Способ электризации капель водных чернил в генераторах капель Советский патент 1987 года по МПК G01D15/18 B41J3/04 

Изобретение относится к вычислительной технике, полиграфии и электронно-ионной технологии и может найти применение в элект- рокаплеструйных выводных устройствах ЭВМ и множительной технике.

Цель изобретения - повышение степени электризации капель.

На фиг. 1а представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 16-д и фиг. 2 и 3 - экспериментально снятые результаты.

Устройство, реализующее предлагаемый способ (проверено экспериментально), состоит из сопла 1 (сточенная медицинская игла с диаметром сопла 500 мкм) с хорощо проводящими чернилами 27 б 2, и высоким коэффициентом поверхностного натяжения 74 мН/м, например водные чернила (растворы), ускоряющего электрода 3 (отполированная пластина из нержавеющей стали с отверстием) на расстоянии h от сопла, отклоняющих пластин 4 (может быть две пары) с отклоняющим напряжением Vo и подвижного носителя информации 5, на котором каплями 6 образуется мозаичная матрица знака 7. Между соплами и электродом подключено постоянное ускоряющее напряжение 5 кВ (минус к соплу). Сопротивление R является датчиком импульсов коронных разрядов (токов) между мениском и электродом 3, с которого снимали осциллограммы (фиг. 1г, д).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии () из-за равенства постоянного гидростатического 400 мм вод. ст. и лапласовского (поверхностного натяжения) давлений мениск находится в покое (микрофотография) 8. При подключении постоянного ускоряющего напряжения Vy из диапазона от начального напряжения коронирования до искрового пробоя 5 кВ мениск заряжается и вытягивается в конус. В момент /1 (фото 9) с верщины мениска возникает коронный , начинается закругление вершины и формирование капли (фото 10). В момент 2 капля отрывается и корона гаснет. Капля ускоренно летит к электроду и в область знакоформирования. Автоколебательный процесс с образованием капель и коронными импульсами повторяется периодически со стабильной частотой 10000 Гц. На фиг. 1г показана осциллограмма коронных импульсов, сопровождаемых каплеобразованием. Во время действия коронного импульса 2 происходит как индукционная первичная (предварительная) зарядка формируемой капли 11, так и ионная дозарядка предыдущих капель 12 и 13 в полете. Причем ионным путем капли 12 и 13 можно зарядить до максимально допустимой величины, если выполнить определенные условия (фиг. 3). На фиг. г момент t{ - начало формирования капли и коронного разряда, /2 - отрыв капли и конец коронного импульса с верщины мениска. В промежутке времени , 3 корона отсутствует, а далее все повторяется. Каждый коронный импульс 14, 15 и 16 вбрасывает в межэлектродный промежуток ионное облако (заряды), летящие к электроду 3. Эти ионные слои, догнав соответствующую каплю в промежутке, подзаряжают ее. Таким образом капля

0 один раз заряжается индукционно и один или более раз ионно (в зависимости от длины h, скорости капель и частоты).

В момент времени /2 начинается полет капли. Ионный слой успевает воздействовать на каплю хотя бы своей частью, если время по/1ета капли в межэлектродном промежутке больще отрезка времени /2; з. Экспериментально найдена возможность повысить интенсивность ионной зарядки за счет введения дополнительных коронных разря0 дов (импульсов) 17, 18 и 19 (фиг. д), которые происходят с перешейка (перемычки) между каплей и мениском. Эти перемычки можно получить (фиг. 1в), например, увеличив давление Р выще определенного критического уровня (при ,45 мм

5 /1 6 мм, ,8 кВ, экспериментально получено мм вод. ст.). Если перешеек отрывается сначала от капли tz (фото 20), то через некоторое время ti (пока уменьшится экранирование капли 21) с верщины перешейка 22 начинается коронный импульс (фото 23), который заканчивается в момент t( отрыва перешейка от мениска (фото 24). Осциллограмма д иллюстрирует эти кратковременные, но эффективные импульсы 17, 18 и 19,

, которые заряжают ионно не только предыдущие капли, но и последнюю сформировавшуюся каплю 25. В этом случае зарядка происходит в зоне наибольшей напряженности электрического поля и поэтому скорость осаждения ионов на каплю наиболь0 шая и повышается возможный уровень зарядки. Для получения каплями гарантированного максимально допустимого заряда можно ввести частичное испарение, например, сфокусированным лучом от лампы 26 на пути до отклоняющей системы (перед или за

электродом 3).

Микрофотографии каплеобразования при помощи стробоскопической приставки и осциллограммы на фиг. г получены экспеQ риментально при следующих условиях: ,45 мм, мм, мм вод. ст., ,9 кВ, Гц, диаметр капли ЙА :0,2 мм, стробирующие импульсы для фотографирования МКС, на водных чернилах типа «Радуга, на фиг. 10, д - Р

5 370 мм вод. ст., Гц (остальные параметры повторяются).

На фиг. 2а показаны экспериментально полученные рабочие диапазоны напряжения

0

Vy (заштриховано): dc 0,55 мм, P 0,4 кПа, VKJ - начальное напряжение периодической короны с вершины колеблюшегося мениска, Vkz - начальное напряжение стационарной короны (корокирование с боль- шой поверхности мениска, когда его автоколебания и отрыв капель прекращаются). На фиг. 26 показано распределение по траектории полета силы, действующей на заряженную каплю со стороны ускоряющего электрического поля (Vy). Сила рассчи- тана при условиях эксперимента: dc 0,25 мм, мм, ,l мм, ,8 кВ, qk,7 пКл. Если ограничиться только индукционной зарядкой капли, то эта сила составляет ,418; 5,27 мкН, если же до- бавить и ионную зарядку капли до (на фиг. 26 не показано) максимально допустимой величины ( 0,1 ММ, пКл)

то данная сила значительно увеличится ,72; 21,69 мкН. Коронные разряды не только дозаряжают капли, но и изменя- ют напряженность электрического поля и силу Гз в межэлектродном промежутке (в области воздействия ионного слоя на каплю). На фиг. 26 на участках АВ и СД показано влияние этого фактора на силу э (без учета ионной подзарядки).

На фиг. 3 приведены найденные теоретически и подтвержденные экспериментально максимально допустимые значения зарядов капель из воды (водных растворов) для различных диаметров. Показано, что для диаметров капель dk-.56Q мкм максимально допустимые заряды капель qmax определяются условием возникновения самостоятельного коронного разряда с поверхности капли, а при dk 560 мкм - условием нарушения гидромеханической устойчивое- ти поверхности капли и -ее разрывом (когда электрические силы отталкивания поверхностных зарядов превышают силы поверхностного натяжения). Таким образом, если при ионной дозарядке обеспечить условия получения каплей заряда большего, чем (71иак (т. е. оптимально выбрать участки на траектории полета с максимальной напряженностью Е, где ионные слои догоняют капли и воздействуют на них в течение времени, не меньшего, чем необходимо для полной зарядки), то в этом случае обеспечивается самопроизвольное кратковременное коронирование уже с поверхности летящей капли и ее заряд автоматически стабилизируется на уровне 7«aK, что улучшает качество печати. Причем в этом случае величина находится из условия возникновения самостоятельного коронного разряда с поверхности сферической капли

(q/t)dx K,

о где Ik - толщина коронирующего слоя;

j j

0

5

0 5

5

ay((7fc)-коэффициент размножения электронов при ударной ионизации (зависит от заряда капли);

К - число ионизации.

Реализация предлагаемого способа, например, в устройствах каплеструйной печати улучшает качество печати (каплеоб- разования), пЬвышает экономичность, надежность и улучшает весо-габаритные характеристики. Улучшение качества печати объясняется следующим: капли заряжают до максимально допустимой величины и приобретают большие скорости, что снижает паразитное влияние внешних полей и перемещения воздуха на расфокусировку струи; стабилизация уровня зарядки исключает разброс капель при печати; расфокусировка струи практически исключается из-за того, что в зоне первой расфокусировки (вбли- за мениска) капля ускоряется как за счет индукционной, так и ионной подзарядки, а в зоне второй расфокусировки (в окрестности отверстия в электроде 3) дополнительно ускоряется за счет многократной ионной подзарядки до quat. и местного повышения напряженности электрического поля; заряд (мак позволяет повысить габариты печатного знака.

Повышение экономичности при реализации предлагаемого способа объясняется тем, что одно и то же электрическое поле используют для отрыва, ускорения и многократной зарядки каждой капли. Повышение зарядов капель позволяет значительно понизить ускоряющие и отклоняющие напряжения Vy, Vo- Это снижает вероятность коротких замыканий, упрощает обслуживание и повыщает надежность способа. Просто решается многократная одновременная зарядка капель, коронирование не с твердого электрода, а с жидкого мениска исключает П9дгорание, износ, замена электрода. Повышение зарядов капель позволяет снизить габариты как отклоняющи.х пластин, длины печатающих головок, так и источников питания.

Формула изобретения

Способ электризации капель водных чернил в генераторах капель, основанный на эмиссии капель под воздействием электрического поля, прикладываемого между соплом и зарядным электродом генератора капель, отличающийся тем, что, с целью по- выщения степени электризации капель, эмиссию осуществляют электрическим полем напряженностью Е

н

где Ek,EH - соответственно, напряженность поля коронного и искрового разряда между соплом и зарядным электродом генератора капель в момент отрыва капли от сопла, и осуществляют частичное испарение капель, например, сфокусированным тепловым излучением.

5

е О

tot, iitz

J

41

т

« /

5

4,5

4

3,5

1

.

5 7 I Э,

Utfi

1 и I

5 1/У L-1л

Uo

rr-4

// я

V ч.чх

I

1 ф

ТТг j , iO

V

о

/ I 7, А I

F o© 2/ 1

. .,

ШтП

22

25 is

w ©I ЁЛ

./

.

I

J

4

/5

О

Изобретение относится к вычислительной технике, полиграфии и электронно-ионной технологии и может найти применение в электрокаплеструйных выводных устройствах ЭВМ и множительной технике. Целью изобретения является повышение степени электризации капель. Достижение цели обеспечивается тем, что при электризации капель водных чернил, генерируемых под воздействием электрического поля, прикладываемого между соплом и зарядным электродом генератора капель, эмиссию осуществляют электрическим полем, напряженностью Ek., где fk, EH - соответственно напряженность поля коронного и искрового разряда между соплом и зарядным электродом генератора капель в момент открыва капли от сопла, и осуществляют частичное испарение капель, например, сфокусированным тепловым излучением. Возникающий коронный разряд производит как индукционную первичную зарядку формируемой капли, так и ионную дозарядку предыдущих капель в полете. 3 ил. e (Л to со |С

0 го W so 80 Kl2,HKM

Фиг.

Составитель В. Верховский

Редактор Т. МитейкоТехред И. ВересКорректор И. Муска

Заказ 7887/34Тираж 694Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4