CN104290447B - 喷墨记录设备和喷墨记录方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及喷墨记录设备和喷墨记录方法。提供一种喷墨记录设备，其包括：包括具有其中设置有喷射口的表面的记录头的记录单元，从喷射口喷出以在记录介质上记录图像的水性墨，包括覆盖具有喷射口的表面的覆盖构件的保护单元，和与覆盖构件分离、不具有刮擦墨接收构件中沉积的墨或抽吸来自喷射口的墨的构件的恢复单元。恢复单元包括不插入任何其它构件直接接收来自喷射口的、根据预喷射数据从喷射口排出的废墨的墨接收构件。水性墨包含含有羧基或磺酸基的自分散颜料。

Description

喷墨记录设备和喷墨记录方法
技术领域
本发明涉及喷墨记录设备和喷墨记录方法。
背景技术
喷墨记录设备可以低成本生产记录品并且与电子照相记录装置相比在电力消耗方面是更有利的，因此已广泛使用。喷墨记录设备通过从记录头喷射墨来记录图像。然而，墨可堵塞记录头的喷射口或由于墨的液体组分的蒸发使得墨流路变得粘稠。这阻碍墨的正常喷射。当该不期望的现象发生时，记录头进行用于使正常地喷射墨的能力恢复的恢复操作。以一定间隔或在记录操作前后可进行该操作。
一般地，通过将墨的一部分预喷射至在其中设置有喷射口的记录头的表面(喷射口面)的对向位置设置的盖(不用于记录图像)进行所述恢复操作。可选择地，可通过由与具有与抽吸盖(suctioncap)接触的喷射口面的抽吸泵连接的抽吸盖的操作产生的负压而将墨从记录头强制排出。然而，这些恢复操作需要例如如抽吸盖或抽吸泵等具有一定重量水平的抽吸构件，并且抽吸构件需要安装的空间。
另一方面，近年来资源节省的意识提高了，因此要求喷墨记录设备的小型化和轻量化。为了响应要求，日本专利特开2003-231277和2004-114686建议着眼于用于为了恢复记录头的能力而收集从喷射口喷射的但不用于记录的废墨的构件或单元的方法。
喷墨记录使在各种类型的记录介质上记录。此外，为了更满意的图像记录，根据预期的用途设计了各种类型的墨，如适合于在光泽纸等上记录照相图像的墨，或适合于在普通纸等上记录文件的墨。近年来，也采用喷墨记录用于记录包括字母或文字、图表等的商业文件。因此，商业用途中喷墨记录的使用频率显著增加。在商业用途中，要求高光学浓度。从提高记录的图像的光学浓度的观点，自分散颜料有利地用作墨的着色材料。
日本专利特开2006-089735和PCT日本翻译专利公布2009-515007公开了用于提高记录的图像的光学浓度、着眼于键合至颜料颗粒的表面的官能团而开发的自分散颜料。
另一方面，本发明人通过他们的研究发现，如果为了轻量化和小型化而从喷墨记录设备省略如抽吸盖或抽吸泵等抽吸构件，则预喷射排出的墨不期望地沉积在墨接收构件上。特别是，如日本专利特开2006-089735中公开的，在使用在提高记录的图像的光学浓度方面是有利的包含膦酸基的自分散颜料时，当墨的液体组分蒸发时颜料颗粒快速聚集。因此，墨易于像石笋状沉积在墨接收构件的底面。如果用由此沉积的废墨进行预喷射，则废墨的石笋状沉积很可能与记录头接触，由此影响到滑架的操作或堵塞喷射口。虽然已知设置有适于通过刮擦沉积物使墨接收构件中墨的沉积物被除去或平坦化的构件(刮擦构件)的喷墨记录设备，但所述刮擦构件妨碍轻量化或小型化。
发明内容
本发明提供使用将废墨从记录头直接排出至墨接收构件的机构，并且其中可抑制墨接收构件中的墨的沉积的喷墨记录设备和喷墨记录方法。
根据本发明的方面，提供喷墨记录设备，其包括：包括具有设置有喷射口的表面的记录头的记录单元，从喷射口喷出以在记录介质上记录图像的水性墨，包括覆盖具有喷射口的表面的覆盖构件的保护单元，和与覆盖构件分离、不具有刮擦墨接收构件中沉积的墨或抽吸来自喷射口的墨的构件的恢复单元。恢复单元包括不插入任何其它构件而直接接收来自喷射口的废墨的墨接收构件，所述废墨为根据预喷射数据从喷射口排出的墨的一部分。水性墨包含其中含有羧基和磺酸基的至少一种阴离子性基团的官能团键合至其颗粒表面的自分散颜料。
参考附图，从以下示例性实施方案的描述中，本发明的进一步特征将变得显而易见。
附图说明
图1为根据本发明的实施方案的喷墨记录设备的示意性透视图。
图2为记录单元的示意性透视图。
图3为恢复单元的示意性透视图。
具体实施方式
参考示例性实施方案将进一步详细描述本发明。
以下描述中，用于本发明的实施方案的水性墨可简称为墨。除非另有说明，否则本文提到的物理性质为室温(25℃)下的那些。
从轻量化或小型化的观点未设置有抽吸构件的喷墨记录设备中，不插入任何其它构件在大气压下将废墨从记录头直接排出至墨接收构件。当不使用抽吸盖、抽吸泵或任何其它抽吸构件时，与已知的记录设备相比，接收预喷射排出的废墨的墨接收构件对大气更开放。在这些条件下，排出至墨接收构件的废墨相当迅速地蒸发，因此，在废墨扩散至其不沉积的程度之前失去废墨的流动性，并且墨像石笋状沉积。如上所述，这影响喷墨记录设备的操作或墨的喷射。一些喷墨记录设备设置有适于通过刮擦沉积物使墨接收构件中墨的沉积物被除去或平坦化的构件(刮擦构件)。然而，所述刮擦构件妨碍轻量化或小型化。
如果从喷墨记录设备省略如抽吸盖或抽吸泵等抽吸构件或刮擦墨的沉积物的刮擦构件从而轻量化或小型化，则其变得难以解决墨的沉积问题。因此，本发明人从墨的观点提出方法。用于墨的颜料包括自分散颜料和树脂分散颜料。与包含自分散颜料的墨相比，包含树脂分散颜料的墨更可能维持颜料颗粒的分散，因此即使墨的液体组分蒸发也维持墨的流动性。然而，如果使用树脂分散颜料以稳定地维持颜料颗粒的分散，当记录图像时，记录介质上颜料的聚集力降低。因此，图像的光学浓度易于降低。
本发明人通过他们的进一步研究发现，使用特定的自分散颜料作为墨的着色材料解决了在包括不插入任何其它构件将废墨从记录头直接排出至其的墨接收构件的喷墨记录设备中墨的沉积问题。更具体地，使用其中含有羧基和磺酸基的至少一种阴离子性基团的官能团键合至其颗粒表面的自分散颜料。本发明人认为所述特定的自分散颜料产生上述效果的原因如下。
包含作为阴离子性基团的羧基或磺酸基的自分散颜料，与包含膦酸基的自分散颜料一样与记录介质中作为填料等而包含的钙反应，因此帮助提高颜料的聚集力和图像的光学浓度。另一方面，当墨的液体组分已蒸发时，通过阴离子性基团之间的双电层的压缩，但不通过颜料与钙之间的反应，导致颜料颗粒的聚集。在这种情况下，与包含膦酸基的自分散颜料相比，包含羧基或磺酸基的自分散颜料的聚集力倾向于更小。因此，包含羧基或磺酸基的自分散颜料倾向于稳定地维持颜料颗粒的分散，因此即使墨的液体组分已蒸发也维持墨的流动性。因此，通过包含羧基或磺酸基的自分散颜料的使用可抑制墨接收构件中墨的沉积而不降低记录的图像的光学浓度。
喷墨记录设备和喷墨记录方法
现在将参考附图描述本发明的实施方案的喷墨记录设备。图1为本发明的实施方案的喷墨记录设备的示意性透视图。喷墨记录设备包括进纸单元101、输送单元102、记录单元103、保护单元104和恢复单元105。进纸单元101将记录介质供给至记录设备的内部。输送单元102输送通过进纸单元101供给的记录介质。
图2为记录单元103的示例性结构的示意性透视图。记录单元103根据图像数据在通过输送单元102输送的记录介质上记录图像。记录单元103包括安装在沿主扫描方向往复移动的滑架上的墨盒31。墨盒31在其底面设置有记录头32。通过重复与滑架的移动(主扫描操作)同步进行的记录头的记录操作和记录介质通过预定间距的输送(副扫描操作)在记录介质上记录图像。对于喷射墨，可以将机械能或热能施加至墨。本实施方案中，热能可能是合适的。
保护单元104覆盖其中以列状设置有喷射口33的记录头32的表面(喷射口面34，见图2)，从而防止在不进行记录时堵塞喷射口33。保护单元104包括对应于记录头32设置的盖41。当不进行记录时，通过滑架将墨盒31移动至对应于盖41的位置，并且使盖41与喷射口面34接触从而形成封盖的密闭空间，由此防止墨的液体组分蒸发。
图3为恢复单元105的示意性透视图。使用恢复单元105以维持记录头32以正常状态喷射墨的能力。恢复单元105包括接收根据预喷射数据从记录头32的喷射口33排出的废墨的墨接收构件51。设置对应于记录头32的喷射口33的墨接收构件51，并且墨接收构件51的上面部分地开口。墨接收构件51可以由用作其壁面或底面的多个构件或组件构成。
如果在喷射口面未封盖的情况下一定时期不喷射墨，则由于墨的液体组分的蒸发使得墨可堵塞喷射口或墨流路变得粘稠。这妨碍墨的正常喷射。如果所述不期望的现象发生，则使记录头进行通过根据预喷射数据从喷射口排出墨而恢复正常喷射墨的能力的恢复操作。以预定间隔或者记录操作前后，以安装记录头的滑架已移动至对应于墨接收构件的位置的状态，向墨接收构件的开口部进行该预喷射。
已知的喷墨记录设备中，使与抽吸泵连接的盖与喷射口面接触，并且通过抽吸泵的操作将墨从记录头强制排出。可选择地，可设置用于刮擦墨接收构件中墨的沉积物的构件以抑制墨的沉积。所述抽吸构件或刮擦构件的使用增加记录设备的重量并且还导致设备的大型化。
本实施方案的喷墨记录设备具有省略抽吸构件和刮擦构件从而轻量化和小型化的结构特征。在这种情况下，不插入包括抽吸构件的任何其它构件而通过墨接收构件直接接收根据预喷射数据从喷射口排出的废墨。此外，由于墨接收构件不具有用于刮擦墨的沉积物的刮擦构件，必须通过其它手段抑制墨的沉积。因此，本实施方案中，使用如下所述的难以沉积的特定墨。
为了有效抑制墨接收构件中墨的沉积，可采用以下结构。例如，可除去墨接收构件下部的至少一部分侧壁以使得废墨可流出至记录设备的内部。可选择地，墨接收构件可通过其它构件支承以使得其底部与记录设备的内部底面分离，由此使废墨有效地流出。在这种情况下，墨接收构件的底面可兼作记录设备的外罩52(图3)。
墨接收构件的底面期望由非墨吸收性材料制成。非墨吸收性材料的实例包括聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、环氧树脂、丙烯酸类树脂和ABS树脂。如果将如多孔或纤维材料等墨吸收性材料设置在墨接收构件的底面，则墨的液体组分变得更容易扩散，而墨的固体或颜料变得难以移动。这在降低墨的沉积方面是相当不利的。也有利的是将废墨直接排出至由非墨吸收性材料制成的墨接收构件的底面。虽然可将墨吸收体53(图3)设置在墨接收构件的底面的一部分，但墨吸收体的面积期望为墨接收构件的底面面积的约一半以下，并且更期望为底面面积的约1/3以下。
从实现喷墨记录设备的小型化和墨沉积的抑制二者的观点，当记录头存在于对应于墨接收构件的位置时，从喷射口面至外罩的底面的距离优选为约30mm-36mm。
根据本发明的实施方案的喷墨记录方法使用上述喷墨记录设备。更具体地，喷墨记录方法包括通过从记录头的喷射口喷射水性墨而在记录介质上记录图像，用覆盖构件覆盖记录头的喷射口面，不插入任何其它构件根据预喷射数据将废墨从喷射口直接预喷射至与覆盖构件分离的墨接收构件，并且该方法不进行刮擦墨接收构件中水性墨的沉积物或抽吸来自喷射口的水性墨。用于该方法的墨包含其中含有羧基和磺酸基的至少一种阴离子性基团的官能团键合至其颗粒表面的自分散颜料。可以与已知的喷墨记录方法中相同的方式进行其它操作或步骤。
水性墨
现在将描述墨的成分、构成和物理性质。
颜料
用作墨的着色材料的颜料为包括含有羧基和磺酸基的至少一种阴离子性基团的官能团键合至其颗粒的表面的自分散颜料。所述自分散颜料的使用使得省略或最小化用于在墨中分散颜料的分散剂。墨中颜料的含量优选为0.10质量％以上且15.00质量％以下，更优选1.00质量％以上且10.00质量％以下。
阴离子性基团
如果将羧基用作阴离子性基团，则记录的图像的耐水性可提高并且变得比使用磺酸基的情况更高。因此阴离子性基团为羧基在提高记录的图像的耐水性方面是有利的。此外，键合至颜料颗粒的表面的官能团可以为邻苯二甲酸基团。由于包含键合至颜料颗粒的表面的邻苯二甲酸基团的自分散颜料在记录介质上具有高聚集力，所以可提高记录的图像的耐渗色性。
阴离子性基团可以为酸型或盐型。更具体地，阴离子性基团可以为-XH(酸)型或-X-M1 +(盐)型，其中-X-表示解离的阴离子性基团。M1 +表示选自由碱金属离子、铵离子和有机铵离子组成的组的至少一种。如果阴离子性基团为盐型，则阴离子性基团的部分或全部可以为解离的。然而，在水性墨的通常的pH(约pH5-PH9)下盐型的羧基和磺酸基实质上全部解离。阴离子性基团的抗衡离子(M1 +)可以为钠离子、钾离子或铵离子。
阴离子性基团的引入量
自分散颜料的阴离子性基团的引入量优选为0.10mmol/g以上且2.00mmol/g以下。更优选地，阴离子性基团的量为0.20mmol/g以上且2.00mmol/g以下，并且特别是0.20mmol/g以上且1.00mmol/g以下。如果阴离子性基团的引入量为小于0.10mmol/g，则可在一定程度上降低墨的喷射稳定性和记录的图像的耐渗色性。阴离子性基团的引入量为相对于1g颜料。可通过胶体滴定测量自分散颜料的阴离子性基团的引入量。在后述实施例中，通过使用配备有流动电位滴定单元(PCD-500)的电位差自动滴定仪(AT-510，由KyotoElectronicsManufacturing制造)的胶体滴定测量颜料分散液中的颜料的表面电荷量。对于该测量，将甲基乙二醇壳聚糖用作滴定试剂。可选择地，可使用从墨中适当地提取的颜料测量表面电荷量。
颜料
可使用可用于喷墨记录的任何颜料，包括有机颜料和如炭黑等无机颜料。染料也可以与颜料组合使用以调节颜色。本实施方案中，适合使用包含作为颜料的炭黑的黑色墨。
盐
已知通过将如碱金属离子或铵离子等单价阳离子的盐添加至墨提高记录的图像的光学浓度。本发明人研究了可在包括上述墨接收构件的喷墨记录设备中使用的墨中添加的单价阳离子的盐。然后，本发明人发现当盐满足以下条件时，可非常令人满意地实现记录的图像的光学浓度的提高和墨的沉积的抑制二者。即，盐的单价阳离子为铵离子，并且源自盐的铵离子的摩尔浓度与自分散颜料的阴离子性基团的引入量的总量的比为大于0.0倍且1.7倍以下。以mmol/100g墨的单位计算源自盐的铵离子的摩尔浓度与自分散颜料的阴离子性基团的引入量。在这些条件下的盐能够在提高光学浓度的同时抑制墨的沉积的原因如下。
即，铵离子比碱金属离子更亲水，因此可更容易抑制墨的液体组分特别是水的蒸发。因此，即使墨接收构件中已排出并且干燥废墨，干燥的废墨可以与之后排出的废墨中的液体成分水合。因此，干燥的废墨变为可流动的，由此可抑制墨的沉积。
如果在降低用于分散自分散颜料的阴离子性基团的引入量的同时提高添加至墨的铵盐的含量，则颜料的聚集力提高。因此，记录的图像的光学浓度倾向于提高，但难以抑制墨的沉积。因此，源自盐的铵离子的摩尔浓度与自分散颜料的阴离子性基团的引入量的总量的比优选为大于0.0倍且1.7倍以下。更优选地，从提高图像的光学浓度的观点，铵离子的摩尔浓度的比为0.1倍以上且1.7倍以下。
如果墨的液体组分进一步从记录头的喷射口蒸发，则由于水的减少聚集力倾向于提高，由此可降低喷射稳定性。从获得高喷射稳定性的观点，更有利的是上述比例优选为大于0.0倍且0.8倍以下。从实现高喷射稳定性和记录的图像的高光学浓度二者的观点，特别有利的是上述比例优选为0.1倍以上且0.8倍以下。
可用于本实施方案的铵盐为特定的阴离子和铵离子的组合。特定的阴离子可以为选自由Cl-、Br-、I-、ClO-、ClO2 -、ClO3 -、ClO4 -、NO2 -、NO3 -、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 -、HCOO-、(COO-)2、COOH(COO-)、CH3COO-、C2H4(COO-)2、C6H5COO-、C6H4(COO-)2、PO4 3-、HPO4 2-和H2PO4 -组成的组的至少一种离子。这些中，C6H5COO-、C6H4(COO-)2和SO4 2-是有利的。这些离子的盐可有效抑制墨的沉积。
墨中的盐可以部分或全部解离。然而，在用于喷墨记录设备的水性墨的通常的pH(约pH5-pH9)下铵盐实质上全部解离。根据盐的分子量，墨中盐的含量相对于墨的总质量优选为0.01质量％以上且1.00质量％以下，更优选0.01质量％以上且0.50质量％以下。
水性介质
本实施方案的水性墨可包含含有水和水溶性有机溶剂的水性溶剂。水可以为去离子水。墨中水的含量相对于墨的总质量优选为50.00质量％以上且95.00质量％以下。墨中水溶性有机溶剂的含量相对于墨的总质量优选为3.00质量％以上且50.00质量％以下。可使用用于喷墨墨的任意水溶性有机溶剂，包括醇类、二元醇类、乙二醇醚类和含氮有机化合物类。本实施方案中，例如，优选使用如甘油等多元醇类，如2-吡咯烷酮等含氮化合物类，如三甘醇等亚烷基二醇类。这些水溶性有机溶剂可单独使用或组合使用。
其它添加剂
水性墨可进一步包含如脲、脲衍生物、三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷等室温下为固体的水溶性有机化合物。本实施方案中，例如，优选使用三羟甲基丙烷。所述水溶性有机化合物的含量相对于墨的总质量优选为0.10质量％以上且20.00质量％以下，更优选3.00质量％以上且10.00质量％以下。此外，墨可任选地包含其它添加剂，如表面活性剂、树脂、pH调节剂、消泡剂、防锈剂、防腐剂、抗真菌剂、抗氧化剂、抗还原剂和螯合剂。
聚氧乙烯烷基醚
水性墨可包含作为表面活性剂的聚氧乙烯烷基醚。在25℃下在50毫秒的寿命时间下墨具有优选40mN/m以上、更优选45mN/m以上的动态表面张力。所述墨使颜料有效地存在于记录介质上并且可不依赖记录介质的种类在记录介质上形成高品质图像。添加聚氧乙烯烷基醚以赋予墨所述动态表面张力。期望，当通过格里菲法(Griffinmethod)测量时用于墨的聚氧乙烯烷基醚的HLB(亲水亲油平衡)值为13.0-20.0，并且其烷基的碳数为12-20。墨中聚氧乙烯烷基醚的含量相对于墨的总质量优选为0.05质量％以上且2.00质量％以下，更优选0.05质量％以上且1.00质量％以下。
水性墨的物理性质
本实施方案中，有利的是墨具有以下物理性质。墨在25℃下的静态表面张力优选为28mN/m-45mN/m。墨在25℃下的粘度优选为1.0mPa·s-5.0mPa·s，更优选1.0mPa·s-3.0mPa·s。墨在25℃下的pH优选为5-9。
实施例
参考实施例和比较例将进一步详细描述本发明。然而，本发明不限于以下实施例，并且也没有特别地限制，除非背离其范围。对于以下描述中提到的含量或量，“份”和“％”为基于质量，除非另有限定。
颜料分散液的制备
自分散颜料的阴离子性基团的引入量
首先将描述自分散颜料的阴离子性基团的引入量的测量方法。通过使用配备有流动电位滴定单元(PCD-500)的电位差自动滴定仪AT-510(由KyotoElectronicsManufacturing制造)和甲基乙二醇壳聚糖作为滴定试剂的电位差滴定法测量颜料分散液中自分散颜料的表面电荷量。当官能团各自具有一个阴离子性基团时，认为官能团的引入量等于阴离子性基团的引入量。当官能团各自具有两个以上的阴离子性基团时，认为官能团的引入量为通过将阴离子性基团的引入量除以一个官能团中阴离子性基团的数而计算的值。
颜料分散液1
向5g浓硫酸在5.5g水中的溶液(冷却至5℃)中，添加1.0g(5.52mmol)4-氨基邻苯二甲酸。将包含该溶液的容器放置在冰浴中并且搅拌溶液使得保持在10℃以下。向该溶液添加2.2g(26mmol)亚硝酸钾在9g5℃水中的溶液。将所得溶液搅拌另外15分钟，并且在搅拌下添加6g炭黑(比表面积：220m2/g，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油量：105mL/100g)。然后，将混合物搅拌15分钟。使所得浆料使用透析膜(spectrummembrane)进行渗滤。通过离子交换法使钠离子取代浆料的钾离子后，添加纯水使得颜料含量变为10.0％，接着将颜料分散以得到分散液。由此，制备包含其中-C6H3-(COONa)2基团键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液1。官能团的引入量为0.26mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.52mmol/g。
颜料分散液2
向5g浓硫酸在5.5g水中的溶液(冷却至5℃)中，添加1.5g(8.28mmol)4-氨基邻苯二甲酸。将包含该溶液的容器放置在冰浴中并且搅拌溶液使得保持在10℃以下。向该溶液添加2.2g(26mmol)亚硝酸钾在9g5℃水中的溶液。将所得溶液搅拌另外15分钟，并且在搅拌下添加6g炭黑(比表面积：220m2/g，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油量：105mL/100g)。然后，将混合物搅拌15分钟。使所得浆料使用透析膜进行渗滤。通过离子交换法使钠离子取代浆料的钾离子后，添加纯水使得颜料含量变为10.0％，接着将颜料分散以得到分散液。由此，制备包含其中-C6H3-(COONa)2基团键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液2。官能团的引入量为0.36mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.72mmol/g。
颜料分散液3
向5g浓硫酸在5.5g水中的溶液(冷却至5℃)中，添加2.0g(11.04mmol)4-氨基邻苯二甲酸。将包含该溶液的容器放置在冰浴中并且搅拌溶液使得保持在10℃以下。向该溶液添加2.2g(26mmol)亚硝酸钾在9g5℃水中的溶液。将所得溶液搅拌另外15分钟，并且在搅拌下添加6g炭黑(比表面积：220m2/g，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油量：105mL/100g)。然后，将混合物搅拌15分钟。使所得浆料使用透析膜进行渗滤。通过离子交换法使铵离子取代浆料的钾离子后，添加纯水使得颜料含量变为10.0％，接着将颜料分散以得到分散液。由此，制备包含其中-C6H3-(COONH4)2基团键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液3。官能团的引入量为0.44mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.88mmol/g。
颜料分散液4
向5g浓硫酸在5.5g水中的溶液(冷却至5℃)中，添加1.55g(11.3mmol)对氨基苯甲酸。将包含该溶液的容器放置在冰浴中并且搅拌溶液使得保持在10℃以下。向该溶液添加1.8g(21mmol)亚硝酸钾在9g5℃水中的溶液。将所得溶液搅拌另外15分钟，并且在搅拌下添加6g炭黑(比表面积：220m2/g，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油量：105mL/100g)。然后，将混合物搅拌15分钟。使所得浆料使用透析膜进行渗滤。通过离子交换法使铵离子取代浆料的钾离子后，添加纯水使得颜料含量变为10.0％，接着将颜料分散以得到分散液。由此，制备包含其中-C6H4-COONH4基团键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液4。官能团的引入量为0.28mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.28mmol/g。
颜料分散液5
向5g浓硫酸在5.5g水中的溶液(冷却至5℃)中，添加0.98g(7.14mmol)对氨基苯甲酸。将包含该溶液的容器放置在冰浴中并且搅拌溶液使得保持在10℃以下。向该溶液添加1.8g(21mmol)亚硝酸钾在9g5℃水中的溶液。将所得溶液搅拌另外15分钟，并且在搅拌下添加6g炭黑(比表面积：220m2/g，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油量：105mL/100g)。然后，将混合物搅拌15分钟。使所得浆料使用透析膜进行渗滤。通过离子交换法使铵离子取代浆料的钾离子后，添加纯水使得颜料含量变为10.0％，接着将颜料分散以得到分散液。由此，制备包含其中-C6H4-COONH4基团键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液5。官能团的引入量为0.12mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.12mmol/g。
颜料分散液6
向5g浓硫酸在5.5g水中的溶液(冷却至5℃)中，添加0.73g(5.34mmol)对氨基苯甲酸。将包含该溶液的容器放置在冰浴中并且搅拌溶液使得保持在10℃以下。向该溶液添加1.8g(21mmol)亚硝酸钾在9g5℃水中的溶液。将所得溶液搅拌另外15分钟，并且在搅拌下添加6g炭黑(比表面积：220m2/g，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油量：105mL/100g)。然后，将混合物搅拌15分钟。使所得浆料使用透析膜进行渗滤。通过离子交换法使铵离子取代浆料的钾离子后，添加纯水使得颜料含量变为10.0％，接着将颜料分散以得到分散液。由此，制备包含其中-C6H3-COONH4基团键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液6。官能团的引入量为0.05mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.05mmol/g。
颜料分散液7
将商购可得的包含自分散颜料的分散液(商品名：CAB-O-JET200，由Cabot制造)调整为包含10.0％颜料的分散液。将颜料分散液用作包含其中-C6H4-SO3NH4基团键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液7。官能团的引入量为0.26mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.26mmol/g。
颜料分散液8
制备包含20g炭黑、7mmol处理剂((4-氨基苯甲酰基氨基)-甲烷-1,1-二基)双膦酸单钠、20mmol硝酸和200mL纯水的混合物。炭黑具有220m2/g的比表面积和105mL/100g的DBP吸油量。对于混合，在室温下以6,000rpm使用Silverson混合机。30分钟后，将20mmol溶解在少量水中的亚硝酸钠缓慢地添加至混合物中。通过该添加，混合物的温度升高至60℃。然后，将混合物在该条件下进行反应1小时。随后，用氢氧化钠的水溶液将所得混合物调整至pH为10。30分钟后，添加20mL纯水，并且使混合物使用透析膜进行渗滤。通过离子交换法使铵离子取代所得混合物的钠离子后，添加纯水使得颜料含量变为10.0％，接着将颜料分散以得到分散液。由此，制备包含其中含有铵离子作为抗衡离子的((4-氨基苯甲酰基氨基)-甲烷-1,1-二基)双膦酸基键合至其颗粒表面的自分散颜料的颜料分散液8。官能团的引入量为0.26mmol/g，和阴离子性基团的引入量为0.52mmol/g。
墨的制备
根据表1-3的上排所示的成分充分混合材料，并且通过具有2.5μm的孔径的丙烯过滤器(由Pall制造)加压过滤所得混合物以得到墨。表中示出的NIKKOLBL-9EX为由NikkoChemicals制造的聚氧化乙烯十二烷基醚，其为通过格里菲法测量的HLB值为13.6并且分子内包含9摩尔加成的氧化乙烯的表面活性剂。表1-3的下排示出源自盐的单价阳离子的含量(A1)、源自单价阳离子的铵离子的含量(A)和阴离子性基团的总引入量(B)(各自以mmol/100g墨计)，以及A/B比率(实施例10-12的A1/B)。
使用下式计算含量A1和A：[100g墨中盐的重量(g)]/[盐的分子量(g/mol)]×(盐的一个分子中的阳离子的数)×1000。使用下式计算量B：[100g墨中自分散颜料的重量(g)]×[自分散颜料的官能团的引入量(mmol/g)]×(一个官能团中阴离子性基团的数)。
表1
墨的组成和性质
表2
墨的组成和性质
表3
墨的组成和性质
评价
如上制备的墨评价如下。用于评价的记录设备为包括通过热能喷射墨的记录头的喷墨记录设备PIXUSiP2700(由Canon制造)。对于该记录设备的使用中的记录任务，当在将一滴25ng±10％的墨施加至1/600英寸×1/600英寸的单位区域的条件下用黑色墨形成图像时，将所得图像的记录任务定义为100％。对于彩色墨，当在将各自具有5.7ng±10％的质量的两滴墨施加至1/600英寸×1/600英寸的单位区域的条件下形成图像时，将所得图像的记录任务定义为100％。对于评价的等级，AA、A和B表示可接受的水平，和C表示不可接受的水平。结果显示在表4中。
沉积的抑制
各制备的墨通过在开放容器中蒸发浓缩为基于质量的10％，由此得到浓缩墨。将装有浓缩墨的墨盒(图2中的31)安装至保护单元(图1中的104)和恢复单元(图2和3中的105)已经如图1-3所示改造的上述喷墨记录设备。通过支承构件支承恢复单元，由此设置在远离墨接收构件51的底面的位置。墨接收构件51的底面可兼作记录设备的外罩(图3中的52)。由聚苯乙烯制成的外罩适应于直接接收废墨，并且将由纤维墨吸收体制成的墨吸收体(图3中的53)配置在墨接收构件的底面的约1/3以下的面积上。当记录头存在于对应于墨接收构件的位置时，设定从喷射口面至外罩的底面的距离使得为约35.5mm。
由此，在30℃的温度和10％的相对湿度下、以10分钟的间隔在3,500张A4记录介质(商品名：PBPAPER，由Canon制造)上记录具有7％的记录任务的实心图案(19cm×26cm)。记录期间，在各记录介质上记录实心图案前根据预喷射数据排出0.21mg±10％废墨至墨接收构件。此外，在100张记录介质上记录实心图案的各操作后，将0.1g±30％废墨一次排出至墨接收构件以清洁记录头。在3,500张记录介质上的记录完成时，目视观察墨接收构件的底面。如果此时的该样品被评价为B，则在另外1,500张上进一步记录实心图案，并且样品被评价为A。对于评价为A的样品，在另外5,000张上进一步记录相同的实心图案。然后，目视观察记录完成后的墨接收构件以评价墨的沉积的抑制。将浓缩墨用于评价的原因为在更严格的条件下进行评价，从而确认墨难以在墨接收构件中沉积，因此具有优良特性。
AA：在记录10,000张后在墨接收构件的底面未观察到墨的沉积。
A：在记录5,000张后在墨接收构件的底面未观察到墨的沉积。
B：在记录3,500张后在墨接收构件的底面未观察到墨的沉积。
C：在记录3,500张后在墨接收构件的底面观察到墨的沉积。
光学浓度
将装有以上制备的各墨的墨盒安装在喷墨记录设备(未改造)内。然后，在记录介质(商品名：EconomywhitePlus，由OfficeDEPOT制造)上记录具有100％的记录任务的实心图案(各为2cm×2cm)以得到记录物。记录一天后，用由Macbeth制造的反射浓度计“MacbethRD-918”(商品名)测量记录物的光学浓度。根据以下标准评价结果：
A：光学浓度为1.32以上。
B：光学浓度为1.00以上且小于1.32。
C：光学浓度为小于1.00。
喷射稳定性
将装有以上制备的各墨的墨盒安装在喷墨记录设备(未改造)内。然后，在10张记录介质(商品名：PBPAPER，由Canon制造)上记录具有100％的记录任务的实心图案(各为19cm×26cm)。目视观察第10张上的实心图案并且根据以下标准评价结果：
AA：稳定喷射并且在实心图案中未观察到白色条纹或褪色。
A：稳定喷射，但轻微地观察到白色条纹或褪色。
B：稳定喷射，但在实心图案中观察到白色条纹或褪色。
C：喷射不稳定并且在实心图案中观察到白色条纹或褪色。
耐水性
将装有以上制备的各墨的墨盒安装在喷墨记录设备(未改造)内。然后，在以下三种记录介质上记录具有100％的记录任务的实心图案(各为2cm×2cm)以得到记录物。使用的记录介质为PBPAPER(由Canon制造)、CanonExtraMultifunctionalPaper(由Canon制造)和BrightWhiteInkjetPaper(由HewlettPackard制造)。记录一天后，将记录介质上的实心图案流水，然后目视观察具有实心图案流出至记录介质的空白区域的墨的斑点的状态。对于记录物，使用三种记录介质制备的具有中间程度的墨斑点的记录物的耐水性根据以下标准来评价：
A：墨未流出至空白区域。
B：墨轻微地流出至空白区域。
C：相当量的墨流出至空白区域并且实心图案变浅。
耐渗色性
将使用以上制备的墨(黑色墨)和BC-311彩色(由Canon制造)的黄色墨记录的图像用于评价耐渗色性。BC-311的黄色墨为包含染料作为着色材料的彩色墨。将各自装有任意的这些墨的墨盒安装在喷墨记录设备(未改造)内。具有100％的任务的黑色实心图案(2cm×2cm)和具有70％的任务的黄色实心图案(2cm×2cm)在记录介质PBPAPER(由Canon制造)上相互邻接记录以得到记录物。然后，通过目视观察所得记录物的实心图案之间的边界来评价所得记录物的耐渗色性。根据以下标准评价耐渗色性：
A：未观察到渗色。
B：观察到轻微的渗色。
C：渗色严重以至于两个图案之间的边界是不清晰的。
表4
评价结果
在实施例5与6之间的比较中，实施例5的喷射稳定性和耐渗色性优于实施例6的这些。
表4示出不插入任何其它构件而将废墨直接排出至墨接收构件的类型的喷墨记录设备中很可能发生的墨的沉积可通过使用包含含有磺酸基或羧基的自分散颜料的墨来抑制。另外，通过添加单价阳离子的盐能够提高记录的图像的光学浓度。特别是，使用具有使铵离子的含量与自分散颜料的阴离子性基团的引入量的比率在特定的范围内的特定含量的铵盐时，实现记录的图像的光学浓度的提高和墨的沉积的抑制二者。另一方面，使用碱金属盐时，即使比率在特定的范围内，沉积的抑制程度也小于使用铵盐的情况。
本发明的实施方案提供采用将废墨从记录头直接排出至墨接收构件的机构并且其中可抑制墨接收构件中墨的沉积的喷墨记录设备和喷墨记录方法。
虽然参考示例性实施方案已描述了本发明，但应理解本发明并不局限于公开的示例性实施方案。以下权利要求书的范围符合最宽泛的解释以涵盖所有此类改进以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种喷墨记录设备，其特征在于，其包括：
记录单元，所述记录单元包括具有设置有喷射口的表面的记录头；
水性墨，所述水性墨从所述喷射口喷出以在记录介质上记录图像；
保护单元，所述保护单元包括覆盖所述具有喷射口的表面的覆盖构件；和
恢复单元，所述恢复单元与所述覆盖构件分离、不具有刮擦墨接收构件上沉积的所述水性墨或抽吸来自所述喷射口的所述水性墨的构件，所述恢复单元包括不插入任何其它构件而直接接收来自所述喷射口的废墨的墨接收构件，所述废墨为根据预喷射数据排出的所述水性墨的一部分；
其中所述水性墨包含含有羧基和磺酸基的至少一种阴离子性基团的官能团键合至颗粒表面的自分散颜料。
2.根据权利要求1所述的喷墨记录设备，其中所述水性墨进一步包含铵离子与选自由Cl-、Br-、I-、ClO-、ClO2 -、ClO3 -、ClO4 -、NO2 -、NO3 -、SO4 2-、CO3 2-、HCO3 -、HCOO-、(COO-)2、COOH(COO-)、CH3COO-、C2H4(COO-)2、C6H5COO-、C6H4(COO-)2、PO4 3-、HPO4 2-和H2PO4 -组成的组的阴离子的盐，和
源自所述盐的铵离子的以mmol/100g所述水性墨计的量与所述自分散颜料的阴离子性基团的引入量的以mmol/100g所述水性墨计的总量的比率为大于0.0倍且1.7倍以下。
3.根据权利要求2所述的喷墨记录设备，其中所述铵离子的量与所述阴离子性基团的引入量的总量的比率以摩尔计为大于0.0倍且0.8倍以下。
4.根据权利要求2所述的喷墨记录设备，其中所述水性墨中的所述盐的含量相对于所述水性墨的总质量为0.01质量％以上且0.50质量％以下。
5.根据权利要求1所述的喷墨记录设备，其中所述阴离子性基团为羧基。
6.根据权利要求1所述的喷墨记录设备，其中所述官能团为邻苯二甲酸基团。
7.根据权利要求1所述的喷墨记录设备，其中所述自分散颜料的所述阴离子性基团的引入量为0.10mmol/g以上且2.00mmol/g以下。
8.根据权利要求1所述的喷墨记录设备，其中所述自分散颜料的所述阴离子性基团的引入量为0.20mmol/g以上且2.00mmol/g以下。
9.根据权利要求1所述的喷墨记录设备，其中所述墨接收构件具有由非墨吸收性材料制成的底面。
10.根据权利要求1所述的喷墨记录设备，其中所述墨接收构件包括在小于或等于底面的面积的一半的面积内设置有墨吸收体的底面。
11.一种喷墨记录方法，其特征在于，其包括：
通过从设置于记录头的表面中的喷射口喷射水性墨而在记录介质上记录图像；
用覆盖构件覆盖所述喷射口的表面用于保护；和
不插入任何其它构件根据预喷射数据将废墨从所述喷射口直接预喷射至与所述覆盖构件分离的墨接收构件，
其中所述方法不进行刮擦所述墨接收构件上的水性墨的沉积物或抽吸来自所述喷射口的所述水性墨，和
用于所述记录的所述水性墨包含其中含有羧基和磺酸基的至少一种阴离子性基团的官能团键合至颗粒表面的自分散颜料。
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