DE69427516T2

DE69427516T2 - Tinte, Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren und Aufzeichnungsgerät, welche diese Tinte verwenden

Info

Publication number: DE69427516T2
Application number: DE69427516T
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Noguchi; Masako Shimomura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2014-11-11
Also published as: JPH07138510A; JP3302135B2; EP0654511B1; DE69427516D1; US5686508A; EP0654511A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Tinte, insbesondere einer Pigmenttinte für die Tintenstrahlaufzeichnung.

In Beziehung stehender Stand der Technik

Ein Tintenstrahlsystem weist die Vorteile auf, daß bei der Aufzeichnung weniger Lärm entsteht und daß durch die Verwendung eines hochintegrierten Kopfes mit hoher Geschwindigkeit ein aufgezeichnetes Bild mit hoher Auflösung und mit hoher Geschwindigkeit erhalten werden kann.
Solch ein Tintenstrahlaufzeichnungssystem verwendet als Tinte eine Lösung, die durch das Lösen eines wasserlöslichen Farbstoffes in Wasser oder einer Mischung aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel erhalten wurde. Die Verwendung des wasserlöslichen Farbstoffes führt jedoch oft dazu, daß das Bild auf Grund der schlechten Lichtbeständigkeit des wasserlöslichen Farbstoffes eine geringe Lichtbeständigkeit und auf Grund der Wasserlöslichkeit der Tinte eine schlechte Wasserlöslichkeit aufweist. Das heißt, wenn das aufgezeichnete Bild mit Regen, Schweiß oder Trinkwasser in Berührung kommt, verläuft oder verschwindet es manchmal.
Um die Beständigkeit zu verbessern, wurden Untersuchungen angestellt, um ein wasserlösliches Pigment mit ausgezeichneter Wasser- und Lichtbeständigkeit zu finden. Insbesondere saurer Kohlenstoff mit einem geringen Gehalt an flüchtigen Stoffen und einem tiefen pH-Wert wurde, wie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-210373 offenbart, untersucht, weil die Verwendung solch eines Kohlenstoffs Bilder mit einer sehr hohen Dichte ungeachtet der Art des verwendeten Papiers ergibt.
Da solch ein saurer Kohlenwasserstoff jedoch eine Dispersionsstabilität zeigt, die viel schlechter als diejenige von herkömmlichen basischen Kohlenstoff ist, ist die Auswahl der Art, der Menge und der Säurezahl des Dispersionsmittels und des Neutralisationsmittels (alkalische Substanz) für die Neutralisierung des verwendeten Dispersionsmittels stark eingeschränkt. Außerdem zeigen selbst Tinten, die durch die Verwendung ausgewählter Materialien hergestellt wurden, auf Grund der Verdampfung einer nur kleinen Wassermenge eine rasche Zunahme der Viskosität der Tinte und eine Pigmentagglomeration und Pigmentabscheidung. Anders ausgedrückt muß, um verschiedenen Eigenschaften der Tinte, die sauren Kohlenstoff enthält, wie der Dispersionsstabilität, der Ausstoßstabilität, den Wiederherstellungseigenschaften der Eigenschaft, den pH-Wert beizubehalten, zu genügen, mindestens ein schwach alkalisches Feuchthaltemittel mit chemischer Stabilität zugegeben werden. In den U.S.-Patentschriften Nr. 5,173,112 und 5,250,109 wird ein Amid eines Polyoxyalkylamins, ein Sulfonamid, Harnstoff oder ein Thioharnstoffderivat zu einer Farbstoff- oder Pigmenttinte gegeben, um die Beständigkeit gegenüber einer Verklumpung und die Lagerbeständigkeit zu verbessern. Wie vorstehend beschrieben kann jedoch nur ein schmaler Bereich gestatteter Substanzen mit dem sauren Kohlenstoff kombiniert werden, und durch diese Substanzen kann keine ausreichende Zuverlässigkeit erhalten werden.
Die japanische Patentschrift Nr. 61-55552 offenbart verschiedene Feuchthaltemittel für Farbstofftinte. In dieser Veröffentlichung werden jedoch die Mengen des in einer Tinte, die sauren Kohlenstoff enthält, verwendeten Dispersionsmittels und verwendeten Feuchthaltemittels nicht untersucht.
Die japanische Patentschrift Nr. 1-28790 und die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-85375 offenbaren Versuche zur Lösung der vorstehenden Probleme durch die Zugabe von Harnstoff zu einer Pigmenttinte. Wenn jedoch Harnstoff zu einer Tinte gegeben wird, die Kohlenstoff mit einem geringen Gehalt an flüssigen Stoffen und einem tiefen pH-Wert enthält, führen Ammoniumionen, die durch die Zersetzung des Harnstoffs erzeugt werden, zu einer chemischen Veränderung des Kohlenstoffs oder des Dispersionsmittels, wodurch eine Agglomeration des Pigments gefördert wird. Dementsprechend muß, um ein Verstopfen der Tintenausstoßöffnung zu verhindern, ein Vor-Ausstoß erfolgen. Zu einer Verstopfung und einer Verschlechterung der Wiederherstellung kommt es nicht nur in der Ausstoßöffnung, sondern auch in der Tintenzufuhrröhre und dem Wiederherstellungssystem (Reinigung des Kopfes mittels Absaugens).
Obwohl ein herkömmliches Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem oft einen Kopf einschließt, der einstückig mit dem Tintenbehälter, der Tinte enthält, ausgebildet ist, verbreitete sich in letzter Zeit ein getrenntes System, das einen Kopf und einen Tintenbehälter enthält, die voneinander getrennt sind.
In solch einem getrennten System sind, da leicht Wasser aus dem Verbindungsbereich zwischen dem Kopf und dem Tintenbehälter austritt, was zu einer Agglomeration des Pigmentes führt, ausgeprägtere Tinteneigenschaften erforderlich.
Desweiteren werden üblicherweise durch den Ammoniak, der durch Zersetzung entsteht, Metallteile in dem System korrodiert, was zu einem Geruch führt, der vom Anwender als unangenehm wahrgenommen wird.
Zur Lösung der vorstehenden Probleme wurden andere Verfahren als die Zugabe von Harnstoff zu der Tinte, beispielsweise ein Verfahren der Erhöhung des Verhältnisses von Dispersionsmittel zu Pigment, um eine Agglomeration zu verhindern, untersucht.
Da die Viskosität der Tinte mit der Zunahme des Verhältnisses von Dispersionsmittel zu Pigment zunimmt, nimmt die Sedimentationsgeschwindigkeit gemäß der Stokeschen Gleichung der Sedimentationsgeschwindigkeit ab, wodurch die Agglomeration verzögert wird und dadurch das Problem von Sedimenten auf Grund einer Agglomeration des Pigments gelöst wird.
Eine Zunahme der Viskosität der Tinte verschlechtert jedoch die Ausstoßeigenschaften der Tinte. Insbesondere in einem Tintenstrahlaufzeichnungssystem der Art, in dem die Tintentröpfchen auf Grund der Einwirkung von Wärmeenergie ausgestoßen werden und ein Aufzeichnungsbild erzeugen, tritt das Problem auf, daß bei einer Zunahme der Konzentration der organischen Substanz in der Tinte die thermisch zersetzte organische Substanz an dem Heizteil anhaftet und somit das Schäumen der Tinte unterbricht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Verwendung einer Tinte für eine kombinierte Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, die beide wie im vorliegenden Anspruch 1 definiert sind. Die Tinte umfaßt sauren Ruß mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von 3 bis 8 Gewichts-% und ein wasserlösliches Harz mit einem mittleren Molekulargewicht in einem Bereich von 3.000 bis 30.000, die beide in einem wäßrigen flüssigen Medium gelöst sind, und eine Verbindung, die durch die nachstehende Formel (I) wiedergegeben wird, wobei das Gewichtsverhältnis aus dem sauren Ruß und dem wasserlöslichen Harz in einem Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1 liegt.
R&sub1;R&sub2;NCONHCH&sub2;CH&sub2;OH (I)
worin R&sub1; und R&sub2; jeweils für Wasserstoff oder CnH&sub2;nOH stehen, n 2 oder 3 ist, unter der Bedingung, daß R&sub1; und R&sub2; nicht gleichzeitig Wasserstoff sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Fig. 1(A) und 1(B) stellen eine perspektivische Explosivdarstellung und eine äußere perspektivische Ansicht dar, die ein Beispiel für den Aufbau eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes für die Verwendung in der Erfindung erläutern.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Tintenstrahldruckers zeigt, der den in Fig. 1 gezeigten Aufzeichnungskopf enthält; und
Die Fig. 3(A) und 3(B) sind Schnittansichten, die den Zustand zeigen, in dem das in den Fig. 1(A) und 1(B) gezeigte Aufzeichnungskopfelement mit einem Tintenbehälter verbunden ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Als Ergebnis der Forschungen über die Tintenstrahlaufzeichnung wurde gefunden, daß durch die Verwendung einer Tinte, die einen bestimmten sauren Kohlenstoff und ein wasserlösliches Harz in einem bestimmten Verhältnis und ein Harnstoffderivat enthält, das durch die Formel (I) wiedergegeben wird, ein Druckbild erhalten werden kann, das eine ausgezeichnete Echtheit und eine hohe Dichte aufweist, und eine ausgezeichnete Dispersionsstabilität, Ausstoßstabilität, ausgezeichnete Wiederherstellungseigenschaften und eine ausgezeichnete pH-Wert-Beständigkeit zeigt.
Das Harnstoffderivat, das für die Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, charakteristisch ist, wird durch die nachstehende Formel (I) wiedergegeben:
R&sub1;R&sub2;NCONHCH&sub2;CH&sub2;OH (I)
worin R&sub1; und R&sub2; jeweils Wasserstoff oder CnH&sub2;nOH sind, n für 2 oder 3 steht, unter der Voraussetzung, daß R&sub1; und R&sub2; nicht gleichzeitig Wasserstoff sind.
Beispiele für solch ein Harnstoffderivat sind nachstehend angeführt:
(1) R&sub1; = H, R&sub2; = CH&sub2;CH&sub2;OH
(2) R&sub1; = CH&sub2;CH&sub2;OH, R&sub2; = CH&sub2;CH&sub2;OH
(3) R&sub1; = H, R&sub2; = CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;OH
(4) R&sub1; = CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;OH, R&sub2; = CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;OH
Unter diesen Derivaten ist 1,3-Bis(β-hydroxyethyl)harnstoff bevorzugt.
Das Harnstoffderivat, das durch die Formel (I) wiedergegeben wird, weist eine Struktur auf, die der des Harnstoffs gleicht und enthält in ihrem Molekül 2 oder 3 Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) mit hoher Affinität zum Wasser. Das Harnstoffderivat weist somit eine Wasserrückhaltung auf, die der des Harnstoffs überlegen ist, der bereits eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsrückhaltung aufweist, und erzeugt durch eine Hydrolyse Alkanolamin in einem geringerem Ausmaß als bei der Erzeugung von Ammoniumionen durch den Harnstoff. Da das erzeugte Alkanolamin eine gute Verträglichkeit mit Wasser und anderen Lösungsmitteln aufweist, fungiert es als Mittel zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes, und verdampft auf Grund seines hohen Siedepunktes nur schwer, und es kommt kaum zu einem Versagen Tintenausstoßes auf Grund einer Agglomerisation und einem Eintrocknen des verwendeten Pigmentes. Somit weist die in der Erfindung verwendete Tinte ausgezeichnete Wiederherstellungseigenschaften auf.
Obwohl der Gehalt des Harnstoffderivats in der in der Erfindung verwendeten Tinte von der Menge und der Art des verwendeten Farbmittels oder dem angewandten Aufzeichnungsverfahren abhängt, liegt der Gehalt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 10 Gewichts-%, bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 1 bis 10 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Bei einem Gehalt von kleiner 0,1 Gewichts-% zeigt sich hinsichtlich der Verhinderung eines Anhaftens an der Spitze der Düse keine Wirkung. Bei einem Gehalt von größer 10 Gewichts-% verschlechtern sich die Ausstoßeigenschaften.
Das Verfahren der Synthese des durch die Formel (I) wiedergegebenen Harnstoffderivats ist nachstehend beschrieben. Wird die Struktur des Harnstoffderivats genauer betrachtet, so scheint es, daß das Derivat durch die Zugabe von Ethylenoxid zu Harnstoff synthetisiert werden kann. Tatsächlich kann das Derivat jedoch nicht durch dieses Verfahren synthetisiert werden. Der Grund dafür ist nachstehend beschrieben. Ethylenoxid ist im allgemeinen ein Gas, Harnstoff hingegen ist fest und muß geschmolzen oder in einem Lösungsmittel gelöst werden, damit er eine Lösung bildet. Da Harnstoff jedoch thermisch zersetzt wird, ist ein Schmelzen des Harnstoffs nicht wünschenswert. Außerdem wird der Harnstoff, da er in einem protonenliefernden polaren Lösungsmittel, wie Wasser, Glycerin oder Ethylenglykol, die zum Lösen von Harnstoff verwendet werden, eine Additionsreaktion eingeht, beim Erwärmen mit dem polaren Lösungsmittel vor der Additionsreaktion mit dem Ethylenoxid reagieren. Nichtprotische polare Lösungsmittel, wie N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid und ähnliches lösen den Harnstoff nicht. Dementsprechend ist das Verfahren der Synthese des Derivats mittels der Zugabe von Ethylenoxid zu dem Harnstoff nicht anwendbar. Andererseits kann 2-Oxo-oxazolidin jeweils mit Monoethanolamin, Monopropanolamin, Diethanolamin oder Dipropanolamin gemischt werden und die so gebildeten Mischungen werden anschließend in einem Ölbad ungefähr 20 Minuten lang bei 120 bis 130ºC erwärmt, abgekühlt und mit Aceton auskristallisiert, um nach dem in der japanischen Patentschrift Nr. 49-33933 offenbarten Verfahren jeweils 1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)harnstoff, (1-γ-hydroxypropyl-3-(β-hydroxyethyl)harnstoff, 1,1-Bis- (β-hydroxyethyl)-3-(β-hydroxyethyl)harnstoff oder 1,1-Bis- (γ-hydroxypropyl)-3-(β-hydroxyethyl)harnstoff zu erhalten.
Der saure Ruß, der für die Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, charakteristisch ist, stellt einen Ruß mit sauren Gruppen auf seiner Oberfläche dar, und es wird bevorzugt Ruß mit einem pH-Wert von 5 oder weniger, der einen Gehalt an flüchtigen Stoffen von 3,5 bis 8 Gewichts-% aufweist, verwendet.
Das heißt, wenn eine in der Erfindung verwendete Aufzeichnungslösung unter Verwendung von Ruß mit einem pH-Wert von 5 oder kleiner hergestellt und zum Drucken verwendet wird, entspricht die erhaltene Druckdichte derjenigen, die durch die Verwendung einer Farbstofftinte erhalten wird, oder ist sogar höher.
Obwohl nicht klar ist, warum Ruß mit einem pH-Wert von 5 oder kleiner zu einem Tintenstrahldrucken mit hoher Dichte führt, wird angenommen, daß auf Grund der Anwesenheit vieler saurer Gruppen auf der Oberfläche in solch einem Ruß eine verstärkte Affinität der Pigmentteilchen zu dem Tintenlösungsmittel auftritt, die den pH-Wert beeinflußt, eine Mikrodispersion ermöglicht, wodurch die Druckdichte vergrößert wird.
Der pH-Wert des Rußes in der Erfindung gibt den Wert wieder, der mittels des nachstehenden Meßverfahrens erhalten wurde:
1 bis 10 g einer Rußprobe werden eingewogen und in ein Becherglas gegeben, und Wasser wird in einem Verhältnis von 10 ml pro 1 g Probe zugegeben. Das Becherglas wird mit einem Uhrglas bedeckt, gefolgt von einem iSminütigen Erwärmen zum Sieden (einige Tropfen Ethanol können hinzugefügt werden, um das Benetzen der Probe zu erleichtern). Nach dem Kochen wird das Becherglas auf Raumtemperatur abgekühlt und die überstehende Flüssigkeit wird durch Dekantieren oder Zentrifugieren abgetrennt und es bleibt eine schlammige Substanz zurück. Eine Elektrode eines Glaselektroden-pH-Meters wird in die schlammige Substanz gesteckt und der pH-Wert wird gemäß JISZ8802 (pH-Wert-Meßverfahren) gemessen. In diesem Fall wird der pH-Wert, da der gemessene Wert von der Stelle, in die die Elektrode gesteckt wurde, abhängt, unter Veränderung der Position der Elektrode durch vorsichtiges Bewegen des Becherglases, um die Oberfläche der Elektrode in ausreichendem Kontakt mit der Schlammoberfläche zu bringen, gemessen und der konstante pH-Wert wird abgelesen.
Außerdem wird die in der Erfindung verwendete Tinte unter Verwendung von Ruß mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen in einem Bereich von 3,5 bis 8 Gewichts-%, bevorzugter 4,5 bis 6,0 Gewichts-% hergestellt. Wenn diese Tinte zum Drucken verwendet wird, kann eine Druckdichte erhalten werden, die höher ist oder derjenigen entspricht, die durch die Verwendung von Farbstofftinte erhalten werden kann.
Obwohl nicht klar ist, warum Ruß mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von mindestens 3,5 Gewicht-% zu einer Tintenstrahlaufzeichnung mit hoher Druckdichte führt, wird angenommen, daß auf Grund der Anwesenheit vieler saurer Gruppen auf der Oberfläche in solch einem Ruß eine verstärkte Affinität der Pigmentteilchen für das Tintenlösungsmittel auftritt, die den pH-Wert beeinflußt, eine Mikrodispersion ermöglicht, wodurch die Druckdichte vergrößert wird.
In einem Tintenstrahlsystem, in dem die Tintentröpfchen durch den Einsatz von Wärmeenergie ausgestoßen werden, kommt es, wenn eine Tinte, die durch die Verwendung von Ruß mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen von größer 8 Gewichts-% hergestellt wurde, in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät ausgestoßen wird, zu einer Verschlechterung des Drucks. Es ist somit besonders bevorzugt Ruß mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen in einem Bereich von 3,5 bis 8,0 Gew.-% zu verwenden.
Dies rührt möglicherweise daher, daß ein übermäßig großer Gehalt an flüchtigen Stoffen zu einer Abscheidung auf der Heizvorrichtung führt.
Der Gehalt an flüchtigen Stoffen des in der Erfindung verwendeten Rußes stellt den Wert dar, der mittels des nachstehenden Meßverfahrens gemessen wurde:
Eine trockene Rußprobe wird mindestens 2 mm unter einem Deckel in einem Platintiegel oder einem Porzellantiegel mit einem abnehmbaren Deckel, die beide die gleiche Form und das gleiche Volumen aufweisen, angeordnet und die Masse der trockenen Probe wird anschließend bestimmt. Der Tiegel mit dem Deckel wird anschließend in einen elektrischen Ofen eingebracht, genau sieben Minuten lang bei 950 + 25ºC erwärmt und dann entnommen. Nachdem es ihm gestattet wurde bei Raumtemperatur in einem Exsikkator abzukühlen, wird die Masse nach dem Erwärmen ermittelt, und der flüchtige Gehalt wird gemäß der nachstehenden Gleichung berechnet:
V = WD - WR/WD · 100
worin V = Gehalt (%) an flüchtigen Stoffen
WD = Masse der trockenen Probe (g)
WR = Masse der Probe nach dem Erwärmen (g)
Bevorzugte Beispiele von Ruß, die in der Erfindung verwendet werden können, schließen Mogul-L und Regal 400 R (von Cablack Co. hergestellt); Raven 3500, Raven 1255, Raven 1060, Raven 1040 und Raven 1035 von Colombia Carbon Nihon hergestellt); Color Black FW1, Color Black FW18, Color Black 5170, Color Black 5160, Printex U, Printex V, Printex 140U, Printex 140 V, Special Black 350, Special Black 250 und Special Black 100 (von Degusa Co hergestellt); MA7, MA8, OIL 7B, OIL 11B, #2650, #2350 und #2200 (von Mitsubishi Kasei hergestellt) (alles eingetragene Warenzeichen) ein. Ruß, der frisch hergestellt wurde, kann verwendet werden, um die Aufgaben der Erfindung zu lösen.
Ruß wird im allgemeinen mittels eines Channel-Black-Verfahrens oder eines Furnace-Verfahrens hergestellt. Das Chännel-Black-Verfahren ist ein Verfahren der partiellen Verbrennung von Naturgas, Stadtgas oder Kohlenwasserstoffen als Ausgangsmaterial und der anschließenden Veranlassung einer Kollision des verbrannten Materials mit einer kalten Oberfläche. Das Furnace-Verfahren ist ein Verfahren des Versprühens von Naturgas oder einer Petroleumfraktion in einem geschlossenen Reaktionsofen, der sich in einer Hochtemperaturatmosphäre befindet, um es thermisch zu zersetzen.
Der so hergestellte Ruß wird mit Salpetersäure oder ähnlichem oxidiert, um Ruß mit der gewünschten Azidität zu erhalten.
Der Gewichtsanteil des Rußes liegt bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte.
Das für den Ruß in der Erfindung verwendete wasserlösliche Harz sollte ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts in einem Bereich von 3.000 bis 30.000, bevorzugt von 5.000 bis 15.000 aufweisen.
In dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät werden, da die Tinte aus einer Ausstoßöffnung von 50 um oder weniger ausgestoßen wird, in einem Dispersionssystem, wie Pigmenttinte, die Ausstoßeigenschaften in großem Ausmaß von der Viskosität der Tinte und der Teilchengröße des dispergierten Materials beeinflußt. Somit ist es bevorzugt die Viskosität und die Teilchengröße des dispergierten Materials so weit wie möglich zu verringern, um einen stabilen Ausstoß zu erreichen.
Wenn die gleiche Menge eines dispergierenden Harzes bzw. eines Dispersionsharzes mit hohem Molekulargewicht in einer wäßrigen Lösung gelöst wird, nimmt die Viskosität mit der Zunahme des Durchschnittsmolekulargewichts zu. Da das Dispersionsharz auf dem Außenumfang der darin gelösten Rußteilchen adsorbiert wird und ihm die Funktion zukommt, den Ruß auf Grund sterischer Hinderung stabil zu dispergieren, bedeutet eine Zunahme des Molekulargewichts des Dispersionsharzes, daß die Teilchengröße des dispergierten Materials auf Grund der Zunahme der Dicke der adsorbierten Schicht zunimmt.
Insbesondere da der saure Ruß viele Gruppen in der Nähe seiner Oberfläche aufweist, stößt er die dem Dispersionsharz, das in der Erfindung verwendet wird, zugefügten Carboxylgruppen ab, wodurch die Teilchengröße weiter zunimmt.
Das heißt, daß dann, wenn saurer Ruß in der Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, eingesetzt wird, solange keine Ausstoßstabilität erhalten werden kann, solange das mittlere Molekulargewicht des Dispersionsharzes abnimmt und die Viskosität der Tinte und die Teilchengröße des dispergierten Materials verringert. Da das Dispersionsharz jedoch auf dem Außenumfang des Rußes adsorbiert werden muß, um eine sterische Hinderung zu liefern, verschlechtert ein übermäßig niedriges mittleres Molekulargewicht die Dispersionsstabilität bei einer langandauernden Aufbewahrung.
Jedes Harz, das in wäßrigen Lösungen löslich ist, die ein darin gelöstes Amin enthalten, und ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 3.000 bis 30.000 aufweist, kann als das wasserlösliche Harz zum Dispergieren des Rußes in der Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, eingesetzt werden. Beispiele für solche wasserlöslichen Harze schließen Styrol- Acrylsäure-Copolymere, Styrol-Acrylsäure-Alkylacrylat-Copolymere, Styrol-Maleinsäure-Copolymere, Styrol-Maleinsäure- Alkylacrylat-Copolymere, Styrol-Methacrylsäure-Copolymere, Styrol-Maleinsäurehalbester-Copolymere, Vinylnaphthalin- Acrylsäure-Copolymere, Vinylnaphthalin-Maleinsäure-Copolymere und Salze davon ein. Obwohl das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Dispersionsharzes mittels verschiedener Verfahren ermittelt werden kann, wird es im allgemeinen durch GPC (Gelpermeations-Chromatografie) ermittelt. Der Gehalt des wasserlöslichen Harzes liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte.
Der vorstehend beschriebene Ruß und das wasserlösliche Harz werden in einem flüssigen wäßrigen Medium gelöst oder dispergiert.
Ein bevorzugtes flüssiges wäßriges Medium in der Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, ist eine Lösungsmittelmischung, die Wasser und ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel enthält. Es ist bevorzugt, ionenausgetauschtes Wasser (deionisiertes Wasser) und kein übliches Wasser, das verschiedene Ionen enthält, zu verwenden.
Beispiele für die wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, die in Mischung mit dem Wasser verwendet werden können, schließen organische Amine, wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Aminomethylpropanol; Alkylalkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Ethanol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec-Butylalkohol, tert-Butylalkohol und Isobutylalkohol; Amide, wie Dimethylformamid und Dimethylacetamid; Ketone oder Ketoalkohole, wie Aceton und Diacetonalkohol; Ether, wie Tetrahydrofuran und Dioxan; Polyalkylenglykole, wie Polyethylenglykol und Polypropylenglykol; Alkylenglykole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in einer Alkylengruppe, wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triethylenglykol, 1,2,6-Hexantriol, Thiodiglykol, Hexylenglykol und Diethylenglykol; Glycerin; Niederalkylether von mehrwertigen Alkoholen, wie Ethylenglykolmonomethyl- (oder -ethyl)ether, Diethylenglykolmethyl- (oder -ethyl)ether und Triethylenglykolmonomethyl- (oder ethyl)ether; N-Methyl-2-pyrrolidon und 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon ein.
Unter diesen wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln werden organische Amine in der Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, bevorzugt in einer Menge von 0,001 bis 10 Gewichts-% der Gesamtmenge der Tinte verwendet.
Andere wasserlösliche organische Lösungsmittel als die organischen Amine werden geeigneterweise aus den vorstehenden Lösungsmitteln ausgewählt und sind gemäß den Anforderungen in einer geeigneten Menge enthalten. Mehrwertige Alkohole, wie Diethylenglykol und Niederalkylether von mehrwertigen Alkoholen, wie Triethylenglykolmonomethyl- (oder ethyl)ether sind jedoch besonders bevorzugt.
Es wurde gefunden, daß die Zugabe von mindestens 3% Ethanol oder Isopropylalkohol für das Zustandekommen von Stabilität beim Ausstoß wirkungsvoll ist. Dies rührt möglicherweise daher, daß die Zugabe eines Ethanol- oder Isopropylalkohollösungsmittels eine stabilere Aufschäumung der Aufzeichnungslösung auf einem dünnen Schichtwiderstand ermöglicht. Da die Zugabe von überschüssigem Ethanol oder Isopropylalkohol jedoch zu dem Problem der Verschlechterung der Druckqualität des bedruckten Materials führt, wurde als geeignete Konzentration für das Ethanol oder den Isopropylalkohol eine Konzentration von 3 bis 10% gefunden. Die Zugabe des Ethanol- oder Isopropylalkohol-Lösungsmittels zu der Dispersionslösung weist desweiteren die Wirkung der Verhinderung eines Schäumens in der Dispersion auf und ermöglicht somit eine wirkungsvolle Dispersion.
Der Gehalt an dem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel in der Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, liegt im allgemeinen in einem Bereich von 3 bis 50 Gewicht-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, und die Menge des verwendeten Wassers beträgt 10 bis 90 Gewichts-% des Gesamtgewichts der Tinte.
Um die Tinte mit den gewünschten Werten der physikalischen Eigenschaften, die den Erfordernissen entsprechen, zu erhalten, können andere Additive als die vorstehenden Bestandteile, wie grenzflächenaktive Mittel, Antischäumungsmittel, antiseptische Mittel und ähnliches zu der Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, gegeben werden. Ein im Handel erhältlicher wasserlöslicher Farbstoff kann ebenfalls zu der Tinte gegeben werden.
Beispiele für die grenzflächenaktiven Mittel schließen anionische grenzflächenaktive Mittel, wie die Salze von Fettsäuren, höhere Alkoholsulfate, flüssige Fettölsulfate und Alkylallylsulfonate; nichtionische grenzflächenaktive Mittel, wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylester und Polyoxyethylensorbitanalkylester ein. Mindestens ein grenzflächenaktives Mittel wird auf geeignete Weise aus den vorstehenden grenzflächenaktiven Mitteln ausgewählt und verwendet. Obwohl die Menge des verwendeten grenzflächenaktiven Mittels von dem Dispersionsmittel abhängt, beträgt die Menge bevorzugt 0,01 bis 5 Gewichts-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Tinte.
Die Menge des zugegebenen grenzflächenaktiven Mittels wird bevorzugt so festgelegt, daß die Oberflächenspannung der Tinte 30 mN/m (30 dyn/cm) oder mehr beträgt. Wenn die Oberflächenspannung der Tinte kleiner als 30 mN/m (30 dyn/cm) ist, tritt die unerwünschte Erscheinung auf, daß es auf Grund der Benetzung der Düsenspitze in dem Aufzeichnungssystem der Erfindung zu einer Druckabweichung kommen kann.
Das Leistungsverhalten, das im allgemeinen für eine Tintenstrahltinte erforderlich ist, schließt die vorstehende Viskosität, Oberflächenspannung und den vorstehend beschriebenen pH-Wert ein. In einem Dispersionssystem, wie einer wäßrigen Dispersionstinte, insbesondere in einem Tintenstrahlsystem, in dem Tröpfchen durch den Einsatz von Wärmeenergie ausgestoßen werden, kommt es jedoch manchmal dazu, daß das Aufschäumen der Tinte instabil wird, selbst wenn den vorstehenden physikalischen Eigenschaften entsprochen wurde.
Somit liegt, um die wäßrige Pigmenttinte thermisch zu stabilisieren und ein optimales Schäumen der Tinte zu ermöglichen, das Verhältnis von Ruß zu wasserlöslichem Harz in einem Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1 (Gewichtsverhältnis), bevorzugter in einem Bereich von 10 : 3 bis 10 : 1. In diesem Bereich wird die Tinte genau auf einem Widerstand unter Betriebsbedingungen aufgeschäumt und über einen langen Zeitraum hinweg wird keine Abscheidung auf dem Dünnschichtwiderstand erzeugt.
Wenn ein im Verhältnis zum Ruß überschüssiges wasserlösliches Harz in der Tinte vorhanden ist, wird die Tinte auf dem Dünnschichtwiderstand nicht aufschäumen, selbst wenn eine vorgegebene Wärmeenergie eingesetzt wird, oder das überschüssige wasserlösliche Harz wird durch den Einsatz von Wärmeimpulsen unlöslich und auf dem Dünnschichtwiderstand abgeschieden, wodurch es zu einem Nicht-Ausstoß oder einer Verzerrung des Drucks kommt.
Wenn die Menge des in der Tinte gelösten wasserlöslichen Harzes 2% oder weniger, bevorzugt 1% oder weniger beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, wird das beste Aufschäumen erreicht, und diese Menge ist somit bevorzugt.
Das in der Tinte gelöste wasserlösliche Harz stellt ein Harz dar, das in einem wäßrigen Medium gelöst wird ohne eine Adsorption auf dem Pigment der Tinte zu erfahren.
Es ist auch bevorzugt, daß die Gesamtmenge aus Ruß und wasserlöslichem harz in der Dispersion 10% oder mehr beträgt. Der Grund dafür besteht darin, daß durch eine wirkungsvolle Dispersion so lange kein optimaler Dispersionszustand erreicht werden kann, so lange der Ruß und das wasserlösliche Harz nicht in einer vorgegebenen Konzentration oder größer in der Dispersion vorhanden sind.
Die vorstehende Tinte, die in der Erfindung verwendet wird, wird durch ein Verfahren hergestellt, das das Mischen von Ruß in einer wäßrigen Lösung des Dispersionsmittels, das durch die Zugabe eines Amins oder einer Base alkalisch gemacht wird, das Dispergieren des Rußes mittels der nachstehend beschriebenen Maßnahmen, um eine Dispersion zu erzeugen, die Zugabe eines wasserlöslichen Lösungsmittels oder von Wasser zu der Dispersion und das Einstellen des pH-Wertes der Tinte auf 7 oder höher durch den Einsatz einer Vorrichtung zum Einstellen des pH-Wertes umfaßt. Ein wasserlösliches Lösungsmittel, ein Antischäumungsmittel und ähnliches kann je nach Bedarf zu der Dispersion gegeben werden oder die Dispersion als solche kann als Tinte verwendet werden. Eine Trennung mittels Zentrifugierens kann ebenfalls durchgeführt werden, wenn dies erforderlich sein sollte.
In dem Tintenherstellungsverfahren ist es erforderlich, damit die Menge des nicht adsorbierten Harzes auf 2% oder weniger abnimmt, daß das Harz zuvor durch ein 30minütiges oder längeres Rühren der wäßrigen Lösung, die das Harz, ein Amin oder eine Base und Wasser bei 60ºC enthält, vollständig gelöst wird.
Es ist auch erforderlich, um das Harz zu lösen, das Amin oder die Base in einer Menge der 1,2fachen der Menge des Amins oder der Base zuzugeben, die durch eine Berechnung aus der Säurezahl des Harzes ermittelt wird. Die Menge des Amins oder der Base wird gemäß der nachstehenden Gleichung ermittelt:
Menge des Amins Menge oder der Base (g) = Säurezahl des Harzes · Molekulargewicht des Amins oder der Base · Menge des Harzes (g)/56000
Es ist auch bevorzugt die wäßrige Lösung, die das Pigment enthält, vor dem Dispergieren 30 Minuten oder länger vorzumischen.
Die Vormischoperation verbessert die Benetzbarkeit der Pigmentoberflächen und fördert die Adsorption des Harzes auf den Pigmentoberflächen.
Bevorzugte Beispiele für die zu der Dispersion gegebenen Amine schließen organische Amine, wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Aminomethylpropanol und Ammoniak ein.
Bevorzugte Beispiele für die zu der Dispersion gegebenen Basen schließen alkalische anorganische Mittel, wie Hydrate von Alkalimetallsalzen, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Lithiumhydroxid, ein.
Andererseits können in der Erfindung alle Dispersionsvorrichtungen, die allgemeinen Verwendung finden, verwendet werden, beispielsweise eine Kugelmühle, eine Walzenmühle und eine Sandmühle.
Unter diesen Vorrichtungen ist eine Hochgeschwindigkeitssandmühle bevorzugt, und Beispiele dafür sind die Super Mill, der Sand Grinder, die Bead Mill, die Agitator Mill, die Grain Mill, die Dynomill, die Pearl Mill und die Cobolmill (alles Handelsnamen).
Verfahren zum Erhalt eines Pigments mit einer gewünschter Verteilung der Teilchengröße in der Erfindung schließen ein Verfahren der Verringerung der Größe des Mahlkörpers in einer Dispersionsvorrichtung, ein Verfahren der Vergrößerung der Packung eines Mahlkörpers, ein Verfahren der Verlängerung der Behandlungsdauer, ein Verfahren der Verringerung der Entnahmegeschwindigkeit, ein Verfahren der Klassierung mittels eines Filters oder einer Zentrifugentrennvorrichtung nach dem Mahlen ein, wobei Kombinationen davon als Beispiel genannt seien.
Die Menge des nicht adsorbierten Harzes wird bevorzugt mittels eines Verfahrens, das das Abscheiden des Pigments und des auf dem Pigment adsorbierten Harzes unter Verwendung einer Ultrazentrifuge und die Messung der Menge des verbliebenen Harzes, die in dem Überstand enthalten ist, mittels TOC (Total Organic Carbon - Gesamter organischer Kohlenstoff, total organic carbon meter - Vorrichtung zum Messen des gesamten organischen Kohlenstoffs) einschließt oder mittels eines Wägeverfahrens (der Überstand wird zur Trockne eingedampft, und die Menge des Harzes wird anschließend gewogen) ermittelt.
Ein Aufzeichnungsgerät, das für die Aufzeichnung unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Tinte geeignet ist, ist ein Gerät, in dem Wärmeenergie auf Tinte in einem Raum eines Aufzeichnungskopfes entsprechend einem Aufzeichnungssignal einwirkt, um Tröpfchen zu erzeugen. Da die Tinte ausgezeichnete Wiederherstellungseigenschaften aufweist, ist es möglich, den Kraftaufwand in dem Bereich für die Wiederherstellungsoperation des Geräts auf ein Niveau zu verringern, das unterhalb desjenigen eines üblichen Gerätes liegt.
Ein in der Erfindung verwendetes Aufzeichnungsgerät wird nachstehend im Detail beschrieben.
Die Fig. 1(A) und (B) zeigen einen erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungskopf, in dem ein Tintenbehälter, der ein Tinte enthaltendes Element als Quelle für die Tintenzufuhr umfaßt, und ein Aufzeichnungskopf kombiniert sind und eine Einheit bilden.
In diesen Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 100 ein Aufzeichnungskopfelement, das einen Ausstoßbereich 102, einen Zufuhrtankbereich 104, ein Verdrahtungssubstrat 105, auf das die Verdrahtung zur Übermittlung eines Signals zur Ansteuerung eines Elements zur Erzeugung der Ausstoßenergie aufgebracht ist, und eine Grundplatte 106 zum Tragen dieser Bestandteile umfaßt. Der Ausstoßbereich 102 weist Ausstoßöffnungen 102A, die auf der Oberfläche ausgebildet sind, die dem Aufzeichnungsmaterial gegenüber liegt, Flüssigkeitskanäle, die sich im Inneren zu den Ausstoßöffnungen erstrecken, Elemente zur Erzeugung von Ausstoßenergie, wie elektrothermische Wandler, die sich jeweils in den Flüssigkeitskanälen befinden, und eine gemeinsame Flüssigkeitskammer auf, die mit den Flüssigkeitskanälen in Verbindung steht. Der Zufuhrtankbereich 104 fungiert als Subtank zur Aufnahme der Tinte, die von der Seite des Tintenbehälters 110 zugeführt wird, und zum Einleiten der Tinte in die gemeinsame Flüssigkeitskammer in dem Ausstoßbereich 102. Die Grundplatte 106 kann aus A1 gefertigt sein, um als Abstrahlplatte zur Verhinderung einer Wärmeerzeugung des Kopfelements, die mit der Ansteuerung der elektrothermischen Wandler einhergeht, zu fungieren.
Das Bezugszeichen 112 bezeichnet eine Vorrichtung zur Absorption der Tinte, die in dem Behälter 110 angeordnet ist, die mit Tinte getränkt ist, und unter Verwendung einer porösen Substanz oder von Fasern hergestellt wurde. Das Bezugszeichen 114 bezeichnet ein Deckelement für den Tintenbehälter 110.
Das Bezugszeichen 107 bezeichnet einen hervorstehenden Teil, der sich auf dem Kopfelement 100 befindet und spitz zuläuft, um die Verbindung mit dem Tintenbehälter 110 zu erleichtern. Bezugszeichen 117 bezeichnet eine Öffnung, die sich in der Wand 117A des das Element enthaltenden Bereichs 110A des Tintenbehälters 110 befindet, und mit dem hervorstehenden Teil 107 in Eingriff steht, um das Kopfelement 100 und den Tintenbehälter 110 zu verbinden. Das Bezugszeichen 118 bezeichnet ein Stützelement, das in dem das Element enthaltenden Bereich 110A angeordnet ist und die Montage des Kopfelements 100 erleichtert und den montierten Zustand sichert, wobei das Stützelement 118 in Eingriff mit der Rückseite der Grundplatte 106 steht. Das Bezugszeichen 119 bezeichnet ein hervorstehendes Teil zur Positionierung des Kopfelements 100 und das Bezugszeichen 120 bezeichnet eine Zufuhröffnung für die Zufuhr der Tinte in das Kopfelement von dem Tintenbehälter 110. Details des Aufbaus werden nachstehend beschrieben.
Ein Tintenstrahldrucker, d. h. ein Tintenstrahldrucker, der einen Kasetten-Aufzeichnungskopf benutzt, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, kann unter Verwendung des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes mit dem vorstehenden Aufbau hergestellt werden.
In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 14 den in Fig. 1(A) und 1(B) gezeigten Kasetten-Aufzeichnungskopf. Der Aufzeichnungskopf 14 ist mittels eines Andrückelements 41 an einem Wagen 15 befestigt und kann zusammen mit dem Wagen 15 in der Längsrichtung entlang der Welle 21 hin- und herbewegt werden. Der Aufzeichnungskopf 14 kann beispielsweise mittels eines Lochs, das sich in dem Aufzeichnungskopfelement 100 befindet, und eines Paßstiftes, der auf der Seite des Wagens 15 angebracht ist, auf dem Wagen 15 positioniert sein.
Die aus dem Aufzeichnungskopf ausgestoßene Tinte erreicht das Aufzeichnungsmaterial 18 in kurzer Entfernung vom Aufzeichnungskopf, wobei die Aufzeichnungsfläche von einer Walze 19 reguliert wird, und erzeugt auf dem Aufzeichnungsmaterial 18 ein Bild.
Dem Aufzeichnungskopf wird ein Ausstoßsignal, das den Bilddaten von einer geeigneten Quelle für die Datenzufuhr entspricht, über das Kabel 16 und ein damit verbundenes Endgerät übermittelt. Eine oder mehrere (in der Zeichnung 2) Kasetten 14 können entsprechend der Farbe der verwendeten Tinte angeordnet sein.
In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 17 einen Wagenmotor zum Bewegen des Wagens 15 entlang der Wellen 21 und das Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Draht zur Übertragung der Antriebskraft des Motors 17 auf den Wagen 15. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Vorschubmotor, der mit der Walze 19 verbunden ist, um das Aufzeichnungsmaterial 18 zu transportieren.
Die Fig. 3(A) und (B) zeigen Bereiche entlang der Linie A-A in den Fig. 1(A) und (B). Der Zustand, in dem das Kopfelement 100 an dem Tintenbehälter 110 montiert ist, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3(A) und (B) beschrieben.
In den Fig. 3(A) und 3(8) bezeichnet das Bezugszeichen 109 eine Verbindungsröhre, die durch die Grundplatte 106 läuft und aus dem Zufuhrtankbereich 104 des Kopfelementes 100 aus der Grundplatte 106 herausragt. Die Verbindungsröhre 109 tritt durch die Zufuhröffnung 120 in den Tintenbehälter 110 ein. Das Bezugszeichen 109A bezeichnet einen Filter, der an der Spitze der Verbindungsröhre 109 angebracht ist, um das Eintreten von Blasen und ähnlichem in den Zufuhrtank 104A von der Seite des Tintenbehälters 110 zu verhindern. Die Bezugszeichen 102B und 102C bezeichnen eine Heizplatte, die mit einem elektrothermischen Wandler (Heizer) als Element zur Erzeugung der Ausstoßenergie versehen ist, und eine obere Platte, die mit der Heizplatte verbunden ist und den Ausstoßbereich 102 bildet. Die obere Tafel 102C bildet die Ausstoßöffnungen 102A, die damit in Verbindung stehenden Flüssigkeitskanäle und die gemeinsame Flüssigkeitskammer, die die Tinte von dem Zufuhrtank 104A aufnimmt und jedem der Flüssigkeitskanäle zuführt.
Als Verbindung zwischen dem Kopfelement 100 und dem Tintenbehälter 110 wird das Kopfelement 100 in Richtung des in Fig. 3(A) gezeigten Pfeiles an den Tintenbehälter 110 montiert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wand 117A des Tintenbehälters 110 nach außen gedrückt und gerät in Eingriff mit der spitz zulaufenden Fläche des hervorstehenden Teils 107, und die Verbindungsröhre dringt in die Zufuhröffnung 120 ein.
Wenn der hervorstehende Teil 107 jedoch eine Stelle erreicht, die der Öffnung 117 genau gegenüberliegt, nimmt die Wand 117A aufgrund ihres Federvermögens wieder ihre ursprüngliche Position ein und der hervorstehende Teil 107 dringt in die Öffnung 117 ein, und es wird der in Fig. 3(B) erhaltene Montagezustand erhalten. Andererseits nimmt die Verbindungsröhre 109 einen Zustand ein, in dem die Einlaßöffnung an ihrer Spitze in Druckkontakt mit der Absorptionsvorrichtung 112 steht, wodurch eine gute Verbindung mit der Tinte zustande kommt. In Fig. 3(B) bezeichnet das Bezugszeichen 122 einen O-Ring als Dichtung, um die Tinte in dem Zufuhrbereich 120 sicher abzudichten.
Der vorstehend beschriebene Aufbau ermöglicht eine Verbindung zwischen dem Kopfelement 100 und dem Tintenbehälter 110 lediglich durch Drücken des Kopfelementes 100 gegen den Tintenbehälter 110 in Richtung des in Fig. 3(A) gezeigten Pfeiles und ohne die Notwendigkeit eines Bindeschrittes. Ferner kann, da die Verbindungsröhre 109, die an der Seite des Kopfelementes 100 angebracht ist, so in den Behälter 110 eintritt, daß ihre Spitze in Druckkontakt mit der Tintenabsorptionsvorrichtung 112 steht, die Verbindung mit der Tinte sichergestellt werden.
Im vorstehenden Aufbau ist der hervorstehende Teil 107 auf der Seite des Kopfelements angeordnet und die Öffnung 117 befindet sich so in der Wand 117A des Tintenbehälters 110, daß es beim Montieren durch das Biegen und die Elastizität der Wand 117A zu einem Eingriff zwischen dem hervorstehenden Teil 107 und der Öffnung 117 kommt. Der Aufbau dieses Bereichs kann jedoch zu jeder gewünschten Form verändert werden. Beispielsweise kann der hervorstehende Teil 107, wenn die Wand 117A relativ starr ist, das heißt keine Flexibilität aufweist, von einer Feder oder ähnlichem gehalten werden, die sie nach außen drückt. In diesem Fall wird der hervorstehende Teil 107 im Laufe der Montage nach innen gedrückt und es kommt auf Grund der von der Feder ausgeübten Kraft zu einem Eingriff, wenn der hervorstehende Teil der Öffnung 117 gegenüber liegt.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele detaillierter beschrieben.

Bezugsbeispiel 1

(Herstellung der Pigmentdispersion)

Styrol-Acrylsäure-Butylacrylat-Copolymer (Säurezahl: 60,
Gewichtsmittel des Molekulargewichts: 13.000) 3 Teile
1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)harnstoff 0,5 Teile
Ionenausgetauschtes Wasser 72,5 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Die vorstehenden Bestandteile wurden gemischt und anschließend in einem Wasserbad auf 70ºC erwärmt, um den Harzanteil vollständig zu lösen. 14 Teile Ruß (Color Black 5170, von Degusa hergestellt) und 5 Teile Isopropylalkohol wurden zu der resultierenden Lösung gegeben und anschließend 30 Minuten lang vorgemischt, gefolgt von einer Dispersionsbehandlung unter den nachstehenden Bedingungen:
Dispersionsvorrichtung: Sandmühle (von Igarashi Kikai hergestellt)
Mahlkörper: Zirconiumperlen, 1 mm groß
Packung des Mahlkörpers: 50% (Volumen)
Mahldauer: 3 Stunden
Grobe Teilchen wurden anschließend mittels einer Zentrifugaltrennung (12.000 UpM, 20 Minuten lang) entfernt, um eine Dispersion zu erzeugen.

(Herstellung der Tinte)

Die vorstehende Dispersion 30 Teile
Diethylenglykol 20 Teile
Isopropylalkohol 5 Teile
1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)harnstoff 3 Teile
Ionenausgetauschtes Wasser 42 Teile
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 14 : 3.

Bezugsbeispiel 2

(Herstellung der Pigmentdispersion)

Styrol-Maleinsäurehalbester-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (Säurezahl: 188, Gewichtsmittel des Molekulargewichts:
15.000) 6 Teile
1-Mono-γ-hydroxypropyl, 3-mono-(β-hydroxyethyl)- harnstoff 3,5 Teile
Ionenausgetauschtes Wasser 58,5 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Die vorstehenden Bestandteile wurden gemischt und anschließend in einem Wasserbad auf 70ºC erwärmt, um den Harzanteil vollständig zu lösen. 20 Teile Ruß (MA8, von Mitsubishi Kasei hergestellt) und 7 Teile Ethanol wurden zu der resultierenden Lösung gegeben und anschließend 30 Minuten lang vorgemischt, gefolgt von einer Dispersionsbehandlung unter den nachstehenden Bedingungen:
Dispersionsvorrichtung: Perlmühle (von Ashizawa hergestellt)
Mahlkörper: Glasperlen, 1 mm groß
Packung des Mahlkörpers: 50% (Volumen)
Entnahmegeschwindigkeit: 100 ml/min
Grobe Teilchen wurden anschließend mittels einer Zentrifugaltrennung (12.000 UpM, 20 Minuten lang) entfernt, um eine Dispersion zu erzeugen.

(Herstellung der Tinte)

Die vorstehende Dispersion 30 Teile
Diethylenglykol 15 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Ethanol 5 Teile
1-Mono-γ-hydroxypropyl,3-mono(β-hydroxyethyl)- harnstoff 3 Teile
Tonenausgetauschtes Wasser 42 Teile
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 10 : 3.

Bezugsbeispiel 3

(Herstellung der Pigmentdispersion)

Styrol-Acrylsäure-Butylacrylat-Copolymer (Säurezahl: 80, Gewichtsmittel des Molekulargewichts: 6700) 5 Teile
1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)-
harnstoff 0,7 Teile
Tonenausgetauschtes Wasser 62,3 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Die vorstehenden Bestandteile wurden gemischt und anschließend in einem Wasserbad auf 70ºC erwärmt, um den Harzanteil vollständig zu lösen. 20 Teile Ruß (COLOR BLACK FW1, von Degusa hergestellt) und 7 Teile Ethanol wurden zu der resultierenden Lösung gegeben und anschließend 30 Minuten lang vorgemischt, gefolgt von einer Dispersionsbehandlung unter den nachstehenden Bedingungen:
Dispersionsvorrichtung: Perlmühle (von Ashizawa hergestellt) Mahlkörper: Glasperlen, 1 mm groß
Packung des Mahlkörpers: 50% (Volumen)
Entnahmegeschwindigkeit: 100 ml/min
Grobe Teilchen wurden anschließend mittels einer Zentrifugaltrennung (12.000 UpM, 20 Minuten lang) entfernt, um eine Dispersion zu erzeugen.

(Herstellung der Tinte)

Die vorstehende Dispersion 50 Teile
Glycerin 15 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Ethanol 5 Teile
1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)-
harnstoff 10 Teile
Ionenausgetauschtes Wasser 15 Teile
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 4 : 1.

Bezugsbeispiel 4

(Herstellung der Pigmentdispersion)

Styrol-Maleinsäurehalbester-Maleinsäureanhydrid-Copolymer (Säurezahl: 188, Gewichtsmittel des Molekulargewichts: 15.000) 5 Teile
1-Mono-β-hydroxyethyl-3,3-bis-(β-hydroxyethyl)- harnstoff 3,5 Teile
Ionenausgetauschtes Wasser 66,5 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Die vorstehenden Bestandteile wurden gemischt und anschließend in einem Wasserbad auf 70ºC erwärmt, um den Harzanteil vollständig zu lösen. 15 Teile Ruß (MOGUL L, von Cabot hergestellt) und 5 Teile Ethanol wurden zu der resultierenden Lösung gegeben und anschließend 30 Minuten lang vorgemischt, gefolgt von einer Dispersionsbehandlung unter den nachstehenden Bedingungen:
Dispersionsvorrichtung: Sandmühle (von Igarashi hergestellt) Mahlkörper: Zirconiumperlen, 1 mm groß
Packung des Mahlkörpers: 50% (Volumen)
Mahldauer: 3 Stunden
Grobe Teilchen wurden anschließend mittels einer Zentrifugaltrennung (12.000 UpM, 20 Minuten lang) entfernt, um eine Dispersion zu erzeugen.

(Herstellung der Tinte)

Die vorstehende Dispersion 35 Teile
Thiodiglykol 15 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Ethanol 4 Teile
1-Mono-β-hydroxyethyl-3,3-bis-(β-hydroxyethyl)- harnstoff 3 Teile
Ionenausgetauschtes Wasser 38 Teile
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 3 : 1.

Bezugsbeispiel 5

Der in der Dispersion von Bezugsbeispiel 1 enthaltene Ruß wurde durch den nachstehenden Ruß ersetzt: #2650, von Mitsubishi Kasei hergestellt.
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 14 : 3.

(Herstellung der Tinte)

Die vorstehende Dispersion 30 Teile
Glycerin 10 Teile
Thiodiglykol 10 Teile
Isopropylalkohol 5 Teile
1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)-
harnstoff 1 Teil
Ionenausgetauschtes Wasser 44 Teile

Vergleichsbeispiel 1

Die Dispersion von Bezugsbeispiel 1 wurde verwendet, außer daß 0,2 Teile Harnstoff anstelle von 1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)harnstoff und 72,8 Teile ionenausgetauschtes Wasser verwendet wurden 30 Teile
Diethylenglykol 20 Teile
Isopropylalkohol 5 Teile
Harnstoff 5 Teile
Tonenausgetauschtes Wasser 40 Teile
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 14 : 3

Vergleichsbeispiel 2

Eine Tinte wurde mittels des gleichen Verfahrens erzeugt, wie es in Bezugsbeispiel 1 angewandt wurde, außer daß der in der Dispersion von Bezugsbeispiel 1 enthaltene Ruß durch den nachstehenden Ruß ersetzt wurde: RAVEN 1040 (von Colombia hergestellt).
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 14 : 3.

Vergleichsbeispiel 3

Eine Tinte wurde mittels des gleichen Verfahrens erzeugt, wie es in Bezugsbeispiel 1 angewandt wurde, außer daß der in der Dispersion von Bezugsbeispiel 1 enthaltene Ruß durch den nachstehenden Ruß ersetzt wurde: #2400B (von Mitsubishi Kasei hergestellt).
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 14 : 3.

Vergleichsbeispiel 4

Eine Tinte wurde mittels des gleichen Verfahrens erzeugt, wie es in Bezugsbeispiel 1 angewandt wurde, außer daß die Mengen des Dispersionsharzes, des 1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)harnstoffs und des ionenausgetauschten Wassers, die in der Dispersion von Bezugsbeispiel 1 enthalten waren, durch 14 Teile, 2,3 Teile und 59,7 Teile ersetzt wurden.
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 1 : 1.

Vergleichsbeispiel 5

Eine Tinte wurde mittels des gleichen Verfahrens erzeugt, wie es in Bezugsbeispiel 1 angewandt wurde, außer daß die Mengen des dispergierten Harzes, des 1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)harnstoffs und des ionenausgetauschten Wassers, die in der Dispersion von Bezugsbeispiel 1 enthalten waren, durch 1 Teil, 0,2 Teile und 74,8 Teile ersetzt wurden.
Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Harz in der Tinte betrug 15 : 1.
Die Eigenschaften des in den Bezugsbeispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Rußes sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1: Eigenschaften des Rußes
Die Ergebnisse der Beurteilung der Bezugsbeispiele 1 bis 5 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2: Ergebnisse der Beurteilung

(Beurteilungsverfahren)

(Lagerstabilität) 100 ml Tinte wurden in ein 100 ml-Glasfläschchen, das von Shot Corp. hergestellt worden war, eingebracht, und es wurde ihr gestattet, in einem Bad mit konstanter Temperatur 3 Monate lang bei 60ºC zu stehen. Nach dem Stehen wurde das Fläschchen auf den Kopf gestellt, um zu untersuchen, ob es am Boden des Fläschchens zu einer Abscheidung bzw. einem Niederschlag (Sediment) gekommen war.
*: kein Niederschlag
o: Auftreten eines kleinen Niederschlags
x: Auftreten eines Niederschlags

(Wiederherstellungseigenschaften)

Der Tintenbehälter eines jeden Tintenstrahldruckers, die nachstehend beschrieben werden, wurde mit Tinte gefüllt. Nach einem anfänglichen Drucken wurde die Kasette, in der der Tintenbehälter und der Aufzeichnungskopf in einstückiger bzw. integrierter Form vorlagen, oder beim getrennten Typ nur der Tintenbehälter aus dem Gerätekörper des Aufzeichnungsgerätes entnommen. Nachdem die Kasette bzw. der Behälter 3 Tage lang bei Raumtemperatur (25ºC) stehen gelassen worden war, wurde die Kasette oder der Tintenbehälter erneut in das Aufzeichnungsgerät montiert und der Druckzustand wurde nach einem Wiederherstellungs-Durchlauf untersucht.
*: Ein normales Drucken ohne Wiederherstellungsoperation war möglich
o: Nach einer dreimaligen Wiederherstellungsoperation oder nach weniger Wiederherstellungsoperationen war ein normales Drucken möglich
x: nach einer mindestens viermaligen Wiederherstellungsoperation war ein normales Drucken möglich, oder ein normales Drucken war ungeachtet der Anzahl der Wiederherstellungsoperationen unmöglich

(Ausstoßstabilität)

Der Tintenbehälter eines jeden Tintenstrahldruckers, die nachstehend beschrieben werden, wurde mit Tinte gefüllt. Nach einem anfänglichen Drucken wurde die Integralkasette aus dem Gerätekörper des Aufzeichnungsgerätes entfernt und ein Band auf den Außstoßbereich der Aufzeichnungslösung aufgebracht und mittels Abdeckens befestigt. Nachdem das Ganze 3 Monate lang bei 60ºC gestanden hatte, wurde die Kasette erneut in den Drucker montiert und die Ausstoßeigenschaften wurden durch Drucken bis zum völligen Verbrauch der Tinte nach der Wiederherstellungsoperation untersucht.
Beim getrennten Typ wurde nur der Tintenbehälter entfernt und es wurde durch Erwärmen des Verbindungsbereiches eines Bandes mit dem Aufzeichnungskopf eine Schmelzhaftung herbeigeführt. Wie beim Integraltyp wurde der Tintenbehälter, nachdem es dem Gerät gestattet worden war zu stehen, erneut in den Drucker montiert und die Ausstoßstabilität wurde beurteilt.
o: Die Tinte wurde aus dem gesamten Ausstoßbereich ausgestoßen, ein Drucken war solange möglich, bis die Tinte verbraucht war, und die Druckqualität entsprach derjenigen vor der Aufbewahrung.
x: Die Tinte wurde aus einem Teil des Ausstoßbereichs nicht ausgestoßen, oder die Tinte wurde aus allen Ausstoßöffnungen ausgestoßen, wobei sich die Druckqualität aber im Vergleich zu derjenigen vor der Aufbewahrung deutlich verschlechtert.

(Optische Dichte des Drucks)

Die optische Dichte der Drucke, die von den Druckern erhalten wurden, wurde unter Verwendung eines Macbeth-Densitometers (RD918) gemessen.
Der pH-Wert der Tinte wurde unmittelbar nach der Herstellung der Tinte und nach einer 3monatigen Aufbewahrung bei 60ºC gemessen, und die Abweichung wurde ermittelt. Das pH-Meter HORIA M-12 wurde verwendet.

(Geruch)

Tintengeruch wurde festgestellt.

(Menge der verbliebenen Tinte)

Die Tinte wurde mittels einer Ultrahochgeschwindigkeits- Kühlzentrifuge (von Beckman hergestellt) 5 Stunden lang mit 55.000 UpM zentrifugiert, um das Pigment und das auf dem Pigment adsorbierte Harz abzuscheiden. Eine vorgegebene Menge des Überstands wurde danach entnommen und getrocknet, um mittels eines Vakuumtrockners (60ºC, 24 Stunden) einen Feststoff herzustellen. Der Prozentsatz des so erhaltenen Harzes in bezug auf die eingefüllte Tinte wurde berechnet, um die Konzentration des verbliebenen Harzes zu berechnen.
Sanyo Kokusaku Pulp NP-SK-Papier wurde als Aufzeichnungsmaterial verwendet.
Bei den bei der Beurteilung verwendeten Tintenstrahldruckern handelte es sich um die nachstehenden drei Drucker:
1 Handelsname BJ10 V, von Canon (Kopf und Tintenbehälter sind einstückig ausgebildet) hergestellt (entspricht nicht der Erfindung)
2 Handelsname Think Pat (T. P.), von IBM (Kopf und Tintenbehälter sind einstückig ausgebildet) hergestellt (entspricht nicht der Erfindung)
3 Handelsname Desk Writer (D. W.), von HP (Kopf und Tintenbehälter sind getrennt) hergestellt (erfindungsgemäß)
Eine Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, die die Verbindung zwischen dem Körper des Kopfes (Kopfelement) und dem Tintenbehälter erleichtert, und die einen zuverlässigen Zustand in bezug auf eine Verbindung mit der Tinte herstellen kann, konnte realisiert werden.

Claims

1. Verwendung einer Tinte für eine kombinierte Tintenstrahlaufzeichnungseinheit, in der ein Kopfbereich (100) zum Ausstoß einer Tinte als Tintentröpfchen und ein Tinte enthaltender Bereich (110) zum Aufbewahren der Tinte miteinander kombiniert sind und eine Einheit bilden, wobei eine Öffnung (117) so in der Wand (117A) des Tinte enthaltenden Bereichs (110) angeordnet ist, daß das hervorstehende Teil (107), das auf dem Kopfbereich (100) angeordnet ist, damit in Eingriff steht und den Kopfbereich (100) und den Tinte enthaltenden Bereich (110) miteinander verbindet, und wobei der Kopfbereich und der Tinte enthaltende Bereich voneinander getrennt werden können, wobei die Tinte (1) sauren Ruß mit einem Gehalt an flüchtigen Stoffen in einem Bereich von 3, 5 bis 8 Gew.-% und (2) ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts in einem Bereich von 3.000 bis 30.000, die beide in einem wäßrigen flüssigen Medium gelöst sind, und (3) eine Verbindung umfaßt, die durch die nachstehende Formel (I) wiedergegeben wird, wobei das Gewichtsverhältnis aus dem Gehalt an saurem Ruß zu dem Gehalt an wasserlöslichem Harz in einem Bereich von 3 : 1 bis 10 : 1 liegt;

R&sub1;R&sub2;NCONHCH&sub2;CH&sub2;OH (I)

worin R&sub1; und R&sub2; jeweils für Wasserstoff oder CnH&sub2;nOH stehen, n 2 oder 3 ist, unter der Bedingung, daß R&sub1; und R&sub2; nicht gleichzeitig Wasserstoff sind.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei der saure Ruß einen pH-Wert von 5 oder weniger aufweist.

3. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das wasserlösliche Harz ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts in einem Bereich von 5.000 bis 15.000 aufweist.

4. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis aus dem Gehalt an saurem Ruß zu dem wasserlöslichen Harz in einem Bereich von 10 : 3 bis 10 : 1 liegt.

5. Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Ruß einen Gehalt an flüchtigen Stoffen in einem Bereich von 4,5 bis 6,0 Gewichts-% aufweist.

6. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Menge des in dem flüssigen Medium gelösten wasserlöslichen Harzes 2 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, beträgt.

7. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Menge des in dem flüssigen Medium gelösten wasserlöslichen Harzes 1 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, beträgt.

8. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die durch die Formel (I) wiedergegebene Verbindung 1,3-Bis-(β-hydroxyethyl)harnstoff ist.

9. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das wäßrige flüssige Medium Wasser und ein organisches Lösungsmittel enthält.

10. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das wäßrige flüssige Medium mindestens ein organisches Lösungsmittel enthält, das aus Methanol, Ethanol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec-Butylalkohol, tert-Butylalkohol und Isobutylalkohol ausgewählt ist.