專利名稱：適于用在裝有碳管板的噴墨打印機(jī)中的可熔性墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可熔性墨，該墨在室溫為固體，而在高溫為液體，且與一種將墨成像地轉(zhuǎn)移到一個(gè)接收材料上的噴墨打印頭相組合，其中，該打印頭包括多個(gè)墨管，每個(gè)墨管通向一個(gè)從所述管噴射墨滴的孔口，該管形成在一塊基本由碳制成的管板內(nèi)。
背景技術(shù)：
歐洲專利EP0699137公開了一種具有碳管板的噴墨打印頭和這種可熔性墨的組合，該墨也稱作熱熔墨或相變墨。該專利公開了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，如果將碳用作管板的基本材料，管板就不會(huì)讓使用的墨滲透。換句話說，有利的是，采用管板和墨的組合，這樣墨就不能透過管板的材料。為此，例如可選擇一類墨不能滲透的碳。所述專利說明書建議，對(duì)管板的表面加以處理，使得所述板不會(huì)讓墨滲透。特別提出來，涂上一種不讓墨滲透的涂層。
然而，在噴墨打印機(jī)中使用這種打印頭的實(shí)驗(yàn)表明，該打印頭的噴射特性也就是確定墨滴自墨管噴射的方式的噴墨頭的功能特性不是最佳的。例如，不希望有的體積太小或太大的墨滴會(huì)從墨管的孔口噴出。這種體積上的偏差在打印的圖像上不一定被察覺，但特別是在要求高的圖像質(zhì)量時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)體積上的偏差對(duì)圖像質(zhì)量還是有干擾的。還有一種可能因噴射特性差引起的偏差是當(dāng)啟動(dòng)相應(yīng)的墨管時(shí)，墨滴完全不存在。該偏差主要會(huì)產(chǎn)生干擾假象。并且，有時(shí)也會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，即，不希望有的衛(wèi)星滴在預(yù)定的墨滴噴出之前或之后直接從墨管中排出來。常常還會(huì)發(fā)現(xiàn)，墨滴以一個(gè)錯(cuò)誤的角度從孔口噴出，或者墨滴不噴射地從孔口中排出來且沿著孔口流出。按此方式，打印頭就會(huì)在孔口定位的一側(cè)被弄臟，且由此會(huì)弄臟接收材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種墨，它與一種具有碳管板的打印頭相組合，克服了上述缺陷。為此，改進(jìn)了公知的可熔性墨和打印頭的組合，所選擇的墨可按這樣一種方式透過碳，即，如果一種由該碳制成的元件在130℃的溫度被墨包圍20個(gè)小時(shí)，所述元件的增重超過1.5％。
我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，使用這種墨時(shí)，能得到非常好的噴射特性。墨轉(zhuǎn)移到碳管板中所體現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)是完全意想不到的，但只有當(dāng)滿足上述條件至少為1.5％才行。如果吸進(jìn)少量的墨，噴射特性就沒有什么明顯的提高。另外，墨滴體積的偏差問題實(shí)際上是不存在的。這一情況的原因尚不清楚，但可能與墨管的管壁被墨較好地潤濕有關(guān)。較好的潤濕可以減少粘附在管壁上的氣泡的問題。通常，眾所周知，這樣的氣泡對(duì)打印頭的噴射特性有不利的影響。還應(yīng)清楚的是，為了利用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，無需將整塊管板由碳制成。在可應(yīng)用的范圍內(nèi)，管板歸屬于獨(dú)立權(quán)利要求的措辭限定，在管板中，特別是那些管板上與墨相接觸的部分主要由碳制成。如果需要的話，可對(duì)那些部分作通常眾所周知的物理和/或化學(xué)的表面處理。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在上述條件下墨滲透情況下的增重為2.5-3％。如果墨過量地轉(zhuǎn)移到碳中，也即，碳管板質(zhì)量的增量大于3％，就會(huì)產(chǎn)生不良影響。一方面，并未發(fā)現(xiàn)噴射特性有進(jìn)一步的提高。這一情況的原因尚不明確，但可能與管板中數(shù)量相當(dāng)大的墨影響所述板的熱性能和機(jī)械性能的事實(shí)有關(guān)。另一方面，在這種情況下，發(fā)現(xiàn)墨本身過濃地轉(zhuǎn)移到管板中，會(huì)弄臟管板的外部。因?yàn)橹辽偎霭宓耐獠客ǔＲ彩谴蛴☆^的外部，這就產(chǎn)生了與現(xiàn)有技術(shù)中公知的問題相當(dāng)?shù)膯栴}。我們非常意外地發(fā)現(xiàn)，在確立的區(qū)間頂端，也即質(zhì)量的增量為2.5-3％，存在一個(gè)噴射特性非常好的范圍區(qū)間。在該實(shí)施例中，所需的打印機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間短。這意味著，在打印頭充滿了墨之后，能快速啟動(dòng)打印。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，墨包括一種晶體基本材料和一種無定形粘合劑。市場(chǎng)上可買到的墨通常不包含晶體材料，因?yàn)樗鼈儠?huì)產(chǎn)生不透明墨，其還非常脆，因此較容易通過比如涂膠、刮擦和折疊的機(jī)械操作從接收材料上脫離。已發(fā)現(xiàn)，如果將該晶體材料與無定形粘合劑相組合，就會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明。盡管這存在混合物的滲透通常產(chǎn)生原則上可能對(duì)本發(fā)明不利的色譜效應(yīng)的事實(shí)。令人驚訝的是，這一點(diǎn)還未被發(fā)現(xiàn)。
在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用在噴墨打印頭中的可熔性墨，其中，墨管可通過使用經(jīng)由振動(dòng)板與管操作地連接的壓電致動(dòng)器而得到控制。在該實(shí)施例中，墨在管板中的滲透產(chǎn)生了特別有利的性能。墨在管板中的滲透可能會(huì)讓相應(yīng)的材料性能在碳與壓電材料之間更好地協(xié)調(diào)。這不僅提高了噴射性能，還延長了打印頭的壽命。
本發(fā)明還包括墨在裝有碳管板的打印頭中的應(yīng)用和產(chǎn)生用在噴墨打印機(jī)中的固體墨單元的可熔性墨合成物的應(yīng)用。


現(xiàn)在將參照下面的附圖和示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明圖1是示出噴墨打印機(jī)的視圖；圖2是示出噴墨打印機(jī)打印頭結(jié)構(gòu)的視圖；圖3示出了制造固體墨單元的裝置；圖4示出了確定碳中墨的滲透性的裝置；圖5示出了碳中可熔性墨的滲透性。
具體實(shí)施例方式
示例1示出了根據(jù)本發(fā)明的多種墨和碳；示例2給出了相比較的多種墨；示例3描述了制造可熔性墨的基本成分的方法。
圖1圖1圖示性地示出了一臺(tái)噴墨打印機(jī)。在該實(shí)施例中，打印機(jī)包括一個(gè)輥?zhàn)?，用以支承接收材料2，例如紙張或透明片材，且沿著掃描滑架3使之移動(dòng)。該滑架包括一個(gè)其上固定有四個(gè)打印頭4a、4b、4c和4d的承載部件5。每個(gè)打印頭都具有屬于其固有顏色的墨，在這種情況下分別是青色(C)、品紅(M)、黃色(Y)和黑色(K)。安置在每個(gè)打印頭4的背部和承載部件5上的加熱部件9加熱打印頭。此外，在滑架上安裝有溫度傳感器(未示出)。打印頭通過一個(gè)控制單元11保持在正常的溫度下，有了該控制單元11，就可依靠利用傳感器測(cè)量的溫度獨(dú)立地控制加熱部件。
輥?zhàn)?繞著如箭頭A所示的其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。按此方式，接收材料可相對(duì)于承載部件5乃至也相對(duì)于打印頭4在副掃描方向(X方向)上移動(dòng)?；?可通過合適的驅(qū)動(dòng)部件(未示出)在雙箭頭B所示的方向上往復(fù)移動(dòng)，與輥?zhàn)?相平行。為此，承載部件5在導(dǎo)桿6和7上移動(dòng)。該方向被稱為主掃描方向或Y方向。按此方式，接收材料可利用打印頭4被完全掃描。在圖中所示的實(shí)施例中，每個(gè)打印頭4包括大量內(nèi)部墨管(未示出)，每個(gè)墨管都具有其自身的出口孔或噴嘴8。在該實(shí)施例中，每個(gè)打印頭形成單行噴嘴，與輥?zhàn)?的軸線(副掃描方向)相垂直。在噴墨打印機(jī)的實(shí)際實(shí)施例中，每個(gè)打印頭墨管的數(shù)量大好多，且噴嘴分布在兩行或多行上。每個(gè)墨管都具有這樣的部件(未示出)，使得墨管中的壓力能迅速增加，從而在接收材料的方向上通過相聯(lián)墨管的噴嘴噴射出墨滴。根據(jù)該示例，該部件在打印頭中包括一個(gè)壓電元件，該壓電元件被構(gòu)造成可通過相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路(未示出)成像地啟動(dòng)。按此方式，可由接收材料2上的墨滴形成圖像。
當(dāng)利用這種從墨管中噴射墨滴的打印機(jī)打印接收材料時(shí)，接收材料或其一部分被(假想地)分割成形成點(diǎn)行和點(diǎn)列正則區(qū)的固定位置。在一個(gè)實(shí)施例中，點(diǎn)行垂直于點(diǎn)列。最終得到的分離位置均可具有一個(gè)或多個(gè)墨滴。沿點(diǎn)行和點(diǎn)列的平行方向的單位長度的轉(zhuǎn)數(shù)被稱為打印圖像的分辨率，例如表示為400×600d.p.i(每英寸的點(diǎn)數(shù))。通過成像地控制噴墨打印機(jī)打印頭的一行噴嘴，其時(shí)打印頭伴隨承載部件5移位地相對(duì)于接收材料移動(dòng)，便在接收材料上噴嘴行長度的至少一個(gè)寬度條上形成由墨滴構(gòu)成的(副)圖像。
圖2圖2是示出了包括碳管板12和壓電元件30的打印頭4的視圖。管板包含由壁18橫向限定的墨管16。在打印頭的前部，每個(gè)墨管終止于噴嘴8。管板的頂部被一塊振動(dòng)板20覆蓋，于是就能充分地閉合墨管。在該實(shí)施例中，振動(dòng)板20包含擋板24和凹槽22。
打印頭的頂部被一個(gè)承載元件32界定，該承載元件32包括具有梯形橫截面的縱向構(gòu)件34。壓電塊體30固定在承載元件32的下側(cè)。塊體30包括由壓電材料中的銑削凹槽38和40形成的指狀物26和28。將指狀物26和28彼此分隔開的凹槽38終止于壓電材料，而將塊體30彼此分隔開的凹槽40延伸到承載元件32中，于是它們也將縱向構(gòu)件34彼此分隔開?？v向構(gòu)件34的寬度由此基本上與分隔塊體30的寬度相等。因此，縱向構(gòu)件34有效地防止了塊體30的頂部在壓電致動(dòng)器26的膨脹和收縮期間彈性地扭曲。由于承載元件32實(shí)際上由僅在并行側(cè)由橫向構(gòu)件36互連的分離元件34構(gòu)成，且由于這些橫向構(gòu)件還因凹槽40變?nèi)?，彎曲力主要限制在引發(fā)它們的塊體30上。按此方式，就可在相當(dāng)大的距離上成功抑制串音。在所述實(shí)施例中，凹槽40的寬度等于凹槽38的寬度，而指狀物26、28均勻地隔開。支承元件28的節(jié)距a是噴嘴8節(jié)距b的兩倍大。因?yàn)槊扛魞蓚€(gè)指狀物有一個(gè)支承元件28，指狀物26和28的節(jié)距就等于2b/3。因此，噴嘴的節(jié)距b乃至打印頭的分辨率可小一些，不會(huì)超過由生產(chǎn)過程施加的壓電致動(dòng)器和支承元件的限度。在一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中，噴嘴8的節(jié)距b可優(yōu)選為250μm(即，每毫米四個(gè)噴嘴)。支承元件28的節(jié)距a由此為500μm，而所有指狀物(包括致動(dòng)器26)的節(jié)距為167μm。在該情況下，每個(gè)分離的指狀物26或28的寬度例如可為87μm，而凹槽38、40具有80μm的寬度和約0.5mm的深度。
圖3圖3是示出了一種制造可熔性墨的固體單元的方法的視圖。圖中示出了多個(gè)組件50、52、54、56和58，每個(gè)組件都包括一個(gè)頂部60和一個(gè)底部62。這些部分一同形成一個(gè)充滿可熔性墨66的空腔64。頂部60包括一個(gè)填充口70，于是就可通過填充元件72將液體墨導(dǎo)入空腔64中。
組件的底部62是由一根皮帶80承載的。皮帶80通過一個(gè)通道形式的腔室82在箭頭C所示的方向上前后相繼地載送組件50-58。組件一與填充元件72(圖3中的組件52)相齊地停止，填充元件就與填充口70連接，且熔化的墨66流入空腔64中?？涨灰煌耆錆M了墨，皮帶80就繼續(xù)前進(jìn)一步，于是下一個(gè)組件就可與填充元件72相連。
當(dāng)完全安置好固體墨單元86時(shí)，組件離開腔室82。如圖所示的組件56和58的頂部60隨后通過夾持元件90被取下。單元86仍附著在頂部60上。為了取下墨單元86，使噴嘴92位于頂部60，隨后通過壓縮空氣將該單元從頂部吹出。墨單元86由元件94收取且傳送。歐洲專利申請(qǐng)EP1260562詳細(xì)描述了該方法。
圖4該示例示出了怎樣能夠確定可熔性墨透過碳的滲透度的情況。為此，采用了一個(gè)裝有控制單元113的可控烘箱100。烘箱是在正常的壓力(1個(gè)大氣壓)和空氣濕度(60％)下操作的，且可通過一扇門107關(guān)閉。烘箱包含一個(gè)充滿墨110的玻璃燒杯101。該裝置的溫度保持在130℃。為此，將一個(gè)熱電偶112安置在墨中，且使之與控制單元113操作地連接。玻璃燒杯101的頂部由蓋子102(為了清楚可見，已從圖中省去了該蓋子的中心部)封閉。蓋子中安放有一個(gè)支架103。一根軟繩104固定在該支架上，且通過該軟繩可將一個(gè)由碳制成的元件105懸置在墨中。
該試驗(yàn)采用的是一個(gè)由Messrs SGL Carbon AG(威斯巴登，德國)型號(hào)為SGL5710的碳制成的元件105。該元件為矩形，且其長度和寬度為3cm，高度為2cm。按此方式，該元件的體積為18cm3，面積為42cm2。這種元件是通過從較大的一塊碳上銑削而制成的。銑削之后，在充滿了脫鹽水的超聲波清洗槽中清洗該元件。通過一個(gè)夾子將元件從清洗槽中取出來，隨后使用繩子104，以將元件105固定在所述繩子上。然后，用脫鹽水沖洗元件105。該試驗(yàn)是通過如圖所示將元件105懸置在墨中而執(zhí)行的。在過了一段預(yù)定的時(shí)間后，將元件從墨中取出，且在它仍舊熱的同時(shí)，用通常在凈化室中用的那種無纖維布將之擦拭干凈，例如是一塊由Messrs Texwipe制造的型號(hào)為alphawipe TX1004的布。隨后容許該元件在一個(gè)凈化的環(huán)境中冷卻至室溫，然后進(jìn)行稱重。按此方式，就可確定元件的質(zhì)量增量。隨后，通過將元件105再次懸置在墨中來繼續(xù)該試驗(yàn)。
按此方式，如示例1所示地對(duì)墨進(jìn)行測(cè)試。圖5示出了墨怎樣轉(zhuǎn)移到碳中的情況?？煽闯?，這些墨相對(duì)等地轉(zhuǎn)移到碳中，且全都至少在20個(gè)小時(shí)之后產(chǎn)生大于1.5％的質(zhì)量增量。如果測(cè)試出一種墨產(chǎn)生了上述現(xiàn)有技術(shù)中公知的缺陷，就將它剔除出所示范圍。如果對(duì)表2的墨進(jìn)行測(cè)試，顯然，它們實(shí)際上不會(huì)在碳試塊的質(zhì)量上產(chǎn)生能測(cè)量的增量。墨的滲透度不可能基于碳和墨的物理和/或化學(xué)性質(zhì)預(yù)知。如果情況是這樣的話，在采用相同型號(hào)的碳進(jìn)行的測(cè)試中，碳試塊質(zhì)量上的增量在所有密度基本相同的墨中必定大致相同。還應(yīng)注意的是，如果墨在采用在此描述的元件所進(jìn)行的上述試驗(yàn)中產(chǎn)生了大于1.5％的質(zhì)量增量，該墨在采用另一類可滲透碳的打印頭中也會(huì)產(chǎn)生良好的噴射特性。顯然，一組綜合因素在該過程中是重要的，且這些因素又與打印頭的噴射特性有關(guān)。墨的基本成分或該基本成分?jǐn)?shù)量上的小變化會(huì)對(duì)該墨在碳中的滲透性產(chǎn)生明顯的影響。本發(fā)明的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于，可預(yù)先通過一個(gè)簡單的容易控制的試驗(yàn)對(duì)墨進(jìn)行檢查，以能適用在具有碳管板的打印頭中。該試驗(yàn)還利用一個(gè)尺寸與上述元件的尺寸不同的元件執(zhí)行，也即，2×2×3cm(l×b×h)。已發(fā)現(xiàn)，該兩塊體在所述條件下增重的差異很是微小。
圖5圖5圖示性地示出了可熔性墨在碳中的滲透性。垂直軸線示出了元件105在質(zhì)量上的增量(相對(duì)于初始質(zhì)量以百分比計(jì))。水平軸線示出了元件在墨中的停留時(shí)間(以小時(shí)計(jì))。八道曲線1至8示出了根據(jù)示例1的八種墨1至8的滲透性。
示例1表1給出了多個(gè)關(guān)于墨、或至少這些墨中的可熔性部分(或載體部分或基本成分)的示例，它們?cè)谑覝貫楣腆w而在高溫為液體，該墨與例如屬于圖2所示類型的主要由碳制成的管板相組合形成一個(gè)具有良好噴射特性的打印頭。實(shí)際上，給這些墨添加了比如顏料、染料、粘度控制器、表面活性劑、穩(wěn)定劑等的物質(zhì)。該物質(zhì)的少量添加對(duì)墨在碳中的滲透性不會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。所示百分比為重量百分比。


表1根據(jù)本發(fā)明的可使用的可熔性墨本發(fā)明中可使用的碳適于被可熔性墨滲透。此類適用的碳(或石墨)的示例為Messrs UCAR的TS 5223(法國)、Messrs Xycarb的UTR85(荷蘭)、Messrs Intech制成的G1300(荷蘭)、Messrs Morganite的EY 365(盧森堡)、Messrs SGL Carbon的SGL 5710(德國)以及Messrs Carbonne Lorraine的Ellor+50(法國)。是否能夠真正根據(jù)本發(fā)明使用這種碳，取決于該碳與采用由該碳制成的管板打印的墨之間的相互作用。這必須要針對(duì)每個(gè)墨和碳的可行組合采用實(shí)驗(yàn)方法加以確定。結(jié)合圖4描述了一種確定這一點(diǎn)的方法。
示例2表2示出了多種墨或至少該墨中的可熔性部分，它們與碳管板相組合生成一個(gè)噴射特性不令人滿意的打印頭。

表2作為比較示例的墨。
示例3該示例描述了一種制造可熔性墨的基本成分的方法。該樹脂狀成分是二異丙醇胺、苯酸和丁二酸酐的反應(yīng)產(chǎn)物。1升的反應(yīng)燒瓶裝有機(jī)械攪拌器、溫度計(jì)以及DeanStark裝置。261.06克(1.960摩爾)的二異丙醇胺(型號(hào)為S，BASF)、540.88克(4.429摩爾)的苯酸(Aldrich)以及69.69克(0.696摩爾)的丁二酸酐(Aldrich)被導(dǎo)入燒瓶中。還添加了少量作為吸入劑的大約60毫升的鄰二甲苯，以去掉析出的水。反應(yīng)混合物保持在165℃的氮保護(hù)氣氛下，且被加熱1個(gè)小時(shí)，隨后將反應(yīng)溫度升至180℃。6個(gè)小時(shí)之后，將溫度降至160℃，并將燒瓶抽空到除去鄰二甲苯。大約1個(gè)小時(shí)之后，可將反應(yīng)混合物抽出。分析表明，該成分的數(shù)均分子量(Mn)為583，而重均分子量(Mw)為733。
權(quán)利要求
1.一種在室溫為固體而在高溫為液體的可熔性墨，它與將墨成像地轉(zhuǎn)移到接收材料上的噴墨打印頭相組合，其中打印頭包括多個(gè)墨管，每個(gè)墨管通向從所述墨管噴射墨滴的孔口，墨管是在基本由碳制成的管板上形成的，其特征在于墨可按此方式滲透到碳中，即如果由該碳制成的元件在130℃的溫度被墨包圍20個(gè)小時(shí)，所述元件就具有超過1.5％的質(zhì)量增量。
2.如權(quán)利要求1所述的可熔性墨，其特征在于，質(zhì)量增量為2.5-3％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可熔性墨，其特征在于，墨包括晶體基本材料和無定形粘合劑。
4.一種用在噴墨打印頭中的如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的可熔性墨，其中墨管通過使用經(jīng)由振動(dòng)板與管操作地連接的壓電致動(dòng)器而得到控制。
5.一種在室溫為固體而在高溫為液體的可熔性墨在將墨成像地轉(zhuǎn)移到接收材料上的噴墨打印頭中的應(yīng)用，其中打印頭包括多個(gè)墨管，每個(gè)墨管通向從相應(yīng)的墨管噴射墨滴的孔口，墨管是在基本由碳制成的管板上形成的，其特征在于墨可按此方式滲透到碳中，即如果由該碳制成的元件在130℃的溫度被墨包圍20個(gè)小時(shí)，所述元件就具有超過1.5％的質(zhì)量增量。
6.一種在室溫為固體而在高溫為液體的可熔性墨合成物的應(yīng)用，用以產(chǎn)生用在裝有將墨成像地轉(zhuǎn)移到接收材料上的噴墨打印頭的噴墨打印機(jī)中的固體墨單元，其中打印頭包括多個(gè)墨管，每個(gè)墨管通向從相應(yīng)的墨管噴射墨滴的孔口，墨管是在基本由碳制成的管板上形成的，其特征在于墨可按此方式滲透到碳中，即如果由所述碳制成的元件在130℃的溫度被墨包圍20個(gè)小時(shí)，所述元件就具有超過1.5％的質(zhì)量增量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在室溫為固體而在高溫為液體的可熔性墨，它與一個(gè)將墨成像地轉(zhuǎn)移到一個(gè)接收材料上的噴墨打印頭相組合，其中，打印頭包括多個(gè)墨管，每個(gè)墨管通向一個(gè)從所述墨管噴射墨滴的孔口，墨管是在一塊基本由碳制成的管板上形成的，其特征在于，墨可按此方式滲透到碳中，即，如果一個(gè)由該碳制成的元件在130℃的溫度被墨包圍20個(gè)小時(shí)，所述元件就具有超過1.5％的質(zhì)量增量。
文檔編號(hào)B41J2/175GK1819924SQ03826934
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2003年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者M·P·L·休因科克 申請(qǐng)人:奧西-技術(shù)有限公司