CN103419492B - 喷墨记录装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实现没有印字失真的可高速印字的喷墨记录装置。通过从偏转电压控制器在偏转电极(5、11)之间施加电压,在接地偏转电极(5)和高电压偏转电极(11)之间在与电极面垂直的方向上形成电场。从与偏转电极(5)的电极面垂直的方向产生电力线,垂直入射到偏转电极(11)的电极面。偏转电极(5)和(11)相互平行,因此与偏转电极面(5、11)垂直且相互平行地形成多个电力线。通过了带电电极后的液滴在形成有该偏转电场的区域内飞翔,由此带电液滴向与带电符号相反的电极(11)接近的方向偏转,着落在印字体上形成印字图案。带电量多的液滴接近正侧电极,因此为了印字大的字,将墨水入射线设定在接近接地的偏转电极(5)的面的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷墨记录装置。
背景技术
喷墨记录装置中的连续喷出型喷墨装置与家庭用或办公用打印机所使用的应要求(ondemand)喷墨装置相比,是具有高可靠性和高维护性的高稳定的液滴喷出装置。
因此,连续喷出型喷墨记录装置还能够应用于要求高可靠性、高维护性、高稳定性的需要利用液体进行功能墨水涂抹、制图的电子设备等制造装置中。
在连续喷出型喷墨记录装置中,通过泵等对积蓄在墨盒中的液体(墨水)进行加压,从微小的喷嘴连续地喷出。对此,通过压电元件等的起振使其振动,对喷出的液体施加波动,切断喷出的墨水柱,由此使墨水的微小液滴飞翔。这时,将带电电极接近地配置在切断墨水柱的液滴形成位置,对墨水的微小液滴赋予电场,由此使形成的液滴带电。
对于带电后的液滴,根据通过向配置在带电电极的下游位置的偏转电极施加电压而产生的电场的有无、其大小(电场强度),控制其飞翔的方向(偏转处理)。
该偏转处理大致分类为多偏转式和二值偏转式的2个方式。在这些任意的方式中,都控制对喷出后的液体(墨水)的带电量而用于液体的偏转,因此不需要对每滴进行液滴的喷出控制,装置的结构变得简单。另外,由于连续地进行液滴喷出,所以难以产生喷嘴堵塞,能够确保高可靠性。
但是,很多连续喷出型喷墨记录装置由于飞翔的液滴与液滴之间的间隔小,所以后续液滴与前方液滴结合(merge),或者由于库伦斥力而离散(scattering),在印字中产生误差(失真),因此采取向印字用的带电液滴与带电液滴之间插入无带电的虚设(dummy)液滴的对策,存在印字速度慢的问题。
说明怎样决定液滴间隔。理论上已知为了使喷出液体柱(半径a)分裂为相同直径的液滴,在与励振的波数k之间存在k×a=1/(2)1/2那样的关系时,最适合地进行分裂。根据他和分裂的墨水柱和液滴体积之间的关系,液滴间隔L和液滴直径d之间的关系为L=2.36d,如果决定了液滴d,则大致决定了液滴间隔L。
另外,已知一般如果在飞行的先头颗粒(直径d)的后面的接近距离6d以内有其他颗粒飞行,则后续颗粒的空气阻力(抗力)降低到60~80%。因此,在连续喷出型喷墨记录装置中,后续液滴追随先头液滴而结合或离散,出现印字产生失真的问题。
因此,在专利文献1所记载的技术中,构成为使接地侧的偏转电极相对于正侧的偏转电极向墨水液滴进入入口方向平行伸展,加宽带电液滴间隔。
另外,在专利文献2所记载的技术中,构成为倾斜地配置正侧的偏转电极。
另外,在专利文献3所记载的技术中,构成为沿着墨水液滴的偏转而倾斜地形成偏转电极的下游侧。
专利文献1:日本特开昭61-120766号公报
专利文献2:日本特开平04-292951号公报
专利文献3:日本特开2002-264339号公报
但是,在专利文献1中,电场(电力线)相对于墨水液滴的前进方向倾斜,但电力线垂直地入射到电极,因此,理论上不会成为这样的电场分布。通常在连续喷出型喷墨记录装置中,使液滴带负电,使墨水与接地电极接近地入射,根据带电量使其向正电极偏转。因此,在接地电极的附近,电力线垂直地入射电极,因此,几乎无法得到电场产生的前进方向加速效果。
另外,在上述专利文献2所记载的偏转电极构造中,与墨水液滴入射线接近的负极侧(或接地)的偏转电极面与墨水液滴入射线平行,因此,由于没有向前进方向的电场成分,所以存在几乎无法得到在前进方向上加速的效果的问题。
另外,在上述专利文献3所记载的偏转电极构造中,向墨水入射线方向的电场相反作为制动而起作用,存在没有向前进方向加速的效果的问题。
发明内容
本发明的目的在于:实现一种没有印字失真的能够进行高速印字的喷墨记录装置和方法。
为了达到上述目的,本发明如下这样构成。
在喷墨记录装置和方法中,从喷头喷射墨水液滴,从偏转电压控制器产生与记录信息对应的记录信号,通过带电电压控制器,根据上述记录信号使墨水液滴带电,带电的墨水液滴入射到相互相反的第一偏转电极和第二偏转电极之间,相对于与上述墨水液滴向上述第一偏转电极和第二偏转电极之间的液滴入射方向的延长线垂直的线,形成向上述墨水液滴的前进方向倾斜的电力线,使上述带电的墨水液滴的飞翔方向偏转,向在与偏转方向大致垂直的方向上移动的记录对象物记录文字等。
根据本发明,本发明的目的能够实现没有印字失真的能够进行高速印字的喷墨记录装置和方法。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的连续喷出型喷墨记录装置的主要部分结构图。
图2是与本发明不同的例子,是用于与本发明进行比较的主要部分结构图。
图3是本发明的第二实施例的连续喷出型喷墨记录装置的主要部分结构图。
图4是本发明的第三实施例的连续喷出型喷墨记录装置的主要部分结构图。
图5是本发明的第四实施例的连续喷出型喷墨记录装置的主要部分结构图。
图6是本发明的第五实施例的连续喷出型喷墨记录装置的主要部分结构图。
图7是应用本发明的喷墨记录装置的整体概要结构图。
具体实施方式
下面,参照附图详细说明本发明的实施方式。
实施例
首先,说明应用本发明的喷墨记录装置的整体结构。
图7是应用本发明的喷墨记录装置的整体概要结构图。在图7中,喷墨记录装置具备喷墨驱动部、墨水浓度控制部、记录介质输送控制部。
喷墨驱动部具备:喷墨头32;液体贮存槽43;向喷墨头32内的压电元件供给交流电压的交流电源47;向对各液滴施加带电电荷的带电电极和使液滴偏转的偏转电极供给电压的控制电压电源33;向喷墨头32进行液滴的供给和回收的泵46、36;以及控制各部的动作的主控制装置37。
另外,墨水浓度控制部用于调整向喷墨头32供给的液体贮存槽43内的液体的浓度。具体地说,具备:作为测定液体贮存槽43内的液滴浓度的单元的浓度测定器40;贮存为了稀释液体贮存槽43内的液体而使用的液体溶剂的溶剂贮存槽41;将溶剂贮存槽41内的溶剂供给喷墨驱动部的液滴贮存槽43的泵42;用于对它们进行控制的墨水浓度控制装置39。
另外,记录介质输送控制部由记录介质的输送机构45和输送控制装置44构成。
另外,在上述结构中,喷墨驱动部的主控制装置37如果从外部接收到所记录的图案数据(未图示),则控制液体供给/回收泵46、36、压电元件驱动交流电源47、供给带电电压/偏转电压的控制电压电源33,由此依照所记录的图案数据,向带电电极部(在此没有图示)输出带电电极信号电压,向偏转电极(在此没有图示)输出偏转电极信号电压。由此,控制液体(墨水)的喷出。
另外,喷墨驱动部的主控制装置37通过与记录介质输送控制部的输送控制装置44进行通信,来进行印字体16的处理。进而,喷墨驱动部的主控制装置37与墨水浓度控制部的墨水浓度控制装置39进行通信,确认液体贮存槽43内的液体浓度是预定的浓度,并且进行控制使得向喷墨头32供给预定浓度的液体。
但是,在喷墨头32内,也可以构成为在墨水形成区域设置液滴形状观测装置49,将由此得到的信息反馈到主控制装置37,将根据该反馈的信息计算出的适当输入值输入到压电元件,由此针对均匀的墨水的喷出谋求其稳定性。
(第一实施例)
以下所述的本发明的实施例是应用于图7所示的喷墨记录装置中的连续喷出型喷墨记录装置的情况的例子。
说明本发明的第一实施例的连续喷出型喷墨记录装置(或连续式喷墨装置)中的特别是喷墨头的带电电极和偏转电极结构的概要构造。
图1是本发明的第一实施例的主要部分概要结构图,表示图7的喷墨头32的内部结构。
在图1中,本发明的连续喷出型喷墨记录装置的喷墨头具备:喷出液滴的喷头2;用于使所形成的液滴分别带电的带电电极3、8;用于通过电场使带电的液滴偏转的一对偏转电极5、11;为了再利用在印字时没有使用的液滴而回收该液滴的沟槽13。
偏转电极5相对于墨水入射线1’倾斜角度θ使得向墨水液滴的前进方向扩展。偏转电极5、11被设置为相互具备平行的相对面。
图2是与本发明不同的例子(现有例子),是表示用于与本发明进行比较的比较例子的图。如图2的比较例子所示那样,偏转电极5、11在墨水输入侧与墨水入射线1’平行地设置,在墨水喷出侧,偏转电极11向与偏转电极5的间隔大的方向倾斜。
在图1所示的结构中,从喷头2的喷嘴喷出的液柱7通过从喷头2中的墨水室1的上部赋予的振动被切断,如图示那样,形成液滴串。在此,喷头2的框体整体成为接地状态。另外,所形成的液滴形成在带电电极基板4、9上,通过以与液滴的飞翔方向平行的方式接近地配置的带电电极3、8而带电。
在此,构成为带电电极3、8以任意的定时通过带电电压控制器14而向液滴投入(施加)任意的电压,由此能够与目标的印字形态对应地使各个液滴带电。
另外,这时液柱7的切断点(通过该液柱的切断形成液滴)位于与液滴串对应地设置的带电电极3、8上。另外,理想的是带电电极3、8被配置为使得液滴串通过其宽度方向(与图的纸面垂直的方向)上的中心附近。
在此,在带电过程的墨水飞翔方向的下部(上述带电电极3、8的下方),设置有用于通过电场形成使带电液滴12向任意方向偏转的偏转电场的所谓的偏转电极。这些偏转电极由接地偏转电极5(第一偏转电极)和高电压偏转电极11(第二偏转电极)构成,并且以它们相互平行相对的形式配置。
即,在偏转电极5、11之间从偏转电压控制器15施加电压,由此在接地偏转电极5和高电压偏转电极11之间在与电极面垂直的方向上形成电场。特别在使墨水液滴带负电的情况下,高电压偏转电极11带正的电压。因此,从与偏转电极5的电极面垂直的方向产生电力线,垂直地入射到偏转电极11的电极面。偏转电极5和11相互平行,因此多个电力线与偏转电极5、11垂直,形成为相互平行。
通过了带电电极3、8后的液滴(包含带电的液滴和不带电的液滴)在形成有该偏转电场的区域内飞翔,由此带电液滴12由于偏转电场的影响,向与带电符号相反的电极11接近的方向偏转,着落在印字体16上而形成印字图案。带电量多的液滴接近正侧电极,因此为了印字大的字,将墨水入射线1’设定在接近接地的偏转电极5的面的位置。
这时,在本发明的第一实施例中,偏转电极5、11所形成的偏转电场E和墨水液滴入射线1’不垂直,因此根据液滴带电量q、电场E、墨水入射线1’与偏转电极5所成的角度θ,对带电液滴,在墨水入射线1’的方向施加q×E×sin(θ)的力,在与墨水入射线1’垂直的方向施加q×E×cos(θ)的力,而加速。另外,形成在偏转电极5和11之间的电力线相对于与墨水液滴入射线1’垂直的直线成-θ的角度地从偏转电极11向偏转电极5前进。
如果设液滴的质量为m,则对带电液滴施加的向墨水入射线1’方向的加速度是q×(E/m)sin(θ),向图1的下方向施加力。
与此相对,在作为比较例子的图2所示的例子中,θ=0度,因此在墨水入射线方向(图1的下方向)上施加的力为0。因此,在先头飞行的液滴由于空气阻力而减速,但后续液滴位于先头液滴的阴影(后流)中,空气阻力弱而减速慢。因此,存在以下的问题,即液滴间距离减小,后续液滴追上先头液滴而结合(merge),或者由于库伦斥力而离散(scattering),产生印字失真。
在图1所示的本发明的第一实施例中,带电液滴在墨水入射线1’方向加速,因此液滴间距离不减小,或者由于抑制为最小而不产生合并、离散。在无带电液滴在带电的开头液滴的后方飞行的情况下,只是这样就充分了。另外,无带电液滴6通过沟槽13回收。
另外,在分别具有带电量q1、q2的2个液滴连续飞行的情况下,分别在墨水入射线1’方向上施加q1×(E/m)sin(θ)、q2×(E/m)sin(θ)的加速度,因此如果通过带电电压控制器14控制为使带电量成为q≥q2,则后续的带电液滴不会追上前方的带电液滴。
在2个以上的情况下也一样,在n个带电液滴的情况下,可以设为q1≥q2≥q3≥……≥qn。这相当于在印字体上按照从偏转量大的点1到小的点n的顺序在印字体16上印字。
根据电场、液滴的带电量和质量,调整设计墨水入射线1’和偏转电极5的角度θ。在一般的印字记录中使用的装置中,理想的是1度~20度(更理想的是1~5度)。作为电极5、11的长度尺寸,例如理想的是27.5mm左右。另外,电极5和11相互之间的间隔理想的是约3mm左右。另外,在图1的例子中,将图的左侧记载为接地偏转电极5,将右侧记载为高电压偏转电极11,但向这些偏转电极施加的电压也可以与之相反,而将偏转电极11接地,将偏转电极5设为负电压。另外,在使墨水液滴带正电的情况下,偏转电极的电压当然是正负相反的。
另外,当然也可以设定墨水入射线1’相对于偏转电极5的角度,使得液滴越是向前进方向前进,则与墨水入射线1’的间隔越宽。
另外,在带电电极3、8和偏转电极5、11之间,以屏蔽来自高电压偏转电极11的电场的影响为目的,设置有电场屏蔽构件10。该电场屏蔽构件10由导电性的构件构成,该电场屏蔽构件10也如图1所示那样,理想的是成为接地状态,使得高电压产生的电场不影响到带电电极3、8及其周围。
通过这样构成,带电液滴之间的距离变短,因此,印字失真小,不需要向带电液滴之间插入无用的无带电液滴,因此具有能够进行高速的印字的效果。具体地说,与在印字用的带电液滴和带电液滴之间插入无用的无带电液滴的现有的情况相比,具有能够得到2倍的印字速度的效果。
如以上那样,根据本发明的第一实施方式,能够实现没有印字失真的能够进行高速印字的喷墨记录装置。
(第二实施例)
接着,说明本发明的第二实施例。
图3是本发明的第二实施例的主要部分结构图。图3没有表示的其他结构具有与图1的例子相同的结构。
在图3中,构成为偏转电极5由与墨水入射线1’成角度θ的部分5’(倾斜电极面)和平行的部分5”(平行电极面)构成,偏转电极11由与偏转电极5’平行的部分11’(第一倾斜电极面)和以从墨水入射线1’离开的方式倾斜的部分11”(第二倾斜电极面)构成。通过这样构成,带电液滴12不与偏转电极11”冲突,具有能够提高印字的高度(能够形成更大的字)的效果。
另外,偏转电极11”也可以与墨水入射线1’成0度角度、即平行。另外,理想的是部分5”的长度尺寸为部分5’的长度尺寸的二分之一以下的尺寸。同样,理想的是部分11”的长度尺寸为部分11’的长度尺寸的二分之一以下。
根据本发明的第二实施例,除了能够得到与第一实施例相同的效果以外,还能够形成更大的字。
(第三实施例)
接着,说明本发明的第三实施例。
图4是本发明的第三实施例的主要部分结构图。图4没有表示的其他结构具有与图1的例子相同的结构。
在图4中,偏转电极5由与墨水入射线1’成角度θ的部分5’(第一倾斜电极面)和与墨水入射线接近的部分5”(以与墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变小的方式倾斜的第二倾斜电极面)构成。另外,构成为偏转电极11由与偏转电极5’平行的部分11’(第一倾斜电极面)和以从墨水入射线1’离开的方式倾斜的部分11”(第二倾斜电极面)构成。理想的是构成为部分5”与部分11”相互平行。另外,理想的是部分5”的长度尺寸为部分5’的长度尺寸的二分之一以下的尺寸。同样,理想的是部分11”的长度尺寸为部分11’的长度尺寸的二分之一以下。
通过这样构成,偏转电极5”与偏转电极11”之间的电场并不比与部分5’平行的部分11’之间的电场弱,因此,能够使印字的偏转宽度大,具有能够缩短从偏转电极5和11到印字体16的距离的效果。
根据本发明的第三实施例,除了能够得到与第一实施例相同的效果以外,还能够缩短从偏转电极5和11到印字体16的距离,能够使连续喷出型喷墨记录装置小型化。
(第四实施例)
接着,说明本发明的第四实施例。
图5是本发明的第四实施例的主要部分结构图。图5中没有表示的其他结构具有与图1的例子相同的结构。
在图5中,构成为偏转电极5由与墨水入射线1’成角度θ的部分5’(倾斜电极面)和与墨水入射线1’平行的部分5”(平行电极面)构成,偏转电极11由与墨水入射线1’平行的部分11’(平行电极面)和以从墨水入射线1’离开的方式倾斜的部分11”(倾斜电极面)构成。另外,偏转电极11”也可以与墨水入射线1’成0度角度、即平行。另外,理想的是部分5”的长度尺寸为部分5’的长度尺寸的二分之一以下的尺寸。同样,理想的是部分11”的长度尺寸也为部分11’的长度尺寸的二分之一以下。
通过这样构成,偏转电极11’和偏转电极11”的接合部分从偏转电极5’离开,因此具有能够提高印字的高度的效果。
根据本发明的第四实施例,除了能够得到与第一实施例相同的效果以外,还能够形成更大的字。
(第五实施例)
接着,说明本发明的第五实施例。
图6是本发明的第五实施例的主要部分结构图。图6中没有表示的其他结构具有与图1的例子相同的结构。
在图6中,在偏转电极11的弯曲部、即偏转电极11’和11”的接合部,用电介体17覆盖与偏转电极5相对的面。其他结构与图5所示的例子相同。
电介体17也可以覆盖偏转电极11与偏转电极5相对的很多部分。该电介体17例如可以由丙烯酸树脂、PET、PEN等具有透明性的树脂、或玻璃等具有透明性的无机材料等透明的电介体形成。通过这样构成,具有防止在偏转电极11的折曲部产生异常放电的效果。
根据本发明的第五实施例,除了能够得到与第四实施例相同的效果以外,还具有防止在偏转电极11的折曲部产生异常放电的效果。
另外,电介体17也可以形成在上述第二~第四实施例中的偏转电极11的11’和11”的接合部分。
如以上那样,根据详细说明的以从墨水入射线向前进方向变宽的方式使偏转电极倾斜的连续喷出型喷墨记录装置和方法,带电液滴之间的距离不变短,因此印字失真小,不需要向带电液滴之间插入无用的无带电液滴,因此具有能够高精度、快速地进行印字的效果。
附图标记说明
1:墨水室;1’:墨水入射线;2:喷头;3、8:带电电极;4、9:带电电极基板;5、5’、5”、11、11’、11”:接地偏转电极;6:液滴(无带电);7:液柱;10:电场屏蔽构件;12:液滴(带电);13:沟槽;15:偏转电压控制器;16:印字体;17:电介体。
Claims (9)
1.一种喷墨记录装置,其特征在于,
具备:
喷射墨水液滴的喷头;
产生与记录信息对应的记录信号的偏转电压控制器;
根据上述记录信号使墨水液滴带电的带电电压控制器;
偏转电极,其具有相互对置的第一偏转电极和第二偏转电极,带电的墨水液滴入射到这些第一偏转电极和第二偏转电极之间,第一偏转电极具有与上述带电的墨水液滴的电极性相同的极性,相对于上述墨水液滴向上述第一偏转电极和第二偏转电极之间的墨水液滴入射方向的延长线,上述第一偏转电极的至少一部分倾斜使得与该延长线的间隔逐渐变大,上述第二偏转电极具有与带电的墨水液滴的电极性相反的极性,并且在与上述倾斜的第一偏转电极的部分相对的范围内具有与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔不变宽的面,使上述带电的墨水液滴的飞翔方向偏转,其中,
在与偏转方向大致垂直的方向上移动的记录对象物上记录文字。
2.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其特征在于,
上述第一偏转电极的电极面的整个面倾斜使得与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大,上述第二偏转电极的电极面与上述第一偏转电极的电极面平行。
3.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其特征在于,
上述第一偏转电极具有以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的倾斜电极面、与上述墨水液滴入射方向的延长线平行的平行电极面,
上述第二偏转电极具有与上述第一偏转电极的上述倾斜电极面平行的第一倾斜电极面、以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的第二倾斜电极面。
4.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其特征在于,
上述第一偏转电极具有以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的第一倾斜电极面、以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变小的方式倾斜的第二倾斜电极面,
上述第二偏转电极具有与上述第一偏转电极的上述倾斜电极面平行的第一倾斜电极面、以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的第二倾斜电极面。
5.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其特征在于,
上述第一偏转电极具有以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的倾斜电极面、与上述墨水液滴入射方向的延长线平行的平行电极面,
上述第二偏转电极具有与上述墨水液滴入射方向的延长线平行的平行电极面、以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的倾斜电极面。
6.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其特征在于,
上述第一偏转电极具有以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的倾斜电极面、与上述墨水液滴入射方向的延长线平行的平行电极面,
上述第二偏转电极具有与上述墨水液滴入射方向的延长线平行的平行电极面、以与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔逐渐变大的方式倾斜的倾斜电极面,
具备:覆盖上述第二偏转电极的上述平行电极面和上述倾斜电极面的至少接合面的电介体。
7.根据权利要求3所述的喷墨记录装置,其特征在于,
具备:覆盖上述第二偏转电极的上述第一倾斜电极面和上述第二倾斜电极面的至少接合面的电介体。
8.根据权利要求4所述的喷墨记录装置,其特征在于,
具备:覆盖上述第二偏转电极的上述第一倾斜电极面和上述第二倾斜电极面的至少接合面的电介体。
9.一种喷墨记录方法,其特征在于,
从喷头喷射墨水液滴;
从偏转电压控制器产生与记录信息对应的记录信号;
通过带电电压控制器根据上述记录信号使墨水液滴带电;
带电的墨水液滴入射到相互相对的第一偏转电极和第二偏转电极之间,相对于与上述墨水液滴向上述第一偏转电极和第二偏转电极之间的墨水液滴入射方向的延长线正交的线,形成向上述墨水液滴的前进方向上倾斜的电力线,使上述带电的墨水液滴的飞翔方向偏转;其中,相对于上述墨水液滴向上述第一偏转电极和第二偏转电极之间的墨水液滴入射方向的延长线,上述第一偏转电极的至少一部分倾斜使得与该延长线的间隔逐渐变大,上述第二偏转电极在与上述倾斜的第一偏转电极的部分相对的范围内具有与上述墨水液滴入射方向的延长线的间隔不变宽的面,
在与偏转方向大致垂直的方向上移动的记录对象物上记录文字。
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