專利名稱：適于用在裝有碳管板的噴墨打印機中的可熔性墨的制作方法
技術領域：
本發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移到一個接收材料上的噴墨打印頭相組合，其中，該打印頭包括多個墨管，每個墨管通向一個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。
背景技術：
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點，即，如果將碳用作管板的基本材料，管板就不會讓使用的墨滲透。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，對管板的表面加以處理，使得所述板不會讓墨滲透。特別提出來，涂上一種不讓墨滲透的涂層。
然而，在噴墨打印機中使用這種打印頭的實驗表明，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量時，會發現體積上的偏差對圖像質量還是有干擾的。還有一種可能因噴射特性差引起的偏差是當啟動相應的墨管時，墨滴完全不存在。該偏差主要會產生干擾假象。并且，有時也會發生這種現象，即，不希望有的衛星滴在預定的墨滴噴出之前或之后直接從墨管中排出來。常常還會發現，墨滴以一個錯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，打印頭就會在孔口定位的一側被弄臟，且由此會弄臟接收材料。
發明內容
本發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個小時，所述元件的增重超過1.5％。
我們驚訝地發現，使用這種墨時，能得到非常好的噴射特性。墨轉移到碳管板中所體現出來的優點是完全意想不到的，但只有當滿足上述條件至少為1.5％才行。如果吸進少量的墨，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。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，這樣的氣泡對打印頭的噴射特性有不利的影響。還應清楚的是，為了利用本發明的優點，無需將整塊管板由碳制成。在可應用的范圍內，管板歸屬于獨立權利要求的措辭限定，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，可對那些部分作通常眾所周知的物理和/或化學的表面處理。
在本發明的一個實施例中，在上述條件下墨滲透情況下的增重為2.5-3％。如果墨過量地轉移到碳中，也即，碳管板質量的增量大于3％，就會產生不良影響。一方面，并未發現噴射特性有進一步的提高。這一情況的原因尚不明確，但可能與管板中數量相當大的墨影響所述板的熱性能和機械性能的事實有關。另一方面，在這種情況下，發現墨本身過濃地轉移到管板中，會弄臟管板的外部。因為至少所述板的外部通常也是打印頭的外部，這就產生了與現有技術中公知的問題相當的問題。我們非常意外地發現，在確立的區間頂端，也即質量的增量為2.5-3％，存在一個噴射特性非常好的范圍區間。在該實施例中，所需的打印機的啟動時間短。這意味著，在打印頭充滿了墨之后，能快速啟動打印。
在本發明的另一個實施例中，墨包括一種晶體基本材料和一種無定形粘合劑。市場上可買到的墨通常不包含晶體材料，因為它們會產生不透明墨，其還非常脆，因此較容易通過比如涂膠、刮擦和折疊的機械操作從接收材料上脫離。已發現，如果將該晶體材料與無定形粘合劑相組合，就會進一步改進本發明。盡管這存在混合物的滲透通常產生原則上可能對本發明不利的色譜效應的事實。令人驚訝的是，這一點還未被發現。
在又一個實施例中，本發明涉及一種用在噴墨打印頭中的可熔性墨，其中，墨管可通過使用經由振動板與管操作地連接的壓電致動器而得到控制。在該實施例中，墨在管板中的滲透產生了特別有利的性能。墨在管板中的滲透可能會讓相應的材料性能在碳與壓電材料之間更好地協調。這不僅提高了噴射性能，還延長了打印頭的壽命。
本發明還包括墨在裝有碳管板的打印頭中的應用和產生用在噴墨打印機中的固體墨單元的可熔性墨合成物的應用。
現在將參照下面的附圖和示例對本發明進行進一步的說明圖1是示出噴墨打印機的視圖；圖2是示出噴墨打印機打印頭結構的視圖；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。
具體實施例方式
示例1示出了根據本發明的多種墨和碳；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噴墨打印機。在該實施例中，打印機包括一個輥子1，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。該滑架包括一個其上固定有四個打印頭4a、4b、4c和4d的承載部件5。每個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量的溫度獨立地控制加熱部件。
輥子1繞著如箭頭A所示的其軸線轉動。按此方式，接收材料可相對于承載部件5乃至也相對于打印頭4在副掃描方向(X方向)上移動。滑架3可通過合適的驅動部件(未示出)在雙箭頭B所示的方向上往復移動，與輥子1相平行。為此，承載部件5在導桿6和7上移動。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。在圖中所示的實施例中，每個打印頭4包括大量內部墨管(未示出)，每個墨管都具有其自身的出口孔或噴嘴8。在該實施例中，每個打印頭形成單行噴嘴，與輥子1的軸線(副掃描方向)相垂直。在噴墨打印機的實際實施例中，每個打印頭墨管的數量大好多，且噴嘴分布在兩行或多行上。每個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墨管的噴嘴噴射出墨滴。根據該示例，該部件在打印頭中包括一個壓電元件，該壓電元件被構造成可通過相聯的驅動電路(未示出)成像地啟動。按此方式，可由接收材料2上的墨滴形成圖像。
當利用這種從墨管中噴射墨滴的打印機打印接收材料時，接收材料或其一部分被(假想地)分割成形成點行和點列正則區的固定位置。在一個實施例中，點行垂直于點列。最終得到的分離位置均可具有一個或多個墨滴。沿點行和點列的平行方向的單位長度的轉數被稱為打印圖像的分辨率，例如表示為400×600d.p.i(每英寸的點數)。通過成像地控制噴墨打印機打印頭的一行噴嘴，其時打印頭伴隨承載部件5移位地相對于接收材料移動，便在接收材料上噴嘴行長度的至少一個寬度條上形成由墨滴構成的(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，每個墨管終止于噴嘴8。管板的頂部被一塊振動板20覆蓋，于是就能充分地閉合墨管。在該實施例中，振動板20包含擋板24和凹槽22。
打印頭的頂部被一個承載元件32界定，該承載元件32包括具有梯形橫截面的縱向構件34。壓電塊體30固定在承載元件32的下側。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件34彼此分隔開。縱向構件34的寬度由此基本上與分隔塊體30的寬度相等。因此，縱向構件34有效地防止了塊體30的頂部在壓電致動器26的膨脹和收縮期間彈性地扭曲。由于承載元件32實際上由僅在并行側由橫向構件36互連的分離元件34構成，且由于這些橫向構件還因凹槽40變弱，彎曲力主要限制在引發它們的塊體30上。按此方式，就可在相當大的距離上成功抑制串音。在所述實施例中，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的節距a是噴嘴8節距b的兩倍大。因為每隔兩個指狀物有一個支承元件28，指狀物26和28的節距就等于2b/3。因此，噴嘴的節距b乃至打印頭的分辨率可小一些，不會超過由生產過程施加的壓電致動器和支承元件的限度。在一個實際實施例中，噴嘴8的節距b可優選為250μm(即，每毫米四個噴嘴)。支承元件28的節距a由此為500μm，而所有指狀物(包括致動器26)的節距為167μm。在該情況下，每個分離的指狀物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。圖中示出了多個組件50、52、54、56和58，每個組件都包括一個頂部60和一個底部62。這些部分一同形成一個充滿可熔性墨66的空腔64。頂部60包括一個填充口70，于是就可通過填充元件72將液體墨導入空腔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。空腔一完全充滿了墨，皮帶80就繼續前進一步，于是下一個組件就可與填充元件72相連。
當完全安置好固體墨單元86時，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EP1260562詳細描述了該方法。
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，采用了一個裝有控制單元113的可控烘箱100。烘箱是在正常的壓力(1個大氣壓)和空氣濕度(60％)下操作的，且可通過一扇門107關閉。烘箱包含一個充滿墨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由碳制成的元件105懸置在墨中。
該試驗采用的是一個由Messrs SGL Carbon AG(威斯巴登，德國)型號為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。該試驗是通過如圖所示將元件105懸置在墨中而執行的。在過了一段預定的時間后，將元件從墨中取出，且在它仍舊熱的同時，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制造的型號為alphawipe TX1004的布。隨后容許該元件在一個凈化的環境中冷卻至室溫，然后進行稱重。按此方式，就可確定元件的質量增量。隨后，通過將元件105再次懸置在墨中來繼續該試驗。
按此方式，如示例1所示地對墨進行測試。圖5示出了墨怎樣轉移到碳中的情況。可看出，這些墨相對等地轉移到碳中，且全都至少在20個小時之后產生大于1.5％的質量增量。如果測試出一種墨產生了上述現有技術中公知的缺陷，就將它剔除出所示范圍。如果對表2的墨進行測試，顯然，它們實際上不會在碳試塊的質量上產生能測量的增量。墨的滲透度不可能基于碳和墨的物理和/或化學性質預知。如果情況是這樣的話，在采用相同型號的碳進行的測試中，碳試塊質量上的增量在所有密度基本相同的墨中必定大致相同。還應注意的是，如果墨在采用在此描述的元件所進行的上述試驗中產生了大于1.5％的質量增量，該墨在采用另一類可滲透碳的打印頭中也會產生良好的噴射特性。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。墨的基本成分或該基本成分數量上的小變化會對該墨在碳中的滲透性產生明顯的影響。本發明的一個重要優點在于，可預先通過一個簡單的容易控制的試驗對墨進行檢查，以能適用在具有碳管板的打印頭中。該試驗還利用一個尺寸與上述元件的尺寸不同的元件執行，也即，2×2×3cm(l×b×h)。已發現，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在質量上的增量(相對于初始質量以百分比計)。水平軸線示出了元件在墨中的停留時間(以小時計)。八道曲線1至8示出了根據示例1的八種墨1至8的滲透性。
示例1表1給出了多個關于墨、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，它們在室溫為固體而在高溫為液體，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具有良好噴射特性的打印頭。實際上，給這些墨添加了比如顏料、染料、粘度控制器、表面活性劑、穩定劑等的物質。該物質的少量添加對墨在碳中的滲透性不會產生顯著的影響。所示百分比為重量百分比。
表1根據本發明的可使用的可熔性墨本發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)。是否能夠真正根據本發明使用這種碳，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。這必須要針對每個墨和碳的可行組合采用實驗方法加以確定。結合圖4描述了一種確定這一點的方法。
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產物。1升的反應燒瓶裝有機械攪拌器、溫度計以及DeanStark裝置。261.06克(1.960摩爾)的二異丙醇胺(型號為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。反應混合物保持在165℃的氮保護氣氛下，且被加熱1個小時，隨后將反應溫度升至180℃。6個小時之后，將溫度降至160℃，并將燒瓶抽空到除去鄰二甲苯。大約1個小時之后，可將反應混合物抽出。分析表明，該成分的數均分子量(Mn)為583，而重均分子量(Mw)為733。
權利要求
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墨管，每個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個小時，所述元件就具有超過1.5％的質量增量。
2.如權利要求1所述的可熔性墨，其特征在于，質量增量為2.5-3％。
3.如權利要求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利要求1-3任一項所述的可熔性墨，其中墨管通過使用經由振動板與管操作地連接的壓電致動器而得到控制。
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移到接收材料上的噴墨打印頭中的應用，其中打印頭包括多個墨管，每個墨管通向從相應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個小時，所述元件就具有超過1.5％的質量增量。
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用，用以產生用在裝有將墨成像地轉移到接收材料上的噴墨打印頭的噴墨打印機中的固體墨單元，其中打印頭包括多個墨管，每個墨管通向從相應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個小時，所述元件就具有超過1.5％的質量增量。
全文摘要
本發明涉及一種在室溫為固體而在高溫為液體的可熔性墨，它與一個將墨成像地轉移到一個接收材料上的噴墨打印頭相組合，其中，打印頭包括多個墨管，每個墨管通向一個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，如果一個由該碳制成的元件在130℃的溫度被墨包圍20個小時，所述元件就具有超過1.5％的質量增量。
文檔編號B41J2/175GK1819924SQ03826934
公開日2006年8月16日 申請日期2003年8月18日 優先權日2003年8月18日
發明者M·P·L·休因科克 申請人:奧西-技術有限公司