CN117015476A - 图像形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的图像形成方法是使用了具有喷墨头的喷墨记录装置的图像形成方法,该喷墨头具备压力室、喷嘴以及多个油墨排出流路,针对上述喷嘴的上述排出开口设置两个以上上述多个油墨排出流路,具备使上述油墨从上述油墨供给路向上述油墨排出流路循环的油墨循环装置,在将剪切速度1[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A1,将剪切速度100[1/s]时的上述粘度设为A100,将剪切速度1000[1/s]时的上述粘度设为A1000时,满足下述式(I)以及式(II)的关系,上述油墨循环装置执行控制,以使得上述压力室中与上述喷嘴连通的流路中的平均剪切速度在100[1/s]以上,式(I):A1000<A100<A1式(II):|A100-A1000|<|A1-A100|。
Description
技术领域
本发明涉及图像形成方法,特别是涉及在使用触变性较高的油墨,并且使油墨在喷嘴附近循环以使油墨排出时,能够抑制排出时的油墨粘度变化,能够使喷嘴间的排出速度均匀以实现画质的提高的图像形成方法。
背景技术
以往,为了使用水系油墨并稳定地排出而采用具有循环机构的喷墨头。伴随着高画质化,油墨要求小液滴化以及较高的钉扎性,并且需要提高油墨的固体成分浓度。
若提高油墨的固体成分浓度,则油墨表现出触变性,油墨粘度根据剪切力而变化,所以有排出变得不稳定的问题。
另外,也公开了为了得到较高的钉扎性,而积极地使其具有触变性以在排出后增粘的油墨(例如,参照专利文献1。)。
关于触变性较高的油墨,在排出时油墨流速急剧地上升,同时油墨粘度也急剧地下降(例如,通过图13的区域A的剪切速度范围),所以有在有制造偏差的情况下难以使多个压力室内的流速均匀,喷嘴间的排出速度也不均匀,因而画质恶化这样的问题。在图13中,油墨A表示触变性比油墨B以及油墨C高的油墨。
另外,在将这样的触变性较高的油墨使用于上述专利文献1所记载的具有循环流路的喷墨头的情况下,若使油墨在喷嘴附近循环,使油墨粘度仅在图13的区域B的剪切速度范围变化,则能够抑制排出时的油墨粘度变化,能够使喷嘴间的排出速度均匀。然而,在喷墨头为油墨的循环方向与排出方向垂直的结构的情况下,有由于若提高循环流速则液滴沿循环方向弯曲的现象而画质恶化这样的问题。
另一方面,在专利文献2所公开的那样的在油墨通道(与喷嘴连通的流路)的单侧有排出流路(循环流路)的结构中,没有排出流路的一侧的循环流速极慢,而在油墨通道内的油墨粘度形成分布。
专利文献1:日本特开2011-225859号公报
专利文献2:日本专利第5514579号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题/状况而完成的,其解决课题在于提供在使用触变性较高的油墨,并且使油墨在喷嘴附近循环以使油墨排出时,能够抑制排出时的油墨粘度变化,能够使喷嘴间的排出速度均匀且实现画质的提高的图像形成方法。
本发明者为了解决上述课题,在对上述问题的原因等进行研究的过程中,发现了通过使用油墨的相对于剪切速度的粘度在特定范围内的触变性较高的油墨,并且利用油墨循环装置将与喷嘴连通的流路中的平均剪切速度控制在100[1/s]以上,能够使喷嘴间的排出速度均匀以实现画质提高,而形成了本发明。
即,能够通过以下的方法解决本发明的上述课题。
1.一种图像形成方法,是使用了具有喷墨头的喷墨记录装置的图像形成方法,该喷墨头具备:
压力室,从油墨供给路供给油墨,并且自如地对贮存于内部的上述油墨施加压力;
喷嘴,具有用于排出上述油墨的排出开口,并且与上述压力室连通地设置;以及
多个油墨排出流路,与上述喷嘴相对于上述压力室的连通位置接近地连接,
其中,
针对上述喷嘴的上述排出开口设置两个以上上述多个油墨排出流路,
具备使上述油墨从上述油墨供给路向上述油墨排出流路循环的油墨循环装置,
在将剪切速度1[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A1,将剪切速度100[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A100,将剪切速度1000[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A1000时,满足下述式(I)以及式(II)的关系,
上述油墨循环装置执行控制,以使得上述压力室中与上述喷嘴连通的流路中的平均剪切速度在100[1/s]以上,
式(I):A1000<A100<A1
式(II):|A100-A1000|<|A1-A100|。
2.根据第一项所记载的图像形成方法,其中,上述油墨满足下述式(III)~(V)的关系。
式(III):1mPa·s<|A1-A1000|
式(IV):|A100-A1000|<10mPa·s
式(V):2mPa·s<A1000<20mPa·s
3.根据第一项或者第二项所记载的图像形成方法,其中,从上述喷嘴排出的上述油墨的排出速度的速度变动在5%以下。
4.根据第一项~第三项中任意一项所记载的图像形成方法,其中,具备对上述压力室内的上述油墨给予压力的促动器,
施加摆动波形,该摆动波形与使上述油墨从上述喷嘴排出的驱动波形相比电压小并且使上述压力室内的上述油墨的界面振动。
5.根据第一项~第四项中任意一项所记载的图像形成方法,其中,上述油墨含有颜料、定影树脂、水溶性溶剂以及水,
含有3~10质量%的范围内的上述颜料,
含有8~20质量%的范围内的上述定影树脂,
含有10~30质量%的范围内的上述水溶性溶剂,并且,
含有40~79质量%的范围内的上述水。
6.根据第一项~第五项中任意一项所记载的图像形成方法,其中,上述油墨的表面张力在22~25mN/m的范围内。
通过本发明的上述方法,能够提供在使用触变性较高的油墨,并且使油墨在喷嘴附近循环以使油墨排出时,能够抑制排出时的油墨粘度变化,能够使喷嘴间的排出速度均匀且实现画质的提高的图像形成方法。
本发明的效果的表达机制或者作用机制虽然未明确,但推测如下。
通过在将剪切速度1[1/s]时的油墨的25℃下的粘度设为A1,将剪切速度100[1/s]时的油墨的25℃下的粘度设为A100,将剪切速度1000[1/s]时的油墨的25℃下的粘度设为A1000时,满足上述式(I)以及式(II)的关系,从而油墨粘度仅在图13的区域B中变化。其结果是,在排出这样的触变性较高的油墨时,即使在使油墨在喷嘴附近循环的情况下,也能够抑制排出时的油墨粘度变化。由此,能够使喷嘴间的排出速度均匀,能够实现画质的提高。
附图说明
图1是表示喷墨记录装置的示意图。
图2是头单元的仰视图。
图3A是喷墨头的立体图。
图3B是喷墨头的剖视图。
图4是喷墨头的分解立体图。
图5是头芯片的分解立体图。
图6A是压力室基板的俯视图。
图6B是压力室基板的仰视图。
图7A是流路隔离基板的俯视图。
图7B是流路隔离基板的仰视图。
图8是喷嘴基板的俯视图。
图9A是在IXA-IXA切断时的头芯片的剖视图。
图9B是在IXB-IXB切断时的头芯片的剖视图。
图10A是在XA-XA切断时的头芯片的剖视图。
图10B是在XB-XB切断时的头芯片的剖视图。
图11是表示油墨循环系统的示意图。
图12是表示喷墨记录装置的主要的功能构成的框图。
图13是表示油墨的相对于剪切速度的粘度的图。
具体实施方式
本发明的图像形成方法是使用了具有喷墨头的喷墨记录装置的图像形成方法,该喷墨头具备:压力室,从油墨供给路供给油墨,并且自如地对贮存于内部的上述油墨施加压力;喷嘴,具有用于排出上述油墨的排出开口,并且与上述压力室连通地设置;以及多个油墨排出流路,与上述喷嘴相对于上述压力室的连通位置接近地连接,针对上述喷嘴的上述排出开口设置两个以上上述多个油墨排出流路,具备使油墨从上述油墨供给路向上述油墨排出流路循环的油墨循环装置,在将剪切速度1[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A1,将剪切速度100[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A100,将剪切速度1000[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A1000时,满足上述式(I)以及式(II)的关系,上述油墨循环装置执行控制,以使得上述压力室中与上述喷嘴连通的流路中的平均剪切速度在100[1/s]以上。
该特征是下述各实施方式所共用或者对应的技术特征。
作为本发明的实施方式,在即使是触变性的油墨也能够在喷墨头的适当粘度范围内进行油墨排出,所以能够实现排出性与定影性的兼得这一点上优选上述油墨满足上述式(III)~(V)的关系。
优选从上述喷嘴排出的油墨的排出速度的速度变动在5%以下。即,通过控制为满足上述式(I)以及式(II)的关系,即使是触变性较高的油墨,也将同一喷嘴中的速度变动抑制在5%以下,从而能够实现画质的提高。
另外,优选具备对上述压力室内的上述油墨给予压力的促动器,并且施加摆动波形,该摆动波形与使油墨从上述喷嘴排出的驱动波形相比电压小并且使上述压力室内的上述油墨的界面振动。通过施加摆动波形,搅拌(振动)油墨,能够降低触变性油墨的粘度,其结果是,能够抑制喷嘴堵塞、排出不良。
在油墨的射出性、向基材的紧贴性以及油墨的干燥性这一点上优选上述油墨含有颜料、定影树脂、水溶性溶剂以及水,含有3~10质量%的范围内的上述颜料,含有8~20质量%的范围内的上述定影树脂,含有10~30质量%的范围内的上述水溶性溶剂,含有40~79质量%的范围内的上述水。
并且,在提高从喷墨头的喷嘴的排出稳定性,使所形成的图像更高精细这一点上优选上述油墨的表面张力在22~25mN/m的范围内。
[本发明的图像形成方法的概要]
本发明的图像形成方法使用具备油墨循环装置的喷墨记录装置,在将剪切速度1[1/s]时的油墨的25℃下的粘度设为A1,将剪切速度100[1/s]时的油墨的25℃下的粘度设为A100,将剪切速度1000[1/s]时的油墨的25℃下的粘度设为A1000时,满足下述式(I)以及式(II)的关系,并且,上述油墨循环装置执行控制,以使得压力室中与喷嘴连通的流路中的平均剪切速度在100[1/s]以上。
式(I):A1000<A100<A1
式(II):|A100-A1000|<|A1-A100|
本发明的喷墨记录装置具备:压力室,从油墨供给路供给油墨,并且自如地对贮存于内部的上述油墨施加压力;喷嘴,具有用于排出上述油墨的排出开口,并且与上述压力室连通地设置;以及多个油墨排出流路,与上述喷嘴相对于上述压力室的连通位置接近地连接,针对上述喷嘴的上述排出开口设置两个以上上述多个油墨排出流路。而且,还具备使油墨从上述油墨供给路向上述油墨排出流路循环的油墨循环装置。后述喷墨记录装置的详细。
<油墨的粘度>
本发明的油墨的25℃下的粘度满足上述式(I)以及式(II)的关系。并且,优选本发明的油墨满足下述式(III)~(V)的关系。
式(III):1mPa·s<|A1-A1000|
式(IV):|A100-A1000|<10mPa·s
式(V):2mPa·s<A1000<20mPa·s
上述粘度使用流变仪(粘弹性测定装置)测定,作为流变仪,例如能够列举MCR-102(安东帕(AntonPaar)公司制)等。另外,在以下的条件下,测定各剪切速度下的粘度。
测定夹具:CP75-1-SN30423;d=0.151mm
测定条件:在25℃温度下测定。
<与喷嘴连通的流路中的平均剪切速度>
本发明的油墨循环装置执行控制,以使得压力室中与喷嘴连通的流路中的平均剪切速度在100[1/s]以上。
这里,“平均剪切速度”不是排出时,而是指循环时的平均剪切速度。另外,“与喷嘴连通的流路”如图9A中的附图标记R所示那样是指压力室131中喷嘴附近的流路。“喷嘴附近的流路”是指由最靠近喷嘴的流路部件构成的流路,具体而言是指由流路隔离基板12构成的流路R。
通过下述式计算本发明中的平均剪切速度。
平均剪切速度=平均流速÷代表圆管的半径
代表圆管的半径=在非圆的流路的情况下是(剖面积÷π)的正的平方根
单喷嘴的循环流量=所有喷嘴的循环流量(也称为“循环流量Q”。)(实测值)÷喷嘴数
平均流速=单喷嘴的循环流量÷与喷嘴连通的流路的剖面积
本发明的油墨循环装置执行控制,以使得与上述喷嘴连通的流路中的平均剪切速度在100[1/s]以上,优选控制在100~1000[1/s]的范围内。
作为用于将平均剪切速度控制在上述范围内的方法,如根据上述的计算平均剪切速度的式子可知那样,例如能够列举控制上述所有喷嘴的循环流量Q。
另外,由于能够通过下述式计算上述循环流量Q,所以为了控制该循环流量Q,能够列举调整后述的喷墨记录装置200中的构成喷墨头的油墨流路的第一油墨端口53以及第四油墨端口56(参照图11。)中的循环压差(压力差)(头的INLET与OUTLET的压差)。具体而言,喷墨记录装置200的控制部240通过适当地变更施加给油墨循环装置8的泵88的压力、各子储液罐81以及82内的油墨填充量和各子储液罐81以及82的上下方向(重力方向)的位置来调整压力P1以及压力P2,并通过压力P1以及压力P2的压力差(循环压差ΔP)控制与喷嘴连通的油墨流量(循环流量Q)。
循环流量Q=循环压差ΔP/头流路阻力R
(上述循环压差ΔP表示上述第一油墨端口53以及第四油墨端口56的循环压差。上述头流路阻力表示从第四油墨端口56到第一油墨端口53为止的流路阻力。)
以下,参照附图,对本发明的优选的实施方式进行说明。但是,发明的范围并不限定于图示例。此外,在本说明书中,为了方便说明,将喷墨头100的喷嘴111的排列方向亦即印字宽度方向设为左右方向,将在喷嘴111的下侧输送记录介质的方向设为前后方向,将与左右方向和前后方向正交的方向设为上下方向来进行说明。另外,附图的流路中的箭头是指油墨流动的方向。
此外,在本申请中,“~”以包含在其前后记载的数值作为下限值以及上限值的意思来使用。
[喷墨记录装置]
如图1所示,喷墨记录装置200具备供纸部210、图像记录部220、排纸部230、作为油墨的供给单元的油墨循环装置8(参照图11。)、以及控制部(参照图12。)等。喷墨记录装置200将储存于供纸部210的记录介质M输送到图像记录部220,在图像记录部220中对记录介质M形成图像,并将形成了图像的记录介质M输送到排纸部230。
供纸部210具有储存记录介质M的供纸托盘211和将记录介质M从供纸托盘211输送并供给至图像记录部220的介质供给部212。介质供给部212具备内侧被两根辊支承的轮状的轮带,通过在将记录介质M放置在该轮带上的状态下使辊旋转,来将记录介质M从供纸托盘211输送到图像记录部220。
图像记录部220具有输送鼓221、传递单元222、加热部223、头单元224、定影部225以及传送(delivery)部226等。
输送鼓221呈圆柱面,其外周面成为放置记录介质M的输送面。输送鼓221通过在其输送面上保持了记录介质M的状态下向图1中的箭头的方向旋转,从而沿着输送面输送记录介质M。另外,输送鼓221具备爪部以及吸气部(图示省略),通过爪部按压记录介质M的端部,并且通过吸气部将记录介质M吸引到输送面,从而在输送面上保持记录介质M。
传递单元222设置在供纸部210的介质供给部212与输送鼓221之间的位置,通过摇臂部222a保持并拾起从介质供给部212输送的记录介质M的一端,并经由传递鼓222b交给输送鼓221。
加热部223设置在传递鼓222b的配置位置与头单元224的配置位置之间,对通过输送鼓221输送的记录介质M进行加热以使该记录介质M成为规定的温度范围内的温度。加热部223例如具有红外线加热器等,基于从控制部(图示省略)供给的控制信号对红外线加热器进行通电以使加热器发热。
头单元224基于图像数据,在与保持了记录介质M的输送鼓221的旋转对应的适当的定时对记录介质M射出油墨来形成图像。头单元224配置为油墨射出面与输送鼓221对置并隔开规定的距离。在本实施方式的喷墨记录装置200中,例如分别与黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)以及黑色(K)四种颜色的油墨对应的四个头单元224配置为从记录介质M的输送方向上游侧开始按照Y、M、C、K的颜色的顺序以规定的间隔排列。
例如,如图2所示,在头单元224中,在前后方向相邻的一对喷墨头100的组在前后方向上在不同的位置配置为交错状。另外,头单元224在图像的记录时固定相对于输送鼓221的旋转轴的位置来使用。即,喷墨记录装置200是使用了行式头的进行一次走纸(onepass)描绘方式的图像记录的喷墨记录装置200。
定影部225具有遍及输送鼓221的X方向的宽度配置的发光部,从该发光部对放置于输送鼓221的记录介质M照射紫外线等能量线来使射出到记录介质M上的油墨固化并使其定影。定影部225的发光部在输送方向上在头单元224的配置位置的下游侧并且在传送部226的传递鼓226a的配置位置的上游侧配置为与输送面对置。
传送部226具备具有内侧被两根辊支承的轮状的轮带的带环226b、和将记录介质M从输送鼓221传递给带环226b的圆筒状的传递鼓226a,通过带环226b输送通过传递鼓226a从输送鼓221传递到带环226b上的记录介质M并送出到排纸部230。
排纸部230具有放置通过传送部226从图像记录部220送出的记录介质P的板状的排纸托盘231。
[喷墨头]
如图3A、图3B以及图4等所示,本实施方式的喷墨头100具备头芯片1、配设头芯片1的布线基板2、经由柔性基板3与布线基板2连接的驱动电路基板4、贮存向头芯片1内的压力室131供给的油墨的歧管5、在内侧收纳歧管5的壳体6、安装为堵住壳体6的底面开口的帽座板7、以及安装于壳体6的罩部件9等。
此外,在图3A中,省略歧管5的图示,在图3B以及图4中,省略罩部件9的图示。
另外,在本实施方式中,对头芯片1的喷嘴111的列数为四列的例子进行说明,但喷嘴111的列数、配置能够适当地变更,例如可以是一列到三列中的任意一个,也可以在五列以上。
头芯片1是沿左右方向长条的大致四棱柱状的部件,通过依次层叠压力室基板13、流路隔离基板12、以及喷嘴基板11构成(参照图5~10。)。
在压力室基板13设置有压力室131、空气室132以及共用油墨排出路133等(参照图5、图6A以及图6B等)。
将压力室131和空气室132设置为在左右方向上交替地配置许多,并在前后方向设置为四列。
压力室131具有大致矩形形状的剖面并沿着上下方向形成,在压力室基板13的上表面具有入口,在下表面具有出口。另外,压力室131在上方向的端部与油墨贮存部51连通,从该油墨贮存部51向压力室131供给有油墨,在压力室131内部贮存有用于从喷嘴111射出的油墨。另外,压力室131横跨压力室基板13和流路隔离基板12,沿着上下方向形成为具有同一面积的大致矩形形状的剖面,并在下方向的端部与喷嘴111连通(参照图9A、图9B等。)。
空气室132具有比压力室131稍大的大致矩形形状的剖面并沿着上下方向形成为与压力室131平行。另外,空气室132与压力室131不同,不与油墨贮存部51连通,油墨不会流入空气室132内。另外,空气室132也不与喷嘴111连通(参照图9A、图9B等。)。
通过由压电材料形成的作为压力产生单元的隔壁136隔开形成压力室131和空气室132(参照图10A。)。在隔壁136设置有未图示的驱动电极,通过这些隔壁136以及驱动电极构成促动器。而且,若对该驱动电极施加电压,则相邻的压力室131间的隔壁136部分反复共享模式位移,从而对压力室131内的油墨施加压力。此外,在图5~图10等所示的压力室131中,不使用仅在单侧具有隔壁136的位于左右方向的端部的压力室131,而使用其以外的在两侧具有隔壁136的压力室131。
并且,在本发明的喷墨头100中,优选进行所谓的弯月面摆动。弯月面摆动基于摆动波形使压力室131的容积在恒定的范围内连续地往复变动,不排出油墨,而使喷嘴111内的油墨形成的弯月面(弯曲的界面)、喷嘴111内、压力室131内的油墨振动。
这里,“摆动波形”是比进行液滴排出的收缩的脉冲弱的驱动脉冲,是在仅产生压力波的范围内使压力室的容积收缩或者膨胀的收缩或者膨胀的脉冲,是为了抑制喷嘴附近的液体(油墨)干燥而粘度增加所引起的堵塞(印花疵点(Decap)),而用于使喷嘴内的液体的界面摆动的波形。
因此,在不排出油墨时(非印字时),通过进行喷嘴循环以及弯月面摆动,能够搅拌喷嘴111内的油墨,所以在接下来进行排出(印字)时,能够抑制沉降所引起的喷嘴堵塞、喷嘴111内的油墨增粘所引起的排出不良,能够抑制排出速度的降低。
具体而言,通过给予压力室131内的油墨压力的上述促动器(隔壁136以及驱动电极等),施加与使油墨从喷嘴111排出的驱动波形相比电压小且使压力室131内的油墨的界面振动的摆动波形。
此外,也可以不设置空气室132而仅形成压力室131,但如上述那样,优选交替地设置压力室131和空气室132。由此,能够使压力室131彼此不相邻,所以在与一个压力室131相邻的隔壁136变形时,能够不对其它的压力室131造成影响。
第一共用油墨排出路134与第二共用油墨排出路135连结构成共用油墨排出路133(图5以及图6B等参照)。
第一共用油墨排出路134在压力室基板13的下表面侧,在头芯片1的前侧、后侧、以及它们的中央部排列三列并沿着左右方向设置为避开设置了压力室131以及空气室132的部分。另外,在第一共用油墨排出路134的下表面侧连结有多个设置于流路隔离基板12的单独油墨排出路121,从这些单独油墨排出路121(第二单独油墨排出路123)流过来的油墨能够在第一共用油墨排出路134合流(图6B、图7A以及图9A)。另外,第一共用油墨排出路134在右端部附近,与能够向头芯片1外排出油墨的第二共用油墨排出路135连结。因此,第一共用油墨排出路134成为从单独油墨排出路121(第二单独油墨排出路123)流过来的油墨朝向该第二共用油墨排出路135流动的流路。
第二共用油墨排出路135与压力室131相同,沿着上下方向形成。另外,对于第二共用油墨排出路135来说,压力室基板13的下表面侧与第一共用油墨排出路134连通,上表面侧与排出用液室57连通,成为用于将从第一共用油墨排出路134流过来的油墨朝向上侧(与喷嘴基板11侧相反侧)排出到头芯片1的外部的流路。另外,第二共用油墨排出路135设置在头芯片1的右端部附近,并与第一共用油墨排出路134连通。另外,第二共用油墨排出路135通过设置为具有比各个压力室131大的容积,能够提高油墨的排出效率。
在流路隔离基板12形成有压力室131、和设置为从该压力室131分支的单独油墨排出路121(参照图9A以及图9B等)。
压力室131横跨流路隔离基板12和压力室基板13,沿着上下方向形成为具有同一面积的大致矩形形状的剖面。
对于单独油墨排出路121来说,一端部与压力室131连结,另一端部与第一共用油墨排出路134连结,成为将压力室131的油墨排出到第一共用油墨排出路134的流路。
从容易使气泡、异物等与油墨一起排出的观点来看对喷嘴111的排出开口设置两个以上单独油墨排出路121。即,对各压力室131至少设置两个以上单独油墨排出路121。另外,例如如图9A以及图9B所示,单独油墨排出路121在压力室131的前方向和后方向分别各设置一个,共计设置两个,能够得到容易使气泡、异物等与油墨一起排出的效果,并且制造效率也提高所以优选。
流路隔离基板12从单独油墨排出路121的加工容易进行(精度较高)这样的观点、导热率较高所以能够容易均匀地保持油墨温度这样的观点来看,优选为由硅酮,不锈钢(SUS)或者42合金构成的基板。另外,优选使用这些材料中热膨胀系数与形成压力室基板13的材料接近的材料的基板。
在喷嘴基板11设置有在厚度方向(上下方向)上贯通的孔亦即喷嘴111(参照图8。)。喷嘴111与压力室131连通,成为在对压力室131内的油墨施加了压力时,射出贮存于压力室131内的油墨的射出口(排出开口)。另外,本实施方式中的喷嘴111在左右方向上排列,并且在前后方向呈四列。
另外,如图9A以及图9B等所示,优选喷嘴基板11は,构成第一单独油墨排出路122的流路壁中的一个。另外,由于喷嘴基板11的厚度较薄,所以能够作为能够通过压力稍微进行弹性变形来变更流路的容积的阻尼器发挥作用。
优选喷嘴基板11使用由聚酰亚胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚酰胺树脂、聚砜树脂等构成的基板。由此,能够通过激光加工对树脂基板进行高精度的加工制造喷嘴基板11,也具有优异的油墨耐性所以优选。另外,由于这些树脂基板高弹性,所以能够合适地作为第一单独油墨供给路的流路壁使用。
另外,也能够通过对硅酮基板进行蚀刻加工制造喷嘴基板11。
另外,从流路保护的观点出发,优选在头芯片1内成为油墨的流路的压力室131、单独油墨排出路121以及共用油墨排出路133的流路表面设置具有耐油墨性的保护膜。
保护膜只要是具有耐油墨性的保护膜则并不特别限定,但例如优选使用含有聚对二甲苯或者其衍生物的膜(以下,也称为聚对二甲苯(parylene)膜。)。
聚对二甲苯膜是由对二甲苯树脂或者其衍生物树脂构成的树脂覆膜,例如能够通过将固体的对二甲苯二聚体或者其衍生物作为蒸镀源的气相合成法(Chemical VaperDeposition:CVD法)形成。即,对二甲苯二聚体气化,并进行热分解产生的对二甲苯自由基吸附于流路部件、金属层的表面进行聚合反应,形成覆膜。
聚对二甲苯膜有具有各种性能的聚对二甲苯膜,但也能够根据需要的性能等,应用各种聚对二甲苯膜、层叠多个这些各种的聚对二甲苯膜的多层构成的聚对二甲苯膜等作为所希望的聚对二甲苯膜。从得到优异的绝缘性以及耐油墨性的效果的观点来看,优选聚对二甲苯膜的层厚在5~20μm的范围内。
聚对二甲苯是分子量达50万的结晶性聚合物,使原料的对二甲苯二聚体升华进行热分解来使对二甲苯自由基产生。对二甲苯自由基附着于隔离基板40同时进行聚合生成聚对二甲苯,形成保护膜。
作为聚对二甲苯,能够列举聚对二甲苯N(日本聚对二甲苯株式会社制的商品名)。
作为聚对二甲苯衍生物,能够列举在苯环上置换了一个氯原子的聚对二甲苯C(日本聚对二甲苯株式会社制的商品名)、在苯环的2位和5位置换了氯原子的聚对二甲苯D(日本聚对二甲苯株式会社制的商品名)、将连接苯环的亚甲基的氢原子置换为氟原子的聚对二甲苯HT(日本聚对二甲苯株式会社制的商品名)。
从通过上述的层厚得到优异的绝缘性以及耐油墨性的效果的观点来看,在这些商品中,也优选使用聚对二甲苯N或者聚对二甲苯C,作为本实施方式的聚对二甲苯以及聚对二甲苯的衍生物。
此外,虽然本实施方式的第一单独油墨排出路122设置在流路隔离基板12的下表面侧部分,但并不限定于此。例如,也可以将第一单独油墨排出路122设置为横跨喷嘴基板11与流路隔离基板12双方,也可以仅设置于喷嘴基板11,也可以设置为与流路隔离基板12的底面相比稍微设置在上侧而不与喷嘴基板11相邻。
如图4所示,在头芯片1的上表面配设有布线基板2,在沿着布线基板2的前后方向的两边缘部配设与驱动电路基板4连接的两个柔性基板3。
布线基板2形成为在左右方向长条的大致矩形板状,在其大致中央部具有开口部22。形成为布线基板2的左右方向以及前后方向的各宽度分别比头芯片1大。
开口部22形成为在左右方向长条的大致矩形形状,在布线基板2安装了头芯片1的状态下,使头芯片1中的各压力室131的入口、和第二共用油墨排出路135的出口在上侧露出。
柔性基板3使驱动电路基板4与布线基板2的电极部电连接,能够将来自驱动电路基板4的信号经由柔性基板3施加到设置于头芯片1内的隔壁136的驱动电极。
另外,在布线基板2的外边缘部通过粘合安装固定有歧管5的下端部。即,歧管5配置在头芯片1的压力室131的入口侧(上侧),并经由布线基板2与头芯片1连结。
歧管5是由树脂成形的部件,设置在头芯片1的压力室131的上部,贮存向压力室131导入的油墨。具体而言,如图3B等所示,歧管5形成为在左右方向长条,具备构成油墨贮存部51的中空状的主体部52、和构成油墨流路的第一油墨端口53~第四油墨端口56。另外,油墨贮存部51通过用于除去油墨中的垃圾的过滤器F,划分为上侧的第一液室51a和下侧的第二液室51b两个。
第一油墨端口53与第一液室51a的右侧上端部连通,用于向油墨贮存部51的油墨的导入。另外,在第一油墨端口53的前端部外插有第一接头81a。
第二油墨端口54与第一液室51a的左侧上端部连通,为了除去第一液室51a内的气泡而使用。另外,在第二油墨端口54的前端部外插有第二接头81b。
第三油墨端口55与第二液室51b的左侧上端部连通,为了除去第二液室51b内的气泡而使用。另外,在第三油墨端口55的前端部外插有第三接头82a。
第四油墨端口56与和头芯片1的第二共用油墨排出路135连通的排出用液室57连通,从头芯片1排出的油墨通过第四油墨端口56,排出到喷墨头100的外部。
壳体6例如是将铝作为材料通过压铸法成形而成的部件,形成为在左右方向长条。另外,壳体6形成为能够在其内侧收纳安装了头芯片1、布线基板2以及柔性基板3的歧管5,该壳体6的底面开放。另外,在壳体6的左右方向的两端部分别形成有用于将该壳体6安装于打印机主体侧的安装用孔68。
帽座板7在其大致中央部形成在左右方向长条的喷嘴用开口部71,以堵住壳体6的底面开口的方式安装为喷嘴基板11经由喷嘴用开口部71露出。
[油墨循环装置]
油墨循环装置8是用于使从喷墨头100内的压力室131向单独油墨排出路121的油墨的循环流产生的油墨的供给单元。油墨循环装置8由供给用子储液罐81、循环用子储液罐82以及主储液罐83等构成(参照图11。)。
供给用子储液罐81填充用于供给至歧管5的油墨贮存部51的油墨,并通过油墨流路84与第一油墨端口53连接。
循环用子储液罐82填充从歧管5的排出用液室57排出的油墨,并通过油墨流路85与第四油墨端口56连接。
另外,供给用子储液罐81和循环用子储液罐82相对于头芯片1的喷嘴面(以下,也称为“位置基准面”。),在上下方向(重力方向)上设置在不同的位置。由此,产生该位置基准面与供给用子储液罐81的水位差所引起的压力P1、和该位置基准面与循环用子储液罐82的水位差所引起的压力P2。
另外,供给用子储液罐81与循环用子储液罐82通过油墨流路86连接。而且,通过由泵88施加的压力,能够使油墨从循环用子储液罐82返回到供给用子储液罐81。
主储液罐83填充用于供给至供给用子储液罐81的油墨,并通过油墨流路87与供给用子储液罐81连接。而且,通过由泵89施加的压力,能够从主储液罐83向供给用子储液罐81供给油墨。
另外,通过适当地变更各子储液罐内的油墨填充量、和各子储液罐的上下方向(重力方向)的位置,能够调整压力P1以及压力P2。而且,通过压力P1以及压力P2的压力差,能够使喷墨头100内的油墨以适当的循环流速循环。由此,能够除去在头芯片1内产生的气泡、异物等,抑制喷嘴111的堵塞、射出不良等。
此外,虽然作为油墨循环装置8的一个例子,对通过水位差控制油墨的循环的方法进行了说明,但只要是能够产生油墨的循环流的构成,则当然能够适当地变更。
图12是表示喷墨记录装置的主要的功能构成的框图。
如上述那样,喷墨记录装置200具备供纸部210、图像记录部220(输送鼓221、传递单元222、加热部223、头单元224、定影部225以及传送部226)、排纸部230、作为油墨的供给单元的油墨循环装置8、以及控制部240等。
控制部240与构成喷墨记录装置200的各部连接,控制构成喷墨记录装置200的各部。控制部240具有CPU241、RAM242以及ROM243等。CPU241从ROM243等存储装置读出与处理内容对应的各种程序、数据等并执行,并根据执行的处理内容控制喷墨记录装置200的各部的动作。RAM242暂时地存储通过CPU241处理的各种程序、数据等。ROM243存储通过CPU241等读出的各种程序、数据等。
具体而言控制部240对喷墨记录装置200的油墨循环装置8进行以下那样的处理。
即,能够列举控制部240将在与喷嘴111连通的流路R流动的油墨流量(循环流量Q),即循环压差ΔP控制为与喷嘴111连通的流路R的平均剪切速度在100[1/s]以上的情况。
具体而言,通过适当地变更施加给油墨循环装置8的泵88的压力、各子储液罐81、82内的油墨填充量、各子储液罐81、82的上下方向(重力方向)的位置调整压力P1以及压力P2,通过压力P1以及压力P2的压力差(循环压差ΔP)控制循环流量Q。优选上述循环压差ΔP在5kPa~30kPa的范围内。
[其它]
应该理解以上说明的本发明的实施方式在全部的点为例示而并不是限制性的实施方式。即,本发明的范围不由上述的说明示出而由权利要求书示出,包含与权利要求书同等的意思以及范围内的全部的变更。
作为本实施方式的头芯片1,示出了依次层叠了喷嘴基板11、流路隔离基板12以及压力室基板13的例子,但是并不限定于此,也可以是喷嘴基板11以及压力室基板13的双层构成。该情况下,在喷嘴基板11以及压力室基板13的至少一方设置单独油墨排出路121即可。
另外,虽然作为本实施方式的喷墨头100,示出了共享模式的例子,但只要设置对压力室131内的油墨施加压力的单元即可,并不限定于此。
另外,虽然作为本实施方式的喷墨记录装置200的描绘方式,示出了使用行式头的一次走纸描绘方式的例子,但是并不限定于此,例如也可以是扫描方式。
另外,虽然作为本实施方式的头芯片1,示出了压力室131以及第二共用油墨排出路135在头芯片1的上下表面进行开口的直线型的例子,但并不限定于此。例如,也可以是在头芯片1的前后左右方向的任意一个侧面进行开口的构成,也可以是在流路的中途具有改变油墨的流动方向的弯曲部的构成。
[油墨]
接下来,对本发明所使用的喷墨油墨(以下,也仅称为“油墨”。)的物性以及组成进行说明。
<喷墨油墨的物性>
本发明的油墨在提高从喷墨头的喷嘴的排出稳定性这一点,优选表面张力在20~50mN/m的范围内,从提高对基材的润湿性,使形成的图像更高精细的观点来看,更优选在22~25mN/m的范围内。
作为上述表面张力的测定方法,例如能够参照新实验化学讲座第18卷(界面与交替),日本化学会编,丸善株式会社发行:P.68~117),具体而言,能够使用环法(DuNouy法)、垂直板法(Wilhelmy法)求出,能够通过多功能自动表面张力计K100(KRUSS公司制)等测定。
另外,油墨的表面张力能够通过变更后述的表面活性剂以及水溶性溶剂的种类或者量,调整为上述范围。
另外,本发明的油墨在将剪切速度1[1/s]时的25℃下的粘度设为A1,将剪切速度100[1/s]时的25℃下的粘度设为A100,并将剪切速度1000[1/s]时的25℃下的粘度设为A1000时,满足上述式(I)以及式(II)的关系。并且,优选本发明的油墨满足上述式(III)~式(V)的关系。
另外,本发明的油墨为了满足上述式(I)以及(II)的关系,优选含有后述的水溶性溶剂、水、颜料、定影树脂以及触变性赋予剂等。并且,对于粘度特性,优选满足以下的(1-1)以及(1-2)的条件。
(1-1)剪切速度1000[1/s]时的粘度(25℃)在15mPa·s以下。
(1-2)在油墨干燥率20%时,剪切速度1[1/s]时的粘度(25℃)在150mPa·s以上。
对于上述(1-1)以及(1-2)中粘度的测定来说,能够与上述式(I)以及式(II)中的粘度相同地通过旋转式粘度计测定。作为旋转式粘度计,例如能够列举安东帕公司制MCR-102。在本说明书中,除非另有说明,则粘度表示在25℃下测定出的粘度。
在本说明书中,“水系溶剂”是指水,或者含有水和水溶性溶剂的溶剂。水溶性溶剂是在室温下与水具有相溶性的溶剂。
“油墨干燥率20%”表示从喷墨油墨除去水系溶剂以成为初始质量的80%的质量的状态。能够根据在温度条件60℃下对油墨进行干燥时的干燥前后的质量通过下述式(A)计算油墨干燥率。
式(A)油墨干燥率[%]=(WBEFORE-WAFTER)/WBEFORE×100
其中,在式(A)中,WBEFORE表示油墨的干燥前的质量(初始质量)。WAFTER表示油墨的干燥后的质量。具体而言,通过在玻璃基板上滴下大约100mL的油墨,进行称重求出油墨的干燥前质量,之后在能够进行质量测定的加热板上加热到60℃来进行油墨的干燥。
为了得到油墨干燥率20%时的粘度,在成为初始质量(干燥前质量)的80%的质量的时刻中止上述干燥,并使用得到的干燥后的油墨测定粘度即可。
关于上述(1-1),优选本发明的油墨在剪切速度1000[1/s]时的粘度在10mPa·s以下。此外,剪切速度1000[1/s]时的粘度的下限并不特别限制,但从喷墨排出性的观点来看优选为5mPa·s左右。
关于上述(1-2),优选本发明的油墨在油墨干燥率20%下的剪切速度1[1/s]时的粘度在300mPa·s以上。
这里,若剪切速度1[1/s]时的粘度至少为150mPa·s,则向基材的油墨的着落时能够抑制混色等的产生。油墨干燥率越高油墨的粘度越增加。若使用本发明的油墨,则通过即使使油墨干燥率较高也仅为20%,能够使剪切速度1[1/s]时的粘度达到150mPa·s。由此,在向基材的油墨的着落时,能够不过度地加热油墨,而抑制混色等的产生。
并且,优选本发明的油墨关于上述(1-2),满足以下的(1-3)的条件。
(1-3)剪切速度1[1/s]时的粘度(25℃)在25mPa·s以上。
如上述那样油墨干燥率越高油墨的粘度越增加。因此,考虑剪切速度1[1/s]时的油墨的粘度在完全未干燥的状态和油墨干燥率20%之间具有某种程度相关性。关于上述(1-3),本发明的油墨更优选剪切速度1[1/s]时的粘度在45mPa·s以上,进一步优选在100mPa·s以上。
优选本发明的油墨还满足以下的(1-4)、(1-5)以及(1-6)的条件的至少一个,更优选满足两个以上,进一步优选满足全部。
(1-4)在油墨干燥率20%时,在温度25℃、角频率ω10rad/s、摆角γ1~1000%的条件下使畸变变化时的畸变1%时的损耗正切(tanδ)小于1。
(1-5)在油墨干燥率20%时,在温度25℃、角频率ω10rad/s、摆角γ1~1000%的条件下使畸变变化时的储能弹性模量与损耗弹性模量的交叉畸变在20%以上。
(1-6)在通过下述式(2)表示的粘度方程式中由n表示的触变指数在0.85以下。
式(2) ηa=μDn-1
(在式(2)中,ηa表示表观粘度。D表示剪切速度。Μ表示非牛顿粘性系数。)
能够通过流变仪(粘弹性测定装置)测定上述(1-4)中的损耗正切(tanδ)、以及(1-5)中的储能弹性模量和损耗弹性模量。作为流变仪,例如能够列举安东帕公司制MCR-102。在本说明书中,也有仅将损耗正切表示为“tanδ”的情况。
在本说明书中,能够使用流变仪,具体而言,使用安东帕公司制MCR-102,在震动模式下,在温度25℃、角频率ω10rad/s、摆角γ1~1000%的测定条件下测定tanδ、储能弹性模量以及损耗弹性模量。此外,在测定时,使流变仪的锥板的摆角γ变化来使测定样本畸变。这里,测定样本随着摆角γ而畸变,所以锥板的摆角γ与测定样本的畸变成为相同的值。
在上述(1-4)中,在上述测定中,将畸变为1%时的tanδ作为指标。在该测定条件下若畸变为1%时的tanδ小于1则油墨更具有弹性的性质,若以相同的粘度进行比较则钉扎性更好,而画质进一步提高。在上述(1-4)中,更优选畸变1%时的tanδ在0.8以下,进一步优选在0.6以下。
在上述(1-5)中,在上述测定中,将使畸变变化时的储能弹性模量与损耗弹性模量的交叉畸变作为指标。具体而言,“交叉畸变”表示在纵轴以对数取储能弹性模量(Pa),并在横轴以对数取畸变(%)的图表、和在纵轴以对数取损耗弹性模量(Pa),并在横轴以对数取畸变(%)的图表的交点上的畸变的值(%)。若在该测定条件下交叉畸变(%)在20%以上,则油墨更具有弹性的性质,与上述相同而画质提高。更优选交叉畸变在30%以上,进一步优选在40%以上。
在上述(1-6)中,通过式(2)表示的粘度方程式;ηa=μDn-1是表示表观粘度ηa(mPa·s)与剪切速度D[1/s]的关系的式子。能够使用流变仪例如安东帕公司制MCR-102测定粘度方程式中的表观粘度ηa(mPa·s)与剪切速度D[1/s]的关系。
具体而言,在MCR102的旋转模式下,以温度:25℃、时间设定:测定点150点、测定间隔:2s,并使剪切速度在1000[1/s]~1[1/s]的范围,来测定表观粘度ηa(mPa·s)。制成在纵轴(Y轴)以对数取表观粘度ηa(mPa·s),并在横轴(X轴)以对数取剪切速度[1/s]的图表,并根据图表的斜率(n-1)求出触变指数n。此外,图表的截距是非牛顿粘性系数μ。
这里,根据粘度方程式;ηa=μDn-1能够如以下那样求出n。
logηa=log(μD(n-1))
=logμ+log(D(n-1))
=logμ+(n-1)×logD
若在Y轴取logηa,并在X轴取logD进行绘制,则Y=(n-1)X+log,能够根据斜率(n-1)计算n。
在上述(1-6)中,若触变指数在0.85以下,则能够降低头循环时的粘度,并且着落时的增粘速度加快而画质提高。在打印速度较快时能够进一步防止混色。
<喷墨油墨的组成>
本发明的油墨是满足上述的式(I)以及式(II)的关系的油墨,优选含有水系溶剂(水溶性溶剂、水)、颜料以及定影树脂,特别是优选含有触变性赋予剂。
另外,优选本发明的油墨含有3~10质量%的范围内的颜料,8~20质量%的范围内的定影树脂,10~30质量%的范围内的水溶性溶剂,以及40~79质量%的范围内的水。
另外,优选本发明的油墨的固体成分的含量为6~30质量%。“油墨的固体成分”是指不能够通过100℃的干燥从油墨除去的固体状成分。油墨的固体成分例如是包含水系溶剂的溶剂以外的成分。
另外,本发明的油墨除了上述的水系溶剂、颜料、定影树脂以及触变性赋予剂以外,还能够含有不损害本发明的效果的任意的成分。作为任意成分,例如能够列举颜料分散剂、表面活性剂等。以下对本发明的油墨中的各成分进行说明。
(触变性赋予剂)
触变性赋予剂只要是能够赋予油墨满足上述式(I)以及(II)的条件的触变性的材料则并不特别限定。
优选触变性赋予剂为粒子形状(其中,粒子形状包含纤维形状。),更优选纵横比在20以上。
作为触变性赋予剂为粒子形状的情况下的形状,优选为椭圆状、鱗片状、板状、针状、纤维状等。优选表示触变性赋予剂的长径相对于短径之比的纵横比在20以上。若纵横比在20以上,则容易赋予油墨触变性。此外,优选触变性赋予剂的长径在2μm以下。若触变性赋予剂的长径超过2μm则有对喷墨排出性造成影响的情况。
此外,在本说明书中,触变性赋予剂的纵横比的测定剖面是与粒子的长度方向平行的剖面且为在厚度方向切剖的剖面。纵横比是根据从该剖面得到的各五十个的平均粒子长径和平均粒子短径求出的值。这里,在粒子形状为鱗片状、板状的情况下,短径是粒子的厚度,长径是与粒子的厚度方向正交的剖面的、也就是俯视粒子的情况下的长边的长度或者最大径。在粒子形状为针状、纤维状的情况下,长径是粒子的长度,短径是与粒子的长度方向正交的剖面的、也就是俯视粒子的情况下的长径或者最大宽度。
作为触变性赋予剂的材质,能够列举多糖类、无机粒子等。作为多糖类,具体而言,能够列举纤维素、壳多糖、壳聚糖、黄原胶、威兰胶、琥珀酰聚糖、瓜尔胶、刺槐豆胶及其衍生物、葡甘露聚糖、琼脂、卡拉胶等。作为上述衍生物,例如能够列举甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等作为纤维素的衍生物。
作为多糖类,优选重均分子量为数百万左右的天然多糖类。具体而言,优选为黄原胶、瓜尔胶、以及卡拉胶等。
另外,在本发明的油墨中,优选使用通过使用催化剂的氧化处理、使用研磨机等的机械处理等以往公知的方法将树木、蟹、虾等甲壳类的壳等多糖类的集合体极细地解开为纤维并进行微细化的多糖类的纳米纤维作为触变性赋予剂。作为多糖类的纳米纤维中的多糖类,优选为纤维素、壳多糖以及壳聚糖中至少一种,更优选为纤维素。
此外,在本说明书中,纳米纤维是指宽度为1~100nm左右,且纵横比在100以上的纤维。例如,能够使用电子显微镜测定纳米纤维的长度以及宽度。对于纳米纤维的宽度来说,例如既可以测定俯视时的宽度,也可以测定纳米纤维的与长度方向正交的剖面的直径作为宽度。无论在哪种情况下,均将五十个纳米纤维中各纳米纤维的最大宽度的平均作为纳米纤维的“宽度”。纳米纤维的“长度”是五十个纳米纤维的平均长度。作为将该长度除以该宽度的值求出纳米纤维的纵横比。
在本发明的油墨中,在使用多糖类的纳米纤维作为触变性赋予剂的情况下,优选纳米纤维中更小尺寸的纤维。纳米纤维的宽度优选为1~50nm,更优选为1~5nm。另外,纳米纤维的长度优选为0.5~2μm,更优选为0.5~1μm,但并不限定于此。更优选纳米纤维的纵横比在20~400的范围内,进一步优选在100~300的范围内。
在多糖类的集合体中,纤维素、壳多糖、壳聚糖等多糖类以被称为微原纤维的结构单位相互捆扎的状态存在。该微原纤维的宽度为3~4nm,长度为几μm(例如,2~5μm),但难以一根一根地解开。在以机械的方式粉碎多糖类的集合体的情况下,在许多的以往方法中,成为宽度为20~50nm左右的纳米纤维。在本发明中也可以使用这样的纳米纤维作为多糖类的纳米纤维,但更优选使用通过TEMPO氧化更细地例如解开为微原纤维单位的TEMPO氧化纳米纤维。
“TEMPO氧化”是指将2,2,6,6-四甲基-1-哌啶-氧自由基(TEMPO)作为催化剂的氧化反应。通过使多糖类的集合体在TEMPO的存在下进行氧化,得到相当于微原纤维的例如宽度为3~4nm,长度为几μm(例如,2~5μm)的极细的纳米纤维。
作为触变性赋予剂使用的纤维素纳米纤维是使纤维素纳米纤维化的纤维。作为进行了纳米纤维化的纤维素的形态,例如能够列举粉末纤维素、微晶纤维素等。
作为纤维素纳米纤维,可以适当利用第一工业制药公司制的RHEOCRYSTA(注册商标)、日本制纸公司制的TEMPO氧化纤维素纳米纤维、Cellenpia TC-01A、CellenpiaTC-02X(“Cellenpia”为注册商标)、Sugino Machine公司制IMa-10002、BMa-10002、WMa-10002、AMa-10002、FMa-10002、大王制纸公司制的ELEX-☆、ELEX-S、王子制纸公司制AUROVISCO等。
作为无机粒子,只要是具有能够赋予油墨满足上述(1-1)以及(1-2)的条件的触变性的材料以及形状的粒子则并不限定,但优选为天然或者合成的各种粘土矿物的粒子。
作为粘土矿物,优选蒙皂石粘土矿物。蒙皂石粘土矿物被分类为层状硅酸盐矿物或膨润土族矿物的页状硅酸盐类。蒙皂石粘土矿物根据层叠结构被分为蒙皂石亚族和皂石亚族。蒙皂石亚族包括蒙皂石、绿脱石或贝得石。皂石亚族包括锂蒙皂石、皂石或锌蒙皂石。
蒙皂石粘土矿物可以为天然物,也可以为合成物。蒙皂石粘土矿物为板状体层叠而成的层状物质,作为触变性赋予剂使用时,通常以层间剥离后的板状粒子的形式使用。蒙皂石粘土矿物为合成物时,与天然物相比具有更小的长径比,并且杂质含量更少。
优选蒙皂石粘土矿物的板状粒子的厚度在0.2~3.0nm的范围内,长度在10~150nm的范围内。更优选板状粒子的厚度在0.2~2.0nm的范围内,长度在10~125nm的范围内。纵横比是将板状粒子的长度除以厚度的值,优选在20以上。更优选纵横比在20~200的范围内。
例如,能够使用电子显微镜测定板状粒子的长度以及厚度。板状粒子的厚度例如是在规定的剖面测定出的板状粒子的厚度的五十个的平均值。板状粒子的“长度”是在俯视板状粒子时作为最大径测定出的长度的五十个的平均值。作为将该长度除以该厚度后的值求出板状粒子的纵横比。
作为蒙皂石粘土矿物,例如,可以使用作为合成层状硅酸盐的LAPONITE(BYK公司制)。LAPONITE是结构和化学组成接近作为天然蒙皂石粘土矿物的锂蒙脱石的合成低电荷粘土。LAPONITE的主要粒子是最大直径为30nm和厚度为1nm的圆盘状的形态。
作为蒙皂石粘土矿物,可以使用市售品。作为市售品,例如,可举出LAPONITERD(BYK公司制)、作为KUNIMINE工业(株)制的精制膨润土的Kunipia F、Kunipia G等。
另外,作为无机粒子,也可以使用作为纳米纤维的川研精细化学制的氧化铝纳米纤维(短径为4nm且长径为1400nm)。
优选本发明的油墨中的触变性赋予剂的含量相对于油墨总量在0.01~1质量%的范围内,更优选在0.08~0.5质量%的范围内。
在本发明的油墨中,既可以单独使用一种触变性赋予剂,也可以并用两种以上触变性赋予剂。此外,在本发明的油墨中,优选触变性赋予剂由两种以上的材料构成。并且,优选该两种以上的材料中的一种为蒙皂石粘土矿物。作为触变性赋予剂的优选的组合,能够列举纤维素纳米纤维与蒙皂石粘土矿物的组合、黄原胶与蒙皂石粘土矿物的组合。特别是,优选为纤维素纳米纤维与蒙皂石粘土矿物的组合。
考虑即使在分别单独使用纤维素纳米纤维与蒙皂石粘土矿物的情况下,例如也能够通过在油墨干燥率20%下形成特异性的凝胶结构体,来赋予油墨弹性的性质。由此,含有纤维素纳米纤维或者蒙皂石粘土矿物的油墨能够容易地实现上述(1-4)以及(1-5)。另外,通过组合纤维素纳米纤维以及蒙皂石粘土矿物使用,能够进一步提高上述的弹性的性质,而优选。
虽然能够根据油墨粘度、触变性选择蒙皂石粘土矿物与其它的触变性赋予剂之比,但作为比率能够在10:1~1:10的范围调整自蒙皂石粘土矿物:其它的触变性赋予剂的质量比。通过进行组合与分别单体地添加相比较大地提高油墨的触变性而画质变好。触变性提高的理由虽然是估计出的,但考虑蒙皂石粘土矿物具有电荷,而蒙皂石粘土矿物与其它的触变性赋予剂电缔合形成结构体。
(颜料)
作为本发明的油墨中含有的颜料,可以使用以往公知的有机和无机颜料。例如可举出偶氮色淀、不溶性偶氮颜料、缩合偶氮颜料、螯合偶氮颜料等偶氮颜料、酞菁颜料、苝和苝颜料、蒽醌颜料、喹吖啶酮颜料、二嗪颜料、硫靛颜料、异吲哚啉酮颜料、喹酞酮颜料等多环式颜料、碱性染料型色淀、酸性染料型色淀等染料色淀、硝基颜料、亚硝基颜料、苯胺黑、日光荧光颜料等有机颜料、炭黑等无机颜料。
作为可以优选使用的具体的有机颜料,可举出以下的颜料。
作为品红或红色用颜料,例如,可举出C.I.颜料红2、C.I.颜料红3、C.I.颜料红5、C.I.颜料红6、C.I.颜料红7、C.I.颜料红15、C.I.颜料红16、C.I.颜料红48:1、C.I.颜料红53:1、C.I.颜料红57:1、C.I.颜料红122、C.I.颜料红123、C.I.颜料红139、C.I.颜料红144、C.I.颜料红149、C.I.颜料红166、C.I.颜料红177、C.I.颜料红178、C.I.颜料红202、C.I.颜料红222、C.I.颜料紫19等。
作为橙色或黄色用颜料,例如,可举出C.I.颜料橙31、C.I.颜料橙43、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄13、C.I.颜料黄14、C.I.颜料黄15、C.I.颜料黄15:3、C.I.颜料黄17、C.I.颜料黄74、C.I.颜料黄93、C.I.颜料黄128、C.I.颜料黄94、C.I.颜料黄138、C.I.颜料黄155等。特别是在色调与耐光性的平衡上,优选C.I.颜料黄155。
作为绿色或青色用颜料,例如,可举出C.I.颜料蓝15、C.I.颜料蓝15:2、C.I.颜料蓝15:3、C.I.颜料蓝16、C.I.颜料蓝60、C.I.颜料绿7等。
另外,作为棕色用颜料,例如,可举出C.I.颜料棕1、C.I.颜料棕6、C.I.颜料棕7等。
油墨中的颜料的含量没有特别限定,但对于无机颜料优选在7~18质量%的范围内,对于有机颜料优选在0.5~7质量%的范围内。
(颜料分散剂)
本发明的油墨可以任意含有颜料分散剂用于分散颜料。作为颜料分散剂,没有特别限定,优选具有阴离子性基团的高分子分散剂,可以适当使用数均分子量在5000~200000的范围内的颜料分散剂。
作为颜料分散剂,例如,可以举出具有来自选自苯乙烯、苯乙烯衍生物、乙烯基萘衍生物、丙烯酸、丙烯酸衍生物、马来酸、马来酸衍生物、衣康酸、衣康酸衍生物、富马酸、富马酸衍生物中的两种以上的单体的结构的嵌段共聚物、无规共聚物和它们的盐、聚氧化烯、聚氧化烯烷基醚等を。
颜料分散剂优选具有丙烯酰基,优选用中和碱进行中和而添加。在此,中和碱没有特别限定,优选为氨、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、吗啉等有机碱。
另外,优选颜料分散剂的添加量相对于颜料在10~100质量%的范围内,更优选在10~40质量%的范围内。
特别优选颜料具有由上述颜料分散剂覆盖颜料而得的所谓的胶囊颜料的形态。作为由颜料分散剂覆盖颜料的方法,可以使用公知的各种方法,例如,可以优选例示转相乳化法、酸析法、或者由聚合性表面活性剂分散颜料并向其中供给单体、一边聚合一边覆盖的方法等。
作为特别优选的方法,可以举出如下方法:将颜料分散剂溶解于甲乙酮等有机溶剂,进而用碱将树脂中的酸性基团部分或完全中和后,添加颜料和离子交换水,进行分散后,除去有机溶剂,根据需要加水制备。
优选油墨中的颜料的分散状态的平均粒径在50nm以上且小于200nm。由此,能够提高颜料的分散稳定性,能够提高油墨的保存稳定性。对于颜料的粒径测定,能够通过使用动态光散射法、电泳法等的市售的粒径测定仪器求出,基于动态光散射法的测定简便且能够对该粒径区域进行高精度的测定。
颜料能够与颜料分散剂以及其它根据所期望的各目的所需要的添加物一起利用分散机进行分散而使用。
作为分散机,可以使用以往公知的球磨机、磨砂机、线磨机、高压均质机等。其中,利用磨砂机来分散颜料时,粒度分布变得尖锐,因而优选。另外,磨砂机分散中使用的珠粒的材质没有格外限定,从防止珠粒碎片的生成、离子成分的污染的观点考虑,优选为氧化锆或锆石。此外,该珠粒径优选在0.3~3mm的范围内。
(水系溶剂)
本发明的油墨含有水系溶剂。水系溶剂含有水作为必需溶剂,为了粘度调整等,优选包含任意公知的水溶性溶剂。
本发明的油墨中含有的水没有特别限定,可以为离子交换水、蒸馏水或纯水。
作为油墨中含有的水溶性溶剂,例如,可举出醇类、多元醇类、胺类、酰胺类、二元醇醚类、碳原子数为4以上的1,2-链烷二醇类等。
作为醇类,例如,可举出甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、叔丁醇、3-甲氧基-1-丁醇、3-甲氧基-3-甲基丁醇、1-辛醇、2-辛醇、正壬醇、十三烷醇、正十一烷醇、硬脂醇、油醇、苄醇等。
作为多元醇,例如,可举出乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、环氧乙烷基的个数为5以上的聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、环氧丙烷基的个数为4以上的聚丙二醇、丁二醇、己二醇、戊二醇、甘油、己三醇、硫代二甘醇等。
作为胺类,例如,可举出乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、吗啉、N-乙基吗啉、亚乙基二胺、二亚乙基二胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、聚乙烯亚胺、五甲基二亚乙基三胺、四甲基亚丙基二胺等。
作为酰胺类,例如,可举出甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等。
作为二元醇醚类,例如,可举出乙二醇单乙基醚、乙二醇单丁基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单丁基醚、三乙二醇单丁基醚、丙二醇单丙基醚、二丙二醇单甲基醚、三丙二醇单甲基醚等。
作为碳原子数为4以上的1,2-链烷二醇类,例如,可举出1,2-丁二醇、1,2-戊二醇、1,2-己二醇、1,2-庚二醇等。
特别优选使用的水溶性溶剂为多元醇类,能够适当地抑制高速打印时的渗出。具体而言,优选乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇。
油墨能够组合含有从这些水溶性溶剂选择的一种或者两种以上。
(定影树脂)
本发明的油墨任意地含有定影树脂。定影树脂作为着色剂亦即颜料的粘合剂发挥作用,具有使向基材特别是非吸收性基材的涂膜的粘合性提高,并且使使用油墨得到的涂膜的耐擦性提高的功能。优选定影树脂为水不溶性树脂。优选以分散在水系溶剂中的微粒子的状态使用作为定影树脂的水不溶性树脂。
水不溶性树脂的微粒子本来具有水不溶性的树脂作为微小的微粒子分散在水系溶剂中的形态。该微粒子例如也可以是使用乳化剂等使水不溶性树脂强制乳化使其作为微粒子分散在水系溶剂中的形态。或者,也可以在水不溶性树脂的分子内导入亲水性的官能团,在不使用乳化剂或者分散稳定剂的情况下,其自身在水系溶剂中形成稳定的微粒子,即为自乳化的微粒子。分散水不溶性树脂的微粒子的水系溶剂能够使用上述相同的水系溶剂,通常,能够使用水或者水/乙醇混合溶剂。以下,也将分散在水系溶剂中的水不溶性树脂的微粒子称为水分散体。
此外,在本发明中,“水不溶性”是指在使树脂以105℃干燥两小时之后,使其在25℃的水100g中溶解时,其溶解量在10g以下,优选在5g以下,更优选在1g以下的树脂。但是,在树脂具有成盐基团的情况下,溶解量根据其种类,是在醋酸或者氢氧化钠100%中中和树脂的成盐基团时的溶解量。
作为本发明的定影树脂,优选作为水不溶性树脂的聚酯树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂以及聚丙烯酸树脂等。在本发明中作为定影树脂,既可以单独使用这些树脂一种,也可以组合两种以上使用。
优选相对于油墨的总质量(100质量%),在3~10质量%的范围内含有定影树脂,从不损害本发明的效果,并且,提高涂膜的向基材的定影性的观点出发优选在4~7质量%的范围内含有定影树脂。
(聚酯树脂)
能够使用多元醇成分和多元羧酸、多元羧酸酐、多元羧酸酯等多元羧酸成分得到作为定影树脂使用的聚酯树脂。
作为上述多元醇成分,能够列举二元醇(二醇),具体而言能够列举碳原子数2~36的范围内的亚烷基二醇(乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇等)、碳原子数4~36的范围内的亚烷基醚二醇(二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等)、碳原子数6~36的范围内的脂环式二醇(1,4-环己烷二甲醇、氢化双酚A等)、上述脂环式二醇的碳原子数2~4的范围内的烯化氧(环氧乙烷(以下、简记为EO)、环氧丙烷(以下、简记为PO)、环氧丁烷(以下、简记为BO。))加成物(加成摩尔数1~30的范围)或双酚类(双酚A、双酚F、双酚S等)的碳原子数2~4的范围内的烯化氧(EO、PO、BO等)加成物(加成摩尔数2~30的范围)等。它们既可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
作为上述多元羧酸成分,能够列举二元羧酸(二羧酸),具体而言能够列举碳原子数4~36的范围内的烷烃二羧酸(琥珀酸、己二酸、癸二酸等)、烯基琥珀酸(十二烯基琥珀酸等)、碳原子数4~36的范围内的脂环式二羧酸(二聚酸(二聚亚油酸)等)、碳原子数4~36的范围内的烯烃二羧酸(马来酸、富马酸、柠康酸、中康酸等)、或者碳原子数8~36的范围内的芳香族二羧酸(邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸或这些的衍生物、萘二羧酸等)等。它们既可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
作为上述聚酯树脂的数均分子量,优选在1000~50000的范围内,更优选在2000~20000的范围内。
作为上述聚酯树脂,也可以使用市售品。作为市售品,例如也可以使用上述聚酯树脂作为水分散体分散于水系溶剂中的分散液。作为该分散液的市售品,能够例示以下的商品。在例示中,在括号内示出该商品(分散液)所含有的聚酯树脂的数均分子量。它们既可以单独使用一种,也可以并用两种以上。
以下,均为商品名,能够列举Elitel KA-5034(UNITIKA公司制,数均分子量:8500)、Elitel KA-5071S(UNITIKA公司制,数均分子量:8500)、Elitel KA-1449(UNITIKA公司制,数均分子量:7000)、Elitel KA-0134(UNITIKA公司制,数均分子量:8500)、ElitelKA-3556(UNITIKA公司制,数均分子量:8000)、Elitel KA-6137(UNITIKA公司制,数均分子量:5000)、Elitel KZA-6034(UNITIKA公司制,数均分子量:6500)、Elitel KT-8803(UNITIKA公司制,数均分子量:15000)、Elitel KT-8701(UNITIKA公司制,数均分子量:13000)、Elitel KT-9204(UNITIKA公司制,数均分子量:17000)、Elitel KT-8904(UNITIKA公司制,数均分子量:17000)、Elitel KT-0507(UNITIKA公司制,数均分子量:17000)、Elitel KT-9511(UNITIKA公司制,数均分子量:17000)、Vylonal MD-2000(东洋纺公司制,数均分子量:18000)等。
(聚氨酯树脂)
作为用作定影树脂的聚氨酯树脂,能够使用具有亲水基团的聚氨酯树脂。上述亲水基团的例子包含羧基(-COOH)及其盐、磺酸基(-SO3H)及其盐等。作为上述盐,包含钠盐、钾盐等碱金属盐和胺盐等。上述亲水基团中,优选为羧基或其盐。
上述聚氨酯树脂优选为其分子内具有水溶性官能团的自乳化型聚氨酯分散于水系溶剂中的水分散体、或者并用表面活性剂在强力的机械剪切力下乳化而成的强制乳化型聚氨酯分散于水系溶剂所得的水分散体。能够通过多元醇与有机聚异氰酸酯以及含有亲水基团的化合物的反应得到上述水分散体中的聚氨酯树脂。
上述聚氨酯树脂的水分散体的制备中能够使用的多元醇的例子包含聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚烯烃系多元醇等。
聚酯多元醇的例子包含乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-和1,3-丙二醇、新戊二醇、1,3-和1,4-丁二醇、3-甲基戊二醇、六亚甲基二醇、1,8-辛烷二醇、2-甲基-1,3-丙烷二醇、双酚A、氢化双酚A、三羟甲基丙烷、环己烷二甲醇等低分子多元醇;与琥珀酸、戊二酸、己二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、偏苯三酸、四氢呋喃酸、内甲川四氢呋喃酸和六氢邻苯二甲酸等多元羧酸的缩合物。
聚醚多元醇的例子包含聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯聚四亚甲基二醇、聚丙烯聚四亚甲基二醇和聚四亚甲基二醇等。
能够通过碳酸二苯酯、碳酸二甲酯或光气等碳酸衍生物与二醇反应得到聚碳酸酯多元醇的例子。上述二醇的例子包含乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-和1,3-丙二醇、新戊二醇、1,3-和1,4-丁二醇、3-甲基戊二醇、六亚甲基二醇、1,8-辛烷二醇、2-甲基-1,3-丙烷二醇、双酚A、氢化双酚A、三羟甲基丙烷和环己烷二甲醇等。
另外,聚氨酯树脂的水分散体的制备中能够使用的有机聚异氰酸酯的例子包含甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚合MDI、间苯二甲撑二异氰酸酯(XDI)、四甲基间苯二甲撑二异氰酸酯(TMXDI)等芳香族异氰酸酯;六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)等脂肪族异氰酸酯;异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(氢化MDI、H12MDI)等脂环族异氰酸酯。它们既可以仅单独使用一种,也可以并用两种以上。
另外,聚氨酯树脂的水分散体的制备中能够使用的含有亲水基的化合物的例子包含2,2-二羟甲基丙酸、2,2-二羟甲基丁酸、2,2-二羟甲基正丁酸、2,2-二羟甲基戊酸、甘氨酸等含有羧酸的化合物及其钠盐、钾盐、胺盐等衍生物;牛磺酸(即、氨基乙基磺酸)、乙氧基聚乙二醇磺酸等含有磺酸的化合物及其钠盐、钾盐、胺盐等衍生物。
能够通过公知的方法得到聚氨酯树脂。例如,能够通过将上述多元醇、有机聚异氰酸酯以及含有亲水基的化合物混合,以30~130℃反应三十分钟~五十小时而得到聚氨酯树脂。
上述聚氨酯树脂通过利用扩链剂扩链聚合而成为具有亲水基团的聚氨酯树脂。作为扩链剂,优选为水和/或胺化合物。能够通过使用水、胺化合物作为扩链剂而与游离异氰酸酯在短时间内进行反应,使异氰酸酯末端预聚物高效地进行扩链。
作为扩链剂的胺化合物的例子包含亚乙基二胺、三亚乙基二胺等脂肪族多胺;间苯二甲胺、甲苯二胺等芳香族多胺;肼、己二酸二酰肼等多肼化合物等。上述胺化合物也可以与上述多胺一起以不较大地阻碍聚合的程度含有二丁基胺等一价胺、甲基乙基酮肟等作为反应终止剂。
应予说明,在聚氨酯树脂的合成中,也可以使用相对于异氰酸酯为非活性的、可溶解聚氨酯预聚物的溶剂。这些溶剂的例子包含二噁烷、甲乙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲苯、以及丙二醇单甲基醚乙酸酯等。优选在反应阶段使用的这些亲水性有机溶剂最终被除去。
另外,在聚氨酯树脂的合成中,为了促进反应,也可以添加胺催化剂(例如,三乙胺、N-乙基吗啉、三乙基二胺等)、锡系催化剂(例如,二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、辛酸锡等)、以及钛系催化剂(例如,钛酸四丁酯等)等催化剂。
优选通过导入支链结构、内部交联结构而尽可能地增大聚氨酯树脂的数均分子量,优选数均分子量为50000~10000000。这是由于:通过使分子量在上述范围内而使聚氨酯树脂不易溶解于溶剂,因而得到耐候性、耐水性优异的涂膜。应予说明,本说明书中,数均分子量(Mn)为通过凝胶渗透色谱(GPC)而测定的值。数均分子量(Mn)例如可以使用株式会社岛津制作所制“RID-6A”(色谱柱:东曹株式会社制“TSK-GEL”,溶剂:四氢呋喃(THF),柱温:40℃),根据由聚苯乙烯标准试样制作的标准曲线而求出。
另外,上述聚氨酯树脂也可以使用市售品。作为市售品,例如,也可以使用上述聚氨酯树脂作为水分散体分散于水系溶剂中的分散液。
上述聚氨酯树脂的分散液的市售品的例子包含WBR-016U(大成精细化学株式会社制)、SuperFlex620、SuperFlex 650、SuperFlex500M、SuperFlexE-2000(均为第一工业制药株式会社制,“SuperFlex”为该公司的注册商标)、PERMARIN UC-20(三洋化成工业株式会社制,“PERMARIN”为该公司的注册商标)、PARASURF UP-22(OHARA PARAGIUM化学株式会社制)、Evafanol HA-560(日华化学公司制)等。
(聚丙烯酸树脂)
作为用作定影树脂的聚丙烯酸树脂,能够列举(甲基)丙烯酸酯成分的(共)聚合物、或者(甲基)丙烯酸酯成分与苯乙烯成分等(甲基)丙烯酸酯成分以外的聚合性成分的共聚物。应予说明,在本说明书中,(甲基)丙烯酸为丙烯酸和甲基丙烯酸的通称。
(甲基)丙烯酸酯成分的例子包含(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-4-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸、二(甲基)丙烯酸(二)乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸-1,4-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸-1,6-己二醇酯、三(甲基)丙烯酸三羟甲基丙烷、二(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯和丙烯酸酰胺等。
苯乙烯成分的例子包含苯乙烯、4-甲基苯乙烯、4-羟基苯乙烯、4-乙酰氧基苯乙烯、4-乙酰基苯乙烯和苯乙烯磺酸等。这些成分即可以仅单独使用一种,也可以并用两种以上。
上述聚丙烯酸树脂的数均分子量(Mn)优选为1000~50000,更优选为2000~20000。这是由于:上述聚丙烯酸树脂的数均分子量(Mn)为1000以上时,涂膜的凝聚力变强,密合性提高,为50000以下时,在有机溶剂中的溶解性良好,促进乳化分散体的粒径的微细化。
另外,作为上述聚丙烯酸树脂,也可以使用市售品。作为市售品,例如,也可以使用上述聚丙烯酸树脂作为水分散体分散于水系溶剂中的分散液。
上述聚丙烯酸树脂的分散液的市售品的例子包含DELPET 60N、80N(旭化成株式会社制,“DELPET”为该公司的注册商标)、DIANALBR52、BR80、BR83、BR85、BR88(三菱化学株式会社制,“DIANAL”为该公司的注册商标)、KT75(Denka株式会社制)、或VINYBLAN 2680、2682、2684、2685(日信化学工业株式会社制,“VINYBLAN”为该公司的注册商标)、MOWINYL6800D(JapanCoating Resin公司制)等。
其中,定影树脂优选含有酸结构。如果含有酸结构,则即便不添加表面活性剂,也能够在水系溶剂中分散,即,能够进行自乳化,涂膜的耐水性提高。这样的自乳化型的树脂能够仅因分子的离子性而在水系溶剂中分散稳定化。酸结构的例子包含羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)等酸基等。酸结构在树脂中既可以存在于侧链,也可以存在于末端。
优选对上述酸结构的一部分或全部进行中和。能够通过将酸结构中和来提高树脂的水分散性。中和酸结构的中和剂的例子优选有机胺类,优选使用三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、N-甲基二乙醇胺、三乙醇胺等有机胺。
(表面活性剂)
油墨可以任意地含有表面活性剂。由此,能够使油墨的出射稳定性提高、控制着落于基材的液滴的扩散(墨点直径)。
表面活性剂只要在不损害本发明的效果的范围内,则能够没有特别限制地使用。其中,在油墨的其它的构成成分含有阴离子性化合物时,表面活性剂的离子性优选阴离子、非离子或甜菜碱型。
本发明中,优选使用静态表面张力降低能力高的氟系或有机硅系表面活性剂、动态表面张力降低能力高的磺基琥珀酸二辛酯等阴离子表面活性剂、比较的低分子量的聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、乙炔二醇类、Pluronic(注册商标)型表面活性剂、脱水山梨糖醇衍生物等非离子表面活性剂。也优选与氟系或有机硅系表面活性剂并用动态表面张力降低能力高的表面活性剂使用。
通过添加有机硅系或氟系表面活性剂作为表面活性剂而能够进一步抑制油墨在由以聚氯乙烯为代表的各种疏水性树脂构成的基材、打印纸等吸收慢的基材上混墨,得到高画质的打印图像。
作为上述有机硅系的表面活性剂,优选有聚醚改性聚硅氧烷化合物,例如,能够列举信越化学工业制的KF-351A、KF-642、BYK公司制的BYK345、BYK347、BYK348等。
上述氟系表面活性剂是指通常的表面活性剂的疏水性基团的碳所键合的氢的一部分或全部由氟取代而得的表面活性剂。其中,优选分子内具有全氟烷基。
上述氟系表面活性剂中,某些种类分别市售有大日本油墨化学工业公司的商品名Megafac F、旭硝子公司的商品名Surflon、Minnesota Mining&Manufacturing公司的商品名Fluorad FC、Imperial Chemical Industries公司的商品名Monflor、E.I.duPont deNemours and Company公司的商品名Zonyls、以及farbuwerkehoechst公司的商品名Licowet VPF。
油墨中的表面活性剂的含量没有特别限定,优选在0.1~5.0质量%的范围内。
(其它添加剂)
本发明的油墨中除了上述说明的成分以外,也可以在不损害本发明效果的范围内根据需要,对应提高射出稳定性、打印头或墨盒适合性、保存稳定性、图像保存性、其它的各种性能的目的而适当选择使用公知的各种添加剂,例如粘度调节剂、电阻率调节剂、被膜形成剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、防褪色剂、防霉剂、防锈剂等。
具体而言,能够列举液体石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、有机硅油等油滴微粒、日本特开昭57-74193号公报、日本特开昭57-87988号公报、日本特开昭62-261476号公报等中记载的紫外线吸收剂、日本特开昭57-74192号公报、日本特开昭57-87989号公报、日本特开昭60-72785号公报、日本特开昭61-146591号公报、日本特开平1-95091号公报、同3-13376号公报等中记载的退色防止剂、日本特开昭59-42993号公报、日本特开昭59-52689号公报、日本特开昭62-280069号公报、日本特开昭61-242871号公报、日本特开平4-219266号公报等中记载的荧光增白剂等。
油墨的制备通过将上述各成分以达到上述含量的方式混合而进行。优选颜料作为通过颜料分散剂分散于水系溶剂的一部分中的分散液与其它成分混合。在含有定影树脂的情况下,优选定影树脂使用根据需要添加的表面活性剂,作为分散于水系溶剂的一部分中的分散液与其它成分混合。
[基材]
在本发明的图像形成方法中能够使用的基材没有特别限定,优选为非吸收性基材。通过使用非吸收性基材而使本发明的图像形成方法的效果更显著。本发明中,“非吸收性”是指对水的非吸收性。
作为非吸水性基材的例子,可以使用公知的塑料膜。作为具体例,可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、尼龙等聚酰胺系膜、聚苯乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚丙烯腈膜、聚乳酸膜等生物降解性膜等。另外,为了赋予阻气性、防湿性、保香性等,也可以优选使用在膜的单面或双面涂覆有聚偏氯乙烯的膜、蒸镀有金属氧化物的膜。无论是未拉伸膜还是拉伸膜都优选使用非吸水性膜。
除此以外,作为非吸水性基材,能够列举由金属类、玻璃等无机化合物构成的基材。
另外,也可以适当用于在金属基材上设置有热固化性树脂作为涂覆层的蒸煮食品用包装材料等。为了阻隔空气、水分、光将内部食品密封,上述蒸煮食品用包装材料例如在食品侧由聚丙烯构成,在外侧由将阻隔空气、水分、光将内部食品密封的热塑性树脂层、铝箔层进行层叠加工(层压加工)所得的膜构成。
本发明中,基材的厚度优选为10~120μm,更优选在12~60μm的范围内。
实施例
以下,举出实施例对本发明进行具体说明,但本发明并不限定于此。应予说明,下述实施例中,只要没有特别说明,则在室温(25℃)下进行操作。另外,只要没有特别说明,“%”和“份”分别表示“质量%”和“质量份”。
使用以下的材料来制备下述表I所示的组成的喷墨油墨1~7。
品红颜料;JM2120(商品名,DIC公司制,化合物名:PR202/PV19)
颜料分散剂;Joncryl 819(商品名;BASF公司制,具有被氢氧化钠中和的羧基的丙烯酸系分散剂,酸值75mgKOH/g,固体成分20质量%)
(定影树脂)
·Vylonal MD-2000(商品名;东洋纺公司制,数均分子量为18000的聚酯树脂的水分散液;固体成分40质量%)
·MOWINYL6800D(商品名;JapanCoating Resin公司制,聚丙烯酸树脂的水分散液;固体成分45质量%)
(触变性赋予剂)
·CellenpiaTC-01A(商品名,日本制纸公司制,纤维素纳米纤维,平均宽度3~4nm,平均长度0.8μm,长径比200)
·LAPONITERD(商品名,BYK公司制,蒙皂石粘土矿物,平均厚度0.92nm,平均长径25nm,长径比27)
(表面活性剂)
·KF-351A(商品名,信越化学工业制,聚醚改性聚硅氧烷化合物)·OlfineE1010(商品名,日信化学工业公司制,乙炔二醇类)
(水系溶剂)
·水;离子交换水
·丙二醇
·1,2-己二醇
(颜料分散液的制备)
加入品红颜料(JM2120)5.0质量份、颜料分散剂(Joncryl 819)以固体成分计为2.0质量份、丙二醇30.0质量份和离子交换水53.8质量份预混合成混合液后,使用填充了体积率50%的0.5mm的氧化锆珠粒的砂磨机进行分散,制备颜料分散液。该颜料分散液中含有的颜料粒子的平均粒径为110nm。应予说明,平均粒径的测定利用Malvern公司制“Zetasizer1000HS”进行。
(喷墨油墨1~7的制备)
将上述得到的颜料分散液和上述各成分以成为下述表I所示的组成的方式混合,将以上得到的混合液利用1μm的过滤器进行过滤而得到喷墨油墨1~7。应予说明,表I中各成分的含量(质量%)表示作为该成分使用分散液或溶液时该成分所含有的固体成分的含量。例如,喷墨油墨2中,对于Vylonal MD-2000而言,除去作为分散介质的水的量所得的聚酯树脂本身的含量为8.0质量%。
(底漆油墨Pr1和Pr2的制备)
除了上述喷墨油墨1~7以外,作为底漆油墨,将以成为下述表II所示的组成的方式混合而得到的混合液通过1μm的过滤器进行过滤而得到底漆油墨Pr1和Pr2。
(油墨的物性评价)
对于得到的油墨,对以下的(a)~(k)的物性进行评价。结果如表I以及表II所示。
(a)剪切速度1000[1/s]时的粘度
(b)剪切速度100[1/s]时的粘度
(c)剪切速度1[1/s]时的粘度
(d)|A1-A100|
(e)|A100-A1000|
(f)是否符合式(I):A1000<A100<A1
(g)是否符合式(II):|A100-A1000|<|A1-A100|
(h)式(III):1mPa·s<|A1-A1000|
(i)式(IV):|A100-A1000|<10mPa·s
(j)式(V):2mPa·s<A1000<20mPa·s
(k)表面张力:通过多功能自动表面张力计K100(KRUSS公司制)测定表面张力。
[表1]
[表2]
(图像形成)
对通过上述得到的各油墨,使用喷墨图像形成装置(喷墨打印机(TRYTEC公司制),使用头具有通过两个循环路(油墨的排出流路)使油墨在头内循环的机构的装置,使分辨率为720×720dpi,在下述表III所示的条件下,对以下的排出速度稳定性进行评价。结果如下述表III所示。
此外,表III中的各条件如以下那样。
·循环压差ΔP:喷墨头的INLET与OUTLET的压差(具体而言,是第一以及第四油墨端口53、56的循环压差)
·喷嘴循环流量Q:通过下述式计算
循环流量Q=循环压差ΔP/头流路阻力R
·通过下述式计算平均流速以及平均剪切速度
平均剪切速度=平均流速÷代表圆管的半径
代表圆管的半径=在不为圆的流路的情况下为(剖面积÷π)的正的平方根
单喷嘴的循环流量=所有喷嘴的循环流量(“循环流量Q”)÷喷嘴数
平均流速=单喷嘴的循环流量÷与喷嘴连通的流路的剖面积
此外,
·喷嘴数:1024[个]
·与喷嘴连通的流路的剖面积:2.5×10-8[m2]
·与喷嘴连通的流路的代表圆管半径:8.9×10-5[m]。
(排出速度稳定性)
设定为单喷嘴的排出速度为6m/s,其后,每隔一分钟通过下述的方法测定十次排出速度。然后,根据十次中的排出速度的最大速度和最小速度,通过下述式,计算排出速度的速度变动,并根据下述基准进行评价。
平均速度=(最大速度+最小速度)÷2
速度变动=(最大速度-最小速度)/平均速度×100
(基准)
◎:速度变动在5%以下
○:速度变动比5%大且在10%以下
×:速度变动比10%大
此外,参照日本特开2007-15192号公报的段落[0049]~[0056]如下述那样测定上述排出速度。
通过频闪和CCD照相机在频闪延迟时间(1)和频闪延迟时间(2)的各时间拍摄在同一定时从所有喷嘴排出的一个液滴,并进行以下的各处理。
这里,对于从喷嘴排出的同一液滴,将在第一次的频闪延迟时间(1)拍摄到的液滴设为“液滴1”,并将在第二次的频闪延迟时间(2)拍摄到的液滴设为“液滴2”。
预先通过计算机的设定输入部,进行频闪延迟时间(1)的上限值和从频闪延迟时间(1)到第二次进行拍摄的频闪延迟时间(2)为止的延迟时间的设定。
“频闪延迟时间”是指从使喷墨头排出液滴的定时例如液滴排出触发到使频闪发光并通过CCD照相机进行拍摄为止的延迟时间。另外,频闪延迟时间(1)是最初进行拍摄的时间,频闪延迟时间(2)是从频闪延迟时间(1)起经过设定的延迟时间后进行拍摄的时间。
首先,将用于通过CCD照相机和频闪,拍摄从喷墨头排出的液滴1的频闪延迟时间(1)设定为100μsec。然后,在从喷嘴排出液滴之后,在该设定的频闪延迟时间(1)的定时拍摄液滴1。根据拍摄到的液滴1的图像,计算液滴1的重心X1、Y1。
接下来,使预先设定的延迟时间追加到频闪延迟时间(1),将频闪延迟时间(2)设定为100μsec。然后,在设定的频闪延迟时间(2)的定时对同一液滴进行拍摄,拍摄到液滴2。根据拍摄到的液滴2的图像,计算液滴2的重心X2、Y2。
接下来,使用这些液滴1、液滴2的各重心和频闪延迟时间(1)、频闪延迟时间(2),计算表观的排出速度。表观的排出速度是指根据拍摄到的液滴的位置求出的速度。通过以下的公式进行表观的排出速度的计算。
[式1]
[表3]
表III
如上述结果所示,可知通过使用本发明的触变性较高的油墨,并且,将与喷嘴连通的流路中的平均剪切速度控制在100[1/s]以上,能够使排出速度的稳定性提高。
本发明能够利用于在使用触变性较高的油墨,并且使油墨在喷嘴附近循环以使油墨排出时,能够抑制排出时的油墨粘度变化,使喷嘴间的排出速度均匀以实现画质的提高的图像形成方法。
附图标记说明:1…头芯片,8…油墨循环装置,11…喷嘴基板,111…喷嘴,12…流路隔离基板,121…单独油墨排出路,122…第一单独油墨排出路,123…第二单独油墨排出路,13…压力室基板,131…压力室,132…空气室,133…共用油墨排出路,134…第一共用油墨排出路,135…第二共用油墨排出路,136…隔壁(压力产生单元),100…喷墨头,200…喷墨记录装置,240…控制部,R…与喷嘴连通的流路。
Claims (6)
1.一种图像形成方法,是使用了具有喷墨头的喷墨记录装置的图像形成方法,该喷墨头具备:
压力室,从油墨供给路供给油墨,并且自如地对贮存于内部的上述油墨施加压力;
喷嘴,具有用于排出上述油墨的排出开口,并且与上述压力室连通地设置;以及
多个油墨排出流路,与上述喷嘴相对于上述压力室的连通位置接近地连接,
其中,
针对上述喷嘴的上述排出开口设置两个以上上述多个油墨排出流路,
具备使上述油墨从上述油墨供给路向上述油墨排出流路循环的油墨循环装置,
在将剪切速度1[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A1,将剪切速度100[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A100,将剪切速度1000[1/s]时的上述油墨的25℃下的粘度设为A1000时,满足下述式(I)以及式(II)的关系,
上述油墨循环装置执行控制,以使得上述压力室中与上述喷嘴连通的流路中的平均剪切速度在100[1/s]以上,
式(I):A1000<A100<A1
式(II):|A100-A1000|<|A1-A100|。
2.根据权利要求1所述的图像形成方法,其中,
上述油墨满足下述式(III)~(V)的关系,
式(III):1mPa·s<|A1-A1000|
式(IV):|A100-A1000|<10mPa·s
式(V):2mPa·s<A1000<20mPa·s。
3.根据权利要求1或2所述的图像形成方法,其中,
从上述喷嘴排出的上述油墨的排出速度的速度变动在5%以下。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的图像形成方法,其中,
具备对上述压力室内的上述油墨给予压力的促动器,
施加摆动波形,该摆动波形与使上述油墨从上述喷嘴排出的驱动波形相比电压小并且使上述压力室内的上述油墨的界面振动。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的图像形成方法,其中,
上述油墨含有颜料、定影树脂、水溶性溶剂以及水,
含有3~10质量%的范围内的上述颜料,
含有8~20质量%的范围内的上述定影树脂,
含有10~30质量%的范围内的上述水溶性溶剂,并且
含有40~79质量%的范围内的上述水。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的图像形成方法,其中,
上述油墨的表面张力在22~25mN/m的范围内。
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