DE2460321A1

DE2460321A1 - Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE2460321A1
Application number: DE19742460321
Authority: DE
Inventors: George J Fan; Richard A Toupin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1975-08-28
Also published as: FR2262370A1; FR2262370B1; US3916419A; JPS50116232A

Description

Bäblingen, 13. Dezember 19*74 km-rz

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 972 111

Tintenstrahldrucker

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung und zum Transport von Farbtröpfchen bei Tintenstrahldruckern.

Es sind Tintenstrahl-Druckvorrichtungen bekannt, bei denen ein elektrostatisches Feld benutzt wird, um einen Transport von Farbtröpfchen von der Austritts öffnung eines Farbmittelbehälters zu der Aufzeichnungsfläche, z.B. einem Blatt Papier, zu bewirken (USA-Patente 3 579 245 und 2 376). In Verbindung mit derartigen Vorrichtungen wurde auch bereits vorgeschlagen, den Austritt des Farbmittels aus dem Farbmittelbehälter durch die Einwirkung mechanischer Kräfte zu unterstützen. Hierzu wurde das Farbmittel in eine elastisch verformbare Kammer gebracht, die entsprechend dem herzustellenden Druckmuster mechanischen Verformungs impulsen ausgesetzt wird. Hierbei werden Farbtröpfchen an der Austrittsöffnung gebildet und gegen die Aufzeichnungsfläche gespritzt. Die Kammer hat eine Resonanzfrequenz, unterhalb der sie auf die mechanischen Verformungsimpulse nicht anspricht. Die Geschwindigkeit, mit der Farbtröpfchen erzeugt und auf die Aufzeichnungsfläche gebracht werden können,

! ist daher von der Resonanzfrequenz abhängig. Außerdem ist ein erhebli-

I eher Aufwand an Verformungs energie notwendig, um eine ausreichende ι

Änderung des Kammervolumens herbeizuführen, die ein Ausspritzen der j Farbtröpfchen bewirkt. I

Aufgabe der Erfindung ist es, für Tintenstrahldrucker ein Verfahren der : eingangs genannten Art anzugeben, das ohne mechanische Verformung des

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Farbmittelbehälters arbeitet und eine hohe Druckgeschwindigkeit gestattet. Das Verfahren eignet sich zur asynchronen Bildung von Farbmitteltröpf- j chen und zur Aufbringung dieser Farbmitteltröpfchen auf einen Aufzeichnungsträger zum Zwecke des Drucks beliebiger Muster. Die Maßnahmen zur Lösung dieser Aufgabe sind im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine vorteilhafte Vorrichtung zur Ausführung deserfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben. Diese Vorrichtung ist im Anspruch 6 gekennzeichnet. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes.

Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. IA eine schematisierte, einen Teilschnitt enthaltende Dar-

stellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, j

Fig. IB eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig, IA in Richtung

der dort angegebenen Pfeile lB-lB,

Fig. 2 eine schematisierte, einen Teilschnitt enthaltende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 3 eine entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungs-

beispiels der Erfindung.

Die in Figur IA dargestellte Vorrichtung weist einen Farbstoffbehälter 10 ! auf, der magnetischen Farbstoff enthält. Ein geeigneter Farbstoff hierfür ist ein Ferrofluid, wie er beispielsweise in der Patentanmeldung P 23 40 120.9 beschrieben ist. Ein anderes Beispiel für einen magneti-

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sehen Farbstoff ist eine stabile kolloidale Lösung von Magnetit(Fe O .) Partikeln einer Größe von 100 A in Wasser mit einem Benetzungsmittel, das die Partikel umgibt.

An den Behälter 10 ist ein Rohr 11 angeschlossen, das eine Austritts öffnung 12 von relativ kleinem Durchmesser aufweist. Die magnetische Flüssigkeit wird im Rohr 11 unter einem relativ niedrigen statischen Druck gehalten, wie beispielsweise in einer Höhe von mehreren Zentimetern Wassersäule. Dieser Druck ist nicht ausreichend, um die magnetische Flüssigkeit aus der Öffnung 12 austreten zu lassen. Die Oberflächenspannung der magnetischen Flüssigkeit bewirkt, daß diese im Rohr 11 zurückgehalten wird, wenn sie mit dem vorerwähnt niedrigen statischen Druck beaufschlagt wird.

Ein C-förmiger Magnet 14 (Fig. IB) ist der Austritts öffnung 12 benachbart angeordnet, wie aus Fig. IA zu ersehen ist. Eine der Polphasen 15 und 16 ist ein Nordpol und die andere ein Südpol. Die abgeschrägten Phasen 15 und 16 erzeugen eine verhältnismäßig starke magnetische Anziehungskraft.

Der Magnet 14 besitzt eine Spule 17, die eine größere Anzahl Windungen aufweist. Die Enden der Spule 17 sind an einen Impulsgenerator 18 angeschlossen, der einen Strom zur Spule 17 liefert, um eine magnetische Anziehungskraft auf die magnetische Flüssigkeit im Rohr 11 auszuüben, so daß ein Tröpfchen 19 aus der öffnung 12 austritt und eine Aufzeichnung auf dem Papier 20 bewirkt, das in Richtung des Pfeiles von Fig. IA relativ zur Öffnung 12 bewegt wird.

Das Tröpfchen 19 wird zum engsten Teil des Spaltes zwischen den Polphasen 15 und 16 des Magneten 14 hingezogen. Die Abschrägung der Polphasen 15 und 16 ruft einen Magnetkraft-Gradienten hervor, der annähernd Null ist in der Nähe der Spitzen der Polphasen und wobei das

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Magnetfeld an den Spitzen ein Maximum darstellt.

Da der durch die abgeschrägten Polphasen 15 und 16 erzeugte nichteinheitliche Gradient seine Richtung, in der die magnetische Anziehungskraft auf die magnetische Flüssigkeit ausgeübt wird, unmittelbar dann ändert, wenn das Tröpfchen 19 die Spitzen der Polphasen 15 und 16 passiert hat, ist es notwendig, daß die Aufzeichnungsfläche 20 nahe der Polphasen 15 und 16 angeordnet ist. Andernfalls treten Instabilitäten in der Bewegung der Tröpfchen 19 auf. Es hat sich als günstig erwiesen, die Aufzeichnungsfläche 20 in einem Abstand von den Polphasen 15 und 16 anzuordnen, der kleiner ist als der Abstand der Spitzen voneinander.

Wenn der Impulsgenerator 18 einen Strom zur Spule 17 liefert, wird dementsprechend ein nicht gleichförmiger Gradient der magnetischen Anziehungskraft erzeugt, der auf die magnetische Flüssigkeit im Rohr 10 wirkt und Tröpfchen aus der Öffnung 12 herauszieht, die auf die Druckunterlage 20 auftreffen. Die Tröpfchen 19 können asynchron entsprechend dem gewünschten Druckmuster erzeugt werden. Dies geschieht durch selektive impulsweise Erregung des Generators 18 bei gleichzeitiger auf das zu erzeugende Druckmuster abgestimmter Bewegung des Papieres 20.

Nachfolgend werden verschiedene Zahlenwerte für ein praktisches Ausführungsbeispiel angegeben, bei dem die Austritts öffnung 12 einen Durchmesser von 0, 05 mm aufweist. Die auf die magnetische Flüssigkeit ausgeübte Magnetkraft ist gleich dem Produkt des magnetischen Moments und des Feldgradienten. Wenn das magnetische Moment annähernd 30 emu/ gramm und der Feldgradient 10 gauss/cm ist, beträgt die auf die Flüssigkeit einwirkende Magnetkraft 3x10 dyn. Bei einem Durchmesser der Austritts öffnung von 0,05 mm und einer Oberflächenspannung von4D dyn/cm beträgt die Kraft der Oberflächenspannung auf der Flüssigkeit annähernd

1, 6 χ 10 dyn. Die Magnetkraft ist daher vergleichbar der Oberflächenspannung, um ausreichend zu sein, eines der Tröpfchen 19 aus der Öff-

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nung 12 herauszuziehen, wenn das System unter einem, leichten positiven Druck steht.

In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei der dort gezeigten Vorrichtung befindet sich das Rohr 11 auf der einen Seite des Papiers 20, und ein Magnet 25 befindet sich auf der anderen Seite des Papiers 20. Der Magnet 25 besitzt eine Spule 26, die an einen Impulsgenerator 27 angeschlossen ist. .Wenn der Impulsgenerator 27 die Spule 26 stromführend macht, erzeugt der Magnet 25 eine Magnetkraft, um die Tröpfchen 19 aus der Öffnung 12 des Rohrs 11 heraus gegen die Oberfläche des Papiers 20 zuziehen. Der Impulsgenerator 27 wird in der oben erläuterten Weise in Übereinstimmung mit der Bewegung des Papiers 20 zum Abdruck des gewünschten Musters erregt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt. Bei der dort angegebenen Vorrichtung wird sowohl der Magnet 14 als auch der Magnet 25 benutzt. Die Spulen 17 und 26 beider Magneten sind an einen gemeinsamen Impulsgenerator 28 angeschlossen. Es werden daher die Magnetkräfte von beiden Magneten 14 und 25 in der magnetischen Flüssigkeit wirksam.

Zwischen dem Impulsgenerator 28 und dem. Magnet 25 befindet sich eine Verzögerungsschaltung 29, die bewirkt, daß der Magnet 25 gegenüber dem Magneten 14 jeweils leicht verzögert abgeschaltet wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Magnetfeld des Magneten 25 noch anliegt, wenn das Feld des Magneten 14 bereits abklingt. Dementsprechend wird der Magnet 25 erst dann eingeschaltet, wenn der Tropfen 19 bereits unter der Wirkung der Magnetkraft des Magneten 14 aus der Öffnung 12 herausgezogen worden ist und bevor dieser Tropfen den Bereich passiert, in welchem sich der Magnetkraftgradient im Ausführungsbeispiel von Figur IA ändern würde.

Anstelle eines einzelnen Impuls generators 28 können die Spulen 17 und 26 auch an getrennte Impuls generatoren 18 und 27 angeschlossen werden. In YO 972 Hl

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einer solchen Anordnung ist es nicht notwendig, eine Verzögerungsschaltung 29 vorzusehen. Es genügt, sicherzustellen, daß der Impulsgenerator 27, der das Magnetfeld des Magneten 25 steuert, erregt bleibt nachdem das Magnetfeld des Magneten 14 abgeklungen ist, so daß auch danach noch eine magnetische Anziehungskraft auf den Tropfen 19wirkt.

Der Magnet 14 liefert anfänglich eine größere Anziehungskraft für den Tropfen I9 als der Magnet 25, und der Magnet 25 stellt sicher, daß der Tropfen I9 auf das Papier 20 auftrifft, ohne daß die in umgekehrter Richtung wirkende Kraft, die der Magnetfeldgradient des Magneten 14 während der weiteren Bewegung des Tropfens 19 erzeugt, einen Einfluß auf die Bewegung des Tropfens hat. Bei dieser Anordnung ist es nicht nötig, das Papier 20 so nahe an der Austritts öffnung 12 anzuordnen wie bei der Anordnung von Fig. IA. Dies gilt zwar auch für die Anordnung von Figur 2, jedoch wird bei der Anordnung von Figur 3 eine größere Anziehungskraft auf die Tröpfchen 19 erzeugt. Dies hat wiederum den Vorzug, daß die :

Farbtröpfchen mit hoher Geschwindigkeit erzeugt und auf die Oberfläche '.

des Papiers transportiert werden, wodurch sich die Druckgeschwindig- :

keit weiter erhöht. Ein Vorteil der dargestellten Vorrichtungen besteht darin, daß an der Erzeugung der Drucktröpfchen keine Teile mitwirken, die einer mechanischen Deformation unterliegen. Hierdurch wird die ;

Lebensdauer der Vorrichtung bei hohen Druckgeschwindigkeiten verlängert. Ferner braucht bei der Wahl der Tröpfchen-Erzeugungsrate nicht auf j

Resonanzfrequenzen mechanischer Teile Rücksicht genommen werden. >

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Erzeugung und zum Transport von Farbtröpfchen bei Tintenstrahldruckern, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem Behälter befindliche magnetische Farbflüssigkeit mit einem geringen statischen Druck beaufschlagt wird, der höchstens so groß ist, daß ein Austreten der Farbtröpfchen aus einer druckseitigen Austrittsöffnung durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit noch verhindert wird, und daß die Flüssigkeit einer selektiv wirksamen magnetischen Anziehungskraft ausgesetzt wird, die eine Freisetzung von Farbtröpfchen an der Austritts öffnung und den Transport der Farbtröpfchen zu einer nahe der Austritts öffnung befindlichen Aufzeichnungsfläche bewirkt.

j 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kraft in unmittelbarer Nachbarschaft der Austritts öffnung und vor der Aufzeichnungsfläche erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Kraft auf der Rückseite der Aufzeichnungsfläche erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magneti-

! sehe Kraft von einer ersten Quelle, die sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Austritts öffnung und vor der Aufzeichnungsfläche befindet, und einer zweiten Quelle, die sich auf der Rückseite der Aufzeichnungsfläche befindet, erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Rückseite der Aufzeichnungsfläche befindliche Quelle noch wirksam gehalten wird, während die vor der Aufzeichnungsfläche befindliche Quelle bereits abgeschaltet worden ist.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche YO 972 Hl

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1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorratsbehälter (10) vorgesehen ist, der eine-magnetische Farbflüssigkeit unter einem sehr geringen statischen Druck enthält, der so bemessen ist, daß die Oberflächenspannung ein selbsttätiges Ausfließen der magnetischen Flüssigkeit aus einer Austritts öffnung (12) des Behälters verhindert, und daß ein Elektromagnet (14) vorgesehen ist, der von einem Impulsgenerator (18) selektiv Stromimpulse zugeführt erhält und der eine magnetische Anziehungskraft erzeugt, die ein Freisetzen von Farbtröpfchen an der Austritts öffnung (12) sowie einen Transport der Farbtröpfchen zu einer Aufzeichnungsfläche (20) bewirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (14) der Austritts öffnung (12) benachbart und vor der Aufzeichnungsfläche (20) angeordnet ist und daß der Elektromagnet (14) zwei bis nahe an die Austritts öffnung (12) heranreichende, abgeschrägte Polflächen (15, 16) besitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (25) auf der Rückseite des Aufzeichnungsträgers(20) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Magnet (14) mit bis nahe an die Austritts öffnung (12) heranreichenden, abgeschrägten Polflächen (15, 16) vor der Aufzeichnungsfläche (20) angeordnet ist, daß sich auf der Rückseite der Aufzeichnungsfläche ein zweiter Magnet (25) befindet und daß beide Magneten im wesentlichen gleichzeitig selektiv mit Stromimpulsen beaufschlagt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Magneten (14, 25) parallel an einen gemeinsamen Impulsgenerator (28) angeschlossen sind und daß dem auf der Rückseite der Aufzeichnungsfläche (20) befindlichen Magneten (25) eine Verzögerungsschaltung (29) vorgeschaltet ist.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (15, 16) des Magneten (14) in Richtung des Austritts der Farbtröpfchen aus der Öffnung (12) abgeschrägt sind und zueinander spitz auslaufen, so daß sie gemeinsam einen keilförmigen Querschnitt bilden.

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