CN1411992A - 墨水组合物、含该墨水组合物的墨水盒及墨水盒的填充法 - Google Patents

墨水组合物、含该墨水组合物的墨水盒及墨水盒的填充法 Download PDF

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Abstract

提供了一种墨水组合物和含有这种墨水组合物的墨水盒。墨水组合物中包括一种色料和一种水溶液载体，这种墨水所具有的溶解的气体含量，基于20℃时溶解的氧气的量测量，小于3ppm，并且在25℃时的静态表面张力大于34达因/厘米。墨水盒(16)包括充满液体墨水的墨水容器(70)，液体墨水具有的溶解的气体含量，基于20℃时溶解的氧气的量测量，小于3ppm并且在25℃时的静态表面张力大于34达因/厘米。这种墨水盒可以是一种可压扁的袋子。

Description

墨水组合物、含该墨水组合物的墨水盒及墨水盒的填充法
本发明涉及喷墨印刷，更具体地说，是涉及用于喷墨印刷中的墨水组合物。
喷墨印刷是一种非击打式的产生图像的方法，它通过以象素至象素的方式，把墨水珠滴沉积到响应数字信号的图像记录单元上。有许多方法可用来控制墨水珠滴在图像记录单元上的沉积，以产生出所需的图像。在一种称为连续喷墨的方法中，连续的珠滴射流以图像的方式填充并偏移到图像记录单元的表面上，而非成像的珠滴则被截留并返回到墨水储槽中。在另外一种被称为按需打印的喷墨方法中，各别墨水珠滴在需要时。喷射到图像记录单元上，以形成所需的图像。在按需打印的印刷方法中，控制墨水珠滴喷射的普通方法包括压电变换器和热泡形成。
用于各种喷墨印刷器中的墨水可分类的基于染料的或基于颜料的。染料是一种色料，它可溶解在载体介质中。而颜料是一种不溶于载体介质中的色料，它只是以小颗粒的形式被分散或悬浮，常常要用分散剂使它们稳定而不致絮凝或沉出。载体介质可以是一种液体或固体，两者均指在室温条件之下。普通用的载体介质包括水，水和有机助溶剂的混合物以及高沸点有机溶剂诸如烃类、酯类、酮类等。
在宽格式喷墨印刷器中要求在喷嘴开始不能喷射墨水珠滴之前，至少已通过印刷头投放出500毫升的墨水。为达到这一点，墨水组合物要求具有所需的物理性质，这些包括粘度，表面张力和溶解的气体的量。最佳性质的水平主要依赖于印刷器的设计和印刷头的构造。
在墨水由墨水盒送往印刷头的过程中，存在于墨水中或在墨水盒中的微量空气泡会造成墨水流动的阻力。此外，当墨水头在墨水喷出过程中重复地受压和释去压力时，存在于墨水中的溶解的气体(例如溶解的氧气和溶解的氮气)会倾各于停滞在墨水头中，造成印刷头在珠滴喷射过程中不能喷射，结果使印刷头的可靠性降低。在压电印刷头的情况下这种现象特别严重。另外，墨水粘度和表面张力两者的变化也会引起不可靠的珠滴喷射或珠滴溅落，这会使图像质量降低。典型地，具有低表面张力(一般小于40mM/m)的墨水比具有高表面张力(一般大于40mM/m)的墨水倾向于具有更快的干燥时间。然而，具有高表面张力的墨水一般产生的图像质量要比具有较低表面张力的墨水所产生的图像要好。
Kawasumi等人在1997年11月4日被授权的美国专利No.5,683,500中，优化了用于书写仪器中的墨水组合物，它减少了书写中的缺陷，包括不均匀的墨水密度和划线中的空白。1998年11月10日授权给Breton等人的美国专利No.5,833,744，通过加入含有纸浆剥离剂的纸张专用表面活性剂，优化了一种墨水组合物。2001年5月8日授权给Higashiyama等人的美国专利No.6,288,156 B1，优化了一种墨水组合物，它可以在一定温度范围内使用。
本发明的一个目的是，优化上述墨水组合物的物理性质，使它能把所需数量的墨水通过印刷头输送到接受器，而且在相当时间内是可靠和始终如一的。
按照本发明的一个特征，是提供一种含有色料和水溶液载体的墨水组合物，该墨水组合物中溶解的气体含量基于在20℃时溶解的氧气的量测量为低于3ppm，并且静态的表面张力在25℃时大于34达因/厘米。
按照本发明的另一个特征，是提供一种墨水盒，它具有充填着液体墨水的墨水容器，该液体墨水所具有的溶解气体含量基于在20℃时溶解的氧气的量测量为低于3ppm，并且在25℃时的静态表面张力大于34达因/厘米。
按照本发明的另一个特征，是提供了一种墨水盒，它具有由前器壁、对着前器壁的后器壁、一对把前器壁和后器壁分开的相对的左器壁和右器壁以及底部器壁所形成的外壳，这些器壁限定了外壳内部的空腔。在位于内部空腔内的墨水容器中填充着液体墨水，该液体墨水所具有的溶解气体含量，基于20℃时溶解的氧气的量测量，为低于3ppm，并且在25℃时的静态表面张力大于34达因/厘米。
按照本发明的另一个特征，是提供一种填充墨水盒的方法，它包括提供具有前器壁、与前器壁相对的后器壁、一对把前器壁和后器壁分开的相对的左器壁和右器壁以及底部器壁所形成的外壳，这些器壁限定了外壳内部的空腔；提供墨水容器；把墨水容器安置在内部空腔内；用液体墨水填充墨水容器，该液体墨水具有的溶解气体的含量基于20℃时溶解的氧气的量测量为低于3ppm，并且在25℃时的静态表面张力大于34达因/厘米。
图1A是喷墨印刷器的透视图；
图1B是显示用于图1A的印刷器中的喷墨印刷头的透视图；
图1C是说明图1B的印刷头的喷嘴板的平面图；
图2是用于图1的印刷器中的墨水盒接受器装置的透视图；
图3是图2的墨水盒接受器装置的顶视平面图；
图4是用于图1的印刷器中的墨水盒接受器装置的另一种透视图；
图5是墨水盒的透视图；
图6是墨水盒的底视图；
图7和8显示与墨水盒接受器装置中的分离器啮合的墨水盒校准部件；
图9A和9B显示当墨水盒被放进接受器装置中时颜色鉴定器的键槽和颜色鉴定器的键片是怎样接合的；
图10是部件分解图，显示出墨水袋、附件和隔膜以及吸墨针，该针形成盒接受器装置中接受器的一部份；
图11是墨水盒的横截面图，说明已填充满的墨水袋的墨水盒的内表面的支座；
图12A和图12B是被安置在盒内的墨水袋的前面的立面图，并分别显示墨水袋在充分伸展条件下和墨水袋未伸展时的情形；
图13是墨水袋的透视图。
本说明书将具体指向形成本发明装置和方法的一部份、或更直接与本发明装置和方法协作的元件。应该理解没有具体显示或描述的元件可采用本领域技术人员熟知的各种形式。
为满足上述墨水传输性能方面的要求，改进图像质量并改进印刷器性能，本发明的发明人已经发现，要减少存在于墨水组合物中溶解的气体的量，并维持墨水组合物的表面张力在预定水平以上。按此，本发明的墨水组合物包含一种色料和一种水溶液载体，其中墨水组合物的溶解的气体含量，基于在20℃时溶解的氧气的量测量，为低于3ppm，并且墨水组合物在25℃的静态表面张力大于34达因/厘米。另外，这种类型的墨水组合物特别适合用于在其中安置着墨水容器的墨水盒中，如下面所述。
色料可以是水溶性的染料，颜料，或任何其它类型的色料，前提是这种色料在水基墨水组合物中能形成颜色。另外，这种色料可具有彩色或非彩色的。如本说明书中所指或如Ellis Horwood Limited(1991年)出版的R.W.G.Hunt所著“ 测量颜色”(“ Measuring Color”)一书中所定义的那样，术语彩色是指呈现出色彩的任何颜色(这些颜色与通常指为白色、灰色、黑色、中性色和无色的那些颜色截然不同)；而术语非彩色则用来指任何没有色彩的颜色(普通称之为白色、灰色、黑色、中性色和无色的颜色)。
任何水溶性染料或染料的组合，即通常用于含有水溶液载体的墨水组合物中的那些，均可用于本发明中，诸如活性染料、直接染料、阴离子染料、酸性染料、食用染料等，例如描述于美国专利No.5,973,026中的那些。另外，水溶性染料可以是阳离子染料或阴离子染料。阳离了染料的实例包括偶氮染料、诸如季铵化的吡唑偶氮苯胺染料、三芳基甲烷染料、吖嗪染料、酞菁染料、噁嗪染料、噻嗪染料等；阴离子染料的实例包括金属-络合物染料，诸如8-杂环基偶氮-s-羟基喹啉的过渡金属络合物；偶氮染料，诸如C.I.Direct Yellow 132；酞菁染料，诸如C.I.Direct B1ue 199；蒽醌染料，蒽素吡啶酮染料等。染料的精确选择依赖于具体的应用和性能需要，诸如颜色再现和图像稳定性。
任何已知的颜料，即通常用于含有水溶液载体的墨水组合物中的那些，均可用于本发明中。例如那些公开于美国专利Nos.5,026,427；5,086,698；5,141,556；5,160,370以及5,169,436中的那些颜料。颜料的精确选择将依赖于具体的应用和性能需要，诸如颜色再现和图像稳定性。适用于本发明的颜料包括，例如，偶氮颜料、单偶氮颜料、双偶氮颜料、偶氮色淀颜料、β-萘酚颜料、萘酚AS颜料、苯并咪唑酮颜料、双偶氮缩合颜料、金属络合物颜料、异吲哚啉酮和异吲哚啉颜料、多环颜料、酞菁颜料、喹吖啶酮颜料、苝和Perinone颜料、硫靛蓝颜料、蒽素嘧啶酮颜料、黄烷士酮颜料、三苯并芘-5，10-二酮颜料、二噁秦颜料、三芳基碳鎓颜料、硅诺酞酮颜料、二酮吡咯并吡咯颜料、二氧化钛、氧化铁和炭黑。可以使用的颜料的典型实例包括“颜色索引”(C.I.)中的以下这些：颜料黄1，2，3，5，6，10，12，13，14，16，17，62，65，73，74，75，81，83，87，90，93，94，95，97，98，99，100，101，104，106，108，109，110，111，113，114，116，117，120，121，123，124，126，127，128，129，130，133，136，138，139，147，148，150，151，152，153，154，155，165，166，167，168，169，170，171，172，173，174，175，176，177，179，180，181，182，183，184，185，187，188，190，191，192，193，194；C.I.颜料橙1，2，5，6，13，15，16，17，17：1，19，22，24，31，34，36，38，40，43，44，46，48，49，51，59，60，61，62，64，65，66，67，68，69；C.I.颜料红1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，21，22，23，31，32，38，48：1，48：2，48：3，48：4，49：1，49：2，49：3，50：1，51，52：1，52：2，53：1，57：1，60：1，63：1，66，67，68，81，95，112，114，119，122，136，144，146，147，148，149，150，151，164，166，168，169，170，171，172，175，176，177，178，179，181，184，185，187，188，190，192，194，200，202，204，206，207，210，211，212，213，214，216，220，222，237，238，239，240，242，243，245，247，248，251，252，253，254，255，256，258，261，264；C.I.颜料紫1，2，3，5：1，13，19，23，25，27，29，31，32，37，39，42，44，50；C.I.颜料蓝1，2，9，10，14，15：1，15：2，15：3，15：4，15：6，15，16，18，19，24：1，25，56，60，61，62，63，64，66；C.I.颜料绿1，2，4，7，8，10，36，45；C.I.颜料黑1，7，20，31，32，和C.I.颜料棕1，5，22，23，25，38，41，42.在本发明的一个优选的实施方案中，所用的颜料是C.I.颜料蓝15：3、C.I.颜料红122、C.I.颜料黄155、C.I.颜料黄74、双(酞菁基铝)四苯基二硅氧烷或C.I.颜料黑7。
如果把颜料用作色料，应往墨水组合物中加入颜料分散剂。颜料分散剂包括水溶性树脂、表面活性剂等。水溶性树脂的实例包括天然树脂、半合成树脂、合成树脂等。合成树脂的实例包括碱水溶性树脂诸如聚丙烯酸树脂、聚马来酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物和苯乙烯-马来酸共聚物、水溶性苯乙烯树脂、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基醇、水溶性的氨基甲酸乙酯树脂等。表面活性剂的实例包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂等。
典型地，墨水组合物的水溶液载体是水或一种水和至少一种与水混溶的助溶剂的混合物。合适的混合物的选择依赖于具体应用的需要，诸如所需的表面张力和粘度、所选用的颜料或染料、喷墨墨水的干燥时间以及墨水将在其上印刷的纸张类型等。可以选用的与水混溶的助溶剂的有代表性的实例包括：(1)醇类，诸如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、异丁醇、呋喃甲醇、和四氢呋喃甲醇；(2)酮类或酮醇类，诸如丙酮、甲乙酮、和二丙酮醇；(3)醚类，诸如四氢呋喃和二噁烷；(4)酯类，诸如乙酸乙酯、乳酸乙酯、碳酸亚乙基酯和碳酸亚丙基酯；(5)多元醇类，诸如乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、丙二醇、聚乙二醇、甘油、2-甲基-2，4-戊二醇、1，2，6-己三醇、和硫代乙二醇；(6)由亚烷基二醇衍生的烷基单醚或二醚类，诸如乙二醇单甲基(或乙基)醚、二甘醇单甲基(或乙基)醚、二甘醇单丁基(或乙基)醚、丙二醇单甲基(或乙基)醚、聚(乙二醇)丁基醚、三甘醇单甲基(或乙基)醚和二甘醇二甲基(或乙基)醚；(7)含氮的环状化合物，诸如吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮和1，3-二甲基-2-咪唑烷酮；(8)含硫化合物，诸如二甲基亚砜、2，2’-硫代二乙醇和四亚甲基砜。
典型地，使用的水溶液载体的量，基于墨水的总重量计算，为大约70至98重量％，优选约90至98重量％。水和多元醇诸如二甘醇的混合物作为水溶液载体是有用的。在一个优选的实施方案中，墨水中含有5至60重量％的与水混溶的有机溶剂。百分数是基于水溶液载体的总重量来计算的。
与水混溶的有机溶剂也可加到墨水组合物中，用来协助墨水穿透接受的底物，特别是当底物是高度上胶的纸张时。这类溶剂的实例包括醇类，诸如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、异丁醇、呋喃甲醇和四氢呋喃甲醇；酮类或酮醇类诸如丙酮、甲乙酮和二丙酮醇；醚类诸如四氢呋喃和二噁烷；酯类诸如乙酸乙酸、碳酸亚乙基酯和碳酸亚丙基酯。
其它可供选择地存在于这种喷墨墨水组合物中的添加剂包括增稠剂、电导增进剂、抗kogation剂、干燥剂、耐水剂、染料增溶剂、螯合剂、粘合剂、光稳定剂、粘度增进剂、缓冲剂、抗霉菌剂、抗蜷缩剂、稳定剂和光泡沫剂。另外，这种墨水组合物中可包括润湿剂、表面活性剂、渗透剂、抗微生物剂等，像依赖于应用的情况需要的那样。
通常用于本发明的喷墨组合物中的湿润剂是用来协助防止墨水在印刷头的小孔中干涸或结壳的。可以选用湿润剂的实例包括多元醇类，诸如乙二醇、二甘醇(DEG)、三甘醇、丙二醇、四亚乙基二醇、聚乙二醇、甘油、2-甲基-2，4-戊二醇、2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇(EHMP)、1，5-戊二醇、1，2-己二醇、1，2，6-己三醇、和硫代乙二醇；由亚烷基二醇衍生的较低级烷基单醚或二醚类，诸如乙二醇单甲基醚或单乙基醚、二甘醇单甲基醚或单乙基醚、丙二醇单甲基醚或单乙基醚、三甘醇单甲基醚或单乙基醚或单丁基醚(TEGNBE)、二甘醇二甲基醚或二乙基醚、聚(乙二醇)单丁基醚(PEGMBE)，以及二甘醇单丁基醚(DEGMBE)；含氮化合物诸如尿素、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮；以及含硫化合物诸如二甲亚砜和四亚甲基砜等。
用于本发明的墨水中优选的湿润剂，包括DEG、甘油、DEGMBE、TGEMBE、1，2-己二醇、1，5-戊二醇、尿素、2-吡咯烷酮、EHMP和它们的混合物。最好是，用于每种墨水中的湿润剂的含量为5至60重量百分数。
可向墨水中加入表面活性剂，以调节表面张力到适当的水平。表面活性剂可以是阴离子的、阳离子的、两性的或非离子性的，所用浓度为墨水组合物的0.01至1％。优选的表面活性剂包括Surfynol465(可购自Air Product Corp.)和Tergitol15-S-5(可购自联合碳化物公司)。
渗透剂(按重量计0-10％)也可加到用于本发明方法的墨水组合物中，用来帮助墨水穿透接受底物，特别是当底物是高度上胶的纸张时。用于本发明墨水的优选的渗透剂是正丙醇，最终浓度为按重量计1-6％。
抗微生物剂可被加到用于本发明中的墨水组合物中，以抑制微生物诸如霉菌、真菌等在水溶液墨水中的生长。对用于本发明的墨水组合物来说，优选的抗微生物剂是ProxelGXL(Avecia Corp.生产)，其最终浓度为0.0001-0.5重量％。
用于本发明的墨水组合物水溶液的pH值，可通过加入有机或无机酸或碱来调节。有用的墨水的优选pH值，依赖于所用染料的类型，可从2到10。典型的无机酸类包括盐酸、磷酸和硫酸。典型的有机酸类包括甲基磺酸、醋酸和乳酸。典型的无机碱类包括碱金属氢氧化物和碳酸盐类。典型的有机碱类包括氢、三乙醇胺(TEA)和四甲基乙二胺。
用于本发明的典型墨水组合物可含有，例如，按重量计的下列组份：色料(0.05-20％)、水(20-95％)、湿润剂(5-70％)、与水混溶的助溶剂(2-20％)、表面活性剂(0.1-10％)、抗微生物剂(0.05-5％)和pH控制剂(0.1-10％)。按照本发明制造的墨水组合物的实例包括以下这些：墨水配方实例：
  墨水实例编号     染料商品名称   染料重量％   甘油重量％   DEG重量％   PEGMBE重量％   TEA重量％
  实施例1蓝青色   Avecia Projet Fast Cyan 2   3.6   9.5   12.5   7.0   0.9
  实施例2深红色   Nippon Kayaku JPD-EK1，Sensient Reactive Red 31   3.000.86   9.0   11.5   7.5   0.9
  实施例3黄色   Avecia Projet Yellow 1G   4.0   15.5   3.0   9.0   0.9
  实施例4黑色   Clariant Duasyn KRL-SF   5.0   8.0   11.25   8.5
  实施例5淡蓝青色   Avecia Projet Fast Cyan 2   1.2   11.75   13.5   7.0   0.5
  实施例6淡红色   Nippon Kayaku JPD-EK1，Sensient Reactive Red 31   0.90.24   11.3   13.5   7.5   0.3
  实施例7蓝青色   Avecia Projet Fast Cyan 2   3.0   5.5   5.5   11.0   1.3
  实施例8蓝青色   Avecia Projet Fast Cyan 2   3.0   9.5   9.5   3.0   1.3
  实施例9蓝青色   Avecia Projet Fast Cyan 2   3.0   15.5   15.5   11.0   1.3
  实施例10蓝青色   Avecia Projet Fast Cyan 2   3.0   19.5   19.5   3.0   1.3
比较例
比较例1至6相应于上述实施例1至6，但在墨水组合物中溶解的气体含量，基于20℃时溶解的氧气的量测量，均大于3ppm。
比较例7  Epson Cyan Ink T410(用于Epson Stylus Pro 9000型印刷器)
比较例8  Epson Cyan Ink T502(用于Epson Stylus Pro10000型印刷器)
墨水编号  染料商品名 染料重量％ 2-吡咯烷酮重量％ 1，2-己二醇重量％
比较例9  ClariantDuasyn KRL-SF 12.0 12.0 6.0
试验操作程序
墨水粘度可用本领域中任何已知的合适方法测量。对于本发明的墨水组合物和比较例，是用带温度控制的毛细管粘度计。这种粘度计用电子天平来认定留在毛细管中的墨水从而可测定稳定时的质量流速。毛细管是用玻璃制造的，直径0.1厘米，用水夹套来控制温度。所有对墨水的测量都在25℃条件下进行。
墨水粘度可由下面的泊肃叶方程来计算 μ = ρ 2 g ( h + L ) π D 4 128 Lq 方程式中μ是墨水的粘度，g是重力常数，h是毛细管上面液体试样的高度，L是毛细管的长度，D是毛细管的直径，ρ是待试验的墨水的密度，q是墨水的平均质量流速。
在本发明的墨水组合物中溶解的气体(O2和N2)的测量，可用表1中所描述的气相色谱方法以及下面列出的正文来完成。
                                                  表1
材料 墨水(染料和颜料)
试验 O2和N2(微克/克墨水)
柱子 J&W Scientific Molesieve(30米×0.53毫米×25.0微米)
仪器 带有手动清洗和捕集装置的Agilent 6890型气相色谱仪
温度梯度 初始温度(℃)：30，初始时间(分)5.5；速率(℃/分)：15，温度(℃)：60；速率(℃/分)30；最终温度(℃)250；最终时间(分)：4
清洗和捕集(液氮) 清洗时间(分)：5.5，捕集时间(分)：5.5
检测器温度(℃) 300℃
气体 载气：氦气，压力(psi)：12psi分流(毫升/分)：60(空清洗容器)，补充载气(毫升/分)：7(恒定)，参照(毫升/分)：20
检测器 热导池(TCD)
积分仪 Agilent Chemstation(A.06.01版本)
标准制备：用气体密封注射器往清洗容器中注射进10、20、30和50微升空气(通过隔膜)。定量是基于外标方法。本底空气(O2，N2)是通过把一部份柱子放进液氮中5.5分钟来测定的。本底中的O2和N2的积分面积然后从标准和试样的积分面积中减去。
试样制备：用2毫升VICI Pressure Lok注射器的针头刺穿墨水袋的隔膜，吸出0.5毫升墨水，然后弃去墨水。重新刺入隔膜把1.3毫升墨水吸入注射器中。通过推动红色按钮直到墨水停止在针筒前面来锁定试样。从注射器上除去针头并把注射器连接到清洗容器上。打开清洗器和注射器阀并推进0.3毫升试样(使试样停在1.0毫升刻度处)进入清洗容器，然后关闭阀门。这一步骤除去了存在于注射器和清洗容器之间的空气。在空气从柱子中洗脱后等候约1分钟，然后把柱子的一部份插入真空(杜瓦)瓶的液氮中。立即打开清洗器和注射器阀并加入其余试样(1.0毫升)到清洗容器中。清扫/捕集时间为5.5分钟。5.5分钟后，从液氮真空瓶中移出柱子。在完成色谱测定后把清扫阀打开以“吹出”试样。组份O2可基于大约6.5分钟的保留时间来鉴定，而组份N2可基于大约6.8分钟的保留时间来鉴定。
另外，在本发明的墨水组合物中溶解在氧(O2)量的测量，可用表2中所述的溶解氧(DO)仪表和下面列出的正文来完成。
                         表2
材料 喷墨墨水
试验 溶解氧的浓度，O2，ppm
仪器 装有氧敏感电极Model 6100的Mettler-Teledo Model4100型仪表，可从马萨诸塞洲Woburn的Mettler-Teledo Process Analytical，Inc.买到
校准 室内空气和高纯度氦
试样 墨水盒
校准操作程序：4100型DO仪表的单点校准是按照推荐的操作程序，把DO探头悬在空气中并调节数字读数为8.5ppm O2来进行的。两点校准是同样的操作程序，但加上一个步骤，即把DO探头悬在高纯度的氦气流中并把数字读数调节为零ppm O2来进行的。
试样制备：脱气后的墨水试样被包含在位于密封的塑料盒中的柔韧的塑料层状袋中。塑料盒充份切开以暴露塑料袋的一端。然后切开袋子，只让金属DO探头能够插入。
试样测量操作程序：伴随偶尔很温和的搅拌作用，用本身置于袋内的探头，在约10-20分钟后读取稳态的DO读数。
供选择的试样测量操作程序：通过把针头经隔膜或袋壁插入袋中可从墨水盒中排出供测量用的墨水。针头被连接到柔韧的管子的短部份，后者再连接到可从Mettler Toledo公司买到的一种“T”形腔上(型号编号724DO2)。“T”形腔以这样的方式托住DO探头，使得墨水能流过尖端而不接触周围大气。在大约30-50毫升墨水流过“T”形腔后即可进行精确的、可重现的O2测量。
墨水的静态表面张力可用本领域内任何合适的已知方法来测量。对本发明的墨水组合物和比较例，可用威廉米(Wilhemy)悬片仪方法，即一种控制温度的表面张力测定仪来测定。这样的仪器可选用KrussGmBH制造的K 10 ST数字张力计。所有墨水试样均在25℃测量。墨水的表面张力可用下面所示方程式来计算： σ = P w 1 b cos θ 在方程式中，σ为静态表面张力，Pw是测量的力，Lb是润湿长度(对于Kruss张力计是40毫米)，θ是悬片和墨水之间的接触角。当按照制造商的实验程序操作时，这种粘度计自动测定试样墨水的静态表面张力。结果
把具有各种溶解的气体浓度、表面张力和粘度的墨水组合物进行试验，即熔烤经BROTHER压电型式滴在要求的喷墨印刷头中的墨水组合物。当67pL墨水组合物的墨水珠滴连续以7,500滴/秒的速率焙烤通过印刷头至少5分钟而不发生喷嘴失效或墨水珠滴射错方向，即是成功的试验结果。试验结果列于下面的表中。
 墨水组合物 包装类型  溶解的氧气(ppm)  粘度25℃，厘泊  表面张力达因/厘米 试验结果
实施例1   袋子     ＜3     2.9     40 通过
实施例2   袋子     ＜3     2.8     39 通过
实施例3   袋子     ＜3     2.9     39 通过
实施例4   袋子     ＜3     2.8     39 通过
实施例5   袋子     ＜3     2.8     39 通过
实施例6   袋子     ＜3     2.8     39 通过
实施例7   N/A     ＜3     2.3     36 通过
实施例8   N/A     ＜3     2.0     44 通过
实施例9   N/A     ＜3     4.4     36 通过
实施例10   N/A     ＜3     4.2     43 通过
比较例1   袋子     ＞3     2.9     40 失败
比较例2   袋子     ＞3     2.8     39 失败
比较例3   袋子     ＞3     2.9     39 失败
比较例4   袋子     ＞3     2.8     39 失败
比较例5   袋子     ＞3     2.8     39 失败
比较例6   袋子     ＞3     2.8     39 失败
比较例7   袋子     0.4-0.6     3.3     33 失败
比较例8   袋子     0.3     3.1     29 失败
比较例9   N/A     ＜3     2.4     34 失败
这种墨水组合物具有可以与宽广喷墨条件相容的物理性质，即热喷墨印刷装置的驱动电压和脉冲宽度、按需打印装置或连续装置用的压电元件的驱动频率、以及喷嘴的形状和大小。
本发明的墨水组合物的粘度控制在2.0至10厘泊范围内，优选2.5至3.5厘泊。当粘度低于2.0厘泊时，发生不良的珠滴喷射，导致在印刷介质上在不规则的位置上出现多种无序大小的点。当粘度大于10厘泊时，印刷头喷射珠滴的能力即降低，同时增加了喷嘴永久性阻塞的可能性。
本发明的墨水组合物的表面张力大于34mN/m，优选34mN/m至45mN/m，更优选36至40mN/m。当表面张力低于上述范围时，印刷头将不能连续焙烤至少5分钟。虽然优选的实施方案中表面张力范围为36至少于40mN/m，但表面张力也可高于40mN/m。然而，当表面张力超过40mN/m时，墨水珠滴穿透接受体的能力即可能降低，而图像总的干燥时间则可能增加。
本发明的喷墨墨水中溶解的气体的含量，被控制在不大于3.0ppm，这是基于20℃时溶解的氧气的量来测量的，并优选不大于1.0ppm。当溶解的气体的量超过上述范围时，印刷头即不能连续焙烤至少5分钟。
现在参照图1A-C，这是一种被采用来接受许多墨水盒的印刷器10的实施方案，每个墨水盒都含有上述墨水组合物作为主要的墨水源。这种印刷器包括支架11，它支架着一个喷墨印刷头在印刷过程中运动。喷墨印刷头被安置在印刷头模件25上(图1B)，后者再安置在支架11上。支架11通过计时带13与驱动马达(未显示)组合，可重复地沿着记录介质12的宽度方向运动(按图1A中箭头A和B的方向)，同时被导向部件所引导。喷墨印刷头31通过墨水源管17从墨水罐或者墨水盒16中接受墨水。在墨水盒和印刷头之间可提供中间的墨水源，这样墨水盒可被认为是印刷器一种具体颜色的墨水的整体源。传送纸张的滚轴18在被马达驱动时(未显示马达)即以垂直于支架11的运动方向(图1A中的箭头C)输送记录介质12。
屏面图像处理器控制着图像处理，并把得到的图像文件经通讯端口由远处的计算机传送到印刷器。在插件板存储器中储存这图像文件，同时印刷器在操作。
图1B和1C显示一种压电印刷头模件或装置25的实施方案。然而，墨水盒可以和其它按需打印的印刷头，诸如热喷墨印刷头和连续喷墨印刷头一起使用。图1C中的参照数字36显示的是在其上有许多喷嘴开口37形成的喷嘴板。数字38指示墨水源站，通过它墨水可从墨水盒16经过墨水源管17流出。印刷头31的发射速率可控制在7.5千赫和15千赫之间，这依赖于图像分辨和印刷质量的选择。在所有印刷模式中支架运动速度是固定的。
参照图2-6，这里显示的是印刷器主墨喷源19，它包括许多包含在墨水盒16中的不同颜色的墨水，墨水盒接受装置20包括各别的盒接受槽供接受每个墨水盒的墨水。六个墨水盒16被这样安置在墨水盒接受装置的装置空腔中，使得它们各自被分隔壁或隔片23所分离，后者形成接受装置的一部份。墨水盒16是由带有不对称的弧形外形的空腔50、整合的手握部件或手柄53、盒校准部件52、墨水盒颜色鉴定器或颜色或墨水类型鉴别结构60、和存储芯片装置55所组成。墨水袋70也被支架在盒内并包含特定颜色的墨水。典型地，所用的墨水颜色可以是蓝青色、深红色、黄色和黑色。也可以提供一种或多种这类颜色的不同浓淡的颜色。按此，例如，可以提供具有不同深浅的红色墨水盒。也可提供复合点色彩，从而为使用很特定的颜色提供一种选择。
墨水盒外壳包括墨水接受空腔，并且外壳被前器壁90、对着前器壁的背面器壁91、左器壁94和右边器壁93所限定，左器壁和右器壁分别建立了前器壁和后器壁之间的空间。也提供了底部器壁95，墨水可通过它从墨水盒中移出。前器壁和后器壁是曲线形的，因而它的一个外部表面一般具有凸的曲率，而另一个的外部表面则具有凹的曲率。在墨水盒外壳表面上形成许多供校准的凹口或部件52。第一个校准凹口52是在前器壁的外表面上形成的，另一对校准凹口52是在背面器壁的外表面上形成的。这三个校准凹口是在靠近底部器壁处形成的并且第一个校准凹口基本上是位于那另一对校准凹口所在的墨水接受空腔横方向的中间位置。应该注意从图中可以看到，凹口52的每一个都在墨水盒的高度方向上相对延长，这是有益的，因为墨水盒是用盒底插入并向着黑水盒接受器的底部运动。这样，凹口的延长方向是在墨盒插入各自的接受器的方向上。墨水盒的器壁是相对刚性的以便提供刚性的盒结构。
许多相同的隔片壁把装置的外壳中的空间彼此相等地隔开，外壳上也有墨盒校准结构24(参看图6和7)。每个隔片壁23具有的弯曲部份用来接受一个其隔片壁的弯曲部分正好和该隔片壁普遍互相补充的墨盒。相邻的隔片壁23限定了墨盒接受器并具有贴边的表面，其中校准结构24的位置是不相同的，因为在墨盒的前面和后面表面上的校准凹口是不相同的。
墨水盒16的弯曲形外形是由各种曲率半径组成的，并呈现波浪形状。这种形状也可以是别的非矩形的形状，以使得当套入其它墨盒时插入的方向是单一方向的。为墨水盒提供弯曲的形状可以在墨盒插入之前在描述适当的方向方面提供自测帮助。墨盒和形成墨盒接受装置的一部份的墨盒接受器的一般形状可防止墨盒被错误地插入。这就允许形成存储芯片装置一部份的电接触器与在墨盒接受装置20的接受器中的电接触器部件21(图4)对准。弯曲的外形51也可使墨盒稳定化，即在把一个墨盒堆积在另一个的顶部储存时通过提供套入作用来稳定化。
墨盒外壳(图5，6)包括整体校准的部件52，它被铸模在塑料盒中，后者与墨盒接受装置19(图3)的接受器中形成的定位结构或部件配合或协作。每个接受器的开口都明显大于墨水盒，使它能容易地插入。墨盒的校准部件52，在墨盒16被插进墨盒接受装置19的合适接受器中时，与在分隔器或隔片壁23(图7)上的配合定位部件24相啮合。这些部件的啮合发生在接受器的墨水颜色鉴定器键和针头到达墨盒附件71和隔膜72以前(图10)。这些部件这样来校准墨水盒16，使得空针头对准并刺穿隔膜72。墨盒校准部件52也这样来校准墨盒，使得每个墨盒接受器的电接触器部件21(图4)所处位置恰好啮合于墨盒16上的存储芯片装置55的配对的电接触器58(图13A和13B)。重要的是应注意分隔壁23、墨盒外壳50(图5)和颜色鉴别器(颜色或墨水类型的识别装置)60是在墨盒装置20中重复使用的相同部份。一种颜色的墨盒与另一种的差别在于颜色鉴别器60的取向差别与颜色鉴定器键接头片67(见图9A和9B)取向差别的一致性，这种取向从一种颜色的墨盒接受器到另一种颜色的墨盒接受器是不同的。这种设计从而通过用最小数量的独特组件使墨盒装置20的制造费用降至最低。
参照图10、12A和13，它们说明了位于墨盒内的墨水袋70的有关构造详情。附件71是热密封在墨水袋材料上的。柔韧性的墨水袋材料由三层组成，每层之间都有粘合剂。每层都有特定的目的，即提供与墨水的相容性、低的水蒸气和气体的透过性或耐磨耗性。里面与墨水接触的一层是曲线性低密度或低密度聚乙烯制成的。附件是由低密度或高密度聚乙烯制成的，从而在热焊接过程中，促使它很好地粘合在袋子上。中间层是铝箔，它提供对水蒸气和其它气体的低透过性，最外层是由锦纶或聚对苯二甲酸亚乙基酯制造的，它具有高强度和耐磨耗性。隔膜72被插在附件71的圆形开口中。附件的圆形开口的内部直径小于隔膜的外部直径，使得隔膜一旦插入附件之后会造成轻度的压缩。一旦装配好，墨水袋、附件和隔膜必须允许进行有效的填充和排空过程。墨水袋功能的一个特色是在图10中说明的斜角73。
重要的是在填义墨水时尽量减少残留在袋中的被陷入的空气量。如果空气残留在袋中，它将在制造好和使用前的一段时间里溶解在墨水中。溶解在墨水中的气体，在压电型印刷头喷墨过程中，会从溶液中逸出并形成空气泡。空气泡被压缩时即会妨碍喷嘴把墨水珠滴喷在印刷介质12上。斜角73能在填充墨水的过程中帮助促进袋中空气的排出，并让大部份墨水在使用过程中从袋中排出。
在填充墨水的过程中，在往袋中注入墨水之前要抽出其中的空气。当墨水袋充满残留的空气时，在靠近附件和隔膜处抽真空。如果不存在斜角，空气会倾向于陷在袋角落里而不被抽出。斜角让残留的空气移向附件从而使它被除去。斜角73是在靠近附件的袋子区域开始形成的，并以5至45度之间的角度斜向袋子垂直的侧壁边。在优选的实施方案中提供的斜角为15度。
对墨水袋性能的另一种贡献是墨盒外壳的大小和形状和墨水袋70的大小和形状之间的关系。当墨水袋充满墨水(图11)并包含在墨盒50中时，墨水袋被墨盒外壳50的四个内部壁面所压迫。这样，在墨水盒外壳内的墨水袋的容量即可通过优化墨盒外壳50的大小来决定。这一优化的关键是墨盒外壳大小的纵横尺寸比，它转过来又决定了墨水袋70的大小。
这种用于墨盒装置中的方法通过设计而受益。按照上述关系设定的墨水袋和墨盒外壳的大小的好处是，可以让填充墨水的过程开始之前，就把墨水袋安装到墨盒外壳中。安装过程包括抽出墨水袋中的空气、把头半个墨盒外壳侧放在一起，沿墨水袋的附件放入颜色鉴别组件，把墨水袋用两条带边的胶带插入头半个空壳中。袋子的插入要这样来进行、使得空墨水袋适合于头半个空壳的外形，用两面带边的胶布在适当地方贴好，然后用第二半个外壳盖上。第一个和第二个半个空壳然后和超声波焊法焊接在一起。这种超声波焊接法提供了一种低成本的安装方法，虽然也可用其它已知的方法。
一旦外壳装置焊接好，墨水袋即可填充已知数量(例如，1100毫升)的墨水。这可把它的侧面平放好后通过隔膜放进一支针筒，然后通过针筒往墨水袋中泵入墨水。然后把墨盒装置这样垂直地转动，使得附件和隔膜的一面朝上。墨盒被撞击以使墨水中的空气升至袋子的顶部。其余空气和大约50毫升墨水然后通过泵经针筒从袋中除去。在这时墨水袋充份被外壳所限定，袋子的表面与外壳装置的四个内部表面紧密接触，如图11中的水平截面图所说明的那样。这样就可防止袋子在运输过程中的迁移。如果发生迁移，袋子表面可能被擦破和破裂，导致墨水泄漏。如果墨水袋在超声波焊接过程之前被填充，它也可能在焊接过程中被擦伤并随后破裂。这种安装方法和与墨水袋一致的外壳的构造一起导致了低成本的墨水盒装置。像可从图11中注意到的那样，在所显示的横截面中，在前面和后器壁的各自的内部表面上的相应的点之间有一致的内部墨盒空腔厚度间隔，即使前面和后面都像它们的内部表面那样是弯曲的。前面和后面的弯曲是互补的；例如一面如果一般在曲率上是凹的，则另一面一般的曲率就是凸的，但在内部表面上至少沿着一定截面、在整个墨盒的相当的点之间在内部一般维持着一致的间隔。
在填充之前墨水组合物要进行脱气。在脱气过程中，墨水被泵向脱气单元并进行循环直到墨水达到所需的气体含量。一旦达到所需的气体含量，墨水就准备进入填充过程。脱气单元可结合已知的机理来从墨水中除去溶解的气体。这些包括、但不限于，物理方法诸如煮沸和抽真空，以及化学方法诸如在墨水中合并气体吸附剂。还有，额外的加热、振动和抽真空方法也可以结合使用。这些包括，例如，使用微波能量，如美国专利5,341,162和美国专利6,089,702中所描述的；使用超声波发生器，如在美国专利3,904,392和美国专利5,373,212中所描述的；以及使用透气性的空纤维膜，如在EP 1052011A1和JP 05-317605 A2中所描述的；有一种市售的由Celgard KK公司制造的Liquid-Cel膜墨盒。另外，也可以用其它的脱气方法。
虽然优选在墨盒中结合一种可压扁的袋子，但也可以用不可压扁的、或刚性的墨水容器，前提条件是在墨水组合物中溶解的气体含量保持基本恒定。另外，使用含有密封的、不是通大气但是在用墨水时可压扁的墨水袋的墨盒的印刷器，它所具有的优点要超过用其它类型墨盒的印刷器，诸如那些使用通大气的墨盒或并入其它组件(例如吸墨海绵)到墨盒中去的印刷器。用具有可压扁的墨水袋的墨盒允许在打印过程中在墨水组合物中溶解的气体的低浓度得以维持。这和通向大气的墨盒形成对照，后者由于通向大气而使溶解在墨水组合物中的气体浓度，在一旦把墨水盒接到印刷器以后即随时增加。运转过来又会导致打印过程中墨水性能的下降。另外，如果别的组件被并入墨水盒中，则并入组件的碎片或颗粒可能脱落而引起墨水被污染。这种情况最终会引起喷嘴堵塞、产生的图像质量下降。
通过具体参照一些优选的实施方案，本发明已被详尽描述，但应该理解，在本发明的范围内仍能实施各种变化和修改。

Claims (10)

1.一种墨水盒，它包括：
具有前器壁(90)、与前器壁对面的后器壁(90)以及把前器壁和后器壁分开的一对相对的左器壁(94)和右器壁(93)和底部器壁(95)的外壳，这些器壁限定了外壳内的内部空腔；
位于内部空腔内并充满液体墨水的墨水容器(70)，这种液体墨水具有的溶解的气体含量，基于20℃时溶解的氧气的量测量，小于3ppm，并且在25℃时的表面张力大于34达因/厘米。
2.权利要求1的墨水盒，其中的墨水容器是一只可压扁的袋子。
3.权利要求1的墨水盒，其中溶解的气体含量，基于20℃时溶解的氧气的量测量，小于1.0ppm。
4.权利要求1的墨水盒，其中表面张力在36至小于40达因/厘米之间。
5.权利要求1的墨水盒，其中的液体墨水的粘度在25℃时大于2.5厘泊。
6.权利要求5的墨水盒，其中在25℃时的粘度在2.5-3.5厘泊之间。
7.一种充满墨水盒的方法，包括：
提供具有前器壁、和前器壁相对的后器壁、把前器壁和后器壁分开的一对相对的左器壁和右器壁、底部器壁的外壳，这些器壁限定了外壳内的内部空腔；
提供墨水容器；
把墨水容器安置在内部空腔内；并
用液体墨水充满墨水容器，该墨水具有的溶解的气体含量，基于在20℃时溶解的氧气的量测量，小于3ppm，其静态表面张力在25℃时大于34达因/厘米。
8.权利要求7的方法，其中的墨水容器是一只可压扁的袋子。
9.权利要求7的方法，其中溶解的气体含量，基于在20℃时溶解的氧气的量测量，为低于1ppm。
10.权利要求7的方法，其中的表面张力在36至小于40达因/厘米之间。
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