EP0361034A2 - Ink writing head - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an ink writing head with a head part having ink ejection channels, which is cast with a rubber-elastic casting compound in an outer holder and the surface of which is provided on the side of the outlet openings of the ink ejection channels with a firmly adhering, water-repellent silanizing layer.
- ink writing devices In the case of ink writing devices, individual droplets are ejected from the outlet openings of an ink writing head under the action of individually controllable drive elements. Tubes made of piezoceramic, for example, which capture the ink channels in a cylindrical manner can be used as drive elements. An example of this is described in DE-A-35 00 820. In the so-called bubble jet ink heads, heating elements are used as drive elements, which heat up the liquid in the ink channel and cause the ejection by the formation of bubbles. An example of this is described in DE-A-29 43 164.
- the surfaces of the head parts When using aqueous inks, it is also already known to make the surfaces of the head parts on the side of the ink outlet openings water-repellent. Hydrophobization is achieved by silanizing the surfaces are, that is, by treating the head parts, which are preferably made of glass, quartz, oxide ceramics or silicon, with a silylating agent such as trimethylchlorosilane or hexamethyldisilazane, chemical anchoring of trimethylsiloxyl groups on the front surfaces.
- a silylating agent such as trimethylchlorosilane or hexamethyldisilazane
- the front surfaces are covered with a monomolecular, water-repellent layer.
- the chemical anchoring takes place via Si-O-Si or, in the case of aluminum oxide ceramics, via Si-O-Al links. Such bonds are not completely stable to hydrolysis, i.e. the water-repellent effect diminishes over time with permanent exposure to aqueous inks.
- the invention has for its object to provide a hydrolysis-stable and permanently hydrophobic surface on ink outlet heads on the side of the outlet openings of the ink ejection channels.
- the invention is based on the knowledge that the silicone oil added to the potting compound and thereby stored in the potting compound later diffuses slowly out of the potting compound during operation of the ink writing head and spreads selectively on the silanized surface of the head part by creeping. Silicone oil completely wets silanized surfaces. It strengthens the hydrophobic effect of the stuck monomolecular siloxyl layer, protects it from hydrolysis and is supplied from the inside of the sealing compound when it has been removed mechanically or by cavitation during writing operation.
- Potting compounds within the meaning of the invention are intended to include all rubber-elastic and processable compounds are understood, to which silicone oil can be added before processing and which after crosslinking still contain the silicone oil in such a form that it can slowly diffuse out.
- silicone oils are to be understood in particular as all linear-polymer and cyclic-polymeric dimethylsiloxanes and also polymethylphenylsiloxanes. These silicone oils usually represent clear, colorless, neutral, odorless, hydrophobic liquids, the hydrophobizing property for the action of the measures according to the invention being particularly emphasized.
- a proportion of at least three percent by weight should expediently be added to the potting compound.
- a proportion of at most 50 percent by weight is added to the potting compound.
- a proportion between 15 and 25 percent by weight of silicone oil can be mentioned as the optimal range.
- the drawing shows in a section the parts of an ink writing head necessary for understanding the invention.
- it is a headboard made using planar technology know, with an ink supply channel 2, an adjoining narrower ink ejection channel 3 and its outlet opening 4.
- the head part 1 actually has a plurality of the channels mentioned, the number of ink outlet openings 4 can be specified, for example, with 40.
- Suitable materials for the head part 1 are, for example, glass, quartz and silicon.
- the head part 1 which is designed, for example, as a bubble jet write head, is cast into an outer holder 6, which consists, for example, of a solid plastic, after the electrical leads have been soldered for fastening to a carriage (not shown in the drawing).
- silicone oil is added to this potting compound 7 before processing and finely distributed by mixing.
- This silicone oil then later diffuses slowly from the sealing compound 7 during operation of the ink writing head and spreads out by creeping, the silanization layer 5 being completely wetted.
- the resulting silicone oil layer 8 as a result of this wetting reinforces the hydrophobizing effect of the underlying monomolecular siloxyl layer, at the same time protects it from hydrolysis and is replenished from the inside of the sealing compound 7 if the silicone oil layer 8 has been removed mechanically or by cavitation during writing operation. Even with permanent exposure to aqueous inks, the water-repellent effect can be achieved Maintain security.
- a silicone rubber with the designation Wacker-Silicon RTV 1 from Wacker Chemie GmbH, 8000 Kunststoff, DE was used as casting compound 7, to which a proportion of 20% by weight silicone oil with the designation Wacker-Silicon Oil AK 350 from the same manufacturer was added before processing. By adding 20 percent by weight of this silicone oil to the Wacker silicone HTV R 100 from the manufacturer mentioned, comparable good results could be achieved.
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Abstract
Der Tintenausstoßkanäle (3) aufweisende Kopfteil (1) des Tintenschreibkopfes ist mit einer kautschukelastischen Vergußmasse (7) in eine äußere Halterung (6) eingegossen. Auf der Seite der Austrittsöffnungen (4) der Tintenausstoßkanäle (3) befindet sich eine Silanisierungsschicht (5), deren hydrophobierende Wirkung durch vor dem Vergießen der Vergußmasse (7) zugesetztes Silikonöl verstärkt wird, da das später aus der Vergußmasse (7) langsam ausdiffundierende Silikonöl sich durch Kriechen ausbreitet und auf der Silanisierungsschicht (5) eine Silikonölschicht bildet. Die Silikonölschicht (8), die ständig aus dem Innern der Vergußmasse (7) ergänzt wird, schützt auch gleichzeitig die Silanisierungsschicht (5) vor Hydrolyse. Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind für sämtliche Tintenschreibköpfe die mit wäßriger Tinte arbeiten geeignet. 
Description
Die Erfindung betrifft einen Tintenschreibkopf mit einem Tintenausstoßkanäle aufweisenden Kopfteil, der mit einer kautschukelastischen Vergußmasse in eine äußere Halterung eingegossen ist und dessen Oberfläche auf der Seite der Austrittsöffnungen der Tintenausstoßkanäle mit einer festhaftenden, wasserabstoßenden Silanisierungsschicht versehen ist.The invention relates to an ink writing head with a head part having ink ejection channels, which is cast with a rubber-elastic casting compound in an outer holder and the surface of which is provided on the side of the outlet openings of the ink ejection channels with a firmly adhering, water-repellent silanizing layer.
Bei Tintenschreibeinrichtungen erfolgt der Ausstoß von Einzeltröpfchen aus den Austrittsöffnungen eines Tintenschreibkopfes unter der Einwirkung von individuell ansteuerbaren Antriebselementen. Als Antriebselemente können beispielsweise aus Piezokeramik bestehende Röhrchen verwendet werden, welche die Tintenkanäle zylindrisch erfassen. Ein Beispiel dafür ist in der DE-A-35 00 820 beschrieben. Bei den sogenannten Bubble-Jet-Tintenschreibköpfen werden als Antriebselemente Heizelemente verwendet, die die Flüssigkeit im Tintenkanal aufheizen und durch die Bildung von Bläschen den Ausstoß bewirken. Ein Beispiel dafür ist in der DE-A-29 43 164 beschrieben.In the case of ink writing devices, individual droplets are ejected from the outlet openings of an ink writing head under the action of individually controllable drive elements. Tubes made of piezoceramic, for example, which capture the ink channels in a cylindrical manner can be used as drive elements. An example of this is described in DE-A-35 00 820. In the so-called bubble jet ink heads, heating elements are used as drive elements, which heat up the liquid in the ink channel and cause the ejection by the formation of bubbles. An example of this is described in DE-A-29 43 164.
Bei Schreibköpfen von Tintenschreibeinrichtungen kommt es darauf an, die aus den Tintenausstoßkanälen ausgestoßenen Einzeltröpfchen von der Düsenfläche zu lösen. Dies wird beispielsweise dadurch erleichtert, daß die Oberfläche der Kopfteile auf der Seite der Austrittsöffnungen der Tintenausstoßkanäle für die Tinte nicht benetzbar gestaltet sind. Ein derartiges Vorgehen vermeidet außerdem, daß bei ruhiggestellter Schreibeinrichtung Tinte aus den Tintenausstoßkanälen ausfließt und der Tintenschreibkopf trielt.In the case of print heads of ink writing devices, it is important to detach the individual droplets ejected from the ink ejection channels from the nozzle surface. This is facilitated, for example, by the fact that the surface of the head parts on the side of the outlet openings of the ink ejection channels are designed to be non-wettable for the ink. Such a procedure also prevents ink from flowing out of the ink ejection channels when the writing device is at a standstill and the ink writing head tears.
Bei Verwendung wäßriger Tinten ist es auch bereits bekannt, die Oberflächen der Kopfteile auf der Seite der Tintenaustrittsöffnungen wasserabstoßend zu machen. Eine Hydrophobierung wird dabei dadurch erreicht, daß die Oberflächen silanisiert werden, d.h. daß durch Behandlung der vorzugsweise aus Glas, Quarz, Oxidkeramik oder auch Silizium bestehenden Kopfteile mit einem Silylierungsmittel wie Trimethylchlorsilan oder Hexamethyldisilazan auf den stirnseitigen Oberflächen Trimethylsiloxyl-Gruppen chemisch verankert werden.When using aqueous inks, it is also already known to make the surfaces of the head parts on the side of the ink outlet openings water-repellent. Hydrophobization is achieved by silanizing the surfaces are, that is, by treating the head parts, which are preferably made of glass, quartz, oxide ceramics or silicon, with a silylating agent such as trimethylchlorosilane or hexamethyldisilazane, chemical anchoring of trimethylsiloxyl groups on the front surfaces.
Die stirnseitigen Oberflächen werden dadurch mit einer monomolekularen, wasserabstoßenden Schicht überzogen. Die chemische Verankerung erfolgt über Si-O-Si-, bzw. bei Aluminiumoxidkeramik über Si-O-Al-Glieder. Solche Bindungen sind nicht vollständig hydrolysestabil, d.h. die wasserabstoßende Wirkung läßt bei dauernder Einwirkung wäßriger Tinten mit der Zeit nach.The front surfaces are covered with a monomolecular, water-repellent layer. The chemical anchoring takes place via Si-O-Si or, in the case of aluminum oxide ceramics, via Si-O-Al links. Such bonds are not completely stable to hydrolysis, i.e. the water-repellent effect diminishes over time with permanent exposure to aqueous inks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Tintenschreibköpfen auf der Seite der Austrittsöffnungen der Tintenausstoßkanäle eine hydrolysestabile und dauerhaft hydrophobe Oberfläche zu schaffen.The invention has for its object to provide a hydrolysis-stable and permanently hydrophobic surface on ink outlet heads on the side of the outlet openings of the ink ejection channels.
Diese Aufgabe wird bei einem Tintenschreibkopf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Vergußmasse als ein vor dem Vergießen zugesetzter Bestandteil Silikonöl gespeichert ist.This object is achieved according to the invention in the case of an ink writing head of the type mentioned at the outset in that silicone oil is stored in the casting compound as a constituent added before the casting.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das der Vergußmasse zugesetzte und dadurch in der Vergußmasse gespeicherte Silikonöl später beim Betrieb des Tintenschreibkopfes langsam aus der Vergußmasse ausdiffundiert und sich selektiv auf der silanisierten Oberfläche des Kopfteils durch Kriechen ausbreitet. Silikonöl benetzt silanisierte Oberflächen vollständig. Dabei verstärkt es die hydrophobierende Wirkung der festsitzenden monomolekularen Siloxylschicht, schützt diese gleichzeitig vor Hydrolyse und wird aus dem inneren der Vergußmasse nachgeliefert, wenn es mechanisch oder durch Kavitation beim Schreibbetrieb von der Oberfläche abgetragen worden ist.The invention is based on the knowledge that the silicone oil added to the potting compound and thereby stored in the potting compound later diffuses slowly out of the potting compound during operation of the ink writing head and spreads selectively on the silanized surface of the head part by creeping. Silicone oil completely wets silanized surfaces. It strengthens the hydrophobic effect of the stuck monomolecular siloxyl layer, protects it from hydrolysis and is supplied from the inside of the sealing compound when it has been removed mechanically or by cavitation during writing operation.
Unter Vergußmassen im Sinne der Erfindung sollen sämtliche kautschukelastischen und durch Gießen verarbeitbaren Massen verstanden werden, denen vor der Verarbeitung Silikonöl zugesetzt werden kann und die nach dem Vernetzen das Silikonöl noch in einer solchen Form enthalten, daß es langsam ausdiffundieren kann. Unter Silikonölen im Sinne der Erfindung sind insbesondere alle linearpolymeren und cyclisch polymeren Dimethylsiloxane sowie auch Polymethylphenylsiloxane zu verstehen. Diese Silikonöle stellen gewöhnlich klare, farblose, neutrale, geruchsfreie, hydrophobe Flüssigkeiten dar, wobei die hydrophobierende Eigenschaft für die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen besonders hervorzuheben ist.Potting compounds within the meaning of the invention are intended to include all rubber-elastic and processable compounds are understood, to which silicone oil can be added before processing and which after crosslinking still contain the silicone oil in such a form that it can slowly diffuse out. For the purposes of the invention, silicone oils are to be understood in particular as all linear-polymer and cyclic-polymeric dimethylsiloxanes and also polymethylphenylsiloxanes. These silicone oils usually represent clear, colorless, neutral, odorless, hydrophobic liquids, the hydrophobizing property for the action of the measures according to the invention being particularly emphasized.
Besonders gute Ergebnisse konnten durch die Verwendung einer Silikonkautschukmasse als Vergußmasse erzielt werden. Derartige Vergußmassen zeichnen sich durch einen hohen Vernetzungsgrad und hohe Elastizität aus. Dabei können grundsätzlich so wohl heiß- als auch kaltvulkanisierende, durch Gießen verarbeitbare Silikonkautschukmassen verwendet werden.Particularly good results could be achieved by using a silicone rubber compound as a potting compound. Potting compounds of this type are distinguished by a high degree of crosslinking and high elasticity. In principle, hot and cold vulcanizing silicone rubber materials that can be processed by casting can be used.
Weiterhin hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn in der Vergußmasse als ein vor dem Vergießen zugesetzter Bestandteil eine nichtflüchtige, flüssige Fraktion von Poly-Dimethylsiloxan gespeichert ist.Furthermore, it has proven to be particularly advantageous if a non-volatile, liquid fraction of poly-dimethylsiloxane is stored in the casting compound as a component added before the casting.
Im Hinblick auf das erwünschte Ausdiffundieren des Silikonöls aus der Vergußmasse sollte der Vergußmasse zweckmäßigerweise ein Anteil von mindestens drei Gewichtsprozent zugesetzt werden. Andererseits ist es im Hinblick auf die erwünschten Festigkeitseigenschaften der Vergußmasse zweckmäßig, wenn der Vergußmasse ein Anteil von höchstens 50 Gewichtsprozent zugesetzt wird. Als optimaler Bereich kann ein Anteil zwischen 15 und 25 Gewichtsprozent Silikonöl genannt werden.In view of the desired diffusion of the silicone oil from the potting compound, a proportion of at least three percent by weight should expediently be added to the potting compound. On the other hand, in view of the desired strength properties of the potting compound, it is expedient if a proportion of at most 50 percent by weight is added to the potting compound. A proportion between 15 and 25 percent by weight of silicone oil can be mentioned as the optimal range.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below.
Die Zeichnung zeigt in einem Schnitt die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile eines Tintenschreibkopfes. Es ist ein zum Beispiel in Planartechnik hergestellter Kopfteil zu er kennen, mit einem Tintenzuführungskanal 2, einem sich daran anschließenden engeren Tintenausstoßkanal 3 und dessen Austrittsöffnung 4. Abweichend von der vereinfachten Prinzipdarstellung weist der Kopfteil 1 in Wirklichkeit eine Vielzahl der genannten Kanäle auf, wobei die Anzahl der Tintenaustrittsöffnungen 4 beispielsweise mit 40 angegeben werden kann. Geeignete Materialien für den Kopfteil 1 sind beispielsweise Glas, Quarz und Silizium.The drawing shows in a section the parts of an ink writing head necessary for understanding the invention. For example, it is a headboard made using planar technology know, with an ink supply channel 2, an adjoining narrower ink ejection channel 3 and its outlet opening 4. Deviating from the simplified schematic diagram, the head part 1 actually has a plurality of the channels mentioned, the number of ink outlet openings 4 can be specified, for example, with 40. Suitable materials for the head part 1 are, for example, glass, quartz and silicon.
Auf der Seite der Austrittsöffnungen 4, d.h. auf der beim Betrieb dem Papier zugewandten Seite des Kopfteils 1 befindet sich eine festhaftende, wasserabstoßende Silanisierungsschicht 5, die durch Behandlung mit einem Silylierungsmittel erzeugt wurde. Als geeignetes Silylierungsmittel kann beispielsweise Trimethylchlorsilan genannt werden.On the side of the outlet openings 4, i.e. on the side of the head part 1 facing the paper during operation there is a firmly adhering, water-repellent silanization layer 5, which was produced by treatment with a silylating agent. Trimethylchlorosilane, for example, can be mentioned as a suitable silylating agent.
Der beispielsweise als Bubble-Jet-Schreibkopf ausgebildete Kopfteil 1 wird nach dem Verlöten der elektrischen Zuführungen zum Befestigen an einem in der Zeichnung nicht dargestellten Wagen in eine äußere Halterung 6 eingegossen, die beispielsweise aus einem festen Kunststoff besteht. Zum Vergießen wird eine flexibel bleibende Vergußmasse 7, vorzugsweise eine Silikonkautschukmasse verwendet.The head part 1, which is designed, for example, as a bubble jet write head, is cast into an outer holder 6, which consists, for example, of a solid plastic, after the electrical leads have been soldered for fastening to a carriage (not shown in the drawing). A flexible casting compound 7, preferably a silicone rubber compound, is used for casting.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Vergußmasse 7 vor der Verarbeitung ein bestimmter Anteil an Silikonöl zugesetzt und durch Vermischen fein verteilt. Dieses Silikonöl diffundiert dann später beim Betrieb des Tintenschreibkopfes langsam aus der Vergußmasse 7 aus und breitet sich durch Kriechen aus, wobei es zu einer vollständigen Benetzung der Silanisierungsschicht 5 kommt. Die als Folge dieser Benetzung entstehende Silikonölschicht 8 verstärkt die hydrophobierende Wirkung der darunterliegenden monomolekularen Siloxylschicht, schützt diese gleichzeitig vor Hydrolyse und wird aus dem Inneren der Vergußmasse 7 nachgeliefert, wenn es mechanisch oder durch Kavitation beim Schreibbetrieb zu einem Abtrag der Silikonölschicht 8 gekommen ist. Auch bei dauernder Einwirkung wäßriger Tinten läßt sich so die wasserabstoßende Wirkung mit Sicherheit aufrechterhalten.According to the present invention, a certain proportion of silicone oil is added to this potting compound 7 before processing and finely distributed by mixing. This silicone oil then later diffuses slowly from the sealing compound 7 during operation of the ink writing head and spreads out by creeping, the silanization layer 5 being completely wetted. The resulting
Als Vergußmasse 7 wurd ein Silikonkautschuk mit der Bezeichnung Wacker-Silikon RTV 1 der Wacker Chemie GmbH, 8000 München, DE verwendet, dem vor der Verarbeitung ein Anteil von 20 Gewichtsprozent Silikonöl mit der Bezeichnung Wacker-Silikonöl AK 350 des gleichen Herstellers zugesetzt wurde. Mit einer Zugabe von 20 Gewichtsprozent dieses Silikonöls zu dem Wacker-Silikon HTV R 100 des genannten Herstellers konnten vergleichbar gute Ergebnisse erzielt werden.A silicone rubber with the designation Wacker-Silicon RTV 1 from Wacker Chemie GmbH, 8000 Munich, DE was used as casting compound 7, to which a proportion of 20% by weight silicone oil with the designation Wacker-Silicon Oil AK 350 from the same manufacturer was added before processing. By adding 20 percent by weight of this silicone oil to the Wacker silicone HTV R 100 from the manufacturer mentioned, comparable good results could be achieved.
Claims (6)
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Vergußmasse (7) als ein vor dem Vergießen zugesetzter Bestandteil Silikonöl gespeichert ist.1. ink writing head with a head part having ink ejection channels, which is cast with a rubber-elastic casting compound in an outer holder and the surface of which is provided on the side of the outlet openings of the ink ejection channels with a firmly adhering, water-repellent silanizing layer,
characterized,
that silicone oil is stored in the potting compound (7) as a component added prior to potting.
gekennzeichnet durch
die Verwendung einer Silikonkautschukmasse als Vergußmasse (7).2. Ink writing head according to claim 1,
marked by
the use of a silicone rubber compound as a potting compound (7).
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Vergußmasse (7) als ein vor dem Vergießen zugesetzter Bestandteil eine nicht flüchtige, flüssige Fraktion von Poly-Dimethylsiloxan gespeichert ist.3. Ink writing head according to claim 1 or 2,
characterized,
that a non-volatile, liquid fraction of poly-dimethylsiloxane is stored in the potting compound (7) as a component added before the potting.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergußmasse (7) ein Anteil von mindestens drei Gewichtsprozent Silikonöl zugesetzt ist.4. Ink writing head according to one of the preceding claims,
characterized,
that a proportion of at least three percent by weight silicone oil is added to the potting compound (7).
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergußmasse (7) ein Anteil von höchstens 50 Gewichtsprozent Silikonöl zugesetzt ist.5. Ink writing head according to one of the preceding claims,
characterized,
that a maximum of 50 percent by weight silicone oil is added to the potting compound (7).
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergußmasse (7) ein Anteil zwischen 15 und 25 Gewichtsprozent Silikonöl zugesetzt ist.6. Ink writing head according to one of the preceding claims,
characterized,
that a proportion between 15 and 25 percent by weight silicone oil is added to the potting compound (7).
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