DE19532355A1 - Behandlung einer Öffnungsplatte mit selbstaufgebauten Monolagen bildenden chemischen Verbindungen - Google Patents

Behandlung einer Öffnungsplatte mit selbstaufgebauten Monolagen bildenden chemischen Verbindungen

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Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Behandeln einer bei Tintenstrahldruckern verwendeten Öffnungsplatte mit chemi­ schen Verbindungen, welche selbstaufgebaute Monolagen auf den Oberflächen der Öffnungsplatte bilden.
Immer wenn ein Tintentropfen aus einer Öffnung einer Öff­ nungsplatte herausgeschleudert wird, bewegt sich ein nachei­ lender Abschnitt oder "Schwanz" von Tinte mit dem Tropfen. Eine kleine Menge des Tintenschwanzes kann sich trennen und auf der äußeren Oberfläche der Platte als Tintentröpfchen landen. Die Resttinte, die sich auf der äußeren Oberfläche der Öffnungsplatte neben den Kanten der Öffnungen ansammelt, kann anschließend herausgeschleuderte Tintentropfen berüh­ ren, wodurch die Flugbahn dieser Tropfen verändert wird, was die Qualität des gedruckten Bildes reduziert.
Ferner kann in dem Fall, in dem sich eine wesentliche Menge von Resttinte auf der äußeren Oberfläche der Öffnungsplatte ansammelt, ein durchgehender Fließweg zwischen der Tinte in der Öffnung und der Tinte auf der äußeren Oberfläche gebil­ det werden, wodurch ein Auslaufen der Tinte aus der Öffnung heraus erleichtert wird. Wenn sich ferner eine wesentliche Tintenmenge auf einer Öffnungsplatte angesammelt hat, kann diese große Tintenpfütze das Tropfenherausschleudern bis zu dem Grad stören, daß keine Tropfen herausgeschleudert wer­ den, d. h., daß ein einzelner Tropfen unfähig ist, durch die große Tintenpfütze zu gelangen. Ferner tendiert die Resttin­ te auf der äußeren Oberfläche der Platte dazu, winzige Par­ tikel einzufangen, wie z. B. Papierfasern, wodurch die Flug­ bahn der darauffolgend herausgeschleuderten Tropfen gestört wird.
Die innere Oberfläche der Öffnungsplatte ist in Kontakt mit Tinte, wobei das Modifizieren der Oberflächenenergie dieses Abschnitts der Platte einen Vorteil darstellt, um das Ver­ halten des Stifts zu optimieren, d. h. die Charakteristika der Tintentropfen fein abzustimmen, während sie aus einer Öffnung herausgeschleudert werden.
Wie es detaillierter in einer früheren Anmeldung (Serien-Nr. 07/724,648, eingereicht am 21. Juli 1991, Europäische Pa­ tentanmeldung Nr. 0 521 697 A2) erörtert ist, wurde heraus­ gefunden, daß die Benetzungscharakteristika bestimmter Ab­ schnitte der äußeren Oberfläche einer Öffnungsplatte derart gestaltet werden können, daß das Stiftverhalten verbessert wird. Insbesondere beschreibt diese Anmeldung verschiedene Techniken, um die äußere Oberfläche der Öffnungsplatte, die die Öffnungen unmittelbar umgibt, bezüglich der Tinte nicht­ benetzend zu machen. Als ein Resultat wurde herausgefunden, daß jede auf der äußeren Oberfläche der Platte abgelagerte Resttinte in diesen Regionen von den Kanten der Öffnungen weg abperlen würde, um das darauffolgende Herausschleudern von Tintentropfen nicht zu stören. Der restliche Abschnitt der äußeren Oberfläche der Öffnungsplatte wird bezüglich der Tinte benetzend gemacht, derart, daß jede Resttinte, die mit diesem Abschnitt in Kontakt kommt, von der Platte unter dem Einfluß der Schwerkraft oder von Wischern abfließt. Ferner kann die innere Oberfläche der Platte, wie es ebenfalls in dieser Anmeldung beschrieben ist, behandelt werden, um eine benetzende Oberfläche bezüglich der Tinte darzustellen, um den Tintenfluß in und durch die Öffnungen zu erleichtern.
Wie es in der Anmeldung, auf die Bezug genommen wurde, be­ schrieben ist, wurde die Öffnungsplatte durch Techniken, wie z. B. Plasmaätzen oder reaktives Ionenätzen, benetzend oder nichtbenetzend gemacht. Alternativ könnte eine nicht benetz­ ende Oberfläche durch eine Spritzanbringung eines vernetzten Silikonharzes, wie z. B. Methyltrimethoxylsilane, das von Dow Corning hergestellt wird und Q1-2645 bezeichnet wird, herge­ stellt werden. Die nichtbenetzenden Charakteristika der Öff­ nungsplattenoberfläche, wie es in der erwähnten Patentanmel­ dung erörtert ist, könnten durch die Aufbringung einer Fluor­ kohlenstoff- oder Silikonpolymer-Lage unter Verwendung ei­ ner herkömmlichen Plasmapolymerisierungstechnik hergestellt werden.
Während diese Techniken mehr als ausreichend sind, um die in dieser Anmeldung identifizierten Probleme, die zu dem Ver­ halten des Tintenstrahlstifts gehören, zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Öffnungsplatte (und Verfahren zum Herstellen derselben) mit bedeutsamen Unterschieden in der Chemie der Aufmachung derselben, des Aufbaus derselben und der Art und Weise, auf die sie funktioniert, um die gesamte Druckqualität und das Verhalten des Stifts zu beeinflussen.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf die Chemi­ sorption oder auf das chemische Binden von bestimmten Bin­ dungen, wie z. B. Thioalkoholen, um selbstaufgebaute Monola­ gen auf der Öffnungsplatte zu bilden. Der Selbstaufbau ist die spontane Adsorption von Thioalkoholen oder anderen Ver­ bindungen auf einer festen Oberfläche aus einer Lösung oder einem anderen direkten Molekularkontakt, welche in einer Monolage aus ausgerichteten Molekülen auf der Metalloberflä­ che resultiert. Für einen Alkyl-Thioalkohol HS(CH₂)nX wird der Schwefel an das Gold gebunden, wobei sich die Endgruppe X an der Oberfläche der Monolage befindet, d. h. an der Mono­ lage/Luft-Grenzfläche. Die Endfunktionsgruppe X macht die Öffnungsplatte abhängig von der ausgewählten Endgruppe ent­ weder benetzend oder nichtbenetzend. Die vorliegende Erfin­ dung ist ebenfalls darin vorteilhaft, daß die Monolagen ohne weiteres in einer relativ kurzen Zeitdauer angebracht werden können.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Öffnungsplatte mit einer inneren Oberfläche, die mit einer selbstaufgebau­ ten Monolage, wie es oben erwähnt wurde, behandelt ist. Es wurde herausgefunden, daß das Behandeln der inneren Oberflä­ che mit einer Monolage aus bestimmten Verbindungen die Rate beeinflußt, mit der sich die Feuerkammer nach dem Ausschleu­ dern eines Tropfens wieder anfüllt. Insbesondere ist es durch Behandeln der inneren Oberfläche mit einer selbstauf­ gebauten Monolage möglich, ein konstantes oder Dauerzu­ stands-Tintentropfengewicht bei einer bestimmten Frequenz oder bei der Rate, mit der die Tintentropfen abgefeuert wer­ den, zu erreichen. Es ist offensichtlich, daß ein konstantes Tintentropfengewicht für die gesamte Druckqualität und das Verhalten des Tintenstrahlstiftes kritisch ist. Zusätzlich ermöglicht das Erreichen eines konstanten Tintentropfenge­ wichts bei einer bestimmten oder höheren Frequenz eine bes­ sere Steuerung des Verhaltens des Stifts. Es ist wichtig, anzumerken, daß herausgefunden wurde, daß derartige Ergeb­ nisse erhalten werden können, indem entweder benetzende oder nichtbenetzende Monolagen auf der inneren Oberfläche der Öffnungsplatte verwendet werden.
Zusätzlich verhindert das Behandeln einer Öffnungsplatte mit einer Monolage eine Verschlechterung und Verschmutzung der Öffnungsplatte. Folglich wird eine bessere Druckqualität während der Lebensdauer eines Stifts erreicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Öffnungsplatte für Tintenstrahlstift der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß dessen Druckqualität erhöht wird und dieser weniger anfällig für Korrosion ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Öffnungsplatte gemäß den An­ sprüchen 1, 7, 8 oder 10 gelöst.
Diese Erfindung ist darauf ausgerichtet, eine Öffnungsplatte für einen Tintenstrahlstift mit Verbindungen zu behandeln, welche selbstaufgebaute Monolagen bilden, die die Oberflä­ cheneigenschaften der Platte bestimmen. Die Öffnungsplatte weist eine äußere Oberfläche auf, die mit selbstaufgebauten Monolagen behandelt ist, auf, um den Aufbau von jeder Rest­ tinte wirksam zu minimieren, welcher andererseits ein da­ rauffolgendes Tintentropfen-Ausschleudern stören oder die Druckqualität des Stifts reduzieren könnte.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die äußere Oberfläche mit einer selbstaufgebauten Monolage behandelt, die nichtbenetz­ ende Charakteristika aufweist, derart, daß jede Resttinte auf derselben abperlt und ohne weiteres entfernt wird.
Bei einem weiteren Aspekt wird der ringformige Abschnitt um die Öffnung mit einer selbstaufgebauten Monolage nichtbe­ netzend gemacht, während der Abschnitt der Platte, der den ringförmigen Abschnitt umgibt, mit einer anderen selbstauf­ gebauten Monolage benetzend gemacht wird. Bei dieser Kon­ figuration wird jede Resttinte auf dem ringförmigen, nicht­ benetzenden Abschnitt von der Öffnung weg abperlen, während jede derartige Tinte, die den benetzenden Abschnitt berührt, von der Öffnung weggezogen und entfernt wird.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die innere Ober­ fläche mit selbstaufgebauten Monolagen behandelt, um die Be­ netzungscharakteristika und daher die Tropfenherausschleu­ der- und Feuerfrequenz des Tintenstrahlstifts zu steuern. Verschiedene benetzende oder nichtbenetzende, selbstaufge­ baute Monolagen können auf der inneren Oberfläche verwendet werden, um eine spezielle Feuerfrequenz zu erhalten. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei dem Entwurf des Verhaltens des Tintenstrahlstifts und daher eine bessere Druckqualität und ein besseres Verhalten.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner das Behandeln einer Öffnungsplatte mit selbstaufgebauten Monolagen vor, um die Korrosion der Öffnungsplatte zu verhindern. Als ein Resultat wird eine bedeutsame Verbesserung der Druckqualität während der Lebensdauer des Tintenstrahlstifts erreicht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erörtert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, das eine Seitenquerschnittsansicht eines Abschnitts einer Öffnungsplatte zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Fig. 2 eine Draufsicht einer Öffnungsplatte, die die äußere Oberfläche derselben zeigt.
Fig. 3 einen Graph des Tintentropfengewichts als Funktion der Feuerfrequenz eines Tintenstrahlstifts mit ver­ schiedenen Monolagen auf der inneren Oberfläche der Öffnungsplatte.
Wie es in den Fig. 1 bis 2 gezeigt ist, weist die vorliegen­ de Erfindung eine Öffnungsplatte 10 für einen herkömmlichen Tintenstrahlstift auf. Die Öffnungsplatte 10 ist vorzugswei­ se eine Schicht aus Gold-plattiertem Nickel, die durch her­ kömmliche Elektro-Galvano-Formungstechniken aufgebaut ist. Es ist offensichtlich, daß neben Nickel weitere Metalle ver­ wendet werden können, um die Unterlagenschicht der Öffnungs­ platte zu bilden. Ferner können weitere Materialien, wie z. B. Palladium, Silber und Kupfer, verwendet werden, um die Unterlagenschicht zu plattieren. Die Platte weist ein Array von Öffnungen 12 auf, durch die Tintentropfen durch eine bekannte Ausschleudereinrichtung selektiv ausgeschleudert werden, wie es z. B. durch ein Ausschleudersystem vom thermi­ schen Typ vorgesehen ist. Die innere Plattenoberfläche 14 weist in etwa trichterförmige Abschnitte 16 auf, die jede Öffnung definieren.
Eine Tinte 18 wird durch eine Kapillarkraft entlang der in­ neren Oberflächen 14 und 16 der Platte 10 in jede Öffnung 12 gezogen. Ein Teilvakuum oder Rückdruck in dem Tintenstrahl­ stift hält die Tinte davon ab, vollständig durch die Öffnung 12 zu gelangen, wenn keine Ausschleuderkraft vorhanden ist. Immer wenn keine Tintentropfen durch die Öffnung abgefeuert werden, befindet sich die Tinte in der Öffnung, wobei ein Meniskus 20 genau innerhalb der äußeren Kante 22 der Öffnung ist.
Das Tropfenausschleudersystem (nicht gezeigt) ist jeder Öff­ nung 12 zugeordnet, um Tintentropfen selektiv durch die Öff­ nung auf ein Druckmedium, wie z. B. Papier, auszuschleudern. Die Öffnungen sind als im allgemeinen trichterförmig im Querschnitt gezeigt. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Öffnungen eine beliebige aus einer Vielzahl von Formen auf­ weisen können.
Die Oberfläche kann durch die zwei Extrema "benetzend" oder "nichtbenetzend" charakterisiert sein. Ferner existiert ebenfalls ein Bereich von Benetzungseigenschaften zwischen diesen Extrema. "Nichtbenetzend" bedeutet, daß die Oberflä­ chenenergie der Oberfläche viel kleiner als die der Flüssig­ keit (z. B. Tinte) ist, die sich in Kontakt mit der Oberflä­ che befindet. Eine Oberfläche wird als nichtbenetzend be­ trachtet, wenn der Kontaktwinkel zwischen der Tinte und der Oberfläche groß ist, wobei derselbe in diesem Fall etwa 70° oder größer ist. Die Tinte tendiert dazu, auf nichtbenetzen­ den Oberflächen abzuperlen. Eine benetzende Oberfläche (be­ züglich der Tinte) weist einen Kontaktwinkel auf, der viel kleiner als 70° ist oder spezieller gesagt etwa 20° oder weniger beträgt. Tinte tendiert dazu, sich über benetzende Oberflächen auszubreiten. Es sollte jedoch offensichtlich sein, daß ein breiter Bereich von Benetzungsbedingungen durch die Verwendung der Behandlung mit Monolagen erreicht werden kann.
Die äußere Oberfläche 24 der Öffnungsplatte 10 weist selbst­ aufgebaute Monolagen (wie unten erörtert) auf derselben zum Beeinflussen der Benetzungscharakteristika derselben bezüg­ lich der Tinte auf. Die Monolagen können aus verschiedenen Behandlungen oder Zusammensetzungen, wie z. B. Thioalkoholen, Disulfiden oder Sulfinaten, oder Polymeren die Thioalkohol-, Disulfid- oder Sulfinat-Gruppen aufweisen, zusammengesetzt sein.
Vorzugsweise ist die gesamte Oberfläche der Öffnungsplatte (ein ringförmiger Bereich 26 und ein umgebender Bereich 30) nichtbenetzend gemacht. Die Öffnungsplatte kann beispiels­ weise in eine Ethanollösung eingetaucht oder mit derselben besprüht werden, welche 1 bis 10 mM der speziellen Thioalko­ hol-Verbindung enthält, die ausgewählt ist, um die Monolage zu bilden. Unter dieser Bedingung wird jede Resttinte auf der Oberfläche dazu tendieren, abzuperlen und dieselbe kann ohne weiteres mit einem Wischer, einem Vakuum oder unter Verwendung beliebiger anderer Wartungstechniken entfernt werden. Ferner ist der Wischer (nicht gezeigt) vorzugsweise bezüglich der Resttinte benetzend gemacht, derart, daß die Tinte schnell von der Öffnungsplatte auf den Wischer über­ geht.
Alternativ ist der ringförmige Bereich 26 oder der Ab­ schnitt, der jede Öffnung 12 der Öffnungsplatte 10 umgibt, bezüglich der Tinte nichtbenetzend gemacht. Daher perlt jede Resttinte auf diesem Bereich von der Kante 22 der Öffnung weg 28, um das darauffolgende Ausschleudern von Tintentrop­ fen nicht zu stören. Ferner wird die Verschmutzung der Ober­ fläche mit Papierfasern oder weiteren Substanzen minimiert, wodurch ein verbessertes Ausschleudern von Tintentropfen er­ möglicht wird.
Der restliche Bereich der Platte 30 (oder der Abschnitt, der die ringförmigen Bereiche umgibt, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt ist) ist in diesem Fall bezüglich der Tinte benetzend gemacht. Auf diese Art und Weise fließt jede Resttinte, die mit diesem benetzenden Bereich in Kon­ takt kommt, von den Öffnungen 12 weg und schließlich von der Platte (oder sie kann von der Platte unter Verwendung eines Wischers gewischt werden).
Verschiedene Techniken können verwendet werden, um die ge­ wünschte Monolage auf die ausgewählten Bereiche der Öff­ nungsplatte 10 aufzubringen. Die Öffnungsplatte kann bei­ spielsweise in eine Lösung, die die Monolage enthält, einge­ taucht werden. Die chemische Bindung der Monolage mit der Gold-plattierten Oberfläche geschieht schnell. Alternativ kann die Lösung, die die Monolage enthält, auf die geeignete Seite der Platte gespritzt werden, wenn verschiedene Monola­ gen auf jeder Seite der Öffnungsplatte aufgebracht oder nur eine Seite behandelt werden soll. Ferner kann die Monolage unter Verwendung eines Stempels oder Kissens, welche mit der Lösung vollgesaugt sind, auf die Platte aufgebracht werden. Auf jeden Fall kann die Aufbringung der Monolage-Verbindun­ gen gemäß der vorliegenden Erfindung schnell erreicht wer­ den, wobei dieselbe verglichen zu anderen bekannten Methoden des Veränderns der Benetzungscharakteristika der Oberflächen kostengünstig ist.
Insbesondere wird zuerst durch bekannte Techniken eine Pho­ toresist-Maske auf den Bereich 26, der nichtbenetzend ge­ macht werden soll, aufgebracht, um die äußere Oberfläche 24 der Öffnungsplatte 10 mit Monolagen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, zu behandeln. Daraufhin wird eine benetzende Monolage unter Verwendung einer vorher erörterten Technik auf die äußere Oberfläche der Platte aufgebracht. Das Photoresist wird dann von der Platte entfernt. Die Platte wird dann mit einer nichtbenetzenden Monolage durch entweder Eintauchen derselben in oder Bespritzen derselben mit einer Lösung, die eine nichtbenetzende Monolage enthält, behandelt. Somit wird die Platte in den ringförmigen Regionen 26, die die Öffnun­ gen umgeben, eine nichtbenetzende Monolage und in dem ver­ bleibenden Bereich 30 eine benetzende Monolage aufweisen. Es ist offensichtlich, daß weitere Verfahren verwendet werden können, um die benetzenden und nichtbenetzenden Monolagen auf die ausgewählten Bereiche der Öffnungsplatte aufzubrin­ gen.
Wie es in Tabelle 1 nachfolgend gezeigt ist, kann ein brei­ ter Bereich der Benetzbarkeit der Öffnungsplatte 10 abhängig von den speziellen für die Monolagen verwendeten Verbindun­ gen erreicht werden. Es wurde allgemein herausgefunden, daß die Größenordnung des Kontaktwinkels der Tinte (oder des Wassers) zu der Öffnungsplatte mit dem chemischen Aufbau der Monolagenverbindung konsistent ist. Diese Tabelle zeigt die Benetzungscharakteristika von Gold-plattierten Öffnungsplat­ ten, die mit einer Reihe von Thioalkoholen mit verschiedenen Endfunktionsgruppen behandelt sind (die Benetzungscharakte­ ristika wurden mittels des Messens der Kontaktwinkel von Wasser und Tinte zu den behandelten Öffnungsplatten be­ stimmt).
Tabelle 1
Allgemein sind die Verbindungen, die unpolare Endgruppen (oder die Verbindungen 1 bis 3) enthalten, nichtbenetzend, während die Verbindungen, die die polareren Gruppen enthal­ ten (oder die Verbindungen 4 bis 9) benetzend sind (wobei die Verbindung 9 die am meisten benetzende Gruppe ist). Die obige Tabelle stellt ferner dar, daß Verbindungen mit einer Spanne von atomaren Kettenlängen verwendet werden können, um Öffnungsplatten in dieser Hinsicht zu behandeln. Die atomare Kettenzahl ist die Anzahl der Atome von dem Schwefelatom bis zu der Endfunktionsgruppe des Moleküls. Die Kettenlänge für die gezeigten Beispiele variiert von 3 bis zu 22 Atomen. Längere Kettenlängen könnten ebenfalls verwendet werden, ge­ nauso wie größere Moleküle, einschließlich Polymeren mit Thioalkoholgruppen, um eine chemische Verbindung an die Goldoberfläche der Platte herzustellen.
Chemische Verbindungen, welche als selbstaufgebaute Mono­ lagen wirksam sind, sind nicht auf die hierin gelieferten Beispiele begrenzt. Ein Thioalkohol, ein Disulfid oder ein Sulfinat, welches weder polar noch unpolar ist, oder ein Po­ lymer mit einer Thioalkohol-, Disulfid- oder Sulfinat-Gruppe könnten verwendet werden. Geeignete unpolare Verbindungen können aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder ein Fluorwasserstoff sein (wie z. B. die Verbindungen 1 bis 3 von Tabelle 1). Geeignete polare Verbindungen können entwe­ der eine aliphatische oder aromatische Verbindung sein, die fast jede der Funktionsgruppen, die für organische Verbin­ dungen bekannt sind, enthält. Diese Funktionsgruppen können Sauerstoff als Karbonsäuren (die Verbindung 7 aus Tabelle 1), Ester (die Verbindung 6 aus Tabelle 1), Alkohole (die Verbindungen 5 und 8 aus Tabelle 1) oder Ether (die Verbin­ dung 4 aus Tabelle 1) enthalten. Alternativ können die Funk­ tionsgruppen Schwefel als Sulfosäuren oder die Salze dersel­ ben (die Verbindung 9 aus Tabelle 1) oder Ester oder Sulfate oder die Ester derselben enthalten. Die Funktionsgruppen können Stickstoff (wie z. B. die Verbindungen 6 und 7 aus Ta­ belle 1) oder Phosphor enthalten. Schließlich können die Verbindungen entweder ionisch (die Verbindung 9 aus der Ta­ belle 1) oder nichtionisch (die Verbindungen 1 bis 8 aus Ta­ belle 1) sein. Für die oben aufgelisteten Verbindungstypen bindet sich das Schwefelatom (gegenüber oder von der End­ funktionsgruppe entfernt) kovalent an Gold, wenn es in Kon­ takt mit der Gold-plattierten Öffnung kommt. Die Endfunk­ tionsgruppe ist daher von der Oberfläche weg ausgerichtet und beeinträchtigt daher die Benetzungscharakteristika der Oberfläche. Es sollte somit offensichtlich sein, daß sich die Moleküle der Monolagenverbindung auf eine hoch geordne­ te, dicht gepackte Monolagenart ausrichten, wenn sie mit ei­ ner Goldoberfläche in Kontakt gebracht werden, wobei sich die Endfunktionsgruppen von der Oberfläche weg, an die sich die Moleküle binden, erstrecken.
Demgemäß kann die Oberfläche der Öffnungsplatte benetzend, nichtbenetzend oder in einer Benetzungscharakteristik zwi­ schen denselben durch Auswählen der geeigneten Monolagen ge­ mäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Es sollte offensichtlich sein, daß die Fähigkeit, eine gegebene Be­ netzbarkeit innerhalb eines Bereichs auszuwählen, beim Auf­ bau eines Tintenstrahlstifts vorteilhaft ist.
Es ist ferner möglich, eine gewünschte Benetzbarkeit durch Kombinieren von Monolagenverbindungen zu erreichen. Wenn beispielsweise eine Mischung einer polaren Verbindung, wie z. B. 11-Mercapto-1-Undekanol, und einer unpolaren Verbin­ dung, wie z. B. 1-Hexadecan-Thioalkohol, verwendet wird, wird die resultierende Monolage einen Kontaktwinkel zwischen dem der polaren Verbindung (39°) und dem der unpolaren Verbin­ dung (101°) aufweisen. In diesem Beispiel wird der Kontakt­ winkel daher kleiner als 100° sein, wenn das Verhältnis be­ züglich der unpolaren Verbindung groß ist. Wenn das Verhält­ nis bezüglich der unpolaren Verbindung klein ist, wird der Kontaktwinkel niedrig sein, wobei derselbe jedoch größer als 39° sein wird. Zusammengefaßt wird das Verhältnis der ver­ wendeten Verbindungen den Kontaktwinkel bestimmen. Es sollte offensichtlich sein, daß eine Benetzungscharakteristik (oder ein Kontaktwinkel) zwischen den zwei Verbindungen durch Ver­ wenden einer Mischung der zwei Verbindungen erreicht werden kann. Dies ist vorteilhaft, da ein breiter Bereich von Be­ netzungscharakteristika erreicht werden kann, ohne eine große Anzahl von Verbindungen verwenden zu müssen, um ähnli­ che Resultate zu erreichen.
Bezüglich eines weiteren wichtigen Aspekts der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, daß das Schaffen einer selbstaufgebauten Monolage auf der inneren Oberfläche 14 der Öffnungsplatte 10 eine bessere Steuerung der Feuerfrequenz des Stifts oder des "Feinabstimmens" des Stifts ermöglicht. Insbesondere besitzt die Verwendung einer selbstaufgebauten Monolage auf der inneren Oberfläche (oder auf der Seite der Feuerkammer 14) der Öffnungsplatte eine bedeutsame Wirkung auf den Frequenzgang des Stifts und auf die Rate, mit der sich die Feuerkammer wieder auffüllt, nachdem ein Tinten­ tropfen ausgeschleudert ist. Daher kann die Frequenz, mit der ein Tintenstrahlstift feuern oder Tinte ausschleudern kann, in Abhängigkeit von der verwendeten Monolagenverbin­ dung variiert oder "feinabgestimmt" werden. Ferner ermög­ licht in dieser Hinsicht die Verwendung derartiger Monolagen auf der inneren Oberfläche, daß ein konstantes oder Dauerzu­ stands-Tintentropfengewicht bei einer speziellen Frequenzra­ te erreicht werden kann. Somit schafft die vorliegende Er­ findung eine bedeutsame Flexibilität bei dem Konstruieren von Tintenstrahlstiften.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Wert der maximalen Fre­ quenz, bei der das konstante oder Dauerzustands-Tintentrop­ fengewicht beobachtet wird (für einen Stift mit einer spe­ ziellen selbstaufgebauten Monolage auf seiner inneren Ober­ fläche) mit F2ss bezeichnet. Das Dauerzustands-Tintentrop­ fengewicht ist das konstante Tropfengewicht, das bei einer niedrigen Frequenz beobachtet wird. F2ss wird durch Extrapo­ lation der bei niedrigen Frequenzen (Dauerzustand) erhalte­ nen Tropfengewichte zu dem Punkt erhalten, an dem der extra­ polierte Wert die Kurve an dem abnehmenden Abschnitt der Kurve bei höheren Frequenzen schneidet. Fig. 3 stellt dies dar und der Graph wird erhalten, indem die Frequenz erhöht wird, mit der der Stift abgefeuert wird, während das Gewicht der herausgeschleuderten Tropfen gemessen wird. Fig. 3 zeigt den Frequenzgang für zwei unterschiedliche Monolagen, eine benetzende Verbindung HS(CH₂)₁₁OH, und eine nichtbenetzende Verbindung HS(CH₂)₁₅CH₃. Der Frequenzgang für einige der in Tabelle 1 aufgelisteten Verbindungen ist nachfolgend in Ta­ belle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Demgemäß kann ein spezieller Frequenzgang durch Variieren der Monolage erreicht werden, um den Stift feinabzustimmen, um die speziellen Anforderungen des Tintenstrahldruckers oder Spezifikationen des Druckauftrags zu erfüllen.
Ein zusätzlicher und wichtiger Gesichtspunkt besteht darin, daß die vorliegende Erfindung auf die Behandlung der Öff­ nungsplatte 10 mit selbstaufgebauten Monolagen (wie es vor­ her identifiziert wurde) ausgerichtet ist, um eine Ver­ schlechterung der Gold-plattierten Oberflächen zu verhin­ dern. Unter bestimmten Bedingungen kann eine Verschlechte­ rung oder Korrosion jeder Gold-plattierten Oberfläche auf­ treten. Das Behandeln oder Schaffen einer selbstaufgebauten Monolage auf die Gold-plattierte Öffnungsplatte verhindert offenbar diesen Korrosionsprozeß. Um die Wirksamkeit der selbstaufgebauten Monolagen beim Verhindern von Korrosion in dieser Hinsicht darzustellen, wurden Öffnungsschichten (eine Schicht weist über 20° einzelne Öffnungsplatten auf), die mit selbstaufgebauten Monolagen behandelt wurden, in ge­ schlossenen Behältern in eine korrosive Tinte eingetaucht, welche in einem Ofen bei 70° Celsius zehn Tage lang plaziert waren. Zwei verschiedene Schichten wurden mit L-Cystein (ei­ ne benetzende Verbindung, d. h. die Verbindung 7 aus der Ta­ belle 1) behandelt, während zwei Schichten mit 1-Hexadecan- Thioalkohol (eine nichtbenetzende Verbindung, d. h. die Ver­ bindung 2 aus Tabelle 1) behandelt wurden und zwei Schichten nicht behandelt wurden. Die Anzahl der Korrosionsfehler bei diesen Öffnungsschichten wurden festgestellt, nachdem die Tests durchgeführt waren, und dieselben sind in der folgen­ den Tabelle gezeigt.
Tabelle 3
Aus diesen Ergebnissen ist es offensichtlich, daß eine Be­ handlung mit entweder einer benetzenden oder einer unbenetz­ enden Monolage eine bedeutsame Wirkung auf das Verhindern der Korrosion aufweist. Als Ergebnis wird die Lebensdauer eines Tintenstrahlstifts mit Monolagen auf den Oberflächen der Öffnungsplatte im Vergleich zu ähnlichen Stiften, welche keine derartigen Monolagen aufweisen, bedeutsam verlängert.
Zusätzlich verhindert das Behandeln von Öffnungsplatten mit selbstaufgebauten Monolagen, wie oben beschrieben, die Ver­ schmutzung der Gold-plattierten Oberflächen. Es ist bekannt, daß Gold eine natürliche Neigung zum Adsorbieren organischer Verbindungen aufweist. Es wurde gezeigt, daß diese Neigung die Oberflächen der Öffnungsplatten beeinflußt, indem die­ selbe eine ungleichmäßige Oberfläche für die Tinte schafft, was es beobachtet wird, wenn eine unbehandelte Öffnungsplat­ te in Tinte getaucht wird. Gemäß dem Zufallsprinzip ist ein Teil der Oberfläche benetzend und ein Teil der Oberfläche nichtbenetzend. Andererseits wurde gezeigt, daß Öffnungs­ platten, die mit Monolagen wie oben erörtert behandelt wor­ den sind, eine gleichmäßige Oberfläche für die Tinte schaf­ fen. Dies wird durch eine gleichmäßig benetzte oder nichtbe­ netzte Oberfläche beobachtet, wenn eine Öffnungsplatte ent­ weder mit einer benetzenden bzw. mit einer nichtbenetzenden Monolage behandelt ist und in die Tinte eingetaucht wird. Es ergibt sich, daß eine gleichmäßigere Oberfläche durch Ver­ hindern der Adsorption von Verschmutzungen auf der Gold­ plattierten Oberfläche geschaffen ist. Somit werden die Kräfte, die mit dem Tintenherausschleudern einhergehen, gleichmäßiger gemacht, wodurch eine Gleichmäßigkeit des Tin­ tentropfengewichts und der Feuerfrequenz und daher ein bes­ seres Stiftverhalten und eine bessere Druckqualität ermög­ licht werden.

Claims (10)

1. Öffnungsplatte (10) für einen Tintenstrahlstift mit folgenden Merkmalen:
einer inneren Oberfläche (14) und einer äußeren Ober­ fläche (16) und einer Öffnung, die sich durch die Plat­ te zwischen der inneren und äußeren Oberfläche er­ streckt, und
wobei die äußere Oberfläche eine selbstaufgebaute Mono­ lage auf derselben aufweist.
2. Öffnungsplatte (10) gemäß Anspruch 1, bei der die äuße­ re Oberfläche (16) einen ersten Abschnitt (26), der die Öffnung (12) umgibt, und eine zweiten Abschnitt (30), der den ersten Abschnitt umgibt, aufweist, wobei der erste Abschnitt eine selbstaufgebaute Monolage auf dem­ selben aufweist, welche den ersten Abschnitt bezüglich der Tinte nichtbenetzend macht, während der zweite Ab­ schnitt eine selbstaufgebaute Monolage auf demselben aufweist, welche den zweiten Abschnitt bezüglich der Tinte benetzend macht.
3. Öffnungsplatte (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die innere Oberfläche (14) eine selbstaufgebaute Mono­ lage auf derselben aufweist.
4. Öffnungsplatte (10) für einen Tintenstrahlstift mit folgenden Merkmalen:
einer inneren Oberfläche (14) und einer äußeren Ober­ fläche (16) und einer Öffnung (12), die sich durch die Platte zwischen der inneren und äußeren Oberfläche er­ streckt, und
wobei die innere Oberfläche eine selbstaufgebaute Mono­ lage auf derselben aufweist.
5. Öffnungsplatte (10) für einen Tintenstrahlstift mit folgenden Merkmalen:
einer inneren Oberfläche (14) und einer äußeren Ober­ fläche (16) und einer Öffnung (12), die sich durch die Platte zwischen der inneren und äußeren Oberfläche er­ streckt, und
wobei die äußere Oberfläche eine selbstaufgebaute Mono­ lage auf derselben aufweist, wobei die selbstaufgebaute Monolage aus einer Verbindung gebildet ist, die einen Thioalkohol mit der Struktur HS(CH₂)n-X aufweist, wobei n gleich einer ganzen Zahl und X eine Endfunktionsgrup­ pe ist, welche die Benetzbarkeit der äußeren Oberfläche bezüglich der Tinte bestimmt.
6. Öffnungsplatte (10) gemäß Anspruch 5, bei der die in­ nere Oberfläche (14) eine selbstaufgebaute Monolage auf derselben aufweist, wobei die selbstaufgebaute Monolage aus einer Verbindung gebildet ist, die einen Thioalko­ hol mit der Struktur HS(CH₂)n-X aufweist, wobei n gleich einer ganzen Zahl und X eine Endfunktionsgruppe ist, welche die Benetzbarkeit der inneren Oberfläche bezüglich der Tinte bestimmt.
7. Öffnungsplatte (10) für einen Tintenstrahlstift mit folgenden Merkmalen:
einer inneren Oberfläche (14) und einer äußeren Ober­ fläche (16) und einer Öffnung (12), die sich durch die Platte zwischen der inneren und äußeren Oberfläche er­ streckt, und
wobei die innere Oberfläche eine selbstaufgebaute Mono­ lage auf derselben aufweist, wobei die selbstaufgebaute Monolage aus einer Verbindung gebildet ist, die einen Thioalkohol mit der Struktur HS(CH₂)n-X aufweist, wobei n gleich einer ganzen Zahl und X eine Endfunktionsgrup­ pe ist, welche die Benetzbarkeit der inneren Oberfläche bezüglich der Tinte bestimmt.
8. Öffnungsplatte (10) für einen Tintenstrahlstift mit folgenden Merkmalen:
einer inneren Oberfläche (14) und einer äußeren Ober­ fläche (16) und einer Öffnung (12), die sich durch die Platte zwischen der inneren und äußeren Oberfläche er­ streckt, und
wobei die äußere Oberfläche eine selbstaufgebaute Mono­ lage auf derselben aufweist, die aus einer Verbindung gebildet ist, die aus der Gruppe gewählt ist, welche einen Thioalkohol, ein Disulfid, ein Sulfinat, oder ein Polymer mit einer Thioalkohol-, Disulfid- oder Sulfi­ nat-Gruppe aufweist.
9. Öffnungsplatte (10) gemäß Anspruch 8, bei der die inne­ re Oberfläche (14) eine selbstaufgebaute Monolage auf derselben aufweist, die aus einer Verbindung gebildet ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die einen Thio­ alkohol, ein Disulfid, ein Sulfinat, oder ein Polymer mit einer Thioalkohol-, einer Disulfid- oder einer Sul­ finat-Gruppe aufweist.
10. Öffnungsplatte (10) für einen Tintenstrahlstift mit folgenden Merkmalen:
einer inneren Oberfläche (14) und einer äußeren Ober­ fläche (16) und einer Öffnung (12), die sich durch die Platte zwischen der inneren und äußeren Oberfläche er­ streckt, und
wobei die innere Oberfläche eine selbstaufgebaute Mono­ lage auf derselben aufweist, die aus einer Verbindung gebildet ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die einen Thioalkohol, ein Disulfid, ein Sulfinat oder ein Polymer mit einer Thioalkohol-, Disulfid- oder Sulfi­ nat-Gruppe aufweist.
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