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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Tinte. Insbesondere bezieht sie
sich auf eine Tinte, die Bilder mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit
auf einem nicht-gestrichenen
Papier wie Kopierpapier, Papier für Berichte, Notenpapier, Briefpapier,
Sicherheitspapier und Endlosformulare für den Geschäftsbereich, d.h. sogenanntes
Normalpapier, das üblicherweise
in Büros
und Zuhause verwendet wird, liefert, wobei die Tinte eine ausgezeichnete
Lösungsstabilität zeigt
und für
die Verwendung in einem System geeignet ist, das zur Aufzeichnung
hoch qualitativer Bilder unter Verwendung eines Bubble-Jet-Druckers
fähig ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Tintenstrahlaufzeichnungstinte,
und insbesondere auf eine Tinte, die auf allen Aufzeichnungsmaterialien,
insbesondere nicht-gestrichenem Papier, wie Kopierpapier, Papier
für Berichte,
Notenpapier und Endlosformulare für den Geschäftsbereich, das heißt, sogenanntes
Normalpapier, das üblicherweise
in Büros
und Zuhause verwendet wird, in Bezug auf die Wasserbeständigkeit
ausgezeichnete Bilder liefert, eine ideale schwarze Farbe aufweist,
eine ausgezeichnete Lösungsstabilität zeigt und
für die
Verwendung in einem System geeignet ist, das zur Aufzeichnung hoch
qualitativer Bilder unter Verwendung eines Bubble-Jet-Druckers fähig ist.
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Desweiteren
bezieht sich die Erfindung auf eine Tinte, die zur Durchführung einer
Aufzeichnung geeignet ist, die auf Normalpapier von einem Verlaufen
des Federstrichs und von einer Ungleichheit der Farbstärke frei
ist.
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In Beziehung
stehender Stand der Technik
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Von
Tinten mit sehr verschiedenen Arten der Zusammensetzung wurde bislang
in Zusammenhang mit Tinten für
die Tintenstrahlaufzeichnung berichtet. In den letzten Jahren erfolgten
insbesondere detaillierte Forschungen und Entwicklungen bezüglich verschiedener
Aspekte, wie den Zusammensetzungen und physikalischen Eigenschaften
der Tinte, da die Forderung nach einer Verbesserung der Wasserbeständigkeit
von Bildern bei der Aufzeichnung auf Normalpapier, wie Kopierpapier,
Papier für
Berichte, Notenpapier, Briefpapier, Sicherheitspapier und Endlosformulare
für den
Geschäftsbereich,
die üblicherweise
in Büros
verwendet werden, erhoben worden war.
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Beispielsweise
wurde in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 2-296878
und 2-255876 vorgeschlagen, dass eine Tintenzusammensetzung auf
Wasserbasis ein Polyamin enthält.
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In
solch einer Tinte bildet das Polyamin jedoch ein Salz mit der hydrophilen
Gruppe eines Farbstoffs, der in der Tinte enthalten ist, und dadurch
verringert sich die Lösungsstabilität der Tinte.
Deshalb treten die potentiellen Probleme einer Abnahme der Zuverlässigkeit,
wie ein Verstopfen der Spitzen einer Düse, und eine Bräunung bzw.
ein Braunwerden (Farbstoff-Assoziation) auf einem Aufzeichnungsmaterial
auf, was zu einer Ungleichheit beim Druck und/oder einer geringen
Dichte führen
kann. Es wurde ebenfalls in Betracht gezogen, dass die Tinte zum
Zwecke der Verbesserung der Lösungsstabilität der Tinte
einen Lösungsstabilisator
enthält. In
diesem Fall ist es jedoch erforderlich, dass eine große Menge
des Lösungsstabilisators
in der Tinte enthalten ist, so dass sich die Bildqualität der mit
solch einer Tinte gebildeten Drucke verschlechtert.
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Darüber hinaus
wurde in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-91577 vorgeschlagen,
die Wasserbeständigkeit
der Bilder durch die Bereitstellung eines Farbstoffs mit mindestens
einer Carboxylgruppe zu verbessern, wobei die Carboxylgruppe in
ein Ammoniumsalz oder ein flüchtiges
substituiertes Ammoniumsalz umgewandelt wird und wobei auf dem aufgezeichneten
Gegenstand der Ammoniak oder das Amin verdampft und eine freie Säure gebildet
wird.
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Selbst
in diesem Fall verdampft jedoch der Ammoniak oder das Amin allmählich in
der Tinte und somit verringert sich die Löslichkeit des Farbstoffs, was
häufig
den Grund für
ein Verstopfen der Düse
und einer Abnahme der Stabilität
der Tinte ist, obwohl die Anfangslöslichkeit der Tinte gut ist.
Aus dem gleichen Grund kommt es auf einem Aufzeichnungsmaterial,
insbesondere auf saurem Papier, zu einer Braunfärbung.
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Der
Farbton des in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-91577
beschriebenen Farbstoffs ist etwas royal-purpur, und somit bleibt
das Problem des Farbtons ungelöst.
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Das
Problem des Farbtons gewann mit dem Aufkommen der Farbaufzeichnung
an Bedeutung. Genauer gesagt ist es natürlich für eine schwarze Tinte ideal,
wenn ein Drucken mit schwarzer Farbe erfolgt, eine schwarze Farbe
aufzuweisen, die einer Primärfarbe
so nahe wie möglich
kommt. Desweiteren ist es erforderlich, damit beim Vollfarben-Drucken
eine ideale gut ausgeglichene Farbreproduktion erreicht wird, dass
zusätzlich
zu den magenta-roten, gelben und cyan-blauen Tinten eine schwarze
Tinte eine Farbe erzeugt, die einer Primärfarbe nahe kommt. Daneben
beschrieben die europäischen
Patentschriften
EP
0468647 A1 ,
EP 0468648
A1 und
EP
0468649 A1 Disazofarbstoffe und Phthalocyaninfarbstoffe
mit mindestens einer Carboxylgruppe.
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Desweiteren
beschreibt die amerikanische Patentschrift U.S.-Patent Nr. 4,963,189 Disazofarbstoffe mit
mindestens einer Carboxylgruppe.
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Diese
Farbstoffe sind jedoch schwer wasserlöslich, so daß die Wasserbeständigkeit
der Drucke, die von einer Tinte gebildet wurden, die solch einen
Farbstoff enthält,
im Vergleich mit herkömmlicherweise
verwendeten Tinten verbessert wird. Diese Farbstoffe weisen jedoch
den Nachteil auf, dass dann, wenn solch ein Farbstoff in Wasser
oder einem Lösungsmittel
gelöst
wird, um eine Tinte herzustellen, das Wasser oder das Lösungsmittel
verdampft, wenn eine Kassette, die die Tinte enthält, beispielsweise über einen
langen Zeitraum stehengelassen wird, so dass die Tinte hoch viskos
wird, trocknet und schließlich
sich verfestigt, was zu einem Versagen beim Drucken führt (solch
ein Zustand wird nachstehend als "Verkrustung" bezeichnet). Sie können gleichfalls den Nachteil
aufweisen, dass während
des Druckens kein stabiler Tintenausstoß erfolgen kann, oder dass
es in dem Fall, in dem der Ausstoß der Tinte, nachdem diese
aus einer Öffnung
ausgestoßen
wurde, für
eine bestimmte Zeitdauer (beispielsweise 1 Minute) unterbrochen und
das erste Tröpfchen
der Tinte anschließend
aus dieser Öffnung
ausgestoßen
wird, zu einem ungleichmäßigem Druck
(dieser Zustand wird nachstehend als "schlechter erster Ausstoß" bezeichnet) kommt.
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Die
amerikanischen Patentschriften U.S.-Patent Nos. 4,963,189, 5,062893
und 5,062,892 offenbaren Techniken zur Verringerung der Kogation,
d.h. der Erscheinung, dass sich einige Bestandteile der Tinte thermisch
zersetzten und auf einem Heizelement eines Tintenstrahlkopfes absetzten,
und der Zugabe von 0,2 Gew.-% (0,02 mol/l, 0,58 mol/mol des Farbstoffs)
Natriumphosphat als pH-Puffer zu der Tinte. Sie offenbaren auch
eine Technik der Zugabe eines Oxo-Anions, um die Kogation auf dem
Heizelement zu verringern.
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Die
vorstehenden Techniken können
keine Bilder liefern, die von einer Ungleichheit der Farbstärke frei sind,
und die eine zufriedenstellende Druckdichte aufweisen.
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Hinsichtlich
des Aufzeichnungsgeräts
sind bisher solche berichtet worden, die verschiedene Systeme aufweisen.
Zum Beispiel offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung
Nr. 58-36465 ein On-Demand-Tintendrucksystem,
das tintehaltigen Kapillarröhren
mit Öffnungen
verwendet, durch die eine Tinte ausgestoßen wird.
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In
solch einem On-Demand-Tintendrucksystem ist ein Tinten-Heizelement in enger
Nachbarschaft zu jeder der Öffnungen
angeordnet. Aus diesem Grund wird jede tintehaltige Kapillarröhre oder
ein in der Nachbarschaft davon bereitgestellter Heizwiderstand schnell
erhitzt und überträgt darüber hinaus
eine große
Menge thermischer Energie zu der Tinte in enger Nachbarschaft zu
der Öffnung,
wodurch ein winziger Teil der Tinte verdampft wird, so dass Blasen
in der Kapillarröhre
erzeugt werden. Infolgedessen erzeugen die Blasen eine Druckwelle,
durch die ein Tintentröpfchen
aus der Öffnung
auf die Oberfläche
eines Aufzeichnungsmaterials ausgestoßen wird. Wenn die Position
des Tinten-Heizelements zu der Öffnung
geeignet voreingestellt und die Übertragung
von Energie von dem Heizelement zu der Tinte sorgfältig geregelt
wird, verschwinden die Blasen auf dem Tinten-Heizelement oder in
der Nachbarschaft davon, bevor der Dampf aus der Öffnung austritt.
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Es
ist bekannt, dass die Lebensdauer solch eines thermischen Tintenstrahldruckers
insbesondere von den Lebensdauern eines elektrischen Leiters und
eines Heizwiderstands abhängt.
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Bemerkenswerte
Schwierigkeiten, die auf solch einem elektrischen Leiter und einem
Heizwiderstand auftreten, werden durch eine Hohlraumschädigung aufgrund
verschwindender Blasen und eine chemischen Schädigung durch die Tinte hervorgerufen.
Um die Lebensdauer des thermischen Tintenstrahldruckers zu verlängern, ist
es daher wünschenswert,
die Ermüdung
des Heizwiderstands aufgrund chemischer Veränderung zu verhindern und die
Schädigung
aufgrund des Auftretens eines Hohlraums zu minimieren.
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In
dieser Hinsicht offenbart zum Beispiel die offengelegte japanische
Patentanmeldung Nr. 59-109372 eine Lösung, um die Ermüdung eines
Heizwiderstands zu verringern. Spezieller ist ein Heizwiderstand
im Allgemeinen mit einer inerten Schicht bedeckt, um ihn gegenüber einer
chemischen Ermüdung
und einer mechanischen Ermüdung
während
seines Betriebs zu schützen.
In dieser Veröffentichung
ist eine dünne
Schicht aus Siliciumcarbid, Siliciumoxid oder Aluminiumoxid als
die inerte Schicht offenbart.
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Die
offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 59-95157 offenbart zudem
die Verwendung von Siliciumoxynitrid, Aluminiumoxid oder Titanoxid
zusätzlich
zu dem Siliciumdioxid als eine inerte Schicht oder eine Schutzschicht,
wobei eine Schicht zuerst auf einer Öffnungsplatte gebildet wird
und ein Heizwiderstand und ein elektrischer Leiter mit diesen inerten
Schichten bedeckt werden.
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Desweiteren
offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 58-221341,
dass ein Heizwiderstand (Tautal/Aluminium-Legierung) und ein elektrischer
Leiter (Aluminium), die beide im Voraus gebildet werden, mit einer ähnlichen
inerten Schicht. überzogen
werden, die aus Siliciumdioxid oder Siliciumcarbid gebildet ist.
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Darüber hinaus
offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 59-100214
eine Struktur einer inerten Schicht, die aus zwei Schichten aus
Siliciumcarbid und Siliciumnitrid oder Siliciumoxid besteht.
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In
jeder der Veröffentlichungen
ist der Oberflächenschutz
des Heizwiderstands und dergleichen unter Verwendung der inerten
Substanzen, wie es vorstehend beschrieben wurde, hinsichtlich der
Ermüdungseigenschaften
vollständig
zufriedenstellend gewesen.
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Wenn
allerdings Risse und/oder kleine Löcher in der inerten Schicht
oder der oberflächenschützenden Schicht
vorliegen, die aus der inerten Substanz gebildet und auf dem Heizwiderstand
bereitgestellt ist, hat die oberflächenschützende Schicht ein Problem,
dass sie die erwünschten
Eigenschaften nicht zeigen kann. Insbesondere wenn die oberflächenschützende Schicht
mit einer Flüssigkeit (z.
B. einer Tinte) in Kontakt steht, kommt die Tinte durch diese Risse
und/oder kleinen Löcher
mit dem Heizwiderstand in Kontakt, so dass ein Metall, das den Heizwiderstand
bildet, durch die Tinte korrodiert wird, was zu einer elektrischen
Trennung des Widerstands führt.
Im Ergebnis wird keine Hitze an die Tinte übertragen, und somit können Tintentröpfchen gleichmäßiger Größe nicht
aus einem Tintenstrahlkopf mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit und festgelegten
Bahn ausgestoßen
werden.
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Andererseits
ist es schwierig, in einem praktischen Herstellungsverfahren der
Heizwiderstände
die Risse und kleinen Löcher
in der oberflächenschützenden
Schicht vollständig
zu beseitigen. Daher gibt es eine Nachfrage für eine baldige Lösung des
vorstehenden Problems.
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Darüber hinaus
offenbart das U.S.-Patent Nr. 5,062,892 ebenfalls Tinten für thermisches
Tintenstrahlen, die ein Oxoanion wie etwa ein Phosphat, ein Sulfat
oder ein Oxalat enthalten. Solche Tinten haben ein Problem, dass
sie oberflächenschützende Schichten
auflösen,
die auf einem elektrischen Leiter und einem Heizwiderstand bereitgestellt
sind, und eine chemischen Schädigung
aufgrund von Ablagerung (Kogation) hervorrufen, was zu einem Versagen
des Tintenausstoßes
führt.
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EP-A-0
359 376 offenbart eine Aufzeichnungsflüssigkeit, die Farbstoffe und
ein flüssiges
Medium umfasst, wobei die Farbstoffe einen schwarzen Farbstoff in
Kombination mit einem tönenden
wasserlöslichen Farbstoff
umfassen. Desweiteren ist der schwarze Farbstoff aus C.I. Food Black
1, C.I. Acid Black 140 und C.I. Acid Black 187 ausgewählt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine schwarze Tinte und eine
Farbtinte zur Verfügung
zu stellen, die eine Bräunung
auf einem Aufzeichnungsmaterial verhindern können, ohne die Wasserbeständigkeit
und die Qualität
der Bilder zu beeinträchtigen,
wenn eine Aufzeichnung auf einem nicht-gestrichenen Papier erfolgt,
wie Kopierpapier, Papier für
Berichte, Notenpapier, Briefpapier, Sicherheitspapier und Endlosformulare
für den
Geschäftsbereich,
das heißt,
sogenanntes Normalpapier, das üblicherweise
in Büros und
Zuhause verwendet wird, wobei die Tinte die Probleme einer Verstopfung
der Düse
und der Lagerstabilität lösen kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
Tinte, die Drucke mit guter Wasserbeständigkeit unter Verwendung verschiedener
Arten von Normalpapier liefert, zu keiner Verstopfung in einer Düse führt, ohne
die Qualität
der Bilder zu beeinträchtigen,
selbst wenn sie über
einen langen Zeitraum hinweg aufbewahrt wurde, und die Zuverlässigkeit
gewährleistet,
wie eine Lagerstabilität
der Tinte.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
Tinte, die eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit aufweist, wobei diese
Tinte auf stabile Weise Tintentröpfchen
bildet, selbst dann, wenn der Ausstoß der Tinte unterbrochen und
anschließend
erneut aufgenommen wird, und es zu keinen Druckunregelmäßigkeiten
kommt.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Tinte, die Bilder mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit
liefert, wenn eine Aufzeichnung auf Normalpapier durchgeführt wird,
und die eine ideale schwarze Farbe aufweist und ausgezeichnete Lösungsstabilität zeigt.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Tinte, die Bilder mit hoher Qualität und hoher Dichte liefert,
die von einem unklaren oder unregelmäßigen Verlaufen des Federstrichs
frei sind, und die die Probleme der Verstopfung der Düsen und
der Lagerstabilität
lösen kann.
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Die
vorstehenden Aufgaben können
durch die nachstehend beschriebene Erfindung gelöst werden.
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In
der vorliegenden Erfindung wird eine Tinte bereitgestellt, die ein
Färbemittel
und ein flüssiges
Medium umfasst, in dem das Färbemittel
gelöst
ist, wobei das Färbemittel
wenigstens einen der Farbstoffe, die durch die Strukturformel
dargestellt
sind, wobei R NH
4 und Y H oder SO
3R ist, und wenigstens einen gelben Farbstoff
ausgewählt
aus C.I. Acid Yellow 17:1, C.I. Acid Yellow 23, C.I. Acid Yellow
49, C.I. Acid Yellow 65, C.I. Acid Yellow 104, C.I. Acid Yellow
183, C.I. Acid Yellow 155, C.I. Acid Yellow 194, C.I. Direct Yellow
86, C.I. Direct Yellow 106, C.I. Direct Yellow 142 und C.I. Direct
Yellow 194 und das flüssige
Medium wenigstens einen mehrwertigen Alkohol und einen aliphatischen
einwertigen Alkohol umfasst, und Harnstoff, ein Ammoniumsalz einer
anorganischen Säure
und ein Hydroxid enthält.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Schnittansicht des in einem erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem
verwendeten Kopfes in Längsrichtung.
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2 ist
eine schematische Schnittansicht des Kopfes in Querrichtung entlang
der Linie A-B von 1.
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3 ist
eine schematische Darstellung, die das Aussehen eines Mehrfachkopfes
zur Erläuterung zeigt,
der aus einer Anordnung von Köpfen,
wie sie in 1 gezeigt ist, besteht.
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4 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät zur Erläuterung
zeigt, in das der Kopf eingebaut wurde.
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5 ist
eine schematische Schnittansicht in Längsrichtung, die eine Tintenkassette
zeigt, von der aus dem Kopf Tinte zugeführt wird.
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6 ist
eine schematische Darstellung, die die Hauptteile eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes zeigt,
in dem der Kopf und die Tintenkassette einstückig miteinander gebildet wurden.
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Widerstand-Voltmeters, das in den Ausführungsformen der
Erfindung verwendet wurde.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Erfinder führten
intensive Untersuchungen an verschiedenen Arten von Tintenzusammensetzungen
in Hinblick auf eine Verbesserung der Lösungsstabilität der Tinten
durch, die Drucke liefern, die eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit
zeigen, und die eine Bräunung
auf einem Aufzeichnungsmaterial verhindern.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine intensive Untersuchung
an verschiedenen Arten von Tintenzusammensetzungen durchgeführt, um
eine Tinte zu erhalten, die Drucke mit hervorragender Wasserfestigkeit
liefert, eine gute Lösungsstabilität aufweist
und eine schwarze Farbe nahe einer Primärfarbe hat. Im Ergebnis ist
gefunden worden, dass wenn ein spezieller gelber Farbstoff als ein
Färbemittel
in Kombination mit einem Farbstoff, der durch die Strukturformel
(a) dargestellt wird, und ein spezielles Medium verwendet werden,
eine ideale schwarze Tinte erhalten wird, die hochqualitative Bilder
mit höherer
Dichte und frei von undefiniertem oder irregulärem Verlaufen ohne Beeinträchtigung
der Wasserfestigkeit, die dem Farbstoff der Strukturformel (a) eigen
ist, liefert, keine Verstopfung an Düsen verursacht und eine gute
Lagerungsstabilität hat,
was zur Vervollständigung
der vorliegenden Erfindung führte.
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Die
gelben Farbstoffe schließen
wenigstens einen ein, der aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus CI (CI
= Colour Index = Farbindex) Säuregelb
17:1 (C.I. Acid Yellow 17:1), CI Säuregelb 23 (C.I. Acid Yellow
23), CI Säuregelb
49 (C.I. Acid Yellow 49), CI Säuregelb
65 (C.I. Acid Yellow 65), CI Säuregelb
104 (C.I. Acid Yellow 104), CI Säuregelb
183 (C.I.
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Acid
Yellow 183), CI Säuregelb
155 (C.I. Acid Yellow 155), CI Säuregelb
194 (C.I. Acid Yellow 194), CI Direktgelb 86 (C.I. Direct Yellow
86), CI Direktgelb 106 (C.I. Direct Yellow 106), CI Direktgelb 142
(C.I. Direct Yellow 142) und CI Direktgelb 194 (C.I. Direct Yellow
194).
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die bevorzugten
Ausführungsformen
beschrieben.
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Der
Gesamtgehalt des durch die Strukturformel (a) dargestellten Farbstoffs
und des vorstehend beschriebenen gelben Farbstoffs, die in der vorliegenden
Erfindung als Färbemittel
verwendet werden, in der Tinte liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs
von 0,1 bis 15 Gew.%, mehr bevorzugt von 0,1 bis 10 Gew.%. Ein Mischungsverhältnis des
durch die Strukturformel (a) dargestellten Farbstoffs zu dem gelben
Farbstoff liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 40:1 bis
4:1, mehr bevorzugt von 20:1 bis 5:1 hinsichtlich des Gewichts. Spezieller
ist der Farbton blau, wenn der Mischungsanteil des gelben Farbstoffs
niedriger als die untere Grenze ist. Wenn im Gegensatz dazu der
Mischungsanteil des gelben Farbstoffs höher als die obere Grenze ist,
ist der Farbton grünlich.
Es ist daher unmöglich,
bei irgendwelchen Verhältnissen
außerhalb
des vorstehenden Bereichs eine ideale schwarze Farbe zu erzeugen.
Die gemeinsame Verwendung des durch die Strukturformel (a) dargestellten
Farbstoffs und des gelben Farbstoffs, das heißt die Verwendung einer Vielzahl
von Farbstoffen, erhöht
die Lösungsstabilität der Farbstoffe
verglichen mit der einzelnen Verwendung eines Farbstoffes, was zu
einer Tinte führt,
die kaum eine Verstopfung an Düsen
hervorruft.
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Bevorzugte
Beispiele für
den in der vorliegenden Erfindung verwendeten mehrwertigen Alkohol
schließen
Ethylenglykol, Diethylenglykol, Thiodiglykol und Glycerin ein. Neben
den mehrwertigen Alkoholen sind Glykolether, Glykoletherester; Amide,
stickstoffhaltige heterocyclische Ketone und dergleichen im Allgemeinen als
flüssige
Medien bekannt. Allerdings wird in der vorliegenden Erfindung unter
Berücksichtigung
der Tatsache, dass mehrwertige Alkohole Farbstoffe gut lösen können und
daher keine Verstopfung hervorrufen, dass sie kaum ein Verlaufen
auf Drucken hervorrufen, sondern eine vergleichsweise gute Fixierbarkeit
haben, und dass es darüber
hinaus keine Sorge hinsichtlich der Sicherheit wie etwa hinsichtlich
eines befremdlichen Geruchs und Toxizität verglichen mit stickstoffhaltigen
Verbindungen gibt, die im Allgemeinen Farbstoffe sehr gut lösen können, wenigstens
ein mehrwertiger Alkohol verwendet.
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Die
Tinte gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst des Weiteren Harnstoff. Die Gehalte des mehrwertigen
Alkohols und des Harnstoffs in der Tinte liegen unter dem Gesichtspunkt
des Verstopfens, des Verlaufens und der Fixierfähigkeit jeder bevorzugt innerhalb
eines Bereichs von 1 bis 15 Gew.%.
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Der
in der vorliegenden Erfindung verwendete aliphatische einwertige
Alkohol ist notwendig, um die Fixierfähigkeit der Tinte auf einem
Aufzeichnungsmaterial, das heißt
die Trocknungsfähigkeit,
zu steuern und erleichtert die Fixierung, ohne ein undefiniertes
oder irreguläres
Verlaufen hervorzurufen. Beispiele für den aliphatischen einwertigen
Alkohol schließen
Methanol, Ethylalkohol, Isopropylalkohol, 2-Butanol und dergleichen ein.
Ihr Gehalt in der Tinte liegt bevorzugt innerhalb eines Bereichs
von 0,1 bis 5 Gew.%.
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Die
Tinte gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst des Weiteren das Hydroxid und das Ammoniumsalz
einer anorganischen Säure.
Die einzelne Verwendung des Hydroxids kann die Löslichkeit der Farbstoffe erhöhen, verschlechtert
aber die Wasserfestigkeit der Farbstoffe. Daneben kann die einzelne
Verwendung des Ammoniumsalzes der anorganischen Säure ebenfalls
die Löslichkeit
der Farbstoffe erhöhen,
aber seine Wirkung ist geringer als die des Hydroxids. Allerdings
führt die
gemeinsame Verwendung des Hydroxids und des Ammoniumsalzes der anorganischen
Säure zu
einer Tinte mit den folgenden Wirkungen. Und zwar ist die Lösungsstabilität der Tinte
in einem größeren Ausmaß verbessert
als die einer Tinte, die nur das Ammoniumsalz der anorganischen
Säure enthält, ohne
die den Farbstoffen innewohnende gute Wasserfestigkeit zu beeinträchtigen,
ein Verstopfen an Düsen
findet kaum statt, ein Auftreten von Bräunung auf Aufzeichnungsmaterialien
kann unterdrückt
und ein stabiler Ausstoß kann
erzielt werden.
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Beispiele
für das
Ammoniumsalz der anorganischen Säure
schließen
Ammoniumcarbonat, Ammoniumchlorid, Ammoniumphosphat, Ammoniumborat,
Ammoniumacetat, Ammoniumsulfat und dergleichen ein. Von diesen ist
Ammoniumsulfat insbesondere bevorzugt. Beispiele für das Hydroxid
schließen
Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid und dergleichen
ein. Von diesen sind Natriumhydroxid und Lithiumhydroxid besonders
bevorzugt. Es ist bevorzugt, die Gehalte dieser Komponenten in der
Tinte jeweils innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 1,0 Gew.-% einzuregeln
und den pH der Tinte bei 7 bis 10 zu halten.
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Die
erfindungsgemäßen Tinten
können
insbesondere geeigneter Weise in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem
eines Typs verwendet werden, in dem die Aufzeichnung durch den Ausstoß von Tröpfchen einer
Tinte unter Einwirkung von Wärmeenergie durchgeführt wird.
Die Tinten können
jedoch auch in Geräten für allgemeine
Schreibzwecke verwendet werden.
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Als
bevorzugte Verfahren und bevorzugtes Gerät zur Durchführung einer
Aufzeichnung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Tinten kann ein Verfahren
und ein Gerät
erwähnt
werden, in dem Wärmeenergie,
die den Aufzeichnungssignalen entspricht, auf eine Tinte in einem
Aufzeichnungskopf einwirkt, und Tintentröpfchen in Übereinstimmung mit der Wärmeenergie
erzeugt werden.
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Beispiele
für den
Aufbau eines Kopfes, der den Hauptbestandteil in solch einer Apparatur
darstellt, sind in den 1, 2 und 3 gezeigt.
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Ein
Kopf 13 wird durch das Befestigen einer Glas-, Keramik- oder Kunststoffplatte
oder ähnlichem
mit einer Rille, durch die Tinte fließt, an einen Heizkopf 15 hergestellt,
der für
eine thermische Aufzeichnung verwendet wird (die Zeichnung zeigt
einen Kopf, auf den die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist).
Der Heizkopf 15 besteht aus einem Schutzfilm 16,
der aus Siliciumoxid oder ähnlichem
gefertigt ist, Aluminiumelektroden 17-1 und 17-2,
einer Heizresistorschicht 18, die aus Ni-Chrom oder ähnlichem
gefertigt ist, einer Wärme
akkumulierenden Schicht 19 und einem Substrat 20,
das aus Aluminiumoxid oder ähnlichem
gefertigt ist, mit guten Wärmestrahlungseigenschaften.
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Eine
Tinte 21 gelangt zu der Ausstoßöffnung 22 (eine winzige Öffnung)
und bildet auf Grund des Druckes P einen Meniskus 23.
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Beim
Anlegen einer elektrischen Signalinformation an die Elektroden 17-1, 17-2 erzeugt
der Heizkopf 15 rasch Wärme
an dem Bereich der Wärmewirkungsfläche 109 und
bildet in der Tinte 21, die in Kontakt mit diesem Bereich
steht, Blasen. Der Meniskus 23 der Tinte wird durch die
Wirkung des so erzeugten Druckes nach Außen gedrückt und die Tinte 21 wird
in Form von Aufzeichnungströpfchen 24 aus
der Öffnung 22 auf ein
Aufzeichnungsmaterial 25 ausgestoßen.
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3 zeigt
das Aussehen eines Mehrfachkopfes, der aus einer Anordnung einer
Anzahl von Köpfen besteht,
wie er in 1 gezeigt ist. Der Mehrfachkopf
wird durch ein dichtes Befestigen einer Glasplatte 27 mit einer
bestimmten Anzahl an Kanälen 26 an
einen Heizkopf 28, ähnlich
wie der Kopf, der in 1 gezeigt ist, hergestellt.
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1 ist
eine Schnittansicht des Kopfes 13 entlang des Fließweges der
Tinte, und 2 ist eine Schnittansicht entlang
der Linie A-B der 1.
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4 zeigt
ein Beispiel eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes, in
dem solch ein Kopf eingebaut wurde.
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In 4 bezeichnet
das Bezugszeichen 61 eine Klinge, die als Wischelement
dient, deren eines Ende ein stationäres Ende ist, das von einem
Klingenhalteelement gehalten wird, wodurch ein einseitig eingespanntes
Element gebildet wird. Die Klinge 61 ist an einer Position
in der Nähe
des Bereichs angeordnet, in dem der Aufzeichnungskopf operiert,
und wird in dieser Ausführungsform
so gehalten, dass sie in den Weg hineinragt, auf dem der Aufzeichnungskopf
bewegt wird.
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Das
Bezugszeichen 62 bezeichnet eine Abdeckung, die an einer
Ausgangs- beziehungsweise Ruheposition in Nachbarschaft zur Klinge 61 zur
Verfügung
gestellt wird, und so aufgebaut ist, dass sie sich in eine Richtung
senkrecht zur Richtung, in der sich der Aufzeichnungskopf bewegt,
bewegt und in Kontakt mit der Fläche
der Ausstoßöffnungen
tritt, um sie zu bedecken. Das Bezugszeichen 63 bezeichnet
ein Tintenabsorptionselement, das angrenzend an die Klinge 61 bereitgestellt
wird, und ebenfalls wie die Klinge 61 in solch einer Form
gehalten wird, dass es in den Weg, auf dem der Aufzeichnungskopf
bewegt wird, hineinragt.
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Die
vorstehend beschriebene Klinge 61, die Abdeckung 62 und
das Absorptionselement 63 bilden einen Wiederherstellungsbereich 64 für den Aufzeichnungskopf,
wobei die Klinge 61 und das Absorptionselement 63 Wasser,
Staub und/oder ähnliches
von der Fläche
der Tintenausstoßöffnungen
entfernen.
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Wenn
eine Tinte, die durch die Zugabe eines Phosphats, alleine oder in
Kombination mit anderen Additiven, wie in der US-Patentschrift Nr.
5,062,892 beschrieben, erhalten wurde, verwendet wird, und Sn-Ionen, die
in dem Absorptionselement 63 enthalten sind, von den Phosphationen
herausgelöst
werden, bilden sich auf Grund einer Kogation auf der Oberfläche 109,
auf die Wärme
einwirkt, chemische Abscheidungen. Dies ist mit dem Problem verbunden,
das sich die Nutzungsdauer des elektrothermischen Wandlers in starkem
Ausmaß verringert.
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Das
Bezugszeichen 65 bezeichnet den Aufzeichnungskopf mit einer
Einrichtung zur Erzeugung von Ausstoßenergie, die dazu dient, die
Tinte auf ein Aufzeichnungsmaterial auszustoßen, das der Ausstoßöffnungsfläche, die
mit Ausstoßöffnungen
versehen ist, gegenüberliegend
angeordnet ist, um eine Aufzeichnung durchzuführen. Das Bezugszeichen 66 bezeichnet
einen Wagen, auf dem der Aufzeichnungskopf 65 montiert ist,
so dass der Aufzeichnungskopf 65 bewegt werden kann.
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Der
Wagen 66 steht auf verschiebbare Weise mit einem Führungsstab 67 in
Arbeitseingriff und ist (nicht gezeigt) an einem Teil mit einem
Riemen 69 verbunden, der von einem Motor 68 angetrieben
wird. Auf diese Weise kann der Wagen 66 entlang des Führungsstabes 67 bewegt
werden und somit kann der Aufzeichnungskopf 65 von dem
Aufzeichnungsbereich zu dem daran angrenzenden Bereich bewegt werden.
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Die
Bezugszeichen 51 und 52 bezeichnen einen Papierzuführteil,
von dem aus die Aufzeichnungsmaterialien getrennt eingegegeben werden,
beziehungsweise Papierzuführwalzen,
die von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben werden. Mittels
solch eines Aufbaus wird das Aufzeichnungsmaterial einer Position
zugeführt,
die der Ausstoßöffnungsfläche des
Aufzeichnungskopfes gegenüber
liegt, und aus einem Papierausgabeabschnitt, der mit Papierausgabewalzen 53 versehen
ist, im Laufe der Aufzeichnung ausgegeben.
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In
dem vorstehenden Aufbau wird die Abdeckung 62 in dem Kopfwiederherstellungsbereich 64 aus dem
Bewegungsweg des Aufzeichnungskopfes 65 zurückgezogen,
wenn der Aufzeichnungskopf 65 zu seiner Ausgangsposition
zurückkehrt,
zum Beispiel nach der Beendigung der Aufzeichnung, und die Klinge 61 ragt weiterhin
in den Bewegungsweg hinein. Als Ergebnis wird die Ausstoßöffnungsfläche des
Aufzeichnungskopfes 65 abgewischt. Wenn die Abdeckung 62 in
Kontakt mit der Ausstoßöffnungsfläche des
Aufzeichnungskopfes 65 tritt, um ihn zu bedecken, wird
die Abdeckung 62 so bewegt, dass sie in den Bewegungsweg
des Aufzeichnungskopfes hineinragt.
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Wenn
der Aufzeichnungskopf 65 von seiner Ausgangsposition zu der
Position bewegt wird, an der die Aufzeichnung beginnt, befinden
sich die Abdeckung 62 und die Klinge 61 an den
gleichen Positionen wie bei der vorstehend beschriebenen Wischoperation.
Als Ergebnis wird die Ausstoßöffnungsfläche des
Aufzeichnungskopfes 65 zum Zeitpunkt dieser Bewegung ebenfalls
abgewischt.
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Die
vorstehende Bewegung des Aufzeichnungskopfes zu seiner Ausgangsposition
erfolgt nicht nur, wenn die Aufzeichnung beendet ist oder der Aufzeichnungskopf
für einen
Ausstoß wiederhergestellt
wird, sondern auch dann, wenn der Aufzeichnungskopf zwischen Aufzeichnungsbereichen
zum Zwecke der Aufzeichnung bewegt wird, wobei er in gegebenen Abständen zu
der Ausgangsposition bewegt wird, die jedem Aufzeichnungsbereich
benachbart angeordnet ist, wobei die Ausstoßöffnungsfläche in Übereinstimmung mit dieser Bewegung
abgewischt wird.
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5 zeigt
eine beispielhafte Tintenkassette, in der Tinte enthalten ist, die
einem Kopf mittels eines Tintenzuführelementes, beispielsweise
einer Röhre,
zugeführt
wird.
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Hier
bezeichnet das Bezugszeichen 40 einen Tintenbehälterbereich,
der die zuzuführende
Tinte enthält,
wie er durch einen Tintenbeutel veranschaulicht wird. Ein Ende davon
ist mit einem Stopfen 42, der aus Kautschuk gefertigt ist,
versehen. Eine Nadel (nicht gezeigt) kann in diesem Stopfen 42 eingeführt sein,
so dass die Tinte in dem Tintenbeutel 40 dem Kopf zugeführt werden
kann. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet ein Tintenabsorptionselement
für die
Aufnahme einer Abfalltinte.
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Es
ist für
die Erfindung bevorzugt, dass der Tintenbehälterbereich an seiner Fläche, die
mit der Tinte in Kontakt kommt, aus einem Polyolefin, insbesondere
Polyethylen, gebildet ist.
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Das
für diese
Erfindung verwendete Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät ist nicht auf das vorstehend
beschriebene Gerät
beschränkt,
in dem der Kopf und die Tintenkassette getrennt zur Verfügung gestellt
werden. Deshalb kann bevorzugt auch eine Vorrichtung, in der diese
Elemente in integrierter Form zur Verfügung gestellt werden, wie in 6 gezeigt,
ebenfalls verwendet werden.
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In 6 bezeichnet
das Bezugszeichen 70 eine Aufzeichnungseinheit, in deren
inneren Teil ein Tintenbehälterbereich,
der eine Tinte enthält,
zum Beispiel ein Tintenabsorptionselement, enthalten ist. Die Aufzeichnungseinheit 70 ist
so konstruiert, dass die Tinte in solch einem Tintenabsorptionselement
in Form von Tintentröpfchen
durch einen Kopf 71 mit mehreren Öffnungen ausgestoßen wird.
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In
der Erfindung wird bevorzugt Polyurethan, Cellulose oder Polyvinylacetal
als Material für
das Tintenabsorptionselement verwendet. Das Bezugszeichen 72 gibt
einen Luftdurchgang zur Verbindung des Inneren der Aufzeichnungseinheit 70 mit
der Atmosphäre
an. Diese Aufzeichnungseinheit 70 kann anstelle des in 3 gezeigten
Aufzeichnungskopfes verwendet werden und ist in abnehmbarer Form
an dem Wagen 66 montiert.
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Die
Erfindung wird nachstehend genauer unter Bezugnahme auf die nachstehenden
Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
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Mit
den Bezeichnungen "Teil" oder "Teile" und "%", so wie sie in den nachstehenden Beispielen
verwendet werden, sind ein Gewichtsteil oder Gewichtsteile und Gew%
gemeint, solange nichts anderes ausdrücklich angegeben ist.
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Beispiele 1 bis 6:
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Nachdem
ihre in Tabelle 1 gezeigten entsprechenden Komponenten vermischt
und heftig zu Lösungen verrührt wurden,
wurden die resultierenden Lösungen
getrennt unter Druck durch einen „Fluoropore Filter" (Handelsbezeichnung,
Produkt von Sumitomo Electric Industries, Ltd.) mit einer Porengröße von 0,45 μm filtriert,
wodurch entsprechende Tinten gemäß den Beispielen
1 bis 6 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
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Referenzbeispiele 1 bis
6:
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Tinten
gemäß der Referenzbeispiele
1 bis 6 wurden unter Verwendung ihrer in Tabelle 2 gezeigten entsprechenden
Komponenten auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 6
hergestellt.
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Unter
Verwendung einer jeden der in den Beispielen 1 bis 6 und den Referenzbeispielen
1 bis 6 erhaltenen Tinten wurde dann ein Drucktest durchgeführt, wobei
als ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät ein on-demand-artiger
Tintenstrahldrucker verwendet wurde, der ein Heizelement als eine
Ausstoßenergiequelle
verwendet, um die Tinte hinsichtlich (1) Farbton, (2) Verstopfungsneigung,
(3) Druckdichte, (4) Bräunungsneigung auf
einem Aufzeichnungsmaterial, (5) Wasserfestigkeit, (6) Beständigkeit
gegenüber
Verlaufen und (7) Fixierfähigkeit
gemäß den folgenden
jeweiligen Standards zu bewerten. Die Ergebnisse sind in den Tabellen
3 und 4 angegeben.
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Verfahren und Standards
zur Bewertung
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(1) Bewertung des Farbtons:
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Durch
den Drucker wurde auf einem SK-Papier (Canon NP Dry SK) ein ausgefüllter Druck
erzeugt, um den Farbton des resultierenden Drucks mit dem bloßen Auge
zu beobachten.
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(2) Bewertung der Verstopfungsneigung
(Wiederherstellungseigenschaft nach dem Verkrusten):
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Der
Drucker wurde 1 Monat lang in einer Kammer mit konstanter Temperatur
bei 35 °C
stehen gelassen und anschließend
24 Stunden lang bei Raumtemperatur. Nach der Durchführung einer
Wiederherstellungsoperation (Saugoperation mittels Pumpens) erfolgte
ein Drucken. Die Verstopfungsneigung wurde gemäß den nachstehenden Standards
beurteilt:
- A: Ein normaler Druckzustand wurde
mittels der Durchführung
einer höchstens
5maligen Wiederherstellungsoperation erreicht;
- B: Ein normaler Druckzustand wurde mittels der Durchführung einer
6 bis 10fachen Wiederherstellungsoperation erreicht;
- C: Es wurde selbst nach der Durchführung einer 6 bis 10fachen
Wiederherstellungsoperation kein Ausstoß beobachtet oder es wurden
Druckunregelmäßigkeiten
bemerkt.
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(3) Bewertung der Druckdichte:
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Durch
den Drucker wurde auf einem SK-Papier (Canon NP Dry SK) ein ausgefüllter Druck
erzeugt und der resultierende Druck wurde für 24 Stunden an der Luft getrocknet.
Danach wurde die Dichte des Drucks durch ein Macbeth RD 915 (Handelsbezeichnung,
hergestellt durch Macbeth Company) vermessen und gemäß dem folgenden
Standard eingeordnet:
- A: Die Druckdichte war
nicht kleiner als 1,30;
- B: Die Druckdichte betrug 1,20 bis 1,29;
- C: Die Druckdichte war nicht größer als 1,19.
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(4) Bewertung der Bräunungsneigung
auf einem Aufzeichnungsmaterial:
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Durch
den Drucker wurde auf einem SK-Papier (Canon NP Dry SK) ein ausgefüllter Druck
erzeugt. Nachdem der resultierende Druck für wenigstens eine Stunde belassen
wurde, wurde der Glanz des ausgefüllten bedruckten Bereichs mit
dem bloßen
Auge beobachtet, um die Bräunungsneigung
gemäß dem folgenden
Standard einzuteilen:
- A: Der Druck glänzte nicht
und hatte eine gleichmäßige Farbstärke;
- B: Der Druck glänzte
teilweise und hatte eine ungleichmäßige Farbstärke;
- C: Der Druck glänzte
insgesamt und hatte eine ungleichmäßige Farbstärke.
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(5) Bewertung der Wasserfestigkeit:
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Durch
den Drucker wurde auf einem SK-Papier (Canon NP Dry SK) ein ausgefüllter Druck
erzeugt. Nachdem der resultierende Druck für wenigstens eine Stunde belassen
wurde, wurde er vertikal für
3 Sekunden in stilles Wasser eingetaucht und dann vertikal herausgezogen,
um ihn in dem Inneren eines Raums an der Luft zu trocknen. Danach
wurde der Grad des erneuten Einfärbens
aufgrund von Laufen eines Farbstoffs zu einem unausgefüllten Bereich
beobachtet, um die Wasserfestigkeit gemäß dem folgenden Standard einzuteilen:
- A: Weder ein erneutes Einfärben noch ein Verschmieren
trat in einem unausgefüllten
Bereich auf;
- B: Ein erneutes Einfärben
trat auf, und ein Verschmieren wurde in einem unausgefüllten Bereich
teilweise beobachtet;
- C: Ein erneutes Einfärben
trat in einem signifikanten Ausmaß auf, und ein Verschmieren
wurde in einem unausgefüllten
Bereich bemerkt.
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(6) Bewertung der Beständigkeit
gegenüber
Verlaufen:
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Englische
Buchstaben und Zahlen wurden durch den Drucker auf ein SK-Papier
gedruckt, und der resultierende Druck wurde für wenigstens 1 Stunde belassen.
Der Druck wurde dann durch ein Mikroskop und mit bloßen Augen
beobachtet, um jede Tinte hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber Verlaufen
zu bewerten, indem die Schärfegrade
der Zeichen und auf den Zeichen aufgetretenes backenbartartiges
Verlaufen gemäß dem folgenden
Standard eingeteilt wurden:
- A: Die Zeichen
waren scharf, und kein backenbartartiges Verlaufen trat auf;
- B: Die Zeichen waren ausdruckslos, und ein backenbartartiges
Verlaufen trat geringfügig
auf;
- C: Die Zeichen waren ausdruckslos, und ein backenbartartiges
Verlaufen trat in einem großen
Ausmaß auf.
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(7) Trocknungszeit:
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Englische
Buchstaben und Zahlen wurden durch den Drucker auf ein SK-Papier
gedruckt. Nach 15 Sekunden, 20 Sekunden, 25 Sekunden und 30 Sekunden
wurde der bedruckte Bereich mit einem Papier zum Reinigen von Linsen
abgerieben, um die benötigte
Sekundenzahl zu messen, bis die bedruckte Oberfläche nicht länger verschmierte, wodurch
die Fixierfähigkeit
gemäß dem folgenden
Standard eingeteilt wurde:
- A: Nicht länger als
15 Sekunden;
- B: 16 bis 25 Sekunden;
- C: Nicht kürzer
als 26.
Tabelle
1 Tabelle
2 Tabelle
3 Tabelle
4 Anmerkung: RP = Königspurpur (Royal purplish)
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Wie
vorstehend beschrieben haben die Tinten gemäß der vorliegenden Erfindung
eine hervorragende Wasserfestigkeit, wenn auf allen Aufzeichnungsmaterialien,
insbesondere auf so genanntem unbeschichtetem Papier wie etwa Kopierpapier,
das üblicherweise
in Büros
und Haushalten verwendet wird, gedruckt wird, und haben eine ideale
schwarze Farbe. Zusätzlich
können
die Tinten hochqualitative Drucke mit großer Dichte und frei von Verlaufen
bereitstellen, haben eine hervorragende Lösungsstabilität, verursachen
keine Verstopfung und haben eine gute Lagerungsstabilität und sind
zur Verwendung als Tintenstrahltinten geeignet.