DE2024330A1 - Tintenstrahlschreiber - Google Patents

Description

• Tintenstrahlschreiber Die Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahlschreiber mit einer Diese zum Ausstoßen eines Tintenstromes neben einem Verfahren zur Herstellung der Düse.
• Ein Tintenstrahlschreiber zum Schreiben von Schriftzeichen, Zahlen, Symbolen usw. mit Hilfe eines Tintenstrahls, welcher elektrostatisch auf ein Auf zeichenmedium gerichtet ist, ist beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift Nr. 3 060 429 enthalten. Diese Art der Anordnung enthalt eine plattenförmige Unterlage mit; einem darauf befindlichen Aufnahmemedium und einem Schreibkopf, welcher relativ zu der Platte bewegt wird Der $chreibkopf enthält wenigstens eine Düse, um auf elektrostatischem Weg einen aus aufgeladenen Tröpfchen bestehenden Tintenstrahl auszustoßen, eine Beschleunigungselektrode, um die ausgestoßenen, aufgeladenen Tintentröpfchen zu beschleunign, und Horizontal- und Vertikal-Ablenkelektroden zum Steuern der Tintentröpfchen. Der aus Tintentröpfchen bestehende Tintenstrahl wird aus der Düse des Schreibkopfes kontinuierlich ausgestoßen und auf die gewünschten Stellen auf dem Aufnahmemedium gerichtet, um Schriftzeichen, Zahlen, Symbole usw. darzustellen.
• Der aus der Düse ausgestoßene Tintenstrahl muß zum Darstellen der gewünschten Schriftzeichen und dergleichen sauber gesteuert werden. Eine ungleichmäßige Steuerung wirkt sich in einer Verformung der auf dem Aufnahmemedium dargestellten Schriftzeichen aus. An das Aus° stoßen des Tintensromstrahles muß also ein strenger Maßstab gelegt werden, was bedeutet, daß die Düse so exakt ausgebildet sein muß, daß sie die gewünschten kforderungen erfüllt. Zuerst muß der Durchmesser der Düse abhängig von der Größe der darzustellenden Schriftzeichen aus gewählt werden. Bei der Verwendung des Tintenstrahlschreibers im Ausgabeteil eines elektronsichen Rechners beträgt die Größe der Schriftzeichen beispielsweise 2,6 x 1,8 mm.
• Der Durchmesser der Düse ist für diese Größe natürlich abhängig vom mechanischen und elketrischen Aufbau der Aufnahmeanordnung und liegt im allgemeinen in der Größenordnung einiger Mikron. Beispielsweise beträgt der innnere Durchmesser der Düse 80 µm und der äußere Durchmesser 150 µm.
• Die Düsen sollen aus einem Material hergestellt sein, aus welchem sich Düsen mit dem gewünschten Durchmesser auf einfache Weise fertigen lassen. Außerdem muß die Tinte an dem Material leicht haften, wodurch ein unerwünschtes Fließen oder Tropfen der Tinte aus der Öffnung der Düse verhindert werden kann; d.h. daß der Randwinkel der Tinte zu der Düse so klein als möglich sein soll. Auf der anderen Seite müsseb die Tintenkopfchen gleichmäßig aus der Öffnung der Düse ausgestoßen werden um gleichmäßige Schriftzeichen zu bilden.
• Gcnauer ausgedrückt, muß ein gleichmäßiger Miniskus der Tinte an der Öffnung der Düse gebildet werden.
• Es ist demnach ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Düse zum Ausstoßen von Tintentröpfchen anzugeben, welche die oben beschriebenen Bedürfnisse vollauf befriedigt.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein neues Verfahren zur Herstellung einer Düse zum ausstoßen eines Tintenstrahls oder von Tröpfchen anzugeben, welches zum Darstellen von Schriftzeichen und dergleichen auf einem Aufnahmemedium sehr gut geeignet ist und keinerlei Verzerrungen hervorruft.
• Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Düse von einer Kapillare aus hartem Glas gebildet ist, welche die zum Ausstoßen der Tinte notwendigen Innen- und Außendurchmesser aufweist.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Glas das am besten geeignete Material zur Herstellung der oben beschriebenen Düsen ist. Eine Glaskapillare mit einem inneren'und äußeren Durchmesser in der GröBenordnung von mikron kann auf einfache Weise hergestellt werden. Die Tintentröpfchen konnen die Kapillare mit einem sehr kleinen Randwinkel berühren. Die Verwendung von Glas ergibt sich aus der Vereinfachung der Herstellung der Düse im Vergleich zu anderen Materialien. Wegen des kleineren Randwinkels zu der Düse können die Tinte tröpfchen an dieser gut haften.
• Im Raum zwischen der Düse und der Beschleunigungselektrode des Schriftkopfes des Tintenstrahlschreibers wird gewöhnlich ein elektrisches Feld in der Größenordnung von 10 V/cni erzeugt. Vom Gesichtspunkt der Verformung und Beanspruchung des Materials ist Glas stabiler als Metalle. In diesem Zusammenhang sei erwähnt,' daß die Uberschlagfeldstärke eines Metalls in Luft in der Größenordnung von 104 V/cm liegt.
• Wie bereits oben ausgeführt liegt ein Vorteil darin, daß die Tinte wegen des kleineren Randwlnkels gut am Glas der Düse haftet. Jedoch kann das Ausstoßen von gleichmäßigen Tintentröpfchen schwierig werden, wenn die Ausbildung des Miniskus an der Öffnung der Düse geändert wird, was durch einmaliges Benetzen der Düse mit Tinte aufgrund von Spannungs schwankungen und mechanischen Erschütterungen des Schreibkopfes geschehen kann. Die dargestellten Schriftzeichen werden dann verformt und unklar.
• Erfindungsgeniäß wird die Außenfläche der Glasdüse mit einem Material überzogen, mit welchem die Tinte einen großen Randwinkel bildet. Es wurde festgestellt, daß Silikone die für diesen Zweck am besten geeigneten Überzugsmaterialien darstellen. Dabei ist es in diesem Zusammenhang günstig, daß der Silikonüberzug an der Außenfläche der Glaskapillare bereits aufgebracht wird, bevor diese auf die gewünschte Länge der Düse geschnitten wird..Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist der Durehmesser der Düse übermäßig klein, so daß es bisher sehr schwierig gewesen ist, das Uberziehen der inneren Fläche und Enden der Düse zu verhindern. Dieses Problem ist Jedoch durch die vorliegende Erfindung vollständig behoben. Außerdem kann ein gleichmäßig ausgebildeter Miniskus an der Öffnung der Düse gebildet werden.
• Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des schreibenden Teils eines Tintenstrahlschreibers, weloher in erfindungsgemäßer Weise ausgestattet ist, Fig. 2 eine gesprengte perspektivische Darstellung eines Hauptteils des Schreibkopfes gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Darstellung des elektrischen Teils der Anordnung zum Erzeugen der benötigten elektrischen Felder zwischen den zugehörigen Teilen des Tintenstrahlschreibers, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Düse gemäß der Erfindung, Fig. 5 eine Vorderansicht der teilweise geschnittenen Düse gemäß der Erfindung und Fig. 6 eine Vorderansicht der teilweise geschnittenen Düse nach Fig. 5, die mit einem Schutzrohr oder einem Futteral umgeben ist.
• Wie Fig. 1 zeigt, wird ein Schreibkopf 10 eines Xintenstrahlschreibers zum Hin- und Herbewegen von einem Draht 13 gehalten, der um zwei von einem Motor 14 angetriebene Rollen 11 und 12 geschlungen ist. Wenn der Schreibkopf 10 in eine Richtung verruckt wird, wird ein Tintenstrahl ausgestoßen und auf ein nicht näher dargestelltes Aufnahmemedium in Abhängigkeit von einem Steuersignal geworfen, wodurch die Schriftzeichen, wie noch naher beschrieben werden soll, dargestellt werden.
• Fig. 2 zeigt die wichtigsten baulichen Einzelteile des Schreibkopfes 10. Der Schreibkopf 10 ist mit wenigstens einer Düse 20 versehen, welche in einem Rohr 21 angeordnet ist, welches seinerseits mit einem Düsenhalter 22 fest verbunden ist. Der Halter 22 ist mit einem Schreibkopf fest durch die Bolzen 23 und 24 verbunden. Eine Beschleunigungselektrode 26, die einen Beschleunigungsring 26A und eine Beschleunigungsplatte 26B enthält, ist vor dem Düsenhalter 22 angeordnet. Horizontal- und Vertikal-Ablenkelektroden (nicht dargestellt), welchen die Steuersignale zugeführt werden, sind vor der Beschleunigungselektrode 26 a;ebrachte Fig. 3 zeigt schematisch das Prinzip des Aufbaus des elektrostatische Feldes zwischen der Tintendüse 20 und der Beschleunigungselektrode 26 und zwischen der Düse 20 und einer Platte 33. In die Düse 20 aus Glas ist eine positive Elektrode eingefü t0 Die der Düse 20 zugeführte elektrisch leitfähige Tinte wird also mit positivem Potential versehen. Sowohl die Beschleunigungselektrode 26 als auch die Platte 33 ist geerdet. Eine Spannungs quelle 30 weist eine hohe Spannung in der Größenordnung von beispielsweise 2 700 V auf. Wie es bei herkömmlichen Kathodenstrahlröhren der Fall ist sind ke Vertikal-und Horizontal-Ablenkelktroden 31 und 32 vor der Beschleunigungselektrode 26 angeordnet. Die ausgestoßenen Tintentröpfchen werden durch die Beschleunigungselektrode 26 beschleunigt und dann durch die Vertikal- und Horizontal-Ablenkelektroden 31 und 32 in Abhängigkeit von dem ihnen zugteführten Steuersignal abgelenkt und auf einen gewünschten Ort auf dem Aufnahmemedium 34 auf der Platte 33 geworfen.
• Auf diese Weise können die aus einem Punkteraster bestehenden Schriftzeichen auf dem Aufnahememedium 34 durch die in der beschriebenen Weise ausgestoßenen Tintentröpfchen dargestellt werden.
• Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht zur Erklärung des Verfahrens zur Herstellung der Glasdüse. Die Glaskapillare 40 ist im Sinne der besseren Verständlichkeit nicht maßstabsgetreu dargestellt. In der Praxis wird der innere Durchmesser in der Größenordnung von 80 µm und der äußere Durchmesser in der Größenordnung von 150 µm liegen.
• Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung können die nachstehend aufgeführten Glassorten Verwendung finden Soda-Glas SiO2 72% Na2O 15% CaO 9% MgO 3% Al2O5 1% Borsilikat-Glas SiO2 80% N2O3 14% Na2O 4% Al2O3 2% Quarz-Glas SiO2 100% Jenaer-Glas SiO2 80.6% B2O3 11.9% Na2O 3.83% Al2O3 2.00% Fe2O3 0.16% K2O 1.51% Zusätzlich zu den genannten harten Gläsern können Kristallgläser, die die Bestandteile wie ZrO2 und P205 enthalten, Verwendung finden. Insbesondere sind Borsilikat-Gläser vorteilhaft. Auf der aus hartem Glas der beschriebenen Sorte hergestellten Kapillare 40 ist ein wasserabstoßender Uberzug 41, beispielsweise aus Silikone, angebracht. Quellen für den Überzug sind Silikon-Öl, Silikon-Firnis, Silikon-Gummi, Silikon-Harz usw., deren chemische Struktur nachstehend aufgeführt ist: Silikon-Öl: Silikon-Firnis: Silikon-Gummi: Silikon-Harz: In diesem Fall hängen die Eigenschaften der Harze vom Typ des R und eines R/Si-Verhältnissses ab. R bezeichnet OH3-, C2H5-, C6H5- Silikon-Haze neigen dazu, bei etwa 180 °C auszuhärten.
• Wenn der Überzug 41 auf der Glaskapillare 40 getrocknet ist, wird ein Stück einer vorgegebenen Länge, das eine Düse bilden soll, abgeschnitten. Dieses Verfahren ist deshalb vorteilhaft, weil sich an den.beiden Enden der Düse kein Silikon absetzen kann. Außerdem wird ein vollständiger Überzug über der AuBenfläche der Düse erreicht.
• Fig. 5 zeigt die in den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Düse 20. Wie oben ausgeführt, umfaßt die Düse 20 die aus hartem Glas hergestellte Kapillare 40 und den auf der Außenfläche der Kapillare 40 angebrachten Überzug 41.
• Wie aus Fig. 5 deutlich ersichtlich ist, tragen die Innenfläche und die Endflächen der Kapillare 40 keinen Überzug, so daß die Tintentropfen an diesen freien Teilen haften kön-'nen. Wegen des wasserabstoßenden Überzugs 41 wirkt aufgrund der unterschiedlichen Randwinkel zwischen der Tinte und der Kapillare 40 bzw. dem Überzug 41 eine Kraft auf die Tinte, so daß sogar in dem Fall, daß das Vorderende der Außenfläche der Kapillare aus irgendeinem Grund mit Tinte enetzt wurde, diese unmittelbar auf die Öffnung der Düse zurückgedrängt wird. Ein, wie in Fig. 5 gezeigt, geformter Meniskus 50 wird in seiner Ausbildung so lange unverändert bleiben, wie die Versorgung mit Tinte konstant gehalten wird.
• Der Miniskus 50 wird zu einem auszustoßenden 1 Tröpfchen, welches auf einen gewünschten Punkt auf dem Aufnahmemedium geworfen wird0 Fig. 6 zeigt die Anordnung der Düse 20 in. einem Schutz rohr oder Futteral. Wie oben bereits ausgeführt, ist die Düse aus Glas gefertigt. Ihr Durchmesser ist außerordentlich klein, so daß eine genügende mechanische Festigkeit nicht gesichert ist0 Zu diesem Zweck ist die Düse fest mit dem Schutzrohr oder Futteral 60 verbunden.
• Zwischen die Kapillare 40 und das Schutzrohr oder Futteral 60 kann ein elastisches Mittel eingeführt sein.
• Das Schutzrohr oder Futteral kann aus Metall oder irgend einem anderen geeigneten Material bestehen. Das Schutzrohr oder Futteral kann die Düse auch teilweise umgeben Im allgemeinen gilt das Kriterium, daß das Ende des Schutzrohrs oder Futterals so weit von der Öffnung der Kapillare oder Düse entfernt sein daß d sich der Miniskus 50 mit einer gewünschten Ausbildung stets am Ende der Düse bilden kann.

Claims (6)

P a t e n t-a n s p r ü c h e

1. Tintenstrahlschreiber mit einer Düse zum Ausstoßen eines Tintenstromes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Duse (20) von einer Kapillare (40) aus hartem Glas gebildet ist, welche die zum Ausstoßen der Tinte notwendigen Innen- und Außendurchmesser aufweist.

2. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens auf einem Teil der Außenfläche der Kapillare (40) in der Umgebung einer ihrer Enden ein wasserabstoßender Uberzug (41) vorgesehen ist, die Vorderkante der Kapillare (40) ausgenommen

3. Tintenstrahlschreiber nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß dieser Überzug (41) aus Silikonen ausgewählt ist.

4. Tintenstrahlschreiber nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Die (20), die eine mit einem wasserabstoßenden Überzug (41) versehene Kapillare (40) umfaßt, in einem Schutzrohr oder Futteral (60) in der Weise angeordnet ist, daß ein Ende der Düse über ein Ende des Schatzrohrs oder Futterals mit vorgegebener Länge hinausragt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Düse zum Ausstoßen eines Entenstroms in einem Tintenstrahlschreiber g e -k e n n z e i c h n e t durch die Verfahrensschritte, daß auf der Außenfläche einer aus hartem Glas herge stellten Kapillare (40) ein stark wasserabstoßender Überzug (41) auf einer Länge der Kapillare, die größer ist als die gewünschte Länge der fertigen Düse, angebracht wird, und daß von der überzogenen Kapillare, nachdem der Überzug getrocknet ist, ein Stück der gewünschten Länge abgeschnitten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Material des Überzugs (481) ein Silikonwerkstoff ist.

L e e r s e i t e