KR101728193B1 - 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화를 최소화하는 방법 - Google Patents
열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화를 최소화하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101728193B1 KR101728193B1 KR1020127022668A KR20127022668A KR101728193B1 KR 101728193 B1 KR101728193 B1 KR 101728193B1 KR 1020127022668 A KR1020127022668 A KR 1020127022668A KR 20127022668 A KR20127022668 A KR 20127022668A KR 101728193 B1 KR101728193 B1 KR 101728193B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ink
- inkjet
- heater element
- pigment
- nozzle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
- B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
- B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
- B41J2/0451—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits for detecting failure, e.g. clogging, malfunctioning actuator
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
- B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
- B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
- B41J2/0458—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits controlling heads based on heating elements forming bubbles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D11/00—Inks
- C09D11/30—Inkjet printing inks
- C09D11/32—Inkjet printing inks characterised by colouring agents
- C09D11/322—Pigment inks
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
- Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)
- Ink Jet (AREA)
Abstract
열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하는 방법. 상기 방법은 (i) 잉크젯 잉크를 프린트헤드의 노즐 챔버에 공급하는 단계; 및 (ii) 히터 엘리먼트를, 약간의 잉크를 챔버에서 거품을 형성하기에 충분한 온도로 가열하도록 노즐 챔버에서 반복적으로 작동시키고, 이로써 잉크의 액적이 노즐 챔버와 연관된 노즐 개구로 분출되도록 하는 단계를 포함한다. 잉크는 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머를 포함하고, 이 폴리머는 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화한다.
Description
본 발명은 열전사 잉크젯 프린터용 잉크젯 잉크에 관한 것이다. 이 잉크는 반복 작동 후 히터 엘리먼트의 코가화((kogation))를 감소시키기 위해 주로 개발되었다.
열전사 거품 형성 잉크젯 프린트헤드는 노즐 챔버에 함유된 프린팅 유체에서 특정 양의 열을 생성함으로써 기능한다. 이러한 열은 거품이 형성되도록 하고, 이 거품은, 유체가 노즐을 통해 강제되기 때문에, 궁극적으로 붕괴된다. 거품의 붕괴는 이때, 동일한 공정이 다시 시작하도록 더 많은 유체가 노즐 챔버에 들어가도록 한다.
본 출원인은 열전사 거품 형성 프린트헤드의 범위를 개발했다. 본 출원인의 열전사 거품 형성 프린트헤드는 현수형 히터 엘리먼트를 갖는 것 (예를 들면, US 6,755,509; US 7,246,886; 및 US 7,401,910에 기재됨, 이의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다) 및 매립형 히터 엘리먼트를 갖는 것 (예를 들면, US 7,377,623; US 7,431,431; US 2006/250453; 및 US 7,491,911에 기재됨, 이의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다)을 포함한다. 열전사 거품 형성 프린트헤드의 다른 디자인, 예컨대 Canon and Hewlett-Packard로부터 이용가능한 것은 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이다.
열전사 거품 형성 프린트헤드용 잉크젯 잉크는 전형적으로 안료계 또는 염료계 착색제를 포함하는 수계 잉크 제형이다. 실제적으로 모든 열전사 잉크젯 프린트헤드에서의 문제는 잉크를 가열하기 위해 사용된 히터 엘리먼트 상에 고형 침적물의 형성이다 - '코가화'로서 당해기술에서 공지된 현상. 코가화가 문제가 되는 것은, 히터 엘리먼트의 효능을 감소시키기 때문이지만, 코가화는 노즐 고장을 또한 야기할 수 있다. 안료의 분산물을 포함하는 잉크젯 잉크는 보통 코가화가 더 쉽지만, 코가화는 여전히 염료계 잉크, 및 특히 폴리머 첨가제를 포함하는 어떤 잉크에서 문제일 수 있다.
코가화의 문제는 선행기술에서 다양한 수단에 의해 다루어졌다. 일부 잉크젯 프린터에서, 코가화는, 침적물이 정리될 수 있도록 히터 엘리먼트 상의 코가화 침적물을 충분히 분리하는 비-분출 드라이브펄스의 사용을 통해 다루어진다. US 5,440,330 및 US2007/052761는 코가화를 제거하는데 유용한 특정 펄스 전압, 펄스 폭, 펄스 주파스 등의 사용을 기재하고 있다. 그러나, 그와 같은 접근은 성공을 제한했고, 모든 유형의 코가화를 제거하는데 유용할 수 없다.
EP-A-1302321는 코가화의 문제에 몰두하기 위해 구체적으로 설계된 프린트헤드를 기재하고 있다. 각각의 잉크 분출 디바이스는 유연한 막에 의해 분리된 2개의 챔버를 포함하고, 이로써 제1 챔버는 거품을 생성하고, 제2 챔버는 잉크를 분출하기 위해 사용된다. 유연한 막을 통해 제1 챔버로부터 제2 챔버로 이동된 압력파는 액적 분출을 야기한다. 이러한 배열의 이점은, 단순 비-코가화 유체 (예를 들면 물)이, 히터 엘리먼트가 코가화가 없도록 제1 챔버에서 사용될 수 있다는 것이다. 그러나, 디바이스는 복잡하고, 필연적으로 종래의 거품 형성 챔버보다 프린트헤드의 더 큰 면적을 차지한다.
선행기술에서 코가화의 감소에 대한 다른 접근은 잉크젯 잉크에서 첨가제를 이용한다. 예를 들면, US 2002/113842는 안료계 잉크에서 알돈산 첨가제 (예를 들면 글루콘산)의 사용을 기재하고 있다. 자가분산 안료, 및 폴리머 분산제로 분산된 안료 모두가 기재되어 있다. 그러나, 코가화는 알돈산 첨가제의 부재에서 모든 경우에 높은 것으로 보고되었다.
EP-A-1279707는 코가화를 감소시키기 위해 오르가노포스폰산 첨가제의 사용을 기재하고 있다.
US 2008/066644는 코가화를 감소시키기 위해 2개의 표면활성제와 조합한 아민 첨가제의 부가를 기재하고 있다.
US 6,616,273는 코가화의 제거에 도움이 되도록 하기 위해 구리 이온을 히터 엘리먼트에 전달하는 잉크에의 구리염의 부가를 기재하고 있다.
US 4,790,880는 코가화를 감소시키고 프린트 품질을 향상시키기 위해 크라운 에테르를 잉크에 부가하는 것을 기재하고 있다.
WO97/31984는 코가화를 감소시키는 것으로 보고된 비닐 실리콘(silicone) 폴리머를 함유하는 안료계 잉크젯 잉크를 기재하고 있다.
잉크젯 잉크, 특히 안료계 잉크젯 잉크에 의해 히터 엘리먼트의 코가화를 감소시키기 위한 신규 수단을 제공하는 것이 바람직하다.
발명의 요약
제1 측면에서, 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하는 방법을 제공하고, 이 방법은,
(i) 잉크젯 잉크를 프린트헤드의 적어도 하나의 노즐 챔버에 공급하는 단계; 및
(ii) 약간의 잉크를 챔버에서 거품을 형성하기에 충분한 온도로 가열하도록 히터 엘리먼트를 노즐 챔버에서 작동시키고, 이로써 잉크의 액적이 노즐 챔버와 연관된 노즐 개구로부터 나오게 하는 단계를 포함하고,
상기 잉크는 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머를 포함하고, 상기 아크릴 폴리머는 상기 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화한다.
본 발명은 잉크젯 잉크를 본 명세서에 기재된 바와 같은 특정 유형의 아크릴 폴리머와 함께 제형하여 최소 코가화를 달성한다.
임의로, 히터 엘리먼트는 적어도 천만 번, 또는 임의로 적어도 2천만 번 작동되고, 아크릴 폴리머가 부재하는 잉크와 비교하여 더 적은 코가화를 나타낸다. 본 발명에 따른 잉크는 폴리머 없는 잉크 및 약 100℃ 이상의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머를 함유하는 잉크에 비해서 더 적은 코가화를 나타낸다.
잉크는 안료 또는 염료일 수 있는 착색제를 포함한다. 임의로, 잉크는 자가분산 및/또는 표면 개질된 안료일 수 있는 안료를 포함한다. 환언하면, 잉크는 수성 잉크 전색제에서 분산되도록 하기 위해 어떤 폴리머 분산제를 필요로 하지 않는 안료를 포함할 수 있다.
임의로, 아크릴 폴리머는 올레핀-아크릴 코폴리머, 예컨대 스티렌-아크릴 코폴리머이다.
임의로, 스티렌-아크릴 코폴리머는 약 90℃ 미만의 Tg를 갖는다. 임의로, 스티렌-아크릴 코폴리머는 약 0 내지 60℃ 범위, 또는 임의로 약 10 내지 50℃ 범위의 Tg를 갖는다.
임의로, 스티렌-아크릴 코폴리머는 100 내지 300 mgKOH/g 범위, 또는 임의로, 100 내지 180 mgKOH/g 범위의 산가를 갖는다.
임의로, 잉크 전색제는 적어도 50 wt % 물을 전형저으로 함유하는 수성 잉크 전색제이다.
임의로, 잉크 전색제는 5 wt % 내지 40 wt % 범위의 양으로 존재하는 적어도 하나의 용매를 포함한다.
임의로, 잉크 전색제는 0.1 wt % 내지 5 wt % 범위의 양으로 존재하는 적어도 하나의 표면활성제를 포함한다.
임의로, 적어도 하나의 용매는 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 2-피롤리돈으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 예를 들면, 용매는 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 2-피롤리돈의 혼합물을 포함할 수 있다.
임의로, 안료는 0.01 내지 25 wt %, 임의로 0.1 내지 10 wt % 범위의 양으로 존재한다.
임의로, 아크릴 폴리머는 0.1 내지 15 wt %, 또는 임의로 0.2 내지 10 wt %, 또는 임의로 0.5 내지 5 wt % 범위의 양으로 존재한다.
제2 측면에서, 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하기 위한 잉크젯 잉크에서의 아크릴 폴리머 첨가제의 용도를 제공하고, 여기서 상기 아크릴 폴리머는 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는다. 제2 측면의 다양한 임의의 구현예는 제1 측면과 관련하여 상기에서 기재된 임의의 구현예에 따를 수 있다.
제3 측면에서, 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하기 위한 잉크젯 잉크를 제공하고, 상기 잉크는,
잉크 전색제;
자가분산 착색제; 및
약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 스티렌-아크릴 코폴리머를 포함한다.
제3 측면에 따른 잉크젯 잉크가 지금까지 공지되지 않은 것은, 자가분산 착색제가, 그 본성에 의해, 잉크젯 잉크로 제형될 수 있도록 어떤 폴리머 분산제를 필요로 하지 않기 때문이다. 그러나, 코가화의 감소를 돕기 위한 특정 아크릴 폴리머의 사용은, 제3 측면에 따른 잉크가 존재 아크릴 폴리머를 갖지 않는 잉크에 대해 유의미한 이점을 제공한다는 것을 의미한다.
임의로, 자가분산 착색제는 표면 개질된 안료이다. 임의로, 표면 개질된 안료는 설포네이트 또는 카복실레이트로 개질된 안료이다. 안료는 흑색, 시안, 마젠타, 옐로우, 레드, 그린, 블루, 적외선 흡수 등일 수 있다.
제3 측면의 다양한 다른 임의의 구현예는 제1 측면과 관련하여 상기에 기재된 임의의 구현예에 따를 수 있다.
제4 측면에서, 열전사 잉크젯 프린트헤드용 잉크 카트리지를 제공하고, 상기 잉크 카트리지는 잉크젯 제3 측면에 따른 잉크를 함유한다. 열전사 잉크젯 프린트헤드는 제4 측면에 따른 잉크 카트리지와 통합될 수 있다.
제5 측면에서, 제3 측면에 따른 잉크를 함유하는 잉크 저장통과 유체 소통 상태인 열전사 잉크젯 프린트헤드를 포함하는 잉크젯 프린터를 제공한다.
임의로, 열전사 잉크젯 프린트헤드는 잉크를 함유하는 복수의 노즐 챔버를 포함하고, 각각의 노즐 챔버는 노즐 챔버에서 현수형 또는 매립형 히터 엘리먼트를 포함하고, 히터 엘리먼트는 약간의 잉크를 거품을 형성하기에 충분한 온도로 가열하도록 구성되고, 이로써 잉크의 액적을 노즐 챔버로부터 나오도록 한다. 현수형 히터 엘리먼트를 갖는 열전사 잉크젯 프린트헤드의 예는 본 명세서에 기재되어 있다. 다른 유형의 열전사 잉크젯 프린트헤드는 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이다.
본 발명의 임의의 구현예는 수반 도면을 참조하여 단지 예로서 기재될 것이다:
도 1은 열전사 잉크젯 프린트헤드의 일부의 사시도이고;
도 2은 도 1에서 보여진 노즐 어셈블리 중의 하나의 측면도이고;
도 3은 도 2에서 보여진 노즐 어셈블리의 사시도이고;
도 4은 열전사 잉크젯 프린트 엔진의 사시도이다.
발명의 상세한 설명
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "아크릴 폴리머"는 어떤 유형의 아크릴 폴리머 수지를 의미하도록 사용되고, 아크릴 호모폴리머, 아크릴 코폴리머, 아크릴 테르폴리머 등을 포함한다. 아크릴 폴리머는 어떤 적당한 아크릴 모노머, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴레이트, 메타크릴레이트 등으로부터 형성될 수 있다.
본 발명은 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머를 포함하는 잉크젯 잉크를 이용한다. 그와 같은 아크릴 폴리머는 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하는데 유용하도록 본 출원인에 의해 보여젼ㅆ다. 지금까지, 히터 엘리먼트의 코가화는 많은 잉크젯 잉크 내에 포함된 비휘발성 폴리머 분산제에 의해 주로 야기되었던 것으로 이해되었다. 폴리머 분산제는 전형적으로 안료의 분산을 돕기 위해 잉크젯 잉크에 부가된다. 특정 유형의 아크릴 폴리머의 포함이, 그와 같은 아크릴 폴리머를 함유하지 않는 잉크 및/또는 어떤 폴리머 첨가제 없는 잉크와 비교할 때 히터 엘리먼트의 코가화를 감소시킨다는 것은 실로 놀랍다. 적어도 천만 액적 분출 또는 적어도 2천만 액적 분출 후의 히터 엘리먼트의 시각적 비교는 본 발명에서 이용된 잉크 및 폴리머 없는 잉크에 대해 현저한 차이를 보여준다. 특히, 유의미하게 적은 코가화는, 잉크가 폴리머 없는 잉크와 비교할 때 약 100℃ 미만의 Tg를 갖는 아크릴 폴리머를 함유할 때 관찰된다. 이는, 폴리머가 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화의 주요 원인들 중의 하나인 것으로 지금까지 믿었던 것을 고려하면 아주 놀라운 결과이다.
본 발명은 어떤 유형의 잉크, 예컨대 염료계 잉크 또는 안료계 잉크와 관련하여 사용될 수 있다. 그러나, 코가화의 감소는 안료계 잉크에서 가장 유익하다.
종래의 안료계 잉크의 경우에, 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머는 안료를 분산시키고 코가화를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 환언하면, 그와 같은 아크릴 폴리머의 사용이 추가 코가화 감소 첨가제의 부가를 위한 어떤 필요를 제거하는 것은, 아크릴 폴리머가 종래의 안료의 분산제로서 기능하고 동시에 코가화를 감소시키기 때문이다.
(전형적으로 어떤 폴리머 분산제를 필요로 하지 않는) 자가분산 착색제의 경우에, 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머의 부가는 오로지 코가화를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 자가분산 착색제는 염료 및 표면 개질된 안료 모두를 포함하고, 이들 모두는 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이다. 본 발명에서 사용된 잉크젯 잉크이 각각의 성분은 이제 더 상세히 설명될 것이다.
아크릴 폴리머
아크릴 폴리머는 전형적으로 아크릴 코폴리머, 예컨대 올레핀-아크릴 코폴리머이다. 스티렌-아크릴 코폴리머가 가장 바람직하다.
아크릴 폴리머의 유리전이온도 (Tg)는 100℃ 미만, 임의로 90℃ 미만, 및 임의로 60℃ 미만이다. 최적의 코가화 결과는, 아크릴 폴리머가 0 내지 50℃, 또는 임의로, 5 내지 30℃ 범위의 Tg를 갖는 스티렌-아크릴 폴리머일 때 관찰된다.
아크릴 폴리머는 전형적으로 100 내지 300 mgKOH/g 범위, 또는 임의로, 100 내지 180 mgKOH/g 범위의 산가를 갖는다.
아크릴 폴리머는 3000 내지 15,000 g/mol 범위의 분자량을 가질 수 있다.
Joncryl® HPD 296 및 Joncryl® ECO 684 (BASF로부터 이용가능)는 본 발명에서 사용될 수 있는 스티렌 아크릴 코폴리머의 2개의 예이다.
아크릴 폴리머는 전형적으로 0.1 wt % 내지 15 wt %, 임의로 0.2 wt % 내지 10 wt %, 또는 임의로 0.5 wt % 내지 5 wt % 범위의 양으로 잉크에 존재한다.
착색제
상기에서 언급된 바와 같이, 착색제는 염료계 착색제 또는 안료계 착색제일 수 있지만, 코가화의 감소는 안료와 함게 가장 유익하다. 염료 및 표면 개질된 안료는, 전형적인 잉크 전색제에 분산되도록 하기 위해 어떤 폴리머 분산제를 필요로 하지 않는다는 의미에서, 자가분산 착색제이다. 신규 잉크젯 본 발명에 따른 잉크는 자가분산 착색제, 상기에 기재된 아크릴 폴리머 및 잉크 전색제를 포함한다.
잉크젯 착색제는 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이고, 본 발명에 따라 코가화를 감소시키는 방법은 어떤 특별한 유형의 염료 또는 안료로 한정되지 않는다.
본 발명의 방법의 사용에 적당한 종래의 안료는 무기 안료 또는 유기 안료일 수 있다. 그 예는 카본 블랙, 카드뮴 레드, 몰리브데늄 레드, 크롬 옐로우, 카드뮴 옐로우, 티탄 옐로우, 크로뮴 옥사이드, 비리디안(Viridian), 티탄 코발트 그린, 울트라마린(Ultramarine) 블루, 프러시안(Prussian) 블루, 코발트 블루, 디케토피롤로-피롤, 안트라퀴논, 벤즈이미다졸론, 안트라피리미딘, 아조 안료, 프탈로시아닌 안료 (나프톨 시아닌 안료 포함), 우이나크리돈(uinacridone) 안료, 이소인돌리논 안료, 디옥사진 안료, 인단트렌 안료, 페릴렌 안료, 페리논 안료, 티오인디고 안료, 퀴노프탈론 안료, 및 금속 착염 안료일 수 있다. 안료의 일부 구체적인 예는 안료 15:3, 안료 V19, 안료 Y151 및 안료 PK-7이다.
본 발명에서 사용하기에 적당한 염료는 아조 염료, 금속 착염 염료, 나프톨 염료, 안트라퀴논 염료, 인디고 염료, 카보늄 염료, 퀴논-이민 염료, 크산텐 염료, 시아닌 염료, 퀴놀린 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 벤조퀴논 염료, 나프토퀴논 염료, 프탈로시아닌 염료 (프탈로시아닌 염료 포함), 및 금속 프탈로시아닌 염료 (금속 프탈로시아닌 염료 포함)를 포함한다. 염료의 일부 구체적인 예는 용매 레드 8, 용매 블루 70, 용매 옐로우 82 및 용매 블랙 27이다.
표면 개질된 안료는 표면 음이온성 작용기 또는 표면 양이온성 작용기로 개질된 안료이다. 전형적인 표면 개질 작용기는 카복실레이트 및 설포네이트 작용기. 식 (i)은 카복실레이트 개질된 흑색 안료를 보여주고, 한편 식 (ii)는 설포네이트 개질된 칼라 안료를 보여준다. 그러나, 다른 표면 개질 작용기가 또한 사용될 수 있고, 그 예는 음이온성 포스페이트 작용기 또는 양이온성 암모늄 작용기이다.
본 발명에서 사용하기 위한 적당한 수성 표면 개질된 안료 분산물의 구체적인 예는 Sensijet® Black SDP 2000 (Sensient Colors Inc.로부터 이용가능) 및 CAB-O-JET® 200, 300, 250C, 260M 및 270Y (Cabot Corporation로부터 이용가능)이다.
안료 및 염료는 개별적으로 또는 그의 2개 이상의 조합으로서 잉크젯 잉크에서 사용될 수 있다.
잉크젯 잉크 중 안료 입자의 평균 입자 크기는 임의로 50 내지 500 nm의 범위이다.
잉크 전색제
잉크젯 잉크용 잉크 전색제는 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이고, 본 발명에서 사용된 잉크 전색제가 특별히 한정되지는 않는다. 본 출원인은 최근 열전사 잉크젯 프린트헤드용 비-수성 잉크젯 잉크를 기재했고 (참조 미국 출원 번호 12/577,517 (2009년 9월 11일 출원), 이의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다), 그와 같은 비-수성 잉크는 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 열전사 잉크젯에서 사용하기 위한 비-수성 잉크 전색제는 전형적으로 N-(C1-6 알킬)-2-피롤리디논 (예를 들면 N-메틸-2-피롤리디논) 및 C1-6 알콜 (예를 들면 에탄올)을 포함한다.
그러나, 본 발명에서 사용된 잉크 전색제는 전형적으로 적어도 40 wt % 물, 적어도 50 wt % 물 또는 적어도 60 wt % 물을 포함하는 종래의 수성 잉크 전색제이다. 보통, 잉크젯 잉크에 존재하는 물의 양은 50 wt % 내지 90 wt % 범위, 또는 임의로 60 wt % 내지 80 wt % 범위이다.
수성 잉크젯 잉크 조성물은 문헌에 공지되어 있고, 물 외에, 다른 성분, 예컨대 공-용매 (보습제, 침투제, 습윤제 등 포함), 표면활성제, 살생물제, 금속이온봉쇄제, pH 조정제, 점도 향상제 등을 포함할 수 있다.
공-용매는 전형적으로 수용성 유기 용매이다. 적당한 수용성 유기 용매는 하기를 포함한다: C1-4 알킬 알콜, 예컨대 에탄올, 메탄올, 부탄올, 프로판올, 및 2-프로판올; 글리콜 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 1-메틸-1-메톡시부탄올, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-t-부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르, 및 디프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르; 포름아마이드, 아세트아마이드, 디메틸 설폭사이드, 소르비톨, 소르비탄, 글리세롤 모노아세테이트, 글리세롤 디아세테이트, 글리세롤 트리아세테이트, 및 설포레인; 또는 이들의 조합.
공-용매로서 사용될 수 있는 다른 유용한 수용성 유기 용매는 극성 용매, 예컨대 2-피롤리돈, N-메틸피롤리돈, ε-카프로락탐, 디메틸 설폭사이드, 설포레인, 모폴린, N-에틸모폴린, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 및 이들의 조합을 포함한다.
잉크젯 잉크는 보수성 및 습윤성을 잉크 조성물에 부여하기 위해 습윤제 또는 보습제로서 쓰일 수 있는, 공-용매로서 고비점 수용성 유기 용매를 함유할 수 있다. 그와 같은 고비점 수용성 유기 용매는 180℃ 이상의 비점을 갖는 것을 포함한다. 180℃ 이상의 비점을 갖는 수용성 유기 용매의 예는 하기를 포함한다: 에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 펜타메틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 2-부텐-1,4-디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 트리프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸 글리콜, 디프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리프로필렌글리콜, 2000 이하의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 이소프로필렌글리콜, 이소부틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 글리세롤, 에리트리톨, 펜타에리트리톨 및 이들의 조합.
다른 적당한 습윤제 또는 보습제는 사카라이드 (모노사카라이드, 올리고사카라이드 및 폴리사카라이드 포함) 및 그의 유도체 (예를 들면 말티톨, 소르비톨, 자일리톨, 히알루론산 염, 알돈산, 우론산 등)을 포함한다.
잉크젯 잉크는 수성 잉크의 기록 매체로의 침투를 촉진하기 위한, 공-용매의 하나로서, 침투제를 또한 함유할 수 있다. 적당한 침투제는 다가 알콜 알킬 에테르 (글리콜 에테르) 및/또는 1,2-알킬디올을 포함한다. 적당한 다가 알콜 알킬 에테르의 예는 하기를 포함한다: 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 1-메틸-1-메톡시부탄올, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-t-부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르, 및 디프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르. 적당한 1,2-알킬디올의 예는 1,2-펜탄디올 및 1,2-헥산디올이다. 침투제는 직쇄 탄화수소 디올, 예컨대 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 및 1,8-옥탄디올로부터 또한 선택될 수 있다. 글리세롤은 침투제로서 또한 사용될 수 있다.
전형적으로, 잉크에 존재하는 공-용매의 양은 약 5 wt % 내지 40 wt %, 또는 임의로 10 wt % 내지 30 wt %의 범위이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 공-용매계의 특정 예는 에틸렌 글리콜, 2-피롤리돈 및 글리세롤을 포함한다.
잉크젯 잉크는 표면 활성제 ("표면활성제"), 예컨대 음이온성 표면 활성제 및/또는 비이온성 표면 활성제를 또한 함유할 수 있다. 유용한 음이온성 표면 활성제는 하기를 포함한다: 설폰산 유형, 예컨대 알칸설폰산 염, α-올레핀설폰산 염, 알킬벤젠설폰산 염, 알킬나프탈렌설폰산, 아실메틸타우린, 및 디알킬설포석신산; 알킬황산 에스테르 염, 설페이트화된 오일, 설페이트화된 올레핀, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 황산 에스테르 염; 카복실산 유형, 예를 들면, 지방산 염 및 알킬사르코신 염; 및 인산 에스테르 유형, 예컨대 알킬인산 에스테르 염, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산 에스테르 염, 및 글리세로인산 에스테르 염. 음이온성 표면 활성제의 구체적인 예는 나트륨 도데실벤젠설포네이트, 나트륨 라우레이트, 및 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 설페이트 암모늄 염이다.
비이온성 표면 활성제의 예는 하기를 포함한다: 에틸렌 옥사이드 부가물 유형, 예컨대 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르, 및 폴리옥시에틸렌 알킬아마이드; 폴리올 에스테르 유형, 예컨대 글리세롤 알킬 에스테르, 소르비탄 알킬 에스테르, 및 당 알킬 에스테르; 폴리에테르 유형, 예컨대 다가 알콜 알킬 에테르; 및 알칸올아마이드 유형, 예컨대 알칸올아민 지방산 아마이드. 비이온성 표면 활성제의 구체적인 예는 하기이다: 에테르 예컨대 폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 도데실페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬알릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르, 및 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르 (예를 들면 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르); 및 에스테르, 예컨대 폴리옥시에틸렌 올레에이트, 폴리옥시에틸렌 올레에이트 에스테르, 폴리옥시에틸렌 디스테아레이트, 소르비탄 라우레이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노-올레에이트, 소르비탄 세스퀴올레에이트, 폴리옥시에틸렌 모노-올레에이트, 및 폴리옥시에틸렌 스테아레이트. 아세틸렌 글리콜 표면 활성제, 예컨대 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올, 3,6-디메틸-4-옥틴-3,6-디올 또는 3,5-디메틸-1-헥신-3-올이 또한 사용될 수 있다.
표면활성제는 전형적으로 0.1 wt % 내지 10 wt %, 또는 임의로 0.2 wt % 내지 5 wt % 범위의 양으로 수성 잉크젯 잉크에서 존재한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 비이온성 표면활성제의 특정 예는 Surfynol® 465 (Air Products and Chemicals, Inc로부터 이용가능)이다.
수성 잉크젯 잉크는 또한 하기를 포함할 수 있다: pH 조정제, 예컨대 나트륨 하이드록사이드, 칼륨 하이드록사이드, 리튬 하이드록사이드, 나트륨 카보네이트, 나트륨 하이드로젼카보네이트, 칼륨 카보네이트, 칼륨 하이드로젼카보네이트, 리튬 카보네이트, 나트륨 포스페이트, 칼륨 포스페이트, 리튬 포스페이트, 칼륨 디하이드로젼포스페이트, 디칼륨 하이드로젼포스페이트, 나트륨 옥살레이트, 칼륨 옥살레이트, 리튬 옥살레이트, 나트륨 보레이트, 나트륨 테트라보레이트, 칼륨 하이드로젼프탈레이트, 및 칼륨 하이드로젼타르트레이트; 암모니아; 및 아민, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 하이드로클로라이드, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 부틸디에탄올아민, 모폴린, 및 프로판올아민.
수성 잉크젯 잉크는 살생물제, 예컨대 벤조산, 디클로로펜, 헥사클로로펜, 소르브산, 하이드록시벤조산 에스테르, 나트륨 데하이드로아세테이트, 1,2-벤티아졸린-3-온, 3,4-이소티아졸린-3-온 또는 4,4-디메틸옥사졸리딘을 또한 포함할 수 있다.
수성 잉크젯 잉크는 금속이온봉쇄제, 예컨대 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA)을 또한 함유할 수 있다.
열전사 잉크젯 프린트헤드
본 명세서에 기재된 잉크젯 잉크는 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화를 최소화한다. 미국 특허 번호 7,303,930에서 기재된 바와 같이, 본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드 중의 하나의 간단한 설명이 뒤따르고, 그 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
도 1을 참조하여, 복수의 노즐 어셈블리를 포함하는 프린트헤드부를 보여준다. 도 2 및 3은 측단면도 및 커타웨이(cutaway) 사시도에서 이들 노즐 어셈블리 중의 하나를 보여준다.
각각의 노즐 어셈블리는 실리콘 웨이퍼 기판(2) 상에 MEMS 제작 기술에 의해 형성된 노즐 챔버(24)를 포함한다. 노즐 챔버(24)은 루프(21)로부터 실리콘 기판(2)로 연장된 루프(21; roof) 및 측벽(22)에 의해 마련된다. 도 1에서 보여진 바와 같이, 각각의 루프는 프린트헤드의 분출면을 가로질러 이어진 노즐 플레이트(56)의 일부에 의해 마련된다. 노즐 플레이트(56) 및 측벽(22)는 MEMS 제작 동안에 포토레지스트의 희생 뼈대에 상에 PECVD 에 의해 증착된 동일한 재료로 형성된다. 전형적으로, 노즐 플레이트(56) 및 측벽(21)는 세라믹 재료, 예컨대 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드로 형성된다. 이들 경질 재료는 프린트헤드 강건함에 대한 탁월한 특성을 가지며, 그의 본래의 친수 본성은 잉크를 노즐 챔버(24)에 모세관 작용으로 공급하는데 유익하다.
노즐 챔버(24)의 세부사항을 참조하여, 노즐 개구(26)은 각각의 노즐 챔버(24)의 루프에서 마련된다는 것을 볼 것이다. 각각의 노즐 개구(26)은 일반적으로 타원형이고, 관련 노즐 림(25)을 갖는다. 노즐 림(25)는 노즐 개구(26)로부터 잉크 범람을 어느 정도 감소시킬 뿐만 아니라 인쇄 동안 잉크방울 방향성에 도움이 된다. 노즐 챔버(24)로부터 잉크를 분출하기 위한 작동장치는 노즐 개구(26) 아래에 위치하고 피트(8)를 가로질러 현수형 히터 엘리먼트(29)이다. 전류는 기판(2)의 하위 CMOS 층에서 회로를 구동하기 위해 연결된 전극(9)를 통해 히터 엘리먼트(29)에 공급된다. 전류가 히터 엘리먼트(29)를 통과할 때, 주변 잉크를 빠르게 과열하여 가스 거품을 형성하고, 이 거품은 노즐 개구(26)를 통해 잉크를 강제한다. 현수형 히터 엘리먼트(29)에 의해, 노즐 챔버(24)가 준비될 때, 잉크에 완전히 담긴다. 이것이 프린트헤드 효능을 향상시키는 것은, 적은 열이 하위 기판(2)에 흩어지고 더 많은 입력 에너지가 거품을 생성하기 위해 사용되기 때문이다.
도 1에서 가장 명확히 보여진 바와 같이, 노즐은 열로 배열되고 열을 따라 세로로 연장된 잉크 공급 채널(27)은 잉크를 각각의 노즐에 열로 공급한다. 잉크 공급 채널(27)는 노즐 챔버(24)에서 잉크 파이프(23)을 통해 노즐 개구(26)의 측면으로부터 잉크를 공급하는 각각의 노즐에 대해 잉크를 잉크 유입 통로(15)로 전달한다.
그와 같은 프린트헤드를 제조하기 위한 MEMS 제작 공정은 미국 특허 번호 7,303,930에서 상세히 기재되었고, 이 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
현수형 히터 엘리먼트를 갖는 프린트헤드의 작동은 본 출원인의 US 7,278,717에서 상세히 기재되어 있고, 이 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
본 출원인은 또한 매립형 히터 엘리먼트를 갖는 열전자 거품 형성 잉크젯 프린트헤드를 또한 기재했다. 그와 같은 프린트헤드는, 예를 들면, US 7,246,876 및 US 2006/0250453에 기재되어 있고, 이 문헌들의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드는 하기 특징 중의 하나 이상을 갖는 것을 일반적으로 특징으로 할 수 있다: (i) 현수형 히터 엘리먼트; (ii) 1 나노그램 미만, 임의로 500 피코그램 미만의 질량을 갖는 히터 엘리먼트; (iii) 500 nJ 미만, 임의로 200 nJ 미만의 작동 에너지; 및 (iv) 티타늄 나이트라이드 또는 티타늄 알루미늄 나이트라이드 히터 엘리먼트.
본 명세서에 기재된 잉크젯 잉크는 코가화를 최소화하기 위해, 상기에 기재된 바와 같이, 본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드와 조합하여 사용될 수 있다. 그러나, 그와 같은 잉크의 사용은 본 출원인의 열전사 프린트헤드로 한정되지 않고, 종래의 열전사 잉크젯 프린트헤드, 예컨대 Hewlett-Packard 및 Canon에 의해 상업적으로 시판되는 것들에서 또한 사용될 수 있다.
종래의 스캐닝 열전사 잉크젯 프린트헤드(또는, 실로 본 출원인의 대역폭 프린트헤드)의 경우에, 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같은 잉크젯 잉크를 포함하는 잉크젯 프린터를 위한 잉크 카트리지에 관한 것일 수 있다. 잉크 카트리지는 그것과 함께 통합된 열전사 잉크젯 프린트헤드를 임의로 포함할 수 있다.
완벽을 위하여, 본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드를 통합하고 있는 프린터는, 예를 들면, US 7,201,468; US 7,360,861; US 7,380,910; 및 US 7,357,496에 기재되어 있고, 이들 각각의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
도 4는 본 출원인의 미국 출원 번호 12/062,514에서 기재된 바와 같이, 열절사 잉크젯 프린터의 프린트 엔진(103)를 보여주고, 상기 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다. 프린트 엔진(103)는 대역폭 프린트헤드를 포함하는 제거가능 프린트 카트리지(102), 및 사용자 대체가능 잉크 카트리지(128)의 뱅크(bank)를 포함한다. 각각의 칼라 채널은 전형적으로 그 자체의 잉크 저장통(128) 및 프린트헤드에 공급된 잉크의 정역학적 압력의 조절을 위한 상응하는 압력 조절 챔버(106)를 갖는다. 따라서, 프린트 엔진(103)은 5개의 잉크 저장통(128) 및 5개의 상응하는 압력 조절 챔버(106)를 갖는다. 이러한 5개의 채널 프린트 엔진(103)에 대한 전형적인 칼라 채널 구성은 CMYKK 또는 CMYK(IR)이다. 각각의 잉크 카트리지(128)는 본 명세서에 기재된 바와 같은 잉크젯 잉크를 포함할 수 있다.
다양한 성분 사이의 유체역학적 연결이 도 4에서 보여지지 않지만, 예를 들면, 미국 출원 번호 12/062,514에서 기재된 유체역학에 따라 적당한 호스로 만들어진다는 것을 인식할 것이다.
실험
표 1 및 2에서 기재된 잉크는 하기와 같이 일반적인 제형 공정에 따라 제형되었다:
(1) 공-용매(들)의 무게를 재고 적당한 용기 넣은 후, 표면활성제 및 물을 첨가하여 무색 잉크 전색제를 제공했다.
(2) 무색 잉크 전색제를 10분 동안 교반했다.
(3) 폴리머를 교반된 잉크 전색제에 첨가했다 (비교 실시예 1 제외).
(4) 수득한 용액을 추가 5분 동안 교반한 후, 표면 개질된 안료를 첨가했다.
(5) 제형을 15분 동안 교반한 후, 여과하여 0.3 마이크론을 얻었다. 잉크를, Pall Profile II 1" 세그먼트 필터를 사용하여 여과하고, 잉크를 15분 동안 재순환시킨 후, 세정된 용기에 넣었다.
잉크 용해도의 평가
Memjet® 잉크젯 디바이스 (상기에 기재됨)를 x400 배율로 관찰하고 이미지화된 기록을 취했다 (A). 그 다음, 디바이스를 유체와 함께 준비한 후, 120℃에서 15분 동안 건조시켰다. 그 다음, 노즐 및 히터를 x400 배율로 관찰하고, 이미지화된 기록을 취했다 (B).
그 다음, 디바이스를 무색 잉크 전색제로 세정한 후, 잉크 전색제에서 30분 동안 정치시켰다. 그 다음, 마지막으로 헹구고 디바이스를 질소의 흐름을 사용하여 건조시켰다.
노즐 및 히터를 x400 배율로 관찰한 후 제3 이미지화된 기록을 취했다 (C).
기록 (A), (B) 및 (C)를 비교했고, 기록 (C)에서 노즐 및 히터의 청결을 하기 등급으로 평가했다.
코가화의 평가
Memjet 디바이스를 유체와 함께 준비하고, 수명 연구를 개시했다. 이 연구를 2천만 번 작동 동안에 시행하고, 천만 및 2천만에서의 코가화 빌드업(build up)을 광학 현미경검사 (x400)로 평가했다. 2천만 번 작동은 천만 번 작동에서의 빌드업과 일치했다는 것을 발견했고, 따라서 천만 번 작동에서의 코가화를 유체를 평가하기 위해 사용했다. 표 4는 사용된 등급을 기재하고 있다.
용해도 및 코가화 점수를, 표 1 및 2에서 기재된 각각의 잉크 제형을 평가하기 위해 사용했다. 그 결과는 표 5에서 보여진다.
표 5로부터, <100℃ Tg를 갖는 스티렌 아크릴 폴리머를 포함하는 잉크 만이 최고 코가화 점수 (즉 더 적은 코가화)를 제공하는 것을 발견할 수 있다. >100℃의 Tg를 갖는 폴리머를 함유하지지 않거나 그 폴리머를 함유하는 잉크에서, 히터 엘리먼트의 코가화는 천만 번 작동 후에 일반적으로 심했다. 이들 결과는, <100℃의 Tg를 갖는 아크릴 폴리머를 잉크젯 잉크에 첨가하면 히터 코가화를 감소시키는 관점에서 유의미한 유익한 효과를 갖는다는 것을 확인해 준다. 히터 코가화를 감소시키기 위한 특정 유형의 폴리머 분산제의 사용은, 비휘발성 폴리머 분산제가 안료계 잉크에서 코가화에 책임있는 것으로 지금까지 이해되었다는 점에서 놀랍다.
물론, 본 발명은 실시예 만으로 기재되었고, 세부사항의 변형은 수반되는 청구항에서 정의된 본 발명의 범위 내에서 만들어질 수 있는 것이 인식될 것이다.
도 1은 열전사 잉크젯 프린트헤드의 일부의 사시도이고;
도 2은 도 1에서 보여진 노즐 어셈블리 중의 하나의 측면도이고;
도 3은 도 2에서 보여진 노즐 어셈블리의 사시도이고;
도 4은 열전사 잉크젯 프린트 엔진의 사시도이다.
발명의 상세한 설명
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "아크릴 폴리머"는 어떤 유형의 아크릴 폴리머 수지를 의미하도록 사용되고, 아크릴 호모폴리머, 아크릴 코폴리머, 아크릴 테르폴리머 등을 포함한다. 아크릴 폴리머는 어떤 적당한 아크릴 모노머, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴레이트, 메타크릴레이트 등으로부터 형성될 수 있다.
본 발명은 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머를 포함하는 잉크젯 잉크를 이용한다. 그와 같은 아크릴 폴리머는 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하는데 유용하도록 본 출원인에 의해 보여젼ㅆ다. 지금까지, 히터 엘리먼트의 코가화는 많은 잉크젯 잉크 내에 포함된 비휘발성 폴리머 분산제에 의해 주로 야기되었던 것으로 이해되었다. 폴리머 분산제는 전형적으로 안료의 분산을 돕기 위해 잉크젯 잉크에 부가된다. 특정 유형의 아크릴 폴리머의 포함이, 그와 같은 아크릴 폴리머를 함유하지 않는 잉크 및/또는 어떤 폴리머 첨가제 없는 잉크와 비교할 때 히터 엘리먼트의 코가화를 감소시킨다는 것은 실로 놀랍다. 적어도 천만 액적 분출 또는 적어도 2천만 액적 분출 후의 히터 엘리먼트의 시각적 비교는 본 발명에서 이용된 잉크 및 폴리머 없는 잉크에 대해 현저한 차이를 보여준다. 특히, 유의미하게 적은 코가화는, 잉크가 폴리머 없는 잉크와 비교할 때 약 100℃ 미만의 Tg를 갖는 아크릴 폴리머를 함유할 때 관찰된다. 이는, 폴리머가 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화의 주요 원인들 중의 하나인 것으로 지금까지 믿었던 것을 고려하면 아주 놀라운 결과이다.
본 발명은 어떤 유형의 잉크, 예컨대 염료계 잉크 또는 안료계 잉크와 관련하여 사용될 수 있다. 그러나, 코가화의 감소는 안료계 잉크에서 가장 유익하다.
종래의 안료계 잉크의 경우에, 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머는 안료를 분산시키고 코가화를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 환언하면, 그와 같은 아크릴 폴리머의 사용이 추가 코가화 감소 첨가제의 부가를 위한 어떤 필요를 제거하는 것은, 아크릴 폴리머가 종래의 안료의 분산제로서 기능하고 동시에 코가화를 감소시키기 때문이다.
(전형적으로 어떤 폴리머 분산제를 필요로 하지 않는) 자가분산 착색제의 경우에, 약 100℃ 미만의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 아크릴 폴리머의 부가는 오로지 코가화를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 자가분산 착색제는 염료 및 표면 개질된 안료 모두를 포함하고, 이들 모두는 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이다. 본 발명에서 사용된 잉크젯 잉크이 각각의 성분은 이제 더 상세히 설명될 것이다.
아크릴 폴리머
아크릴 폴리머는 전형적으로 아크릴 코폴리머, 예컨대 올레핀-아크릴 코폴리머이다. 스티렌-아크릴 코폴리머가 가장 바람직하다.
아크릴 폴리머의 유리전이온도 (Tg)는 100℃ 미만, 임의로 90℃ 미만, 및 임의로 60℃ 미만이다. 최적의 코가화 결과는, 아크릴 폴리머가 0 내지 50℃, 또는 임의로, 5 내지 30℃ 범위의 Tg를 갖는 스티렌-아크릴 폴리머일 때 관찰된다.
아크릴 폴리머는 전형적으로 100 내지 300 mgKOH/g 범위, 또는 임의로, 100 내지 180 mgKOH/g 범위의 산가를 갖는다.
아크릴 폴리머는 3000 내지 15,000 g/mol 범위의 분자량을 가질 수 있다.
Joncryl® HPD 296 및 Joncryl® ECO 684 (BASF로부터 이용가능)는 본 발명에서 사용될 수 있는 스티렌 아크릴 코폴리머의 2개의 예이다.
아크릴 폴리머는 전형적으로 0.1 wt % 내지 15 wt %, 임의로 0.2 wt % 내지 10 wt %, 또는 임의로 0.5 wt % 내지 5 wt % 범위의 양으로 잉크에 존재한다.
착색제
상기에서 언급된 바와 같이, 착색제는 염료계 착색제 또는 안료계 착색제일 수 있지만, 코가화의 감소는 안료와 함게 가장 유익하다. 염료 및 표면 개질된 안료는, 전형적인 잉크 전색제에 분산되도록 하기 위해 어떤 폴리머 분산제를 필요로 하지 않는다는 의미에서, 자가분산 착색제이다. 신규 잉크젯 본 발명에 따른 잉크는 자가분산 착색제, 상기에 기재된 아크릴 폴리머 및 잉크 전색제를 포함한다.
잉크젯 착색제는 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이고, 본 발명에 따라 코가화를 감소시키는 방법은 어떤 특별한 유형의 염료 또는 안료로 한정되지 않는다.
본 발명의 방법의 사용에 적당한 종래의 안료는 무기 안료 또는 유기 안료일 수 있다. 그 예는 카본 블랙, 카드뮴 레드, 몰리브데늄 레드, 크롬 옐로우, 카드뮴 옐로우, 티탄 옐로우, 크로뮴 옥사이드, 비리디안(Viridian), 티탄 코발트 그린, 울트라마린(Ultramarine) 블루, 프러시안(Prussian) 블루, 코발트 블루, 디케토피롤로-피롤, 안트라퀴논, 벤즈이미다졸론, 안트라피리미딘, 아조 안료, 프탈로시아닌 안료 (나프톨 시아닌 안료 포함), 우이나크리돈(uinacridone) 안료, 이소인돌리논 안료, 디옥사진 안료, 인단트렌 안료, 페릴렌 안료, 페리논 안료, 티오인디고 안료, 퀴노프탈론 안료, 및 금속 착염 안료일 수 있다. 안료의 일부 구체적인 예는 안료 15:3, 안료 V19, 안료 Y151 및 안료 PK-7이다.
본 발명에서 사용하기에 적당한 염료는 아조 염료, 금속 착염 염료, 나프톨 염료, 안트라퀴논 염료, 인디고 염료, 카보늄 염료, 퀴논-이민 염료, 크산텐 염료, 시아닌 염료, 퀴놀린 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 벤조퀴논 염료, 나프토퀴논 염료, 프탈로시아닌 염료 (프탈로시아닌 염료 포함), 및 금속 프탈로시아닌 염료 (금속 프탈로시아닌 염료 포함)를 포함한다. 염료의 일부 구체적인 예는 용매 레드 8, 용매 블루 70, 용매 옐로우 82 및 용매 블랙 27이다.
표면 개질된 안료는 표면 음이온성 작용기 또는 표면 양이온성 작용기로 개질된 안료이다. 전형적인 표면 개질 작용기는 카복실레이트 및 설포네이트 작용기. 식 (i)은 카복실레이트 개질된 흑색 안료를 보여주고, 한편 식 (ii)는 설포네이트 개질된 칼라 안료를 보여준다. 그러나, 다른 표면 개질 작용기가 또한 사용될 수 있고, 그 예는 음이온성 포스페이트 작용기 또는 양이온성 암모늄 작용기이다.
본 발명에서 사용하기 위한 적당한 수성 표면 개질된 안료 분산물의 구체적인 예는 Sensijet® Black SDP 2000 (Sensient Colors Inc.로부터 이용가능) 및 CAB-O-JET® 200, 300, 250C, 260M 및 270Y (Cabot Corporation로부터 이용가능)이다.
안료 및 염료는 개별적으로 또는 그의 2개 이상의 조합으로서 잉크젯 잉크에서 사용될 수 있다.
잉크젯 잉크 중 안료 입자의 평균 입자 크기는 임의로 50 내지 500 nm의 범위이다.
잉크 전색제
잉크젯 잉크용 잉크 전색제는 당해분야의 숙련가에게 공지될 것이고, 본 발명에서 사용된 잉크 전색제가 특별히 한정되지는 않는다. 본 출원인은 최근 열전사 잉크젯 프린트헤드용 비-수성 잉크젯 잉크를 기재했고 (참조 미국 출원 번호 12/577,517 (2009년 9월 11일 출원), 이의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다), 그와 같은 비-수성 잉크는 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 열전사 잉크젯에서 사용하기 위한 비-수성 잉크 전색제는 전형적으로 N-(C1-6 알킬)-2-피롤리디논 (예를 들면 N-메틸-2-피롤리디논) 및 C1-6 알콜 (예를 들면 에탄올)을 포함한다.
그러나, 본 발명에서 사용된 잉크 전색제는 전형적으로 적어도 40 wt % 물, 적어도 50 wt % 물 또는 적어도 60 wt % 물을 포함하는 종래의 수성 잉크 전색제이다. 보통, 잉크젯 잉크에 존재하는 물의 양은 50 wt % 내지 90 wt % 범위, 또는 임의로 60 wt % 내지 80 wt % 범위이다.
수성 잉크젯 잉크 조성물은 문헌에 공지되어 있고, 물 외에, 다른 성분, 예컨대 공-용매 (보습제, 침투제, 습윤제 등 포함), 표면활성제, 살생물제, 금속이온봉쇄제, pH 조정제, 점도 향상제 등을 포함할 수 있다.
공-용매는 전형적으로 수용성 유기 용매이다. 적당한 수용성 유기 용매는 하기를 포함한다: C1-4 알킬 알콜, 예컨대 에탄올, 메탄올, 부탄올, 프로판올, 및 2-프로판올; 글리콜 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 1-메틸-1-메톡시부탄올, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-t-부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르, 및 디프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르; 포름아마이드, 아세트아마이드, 디메틸 설폭사이드, 소르비톨, 소르비탄, 글리세롤 모노아세테이트, 글리세롤 디아세테이트, 글리세롤 트리아세테이트, 및 설포레인; 또는 이들의 조합.
공-용매로서 사용될 수 있는 다른 유용한 수용성 유기 용매는 극성 용매, 예컨대 2-피롤리돈, N-메틸피롤리돈, ε-카프로락탐, 디메틸 설폭사이드, 설포레인, 모폴린, N-에틸모폴린, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 및 이들의 조합을 포함한다.
잉크젯 잉크는 보수성 및 습윤성을 잉크 조성물에 부여하기 위해 습윤제 또는 보습제로서 쓰일 수 있는, 공-용매로서 고비점 수용성 유기 용매를 함유할 수 있다. 그와 같은 고비점 수용성 유기 용매는 180℃ 이상의 비점을 갖는 것을 포함한다. 180℃ 이상의 비점을 갖는 수용성 유기 용매의 예는 하기를 포함한다: 에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 펜타메틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 2-부텐-1,4-디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 트리프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸 글리콜, 디프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리프로필렌글리콜, 2000 이하의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 이소프로필렌글리콜, 이소부틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 글리세롤, 에리트리톨, 펜타에리트리톨 및 이들의 조합.
다른 적당한 습윤제 또는 보습제는 사카라이드 (모노사카라이드, 올리고사카라이드 및 폴리사카라이드 포함) 및 그의 유도체 (예를 들면 말티톨, 소르비톨, 자일리톨, 히알루론산 염, 알돈산, 우론산 등)을 포함한다.
잉크젯 잉크는 수성 잉크의 기록 매체로의 침투를 촉진하기 위한, 공-용매의 하나로서, 침투제를 또한 함유할 수 있다. 적당한 침투제는 다가 알콜 알킬 에테르 (글리콜 에테르) 및/또는 1,2-알킬디올을 포함한다. 적당한 다가 알콜 알킬 에테르의 예는 하기를 포함한다: 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-이소프로필에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 1-메틸-1-메톡시부탄올, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-t-부틸 에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌글리콜 모노-n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜 모노-이소프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르, 및 디프로필렌글리콜 모노-n-부틸 에테르. 적당한 1,2-알킬디올의 예는 1,2-펜탄디올 및 1,2-헥산디올이다. 침투제는 직쇄 탄화수소 디올, 예컨대 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 및 1,8-옥탄디올로부터 또한 선택될 수 있다. 글리세롤은 침투제로서 또한 사용될 수 있다.
전형적으로, 잉크에 존재하는 공-용매의 양은 약 5 wt % 내지 40 wt %, 또는 임의로 10 wt % 내지 30 wt %의 범위이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 공-용매계의 특정 예는 에틸렌 글리콜, 2-피롤리돈 및 글리세롤을 포함한다.
잉크젯 잉크는 표면 활성제 ("표면활성제"), 예컨대 음이온성 표면 활성제 및/또는 비이온성 표면 활성제를 또한 함유할 수 있다. 유용한 음이온성 표면 활성제는 하기를 포함한다: 설폰산 유형, 예컨대 알칸설폰산 염, α-올레핀설폰산 염, 알킬벤젠설폰산 염, 알킬나프탈렌설폰산, 아실메틸타우린, 및 디알킬설포석신산; 알킬황산 에스테르 염, 설페이트화된 오일, 설페이트화된 올레핀, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 황산 에스테르 염; 카복실산 유형, 예를 들면, 지방산 염 및 알킬사르코신 염; 및 인산 에스테르 유형, 예컨대 알킬인산 에스테르 염, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산 에스테르 염, 및 글리세로인산 에스테르 염. 음이온성 표면 활성제의 구체적인 예는 나트륨 도데실벤젠설포네이트, 나트륨 라우레이트, 및 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 설페이트 암모늄 염이다.
비이온성 표면 활성제의 예는 하기를 포함한다: 에틸렌 옥사이드 부가물 유형, 예컨대 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르, 및 폴리옥시에틸렌 알킬아마이드; 폴리올 에스테르 유형, 예컨대 글리세롤 알킬 에스테르, 소르비탄 알킬 에스테르, 및 당 알킬 에스테르; 폴리에테르 유형, 예컨대 다가 알콜 알킬 에테르; 및 알칸올아마이드 유형, 예컨대 알칸올아민 지방산 아마이드. 비이온성 표면 활성제의 구체적인 예는 하기이다: 에테르 예컨대 폴리옥시에틸렌 노닐페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 도데실페놀 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬알릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르, 및 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르 (예를 들면 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르); 및 에스테르, 예컨대 폴리옥시에틸렌 올레에이트, 폴리옥시에틸렌 올레에이트 에스테르, 폴리옥시에틸렌 디스테아레이트, 소르비탄 라우레이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노-올레에이트, 소르비탄 세스퀴올레에이트, 폴리옥시에틸렌 모노-올레에이트, 및 폴리옥시에틸렌 스테아레이트. 아세틸렌 글리콜 표면 활성제, 예컨대 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올, 3,6-디메틸-4-옥틴-3,6-디올 또는 3,5-디메틸-1-헥신-3-올이 또한 사용될 수 있다.
표면활성제는 전형적으로 0.1 wt % 내지 10 wt %, 또는 임의로 0.2 wt % 내지 5 wt % 범위의 양으로 수성 잉크젯 잉크에서 존재한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 비이온성 표면활성제의 특정 예는 Surfynol® 465 (Air Products and Chemicals, Inc로부터 이용가능)이다.
수성 잉크젯 잉크는 또한 하기를 포함할 수 있다: pH 조정제, 예컨대 나트륨 하이드록사이드, 칼륨 하이드록사이드, 리튬 하이드록사이드, 나트륨 카보네이트, 나트륨 하이드로젼카보네이트, 칼륨 카보네이트, 칼륨 하이드로젼카보네이트, 리튬 카보네이트, 나트륨 포스페이트, 칼륨 포스페이트, 리튬 포스페이트, 칼륨 디하이드로젼포스페이트, 디칼륨 하이드로젼포스페이트, 나트륨 옥살레이트, 칼륨 옥살레이트, 리튬 옥살레이트, 나트륨 보레이트, 나트륨 테트라보레이트, 칼륨 하이드로젼프탈레이트, 및 칼륨 하이드로젼타르트레이트; 암모니아; 및 아민, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 하이드로클로라이드, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 부틸디에탄올아민, 모폴린, 및 프로판올아민.
수성 잉크젯 잉크는 살생물제, 예컨대 벤조산, 디클로로펜, 헥사클로로펜, 소르브산, 하이드록시벤조산 에스테르, 나트륨 데하이드로아세테이트, 1,2-벤티아졸린-3-온, 3,4-이소티아졸린-3-온 또는 4,4-디메틸옥사졸리딘을 또한 포함할 수 있다.
수성 잉크젯 잉크는 금속이온봉쇄제, 예컨대 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA)을 또한 함유할 수 있다.
열전사 잉크젯 프린트헤드
본 명세서에 기재된 잉크젯 잉크는 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화를 최소화한다. 미국 특허 번호 7,303,930에서 기재된 바와 같이, 본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드 중의 하나의 간단한 설명이 뒤따르고, 그 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
도 1을 참조하여, 복수의 노즐 어셈블리를 포함하는 프린트헤드부를 보여준다. 도 2 및 3은 측단면도 및 커타웨이(cutaway) 사시도에서 이들 노즐 어셈블리 중의 하나를 보여준다.
각각의 노즐 어셈블리는 실리콘 웨이퍼 기판(2) 상에 MEMS 제작 기술에 의해 형성된 노즐 챔버(24)를 포함한다. 노즐 챔버(24)은 루프(21)로부터 실리콘 기판(2)로 연장된 루프(21; roof) 및 측벽(22)에 의해 마련된다. 도 1에서 보여진 바와 같이, 각각의 루프는 프린트헤드의 분출면을 가로질러 이어진 노즐 플레이트(56)의 일부에 의해 마련된다. 노즐 플레이트(56) 및 측벽(22)는 MEMS 제작 동안에 포토레지스트의 희생 뼈대에 상에 PECVD 에 의해 증착된 동일한 재료로 형성된다. 전형적으로, 노즐 플레이트(56) 및 측벽(21)는 세라믹 재료, 예컨대 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드로 형성된다. 이들 경질 재료는 프린트헤드 강건함에 대한 탁월한 특성을 가지며, 그의 본래의 친수 본성은 잉크를 노즐 챔버(24)에 모세관 작용으로 공급하는데 유익하다.
노즐 챔버(24)의 세부사항을 참조하여, 노즐 개구(26)은 각각의 노즐 챔버(24)의 루프에서 마련된다는 것을 볼 것이다. 각각의 노즐 개구(26)은 일반적으로 타원형이고, 관련 노즐 림(25)을 갖는다. 노즐 림(25)는 노즐 개구(26)로부터 잉크 범람을 어느 정도 감소시킬 뿐만 아니라 인쇄 동안 잉크방울 방향성에 도움이 된다. 노즐 챔버(24)로부터 잉크를 분출하기 위한 작동장치는 노즐 개구(26) 아래에 위치하고 피트(8)를 가로질러 현수형 히터 엘리먼트(29)이다. 전류는 기판(2)의 하위 CMOS 층에서 회로를 구동하기 위해 연결된 전극(9)를 통해 히터 엘리먼트(29)에 공급된다. 전류가 히터 엘리먼트(29)를 통과할 때, 주변 잉크를 빠르게 과열하여 가스 거품을 형성하고, 이 거품은 노즐 개구(26)를 통해 잉크를 강제한다. 현수형 히터 엘리먼트(29)에 의해, 노즐 챔버(24)가 준비될 때, 잉크에 완전히 담긴다. 이것이 프린트헤드 효능을 향상시키는 것은, 적은 열이 하위 기판(2)에 흩어지고 더 많은 입력 에너지가 거품을 생성하기 위해 사용되기 때문이다.
도 1에서 가장 명확히 보여진 바와 같이, 노즐은 열로 배열되고 열을 따라 세로로 연장된 잉크 공급 채널(27)은 잉크를 각각의 노즐에 열로 공급한다. 잉크 공급 채널(27)는 노즐 챔버(24)에서 잉크 파이프(23)을 통해 노즐 개구(26)의 측면으로부터 잉크를 공급하는 각각의 노즐에 대해 잉크를 잉크 유입 통로(15)로 전달한다.
그와 같은 프린트헤드를 제조하기 위한 MEMS 제작 공정은 미국 특허 번호 7,303,930에서 상세히 기재되었고, 이 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
현수형 히터 엘리먼트를 갖는 프린트헤드의 작동은 본 출원인의 US 7,278,717에서 상세히 기재되어 있고, 이 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
본 출원인은 또한 매립형 히터 엘리먼트를 갖는 열전자 거품 형성 잉크젯 프린트헤드를 또한 기재했다. 그와 같은 프린트헤드는, 예를 들면, US 7,246,876 및 US 2006/0250453에 기재되어 있고, 이 문헌들의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드는 하기 특징 중의 하나 이상을 갖는 것을 일반적으로 특징으로 할 수 있다: (i) 현수형 히터 엘리먼트; (ii) 1 나노그램 미만, 임의로 500 피코그램 미만의 질량을 갖는 히터 엘리먼트; (iii) 500 nJ 미만, 임의로 200 nJ 미만의 작동 에너지; 및 (iv) 티타늄 나이트라이드 또는 티타늄 알루미늄 나이트라이드 히터 엘리먼트.
본 명세서에 기재된 잉크젯 잉크는 코가화를 최소화하기 위해, 상기에 기재된 바와 같이, 본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드와 조합하여 사용될 수 있다. 그러나, 그와 같은 잉크의 사용은 본 출원인의 열전사 프린트헤드로 한정되지 않고, 종래의 열전사 잉크젯 프린트헤드, 예컨대 Hewlett-Packard 및 Canon에 의해 상업적으로 시판되는 것들에서 또한 사용될 수 있다.
종래의 스캐닝 열전사 잉크젯 프린트헤드(또는, 실로 본 출원인의 대역폭 프린트헤드)의 경우에, 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같은 잉크젯 잉크를 포함하는 잉크젯 프린터를 위한 잉크 카트리지에 관한 것일 수 있다. 잉크 카트리지는 그것과 함께 통합된 열전사 잉크젯 프린트헤드를 임의로 포함할 수 있다.
완벽을 위하여, 본 출원인의 열전사 잉크젯 프린트헤드를 통합하고 있는 프린터는, 예를 들면, US 7,201,468; US 7,360,861; US 7,380,910; 및 US 7,357,496에 기재되어 있고, 이들 각각의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다.
도 4는 본 출원인의 미국 출원 번호 12/062,514에서 기재된 바와 같이, 열절사 잉크젯 프린터의 프린트 엔진(103)를 보여주고, 상기 문헌의 내용은 참고로 본 명세서에 통합되어 있다. 프린트 엔진(103)는 대역폭 프린트헤드를 포함하는 제거가능 프린트 카트리지(102), 및 사용자 대체가능 잉크 카트리지(128)의 뱅크(bank)를 포함한다. 각각의 칼라 채널은 전형적으로 그 자체의 잉크 저장통(128) 및 프린트헤드에 공급된 잉크의 정역학적 압력의 조절을 위한 상응하는 압력 조절 챔버(106)를 갖는다. 따라서, 프린트 엔진(103)은 5개의 잉크 저장통(128) 및 5개의 상응하는 압력 조절 챔버(106)를 갖는다. 이러한 5개의 채널 프린트 엔진(103)에 대한 전형적인 칼라 채널 구성은 CMYKK 또는 CMYK(IR)이다. 각각의 잉크 카트리지(128)는 본 명세서에 기재된 바와 같은 잉크젯 잉크를 포함할 수 있다.
다양한 성분 사이의 유체역학적 연결이 도 4에서 보여지지 않지만, 예를 들면, 미국 출원 번호 12/062,514에서 기재된 유체역학에 따라 적당한 호스로 만들어진다는 것을 인식할 것이다.
실험
표 1 및 2에서 기재된 잉크는 하기와 같이 일반적인 제형 공정에 따라 제형되었다:
(1) 공-용매(들)의 무게를 재고 적당한 용기 넣은 후, 표면활성제 및 물을 첨가하여 무색 잉크 전색제를 제공했다.
(2) 무색 잉크 전색제를 10분 동안 교반했다.
(3) 폴리머를 교반된 잉크 전색제에 첨가했다 (비교 실시예 1 제외).
(4) 수득한 용액을 추가 5분 동안 교반한 후, 표면 개질된 안료를 첨가했다.
(5) 제형을 15분 동안 교반한 후, 여과하여 0.3 마이크론을 얻었다. 잉크를, Pall Profile II 1" 세그먼트 필터를 사용하여 여과하고, 잉크를 15분 동안 재순환시킨 후, 세정된 용기에 넣었다.
잉크 용해도의 평가
Memjet® 잉크젯 디바이스 (상기에 기재됨)를 x400 배율로 관찰하고 이미지화된 기록을 취했다 (A). 그 다음, 디바이스를 유체와 함께 준비한 후, 120℃에서 15분 동안 건조시켰다. 그 다음, 노즐 및 히터를 x400 배율로 관찰하고, 이미지화된 기록을 취했다 (B).
그 다음, 디바이스를 무색 잉크 전색제로 세정한 후, 잉크 전색제에서 30분 동안 정치시켰다. 그 다음, 마지막으로 헹구고 디바이스를 질소의 흐름을 사용하여 건조시켰다.
노즐 및 히터를 x400 배율로 관찰한 후 제3 이미지화된 기록을 취했다 (C).
기록 (A), (B) 및 (C)를 비교했고, 기록 (C)에서 노즐 및 히터의 청결을 하기 등급으로 평가했다.
코가화의 평가
Memjet 디바이스를 유체와 함께 준비하고, 수명 연구를 개시했다. 이 연구를 2천만 번 작동 동안에 시행하고, 천만 및 2천만에서의 코가화 빌드업(build up)을 광학 현미경검사 (x400)로 평가했다. 2천만 번 작동은 천만 번 작동에서의 빌드업과 일치했다는 것을 발견했고, 따라서 천만 번 작동에서의 코가화를 유체를 평가하기 위해 사용했다. 표 4는 사용된 등급을 기재하고 있다.
용해도 및 코가화 점수를, 표 1 및 2에서 기재된 각각의 잉크 제형을 평가하기 위해 사용했다. 그 결과는 표 5에서 보여진다.
표 5로부터, <100℃ Tg를 갖는 스티렌 아크릴 폴리머를 포함하는 잉크 만이 최고 코가화 점수 (즉 더 적은 코가화)를 제공하는 것을 발견할 수 있다. >100℃의 Tg를 갖는 폴리머를 함유하지지 않거나 그 폴리머를 함유하는 잉크에서, 히터 엘리먼트의 코가화는 천만 번 작동 후에 일반적으로 심했다. 이들 결과는, <100℃의 Tg를 갖는 아크릴 폴리머를 잉크젯 잉크에 첨가하면 히터 코가화를 감소시키는 관점에서 유의미한 유익한 효과를 갖는다는 것을 확인해 준다. 히터 코가화를 감소시키기 위한 특정 유형의 폴리머 분산제의 사용은, 비휘발성 폴리머 분산제가 안료계 잉크에서 코가화에 책임있는 것으로 지금까지 이해되었다는 점에서 놀랍다.
물론, 본 발명은 실시예 만으로 기재되었고, 세부사항의 변형은 수반되는 청구항에서 정의된 본 발명의 범위 내에서 만들어질 수 있는 것이 인식될 것이다.
Claims (20)
- 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하는 방법으로서, 상기 방법은,
(i) 잉크젯 잉크를 프린트헤드의 적어도 하나의 노즐 챔버에 공급하는 단계; 및
(ii) 히터 엘리먼트를, 잉크 일부를 챔버에서 거품을 형성하기에 충분한 온도로 가열하도록 노즐 챔버에서 작동시키고, 이로써 잉크의 액적이 노즐 챔버와 연관된 노즐 개구로부터 나오게 하는 단계를 포함하고,
상기 잉크는 0 내지 60℃ 범위의 유리전이온도 (Tg)및 100 내지 180 mgKOH/g 범위의 산가를 갖는 스티렌-아크릴 코폴리머를 포함하고, 상기 스티렌-아크릴 코폴리머는 상기 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하는 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 히터 엘리먼트는 적어도 천만 번 작동되고, 상기 스티렌-아크릴 코폴리머가 부재하는 잉크와 비교하여 더 적은 코가화를 나타내는 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 잉크는 안료를 포함하는 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 안료는 자가분산 표면 개질된 안료인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 잉크는 수성 잉크 전색제를 포함하는 방법.
- 청구항 5에 있어서, 상기 잉크 전색제는 5 wt % 내지 40 wt % 범위의 양으로 존재하는 적어도 하나의 용매; 0.1 wt % 내지 5 wt % 범위의 양으로 존재하는 적어도 하나의 표면활성제; 및 물을 포함하는 방법.
- 청구항 6에 있어서, 적어도 하나의 용매는 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 2-피롤리돈으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 안료는 0.01 내지 25 wt % 범위의 양으로 존재하고, 상기 스티렌-아크릴 코폴리머는 0.1 내지 15 wt % 범위의 양으로 존재하는 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 스티렌-아크릴 코폴리머는 5 내지 30℃ 범위의 유리전이온도 (Tg)를 갖는 방법.
- 삭제
- 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 히터 엘리먼트의 코가화를 최소화하기 위한 잉크젯 잉크로서, 상기 잉크는,
잉크 전색제;
자가분산 착색제; 및
0 내지 60℃ 범위의 유리전이온도 (Tg)및 100 내지 180 mgKOH/g 범위의 산가를 갖는 스티렌-아크릴 코폴리머
를 포함하는 잉크젯 잉크. - 청구항 11에 있어서, 상기 자가분산 착색제는 표면 개질된 안료인 잉크젯 잉크.
- 청구항 12에 있어서, 표면 개질된 안료는 설포네이트 또는 카복실레이트로 개질된 안료인 잉크젯 잉크.
- 열전사 잉크젯 프린트헤드용 잉크 카트리지로서, 청구항 11에 따른 잉크젯 잉크를 함유하는 잉크 카트리지.
- 청구항 11에 따른 잉크젯 잉크를 함유하는 잉크 저장통과 유체 소통 상태인 열전사 잉크젯 프린트헤드를 포함하는 잉크젯 프린터로서, 상기 열전사 잉크젯 프린트헤드는 상기 잉크를 함유하는 복수의 노즐 챔버를 포함하고, 각각의 노즐 챔버는 상기 노즐 챔버에서 현수형 또는 매립형 히터 엘리먼트를 포함하고, 상기 히터 엘리먼트는 잉크 일부를 거품을 형성하기에 충분한 온도로 가열하기 위해 구성되고, 이로써 상기 잉크의 액적을 상기 노즐 챔버로부터 분출하는 잉크젯 프린터.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/AU2010/000125 WO2011094793A1 (en) | 2010-02-08 | 2010-02-08 | Method of minimizing kogation in thermal inkjet printheads |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120136351A KR20120136351A (ko) | 2012-12-18 |
| KR101728193B1 true KR101728193B1 (ko) | 2017-05-02 |
Family
ID=44354795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020127022668A KR101728193B1 (ko) | 2010-02-08 | 2010-02-08 | 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화를 최소화하는 방법 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2534211B1 (ko) |
| JP (1) | JP5714611B2 (ko) |
| KR (1) | KR101728193B1 (ko) |
| CN (1) | CN103038295B (ko) |
| AU (1) | AU2010345321B2 (ko) |
| WO (1) | WO2011094793A1 (ko) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6158000B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-07-05 | キヤノンファインテック株式会社 | インク、インクセット、インクジェット記録方法、インクジェット記録用ヘッド、及びインクジェット記録装置 |
| AU2015238704B2 (en) * | 2014-03-28 | 2016-10-27 | Memjet Technology Limited | Ink formulations for improving printhead lifetime |
| JP6498034B2 (ja) * | 2015-05-19 | 2019-04-10 | キヤノン株式会社 | インクジェット記録装置、制御方法およびプログラム |
| CN112513204B (zh) * | 2018-08-24 | 2022-12-09 | 马姆杰特科技有限公司 | 用于改善干燥时间和打印头脱水性能的油墨添加剂 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002167534A (ja) | 2000-11-30 | 2002-06-11 | Canon Aptex Inc | インクジェット用記録液、これを用いたインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置 |
| JP2004026946A (ja) | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | インクジェット用水性顔料インク及び記録物 |
| JP2004149805A (ja) | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Eastman Kodak Co | インクジェットインク組成物 |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4790880A (en) | 1986-03-21 | 1988-12-13 | Hewlett-Packard Company | Ink-jet printing compositions containing macrocyclic polyethers |
| US5854308A (en) | 1996-02-29 | 1998-12-29 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Water-based pigmented inks having silicone-containing polymer incorporated therein |
| US5772744A (en) * | 1997-10-30 | 1998-06-30 | Xerox Corporation | Ink compositions for thermal ink printing |
| US5969003A (en) * | 1998-02-02 | 1999-10-19 | Xerox Corporation | Ink compositions |
| US6533398B2 (en) | 1999-02-19 | 2003-03-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of reducing kogation on heater of ink-jet recording head, ink-jet recording process, ink-jet recording apparatus, recording unit, and method for lengthening the life of recording head |
| GB2349153B (en) * | 1999-04-17 | 2003-01-15 | Ilford Imaging Uk Ltd | Pigmented ink jet inks |
| US6180691B1 (en) * | 1999-08-02 | 2001-01-30 | Xerox Corporation | Processes for preparing ink jet inks |
| US6239193B1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-05-29 | Xerox Corporation | Ink compositions comprising a latex and processes thereof |
| JP4010748B2 (ja) * | 2000-06-30 | 2007-11-21 | 株式会社リコー | インクジェット記録用インク、インクジェット記録方法、この記録方法に用いる被記録材、及び画像除去装置 |
| US6592657B2 (en) | 2001-02-12 | 2003-07-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Additives for ink-jet inks |
| US20030055129A1 (en) * | 2001-09-17 | 2003-03-20 | Westvaco Corporation | In Jet Inks |
| US6705716B2 (en) | 2001-10-11 | 2004-03-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Thermal ink jet printer for printing an image on a receiver and method of assembling the printer |
| EP1333068B1 (en) * | 2002-02-04 | 2011-12-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Aqueous ink, ink jet recording method, ink cartridge, recording unit, and ink jet recording apparatus |
| US6616273B1 (en) | 2002-03-25 | 2003-09-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Addition of copper salts and copper complexes to thermal inkjet inks for kogation reduction |
| JPWO2004039899A1 (ja) * | 2002-11-01 | 2006-03-16 | セイコーエプソン株式会社 | インクセット、並びに記録方法、記録装置、記録システム及び記録物 |
| JP2005336438A (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Dainippon Ink & Chem Inc | 水性顔料記録液およびインクジェット記録方法 |
| JP2006008797A (ja) * | 2004-06-24 | 2006-01-12 | Dainippon Ink & Chem Inc | 水性顔料記録液およびインクジェット記録方法 |
| US7303930B2 (en) * | 2005-10-11 | 2007-12-04 | Silverbrook Research Pty Ltd | Method of fabricating suspended beam in a MEMS process |
| KR20080024749A (ko) | 2006-09-14 | 2008-03-19 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 기록용 잉크 조성물 |
| US20080188596A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-08-07 | Akers Charles E | High Solid Pigment Ink and Process for Thermal Inkjet Printing |
| CN101186770B (zh) * | 2007-04-26 | 2012-07-18 | 天津兆阳纳米科技有限公司 | 一种喷墨打印颜料墨水 |
| JP5101187B2 (ja) * | 2007-06-26 | 2012-12-19 | 株式会社リコー | インクジェット記録方法、および記録装置、記録物 |
| US8238099B2 (en) * | 2008-04-17 | 2012-08-07 | Teradyne, Inc. | Enclosed operating area for disk drive testing systems |
| AU2009282715A1 (en) * | 2008-08-22 | 2010-02-25 | Sensient Colors Llc | Self-dispersed pigments and methods for making and using the same |
-
2010
- 2010-02-08 WO PCT/AU2010/000125 patent/WO2011094793A1/en active Application Filing
- 2010-02-08 CN CN201080065820.9A patent/CN103038295B/zh active Active
- 2010-02-08 JP JP2012551447A patent/JP5714611B2/ja active Active
- 2010-02-08 EP EP10844962.0A patent/EP2534211B1/en active Active
- 2010-02-08 AU AU2010345321A patent/AU2010345321B2/en active Active
- 2010-02-08 KR KR1020127022668A patent/KR101728193B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002167534A (ja) | 2000-11-30 | 2002-06-11 | Canon Aptex Inc | インクジェット用記録液、これを用いたインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置 |
| JP2004026946A (ja) | 2002-06-24 | 2004-01-29 | Mitsubishi Paper Mills Ltd | インクジェット用水性顔料インク及び記録物 |
| JP2004149805A (ja) | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Eastman Kodak Co | インクジェットインク組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5714611B2 (ja) | 2015-05-07 |
| AU2010345321A1 (en) | 2012-09-06 |
| EP2534211B1 (en) | 2016-04-20 |
| AU2010345321B2 (en) | 2013-08-29 |
| CN103038295A (zh) | 2013-04-10 |
| AU2010345321A2 (en) | 2012-09-27 |
| CN103038295B (zh) | 2015-03-18 |
| WO2011094793A1 (en) | 2011-08-11 |
| KR20120136351A (ko) | 2012-12-18 |
| EP2534211A4 (en) | 2014-11-12 |
| EP2534211A1 (en) | 2012-12-19 |
| JP2013518739A (ja) | 2013-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7125111B2 (en) | Ink and ink jet recording method using the ink | |
| JP6554170B2 (ja) | プリントヘッドの寿命を向上させるためのインク添加剤の組合せ | |
| US9834694B2 (en) | Method of printing pigment-based inks including ink sets, inks and printers therefor | |
| US9777176B2 (en) | Method of ejecting fluid droplets from thermal inkjet device | |
| KR101728193B1 (ko) | 열전사 잉크젯 프린트헤드에서 코가화를 최소화하는 방법 | |
| US8622534B2 (en) | Method of minimizing kogation in thermal inkjet printheads | |
| US20140098167A1 (en) | Method of high-speed printing for improving optical density in pigment-based inks | |
| US11466167B2 (en) | Ink additives for improving dry time and printhead dehydration performance | |
| TWI531477B (zh) | 使熱噴墨列印頭中之結垢減至最少之方法及噴墨墨水 | |
| JP2000351925A (ja) | インクジェット用水性インクおよびインクジェット記録方法 | |
| JP2024507691A (ja) | ゴースティングアーチファクトを最小化するためのインクジェットインク |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| GRNT | Written decision to grant |