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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung, die
eine große Anzahl von Punkten auf einem Schreibmedium erzeugt
und so ein Bild eines Buchstabens, einer Zeichnung oder
ähnliches durch eine Kombination dieser gedruckten Punkte druckt, und
insbesondere eine Druckvorrichtung der erwähnten Art, bei der
flüssige Tinte elektrostatisch aufgespritzt wird und Punkte auf
einem Schreibmedium erzeugt.
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Zahlreiche Erfindungen und Verbesserungen sind in Bezug auf
Tintenstrahldrucker gemacht worden, bei denen Tropfen flüssiger
Tinte aus einer Düse gespritzt werden, um ein Bild auf einem
Schreibmedium zu erzeugen. Ein Tintenstrahldrucker erzeugt nur
geringfügige Geräusche und beim Vielfarbendruck ist er
hinsichtlich der Betriebskosten etc. anderen Drucksystemen überlegen.
Jedoch kommt es nach wie vor zur Verstopfung der Tintendüse
durch das Verdampfen der Tinte, was zu Problemen beim
praktischen Einsatz von Tintenstrahldruckern führt.
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Es sind verschiedene Drucker vorgeschlagen worden, die flüssige
Tinte verwenden, bei denen jedoch andere Funktionsprinzipien als
bei den oben beschriebenen Tintenstrahldruckern eingesetzt
werden, um das Problem der verstopften Düsen zu vermeiden.
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Einer dieser Drucker ist in den Japanischen Patentanmeldungen
No. 56-170 und 56-4467 geoffenbart, bei dem eine Öffnung in Form
eines Schlitzes anstelle einer Düse ausgebildet ist, die leicht
zur Verstopfung führt, und Schreibelektroden in der Öffnung
angebracht sind, während eine Gegenelektrode den
Schreibelektroden gegenüberliegend angebracht ist, und sich zwischen ihnen
ein Schreibmedium befindet. An einen Drucker der eben
beschriebenen Bauart wird zwischen den Schreibelektroden und der
Gegenelektrode ein elektrisches Feld angelegt, so daß die Tinte in
dem elektrischen Feld abgeschieden werden kann, als
Tintentropfen aus der Öffnung austreten kann und auf das Schreibmedium
gespritzt werden kann, um so das Schreibmedium zu bedrucken.
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Ein Drucker anderer Art ist in den Japanischen Patentanmeldungen
No. 54-23534 und 59-159355 geoffenbart, bei dem magnetische
Tinte magnetisch zu Endabschnitten von Nadelelementen am äußeren
Umfang der Nadelelemente geleitet wird und dann durch ein
elektrisches Feld zum Fliegen gebracht wird, das zwischen den
Nadelelementen und einer Gegenelektrode angelegt wird, die auf
ähnliche Weise den Nadelelementen gegenüber angeordnet ist, wobei
sich zwischen ihnen ein Schreibmedium befindet.
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Der in den Japanischen Patentanmeldungen 56-170 und 56-4467
geoffenbarte Drucker hat den Nachteil, daß die Konstruktion, die
das Austreten der Tinte als Tintentropfen aus der Öffnung in
Form eines Schlitzes bewirkt, empfindlich ist und keine
ausreichende Stabilität aufweist. Mit anderen Worten, die Menge oder
die Richtung, in der die Tinte fliegt, ist nicht festgelegt, und
somit ist die Form und die Position eines auf dem Schreibmedium
erzeugten Punktes unsicher. Dementsprechend ist es schwierig,
ein Druckbild hoher Qualität zu erreichen. Hingegen hat der in
den Japanischen Patentanmeldungen No. 54-23534 und 59-159355
geoffenbarte Drucker den Nachteil, daß Tinte einer gewünschten
Farbe nicht immer zu Verfügung steht, da die magnetische Tinte,
die verwendet werden muß, um Tinte zu den Enden der
Nadelelemente zu leiten, oft die Farbe des darin enthaltenen Magnetpulvers
hat.
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Darüberhinaus schafft EP-A-0121,242 einen Punktdrucker für
magnetische Tinte, der eine Vielzahl von spitz auslaufenden Nadeln
enthält, die wahlweise jeweils mit einer glatten axialen Bohrung
versehen sein können. Die glatte axiale Bohrung kann jedoch
durch trockene Tinte verstopft werden.
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Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Schreibelektrode zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker
eine schmale Bohrung an ihrem äußeren Ende aufweist, aus dem
Tinte als Strahl austritt, sowie eine Vielzahl von Öffnungen mit
größerer Querschnittsfläche als die Bohrung, die durch radiale
Rippen begrenzt werden, die Verbindung zwischen der
Tintenzufuhreinheit und dem äußeren Ende der Elektrode ermöglichen, und
die so sind, daß sich die Öffnungen in die schmale Bohrung
öffnen, wodurch Tinte durch Kapillarwirkung aus den Öffnungen in
die schmale Bohrung gezogen werden kann, und als schmaler Strahl
austritt, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird.
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Demgemäß wird Tinte mit hoher Geschwindigkeit durch
Kapillarwirkung aus der schmalen Bohrung zum Endabschnitt der
Schreibelektrode zugeführt, während Tinte in der Öffnung, die mit der
schmalen Bohrung in Verbindung steht, nachfließt.
Dementsprechend kann das Eintrocknen der Tinte in der schmalen Bohrung und
die dadurch verursachte Verstopfung derselben verhindert werden.
Darüberhinaus ist keine magnetische Tinte erforderlich, und
somit kann jede gewünschte Farbe gewählt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden lediglich veranschaulichend
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei:
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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Endabschnittes einer
Schreibelektrode ist, die eine erste Ausführung der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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Fig. 2 eine als vertikaler Schnitt ausgeführte Vorderansicht der
Schreibelektrode von Fig. 1 ist;
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Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2 ist;
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer kompletten
Druckvorrichtung ist;
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Fig. 5 eine als vertikaler Schnitt ausgeführte Seitenansicht
eines Druckkopfes ist;
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Fig. 6 eine als horizontaler Schnitt ausgeführte Draufsicht auf
den Druckkopf von Fig. 5 ist;
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Fig. 7(a) und 7(b) als vertikale Schnitte ausgeführte
Seitenansichten sind, die einen Endabschnitt eines schmalen Lochs im
vergrößerten Maßstab darstellen;
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Fig. 8 eine als vertikaler Schnitt ausgeführte Vorderansicht
einer abgewandelten Form der Schreibelektrode ist;
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Fig. 9 eine ähnliche Ansicht ist, die jedoch eine weitere
abgewandelte Form der Schreibelektrode darstellt; und
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Fig. 10 eine als vertikaler Schnitt ausgeführte Seitenansicht
einer Schreibelektrode ist, die eine zweite Ausführung der
vorliegenden Erfindung darstellt.
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Im folgenden wird eine erste Ausführung der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 7 beschrieben. Der Aufbau
einer kompletten Druckvorrichtung wird anhand von Fig. 4
beschrieben. Die Druckvorrichtung enthält ein Druckergehäuse 1, in
dem ein Träger 3 gleitend beweglich auf einer Führungswelle 2
angebracht ist. Eine Gegenelektrode 4 verläuft parallel zur
Führungswelle 2 im Druckergehäuse 1 und eine Einzugseinrichtung
6 zum Vorschub von Schreibpapier 5 als Schreibmedium befindet
sich ebenfalls im Druckergehäuse 1. Ein Druckkopf 7 wird vom
Träger 3 getragen.
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Der Druckkopf 7 ist in Fig. 5 und 6 abgebildet. Der Druckkopf 7
enthält einen Tintenbehälter 9, der mit Tinte 8 gefüllt ist,
sowie eine Vielzahl von Schreibelektroden 10, die sich im
Tintenbehälter 9 befinden. Die Tinte 8 kann gewöhnliche Tinte mit
einem spezifischem elektrischen Widerstand über 10&sup6; Ωcm, einem
Viskositätskoeffizienten von unter 10 mPas (cp) und einer
Oberflächenspannung von unter 2 · 10&supmin;&sup4; N/cm (20 dyn/cm) sein; es kann
also nichtmagnetische Tinte verwendet werden. Die
Schreibelektroden 10 erstrecken sich an Endabschnitten derselben nach außen
durch Elektrodenbohrungen 9a, die im Tintenbehälter 9 ausgeformt
sind, und liegen somit der Gegenelektrode 4 gegenüber. Hintere
Endabschnitte der Schreibelektroden 10 werden von Leitersträngen
11 gehalten, die an einer Leiterplatte 12 befestigt sind, die
den Tintenbehälter 9 bedeckt. Die Schreibelektroden 10 sind über
die Leiterstränge 11 und die Leiterplatte 12 und weiter über
einen Stecker 13 und Schalter 14 mit Spannungsquellen 15, 16
elektrisch verbunden, die an die Gegenelektrode 4 angeschlossen
sind. Eine Steuerschaltung 17 zum wahlweisen Schalten der
Schalter 14 ist, wie in Fig. 5 dargestellt, mit den Schaltern 14
verbunden. Damit bilden die Schalter 14 und die Steuerschaltung
17 zusammen mit den Spannungsquellen 15 und 16 eine
Treibereinrichtung 25.
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Im folgenden wird der Aufbau der Schreibelektroden 10 anhand von
Fig. 1 bis 3 beschrieben. Die Schreibelektroden 10 werden durch
Extrudieren eines Polyacetalharzes als Formmaterial und
Beschichten der Oberfläche jeder dieser so geformten Körper mit
einer dünnen Metallschicht 18 hergestellt. Jede dieser
Schreibelektroden 10 ist an einem ihrer Endabschnitte mit einem
konischen Abschnitt 19 versehen, so daß sie eine spitz zulaufende
Form an ihrem Ende hat.
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Jede der Schreibelektroden 10 ist ein hohler Zylinder, der innen
mit vier Hauptrippen 20, vier Zwischenrippen 21 und acht kleinen
Rippen 22 versehen ist, die aufeinanderfolgend in radialer
Richtung über die gesamte Länge der Schreibelektrode 10 an einer
Innenumfangswand des hohlen Zylinders ausgeformt sind. Die
Rippen verlaufen radial zur Achse der Schreibelektrode 10 und
dienen dadurch als Trennwände, jedoch so, daß die radialen inneren
Enden der Hauptrippen 20, der Rippen 21 und der kleinen Rippen
22 einander nicht berühren.
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So bildet der Zwischenraum, der durch die radialen inneren Ende
der Hauptrippen ?0 begrenzt wird, eine schmale Bohrung 24,
während die Zwischenräume, die von den Hauptrippen 20, den Rippen
21 und den kleinen Rippen 22 begrenzt werden, Öffnungen 23
bilden, die mit der schmalen Bohrung 24 in Verbindung stehen. Die
Hauptrippen 20, die Rippen 21 und die kleinen Rippen 22 haben
jeweils identische Form. Dementsprechend befindet sich die
schmale Bohrung 24 in der Mitte des Querschnitts der
Schreibelektrode 10 und verläuft vom hinteren Ende der Schreibelektrode
10 durch die gesamte Schreibelektrode 10 zur Spitze des
konischen Abschnitts 19.
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Die Öffnungen 23 erstrecken sich von hinteren Ende der
Schreibelektrode 10 und enden an einer äußeren Umfangsfläche des
konischen Abschnitts 19 der Schreibelektrode 10.
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Die Hauptrippen 20 und die Rippen 21, 22 weisen an ihren
Oberflächen Hohlrundungen auf, wodurch Abschnitte mit größerer
Querschnittsfläche und Abschnitte mit kleinerer Querschnittsfläche
in den Öffnungen 23 und der schmalen Bohrung 24 entstehen. Es
ist anzumerken, daß der Mindestdurchmesser der schmalen Bohrung
24 kleiner als 100 Mikrometer sein sollte, und genauer
beispielsweise 30 Mikrometer bis 50 Mikrometer.
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Darüberhinaus können beim Polieren der äußeren Umfangsfläche des
konischen Abschnitts 19 Grate auf einer polierten Fläche
auftreten. Da solche Grate Verstopfung der schmalen Bohrung 24
verursachen können oder die Querschnittsform der schmalen
Bohrung 24 und/oder der Öffnungen 23 verändern können, wird die
äußere Umfangsfläche des konischen Abschnitts 19 vorzugsweise
mittels Trockenhonen oberflächenbearbeitet. In diesem Fall ist
Alundum (RTM) mit einer Korngröße von 800 (800 mesh) geeignet.
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Wenn bei der oben beschriebenen Konstruktion durch die
Treibereinrichtung 25 ein elektrisches Feld zwischen der Gegenelektrode
4 und einer ausgewählten Schreibelektrode 10 angelegt wird,
wirkt eine elektrostatische Kraft auf Tinte 8, die sich am Ende
der Schreibelektrode 10 befindet, und die dadurch auf die
Gegenelektrode 4 zufliegt. Die so aufgespritzte Tinte 8 haftet am
Schreibpapier 5 und bildet auf letzterem einen Punkt, so daß von
einer ausgewählten Gruppe derartiger Tintentropfen ein Buchstabe
oder eine Zeichnung erzeugt werden kann.
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Die Öffnungen 23 saugen aufgrund von Kapillarwirkung Tinte 8 aus
dem Tintenbehälter 9 an, während die schmale Bohrung 24 mit
einer kleinen Querschnittsfläche durch Kapillarwirkung Tinte 8
mit hoher Geschwindigkeit aus den Öffnungen 23 mit größerer
Querschnittsfläche saugt. Da in diesem Fall die Tinte 8 in
ausreichendem Maße in die Öffnung 23 gesaugt wird, um eine Masse
aus Tinte 8 in der Schreibelektrode 10 zu bilden, wird das
Trocknen der Tinte 8 in der Schreibelektrode 10 verhindert.
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Da die Öffnungen 23 und die schmale Bohrung 24 kleinere und
größere Querschnitte aufweisen, kann der Vorgang des
Tintentransports durch Kapillarwirkung in den Bereichen mit kleinerer
Querschnittsfläche beschleunigt werden, während die Tinte in den
Abschnitten mit größerer Querschnittsfläche flüssig gehalten
wird, so daß eine Verstopfung der Schreibelektrode 10 verhindert
werden kann.
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Die Tinte 8 wird in Funktion nicht aus einem Schlitzbereich
aufgespritzt, sondern von einem Endabschnitt der
Schreibelektrode 10 in Form einer Nadel. Dementsprechend wird die Tinte 8
glatt vom Endabschnitt der Schreibelektrode 10 getrennt, und
folglich wird eine feste Menge Tinte 8 in eine vorgegebene
Richtung gespritzt. Die daraus resultierenden stabilen
Druckbedingungen führen zu einer Verbesserung der Druckqualität. Da der
Endabschnitt der Schreibelektrode 10 am konischen Abschnitt 19
spitz ausläuft, bündelt sich darüberhinaus aufgrund ihres
Abstandes und ihrer Form ein elektrisches Feld an der Spitze des
konischen Abschnittes 19. Das verbessert die Trennung und die
Stabilität der Tinte 8 weiter. Die schmale Bohrung 24, die mit
hoher Geschwindigkeit Tinte 8 zuführt, verläuft durch die Spitze
des konischen Abschnitts 19. Damit kann Tinte 8 der Spitze des
konischen Abschnittes 19 leicht zugeführt werden. Es ist zu
sehen, daß, wenn Tinte 8 vom Endabschnitt der Schreibelektrode
10 fliegt, Tinte 8 der schmalen Bohrung 24 nicht nur durch
Kapillarwirkung, sondern auch durch Tinte 8 zugeführt wird, die
aus den Öffnungen 23 zugeführt wird. Wenn der Durchmesser der
schmalen Bohrung 24 zu groß wird, kommt es zu einer Vertiefung
in der Tintenoberfläche am offenen Ende der schmalen Bohrung 24,
wie in Fig. 7(b) dargestellt ist. Dies kann die Form eines
Tintentropfens verändern, wenn er die Spitze der Elektrode 10
verläßt. Wenn jedoch der Mindestdurchmesser des schmalen Lochs 24
unter 100 Mikrometer liegt, sammelt sich der Tintentropfen im
allgemeinen in der Mitte der schmalen Bohrung 24, wie in Fig.
7(a) dargestellt ist, obwohl dies von den Eigenschaften der bei
der tatsächlichen Ausführung verwendeten Tinte 8 abhängen kann.
Wenn also Tinte 8 mit einer speziellen Eigenschaft verwendet
wird, kann manchmal ein Halteprofil von Tinte 8, wie es in Fig.
7(a) dargestellt ist, auftreten, selbst wenn der
Mindestdurchmesser der schmalen Bohrung 24 größer ist als 1000 Mikrometer.
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Des weiteren sind, obwohl sich die schmale Bohrung 24 im
Mittelpunkt des Endes des konischen Abschnittes 19 öffnet, die
vertikale und die horizontale Abmessung des Tintentropfens gleich,
da die vier Hauptrippen 20 radial zum Mittelpunkt des konischen
Abschnittes 19 verlaufen, so daß die gewünschte Form eines
Tropfens erhalten wird. Folglich behalten die auf dem Schreibpapier
5 gebildeten Punkte einen festen Umriß, der einem echten Kreis
nahekommt, was zu einer Verbesserung der Druckqualität beiträgt.
Da darüberhinaus Tinte 8 der Elektrode 10 durch Kapillarwirkung
zugeführt wird, kann in der Druckvorrichtung gewöhnliche Tinte
verwendet werden, und dementsprechend kann nach Wunsch Tinte mit
einer lebendigen Farbe verwendet werden.
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Die Schreibelektrode 10 kann eine beliebige Schreibelektrode
sein, die wie unten aufgeführt aufgebaut ist:
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a) ein Aufbau, bei dem ein geformter Körper, der durch
Extrudieren unter Verwendung von Polyethylenterephthalat als
Formmaterial geformt wird, mit einer dünnen Metallschicht auf der
Oberfläche desselben überzogen wird;
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b) ein Aufbau, der durch Extrudieren unter Verwendung eines
leitenden Kunststoffmaterials, dem Kohlenstoffkörner beigemischt
sind, als Formmaterial geformt wird; und
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c) ein Aufbau, der durch Extrudieren mittels eines speziellen
Verfahrens unter Verwendung eines Materials, dem
Aluminiumoxidpulver als Bindemittel beigemischt ist, geformt wird.
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Eine Schreibelektrode des Aufbaus a) ist hinsichtlich der
Tintenbeständigkeit einer Schreibelektrode aus Polyacetalharz
überlegen, und die Festigkeit einer dünnen Metallschicht zur
Beschichtung kann vergrößert werden. Bei einer Schreibelektrode
des Aufbaus b), bei der Metallpulver, Kohlenstoffpulver oder
ähnliches als Beimischung anstelle von Aluminiumoxid verwendet
wird, das nicht leitend ist, kann der Schritt der Beschichtung
mit einer dünnen Metallschicht nach dem Extrudieren weggelassen
werden.
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Des weiteren braucht die Schreibelektrode 10 kein zylindrisches
Profil zu haben, sondern kann jedes beliebige Profil, wie
beispielsweise ein elliptisches oder vieleckiges Profil, haben,
oder ein Profil mit einem Absatz oder einer Schulter in einem
Zwischenbereich. Als Alternative dazu kann ein Profil mit
verschiedenen Querschnittsformen am vorderen und am hinteren
Endbereich eingesetzt werden. Der Form des Profils sind, mit anderen
Worten, keine Grenzen gesetzt.
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Darüberhinaus kann eine abgewandelte Konstruktion verwendet
werden, bei der die Schreibelektroden 10 auf die Gegenelektrode
4 zu und von ihr weg bewegt werden, während ein festes Potential
zwischen der Gegenelektrode 4 und den Schreibelektroden 10
anliegt. Gemäß dieser Konstruktion wirkt, wenn die Gegenelektrode
4 und die Schreibelektroden 10 sich einander nähern, eine
elektrostatische Kraft auf die Tinte 8, die ausreicht, um Tinte 8,
die sich am Endabschnitt der Schreibelektrode 10 befindet zur
Gegenelektrode 4 fliegen zu lassen, so daß die Tinte 8 an dem
Abschnitt auf die Gegenelektrode 4 zufliegt.
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Abgewandelte Formen der Schreibelektrode 10 sind in Fig. 8 und
9 dargestellt. In Fig. 8 ist eine Schreibelektrode 10
dargestellt, bei der eine schmale Bohrung 24 von radial nach innen
gerichteten Enden von drei Hauptrippen 20 begrenzt wird, die
sich radial auf den Mittelpunkt des Querschnitts der
Schreibelektrode 10 zu erstrecken. Fig. 9 hingegen, stellt eine
Schreibelektrode 10 dar, die zwei Hauptrippen 20 enthält.
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Eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung wird anhand
von Fig. 10 beschrieben. Gleiche Teile sind mit den gleichen
Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführung gekennzeichnet, und
auf identische Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Bei dieser Ausführung ist eine schmale Bohrung 24 nur in einem
Endabschnitt der Schreibelektrode 10 ausgeformt, und sie steht
mit Öffnungen 23 in Verbindung, die vom vorderen Ende zum
hinteren Ende der Schreibelektrode 10 verlaufen. Bei der
Schreibelektrode 10 mit dem eben beschriebenen Aufbau wird Tinte 8 aus
einem hinteren Endabschnitt der Schreibelektrode 10 durch die
Öffnung 23 im wesentlichen durch eine Kapillarerscheinung in die
schmale Bohrung 24 zugeführt. Die Tinte 8 wird dann durch
Kapillarwirkung dem vorderen Ende der Schreibelektrode in der
schmalen Bohrung 24 zugeführt.