CN1062579C - 喷墨记录方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种喷墨记录方法，该方法包括向喷墨记录头提供含有预定量表面活性剂的水性墨水，该预定量低于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度(c.m.c相对于墨水)，但高于表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度(c.m.c相对于纯水)，从而实现在记录介质上的墨水记录。

Description

喷墨记录方法及装置
本发明涉及将墨水、固态墨料溶解后的墨水、粉状物质溶解后的调色剂液态沾着物附着于纸、布、特殊薄片材料等记录介质上，或单纯以印刷为目的附着于装饰材料本身上的喷墨打印方法及装置。本发明适用于复印机、传真机等记录装置、通信装置、办公设备、复合式设备、打印机等。
作为个人计算机终端、复印机或FAX(传真机)等的输出装置，已经使用热复制、LBP、点脉冲、喷墨等打印机或其他系统。
其中，喷墨系统作为一种安静性好的印刷系统受到人们的注重。在喷墨系统中利用加热使液体发泡的方法，具有易获得高密度、安静性好、彩色化容易、能耐高速印刷等特征，作为一种质量高、成本低的印刷方法受到重视。
另一方面，老喷墨方式中的使用传统压电元件的喷墨记录方法，是用40V或以上的激励电压，采用按需应答方式或连续方式喷射墨水进行记录的。通常，利用即使环境条件有变化也能可靠地喷墨的激励电压激励压电元件。作为专利，已知日本专利58-6752号公报中，就是以这种方式作为实施例发表的，涉及到不同颜色的墨水，它们每种含有0.0001-10重量百分比的环氧乙烷添加物。该公报将含有表面活性剂的墨水与不含表面活性剂的墨水进行比较，对相对优良的定形性、耐水性进行了评价，而且还对连续和间断激励喷墨时稳定地喷射墨水方面进行了评价。另外，该公报还发表了对放置三个月后，用最初的激励信号能否喷射进行了判断，结果表明含有表面活性剂的墨水能进行良好的喷射。
然而，1981年(10月1日)发行的“再版新表面活性剂入门”(三洋化成工业株式会社)中，阐述了在液体中含有表面活性剂的情况下，为了充分地发挥表面活性剂的作用，最好往该液体内加入其含量超过在该液体中的临界胶束浓度(c.m.c.)的表面活性剂，并将此作为不言而喻的知识。在美国专利第5106416号说明书及美国专利第5116409号说明书中，把墨水中表面活性剂的含量高于相对于该种墨水的临界胶束浓度(c.m.c.)作为特征之一。这些公报阐述了这些发明具有防止墨水渗出的效果，并且说明了对水而言，表面活性剂的临界胶束浓度(c.m.c.)无意义。与此相反，在日本专利申请56-49771号公报中，阐述了表面活性剂含量低于相对于水的临界胶束浓度(c.m.c.)的墨水，具有防止堵塞喷嘴的效果。另外，在日本专利申请1-182384号公报中，与前面提到的日本专利58-6752号公报一样，阐述了可以使用这样一种墨水，即在含有1-10％的表面活性剂的墨水中添加低蒸汽低粘性的极性溶剂，这只是考虑了墨水对纸的渗洇问题。
上述已公布的现有技术内容，如同最终图象本身以高质量的图象能给人以错觉，但若加以详细讨论的话，首先，现有技术没有注意到从喷墨头喷射出来的墨滴结构的变化，其次没有考虑到喷墨头内的墨水状态变化、飞行中墨滴分散而形成的称作伴随滴或微滴的主滴以外的微小墨滴、以及墨水相对于记录介质的特性等等之间的相互关系，可知现有技术只不过是一种低水平的技术。
本发明者把解决上述现有技术中没有认识到的上述相互关系作为最大课题进行了研究开发，着眼于主墨滴以外的微小墨滴，对作为本发明的特征的表面活性剂相对于墨水的定性临界胶束浓度(c.m.c，)、以及相对于纯水的临界胶束浓度(c.m.c.)进行了探讨，立足于达到最佳的结果。
为了有助于理解本发明，先作一简单说明。墨水从喷墨头喷出后，在到达记录介质之前，如果墨滴分散了，就会引起不同颜色的墨水边界本身的变动，即使墨水对于记录介质具有很小的渗洇特性，但分散的微小墨滴仍会降低图象质量，从这一现象看，便可理解本发明的着眼点与以往相比具有的优势。
而且，以往的喷墨记录方法或装置，由于通常是在20℃至25℃的环境下使用，所以几乎没有环境条件对效果的判别标准。最近，为了使喷墨头的特性稳定，喷墨头在采用温度调节结构时，环境温度与喷墨头内部温度之差，对实际的墨滴的飞行状态有相当程度的影响，但上述以往的公报中在判别效果时，没有考虑到这种环境问题，而这是应该考虑的事项。本发明者从这一观点出发，要求图象质量更加稳定，更加可靠，在测定表面活性剂相对于墨水或纯水的浓度与表面张力的关系时发现，在调节记录中使用的喷墨头温度时的设定湿度下，一边调节墨水(最好也对纯水)，一边进行测定，能够获得较准确的临界胶束浓度(c.m.c.)点或其曲线本身，使得实际的墨水记录更加准，且特性能长期稳定。
再者，表面活性剂的浓度超过相对于墨水的定性临界胶带浓度(c.m.c.)的墨水，对于市售纸来说，如果不通过喷墨头，虽然能防止不同颜色的边界渗洇，也能防止由于记录介质浸渗不匀而造成的涂满墨水部分(以下简称全涂部分)的浓度不匀或局部泛白，以及具有使点的形状近似圆形的效果，但在温度上升造成的低湿度环境下，由于蒸发等原因，会使粘度显著增大，使喷射的恢复性能变坏，这个问题已经弄清。为了防止发生这种现象，虽进行了频繁地恢复动作，但超出预料，导致打印时间减少及墨水消耗量增加的弊端。尤其是对超过该临界胶束浓度(c.m．c.)的墨水所应注意的问题是，墨水的表面张力下降到极限时，粘度会急剧上升，从喷头喷出后，伴随主滴的微点不均匀，而且产生这种现象的比率急剧增加，有损于文字的品位和线条的直线性，以及色调发生变化等，有多种弊端，在图象上得不到墨水本身的效果。
本发明的主要目的是提供这样一种喷墨记录方法及装置，它能通过喷墨头喷射墨水，在记录介质上进行喷墨记录(包括染色)，使最终的点的形状稳定，且表面活性剂(最好是非离子型的)具有防止墨水渗洇记录介质或颜色边界混乱的作用。
本发明的另一个目的是提供这样一种喷墨记录方法及装置，即由于考虑到原有的含有表面活性剂的墨水没有探讨过的环境条件，所以使得图象的品位更好，可靠性高。
本发明的再一个目的是提供这样一种喷墨记录方法及装置，即含有表面活性剂的墨水特性在喷墨头内部和在记录介质上有很大的变化，能有效地利用墨水本身的功能效果，并能提高图象的品位。
本发明所提供的技术及其相关的技术的主要特征是对含有表面活性剂的水性墨水规定的该表面活性剂的含有率小于临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)，将该表面活性剂按规定的含有率加入纯水中时，该规定的含有率大于相对于该纯水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)，将这种含有表面活性剂的水性墨水供给喷墨记录头，从而在记录介质上进行该墨水的记录，能获得与以往的技术相比见解一新的图象质量。
本发明还提供这样一种喷墨记录方法，其特征是对含有表面活性剂的水性墨水规定的含有率小于水性墨水中表面活性剂的临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)，且接近该临界胶束浓度，但大于在纯水中的表面活性剂的临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)，将该含有表面活性剂的水性墨水供给喷墨记录头，从而实现在记录介质上用墨水记录。
根据本发明，进一步提供一种喷墨记录方法，该方法包括向喷墨记录头提供含有表面活性剂的水性墨水，该表面活性剂的预定含有量低于且接近于表面活性剂相对于墨水的临界胶束浓度(c．m.c.相对于墨水)，但高于表面活性剂相对于水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于水)，并且控制在记录介质上的墨水的表面活性剂的浓度，使之不低于表面活性剂相对于墨水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)，从而实现在记录介质上用墨水记录。
根据本发明，进一步提供一种喷墨记录装置，该装置包括装有水性墨水的喷墨记录头，该墨水含有预定量的表面活性剂，该预定量低于并接近于表面活性剂相对于水性墨水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)，但高于表面活性剂相对于纯水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)；一个促使装置，用于控制记录介质上墨水的表面活性剂的浓度，使之不小于表面活性剂相对于墨水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)，所述记录装置在记录介质上用该水性墨水记录。
根据本发明，进一步提供一种喷墨记录方法，该方法包括给喷墨记录头提供水性墨水，该水性墨水含有预定量的表面活性剂，该预定量低于表面活性剂相对于水性墨水的临界胶束浓度(c.m．c.相对于墨水)，但高于表面活性剂相对于纯水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)，条件为在使用时，水性墨水满足表面张力大于30达因/厘米(dyne/cm)，从而实现在记录介质上用墨水记录。
根据本发明，进一步提供一种喷墨印刷方法，
该方法使用温度控制的喷墨记录头，将温度控制在设定温度条件T℃的温度下，该方法包括向喷墨记录头提供含有预定量表面活性剂的水性墨水，在该设定温度条件T℃的温度下，该预定量在表面张力与表面活性剂在水性墨水中的浓度之间的关系曲线上低于表面活性剂相对于水性墨水的临界胶束浓度，但是，在该设定温度条件T℃的温度下，该预定量在表面张力与表面活性剂在纯水中的浓度之间的关系曲线上高于表面活性剂相对于纯水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)，以实现印刷。
该最佳发明以上述为主要特征的技术效果是喷出墨滴的喷射状态稳定，能抑制在记录介质上的渗洇，并因单点形状的稳定而切实地提高了打印品位，能全部均衡地满足喷射的恢复性能和以高频率喷射的特性等，因而具有以下的效果。即在上述设定温度条件T℃的温度下，表面张力大于30达因/厘米，能提高工作状态下的喷头中墨水的重新装满或喷出的机能。由于表面活性剂的含有量在以上指出的[上述临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)+上述临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)]/2以下的范围内，所以粘度的变动极小，表面活性的效果更加突出，能使墨滴的喷射状态实际上无变动。特别是有关在上述设定温度条件T℃时的表面张力和表面活性剂浓度之间的关系曲线决定着表面活性剂的浓度，能使表面活性剂形成对应于工作环境的变化的有效功能状态。
不管怎样，从促进浸透的观点来看，表面活性剂的浓度最好是尽可能的高。但从防止渗洇、保持全涂部分的均匀性等观点来看，在实用上墨水中表面活性剂浓度要比其在纯水中的临界胶束浓度大，是重要的；以提高喷射特性、提高单个点的品位、减轻恢复动作的负载为目标时，表面活性剂浓度要比其在墨水中的临界胶束浓度(c．m.c.相对于墨水)小一些，是重要的。
另外，本发明是一种能满足上述主要特征的技术，而且是能在记录介质上依次进行多种颜色墨水记录的彩色记录方法，所使用的多种颜色的墨水全部满足使上述表面活性剂具有相同的上述规定含有量，不仅在颜色的边界，而且在叠层的情况下，表面活性剂也不相对移动，因此能获得所希望的色调状态。另外，本发明的其它特征可以从下面的说明加以理解。
图1是表面活性剂的添加量(浓度)与表面张力的关系曲线。
图2是与表面活性剂的浓度对应的记录介质上的渗洇与墨水本身在喷头中的粘度的关系曲线。
图3A-3D表示一个记录头扫描时在记录宽度A内的记录状态。
图4是说明分别送纸、分别打印的系统(精细状态)的略图，图3D所示的细化模型由其实现。
图5是打印机的结构图。
图6A是多路记录头的略图。
图6B是多路记录头的分解图。
图7是多路记录头顶板的内面图。
图8是表示表面活性剂浓度变化状态的曲线图。
图9是表示表面活性剂浓度与再注满频率之间的关系曲线图。
图10是表示实施本发明时使用的记录装置的略图。
图11是表示实施本发明时使用的记录装置的另一例的略图。
下面说明本发明的基本原理。
首先测定表面活性剂的临界胶束浓度。判断临界胶束浓度的方法是只使表面活性剂的浓度变化，而使其它成分一定，制成墨水。用表面张力测定仪(协和表面科学(株)制商品名称：表面张力计CB-VP-A3型)测定表面张力，并把表面活性剂的浓度即使增加到该浓度以上时，表面张力也不下降的最小浓度作为临界胶束浓度。另外，在纯水中进行同样的测定，测定出相对于纯水的临界胶束浓度。
根据表面张力测定的临界胶束浓度的结果示于图1中。图中，在纯水中测定的临界胶束浓度c.m.c.(w)和在墨水组成中测定的临界胶束浓度c.m.c.(i)，如图所示，有若干异差。表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度和在墨水中的临界胶束浓度之间产生差异的原因，可根据下述机理推断。
在墨水中加入了显色用的染料或颜料等发色剂，另外，为了提高保存性能、防止粘结等，还加入了各种添加剂。
这些染料和添加剂的大部分在溶液中扩散。其余的以一定概率存在于气液界面、气固界面上。因此在墨水组成中，液体一气体界面、液体一固体界面状态比在纯水中更不均匀。在纯水中与在墨水组成中相比较，前者在较低浓度下便达到临界胶束浓度，而在墨水组成中，表面活性剂在表面取向后，在存在于这些界面的染料、添加剂的表面上充分取向之前，表面张力将继续下降。
另一部分表面活性剂与在界面上一样，被存在于溶液中的染料、添加剂等所吸附、消耗。
如上所述，为了消除由界面上或溶液中存在的染料、添加剂引起的界面不均匀性，于是使用了表面活性剂，因此可以推断墨水组成中的临界胶束浓度要比纯水中的临界胶束浓度高。
但是，图1所示的表面活性剂在低浓度时的表面张力的急剧下降在墨水组成中会发生，在纯水时也同样会发生。这表明添加的表面活性剂有时在溶液中溶解并在染料上取向，或者有时在表面的染料、添加剂上取向而被消耗，充分地发挥在气液界面上取向，使表面张力下降的机能。即，表面活性剂在浓度低的区域，由于有与在纯水中同样的现象，可知气液表面的表面活性剂会使表面张力下降。
如上所述，为了提高浸透力，如果添加剂到墨水中的表面活性剂的添加量比其在水中的临界胶束浓度大时，就能获得充分的浸透性能。
其次，表面活性剂的浓度对打印品位的影响，示意性地示于图2中。图中示出了打印品位中最大差异的“边界渗洇”。如上所述，即使在墨水组成中，如果墨水表面上的浓度比纯水的临界胶束浓度高时，由于考虑到活性剂在界面上取向，若比图中的c.m.c.(w)高时，则能充分获得防止渗洇的效果。
另外，如果表面活性剂浓度相对于墨水增加其重量百分比时，墨水的粘度就会慢慢地上升。尤其是超过墨水的临界胶束浓度c.m.c(i)时，粘度显著上升。因此在墨水的临界胶束浓度c.m.c(i)以上时，证明了上述背景技术中说明的现象是明显的。这样，在墨水的临界胶束浓度c.m．c(i)以上时的墨水粘度，如上所述，会使喷出的墨滴状态变坏，不仅图象劣化，而且在很大程度上影响着喷墨头的恢复性能。
在图1中的表面活性剂浓度一表面张力曲线上，相对于含有表面活性剂的水性墨水，该表面活性剂的临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)点c.m.c.(i)为3.2％重量，29达因/厘米，当该表面活性剂对纯水具有规定含有率时，相对于该纯水的临界束浓度(c.m.c.相对于纯水)点c.m.c.(w)，为0.7％重量，27达因/厘米。这时，图1中表面活性剂浓度E(1％重量)处的墨水A、B的点C1、C2都在30达因/厘米以上，达到该浓度时，由图可知，是在[上述临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)+上述临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)]/2以下的范围内。因此，只使用点C1、C2处的墨水A、B的彩色记录图象将是上述说明中所说的本发明的最佳实施例子。另外，在图1中表面活性剂浓度F处的墨水A的点D，位于墨水的临界胶束浓度c.m.c.(i)附近，因此在利用加热装置调节温度形成的200℃的记录环境下，能使喷出后的墨滴特性发生变化，在记录介质上能实际地表现出墨水在临界胶束浓度c.m.c.(i)以上时的特性。本发明使用的表面活性剂并不受到特殊限制，但最好是结构式〔1〕至〔4〕中的那些，式中，m，n和m+n的每一个最好在6至14的范围内，且R最好有6至26个碳原子。结构〔1〕：
        R-O-(CH2CH2O)n-H
其中R是烷基，n为整数，结构式〔2〕：
Figure 9310906800171
其中R是烷基，n为整数，结构式〔3〕：
其中R是氢或烷基，m和n分别为整数，结构式〔4〕：
(式中m、n为整数)。
下面，利用实例具体地说明本发明。
以下，不特别限定的话，式中的单位假定使用重量％。
例1和比较例1至2：    实施例1         比较例1        比较例2溶剂：甘油                5.0             5.0            5.0表面活性剂：乙炔乙二醇    1.0             0.5            5.0添加物环氧乙烷(商品名：Acetylenol EH)稳定剂：尿素              5.0             5.0            5.0染料：黑：C.I.烟罩黑2           4.0             4.0            4.0黄：C.I.直接黄86          2.5             2.5            2.5深蓝：C.I.直接兰199       3.5             3.5            3.5
                      3.0             3.0            3.0深红：C.I.直接红227水                       平衡             平衡           平衡
将按照上述处方混合的4种颜色的墨水分别在室温下搅拌2小时后，用孔径为0.22μm的过滤器(住友电气工业(株)的Fluoropore过滤器)过滤后，供试验用。对使用上述墨水进行打印时的渗洇程度的好坏、以及相对于放置时间的允许度进行评价。
实施例1中的墨水具有按本发明的宗旨构成的墨水成分，所以使表面活性剂的浓度高于该活性剂在纯水中的临界胶束浓度，但低于该活性剂在上述墨水组成中的临界胶束浓度。比较例1中的墨水是为了显示本发明的效果而作为比较对象使用的墨水，其表面活性剂的浓度低于在纯水中的临界胶束浓度。比较例2中的墨水与比较例1一样，也是为了显示本发明的效果而作为比较对象使用的墨水，其表面活性剂的浓度高于上述构成的墨水中的表面活性剂临界胶束浓度。
对上述墨水的边界渗洇、可放置时间等进行了评价。进行打印品位等项评价时，使用市售的复印纸〔佳能(株)NP干纸〕，打印主体不特别限定，使用了通过加热发泡喷射墨水的彩色喷墨打印机〔佳能(株)商品名称：BJC-820J〕。
(1)点的形状
使用上述墨水，使300个点互不接触进行打印，在室温下干燥24小时后，用显微镜计数出不定形或不规则的渗洇点的个数，并根据下述标准评价其百分数。A：10％以下B：11-50％C：51％以上
(2)根据可放置时间进行的恢复性评价
实际进行打印时并非均匀地使用全部喷嘴，一部分喷嘴在打印过程中往往长时间无喷射动作。这种不使用的喷嘴，墨水溶剂从喷嘴前端蒸发，使粘度增大，结果造成喷嘴被增大了粘度的墨水堵塞，成为打印歪扭和模糊的原因。那么放置多长时间会发生打印不良呢?由于喷射压力、开口面积等随喷头的不同而不同，因此作出一般的规定是有困难的。但在同一种喷头的情况下，在很大程度上取决于环境和所使用的墨水。也就是说，含有相当分量的高粘度不挥发成分的墨水，当溶剂蒸发时，粘度增大，容易造成喷射不良，因此有必要尽量限制高粘度的添加剂。一般情况下，为了防止上述的打印不良，在打印过程中，在一定的时间内使全部喷嘴或不使用的喷嘴进行喷射动作，加以恢复，但在打印过程中频繁地进行这种恢复动作，会降低打印速度，增加墨水的消耗量，因此应尽量避免。所以必须评价实际使用墨水与喷头的组合需要在多长的时间间隔内进行上述的喷射恢复动作。
首先，将各种墨水注入整体型喷墨盒(BC-01，佳能制造)中，在低温低湿环境下(温度10℃，温度10％)充分处理后，安置到打印机上，进行全部喷嘴喷射的第一次打印，此后在规定的时间内中断打印，在无间隔状态下待机，然后进行第二次打印。改变中断时间，并以目视检查未出现打印不良的最大时间作为通过喷射进行恢复动作的必要时间，用于进行评价。根据下述标准进行评价：A：60秒以上B：30秒-60秒C：30秒以下
(3)颜色渗洇的阻止
打印出如图3A-3C所示的不同颜色相邻的彩色样品，通过一次扫描在图示的宽度A范围内打印，观察不同颜色之间的渗洇。
如图所示，使用的颜色有黑、深蓝、深红、黄、以及由深蓝，深红、黄三种颜色中的二种重叠打出的红、蓝、绿共七种颜色。A：全部边界未见到不同颜色间的渗洇。B：墨水附着量多的红、绿、蓝边界处看到渗洇现象。C：几乎在全部边界处都观察到不同颜色之间的渗洇现象。
(4)全涂部分的均匀性
用注入的100％浓度的墨水进行全部打印，并通过目视判断打印部分的颜色的均匀性，使用下述标准：A：均匀，未见有不均匀的地方。B：在纸纤维密的地方，颜色不均匀明显。C：所有各处颜色都不均匀。
以上的评价结果示于表1中。
                    表1评价项目        实施例1     比较例1     比较例2(1)点的形状       A            C            B(2)可放置时间     A            A            C(3)渗洇           A            C            A(4)颜色均匀性     A            C            A
如表1所示，表面活性剂的含有浓度高于纯水临界胶束浓度的实施例1及比较例2，由于提高了浸透性，有效地防止了渗洇。但与使用实施例1墨水的打印件相比，使用比较例2墨水的打印件有少量的渗洇，而均匀性要稍好一些。但相对于比较例1来说，实施例1和比较例2中的不渗洇性、均匀性都特别好。比较例2与实施例1相比较，前者稍差一些，按实施例1的水准，在实用上无问题，这是已断定的。
另外，关于单个点的形状，在比较例2的情况下，在喷出主滴时，发现有副液滴(伴随滴)产生，与实施例1的情况相比，增加了不良因素。
另一方面，在表面活性剂的含量低于该活性剂在纯水中的临界胶束浓度的比较例1中，由于其浸透性不充分，故在不同颜色的边界处产生很严重的渗洇现象。
另外，表面活性剂的含量高于该活性剂在墨水中的临界胶束浓度的比较例2，其恢复性能不好，与实施例1及比较例1相比，可知比较例2的喷射特性不好。
如上所述，使用本实施例中所用墨水的印刷装置，实用上能获得非常好的图象质量，且有可放置的时间(好的恢复性)。
实施例2和比较例3：
在下述的本实施例中，当使用的墨水中表面活性剂的含量低于墨水中的临界胶束浓度时，因使用的表面活性剂浓度极为接近墨水中的临界胶束浓度，所以在墨水飞行中或着落时，由于溶剂、水等的蒸发，墨水被浓缩，墨水中表面活性剂的浓度会超过墨水中的临界胶束浓度。由于是这样一种构成，则可以使记录头中的墨水为这样一种墨水，其中表面活性剂浓度低于其在墨水中的临界胶束浓度，所述浓度有利于喷射特性。而且，在墨水浸透时，变成在临界胶束浓度以上，因此将会看到渗洇程度、点的品位等都有所提高。
下面根据图8说明本实施例。
首先，开始打印时，为了促使水分蒸发，调节喷头内的温度，使其升到所需要的温度。开始以图8所示的浓度〔Ci〕喷出墨水，在到达印刷介质表面之前，由于水分的蒸发，浓缩到图8中的浓度〔Ck〕。其次，到达印刷介质表面后，由于在印刷介质表面上水分的蒸发，活性剂浓度被浓缩，终于达到“临界胶束浓度”。这时，印刷介质表面上墨水的表面张力达到极小点，吸收速度变得极大。此后，浓度达到最终浓度〔Ce〕，墨滴被吸入介质大致在同时结束。
该喷头的喷射特性示于图9。由图可知，从活性剂浓度低的区域开始，随着活性剂浓度的上升，表面张力下降，粘度上升，因此再注满的频率急剧下降。另外，即使在“临界胶束浓度”以后，表面活性剂浓度上升时，由于粘度增大，仍会发现再注满频度下降。
下面给出对渗洇、再注满特性实际进行的试验例。使用处方如下的墨水。
                              实施例2       比较例3溶剂：甘油                         7.5           7.5表面活性剂：十四烷基硫酸钠
                               0.055         0.065
(sodium tetradecyl sulfate)稳定剂：尿素                       7.5           7.5染料：黑：C.I.烟罩黑2              4.0           4.0
  黄：C.I.直接黄86             2.5           2.5
深蓝：C.I.直接蓝199            3.5           3.5
深红：C.I.直接红227            3.5           3.5
  水                           平衡         平衡
将按照上述处方混合的4种颜色的墨水分别在室温搅拌2小时后，用孔径为0.22μm的过滤器(住友电气工业(株)的Fluoro-pore过滤器)过滤后供试验用。用上述的墨水，改变喷头的驱动频率，对打印时的渗洇程度的好坏及打印良否进行评价。另外，评价方法除下述的再注满的以外，与实施例1的标准相同。
再注满特性：
根据打印状态判断打印时墨水往喷嘴中再次注满的情况是否良好。A：即使100％地全部打印，也能无问题地进行打印。B：100％地全部打印时，由于墨水注入不足，产生歪扭、模糊、不喷墨等现象。C：100％地全部打印时，不能再进行注入，全部喷嘴都不能喷墨。
为了更加明确地了解实施例的效果，作为比较例，同时记载了使表面活性剂浓度达到墨水中临界束胶浓度以上的情况。(比较例3)
评价结果示于表2中。
由表2可知，在比较例3中，超过5.5KHz的驱动频率时，来不及再注满，相比之下，在实施例2的情况下，即使达到6.0KHz的驱动频率时，仍然可以再注满墨水。关于渗洇，实施例2与比较例3都具有极快的浸透速度，所以两者之间几乎无差别。
在上述实施例2中的墨水组成情况下，所采用的表面活性剂浓度低于墨水中的临界胶束浓度，而且从低于墨水中的临界胶束浓度非常快地变化到临界胶束浓度以上。因此，从临界胶束浓度以下转变到以上的过程，仅在墨滴到达纸面上的时间内和在纸面上水分蒸发过程中便能完成，具有不必使用辅助溶剂的优点。
实施例3和比较例4至5：
实施例3的情况也与实施例2一样，为了促使水分及低沸点溶剂的蒸发，开始打印时，调节喷头内的温度，使其上升到所希望的温度。以后与实施例2一样进行水分的蒸发。在本实施例中，所使用的表面活性剂的浓度高于其临界胶束浓度。在这种情况下，仅在墨滴到达低面的时间内及在纸面上的水分蒸发过程中，不可能从墨水中的临界胶束浓度以下转变到以上。因此，需添加异丙醇低沸点溶剂，通过异丙醇的蒸发及向介质中的浸透，促进浓缩。
也就是说，到达印刷介质表面时，墨滴由于加热造成的水分蒸发及低沸点溶剂的蒸发、以及由于喷射着落造成的表面状态的急剧变化等，在到达印刷介质表面上时，内部及边界表面上的表面活性剂/水系统尚未达到平衡状态，溶液呈不稳定状态。因此，可以认为墨水本身没有向纸中浸透的能力。从这一过渡状态开始，低沸点溶剂从墨水中蒸发，活性剂的浓度变高。由于这一现象的发生，墨滴着落后，在打印介质上达到墨水中的临界胶束浓度以上，提高了对纸的浸透力。
另外，在本实施例的情况下，相对于印刷介质的表面张力小的低粘度溶剂被印刷介质表面吸收，判断一下是否与印刷介质表面上的墨水的表面活性剂浓度上升的现象同时发生。利用上述现象，与实施例2相比较，浓度变化得快。在给出的比较例5中，处方与实施例3相同但不添加低粘度的吸收性溶剂。在该比较例5中，以6.5KHz的频率驱动时，可以看到，如果将异丙醇除去，并以高频率驱动时，稍微容易发生渗洇。
这样，通过添加低沸点、低粘度而且对纸的亲合性好的溶剂，使一部分溶剂在纸面上蒸发及被吸收，从而使墨水中的表面活性剂浓度上升，便可得到与实施例2同样的效果。
另外，溶剂中有些是具有与表面活性剂同样作用、能使粘度上升、使表面张力下降的溶剂。这些溶剂最好不影响墨水在喷头内的状态。因此，作为添加的溶剂最好是使粘度上升得不多，使表面张力下降不大的溶剂。              实施例3    比较例4    比较例5溶剂：甘油                     5．0       5．O       5．0低沸点溶剂：异丙醇             5．0       5．0       0．0稳定剂：尿素                   7．5       7．5       7．5表面活性剂：乙炔乙二醇，添加物 1．9       4．0       1．9
        环氧乙烷在结构式(4)中(n+m=10)染料：黑/c.I.烟罩黑2           3．8       3．8       3．8
黄/c.I.直接黄86            2．5       2．5       2．5
深蓝/c.I.直接蓝199         3．5       3．5       3．5
深红/c.I.直接红227         3．5       3．5       3．5
水                         平衡       平衡       平衡
驱动频率 评价项目 实施例2 比较例3 实施例3 比较例4 比较例5
3.0KHz 再注满渗洇 AA AA AA AA AA
5.5KHz 再注满渗洇 AA AA AA BA AA
6.0KHz 再注满渗洇 AA BA AA BA AA
6.5KHz 再注满渗洇 BA CA BA CA BB
与实施例2相同，对渗洇、再注满的频率进行的评价结构示于表2中。为了更明确地了解实施例2的效果，作为比较例，一并记载了将表面活性剂浓度添加到临界胶束浓度以上的比较例4。
由上表可知，在比较例4中以5.5KHz的频率驱动时来不及再注满墨水，而在实施例3的情况下，即使在6.0KHz时，再注满特性仍良好。
实施例4：
使用与实施例2相同的墨水时实施例4的结构示于图10、11中。因打印部分有加热器109和向加热器109送风的风扇111，使得打印部分、定形部分的周围空气干燥，有助于水分、溶剂等的蒸发。由于这种结构，图8中的曲线的斜率增大。由于在短时间内被浓缩，图8所示的吸收结束的时间t2变短。再者，像实施例3那样添加低沸点溶剂时，由于打印介质也同时保持干燥状态，所以促使溶剂被吸收到介质中，蒸发速度也变大，所以定形速度更快，效果很好。
实施例5：
在实施例1所示的结构的情况下，因浸透性好，渗洇率大，覆盖一定面积所用的墨水量与通常的墨水相比较，用少量的墨水即可。反之，如果使喷出量与通常渗洇率小的墨水的喷出量相等时，连接部分的线条显眼，文字品位下降，深浅色调变坏，这是不令人满意的。但是，在喷出量少的情况下，因用少的喷出量覆盖较大的面积，相对来说，单位面积上的染料浓度下降。因此，在实施例1的情况下，为了补充该染料浓度的下降，与通常的渗洇率小的墨水相比较，可使染料浓度稍大一些。
在使用这种染料浓度大的墨水的实施例1中，周围的环境温度低时，由于粘度增大，容易造成喷射不良。在这种情况下，通常采用的有效方法是利用在喷射部分或包括供给部的喷射部分外部设置的加热器喷头内的加热器、打印用喷射加热器的热空气等，进行温度调节。但在调温时，在使用实施例1中那种高浓度染料的墨水的情况下，如果将调节的温度设定得太高，则由于喷嘴前端的染料渗出及蒸发，而造成染料粘着，墨水粘度增大，就会产生使上述实施例1中说明的可放置时间急剧下降的弊病。
因此，在10℃的低温环境下使用实施例1的记录装置时，如果将喷射部分保持在15℃-40℃的温度范围内，就不会发生上述的弊病，可以打印。
再者，为了防止通常所谓的处于准备喷射状态的不使用喷嘴由于粘度增大而不能喷射，在打印过程中往往要进行恢复动作，但是在20℃至30℃的温度范围内，通过控制喷射部分的温度，即使在低温环境下，也可以采用与常温大致相同的准备喷射间隔，便能恢复。
实施例6：
为了改善在比实施例1时的温度更低的温下的喷射特性，作为溶剂，添加了5％的硫二甘醇(thiodiglycol)。在本实施例的情况下，即使不进行像实施例6那样的保温，在低温环境下也能打印。
实施例7：
另外，为了使各喷嘴的喷出量、喷出方向没有显著偏差，在喷墨记录装置上设置许多彼此之间有辅助关系的屏蔽罩，通过采用一个打印单元使用不同的喷嘴，通过数次扫描进行记录的多路扫描打印方式。采用这种打印方法时，单位面积上一次附着的墨水量少，因此使用与实施例2、实施例3同样的墨水时，对于溶剂、水分等的蒸发非常有利。由于采用这种结构，与实施例4的情况相同，图8中曲线的斜率变大，能在短时间内浓缩，所以图8所示的吸收结束时间t2也变短。因此，与各打印单元进行一次扫描记录相比较，更能促进定形，对防止渗洇有很好的效果。
图4表示本发明中的第7个实施例的记录方法。
本实施例中使用的喷墨记录装置、记录头与第一个实施例中使用的相同。
它是把记录头的记录区(L)分成4部分，记录头第1次扫描时，在其中的25％的部分进行记录，然后按L/4的幅度供纸，第2次扫描时，用不同的喷嘴再打印25％，并进行L/4的幅度的供纸，第3次扫描时，再打印25％，供给L/4幅度的纸，第4次扫描时，进行剩余的25％的打印，从而打印完。
在图4中，本来不能看到喷射口系列，但为了便于说明，所示的是从上方看的视图。
图3D是表示本实施例中的25％的一部分之一例，用数字表示墨滴着落位置和着落顺序。也就是说，第1次扫描时，在位置①打印，第2次扫描时，在位置②打印，第3次扫描时，在位置③打印，第4次扫描时，在位置④打印，经过4次滑架扫描，完成一定区域的打印。
再用图4进行详细说明。首先，第1次扫描时，用各记录头在记录区(1)中的喷嘴打印。K，C，M，Y各记录头以间插方式(thinnedout)打印25％，K，C，M，Y分别注有黑色、深蓝色、深红色和黄色墨水。这时的25％间隔打印部分相当于图3D所示的位置①，在图4中分别为K①、C①、M①、Y①。这时输送L/4幅度的纸。第2次扫描时，在记录区(1)、(2)中打印，但这时K、C、M、Y各记录头按25％的间插方式打印相当于图3D所示的位置②部分，在图4中则分别为K②、C②、M②、Y②。这时再输送L/4幅度的纸，接着在第3次扫描时，在记录区(1)、(2)、(3)中打印。K、C、M、Y各记录头按25％的间插方式打印相当于图3D所示的位置部分③，在图4中分别为K③、C③、M③、Y③。这时再输送L/4幅度的纸，接着在第4次扫描时，在记录区(1)、(2)、(3)、(4)全区域内打印。K、C、M、Y各记录头按25％的间插方式打印相当于图3D所示的位置④部分，在图4中分别为K④、C④、M④、Y④。这时记录区(4)的部分打印完毕，然后再输送L/4幅度的纸，反复进行同样的打印。
在本实施例中，与第1个和第2个实施例相比较，一次扫描时限制墨水的注入量，墨水不易溢出，因而也就不发生渗洇现象，而且黑色墨水的注入量是通常的2倍，所以可使黑色打印部分的浓度大。另外，从记录头的各喷嘴喷出的墨水量即使增加一倍，由于能将扫描一次墨水注入量控制在墨水不致溢出的墨水注入量范围内，所以打印时不发生墨水的渗洇。
再者，如果采用本实施例，则与第2个实施例相同，第1次扫描点的喷嘴、第2次扫描点的喷嘴、第3次扫描点的喷嘴及第4次扫描点的喷嘴各不相同，因此能够减少记录头的扭歪等对着落精度的影响，以及由喷射量引起的浓度不匀。
另外，如果这时K记录头也与其它记录头一样，一边间插25％，一边记录时，使黑色墨水的注入量为通常的2倍，大约需要2倍的扫描次数，因此记录时间大约也需要2倍。
另外，在潮湿环境下工作时，墨水难以定形，所以必须使扫描的时间间隔(从第1次扫描终了到下一次扫描之间的时间)更长。这时，需要有等待时间，因此扫描一次的实际打印时间变长，如果扫描次数越多，总记录时间就会相当长。因此，要使K墨水的注入量增加一倍时，与其使全部记录头的间插率相同相比，不如像本发明那样，只改变K记录头的间插率，使扫描次数减少1/2，就能使记录时间大为缩短，因此本发明相当有效。
另外，为了改善墨水的渗洇，并缩短总记录时间，可以不使用第4次扫描记录，将C、M、Y各记录头的总墨水注入量控制在75％，而将K记录头的总墨水注入量控制在150％。
这里，是对能发挥上述本发明的特别有效效果的记录头及记录方法之例所作的说明。
图5表示用上述的多路记录头在纸面上打印时的打印机部分的结构。在该图中，101是墨水盒。这些墨水盒是由分别装满黑、深蓝、深红、黄等四种颜色的彩色墨水罐及多路记录头102构成。该多路记录头的详图及多路记录头上排列的喷墨孔，以及从Z方向看到的外观，示于图6A、6B及图7中。221是多路记录头102上排列的喷墨孔。在该图中喷墨孔221是沿Y轴平行排列的，但例如在图中的XY平面上稍微倾斜一些也可以。这时，对应于头沿行进方向X行进，各喷嘴一边分别将时间错开一些，一边打印。再回到图5。103是送纸辊，与辅助辊104一起控制打印纸107，并沿图中箭头所示方向旋转，将打印纸107沿Y方向随时送出。另外105是供纸辊，在供给打印纸的同时，与103、104一样，也起着控制打印纸107的作用。106是支撑四个墨水盒、并且在打印时使这些墨水盒移动的滑架。不打印时，或者多路记录头进行恢复作业时，它便在图中虚线所示的静止位置(h)待机。
打印开始之前，位于h位置(静止位置)的滑架(106)，得到开始打印的命令后，一边沿X方向移动，一边通过多路记录头(102)上的几个多路喷嘴(221)在纸面上幅度D的范围内打印。到达纸面端部，数据打印结束，滑架返回原来的静止位置，再沿X方向打印。如果是往复打印，则一边沿-X方向移动，一边打印。从该初次打印结束到第2次打印开始之前，送纸辊(103)沿箭头方向旋转，沿Y方向将记录纸输送D大小的幅度。这样，滑架每扫描一次，多路记录头便在幅度D内打印，并送纸，如此返复运行，完成在纸面上的打印。
如图5所示，用多个记录头进行彩色印刷时，在同一次扫描或相邻的扫描过程中，对于相邻的象素，印刷不同的颜色。其中，特别是在同一次扫描过程中，对相邻的象素印刷不同的颜色时，从前一种颜色的墨滴到达印刷介质表面上起，至下一种颜色的墨滴到达相邻象素上为止的时间非常短。如果墨水相对于印刷介质的定形时间大于墨滴到达相邻象素的时间，则各种颜色会互相渗洇，使得颜色混合，图象变坏。另外，即使不是同一次扫描，而是相邻的扫描时，如果墨水相对于印刷介质的定形速度慢，同样会引起渗洇，导致图象质量下降。因此在相邻象素上印刷不同颜色的打印机，必须使墨水的定形速度快。因此，可以理解本发明尤其能够发挥其基本结构所产生的效果。
再者，使墨水中的表面活性剂的含量比临界胶束浓度低，这种墨滴从喷头出来到落在记录介质上的这段时间内，或从到达记录介质上起，到下一个墨滴打在相邻的象素上为止的这段时间内，使水、溶剂少量蒸发，或仅使溶剂被记录介质有选择的吸收，使介质上的墨水中的表面活性剂浓度达到临界胶束浓度以上，可提高浸透性，抑制渗洇。这时，定临界胶束浓度为100％，则墨水中的表面活性剂的浓度最好是临界胶束浓度的80％-小于100％，取90-99％更好。
本发明更新了原有的技术观点，分析了含有表面活性剂的墨水从喷墨头喷出后在飞行中的墨滴结构变化，考虑到了喷头内的墨水状态变化、飞行中墨滴分散而形成被称为伴随滴或微点的主滴以外的微小墨滴、以及墨水相对于记录介质的特性之间的相互关系，因此属于首次发明。对水性墨水规定的该表面活性剂的含有率小于临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)，将该表面活性剂按该规定的含有率加入纯水中时，该规定的含有率大于相对于该纯水的临界胶束浓度(c.m.c.相对于纯水)，将含有该表面活性剂的水性墨水供给喷墨头，使喷射出的墨滴的状态稳定，抑制在记录介质上的渗洇现象，能使单个点的形状稳定，切实提高打印品位，且能均衡地全部满足喷射的恢复性能、以及高频喷射特性等。
另外，除具有上述特征的构成之外，在记录介质上还能使该表面活性剂相对于墨水的浓度变为大于临界胶束浓度(c.m.c.相对于墨水)，同样可以达到具有上述主要特征的技术所完成的效果，在记录介质上能使表面活性剂的机能更加充实，使表面张力变得较低，更能发挥防止渗洇的效能，浸透难以影响介质，而且在不均匀的介质上仍能进行均匀的印刷。

Claims (15)

1．一种喷墨记录方法，其包括：
向喷墨记录头提供含有表面活性剂的水性墨水，所含表面活性剂的浓度低于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度，但大于表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度，以及
在记录介质上用该墨水进行记录。
2．一种喷墨记录方法，其包括：
向喷墨记录头提供含有表面活性剂的水性墨水，所含表面活性剂的浓度低于并接近于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度，但大于表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度，以及
在记录介质上用该墨水进行记录。
3．一种喷墨记录方法，其包括：
向喷墨记录头提供含有表面活性剂的水性墨水，所含表面活性剂的浓度低于并接近于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度，但大于表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度，
将记录头内的温度提高到所需水平，以及
在记录介质上用该墨水进行记录。
4．根据权利要求1至3任一项所述的喷墨记录方法，其中：上述喷墨记录方法是一种可用多种不同颜色的墨水在记录介质上进行记录的彩色记录方法，所使用的多种颜色的墨水，都含有满足上述范围的预定量的表面活化剂。
5．一种喷墨记录装置，包括喷墨记录头，该记录头充有这样的水性墨水，即该水性墨水所含的表面活性剂的浓度小于且接近于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度，但大于表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度，该喷墨记录装置还包括促使记录介质上的墨水中的水分蒸发的加热器，所述记录装置在记录介质上用该水性墨水进行记录。
6．根据权利要求5所述的喷墨记录装置，其中上述加热器包括对在上述记录介质上施加的上述水性墨水在与相邻的墨水接触之前进行加热定形的装置。
7．一种喷墨记录方法，其包括：
用含有表面活性剂的水性墨水施加给喷墨记录头，该表面活性剂的浓度小于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度，但大于表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度，含有该表面活性剂的水性墨水在使用状态下满足使表面张力大于30达因/厘米的条件，以及
用该墨水在记录介质上记录。
8．一种喷墨印刷方法，其利用在温度设定条件下控制温度的喷墨记录头，其包括：
用含有表面活性剂的水性墨水施加于喷墨记录头上，在温度设定条件下表面活性剂的浓度小于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度，但大于在纯水中的临界胶束浓度，以及
用该墨水在记录介质上进行记录。
9．根据权利要求8所述的印刷方法，其中上述温度设定条件是在不低于15℃至不高于40℃范围内。
10．根据权利要求8或9所述的印刷方法，其中上述水性墨水满足温度在上述温度设定条件下，表面张力大于30达因/厘米。
11．根据权利要求8或9所述的印刷方法，其中上述水性墨水中表面活性剂的浓度等于或小于表面活性剂在水性墨水中的临界胶束浓度与表面活性剂在纯水中的临界胶束浓度之和的一半。
12．根据权利要求8或9所述的印刷方法，其中上述的喷墨头是扫描型喷射头，其中装有用于接收驱动信号发热并形成气泡喷射墨水的发热装置，并使同时沿着与扫描方向不同的方向进行多种不同颜色墨水的打印。
13．根据权利要求8或9所述的印刷方法，其中上述水性墨水含有如下结构式〔1〕-〔4〕所表示的化合物中的任一种的化合物：
结构式〔1〕R-O-(CH2CH2O)n-H
其中R是烷基，n为整数，
结构式〔2〕：
Figure 9310906800041
其中R是烷基，n为整数，结构式〔3〕：
Figure 9310906800042
其中R是氢或烷基，m和n分别为整数，结构式〔4〕：
式中m、n为整数。
14．根据权利要求13所述的印刷方法，包括：使用含有由权利要求13中记载的结构式〔4〕表示的乙炔乙二醇(acetylene gly-col)的环氧乙烷(ethylene oxide)添加物的水性墨水。
15．根据权利要求13所述的印刷方法，其包含使用含有上述结构式为〔4〕的化合物的墨水，其中的m、n在6＜m+n＜14范围内。
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