专利名称：用于墨水分送系统的高耐久性墨水储器的制作方法
一般地说，本发明涉及墨水打印技术，更具体地说，它涉及用于墨水分送系统的、能抗墨水腐蚀、防空气进入墨水、避免墨水中挥发性成分蒸发、而且在生产中和制成后尺寸稳定的特种墨水储器。因而它能改善整个墨水分送系统的总体使用寿命和工作效率。
电子打印技术领域已取得了重大进展。现有的多种高效打印系统都能快速而准确地分送墨水。在这方面，墨水热喷射系统特别重要。使用墨水热喷射技术的打印单元基本上涉及一种器件，它包括至少一个墨水匣，该盒与基板(优选为硅制)液汽相通，基板上装有多个薄膜式加热电阻器。基板和电阻器组成的结构通常称为“打印头”。有选择地触发电阻器就会激发储存在墨水匣中的墨水使之从打印头排放出去。美国专利4,500,895(Buck等)、4,794,409(Cowger等)、4,509,062(Low等)、4,929,969(Morris)、4,771,295(Baker等)、5,278,584(Keefe等)，以及Hewlett-Packard杂志(卷39，4期，1988.8.)等都讨论了有代表性的墨水热喷射系统，在此均以参考文献的形式引入本说明书。
上述墨水分送系统(以及使用不同墨水喷射装置的其它打印单元)通常包括有墨水储器(例如储腔、容器或储槽)，其中“内储”有一定量的墨水，以构成墨水打印盒。在标准的墨水打印盒中，墨水储器系直接与打印盒的其余构件固结在一起以构成整体单元式结构，其中定量墨水就被认为是“在架式”的。但在另外的情况下，墨水储器可放置在打印机内部的较远处，用一条或更多的墨水输送管道与打印头作工作连结并使之液汽相通。这些特殊系统通常称为“轴外式”打印单元。在共有未决的、题为“一种包括有由内外膜层形成的多壁袋的墨水储存系统”(Olsen等)的美国专利申请书No.08/869,446(97年5月6日提交)中，以及共有未决的、题为“用于自由墨水(free-ink)墨水喷射笔的调节器”(Hauck等)的美国专利申请书No.08/873,612(97年11月6日提交)中讨论了有代表性、但非限制性的“轴外式”墨水分送系统。在此均以参考文献的形式引入本说明书。本发明对这两种设计都可适用，同时也可用来与使用非热喷射技术的墨水打印装置相连结。由此可见，虽然本发明将以墨水热喷射打印系统作为原始参照物来描述，它将同样适用于使用储腔、容器或储槽的任何墨水分送器件，在这些储器中则含有有腐蚀作用和挥发性成分的定量墨水。
在开发与墨水热喷射(或其它类型)打印系统联用的墨水储器中，主要考虑的是要使储器能避免大量空气进入墨水源和打印头中。进入过多的空气(当达到极限值时)会使系统失去背压，这通常会造成墨水喷射构件故障，并降低打印头总的使用寿命。防止墨水中的挥发性成分蒸发也是很重要的，这些成分包括水和有机溶剂如2-吡咯烷酮、1.5-戊二醇、N-甲基吡咯烷酮、2-丙醇、2-乙基-2-羟甲基-1.3-丙二醇、环己醇等等，下面将相当详细地加以讨论。溶剂蒸发会造成墨水源化学变质，这会降低总的打印质量，并导致墨水分送打印头过早地失效。因此，不管墨水储器(例如储腔、容器或储槽)是各种“在架式”的或是远离打印头放置的，在任何墨水分送系统中都应仔细地考虑这些因素。
过去许多种墨水打印盒采用硬质厚壁的墨水储腔来储存墨水，墨水在其中处于“自由流动”的无约束状态，或是保存在多室泡沫型构件中。在美国专利5,185,614和5,168,285中说明了使用这些硬质型墨水储存系统的有代表性的墨水打印盒单元。与这些或别的打印盒单元联用的储腔通常是用塑料制成的。过去用于这一目的的有代表性的塑料组合物，包括但不限于聚四氟乙烯(特氟隆、聚苯乙烯塑料、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜类和聚碳酸酯组合物。这些材料通常虽有很好的物理强度特性，但它们可能会经受化学变质、不希望有的液汽通透问题、气体进出墨水源、以及其它的有关情况，这取决于所分送的特定墨水组合物。一旦任何这类困难出现，都将引致该打印系统的上述许多操作问题(包括不工作时间增加、维护要求提高、墨水变质等)。同样地，在传统的墨水配方中使用着多种可被称为“腐蚀性”的物质，它们在与塑料产品(包括以上开列的)接触时有“腐蚀”作用。这一“腐蚀作用”(或者更具体地说是化学变质)通常是由墨水产品中的各种有机溶剂引起的，它能造成上面指出的问题。
因此，就非常需要一种墨水储器，它能适用于上述两种系统(即内储式和轴外式)，它耐久、耐冲击，而且能(1)对墨水腐蚀问题提供恰当的保护；(2)防止空气进入所储墨水源中；以及(3)避免墨水中的挥发性成分包括有机溶剂和水从墨水中蒸发。下面描述的本发明能独到地、高效地解决这些问题。具体地说，本发明提供出了一种新颖的墨水储器(典型的储腔、容器或储槽形式)和墨水储存方法，它能对上述问题提供一个解决办法，问题中包括涉及墨水材料的腐蚀性的那些问题。此外，下面所讨论的用于制造权利要求的墨水储器的组合物和材料还能在生产中和制成后提供出相当程度的热稳定性和尺寸稳定性。根据这些好处，该种墨水分送系统将保持高水平的工作效率、优异的打印质量和大大延长的工作寿命。这些好处和其它与本发明(以及发明中的具体细节)相联系的好处，将在下面较详细地进行讨论。
本发明的目的是要提供出一种工作效率和使用寿命都有改进的墨水分送系统。
本发明的另一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器(在此也可称为“储腔”、“容器”、或“储槽”)，它可适用于多种多样的打印装置，既包括墨水热喷射系统，又包括非热喷射系统。
本发明的另一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，该分送系统所用的墨水源可以是“在架式”的(即直接附装在打印头上)，也可以是远距离连结到打印头上的“轴外式”的。
本发明的另一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它能耐受墨水组合物的腐蚀作用。
本发明的另一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它能防止空气进入储器中，因此能保持高水平的打印质量和延长的打印头寿命。
本发明的又一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它能控制包括其中的墨水源中墨水挥发性成分(包括有机溶剂和水)的蒸发。
本发明的又一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它基本上是不能渗透通常是和墨水成分相关联的气体和液体(即水和/或有机溶剂)。
本发明的再一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它在生产中和制成后具有热稳定性和尺寸稳定性。具体地说，该储器在受到生产和运用中正常会遇到的热和/或力时，不会发生不希望有的变形。
本发明的再一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它能耐久、能抗腐蚀，并能在多种多样的墨水分送系统中有效地运用。
本发明的还有一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它可用成本低廉的大量生产的技术方便地进行制造。
本发明还有一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它能与含有多种成分的许多不同品种的墨水联用中取得上列好处。
本发明还有一个目的是要提供出一种用于墨水分送系统的改进的墨水储器，它能做成多种不同的形状、尺寸、容量和设计结构，以使该储器能用于包括上面指出过的内储式墨水热喷射打印盒和“轴外式”装置在内的多种打印系统。
本发明还有一个目的是要提供出一种墨水分送系统，其打印头上连接有本发明的专利墨水储器，以获得上述好处。
本发明还有一个目的是要提供出一种有效的方法，它借助于把定量墨水保存在上述新颖墨水储器中，以防止空气进入在墨水分送系统内的墨水源中，并控制墨水中挥发性成分的蒸发。
本发明的独一无二的墨水储存系统涉及一种用特殊材料(标示为“屏障组合物”)制成的储存容器，这种材料设计成能提供出更好的耐久性、耐化学性和尺寸稳定性。这种容器(也可称为“储腔”、“储槽”或“储器”)的新颖特性加以总结。下面将在优选实施方案一节中提供出更详细的描述，并对特殊的制造材料和其它重要参数进行讨论。
根据本发明，提供一种用于墨水分送系统的高效墨水储器。术语“墨水分送系统”系非限制性地涉及各种各样不同的装置，包括在其内直接储存有定量墨水的“内储式”打印盒单元。在该术语中也涵盖“轴外式”打印单元，它使用以一条或多条管道元件(或类似结构)与前面指出过的远置式墨水储器(储槽、容器、储腔等形式或类似结构)相连结的打印头。还应指出，该种专利墨水储器应被解释为涵盖选择用来封闭该系统的任何适用的帽盖件或“冠冕件”，这在下面还将进一步综述。
这里描述的用专利屏障组合物制造的新颖墨水储存容器也不受限于任何特殊的尺寸、形状、容量、或总结构，这些将按照具体的墨水分送系统来选择。最后，虽然下面将以使用墨水热喷射技术的系统作为原始参照物来描述，但是它同样也适用于非热喷射式打印单元(下面将提供实例)，这其中也包括能引起上列问题(例如腐蚀、墨水挥发性成分的蒸发、不希望有的水汽渗透性等等)的定量墨水。因此，从最广泛的意义上说，在此描述并提出专利要求的本发明，能广泛适用于不同类的打印系统、不同类的用途和环境。
用特种化学组合物制成的、该权利要求的墨水储存容器包括一个侧壁围成的内腔。侧壁是最佳的整体式单片结构。用来制作墨水储存容器侧壁的特殊组合物现将作详细讨论，正是因为用了这些材料才脱离了现有的墨水储存系统。所有这些材料都有若干共同的属性，即用它们做成的墨水储存容器都能耐受墨水材料的腐蚀作用，都基本上不渗透流体/气体，都在尺寸上稳定，并都能提供出上面所列出的其它好处。因此，从功能属性和其它重要特性的观点看来，该权利要求的材料是互相关联的，由于这个原因，它们按照在专利容器内高效而耐久地储存墨水材料的能力都构成为“屏障组合物”。在第一实施方案中，墨水储存容器的侧壁是用名为“聚萘二羧酸二乙酯”(即“PEN”)的材料做成的，这种材料也被叫作2.6-萘二羧酸二甲酯与乙二醇的均聚物。它的具体化学结构(可用其它替换)如下
在一个非限制性优选实施方案中，上述结构中的n约等于10～1000。
至于这种材料的化学性质，它们包括拉伸强度32,000磅/平方英寸和拉伸模量750,000磅/平方英寸。聚萘二羧酸二乙酯的水蒸汽传输率据报导接近3.6克/平方米/日。这些参数是按照美国材料试验学会的ASTMD-882-88规定的标准程序测定的。聚萘二羧酸二乙酯的玻璃化温度(Tg)为约120℃，其熔化温度为262℃。比之聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PETE”)，聚萘二羧酸乙酯的玻璃化温度要高出43℃，拉伸模量要高出50％，拉伸强度要高出33％，对气体的隔离能力(按照对双轴取向薄膜的测定)要改善五倍，抗水解能力要改善三倍，隔离水汽的能力要提高四倍，并且有更大的耐化学性。在这方面，聚萘二羧酸二乙酯按照它对墨水材料的腐蚀性有很高程度的抗化学能力、它对墨水储存容器在生产过程中常会遇到的较高温度的耐受能力、它的低吸湿性、水蒸汽传输量很小、即使在暴露于水解条件下时仍能保留很高的拉伸强度、在电气环境中有高的持续使用温度以及可用普通注模法快速有效地制成许多形状等等特性，用它来制造墨水储存容器的侧壁是特别有利的。聚萘二羧酸二乙酸能提供所有这些好处，但从材料价格的观点来说，它又是很经济的。因此，将聚萘二羧酸二乙酯用于本目的有很多优点，并代表着墨水储存容器制造技术上的重大进步。
聚萘二羧酸二乙酯可从多种来源获得，它也可从例如美国特拉华州Wilmington的Imperial Chemical Industries(“ICI”)购得，其商标为“KALADEX”，也可从美国佐治亚州Alpharetta的Amoco Polymers，公司购得。
在此必须强调指出，除另有说明者外，本发明及其多种实施方案将不受限于任何特定的配方、材料、配比、数量和其它参数。下面所出现的所有数值和范围只是为了举例并代表本发明为达致最大工作效率而设计出的优选实施方案。与此类似，本发明的多种实施方案在专利墨水储存容器和所述特种屏障组合物上，也将不受限于任何特殊的制造技术。但是，在设计用于大规模生产的优选实施方案中，用于塑料构件生产的标准注模法是可以用来制造本专利储存容器的，也包括适当的与之配套的帽盖件和“冠冕件”在内。
在第二实施方案(将考虑拟用墨水组合物的化学性质按照例行初步中间试验来实施)中，墨水储存容器的侧壁可用至少一种或多种“液晶聚合物”来制造。术语“液晶聚合物”在此被定义为一大类在熔态和固态都表现出高度的有序结构并结合有芳香主链的热塑性聚合物。特别是，液晶聚合物是全部用芳族单体构成的。液晶聚合物作为一个总类的芳族性质有助于它具备有利的耐受墨水的能力、优异的机械性能和高度的热稳定性和热氧化稳定性。液晶聚合物的有序特性同样是这些材料较之其它聚合化合物所具有的另一个突出特性。根据这一特性，液晶聚合物可用标准的生产方法更有效地模压或用别的方法制成各种各样的外形。术语“芳族的”在此涵盖着含有一个或多个苯环单元的材料。此外，从结构的观点来说，就象纽约John Wiley & Sons，Inc.公司1987年版“聚合物科学和工程百科全书”(Kroschwitz.J.编)第9卷(题为“矿用液晶聚合物”)第1～8页(在此以参考文献的形式引入)所说，液晶聚合物将进一步被定义为包括“一系列的对位取向环结构，以形成一个具有很高轴比(分子长度与宽度之比，纵横比)X的硬性链。”该参考文献进一步说，“低分子量LC化合物的共同结构特性是分子形状的不对称现象，或是显示出象棒条体，其特征在于单轴序列，其轴比往往大于3；或是显示出象小片状体，为双轴序列。”当所采用的墨水材料腐蚀性特别大时，在制造本专利墨水储存容器时液晶聚合物是尤其有用的。术语“腐蚀性”的含义是指特定化学品，它溶解给定材料或使给定材料变质的能力。根据这一点，使用液晶聚合物来制造墨水储存容器(特别是在墨水热喷射系统中)的侧壁就具有很多的优点，从而可构成墨水分送技术中的另一项重大进步。
本发明的这一实施方案将不受限于任何特定的几种液晶聚合物或它们的组合。或是一种液晶聚合物，或是多种液晶聚合物的组合都可不受限制地使用。可用来制造上述墨水储存容器的示例性(但非限制性)的液晶聚合物实例可包括下列在市售的液晶聚合物材料1.美国新泽西州Summit的Hoechst公司以“Vectra”为名称/商标出售的一种产品。从化学的观点看，这种专有的组合物基本上是由全芳基聚酯/聚酰胺组成的，该全芳基聚酯/聚酰胺是由芳香二酸、芳香二醇和带有两个不同取代基的芳香半体构成的，取代基包括醇、酸或胺。具体地说，液晶聚合物的“Vectra”系列包括有若干种组合物，包括但不限于(A)被2-氧萘-6-羰基单元改性的p-羟基苯甲酸；或者(B)被对苯二酰单元改性的2，6-二氧萘。
2.美国佐治亚州Alpharetta的Amoco Polymers公司以“Xydar”为名称/商标出售的一种产品。在化学上，该组合物基本上是由被4，4’-二苯酚和对苯二酸改性的p-羟基甲酸改性产物组成的。
3.美国特拉华州Wilmington的E.I.Dupont de Nemours & Company公司以“Zenite”为名称/商标出售的一种产品。
其它可采用的液晶聚合物包括但不限于下列材料芳香聚酰胺、芳香聚乙二酰胺、芳香聚酰肼、芳香聚(草酰肼)、芳香聚(胺酰肼)、聚(p-亚苯基苯并二噻唑)、以及聚酰亚胺。
尽管以上列出了这些材料，但本发明仍将不受限于任何特定的可用于本目的的液晶聚合物及它们的许多商品配方混合物。很多这些材料就其性质上说是专有的，但仍在上述基本定义的范围之内，并也能提供出前述好处。
最后，在第三实施方案中，本发明的新颖墨水储存容器可用聚萘二羧酸二乙酯与上述定义的至少一种或多种液晶聚合物组合成的聚萘二羧酸二乙酯/液晶聚合物“混合物”来制造。凡在第一和第二实施方案中出现的上述有关聚萘二羧酸二乙酯和液晶聚合物的所有信息、参数、实例、商业来源和其它数据资料，在这一实施方案中都将同样适用并作为参考文献引入。使用至少一种液晶聚合物与聚萘二羧酸二乙酯相组合是为了进一步提高上述的有利特性(包括改进对墨水材料的抗化学能力和改进对气体/液体渗透性问题的控制)。具体地说，聚萘二羧酸二乙酯与至少一种液晶聚合物相组合的混合物可使所用的两种组分的最佳特性在单一的混合化合物中表现。因此，借助于使用这两种材料的混合物，从化学组合的观点来说，可对所形成的产品按需要进行恰当的“调节”，以根据拟用墨水组合物的类型适当地定做墨水储存容器。换言之，借助于有选择地控制所选混合物中每种材料的数量，就可根据对所用墨水组合物的初步中间研究而准确选定将要给予墨水储存容器的所需要的特性。因此，使用至少一种液晶聚合物与聚萘二羧酸二乙酯相组合来制造墨水储存容器的侧壁可在墨水分送技术方面提供出更进一步的进展。如上所述，组合起来的这两种材料都产生了出乎意料的优异效果。
按照这一包括有(1)聚萘二羧酸二乙酯和(2)至少一种或多种液晶聚合物的组合的第三实施方案，本发明将不受限于任何特定的数量百分比。但是，在设计为能提供最佳结果的代表性实例中，该选定的墨水储存容器的侧壁将含有约10-50％(重量)的聚萘二羧酸二乙酯和约50-90％(重量)的总液晶聚合物(不管是采用单一材料，还是组合采用多种液晶聚合物，上述范围都是指所用液晶聚合物的总量)。在该实施方案中，有关聚萘二羧酸二乙酯和液晶聚合物的任何比例的确定，将考虑到拟用墨水的材料和它们的化学性质的情况下根据例行初步试验来进行。
关于墨水分送系统(包括权利要求的组合物和墨水储存容器)的建造，为此目的以及前述美国专利中所描绘的那些目的，可采用多种不同的系统(墨水热喷射系统和非热喷射系统均可)。有代表性并优选的装置应包括有打印头，其上有至少一个需要时用来从打印头喷出墨水的喷射器和与打印头以操作连结并与打印头液汽相通的墨水储存容器。本新颖墨水储存容器还包括有一个内腔，其外围绕着侧壁，内腔用来在容器内存放墨水源。侧壁(它是专门设计来防止空气和墨水的挥发性成分从这里透过以及还有前面说过的其它好处)是用上述的特殊屏障组合物制造的。这些屏障材料又包括(1)聚萘二羧酸二乙酯；(2)至少一种液晶聚合物；或者(3)由聚萘二羧酸二乙酯和至少一种或多种液晶聚合物相组合而组成象前面所定义的“混合物”。另外，术语“操作上连结”是用来说明打印头与墨水储存容器之间的相互关系的，它应广义地理解为包括(A)一个系统，其中墨水储存容器直接附装在打印头上并与之液汽相通以构成例如具有“在架式”墨水源的单式打印盒单元；以及(B)如前所述的“轴外式”系统，其中墨水储存容器远离打印头，不是“直接”附装在打印头上。在(B)系统中，墨水储存容器优选用至少一条墨水输送管道连结到打印头上，使它们之间液汽相通。这两种系统都可适用于本专利墨水储器的各种实施方案和保存墨水的方法。
同样地，本发明还涵盖一种用以防止挥发性墨水成分(例如有机溶剂和/或水)从储有定量墨水的墨水分送系统中蒸发和漏泄出来的通用方法。本专利方法还能避免空气进入墨水源中，并改善系统的全面抗化学能力。这些目的得以实现是借助于(1)提供出一种上述类型的墨水分送系统，它包括一个打印头，其上具有至少一个墨水喷射器，用以在需要时就从打印头喷出墨水；以及(2)在墨水储存容器内储存一定量的墨水，并在操作上连结到打印头上使它们之间液汽相通，其中墨水储存容器包括有能防止空气和挥发性墨水成分透过的侧壁。该侧壁又是用下述屏障组合物制成的[A]聚萘二羧酸二乙酯；[B]至少一种或多种液晶聚合物；或者[C]聚萘二羧酸二乙酯与至少一种或多种液晶聚合物组合成的“混合物”。因此，以上所列的有关有代表性的墨水分送系统、墨水储器和优选的屏障组合物的全部资料都以参考文献的形式被引入到本专利方法中。这些方法，除另行指出者外，将不受限于任何特定的材料、结构设计方法、部件安排或其它参数。
本发明代表着墨水打印技术的重要进步，代表着高质量图象的改进阶段。下面详细勾画出的结构、部件和方法会提供出许多重要的好处，包括(1)对墨水材料腐蚀作用的抵抗能力；(2)防止空气进行打印系统内储存的墨水源；(3)避免墨水的蒸发损失；以及(4)防止从墨水源的液汽泄漏能力。此外，用本专利组合物制造的储存容器，在生产中和制成后尽管会受热和/或受力，但容器的尺寸是稳定的。结果是，墨水分送系统可保持高水平的工作效率、打印质量和使用寿命。这些和其它的好处、目的、特性和优点将在下面的“附图简述”和“优选实施方案详述”中加以讨论。
各图上所标任何数码均指各图适用的共同对象。类似地，所附之图为说明清楚起见，均以示意放大的形式出现。
图1为适于与本发明的构件和方法配用的打印盒形式的代表性墨水分送系统的分解透视示意图。图1的打印盒中具有直接附装在打印盒上的墨水储存容器，从而提供“在架式”墨水源。
图2为另一墨水储存容器的透示示意图，该容器可用说明书中所描述的特种屏障组合物制造。
图3为图2中墨水储存容器沿3-3线的部分截面图，该容器用至少一条墨水传输管道在操作上连接到打印头上，形成“轴外式”系统。
以下详述优选实施方案本发明涉及用于墨水分送系统、包括采用墨水热喷射技术的墨水分送系统的高耐久性墨水储存单元、单元的形式为容器、储腔或储槽。为方便起见，后面将用“墨水储存容器”这一术语，并理解为它与上列所有术语同义。这种新颖的墨水储存容器系用高度专门化的化学化合物制造，这种化合物不会因墨水材料的腐蚀作用而引起化学变质。同样地，这里所述的化学组合物基本上能防止空气透过(并进入墨水源中)，而且同时还能控制墨水的挥发性成分包括有机溶剂和水的逸出。在此情况下，整个打印系统在保持高打印质量水平的同时，还能延长其使用寿命。此外，本专利墨水储存容器是不能渗透水汽的，而在生产中和制成后在遇热和/或遇外力时，其尺寸是稳定的。术语“尺寸稳定”的含义是，当在制造和使用中正常地遇到热和外力时，墨水储存容器不会遇到不希望出现的变形。虽然下面将以墨水热喷射技术为原始参照物来描述，但是，只要所选择的系统包括具有至少一个墨水喷射器与打印头联用的打印头，就可使用多种不同的墨水分送系统而取得相同的效果。术语“墨水喷射器”涵盖需要时能用来从打印头喷出墨水的任何构件、装置、元件或结构。例如，在墨水热喷射系统中，“墨水喷射器”的含义是使用一个或多个可选择激发的薄膜加热电阻器，这在下面还要详细地描绘。在这方面，本发明的材料、方法和结构将不是“系统专属”的，这一点从说明书已作的详细讨论中已变得很明了。为使本发明得到清晰完整的理解，下面的描述将分为三部分，即(1)“A.墨水热喷射技术及与之配用的墨水组合物概述”；(2)“B.新颖的墨水储存容器”；以及(3)“C.附加资料及使用方法”。
A.墨水热喷射技术及与之配用的墨水组合物概述本发明适用于多种多样的墨水打印盒系统，它包括(1)打印头；(2)至少一个与打印头联用的“墨水喷射器”；以及(3)墨水储存容器，它与打印头实行工作连结并与之液汽相通，其类型已如前述。墨水储存容器可直接固结到打印头上，在“轴外式”系统中也可用一条或多条墨水传输管道与打印头远距离连结。用于打印头和墨水储存容器的“工作连结”一词，将包括这两种类型和等效的结构。如前所述，术语“墨水喷射器”涵盖一经要求就能用来有选择地从打印头喷出或排出墨水的任何构件、系统或装置。为此目的优选的墨水喷射器是使用多个加热电阻器的墨水热喷射打印盒。但是，本专利发明将不受限于任何特定的墨水喷射器或墨水打印技术。多种多样的不同的墨水分送装置都可涵盖在本发明之内，包括但不限于Smith的美国专利4,329,698所公开的普通型压电滴落系统；Kobayashi等的美国专利4,749,291所描述那种类型的点矩阵装置；以及设计使用一个或更多墨水喷射器来分送墨水的其它可比的功能相当的系统。与这些其它系统配用的专用工作部件(例如美国专利4,329,698中的系统内的压电元件)也将涵盖在前述定义过的术语“墨水喷射器”之内。
为促使对用于墨水热喷射技术(这是主要感兴趣的优选系统)中的构件和方法有一个全面的理解，现对墨水热喷射技术作一概述。一种有代表性的以墨水热喷射打印盒单元的形式出现的墨水分送系统示于图1中以数码10表示。应当理解，打印盒10在此只是作为示例，而非限制。打印盒10是以示意图的形式示于图1，关于打印盒10更详细的资料和它的各种特性(以及类似的系统)可在以下文献中看到Buck等的美国专利4,500,895；Cowger等的美国专利4,794,409；Low等的美国专利4,509,062；Morris的美国专利4,929,969；Baker等的美国专利4,771,295；Keefe等的美国专利5,278,584；以及Hewlett-PackardJournal杂志第39卷第4期(1988年8月)，所有这些文献都作为参考文献引入本说明书。
继续参看图1，打印盒10首先包括一个墨水储存容器，它的形式是用下述特种屏障组合物制造的储腔12。象上面指出过的那样，该储腔12将构成本发明的墨水储存容器，其中对术语“墨水储存容器”、“储腔”、“容器”和“储槽”，从功能和结构的观点看，都被认为是等效的。储腔12还包括有顶壁16、底壁18、第一侧板20和第2侧板22。在图1的实施方案中，顶壁16和底壁18基本上是互相平行的。与此相似，第一侧板20和第二侧板22也是基本上互相平行的。
储腔12另外还包括有前壁24和后壁26，后壁与前壁最好是平行的。由前壁24、后壁26、顶壁16、底壁18、第一侧板20和第二侧板22在储腔12内围成一个内部小室30(图1中用虚线示出)，它用来储存一定量的墨水组合物32，墨水或是处于无拘束(即“自由流动”)状态，或是被储存在多孔泡沫形结构中。
前壁24上还包括有一个外置的向外凸出的打印头支承结构34，其上包括一个基本上为长方形的中心空腔50。中心空腔50内有底壁52，底壁上在图1中可看出有墨水出口54。墨水出口54完全穿通储腔12，结果在储腔12内部与小室30连通，以使墨水能通过墨水出口54从小室流出来。在中心空腔50内部还装有一个长方形的向上伸展的安装架56，其功能将在下面再讨论。如图1所示，安装架56基本上是与打印头支承结构34的前端面60齐平(取齐)的。安装架56特设有一对加长的侧壁62、64。
继续参看图1，用数码80标示的打印头被牢固地固定在墨水打印盒10的储腔12上(例如附装在向外凸出的打印头支承结构34上)。为实现本发明的目的，并按照传统的专门名词，打印头80实际上包括有两个牢固固定在一起的主要部件(在它们之间还设有若干次要部件)。用来制造打印头80的第一个主要部件是优选用硅制成的基板82，有多个个别激发式薄膜电阻86被用标准的薄膜制造技术固定在基板82的上部表面84上，薄膜电阻起着“墨水喷射器”的作用，它优选用钽-铝组合物来制造，这是电阻技术领域大家都知道的。在图1的示意图中只示出了少量的电阻86，为清晰起见，还是放大来显示的。在基板82的上部表面84上，还用传统的光刻技术制成多条金属导电线90(即电路元件)，用它来连通电阻86。导电线90还与位于基板82上表面84端头94、95处的多个垫片样接触区连通。所有这些部件的功能结合在一起被标示为“电阻组件”96，下面还要进一步加以概述。
电阻组件96可用很多不同的材料和设计构形来制造，本发明不受限于任何特定的元件、材料和部件来制造该组件。但是，在一个优选的、有代表性的并是非限制性的实施方案中，电阻组件96大约是0.5英寸长，而且容纳300个电阻86，从而实现每英寸600点的分辨率(“DPI”)。其上装有电阻86的基板82优选的宽度“W”(见图1)应小于安装架56的侧壁62、64之间的距离“D”。这样，就在基板82的两边都形成了墨水流道，使得墨水从中心空腔50内的墨水出口54流出后最终能与电阻86接触。还应指出，基板82可根据拟用的墨水打印盒10的类型在其上包括有若干其它的部件(图中未示)。例如，基板82也可包括多个逻辑晶体管，以便精确地控制电阻86的工作，也可以包括象美国专利5,278,584所述的普通构型的“信号分离器”。信号分离器是用来分离进来的多路传输信号，然后把这些信号分配给多个薄膜电阻86。为这一目的而使用了信号分离器就可降低形成在基板82上的电路系统(例如接触区92和路线90)的复杂程度和数量。
在基板82的上表面84上牢固地固接着打印头80的第二个主要部件(在其间还插入多种材料层，包括墨水隔离层)。具体地说，如图1所示，装有一块多孔板104，多孔板用来将选定的墨水组合物分配到指定的打印介质材料(例如纸)上。按照本专利发明，多孔板104包括一块由一种或多种金属组合物(例如镀金镍[Ni]等)制成的板块106(见图1示意图)。在一个典型的非限制性实施方案中，多孔板104的长度“L”为约5～30mm，宽度“W1”为约3～15mm。但是，除特加指出者外，本发明将不受限于任何特定的多孔板参数。
多孔板104上还包括有至少一个、优选为多个通透的洞或“孔”，用数码108标示。这些孔108在图中是放大显示的。在代表性实施方案中，每个孔的直径约为0.01～0.05mm。在完整的打印头80上，所有上述部件应组装得使每个孔108都与基板82上的至少一个电阻86(即“墨水喷射器”)对准。这样，一个给定的电阻86的激发就会引起墨水穿过多孔板104从所需孔108而喷出。本发明在多孔板104方面将不受限于任何特定的大小、形状和尺寸特征，同时，也不受限于孔108的任何数量或布置。在图1中的示例性实施方案中，孔108在板块106(与孔板104相关)上排成两排110和112。如果孔108这样布置，则电阻组件96(即基板82)上的电阻86也应排成对应的两排114和116，使得电阻86的排114、116基本上对准孔108的排110、112。关于这种类型的金属多孔板系统的进一步的一般资料，在例如Buck等的美国专利4,500,895中有所介绍，在此把该专利作为参考文献引入。
作为背景材料，还应指出，在上述的包括金属多孔板系统以外，可替代的打印单元也曾有效地使用过用非金属有机聚合物材料制作的多孔板结构。这些结构通常有代表性和非限制性的厚度约为1.0～2.0密耳。在这里，术语“非金属的”其含义是不包含任何元素金属、金属合金或金属混合物的产品。“有机聚合物”一词牵涉到长链的重复化学亚基的含碳结构。有多种不同的聚合组合物可以用于这个目的。例如，非金属多孔板构件可用下列组合物来制造聚四氟乙类(即特氟隆)，聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或它们的混合物。相似地，有一种有代表性的商品有机聚合物(例如以聚酰亚胺为基料)，它适于用来制造墨水热喷射打印系统中使用的非金属有机聚合物为基料的多孔板构件，它在美国特拉华州Wilmington的E.I.du Pont de Nemours & Company公司有售，商标名称为“KAPTON”。有关使用非金属有机多孔板系统的进一步的资料在美国专利5,278,584中有所介绍(在此作为参考文献引入)。
继续参看图1，打印盒10上连结着一张薄膜型柔性电路构件118，该构件设计成在完整的墨水打印盒内“包绕”住向外伸出的打印头支承结构34。有多种不同的材料可用来制造电路构件118，有代表性的(非限制性)实例包括聚四氟乙烯(即特氟隆)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯，或者它们的混合物。相似地，有一种有代表性的商品有机聚合物(例如以聚酰亚胺为基料)，它适于用来制造柔性电路构件118，已如上述，它在美国特拉华州Wilmington的E.I.du Pont de Nemours & Company公司有售，其商标名称为“KAPTON”。柔性电路构件118是用普通的粘结材料(例如环氧树脂组合物，这种用途在本技术领域都知道)借助于粘贴作用而固定在打印头支承结构34上。柔性电路构件118使从打印机(图中未示)来的需待分送和传输的信号得以送达基板82上的电阻86(或其它墨水喷射器)，这在下面还要讨论。薄膜型柔性电路构件118还包括有顶面120和底面122(见图1)。形成电路构件118底面122上并在图1中用虚线表示的是多条金属(例如镀金铜)电路线124，这些电路线是用大家知道的金属淀积和光刻技术施加到底面122上去的。在柔性电路构件118的底面122上可采用多种不同的电路线图案，使用该种特定型式是取决于拟用的墨水打印盒10和打印系统的特定类型。在电路构件118顶面120上的126处还有多个金属(例如镀金铜)接触片130。接触片130通过穿透电路构件118的小孔或“通路”(图中未示)与电路构件118底面122上的基础电路线124接通。当墨水打印盒10在打印机上使用时，这些接触片130与相应的打印机电极接通，以便把来自打印机的电控制信号传输给电路构件118上的接触片130和电路线124，最终分送给电阻组件96。关于电阻组件96与柔性电路构件118之间的电连结下面还要概括介绍。
位于薄膜型柔性电路构件118中部区域132的是一个窗口134，它的大小做成能接纳多孔板104。如图1中的示意图所示，窗口134包括有上部纵向边136和下部纵向边138。部分地位于窗口134内部上下纵向边136、138上的是杆式引线140，在一个有代表性的实施方案中，杆式引线是镀金铜的并构成为位于柔性电路构件118底面122上的电路线124的终端(即接触片130对面的端子)。引线140设计成用钎焊、热压焊等方法与基板82上表面84上的接触区92作电连接，而基板82是与电阻组件96连在一起的。这样，就建立起了从接触片130通过柔性电路构件118上的电路线124到电阻组件96的电连结。从打印机(图中未示)来的电信号就可通过基板82上的导电线90通向电阻86，因此，就能发生电阻86的需要时的加热(激发)。
重要的是要强调指出，本发明不受限于图1所示的上述特定打印头80，按照本发明，很多其它的打印头设计也是可以适用的。图1中的打印头80只是为示例，不在任何方面限制本发明。同样，也应指出，如果需要非金属有机聚合物型的多孔板系统，多孔板104和柔性电路构件118可象美国专利5,278,584所说的那样做成单个的单元。
制造完整打印头80的最后一个重要步骤是将多孔板104安装到打印头80下部的位置上，安装时，象前所指出的那样，要使板上的孔108精确对准基板82上的电阻86。这些部件的相互安装在一起也可通过使用普通的粘结材料(例如环氧树脂和/或腈基丙烯酸酯等本技术领域熟知的粘结剂)。
关于墨水打印盒10的最后一件注意事项是，图1所示的后壁26可以是分开制造的帽盖形或“冠冕”形的构件，它可用通常的热焊接方法或用粘结剂(例如标准环氧树脂或腈基丙烯酸酯材料)固定到储腔12的其它部分的应有位置上。按照这里公开的发明概念，术语“墨水储存单元”、“储腔”、“容器”、“储槽”等将被解释(在需要和适当时)为同样包括着可选择用来密封该系统的帽盖件或“冠冕”件在内。
上述联系图1的墨水打印盒10是一种“内储式”墨水分送系统，它包括有“在架式”墨水源。本专利发明也可与其它系统(墨水热喷射系统或非热喷射系统均可)联用，这种系统使用一个打印头和储存在墨水储存容器内的墨水源，墨水储存容器远离打印头，但与打印头在操作上连结并液汽相通。液汽相通是用一条或多条管道来实现的。一种这样的系统的例子公开在共有未决的题为“一种包括有多壁袋形内外膜层的墨水储存系统”(Olsen等)的美国专利申请书No.08/869,446(97年5月6日提交)和共有未决的题为“用于自由墨水墨水喷射笔的调节器”(Hauck等)的美国专利申请书No.08/873,612(97年11月6日提交)中，这些专利申请在此都作为参考文献引入。这种类型的“远距离”系统(基本上被称为“轴外式”单元)象前面所定义的那样，是把一个内储墨水源的槽式储腔与包括有至少一个墨水喷射器的打印头在操作上连结并使之液汽相通。有代表性的墨水喷射器包括有用于墨水热喷射系统的电阻单元和其它装置(如压电元件等)。由此可见，“轴外式”系统与图1中的装置之间的主要区别在于墨水储存容器相对于打印头的远近和定位。
现参看图2～3，图中示出了一种可替代的墨水分送系统，该系统包括一个槽形墨水储存容器170，它设计成可与选定的打印头作远距离操作连结(优选基于重力供料或其它相应方法)。同样，术语“墨水储存单元”、“容器”、“储腔”和“储槽”在此都被认为是等价的。象以前指出过的那样，打印头可以是墨水热喷射型的或是其它类型的。墨水储存容器170的外形被设计成外壳或储腔172，它包括有主要腔体部分174和顶盖件176，顶盖件上穿过顶盖的出入口178(见图3)。尽管这一实施方案在有关储腔172的问题上不受限于任何特定的组装方法，但顶盖件176最好是做成与主要腔体部分174分开的单独构件。顶盖件176随后用热焊接法或通常的粘结剂(例如环氧树脂或腈基丙烯酸酯化合物)固定到主体部分174上，如图3所示。但是，在优选的实施方案中，顶盖件176将被认为是总的墨水储存容器170/储腔172的一部分。
继续参看图3，储腔172上还具有一个用以储存一定量的墨水组合物32的内室或内腔180。此外，储腔172上还包括有一根向外伸出的管形元件182，该管形元件穿透顶盖件176，在优选实施方案中，它是与顶盖做成整体的。术语“管形”在整个说明书中都将被定义为它涵盖具有外壁围绕、具有至少一个或多个中心通道的结构。管形元件182加上其上的出入口178，如图3所示，提供了通入储腔172的内腔180的通道。
位于储腔172的顶盖件176内的管形元件182，分为位于储腔172外部的外段184和位于内腔180内墨水组合物32内部的内段186(见图3)。管形元件182的外段184是用粘结材料(例如常用的腈基丙烯酸酯或环氧化合物)、摩擦啮合等方法操作式附装到位于出口178内部的管形墨水输送管道190上的，见图3中的示意图。在图3的实施方案中，墨水输送管道190包括有第一端192，该端是用上述方法附装到管形元件182的外段184上的出口178内部去的。墨水输送管道190还包括有第二端194，该端是远距离操作式连结到打印头196上的，打印头可以是多种不同的设计、构形和系统，包括图1所示的与打印头80联用的那些设施。所有这些构件都根据整个墨水分送系统的类型、大小和总体构形在选定的打印机内部适当地安装在预先设定的位置。还应指出，墨水输送管道190可包括至少一个传统设计的、任选的管线泵(图中未示)，以推动墨水输送。
图2～3所示的系统和构件就性质上来说是说明性的。根据拟用的特定系统的不同，事实上它们还包括其它的工作部件。上面所提供的资料将不限制或局限本发明及其多个实施方案。相反地，图2～3的实施方案可以按需要变动，并可完整地画出，以展示本专利发明对采用远距离放置的墨水储存系统的墨水分送系统的适用性。
在本专利的墨水分送系统中，墨水组合物32可以无限制地采用多种不同的墨水配方。同样地，术语“墨水”在此将涵盖以染料为基料的材料、颜料分散剂和液体有机调色剂制品。但是，本发明特别适于与含有挥发性成分(如有机溶剂和水)和对传统塑料有“腐蚀性”的化合物的墨水联用。有代表性的腐蚀性材料包括酸性染料、有机溶剂等等。术语“腐蚀性”是指一种特定化学品使给定材料溶解或以别的方式使之变质的能力。下面将详细讨论可能用作墨水组合物32的有代表性但非限制性的墨水配方。
所考虑的墨水产品首先应含有至少一种着色剂。着色剂可包括一种或多种以上的彩色染料或消色(黑色或白色)染料。例如，适于在墨水组合物中使用的有代表性的黑色染料在Hindagolla的美国专利4,963,189中已有列出，在此，把该专利作为参考文献引入。可用的彩色染料在染色索引一书(美国Yorkshire的染色工和着色师协会出版，1971)的第3版第4卷中已有描述，该书在此作为参考文献引入，该书在本技术领域是众所周知的标准教材。在染色索引(Color Index，supra中列出的适于在这里使用的示例性染料包括但不限于下列组合物
C.I.Direct Yellow 11，C.I.Direct Yellow 86，C.I.Direct Yellow 132，C.I.Direct Yellow 142，C.I.Direct Red 9，C.I.Direct Red 24，C.I.Direct Red 227，C.I.Direct Red 239，C.I.Direct Blue 9，C.I.Direct Blue 86，C.I.Direct Blue 189，C.I.Direct Blue 199，C.I.Direct Black 19，C.I.Direct Black 22，C.I.Direct Black 51，C.I.Direct Black 163，C.I.Direct Black 169，C.I.Acid Yellow 3，C.I.Acid Yellow 17，C.I.Acid Yellow 23，C.I.Acid Yellow 73，C.I.Acid Red 18，C.I.Acid Red 33，C.I.AcidRed 52，C.I.Acid Red 289，C.I.Acid Blue 9，C.I.Acid Blue 611，C.I.Acid Blue 72，C.I.Acid Black 1，C.I.Acid Black 2，C.I.Acid Black 194，C.I.Reactive Yellow 58，C.I.Reactive Yellow 162，C.I.Reactive Yellow 163，C.I.Reactive Red 21，C.I.Reactive Red 159，C.I.Reactive Red 180，C.I.Reactive Blue 79，C.I.Reactive Blue216，C.I.Reactive Blue 227，C.I.Reactive Black 5，C.I.Reactive Black 31，C.I.BasicYellow 13，C.I.Basic Yellow 60，C.I.Basic Yellow 82，C.I.Basic Blue 124，C.I.Basic Blue 140，C.I.Basic Blue 154，C.I.Basic Red 14，C.I.Basic Red 46，C.I.BasicRed 51，C.I.Basic Black 11，以及它们的混合物。这些材料为本技术领域所熟知且可从许多商业来源购得，包括但不限于美国新泽西州East Hanover的Sandoz Corporation公司、纽约州Ardsley的Ciba-Geigy公司等。
术语“着色剂”也包括传统的颜料分散剂，它基本上是不溶于水的着色剂(即颜料)，它是通过与分散剂(例如丙烯分散剂)联用才变成可溶性的。可用来生产颜料分散材料的专用颜料在本技术领域是熟知的，在这方面本发明将不受限于任何特定的化学组合物。染色索引上列举的这类颜料的例子包括C.I.Pigment Black 7，C.I.Pigment Blue 15，以及C.I.Pigment Red 2。适于与这些和其它颜料组合使用的分散材料包括本技术领域熟知的单体和聚合物。一种示例性的商品分散剂可举出美国马萨诸塞州Lexington的W.R.Grace and Co.公司出售的以DAXAD为商标的产品。在一个优选的实施方案中，所考虑的墨水组合物中含有2～7％(重量)的总着色剂(即不管使用的是单种着色剂或复合着色剂)。但是，使用着色剂的量可按需要变动，这要看墨水组合物的最终用途和墨水中的其它成分而定。
墨水组合物中还应包括有墨水溶媒，它在组合物中本质上起着载体介质和其它组分的主要溶剂的作用。有许多种材料可用作墨水溶媒，本发明不受限于任何特定的产品。一种优选的墨水溶媒是由水与其它组分包括有机溶剂组合组成。这些有机溶剂包括但不限于2-吡咯烷酮；羟乙基甘油；1，5-戊二醇；N-甲基吡咯烷酮；2-丙醇；2-乙基-2-羟甲基-1.3-丙二醇；以及环己醇。这些材料本质上是挥发性的并可能因蒸发而损失掉。如发生这种情况，墨水组合物将在粘度、均匀性和着色性质上发生变化，这通常将引起打印质量的严重变质。所有这些材料可按对墨水配方的初步中间研究来确定各种各样的组合。但是，在一个优选实施方案中，墨水组合物中可含有约70～80％(重量)的总的复合墨水溶媒，其中至少约30％(重量)的总的墨水溶媒通常是由水组成(余下为上列有机溶剂中的任何单独一种或其复合物)。一种示例性墨水溶媒含有约60～80％(重量)的水和约10～30％(重量)的一种或多种有机溶剂。
墨水材料还包括有若干种可选择的成分，数量也各异。例如，可加入可选择的二糖苷，以防止最终墨水中有任何微生物生长。可用于此目的的示例性二糖苷包括英国曼彻斯特市的帝国化学工业公司以PROXELGXL的商标出售的专有产品；美国康涅狄格州Danbury的Union Carbide公司以UCARCID的商标出售的专有产品；以及美国新泽西州Piscataway的Huls America，Inc.公司以NUOSEPT为商标的专有产品。在一个优选的实施方案中，如果用二糖苷的话，最终的墨水组合物中通常含有约0.05～0.5％(重量)的二糖苷，优选为0.30％(重量)。
在墨水组合物中另一种可选择的成分是一种或多种缓冲剂。使用一种选定的缓冲剂或多种(复合的)缓冲剂是用以稳定墨水组合物的pH值的。在一个优选的实施方案中，墨水组合物要求的pH值约在4～9的范围。适合用于此目的的示例性缓冲剂包括硼酸钠、硼酸和磷酸盐缓冲材料，这些是本技术领域为控制pH值所熟知的材料。特种缓冲剂的选定和所用缓冲剂数量的确定(也包括通常使用缓冲剂的决定)将根据对所考虑的特种墨水组合物的初步中间研究来作出决定。附加的成分(例如表面活性剂)也可在需要时加入到墨水配方中。
所描述的新颖墨水储存容器可以不受限制地与上列墨水配方和其它墨水产品联用。具体地说，可使用其它很多种墨水组合物，包括美国专利5,185,034所述的那些墨水组合物，该专利在此作为参考文献引入。
B.墨水储存容器本发明的墨水储存容器(包括前述并示于图1～3的储存容器)是用能有效防止空气和挥发性成分渗透的特种材料制成的。下面将对这些特种材料作详细描述，这些材料适用于多种不同的墨水储存结构，包括图1中的储腔12和图2～3中的储腔172。如图1所示，数码200是用来标示界定整个储腔12的总的侧壁结构的，这侧壁200就是用提出专利要求的屏障组合物制造的。同样，如图2所示，数码202是用来标示整个储腔172的总的侧壁结构的，这侧壁202就是用提出专利要求的材料制造的。
新颖墨水储存容器的侧壁是用三种配方中的一种制造，现在就来讨论这些配方。选择任一种给定的配方应根据初步中间试验来着手，其中涉及若干个因素，包括所用墨水组合物的化学成分、墨水分送系统的总的构形，以及其它的有关因素。下面描述的所有材料都具有许多共同的属性，即用它们制造出的墨水储存容器，都能抵抗墨水材料的腐蚀作用；都是基本上不能渗透水/汽的；都是尺寸稳定的；以及都能提供出前述其它好处的。因此，这些专利材料从它们的功能属性和其它特性来看是互相关联的。由于这一理由，根据它们在专利容器内能高效并耐墨水的方式储存墨水材料的能力，它们都构成为“屏障组合物”。
1.1号配方在第一实施方案中，提出专利要求的墨水储存容器(包括但不限于上面所列出的储存容器)的侧壁是用称为“聚萘二羧酸二乙酯”(即“PEN”)的材料制造的，这种材料也被叫作2，6-萘二羧酸二甲酯和乙二醇的均聚物。它的具体化学结构(可用其它替换)如下
在一个非限制性的优选实施方案中，上述结构中的n约等于10～1000。
至于这种材料的化学性质，它们包括拉伸强度32000磅/平方英寸和拉伸模量750,000磅/平方英寸。聚萘二羧酸二乙酯的水蒸汽传输率据报导接近3.6克/平方米/日。这些参数是按照美国材料试验学会的ASTMD-882-88规定的标准程序测定的。聚萘二羧酸二乙酯的玻璃化温度(Tg)为约120℃，其熔化温度为262℃。与聚对萘二甲酸乙二醇酯(“PETE”)相比，聚萘二羧酸二乙酯的玻璃化温度要高出43℃，拉伸模量要高出50％，拉伸强度要高出33％，对气体的隔离能力(按照对双轴取向薄膜的测定)要改善五倍，抗水解能力要改善三倍，隔离水汽的能力要提高到四倍，并且有更大的耐化学性。
在这方面，聚萘二羧酸二乙酯按照它对墨水材料的很高程度的抗化学能力、它对墨水储存容器在生产过程中常会遇到的较高温度的耐受能力、它吸湿很少、水蒸汽传输量很小、即使在暴露于水解条件下时仍能保留很高的拉伸强度、在电气环境中可持续使用的温度很高、可用普通注模法快速有效地制成许多形状等等情况，用它来制造墨水储存容器的侧壁(包括侧壁200、202)是特别有利的。聚萘二羧酸二乙酯能提供所有这些好处，但从材料价格的观点来说，它又是很经济的。因此，将聚萘二羧酸二乙酯用于本目的有很多优点，并代表着墨水储存容器制造技术上的重大进步。
聚萘二羧酸二乙酯可从多种来源获得，它也可从例如美国特拉华州Wilmington的Imperial Chemical Industries(“ICI”)购得，其商标为“KALADEX”，也可从美国佐治亚州Alpharetta的Amoco Polymers.公司购得。
在此必须再强调指出，除另有说明者外，本发明及其各种实施方案将不受限于任何特定的组合物、材料、配比、数量和其它参数。下面所出现的所有数值和范围只是为了举例并代表本发明为达最大工作效率而设计出的优选实施方案。关于本实施方案中用聚萘二羧酸二乙酯制造的侧壁(包括但不限于储腔12的侧壁200和储腔172的侧壁202)的总厚度，优选采用范围约为0.5～1.0mm的均匀厚度。这一范围根据例行初步试验在需要时可加改变。同样，用聚萘二羧酸二乙酯制造本专利墨水储存容器也可采用塑料部件制造技术领域中大家熟知的多种制造方法，包括通常的塑料挤压或注模技术。2.2号配方在第二实施方案中，专利墨水储存容器的侧壁(包括但不限于以上所列的侧壁)是用至少一种或多种“液晶聚合物”制造的。术语“液晶聚合物”在此被定义为一类在熔态和固态都表现出高度的有序结构并结合有芳香主链的热塑性聚合物。特别是，液晶聚合物是全部用芳族单体构成的。液晶聚合物作为一个总类的芳族性质有助于它具备有利的耐受墨水的能力、优异的机械性能和高度的热稳定性/热氧化稳定性。液晶聚合物的有序特性同样是这些材料较之其它聚合化合物所具有的另一个突出特性。根据这一特性，液晶聚合物可用标准的生产方法易于模压或用别的方法制成各种各样的外形。术语“芳族的”在此涵盖着含有一个或多个苯环单元的材料。此外，从结构的观点来说，就象纽约John Wiley &Sons，公司1987年版“聚合物科学和工程百科全书”(Kroschwitz J.编)第9卷(题为“矿用液晶聚合物”)第1～8页(在此作为参考文献引入)所说，液晶聚合物将进一步被定义为包括“一系列的对位取向环结构，以形成一个具有很高轴比(分子长度与宽度之比，纵横比)x的硬性链。”该参考文献进一步说，“低分子量LC化合物的共同结构特性是分子形状的不对称性，显示出其特征在于单轴序列的棒条体，其轴比往往大于3；或是显示出双轴序列的薄片状体”。
当所采用的墨水材料腐蚀性特别大时，在制造本专利墨水储存容器时液晶聚合物是尤其有用的。术语“腐蚀性”的含义是指特定化学品使给定材料溶解或按另一种方式使之变质的能力。根据这一点，使用液晶聚合物来制造墨水储存容器(特别是在墨水热喷射系统中)的侧壁就具有很多的优点，从而可构成墨水分送技术中的另一项重大进步。
本发明的这一实施方案将不受限于任何特定的液晶聚合物或它们的组合。或是一种液晶聚合物，或是多种液晶聚合物组合起来，都可不受限制地使用。可用来制造上述墨水储存容器(包括图1～3示出的墨水储存容器)的示例性、但非限制性的液晶聚合物的实例可包括下列在商店可购得的液晶聚合物材料1.美国新泽西州Summit的IIoechst公司以“Vectra”为名称/商标出售的一种产品。从化学的观点看，这种有专有的组合物基本上是由全芳基聚酯/聚酰胺组成的，该全芳基聚酯/聚酰胺是由芳香二酸、芳香二醇和带有两个不同取代基的芳香半体构成的，取代基包括醇、酸或胺。具体地说，液晶聚合物的“Vectra”系列包括有若干种组合物，包括但不限于(A)被2-氧萘-6-羰基单元改性的p-羟基苯甲酸；或者(B)被对苯二酰单元改性的2，6-二氧萘。
2.美国佐治亚州Alpharetta的Amoco Polymers公司以“Xydar”为名称/商标出售的一种产品。在化学上，该组合物基本上是由被4，4’-二苯酚和对苯二酸改性的p-羟基苯甲酸改性产物组成的。
3.美国特拉华州Wilmington的E.I.Dupont de Nemours & Company公司以“Zenite”为名称/商标出售的一种产品。
其它可采用的液晶聚合物包括但不限于下列材料芳香聚酰胺、芳香聚乙二酰胺、芳香聚酰肼、芳香聚(草酰肼)、芳香聚(胺酰肼)、聚(p-亚苯基苯并二噻唑)、以及聚酰亚胺。
关于在本实施方案(包括储腔12的侧壁200和储腔172的侧壁202)中用至少一种或多种液晶聚合物所制作的侧壁结构的总厚度，优选采用的均匀厚度的范围可约为0.5～1.0mm。该范围根据例行的初步试验在需要加以变更。同样，用液晶聚合物制造本专利墨水储存容器也可不受限制地采用塑料部件制造技术领域中大家熟知的多种制造方法，包括通常的塑料挤压或注模技术。3.3号配方最后，在第三实施方案中，本发明的新颖墨水储存容器可用聚萘二羧酸二乙酯与上述定义的至少一种或多种液晶聚合物组合成的聚萘二羧酸二乙酯/液晶聚合物“混合物”来制造。凡在第一和第二实施方案中使用的上述有关聚萘二羧酸二乙酯和液晶聚合物的所有资料、参数、实例、商业来源和其它数据资料，在这一实施方案中都将同样适用并作为参考文献引入。使用至少一种液晶聚合物与聚萘二羧酸二乙酯相组合是为了进一步提高上述的有利特性(包括改进对墨水材料的抗化学能力和改进对气体/液体渗透性问题的控制)。具体地说，聚萘二羧酸二乙酯与至少一种液晶聚合物相组合的混合物可使两种组分在单一的混合化合物中发挥出最佳的特性。因此，借助于使用这两种材料的混合物，从化学组合的观点来说，可对所形成的产品按需要进行恰当的“调节”，以根据拟用墨水组合物的类型适当地定做墨水储存容器。换言之，借助于有选择地控制所选混合物中每种材料的数量，就可根据对所用墨水组合物的初步中间研究而准确选定将要给予墨水储存容器的所需要的特性。因此，使用至少一种液晶聚合物与聚萘二羧酸二乙酯的组合物来制造墨水储存容器的侧壁可在墨水分送技术方面提供出更进一步的进展。
本发明在上述应用中将不受限于任何特定的液晶聚合物。本实施方案的新颖之处在于将聚萘二羧酸二乙酯与至少一种液晶聚合物作一般性的组合，用来制作墨水储存容器的侧壁，而不考虑拟用的特定液晶聚合物。但是，可用于这一目的的示例性但非限制性的液晶聚合物将包括在讨论2号配方时列出的材料和商业来源，这些资料已被列入有关3号配方的参考文献中。
根据以上指出的、包括有(1)聚萘二羧酸二乙酯；和(2)至少一种或多种液晶聚合物的本实施方案，本发明将不受限于任何特定的数量比例。但是，在一个用来提供最佳效果的示例性实例中，选定的墨水储存容器的侧壁将含有约10～50％(重量)的聚萘二羧酸二乙酯和约50～90％(重量)的总液晶聚合物(不管是采用单一材料，还是采用多种液晶聚合物组合使用，上述范围都是指所用液晶聚合物的总量)。
关于本实施方案中用聚萘二羧酸二乙酯和至少一种或多种液晶聚合物制造的侧壁(包括储腔12中的侧壁200和储腔172中的侧壁202)的总厚度，优选采用的均匀厚度的范围约为0.5～1.0mm。这个范围根据例行初步试验在需要时加以改变。同样，为用聚萘二羧酸二乙酯/液晶聚合物的混合物来制造本专利墨水储存容器，也可采用多种不同的制造方法。这些方法包括塑料部件制造技术领域熟知的通常的塑料挤压或注模技术。C.附加信息和使用方法根据上面提供的信息，具有高度结构整体性的新颖墨水储存容器可用下列屏障材料制造(1)聚萘二羧酸二乙酯；(2)至少一种或多种液晶聚合物；或(3)聚萘二羧酸二乙酯与至少一种或多种液晶聚合物的组合。相似地，本专利墨水储存容器和特殊的屏障材料可不受限制地用于各种不同的墨水分送系统，只要这些系统包括有一个打印头，其包括有至少一个一旦需要即可喷出墨水的墨水喷射器。该选定的墨水储存容器随后在操作上连结到打印头上，术语“操作上连结”被定义为涵盖直接附装到打印头上和用一条或多条墨水传输管道远距离附装到打印头上。相似地，这里所描述的墨水储存容器将包括用上述专利屏障组合物制造侧壁的任何类型的墨水储器。
除前面各节讨论的结构问题以外，本发明还涉及一种通用方法，该方法可用以防止墨水从墨水分送系统中挥发或泄漏，该系统中配用有直接附装的或远距离配置的定量墨水。该专利方法也设计来防止空气进入墨水源中，同时改进该墨水储存系统的耐化学性。该方法总的说包括第一步，提供包括有打印头的墨水分送系统，打印头上具有至少一个一旦需要就能喷出墨水的墨水喷射器(见图1～3和在“A”节中的讨论，在本节中把它们引入作为参考文献)。第二步，在墨水储存容器中储存一定量的墨水(见“A”节)，该墨水储存容器与打印头在操作上连结并液汽相通。本墨水储存容器(如节“A”中所讨论的，它由适当的储腔、储槽等组成)还包括有能防止空气和墨水中挥发性成分渗透的侧壁。该墨水储存容器侧壁如前所述是用下列材料制造的[1]聚萘二羧酸二乙酯；[2]至少一种或多种液晶聚合物；[3]聚萘二羧酸二乙酯与至少一种或多种液晶聚合物组合成的“混合物”。所有这些有关特殊屏障材料的在“B”节中提供的信息都将在本节中被等效使用，并引入作为参考文献。例如，当在本专利方法中使用聚萘二羧酸二乙酯与至少一种或多种液晶聚合物的混合物时，本发明将象前面指出的那样不受限于任何特定的数量比例。但是，在一个用来提供最佳效果的有代表性的实施例中，该实施方案所选定的墨水储存容器的侧壁将也是含有约10～50％(重量)的聚萘二羧酸二乙酯和约50～90％(重量)的总液晶聚合物(不管是采用单一材料，还是采用多种液晶聚合物组合使用，上述范围都是指液晶聚合物的总量)。但是，选用节“B”中所到的任一种新颖屏障材料来制造选定的墨水储存容器，都将提供出前述的很多重要好处。
总之，上述的本新颖墨水储存容器和储存方法能提供出很多重要好处。这些好处包括(1)可避免墨水腐蚀问题，并避免墨水从墨水分送系统泄漏；(2)可防止空气进入墨水源和打印头中；(3)可控制墨水挥发性成分的挥发和损失。完整的墨水储存容器在生产中和制成后其尺寸是稳定的。所有这些好处(这是专利屏障材料的直接功效)都是在成本低廉和适于大量生产的情况下提供的。其结果是，能保持住高水平的工作效率、打印质量、使用寿命和总体上经济。
这里虽提出了本发明的优选实施方案，可以预期，相关技术领域的技术人员可能会对这些实施方案做出适当的变动，但是，这些变动仍然保留在本发明的范围之内。举例说，除非另有提及，本发明将不受限于上述在总的准则范围内的任何特定的墨水分送系统、墨水喷射器、工作参数、尺寸、墨水组合物和部件定位。相似地，除以上特别指出者外，任何对单个部件适用的参考资料，也将涵盖这种部件多个一起使用。因此，本发明将仅按照下列权利要求来解释。
权利要求
1.一种与墨水分送系统(10，170)联用的墨水储存容器(12，172)，该墨水储存容器(12，172)包括有用屏障组合物制成的侧壁(200，202)，该屏障组合物能防止空气和墨水挥发成分透过，该屏障组合物中包括有聚萘二羧酸二乙酯。
2.权利要求1的墨水储存容器(12，172)，其中所说的屏障组合物中还包括有聚萘二羧酸二乙酯和至少一种液晶聚合物组合而成的混合物。
3.权利要求2的墨水储存容器(12，172)，其中所说的混合物中含有约10～50％(重量)的聚萘二羧酸二乙酯和约50～90％(重量)的液晶聚合物。
4.一种用于在基片上打印图象的墨水分送系统(10，170)，它包括打印头(80，196)，其包括有至少一个墨水喷射器(86)，它用来一旦需要就从打印头(80，196)喷出墨水(32)；以及墨水储存容器(12，172)，它与打印头(80，196)在操作上连结并液汽相通，该墨水储存容器(12，172)包括有用屏障组合物制成的侧壁(200，202)，该屏障组合物能防止空气和墨水挥发成分透过，该屏障组合物中包括有聚萘二羧酸二乙酯。
5.权利要求4的墨水分送系统(10，170)，其中所说的屏障组合物中还包括有聚萘二羧酸二乙酯和至少一种液晶聚合物组合而成的混合物。
全文摘要
一种墨水储存容器(12,172),其特征在于,它具有改进的耐墨水(32)腐蚀的能力;它能防止空气进入墨水(32)中;以及改进的尺寸稳定性。该系统还能避免墨水源(32)的挥发性成分的蒸发损失。该墨水储存容器(12,172)是用聚萘二羧酸二乙酯、至少一种液晶聚合物、或者聚萘二羧酸二乙酯与至少一种液晶聚合物组合的产物制造。在用上述特殊材料制作的容器(12,172)中储存墨水(32)可提供前述的许多好处,并能从根本上改进整个墨水分送系统(10,170)的工作效率。
文档编号B41J2/175GK1262999SQ001019
公开日2000年8月16日 申请日期2000年1月28日 优先权日1999年1月28日
发明者J·A·哈维, C·杜登赫菲, W·F·金, J·P·克尔恩斯, M·M·莫罗 申请人:惠普公司