CN1816454A - 喷墨记录方法和喷墨打印机 - Google Patents

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Abstract

提供一种喷墨记录方法，其即使在进行色彩间隔为不大于200毫秒的高速印刷时，能获得无渗色或颜色混合的高质量图像。在该喷墨记录方法中，通过从排出口排出多种颜色的油墨并将油墨滴附着在待印刷的材料上进行记录。在排出第一种颜色油墨和排出第二种颜色油墨之间的时间间隔不大于200毫秒时，使用的油墨在23℃的温度下表面张力为25到45mN/m。

Description

喷墨记录方法和喷墨打印机
技术领域
本发明涉及一种喷墨记录方法和喷墨打印机，其中以高速和高清晰度的方式形成彩色图像。
背景技术
喷墨记录方法是一种通过将待附着的墨的小滴喷射到记录材料上记录图像、字符等的方法，并且具有由偏转法、空腔法、热喷墨法、狭缝喷射法、火花喷射(spark jet)法等表示的各种工作原理。
应用喷墨记录方法的打印机能够以较少噪音进行高速打印，并且容易地为多色化。此外，该打印机具有特征：例如，不需要激光打印机中所需要的显影-定影过程。因此，该打印机已广泛用于多种用途，如用于文件、彩色图像等的打印装置。因此，最近，已经希望应用喷墨记录方法的打印机能以更高的速度进行更高图像质量的记录。
为了满足这种高速记录的要求，已经研究了所谓行式头(line head)，其具有的喷射范围大约等于待影印(photographically printed)的纸张的宽度，如日本公开专利No.2001-301199、日本公开专利申请No.2001-315385等所述。
在行式头型喷墨打印机中，墨滴以小于串行型喷墨打印机的间隔射向记录材料。因此，要求墨具有更快的渗透和干燥性能。具体而言，如果使用具有较小渗透和干燥性能的油墨进行影印，在较早的墨滴充分渗入记录材料之前，下一个墨滴射到记录材料上，并且结果，油墨累积在记录材料的表面上。这种油墨累积导致干燥之后浓度不均匀，导致图像质量劣化。
另一方面，作为改善油墨的渗透和干燥性能的方法，在过去已经进行了下列建议等：
(1)向油墨中添加特定的表面活性剂：日本公开专利申请No.S55-29546，日本已审专利公开No.S58-6752等，
(2)在喷墨打印机中，选择打印操作模式，在该模式中在23℃下表面张力小于40dyn/cm的彩色油墨被排出，或者选择打印操作模式，在该模式中在23℃下表面张力为40dyn/cm或更大的黑色油墨被排出：日本专利No.3277609，
(3)如果使用不同颜色的彩色记录液体，使记录液体的粘度大致相等：日本公开专利申请No.S60-197776，
(4)使用具有特定吸水性的记录材料：日本专利No.2618359。
然而，在日本公开专利申请No.2001-315385和No.2001-301199等中描述的行式头型喷墨打印机中，当进行彩色打印时，第一颜色油墨的排出和第二颜色油墨的排出之间的间隔(在下文中称为色彩间隔)一般为200毫秒或更小。这个色彩间隔明显小于更大串行型打印机中的色彩间隔，该色彩间隔大约为1到2秒。因此，存在这样的问题，其中如果使用上述(1)到(3)中的墨，则油墨的渗透和干燥性能不够，并且难以获得无污点的高质量图像。
发明内容
因此，本发明目的在于：如果使用以200毫秒或更小的色彩间隔进行高速打印的打印机，能获得无污点或颜色混合的高清晰度图像。
为了实现更大目的，本发明提供了一种喷墨记录方法，其中通过将源自排出口的多种颜色的油墨作为待附着的墨滴排出到记录材料上而进行记录，其中在第一颜色油墨的排出和第二颜色油墨的排出之间的间隔为200毫秒或更小的情况下，对于每一种颜色的油墨，使用在23℃下表面张力为25到45mN/m的油墨。
根据本发明的喷墨记录方法，在以200毫秒或更小的色彩间隔进行影印的情况下，例如在利用行式头型喷墨打印机进行高速彩色打印的情况下，使用23℃下表面张力为25到45mN/m的油墨，并且因此可获得无污点或颜色混合的高清晰度图像。相反，如果油墨的表面张力小于25mN/m，则油墨的湿度过度，并且因而油墨也粘附在喷嘴附近，使油墨的排出性能劣化，并且因此阻止了油墨以所需要的方向喷射，这是不利的。另一方面，如果油墨的表面张力大于45mN/m，则油墨相对于记录材料的渗透性能降低，并且因而颜色混合劣化，导致不均匀的油墨渗透，这是不利的。
附图说明
图1是表示行式头型喷墨打印机整体结构的部分截面透视图；
图2是图1的行式头型喷墨打印机的截面侧视图；
图3展示行式头：A是其俯视图，而B是其仰视图；
图4A是图3的行式头的A-A剖视图，而B是其B-B剖视图；
图5是展示色彩间隔和渗透不均匀度之间的关系的图表；及
图6是展示色彩间隔和渗透不均匀度之间的关系的图表。
具体实施方式
在下文中，将详细说明本发明。注意，在附图中，相同的数字表示相同或相似的部件。
图1展示行式头型喷墨打印机100的整体结构，它是本发明的一个实施方案。注意图1是行式头型喷墨打印机100的部分截面透视图。图2是其截面侧视图。
关于这种喷墨打印机100，外壳110成型象矩形平行六面体。在外壳中提供有行式头120、纸输送部分130、送纸部分140、纸盘150、电路部分160等。
在外壳110的一端的侧面中提供有用于纸张P的出纸槽111，并且在其另外一端的侧面中提供有用于纸盘150的盘抽出槽112。
在行式头120中提供有用于青(C)、品红(M)、黄(Y)和黑(K)四种颜色的行式头。每一个行式头120具有作为排出墨滴的驱动元件的加热元件，并且具有大约等于纸张P的宽度的记录范围。
此外，行式头120具有PNM(脉冲数调制)功能，它根据墨滴的数量调整点的直径。
图3A和3B分别是对于一种颜色的行式头120的俯视图和仰视图。图4A和4B分别是图3B的A-A的截面侧视图和B-B的截面侧视图。
该行式头120包括线性头框架122、多个附着到头框架122一侧表面的头片(head chip)121，和提供在头框架122的另一表面上的油墨罐126。
在头框架122中在其中心处形成狭缝状油墨供应孔122a，并且在该油墨供应孔122a的两侧以交错的方式配置头片121。在每一头片121上的油墨供应孔122a侧上排列多个加热元件121b，并且在另一侧上对应于加热元件121b排列接线端子121e。
在头片121上提供具有多个喷嘴124a的喷嘴板124，以及形成置于其间的多个油墨液体室123a和流动通道123b的元件123。
油墨罐126具有袋126a和外壳126b的双重结构，并且在袋126a和外壳126b之间是弹簧元件126c，它使袋126a向外膨胀。此外，在油墨罐126的底部提供有防止灰尘、源自墨罐126的油墨成分的聚集产物等进入喷嘴124a侧的过滤器125。
由FPC(柔性印刷电路板)制成的电路(electrical wring)127附着到从头片121上面经过头框架122的外侧延伸到油墨罐126外周表面的部分。电路127向头片121提供电力和电信号，并且与头片的接线端子121e连接。
通常，这种喷墨打印机100如下工作。接通喷墨打印机100处于这样的状态：其中在纸盘150中储存预定数量的纸张P，并在来自外面打印信号输入下，纸托架152通过被送纸辊141压缩的弹簧151升高纸张P的一端。然后，通过送纸马达142驱动送纸辊141旋转，这样从纸盘150向纸输送辊132运送一张纸P。
因此，通过纸输送马达134驱动纸输送辊132和纸输送辊133旋转。从而，纸输送辊132将纸张P运送到纸输送导轨131。接着，随着行式头120在预定定时下工作，对加热元件121b施加驱动电压。这样，在加热元件121b表面上的油墨中产生气泡，墨滴从喷嘴124a中排出，并且然后粘附到纸张P上，并且从而记录由点形成的图像，如字符或照片。然后所运送的纸张P通过纸输送辊133从出纸槽111排出。
本发明的喷墨记录方法特征在于：在以200毫秒或更小、优选50到200毫秒的色彩间隔驱动更大行式头型喷墨打印机100的情况下，对每一种颜色的油墨，均使用23℃下表面张力为25到45mN/m的油墨。
如果油墨的表面张力小于25mN/m，油墨的湿度过度，并且因此墨也粘附在喷嘴的附近，使油墨的排出性能劣化，并且因此阻止油墨以所需要的方向喷射，这是不利的。另一方面，如果油墨的表面张力大于45mN/m，则油墨对于记录材料的渗透性能降低，并且因此颜色混合劣化，导致不均匀的油墨渗透，这是不利的。
于是，根据Wilhelmy(板)法测量表面张力。
此外，本发明的喷墨记录方法，不局限于上述行式头型喷墨打印机，可以应用到各种喷墨打印机的喷墨记录中，只要以200毫秒或更小、优选50到200毫秒的色彩间隔驱动打印机。
本发明中使用的油墨的成分可以与已知的喷墨油墨相似，并且通过添加表面活性剂等调节表面张力。因此，由色材、溶剂(水和水溶性有机溶剂)、表面活性剂等制备的油墨可用作油墨。关于色材，由直接染料、酸性染料、碱性染料、活性染料等代表的水溶性染料是适合的。具体而言，例如，可以提到的是C.I.酸性黄17、23、42、44、79、142；C.I.酸性红1、8、13、14、18、26、27、35、37、42、52、82、87、89、92、97、106、111、114、115、134、186、249、254、289；C.I.酸性蓝9、29、45、92、249；C.I.酸性黑1、2、7、24、26、94；C.I.食品黄3、4；C.I.食品红7、9、14；C.I.食品黑1、2；C.I.直接黄1、12、24、26、33、44、50、86、120、132、142、144；C.I.直接红1、4、9、13、17、20、28、31、39、80、81、83、89、225、227；C.I.直接橙26、29、62、102；C.I.直接蓝1、2、6、15、22、25、71、76、79、86、87、90、98、163、165、199、202；C.I.直接黑19、22、32、38、51、56、71、74、75、77、154、168、171；C.I.碱性黄1、2、11、13、14、15、19、21、23、24、25、28、29、32、36、40、41、45、49、51、53、63、64、65、67、70、73、77、87、91；C.I.碱性红2、12、13、14、15、18、22、23、24、27、29、35、36、38、39、46、49、51、52、54、59、68、69、70、73、78、82、102、104、109、112；C.I.碱性蓝1、3、5、7、9、21、22、26、35、41、45、47、54、62、65、66、67、69、75、77、78、89、92、93、105、117、120、122、124、129、137、141、147、155；C.I.碱性黑2、8；C.I.活性黑3、4、7、11、12、17；C.I.活性黄1、5、11、13、14、20、21、22、25、40、47、51、55、65、67；C.I.活性红1、14、17、25、26、32、37、44、46、55、60、66、74、79、96、97；C.I.活性蓝1、2、7、14、15、23、32、35、38、41、63、80、95等。
添加到油墨中的色材的用量相对于油墨的质量为1到10％，更优选3到5％，并且考虑油墨的粘度、干燥性能、排出稳定性和着色性能以及打印物的保存稳定性进行确定。
关于溶剂，主要使用水，然而，为了改善色材对水的溶解性和分散性、防止墨干燥等，如果必要的话，可以添加有机溶剂。
作为有机溶剂合适的实例：例如可以得到的是低级醇，如乙醇和2-丙醇；多元醇如乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、甘油、1，2，6-己三醇、1，2，4-丁三醇和petriol；多元醇烷基醚，如乙二醇单乙基醚、乙二醇单丁基醚、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单丁基醚、四甘醇单甲基醚和丙二醇单乙基醚；多元醇芳基醚，如乙二醇单苯基醚和乙二醇单苄基醚；含氮杂环化合物，如N-甲基-2-吡咯烷酮、N-羟乙基-吡咯烷酮、1，3-二甲基咪唑烷酮，ε-己内酰胺和γ-丁内酯；酰胺类，如甲酰胺、N-甲基甲酰胺和N，N-二甲基甲酰胺；胺类，如单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、单乙胺、二乙胺、三乙胺；含硫化合物，如二甲亚砜、环丁砜、硫代二乙醇；等。
添加的有机溶剂的量相对于油墨的质量为5到50％，更优选10到35％，并且如在色材的情况下一样，考虑油墨的粘度、干燥性能、排出稳定性等进行确定。
可以添加表面活性剂调节油墨的表面张力并且改善油墨对记录材料的渗透性能。
作为表面活性剂：可以使用阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。作为阴离子表面活性剂，可以得到羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐等。作为阳离子表面活性剂，可以得到高级烷基胺、高级烷基卤、高级脂肪酸、高级脂肪酸酰胺等。作为非离子表面活性剂，可以得到聚乙二醇、多元醇等。作为两性表面活性剂，可以得到羧酸型两性表面活性剂、硫酸酯型两性表面活性剂、磺酸酯型两性表面活性剂、磷酸酯型两性表面活性剂等。
此外，可因此向油墨中添加pH调节剂，如胺类包括二乙醇胺和三乙醇胺，碱金属氢氧化物包括氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾，氢氧化铵，氢氧化季铵，氢氧化季鏻，碱金属碳酸盐包括碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾；螯合剂，如乙二胺四乙酸钠、次氮基三乙酸钠、羟乙基乙二胺三乙酸钠、二乙撑三胺五乙酸钠和乌拉米尔二乙酸钠；防腐剂，如脱氢乙酸钠、山梨酸钠、2-吡啶硫醇-1-氧化钠、苯甲酸钠和五氯苯酚钠；防锈剂，如酸式碱式硫酸盐(acid subsulfate)、硫代硫酸钠、铵亚硫基二乙酸、二异丙基亚硝酸铵、季戊四醇四硝酸酯和二环己基亚硝酸铵；其它，例如在日本公开专利申请No.H9-227811中提出的紫外线吸收剂；等等。
同时，在本发明中，作为其上进行喷墨记录的记录材料，除了普通纸以外，还可以得到喷墨记录纸如在记录表面侧具有多孔涂层的涂料纸(coatedpaper)、记录表面是光亮表面的蜡光纸、和在透明基底材料上均具有多孔涂层的OHP记录纸等；尤其是，根据防止不均匀的油墨渗透，期望使用在100毫秒内其吸墨量为15mL/m2或更大，更优选为18到40mL/m2的记录材料。如果吸收量超过40mL/m2，则由于产生污点，过量的油墨渗透进入记录材料导致影印浓度降低等，图像质量易于劣化，。
[实施例]
实施例1和2和对比例1和2
(1)油墨的制备
在实施例1和2以及对比例1和2中使用的每个均由黄(Y)、品红(M)、青(C)构成的油墨组是通过将表1和2中的组分混合并且溶解而制备的。
[表1]
  实施例1   实施例2
  油墨组成(质量份)   Y   M   C   Y   M   C
  C.I.直接黄144   3.5   -   -   3.5   -   -
  C.I.酸性红52   -   3.5   -   -   3.5   -
  C.I.直接蓝199   -   -   3.5   -   -   3.5
  乙二醇   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0
  二甘醇   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0
  异丙醇   -   -   -   5.0   5.0   5.0
  表面活性剂   0.5   0.5   0.5   0.1   0.1   0.1
  水   76.0   76.0   76.0   71.4   71.4   71.4
  评估
  表面张力(mN/m)   32   32   32   43   42   42
  渗透量(mL/m2) 23 23 23 18 18 18
  PM(Epson Corp.)
  QP(Konica Corp.)   19   18   18   15   14   14
(*1)Nonipol 95，Toho Chemical Industry Co.，Ltd.
[表2]
  实施例1   实施例2
  油墨组成(质量份)   Y   M   C   Y   M   C
  C.I.直接黄144   3.5   -   -   3.5   -   -
  C.I.酸性红52   -   3.5   -   -   3.5   -
  C.I.直接蓝199   -   -   3.5   -   -   3.5
  乙二醇   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0
  二甘醇   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0   10.0
  异丙醇   2.0   2.0   2.0   -   -   -
  表面活性剂   -   -   -   -   -   -
  水   74.5   74.5   74.5   76.5   76.5   76.5
  评估
  表面张力(mN/m)   54   53   53   63   62   62
  渗透量(mL/m2) 12 12 11 6 6 7
  PM(Epson Corp.)
  QP(Konica Corp.)   7   7   7   6   6   6
(*1)Nonipol 95，Toho Chemical Industry Co.，Ltd.
(2)表面张力
对于实施例1和2以及对比例1和2中的每一种颜色的油墨，用全自动张力仪(CBVP-Z型，Kyowa Interface Science Co.Ltd)测量表面张力。结果列于表1和2中。
(3)渗透量
对于实施例1和2以及对比例1和2中的每一种颜色的油墨，用Bristow测试仪(KUMAGAI RIKI KOGYO CO.，LTD)测试对两种市售的喷墨光泽相纸(PM相纸(Epson Corp.)和QP Thick DX(Konica Corp.))在100毫秒内的渗透量。结果列于表1和2中。
(4)在色彩间隔为100毫秒下的渗透不均匀度，
一般，图像质量的劣化在其中两种颜色重叠的影印部分是显著的；即使在通过黄、品红或青的单色油墨的影印部分没有图像劣化，在两种颜色重叠的每一影印部分可出现图像劣化：红(黄色油墨和品红色油墨的混合)；绿(黄色油墨和青色油墨的混合)；和蓝(品红色油墨和青色油墨的混合)。因此，在这些两种颜色重叠的每一影印部分的渗透不均匀度的程度评估如下。
在这种情况下，使用这样的影印测试仪作为打印机，其中分辨率为600dpi，一个像素由一种色彩的20pL滴形成，并且直到不同颜色油墨附着的色彩间隔设定为100毫秒。
将实施例1和2以及对比例1和2中的油墨组置于这种影印测试仪中，并且分别在两种市售的喷墨光泽相纸(PM相纸(Epson Corp.)和QP ThickDX(Konica Corp.))上影印红色(黄色油墨和品红色油墨的混合)、绿色(黄色油墨和青色油墨的混合)和蓝色(品红色油墨和青色油墨的混合)的实心图像(solid images)。
通过目视观察所获得的影印物，如下评估渗透不均匀度。
5：无不均匀度的优异的图像质量
4：具有当靠近看时的一些不均匀度，总体上良好的图像质量
3：产生一些不均匀度至不影响整体的图像质量的程度
2：不均匀
1：显著不均匀到不能使用的程度
结果列于表3中。
[表3]
油墨组   表面张力(mN/m) 实心图像   渗透不均匀度
  PM(Epson Corp.)   QP(Konica Corp.)
  实施例1   Y：33   红   5   4
  M：32   绿   5   4
  C：32   蓝   5   4
  实施例2   Y：43   红   4   3
  M：42   绿   4   3
  C：42   蓝   4   3
  对比例1   Y：54   红   2   1
  M：53   绿   2   1
  C：53   蓝   2   1
  对比例2   Y：63   红   1   1
  M：62   绿   1   1
  C：62   蓝   1   1
从表3判断，可以理解，如果使用对比例1和2的油墨组，其中每一种颜色油墨的表面张力为53到62mN/m，则渗透不均匀度显著且图像质量大大降低；然而如果使用实施例1的油墨组，其中表面张力为32到33mN/m，则图像质量变得优异。此外，关于实施例2的油墨组，其中表面张力为42到43mN/m，当影印在其中在100毫秒内的渗透量为14到15mL/m2的纸张上(QP Thick DX(Konica Corp.))时，出现一些不影响图像质量的不均匀度；然而，当影印在其中在100毫秒内的渗透量为118mL/m2的纸张上(PM照相纸(Epson Corp.))时，获得优异的图像质量。
(5)色彩间隔与渗透不均匀度之间的关系
在(4)中使用的影印测试仪中，按照表4和5设置色彩间隔为50到400毫秒，类似地使用表面张力为30、45和52mN/m的油墨，分别在两种市售的喷墨光泽相纸(PM相纸(Epson Corp.)和QP Thick DX(Konica Corp.))上形成红、绿和蓝的实心图像，并且评估每一种渗透不均匀度并类似于(4)分成5个等级。
在此，作为表面张力为30、45和52mN/m的油墨，使用表4所示组成的油墨。
[表4]
  表面张力30(mN/m)   表面张力45(mN/m)   表面张力52(mN/m)
  油墨组成(质量份)   Y   M   C   Y   M   C   Y   M   C
  C.I.直接黄144   3.5   -   -   3.5   -   -   3.5   -   -
  C.I.酸性红52   -   3.5   -   -   3.5   -   -   3.5   -
  C.I.直接蓝199   -   -   3.5   -   -   3.5   -   -   3.5
  乙二醇   -   -   -   -   -   -   -   -   -
  二甘醇   20.0   20.0   20.0   20.0   20.0   20.0   20.0   20.0   20.0
  异丙醇   2.0   2.0   2.0   1.0   1.0   1.0
  表面活性剂   1.0   1.0   1.0   -   -   -   -   -   -
  水   75.5   75.5   75.5   74.5   74.5   74.5   75.5   75.5   75.5
  评估
  表面张力(mN/m)   30   30   30   45   45   45   52   52   52
结果如表5和6以及图5和6所示。
[表5]当在PM相纸(Epson Corp.)上影印时的渗透不均匀度
Figure A20048001888300131
[表5]当在QP Thick Dx(Konica Corp.)上影印时的渗透不均匀度
从表5和6以及图5和6的结果判断，可以理解：相对于在色彩间隔在200毫秒或更小进行影印和在色彩间隔在大于200毫秒进行影印之间的渗透不均匀度，表面张力为30到45mN/m的油墨和表面张力为52mN/m的油墨是极为不同的，并且因此优选使用表面张力为45mN/m或更小的油墨以抑制对于在色彩间隔为200毫秒或更小进行影印的渗透不均匀度。
工业实用性
根据本发明，在喷墨记录方法中，即使仪色彩间隔为200毫秒或更小进行高速影印，也能获得没有污点或颜色混合的高清晰图像。

Claims (6)

1.一种喷墨记录方法，其中通过从排出口将多种颜色的油墨作为待附着的墨滴排出到记录材料上，
其中在排出第一种颜色的油墨和排出第二种颜色的油墨之间的间隔为200毫秒或更小的情况下，对于所述的每一种颜色的油墨，使用23℃下表面张力为25到45mN/m的油墨。
2.权利要求1的喷墨记录方法，其中使用行式头排出油墨。
3.权利要求1的喷墨记录方法，其中对于所述的记录材料，在100毫秒内的吸墨量为15mL/m2或更大。
4.一种喷墨打印机，其中通过从排出口将多种颜色的油墨作为待附着的墨滴排出到记录材料上，
其中在排出第一种颜色的油墨和排出第二种颜色的油墨之间的间隔为200毫秒或更小的情况下，对于所述的每一种颜色的油墨，使用23℃下表面张力为25到45mN/m的油墨。
5.权利要求4的喷墨记录打印机，其中使用行式头排出油墨。
6.权利要求4的喷墨记录打印机，其中对于所述的记录材料，在100毫秒内的吸墨量为15mL/m2或更大。
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