JP2005060506A - 着色剤およびその製造方法、並びにこの着色剤を用いた画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 静電式インクジェットプリンタにおいて面積階調法の実現や吐出電極先端部で濃縮可能な染料系インクを得る。
【解決手段】 着色粒子２を溶媒３に分散させてなる着色剤１であって、着色粒子２は、染料系インク４と、染料系インク４を包み込む樹脂材７と、樹脂材７の表面に設けられて着色粒子２の電荷を調整する帯電制御剤８とを備える。着色粒子２に帯電制御剤８が付着されていることから、着色剤１にクーロン力を作用させたときに着色粒子２が記録媒体に飛ぶようになる。よって、着色粒子２に含まれる染料系インク４が記録媒体に吐出されるので、染料系インク４によって画像を形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電式インクジェットプリンタに使用するのに適した着色剤と、その製造方法と、この着色剤を吐出することによって画像を形成する画像形成方法に関する。

静電式インクジェットプリンタとしては、静電場の偏向を利用することによって、所定の電荷を帯電させた顔料粒子を含むインク液滴を、プリントヘッドから用紙に向かって吐出することにより、用紙上に画像を印刷するものが知られている。かかるプリンタに備えられたプリントヘッドは、互いに隣接するように配置された複数の吐出電極と、吐出電極と隔離して配置された補助電極とを有しているのが一般的である。そして、吐出電極および補助電極のそれぞれの電位を制御して、吐出電極および補助電極近傍のインク液滴にクーロン力を作用させることによって、インク液滴を用紙に向かって吐出して画像を印刷することができる（例えば、特許文献１参照）。

この静電式インクジェットプリンタによれば、ピエゾ・サーマル方式では実現困難な２つの特徴、すなわち、(i) パルス幅を変化させて着色剤の吐出量を増減して、印刷されるドットの大きさを変更することにより階調を表現する面積階調法、(ii)静電界（クーロン力）によって吐出電極先端部に着色剤を濃縮し、この濃縮した着色剤を吐出して、記録媒体への滲みを軽減可能、という特徴を実現することができる。
特開２００１−３１０４８８号公報（図３）

しかしながら、上述した静電式インクジェットプリンタでは、上記２つの特徴を実現するためにインク粒子に電荷を保持させなければならないので、着色剤として油性顔料インクを使用しなければならない。このため、印刷の色再現性および彩度が低いものとなってしまう。

印刷の色再現性および彩度を高めるためには染料系の着色剤を使用することが望まれるが、染料は液体であるため染料の帯電性を高くするのが難しいので上記２つの特徴を実現することは困難である。また、染料系の着色剤に帯電制御剤を加えることも考えられるが、これにクーロン力を作用させても帯電制御剤しか飛ばず記録媒体に画像を形成することはできない。

そこで、本発明の主な目的は、静電式インクジェットプリンタにおいて面積階調法の実現や吐出電極先端部で濃縮可能な染料系の着色剤およびその製造方法、並びにこの着色剤を用いた画像形成方法を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明の着色剤は、着色粒子を溶媒に分散させてなる着色剤であって、前記着色粒子は、染料系インクと、該染料系インクを包み込み且つ帯電可能な樹脂材とを備えている。

この構成によると、着色粒子は帯電可能な樹脂材を含んでいることから、着色剤にクーロン力を作用させたときに着色粒子が記録媒体に飛ぶようにすることができる。よって、着色粒子に含まれる染料系インクが記録媒体に吐出されるので、染料系インクによって画像を形成することができるようになる。これにより、静電式インクジェットプリンタにおいて染料系インクを使用しながらも面積階調法や吐出電極先端部での濃縮を実現することができるので、高品位の印刷を行うことができる。しかも、染料系インクを使用しているので、従来のように顔料系インクを使用した場合に比べて色再現領域が広く、色再現性や彩度の高い印刷を行うことができるようになる。

本発明の着色剤は、着色粒子を溶媒に分散させてなる着色剤であって、前記溶媒は油性の染料系インクであると共に、前記着色粒子は、周囲に前記溶媒が付着しており且つ帯電可能な樹脂材とを備えている。

この構成によると、着色粒子は帯電可能な樹脂材を含んでいることから、着色剤にクーロン力を作用させたときに着色粒子が記録媒体に飛ぶようにすることができる。よって、着色粒子の周りに付着される染料系インクが記録媒体に吐出されるので、染料系インクによって画像を形成することができるようになる。これにより、静電式インクジェットプリンタにおいて染料系インクを使用しながらも面積階調法や吐出電極先端部での濃縮を実現することができるので、高品位の印刷を行うことができる。しかも、染料系インクを使用しているので、従来のように顔料系インクを使用した場合に比べて色再現領域が広く、色再現性や彩度の高い印刷を行うことができるようになる。特に、この場合には、着色粒子の内部に染料系インクを含める必要が無いので、着色剤の製造を容易に行うことができる。また、水性インクに比べて導電率の低い油性の染料系インクを使用しているので、例えば静電式インクジェットプリンタの吐出電極と補助電極との間、および隣接する吐出電極間の間でのリークの発生を防止することができる。

本発明において、前記着色粒子は、該樹脂材の表面に設けられて当該着色粒子の電荷を調整する帯電制御剤を備えていてもよい。

この構成によると、帯電制御剤を樹脂材の表面に設けることによって着色粒子の電荷を調整することができる。従って、着色剤にクーロン力を作用させたときの着色粒子の吐出性能を安定させることができる。これにより、高品位の印刷を維持することができる。

本発明において、前記着色粒子の周囲には分散剤が設けられていてもよい。

この構成によると、着色粒子が分散するようになるので粒子同士が凝集することを効果的に防止できる。これにより、高品位の印刷を維持することができる。

本発明の着色剤の製造方法は、染料系インクを樹脂材で包み込んで着色粒子を形成する粒子形成工程と、前記着色粒子と溶媒とを調合する調合工程と、調合された前記着色粒子および前記溶媒を攪拌および微粉砕する分散工程と、前記着色粒子の粒径を調整する粒径調整工程とを備えている。

この構成によると、染料系インクと、該染料系インクを包み込む樹脂材とを備えた着色粒子を含有する着色剤を得ることができる。

本発明において、前記調合工程において、前記着色粒子および溶媒と共に帯電制御剤を調合して前記着色粒子の周囲に帯電制御剤を付着させ、且つ、前記溶媒に帯電制御剤を添加してゼータ電位および導電率を調整するゼータ電位・導電率調整工程をさらに備えていてもよい。

この構成によると、帯電制御剤が着色粒子の周囲に設けられることによって着色粒子の電荷が調整された着色剤を得ることができる。

本発明の画像形成方法は、上述のいずれかの着色剤を記録媒体に吐出して、吐出後の前記記録媒体に熱または圧力の少なくとも一方を加えることにより該記録媒体に前記染料系インクを定着させると同時に前記樹脂材によってコーティングするものである。

この構成によると、着色剤の染料系インクは記録媒体に吸収されると共に、樹脂材が記録媒体上で潰される。このため、樹脂材によって記録媒体がコーティング（ラミネート）されるようになる。よって、染料系インクを用いた一般的な印刷に比べて印刷の色褪せを抑えて耐候性を高めることができると共に、色再現性や階調性を高めることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態の着色剤１の概略構成を示す図である。

まず、本実施の形態の着色剤１の概略構成について、図１を参照して説明する。図１に示す着色剤１は、着色粒子２を溶媒３に分散させてなる着色剤１である。そして、着色粒子２は、染料系インク４と、染料系インク４を包み込む樹脂材７と、樹脂材７の表面に設けられて着色粒子２の電荷を調整する帯電制御剤８とを備えている。

本実施形態では、着色粒子２の周囲には分散剤９が設けられている。このため、分散剤９によって着色粒子２が分散するようになるので着色粒子２同士が凝集することを効果的に防止して高品位の印刷を維持することができる。

ここで、染料系インク４、樹脂材７、帯電制御剤８、分散剤９、溶媒３の含有率と構成材料の一例を表１に示す。

着色粒子２の粒径は０．１μｍ〜３μｍが好ましく、より好ましくは０．１μｍ〜１μｍである。着色粒子２の粒径が３μｍを超えると沈殿が生じ、ヘッドの目詰まりなどを起こして着色剤循環を妨げてしまう。

また、静電式インクジェットプリンタにおける着色剤１の濃縮や吐出パフォーマンスは導電率、ゼータ電位、粘度に影響される。これらのパラメータによって着色粒子２の電気泳動速度が定まり、その速度によって着色剤１の濃縮や吐出パフォーマンスが決定される。

ここで、着色剤１の導電率は５００〜１０００ｐＳ／ｃｍであることが好ましい。導電率が１０００ｐＳ／ｃｍを超えると着色粒子２の電気泳動速度が遅くなって着色剤１の濃縮度が小さくなる。このため、低導電率時に比べてヘッド先端部の表面張力が低いので吐出パフォーマンスは向上するが、ドットの濃度が下がってしまう。一方、導電率が５００ｐＳ／ｃｍ未満であると着色粒子２の電気泳動速度が速くなって着色剤１の濃縮度が大きくなる。このため、ドットの濃度は高くなるが、ヘッド先端部の表面張力が高くなり吐出パフォーマンスが下がってしまう。

着色剤１のゼータ電位は５０〜１５０ｍＶであることが好ましい。ゼータ電位が５０ｍＶ未満であると着色粒子２の電気泳動速度が遅くなって着色剤１の濃縮度が小さくなりドットの濃度が下がってしまう。しかも、この場合は微小な吐出ができなくなってしまう。一方、ゼータ電位が１５０ｍＶを超えると着色粒子２の電気泳動速度が速くなって着色剤１の濃縮度が大きくなり吐出パフォーマンスが下がってしまう。

着色剤１の粘度は１ｍＰａ・ｓ〜３ｍＰａ・ｓであることが好ましい。粘度が３ｍＰａ・ｓを超えると着色粒子２の電気泳動速度が遅くなって着色剤１の濃縮度が小さくなりドットの濃度が下がってしまう。しかも、この場合は粘度が高すぎて吐出パフォーマンスが低下してしまう。一方、粘度が１ｍＰａ・ｓ未満であると着色粒子２の電気泳動速度が速くなって着色剤１の濃縮度が大きくなり吐出パフォーマンスが下がってしまう。

次に、上述した着色剤１の製造方法について、図２を参照して説明する。図２に示すように、この着色剤１の製造方法は、着色粒子２を形成する粒子形成工程（ステップ１（Ｓ１））と、着色粒子２と帯電制御剤８と分散剤９と溶媒３とを調合する調合工程（ステップ２（Ｓ２））と、調合された着色粒子２および溶媒３を攪拌および微粉砕する分散工程（ステップ３（Ｓ３））と、溶媒３に帯電制御剤８を添加してゼータ電位および導電率を調整するゼータ電位・導電率調整工程（ステップ４（Ｓ４））と、着色粒子２の粒径を調整する粒径調整工程（ステップ５（Ｓ５））とを備えている。

粒子形成工程では、染料系インク４を樹脂材７で包み込んでマイクロカプセルからなる着色粒子２を形成する。具体的な作製方法としては、機械的な製法である噴霧乾燥法、化学的な製法である界面重合法、物理化学的な製法など、既知あるいは新規の各種の方法を採用することができる。

調合工程では、着色粒子２と帯電制御剤８と分散剤９と溶媒３とを調合して、着色粒子２の周囲に帯電制御剤８および分散剤９を付着させる。分散工程では、例えばボールミルを利用して調合したものの攪拌および微粉砕を行う。粒径調整工程では、着色剤１をメッシュで濾過することにより例えば３μｍ以下の粒径に整える。なお、着色剤１の製造方法としては、上述の方法に限られないのは勿論である。

上述した着色剤１を利用した画像形成方法について、図３を参照して説明する。この画像形成方法は、上述した着色剤１を記録媒体５に吐出して（図中Ａ部）、吐出後の記録媒体５に熱または圧力の少なくとも一方を加えることにより記録媒体５に染料系インク４を定着させると同時に樹脂材７によってコーティングするものとしている（図中Ｂ部）。すなわち、着色剤１の着色粒子２が熱または圧力によって潰されて、染料系インク４が記録媒体５に吸収されると共に、樹脂材７が記録媒体５上で潰される。これによって、樹脂材７が記録媒体５をコーティングするようになる。

ここでは、一対の圧熱ローラ１０を使用することにより、着色粒子２に熱および圧力を与えるようにしている。このため、ローラ１０で加圧しているので、加圧後の樹脂材７の表面が平滑になって記録媒体５の表面に光沢を出すことができる。

ここで、この画像形成方法を利用した静電式インクジェットプリンタのプリントヘッド１５について、図４および図５を参照して説明する。プリントヘッド１５は、記録媒体５である用紙に対して着色剤１を吐出して画像を形成するためのものである。なお、図４はプリントヘッド１５の部分的な斜視図である。図５はプリントヘッド１５の概略構成を示す図である。プリントヘッド１５は、筐体３０と、筐体３０内に配置された多数の吐出電極２０と、筐体３０の外部においてそれに隔離するように配置された一対の補助電極２１とを有している。なお、補助電極２１は、吐出電極２０とそれに対向配置される記録媒体５との間に設けられている。

多数の吐出電極２０は、それぞれ棒状の部材であって、所定の間隔を隔てて互いに平行になるように隣接して配列されている。また、吐出電極２０のそれぞれの先端部は、ほぼ一直線上に並ぶように（ライン状に）配置されている。ここで、ライン状に配列された多数の吐出電極２０の配列方向の長さは、画像が印刷される記録媒体５の幅とほぼ同じになっている。したがって、吐出電極２０によって、記録媒体５の全幅にわたって画像を印刷することができる。

筐体３０は、略直方体形状であって、その内部に中空を有する部材であって、着色剤供給孔３１と、着色剤排出孔３２と、着色剤吐出孔３３とが形成されている。着色剤供給孔３１は、着色剤タンクから着色剤リザーバを通過した着色剤１がプリントヘッド１５に供給されるための開口である。また、着色剤排出孔３２は、着色剤供給孔３１と対向するように設けられており、プリントヘッド１５に供給された着色剤１の中で、記録媒体５に対して吐出されない着色剤１を着色剤タンクに戻すための開口である。

したがって、筐体３０内に供給された着色剤１は、筐体３０の下端部（底面部）から次第に溜まっていき、着色剤１の液面が吐出電極２０に達すると、毛細管現象によって吐出電極２０間の隙間を上方に移動するようになる。さらに、着色剤１が供給されると、着色剤１の液面は着色剤排出孔３２に達する。このように、筐体３０内において、多数の吐出電極２０は、着色剤供給孔３１と着色剤排出孔３２との間に配置されているため、着色剤供給孔３１から筐体３０内に流入した着色剤１の大部分は、多数の吐出電極２０間に形成される隙間を通過した後で着色剤排出孔３２から筐体３０の外部へ流出するようになっている。

また、着色剤吐出孔３３は、画像が形成される記録媒体５に対向するように設けられており、筐体３０内に流入した着色剤１の一部を記録媒体５に対して吐出するための開口である。ここで、多数の吐出電極２０のそれぞれの先端部は、着色剤吐出孔３３の近傍に配置されている。

補助電極２１は、筐体３０の外部において、着色剤吐出孔３３と近接するように配置されている。また、一対の補助電極２１は、所定間隔の空隙を隔てて配置されている。なお、補助電極２１間に形成される空隙は、筐体３０の着色剤吐出孔３３に対応している。したがって、吐出電極２０から吐出された着色剤１は、着色剤吐出孔３３を通過した後、引き続き一対の補助電極２１間を通過して記録媒体５に到達する。

ここで、図５に示すように、多数の吐出電極２０は、コントローラ４０に接続された電源５０にそれぞれ別々に接続されている。また、補助電極２１は、コントローラ４０に接続された電源５１に接続されている。したがって、コントローラ４０によって、多数の吐出電極２０のそれぞれの電位および補助電極２１の電位を制御することができる。

印刷時には、コントローラ４０から電源５０，５１を介してプリントヘッド１５の吐出電極２０および補助電極２１に、印刷される画像信号に対応した所定のピーク電圧値および所定のパルス電圧幅を有する正のパルス電圧が供給される。すると、吐出電極２０と補助電極２１との間に電位差が生じて、筐体３０内の着色粒子２にクーロン力が作用することによって、着色粒子２が記録媒体５に向かって吐出される。

記録媒体５は接地された（グランドになっている）搬送台６に載置されているため、記録媒体５も同様に接地されている。なお、記録媒体５および搬送台６は、必ずしも接地されている必要はなく、負の電荷が帯電されていても良い。

このように、記録媒体５の全幅にわたってライン状に配置された多数の吐出電極２０の中で、画像データに対応するものにだけ選択的に画像データに基づくパルス電圧が供給されることによって、記録媒体５上に所望の画像が印刷される。つまり、画像が印刷されるべき記録媒体５の幅方向位置に対応する吐出電極２０にだけパルス電圧が供給される。なお、このとき、吐出電極２０および補助電極２１に供給されるパルス電圧のピーク電圧値およびパルス電圧幅を変更することによって、記録媒体５上に印刷される画像の濃度を調整することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述した実施形態では着色粒子２の周囲に帯電制御剤８を付着させているが、これには限られず樹脂材７が帯電可能なものであれば着色粒子２の周囲に帯電制御剤８を付着させなくてもよい。

また、上述した実施形態では着色粒子２の周囲に分散剤９を付着させているが、これには限られず樹脂材７が分散機能を有する場合は別個の分散剤９を設けなくても良い。

また、上述した実施形態では着色剤１を吐出した記録媒体５に熱および圧力の両方を加えているが、これには限られず熱および圧力の少なくとも一方を与えるようにしても良い。

また、上述した実施形態では、着色剤１の製造方法として粒子形成工程、着色粒子２と帯電制御剤８と分散剤９と溶媒３とを調合する調合工程、分散工程、溶媒３に帯電制御剤８を添加してゼータ電位および導電率を調整するゼータ電位・導電率調整工程および粒径調整工程の５つの工程を備える場合について説明しているが、着色粒子２の周囲に帯電制御剤８を付着させない場合には、着色剤１の製造方法は、粒子形成工程、着色粒子２と溶媒３とを調合する調合工程、分散工程および粒径調整工程の４つの工程を備えたものであってもよい。

さらに、上述した実施形態では、着色粒子２の樹脂材７の中に染料系インク４が含有されているが、これには限られず溶媒３を油性の染料系インク４にすると共に、着色粒子２は、周囲に溶媒３が付着する樹脂材７と、該樹脂材７の表面に設けられて当該着色粒子２の電荷を調整する帯電制御剤８とを備えるものとしても良い。この場合、樹脂材７を親油性のものにすることにより、着色粒子２の周りに溶媒３である油性の染料系インク４が付着し易くなる。そして、着色粒子２にクーロン力が作用すると着色粒子２の周りに染料系インク４が付着した状態で吐出される。これによれば、着色粒子２の内部に染料系インク４を含める必要が無いので、着色剤１の製造を容易に行うことができる。なお、この場合にも着色粒子２の周囲に帯電制御剤８を付着させなくてもよい。

本発明の一実施の形態による着色剤を描いた概略図である。 着色剤の製造方法の一例を描いたフローチャートである。 記録媒体上における画像定着時の着色粒子の様子を示す概略図である。 プリントヘッドの部分的な斜視図である。 プリントヘッドの概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 着色剤
２ 着色粒子
３ 溶媒
４ 染料系インク
５ 記録媒体
７ 樹脂材
８ 帯電制御剤
９ 分散剤

Claims (7)

1. 着色粒子を溶媒に分散させてなる着色剤であって、
   前記着色粒子は、染料系インクと、該染料系インクを包み込み且つ帯電可能な樹脂材とを備えることを特徴とする着色剤。
2. 着色粒子を溶媒に分散させてなる着色剤であって、
   前記溶媒は油性の染料系インクであると共に、
   前記着色粒子は、周囲に前記溶媒が付着しており且つ帯電可能な樹脂材とを備えることを特徴とする着色剤。
3. 前記着色粒子は、該樹脂材の表面に設けられて当該着色粒子の電荷を調整する帯電制御剤を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の着色剤。
4. 前記着色粒子の周囲には分散剤が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の着色剤。
5. 染料系インクを樹脂材で包み込んで着色粒子を形成する粒子形成工程と、
   前記着色粒子と溶媒とを調合する調合工程と、
   調合された前記着色粒子および前記溶媒を攪拌および微粉砕する分散工程と、
   前記着色粒子の粒径を調整する粒径調整工程とを備えることを特徴とする着色剤の製造方法。
6. 前記調合工程において、前記着色粒子および溶媒と共に帯電制御剤を調合して前記着色粒子の周囲に帯電制御剤を付着させ、且つ、
   前記溶媒に帯電制御剤を添加してゼータ電位および導電率を調整するゼータ電位・導電率調整工程をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の着色剤の製造方法。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載の着色剤を記録媒体に吐出して、吐出後の前記記録媒体に熱または圧力の少なくとも一方を加えることにより該記録媒体に前記染料系インクを定着させると同時に前記樹脂材によってコーティングすることを特徴とする画像形成方法。

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