ЧЕРНИЛЬНОЕ СТРУЙНОЕ ЗАПИСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1996 года по МПК G01D15/18 

Изобретение относится к вычислительной технике и связи и может быть использовано для записи растровых изображений в выводных блоках электроно-вычислительных машин, электронных телетайпах и факсимильных аппаратах.

Целью изобретения является повышение качества и разрешающей способности записи информации при упрощении конструкции устройства.

На фиг.1 представлена конструкция чернильной струйной головки; на фиг.2 и 3 поясняется механизм каплеобразования при записи информации; на фиг.4 схема блока управления устройством; на фиг.5 график зависимости скорости полета капли чернил от амплитуды управляющих импульсов записи.

Устройство содержит пьезокерамический элемент 1 (фиг.1), концентратор деформаций 2, сопло 3, инжектирующую камеру 4, дополнительную стенку 5 с отверстием 6, дополнительную инжектирующую камеру 7 в виде капиллярной щели, формирователь 8 мениска чернил, патрубок 9, плунжер 10, втулку 11, пружинный компенсатор 12, гайку 13 и резервуар с чернилами 14.

Капля чернил 15 (фиг.2) выбрасывается на формирователь 8 мениска чернил, по которому движется, 16 и 17 отделившиеся от формирователя мениска чернил капли, 18 и 19 свободно летящие капли, а 20 носитель записи, укрепленный на плоскости держателя носителя записи.

Блок управления устройством содержит канал управления амплитудой импульсов записи, включающей в себя последовательно соединенные элемент памяти 21, регистр памяти 22 и преобразователь импульсов код амплитуда 23, канал управления длительностью импульсов записи, состоящий из элемента памяти 24, регистра памяти 25, преобразователя импульсов код длительность 26, модулятора 27 и усилителя записи 28, а также генератор импульсов 29 и узел управления 30.

Устройство подготавливается к работе и оно работает следующим образом. Для подготовки струйной пишущей головки к работе к входному патрубку 9 (фиг. 1) подсоединяется резервуар 14 с чернилами. При наличии чернил в резервуаре дополнительная инжектирующая камера 7 в виде каппилярной щели заполняется за счет капиллярных сил автоматически. При завинчивании гайки прокачки 13 она нажимает на плунжер 10 через пружину компенсатора 12, втулку 11 и пьезокерамический элемент 1. Происходит вытеснение воздуха из инжектирующей камеры 4 через выходное отверстие сопла 3 за счет заполнения объема камеры эластичным материалом концентратора деформаций 2.

При свинчивании гайки прокачки 13 за счет упругости концентратора деформации 2 плунжер 10 возвращается в исходное состояние, причем восстанавливается форма концентратора деформацией 2, а за счет вакуума инжектирующая камера 4, также восстанавливаясь в объеме, заполняется чернилами. После 2-3-кратной прокачки инжектирующей камеры 4 чернилами, струйная головка готова к работе.

При подаче сигнала записи на пьезокерамический элемент 1 происходит сжатие концентратора деформаций 2, эластичный материал которого деформируется, заполняя часть сферической лунки возле сопла 3. За счет сокращения объема инжектирующей камеры 4 в полость дополнительной инжектирующей камеры 7 и через отверстие 6 дополнительной стенки 5 происходит выброс капли чернил в атмосферу.

После окончания сигнала записи пьезокерамический элемент 1 принимает исходное состояние, а за счет капиллярных сил и образования разряжения в дополнительной инжектирующей камере 7 (открытой капиллярной щели) происходит заполнение струйной головки чернилами через входной патрубок 9 и головка готова к записи следующей точки.

Механизм каплеообразования устройства, обеспечивающий управляемое однокоординатное отклонение капель чернил от прямолинейной траектории полета к носителю записи (бумаге) с записью столбца точек, показан на фиг.2 и 3.

На фиг.2 показано, что формирователь 8 мениска чернил, примыкающий к дополнительной стенке 5 струйной головки, формирует в отверстии 6 дополнительной стенки 5 мениск чернил параболической формы.

Отверстие 6 в дополнительной стенке 5 имеет эллиптическую или прямоугольную со скругленными углами форму. Ось выходного отверстия сопла 3 смещена относительно оси отверстия 6 и пересекает мениск чернил в месте его наибольшей кривизны, т. е. ось выходного отверстия сопла смещена относительно оси отверстия 6 в дополнительной стенке 5 вдоль малой оси этого отверстия. Формирователь 8 мениска чернил выполнен в виде выпуклого участка параболы, примыкающего к ближней к оси выходного отверстия сопла 3 кромке отверстия 6. Расчетное расстояние δ между осью сопла и кромкой отверстия, к которой примыкает формирователь 8 мениска чернил, равно двум диаметрам инжектируемых капель чернил.

При диаметре d выходного отверстия сопла 3, равного 50 мкм диаметр d_k сформированной капли равен 100 мкм, расстояние d 0,2 мм.

При подаче на пьезокерамический элемент 1 импульса записи через выходное отверстие сопла 3 в полость открытой дополнительной инжектирующей камеры 7 выбрасывается капля чернил 15, взаимодействие которой с силой поверхностного натяжения s мениска чернил в месте его наибольшей кривизны, отделяет каплю от мениска. Отделившаяся от мениска чернил капля 16 во второй фазе своего формирования еще скреплена силами поверхностного натяжения с поверхностью формирователя 8 мениска чернил и продолжает двигаться параллельно поверхности формирователя.

Во время второй фазы формирования на каплю 16 действуют две силы (фиг.3) центробежная сила P₁, работающая на отрыв капли чернил от поверхности формирователя мениска чернил, и противоположная ей сила P₂ поверхностного натяжения чернил в капле.

Во время третьей фазы формирования капли чернил (при P₁ > P₂) происходит образование свободно летящей капли 18, которая далее продолжает движение по прямолинейной траектории и при соударении с носителем записи 20 оставляет на нем изображение точки. Величина отклонения h отпечатка капли на носителе записи от оси выходного отверстия сопла 3 зависит от скорости вылета капли чернил и соответственно места ее отделения от поверхности формирователя мениска чернил. Чем больше начальная скорость V капли, тем меньше величина отклонения ее отпечатка, а чем меньше начальная скорость тем больше величина отклонения капли чернил.

На фиг.2 схематически показаны фазы формирования свободно летящих капель 18 и 19 при большей скорости вылета капли 16, превращающейся в каплю 18, и при меньшей скорости вылета капли 17, трансформирующуюся в каплю 19. Расстояние L от наружного торца дополнительной стенки 5 до плоскости носителя записи определяется из соотношения:

где m масса капли чернил;
l длина окружности сформированной капли чернил;
P параметр параболы формирователя мениска чернил.

Пример. Максимальное смещение отпечатка точки h 3 мм осуществимо при L 2,7 мм, диапазоне скоростей полета капли V 2-3 м/с, массе капли m 0,52•10^-6 г, расстояние δ 0,2 мм.

Регулирование скорости вылета капли чернил производится за счет изменения амплитуды и длительности импульсов записи, подаваемых на струйную пишущую головку.

Большей амплитуде и длительности импульса записи соответствует большая скорость вылета капли чернил из струйной головки.

Oдновременное регулирование амплитуды и длительности импульсов записи, обеспечивающее формирование капель одинаковой массы, но имеющих разные скорости пролета, осуществляется блоком управления (фиг.4).

Зависимость скорости полета капель чернил от амплитуды подаваемых на струйную головку импульсов записи показана на фиг.5. По каждому синхроимпульсу от генератора импульсов 29 (фиг.4) производится последовательная выборка из элементов памяти 21 и 24 и запись в регистры памяти 22 и 25 кодов амплитуд и длительностей импульсов записи для точек с номерами 1, 2, 3.n. Одновременно по каждому синхроимпульсу узел управления 30 формирует запрос на печать точки в управляющую электронно-вычислительную машину (не показана). Коды амплитуд и длительностей импульсов записи поступают на входы своих преобразователей 23 и 26 и на выходах формируются сигналы, амплитуда и длительность которых соответствуют необходимой скорости выброса капли чернил из сопла струйной головки.

При поступлении запроса на вход узел управления 30 сигнала печати точки модулятор 27 пропускает сформированный по длительности сигнал на вход усилителя записи 28, а на второй вход усилителя записи поступает сигнал записи соответствующей амплитуды.

Под действием двух поступивших сигналов на входы усилителя записи осуществляется выброс капли чернил с необходимой скоростью.

По каждому следующему синхроимпульсу производится запрос на печать следующей точки, производится выборка кода амплитуды и длительности из элементов памяти 21 и 24 и при наличии сигнала печати ("1" на входе узла управления) производится формирование следующей точки.

После печати всех точек столбца струйная головка перемещается на один шаг для записи следующего столбца.

Изобретение относится к вычислительной технике и связи и может быть использовано для записи растровых изображений в выводных блоках электронно-вычислительных машин и электронных телетайпах. Цель изобретения - повышение качества и разрешающей способности записи информации при упрощении конструкции устройства, достигается за счет развертки столбца точек путем взаимодействия капель чернил, инжектируемых струйной пишущей головкой с силой поверхностного натяжения мениска чернил в отверстии в дополнительной инжектирующей камеры 7. Управление отклонением производится за счет изменения скорости вылета капли чернил, причем чем больше скорость вылета капли, тем меньше угол отклонения капли от горизонтального полета. Изменение скорости вылета капель осуществляется за счет изменения амплитуды и длительности импульсов записи, продаваемых на струйную пишущую головку от блока управления. 5 ил.

Чернильное струйное записывающее устройство, содержащее держатель со струйной головкой, в передней стенке корпуса которой выполнено выходное отверстие сопла, соединенное с инжектирующей камерой, плоский держатель носителя записи, резервуар с чернилами, соединенный с инжектирующей камерой пишущей головки, с управляющим входом которой соединен выход блока управления, включающего в себя генератор импульсов, узел управления и каналы управления длительностью и амплитудой импульсов записи, канал управления амплитудой состоит из последовательно соединенных элемента памяти, регистра памяти, преобразователя импульсов код амплитуда, а канал управления длительностью - из последовательно связанных элемента памяти, регистра памяти, преобразователя импульсов код длительность, модулятора и усилителя записи, причем выход генератора импульсов соединен с входами элементов памяти и регистров памяти, а также с управляющими входом узла управления, выход которого связан с управляющим входом модулятора, а выход усилителя записи соединен с выходом блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения качества и разрешающей способности записи информации при упрощении конструкции устройства, в блоке управления выход преобразователя импульсов код амплитуда соединен с другим входом усилителя записи, струйная головка снабжена формирователем мениска чернил и дополнительной инжектирующей камерой в виде капиллярной щели, образованной передней стенкой корпуса струйной головки и параллельной ей дополнительной стенкой, дополнительная инжектирующая камера соединена патрубком с резервуаром с чернилами, в дополнительной стенке сформировано эллиптическое или прямоугольное со скругленными углами отверстие, ось выходного отверстия сопла смещена относительно оси отверстия в дополнительной стенке вдоль малой оси этого отверстия, на наружном торце дополнительной стенки размещен формирователь мениска чернил в виде выпуклого участка параболы, примыкающего к ближней к оси выходного отверстия сопла кромке отверстия, при этом расстояние L от наружного торца дополнительной стенки до плоскости держателя носителя записи определяется из соотношения

где h величина отклонения отпечатка капли на носителе записи от оси выходного отверстия сопла;
m масса капли чернил;
v начальная скорость полета капли чернил;
σ величина поверхностного натяжения чернил;
l длина большой окружности капли чернил;
d расстояние между осью выходного отверстия сопла и кромкой отверстия, к которой примыкает формирователь мениска чернил;
P параметр параболы формирователя мениска чернил.