专利名称：喷墨记录油墨，喷墨记录方法，喷墨记录头及其制造方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及包含染料和水的喷墨记录油墨，喷墨记录方法，喷墨记录头及其制造方法，以及喷墨式打印机。特别是，本发明涉及能够大大地抑制为热喷墨式打印机所特有的kogation现象的喷墨记录油墨和喷墨记录头。
2.相关技术描述近来，在图像处理领域对彩色硬拷贝的需要已显著增加。业已开发出用于生产彩色硬拷贝的各种方法。其例子包括染料-升华记录，热蜡转移记录，喷墨记录，电子照相记录，和热处理的银记录。
在喷墨式打印中，墨滴从喷墨式打印机的喷墨记录头排列好的喷嘴喷射到记录介质如纸上。喷射的液滴形成被称为“网点”的点，以便产生文字和图像。喷墨式打印相对其它打印方法的优点在于其低成本，高质量，以及易于形成彩色图像的能力。用于喷墨式打印的油墨通过将水溶性染料或颜料溶解或分散于含水和水溶性有机溶剂的溶剂中而制备。如有必要，也可以添加添加剂如表面活性剂。
根据墨滴的喷射方法，喷墨式打印可进行如下分类其中压电器件用于喷射油墨的压电方法，和其中加热装置用于喷射油墨的热方法。
根据热打印方法，包含在喷墨记录头储存器中的油墨通过加热装置而局部加热，以便产生气泡并因此通过孔板如喷嘴由储存器使墨滴喷出至记录介质上。因此，热型打印机具有喷墨记录头，后者包括加热油墨的加热装置，所述加热装置安装在储存器的内部；以及用于驱动加热装置的驱动电路如逻辑集成电路。
然而，当将供喷墨记录用的常规油墨用于喷墨式打印机时，如杂质这样的异物，例如在染料合成期间引入的金属离子，或热解产物，在使用喷墨打印机时将沉积至加热装置的表面上。该现象被称作“kogation”。Kogation使油墨的局部加热变得不充分，抑制气泡的产生，降低油墨的喷出速率，不利地影响墨滴的喷出。
防止kogation的一种建议的技术是除去染料杂质，如在染料合成期间引入的金属离子。然而，在油墨中染料的热分解是不可避免的。即使通过对油墨的净化而除去杂质如金属离子时，也不能够防止染料的分解产物沉积至加热装置上。因此，依据这种技术，不能完全地防止kogation。
根据常规的技术，如上所述，只要包含染料，水和有机溶剂的油墨用于喷墨记录，kogation就不能完全地防止。
发明概述本发明的目的在于通过提供供喷墨记录用的油墨和喷墨记录头克服常规技术的上述问题，当将它们用于热喷墨式打印时，它们能够防止kogation并且长时间平稳地从打印机头喷射墨滴。
本发明者发现，通过将特定的膦酸化合物添加至喷墨记录油墨中能够防止kogation，并实现了本发明。
本发明的第一方面提供一种供喷墨记录用的油墨，该油墨包含染料，水，和由下式表示的有机膦化合物 本发明的第二方面提供一种喷墨记录方法，包括如下步骤由喷嘴将包含染料和水的油墨喷射至记录介质上，从而在记录介质上形成图像；其中，所述油墨包含由上式(1)表示的有机膦化合物。
本发明者还发现，通过用上述特定的有机膦化合物对喷墨记录头的加热装置的表面进行处理，能够实现上述目的。
特别是，本发明的第三方面提供具有用于容纳油墨的储存器，加热装置，和喷嘴的喷墨记录头；通过加热装置所供给的热量，所述喷墨记录头能由喷嘴喷射储存器中的油墨；所述加热装置具有用上式(1)表示的有机膦化合物处理过的表面。
本发明的第四方面提供具有用于容纳油墨的储存器，加热装置，和喷嘴的喷墨记录头的制造方法，通过由加热装置供给的热量，所述喷墨记录头能由喷嘴喷射储存器中的油墨；所述方法包括如下步骤将包含有机膦化合物的表面-处理液引入储存器，以便使加热装置与表面处理液接触，所述有机膦化合物由上述式(1)表示；对加热装置进行加热，以便用有机膦化合物对加热装置的表面进行处理。
本发明的第五方面提供一种具有用于容纳油墨的储存器，加热装置，和喷嘴的喷墨记录头的处理方法，通过由加热装置供给的热量，所述喷墨记录头能由喷嘴喷射储存器中的油墨；所述方法包括如下步骤将包含有机膦化合物的表面-处理液引入没有填充油墨的储存器中，以便使加热装置与表面-处理液接触，所述有机膦化合物由上式(1)表示；和对加热装置进行加热，以便用所述有机膦化合物对加热装置的表面进行处理。
本发明的第六方面提供一种具有所述喷墨记录头中任何一个的喷墨式打印机。
附图概述
图1是本发明喷墨记录头实例的透视图；图2是本发明喷墨记录头实例的局部放大视图；而图3是本发明喷墨记录头实例的局部放大透视图。
优选实施方案说明第一实施方案现在叙述本发明第一实施方案的喷墨记录用的包含至少一种染料和水的油墨。该油墨的特征在于，它包含由式(1)表示的有机膦化合物
包含膦化合物(1)的油墨能够防止kogation和杂质沉积到加热装置上。因此，在不降低喷出速率的情况下，墨滴能够自喷墨式打印头长期平稳地喷出至记录介质上，由此取得了高的记录质量。对于此确切的理由还不知道。据推测，有机膦化合物(1)沉积至加热装置的表面上，从而形成一涂层，并且该涂层阻止异物如染料的分解产物和杂质的沉积。
在本发明中，式(1)有机膦化合物在油墨中的用量优选0.01-10％重量，更优选0.5-5％重量。当有机膦化合物的用量在该范围以下时，不能完全防止kogation。当有机膦化合物的用量在该范围之上时，油墨将变得过度粘稠，并且油墨不能从喷墨头的喷嘴平稳地排出。
可以使用在喷墨式打印中使用的任何常规的水溶性染料，如直接染料，酸性染料，和活性染料。特别优选的黄色直接染料的例子包括C.I.直接黄1，8，11，12，24，26，27，28，33，39，44，50，58，85，86，87，88，89，98，100，和110；品红直接染料的优选例子包括C.I.直接红1，2，4，9，11，13，17，20，23，24，28，31，33，37，39，44，46，62，63，75，79，80，81，83，84，89，95，99，113，197，201，218，220，224，225，226，227，228，229，230，和321；蓝色直接染料的优选例子包括C.I.直接蓝1，2，6，8，15，22，25，41，71，76，77，78，80，86，90，98，106，108，120，158，160，163，165，168，192，193，194，195，196，199，200，201，202，203，207，225，226，236，237，246，248，和249；且黑色直接染料的优选例子包括C.I.直接黑17，19，22，32，38，51，56，62，71，74，75，77，94，105，106，107，108，112，113，117，118，132，133和146。
黄色酸性染料的优选例子包括C.I.酸性黄1，3，7，11，17，19，23，25，29，36，38，40，42，44，49，59，61，70，72，75，76，78，79，98，99，110，111，112，114，116，118，119，127，128，131，135，141，142，161，162，163，164，和165；品红酸性染料优选的例子包括C.I.酸性红1，6，8，9，13，14，18，26，27，32，35，37，42，51，52，57，75，77，80，82，83，85，87，88，89，92，94，97，106，111，114，115，117，118，119，129，130，131，133，134，138，143，145，154，155，158，168，180，183，184，186，194，198，199，209，211，215，216，217，219，249，252，254，256，257，262，265，266，274，276，282，283，303，317，318，320，321，和322；蓝色酸性染料优选的例子包括C.I.酸性蓝1，7，9，15，22，23，25，27，29，40，41，43，45，54，59，60，62，72，74，78，80，82，83，90，92，93，100，102，103，104，112，113，117，120，126，127，129，130，131，138，140，142，143，151，154，158，161，166，167，168，170，171，175，182，183，184，187，192，199，203，204，205，229，234，和236；黑色酸性染料优选的例子包括C.I.酸性黑1，2，7，24，26，29，31，44，48，50，51，52，58，60，62，63，64，67，72，76，77，94，107，108，109，110，112，115，118，119，121，122，131，132，139，140，155，156，157，158，159，和191。
染料的用量没有限制。通常，在喷墨记录的油墨中优选包含0.1-15％重量的染料。
本发明的油墨包含水作为溶剂。此外，水溶性有机溶剂也可以包含在油墨中。水溶性有机溶剂的例子包括脂族一元醇，多元醇，和多元醇的衍生物。脂族一元醇可控制油墨的表面张力，并改善记录介质如普通纸或特种纸的渗透性，形成网点的能力，以及打印图象的干燥性能。多元醇及其衍生物不易蒸发并降低油墨的冰点，因此改善了油墨的保存稳定性并阻止喷嘴堵塞。
脂族一元醇的例子包括低级醇，如甲醇，乙醇，正-丙醇，异-丙醇，正-丁醇，仲-丁醇，和叔-丁醇。特别优选的是，乙醇，异-丙醇，和正-丁醇。
多元醇的例子包括烷撑二醇如乙二醇，二甘醇，三甘醇，丙二醇，丁二醇，和甘油；聚亚烷基二醇如聚乙二醇和聚丙二醇；和硫二甘醇。
多元醇衍生物的例子包括上述多元醇的低级烷基醚，如乙二醇二甲醚，和上述多元醇的低级羧酸酯，如乙二醇二醋酸酯。
根据本发明的喷墨记录油墨还可以包含添加剂，如表面活性剂，pH调节剂，防腐剂，螯合剂，等等。
根据本发明的喷墨记录油墨可通过常规的方法，通过均匀地混合染料，水，水溶性有机溶剂(可有可无的)等来制备。
由于本发明的油墨能够抑制kogation，因此，它适用于在记录介质上形成图像的喷墨记录方法，其中油墨由常规热喷墨打印机的喷墨头的喷嘴喷射的该方法使用热能来喷射油墨。该油墨可用于使用包括压电器件的压电喷墨式打印机的喷墨记录方法。
实施例现在通过实施例详细描述本发明的第一实施方案。在下面的实施例和对比例中，以固体含量为基准，调节喷墨记录油墨中由式(1)表示的有机膦化合物的用量。
实施例1-3在表1-3每一个中所示的材料通过混合器彻底混合，从而制备实施例1-3的喷墨记录油墨。
表1实施例1油墨的组成
表2实施例2油墨的组成
表3实施例3油墨的组成
实施例4通过利用混合器，均匀地混合99重量份市售喷墨记录油墨(PM 800C品红油墨，得自Seiko Epson Corporation)和1重量份式(1)的有机膦化合物(BayhibitAM，由Bayer制造)而制备喷墨记录油墨。
对比例1-3在表4-6每一个中所示的材料通过混合器彻底混合，从而制备对比例1-3的喷墨记录油墨。
表4对比例1的油墨组成
表5对比例2油墨的组成
表6对比例3油墨的组成
对比例4通过利用混合器，均匀地混合99重量份市售喷墨记录油墨(PM 800C品红油墨，得自Seiko Epson Corporation)和1重量份水而制备喷墨记录油墨。
评价将实施例1-4和对比例1-4的每种油墨装载入具有加热装置(具有135Ω电阻的电阻器)的喷墨式打印机(喷嘴直径20微米，驱动电压11V)中，并以10kHz的驱动频率，喷射至普通纸上100,000,000次脉冲。测量喷射油墨墨滴早期的喷射速率和在100,000,000次脉冲之后的喷射速率，以便计算出喷射速率的改变，即喷射速率的降低(％)。结果列于表7中。
利用光学显微镜观察在100,000,000次喷射脉冲之后加热装置的表面，以便检查存在的沉积物，即kogation的情况。其中在加热装置表面上基本上没有发现沉积物的情况评定为“A”。其中在所述表面上发现有少量沉积物的情况评定为“B”。其中在所述表面上发现有大量沉积物的情况评定为“C”。评定等级列于表7中。用彩色激光显微镜(商品名VK-8500，得自KeyenceCorporation)测量加热装置表面上沉积物的厚度。结果列于表7中。
表7
如表7所示，当包含式(1)有机膦化合物的实施例1-4的油墨用于热喷墨式打印时，在100,000,000次脉冲之后喷射速率的降低小于20％。该速率足以满足实际应用。在加热装置表面上沉积物的厚度小于0.8微米，这表明加热装置表面上沉积物的量特别地少。特别是，在实施例1中仅观察到少量的沉积物。在实施例2，3，和4中基本上没有观察到沉积物。在实施例2，3，和4中，加热装置的表面是着色的。
比较起来，当使用对比例1-4的油墨时，在100,000,000次脉冲之后油墨喷射速率的下降将超过20％，因此该油墨不适合于实际应用。在所有情况下，加热装置表面上沉积物的厚度均大于0.8微米，这表明沉积物的量相当多。特别是，在对比例4中，由于在打印机喷嘴的加热装置的表面上观察到大规模的kogation和大量的沉积物，因此油墨不能喷射。
上述结果清楚地表明包含式(1)有机膦化合物的油墨用于热喷墨式打印头中时，所述油墨能够防止kogation，即，异物在加热装置表面上的沉积。
现在，参考图1-3详细地描述本发明的第二实施方案。本发明的第二实施方案是利用上述有机膦化合物处理喷墨式打印头加热装置的表面的方法。
图1是加热-型喷墨记录头实例1的透视图；喷墨记录头1具有在中央有油墨供给缝隙2a的头支架2。由硅基材构成的多个头薄片3固定至头支架2的一个面上。特别是，头薄片3排列在头支架2上，并且处于油墨-供给缝隙2a的两侧。如图2所示，每一头薄片3具有多个加热装置3a(其沿邻接油墨-供给缝隙2a的一侧成排地排列)，和沿远离油墨-供给缝隙2a的另一侧对应于加热装置3a的多个连接端部3b。连接端部3b也成排地排列。
现在参考图3，用于形成多个油墨储存器4a和油墨通路4b的储存器元件4排列在头薄片3上。具有多个喷嘴5a的喷嘴板5排列在储存器元件4上。储存器元件4由感光树脂如干膜光敏抗蚀剂形成。油墨储存器4a对应于排列在头薄片3中的加热装置3a。每一油墨通路由相应的油墨储存器4a延伸至头薄片3的端部。
喷嘴板5通过例如电铸而制备。典型地，喷嘴板5用金或钯进行电镀，以增加耐腐蚀性。喷嘴板5覆盖油墨-供给缝隙2a，并且喷嘴板5的喷嘴5a与加热装置3a一一对应地排列。用这样的方式，每一油墨储存器4a连接到相应的油墨通路4b上和喷嘴板5相应的喷嘴5a上。
油墨槽7附于头支架2的另一面，其间有过滤器6。过滤器6覆盖油墨-供给缝隙2a，以便防止异物的聚集，以及油墨槽7中的油墨组分进入喷嘴5a中。油墨槽7具有由袋状物7a和盒7b组成的双重结构。
弹簧(未示出)排列在袋状物7a和盒7b之间，以使袋状物7a延伸。用这样的方式，负压将供给至油墨上，由此阻止了油墨从喷嘴5a自发的渗漏。由于负压控制在小于喷嘴5a的毛细管作用力，因此，油墨不会被引入喷嘴5a中。
电布线8提供在头薄片3，头支架2的外侧，和油墨槽7的外圆周面上。电布线8例如是软性印制电路板(FPC)。电布线8给头薄片3提供动力和电信号，并连接至头3薄片的连接触端部3b上。
通过半导体制造工艺中常用的溅射方法将抗蚀材料、如钽，钽铝，或氮化钛沉积至预定的基质上在沉积的抗蚀材料上形成Al电极等然后在其上形成保护层，如氮化硅薄膜；而制备各个加热装置3a。在保护层之上部形成由钽等组成的抗气蚀层，油墨储存器4a，以及喷嘴5a，以便能够通过加热装置3a对油墨储存器4a中的油墨进行加热。在如上制得的喷墨记录头1中，由利用特定驱动电路的金属氧化物半导体(MOS)晶体管或双极晶体管，将动力提供给加热装置3a，以便将墨滴喷射至记录介质上。
上面描述的喷墨记录头1的每一个加热装置3a均有用式(1)表示的具有耐蚀作用的有机膦化合物处理过的表面。
用这样的方式，异物如包含在油墨中的染料的分解产物很少沉积至加热装置3a的表面上。甚至当油墨受热并因此产生如染料分解产物和杂质这样的异物时，也能够防止异物在加热装置3a表面上的沉积和kogation。因此，能够长时间保持高速喷射油墨，而且，由于墨滴能够平稳地喷射，因此实现了高质量的记录。在上述改善背后的原因还没有确切地知道。据推测，式(1)的有机膦化合物在加热装置3a的表面上形成一涂层，从而增加了耐腐蚀性。
特别是，本发明的喷墨记录头1按如下方法进行制备。将包含式(1)有机膦化合物的表面-处理液引入油墨储存器4a中，以便使加热装置3a与处理液接触。用这样的方式，通过对加热装置3a的加热，能够用所述处理液处理加热装置3a的表面。表面-处理液优选是包含0.05-10％重量，更优选包含0.1-5％重量式(1)有机膦化合物的水溶液。如有必要，可以将水溶性有机溶剂，如异丙醇或甘油加至表面-处理液中。
另一方面，在使用之前，即在安装油墨盒之前，可以将表面-处理液装入喷墨记录头1的油墨储存器4a中。加热装置3a的表面可通过正常的放电操作进行处理。这涉及喷墨记录头的处理方法。
通过将本发明的喷墨记录头与其它常用的组件组合，能够制得热喷墨式打印机。由于该打印机利用本发明的喷墨记录头，因此，能够防止加热装置表面上的kogation，抑制沉积，并且能够长时间地保持高的油墨-喷射速率。此外，由于墨滴能够平稳地喷射，因此能够产生高质量的图像。
利用本发明喷墨记录头的热喷墨式打印机的操作按如下进行。由油墨槽7供至油墨-供给缝隙2a的油墨通过油墨通路4b流至油墨储存器4a中。喷嘴5a通常具有圆形的横截面，并且，在每个喷嘴5a前端处油墨表面的中心由于负压而凹陷，因而形成了弯液面。当驱动电压供给至加热装置3a上时，该加热装置5a产生热量，从而局部地对油墨进行加热。在喷墨记录头1中，集结气泡通过加热而产生，并且气泡组合成薄膜泡，这将增加供给至油墨的压力。因此，墨滴从喷嘴5a喷射出，落到喷墨记录用纸上，并附着至其上，由此在纸上形成油墨图像。
需要指出的是，在该实施方案中，能够使用任何用于喷墨式打印的常规油墨。
实施例现在通过实施例描述本发明的第二实施方案。
实施例5通过将0.05％重量式(1)的有机膦化合物(即由Chelest Corporation制造的Chelest PH430)溶解于水中，而制备用于处理加热装置表面的表面-处理液。将表面-处理液供至安装在喷墨式打印机(由Sony Corporation制造的MPR-501)中的未使用的喷墨记录头的油墨储存器中，从而对加热装置的表面进行处理。
实施例6如同实施例5制备表面-处理液，所不同的是将0.1％重量式(1)的有机膦化合物(即，由Chelest Corporation制造的Chelest PH430)溶解于水中。利用该表面处理液对加热装置的表面进行处理。
实施例7如同实施例5制备表面-处理液，所不同的是将5.0％重量式(1)的有机膦化合物(即，由Chelest Corporation制造的Chelest PH430)溶解于水中。利用该表面处理液对加热装置的表面进行处理。
实施例8如同实施例5制备表面-处理液，所不同的是将10.0％重量式(1)的有机膦化合物(即，由Chelest Corporation制造的Chelest PH430)溶解于水中。利用该表面处理液对加热装置的表面进行处理。
参考例1如同实施例5制备表面-处理液，所不同的是将0.01％重量式(1)的有机膦化合物(即，由Chelest Corporation制造的Chelest PH430)溶解于水中。利用该表面处理液对加热装置的表面进行处理。
评价将表8和9中列出的油墨A和油墨B，以及市售油墨C(PM750C，SeikoEpson Corporation)供至实施例5-8和参考例1的喷墨记录头中，和其加热装置没有用式(1)的有机膦化合物(即由Chelest Corporation制造的Chelest PH430)进行表面处理的喷墨记录头中。分别将喷墨记录头安装入喷墨式打印机(MPR-501，由Sony Corporation制造)中，并利用喷墨记录纸(由Seiko EpsonCorporation制造的PM相纸)进行喷墨式打印。
表8油墨A
表9油墨B
测量喷射墨滴早期的喷射速率和在100,000,000次脉冲之后的喷射速率，以便计算出喷射速率的改变，即喷射速率的降低(％)。结果列于表10中。
利用光学显微镜观察在100,000,000次喷射脉冲之后加热装置的表面，以便检查存在的沉积物，即kogation的情况。其中在加热装置表面上基本上没有发现沉积物的情况评定为“优”(在表中以EX表示)。其中在加热装置表面上发现有少量沉积物的情况评定为“中等”(在表中以F表示)。其中在加热装置表面上发现有大量沉积物的情况评定为“差”(在表中以P表示)。评定等级列于表10中。用彩色激光显微镜(商品名VK-8500，得自Keyence Corporation)测量加热装置表面上沉积物的厚度。
表10
如表10所示，在100,000,000次喷射脉冲之后，预先用式(1)有机膦化合物处理的实施例5-8的喷墨记录头的喷射速率变化处于实用水准，即至多20％。加热装置表面上沉积物的厚度为0.85微米或更小，这是相当小的。特别是，在实施例5中仅观察到少量的沉积物。在实施例6，7，和8中基本上没有观察到沉积物。在实施例6，7，和8中，加热装置的表面是着色的。
参考例1和实施例5表明表面-处理液中有机膦化合物的含量优选至少0.05％重量。
比较起来，具有其表面没有用式(1)有机膦化合物处理过的加热装置的对比例的喷墨记录头，在100,000,000次喷射脉冲之后的喷射速率变化将超过20％。喷射速率的下降太大，以致使该喷墨记录头不能用于实际应用。此外，加热装置上沉积物的厚度太大，即大于0.85微米。
权利要求
1.一种供喷墨记录用的油墨，该油墨包含染料，水，和由下式(1)表示的有机膦化合物
2.根据权利要求1的油墨，其中有机膦化合物的含量在0.01-10％重量的范围之内。
3.一种喷墨记录方法，包括如下步骤由喷嘴将包含染料和水的油墨喷射至记录介质上，从而在记录介质上形成图像；其中，所述油墨包含由下式(1)表示的有机膦化合物
4.一种包含容纳油墨的储存器，加热装置，和喷嘴的喷墨记录头，通过由加热装置供给的热量，所述喷墨记录头能够从喷嘴喷射储存器中的油墨，所述加热装置具有由式(1)表示的有机膦化合物处理过的表面
5.一种包含用于容纳油墨的储存器，加热装置，和喷嘴的喷墨记录头的制造方法，通过由加热装置供给的热量，所述喷墨记录头能够由喷嘴喷射储存器中的油墨，所述方法包括将包含有机膦化合物的表面-处理液引入储存器中，以便使加热装置和表面-处理液接触，所述有机膦化合物由下式(1)表示 和对加热装置进行加热，以便用所述有机膦化合物处理加热装置的表面。
6.一种包含用于容纳油墨的储存器，加热装置，和喷嘴的喷墨记录头的处理方法，通过由加热装置供给的热量，所述喷墨记录头能够由喷嘴喷射储存器中的油墨，所述方法包括将包含有机膦化合物的表面-处理液引入没有填充油墨的储存器中，以便使加热装置和表面-处理液接触，所述有机膦化合物由下式(1)表示 和对加热装置进行加热，以便用所述有机膦化合物处理加热装置的表面。
7.一种包含权利要求4的喷墨记录头，通过权利要求5的方法制备的喷墨记录头，以及通过权利要求6的方法处理过的喷墨记录头中的任何一个的喷墨式打印机。
全文摘要
一种供热喷墨记录用的油墨，该油墨包含染料，水，和由下式表示的有机膦化合物。另一方面，喷墨记录头可以用式(1)表示的有机膦化合物处理，以便用式(1)表示的有机膦化合物处理喷墨记录头的加热装置的表面。
文档编号C09D11/00GK1519280SQ0314703
公开日2004年8月11日 申请日期2003年7月30日 优先权日2002年7月30日
发明者福田敏生, 田中康大, 大 申请人:索尼公司