Способ электризации капель водных чернил в генераторах капель

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К)

CO

CO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3726761/24-24 (22) 13.04.84 (46) 15.02.87. Бюл. № 6 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В. И. Безруков (53) 681.327.11 (088.8) (56) Верещагин И. П. и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М.:

Энергия, 1974, с. 480.

Патент США № 3060429, кл. G 01 D 15/18, 1962. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ КАПЕЛЬ

ВОДНЫХ ЧЕРНИЛ В ГЕНЕРАТОРАХ КАПЕЛЬ (57) Изобретение относится к вычислительной технике, полиграфии и электронно-ионной технологии и может найти применение в электрокаплеструйных выводных уст„„SU„„1290072 (59 4 G 01 D 15 18, В 41 J 3 04 ройствах 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 Е,(E(E., где Ел, Е. — 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.

1290072

Изобретение относится к вычислительной технике, полиграфии и электронно-ионной технологии и может найти применение в электрокаплеструйных выводных устройствах

ЭВМ и множительной технике;

Цель изобретения — повышение степени электризации капель.

На фиг. 1а представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. lб — 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 id/(100; 500) мкм) с хорошо проводящими чернилами

kg(2,4 ° 10, 5 10 ) См/м и высоким коэффициентом поверхностного натяжения а (50; 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 / и подвижного носителя информации 5, на котором каплями 6 образуется мозаичная матрица знака 7. Между соплами и электродом подключено постоянное ускоряющее напряжение V<(1; 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 (Vv=0) из-за равенства постоянного гидростатического р/(50; 400) мм вод. ст. и лапласовского (поверхностного натяжения) давлений мениск находится в покое (микрофотография)

8. При подключении постоянного ускоряющего напряжения Vv из диапазона от начального напряжения коронирования до искрового пробоя Vv<(1; 5) кВ мениск заряжается и вытягивается в конус. В момент (фото 9) с вершины мениска возникает коронный разряд, начинается закругление вершины и формирование капли (фото

10) . В момент 4 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

f /(500; 10000) Гц. На фиг. 1г показана осциллограмма коронных импульсов, сопровождаемых каплеобразованием. Во время действия коронного импульса tg(tI., 4) происходит как индукционная первичная (предварительная) зарядка формируемой капли 1 1, 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. 1г момент tI — начало формирования капли и коронного разряда, 4 — отрыв капли и конец коронного импульса с вершины мениска. В промежутке времени

4, 4 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 один раз заряжается индукционно и один или более раз ионно (в зависимости от длины h, скорости капель и частоты).

В момент времени 4 начинается полет капли. Ионный слой успевает воздействовать

10 на каплю хотя бы своей частью, если время попета капли в межэлектродном промежутке больше отрезка времени (4; 4).

Экспериментально найдена возможность повысить интенсивность ионной зарядки за счет введения дополнительных коронных разрядов (импульсов) 17, 18 и 19 (фиг. lд), 20 которые происходят с перешейка (перемычки) между каплей и мениском. Эти перемычки можно получить (фиг. 1в), наприМикрофотографии каплеобразования при помощи стробоскопической приставки и осциллограммы на фиг. lг получены экспериментально при следующих условиях:

d,=0,45 мм, h=5 мм, P=260 мм вод. ст., Vv=3,9 кВ, f=737 Гц, диаметр капли д»=

=0,2 мм, стробирующие импульсы для фотографирования Ь=10 мкс, на водных чернилах типа «Радуга», на фиг. 1в, д — Р=

=370 мм вод. ст., /=768 Гц (остальные параметры повторяются).

На фиг. 2а показаны экспериментально полученные рабочие диапазоны напряжения

55 мер, увеличив давление P выше определенного критического уровня (при с(,=0,45 мм

h= 6 мм, Vv=3,8 кВ, экспериментально получено Рч= 300 мм вод. ст.) . Если перешеек отрывается сначала от капли (фото 20), то через некоторое время (пока уменьшится экранирование капли

21) с вершины перешейка 22 начинается коронный импульс (фото 23), который заканчивается в момент t4 отрыва перешейка от мениска (фото 24). Осциллограмма

1д 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 наиболь40 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

45 электродом 3) 1290072

Формула изобретения

1к 4у(Ч») с)х = К о

1 (заштриховано): d, = 0 55 мм, Р= 0,4 кПа, — начальное напряжение периодической короны с вершины колеблющегося мениска, V», — начальное напряжение стационарной короны (коронирование с большой поверхности мениска, когда его автоколебания и отрыв капель прекращаются) .

На фиг. 2б показано распределение по траектории полета силы, действующей на заряженную каплю со стороны ускоряющего электрического поля (Vy). Сила рассчитана при условиях эксперимента: d,=

=0,25 мм, h=6 мм, d»=0,! мм, 1ту=3,8 кВ, q» —— 1,7 пКл. Если ограничиться только индукционной зарядкой капли, то эта сила составляет Fa (0,418; 5,27) мкН, если же добавить и ионную зарядку капли до (на фиг. 26 не показано) максимально допустимой величины (при d»=0,1 мм, d,„=7 пКл), то данная сила значительно увеличится

Faß1,72; 21,69) мкН. Коронные разряды не только дозаряжают капли, но и изменяют напряженность электрического поля и силу Fa в межэлектродном промежутке (в области воздействия ионного слоя на каплю).

На фиг. 26 на участках АВ и СД показано влияние этого фактора на силу Fa (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 d»(560 мкм максимально допустимые заряды капель д,„определяются условием возникновения самостоятельного коронного разряда с поверхности капли, а при d» 560 мкм — условием нарушения гидромеханической устойчивости 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

q»ax (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 qvax, что улучшает качество печати. Причем в этом случае величина q»ax находится из условия возникновения самостоятельного коронного разряда с поверхности сферической капли где l» — толщина коронирующего слоя;

10 !

a>(q») — коэффициент размножения электронов при ударной ионизации (зависит от заряда капли);

К вЂ” число ионизаций.

Реализация предлагаемого способа, например, в устройствах каплеструйной печати улучшает качество печати (каплеобразования), пЬвышает экономичность, надежность и улучшает весо-габаритные характеристики. Улучшение качества печати объясняется следующим: капли заряжают до максимально допустимой величины q»ax 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 (вблиза мениска) капля ускоряется как за счет индукционной, так и ионной подзарядки, а в зоне второй расфокусировки (в окрестности отверстия в электроде 3) допо.пнительно ускоряется за счет многократной ионной подзарядки до qM и местного повышения напряженности электрического поля; заряд д»ак 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 V-., V.. Это снижает вероятность коротких замыканий, упрощает обслуживание и повышает надежность способа. Просто решается многократная одновременная зарядка капель, коронирование не с твердого электрода, а с жидкого мениска исключает подгорание, износ, замена э.пектрода. Повышение зарядов капель позволяет снизить габариты как отклоняющих пластин, длины печатающих головок, так и источников питания.

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 повышения степени электризации капель, эмиссию осуществляют электрическим полем напряженностью Е

Е»(Е(Е где Е»,Е. — 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.

1290072 мм яр люгер

2/

Еа.

11 t йх

Фиг.1,мм

Ф г

Д

ПИЛ,q1

1 ЕЛ

NO гоа

1ао

f00 2О ЯО ЧОО 500 7,мни т

0 20 Ч0 б0 дР dg(г,нни

Составитель В Верховскии

Редактор Т. Митейко Техред H. Bepec Корректор И. Муска

Заказ 7887/34 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5„

1 1

1У кг

Q t7hЮ