DE69029632T2

DE69029632T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE69029632T2
Application number: DE69029632T
Authority: DE
Inventors: Soichiro Mima; Hiroshi Onishi; Yuji Takashima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2010-09-07
Also published as: EP0418659B1; US5130722A; EP0418659A3; DE69029632D1; US5072242A; EP0418659A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät des Bei- Bedarfs-Typs (on-demand-Typ), insbesondere ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, welches einen Gasdruck verwendet, der durch die Elektrolyse eines Elektrolyten entsteht. Ein derartiges Tintenstrahlaufzeichnungsgerät ist aus der EP-A-118 603 bekannt.
Ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät des Bei-Bedarfs-Typs, welches bei Bedarf ein flüssiges Farb- bzw. Tintenmedium unter der Wirkung eines aufgebrachten Drucks abstrahlt, ist im Stand der Technik bereits bekannt. Ein Beispiel hierzu ist in Fig. 8 dargestellt, die eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines derartigen Geräts wiedergibt. Das gezeigte, bekannte Tintenstrahlaufzeichnungsgerät enthält einen Tintentank 102, der ein flüssiges Farbmedium 101 aufnimmt, eine Verdrängungs-Verstärkungskammer 104, die über einen Versorgungskanal 103 mit dem Tintentank 101 in Fluid-Verbindung steht, eine Strahldüse 105, die mit der Verdrängungs-Verstärkungskammer 104 in Verbindung steht, sowie ein piezoelektrisches Element 106, das elektrisch mit einem Hochspannungsgenerator 107 verbunden ist. Durch den Hochspannungsgenerator 107 wird ein elektrisches Signal an dem piezoelektrischen Element 106 angelegt, so daß das piezoelektrische Element 106 mechanisch in die Verdrängungs-Verstärkungskammer 104 hinein und aus dieser hinaus veformt wird. Wenn sich das piezoelektrische Element in Richtung einwärts der Verdrängungs-Verstärkungskammer 104 verformt, nimmt der Innendruck in der Verdrängungs-Verstärkungskammer 104 zu, wodurch im Ergebnis das flüssige Farbmedium 101 aus der Strahldüse 105 nach außen ausgestoßen wird, um Tintentröpfchen 108 zu bilden, welche sich dann aufeinanderfolgend in Richtung zu einem Bildempfänger (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem Aufzeichnungspapier, bewegen. Diese Art des Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts ist in der JP-A-48-9622 oder der DE-A-2164614 offenbart.
Es wurde jedoch festgestellt, daß das bekannte Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, welches das piezoelektrische Element verwendet, die folgenden Nachteile aufweist. Zunächst führt das Anlegen einer Hochspannung von ca. 200 Volt an dem piezoelektrischen Element nur zu einer mechanischen Verformung des piezoelektrischen Elements innerhalb eines Bereiches von einigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern. Daher ist eine Druckkammer mit einem vergrößerten Volumen, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, notwendig, um die in Richtung der Düse zu konzentrierende Verdrängung zu ermöglichen. Demzufolge ist es schwierig, ein kleines Tintenstrahlaufzeichnungsgerät zu konstruieren, welches ein Mehrdüsensystem mit mehreren benachbart zueinander angeordneten Düsen aufweist. Da weiterhin das piezoelektrische Element teuer ist, ist es schwierig, die Herstellkosten eines Aufzeichnungskopfes zu verringern.
Zusammenfassend kann also festgehalten werden, daß das bekannte Tintenstrahaufzeichnungsgerät sowohl Nachteile in der Realisierung eines Mehrdüsensystems als auch in der Verringerung sowohl der Größe als auch der Herstellkosten des Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts aufweist.
Aus der vorstehend bereits erwähnten EP-A-118 603 ist eine Tintenstrahlerzeugungseinheit bekannt, die eine Düse, welche mit einer Tinte auf Wasserbasis gefüllt ist, sowie zwei Elektroden aufweist, welche in Kontakt mit der Tinte stehen und in der Nähe einer Öffnung angeordnet sind. Die Elektroden sind mit einem unterbrechbaren Haupt- bzw Versorgungsstromkreis verbunden, so daß die Elektroden das Wasser elektrolysieren, um Gasblasen zu bilden, welche ein Tintentröpfchen separieren, um dieses unter der Kraft der sich ausdehnenden Gasblase durch die Öffnung vorwärtszutreiben. Eine ähnliche Vorrichtung wird nachstehend in Verbindung mit den Figuren 1, 2a und 2b erläutert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Tintenstrahlaufzeichnungsgerät zu schaffen, bei welchem auf einfache Weise ein Mehrdüsensystem realisierbar ist, und welches weiterhin in einer kompakten Größe bei verringerten Kosten hergestellt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät ein Farbmedium, welches eine Tintenflüssigkeit und einen flüssigen Elektrolyten beinhaltet, eine Zersetzungskammer, die ein darin angeordnetes Elektrodenpaar aufweist, eine Düse, die sowohl mit der Zersetzungskammer als auch mit der Atmosphäre in Verbindung steht, ein Tintenzuführmittel zum Zuführen zumindest der Tintenflüssigkeit zu der Düse, ein Elektrolytzuführmittel zum Zuführen zumindest des Elektrolyten zu dem Elektrodenpaar, ein Signalerzeugungsmittel zum Anlegen eines elektrischen Signais an dem Elektrodenpaar, wobei das Signal ein elektrisches Elektrolysesignal, das zur Elektrolyse des Elektrolyten verwendet wird, und ein Entladesignal enthält, das zum Ausführen einer Endladeexplosion von Gasen, die infolge der Elektrolyse erzeugt wurden, verwendet wird, wodurch die Tintenflüssigkeit in Erwiderung des elektrischen Signals aus der Zersetzungskammer durch die Düse abgegeben wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Diese und weitere Aufgaben bzw. Gegenstände sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher zutage treten. Hierbei ist:
Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts,
Fig. 2(a) ein Blockschaltbild, das einen in der Praxis bei dem Beispiel der Fig. 1 verwendeten Signalgenerator zeigt,
Fig. 2(b) ein Schaubild, das ein Ausgabemuster, welches von dem Signalgenerator der Fig. 2(a) erzeugt wird, wiedergibt,
Fig. 3(a) und 3(b) schematische, teilweise geschnittene Seitenansichten eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Betriebspositionen,
Fig. 4 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5(a) ein Blockschaltbild, das den in der Praxis bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Signalgenerator wiedergibt,
Fig. 5(b) ein Schaubild, das ein Ausgabemuster, welches von dem Signalgenerator der Fig. 5(a) erzeugt wird, zeigt,
Fig. 6 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7(a) ein Blockschaltbild, das eine in der Praxis bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Signalgenerator zeigt;
Fig. 7(b) ein Schaubild, das ein Ausgabemuster wiedergibt, welches von dem Signalgenerator der Fig. 7(a) erzeugt wird; und
Fig. 8 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines bekannten Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts.
Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät ein flüssiges Farbmedium 11, welches einen flüssigen Elektrolyten sowie ein Farbmittel enthält, ein Elektrodenpaar 12a und 12b, welches zur Elektrolyse des flüssigen Elektrolyten, der in dem Farbmedium 11 enthalten ist, verwendet wird, eine Zersetzungskammer 13, die das Farbmedium 11 aufnimmt und eine Innenwand aufweist, an der das Elektrodenpaar 12a und 12b angeordnet ist, eine Düse 14, von der aus das Farbmedium 11 nach außen in der Form von aufeinanderfolgenden Tintentröpfchen ausgestoßen werden kann, einen Tintentank 15 zum Aufnehmen des flüssigen Farbmediums 11, einen Tintenzuführkanal 16, durch den das in dem Tintentank 15 befindliche Farbmedium 11 der Zersetzungskammer 13 und anschließend der Düse 14 zugeführt wird, sowie einen Signalgenerator 17 zum Anlegen einer Signalspannung an dem Elektrodenpaar 12a und 12b.
Ein Abschnitt des in Fig. 1 gezeigten Signalgenerators 17 ist in Fig. 2(a) in der Form eines Blockschaltbildes wiedergegeben, während in Fig. 2(b) das Muster bzw. Bild einer Ausgabe, die durch den Signalgenerator 17 an dem Elektrodenpaar 12a und 12b angelegt wird, gezeigt ist. Wie aus Fig. 2(a) hervorgeht, besitzt der Signalgenerator 17 einen Impulsoszillator 20, der zur Ausgabe einer Signalausgabespannung Vein in der Lage ist, wenn ein Signal durch einen Eingangsanschluß EINGANG eingegeben wird, und der ebenso zur Nullstellung der Ausgabespannung (d. h. Setzen der Ausgabespannung auf null) in der Lage, wenn ein AUS-Signal darin eingegeben wird. Weiterhin weist der Signalgenerator 17 eine Verzögerungsschaltung 21 zum Verzögern der Erzeugung der Ausgabe aus dem Impulsoszillator 20 für eine vorbestimmte Zeitdauer auf, die durch Pw in Fig. 2(b) gekennzeichnet ist. Dieser Signalgenerator 17 gibt ein in Fig. 2(b) gezeigtes Muster einer Ausgabe aus, welche eine Spannung Vein und eine lmpulsbreite Pw für jeden Zyklus T aufweist, und welche wiederum zwischen den Elektroden 12a und 12b anliegt.
Das Aufzeichnen mit dem den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Tintenstrahlaufzeichnungsgerät findet in der folgenden Weise statt.
Zunächst wird das Farbmedium 11 über den Tintenzuführkanal 16 aus dem Tintentank 15 in die Zersetzungskammer 13 geführt und anschließend der Düse 14 zugeführt. Ein daraufhin erfolgendes Anlegen der Signalspannung von dem Signalgenerator 17 an den Elektroden 12a und 12b führt zu einer Elektrolyse des Teils des in dem Farbmedium enthaltenen flüssigen Elektrolyten, welcher sich in Kontakt mit den Elektroden 12a und 12b befindet, wodurch Gasblasen 18a und 18b erzeugt werden. Durch die Wirkung der volumetrischen Änderung aus der flüssigen Phase in die Gasphase, die das Farbmedium innerhalb der Zersetzungskammer 13 zeigt, kann das Farbmedium nach außen aus der Düse 14 abgestrahlt werden, wie es in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 19 gekennzeichnet ist. Wenn die Blasen 18a und 18b weiter wachsen, kann das Farbmedium 11 innerhalb der Düse 14 vollständig nach außen in die umgebende Atmosphäre abgestrahlt werden, um dabei sich in Richtung eines Bildempfängers bewegende Tintentröpfchen (nicht gezeigt) zu bilden, so daß daraufhin ein Bild auf dem Bildempfänger aufgezeichnet wird. Obwohl zu dieser Zeit sowohl die Zersetzungskammer 13 als auch die Düse 14 mit Gas gefüllt sind, wird sowohl die Zersetzungskammer 13 als auch die Düse 14 sofort mit dem dann von dem Tintentank 15 über den Tintenzuführkanal 16 zugeführten Farbmedium 11 aufgefüllt, um die Anfangsbedingung wiederherzustellen, wodurch der Zyklus eines Abstrahlens von Tintentröpfchen beendet ist. Durch Wiederholen dieses Zyklus kann das Aufzeichnen vervollständigt werden.
Jede der Elektroden 12a und 12b ist aus einem Material hergestellt, welches widerstandsfähig gegenüber einer Korrosion durch den flüssigen Elektrolyten ist. Beispielsweise können Nickel, Platin, Gold, Silber oder Graphit als Material für jede der Elektroden 12a und 12b gewählt werden. Ebenso können die Elektroden 12a und 12b aus unterschiedlichen, aus dieser Gruppe ausgewählten Materialien hergestellt sein.
Das flüssige Farbmedium 11 enthält den flüssigen Elektrolyten und das Farbmittel. Das Farbmittel kann jedes beliebige Pigment oder jeder beliebige Farbstoff sein. Das flüssige Farbmedium 11 kann einen oder mehrere Zusätze, die einen wasserlöslichen Harzbinder, wie beispielsweise Polyäthlylenglycol, Polyvinylalkohol oder Stärke umfassen können, sowie ein oberflächenaktives Mittel zum Unterstützen einer Dispersion des Farbstoffs oder der Pigmente und/oder zum Unterstützen einer Oberflächenspannung enthalten.
Der flüssige Elektrolyt ist ein flüssiges Medium, das eine Lösung und einen Elektrolyten enthält, der in der Lösung mit zumindest einem darin ionisierten Teil gelöst ist. Beispiele des gelösten Stoffes enthalten beispielsweise Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Schwefelsäure und Natriumchlorid, wogegen Beispiele für das Lösungsmittel zum Beispiel Wasser und Alkohole enthalten. Das Farbmedium 11 kann ebenso jedes andere flüssige Medium als das Lösungsmittel enthalten, wie beispielsweise Aceton oder Methyläthylketon.
Ebenso kann das Farbmedium 11 in der Form einer Emulsion von der Art vorliegen, bei der die das Farbmittel enthaltenden öligen Tröpfchen und der Binder in dem flüssigen Elektrolyten dispersiert sind.
Das Farbmedium 11 weist eine Zusammensetzung auf, bei der die vorstehend erwähnten, verschiedenen Bestandteile vorzugsweise so kombiniert sind, daß während der Elektrolyse unter Verwendung der Elektroden 12a und 12b Gase von den Elektroden 12a und 12b erzeugt werden können, um jede mögliche Bildung von Ablagerungen an den Oberflächen der Elektroden 12a und 12b zu vermeiden. Das Material für die Düse 14, den Tintenzuführkanal 16 und den Tintentank 15 sollte von der Art sein, daß es einem Angriff durch das Farbmedium 11 widersteht. Es kann z. B. Keramiken, wie beispielsweise Quarzglas und Aluminiumoxid, Metalle wie beispielsweise Messing und Aluminium, aushärtbare Harze, wie beispielsweise Epoxydharz, und thermoplastische Harze, wie beispielsweise Acrylharz enthalten.
Das Material für die Zersetzungskammer 13, in der die Elektroden 12a und 12b angeordnet sind, ist aus einem der für die Düse 14 vorgesehenen Materialien hergestetlt. Zumindest eine Innenwand der Zersetzungskammer 13 ist aus einem Isoliermaterial, wie beispielsweise Quarzglas, Siliciumoxid oder Harz gefertigt.
Das vorstehend beschriebene Tintenstrahlaufzeichnungsgerät wurde für experimentelle Zwecke in der folgenden Weise zusammengestellt. Ein Paar Elektrodenmuster (30 µm voneinander beabstandet) wurde aus Nickel auf einer Quarzglasplatte gebildet. Anschließend wurde ein Trockenschichtabdeckmittel (dry film resist), das durch I.E. du Pont de Nemours & Company hergestellt und unter dem Handelsnamen "Solder Mask" vertrieben wird und das eine Perforation von 100 x 100 µm in der Größe und eine rechteckförmige Öffnung (60 µm in der Breite und 500 µm in der Länge) aufweist, die darin in Verbindung mit der Perforation gebildet ist, über der Glasplatte so angeordnet, daß die Nickelelektroden umschlossen bzw. umgeben waren. Die Anordnung wurde anschließend mit Strahlen ultravioletten Lichts bestrahlt, um eine erste Härtung zu erreichen. Eine Nickelfolie von 20 µm in der Dicke, die eine durch eine Ätztechnik gebildete Perforation von 50 µm im Durchmesser aufweist, wurde auf die Quarzglasplatte gelegt, wobei die Perforation über einem Punkt zwischen den Nickelelektroden angeordnet war. Daraufhin wurde die Anordnung auf 150 ºC für 30 Minuten erhitzt, um sowohl die Zersetzungskammer 13 (100 x 100 µm in der Größe und 20 µm in der Höhe) als auch die Düse 14 (50 µm im Durchmesser und 20 µm in der Länge) zu bilden.
Das verwendete Farbmedium 11 wies eine Zusammensetzung auf, die 20 Gewichtsteile Wasser, 5 Gewichtsteile Natriumhydroxid, 5 Gewichtsteile Isopropylalkohol und 0,5 Gewichtsteile an schwarzen Farbstoffen (direkter Farbstoff, der durch "Kayaset Black 008(N)" gekennzeichnet ist) enthielt. Das Farbmedium 11 konnte durch die Kapillarwirkung aus der rechteckförmigen Öffnung in dem Trokkenschichtabdeckmittel zugeführt werden. Wenn das von dem Signalgenerator 17 erzeugte Signal mit einem Impuls von 50 Hz in der Frequenz und 5 ms in der Breite Pw gewählt wurde, konnte das Farbmedium 11 bei 60 Volt in der Signalausgabespannung Vein abgestrahlt werden, um eine Schwarz-Weiß-Aufzeichnung auf einem qualitativ hochwertigen Papier zu bilden.
Wenn unter den gleichen Bedingungen die Aufzeichnung während des Anliegens der Pulsbreite Pw mittels des von dem Signalgenerator 17 stammenden Signals unterbrochen wurde, wurde herausgefunden, daß, obwohl die Blasen infolge einer Abkühlung reduziert sein müßten, wenn nur Dampf existieren würde, die Blasen 18a und 18b innerhalb der Zersetzungskammer 13 ohne Reduzierung weiterhin vorhanden waren. Dies ist ein Beweis für das Vorhandensein eines gasförmigen Körpers anstelle von Dampf, der als ein Ergebnis der Elektrolyse erzeugt wird.
Bei der Elektrolyse von Wasser erfordert diese, um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen, die Anwendung einer 2-Volt-Spannung. Daher reicht das Anlegen einer relativ geringen Spannung aus, um Gasblasen zu erzeugen. Da in diesem Fall, nachdem unter Anwendung der Spannung Ladungen zu den jeweiligen Oberflächen der Elektroden bewegt worden sind, Gase sofort erzeugt werden, kann erfreulicherweise ein hohes Ansprechverhalten auf die angelegte Signalspannung festgestellt werden. Ebenso ist die Anordnung der beiden Elektroden innerhalb der Zersetzungskammer ausreichend; und da die volumetrische Änderung (die Änderung im Volumen infolge der Transformation von der flüssigen Phase in die Gasphase), die durch die Elektrolyse induziert wird, groß ist, ist keine Verdrängungsverstärkung, wie sie bei der bei dem bekannten Aufzeichnungsgerät verwendet wird, notwendig. Mit anderen Worten kann die Zersetzungskammer klein ausgebildet werden, das Mehrdüsensystem ohne weiteres ausgeführt werden und die Verringerung in der Größe des Aufzeichnungsgerätes sowie in den Kosten ohne weiteres erreicht werden.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, welche zu einem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gehört. Das darin gezeigte Tintenstrahlaufzeichnungsgerät ist ähnlich zu dem in Fig. 1 gezeigten und im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläuterten Gerät aufgebaut mit der Ausnahme, daß die Signalausgabespannung Vein, die durch den in der Praxis bei dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendeten Signalgenerator 17 erzeugt wird, obwohl ähnlich im Muster zu der in Fig. 2(b) gezeigten Signalausgabespannung höher als die im Zusammenhang mit dem ersten Beispiel der Fig. 1 verwendete Spannung ist, so daß die Gaskörper, die innerhalb der Zersetzungskammer 13 als Ergebnis der Elektrolyse erzeugt werden, einer Entladeexplosion unterworfen werden können, die zum Aufstrahlen des Farbmediums notwendig ist.
Gemäß dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Aufzeichnen in der folgenden Weise ausgeführt.
Zu Beginn wird das Farbmedium 11 von dem Tintentank 15 über den Tintenzuführkanal 16 der Zersetzungskammer 13 und anschließend der Düse 14 zugeführt. Nachfolgendes Anlegen der Signalspannung von dem Signalgenerator 17 an den Elektroden 12a und 12b führt zur Elektrolyse desjenigen Teils des flüssigen in dem Farbmedium enthaltenen Elektrolyten, der in Kontakt mit den Elektroden 12a und 12b steht, wodurch Gasblasen 25a und 25b erzeugt werden. Durch die Wirkung der volumetrischen Änderung von einer flüssigen Phase zu einer gasförmigen Phase, die das Farbmedium innerhalb der Zersetzungskammer 13 zeigt, kann das Farbmedium nach außen aus der Düse 14 heraustreten, um ein Tintenbündel, wie es durch das Bezugszeichen 26 in Fig. 3(a) gekennzeichnet ist, zu bilden. Wenn die Blasen 25a und 25b größer werden, vermischen sich diese miteinander, was von einer Verringerung im Betrag des Farbmediums 11 begleitet wird, das sich in direktem Kontakt mit den Oberflächen der Elektroden 12a und 12b befindet. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Spannung mit einem Betrag, der zur Abgabe bzw. Entladung ausreicht, an den Elektroden 12a und 12b angelegt bleibt, findet eine Funkenentladung, die durch das Bezugszeichen 27 in Fig. 3(a) gekennzeichnet ist, in dem vermischten Gas, das die Blasen 25a und 25b enthält, statt. Als Ergebnis der Funkenentladung reagiert das vermischte Gas der Blasen 25a und 25b explosiv, um in das Lösungsmittel zurückzukehren. Die Explosion, die während der Reaktion stattfindet, erzeugt Stoßwellen, durch die das Farbmedium von der Düse 14 nach außen abgestrahlt werden kann, um ein Tintentröpfchen 28, wie es in Fig. 3(b) gezeigt ist, zu bilden, das sich anschließend in Richtung des Bildempfängers bewegt, so daß die Aufzeichnung vollendet wird. Auf der anderen Seite werden sowohl die Zersetzungskammer 13 und die Düse 14 sofort mit dem Farbmedium 11, das dann von dein Tintentank 15 über den Tintenzuführkanal 16 zugeführt wird, wieder befüllt, um einen Anfangszustand herzustellen, wodurch ein Zyklus des Abstrahlen eines Tintentröpfchens beendet ist. Durch Wiederholen dieses Zyklus kann die Aufzeichnung vervollständigt werden.
Die anliegende Spannung, die ausreicht, um die vorstehend erwähnte Entladeexplosion zu erreichen, ist gering, beispielsweise ungefähr 30 Volt, wobei die so gebildeten gasförmigen Körper 10 µm voneinander beabstandet sind. Wenn demgemäß die Elektroden mit einem Abstand von 10 µm angeordnet werden, kann das Anlegen der Spannung von ca. 30 Volt an den flüssigen Elektrolyten zur Bildung von Gasen (Wasserstoff und Sauerstoff) in der Nähe beider Elektroden führen, wobei sich die Gase bei der Überdeckung des Abstands zwischen den Elektroden nachfolgend miteinander vermischen.
Vorzugsweise sind die Elektroden 12a und 12b nahe beieinander mit einem Abstand zwischen ihnen angeordnet, der so gewählt ist, daß er einen Wert aufweist, welcher ausreicht, die Entladeexplosion zu erleichtern.
Eine Reihe von Experimenten wurde unter Bedingungen ausgeführt, bei denen ein Aufzeichnungsgerät, das den in Fig. 1 gezeigten Aufbau aufweist und dessen Elektroden mit einem Abstand von 30 µm voneinander beabstandet waren, verwendet wurde. Es wurde eine Ausgabespannung Vein von 100 Volt, die in ihrem Muster ähnlich zu der in Fig. 2(b) gezeigten ist und in Form eines Impulses von 500 Hz und 1 ms in der Breite ausgebildet war, angelegt. Das Ergebnis der Experiments hat gezeigt, daß die Schwarz-Weiß-Aufzeichnung zufriedenstellend auf einem Papier hoher Qualität erreicht wurde.
Wenn auf der anderen Seite die angelegte, von dem Signalgenerator 17 zugeführte Spannung Vein, so gewählt wurde, daß sie einen Wert geringer als 70 Volt aufwies, wurde keine Entladung festgestellt und das Farbmedium 11, das aus der Düse austrat, pulsierte bei ungefähr 100 Hz. Eine pulsierende Entladung des Farbmediums bei 500 Hz wurde nicht erhalten. Da die angelegte Spannung zu gering war, um eine Entladung zu bewirken, schien es, daß das Farbmedium durch die Wirkung der Gase, die als Ergebnis der vorstehend beschriebenen Elektrolyse entstanden, ausgetragen wurde.
Da gemäß dem in der Fig. 3 gezeigten System Stoßwellen, die infolge der Entladeexplosion der Gase, welche als Ergebnis der Elektrolyse erzeugt werden, entstehen, ist der Einsatz einer Zersetzungskammer von relativ geringer Größe ausreichend, so daß das Mehrdüsensystem ohne weiteres angewendet werden kann. Da weiterhin die als Ergebnis der Explosion erzeugten Stoßwellen verwendet werden, muß die Elektrolyse nicht ausgeführt werden, bis der gesamte Innenraum der Zersetzungskammer 13 mit den Gasen, die als Ergebnis der Elektrolyse gebildet werden, aufgefüllt ist; und da ein verhältnismäßig geringer Betrag der Gase ausreicht, das Farbmedium auszustrahlen, kann der Zyklus T des Signals im Vergleich mit dein Fall, bei dein nur die Elektrolyse angewendet wird, verkürzt werden und daher eine hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeit erreicht werden.
Das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß einem zweiten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 bezeichnet Bezugszeichen 31 ein Farbmedium, das einen Elektrolyten und ein Farbmittel enthält; die Bezugszeichen 32a und 32b kennzeichnen ein Elektrodenpaar; Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Zersetzungskammer, die mit dem Farbmedium 31 befüllt werden kann und die eine Innenwand aufweist, an der die Elektroden 32a und 32b angebracht sind; Bezugszeichen 34 kennzeichnet eine Düse, aus der das Farbmedium 31 nach außen an die Atmosphäre ausgestoßen werden kann; Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Tintentank, der das Farbmedium 31 aufnimmt; Bezugszeichen 36 kennzeichnet einen Tintenzuführkanal, durch den das innerhalb des Tintentanks 35 befindliche Farbmedium der Zersetzungskammer 33 zugeführt werden kann; und Bezugszeichen 37 bezeichnet einen Signalgenerator zum Anlegen einer Signalspannung an den Elektroden 32a und 32b. Das hier gezeigte Aufzeichnungsgerät weist weiterhin eine Filtermembran 38 auf, die innerhalb der Zersetzungskammer 33 so angeordnet ist, daß das Innere der Zersetzungskammer 33 in einen Düsenraum 33b und in einen Elektrolyseraum 33a aufgeteilt ist, wobei die Filtermembran 33 von der Art ist, daß sie nur den in dem Farbmedium 31 enthaltenen Elektrolyten hindurchtreten und zu dem Elektrolyseraum 33a gelangen läßt.
Ein wichtiger Teil des Signalgenerators 37, der in der Praxis bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in der Fig. 5(a) in der Form eines Blockschaltbilds gezeigt. Das Muster des Ausgangs- bzw. Ausgabesignals, das von dem Signalgenerator 37 an den Elektroden 32a und 32b angelegt wird, ist in der Fig. 5(b) gezeigt. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, enthält der Signalgenerator 37 einen Elektrolysesignaloszillator 39 zum Ausgeben einer Elektrolysesignalspannung V20, wenn ein EIN-Signal andern Eingabeanschluß EINGABE eingegeben wird, und weiterhin zum Nullsetzen der Ausgabespannung, wenn ein AUS-Signal dort eingegeben wird, einen Entladesignaloszillator 40 zum Ausgeben einer Entladespannung V21, wenn ein EIN-Signal dort eingegeben wird, wobei die Entladespannung V21 größer als die Elektrolysesignalspannung V20 und in ihrer Polarität entgegengesetzt zu der der Elektrolysesignalspannung V20 ist, und weiterhin zum Nullsetzen der Ausgabespannung, wenn ein AUS-Signal dort eingegeben wird, eine erste Verzögerungsschaltung 41 zur Verzögerung der Ausgabe des Elektrolysesignaloszillators 39 für eine vorbestimmte Zeit Pw20, um das AUS-Signal an dem Elektrolysesignaloszillator 39 und ebenso die Eingabe an dem Entladesignaloszillator 40 zu erzeugen, eine zweite Verzögerungsschaltung 42 zur Verzögerung der Ausgabe des Entladesignaloszillators 40 für eine vorbestimmte Zeit PW 21, um das AUS-Signal an dem Entladesignaloszillator 40 zu erzeugen, und eine ODER-Schaltung 43 zur Ausgabe einer Zusammensetzung aus entsprechenden Ausgaben aus den Signaloszillatoren 39 und 40. Der in Fig. 5(a) gezeigte Signalgenerator 37 kann ein solches Signalmuster erzeugen, wie es in Fig. 5(b) gezeigt ist, und legt während jedes Zyklus T2 an den Elektroden 32a und 32b die Elektrolysesignalspannung V20, die eine Pulsbreite Pw20 aufweist, und anschließend die Entladesignalspannung V21 mit einer gegenüber der Polarität der Eiektrolysesignalspannung V20 entgegengesetzten Polarität und mit einer Pulsbreite Pw21 an.
Das Aufzeichnen unter Einsatz des Aufzeichnungsgerätes gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung findet in der folgenden Weise statt.
Zu Beginn wird das Farbmedium 31 aus dem Tintentank 35 über den Tintenversorgungskanal 36 der Zersetzungskammer 33 und anschließend der Düse 34 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der innerhalb der Zersetzungskammer 33 liegende Elektrolyseraum 33a der Zersetzungskammer 33 mit einem flüssigen Medium 44 gefüllt, das zumindest mit dem flüssigen Elektrolyten vermischt ist, der durch das Filtermedium 38 hindurchtritt. Anschließend wird die Elektrolysesignalspannung V20 mit einer Pulsbreite Pw20 von dem Signalgenerator 37 an den Elektroden 32a und 32b angelegt, um den Elektrolyten, der in dem flüssigen Medium 44 innerhalb des Elektrolyseraums 33a enthalten ist und der in Kontakt mit den entsprechenden Oberflächen der Elektroden 32a und 32b steht, einer Elektrolyse zu unterziehen, um dadurch Gasblasen 45a und 45b an den entsprechenden Oberflächen der Elektroden 32a und 32b zu bilden, so daß durch die Wirkung der volumetrischen Expansion das Farbmedium 34 nach außen aus der Düse 34 abgegeben werden kann, um einen Tintenmeniskus 46 zu bilden. Im Anschluß an das Anlegen der Elektrolysesignalspannung V20 wird die Entladesignalspannung V21, deren Polarität gegenüber der Polarität der Elektrolysesignalspannung V20 entgegengesetzt ist, an den gleichen Elektroden 32a und 32b angelegt. Daher wird ein Teil des flüssigen Elektrolyten weiterhin durch die Entladesignalspannung V21 elektrolysiert, weshalb sich vermischte Gase innerhalb der entsprechenden Gasblase 45a und 45b entwickeln, wobei dies durch eine Funkenentladung 47 begleitet wird, die in der Nähe der entsprechenden Elektroden 32a und 32b stattfindet. Durch die Wirkung der dann erzeugten Stoßwellen wird das Farbmedium 31 nach außen aus der Düse 34 in der Form eines Tintentropfens (nicht gezeigt) ausgestoßen. Dieser Tintentropfen gelangt in Richtung eines Bildempfängers (nicht gezeigt) und lagert sich auf diesem nachfolgend ab, um eine Aufzeichnung zu vervollständigen. Während und nach dem Zurückkehren der Gasblasen 45a und 45b, die durch die Funkenentladung 47 explodiert worden sind, zu einem Lösungsmittel, werden sowohl die Zersetzungskammer 33 und die Düse 34 sofort mit dem Farbmedium 31, das dann von dem Tintentank 35 über den Tintenzuführkanal 36 zugeführt wird, wieder befüllt, um einen Anfangszustand herzustellen, wodurch ein Zyklus des Aufstrahlen eines Tintentröpfchens beendet ist. Durch Wiederholen dieses Zyklus kann die Aufzeichnung vervollständigt werden.
Sogar wenn infolge der Entladeexpiosion alle Gase nicht reduziert sind, kann zu diesem Zeitpunkt der vorsteheiid erläuterte Zyklus durch Entladung der verbleibenden Gase zusammen mit dem Farbmedium 31 wiederholt werden.
Die Zusammensetzung des Farbmediums 31, des Materials für die Wände der Zersetzungskammer 33, für die Düse 34, für den Tintenzuführkanal 36 und für den Tintentank 35 können identisch zu dein Material sein, das in Verbindung mit dem ersten Beispiel der Fig. 1 erwähnt worden ist.
Die Filtermembran 38 kann aus einem solchen Material hergestellt sein, das sie zumindest den flüssigen Elektrolyten, der in dem Farbmedium 31 enthalten ist, und die als Ergebnis der Elektrolyse produzierten Gase filtert. Beispielsweise kann die Filtermembran 38 aus einem Material mit einer mikroporösen oder netzartigen Stuktur, wie beispielsweise Metall, Keramik oder Polymer sein, die zum Entfernen von in dem Farbmedium 31 enthaltenen Partikel verwendet werden kann.
Wenn das Farbmedium 31, das einer Art ist, bei der Pigmente, wie beispielsweise Graphit oder Kohlenstoff in dem flüssigen Elektrolyten dispersiert sind, in Verbindung mit der Filtermembran 38 in der Form einer mikroporösen Polymermembran von ungefähr 10 µm Dicke verwendet wird, treten die Pigmente nicht durch die Filtermembran 38 hindurch und der Elektrolyseraum 33a der Zersetzungskammer 33 kann weitestgehend mit dem flüssigen Elektrolyten befüllt werden.
Wie es bei dem im Zusammenhang mit der Fig. 1 gezeigten und beschriebenen Aufzeichnungsgerät der Fall ist, macht das Aufzeichnungsgerät gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung von der Elektrolyse und kann in einer kompakten Größe bei reduzierten Kosten und gleichzeitigem Ausführen eines Hochgeschwindigkeitsaufzeichnens hergestellt werden. Zusätzlich gestattet die Verwendung der Filtermembran 38, daß der mit dem flüssigen Medium 44 innerhalb der Zersetzungskammer 33 zu füllenden Elektrolyseraum der Zersetzungskammer 33 den flüssigen Elektrolyten in einem Anteil größer als in dem Farbmedium 31 aufnimmt. Deshalb wird die Elektrolyse nicht behindert, was andererseits bei dem Vorhandensein des Farbmittels und der Zusätze, die beide in dem Farbmedium 31 enthalten und durch die Filtermembran 38 separiert sind, auftreten würde, wodurch eine effektive Elektrolyse erreicht werden kann.
Da gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf den entsprechenden Oberflächen der Elektroden 32a und 32b außer Gasen keine Festpartikel gebildet werden, kann die Lebensdauer des Aufzeichnungsgerätes vorteilhafterweise gegenüber der Lebensdauer des Gerätes gemäß dem ersten Beispiel der Fig. 1 gesteigert werden.
Da bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Elektrolysesignal und das Entladesignal in ihrer Polarität einander entgegengesetzt sind, tritt die Elektrolyse geringfügig vor der Entladung auf, wenn die Entladespannung angelegt wird. Daher können die in der Nähe der Elektroden 32a und 32b erzeugten Gase als vermischte Gase gebildet werden. Demzufolge braucht der Abstand zwischen den Elektroden 32a und 32b nicht verkleinert werden, so daß hierdurch das Aufzeichnungsgerät ohne Schwierigkeit hergestellt werden kann.
Obwohl die Verwendung der Elektrolysespannung und der Entladespannung mit einander entgegengesetzten Polaritäten erläutert worden ist, kann weiterhin gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Elektrolysesignal und ein Entladesignal, die jeweils die gleiche Polarität aufweisen, zwischen den Elektroden in dem Fall eines Aufzeichnungsgerätes angelegt werden, bei dem der Abstand zwischen den Elektroden verringert ist, wie es im Zusammenhang mit dem ersten Beispiel der Fig. 1 erläutert worden ist.
Es ist zu bemerken, daß das Aufzeichnungsgerät gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Weise verwendet und betrieben werden kann, die ähnlich zu der Betriebsweise des Gerätes gemäß dem ersten Beispiel ist, wobei die als Ergebnis der Elektrolyse entstandenen Gase dazu verwendet werden, das Farbmedium nach außen aus der Düse auszustoßen Wo jedoch das Aufzeichungsgerät gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer zu dem ersten Beispiel ähnlichen Weise verwendet und betrieben wird, ist eine längere Zeit erforderlich, um die die Düse 34 nach dem Abstrahlen des Farbmediums 31 noch füllenden Gase zu entfernen und anschließend die Düse mit dem Farbmedium 34 wieder zu befüllen. Daher wird die Verwendung der Entladeexplosion bei dem Aufzeichnungsgerät gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel bevorzugt.
Das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde für experimentelle Zwecke in der folgenden Weise zusammengestellt. Ein Paar Elektrodenmuster (die voneinander mit einem Abstand von 50 µm angeordnet sind) wurden aus Nickel auf einer Quarzglasplatte gebildet. Daraufhin wurde eine eine Dicke von 10 µm aufweisende Polycarbonatmembran (die als Filtermembran 38 verwendet wird und die von Nomura Micro-Science unter dem Warenzeichen "Nuclepore Micromembrane" hergestellt sowie vertrieben wird) angebracht, um die Elektroden zu umschließen bzw. zu umgeben. Anschließend wurde ein Trockenschichtabdeckmittel (hergestellt und vertrieben durch I.E. du Pont de Nemours & Company unter dem Warenzeichen "Solder Mask"), das eine Perforation von 100 x 100 µm in der Größe und eine rechteckförmige Öffnung (60 µm in der Breite und 500 µm in der Länge) aufweist, die darin in Verbindung mit der Perforation definiert ist, über der Quarzglasplatte angeordnet, um so die Filtermembran 38 zu überdecken. Die Anordnung wurde anschließend mit Strahlen ultravioletten Lichts bestrahlt, um eine erste Härtung auszuführen. Eine Nickelfolie von 20 µm Dicke, die ein Durchgangsloch von 50 µm im Durchmesser aufweist, welches durch Einsatz einer Ätztechnik darin gebildet ist, wurde auf der Quarzglasplatte angeordnet. Danach wurde die Anordnung auf 110 ºC für 50 Minuten erhitzt, um sowohl die Zersetzungskammer 33, die eine Größe von 100 x 100 µm und eine Höhe von 20 µm aufwies, als auch die Düse zu bilden, die einen Durchmesser von 50 µm und eine Länge von 20 µm aufwies. Obwohl zu diesem Zeitpunkt die Umgebung der Elektroden durch die Filtermembran 38 bedeckt war, fand der Verbindungsvorgang an der Trockenschicht statt, so daß im wesentlichen kein Kontakt zwischen der Filtermembran 38 und den Elektroden auftrat. Mit anderen Worten kann nur das flüssige Medium, welches durch die Filtermembran 38 hindurchgetreten ist, in Kontakt mit den Elektroden 32a und 32b gelangen.
Das verwendete Farbmedium 31 wies eine Zusammensetzung aus 20 Gewichtsteilen Wasser, 5 Gewichtsteilen Natriumhydroxid, 5 Gewichtsteilen Isopropylalkohol und 5 Gewichtsteilen Graphit auf. Während das Aufzeichnungsgerät in seiner Gesamtheit hinsichtlich des Druckes durch den Einsatz einer Vakuumpumpe verkleinert war, wurde das Farbmedium 31 in dem Aufzeichnungsgerät durch Verbinden des Farbmediums 31 mit einer Öffnung des Tintenzuführkanals 36 eingefüllt. Wenn der Signalgenerator 37 mit einer Pulsbreite (500 Hz, Pw20: 0,5 ms, Pw21: 0,1 ms) betrieben wurde, konnte eine Schwarz-Weiß-Aufzeichnung auf einem Papier hoher Qualität mit einer Elektrolysesignalspannung V20, die 30 Volt betrug, und mit einer Entladesignalspannung V21, die 100 Volt betrug, erreicht werden. Das Anlegen der Spannung konnte im Vergleich zu dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel minimiert werden und daher ein geringer Energieverbrauch erzielt werden.
Das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Figuren 6 und 7 gezeigt. In Fig. 6 bezeichnet Bezugszeichen 51m ein Farbmedium, das einen Farbstoff enthält; Bezugszeichen 51n kennzeichnet einen flüssigen Elektrolyten zum Durchführen der Elektrolyse; die Bezugszeichen 52a und 52b kennzeichnen ein Elektrodenpaar, das zur Elektrolyse des Elektrolyten 51n verwendbar ist; Bezugszeichen 53 bezeichnet eine Zersetzungskammer, die mit dem Farbmedium 51 befüllt werden kann und die eine Innenwand aufweist, an der die Elektroden 52a und 52b angebracht sind; Bezugszeichen 54 kennzeichnet eine Düse, aus der das Farbmedium 51 nach außen an die Atmosphäre ausgestoßen werden kann; Bezugszeichen 55m bezeichnet einen Tintentank zur Aufnahme des Farbmediums 51m; Bezugszeichen 55n kennzeichnet einen Elektrolytentank zur Aufnahme des flüssigen Elektrolyten; Bezugszeichen 56m bezeichnet einen Tintenzuführkanal, durch den zumindest die Düse 54 mit dem Farbmedium 51m aus dem Tintentank 55m befüllt werden kann; Bezugszeichen 56n kennzeichnet einen Elektrolytzuführkanal, durch den entsprechende Oberflächen von zumindest den Elektroden 52a und 52b mit dem Elektrolyten 51m aus dem Elektrolytentank 55n versorgt werden können; und Bezugszeichen 57 bezeichnet einen Signalgenerator zum Anlegen einer Signalspannung an den Elektroden 52a und 52b. Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Abschnitt der die Zersetzungskammer 53 definierenden Wand in der Form einer wasserabstoßenden Wand 58 verwendet. Ein gasförmiges Medium 59 wird eingesetzt, um das Farbmedium 51m und den Elektrolyten 51m voneinander zu trennen, wodurch jeder mögliche Kontakt zwischen diesen innerhalb der Zersetzungskammer 53 vermieden wird.
Ein wesentlicher Bestandteil des in der Praxis bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Signalgenerators ist in Fig. 7(a) in der Form eines Blockschaltbildes gezeigt. Das Muster des Ausgabesignals, das an den Elektroden 52a und 52b von dem Signalgenerator 57 angelegt wird, ist in Fig. 7(b) gezeigt. Wie aus Fig. 7(a) hervorgeht, enthält der Signalgenerator 57 einen Elektrolysesignaloszillator 60, der die Ausgabe einer Ausgabespannung ermöglicht, die nach Empfang eines AUS-Signals null ist, nachdem eine Spannung V30 und eine Spannung, deren Polarität entgegengesetzt zu der der Spannung V30 ist, wobei beide Spannungen eine Pulsbreite Pw30, wie es in Fig. 7(b) gezeigt ist, aufweisen, in Erwiderung der Eingabe eines EIN-Signals ausgegeben worden ist, einen Entladesignaloszillator 61, der zur Ausgabe einer Ausgabespannung in der Lage ist, die Null ist nach Empfang eines AUS-Signals, nachdem eine Spannung V31 in Erwiderung der Eingabe eines EIN-Signals ausgegeben worden ist, einen Zähler 62 zum Erzeugen des AUS-Signals und des EIN-Signals an dem Elektrolysesignaloszillator 60 und dem Entladesignaloszillator 61, wenn die dabei gezählte Zahl an Änderungen der Ausgabespannung aus dem Elektrolysesignaloszillator 60 eine vorbestimmte Zahl erreicht hat, eine Verzögerungsschaltung 63, die zum Verzögern der Ausgabe des Entladesignaloszillators 61 für eine vorbestimmte Zeit Pw31 dient, um das AUS-Signal an dem Entladesignaloszillator 31 zu erzeugen, und eine ODER-Schaltung 64, die zur Ausgabe einer Zusammensetzung an entsprechenden Ausgaben aus den Signaloszillatoren 60 und 61 in der Lage ist. Der Signalgenerator 57, der in Fig. 7(a) gezeigt ist, kann ein derartiges Signalmuster erzeugen, wie es in Fig. 7(b) gezeigt ist, und legt während jedes Zyklus T3 an den Elektroden 52a und 52b die Elektrolysesignalspannung V30 mit entgegengesetzten Polaritäten, die jeweils eine Pulsbreite Pw30 aufweisen, und daraufhin das die Entladesignalspannung V31, die eine Pulsbreite Pw31 aufweist, an.
Das Aufzeichnen mit dem Aufzeichnungsgerät gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung findet in der folgenden Weise statt.
Zu Beginn wird das Farbmedium 51m aus dem Tintentank 55m über den Tintenzuführkanal 56m in die Düse 54 eingefüllt. Gleichzeitig werden zumindest die entsprechenden Oberflächen der Elektroden 52a und 52b mit dem Elektrolyten 51 n in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist es nicht notwendig, daß die Düse 54 vollständig mit dem Farbmedium 51 in befüllt ist. Die Signalspannung wird nachfolgend aus dein Signalgenerator 57 an den Elektroden 52a und 52b angelegt, um die Elektrolyse zu bewirken, während der Elektrolyt 51n, der in Berührung mit den Elektroden 52a und 52b steht, elektrolysiert wird, um Blasen 65a und 65b an den entsprechenden Oberflächen der Elektroden 52a und 52b zu erzeugen. Infolge der volumetrischen Expansionsänderung des Elektrolyten 51n aus der flüssigen Phase in die Gasphase wird die Zwischenfläche 66 des Elektrolyten konvex, so daß sie in Richtung der Düse 44 mit einem nach außen hervorstehenden Tintenminiskus 67, der daraufhin in der Düse 54 gebildet wird, nach außen hervorsteht. Da dann die angelegte Elektrolysesignalspannung V30 zwei Spannungskomponenten mit entgegengesetzten Polaritäten aufweist, ist ein vermischtes Gas innerhalb jeder der Blasen 65a und 65b vorhanden. Das nachfolgende Anlegen der Entladesignalspannung V31 an den Elektroden 52a und 52b führt demzufolge zu einer Funkenentladung 68, die in der Nähe jeder der Elektroden 52a und 52b stattfindet. Durch die Wirkung der zu diesem Zeitpunkt erzeugten Stoßwellen kann das Farbmedium 51m nach außen aus der Düse 54 ausgetragen werden und wächst zu einem Tintentröpfchen (nicht gezeigt) an, welches sich in Richtung eines Bildempfängers bewegt. Wenn sich dieses Tintentröpfchen auf dem Bildempfänger (nicht gezeigt) ablagert, kann die Aufzeichnung vollzogen werden. Danach wird das Farbmedium 51m über den Tintenzuführkanal 56m der Düse 54 zugeführt. Obwohl die Blasen 65a und 65b nach ihrer Explosion als Ergebnis der Funkenentladung 68 als eine flüssige Phase übrigbleiben, wird ein Teil davon zu der Außenseite zusammen mit dem Farbmedium abgegeben und daher konsumiert. Um die Konsumierung des Elektrolyten zu kompensieren, wird der Elektrolyt 51m durch den Elektrolytzuführkanal 56m zugeführt, um wieder einen Anfangszustand herzustellen, wodurch jeder Zyklus beendet ist. Durch Wiederholung dieses Zyklus kann die Aufzeichnung vervollständigt werden.
Das Material zum Bilden sowohl der Zersetzungskammer 53, der Düse 54, des Tintenzuführkanals 56m und des Tintentanks 55m kann beispielsweise mit dem Material, das in Verbindung mit dein ersten Beispiel der Fig. 1 beschrieben worden ist, identisch sein.
Der Elektrolytzuführkanal 56n und der Elektrolyttank 55m können aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie es z. B. für den Tintenzuführkanal 56m und den Tintentank 55m verwendet wird.
Wie es vorstehend in Verbindung mit den Prinzipien des Aufzeichnens erläutert worden ist, kann das Farbmedium 51m, das für den Einsatz bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, von einer Art sein, daß es elektrolysiert ist, d. h., daß es keinen Elektrolyten enthält, weder einen auf Basis destillierten Wassers noch einen auf Öl-Öl-Basis.
Die wasserabstoßende Wand 58 ist aus einem Material gebildet, daß zum Abweisen sowohl des Farbmediums 51m und des flüssigen Elektrolyten 51n in der Lage ist. Beispielsweise kann Silikon oder Fluorokunststoff für die Beschichtung einer Innenwand der Zersetzungskammer 53 verwendet werden, um die wasserabstoßende Wand 58 zu bilden.
Wie es bei dein Aufzeichnungsgerät das in den Figuren 3 und 4 gezeigt und im Zusammenhang mit diesen Figuren erläutert worden ist, der Fall ist, macht das Aufzeichnungsgerät gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Verwendung von der Elektrolyse und kann in einer kompakten Größe bei verringerten Kosten unter Erzielung einer Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung hergestellt werden. Das Aufzeichnungsgerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist weiterhin die folgenden zusätzlichen Vorteile auf. Einer der zusätzlichen Vorteile besteht darin, daß, da das Farbmedum 51 nicht den Elektrolyten enthalten muß, die Freiheit der Wahl des Farbmediums verhältnismäßig groß ist. Ein weiterer zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß, da nur der flüssige Elektrolyt 51m in Kontakt mit den jeweiligen Oberflächen der Elektroden 52a und 52b gelangt und daher keine Verunreinigungen oder andere Ablagerungen an den Oberflächen der Elektroden auftreten, die Elektrolyse effizient mit einer Zunahme in der Sensitivität stattfindet.
Es ist zu bemerken, daß gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Farbmedium 51m durch die alleinige Wirkung der als Ergebnis der Elektrolyse erzeugten Gase ausgestoßen werden kann, wie es bei dem ersten Beispiel der Fall ist. Jedoch wird eine längere Zeit benötigt, um die Gase, die innerhalb der Düse 54 nachdem Abstrahlen des Farbmediums 51m noch vorhanden sind, zu entfernen und die Düse 54 mit dem Farbmedium 51 wieder zu befüllen. Daher wird die Verwendung der Entladeexplosion bei dem Aufzeichnungsgerät gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel bevorzugt.
Das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde für experimentelle Zwecke in der folgenden Weise zusammengestellt. Nachdem entsprechende Abschnitte, welche schließlich den Elektrolytzuführkanal 56n bilden, und die Zersetzungskammer 53 auf einem Glassubstrat eingeätzt worden sind, um entsprechende Vertiefungen zu bilden, wurde ein Paar Elektrodenmuster (die 50 µm voneinander beabstandet sind) in diesen Vertiefungen durch Dampfabscheidung von Nickel unter dem Einsatz einer Ätztechnik aufgebracht. Nachdem Nuten, die jeweils entsprechenden Oberflächen der Elektroden entsprechen, und der Elektrolytzuführkanal 56 mit Polyäthylenglycol (hergestellt und vertrieben durch Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. unter dem Handelsnamen "PEG #20000) bedeckt worden sind, wurde auf die verbleibenden Vertiefungen Fluoroharz (hergestellt und vertrieben durch Sumitomo Chemical Co., Ltd. unter dem Handelsnamen "Sumiflunon FP91A) aufgebracht und anschließend getrocknet. Danach wurde das PEG mit Wasser gespült. Anschließend wurde ein Trockenschichtabdeckmittel (hergestellt und vertrieben durch I.E. du Pont de Nemours & Company unter dem Handelsnamen "Solder Mask"), das ein rundes Durchgangsloch von 80 µm im Durchmesser und eine rechteckförmige Öffnung (die schließlich den Tintenzuführkanal 56m bildet) aufwies, welche darin in Verbindung mit dem runden Durchgangsloch definiert ist, angeordnet und nachfolgend mit Strahlen ultravioletten Lichtes für ein erstes Aushärten bestrahlt. Eine Nickelfolie von 20 µm in der Dicke, die ein Durchgangsloch von 50 µm im Durchmesser und eine rechteckförmige, in Verbindung mit dem Durchgangsloch stehende Öffnung aufwies, welche durch Einsatz einer Ätztechnik darin gebildet wurden, wurden anschließend auf dem Glassubstrat aufgebracht. Die rechteckförmige Öffnung wurde ausreichend bei 110 ºC für 50 Minuten erhitzt, um sowohl die Zersetzungskammer 53, die eine Größe von 100 x 100 µm und eine Höhe von 20 µm aufwies, als auch die Düse 54 zu bilden, die einen Durchmesser von 50 µm und eine Länge von 20 µm besaß.
Das verwendete Farbmedium 51 m war eine im Handel verfügbare schwarze Tinte, die mit einem Spritzgerät verwendet werden kann und die durch die Holbein Works Ltd. hergestellt und vertrieben wird, während der flüssige Elektrolyt 51m aus einer Zusammensetzung bestand, die 20 Gewichtsteile Wasser und 5 Gewichtsteile Natriumhydroxid enthielt. Das verwendete Farbmedium war von der Art, daß es nach Trocknung wasserfest ist. Während das Aufzeichnungsgerät hinsichtlich des Druckes unter Einsatz einer Vakuumpumpe verkleinert wurde, ist der Elektrolytzuführkanal 56n in Kontakt mit dem Elektrolyten 51m, um das Aufzeichnungsgerät mit dem Elektrolyten 51n zu befüllen. Durch Zuführen des Farbmediums 51m aus dem Tintentank 55n über den Tintenzuführkanal 56m wurde dann das Farbmedium einige Male ausgebracht, um dem Aufzeichnungsgerät zu ermöglichen, einen Zustand, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, anzunehmen. Wenn von diesem Zustand ausgegangen wird und der Signalgenerator 57 durch eine Pulsbreite (500 Hz, Pw30: 0,2 ms, Pw31: 0,1 ms) angetrieben wurde, konnte eine Schwarz-Weiß- Aufzeichnung auf einem Papier hoher Qualität mit der Elektrolysesignalspannung V30, die 30 Volt betrug, und mit der Entladesignalspannung V31, die 100 Volt betrug, erreicht werden.
Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Polarität des Elektrolysesignals entgegengesetzt, so daß aus diesem Grund das Verhältnis der vermischten in der Nähe der Elektrode 52a und in der Nähe der Elektrode 52b erzeugten Gase vorteilhaft identisch erhalten werden kann (d. h. H:O = 2:1). Demgemäß kann die in dem System auftretende Entladeexplosion zu einer kompletten Transformation in ein flüssiges Medium (Wasser) mit keinem zurückbleibenden Gas führen, wodurch das Aufzeichnungsgerät in die Lage versetzt wird, das Farbmedium in stabilisierter Weise im Vergleich zu dem Aufzeichnungsgerät gemäß der Fig. 2 abzugeben.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert worden ist, ist zu bemerken, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Durchschnittsfachmann ersichtlich sind. Obwohl z. B. in der Beschreibung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. 4 der flüssige Elektrolyt aus dem Düsenraum 33b in den Elektrolytraum 33a über die Filtermembran gelangt, kann eine Anordnung vorgesehen werden, bei der ein flüssige Medium, das einen großen Anteil des flüssigen Elektrolyten enthält, durch Filtern des Farbmediums durch eine separate Filtermembran (nicht gezeigt) direkt in die Zersetzungskammer durch einen getrennten Kanal und nicht durch die Düse 54 zugeführt werden kann, während der Rest des Farbmediums, aus dem der Elektrolyt herausgefiltert worden ist, der Düse 54 zugeführt werden kann. Weiterhin kann das verwendete Elektrolysesignal Spannungen der gleichen oder entgegengesetzten Polarität oder verschiedener Impulsbreiten aufweisen. Obwohl in den dargestellten Ausführungsbeispielen das Elektrolysesignal in der Weise ausgebildet war, daß es ein Einzelzeitumkehrsignal enthält, kann es eine Kombination invertierter Signale enthalten.
In jedem der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele, die in den Figuren 5 und 7 gezeigt sind, wurde die Anwendung des Entladesignals nach der Anwendung des Elektrolysesignals erläutert. Jedoch kann das Entladesignal eine vorbestimmte Zeit nach der Anwendung des Elektrolysesignals angelegt werden, so daß beide innerhalb des gleichen Zyklus T2 oder T3 erzeugt werden.
Weiterhin ist in der Praxis der vorliegenden Erfindung der Signalgenerator nicht durch das gezeigte und erläuterte Design beschränkt, sondern kann in jedem geeigneten Design, das die vorstehend diskutierte Signalspannung oder Spannungen daraus erzeugen kann, ausgebildet sein. Das in Fig. 3 gezeigte Aufzeichnungsgerät kann einen Signalgenerator verwenden, wie er im Zusammenhang mit der Fig. 5 und 7 beschrieben und dort gezeigt ist, und in ähnlicher Weise einige der Bauteile, wie beispielsweise die Zersetzungskammer und/oder den Signalgenerator, wie er in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben und gezeigt worden ist, und mit einem übereinstimmenden Bauteil kombiniert werden, welches in Verbindung mit einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist.

Claims

1. Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, enthaltend:

ein Farbmedium (11; 31; 51), welches eine Tintenflüssigkeit und einen flüssigen Elektrolyten enthält,

eine Zersetzungskammer (13; 33; 53), die ein darin angeordnetes Elektrodenpaar (12a, 12b; 32a, 32b; 52a, 52b) aufweist,

eine Düse (14; 34; 54), die sowohl mit der Zersetzungskammer (13; 33; 53) als auch mit der Atmosphäre in Verbindung steht,

ein Tintenzuführmittel (15; 35; 55m) zum Zuführen wenigstens der Tintenflüssigkeit zu der Düse,

ein Elektrolytzuführmittel (15; 35; 55n) zum Zuführen wenigstens des Elektrolyten zudem Elektrodenpaar (12a, 12b; 32a, 32b; 52a, 52b),

ein Signalerzeugungsmittel (17; 37; 57) zum Anlegen eines elektrischen Signals an das Elektrodenpaar (12a, 12b; 32a, 32b; 52a; 52b), wobei das elektrische Signal ein elektrisches Elektrolysesignal (V20; V30), welches zur Elektrolyse des Elel(trolyten verwendet wird, und ein Entladesignal (V21; V31) umfaßt, welches zur Entladeexplosion von Gasen, die infolge der Elektrolyse erzeugt werden, verwendet wird,

wodurch die Tintenflüssigkeit in Erwiderung des elektrischen Signals aus der Zersetzungskammer (13; 33; 53) durch die Düse (14; 34; 54) abgegeben wird.

2. Gerät nach Anspruch 1,

bei dein das Entladesignal (V21; V31) eine gegenüber dem Elektrolysesignal (V20; V30) entgegengesetzte Polarität aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1,

bei dem die Polarität des Elektrolysesignals (V30) zumindest einmal während einer vorbestimmten Zeit (Pw 30 + Pw 30), in der das Elektrolysesignal anliegt, invertiert wird.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

bei dem die Zersetzungskammer (33) durch eine Filtermembran (38) in einen Elektrolytraum (33a) und einen Düsenraum (33b) aufgeteilt ist, um den flüssigen Elektrolyten von der Tintenflüssigkeit zu trennen, wobei die Filtermembran (38) nur den Elektrolyten aus dem Farbmedium (31) in den Elektrolytraum (33a) hindurchtreten läßt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

gekennzeichnet durch getrennte Elekrolytzuführmittel (55n) und Tintenzuführmittel (55m), wobei erstere über einen Elektrolytzuführkanal (56n) mit der Zersetzungskammer (53) und letztere über einen Tintenzuführkanal (56m) mit einem Raum in der Nähe der Düse (54) verbunden sind.