TWI531477B - 使熱噴墨列印頭中之結垢減至最少之方法及噴墨墨水 - Google Patents

Description

使熱噴墨列印頭中之結垢減至最少之方法及噴墨墨水

本發明係關於用於熱噴墨列表機的噴墨墨水。開發的目的主要是為了使加熱器元件重複促動之後的結垢減至最少。

形成熱氣泡的噴墨列印頭藉著在噴嘴室的列印流體中產生一定量的熱起作用。此熱造成氣泡形成，當流體被迫經過噴嘴時氣泡最終崩潰。氣泡崩潰接著造成更多流體進入該噴嘴室以供相同程序再開始。

本申請人已經開發出一系列形成熱氣泡的列印頭。本申請人之形成熱氣泡的列印頭包括具有懸吊式加熱器元件者(例如，US 6,755,509；US 7,246,886；及US 7,401,910所述，在此以引用方式將其全文併入本文)及具有嵌入式加熱器元件者(例如，US 7,377,623；US 7,431,431；US 2006/250453；及US 7,491,911所述，在此以引用方式將其全文併入本文)。熟於此藝之士知道其他形成熱氣泡的列印頭的設計，如可自Canon及Hewlett-Packard取得者。

形成熱氣泡之列印頭用的噴墨墨水通常為包含顏料為底或染料為底的著色劑之水性墨水調合物。幾乎所有熱噴墨列印頭都有的問題為固態沉積物累積在用以加熱墨水的加熱器元件上-在此技藝中習稱為'結垢'。結垢會有問題，因為其降低加熱器元件的效率，但是結垢也可能造成噴嘴失效。包含顏料分散液的噴墨墨水通常更傾向於結垢，但是在染料為底的墨水中也還是會有結垢的問題，且特別是任何包含聚合物添加物的墨水。

此技藝中藉由不同手段解決結垢的問題。在一些噴墨列表機中，結垢係透過應用非射出驅動脈衝加以解決，該等脈衝使加熱器元件上的結垢沉積物充分瓦解使得沉積物可以被清除。US 5,440,330及US2007/052761描述能用於移除結垢之指定脈衝電壓、脈衝寬度、脈衝頻率等等的應用。然而，此等方法具有有限的成效且不可用於移除所有類型的結垢。

EP-A-1302321描述經具體設計以解決結垢問題的列印頭。各墨水射出裝置包含由撓性膜分隔的二室，藉以使第一室用以產生氣泡及第二室射出墨水。從第一室穿過該撓性膜傳送至第二室的壓力波造成墨滴射出。此配置的優點為第一室中可使用單純不結垢的流體(例如水)使加熱器元件沒有結垢。然而，此裝置有複雜性且必然佔據比習用形成熱氣泡的室大的列印頭區域。

其他降低先前技藝的結垢之方法在噴墨墨水中運用添加物。例如，US 2002/113842描述在顏料為底的墨水中應用醛糖酸添加物(例如葡萄糖醛酸)。自我分散性顏料及以聚合物分散劑分散的顏料都有描述到。然而，據記載在所有醛糖酸添加物不存在的案例中結垢很多。

EP-A-1279707描述應用有機膦酸添加物降低結垢。

US 2008/066644描述應用胺添加物與二表面活性劑的組合降低結垢。

US 6,616,273描述將銅鹽加至墨水，墨水將銅離子遞送至加熱器元件以助於移除結垢。

US 4,790,880描述將冠醚加至墨水以降低結垢並改善列印品質。

WO97/31984描述含有乙烯基矽酮聚合物之顏料為底的墨水，據記載其能降低結垢。

吾人所欲為藉由噴墨墨水，特別是顏料為底的墨水，提供使加熱器元件的結垢減至最少之新方法。

在第一個方面中，提供一種使熱噴墨列印頭中之加熱器元件的結垢減至最少之方法，該方法包含下列步驟：

(i)　供應噴墨墨水至該列印頭的至少一個噴嘴室；及

(ii)　促動該噴嘴室中的加熱器元件以便將一部分墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，藉以造成墨滴從該噴嘴室相關的噴嘴開口被射出，

其中該墨水包含具有低於約100℃的玻璃轉移溫度(T_g)之丙烯酸系聚合物，該丙烯酸系聚合物使該加熱器元件的結垢減至最少。

本發明藉著以在此所述的指定類型丙烯酸系聚合物調配噴墨墨水達到最少的結垢。

該加熱器元件係任意促動至少1千萬次，或任意至少2千萬次，並顯示出比沒有該丙烯酸系聚合物的墨水少的結垢。根據本發明的墨水顯示比沒有聚合物的相容性墨水及含有具有約100℃或更高的玻璃轉移溫度(T_g)之丙烯酸系聚合物的墨水少的結垢。

該墨水包含著色劑，其可為顏料或染料。該墨水任意包含顏料，其可為自我分散性及/或表面改質顏料。換句話說，該墨水可包含顏料，其不需要任何聚合物分散劑以分散於水性墨水媒液。

該丙烯酸系聚合物任意為烯烴-丙烯酸系共聚物，如苯乙烯-丙烯酸系共聚物。

該苯乙烯-丙烯酸系共聚物任意具有低於約90℃的T_g。該苯乙烯-丙烯酸系共聚物任意具有在0至60℃範圍中的T_g，或任意在10至50℃範圍中。

該苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在100至300 mgKOH/g範圍中的酸值，或任意在100至180 mgKOH/g範圍中。

該墨水媒液任意為水性墨水媒液，其經常含有至少50重量%水。

該墨水媒液任意包含以介於5重量%至40重量%的量存在之至少一溶劑。

該墨水媒液任意包含以介於0.1重量%至5重量%的量存在之至少一表面活性劑。

該至少一溶劑係任意選自由下列所構成的群組：乙二醇、丙三醇及2-吡咯烷酮。例如，該溶劑可包含乙二醇、丙三醇及2-吡咯烷酮的混合物。

該顏料係任意以介於0.01重量%至25重量%的量存在，任意0.1至10重量%。

該丙烯酸系聚合物係任意以介於0.1重量%至15重量%的量存在，或任意0.2至10重量%，或任意0.5至5重量%。

在第二個方面中，提供一種丙烯酸系聚合物添加物在噴墨墨水中之用途，其係用於使熱噴墨列印頭中之加熱器元件的結垢減至最少，其中該丙烯酸系聚合物具有低於約100℃的玻璃轉移溫度(T_g)。第二個方面的不同任意具體實施例可依據上述與第一個方面有關的那些任意具體實施例。

在第三個方面中，提供一種用於使熱噴墨列印頭中之加熱器元件的結垢減至最少之噴墨墨水，該墨水包含：墨水媒液；自我分散性著色劑；及具有低於約100℃的玻璃轉移溫度(T_g)之苯乙烯-丙烯酸系共聚物。

根據第三個方面的噴墨墨水至今尚屬未知，因為自我分散性著色劑，由於其真正的本質，不需要任何聚合物分散劑以便能被調配於噴墨墨水中。然而，利用特定丙烯酸系聚合物以助於降低結垢意指根據第三個方面之墨水提供明顯優於沒有丙烯酸系聚合物的墨水之優點。

該自我分散性著色劑任意為表面改質顏料。該表面改質顏料任意包含表面磺酸基或表面羧酸基。該顏料可為黑色、靛藍、洋紅、黃色、紅色、綠色、藍色、紅外線吸收等等。

該第三個方面的不同其他任意具體實施例可依據上述與第一個方面有關的那些任意具體實施例。

在第四個方面中，提供一種用於熱噴墨列印頭之墨水匣，該墨水匣含有根據第三個方面之噴墨墨水。該熱噴墨列印頭可與根據第四個方面的墨水匣整合在一起。

在第五個方面中，提供一種噴墨列表機，其包含與含有根據第三個方面之噴墨墨水的墨水槽流體流通之熱噴墨列印頭。

該熱噴墨列印頭任意包含多個含有該墨水的噴嘴室，各噴嘴室包含懸在或嵌入該噴嘴室中的加熱器元件，該加熱器元件係被建構以供將該墨水的一部分加熱至足以形成氣泡的溫度，藉以自該噴嘴室射出該墨水的液滴。在此處描述具有懸吊式加熱器元件的熱噴墨列印頭之實例。熟於此藝之士熟知其他類型的熱噴墨列印頭。

用於此處時，該措辭“丙烯酸系聚合物”係用以意指任何類型的丙烯酸系聚合物樹脂，其包括丙烯酸系均聚物、丙烯酸系共聚物、丙烯酸系三聚物等等。丙烯酸系聚合物可由任何適合的丙烯酸系單體形成，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等等。

本發明運用包含丙烯酸系聚合物的噴墨墨水，該丙烯酸系聚合物具有低於約100℃的玻璃轉移溫度(T_g)。本申請人顯示此等丙烯酸系聚合物能使熱噴墨列印頭中之加熱器元件的結垢減至最少。至今，咸瞭解加熱器元件的結垢主要係由許多噴墨墨水中所包括的非揮發性聚合物分散劑引起。聚合物分散劑經常被加至噴墨墨水以助於顏料分散。的確令人驚訝的是當與不含此等丙烯酸系聚合物的墨水及/或不含任何聚合物添加物的墨水相比時包括指定類型的丙烯酸系聚合物將降低加熱器元件的結垢。經過至少1千萬滴射出或至少2千萬滴射出之後目視比較加熱器元件顯示本發明所運用的墨水與不含聚合物的墨水有顯著的差異。特別是，與不含聚合物的墨水相比當該墨水含有具有低於約100℃的T_g之丙烯酸系聚合物時將觀察到明顯較少的結垢。假使至今咸相信聚合物為熱噴墨列印頭中結垢的主要成因之一，那這真是一個非常令人驚訝的結果。

本發明可與任何類型的墨水聯合使用，如染料為底的墨水或顏料為底的墨水。然而，結垢的降低以顏料為底的墨水最為有利。

在習用顏料為底的墨水之案例中，具有低於約100℃的玻璃轉移溫度(T_g)之丙烯酸系聚合物可兼用於分散該等顏料及降低結垢。換句話說，利用此等丙烯酸系聚合物避免任何添加其他降低結垢的添加物之需求，因為該丙烯酸系聚合物作為習用顏料的分散劑並同時使結垢減至最少。

在自我分散性著色劑(其通常不需要任何聚合物分散劑)的案例中，添加具有低於約100℃的玻璃轉移溫度(T_g)之丙烯酸系聚合物可單獨用於降低結垢。自我分散性著色劑包括染料及經表面改質的顏料，該二者均為熟於此藝之士眾所周知。現在將更詳細描述用於本發明的噴墨墨水之各成分。

丙烯酸系聚合物

該丙烯酸系聚合物經常為丙烯酸系共聚物，如烯烴-丙烯酸系共聚物。最佳為苯乙烯-丙烯酸系共聚物。

該丙烯酸系聚合物的玻璃轉移溫度(T_g)為低於約100℃，任意低於約90℃，且任意低於約60℃。當該丙烯酸系聚合物為具有在0至50℃範圍中，或任意5至30℃的T_g之苯乙烯-丙烯酸系聚合物時將觀察到最佳結垢結果。

該丙烯酸系聚合物經常具有在100至300 mgKOH/g範圍中，或任意在100至180 mgKOH/g範圍中的酸值。

該丙烯酸系聚合物可具有在3000至15,000 g/mol範圍中的分子量。

Joncryl HPD 296及Joncryl ECO 684(可自BASF購得)為兩種苯乙烯丙烯酸系共聚物的實例，其可用於本發明。

該丙烯酸系聚合物經常以介於0.1重量%至15重量%的量存在，任意0.2重量%至10重量%，或任意0.5重量%至5重量%。

著色劑

如上文所註釋，該著色劑可任意為染料為底的著色劑或顏料為底的著色劑，但是結垢的降低利用顏料最有利。染料及經表面改質的顏料為自我分散性著色劑，就某個程度來說其不需要任何聚合物分散劑以分散於典型墨水媒液中。根據本發明的新穎噴墨墨水包含自我分散性著色劑、上述的丙烯酸系聚合物及墨水媒液。

噴墨著色劑為熟於此藝之士眾所周知且根據本發明之降低結垢的方法不限於任何特定型式的染料或顏料。

適用於本發明之方法的習用顏料可為無機顏料或有機顏料。實例為碳黑、鎘紅、鉬紅、鉻黃、鎘黃、鈦黃、氧化鉻、鉻綠、鈦鈷錄、群青、普魯士藍、鈷藍、二酮基吡咯並吡咯、蒽醌、苯並咪唑酮、蒽素嘧啶、偶氮顏料、酞花青顏料(包括萘花青顏料)、喹吖啶酮顏料、異吲哚啉酮顏料、二噁嗪顏料、陰丹士林顏料、苝顏料、芘酮顏料、硫靛顏料、喹啉黃顏料及金屬錯合物顏料。一些顏料的指定例為Pigment 15:3、Pigment V19、Pigment Y151及Pigment PK-7。

適用於本發明的染料包括偶氮染料、金屬錯合物染料、萘酚染料、蒽醌染料、靛藍染料、碳鎓染料、醌-亞胺染料、呫噸染料、花青染料、喹啉染料、硝基染料、亞硝基染料、苯醌染料、萘醌染料、酞花青染料(包括萘花青染料)及金屬酞花青染料(包括金屬萘花青染料)。一些染料的指定例為Solvent red 8、Solvent blue 70、Solvent yellow 82及Solvent black 27。

經表面改質的顏料為已經利用表面陰離子基團或表面陽離子基團改質過的顏料。典型之表面改質基團為羧酸基及磺酸基。式(i)顯示經羧酸改質的黑色顏料，而式(ii)顯示經磺酸改質的彩色顏料。然而，其他表面改質基團也可使用，如陰離子磷酸基或陽離子銨基。

適用於本發明的水性經表面改質的顏料之指定實例為Sensijet Black SDP 2000(可自Sensient Colors股份有限公司購得)及CAB-O-JET 200、300、250C、260M及270Y(可自Cabot有限公司購得)。

該等顏料及染料可任意單獨或以其二或更多種的組合用於噴墨墨水中。

噴墨墨水中的顏料粒子之平均粒徑任意在50至500 nm的範圍中。

墨水媒液

用於噴墨墨水的墨水媒液為熟於此藝之士眾所周知且用於本發明的墨水媒液沒有特別限定。申請人最近描述用於熱噴墨列印頭的非水性噴墨墨水(參見2009年，9月11日申請的US申請案第12/577,517號，在此以引用方式將其全文併入本文)，且此等非水性墨水也在本發明的範圍以內。用於熱噴墨的非水性墨水媒液經常包含N-(C_1-6烷基)-2-吡咯烷酮(例如N-甲基-2-吡咯烷酮)及C_1-6醇(例如乙醇)。

然而，用於本發明的墨水媒液經常為習用的水性墨水媒液，其包含至少40重量%水，至少50重量%水，或至少60重量%水。存在於該噴墨墨水中的水量係在50重量%至90重量%的範圍中，或任意在60重量%至80重量%的範圍中。

水性噴墨墨水組成物為文獻中眾所周知且，除了水以外，可包含其他成分，如共溶劑(包括保溼劑、滲透劑、潤溼劑等等)、表面活性劑、殺生物劑、螯合劑(sequestering agent)、pH調節劑、黏度改質劑等等。

共溶劑經常為水溶性有機溶劑。適合的水溶性有機溶劑包括C_1-4烷基醇類，如乙醇、甲醇、丁醇、丙醇及2-丙醇；二醇醚類，如乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單甲醚醋酸酯、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單正丙醚、乙二醇單異丙醚、二乙二醇單異丙醚、乙二醇單正丁醚、二乙二醇單正丁醚、三乙二醇單正丁醚、乙二醇單第三丁醚、二乙二醇單第三丁醚、1-甲基-1-甲氧基丁醇、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單第三丁醚、丙二醇單正丙醚、丙二醇單異丙醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單正丙醚、二丙二醇單異丙醚、丙二醇單正丁醚及二丙二醇單正丁醚；甲醯胺、乙醯胺、二甲基亞碸、山梨醇、山梨醇酐、丙三醇單醋酸酯、丙三醇二醋酸酯、丙三醇三醋酸酯及環丁碸；或其組合。

其他有用的水溶性有機溶劑，其可用作共溶劑，包括極性溶劑，如2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、ε-己內醯胺、二甲基亞碸、環丁碸、嗎啉、N-乙基嗎啉、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮及其組合。

該噴墨墨水可含有用作共溶劑的高沸點水溶性有機溶劑，其可用作賦予該墨水組成物保水性及潤溼性質的潤溼劑或保溼劑。此高沸點水溶性有機溶劑包括具有180℃或更高沸點者。該具有180℃或更高沸點之水溶性有機溶劑的實例為乙二醇、丙二醇、二乙二醇、戊二醇、丙二醇、2-丁烯-1,4-二醇、2-乙基-1,3-己二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、三丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙二醇、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇、三乙二醇單甲醚、四乙二醇、三乙二醇、二乙二醇單丁醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單甲醚、三丙二醇、具有2000或更低分子量的聚乙二醇類、1,3-丙二醇、異丙二醇、異丁二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、丙三醇、丁四醇、季戊四醇及其組合。

其他適合的潤溼劑或保溼劑包括醣類(包括單醣、寡醣及多醣)及其衍生物(例如麥芽糖醇、山梨醇、木糖醇、玻璃酸鹽類、醛糖酸、羰基糖酸等等)。

該噴墨墨水也可含有滲透劑，作為共溶劑之一，以使該水性墨水加速滲入該記錄媒介。適合的滲透劑包括多羥醇烷基醚類(二醇醚類)及/或1,2-烷基二醇類。適合的多羥醇烷基醚類之實例為乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、乙二醇單甲醚醋酸酯、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單正丙醚、乙二醇單異丙醚、二乙二醇單異丙醚、乙二醇單正丁醚、二乙二醇單正丁醚、三乙二醇單正丁醚、乙二醇單第三丁醚、二乙二醇單第三丁醚、1-甲基-1-甲氧基丁醇、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單第三丁醚、丙二醇單正丙醚、丙二醇單異丙醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單正丙醚、二丙二醇單異丙醚、丙二醇單正丁醚及二丙二醇單正丁醚。適合的1,2-烷基二醇類之實例為1,2-丙二醇及1,2-己二醇。該滲透劑也可選自直鏈烴二醇類，如1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇及1,8-辛二醇。丙三醇也可用作滲透劑。

存在該墨水中的共溶劑量係經常在約5重量%至40重量%的範圍中，或任意10重量%至30重量%。共溶劑系統的指定例，其可用於本發明中，包含乙二醇、2-吡咯烷酮及丙三醇。

該噴墨墨水也可含有表面活性劑，如陰離子型表面活性劑及/或非離子型表面活性劑。有用的陰離子型表面活性劑包括磺酸型，如烷磺酸鹽類、α-烯烴磺酸鹽類、烷基苯磺酸鹽類、烷基萘磺酸類、醯基甲基牛磺酸類及二烷基磺丁二酸類；烷基硫酸酯鹽類、硫酸化油類、硫酸化烯烴類、聚氧乙烯烷基醚硫酸酯鹽類；羧酸型，例如，脂肪酸鹽類及烷基肌胺酸鹽類；及磷酸酯型，如烷基磷酸酯鹽類、聚氧乙烯烷基醚磷酸酯鹽類及甘油磷酸酯鹽類。陰離子型表面活性劑的指定例為十二基苯磺酸鈉、月桂酸鈉及聚氧乙烯烷基醚硫酸銨鹽。

非離子型表面活性劑之實例包括環氧乙烷加成型，如聚氧乙烯烷基醚類、聚氧乙烯烷基苯基醚類、聚氧乙烯烷基酯類及聚氧乙烯烷基醯胺類；多元醇酯型，如甘油烷基酯類、山梨醇酐烷基酯類及糖烷基酯類；聚醚型，如多羥醇烷基醚類；及烷醇醯胺型，如烷醇胺脂肪酸醯胺類。非離子型表面活性劑之指定例為醚類，如聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯十二基苯基醚、聚氧乙烯烷基烯丙基醚、聚氧乙烯油烯基醚、聚氧乙烯月桂醚及聚氧化烯烷基醚(例如聚氧乙烯烷基醚類)；及酯類，如聚氧乙烯油酸酯、聚氧乙烯油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、山梨醇酐月桂酸酯、山梨醇酐單硬脂酸酯、山梨醇酐單油酸酯、山梨醇酐倍半油酸酯、聚氧乙烯單油酸酯及聚氧乙烯硬脂酸酯。炔二醇表面活性劑，如2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇或3,5-二甲基-1-己炔-3-醇，也可使用。

該表面活性劑經常以介於0.1重量%至10重量%，或任意在0.2重量%至5重量%範圍中的量存在於該水性噴墨墨水中。可用於本發明之非離子型表面活性劑的指定例為Surfynol 465(可自Air Products and Chemicals股份有限公司購得)。

該水性噴墨墨水也可包括pH調節劑，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鋰、磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸鋰、二氫磷酸鉀、氫磷酸二鉀、草酸鈉、草酸鉀、草酸鋰、硼酸鈉、四硼酸鈉、氫酞酸鉀及氫酒石酸鉀；氨；及胺類，如甲胺、乙胺、二乙胺、三甲胺、三乙胺、參(羥甲基)胺基甲烷鹽酸鹽、三乙醇胺、二乙醇胺、二乙基乙醇胺、三異丙醇胺、丁基二乙醇胺、嗎啉及丙醇胺。

該水性噴墨墨水也可包括殺生物劑，如苯甲酸、二氯芬(dichlorophene)、六氯芬、己二烯酸、羥基苯甲酸酯類、脫氫醋酸鈉、1,2-苯噻啉-3-酮、3,4-異噻啉-3-酮或4,4-二甲基噁唑啶。

該水性噴墨墨水也可含有螯合劑，如乙二胺四醋酸(EDTA)。

熱噴墨列印頭

在此所述的噴墨墨水使熱噴墨列印頭中之結垢減至最少。下列為申請人的熱噴墨列印頭之一的簡要說明，如美國專利案第7,303,930號所述，在此以引用方式將其全文併入本文。

參照第1圖，其顯示包含多個噴墨裝配件之列印頭的一部分。第2及3圖以側斷面及剖開透視圖顯示這些噴嘴裝配件之一。

各噴嘴組合件包含由MEMS裝配技術在矽晶圓基材2上所形成的噴嘴室24。該噴嘴室24係由室頂21及自該室頂21延伸至該矽基材2的側壁22予以界定。如第1圖所示，各室頂係由一部分噴嘴板56予以定義，該噴嘴板56跨越該列印頭的噴出面。該噴嘴板56及側壁22係由相同材料構成，該材料係於MEMS裝配的期間藉由PECVD沉積在光阻劑的犧牲支架上。經常地，該噴嘴板56及側壁22係由陶瓷材料構成，如二氧化矽或氮化矽。這些堅硬的材料具有列印頭堅固性所需的優良性質，且其固有疏水特性藉由毛細作用供應墨水至該噴嘴室24係有益的。

回到該噴嘴室24的細部，能見到噴嘴開口26係界定於各噴嘴室24的室頂中。各噴嘴開口26一般為橢圓形並具有相關的噴嘴邊緣25。該噴嘴邊緣25在列印的期間有助於液滴定向性以及降低，至少達某個程度，墨水從該噴嘴開口26溢出來。自該噴嘴室24噴出墨水的作動器為位於該噴嘴開口26下方並橫跨凹坑8懸著的加熱器元件29。電流經由連至該基材2的CMOS層底下之驅動電路的電極9供應至該加熱器元件29。當電流通過該加熱器元件29時，其迅速將周圍的墨水過度加熱而形成氣泡，該氣泡強迫墨水穿過該噴嘴開口26。藉由使該加熱器元件29懸著，當該噴嘴室24裝好時該加熱器元件29完全浸在墨水中。這將改善列印頭效率，因為較少的熱分散至下方基材2內並使更多輸入能用以產生氣泡。

如第1圖中最清晰見到的，該等噴嘴係成排設置並使沿著該排縱向延伸的墨水供應通道27供應墨水至該排中的各噴嘴。該墨水供應通道27遞送墨水至各噴嘴的墨水注入通道15，該墨水注入通道15，自該噴嘴開口26側經由該噴嘴室24中的墨水導管23供應墨水。

用於製造此等列印頭的MEMS裝配方法係說明於美國專利案第7,303,930號，在此以引用方式將其全文併入本文。

具有懸吊的加熱器元件之列印頭的操作係詳細說明於申請人的US 7,278,717，在此以引用方式將其全文併入本文。

申請人也說明具有嵌入式加熱器元件的形成氣泡之噴墨列印頭。此等列印頭係說明於，例如，US 7,246,876及US 2006/0250453，在此以引用方式將其全文併入本文。

申請人的熱噴墨列印頭之特徵一般可為擁有一或多個下列特性：(i)懸吊的加熱器元件；(ii)具有少於1奈克，選擇性少於500兆分之一克的加熱器元件；(iii)少於500 nJ，任意少於200 nJ的作動能；及(iv)氮化鈦或氮化鈦鋁加熱器元件。

如上所述，在此所述的噴墨墨水可與申請人的熱噴墨列印頭合併作用以使結垢減至最少。然而，此等墨水的用途並不限於申請人的熱列印頭且其也可用於習用熱噴墨列印頭，如Hewlett-Packard及Canon在市場上販售者。

在習用掃描式熱噴墨列印頭(或，真正地，申請人的頁寬列印頭)的案例中，本發明可能關於用於包含在此所述的噴墨墨水的噴墨列表機之墨水匣。該墨水匣可任意包含與其整合在一起的熱噴墨列印頭。

為求完整，併入申請人的熱噴墨列印頭之列表機係說明於，例如，US 7,201,468；US 7,360,861；US 7,380,910；及US 7,357,496，在此以引用方式將其全文併入本文。

第4圖顯示如申請人的美國申請案第12/062,514號所述之熱噴墨印表機的列印引擎103，在此以引用方式將其全文併入本文。該列印引擎103包括移動式列印匣102，該移動式列印匣102包含頁寬列印頭，及一組使用者可替換的墨水匣128。各色通道經常具有其本身的墨水槽128及相應的壓力調節室106以供調節供應至該列印頭的墨水之液壓。因而，該列印引擎103具有5個墨水槽128及5個相應的壓力調節室106。此5通道列印引擎103的典型顏色通道構形為CMYKK或CMYK(IR)。各墨水匣128可包含在此所述的噴墨墨水。

儘管第4圖中並未顯示不同零件之間的流體連結，但是能分辨的是這些連結係依據，例如，美國申請案第12/062,514號所述的流體力學系統利用適合的吸水管構成。

實驗

根據一般調配方法調配表1及2所述的墨水如下：

(1)　在添加表面活性劑及水以提供無色墨水媒液之前稱取共溶劑至適當容器中。

(2)　令該無色墨水媒液攪拌10分鐘。

(3)　將聚合物加至經攪拌的墨水媒液(除了比較例1以外)。

(4)　在添加經表面改質的顏料之前令所得的溶液再攪拌5分鐘。

(5)　在過濾至0.3微米之前令此調合物攪拌15分鐘。利用Pall Profile II 1"片段過濾器(segment filter)過濾墨水並使墨水在通入清洗過的容器之前再循環15分鐘。

墨水解析度之評估

以Memjet噴墨裝置(如上所述)於x400放大倍率觀察及拍攝成像記錄(A)。該裝接著在於120℃乾燥15分鐘之前先裝填流體。噴嘴及加熱器接著於x400放大倍率觀察及產生成像記錄(B)。

接著在該墨水媒液中靜置30分鐘之前以無色墨水媒液清洗該裝置。接著給予最後的沖洗並利用氮流乾燥該等裝置。

接著在拍攝第三個影像記錄(C)之前於x400放大倍率觀察噴嘴及加熱器。

比較記錄(A)、(B)及(C)及利用下列等級為記錄(C)之噴嘴及加熱器的清潔度評分。

結垢之評估

以該流體填入Memjet裝置並開始壽命硏究。此硏究進行2千萬次作動並利用光學顯微鏡(x400)評估於1千萬次及2千萬次的結垢阻塞。頃發現於2千萬次作動的結垢阻塞與1千萬次作動一致及因此利用於1千萬次作動的結垢為該等流體評分。表4描述所用的等級。

應用溶解度及結垢分數評估表1及2所述的墨水調合物。表5中顯示結果。

從表5，可見到只有那些含有具有<100℃之T_g的苯乙烯-丙烯酸系聚合物之墨水得到最高結垢分數(即較少加熱器結垢)。在不含聚合物或含有具有>100℃之T_g的聚合物之墨水中，該加熱器元件的結垢一般在1千萬次作動之後很嚴重。這些結果確定將具有<100℃之T_g的丙烯酸系聚合物加至噴墨墨水就降低加熱器結垢的觀點來看有相當有益的效果。假使至今咸瞭解非揮發性聚合物分散劑會造成顏料為底的墨水之結垢，則利用指定類型的聚合物分散劑降低加熱器結垢很令人驚訝。

當然，咸明白本發明僅藉由實施例的方式予以說明且細節的修飾可在隨附申請專利範圍所界定的本發明範圍以內完成。

2．．．矽晶圓基材

8．．．凹坑

9．．．電極

15．．．墨水注入通道

21．．．室頂

22．．．側壁

23．．．墨水導管

24．．．噴嘴室

25．．．噴嘴邊緣

26．．．噴嘴開口

27．．．墨水供應通道

29．．．加熱器元件

56．．．噴嘴板

102．．．移動式列印匣

103．．．列印引擎

106．．．壓力調節室

128．．．使用者可替換的墨水匣

現在將藉由示範的方式僅參照隨附的圖式描述本發明的任意具體實施例，其中：

第1圖為熱噴墨列印頭的一部分之透視圖；

第2圖為第1圖所示的噴嘴裝配件之一的側視圖；

第3圖為第2圖所示的噴嘴裝配件之透視圖；及

第4圖為熱噴墨列印引擎之透視圖。

2．．．矽晶圓基材

15．．．墨水注入通道

22．．．側壁

23．．．墨水導管

24．．．噴嘴室

25．．．噴嘴邊緣

26．．．噴嘴開口

27．．．墨水供應通道

29．．．加熱器元件

56．．．噴嘴板

Claims (14)

1. 一種使熱噴墨列印頭中之加熱器元件的結垢減至最少之方法，該方法包含下列步驟：(i)供應噴墨墨水至該列印頭的至少一個噴嘴室；及(ii)促動該噴嘴室中的加熱器元件以便將一部分墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，藉以造成墨滴從該噴嘴室相關的噴嘴開口被射出，其中該墨水包含水性墨水媒液及苯乙烯-丙烯酸系共聚物，該苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在5至30℃範圍中的玻璃轉移溫度(T_g)，及在100至180mgKOH/g範圍中的酸值，該苯乙烯-丙烯酸系共聚物使該加熱器元件的結垢減至最少。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱器元件係促動至少1千萬次並顯示出比沒有該苯乙烯-丙烯酸系共聚物的墨水少的結垢。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該墨水包含顏料。
4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該顏料為自我分散性表面改質顏料。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該墨水媒液包含以介於5重量%至40重量%的量存在之至少一溶劑；以介於0.1重量%至5重量%的量存在之至少一表面活性劑；及水。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該至少一溶劑 係選自由下列所構成的群組：乙二醇、丙三醇及2-吡咯烷酮。
7. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該顏料係以介於0.01重量%至25重量%的量存在及該丙烯酸系聚合物係以介於0.1重量%至15重量%的量存在。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱器元件係懸吊式加熱器元件。
9. 一種丙烯酸系聚合物添加物在水性噴墨墨水中之用途，其係用於使熱噴墨列印頭中之加熱器元件的結垢減至最少，其中該丙烯酸系聚合物係苯乙烯-丙烯酸系共聚物，其具有在5至30℃範圍中的玻璃轉移溫度(T_g)，及在100至180mgKOH/g範圍中的酸值。
10. 一種用於使熱噴墨列印頭中之加熱器元件的結垢減至最少之噴墨墨水，該墨水包含：水性墨水媒液；自我分散性著色劑；及苯乙烯-丙烯酸系共聚物，其具有在5至30℃範圍中的玻璃轉移溫度(T_g)，及在100至180mgKOH/g範圍中的酸值。
11. 如申請專利範圍第10項之噴墨墨水，其中該自我分散性著色劑為表面改質顏料。
12. 如申請專利範圍第11項之噴墨墨水，其中該表面改質顏料包含表面磺酸基或表面羧酸基。
13. 一種用於熱噴墨列印頭之墨水匣，該墨水匣含有 申請專利範圍第10項之噴墨墨水。
14. 一種噴墨列表機，其包含與含有申請專利範圍第10項之噴墨墨水的墨水槽流體流通之熱噴墨列印頭，其中該熱噴墨列印頭包含多個含有該墨水的噴嘴室，各噴嘴室包含懸在或嵌入該噴嘴室中的加熱器元件，該加熱器元件係被建構以供將該墨水的一部分加熱至足以形成氣泡的溫度，藉以自該噴嘴室射出該墨水的液滴。