DE2202867A1

DE2202867A1 - Einrichtung zum Steuern von Teilchen

Info

Publication number: DE2202867A1
Application number: DE19722202867
Authority: DE
Inventors: Robertson John Allen
Original assignee: Mead Corp
Current assignee: Mead Corp
Priority date: 1970-12-08
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1972-09-07
Also published as: US3656174A; FR2126453A2; SE382511B; CA946458A; FR2126453B2; GB1373530A; BE776468R

Description

Deutschland mHGM

The Mead Corporation, Chillicothe (0hio,U3A)

Einrichtung zum Steuern von Teilchen

Diese Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern von Teilchen, insbesondere beim Bedrucken von Fluidumstropfen.

Bei derartigen Bedruckapparaten wird ein Fluidum unter Druck durch ein Loch gepresst und nach seinem Austritt aus diesem Loch so beeinflusst, dass es in eine Aufeinanderfolge von gleichgrossen und gleichabständigen Tropfen zerfällt. Derartige Bedruckapparate sind beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften No. 3, 298,030 von Lewis und No. 3,373,437 von Sweet beschrieben. Derartige Apparate benutzen gewöhnlich eine Aufladungselektrode, um die Tropfen während ihrer Bildung kapazitiv aufzuladen. Danach werden die Tropfen auf veränderliche Weise dadurch abgelenkt, indem man sie der Einwirkung eines stationären elektrischen Felds unterwirft. Einige Tropfen, die so aufgeladen sind, dass sie um mehr als eine vorgewählte Distanz abgelenkt werden, werden in ordentlicher Weise aufgefangen. Die Auffangvorrichtung kann zu

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diesem Zweck als poröser block ausgebildet sein, wie es in der .oben erwähnten amerikanischen Patentschrift von Sweet dargestellt ist; es kann sich aber auch um einen Schacht handeln, wie es in der amerikanischen Patentschrift von Lewis dargestellt ist oder um eine mit Oeffnung versehene Platte, wie es beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift No. 3,416,153 von Hertz oder No. 3,500,436 von Nordin dargestellt ist.

Der Erfindung liegt das Bestreben zu Grunde, eine Einrichtung zur Steuerung von Teilchen zu schaffen, die sich gegenüber bekannten Einrichtungen durch einfache bauweise und hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.

Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Bestandteile aufweist:

- eine mit mindestens einem Loch versehene Lochplatte,

- einen Vorratsbehälter für das Fluidum, der mit dem Loch in strömungsmässiger Verbindung steht,

- eine Vorrichtung, um Druck auf das Fluidum im Vorrätsbehälter auszuüben und aus dem Loch einen Strom von Fluidum auszuschleudern,

- eine Vorrichtung, um den Strom so zu beeinflussen, dass er längs einer Bahn in eine Aufeinanderfolge von gleich grossen und gleichabständigen Tropfen zerfällt,

- eine Vorrichtung, um den vorgewählten Tropfen eine vorbestimmte elektrische Ladung zu erteilen und nach aussen anziehende Bilder der Ladungen zu erzeugen und

- eine mit Oeffnung versehene Auffangplatte, um die Aufeinanderfolge der Tropfen durch die Oeffnung derselben hindurchzulassen, welche Oeffnung nicht mit der erwähnten Bahn der Tropfen koinzidiert, um eine Halbtonwiedergabe durch selektives Abfangen von Tropfen zu erzielen, die durch Anziehen der Ladungsbilder nach aussen abgelenkt worden sind.

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Im folgenden wird der Erfindunpsgegenstand anhand dor Zeichnungen rein beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der beschriebenen Einrichtung,

Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der Funktionsweise der beschriebenen Ausführunrsform,

Fig. 3 in schematischer Darstellung die Potentialverteilung eines aufgeladenen Tropfens in der Hähe einer elektrisch leitenden Wand,

Fig. 4 ausschnittsweise eine Draufsicht auf eine Auffangplatte

und
Fig. 4a in Diagrammform eine Aufeinanderfolge verschiedener Aufladespannungen, wie man sie bei der Ausführungsform der Fig. 4 anwenden kann, um ine lialbtonwiedergabe zu erzielen.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform weist eine Reihe von kreisförmig angeordneten Fluidumsfäden 1 auf, welche von Löchern 2 in einer Lochplatte 3 ausgehen; diese Fäden 1 brechen in einzelne Tropfen 5 auf. Die Fäden 1 werden von einem elektrisch leitenden, zylindrischen Rohr 4 umgeben, das auf kapazitive Weise eine Aufladung und eine selbstinduzierte Ablenkung der Tropfen 5 durchführt. Wenn die Tropfen 5 elektrisch aufgeladen sind, so fallen sie über die aufrechtstehende Lippe 6 einer mit Oeffnung versehenen Auffangplatte 7 hindurch und werden abfangen. Sie werden dann durch ein nicht dargestelltes Vakuum abgezogen.

Wie die Fig. 2 zeigt, ist eine Vorratskammer 8 für das Fluidum vorgesehen, die einen oberen Endabschnitt 9 sowie einen Hauptteil 10 hat, der einen Vorrat an Markierungsfluidum 11 enthält. Das Fluidum 11 wird der Kammer 8 mittels einer Leitung 23 zugeführt und wird mittels geeigneter Vorrichtungen, wie z.B.

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einer Pumpe 22 unter Druck gehalten. Ein Filter 12 entfernt aus dem Fluidum 11 alle grösseren Teilchen, wodurch ein Verstopfen der Löcher 2 vermieden wird. Kine Anregungssonde 13 überträgt Schwingungen konstanter Frequenz auf das Gehäuse der Kammer 8 auf die Fäden Ij auf diese Weise wird in regelmässigen Zeitabständen eine Bildung gleich grosser Tropfen 5 erzielt. Die Tropfenanregung ist jedem Durchschnittsfachmann bekannt, und es kann eine ganze Anzahl von Anregungssonden für diesen Zweck eingesetzt werden; in der beschriebenen Ausführungsform ist die Sonde 13 magnetostruktiver Art; sie kann aber durch eine piezoelektrische Vorrichtung ersetzt werden, die unmittelbar mit der Kammer 8 oder der Lochplatte 3 verbunden werden kann. Die Vibrationsfrequenz sollte in der Nähe der natürlichen Frequenz der Ströme 1 liegen, die bei einer erfolgreich erprobten Ausführungsform 175 kHz betrug. Dieser Frequenz entspricht ein Fluidumsdruck von 2,1 kg/cm sowie ein Lochdurchmesser von 11,4 Micron. Der¹ Apparat enthält in vorteilhafter V/eise sechs Löcher auf einem Kreis, dessen Durchmesser 204 Micron beträgt. Die Anregungsfrequenz sol]te mit zunehmencem Fluidumsdruck oder mit abnehmenden Lochdurchmesser erhöht werden»

Die Tropfen 5 können selektiv durch Anlegen eines Aufladungssignals 26 auf die Kingangsklernmim 24 eines Verstärkers 14 aufgeladen werden. Die Ausgangsklemmen des Verstärkers 14 sind mit der Lochplatte 3 und dem kohr 4 verbunden. Auf diese Weise wird ein elektrisches Feld, zwischen der elektrisch leitenden Innenfläche des Rohrs 4 und dor Aussenfleche der Fäden ] erzeugt·. Als Krgebnis davon werden die Fäden 1 kapazitiv aufgeladen; <;iese elektrische Ladung wird von der: Tropfen 5 abgeführt. Diese Art der Tropfenaufladung ist ähnlich, wie sie beispielsweise im f-meriksnisehen Patent No. 3,298,030 von Lev.i:" beschrieben worden Ist. Im Gegensatz zu den bekannten LadeeLektroden erstreckt sich ,jedoch hier οεε elektrisch Rohr verhülti.i opiäsr; ip- weit bis unter die

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Zerfallsstellen der Flüssigkeitsstrahlen; auf diese rfeise wird eine Abbildungsoberfläche für die selbstindu/iei'te Ablenkung der aufgeladenen Tropfen erzeugt. Hei der oben beschriebenen Ausführungsform mit sechs Löchern kann das Rohr 4 einen Durchmesser von ungefähr 380 Micron haben und sich über 1800 Micron bis unter die Zerfallsstelle erstrecken. Das Aufladepotential kann etwa POO Volt betragen.

Die Fig. 3 dient zur Erläuterung der Tropfenablenkung; dabei ist ein aufgeladener Tropfen 15 dargestellt, der an einer elektrisch leitenden Wand 16 vorbeifällt. Der TropFen 15 trägt eine negative Ladung 17, und zwar in gleichförmiger Verteilung auf seiner ganzen Oberfläche, die an der Oberfläche der Wand 16 Ladungen 18 induziert. Die Ladungen ziehen den Tropfen 15 in Richtung auf die Wand 16 an, und zwar mit einer verstärkten Wirkung, die der Wirkung entspricht, die ein hypothetischer Bildtropfen 20 ausüben, würde, der die Bildladungen 21 trägt. Die Linien 19 stellen das gesamte elektrische Feld zwischen dem Tropfen 15 und der Wand 16 dar. Die auf den Tropfen 15 wirkende Kraft ist näherungsweise durch die Gleichung

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gegeben, wobei Q die Gesamtladung des Tropfens 15,6 die Dielektrizitätskonstante der Luft und d der Abstand des Tropfens 15 von der Oberfläche der Wand 16 ist.

bis ist noch zu bemerken, dass, wenn man eine zweite Wand gegeniH nr der Wand 16 auf die andere rWte des Tropfens 15 setzt, Anziehungskräfte entstehen, die J ie Wirkung der Wand Ib aufheben. Diese :;oloe Aufhebung tritt ein, wenn c-in^ c Inzo Lne Auf ei nanderf'ulge von geladenen Tropf ο η Hi«: Achse einer zylindrischen, e]ektriiu-h I ;' U;riflen Oberfläche in Atwärtsri chturi;·; verlässt. Wie es hier näh· r orLäui.ert worden i;;t, ist es erforderlich, dass die

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elektrisch leitende Oberfläche eine lateral nichtsymmetrische Konfiguration inbezug auf die anfängliche Tropfenbahn hat. Dieser Zustand wird notwendigerweise erhalten, wenn die elektrisch leitende Oberfläche zylindrisch ist und eine Vielzahl von Tropfenströmen umgibt, von denen alle von der Zylinderachse abgesetzt sind.

Wie die Fig. 2 zeigt, werden die Tropfen 5a nicht abgefangen, sondern sie gehen durch die Oeffnung in der Auffangplatte hindurch, um auf dem sich bewegenden Aufzeichnungsmedium 25 abgeschieden zu werden. Die Tropfen 5a werden alle dann gebildet, wenn das Signal 26 den Nullpegel aufweist. Diese Tropfen nehmen keine elektrische Ladung auf und fallen durch das Kohr 4 ohne Ablenkung; die nachfolgende Aenderung des Rohrpotentials hat keinen Einfluss auf deren Bahnen. Die Tropfen 5 werden dagegen immer dann gebildet, wenn das Signal 26 vom Null pegel auf einen nicht null betragenden Pegel überspringt; dementsprechend werden sie nach aussen abgelenkt und abgefangen. Der Apparat erzeugt daher eine Aufzeichnungslinie, die den Ein- und Auszuständen des Eingangssteuersignals entspricht.

Es ist noch zu bemerken, dass der oben beschriebene Apparat sechs auf einer Kreislinie angeordnete funkte auf dem Aufzeichnungsmedium 25 während einer Anregungsreriode erzeugt. Die einzelnen Punkte haben in typischer Weise einen Durchmesser von etwa 40 Micron, wogegen der Kreis einen Durchmesser von etwa 204 Micron hat. Um somit eine foste Befleckung zu erzielen, ist es notwendig, die Bewegungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums 25 3o einzustellen, dass genug; Zeit zur Verfügung steht, um sich mehrere überlappende Jätze von Punkten abscheider; zu lassen, während sich das Auf zei chnurigsrr-vii um über einen Weg von 204 M-cron bewegt. Eine Halbton-Grauwortskala kann dadurch erzielt werden, dass man einfach verschiedene dieser sich überlappenden Punktsätze auflädt und abfängt. Der grosse Kreis von 204 Micron Durchmesser kann daher als Ciruru!.;ynttm b'/.vi. als Auf] örfungszulle

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betrachtet werden, die einem Rasterpunkt auf einem Halbtonschirm entspricht. Zu diesem Zweck können wohlbekannte Verfahren der Nachrichtentechnik verwendet werden, ur; eine iiodulation des Auflade-Spannungssignals zu erzeugen, die sich zur Schaffung der oben erwähnten Halbtöne eignet.

Ein anderes Verfahren zur ^rzejgung von Halbtönen mit den oben beschriebenen rünricht ungen benutzt eine nicht koinzidierende Ueffnung der Auffangplatte 7. rCire solche üeffnung zeigt die Fig. 4; sie kann in Verbindung mit elnorr, oat ζ von vier Tropfenströmen verwendet werden. Im allgemeinen hat eine selche nicht koinzidierende Üeffnung einer. Umriss Jer sich von den Umriss der Locharic-dnungen der Locnolatte inbezug auf den iiittelpunkt unterscheidet.; sie kann aber auch in ähnlicher V.'eisc geformt und lediglich seitlich abgesetzt sein, wodurch eine gleichmassige Auswärtsablenkung aller Tropfenströme erzeugt wird, und zwar durch Abfangen der Trcpfen in einem oder in mehreren otromen und mit nachfolgenden¹ Durchgang durch die Ceffnurg der Tropfen in den anderen .Strömen, '/.-am Vergleich ist fest zustellen, dass der in Fig. 2 aargestellt«; koinzidierende kreisförmige Auffänger in Verbindung rr.ii einer kreisförmiger Anordnung von Löchern verwendet werden kann. Alle durch eine solche Anordnung während einer anregungsperiode erzeugten Tropf-n sind in ähnlicher //eise aufgeladen und wei dei. konisch nach -r^sen abgelenkt ,· wobei der Halbwinkel des Konus von cer Höhe d~r i r.desoannung abhängt. Hie Auffangplatte 7 fängt alle Tropfen in einen· nevfen von sechs Trcpfen ab, d.h. sechs auf einem Kreis angeordnete- Trcpf·?γ , die aus FI uidumsf äde-i J während einer einzigen Arregungsperiode erzeugt werden; wahlweise fängt sie :-;.<:! keinen von dieser. Vr,rⁿei: ab. .jie kann nicht selektiv nur beüüin.pte Tropfen imerhalh ^<jines einzigen HautΊ -s.-· abfangen.

Vie».n Me Ceffnurg 27 in; G'ffrsiJt? dozu nicht koinvi-iorend mit vier fl·: i charständiger. Tr-.rf>^sr:s· i-"'r.en benutzt v:irc, ::i e

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es die Fig. 4 zeigt, dann können fünf verschiedene Schwärzungsgrade ausgedruckt werden, die von einem Ende bis zum anderen Ende der Grautonskala reichen. Die Fig. 4 zeigt fünf aufeinanderfolgende Stellungen der Auffangebene, wobei die vier erwähnten Tropf enströme eintreffen können, wenn die vier erzeugenden Feldfäden nacheinander um jeweils b Volt erhöht worden sind, wie es die Fig. 4a zeigt.

Die Tropfenstellungen A stellen die seitliche Stellang der Auffangplattenebene für Tropfen dar-, die dann gebildet werden, wenn das Aufladesignal a ist. Wenn a eine C-rösse von 0 Volt hat, dann ist der Abstand zwischen den Stellung A gleich dem Abstand von vier entsprechenden Löchern der Lochplatte 3.

Wenn das Aufladesignal auf das Potential b erhöht wird, dann werden die dann gebildeten Tropfen nur schwach aufgeladen; dementsprechend werden sie um eine kurze Strecke nach aussen abgelenkt. Die Tropfen der Tropfenreihen gehen durch die Stellung B und erreichen dann unter Umständen das Aufzeichnungsmedium. Die Tropfen in dem vierten Strom werden jedoch in die Stellung B^f abgelenkt, die ausserhalb der Kante der üeffnung 27 liegt; dementsprechend werden diese Tropfen abgefangen. Wenn also das Aufladesignal vom Werte a auf den Wert b erhöht wird, dann ist die Menge des das Aufzeichnungsmedium erreichenden Fluidums um 25% verringert. Wenn das Aufladesignal in ähnlicher Weise auf den Wert c sich erhöht, dann werden zwei Tropfenströme abgelenkt, um durch zwei Nichtauffangstellungen C hindurchzugehen. Während dieser Zeit werden die beiden anderen Tropfenströme in die beiden Auffangstellungen C abgelenkt. Das verringert die Menge des abgeschiedenen Fluidums um insgesamt 50$.

Wenn man in dieser Richtung weiterfortfährt, so kann das Aufladesignal auf die Werte d und e erhöht werden, um die Tropfen in dip Stellungen D, D^f, E, E¹ abzulenken. Die Abfangstellungen für die Tropfen sind in allen Fällen unterbrochen dargestellt,

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während der Durchgang oder die Nichtabfangstellungen mit ausgezogenen Linien dargestellt sind. Man kann auf diese V/eise erkennen, wie eine vierseitige koinzidierende Auffangvorrichtung in Verbindung mit vier Tropfenströmen und fünf Aufladesignalstufen verwendet werden kann, um fünf verschiedene Intensitätswerte zu schaffen, die von einem Ende bis zum anderen Ende der Grautonskala reichen. Auf diese Weise kann die oben beschriebene Einrichtung in vorteilhafter Weise zur Erzeugung von Halbtönen verwendet werden, indem man zusätzliche Ströme, Aufladestufen und üeffnungszeiten hinzufügt.

Die beschriebene Einrichtung hat den grossen Vorteil, dass sie eine lateral nichtsymmetrische elektrisch leitende Oberfläche schafft, um eine Tropfenablenkurig mittels eines selbstinduzierten elektrischen Felds durchzuführen.

Die beschriebene Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, dass sie auf'diese Weise zur Halbtonwiedergabe mit einem hohen Grade von Wiedergabegenauigkeit und Zuverlässigkeit.herangezogen werden kann.

Die beschriebene Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, dass sie zur digitalen 3trahlaufzeichnung mit erhöhten Aufzeichnungsgeschwindigkeiten und mit verhältnismässig kleinen Tropfenabmessungen herangezogen werden kann.

Die beschriebene Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, dass sie eine nichtkoinzidierende Auffangplattenöffnung benutzt und die Amplitude der Aufladespannung der Tropfen moduliert, um einen vorgewählten Prozentsatz der Tropfen aufzufangen, die wahrend eines gegebenen Anregungüzyklus erzeugt werden. Wahlweise kann eine Halbtonwiedergabe aber auch unter Anwendung eines koinzidierenden Aufhängers erzeugt werden, und zwar zusammen mit der Ein-Aus-Modulatiori der Aufladespannung der Tropfen nach Massgabe eines geeigneten zeitlichen Programms.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Steuern von Teilchen, insbesondere beim Bedrucken von Fluidumstropfen, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Bestandteile aufweist:

- eine mit mindestens einem Loch (2) versehene Lochplatte (3),

- einen Vorratsbehälter (8) für das Fluidum, der mit dem Loch (2) in strömungsmässiger Verbindung steht,

- eine Vorrichtung (22, 23), um Druck auf das Fluidum im Vorratsbehälter (8) auszuüben und aus dem Loch (2) einen Strom von Fluidum auszuschleudern,

- eine Vorrichtung (13), um den Strom so zu beeinflussen, dass er längs einer Bahn in eine Aufeinanderfolge von gleich grossen und gleichabständigen Tropfen zerfällt,

- eine Vorrichtung (4,14,24,26), um vorgewählten Tropfen (5) eine vorbestimmte elektrische Ladung zu erteilen und nach aussen anziehende Bilder der Ladungen zu erzeugen und

- eine mit Oeffnung versehene Auffangplatte (7), um die Aufeinanderfolge der Tropfen durch die Oeffnung derselben hindurchzulassen, welche Oeffnung nicht mit der erwähnten Bahn der Tropfen koinzidiert, um eine Halbtonwiedergabe durch selektives Abfangen von Tropfen zu erzielen, die durch Anziehung der Ladungsbilder nach aussen abgelenkt worden sind.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochplatte (3) mit einer Vielzahl von Löchern (2) versehen ist, die längs eines geschlossenen Kurvenzugs sich im Abstand voneinander befinden, dass die Vorrichtung zur beeinflussung auf alle von den Lrehern (2) ausgehenden otröme einwirkt und sie zum Zerfal] in Aufeinanderfolgen von gleichgrossen und gleichabständigen Tropfen (5) veranlasst, dass die Vorrichtung zur Induzierung elektrischer Ladung eine von einem geschlossenen Kurvenzug umgebene elektrisch leitende Oberfläche ist, die die Ströme mindestens im Bereich ihrer Zerfal]sstellen umgibt und mit einer Quelle veränderlichen elektrischen Potentials elektrisch verbunden ist, um in vorgewfihlten Tropfen auf kapazitive V/eise vorbestimnite elektrische Ladungen zu induzieren, welche Oberfl Ziehe sich mindestens von den Zerfallsst.eilet: nach unten erstreckt, um nach aus sen anziehende Bilder der Ladungen zu erzeugen, und dass die mit Oeffnungen versehene Auffangplatte (7) für den Durchlass der Aufeinanderfolgen der Tronfen durch deren Oeffnung so ausgebildet ist, dass die Oeffnung einen Umriss hat, um die durch die Anziehung der Ladungsbilder darüber hinaus abgelenkten Tropfen abzufangen, wobei die Oeffnung nicht mit den Aufeinanderfolgen der Tropfen koinzidiert, und zwar zum Zwecke der Halbtonwiedergabe.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (2) in der Lochplatte (3) auf Kreisen angeordnet sind und dass die Oeffnung in der Auffangplatte (7) ebenfalls kreisförmig ist und mit den auf Kreisen angeordneten Löchern (2) ausgerichtet ist, um als koinzidierende Abfangvorrichtung zu dienen.

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