CN1202960C - 喷墨记录方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种喷墨记录方法，该方法使用多种颜色的颜料油墨，通过将该油墨喷出以便在被记录材料上形成有色像素来进行记录，其特征在于，对于该颜色中的至少一种颜色，使用一种颜料浓度相对较高的浓颜料油墨和一种颜料浓度相对较低的淡颜料油墨，所述淡颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径大于所述浓颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径。

Description

喷墨记录方法及装置
技术领域
本发明涉及按需型喷墨记录方法及装置，该方法和装置除了与打印数据一致地喷出黑色颜料的油墨或浓色颜料的油墨之外，还能喷出相同颜色的淡色颜料的油墨，通过在被记录材料上形成有色像素来进行记录。
背景技术
喷墨记录方式是通过把单色的油墨或者与彩色记录相对应的多色油墨喷出到被记录材料(纸、布、OHP纸、印刷电路板等)上以形成图像的方式。采用该方式的喷墨记录装置具备记录头、用于搭载墨盒的托架、用于输送被记录材料的输送部，以及用于控制这些部件的控制部。
这样的喷墨记录装置按照下述方式记录，即，一边使记录头沿着被记录材料的输送方向(副扫描方向)和垂直方向(主扫描方向)进行串行扫描，一边使墨滴从多个喷墨记录喷嘴(下文称喷嘴)喷出，另一方面，在被记录时将被记录材料按照与记录间隙相等的量间歇地输送，从而在被记录材料上顺次地进行记录。这种记录方式是根据记录信号将油墨直接喷出到被记录材料上，因此，作为高速而且简易和廉价的记录方式已获得广泛应用，除此之外，它还具有使用普通纸也可以记录的优点，因此人们对其前景抱有很大的期望。
另外，由于具有多种颜色的记录头，因此可以达到全色化和获得高质量的图像，并且也能容易地与所谓照片(photo)图像相对应。在这类喷墨记录装置的场合，一般可以使用与黑(B)、黄(Y)、深品红(M)、深青(C)、淡品红(photo magenta)(PM：淡品红)和淡青(PC：淡青)共6种颜色相对应的6种记录头和墨盒。
可是，在传统的喷墨记录装置中，作为油墨，一般使用由各种水溶性染料溶解于水或水与有机溶剂的混合液中而形成的油墨。然而，在使用水溶性染料的场合，由于这些水溶性染料本身固有的耐光性差，因此其记录图像的耐光性在多数情况下都有问题。
已经查明，油墨的退色现象是由于油墨中含有的色素分子发生光分解或过氧化而引起的。并且可以认为，在氧的存在下，氧分子加速了光化学反应。该反应是经过下述式(1)至式(4)所示阶段的反应(在P.Douglas，M.Towsend and R.Persico，J.Am.Chem.Soc.105，3388(1983)等中有记载)。
1DYE*→3DYE*(项间交叉)(2)
3DYE*+3O2→1DYE+1O2 *(由色素分子引起的氧分子的激发)
                                                  (3)
其中，DYE表示染料，1(3)表示一重项(三重项)状态，另外，*表示激发状态。
因此，如果将色素分子与氧分子尽可能地分隔开，就能避免色素分子的光分解或过氧化，从而可以期待油墨耐光性的提高。
例如，对于色素分子凝集的颜料，通过降低色素分子与氧分子接触的比例，就能较好地提高其耐光性，因此在近年来有较多人提出了使用颜料的喷墨记录装置。例如在特开昭56-147871号公报等中提出了一种利用高分子分散剂将颜料分散的含水颜料油墨。
然而，在含颜料的油墨，即颜料油墨中，在长时期的保存中，颜料沉淀到墨盒的底部，因此存在由于油墨浓度的变化而导致记录浓度变化的可能性，另外，还会在油墨通路中或喷嘴内引起堵塞，造成油墨的喷出不良，或者，对于利用热能来在油墨中产生气泡，并基于气泡的生成来喷出油墨的加热式喷墨记录装置来说，很可能在喷出油墨时发生焦化等不适宜的情况。
另外，象上述那样的淡品红、淡青等淡油墨，虽然其保存稳定性优良，但是其耐光性很可能会显著降低。
发明内容
本发明鉴于上述存在的问题，其目的是要提供一种喷墨记录方法及装置，所述喷墨记录方法及装置不仅能够形成耐光性好的彩色图像，而且还能防止长期保存后的记录浓度变化以及油墨的喷出不良或焦化等不希望情况的发生。
也就是说，本发明涉及一种喷墨记录方法，该方法使用多种颜色的颜料油墨，通过将该油墨喷出以便在被记录材料上形成有色像素来进行记录，其特征在于，
对于该颜色中的至少一种颜色，使用一种颜料浓度相对较高的浓颜料油墨和一种颜料浓度相对较低的淡颜料油墨，
该淡颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径大于该浓颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径。
另外，本发明涉及一种喷墨记录装置，该装置具有用于将多种颜色的颜料油墨分别喷出的多个喷墨记录头，通过在被记录材料上形成有色像素来进行记录，其特征在于，
该装置对于该颜色中的至少一种颜色具备两个喷墨记录头，其中的一个喷墨记录头用于喷出颜料浓度相对较高的浓颜料油墨，另一个喷墨记录头用于喷出颜料浓度相对较低的淡颜料油墨，
该淡颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径大于该浓颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径。
附图说明
图1是用于说明本发明记录装置实例的立体图。
图2是用于说明本发明记录装置实例的主要部分的放大图。
图3是用于说明本发明记录装置实例的托架结构的立体图。
图4是用于说明本发明记录装置实例的喷墨记录头结构的剖面图。
具体实施方式
本发明人对上述技术课题进行了深入研究，推测其原因为颜料的浓度及粒径。
也就是说，在高浓度的颜料油墨中，颜料粒子相互间的碰撞次数增加，因此颜料容易聚集。另外，对于含有大粒径颜料粒子的油墨来说，粒子的表面积相对于体积的比例较小，因此使得粒子之间的排斥力变小，从而容易相互聚集。结果使得沉淀或堵塞等各种问题更容易发生。
相反，在低浓度油墨的情况下，颜料粒子的浓度较稀，粒子相互间的聚集变少，因此难以发生大粒径化，这样虽然可以获得良好的保存稳定性，但是颜料粒子在被记录材料上特别稀疏地喷出，因此使得在被记录材料上与氧分子接触的颜料粒子的比例增加，从而容易导致抗氧化性降低。
因此，本发明的发明人发现，颜料浓度与颜料粒径处于适当关系的上述本发明可以获得上述显著效果。
在本发明中，使用上述浓颜料油墨和淡颜料油墨的颜色，优选是品红和/或青色。这时，可以将浓颜料油墨制成浓品红色油墨和/或浓青色油墨，与此相对应，可以将上述淡颜料油墨制成淡青色油墨和/或淡品红色油墨。
另外，在上述淡颜料油墨中含有的颜料的平均粒径优选为100nm或100nm以上至小于500nm，特别优选是100nm或100nm以上至小于200nm。另外，在上述浓颜料油墨中含有的颜料的平均粒径优选50nm或50nm以上至小于100nm，特别优选是50nm或50nm以上至小于75nm。
应予说明，在本发明中，平均粒径是指数平均粒径，作为测定装置，可以举出由大塚电子株式会社制的ELS800型激光ζ电位测定器。
进而，在本发明中，优选利用由加热器产生的热能来使上述油墨中产生气泡，借助于气泡生成时产生的压力来喷出该油墨。
下面参照附图来更详细地说明本发明的喷墨记录装置的一种实施方式，但是本发明不受该实施方式的限定，只要能够达到本发明的目的，各构成要素都可以用代替物来置换。
此处示出的喷墨记录装置是一种按需型的喷墨记录装置，它具有一个扫描装置，该扫描装置使喷墨记录头沿着与被记录材料的输送方向相垂直的方向进行扫描，在上述喷墨记录头中，与各颜色相对应的多个喷墨记录喷嘴沿着被记录材料的输送方向直列地设置，这些喷嘴将黑色颜料油墨、浓彩色颜料的油墨以及相同颜色的淡彩色颜料的油墨喷出，如此通过在被记录材料上形成有色像素来进行记录，在淡彩色颜料油墨的颜料中含有的颜料粒子的平均粒径分别大于相同颜色的浓彩色颜料油墨中含有的颜料粒子的平均粒径。
图1是用于说明本发明喷墨记录装置一个实例的斜视图。放置在供纸盘1上的被记录材料随着打印工作开始同时向下方输送，由图中未示出的喷墨记录头的作用形成油墨图像后，从排纸盘2将纸排出。
图2是用于说明本实施方式的喷墨记录装置的主要部分的立体图。托架11通过托架驱动带14而被托架驱动马达13驱动，沿着托架驱动导轨15，与被记录材料12的输送方向相垂直地移动。该被记录材料由图中未示出的送纸马达驱动的输送辊17输送，而该送纸马达和上述托架驱动马达则由图中没有示出的控制电路控制其动作。喷出恢复部16具有图中未示出的喷出恢复泵，当它与喷墨记录头接触时，由图中未示出的恢复泵将油墨吸上来。
图3是从被记录材料方向观察的本实施方式的托架部分的放大图。为了喷出油墨，使用黑色(B)、黄色(Y)、品红(M)、青色(C)以及颜色与红和青相同但其颜料浓度分别较前者淡的淡品红和淡青六种油墨，给每一种油墨设置一个喷墨记录头18。油墨液滴设置在喷墨记录头18上，由喷嘴19将其喷出。给每一种油墨设置64支喷嘴19。
除了淡颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径大于浓颜料油墨中所含的颜粒粒子的平均粒径以外，本发明中所用颜料油墨的组成及其调整方法不受本发明的限制，可以适用公知的技术。
对颜料油墨中的颜料浓度没有特别限制，但是，在浓颜料油墨的场合，相对于油墨总量，颜料浓度优选10质量％或10质量％以下，特别优选5质量％或5质量％以下。在淡颜料油墨的场合，例如优选为浓颜料油墨中的颜料浓度1/4或1/4以下，特别优选1/6或1/6以上至1/4或1/4以下，更优选为1/4左右。
对适用于本发明中的颜料种类没有特殊限定，例如可以使用下列的颜料。
作为黑色油墨用颜料，可以使用按加热炉法、烟道法制造的炭黑；No.2300、No.900、MCF88、No.33、No.40、No.45、No.52、MA7、MA8、No.2200B(以上为三菱化成社制)；RAVEN1255(Columbian Carbon公司制)；REGAL400R、REGAL330R、REGAL660R、MOGULL(Cabot公司制)；Color Black FW1、Color Black FW18、Color Black S170、ColorBlack S150、Printex35、Printex U(Degussa公司制)等的市售品。
作为黄色油墨，可以使用C.I.颜料黄1、C.I.颜料黄2、C.I颜料黄3、C.I.颜料黄13、C.I.颜料黄16、C.I颜料黄74、C.I.颜料黄83等市售品。
作为高浓度/低浓度品红色油墨，可以使用C.I.颜料红5、C.I.颜料红7、C.I.颜料红12、C.I.颜料红48(Ca)、C.I.颜料红48(Mn)、C.I.颜料红57(Ca)、C.I.颜料红112、C.I.颜料红122等市售品，但是在高/低浓度油墨中可以使用不同的颜料品种。
作为高浓度/低浓度青色油墨使用的颜料，可以使用C.I.颜料蓝1、C.I.颜料蓝2、C.I.颜料蓝3、C.I.颜料蓝15:3、C.I.颜料蓝16、C.I.颜料蓝22、C.I.Vat蓝4、C.I.Vat蓝6122等市售品，但是在高/低浓度油墨中可以使用不同的颜料品种。
另外，为了提高这些颜料的润湿性，也可以对其进行表面处理等。
另外，作为碱溶性树脂，只要是在溶解有碱性物质的水溶液中为可溶的树脂即可，其余没有特殊限定，但是在可以作为上述颜料的分散剂使用的碱溶性树脂中，从颜料的分散稳定性方面考虑，优选是重均分子量在100或100以上至20,000或20,000以下的树脂，特别优选是在2,000或2,000以上至15,000或15,000以下的树脂。具体地可以举出由选自苯乙烯、苯乙烯衍生物、乙烯基萘衍生物、α，β-乙烯性不饱和羧酸的脂肪族醇酯等；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、富马酸衍生物等中的至少两种或两种以上的单体形成的嵌段共聚物、接枝共聚物或无规共聚物等。
另外，作为可使上述碱溶性树脂溶解于水中的碱性物质，可以使用单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙基单乙醇胺、乙基二乙醇胺、单异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺等的链烷醇胺或氨等有机胺，或者氢氧化钾、氢氧化钠等无机碱类。
另外，在本发明的油墨中适宜的水性介质优选是水和水溶性有机溶剂形成的混合溶剂，作为水，不是含有各种离子的普通水，优选使用离子交换水(去离子水)。
另外，作为能够并用的任意溶剂成分，有能够与水混合使用的水溶性有机溶剂，例如可以举出碳原子数1～4的烷醇类、酰胺类、酮类或酮醇类、醚类、聚亚烷基二醇类，亚烷基部分的碳原子数为2～6的亚烷基二醇类、多元醇的低级烷基醚类等。
在众多的水溶性有机溶剂中，优选二甘醇等多元醇、三甘醇单甲基(或乙基)醚等多元醇的低级烷基醚。
另一方面，为了将颜料分散，优选使用分散机，但是，作为分散机，如果是一般使用的分散机可以使用任何一种，例如可以举出球磨机、辊磨机、砂磨机等。作为用于获得具有所需粒度分布的颜料分散体的方法，可以使用任何一种公知技术。
图4是用于说明墨盒的喷墨记录头一实例的剖面图。在上述喷墨记录头内设置有共有(common)储液室(墨盒)20。优选共有储液室内具有油墨吸收体，作为油墨吸收体的材料，优选使用聚氨酯。调整好的颜料油墨贮存在该墨盒内。在黑色、黄色、深品红色和深青色油墨用的墨盒中贮存着含有平均粒径在50nm或50nm以上至小于100nm的颜料的各色油墨，另外在淡品红色和淡青色的墨盒中贮存着含有平均粒径在100nm或100nm以上至小于500nm的颜料的淡品红色油墨和淡青色油墨。
通过设置在油墨流路21内的加热器22的发热，生成气泡，通过这些气泡的作用使油墨从喷墨记录喷嘴19喷出。
下面通过实施例来更详细地说明本发明。
[实施例1]
(高浓度用颜料分散液的制备)
碱溶性树脂苯乙烯-丙烯酸
共聚物(重均分子量5000)    5.0份
单乙醇胺                  1.0份
去离子水                  68.0份
二甘醇                    5.0份
应予说明，在本说明书中出现“份”或“％”的场合，如无特别说明，皆以质量为基准。
将上述成分混合，在水浴中加温至70℃，使树脂成分完全溶解。向该溶液中加入颜料(颜料黄93)20份、异丙醇1.0份，预混合30分钟，然后按下述条件进行分散处理。
分散机：砂磨机
粉碎介质：锆制珠粒，直径1mm
粉碎介质填充率：50％(体积)
粉碎时间：3小时
接着进行离心分离处理(12000rpm，约20分钟)，除去粗大粒子，获得了分散液。测定颜料平均粒径，为93nm。
(高浓度颜料油墨的制备)
该油墨可通过向上述高浓度用分散液中加入以下的成分，并调节成规定浓度来制备。颜料的平均粒径为93nm。
上述分散液    15份
甘油          10份
二甘醇        15份
30％碱溶性树脂水溶液(苯乙烯—丙烯酸共聚物水溶液，平均分子量5000，单乙醇胺中和，中和率110％)  50份
去离子水    10份
(低浓度用颜料分散液的制备)
除了将离心分离处理时间缩短为十几分钟之外，与高浓度颜料分散液同样制备。测定颜料的平均粒径，为174nm。
上述分散液    3份
甘油          10份
二甘醇        15份
30％碱溶性树脂水溶液(苯乙烯—丙烯酸共聚物水溶液，平均分子量5000，单乙醇胺中和，中和率110％)    10份
去离子水                          42份
[比较例1]
除了改变分散条件，使高浓度颜料油墨中的颜料的平均粒径为174nm以外，其余与实施例1同样地配制高浓度颜料油墨。
将按上述方法获得的实施例1的高浓度颜料油墨、比较例1的高浓度颜料油墨长期放置，测定平均粒径的变化。粒径的测定使用大塚电子株式会社制的ELS800激光ζ电位测定器。
    实施例1     比较例1
  初期粒径     93nm     174nm
  长期放置后的粒径     182nm(4个月后)     202nm(1个月后)
由上述结果可知平均粒径大的比较例1的颜料粒子，由于相对于其体积的表面积变得相对较小，粒子间的排斥力弱，粒子相互之间容易聚集。结果，对于成为沉淀、堵塞等问题原因的颜料聚集，与实施例1的颜料粒子相比，以4倍以上的速度生成。由此，本发明提供一种喷墨记录方法和装置，所述喷墨记录方法和装置不仅能够形成耐光性高的彩色图像，还不易发生起因于高浓度颜料油墨的技术问题，可以防止发生在长期保存后的记录浓度变化、油墨喷出不良、焦化等不适宜情况。

Claims (8)

1.一种喷墨记录方法，该方法使用多种颜色的颜料油墨，通过将该油墨喷出以便在被记录材料上形成有色像素来进行记录，其特征在于，
对于该颜色中的至少一种颜色，使用一种颜料浓度相对较高的浓颜料油墨和一种颜料浓度相对较低的淡颜料油墨，
所述淡颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径大于所述浓颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径。
2.如权利要求1所述的喷墨记录方法，其中，在所述淡颜料油墨中所含的颜料的平均粒径为100nm或100nm以上至小于500nm。
3.如权利要求2所述的喷墨记录方法，其中，在所述浓颜料油墨中所含的颜料的平均粒径为50nm或50nm以上至小于100nm。
4.如权利要求1所述的喷墨记录方法，其中，利用热能来使所述油墨中产生气泡，借助于该气泡生成时产生的压力将油墨喷出。
5.一种喷墨记录装置，该装置具有用于将多种颜色的颜料油墨分别喷出的多个喷墨记录头，通过在被记录材料上形成有色像素来进行记录，其特征在于，
该装置对于多种颜色中的至少一种颜色具备两个喷墨记录头，其中的一个喷墨记录头用于喷出颜料浓度相对较高的浓颜料油墨，另一个喷墨记录头用于喷出颜料浓度相对较低的淡颜料油墨，
该淡颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径大于该浓颜料油墨中所含的颜料粒子的平均粒径。
6.如权利要求5所述的喷墨记录装置，其中，所述淡颜料油墨中所含的颜料的平均粒径为100nm或100nm以上至小于500nm。
7.如权利要求6所述的喷墨记录装置，其中，所述浓颜料油墨中所含的颜料的平均粒径为50nm或50nm以上至小于100nm。
8.如权利要求5所述的喷墨记录装置，其中，所述喷墨记录头具有用于利用热能来使上述油墨中产生气泡的加热器。
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