CS203902B2 - System for record by the ink ray - Google Patents

Description

Vynález se týká · soustavy pro záznam paprskem inkoustu s alespoň jednou tryskou alespoň jednoho inkoustového paprsku a s elektrickými pomůckami pro rozrušování paprsku do oddělených kapek.

U dřívějších soustav se odchylování proudu inkoustového paprsku provádělo' řízením elektrostatického a elektromagnetického odchylování. Kromě toho bylo prováděno· aerodynamické přepínání měněním stimulační energie v kombinaci s úpravou příčného proudu vzduchu, jak je popsáno v USA pat. spisu č. 3 709 432, podle něhož je proud kapaliny odchylován do zrychlovacího ústrojí, avšak oddělené kapičky se odchýlí · méně a dospějí na terč. Elektromagnetické a elektrostatické vychylovací zařízení vyžaduje kromě pomůcek pro vybuzování nebo tvoření kapiček zvláštní zařízení pro odchylování za otvorem, jako jsou magnetické cívky nebo vychylovací desky, jakož i zdroj energie. Kromě toho magnetické odchylovací pomůcky dávají poměrně malé změny vychylovacího úhlu.

Použití proměnlivého buzení ve spojení s příčným proudem vzduchu, jak je to znázorněno v USA pat. spisu č. 3 709 432, vyžaduje zvláštního· zdroje pneumatického tlaku a vytváří celý řetězec kapiček probíhajících za vzduchovou štěrbinu, takže tu ne2 ní žádný podnět, aby byly vybírány jednotlivé kapky na zásadě jedna ku jedné. Proud teček je spíše buď přítomen nebo^ · neexistuje.

Účelem vynálezu je především · vytvořit novou techniku pro· volbu kapek kapaliny za účelem přesouvání drah kapaliny na odlišné dráhy.

Kromě toho má být dosaženo.. . toho, aby každá druhá kapka byla posílána · podél oddělené dráhy, aniž by na soustavu působila přídavná vychylovací síla jiná než je buzení tvoření kapek.

Vynález záleží v tom, že za otvorem trysky je upraven vypouklý přepad pro vychytávání kapek, jehož vrchol je vůči středu paprsku upraven ve vzdálenosti rovné dvěma třetinám průměru nerozrušeného paprsku, přičemž přepad je za otvorem trysky ve vzdálenosti

L = f .A (ln -^-) . g, kde f je kmitočet modulovaného napětí připojeného na elektrické pomůcky pro rozrušení paprsku, a je amplituda tohoto napětí A je vzdálenost . mezi za sebou jdoucími kapkami, D je průměr nerozrušeného paprsku a . g je činitel úměrnosti, závisející na povrchovém napětí použitého · inkoustu.

Podle výhodného provedení vynálezu · je vrchol přepadu upraven napříč vůči dráze paprsku, vzdálenost mezi vrcholem a středem paprsku je rovna součinu 0,13 X průměr kapky a vzdálenost vrcholu přepadu od trysky je v rozmezí 1 až 4 mm.

Vynález bude popsán na příkladu provedení v souvislosti s výkresy, kde značí obr. 1 částečně schematický pohled v řezu na soustavu vrhající paprsek inkoustu podle vynálezu, obr. 2 tvar vlny napěťových signálů připojených na budicí elektrodu inkoustové trysky, obr. ЗА а 3B v pohledu se strany profil inkoustových kapek v odezvu na různé budicí úrovně napětí připojeného na inkoustovou trysku, když se vytvářejí kapky inkoustu a míjí přepad odchylující inkoust a obr. 4 v nárysu trysky pro vystřikování inkoustu, a to podle čáry 4—4 v obr. 1.

Soustava vrhající paprsek Inkoustu, znázorněná v obr. 1, obsahuje čerpadlo 10 s proměnlivým výkonem a s regulovaným tlakem, které je s výhodou provedeno z nerezové oceli a dodává inkoust do rozvodu 11 rovněž z nerezové oceli, který je připojen к inkoustové trysce 12, sestávající z bloku 13, který je s výhodou z křemene a je připevněn к rozvodu 11. Otvor 14 o průměru přibližně 0,05 mm se vytvoří v bloku 13 frézováním pomocí elektronového svazku.

Otvor 14 je dlouhý asi 1,2 mm a prochází blokem 13. Otvor 14 je spojen s rozvodem 11 kanálem 15. Čerpadlo 10 dodává Inkoust pod tlakem z nádržky 16 do rozvodu 11 otvorem 14 na tlakové úrovni 0,35 MPa až 0,17 MPa, takže z otvoru 14 se vystřikuje spojitý proud 18 inkoustu. Tlak v rozvodu 11 je regulován tlakovým vzduchem a tlakovým čidlem 25, které řídí čerpadlo 10 přes vedení 26.

V obr. 4 je znázorněno několik otvorů 14 rovnoběžně uspořádaných s elektrodami 19 plošného obvodu kolem nich vytvořených a spojených š řídícími vodiči 20 za účelem připojení na řídicí obvody 21, které vytvářejí stejnosměrné napětí asi 180 voltů a řadu impulsů znázorněných v obr. 2, o amplitudě 10 až 20 voltů, což vytváří vyšší impulsy Al sloužící pro zamezení tisku a nižší impulsy A2 sloužící pro vyvolávání tisku. Účinek, kterým tyto impulsy působí na Inkoustový proud, záleží v tom, že proud inkoustové trysky je rozviřován modulováním vlnové obálky inkoustu. Poměrně vysoká napětí způsobí, že inkoustový proud vytvoří kapky 24 s poměrně velkým průměrem napříč к ose otvoru 14 inkoustové trysky. Přepad 22 s vypouklým povrchem je umístěn tak, že na svém vrcholu 23 zachycuje ve směru nepatrně větším než tečném dráhu kapek 24 vybuzených vyššími impulsy Al. Avšak vrchol 23 je oddálen od dráhy kapek 32 vybuzených nižšími impulsy A2. Větší kapky 24 narážejí tak na povrch vypouklého přepadu 22, který je zakřiven takovým způsobem, že kapky se přichylují к povrchu v souhla su s Coandovým efektem, jak je znázorněno v obr. ЗА. Části takových kapek 24 vybuzených vyššími impulsy Al se od stěny oddělují, avšak jejich dráha je odchýlena na nižší úhel v dostatečném stupni, takže narazí na desku 30 a padají zpět do žlabu 31, přičemž odtékají výpustní 27 do drenáže 28, která vede zpět к nádržce 16. Deska nebo přepážka 30 zabraňuje vychýlenému inkoustu v dopadu na papír 29.

Obr. 2 znázorňuje řadu vyšších impulsů Al a nižších impulsů A2 z řídicích obvodů 21, které mají hodnotu o 20, popř. o 10 voltů vyšší než je stejnosměrné předpětí 180 voltů připojené к řídicímu vodiči 20. Vyšší impulsy Al vyvolávají větší rozruchy inkoustového paprsku 18, jak je znázorněno v obr. ЗА, v kterémžto případě je vnější amplituda vlnové obálky větší a odpadání kapek 24 z celistvého proudu nastává dříve než pro kapky 32 vytvořené nižšími Impulsy A2 na obr. 2. Z obr. ЗА je patrno, že kapky 32 vytvořené nižšími impulsy A2 těsně pod vrcholem 23 přepadu 22 právě jen opouštějí tento povrch, aniž by se ho dotkly, a podobně jako ostatní kapky 32 přecházejí přes přepážku 30 a zasáhnou terč 29. Kapky 24 vybuzené vyššími impulsy Al za vrcholem 23 přepadu 22 mají stále nižší polohu, a to v prostoru vymezeném přímkou svírající úhel Θ vůči dráze kapek 32 vybuzených nižšími impulsy A2 směrem к terči, přičemž části kapek se drží čáry svírající tento úhel Θ a části se drží zakřiveného povrchu přepadu 22 ve funkci jeho zakřivení, kinetické energie obsažené v kapkách a sil povrchového napětí uvnitř kapek.

Vrchol 23 je s výhodou oddálen v rozmezí od 1,0 až 4 mm, například 2 mm od trysky na vrcholu 23, který má poloměr zakřivení 1 mm. Úhel 0 se zvolí 7° až 8°. Rychlost paprsku je 18 m/s. Avšak umístění vrcholu 23 je funkcí rychlosti paprsku, buzení a průměru trysky, což určuje vzdálenost, ve které se paprsek rozpadá do kapek.

Je také možné sledovat údobí oddělování kapek za přepážkou 30 za pomoci elektrostatické nebo magnetické vychylovací jednotky, provádějící rastrové snímání.

Inkoust může obsahovat elektrolyt, například HC1, ačkoliv je výhodnější, aby buzení bylo prováděno elektrostatickými silami bez průchodu proudu mezi elektrodami 19 a paprskem 18 inkoustu. Zakřivený povrch může sestávat z křemene nebo mosazi, hliníku, teflonu nebo z průlinčitého materiálu čerpaného směrem dolů čerpacím ústrojím do potrubí 28 za účelem filtrace.

Periodické rozrušování válcového paprsku kapaliny způsobí, že se tento paprsek rozpadá do kapiček rovnoměrné velikosti a vzdálenosti, jak je znázorněno v obr. ЗА. Frekvence f rozruchu, rychlost v paprsku a odstup λ kapek jsou ve vztahu v = fA s

Vzdálenost L, ve které se kapky oddělují, závisí na amplitudě a rozruchu. Z jednoduché teorie vytváření kapek se zjistí, že rozruch s časem exponenciálně vzrůstá současně s rychlostí g růstu, která závisí na povrchovém napětí kapaliny. Vzdálenost oddělování kapek je tedy dána vztahem г П ^D Ί ^{L = v(ln}^r^]g’ (2) kde D/2 je poloměr paprsku. Nejméně stabilní vid paprsku odpovídá vzdálenosti λ kapek mající hodnotu 4½ průměru paprsku, nebo, použije-li se vztahu (1), odpovídá frekvenci vzruchu

Při této frekvenci lze snadno zjistit, že poměr průměru nerozpustného paprsku к průměru d jedné kapky je přibližně У2 a tedy —= 2 (při optimální frekvenci).

(4)

Při pevné amplitudě rozruchu existuje část konvexní tečné křivky к modulovanému paprsku, která exponenciálně vzrůstá co do amplitudy až do vzdálenosti L, a měněním amplitudy modulace může být bod oddělování kapek posouván mezi hranicemi tohoto exponenciálního vzestupu. Shora uvedené vlastnosti kapilárních paprsků jsou známy a dají se snadno dokázat.

Méně známá, avšak stejně prokazatelná je skutečnost, že narazí-li kapilární paprsek nebo kapka na vypouklý pevný přepad 22, jak je znázorněno na obr. 1 a 3, kde vrchol 23 je od středu paprsku 18 nebo kapky upraven ve vzdálenosti b, zvané zachycovací parametr, pak se zploští a přilne к povrchu 22 za předpokladu, že poloměr zakřiveného přepadu, průměr paprsku 18, popřípadě kapky, a rychlost kapky nebo paprsku jsou vhodně zvoleny. Obvykle postačí vzdálenost b, zvaná zachycovací parametr, ve velikosti asi jedna třetina průměru kapky nebo paparsku, čili dvě třetiny příslušného poloměru, aby se dosáhlo zachycení kapky vhodnou vypouklou cílovou plochou.

Je v přilnutí a zachycení kapilární kapky nebo paprsku, jak byl shora popsán, může být využit к zachycení selektivně vychýlených kapek z paprsku podrobenému rozruchům o pevném kmitočtu a amplitudě, jak zakresleno v obr. 1.

Hodnota výchylky, jež je potřebná pro zachycení kapky těmito prostředky je asi 1/10 hodnoty vyžadované při užití obvyklých pomůcek například elektrostatického vychylování. V těchto případech odpovídající zachycovací parametr totiž vzdálenost b, musí být roven průměru jedné kapky s přičtením příslušné mezery.

Vynálezem jsou dány dvě možnosti zachycování kapilárních kapek, přičemž tyto možnosti nevyžadují žádné selektivní odchylky. První možnost je frekvenční modulace rozruchu a a druhá možnost je amplitudová modulace.

Příklad 1

Frekvenční modulace

Změní-li se kmitočet rozruchu činitelem a rychlost je udržována konstantní, pak průměry výsledných kapek jsou v poměru fi^ o ^dl ₌ ¹ f2 d2 зуг' nebo d2—di = (3V2—ljdi, = 0,26 di.

Jestliže tedy je terč umístěn vůči trysce v nějaké vzdálenosti delší než je vzdálenost L oddělování kapek a v takové, že menší (vysokofrekvenční) kapky minou terč a nezachytí se, budou mít větší (nízkofrekvenční) kapky zachycovací parametr čili vzdálenost b přibližně 0,13 di. Tímto postupem lze postupně odvést dvě nebo více kapek z rovnoměrného proudu kapek menší velikosti. Tisk podle tohoto schématu se dosáhne výstřižky odpovídajícími odstranění sudého počtu kapek.

Příklad 2

Amplitudová modulace

Výhodným způsobem zachycování dílčího sledu rovnoměrného proudu kapek je modulace amplitudy vzruchu paprsku. Při zachycování kapek bez jakéhokoliv selektivního odchylování se v tomto případě postupuje následovně: zvolí se dvě úrovně amplitudy rozruchu. Každé úrovni odpovídá vzdálenost oddělování kapek, třeba Li a L2. Ve vzdálenosti Li < L < L2 od trysky se umístí vypouklý terč, takže při menší amplitudě spojitá část paprsku právě mine terč nebo má nepatrně negativní nárazový parametr čili vzdálenost b, jako v obr. 3B. Při větší amplitudě rozruchu leží bod oddělení kapky mezi tryskou a terčem jako v obr. ЗА. Protože poměr průměru kapky к průměru paprsku je při optimální frekvenci přibližně 2, lze vhodným umístěním terče dosáhnout rozdílu zachycovacích parametrů v hodnotě přibližné poloměru jedné kapky.

Výhody tohoto postupu rozdělování kapek jsou:

a) není zapotřebí žádných elektrostatických polí, elektrod nebo jiných vychylovacích pomůcek,

b) dosah od trysky к papíru může být ma- lý, například 6 mm, čímž se prakticky eliminují aerodynamické chyby v přesnosti umístění,

c) jediný potřebný elektronický obvod je obvod generátoru pro vytváření kapky,

d) jediná rozhodující vlastnost kapaliny vyskytující se v postupu je její povrchové napětí a ani to nemusí být řízeno příliš přesně.

Tiskací ústrojí s mnoha tryskami pracující na uvedené zásadě musí mít odděleně adresovatelné generátory kapek, aby amplituda každého rozruchu mohla být odděleně řízena.

Claims (2)

1. předmět vynalezu

   1. Soustava pro záznam paprskem inkoustu s alespoň jednou tryskou alespoň jednoho inkoustového paprsku a s elektrickými pomůckami pro rozrušování paprsku do oddělených kapek, vyznačující se tím, že za otvorem trysky (14) je upraven vypouklý přepad (22) pro vychylování kapek, jehož vrchol (23) je vůči středu paprsku (18) upraven ve vzdálenosti (b) ' rovné dvěma třetinám poloměru, čili jedné třetině průměru nerozrušeného paprsku (18), přičemž přepad (22) je za otvorem trysky (14) ve vzdálenosti

   L = f .Л (1п-П_) . g, kde f je kmitočet modulovaného· napětí připojeného na elektrické pomůcky pro rozrušení paprsku (18), a je amplituda tohoto napětí, A je vzdálenost mezi za sebou jdoucími kapkami, D je průměr nerozrušeného paprsku (18) a g je činitel úměrnosti, závisející na povrchovém napětí použitého inkoustu.
2. 2. Soustava pro záznam paprskem inkoustu podle bodu 1, vyznačující se tím, že vrchol (23) přepadu (22) je upraven napříč vůči dráze paprsku (18), vzdálenost (b) mezi vrcholem (23) a středem paprsku (18) je rovna součinu 0,13 X průměr kapky, a vzdálenost vrcholu (23) přepadu (22) od trysky (14) je v rozmezí 1 až 4 mm.