohlräume (28) umfasst einen Anschluss (42C, 42M, 42Y bzw. 42K) (zusammengenommen als Anschlüsse (42) bezeichnet), der einen kreisförmigen, ovalen, rechteckigen oder anderen Querschnitt aufweist und Kommunikation zwischen den Hohlräumen und einem Kanal (46), der sich an den Körper (26) anfügt, bereitstellt. Die Anschlüsse (42) werden so gezeigt, dass sie eine Längsachse aufweisen, die zu der Längsachse des Kanals (46) grob senkrecht ist. Der Winkel zwischen den Längsachsen der Anschlüsse (42) und dem Kanal (46) kann jedoch je nach Eignung für die bestimmte Anwendung des vorliegenden Systems anders als 90 Grad sein.Now take reference 3 , it is a cutaway cross section of a portion of the device ( 24 ). Each of the cavities ( 28 ) includes a connection ( 42C . 42M . 42Y respectively. 42K ) (taken together as connections ( 42 ), which has a circular, oval, rectangular or other cross-section and communication between the cavities and a channel (referred to as 46 ), which adhere to the body ( 26 ) appends. The connections ( 42 ) are shown to have a longitudinal axis to the longitudinal axis of the canal ( 46 ) is roughly vertical. The angle between the longitudinal axes of the connections ( 42 ) and the channel ( 46 ) may, however, be other than 90 degrees, as appropriate for the particular application of the present system.

Gleichermaßen umfasst der Treibmittelhohlraum (30) einen Anschluss (44), der einen kreisförmigen, ovalen, rechteckigen oder anderen Querschnitt aufweist und sich zwischen dem Hohlraum und dem Kanal (46), durch den sich Treibmittel bewegen kann, befindet. Alternativ kann der Druckkopf (34) mit einem Anschluss (44') in dem Substrat (36) oder einem Anschluss (44'') in der Kanalschicht (37) oder Kombinationen davon ausgestattet sein, um Treibmittel in den Kanal (46) einzuleiten. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, wird Markiermaterial veranlasst, aus Hohlräumen (28) heraus durch Anschlüsse (42) hindurch und in einen Strom aus Treibmittel, der durch den Kanal (46) hindurchfließt, hinein zu fließen. Das Markiermaterial und das Treibmittel werden in die Richtung von Pfeil A in Richtung eines Substrats (38) geleitet, wie zum Beispiel Papier, das durch eine Platte (40) getragen wird, wie in 2 gezeigt. Wir haben experimentell ein Treibmittel-Markiermaterial-Fließmuster von einem Druckkopf, der eine Anzahl der hierin beschriebenen Merkmale einsetzt, demonstriert, das über eine Distanz von bis zu 10 Millimetern relativ kollimiert bleibt, wobei ein optimaler Druckzwischenraum in der Größenordnung zwischen einem und mehreren Millimetern liegt. Zum Beispiel erzeugt der Druckkopf einen Markiermaterialstrom, der über eine Distanz von wenigstens dem Vierfachen der Austrittsöffnungsbreite um nicht mehr als 20 Prozent und vorzugsweise um nicht mehr als 10 Prozent von der Breite der Austrittsöffnung abweicht. Der geeignete Zwischenraum zwischen dem Druckkopf und dem Substrat ist eine Funktion vieler Parameter und bildet selbst keinen Teil der vorliegenden Erfindung.Similarly, the propellant cavity comprises ( 30 ) a connection ( 44 ) having a circular, oval, rectangular or other cross-section and extending between the cavity and the channel (FIG. 46 ), through which propellant can move, is located. Alternatively, the print head ( 34 ) with a connection ( 44 ' ) in the substrate ( 36 ) or a connection ( 44 '' ) in the channel layer ( 37 ) or combinations thereof, to provide propellant in the channel ( 46 ). As will be described in more detail below, marking material is caused to escape from voids ( 28 ) out through ports ( 42 ) and into a flow of propellant passing through the channel ( 46 ) flows through, to flow into it. The marking material and the blowing agent are moved in the direction of arrow A towards a substrate ( 38 ), such as paper, which passes through a plate ( 40 ) is worn, as in 2 shown. We have experimentally demonstrated a propellant marking material flow pattern from a printhead employing a number of the features described herein, which remains relatively collimated over a distance of up to 10 millimeters, with an optimum pressure gap of the order of one to several millimeters , For example, the printhead generates a marking material stream that deviates by no more than 20 percent, and preferably no more than 10 percent, from the width of the exit orifice over a distance of at least four times the exit orifice width. The proper gap between the printhead and the substrate is a function of many parameters and does not form part of the present invention itself.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht der Druckkopf (34) aus einem Substrat (36) und einer Kanalschicht (37), in der der Kanal (46) ausgebildet ist. Zusätzliche Schichten, wie eine isolierende Schicht, eine Deckschicht usw. (nicht gezeigt), können ebenfalls einen Teil des Druckkopfes (34) bilden. Das Substrat (36) ist aus einem geeigneten Material, wie Glas, Keramik usw., gebildet, auf dem (direkt oder indirekt) ein relativ dickes Material ausgebildet ist, wie ein dicker permanenter Photoresist (z. B: ein flüssiges lichtempfindliches Epoxid) und/oder ein trockener filmbasierter Photo resist, der geätzt, bearbeitet oder anderweitig sein kann und in dem ein Kanal mit im Folgenden beschriebenen Merkmalen ausgebildet sein kann.According to one embodiment of the present invention, the printhead ( 34 ) from a substrate ( 36 ) and a channel layer ( 37 ), in which the channel ( 46 ) is trained. Additional layers, such as an insulating layer, a capping layer, etc. (not shown) may also be part of the printhead (FIG. 34 ) form. The substrate ( 36 ) is formed of a suitable material, such as glass, ceramic, etc., on which (directly or indirectly) a relatively thick material is formed, such as a thick permanent photoresist (e.g., a liquid photosensitive epoxy) and / or a dry one Film-based photo resist, which may be etched, processed or otherwise, and in which a channel may be formed with features described below.

Nimmt man nun Bezug auf 4, die eine aufgeschnittene Draufsicht des Druckkopfes (34) ist, ist bei einer Ausführung der Kanal (46) ausgebildet, dass er an einem ersten, proximalen Ende eine Treibmittelempfangsregion (47), eine angrenzende konvergierende Region (48), eine divergierende Region (50) und eine Markiermaterialeinspritzregion (52) aufweist. Der Punkt des Übergangs zwischen der konvergierenden Region (48) und der divergierenden Region (50) wird als Kehle (53) bezeichnet und die konvergierende Region (48), die divergierende Region (50) und die Kehle (53) werden zusammengenommen als eine Düse bezeichnet. Die allgemeine Form eines solchen Kanals wird manchmal als ein de-Laval-Dehnungsrohr bezeichnet. Eine Austrittsöffnung (56) befindet sich an dem distalen Ende des Kanals (46).Now take reference 4 showing a cutaway plan view of the printhead ( 34 ), in one embodiment the channel ( 46 ) is configured to receive at a first, proximal end a propellant receiving region ( 47 ), an adjacent converging region ( 48 ), a diverging region ( 50 ) and a marking material injection region ( 52 ) having. The point of transition between the convergent region ( 48 ) and the diverging region ( 50 ) is called throat ( 53 ) and the converging region ( 48 ), the diverging region ( 50 ) and the throat ( 53 ) are collectively referred to as a nozzle. The general shape of such a channel is sometimes referred to as a de-Laval expansion tube. An outlet ( 56 ) is located at the distal end of the channel ( 46 ).

Bei der in den 3 und 4 gezeigten Ausführung der vorliegenden Erfindung konvergiert die Region (48) in der Ebene von 4, jedoch nicht in der Ebene von 3, und gleichsam divergiert die Region (50) in der Ebene von 4, jedoch nicht in der Ebene von 3. Typischerweise bestimmt dies die Querschnittsform der Austrittsöffnung (56). Zum Beispiel entspricht die in 5A dargestellte Form der Öffnung (56) der in den 3 und 4 gezeigten Vorrichtung. Der Kanal kann jedoch so hergestellt sein, dass diese Regionen in der Ebene von 3, jedoch nicht in der Ebene von 4 (dargestellt in 5B) oder in beiden Ebenen der 3 und 4 (dargestellt in 5C) oder in einer anderen Ebene oder einem anderen Satz von Ebenen oder in allen Ebenen (in den 6A bis 6C dargestellte Beispiele) konvergieren/divergieren, wie dies durch die Herstellung und Anwendung der vorliegenden Erfindung bestimmt werden kann.In the in the 3 and 4 In the illustrated embodiment of the present invention, the region converges (FIG. 48 ) in the plane of 4 but not in the plane of 3 , and as it were, the region diverges ( 50 ) in the plane of 4 but not in the plane of 3 , Typically, this determines the cross-sectional shape of the outlet ( 56 ). For example, the in 5A represented shape of the opening ( 56 ) in the 3 and 4 shown device. However, the channel may be made such that these regions are in the plane of 3 but not in the plane of 4 (shown in 5B ) or in both levels of the 3 and 4 (shown in 5C ) or in another level or another set of levels or in all levels (in the 6A to 6C illustrated examples) converge / diverge as may be determined by the preparation and practice of the present invention.

Bei einer anderen Ausführung, die in 7 gezeigt wird, ist der Kanal (46) nicht mit einer konvergierenden und divergierenden Region ausgestattet, sondern besitzt vielmehr einen einheitlichen Querschnitt entlang seiner Achse. Dieser Querschnitt kann rechteckig oder quadratisch (wie in 8A dargestellt), oval oder kreisförmig (wie in 8B dargestellt) oder ein anderer Querschnitt (Beispiele werden in 8C bis 8D dargestellt) sein, wie dies durch die Herstellung und Anwendung der vorliegenden Erfindung bestimmt werden kann.In another embodiment, the in 7 is shown, is the channel ( 46 ) is not equipped with a converging and divergent region, but rather has a uniform cross-section along its axis. This cross section may be rectangular or square (as in 8A shown), oval or circular (as in 8B shown) or another cross-section (examples are in 8C to 8D as shown), as may be determined by the preparation and practice of the present invention.

Mit erneutem Bezug auf 3 tritt das Treibmittel von dem Treibmittelhohlraum (30) über den Anschluss (44) grob senkrecht zu der Längsachse des Kanals (46) in den Kanal (46) ein. Nach einer anderen Ausführung tritt das Treibmittel parallel (oder in einem anderen Winkel) zu der Längsachse des Kanals (46) zum Beispiel durch die Anschlüsse (44' oder 44'') oder auf eine andere nicht gezeigte Weise in den Kanal ein. Das Treibmittel kann kontinuierlich durch den Kanal hindurchfließen, während sich die Markiervorrichtung in einer betriebsfähigen Konfiguration befindet (z. B. „eingeschaltet" oder ein ähnlicher markierbereiter Zustand), oder kann so moduliert werden, dass Treibmittel lediglich dann den Kanal durchläuft, wenn Markiermaterial auszustoßen ist, je nachdem, wie dies durch die bestimmte Anwendung der vorliegenden Erfindung diktiert wird. Eine solche Treibmittelmodulation kann durch ein Ventil (31), das zwischen der Treibmittelquelle (33) und dem Kanal (46) eingefügt ist, erreicht werden, indem die Erzeugung des Treibmittels zum Beispiel durch Ein- und Ausschalten eines Kompressors oder selektives Initiieren einer chemischen Reaktion, die zum Erzeugen von Treibmittel konstruiert ist, oder durch andere nicht gezeigte Einrichtungen moduliert wird.With renewed reference to 3 the propellant passes from the propellant cavity ( 30 ) over the connection ( 44 ) roughly perpendicular to the longitudinal axis of the channel ( 46 ) into the channel ( 46 ) one. According to another embodiment, the propellant occurs parallel (or at a different angle) to the longitudinal axis of the channel ( 46 ) for example through the connections ( 44 ' or 44 '' ) or in some other manner not shown in the channel. The propellant may flow continuously through the channel while the marking device is in is operable configuration (eg, "on" or a similar flagable state), or may be modulated such that propellant only passes through the channel when marker material is to be ejected, as determined by the particular application of the present invention Such a blowing agent modulation can be achieved by a valve ( 31 ) located between the propellant source ( 33 ) and the channel ( 46 ) can be achieved by modulating the generation of the propellant by, for example, switching on and off a compressor or selectively initiating a chemical reaction designed to produce propellant or by other means not shown.

Markiermaterial kann durch einen oder mehrere Anschlüsse (42), die sich in der Markiermaterialeinspritzregion (52) befinden, steuerbar in den Kanal eintreten. Das heißt, dass während des Gebrauchs die Menge an Markiermaterial, die in den Treibmittelstrom eingeleitet wird, von Null bis zu einem Maximum je Punkt gesteuert werden kann. Das Treibmittel und das Markiermaterial bewegen sich von dem proximalen Ende zu einem distalen Ende des Kanals (46), an dem sich die Austrittsöffnung (56) befindet.Marking material can be connected through one or more ports ( 42 ) located in the marking material injection region ( 52 ), controllably enter the channel. That is, during use, the amount of marking material introduced into the propellant stream can be controlled from zero to a maximum per dot. The propellant and marking material move from the proximal end to a distal end of the channel (FIG. 46 ), at which the outlet opening ( 56 ) is located.

Der Druckkopf (34) kann durch eines einer breiten Vielfalt von Verfahren ausgebildet sein. Als ein Beispiel und mit Bezug auf die 41A bis C und 42A bis C kann der Druckkopf (34) wie folgt hergestellt werden. Zu Beginn wird ein Substrat (38), wie zum Beispiel ein isolierendes Substrat wie Glas oder ein halbisolierendes Substrat wie Silikon oder alternativ ein willkürliches Substrat, das mit einer isolierenden Schicht beschichtet ist, gereinigt und anderweitig für Lithographie vorbereitet. Eine oder mehrere Metallelektroden (54) können (z. B. photolithographisch) auf einer ersten Oberfläche des Substrats (38), die den Boden eines Kanals (46) ausbilden soll, ausgebildet werden oder auf diese aufgetragen werden. Dies wird in 41A dargestellt.The printhead ( 34 ) may be formed by one of a wide variety of methods. As an example and with reference to the 41A to C and 42A to C, the printhead ( 34 ) are prepared as follows. At the beginning, a substrate ( 38 ), such as an insulating substrate such as glass or a semi-insulating substrate such as silicone, or alternatively an arbitrary substrate coated with an insulating layer, cleaned and otherwise prepared for lithography. One or more metal electrodes ( 54 ) can (for example photolithographically) on a first surface of the substrate ( 38 ), which covers the bottom of a canal ( 46 ) should be formed, trained or applied to this. This will be in 41A shown.

Nächstfolgend wird ein dicker Photoresist über im Wesentlichen das gesamte Substrat geschichtet, typischerweise durch einen Aufschleuderprozess, auch wenn die Schicht (310) als eine Alternative laminiert werden kann. Die Schicht (310) ist relativ recht dick, wie zum Beispiel in der Größenordnung von 100 μm oder dicker. Dies wird in 41B dargestellt. Wohlbekannte Prozesse, wie Lithographie, Ionenätzen usw., werden nächstfolgend eingesetzt, um einen Kanal (46) in der Schicht (310) auszubilden, vorzugsweise mit einer konvergierenden Region (48), einer divergierenden Region (50) und einer Kehle (53). Die Struktur an diesem Punkt wird in einer Draufsicht in 41C gezeigt.Next, a thick photoresist is layered over substantially the entire substrate, typically by a spin-on process, even though the layer (FIG. 310 ) can be laminated as an alternative. The layer ( 310 ) is relatively thick, such as on the order of 100 microns or thicker. This will be in 41B shown. Well-known processes, such as lithography, ion etching, etc., are used next to create a channel ( 46 ) in the layer ( 310 ), preferably with a converging region ( 48 ), a diverging region ( 50 ) and a throat ( 53 ). The structure at this point is shown in a plan view 41C shown.

An diesem Punkt besteht eine Alternative darin, einen Einlass (44') (in 3 gezeigt) für Treibmittel durch das Substrat hindurch in die Treibmittelempfangsregion (47) einzuarbeiten. Dies kann durch Diamantbohren, Ultraschallbohren oder eine andere auf dem Gebiet wohlbekannte Technik als eine Funktion des ausgewählten Substratmaterials vollzogen werden. Alternativ kann ein Treibmitteleinlass (44'') (in 3 gezeigt) in der Schicht (310) ausgebildet werden. Jedoch kann ein Treibmitteleinlass (44) in einer nachfolgend aufgetragenen Schicht ausgebildet werden, wie im Folgenden beschrieben.At this point, an alternative is to use an inlet ( 44 ' ) (in 3 for propellant through the substrate into the propellant receiving region (FIG. 47 ) to incorporate. This can be accomplished by diamond drilling, ultrasonic drilling, or any other technique well known in the art as a function of the selected substrate material. Alternatively, a propellant inlet ( 44 '' ) (in 3 shown) in the layer ( 310 ) be formed. However, a propellant inlet ( 44 ) are formed in a subsequently applied layer as described below.

Direkt oben auf die Schicht (310) wird eine andere relativ dicke Schicht aus Photoresist (312) oder ähnlichem Material aufgetragen. Die Schicht (312) liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 100 μm Dicke oder dicker und wird vorzugsweise durch Laminieren aufgetragen, auch wenn sie alternativ aufgeschleudert oder anderweitig aufgebracht werden kann. Die Schicht (312) kann alternativ Glas oder ein anderes geeignetes Material sein, das an die Schicht (310) gebunden wird. Die Struktur an diesem Punkt wird in 42A dargestellt.Directly on top of the layer ( 310 ) is another relatively thick layer of photoresist ( 312 ) or similar material. The layer ( 312 ) is preferably on the order of 100 microns thick or thicker and is preferably applied by lamination, although it may alternatively be spun on or otherwise applied. The layer ( 312 ) may alternatively be glass or another suitable material which is attached to the layer ( 310 ) is bound. The structure at this point will be in 42A shown.

Die Schicht (312) wird dann gemustert, wie zum Beispiel durch Photolithographie, Ionenätzen usw., um Anschlüsse (42 und 44) auszubilden. Die Schicht (312) kann außerdem bearbeitet werden oder anderweitig durch Verfahren, die auf dem Gebiet bekannt sind, gemustert werden. Die Struktur an diesem Punkt wird in 42B gezeigt.The layer ( 312 ) is then patterned, such as by photolithography, ion etching, etc., to make connections ( 42 and 44 ) train. The layer ( 312 ) may also be processed or otherwise patterned by methods known in the art. The structure at this point will be in 42B shown.

Eine Alternative zu dem Vorgenannten besteht darin, einen Kanal (46) direkt in dem Substrat auszubilden, wie zum Beispiel durch Photolithographie, Ionenätzen usw. Die Schicht (312) kann immer noch wie oben beschrieben aufgetragen werden. Noch eine andere Alternative besteht darin, den Druckkopf aus Acryl oder einem anderen formba ren und/oder bearbeitbaren Material auszubilden, wobei der Kanal (46) darin geformt oder eingearbeitet wird. Zusätzlich zu dem Vorgenannten kann die Schicht (312) bei dieser Ausführung außerdem ein ähnliches Material sein, das durch geeignete Einrichtungen an den Rest der Struktur gebunden wird.An alternative to the above is to connect a channel ( 46 ) directly in the substrate, such as by photolithography, ion etching, etc. The layer ( 312 ) can still be applied as described above. Yet another alternative is to form the print head from acrylic or other formable and / or workable material, wherein the channel ( 46 ) is molded or incorporated therein. In addition to the above, the layer ( 312 Also, in this embodiment, be a similar material bonded to the remainder of the structure by appropriate means.

Eine Ergänzung zu dem Vorgenannten besteht dann, Elektroden (314 und 315), die rechteckige, ringförmige (gezeigt) oder eine andere Form in planer Form aufweisen können, auf der Schicht (312) vorauszubilden, bevor die Schicht (312) über der Schicht (310) aufgetragen wird. Bei dieser Ausführung werden der Anschluss (42) und der mögliche Anschluss (44) ebenfalls vor dem Auftragen der Schicht (312) vorausgebildet. Die Elektroden (314) können durch Sputtern, Abheben oder andere Techniken ausgebildet werden und können aus einem geeigneten Metall, wie Aluminium oder Ähnliches, sein. Eine dielektrische Schicht (316) kann aufgetragen werden, um die Elektroden (314) zu schützen und eine planarisierte Oberfläche (318) bereitzustellen. Eine zweite dielektrische Schicht (nicht gezeigt) kann auf ähnliche Weise auf eine untere Fläche (319) der Schicht (312) aufgetragen werden, um auf ähnliche Weise die Elektrode (315) zu schützen und eine planarisierte untere Fläche bereitzustellen. Die Struktur dieser Ausführung wird in 42C gezeigt.An addition to the above is then, electrodes ( 314 and 315 ), which may have a rectangular, annular (shown) or other shape in a planar shape, on the layer ( 312 ) before the layer ( 312 ) above the layer ( 310 ) is applied. In this embodiment, the on Enough ( 42 ) and the possible connection ( 44 ) also before the application of the layer ( 312 ). The electrodes ( 314 ) may be formed by sputtering, liftoff or other techniques and may be of a suitable metal such as aluminum or the like. A dielectric layer ( 316 ) can be applied to the electrodes ( 314 ) and a planarized surface ( 318 ). A second dielectric layer (not shown) may similarly be applied to a bottom surface (FIG. 319 ) of the layer ( 312 ) may be applied to similarly cause the electrode ( 315 ) and provide a planarized bottom surface. The structure of this design is in 42C shown.

Während die 4 bis 8 einen Druckkopf (34) mit einem Kanal darin darstellen, ist festzustellen, dass ein Druckkopf nach der vorliegenden Erfindung eine willkürliche Anzahl von Kanälen aufweisen kann und in einem Bereich von mehreren hundert Mikrometern über alles mit einem oder mehreren Kanälen bis zu einer Seitenbreite (z. B. 8,5 oder mehr Zoll über alles) mit Tausenden von Kanälen. Die Breite W von jeder Austrittsöffnung (56) kann in der Größenordnung von 250 μm oder kleiner liegen, vorzugsweise in dem Bereich von 100 μm oder kleiner. Der Abstand P oder Zwischenraum von Kante zu Kante (oder Mitte zu Mitte) zwischen benachbarten Austrittsöffnungen (56) kann ebenfalls in der Größenordnung von 250 μm oder kleiner liegen, vorzugsweise in dem Bereich von 100 μm oder kleiner bei einer ungestaffelten Anordnung, wie in der Endansicht in 9A dargestellt. Bei einer zweidimensionalen gestaffelten Anordnung des in 9B gezeigten Typs kann der Abstand weiter verringert werden. Zum Beispiel stellt Tabelle 1 typische Abstands- und Breitenabmessungen für unterschiedliche Auflösungen einer ungestaffelten Anordnung dar.While the 4 to 8th a print head ( 34 ) with one channel therein, it should be noted that a printhead according to the present invention may have an arbitrary number of channels and in a range of several hundred micrometers over anything with one or more channels up to a page width (e.g. 5 or more inches above it all) with thousands of channels. The width W of each outlet ( 56 ) may be on the order of 250 μm or smaller, preferably in the range of 100 μm or smaller. The distance P or gap from edge to edge (or center to center) between adjacent outlet openings ( 56 ) may also be on the order of 250 microns or smaller, preferably in the range of 100 microns or smaller in a non-staggered array, as in the end view in FIG 9A shown. In a two-dimensional staggered arrangement of the in 9B As shown, the distance can be further reduced. For example, Table 1 illustrates typical pitch and width dimensions for different resolutions of an un-staggered array.

Tabelle 1

Table 1

Wie in 10 dargestellt, kann eine breite Anordnung von Kanälen in einem Druckkopf durch kontinuierliche Hohlräume (28) mit Markiermaterial versorgt werden, wobei die Anschlüsse (42) mit jedem Kanal (46) assoziiert sind. Gleichermaßen kann ein kontinuierlicher Treibmittelhohlraum (30) jeden Kanal (46) über einen assoziierten Anschluss (44) bedienen. Die Anschlüsse (42) können diskrete Öffnungen in den Hohlräumen sein, wie in 11A dargestellt, oder können durch eine kontinuierliche Öffnung (43) (dargestellt durch eine solche Öffnung (43C)), die sich über die gesamte Anordnung erstreckt, ausgebildet sein, wie in 11B dargestellt.As in 10 A wide array of channels in a printhead can be represented by continuous cavities (FIG. 28 ) are supplied with marking material, the connections ( 42 ) with each channel ( 46 ) are associated. Similarly, a continuous propellant cavity ( 30 ) every channel ( 46 ) via an associated port ( 44 ) serve. The connections ( 42 ) may be discrete openings in the cavities, as in FIG 11A represented by a continuous opening ( 43 ) (represented by such an opening ( 43C )) extending over the entire assembly may be formed as in 11B shown.

Bei einer Anordnung von Kanälen (46) kann jeder Kanal ähnliche Abmessungen und Querschnittsprofile aufweisen, um identische oder nahezu identische Treibmittelgeschwindigkeiten dort hindurch zu erreichen. Alternativ kann ein ausgewählter oder mehrere der Kanäle (46) so hergestellt werden, dass sie unterschiedliche Abmessungen und/oder Querschnittsprofile aufweisen, um (oder mit anderen Einrichtungen wie selektiv aufgetragenen Beschichtungen oder Ähnlichem) Kanäle mit unterschiedlichen Treibmittelgeschwindigkeiten bereitzustellen. Dies kann sich bei dem Versuch, unterschiedliche Markiermaterialien mit signifikant unterschiedlichen Massen einzusetzen, bei dem Versuch, unterschiedliche Markierwirkungen zu haben, bei dem gemeinsamen Auftragen von Markiermaterialien und anderer Substratbehandlung als vorteilhaft erweisen oder könnte sich anderweitig bei einer bestimmten Anwendung der vorliegenden Erfindung als geeignet erweisen.In an arrangement of channels ( 46 ), each channel may have similar dimensions and cross-sectional profiles to achieve identical or near identical propellant velocities therethrough. Alternatively, a selected one or more of the channels ( 46 ) are fabricated to have different dimensions and / or cross-sectional profiles to provide channels with different propellant velocities (or with other means such as selectively applied coatings or the like). This may prove advantageous in the co-application of marking materials and other substrate treatment in an attempt to employ different marking materials having significantly different masses when attempting to have different marking effects, or may otherwise prove suitable in a particular application of the present invention ,

Nach den in 12A und 12B gezeigten Ausführungen umfasst die Vorrichtung (24) einen ersetzbaren abnehmbaren Körper (60), der durch bedienbare Einrichtungen, wie Klemmen, Klammem, Sperren oder andere auf dem Gebiet wohlbekannte Halteeinrichtungen (nicht gezeigt), an der Vorrichtung (24) gehalten wird. Bei der in 12A gezeigten Ausführung kann der Körper (60) von dem Druckkopf (34) und den anderen Bautei len der Vorrichtung (24) abgenommen werden. Bei der in 12B gezeigten Ausführung bilden der Körper (60) und der Druckkopf (34) eine ersetzbare Einheit, die aus einer Montierregion (64) der Vorrichtung (24) herausgenommen werden kann. Bei jeder Ausführung der 12A oder 12B können elektrische Kontakte zwischen dem Körper (60) und der Vorrichtung (24) zum Steuern von Elektroden und anderen Vorrichtungen, die von dem Körper (60) getragen werden oder mit diesem assoziiert sind, bereitgestellt sein.After the in 12A and 12B As shown, the device comprises 24 ) a replaceable removable body ( 60 ) supported by operable devices, such as clamps, clamps, locks or other holding devices (not shown) well known in the art, on the device (FIG. 24 ) is held. At the in 12A As shown, the body ( 60 ) from the printhead ( 34 ) and the other components of the device ( 24 ) are removed. At the in 12B In the embodiment shown, the body ( 60 ) and the print head ( 34 ) a replaceable unit consisting of a mounting region ( 64 ) of the device ( 24 ) can be taken out. With each execution of the 12A or 12B can electrical contacts between the body ( 60 ) and the device ( 24 ) for controlling electrodes and other devices isolated from the body ( 60 ) or associated therewith.

In jedem Fall kann der Körper (60) eine Einwegpatrone sein, die Markiermaterial und Treibmittel trägt. Alternativ können der Markiermaterial- und/oder der Treibmittelhohlraum (28, 30) wiederauffüllbar sein. Zum Beispiel können Öffnungen (29C, 29M, 29Y und 29K) (zusammengenommen als Öffnungen (29) bezeichnet) für das Einleiten von Markiermaterial in die jeweiligen Hohlräume bereitgestellt sein. Außerdem kann der Hohlraum (30) eine Treibmittelquelle (62), wie festes Kohlendioxid (CO₂), eine Druckgaspatrone (ebenfalls wie CO₂), reagierende chemische Stoffe usw. permanent, ersetzbar entfernbar oder wiederauffüllbar in dem Körper (60) tragen. Alternativ kann der Hohlraum (30) einen kompakten Kompressor oder ähnliche Einrichtungen (nicht gezeigt) tragen, um ein unter Druck gesetztes Treibmittel zu erzeugen. Als noch eine weitere Alternative kann die Treibmittelquelle getrennt und unabhängig von dem Körper (60) abnehmbar und ersetzbar sein. Des Weiteren kann die Vorrichtung (24) mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Treibmittel, wie ein Kompressor, eine chemische Reaktionskammer usw., wobei in diesem Fall der Körper (60) lediglich Hohlräume (28) und zugehörige Bauteile trägt.In any case, the body ( 60 ) is a disposable cartridge carrying marking material and propellant. Alternatively, the marking material and / or the blowing agent cavity ( 28 . 30 ) be refillable. For example, openings ( 29C . 29M . 29Y and 29K ) (taken together as openings ( 29 ) may be provided for introducing marking material into the respective cavities. In addition, the cavity ( 30 ) a propellant source ( 62 ), such as solid carbon dioxide (CO ₂ ), a pressurized gas cartridge (also like CO ₂ ), reacting chemical substances etc. permanently, replaceably removable or refillable in the body ( 60 ) wear. Alternatively, the cavity ( 30 ) carry a compact compressor or similar device (not shown) to produce a pressurized propellant. As yet another alternative, the propellant source may be separate and independent of the body ( 60 ) removable and replaceable. Furthermore, the device ( 24 ) with a device for producing propellant, such as a compressor, a chemical reaction chamber, etc., in which case the body ( 60 ) only cavities ( 28 ) and associated components.

Der Prozess (70), der an dem Markieren eines Substrats mit Markiermaterial nach der vorliegenden Erfindung beteiligt ist, wird durch die in 13 gezeigten Schritte dargestellt. Nach Schritt 72 wird ein Treibmittel zu einem Kanal zugeführt. Nächstfolgend wird ein Markiermaterial bei Schritt 74 in den Kanal eingespeist. Falls der Kanal mehrere Markiermaterialien zu dem Substrat zuführen soll, können die Markiermaterialien in Schritt 76 in dem Kanal gemischt werden, um ein Markiermaterialgemisch zu dem Substrat zuzuführen. Durch diesen Prozess kann Einschritt-Farbmarkieren ohne Bedarf für Farbendeckung erzielt werden. Eine Alternative für Einschritt-Farbmarkieren ist das sequenzielle Einleiten mehrerer Markiermaterialien unter Beibehaltung einer konstanten Ausrichtung zwischen Druckkopf (34) und Substrat (38). Da nicht jedes Markieren aus mehreren Markiermaterialien besteht, ist dieser Schritt optional, wie durch den gestrichelten Pfeil (78) dargestellt. In Schritt 80 wird das Markiermaterial aus einer Austrittsöffnung an einem distalen Ende des Kanals in eine Richtung zu einem Substrat hin und mit ausreichender Energie, um ein Substrat zu erreichen, ausgestoßen. Der Prozess kann unter Neuausrichtung des Druckkopfes, wie durch den Pfeil (83) angezeigt, wiederholt werden. Geeignete Nachausstoßbehandlung, wie Fixieren, Trocknen usw. des Markiermaterials wird in Schritt 82 durchgeführt, wobei dies erneut optional ist, wie durch den gestrichelten Pfeil (84) dargestellt. Jeder dieser Schritte wird ausführlicher besprochen.The process ( 70 ) involved in marking a substrate with marking material according to the present invention is characterized by the features described in U.S. Pat 13 shown steps shown. After step 72 a propellant is supplied to a channel. Next, a marking material will be in step 74 fed into the canal. If the channel is to supply a plurality of marking materials to the substrate, the marking materials in step 76 in the channel to deliver a marking material mixture to the substrate. Through this process, one-step color marking can be achieved without the need for color coverage. An alternative to one-step color marking is the sequential introduction of multiple marking materials while maintaining a constant alignment between the printhead (FIG. 34 ) and substrate ( 38 ). Since not every marking consists of several marking materials, this step is optional, as indicated by the dashed arrow (FIG. 78 ). In step 80 For example, the marking material is expelled from an exit port at a distal end of the channel in a direction toward a substrate and with sufficient energy to reach a substrate. The process may involve reorienting the printhead as indicated by the arrow ( 83 ), be repeated. Suitable post-ejection treatment, such as fixing, drying, etc. of the marking material is performed in step 82 again optional, as indicated by the dashed arrow (FIG. 84 ). Each of these steps will be discussed in more detail.

Wie zuvor erwähnt, besteht die Funktion des Treibmittels darin, das Markiermaterial mit ausreichender kinetischer Energie zu versehen, so dass das Markiermaterial wenigstens auf das Substrat auftrifft. Das Treibmittel kann durch einen Kompressor, einen nachfüllbaren oder nicht nachfüllbaren Vorratsbehälter, Materialphasenwechsel (z. B. von festem zu gasförmigem CO₂), chemische Reaktion usw. in Verbindung mit dem Druckkopf, der Patrone oder anderen Elementen der Markiervorrichtung (24) oder getrennt davon zugeführt werden. In jedem Fall muss das Treibmittel trocken und frei von Verunreinigungen sein, um prinzipiell nicht das Markieren des Substrats mit dem Markiermaterial zu stören und kein Verstopfen des Kanals zu verursachen oder zu induzieren. Daher kann ein geeigneter Trockner und/oder Filter (nicht gezeigt) zwischen der Treibmittelquelle und dem Kanal bereitgestellt werden.As previously mentioned, the function of the propellant is to provide the marking material with sufficient kinetic energy so that the marking material impacts at least the substrate. The propellant may be passed through a compressor, a refillable or non-refillable reservoir, material phase changes (eg, solid to gaseous CO ₂ ), chemical reaction, etc. in conjunction with the printhead, cartridge, or other elements of the marking device ( 24 ) or separately. In either case, the propellant must be dry and free of contaminants so as not to disturb the marking of the substrate with the marking material and to cause or induce clogging of the channel. Therefore, a suitable dryer and / or filter (not shown) may be provided between the propellant source and the channel.

Bei einer Ausführung wird das Treibmittel durch einen Kompressor eines wohlbekannten Typs zugeführt. Dieser Kompressor schaltet sich idealerweise schnell ein, um einen Druck oder ein Treibmittel stabilen Zustands bereitzustellen. Es kann jedoch vorteilhaft sein, ein Ventil zwischen dem Kompressor und dem Kanal einzusetzen, um lediglich Treibmittel mit Betriebsdruck und -geschwindigkeit zu gestatten, in den Kanal (46) einzutreten.In one embodiment, the propellant is supplied by a compressor of a well-known type. Ideally, this compressor will turn on quickly to provide steady state pressure or propellant. However, it may be advantageous to insert a valve between the compressor and the duct to allow only propellant at operating pressure and speed into the duct (FIG. 46 ) to enter.

Auch wenn eine solche Ausführung das Verbinden des Kanals mit einem externen Kompressor oder einer ähnlichen externen Treibmittelquelle in Erwägung zieht, kann es erforderlich sein, dass das Treibmittel von der Vorrichtung (24) selbst erzeugt wird. In der Tat muss bei einer kompakten Vorrichtung des Tisch-Typs eine kompakte Treibmittelquelle eingesetzt werden. Ein Ansatz bestünde dann, üblicherweise erhältliche ersetzba re CO₂-Patronen bei der Vorrichtung einzusetzen. Jedoch stellen solche Patronen ein vergleichsweise kleines Volumen an Treibmittel bereit und müssten häufig ausgetauscht werden. Und auch wenn es außerdem möglich wäre, größere unter Druck stehende Treibmittelbehälter bereitzustellen, kann die Größe der Vorrichtung (z. B. ein kompakter Tisch-Drucker) die Treibmittelbehältergröße begrenzen. Daher würde eine in sich geschlossene physisch kleine Treibmittelerzeugungseinheit eingesetzt. Nach dieser Ausführung könnte dann außerdem eine ersetzbare kombinierte Treibmittel- und Markiermaterialpatrone bereitgestellt werden.Although such an embodiment contemplates connecting the duct to an external compressor or similar external propellant source, it may be necessary for the propellant to be removed from the apparatus (FIG. 24 ) is generated by itself. In fact, in a compact table type device, a compact propellant source must be used. One approach would then be to use commonly available replaceable CO ₂ cartridges in the device. However, such cartridges provide a comparatively small volume of propellant and would need to be replaced frequently. And while it would also be possible to provide larger pressurized propellant containers, the size of the device (eg, a compact desktop printer) may limit the size of the propellant container. Therefore, a self-contained physically small propellant generating unit would be used. Then, according to this embodiment, a replaceable combined propellant and marking material cartridge could then be provided.

Bei einer anderen Ausführung wird das Treibmittel mit Hilfe einer Reaktion bereitgestellt. Ein Ziel dieser Ausführung besteht darin, eine kompakte Treibmittelquelle zum Beispiel des Typs, der in einen Treibmittelhohlraum (30) aufgenommen werden kann, bereitzustellen. Es gibt eine große Vielfalt spontaner und nichtspontaner Reaktionen flüssiger oder fester Chemikalien oder Verbindungen, die somit relativ kompakt sind und Gase erzeugen. In der einfachsten Form wird ein reagierender Stoff über seinen Siedepunkt erwärmt, wobei ein Gasphasenmaterial erzeugt wird. Wenn die Reaktion oder Änderung in einem eingeschlossenen Volumen eintritt, resultiert eine Druckänderung innerhalb des Volumens. Somit lautet bei einem geschlossenen Volumen eine Reaktionsart:

wobei R ein reagierender Stoff ist, P1 und P2 Druck sind und P2 viel größer als P1 ist. Um dies zu erreichen, kann ein Heizelement (87) (wie ein in 3 gezeigter Heizfaden) in dem Treibmittelhohlraum (30) (oder einem anderen Volumen, das reagierenden Stoff enthält) bereitgestellt werden.In another embodiment, the propellant is provided by means of a reaction. An object of this embodiment is to provide a compact propellant source of, for example, the type which is incorporated in a propellant cavity (US Pat. 30 ). There is a wide variety of spontaneous and non-spontaneous reactions of liquid or solid chemicals or compounds which are thus relatively compact are and generate gases. In the simplest form, a reactant is heated above its boiling point to produce a gas phase material. When the reaction or change occurs in an enclosed volume, a pressure change within the volume results. Thus, with a closed volume, one reaction type is:

where R is a reactant, P1 and P2 are pressure, and P2 is much larger than P1. To achieve this, a heating element ( 87 ) (like an in 3 shown filament) in the propellant cavity ( 30 ) (or another volume containing reactant).

Eine Variante davon sind nichtspontane Systeme mit mehreren reagierenden Stoffen, die durch Wärme aktiviert werden können, wie:

wobei R₁–R_... reagierende Stoffe sind und P2 erneut viel größer als P1 ist.A variant of this is non-spontaneous systems with several reacting substances that can be activated by heat, such as:

where R ₁ -R _{... are} reactants and P2 is again much larger than P1.

Um jedoch die Wirkungen zu vermeiden, die das Bereitstellen eines erwärmten Treibmittels auf das Markiermaterial haben kann (z. B. Schmelzen in dem Kanal, was zu Verstopfen der Kanäle führen könnte), kann es wünschenswerter sein, eine Reaktion einzusetzen, die weniger von hinzugefügter Wärme abhängt (und nicht übermäßig exotherm ist), wie: (R)P1 → (R)P2 wie dies bei einem Phasenwechsel bei Raumtemperatur (z. B. von festem zu gasförmigem CO₂) eintreten kann, oder: (R1 + R2 + ...)P1 → (R3 + R4 + ...)P2 However, in order to avoid the effects that the provision of heated blowing agent may have on the marking material (e.g., melting in the channel, which could lead to clogging of the channels), it may be more desirable to use a reaction less of that added Heat depends (and is not overly exothermic), such as: (R) P1 → (R) P2 how this can occur during a phase change at room temperature (eg from solid to gaseous CO ₂ ), or: (R 1 + R 2 + ...) P1 → (R 3 + R 4 + ...) P2

Es gibt viele solcher Reaktionen, die auf dem Gebiet bekannt sind und zum Erzeugen eines gasförmigen Treibmittels eingesetzt werden können.It There are many such reactions that are known in the field and for generating a gaseous Propellant can be used.

Im Allgemeinen kann die Reaktion insofern moderierbar sein, als es möglich sein kann, die Reaktion zu willkürlichen Zeiten einzuleiten und zu beenden, um als eine Einrichtung zu dienen, die das Ein- und Ausschalten der Vorrichtung gestattet. Alternativ kann die Reaktion in einem Treibmittelhohlraum in Kommunikation mit dem Kanal (46) über ein Ventil zum Modulieren des Flusses des Treibmittels stattfinden. Im Allgemeinen kann diese Ausführung außerdem erforderlich sein, um ein Ventil zum Regeln des Treibmittels auf einen gewählten Betriebsdruck bereitzustellen.In general, the response may be modifiable in that it may be possible to initiate and terminate the reaction at arbitrary times to serve as a means for enabling and disabling the device. Alternatively, the reaction in a propellant cavity may be in communication with the channel (FIG. 46 ) via a valve for modulating the flow of propellant. In general, this embodiment may also be required to provide a valve for controlling the propellant to a selected operating pressure.

Die Geschwindigkeit und der Druck, mit denen das Treibmittel zugeführt werden muss, hängt von der Ausführung der Markiervorrichtung ab, wie im Folgenden erläutert wird. Im Allgemeinen gehören zu Beispielen für geeignete Treibmittel CO₂, reine und trockene Luft, N₂, gasförmige Reaktionsprodukte usw. Vorzugsweise sollte das Treibmittel nichttoxisch sein (auch wenn bei bestimmten Ausführungen, wie Vorrichtungen, die in einer Spezialkammer oder Ähnlichem eingeschlossen sind, eine breitere Palette von Treibmitteln zulässig sein kann). Vorzugsweise sollte das Treibmittel bei Raumtemperatur gasförmig sein, wobei aber bei geeigneten Ausführungen Gase mit erhöhten Temperaturen verwendet werden können.The speed and pressure with which the propellant must be supplied depends on the design of the marking device, as will be explained below. In general, examples of suitable propellants include CO ₂ , clean and dry air, N ₂ , gaseous reaction products, etc. Preferably, the propellant should be non-toxic (although in certain embodiments, such as devices enclosed in a special chamber or the like, a wider Range of propellants may be permissible). Preferably, the propellant should be gaseous at room temperature but, with appropriate designs, gases at elevated temperatures may be used.

Das Treibmittel tritt, ob nun erzeugt oder bereitgestellt, in den Kanal (46) ein und bewegt sich längs durch den Kanal hindurch, um an der Austrittsöffnung (56) auszutreten. Der Kanal (46) ist so ausgerichtet, dass der Treibmittelstrom, der aus der Austrittsöffnung (56) austritt, in Richtung des Substrats gelenkt wird.The propellant, whether generated or provided, enters the channel (FIG. 46 ) and moves longitudinally through the channel to at the outlet opening ( 56 ) exit. The channel ( 46 ) is oriented so that the propellant flow coming out of the outlet ( 56 ), is directed towards the substrate.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein festes, partikelförmiges Markiermaterial zum Markieren eines Substrats eingesetzt. Die Markiermaterialpartikel können in der Größenordnung von 0,5 bis 10,0 μm, vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 5 μm, liegen, auch wenn Größen außerhalb dieser Bereiche in spezifischen Anwendungen funktionieren können (z. B. größere oder kleinere Anschlüsse und Kanäle, durch die sich die Partikel hindurchbewegen müssen).To an execution The present invention is a solid, particulate marking material for Marking a substrate used. The marking material particles can in the order of magnitude from 0.5 to 10.0 μm, preferably in the range of 1 to 5 microns, even if sizes are outside these areas can work in specific applications (eg. B. larger or smaller connections and channels, through the particles have to move through).

Es gibt mehrere Vorteile, die durch die Verwendung von festem, partikelförmigem Material bereitgestellt werden. Erstens wird das Verstopfen des Kanals zum Beispiel im Vergleich mit flüssigen Tinten auf ein Minimum verringert. Zweitens kann Dochtwirkung und Verlaufen des Markiermaterials (oder seines Trägers) auf dem Substrat sowie wechselseitige Beeinflussung von Markiermaterial/Substrat verringert oder beseitigt werden. Drittens werden Punktpositionsprobleme, die bei flüssigem Markiermaterial angetroffen und durch Oberflächenspannungswirkungen an der Austrittsöffnung verursacht werden, beseitigt. Viertens wird das Blockieren von Kanälen durch Gasblasen, die durch Oberflächenspannung zurückgehalten werden, beseitigt. Fünftens können mehrere Markiermaterialien (z. B. mehrfarbige Toner) bei Einleitung in einen Kanal für Einschritt-Mehrmaterialmarkieren (z. B. mehrfarbig) ohne die Gefahr der Verunreinigung des Kanals für nachfolgende Markierungen (z. B. Bildpunkte) gemischt werden. Ausrichtungsaufwand (Ausstattung, Zeit, zugehörige Druckartefakte usw.) wird dadurch beseitigt. Sechstens wird der Kanalwiederauffüllabschnitt des Arbeitstaktes (bis zu 80 % eines TIJ-Arbeitstaktes) beseitigt. Siebtens muss die Substratdurchsatzrate nicht auf Basis der Notwendigkeit, ein flüssiges Markiermaterial trocknen zu lassen, begrenzt werden.It There are several advantages of using solid, particulate material to be provided. First, the clogging of the channel becomes Example in comparison with liquid Reduced inks to a minimum. Second, wicking and can Bleeding the marking material (or its support) on the substrate as well reduced influence of marking material / substrate or eliminated. Third, point position problems are the in liquid Marking material encountered and by surface tension effects at the outlet opening caused, eliminated. Fourth, the blocking of channels is accomplished Gas bubbles caused by surface tension retained be eliminated. Fifth can several marking materials (eg multicolored toner) at initiation into a channel for One-step multi-material marking (eg multi-colored) without the danger the contamination of the canal for subsequent markings (eg pixels) are mixed. alignment effort (Equipment, time, related printing artifacts etc.) is thereby eliminated. Sixth, the channel refilling section becomes of the working cycle (up to 80% of a TIJ working cycle). Seventh, the substrate throughput rate does not have to be based on the need to a liquid Marking material to be dried, limited.

Jedoch kann es trotz eines Vorteils eines trockenen, partikelförmigen Markiermaterials manche Anwendungen geben, bei denen die Verwendung eines flüssigen Markiermaterials oder einer Kombination von flüssigen und trockenen Markiermaterialien vorteilhaft sein kann. In solchen Fällen kann die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, wobei einfach das flüssige Markiermaterial gegen das feste Markiermaterial ausgetauscht wird und geeignete Prozess- und Vorrichtungsänderungen, die für einen Fachmann offensichtlich sind oder hierin beschrieben werden, wie zum Beispiel Austausch von Einspeisevorrichtungen usw., vorgenommen werden.however It may despite an advantage of a dry, particulate marking material Some applications involve the use of a liquid marking material or a combination of liquid and dry marking materials may be advantageous. In such make For example, the present invention can be used with ease the liquid Marking material is exchanged for the solid marking material and appropriate process and device changes necessary for a Those skilled in the art or described herein For example, replacement of feeders, etc., are made.

Bei bestimmten Anwendungen der vorliegenden Erfindung kann es wünschenswert sein, eine Substratoberflächenvormarkierungsbehandlung anzuwenden. Um zum Beispiel bei dem Fixieren von partikelförmigem Markiermaterial an den gewünschten Punktstellen zu unterstützen, kann es von Vorteil sein, zuerst die Substratoberfläche mit einer Haftmittelschicht zu beschichten, die darauf zugeschnitten ist, das partikelförmige Markiermaterial festzuhalten. Zu Beispielen für solches Material gehören klare und/oder farblose Polymermaterialien, wie Homopolymere, statistische Copolymere oder Blockcopolymere, die als eine Polymerlösung auf das Substrat aufgetragen werden, wobei das Polymer in einem niedrigsiedenden Solvens gelöst ist. Die Haftmittelschicht wird in einem Bereich von 1 bis 10 Mikrometer Dicke oder vorzugsweise von ungefähr 5 bis 10 Mikrometer Dicke auf das Substrat aufgetragen. Beispiele für solche Materialien sind Polyesterharze, entweder linear oder verzweigt, Poly(styrol)-Homopolymere, Poly(acrylat)- und Poly(methacrylat)-Homopolymere und Mischungen davon oder statistische Copolymere von Styren-Monomeren mit Acrylat-, Methacrylat- oder Butadien-Monomeren und Mischungen davon, Polyvinylacetale, Poly(vinylalkohol), Vinylalkohol-Vinylacetal-Copolymere, Polycarbonate und Mischungen davon und Ähnliches. Diese Oberflächenvorbehandlung kann von Kanälen des hierin beschriebenen Typs aufgetragen werden, die sich an der Vorderkante eines Druckkopfs befinden und dadurch sowohl die Vorbehandlung und das Markiermaterial in einem einzigen Durchgang auftragen können. Alternativ kann das gesamte Substrat mit dem Vorbehandlungsmaterial beschichtet werden und dann markiert werden, wie ansonsten hierin beschrieben wird. Des Weiteren kann es bei bestimmten Anwendungen wünschenswert sein, Markiermaterial und Vorbehandlungsmaterial gleichzeitig aufzutragen, wie durch fliegendes Mischen der Materialien, wie hierin ausführlicher beschrieben.at certain applications of the present invention may be desirable be a substrate surface pre-marking treatment apply. For example, in fixing particulate marking material to the desired Support point points, it may be beneficial to first use the substrate surface to coat an adhesive layer tailored to it is the particulate marking material hold. Examples of belong to such material clear and / or colorless polymeric materials, such as homopolymers, random Copolymers or block copolymers acting as a polymer solution on the Substrate are applied, wherein the polymer in a low-boiling Solvens solved is. The adhesive layer is in a range of 1 to 10 microns Thickness or preferably from about 5 to 10 micrometers thick applied to the substrate. Examples of such materials are polyester resins, either linear or branched, poly (styrene) homopolymers, poly (acrylate) - and poly (methacrylate) homopolymers and mixtures thereof or random Copolymers of styrene monomers with acrylate, methacrylate or butadiene monomers and mixtures thereof, polyvinyl acetals, poly (vinyl alcohol), vinyl alcohol-vinyl acetal copolymers, Polycarbonates and mixtures thereof and the like. This surface pretreatment can of channels of the type described herein, which are applied to the Leading edge of a printhead and thereby both the pre-treatment and apply the marking material in a single pass. alternative For example, the entire substrate can be coated with the pretreatment material and then labeled as otherwise described herein becomes. Furthermore, it may be desirable in certain applications be able to apply marking material and pre-treatment material at the same time, as by fluid mixing of the materials, as more fully described herein described.

Gleichermaßen kann es bei bestimmten Anwendungen der vorliegenden Erfindung wünschenswert sein, eine Substratoberflächennachmarkierungsbehandlung anzuwenden. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, das markierte Substrat teilweise oder vollständig mit einem Glanzfinish auszustatten. Bei einem Beispiel wird ein Substrat mit Markierung ausgestattet, die sowohl Text als auch Darstellung umfasst, wie ansonsten hierin beschrieben, und es ist gewünscht, ein Glanzfinish selektiv auf die Darstellungsregion des markierten Substrats, jedoch nicht auf die Textregion aufzutragen. Dies kann durch Auftragen der Nachmarkierungsbehandlung aus Kanälen an der hinteren Kante des Druckkopfes erreicht werden, um dadurch Einschritt-Markierung und Nachmarkierungsbehandlung zu ermöglichen. Alternativ kann das gesamte Substrat auf geeignete Weise markiert werden, dann zum Auftragen der Nachmarkierungsbehandlung durch eine Markierungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hindurchgeführt werden. Des Weiteren kann es bei bestimmten Anwendungen wünschenswert sein, Markiermaterial und Nachbehandlungsmaterial gleichzeitig aufzutragen, wie durch fliegendes Mischen der Materialien, wie hierin ausführlicher beschrieben. Zu Beispielen für Materialien zum Erreichen einer gewünschten Oberflächenendbearbeitung gehören Polyesterharze, entweder linear oder verzweigt, Poly(styrol)-Homopolymere, Poly(acrylat)- und Poly(methacrylat)-Homopolymere und Mischungen davon oder statistische Copolymere von Styren-Monomeren mit Acrylat-, Methacrylat- oder Butadien-Monomeren und Mischungen davon, Polyvinylacetale, Poly(vinylalkohol), Vinylalkohol-Vinylacetal-Copolymere, Polycarbonate und Mischungen davon und Ähnliches.Likewise be desirable in certain applications of the present invention a substrate surface postmarking treatment apply. For example, it may be desirable to select the marked one Substrate partially or completely to equip with a gloss finish. In an example, a Substrate equipped with marking, both text and illustration as otherwise described herein, and it is desired Gloss finish selective on the imaging region of the labeled substrate, but not to apply to the text region. This can be done by applying the postmarking treatment of channels at the back edge of the Printhead be achieved, thereby one-step marking and To enable postmarking treatment. Alternatively, the entire substrate may be appropriately marked then to apply the postmarking treatment by a Marking device according to the present invention are passed. Furthermore, it may be desirable in certain applications be able to apply marking material and aftertreatment material at the same time, as by fluid mixing of the materials, as more fully described herein described. Examples of Materials for achieving a desired surface finish belong Polyester resins, either linear or branched, poly (styrene) homopolymers, Poly (acrylate) and poly (methacrylate) homopolymers and mixtures thereof or random copolymers of styrene monomers with acrylate, Methacrylate or butadiene monomers and mixtures thereof, polyvinyl acetals, Poly (vinyl alcohol), vinyl alcohol-vinyl acetal copolymers, polycarbonates and mixtures thereof and the like.

Zu anderen Vor- und Nachmarkierungsbehandlungen gehören das Unterschreiben/Überschreiben von Markierungen mit Markiermaterial, das für das Auge ohne Hilfe nicht sichtbar ist, Dokumentenfälschungsschutzbeschichtungen, Sicherheitscodierung, zum Beispiel mit wellenlängenspezifischen Farbstoffen oder Pigmenten, die lediglich bei einer spezifischen Wellenlänge (z. B. im infraroten oder ultravioletten Bereich) durch einen Spezialdecodierer erfasst werden können, und Ähnliches. Zu weiteren Vor- und Nachmarkierungsbehandlungen gehören Substrat- oder Oberflächentexturbeschichtungen (z. B. zum Erzeugen von Einprägewirkungen, um ein willkürlich raues oder glattes Substrat zu simulieren), Materialien, die dazu konstruiert sind, eine physische oder chemische Reaktion an dem Substrat aufzuweisen (z. B. zwei Materialien, die bei Kombination an dem Substrat härten oder anderweitig eine Reaktion verursachen, um das Markiermaterial an dem Substrat zu befestigen), usw. Es sollte jedoch beachtet werden, dass hierin Verweise auf Vorrichtungen und Verfahren zum Transportieren, Einspeisen, Beinhalten usw. von Markiermaterial gleichermaßen für Vor- und Nachmarkierungsbehandlungsmaterial (und im Allgemeinen auf anderes Nichtmarkiermaterial) gelten, soweit nicht anders angegeben oder wie dies für einen Fachmann offensichtlich sein kann.To other pre- and postmarking treatments include signing / overwriting Markers with marking material that do not help the eye without help visible, document counterfeit protective coatings, Security coding, for example with wavelength-specific dyes or pigments which are only at a specific wavelength (e.g. In the infrared or ultraviolet range) by a special decoder can be detected and similar. Further pre- and postmarking treatments include substrate or surface texture coatings (eg for generating impressions, at random to simulate rough or smooth substrate), materials to do so are constructed, a physical or chemical reaction to the Substrate exhibit (eg two materials, the combination harden on the substrate or otherwise cause a reaction to the marking material to be attached to the substrate), etc. However, it should be noted reference herein to devices and methods for transporting, Feeding, including, etc. of marking material equally for pre- and post-marking treatment material (and generally to other non-marking material), if not otherwise stated or as for a person skilled in the art may be obvious.

Wie bereits angedeutet wurde, kann Markiermaterial entweder festes partikelförmiges Material oder flüssig sein. In dieser Reihe gibt es jedoch mehrere Alternativen. Zum Beispiel kann neben einer reinen Ansammlung fester Partikel ein festes Markiermaterial in einem gasförmigen (d. h. Aerosol) oder flüssigen Träger suspendiert sein. Zu anderen Beispielen gehören Mehrphasen-Materialien. Unter Bezugnahme auf 34 sind bei einem solchen Material feste Markiermaterialpartikel (286) in diskreten Agglomerationen eines flüssigen Trägermediums (288) suspendiert. Die kombinierten Partikel und der umhüllende Träger können sich in einem Becken (290) des Trägermediums befinden. Das Trägermedium kann ein farbloses Dielektrikum sein, das dem Markiermaterial flüssige Fließeigenschaften verleiht. Die festen Markiermaterialpartikel (286) können in der Größenordnung von 1 bis 2 μm liegen und mit einer Nettoladung ausgestattet sein. Mit Hilfe eines Prozesses, der weiter unten besprochen wird, können die geladenen Markiermaterialpartikel (286) durch das Feld angezogen werden, das von geeigneten Elektroden (292), die sich in der Nähe des Anschlusses (294) befinden, erzeugt wird, und in den Kanal (296) hineingeleitet werden. Eine Zusatzelektrode (298) kann bei der Extrahierung der Markiermaterialpartikel (286) unterstützen. Ein Meniskus (300) bildet sich an der Kanalseite des Anschlusses (294) aus. Wenn die Partikel (286)/Träger (288)-Kombination durch den Meniskus (300) hindurchgezogen wird, veranlasst Oberflächenspannung das Partikel (286) zum Herausziehen aus dem Trägermedium (288), wobei lediglich ein dünner Film von Trägermedium auf der Oberfläche des Partikels zurückbleibt. Dieser dünne Film kann insofern vorteilhaft eingesetzt werden, als es Anhaften des Partikels (286) an den meisten Substrattypen verursacht, im Besonderen bei niedriger Geschwindigkeit, was Partikelpositionsbeibehaltung vor der Nachausstoßveränderung (z. B. Fixieren) ermöglicht.As already indicated, marking material can either be solid particulate material or liquid. There are several alternatives in this series. For example, besides a pure accumulation of solid particles, a solid marking material may be suspended in a gaseous (ie aerosol) or liquid carrier. Other examples include multiphase materials. With reference to 34 are solid marking material particles in such a material ( 286 ) in discrete agglomerations of a liquid carrier medium ( 288 ) suspended. The combined particles and the enveloping carrier may be in a basin ( 290 ) of the carrier medium. The carrier medium may be a colorless dielectric which imparts liquid flow properties to the marking material. The solid marking material particles ( 286 ) may be of the order of 1 to 2 μm and provided with a net charge. With the help of a process, which will be discussed below, the charged marking material particles ( 286 ) are attracted to the field by suitable electrodes ( 292 ), which are close to the terminal ( 294 ), and into the channel ( 296 ). An additional electrode ( 298 ) can be used when extracting the marking material particles ( 286 ) support. A meniscus ( 300 ) forms on the channel side of the terminal ( 294 ) out. When the particles ( 286 ) / Carrier ( 288 ) Combination through the meniscus ( 300 ) is pulled, surface tension causes the particle ( 286 ) for extraction from the carrier medium ( 288 ), leaving only a thin film of support medium on the surface of the particle. This thin film can be advantageously used insofar as the adhesion of the particle ( 286 ) at most substrate types, especially at low speed, allowing for particle position retention prior to post ejection change (eg, fixation).

Der nächste Schritt in dem Markierprozess ist typischerweise Einspeisen des Markiermaterials in den Treibmittelstrom. Zwar wird im Folgenden im Besonderen das Einspeisen von Markiermaterial besprochen, aber es ist festzustellen, dass das Einspeisen anderen Materials, wie die vorgenannten Vor- und Nachmarkierungsbehandlungsmaterialien, ebenfalls durch diese Besprechung in Erwägung gezogen wird, und bei Verweisen, die folgen und ausschließlich Markiermaterial besprechen, erfolgt dies lediglich zur Vereinfachung der Besprechung. Das Einspeisen kann dann durch eine einer Vielfalt von Ausführungen der vorliegenden Erfindung vollzogen werden.Of the next Step in the marking process is typically feeding the Marking material in the propellant stream. True, below in particular, the feeding of marking material, but discussed It is to be noted that feeding other material, such as the aforementioned pre- and post-marking treatment materials, is also contemplated by this discussion, and in References that follow and discuss markup only this is done simply to simplify the meeting. Feeding may then be accomplished by one of a variety of embodiments of the present invention become.

Nach einer ersten Ausführung zum Einspeisen des Markiermaterials umfasst das Markiermaterial Material, das mit einer elektrostatischen Ladung versehen sein kann. Zum Beispiel kann das Markiermaterial aus einem Pigment bestehen, das in einem Bindemittel zusammen mit Ladungsdirektoren suspendiert ist. Die Ladungsdirektoren können geladen sein, wie zum Beispiel durch eine Korona (66C, 66M, 66Y und 66K) (zusammengenommen als Koronen (66) bezeichnet), die sich in Hohlräumen (28) befindet, wie in 3 gezeigt. Eine andere Alternative besteht darin, das Treibmittelgas anfänglich zu laden, wie z. B. durch eine Korona (45) in dem Hohlraum (30) (oder an einer anderen geeigneten Stelle, wie dem Anschluss (44) usw.). Das geladene Treibmittel kann dazu veranlasst werden, über Anschlüsse (42) in Hohlräume (28) einzutreten, um den doppelten Zweck zu erfüllen, ein Wirbelbett (86C, 86M, 86Y und 86K) (die zusammengenommen als Wirbelbett (86) bezeichnet und weiter unten besprochen werden) zu erzeugen und das Markiermaterial mit einer Ladung zu versehen. Zu anderen Alternativen gehören Triboladen mit anderen Einrichtungen außerhalb der Hohlräume (28) oder andere Mechanismen.According to a first embodiment for feeding the marking material, the marking material comprises material which may be provided with an electrostatic charge. For example, the marking material may consist of a pigment suspended in a binder together with charge directors. The charge directors may be charged, such as by a corona ( 66C . 66M . 66Y and 66K ) (taken together as coronas ( 66 ), which are located in cavities ( 28 ), as in 3 shown. Another alternative is to initially charge the propellant gas, such as. B. by a corona ( 45 ) in the cavity ( 30 ) (or at another suitable location, such as the connection ( 44 ) etc.). The charged propellant may be caused to enter via ports ( 42 ) in cavities ( 28 ) to fulfill the dual purpose of a fluidized bed ( 86C . 86M . 86Y and 86K ) (taken together as a fluidized bed ( 86 ) and discussed further below) and to provide the marking material with a charge. Other alternatives include tribolades with other facilities outside the cavities ( 28 ) or other mechanisms.

Mit erneutem Bezug auf 3 sind an einer Oberfläche des Kanals (46) gegenüber jedem der Anschlüsse (42) Elektroden (54C, 54M, 54Y und 54K) (zusammengenommen als Elektroden (54) bezeichnet) ausgebildet. In Hohlräumen (28) (oder an einer anderen Stelle an den Anschlüssen (44) oder darin) sind entsprechende Gegenelektroden (55C, 55M, 55Y und 55K) (zusammengenommen als Elektroden (55) bezeichnet) ausgebildet. Wenn ein elektrisches Feld durch Elektroden (54) und Gegenelektroden (55) erzeugt wird, kann das geladene Markiermaterial zu dem Feld angezogen werden und tritt durch Anschlüsse (42) in einer Richtung grob senkrecht zu dem Treibmittelstrom in dem Kanal (46) aus den Hohlräumen (28) aus. Die Form und der Ort der Elektroden und die darauf angewendete Ladung bestimmen die Stärke des elektrischen Felds und folglich die Kraft des Einspritzens des Markiermaterials in den Treibmittelstrom. Im Allgemeinen wird die Kraft des Einspritzens des Markiermaterials in den Treibmittelstrom so gewählt, dass das Moment, das dem Markiermaterial durch die Kraft des Treibmittelstroms verliehen wird, die Einspritzkraft überwindet, und sobald es sich in dem Treibmittelstrom in dem Kanal (46) befindet, bewegt sich das Markiermaterial mit dem Treibmittelstrom aus der Austrittsöffnung (56) heraus in eine Richtung zu dem Substrat hin.With renewed reference to 3 are on a surface of the canal ( 46 ) opposite each of the connections ( 42 ) Electrodes ( 54C . 54M . 54Y and 54K ) (taken together as electrodes ( 54 ) is formed). In cavities ( 28 ) (or elsewhere on the connectors ( 44 ) or therein) are corresponding counterelectrodes ( 55C . 55M . 55Y and 55K ) (taken together as electrodes ( 55 ) is formed). When an electric field through electrodes ( 54 ) and counterelectrodes ( 55 ) is produced, The loaded marking material can be attracted to the field and passes through ports ( 42 ) in a direction roughly perpendicular to the propellant flow in the channel (FIG. 46 ) from the cavities ( 28 ) out. The shape and location of the electrodes and the charge applied thereto determine the strength of the electric field and thus the force of injecting the marking material into the propellant stream. In general, the force of injecting the marking material into the propellant stream is chosen so that the moment imparted to the marking material by the force of the propellant stream overcomes the injection force and as soon as it is in the propellant stream in the channel (FIG. 46 ), the marking material moves with the propellant flow out of the outlet ( 56 ) out in one direction towards the substrate.

Als eine Alternative oder Ergänzung zu den Elektroden (54) und Gegenelektroden (55) kann jeder Anschluss (42) mit einem elektrostatischen Tor ausgestattet sein. Mit Bezugnahme auf die 14A und 14B kann dieses Tor die Form einer zweiteiligen Ring- oder Bandelektrode (90a, 90b) an dem Innendurchmesser der Anschlüsse (42) annehmen, die über Kontaktschichten (91a und 91b) mit einer steuerbar schaltbaren Leistungsversorgung verbunden ist. Das von der Ringelektrode erzeugte Feld kann das geladene Markiermaterial anziehen oder abstoßen. Die Schichten (91a und 91b) können photolithographisch, mechanisch oder anderweitig gemustert werden, um Matrixadressieren einzelner Elektroden (90a, 90b) zu ermöglichen.As an alternative or supplement to the electrodes ( 54 ) and counterelectrodes ( 55 ), each connection ( 42 ) be equipped with an electrostatic gate. With reference to the 14A and 14B this gate may take the form of a two-part ring or band electrode ( 90a . 90b ) on the inner diameter of the connections ( 42 ) via contact layers ( 91a and 91b ) is connected to a controllably switchable power supply. The field generated by the ring electrode can attract or repel the charged marking material. The layers ( 91a and 91b ) can be photolithographically, mechanically, or otherwise patterned to provide matrix addressing of individual electrodes ( 90a . 90b ).

Eine alternative Ausführung zum Bereitstellen von Markiermaterialeinspeisung wird in 15 gezeigt. Diese Ausführung besteht aus einer oder mehreren Durchgangsregionen (136), die sich grob parallel zu der Richtung von Treibmittelfluss in dem Kanal (46) erstrecken. Jede Durchgangsregion (136) ist zwischen dem Körper (26) (oder einer geeigneten oberen Schicht) und der Schicht (138) ausgebildet, wobei die Schicht (140) als eine Abstandsschicht dazwischen dient. Jede Schicht kann ein geeigneter, dicker, geätzter Photoresist, Maschinenkunststoff oder Metall oder ein anderes Material sein, wie dies durch die spezifische Anwendung der vorliegenden Erfindung diktiert werden kann. Die Durchgangsregion (136) kann bis zu 100 μm lang oder länger sein (in der Markiermaterialbewegungsrichtung). Grob parallele Plattenelektroden (142 bzw. 144) liegen einander gegenüber und sind in der Durchgangsregion (136) auf der Oberfläche des Körpers (26) und der Schicht (138) ausgebildet.An alternative embodiment for providing marking material feed is described in US Pat 15 shown. This design consists of one or more transit regions ( 136 ), which are roughly parallel to the direction of propellant flow in the channel (FIG. 46 ). Each transit region ( 136 ) is between the body ( 26 ) (or a suitable upper layer) and the layer ( 138 ), wherein the layer ( 140 ) serves as a spacer layer therebetween. Each layer may be a suitable, thick, etched photoresist, engineering plastic or metal or other material as dictated by the specific application of the present invention. The transit region ( 136 ) may be up to 100 μm long or longer (in the direction of the marking material movement). Coarse parallel plate electrodes ( 142 respectively. 144 ) are opposite each other and are in the transit region ( 136 ) on the surface of the body ( 26 ) and the layer ( 138 ) educated.

Bei einer Anordnung solcher Öffnungen werden die verschiedenen Elektroden entweder durch eine Zeilen- oder Spaltenleitung adressiert, wodurch das Verwenden von Matrixadressierschemen ermöglicht wird. Die Elektroden bilden eine Ausführung eines elektrostatischen Tors zum Einspeisen von Markiermaterial.at an arrangement of such openings The different electrodes are either separated by a line or column line, thereby using matrix addressing schemes allows becomes. The electrodes form an embodiment of an electrostatic Gate for feeding marking material.

Im Allgemeinen und im Besonderen bei parallelen Plattenelektroden, wie sie in 15 dargestellt werden, kann das verwendete Markiermaterial ungeladen oder geladen sein. Bei ungeladenem Markiermaterial sollte das Markiermaterial eine Dielektrizitätskonstante aufweisen, die erheblich höher ist als sowohl bei Luft als auch bei Treibmittel. In einem solchen Fall werden die Elektrodenpaare mit gegensätzlicher (+/-) Ladung ausgestattet. Das ungeladene Markiermaterial wird polarisiert durch das Feld zwischen den parallelen Plattenelektroden, die zusammenwirken, um im Wesentlichen einen Kondensator zu bilden. Bei einem Feld, das auf diese Weise zwischen den Elektroden eingerichtet wird, bleibt das Markiermaterial vorzugsweise in diesem Feld (d. h. die energetisch günstigere Stelle liegt zwischen den Elektroden). Das Markiermaterial wird daher für das Hindurchbewegen durch den Anschluss gesperrt. Wenn keine Ladung zu den Elektroden zugeführt wird, kann sich Markiermaterial durch den Anschluss hindurch in den Treibmittelstrom hinein bewegen, typischerweise mit Hilfe von Rücklaufdruck, Druckstoß usw. Ein Wechselstrom kann an die Elektroden angelegt werden, um das Ansammeln von Markiermaterial zu verhindern.In general, and in particular with parallel plate electrodes, as in 15 can be displayed, the marking material used can be uncharged or loaded. With uncharged marking material, the marking material should have a dielectric constant that is significantly higher than both air and propellant. In such a case, the pairs of electrodes are equipped with opposite (+/-) charge. The uncharged marker material is polarized by the field between the parallel plate electrodes which cooperate to form substantially a capacitor. In a field thus established between the electrodes, the marking material preferably remains in this field (ie, the more energetically favorable location lies between the electrodes). The marking material is therefore blocked from passing through the connector. When no charge is applied to the electrodes, marking material may move through the port into the propellant stream, typically by means of return pressure, surge, etc. An alternating current may be applied to the electrodes to prevent the accumulation of marking material.

Bei geladenem Markiermaterial zieht eine der Elektroden, in „eingeschaltetem" Zustand, das Markiermaterial an (die andere stößt es ab), wobei das Eintreten von Material in den Treibmittelstrom verhindert wird. Im „ausgeschalteten" Zustand ermöglichen die Elektroden, dass Markiermaterial vorbei- und in den Treibmittelstrom hineinströmt, wie zum Beispiel durch Rücklaufdruck, Druckstoß oder eine dritte Elektrode, wie die Elektrode (54), die mit einer Ladungspolarität entgegengesetzt zu derjenigen des Markiermaterials ausgestattet ist. Beide Polaritätsladungen (positiv oder negativ) an dem Markiermaterial können aufgenommen werden.When the marking material is loaded, one of the electrodes, in the "on" state, attracts the marking material (the other repels it), preventing material from entering the propellant stream. In the "off" state, the electrodes allow marker material to pass and exit flows into the propellant stream, such as by return pressure, pressure surge or a third electrode, such as the electrode ( 54 ) equipped with a charge polarity opposite to that of the marking material. Both polarity charges (positive or negative) on the marking material can be recorded.

Nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann flüssiges Markiermaterial in den Treibmittelstrom eingespeist werden, indem es aus einer Quelle, wie zum Beispiel durch einen akustischen Tintenausstoßer, in den Treibmittelstrom hinein ausgestoßen wird. 16 zeigt eine abgekürzte Darstellung dieser Ausführung. Nach der in 16 gezeigten Ausführung (154) befindet sich der Kanal (46) über einer oberen Fläche eines Beckens aus Markiermaterial (156), wie zum Beispiel einem flüssigen Markiermaterial, wie Flüssigtinte. Die Ausführung (154) umfasst einen planaren piezoelektrischen Wandler (158), wie einen Dünnfilm-ZnO-Wandler, der auf der hinteren Fläche eines geeigneten akustisch leitenden Substrats, wie einer akustischen Flachplatte aus Quarz, Glas, Silizium usw., aufgebracht ist oder anderweitig an diese gebunden ist. Auf oder in der gegenüberliegenden oder vorderen Fläche des Substrats (160) ist ein konzentrisches Phasenprofil aus Fresnellinsen, eine sphärische Schalllinse oder eine andere Fokussiereinrichtung (162) ausgebildet. Durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung über den gesamten Wandler (158) wird ein Schallstrahl erzeugt und an der Oberfläche des Beckens (156) fokussiert, wodurch ein Tröpfchen (164) aus dem Becken in den Treibmittelstrom hinein ausgestoßen wird. Die Menge an Markiermaterial, die zum Zweck der Graustufensteuerung in den Treibmittelstrom eingespritzt wird, kann gesteuert werden, indem die Größe des Tröpfchens (164) (durch Steuerung der Intensität des Schallstrahls), die Anzahl von Tröpfchen, die in kurzer Folge eingespritzt werden, usw. gesteuert wird.According to another embodiment of the present invention, liquid marking material may be fed into the propellant stream by ejecting it from a source, such as an acoustic ink ejector, into the propellant stream. 16 shows an abbreviated illustration of this embodiment. After the in 16 shown embodiment ( 154 ) is the channel ( 46 ) over an upper surface of a pelvis of marking material ( 156 ), such as liquid marking material, such as liquid ink. Execution ( 154 ) comprises a planar piezoelectric transducer ( 158 ), such as a thin film ZnO transducer, deposited or otherwise bonded to the back surface of a suitable acoustically conductive substrate, such as a quartz, glass, silicon, etc., flat acoustic plate is. On or in the opposite or front surface of the substrate ( 160 ) is a concentric phase profile of Fresnel lenses, a spherical sound lens or other focusing device ( 162 ) educated. By applying a high-frequency voltage across the entire transducer ( 158 ) a sound beam is generated and at the surface of the basin ( 156 ), whereby a droplet ( 164 ) is expelled from the basin into the propellant stream. The amount of marking material injected into the propellant stream for purposes of grayscale control can be controlled by adjusting the size of the droplet (FIG. 164 ) (by controlling the intensity of the sonic jet), the number of droplets injected in quick succession, etc.

Bei noch einer anderen Ausführung (166) zum Einspeisen eines flüssigen Markiermaterials in den Treibmittelstrom wird eine Tintenstrahlvorrichtung, wie eine TIJ-Vorrichtung (168), eingesetzt. 17 zeigt eine abgekürzte Darstellung dieser Ausführung. Nach der Ausführung (166) befindet sich der TIJ-Ausstoßer (168) in der Nähe des Kanals (46), so dass sich der Ausstoß von Markiermaterial (170) aus dem Ausstoßer (168) mit einem Anschluss (172), der sich in dem Kanal (46) befindet, ausrichtet. Markiermaterial (170) ist wieder ein flüssiges Material, wie Flüssigtinte, das in einem Hohlraum (174) gehalten wird. Markiermaterial (170) wird mit einem Heizelement (176) in Kontakt gebracht. Wenn es erwärmt wird, erzeugt das Heizelement eine Blase (177), die aus einem Kanal (179), der sich in der TIJ-Vorrichtung (168) befindet, herausgedrückt wird. Die Bewegung der Blase (177) veranlasst, dass eine gesteuerte Menge Markiermaterial aus dem Kanal (wie ansonsten wohlbekannt) heraus- und in der Form eines Tröpfchens (181) aus Markiermaterial in den Treibmittelstrom hineingedrückt wird. Eine Vielzahl solcher TIJ-Ausstoßer kann in Verbindung mit einem einzelnen ballistischen Aerosolmarkierkanal nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, um eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Markieren eines Substrats mit verbesserter Geschwindigkeit, Graustufe und anderen Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik bereitzustellen.In yet another embodiment ( 166 ) for injecting a liquid marking material into the blowing agent stream is an ink jet device, such as a TIJ device ( 168 ). 17 shows an abbreviated illustration of this embodiment. After execution ( 166 ) is the TIJ ejector ( 168 ) near the canal ( 46 ), so that the output of marking material ( 170 ) from the ejector ( 168 ) with a connection ( 172 ) located in the channel ( 46 ) is aligned. Marking material ( 170 ) is again a liquid material, such as liquid ink, in a cavity ( 174 ) is held. Marking material ( 170 ) is equipped with a heating element ( 176 ). When heated, the heating element creates a bubble ( 177 ) coming from a channel ( 179 ) located in the TIJ device ( 168 ) is pushed out. The movement of the bubble ( 177 ) causes a controlled amount of marking material to exit the channel (as otherwise well known) and in the form of a droplet ( 181 ) is pressed from marking material into the propellant stream. A variety of such TIJ ejectors may be used in conjunction with a single ballistic aerosol marking channel in accordance with the present invention to provide an apparatus and method for marking a substrate with improved speed, gray level, and other advantages over the prior art.

Auch wenn es viele andere mögliche Ausführungen für das Einspritzen von flüssigen Markiermaterialien gibt (wie Druckeinspritzungen, mechanisches Schiebern usw.), ist festzustellen, dass auch zuvor beschriebene Ausführungen bei solchen Markiermaterialien gut funktionieren können. Zum Beispiel kann die in 3 gezeigte Vorrichtung gut funktionieren, wobei die Anschlüsse (42) als eine Funktion der Viskosität des Markiermaterials bemessen sind, so dass ein Flüssigkeitsmeniskus mit den Anschlüssen (42) ausgebildet wird. Dieser Meniskus und die entsprechende Elektrode (54) bilden im Wesentlichen Platten eines Parallelkondensators aus. Bei korrekter Ladung an der Elektrode (54) kann ein Tröpfchen aus dem Meniskus in den Kanal (46) hineingezogen werden. Dieser Ansatz arbeitet gut beim Leiten (und bis zu einem gewissen Grad Nichtleiten) von Flüssigkeiten, wie Tinten, Substratvorbehandlungs- und -nachbehandlungsmaterialien usw. Dies ist der als Tone-Jet bekannten Technologie ähnlich, wobei diese Technologie außerdem als eine Einspeisevorrichtung und ein Einspeiseverfahren nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.Although there are many other possible designs for injecting liquid marking materials (such as pressure injections, mechanical shifters, etc.), it will be appreciated that previously described implementations may work well with such marking materials. For example, the in 3 device work well with the connections ( 42 ) are dimensioned as a function of the viscosity of the marking material so that a liquid meniscus with the terminals ( 42 ) is formed. This meniscus and the corresponding electrode ( 54 ) essentially form plates of a parallel capacitor. With correct charge at the electrode ( 54 ), a droplet from the meniscus into the channel ( 46 ). This approach works well in directing (and to some extent non-conducting) liquids such as inks, substrate pretreatment and aftertreatment materials, etc. This is similar to the technology known as Tone-Jet, this technology also being referred to as a feed device and a feed method can be used in the present invention.

Als eine weitere Verbesserung der hierin beschriebenen Ausführungen kann es wünschenswert sein, einen Druckstoß bereitzustellen, um Markiermaterial aus Hohlräumen (28) heraus zu drücken oder sogar zu pressen und dieses in den Treibmittelstrom einzuspritzen. Dieser Druckstoß kann bereitgestellt werden durch eine einer Vielfalt von Vorrichtungen, wie piezoelektrische Wandler/Membrane (68C, 68M, 68Y und 68K) (zusammengenommen als Wandler/Membran (68) bezeichnet), die sich in jedem Hohlraum (28) befinden, wie in 18 gezeigt. Einer) oder mehrere der Wandler/Membran (68) können durch Adressiereinrichtungen (69C, 69M, 69Y und 69K) (zusammengenommen als Adressiereinrichtung (69) bezeichnet), entweder in Verbindung mit einer verbundenen Einspeisevorrichtung oder unabhängig, getrennt adressierbar sein. Verschiedene Alternativen können eingesetzt werden, darunter auch torgesteuerter Druck von der Treibmittelquelle usw.As a further enhancement to the embodiments described herein, it may be desirable to provide a surge to provide marking material from voids ( 28 ) or even to squeeze out and inject this into the propellant stream. This surge can be provided by one of a variety of devices, such as piezoelectric transducers / membranes ( 68C . 68M . 68Y and 68K ) (taken together as transducer / membrane ( 68 ), which are located in each cavity ( 28 ), as in 18 shown. One or more of the transducers / membrane ( 68 ) can be addressed by addressing devices ( 69C . 69M . 69y and 69K ) (taken together as an addressing device ( 69 ), either in conjunction with a connected feed device or independently, be separately addressable. Various alternatives may be used, including gated pressure from the propellant source, etc.

Noch andere Mechanismen können zum Einspeisen von Markiermaterial in den Treibmittelstrom nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die Technik, die zuvor als Toner-Jet bezeichnet wurde, eingesetzt werden, wobei eine solche Technik zum Beispiel in der offengelegten Patentanmeldung WO 97 27 058 (A1) beschrieben wird. Alternativ kann eine Mikronebelvorrichtung eingesetzt werden.Yet other mechanisms can for feeding marking material into the propellant stream after present invention. For example, the Technique, previously referred to as toner jet, are used such a technique being disclosed, for example, in the published patent application WO 97 27 058 (A1). Alternatively, a microfog device be used.

Bei zahlreichen der Ausführungen zum Einspeisen des Markiermaterials nach der vorliegenden Erfindung sind keine sich bewegenden Teile beteiligt. Das Einspeisen kann daher bei sehr hohen Schaltgeschwindigkeiten arbeiten, wie zum Beispiel höher als 10 kHz. Zusätzlich wird das Einspeisesystem durch das Vermeiden sich bewegender mechanischer Teile zuverlässiger gemacht.at numerous of the designs for feeding the marking material according to the present invention There are no moving parts involved. Feeding can therefore work at very high switching speeds, such as higher than 10 kHz. additionally The feed system becomes more mechanical by avoiding moving Parts more reliable made.

Eines von vielen einfachen Adressierschemen kann zum Steuern des Einspeisesystems der Wahl eingesetzt werden. Ein solches Schema wird in 19 dargestellt, wobei nach diesem alle „Zeilen" einer Anordnung (200) von Einspeisevorrichtungen (202C, 202M, 202Y, 202K usw.) (zusammengenommen als Einspeisevorrichtungen (202) bezeichnet) zum Einspeisen von Markiermaterial in die Kanäle (46) über eine gemeinsame Leitung (206) untereinander verbunden sind, zum Beispiel mit Erde verbunden sind. Jede „Spalte" umfasst Einspeisevorrichtungen (202), die zusammen das Einleiten von Markiermaterial in einen einzigen Kanal (46) steuern. Jede Einspeisevorrichtung jeder Spalte wird einzeln adressiert, wie zum Beispiel durch Leitungen (208), die eine assoziierte Einspeisevorrichtung mit einem Steuermechanismus, wie einem Multiplexer (210), verbindet. Es ist festzustellen, dass jede „Spalte" zum Beispiel in der Größenordnung von 84 μm Breite liegt, wobei ein reichlicher Bereich zum Ausbilden von Leitungen (208) bereitgestellt wird, der zum Beispiel in der Größenordnung von 5 μm Breite liegen kann. Eine alternative Ausführung wird in 20 gezeigt, bei der die gemeinsame Leitung (206) durch Einzeladressierung jeder „Zeile" von Einspeisevorrichtungen (202), zum Beispiel durch einen Multiplexer (212), ersetzt wird, um reines Matrixadressieren der Einspeisevorrichtungen zu ermöglichen.One of many simple addressing schemes can be used to control the feed-in system of choice. Such a scheme is in 19 represented, after which all "lines" of an arrangement ( 200 ) of feeders ( 202C . 202M . 202Y . 202K etc.) (taken together as feeders ( 202 ) for feeding marking material into the channels ( 46 ) about a common same line ( 206 ) are interconnected, for example, connected to ground. Each "column" includes feeding devices ( 202 ), which together lead the introduction of marking material into a single channel ( 46 ) Taxes. Each feeder of each column is individually addressed, such as by lines ( 208 ) having an associated feeder with a control mechanism, such as a multiplexer ( 210 ), connects. It should be noted that each "column" is, for example, on the order of 84 μm wide, with ample area for forming lines (FIG. 208 ), which may be on the order of 5 μm in width, for example. An alternative embodiment is in 20 shown at the joint line ( 206 ) by individually addressing each "row" of feeders ( 202 ), for example by a multiplexer ( 212 ), to enable pure matrix addressing of the feeders.

Mehrere Mechanismen können sich als vorteilhaft oder notwendig für die Verwirklichung bestimmter Ausführungen der vorliegenden Erfindung erweisen. Zum Beispiel besteht, wenn man zu 3 zurückkehrt, eine Notwendigkeit, einen gleichmäßigen Fluss von Markiermaterial aus Hohlräumen (28) in den Kanal (46) hinein bereitzustellen, und eine Notwendigkeit, Verstopfen von Anschlüssen (42) zu vermeiden. Diese Notwendigkeiten können durch Umleiten einer kleinen Menge des Treibmittels in die Hohlräume (28) hinein angegangen werden. Dies kann erreicht werden, indem der Druck in dem Kanal und der Druck in dem Hohlraum so abgeglichen werden, dass der Druck in dem Hohlraum unmittelbar unter dem des Kanals liegt. 21 stellt eine Anordnung zum Erreichen von Druckabgleich dar. Eine Ausführung (214) eines Hohlraums (28) wird in 21 dargestellt, wobei sich ein assoziierter Anschluss (42) in einer Wand davon befindet, der sich in Kommunikation mit dem Kanal (46) befindet, um zu ermöglichen, dass Markiermaterial, das in dem Hohlraum (214) enthaften ist, in den Kanal (46) eintreten kann (unter Steuerung einer nicht gezeigten Einspeisevorrichtung). In einer Wand des Hohlraums (214) ist eine Öffnung mit einem Filter (220) einer ausreichenden Grobheit ausgestattet, um zu verhindern, das Markiermaterial dort hindurchläuft. Das Filter (220) ist über eine Rohrleitung (222) mit einem Ventil (224) verbunden, das durch die Schaltung (226) gesteuert wird. Außerdem sind mit der Schaltung (226) ein Drucksensor (228), der sich in einem Hohlraum (214) befindet, und ein Drucksensor (230), der sich in dem Kanal (46) zum Beispiel unmittelbar vor der konvergierenden Region davon (nicht gezeigt) befindet, verbunden. Der Druck in dem Hohlraum (214) wird durch den Drucksensor (228) überwacht und mit dem Druck in dem Kanal, der durch den Drucksensor (230) überwacht wird, verglichen. Bei Hochfahren des Systems ist das Ventil (224) geschlossen, während der Druck in dem Kanal (46) steigt. Bei Erreichen eines stabilen Betriebsdrucks wird dann das Ventil (224) steuerbar geöffnet. Die Schaltung (226) hält durch steuerbares Modulieren des Ventils (224) den Druck in dem Hohlraum (214) unmittelbar unter dem des Kanals (46). Dieser Druckunterschied führt dazu, dass eine Menge an Treibmittel von dem Kanal in den Hohlraum umgeleitet wird.Several mechanisms may prove advantageous or necessary for the practice of certain embodiments of the present invention. For example, if you go to 3 returns, a necessity, a uniform flow of marking material from cavities ( 28 ) into the channel ( 46 ), and a need to plug connectors ( 42 ) to avoid. These needs can be met by diverting a small amount of propellant into the cavities ( 28 ). This can be achieved by adjusting the pressure in the channel and the pressure in the cavity so that the pressure in the cavity is just below that of the channel. 21 represents an arrangement for achieving pressure balance. 214 ) of a cavity ( 28 ) is in 21 with an associated port ( 42 ) is located in a wall thereof which is in communication with the channel ( 46 ) to allow marking material to be stored in the cavity (FIG. 214 ) is in the channel ( 46 ) may occur (under control of a feed device, not shown). In a wall of the cavity ( 214 ) is an opening with a filter ( 220 ) of sufficient coarseness to prevent the marking material from passing therethrough. The filter ( 220 ) is via a pipeline ( 222 ) with a valve ( 224 ) connected by the circuit ( 226 ) is controlled. In addition, with the circuit ( 226 ) a pressure sensor ( 228 ) located in a cavity ( 214 ), and a pressure sensor ( 230 ) located in the channel ( 46 ) is located immediately before the converging region thereof (not shown), for example. The pressure in the cavity ( 214 ) is detected by the pressure sensor ( 228 ) and with the pressure in the channel passing through the pressure sensor ( 230 ) is compared. When the system is booted, the valve ( 224 ) closed while the pressure in the channel ( 46 ) increases. When a stable operating pressure is reached, the valve ( 224 ) open controllable. The circuit ( 226 ) stops by controllably modulating the valve ( 224 ) the pressure in the cavity ( 214 ) immediately below that of the channel ( 46 ). This pressure difference causes an amount of propellant to be diverted from the channel into the cavity.

Kehrt man zu 3 zurück, verursacht das Treibmittel, das durch die Anschlüsse (42) hindurch in die Hohlräume (28) eintritt, wie oben beschrieben (oder durch andere Einrichtungen), eine lokale Unterbrechung des Markiermaterials in der Nähe der Anschlüsse (42). Bei Einsetzen eines Markiermaterials mit einem Partikel geeigneter Größe und Form, mit einer korrekten Plastizität, Packungsdichte, Magnetisierung usw., können die Reibungs- und anderen Bindungskräfte zwischen den Partikeln durch die Unterbrechung (d. h. auf Grund des Umstands, dass Treibmittel durch Markiermaterial hindurchgeht) ausreichend verringert werden, so dass das Markiermaterial bestimmte fluidähnlichen Eigenschaften in dem Bereich der Unterbrechung annimmt. Unter diesen Bedingungen können Regionen (86C, 86M, 86Y und 86K) fluidisierten Markiermaterials erzeugt werden (zusammengenommen werden sie als Wirbelbetten (86) bezeichnet). Durch Bereitstellen eines Wirbelbetts (86) auf die hierin beschriebene Weise wird das Markiermaterial sowohl durch Erzeugen eines fluidähnlichen Materials mit verringerter Viskosität als auch durch wirksames kontinuierliches Reinigen der Anschlüsse (42) mit dem dort hindurch umgeleiteten Treibmittel veranlasst, gleichmäßig zu fließen. Dadurch werden akkurate Punktgröße, Position, Farbe usw. erreicht.You turn to 3 back, causes the propellant passing through the ports ( 42 ) through into the cavities ( 28 ), as described above (or by other means), a local interruption of the marking material in the vicinity of the terminals ( 42 ). By employing a marking material with a particle of suitable size and shape, with correct plasticity, packing density, magnetization, etc., the frictional and other binding forces between the particles may be sufficient due to the disruption (ie, due to the fact that blowing agent passes through marking material) can be reduced so that the marking material assumes certain fluid-like properties in the region of the interruption. Under these conditions, regions ( 86C . 86M . 86Y and 86K ) fluidized marking material (taken together as fluidized beds ( 86 ) designated). By providing a fluidized bed ( 86 ) in the manner described herein, the marking material is produced both by producing a fluid-like material of reduced viscosity and by effectively continuously cleaning the ports ( 42 ) caused by the diverted there blowing agent to flow evenly. This achieves accurate point size, position, color, and so on.

Nimmt man nun Bezug auf 22, stellt die Linie (240) eine Kurve von Druck gegenüber Zeit an einem Punkt in dem Kanal (46) in der Nähe des Anschlusses (42) von 21 dar. Die Linie (242) stellt den Druck (P₂₃₀) an dem Sensor (230) von 21 dar (d. h. Druck vor dem Düsenabschnitt des Kanals (46)). Die Linie (244) stellt den Sollwert (P_set) dar, auf dem der Druck in dem Hohlraum (214) gehalten wird. Da etwas Zeit nötig ist, stabilen Druck in dem Kanal, und somit den gewünschten Druckabgleich zwischen dem Kanal (46) und dem Hohlraum (214) zu erreichen, kann es wünschenswert sein, den Druckabgleich zu beschleunigen, um Verstopfen, Leckverluste von Markiermaterial usw. zu vermeiden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass unter Druck gesetztes Treibmittel in den Hohlraum eingeleitet wird (oder der Hohlraum (214) anderweitig unter Druck gesetzt wird), wie zum Beispiel von der Treibmittelquelle mit Hilfe einer Öffnung (232), die sich in dem in 21 gezeigten Hohlraum (214) befindet.Now take reference 22 , represents the line ( 240 ) a graph of pressure versus time at a point in the channel ( 46 ) near the terminal ( 42 ) from 21 dar. The line ( 242 ) sets the pressure (P ₂₃₀ ) on the sensor ( 230 ) from 21 (ie pressure in front of the nozzle section of the channel ( 46 )). The line ( 244 ) represents the set point (P _set ) at which the pressure in the cavity (P 214 ) is held. Since some time is needed, stable pressure in the channel, and thus the desired pressure balance between the channel ( 46 ) and the cavity ( 214 ), it may be desirable to speed up the pressure balance to avoid clogging, leakage of marking material, etc. This can be achieved by introducing pressurized propellant into the cavity (or the cavity (FIG. 214 ) is otherwise pressurized), such as from the propellant source by means of an orifice ( 232 ), which are in the in 21 shown cavity ( 214 ) is located.

Eine alternative Anordnung (260) für die Bereitstellung eines Wirbelbetts wird in 23 dargestellt. Bei dieser Ausführung wird ein System aus Elektroden und Spannungen eingesetzt, um nicht nur ein Wirbelbett, sondern auch eine Einspeisefunktion bereitzustellen. Konzeptuell kann diese Ausführung in drei getrennte und ergänzende Funktionen unterteilt werden: „Markiermaterial-Prellen", Markiermaterial-Einspeisen und „Markiermaterial-Schleudern". Ein Markiermaterialträger (262), wie eine Geberwalze, ein Geberband, eine Gebertrommel oder Ähnliches (das von einer herkömmlichen Magnetbürste (283) mit Markiermaterial gespeist wird), wird in einem kleinen Abstand von einer Ausführung (264) eines in dem Körper (266) ausgebildeten Hohlraums (28) entfernt gehalten. Der Anschluss (268) ist in der Basis des Körpers (266) ausgebildet, wie zum Beispiel als eine zylindrische Öffnung, die den Hohlraum (264) und den Kanal (46) kommunizierend verbindet. Der Körper (266) kann eine monolithische Struktur oder eine laminierte Struktur sein, die zum Beispiel aus einer Halbleiterschicht (272) (wie Silicium) und einer isolierenden Schicht (274) (wie Plexiglas) ausgebildet ist. Die Wände des Hohlraums (264) können wahlweise mit einem Dielektrikum (wie Teflon) beschichtet sein, um eine moderat glatte Isoliergrenze bereitzustellen. Selbstverständlich kann diese Beschichtung außerdem auf eine der anderen hierin beschriebenen Ausführungen aufgetragen werden.An alternative arrangement ( 260 ) for the provision of a fluidized bed is in 23 shown. In this embodiment, a system of electrodes and voltages is used to provide not only a fluidized bed but also a feed function. Conceptually, this design can be divided into three separate and complementary functions: "Marking Material Bouncing", Marking Material Feeding and "Marking Material Spin". A marking material carrier ( 262 ), such as a donor roller, a donor belt, a Gebertrommel drum or the like (that of a conventional magnetic brush ( 283 ) is fed with marking material), is at a small distance from a version ( 264 ) one in the body ( 266 ) formed cavity ( 28 ) kept away. The connection ( 268 ) is in the base of the body ( 266 ), such as a cylindrical opening that defines the cavity (FIG. 264 ) and the channel ( 46 ) connects communicatively. The body ( 266 ) may be a monolithic structure or a laminated structure made, for example, of a semiconductor layer ( 272 ) (such as silicon) and an insulating layer ( 274 ) (like Plexiglas) is formed. The walls of the cavity ( 264 ) may optionally be coated with a dielectric (such as Teflon) to provide a moderately smooth insulating barrier. Of course, this coating can also be applied to any of the other embodiments described herein.

An der Hohlraumseite des Anschlusses (268) ist eine erste Elektrode (276) ausgebildet, die eine innerhalb der Struktur aufgebrachte kontinuierliche Metallschicht sein kann oder die gemustert sein kann, um jedem Anschluss (268) einer Anordnung solcher Anschlüsse zu entsprechen. An der Kanalseite des Anschlusses (268) ist eine zweite Elektrode (278) ausgebildet, die typischerweise zu einer ringförmigen Flächenform gemustert ist, die zu dem Anschluss (268) konzentrisch ist. Eine optionale zusätzliche Elektrode (54) kann in dem Kanal ausgebildet sein, um bei der Extrahierung von Markiermaterial aus dem Hohlraum (264) unterstützen kann.At the cavity side of the connection ( 268 ) is a first electrode ( 276 ), which may be a continuous metal layer deposited within the structure, or which may be patterned to provide each terminal ( 268 ) to correspond to an arrangement of such connections. At the channel side of the connection ( 268 ) is a second electrode ( 278 ), which is typically patterned into an annular surface shape which faces the terminal (FIG. 268 ) is concentric. An optional additional electrode ( 54 ) may be formed in the channel to assist in the extraction of marking material from the cavity (FIG. 264 ).

Durch korrektes Auswählen der Spannungen an jedem von mehreren Punkten in der Anordnung (260) können die gewünschten drei Funktionen erreicht werden. Zum Beispiel stellt Tabelle 2 eine mögliche Wahl von Spannungen dar.By correctly selecting the voltages at each of several points in the array ( 260 ), the desired three functions can be achieved. For example, Table 2 illustrates one possible choice of voltages.

Tabelle 2

Table 2

Bei der Anordnung (260) ist das Markiermaterial (282) geladen, zum Beispiel durch Triboladung oder Ionenladung, und wird dadurch von dem Träger (262) gehalten. Die Wechselspannung in dem Hohlraum (264) veranlasst den geladenen Toner, zwischen dem Träger und der ersten Elektrode (276) zu springen. Die Gleichstromvorspannung ist die Spannungsdifferenz, die zwischen dem Träger (262) und den Markiermaterialtransportwalzen (284) aufrechterhalten wird, um eine kontinuierliche Markiermaterialzuführung aus dem Markiermaterialsumpf (287) aufrechtzuerhalten. Bei Markiermaterial mit engen Größen- und Ladungs-Durchmesser-Verhältnis-(Q/d-)Verteilungen ist das Springen mit der Wechselstromfrequenz synchronisiert. Die optimale Wechselstromfrequenz wird durch die Laufzeit des Markiermaterials zwischen dem Träger (262) und der ersten Elektrode (276) bestimmt. Im Besonderen sollte der Zeitraum T das Doppelte der Laufzeit τ sein.In the arrangement ( 260 ) is the marking material ( 282 ), for example by tribocharging or ionic charge, and is thereby separated from the support ( 262 ) held. The AC voltage in the cavity ( 264 ) causes the charged toner, between the carrier and the first electrode ( 276 ) to jump. The DC bias is the voltage difference between the carrier ( 262 ) and the Markiermaterialtransportwalzen ( 284 ) to maintain a continuous marking material feed from the marking stock ( 287 ) maintain. For markers with narrow size and charge-to-diameter ratio (Q / d) distributions, the jump is synchronized with the AC frequency. The optimal AC frequency is determined by the transit time of the marking material between the support ( 262 ) and the first electrode ( 276 ) certainly. In particular, the period T should be twice the transit time τ.

Die Torspannung bewirkt das Öffnen (Einschalten") und Schließen ("Ausschalten") des Anschlusses (268). Bei dem Ein-Zustand" ist die Polarität der Spannung direkt entgegengesetzt zu der Polarität des geladenen Markiermaterials, wodurch das Markiermaterial in das Feld zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (276 bzw. 278) hinein angezogen wird. Abschließend kann eine Projektionsspannung durch die zusätzliche Elektrode (54) eingerichtet werden, um die geladenen Markiermaterialpartikel weiter in den Kanal (46) hinein anzuziehen, wo der Treibmittelstrom sie veranlasst, sich zu einem Substrat hin zu bewegen.The gate voltage causes the opening (switching on ") and closing (" switching off ") of the terminal ( 268 ). In the on state, the polarity of the voltage is directly opposite to the polarity of the charged marking material, whereby the marking material is introduced into the field between the first and second electrodes. 276 respectively. 278 ) is attracted to it. Finally, a projection voltage through the additional electrode ( 54 ) in order to move the loaded marking material particles further into the channel ( 46 ), where the propellant flow causes it to move toward a substrate.

Es kann wünschenswert sein, Markiermaterial steuerbar, im Besonderen mit Geschwindigkeit, Präzision und korrekter Zeitgebung, zu den Anschlüssen (42) hin zu bewegen. Dieser Prozess wird als Markiermaterialtransport bezeichnet und kann durch eine einer Vielfalt von Techniken erreicht werden.It may be desirable to have marking material controllable, in particular with speed, precision and correct timing, to the terminals ( 42 ) to move. This process is referred to as marking material transport and can be accomplished by any one of a variety of techniques.

Eine solche Technik verwendet eine elektrostatische Wanderwelle zum Bewegen einzelner Markiermaterialpartikel. Mit Bezugnahme auf 24 wird nach dieser Technik eine in Phase gebrachte Gleichstrom-Hochspannungswellenform auf ein Gitter (148) aus gleichmäßig beabstandeten Elektroden (88), die in der Nähe von jedem Anschluss (42) ausgebildet sind, angelegt. Das Gitter (148) kann photolithographisch aus Aluminium in den Hohlräumen ausgebildet sein oder kann auf einem Abhebeträger ausgebildet sein, der in den Hohlräumen aufgetragen sein kann.Such a technique uses an electrostatic traveling wave to move individual marking material particles. With reference to 24 According to this technique, a phase-shifted DC high voltage waveform is applied to a grating ( 148 ) from evenly spaced electrodes ( 88 ) close to each port ( 42 ) are formed, created. The grid ( 148 ) may be photolithographically formed of aluminum in the cavities or may be formed on a Abhebeträger, which may be applied in the cavities.

25 stellt eine Ausführung dar, bei der Elektroden (88) für eine elektrostatische Wanderwelle in Verbindung mit Elektroden ((142) (nicht gezeigt) und (144)) zum Einspeisen des Markiermaterials bereitgestellt werden. Es ist jedoch festzustellen, dass verschiedene andere Transport- und Einspeisekombinationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. 25 represents an embodiment in which electrodes ( 88 ) for an electrostatic traveling wave in conjunction with electrodes (( 142 ) (not shown) and ( 144 )) for feeding the marking material. It should be appreciated, however, that various other transport and feed combinations are within the scope of the present invention.

Eine Schutz- und Relaxationsschicht kann über den Elektroden (88) aufgebracht sein, um deren Oberflächen zu schützen und außerdem schnelle Ladungsdissipation mit einer bekannten Zeitkonstanten bereitzustellen, um das Markiermaterial entlang des Gitters (148) zu bewegen. Außerdem unterstützt eine korrekte Beschichtung bei der Steuerung der Richtung der Markiermaterialbewegung, verringert das Anlagern von Markiermaterial zwischen den Elektroden, minimiert Oxidation und Korrosion der Elektroden und verringert Bogenbildung zwischen den Elektroden.A protective and relaxation layer can be applied over the electrodes ( 88 ) in order to protect their surfaces and also to provide rapid charge dissipation with a known time constant to move the marking material along the grid ( 148 ) to move. In addition, proper coating helps control the direction of marking material movement, reduces the attachment of marking material between the electrodes, minimizes oxidation and corrosion of the electrodes and reduces arcing between the electrodes.

Es ist festzustellen, dass die hierin gelehrten Transport- und Einspeisefunktionen von einer einzigen Vorrichtung und zu einem einzigen Schritt kombiniert durchgeführt werden können. Jedoch adressiert der Transport und/oder das Einspeisen von Markiermaterial nach der vorliegenden Erfindung, ob getrennt oder kombiniert, viele der Probleme, die bei dem Stand der Technik erkannt wurden. Zum Beispiel ist Markiermaterial nahezu sofort zum Einspritzen in den Treibmittelstrom verfügbar. Dies löst das Problem der Notwendigkeit des Wartens, bis ein Kanal wiederaufgefüllt ist, wie dies bei Tintenstrahlsystemen üblich ist. Des Weiteren ist die Geschwindigkeit, mit der Markiermaterial in den Treibmittelstrom hineinbewegt wird und danach auf ein Substrat aufgebracht wird, signifikant höher, als dies bei dem Stand der Technik verfügbar ist; in der Tat kann es bei manchen Ausführungen kontinuierlich zugeführt werden.It It should be noted that the transport and feed functions taught herein from a single device and combined into a single step carried out can be. However, the transport and / or feeding of marking material addresses according to the present invention, whether separate or combined, many the problems that have been recognized in the prior art. To the Example is marking material almost immediately for injection into the Propellant flow available. This triggers the problem of the need to wait until a channel is replenished, as is common in ink-jet systems. Furthermore, the Speed, with the marking material in the propellant stream is moved in and then applied to a substrate, significantly higher, as available in the prior art; indeed it can in some versions fed continuously become.

Als Beispiel wird ein seitenbreiter (8,5 Zoll) Feld-Druckkopf mit Kanälen, die mit 600 psi beabstandet sind, in Betracht gezogen. Es wird angenommen, dass eine Punktgröße dem 1,5-fachen des Durchmessers der Austrittsöffnung entspricht (der Einfachheit halber wird angenommen, dass die Austrittsöffnung einen runden Querschnitt aufweist). Somit beträgt die Punktfläche das 2,25-fache der Öffnungsfläche. Es außerdem angenommen, dass das Markiermaterial ein fester Partikel-Toner mit 1 μm Durchmesser ist, den wir mit monochromer, vollständiger Abdeckung 5 Partikel dick auf ein Papiersubstrat aufbringen möchten. Das bedeutet, dass eine Zuführlänge von 2,25 × 10 Partikel × 1 μm oder 22,5 μm erforderlich ist, um in den Treibmittelstrom eingespeist zu werden. Um konservativ zu sein, nehmen wir eine Länge von 15 μm an.When For example, consider a page wide (8.5 inch) field printhead with channels that at 600 psi are considered. It is believed, that a point size is 1.5 times the diameter of the outlet opening corresponds (for the sake of simplicity, it is assumed that the outlet opening a has a round cross-section). Thus, the dot area is the 2.25 times the opening area. It Furthermore Assume that the marking material is a solid particle toner with 1 μm diameter We're having 5 particles with monochrome, complete coverage want to apply thickly to a paper substrate. That means a Feed length of 2.25 × 10 Particles × 1 μm or 22.5 μm required is to be fed into the propellant stream. To be conservative to be, let's take a length of 15 μm at.

Zum Vermeiden von Verstopfen wird des Weiteren angenommen, dass die Markiermaterialzuführgeschwindigkeit höher ist als eine Größenordnung unter der Treibmittelgeschwindigkeit. Bei einer Treibmittelgeschwindigkeit von ungefähr 300 Meter/Sekunde (m/s) nehmen wir eine Markiermaterialzuführgeschwindigkeit von 1 m/s an (10 m/s ist ungefähr die Geschwindigkeit einer TIJ-Tröpfcheneinspritzung). Bei 1 m/s sind 25 μs erforderlich, um eine Länge von 15 μm an Markiermaterial zuzuführen. Mit anderen Worten beträgt die Punktaufbringzeit ungefähr 25 μs pro Punkt.To the Prevention of clogging is further assumed that the Markiermaterialzuführgeschwindigkeit is higher as an order of magnitude below the propellant speed. At a propellant speed of about 300 meters / second (m / s) we take a marking material feed rate of 1 m / s (10 m / s is approx the speed of TIJ droplet injection). At 1 m / s 25 μs are required, by one length of 15 μm to supply marking material. In other words, it is the dot application time is about 25 μs per Point.

Bei dieser Anordnung sind 11 Zoll × 600 spi × 25 μs pro Punkt oder 165 Millisekunden (ms) erforderlich, um die Gesamtheit einer Papierseite von 8,5 × 11 Zoll zu markieren. Absolut entspricht dies ungefähr 360 Seiten pro Minute. Dies muss mit einem Maximum von ungefähr 20 Seiten pro Minute bei einem TIJ-System verglichen werden. Ein Grund für diese Verbesserung beim Durchsatz ist die Fähigkeit, kontinuierliche Zuführung des Markiermaterials bereitzustellen. Das heißt, dass das Verhältnis der Druckzeit zu dem Arbeitstakt im Vergleich zu einem TIJ-System, bei dem die Druckzeit (Markiermaterial ausstoßzeit) lediglich 20 % des Arbeitstaktes beträgt (bis zu 80 % des TIJ-Arbeitstaktes wird darauf verwendet, auf das Wiederauffüllen des Kanals mit Tinte zu warten), nahezu 100 % beträgt.at this arrangement is 11 inches × 600 spi × 25 μs per point or 165 milliseconds (ms) required to complete the whole Paper side of 8.5 × 11 To mark inches. In absolute terms, this is about 360 pages per minute. This must with a maximum of approximately 20 pages per minute compared with a TIJ system. One reason for This improvement in throughput is the ability to continuously feed the To provide marking material. That means that the ratio of Pressure time to the power stroke compared to a TIJ system, at the printing time (Markiermaterial ejection time) only 20% of the power stroke is (Up to 80% of TIJ's work is spent on the To refill of the channel with ink) is close to 100%.

Bei bestimmten Ausführungen ist es möglich, dass trotz des Erzeugens eines Wirbelbetts in dem Hohlraum Markiermaterial dazu neigen kann, sich in stehenden Regionen in dem Hohlraum, wie den Ecken davon, zusammenzulagern, das Wirbelbett verkümmern zu lassen und das Einspritzen von Markiermaterial in den Kanal negativ zu beeinflussen. Ein Beispiel dafür wird in 26A dargestellt. Um dieses Problem anzugehen und des Weiteren bei dem Transport von Markiermaterial in dem Hohlraum zu unterstützen, kann das Massenmarkiermaterial in dem Hohlraum gerührt werden. 26B stellt eine Ausführung (250) zum Erzeugen eines solchen Rührens dar. An wenigstens einer Wand (254), die den Hohlraum (28) bildet, befindet sich ein piezoelektrisches Material (256), das mechanisches Rühren und Druckrühren in dem Hohlraum (28) verursacht. Dieses Rühren hält Markiermaterial, das sich in dem Hohlraum (28) befindet, in einem dynamischen Zustand, wobei stehende Punkte in dem Hohlraum (252) vermieden werden.In certain embodiments, it is possible that, despite the creation of a fluidized bed in the cavity, marking material may tend to stick in stationary regions in the cavity, such as the corners thereof. accumulate, let the fluidized bed stunt and affect the injection of marking material into the channel negative. An example will be in 26A shown. To address this problem and further assist in the transport of marking material in the cavity, the mass marking material can be agitated in the cavity. 26B represents an embodiment ( 250 ) for generating such a stirring. On at least one wall ( 254 ), the cavity ( 28 ), there is a piezoelectric material ( 256 ), mechanical stirring and pressure stirring in the cavity ( 28 ) caused. This stirring keeps marking material that is in the cavity ( 28 ) in a dynamic state, wherein standing points in the cavity ( 252 ) be avoided.

Bei einem Mehrfachmarkiermaterial-Betriebszustand, wie bei einem Vierfarbdrucker, können zwei oder mehrere Markiermaterialien vor dem Aufbringen auf das Substrat in dem Kanal gemischt werden (auch hier ist die folgende Besprechung außerdem für andere Materialien wie Vor- und Nachmarkierbehandlungsmaterialien usw. relevant). In einem solchen Fall wird jedes der Markiermaterialien einzeln in einen Kanal eingespeist. Dies erfordert unabhängige Steuerung des Einspeisens von jedem Markiermaterial und setzt den Durchsatzraten durch das erforderliche Adressieren und andere Aspekte des Einspeisens Grenzen. Zum Beispiel wird im Hinblick auf 27 darin ein Mehrfarbmarkierungssystem gezeigt, bei dem jedem Kanal (46) eine oder mehrere Farben von Markiermaterial zugeführt werden können. Zum Steuern des Flusses von Markiermaterial in einen Kanal (46) hinein wird eine Einspeisevorrichtung (104), wie zum Beispiel eines zuvor beschriebenen Typs, in einer Matrixform über Spaltenadressleitungen (106) und Zeilenadressierleitungen (108) auf eine Weise adressiert, die ebenfalls zuvor besprochen wurde. Die RC-Zeitkonstante, die mit einem 8 Zoll langen Satz passiv adressierter Spaltenadressleitungen (106) assoziiert ist, begrenzt die mindestens erreichbare Signalanstiegszeiten an diesen Leitungen auf wenige Mikrosekunden – wir nehmen 2 μs bei 500 kHz an. Die Mindest-„Ein"-Zeit der Einspeisevorrichtung liegt somit in der Größenordnung von ungefähr 5 μs. Bei n-Bit-Graustufendrucken erfordert volle Abdeckung für jede Farbe 2 × 5ⁿ μs pro Punkt. Es sind daher 11 Zoll × 600 spi × (2 × 5ⁿ) μs/Punkt oder ungefähr 33 × 2ⁿ ms erforderlich, um eine voll abgedeckte 600-spi-Seite zu drucken. Dies entspricht ungefähr 1800 × 2^–n Seiten pro Minute. Bei 5-Bit-Graustufe pro Kanal (n=5) kann das System bis zu 56 Vierfarbseiten pro Minute bewältigen, wobei Vierfarbigkeit (bei Verwendung des CMYK-Spektrums) für jeden Punkt in einem einzigen Durchgang verfügbar ist. (Es ist festzustellen, dass es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, relativ hohe Punktdichte, wie zum Beispiel 300 spi oder höher, bei zwei oder mehr Bit Graustufe bereitzustellen und dass die verschiedenen Graustufenniveaus erreicht werden können, ohne den Durchmesser des Punktes signifikant zu ändern. Das heißt, die Punktgröße wird konstant gehalten, wie z. B. bei 120 μm, während die Dichte von Markiermaterial variiert wird, um unterschiedliche Niveaus an Grau oder Farbe für einen Punkt zu erzielen.)In a multi-marking material operating condition, such as with a four-color printer, two or more marking materials may be mixed in the channel prior to application to the substrate (again, the following discussion is also relevant to other materials such as pre- and post-marking treatment materials, etc.). In such a case, each of the marking materials is fed individually into a channel. This requires independent control of the feed of each marking material and limits the throughput rates through the required addressing and other aspects of feeding. For example, with regard to 27 a multi-color marking system is shown in which each channel ( 46 ) one or more colors of marking material can be supplied. For controlling the flow of marking material into a channel ( 46 ) into it a feed device ( 104 ), such as of a type previously described, in a matrix form over column address lines ( 106 ) and row addressing lines ( 108 ) in a manner also discussed previously. The RC time constant associated with an 8-inch set of passively addressed column address lines ( 106 ) limits the minimum achievable signal rise times on these lines to a few microseconds - we assume 2 μs at 500 kHz. Thus, the minimum "on" time of the feeder is on the order of about 5 μs. For n-bit grayscale printing, full coverage for each color requires 2 x 5 ⁿ μs per dot. Thus, it is 11 inches x 600 spi x ( 2 × 5 ⁿ ) μs / dot or about 33 × 2 ⁿ ms is required to print a fully covered 600 spi page, which corresponds to approximately 1800 × 2 ^-n pages per minute, with 5-bit grayscale per channel ( n = 5), the system can handle up to 56 four-color pages per minute, with four-color (using the CMYK spectrum) available for each point in a single pass (note that it is an aspect of the present invention, relative provide high dot density, such as 300 spi or higher, at two or more bit gray levels, and that the different gray level levels can be achieved without significantly changing the diameter of the dot for example, at 120 microns while varying the density of marking material to achieve different levels of gray or color for a dot.)

Es sind andere Adressierschemen bekannt, die schnelleres Adressieren und somit schneller mögliches Drucken gestatten. Zum Beispiel kann durch Einsatz eines parallelen Adressierschemas (d. h. keine Spaltenadressierleitungen) die Signalanstiegszeit um eine Größenordnung verkürzt werden. Somit ist ein System mit einer Mindest-„Ein"-Zeit der Einspeisevorrichtung zum Vierfarb-Graustufen-Markieren mit ungefähr 280 Seiten pro Minute fähig.It Other addressing schemes are known for faster addressing and thus faster possible Allow printing. For example, by using a parallel Addressing schemes (i.e., no column addressing lines) increase the signal rise time by an order of magnitude shortened become. Thus, a system with a minimum "on" time of the feeder is for four-color grayscale marking with about 280 Capable of pages per minute.

Da ein Kompromiss zwischen Durchsatz und Farbtiefe/Graustufe besteht, ist es möglich ein System maßzuschneidern, um eine oder beide dieser Charakteristiken zu optimieren. Tabelle fasst einen Durchsatz und Farbtiefe/Graustufe-Matrix auf Basis der vorgenannten Annahmen und der erforderlichen Markiermaterialzuführgeschwindigkeiten zusammen.There there is a trade-off between throughput and color depth / greyscale, Is it possible to tailor a system to optimize one or both of these characteristics. table summarizes a throughput and color depth / grayscale matrix based on the aforementioned assumptions and the required Markiermaterialzuführgeschwindigkeiten together.

Tabelle 3

Table 3

Es ist festzustellen, dass die Farbtiefe und der Durchsatz für ein System nicht festgelegt sein müssen. Diese Werte können von einem Benutzer während des Installationsprozesses für die Markiervorrichtung eingestellt werden.It is to determine that the color depth and throughput for a system need not be fixed. These Values can by a user during of the installation process for the marking device can be adjusted.

Es ist außerdem festzustellen, dass das Markieren steigender Anzahlen von Farben in einer grob Gauß'schen Verteilung über Punktgröße/Dichte verteilt. Dies wird in 28 für ein System mit vier Farben und 2-Bit-Graustufe dargestellt.It should also be noted that marking increasing numbers of colors in a roughly Gaussian distribution spreads over point size / density. This will be in 28 for a system with four colors and 2-bit grayscale.

Die Fähigkeit zum genauen Steuern der Platzierung eines Punktes aus Markiermaterial ist zum Teil eine Funktion des Treibmittels. Die Punktgröße und -form sind ebenfalls eine Funktion dieser Geschwindigkeit. Dagegen ist das Auswählen der Treibmittelgeschwindigkeit zum Teil eine Funktion der Größe und Masse der Markiermaterialpartikel. Zusätzlich sind Punktposition, -größe und -form eine Funktion davon, wie gut (d. h. über wie viel Austrittsöffnungsdurchmesser) das vollständig ausgedehnte Treibmittel kollimiert bleibt. 29 zeigt einen idealisierten Fall einer Treibmittel/Substrat-Wechselwirkung, grob senkrecht zu dem Substrat gesehen. Die Stromlinien (110) zeigen, dass die zylindrischen Treibmittelströme ein Fließmuster an der Substratoberfläche von der kreisförmigen Scheibe des Markiermaterialpunktes (112) entfernt ausbilden.The ability to accurately control the placement of a spot of marking material is in part a function of the propellant. The point size and shape are also a function of this speed. In contrast, selecting the propellant velocity is in part a function of the size and mass of the marking material particles. In addition, point position, size and shape are a function of how well (ie how much exit orifice diameter) the fully expanded propellant remains collimated. 29 shows an idealized case of a propellant / substrate interaction, seen roughly perpendicular to the substrate. The streamlines ( 110 ) show that the cylindrical propellant streams have a flow pattern on the substrate surface from the circular disk of the marking material point (FIG. 112 ) train.

Typischerweise werden die Markiermaterialpartikel auf Grund ihrer von dem Treibmittel verliehenen Trägheit (Normalmoment) auf das Substrat aufgebracht. Ihre Position auf dem Substrat wird jedoch durch die lateralen hydrodynamischen Kraftkomponenten, die an der Treibmittel/Substrat-Grenzfläche auftreten, von dem Schwerpunkt abgeleitet, wie in 30 dargestellt. Je kleiner die Masse der Partikel (im Verhältnis zu der Treibmittelgeschwindigkeit) und je weiter solche Partikel von der Mitte des Treibmittelstroms entfernt sind, desto weiter werden sie von dem Punkt-Schwerpunkt abgeleitet. Das Resultat ist ein Punkt mit einer Gauß'schen Dichteverteilung (114), die ebenfalls in 30 dargestellt wird.Typically, the marking material particles are applied to the substrate due to their inertia imparted by the blowing agent (normal moment). Their position on the substrate, however, is derived from the center of gravity by the lateral hydrodynamic force components occurring at the propellant / substrate interface, as in FIG 30 shown. The smaller the mass of particles (in proportion to propellant velocity) and the farther such particles are from the center of the propellant stream, the farther they are derived from the point centroid. The result is a point with a Gaussian density distribution ( 114 ), which is also in 30 is pictured.

Mit Bezug auf 31 wird als ein Beispiel für eine Schätzung des ungünstigsten Falls von Markiermaterialpartikelabweichung auf Grund von Treibmittel/Substrat-Grenzflächenwirkungen (nämlich seitlicher Zug an der Substratoberfläche) angenommen, dass ein Partikel (116) mit einer Dichte P_P auf einen ideal ebenes Substrat (38) mit einer für das Substrat normalen Geschwindigkeit v und in einem Treibmittelstrom (118) der Breite L/2 (d. h. die in 3 gezeigte Austrittsöffnung (56) besitzt die Breite L/2) gerichtet wird. Es wird angenommen, dass an der Oberfläche des Substrats ein seitlicher Treibmittelfluss (120) der Dicke L ebenfalls mit einer Geschwindigkeit v, die durch das Auftreffen des Treibmittels auf das Substrat verursacht wird, besteht. Das heißt, die Annahme des ungünstigsten Falls, dass die Treibmittelgeschwindigkeit bei Wechselwirkung mit dem Substrat vollständig in seitlichen Fluss umgewandelt wird.Regarding 31 As an example of estimating the worst case of marking material particle deviation due to blowing agent / substrate interface effects (namely, lateral pull on the substrate surface), it is assumed that a particle ( 116 ) with a density P _P on an ideally flat substrate ( 38 ) with a substrate-normal velocity v and in a propellant stream ( 118 ) of width L / 2 (ie the in 3 shown outlet opening ( 56 ) has the width L / 2) is directed. It is assumed that on the surface of the substrate a lateral blowing agent flow ( 120 ) thickness L is also at a velocity v caused by the impingement of the blowing agent on the substrate. That is, the worst case assumption is that the propellant velocity is completely converted to lateral flow upon interaction with the substrate.

Die seitliche Abweichung x des Markiermaterialpartikels (116) auf Grund der seitlichen Zugkraft wird für unterschiedliche Partikeldurchmesser (D) berechnet. Bei der Reynolds'schen Gleichung

wobei hier P_g = 1,3 kg/m³ und μ_g = 1,7 × 10^–5 kg-s/m². Für eine Partikelgröße von 3 μm und eine Fließgeschwindigkeit von v = 300 m/s lautet die Reynolds-Zahl 70. Dies entspricht einem Zugkoeffizienten (CD) von 2,8. Die Zugkraft (FD) ergibt sich dann aus

The lateral deviation x of the marking material particle ( 116 ) due to the lateral tensile force is calculated for different particle diameters (D). In the Reynolds equation

here P _g = 1.3 kg / m ³ and μ _g = 1.7 × 10 ^-5 kg-s / m ² . For a particle size of 3 μm and a flow velocity At a rate of v = 300 m / s, the Reynolds number is 70. This corresponds to a drag coefficient (CD) of 2.8. The tensile force (FD) then results

Diese seitliche Zugkraft lenkt die normale Einfallstrajektorie des Partikels (116) ab und sendet ihn auf eine Trajektorie mit dem Bogenhalbmesser R, bestimmt anhand der Gleichung für zentripetale Trägheitskraft F₁

wobei

wobei sich R ergibt aus

wobei

This lateral traction directs the normal incident trajectory of the particle ( 116 ) and sends it to a trajectory with the radius of the radius R, determined by the equation for centripetal force of inertia F ₁

in which

where R results from

in which

Die resultierende Abweichung x ergibt sich aus x = R·[1 – cos(arcsin(L/R))]oder, wenn der normale Treibmittelstromdurchmesser L/2 so gewählt wird, dass er die Hälfte des Anordnungsabstands (pitch) beträgt, x = R·[1 – cos(arcsin(pitch/R))] The resulting deviation x results x = R · [1 - cos (arcsin (L / R))] or, if the normal propellant flow diameter L / 2 is chosen to be one-half of the pitch, x = R · [1 - cos (arcsin (pitch / R))]

Für eine Fließgeschwindigkeit v, eine Partikelgröße D, eine vorgegebene Anordnungsdichte und eine Partikeldichte von 1000 kg/m3 wird die resultierende Abweichung x in Tabelle 4 für verschiedene Bedingungen gezeigt.For a flow speed v, a particle size D, a given arrangement density and a particle density of 1000 kg / m3 the resulting deviation x in Table 4 becomes different Conditions shown.

Tabelle 4

Table 4

Somit würde bei einem Szenario des ungünstigsten Falls einer Fließgeschwindigkeit von 300 m/s, einer Markiermaterialpartikelgröße von 1 μm und einer Auflösung von 600 spi ein Treibmittelstrom (d. h. Austrittsöffnungsgröße) von 21 μm einen Punkt der Größe 21 μm + (2 × 2,5 μm) = 26 μm,der Punktgrößenausdehnung auf Grund von seitlichem Zug an der Treibmittelstrom/Substrat-Grenzfläche, produzieren. Es ist zu beachten, dass dies einem Szenario des ungünstigsten Falls für jede Bedingung entspricht, d. h. (1) kein stehender Punkt und voll entwickelter Querstrom, (2) Querstromgeschwindigkeit gleich volle Treibmittelstromgeschwindigkeit, wobei Reibungsverlust und Substrattopologie ignoriert wird, (3) die volle Zugkraft wird abrupt und zwei Strahldurchmesser von dem Substrat entfernt angewendet. Es ist außerdem zu beachten, dass die Reynolds-Zahl auf Grund des Ausmaßes der charakteristischen Längen sehr niedrig ist und sich Durchwirbelung nach Mikrofluid-Flusstheorie nicht entwickeln kann. Abschließend ist zu beachten, dass mit abnehmender Partikelgröße R so steigt, dass sich R an einem gewissen Punkt dem seitlichen Treibmittelfluss der Dicke 2L nähert. Wenn dies passiert, werden die Markiermaterialpartikel signifikant von dem Punkt-Schwerpunkt abgelenkt und kommen im extremsten Fall nicht mit dem Substrat in Kontakt. Anhand des Vorgenannten kann gezeigt werden, dass dies (auf Basis der hierin getroffenen Annahmen) bei Markiermaterialpartikelgrößen in dem Bereich von ungefähr 100 nm oder weniger auftritt.Thus, in a worst case scenario, at a flow rate of 300 m / s, a marking material particle size of 1 μm, and a resolution of 600 spi, a propellant flow (ie, orifice size) of 21 μm would become a point in size 21 μm + (2 × 2.5 μm) = 26 μm, dot expansion due to lateral pull at the propellant stream / substrate interface. Note that this corresponds to a worst case scenario for each condition, ie (1) no stagnant point and fully developed cross flow, (2) cross flow velocity equal full propellant flow velocity ignoring friction loss and substrate topology, (3) full traction is applied abruptly and two beam diameters away from the substrate. It should also be noted that the Reynolds number is very low due to the extent of the characteristic lengths and swirling can not develop according to microfluidic flow theory. Finally, it should be noted that as the particle size R decreases, so that at some point R approaches the side blowing flux of thickness 2L. When this happens, the marking material particles are significantly deflected from the point centroid and, in the most extreme case, do not come into contact with the substrate. From the foregoing, it can be shown that this occurs (based on assumptions made herein) at marking material particle sizes in the range of about 100 nm or less.

Dies demonstriert nicht nur akzeptable Punktgröße und Positionssteuerung, sondern belegt, dass unter den angenommenen Bedingungen kein spezieller Mechanismus erforderlich ist, um das Markiermaterialpartikel aus dem Treibmittelstrom zu extrahieren und es auf dem Substrat aufzubringen.This not only demonstrates acceptable point size and position control, but proves that under the assumed conditions no special Mechanism is required to make the marking material particles out to extract the propellant stream and apply it to the substrate.

Wenn es jedoch wünschenswert ist, das Extrahieren des Markiermaterialpartikels aus dem Treibmittelstrom an der Substratoberfläche (z. B. bei niedrigen Fließgeschwindigkeiten/Partikelgrößen usw.) weiter zu erhöhen, kann elektrostatisch gesteigerte Partikelextrahierung eingesetzt werden. Durch Laden des Substrats oder der Platte (soweit eingesetzt) entgegengesetzt zu der Ladung des Markiermaterialpartikels erhöht die Anziehung zwischen Partikel und Substrat/Platte die Partikelextrahierung. In 33 wird eine solche Ausführung (178) dargestellt, bei der sich der Körper (26) in der Nähe einer Platte (180) befindet, die zum Annehmen und Haften einer Nettoladung fähig ist. Die Ladung an der Platte (180) kann durch eine Geberwalze (182), die durch ein Band (184) oder eine andere Einrichtung in Verbindung mit der Platte (180) bewegt wird, oder durch andere auf dem Gebiet bekannte Verfahren (wie durch eine Tribobürste, piezoelektrische Beschichtung usw.) angewendet werden.However, if it is desirable to further increase the extraction of the marking particle from the blowing agent stream at the substrate surface (e.g., at low flow rates / particle sizes, etc.), electrostatically enhanced particle extraction may be employed. By loading the substrate or plate (if used) opposite to the charge of the marking particle, the attraction between particle and substrate / plate increases particle extraction. In 33 will such an embodiment ( 178 ), in which the body ( 26 ) near a plate ( 180 ) capable of accepting and holding a net charge. The charge on the plate ( 180 ) can by a donor roller ( 182 ) by a band ( 184 ) or another device in connection with the plate ( 180 ) or by other methods known in the art (such as a tribo brush, piezoelectric coating, etc.).

Bei einem Beispiel wird die Platte (180) mit einer positiven Nettoladung durch die Geberwalze (182) ausgestattet. Markiermaterialpartikeln (188) kann eine negative Nettoladung verliehen werden, wie zum Beispiel durch die in 3 dargestellte Korona oder durch eine andere Einrichtung. Ein Markierung empfangendes Substrat (z. B. Papier) wird zwischen der Markiermaterialquelle und der Platte in der Nähe der Platte platziert. Die Anziehung zwischen dem Markiermaterial (188) und der Platte beschleunigt das Markiermaterial in Richtung der Platte und wenn diese Anziehung ausreichend stark ist, im Besonderen bei Ausführungen mit relativ langsamer Treibmittelgeschwindigkeit, kann sie die Tendenz des Treibmittels, durch seitlichen Zug des Treibmittels von dem Punkt-Schwerpunkt abgelenkt zu werden, überwinden. Zusätzlich kann diese Anziehung helfen, das Problem zu beseitigen, dass Markiermaterialien von dem Substrat abspringen und vor der Nachausstoßveränderung (z. B. Fixieren durch eine Wärme- und/oder Druckwalze (186)) entweder an einer ungewünschten Position auf dem Substrat zur Ruhe kommen oder an einer Position abseits des Substrats zur Ruhe kommen, wobei dies ein Problem ist, das als „Abprallen" bezeichnet wird. Dies ist im Besonderen dann von Vorteil, wenn kinetisches Fixieren (im Folgenden besprochen) nicht eingesetzt werden kann.In one example, the disk ( 180 ) with a net positive charge through the donor roll ( 182 ) fitted. Marking material particles ( 188 ) can be given a negative net charge, such as in 3 represented corona or by another device. A marker receiving substrate (eg, paper) is placed between the marker material source and the plate near the plate. The attraction between the marking material ( 188 ) and the plate accelerates the marking material towards the plate and, if this attraction is sufficiently strong, especially in relatively low propellant velocity embodiments, it can overcome the tendency of the propellant to be deflected from the point center of gravity by lateral pull of the propellant , In addition, this attraction may help to eliminate the problem that marking materials may come off the substrate and before the post-ejection change (eg, fixation by a heat and / or pressure roll). 186 )) either settle to an undesired position on the substrate or come to rest at a position away from the substrate, which is a problem referred to as "bouncing." This is particularly advantageous when kinetic fixing (FIG. discussed below) can not be used.

Sobald das Markiermaterial zu dem Substrat zugeführt wurde, muss es an dem Substrat angehaftet oder fixiert werden. Es gibt zwar mehrere Ansätze zum Fixieren nach der vorliegenden Erfindung, aber ein einfacher Ansatz besteht darin, die kinetische Energie des Markiermaterialpartikels einzusetzen. Bei diesem Ansatz muss das Markiermaterialpartikel bei Auftreffen auf das Substrat eine Geschwindigkeit V_C aufweisen, die ausreicht, um das Partikel durch plastische Verformung aus der Kollision mit dem Substrat kinetisch zu schmelzen (wobei angenommen wird, dass das Substrat unendlich steif ist). Nach dem Schmelzen (vollständiger Übergang zu Flüssigkeits- oder Glasphase oder ähnlicher umkehrbarer temporärer Phasenübergang) verfestigt sich das Partikel wieder (oder kehrt anderwreitig zu seiner ursprünglichen Phase zurück) und wird dadurch an dem Substrat fixiert.Once the marking material has been supplied to the substrate, it must be adhered or fixed to the substrate. While there are several approaches to fixation in accordance with the present invention, a simple approach is to use the kinetic energy of the marking material particle. In this approach, the marking material particle upon impact with the substrate must have a velocity V _C sufficient to kinetically melt the particle by plastic deformation from the collision with the substrate (assuming that the substrate is infinitely stiff). After melting (complete transition to liquid or glass phase or similar reversible temporary phase transition), the particle re-solidifies (or otherwise returns to its original phase) and thereby becomes fixed to the substrate.

Zum Vollziehen von kinetischem Fixieren ist erforderlich, dass: (1) die kinetische Energie des Partikels groß genug ist, um das Partikel über seine Elastizitätsgrenze zu bringen; und (2) die kinetische Energie größer als die Wärme ist, die erforderlich ist, das Partikel über seine Erweichungstemperatur hinauszubringen und einen Phasenwechsel zu verursachen. 35 ist eine Kurve (190) der Anzahl von Markiermaterialpartikeln gegenüber der kinetischen Energie für eine typische Ausführung der vorliegenden Erfindung, die die allgemeinen Bedingungen darstellt, bei denen kinetisches Fixieren auftreten kann. Unter einem bestimmten kinetischen Energiewert besitzen die Partikel ungenügende Energie zum Fixieren an einem Substrat, während die Partikel über diesem bestimmten kinetischen Energiewert ausreichend kinetische Energie zum Fixieren aufweisen. Dieser bestimmte kinetische Energiewert wird als die kinetische Fixierenergieschwelle bezeichnet und wird durch die in 35 gezeigte Grenze (192) dargestellt. Im Wesentlichen werden Partikel, deren kinetische Energie in die Region (192) fällt, auf Grund von ungenügender Erwärmung nicht fixiert, während Partikel mit Energien in der Region (196) fixiert werden. Es bestehen im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, den Prozentsatz fixierter Markiermaterialpartikel zu erhöhen. Erstens kann die kinetische Fixierenergieschwelle nach unten verschoben werden. Dies ist im Wesentlichen eine Funktion der Qualitäten des Markiermaterials. Zweitens kann die Gesamtkurve der kinetischen Energie durch zum Beispiel Erhöhen der Treibmittelgeschwindigkeit verschoben werden.To complete kinetic fixation, it is necessary that: (1) the kinetic energy of the particle be high enough to bring the particle above its elastic limit; and (2) the kinetic energy is greater than the heat required to bring the particle above its softening temperature and cause a phase change. 35 is a curve ( 190 ) of the number of marking particles versus kinetic energy for a typical embodiment of the present invention, which is the general conditions under which kinetic fixation can occur. Under a certain kinetic En As a result, the particles have insufficient energy to fix to a substrate while the particles have sufficient kinetic energy to fix over that particular kinetic energy value. This particular kinetic energy value is referred to as the kinetic fixation energy threshold and is determined by the in 35 shown limit ( 192 ). In essence, particles whose kinetic energy is in the region ( 192 ) is not fixed due to insufficient heating, while particles with energies in the region ( 196 ) are fixed. There are essentially two ways to increase the percentage of fixed marking material particles. First, the kinetic fixation energy threshold can be shifted down. This is essentially a function of the qualities of the marking material. Second, the overall kinetic energy curve can be shifted by, for example, increasing propellant velocity.

Die kinetische Energie E_k eines sphärischen Partikels mit der Geschwindigkeit v, der Dichte ρ und dem Durchmesser d ergibt sich aus:

The kinetic energy E _{k of} a spherical particle with the velocity v, the density ρ and the diameter d is given by:

Die Energie E_m, die erforderlich ist, um ein sphärisches Partikel mit dem Durchmesser d, der Wärmekapazität C_p und der Dichte p von der Raumtemperatur T₀ über ihre Erweichungstemperatur T_s hinaus zu erwärmen, ergibt sich aus:

The energy E _m required to heat a spherical particle of diameter d, heat capacity C _p and density p from the room temperature T ₀ beyond its softening temperature T _s is given by:

Die Energie E_p, die erforderlich ist, um ein Partikel mit dem Durchmesser d und dem Elastizitätsmodul E über seine Elastizitätsgrenze σ_e hinaus und in den Betriebszustand plastischer Verformung hinein zu deformieren, ergibt sich aus:

The energy E _p required to deform a particle of diameter d and Young's modulus E beyond its elastic limit σ _e and into the plastic deformation mode of operation is given by:

Die kritische Geschwindigkeit v_cp zum Erreichen plastischer Verformung ergibt sich dann aus:

The critical velocity v _cp for achieving plastic deformation then results from:

Abschließend ergibt sich die kritische Geschwindigkeit v_cm zum Erreichen kinetischer Schmelze aus:

Finally, the critical velocity v _cm for obtaining kinetic melt results from:

Bei einem Thermoplast mit C_p = 1000 J/kg·K, T_s = 60 °C und T₀ = 20 °C beträgt die kritische Geschwindigkeit, die zum Erreichen kinetischer Schmelze erforderlich ist, 280 m/s. Dies stimmt mit den oben getroffenen Annahmen überein. Es ist zu beachten, dass dieses Ergebnis von Partikelgröße und -dichte unabhängig ist.For a thermoplastic with C _p = 1000 J / kg x K, T _s = 60 ° C and T _o = 20 ° C, the critical speed required to achieve kinetic melt is 280 m / s. This is consistent with the assumptions made above. It should be noted that this result is independent of particle size and density.

Das Erreichen eines solchen Treibmittelflusses von 280 m/s oder mehr kann auf mehrere Weisen vollzogen werden. Ein Verfahren besteht darin, Treibmittel mit einem relativ hohen Druck in Abhängigkeit von der Vorrichtungsgeometrie (z. B. in der Größenordnung von mehreren Atmosphären bei einem Beispiel) für die konvergierende Region eines Kanals mit konvergierender Region (48) und divergierender Region (50), wie zum Beispiel eine in 4 dargestellte sogenannte de-Laval-Düse, bereitzustellen, wobei der Treibmitteldruck in Geschwindigkeit umgewandelt wird. Bei einem Beispiel ist das Treibmittel in allen Regionen des Kanals subsonisch (z. B. weniger als 331 m/s). Bei einem anderen Beispiel ist das Treibmittel in der konvergierenden Region (48) subsonisch, in der divergierenden Region (50) supersonisch und befindet sich an der Kehle (53) zwi schen der konvergierenden Region und der divergierenden Region auf Schallgeschwindigkeit oder sehr nahe an dieser.The achievement of such a propellant flow of 280 m / s or more can be accomplished in several ways. One method is to use relatively high pressure propellants depending on the device geometry (eg, on the order of several atmospheres in one example) for the converging region of a converging region channel (e.g. 48 ) and divergent region ( 50 ), such as an in 4 represented so-called de-Laval nozzle to provide, wherein the propellant pressure is converted into speed. In one example, the propellant is subsonic in all regions of the channel (eg, less than 331 m / s). In another example, the propellant is in the convergent region ( 48 ) subsonic, in the divergent region ( 50 ) supersonic and located at the throat ( 53 ) between the converging region and the divergent region at or near the speed of sound.

36 ist eine Darstellung von Treibmittelgeschwindigkeit v an der Austrittsöffnung (56) gegenüber dem Treibmitteldruck für einen Kanal (46) mit einem quadratischen Querschnitt von 84 μm auf jeder Seite (300 Punkten je Zoll entsprechend). Wie zu sehen ist, sind 280 m/s bei moderaten Drücken für Kanäle sowohl mit als auch ohne Düse gut erreichbar. 36 is an illustration of propellant velocity v at the exit port (FIG. 56 ) versus the propellant pressure for a channel ( 46 ) with a square cross section of 84 μm on each side (corresponding to 300 dots per inch). As can be seen, 280 m / s are easily accessible at moderate pressures for channels both with and without a nozzle.

Im Vorgenannten wurde angenommen, dass das Substrat unendlich steif ist, was es in den meisten Fällen nicht ist. Die Elastizitätswirkung des Substrats besteht darin, den scheinbaren E-Modul des Materials zu senken, ohne seine Dehngrenze herabzusetzen (d. h., dass mehr Energie zum Erreichen der Streckgrenze bei dem Material erforderlich ist, mehr Energie zum Erreichen plastischer Verformung erforderlich ist und v_cp steigt). Das heißt, dass, obwohl die kinetische Energie größer sein kann als die zum Schmelzen des Partikels erforderliche Energie, die Kollision elastisch ist, wobei das Abprallen des Partikels und möglicherweise ungenügendes Erwärmen verursacht wird. Daher müssen bei manchen Systemen (je nach der Elastizität des Substrats) Markiermaterialpartikel eine höhere Voraufprallgeschwindigkeit erreichen oder es muss eine Fixierhilfe durch das System bereitgestellt werden.In the foregoing, it was assumed that the substrate is infinitely stiff, which in most cases is not. The elasticity effect of the substrate is to lower the apparent modulus of elasticity of the material without lowering its yield strength (ie, requiring more energy to reach the yield point of the material, requiring more energy to achieve plastic deformation, and increasing v _cp ). , That is, although the kinetic energy may be greater than the energy required to melt the particle, the collision is elastic, causing the particle to bounce off and possibly insufficient heating. Therefore, in some systems (depending on the elasticity of the substrate) marking material particles must achieve a higher pre-impact speed or a fixing aid must be provided by the system.

Falls Fixierhilfe erforderlich ist (d. h. elastisches Substrat, niedrige Markiermaterialpartikelgeschwindigkeit usw.), können eine Reihe von Ansätzen eingesetzt werden. Zum Beispiel können ein oder mehrere erwärmte Heizdrähte (122) in der Nähe des Ausstoßanschlusss (56) (in 4 gezeigt) bereitgestellt werden, wobei entweder die zum Schmelzen des Markiermaterialpartikels benötigte kinetische Energie verringert wird oder tatsächlich das Markiermaterialpartikel wenigstens teilweise fliegend schmilzt. Alternativ oder zusätzlich zu dem Heizfaden (122) kann sich ein erwärmter Heizfaden (124) in der Nähe des Substrats (38) (ebenfalls in 4 gezeigt) befinden, um eine ähnliche Wirkung zu haben.If fixation aid is required (ie, elastic substrate, low marking particle particle velocity, etc.), a number of approaches can be used. For example, one or more heated heating wires ( 122 ) near the ejection port ( 56 ) (in 4 shown), wherein either the kinetic energy required to melt the marking material particle is reduced or, in fact, the marker material particle at least partially melts on the fly. Alternatively or in addition to the filament ( 122 ), a heated filament ( 124 ) near the substrate ( 38 ) (also in 4 shown) to have a similar effect.

Noch ein anderer Ansatz beim Unterstützen des Fixierprozesses besteht dann, das Markiermaterialpartikel durch einen starken, kollimierten Lichtstrahl, wie einen Laserstrahl, hindurchzuführen, wobei dem Partikel ausreichende Energie verliehen wird, um entwe der die zum Schmelzen des Markiermaterialpartikels benötigte kinetische Energie verringert wird oder das Partikel wenigstens teilweise fliegend zu schmelzen. Diese Ausführung wird in 37 gezeigt, wobei ein Strom (130) aus Partikeln von Markiermaterial auf seinem Weg in Richtung des Substrats (38) eine starke, kollimierte Lichtquelle (132), wie einen Laserstrahl, der durch einen Laser (134) erzeugt wird, durchläuft. Selbstverständlich kann eine andere Lichtquelle als ein Laser (134) ähnliche Ergebnisse bereitstellen.Yet another approach to assisting in the fixing process is to pass the marking material particle through a strong, collimated light beam, such as a laser beam, thereby imparting sufficient energy to the particle to reduce the kinetic energy needed to melt the marking particle particle or the particle to melt at least partially on the fly. This design is in 37 shown, with a stream ( 130 ) of particles of marking material on its way towards the substrate ( 38 ) a strong, collimated light source ( 132 ), like a laser beam emitted by a laser ( 134 ) is generated, passes through. Of course, a light source other than a laser ( 134 ) provide similar results.

Es wird angenommen, dass sich ein Partikel mit Dichte p, Masse m, Durchmesser d, Wärmekapazität C_p und Erweichungstemperatur T_s mit Geschwindigkeit v durch einen Laserstrahl mit einer Breite L₁ und einer Höhe L₂ hindurchbewegt, wie in 32 gezeigt. Die Temperaturänderung ΔT für ein solches Partikel bei einer vorgegebenen Wärmezufuhr ΔQ ergibt sich aus:

It is assumed that a particle with density p, mass m, diameter d, heat capacity C _p and softening temperature T _s moves at speed v through a laser beam having a width L ₁ and a height L ₂ , as in FIG 32 shown. The temperature change ΔT for such a particle at a given heat input ΔQ is given by:

Die Laserleistungsdichte p ergibt sich aus der Laserleistung P geteilt durch die Fläche der Ellipse als

The laser power density p is given by the laser power P divided by the area of the ellipse as

Die von dem Partikel je Zeiteinheit absorbierte Energie ergibt sich aus der Laserleistungsdichte multipliziert mit der projizierten Fläche des Partikels (πd²/4) multipliziert mit dem Absorptionsanteil α

The energy absorbed by the particle per unit of time results from the laser power density multiplied by the projected area of the particle (πd ^2/4 ) multiplied by the absorption fraction α

Die Energie, die von dem Partikel während seiner Bewegung durch den Strahl hindurch absorbiert wird, ergibt sich somit aus: Δt = L2/v

The energy absorbed by the particle as it moves through the beam thus results in: Δt = L 2 / v

Die Temperaturänderung ergibt sich somit aus:

The temperature change thus results from:

Wenn die Anfangstemperatur des Partikels T₀ ist, ergibt sich die Laserleistung, die erforderlich ist, um das Partikel über seine Glasübergangstemperatur hinaus zu erwärmen, somit aus:

If the initial temperature of the particle T is ₀ , the laser power required to heat the particle beyond its glass transition temperature is thus given by:

Als Beispiel nehmen wir die folgenden Werte an:

Tabelle 5 As an example, assume the following values:

Table 5

Entsprechend beträgt die Laserleistung, die zum Schmelzen des Markiermaterialpartikels dieses Beispiels erforderlich ist, 1,9 Watt. Dies liegt voll in dem Bereich handelsüblich erhältlicher Lasersysteme, wie fasergekoppelte Dauerstrahl-Laserdiodenanordnungen.Corresponding is the laser power used to melt the marking material particle This example requires 1.9 watts. This is fully in the range commercially available available Laser systems, such as fiber-coupled continuous-wave laser diode arrays.

38 ist eine Kurve der zum Partikelschmelzen erforderlichen Lichtquellenleistung gegenüber der Partikelgröße für verschiedene Partikelgeschwindigkeiten und zeigt an, dass fliegendes Schmelzen mit, z. B., Laserdioden für die Partikelgrößen und -geschwindigkeiten von Interesse machbar sein sollte. Der Vorteil, der durch fliegendes Schmelzen bereitgestellt wird, besteht darin, dass kein Massenmaterial erwärmt wird (weder das Massen-Markiermaterial noch das Substrat). Daher kann fliegendes Schmelzen eine breite Vielfalt von Markiermaterialzuführpaketen aufnehmen (z. B. sowohl fest montierte als auch abnehmbare Markiermaterialvorratsbehälter usw.) und kann auf Grund von niedrigem Markiermaterialwärmegehalt trotz einer relativ hohen Partikeltemperatur (d. h. geringe Thermalmasse) eine breite Vielfalt von Substraten bedienen. 38 FIG. 12 is a graph of the light source power required for particle melting versus particle size for various particle velocities, and indicates that flying fusion with, e.g. For example, laser diodes should be feasible for particle sizes and speeds of interest. The advantage provided by on-the-fly melting is that no bulk material is heated (neither the bulk marking material nor the substrate). Therefore, on-the-fly melting can accommodate a wide variety of marking material supply packages (e.g., both fixed and removable marking material reservoirs, etc.) and can service a wide variety of substrates due to low marking material heat content despite relatively high particle temperature (ie, low thermal mass).

Abschließend können je nach der bestimmten Anwendung der vorliegenden Erfindung andere Systeme zum Unterstützen des Fixierprozess eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das Treibmittel selbst erwärmt werden. Auch wenn dies unerwünscht sein kann, wenn die Wärme des Treibmittels die Markiermaterialpartikel schmilzt, da dies zu Verunreinigung und Verstopfung der Kanäle führen kann, kann den Partikeln, die sich kurz vor dem Schmelzen befinden, ausreichende Wärmeenergie verliehen werden, um die für Aufprallfixieren erforderliche kinetische Energie zu verringern. Das Substrat (oder der Substratträger, wie eine Platte) kann ausreichend erwärmt werden, um bei dem kinetischen Fixieren zu unterstützen, oder in der Tat ausreichend, um die Markiermaterialpartikel zu schmelzen. Oder das Fixieren kann an einer getrennten Station der Vorrichtung, durch Wärme, Druck oder eine Kombination der beiden, stattfinden, ähnlich wie bei dem Fixierprozess, der bei moderner Xerographieausstattung eingesetzt wird. UV-härtbare Materialien, die als Markiermaterial verwendet werden, können durch Anwendung von UV-Strahlung entweder fliegend oder an dem materialtragenden Substrat fixiert oder gehärtet werden.In conclusion, depending others according to the particular application of the present invention Systems for supporting the fixing process can be used. For example, the propellant to be heated yourself. Even if this is undesirable can be when the heat the blowing agent melts the marking material particles, as this too Contamination and blockage of the channels can cause the particles, which are about to melt, sufficient heat energy be awarded to the for Impact fixing required to reduce kinetic energy. The substrate (or the substrate carrier, such as a plate) can sufficiently heated to assist in kinetic fixation, or indeed enough to melt the marking material particles. Or the fixing may be performed at a separate station of the device Warmth, Pressure or a combination of the two, take place, much like in the fusing process used in modern xerographic equipment becomes. UV-curable Materials that are used as marking material can by Application of UV radiation either flying or on the material-bearing Substrate fixed or hardened become.

Es ist jedoch festzustellen, dass ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit zum Bereitstellen von Phasenwechsel und Fixieren auf einer Bildpunkt-für-Bild punkt-Basis ist. Das heißt, das viel von dem Stand der Technik bisher auf Flüssigphasen-Massendruckmaterial, wie Flüssigtinte oder Toner in einem Flüssigkeitsträger, beschränkt war. Daher kann die vorliegende Erfindung signifikante Auflösungsverbesserungen und Mehrfachmaterial- oder Mehrfarb-Einzeldurchgangsmarkieren auf Bildpunktebene ermöglichen.It However, it should be noted that an important aspect of the present Invention the ability for providing phase change and fixing on a pixel-by-pixel basis is. This means, much of the prior art on liquid phase bulk printing material, like liquid ink or toner in a liquid carrier. Therefore, the present invention can provide significant resolution improvements and multi-material or multi-color single-pass marking Enable pixel level.

Während des Betriebs einer Ausführung der Markiervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann Treibmittel kontinuierlich durch den Kanal/die Kanäle fließen. Dies dient mehreren Zwecken, darunter Maximieren der Geschwindigkeit, mit der das System ein Substrat markieren kann (ein konstanter Bereitschaftszustand), kontinuierliches Reinigen der Kanäle von Ansammlungen von Markiermaterial und Verhindern des Eintretens von Verunreinigungen (wie Papierfasern, Staub, Feuchtigkeit aus der Umgebungsfeuchte usw.) in die Kanäle.During the Operating an execution The marking device of the present invention may be propellant continuously flow through the channel (s). This serves several purposes including maximizing the speed at which the system enters Substrate can mark (a constant standby state), continuous Cleaning the channels of accumulations of marking material and preventing the onset from impurities (such as paper fibers, dust, moisture the ambient humidity, etc.) in the channels.

In einem Nichtbetriebszustand, wie einer Systemabschaltung, fließt kein Treibmittel durch die Kanäle hindurch. Um das Eintreten von Verunreinigungen in diesem Zustand zu verhindern, kann eine in 39 dargestellte Verschlussstruktur (146) mit einer Fläche des Druckkopfs (34), im Besonderen an Austrittsöffnungen (56), in Kontakt gebracht. Die Verschlussstruktur (146) kann eine Gummiplatte oder ein anderes Material sein, das zum undurchlässigen Abdichten des Kanals von der Umgebung fähig ist. Als Alternative kann, falls der Druckkopf (34) in dem Markiersystem beweglich ist, dieser in eine Wartungsstation innerhalb des Markiersystems, wie sie üblicherweise bei TIJ- und anderen Drucksystemen eingesetzt wird, hineinbewegt werden. Als andere Alternative kann, falls das Markiersystem dazu konstruiert ist, Blattmedien durch eine Platte, Walze oder Ähnliches getragen zu markieren, und falls zusätzlich die Platte, Walze usw. aus einem geeigneten Material, wie Gummi, ausgebildet ist, der Druckkopf (34) in Kontakt mit der Platte, Walze usw. bewegt werden, um die Kanäle abzudichten. Alternativ kann die Platte, Walze usw. in Kontakt mit dem Druckkopf (34) bewegt werden, wie in 40 dargestellt.In a non-operating state, such as a system shutdown, no propellant flows through the channels. To prevent the ingress of contaminants in this condition, an in 39 illustrated closure structure ( 146 ) with an area of the print head ( 34 ), in particular at outlet openings ( 56 ). The closure structure ( 146 ) may be a rubber plate or other material capable of imperviously sealing the channel from the environment. Alternatively, if the print head ( 34 ) is movable in the marking system, it is moved into a service station within the marking system as commonly used in TIJ and other printing systems. As another alternative, if the marking system is designed to mark sheet media carried by a platen, roller or the like and if, in addition, the platen, roller, etc. is formed of a suitable material, such as rubber, the printhead (FIG. 34 ) are moved into contact with the plate, roller, etc. to seal the channels. Alternatively, the plate, roller, etc. may be in contact with the printhead (FIG. 34 ), as in 40 shown.

Das Reinigen der Anschlüsse (42) und assoziierter Öffnungen (136) und Elektroden (142, 144) kann durch den Treibmittelfluss, der zum Einrichten des oben besprochenen Wirbelbetts verwendet wird, oder durch anderweitiges Steuern des Druckabgleichs zwischen dem Kanal und den Markiermaterialhohlräumen vollzogen werden, so dass, wenn kein Markiermaterial in den Kanal eingespritzt wird, ein Fluss von Treibmittel durch die Anschlüsse u. a. besteht.Cleaning the connections ( 42 ) and associated openings ( 136 ) and electrodes ( 142 . 144 ) can be accomplished by the propellant flow used to set up the fluidized bed discussed above or by otherwise controlling the pressure balance between the channel and the marking material cavities so that when no marking material is injected into the channel, a flow of propellant through the ports among others exists.

Eine alternative Ausführung (320) wird in 43 dargestellt. Bei der Ausführung (320) ist der Druckkopf (322) im Wesentlichen umgekehrt. Ein großer Teil der Beschreibung hierin gilt gleichfalls für diese Ausführung, außer dass ein Wirbelbett (324) durch ein geeignetes Gas, wie Treibmittel aus der Treibmittelquelle (33) unter der Steuerung des Ventils (326) oder ähnlicher Einrichtungen eingerichtet wird. Eine Aerosolregion (328) wird über dem Wirbelbett (324) eingerichtet, erneut durch das Gas oder andere Einrichtungen, die das Wirbelbett (324) erzeugen. Markiermaterial aus der Aerosolregion (328) kann dann in den Treibmittelstrom eingespeist werden.An alternative embodiment ( 320 ) is in 43 shown. In the execution ( 320 ) is the print head ( 322 ) essentially reversed. Much of the description herein also applies to this embodiment, except that a fluidized bed ( 324 ) by a suitable gas, such as blowing agent from the propellant source ( 33 ) under the control of the valve ( 326 ) or similar facilities. An aerosol region ( 328 ) is placed over the fluidized bed ( 324 ), again by the gas or other means, which 324 ) produce. Marking material from the aerosol region ( 328 ) can then be fed into the propellant stream.

Es ist nun festzustellen, dass verschiedene Ausführungen einer ballistischen Aerosolmarkiervorrichtung und Bauteile davon hierin offengelegt wurden. Diese Ausführungen umfassen Großsysteme, die integrierte Vorratsbehälter und Kompressoren zum Bereitstellen von unter Druck gesetztem Treibmittel, wiederauffüllbare oder sogar entfernte Markiermaterialvorratsbehälter, hohe Treibmittelgeschwindigkeit (selbst supersonisch) für kinetisches Fixieren umfassen können und für sehr hohen Durchsatz oder schnelles sehr großflächiges Markieren zum Markieren von einem oder mehreren einer breiten Vielfalt von Substraten konstruiert sind, bis zu Kleinsystemen (z. B. Tischgerät, Telearbeitsplatzgerät usw.) mit austauschbaren Patronen, die sowohl Markiermaterial als auch Treibmittel tragen, die zum Drucken auf Papier (farbig oder einfarbig) mit verbesserter Qualität und verbessertem Durchsatz konstruiert sind. Die Ausführungen, die hierein beschrieben werden und auf die hierin verwiesen wird, sind in der Lage, ein einzelnes Markiermaterial, ein Einschritt-Vierfarb-Markiermaterial aufzutragen, ein für das Auge ohne Hilfe nicht sichtbares Material aufzutragen, ein Vormarkierungsbehandlungsmaterial aufzutragen, ein Nachmarkierungsbehandlungsmaterial aufzutragen usw., mit der Fähigkeit, praktisch ein Markiermaterial in dem Kanal der Vorrichtung vor dem Auftragen des Markiermaterials auf ein Substrat oder auf einem Substrat ohne Neuausrichtung zu mischen.It It should now be noted that different designs of a ballistic An aerosol marking device and components thereof disclosed herein were. These designs include large systems, the integrated storage tank and compressors for providing pressurized propellant, refillable or even removed marking material reservoirs, high propellant velocity (even supersonic) for kinetic fixation may include and for very high throughput or fast, very large marking for marking constructed of one or more of a wide variety of substrates up to small systems (eg desktop device, teleworkstation, etc.) with interchangeable cartridges containing both marking material as well Wear propellant used for printing on paper (colored or monochrome) with improved quality and improved throughput. The versions, which are described herein and referred to herein are able to produce a single marking material, a one-step four-color marking material to apply one for to apply the eye invisibly unseen material, a pre-marking treatment material to apply a postmark treatment material etc., with the ability practically a marking material in the channel of the device before the Apply the marking material to a substrate or to a substrate without realignment.

Claims

Druckkopf (34), umfassend: einen Körper (24), in dem Folgendes ausgebildet ist: – ein erster Kanal (46), wobei der erste Kanal eine erste Treibmittelempfangsregion, eine erste Markiermaterialempfangsregion und eine erste Austrittsöffnung (56) aufweist; – ein erster Markiermaterialanschluss (42) in Kommunikation mit der Markiermaterialempfangsregion zum Empfangen von Markiermaterial; und – ein erster Treibmittelanschluss (44) in Kommunikation mit der Treibmittelempfangsregion zum Empfangen von Treibmittel; so dass Treibmittel, das der Treibmittelempfangsregion zugeführt wird, zum Bilden eines Treibmittelstroms, der sich durch den ersten Kanal (46) hindurch zu der Austrittsöffnung (56) und durch diese hindurch bewegt, veranlasst werden kann und Markiermaterial, das der Markiermaterialempfangsregion zugeführt wird, veranlasst werden kann, in den Treibmittelstrom einzutreten und ausreichend Energie zu erhalten, um sich dadurch zu der Austrittsöffnung (56) und durch diese hindurch zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (56) eine Breite aufweist, die größer als null Mikrometer ist, jedoch 250 Mikrometer nicht überschreitet; und dass der erste Kanal (46) des Weiteren eine konvergierende Region (48) und eine divergierende Region (50) aufweist, wobei sich die konvergierende Region (48) und die divergierende Region (50) zwischen der Treibmittelempfangsregion und der Markiermterialempfangsregion befinden, der Treibmittelstrom mit einer ersten Geschwindigkeit und einem ersten Druck in die konvergierende Region (48) eintre ten und in die divergierende Region (50) hineinfließen kann und des Weiteren das Treibmittel mit einer zweiten Geschwindigkeit und einem zweiten Druck aus der divergierenden Region austreten kann, der erste Druck größer als der zweite Druck ist und die erste Geschwindigkeit niedriger als die zweite Geschwindigkeit ist.Printhead ( 34 ), comprising: a body ( 24 ), in which: - a first channel ( 46 ), wherein the first channel comprises a first propellant receiving region, a first marking material receiving region and a first exit port ( 56 ) having; A first marking material connection ( 42 ) in communication with the marking material receiving region for receiving marking material; and - a first propellant port ( 44 in communication with the propellant receiving region for receiving propellant; such that propellant supplied to the propellant receiving region is used to form a propellant stream through the first channel ( 46 ) through to the outlet opening ( 56 ) and can be caused to move therethrough, and marking material supplied to the marking material receiving region can be caused to enter the blowing agent stream and to obtain sufficient energy to thereby reach the outlet opening (FIG. 56 ) and to move therethrough, characterized in that the outlet opening ( 56 ) has a width greater than zero microns, but does not exceed 250 microns; and that the first channel ( 46 ) further comprises a converging region ( 48 ) and a diverging region ( 50 ), wherein the converging region ( 48 ) and the diverging region ( 50 ) between the propellant receiving region and the marking material receiving region, the propellant stream having a first velocity and pressure in the converging region (US Pat. 48 ) and into the diverging region ( 50 In addition, the propellant may exit the diverging region at a second velocity and pressure, the first pressure is greater than the second pressure, and the first velocity is less than the second velocity.

Druckkopf nach Anspruch 1, wobei der erste Kanal (46) in einem Substrat (37) ausgebildet ist, das Substrat des Weiteren einen zweiten Kanal mit einer Treibmittelempfangsregion, einer Markiermaterialempfangsregion und einer Austrittsöffnung umfasst, jede Austrittsöffnung eine Breite aufweist, die größer als null Mikrometer ist, jedoch 250 Mikrometer nicht überschreitet, der Druckkopf des Weiteren eine über dem Substrat angeordnete Materialschicht umfasst, die Materialschicht mit dem ersten und einem zweiten Markiermaterialanschluss (42) ausgestattet ist, sich der zweite Markiermaterialanschluss (42) in Kommunikation mit der Markiermaterialempfangsregion des zweiten Kanals befindet, die Materialschicht des Weiteren mit dem ersten und einem zweiten Treibmittelanschluss ausgestattet ist und sich der zweite Treibmittelanschluss in Kommunikation mit der Treibmittelempfangsregion des zweiten Kanals befindet; so dass Treibmittel, das der Treibmittelempfangsregion jedes Kanals zugeführt wird, zum Bilden eines Treibmittelstroms, der sich durch jeden Kanal hindurch zu der Austrittsöffnung jedes Kanals und durch diese hindurch bewegt, veranlasst werden kann und Markiermaterial, das jeder Markiermaterialempfangsregion zugeführt wird, veranlasst werden kann, in jeden Treibmittelstrom einzutreten und ausreichend Energie zu erhalten, um sich dadurch zu jeder Austrittsöffnung und durch diese hindurch zu bewegen.Printhead according to claim 1, wherein the first channel ( 46 ) in a substrate ( 37 ), the substrate further comprises a second channel having a propellant receiving region, a marking material receiving region and an exit port, each exit orifice having a width greater than zero microns but not exceeding 250 microns, the printhead further comprising an overlying substrate Material layer comprises, the material layer with the first and a second Markiermaterialanschluss ( 42 ), the second marking material connection ( 42 the material layer is further provided with the first and second propellant ports and the second propellant port is in communication with the propellant receiving region of the second channel; such that propellant supplied to the propellant receiving region of each channel may be caused to form a propellant stream moving through each channel to and through the exit opening of each channel and to cause marking material to be supplied to each marking material receiving region, enter each propellant stream and receive enough energy to move to and through each exit port.

Druckkopf nach Anspruch 2, des Weiteren eine erste und eine zweite Elektrode (54) umfassend, wobei die erste Elektrode in der Markiermaterialempfangsregion des ersten Kanals gegenüber dem ersten Markiermaterialanschluss angeordnet ist und die zweite Elektrode in der Markiermaterialempfangsregion des zweiten Kanals gegenüber dem zweiten Markiermaterialanschluss angeordnet ist.A printhead according to claim 2, further comprising first and second electrodes ( 54 ), wherein the first electrode is disposed in the marking material receiving region of the first channel opposite to the first marking material terminal and the second electrode is disposed in the marking material receiving region of the second channel opposite to the second marking material terminal.

Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der oder jeder Kanal dazu ausgebildet ist, ein Querschnittsprofil, das aus der Gruppe bestehend aus quadratisch, rechteckig, oval, halboval, kreisförmig, halbkreisförmig und dreieckig ausgewählt ist, zu umfassen.Printhead according to one of the preceding claims, wherein the or each channel is designed to have a cross-sectional profile, from the group consisting of square, rectangular, oval, semi-oval, circular, semicircular and triangular selected is to embrace.