DE3024778A1

DE3024778A1 - Farbstrahldrucker

Info

Publication number: DE3024778A1
Application number: DE19803024778
Authority: DE
Inventors: Yutaka Ebi
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1979-06-30
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DE3024778C2; JPS568268A; US4333086A; JPS594310B2

Description

DR. BERG DIPL.-INC. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 3024 / /O

Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte: 30 993

3 0. Juni 1980

Ricoh Company, Ltd. Tokyo / Japan

Farbstrahldrucker

VII/XX/Ktz	03001	Telegramme:
	BERGSTAPFPATENT München
• (089)988272	TELEX:
9S8273	0524560 BERG d
988274
983310

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JT

Anwaltsakte: 30 993

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Farbstrahldrucker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind zwei Arten von Farbstrahldruckern bekannt. Bei der ersten Ausführungsform wird ein Dauerstrahl aus elektrostatisch geladenen Farbpartikeln von einer Düse abgegeben. Wenn ein Punkt gedruckt werden soll, wird ein elektrisches Ablenkpotential an eine Elektrode angelegt, wodurch dann der Strahl über einen Auffänger abgelenkt wird und auf ein Blatt Papier auftrifft. Bei der zweiten Ausführungsform wird eine Reihe von Farbpartikeln von einer Düse entsprechend einem Ultraschallsignal abgegeben, das an ein piezoelektrisches Element oder ein Bündel dünner Drähte angelegt wird, das bzw. die in der Düse vorgesehen sind, und die Farpartikel treffen dann auf ein Blatt Papier auf. Bei der ersten Ausführungsform wird ständig Farbe abgegeben, während bei der zweiten Ausführungsform Farbe nur auf Anforderung abgegeben wird.

Es wird jedoch immer stärker ein Drucken mit einem sehr hohen Auflösungsvermögen gefordert. Während der Puntkdurchmesser bei dem herkömmlichen Färbstrahldrucken in der Größenordnung von 100 Mikron liegt, wird für ein Drucken mit einem ho-

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-k-

hen Auflösungsvermögen ein Punktdurchmesser von 50 Mikron oder weniger gefordert. Der Durchmesser der Düsenöffnung muß daher sehr klein und genau sein, so daß derartige Düsen nur sehr schwer und kostspielig maschinell hergestellt werden können. Außerdem kann eine Öffnung mit einem derart kleinen Durchmesser sehr leicht mit Farbe verstopft werden.

Weitere Schwierigkeiten ergeben sich dadurch, daß eine Anzahl Düsen in einer Vielfachkopfanordnung mit einer gesonderten Ansteuerung für jede Düse vorgesehen sind. Die kinetische Energie der Farbe in den Düsen ändert sich infolge von Unterschieden im Durchmesser und der Länge der Düsen, von Druckschwankungen in der Farbe, die den Düsen von einer Niederdruckpumpe aus zugeführt wird, infolge von Veränderungen in den elektrischen Parametern der piezoelektrischen Ansteuerelemente, usw. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich durch die elektrischen Felder und Luftströme zwischen der Düse und dem Papier, welche die Farbtropfen von der richtigen Auftreffstelle in beliebiger Weise ablenken.

Die Erfindung soll daher einen FärbStrahldrucker schaffen, der in seiner Arbeitsweise herkömmlichen FärbStrahldruckern überlegen ist, bei welchem die Güte und das Auflösungsvermögen des Farbstrahldruckens bei geringeren Herstellungskosten verbessert ist, und bei welchem mit einem vereinfachten und preiswerten Druckkopf mit hoher Güte gedruckt wird. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Farbstrahldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeich-

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nenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung wird Farbe einem Ausstoßdurchlaß welcher innen vom Einlaß zum Auslaß hin konisch zuläuft, mit einem Druck zugeführt, der nicht ausreicht, daß Farbe aus dem Durchlaß ausgestoßen wird. Am Einlaß bzw. Auslaß des Durchlasses sind jeweils Elektroden vorgesehen. Eine weitere Elektrode ist außerhalb des Durchlasses vorgesehen. Es wird dann ein elektrisches Potential zwischen den Elektroden am Einlaß und am Auslaß angelegt, um die Farbe in dem Durchlaß zu polarisieren. Ein entgegengesetztes elektrisches Potential wird an die äußere Elektrode angelegt, damit die Farbe elektrisch angezogen und von dem Durchlaß aus zum Drucken auf ein Blatt Papier abgegeben wird. Die äußere Elektrode kann entweder vor oder hinter dem Blatt Papier angeordnet sein. Durch die Erfindung ist somit ein insgesamt verbeserter FärbStrahldrucker geschaffen .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Farbstrahldruckers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren herkömmlichen Farbstrahldruckers;

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Fig. 3 eine schematische Darstellung eines FärbStrahldruckers gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Darstellung eines elektrischen Feldes in der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 5 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Farbstrahldruckers gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Ansicht noch eines weiteren Farbstrahldruckers gemäß der Erfindung; und

Fig. 8 eine Darstellung von elektrischen Feldern in dem Farbstrahldrucker nach Fig. 7.

In Fig. 1 weist einer in seiner Gesamtheit mit 11 bezeichneter FärbStrahldrucker einen Farbausstoßkopf 12 auf. Farbe wird dem Kopf 12 über einen Einlaß 13 zugeführt. Ein piezoelektrisches Element 15 ist mit ültraschallfrequenz in Schwingung versetzt, wodurch die Farbe ständig über eine Öffnung 14 in Form eines Strahls ausgestoßen wird. Der Farbstrahl geht zwischen Ladeelektroden 16 und 17 und Ablenkelektroden 18 und 19 hindurch. Die Elektrode 18 ist geerdet, während die Elektrode 19 durch eirie Energiequelle 21 auf einem negativen Potential gehalten ist. Wenn ein Farbpunkt auf

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einem Blatt 22 gedruckt werden soll, wird von einer Energiequelle 23 aus ein positiver Impuls an die Elektroden 16 und
17 angelegt, wodurch dann der Farbstrahl elektrostatisch geladen wird. Durch die negativ geladene Elektrode 19 wird dann der Farbstrahl nach oben zu dem Blatt 22 hin abgelenkt. Wenn kein Punkt gedruckt werden soll, wird von der Quelle 23 kein Potential an die Elektroden 16 und 17 angelegt, so daß der
Färbstrahl nicht geladen wird. Der Färbstrahl wird dann von
der Elektrode 19 nicht abgelenkt und wird von einem Auffänger 24 aufgefangen.

Ein weiterer herkömmlicher Farbstrahldrucker ist in Fig. 2
dargestellt und weist einen Farbausstoßkopf 31 auf. Die Farbe wird dem Kopf 31 zugeführt. Wenn dann ein Punkt auf ein Blatt 32 gedruckt werden soll, wird von einer Energiequelle 33 ein elektrisches Ultraschallsignal an ein piezoelektrisches Element 34 angelegt, wodurch dann ein Farbpunkt über eine öffnung 36 auf das Blatt 32 ausgestoßen wird. Bei dieser Art Farbstrahldrucker wird somit Farbe auf Befehl oder Anforderung abgegeben, da die Farbe nicht wie bei dem Farbstrahldrucker 11 (in Fig. 1) ständig ausgestoßen wird. Die beiden herkömmlichen Farbstrahldrucker weisen jedoch aufgrund einer fehlenden Homogenität in der Farbe und aufgrund anderer Faktoren eine schlechte Linearität bei dem Farbausstoß auf.

Diese Schwierigkeiten sind bei einem in Fig. 3 dargestellten Farbstrahldrucker gemäß der Erfindung überwunden. Der in

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seiner Gesamtheit mit 41 bezeichnete Farbstrahldrucker gemäß der Erfindung weist einen Farbausstoßkopf 42 auf. Farbe wird dem Kopf 42 mittels einer Pumpe 43 mit einem Druck zugeführt, der nicht ausreicht, damit die Farbe von dem Kopf ausgestoßen wird. Der Kopf 42 weist eine Platte 44 aus einem elektrisch isolierenden Material auf, in welchem ein Austoßdurchlaß 46 ausgebildet ist. Der Durchlaß 46 läuft von der Einlaßseite 47 zu seiner Auslaßseite 48 innen konisch zu.

Eine geerdete, auf der Einlaßseite angeordnete Elektrode 49 ist an der linken Wand der Platte 44 an der Einlaßseite 47 vorgesehen. Eine auf der Auslaßseite vorgesehene Elektrode 51 ist an der rechten (äußeren) Wand der Platte 44 am Auslaß 48 angebracht. Eine äußere oder Gegenelektrode 52 ist zwischen dem Durchlaß 46 und dem Blatt Papier 53 angeordnet. Von einer Energiequelle 54 wird ein negatives elektrisches Potential an die Elektrode 52 angelegt.

Von einer Energiequelle 56 können positive elektrische Impulse an die Elektrode 51 angelegt werden, um Punkte auf dem Blatt 53 zu drucken. Bei Nichtanliegen des positiven Potentials an der Elektrode 51 wird jedoch keine Farbe von dem Durchlaß 46 ausgetragen.

Wie aus Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, wird, wenn das positive Potential an die Elektrode 51 angelegt wird, ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 49 und 51 erzeugt.

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Hierdurch wird dann die Farbe in dem Durchlaß 46 positiv polarisiert. Durch das negative Potential an der Elektrode 52 wird dann die positiv polarisierte Farbe angezogen und dadurch wird sie von dem Auslaß 46 aus zu der Elektrode 52 hin ausgestoßen und trifft zum Drucken eines Punktes auf das Papier 53 auf. Farbe wird dann für die Dauer des positiven, an die Elektrode 51 angelegten Impulses ausgestoßen.

Die Kraft F, durch die Farbe von dem Durchlaß 46 zu der Elek trode 52 hin bewegt wird, ist folgende:

F = Ot - grad (E) + qE

wobei co eine Polarisationskonstante der Farbe, q die elektrische Ladung auf der Farbe und E die Stärke des elektrischen Feldes ist. Die sich aus der Polarisation der Farbe ergebende Kraft ist durch den ersten Ausdruck der Gleichung wiedergegeben, während die sich aus der eoulombschen Anziehung ergebende Kraft, durch den zweiten Augdruck wiedergegeben ist< Bei einer typischen Anwendung ergibt sich eine Polarisation der Farbe, wenn etwa +500V an die Elektrode 51 angelegt wird. Ein Farbausstoße aus dem Durchlaß 46 ergibt sich aufgrund der Cöuloittoschen Anziehung wenn etwa -lOOOVan die Elektrode 52 angelegt wird. Um die Polarisation zu erhöhen, sollte der

Intensitätsfaktor E des elektrischen Feldes erhöht werden. Dies ist. erreicht, indem der Durchlaß 46 innen mit einem großen Winkel θ spitz zuläuft, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Der jfarb strahldrucker 41 arbeitet nicht bei einem η ie \c igen spezifischen, elektrischen Widerstand, da eine elektrische Leitung eine Polarisation der Farbe verhindern ,ärde. Eine handelsübliche Farbe mit einem spezifischen elektrischen Wi-

derstand von mehr als 10 Λ cm und einer niedrigen Oberflächenspannung reicht im allgemeinen aus, obwohl ein etwas höherer spezifischer, elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von der Frequenz der Impulse von der Quelle 56 erforderlich sein kann.

Mit demFarbStrahldrucker 41 gemäß der Erfindung kann ein hochlineares und unveränderliches, gleichbleibendes Drucken oane ei;.a genaue maschinelle Bearbeitung des Durchlasses 46 erhalten werden, und es ist sogar nicht einmal erforderlich, daß der Durchlaß 46 mit dem Blatt 53 genau einen rechten Winkel bildet. Der Durchmesser des Auslasses 48 ist im Vergleich zu herkömmliche" Druckern ziemlich groß und es kann ein kleiner Farbpartikeldurchmesser sowie ein Drucken mit hoher Dichte erhalten werden. Die Richtung des Farbausstoßes ist immer genau, da die Farbe unmittelbar zu der Elektrode 52 hin angezogen wird.

In Fig. 6 ist ein weiterer in seiner Gesamtheit mit 41' bezeichneter Farbstrahldrucker gemäß der Erfindung dargestellt. Hierbei sind gleiche Teile mit denselben,in Fig. 3 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet, während entsprechende, aber acgewancel-e Teile mit den gleichen, mit einemStrichin-

;3QGS2/GS21

-St. 'Z

dex versehenen Bezugszeichen bezeichnet sind„ Bei dieser Ausführungsform sind der Durchlaß 46' und die Elektrode 52' verlängert ausgebildet und einander zugeordnet. Die am Einlaß vorgesehene Elektrode 4 9 ist durch langgestreckte, arn Einlaß vorgesehene Elektroden 49a¹ und 49b¹ ersetzt_f die unter bzw. über dem Durchlaß 46' angeordnet und geerdet sind. Die einzige Elektrode 51 ist durch eine Anzahl unter dem Durchlaß 46' angeordneter Elektroden 51a' bis 51a' _fi und durch eine Anzahl über dem Durchlaß 46' angeordneter Elektroden ^ _fi setzt. Positive Impulse a„ bis a_ß und b bis b_r können dann zum unabhängigen Drucken an die Elektroden 5¹a' bis 51a' und 51b' bis 51b' angelegt werden. Wenn beispielsweise ein Punkt mit Hilfe der Elektroden 51a' und 51b'--. gedruckt werden soll, würden positive Impulse an eben diese Elektroden angelegt werden.

Selbstverständnlich stellt die in Fig. 6 wiecergegebene Anordnung einen Vielfach-Farbstrahldrucker dar, mit welchem an sechs verschiedenen Steller. einer Zei] e selektiv gedruckt werden kann. Eine an die Elektroden 49a' und 49b" sowie an die Elektroden 51a"., üis 5'ia^:,- und 51b" „ bis 51b' ange-

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legte Spannung kann etweder eine Gleich- oder Pechseispannung sein= Die Impulsdauer oder -br-3; te kann geärvju-·:".. :"=ri^n_f V:ir. eine veränderliche Farbpunktdichte und ein Drucken r.-?.t -.'■:?:·:- .bleibender Tönung ^u ächiJ^:;.'.!.

η,j.: ·. ■ ;-BAD ORIGINAL

maß der Erfindung dargestellt, in welches abgewandelte _f aber entsprechende Teile mit den gleichen_/mit zwei Strichindi zes versehenen Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei dem Farbstrahldrucker 41" ist die Elektrode 52" zwischen dem Durchlaß 46 und dem Blatt 53 angeordnet und wirkt als Beschleunigungselektrode. Die polarisierte Farbe wird dann durch die Elektrode 52" angezogen und geht zwischen ihr hindurch und trifft auf das Papier 53 auf.

Sowohl die Polarisations- als auch die Coulomb sehen Kräfte wirken auf die Farbe, wenn der Impuls von dem Generator 56 nicht erzeugt wird. Infolge des hohen spezifischen Widerstands der Farbe wirkt anfangs die Polarisationskraft, aber die Coulomb "Kraft überwiegt nach einer bestimmten Zeitspanne, wodurch sich dann ein konvexer Meniskus am Auslaß 48 bildet. Durch den positiven, an die Elektrode 51 angelegten Impuls wirkt dann die Poiarisationskraft in eineir: Bereich A der Fig. S, so daß ein Farbpunkt oder -tropfen zu dem Papier 53 hin ausgestoßen wird. Der F^rbp'inkt oder -tropfen wird durch die Elektrode 52" in emsiu Bereich B beschleunigt, geht zwischen der Elektrode hindurch unc? trifft auf das Papier 53 auf. Hierbei können di? an die Elektroden 5'i und 52 ^K angelegten Polaritäten rum Zeitpunkt des Ausstoßes umgekehrt warden _t wodurch dar Aassfcoß noch weiter gefördert vira.

ilir ""«r Erfin:"¹ r.

sind s

BAD ORIGINAL

ist ein Farbstrahldrucker geschaffen, bei welchem mit einer vereinfachten und preiswerten Anordnung mit einem verbesserten, hohen Auflösungsvermögen gedruckt werden kann.

Ende der Beschreibung

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Claims

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SAJnDMAIR PATENTANWÄLTE 3 O 2 4 / / 8 Postfach 860245 · 8000 München 86 Anwaltsakte: 30 993 Patentansprüche

1.]Farbstrahldrucker mit einem Farbausstoßdurchlaß . und einer Färbzuführeinrichtung, welche Farbe an den Durchlaß mit einem Druck abgibt, der nicht ausreicht, die Farbe aus dem Durchlaß auszutragen, gekennzeichnet durch eine erste Elektrodenanordnung (49,51 ,-49a¹49b¹; 51a' bis 51a' , 51b'

I O I

bis 51b'g), die an dem Durchlaß (46; 46') vorgesehen ist; durch eine zweiten Elektrodenanordnung (52; 52'; 52"), die außerhalb des Durchlasses (46; 46 ') vorgesehen ist, und durch Energiequellen (54, 56) zum Anlegen eines ersten elektrischen Potentials an die erste Elektrodenanordnung, um die Farbe in dem Durchlaß (46, 46') elektrisch zu polarisieren, und zum Anlegen eines zweiten elektrischen Potentials an die zweite Elektrodenanordnung (52;52';52"), damit die polarisierte Farbe von dem Durchlaß (46; 46³) zu einem Blatt (53) ausgestoßen wird.

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f IQS9) 93S272 Teiegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122 85C

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

82 74 TELEC: Bayer. Vereinsbank KJünchen 453100 (BLZ 700 202 70)

983310 052456OBERGd Postscheck München 65343-863 (ELZ 703!CuSOj

ORIGINAL INSPECTED

2. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß der Durchlaß (46) innen von.einem Einlaß (47) zu einem Auslaß (48) hin konisch zuläuft.

3. Farbstrahldrucker nach Anspruch 1/ dadurch g e k e η nzeichnet, daß die zweite Elektrodenanordnung (52") zwischen dem Durchlaß (46) und dem Blatt (53) angeordnet ist.

4. Farbstrahldrucker nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blatt (53) zwischen"dem Durchlaß (46;46') und der zweiten Elektrode (52, 52') angeordnet ist.

5. Färbstrahldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodenanordnung eine am Einlaß (47) des Durchlasses (46) vorgesehene Elektrode (49) und eine am Einlaß (48) des Durchlasses (46) vorgesehene Elektrode (51) aufweist, und daß mittels der Energiequelle (56) das erste elektrische Potential an die am Einlaß (47) und am Auslaß (48) vorgesehenenElektroden (49,51) angelegt wird.

6„ Färbstrahldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Einlaß (47) vorgesehene Elektrode (49) geerdet ist, und von der Energiequelle (56) das erste elektrische Potential an die am Auslaß (48) vorgesehene Elektrode (51) angelegt wird.

7. Farbstrahldrucker nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η -

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zeichnet, daß die Polarität der ersten und zweiten elektrischen Potentiale entgegengesetzt ist.

8. Farbstrahldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (46, 46') durch ein elektrisch isolierendes Teil (44^). festgelegt ist.

9. Färbstrahldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß langgestreckt ist, daß einezweite Auslaßelektrode in einem bestimmten Abstand von der am Auslaß des Durchlasses vorgesehenen Elektrode angeordnet ist, daß die am Einlaß vorgesehene Elektrode und die zweite Elektrode langgestreckt sind, so daß sich die am Auslaß vorgesehene Elektrode und die zweite Auslaßelektrode gegenüberliegen, und daß die Energiequelle so ausgelegt ist, daß das erste elektrische Potential individuell an die am Auslaß vorgesehene Elektrode und an die zweite Auslaßelektrode angelegt wird.

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