CN100588692C - 墨水组合物、墨盒和包括墨盒的喷墨记录装置 - Google Patents

Abstract

喷墨打印机用的墨水组合物，其包括铈盐化合物、着色剂和水；包括该墨水组合物的墨盒；包括该墨盒的喷墨记录装置。在该墨水组合物中，铈盐通过在热敏型喷墨记录头中的放热装置表面上形成膜，可在长时间内抑制结垢的出现和适当地喷射墨滴。

Description

墨水组合物、墨盒和包括墨盒的喷墨记录装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年5月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2005-0041767的权益，在此将其引入，作为参考。

技术领域

本发明的总发明构思涉及墨水(ink)组合物、墨盒(ink cartridge)和包括该墨盒的喷墨记录装置；更具体地，本发明涉及喷墨记录用的墨水组合物，以及墨盒和包括该墨盒的喷墨记录装置，所述墨水组合物能抑制结垢(kogation)的出现，而结垢的出现是热敏型喷墨打印机(thermal type inkjetprinter)中存在的问题。

背景技术

在喷墨打印中，通过从喷墨打印机的记录头中的喷嘴喷出墨滴至记录介质(例如纸张)，形成称为“圆点(dot)”的点，从而记录字符和图像。在喷墨打印中使用的墨水组合物是如下制备的：将含水染料或颜料溶解或分散在如水等溶剂中。

喷墨打印机可分成压电型打印机和热敏型打印机，压电型打印机利用压电装置喷射墨水，热敏型打印机利用放热设备喷射墨水。

根据热敏型打印方法，喷墨打印机记录头的墨水容器中含有的墨水被放热设备局部加热，形成泡沫，并且通过喷嘴等小孔将墨水容器中的墨滴喷射至记录介质上。因此，热敏型打印机具有喷墨记录头，所述喷墨记录头包括位于墨水容器内对墨水进行加热的放热设备和驱动放热设备的驱动电路(例如，逻辑集成电路)。

此外，放热设备如下制备：在基底上形成电阻材料(例如钽、钽铝和氮化钛)层，在其上形成铝电极，然后在其上形成钝化层(氮化硅膜)。通常，直径为10-40μm的喷嘴必须不能被墨水阻塞，在重复喷射过程中放热设备的表面必须不能被破坏，并且墨水笔的性能必须不能被劣化。

目前，广泛使用钽，钽是硬质的，耐物理破坏性强，并且具有优异的化学耐性。尽管钽具有这些性质，但是数亿次至数百亿次重复喷射后，钝化层可能受到腐蚀。当在热敏性喷墨打印机中使用喷墨记录用的常规墨水时，杂质(例如，合成染料时混入的金属离子)或外来物质(例如，染料的热降解产物)由于利用喷墨打印机的原因而沉积在放热设备的表面上。这种现象称为“结垢”。当结垢出现时，墨水的局部加热变得不充分，因此抑制了起泡，喷墨速度因此降低，从而影响墨滴的喷射。

除了结垢问题之外，放热设备的钝化层可能因气蚀(cavitation)而被破坏。这种破坏在电阻材料层的表面上形成细孔，由此缩短了电阻材料层的寿命。由于真空中，高温时和/或化学反应中的墨水的氧化作用，数亿次喷射可能腐蚀钝化层。钝化层的腐蚀可能破坏电绝缘层，因此使对电阻材料提供电流的电路短路，或者可能降低电阻材料的导热性，因此劣化喷射速度的稳定性。

将喷嘴喷射速度或喷嘴间的喷射速度的变化最小化对在纸基底上正确放置点是重要的。点位置的错误会劣化图像质量。点位置的错误随着墨滴体积的减小而变得更明显。

喷墨打印机的市场要求具有更高分辨率的小液滴和具有更长寿命的打印头。具有更长寿命的打印头降低了成本和库存控制需要。然而，当墨滴小时，打印机进行更多次墨水喷射，因此可能恶化对钝化层的破坏。通过增加钝化层的厚度来降低损害要求更多的喷射能量，这对喷墨打印机来说不是所需的。

建议用于防止结垢的技术之一是从染料中除去杂质，例如合成染料时混入的金属离子。然而，墨水中染料的热降解是不可避免的。因此，尽管金属离子等杂质可通过纯化墨水而除去，但是染料的降解产物沉积在放热设备是不可避免的。因此，这些建议的技术不能完全防止结垢，其它已知的方法在效果上也具有局限性，并且具有其它不利的副作用。

如上所述，只要喷墨记录中使用包括染料、水和有机溶剂的墨水，那么现有技术不能完全防止结垢的出现。

发明内容

本发明的总发明构思提供一种喷墨记录用墨水组合物，其能在热敏型喷墨打印中抑制结垢的出现，由此允许打印机在长时间内从打印头合适地喷射墨滴；提供包括该墨水组合物的墨盒；和包括该墨盒的喷墨记录装置。

本发明的总发明构思的其它方面和优点将部分阐明于下述描述中，并且从描述中将是显而易见的，或者可通过总发明构思的实践而得到教导。

本发明的总发明构思的上述和/或其它方面和效用可通过提供喷墨记录用墨水组合物来实现，所述墨水组合物包括着色剂、水和铈盐。

本发明的总发明构思的上述和/或其它方面和效用还可通过提供包括该墨水组合物的墨盒来实现。

本发明的总发明构思的上述和/或其它方面和效用还可通过提供包括该墨盒的喷墨记录装置来实现。

本发明的总发明构思的上述和/或其它方面和效用还可通过提供下述喷墨记录用墨水组合物来实现，所述墨水组合物包括着色剂、液体载色剂(liquid vehicle)、铈化合物和至少一种表面活性剂。

本发明的总发明构思的上述和/或其它方面和效用还可通过提供下述喷墨记录装置来实现，所述喷墨记录装置包括钝化层和形成在钝化层上的铈化合物膜。

本发明的总发明构思的上述和/或其它方面和效用还可通过提供制备墨水组合物的方法来实现，所述方法包括均匀混合着色剂、液体载色剂、铈化合物和至少一种溶剂。

附图说明

从下面的描述并结合附图，本发明的总发明构思的上述和/或其它方面和优势将变得明显。附图中：

图1为说明本发明的总发明构思实施方式的喷墨记录装置的斜视图，该装置包括含有喷墨记录用墨水组合物的墨盒，所述组合物包括着色剂、水和铈盐化合物。

图2为说明本发明的总发明构思实施方式的墨盒的截面图，该墨盒包括喷墨记录用墨水组合物，所述组合物包括着色剂、水和铈盐化合物。

优选实施方式

现在更详细地描述本发明总发明构思实施方式，其实例结合附图加以解释，其中相同的标号表示相同的元件。下面描述这些实施方式，以便通过参考附图说明本发明总发明构思实施方式。

本发明总发明构思的墨水组合物能够抑制结垢和杂质沉积在放热装置上，因为其包括铈盐化合物。因此，可以获得高品质记录，因为墨滴可以长期适当地喷射到记录介质上，而不降低墨水从喷墨打印机头喷射出来的速度。特别是，铈盐化合物沉积在放热装置表面以形成膜，该膜防止了外来物质(例如染料的降解产物)或杂质沉积在放热装置的表面上。

在重复喷墨期间，铈盐化合物膜形成在放热设备的钝化层的表面上，由此维持均匀温度分布用的均匀表面。通过从墨水组合物中连续供应铈离子，该膜以均匀速度重复形成。在放热设备表面上的新形成的膜内所积蓄的热量可通过使钝化层变薄(例如，使钽钝化层变薄)来最小化。此外，可使用硅、氧化硅、氮化硅或碳化硅等物质代替钽形成钝化层，这将通过墨水组合物和电阻器材料之间的反应在放热设备表面上形成膜。在放热设备表面上形成的铈膜是由羟基氧化铈(cerium oxyhyrdroxide)、氢氧化铈和氧化铈之一制成的。

喷墨记录用墨水组合物中，铈盐化合物的量为约0.0005至约0.1重量份，例如约0.001至约0.05重量份，基于1重量份着色剂。如果铈盐化合物的量基于1重量份着色剂小于约0.0005重量份，则不能完全抑制结垢。如果铈盐化合物的量基于1重量份着色剂超过约0.1重量份，则墨水可能不能从喷墨头的喷嘴中适当地喷出，这是因为铈盐化合物沉积为固体，这阻塞了喷嘴。

适用于该墨水组合物中的铈盐包括溴化铈(III)(CeBr₃)、氯化铈(III)(CeCl₃)、氟化铈(III)(CeF₃)、碘化铈(III)(CeI₃)、硝酸铈(III)(Ce(NO₃)₃)、高氯酸铈(III)(Ce(ClO₄))₃)和硫酸铈(III)(Ce₂(SO₄)₃)，以及它们的混合物。

喷墨记录用的墨水组合物可包括水作为溶剂。在该墨水组合物中，水的量可为约5至约100重量份，基于1重量份着色剂。如果水的量基于1重量份着色剂小于约5重量份，则该墨水组合物的粘度增加，由此恶化喷射性能。如果水的量基于1重量份着色剂超过约100重量份，则不容易在记录介质(例如常规的纸张或专业纸张)上获得打印图像的渗透性(penetrability)、点形成能力和干燥性能等效果，这是因为水控制墨水的表面张力。尽管以上使用水作为墨水组合物的液体载色剂，但是液体载色剂不限于水。液体载色剂用的合适成分对本领域的技术人员是已知的。

此外，墨水组合物可进一步包括含水有机溶剂(aqueous organic solvent)。在该墨水组合物中，含水有机溶剂的量可为约0.1至约90重量份，基于1重量份着色剂。如果含水有机溶剂的量基于1重量份着色剂小于0.1重量份，则不容易在记录介质(例如常规的纸张或专业纸张)上获得打印图像的渗透性、点形成能力和干燥性能等效果，这是因为水控制墨水的表面张力。如果含水有机溶剂的量基于1重量份着色剂超过约90重量份，则墨水组合物的粘度增加，由此恶化了喷射性能。如果墨水组合物进一步包括含水有机溶剂，则水与含水有机溶剂的重量比为约1∶0.02至约1。合适的含水有机溶剂包括，但不限于，脂族伯醇、多元醇和多元醇衍生物。

脂族伯醇通过控制墨水组合物的表面张力，可增加打印图像在记录介质(例如常规纸张或专业纸张)上的渗透性、点形成能力和干燥性能。多元醇及其衍生物不容易被蒸发并且降低墨水组合物的凝固点，因此增加墨水组合物的储存稳定性，以防止喷嘴阻塞。

脂族伯醇包括，但不限于，C₁-C₁₀低级醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇。脂族伯醇可为乙醇、异丙醇和正丁醇。

多元醇包括，但不限于，亚烷基二醇，如乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、丁二醇和甘油；聚亚烷基二醇，如聚乙二醇和聚丙二醇，硫二甘醇或它们的混合物。

多元醇衍生物包括，但不限于，多元醇的低级烷基醚和多元醇的低级羧酸酯。多元醇的低级烷基醚包括，但不限于，乙二醇二甲醚；多元醇的低级羧酸酯包括，但不限于，乙二醇二乙酸酯。

着色剂包括自分散染料，自分散颜料和/或常规用作分散剂的常规颜料或染料。着色剂包括，但不限于，C.I.碱性黑2、C.I.直接黄44、C.I.碱性蓝26、C.I.直接红227或Projet Fast Cyan 2(Zeneca Company)、Projet Fast Magenta2(Zeneca Company)、Projet Fast Yellow 2(Zeneca Company)或Projet Fast Black2(Zeneca Company)。

根据本发明的总发明构思，喷墨记录用墨水组合物可进一步包括添加剂，例如表面活性剂、pH控制剂、防腐剂、螯合剂、粘度控制剂、润湿剂、分散剂、抗氧化剂和常规包含在墨水组合物中的其它试剂。在该墨水组合物中，添加剂的总量基于1重量份着色剂为约0.01至约2重量份。

喷墨记录用墨水组合物可通过常规技术均匀混合染料、水和任选的含水有机溶剂而制备。

该墨水组合物除了施加至墨水组合物之外，还可施加至调色剂组合物、各种涂料和涂敷液体等，尽管对其用途没有具体限制。例如，墨水组合物可有用地施加至包括阵列头(array head)的喷墨打印机墨盒。

与仅利用一个芯片进行打印的往返型喷墨打印机不同的是，因为包括阵列头的喷墨打印机利用多个芯片进行高速打印，所以该打印机的处理量增加。

喷墨记录装置包括墨盒，所述墨盒包括上述墨水组合物，本发明总发明构思的实施方式的喷墨记录装置的斜视图示于图1中。

如图1所示，本发明总发明构思的实施方式的喷墨记录装置包括含有墨水组合物的墨盒，所述墨水组合物包括着色剂、水和铈盐化合物。打印机盖8由铰链与打印机5的主体13连接。活动插销(moving latch)10的啮合部分从孔7中突出。活动插销10与固定插销9啮合，并且当关闭盖8时，固定插销9在打印机盖8的内部与活动插销10接触。盖8配备有凹槽14，凹槽对应于从孔7中伸出的活动插销10的啮合部分。安装墨盒11，使得墨水施加至经过墨盒11下部的纸3上。

图2是阐明根据本发明总发明构思的另一实施方式的包括喷墨记录用墨水组合物的墨盒的截面图，所述墨水组合物包括着色剂、水和铈盐化合物。

墨盒100包括形成墨水容器112的盒主体110，覆盖墨水容器112顶部的内盖114，和以固定间隔与内盖114隔开从而密封墨水容器112和内盖114的外盖116。

墨水容器112由垂直隔板123分成第一室124和第二室126。在垂直隔板123的底部，在第一室124和第二室126之间形成墨水通道128。将墨水填充至第一室124中，将海绵体129和墨水填充至第二室126中。对应于第二室126的排气孔126a形成在内盖114上。

过滤器140形成在第二室126的低端部分上，从而防止打印头的喷嘴130被阻塞。过滤器140滤去油墨中的杂质和微小气泡。钩142形成在过滤器140的边缘部分，位于立管132的顶部。墨水容器112中的墨水经过打印头的喷嘴130，以小墨滴的形状喷出至打印介质上。

以下将参考下述实施例，详细描述本发明的总发明构思。下述实施例仅用于阐述性的目的，而并非意图限制本发明的总发明构思的范围。

实施例1-4的喷墨记录用墨水组合物是利用混合器充分混合实施例1-4所述的各组分而制备的。

实施例1

C.I.碱性黑2    4.5重量份

甘油           7.5重量份

二甘醇         12.0重量份

氯化铈(III)    0.005重量份

水(去离子水)   76重量份

实施例2

C.I.直接黄44    4.0重量份

甘油            9.5重量份

二甘醇          5.5重量份

乙二醇          4.5重量份

亚硝酸铈(III)   0.01重量份

水(去离子水)    76.5重量份

实施例3

C.I.碱性蓝26    4.5重量份

二甘醇          9.5重量份

乙二醇          10.5重量份

高氯酸铈(III)   0.003重量份

水(去离子水)    75.5重量份

实施例4

C.I.直接红227   3.5重量份

甘油            10.5重量份

二甘醇          4.5重量份

乙二醇          5.5重量份

硫酸铈(III)    0.006重量份

水(去离子水)   76重量份

比较例1-4的喷墨记录用墨水组合物是利用混合器充分混合比较例1-4所述的各组分而制备的。

比较例1

C.I.碱性黑2    4.5重量份

甘油           7.5重量份

二甘醇         12.0重量份

水(去离子水)   76重量份

比较例2

C.I.直接黄44   4.0重量份

甘油           9.5重量份

二甘醇         5.5重量份

乙二醇         4.5重量份

水(去离子水)   76.5重量份

比较例3

C.I.碱性蓝26   4.5重量份

二甘醇         9.5重量份

乙二醇         10.5重量份

水(去离子水)   75.5重量份

比较例4

C.I.直接红227  3.5重量份

甘油           10.5重量份

二甘醇         4.5重量份

乙二醇         5.5重量份

水(去离子水)   76重量份

评价实验

将实施例1-4的墨水组合物和比较例1-4的墨水组合物装填至具有放热设备的喷墨打印机中，并喷射至常规纸上。确定初始喷射阶段和100,000,000次脉冲后，墨滴的喷射速度，由此获得喷射速度的改变(喷射速度的降低率(％))。

在100,000,000次脉冲后，用光学显微镜观察放热设备的表面，以检测沉积产物的存在，即，结垢的状态。将放热设备的表面上不存在明显沉积产物的状态评价为“A”。将放热设备的表面上存在少量沉积产物的状态评价为“B”。将放热设备的表面上存在大量沉积产物的状态评价为“C”。评价结果示于下表1中。

表1

	喷射速度的降低(％)	结垢状态
			实施例1	13	A
实施例2	9	A
			实施例3	19	B
实施例4	7	A
			比较例1	64	C
比较例2	72	C
			比较例3	39	C
比较例4	不可检测	C

如表1所示，当包含铈盐化合物的实施例1-4的墨水组合物用于热敏型喷墨打印时，在100,000,000次脉冲后喷射速度的降低率(％)小于20％，这表明该墨水组合物适用于热敏型喷墨打印。在实施例1、2和4中，放热设备的表面没有被明显着色。

同时，当比较例1-4的墨水组合物用于热敏型喷墨打印时，喷射速度的降低率(％)超过20％，这表明那些墨水组合物可能不适合用于热敏型喷墨打印。特别是，比较例4的墨水组合物由于明显出现结垢而不能被喷射出，并且在打印机喷嘴内的放热设备表面上观察到大量沉积产物。

这些结果表明当包括铈盐化合物的墨水组合物用于热敏型喷墨打印机头时，可抑制结垢。也就是说，可防止外来物质沉积在放热设备的表面上。

当用于热敏型喷墨记录时，通过抑制结垢的出现，本发明的总发明构思实施方式的墨水组合物能够在长时间内，从喷墨打印机头中适当地喷射出墨滴。

尽管已经显示和描述了本发明的总发明构思的几个实施方式，但是对本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离总发明构思的原则和精神和所附权利要求及它们的等价物中限定的范围的情况下，可在这些实施方式内进行改变。

Claims (16)

1.一种墨水组合物，其包括着色剂、水和铈盐，

其中铈盐包括选自CeBr₃、CeCl₃、CeF₃、CeI₃、Ce(NO₃)₃、Ce(ClO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的至少一种化合物。

2.权利要求1的墨水组合物，其中墨水组合物中铈盐的量为0.0005至0.1重量份，基于1重量份着色剂。

3.权利要求1的墨水组合物，其中墨水组合物中水的量为5至100重量份，基于1重量份着色剂。

4.权利要求1的墨水组合物，其进一步包括至少一种水性有机溶剂。

5.权利要求4的墨水组合物，其中水性有机溶剂为选自脂族伯醇、多元醇和多元醇衍生物中的至少一种化合物。

6.权利要求5的墨水组合物，其中所述脂族伯醇为C₁-C₁₀低级醇。

7.权利要求5的墨水组合物，其中所述多元醇为选自亚烷基二醇、聚亚烷基二醇和硫二甘醇中的至少一种化合物。

8.权利要求1的墨水组合物，其进一步包括选自表面活性剂、pH控制剂、防腐剂、螯合剂、粘度控制剂、润湿剂、分散剂和抗氧化剂中的至少一种添加剂。

9.权利要求4的墨水组合物，其中墨水组合物中水性有机溶剂的量为0.1至90重量份，基于1重量份着色剂。

10.一种墨盒，其包括权利要求1的墨水组合物。

11.一种喷墨记录装置，其包括权利要求10的墨盒。

12.一种墨水组合物，其包括着色剂、液体载色剂、铈化合物和至少一种表面活性剂，

其中铈化合物包括选自CeBr₃、CeCl₃、CeF₃、CeI₃、Ce(NO₃)₃、Ce(ClO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的至少一种化合物。

13.权利要求12的墨水组合物，其中液体载色剂包括水。

14.权利要求12的墨水组合物，其进一步包括至少一种有机溶剂。

15.一种喷墨记录装置，其包括钝化层和形成在钝化层上的铈化合物膜，

其中铈化合物膜由羟基氧化铈、氢氧化铈和氧化铈之一制成。

16.制备墨水组合物的方法，该方法包括均匀混合着色剂、液体载色剂、铈化合物和至少一种溶剂，

其中铈化合物包括选自CeBr₃、CeCl₃、CeF₃、CeI₃、Ce(NO₃)₃、Ce(ClO₄)₃和Ce₂(SO₄)₃的至少一种化合物。

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