DE69328604T2

DE69328604T2 - Tinte, Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren und Vorrichtung unter Verwendung derselben

Info

Publication number: DE69328604T2
Application number: DE69328604T
Authority: DE
Inventors: Makoto Aoki; Yutaka Kurabayashi; Yoshihisa Takizawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2013-10-16
Also published as: US5849815A; EP0594081A2; EP0594081B1; ATE192774T1; JP3431933B2; DE69328604D1; EP0594081A3; JPH06136306A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue Tinte, die die Erzeugung eines aufgezeichneten Bildes von hoher Qualität erlaubt, welches eine hohe Dichte und befriedigende Fixierungseigenschaften aufweist, und die das Auftreten eines Farbmischungs-Ausblutens farbiger Tinte verhindert, wenn sie für die Aufzeichnung von Daten auf einem unbeschichteten Papier eingesetzt wird, d. h. auf sogenanntem Normalpapier, wie etwa holzfreiem Papier, Papier mittlerer Qualität oder geleimten Papier, wie es allgemein in Büros und Schulen eingesetzt wird. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren unter Einsatz der Tinte und ein die Tinte enthaltendes Aufzeichnungsgerät.

Stand der Technik

Tinte für den Einsatz bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorgang auf Normalpapier muß befriedigende Leistungsparameter haben, wie etwa hinsichtlich der Druckleistung, die hauptsächlich durch die Fixierungseigenschaften, die optische Dichte (OD) und die Qualität des gedruckten Bildes gekennzeichnet ist, der Zuverlässigkeit und Austrageigenschaften, wofür beispielsweise die Austragsstabilität, die Austraggeschwindigkeit, das Frequenzansprechen und die Anfangs- Austrageigenschaften stehen.
Da die vorgenannten Eigenschaften zueinander widersprüchlich sind, kann die gleichzeitige Erfüllung aller Anforderungen nicht leicht gewährleistet werden.
In den letzten Jahren ist eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zur Aufzeichnung von Farbbildern auf Normalpapier unter Einsatz einer Mehrzahl von farbigen Tinten entwickelt worden. Die Aufzeichnung auf Normalpapier unter Einsatz einer Mehrzahl von farbigen Tinten wirft jedoch Probleme hinsichtlich einer unbefriedigenden optischen Bilddichte (OD) und eines übermäßigen Ausblutens auf, das an den Grenzen benachbarter, auf dem Papier gebildeter Tintenpunkte auftritt.
Die JP-A-62-30169 beschreibt ein Verfahren, mit dem eine verbesserte Fixierung unter Einsatz einer Tinte erreicht werden kann, die einen niederen Alkylenglykol- Monoacrylether enthält. Auf der anderen Seite beschreibt die JP-A-55-80477 eine Technologie, die zur Verhinderung des Ausblutens von Tinte in horizontaler Richtung der Papieroberfläche durch Einsatz von Carboxymethylzellulose ermöglicht.
Obgleich die genannten Verfahren die erforderliche Fixierung und die Qualität des gedruckten Bildes gewährleisten, führt deren Vorsehen zur Verhinderung eines unregelmäßigen Eindringens durch Verbesserung der Affinität zwischen der Tinte und dem Papier zur Erhöhung der Eindringkraft zu einer unbefriedigend niedrigen optischen Dichte, weil die Tinte in unerwünschter Weise ausgiebig in Tiefenrichtung wie auch auf der Papieroberfläche in das Papier eindringt.
Die JP-A-55-42858 beschreibt ein Verfahren unter Einsatz eines oberflächenaktiven Mittels, welches eine spezielle Oberflächenspannung hat, zur Verhinderung eines Ausblutens und Verlaufens, das während der Zeit des Drucks einer anderen farbigen Tinte in überlagerter Weise auftritt. Eine Tinte, die ein oberflächenaktives Mittel des genannten Typs benutzt, leidet jedoch unter einer niedrigen optischen Dichte, weil die Tinte tief in das Papier eindringt, nachdem der Druck beendet ist.
Die JP-A-4-170478 beschreibt eine Tinte eines Typs, der einen großen Anfangs- Kontaktwinkel und eine große Oberflächenspannung hat, um ein irreguläres Eindringen von Tinte in das Normalpapier zu verhindern. Die Nutzung der Tinte des genannten Typs zur Erzeugung eines Bildes mit hoher optischer Dichte erfordert jedoch eine Erhöhung der Menge der Tintenzufuhr. Im Ergebnis dessen verschlechtern sich die Fixierung und die Ausblutungsfestigkeit.
Die EP-A-0 044 378 beschreibt eine Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldrucker, wobei die Tintenzusammensetzung eine wässrige Lösung eines Styrenacrylsäure-Copolymeren mit einem Molekülgewicht von etwa 10.000 in einem Verhältnis von 2 zu 1, eine vor Löslichmachung des Copolymperen fähige flüchtige Base und einen Farbstoff enthält, welcher mit dem Copolymeren verträglich ist.
Wie oben beschrieben, können mit der herkömmlichen Technologie nicht gleichzeitig die Anforderungen einer hohen OD und einer ausgezeichneten Fixierung unter Verhinderung eines Ausblutens in einem Grenzabschnitt zwischen benachbarten Farbpunkten unterschiedlicher Farben auf dem Papier erfüllt werden. Weiterhin ist die Langzeitbeständigkeit der Tinte, auch Tintenhaltbarkeit genannt, nicht befriedigend.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tinte bereitzustellen, welche für einen Aufzeichnungsvorgang unter Einsatz farbiger Tinte und von normalem Aufzeichnungspapier geeignet ist und mit der ein Bild mit hoher OD erhalten werden kann, welches ausgezeichnete Fixierungseigenschaften hat und bei dem ein Ausbluten verhindert werden kann und die eine hohe Tintenhaltbarkeit hat.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Wirkung der Tinte auf Papier zeigt,
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die die Benetzung eines Papiers mit Tinte zeigt,
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung längs einer vertikalen Schnittebene, die einen Kopfabschnitt einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zeigt,
Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung längs einer horizontalen Schnittebene, die einen Kopfabschnitt einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zeigt,
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung, die das Äußere eines Mehrfach-Kopfes zeigt, der aus den in Fig. 3 gezeigten Köpfen zusammengesetzt ist,
Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung zeigt,
Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung längs einer vertikalen Schnittebene, die eine Tintenpatrone darstellt, und
Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Aufzeichnungseinheit zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Wirkungsweise einer Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich eines Aufzeichnungsmediums, auf das ein Bild aufgezeichnet wird, wird jetzt unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, läßt sich eine herkömmliche Tinte in dieser Beschreibung in zwei Typen 1 und 2 unterteilen, wobei nachfolgend eine Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung als "Tinte vom Oberflächendiffusionstyp" bezeichnet wird.
Die herkömmliche Tinte vom Typ 1 zeigt ein kleines Ausblutungsverhältnis, das heißt, sie realisiert einen kleinen Punktdurchmesser, weil sie in Tiefenrichtung des Papiers nicht wesentlich eindringt, nachdem das Tintentröpfchen die Papieroberfläche erreicht hat. Sie wird daher auch als "Topping Type" bezeichnet. Die Tinte kann sich daher nirgendwohin bewegen, was eine Verschlechterung der Fixierung und der Ausblutungsbeständigkeit und zudem den Nachteil einer unbefriedigenden OD bewirkt. Auf der anderen Seite dringt eine herkömmliche Tinte vom Typ 2 sowohl in Tiefenrichtung als auch in Richtung der Papieroberfläche schnell ein. Sie wird daher als "Penetration Type" bezeichnet. Daher wird eine ausgezeichnete Fixierung erreicht und das Ausbluten kann befriedigend verhindert werden. Jedoch verschlechtert sich in unerwünschter Weise die OD.
Auf der anderen Seite ist die erfindungsgemäße Tinte vom Oberflächendiffusionstyp so gestaltet, daß sie in Tiefenrichtung nicht wesentlich in das Papier eindringt, sich aber in Richtung der Papieroberfläche ausbreitet. Daher kann, auch dann, wenn die Menge des Tintenaustrages zur Verbesserung der Fixierung und der Ausblutungsbeständigkeit reduziert wird, ein großer Punktdurchmesser realisiert werden. Im Ergebnis dessen können die erforderliche Fixierung und die Ausblutungsbeständigkeit sowie ausgezeichnete Färbeeigenschaften gleichzeitig in befriedigender Weise erreicht werden.
Wenn ein Bild unter Einsatz einer herkömmlichen Tinte vom Typ 1 erzeugt wird, ist D/h 5,9 (h: 15, D: 88) und 5,3 (h: 15, D: 80), unter der Annahme, daß die Eindringstrecke in Tiefenrichtung des Papiers h und der Durchmesser eines Punktes D ist. Wenn die herkömmliche Tinte vom Typ 2 benutzt wird, ist D/h 2,8 (h: 45 und D: 128). Wenn andererseits die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist D/h 7,2 (h: 15, D: 108), 11,2 (h: 10, D: 112) und 14,5 (h: 8, D: 116).
Um eine Tinte des vorgenannten Typs zu realisieren, beruht die vorliegende Erfindung auf einem Verfahren zur Steuerung des Ausblutungsverhältnisses und der Eindringtiefe in das Papier durch Einstellung der Oberflächenspannung der Tinte und des Vorwärts-Kontaktwinkels der Tinte bezüglich des Papiers.
Die laterale Ausbreitung der Tinte kann man in zwei Typen kategorisieren, nämlich in die Ausbreitung auf der Papieroberfläche (extensive Benetzung) und in die Ausbreitung in lateraler Richtung zwischen den Papierfasern (Penetrationsbenetzung). Da die Tinte vom Oberflächenausbreitungstyp nicht wesentlich in das Papier eindringt, wird davon ausgegangen, daß der Haupt-Eindringvorgang die extensive Benetzung ist. Das heißt, das Ausbreiten (Ausblutungsverhältnis) der Tinte wird durch die Größe der extensiven Benetzungsarbeit Ws bestimmt. Das heißt, das Ausblutungsverhältnis ist proportional zu Ws.
Die Änderung (Verschlechterung) der freien Energie bezüglich der extensiven Benetzungsarbeit, das heißt die Benetzung, kann wie folgt ausgedrückt werden:
Ws = γs - γSL - γL,
worin Ws: die extensive Benetzungsarbeit
γs: die Oberflächenspannung eines Festkörpers (Aufzeichnungsmediums auf das ein Bild aufgezeichnet wird)
γSL: die Oberflächenspannung der Fest-Flüssig-Grenzfläche und
γL: die Oberflächenspannung der Flüssigkeit (Tinte)
ist.
Wie aus der obigen Gleichung zu verstehen ist, ist Ws umgekehrt proportional zur Oberflächenspannung der Tinte, was einen Anstieg des Ausblutungsverhältnisses bewirkt. Die Tatsache, daß das Ausblutungsverhältnis hoch ist, ermöglicht eine Verringerung der Tintenmenge (Austragmenge), die zur Realisierung eines gewünschten Punktdurchmessers benötigt wird. Daher können die Fixierung und die Ausblutungsbeständigkeit verbessert werden.
Wenn jedoch ein hohes Ausblutungsverhältnis realisiert wird, verhindert die unerwünschte Ausbreitung der Tinte in Tiefenrichtung des Papiers, daß die Tinte auf der Oberfläche des Papiers verbleibt, sondern sie bewirkt das Eindringen des Farbstoffs in das Papier. Im Ergebnis dessen tritt eine Lichtstreuung infolge der Papierfasern auf und dementsprechend verschlechtert sich die Färbungseffizienz. Die herkömmliche Tinte vom Typ 2, die der voranstehende Typ ist, ist üblicherweise so ausgeführt, daß ihr ein oberflächenaktives Mittel o. ä. beigemischt wird, um die Benetzungseigenschaften dahingehend zu verbessern, daß das Ausblutungsverhältnis erhöht wird. Das unerwünschte Eindringen der Tinte in Tiefenrichtung des Papiers verringert jedoch die OD.
Um das leichte Eindringen der Tinte in Richtung des Papiers zu verhindern und dabei ein großes Ausblutungsverhältnis zu erhalten, müssen Mittel zur Verkürzung der Eindringstrecke in das Papier genutzt werden.
Hier wird eine Betrachtung über die Beziehung zwischen der Eindringstrecke h und den physikalischen Eigenschaften der Tinte unter Nutzung der Lucas-Washburn- Gleichung angestellt.
h = {(r · γ · θ · t)/(2η)}1/2,
worin h: die Eindringstrecke
r: der Radius eines feinen Röhrchens
γ: die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
θ: der Kontaktwinkel
t: die Zeit und
η: die Viskosität
ist.
Wie aus der vorangehenden Gleichung zu verstehen ist, wird die Eindringstrecke h proportional zur Oberflächenspannung der Tinte und umgekehrt proportional zum Kontaktwinkel verkürzt. Daher wird der prozentuale Anteil des an der Oberfläche des Papiers verbleibenden Farbstoffes erhöht, und es kann folglich eine hohe OD erreicht werden.
Um eine Tinte vom Oberflächenausdehnungstyp zu realisieren, die nicht wesentlich in Tiefenrichtung des Papiers in das Papier eindringt, sondern sich in lateraler Richtung ausbreitet, muß die Tinte eine kleine Oberflächenspannung haben und das Papier schlecht benetzen.
Ein System mit ungenügender Benetzbarkeit zwischen der Tinte und einem Aufzeichnungsmedium, auf das ein Bild gedruckt wird, ist frei von irregulärem Ausbluten in Form von Haarlinien, die durch den Einfluß von Vorsprüngen und Vertiefungen des Papiers und durch kapillare Vorgänge zwischen den Zellulosefasern zustande kommen. Daher kann unabhängig von dem Papiertyp ein regulärer Kreis gebildet werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Tinte nicht spontan durch die Kapillaren fließt (und die Kapillarerscheinungen nicht auftreten), wenn die Benetzbarkeit ungenügend ist.
Aufgrund der vorgenannten Umstände ist eine Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgeführt, daß die Oberflächenspannung der Tinte bei 25ºC 26 · 10&supmin;&sup5; N/cm bis 40 · 10&supmin;&sup5; N/cm, bevorzugt 30 · 10&supmin;&sup5; N/cm bis 40 · 10&supmin;&sup5; N/cm beträgt, die Viskosität bei 0,7 · 10&supmin;³ Pa·s bis 12 · 10&supmin;³ Pa·s, bevorzugt bei 1 · 10&supmin;³ Pa·s bis 4 - 1 W Pa·s liegt und der Vorwärts-Kontaktwinkel der Tinte bezüglich des Aufzeichnungsmediums, auf das das Bild gedruckt wird, 60-180º, bevorzugt 90 - 180º, beträgt. Wenn die Oberflächenspannung der Tinte kleiner als 26 · 10&supmin;&sup5; N/cm ist, ist die Kraft zur Aufrechterhaltung des Meniskus nach dem Austreten von Tinte durch die Öffnung schwach, so daß die Tintenzufuhr zu langsam ist und das Frequenzansprechen sich verschlechtert. Wenn die Oberflächenspannung der Tinte größer als 40 · 10&supmin;&sup5; N/cm ist, ist die Ausbreitungs-Benetzungsarbeit Ws klein, was zu einer Verringerung des Durchmessers des erzeugten Punktes führt. Im Ergebnis dessen verschlechtern sich die Färbeeigenschaften und die Fixierung. Wenn die Viskosität der Tinte vom vorgenannten Bereich abweicht, kann konstant ein normaler Austrag beim Tintenstrahl-Aufzeichnungsverband erreicht werden. Wenn die Viskosität größer als 12 · 10&supmin;³ Pa·s ist, verhindert die Viskositäts-Beständigkeit der Tinte die Ausbreitung des Tintentröpfchens auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums, auf das das Bild gedruckt wird. Im Ergebnis dessen ist der Durchmesser des gebildeten Punktes zu klein, um befriedigende Färbeeigenschaften und Fixierung zu erreichen.
Der Begriff "Vorwärts-Kontaktwinkel" bezeichnet den Kontaktwinkel, der sich ausbildet, wenn ein Flüssigkeitströpfchen sich auf der Oberfläche eines festen Teiles vorwärtsbewegt, und es handelt sich um einen auf dem technischen Gebiet bekannten Begriff.
Die Gründe dafür, daß der Vorwärts-Kontaktwinkel anstelle des Anfangs-Kontaktwinkels betrachtet wird, liegen darin, daß die Benetzbarkeit - einschließlich der Hysterese der Benetzung infolge der Vorsprünge und der Vertiefungen des Papiers bewertet bzw. berechnet werden muß und daß die Tinte nicht spontan infolge der Kapillarkräfte o. ä. in das Papier eindringen, sondern die Ausbreitung des Punktes und das Einbringen infolge einer anderen externen Kraft (der Energieaustrag der Tintentröpfchen und der Gravitation) stattfinden. Daher kann es als hinreichend angesehen werden, den Vorwärts-Kontaktwinkel zum Zeitpunkt der Vorwärtsbewegung der Flüssigkeit auf der Oberfläche eines festen Teiles anstelle eines einfachen Kontaktwinkels zu betrachten.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung hat hauptsächlich die folgenden Eigenschaften:
(1) Da Farbstoff auf der Papieroberfläche zurückbleibt, kann ein hoher OD erreicht werden.
(2) Da der Durchmesser des gebildeten Punktes groß ist, können ausreichende Fixierung und Färbeeigenschaften erreicht werden.
(3) Da ein Einfluß des Papiers ausgeschlossen werden kann, können gleichmäßige Punkte erzielt und eine hohe Druckqualität erhalten werden.
(4) Ausblutungserscheinungen können befriedigend verhindert werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend detailliert beschrieben.
Ein in einer Base lösliches alkalilösliches Harz ist ein Harz des Typs, der in einer wässrigen Lösung aufgelöst werden kann, in der eine basische Substanz gelöst ist. Es ist von Vorteil, ein alkalilösliches Harz einzusetzen, welches die Oberflächenspannung geeignet reduziert und die Tintenbenutzbarkeit verringert. Es ist von Vorteil, wenn das alkalilösliche Harz ein Copolymeres von Styren- und Acrylsäure ist. Besser ist es beispielsweise ein Styren-Acrylsäure-Copolymeres, Styren-Acrylsäure- Acrylsäure-Alkylester-Copolymeres, Styren-Maleinsäure-Copolymeres, Styren-Maleinsäure-Acrylsäure-Alkylester-Copolymeres, Styren-Methacrylsäure-Copolymeres, Styren-Methacrylsäure-Acrylsäure-Alkylester-Copolymeres, Styren-Maleinsäure- Halbester-Copolymeres, Vinylnaphthalen-Acrylsäure-Copolymeres oder Vinylnaphthalen-Maleinsäure-Copolymeres oder eines von deren Salzen.
Die vorgenannten Harze werden als Dispergierungsmittel für Pigmenttinte benützt. Wird jedoch das vorgenannte Harz als Dispergierungsmittel eingesetzt und Pigmenttinte durch Dispergieren des Harzes hergestellt wird, wird das Harz an der Oberfläche des Pigments absorbiert und dient einfach als Dispergierungsmittel. Daher kann der Effekt der Verringerung der Oberflächenspannung der Tinte nicht erzielt werden und der Effekt der Verringerung der Meßbarkeit der Tinte bezüglich des Aufzeichnungsmediums, auf das das Bild gedruckt wird, ist nicht zu erwarten.
In einem Beispielfall wurde ein Styren-Acrylsäure-Copolymeres mit 0,6 Gew.-% eingesetzt, um eine Farbstofftinte und eine Pigmenttinte herzustellen, die beide die selbe Lösungsmittelzusammensetzung hatten. Die Pigmenttinte wurde durch Ausführung eines Dispergierungsprozesses hergestellt. Im Gegensatz zu einer Oberflächenspannung von 50 · 10&supmin;&sup5; N/cm der Pigmenttinte war die Oberflächenspannung der Farbstofftinte 37 · 10&supmin;&sup5; N/cm. Wie hieraus zu ersehen ist, ergeben sich signifikant unterschiedliche Oberflächenspannungen. Das heißt, die vorliegende Erfindung nützt das sogenannte Harz nicht als Dispergierungsmittel, sondern sie nutzt es zu einem anderen Zweck, so daß ein anderer Effekt erzielt wird.
Es ist von Vorteil, wenn die Säurezahl des Harzes gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich zwischen 100 und 250 und bevorzugt im Bereich zwischen 130 und 210 liegt. Wenn die Säurezahl kleiner als 100 ist, verschlechtert sich die Löslichkeit des Harzes in Wasser, was auch eine Verschlechterung der Fixierungseigenschaften bewirkt. Wenn die Säurezahl größer als 250 ist, wird die Affinität zum Aufzeichnungsmedium, auf welches ein Bild gedruckt wird, übermäßig erhöht. In diesem Fall verringert sich der Effekt der Reduzierung der Benetzbarkeit bezüglich des Aufzeichnungsmediums, auf das das Bild gedruckt wird. Es ist von Vorteil, wenn das gewichtsbezogene mittlere Molekülgewicht des Harzes zwischen 3.000 und 50.000 und insbesondere zwischen 4.000 und 20.000 liegt. Wenn das Molekülgewicht außerhalb des vorgenannten Bereiches liegt, können sich Probleme dahingehend ergeben, daß sich die Flüssigkeit verschlechtert, der Effekt der Verringerung der Benetzbarkeit nicht mehr vorhersagbar ist und die Viskosität der Tinte sich übermäßig erhöht.
Das genannte Harz wird durch Polymerisation eines hydrophoben Monomeren, etwa Styren, mit einem hydrophilen Monomeren, etwa Acrylsäure, hergestellt. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Zusammensetzungsverhältnis der vorgenannten Monomere so eingestellt, daß der Anteil des hydrophoben Monomers im Bereich zwischen 30 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 43 und 65 Gew.-%, und derjenige des hydrophilen Monomers im Bereich zwischen 20 und 70 Gew.-%, bevorzugt zwischen 35 und 80 Gew.-%, liegt.
Weiter ist es bevorzugt, wenn ein Copolymeres eingesetzt wird, welches aus Styren, in einem Anteil zwischen 30 und 80 Gew.-%, spezieller zwischen 43 und 65 Gew.-%, Acrylsäure in einem Bereich zwischen 47 Gew.-%, spezieller zwischen 15 und 30 Gew.-%, und Ethylacrylat im Bereich zwischen 10 und 30 Gew.-%, bevorzugt zwischen 12 und 25 Gew.-%, gebildet ist.
Durch Zugabe des genannten Harzes zur Tinte mit einem Anteil von 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt von 0,01 bis 2 Gew.-% und spezieller zwischen 0,1 und 0,9 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, können die Eigenschaften des Harzes befriedigend zur Geltung gebracht werden. Wenn die Menge des Harzes unterhalb des vorgenannten Bereiches liegt, zeigen sich die Eigenschaften des Harzes nicht. Wenn die Menge bzw. der Anteil zu groß ist, wird die Viskosität übermäßig erhöht. Beim Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem Wärme oder Druck auf die Tinte angewandt wird, verschlechtert sich die Stabilität zur Zeit des Austragens der Tinte. Eine basische Substanz zum Auflösen des Harzes kann eine Hydroxid- Verbindung eines Alkalimetalls sein, etwa Natriumhydroxid oder eine organischbasische Verbindung, wie etwa Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Aluminiumethylpropanol oder Ammoniak oder eine Mischung dieser. Bevorzugt wird eine Hydroxid-Verbindung eines Alkalimetalls, wie etwa Natriumhydroxid oder das Amin, eingesetzt, weil hiermit ausgezeichnete Färbeeigenschaften und Ausblutungsbeständigkeit erreicht werden können.
Das Färbematerial gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein wasserlöslicher Farbstoff, wie etwa ein Direktfarbstoff, ein azidischer Farbstoff, ein basischer Farbstoff oder ein reaktiver Farbstoff, sein. Der genannte Farbstoff wird in der Tinte in einem Anteil zwischen 0,1 Gew.-% und 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, eingesetzt.
Es ist von Vorteil, wenn das flüssige Medium gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittels ist. Bevorzugt hat das wasserlösliche organische Lösungsmittel einen niedrigen Dampfdruck, um die Verdunstungsgeschwindigkeit des Wassers in der Tinte zu senken, und es hat die Eigenschaft, den Farbstoff o. ä. zu lösen, so daß es als ein Mittel zur Verbesserung der Fixierungseigenschaften dient. Bevorzugte wasserlösliche organische Lösungsmittel sind beispielsweise: Amide, wie etwa Dimethylformaldehyd oder Dimethylacetoamid, Ketoalkohole, wie etwa Aceton oder Diacetonal kohol, Ether, wie etwa Tetrahydrofuran oder Dioxan, Polyalkylenglykole, wie etwa Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol, Alkylenglykole mit einer Alkylengruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie etwa Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triethylenglykol, 1,2,6-Hexantriol, Thiodiglykol, Hexylenglykofoder Diethylenglykol, Glycerol, niedere Alkylether mehratomarer Alkohole, wie etwa Ethylenglykolmonomethyl(oder Ethyl)ether, Diethylenglykolmonomethyl(oder Ethyl)ether oder Triethylenglykolmonomethyl(oder Ethyl)ether, stickstoffhaltige heterozyklische Ketone, wie etwa N-methyl-2-pyrrolidon, 2-Pyrrolidon oder 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, und etwa schwefelhaltige Verbindung, wie etwa Sulforan oder Dimethylsulfoxid.
Als organisches Lösungsmittel zum Konservieren der Tinte, d. h., zur Verhinderung eines Alterns des pH-Wertes der Tinte wird bevorzugt eine schwefelhaltige Verbindung, wie etwa Thiodiglykol, Sulforan oder Dimethylsulfoxid eingesetzt, wobei am besten beide vorgenannten Lösungsmittel und ein weiteres Glykol eingesetzt werden. Eine Tinte, deren pH-Wert sich infolge Alterung verringert hat, hat in nachteiliger Weise eine verringerte Löslichkeit des alkalilöslichen Harzes bezüglich der Tinte, was eine Verschlechterung der Fixierungseigenschaften und der Austrageigenschaften bewirkt. Da die vorgenannte schwefelhaltige Verbindung eine relativ niedrige Viskosität hat und es sich um Lösungsmittel handelt, die nicht leicht verdunsten, können die anfänglichen Austrageigenschaften verbessert werden.
Es ist von Vorteil, wenn das zusammen mit der schwefelhaltigen Verbindung einzusetzende Glykol, Polyethylenglykol, Diethylenglykol, Ethylenglykol, Propylenglykol oder Hexylenglykol ist.
Das genannte wasserlösliche organische Lösungsmittel ist mit einem Anteil von bis zu 50 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-% und noch spezieller bis zu 10 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthalten. Die schwefelhaltige Verbindung ist in einem Anteil zwischen 1-50 Gew.-% und das Glykol in einem Anteil zwischen 1-50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthalten.
Es ist von Vorteil, wenn der Wassergehalt der Tinte im Bereich zwischen 40 und 95% des Gesamtgewichts der Tinte, spezieller zwischen 70 und 95%, liegt. Wenn der Gehalt kleiner als 40 Gew.-% ist, erhöht sich die Viskosität in unerwünschter Weise, es findet auf dem Papier ein Ausbluten statt und die Fixierungseigenschaften verschlechtern sich. Wenn der Anteil größer als 95 Gew.-% ist, ist die Dampfkomponente zu groß und damit verschlechtern sich die Fixierungseigenschaften.
Um die Fixierungseigenschaften zu verbessern, kann ein Mittel zur Verhinderung der Verfestigung eingesetzt werden, welches sich von dem herkömmlichen wasserlöslichen organischen Lösungsmittel unterscheidet, wobei das Mittel zur Verhinderung der Verfestung beispielsweise eine Verbindung mit einem verdunstungsbegrenzenden Effekt, eine Verbindung zur Verbesserung der Löslichkeit zur Auflösung des Farbstoffs oder eine Verbindung zur Begrenzung des Anstiegs der Viskosität ist. Das Mittel zur Verhinderung einer Verfestigung ist beispielsweise Harnstoff, ein Salz des Triethylamins, wie etwa Triethylaminhydrochlorid, ein Salz des Triethanolamins, wie etwa Triethanolaminhydrochlorid oder ein Derivat des Toluensulfonamids. Es ist von Vorteil, wenn das genannte Mittel zur Verhinderung der Verfestigung in einem zwischen 0,1 und 30 Gew.-% liegenden Anteil enthalten ist.
Die Nutzung des genannten Mittels zur Verhinderung einer Verfestigung verhindert ein Verstopfen auch dann, wenn die Menge der Komponente (Lösungsmittelkomponente) außer Wasser beträchtlich reduziert wird. Somit kann eine befriedigende Zuverlässigkeit erreicht werden. Da der Wassergehalt in der Tinte groß ist, kann die Tinte auf dem die Aufzeichnung tragenden Gegenstand leicht verdunsten, wodurch sich die Leistungsparameter bei der Aufzeichnung eines Bildes auf Normalpapier - welche durch die OD, die Fixierung und die Qualität des gedruckten Bildes gekennzeichnet sind, verbessern. Da Harnstoff o. ä. den Effekt einer Begrenzung des Anstiegs der Viskosität haben, können ausgezeichnete Anfangs-Austrageigenschaften realisiert werden.
Weiterhin wird ein Lösungsmittel zur Verbesserung der Fixierung eingesetzt. Wenn die Tinte das Lösungsmittel eines genannten Typs enthält, können ausgezeichnete Trocknungseigenschaften erreicht werden. Das Lösungsmittel, mit dem die genannten Effekte erreicht werden können, ist beispielsweise ein Alkylalkohol mit 1 bis 4 Kohlenstoffen, etwa Methylalkohol, Ethylalkohol, Isopropylalkohol, n-Propylalkohol, n-Butylalkohol, Sec-butylalkohol, Tert-butylalkohol oder Isobutylalkohol, ein cyklischer Alkohol, etwa Cyclohexanol, ein Amid, wie etwa Dimethylformamid oder Dimethylacetoamid, ein Keton oder ein Ketoalkohol, wie etwa Aceton oder Diacetonalkohol, Ether, wie etwa Tetrahydrofuran oder Dioxan, ein stickstoffhaltiges heterozyklisches Keton, wie etwa N-methyl-2-pyrrolidon, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Glycerol, Fettsäure-Alkylolamid oder N-acylsulfocynat. Da Alkohol, etwa Ethylalkohol einen relativ niedrigen Siedepunkt hat, dient er als Mittel zur Verbesserung der Bildung von Blasen, welche die Austragenergiequelle eines Aufzeichnungsverfahrens sind, bei dem Tinte durch Eintrag von Wärmeenergie in die Tinte ausgetragen wird. Im Ergebnis dessen kann der Effekt erzielt werden, daß die Austraggeschwindigkeit verhindert wird. Andererseits mag das N-methyl-2-pyrrolidon ein Polymeres aufzulösen. Daher kann der Effekt erzielt werden, daß eine Verunreinigung des Heizers zur Erzeugung der Wärmeenergie verhindert und der Heizer gereinigt wird, was eine Verbesserung der Austragsstabilität zur Folge hat.
Es ist von Vorteil, wenn die genannten Materialien geeignet in einem Bereich zwischen 0 und 50 Gew.-% des Gesamtgewichts der Tinte ausgewählt werden.
Es ist von Vorteil, wenn ein oberflächenaktives Mittel als Additiv der Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung hinzugefügt wird. Durch Hinzufügung des genannten Materials können die Fixierungseigenschaften verbessert werden. Wenn jedoch das oberflächenaktive Mittel in zu großem Anteil beigemischt wird, wird die Affinität zwischen der Tinte und dem Papier übermäßig erhöht, was zum Auftauchen von Problemen insoweit führt, als der Effekt der Verringerung der Benetzbarkeit infolge des Polymeren verlorengeht und die Oberflächenspannung übermäßig ansteigt. Da her sollte die zugegebene Menge begrenzt werden. Das oberflächenaktive Mittel hat einen Reinigungseffekt zur Abtrennung von Verunreinigungen am Tintenstrahlaufzeichnungskopf, was die Benutzbarkeit am Kopf verbessert. Daher kann die Austragstabilität des Kopfes verbessert werden.
Jetzt werden Beispiele für das oberflächenaktive Mittel mit den vorgenannten Eigenschaften angegeben. Nr. 1: Decyglycerin-Fettsäure-Ester R: Acylgruppe oder Wasserstoffatom Nr. 2: Polyoxyethylen-Castoröl
X, Y, Z, L, M und N sind ganze Zahlen zwischen 1 und 50. Nr. 3: Gehärtetes Polyoxyethylen-Castoröl
X, Y, Z, L, M und N sind ganze Zahlen zwischen 1 und 50.
Nr. 4: Acetylenalkohol-Ethylenoxid-Additiv
m + n ist eine ganze Zahl zwischen 0 und 50.
Nr. 5: Polyoxyethylen-Octylphenyl-Ether
Nr. 6: Polyoxyethylen-Nonylphenyl-Ether
Nr. 7: Polyoxyethylen-Monostearat
Nr. 8: Die nachfolgende Verbindung: Nr. 9: Die nachfolgende Verbindung
Nr. 10: Polyoxyethylen-Polyoxypropylen
Das genannte oberflächenaktive Mittel wird in einem zwischen 0,01 und 0,5 Gew.- % liegenden Anteil, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, bevorzugt in einem Anteil zwischen 0,02 und 0,2 Gew.-%, eingesetzt.
Es ist von Vorteil, wenn der pH-Wert der Tinte bei 25ºC im Bereich zwischen 8 und 11 liegt. Wenn der pH-Wert kleiner als 8 ist, ist die Löslichkeit zum Auflösen des Harzes infolge der Eigenschaften des alkalilöslichen Harzes unbefriedigend. Wenn der pH-Wert höher als 11 ist, steigt das Risiko, daß während des Betriebs ein Teil der Tintenstrahleinheit, der in Kontakt mit der Tinte ist, schmilzt oder korrodiert. Insbesondere Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren des Typs, bei dem die Einwirkung von Wärmeenergie auf die Tinte zur Ausbildung von Tintentröpfchen veranlaßt wird, wirft das Problem auf, daß die Lebensdauer der Quelle zur Erzeugung der Wärmeenergie (des Heizers) verkürzt wird.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung ist dahingehend wirkungsvoll, daß ein monochromer Aufzeichnungsvorgang unter Einsatz einer einfarbigen Tinte ausgeführt wird oder auch ein Mehrfarben- bzw. Vollfarben-Aufzeichnungsvorgang unter Einsatz mehrerer farbiger Tinten. D. h., wenn ein Bild auf Normalpapier gedruckt wird, kann mit der herkömmlichen Technologie ein mehrfarbiger Aufzeichnungsvorgang nur durch Erhöhung des Anteils des Eindringens der Tinte in Tiefenrichtung des Papiers ausgeführt werden. Der Farbmischungs-Druckvorgang wirft daher das Problem auf, daß eine große Tintenmenge eingesetzt werden muß und die erhaltenen Färbeeigenschaften unbefriedigend sind. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Tinte nicht leicht in Tiefenrichtung des Papiers eintragen und entsprechend können klare, gemischte Farben (Rot, Grün und Blau o. ä.) erhalten werden.
Wie oben beschrieben, wirkt sich ein Einsatz der Tinte gemäß der folgenden Erfindung dahingehend aus, daß der bedruckte Gegenstand eine hohe OD hat, daß das Auftreten von Ausblutungserscheinungen verhindert wird, daß eine ausgezeichnete Fixierung erreicht wird und die Qualität des Druckes verbessert wird. Die Tinte erfüllt alle Anforderungen, wie etwa hinsichtlich der Fixierungseigenschaften, der Austragstabilität, der Austraggeschwindigkeit, des Frequenzansprechens und der Anfangs-Austrageigenschaften.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet für das Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem ein Bild durch Austrag von Tintentröpfchen infolge des Einflusses von Wärmeenergie aufgezeichnet wird. Die Tinte kann noch bei einem anderen Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren sowie als Tinte für allgemeine Schreibwerkzeuge eingesetzt werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung, die zur Ausführung eines Aufzeichnungsvorganges unter Einsatz der Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung mit derartiger Ausbildung, daß die einem Aufzeichnungssignal entsprechende Wärmeenergie der Tinte in einer Kammer eines Aufzeichnungskopfes zugeführt und die Wärmeenergie zur Erzeugung eines Tröpfchens genutzt wird.
Ein Beispiel für den Aufbau eines Kopfes, welcher der wesentliche Teil der Vorrichtung ist, ist in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt.
Ein Kopf 13 wird durch Miteinander-Verbinden einer Glas-Kammer-Keramik oder - Kunststoffplatte mit einer Nut 14, durch die Tinte fließt, und eines Heizkopfes 15 zur Ausführung eines auf Wärme ansprechenden Aufzeichnungsvorganges gebildet (obgleich ein Kopf dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt). Der Heizkörper 15 weist eine aus Siliciumoxid o. ä., bestehende Schutzschicht 13, Aluminiumelektroden 17-1 bis 17-2, eine wärmeerzeugende Widerstandsschicht 18 aus Nichrom o. ä., eine Wärmeregenerierungsschicht 19 und ein aus Aluminiumoxid - welches ausgezeichnete Wärmeabstrahlungseigenschaften aufweist - gefertigtes Substrat 20 auf.
Tinte 21 erreicht Austragöffnungen (kleine Öffnungen) 22 und bildet unter einem Druck P einen Meniskus 23.
Wenn an die Elektroden 17-1 und 17-2 elektrische Signale angelegt werden, erzeugt ein mit n bezeichneter Bereich des Heizkörpers 15 schnell Wärme, was die Erzeugung einer Blase in der mit dem Gebiet n in Kontakt stehenden Tinte 21 bewirkt. Der Druck der Blase treibt den Meniskus 23 hinaus, wobei die Tinte 21 unter Bildung eines Aufzeichnungströpfchens 24 durch die Öffnung 22 ausgetragen wird und auf das Teil 25 fliegt, auf dem ein Bild gedruckt wird. Fig. 5 zeigt die Gestalt eines Mehrfachkopfes mit einer Mehrzahl von in Fig. 3 dargestellten Köpfen. Der Mehrfachkopf wird durch In-Kontakt-Bringen einer Glasplatte 27 mit einer Mehrfachnut 26 und des Heizkopfes 28, der ähnlich dem nach Fig. 3 ausgebildet ist, hergestellt. Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung, welche den Kopf 13 längs der Tintenpassage darstellt. Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung längs der Linie 4-4 in Fig. 3.
Fig. 6 stellt ein Beispiel einer Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung dar, welche den vorgenannten Kopf enthält.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 bezeichnet Ziffer 61 eine Klinge, die als Abwischelement dient, wobei die Klinge 61 eigentlich ein durch ein Klingenheizelement gehaltenes Ende hat, so daß das genannte Ende ein fixiertes Ende ist. Im Ergebnis dessen wird eine Auslegerstruktur gebildet. Die Klinge 61 ist benachbart zum Aufzeichnungsgebiet angeordnet, in dem durch den Aufzeichnungskopf ein Bild aufgezeichnet wird. Bei dieser Ausführung wird die Klinge 61 so gehalten, daß sie in die Bahn vorsteht, längs derer der Aufzeichnungskopf bewegt wird. Ziffer 62 bezeichnet eine in Ruhestellung benachbart zur Klinge 61 angeordnete Kappe, wobei die Kappe 62 senkrecht zu der Richtung bewegt wird, in die der Aufzeichnungskopf bewegt wird, um in Kontakt mit einer Oberfläche einer Austragöffnung gebracht zu werden, so daß ein Abdeckvorgang ausgeführt wird. Ziffer 63 bezeichnet einen Absorber benachbart zur Klinge 61, wobei der Absorber 63 so gehalten wird, daß er in die Bahn vorsteht, längs derer der Aufzeichnungskopf bewegt wird, ähnlich wie die Klinge 61. Die Klinge 61, die Kappe 62 und der Absorber 63 bilden einen Austragreinigungsabschnitt, der so ausgebildet ist, daß Wasser und Staub auf der Oberfläche der Austragöffnung durch die Klinge 61 und den Absorber 63 entfernt werden.
Ziffer 65 stellt einen Aufzeichnungskopf mit einer Austragenergieerzeugungseinrichtung dar. Der Aufzeichnungskopf 65 führt einen Aufzeichnungsvorgang durch Austragen von Tinte auf ein Teil aus, auf das ein Bild gedruckt wird, wobei das Teil gegenüber der Oberfläche einer Austragöffnung angeordnet ist. Ziffer 66 bezeichnet einen Wagen, auf dem der Aufzeichnungskopf 65 so montiert ist, daß der Aufzeichnungskopf 65 bewegt wird. Der Wagen 66 steht im Gleiteingriff mit einer Führungsstelle 67, wobei der Wagen 66 einen mit einem Riemen 69, der durch einen Motor 68 angetrieben wird, verbundenen (aus der Darstellung weggelassenen) Abschnitt hat. Im Ergebnis dessen kann sich der Wagen 66 längs des Führungsstabes 67 bewegen, so daß der Aufzeichnungskopf 65 sich in das Aufzeichnungsgebiet und benachbarte Gebiete bewegen kann.
Bezugsziffer 51 stellt einen Papierzufuhrabschnitt dar, über den das Teil eingeführt wird, auf das ein Bild gedruckt wird. Ziffer 52 stellt eine Papiertransportwalze dar, die durch einen (in der Darstellung weggelassenen) Motor gedreht wird. Mit dem so gebildeten Aufbau wird das Aufzeichnungsteil in eine Position gegenüber der Oberfläche der Austragöffnung des Aufzeichnungskopfes zugeführt. Nachdem ein Bild gedruckt wurde, wird das Aufzeichnungsteil zu einem Papieraustragabschnitt mit einer Papieraustragwalze 53 abgeführt.
Im vorgenannten Aufbau wird die Kappe 62 des Kopfreinigungsabschnittes 64 während der Rückkehrbewegung des Aufzeichnungskopfes 65 in die Ruhelage nach Beendigung des Aufzeichnungsvorganges oder aus einem anderen Grund aus dem Weg des Aufzeichnungskopfes 65 entfernt. Hierdurch steht die Klinge 61 in die Bewegungsbahn vor. Im Ergebnis dessen wird die Oberfläche der Austragöffnung des Aufzeichnungskopfes 65 abgewischt. Wenn die Kappe in Kontakt mit der Austragoberfläche des Aufzeichnungskopfes 65 gebracht wird, wird die Kappe 62 derart bewegt, daß sie in die Bewegungsbahn des Aufzeichnungskopfes 65 vorsteht.
Wenn der Aufzeichnungskopf 65 aus der Ruhestellung in die Aufzeichnungs-Startposition bewegt wird, sind die Kappe 62 und die Klinge 61 in den selben Positionen angeordnet, wie zur Zeit des Abwischvorganges. Im Ergebnis dessen kann die Oberfläche der Austragöffnung des Aufzeichnungskopfes abgewischt werden.
Die Bewegung des Aufzeichnungskopfes in die Ruhestellung, benachbart zum Aufzeichnungsgebiet wird auch in vorbestimmten Intervallen während der Bewegung des Aufzeichnungskopfes in das Aufzeichnungsgebiet zum Zwecke der Aufzeichnung eines Bildes sowie zur Zeit der Beendigung des Aufzeichnungsvorganges und zur Zeit des Austragreinigungsvorganges ausgeführt. Zu den Zeiten der vorgenannten Bewegungen wird der erwähnte Abwischvorgang ausgeführt.
Fig. 7 stellt ein Beispiel einer Tintenpatrone bzw. -kartouche dar, welche die durch ein Röhrchen zuzuführende Tinte aufnimmt. In Fig. 7 stellt Bezugsziffer 40 einen Tintenaufnahmeabschnitt dar, beispielsweise eine Tintentasche, die die zuzuführende Tinte aufnimmt, und der Tintenaufnahmeabschnitt hat einen Gummistopfen 42 in seinem vorderen Teil. Durch Einsetzen einer (in der Darstellung weggelassenen) Nadel in den Stopfen 42 kann die Tinte in der Tintentasche 40 dem Kopf zugeführt werden. Die Bezugsziffer 44 stellt einen Aufnehmer zur Aufnahme verschütteter Tinte dar. Es ist von Vorteil, wenn der Tintenaufnahmeabschnitt mit der Tinte in Kontakt kommenden Oberflächen hat, die aus einem Polyolefin, insbesondere aus Polyethylen, gefertigt sind. Die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den oben erläuterten Aufbau beschränkt, bei dem der Kopf und die Tintenpatrone einzeln vorgesehen sind. Eine Tintenstrahl- Aufzeichnungsvorrichtung gemäß Fig. 8, die eine mit dem Kopf integrierte Tintenpatrone aufweist, kann ebenso eingesetzt werden.
In Fig. 8 stellt Ziffer 70 eine Aufzeichnungseinheit dar, welche den Tintenaufnahmeabschnitt - beispielsweise einen Tintenabsorber - enthält, welcher die Tinte aufnimmt. Die Tinte im Tintenabsorber wird als Tintentröpfchen aus einem Kopfabschnitt 71 mit einer Mehrzahl von Öffnungen ausgetragen. Es ist von Vorteil, wenn der Tintenabsorber aus Polyurethan oder Zellulose oder Polyvinylacetal gefertigt ist. Ziffer 72 stellt einen Verbindungsanschluß zur Atmosphäre dar, welcher eine Verbindung des Innenteils der Aufzeichnungseinheit mit der Atmosphäre darstellt. Die Aufzeichnungseinheit 70 wird anstelle des Aufzeichnungskopfes nach Fig. 6 eingesetzt, wobei die Aufzeichnungseinheit 70 vom Wagen 66 abnehmbar ist.

Beispiele

Nachfolgend werden Beispiele und Vergleichsbeispiele zur weiteren speziellen Erläuterung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hierbei bedeutet der Begriff "Teile" Gewichtsteile.

Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 10

Die in den Tabellen 1-1 und 1-2 gezeigten Komponenten wurden in einem Becher gemischt und bei 25ºC vier Stunden umgerührt. Die Mischung wurde unter Druck unter Einsatz eines Membranfilters mit einer Porengröße von 0,22 um gefiltert. Das Styren-Acrylsäure-Copolymere wird jedoch mit einem 70ºC-Wasserbad zusammen mit Amin und Wasser eingespritzt, so daß seine Harzkomponente vollständig aufgelöst wurde. Im Ergebnis wurde es vor der Zugabe in eine wässrige Lösung überführt, die 15 Gew.-% Harzkomponente enthielt. Tabelle 1-1
Bal: Rest
(*1) Harz A: Styren-Acrylsäure-Ethylacrylat-Copolymeres, Säurezahl: 190, gewichtsbezogenes mittleres Molekülgewicht: 9.800
(* 2) Harz B: Styren-Acrylsäure-Butylacetat-Copolymeres, Säurezahl: 140, gewichtsbezogenes mittleres Molekülgewicht: 11.000
(* 3) Harz C: Styren-Acrylsäure-Ethylacrylat-Copolymeres, Säurezahl: 140, gewichtsbezogenes mittleres Molekülgewicht: 5.700
(*4) Harz D: Styren-Acrylsäure-Halbester-Maleinsäureanhydrid-Copolymeres, Säurezahl: 190, gewichtsbezogenes mittleres Molekülgewicht: 15.000 Tabelle 1-2
Die vorgenannte Tinte und ein Tintenstrahldrucker (Auflösung: 360 DIP und Tintenaustragmenge: 40 pl), hergestellt von Canon, zum Austrag von Tinte durch den Einfluß von Wärmeenergie wurden zur Ausführung eines Druckes auf Normalpapier (PPC-SK-Papier, hergestellt von Canon) zur Bewertung der Fixierung, der OD, der Ausbildungsbeständigkeit, der Qualität des gedruckten Bildes, der Fixierungseigenschaften, die Austragstabilität, der Austraggeschwindigkeit, des Frequenzansprechens und der anfänglichen Austrageigenschaften benutzt. Weiterhin wurden die folgenden Referenzfaktoren gemessen: Ausblutungsverhältnis, Oberflächenspannung der Tinte, Viskosität und Vorwärts-Kontaktwinkel. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2-1 und 2-2 dargestellt. Die Bewertungsergebnisse und Kriterien sind die folgenden:

(1) Fixierung

Alphabetische Zeichen und Zahlen wurden auf das SK-Papier gedruckt, und die erzeugten Bilder wurden mit einem Filterpapier (Nr. 2, hergestellt von Toyo) nach 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 Sekunden gerieben. Die Bewertung wurde in Abhängigkeit davon vorgenommen, nach wie viel Sekunden eine Verunreinigung des gedruckten Abschnittes nicht mehr auftaucht (bei 20 ± 5ºC und 50 ± 10% Luftfeuchtigkeit).
A: 15 Sekunden oder kürzer,
B: 16 bis 30 Sekunden,
C: 31 Sekunden oder länger

(2) OD

Ein zusammenhängender Druck wurde auf das SK-Papier ausgeführt, und dann wurde der bedruckte Gegenstand bei Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit für 24 Stunden oder länger stehengelassen. Der bedruckte Abschnitt wurde mit ei nem Macbeth-Dichtemesser (RD 918) ausgemessen, wodurch der OD-Wert ermittelt wurde.
A: mehr als 1, 2,
B: 1,0 bis 1, 2,
C: kleiner als 1,0

(3) Ausblutungsbeständigkeit

Ein zusammenhängender gelber Druck wurde auf dem SK-Papier erzeugt, und in das gelbe Bild wurden alphabetische Zeichen und Zahlen gedruckt und dann wurde der bedruckte Gegenstand für eine oder mehrere Stunden bei Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit stehengelassen. Anschließend wurde eine auf Punktniveau auftretende Ausblutung und die Kantenschärfe bewertet.
A: Es wurde kein Ausbluten beobachtet und eine scharfe Kante gebildet
B: Es wurde etwas Ausbluten beobachtet, und die Kante war nicht scharf.
C: Übermäßig ausgeblutet, und Punkte und Kanten waren nicht scharf.

(4) Qualität des gedruckten Bildes

Alphabetische Zeichen und Zahlen wurden auf das SK-Papier gedruckt, und der bedruckte Gegenstand wurde für eine Stunde oder länger stehengelassen und dann wurden das Ausbluten auf Punktniveau und die Punktschärfe unter atmosphärischen Bedingungen von 25ºC und 60% Luftfeuchtigkeit bewertet.
A: Es wurde kein Ausbluten beobachtet und eine scharfe Kante gebildet
B: Es wurde etwas Ausbluten beobachtet, und die Kante war nicht scharf.
C: Übermäßig ausgeblutet, und Punkte und Kanten waren nicht scharf.

(5) Fixierungseigenschaften

Eine vorbestimmte Tinte wurde in den Drucker gefüllt, und es wurden für 10 Minuten zusammenhängend alphabetische Zeichen und Zahlen gedruckt. Dann wurde der Druckvorgang beendet und der Drucker 30 Tage stehengelassen, wobei eine Abdeckung über den Drucker gelegt wurde. (Bedingungen: 60ºC und 10 ± 5% Luftfeuchtigkeit). Dann wurden wieder alphabetische Zeichen und Zahlen gedruckt, um die Eigenschaften in Abhängigkeit von der Anzahl der Reingiungsvorgänge zu bewerten, die erforderlich waren, um die ursprüngliche Druckqualität wiederzugewinnen.
A: Ein in der Anfangsphase gleichwertiger Druck war ohne Reinigungsvorgang möglich.
B: Ein in der Anfangsphase gleichwertiger Druck war nach Ausführung von 1 bis 5 Reinigungsvorgängen möglich.
C: Ein in der Anfangsphase gleichwertiger Druck war nach Ausführung von 6 bis 10 Reinigungsvorgängen möglich.
D: Ein in der Anfangsphase gleichwertiger Druck war nach Ausführung von 10 oder mehr Reinigungsvorgängen möglich

(6) Austragsstabilität, Austraggeschwindigkeit und Frequenzansprechen

Die Canon-Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf-Bewertungsvorrichtung CADAS (eine Vorrichtung, welche eine Stroboskop-Einheit, ein Mikroskop, eine Kamera und einen Monitor zur Beobachtung des Austrages aufweist, wobei auch eine andere Vorrichtung mit vergleichbarer Leistungsfähigkeit benutzt werden könnte), wurde zur Messung der Streuung der Austragstabilität, der Austraggeschwindigkeit und des Frequenzansprechens in Abhängigkeit von der Tinte unter den gleichen Bedingungen nutzt, unter denen der Kopf des Druckers angesteuert wird.

(6)-1 Austragsstabilität

Der CADAS wurde zur Messung der Austraggeschwindigkeit 30 · bei 4 KHz eingesetzt, und die Standardabweichung der Ergebnisse wurde zur Bewertung der Austragsstabilität herangezogen.
A: 0 bis 0,5 m/s, B: 0,5 bis 1,0 m/s, C: 1,0 m/s oder höher

(6)-2 Austraggeschwindigkeit

Der CADAS wurde zur Messung der Austraggeschwindigkeit 30 · bei 4 KHz benützt, und der Mittelwert der Ergebnisse wurde zur Bewertung der Austraggeschwindigkeit herangezogen.
A: 7 bis 15 m/s, B: 5 bis 7 mls, C: 5 mls oder niedriger

(6)-3 Frequenzansprechen

Die Tinte wurde bei einer Ansteuerfrequenz von 0,1 KHz durch den CADAS ausgetragen, und die Frequenz wurde schrittweise zur Feststellung der Frequenz erhöht, bei der der Austrag installiert wurde, derart, daß die Form des Austrages kein Haupttröpfchen mehr hatte, sondern in eine scharfe Gestalt überging.
A: 4 KHz oder höher, B: 2 bis 4 KHz, C: 2 KHz oder niedriger

(7) Austrageigenschaften

Die Tinte wurde derart unter Atmosphärenbedingungen ausgetragen, daß die Temperatur bei 15ºC und die Luftfeuchtigkeit bei 10% war und dann wurde für eine vorbestimmte Zeit keine Kappe aufgesetzt, und anschließend wurde wieder Tinte ausgetragen. Der Zustand der ersten Tröpfchen des erneuten Austrages wurde be obachtet, um die Anfangs-Austrageigenschaften in Abhängigkeit von der Zeit zu bewerten, in der ein ausgezeichneter Austragzustand realisiert wurde.
A: länger als 30 Sekunden, B: 20 bis 30 Sekunden, C: 5 bis 20 Sekunden,
D: kürzer als 5 Sekunden.

(8) Ausblutungsverhältnis

200.000 Tröpfchen wurden ausgetragen, und die hierbei benötigte Menge wurde aus dem Gewicht der Tintentasche bestimmt. Das Gewicht pro Tröpfchen wurde berechnet und das Ergebnis wurde durch das spezifische Gewicht der Tinte dividiert, so daß das Volumen pro Tröpfchen berechnet wurde. Es wurde die Annahme getroffen, daß das Tintentröpfchen kugelförmig sei. Der Durchmesser der Kugel entsprechend dem genannten Volumen wurde berechnet, und das Ergebnis wurde als Durchmesser des Tröpfchens verwendet. Der so erhaltene Durchmesser des Tröpfchens und der Durchmesser des Punktes, der auf das SK-Papier gedruckt wurde, wurden zur Berechnung des Ausblutungsverhältnisses benutzt.
Ausblutungsverhältnis = Punktdurchmesser / Tröpfchendurchmesser

(9) Oberflächenspannung

Ein Kyowa-CBVP-Oberflächenspannungsmesser A-1 (hergestellt von Kyowa) wurde zur Messung der Oberflächenspannung bei 25ºC verwendet.

(10) Vorwärts-Kontaktwinkel (Tröpfchenverfahren)

Eine Kontaktwinkel-Meßvorrichtung CA-TYPE (hergestellt von Kyowa Interfacial Science) wurde derart eingesetzt, daß die Tinte aus einer Spritze derart ausgetragen wurde, daß ein Tröpfchen mit einem Durchmesser von 2,8 mm erhalten wird. Das so ausgetragene Tröpfchen wurde in Kontakt mit dem SK Papier gebracht, um die Tinte zu übertragen, und dann wurde das Papier geneigt, um zuerst den Winkel zu erhalten, bei dem das Tröpfchen abtropft. Danach wurde der niedrigere Winkel (der Vorwärtswinkel) der Tropfenwinkel an der Grenzfläche zwischen der Tinte und der Papieroberfläche gemessen, und das Ergebnis wurde als der Vorwärts- Kontaktwinkel bei 25ºC genommen.

(11) Viskosität

Ein Viskosimeter vom E-Typ VISCONIC ELD (hergestellt von Tokyo Keiki) wurde zur Messung der Viskosität bei 25ºC eingesetzt. Tabelle 2-1
Fußnote) Oberflächenspannung · 10&supmin;&sup5; N/cm, Viskosität · 10&supmin;³ Pa·s Tabelle 2-2
Es wurden vier Typen farbiger Tinten entsprechend der Beispiele 1 bis 4 in den oben erwähnten Tintenstrahldrucker gefüllt und viel- bzw. vollfarbige Bilder auf Normalpapier SK, erzeugt, wobei qualitativ hochwertige Farbbilder ohne Ausblutung zwischen verschiedenen Farben erhalten wurden.
Die genannten Tinten wurden in die in Fig. 7 gezeigte Tintenpatrone und die in Fig. 8 gezeigte Aufzeichnungseinheit gefüllt, und die erwähnten Einheiten wurden für drei Monate stehen gelassen. Dann wurden die Tinten in die Drucker gefüllt, um den Aufzeichnungsvorgang auszuführen. Es ergab sich, daß ein Verstopfen der Öffnungen ausblieb und ausgezeichnete Aufzeichnungseigenschaften erreicht wurden.

Beispiele 9 - 1 5

Die in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen wurden benützt, um eine Tinte ähnlich der Beispiele 1-7 zur Bewertung der vorstehenden Faktoren herzustellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Die Zusammensetzung der Harze ist in Tabelle 4 gezeigt.
Der pH-Wert der Tinte bei 25ºC wurde unter Verwendung eines pH-Messers F-11 (hergestellt von Horiba) gemessen. Tabelle 3 Tabelle 4 Tabelle 5

Beispiele 16-22

Die in Tabelle 6 gezeigten Zusammensetzungen wurden benutzt, und es wurden Tinten ähnlich den Beispielen 1-7 präpariert, um ähnliche Bewertungen auszuführen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. Es wurde ein Harz ähnlich dem in Tabelle 4 eingesetzt.
Ein neuer Faktor wurde hinzugefügt, nämlich die Tintenhaltbarkeit.

(12) Haltbarkeit

Tinte wurde in eine hitzebeständige Flasche mit Schraubverschluß (ein Duran 50- Glas hergestellt in der Bundesrepublik Deutschland) gefüllt und in einem konstant bei 60ºC temperiertem Tank aufbewahrt sowie nach einem, zwei bzw. drei Monaten herausgenommen.
A: Die Tinte war nach Ablauf von 3 Monaten nicht denaturiert
B: Die Tinte war nach Ablauf von 3 Monaten denaturiert
C: Die Tinte war nach Ablauf von 2 Monaten denaturiert
D: Die Tinte war nach Ablauf von 1 Monat denaturiert Tabelle 6 Tabelle 7
Wie oben beschrieben, bewirkt der Einsatz der Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung, daß das Tintentröpfchen sich angemessen in lateraler Richtung der Oberfläche des Normalpapiers ausbreitet, wobei ein irreguläres Ausbluten verhindert wird, kann die Tinte in Tiefenrichtung des Papiers nicht leicht in das Papier eindringen. Daher kann die Aufzeichnungsdichte erhöht werden, das Trocknen kann schnell beendet werden, es kann eine hohe Qualität des gedruckten Bildes erreicht werden und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden. Im Ergebnis kann das Auftreten eines Ausblutens verhindert werden.

Claims

1. Tinte, welche aufweist

- einen wasserlöslichen Farbstoff und

- ein flüssiges Medium zum Auflösen des Farbstoffs, wobei das flüssige Medium aufweist

(a) ein alkalilösliches Harz in einem Anteil zwischen 0,01 und 5,0 Gew.-% des Gesamtgewichts der Tinte,

(b) eine basische Substanz,

(c) ein Glykol in einem Anteil von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte,

(d) ein schwefelhaltiges organisches Lösungsmittel in einem Anteil von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, und

(e) Wasser,

und wobei

- die Oberflächenspannung und die Viskosität der Tinte 26 · 10&supmin;&sup5; N/cm bis 40 · 10&supmin;&sup5; N/cm bzw. 0,7 · 10&supmin;³ Pa·s bis 12 · 10&supmin;³ Pa·s betragen, wobei die Oberflächenspannung der bei 25ºC (unter Verwendung eines Kyowa- CB VP-Oberflächenspannungsmessers A1, hergestellt von Kyowa), gemessene Wert ist und die Viskosität der mit einem E-Typ-Viskosimeter bei 25ºC (unter Einsatz eines VISCONIC ELD-Viskosimeters, hergestellt von Tokyo Keiki) gemessene Wert ist, und

- der Vorwärts-Kontaktwinkel bezüglich eines Aufzeichnungsmediums, auf das ein Bild gedruckt wird, bei 25ºC von 60 bis 180º reicht.

2. Tinte nach Anspruch 1, bei der der Vorwärts-Kontaktwinkel bei 25ºC von 90º bis 180º reicht.

3. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Viskosität im Bereich zwischen 1 · 10&supmin;³ Pa·s und 4 · 10&supmin;³ Pa·s liegt.

4. Tinte nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Oberflächenspannung im Bereich zwischen 30 · 10&supmin;&sup5; N/cm und 40 · 10&supmin;&sup5; N/cm liegt.

5. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das schwefelhaltige organische Lösungsmittel ein Lösungsmittel umfaßt, welches aus der aus Thiodiglykol, Sulforan und Dimethylsulfoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

6. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das alkalilösliche Harz ein Copolymeres aufweist, welches eine hydrophobe Verbindung und Carboxylsäure und/oder ein Carboxylsäurederivat umfaßt.

7. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das alkalilösliche Harz ein Styren-Acrylsäure-Copolymeres enthält.

8. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das alkalilösliche Harz eine im Bereich von 100 bis 250 liegende Säurezahl hat.

9. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das alkalilösliche Harz eine im Bereich von 130 bis 210 liegende Säurezahl hat.

10. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das akalilösliche Harz ein gewichtsbezogenes mittleres Molekülgewicht im Bereich von 3000 bis 50000 hat.

11. Tinte nach Anspruch 10, bei der das alkalilösliche Harz ein gewichtsbezogenes mittleres Molekülgewicht im Bereich von 4000 bis 20000 hat.

12. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das alkalilösliche Harz 0,01 bis 2,0 Gew.-% des Gesamtgewichts der Tinte ausmacht.

13. Tinte nach Anspruch 12, bei der das alkalilösliche Harz 0,1 bis 0,9 Gew.-% des Gesamtgewichts der Tinte ausmacht.

14. Tinte nach Anspruch 1, bei der das alkalilösliche Harz ein Copolymeres von Styren, Acrylsäure und Acrylsäure-Alkylester ist, wobei das Copolymere eine Säurezahl zwischen 100 und 250 und ein gewichtsbezogenes mittleres Molekülgewicht zwischen 3000 und 50000 hat.

15. Tinte nach Anspruch 14, bei der das Acrylsäure-Alkylester des Copolymeres Ethylacrylat ist und der Anteil des Styrens zwischen 30 und 80 Gew.-%, der Anteil der Acrylsäure zwischen 7 und 40 Gew.-% und der Anteil des Ethylacrylats zwischen 10 und 30 Gew.-%, je bezogen auf das Gesamtgewicht des Harzes, liegen.

16. Tinte nach Anspruch 14, bei der das Copolymere ein Copolymeres aus 60 Gew.-% Styren, 20 Gew.-% Acrylsäure und 20 Gew.-% Ethylacrylat ist.

17. Tinte nach Anspruch 14, bei der das Copolymere ein Copolymeres aus 53 Gew.-% Styren, 27 Gew.-% Acrylsäure und 20 Gew.-% Ethylacrylat ist.

18. Tinte nach Anspruch 14, bei der das Copolymere ein Copolymeres aus 50 Gew.-% Styren, 10 Gew.-% α-Methylstyren, 29 Gew.-% Acrylsäure und 11 Gew.-% Butylacrylat, je bezogen auf das Gesamtgewicht des Harzes, ist.

19. Tinte nach Anspruch 14, bei der das Copolymere ein Copolymeres aus 39 Gew.-% Styren, 20 Gew.-% α-Methylstyren, 29 Gew.-% Acrylsäure und 12 Gew.-% Ethylacrylat, je bezogen auf das Gesamtgewicht des Harzes, ist.

20. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Wasser 70 bis 95% des Gesamtgewichtes der Tinte ausmacht.

21. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche weiterhin Pyrrolidon aufweist.

22. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche weiter ein oberflächenaktives Mittel aufweist.

23. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der mehrwertige Alkohol zwei oder mehr Arten von Lösungsmitteln aufweist.

24. Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüchen, bei der der pH-Wert zwischen 8 und 1 l liegt.

25. Verwendung der Tinte nach einem der vorangehenden Ansprüche bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, welches die Schritte aufweist

- Bereitstellen der Tinte in einer Aufzeichnungsvorrichtung, welche Tintenpatronenöffnungen aufweist, Ausbilden von Tintentröpfchen und

- Austragen der Tintentröpfchen durch Tintenaustragöffnungen der Aufzeichnungsvorrichtung im Ansprechen auf ein Aufzeichnungssignal.

26. Verwendung nach Anspruch 25, bei der Tintentröpfchen durch Einwirkung von Wärmeenergie auf die Tinte ausgetragen werden.

27. Verwendung der Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 24 in einer Aufzeichnungseinheit, welche aufweist:

- einen Tintenaufnahmeabschnitt, welcher die Tinte aufnimmt, und

- einen Kopfabschnitt zum Austragen der Tinte in Form von Tintentröpfchen.

28. Verwendung nach Anspruch 27, bei der der Kopfabschnitt zum Austragen von Tintentröpfchen durch Einwirkung von Wärmeenergie auf die Tinte ausgebildet ist.

29. Verwendung der Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 24 in einer Tintenpatrone mit einem Tintenaufnahmeabschnitt, welcher die Tinte aufnimmt.

30. Verwendung der Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 24 in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die eine Aufzeichnungseinheit aufweist, welche einen Tintenaufnahmeabschnitt und einen Kopfabschnitt zum Austragen der Tinte in Form von Tintentröpfchen enthält.

31. Verwendung einer Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 24 in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, welche aufweist

- einen Aufzeichnungskopf zum Austragen von Tintentröpfchen,

- eine Tintenpatrone mit einem Tintenaufnahmeabschnitt, welcher Tinte aufnimmt, und

- einen Tintenzufuhrabschnitt zum Zuführen von Tinte aus der Tintenpatrone in den Aufzeichnungskopf.