JP2007091942A - Recording liquid, recording method and ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流路のケイ素含有材料が露出した部分からケイ素化合物等の溶出を抑制する記録液、この記録液を用いた記録方法及びケイ素化合物等の溶出が抑制された吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a recording liquid that suppresses elution of a silicon compound or the like from a portion where a silicon-containing material in a flow path is exposed, a recording method using the recording liquid, and an ejection head in which elution of a silicon compound or the like is suppressed.
インクジェット方式のプリンタ装置（以下、プリンタ装置）は、インクが充填されたインクタンクからインクを吐出する吐出ヘッドにインクが供給され、吐出ヘッドから被記録媒体にインクを吐出し、着弾させることで、被記録媒体に画像や文字を印刷する。このようなプリンタ装置は、低ランニングコスト、装置の小型化、印刷画像のカラー化が容易という利点を有する。 Inkjet printer devices (hereinafter referred to as printer devices) are supplied with ink from an ink tank filled with ink to an ejection head that ejects ink, and ejects ink from the ejection head onto a recording medium, thereby landing the ink. Print images and characters on the recording medium. Such a printer apparatus has the advantages of low running cost, small apparatus size, and easy colorization of printed images.
具体的に、プリンタ装置は、インクタンクから、吐出ヘッドのノズルと発熱抵抗体とが設けられたインク液室にインク流路を介してインクを供給し、発熱抵抗体が発生したエネルギーでインク液室内のインクを加熱、押圧し、ノズルより被記録媒体にインクを吐出する。インクを吐出する吐出ヘッドは、発熱抵抗体が設けられ、インク流路の一部を構成している回路基板を有するヘッドチップと、ノズルが形成されたノズルシートとを備える。 Specifically, the printer device supplies ink from the ink tank to the ink liquid chamber provided with the nozzle of the ejection head and the heating resistor via the ink flow path, and the ink liquid is generated with the energy generated by the heating resistor. The ink in the chamber is heated and pressed, and the ink is ejected from the nozzle onto the recording medium. An ejection head that ejects ink is provided with a heating resistor, and includes a head chip having a circuit board that forms part of an ink flow path, and a nozzle sheet on which nozzles are formed.
このようなプリンタ装置では、吐出ヘッドのノズルからインクを適切に吐出できることやインクを所定の方向に吐出できるといった吐出特性が画像品質に大きな影響を与える。このため、プリンタ装置では、吐出ヘッドを構成するヘッドチップの回路基板に、高い加工精度が得られるシリコン、シリコン酸化物、ガラス基板等のケイ素含有材料からなるもの、例えばシリコンウエハを用いている。ヘッドチップは、シリコンウエハに発熱抵抗体を作り込んで形成される。 In such a printer apparatus, ejection characteristics such as being able to eject ink appropriately from the nozzles of the ejection head and ejecting ink in a predetermined direction have a significant effect on image quality. For this reason, in the printer device, the circuit board of the head chip that constitutes the ejection head uses a silicon-containing material such as silicon, silicon oxide, or glass substrate that can provide high processing accuracy, such as a silicon wafer. The head chip is formed by forming a heating resistor in a silicon wafer.
このヘッドチップは、シリコンウエハの発熱抵抗体が形成されている面はインク液室の一部を構成している。また、ヘッドチップは、シリコンウエハの端面がインク液室にインクを供給するためのインク流路に臨み、インク流路の一部を構成している。 In this head chip, the surface of the silicon wafer on which the heating resistor is formed constitutes a part of the ink liquid chamber. In the head chip, the end face of the silicon wafer faces an ink flow path for supplying ink to the ink liquid chamber, and constitutes a part of the ink flow path.
このヘッドチップでは、シリコンウエハの発熱抵抗体が形成されている面は酸化処理等が施されているため、インク液室内のインクに曝されてもインクによってケイ素化合物等がインク中に溶出することがない。 In this head chip, the surface of the silicon wafer on which the heat generating resistor is formed is subjected to oxidation treatment or the like, so that even if it is exposed to the ink in the ink liquid chamber, the silicon compound or the like is eluted into the ink by the ink. There is no.
一方、インク流路の一部を構成しているシリコンウエハの端面は、製造工程上、酸化処理等を施すことが困難であるため、シリコンウエハを形成しているケイ素含有材料が露出している。このケイ素含有材料が露出している部分には、インク流路に流れるインクが直接接するようになる。ケイ素含有材料が露出している部分にインクが接すると、シリコンウエハからケイ素やケイ素化合物等がインク中に溶出することがある。ケイ素化合物等の溶出は、特に、インクのｐＨが７よりも大きいアルカリ性を示すインクを用いた場合に顕著になる。通常、インクは、インク流路を構成する他の金属部材が酸化されないように弱アルカリ性に設計されることが多いため、ケイ素化合物等が溶出しやすい。 On the other hand, the silicon-containing material forming the silicon wafer is exposed at the end surface of the silicon wafer constituting a part of the ink flow path because it is difficult to perform an oxidation process or the like in the manufacturing process. . The ink flowing in the ink flow path comes into direct contact with the exposed portion of the silicon-containing material. When the ink comes into contact with the exposed portion of the silicon-containing material, silicon or a silicon compound may be eluted from the silicon wafer into the ink. The elution of a silicon compound or the like becomes prominent particularly when an ink having an alkaline pH higher than 7 is used. Usually, since ink is often designed to be weakly alkaline so that other metal members constituting the ink flow path are not oxidized, silicon compounds and the like are easily eluted.
吐出ヘッドでは、シリコンウエハからケイ素化合物等が溶出すると、溶出したケイ素化合物等が発熱抵抗体上に堆積するコゲーションが生じたり、インクの安定性が低下し、着色剤が析出してノズルの目詰まり等が生じてしまう。ヘッドチップでは、コゲーションやノズルの目詰まり等により、インクの吐出特性が低下してしまう。これにより、プリンタ装置では、このようなヘッドチップを用いることによって、画質低下したり、インクの不吐出が生じたり、インクの長期間の保存性が低下してしまうといった不具合が生じてしまう。 In the ejection head, when silicon compounds and the like are eluted from the silicon wafer, kogation in which the eluted silicon compounds and the like are deposited on the heating resistor occurs, the stability of the ink is reduced, the colorant is precipitated, and the nozzle eyes Clogging will occur. In the head chip, ink ejection characteristics deteriorate due to kogation or nozzle clogging. As a result, the use of such a head chip in the printer device causes problems such as image quality degradation, ink non-ejection, and long-term ink storage stability.
これらの問題を解決する方法としては、インク中の不純物量を軽減することが提案されている。例えば、下記の特許文献１には、インク中の鉄の含有量を４ｐｐｍ以下にすることが提案されている。特許文献２には、鉄およびケイ素の含有量の合計を９ｐｐｍ以下にすることが提案されている。特許文献３には、マグネシウムの含有量を４ｐｐｍ以下にすることが提案されている。特許文献４には、２価以上の金属の含有量が２０ｐｐｍ以下にすることが提案されている。
As a method for solving these problems, it has been proposed to reduce the amount of impurities in the ink. For example,
特許文献１〜特許文献４で提案されている方法では、インク中の不純物量が軽減しても、シリコンウエハからケイ素化合物等が溶出することを抑制することは難しく、インクの吐出特性が低下し、特にインクの長期間の保存性において十分ではない。
In the methods proposed in
また、インク中の成分によるコゲーションを改善する方法としては、特許文献５〜特許文献７に、インク中にカーボンブラックを０．１ｗｔ％以下添加する方法が提案されている。この特許文献５〜特許文献７に提案されている方法では、インク中にカーボンブラックを添加しても、特許文献１〜特許文献４と同様に、シリコンウエハからケイ素化合物等が溶出することを抑制することは難しく、インクの吐出特性が低下し、インクの長期間の保存性も十分ではない。
As a method for improving kogation due to components in the ink, Patent Documents 5 to 7 propose a method of adding 0.1 wt% or less of carbon black to the ink. In the methods proposed in Patent Documents 5 to 7, even if carbon black is added to the ink, the silicon compound and the like are prevented from eluting from the silicon wafer, as in
また、シリコンウエハからケイ素化合物等の溶出を抑制する方法としては、特許文献８に、インク中に４級アンモニウムイオン又はアルカノールアミノイオンを添加することが提案されている。この特許文献８に提案されている方法では、４級アンモニウムイオン又はアルカノールアミノイオンによるケイ素化合物等の溶出を抑えることができるが、コゲーションの抑制において十分な効果が得られず、連続吐出性が低下してしまう。 As a method for suppressing elution of a silicon compound or the like from a silicon wafer, Patent Document 8 proposes adding a quaternary ammonium ion or an alkanolamino ion to the ink. In the method proposed in Patent Document 8, elution of a silicon compound or the like by a quaternary ammonium ion or alkanolamino ion can be suppressed, but a sufficient effect cannot be obtained in suppressing kogation, and continuous discharge performance is reduced. It will decline.
また、シリコンウエハからケイ素化合物等の溶出を抑制する他の方法としては、シリコンウエハがインクに曝されないような構造にしたり、シリコンウエハからケイ素化合物等が溶出しないようにシリコンウエハの表面に表面処理を施することが提案されている。例えば、特許文献９には、シリコンウエハに形成されたエッチングの保護層として酸化シリコンの層を設けることが記載されている。この特許文献９に記載されている方法では、シリコンウエハからシリコンやケイ素化合物等の溶出を防止することができるものの、例えばヘッドチップの製造工程が増えて製造コストが高くなったり、製造歩留まりが悪くなったりして、非常に高価なプリンタ装置になってしまう。また、特許文献９に記載されている方法では、シリコンウエハの表面に、ピンホールが無く、且つ略均一な厚みの層に形成することは困難であり、やはり製造歩留まりが悪くなるといった不具合が生じる。 Other methods for suppressing the elution of silicon compounds from the silicon wafer include a structure in which the silicon wafer is not exposed to ink, or a surface treatment on the surface of the silicon wafer so that the silicon compound does not elute from the silicon wafer. It has been proposed to apply. For example, Patent Document 9 describes that a silicon oxide layer is provided as an etching protective layer formed on a silicon wafer. Although the method described in Patent Document 9 can prevent elution of silicon, silicon compounds, and the like from a silicon wafer, for example, the manufacturing cost of the head chip increases and the manufacturing cost increases, and the manufacturing yield is poor. It becomes a very expensive printer device. Further, in the method described in Patent Document 9, it is difficult to form a silicon wafer surface with no pinholes and a layer having a substantially uniform thickness, which also causes a problem that the manufacturing yield is deteriorated. .
上述した問題は、ヘッドチップにシリコンウエハを用いた場合だけではなく、シリコンウエハの他にインク流路にケイ素含有材料が露出している場合に生じる虞がある。 The above-described problem may occur not only when a silicon wafer is used for the head chip but also when a silicon-containing material is exposed in the ink flow path in addition to the silicon wafer.
本発明は、流路のケイ素含有材料が露出した部分からケイ素化合物等が溶出することを抑制することで、コゲーションを防止し、安定した吐出特性を有し、長期保存性に優れた記録液、この記録液を用いた記録方法及びこの記録液を吐出する吐出ヘッドを提供することを目的とする。 The present invention is a recording liquid that prevents kogation by suppressing the elution of a silicon compound or the like from the exposed portion of the silicon-containing material in the flow path, has stable ejection characteristics, and has excellent long-term storage stability. Another object of the present invention is to provide a recording method using the recording liquid and an ejection head for discharging the recording liquid.
本発明に係る記録液は、吐出口と回路基板に設けられた圧力発生素子とを備える液室に、ケイ素含有材料が露出している流路を介して供給され、少なくとも着色剤、水、水溶性有機溶媒、ナノダイヤモンドを含有する。 The recording liquid according to the present invention is supplied to a liquid chamber provided with a discharge port and a pressure generating element provided on a circuit board through a flow path in which a silicon-containing material is exposed, and includes at least a colorant, water, and water. Contains organic organic solvent, nanodiamond.
本発明に係る記録方法は、吐出口と回路基板に設けられた圧力発生素子とを備える液室に、ケイ素含有材料が露出している流路を介して供給された上記記録液を圧力発生素子で吐出口から被記録媒体に吐出させて記録を行う。 In the recording method according to the present invention, the recording liquid supplied to the liquid chamber provided with the discharge port and the pressure generating element provided on the circuit board through the flow path in which the silicon-containing material is exposed is used as the pressure generating element. Then, recording is performed by ejecting from the ejection port onto the recording medium.
本発明に係る吐出ヘッドは、吐出口と回路基板に設けられた圧力発生素子とを備える液室に、ケイ素含有材料が露出している流路を介して上記記録液を供給し、上記記録液を圧力発生素子で吐出口から被記録媒体に吐出させるものであり、流路のケイ素含有材料が露出している部分には、上記記録液中のナノダイヤモンドによる膜が形成されている。 The ejection head according to the present invention supplies the recording liquid to a liquid chamber having an ejection port and a pressure generating element provided on a circuit board through a flow path in which a silicon-containing material is exposed, and the recording liquid Is discharged from the discharge port to the recording medium by a pressure generating element, and a film made of nanodiamond in the recording liquid is formed on the exposed portion of the silicon-containing material in the flow path.
本発明によれば、流路のケイ素含有材料が露出している部分に、記録液に含有されたナノダイヤモンドによる膜が形成されることによって、ケイ素含有材料が露出している部分からケイ素化合物等が溶出を抑制することができる。これにより、本発明では、発熱抵抗体のコゲーションを防止でき、記録液が安定することにより、吐出安定性が得られ、記録液の長期間の保存性が向上する。 According to the present invention, a silicon compound or the like is formed from a portion where the silicon-containing material is exposed by forming a film of nanodiamond contained in the recording liquid in a portion where the silicon-containing material of the flow channel is exposed. Can suppress elution. Thereby, in the present invention, kogation of the heating resistor can be prevented, and the recording liquid is stabilized, whereby ejection stability is obtained, and the long-term storage stability of the recording liquid is improved.
以下、本発明が適用された記録液、記録方法及び吐出ヘッドについて、図面を参照して説明する。記録液は、図１に示すインクジェット方式のプリンタ装置１（以下、プリンタ装置という。）のインクｉとして用いられる。インクｉの説明に先立って、このインクｉを吐出して印刷を行うプリンタ装置１について説明する。
Hereinafter, a recording liquid, a recording method, and an ejection head to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. The recording liquid is used as ink i of the ink jet type printer apparatus 1 (hereinafter referred to as a printer apparatus) shown in FIG. Prior to the description of the ink i, the
プリンタ装置１は、インクｉを吐出するヘッドカートリッジ２と、このヘッドカートリッジ２が装着される装置本体３とを備える。このプリンタ装置１は、記録紙Ｐの幅方向、すなわち図１中矢印Ｗ方向にノズルを略ライン状に色毎に並設した、いわゆるライン型のプリンタ装置である。プリンタ装置１は、ヘッドカートリッジ２が装置本体３に対して着脱可能である。
The
先ず、ヘッドカートリッジ２について説明する。ヘッドカートリッジ２は、例えば圧力発生素子として電気熱変換式を用いた発熱抵抗体を用いて後述するインクｉを吐出し、記録紙Ｐの主面にインクｉを着弾させる。
First, the
ヘッドカートリッジ２には、図１及び図２に示すように、インクｉが収容されたインクタンク１１が装着される。インクタンク１１は、例えばイエローインク、マゼンタインク、シアンインク、ブラックインクの色毎に、イエローインクのインクタンク１１ｙ、マゼンタインクのインクタンク１１ｍ、シアンインクのインクタンク１１ｃ、ブラックインクのインクタンク１１ｋを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
インクタンク１１は、記録紙Ｐの幅方向の寸法と略同じ寸法をなす略矩形状に形成されている。インクタンク１１には、底面の略中央に収容しているインクｉをヘッドカートリッジ２に供給するインク供給部１２が設けられている。インク供給部１２は、略突形状のノズルであり、このノズルの先端が後述するヘッドカートリッジ２の接続部２５に接続される。インクタンク１１は、インク供給部１２をヘッドカートリッジ２の接続部２５に接続することによって、ヘッドカートリッジ２と接続し、後述するインクｉをヘッドカートリッジ２に供給することができるようになる。
The
以上のようなインクタンク１１が装着されるヘッドカートリッジ２は、図１及び図２に示すように、カートリッジ本体２１を有する。カートリッジ本体２１は、インクタンク１１が装着される装着部２２と、インクｉを吐出する吐出ヘッド２３と、吐出ヘッド２３を保護するヘッドキャップ２４とを備える。ヘッドカートリッジ２は、装置本体３のヘッドカートリッジ装着部５１に着脱可能に装着される。なお、ヘッドカートリッジ２は、ヘッドカートリッジ装着部５１に固定されていてもよい。
The
装着部２２の長手方向略中央には、装着部２２に装着されたインクタンク１１のインク供給部１２と接続される接続部２５が設けられている。この接続部２５は、装着部２２に装着されたインクタンク１１のインク供給部１２からカートリッジ本体２１の底面に設けられたインクｉを吐出する吐出ヘッド２３にインクｉを供給するインク供給路となる。接続部２５は、インクタンク１１から吐出ヘッド２３へのインクｉの供給を弁機構で調整している。
A
接続部２５からインクｉが供給される吐出ヘッド２３は、カートリッジ本体２１の底面に沿って配設されている。吐出ヘッド２３は、接続部２５から供給されるインクｉを吐出する吐出口である後述するノズル３４ａが記録紙Ｐの幅方向、すなわち図２中矢印Ｗ方向に略ライン状にインクｉの色毎に並設されている。吐出ヘッド２３は、記録紙Ｐの幅方向に移動することなく、記録紙Ｐの幅方向に亘って色毎に設けたノズル列毎にインクｉを吐出するため、一度の吐出で記録紙Ｐの幅方向に亘って印刷を行うことができる。このため、プリンタ装置１では、記録紙Ｐの幅方向に移動して印刷するシリアル型のプリンタ装置と比べて印刷速度が速くなっている。
The
吐出ヘッド２３は、図３に示すように、発熱抵抗体３１ａが設けられた回路基板３１とフィルム３２とからなるヘッドチップ３３を有する。吐出ヘッド２３は、ノズル３４ａが形成されたノズルシート３４にヘッドチップ３３が貼り合わされて形成される。吐出ヘッド２３には、回路基板３１とフィルム３２とノズルシート３４とで囲まれたインク液室３５が形成されている。インク液室３５には、発熱抵抗体３１ａによって加熱されるインクｉが充填される。また、吐出ヘッド２３には、インクｉが収容されたインクタンク１１からインクｉをインク液室３５に供給するためのインク流路３６が形成されている。
As shown in FIG. 3, the
ヘッドチップ３３を構成する回路基板３１は、例えばシリコン、シリコン酸化物、ガラス基板等といったケイ素含有材料からなる基板に、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）やドライバートランジスタ等からなる制御回路が形成されている。この回路基板３１上には、圧力発生素子として、制御回路により制御されて後述するインクｉを加熱する発熱抵抗体３１ａが設けられている。
The
回路基板３１の端面は、製造工程上、ダイシング等によって切り出された部分であり、酸化処理が困難であるため、ケイ素含有材料が露出している露出部３７となる。この露出部３７は、インク流路３６の一部を構成し、インク流路３５内を流れるインクｉと直接接するようになる。一方、回路基板３１の発熱抵抗体３１ａが設けられた面３８は、製造工程上、酸化処理が容易であるため、酸化処理が施され、ケイ素含有材料が露出していない。
The end surface of the
フィルム３２は、回路基板３１の発熱抵抗体３１ａが形成され面に例えば露光硬化型のドライフィルムレジストで形成され、フォトリソプロセスによって、上述したインク流路３６と連通される部分を除いて各ノズル３４ａの周囲を囲むように形成される。このフィルム３２には、回路基板３１とは反対側の面に後述するノズルシート３４が貼り合わされる。
The
ヘッドチップ３３のフィルム３２に貼り合わされるノズルシート３４は、厚みが１０μｍ〜１５μｍ程度のシート状部材であり吐出面３４ｂに向かって縮径されたノズル３４ａが記録紙Ｐの幅方向に亘って略ライン状に形成され、色毎に並設されている。
The
以上のように構成された吐出ヘッド２３は、ヘッドチップ３３の回路基板３１の制御回路が発熱抵抗体３１ａを制御し、選択された発熱抵抗体３１ａに対して、例えば１〜３マイクロ秒程度の間だけパルス電流を供給し、発熱抵抗体３１ａを加熱して、インク液室３５内のインクｉをノズル３４ａからインクｉを液滴の状態にして吐出する。
In the
具体的に、インクｉの吐出方法は、印刷データに基づいた記録信号によって、回路基板３１の制御回路が選択的に発熱抵抗体３１ａにパルス電流を供給し、発熱抵抗体３１ａを加熱する。すると、吐出ヘッド２３では、図３（Ａ）に示すように、発熱抵抗体３１ａと接するインク液室３５内のインクｉに気泡ｂが発生する。そして、吐出ヘッド２３では、図３（Ｂ）に示すように、このインク液室３５内において、気泡ｂが膨張しながらインクｉを加圧し、押し退けられたインクｉを液滴の状態でノズル３４ａより吐出する。インクｉが吐出された後は、インク流路３６を介してインクｉがインク液室３５に供給されることによって、再び吐出前の状態へと戻る。
Specifically, in the ink i ejection method, the control circuit of the
吐出ヘッド２３を保護するヘッドキャップ２４は、図１及び図４に示すように、吐出ヘッド２３の吐出面３４ｂ側に位置し、ノズル３４ａ内のインクｉを乾燥等から保護している。ヘッドキャップ２４は、インクｉを吐出する際に、吐出ヘッド２３の吐出面３４ｂ側に配置された状態から、図４に示すように、装置本体３の前面側に移動し、吐出面３４ｂを開放する。プリンタ装置１では、ヘッドキャップ２４が装置本体３の前面側に移動することによって、ノズル３４ａが外部に露出し、印刷可能な状態となる。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
このヘッドキャップ２４には、図４に示すように、吐出面３４ｂに付着した不要なインクｉを払拭する例えばクリーニングローラ４１が設けられている。このクリーニングローラ４１は、記録紙Ｐの幅方向に亘って、略円柱棒状に形成され、インクｉを吸収することができる吸収体で形成されている。クリーニングローラ４１は、ヘッドキャップ２４が吐出ヘッド２３の吐出面３４ｂから装置本体３の前面側に移動する際に、吐出面３４ｂ上を従動回転しながら、吐出面３４ｂに付着している不要なインクｉを払拭する。これにより、吐出ヘッド２３では、インクｉを吐出する前に、吐出面３４ｂから不要なインクｉが除去され、インクｉの吐出特性が良好となる。
As shown in FIG. 4, the
次に、以上のようなヘッドカートリッジ２１が装着される装置本体３について説明する。装置本体３は、図１及び図４に示すように、上面側に設けられたヘッドカートリッジ装着部５１にヘッドカートリッジ２１が装着される。装置本体３には、内部に記録紙Ｐを給排紙する給排紙機構５２を備える。
Next, the apparatus
また、装置本体３には、詳細を図示しないが、ヘッドキャップ２４を移動させるヘッドキャップ移動機構を備える。このヘッドキャップ移動機構は、ヘッドキャップ２４を、吐出面３４ｂと対向させて吐出面３４ｂを閉塞する閉塞位置と、装置本体３の前面側に待機させて、吐出面３４ｂを開放する位置との間で移動させる。
Further, although not shown in detail, the apparatus
給排紙機構５２は、装置本体３の外部から記録紙Ｐを内部に取り込み、吐出ヘッド２３の吐出面３４ｂと対向する位置に搬送し、印刷終了後、装置本体３の内部から外部に排紙する。
The paper supply /
プリンタ装置１は、外部に設けられた情報処理装置から入力された印刷データに基づき印刷を行う。即ち、プリンタ装置１では、装置本体３に設けられた操作ボタン３ａの操作により、給排紙機構５２とヘッドキャップ移動機構とが駆動する。
The
具体的に、プリンタ装置１では、図４に示すように、ヘッドキャップ移動機構が駆動し、ヘッドカートリッジ本体２１の底面に配置され、吐出面３４ｂを保護しているヘッドキャップ２４を装置本体３の前面側に移動し、吐出面３４ｂに設けられたノズル３４ａが外部に露出するようにする。
Specifically, in the
また、プリンタ装置１は、図４に示すように、装置本体３の給排紙機構５２が駆動し、トレイ５３の下側に設けられた給紙部５３ａから給紙ローラ５４で記録紙Ｐを引き出し、互いに反対方向に回転する一対の分離ローラ５５ａ、５５ｂで給紙部５３ａから１枚だけ記録紙Ｐを引き出す。プリンタ装置１は、分離ローラ５５ａ、５５ｂで引き出した記録紙Ｐを反転ローラ５６でヘッドカートリッジ２１側に反転し、吐出面３４ｂと対向する位置に設けられた搬送ベルト５７上に記録紙Ｐを搬送する。記録紙Ｐは、ヘッドカートリッジ２１の吐出面３４ｂと対向するプラテン板５８に保持され、吐出面３４ｂと対向するようになる。
Further, as shown in FIG. 4, in the
次に、プリンタ装置１では、印刷データに基づいた記録信号によって、吐出ヘッド２３の発熱抵抗体３１ａに選択的にパルス電流を供給し、発熱抵抗体３１ａを加熱する。プリンタ装置１では、発熱抵抗体３１ａを加熱することによって、図４に示すように、吐出面３４ｂと対向する位置に搬送された記録紙Ｐに対して、記録紙Ｐの幅方向に亘って設けられた複数のノズル３４ａより各色のインクｉを微小な液滴の状態にして吐出し、文字や画像等を印刷する。プリンタ装置１では、ノズル３４ａからインクｉを吐出する度に、インクタンク１１から吐出ヘッド２３のインク流路３６を介して、発熱抵抗体３１ａ及びノズル３４ａが設けられたインク液室３５にインクｉを供給することによって、連続的にインクｉを吐出する。プリンタ装置１では、これを繰り返して行い、記録紙Ｐに対して印刷を行う。印刷後、プリンタ装置１では、記録紙Ｐをトレイ５３の上側に設けられた排紙部５３ｂに排紙する。
Next, in the
以上ように動作するプリンタ装置１に用いられるインクｉについて説明する。インクｉは、インクタンク１１に収容され、インクタンク１１のインク供給部１２からインクカートリッジ２１の接続部２５を介して、吐出ヘッド２３のインク流路３６に供給される。インク流路３６に供給されたインクｉは、発熱抵抗体３１ａ及びノズル３４ａが設けられた各インク液室３５に供給され、ノズル３４ａより吐出される。このインクｉは、インク流路３６内を流れるため、上述したインク流路３６の一部を構成し、回路基板３１のケイ素含有材料が露出している露出部３７に直接接するようになる。
The ink i used in the
具体的に、インクｉは、少なくとも着色剤、水、水溶性有機溶媒、ナノダイヤモンドを含有する水性のインクである。 Specifically, the ink i is a water-based ink containing at least a colorant, water, a water-soluble organic solvent, and nanodiamond.
着色剤としては、以下に示す直接染料、酸性染料、塩基性染料、反応性染料、分散染料、建染染料、可溶性建染染料等といった、通常インクジェット方式を用いた記録に用いられる各種染料を用いることができる。 As the colorant, various dyes that are usually used for recording using an ink jet method, such as the following direct dyes, acid dyes, basic dyes, reactive dyes, disperse dyes, vat dyes, and soluble vat dyes are used. be able to.
具体的に、イエロー系の染料としては、例えばＣ．Ｉ．アシッドイエロー１、同３、同１１、同１７、同１９、同２３、同２５、同２９、同３６、同３８、同４０、同４２、同４４、同４９、同５９、同６１、同７０、同７２、同７５、同７６、同７８、同７９、同９８、同９９、同１１０、同１１１、同１２７、同１３１、同１３５、同１４２、同１６２、同１６４、同１６５、Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１、同８、同１１、同１２、同２４、同２６、同２７、同３３、同３９、同４４、同５０、同５８、同８５、同８６、同８７、同８８、同８９、同９８、同１１０、同１３２、同１４２、同１４４、Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー１、同２、同３、同４、同６、同７、同１１、同１２、同１３、同１４、同１５、同１６、同１７、同１８、同２２、同２３、同２４、同２５、同２６、同２７、同３７、同４２、Ｃ．Ｉ．フードイエロー３、同４等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。
Specifically, examples of yellow dyes include C.I. I.
マゼンタ系の染料としては、例えばＣ．Ｉ．アシッドレッド１、同６、同８、同９、同１３、同１４、同１８、同２６、同２７、同３２、同３５、同３７、同４２、同５１、同５２、同５７、同７５、同７７、同８０、同８２、同８５、同８７、同８８、同８９、同９２、同９４、同９７、同１０６、同１１１、同１１４、同１１５、同１１７、同１１８、同１１９、同１２９、同１３０、同１３１、同１３３、同１３４、同１３８、同１４３、同１４５、同１５４、同１５５、同１５８、同１６８、同１８０、同１８３、同１８４、同１８６、同１９４、同１９８、同２０９、同２１１、同２１５、同２１９、同２４９、同２５２、同２５４、同２６２、同２６５、同２７４、同２８２、同２８９、同３０３、同３１７、同３２０、同３２１、同３２２、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、同２、同４、同９、同１１、同１３、同１７、同２０、同２３、同２４、同２８、同３１、同３３、同３７、同３９、同４４、同４６、同６２、同６３、同７５、同７９、同８０、同８１、同８３、同８４、同８９、同９５、同９９、同１１３、同１９７、同２０１、同２１８、同２２０、同２２４、同２２５、同２２６、同２２７、同２２８、同２２９、同２３０、同３２１、Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１、同２、同３、同４、同５、同６、同７、同８、同１１、同１２、同１３、同１５、同１６、同１７、同１９、同２０、同２１、同２２、同２３、同２４、同２８、同２９、同３１、同３２、同３３、同３４、同３５、同３６、同３７、同３８、同３９、同４０、同４１、同４２、同４３、同４５、同４６、同４９、同５０、同５８、同５９、同６３、同６４、フードレッド７、同９、同１４等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。
Examples of magenta dyes include C.I. I.
シアン系の染料としては、例えばＣ．Ｉ．アシッドブルー１、同７、同９、同１５、同２２、同２３、同２５、同２７、同２９、同４０、同４１、同４３、同４５、同５４、同５９、同６０、同６２、同７２、同７４、同７８、同８０、同８２、同８３、同９０、同９２、同９３、同１００、同１０２、同１０３、同１０４、同１１２、同１１３、同１１７、同１２０、同１２６、同１２７、同１２９、同１３０、同１３１、同１３８、同１４０、同１４２、同１４３、同１５１、同１５４、同１５８、同１６１、同１６６、同１６７、同１６８、同１７０、同１７１、同１８２、同１８３、同１８４、同１８７、同１９２、同１９９、同２０３、同２０４、同２０５、同２２９、同２３４、同２３６、同２４９、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、同２、同６、同１５、同２２、同２５、同４１、同７１、同７６、同７７、同７８、同８０、同８６、同８７、同９０、同９８、同１０６、同１０８、同１２０、同１２３、同１５８、同１６０、同１６３、同１６５、同１６８、同１９２、同１９３、同１９４、同１９５、同１９６、同１９９、同２００、同２０１、同２０２、同２０３、同２０７、同２２５、同２２６、同２３６、同２３７、同２４６、同２４８、同２４９、Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー１、同２、同３、同４、同５、同７、同８、同９、同１３、同１４、同１５、同１７、同１８、同１９、同２０、同２１、同２５、同２６、同２７、同２８、同２９、同３１、同３２、同３３、同３４、同３７、同３８、同３９、同４０、同４１、同４３、同４４、同４６、Ｃ．Ｉ．フードブルー１、同２等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。
Examples of cyan dyes include C.I. I.
ブラック系の染料としては、例えばＣ．Ｉ．アシッドブラック１、同２、同７、同２４、同２６、同２９、同３１、同４８、同５０、同５１、同５２、同５８、同６０、同６２、同６３、同６４、同６７、同７２、同７６、同７７、同９４、同１０７、同１０８、同１０９、同１１０、同１１２、同１１５、同１１８、同１１９、同１２１、同１２２、同１３１、同１３２、同１３９、同１４０、同１５５、同１５６、同１５７、同１５８、同１５９、同１９１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１７、同１９、同２２、同３２、同３８、同５１、同５６、同６２、同７１、同７４、同７５、同７７、同９４、同１０５、同１０６、同１０７、同１０８、同１１２、同１１３、同１１７、同１１８、同１３２、同１３３、同１４６、同１５４、同１６８、Ｃ．Ｉ．リアクティブブラック１、同３、同４、同５、同６、同８、同９、同１０、同１２、同１３、同１４、同１８、Ｃ．Ｉ．フードブラック２等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。
Examples of black dyes include C.I. I.
染料を用いた場合の着色剤の添加量は、インクｉ全体に対して０．５質量％〜１５質量％であり、好ましくは０．７質量％〜１０質量％である。着色剤の濃度は、印刷対象物となるものの種類や吐出方法によって決定する。 When the dye is used, the addition amount of the colorant is 0.5% by mass to 15% by mass, preferably 0.7% by mass to 10% by mass with respect to the entire ink i. The concentration of the colorant is determined by the type of the printing object and the ejection method.
また、着色剤としては、染料の他に顔料も使用可能である。使用される顔料としては、有機顔料、無機顔料のいずれも使用できる。顔料は、界面活性剤、高分子分散剤等によりインクｉ中に分散され、使用される。 In addition to the dye, a pigment can also be used as the colorant. As the pigment to be used, either an organic pigment or an inorganic pigment can be used. The pigment is used by being dispersed in the ink i by a surfactant, a polymer dispersant or the like.
具体的に、黄色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １、同２、同３、同１２、同１３、同１４、同１６、同１７、同７３、同７４、同７５、同８３、同９３、同９５、同９７、同９８、同１１４、同１２８、同１２９、同１３８、同１５１、同１５４、同１８０等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。
Specifically, examples of the yellow pigment include C.I. I.
マゼンタ色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５、同７、同１２、同４８、同４８：１、同５７、同１１２、同１２２、同１２３、同１４６、同１６８、同１８４、同２０２等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。 Examples of magenta color pigments include C.I. I. Pigment Red 5, 7, 12, 12, 48, 48: 1, 57, 112, 122, 123, 146, 168, 184, 202, and the like. However, the present invention is not limited to these.
シアン色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１、同２、同３、同１５、同１５：１、同１５：２、同１５：３、同１５：４、同１６、同２２、同６０等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。
Examples of cyan pigments include C.I. I.
黒色顔料としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック顔料等を挙げることができる。 Examples of black pigments include carbon black pigments such as furnace black, lamp black, acetylene black, and channel black.
また、黒色顔料としては、例えばコロンビアン・カーボン社製のＲａｖｅｎ１０６０、同１０８０、同１１７０、同１１９０ ＵＬＴＲＡ II、同１２００、同１２５０、同１２５５、同１５００、同２０００、同３５００、同５０００ ＵＬＴＲＡ II、同５２５０、同５７５０、同７０００、キャボット社製のＲｅｇａｌ３３０Ｒ、同ｌ４００Ｒ、同ｌ６６０Ｒ、Ｍｏｇｕｌ Ｌ， Ｂｌａｃｋ Ｐｅａｒｌｓ Ｌ， Ｍｏｎａｒｃｈ ７００、同８００、同８８０、同９００、同１０００、同１１００、同１３００、同１４００、デグサ社製のＣｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ ＦＷ１、同ＦＷ２、同ＦＷ２Ｖ、同ＦＷ２００、同１８、同１５０、同Ｓ１６０、同Ｓ１７０、同 Ｐｒｉｎｔｅｘ３５、同Ｕ、同Ｖ、同１４０Ｕ、同１４０Ｖ、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４、同４Ａ、同５、同６、三菱化学社製のＮｏ．２５， Ｎｏ．３３， Ｎｏ．４０， Ｎｏ．４７， Ｎｏ．５２， Ｎｏ．９００， Ｎｏ．２３００， ＭＣＦ−８８， ＭＡ６００， ＭＡ７， ＭＡ８， ＭＡ１００等を挙げることができる。なお、これらに限定されるものではない。 Examples of the black pigment include Raven 1060, 1080, 1170, 1190 ULTRA II, 1200, 1250, 1255, 1500, 2000, 3500, and 5000 ULTRA II manufactured by Columbian Carbon. , 5250, 5750, 7000, Regal 330R, 1400R, 1660R, Mogu L, Black Pearls L, Monarch 700, 800, 880, 900, 1000, 1100, 1300, manufactured by Cabot. 1400, Color Black FW1, FW2, FW2V, FW200, 18, 18 and 150, S160, S170, Printex35, U, V, 140U, 140V, Special Bl, manufactured by Degussa k4, No. 4A, and 5, the same 6, of Mitsubishi Chemical Co., Ltd. 25, no. 33, no. 40, no. 47, no. 52, no. 900, no. 2300, MCF-88, MA600, MA7, MA8, MA100 and the like. However, the present invention is not limited to these.
また、顔料としては、水に自己分散可能な顔料を用いることもできる。水に自己分散可能な顔料とは、顔料表面に水に対する可溶化基を数多く有し、分散剤が存在しなくとも水中で安定に分散する顔料のことである。具体的には、自己分散可能な顔料は、顔料に対して酸・塩基処理、カップリング剤処理、ポリマーグラフト処理、プラズマ処理、酸化／還元処理等の表面改質処理等を施すことにより得られる。 Further, as the pigment, a pigment that is self-dispersible in water can also be used. A pigment that can be self-dispersed in water is a pigment that has many water-solubilizing groups on the surface of the pigment and can be stably dispersed in water without the presence of a dispersant. Specifically, the self-dispersible pigment is obtained by subjecting the pigment to surface modification treatment such as acid / base treatment, coupling agent treatment, polymer graft treatment, plasma treatment, oxidation / reduction treatment, and the like. .
自己分散型顔料は、例えば特開平８−３４９８号公報記載の方法によって得ることができ、市販品としてはオリエント化学工業株式会社製のマイクロジェットＣＷ１又は２、キャボット社製のキャボジェットＣ−２００又はＣ−３００等が挙げられる。 The self-dispersing pigment can be obtained, for example, by the method described in JP-A-8-3498, and commercially available products include Microjet CW1 or 2 manufactured by Orient Chemical Industry Co., Ltd., Cabojet C-200 or C manufactured by Cabot Corporation. -300 etc. are mentioned.
更に、顔料としては、樹脂により被覆されたマイクロカプセル顔料を用いることもできる。 Further, as the pigment, a microcapsule pigment coated with a resin can also be used.
顔料が分散される水としては、例えば精製水等を用いることができる。水の含有量は、インク全体に対して、５０質量％以上、好ましくは６０質量％以上である。水の含有量が５０質量％よりも少ない場合には、インクｉの粘性が高くなってしまうため、インクｉがノズル３４ａから吐出されにくくなる。 As water in which the pigment is dispersed, for example, purified water can be used. The water content is 50% by mass or more, preferably 60% by mass or more, based on the entire ink. When the water content is less than 50% by mass, the viscosity of the ink i becomes high, so that the ink i is difficult to be ejected from the nozzle 34a.
水の他に、インクｉの溶媒として用いる水溶性有機溶媒は、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、ｉ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール等の低級脂肪族一価アルコールを挙げることができる。 In addition to water, water-soluble organic solvents used as a solvent for ink i include, for example, methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, n-butyl alcohol, s-butyl alcohol, t-butyl alcohol, and the like. Mention may be made of lower aliphatic monohydric alcohols.
また、水溶性有機溶媒としては、脂肪族多価アルコールや脂肪族多価アルコールの誘導体を用いることができる。脂肪族多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、グリセロール等のアルキレングリコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類、チオジグリコール等を挙げることができる。 As the water-soluble organic solvent, aliphatic polyhydric alcohols and aliphatic polyhydric alcohol derivatives can be used. Examples of the aliphatic polyhydric alcohol include alkylene glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol and glycerol, polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, and thiodiglycol. be able to.
脂肪族多価アルコールの誘導体としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル等の上述した脂肪族多価アルコールの低級アルキルエーテル類、エチレングリコールジアセテート等の上述した脂肪族多価アルコールの低級カルボン酸エステル類等を挙げることができる。 Examples of the aliphatic polyhydric alcohol derivatives include lower alkyl ethers of the above-described aliphatic polyhydric alcohols such as ethylene glycol dimethyl ether, and lower carboxylic acid esters of the above-mentioned aliphatic polyhydric alcohols such as ethylene glycol diacetate. Can be mentioned.
水溶性有機溶媒としては、上述したものの他に、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、アセトン、ジアセトンアルコール等のケトン類、ケトアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、γ−ブチルラクトン、グリセリン、１．２．６−ヘキサントリオール等の３価アルコール類、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、スルホラン、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１．３−ジメチル−２−イミダゾリジノン等の含窒素複素環化合物等を挙げることができる。 As the water-soluble organic solvent, in addition to those described above, for example, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, ketones such as acetone and diacetone alcohol, keto alcohols, tetrahydrofuran, dioxane, γ-butyllactone, glycerin, 1.2.6 Trihydric alcohols such as 6-hexanetriol, nitrogen-containing compounds such as diethanolamine, triethanolamine, sulfolane, 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, 1.3-dimethyl-2-imidazolidinone Examples include heterocyclic compounds.
水溶性有機溶媒の含有量は、インクｉ全体に対して３質量％〜４０質量％である。 The content of the water-soluble organic solvent is 3% by mass to 40% by mass with respect to the entire ink i.
着色剤の他にインクｉ中に含有させるナノダイヤモノドは、ダイヤモンド構造を有する炭素である。このナノダイヤモンドは、平均粒径が３〜１０ｎｍ、比表面積が２５０〜３５０ｍ２／ｇの範囲内にあるナノメーターオーダーのダイヤモンドである。このナノダイヤモンドは、淡灰色の粉末である。 The nano diamond contained in the ink i in addition to the colorant is carbon having a diamond structure. The nanodiamond is a nanometer-order diamond having an average particle diameter of 3 to 10 nm and a specific surface area of 250 to 350 m 2 / g. This nanodiamond is a light gray powder.
ナノダイヤモンドの元素組成は、８０〜９５重量％の炭素原子を主体とし、残りは０．１〜１重量％の水素原子、１〜３重量％の窒素原子、５〜１５重量％の酸素原子である。水素原子、窒素原子及び酸素原子は、ナノダイヤモンドの表層部に局在しており、結晶構造の内部には僅かに存在する。即ち、このナノダイヤモンドは、結晶表層部に水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、シアノ基等の親水性基を有し、水に対する親和性が高いために、水中で安定に存在する。 The elemental composition of nanodiamond is mainly composed of 80 to 95% by weight of carbon atoms, with the remainder being 0.1 to 1% by weight of hydrogen atoms, 1 to 3% by weight of nitrogen atoms, and 5 to 15% by weight of oxygen atoms. is there. Hydrogen atoms, nitrogen atoms, and oxygen atoms are localized in the surface layer portion of the nanodiamond and are slightly present inside the crystal structure. That is, the nanodiamond has a hydrophilic group such as a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, and a cyano group in the crystal surface layer portion, and has a high affinity for water, and therefore exists stably in water.
ナノダイヤモンドの製造方法は、特に制限されないが、例えば、爆薬を爆発させる等によって衝撃波を加え、原料であるグラファイトをダイヤモンドに直接変換し、顆粒状のダイヤモンドを得る衝撃法等が挙げられる。 The method for producing nanodiamond is not particularly limited, and examples thereof include an impact method in which a shock wave is applied by, for example, exploding an explosive to directly convert graphite as a raw material into diamond to obtain granular diamond.
また、ナノダイヤモンドとしては、市販されているものを用いることができる。市販されているナノダイヤモンドとしては、例えば、甘粛凌雲納米材料有限公司製造、株式会社ニューメタルス エンド ケミカルス コーポレーション社販売のダイヤモンドナノパウダー（精製粉）、有限会社ナノ炭素研究所社製のナノアマンド等を挙げることができる。ダイヤモンドナノパウダーは、平均粒径が３〜１０ｎｍであり、比表面積が２７８〜３３４ｍ２／ｇである。ナノアマンドは、平均粒径が４〜５ｎｍである。 Moreover, what is marketed can be used as nanodiamond. Examples of commercially available nanodiamonds include the manufacture of Gansu Lingyun Nada Material Co., Ltd., Diamond Nanopowder (refined powder) sold by New Metals End Chemicals Corporation, Nanoamdo manufactured by Nano Carbon Research Institute, Ltd., etc. be able to. Diamond nanopowder has an average particle size of 3 to 10 nm and a specific surface area of 278 to 334 m 2 / g. The nanoamand has an average particle size of 4 to 5 nm.
ナノダイヤモンドは、インク流路３６にインクｉが充填されている際に、インク流路３６の一部を構成する回路基板３１のケイ素含有材料が露出している露出部３７に固着し、図３に示すように、露出部３７に溶出防止膜６１を形成する。これは、露出部３７に露出しているケイ素含有材料とナノダイヤモンドとの親和性が高く、回路基板３１の露出部３７の表層にナノダイヤモンドが露出部３７を覆うように固着したことによるものである。ナノダイヤモンドは、回路基板３１の露出部３７に固着して、溶出防止膜６１を形成することによって、露出部３７からケイ素化合物等が溶出すること抑制できる。
When the
具体的に、ナノダイヤモンドを含有しているインクｉと、ナノダイヤモンドを含有していないインクｉとについて、回路基板３１の露出部３７からのケイ素化合物等の溶出量を比較した。ナノダイヤモンドを含有しているインクｉ及びナノダイヤモンドを含有していないインクｉに対して、インク単位重量あたりの露出部３７への接触面積が同じになるように、それぞれのインクｉに回路基板３１を浸漬し、数日間、放置した。放置後に、インクｉ中のケイ素の溶出量を測定したところ、ナノダイヤモンドを含有していないインクｉでは、溶出したケイ素の量が５０ｐｐｍ程度であった。一方、ナノダイヤモンドを含有しているインクｉは、溶出したケイ素の量が数ｐｐｍであった。この結果から、ナノダイヤモンドが含有されているインクｉでは、回路基板３１の露出部３７からケイ素化合物等の溶出が抑制されていることが分かる。これは、上述したように、露出部３７に露出しているケイ素含有材料とナノダイヤモンドとの親和性が高く、回路基板３１の露出部３７の表層にナノダイヤモンドが固着し、保護膜のようなものを形成し、ケイ素化合物等の溶出を抑制しているからである。
Specifically, the elution amounts of silicon compounds and the like from the exposed
インクｉ中のナノダイヤモンドの含有量は、インクｉ全体に対して３ｐｐｍ以上、１０００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２０ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以下である。ナノダイヤモンドの含有量が３ｐｐｍよりも少ない場合には、含有量が少なすぎるため、回路基板３１の露出部３７からケイ素化合物等が溶出することを抑制することが困難となる。一方、ナノダイヤモンドの含有量が１０００ｐｐｍよりも多い場合には、含有量が多すぎるため、インクｉにナノダイヤモンドの色が付いてしまったり、ナノダイヤモンド自体が発熱抵抗体３１ａ上に堆積してコゲーションの原因となってしまう。したがって、インクｉ中におけるナノダイヤモンドの含有量は、３ｐｐｍ以上、１０００ｐｐｍ以下とする。
The content of nanodiamond in the ink i is 3 ppm or more and 1000 ppm or less, more preferably 20 ppm or more and 100 ppm or less with respect to the entire ink i. When the content of nanodiamond is less than 3 ppm, it is difficult to suppress the elution of the silicon compound and the like from the exposed
また、インクｉ中には、表面張力の調整、着色剤を均一に分散させるための分散助剤として界面活性剤が含有される。界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、陰イオン界面活性剤等を用いる。 The ink i contains a surfactant as a dispersion aid for adjusting the surface tension and dispersing the colorant uniformly. As the surfactant, a nonionic surfactant, an anionic surfactant, or the like is used.
非イオン性界面活性剤として、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミドや、アセチレングリコール系の界面活性剤等が挙げられる。 Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene alkylamide, and acetylene. Examples include glycol surfactants.
陰イオン界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル炭酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル炭酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル塩、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸エステルナトリウム等が挙げられる。 Examples of the anionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether sulfate, polyoxyethylene alkyl ether carbonate, polyoxyethylene alkyl ether phosphate, polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate, polyoxyethylene Examples thereof include alkylphenyl ether carbonate ester salt, polyoxyethylene alkylphenyl ether phosphate ester salt, alkyl sulfate salt, alkylbenzene sulfonate salt, sodium dialkylsulfosuccinate ester and the like.
プリンタ装置１では、ナノダイヤモンドを含有するインクｉがインクタンク１１から供給され、吐出ヘッド２３内に充填されることによって、インク流路３６の一部を構成している回路基板３１の露出部３７にナノダイヤモンドによる溶出防止膜６１が形成される。プリンタ装置１では、露出部３７にナノダイヤモンドによる溶出防止膜６１が形成されることによって、インク流路３６内にインクｉが流れても、露出部３７からケイ素化合物等が溶出することが抑制されるため、発熱抵抗体３１ａのコゲーションを抑制することができる。
In the
また、プリンタ装置１では、露出部３７からケイ素化合物等の溶出が抑制されることによって、インク流路３６内を流れるインクｉが安定し、着色剤が析出したりすることなく、ノズル３４ａの目詰まりを防止でき、インクｉの吐出特性を良好にすることができる。
Further, in the
また、プリンタ装置１では、インクｉを吐出する度にインクタンク１１からインクｉがインク流路３６を介してインク液室３５に供給されるため、インク流路３６には常にインクｉが充填されており、インク流路３６内にナノダイヤモンドが存在する。これにより、プリンタ装置１では、露出部３７からケイ素化合物等が溶出することを長期間抑制することができるため、インクｉを長期間安定して保存することができる。
Further, in the
これらのことから、プリンタ装置１では、ナノダイヤモノドを含有するインクｉを用いることによって、発熱抵抗体のコゲーションを防止でき、インクｉが安定することにより、吐出安定性が得られ、インクｉの長期間の保存性が向上し、高品位な画像を印刷することができる。
For these reasons, in the
また、上述したプリンタ装置１では、インク流路３６の一部を構成している回路基板３１のケイ素含有材料が露出している露出部３７からケイ素化合物等が溶出することを抑制しているが、回路基板３１に限らず、ケイ素含有材料がインク流路３６やインクｉが接する部分に露出している場合に、ナノダイヤモンドを含有するインクｉを用いることによって、上述したようにケイ素化合物等の溶出を抑制することができる。
Further, in the
また、上述したプリンタ装置１では、圧力発生素子として電気熱変換方式を採用しているが、このような方式に限定されず、例えばピエゾ素子といった圧電素子等の電気機械変換素子等によってインクｉを電気機械的にノズルより吐出させる電気機械変換方式（特開昭５５−６５５５９号公報、特開昭６２−１６０２４３号公報、特開平２−２７０５６１号公報）を採用したものであってもよい。
In the
また、上述したプリンタ装置１では、ライン型のプリンタ装置を例に挙げて説明したが、このことに限定されることはなく、例えばヘッドカートリッジが記録紙Ｐの幅方向に移動するシリアル型のプリンタ装置においても適用可能である。
In the above-described
また、上述では、本発明の一例としてプリンタ装置について説明したが、このことに限定されず、他の液体吐出装置に広く適用することが可能である。例えばファクシミリやコピー機等にも適用可能である。 In the above description, the printer apparatus has been described as an example of the present invention. However, the present invention is not limited to this and can be widely applied to other liquid ejection apparatuses. For example, the present invention can be applied to a facsimile, a copier, and the like.
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を適用したインクについて説明する。 Hereinafter, the ink to which the present invention is applied will be described with reference to examples and comparative examples.
実施例１
実施例１では、着色剤としてＣ．Ｉ．Ｆｏｏｄ Ｂｌａｃｋ２を３質量％、水溶性有機溶媒としてグリセリンを１０質量％、２−ピロリドンを１０質量％、界面活性剤としてサーフィノール４６５（エアプロダクツ社製）を０．３質量％、ナノダイヤモンドを０．０００３質量％（３ｐｐｍ）、精製水を７６．６９９７質量％となるようにとなるように、着色剤、水溶性有機溶媒、界面活性剤、ナノダイヤモンド、精製水をそれぞれ所定量混合し、約２時間撹拌、混合した後、１．２μｍのメンブランフィルターで濾過してインクを調製した。ナノダイヤモンドには、平均粒径が３〜１０ｎｍ、比表面積が２７８〜３３５ｍ２／ｇの甘粛凌雲納米材料有限公司製の精製粉を用いた。界面活性剤には、ノニオン系界面活性剤であるエアプロダクツ社製のアセチレンジオールのエチレンオキサイド付加物を用いた。
Example 1
In Example 1, C.I. I. 3% by weight of
実施例２
実施例２では、ナノダイヤモンドを０．００２質量％（２０ｐｐｍ）、精製水を７６．６９８質量％となるように、着色剤、水溶性有機溶媒、界面活性剤、精製水をそれぞれ所定量混合したこと以外は実施例１と同様にしてインクを調整した。
Example 2
In Example 2, a predetermined amount of a coloring agent, a water-soluble organic solvent, a surfactant, and purified water were mixed so that nanodiamond was 0.002 mass% (20 ppm) and purified water was 76.698 mass%. Except for this, the ink was adjusted in the same manner as in Example 1.
実施例３
実施例３では、着色剤としてＣ．Ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ Ｙｅｌｌｏｗ １３２を用いたこと以外は実施例２と同様にしてインクを調整した。
Example 3
In Example 3, C.I. I. Ink was prepared in the same manner as in Example 2 except that Direct Yellow 132 was used.
比較例１
比較例１では、ナノダイヤモンドを含有させず、精製水を７６．７質量％となるように、着色剤、水溶性有機溶媒、界面活性剤、精製水をそれぞれ所定量混合したこと以外は実施例１と同様にしてインクを調整した。
Comparative Example 1
In Comparative Example 1, the nanodiamonds were not contained, and the examples except that a predetermined amount of the colorant, the water-soluble organic solvent, the surfactant, and the purified water were mixed so that the purified water was 76.7% by mass. The ink was adjusted as in 1.
比較例２
比較例２では、ナノダイヤモンドを含有させず、精製水を７６．７質量％となるように、着色剤、水溶性有機溶媒、界面活性剤、精製水をそれぞれ所定量混合したこと以外は実施例３と同様にしてインクを調整した。
Comparative Example 2
In Comparative Example 2, the nanodiamond was not contained, and the colorant, the water-soluble organic solvent, the surfactant, and the purified water were mixed in predetermined amounts so that the purified water was 76.7% by mass. The ink was adjusted as in 3.
比較例３
比較例３では、ナノダイヤモンドを０．１２５質量％（１２５０ｐｐｍ）、精製水を７６．５７５質量％となるように、着色剤、水溶性有機溶媒、界面活性剤、ナノダイヤモンド、精製水をそれぞれ所定量混合したこと以外は実施例１と同様にしてインクを調整した。
Comparative Example 3
In Comparative Example 3, the colorant, the water-soluble organic solvent, the surfactant, the nanodiamond, and the purified water were placed so that the nanodiamond was 0.125% by mass (1250 ppm) and the purified water was 76.575% by mass. The ink was adjusted in the same manner as in Example 1 except that the mixture was quantitatively mixed.
以上のようにして調整した実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例３のインクの組成成分及び含有量を以下の表１にまとめた。 The composition components and contents of the inks of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 adjusted as described above are summarized in Table 1 below.
実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例３のインクについて、連続吐出試験及び半年保存後の不吐出ノズルの有無について評価を行った。連続吐出試験及び半年保存後の不吐出ノズルの有無の評価結果を下記の表２に示す。 The inks of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated for the presence or absence of non-ejection nozzles after a continuous ejection test and half year storage. Table 2 below shows the evaluation results of the presence or absence of non-ejection nozzles after the continuous ejection test and half-year storage.
連続吐出試験は、実施例１〜実施例３、比較例1〜比較例３のインクをそれぞれインクタンクに収容し、次に示す吐出ヘッドを複数備えるヘッドカートリッジにインクタンクを装着し、ヘッドカートリッジをプリンタ装置に装着して、インク吐出ヘッドを駆動させてノズルよりインクを吐出させて行った。吐出ヘッドには、ノズル径が２０μｍでノズル数が２４個設けられている。また、吐出ヘッドは、シリコンウエハからなる回路基板上に、縦横の長さがそれぞれ２０μｍ、厚みが０．２μｍのタンタル（Ｔａ）系の抵抗体からなる発熱抵抗体（ヒーター抵抗１００Ω）が設けられていたヘッドチップを有する。ヘッドチップにおける回路基板は、吐出ヘッドのインク流路を構成し、且つ何も表面処理がされていない縁端側面がインク１ｍｌに対して１０ｃｍ２の面積でインクに曝されるようにした。 In the continuous discharge test, the inks of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are respectively stored in the ink tanks, and the ink tanks are mounted on a head cartridge including a plurality of discharge heads as shown below. The ink jet head was mounted on a printer device, and the ink discharge head was driven to discharge ink from the nozzles. The discharge head is provided with 24 nozzles having a nozzle diameter of 20 μm. The discharge head is provided with a heating resistor (heater resistance 100Ω) made of a tantalum (Ta) -based resistor having a vertical and horizontal length of 20 μm and a thickness of 0.2 μm on a circuit substrate made of a silicon wafer. It had the head chip that had been. The circuit board in the head chip constitutes the ink flow path of the ejection head, and the edge side surface where no surface treatment is performed is exposed to the ink in an area of 10 cm 2 with respect to 1 ml of the ink.
また、インクを吐出させる際には、パルス幅１．５μｓｅｃ、周波数１０ｋＨｚのパルス電流で、０．８Ｗの電力をヘッドチップの発熱抵抗体に印加させて吐出ヘッドを駆動させた。具体的には、１つのノズルよりインク液滴を１秒間に１００００回程度吐出することができる吐出間隔で吐出ヘッドを駆動させた。 When ejecting ink, the ejection head was driven by applying 0.8 W of electric power to the heating resistor of the head chip with a pulse current of 1.5 μsec and a frequency of 10 kHz. Specifically, the ejection head was driven at an ejection interval at which ink droplets could be ejected about 10,000 times per second from one nozzle.
連続吐出試験において、上述の吐出間隔でインク液た場合には、表２中に○印で示し、１つでも２滴の吐出し、全てのノズルで連続２億回以上不具合なく、吐出でき億回より少ない回数でインク不吐出が生じた場合には、×印で示した。 In the continuous discharge test, when ink liquid is discharged at the above-mentioned discharge interval, it is indicated by a circle in Table 2, and even one drop of two drops is discharged. When ink non-ejection occurred less than the number of times, it was indicated by a cross.
不吐出ノズルの有無については、インクを収容したインクタンクを２５℃で６ヶ月間保存した後、上述した連続吐出試験と同じように、インクを液滴の状態にして吐出して、ノズルの不具合を調べた。全てのノズルで不具合なく、インク液滴を吐出ができた場合には、表２中に○印で示し、不吐出が生じたノズルがあった場合には、×印で示した。 Regarding the presence or absence of non-ejecting nozzles, the ink tank containing the ink was stored for 6 months at 25 ° C., and then the ink was ejected in the form of droplets in the same manner as in the continuous ejection test described above. I investigated. In the case where ink droplets could be ejected without any trouble with all nozzles, they were indicated by ◯ in Table 2, and when there were nozzles that did not eject, they were indicated by x.
表２に示す評価結果から、ナノダイヤモンドを含有する実施例１〜実施例３は、ナノダイヤモンドを含有していない比較例１〜比較例３と比較し、連続吐出試験、不吐出ノズルの有無の評価において共に良好であることがわかる。 From the evaluation results shown in Table 2, Example 1 to Example 3 containing nanodiamonds were compared with Comparative Example 1 to Comparative Example 3 not containing nanodiamonds. It turns out that both are favorable in evaluation.
比較例１〜比較例２では、インクｉ中にナノダイヤモンドが含有されていないため、インク流路の一部を構成する回路基板の表面処理がされていない縁端側面からケイ素化合物等が溶出した。比較例２では、インクｉ中に溶出したケイ素化合物が発熱抵抗体上に堆積し、コゲーションが生じた。これにより、所定の間隔でインクｉを適切に加熱することができず、２億回以上、連続して吐出することができず、不吐出が生じた。また、比較例１〜比較例２では、インクｉ中に溶出したケイ素化合物により、インクｉが不安定となり、着色剤が析出して目詰まりを生じた。これにより、比較例１〜比較例２では、インクｉを長期間安定して保存することができないことがわかる。 In Comparative Examples 1 and 2, since nanodiamonds are not contained in the ink i, silicon compounds and the like were eluted from the edge side surface of the circuit board that constitutes a part of the ink flow path that was not surface-treated. . In Comparative Example 2, the silicon compound eluted in the ink i was deposited on the heating resistor, resulting in kogation. As a result, the ink i could not be appropriately heated at a predetermined interval, and the ink i could not be ejected continuously more than 200 million times, resulting in non-ejection. In Comparative Examples 1 and 2, the silicon compound eluted in the ink i caused the ink i to become unstable, causing the colorant to deposit and causing clogging. Thus, it can be seen that in Comparative Examples 1 and 2, the ink i cannot be stored stably for a long period of time.
比較例３では、インクｉ中に含有されているナノダイヤモンドの含有量が多いため、ナノダイヤモンドが発熱抵抗体上に堆積し、コゲーションを生じた。これにより、比較例３では、所定の間隔でインクｉを適切に加熱することができず、２億回以上、連続して吐出することができず、不吐出が生じた。したがって、比較例３では、インクｉを長期間安定して保存することができないことがわかる。 In Comparative Example 3, since the content of nanodiamond contained in the ink i was large, nanodiamond was deposited on the heating resistor, resulting in kogation. As a result, in Comparative Example 3, the ink i could not be appropriately heated at a predetermined interval, and the ink i could not be continuously ejected 200 million times or more, resulting in non-ejection. Therefore, it can be seen that in Comparative Example 3, the ink i cannot be stored stably for a long period of time.
一方、実施例１〜実施例３では、インクｉ中にナノダイヤモンドが３ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲であり、適切に含有されているため、回路基板の表面処理が施されていない縁端側面にナノダイヤモンドが固着し、溶出防止膜を形成した。これにより、実施例１〜実施例３では、回路基板の縁端側面からケイ素化合物等の溶出を抑制することができた。 On the other hand, in Example 1 to Example 3, since nanodiamond is in the range of 3 ppm to 1000 ppm in ink i and is appropriately contained, nanodiamond is formed on the edge side surface of the circuit board that is not subjected to surface treatment Adhered to form an elution preventing film. Thereby, in Example 1- Example 3, the elution of a silicon compound etc. was able to be suppressed from the edge side surface of a circuit board.
実施例１〜実施例３では、ケイ素化合物等の溶出を抑制することができたため、ケイ素化合物等が発熱抵抗体上に堆積せず、コゲーションが防止され、発熱抵抗体で適切にインクを加熱することができた。これにより、実施例１〜実施例３では、２億回以上、インクを吐出することができた。 In Examples 1 to 3, since elution of silicon compounds and the like could be suppressed, silicon compounds and the like were not deposited on the heating resistors, preventing kogation, and heating the ink appropriately with the heating resistors. We were able to. Thereby, in Examples 1 to 3, ink could be ejected 200 million times or more.
また、実施例１〜実施例３では、ケイ素化合物等の溶出を抑制することができたため、インクが安定し、着色剤が析出することなく、ノズルの目詰まりが防止でき、不吐出ノズルが発生しなかった。これにより、実施例１〜実施例３では、インクｉを長期間安定して保存できることがわかる。したがって、実施例１〜実施例３では、長時間使用したり、長時間保存しても、回路基板の縁端側面からケイ素化合物等が溶出することが抑えられ、溶出したケイ素化合物等が発熱抵抗体上に堆積して生じるコゲーションを防止できた。 In Examples 1 to 3, elution of silicon compounds and the like could be suppressed, so that the ink was stable, the colorant did not precipitate, nozzle clogging could be prevented, and non-ejection nozzles were generated. I did not. Thereby, in Example 1- Example 3, it turns out that the ink i can be stored stably for a long period of time. Therefore, in Example 1 to Example 3, even if it is used for a long time or stored for a long time, it is suppressed that the silicon compound etc. is eluted from the edge side surface of the circuit board. Kogation caused by accumulation on the body could be prevented.
１ プリンタ装置、２ ヘッドカートリッジ、３ 装置本体、３１ 回路基板、３１ａ 発熱抵抗体、３２ フィルム、３３ ヘッドチップ、３４ ノズルシート、３４ａ ノズル、３４ｂ 吐出面、３５ インク液室、３６ インク流路、３７ 露出部、６１ 溶出防止膜６１
DESCRIPTION OF
Claims (18)
少なくとも着色剤、水、水溶性有機溶媒、ナノダイヤモンドを含有することを特徴とする記録液。 In the recording liquid supplied through the flow path in which the silicon-containing material is exposed to the liquid chamber including the discharge port and the pressure generating element provided on the circuit board,
A recording liquid comprising at least a colorant, water, a water-soluble organic solvent, and nanodiamond.
上記記録液には、少なくとも着色剤、水、水溶性有機溶媒、ナノダイヤモンドが含有されていることを特徴とする記録方法。 A recording medium supplied through a flow path in which a silicon-containing material is exposed to a liquid chamber provided with a discharge port and a pressure generating element provided on a circuit board is recorded from the discharge port by the pressure generating element. In a recording method for recording by discharging the ink to
The recording method, wherein the recording liquid contains at least a colorant, water, a water-soluble organic solvent, and nanodiamond.
上記流路の上記ケイ素含有材料が露出している部分には、少なくとも着色剤、水、水溶性有機溶媒、ナノダイヤモンドが含有された上記記録液中の上記ナノダイヤモンドによる膜が形成されていることを特徴とする吐出ヘッド。 A recording liquid is supplied to a liquid chamber including a discharge port and a pressure generating element provided on the circuit board through a flow path in which the silicon-containing material is exposed, and the recording liquid is supplied from the discharge port by the pressure generating element. In an ejection head for ejecting onto a recording medium,
A film of the nanodiamond in the recording liquid containing at least a colorant, water, a water-soluble organic solvent, and nanodiamond is formed on a portion of the flow path where the silicon-containing material is exposed. A discharge head characterized by
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