DE3019012A1 - Farbstrahldrucker - Google Patents

Description

• Farbstrahldrucker
• Be sche ibung ie-Erfindung -betrifft einen Farbstrahldrucker.
• Es sind zwei Typen von Farbstrahldruckern bekannt. Bei dem einen Typ wird ein gleichmäßiger Strahl von elektrostatisch geladenen Farbpartikeln von einer Düse ausgestoßen. Wenn ein ein Punkt gedruckt werden soll, wird ein elektrisches Ablenkpotential an eine Elektrode abgeienkt, wodurch der Strahl über einen Auffänger abgelenkt wird und auf ein Blatt Papier auftrifft. Bei-dem anderen Typ wird eine Gruppe von Farbpartikeln von einer Düse entsprechend einem Ultraschallsignal ausgestoßen, das an ein piezoelektrisches Element oder an ein Bündel von dünnen Drähten angelegt wird, die in der Düse angeordnet sind1und trifft dann auf ein Blatt Papier auf. Bei dem ersten Typ wird Farbe gleichmäßig ausgestoßen, während bei dem zweiten Typ Farbe auf Anforderung ausgestoßen wird.
• Im Hinblick auf ein Drucken mit hoher Auflösung werden die Anforderungen höher. Obwohl der Punktdurchmesser beim herkömmlichen Farbstrahldrucken in der Größenordnung von 100 Mikron liegt, ist für ein Drucken mit hohem Auflösungsvermögen ein -Punktdurchemesser von 50 -Nik-ron oder weniger erforderlich. Der Durchmesser der Düsenö£fnung muß--äuMerst klein und. genau sein, so daß derartige Düsen sehr schwierig und teuer maschinell zu bearbeiten sind. Außerdem wird ein Öffnung mit einem derart kleinen Durchmesser sehr leicht mit- Farbe - verstopft Weitere Schwierigkeiten treten auf; wenn eine Anzah-l Düsen in einer Vielfachkopg-Anordnung mit einem - gesonderten Ans teuersystem für jede Düse vorgesehen-: sind. Die kinetische Energie der Fa-rbe in den Düsen ändert sich infolge von Unterschieden in dem Durchmesser-und der Länge der Düsen, infolge von Druckschwankungen in der Färbe, wie den Düsen von einer Nlederdruckpumpe aus zugeführt wird, infolge von Veränderungen in den elektrischen Parametern der -piezoelektrischen Ansteuerelemente, usw. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch die elektriscben Felder und die -Luftströme zwischen - der Düse und dem Papier, wodurch die Farbtröpfchen willkürlich bezüglich der richtigen Druckstellen abgelenkt- -werden.
• Die Erfindung soll daher einen Farbstrahldrucker schaffen, welcher nach einem neuen Prinzip arbeitet und welcher besser als die herkömmlichen Farbstrahldrucker arbeitet. Ferner soll ein Farbstrahldrucker geschaffen werden, bei welchem trotz niedrigerer Herstellungskosten die -Qualität und die Auflösung des Farbstrahldruckens verbessert ist. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Farbstrahldrucker geschaffen werden, bei welchem mit einem vereinfachten und preiswerten Druckkopf eine hohe Druckqualität erreicht ist. Gemäß der Erfindung ist dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angefü;hrt.
• Gemäß der Erfindung stehen die Enden von einer oder mehreren Nadelelektroden über eine Öffnung'vor. Farbe wird der öffnung zugeführt und bedeckt die Nadelelektrode -aufgrund einer Kapilarwirkung. Ein Blatt Papier wird zwischen der Öffnung und einer Gegenelektrode hindurchbewegt. Wenn ein Punkt gedruckt werden soll, wird-ein elektrisches Potential zwischen die Nadelelektrode und die - Gegenelektrode angelegt, wodurch die Farbe am Ende der Nadelelektrode von der Nadelelektrode abgenommen wird, infolge. der elektrostatischen Anziehungskraft.zu der Gegenelektrode hin bewegt wird und auf das dazwischen angeordnete Papier auftrifft. - Durch die Erfindung ist somit ein insgesamt verbesserter Farbstrahldrucker geschaffen.
• Nachfqlgend wird die Erfindung-anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine Schnittansicht eines Farbstrahldruckers gemäß der Erfindung; Fig.2 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Farbstrahldruckers; Fig.3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig.4 eine der Fig.3 ähnlche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und Fig.5 eine schematische Darstellung eines elektrischen Ansteuersystems für die Ausführungsform der Fig.4.
• In Fig.1 weist ein.in seiner Gesamtheit mit 11 bezeichneter Farbstrahldrucker gemäß der Erfindung einen Farbausstoßkopf 12 auf. Der Kopf 12 weist ein Gehäuse 13 auf, das an seiner Vorderseite durch eine Platte 14 verschlossen ist. Farbe wird über einen Einlaß 16 von einer (nicht dargestellten) Förderpumpe mit einem niedrigen konstanten Druck in das Gehäuse 13 eingebracht.
• In der Platte 14 ist eine Öffnung 17 vorgesehen, um eine Düse zu bilden. Eine Nadel- oder Schreibelektrode 18 ist in der Offnung 17 so angeordnet, daß ein Ende 18a der-Elektrode 18 etwas über die Außenfläche der Platte 14 vorsteht. Die Farbe bedeckt infqlge der Kapillarwirkung die Elektrode 18 einschließlich des Endes 18a bzw. haftet an der Elektrode 18 und dem Ende 18a.
• Mit anderen Worten, die ganze Elektrode 18 einschließlich des Endes 18a ist mit Farbe benetzt.
• Die Platte 14 oder zumindest der-Teil der Platte 14, der die Öffnung 17 festlegt, ist aus einem Material mit einer niedrigen Oberflächenenergie gebildet, z.B. aus Teflon (eingetragenes Warenzeichen, ein Copolymer von 4- oder 6-Ethylenfluorid), während die Elektrode 18 aus einem Material mit einer hohen Oberflächenenergie, wie Wolfram, gebildet ist. Folglich-hAftet die Farbe an der Elektrode 18 und nicht an der Wandung der öffnung 17. Der Druck der Farbe in dem Gehäuse 18 ist so gewählt, daß die Farbe einen nach außen gewölbten bzw. konvexen Meniskus bildet, der über die Öffnung 17 vorsteht und das Ende 18a der Elektrode 18 bedeckt,aber infolge der Oberflächenspannung nicht aus dem Gehäuse 13 auSgetragen wird.
• Eine Gegenelektrode 19 ist gegenüber dem Ende 18a der Nadelelektrode 18 vorgesehen. Ein zu bedruckendes Blatt Papier 21 ist zwischen der Wandung-14 und der Elektrode 19 angeordnet.
• Zum Drucken wird das Blatt 21 in einem vorbestimmten Muster, vorzugsweise orthogonal, relativ zu der Einheit aus dem Kopf 12 und der Gegenelektrode 19 bewegt.
• Wenn ein Punkt auf das Blatt 21 gedruckt werden soll, wird von einer Energie- bzw. Spannungsquelle 22 ein positives elektrisches Potential an die Nadelelektrode 18 angelegt, während von einer Energie- oder Spannungsquelle 23 aus ein negatives elektrisches Potential an die Gegenelektrode 19 angelegt wird.
• Die Farbe am Ende 18a der Elektrode wird dann zu der Gegenelektrode 19 durch die zusammenwirkenden elektrischen Kräfte angezogen und fliegt von dem Ende 18a zu dem Papier 21. Außerdem wird die Farbe zerstäubt1 um dadurch ein hocherwünschtes Punktmuster zu bilden.
• Die Kraft F, welche die Farbe von dem Ende 18a der Elektrode 18 zu der Gegenelektrode 19 hin zieht-, hängt von der Dielektrizitätskonstanten der Farbe, der Stärke des elektrischen Feldes in dem Bereich des Endes -18a und von-dem spezifischen elektrischen Widerstand der Farbe ab und-kann durch folgende Gleichung dargestellt werden: F = a-grad(E) 2 + qE t wobei bzw die Polarisationskonstante der Farbe, q die Ladung auf der Farbe und E die elektrische Feldstärke ist.
• Wie in Fig.2 dargestellt, ist die Öffnung'17 kreisförmig und kann viel größer gemacht werden als Öffnungen der herkömmlichen Farbstrahldrucker bei einem Drucken mit hoher -Auflösung.
• Hierdurch wird die Herstellung der Einrichtung 11 sehr vereinfacht und die Herstellungskosten sind niedriger. Die Wahrscheinlichkeit, daß die Öffnung 17 verstopft wird, ist viel geringer als bei den kleinen Öffnungen der herkömmlichen Farbstrahldrucker.
• Die Partikelgröße des Farbstrahls kann innerhalb eines bestimmten Bereichs durch Ändern der Schärfe des Endes 18a der Nadelelektrode und durch Ändern des Werts eingestellt werden, um welchen das Ende 18a über die Außenfläche der Wandung 14 vorsteht.
• Da das elektrische Potential zwischen der Elektrode 18 und 19 abnimmt, wenn der Abstand dazwischen größer wird, ist es wünschenswert, die Elektroden 18 und 19 und das Blatt 21 nahe beieinander zu halten. Dies hat die Wirkung, daß die Druckgenauigkeit größer-wird und eine Ablenkung von Farbtropfen gegenüber den richtigen, vorgesehenen Druck- oder Auftreffstellen auf ein-Minimum herabgesetzt ist, da der Einfluß von Luftströmen infolge der kurzen Flugbahn der Farbpartikel auf einen vernachlässigbaren Wert herabgesetzt ist2; Die Farbe kann ISOPER H sein, das ein Pigment und eine Steuersubstanz mit einem hohen spezifischen, elektrischen Widerstand enthält.
• In Fig.3 ist eine weitere mit 31 bezeichnete Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Einrichtung 31 weist eine Wandung 32 eines Druckkopfes auf, welcher eine langgestreckte Öffnung 33 hat. Eine Anzahl Nadelelektroden34 sind in der Offnung 33 in einem Abstand d voneinander angeordnet. Eine einzige langgestreckte Gegenelektrode oder eine Anzahl von einzelnen Gegenelektroden können vorgesehen sein, obwohl dies in Fig.3 nicht dargestellt ist. Die Arbeitsweise der Einrichtung 31 ist dieselbe wie die des Farbstrahldruckers 11. Die positive elektrische Spannung oder das entsprechende Potential wird einzeln und selektiv an die Elektroden 34 angelegt, um dadurch das geforderte Punktmuster zu drucken.
• Es ist experimentell festgestellt worden, daß der spezifische elektrische Widerstand der Farbe ziemlich hoch sein muß, um eine ausreichende kinetische Energie zu schaffen, damit sich die Farbe von den Enden der Elektroden 34 entfernt und um die Elektroden 34 voneinander zu isolieren. Wenn der spezifische Widerstand zu niedrig ist,. beeinflussen die benachbarten Elektroden 34 einander, wodurch auf nicht zu bedruckenden Flächenbereichen gedruckt wird und die Auflösung erheblich verschlechtert wird. Diese Schwierigkeit kann überwunden werden, indem der spezifische elektrische Widerstand der Farbe über 108 # cm gewählt wird.
• Ein weiterer Farbstrahldrucker 41 gemäB derErfindung ist in Fig.4 dargestellt. Die Einrichtung 41 weist eine Wandung 42 auf, welche erste und zweite langgestreckte ,parallele Offnungen 43 und 44 festlegt. Eine Anzahl erster Nadelelektroden 46 steht durch die Öffnung 43 vor, während eine Anzahl zweiter Nadelelektroden 47 durch die Öffnung 44 vorsteht. Die Elektroden 47 sind bezüglich der Elektroden 46 so versetzt angeordnet, daß jede Elektrode 47 von benachbarten Elektroden 46 in einem Abstand d/2 parallel zu den Achsen der Öffnungen 43 und 44 angeordnet ist. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Abstand zwischen benachbarten Elektroden 46 und benachbarten Elektroden 47 größer ist und dadurch die gegenseitige Beeinflussung zwischen benachbarten Elektroden 46 und 47 geringer ist. Bei dieser Anordnung kann auch die Druckdichte ohne einen Verlust an Auflösung erhöht werden.
• Die Elektroden 46 und 47 werden abwechselnd aktiviert, so daß die sich ergebenden Punktmuster auf derselben Linie auf dem Papier 21 liegen. Wenn beispielsweise das Papier 21 bezüglich der Wandung 42 vertikal nach unten bewegt wird, werden zuerst die Elektroden 46 und dann die Elektroden 47 aktiviert, wenn das durch die Elektroden 46 geschaffene Punktmuster bezüglich der Elektroden 47 ausgerichtet ist.
• Ein- -Ansteuersystem für die Einrichtung 41 ist in Fig.5 dargestellt. Die-Quelle 22 wird über eine erste Ansteuereinheit 48 und eine zweite Ansteuereinheit 49 selektiv mit den Elektroden 46 und 47 verbunden. Die Einheiten 48 und 49 weisen elektrischeSchalter, wie Transistoren auf, welche entsprechend elektrischen Signalen angeschaltet werden können, die das.zu druckende Muster darstellen, um dadurch die Quelle 22 mit den entsprechenden Elektroden 46 und 47 zu verbinden.
• Mit der Erfindung sind somit die Nachteile der herkömmlichen Farbstrahldrucker überwunden und es ist ein vereinfachter Farbstrahldrucker geschaffen, bei welcher mit Hilfe eines neuentaber-preiswerten Farbstrahlkopfs mit hoher Auflösung gedruckt werden kann.' Ende der Beschreibung Leerseite

Claims (6)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e W Farbstrahldrucker, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Öffnung (17), -eine Nadelelektrode (58), die mit einem Ende (18a) über die öffnung <17) vorsteht, eine Farbzuführeinrichtung (13), über die Farbe der Öffnung (17) so zugeführt wird, daß das Ende (18a) der Nadelelektrode (18) mit Farbe-bedeckt ist, eine Gegenelektrode (19), die dem Ende (-18a) der Nadelelektrode (18) gegenüberliegt, und eine Energiequelle (22, 23) zum Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen der Nadelelektrode (18) und der Gegenelektrode (19), damit Farbe von dem Ende (18a) der Nadelelektrode (18) in -Richtung auf die Gegenelektrode (19) bewegt wird.
2. 2. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Oberflächenenergie der Nadelelektrode (18) höher ist als die Oberflächenenergie der Öffnung (17).
3. 3. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Energiequelle (22, 23) entsprechend ausgelegt ist, um elektrische Potentiale mit entgegengesetzten Polaritäten an die Nadelelektrode (18) bzw. die Gegenelektrode (19) anzulegen.
4. 4. Farbstrahldrucker, g e k e n n z e i c h n e t durch eine langgestreckte Öffnung (33), eine Anzahl in gleichem Abstand voneinander angeordneter Nadelelektroden (34); deren Enden durch die Öffnung (33) vorstehen, eine Farbzuführeinrichtung, welche Farbe der Öffnung (33) in der Weise zuführt, daß die Enden der Nadelelektroden (34) mit Farbe bedeckt-sind, eine Gegenelektrode, die den Enden der Nadelelektroden (34) gegenüberliegt, und eine Energiequelle, um wahlweise elektrisches Potential zwischen den Nadelelektroden (34) und der Gegenelektrode anzulegen, damit Farbe von den Enden der Nadelelektroden (34) zu der Gegenelektrode hin bewegt wird.
5. 5. Farbstrahldrucker, g e ke n n z e i c h n-e t durch erste und.zweite parallele langgestreckte Öffnungen (43, 44), eine Anzahl in gleichem Abstand voneinander angeordneter, erster Nadelelektroden (46), deren Enden über die erste Offnung (43) vorstehen, eine Anzahl in gleichem Abstand voneinander angeordneter, zweiter Nadelelektroden (47), deren Enden über die zweite Öffnung (44) vorstehen, eine Gegenelektrode, die den Enden der ersten und zweiten Nadelelektroden (46, 47) gegenüberliegt, eine Farbzuführeinrichtung, um Farbe der ersten und zweiten Öffnung (43, 44) in der Weise zuzuführen, daß die Enden der ersten und zweiten Nadelelektroden (46, 47) mit Farbe bedeckt sind, und eine Energiequelle, um.selektiv elektrisches Potential zwischen den ersten und zweiten Nadelelektroden (46, 47) und der Gegenelektrode anzulegen, damit Farbe von den Enden der ersten und zweiten Nadelelektrode (46, 47) jeweils in Richtung auf die Gegenelektrode bewegt wird
6. 6. Farbstrahldrucker nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die ersten Nadelelektroden (46) und die zweiten Nadelelektroden (47) in vorgegebenen Abständen versetzt zueinander angeordnet sind.