DE69901265T2

DE69901265T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von zweifarbigen Kugeln für eine Drehkugelanzeige

Info

Publication number: DE69901265T2
Application number: DE69901265T
Authority: DE
Inventors: Edward A. Richley
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1999-01-04
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2019-01-05
Also published as: US5900192A; JP4143199B2; EP0929060A2; EP0929060A3; JPH11342548A; DE69901265D1; CA2257757A1; CA2257757C; EP0929060B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Großserienfertigung von zweifarbigen Kügelchen mit etwa 12 um Durchmesser für die Verwendung bei einer Anzeigefolie in Gestalt eines "elektrischen Papiers".
Typische Anzeigen in Gestalt eines elektrischen Papiers sind in US-A-4,126,854 und US-A-4,143,103 beschrieben.
Im allgemeinen beinhalten derartige Anzeigen eine Trägerschicht, bestehend aus einem Elastomer mit einigen wenigen Millimetern Dicke, die mit halbkugelartig bichromatischen (d. h. zweifarbig) Kugeln bepackt ist. Jede bichromatische Kugel verfügt über Kugelhälften kontrastierender Farben, wie etwa einer weißen Hälfte und einer schwarzen Hälfte. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht befinden, drehen sich die Kugeln, um in Abhängigkeit der Polarität des Feldes einem Betrachter die eine oder die andere Kugelhälfte zu zeigen. Die Auflösung des elektrischen Papiers ist von Zahl und Größe der bichromatischen Kugeln abhängig, die in die Trägerschicht gepackt sind. Insbesondere führt die Packung einer größeren Zahl bichromatischer Kugeln mit geringerem Durchmesser (z. B. ~ 12 um) in die Trägerschicht zu einem elektrischen Papier mit einer höheren Auflösung. Somit ist es wünschenswert, eine große Anzahl bichromatischer Kugeln mit kleinerem Durchmesser zu erzeugen.
Bislang beinhaltete ein typisches Herstellungsverfahren für bichromatische Kugeln das Drehtellerverfahren, das in US-A-5,262,089 beschrieben ist.
Kurz gesagt beinhaltet das Drehtellerverfahren das Einleiten von schwarz und weiß pigmentierten, aushärtbaren Flüssigkeiten in eine obere bzw. untere Fläche eines Tellers, der an einer Drehspindel befestigt ist. Die Flüssigkeiten bewegen sich durch Zentrifugalkraft zum Rand des Tellers, wo sie zusammenfließen, ohne sich zu mischen, um bichromatische "Klümpchen" zu bilden. Die Zentrifugalkraft bewirkt, daß die bichromatischen Klümpchen während eines Vorgangs, der "Abreißen" genannt wird, vom Teller "abreißen".
Im Idealfall reißen die Klümpchen vom Teller in Form einzelner sphärischer Kugeln ab, die im wesentlichen identisch sind und über dieselben bichromatischen Eigenschaften verfügen (d. h. eine Hälfte enthält das schwarze Pigment, während die andere Hälfte das weiße Pigment enthält). Obwohl mit dem Drehtellerverfahren eine große Zahl bichromatischer Kugeln in relativ kurzer Zeit hergestellt werden kann, ist ein großer Prozentsatz der hergestellten Kugeln unbrauchbar. Mit anderen Worten sind die Kugeln im wesentlichen nicht einander identisch (der Durchmesser einer Kugel kann beispielsweise ~ 12 um betragen, während der Durchmesser einer anderen Kugel 80 um oder mehr beträgt) und/oder sie verfügen nicht über die geeigneten bichromatischen Eigenschaften.
Bichromatische Kugel werden normalerweise aus unterschiedlichen Polymeren (z. B. Wachse oder andere Kunstharze) hergestellt, die einen Pigmentanteil von 25 bis 50 Gewichtsprozent (oder weniger als 12 Volumenprozent) aufweisen und auf etwa 500 bis 600ºC aufgeheizt werden. Die Polymer-/Pigmentkombination wird als Schlämme bezeichnet. Die resultierende Viskosität der geschmolzenen Schlämme bei diesem Pigmentanteil und der genannten Temperatur liegt typischerweise in Bereichen zwischen 15 und 20 cP. Bei diesen Viskositäten werden jedoch lediglich 10% der Schlämme, die in ein Drehteller-Produktionssystem eingefüllt wird, als bichromatische Kugeln mit brauchbaren Eigenschaften ausgegeben. Mit anderen Worten sind 90% der bichromatischen Kugeln, die mit den derzeitigen Verfahren hergestellt werden, unbrauchbar.
Ein Grund für die geringe Ausbeute brauchbarer Kugeln ist das "Ligament- Zurückschnellen". Das Ligament-Zurückschnellen ist ein Phänomen, das auftritt, wenn die Kugeln vom Teller zu langsam abreißen. Klümpchen, die vom Teller abgegeben werden sollen, werden anstelle dessen durch die Oberflächenspannung in Achsrichtung zurückgezogen. Diese zurückgezogenen Klümpchen schließen sich mit einem oder mehreren nachfolgenden Klümpchen zusammen, wodurch ein einziger überdimensionaler Klumpen gebildet wird und somit eine übergroße Kugel. Die übergroßen Kugeln sind häufig nicht sphärisch und haben ungeeignete bichromatische Oberflächeneigenschaften. Ein Weg, das Ligamentzurückschnellen zu verhindern, besteht in der Verminderung der Viskosität des Polymers, das zur Ausbildung der Kugeln verwendet wird, wodurch verhindert wird, daß die Schlämme vom Teller zu langsam abreißt. Auf diese Weise werden die Kräfte, die durch die Viskosität der Schlämme ausgeübt werden, im Vergleich zu den Kräften durch die Oberflächenspannung unbedeutend.
Paraffinwachs, dessen Viskosität im Bereich zwischen etwa 5 cP und etwa 6 cP liegt (d. h. weniger als Polymere, die bislang zur Bildung einer Schlämme verwendet wurden), wurde verwendet, um das Ligament-Zurückschnellen zu verhindern. Paraffinwachs hat jedoch einen vergleichsweise tieferen Schmelzpunkt als andere Polymere. Zudem neigen aufgrund der geringeren Viskosität die Pigmente, die im Paraffinwachs verteilt sind, dazu, sich zwischen den Halbkugeln während der Ausbildung der Kugeln zu vermischen. Daher verfügen die Kugeln, die mit Paraffinwachs ausgebildet werden, nicht über die bevorzugten bichromatischen Eigenschaften.
Viskositätskräfte werden normalerweise mit Gleichungen "viskoser Länge" beschrieben. Die viskose Länge ist definiert als:
wobei η für die Viskosität, γ für die Oberflächenspannung und ρ für die Massendichte eines Fluids steht. Die meisten Fluids haben Dichten um die 10³ gkM&supmin;³ und Oberflächenspannungen von etwa 0,03 NM&supmin;¹. Diese beiden Eigenschaften sind bei vielen Fluids besonders ähnlich. Somit ist ein Vergleich von Lη der unterschiedlichen Fluids in erster Linie ein Vergleich ihrer Viskositäten.
Eine ordnungsgemäßes Abreißen wird erreicht, wenn die jeweiligen Durchmesser LD der Kugeln, die vom Teller abreißen, deutlich größer sind als Lη Da LD für den Durchmesser einer Kugel steht, ist es auch eine Maßeinheit für den Abstand zwischen den Mitten zweier aufeinanderfolgender Kugeln, die ähnliche Durchmesser haben. Eine in gewisser Weise quantitative Messung der Qualität des Abreißens kann man erhalten, wenn die charakteristische Zeit für das Abreißen τb mit der charakteristischen Zeit für das Zurückschnellen τc verglichen wird. Das Verhältnis dieser Zeiten gibt dann über den Grad der Konkurrenz zwischen den Kräften für das Abreißen und den Kräften für das Zurückschnellen Auskunft. Es hat sich gezeigt, daß:
Ein ordnungsgemäßes Abreißen stellte sich ein bei:
Um die Gleichung 3 zu erfüllen muß die charakteristische Zeit für das Abreißen deutlich kürzer sein als die charakteristische Zeit für das Zurückschnellen. Mit anderen Worten muß ein Klümpchen vom Teller abreißen, bevor ausreichend relative Trägheit auf die nachfolgenden Kugeln wirkt.
Für Schlämmen, die einen geringen Pigmentanteil aufweisen, wie etwa jene, die momentan für die Herstellung von Drehkugeln verwendet werden, beträgt die viskose Länge Lη etwa 60 um. Wie oben erwähnt, haben Kugeln, die derzeit mit dem Drehtellerverfahren hergestellt werden, Durchmesser LD von etwa 80 um. Aus Gleichung 2 ist zu erkennen, daß diese Werte zu einem Verhältnis zwischen Abreißzeit und Rückschnellzeit τb/τc von etwa 0,866 führen. Gleichung 3 zeigt, daß derartige Bedingungen für das Stattfinden einer ordnungsgemäßen Abreißens nicht ideal sind. Somit ist es klar, daß geeignete Abreißbedingungen nicht auftreten, wenn bichromatische Kugeln unter Verwendung der derzeitigen Schlämmen hergestellt werden.
Um feinere Auflösungen zu erreichen, ist es wünschenswert, bichromatische Kugeln herzustellen, die einen deutlich geringeren Durchmesser haben (d. h. geringere Werte von LD). Gleichung 2 zeigt jedoch, daß bichromatische Kugeln geringeren Durchmessers zu einem vergleichsweise größeren Wert für das Verhältnis τb/τc führen, wenn die viskose Länge konstant gehalten wird. Größere Werte von τb/τc kennzeichnen eine längere Abreißzeit im Vergleich zur Rückschnellzeit. Ein derartiges Ergebnis, wie es mit der Gleichung 3 dargestellt ist, ist nicht erwünscht und führt zu deutlich weniger brauchbaren Kugeln. Weiterhin erfordern bichromatische Kugeln mit kleineren Durchmessern einen höheren Prozentsatz des Pigmentanteils im Polymer, um eine geeignete Opazität zu erzie len. Der erhöhte Pigmentanteil neigt dazu, die Viskosität der Schlämme und somit Lη zu erhöhen, was zu noch höheren Werten für das τb/τc-Verhältnis führt.
Die vorliegende Erfindung gibt eine neue und verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer großen Zahl von im wesentlichen sphärischen bichromatischen Kugeln an, die geringe Durchmesser (d. h. ~ 12 um) haben und geeignete bichromatische Eigenschaften aufweisen, die die oben beschriebenen und weitere Probleme beseitigen.
Eine bichromatische Kugel umfaßt eine erste Halbkugel. Die erste Halbkugel enthält ein erstes Pigment mit einer ersten Farbe und einer ersten Polarität. Das erste Pigment wird einem Trägerfluid und einer Polymermischung während der Ausbildung der bichromatischen Kugel hinzugefügt. Eine zweite Halbkugel enthält ein zweites Pigment mit einer zweiten Farbe und einer zweiten Polarität. Das zweite Pigment wird dem Trägerfluid und der Polymermischung während der Ausbildung der bichromatischen Kugel hinzugefügt. Das Trägerfluid und die Polymermischung haben eine geringere Viskosität als das Polymer alleine. Das Trägerfluid wird im wesentlichen entfernt, nachdem die erste und die zweite Halbkugel ausgebildet sind. Das Polymer bleibt zusammen mit den ersten und den zweiten Pigmenten zurück, die die bichromatische Kugel ausbilden. Ein Durchmesser der bichromatischen Kugel wird verringert, nachdem das Trägerfluid im wesentlichen entfernt wurde.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung enthält das Polymer Festkörperpartikel, die im Trägerfluid verteilt sind.
Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung wird externe Wärme aufgewendet, um das Trägerfluid auszudampfen und die festen Polymerpartikel zu schmelzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Trägerfluid brennbar und wird verbrannt, wodurch die Wärme, die durch das brennende Trägerfluid erzeugt wird, die festen Polymerpartikel schmilzt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, das bichromatische Kugeln mit geringeren Durchmessern und geeigneten bichromatischen Eigenschaften ausgebildet werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, eine große Zahl der bichromatischen Kugeln in relativ kurzer Zeit herzustellen.
Spezielle Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen ist:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen halbkugelförmig bichromatischer Kugeln;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des kugelförmigen Tröpfchens, das mit der Vorrichtung aus Fig. 1 hergestellt wird;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines kugelförmigen Tröpfchens, das mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;
Fig. 4 eine Drehtellervorrichtung, die das Tröpfchen aus Fig. 3 herstellt; und
Fig. 5 eine Vorrichtung, die bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu Anwendung kommt.
Fig. 1 stellt eine Vorrichtung 10 zum Herstellen halbkugelförmig bichromatischer Kugeln 12 dar, die in Drehkugelanzeigen in Gestalt eines elektrischen Papiers verwendet werden sollen. Aushärtbare Schlämmen 14, 16 mit zwei unterschiedlichen Farben werden über geeignete Verteilerdüsen 18, 22 auf einer oberen bzw. einer unteren Fläche 24, 26 eines Tellers 28 verteilt, der an einer drehbaren Spindel 32 angebracht ist. Die Schlämmen 14, 16 haben vorzugsweise kontrastierende Farben, wie etwa Weiß und Schwarz, und werden als solche beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Schlämmen zwei beliebige Farben haben können. Die Schlämmen 14, 16 werden durch den Einfluß der Zentrifugalkraft auf ihren entsprechenden Seiten zum Rand 34 des Tellers 28 bewegt. Am Rand des Tellers 28 fließen sie zusammen (mischen sich jedoch nicht), um am Rand einen aneinandergrenzenden bichromatischen Vorrat 36 zu bilden, von dem sich Ligamente erstrecken. Die äußersten Enden der Ligamente geben Tröpfchen 42 ab. Die Tröpfchen 42 nehmen eine im wesentlichen kugelförmige Gestalt 44 an, kurz nachdem sie den Vorrat 36 verlassen haben. Obwohl die Erzeugung von Tröpfchen 42 unter Verwendung eines Drehtellers beschrieben wurde, versteht es sich, daß andere Verfahren zur Herstellung der Tröpfchen, wie etwa mit Düsen oder Düsenfolien, ebenfalls verwendet werden können.
Fig. 2 stellt eine vergrößerte Ansicht des sphärischen Tröpfchens 44 dar, das mit der Vorrichtung 10 ausgebildet wird. Das Tröpfchen 44 besteht aus zwei Halbkugeln 46, 48, die jeweils aus unterschiedliche farbigen Schlämmen 14, 16 bestehen. Die Schlämmen 14, 16 enthalten ein Mischung aus Polymerpartikeln 52, die in einem Trägerfluid 54 verteilt sind. Die Polymerpartikel 52 haben normalerweise eine Viskosität zwischen etwa 15 cP und etwa 20 cP. Obwohl die Polymerpartikel 52 vorzugsweise aus einem Wachs bestehen, können andere Kunstharze mit ähnlichen Viskositäten verwendet werden. Das Trägerfluid 54 ist vorzugsweise Wasser. Es können jedoch auch Alkohol oder jede andere einer Vielzahl von Flüssigkeiten mit geringer Viskosität zu Anwendung kommen. Weiße bzw. schwarze Pigmentpartikel 56, 58 werden der Polymer-Partikel-/Trägerfluid- Mischung zugesetzt, um die weiß bzw. schwarz gefärbten Schlämmen 14, 16 zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform sind die Pigmente 56, 58 in der Mischung verteilt. Die resultierenden Schlämmen 14, 16 haben ausreichende Viskositäten, um eine große Zahl von Tröpfchen 42 mit geeigneten bichromatischen Eigenschaften zu bilden. Die Durchmesser der sphärischen Tröpfchen 44 betragen etwa 80 um, was deutlich größer ist als der gewünschte Durchmesser von etwa 12 um. Daher werden die sphärischen Tröpfchen 44 weiter bearbeitet, um die bichromatischen Kugeln 12 zu bilden, die über die gewünschten Durchmesser verfügen, während die im wesentlichen sphärische Gestalt und die bichromatischen Eigenschaften der sphärischen Tröpfchen beibehalten wird.
Um die Größe einer Kugel von 80 um auf die gewünschte Größe von 12 um zu verringern, wird das Trägerfluid 54 vorzugsweise ausgedampft und die Polymerpartikel 52 geschmolzen. Vorzugsweise ist der Siedepunkt des Trägerfluids 54 höher als der Schmelzpunkt der Polymerpartikel 52, so daß es möglich ist, diese beiden Vorgänge gleichzeitig durchzuführen. Auf diese Weise stellt das Zuführen ausreichender Wärme für das Ausdampfen der Trägerflüssigkeit 54 sicher, das genügend Wärme vorhanden ist, um die Polymerpartikel 52 zu schmelzen.
Wendet man sich wieder Fig. 1 zu, so geben Heizelemente 62 die Wärme 64 an das sphärische Tröpfchen 44 ab, während sich das Tröpfchen 44 im Flug befindet (d. h. während der ersten wenigen Millisekunden nachdem es von der Drehtellervorrichtung 10 abgegeben wurde). Eine Gasströmung 66 transportiert das sphärische Tröpfchen 44 mit der geeigneten Geschwindigkeit an den Heizelementen 62c vorbei. Vorzugsweise ist das Gas 66 Luft, Stickstoff oder Argon, wenngleich andere Inertgase ebenfalls verwendet werden können. Die Temperatur des sphä rischen Tröpfchens 44 überschreitet nicht den Siedepunkt des Trägerfluids 54, bis das Fluid 54 vollständig ausgedampft ist. Der Durchmesser des sphärischen Tröpfchens 44, nachdem das Fluid 54 ausgedampft wurde und die Polymerpartikel 52 geschmolzen wurden (d. h. der Durchmesser der fertigen bichromatischen Kugel 12), hängt von der Konzentration der Polymerpartikel 52 und der Pigmentpartikel 56, 68 ab, die in der Schlämme enthalten sind. Es wird darauf hingewiesen, daß das Verhältnis des Anteils der Polymerpartikel 52 zum Anteil der Pigmentpartikel 56, 58 eingestellt werden kann, ohne im wesentlichen die viskose Länge Lη der Schlämmen 14, 16 zu beeinflussen. Sobald das Trägerfluid 54 ausgedampft wurde und die Polymerpartikel 52 geschmolzen sind, wird die fertige bichromatische Kugel 12 in einer Auffangvorrichtung 68 aufgefangen.
Die Geschwindigkeit der Gasströmung 66 steuert die Zeitdauer, die das sphärische Tröpfchen 44 der Wärme 64 ausgesetzt ist. Wenn sich das sphärische Tröpfchen 44 an den Heizelementen 62 zu langsam vorbeibewegt, kann eine zu große Wärme einwirken, nachdem das Trägerfluid 54 ausgedampft wurde. Demzufolge können die Polymerpartikel 52 und/oder die Pigmentpartikel 56, 58 durch Verbrennung oder Zerlegung zerstört werden. Wenn sich im Gegensatz dazu das sphärische Tröpfchen 44 zu schnell an den Heizelementen 62 vorbeibewegt, wirkt nicht genügend Wärme auf das sphärische Tröpfchen 44 ein. In diesem Fall wird das Trägerfluid 54 nicht vollständig ausgedampft und die Polymerpartikel nicht vollständig geschmolzen. Demzufolge wird der Durchmesser des sphärischen Tröpfchens 44 nicht auf die gewünschte Größe reduziert.
Fig. 3 stellt eine vergrößerte Ansicht eines sphärischen Tröpfchens dar, das in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Aus Gründen des besseren Verständnisses dieser Ausführungsform sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen mit einem Apostroph (') und neue Elemente mit neuen Bezugszeichen gekennzeichnet. Wie bei der ersten Ausführungsform umfaßt das sphärische Tröpfchen 44' zwei Halbkugeln 46', 48'. In dieser Ausführungsform bestehen die Halbkugeln jedoch aus unterschiedlich gefärbten Lösungsmitteln 72 bzw. 74. Insbesondere enthalten die Lösungsmittel 72, 74 ein Lösung 76 eines Polymers und eines Trägerfluids zusammen mit den weiß bzw. schwarz gefärbten Pigmentpartikeln 56' bzw. 58'. Vorzugsweise löst das Trägerfluid 3% Polyamidharz-Partikel, um eine Lösung 76 geringer Viskosität zu bilden. Es können jedoch auch andere Polymerpartikel und sogar flüssige Polymere verwendet werden, die in das Trägerfluid gemischt werden, um die Lösung 76 geringer Viskosität zu bilden. Bei dieser Ausführungsform ist das Trägerfluid vorzugsweise nicht brennbar. Dennoch können entflammbare Trägerfluids, wie etwa n-Butyl-Alkohol, ebenfalls verwendet werden. Die Pigmentpartikel 56', 58', die in der Lösung 76 verteilt sind, werden vom Trägerfluid nicht gelöst.
Fig. 4 stellt eine Drehtellervorrichtung 10' dar, mit der die Tröpfchen 44' erzeugt werden. Aus Gründen des besseren Verständnisses sind gleiche Elemente wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen mit einem Apostroph (') gekennzeichnet. Der Durchmesser des sphärischen Tröpfchens 44' während den ersten wenigen Millisekunden nach der Abgabe aus dem Vorrat 36' beträgt etwa 80 um. Eine Gasströmung 66' transportiert das sphärische Tröpfchen 44' an den Heizelementen 62' vorbei, wie es oben bei Fig. 1 beschrieben wurde. Die Heizelemente 62' erzeugen Wärme 64' zum Ausdampfen der flüssigen Bestandteile der Lösungsmittel 72, 74 des sphärischen Tröpfchens 44'. Der Durchmesser des sphärischen Tröpfchens 44', nachdem die Lösungsmittel 72, 74 ausgedampft wurden (d. h. der Durchmesser der fertigen bichromatischen Kugel 12), hängt von der Konzentration des Polymers und der Pigmentpartikel 56', 58' in den Lösungsmitteln 72, 74 ab. Vorzugsweise sind die Konzentrationen so eingestellt, daß bichromatische Kugeln 12' mit einem Durchmesser von etwa 12 um erzeugt werden. Sobald die flüssigen Bestandteile der Lösungsmittel 72, 74 ausgedampft wurden, wird die fertige bichromatische Kugel 12' in einer Sammelvorrichtung 68' gesammelt.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen bichromatischer Kugeln, die bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Aus Gründen des einfacheren Verständnisses dieser Ausführungsform sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen mit Anführungszeichen (") und neue Elemente mit neuen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Vorrichtung 78 erzeugt sphärische Tröpfchen 44" in ähnlicher Weise, wie es oben für Fig. 1 und 2 beschrieben wurde. Insbesondere enthalten die sphärischen Tröpfchen 44" eine Trägerflüssigkeit, in der Polymerpartikel und Pigmentpartikel verteilt sind. Bei dieser Ausführungsform ist das Trägerfluid N-Butyl-Alkohol mit einem Siedepunkt von 118ºC oder eine andere brennbare Substanz. Wie es oben für Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben wurde, beträgt der Durchmesser des sphärischen Tröpfchens 44" während den ersten wenigen Millisekunden, nachdem es aus dem Vorrat 36" abgegeben wurde, etwa 80 um.
Eine Inertgasströmung 66" sowie ein gezündeter Brennstoff 82 befördern das sphärische Tröpfchen 44" durch Leitbleche 84. Zwischen den Leitblechen 84 wird das brennbare Trägerfluid ausgebrannt. Während des Verbrennungsvorgangs wird eine Flamme 86 erzeugt, die die Temperatur des sphärischen Tröpfchens 44" soweit erhöht, daß die Polymerpartikel geschmolzen werden, wodurch die bichromatische Kugel 12" ausgebildet wird. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Vorgang "selbstregulierend" ist. Sobald das brennbare Trägerfluid ausgebrannt ist, verlischt insbesondere die Flamme (und demzufolge der Wärmequelle). Der Durchmesser des sphärischen Tröpfchens 44", nachdem das Fluid ausgebrannt wurde und die Polymerpartikel geschmolzen sind (d. h. der Durchmesser der fertigen bichromatischen Kugel 12"), hängt von der Konzentration der Polymerpartikel und der Pigmentpartikel in der Trägerflüssigkeit ab. Vorzugsweise sind die Konzentrationen so eingestellt, daß der Durchmesser der bichromatischen Kugel 12" etwa 12 um beträgt.
Bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden sphärische Tröpfchen, ähnlich jenen aus Fig. 3, in der Vorrichtung von Fig. 5 hergestellt und bearbeitet. Unterschiedliche Halbkugeln werden aus unterschiedlich gefärbten Lösungsmitteln hergestellt, die eine Lösung eines Polymers und ein brennbares Trägerfluid (z. B. n-Butyl-Alkohol) zusammen mit weiß und schwarz gefärbten Pigmentpartikeln enthalten. Sobald ein sphärisches Tröpfchen ausgebildet ist, wird es gezündet und durch die Leitbleche der Vorrichtung aus Fig. 5 geleitet. Auf diese Weise wird das brennbare Trägerfluid ausgebrannt, wodurch eine Kugel mit geeigneten bichromatischen Eigenschaften und dem gewünschten Durchmesser hergestellt wird.
Es versteht sich, daß die fertige Kugelgröße bei einer der oben erwähnten Ausführungsformen unabhängig von der Kugelgröße zum Zeitpunkt des Abreißens variiert wird. Weiterhin bestimmt die Konzentration des Polymers und des Pigments die Größe und die Zusammensetzung der fertigen Kugel.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen bichromatischer Kugeln, enthaltend:

Mischen eines Polymers einer ersten Viskosität mit einer Trägerflüssigkeit einer zweiten Viskosität, um eine aushärtbare Mischung einer dritten Viskosität zu bilden;

Trennen der Mischung in einen ersten Teil und einen zweiten Teil;

Hinzufügen eines ersten farbigen Pigments zum ersten Teil der Mischung, um eine erste Schlämme zu bilden;

Hinzufügen eines zweiten farbigen Pigments zum zweiten Teil der Mischung, um eine zweite Schlämme auszubilden;

Fließenlassen der ersten und zweiten Schlämme über gegenüberliegende Seiten eines Trennelementes und zu einem Rand desselben, so daß die Schlämmen den Rand mit der im wesentlichen selben Flußrate erreichen;

Ausbilden eines Vorrates der ersten und der zweiten Schlämme außerhalb des Randes, wobei der Vorrat aneinandergrenzende Bereiche der ersten und der zweiten Schlämme enthält;

Herausstreiben der ersten und der zweiten Schlämme aus dem Vorrat in Gestalt mehrerer bichromatischer Ströme, die aneinandergrenzende Bereiche unterschiedlicher Farben aufweisen;

Bewirken, daß das vordere Ende jedes Stromes instabil wird und in Tröpfchen abreißt;

Entfernen des Trägerfluids aus den Tröpfchen und Ausbilden im wesentlichen sphärischer Kugeln, wobei jede Kugel Halbkugeln unterschiedlicher Farbe enthält und der Durchmesser jeder Kugel geringer ist als der Durchmesser des Tröpfchens; und

Auffangen der bichromatischen Kugeln.

2. Verfahren zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 1, bei dem das Polymer Festkörperpartikel enthält, die im Trägerfluid verteilt sind und der Schritt zum Entfernen des Trägerfluids umfaßt:

Aufwenden von Wärme, um das Trägerfluid auszudampfen, wobei die Wärme zum Ausdampfen des Trägerfluids die Festkörperpartikel schmilzt.

3. Verfahren zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 1, bei dem das Trägerfluid als Lösungsmittel zum Lösen des Polymers wirkt und der Schritt zum Entfernen des Trägerfluids enthält:

Aufwenden von Wärme, um das Trägerfluid auszudampfen.

4. Verfahren zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 1, bei dem das Trägerfluid brennbar ist und das Polymer Festkörperpartikel enthält, die im Trägerfluid verteilt sind, und der Schritt zum Entfernen des Trägerfluids enthält:

Abfackeln des Trägerfluids, wobei die Wärme die durch das brennende Trägerfluid erzeugt wird, die Festkörper-Polymerpartikel schmilzt.

5. Verfahren zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 1, bei dem das Trägerfluid brennbar ist und als Lösungsmittel wirkt, um das Polymer zu lösen, und der Schritt zum Entfernen des Trägerfluids enthält:

Abfackeln des Trägerfluids.

6. Vorrichtung zum Herstellen bichromatischer Kugeln, enthaltend:

ein Trennelement (28) mit einer ersten Oberfläche (24) und einer zweiten Oberfläche (26), die gegenüberliegend zu ersten Oberfläche (24) angeordnet ist, und einen Randbereich (34), der sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche (24, 26) berührt;

ein Polymer, das sich zur Ausbildung eines aushärtbaren Materials eignet;

ein Trägerfluid;

eine Schlämme, die das Polymer und das Trägerfluid enthält, wobei die Schlämme weniger viskos ist als das Polymer;

ein erstes farbiges Pigment, das dem ersten Teil der Schlämme zugesetzt wird;

ein zweites farbiges Pigment, das dem zweiten Teil der Schlämme zugesetzt wird;

eine Einrichtung, um den ersten Teil und den zweiten Teil der Schlämme über die erste Seite bzw. die zweite Seite zum Randbereich fließen zu lassen, so daß der erste Teil und der zweite Teil der Schlämme den Randbereich mit der im wesentlichen selben Flußrate erreichen und einen Vorrat (36) der Schlämmenteile außerhalb des Randbereiches (34) bilden, wobei dieser Vorrat aneinandergrenzende Bereiche des ersten und des zweiten Teils der Schlämme enthält;

eine Einrichtung zum Vorantreiben des ersten und des zweiten Teils der Schlämme aus dem Vorrat (36) in Gestalt mehrerer bichromatischer Ströme, die aneinandergrenzende Bereiche unterschiedlicher Farben aufweisen, wobei das vordere Ende jedes Stroms instabil ist und in im wesentlichen sphärischen Tröpfchen (44) abreißt und jedes Tröpfchen Halbkugeln unterschiedlich gefärbter Schlämmen enthält;

eine Einrichtung (62, 64) zum Entfernen des Trägerfluids aus den Tröpfchen (44), um im wesentlichen sphärische Kugeln (12) auszubilden, wobei jede Kugel (12) Halbkugeln unterschiedlicher Farben enthält und einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als ein Durchmesser des Tröpfchens (44) aus dem die Kugel ausgebildet wird; und

eine Einrichtung (68) zum Auffangen der bichromatischen Kugeln.

7. Vorrichtung zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 6, bei der:

das Polymer Festkörperpartikel enthält, die im Trägerfluid verteilt sind; und externe Wärme aufgewendet wird, um das Trägerfluid auszudampfen, wobei die Festkörper-Polymerpartikel durch diese Wärme schmelzen.

8. Vorrichtung zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 6, bei der:

das Polymer Festkörperpartikel enthält, die im Trägerfluid verteilt sind; und

das Trägerfluid brennbar ist und ausgebrannt wird, wobei die Wärme, die durch das brennende Trägerfluid erzeugt wird, die Festkörper-Polymerpartikel schmilzt.

9. Vorrichtung zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 6, bei der:

das Polymer im Trägerfluid gelöst ist; und externe Wärme aufgewendet wird, um das Trägerfluid auszudampfen.

10. Vorrichtung zum Herstellen bichromatischer Kugeln nach Anspruch 6, bei der:

das Polymer im Trägerfluid gelöst ist; und das Trägerfluid brennbar ist und ausgebrannt wird.