DE1498264B2

DE1498264B2 - Aufz ei chnungs gerä t

Info

Publication number: DE1498264B2
Application number: DE19651498264
Authority: DE
Inventors: Uldis Penfield; Kennedy James Edward East Rochester; N.Y. Klavsons (V.St.A.)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1964-05-15
Filing date: 1965-05-11
Publication date: 1970-11-12
Also published as: SE336857B; NL145955B; DE1498264A1; NO121120B; US3289211A; NL6506088A; CH430241A; ES312594A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Aufzeichnungsgerät, bei Eigenschaften eines schnellen Zustroms von Tinte auf dem eine flüssige Tinte gesteuert durch aufzuzeich- ein Steuersignal hin denen eines kontinuierlichen Zunende elektrische Informationssignale über einen stromes von einem Schreibstift zu einem relativ dazu Schreibstift auf einen Aufzeichnungsträger übertragen sich bewegenden Aufzeichnungsträger entsprechen, und eine Relativbewegung zwischen Schreibstift und 5 Diese Eigenschaften sind aber genau entgegengesetzt Aufzeichnungsträger erzeugt wird und bei dem der denen, die notwendig sind, um eine schnelle UnterSchreibstift mit einer die Tinte zuführenden, an der brechung des Tintenzustroms auf ein Steuersignal Schreibspitze endenden, mit dem Aufzeichnungs- hin zu erreichen. Ein Versuch zur Umgehung dieses träger nicht in Verbindung stehenden Kapillare ver- Problems ist ebenfalls bekannt, wobei eine Tinte versehen und im Bereich des Kapillarendes derart aus- io wendet wird, die so lange farblos bleibt, bis ein elekgebildet ist, daß die zugeführte Tinte hinter der trischer Strom durch sie hindurchgeleitet wird. Die Schreibspitze jeweils einen Tintenmeniskus bildet, der Tinte fließt fortlaufend auf den Aufzeichnungsträger, sich bei Anlegen einer durch das jeweilige Informa- wird jedoch nur dann sichtbar, wenn sie beim Vertionssignal gesteuerten, seine Oberflächenspannung lassen des Schreibstiftes von dem Strom durchflossen verringernden elektrischen Spannung an eine hinter 15 wird. Jedoch ist die mit Hilfe dieses Verfahrens erdem Aufzeichnungsträger liegende Elektrode und den reichte Auflösung zu gering für Aufzeichnungen mit Schreibstift über die Schreibspitze bis zum Aufzeich- hoher Geschwindigkeit,
nungsträger verlängert und diese benetzt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Auf-

Ein solches Aufzeichnungsgerät ist bereits bekannt. Zeichnungsgerät zu schaffen, das eine Aufzeichnung

Der Übergang der Tinte auf die Aufzeichnungsfläche ao bei hoher Geschwindigkeit mit der nötigen Genauig-

erfolgt bei diesem bekannten Gerät in einem Luft- keit ohne das Erfordernis der Erzeugung starker elek-

spalt durch die beschleunigende Wirkung eines zwi- trischer Felder ermöglicht.

sehen der Elektrode und der Schreibspitze erzeugten Ein Aufzeichnungsgerät der eingangs genannten elektrischen Feldes. Dabei müssen die Trägheit der Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß Tintentröpfchen und die Oberflächenspannung der 25 derart ausgebildet, daß der Schreibstift eine geson-Tinte überwunden bzw. verringert werden. Zur Über- derte, nicht kapillarwirksame Spitze enthält, die mit tragung eines Tintentröpfchens in einem Luftspalt dem Aufzeichnungsträger ständig in Berührung steht, von 0,025 mm ist bei einer Frequenz von 10 kHz eine Im Gegensatz zu bekannten Aufzeichnungsgeräten, elektrische Feldstärke von 30 000 V/cm erforderlich. die auch mit einem den Aufzeichnungsträger berüh-Ein solches Feld kann jedoch schon unerwünschte 30 renden Schreibstift arbeiten, endet der kapillarwirkelektrische Überschläge im Luftspalt erzeugen. same Teil des Schreibstiftes bei der Erfindung nicht Außerdem wird der Anwendung von Wechselspan- an der Schreibspitze, sondern schon vor der Schreibnungen dadurch eine Grenze gesetzt, daß eine Über- spitze. Die Kapillare steht also nicht unmittelbar mit windung der Oberflächenspannung nur bei niedrigen dem Aufzeichnungsträger in Verbindung. Eine solche Frequenzen zufriedenstellend erfolgen kann. 35 Anordnung ermöglicht aber eine schnelle Unter-

Es sind ferner Aufzeichnungsgeräte bekannt, bei brechung des Tintenzuflusses. Der sich bewegende denen der Schreibstift mit dem Aufzeichnungsträger Aufzeichnungsträger muß die Tinte an der Schreibin Berührung steht, der dann bei Ansteuerung mit spitze abnehmen, was mit einer gegenüber dem einem elektrischen Signal vom Aufzeichnungsträger Tintenzufluß zum Tintenmeniskus größeren Geabgehoben wird. Dieser Vorgang ist bei hoher 40 schwindigkeit geschieht. Dadurch reißt der Tinten-Schreibgeschwindigkeit nur schwer durchführbar, abfluß an der Schreibspitze schnell ab, und die Oberwenn die erforderliche Genauigkeit beibehalten wer- flächenspannung des Meniskus verhindert sein erden soll. Ein dazu benötigtes, stark gedämpftes, un- neutes Einsetzen, bis sie durch ein Steuersignal prakelastisches mechanisches System erfordert bei einer tisch augenblicklich überwunden wird.
Betriebsfrequenz von 10 kHz oder mehr eine große 45 Die ungenaue Arbeitsweise, die hohen Beschleuniverzerrungsfreie Leistung, wodurch bei hohen Kosten gungsspannungen und das Erfordernis elektrisch leitein nur sehr geringer Wirkungsgrad erreicht wird. fähiger oder auch magnetischer Tinten der bekannten

Ein weiteres bekanntes Aufzeichnungsgerät arbeitet Geräte werden bei der Erfindung vermieden. Die unrnit einem Schreibstift, der in ständigem Kontakt mit gewöhnlich schnelle Änderung des Tintenabflusses bei dem Aufzeichnungsträger gehalten und relativ zu 50 Einwirkung einer elektrischen Spannung auf den diesem bewegt wird, um die Informationen aufzu- Tintenmeniskus führt zu einer hohen Aufzeichnungszeichnen. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ge- genauigkeit, die sich insbesondere für Faksimileräten wird bei diesem Gerät eine kontinuierliche zwecke vorteilhaft erweist, da hier die jeweils überMarkierung auf dem Aufzeichnungsträger verursacht, tragene Tintenmenge möglichst genau mit der Signalsolange der Stift und der Aufzeichnungsträger ein- 55 dauer übereinstimmen muß.

ander berühren. Die Tinte wird dabei durch ein elek- Weitere Vorteile und besondere Ausgestaltungen

Irisches Signal zum Fließen gebracht. Sie muß elek- der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be-

trisch leitfähig sein. Diese Aufzeichnungsart ist prak- Schreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der

tisch auf oszillographische Verwendungszwecke be- Figuren. Es zeigt

schränkt, da es relativ schwierig ist, einen kontinuier- 60 F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines er-

lich aufzuzeichnenden Stift so zu steuern, daß er ge- findungsgemäß ausgebildeten Aufzeichnungsgerätes,

wundene Figuren, die bei schwierigeren Texten not- F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines

wendig sind, aufzeichnen kann. erfindungsgemäß ausgebildeten Schreibstiftes und

Hieraus wird deutlich, daß eine Vorrichtung, bei F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer weider der Schreibstift in ständigem Kontakt mit dem 65 teren Ausführungsform eines erfindungsgemäß aus-Aufzeichnungsträger bleibt, während die Tinte ledig- gebildeten Schreibstiftes.

lieh auf ein Steuersignal hin übertragen wird, ideal Das in Fig. 1 dargestellte Gerät ermöglicht eine

wäre. Der Fachmann erkennt jedoch sofort, daß die relativ hohe Geschwindigkeit zwischen einem Schreib-

stift 10 und einem Aufzeichnungsträger 11. Der Aufzeichnungsträger kann ein Blatt Papier, ein Kunststoffblatt oder ein anderes Material sein, welches vorzugsweise einen Widerstand von 1000 Ohm/cm oder mehr hat. Ein solcher Widerstand verhindert einen großen Stromfluß durch das Papier und damit eine unnötige Belastung der Signalquelle. Der Aufzeichnungsträger 11 ist auf einer leitfähigen Trommel 12 angeordnet. Während die Signalquelle 13 die Aufzeichnungsspannung an den Schreibstift 10 und die Trommel 12 liefert, dreht der Motor 15 die Trommel 12 und bewirkt hierbei eine Relativbewegung zwischen dem Aufzeichnungsträger 11 und dem Schreibstift 10. Der Motor 15 treibt ferner die Vorschubspindel 16, auf der die Zeichenfeder 17 mit dem Stift 10 befestigt ist, um den Stift 10 über die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers in einer Richtung senkrecht zur Umdrehungsbahn der Trommel zu bewegen.

Die Tinte wird aus dem Vorratsbehälter 18 an die Feder 17 zugeführt. Die Wahl der Tinte ist nicht kritisch, es wurden verschiedene im Handel erhältliche Tinten mit Erfolg verwendet. Die Viskosität der Tinte kann innerhalb eines großen. Bereiches verändert werden.

. Die Aufzeichnungsfeder 17 ist so angebracht, daß sie einen Druck im Bereich von 23 g bis 45 g zwischen dem Stift 10 und dem Aufzeichnungsträger 11 ausübt. Der optimale Druck liegt bei höheren Werten, wenn eine größere Berührungsfläche des Stiftes, ein härteres Aufzeichnungsmaterial und geringere Signalspannungen verwendet werden und ist geringer bei den umgekehrten Bedingungen. Es konnte auch bei bloßer Berührung ohne Ausübung von Druck geschrieben werden, jedoch erhielt man hierbei unregelmäßige Ergebnisse.

. Die angelegte Signalspannung kann eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung sein und liegt in einem bevorzugten Bereich von 800 bis 1500VoIt. Größere Dichte und bessere Gleichmäßigkeit wird erreicht, wenn die Spannung auf 1500VoIt vergrößert wird. Über 1500VoIt werden die elektrischen Bauteile wesentlich kostspieliger und die Auswahl des Aufzeichnungsträgers wird kritisch, um einen elektrischen Durchbruch zu vermeiden. Der Schwellenwert für eine Tintenabschaltung bei Verwendung eines gewöhnlichen Aufzeichnungspapiers von 0,08 mm liegt ungefähr bei 200 Volt. Dieser Wert verändert sich mit der Leitfähigkeit und der Dicke des Papiers. Der elektrische Strom ist eine wichtigere Größe und kann zwischen ungefähr 0,6 Mikroampere bis 5 Mikroampere bei gleichmäßigem Schreiben mit einem Gleichstrom liegen. Ein geringerer Strom liefert eine geringere Dichte, ein höherer Strom bewirkt Verspritzungen, was zur geringeren Auflösung führt.

Die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Stift und der Aufzeichnungsoberfläche ist nicht kritisch, gute Resultate konnten mit Geschwindigkeiten zwischen 0,25 bis 12,7 m/sec erhalten werden. Wird die Geschwindigkeit vergrößert, dann wird die Unterbrechung des Tintenflusses verbessert und der Aufbau des Stiftes weniger kritisch. Jedoch übersteigt die Forderung an den Tintenzustrom bei den meisten Stiften und deren Kapazität bei einer gewissen Geschwindigkeit. Signalfrequenzen von etwa 100 Kilohertz wurden erprobt und man nimmt an, daß das System auch noch bei Frequenzen, die diese Zahl übersteigen, arbeitet.

Der Aufzeichnungsträger liefert die besten Ergebnisse, wenn er eine glatte isolierende Oberfläche hat. Daher sind Plastiküberzüge beispielsweise aus Polyäthylen auf gewöhnlichem Papier als geeignet befunden worden.

Der Aufbau des Stiftes muß derart sein, daß er eine Zulieferung der Tinte in die dichte Nachbarschaft der Schreibspitze ermöglicht, ohne daß durch die Berührung allein ein Fließen erfolgt. Wie bei

ίο einem gleichmäßigen Schreibvorgang beliebiger Art mit einer Flüssigkeit.ist es auch hier wünschenswert, eine Tinte zu verwenden, die sowohl den Stift als auch das Aufzeichnungsmaterial benetzt. Stifte, die sich hierzu besonders gut eignen, werden in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 behandelt. Beim Betrieb wird ein Aufzeichnungsträger um die Trommel 12 gewickelt und die Feder 17 am einen Rand des Aufzeichnungsträgers angeordnet. Die Tinte fließt zu der Feder aus dem Vorratsgefäß 18. Die Trommel dreht sich mit einer hohen Geschwindigkeit, und die Feder wird fortlaufend gleitend über die Trommel mit Hilfe der Vorschubspindel 16 bewegt, während ein synchronisiertes elektrisches Signal zwischen den Stift 10 und die Trommel .12 gelegt wird. Dieses elektrische

as Signal ist ein Faksimilesignal, ein Ausgangswert eines Rechners oder ein anderes elektrisches Signal, welches dazu dient, eine Nachricht auf das Papier aufzuschreiben.

Es ist ein Faksimilesystem, welches unter Verwendung einer Schreibvorrichtung arbeitet, bekannt. Bei diesem bekannten Schreibsystem liegt jedoch kein körperlicher Kontakt vor. Außerdem wird ein Puder an Stelle einer Flüssigkeit verwendet.

Die F i g. 2 und 3 zeigen Ausbildungen des Stiftes, die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung als geeignet gefunden wurden. Der Stift nach F i g. 2 entspricht etwa einer Füllfederspitze. Die Schreibspitze 20 ist an einen Tintenverteilerblock 21 angeschlossen. Die Tinte wird aus einem Tintenvorratsgefäß über die Zuführungsleitung 22 in Rillen (nicht sichtbar) des Blocks 21, die sich längs der Oberfläche der diesen berührenden Schreibspitze 20 befinden, zugeführt. Diese Rillen füllen sich mit Tinte- und dienen als Speicher für die Tinte, um einen ausreichenden Tintenvorrat in der Nähe der Spitze des Stiftes zu haben. Ein Schlitz 23 in der Schreibspitze dient dazu, die Tinte von dem Verteilerblock an die Spitze des Stiftes zu befördern unter Ausnutzung des Kapillareffektes. _:

Würde sich der Schlitz 23 bis an die Schreibfläche 25 der Spitze des Stiftes erstrecken, dann würde der Stift in gleicher Weise wie eine übliche Füllfederhalterspitze arbeiten und der Kapillareffekt würde es unmöglich machen, den Tintenzustrom an das Auf-Zeichnungsmaterial bei hohen Frequenzen ein-, und abzuschalten. Um einen unmittelbaren kapillaren Zustrom an das Aufzeichnungsmaterial zu verhindern, endet der Schlitz 23 in der Schreibspitze unmittelbar vor der Schreibfläche 25. Es ist wichtig, daß ein stetiger Zustrom von Tinte bis zu einem Punkt, der benachbart zu der Schreibspitze liegt, vorgesehen ist und daß kein Kapillarkontakt mit dem Apfzeichnungsträger vorliegt.

Bei dem Schreibstift nach Fig. 2 ist die Schreibspitze vollständig ausgebildet und anschließend ein Teilschlitz eingebracht, der oberhalb der Schreibfläche endet. Der schlitzartige Schnitt kann jedoch auch in die Schreibspitze bis zu ihrem vorderen Ende

eingeschnitten werden, und dann kann eine spezielle Legierung oder eine Edelsteinspitze aufgebracht werden, um den Kapillarschlitz zu blockieren. Bei der Abnutzung der Schreibfläche des Stiftes ändert sich normalerweise die Berührungsfläche und es werden Justierungsmaßnahmen notwendig, um eine gleichmäßige Schrift aufrechtzuerhalten. So dient die Verwendung einer speziellen harten Legierung oder eines Edelsteines an der Spitze dazu, um die Abnutzung zu verringern. ' ·

Eine elektrische Zuleitung 26 ist an der Schreibspitze'20 für eine Verbindung mit einer Signalquelle vorgesehen. ·

Der Stift nach Fig. 3 weist einen Hohlkörper 27 auf, der über eine Zuführungsleitung 28 mit Tinte versorgt wird. Der Körper 27 ist so geformt, daß er an dem Schreibende eine verengte öffnung 30 aufweist. Von dem Körper 27 vorstehend, angrenzend an diese öffnung befindet sich eine Drahtschleife 31. Der hierzu verwendete Draht hat ungefähr 0,13 mm Durchmesser und ist mit einem Krümmungsradius von 0,1 mm umgebogen. An dem vorstehenden Teil

32 des Körpers 27 hängt die Schleife 31 über, so daß die öffnung 30^: von der Schleife 31 und dem vorstehenden Teil 31 begrenzt ist. Die öffnung, der Draht und die Oberflächenspannung der Tinte sind so gewählt, daß die Tinte den Raum zwischen dem Draht und dem überhängenden Teil ausfüllt, ohne frei aus dem Stift zu fließen. Das Ende der gebogenen DraJitschleife 31 verhindert, daß die Tinte kontinuierlich auf einen Aufzeichnungsträger fließt, wenn der Draht relativ zu diesem bewegt wird und ihn dabei berührt. Die optimalen Arbeitsbedingungen werden dann erreicht, wenn die Schleifenebene in einem Winkel von ungefähr 45° in bezug auf die Aufzeichnungsoberfläche verläuft. Eine elektrische Zuführung

33 ist am Körper 27 für eine Verbindung mit einer Signalquelle vorgesehen.

Zeichenvorrichtungen, welche flüssige Tinte verwenden, besitzen üblicherweise eine Kapillare, um ein gleichmäßiges kontinuierliches Zufließen der Tinte zu gewährleisten. Bei einer Feder mit einer Kugelspitze dient die Kapillare dazu, die Kugel zu versorgen. Bei den üblichen Füllfederspitzen dient der Schlitz in der Schreibspitze als Kapillare. Einige Federn, die bei automatischen Aufzeichnungsvorrichtungen verwendet werden, benutzen eine Kapillarrohre, die längs ihrer gesamten Länge verläuft. Bei allen diesen Vorrichtungen wird die Tinte kontinuierlich aus der Kapillare durch eine Oberfläche, die sich in unmittelbarem Kontakt mit der Mündung der Kapillaren befindet, gezogen. Der Kapillareffekt gewährleistet ein kontinuierliches gleichmäßiges Fließen, welches nicht ohne weiteres unterbrochen werden kann, wenn nicht entweder die Berührung oder die relative Bewegung unterbrochen wird. Der Stift gemäß der vorliegenden Erfindung ist so ausgestaltet, daß keine sich bewegende Oberfläche in direktem Kontakt mit der Kapillaröffnung steht. Wird eine Kapillare verwendet, wie in Fig. 2, dann endet sie vor der Berührungsstelle mit einer relativ zu ihr bewegten Oberfläche. Infolgedessen wird der erfindungsgemäße Stift keinen kontinuierlichen Zufluß von Tinte auf eine relativ zu ihm bewegte Oberfläche liefern. An Stelle dessen wird der Zustrom der Tinte dynamisch durch ein elektrisches Signal gesteuert. Man nimmt an, daß die hauptsächliche bewegende Kraft eine Coulomb-Anziehungskraft ist. Die Unterbrechung des Zustroms bei Beendigung des elektrischen Signals wird einer Scherwirkung der Tinte zwischen der Aufzeichnungsoberfläche und der Schreibspitze zugeordnet, die ein Abklemmen und Verhindern des weiteren Zustroms infolge der Oberflächenspannung ermöglicht. Im weiteren sind einige Beispiele beschrieben, mit denen gute Schreibproben erzielt wurden. ·';-■: ^ :· :,·-,·:

' Beispiel I

ίο ■··■■.·

Eine mit einer Drahtschleife versehene Feder wurde mit Tinte versorgt, die aus einer Mischung von 50:50 Volumenanteile tiefschwarzer Tinte und schwarzer Stempeltinte bestand. Satiniertes Sulfitpapier wurde um eine Metalltrommel gewickelt ■■und gegen die Feder bei Geschwindigkeiten von 1,23 m/sec und 4,16 m/sec bewegt. Die Feder wurde dann relativ zur Trommel mit 800VoIt Impulsen mit einer Frequenz von 20 000 Hertz beaufschlagt. ■"■'■■'- '■'

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B ei spiel II .

Eine Feder, die der in Fig. 3 entspricht, wurde mit Tinte versorgt, welche durch Mischen von 10 g Monastralgrün B mit 40 g eines leichten Mineralöls hergestellt wurde. Ein mit einem Zinkoxydüberzug versehenes Papier wurde um eine leitfähige Trommel gewickelt und gegenüber der Feder mit einer Relativgeschwindigkeit von 1,23 m/sec abgerollt, während die Feder mit 1500VoIt und einer Frequenz von 20 Kilohertz beaufschlagt wurde.

Beispiel III

Dieses Beispiel entspricht dem Beispiel II unter Verwendung einer 82°/oigen Lösung eines Alkylphenylpolyglykoläthers, der mit Methylviolett gefärbt wurde, als Tinte. :

Beispiel IV

Unter Verwendung der Tintenmischung und der Feder nach Beispiel I wurde eine Relativgeschwindigkeit von Feder und Papier von 4,16 m/sec, 5,74 m/sec und 9,14 m/sec mit einem 800 Volt Impulssignal von 30 Kilohertz erprobt. Die hierfür verwendeten Papiere waren mit Polyäthylen überzogen.

Beispiel V

Dieses Beispiel entspricht Beispiel IV unter Verwendung einer 2°/oigen Lösung von Fuchsinsäurefarbe in Äthylalkohol. : ......

Claims

Patentansprüche: ._ .

1. Aufzeichnungsgerät, bei dem eine flüssige Tinte gesteuert durch aufzuzeichende elektrische Informationssignale über einen Schreibstift auf einen Aufzeichnungsträger übertragen und eine Relativbewegung zwischen Schreibstift und Aufzeichnungsträger erzeugt wird und bei dem der Schreibstift mit einer die Tinte zuführenden, an der Schreibspitze endenden, mit dem Aufzeichnungsträger nicht in Verbindung stehenden Kapillare versehen und im Bereich des Kapillarenendes derart ausgebildet ist, daß die zugeführte Tinte hinter der Schreibspitze jeweils einen Tintenmeniskus bildet, der sich bei Anlegen einer durch das jeweilige Informationssignal gesteuerten,

seine Oberflächenspannung verringernden elektrischen Spannung an eine hinter dem Aufzeichnungsträger liegende Elektrode und den Schreibstift über die Schreibspitze bis zum Aufzeichnungsträger verlängert und diese benetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstift (10) eine gesonderte nicht kapillarwirksame Spitze (25, 32) enthält, die mit dem Aufzeichnungsträger (11) ständig in Berührung steht.

2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstift (10) die Form einer Schreibfeder (20) mit mittlerer

Schlitzkapillare (23) hat, die hinter der Schreibspitze (25) endet.

3. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstift (10) im Bereich des Kapillarenendes mit einer Drahtschleife (31) versehen ist, in der der Tintenmeniskus gehalten wird.

4. Aufzeichnungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstift (10) den Aufzeichnungsträger (11) mit einem Auflagedruck von mindestens 23 g berührt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 .W/141