DE60024553T2

DE60024553T2 - Wässrige Tintenstrahltintenzusammensetzung und Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren

Info

Publication number: DE60024553T2
Application number: DE2000624553
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Takahashi; Yutaka Kurabayashi; Takeo Eguchi; Masashi Ogasawara; Noriyasu Asaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: EP1088860B1; EP1088860A1; DE60024553D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tintenzusammensetzung zum Tintenstrahlen, die für Tintenstrahlaufzeichnen geeignet ist, eine hohe Bildqualität liefert, insbesondere im Hinblick auf die Stabilität eines in Abständen erfolgenden Ausstoßes aus einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf überlegen ist und verhindert, dass ein verdicktes Material der Tinte an eine Ausstoßöffnungsoberfläche eines Tintenstrahlkopfes anhaftet.
Technischer Hintergrund
Ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren umfasst das Ausstoßen einer Tinte und das Aufbringen der Tinte auf Papier oder ein anderes Aufzeichnungsmaterial, um aufzuzeichnen. Z.B. kann gemäß einem Tintenstrahlaufzeichnungssystem, das in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 61-59911, 61-59912, 61-59914 und dergleichen offenbart ist, d.h. gemäß einem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, bei dem ein elektrothermischer Wandler als eine Einrichtung zum Zuführen einer Ausstoßenergie verwendet und Wärmeenergie auf die Tinte ausgeübt wird, um eine Blase zu erzeugen und dadurch die Tinte auszustoßen, ein Aufzeichnungskopf mit vielen Öffnungen in hoher Dichte leicht realisiert werden, und ein Bild mit hoher Auflösung und einem hohen Qualitätsniveau kann mit großer Geschwindigkeit aufgezeichnet werden. Solch ein System ist eines der Hauptverfahren von den Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, die gegenwärtig hauptsächlich in der Praxis verwendet werden.
Diesbezüglich wird als die Tinte zur Verwendung in solch einem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren z.B. eine wässrige Tinte verwendet, in der ein wasserlöslicher Farbstoff als ein Färbemittel verwendet wird. Ein mit der Tinte erzeugtes aufgezeichnetes Bild erfordert daher eine weitere Verbesserung der Wasserfestigkeit und Festigkeit gegenüber einem Zeilenmarker auf einem ungestrichenen Papier (worauf hiernach einfach als Markerfestigkeit Bezug genommen wird). Auf diesem Gebiet ist eine große Anzahl an Mitteln vorgeschlagen worden, um insbesondere die Dichte und die Wasserfestigkeit des aufgezeichneten Bildes zu verbessern, und als eines dieser Mittel gibt es eine Methode, bei der ein Pigment als das Färbemittel verwendet und das Pigment in Wasser dispergiert wird, um eine Pigmentdispersionstinte zu erzeugen. Z.B. kann eine Pigmentdispersionstinte, die Ruß als das Färbemittel verwendet, ein aufgezeichnetes Bild erzeugen, das mit einer hohen Bilddichte und einer überlegenen Wasserfestigkeit versehen ist. Allerdings gibt es für das aufgezeichnete Bild immer noch Raum für eine Verbesserung der Beständigkeit gegenüber Abrieb bzw. Abschaben und der Markerfestigkeit des Bildes, das insbesondere auf ungestrichenem Papier erzeugt ist.
Des Weiteren wird bei einer Dispersionstinte, die solch ein wasserunlösliches Färbemittel und ein Harz enthält, die Stabilität des Tintenstrahlausstoßes in einigen Fällen nachteilig beeinflusst. Insbesondere wird die Stabilität eines in Abständen erfolgenden Ausstoßes leicht beeinflusst. Ein Mangel des in Abständen erfolgenden Ausstoßes meint ein Phänomen, bei dem, wenn die Tinte beim Drucken aus einer bestimmten Düse ausgestoßen und dann für eine bestimmte Zeit (z.B. etwa 30 Sekunden) von der gleichen Düse keine Tinte ausgestoßen wird und wenn das nächste Tintentröpfchen von der Düse ausgestoßen wird, kein stabiler Ausstoß erfolgt und der Druck gestört wird.
Bei der Verwendung der Dispersionstinte, die das wasserunlösliche Färbemittel und das Harz enthält, in einem Tintenstrahlkopf gibt es darüber hinaus ein weiteres Problem, dass ein Tintennebel oder dergleichen an eine Tintenausstoßöffnungsoberfläche anhaftet. Wenn dieser Zustand für eine lange Zeit belassen wird, haftet ein verdicktes Material der Tinte an die Ausstoßöffnungsoberfläche an, wodurch in einigen Fällen eine Störung des Drucks oder ein Ausstoßfehler auftritt.
EP 0 947 567 offenbart eine Tinte, die ein Pigment und ein Harz umfasst. In dem Harz ist ein Färbemittel eingekapselt. Die beschriebene Tinte führt zu Bildern mit einer hohen optischen Dichte und kann beim Tintenstrahlaufzeichnen verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung des vorstehend erwähnten technischen Hintergrunds entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tinte für Tintenstrahlen bereitzustellen, die ein Bild mit einer hohen Bilddichte, einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber Abrieb, Wasserfestigkeit und Markerfestigkeit erzeugt, eine überlegene Stabilität des in Abständen durchgeführten Ausstoßes aus einem Aufzeichnungskopf während der Verwendung beim Tintenstrahlaufzeichnen aufweist und eine Störung des Drucks oder einen Ausstoßfehler, die bzw. der durch ein verdicktes Material der Tinte hervorgerufen wird, das an eine Ausstoßöffnungsoberfläche eines Tintenstrahlkopfes anhaftet, verhindern kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereitzustellen, das ein Tintenstrahlbild von hoher Qualität und mit einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber Abrieb, Wasserfestigkeit und Markerfestigkeit auf einem Aufzeichnungsmaterial erzeugen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine wässrige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahlen bereitgestellt, welche ein Färbemittel enthaltendes feines Harzteilchen, ein feines Pigmentteilchen und einen mehrwertigen Alkohol umfasst, wobei die Zusammensetzung des Weiteren wenigstens eine von der Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (I) dargestellt wird, und der Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (II) dargestellt wird, umfasst: Allgemeine Formel (I)
Allgemeine Formel (II)
wobei R₁ bis R₅ unabhängig jeweils ein Wasserstoffatom, CH₃ oder C₂H₅ sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Tintenkartusche bereitgestellt, die einen Tintenbehälter umfasst, der z.B. die vorstehend erwähnte wässrige Tintenzusammensetzung enthält.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereitgestellt, das einen Schritt des Aufbringens einer wässrigen Tintenzusammensetzung für Tintenstrahlen auf ein Aufzeichnungsmaterial durch ein Tintenstrahlverfahren umfasst, wobei die wässrige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahlen ein Färbemittel enthaltendes feines Harzteilchen, ein feines Pigmentteilchen, einen mehrwertigen Alkohol und wenigstens eine von der Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (I) dargestellt wird, und der Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (II) dargestellt wird, umfasst: Allgemeine Formel (I)
Allgemeine Formel (II)
wobei R₁ bis R₅ unabhängig jeweils ein Wasserstoffatom, CH₃ oder C₂H₅ sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines Beispiels eines Tintenstrahldruckers zeigt, auf den ein Flüssigkeit ausstoßender Kopf aufgesetzt werden kann.
Die 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Tintenstrahlkartusche zeigt, die mit einem Flüssigkeit ausstoßenden Kopf ausgestattet ist.
Die 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines Beispiels für den Flüssigkeit ausstoßenden Kopf zeigt.
Die 4 ist eine schematische Ansicht, die einen Teil eines Beispiels des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes zeigt.
Die 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer in 4 gezeigten Ausstoßöffnung.
Die 6 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand anhaftender Tinte in dem in 5 gezeigten Teil der Ausstoßöffnung zeigt.
Die 7 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils in 4.
Die 8 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 9 bis 15 einen Vorgang eines Flüssigkeitsausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 9 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 8 und 10 bis 15 den Vorgang eines Flüssigkeitsausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 10 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 8, 9 und 11 bis 15 den Vorgang eines Flüssigkeitsausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 11 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 8 bis 10 und 12 bis 15 den Vorgang eines Flüssigkeitssausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 12 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 8 bis 11 und 13 bis 15 den Vorgang eines Flüssigkeitssausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 13 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 8 bis 12, 14 und 15 den Vorgang eines Flüssigkeitssausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 14 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 8 bis 13 und 15 den Vorgang eines Flüssigkeitssausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 15 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang X-X der 7 und eine schematische Schnittansicht, die zusammen mit den 8 bis 14 den Vorgang eines Flüssigkeitssausstoßes des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes im zeitlichen Verlauf zeigt.
Die 16 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts als einem Beispiel für ein Flüssigkeit ausstoßendes Gerät, für das der Flüssigkeit ausstoßende Kopf der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird hiernach detailliert mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Als ein Ergebnis ausgiebiger Studien zum Lösen der vorstehend erwähnten Probleme haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung gefunden, dass, wenn eine Verbindung, die durch die vorstehende allgemeine Formel (I) dargestellt wird, oder eine Verbindung, die durch die vorstehende allgemeine Formel (II) dargestellt wird, und ein mehrwertiger Alkohol zusammen in einer Tinte für Tintenstrahlen eingeschlossen sind, das Problem eines Fehlers beim in Abständen erfolgenden Ausstoß während des Tintenstrahlaufzeichnens und das weitere Problem des Anhaftens eines verdickten Materials der Tinte an eine Ausstoßöffnungsoberfläche eines Tintenstrahlkopfes gelöst werden können, ohne die Bildeigenschaften wie etwa eine hohe Bilddichte, eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Abrieb, Wasserfestigkeit und Markerfestigkeit zu beeinträchtigen, wodurch die vorliegende Erfindung erzielt wurde. Der Grund dafür kann wie folgt angenommen werden.
Im Allgemeinen wird angenommen, dass der Fehler beim in Abständen erfolgenden Ausstoß in einem Tintenstrahlkopf durch die Zunahme der Tintenviskosität, wenn Feuchtigkeit von der Düse verdampft, und durch Filmbildung oder Verfestigung in einer durch Tintenflüssigkeit gebildeten Oberfläche auf dem spitzen Ende der Düse hervorgerufen wird. Da die Tinte der vorliegenden Erfindung eine durch die allgemeine Formel (I) oder (II) dargestellte Verbindung und den mehrwertigen Alkohol gemeinsam einschließt, kann im Gegensatz dazu die Zunahme der Tintenviskosität während des Verdampfens der Feuchtigkeit von der Düse und die Filmbildung oder die Verfestigung in der durch Tintenflüssigkeit gebildeten Oberfläche auf dem spitzen Ende der Düse, von denen angenommen wird, dass sie die Gründe für den Fehler beim in Abständen erfolgenden Ausstoß sind, verhindert werden, so dass eine hervorragende Stabilität des in Abständen erfolgenden Ausstoßes erzielt werden kann.
Darüber hinaus hat sich ergeben, dass, da in der Tinte der vorliegenden Erfindung die durch die allgemeine Formel (I) dargestellte Verbindung oder die durch die allgemeine Formel (II) dargestellte Verbindung und der mehrwertige Alkohol gemeinsam enthalten sind, wenn zu der Tinte, deren Feuchtigkeit verdampft ist und die ihre Fließfähigkeit aufgrund einer Zunahme der Viskosität verloren hat (auf solch eine Tinte wird hiernach als "verdickte Tinte" Bezug genommen) eine frische, nicht verdickte Tinte zugegeben wird, die Fließfähigkeit der verdickten Tinte leicht in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt, d.h., "die verdickte Tinte" wird leicht erneut gelöst. Es wird daher angenommen, dass die Anhaftung der eingedickten Tinte an eine Ausstoßöffnungsoberfläche des Tintenstrahlkopfes minimiert werden kann, und dass im Ergebnis ein Auftreten einer Störung des Drucks und des Ausstoßfehlers effektiv verhindert werden kann.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Färbemittel enthaltende feine Harzteilchen, ein Pigment, wenigstens eine von der Verbindung, die durch die allgemeine Formel (I), dargestellt wird, und der Verbindung, die durch die allgemeine Formel (II) dargestellt wird, und einen mehrwertigen Alkohol umfasst. Die jeweiligen Komponenten werden hiernach in der folgenden Reihenfolge (1) bis (4) beschrieben:

(1) die Färbemittel enthaltenden feinen Harzteilchen;
(2) das Pigment;
(3) die Verbindung, die durch die allgemeine Formel (I) dargestellt wird, oder die Verbindung, die durch die allgemeine Formel (II) dargestellt wird, und
(4) der mehrwertige Alkohol.

(1) Die Färbemittel enthaltenden feinen Harzteilchen:
Zuerst wird das Färbemittel enthaltende Harz beschrieben. Beispiele für das Färbemittel enthaltende Harz schließen ein Harz, bei dem ein Färbemittel in einer Harzmikrokapsel eingeschlossen ist, und eine Harzemulsion ein, bei der ein Farbstoff, ein Pigment oder dergleichen, das in einem öligen Lösungsmittel gelöst oder dispergiert ist, in einem wässrigen Medium dispergiert ist. Insbesondere kann bevorzugt ein mikroeingekapseltes Harz, in welchem das Färbemittel eingegrenzt ist, bevorzugt verwendet werden.
D.h., wenn z.B. ein Ölfarbstoff, ein Pigment oder ein anderes hydrophobes Färbemittel als das Färbemittel verwendet wird, Wechselwirken das Färbemittel und ein hydrophober Abschnitt des Harzes aufgrund der Mikroeinkapselung leicht miteinander. Es wird daher angenommen, dass der hydrophobe Abschnitt des Harzes dazu neigt, in einem wässrigen System kaum ausgerichtet zu sein. Im Ergebnis wird zudem angenommen, dass wenn die Tinte zum Tintenstrahlen, die das Färbemittel enthaltende Harz umfasst, von einem Tintenstrahldrucker ausgestoßen wird, die Anhaftung oder Abscheidung des Harzes auf einer Oberfläche des Tintenstrahlkopfes, die eine Düse ausbildet und einer Wasser abstoßenden Behandlung unterzogen wurde, unterdrückt wird, und dies trägt zu einer weiteren Verbesserung der Ausstoßstabilität der Tinte über einen langen Zeitraum bei.
Das Harz, in dem das Färbemittel mikroeingekapselt ist, ist eine Harzdispersion, die durch Lösen oder Dispergieren des Färbemittels in einem öligen Lösungsmittel, um eine Lösung herzustellen, Emulgieren/Dispergieren der Lösung in Wasser und des Weiteren durch Mikroeinkapseln mittels eines bekannten zweckmäßigen Verfahrens erhalten wird.
Als das Färbemittel zur Verwendung in diesem Fall wird z.B. ein wasserunlösliches Färbemittel wie etwa ein Pigment oder ein öllöslicher Farbstoff bevorzugt verwendet. D.h., das wasserunlösliche Färbemittel erlaubt eine leichte Herstellung des Harzes, in dem das Färbemittel mikroeingekapselt ist. Konkret kann als ein schwarzes (Sw) Pigment z.B. Ruß verwendet werden. Hier ist diese Art von Ruß ein Ruß, der z.B. durch ein Ofenverfahren oder ein Kanalverfahren hergestellt ist, und bevorzugt wird ein Ruß verwendet, der einen primären Teilchendurchmesser von 15 bis 40 nm, eine spezifische Oberfläche gemäß dem BET-Verfahren von 50 bis 300 m²/g, eine DBP-Ölabsorption von 40 bis 150 ml/100 g, einen flüchtigen Anteil von 0,5 bis 10% und einen pH-Wert von 2 bis 9 aufweist.
Beispiele für käuflich erhältliche Rußprodukte mit solchen Eigenschaften schließen Nr. 2300, Nr. 900, MCF88, Nr. 33, Nr. 40, Nr. 45, Nr. 52, MA7, MA8 und Nr. 2200B (hergestellt von Mitsubishi Chemical Corp.), RAVEN1255 (hergestellt von Columbia), REGAL400R, REGAL330R, REGAL660R und MOGUL L (hergestellt von Cabot) und Color Black FW-1, Color Black FW18, Color Black 5170, Color Black 5150, Printex 35 und Printex U (hergestellt von Degussa) ein.
Darüber hinaus können die folgenden Farbstoffe bevorzugt als der öllösliche Farbstoff verwendet werden.
C. I. löslich Gelb 1, 2, 3, 13, 19, 22, 29, 36, 37, 38, 39, 40, 43, 44, 45, 47, 62, 63, 71, 76, 81, 85, 86 und dergleichen.
C. I. löslich Rot 8, 27, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 58, 60, 65, 69, 81, 86, 89, 91, 92, 97, 99, 100, 109, 118, 119, 122 und dergleichen.
C. I. löslich Blau 14, 24, 26, 34, 37, 38, 39, 42, 43, 45, 48, 52, 53, 55, 59, 67 und dergleichen.
C. I. löslich Schwarz 3, 5, 7, 8, 14, 17, 19, 20, 22, 24, 26, 27, 28, 29, 43, 45 und dergleichen.
Darüber hinaus können verschiedene herkömmlich bekannte wasserlösliche Farbstoffe, in denen das Gegenion (üblicherweise Natrium-, Kalium- oder Ammoniumion) durch ein organisches Amin oder dergleichen ersetzt ist, ebenfalls verwendet werden.
Bei den vorstehend erwähnten verschiedenen Färbemitteln wird, um den Farbton eines später beschriebenen Pigments einzustellen oder zu unterstützen, bevorzugt das Färbemittel ausgewählt, das einen zu dem des Pigments ähnlichen Farbton aufweist. Solch eine Auswahl ermöglicht eine weitere Verbesserung der Dichte eines aufgezeichneten Bildes. Wenn z.B. der Ruß als das später beschriebene Pigment verwendet wird, ist es bevorzugt, in ähnlicher Weise den Ruß als das Färbemittel, das in dem Harz enthalten sein soll, zu verwenden. Darüber hinaus können als das in dem Harz enthaltene Färbemittel zwei oder mehrere Arten von Färbemitteln, die aus den vorstehend erwähnten Materialien ausgewählt sind, eingesetzt werden. In diesem Fall können die jeweiligen Färbemittel getrennt in den Harzen enthalten sein, oder sie können in einem gemeinsamen Harz enthalten sein, um das Färbemittel enthaltende Harz bereitzustellen.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Färbemittel enthaltenden Harzes beschrieben, in dem das Färbemittel wie vorstehend beschriebenen mikroeingekapselt ist.
Zuerst wird das Färbemittel in einem öligen Lösungsmittel gelöst oder dispergiert, und das ölige Lösungsmittel wird dann in Wasser emulgiert/dispergiert. Als ein Verfahren zum Emulgieren/Dispergieren des öligen Lösungsmittels, in dem das Färbemittel gelöst oder dispergiert ist, in Wasser gibt es ein Dispergierverfahren unter Verwendung von Ultraschallwellen und ein Verfahren, bei dem irgendeine(r) von verschiedenen Dispergiervorrichtungen und Rührern verwendet wird. In diesem Fall können, wie erforderlich, zudem jegliche Emulgier- und Dispergierhilfsmittel wie etwa verschiedene Emulgatoren, Dispergiermittel und Schutzkolloide verwendet werden. Als diese Emulgier- und Dispergierhilfsmittel können polymere Materialien wie etwa PVA, PVP und Gummiarabikum, ein anionisches oberflächenaktives Mittel, ein nicht ionisches oberflächenaktives Mittel und dergleichen verwendet werden.
Beispiele für das Mikroeinkapselungsverfahren der Emulsion schließen ein Verfahren des Lösens des Färbemittels und des Harzes in einem wasserunlöslichen organischen Lösungsmittel (einem öligen Lösungsmittel) und anschließendes Umwandeln der resultierenden Phase in ein wässriges System, um während der Phasenumwandlung zu Emulgieren, ein Grenzflächenpolymerisationsverfahren, bei dem eine Polymerisationsreaktion an einer Grenzfläche zwischen einer organischen Phase und einer wässrigen Phase hervorgerufen wird, um eine Mikroeinkapselung durchzuführen, ein so genanntes in-situ Polymerisationsverfahren des Lösens oder Anordnens eines Wand-erzeugenden Materials nur in der organischen Phase, um Mikrokapseln zu erzeugen, und ein Kernsolvatisierungsverfahren des Veränderns des pH, der Temperatur, der Dichte und dergleichen einer wässrigen Polymerlösung, um eine konzentrierte Polymerphase abzutrennen, und des Erzeugens von Mikrokapseln ein. Nach der Erzeugung der Mikrokapseln wird zusätzlich ein Verfahren des Entfernens des öligen Lösungsmittels durchgeführt. Ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser des Färbemittel enthaltenden Harzes, das wie vorstehend beschrieben erhalten wird, liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,01 bis 2,0 μm und mehr bevorzugt von 0,05 bis 1 μm.
Für das Harz werden ein Copolymer aus einem hydrophilen Monomer mit einer hydrophilen Gruppe und einem hydrophoben Monomer mit einer hydrophoben Gruppe und ein Salz des Copolymers als Beispiel angegeben. Für das Monomer mit einer anionischen hydrophilen Gruppe werden üblicherweise ein Monomer auf Sulfonsäurebasis und ein Monomer auf Carbonsäurebasis als Beispiel angegeben. Beispiele für das Monomer auf Sulfonsäurebasis schließen Styrolsulfonsäure und ein Salz davon ebenso wie Vinylsulfonsäure und ein Salz davon ein. Beispiele für das Monomer auf Carbonsäurebasis schließen eine α,β-ethylenisch ungesättigte Carbonsäure, ein α,β-ethylenisch ungesättigtes Carbonsäurederivat, Acrylsäure, ein Acrylsäurederivat, Methacrylsäure, ein Methacrylsäurederivat, Maleinsäure, ein Maleinsäurederivat, Itaconsäure, ein Itaconsäurederivat, Phthalsäure und ein Phthalsäurederivat ein.
Beispiele für das hydrophobe Monomer schließen Styrol, ein Styrolderivat, Vinyltoluol, ein Vinyltoluolderivat, Vinylnaphthalin, ein Vinylnaphthalinderivat, Butadien, ein Butadienderivat, Isopren, ein Isoprenderivat, Ethylen, ein Ethylenderivat, Propylen, ein Propylenderivat, einen Acrylsäurealkylester und einen Methacrylsäurealkylester ein.
Darüber hinaus schließen Beispiele für das Salz des Copolymers aus dem hydrophilen Monomer und dem hydrophoben Monomer Oniumsalze wie etwa ein Alkalimetallsalz, ein Ammoniumsalz, ein organisches Ammoniumsalz, ein Phosphoniumsalz, ein Sulfoniumsalz, ein Oxoniumsalz, ein Stiboniumsalz, ein Stannoniumsalz und ein Iodoniumsalz ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus kann eine Polyoxyethylengruppe, eine Hydroxygruppe oder dergleichen in das Copolymer oder das Salz davon eingeführt sein. Darüber hinaus kann das Copolymer oder das Salz davon zweckmäßig mit irgendeinem von Acrylamid, einem Acrylamidderivat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Ethoxyethylmethacrylat, Butoxyethylmethacrylat, Ethoxytriethylenmethacrylat, Methoxypolyethylenglykolmethacrylat, Vinylpyrrolidon, Vinylpyridin, Vinylalkohol und Alkylether copolymerisiert sein.
(2) Das Pigment
Als das Pigment können herkömmlich bekannte Pigmente wie etwa Ruß und ein organisches Pigment verwendet werden. Wenn darüber hinaus eine Sw-Tinte hergestellt wird, wird bevorzugt ein selbstdispergierbarer Ruß verwendet, bei dem wenigstens eine hydrophile Gruppe direkt oder über eine weitere Atomgruppe an die Oberfläche des Rußes gebunden ist. D.h., wenn der selbstdispergierbare Ruß verwendet wird, ist kein Dispergiermittel zum Dispergieren des Pigments in der Tinte zugegeben, oder die Zugabemenge kann merklich verringert werden. Als das Dispergiermittel wird üblicherweise ein herkömmlich bekanntes wasserlösliches Polymer oder dergleichen verwendet, aber solch ein Polymer ist manchmal auf der Tintenausstoßoberfläche des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes abgeschieden, was die Stabilität des Tintenausstoßes verschlechtert. Wenn allerdings der selbstdispergierbare Ruß als das Pigment verwendet wird, kann der Gehalt solch eines Polymers in der Tinte 0 oder merklich verringert sein. Im Ergebnis kann die Stabilität des Ausstoßes während des Tintenstrahlaufzeichnens weiter verbessert werden.
Als Nächstes wird der für die Tinte der vorliegenden Erfindung geeignete selbstdispergierbare Ruß detailliert beschrieben. Der selbstdispergierbare Ruß ist bevorzugt ionisch. Z.B. kann ein anionisch aufgeladener Ruß geeignet verwendet werden. Ein Beispiel für den anionisch aufgeladenen Ruß ist ein Ruß, an dessen Oberfläche die folgende hydrophile Gruppe gebunden ist:
-COO(M2), -SO₃(M2), -PO₃H(M2) und -PO₃(M2)₂
(wobei M2 ein Wasserstoffatom, ein Alkalimetall, Ammonium oder ein organisches Ammonium bezeichnet).
Von allen hat der anionisch aufgeladene Ruß, an dessen Oberfläche -COO(M2) oder -SO₃(M2) gebunden ist, hervorragende selbstdispergierende Eigenschaften, und daher wird diese Art von Ruß besonders geeignet in der vorliegenden Erfindung verwendet.
In diesem Zusammenhang schließen typische Beispiele für das Alkalimetall unter den Substituenten, die in der hydrophilen Gruppe durch "M2" bezeichnet werden, Li, Na, K, Rb und Cs ein, und typische Beispiele für das organische Ammonium schließen Methylammonium, Dimethylammonium, Trimethylammonium, Ethylammonium, Diethylammonium, Triethylammonium, Monohydroxymethylamin, Dihydroxymethylamin, Trihydroxymethylamin, Ethanolammonium, Diethanolammonium und Triethanolammonium ein.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des anionisch aufgeladenen selbstdispergierbaren Rußes ist ein Verfahren, bei dem der Ruß mit Natriumhypochlorit oxidiert wird, und gemäß diesem Verfahren kann eine -COONa-Gruppe chemisch an die Oberfläche des Rußes gebunden werden. (3) Die Verbindung (I), die durch die folgende allgemeine Formel (I) dargestellt wird, oder die Verbindung (II), die durch die folgende allgemeine Formel (II) dargestellt wird: Allgemeine Formel (I)
Allgemeine Formel (II)
wobei R₁ bis R₅ unabhängig jeweils ein Wasserstoffatom, CH₃ oder C₂H₅ sind.
Typische Beispiele für die Verbindung, die durch die allgemeine Formel (I) dargestellt wird, schließen Ethylenharnstoff (2-Imidazolidinon), 4,5-Dimethyl-2-imidazolidion und 4,5-Diethyl-2-imidazolidinon ein. Ein typisches Beispiel für die Verbindung, die durch die allgemeine Formel (II) dargestellt wird, ist Propylenharnstoff. Die Verbindungen (I) und (II) können allein oder in Kombination verwendet werden. Die Tinte enthält bevorzugt wenigstens eine der Verbindungen (I) und (II) auf der Grundlage des Gesamtgewichts der Tinte in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-%.
(4) Der mehrwertige Alkohol
Beispiele für den mehrwertigen Alkohol, der bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% vorliegt, schließen Diole, Triole und Glykole ein. Speziell bevorzugt sind Propylenglykol, 1,5-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol und Hexylenglykol. Wenigstens einer von diesen wird verwendet.
In der Tinte gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Färbemittel enthaltenden feinen Harzteilchen und die feinen Pigmentteilchen eingeschlossen, und in diesem Fall weisen die Färbemittel enthaltenden feinen Harzteilchen eine kationische hydrophile Gruppe auf, und die feinen Pigmentteilchen weisen eine kationische hydrophile Gruppe auf oder sie sind mit einem Dispergiermittel, das eine kationische hydrophile Gruppe aufweist, dispergiert. Diese Komponenten werden hiernach beschrieben.
(5) Färbemittel enthaltende feine Harzteilchen mit der kationischen hydrophilen Gruppe
In der Tinte dieser Ausführungsform werden die Färbemittel enthaltenden feinen Harzteilchen mit der kationischen hydrophilen Gruppe verwendet. Zuerst schließen Beispiele für die Färbemittel enthaltenden feinen Harzteilchen ein Harz, welches das eingekapselte Färbemittel enthält, und eine wässrige Dispersion eines Harzes mit der kationischen Gruppe ein, die ein emulgiertes Färbemittel enthält, das durch Dispergieren oder Lösen des Farbstoffs oder des Pigments in dem öligen Lösungsmittel erhalten wird. Insbesondere ist das Harz bevorzugt, welches das eingekapselte Färbemittel einschließt. Das Harz, welches das eingekapselte Färbemittel einschließt, ist eine Harzdispersion, die durch Lösen oder Dispergieren des Färbemittels in dem öligen Lösungsmittel, Emulgieren und Dispergieren von diesem in Wasser und ferner Einkapseln von diesem durch ein bekanntes zweckmäßiges Verfahren erhalten wird. In diesem Fall kann das in dem vorstehenden Paragraphen (1) beschriebene Färbemittel verwendet werden.
Um die Färbemittel enthaltenden feinen Harzteilchen mit der kationischen hydrophilen Gruppe zu erhalten, kann ein Monomer mit der folgenden kationischen Gruppe verwendet werden, um das Polymer und sein Salz zu synthetisieren. Beispiele für das Monomer mit der kationischen Gruppe schließen N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat [CH₂=C(CH₃)-COO-C₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminoethylacrylat [CH₂=CH-COO-C₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminopropylmethacrylat [CH₂=C(CH₃)-COO-C₃H₆N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminopropylacrylat [CH₂=CH-COO-C₃H₆N(CH₃)₂], N,N-Dimethylacrylamid [CH₂=CH-CON(CH₃)₂], N,N-Dimethylmethacrylamid [CH₂=C(CH₃)-CON(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminoethylacrylamid [CH₂=CH-CONHC₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminoethylmethacrylamid [CH₂=C(CH₃)-CONHC₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminopropylacrylamid [CH₂=CH-CONH-C₃H₆N(CH₃)₂] und N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid [CH₂=C(CH₃)-CONH-C₃H₆N(CH₃)₂] ein.
Darüber hinaus wird als eine Verbindung zur Erzeugung des Salzes im Falle eines tertiären Amins Salzsäure, Schwefelsäure, Essigsäure oder dergleichen verwendet. Als eine Verbindung zur Erzeugung des Salzes eines quartären Amins wird Methylchlorid, Dimethylschwefelsäure, Benzylchlorid, Epichlorhydrin oder dergleichen verwendet.
(6) (i) Das Pigment mit der kationischen hydrophilen Gruppe und (ii) die Pigmentdispersion, in der die feinen Pigmentteilchen mit dem Dispergiermittel mit der kationischen hydrophilen Gruppe dispergiert sind
(i) Das Pigment mit der kationischen hydrophilen Gruppe
Als das Pigment zur Verwendung in der Tinte der vorliegenden Erfindung können ein herkömmlich bekannter Ruß und ein organisches Pigment ohne irgendein Problem verwendet werden. Insbesondere wird bevorzugt ein selbstdispergierbarer Ruß verwendet, bei dem wenigstens eine kationische hydrophile Gruppe direkt oder über eine weitere Atomgruppe an die Oberfläche des Rußes gebunden ist. Als einen kationisch aufgeladenen Ruß gibt es z.B. einen Ruß, an dessen Oberfläche wenigstens eine ausgewählt aus den folgenden kationischen Gruppen gebunden ist.
In den vorstehenden Formeln bezeichnet R eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte Naphthylgruppe.
Diesbezüglich kann die kationische hydrophile Gruppe direkt an die Oberfläche des Rußes gebunden sein, oder sie kann indirekt an die Oberfläche des Rußes gebunden sein, indem eine weitere Atomgruppe zwischen die Oberfläche des Rußes und die hydrophile Gruppe eingeschoben ist. Typische Beispiele für die Atomgruppe schließen eine geradkettige oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine substituierte oder unsubstituierte Phenylengruppe und eine substituierte oder unsubstituierte Naphthylengruppe ein. Hier gibt es für einen Substituenten der Phenylengruppe oder der Naphthylengruppe z.B. eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Darüber hinaus schließen typische Beispiele für eine Kombination aus der anderen Atomgruppe und der hydrophilen Gruppe -C₂H₄-COOM, -Ph-SO₃M und -Ph-COOM ein (wobei M ein Wasserstoffatom, ein Alkalimetall, Ammonium oder ein organisches Ammonium bezeichnet und Ph eine Phenylengruppe bezeichnet).
Darüber hinaus können zwei oder mehrere Ruße zweckmäßig aus den vorstehend erwähnten selbstdispergierbaren Rußen ausgewählt und dann als Tintenfärbematerialen verwendet werden. Darüber hinaus liegt die Menge des zu der Tinte zuzugebenden selbstdispergierbaren Rußes hinsichtlich des Gesamtgewichts der Tinte bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 15 Gew.-% und mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%. In diesem Bereich kann der selbstdispergierbare Ruß einen ausreichenden Dispersionszustand in der Tinte beibehalten.
(ii) Die Pigmentdispersion, in der die feinen Pigmentteilchen mit dem Dispergiermittel mit der kationischen hydrophilen Gruppe dispergiert sind
In der Tinte der vorliegenden Ausführungsform kann nicht nur das vorstehend erwähnte Pigment mit der kationischen hydrophilen Gruppe verwendet werden, sondern zudem eine Pigmentdispersion, in der ein Pigment wie etwa der vorstehend erwähnte bekannte Ruß mit einem Dispergiermittel mit der kationischen Gruppe dispergiert ist. Beispiele für das Pigmentdispergiermittel mit der kationischen hydrophilen Gruppe werden hiernach beschrieben, aber die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren kationischen Dispergiermittel sind nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Die Beispiele für das kationische Dispergiermittel schließen ein kationisches Polymerdispergiermittel, das durch Polymerisation eines Vinylmonomers erhalten wird und das ein kationisches Monomer als ein Monomer verwendet, das wenigstens einen Teil des erhaltenen Polymers bildet, und ein kationisches oberflächenaktives Mittel vom Typ eines Aminsalzes oder vom Typ eines quartären Ammoniumsalzes ein.
Beispiele für das hier zu verwendende kationische Monomer schließen N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat [CH₂=C(CH₃)-COO-C₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminoethylacrylat [CH₂=CH-COO-C₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminopropylmethacrylat [CH₂=C(CH₃)-COO-C₃H₆N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminopropylacrylat [CH₂=CH-COO-C3H₆N(CH₃)₂], N,N-Dimethylacrylamid [CH₂=CH-CON(CH₃)₂], N,N-Dimethylmethacrylamid [CH₂=C(CH₃)-CON(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminoethylacrylamid [CH₂=CH-CONHC₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminoethylmethacrylamid [CH₂=C(CH₃)-CONHC₂H₄N(CH₃)₂], N,N-Dimethylaminopropylacrylamid [CH₂=CH-CONH-C₃H₆N(CH₃)₂] und N,N-Dimethylaminopropylmethacrylamid [CH₂=C(CH₃)-CONH-C₃H₆N(CH₃)₂] ein.
Im Falle eines tertiären Amins wird als eine Verbindung zur Erzeugung des Salzes Salzsäure, Schwefelsäure oder Essigsäure verwendet. Als eine Verbindung für die Erzeugung eines quartären Amins wird Methylchlorid, Dimethylschwefelsäure, Benzylchlorid oder Epichlorhydrin verwendet. Von diesen Verbindungen sind bei der Herstellung des Pigmentdispergiermittels zur Verwendung in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung Methylchlorid und Dimethylschwefelsäure bevorzugt. Das tertiäre Aminsalz oder die Ammoniumverbindung wirkt in Wasser als ein Kation und unter Neutralisationsbedingungen befindet sich sein bzw. ihr saurer Zustand in einem stabilen Lösungsbereich. Die Menge dieser Monomere in dem Polymer liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 60 Gew.-%.
Beispiele für andere Monomere zur Verwendung bei der Bildung des kationischen Polymerdispergiermittels schließen 2-Hydroxyethylmethyacrylat, einen Acrylsäureester mit einer Hydroxygruppe wie etwa einen Acrylsäureester mit einer langen Ethylenoxidkette als einer Seitenkette und hydrophobe Monomere wie etwa Monomere auf Styrolbasis ein. Darüber hinaus schließen Beispiele für das wasserlösliche Monomer, das in Wasser in der Nähe von pH 7 löslich ist, Acrylamide, Vinylether, Vinylpyrrolidone, Vinylpyridine und Vinyloxazoline ein.
Darüber hinaus werden als das hydrophobe Monomer hydrophobe Monomere wie etwa Styrol, Stryolderivate, Vinylnaphthalin, Vinylnaphthalinderivate, (Meth)acrylsäurealkylester und Acrylnitril verwendet. In dem polymeren Dispergiermittel, das durch Copolymerisation erhalten wird, wird das wasserlösliche Monomer in einem Bereich von 15 bis 35 Gew.-% verwendet, um zu ermöglichen, dass das Copolymer in einer wässrigen Lösung stetig vorliegt, und das hydrophobe Monomer wird bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 40 Gew.-% verwendet, um die Dispersgierwirkung gegenüber dem Copolymerpigment zu vergrößern.
Wenn das kationische wasserlösliche Polymer als das Dispergiermittel zum Dispergieren des Pigments verwendet wird, ist unter dem Gesichtspunkt der physikalischen Eigenschaften ein Pigment bevorzugt, dessen isoelektrischer Punkt auf 6 oder größer eingestellt ist. Darüber hinaus ist unter dem Gesichtspunkt der Dispersionseigenschaften ein Pigment mit einem neutralen oder einem basischen pH einer einfachen Wasserdispersion, die das Pigment charakterisiert, z.B. ein Pigment mit einem pH von 7 bis 10, bevorzugt. Es wird verstanden, dass der Grund dafür in der Tatsache liegt, dass die Kraft einer ionischen Wechselwirkung des Pigments und des kationischen wasserlöslichen Polymers stark ist. Um die wässrige Dispersion der feinen Pigmentteichen durch die Verwendung der vorstehend erwähnten Materialen zu erhalten, wird z.B. der Ruß einer Vormischungsbehandlung in einer kationischen Dispergiermittellösung unterzogen, mittels einer dispergierenden Vorrichtung mit einer großen Scherrate gemahlen, verdünnt und dann einer zentrifugalen Abtrennung unterzogen, um grobe Teilchen zu entfernen. Anschließend werden die Materialien für ein erwünschtes Tintenrezept zugegeben, und dann wird, wie erforderlich, eine Alterung vorgenommen. Danach kann die wässrige Dispersion des Rußes erhalten werden, indem eine zentrifugale Abtrennung vorgenommen wird, um schließlich die Pigmentdispersion mit einem erwünschten durchschnittlichen Teilchendurchmesser zu erhalten. Der pH der wässrigen Dispersion der auf diese Weise hergestellten Tinte liegt bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 7.
Die physikalischen Eigenschaften der Tinte der vorliegenden Erfindung, die aus den vorstehend erwähnten Komponenten gebildet ist, können zweckmäßig eingeregelt sein, aber die Viskosität der Tinte beträgt bevorzugt 10 cps oder weniger, und die Oberflächenspannung der Tinte liegt bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 50 mN/m (dyn/cm), um einen stabilen Ausstoß zu erzielen.
Als Nächstes werden andere konkrete Beispiele für ein Aufzeichnungsgerät und einen Aufzeichnungskopf beschrieben, die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendbar sind. Die 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes eines Ausstoßsystems zum Verbinden einer Blase mit der Atmosphäre während des Ausstoßes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und die ein Beispiel eines Tintenstrahldruckers als ein Flüssigkeit ausstoßendes Gerät zeigt, das den Kopf verwendet.
In der 1 schließt der Tintenstrahldrucker ein: Einen Beförderer 1030 zum in Abständen erfolgenden Befördern eines Blatts 1028 als einem Aufzeichnungsmaterial in der durch einen Pfeil P in 9 gezeigten Richtung, wobei der Beförderer entlang einer Längsrichtung in einem Gehäuse 1008 angeordnet ist, einen Aufzeichner 1010, der sich im Wesentlichen parallel zu einer Richtung S, welche die Förderrichtung P des Blatts 1028 durch den Beförderer 1030 in rechten Winkeln kreuzt, vor und zurück bewegt, und ein Bewegungsstellglied 1006 als eine Antriebseinrichtung, um den Aufzeichner 1010 vor und zurück zu bewegen.
Das Bewegungsstellglied 1006 schließt ein: Ein Band 1016, das um Rollen 1026a und 1026b herum gewunden ist, die auf Drehwellen angeordnet sind, die in einem vorbestimmten Abstand gegenüber voneinander angeordnet sind, und einen Motor 1018 zum Antreiben des Bandes 1016, das im Wesentlichen parallel zu Walzeneinheiten 1022a und 1022b angeordnet und mit einem Schlittenelement 1010a des Aufzeichners 1010 in der Vorwärtsrichtung und der Rückwärtsrichtung verbunden ist.
Wenn der Motor 1018 betrieben und das Band 1016 in der Richtung des Pfeils R in der Richtung 1 gedreht wird, wird das Schlittenelement 1010a des Aufzeichners 1010 in einem vorbestimmten Bewegungsausmaß in der Richtung des Pfeils S in 1 bewegt. Wenn darüber hinaus der Motor 1018 betrieben und das Band 1016 in einer zu der Richtung des Pfeils R in 1 entgegengesetzten Richtung gedreht wird, wird das Schlittenelement 1010a des Aufzeichners 1010 in einem vorbestimmten Bewegungsausmaß in einer zu der Richtung des Pfeils S in 1 entgegengesetzten Richtung bewegt. Darüber hinaus ist eine Wiederherstellungseinheit 1026 zum Durchführen einer Ausstoßwiederherstellungsbehandlung des Aufzeichners 1010 gegenüber einer Tintenausstoßöffnungsanordnung des Aufzeichners 1010 in einer Grundposition des Schlittenelements 1010a an einem Ende des Bewegungsstellglieds 1006 angeordnet.
In dem Aufzeichner 1010 sind Tintenstrahlkartuschen (auf die hiernach einfach als Kartuschen Bezug genommen wird) 1012Y, 1012M, 1012C und 1012B jeweils für die Farben Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz abnehmbar an dem Schlittenelement 1010a angebracht.
Die 2 zeigt ein Beispiel für die Tintenstrahlkartusche, die auf das Tintenstrahlaufzeichnungsgerät aufgesetzt werden kann. Eine Kartusche 1012 in dem vorliegenden Beispiel ist vom seriellen Typ und ihr Hauptteil besteht aus einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf 100 und einem Flüssigkeitsbehälter 1001, um Tinte und eine weitere Flüssigkeit zu enthalten.
In dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf 100 ist eine Vielzahl von Ausstoßöffnungen 832 zum Ausstoßen der Flüssigkeit ausgebildet, und die Flüssigkeiten wie etwa die Tinte werden über einen Flüssigkeitszufuhrdurchgang (nicht gezeigt) von dem Flüssigkeitsbehälter 1001 zu einer gemeinsamen Flüssigkeitskammer (siehe 3) des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes 100 geführt. Bei der Kartusche 1012 ist der Tintenstrahlaufzeichnungskopf 100 einstückig mit dem Flüssigkeitsbehälter 1001 ausgebildet, und der Flüssigkeitsbehälter 1001 kann wie erforderlich mit der Flüssigkeit wiederbefüllt werden, aber der Flüssigkeitsbehälter 1001 kann ersetzbar mit dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf 100 verbunden sein.
Das konkrete Beispiel des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes, der auf den Tintenstrahldrucker aufgesetzt werden kann, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, wird hiernach detaillierter beschrieben.
Die 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes gemäß einer Grundausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und die 4 bis 7 sind Frontansichten, welche die Gestalt einer Ausstoßöffnung des in 3 gezeigten Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes zeigen. Diesbezüglich sind eine elektrische Verdrahtung und dergleichen zum Antrieb eines elektrothermischen Wandlers weggelassen.
Als der Flüssigkeit ausstoßende Kopf des vorliegenden Beispiels wird z.B. ein aus Glas, Keramik, Kunststoff oder Metall gebildetes Substrat 934 verwendet, wie es in 3 gezeigt ist. Das Substratmaterial ist in der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich und ist nicht speziell beschränkt, solange das Material als ein Teil eines Kanal bildenden Elements fungiert und als ein Träger für ein Tintenausstoßenergie erzeugendes Element und eine Materialschicht zum Ausbilden eines Flüssigkeitskanals und einer Ausstoßöffnung, die später beschrieben werden, fungieren kann. In dem vorliegenden Beispiel wird daher die Verwendung eines Si-Substrats (Waver) beschrieben. Die Ausstoßöffnung kann durch ein Verfahren erzeugt werden, bei dem Laserlicht verwendet wird, oder kann erzeugt werden, indem eine Öffnungsplatte (Ausstoßöffnungsplatte) 935 aus z.B. einem lichtempfindlichen Harz, wie es später beschrieben wird, mit Belichtungsvorrichtungen wie etwa einem Spiegelprojektionsausrichter (mirror projection aligner, MPA) verwendet wird.
In der 3 ist das Substrat 934 mit einem elektrothermischen Wandler (auf den hiernach auch als Heizer Bezug genommen wird) 931 und einer Tintenzufuhröffnung 933 einer langen, rillenförmigen Durchöffnung als der gemeinsamen Flüssigkeitskammer versehen, und eine Reihe von Heizern 931 als Wärmeenergie erzeugende Einrichtungen ist auf einer Seite der Längsrichtung der Tintenzufuhröffnung 933 auf solch eine Weise angeordnet, dass die elektrothermischen Wandler in einem Abstand von z.B. 300 dpi zickzackartig angeordnet sind. Eine Tintenkanalwand 936 ist auf dem Substrat 934 angeordnet, um einen Tintenkanal auszubilden. Die Tintenkanalwand 936 ist des Weiteren mit der Ausstoßöffnungsplatte 935 bereitgestellt, die mit Ausstoßöffnungen 832 versehen ist.
In der 3 sind die Tintenkanalwand 936 und die Ausstoßöffnungsplatte 935 als getrennte Elemente gezeigt, aber die Tintenkanalwand 936 und die Ausstoßöffnungsplatte 935 können gleichzeitig als das gleiche Element ausgebildet sein, indem die Tintenkanalwand 936 auf dem Substrat 934 z.B. durch eine Rotationsbeschichtungsmethode erzeugt wird. In dem vorliegenden Beispiel ist eine Ausstoßöffnungsplatte (obere Oberfläche) 935a des Weiteren einer wasserabstoßenden Behandlung unterzogen.
In dem vorliegenden Beispiel wird der serielle Kopf zum Abtasten in der Richtung des Pfeils S der 1 verwendet, um aufzuzeichnen, so dass z.B. mit 1200 dpi aufgezeichnet wird. Die Antriebsfrequenz beträgt 10 kHz, und eine Ausstoßöffnung stößt in jedem kürzesten Zeitabstand von 100 μs aus.
Darüber hinaus hat als ein Beispiel für eine tatsächliche Kopfgröße z.B., wie es in 4 gezeigt ist, eine Trennwand 936a zum hydrostatischen Abtrennen angrenzender Düsen eine Breite von w = 14 μm. Wie es in 7 gezeigt ist, beträgt für eine Blasenkammer 1337, die durch die Tintenkanalwand 936 gebildet wird, N₁ (Breite der Blasenkammer) = 33 μm und N₂ (Länge der Blasenkammer) = 35 μm. Die Größe des Heizers 931 beträgt 30 μm × 30 μm, der Heizerwiderstand beträgt 53 Ω und die Antriebsspannung ist 10,3 V. Darüber hinaus haben die Tintenkanalwand 936 und die Trennwand 936a eine Höhe von 12 μm, und eine Ausstoßöffnungsplatte mit einer Dicke von 11 μm kann verwendet werden.
Hinsichtlich eines Querschnitts eines Ausstoßöffnungsabschnitts 940, der in der Ausstoßöffnungsplatte einschließlich der Ausstoßöffnung 832 angeordnet ist, weist der Querschnitt, der in einer Richtung erfolgt, in der eine Tintenausstoßrichtung geschnitten wird (Richtung der Dicke der Öffnungsplatte 935), im Wesentlichen eine sternförmige Gestalt auf und, wie es in 5 gezeigt ist, besteht die Gestalt im Wesentlichen aus sechs erhobenen oder vorstehenden Abschnitten 832a mit einem stumpfen Winkel und sechs abfallenden oder zurückgesetzten Abschnitten 832b, die abwechselnd mit den erhobenen Abschnitten 832a angeordnet sind und einen spitzen Winkel aufweisen. Speziell sind in der Richtung der Dicke der Öffnungsplatte (Richtung des Flüssigkeitsausstoßes), die in 3 gezeigt ist, sechs Rillen erzeugt, bei denen der abfallende Abschnitt 832b, der von dem Zentrum 0 der Ausstoßöffnung örtlich getrennt ist, als der obere Teil davon und der erhobene Abschnitt 832a, der sich örtlich nahe dem Zentrum 0 der Ausstoßöffnung befindet, als ein Boden eingestellt ist (für die Position der Rille, siehe hier 1141a in 8).
In dem vorliegenden Beispiel hat hinsichtlich des Ausstoßöffnungsabschnitts 940 z.B. der Querschnitt, der in der Richtung geschnitten ist, die mit der Dickenrichtung schneidet, eine Gestalt zweier gleichseitiger Dreiecke mit einer Seite von 27 μm, die um 60° verdreht und kombiniert sind, und eine Größe T₁, die in 5 gezeigt ist, beträgt 8 μm. Die Winkel der erhobenen Abschnitte 832a betragen alle 120°, und die Winkel der abfallenden Abschnitte 832b betragen alle 60°.
Daher stimmt ein Zentrum 0 der Ausstoßöffnung mit dem Schwerpunkt G eines Polygons überein, das gebildet wird, indem angrenzende Mittelabschnitte der Rille miteinander verbunden werden (Mittelpunkt (Schwerpunkt) eines Diagramms, das gebildet wird, indem die Rillenspitze und zwei Böden, die an die Spitze angrenzen, verbunden werden). Eine Öffnungsfläche der Ausstoßöffnung 832 des vorliegenden Beispiels beträgt 400 μm², und die Öffnungsfläche (Fläche des Diagramms, das durch Verbinden der Rillenspitze mit zwei Böden, die an die Spitze angrenzen, erzeugt wird) einer Rille beträgt etwa 33 μm².
Die 6 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand anhaftender Tinte des in 5 gezeigten Ausstoßöffnungsabschnitts zeigt.
Ein Vorgang des Flüssigkeitsausstoßes durch den Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, wird als Nächstes mit Bezug auf die 8 bis 15 beschrieben.
Die 8 bis 15 sind Schnittansichten, die den Vorgang eines Flüssigkeitsausstoßes des in den 3 bis 7 gezeigten Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes zeigen, und sind Schnittansichten entlang der Linie X-X der in 7 gezeigten Blasenkammer 1337. Ein Ende des Ausstoßöffnungsabschnitts 940 in der Richtung der Dicke der Öffnungsplatte bildet im Querschnitt den oberen Teil 1141a einer Rille 1141.
Die 8 zeigt einen Zustand, in dem eine filmartige Blase auf dem Heizer erzeugt ist, die 9 zeigt einen Zustand etwa 1 μs nach dem Zustand in 8, die 10 zeigt einen Zustand etwa 2 μs nach 8, die 11 zeigt einen Zustand etwa 3 μs nach 8, die 12 zeigt einen Zustand etwa 4 μs nach 8, die 13 zeigt einen Zustand etwa 5 μs nach 8, die 14 zeigt einen Zustand etwa 6 μs nach 8 und die 15 zeigt einen Zustand etwa 7 μs nach B. In der folgenden Beschreibung meint "Abfallen", "Fallen" oder "Absinken" keinen Abfall in der Richtung der Gravitation, sondern bedeutet eine Bewegung in der Richtung des elektrothermischen Wandlers, unabhängig von der Richtung, in der ein Kopf eingesetzt ist.
Zuerst nimmt, wie es in 8 gezeigt ist, wenn eine Blase 101 in einem Flüssigkeitskanal 1338 auf dem Heizer 931 unter Energiebeaufschlagung des Heizers 931 auf der Grundlage eines Aufzeichnungssignals und dergleichen erzeugt wird, das Volumen der Blase schnell zu und wächst für etwa 2 μs an, wie es in den 9 und 10 gezeigt ist. Die Höhe der Blase 101 liegt bei ihrem maximalen Volumen höher als jene der Ausstoßöffnungsoberfläche 935a, aber in diesem Fall nimmt der Blasendruck von einigen Anteilen auf 10 und etwas Anteile des Atmosphärendrucks ab.
Anschließend nimmt das Volumen der Blase 101 etwa 2 μs nach der Erzeugung der Blase 101, wie sie vorstehend beschrieben wurde, von dem maximalen Volumen auf ein verringertes Volumen ab, aber im Wesentlichen gleichzeitig beginnt sich ein Meniskus 102 auszubilden. Wie es in 11 gezeigt ist, bewegt sich der Meniskus 102 rückwärts, d.h. er fällt zu der Seite des Heizers 931 ab, wie es in 11 gezeigt ist.
In dem vorliegenden Beispiel ist hier eine Vielzahl von Rillen 1141 in dem Ausstoßöffnungsabschnitt verteilt. Wenn sich der Meniskus 102 zurückbewegt, wirkt eine Kapillarkraft in einer Richtung F_C entgegen der Rückwärtsrichtung F_M des Meniskus in einem Teil der Rille 1141. Selbst wenn eine geringe Dispersion aus irgendeinen Grund für den Zustand der Blase 101 erkannt wird, wird im Ergebnis die Gestalt des Meniskus oder Haupttintentröpfchens (worauf hiernach in einigen Fällen als Flüssigkeit oder Tinte Bezug genommen wird) 1a während des Rückzugs des Meniskus auf solch eine Weise korrigiert, dass die Gestalt hinsichtlich des Mittelpunkts der Ausstoßöffnung im Wesentlichen symmetrisch ist.
Da die Abfallgeschwindigkeit des Meniskus 102 schneller ist als die Geschwindigkeit des Zusammenschrumpfens der Blase 101, wie es in 10 gezeigt ist, steht in dem vorliegenden Beispiel die Blase 101 mit der Atmosphäre in der Nähe der unteren Oberfläche der Ausstoßöffnung 832 etwa 4 μs nach der Blasenerzeugung in Kontakt, wie es in 12 gezeigt ist. In diesem Fall sinkt die Flüssigkeit (Tinte) in der Nachbarschaft einer Mittelachse der Ausstoßöffnung 832 in Richtung des Heizers 931 ab. Der Grund dafür ist, dass die Flüssigkeit (Tinte) 1a, die durch einen negativen Druck der Blase 101 vor dem Inkontakttreten mit der Atmosphäre in Richtung des Heizers 931 zurückgezogen wird, aufgrund von Trägheit ihre Geschwindigkeit in einer Oberflächenrichtung des Heizers 931 beibehält, selbst nachdem die Blase 101 mit der Atmosphäre in Kontakt getreten ist.
Die Flüssigkeit (Tinte) erreicht, nachdem sie in Richtung des Heizers 931 abgesunken ist, die Oberfläche des Heizers 931 etwa 5 μs nach der Erzeugung der Blase 101, wie es in 13 gezeigt ist, und verteilt sich, so dass sie die Oberfläche des Heizers 931 bedeckt, wie es in 14 gezeigt ist. Die Flüssigkeit, die sich wie vorstehend beschrieben verteilt hat, so dass sie die Oberfläche des Heizers 931 bedeckt, weist in einer horizontalen Richtung entlang der Oberfläche des Heizers 931 einen Vektor auf, aber ein Vektor, der die Oberfläche des Heizers 931 z.B. in einer vertikalen Richtung schneidet, verschwindet, und die Flüssigkeit versucht, auf der Oberfläche des Heizers 931 zu verbleiben. Eine Flüssigkeit auf der Oberseite, d.h. eine Flüssigkeit, die einen Geschwindigkeitsvektor in der Ausstoßrichtung beibehält, wird in die Abwärtsrichtung gezogen.
Danach wird ein Flüssigkeitsabschnitt 1b zwischen der Flüssigkeit, die auf der Oberfläche des Heizers 931 verteilt ist, und der Flüssigkeit auf der Oberseite (Haupttintentröpfchen) allmählich dünn, der Flüssigkeitsabschnitt 1b wird in der Mitte der Oberfläche des Heizers 931 etwa 7 μs nach der Erzeugung der Blase 101 getrennt, wie es in 15 gezeigt ist, und der Abschnitt wird in das Hauptflüssigkeitströpfchen, das einen Geschwindigkeitsvektor in der Ausstoßrichtung beibehält, und eine Flüssigkeit 1c aufgetrennt, die sich auf der Oberfläche des Heizers 931 verteilt. Wie vorstehend beschrieben befindet sich eine Trennposition bevorzugt innerhalb des Flüssigkeitskanals 1338, mehr bevorzugt mehr auf der Seite des elektrothermischen Wandlers 931 als auf der Seite der Ausstoßöffnung 832.
Das Hauptflüssigkeitströpfchen 1a weist keine Abweichung in der Ausstoßrichtung auf, wird von dem mittleren Abschnitt der Ausstoßöffnung 832 ohne Ausstoßtorsion ausgestoßen und erreicht eine vorbestimmte Position auf einer Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials. Darüber hinaus ist die Flüssigkeit 1c, die auf der Oberfläche des Heizers 931 verteilt ist, bisher als ein Satellitentröpfchen geflogen, das dem Hauptflüssigkeitströpfchen folgte, aber die Flüssigkeit verbleibt auf der Oberfläche des Heizers 931 und wird nicht ausgestoßen.
Da ein Ausstoß des Satellitentröpfchens auf diese Weise verhindert werden kann, kann das Auftreten eines durch den Ausstoß des Satellitentröpfchens hervorgerufenen Spritzers verhindert werden, und es kann sicher verhindert werden, dass die Aufzeichnungsoberfläche des Aufzeichnungsmaterials aufgrund von fließendem Nebel verschmutzt. Diesbezüglich bezeichnet in den 12 bis 15 1d eine Tinte (Tinte in der Rille), die an den Rillenabschnitt anhaftet, und 1e bezeichnet eine Tinte, die in dem Flüssigkeitskanal verbleibt.
Wie vorstehend beschrieben kann für den Flüssigkeit ausstoßen Kopf des vorliegenden Beispiels, wenn die Flüssigkeit in einem Zustand der Volumenabnahme nach dem Anwachsen der Blase auf ihr Maximalvolumen ausgestoßen wird, die Ausstoßrichtung des Hauptflüssigkeitströpfchens während des Ausstoßes durch eine Vielzahl von Rillen, die hinsichtlich des Mittelpunkts der Ausstoßöffnung verteilt sind, stabilisiert werden. Im Ergebnis kann ein Flüssigkeit ausstoßender Kopf ohne Torsion in der Ausstoßrichtung und mit einer hohen Bereichsgenauigkeit bereitgestellt werden. Da der Ausstoß selbst bei Dispersion der Blasenbildung bei einer hohen Antriebsfrequenz stetig durchgeführt werden kann, kann darüber hinaus ein Hochgeschwindigkeitsdrucken mit großer Genauigkeit erzielt werden.
Insbesondere tritt die Blase bis zu dem Zustand, in dem das Blasenvolumen abnimmt, nicht mit der Atmosphäre in Kontakt, und die Flüssigkeit wird dann ausgestoßen. Dadurch kann der Nebel, der erzeugt wird, wenn die Blase mit der Atmosphäre in Kontakt tritt und das Flüssigkeitströpfchen ausgestoßen wird, verhindert werden. Somit kann ein Anhaften des Flüssigkeitströpfchens an die Ausstoßöffnungsoberfläche, was einen so genannten plötzlichen Nicht-Ausstoß hervorruft, verhindert werden.
Darüber hinaus offenbart z.B. das japanische Patent Nr. 2783647 als eine weitere Ausführungsform des Aufzeichnungskopfes des Ausstoßsystems des Verbindens der Blase mit der Atmosphäre während des Aufzeichnens, die bevorzugt in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, einen so genannten Kanten-Schuss-Typ (edge type shooter).
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden für ein Tintenstrahlaufzeichnungssystem überlegene Wirkungen insbesondere bei einem Aufzeichnungskopf oder einem Aufzeichnungsgerät eines Tintenstrahlsystems erzielt, bei dem Wärmeenergie verwendet wird, um ein fliegendes Flüssigkeitströpfchen zu erzeugen, und es wird aufgezeichnet.
Für den typischen Aufbau und das typische Prinzip des Tintenstrahlaufzeichnens wird bevorzugt ein Grundprinzip verwendet, das z.B. in den U.S.-Patenten Nr. 4,723,129 und 4,740,796 offenbart ist. Das System kann für irgendeines von einem On-Demand-Typ und einem kontinuierlichen Typ verwendet werden. Das System ist insbesondere effektiv für den On-Demand-Typ, da dieser Typ umfasst: Anlegen wenigstens eines Antriebsignals, das einer Aufzeichnungsinformation entspricht, an den elektrothermischen Wandler, der gegenüber einer Lage, auf der die Flüssigkeit (Tinte) gehalten wird, oder einem Flüssigkeitspfad angeordnet ist, und Erzeugen eines schnellen Temperaturanstiegs über ein Kernsieden hinaus, Erzeugen von Wärmeenergie in dem elektrothermischen Wandler und Hervorrufen von Filmsieden auf der wärmewirkenden Oberfläche des Aufzeichnungskopfes, so dass im Ergebnis die Blase in der Flüssigkeit (Tinte) mit einer 1-Zu-1-Entsprechung zu dem Antriebssignal erzeugt werden kann. Die Flüssigkeit (Tinte) wird durch das Wachstum und das Zusammenziehen der Blase über eine Ausstoßöffnung ausgestoßen und wenigstens ein Tröpfchen wird erzeugt. Wenn das Antriebssignal eine Impulsform aufweist, erfolgt das Wachstum/Zusammenziehen der Blase sofort und zweckmäßig, und insbesondere ein in der Ansprechempfindlichkeit überlegener Ausstoß der Flüssigkeit (Tinte) kann bevorzugt erzielt werden.
Als das impulsförmige Antriebssignal sind die in den U.S.-Patenten Nr. 4,463,359 und 4,345,262 offenbarte Signale bevorzugt. Wenn die im U.S.-Patent Nr. 4,313,124 offenbarten Bedingungen der Erfindung hinsichtlich eines Temperaturanstiegsverhältnisses der wärmewirksamen Oberfläche eingesetzt werden, kann ein weitergehend überlegenes Aufzeichnen durchgeführt werden.
Hinsichtlich des Aufbaus des Aufzeichnungskopfes schließt die vorliegende Erfindung zusätzlich zu einem kombinierten Aufbau (linearer Flüssigkeitskanal oder rechtwinkliger Flüssigkeitskanal) aus der Ausstoßöffnung, dem Kanal und dem elektrothermischen Wandler, wie es in den vorstehenden erwähnten Spezifiktionen offenbart ist, den in den U.S.-Patenten Nr. 4,558,333 und 4,459,600 offenbarten Aufbau ein, der offenbart, dass ein wärmewirksamer Abschnitt in einem gebogenen Bereich angeordnet ist.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung zudem für den Aufbau effektiv, der auf der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-123670, die offenbart, dass ein Schlitz, der einer Vielzahl von elektrothermischen Wandlern gemeinsam ist, als der Ausstoßabschnitt des elektrothermischen Wandlers verwendet wird, oder der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-138461 basiert, die offenbart, dass ein geöffnetes Loch zum Absorbieren einer Wärmeenergiedruckwelle gegenüber dem Ausstoßabschnitt angeordnet ist.
Darüber hinaus kann als ein Aufzeichnungskopf vom Vollzeilentyp mit einer Länge gemäß einer maximalen Breite des Aufzeichnungsmaterials, auf dem das Aufzeichnungsgerät aufzeichnen kann, irgendeiner von einem Aufbau, bei dem die Länge durch eine Kombination aus einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen, die in den vorstehend erwähnten Spezifikationen offenbart sind, erreicht wird, und einem Aufbau, bei dem ein Aufzeichnungskopf einstückig gebildet ist, verwendet werden, und die vorliegende Erfindung kann die vorstehend erwähnte Wirkung effektiver erzielen.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung effektiv, selbst wenn ein austauschbarer chipartiger Aufzeichnungskopf, der auf einen Hauptgerätekörper aufgesetzt ist und eine elektrische Verbindung mit dem Hauptgerätekörper oder eine Tintenzufuhr von dem Hauptgerätekörper ermöglicht, oder ein kartuschenartiger Aufzeichnungskopf, der einstückig mit dem Aufzeichnungskopf selber mit einem Tintenbehälter versehen ist, verwendet wird.
Wenn darüber hinaus für den Aufbau des Aufzeichnungsgeräts der vorliegenden Erfindung eine Wiederherstellungseinrichtung, eine vorausgehende Hilfseinrichtung und andere Einrichtungen zu dem Aufzeichnungskopf hinzugefügt werden, kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung weitergehend stabilisiert werden. Als typische Beispiele sind eine Deckeleinrichtung für den Aufzeichnungskopf, eine Reinigungseinrichtung, eine Heiz- oder Saugeinrichtung, eine vorausgehende Heizeinrichtung, die den elektrothermischen Wandler umfasst, ein getrenntes Heizelement oder eine Kombination dieser Elemente und ein vorausgehender Ausstoßmodus, bei dem getrennt vom Aufzeichnen ein Ausstoß durchgeführt wird, ebenfalls effektiv, um stabil aufzuzeichnen.
Darüber hinaus kann für den Aufzeichnungsmodus des Aufzeichnungsgeräts nicht nur der Aufzeichnungsmodus mit nur einer Hauptfarbe wie etwa Schwarz, sondern zudem ein einstückig gebildeter Aufzeichnungskopf oder eine Kombination einer Vielzahl von Aufzeichnungsköpfen ebenfalls verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist selbst für ein Gerät mit einer Vielzahl unterschiedlicher Farben und/oder mit einer Vollfarbe durch gemischte Farbe bemerkenswert effektiv.
In der vorstehend erwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Tinte als Flüssigkeit beschrieben worden. Die Tinte kann sich bei Raumtemperatur oder einer niedrigeren Temperatur verfestigen, erweicht oder verflüssigt sich aber bei Raumtemperatur. Darüber hinaus wird bei den vorstehend erwähnten Tintenstrahlsystem die Temperatur der Tinte selber im Allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 30 bis 70°C auf solch eine Weise eingestellt, dass die Tintenviskosität in einen stabilen Ausstoßbereich gebracht wird. Daher kann die Tinte solch eine sein, die während des Anlegens des Aufzeichnungssignals verflüssigt wird.
Zusätzlich kann der Temperaturanstieg aufgrund von thermischer oder Wärmeenergie in positiver Weise verhindert werden, indem der Temperaturanstieg als Energie zur Veränderung des Tintenzustands von einem festen Zustand zu einem flüssigen Zustand verwendet wird, oder eine Tinte, die sich verfestigt, wenn man sie stehen lässt, kann verwendet werden, um zu verhindern, dass die Tinte verdampft. In jedem Fall kann in der vorliegenden Erfindung eine Tinte verwendet werden, die durch Ausüben der Wärmeenergie gemäß dem Aufzeichnungssignal verflüssigt und als eine flüssige Tinte ausgestoßen wird. Darüber hinaus kann in der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Tinte verwendet werden, die nur durch die Wärmeenergie verflüssigt wird, wie etwa ein Tinte, die sich bereits zu verfestigen beginnt, wenn sie das Aufzeichnungsmaterial erreicht. Während die Tinte als eine Flüssigkeit oder ein festes Material in einem Vertiefungsabschnitt oder einem Durchloch einer porösen Lage gehalten wird, kann die Tinte in diesem Fall, wie es in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 54-56847 und 60-71260 offenbart ist, gegenüber dem elektrothermischen Wandler angeordnet sein. Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich der vorstehend erwähnten Tinten am effektivsten, wenn das vorstehend erwähnte Filmsieden durchgeführt wird.
Als der Modus des Aufzeichnungsgeräts der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus ein einstückig oder getrennt angeordnetes Bildausgabeendgerät von informationsverarbeitenden Geräten wie etwa einem Textverarbeiter und einem Computer, einem mit einem Einleser kombinierten Kopiergerät und einem mit einer Sende/Empfangsfunktion versehenen Facsimilegerät verwendet werden.
Das Flüssigkeit ausstoßende Gerät, auf den der vorstehend erwähnte Flüssigkeit ausstoßende Kopf aufgesetzt ist, wird als Nächstes allgemein beschrieben.
Die 16 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts 600 als einem Beispiel eines Flüssigkeit ausstoßenden Gerätes, an den der Flüssigkeit ausstoßende Kopf der vorliegenden Erfindung angebracht und dafür verwendet werden kann.
In der 16 ist eine Tintenstrahlkopfkartusche 601 gebildet, indem der vorstehend erwähnte Flüssigkeit ausstoßende Kopf und der Tintenbehälter zum Halten der Tinte, die zu dem Flüssigkeit ausstoßenden Kopf zuzuführen ist, vereinigt werden. Die Tintenstrahlkopfkartusche 601 ist auf einen Schlitten 607, der in eine helikale Rille 606 einer Führungsschraube 605 eingepasst ist, die sich in Kooperation mit der Vorwärts/Rückwärtsdrehung eines Antriebsmotors 602 über Antriebskraft übertragende Getriebe 603, 604 dreht, aufgesetzt und bewegt sich in den Richtungen der Pfeile a, b entlang einer Führung 608 zusammen mit dem Schlitten 607 durch die Energie des Antriebsmotors 602 vor und zurück. Ein Aufzeichnungsmaterial P wird auf einer Schreibmaschinenwalze 609 befördert und entlang der Bewegungsrichtung des Schlittens 607 durch eine Blattanpressplatte 610 gegen die Schreibmaschinenwalze 609 gedrückt.
Optokoppler 611, 612 sind in der Nachbarschaft eines Endes der Führungsschraube 605 angeordnet. Diese bilden Grundposition-Erkennungseinrichtungen, um zu bestätigen, dass ein Hebel 607a des Schlittens 607 in diesem Bereich vorliegt, um die Drehrichtung des Antriebsmotors 602 umzukehren oder dergleichen.
Ein Trägerelement 613 trägt ein Deckelelement 614 zum Abdecken einer vorderen Oberfläche (Ausstoßöffnungsoberfläche) der Tintenstrahlkopfkartusche 601, die mit der Ausstoßöffnung versehen ist. Darüber hinaus nimmt eine Tintensaugeinrichtung 615 die Tinte auf, die von der Tintenstrahlkopfkartusche 601 leer ausgestoßen und in dem Deckelelement 614 angesammelt wird. Die Tintensaugeinrichtung 601 führt eine Saugwiederherstellung der Tintenstrahlkopfkartusche 601 über eine Öffnung im Deckel durch (nicht gezeigt). Ein Reinigungsblatt 617 zum Wischen der Ausstoßöffnungsoberfläche der Tintenstrahlkopfkartusche 601 ist auf solch eine Weise angeordnet, dass das Blatt durch ein Bewegungselement 618 vor und zurück bewegt werden kann (in einer Richtung, welche die Bewegungsrichtung des Schlittens 617 in rechten Winkeln kreuzt). Das Reinigungsblatt 617 und das Bewegungselement 618 werden durch einen Hauptträgerkörper 619 getragen. Das Reinigungsblatt 617 ist nicht auf diesen Modus beschränkt und kann ein anderes bekanntes Reinigungsblatt sein.
Bei einem Saugwiederherstellungsvorgang des Flüssigkeit ausstoßenden Kopfes bewegt sich ein Hebel 620 mit einer Bewegung einer Nocke 621, die mit dem Schlitten 607 eingepasst ist, um mit dem Saugen zu beginnen, und die Antriebskraft von dem Antriebsmotor 602 wird durch eine bekannte Übertragungseinrichtung wie etwa eine Umschaltungskupplung für eine Steuerung der Bewegung angesteuert. Eine Tintenstrahlaufzeichnungssteuerung zur Abgabe eines Signals an ein Heizelement, das auf dem Flüssigkeit ausstoßenden Kopf der Tintenstrahlkopfkartusche 601 angeordnet ist, oder zur Antriebssteuerung der vorstehend erwähnten jeweiligen Mechanismen ist auf einer Seite des Hauptkörpers des Geräts angeordnet und ist in der Zeichnung nicht gezeigt.
In dem wie vorstehend beschrieben aufgebauten Tintenstrahlaufzeichnungsgerät 600 bewegt sich die Tintenstrahlkopfkartusche 601 über die gesamte Breite eines Aufzeichnungsmaterial P' vor und zurück, um auf dem Aufzeichnungsmaterial P' aufzuzeichnen, das auf der Schreibmaschinenwalze 609 durch eine Einrichtung zum Befördern von Aufzeichnungsmaterial (nicht gezeigt) befördert wird.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tinte bereitgestellt, die ein Bild mit hoher Bilddichte, überlegener Beständigkeit gegenüber Abrieb, Wasserfestigkeit und Markerfestigkeit liefert und zudem eine überlegene Stabilität des in Abständen erfolgenden Ausstoßes von dem Aufzeichnungskopf während der Verwendung beim Tintenstrahlaufzeichnen aufweist und verhindern kann, dass eine Torsion beim Drucken oder ein Ausstoßfehler durch die Anhaftung von verdicktem Material der Tinte an die Ausstoßöffnungsoberfläche des Tintenstrahlkopfes hervorgerufen wird.
[BEISPIEL]
Die vorliegende Erfindung wird hiernach durch Beispiele und Vergleichsbeispiele konkret beschrieben. In der folgenden Beschreibung haben Teile und Prozent das Gewicht als Basis, solange es nicht speziell anderweitig angegeben ist.
<Beispiel 1>
(1) Herstellung von anionischen Harzteilchen, die Ruß enthalten
Die folgenden Materialien wurden vermischt und dispergiert:

– Ruß MCF-88 (hergestellt durch Mitsubishi Chemical Corp.) 20 Teile

– Styrolacrylsäure (Säurewert 200, Molekulargewicht 30.000) 40 Teile

– Methylethylketon 40 Teile
Die Mischung wurde unter Verwendung von Natriumhydroxid als einem neutralisierenden Mittel einem Emulgieren unter Phasenumkehr unterzogen, und das Methylethylketon wurde dann entfernt, um schließlich eine wässrige Dispersion von Ruß enthaltendem anionischen Harz mit einem Feststoffgehalt von 20% und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,10 μm zu erhalten.
Als ein anionisches selbstdispergierbares Rußteilchen wurde selbstdispergierbarer Ruß CAB-O-JET 200, hergestellt von Cabot Co. (dessen Feststoffgehalt 20% betrug und der eine Sulfogruppe als eine funktionelle Gruppe an der Oberfläche aufwies) hergestellt. Diese selbstdispergierbaren Rußteilchen hatten einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,13 μm und einen pH von 7.
(2) Herstellung einer Tintenzusammensetzung

Die wie vorstehend beschrieben hergestellten Materialien wurden verwendet, und eine Tinte der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt: (Tintenzusammensetzung des Beispiels 1)

– Ruß enthaltende anionische Harzteilchen (unter Verwendung von 15 ml der vorstehenden wässrigen Dispersion)	3,0 Teile
– Anionische selbstdispergierbare Rußteilchen	3,0 Teile
– Propylenharnstoff	7,5 Teile
– 1,2,6-Hexantriol	1,0 Teile
– Destilliertes Wasser	85,5 Teile

<Beispiel 2>
(1) Herstellung von kationischen Harzteilchen, die Ruß enthalten

Die folgenden Materialien wurden vermischt und dispergiert:

– Ruß MCF-88 (hergestellt durch Mitsubishi Chemical Corp.)	20 Teile
– Styrol/N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat-Copolymer (Molekulargewicht 45.000)	40 Teile
– Methylethylketon	40 Teile

Die Mischung wurde unter Verwendung von Essigsäure als einem neutralisierenden Mittel einem Emulgieren unter Phasenumkehr unterzogen, und das Methylethylketon wurde dann entfernt, um schließlich eine wässrige Dispersion von Ruß enthaltendem kationischen Harz mit einem Feststoffgehalt von 20% und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,10 μm zu erhalten.
Die kationischen selbstdispergierbaren Rußteilchen wurden wie folgt hergestellt. D.h., 10 g Ruß mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einer DBP-Ölabsorption von 70 ml/100 g wurden gut mit 3,06 g 3-Amino-N-ethylpyridiniumbromid in 72 g Wasser vermischt, und dann wurden 1,62 g Salpetersäure zugetropft, gefolgt von Rühren bei 70°C. Einige Minuten später wurde des Weiteren zu der resultierenden Mischung eine Lösung zugegeben, in der 1,07 g Natriumnitrit in 5 g Wasser gelöst waren, und die Mischung wurde des Weiteren für eine Stunde gerührt. Die resultierende Aufschlämmung wurde durch ein Filter (Handelsbezeichnung: Toyo roshi Nr. 2, hergestellt von Advantice Co.) filtriert, und die Pigmentteilchen wurden ausreichend mit Wasser gewaschen und dann in einem Ofen bei 110°C getrocknet. Danach wurde des Weiteren Wasser zu dem Pigment zugegeben, um eine wässrige Pigmentlösung mit einer Pigmentkonzentration von 10% herzustellen. Eine kationische Eigenschaft wurde durch das vorstehend erwähnte Verfahren auf die Oberfläche des Rußes eingeführt.
(2) Herstellung einer Tintenzusammensetzung

Die wie vorstehend beschriebenen hergestellten Materialien wurden verwendet, um eine Tinte mit der folgenden Zusammensetzung herzustellen: (Tintenzusammensetzung des Beispiels 2)

– Ruß enthaltende kationische Harzteilchen (unter Verwendung von 15 ml der vorstehenden wässrigen Dispersion)	2,0 Teile
– Kationische selbstdispergierbare Rußteilchen	4,0 Teile
– Propylenharnstoff	7,5 Teile
– Propylenglycol	1,0 Teile
– Destilliertes Wasser	85,5 Teile

<Beispiel 3>

Die im Beispiel 2 hergestellten gefärbten feinen Harzteilchen und kationischen selbstdispergierbaren Rußteilchen wurden verwendet, um eine Tinte der folgenden Zusammensetzung herzustellen: (Tintenzusammensetzung des Beispiels 3)

– Ruß enthaltende kationische Harzteilchen (unter Verwendung von 10 ml der im Beispiel 2 hergestellten wässrigen Dispersion)	2,0 Teile
– kationische selbstdispergierbare Rußteilchen	4,0 Teile
– Glycerin	5,0 Teile
– Ethylenharnstoff	10,0 Teile
– Destilliertes Wasser	79,0 Teile

<Vergleichsbeispiel 1>

Die im Beispiel 2 hergestellten gefärbten feinen Harzteilchen und kationischen selbstdispergierbaren Rußteilchen wurden verwendet, um eine Tinte der folgenden Zusammensetzung herzustellen: (Tintenzusammensetzung des Vergleichsbeispiels 1)

– Ruß enthaltende kationische Harzteilchen (unter Verwendung von 10 ml der im Beispiel 2 hergestellten wässrigen Dispersion)	2,0 Teile
– Kationische selbstdispergierbare Rußteilchen	4,0 Teile
– Diethylenglycol	5,0 Teile
– Destilliertes Wasser	89,0 Teile

<Bewertung>
(Verfahren zur Bewertung der Stabilität des in Abständen erfolgenden Ausstoßes und Bewertungsstandard)
Die Tinten der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden verwendet, und die Stabilität des in Abständen erfolgenden Ausstoßes eines Tintenstrahlkopfes wurde bewertet. Die Bewertung wurde mit einem Sw-Kopf BC-60 unter Verwendung eines BJF-800, hergestellt von Canon, durchgeführt. Eine längsgezogene Linie wurde mit einem festgehaltenen Abstand der Ausstoßhaltezeit gedruckt, und nach der festgehaltenen Haftzeit wurde die durch den ersten Ausstoß erzeugte längsgezogene Linie visuell gemäß dem folgenden Standard bewertet. Die Tabelle 1 zeigt die Bewertungsergebnisse für jede Haltezeit.

A:: Normales Drucken ist ohne irgendeine Störung der längsgezogenen Linie möglich.
B:: Eine geringe Störung wird für die längsgezogene Linie bestätigt, aber dieses Niveau führt bei der tatsächlichen Verwendung zu keinem Problem.
C:: Nicht-Ausstoß und Störung werden für die längsgezogene Linie klar bestätigt, und ein normales Drucken ist unmöglich.

Tabelle 1: Bewertungsergebnisse für die Stabilität des in Abständen erfolgenden Ausstoßes
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde bestätigt, dass mit den Tinten der Beispiele 1 bis 3 ein normaler Tintenausstoß selbst nach der festgehaltenen Ausstoßhaltezeit möglich ist, und diese Tinten sind hinsichtlich der Stabilität des in Abständen erfolgenden Ausstoßes überlegen.
(Verfahren zur Bewertung der Wiederauflösbarkeit der Tinte und Bewertungsstandard)
Die Tinten der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden verwendet, und die Wiederauflösbarkeit der verdampften Tinte wurde bewertet. Die Bewertung umfasste: Verdampfen von 5,0 g jeder Testtinte in einer Laborglasschale bei 60°C für 15 Stunden, Zugeben von 2,5 g jeder frischen Testtinte zu der verdampften und verdickten Tinte, Stehenlassen der Tinte bei Raumtemperatur für eine Stunde und visuelles Betrachten jedes Tintenzustands nach einer Stunde.
Tabelle 2: Bewertungsergebnisse der Wiederauflösbarkeit der Tinte
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde bestätigt, dass bei den Tinten der Beispiele 1 bis 3 kein verdicktes Material in der Laborschale zurückbleibt, und diese Tinten sind hinsichtlich der Wiederauflösbarkeit von verdampfter Tinte überlegen.
Es wird eine Tinte für Tintenstrahlen offenbart, die ein Bild von hoher Qualität liefert, eine überlegene Stabilität des in Abständen erfolgenden Ausstoßes von einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf aufweist und verhindern kann, dass eine Störung des Drucks oder ein Ausstoßfehler durch ein verdicktes Material der Tinte, das an eine Ausstoßoberfläche anhaftet, hervorgerufen wird. Die Tinte enthält Färbemittel enthaltende feine Harzteilchen, feine Pigmentteilchen, wenigstens eine von der Verbindung, die durch die allgemeine Formel (I) dargestellt wird, und der Verbindung, die durch die allgemeine Formel (II) dargestellt wird, und einen mehrwertigen Alkohol: Allgemeine Formel (I)
Allgemeine Formel (II)
wobei R₁ bis R₅ unabhängig jeweils ein Wasserstoffatom, CH₃ oder C₂H₅ sind.

Claims

Wässrige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahlen umfassend ein Farbmittel enthaltendes feines Harzteilchen, ein feines Pigmentteilchen und einen mehrwertigen Alkohol, wobei die Zusammensetzung des Weiteren wenigstens eine von der Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (I) dargestellt wird, und der Verbindung, die durch die folgende allgemeine Formel (II) dargestellt wird, umfasst: Allgemeine Formel (I)
Allgemeine Formel (II)
wobei R₁ bis R₅ unabhängig jeweils ein Wasserstoffatom, CH₃ oder C₂H₅ sind.
Wässrige Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das feine Pigmentteilchen eine hydrophile kationische Gruppe aufweist oder das feine Pigmentteilchen mit einem Dispergiermittel dispergiert ist, welches eine hydrophile kationische Gruppe aufweist, und wobei das feine Harzteilchen eine hydrophile kationische Gruppe aufweist.
Wässrige Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das feine Pigmentteilchen selbst dispergierbarer Ruß ist, an dessen Oberfläche wenigstens eine hydrophile Gruppe direkt oder über eine weitere Atomgruppe gebunden ist.
Wässrige Tintenzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die hydrophile Gruppe eine kationische Gruppe ist.
Wässrige Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die durch die allgemeine Formel (I) dargestellte Verbindung basierend auf dem Gesamtgewicht der wässrigen Tinte in einer Menge von 5 bis 15 Gewichtsprozent enthalten ist.
Wässrige Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mehrwertige Alkohol wenigstens einer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycerin, Propylenglykol, 1,5-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol und Hexylenglykol ist und die Menge des mehrwertigen Alkohols im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent liegt.
Verwendung der wässrigen Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Aufbringen beim Aufzeichnen durch Tintenstrahlen.
Tintenkartusche umfassend einen Tintenbehälter, der die wässrige Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält.
Verwendung eines Tintenbehälters, der die wässrige Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält, in einer Aufzeichnungseinheit, die des Weiteren einen Tintenstrahlkopf zum Ausstoßen der Tinte umfasst.
Verwendung eines Tintenbehälters, der die wässrige Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält, in einem Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, das des Weiteren einen Tintenstrahlkopf zum Ausstoßen der Tinte umfasst.
Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren mit einem Schritt des Aufbringens der wässrigen Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf ein Aufzeichnungsmedium durch ein Tintenstrahlverfahren.