專利名稱：將墨水灌墨于墨水匣中的方法
技術領域：
本發明涉及一種將墨水灌墨于墨水匣中的方法，特別涉及利用表面活性劑處理濾網，以使墨水灌墨順暢的方法。
背景技術：
噴墨打印技術已發展多年，此種打印機產品的優點，主要為價格低、噪音低，且可提供不錯的全色系打印品質，并可使用一般紙張、特殊打印專用紙及專用投影片等不同的載體。而所謂噴墨打印方法乃是將墨水中的液滴噴出于載體的一種非接觸式方法。
噴墨打印機的噴墨墨水匣(inkjet cartridge)大約可分成三種型態，一種為噴墨頭(printhead)裝置于列表機上的墨水匣，如愛普生(Epson)，第二種是噴墨頭、墨水匣與列表機各自分離，如佳能(Canon)，第三種則是噴墨頭與墨水匣合一的墨水匣，如惠普(HP)和利盟(Lexmark)。
一般而言，將墨水灌墨于噴墨墨水匣中的方法有很多種，通常都是采用真空灌墨系統。對于無噴墨頭的墨水匣而言，是先將封閉的墨水匣進行真空抽氣，接著在墨水匣真空狀態下灌墨，封裝墨水匣，然后將墨水匣裝到打印機上，再利用打印機本身的小型真空幫助吸出墨水，使墨水到達噴墨孔(nozzle)。
請參閱圖3，對于有噴墨頭的墨水匣而言，是先將墨水灌入墨水匣50中，接著對于噴墨頭52中的噴墨孔(未顯示)進行真空吸取而提供壓力，如此，墨水會透過濾網(filter)54，而經過墨水流道(ink passage)56而到達設在噴墨頭52晶片(chip)上的噴墨孔。最后再進行封裝。噴墨孔內部若含有氣泡，將會降低打印品質，而上述利用真空方式，也能同時將濾網54與墨水流道56中多余的氣體一起吸出，而不會產生氣泡阻塞噴墨孔的現象。相關敘述可參見U.S.No.5,801,735、5,946,015與6,053,604。
在進行上述有噴墨頭的墨水匣的真空灌墨時，由于濾網的材質一般是疏水性的，亦即，當將墨水灌墨于墨水匣50中而通過濾網54時，濾網54的孔隙與墨水的接觸角大于90度。疏水性的濾網，不利于墨水的通過，因此，一定要施加外力(例如以真空加壓)來迫使墨水通過濾網。然而，采用真空加壓的方式灌墨，強大的壓力很容易傷害晶片，造成噴墨孔破裂，且制程費時費工。

發明內容
鑒于此，本發明的目的為解決上述問題而提供一種將墨水灌墨于墨水匣中的方法，不需使用真空抽氣等外力加壓，墨水即可順暢地流過濾網并且清除噴墨流道內空氣，因此可避免噴墨頭晶片的破裂。可簡化灌墨程序，降低生產成本。而且，不會改變墨水的物理性質。
為達成本發明的目的，依據本發明的第一特征，本發明將墨水灌墨于墨水匣中的方法包括以下步驟。首先，以一表面活性劑處理一濾網，使此濾網的親水性提高。接著，將此經處理的濾網裝設在一墨水匣中。接著，將一墨水灌墨于墨水匣中，使其通過經處理的濾網。
依據本發明的第二特征，本發明將墨水灌墨于墨水匣中的方法包括以下步驟。首先，將一濾網裝設于一墨水匣中。接著，以一表面活性劑處理此濾網，使濾網的親水性提高。接著，將一墨水灌墨于墨水匣中，使其通過經處理的濾網。
依據本發明的第三特征，本發明將墨水灌墨于墨水匣中的方法包括以下步驟。首先，提供一墨水匣，此墨水匣中具有一墨水流道。接著，以一表面活性劑處理此墨水流道的壁面，使墨水流道的壁面的親水性提高。接著，灌入墨水于此墨水匣中，使墨水通過經處理的墨水流道。


圖1顯示墨水經過傳統上未經處理的疏水性濾網時，濾網的孔隙和墨水之間的接觸角性質。
圖2顯示墨水經過本發明經處理的親水性濾網時，濾網的孔隙和墨水之間的接觸角性質。
圖3顯示有噴墨頭的墨水匣的剖面示意圖。
圖4為依據本發明第一具體實施例的灌墨方法的流程圖。
圖5為依據本發明第二具體實施例的灌墨方法的流程圖。
圖6為依據本發明第三具體實施例的灌墨方法的流程圖。
標號的說明10～疏水性濾網，12～疏水性濾網的孔隙，20～墨水，30～親水性濾網，32～親水性濾網的孔隙，50～墨水匣，52～噴墨頭，54～濾網，56～墨水流道。
具體實施例方式
本發明的主要特征為，以表面活性劑對于濾網進行處理，使得濾網的親水性提高。例如，使原本為疏水性的濾網改變成為親水性。如此，當進行灌墨時，濾網的親水性可幫助墨水順暢地流過濾網，再流入噴墨頭的噴墨孔中。因此，本發明不需使用真空抽氣等外力加壓，墨水即可順暢地流過濾網，因此可避免噴墨用的噴墨頭晶片破裂。
本發明所定義的接觸角θ，為濾網孔隙與墨水表面間的夾角。請參閱圖1，當濾網10為疏水性時，墨水20不容易流入濾網10的孔隙12中，接觸角θ大于90度。請參閱圖2，當濾網30為親水性時，墨水20容易流入濾網30的孔隙32中，接觸角θ小于90度。由此，經由濾網平均孔隙半徑r，墨水的表面張力σ，及接觸角θ，可推導出墨水表面張力在濾網上所產生的壓差ΔP如方程式一ΔP＝2σ(cosθ)/r(方程式一)當接觸角小于90度時，此壓差形成一驅動力，驅使墨水主動穿透濾網。反之，當接觸角大于90度時，此壓差形成一障礙，阻止墨水穿透濾網。
一般傳統上使用的濾網為疏水性的，當墨水灌墨時，濾網的孔隙與墨水的接觸角大于90度，墨水不易流過，如圖1所示。本發明以表面活性劑處理濾網的目的則是要使濾網的親水性提高，最好是將濾網的接觸角降低為0度至90度之間，更佳者為0度至45度之間。如此，當墨水灌墨時，墨水與濾網接觸，因分子間吸引力，諸如凡得瓦鍵(Van der Vaals bonds)、極性鍵及氫鍵等作用力致使濾網的孔隙與墨水表面的接觸角變小，而使得墨水能立刻通過濾網，順利進入噴墨流道內，抵達噴墨孔。經過處理后濾網的孔隙與墨水表面的接觸角小于90度(如圖2所示)，較佳者為在0度至45度之間。再者，先以表面活性劑處理濾網，而進行墨水灌墨時，并不會改變墨水的物理性質。
本發明灌墨的方式有三種。第一種方式是，參照圖4，先以表面活性劑處理濾網(步驟S41)，再將經處理的濾網裝設在墨水匣中(步驟S42)。處理濾網的方式并沒有一定限制，例如，可將整個濾網浸泡在表面活性劑中，也可將表面活性劑滴在濾網上。接著，將墨水灌墨于墨水匣中，使其通過經處理的濾網(步驟S43)。
第二種方式是，先將濾網裝設在墨水匣中，然后才以表面活性劑處理濾網。例如，參照圖5，首先，將一濾網裝設于一墨水匣中(步驟S51)。接著，以表面活性劑處理濾網(步驟S52)，例如，將表面活性劑滴在濾網上。然后，將墨水灌墨于墨水匣中，使其通過經處理的濾網(步驟S53)。請參閱圖3，以這種方式處理濾網，在表面活性劑滴在濾網54上時，由于濾網54已裝設在墨水匣50中，因此，不僅會使濾網54成為親水性，同時也會使墨水流道56的壁面成為親水性，可使墨水順利流動，避免氣泡的產生。
第三種方式是，以表面活性劑處理墨水流道。請參閱圖6，首先，提供一墨水匣，使此墨水匣中具有一墨水流道(步驟S61)。接著，以表面活性劑處理濾網墨水流道的壁面(步驟S62)。然而，將墨水灌墨于墨水匣中，使其通過經處理的墨水流道(步驟S63)。
噴墨列表機的噴墨墨水匣中的濾網，除了幫助過濾墨水中的不純物外，還能避免泡棉中的殘渣流入墨水流道，以保護噴墨頭的噴墨孔不致遭受阻塞。適用于本發明的濾網可為纖維濾網、尼龍濾網、泡棉濾網、或金屬濾網等。較佳者為金屬濾網，例如不銹鋼濾網。常用的不銹鋼濾網例如可在銅或鋁金屬間嵌入不銹鋼纖維壓接而成，以提升強度與彈性。不銹鋼濾網的成分可為，Fe20～30％，Cr6～20％，Ni2～8％，Mo0.5～2％，Zn1～5％，Pb0.5～2％， S0.1～1％。
傳統上，表面活性劑于噴墨列表機中扮演著重要的角色，在墨水配方添加適當量的表面活性劑，不但可調整至適當粘度范圍，使之供墨及噴墨順利，且能調整適當的表面張力范圍，使噴出的墨滴不易暈開，又能加強添加物在墨水中的分散性，及對于紙張或其他載體的滲透性。
然而，值得注意的是，本發明利用表面活性劑對于濾網進行處理的方法，和傳統上將表面活性劑添加于墨水中的技術是不相同的。本發明是先以表面活性劑對于濾網或墨水流道進行前處理，然后才進行灌墨。至于灌墨時所用的墨水中是否含有表面活性劑，并不是本發明的重點。
在本發明中，適合用來處理濾網或墨水流道，使其親水性提高的表面活性劑，并沒有一定的限制，例如，表面活性劑的HLB值可為3至18之間，較佳者為6至15之間。表面活性劑的親水性或親油性的強弱乃是利用HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance；親水親油平衡值)定義的。HLB值計算方式存在多種，而Griffin提出的HLB值(方程式二)，在評估表面活性劑上，是一可行而方便的工具。一般而言，HLB是代表了表面活性劑的分子結構中親水性官能基的比例，HLB值越高表示表面活性劑的親水性越好，在水中的溶解度也越好，反之HLB值低者親水性較弱。
HLB＝{(親水性結構分子量)/(總分子量)}×20(方程式二)在本發明中，表面活性劑的使用方式，可為單獨使用或溶于一溶劑中。亦即，可單獨使用表面活性劑來處理濾網或墨水流道。或者，可將表面活性劑溶于一溶劑中，再以此表面活性劑溶液來處理濾網或墨水流道。用來溶解表面活性劑的溶劑可為水或一親水性溶劑。表面活性劑的用量可為0.0001至10重量％。此外，由于一般墨水配方中都含有表面活性劑，因此，亦可使用不含色料的一般墨水配方處理濾網，利用其中所含的表面活性劑成份來提高濾網或墨水流道的親水性。
適用于本發明的表面活性劑可為以下的商品，A-102(來自CYTEC)，LF-4(來自CYTEC)，OT-75(來自CYTEC)，GPG(來自CYTEC)，OT-70PG(來自CYTEC)，1，3-BG(來自KYOWA)，OG(來自KYOWA)，BEPG(來自KYOWA)，PD-9(來自KYOWA)，Surfynol EP-810(來自AIR PRODUCT)，Surfynol CT-141(來自AIR PRODUCT)，Surfynol CT-151(來自AIRPRODUCT)，Surfynol 420(來自AIR PRODUCT)，Surfynol 440(來自AIRPRODUCT)，Surfynol 465(來自AIR PRODUCT)，Surfynol 485(來自AIRPRODUCT)，Surfynol 502(來自AIR PRODUCT)，Surfynol 504(來自AIRPRODUCT)，Surfynol FS-80(來自AIR PRODUCT)，Surfynol TG(來自AIRPRODUCT)，Surfynol GA(來自AIR PRODUCT)，Surfadone LP-100(來自ISP)，Surfadone LP-300(來自ISP)，Canocol C-10(來自Centro Chino Corp.)，Canocol C-45(來自Centro Chino Corp.)，Canocol L-30(來自Centro ChinoCorp.)，Canocol L-50(來自Centro Chino Corp.)，Canocol O-6(來自CentroChino Corp.)，Canocol MO200(來自Centro Chino Corp.)，Canocol MO400(來自Centro Chino Corp.)，Canocol MO600(來自Centro Chino Corp.)，CanocolDO400(來自Centro Chino Corp.)，Canocol DO600(來自Centro ChinoCorp.)，Canocol ML200(來自Centro Chino Corp.)，Canocol ML400(來自Centro Chino Corp.)，Canocol ML600(來自Centro Chino Corp.)，CanocolT-40(來自Centro Chino Corp.)，Canocol S-80(來自Centro Chino Corp.)，Canocol NP-6(來自Centro Chino Corp.)，Canocol CME(來自Centro ChinoCorp.)，Canocol CKD(來自Centro Chino Corp.)，Tergitol 15-S-5(來自UCC)，Tergitol 15-S-7(來自UCC)，Tergitol XD-75(來自UCC)。
當將表面活性劑溶于一溶劑中，再以此表面活性劑溶液來處理濾網或墨水流道時，用來溶解表面活性劑的可為一親水性溶劑，例如有機溶劑。適用的有機溶劑可為環己烷，甲醇，乙醇，2-丙醇，γ-丁丙酯，2-吡咯烷酮，N-甲基-2-吡咯烷酮，2，4，7，9-四甲基-5-壬炔-4，7-二醇(2，4，7，9-tetramethyl-5-decyne-4，7-diol)，1，1，1-三羥甲基丙烷，乙二醇，二-1，2-丙二醇(di-1，2-propylene glycol)，二甘醇，三甘醇，聚乙二醇，丙二醇，丁二醇，戊二醇或己二醇或多元醇等。
以下藉由數個實施例以更進一步說明本發明的方法、特征和優點，但并非用來限制本發明的范圍，本發明的范圍應以所附的權利要求為準。
實施例1本實施例所使用的金屬濾網為15MO(Pall)，Z86(Pall)，Z98(Pall)等三種。
取0.15g的表面活性劑Surfynol 440(HLB＝8，來自AIR PRODUCT)，溶于99.85g的去離子水中，制成表面活性劑溶液。接著，將此表面活性劑溶液滴在15MO濾網上，再分別滴下水滴，觀察水滴的滲透性。另外，亦改用Z86和Z98濾網來進行同樣的測試。
結果發現，水滴在三種金屬濾網上的滲透性都非常好，無需經由外力，水滴就能輕易通過濾網，不會有水滴殘留在濾網上。
實施例2本實施例所使用的金屬濾網為15MO(Pall)，Z86(Pall)，Z98(Pall)等三種。
取0.5g的表面活性劑Tergitol 15-S-5(HLB＝10.6，來自UCC)，溶于99.5g的去離子水中，制成表面活性劑溶液。接著，將此表面活性劑溶液滴在15MO濾網上，再分別滴下水滴，觀察水滴的滲透性。另外，亦改用Z86和Z98濾網來進行同樣的測試。
結果發現，水滴在三種金屬濾網上的滲透性都非常好，無需經由外力，水滴就能輕易通過濾網，不會有水滴殘留在濾網上。
實施例3本實施例所使用的金屬濾網為15MO(Pall)，Z86(Pall)，Z98(Pall)等三種。
取0.5g的表面活性劑Tergitol XD-75(HLB＝12，來自UCC)，溶于99.5g的去離子水中，制成表面活性劑溶液。接著，將此表面活性劑溶液滴在15MO濾網上，再分別滴下水滴，觀察水滴的滲透性。另外，亦改用Z86和Z98濾網來進行同樣的測試。
結果發現，水滴在三種金屬濾網上的滲透性都非常好，無需經由外力，水滴就能輕易通過濾網，不會有水滴殘留在濾網上。
對照實施例1本實施例所使用的金屬濾網為15MO(Pall)，Z86(Pall)，Z98(Pall)等三種。
將水滴分別滴在上述三種金屬濾網上，觀察水滴的滲透性。可發現水滴在三種金屬濾網上的滲透都不佳，水滴會殘留在濾網上。必須提供外力，水滴才能通過濾網。
實施例4本實施例所使用的金屬濾網為15MO(Pall)，Z86(Pall)，Z98(Pall)等三種。
取1.0g的表面活性劑Tergitol 15-S-5(來自UCC)，10.0g的丙二醇(propene glycol，來自Adrich)，1.5g的2-pyrrolidone(來自Adrich)，6.0g的聚乙二醇900(Polyethylene Glycol 900，來自Adrich)，0.5g的Mergal K7(來自Clariant)溶于81.0g的去離子水中。此特殊表面活性劑溶液乃為噴墨墨水配方，但不含色料。
將上述三種濾網分別裝在墨水匣中，且裝上噴墨頭晶片(chip)。然后，先將上述特殊表面活性劑溶液分別滴在三種濾網上，接著再滴入墨水，觀察墨水的滲透性。墨水的成份為上述特殊表面活性劑溶液之外，再加入1～7wt％的色料而得。
結果發現，墨水在三種金屬濾網上的滲透性都非常好，無需經由外力，墨水就能輕易通過濾網，不會有墨水殘留在濾網上。
對照實施例2本實施例所使用的金屬濾網為15MO(Pall)，Z86(Pall)，Z98(Pall)等三種。
將上述三種濾網分別裝在墨水匣中，且裝上噴墨頭晶片(chip)，接著再滴入墨水，觀察墨水的滲透性。所使用的墨水和實施例4相同。
結果發現，墨水在三種金屬濾網上的滲透性都不佳，墨水會殘留在濾網上。必須提供外力，墨水才能通過濾網。
綜合上述，本發明使用表面活性劑溶液或不含色料的墨水配方來處理濾網，然后再滴入墨水，在不使用外力加壓的情況下，墨水即可順暢地流過濾網，滲透性很好。
雖然本發明已以優選實施例揭露如上，然其并非用以限制本發明，任何本領域普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可進行修改和變化，因此本發明的保護范圍應以權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其包括將一表面活性劑處理一濾網，使該濾網的親水性提高；將該經處理的濾網裝設在一墨水匣中；以及將一墨水灌墨于該墨水匣中，使其通過該經處理的濾網。
2.如權利要求1所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中當將墨水灌墨于該墨水匣中時，濾網的孔隙與墨水表面的夾角小于90度。
3.如權利要求1所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該濾網為纖維濾網、尼龍濾網、泡棉濾網和金屬濾網中的任一種。
4.如權利要求1所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的HLB值為3至18之間。
5.如權利要求4所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的HLB值為6至15之間。
6.如權利要求1所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑是單獨使用。
7.如權利要求1所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑溶于一溶劑中。
8.如權利要求7所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該溶劑為水或親水性溶劑。
9.如權利要求7所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的用量為0.0001至10重量％。
10.一種將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其包括將濾網裝設于墨水匣中；以表面活性劑處理該濾網，使該濾網的親水性提高；以及將墨水灌墨于該墨水匣中，使其通過該經處理的濾網。
11.如權利要求10所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中當將墨水灌墨于該墨水匣中時，濾網的孔隙與墨水表面的夾角小于90度。
12.如權利要求10所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該濾網是為纖維濾網、尼龍濾網、泡棉濾網和金屬濾網中的任一種。
13.如權利要求10所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的HLB值為3至18之間。
14.如權利要求13所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的HLB值為6至15之間。
15.如權利要求10所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑單獨使用。
16.如權利要求10所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑溶于溶劑中。
17.如權利要求16所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該溶劑為水或親水性溶劑。
18.如權利要求16所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的用量為0.0001至10重量％。
19.一種將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其包括提供一墨水匣，該墨水匣中具有一墨水流道；以表面活性劑處理該墨水流道的壁面，使該墨水流道的壁面的親水性提高；以及灌入墨水于該墨水匣中，使該墨水通過經處理的該墨水流道。
20.如權利要求19所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的HLB值為3至18之間。
21.如權利要求20所述的將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其中該表面活性劑的HLB值為6至15之間。
全文摘要
本發明提供一種將墨水灌墨于墨水匣中的方法，其方法為，以表面活性劑對于濾網進行處理，使得濾網的親水性提高。如此，當進行灌墨時，不需使用真空抽氣等外力加壓，墨水即可順暢地流過濾網，因此可避免噴墨頭晶片的破裂。
文檔編號B41J2/175GK1541840SQ03128
公開日2004年11月3日 申請日期2003年4月28日 優先權日2003年4月28日
發明者馬國棟, 佘怡璇, 謝裕民, 曾繁中 申請人:明基電通股份有限公司