KR101035829B1 - 잉크젯 기록용 잉크, 잉크젯 기록 방법, 잉크젯 기록 헤드및 그의 제조 방법, 잉크젯 기록 헤드의 처리 방법, 및잉크젯 프린터 - Google Patents

잉크젯 기록용 잉크, 잉크젯 기록 방법, 잉크젯 기록 헤드및 그의 제조 방법, 잉크젯 기록 헤드의 처리 방법, 및잉크젯 프린터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물, 염료 및 물을 포함하는 열 (thermal) 잉크젯 기록용 잉크에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 잉크젯 기록 헤드를 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 처리하는 것에 의해 잉크젯 기록 헤드의 발열 소자의 표면이 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 처리되도록 할 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112003028099814-pat00001
유기 포스폰산 화합물, 잉크젯 기록용 잉크, 잉크젯 기록 헤드, 발열 소자, 토출 (ejection).

Description

잉크젯 기록용 잉크, 잉크젯 기록 방법, 잉크젯 기록 헤드 및 그의 제조 방법, 잉크젯 기록 헤드의 처리 방법, 및 잉크젯 프린터 {Ink Used in Inkjet Recording, Method for Inkjet Recording, Inkjet Recording Head and Manufacturing Method Therefor, Method for Treating Inkjet Recording Head, and Inkjet Printer}
도 1은 본 발명의 잉크젯 기록 헤드의 한 예를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 잉크젯 기록 헤드의 한 예를 나타내는 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 잉크젯 기록 헤드의 한 예를 나타내는 부분 확대 투시도.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
1: 잉크젯 기록 헤드, 2: 헤드 프레임, 2a: 잉크 공급 슬릿 (slit), 3: 헤드칩, 3a: 발열 소자, 3b: 접속 단자, 4: 잉크실 부재, 4a: 잉크실, 4b; 잉크 유로, 5: 노즐 플레이트, 5a: 노즐, 6: 필터, 7: 잉크 탱크, 7a: 백 (bag), 7b: 케이싱 (casing), 8: 전기 배선.
본 발명은, 염료와 물을 포함하는 잉크젯 기록용 잉크, 잉크젯 기록 방법, 잉크젯 기록 헤드 및 그의 제조 방법, 및 잉크젯 프린터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열 (thermal) 잉크젯 프린터에서 특유의 문제인 코게이션 (kogation)이라고 불리는 현상의 발생을 현저하게 억제할 수 있는 잉크젯 기록용 잉크 및 잉크젯 기록 헤드에 관한 것이다.
최근, 화상 처리 등의 분야에서 하드 카피의 컬러화에 대한 필요성이 높아지고 있다. 컬러 하드 카피의 생성을 위한 다양한 방법이 개발되어 왔다. 이러한 방법의 예로는 승화형열전사 (dye-sublimation) 기록 방법, 용융열전사 (thermal wax transfer) 기록 방법, 잉크젯 기록 방법, 전자사진 기록 방법 및 열현상은염 (thermally processed silver) 기록 방법 등이 있다.
잉크젯 인쇄에서, 잉크 액적은 잉크젯 프린터의 잉크젯 기록 헤드에 나란하게 배열된 노즐로부터 용지 등의 기록 매체 상에 토출 (ejection)된다. 토출된 액적은 "도트 (dot)"라고 불리우는 점을 형성하여 문자 및 화상을 기록한다. 잉크젯 인쇄는 다른 인쇄 방법에 비해 비용이 적게 들고, 품질이 높으며, 컬러 화상의 형성이 용이하다는 이점을 갖는다. 잉크젯 인쇄에 사용되는 잉크는 수용성 염료 또는 안료를 물 및 수용성 유기 용매를 포함하는 용매중에 용해 또는 분산시켜 제조한다. 필요에 따라 계면활성제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다.
잉크젯 프린터는, 잉크 액적을 토출시키는 방법에 따라, 압전 (piezoeletric) 소자를 이용하여 잉크를 토출시키는 압전 방식, 발열 소자를 이용하여 잉크를 토출시키는 열 방식으로 분류할 수 있다.
열 인쇄 방법에 따라, 잉크젯 기록 헤드의 잉크실내에 포함된 잉크는 발열 소자에 의해 국소적으로 가열되어 기포를 발생시키며, 이에 따라 잉크실내의 잉크 액적이 노즐 등의 토출구 (orifice)를 통해 기록 매체 상에 방출된다. 따라서, 열 방식의 프린터는 잉크실내에 설치되어 잉크를 가열시키는 발열 소자 및 이 발열 소자를 구동시키는 논리 집적 회로와 같은 구동 회로를 포함하는 잉크젯 기록 헤드를 갖는다.
그러나, 잉크젯 기록에 사용되는 통상의 잉크를 열 잉크젯 프린터에 사용하는 경우, 염료의 합성시 혼입되는 금속 이온 등의 불순물이나 염료의 열 분해물 등의 이물이 잉크젯 프린터를 사용함에 따라 발열 소자의 표면에 침착하게 된다. 이러한 현상은 "코게이션 (kogation)"이라고 부른다. 코게이션이 발생하면 잉크의 국소적 가열이 불충분하게 되어, 기포의 발생이 억제되고, 잉크의 토출 속도가 느려지며, 잉크 액적의 토출이 불리한 영향을 받는다.
코게이션의 방지를 위해 제안된 한가지 기술은 염료의 합성시 도입된 금속 이온과 같은 불순물을 염료로부터 제거하는 것이다. 그러나, 잉크 중의 염료가 열 분해되는 것은 피할 수 없는 문제이다. 잉크를 정제하여 금속 이온과 같은 불순물을 제거했다고 하더라도, 염료의 분해물이 발열 소자에 침착되는 것은 막을 수 없다. 따라서, 이러한 기술로는 코게이션을 완전하게 방지할 수 없다.
상기 설명한 바와 같이, 염료, 물 및 유기 용매를 포함하는 잉크를 잉크젯 기록에 사용하는 한, 종래의 기술에 따라서는 코게이션의 발생을 완전히 방지할 수 없다.
본 발명의 목적은 열 잉크젯 인쇄에 있어서 코게이션을 억제하여 잉크 액적을 프린터 헤드에서 장기간에 걸쳐 부드럽게 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록용 잉크 및 잉크젯 기록 헤드를 제공하여 상기 설명한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것이다.
본 발명자들은 특정 포스폰산 화합물을 잉크젯 기록용 잉크에 첨가하면 코게이션이 억제될 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 제1 측면은 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물, 염료 및 물을 포함하는 잉크젯 기록용 잉크를 제공한다.
Figure 112003028099814-pat00002
본 발명의 제2 측면은 상기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물, 염료 및 물을 포함하는 잉크를 노즐로부터 기록 매체상에 토출시켜 기록 매체상에 화상을 형성하는 단계를 포함하는 잉크젯 기록 방법을 제공한다.
또한 본 발명자들은 상기 언급한 특정 유기 포스폰산 화합물로 잉크젯 기록 헤드의 발열 소자의 표면을 처리함으로써 전술한 목적을 달성할 수 있음을 밝혀냈다.
특히, 본 발명의 제3 측면은 잉크를 수용하는 잉크실, 상기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 표면 처리된 발열 소자 및 노즐을 포함하며 잉크실내의 잉크를 발열 소자로부터의 열에 의해 노즐로부터 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드를 제공한다.
본 발명의 제4 측면은, 상기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 표면 처리액을 잉크를 수용하는 잉크실내에 도입하여 발열 소자가 상기 표면 처리액과 접촉되도록 하는 단계, 및
상기 발열 소자를 가열하여 발열 소자의 표면이 상기 유기 포스폰산 화합물로 처리되도록 하는 단계
를 포함하는, 잉크를 수용하는 잉크실, 발열 소자 및 노즐을 포함하며 잉크실내의 잉크를 발열 소자로부터의 열에 의해 노즐로부터 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제5 측면은, 상기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 표면 처리액을 잉크가 채워지지 않은 잉크실내에 도입하여 발열 소자가 상기 표면 처리액과 접촉되도록 하는 단계, 및
상기 발열 소자를 가열하여 발열 소자의 표면이 상기 유기 포스폰산 화합물로 처리되도록 하는 단계
를 포함하는, 잉크를 수용하는 잉크실, 발열 소자 및 노즐을 포함하며 잉크실내의 잉크를 발열 소자로부터의 열에 의해 노즐로부터 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드의 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제6 측면은 전술한 잉크젯 기록 헤드들 중 어느 하나를 포함하는 잉크젯 프린터를 제공한다.
<바람직한 실시양태의 설명>
하기에서는 염료 및 물을 적어도 포함하며 본 발명의 제1 실시양태에 따른 잉크젯 기록용 잉크를 설명할 것이다. 이러한 잉크는 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
<화학식 1>
Figure 112003028099814-pat00003

상기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 잉크는 코게이션 및 불순물의 발열 소자상으로의 침착을 방지할 수 있다. 이 때문에, 잉크젯 프린트 헤드로부터 잉크가 토출되는 속도를 늦추지 않고서도 잉크 액적을 기록 매체상에 장기간에 걸쳐 부드럽게 토출시킬 수 있어, 고 품질의 기록을 달성할 수 있게 된다. 이에 대한 정확한 이유는 아직 알려져 있지 않다. 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물이 발열 소자의 표면에 침착되어 피막을 형성하여, 이 피막이 염료 분해물 및 불순물 등의 이물의 침착을 막는 것으로 생각된다.
본 발명에 있어서, 잉크젯 기록용 잉크 중 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물의 양은 바람직하게는 0.01 내지 10 중량％, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5 중량％ 이다. 유기 포스폰산 화합물의 양이 이 범위보다 적으면 코게이션을 완전히 방지할 수 없다. 유기 포스폰산 화합물의 양이 이 범위보다 많으면 잉크의 점성이 과도해져서 잉크가 잉크젯 헤드의 노즐로부터 부드럽게 토출되지 않을 수 있다.
잉크젯 기록에 사용되는 종래의 임의의 수용성 염료, 예를 들어 직접 염료, 산성 염료 및 반응성 염료를 사용할 수 있다. 구체적으로, 황색 (yellow)계 직접 염료의 바람직한 예로는 C.I. 다이렉트 옐로우 1, 동 8, 동 11, 동 12, 동 24, 동 26, 동 27, 동 28, 동 33, 동 39, 동 44, 동 50, 동 58, 동 85, 동 86, 동 87, 동 88, 동 89, 동 98, 동 100 및 동 110을 들 수 있고, 마젠타 (magenta)계 직접 염료의 바람직한 예로는 C.I. 다이렉트 레드 1, 동 2, 동 4, 동 9, 동 11, 동 13, 동 17, 동 20, 동 23, 동 24, 동 28, 동 31, 동 33, 동 37, 동 39, 동 44, 동 46, 동 62, 동 63, 동 75, 동 79, 동 80, 동 81, 동 83, 동 84, 동 89, 동 95, 동 99, 동 113, 동 197, 동 201, 동 218, 동 220, 동 224, 동 225, 동 226, 동 227, 동 228, 동 229, 동 230 및 동 321을 들 수 있고, 시안계 직접 염료의 바람직한 예로는 C.I. 다이렉트 블루 1, 동 2, 동 6, 동 8, 동 15, 동 22, 동 25, 동 41, 동 71, 동 76, 동 77, 동 78, 동 80, 동 86, 동 90, 동 98, 동 106, 동 108, 동 120, 동 158, 동 160, 동 163, 동 165, 동 168, 동 192, 동 193, 동 194, 동 195, 동 196, 동 199, 동 200, 동 201, 동 202, 동 203, 동 207, 동 225, 동 226, 동 236, 동 237, 동 246, 동 248 및 동 249를 들 수 있으며, 블랙계 직접 염료의 바람직한 예로는 C.I. 다이렉트 블랙 17, 동 19, 동 22, 동 32, 동 38, 동 51, 동 56, 동 62, 동 71, 동 74, 동 75, 동 77, 동 94, 동 105, 동 106, 동 107, 동 108, 동 112, 동 113, 동 117, 동 118, 동 132, 동 133 및 동 146을 들 수 있다.
황색계 산성 염료의 바람직한 예로는 C.I. 산 옐로우 1, 동 3, 동 7, 동 11, 동 17, 동 19, 동 23, 동 25, 동 29, 동 36, 동 38, 동 40, 동 42, 동 44, 동 49, 동 59, 동 61, 동 70, 동 72, 동 75, 동 76, 동 78, 동 79, 동 98, 동 99, 동 110, 동 111, 동 112, 동 114, 동 116, 동 118, 동 119, 동 127, 동 128, 동 131, 동 135, 동 141, 동 142, 동 161, 동 162, 동 163, 동 164 및 동 165를 들 수 있고, 마젠타계 산성 염료의 바람직한 예로는 C.I. 산 레드 1, 동 6, 동 8, 동 9, 동 13, 동 14, 동 18, 동 26, 동 27, 동 32, 동 35, 동 37, 동 42, 동 51, 동 52, 동 57, 동 75, 동 77, 동 80, 동 82, 동 83, 동 85, 동 87, 동 88, 동 89, 동 92, 동 94, 동 97, 동 106, 동 111, 동 114, 동 115, 동 117, 동 118, 동 119, 동 129, 동 130, 동 131, 동 133, 동 134, 동 138, 동 143, 동 145, 동 154, 동 155, 동 158, 동 168, 동 180, 동 183, 동 184, 동 186, 동 194, 동 198, 동 199, 동 209, 동 211, 동 215, 동 216, 동 217, 동 219, 동 249, 동 252, 동 254, 동 256, 동 257, 동 262, 동 265, 동 266, 동 274, 동 276, 동 282, 동 283, 동 303, 동 317, 동 318, 동 320, 동 321 및 동 322를 들 수 있고, 시안계 산성 염료의 바람직한 예로는 C.I. 산 블루 1, 동 7, 동 9, 동 15, 동 22, 동 23, 동 25, 동 27, 동 29, 동 40, 동 41, 동 43, 동 45, 동 54, 동 59, 동 60, 동 62, 동 72, 동 74, 동 78, 동 80, 동 82, 동 83, 동 90, 동 92, 동 93, 동 100, 동 102, 동 103, 동 104, 동 112, 동 113, 동 117, 동 120, 동 126, 동 127, 동 129, 동 130, 동 131, 동 138, 동 140, 동 142, 동 143, 동 151, 동 154, 동 158, 동 161, 동 166, 동 167, 동 168, 동 170, 동 171, 동 175, 동 182, 동 183, 동 184, 동 187, 동 192, 동 199, 동 203, 동 204, 동 205, 동 229, 동 234 및 동 236을 들 수 있으며, 블랙계 산성 염료의 바람직한 예로는 C.I. 산 블랙 1, 동 2, 동 7, 동 24, 동 26, 동 29, 동 31, 동 44, 동 48, 동 50, 동 51, 동 52, 동 58, 동 60, 동 62, 동 63, 동 64, 동 67, 동 72, 동 76, 동 77, 동 94, 동 107, 동 108, 동 109, 동 110, 동 112, 동 115, 동 118, 동 119, 동 121, 동 122, 동 131, 동 132, 동 139, 동 140, 동 155, 동 156, 동 157, 동 158, 동 159 및 동 191을 들 수 있다.
염료의 양은 제한되지 않는다. 일반적으로, 0.1 내지 15 중량％의 염료가 잉크젯 기록용 잉크중에 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크는 용매로서 물을 포함한다. 또한, 수용성 유기 용매가 잉크중에 포함될 수도 있다. 이러한 수용성 유기 용매의 예로는 지방족 1가 알콜, 다가 알콜 및 다가 알콜 유도체를 들 수 있다. 지방족 일가 알콜은 잉크의 표면 장력을 조절하여, 보통 용지 또는 전문 용지 등의 기록 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 특성을 향상시킬 수 있다. 다가 알콜 및 그의 유도체는 쉽게 증발하지 않으며 잉크의 빙점을 낮춤으로써 잉크의 보존 안정성을 향상시켜 노즐의 막힘을 방지한다.
지방족 일가 알콜의 예로는 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, i-프로필 알콜, n-부틸 알콜, s-부틸 알콜 및 t-부틸 알콜 등의 저급 알콜을 들 수 있다. 특히, 에틸 알콜, i-프로필 알콜 및 n-부틸 알콜이 바람직하다.
다가 알콜의 예로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로 필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 글리세롤 등의 알킬렌글리콜류, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류, 및 티오디글리콜을 들 수 있다.
다가 알콜 유도체의 예로는 에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 상기 기재한 다가 알콜의 저급알킬에테르류, 및 에틸렌글리콜디아세테이트 등의 상술한 다가 알콜의 저급카르복실산에스테르류를 들 수 있다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크는 계면활성제, pH 조절제, 방부제 또는 킬레이트제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크는, 염료, 물 및 필요에 따라 수용성 유기 용매 등을 통상의 기술에 의해 균일하게 혼합함으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크는 코게이션을 억제할 수 있기 때문에 이러한 잉크는 화상을 기록 매체상에 형성시키는 잉크젯 기록 방법에 사용하기에 적합하며, 이 방법에서 잉크는 열 에너지를 이용하여 잉크를 토출시키는 통상의 열 잉크젯 프린터의 잉크젯 헤드의 노즐로부터 토출된다. 이러한 잉크는 압전 소자를 포함하는 압전 잉크젯 프린터를 이용하는 잉크젯 기록 방법에 사용될 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 제1 실시양태가 하기 실시예에 의해 상세히 설명될 것이다. 하기 실시예 및 비교예에서, 잉크젯 기록용 잉크 중 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물의 양은 고형분 함량을 기준으로 조절하였다.
실시예 1 내지 3
표 1 내지 표 3의 각각에 표시된 물질을 믹서로 완전히 혼합하여 실시예 1 내지 3의 잉크젯 기록용 잉크를 제조하였다.
실시예 1의 잉크의 조성
성분 중량％
염료(마젠타 VPSP25005, 바이엘(Bayer)사 제조) 4
유기 용매:
에틸렌글리콜
디에틸렌글리콜
10
10
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물
(바이히비트(Bayhibit) AM, 바이엘사 제조)		 0.01
물 75.99

실시예 2의 잉크의 조성
성분 중량％
염료(마젠타 VPSP25005, 바이엘사 제조) 4
유기 용매:
에틸렌글리콜
디에틸렌글리콜
글리세롤
5
5
10
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물
(바이히비트 AM, 바이엘사 제조)		 5
물 71

실시예 3의 잉크의 조성
성분 중량％
염료(산 레드 289 (J-41A, 니뽄 가야꾸 고교 가부시끼가이샤 (Nippon Kayaku Co., Ltd) 제조) 4
유기 용매:
에틸렌글리콜
디에틸렌글리콜
글리세롤
5
5
10
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물
(바이히비트 AM, 바이엘사 제조)		 0.5
물 75.5

실시예 4
시판되는 잉크젯 기록용 잉크 (PM 800C 마젠타 잉크, 세이꼬 엡손 (Seiko Epson) 코포레이션 제조) 99 중량부 및 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물 (바이히비트 AM, 바이엘사 제조) 1 중량부를 믹서로 균일하게 혼합하여 잉크젯 기록용 잉크를 제조하였다.
비교예 1 내지 3
표 4 내지 표 6의 각각에 나타낸 물질들을 믹서로 완전히 혼합하여 비교예 1 내지 3의 잉크젯 기록용 잉크를 제조하였다.
비교예 1의 잉크의 조성
성분 중량％
염료(마젠타 VPSP25005, 바이엘사 제조) 4
유기 용매:
에틸렌글리콜
디에틸렌글리콜
10
10
물 76

비교예 2의 잉크의 조성
성분 중량％
염료(마젠타 VPSP25005, 바이엘사 제조) 4
유기 용매:
에틸렌글리콜
디에틸렌글리콜
글리세롤
5
5
10
물 76

비교예 3의 잉크의 조성
성분 중량％
염료(산 레드 289 (J-41A, 니뽄 가야꾸 고교 가부시끼가이샤 제조) 4
유기 용매:
에틸렌글리콜
디에틸렌글리콜
글리세롤
5
5
10
물 76

비교예 4
시판되는 잉크젯 기록용 잉크 (PM 800C 마젠타 잉크, 세이꼬 엡손 코포레이션 제조) 99 중량부 및 물 1 중량부를 믹서로 균일하게 혼합하여 잉크젯 기록용 잉크를 제조하였다.
평가
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 4의 각각의 잉크를, 발열 소자 (저항값 135 Ω의 저항체)를 갖는 잉크젯 프린터 (노즐 직경: 20 ㎛, 구동 전압: 11 V)에 탑재하고, 구동 주파수 10 kHz에서 100,000,000 펄스로 보통 용지상에 토출시켰다. 토출 초기 단계의 잉크 액적의 토출 속도 및 100,000,000 펄스 후의 잉크 액적의 토출 속도를 측정하여 토출 속도의 변화 (토출 속도 감소율 (％))를 산출하였다. 결과는 표 7에 나타나 있다.
100,000,000 펄스 토출 후에 발열 소자의 표면을 광학현미경으로 관찰하여 침착물의 존재, 즉 코게이션의 상태를 조사하였다. 발열 소자의 표면에서 침착물이 실질적으로 존재하지 않는 상태를 "A"로 평가하였다. 상기 표면에서 침착물이 거의 존재하지 않는 상태를 "B"로 평가하였다. 상기 표면에서 침착물이 실질적인 양으로 존재하는 상태를 "C"로 평가하였다. 평가 결과를 표 7에 나타내었다. 발열 소자의 표면상의 침착물의 두께를 컬러 레이저 현미경 (상품명: VK-8500, 키엔스 (Keyence) 코포레이션 제조)을 사용하여 측정하였다. 측정 결과를 표 7에 나타내었다.
토출 속도 감소율 (％) 코게이션 상태 침착물 두께
(㎛)
실시예 1 18 B 0.78
실시예 2 2 A 0.10
실시예 3 8 A 0.49
실시예 4 4 A 0.15
비교예 1 50 이상 C 1.3
비교예 2 50 이상 C 1.25
비교예 3 25 C 0.9
비교예 4 검출불가능 C 1.7

표 7에 나타낸 바와 같이, 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 4의 잉크를 열 잉크젯 인쇄에 사용하는 경우, 100,000,000 펄스 후의 토출 속도 감소율은 20％ 미만이었다. 이 속도는 실제적인 이용에 있어서 충분한 것이다. 발열 소자의 표면상의 침착물의 두께는 0.8 ㎛ 미만이었으며, 이는 발열 소자의 표면상의 침착물의 양이 매우 적다는 것을 나타낸다. 특히, 실시예 1에서는 적은 양의 침착물만이 관찰되었다. 실시예 2, 3 및 4에서는 침착물이 실질적으로 관찰되지 않았다. 실시예 2, 3 및 4에서는 발열 소자의 표면이 착색되었다.
한편, 비교예 1 내지 4의 잉크를 사용한 경우, 100,000,000 펄스 후의 토출 속도의 감소율은 20％를 초과하였으며, 따라서 이 잉크는 실제적인 이용에 있어서 적합하지 않았다. 발열 소자의 표면상의 침착물의 두께는 모든 경우에서 0.8 ㎛를 초과하였으며, 이로서 침착물의 양이 상당히 많았다는 것을 알 수 있었다. 특히, 비교예 4에서 잉크는 코게이션의 현저한 발생으로 인해 토출될 수 없었으며, 다량의 침착물이 프린터 노즐의 발열 소자의 표면에서 관찰되었다.
상기 결과는 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 잉크를 열 잉크젯 프린터 헤드에 사용하는 경우 코게이션, 즉 이물질이 발열 소자의 표면에 침착하는 것을 억제할 수 있다는 것을 분명하게 입증한다.
이하, 도 1 내지 3을 참고로 본 발명의 제2 실시양태를 상세히 설명할 것이다. 본 발명의 제2 실시양태는 상기 설명한 유기 포스폰산 화합물을 사용하여 잉크젯 기록 헤드의 발열 소자의 표면을 처리하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 열 방식의 잉크젯 기록 헤드 (1)의 한 예를 나타내는 투시도이다. 이 잉크젯 기록 헤드 (1)의 헤드 프레임 (2)에는 중앙에 잉크 공급 슬릿 (2a)가 형성되어 있다. 헤드 프레임 (2)의 한쪽 면에는 Si 기판으로 구성된 복수개의 헤드칩 (3)이 고정되어 있다. 특히, 헤드칩 (3)은 헤드 프레임 (2)상의 잉크 공급 슬릿 (2a)의 양측에 배열되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 헤드칩 (3)상의 잉크 공급 슬릿 (2a)에 인접한 한 측면을 따라 복수개의 발열 소자 (3a)가 일렬로 배열되어 있으며, 잉크 공급 슬릿 (2a)로부터 떨어진 다른 측면을 따라 발열 소자 (3a)에 대응하는 복수개의 접속 단자 (3b)가 배열되어 있다. 또한 접속 단자 (3b)는 일렬로 배열되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 헤드칩 (3)에는 복수개의 잉크실 (4a)와 잉크 유로 (4b)를 형성하기 위한 잉크실 부재 (4)가 배치되어 있다. 잉크실 부재 (4)에는 복수개의 노즐 (5a)를 갖는 노즐 플레이트 (5)가 배치되어 있다. 잉크실 부재 (4)는 건조 필름 포토레지스트와 같은 감광성 수지로 형성된다. 잉크실 (4a)는 헤드칩 (3)에 배열된 발열 소자 (3a)에 대응한다. 각 잉크 유로 (4b)는 대응하는 잉크실 (4a)로부터 헤드칩 (3)의 단부까지 연장되어 있다.
노즐 플레이트 (5)는 예를 들어 전기주조 (electroforming)에 의해 제조된다. 통상적으로, 노즐 플레이트 (5)를 금 또는 팔라듐으로 도금하여 내부식성을 증대시킨다. 노즐 플레이트 (5)는 잉크 공급 슬릿 (2a)를 덮고 있으며, 노즐 플레이트 (5)의 노즐 (5a)는 발열 소자 (3a)에 일대일로 대응하도록 배열되어 있다. 이러한 방식으로, 각 잉크실 (4a)는 대응하는 잉크 유로 (4b) 및 노즐 플레이트 (5)의 노즐 (5a)에 연결된다.
헤드 프레임 (2)의 다른 측면에는 필터 (6)을 통해 잉크 탱크 (7)이 부착되어 있다. 필터 (6)은 잉크 공급 슬릿 (2a)를 덮고 있어서 잉크 탱크 (7)내의 이물질과 잉크 성분의 응집물이 노즐 (5a)로 진입하지 못하도록 한다. 잉크 탱크 (7)은 백 (7a)와 케이싱 (7b)로 구성된 이중 구조로 되어 있다.
백 (7a)와 케이싱 (7b)의 사이에는 스프링 (도시하지 않음)이 배치되어 있다. 이러한 방식으로, 잉크에 부압 (negative pressure)이 걸리게 되어 잉크가 노즐 (5a)에서 저절로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 부압은 노즐 (5a)의 모세관 힘보다 더 작도록 조절되기 때문에, 잉크가 노즐 (5a)로 들어가는 것을 방지할 수 있다.
헤드칩 (3)상에는 헤드 프레임 (2)의 외측을 따라 잉크 탱크 (7)의 주변 외 측면에 전기 배선 (8)이 설치되어 있다. 전기 배선 (8)은 예를 들어 가요성 인쇄 회로 기판 (FPC)이다. 전기 배선 (8)은 전원 및 전기 신호를 헤드칩 (3)에 공급하며, 헤드칩 (3)의 접속 단자 (3b)에 접속되어 있다.
각각의 발열 소자 (3a)는 반도체 제작 공정에 통상적으로 이용되는 스퍼터링법에 의해 탄탈, 탄탈 알루미늄 또는 질화 티탄 등의 저항 재료를 소정의 기판상에 침착시키고, 침착된 저항 재료상에 A1 전극 등을 형성시키고, 그 위에 질화규소막 등의 보호층을 형성시켜 제조한다. 탄탈 등으로 이루어진 공동현상 (cavitation)-저항층, 잉크실 (4a) 및 노즐 (5a)가 보호층의 상부에 형성되어 잉크실 (4a)내의 잉크는 발열 소자 (3a)에 의해 가열될 수 있다. 이와 같이 제조된 잉크젯 기록 헤드 (1)에서, 소정의 구동 회로에 의해 전력이 산화금속반도체 (MOS) 트랜지스터 또는 쌍극형 (bipolar) 트랜지스터로부터 발열 소자 (3a)로 공급되도록 하여 잉크 액적을 기록 매체상에 토출시킨다.
이상 설명한 잉크젯 기록 헤드 (1)의 각각의 발열 소자 (3a)는 부식방지 효과를 갖는 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 처리된 표면을 갖는다.
<화학식 1>
Figure 112003028099814-pat00004

이러한 방식으로, 잉크중에 포함된 염료의 분해물 등의 이물질은 발열 소자 (3a)의 표면상에 거의 침착되지 않는다. 잉크가 가열되어 그 결과로 염료의 분해물 및 불순물 등의 이물이 생성되더라도, 발열 소자 (3a) 표면상의 이물질의 침착 및 코게이션이 방지될 수 있다. 따라서, 장기간에 걸쳐 잉크의 토출 속도가 높게 유지될 수 있고, 잉크 액적이 부드럽게 토출될 수 있기 때문에 고 품질의 기록이 가능해진다. 이러한 향상에 대한 이유는 정확하게 알려져 있지 않다. 아마도 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물이 발열 소자 (3a)의 표면에 피막을 형성하여 내부식성을 증대시키기 때문이라고 생각된다.
구체적으로, 본 발명의 잉크젯 기록 헤드 (1)은 다음과 같이 제조한다. 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 표면 처리액을 잉크실 (4a)내로 도입하여 발열 소자 (3a)가 용액과 접촉되도록 한다. 이러한 방식으로, 발열 소자 (3a)를 가열함으로써 발열 소자 (3a)의 표면을 상기 용액으로 처리할 수 있다. 표면 처리액은 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 바람직하게는 0.05 내지 10 중량％, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 중량％ 포함하는 수용액이다. 필요하다면 이 표면 처리액에 이소프로필 알콜 또는 글리세롤 등의 수용성 유기 용매를 첨가할 수 있다.
별법으로, 표면 처리액을 사용 전, 즉 잉크 카세트를 장착하기 전에 잉크젯 기록 헤드 (1)의 잉크실 (4a)내에 채울 수 있다. 통상의 잉크 토출 조작을 행하여 발열 소자 (3a)의 표면을 처리할 수 있다. 이러한 과정은 잉크젯 기록 헤드의 처리 방법과 관련된다.
본 발명의 잉크젯 기록 헤드를 종래부터 이용되는 다른 부재와 조합하여 열 잉크젯 프린터를 구성할 수 있다. 이러한 프린터는 본 발명의 잉크젯 기록 헤드를 사용하기 때문에, 발열 소자의 표면에서의 코게이션이 방지되고, 침착이 억제되며, 장기간 사용하여도 잉크 토출 속도가 높게 유지될 수 있다. 또한, 잉크 액적이 부드럽게 토출될 수 있기 때문에 고품질의 화상이 얻어질 수 있다.
본 발명의 잉크젯 기록 헤드를 사용하는 열 잉크젯 프린터의 작동은 다음과 같이 행해진다. 잉크 탱크 (7)로부터 잉크 공급 슬릿 (2a)로 공급된 잉크는 잉크 유로 (4b)를 통해 잉크실 (4a)로 흘러간다. 노즐 (5a)는 일반적으로 원형 단면을 가지며, 각 노즐 (5a)의 선단부에서는 부압에 의해 잉크 표면의 중앙부가 움푹 들어가게 되어, 그로 인해 메니스커스 (meniscus)가 형성된다. 구동 전압이 발열 소자 (3a)에 인가되는 경우, 발열 소자 (3a)가 열을 발생시켜 잉크를 국소적으로 가열한다. 잉크젯 기록 헤드 (1)에서는 가열에 의해 핵 기포가 발생하고, 이 기포가 합해져서 막 기포를 형성하며, 이로서 잉크에 전달되는 압력이 증가한다. 그 결과, 잉크 액적이 노즐 (5a)로부터 토출되어 잉크젯 기록 용지상에 도달하고 그 위에 부착함에 따라 용지상에 잉크 화상이 형성된다.
이러한 실시양태에서는 잉크젯 인쇄를 위해 종래의 어떤 잉크도 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시양태가 하기 실시예에 의해 설명될 것이다.
실시예 5
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물 (켈레스트 (Chelest) PH430, 켈레스트 코포레이션 제조) 0.05 중량％를 물에 용해시켜 발열 소자의 표면 처리용 표면 처리 액을 제조하였다. 이 표면 처리액을 잉크젯 프린터 (MPR-501, 소니 (Sony) 코포레이션 제조)에 탑재된 미사용의 잉크젯 기록 헤드의 잉크실내에 충전하여, 발열 소자의 표면을 처리하였다.
실시예 6
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물 (켈레스트 PH430, 켈레스트 코포레이션 제조) 0.1 중량％를 물에 용해시키는 것을 제외하고는 실시예 5와 마찬가지로 표면 처리액을 제조하였다. 이 표면 처리액으로 발열 소자의 표면을 처리하였다.
실시예 7
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물 (켈레스트 PH430, 켈레스트 코포레이션 제조) 5.0 중량％를 물에 용해시키는 것을 제외하고는 실시예 5와 마찬가지로 표면 처리액을 제조하였다. 이 표면 처리액으로 발열 소자의 표면을 처리하였다.
실시예 8
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물 (켈레스트 PH430, 켈레스트 코포레이션 제조) 10.0 중량％를 물에 용해시키는 것을 제외하고는 실시예 5와 마찬가지로 표면 처리액을 제조하였다. 이 표면 처리액으로 발열 소자의 표면을 처리하였다.
참고예 1
화학식 1의 유기 포스폰산 화합물 (켈레스트 PH430, 켈레스트 코포레이션 제조) 0.01 중량％를 물에 용해시키는 것을 제외하고는 실시예 5와 마찬가지로 표면 처리액을 제조하였다. 이 표면 처리액으로 발열 소자의 표면을 처리하였다.
평가
표 8 및 9에 나타낸 잉크 A 및 잉크 B, 및 시판되는 잉크 C (PM 750C, 세이꼬 엡손 코포레이션)를 실시예 5 내지 8의 잉크젯 기록 헤드 및 참고예 1의 잉크젯 기록 헤드, 및 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물 (켈레스트 PH430, 켈레스트 코포레이션 제조)로 표면 처리되지 않은 발열 소자를 갖는 잉크젯 기록 헤드에 공급하였다. 이 잉크젯 기록 헤드를 각각 잉크젯 프린터 (MPR-501, 소니 코포레이션 제조)에 탑재하고, 잉크젯 기록 용지 (PM 포토페이퍼 (Photopaper), 세이꼬 엡손 코포레이션 제조)를 사용하여 잉크젯 기록을 수행하였다.
잉크 A
성분 중량％
염료 (마젠타 VPSP25005, 바이엘사 제조) 4
에틸렌글리콜 10
글리세롤 10
물 76

잉크 B
성분 중량％
염료 (산 레드 289 (J-41A 니뽄 가야꾸 고교 가부시끼가이샤 제조)) 4
에틸렌글리콜 10
디에틸렌글리콜 5
글리세롤 10
물 71

초기 토출 단계 및 100,000,000 펄스 후의 시점에서 잉크 액적의 토출 속도를 측정하여 토출 속도의 변화, 즉 토출 속도의 감소율 (％)을 산출하였다. 결과는 표 10에 나타나 있다.
또한, 100,000,000 토출 펄스 후의 발열 소자의 표면을 광학현미경으로 관찰하여 침착물의 존재, 즉 코게이션의 상태를 조사하였다. 발열 소자의 표면상에 침착물이 실질적으로 존재하지 않는 상태를 "우수" (표에서는 EX로 표시함)로 평가하였다. 표면상에 침착물이 거의 존재하지 않는 상태를 "양호" (표에서는 F로 표시함)으로 평가하였다. 표면에 침착물이 상당량 존재하는 상태를 "불량" (표에서는 P로 표시함)으로 평가하였다. 평가 결과는 표 10에 나타나 있다. 발열 소자의 표면상의 침착물의 두께를 컬러 레이저 현미경 (상품명: VK-8500, 키엔스 코포레이션 제조)으로 측정하였다. 결과는 표 10에 나타나 있다.
토출 속도 감소율 (％) 침착물
평가 두께 (㎛)
잉크 A B C A B C A B C
실시예 5 20 18 20 F F F 0.85 0.8 0.85
실시예 6 16 15 17 EX EX EX 0.7 0.5 0.7
실시예 7 5 5 5 EX EX EX 0.2 0.2 0.2
실시예 8 2 2 2 EX EX EX 0.1 0.1 0.1
참고예 1 40 30 40 P P P 1.0 0.9 1.0
비교예 50 ≤ 50 50 ≤ P P P 1.5 1.3 1.5

표 10에 나타낸 바와 같이, 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 예비 처리된 실시예 5 내지 8의 잉크젯 기록 헤드의 토출 속도의 변화는 100,000,000 펄스의 적용 이후 실제적인 수준, 즉 최대 20％이었다. 발열 소자의 표면상의 침착물의 두께는 0.85 ㎛ 이하로 상당히 작았다. 특히, 실시예 5에서는 소량의 침착물만이 관찰되었다. 실시예 6, 7 및 8에서는 침착물이 실질적으로 관찰되지 않았다. 실시예 6, 7 및 8에서는 발열 소자의 표면이 착색되었다.
참고예 1 및 실시예 5는 표면 처리액 중 유기 포스폰산 화합물의 함량이 바람직하게는 0.05 중량％ 이상임을 나타낸다.
한편, 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 표면 처리되지 않은 발열 소자를 갖는 비교예의 잉크젯 기록 헤드는 100,000,000 펄스의 적용 이후 20％를 초과하는 토출 속도의 변화를 나타내었다. 토출 속도의 이러한 감소가 크기 때문에 상기 잉크젯 기록 헤드는 실제적인 용도로 사용될 수 없다. 또한, 발열 소자상의 침착물의 두께는 과도하게 커서, 즉 0.85 ㎛를 초과하였다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크는 열 방식의 잉크젯 기록에 사용되는 경우 코게이션의 발생을 억제하여 잉크젯 프린터 헤드로부터 잉크 액적의 토출을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 본 발명의 잉크젯 기록 헤드는 발열 소자의 표면이 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 표면 처리되어 있기 때문에 적은 비용으로 코게이션의 발생을 충분히 억제할 수 있으며, 따라서, 열 방식의 잉크젯 프린터에서 노즐로부터 잉크 액적의 토출을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다.





Claims (7)

  1. 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물, 염료 및 물을 포함하는 잉크젯 기록용 잉크를 가열하여 기포를 발생시키며, 상기 기포에 의해 잉크젯 헤드의 토출(ejection) 노즐로부터 기록 매체상에 토출시켜 화상을 형성하는 단계를 포함하는, 잉크젯 기록 방법.
    <화학식 1>
    Figure 112010076762586-pat00013
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 포스폰산 화합물의 함유량이 0.5 내지 5 중량％인 잉크젯 기록 방법.
  3. 삭제
  4. 잉크를 수용하는 잉크실, 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물로 표면 처리된 발열 소자, 및 노즐을 포함하며, 잉크실내의 잉크를 발열 소자로부터의 열에 의해 노즐로부터 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드.
    <화학식 1>
    Figure 112003028099814-pat00007
  5. 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 표면 처리액을 잉크를 수용하는 잉크실내에 도입하여 발열 소자가 상기 표면 처리액과 접촉되도록 하는 단계, 및
    상기 발열 소자를 가열하여 발열 소자의 표면이 유기 포스폰산 화합물로 처리되도록 하는 단계
    를 포함하는, 잉크를 수용하는 잉크실, 발열 소자 및 노즐을 포함하며 잉크실내의 잉크를 발열 소자로부터의 열에 의해 노즐로부터 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법.
    <화학식 1>
    Figure 112003028099814-pat00008
  6. 하기 화학식 1의 유기 포스폰산 화합물을 포함하는 표면 처리액을 잉크가 채워지지 않은 잉크실내에 도입하여 발열 소자가 상기 표면 처리액과 접촉되도록 하는 단계, 및
    상기 발열 소자를 가열하여 발열 소자의 표면이 상기 유기 포스폰산 화합물로 처리되도록 하는 단계
    를 포함하는, 잉크를 수용하는 잉크실, 발열 소자 및 노즐을 포함하며 잉크실내의 잉크를 발열 소자로부터의 열에 의해 노즐로부터 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록 헤드의 처리 방법.
    <화학식 1>
    Figure 112008046889210-pat00009
  7. 제4항의 잉크젯 기록 헤드, 제5항의 방법에 의해 제조된 잉크젯 기록 헤드 및 제6항의 방법에 의해 처리된 잉크젯 기록 헤드 중 어느 하나를 포함하는 잉크젯 프린터.
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