CN103038295B - 使热喷墨打印头结垢减至最少的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的方法。所述方法包括步骤：(i)将喷墨油墨供应至打印头的喷嘴室；和(ii)重复地致动喷嘴室中的加热器元件以将一部分油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自连接喷嘴室的喷嘴开口射出。油墨包含具有低于约100℃的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物，聚合物尽可能减少加热器元件结垢。

Description

使热喷墨打印头结垢减至最少的方法
技术领域
本发明是关于用于热喷墨打印机的喷墨油墨。其发明主要是用于使加热器元件在重复致动后的结垢减至最少。
发明背景
热气泡形成喷墨打印头是通过在包括于喷嘴室中的打印流体中产生一定量的热工作。这种热导致气泡形成，气泡在流体被推动通过喷嘴时最终破裂。气泡破裂接着导致更多流体进入喷嘴室，以供相同过程重新开始。
本申请人已开发出一系列热气泡形成打印头。本申请人的热气泡形成打印头包括具有悬挂式加热器元件的那些打印头(如例如US6,755,509；US7,246,886；和US7,401,910中所描述，这些文献的内容以引用的方式并入本文)和具有嵌入式加热器元件的那些打印头(如例如US7,377,623；US7,431,431；US2006/250453和US7,491,911中所描述，这些文献的内容以引用的方式并入本文)。本领域技术人员将知道热气泡形成打印头的其它设计，如得自Canon和Hewlett-Packard的那些设计。
用于热气泡形成打印头的喷墨油墨一般是包含颜料型或染料型着色剂的水性油墨调配物。几乎所有热喷墨打印头都有的问题是固体沉积物在用于加热油墨的加热器元件上积累-在本技术中称为‘结垢’现象。结垢导致很多问题，是因为其会降低加热器元件的效率，且结垢也可能导致喷嘴失效。包含颜料分散液的喷墨油墨常较易于结垢，但在染料型油墨也有结垢问题，且尤其是任何包含聚合物添加剂的油墨。
结垢问题已通过先前技术中的各种方式解决。在某些喷墨打印机中，结垢是通过使用非喷射驱动脉冲解决，非喷射驱动脉冲会使位于加热器元件上的结垢性沉积物充分瓦解，以清理沉积物。US5,440,330和US2007/052761描述了使用可用于移除结垢的具体脉冲电压、脉冲宽度、脉冲频率等。但是，这类方法的成效有限且无法用于移除所有类型的结垢。
EP-A-1302321描述了一种经过专门设计以解决结垢问题的打印头。每个油墨喷射装置包括两个由挠性膜分隔的室，从而使第一室用于产生气泡和第二室喷射油墨。压力波自第一室通过可挠性膜传递至第二室，导致液滴射出。这种布局的优势是可将简单不结垢流体(例如，水)用于第一室，以使加热器元件不发生结垢。但是，这种装置较复杂且需占用较大常规气泡形成室更大的打印头面积。
其它减少先前技术中结垢的方法是将添加剂用于喷墨油墨中。例如，US2002/113842描述将醛糖酸添加剂(例如，葡萄糖醛酸)用于颜料型油墨中。描述了自分散颜料和利用聚合性分散剂分散的颜料。但是，报告指出，在不存在醛糖酸添加剂的所有情况中，结垢很多。
EP-A-1279707描述了将有机磷酸添加剂用于减少结垢。
US2008/066644描述了将胺添加剂与两种表面活性剂组合用于减少结垢。
US6,616,273描述了将铜盐添加至油墨，从而将铜离子递送至加热器元件以辅助移除结垢。
US4,790,880描述了将冠醚添加至油墨以减少结垢和改善打印品质。
WO97/31984描述了含有乙烯基硅酮聚合物的颜料型喷墨油墨，据称可以减少结垢。
需要提供一种通过喷墨油墨，尤其是颜料型喷墨油墨来使加热器元件结垢减至最少的新颖方式。
发明概要
在第一方面中，提供了一种使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的方法，所述方法包括步骤：
(i)将喷墨油墨供应至打印头的至少一个喷嘴室；和
(ii)致动喷嘴室中的加热器元件以将一部分油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自连接喷嘴室的喷嘴开口射出，其中油墨包含具有低于约100℃的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物，丙烯酸系聚合物使加热器元件结垢减至最少。
本发明通过调配含有如本文中所描述的指定类型的丙烯酸系聚合物的喷墨油墨来实现最少结垢。
任选地，加热器元件致动至少1000万次，或任选地，至少2000万次，且展现较不存在丙烯酸系聚合物的油墨少的结垢。根据本发明的油墨展现较无聚合物的类似油墨和含有玻璃转变温度(Tg)为约100℃或更高的丙烯酸系聚合物的油墨少的结垢。
油墨包含着色剂，着色剂可以是颜料或染料。任选地，油墨包含颜料，该颜料可以是自分散和/或表面改性颜料。换言之，油墨可以包含颜料，该颜料不需要任何聚合性分散剂来分散于水性油墨媒介中。
任选地，丙烯酸系聚合物是烯烃-丙烯酸系共聚物，如苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
任选地，苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有低于约90℃的Tg。任选地，苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在约0至60℃范围内，或任选地，在约10至50℃范围内的Tg。
任选地，苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在100至300mgKOH/g范围内，或任选地，在100至180mgKOH/g范围内的酸值。
任选地，油墨媒介是水性油墨媒介，其一般含有至少50重量％水。
任选地，油墨媒介包含以介于5重量％至40重量％范围内的量存在的至少一种溶剂。
任选地，油墨媒介包含以介于0.1重量％至5重量％范围内的量存在的至少一种表面活性剂。
任选地，所述至少一种溶剂是选自由以下物质组成的组：乙二醇、甘油和2-吡咯烷酮。例如，所述溶剂可以包含乙二醇、甘油和2-吡咯烷酮的混合物。
任选地，颜料是以介于0.01至25重量％，任选地，0.1至10重量％范围内的量存在。
任选地，丙烯酸系聚合物是以介于0.1至15重量％，或任选地，0.2至10重量％，或任选地0.5至5重量％范围内的量存在。
在第二方面中，提供丙烯酸系聚合物添加剂在喷墨油墨中的用途，其用于使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少，其中丙烯酸系聚合物具有低于约100℃的玻璃转变温度(Tg)。第二方面的各种任选实施方案可以根据与上述第一方面有关的那些任选实施方案。
在第三方面中，提供使热喷墨打印头中的加热器元件的结垢减至最少的喷墨油墨，油墨包含：
油墨媒介；
自分散着色剂；和
具有低于约100℃的玻璃转变温度的苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
根据第三方面的喷墨油墨至今尚属未知，因为自分散着色剂凭其真正的属性而无需任何聚合性分散剂以调配至喷墨油墨中。但是，使用特定丙烯酸系聚合物以辅助减少结垢意味着根据第三方面的油墨提供了超越不含丙烯酸系聚合物的油墨的显著优势。
任选地，自分散着色剂是表面改性颜料。任选地，表面改性颜料包含表面磺酸酯基团或表面羧酸酯基团。颜料可以呈黑色、青色、品红色、黄色、红色、绿色、蓝色、红外吸收等。
第三方面的各种其它任选实施方案可以根据与上述第一方面有关的那些任选实施方案。
在第四方面中，提供用于热喷墨打印头的油墨盒，油墨盒含有根据第三方面的喷墨油墨。热喷墨打印头可以与根据第四方面的油墨盒整合在一起。
在第五方面中，提供一种喷墨打印机，其包括与含有根据第三方面的喷墨油墨的油墨槽流体连通的热喷墨打印头。
任选地，热喷墨打印头包括复数个含有油墨的喷嘴室，每个喷嘴室包括悬挂或嵌埋于喷嘴室中的加热器元件，加热器元件被配置用来将一部分油墨加热至足以形成气泡的温度和从而使油墨液滴自喷嘴室射出。在本文中描述具有悬挂式加热器元件的热喷墨打印头的实例。本领域技术人员熟知其它类型的热喷墨打印头。
附图简述
本发明的任选实施方案现将通过实例的方式，仅参照附图进行描述，其中：
图1是热喷墨打印头的一部分的透视图；
图2是图1中所显示的喷嘴组装件中的一个的侧视图；
图3是图2中所显示的喷嘴组装件的透视图；和
图4是热喷墨打印引擎的立体图。
具体实施方式
如本文中所使用，术语“丙烯酸系聚合物”意指任何类型的丙烯酸系聚合物树脂，包括丙烯酸系均聚物、丙烯酸系共聚物、丙烯酸系三聚物等。丙烯酸系聚合物可以由任何适宜丙烯酸系单体，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等形成。
本发明采用包含丙烯酸系聚合物的喷墨油墨，丙烯酸系聚合物具有低于约100℃的玻璃转变温度(Tg)。这类丙烯酸系聚合物已由本申请人指出可用于使热喷墨打印头中的加热器元件的结垢减至最少。至今，已知加热器元件结垢主要是由许多喷墨油墨中所包含的非挥发性聚合物分散剂导致。常将聚合性分散剂添加至喷墨油墨以辅助颜料分散。出乎意料的是，包含特定类型丙烯酸系聚合物相比于不含这类丙烯酸系聚合物的油墨和/或不含任何聚合物添加剂的油墨产生较少加热器元件结垢。加热器元件在至少1000万次液滴射出或至少2000万次液滴射出后的视觉对比显示本发明中所采用的油墨与不含聚合物的油墨存在显著差异。特定而言，当油墨含有具有低于约100℃的Tg的丙烯酸系聚合物时，所观察到的结垢明显少于不含聚合物的油墨。这是令人惊讶的结果，因为至今仍认为聚合物是导致热喷墨打印头结垢的主要原因。
本发明可以与任何类型油墨(如染料型油墨或颜料型油墨)组合。但是，颜料型油墨最有利于减少结垢。
在传统颜料型油墨的情况中，可以将具有低于约100℃的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物用于分散颜料和减少结垢。换句话说，使用这类丙烯酸系聚合物时无需添加其它结垢减少添加剂，是因为丙烯酸系聚合物可用作传统颜料的分散剂且同时使结垢减至最少。
在自分散着色剂(一般无需任何聚合性分散剂)的情况中，添加具有低于约100℃的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物可以单独用于减少结垢。自分散着色剂包括染料和表面改性颜料，这两种物质是本领域技术人员所熟知的。将更详细地描述用于本发明中的喷墨油墨的每种组分。
丙烯酸系聚合物
丙烯酸系聚合物一般是丙烯酸系共聚物，如烯烃-丙烯酸系共聚物。最优选的是苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
丙烯酸系聚合物的玻璃转变温度(Tg)低于100℃，任选地，低于90℃，和任选地，低于60℃。当丙烯酸系聚合物是具有在0至50℃，或任选地，5至30℃范围内的Tg的苯乙烯-丙烯酸系聚合物时，观察到最优结垢结果。
丙烯酸系聚合物一般具有在100至300mgKOH/g范围内，或任选地，在100至180mgKOH/g范围内的酸值。
丙烯酸系聚合物可以具有在3000至15,000g/mol范围内的分子量。HPD 296和ECO 684(可购自BASF)是苯乙烯-丙烯酸系共聚物的两个实例，这两种物质可以用于本发明中。
丙烯酸系聚合物一般是以0.1重量％至15重量％，任选地，0.2重量％至10重量％，或任选地，0.5重量％至5重量％范围内的量存在于油墨中。
着色剂
如上所述，着色剂可以是染料型着色剂或颜料型着色剂，但颜料最有利于减少结垢。染料和表面改性颜料是自分散着色剂，在某程度上而言，其不需要任何聚合性分散剂以分散至常见油墨媒介中。根据本发明的新颖喷墨油墨包含自分散着色剂、上述丙烯酸系聚合物和油墨媒介。
喷墨着色剂已为本领域技术人员熟知且根据本发明减少结垢的方法不限制于任何特定类型的染料或颜料。
适宜用于本发明方法中的传统颜料可以是无机颜料或有机颜料。实例是炭黑、镉红、钼红、铬黄、镉黄、钛黄、氧化铬、铬绿、钛钴绿、群青蓝、普鲁士蓝、钴蓝、二酮吡咯并-吡咯、蒽醌、苯并咪唑酮、蒽素嘧啶、偶氮颜料、酞菁颜料(包括萘酞菁颜料)、喹吖啶酮颜料、异吲哚啉酮颜料、二恶嗪颜料、阴丹士林颜料、苝系颜料、芘酮颜料、硫靛颜料、喹啉黄颜料和金属错合物颜料。颜料的一些具体实例是Pigment 15:3、Pigment V19、Pigment Y151和Pigment PK-7。
适宜用于本发明中的染料包括偶氮染料、金属错合物染料、萘酚染料、蒽醌染料、靛蓝染料、正碳染料、醌亚胺染料、咕吨染料、花青染料、喹啉染料、硝基染料、亚硝基染料、苯醌染料、萘醌染料、酞菁染料(包括萘酞菁染料)和金属酞菁染料(包括金属萘酞菁染料)。染料的一些具体实例是Solvent red 8、Solvent blue 70、Solvent yellow 82和Solvent black 27。
表面改性颜料是已通过表面阴离子基团或表面阳离子基团改性的颜料。常见表面改性基团是羧酸酯和磺酸酯基团。式(i)显示羧酸酯改性黑色颜料，而式(ii)显示磺酸酯改性彩色颜料。但是，也可以使用其它表面改性基团，如阴离子磷酸酯基团或阳离子铵基团。
用于本发明中的适宜水性表面改性颜料分散液的具体实例是Black SDP 2000(购自Sensient Colors Inc.)和CAB-O-200、300、250C、260M和270Y(可购自Cabot Corporation)。
颜料和染料可以单独或以两或更多种物质的组合形式用于喷墨油墨中。
喷墨油墨中的颜料颗粒的平均粒径任选地是在50至500nm范围内。
油墨媒介
用于喷墨油墨的油墨媒介已为本领域技术人员所熟知且用于本发明中的油墨媒介不受特别限制。本申请人最近描述了用于热喷墨打印头的非水性喷墨油墨(参见在2009年9月11日申请的US申请12/577,517，其内容以引用的方式并入本文)，且这类非水性油墨也在本发明范围内。用于热喷墨中的非水性油墨媒介一般包含N-(C1至6烷基)-2-吡咯烷酮(例如，N-甲基-2-吡咯啶酮)和C1至6醇(例如乙醇)。
但是，用于本发明中的油墨媒介一般是包含至少40重量％水、至少50重量％水或至少60重量％水的传统水性油墨媒介。通常来说，存在于喷墨油墨中的水的量是在50重量％至90重量％范围内，或任选地，在60重量％至80重量％范围内。
水性喷墨油墨组合物已在文献中熟知，且除水之外，还可以包含其它组分，如共溶剂(包括保湿剂、渗透剂、润湿剂等)、表面活性剂、杀生剂、螯合剂、pH调节剂、粘度改性剂等。
共溶剂一般是水溶性有机溶剂。适宜水溶性有机溶剂包括C1至4烷基醇，如乙醇、甲醇、丁醇、丙醇和2-丙醇；二醇醚，如乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丁基醚、乙二醇单甲基醚乙酸酯、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单正丙基醚、乙二醇单异丙基醚、二乙二醇单异丙基醚、乙二醇单正丁基醚、二乙二醇单正丁基醚、三乙二醇单正丁基醚、乙二醇单叔丁基醚、二乙二醇单叔丁基醚、1-甲基-1-甲氧基丁醇、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇单叔丁基醚、丙二醇单正丙基醚、丙二醇单异丙基醚、二丙二醇单甲基醚、二丙二醇单乙基醚、二丙二醇单正丙基醚、二丙二醇单异丙基醚、丙二醇单正丁基醚和二丙二醇单正丁基醚；甲酰胺、乙酰胺、二甲亚砜、山梨糖醇、山梨糖醇酐、单乙酸甘油酯、二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯和环砜烷；或这些化合物的组合。
可以用作共溶剂的其它有用水溶性有机溶剂包括极性溶剂，如2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、ε-己内酰胺、二甲亚砜、环砜烷、吗啉、N-乙基吗啉、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮和这些化合物的组合。
喷墨油墨可以含有高沸点水溶性有机溶剂作为共溶剂，其可用作润湿剂或保湿剂以将保水性和润湿性质赋予油墨组合物。这类高沸点水溶性有机溶剂包括具有180℃或更高的沸点的高沸点水溶性有机溶剂。具有180℃或更高的沸点的水溶性有机溶剂的实例是乙二醇、丙二醇、二乙二醇、环戊二醇、环丙二醇、2-丁烯-1，4-二醇、2-乙基-1，3-己二醇、2-甲基-2，4-戊二醇、三丙二醇单甲基醚、二丙二醇单乙二醇、二丙二醇单乙基醚、二丙二醇单甲基醚、二丙二醇、三乙二醇单甲基醚、四乙二醇、三乙二醇、二乙二醇单丁基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单甲基醚、三丙二醇、具有2000或更小的分子量的聚乙二醇、1，3-丙二醇、异丙二醇、异丁二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、甘油、丁四醇、季戊四醇和这些化合物的组合。
其它适宜润湿剂或保湿剂包括糖类(包括单糖、寡糖和多糖)和糖类的衍生物(例如，麦芽糖醇、山梨糖醇、木糖醇、透明质酸盐、醛糖酸、羰基糖酸等)。
喷墨油墨也可以含有渗透剂作为共溶剂中的一种，以加速水性油墨渗透至记录介质中。适宜渗透剂包括多元醇烷基醚(二醇醚)和/或1，2-烷二醇。适宜多元醇烷基醚的实例是乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丁基醚、乙二醇单甲基醚乙酸酯、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、乙二醇单正丙基醚、乙二醇单异丙基醚、二乙二醇单异丙基醚、乙二醇单正丁基醚、二乙二醇单正丁基醚、三乙二醇单正丁基醚、乙二醇单叔丁基醚、二乙二醇单叔丁基醚、1-甲基-1-甲氧基丁醇、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇单叔丁基醚、丙二醇单正丙基醚、丙二醇单异丙基醚、二丙二醇单甲基醚、二丙二醇单乙基醚、二丙二醇单正丙基醚、二丙二醇单异丙基醚、丙二醇单正丁基醚和二丙二醇单正丁基醚。适宜1，2-烷基二醇的实例是1，2-戊二醇和1，2-己二醇。渗透剂也可以选自直链烃二醇，如1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，7-庚二醇和1，8-辛二醇。甘油也可以用作渗透剂。
一般而言，存在于油墨中的共溶剂的量是在约5重量％至40重量％，或任选地，10重量％至30重量％的范围内。可以用于本发明中的共溶剂的具体实例包含乙二醇、2-吡咯烷酮和甘油。
喷墨油墨也可以含有表面活化剂(“表面活性剂”)，如阴离子表面活化剂和/或非离子性表面活化剂。有用的阴离子表面活化剂包括磺酸型表面活化剂，如烷烃磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸、酰基甲基牛磺酸和二烷基磺基琥珀酸；烷基硫酸酯盐、硫酸化油、硫酸化烯烃、聚环氧乙烷烷基醚硫酸酯盐；羧酸类表面活化剂，例如，脂肪酸盐和烷基肌氨酸盐；和磷酸酯类表面活化剂，如烷基磷酸酯盐、聚环氧乙烷烷基醚磷酸酯盐和甘油磷酸酯盐。阴离子表面活化剂的具体实例是十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠和聚环氧乙烷烷基醚硫酸铵盐。
非离子性表面活化剂的实例包括环氧乙烷加成物类表面活化剂，如聚环氧乙烷烷基醚、聚环氧乙烷烷基苯基醚、聚环氧乙烷烷基酯和聚环氧乙烷烷基酰胺；多元醇酯类表面活化剂，如甘油烷基酯、山梨糖醇烷基酯和糖烷基酯；聚醚类表面活化剂，如多元醇烷基醚；和烷醇酰胺类表面活化剂，如烷醇胺脂肪酸酰胺。非离子性表面活化剂的具体实例是醚类，如聚环氧乙烷壬基苯基醚、聚环氧乙烷辛基苯基醚、聚环氧乙烷十二烷基苯基醚、聚环氧乙烷烷基烯丙基醚、聚环氧乙烷油酰基醚、聚环氧乙烷月桂基醚和聚环氧乙烷烷基醚(例如，聚环氧乙烷烷基醚)；和酯类，如油酸聚环氧乙烷酯、油酸聚环氧乙烷酯酯、二硬脂酸聚环氧乙烷酯、月桂酸山梨糖醇酯、单硬脂酸山梨糖醇酯、单油酸山梨糖醇酯、倍半油酸山梨糖醇酯、单油酸聚环氧乙烷酯和硬脂酸聚环氧乙烷酯。也可以使用炔二醇表面活化剂，如2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇、3，6-二甲基-4-辛炔-3，6-二醇或3，5-二甲基-1-己炔-3-醇。
表面活性剂一般是以0.1重量％至10重量％范围内，任选地在0.2重量％至5重量％范围内的量存在于水性喷墨油墨中。可以用于本发明中的非离子性表面活性剂的具体实例是465(购自Air Products andChemicals，Inc)。
水性喷墨油墨也可以包括pH调节剂，如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸锂、磷酸钠、磷酸钾、磷酸锂、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、草酸钠、草酸钾、草酸锂、硼酸钠、四硼酸钠、苯二甲酸氢钾、酒石酸氢钾；氨；和胺类，如甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三甲基胺、三乙基胺、三(羟甲基)胺基甲烷盐酸盐、三乙醇胺、二乙醇胺、二乙基乙醇胺、三异丙醇胺、丁基二乙醇胺、吗啉和丙醇胺。
水性喷墨油墨也可以包括杀生剂，如苯甲酸、二氯酚、六氯酚、山梨酸、羟基苯甲酸酯、脱氢乙酸钠、1，2-苯噻唑啉-3-酮、3，4-异噻唑啉-3-酮或4，4-二甲基恶唑啶。
水性喷墨油墨也可以含有螯合剂，如乙二胺四乙酸(EDTA)。
热喷墨打印头
本文中所描述的喷墨油墨使热喷墨打印头中的结垢减至最少。以下为本申请人的热喷墨打印头之一的简单说明，如美国专利7,303,930中所描述，其内容是以引用的方式并入本文。
参考图1，其显示包括复数个喷嘴组装件的打印头的一部分。图2和3以侧面剖视图和剖开透视图显示这些喷嘴组装件中的一个。
每个喷嘴组装件包括通过MEMS制造技术形成于硅晶片基板2上的喷嘴室24。喷嘴室24是由室顶21和自室顶21延伸至硅晶片2的侧壁22加以界定。如图1中所显示，每个室顶是由喷嘴板56的一部分加以界定，喷嘴板跨过打印头的射出面。喷嘴板56和侧壁22是由相同材料形成，在MEMS制造期间通过PECVD沉积在光致抗蚀剂的牺牲支架上。一般而言，喷嘴板56和侧壁22是由陶瓷材料(如二氧化硅或氮化硅)形成。这些硬质材料具有打印头坚固性所需的优良性质，且它们的固有亲水属性有利于通过毛细管作用将油墨供应至喷嘴室24。
回到喷嘴室24的细节部分，可见到喷嘴开口26是界定在每个喷嘴室24的室顶中。每个喷嘴开口26一般为椭圆形且具有相关的喷嘴边缘25。喷嘴边缘25帮助液滴在打印期间定向移动，和减少，至少某种程度上，油墨自喷嘴开口26溢出。用于使油墨自喷嘴室24射出的致动器是位于喷嘴开口26下方且悬挂跨过凹坑8的加热器元件29。电流是通过连接至基板2的CMOS层底下的驱动电路的电极9供应至加热器元件29。当电流流过加热器元件29时，会迅速地将周围的油墨过度加热以形成气泡，气泡强迫油墨通过喷嘴开口26。通过悬挂加热器元件29，当喷嘴室24装好时该加热器元件29将完全浸没在油墨中。这将改善打印头效率，是因为较少热分散至底层基板2中和使更多输入能量用于产生气泡。
在图1中最清楚地见到，多个喷嘴被布置成排且沿着排纵向延伸的油墨供应通道27将油墨供应至排中的每个喷嘴。油墨供应通道27将油墨递送至每个喷嘴的油墨进入通道15，油墨进入通道15自喷嘴开口26侧途径喷嘴室24中的油墨导管23供应油墨。
制造这类打印头的MEMS制造方法详细描述在美国专利7,303,930中，其内容是以引用的方式并入本文。
具有悬挂式加热器元件的打印头的操作详细描述在本申请人的US7,278,717中，其内容是以引用的方式并入本文。
本申请人也描述了具有嵌埋式加热器元件的热气泡形成喷墨打印头。这类打印头描述在例如US7,246,876和US2006/0250453中，其内容以引用的方式并入本文。
本申请人的热喷墨打印头的基本特征是具有以下特性的一或多种：(i)悬挂式加热器元件；(ii)质量小于1纳克，任选地小于500皮克的加热器元件；(iii)小于500nJ，任选地小于200nJ的致动能量；和(iv)氮化钛或氮化钛铝加热器元件。
本文中所描述的喷墨油墨可以与上述本申请人的热喷墨打印头组合使用以使结垢减至最少。但是，这类油墨的用途不限制于本申请人的热喷墨打印头，这类油墨也可以用于常规热喷墨打印头中，如Hewlett-Packard和Canon所贩售的那些热喷墨打印头。
在常规扫描式热喷墨打印头(或，实际上，本申请人的页宽打印头)的情况中，本发明可以关于喷墨打印机的油墨盒，其包括如本文中所描述的喷墨油墨。油墨盒可以任选地包括与其整合在一起的热喷墨打印头。
为求完整，并入本申请人的热喷墨打印头的打印机描述在例如US7,201,468；US7,360,861；US7,380,910；和US7,357,496中，每份文献的内容以引用的方式并入本文。
图4显示如本申请人的美国申请12/062,514中所描述的热喷墨打印机的打印引擎103，其内容是以引用的方式并入本文。打印引擎103包括可拆卸打印盒102，可拆卸打印盒102包括页宽打印头；和一组使用者可更换式油墨盒128。每个色彩通道一般具有其独有的油墨槽128和对应的压力调控室106用于调控供应至打印头的油墨的液静压。因此，打印引擎103具有五个油墨槽128和五个对应的压力调控室106。这种五通道式打印引擎103的常见色彩通道构形是CMYKK或CMYK(IR)。每个油墨盒128可以包括如本文中所描述的喷墨油墨。
虽然在图4中未显示在每个组件之间的流体连接，但是将了解，这些连接是依据例如美国申请12/062,514所描述的流体力学系统，利用适合的软管构成。
实验
表1和2中所描述的油墨是根据以下基本调配方法调配：
(1)称取共溶剂添加至适宜容器中，然后添加表面活性剂和水以提供无色油墨媒介。
(2)将无色油墨媒介搅拌10分钟。
(3)将聚合物添加至搅拌过的油墨媒介中(但不包括比实例1)。
(4)将所获得的溶液再搅拌5分钟，然后添加表面改性颜料。
(5)将调配物搅拌15分钟，然后过滤至0.3微米。油墨是利用PallProfile II 1”分段式过滤器(segment filter)过滤和使油墨再循环15分钟，然后通入清洗过的容器中。
表1.包含具有Tg＜100℃的丙烯酸系聚合物的油墨
表2.不含具有Tg＜100℃的丙烯酸系聚合物的油墨
a购自Sensient Colors Inc的表面改性黑色颜料
b购自BASF的苯乙烯丙烯酸系分散剂树脂
c购自Hexion Speciality Chemicals的聚酯树脂
油墨分辨率评价
喷墨装置(如上所述)是在×400放大率下观察并拍摄成像记录(A)。随后以流体装填装置，然后在120℃下干燥15分钟。随后在×400放大率下观察喷嘴和加热器和拍摄成像记录(B)。
随后利用无色油墨媒介清洗装置，然后在油墨媒介中放置30分钟。随后进行最终漂洗和利用氮气流干燥装置。
随后在×400放大率下观察喷嘴和加热器，然后拍摄第三成像记录(C)。
对比记录(A)、(B)和(C)和利用以下等级对记录(C)中的喷嘴和加热器的洁净度评分。
表3.已干燥油墨膜的分辨率得分
  得分   描述
  1   记录(B)与(C)之间无变化
  2   记录(B)与(C)之间存在微小变化
  3   (C)中的喷嘴和打印头明显比记录(B)洁净
  4   记录(C)中的喷嘴和加热器看起来与(A)的类似
结垢评价
以流体装填Memjet装置和开始寿命研究。该研究进行2000万次致动和利用光学显微镜(×400)评价在1000万次和2000万次时的结垢积累。发现2000万次致动时的结垢积累与1000万次致动时的相仿，和因此将1000万次致动时的结垢用于对流体评分。表4描述所使用的等级。
表4.结垢积累得分
  得分   描述
  1   在大部分或所有加热器上出现严重沉积
  2   在大部分加热器上出现中等沉积
  3   在加热器上出现中等沉积区域
  4   在加热器上出现轻度沉积
  5   加热器洁净且无沉积
将分辨率和结垢得分用于评价表1和2中所描述的各种油墨调配物。结果显示在表5中。
表5.每个油墨的分辨率和结垢的对比
自表5可见，仅有那些含有Tg＜100℃的苯乙烯丙烯酸系聚合物的油墨获得最高结垢得分(即，较少加热器结垢)。在不含聚合物或含有Tg＞100℃的聚合物的油墨中，经历1000万次致动后基本上表现出严重加热器元件结垢。这些结果证实将Tg＜100℃的丙烯酸系聚合物添加至喷墨油墨对于减少加热器结垢具有明显有利作用。若至今仍认为非挥发性聚合物分散剂会引起颜料型油墨结垢，则出乎意料的是指定类型的聚合物分散剂可用于减少加热器结垢。
当然，应当明白，已经仅以实例方式描述本发明且在在随附权利要求中所界定的本发明范围内可以进行细节修改。

Claims (9)

1.一种丙烯酸系聚合物添加剂在喷墨油墨中用于使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的用途，其包括以下步骤：
(i)将喷墨油墨供应至所述打印头的至少一个喷嘴室；和
(ii)致动所述喷嘴室中的加热器元件以将一部分所述油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自与所述喷嘴室连接的喷嘴开口射出，
其中所述油墨包含具有在0至60℃范围内的玻璃转变温度(Tg)和在100至180mgKOH/g范围内的酸值的苯乙烯-丙烯酸系共聚物，所述苯乙烯-丙烯酸系共聚物使所述加热器元件结垢减至最少。
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述加热器元件被致动至少1000万次并展现比不存在所述丙烯酸系聚合物的油墨少的结垢。
3.根据权利要求1所述的用途，其中所述油墨包含颜料。
4.根据权利要求3所述的用途，其中所述颜料是自分散表面改性颜料。
5.根据权利要求3所述的用途，其中所述颜料是以介于0.01至25重量％之间的量存在而所述丙烯酸系聚合物是以介于0.1至15重量％之间的量存在。
6.根据权利要求1所述的用途，其中所述苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在5至30℃范围内的玻璃转变温度(Tg)。
7.根据权利要求4所述的用途，其中表面改性颜料包含表面磺酸酯基团或表面羧酸酯基团。
8.一种丙烯酸系聚合物添加剂在油墨盒中的喷墨油墨中用于使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的用途，其包括以下步骤：
(i)将喷墨油墨供应至所述打印头的至少一个喷嘴室；和
(ii)致动所述喷嘴室中的加热器元件以将一部分所述油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自与所述喷嘴室连接的喷嘴开口射出，
其中所述油墨包含具有在0至60℃范围内的玻璃转变温度(Tg)和在100至180mgKOH/g范围内的酸值的苯乙烯-丙烯酸系共聚物，所述苯乙烯-丙烯酸系共聚物使所述加热器元件结垢减至最少。
9.一种丙烯酸系聚合物添加剂在喷墨油墨中用于使喷墨打印机的热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的用途，所述喷墨打印机包括与油墨槽流体连通的热喷墨打印头，其中所述热喷墨打印头包括多个含有所述油墨的喷嘴室，每个喷嘴室包括悬挂或嵌埋在所述喷嘴室中的加热器元件，所述加热器元件被配置用来将一部分所述油墨加热至足以形成气泡的温度并从而使所述油墨液滴自所述喷嘴室射出，其包括以下步骤：
(i)将喷墨油墨供应至所述打印头的至少一个喷嘴室；和
(ii)致动所述喷嘴室中的加热器元件以将一部分所述油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自与所述喷嘴室连接的喷嘴开口射出，
其中所述油墨包含具有在0至60℃范围内的玻璃转变温度(Tg)和在100至180mgKOH/g范围内的酸值的苯乙烯-丙烯酸系共聚物，所述苯乙烯-丙烯酸系共聚物使所述加热器元件结垢减至最少。
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