DE2704514C2

DE2704514C2 -

Info

Publication number: DE2704514C2
Application number: DE2704514A
Authority: DE
Inventors: Carl Hellmuth Prof. Lund Se Hertz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-05
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1990-04-19
Also published as: ATA72477A; FR2340141B1; GB1558585A; CA1082285A; SE7601235L; IT1072896B; SE400841B; DE2704514A1; JPS6026714B2; FR2340141A1; AT381590B; JPS5296026A; CH614158A5; US4196437A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her stellen einer Tintenstrahlaufzeichnung gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durch führung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 16.

Bei bekannten Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren wird ein Flüssigkeitsstrahl unter hohem Druck aus einer Düse ausge stoßen, der sich dann kurz nach seinem Austreten an einem sogenannten Tröpfchenbildungspunkt spontan in Tröpfchen zer teilt, die sich dann in der ursprünglichen Strahlrichtung, also z. B. auf einen Aufzeichnungsträger zu, weiterbewegen. Zur Aufzeichnung eines eine Information enthaltenden Musters werden die Tröpfchen z. B. durch ein elektrisches Feld, das durch zwei beidseits des Strahlweges angeordnete Elektroden erzeugt wird und senkrecht zur Strahlrichtung verläuft, ab gelenkt.

Bei einem aus der US-PS 35 96 275 und der US-PS 33 73 437 bekannten Verfahren wird ein kontinuierlich erzeugter Strahl elektrisch aufgeladen und dann durch gesteuert aufgeladene Ablenkplatten auf eine gewünschte Stelle eines Registrier papieres oder, wenn die Aufzeichnung unterbrochen werden soll, an eine Auffangstelle abgelenkt.

Bei einem aus der US-PS 34 16 513 bekannten Verfahren, bei welchem ebenfalls mit einem kontinuierlichen Strahl gear beitet wird, wird der Tintenstrahl zur Unterbrechung der Aufzeichnung durch ein elektrisches Feld so stark aufgela den, daß er in einen feinen Nebel zerfällt, der dann durch ein quer zur Strahlrichtung verlaufendes elektrisches Gleich feld "abgesaugt" wird.

Neben den Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren mit kontinuier licher Tintenstrahlerzeugung sind Verfahren mit intermittie render Tintenstrahlerzeugung bekannt, bei denen z. B. durch einen piezoelektrischen Kristall oder durch Magnetostriktion in einer mit der Aufzeichnungsflüssigkeit gefüllten Kammer ein plötzlicher Druckanstieg erzeugt wird, durch den dann ein Tintenstrahltröpfchen auf den Aufzeichnungsträger ge schleudert wird. Derartige "on-demand"- oder Impulstinten strahlerzeugungssysteme sind z. B. in der US-PS 37 47 120, in der US-PS 34 52 360 und in der US-PS 39 24 974 beschrieben.

In der DE-AS 21 61 315 und in der US-PS 39 24 974 sind Ein richtungen zur Tintenstrahlaufzeichnung beschrieben, bei de nen in einen Bereich vor der Mündung der Tintenausspritzdüse über einen separaten Zuführungsweg Tinte zugeführt wird, wo durch bei der Expansion der Tintenkammer eine Rücksaugung von Luft in dieselbe verhindert werden soll.

Alle diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß Auf zeichnungsflüssigkeiten oder Tinten mit sehr speziellen Eigen schaften verwendet werden müssen, um einen möglichst zuver lässigen und wartungsfreien Betrieb zu erreichen. Dies ist in erster Linie dadurch begründet, daß der Durchmesser der Düse bei diesen Tintenstrahlaufzeichnungseinrichtungen sehr klein ist, er liegt üblicherweise zwischen 5 und 300 µm. Durch diesen geringen Düsendurchmesser ergeben sich vor allen Din gen zwei Nachteile: Zum einen muß in der zur Düse führenden Tintenzuführung ein Filter angeordnet sein, wodurch verhin dert wird, daß kleine Teilchen und andere Verunreinigungen in der Tinte die Düse erreichen und diese verstopfen, zum anderen trocknet die Tinte in der Düse relativ schnell ein, wenn das Gerät eine zeitlang nicht benutzt wird, was eben falls zur Verstopfung der Düse führt.

Um das Eintrocknen der Aufzeichnungsflüssigkeit während Be triebspausen des Gerätes in der Düse zu verhindern, werden bei den obengenannten bekannten Verfahren üblicherweise Auf zeichnungsflüssigkeiten verwendet, die aus einem Farbstoff und einem diesen in Lösung enthaltenen Lösungsmittel beste hen. Das Lösungsmittel ist so gewählt, daß es im wesentlichen nicht eintrocknen kann, z. B. eine Mischung aus Glycerin und Wasser. Das Wasser dient zur Lösung entsprechender wasserlös licher Farbstoffe, wohingegen das Glycerin das Eintrocknen der Aufzeichnungsflüssigkeit verhindert, selbst wenn der größere Teil des Wassers verdampft ist. Die meisten wasser löslichen Farbstoffe bilden jedoch nach Verdampfen des Was sers eine unerwünschte feste Verbindung mit dem Glycerin oder sie fallen bei zunehmender Konzentration mit Glycerin aus. Da durch wird dann das Eintrocknen der Düse oder andere Betriebs störungen hervorgerufen.

Im älteren Patent 24 45 954 wird eine Einrichtung zum Verhindern des Eintrocknens von Tinte in Tintenstrahlaufzeichnungsein richtungen beschrieben, die zwei Flüssigkeitskammern für ge trennte Flüssigkeiten aufweist. Die andere Kammer enthält die für die Aufzeichnung verwendete Tinte, vor die Düse der Tinten kammer ist eine weitere Flüssigkeitskammer geschaltet, die mit einer mit der Düse der Tintenkammer fluchtenden Auslaßöffnung versehen ist. Dieser Kammer wird eine farblose, mit der Tinte nicht mischbare Flüssigkeit zugeführt, die einen höheren Dampf druck als die Tinte aufweist und die so beschaffen ist, daß Tintentröpfchen von dieser nicht benetzt werden. Durch die der Mündung der Tintenspritzdüse vorgeschaltete Schicht der farblosen Flüssigkeit wird bei Betriebspausen das Aus trocknen der Tinte in der Düse verhindert.

Bei dieser wie bei den eingangs beschriebenen bekannten Tintenstrahlaufzeichnungseinrichtungen darf die Tinte wegen des geringen Durchmessers der Tintenspritzdüse keine kleinen Partikel enthalten, so daß keine Tinten oder Aufzeichnungs flüssigkeiten, die Farbpigmente enthalten, wie z. B. übliche Tusche, verwendet werden können. Die Bedingung, daß die Auf zeichnungsflüssigkeit partikelfrei sein muß, hat die Anwen dung von Tintenstrahlaufzeichnungseinrichtungen bisher wesent lich eingeschränkt. Weiter wird die Wahl der Tinte oder Auf zeichnungsflüssigkeit dadurch eingeschränkt, daß an die Flüs sigkeit noch zusätzliche Anforderungen gestellt werden, so muß die Flüssigkeit z. B. für die Verwendung in einer der ein gangs erwähnten Einrichtungen, bei der der Tintenstrahl durch ein elektrisches Feld abgelenkt wird, eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Weitere Schwierigkeiten können beim Wechseln der Tinte oder Aufzeichnungsflüssigkeit entstehen, da viele Farbstoffe chemisch miteinander reagieren, wodurch wiederum Betriebsschwierigkeiten hervorgerufen werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen einer Tintenstrahlaufzeichnung sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem an die Eigenschaften der verwendeten Auf zeichnungsflüssigkeit nur geringe, deren Auswahl kaum beein flussende Anforderungen gestellt werden müssen, so daß auch bei Verwendung nahezu beliebiger Aufzeichnungsflüssigkeiten ein zuverlässiger und wartungsarmer Betrieb gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merk malen des Patentanspruchs 1 und durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 zur Durchführung die ses Verfahrens.

Zur Tintenstrahlaufzeichnung wird erfindungsgemäß ein Strahl aus feinen Tröpfchen einer Flüssigkeit steuerbar auf eine zu beschreibende Fläche oder Empfangsfläche gerichtet, der dadurch erzeugt wird, daß eine Primärflüssigkeit unter Druck aus einer Düse durch eine dünne Schicht einer Sekundärflüs sigkeit hindurchgeschickt wird, wodurch sich ein Flüssig keitsstrahl bildet, der an einem Tröpfchenbildungspunkt in einen Strahl aus feinen Tröpfchen zerfällt. Dieser Strahl besteht aus einer Kombination oder Mischung der Primärflüs sigkeit und der Sekundärflüssigkeit. Vorzugsweise ist die Primärflüssigkeit frei von Teilchen, während die Sekundär flüssigkeit einen Farbstoff oder ein Pigment enthält.

Durch die vorliegende Erfindung entfallen vorteilhafter weise die meisten der Einschränkungen, denen die Flüssig keiten, insbesondere Aufzeichnungsflüssigkeiten oder Tinten der bekannten Flüssigkeitsstrahlaufzeichnungssysteme unter worfen sind, da der Durchmesser der Öffnung, aus der der Flüssigkeitsstrahl schließlich austritt, vergrößert werden kann, wobei trotzdem ein Flüssigkeits- oder Tintenstrahl aus feinen Tröpfchen mit ausreichend kleinem Durchmesser, z. B. mit Durchmessern zwischen 10 und 200 µm, wie es für Auf zeichnungen mit hoher Auflösung notwendig ist, dadurch er zeugt werden kann, daß der Primärflüssigkeitsstrahl mit ho her Geschwindigkeit aus einer Düse geringen Durchmessers, z. B. 5 bis 100 µm, austritt.

Während bei der Einrichtung, die in dem obenerwähnten älteren Patent 24 45 954 vorgeschlagen wird, die Sekundär flüssigkeit lediglich zur Abdeckung der Düse dient und die aus Tinte bestehenden Tropfen der Primärflüssigkeit nicht umhüllen soll, dient beim vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Einrichtung die Primärflüssigkeit sozusagen als Antriebsmittel für die Sekundärflüssigkeit, die alleine oder in Kombination mit der Primärflüssigkeit die eigentliche Aufzeichnungsflüssigkeit bildet.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen der Erzeugung eines Misch-Strahles und einer hierfür geeigneten Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahl registriergerätes, das mit einem Misch-Strahl gemäß den Lehren der Erfindung und einer Einrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahl registriergerätes, das die Einrichtung gemäß Fig. 4 enthält;

Fig. 6 bis 9 vier weitere Ausführungsformen von Vorrich tungen zum Erzeugen einer dünnen Schicht aus der Sekundär flüssigkeit für die Bildung des Misch-Strahles;

Fig. 10 eine Darstellung eines Teiles einer Ausführungs form der Erfindung, bei welcher die Richtung des Misch-Strahles veränderbar ist;

Fig. 11 und 12 eine Querschnitts- bzw. Stirnansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung gemäß der Erfin dung zum Erzeugen eines Misch-Strahles;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht einer Fig. 11 entspre chenden Einrichtung mit einer abgewandelten Dämpfungseinrich tung für die Sekundärflüssigkeit;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht einer gegenüber Fig. 11 abgewandelten Ausführungsform, bei welcher zusätzliche Maß nahmen zur Aufrechterhaltung und/oder Veränderung des Druckes der Sekundärflüssigkeit getroffen sind;

Fig. 15 eine schematische Darstellung eines Tintenstrahl systemes des Hertz-Simonsson'schen Typs, welches eine Ein richtung gemäß Fig. 11 zum erfindungsgemäßen Erzeugen eines Misch-Strahles enthält;

Fig. 16 ein Tintenstrahlsystem des Sweet-Typs, welches eine Einrichtung der in Fig. 11 dargestellten Art enthält.

In den Fig. 1 und 2 ist die Erzeugung eines Verbund- oder Misch-Strahles gemäß der Erfindung dargestellt. In der folgen den Beschreibung wird der Einfachheit halber angenommen, daß die Primärflüssigkeit eine farblose, teilchenfreie Flüssigkeit ist, und daß es sich bei der Sekundärflüssigkeit um eine ge färbte Aufzeichnungsflüssigkeit oder Tinte handelt, die ge gebenenfalls ein feinteiliges Material, z. B. ein Pigment ent hält. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wird die farb lose Primärflüssigkeit 10 durch eine Leitung 11 zugeführt und unter Druck durch eine Düse 12 gepreßt, deren Auslaß 13 unter halb einer Oberfläche 14 einer Sekundärflüssigkeit 15 (z. B. einer farbigen Aufzeichnungsflüssigkeit oder Tinte) liegt, welche sich in einem oben offenen Behälter 16 befindet. Für Tintenstrahlsysteme, wie sie z. B. in Registriergeräten und dgl. benötigt werden, liegt der Durchmesser der Düse 12 typischer weise zwischen etwa 5 und 100 µm und der Druck der Primär flüssigkeit 10 liegt üblicherweise im Bereich zwischen etwa 0,49 und etwa 9,8 MPa. Dabei entsteht ein primärer Flüssig keitsstrahl oder Primärstrahl 17, welcher mit hoher Geschwin digkeit durch die Sekundärflüssigkeit 15 zu deren Oberfläche 14 läuft und dabei eine kleine Menge der Sekundärflüssigkeit 15 oder Tinte mitnimmt und sich mit ihr mischt. Wenn der resultierende Verbund- oder Misch-Strahl 18 (Sekundärstrahl) die Oberfläche 14 erreicht und diese durchbricht, ist er nicht länger farblos sondern hat die Farbe der Tinte oder Sekundärflüssigkeit 15 angenommen. Der Durchmesser des Misch-Strahles 18 ist gering fügig größer als der des Primärstrahles und seine Geschwindig keit ist etwas kleiner als die des letzteren. Diese Unter schiede hängen zum Teil vom Abstand d zwischen dem Auslaß 13 der Düse 12 und der Oberfläche 14 ab, also im Effekt von der Dicke einer dünnen Schicht 19 der Sekundärflüssigkeit, die von dem Primärstrahl 17 durchlaufen wird. Die Größe der Änderun gen des Strahldurchmessers und der Strahlgeschwindigkeit hängt zum Teil auch von den Eigenschaften der beiden Flüssigkeiten 10 und 15 ab. Es sei beispielsweise erwähnt, daß ein Primär strahl 17, der unter einem Druck von 4,9 MPa aus einer Düse mit einem Durchmesser von 15 µm austritt, eine Geschwin digkeit von etwa 40 m/sec hat. Diese Geschwindigkeit ist um etwa 50 bis 75% verringert, wenn der Strahl durch die Ober fläche 14 bricht und den Misch-Strahl 18 bildet, dessen Durch messer etwa 1,5 bis 2mal größer sein kann als der Durchmesser der Düse. Der Abstand zwischen dem Auslaß der Düse und der Flüssigkeitsoberfläche, d. h. die Dicke d der Schicht 19, liegt bei diesem Beispiel zwischen etwa 0,2 und 0,5 mm und die Viskosität der Flüssigkeiten 10 und 15 liegt in der Größen ordnung von 1 mPas.

Kurz nach seiner Bildung oberhalb der Oberfläche 14 der Sekundärflüssigkeit 15 zerfällt der Misch-Strahl 18 an einem Tröpfchenbildungspunkt 20 spontan in feine Tröpfchen, die als Tröpfchen-Misch-Strahl hintereinander durch die Luft weiter fliegen wie bei den üblichen Flüssigkeitsstrahlen. Man kann daher zur Steuerung des Misch-Strahles aus den feinen Tröpfchen 21 alle Techniken und Verfahren zum elektrischen Steuern von Tintenstrahlen zum Zwecke einer Aufzeichnung, bei denen die Tröpfchen elektrisch aufgeladen werden, verwenden.

Es ist einleuchtend, daß die vorliegende Erfindung we sentliche Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren zur Her stellung von Flüssigkeitsstrahlen für Aufzeichnungszwecke hat, da die Primärflüssigkeit 10 keine Farbe oder feinteiliges Material zu enthalten braucht. Durch den Wegfall des fein teiligen Materials in der unter Druck durch die Düse 12 ge preßten Primärflüssigkeit werden wiederum die meisten der oben geschilderten Schwierigkeiten vermieden. Gleichzeitig braucht man an die Sekundärflüssigkeit 15, d. h. die Tinte oder Farbe, wesentlich weniger strenge Bedingungen zu stellen als bisher. Da es z. B. auf die Trocknungseigenschaften der Sekundärflüssigkeit kaum ankommt, unterliegt die Wahl von Farbstoffen und teilchenförmigen Materialien praktisch keinen Einschränkungen und man kann daher selbstverständlich auch mit Vorteil Pigmenttinten verwenden. Bei Verwendung solcher Pigmenttinten lassen sich wiederum die Farbkonzentration und damit der Kontrast erhöhen. Weiterhin ist die Düse 12 ge wöhnlich in die Sekundärflüssigkeit 15 eingetaucht, was be deutet, daß sie gegen ein Verstopfen während der Betriebs pausen geschützt ist. Im Gegensatz zu den bekannten Ver fahren und Einrichtungen wird durch die Erfindung ein ra scher Wechsel der Tinte, also der Sekundärflüssigkeit 15 ermöglicht, was z. B. bei Änderungen der Aufzeichnungsfarbe von Interesse ist. Schließlich sei erwähnt, daß eine farb lose und pigmentfreie Primärflüssigkeit 10 das in einem Tinten strahlschreibsystem gewöhnlich vorgesehene Filter selbst im Verlaufe eines längeren Gebrauches nicht verstopft. Hierdurch werden wiederum die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Tintenstrahlsystems, welches eine Einrichtung gemäß der Er findung enthält, wesentlich erhöht.

Da die Rolle der Primärflüssigkeit in erster Linie darin bsteht, einen Primärstrahl 17 zu bilden, der unter Druck aus der Düse 12 austritt, ist es erforderlich, als Primärflüssig keit eine solche zu verwenden, die schließlich einen Misch- Strahl 18 ergibt, der in den gewünschten Misch-Strahl aus feinen Tröpfchen 21 zerfällt, welche einen relativ gleich mäßigen Durchmesser haben und die gewünschte Wanderungsrichtung zu der Vorrichtung beibehalten sollen, welche ihre endgültige Richtung oder ihr endgültiges Verhalten steuert. Es ist daher zumindest bis zu einem gewissen Grade erforderlich, die Primär flüssigkeit an die gewählte Sekundärflüssigkeit anzupassen. Beispielsweise haben sich bei Verwendung von chinesischer Tusche als Sekundärflüssigkeit Mischungen aus Wasser (bis zu etwa 80 Gew.-%) mit Glyzerin oder Äthanol (Rest bis 100%) als besonders zweckmäßig erwiesen. Wenn man jedoch bei dem glei chen System für den Primärstrahl reines Wasser oder eine Mi schung aus 95% Wasser und 5% Glyzerin oder Alkohol verwendet, wird der Misch-Strahl ungleichmäßig und ähnelt einem etwas divergierenden Sprühnebel. Ein solcher Tröpfchen-Misch-Strahl ist jedoch für eine qualitativ hochwertige Tintenstrahlauf zeichnung nicht verwendbar.

Es ist zwar nicht in allen Einzelheiten geklärt, warum der Zusatz einer kleineren Menge eines Bestandteils, wie Glyzerin oder Alkohol zu der die Primärflüssigkeit in erster Linie bildenden Wasser eine erhebliche Verbesserung der Qualität des Tröpfchen-Misch-Strahles ergibt, eine mögliche Erklärung ist jedoch die folgende: Man dürfte voraussetzen können, daß der Mischvorgang, der eintritt, wenn der Primär strahl 17 (Fig. 1 und 2) sehr schnell durch die dünne Schicht 19 aus der Sekundärflüssigkeit schießt, in einer sehr stark turbulenten Schicht an der Außenseite des Primärstrahls ab läuft. Die in dieser Oberflächenschicht erzeugte Turbulenz kann so groß werden, daß der Tröpfchenbildungsvorgang erheb lich gestört wird und selbst die Flugbahnen der einzelnen feinen Tröpfchen in dem gebildeten Tröpfchen-Misch-Strahl beeinflußt. Man kann dementsprechend annehmen, daß der Zusatz einer mit Wasser mischbaren Flüssigkeit, wie Glyzerin, Äthyl alkohol, einem höheren Alkohol, einem Polyglykol und dgl., die aus im Vergleich zu Wasser relativ großen Molekülen be steht, im Effekt den Primärstrahl gegen solche übermäßigen Oberflächenturbulenzen stabilisiert. Selbstverständlich soll diese Erklärung nicht einschränkend ausgelegt werden und man kann bei dem Verfahren gemäß der Erfindung irgendeine Primär flüssigkeit verwenden, die, nachdem sie aus einer Düse unter Druck ausgestoßen ist, einen Primärstrahl bildet, der nach Durchlaufen der Sekundärflüssigkeit einen Misch-Strahl zu bilden vermag, der in feine Tröpfchen zerfällt, welche für eine Tintenstrahlaufzeichnung geeignet sind. Der Fachmann kann Primärflüssigkeiten, die diesen Bedingungen genügen, ohne viel Versuche ermitteln, also Primärflüssigkeiten, bei denen keine so hohe Turbulenz entsteht, daß sich die Eigenschaften (z. B. Gleichförmigkeit und Richtung der Flüssigkeitströpfchen) des resultierenden Misch-Strahles in ungünstiger Weise ändern.

Im Gegensatz zur Rolle der Primärflüssigkeit hat die Sekundärflüssigkeit in erster Linie die Aufgabe, eine Farbe oder andere physikalische Eigenschaften zum Misch-Strahl aus feinen Tröpfchen beizutragen. Bei Tintenstrahlschreibsystemen wird daher die Sekundärflüssigkeit im allgemeinen eine flüssige Tinte oder Registrierfarbe sein, die gewünschtenfalls feinver teilte Pigmentteilchen enthält. Wenn in der Sekundärflüssigkeit ein feinteiliges Material suspendiert ist, sollte dieses so bemessen sein, daß die einzelnen Teilchen kleiner sind als der Durchmesser der Düse, aus der die Primärflüssigkeit aus gestoßen wird.

Die Primärflüssigkeit und die Sekundärflüssigkeit haben vorzugsweise etwa die gleiche Viskosität und diese kann im Bereich von der des Wassers, also etwa 1 mPas bis etwa 20 mPas reichen.

Die Primärflüssigkeit 10 und die Sekundärflüssigkeit 15 sind offensichtlich nicht auf irgendwelche speziellen Flüssig keiten beschränkt und die Sekundärflüssigkeit braucht nicht notwendigerweise eine Tinte oder Farbe zu sein. Es kann also z. B. vorteilhaft sein, als Sekundärflüssigkeit 15 ebenfalls eine farblose Flüssigkeit zu verwenden, welche bei Mischung mit der Primärflüssigkeit 10 des Primärstrahls 17 einen farbi gen Misch-Strahl bildet, der eine Spur auf einer Empfangs- oder Aufzeichnungsfläche erzeugt. Andererseits können die Flüssig keiten 10 und 15 so gewählt sein, daß sie miteinander im Misch- Strahl chemisch reagieren, entweder während sie zum Aufzeich nungsträger wandern oder nachdem sie auf diesen aufgetroffen sind. Die Spur kann dann die Form einer Schutzschicht auf der Aufzeichnungsfläche haben. Eine auf diese Weise gebildete dünne Schicht kann z. B. aus einer polymerisierten chemischen Verbindung bestehen, die entsteht, wenn sich die Flüssigkeiten 10 und 15 miteinander mischen oder wenn die Mischung in Be rührung mit dem Aufzeichnungsträger oder der Luft kommt. Schließlich kann anstelle der Sekundärflüssigkeit 15 sogar ein anderes fließfähiges Material (Fluid) z. B. ein feines Pulver treten, da sich auch ein solches durch den flüssigen Primärstrahl 17 beschleunigen und mit ihm mischen läßt, wenn die Teilchengröße des Pulvers kleiner ist als der Durchmesser des flüssigen Primärstrahls. Dies kann dadurch gefördert werden, daß man das Pulver mittels eines geeigneten Luft stromes in den fließfähigen Zustand bringt. Der Luftstrom kann dabei entweder vertikal und in Richtung entgegengesetzt der Schwerkraft durch das Pulver geblasen werden oder mit einer Richtung die quer oder mit einer Querkomponente zur Achse des Primärstrahls verläuft.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Tintenstrahl registriergerätes, das hinsichtlich der Erzeugung eines Misch flüssigkeitsstrahles gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet und eine Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält. Bei dem Gerät gemäß Fig. 3 wird ein Elektro densystem zur Ein/Aus-Modulation des Misch-Strahles aus feinen Flüssigkeitströpfchen 21 verwendet. Selbstverständlich kann man statt dessen auch irgendein anderes System zur elektri schen Steuerung von Flüssigkeitsstrahlen verwendet und zwei typische Beispiele derartiger anderer Systeme sind in den Fig. 16 und 17 dargestellt.

Das Gerät gemäß Fig. 3 enthält eine Hochdruckpumpe 25, welche Primärflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 26 durch ein Filter 27 und die Leitung 11 zur Düse 12 pumpt, aus der der Primärstrahl 17 aus der Primärflüssigkeit austritt, wobei in der oben beschriebenen Weise ein gefärbter Misch-Strahl aus feinen Flüssigkeitströpfchen 21 entsteht. Die Leitung 11 ist so durch die Wand des Behälters 16 geführt, daß die Düse 12 sich innerhalb der Sekundärflüssigkeit befindet und ihr Auslaß einen bestimmten Abstand von der Oberfläche 14 hat. Der Mischstrahl 21 durchläuft dann ein System aus Elektroden 28 und 29 und hinterläßt auf einem Aufzeichnungsmedium 30, z. B. einen Papierstreifen, eine Spur, wenn das Aufzeichnungs medium 30 in Pfeilrichtung bewegt wird. Zur Modulation der Spur, d. h. deren Einschalten bzw. Unterbrechen, wird zwischen die als Steuerelektrode dienende Elektrode 28 und die Sekun därflüssigkeit 15 im Behälter 16 ein elektrisches Signal von einer Signalquelle 31 über einen Verstärker 32 gelegt. Bei einer bevorzugten Anordnung wird hierzu eine Elektrode 33 in die Tinte oder Sekundärflüssigkeit 15 eingetaucht. Anderer seits kann der Behälter 16 auch aus einem elektrisch leit fähigen Material bestehen und an die Stelle der Elektrode 33 treten. Die Tröpfchen 21 des Misch-Strahles werden, elektrisch aufgeladen, wenn vom Verstärker 32 ein Signal von einigen hundert Volt abgegeben wird, was zur Folge hat, daß diese Tröpfchen durch ein elektrisches Feld, das durch eine Hochspannungsquelle 34 zwischen den Elektroden 28 und 29 erzeugt wird, zur Steuerelektrode 28 hin abgelenkt werden. Ein scharfkantiges Bauteil 35, das an der Elektrode 28 ange bracht ist, verhindert, daß die geladenen Tröpfchen das Auf zeichnungsmedium 30 erreichen.

Zur Konstanthaltung des Abstandes zwischen dem Auslaß 13 der Düse 12 und der Oberfläche 14 der Tinte oder Sekundär flüssigkeit 15 wird von einem Vorratsbehälter 36 durch eine Pumpe 37 und eine Leitung 38 mit konstantem oder steuerbarem Durchsatz frische Sekundärflüssigkeit in den Behälter 16 ge pumpt und dadurch der Durchmesser der Tröpfchen des Misch- Strahles bestimmt und gesteuert. Hierzu kann die Förderlei stung der Pumpe 37 derart gesteuert werden, daß das Niveau der Sekundärflüssigkeit 15 im Behälter 16 im wesentlichen konstant bleibt. Die Steuerung kann mittels eines üblichen Flüssigkeitsstandgebers (nicht dargestellt) erfolgen, z. B. mittels eines Drahtes, der in Berührung mit der Oberfläche 14 der Sekundärflüssigkeit 15 kommt, sobald deren Niveau eine vorgegebene Höhe überschreitet. Andererseits kann das Flüssig keitsniveau auch durch eine Überlaufröhre konstant gehalten werden. Für einen schnellen Wechsel der Sekundärflüssigkeit oder die Zufuhr einer Spülflüssigkeit können ein oder mehrere Vorratsbehälter 39 mit entsprechenden Pumpen 40 über eine Lei tung 41 und ein Mehrwegeventil 42 mit dem Behälter 16 verbunden sein. Man muß in diesem Falle reversierbare Pumpen, z. B. Schlauchquetschpumpen verwenden. Der Behälter 16 kann auch nach Beendigung eines Aufzeichnungsvorganges in der gleichen Weise entleert werden.

Zur Verbesserung der Qualität der Aufzeichnung wird der Tröpfchenbildungsprozeß am Tröpfchenbildungspunkt 20 (Fig. 2) vorzugsweise in bekannter Weise mit Hilfe von mechanischen Schwingungen gesteuert. Diese können beispielsweise durch einen piezoelektrischen Kristall 43 erzeugt werden, der an der Wand des Behälters 16 angebracht ist und durch einen Oszillator 44 gesteuert wird. Die Anwendung einer mechanischen Schwingungs bewegung ist jedoch für die Funktion des Registriergerätes nicht wesentlich, sie verbessert lediglich in vielen Fällen die Arbeitsweise des Gerätes, indem sie die Tröpfchengröße verringert und die Tropfenbildungsfrequenz gleichmäßiger macht.

Bei vielen Anwendungen kann es nicht zweckmäßig oder wünschenswert sein, den Sekundärflüssigkeitsbehälter 16 in der in Fig. 3 dargestellten Art anordnen zu müssen. In den Fig. 4 und 5 ist ein Beispiel einer Einrichtung dargestellt, bei der auf die Mitwirkung der Schwerkraft bei der Erzeugung der gewünschten Zuordnung von Düse und Sekundärflüssigkeit verzichtet werden kann. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 und 5 verhindern die Oberflächenspannungskräfte der Sekundärflüssig keit deren Ausfließen aus einer kleinen Öffnung, solange der hydrostatische Druck der Sekundärflüssigkeit nicht zu groß ist.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung tritt an die Stelle des Behälters 16 der Fig. 3 ein Behälter 50, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Behälter 50, dessen Größe typischer weise etwa 1 cm³ betragen kann, hat in seiner einen Seiten wand ein Loch oder eine Öffnung 51 mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 0,5 bis etwa 3 mm. Wenn der Behälter 50 mit der Sekundärflüssigkeit 15 beispielsweise soweit gefüllt ist, daß der Flüssigkeitsspiegel nur geringfügig oberhalb des oberen Randes der Öffnung 51 liegt, fließt die Sekundärflüssig keit 15 durch die Öffnung nicht aus, sondern bildet dort in folge ihrer Oberflächenspannung eine freie, zusammenhängende Oberfläche bezüglich der umgebenden Luft. Der am besten ge eignete hydrostatische Druck kann selbstverständlich auch mittels einer Pumpe eingestellt werden, in diesem Fall kann dann der Behälter 50 in allen Seiten mit Ausnahme der Öffnung 51 vollständig geschlossen sein.

Wenn die Düse 12 am Ende der Zuführungsleitung 11 für die Primärflüssigkeit in unmittelbarer Nähe der freien Oberfläche 52 in der Öffnung 51 angeordnet ist, wie es in Fig. 4, 5 darge stellt ist, und ein Strahl einer geeigneten Primärflüssig keit in der oben erläuterten Weise erzeugt wird, tritt aus der Öffnung 51 ein gefärbter Misch-Strahl 18 aus, der am Tröpfchenbildungspunkt 20 spontan in einen Misch-Strahl aus feinen Tröpfchen 21 zerfällt. Der Strahl aus der Primärflüssig keit durchsetzt dabei eine dünne Schicht 49 aus der Sekundär flüssigkeit oder Tinte, welche sich zwischen dem Auslaß 13 der Düse und der freien Oberfläche 52 befindet. Wie im vorher be schriebenen Falle kann der Tröpfchenbildungsmechanismus durch mechanische Schwingungen gesteuert werden und, wie Fig. 8 zeigt, kann zu diesem Zwecke ein piezoelektrischer Kristall 53 mit einer Steueranordnung 54 vorgesehen sein.

Die dünne Schicht 49 (Fig. 5) aus der Sekundärflüssigkeit kann typischerweise etwa 0,1 bis etwa 1 mm dick sein. Die dünne Schicht der Sekundärflüssigkeit soll auf alle Fälle so sein, daß die Geschwindigkeit des Primärstrahls um nicht mehr als 90% verringert wird und daß der Durchmesser der Tröpf chen 21 nicht größer wird als etwa das Zehnfache des Innendurch messers der Düse.

Da die Einrichtung gemäß Fig. 4 einen entsprechenden Misch strahl liefert, wie die Einrichtung gemäß Fig. 1 und 2, kann sie in der gleichen Weise in einem Tintenstrahlregistriergerät verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 5 darge stellt, bei der die übrigen Teile im wesentlichen denen der Fig. 3 entsprechen. Bei dem Gerät gemäß Fig. 5 wird der Pri märflüssigkeitsstrahl wieder dadurch erzeugt, daß die Primär flüssigkeit mittels einer Pumpe 25 durch ein Filter 27 und eine Leitung 11 zur Düse 12 gepumpt wird. Gleichzeitig wird das Flüssigkeitsniveau im Behälter 50 mittels einer Pumpe 55 konstantgehalten, welche die Sekundärflüssigkeit von einem Behälter 56 ansaugt. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 ist das Aufzeichnungsmedium 30 auf einer drehbaren Walze 57 angeordnet, was eine andere Möglichkeit zeigt, das Aufzeichnungsmedium 30 oder eine Empfangsfläche rasch bezüglich des Misch-Strahles aus den Tröpfchen 21 zu bewegen. Die Anordnung zur Steuerung der feinen Tröpfchen des Misch-Strahles ist im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 4, es handelt sich um eine Ein/Aus-Modula tionsvorrichtung, die durch ein elektrisches Signal von einer Signalquelle 31 gesteuert ist und das Elektrodensystem aus den Elektroden 28 und 29 enthält. Wie bereits erwähnt, kann man bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 bzw. gemäß Fig. 5 auch jede andere geeignete Methode zur Steuerung eines Flüssigkeitsstrahls durch elektrische Signale verwenden.

In den Fig. 6 bis 9 sind weitere Ausführungsformen der Einrichtung gemäß der Erfindung und Betriebsarten für diese Einrichtungen dargestellt. Während bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1, 3 und 4 (sowie den noch zu beschreibenden Aus führungsformen gemäß Fig. 11 bis 14) die dünne Schicht der Sekundärflüssigkeit durch Eintauchen der Düse in ein Volumen der Sekundärflüssigkeit gebildet wird, bildet die dünne Schicht aus der Sekundärflüssigkeit bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 und 8 eine Flüssigkeitssäule zwischen zwei festen Flä chen. In den Ausführungsformen gemäß Fig. 6 und 8 tritt je weils der Primärstrahl 17 aus der Düse 12 aus und durchquert die dünne Schicht aus der Sekundärflüssigkeit 15 unmittelbar nach dem Verlassen der Düse. Der Primärstrahl tritt durch eine Primärstrahleinlaßfläche 58 ein und der Misch-Strahl 18 bildet sich an der anderen Seite an einer Misch-Strahl-Austrittsfläche 59 der Sekundärflüssigkeit 15. Die beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 6 und 8 unterscheiden sich nur in der Art der Bil dung der relativ dünnen Flüssigkeitsschicht. In beiden Fällen wird die Oberflächenspannung der Sekundärflüssigkeit ausge nutzt. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 6 tritt die Sekundär flüssigkeit 15 aus einem Röhrchen 60 aus, das beispielsweise einen Durchmesser von etwa 0,5 mm hat und an dessen oberen Ende sich ein Meniskus 61 bildet. Anstelle der Röhre kann andererseits auch zwei parallele Platten mit ebenen oder ge bogenen Oberflächen verwenden. Fig. 7 zeigt eine andere Mög lichkeit des Betriebes der in Fig. 6 dargestellten Einrichtung zum Erzeugen der dünnen Schicht der Sekundärflüssigkeit, die vom Primärstrahl 17 durchsetzt wird. Während die Düse 12 bei Fig. 6 außerhalb des Meniskus 61 angeordnet ist, befindet sie sich bei Fig. 7 innerhalb des Meniskus, so daß also auch hier wieder mit in die Sekundärflüssigkeit eingetauchter Düse ge arbeitet wird. Die beiden Betriebsarten unterscheiden sich selbstverständlich hinsichtlich der Dicke d der Sekundär flüssigkeitsschicht, wie in Fig. 6 und 7 schematisch darge stellt und grob durch die Schichten 62 und 63 angedeutet ist.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 8 steigt die Sekundär flüssigkeit 15 unter der Wirkung der Kapillarkräfte zwischen zwei benetzten ebenen Platten 64 und 65 hoch, die mit vorge gebener gegenseitiger Lage und einem gegenseitigen Abstand von etwa 0,5 mm gehalten werden. In den beiden Platten sind zwei axial fluchtende Öffnungen 66 und 67, die einen Durchmesser von etwa 1 mm haben, vorgesehen. In den beiden Öffnungen 66 und 67 bildet die Sekundärflüssigkeit 15 freie Flüssigkeits oberflächen 68 bzw. 69, die als Eintritts- bzw. Austritts fläche dienen und zwischen sich eine dünne Schicht 70 der Sekundärflüssigkeit einschließen. Der Primärstrahl 17 tritt durch die Fläche 68 ein und der Misch-Strahl 18 tritt aus der Sekundärflüssigkeit durch die andere Oberfläche 69 aus. Ver gleichbar mit der Anordnung gemäß Fig. 6 und 7 kann die Ein richtung gemäß Fig. 8 auch so betrieben werden, daß die Düse 12 teilweise in die Sekundärflüssigkeit hineinreicht und da durch die Dicke d der Schicht 70 der Sekundärflüssigkeit ver ringert wird. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Misch-Strahl auch unter Verwendung anderer Konfigurationen und Einrichtungen erzeugt werden. Man kann auch mit mehreren oder vielen nahe benachbarten Misch-Strahlen arbeiten. Bei solchen Anordnungen können alle Primärstrahlen durch eine ge meinsame Hochdruckpumpe gespeist werden und jedem Primärstrahl kann eine andere Sekundärflüssigkeit zugeordnet sein.

Bei manchen Anwendungen der Tintenstrahltechnik wird ein Tintenstrahl verwendet, dessen Richtung durch Hin- und Her schwingen der Düse periodisch geändert werden kann. Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die für solche Anwendungen verwendet werden kann. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Richtung des Misch-Strahles praktisch ausschließlich von der Richtung des Primärstrahles und prak tisch nicht vom Winkel, den die Oberfläche der Primärflüssig keit mit der Strahlachse bildet, abhängt. Wenn also die Rich tung des Primärstrahles bei den Einrichtungen gemäß Fig. 1 bis 9 geändert wird, ändert sich die Richtung des Misch-Strahles in entsprechender Weise. Dieses Phänomen wird bei der in Fig. 10 dargestellten Einrichtung ausgenutzt, bei der der Primärstrahl 17 aus einer Düse 72 ausgestoßen wird, deren Richtung mecha nisch veränderbar ist. Die Sekundärflüssigkeit befindet sich in einem Behälter 73 ähnlich dem gemäß Fig. 8. In der einen Seite des Behälters 73 ist ein Schlitz 74 eingeschnitten, durch den der Primärstrahl 17 in die Sekundärflüssigkeit 15 eintreten kann. Der Primärstrahl durchquert die Sekundär flüssigkeit dann in der Richtung der Düse 72 und der dabei entstehende Misch-Strahl tritt dann durch einen entsprechen den, in Fig. 10 nicht sichtbaren Schlitz auf der anderen Seite des Behälters 73 aus. Die beiden Schlitze sind in ganz entsprechender Weise angeordnet, wie die Öffnungen 66 und 67 in Fig. 8 und sie müssen eine solche Größe und Konfiguration haben, daß die Oberflächenspannung der Sekundärflüssigkeit frei, im wesentlichen parallele Oberflächen 75 bilden kann, die zwischen sich die erforderliche dünne Schicht der Sekun därflüssigkeit einschließen.

Für viele Anwendungen sind die in den Fig. 1, 4, 6 und 8 dargestellten Einrichtungen zum Erzeugen des Misch-Strahles ausreichend. Wenn jedoch an die Qualität der Tintenstrahl aufzeichnung besonders hohe Anforderungen gestellt werden, sind der Betrieb und die Wartung dieser Einrichtungen nicht einfach. Die Menge der Sekundärflüssigkeit, die bei der Bildung des Misch-Strahles von der Primärflüssigkeit mitgerissen und mit dieser gemischt wird, hängt vom Abstand zwischen dem Auslaß der Düse und der Oberfläche der Sekundärflüssigkeit, d. h. von der Dicke der vom Primärstrahl durchquerten dünnen Flüssigkeits schicht ab. Kleine Änderungen der Schichtdicke können zu er heblichen Änderungen sowohl des Durchmessers der feinen Tröpf chen des Verbund-Strahles als auch der Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen auf die Empfangsfläche oder den Aufzeich nungsträger auftreffen, führen. Die Änderungen des Tröpfchen durchmessers haben entsprechende Änderungen der Menge und Intensität der auf die Empfangsfläche aufgebrachten Farbe zur Folge und die Änderung der Tröpfchengeschwindigkeit kann die Registerhaltigkeit der erzeugten Kopie beeinflussen. Da es bei den beschriebenen Einrichtungen schwierig ist, die Dicke der Sekundärflüssigkeitsschicht genau konstant zu halten, ist es dementsprechend auch schwierig, Schwankungen der obenerwähnten Art zu vermeiden.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 11 bis 14 werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß man mit einer konstanten Strömung der Sekundärflüssigkeit arbeitet. Die Einrichtung ist in Fig. 11 im eingeschalteten und in den Fig. 13 und 14 im ausgeschalteten Zustand dargestellt. Wie aus der Querschnitts- bzw. Stirnansicht gemäß Fig. 11 bzw. 12 ersichtlich ist, ent hält diese Einrichtung zum Erzeugen eines Misch-Strahles eine Kapillare 80 für die Primärflüssigkeit, die als Teil der Zu führungsleitung für die Primärflüssigkeit dient und in einer Düse 81 endet. Die Kapillare 80 ist in einer Hülse 82 ange ordnet und reicht mit ihren beiden Enden über diese hinaus. Das vordere Ende der Hülse 82 ist vorzugsweise bis auf eine kleine Öffnung geschlossen, durch die sich die Kapillare 80 erstreckt und in der sie fest bezüglich der Einrichtung ge haltert ist. Die Hülse 82 ist ihrerseits in einem pistolen artig geformten, zur Zuführung der Sekundärflüssigkeit dienen den Körper 83 montiert, der durch sich senkrecht schneidende Röhren 84 und 85 gebildet ist und einen Einlaßkanal 86 sowie einen Auslaßkanal 87, die sich schneiden, bilden. Die Hülse 82 erstreckt sich durch die Wand des Körpers 83, fluchtet axial mit dem Auslaßkanal 87 und bildet mit dessen Wand einen engen ringförmigen Zwischenraum 88, der die Kanäle 86 und 87 verbin det. Die Hülse 82 endet kurz vor dem Auslaßende 89 der Röhre 85, so daß dort ein Endraum 90 für die Sekundärflüssigkeit gebildet wird. Die Flüssigkeit in diesem Raum bildet unter der Wirkung der Oberflächenspannung eine freie Oberfläche 91. Die Kapillare 90 reicht über das Ende der Hülse 82 soweit hinaus, daß sich zwischen dem Ende der Düse 81 und der freien Ober fläche 91 eine dünne Schicht gewünschter Größe der Sekundär flüssigkeit bildet.

Die Sekundärflüssigkeit wird dem Einlaßkanal 86 über eine Leitung 92, z. B. ein Rohr oder einen Schlauch zugeführt, mit der eine Pumpe konstanter Förderleistung, z. B. eine Schlauch quetschpumpe verbunden ist. Da das Einlaßrohr 84 mit einer Leitung in Verbindung stehen muß und diese Leitung normaler weise einen flexiblen Schlauch enthält oder aus einem solchen besteht, der Bewegungen der Erschütterungen unterliegt, können sich Druckwellen durch die Sekundärflüssigkeit zur Düse aus breiten, wenn diese Druckwellen nicht gedämpft werden. Bei Ver wendung bestimmter Pumpentypen, z. B. Schlauchquetschpumpen, können ebenfalls unerwünschte Druckschwankungen entstehen. Solche Druckschwankungen treten sofort in Änderungen des Strahldurchmessers und der Tröpfchengeschwindigkeit in Er scheinung. Um die Ausbreitung solcher Druckschwankungen zu vermeiden, wird der ringförmige Zwischenraum 88 so eng ge macht, daß die Druckschwankungen gedämpft und geglättet wer den. Die Dämpfungswirkung des durch den ringförmigen Zwischen raum 88 gebildeten engen Kanals wird ferner durch ein Luft polster 93 unterstützt, das sich am oberen Ende des Einlaß kanals 86 befindet und eine Steuerung des auf die Sekundär flüssigkeit einwirkenden Druckes ermöglicht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 und 12 können beispielsweise folgende Abmessungen verwendet werden, die je doch nicht einschränkend auszulegen sind. Die Kapillare kann einen Innendurchmesser von 100 µm haben, in einer Düse mit einem Auslaßdurchmesser von 15 µm enden und in einer Metall hülse mit einem Außendurchmesser von 0,8 mm montiert sein. Der Durchmesser des Auslaßkanals 87 kann 1,0 mm betragen, so daß sich ein ringförmiger Zwischenraum 88 von 0,1 mm ergibt. Die Länge des durch den Zwischenraum 88 gebildeten Kanals kann etwa 4 mm betragen. Wenn eine Primärflüssigkeit aus 80 Gew.-% Wasser und 20 Gew.-% Glyzerin unter einem Druck von etwa 4,9 MPa durch die Kapillare 80 geleitet wird und eine Schicht aus chinesischer Tusche durchsetzt, die etwa 0,2 mm dick ist und mit einem Durchsatz von etwa 5 mm³ pro Sekunde gefördert wird, entsteht ein Misch-Strahl aus feinen Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von 50 µm.

Fig. 13 zeigt eine Abwandlung der Einrichtung gemäß Fig. 11 und 12. Bei dieser Abwandlung enthält die Dämpfungs vorrichtung ein poröses Material 95, das den Zwischenraum zwischen der Hülse 82 und der den Auslaßkanal 87 begrenzenden Wand angeordnet und in diesem durch ein durchbrochenes Bau teil, wie ein Netz oder Gitter 96 gehalten wird. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform kann der Abstand zwischen der Hülse 82 und der Wand des Auslaßkanals größer gemacht werden als bei der Einrichtung gemäß Fig. 11, bei der die Dämpfung in erster Linie durch die enge Bemessung des ringförmigen Zwischenraumes 88 bewirkt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 kann der Durchmesser des Misch-Strahles und damit der der feinen Tröpfchen geändert werden. Hierzu wird der auf die Sekundärflüssigkeit im Auslaß kanal 87 wirkende Druck geändert. Ein Beispiel einer hierfür geeigneten Vorrichtung ist ein Kolben 97 aus Magnetmaterial, der sich in einem Zylinder 98 unter der Wirkung eines Elektro magneten 99 bewegt, der seinerseits durch eine Spule 100 er regt wird, die mit einer Leistungsquelle 101 verbunden ist. Der Kolben 97 wirkt auf die Luft im Luftpolster 93 und ver größert bzw. verringert dadurch den Druck der Sekundärflüssig keit in den Kanälen 88 und 87. Der maximale Druck wird dabei selbstverständlich kleiner als der Druck gehalten, bei welchem die die Sekundärflüssigkeit im Auslaßkanal 87 haltenden Ober flächenspannungskräfte überwunden werden. Bei der Abwandlung gemäß Fig. 14 wird der ringförmige Zwischenraum 88 etwas größer sein als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11. Die Frequenz, mit der der Magnet 99 erregt wird, kann in einem weiten Be reich bis zu etwa 1000 Hz liegen. Man kann sogar mit noch höheren Frequenzen arbeiten, indem man anstelle des Kolbens 97 eine piezoelektrische Vorrichtung verwendet. Durch Ände rung der Frequenz kann die Dicke der Schicht aus der Sekundär flüssigkeit geändert werden, was wiederum den Durchmesser der Tröpfchen und damit die Dichte der aufgezeichneten Spur ent sprechend beeinflußt. Dies kann bewirkt werden während die Frequenz der Tröpfchenbildung im wesentlichen konstant bleibt.

Schließlich kann die Hülse 82 entfallen, insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 13 und 14, bei denen die Größe des ringförmigen Zwischenraumes 88 im Auslaßrohr 85 weniger kritisch ist. Die Hülse 82 hat in erster Linie die Aufgabe, die Kapillare 80 zu schützen und zu haltern sowie den durch den ringförmigen Zwischenraum 88 gebildeten Kanal zu definieren.

In den Fig. 15 und 16 ist schematisch die Verwendung eines Misch-Strahl-Gerätes gemäß der Erfindung in einem Tintenstrahl registriersystem dargestellt. Die in den Fig. 15 und 16 dargestellte Einrichtung zum Erzeugen des Misch-Strahles entspricht der gemäß Fig. 11.

Selbstverständlich kann man auch andere Ausführungsformen der Erfindung verwenden. In Fig. 15 haben entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie bei den Einrichtungen gemäß Fig. 5 und 11.

Bei dem Registriergerät gemäß Fig. 15 wird die Primär flüssigkeit von einem Vorratsbehälter 26 durch eine Pumpe 25, eine Leitung 11 und ein Filter 27 der Kapillare zugeführt. Bei dieser Einrichtung ist in der Leitung 11 eine Elektrode 102 angeordnet, so daß hier die Primärflüssigkeit aufgeladen bzw. an Spannung gelegt wird und nicht wie bei Fig. 3 und 5 die Sekundärflüssigkeit. Man kann also entweder die Primärflüssig keit oder die Sekundärflüssigkeit aufladen. Die Sekundärflüssig keit wird von einem Vorrat 56 durch eine Pumpe 55 und eine Lei tung 92 dem Einlaßkanal 86 der Einrichtung zum Erzeugen des Misch-Strahles zugeführt. Die Einrichtung liefert feine, ge färbte Tröpfchen 21, die den Misch-Strahl bilden, und ihr Auftrag wird in der oben beschriebenen Weise gesteuert.

Bei dem Tintenstrahlregistriergerät gemäß Fig. 16 wird die Primärflüssigkeit von einem Vorrat 105 durch eine Pumpe 106 in eine Zuführungsleitung 107 und von dieser in ein Zufüh rungsrohr 108 gefördert, welches in einer Düse 109 endet. Auf dem Zuführungsrohr 108 ist eine Antriebsvorrichtung 110 mit einer Triebspule 111 montiert, um eine schwingende Be wegung zu bewirken sowie die Bildung und Masse der feinen Tröpfchen zu steuern. Die Antriebsvorrichtung kann statt dessen auch einen piezoelektrischen Kristall enthalten. Die Sekundär flüssigkeit wird von einem Vorrat 112 durch eine Pumpe 113 und eine Leitung 114 in die den Misch-Strahl liefernde Ein richtung 83 gefördert. Die Sekundärflüssigkeit und damit die feinen Tröpfchen werden beim Durchlaufen einer Ladeelektrode 115 aufgeladen, die von einer Signalquelle 31 über einen Ver stärker 32 gespeist wird. In Strahlrichtung hinter der Lade elektrode 115 sind parallele, im Abstand voneinander ange ordnete Ablenkelektroden 117 und 118 vorgesehen, zwischen denen mittels einer Spannungsquelle 34 ein konstantes elektri sches Feld erzeugt wird. Die Größe dieses Feldes bestimmt die Anordnung der einzelnen geladenen Tröpfchen 119 auf einem Empfangsblatt 120. Wie im Falle der Tintenstrahlregistrier geräte gemäß Fig. 5 und 15 werden auch bei dem Tintenstrahl registriergerät in Fig. 16 wegen der Möglichkeit, eine teil chenfreie Primärflüssigkeit und eine teilchenhaltige Sekundär flüssigkeit zu verwenden, die Probleme hinsichtlich einer Ver stopfung der Düse erheblich verringert und die Anforderungen an die Aufzeichnungsflüssigkeiten erheblich verringert.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines feinen Flüssigkeitsstrah les insbesondere für einen Flüssigkeitsstrahldrucker, bei welchem ein Strahl ("Primärstrahl") aus einem ersten Fluid ("Primärflüssigkeit") aus einer engen Düse durch eine Schicht aus einem zweiten Fluid ("Sekun därflüssigkeit"), das eine andere Zusammensetzung hat als das erste Fluid, hindurch unter Bildung des feinen Flüssigkeitsstrahles ("Sekundärstrahl") über eine der Düsenfläche der engen Düse gegenüberliegenden Austrittsfläche ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fluide miteinander mischbar sind und der Sekundärstrahl (18) aus einer Mischung der beiden Fluide besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Primärflüssigkeit (10) eine Mischung aus Wasser und mindestens einer mit Wasser mischbaren Flüssigkeit, die ein größeres Molekulargewicht als Wasser hat, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser bis zu 80 Gew.-% der Primärflüssigkeit (10) ausmacht.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wasser mischbare Flüssigkeit mindestens zum Teil aus Glyzerin, Ethanol, einem höheren Alkohol oder einem Polyglykol besteht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine farblose und pigmentfreie Primärflüssigkeit (10) verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sekundärflüssigkeit (15) eine flüssige Farbe oder Tinte verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärflüssigkeit (15) ein fein verteiltes Pigmentmaterial enthält, dessen Teilchen kleiner sind als der Innendurchmesser der verwendeten Düse (12, 72, 81, 109).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (Strecke d) der durch die Sekundärflüssigkeit (15) gebildeten dünnen Schicht (19, 49, 61) die Geschwindigkeit des aus der Düse (12, 72, 81, 109) austretenden Primär strahles (17) um nicht mehr als 90% verringert und der Sekundärstrahl (18) in feine Tröpfchen zerfällt, deren Durchmesser nicht größer als etwa das Zehnfache des Innendurchmessers der Düse (12, 72, 81, 109) ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Sekundärflüssigkeit (15) wirkende Druck gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsdruck im Zuge der Steuerung perio disch geändert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Strecke d (Dicke) aufweisende Schicht (19, 49, 61) der Sekundärflüssigkeit (15) durch eine Flüssigkeits-Säule gebildet wird, der sich zwei im wesentlichen stationäre Oberflächen zuordnen lassen, von denen die eine als Primärstrahleintrittsfläche und die andere als Sekundärstrahlaustrittsfläche dient.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und die Austrittsfläche einander gegenüberliegend auf der Oberfläche eines Meniskus (61) der Sekundärflüssigkeit (15) vorgesehen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und die Austrittsfläche innerhalb axial fluchtender Öffnungen (66, 67) in im Abstand voneinander angeordneten Platten (64, 65) gebildet und durch die Oberflächenspannung, die auf die Sekundär flüssigkeit (15) wirkt, aufrechterhalten werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärflüssigkeit (10) und die Sekundärflüssig keit (15) chemisch reaktionsfähig sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärflüssigkeit (10) und die Sekundärflüssig keit (15) miteinander unter Erzeugung einer gewünschten Farbe reagieren.

16. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer feinen Düse (12; 72; 81; 109) zum Ausstoßen eines Primärstrahles (17) aus einer Primärflüssigkeit (10) und mit einer Vorrichtung (16; 50; 60; 64, 65; 73; 83; 125, 137) zum Bilden einer dünnen Schicht (19; 49; 61), welche aus einer Sekundärflüssigkeit (15) anderer Zusammensetzung als die Primärflüssigkeit (10) besteht, welche vor der Mündung (13) der Düse (12; 72; 81; 109) angeordnet ist und welche eine der Düsenmündung entgegengesetzte freie Oberfläche (14; 52; 59; 69; 91) hat, aus der ein Sekundärstrahl (18) auszutreten vermag, der aus dem Primärstrahl (17) und von diesem mitgerissener Sekundärflüssigkeit (15) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die den Primärstrahl (17) bildende Primärflüssigkeit (10) und die die dünne Schicht (19, 49, 61) bildende Sekundär flüssigkeit (15) miteinander mischbar sind, und daß der aus der freien Oberfläche (15; 62; 59; 69; 91) der dünnen Schicht (19, 49, 61) austretende Sekundärstrahl (18) aus einer Mischung der Primär- und der Sekundärflüssig keit besteht, wobei die freie Oberfläche (14; 52; 59; 69; 91) einen größeren Querschnitt hat als die Mündung (13) der Düse (12; 72, 81; 109).

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bilden der dünnen Schicht (19) einen Behälter (16) aufweist, der die Sekundärflüssigkeit (15) enthält, und der über eine Öffnung verfügt, an der sich die freie Ober fläche (14) der Sekundärflüssigkeit (15) ausgebildet und in deren nahem Abstand der Düse (12) mit ihrer Mündung (13) gehaltert ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Anordnung, die die Oberfläche (14) in einem konstanten Abstand (d) bezüglich der Düsenmündung (13) hält.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß die Anordnung zur Konstanthaltung des Abstands (d) Ober fläche (14) bezüglich der Düsenmündung (13) eine Vorrichtung (37) zum Einspeisen der Sekundärflüssigkeit (15) in den Behälter (16) mit gesteuerter Strömungsrate enthält.

20. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Bilden einer dünnen Schicht (49) einen mit der Sekundärflüssigkeit (15) gefüllten Behälter (50) mit einer Öffnung (51) umfaßt, in der sich durch die Oberflächenspannung der Sekundärflüssigkeit (15) die als Austrittsfläche für den Sekundärstrahl (19) dienen de freie Oberfläche (52) ausbildet.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß die Vorrichtung zum Bilden der dünnen Schicht (49) einen mit der Sekundärflüssigkeit (15) gefüllten Behälter (50) enthält, dessen Seitenwand eine Öffnung (51) aufweist, die größer als die Mündung (13) der Düse (12) und so bemessen ist, daß die Sekundärflüssig keit (15) infolge ihrer Oberflächenspannung an einem Ausfließen aus der Öffnung (51) gehindert wird, und daß die Mündung (13) der Düse in der Sekundärflüssig keit (15) im Abstand der Dicke (Strecke d) der dünnen Schicht (49) von dem sich in der Öffnung (51) bildenden freien Oberfläche (52) der Sekundärflüssigkeit angeordnet ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeich net durch eine Vorrichtung (55), die die Strömung der Sekundärflüssigkeit (15) zur Öffnung (51) und damit die Dicke (Strecke d) der dünnen Schicht (49) zwischen der Düsenmündung (13) und der freien Oberfläche (52) auf einem vorgegebenen Wert hält.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß die Vorrichtung (55) zur Konstanthaltung der Strömung eine Peristaltikpumpe sowie einen engen Strömungskanal zwischen der Peristaltikpumpe und der dünnen Schicht (49) enthält.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich net, daß dem engen Strömungskanal eine Vorrichtung zum Dämpfen von Druckschwankungen zugeordnet ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß der Behälter (64, 65; 73) eine zweite Öffnung (66, 74) aufweist, in der sich unter der Wirkung der Oberflächenspannung der Sekundärflüssigkeit (15) eine zweite freie Oberfläche (68, 75) bildet, und daß die Düse (12; 72) so angeordnet ist, daß der aus ihr austretende Primärstrahl (17) durch die zweite freie Oberfläche (68; 75) in die Sekundärflüssigkeit (15) ein und aus der ersten freien Oberfläche (69) aus der Sekundärflüssigkeit (15) austritt.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich net, daß die Öffnungen (66; 67) schlitzförmig sind und die Düse (72) schwenkbar vor der zweiten Öffnung (74) angeordnet ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß die Vorrichtung zur Bildung der dünnen Schicht der Sekundärflüssigkeit enthält:

a) eine Quelle (56, 112) für die Sekundärflüssigkeit;
b) einen Sekundärflüssigkeitseinlaßkanal (92, 114);
c) einen Sekundärflüssigkeitszufuhrkanal (88, 89) solcher Abmessungen und Konfigurationen, daß sich unter der Wirkung der Oberflächenspannung über ihn eine kontinuierliche Oberfläche (91) der Sekundär flüssigkeit bildet, die als Grenze für die dünne Schicht dient;
d) eine Primärflüssigkeitszuführungsvorrichtung, die sich in den Sekundärflüssigkeitszufuhrkanal erstreckt, in der Düse (81) endet und so angeordnet ist, daß der Auslaß der Düse sich im Abstand von der kontinuierlichen Oberfläche (91) befindet, welcher gleich der vorgegebenen Dicke der dünnen Schicht ist;
e) eine Hülsenanordnung (82), die die Primärflüssig keitszuführungsvorrichtung umgibt und haltert, kurz vor der Düse endet und im Sekundärflüssig keitszufuhrkanal (88, 89) ein Flüssigkeitsendvolumen, das in der kontinuierlichen Oberfläche endet sowie einen Flüssigkeitskanal (88) verringerten Quer schnitts, welcher den Flüssigkeitseinlaßkanal und das Flüssigkeitsvolumen verbindet, begrenzt; und
f) eine Pumpanordnung, die die Sekundärflüssigkeit von der Quelle (56; 112) zu dem Flüssigkeitseinlaßkanal fördert.

28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich net, daß ein Flüssigkeitsdruckpuffervolumen (86) vorgesehen ist, welches den Druck der Sekundärflüssig keit im Zufuhrkanal konstant hält.

29. Einrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum periodischen Ändern des auf die Sekundärflüssigkeit im Zufuhrkanal einwirkenden Druckes und damit zum Verschieben der Lage der konti nuierlichen Oberfläche bezüglich des Auslasses der Düse und zum Ändern der Dicke der dünnen Schicht.

30. Einrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Dämpfen von Druckwellen der Sekundärflüssigkeit im Zufuhrkanal.

31. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung aus einem Strömungskanal (88) verringerten Querschnitts besteht.

32. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung ein poröses Medium (95) enthält, das in einem Strömungskanal verringerten Querschnitts angeordnet ist.