RU2055319C1

RU2055319C1 - Device for application of images on information carrier

Info

Publication number: RU2055319C1
Application number: RU93007366A
Authority: RU
Inventors: В.С. Нагорный; И.В. Нагорный
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный технический университет
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: automation and computer engineering. SUBSTANCE: working fluid formed in passage with heating element from solid meltable paints (melt of solid meltable paints) is fed under excessive pressure to nozzle generating laminar jet. AC voltage output (of adjustable frequency) is connected with input of two piezoelectric converters operating in anti-phase for creating axial oscillations of nozzle and located on either side of bead separating them. EFFECT: high quality of application of information, high speed of response and extended field of application. 1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах управления и в регистрирующих устройствах вычислительных комплексов. The invention relates to automation and computer technology and can be used in automated control systems and in recording devices of computer complexes.

Известно устройство для нанесения изображений эмиссией капель рабочей жидкости [1] в котором капля рабочей жидкости выбрасывается из выходного сопла при поступлении входного электрического импульса на электроды электромеханического преобразователя. A device for applying images by emission of droplets of a working fluid [1] in which a drop of a working fluid is ejected from an output nozzle upon receipt of an input electrical impulse to the electrodes of an electromechanical converter.

Однако это устройство обладает относительно плохим качеством нанесения информации и, как следствие, ограниченными областями применения. However, this device has a relatively poor quality of information and, as a result, limited areas of application.

Прототипом изобретения является устройство для нанесения изображений на носитель информации [2] содержащее канал с соплом формирования струи, пьезоэлектрический преобразователь для создания колебаний сопла, размещенный на одной из сторон внешнего буртика сопла формирования струи, зарядные электроды и блок управления, подключенные к пьезоэлектрическому преобразователю и электродам. The prototype of the invention is a device for applying images to a storage medium [2] containing a channel with a jet forming nozzle, a piezoelectric transducer for generating nozzle vibrations located on one side of the outer flange of the jet forming nozzle, charging electrodes and a control unit connected to the piezoelectric transducer and electrodes .

Недостатками данного устройства являются низкое качество нанесения информации вследствие использования в качестве рабочей жидкости чернил и большие габариты. The disadvantages of this device are the low quality of information due to the use of ink as a working fluid and large dimensions.

Целью изобретения является повышение качества нанесения информации на носитель информации (пластмассы, бумаги, ткани и т.д.) и сокращение габаритов. The aim of the invention is to improve the quality of applying information to a storage medium (plastic, paper, fabric, etc.) and reduce the size.

Для этого в устройстве для нанесения изображений на носитель информации, содержащем канал с соплом формирования струи, пьезоэлектрический преобразователь для создания колебаний сопла, размещенный на одной из сторон внешнего буртика сопла формирования струи, зарядные электроды, размещенные в точке отрыва капель от струи рабочей жидкости, отклоняющие электроды и блок управления, подключенный к пьезоэлектрическому преобразователю и электродам, на наружной поверхности канала установлен нагреватель, а в канале в области нагревателя размещены твердые плавкие краски, причем вход в канал подключен к источнику избыточного давления, с другой стороны буртика размещен дополнительный пьезоэлектрический преобразователь, пьезоэлектрические преоб- разователи подключены к блоку управления в противофазе. To do this, in a device for applying images to a storage medium containing a channel with a jet forming nozzle, a piezoelectric transducer for generating nozzle oscillations located on one side of the outer flange of the jet forming nozzle, charging electrodes placed at the point of separation of droplets from the working fluid jet, deflecting electrodes and a control unit connected to the piezoelectric transducer and electrodes, a heater is installed on the outer surface of the channel, and in the channel in the region of the heater scheny solid meltable ink, the entrance to the channel is connected to an overpressure source, the other side bead disposed additional piezoelectric transducer, piezoelectric Transducer connected to the control unit in phase opposition.

Качество нанесения изображений на носитель при использовании расплавов твердых плавких красок существенно выше, чем при использовании чернил, так как при попадании расплава на носитель информации расплав краски сплавляется с волокнами носителя и быстро засыхает, что обеспечивает формирование изображения с четкими и чистыми контурами. Это позволяет применять различные типы носителей информации без снижения качества наносимого изображения, что существенно расширяет область применения устройства. The quality of applying images to a carrier when using melts of solid fusible paints is significantly higher than when using ink, since when a melt enters the information carrier, the melt of the ink fuses with the fibers of the carrier and dries quickly, which ensures the formation of an image with clear and clean contours. This allows you to use various types of storage media without compromising the quality of the applied image, which significantly expands the scope of the device.

Применение двух пьезопреобразователей, размещенных по обе стороны буртика и работающих в противофазе, обеспечивает активный режим в цикле расширение-сжатие, что позволяет увеличить амплитуду налагаемых на струю расплава твердых красок возмущений и, как следствие, уменьшить расстояние от среза выходного сопла до точки отрыва капли от струи расплава, сократив тем самым габариты устройства. Кроме того, увеличивается эффективность работы устройства при минимальной затрачиваемой для этого энергии. The use of two piezoelectric transducers placed on both sides of the flange and operating in antiphase ensures an active mode in the expansion-compression cycle, which allows increasing the amplitude of the perturbations applied to the melt stream and, as a result, decreasing the distance from the exit nozzle exit to the drop separation point from the drop jet melt, thereby reducing the dimensions of the device. In addition, the efficiency of the device increases with the minimum energy expended for this.

На чертеже представлено предложенное устройство для нанесения изображений на носитель информации. The drawing shows the proposed device for applying images to a storage medium.

Устройство включает в себя металлический корпус 1, канал 2, в котором с помощью нагревателя 3 из твердых плавких красок образуется рабочая жидкость расплав твердых плавких красок, фильтр 4 грубой очистки, прижимную гайку 5, пьезоэлектрические преобразователи 6 и 7, которые изолированы диэлектрическими непроводя- щими пленками 8 от разделяющего их металлического внешнего буртика 9 сопла и прижимаются к буртику 9 соответствующими прижимными гайками 5 и 10, конусный выходной канал 11 с острой кромкой, фильтр 12 тонкой очистки, сменный сопловый блок 13 с соплом 14, на выходе которого формируется ламинарная струя 15 расплава твердых плавких красок, которая разбивается на монодисперсные капли 16, зарядные электроды иглу 17, плоскость 18 для сообщения соответствующего электрического заряда выбранный (заданной) капле расплава твердых плавких красок, плоские отклоняющие электроды 19, на выходе которых образуется поток незаряженных монодисперсных капель 20, попадающих на движущийся носитель 21 информации, и поток заряженных капель 22, попадающих в улавливатель 23, подогреваемый нагревателем 24, блок 25 управления. Элементы 9, 11, 13, 14 образуют сопло формирования струи. The device includes a metal housing 1, channel 2, in which, using a heater 3, solid fusible melt is used to form a melt of solid fusible paints, a coarse filter 4, a compression nut 5, piezoelectric transducers 6 and 7, which are insulated by non-conductive dielectric films 8 from the nozzle external metal flange 9 separating them and pressed against the flange 9 by the corresponding clamping nuts 5 and 10, the conical outlet channel 11 with a sharp edge, a fine filter 12, a replaceable nozzle block 1 3 with a nozzle 14, at the output of which a laminar stream 15 of the melt of solid fusible paints is formed, which is divided into monodisperse drops 16, charging electrodes needle 17, a plane 18 for communicating the corresponding electric charge, a selected (predetermined) drop of melt of solid fusible paints, flat deflecting electrodes 19 at the output of which a stream of uncharged monodisperse drops 20 is formed that fall onto a moving information carrier 21, and a stream of charged drops 22 that fall into a trap 23 heated by a heater 24, a block 25 controls. Elements 9, 11, 13, 14 form a jet forming nozzle.

Устройство для нанесения изображений на носитель информации пластмассы, бумаги, ткани и т.д. работает следующим образом. A device for applying images to a storage medium of plastic, paper, fabric, etc. works as follows.

Из твердых плавких красок с помощью нагревателя 3 в канале 2 образуется их расплав, который выполняет функцию рабочей жидкости в предлагаемом устройстве. Под действием высокого постоянного давления Р данный расплав твердых плавких красок проходит через фильтр 4 грубой очистки, конусный плавно расширяющийся выходной канал 11 с острыми кромками, фильтр 12 тонкой очистки и поступает к соплу 14, расположенному по оси сменного соплового блока 13. При этом на выходе сопла 14 образуется ламинарная струя 15 расплава твердых плавких красок. From solid fusible paints using a heater 3 in the channel 2, their melt is formed, which performs the function of a working fluid in the proposed device. Under the action of high constant pressure P, this melt of solid fusible paints passes through a coarse filter 4, a conically smoothly expanding output channel 11 with sharp edges, a fine filter 12 and enters the nozzle 14 located along the axis of the replaceable nozzle block 13. At the same time, at the exit nozzle 14 forms a laminar stream 15 of a melt of solid fusible paints.

От блока 25 на два пьезоэлектрических преобразователя 6, 7 на их соответствующие электроды подается переменное синусоидальное напряжение регулируемой частоты, причем пьезоэлектрические преобразователи 6, 7, выполненные в виде шайб, с помощью прижимных металлических гаек 5, 10 прижимаются к металлическому буртику 9 корпуса 1. Данные электроды пьезоэлектрических преобразователей 6, 7 изолированы от буртика 9 диэлектрическими непроводящими пленками 8. Другие электроды пьезоэлектрических преобразователей 6, 7 через прижимные гайки 5, 10 и корпус 1 соединены с "землей". Таким образом организуется работа пьезоэлектрических преобразователей 6, 7 в противофазе для обеспечения активного режима их работы в цикле расширение-сжатие: если один преобразователь в данный момент времени расширяется, то другой сжимается и наоборот. From block 25, two sinusoidal voltage of variable frequency is supplied to their respective electrodes to two piezoelectric transducers 6, 7, and the piezoelectric transducers 6, 7, made in the form of washers, are pressed with metal clamp nuts 5, 10 to the metal shoulder 9 of housing 1. Data the electrodes of the piezoelectric transducers 6, 7 are isolated from the shoulder 9 by non-conductive dielectric films 8. The other electrodes of the piezoelectric transducers 6, 7 through the clamping nuts 5, 10 and the housing 1 s connected to the "earth". Thus, the operation of the piezoelectric transducers 6, 7 in antiphase is organized to ensure the active mode of their operation in the expansion-compression cycle: if one transducer expands at a given time, the other is compressed and vice versa.

Пьезоэлектрические преобразователи за счет подаваемого на них переменного синусоидального напряжения создают осевые колебания сопла 14 и вносят гармонические возмущения в вытекающую из сопла 14 ламинарную струю 15 расплава твердых плавких красок с частотой, равной частоте напряжения, поступающего с выхода управляющего устройства 25. Эти возмущения за счет потери устойчивости пограничного слоя ламинарной струи усиливаются вниз по течению струи 15 и, когда их амплитуда будет равна радиусу струи, от нее открывается монодисперсная капля 16 расплава твердой плавкой краски. Многочисленные эксперименты показали, что при этом частота каплеобразования равна частоте синусоидального напряжения на электродах пьезоэлектрических преобразователей 6, 7. При этом образуется линейная последовательность монодисперсных капель. Piezoelectric transducers, due to the alternating sinusoidal voltage supplied to them, create axial vibrations of the nozzle 14 and introduce harmonic disturbances into the laminar stream 15 of the melt of solid fusible paints arising from the nozzle 14 with a frequency equal to the frequency of the voltage coming from the output of the control device 25. These perturbations due to loss the stability of the boundary layer of the laminar jet amplifies downstream of the jet 15 and, when their amplitude is equal to the radius of the jet, a monodisperse drop of 16 ra opens from it melt solid ink melting. Numerous experiments have shown that in this case, the dropping frequency is equal to the frequency of the sinusoidal voltage at the electrodes of the piezoelectric transducers 6, 7. In this case, a linear sequence of monodispersed drops is formed.

Работа пьезоэлектрических преобразователей 6, 7 в противофазе обеспечивает активный режим работы преобразователей как при сжатии, так и при расширении, что обеспечивает увеличение быстродействия, увеличение эффективности работы устройства при минимально затрачиваемой для этого энергии (минимума подаваемого на пьезоэлектрические преобразователи напряжения и при этом максимуме колебаний на выходном срезе сопла 14 (максимуме вносимых в ламинарную струю расплава твердых плавких красок возмущений). Кроме того, для этих целей для увеличения амплитуды осевых колебаний сопла 14 наружный диаметр буртика 9 и пьезоэлектрических преобразователей 6, 7 выбирается на порядок большим, чем наружный диаметр сопла 14. Все это позволяет уменьшить расстояние от выходного среза сопла 14 до точки отрыва капли 16 расплава твердых плавких красок от ламинарной струи и тем самым уменьшить габариты устройства. Последнее вызвано тем, что в точке отрыва капли 16 от струи 15 расплава твердых плавких красок размещаются зарядные электроды 17, 18 типа игла-плоскость. The operation of the piezoelectric transducers 6, 7 in antiphase provides an active mode of operation of the transducers both during compression and expansion, which ensures an increase in speed, an increase in the efficiency of the device with the minimum energy expended for this (the minimum voltage supplied to the piezoelectric transducers and the maximum oscillation output section of nozzle 14 (maximum perturbations introduced into the laminar melt stream of solid fusible paints). In addition, for these purposes, to increase the amplitude of the axial vibrations of the nozzle 14, the outer diameter of the bead 9 and the piezoelectric transducers 6, 7 is selected by an order of magnitude larger than the outer diameter of the nozzle 14. All this reduces the distance from the exit section of the nozzle 14 to the point of separation of the drop 16 of the melt of solid fusible paints from the laminar stream and thereby reducing the dimensions of the device.The latter is due to the fact that at the point of separation of the droplet 16 from the jet 15 of the melt of solid fusible paints, charging electrodes 17, 18 of the needle-plane type are placed.

На зарядные электроды 17, 18 с другого выхода управляющего устройства 25 подается синхронизируемый с каплеобразованием импульс высокого напряжения, если данную каплю из потока монодисперсных капель необходимо отклонить в улавливатель 23 (чтобы она не попала на носитель 21 информации). При этом между электродами 17, 18 возникает коронный разряд и образуется поток униполярных ионов, знак которых равен знаку напряжения на игольчатом зарядном электроде 17. Проходя через этот поток униполярных ионов знака потенциала игольчатого электрода 17, капля расплава твердой плавкой краски заряжается зарядом этого же знака и далее, пролетая в пространстве отклоняющих плоских электродов 19, на которые подается постоянное высокое напряжение с выхода блока 25, отклоняется и попадает в улавливатель 23. Улавливатель подогревается нагревателем 24 для того, чтобы в нем не застывали капли расплава твердых плавких красок, и из него расплав отводится, фильтруется, снова получают таблетки твердых плавких красок, готовые к дальнейшему использованию. A high voltage pulse synchronized with drop formation is supplied to the charging electrodes 17, 18 from the other output of the control device 25, if this drop from the stream of monodisperse drops must be rejected into the trap 23 (so that it does not get onto the information carrier 21). In this case, a corona discharge arises between the electrodes 17, 18 and a stream of unipolar ions is formed, the sign of which is equal to the sign of the voltage at the needle charging electrode 17. Passing through this stream of unipolar ions of the sign of the potential of the needle electrode 17, a drop of the melt of solid fusible ink is charged with a charge of the same sign and Further, flying in the space of the deflecting flat electrodes 19, to which a constant high voltage is supplied from the output of the block 25, deviates and enters the trap 23. The trap is heated by a heater 24 so that drops of the melt of solid fusible paints do not freeze in it, and the melt is removed from it, filtered, and tablets of solid fusible paints are prepared again, ready for further use.

Незаряженные капли 20 расплава твердых плавких красок не отклоняются в электрическом поле отклоняющих электродов 19 и, попадая на носитель 21 информации (пластмассу, бумагу, ткани и т.д.), затвердевают на нем и таким образом формируют по заданной управляющим устройством 25 программе требуемое изображение. Выходные края отклоняющих электродов размещены вблизи носителя 21 информации. Uncharged drops 20 of the melt of solid fusible paints do not deviate in the electric field of the deflecting electrodes 19 and, falling onto the information carrier 21 (plastic, paper, fabrics, etc.), they solidify on it and thus form the desired image according to the program set by the control device 25 . The output edges of the deflecting electrodes are located near the information carrier 21.

Твердые плавкие краски содержат химически устойчивый кристаллический полимер с четкой температурой плавления, связующее вещество полимер, обеспечивающий сцепление твердых плавких красок с поверхностью носителя информации, пластификатор для повышения эластичности твердых плавких красок, метоксичный краситель для соответствующей окраски, а также вспомогательные вещества для корректировки вязкости, плотности, поверхностного натяжения, синдиментационной устойчивости. Solid fusible paints contain a chemically stable crystalline polymer with a clear melting point, a binder, a polymer that adheres solid fusible paints to the surface of the information carrier, a plasticizer to increase the elasticity of solid fusible paints, a methoxic dye for appropriate coloring, and auxiliary substances for adjusting viscosity and density , surface tension, syndiation resistance.

Твердые плавкие краски изготавливаются в виде, например, таблеток различных размеров, которые перед началом работы устройства для нанесения изображений на носитель информации загружаются в него и расплавляются с помощью нагревателя. После получения расплава твердых плавких красок подается давление и происходит работа предлагаемого устройства. Solid fusible paints are made in the form of, for example, tablets of various sizes, which are loaded into it and melted with a heater before the device for applying images to the storage medium begins. After receiving the melt of solid fusible paints, pressure is applied and the proposed device is working.

Claims

A device for applying images to a storage medium containing a channel with a jet forming nozzle, a piezoelectric transducer for generating nozzle vibrations located on one side of the outer flange of the jet forming nozzle, charging electrodes placed at the point of separation of droplets from the working fluid jet, deflecting electrodes and the block control connected to the piezoelectric transducer and electrodes, characterized in that a heater is installed on the outer surface of the channel, and in the heating region in the channel ator has a solid meltable ink, the entrance to the channel is connected to an overpressure source, the other side bead disposed additional piezoelectric transducer, wherein the piezoelectric transducers are connected to the control unit in phase opposition.