DE2455019A1

DE2455019A1 - Schreibvorrichtung

Info

Publication number: DE2455019A1
Application number: DE19742455019
Authority: DE
Inventors: John W Weigl
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1975-07-10
Also published as: NL7415488A; FR2256034A1; JPS50102223A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DIPL.-INQ.

• H. KINKELDEY

DR.-INQ.

W. STOCKMAIR

DR.-INQ. · AeE(CALTECH)

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

" ^ρ·^Η·^ϋΑΚΟΒ

DIPL.-INQ. .

G. BEZOLD

_v DR. RER. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OEC. INS.

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

P 8660-Sr

20. November 1974-

XEROX CORPOEATiON . Xerox Square

Rochester, New York 14603 USA

Schreibvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Schreibvorrichtung zur Ablagerung von Tröpfchen einer gefärbten Flüssigkeit auf ein Aufzeichnungsmedium.

J-Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung, mit der Tröpfchen eines fluiden Mediums auf eine Oberfläche aufgebracht werden können, sowie weiterhin einen Mechanismus, der Papier mit einer gefärbten Flüssigkeit , insbesondere einer Tinte, beschreibt,

Im folgenden soll neben der Bezeichnung " Schreibvorrichtung " auch die Bezeichnung "Drucker " verwendet werden, da auf dem Gebiet der elektronischen

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TELEFON (OSS) 99 SS 03 TKLKX OS-30310 -. TtLE(RAMMI MONAFAT

Datenverarbeitung, auf dem die erfindungsgemäße Schreibvorrichtung insbesondere eingesetzt -werden soll, im allgemeinen jede schriftliche Ausgabe von Daten als " Drucken " bezeichnet wird.

In der Datenverarbeitung wird ein Drucker benötigt, der mit hoher Geschwindigkeit arbeitet und nicht durch die große Masse der beweglichen Teile beeinträchtigt wird, wie es üblicherweise bei solchen Geräten der Fall ist. Zu diesem Zweck ist eine Schreibtechnik entwickelt worden, bei. der ein Farbstoff, beispielsweise Tinte, auf eine Schreiboberfläche gerichtet wird, um in Abhängigkeit von den empfangenen Daten Zeichen zu bilden«

Die herkömmlichen Einrichtungen zur Aufzeichnung von Informationen mit einem flüssigen Farbstoff lassen sich im allgemeinen in drei Grundtypen einteilen· Bei einem ersten Typ wird ein den Farbstoff enthaltender Stift unter der Steuerung eines entsprechenden Signals räumlich bewegt und in bzw» außer Kontakt mit einer Aufzeichnungsoberfläche gebracht. Eine solche Bewegung läßt sich jedoch , insbesondere bei hoher Geschwindigkeit, nur mit großen Schwierigkeiten steuern.

Bei einem zweiten Typ von Schrexbvorrichtungen wird ein Stift, dem der Farbstoff zugeführt wird, in ständigen Kontakt mit einem Blatt- oder bahn- - formigen Aufzeichnungsmaterial gehalten und relativ zu ihm bewegt, um die Informationen aufzu-

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zeichnen. Dadurch wird zu allen Zeiten auf der Aufzeichnungsoberfläche eine kontinuierliche Mar-, kierung hergestellt, wenn der Stift und die Aufzeichnungsoberfläche miteinander in Kontakt sind. Die praktische Anwendung dieses Typs von Schreibvorrichtung ist. im wesentlichen auf den Einsatz mit Oszillographen beschränkt, da der mechanische Aufbau zu komplex und aufwendig war, um einen kontinuierlich schreibenden Stift durch die gewundenen und komplizierten Figuren zu steuern, wie sie beim Schreiben hochentwickelter Vorgänge notwendig sind.

Der letzte Typ von Schreibvorrichtung, zu dem auch die vorliegende Erfindung gehört, enthält Anordnungen, die oft als "' Tintenspritzer " bezeichnet werden; dabei werden. Tröpfchen des Farbstoffes über einen Spalt von einem Punkt oder einer Öffnung auf eine Aufzexchnungsoberfläche übertragen. Ein Typ eines Tinten-spritzers ist als " kontinuierliches Strömungs " - System bekannt, bei dem Färbstofftropfen kontinuierlich in Abhängigkeit von Druck und Vibrationen ge- bildet werden. Im Bereich in der Nähe der Düse wird ein Ladungstunnel angeordnet, durch den die Farbstofftropfen vorwärts bewegt werden; dieser Tunnel dient dazu, in Abhängigkeit von einem gewünschten , herzustellenden Video-Signal Ladungen auf ausgewählte Farbstofftropfen aufzubringen. In Strömungsrichtung gesehen hinter dem • Tunnel ist ein Satz von Ablenkplatten vorgesehen.

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an die ein Potential angelegt wird. Das elektrische Feld zwischen den Platten wirkt auf die aufgeladenen Tropfen, so daß sie in einem Ausmaß abgelenkt werden, das durch die Ladung an den Tropfen und die Potentialdifferenz zwischen den Platten.bestimmt wird. In Strömungsrichtung gesehen hinter den Ablenkplatten ist ein Behälter oder Trog vorgesehen, der die nicht abgelenkten Tropfen auffängt und zu einem Sammelbehälter weitergibt. Weiterhin ist ein Aufzeichnungsmaterial vorgesehen, das die abgelenkten Farbstofftropfen aufnimmt, wodurch sich eine Abbildung ergibt, die repräsentativ für die Video-Signale ist. Auf diese Weise können also.Informationen niedergeschrieben werden· Ein solches System wird in der US-PS 3 373 ^37 beschrieben.

Ein solches System erfordert also einen Behälter für den überschüssigen, nicht verbrauchten Farbstoff sowie möglicherweise eine Pumpe, um den Farbstoff von dem Vorratsbehälter zu der Düse zu übertragen; dadurch besteht aber immer die Möglichkeit, daß der Farbstoff verschüttet wird und die mechanischen Teile eines solchen Systems versagen; darüberhinaus ist die Wiedergabetreue in Bezug auf das Video-Signal bei den mit kontinuierlicher Strömung arbeitenden Tintenspritzern gering. Denn wenn das Ablenkungssignal steigt oder fällt oder zu dem Zeitpunkt nicht anliegt, an dem die Farbstofftropfen passieren, so wird die Ablenkung der Tropfen nicht in Abhängigkeit von der gewünschten, auszudruckenden Video-Information erfolgen. Damit nur auf ausgewählte Tropfen getrennte Ladungen aufgebracht werden, muß weiterhin.festgestellt werden, wann die

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Trennung der Tropfen auftritt; als Alternative hierzu genügt es auch, den zeitlichen Ablauf der Tropfenbildung relativ zu dem Video-Signal zu kennen. Wird die Zeit für die Tropfentrennung nicht gesteuert, so werden wegen der nicht vorhersagbaren zeitlichen Änderungen bei der Erzeugung der Farbstofftropfen die Gleichmässigkeit und die Wiedergabetreue des Druckvorgangs nachteilig beeinflusst·

Ein zweites System von " Tintenspritzern "wird als " bei Bedarf " - System bezeichnet, bei dem Farbstofftropfen selektiv gemäß dem Video-Signal hergestellt werden, wobei alle erzeugten Farbstofftropfen auf das Aufzeichnungsmediuni fallen· Solche Systeme sind in denUS-PS'en 3 3^1 859 und 2 1A3 beschrieben. Bei diesen Systemen wird ein leitender 'Riegel oder eine Stange hinter dem Schreibmedium angeordnet, wobei eine Spannung einer bestimmten Polarität an den Riegel angelegt wird, deren Größe nicht ausreicht, um Farbstoff aus der Düse abzuziehen. Wenn ein Druckvorgang durchgeführt werden soll, werden Spannungsimpulse mit der anderen Polarität in Rechteckwellenform selektiv an die Düse angelegt, während das Papier vorwärts bewegt wird. Das sich ergebende elektrostatische Feld zwischen der Düse und dem Riegel überwindet die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und zieht den Farbstoff von der Düse auf das Schreibmedium» Als Alternative hierzu können Einrichtungen vorgesehen sein, um den Druck auf den Farbstoff zu erhöhen, so daß er in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal durch eine Düse gedruckt wird.

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Es wird ein Farbstoff system angestrebt, das alle für den Druckvorgang hergestellten Farbstofftropfen verbraucht, da hierdurch keine Rezirkulation des Farbstoffes erforderlich ist. Weiterhin sind auch die nur bei Bedarf arbeitenden Tintenspritzer vorteilhaft, weil sie nur ein zwei Elektroden aufweisendes System erfordern, das heißt, eine Düse auf einem Potential und einen Riegel hinter dem Schreibmedium auf einem anderen Potential, um den Druckvorgang durchzuführen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, einen Farbstoff verwendende Schreibvorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schreibvorrichtung der angegebenen Gattung gelöst durch ein die Flüssigkeit enthaltendes Röhrchen, durch ein Material, das durch die Flüssigkeit schlechtbenetzbar und im Inneren des Röhrchens in der Nähe einer darin vorgesehenen Öffnung angeordnet ist, und durch eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes an das Material, wobei die Strömung der Flüssigkeit aus der Öffnung auf das Aufzeichnungsmedium gesteuert wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß ein nur bei Bedarf arbeitendes , Farbstoff verwendendes Schreibsystem s geschaffen wird, das eine Einrichtung zur Steuerung der Farbstoffströmung enthält.

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Weiterhin wird eine Einrichtung geschaffen, die verhindert, daß der Farbstoff beim Fehlen eines Steuersignals oder zwischen den Druckzeiten aus einer Kapillare austropft oder austritt.

Weiterhin wird eine Anordnung geschaffen, die den Schwellwert genauer festlegt, bei dem der Farbstoff aus der Öffnung eines Kapillarröhrchens fließt; dies wird dadurch erreicht, daß ein genau definierter Steuerspalt vorgesehen ist, über den der Farbstoff durch die Anlegung eines Steuerimpulses gezogen werden muß.

Weiterhin wird eine Farbstofftropfen verwendende Aufzeichnungsvorrichtung geschaffen, bei der die Zulieferung der Tropfen schnell mittels eines Steuersignals beendet und wieder begonnen werden kann.

Schließlich wird ein verbesserter Schreibmechanismus , der Tröpfchen eines fluiden Mediums auf eine Aufzeichnungsoberfläche aufbringt, sowie eine Einrichtung zur Steuerung des Austritts des Farbstoffe in Richtung auf die Oberfläche geschaffen.

^Eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weist also eine Kapillare oder einen anderen geeigneten Farbstoff-Behälter mit einer nichtbenetzbaren Sperre in der Nähe seiner Austrittsöffnung auf, so daß der Farbstoff nur dann fliessen kann, wenn er durch elektrostatische Kräfte über die Sperre gezogen wird. In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung können

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mehrere dieser Kapillaren verwendet werden.

Die Erfindung schafft also eine Schreibvorrichtung bzw. einen Drucker, der mehrere» Farbstoff enthaltende Kapillarröhrchen aufweist, wobei die Strömung des Farbstoffs von den Röhrchen dadurch gesteuert wird,-daß die Strömung des Farbstof© über einen Steuerkanal geregelt wird; dieser Steuerkanal wird aus einem schlecht-benetzbaren oder nicht-benetzbaren Material gebildet und befindet sich in der Nähe der Auslaßöffnung des Röhrchens. Ein elektrisches Feld wird erzeugt, das an den Steuerkanal angelegt wird, um die Strömung des Farbstoff in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal zu regeln.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden , schematischen Zeichnungen näher erläutert.

-1

Es zeigen:

Figur 1 eine zur Erläuterung dienende Ansicht des Schreibbereichs I eines Druckers, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet wird;

Figuren 2(a)-2(c) Querschnittsansichten des detaillierten Aufbaus eines Typs von Kapillarröhrchen, bei dem die Strömungssteuerung nach der Erfindung angewandt wird;

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Figur 3 eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung für den Farbstoff verwendenden Drucker nach der Erfindung; und

Figuren 4-6 verschiedene Typen von· Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung, mit denen der Farbstoff ausgestoßen werden kann.

In Fig. 1 ist in schematischer Form ein Farb-oder Tintendrucker dargestellt, der eine Gruppe von linear, insbesondere in einer Linie, ausgerichteten, nahe beieinander liegenden kapillarfÖrmigen Aufzeichnungsröhrchen oder - Federn 10 enthält. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird jedes Röhrchen 10 aus einem isolierenden Material hergestellt und hat einen inneren Durchmesser, der ausreichend gering ist, um die Kapillarwirkung zu erzeugen. Die Stifte werden mit einer bestimmten Menge eines geeigneten, gefärbten fluiden Mediums oder einer flüssigen Tinte bzw. einem Farbstoff lk aus einem Vorratsbehälter 11 gefüllt, der sich über den Kapillarröhrchen 10 befindet; in diesen Vorratsbehälter erstreckt sich ein offenes Ende 12 eines jeden Röhrchens. Die räumliche Anordnung und insbesondere der Abstand der Kapillarröhrchen 10 ist so ausgelegt, daß das andere offene Ende oder die Auslaßöffnungen 13 der Röhrchen in der Nahe der Oberfläche eines kontinuierlich vorwärts bewegten Aufzeichnungsmediums 15 angeordnet sind und sich seitlich über diese Oberfläche erstrecken ; auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums wird der Farbstoff lk wahlweise in einem bestimmten, einzustellenden Muster abgelagert. Herkömmliche

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Einrichtungen sind vorgesehen, um das Aufzeichnungsmedium 15 in eine Richtung zu bewegen, die gemäß der Darstellung in Fig. 1 senkrecht auf der Blattfläche steht; bei Bedarf kann das Aufzeichnungsmedium 15 in das Blatt hinein oder aus dem Blatt heraus bewegt werden.

Jedem der verschiedenen Kapillarröhrchen ist ein Paar Elektroden l8 und 19 zugeordnet. Die Elektroden l8 befinden sich im Inneren der Röhrchen 10 und sind über Leiter 17 mit einer Quelle l6 verbunden. Die Beschleunigungselektroden 19 haben Ringform und werden durch die Ränder der unteren Öffnungen der Röhrchen 10 in der Nähe der Auslaßöffnungen 13 gehaltert{ die Beschleunigungselektroden 19 sind über Leiter 20 mit der Quelle l6 gekoppelt. Obwohl die Kapillarröhrchen 10 gemäß der Beschreibung aus einem isolierenden Material bestehen, an das die Elektroden gekoppelt sind, ist es in gleicher Weise möglich, ein leitendes Kapillarröhrchen mit Wandbereichen zu verwenden, ■die als Elektroden l8 oder 19 dienen.

In den Figuren 2 ( a ) bis 2 ( c ) ist im Detail der Aufbau der Kapillarröhrchen 10 nach der Erfindung dargestellt, wobei auch die Anordnung zu.sehen ist, die die Strömung des flüssigen Farbstoffes aus den Auslaßöffnungen 13 der Röhrchen 10 steuert« Am inneren Radius eines jeden Röhrchens ist in der Nähe der Auslaßöffnung 13 ein Ring oder ein ringförmiger Bereich aus einem schlecht-benetzbaren Material 21 angeordnet. Dieser Kreisring aus schlecht-

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benetzbaren Material 21 definiert einen schmalen Steuerspalt oder Kanal 22, von dem der Farbstoff 14 abgestoßen wird und zurück in den oberen Bereich des Kapillarröhrchens bewegt wird, wenn sich der Drucker im Ruhezustand befindet und keine Informationen ausgedruckt werden; d.h., wenn kein elektrisches Feld angelegt ist. Diese Wirkung ergibt sich aus der zwischen den Grenzflächen herrschenden . übermäßigen Spannung zwischen der am weitesten innen liegenden Randoberfläche des Materials 21 und dem Farbstoff 1A-. Das heißt also, daß sich der Farbstoff im Ruhezustand von dem Material in das Innere des Kapillarröhrehens zurückzieht. Wird ein elektrischer Impuls an die Elektroden 18 und 19 angelegt, so wird in dem Farbstoff eine Ladung induziert, wobei die aufgrund der Grenzflächenspannung auftretenden Haltekräfte durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen dem Farbstoffstrom und der Beschleunigungselektrode 19 überwunden werden; dadurch wird der Farbstoff 14 über den schlecht-benetzbaren Ring hinaus nach vorne in Richtung auf die öffnung des Kapillarröhrchens gezogen und kann aus dieser öffnung austreten.

Das Schwellenpotential, das zur Auslösung der Farbstoffströmung erforderlich ist, wird durch die Grenzflächenenergie eingestellt, wobei ein Ausgleich in der Weise durchgeführt werden muß,

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daß der Farbstoff nur dann fließen kann, wenn dieses Potential überschritten und beibehalten wird. Das elektrische Feld wird durch Anlegen einer Spannung zwischen die Beschleunigungselektroden 191 die sich an der Auslaßöffnung 13 befinden, und die Gegenelektrode l8 erzeugt, die im Inneren des KapiHarröhrchens angebracht und über die Leiter 17 mit der Spannungsquelle l6 verbunden ist.

Die Grundbeziehung zwischen dem Radius r_ der Kapillaren, der Dichte γ des Farbstoffes, der Oberflächenspannung β . des Farbstoffes, der Steighöhe h_ der Kapillaren und dem Kontaktwinkel θ zwischen dem Farbstoff und der Wand der Kapillaren ist gegeben durch

h = ( 2^₁ cos G /j>gr ) ;

dabei ist £ eine dimensionsbehaftete Umwandlungskonstante ( Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft )· Die Steighöhe kann nahe an Null herangebracht werden, wenn Materialien mit einem Kontaktwinkel von O > 90 ausgewählt werden. Unter diesen Bedingungen wird der Farbstoff nicht durch die Oberflächenspannungskräfte in die unbenetzten Bereiche der Kapillaren gezogen. Dadurch dient ein Kreisring, der einen effektiven Kontaktwinkel von ungefähr 90 oder mehr für die Farbstoffflüssigkeit hat, unter der Voraussetzung als effektive Sperre für den in dem inneren Bereich der Kapillaren enthaltenen Farbstoff, daß die

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Breite ¥ des Kreisrings ( längs der Achse der Kapillaren gemessen ) den inneren Durchmesser ( 2 r ) der Kapillaren übersteigt. Diese gleiche Bedingung gilt auch für einen Sperr-Ring im Inneren der Kapillaren ( siehe Fig. 3 ) oder am offenen Ende: h > W 2 2r.

Damit der Kreisring eine effektive Sperre für die Strömung der Flüssigkeit bildet, muß die Oberflächenspannung einen ausreichend niedrigen kritischen'Wert haben, damit die folgende Beziehung gilt: ( siehe z.B. W.A. Zisman in ¹¹ Contact Angle, Wettability und Adhesion " Adv. in Chetn.Series, Vol. 43, Am.Chem.Soc, , Washington, D.C. 1964, Kap. l) :

Hierbei ist S der sog. " Spreitungskoeffizient " ( spreading coefficient ), Y die kritische Oberflächenspannung der Oberfläche an dem kreisförmigen Ring, Y ■, die Grenzflächenspannung zwischen Oberfläche und Flüssigkeit ( üblicherweise als klein angenommen ), und Y . gemäß der obigen Definition die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Je negativer der Spreitungskoeffizient S ist, umso größer ist der Widerstand einer Oberflache gegen die Benetzung durch die in Betracht kommende Flüssigkeit. Die kritische Oberflächenspannung Y einer Oberfläche wird als die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit definiert, die gerade damit beginnt, sich als dünner Film über die ganze Oberfläche auszubreiten oder zu spreiten; dies kann als Maß

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für die Oberflächenspannung der in Frage stehenden Oberfläche während des Betriebs genommen werden. Daraus folgt, daß ( $ - V ) so groß wie möglich sein sollte, damit die Sperre wirksam wird.

Typische wässrige Farbstoffe haben Oberflächenspannungen von ungefähr 65 - 72 dyn/cm, während typische Kohlenwasserstoff-Farbstoffe Oberflächenspannungen von ungefähr 28 - 32 dyn/cm haben; andere Farbstoffe, beispielsweise die auf Glykolen und Polypropylenglykol aufbauenden, haben zwischen diesen Werten liegende Oberflächenspannungen. Der - Wert für Polydimethylsilan beträgt 2k dyn/cra

und für Polytetrafluorathylen l8 dyn/cm. Da gemäß der obigen Erläuterung die Energie, die zur Benetzung der Oberfläche erforderlich.ist, so groß wie möglich sein sollte, sollte der Term (X₁ -

ϊΓ ) maximal gemacht werden. Daraus eingibt sich wiederum, daß Kreisringe, die durch Silikonbehandlungen hergestellt werden, hochwirksame Sperren für wässrige oder Glykol-Färbstoffe sind , während Materialien mit den niedrigsten Y - Werten ( Fluorkarbone, Fluorsilikone, Derivate der Fluorkarbone ) als wirksame Sperren für Farbstoffe eingesetzt werden müssen, die auf Ölen beruhen.

Zwei allgemeine Verfahren können angewandt werden, um die schlecht-benetzbare Oberflächenschicht auf den Spitzenbereich der Kapillaren aufzubringen.

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1. Eine einzige Behandlung der Oberfläche während

des Beginns der Herstellung, z.B. durch Eintauchen der mit einer Metallspitze versehenen Kapillare ( oder Gruppe von Kapillaren ) in eine Dispersion oder Lösung einer einen Film bildenden Substanz mit niedriger Oberflächenspannung, wobei bei Bedarf ein geeigneter Trocknungsschritt und Brennen bzw. Glühen oder Erhitzen folgen kann. Z.B. können die Kapillarspitzen mit der gewünschten Tiefe w in eine verdünnte Dispersion aus Kolloidalem Polytetrafluoräthylen, wie z.B. eine Acheson Colloids " Emralon " PTFE ( Polytetrafluoräthylen ) Harzlösung eingetaucht werden. Nach der Herausnahme aus der Dispersion wird die Anordnung getrocknet und mit herkömmlichen Techniken erwärmt, insbesondere geglüht oder gesintert, so daß im Inneren und an der Spitze der Kapillaren ein dünner Fluorkarbonharzfilm entsteht. Diese Behandlung hat den Vorteil, daß sie für die Verwendung bei den beiden möglichen Färbstofftypen, nämlich auf Öl beruhenden und auf Wasser beruhenden Farbstoffen, geeignet ist.

Als Alternative hierzu können die Spitzen in eine Benzinlösung eines bei Raumtemperatur aushäirtbaren Silikon-Kautschuks, wie z.B. der von General Electric vertriebene Silikon-Kautschuk SE - 76 , eingetaucht werden; weiterhin kann eine Benzinlösung eines DichlordimethyIsilans, wie es beispielsweise von der G.E.Corporation unter dem Handelsnamen DRI-FiIm und von Beckman Instruments Division of Varian Inc. als Desicote-Lösung verkauft

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wird, verwendet werden. Diese auf Silikonen beruhenden Antibenetzungsmittel haben den Vorteil, daß kein Glühen oder Sintern erforderlich ist, wobei sehr dünne Filme hergestellt werden können; . sie erreichen jedoch ihren besten Wirkungsgrad nur mit Farbstoffen, die auf Wasser oder Glykol beruhen, da ihr V - Wert wesentlich höher als der der Fluorkarbone ist; außerdem ist das Differential der Oberflächenspannung im Vergleich mit auf Öl beruhenden Farbstoffen entsprechend kleiner*

>· Kontinuierliche Behandlung der Spitze durch die Ablagerung eines " autophoben " Farbstoffbestandteils, wie beispielsweise Fluoroester II ( beschrieben von Cottington et al., Kap. 251 von ^lf Contact Angle, Wettability & Adhesion, S.obiges Zitat ) oder durch ein Diphenylsilikon-Öl ( Midland Silicones Co., Wales ). Wie in dem Artikel von Cottington et al.erläutert wird, verhindern ¹¹ autophobe " Farbstoffbestandteile die gleichmassige Ausbreitung oder das " Spreiten " einer Flüssigkeit, in der sie auf einer Oberfläche mit nominell höherem % - Wert verteilt sind; dabei bilden sie offensichtlich einen nicht-benetzbaren Oberflächenfilm über dem Substrat mit hohem )f - Wert. Der sich ergebende effektive X - Wert wird der des nichtpolaren Endes des autophoben Bestandteils; bei Fluoroester II wird der V - Wert ungefähr 19,6, während er im Falle eines flüssigen Additivs aus Diphenylsilikon ungefähr 22 beträgt. Unter Berücksichtigung ihrer effektiven /_c - Werte und der obigen Diskussion ist Fluoroester für beide Farbstoffarten

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geeignet, die entweder auf Öl oder auf Wasser basieren, während Diphenyl-Silikon in erster Linie für Farbstoffe geeignet ist, die auf Glykol oder Wasser basieren. Wahrscheinlich werden in nächster Zeit weitere autophobe Farbstoffzusätze zur Verfügung stehen, wobei die entsprechenden Sub stanzen auf der Grundlage der oben zusammengestellten Kriterien für die Oberflächenspannung leicht ausgewählt werden können; die einzige Einschränkung liegt darin, daß ein Ring der Breite W hergestellt werden muß, wobei h > w _> 2r isjt.

Eine praktische Anordnung zur Steuerung der Farbstoff strömung von jedem der Röhrchen 10 ist in Fig. 3 dargestellt, wobei eine Spannungsquelle 31 an eine in Reihe geschaltete Kombination von Widerständen R 1 und R 2 geschaltet ist. Die in der Nähe der Auslaßöffnung 13 des Kapillarröhrchens angeordnete Beschleunigungselektrode 19 ist mit dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen R 1 und R 2 verbunden, während die andere'Seite des Widerstandes R 2 geerdet ist. Die andere, in den Farbstoff lh eingetauchte Elektrode l8 ist durch einen ein- und ausschaltbaren oder Steuerschalter 33 mit einem Anschluß der Spannuagsquelle 31 verbunden.

Die Widerstände R 1 und R 2 sind so ausgewählt, daß ihre Widerstandswerte im Vergleich mit dem Widerstand des Farbstoffes zwischen den Elektroden l8 und 19 sehr groß sind; die Größe des Widerstandswertes R 1 ist mit der des Widerstandes R 2 vergleichbar. Unter diesen Bedingungen ist die Trennung zwischen den Elektroden l8 und 19 nicht kritisch.

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Beim Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Steueranordnung wird einer der variablen Widerstände R 1 oder R als Steuerelement mit variablen Widerstandswert ausgewählt, während das andere den dazu passenden Scheinwiderstand bildet. Der passende Scheinwiderstand wird so ausgewählt, daß er einen Wert hat, der ungefähr dem geometrischen Mittel zwischen den Grenzwerten des Widerstandes des Steuerelementes unter Betriebsbedingungen entspricht.

Die an die Widerstände R 1 und R 2 angelegte Spannungkann eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein, wobei aus praktischen Gründen eine Gleichspannung bevorzugt wird. Um die Erläuterung zu erleichtern, soll im folgenden der Betrieb mit Gleichspannung beschrieben werden.

Zunächst soll ein positiv arbeitender, fotoelektrisch gesteuerter Drucker erläutert werden, bei dem die Informationen mit Hilfe von Farbstoffen ausgedruckt werden.

Wird als Widerstand R 1 ein fotoleitendes Element einer Fotodiode verwendet, so kann die Signalsteuerung mittels eines Lichtimpulses durchgeführt werden, der auf R 1 auftrifft. Während die lichtempfindliche Oberfläche des Elementes R 1 durch Lichtquanten bestrahlt wird, sinkt sein Widerstandswert, und die Spannung an den Elektroden l8 und 19 fällt unter die Potentialschwelle ab, die erforderlich ist, um eine Bewegung des Farbstoffes über den schlecht-benetzbaren

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Kreisring 21 auszulösen. Damit reicht also das Netto-Potential über den Kanal nicht aus, um die Flüssigkeit ik durch den Steuerkanal 22 zu drücken, und die Kapillare schreibt nicht ( siehe Fig. 2a).

Wird jedoch der Fotoleiter oder das Element R 1 der. Fotodiode nicht bestrahlt, so ist sein Widerstand R 1 viel größer als der von R 2 , wobei die Spannung an R 1 ( und deshalb zwischen den Elektroden l8 und 19 ) schnell auf den Wert ansteigt, der durch die Energiequelle 31 angelegt wird. Beim normalen Betrieb wird dieses Potential über der Schwelle aufrecht erhalten, die erforderlich ist, um den Farbstoff über den Kreisring 21 anzuziehen. Das erste Tröpfchen bewegt sich vorwärts, bis es in Berührung mit der Elektrode 19 kommt ( siehe Fi-g. 2b). Zu diesem Zeitpunkt schließt die eigene Leitfähigkeit des Farbstoffs die anziehende Spannung über den Steuerkanal 22 kurz. Sobald diese Spannung unter die Schwelle fällt, bewirkt die Grenzflächenspannung zwischen dem Farbstoff und der schlecht-benetzbaren Beschichtung 21 des Kanals, daß das Tröpfchen zusammengeschnürt wird, wodurch es sich selbst von dem Haupt- Vorratsbehälter abtrennt; es kann nun auf das blatt- oder bahnförmige Aufzeichnungsmaterial , das aufgrund von Kapiallarkräften eine Absorptionswirkung ausübt, und nahe bei bzw. nahe^zu in Kontakt mit der Öffnung der Kapillaren ist, gezogen werden. Das Aufzeichnungsmedium sollte näherungsweise einen Abstand r von der Spitze der Kapillaren haben. Die Kontinuität der Strömung bleibt solange

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unterbrochen, bis ein neues Tröpfchen in Abhängigkeit von einem neuen fotoelektrischen Signal erzeugt wird. Dieser Prozeß wird gemäß der Bestrahlungsimpulse, die auf das lichtempfindliche Element R 1 auftreffen, wiederholt. Hierbei handelt es sich also in dem Sinne um ein " positiv arbeitendes " Aufzeichnung3systera für Farbstoffsignale, daß immer dann Abbildungen mit Hilfe des Farbstoffes erzeugt werden, wenn das zur Steuerung dienende Fotoelement dunkel ist.

Im folgenden soll ein negativ arbeitender, fotoelektrisch gesteuerter Drucker für die Ausgabe von Informationen mittels eines Farbstoffes beschrieben werden.

Wird R 2 als Fotoleiter oder Fotodiode ausgewählt, so findet ein ähnlicher, jedoch umgekehrt ablau fender Prozeß statt, wobei das Tröpfchen nun immer dann über den Steuerkanal 22 angezogen wird, wenn das Fotoelement bestrahlt wird, während dies im eben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall war, wenn es dunkel war. Es handelt sich also in diesem Falle in dem Sinne um ein " negativ arbeitendes " System, daß immer dann Abbildungen mittels des Farbstoffes erzeugt werden, wenn das zur Steuerung dienende Fotoelement durch einen Lichtimpuls beirahlt wird.

Obwohl die obige Erläuterung in Verbindung mit dem Einsatz eines Fötoleiters als variabler Widerstand erfolgte, kann selbstverständlich irgendeine elek-

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tronische Anordnung , deren Widerstand sich in Abhängigkeit von irgendeinem externen, angelegten Signal ändert, eingesetzt werden, um die Strömung des Farbstoffes über den Steuerkanal zu steuern. In ähnlicher Weise können elektronische Schalter für einen der- Widerstände R 1 oder R 2 eingesetzt werden.

Figur k zeigt eine Farbstoff verwendende Druckanordnung mit mehreren Düsen, wobei eine Platte 60 vorgesehen ist, die einen-isolierenden Block 6l aufweist , auf den eine Schicht 62 aus schlecht-benetzbarem Material aufgebracht oder auf andere Weise gehaltert ist. Die Platte ist mit durchgehenden Öffnungen 63 versehen, die mit einem Vorratsbehälter 64 für den Farbstoff in Verbin-. dung stehen^ der Vorratsbehälter 6k hat einen Einlaß 65 und ist mit dem Farbstoff gefüllt. Metallische Elektrodenringe 67 sind in dem isolierenden Block in der Nähe der Öffnungen 63 angeordnet , während getrennte Leitungen ( nicht dargestellt ) mit jedem dieser Ringe verkoppelt sind. In dem Farbstoff kann eine gemeinsame Elektrode 66 vorgesehen werden. Die Strömung des Farbstoffes durch eine bestimmte Öffnung 63 wird durch Anlegen eines Signals , wie es oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wurde, gesteuert, um die Färbstoff-Strömung auf ein sich bewegendes Aufzeichnungsmedium 69 zu steuern.

Die Figuren 5 ^und 6 zeigen zusätzliche, -alternative Düsenanordnungen, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Fig. 5 stellt eine Anordnung dar, in der das Kapillarröhrchen kO selbst aus einem schlecht-benetzbaren Material besteht, das spitz zu-

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läuft, so daß ein schmaler Kanal kl entsteht, der als Steuerspalt dient. Eine erste Elektrode 4 3 ist in der Kapillaren im Kontakt mit dem Farbstoff angebracht, während eine zweite Elektrode kk in Form eines Metallrings an der Spitze der Auslaßöffnung der Kapillaren angeordnet ist.

Fig. 6 stellt eine weitere mögliche Ausführungsform dar, bei der die Kapillare 50 aus einem Metallröhrchen gebildet wird, das an einem Ende spitz zuläuft, so daß eine kleine Öffnung 51 entsteht. Ein Kreisring 52 aus schlecht-benetzbarem Material ist in der Nähe dieses Rings angeordnet, wobei der Ring 52 auf die oben beschriebene Weise dazu dient, den Farbstoff-Fluß aus der Öffnung 51 zu steuern. Ein erster Elektrodenring 53 ist an der Spitze der Öffnung 51 vorgesehen, während der Hauptteil des Röhrchens 50 als andere Elektrode dient, so daß ein Feld an den Ring 52 angelegt werden kann.

Bei einer allgemeineren Anwendung der Grundlagen der Erfindung kann ein schlecht-benetzbares Material in der Nähe der Auslaßöffnung der den Farbstoff ausstoßenden Kapillaren oder Düsen in irgendeiner der oben erwähnten Anordnungen zur Ausgabe des Farbstoffes angeordnet werden. So würde z.B. bei einem System , bei dem der Farbstoff aus der Düse in Abhängigkeit von Druckänderungen ausgestoßen wird, die Anordnung eines Kreisrings an seiner Auslaßöffnung verhindern, daß,der Farbstoff während der Zeitspannen, während der nicht ge druckt wird oder niedriger Druck herrscht, ab-

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tröpfeln kann. Darüberhinaus würde der Einsatz eines schlecht - benetzbaren Durchgangs des hier beschriebenen Typs bei dem System nach den amerikanischen Patenten Nr. 3 3^ZH 859 oder 2 1^3 376 ebenfalls verhindern, daß Farbstoff von dem Schreibstift abtröpfelt; dadurch kann der Farbstoff nur dann austreten, wenn eine ausreichende Spannung an die Düse angelegt wird, um den Farbstoff von ihr abzuziehen. Es läßt sich also erkennen, daß über das in den Figuren 1 bis 6 beschriebene Drucksystem hinaus, bei dem ein aus schlecht-benetzbaren Material hergestellter Steuerspalt verwendet wird, es möglich ist j die Steuereigenschaften eines solchen Spaltes bei irgendeinem der herkömmlichen Systeme zu verwenden, um das Abtropfen oder den Austritt des Farbstoffes während der Ruhezeiten zu steuern, bei denen nicht ausgedruckt wird.

Da an dem obigen Aufbau viele Veränderungen vorgenommen werden können, und da weiterhin sehr unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, sollen die in den Figuren und der Beschreibung enthaltenen Merkmale nur als Erläuterung und nicht als Einschränkung verstanden werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Schreibvorrichtung zur Ablagerung von Tröpfchen, einer gefärbten Flüssigkeit auf ein Aufzeichnungsmedium, gekennzeichnet durch ein die Flüssigkeit ( l4 ) enthaltendes Röhrchen ( 10 , 40, 50, 63 ) , durch ein Material ( 21, 4o, 52, 60 ), das durch'die Flüssigkeit ( l4 ) schlecht-benetzbar und im Inneren des Röhrchens ( 10, 40, 50, 63 ) in der Nähe einer darin vorgesehenen Öffnung ( 13 , 4l , 51, 63 ) angeordnet ist, und durch eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes an das Material ( 21, 4o, 52, 60 ), um die Strömung der Flüssigkeit ( l4 ) aus der Öffnung ( 13, 4l, 51, 63 ) auf das Aufzeichnungsmedium ( 15 , 69 )zu steuern.

2· Schreibvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ( l4 ) elektrisch leitend ist.

3. Schreibvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Quelle ( l6, 31 ) für eine variable Spannung, zwei Elektroden ( l8, 19 ; 43, 44 } 50, 53 ; 66, 67 ) , von denen sich eine auf der der Flüssigkeit ( l4 ) zugewandten Seite des Materials ( 21, 40, 52, 60 ) befindet, während sich die andere an der Öffnung ( 13,4l, 51, 63 ) befindet, und Leiter ( 17, 20 ) aufweist, die die Quelle ( l6, 31 ) mit den Elektroden ( 18, 19; 43, 44; 50, 53; 66j 67 ) verbinden.

509828/0469

4. Schreibvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,, daß die Quelle einen Fotoleiter ( R 1, R 2 ) aufweist, der an die Elektroden ( 18, 19; 43, 44;.50, 53; 66, 67 ) und an eine elektrische Energiequelle geschaltet ' ist.

5· Schreibvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ( 21,40, 52, 60 ) Ringform hat.

6. Schreibvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Aufzeichnungsmedium ( 15, 69 )i eine isolierende Oberfläche, einen eine gefärbte Flüssigkeit ( l4 ) enthaltenden Vorratsbehälter ( 11, 64 ), durch eine Anordnung, die die Flüssigkeit ( l4 ) über die Oberfläche zu dem Aufzeichnungsmedium ( 15, 69 ) fließen läßt, durch ein Material ( 21 , 40, 52, 60 ), das durch die Flüssigkeit ( l4 ) schlecht-benetzbar und auf der Oberfläche abgelagert ist, wobei das Material ( 21, 40, 52, 60 ) so angeordnet ist, daß es die Strömung unterbrechen kann, und durch eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes an das Material ( 21, 4.0, 52, 60 ), wobei die Strömung intermittierend beendet und eingeleitet wird.

· Schreibvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge,-kennzeichnet, daß die Oberfläche durch den inneren Durchmesser eines Kapillar-Röhrchens ( 10, 4P, ,._;. '50, 63 ) gebildet ist. , .... _: ... ·

50982.8/0469

8· Schreibvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Quelle ( l6 , 31 ) für eine variable Spannung, ein Paar Elektroden ( l8, 19; 43, 44; 50, 53-5 66, 67 )t von denen eine Elektrode des Paars an gegenüberliegenden Seiten des Materials ( 21, 40, 52, 60 ) angeordnet ist, und Leiter aufweist, die die Quelle ( 16, 31 ) mit den Elektroden ( l8, 19; 43, 44 ; 50, 53? SG₁ 67 ) verbinden.

9· Schreibvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle einen Fotoleiter aufweist, der an die Elektroden ( l8, 19 ) und eine elektrische Energiequelle geschaltet ist.

10. Schreibvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ( l4 ) elektrisch leitend ist.

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