JP2009006485A - インクジェット記録方法、および記録装置、記録物 - Google Patents

インクジェット記録方法、および記録装置、記録物 Download PDF

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Abstract

【課題】市販の商業印刷向け光沢コート紙などを使用して、画像濃度、光沢性および画像品位、信頼性に優れ、高画質な記録物を得ることを特徴とするインクジェット記録方法を提供する。
【解決手段】体積平均粒子径が40〜100nmカーボンブラックを含有する黒色インクと、シアン、マゼンタ、イエローの各顔料を含む各カラーインクよりなる記録用インクを用い、記録用メディアに前記黒色インクと前記カラーインクを併用してコンポジットブラックの黒色画像を記録するインクジェット記録方法であって、前記記録用メディアが、23℃50%RHにて動的走査吸液計で測定した接触時間100msにおける純水の転移量が2〜35ml/m、かつ接触時間400msにおける純水の転移量が3〜40ml/mであることを特徴とするインクジェット記録用インク−記録用メディアセットを用いて画像を記録する。
【選択図】図1

Description

本発明は、インクジェット記録装置を用いて、主に安価で入手可能な一般の商業印刷向け光沢コート紙などの記録用メディアに対して、画像濃度、光沢性および信頼性に優れ、オフセット輪転印刷等の商業用印刷に近い高画質な記録物を得ることを特徴とするインクジェット記録方法に関する。
インクジェット記録は、被記録材を比較的選ばない、優れた記録方法として知られており、記録装置、記録方法、記録材料などについて研究開発が盛んに行われてきている。現在、インクジェット記録用インクは、着色剤に染料を用いた染料インクが主流である。
一方、インクジェット記録用メディアは、基体上にインクを取り込むための空隙を有するインク吸収層を設け、さらに必要に応じて多孔質の光沢層を設けたものが主流である。このタイプの用紙は現在主流の染料インクとのマッチングを重視した設計となっており、インクジェット専用紙、とりわけ光沢紙として既に広く使用されている。これら用紙を使用すると光沢性に優れた非常に高精細な画像が得られるが、反面、原材料が非常に高価で、且つ、製造工程も複雑であることから、製造原価も一般の商業印刷向け光沢コート紙と比較すると非常に高価である。そのため用途も写真出力等、高品位な出力が必要な場合に限定されている傾向があり、チラシ、カタログ、パンフレット等、安価で大量な出力が要求される商業印刷分野では使用しづらいのが実情である。
また、出来上がった画像の長期保存性に対する設計思想についても、染料自体、紫外線やオゾンに対する耐性が低いため、染料をなるべく前記インクジェット記録用メディアのインク受容層深くまで染み込ませ、大気や紫外線からの影響を極力遮断し、且つ、前記インク受容層に予め添加しておいた酸化防止剤や安定化剤で染料を保護することで画像保存性を確保する考え方が主流である。そのため、着色剤の濃度を下げた大量のインクを使用する必要があり、印字コストが高くなる。また、普通紙に対して印字した際には、滲んで画質が低下する等の問題点があった。
この様な問題点を解決するために、近年、インクジェット記録用インクに着色剤として顔料を用いた顔料インクが提案されている。前記顔料インクは、普通紙に印字した時には、前記染料インクと比べて画像濃度や耐水性、耐侯性に優れ、滲みの少ない画像が得られるものの、塗工層を有する記録用メディアに印字した時には発色性や光沢性が不十分であったり、印字後のインクの乾燥に時間がかかることで、画像の定着性が劣るなどの問題点があった。
特に、一般に用途の多い黒文字や黒線、黒画像を黒色顔料インク単独で印字する場合でも同様に、顔料が記録媒体の表面付近に凝集し、固着するため、記録媒体の表面状態が画像濃度に与える影響は大きく、特に塗工層を有する記録用メディアに印字した時には画像濃度が劣化し、画像品位が損なわれるという不具合が生じていた。その傾向は吐出信頼性向上および最も使用量の多い前記黒色顔料インクのコスト低減の思索として、前記黒色顔料インクを構成する水溶性有機溶剤の不揮発性又は難揮発性分量(浸透剤を除く、湿潤剤の分量)を上げる代わりに顔料濃度を下げた際には顕著であった。
この様な問題点を解決するために、特許文献1〜特許文献3では、黒色の顔料を含む黒色インクと、少なくともシアン、マゼンタ、イエローの染料を含むカラーインクを用意し、記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録方法について記載されている。しかしながら、これら従来技術は、全色顔料インクを用いることを特徴とするものではなく、また、カラーインクに染料を用いることによって、染料自体、紫外線やオゾンに対する耐性が低いため、上述と同様の理由により、着色剤の濃度を下げた大量のインクを使用する必要があり、印字コストが高くなる等の欠点がある。
特許文献4では自己分散型黒色顔料インクと樹脂被覆型カラー顔料インクを併用し、コンポジットブラックの黒色を印字することで印字濃度が高く、耐光性に優れたテキスト印字を得るとしているが、実施例記載の黒色インクの顔料濃度については4質量%が最低で、本発明の記録用インクのように顔料濃度3質量%以下の黒色インクを使用することは明記していない。
特許文献5では、普通紙、光沢メディア等媒体を選ばずに十分な画像濃度を得るインクジェット記録方法として、自己分散型顔料、またはポリマーで包含した着色剤を用いることが記載されている。媒体が光沢メディアの場合は主として黒色以外のポリマーで包含した着色剤を用いたインクによりコンポジットブラックの黒色を得るとしているが、本発明が目指す黒色インクを含めたコンポジットブラックにより画像濃度と光沢性に優れた記録物を得る方法とは異なる。
特許文献6では、水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体を含有する記録液によって、光沢紙、あるいは写真用紙等のインクジェット専用紙上において光沢度、写像性が優れることが記載されている。しかしながら、ここで実施の記録液によってコンポジットブラックの黒色を得る方法はマゼンタインク、イエローインクおよびシアンインクを備えたインクセットにて印字することにより得るため、先にも述べたように、本発明の記録用インクは黒色インクを含めたコンポジットブラックにより画像濃度と光沢性に優れた記録物を得ることを目的としており、更には記録用メディアも、光沢紙、あるいは写真用紙等のインクジェット専用紙は含まない。
特許文献7では、高品質な画像を印刷するインクジェット記録装置として、印刷ヘッドに、2種類の異なるブラックインクをそれぞれ吐出するために2つのブラックインク用ノズルを備え、記録対象とする黒色領域のエッジ領域を第2の黒色インクである顔料黒色インクで記録し、前記エッジ領域に挟まれた内部領域を前記第2の黒色インクと、前記第2の黒色インクより浸透速度の早い第1の黒色インクである染料黒色インクを交互に用いて記録することが記載されている。しかし、本発明の記録用インクのように黒色顔料インクとカラー顔料インクによるコンポジットブラックで構成された黒色画像を得る方法とは異なるものであり、また、染料インクを併用していることから、画像保存性も顔料インク単独の画像より劣ることが懸念される。
このように、前記記録用メディア上での画像濃度、光沢性および信頼性に優れ、オフセット輪転印刷等の商業用印刷に近い高画質な記録物を得ることは困難であった。
特開2000−198227号公報 特開2006−168372号公報 特開2006−182026号公報 WO2002/026898号公報 特開2002−327138号公報 特開2006−316246号公報 特開2002−113850号公報
本発明の課題は、インクジェット記録装置を用いて、主に安価で入手可能な一般の商業印刷向け光沢コート紙などの記録用メディアに対して、画像濃度、光沢性および画像品位、信頼性に優れ、オフセット輪転印刷等の商業用印刷に近い高画質な記録物を得ることを特徴とするインクジェット記録方法を提供することにある。
本発明者らは、特定の範囲の体積平均粒子径を有するカーボンブラックおよび特定の範囲の固形分量と水溶性有機溶剤濃度で構成される水分散体およびシアン、マゼンタ、イエローの各カラー顔料インクによって形成された記録用インクを、主に安価で入手可能な一般の商業印刷向け光沢コート紙などに印刷することで、画像濃度が高く、光沢性に優れ、さらには画像品位、信頼性にも優れた記録物を得ることを見出し本発明に到った。また、該記録用インクに樹脂微粒子を添加して紙表面付近に顔料を留めることで、更に高い画像濃度、画像品位が得られ、顔料の定着性にも優れる印刷物を得ることができる。
即ち、上記課題は、本発明の(1)「少なくとも水と水溶性有機溶剤、界面活性剤、及びカーボンブラックを含有してなり、前記カーボンブラックの体積平均粒子径が40〜100nmである黒色インクと、シアン、マゼンタ、イエローの各顔料を含む各カラーインクよりなる記録用インクを用いて、記録用メディアに対して前記黒色インクと前記カラーインクを併用してコンポジットブラックの黒色画像を記録するインクジェット記録方法であって、前記記録用インクを構成する黒色インク中の固形分(A)と水溶性有機溶剤(B)との含有量質量比が、(A)/(B)=1/8〜1/15であり、前記記録用メディアが、支持体と前記支持体の少なくとも一方の面に塗工層を有してなり、23℃50%RHにて動的走査吸液計で測定した接触時間100msにおける純水の前記記録用メディアへの転移量が2〜35ml/m、かつ接触時間400msにおける純水の前記記録メディアへの転移量が3〜40ml/mであることを特徴とするインクジェット記録用インク−記録用メディアセットを用いて画像を記録するインクジェット記録方法」、
(2)「前記記録用インクが、樹脂微粒子を含み、前記樹脂微粒子の体積平均粒径が、10〜300nmであることを特徴とする前記第(1)項に記載のインクジェット記録方」、
(3)「前記カーボンブラックの含有量(C)と前記樹脂微粒子の含有量(D)との含有量質量比(C)/(D)が、1/0.05〜1/2の範囲であることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載のインクジェット記録方法」、
(4)「前記樹脂微粒子が、アクリル系、メタアクリル系、スチレン系、ウレタン系、アクリルアミド系、ポリエステル系、ブタジエン系あるいはこれらの混合系であることを特徴とする前記第(2)項又は第(3)項に記載のインクジェット記録方法」、
(5)「前記カーボンブラックが、水不溶性ビニルポリマーによって被覆されていることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(6)「前記カーボンブラックが、表面に親水基を有し、前記親水基が、−COOM、−COOH、−SOM、−SOH、−POHM、−PO、−PO、−SONH、−SONHCOR(ただし、式中のMは、アルカリ金属、アンモニウム又は有機アンモニウムを表す。Rは、炭素原子数1〜12のアルキル基、置換基を有してもよいフェニル基又は置換基を有してもよいナフチル基を表す)の中から選ばれるいずれかの官能基であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(7)「前記カーボンブラックが、界面活性剤によって分散されたものであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(8)「前記カーボンブラックが、表面にグラフトポリマー基を有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(9)「前記記録用インクが、表面にアニオン性基もしくはカチオン性基を有する高分子系分散剤を含むか、または前記カーボンブラックの表面がアニオン性基もしくはカチオン性基を有する化合物によって直接的或いは間接的に被覆されたものであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(10)「前記水溶性有機溶剤が、グリセリン、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、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、テトラエチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、ポリエチレングリコール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン及びN−ヒドロキシエチル−2−ピロリドンから選択される少なくとも1種であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(9)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(11)「前記記録用インクの25℃における粘度が、5〜20mPa・sである前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(12)「前記記録用メディアの塗工層の固形分付着量が、0.5〜20.0g/m、坪量が、50〜250g/mであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(11)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(13)「前記記録用メディアへのインク付着量が1.5g/m〜15g/mであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法」、
(14)「前記第(1)項乃至第(13)項のいずれかに記載のインクジェット記録方法で印字され、ベタ印字部の画像濃度が2.0以上で、且つ60°における光沢度が50以上であることを特徴とするインクジェット記録物」、
(15)「前記第(14)項に記載のインクジェット記録物を得るためのインクジェット記録装置であって、前記記録用インクに刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録するインク飛翔手段を少なくとも有することを特徴とするインクジェット記録装置」、
(16)「前記刺激が、熱(温度)、圧力、振動及び光から選択される少なくとも1種である前記第(15)項に記載のインクジェット記録装置」、
(17)「記録媒体の記録面を反転させて両面印刷可能とする反転手段を有する前記第(15)項または第(16)項に記載のインクジェット記録装置」、
(18)「前記記録用インクを飛翔させるヘッドが、インク吐出面に撥水加工処理を施したノズルプレートを有することを特徴とする前記第(15)項乃至第(17)項のいずれかに記載のインクジェット記録装置」、
(19)「前記撥水加工が、PTFE-Ni共析加工、フッ素樹脂加工、シリコン樹脂加工から選ばれるいずれかの手段によることを特徴とする前記第(18)項に記載のインクジェット記録装置」、
(20)「無端状の搬送ベルトと、該搬送ベルト表面を帯電させて記録媒体を保持しながら搬送する搬送手段を有する前記第(15)項乃至第(19)項のいずれかに記載のインクジェット記録装置」、
(21)「前記ヘッド上にインクを供給するためのサブタンクを有し、該サブタンクにインクカートリッジから供給チューブを介してインクが補充される前記第(18)項乃至第(20)項のいずれかに記載のインクジェット記録装置」により達成される。
以下の詳細かつ具体的な説明から明らかなように、本発明は、特定黒色インクと、シアン、マゼンタ、イエローの各顔料を含む各カラーインクよりなり、着色料が全顔料の記録用インクを用い、主に安価で入手可能な一般の商業印刷向け光沢コート紙などの記録用メディアに対して、インクジェット記録により、画像濃度、光沢性および画像品位、信頼性に優れ、オフセット輪転印刷等の商業用印刷に近い高画質な記録物を得るインクジェット記録方法及び記録装置を提供することができるという極めて優れた効果を奏するものである。
本発明は、インクジェット記録装置より記録用インクの液滴を飛翔させ、これを記録用メディアに付着させて記録物を得るインクジェット記録方法であって、前記記録用インクが、少なくとも水と水溶性有機溶剤、および特定の範囲の体積平均粒子径を有するカーボンブラックを含む黒色インクおよびシアン、マゼンタ、イエローの各顔料を含む各カラーインク、さらに界面活性剤、樹脂微粒子、必要に応じてその他の成分を含有してなる記録用インクと、前記記録用メディアが、23℃50%RHにて動的走査吸液計で測定した接触時間100msにおける純水の前記記録用メディアへの転移量が2〜35ml/m、かつ接触時間400msにおける純水の前記記録メディアへの転移量が3〜40ml/m2であることにより提供される。
[記録メディア]
前記記録用メディアは、支持体と、該支持体の少なくとも一方の面に塗工層を有してなり、更に必要に応じてその他の層を有してなる。
前記記録用メディアにおいては、動的走査吸液計で測定した接触時間100msにおける本発明の前記インクの前記記録用メディアへの転移量は、2〜40ml/mであり、3〜30ml/mが好ましい。また、純水の前記記録用メディアへの転移量は、2〜35ml/mが好ましく、3〜30ml/mがより好ましい。
前記接触時間100msでの前記インク及び純水の転移量が少なすぎると、ビーディングが発生しやすくなることがあり、多すぎると、記録後のインクドット径が所望の径よりも小さくなりすぎることがある。
動的走査吸液計で測定した接触時間400msにおける本発明の前記インクの前記記録用メディアへの転移量は、3〜50ml/mであり、4〜40ml/mが好ましい。
また、純水の前記記録用メディアへの転移量は、3〜40ml/mが好ましく、4〜35ml/mがより好ましい。
前記接触時間400msでの転移量が少なすぎると、乾燥性が不十分であるため、拍車痕が発生しやすくなることがあり、多すぎると、ブリードが発生しやすく、乾燥後の画像部の光沢が低くなりやすくなることがある。
ここで、前記動的走査吸収液計(dynamic scanning absorptometer;DSA,紙パ技協誌、第48巻、1994年5月、第88〜92頁、空閑重則)は、極めて短時間における吸液量を正確に測定できる装置である。前記動的走査吸液計は、吸液の速度をキャピラリー中のメニスカスの移動から直読する、試料を円盤状とし、この上で吸液ヘッドをらせん状に走査する、予め設定したパターンに従って走査速度を自動的に変化させ、1枚の試料で必要な点の数だけ測定を行なう、という方法によって測定を自動化したものである。紙試料への液体供給ヘッドはテフロン(登録商標)管を介してキャピラリーに接続され、キャピラリー中のメニスカスの位置は光学センサで自動的に読み取られる。具体的には、動的走査吸液計(K350シリーズD型、協和精工株式会社製)を用いて、純水又はインクの転移量を測定した。接触時間100ms及び接触時間400msにおける転移量は、それぞれの接触時間の近隣の接触時間における転移量の測定値から補間により求めることができる。測定は23℃50%RHで行なった。
−支持体−
前記支持体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、木材繊維主体の紙、木材繊維及び合成繊維を主体とした不織布のようなシート状物質などが挙げられる。
前記紙としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、木材パルプ、古紙パルプなどが用いられる。前記木材パルプとしては、例えば、広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、NBSP、LBSP、GP、TMPなどが挙げられる。
前記古紙パルプの原料としては、財団法人古紙再生促進センターの古紙標準品質規格表に示されている、上白、罫白、クリーム白、カード、特白、中白、模造、色白、ケント、白アート、特上切、別上切、新聞、雑誌などが挙げられる。具体的には、情報関連用紙である非塗工コンピュータ用紙、感熱紙、感圧紙等のプリンタ用紙;PPC用紙等のOA古紙;アート紙、コート紙、微塗工紙、マット紙等の塗工紙;上質紙、色上質、ノート、便箋、包装紙、ファンシーペーパー、中質紙、新聞用紙、更紙、スーパー掛け紙、模造紙、純白ロール紙、ミルクカートン等の非塗工紙、などの紙や板紙の古紙で、化学パルプ紙、高歩留りパルプ含有紙などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記古紙パルプは、一般的に、以下の4工程の組み合わせから製造される。
(1)離解は、古紙をパルパーにて機械力と薬品で処理して繊維状にほぐし、印刷インキを繊維より剥離する。
(2)除塵は、古紙に含まれる異物(プラスチックなど)及びゴミをスクリーン、クリーナー等により除去する。
(3)脱墨は、繊維より界面活性剤を用いて剥離された印刷インキをフローテーション法、又は洗浄法で系外に除去する。
(4)漂白は、酸化作用や還元作用を用いて、繊維の白色度を高める。
前記古紙パルプを混合する場合、全パルプ中の古紙パルプの混合比率は、記録後のカール対策から40%以下が好ましい。
前記支持体に使用される内添填料としては、例えば、白色顔料として従来公知の顔料が用いられる。前記白色顔料としては、例えば、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、カオリン、クレー、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、炭酸亜鉛、サチンホワイト、珪酸アルミニウム、ケイソウ土、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、合成シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、リトポン、ゼオライト、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等のような白色無機顔料;スチレン系プラスチックピグメント、アクリル系プラスチックピグメント、ポリエチレン、マイクロカプセル、尿素樹脂、メラミン樹脂等のような有機顔料、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記支持体を抄造する際に使用される内添サイズ剤としては、例えば、中性抄紙に用いられる中性ロジン系サイズ剤、アルケニル無水コハク酸(ASA)、アルキルケテンダイマー(AKD)、石油樹脂系サイズ剤などが挙げられる。これらの中でも、中性ロジンサイズ剤又はアルケニル無水コハク酸が特に好適である。前記アルキルケテンダイマーは、そのサイズ効果が高いことから添加量は少なくて済むが、記録用紙(メディア)表面の摩擦係数が下がり滑りやすくなるため、インクジェット記録時の搬送性の点からは好ましくない場合がある。
−塗工層−
前記塗工層は、顔料及びバインダー(結着剤)を含有してなり、更に必要に応じて、界面活性剤、その他の成分を含有してなる。
前記顔料としては、無機顔料、もしくは無機顔料と有機顔料を併用したものを用いることができる。
前記無機顔料としては、例えば、カオリン、タルク、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、非晶質シリカ、チタンホワイト、炭酸マグネシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、クロライトなどが挙げられる。これらの中でも、カオリンは光沢発現性に優れており、オフセット印刷用の用紙に近い風合いとすることができる点から特に好ましい。
前記カオリンには、デラミネーテッドカオリン、焼成カオリン、表面改質等によるエンジニアードカオリン等があるが、光沢発現性を考慮すると、粒子径が2μm以下の割合が80質量%以上の粒子径分布を有するカオリンが、カオリン全体の50質量%以上を占めていることが好ましい。
前記カオリンの添加量は、前記塗工層の全顔料100質量部に対し50質量部以上が好ましい。前記添加量が50質量部未満であると、光沢度において十分な効果が得られないことがある。前記添加量の上限は特に制限はないが、カオリンの流動性、特に高せん断力下での増粘性を考慮すると、塗工適性の点から、90質量部以下がより好ましい。
前記有機顔料としては、例えば、スチレン−アクリル共重合体粒子、スチレン−ブタジエン共重合体粒子、ポリスチレン粒子、ポリエチレン粒子等の水溶性ディスパージョンがある。これら有機顔料は2種以上が混合されてもよい。
前記有機顔料の添加量は、前記塗工層の全顔料100質量部に対し2〜20質量部が好ましい。前記有機顔料は、光沢発現性に優れていることと、その比重が無機顔料と比べて小さいことから、嵩高く、高光沢で、表面被覆性の良好な塗工層を得ることができる。前記添加量が2質量部未満であると、前記効果がなく、20質量部を超えると、塗工液の流動性が悪化し、塗工操業性の低下に繋がることと、コスト面からも経済的ではない。
前記有機顔料には、その形態において、密実型、中空型、ドーナツ型等があるが、光沢発現性、表面被覆性及び塗工液の流動性のバランスを鑑み、平均粒子径は0.2〜3.0μmが好ましく、より好ましくは空隙率40%以上の中空型が採用される。
前記バインダーとしては、水性樹脂を使用するのが好ましい。
前記水性樹脂としては、水溶性樹脂及び水分散性樹脂の少なくともいずれかが好適に用いられる。前記水溶性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリビニルアルコール、アニオン変性ポリビニルアルコール、カチオン変性ポリビニルアルコール、アセタール変性ポリビニルアルコール等のポリビニルアルコールの変性物;ポリウレタン;ポリビニルピロリドン及びポリビニルピロリドンと酢酸ビニルの共重合体、ビニルピロリドンとジメチルアミノエチル・メタクリル酸の共重合体、四級化したビニルピロリドンとジメチルアミノエチル・メタクリル酸の共重合体、ビニルピロリドンとメタクリルアミドプロピル塩化トリメチルアンモニウムの共重合体等のポリビニルピロリドンの変性物;カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等セルロース;カチオン化ヒドロキシエチルセルロース等のセルロースの変性物;ポリエステル、ポリアクリル酸(エステル)、メラミン樹脂、又はこれらの変性物、ポリエステルとポリウレタンの共重合体等の合成樹脂;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリルアミド、酸化澱粉、燐酸エステル化澱粉、自家変性澱粉、カチオン化澱粉、又は各種変性澱粉、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ソーダ、アルギン酸ソーダ、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、インク吸収性の観点から、ポリビニルアルコール、カチオン変性ポリビニルアルコール、アセタール変性ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエステルとポリウレタンの共重合体、などが特に好ましい。
前記水分散性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(メタ)アクリル酸エステル系重合体、酢酸ビニル−(メタ)アクリル酸(エステル)共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、ポリビニルエーテル、シリコーン−アクリル系共重合体、などが挙げられる。また、メチロール化メラミン、メチロール化尿素、メチロール化ヒドロキシプロピレン尿素、イソシアネート等の架橋剤を含有してよいし、N−メチロールアクリルアミドなどの単位を含む共重合体で自己架橋性を持つものでもよい。これら水性樹脂の複数を同時に用いることも可能である。
前記水性樹脂の添加量は、前記顔料100質量部に対し、2〜100質量部が好ましく、3〜50質量部がより好ましい。前記水性樹脂の添加量は前記記録用メディアの吸液特性が所望の範囲に入るように決定される。
前記着色剤として水分散性の着色剤を使用する場合には、カチオン性有機化合物は必ずしも配合する必要はないが、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択使用することができる。例えば、水溶性インク中の直接染料や酸性染料中のスルホン酸基、カルボキシル基、アミノ基等と反応して不溶な塩を形成する1級〜3級アミン、4級アンモニウム塩のモノマー、オリゴマー、ポリマーなどが挙げられ、これらの中でも、オリゴマー又はポリマーが好ましい。
前記カチオン性有機化合物としては、例えば、ジメチルアミン・エピクロルヒドリン重縮合物、ジメチルアミン・アンモニア・エピクロルヒドリン縮合物、ポリ(メタクリル酸トリメチルアミノエチル・メチル硫酸塩)、ジアリルアミン塩酸塩・アクリルアミド共重合物、ポリ(ジアリルアミン塩酸塩・二酸化イオウ)、ポリアリルアミン塩酸塩、ポリ(アリルアミン塩酸塩・ジアリルアミン塩酸塩)、アクリルアミド・ジアリルアミン共重合物、ポリビニルアミン共重合物、ジシアンジアミド、ジシアンジアミド・塩化アンモニウム・尿素・ホルムアルデヒド縮合物、ポリアルキレンポリアミン・ジシアンジアミドアンモニウム塩縮合物、ジメチルジアリルアンモニウムクロライド、ポリジアリルメチルアミン塩酸塩、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロライド)、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロライド・二酸化イオウ)、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロライド・ジアリルアミン塩酸塩誘導体)、アクリルアミド・ジアリルジメチルアンモニウムクロライド共重合物、アクリル酸塩・アクリルアミド・ジアリルアミン塩酸塩共重合物、ポリエチレンイミン、アクリルアミンポリマー等のエチレンイミン誘導体、ポリエチレンイミンアルキレンオキサイド変性物、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ジメチルアミン・エピクロルヒドリン重縮合物、ポリアリルアミン塩酸塩等の低分子量のカチオン性有機化合物と他の比較的高分子量のカチオン性有機化合物、例えば、ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロライド)等とを組み合わせて使用するのが好ましい。併用することにより、単独使用の場合よりも画像濃度を向上させ、フェザリングが更に低減される。
前記カチオン性有機化合物のコロイド滴定法(ポリビニル硫酸カリウム、トルイジンブルー使用)によるカチオン当量は3〜8meq/gが好ましい。前記カチオン当量がこの範囲であれば上記乾燥付着量の範囲で良好な結果が得られる。
ここで、前記コロイド滴定法によるカチオン当量の測定に当たっては、カチオン性有機化合物を固形分で0.1質量%となるように蒸留水で希釈し、pH調整は行わないものとする。
前記カチオン性有機化合物の乾燥付着量は、0.3〜2.0g/mが好ましい。前記カチオン性有機化合物の乾燥付着量が0.3g/m未満であると、充分な画像濃度向上やフェザリング低減の効果が得られないことがある。
前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アニオン活性剤、カチオン活性剤、両性活性剤、非イオン活性剤のいずれも使用することができる。これらの中でも、非イオン活性剤が特に好ましい。前記界面活性剤を添加することにより、画像の耐水性が向上するとともに、画像濃度が高くなり、ブリーディングが改善される。
前記非イオン活性剤としては、例えば、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、高級脂肪族アミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、グリセロールの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、ソルビトール及びソルビタンの脂肪酸エステル、ショ糖の脂肪酸エステル、多価アルコールのアルキルエーテル、アルカノールアミン類の脂肪酸アミド等が挙られる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多価アルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリット、ソルビトール、ショ糖などが挙げられる。また、エチレンオキサイド付加物については、水溶性を維持できる範囲で、エチレンオキサイドの一部をプロピレンオキサイドあるいはブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドに置換したものも有効である。置換率は50%以下が好ましい。前記非イオン活性剤のHLB(親水性/親油性比)は4〜15が好ましく、7〜13がより好ましい。
前記界面活性剤の添加量は、前記カチオン性有機化合物100質量部に対し、0〜10質量部が好ましく、0.1〜1.0質量部がより好ましい。
前記塗工層には、本発明の目的及び効果を損なわない範囲で、更に必要に応じて、その他の成分を添加することができる。該その他の成分としては、アルミナ粉末、pH調整剤、防腐剤、酸化防止剤等の添加剤が挙げられる。
前記塗工層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記支持体上に塗工層液を含浸又は塗布する方法により行なうことができる。前記塗工層液の含浸又は塗布方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、コンベンショナルサイズプレス、ゲートロールサイズプレス、フィルムトランスファーサイズプレス、ブレードコーター、ロッドコーター、エアーナイフコーター、カーテンコーターなど各種塗工機で塗工することができる。これらの中でも、コストの点から、抄紙機に設置されているコンベンショナルサイズプレス、ゲートロールサイズプレス、フィルムトランスファーサイズプレスなどで含浸又は付着させ、オンマシンで仕上げる方法が好ましい。
前記塗工層液の付着量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、固形分で、0.5〜20g/mが好ましく、1〜15g/mがより好ましい。0.5g/m未満であるとインクを十分吸収することができないためインクがあふれて文字滲みが生じてしまう。逆に20g/mを超えると紙の風合いが損なわれ、折り曲げづらくなったり、筆記具で書き加えづらくなるなどの不具合が生じてしまう。
前記含浸又は塗布の後、必要に応じて乾燥させてもよく、この場合の乾燥の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、100〜250℃程度が好ましい。
前記記録用メディアは、更に支持体の裏面にバック層、支持体と塗工層との間、また、支持体とバック層間にその他の層を形成してもよく、塗工層上に保護層を設けることもできる。これらの各層は単層であっても複数層であってもよい。
本発明の記録用メディアは、吸液特性が上記本発明の範囲であれば、インクジェット記録用メディアの他、市販のオフセット印刷用コート紙、グラビア印刷用コート紙などであってもよい。
本発明の記録用メディアの坪量は、50〜250g/mであることが好ましい。50g/m未満であるとコシがないために搬送経路の途中で記録用メディアが詰まってしまうなどの搬送不良が生じやすい。250g/mを超えるとコシが大きくなりすぎるため搬送経路の途中にある曲線部で記録用メディアが曲がりきれず、やはり記録用メディアが詰まってしまうなどの搬送不良が生じやすい。
[記録用インク]
−黒色インク−
本発明に用いるカーボンブラックの種類としては、公知のカーボンブラックの製造方法で製造されたものであり、チャンネル法、オイルファーネス法、ファーネス法、アセチレンブラック法、サーマルブラック法等で製造されたものを用いることができる。
本発明で使用されるカーボンブラックは、表面を改質処理し少なくとも1種の親水基をカーボンブラックの表面に直接若しくは他の原子団を介して結合し、分散剤を使用することなく安定に分散させることができる。
表面改質方法としては、例えば次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過硫酸塩、過硼酸塩、過炭酸塩などのアルカリ金属塩やアンモニウム塩などの酸化剤水溶液中にカーボンブラックを添加して酸化処理する方法、低温酸化プラズマ処理する方法、オゾンによって酸化する方法が挙げられる。
親水性基としては、例えば、−COOM、−COOH、−SOM、−SOH、−POHM、−PO、−PO、−SONH、−SONHCOR(ただし、式中のMは、アルカリ金属、アンモニウム又は有機アンモニウムを表す。Rは、炭素原子数1〜12のアルキル基、置換基を有してもよいフェニル基又は置換基を有してもよいナフチル基を表す。)等が挙げられる。これらの中でも、−COOM、−SOMが表面に結合されたものを用いることが好ましい。
前記親水性基中における「M」は、アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、等が挙げられる。前記有機アンモニウムとしては、例えば、モノ乃至トリメチルアンモニウム、モノ乃至トリエチルアンモニウム、モノ乃至トリメタノールアンモニウムが挙げられる。また、カーボンブラックを3−アミノ−N−エチルピリジウムブロマイドで処理することで、下記構造式で表されるN−エチルピリジル基を結合させる方法、ジアゾニウム塩を反応させることにより、カチオン性親水性基を導入することもできる。前記カチオン性親水性基としては、例えば、第4級アンモニウム基が好ましく、下記に挙げる第4級アンモニウム基がより好ましく、これらのいずれかが顔料表面に結合されたものが色材として好適である。
Figure 2009006485
前記親水基が結合されたカチオン性の分散剤なしで水中に分散可能なカーボンブラックを製造する方法としては、例えば、下記構造式で表されるN−エチルピリジル基を結合させる方法として、カーボンブラックを3−アミノ−N−エチルピリジウムブロマイドで処理する方法が挙げられるが、勿論、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2009006485
また、本発明で使用されるカーボンブラックは、界面活性剤によって水性媒体中に分散させることができる。界面活性剤はアニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤が主に使用されるが、本発明はこれに限定されず、また、前記界面活性剤は、単独、または二種以上を混合して用いることができる。
アニオン系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酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩などが挙げられる。
ノニオン系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、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ルキルアミドなどが挙げられる。
また、本発明で使用されるカーボンブラックは、高分子系分散剤、特に表面にアニオン性基もしくはカチオン性基を有するか、または前記カーボンブラックの表面がアニオン性基もしくはカチオン性基を有する化合物によって直接的或いは間接的に被覆させることで、水性媒体中に分散させることができる。
アニオン性基を有する化合物は、顔料を水、若しくは水性媒体に安定に分散させる機能を有する(アニオン性基を有する)水溶性樹脂であればどのようなものでも使用可能である。特に、重量平均分子量が1,000〜30,000の範囲のものが好ましい。さらに、好ましくは3,000?15,000の範囲である。具体的には、例えばスチレン、スチレン誘導体、ビニルナフタレン、ビニルナフタレン誘導体、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の脂肪族アルコールエステル等の疎水性単量体、またはアクリル酸、アクリル酸誘導体、マレイン酸、マレイン酸誘導体、イタコン酸、イタコン酸誘導体、フマル酸、フマル酸誘導体から選ばれる二つ以上の単量体からなるブロック共重合体、グラフト共重合体あるいはランダム共重合体、若しくはこれらの塩等が挙げられる。
これらの樹脂は、塩基を溶解させた水溶液に可溶なアルカリ可溶型の樹脂である。さらに、親水性単量体からなるホモポリマーまたはそれらの塩でもよい。 また、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物等の水溶性樹脂も使用することが可能である。しかし、アルカリ可溶型の樹脂を用いた場合の方が、分散液の低粘度化が可能であり、分散も容易であるという利点がある。前記水溶性樹脂は、インク(記録液)全量に対して、0.1〜5重量%の範囲で使用されることが好ましい。
カチオン性の顔料分散剤としては、以下に説明するカチオン性モノマーを重合したポリマーが好適に使用できる。なお、これらポリマーの分子量としては、2000以上であるのが望ましい。
本発明で用いられるカチオン性モノマーとしては、下記に例示するモノマーの4級化された化合物である。下記モノマーを4級化するには、塩化メチル、ジメチル硫酸、ベンジルクロライド、エピクロルヒドリンなどを用いて常法により処理を行えばよい。モノマーとしては、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート:[CH=C(CH)−CONH−CHCHN(CH]、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート:[CH=CH−CONH−CHCHN(CH]、N,N−ジメチルアミノアクリルアミド:[CH=CH−CON(CH]、N,N−ジメチルアミノメタアクリルアミド:[CH=C(CH)−CON(CH]、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド:[CH=CH−CONH−CN(CH]、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド:[CH=C(CH)−CONH−CN(CH]などが挙げられる。
また、本発明で使用されるカーボンブラックは、表面にグラフトポリマー基を有するか、あるいは水不溶性ポリマー又はグラフトポリマーで直接的或いは間接的に被覆させることで、水性媒体中に分散させることができる。
グラフトポリマーとしては、例えば以下のものが挙げられる。
アクリル酸アクリル酸−アクリロニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体等が挙げられる。
本発明に用いるカーボンブラックを包含する水不溶性ビニルポリマーとしては、例えば、アリールアルキル基またはアリール基を含むアクリレート由来の構成単位を有するものが挙げられるが、これに限定されず、塩生成基含有モノマー、スチレン系マクロマー、疎水性モノマー、(メタ)アクリロニトリル、ヒドロキシ基を有していても良い、炭素数1〜22、好ましくは炭素数1〜18のアルキル基を有する(メタ)アクリレート類、スチレン以外の芳香環含有モノマー、片末端に重合性官能基を有するシリコーン系マクロマー、アルキルメタクリレート系マクロマーに由来する構成単位を含んでいても良い。
また、記録用インク中のカーボンブラックの体積平均粒子径は40〜90nmであることが好ましく、より好ましくは60〜80nm以下である。体積平均粒子径が40nm以下である場合は、分散安定性を確保することが困難であり、印字した場合でも、画像の精細性は得られても、均一な画像が得られずムラが生じるなどの問題点がある。また、90nm以上である場合は、吐出安定性の低下が生じるなどの問題点がある。
−カラーインク−
本発明に用いるシアン、マゼンタ、イエローの各顔料を含む各カラーインクとしては、色材を含有させたポリマー微粒子の水分散物が好適に用いられる。
ここで、前記「色材を含有させた」とは、ポリマー微粒子中に色材を封入した状態及びポリマー微粒子の表面に色材を吸着させた状態の何れか又は双方を意味する。この場合、本発明のインクに配合される色材はすべてポリマー微粒子に封入又は吸着されている必要はなく、本発明の効果が損なわれない範囲において、該色材がエマルジョン中に分散していてもよい。前記色材としては、水不溶性又は水難溶性であって、前記ポリマーによって吸着され得る色材であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ここで、前記「水不溶性又は水難溶性」とは、20℃で水100質量部に対し色材が10質量部以上溶解しないことを意味する。また、「溶解する」とは、目視で水溶液表層又は下層に色材の分離や沈降が認められないことを意味する。
前記色材を含有させたポリマー微粒子に使用されるポリマーは、例えば前記カーボンブラックを包含する水不溶性ビニルポリマーとして使用されているものが挙げられる。
前記色材を含有させたポリマー微粒子(着色微粒子)の体積平均粒径は、インク中において0.01〜0.16μmが好ましい。0.01μm未満であると微粒子が流動しやすいための文字滲みが大きくなったり、耐光性が劣ってしまう。逆に、0.16μmを超えると、ノズルが目詰まりやすくなったり、発色性が悪くなってしまう。
前記色材の色としては、カラー用のものが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記カラー用のものとしては、イエローインク用では、例えば、C.I.ピグメントイエロー1(ファストイエローG)、3、12(ジスアゾイエローAAA)、13、14、17、23、24、34、35、37、42(黄色酸化鉄)、53、55、74、81、83(ジスアゾイエローHR)、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、128、138、150、153、などが挙げられる。
マゼンタインク用では、例えば、C.I.ピグメントレッド1、2、3、5、17、22(ブリリアントファーストスカーレット)、23、31、38、48:2(パーマネントレッド2B(Ba))、48:2(パーマネントレッド2B (Ca))、48:3(パーマネントレッド2B(Sr))、48:4(パーマネントレッド2B(Mn))、49:1、52:2、53:1、57:1(ブリリアントカーミン6B)、60:1、63:1、63:2、64:1、81(ローダミン6Gレーキ)、83、88、92、101(べんがら)、104、105、106、108(カドミウムレッド)、112、114、122(ジメチルキナクリドン)、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、209、219、などが挙げられる。
シアン用では、例えば、C.I.ピグメントブルー1、2、15(銅フタロシアニンブルーR)、15:1、15:2、15:3(フタロシアニンブルーG)、15:4、15:6(フタロシアニンブルーE)、16、17:1、56、60、63等が挙げられる。
また、中間色としてはレッド、グリーン、ブルー用として、C.I.ピグメントレッド177、194、224、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントバイオレット3,19,23,37、C.I.ピグメントグリーン7,36などが挙げられる。
−水溶性有機溶剤−
前記水溶性有機溶剤としては、溶解性と水分蒸発による噴射特性不良の防止に対して優れた効果が得られる点から、グリセリン、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、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、テトラエチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、ポリエチレングリコール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン及びN−ヒドロキシエチル−2−ピロリドンが好適であるが、本発明の目的および効果を損なわない範囲であれば、これに限定されるものではなく、また、これらの水溶性有機溶剤は必要に応じて1種単独で使用してもよいし、2種以上併用して使用してもよい。
水溶性有機溶剤の添加量は10〜50質量%が好ましく、25〜45質量%がより好ましい。
添加量が少なすぎると、ノズルが乾燥しやすくなり液滴の吐出不良が発生することがある。一方、添加量が多すぎると、インク粘度が高くなって適正な粘度範囲を超えてしまうことがある。
本発明の目的および効果を損なわない範囲で使用してもよいその他の水溶性有機溶剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、グリセロール、1,2,3−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類;エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類;エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類;1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム等の含窒素複素環化合物;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類;ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類;プロピレンカーボネート、炭酸エチレン等があり、これらの水溶性有機溶剤は必要に応じて1種単独で使用してもよいし、2種以上併用して使用してもよい。
本発明の記録用インクには、顔料濃度3質量%以下の黒色インクを有利に使用することができる。
また、前記記録用インクを構成する黒色インク中の固形分(A)と水溶性有機溶剤(B)との含有量質量比が、(A)/(B)=1/8〜1/15であることが好ましく、更に好ましくは、前記黒色インク中の固形分と水溶性有機溶剤との含有量質量比を満たした上で、カラーインク中のシアン、マゼンタ、イエローの各固形分(E)と水溶性有機溶剤(F)との含有量質量比が、(E)/(F)=1/1.5〜1/3である。この組み合わせを満たさない場合は、画像品位の低下を招き、また、ノズルが乾燥しやすくなり液滴の吐出不良が発生したり、インク粘度が高くなって適正な粘度範囲を超えてしまうことがある。ここで、本発明におけるインク中の固形分量とは、主として水不溶の着色剤と樹脂微粒子を意味する。
−浸透剤−
更に、浸透性の向上を目的として、その余の炭素数7〜11のジオール化合物を用いることができる。炭素数が7未満であると、十分な浸透性が得られず、両面印刷時に記録媒体を汚したり、記録媒体上でのインクの広がりが不十分で画素の埋まりが悪くなるため、文字品位や画像濃度の低下が生じることがあり、11を超えると保存安定性が低下することがある。
前記ジオール化合物としては、例えば、2−エチル−1,3ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3ペンタンジオールなどが好適である。
前記ジオール化合物の添加量は0.1〜20質量%が好ましく、0.5〜10質量%がより好ましい。前記添加量が少なすぎると、インクの紙への浸透性が劣り、搬送時にコロで擦られて汚れが発生したり、両面印字のため記録媒体の記録面を反転させる際に搬送ベルトにインクを付着させて汚れが発生したり、高速印字や両面印字に対応できないことがある。一方、添加量が多すぎると、印字ドット径が大きくなり、文字の線幅が広くなったり、画像鮮明度が低下することがある。
−界面活性剤−
前記界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤から選ばれる一種を単独、又は二種以上を混合して用いることができる。特に好ましく用いられるのはノニオン系界面活性剤およびフッ素系界面活性剤である。
アニオン界面活性剤としては、アルキルアリル、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルエステル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルアリールエーテルリン酸塩、アルキルアリールエーテル硫酸塩、アルキルアリールエーテルエステル硫酸塩、オレフィンスルホン酸塩、アルカンオレフィンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、エーテルカルボキシレート、スルホコハク酸塩、α−スルホ脂肪酸エステル、脂肪酸塩、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、ナフテン酸塩等が挙げられる。
カチオン界面活性剤としては、例えば、アルキルアミン塩、ジアルキルアミン塩、脂肪族アミン塩、ベンザルコニウム塩、第4級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩等が挙げられる。
ノニオン系界面活性剤としては、アセチレングリコール系界面活性剤、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フェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル及びポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等を挙げることができる。
両性界面活性剤としては、イミダゾリニウムベタイン等のイミダゾリン誘導体、ジメチルアルキルラウリルベタイン、アルキルグリシン、アルキルジ(アミノエチル)グリシン等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、構造式(I)〜(III)を好ましく用いることができる。
Figure 2009006485
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−樹脂微粒子−
また、本発明における記録用インクは、樹脂微粒子を含むものであることが好ましく、該樹脂微粒子は、カラーインク、黒色インクのいずれに含有させてもよく、さらに、他の例えば有機溶媒や界面活性剤に添加して用いてもよい。
前記樹脂微粒子は、ラジカル重合、乳化重合、分散重合、シード重合、懸濁重合などによって重合されたポリマーが水性媒体に分散したもので、粒径は10〜300nmが好ましく、50〜200nmがより好ましい。
樹脂の種類としては、アクリル系、メタアクリル系、スチレン系、ウレタン系、アクリルアミド系、ポリエステル系、ブタジエン系が挙げられ、これらを混合あるいは共重合したものを用いることもできる。また、シラン化合物を用いてシリコーン変性したものを用いることもできる。より好ましくはアクリル系モノマーとシラン化合物を乳化剤の存在下、重合して得られるシリコーン変性アクリル樹脂が用いられ、加水分解性シリル基を含まないことが好ましい。前記シリル基は、加水分解してシラノール基となり、該シラノール基は脱水縮合してシロキサン結合が生じる。シリコーン樹脂におけるシロキサン結合は結合エネルギーが高いため、シロキサン結合を含む塗膜は耐擦過性や耐溶剤性に優れている。なお前記加水分解性シリル基が残存していると、記録用インクとしたときの保存性が悪化することがある。また、シリコーン変性アクリル樹脂は熱安定性に優れており、熱エネルギーを印加してインクを飛翔させる手段を取る場合、コゲーションの発生がなく安定した吐出が可能となる。
樹脂微粒子(D)のカーボンブラック(C)に対する添加量は、(C)/(D)=1/0.05〜1/2の範囲であることが好ましく、1/0.2〜1/1の範囲であることがより好ましい。樹脂微粒子(D)が0.05未満であると、十分な定着性が得えられないことがあり、2を超えると保存安定性が悪化したり吐出性が低下したりする場合がある。
その他の成分としては、特に制限はなく、必要に応じて適宜選択することができ、例えば、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、酸素吸収剤、光安定化剤、などが挙げられる。
前記pH調整剤としては、調合されるインクに悪影響をおよぼさずにpHを7以上に調整できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて任意の物質を使用することができる。
該pH調製剤としては、例えば、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物;水酸化アンモニウム、第4級アンモニウム水酸化物、第4級ホスホニウム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、等が挙げられる。
前記防腐防黴剤としては、例えば、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン、デヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、2−ピリジンチオール−1−オキサイドナトリウム、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム、等が挙げられる。
前記防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト、等が挙げられる。
前記酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む)、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、りん系酸化防止剤、などが挙げられる。
前記紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチレート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、ニッケル錯塩系紫外線吸収剤、などが挙げられる。
本発明の記録用インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、固形分量、粘度、表面張力、pH等が以下の範囲であることが好ましい。
前記記録用インク中の固形分量は3〜30質量%が好ましく、6〜15質量%がより好ましい。前記固形分量が6質量%未満であると、印字後十分な画像濃度を得ることができないことがある。ここで、本発明におけるインク中の固形分量とは、主として水不溶の着色剤と樹脂微粒子を意味する。
前記粘度は、25℃で、5〜20mPa・sが好ましく、5〜10mPa・sがより好ましい。前記粘度が20mPa・sを超えると、吐出安定性の確保が困難になることがある。
前記表面張力としては、20℃で、25〜55mN/mが好ましい。前記表面張力が、25mN/m未満であると、記録媒体上での滲みが顕著になり、安定した噴射が得られないことがあり、55mN/mを超えると、記録媒体へのインク浸透が十分に起らず、乾燥時間の長時間化を招くことがある。
前記pHとしては、例えば、7〜10が好ましい。
本発明の記録用インクは、各種分野において好適に使用することができ、インクジェット記録方式による画像記録装置(プリンタ等)において好適に使用することができ、例えば、印字又は印字前後に被記録用紙及び前記記録用インクを50〜200℃で加熱し、印字定着を促進する機能を有するもののプリンタ等に使用することもでき、以下の本発明のインクカートリッジ、インク記録物、インクジェット記録装置、インクジェット記録方法に特に好適に使用することができる。
(インクカートリッジ)
本発明のインクカートリッジは、本発明の前記記録用インクを容器中に収容してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の部材等を有してなる。
前記容器としては、特に制限はなく、目的に応じてその形状、構造、大きさ、材質等を適宜選択することができ、例えば、アルミニウムラミネートフィルム、樹脂フィルム等で
形成されたインク袋などを少なくとも有するもの、などが好適に挙げられる。
次に、インクカートリッジについて、図1及び図2を参照して説明する。ここで、図1は、本発明のインクカートリッジの一例を示す図であり、図2は図1のインクカートリッジのケース(外装)も含めた図である。
インクカートリッジ(200)は、図1に示すように、インク注入口(242)からインク袋(241)内に充填され、排気した後、該インク注入口(242)は融着により閉じられる。使用時には、ゴム部材からなるインク排出口(243)に装置本体の針を刺して装置に供給される。
インク袋(241)は、透気性のないアルミニウムラミネートフィルム等の包装部材により形成されている。このインク袋(241)は、図2に示すように、通常、プラスチック製のカートリッジケース(244)内に収容され、各種インクジェット記録装置に着脱可能に装着して用いられるようになっている。
本発明のインクカートリッジは、本発明の前記記録用インク(インクセット)を収容し、各種インクジェット記録装置に着脱可能に装着して用いることができ、また、後述する本発明のインクジェット記録装置に着脱可能に装着して用いるのが特に好ましい。
[インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法]
本発明のインクジェット記録装置は、インク飛翔手段を少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、刺激発生手段、制御手段等を有してなる。
本発明のインクジェット記録方法は、インク飛翔工程を少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、刺激発生工程、制御工程等を含む。
本発明のインクジェット記録方法は、本発明のインクジェット記録装置により好適に実施することができ、前記インク飛翔工程は前記インク飛翔手段により好適に行うことができる。また、前記その他の工程は、前記その他の手段により好適に行うことができる。
−インク飛翔工程及びインク飛翔手段−
前記インク飛翔工程は、前記本発明の記録用インクに、刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録する工程である。
前記インク飛翔手段は、前記本発明の記録用インクに、刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録する手段である。該インク飛翔手段としては、特に制限はなく、例えば、インク吐出用の各種のノズル、などが挙げられる。
本発明においては、該インクジェットヘッドの液室部、流体抵抗部、振動板、及びノズル部材の少なくとも一部がシリコン及びニッケルの少なくともいずれかを含む材料から形成されることが好ましい。
また、インクジェットノズルのノズル径は、30μm以下が好ましく、1〜20μmが好ましい。
また、インクジェットヘッド上にインクを供給するためのサブタンクを有し、該サブタンクにインクカートリッジから供給チューブを介してインクが補充されるように構成することが好ましい。
前記刺激は、例えば、前記刺激発生手段により発生させることができ、該刺激としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、熱(温度)、圧力、振動、光、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、熱、圧力が好適に挙げられる。
なお、前記刺激発生手段としては、例えば、加熱装置、加圧装置、圧電素子、振動発生装置、超音波発振器、ライト、などが挙げられ、具体的には、例えば、圧電素子等の圧電アクチュエータ、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータ等、などが挙げられる。
前記記録用インクの飛翔の態様としては、特に制限はなく、前記刺激の種類等応じて異なり、例えば、前記刺激が「熱」の場合、記録ヘッド内の前記記録用インクに対し、記録信号に対応した熱エネルギーを例えばサーマルヘッド等を用いて付与し、該熱エネルギーにより前記記録用インクに気泡を発生させ、該気泡の圧力により、該記録ヘッドのノズル孔から該記録用インクを液滴として吐出噴射させる方法、などが挙げられる。また、前記刺激が「圧力」の場合、例えば記録ヘッド内のインク流路内にある圧力室と呼ばれる位置に接着された圧電素子に電圧を印加することにより、圧電素子が撓み、圧力室の容積が縮小して、前記記録ヘッドのノズル孔から該記録用インクを液滴として吐出噴射させる方法、などが挙げられる。
前記飛翔させる前記記録用インクの液滴は、その大きさとしては、例えば、3〜40plとするのが好ましく、その吐出噴射の速さとしては5〜20m/sとするのが好ましく、その駆動周波数としては1kHz以上とするのが好ましく、その解像度としては300dpi以上とするのが好ましい。
記録媒体の記録面を反転させて両面印刷可能とする反転手段を有することが好ましい。該反転手段としては、静電気力を有する搬送ベルト、空気吸引により記録媒体を保持する手段、搬送ローラと拍車との組み合わせなどが挙げられる。
無端状の搬送ベルトと、該搬送ベルト表面を帯電させて記録媒体を保持しながら搬送する搬送手段を有することが好ましい。この場合、帯電ローラに±1.2kV〜±2.6kVのACバイアスを加えて搬送ベルトを帯電させることが特に好ましい。
なお、前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
本発明のインクジェット記録装置により本発明のインクジェット記録方法を実施する一の態様について、図面を参照しながら説明する。図3に示すインクジェット記録装置は、装置本体(101)と、装置本体(101)に装着した用紙を装填するための給紙トレイ(102)と、装置本体(101)に装着され画像が記録(形成)された用紙をストックするための排紙トレイ(103)と、インクカートリッジ装填部(104)とを有する。インクカートリッジ装填部(104)の上面には、操作キーや表示器などの操作部(105)が配置されている。インクカートリッジ装填部(104)は、インクカートリッジ(201)の脱着を行うための開閉可能な前カバー(115)を有している。
装置本体(101)内には、図4及び図5に示すように、図示を省略している左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド(131)とステー(132)とでキャリッジ(133)を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ(不図示)によって図5で矢示方向に移動走査する。
キャリッジ(133)には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色の記録用インク滴を吐出する4個のインクジェット記録用ヘッドからなる記録ヘッド(134)を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
記録ヘッド(134)を構成するインクジェット記録用ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを記録用インクを吐出するためのエネルギー発生手段として備えたものなどを使用できる。
また、キャリッジ(133)には、記録ヘッド(134)に各色のインクを供給するための各色のサブタンク(135)を搭載している。サブタンク(135)には、図示しない記録用インク供給チューブを介して、インクカートリッジ装填部(105)に装填された本発明のインクカートリッジ(201)から本発明の前記記録用インクが供給されて補充される。
一方、給紙トレイ(103)の用紙積載部(圧板)(141)上に積載した用紙(142)を給紙するための給紙部として、用紙積載部(141)から用紙(142)を1枚づつ分離給送する半月コロ(給紙コロ(143))、及び給紙コロ(143)に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド(144)を備え、この分離パッド(144)は給紙コロ(143)側に付勢されている。
この給紙部から給紙された用紙(142)を記録ヘッド(134)の下方側で搬送するための搬送部として、用紙(142)を静電吸着して搬送するための搬送ベルト(151)と、給紙部からガイド(145)を介して送られる用紙(142)を搬送ベルト(151)との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ(152)と、略鉛直上方に送られる用紙(142)を略90°方向転換させて搬送ベルト(151)上に倣わせるための搬送ガイド(153)と、押さえ部材(154)で搬送ベルト(151)側に付勢された先端加圧コロ(155)とが備えられ、また、搬送ベルト(151)表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ(156)が備えられている。
搬送ベルト(151)は、無端状ベルトであり、搬送ローラ(157)とテンションローラ(158)との間に張架されて、ベルト搬送方向に周回可能である。この搬送ベルト(151)は、例えば、抵抗制御を行っていない厚さ40μm程度の樹脂材、例えば、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体(ETFE)で形成した用紙吸着面となる表層と、この表層と同材質でカーボンによる抵抗制御を行った裏層(中抵抗層、アース層)とを有している。搬送ベルト(151)の裏側には、記録ヘッド(134)による印写領域に対応してガイド部材(161)が配置されている。なお、記録ヘッド(134)で記録された用紙(142)を排紙するための排紙部として、搬送ベルト(151)から用紙(142)を分離するための分離爪(171)と、排紙ローラ(172)及び排紙コロ(173)とが備えられており、排紙ローラ(172)の下方に排紙トレイ(103)が配されている。
装置本体(101)の背面部には、両面給紙ユニット(181)が着脱自在に装着されている。両面給紙ユニット(181)は、搬送ベルト(151)の逆方向回転で戻される用紙(142)を取り込んで反転させて再度カウンタローラ(152)と搬送ベルト(151)との間に給紙する。なお、両面給紙ユニット(181)の上面には手差し給紙部(182)が設けられている。
記録終了信号又は用紙(142)の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙(142)を排紙トレイ(103)に排紙する。
そして、サブタンク(135)内の記録用インクの残量ニアーエンドが検知されると、インクカートリッジ(201)から所要量の記録用インクがサブタンク(135)に補給される。
このインクジェット記録装置においては、本発明のインクカートリッジ(1)中の記録用インクを使い切ったときには、インクカートリッジ(201)における筐体を分解して内部のインク袋だけを交換することができる。また、インクカートリッジ(201)は、縦置きで前面装填構成としても、安定した記録用インクの供給を行うことができる。したがって、装置本体(101)の上方が塞がって設置されているような場合、例えば、ラック内に収納したり、あるいは装置本体(101)の上面に物が置かれているような場合でも、インクカートリッジ(201)の交換を容易に行うことができる。
なお、ここでは、キャリッジが走査するシリアル型(シャトル型)インクジェット記録装置に適用した例で説明したが、ライン型ヘッドを備えたライン型インクジェット記録装置にも同様に適用することができる。
また、本発明のインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法は、インクジェット記録方式による各種記録に適用することができ、例えば、インクジェット記録用プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機、などに特に好適に適用することができる。
以下、本発明を適用したインクジェットヘッドについて示す。
図6は、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの要素拡大図、図7は、同ヘッドのチャンネル間方向の要部拡大断面図である。
このインクジェットヘッドは、インク供給口(不図示)と共通液室(1b)となる彫り込みを形成したフレーム(10)と、流体抵抗部(2a)、加圧液室(2b)となる彫り込みとノズル(3a)に連通する連通口(2c)を形成した流路板(20)と、ノズル(3a)を形成するノズル板と、凸部(6a)、ダイヤフラム部(6b)及びインク流入口(6c)を有する振動板(60)と、該振動板(60)に接着層(70)を介して接合された積層圧電素子(50)と、該積層圧電素子(50)を固定しているベース(40)を備えている。
ベース(40)はチタン酸バリウム系セラミックからなり、積層圧電素子(50)を2列配置して接合している。
前記積層圧電素子(50)は、厚さ10〜50μm/1層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電層と、厚さ数μm/1層の銀・パラジウム(AgPd)からなる内部電極層とを交互に積層している。内部電極層は両端で外部電極に接続する。該積層圧電素子(50)はハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、1つ毎に駆動部(5f)と支持部(5g)(非駆動部)として使用する。外部電極の外側はハーフカットのダイシング加工で分割されるように、切り欠き等の加工により長さを制限しており、これらは複数の個別電極となる。他方はダイシングでは分割されずに導通しており共通電極となる。
駆動部の個別電極にはFPC8が半田接合されている。また、共通電極は積層圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでFPC8のGnd電極に接合している。FPC8には図示しないドライバICが実装されており、これにより駆動部(5f)への駆動電圧印加を制御している。
振動板(60)は、薄膜のダイアフラム部(6b)と、このダイアフラム部(6b)の中央部に形成した駆動部(5f)となる積層圧電素子(50)と接合する島状凸部(アイランド部)(6a)と、支持部に接合する梁を含む厚膜部と、インク流入口(6c)となる開口を電鋳工法によるNiメッキ膜を2層重ねて形成している。ダイヤフラム部の厚さは3μm、幅は35μm(片側)である。
この振動板(60)の島状凸部(6a)と積層圧電素子(50)の可動部(5f)、振動板(50)とフレーム(10)の結合は、ギャップ材を含んだ接着層(70)をパターニングして接着している。
流路板(20)はシリコン単結晶基板を用いて、流体抵抗部(2a)、加圧液室(2b)となる彫り込み、及びノズル(3a)に対する位置に連通口(2c)となる貫通口をエッチング工法でパターニングした。
エッチングで残された部分が加圧液室(2b)の隔壁(2d)となる。また、このヘッドではエッチング幅を狭くする部分を設けて、これを流体抵抗部(2a)とした。
ノズルプレート(30)は、金属材料、例えば、電鋳工法によるNiメッキ膜等で形成したもので、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル(3a)を多数を形成している。このノズル(3a)の内部形状(内側形状)は、ホーン形状(略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。)に形成している。また、このノズル(3a)の径はインク滴出口側の直径で約20〜35μmである。また各列のノズルピッチは150dpiとした。
ノズルプレート(30)のインク吐出面(ノズル表面側)は、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層(3b)を設けている。PTFE−Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えば、フッ化ピッチなど)を蒸着コートしたもの、シリコーン系樹脂及びフッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。また、これらの中でも、例えば、フッ素系樹脂としては、色々な材料が知られているが、変性パーフルオロポリオキセタン(ダイキン工業株式会社製、商品名:オプツールDSX)を厚みが30〜100Åとなるように蒸着することで良好な撥水性を得ることができる。
インク供給口と共通液室(1b)となる彫り込みを形成するフレーム(10)は樹脂成形で作製している。
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、記録信号に応じて駆動部(5f)に駆動波形(10〜50Vのパルス電圧)を印加することによって、駆動部(5f)に積層方向の変位が生起し、振動板(60)を介して加圧液室(2b)が加圧されて圧力が上昇し、ノズル(3a)からインク滴が吐出される。その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室(2b)内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室(2b)内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタンクから供給されたインクは共通液室(1b)に流入し、共通液室(1b)からインク流入口(6c)を経て流体抵抗部(2a)を通り、加圧液室(2b)内に充填される。
流体抵抗部(2a)は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填(リフィル)に対して抵抗になる。流体抵抗部を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
次に、本発明を合成例、調製例、実施例、比較例により、さらに詳細に説明する。ただし、これらに限定されるものではない。
[合成例1]
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管及び滴下ロートを備えた1Lフラスコ内を十分に窒素ガスで置換した後、スチレン11.2g、アクリル酸2.8g、ラウリルメタクリレート12.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート4.0g、スチレンマクロマー(東亜合成株式会社製、商品名:AS−6)4.0g及びメルカプトエタノール0.4gを仕込み、65℃に昇温した。次にスチレン100.8g、アクリル酸25.2g、ラウリルメタクリレート108.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート36.0g、ヒドロキシエチルメタクリレート60.0g、スチレンマクロマー(東亜合成株式会社製、商品名:AS−6)36.0g、メルカプトエタノール3.6g、アゾビスジメチルバレロニトリル2.4g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を2.5時間かけてフラスコ内に滴下した。滴下終了後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を0.5時間かけてフラスコ内に滴下した。65℃で1時間熟成した後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8gを添加し、更に1時間熟成した。反応終了後、フラスコ内に、メチルエチルケトン364gを添加し、濃度が50%のポリマー溶液800gを得た。
[合成例2]
攪拌装置、滴下装置、温度センサー、および上部に窒素導入装置を有する環流装置を取り付けた反応容器を有する自動重合反応装置(重合試験機DSL−2AS型、轟産業株式会社製)の反応容器にMEK550部を仕込み、攪拌しながら反応容器内を窒素置換した。反応容器内を窒素雰囲気に保ちながら80℃に昇温させた後、滴下装置よりメタクリル酸2−ヒドロキシエチル75.0部、メタクリル酸77.0部、スチレン80.0部、メタクリル酸ブチル150.0部、アクリル酸ブチル98.0部、メタクリル酸メチル20.0部および「パーブチル(登録商標)O」(有効成分ペルオキシ2−エチルヘキサン酸t−ブチル、日本油脂株式会社製)40.0部の混合液を4時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに同温度で15時間反応を継続させて、酸価100、重量平均分子量21,000、Tg(計算値)31℃のアニオン性基含有スチレン−アクリル系共重合体AのMEK溶液を得た。反応終了後、MEKの一部を減圧留去し、不揮発分を50%に調整した共重合体A溶液を得た。
[調製例1]
合成例1で作成したポリマー溶液28gとカーボンブラック(MONARCH880/Cabot社製)26g、1mol/Lの水酸化カリウム溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、イオン交換水30gを十分に攪拌した後、三本ロールミルを用いて混練した。得られたペーストをイオン交換水200gに投入し、十分に攪拌した後、エバポレーターを用いてメチルエチルケトンおよび水を留去し、固形分が20質量%の水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体を得た。
[調製例2]
カーボンブラック(トーカブラック#7240/東海カーボン株式会社製)150gを濃度2mol/Lの過硫酸ナトリウム水溶液3L中に添加し、60℃の温度で10時間攪拌して酸化処理した。酸化したカーボンブラックは限外濾過を行い、残塩分を取り除いた。その後水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8に調整し、余剰の塩類除去するためさらに限外濾過を行い、得られた水溶液に精製水を加えて固形分を20%となるよう調整した。得られた分散体の体積平均粒径は70nmであった。
[調整例3]
冷却用ジャケットを備えた混合槽に、カーボンブラック(#960/三菱化学株式会社製)1000gと、合成例2で得た共重合体A溶液800部、20%水酸化ナトリウム水溶液143部、MEK100部および水1957部を仕込み、攪拌、混合した。混合液を直径0.3mmのジルコニアビーズを充填した分散装置(SCミルSC100/32型、三井鉱山株式会社製)に通し、循環方式(分散装置より出た分散液を混合槽に戻す方式)により6時間分散した。分散装置の回転数は2,700回転/分とし、冷却用ジャケットには冷水を通して分散液温度が40℃以下に保たれるようにした。分散終了後、混合槽より分散原液を抜き採り、次いで水10,000部で混合槽および分散装置流路を洗浄し、分散原液と合わせて希釈分散液を得た。ガラス製蒸留装置に希釈分散液を入れ、MEKの全量と水の一部を留去した。室温まで放冷後、攪拌しながら10%塩酸を滴下してpH4.5に調整したのち、固形分をヌッチェ式濾過装置で濾過、水洗した。ケーキを容器に採り、20%水酸化カリウム水溶液200部を加えた後、ディスパ(TKホモディスパ20型、特殊機化工業株式会社製)にて分散し、さらに水を加えて不揮発分を調整して、不揮発分20%の、カーボンブラックが水酸化カリウムで中和されたカルボキシル基含有スチレン−アクリル系共重合体で被覆された複合粒子として水性媒体中に分散した水性顔料分散体を得た。
[調整例4]
調製例1において、カーボンブラック(MONARCH880/Cabot社製)を銅フタロシアニン顔料に変更した以外は、調製例1と同様にして、青色のポリマー微粒子分散体を調製した。
得られたポリマー微粒子について、粒度分布測定装置(マイクロトラックUPA、日機装株式会社製)で測定した平均粒子径(D50%)は93nmであった。
[調整例5]
−ジメチルキナクリドン顔料含有ポリマー微粒子分散体の調製−
調製例1において、カーボンブラック(MONARCH880/Cabot社製)をC.I.ピグメントレッド122に変更した以外は、調製例1と同様にして、赤紫色のポリマー微粒子分散体を調製した。
得られたポリマー微粒子について、粒度分布測定装置(マイクロトラックUPA、日機装株式会社製)で測定した平均粒子径(D50%)は127nmであった。
[調整例6]
−モノアゾ黄色顔料含有ポリマー微粒子分散体の調製−
調製例1において、カーボンブラック(MONARCH880/Cabot社製)をC.I.ピグメントイエロー74に変更した以外は、調製例1と同様にして、黄色のポリマー微粒子分散体を調製した。
得られたポリマー微粒子について、粒度分布測定装置(マイクロトラックUPA、日機装株式会社製)で測定した平均粒子径(D50%)は76nmであった。
[調整例7]
−記録用メディア1の作製−
顔料としての粒子径2μm以下の割合が97質量%のクレー70質量部、平均粒子径1
.1μmの重質炭酸カルシウム30質量部、接着剤としてのガラス転移温度(Tg)が−5℃のスチレン−ブタジエン共重合体エマルジョン8質量部、リン酸エステル化澱粉1質量部、及び助剤としてのステアリン酸カルシウム0.5質量部を加え、更に水を加えて固形分濃度60質量%の塗工液を調製した。
得られた塗工液を、上記作製した支持体に片面当り固形分付着量が8g/mになるように、ブレードコーターを用いて両面に塗工し、熱風乾燥後、段スーパーカレンダー処理を行い、「記録用メディア1」を作製した。
[調整例8]
−記録用メディア2の作製−
顔料としての粒子径2μm以下の割合が97質量%のクレー70質量部、平均粒子径1.1μmの重質炭酸カルシウム30質量部、接着剤としてのガラス転移温度(Tg)が−5℃のスチレン−ブタジエン共重合体エマルジョン7質量部、リン酸エステル化澱粉0.7質量部、助剤としてのステアリン酸カルシウム0.5質量部を加え、更に水を加えて固形分濃度60質量%の塗工液を調製した。
得られた塗工液を、上記作製した支持体に片面当り固形分付着量が8g/mになるように、ブレードコーターを用いて両面塗工し、熱風乾燥後、段スーパーカレンダー処理を行い、「記録用メディア2」を作製した。
[実施例1]
下記処方のインク組成物を調製し、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行うことでインクを作製し、以下のようにして諸特性を評価した。
<インク組成(黒色インク組成物)>
・調製例1で得られた体積平均粒子径70nmの水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体・・・4.0質量%(固形分として)
・3−メチル−1,3−ブタンジオール 28.0質量%
・グリセリン 13.0質量%
・2−ピロリドン 2.0質量%
・構造式(II)の界面活性剤 1.0質量%
・イオン交換水 45.0質量%
<インク組成(シアンインク組成物)>
・調製例1の銅フタロシアニン顔料含有ポリマー微粒子分散体
15.0質量%(固形分として)
・3−メチル−1,3−ブタンジオール 23.0質量%
・グリセリン 8.0質量%
・構造式(II)の界面活性剤 1.0質量%
・イオン交換水 53.0質量%
<インク組成(マゼンタインク組成物)>
・調製例1のジメチルキナクリドン顔料含有ポリマー微粒子分散体
15.0質量%(固形分として)
・3−メチル−1,3−ブタンジオール 23.0質量%
・グリセリン 8.0質量%
・構造式(II)の界面活性剤 1.0質量%
・イオン交換水 53.0質量%
<インク組成(イエローインク組成物)>
・調製例1のモノアゾ黄色顔料含有ポリマー微粒子分散体
15.0質量%(固形分として)
・3−メチル−1,3−ブタンジオール 23.0質量%
・グリセリン 8.0質量%
・構造式(II)の界面活性剤 1.0質量%
・イオン交換水 53.0質量%
<特性評価>
<インクの体積平均粒径>
調整したインクにおけるインクの体積平均粒径(D50%)は、粒度分布測定装置(マイクロトラックUPA、日機装株式会社製)を用いて測定した。
<画像濃度>
図3〜図7に示すインクジェットプリンタに、調整したインクを充填して、光沢メディアであるリコービジネスコートグロス100に解像度1200dpiでCYMKの4色を併用したコンポジットブラックのベタ印字を行った。印字乾燥後、画像濃度を反射型カラー分光測色濃度計(X−Rite社製)を用いて画像濃度を測定した。
このときの付着量は9.5g/mであった。
<光沢度>
図3〜図7に示すインクジェットプリンタに、調整したインクを充填して光沢メディアであるリコービジネスコートグロス100(地肌60°光沢:21)に解像度1200dpiでCYMKの4色を併用したコンポジットブラックのベタ印字を行った。印字乾燥後、アトラス社製光沢度計Micro−Gross60°を用いて、60°光沢を測定した。
<画像品位>
図3〜図7に示すインクジェットプリンタに、調整したインクを充填して光沢メディアであるリコービジネスコートグロス100(地肌60°光沢:21)に解像度1200dpiでCYMKの4色を併用したコンポジットブラックのベタ印字を行った。印字乾燥後、画像品位を目視で判断した。
(判定基準)
◎:優れている
○:良好
△:若干劣る
×:劣る
[実施例2]
実施例1のインク組成物の調製において、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の平均粒子径が70nmのものから50nmのものに変更した以外は、実施例1と同様にしてインクを作製し、評価した。
[実施例3]
実施例1のインク組成物の調製において、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の平均粒子径が70nmのものから90nmのものに変更した以外は、実施例1と同様にしてインクを作製し、評価した。
[実施例4]
実施例1のインク組成物の調製において、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体を、調製例2で得られた体積平均粒子径70nmのカーボンブラック分散体に変更した以外は、実施例1と同様にしてインクを作製し、評価した。
[実施例5]
実施例1のインク組成物の調製において、調製例1で得られた水分散体を、調製例3で得られた水分散体に変更した以外は、実施例1と同様にしてインクを作製し、評価した。
[実施例6]
実施例1のインク組成物の調製において、黒色インクにシリコーン変性アクリル樹脂微粒子を6.5質量%加えた以外は、実施例1と同様にしてインクを作製し、評価した。
[実施例7]
実施例1において調整したインク組成物について、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の添加量を4.0質量%から5.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[実施例8]
実施例1において調整したインク組成物について、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の添加量を4.0質量%から3.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[実施例9]
実施例1において、記録メディアを、日本製紙社製のオーロラコートに変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[実施例10]
実施例1において、記録メディアを、前記[記録用メディア1]に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[実施例11]
実施例1において、記録メディアを、前記[記録用メディア2]に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[比較例1]
実施例1のインク組成物の調製において、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の平均粒子径が70nmのものから20nmのものに変更した以外は、実施例1と同様にしてインクを作製し、評価した。
[比較例2]
実施例1のインク組成物の調製において、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の平均粒子径が70nmのものから150nmのものに変更した以外は、実施例1と同様にしてインクを作製し、評価した。
[比較例3]
実施例1において調整したインク組成物について、印字したメディアを光沢メディアであるリコービジネスコートグロス100から、フィルム基材(ルミラーU10、東レ社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[比較例4]
実施例1において調整したインク組成物について、印字したメディアを光沢メディアであるリコービジネスコートグロス100から、光沢メディア(スーパーファイン専用紙、セイコーエプソン社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[比較例5]
実施例1において印字する際に、Bkのみで構成されるブラックのベタ印字を行った以外は、実施例1と同様にして評価した。
[比較例6]
実施例1において調整したインク組成物について、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の添加量を4.0質量%から6.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[比較例7]
実施例1において調整したインク組成物について、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の添加量を4.0質量%から8.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
[比較例8]
実施例1において調整したインク組成物について、カーボンブラックを含有する水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体の添加量を4.0質量%から2.0質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして評価した。
Figure 2009006485
表1に示された結果より、比較例1〜8の記録用インクに対して、実施例1〜11の記録用インクは、いずれも光沢メディアにおける画像濃度が高く、光沢性、画像品位に優れていることが判る
Figure 2009006485
本発明のインクカートリッジの一例を示す概略図である。 図1のインクカートリッジのケース(外装)も含めた概略図である。 本発明のインクジェット記録装置のインクカートリッジ装填部のカバーを開いた状態の斜視説明図である 本発明のインクジェット記録装置の全体構成を説明する概略構成図である 本発明のインクジェットヘッドの一例を示す概略拡大図である。 本発明のインクジェットヘッドの他の一例を示す要素概略拡大図である。 図6のインクジェットヘッドの要部拡大概略断面図である。
符号の説明
1b 共通液室
2a 流体抵抗部
2b 加圧液室
2c 連通口
2d 隔壁
3a ノズル
5f 駆動部(可動部)
5g 支持部(非駆動部)
6a 凸部
6b ダイヤフラム部
6c インク流入口
40 ベース
10 フレーム
20 流路板
30 ノズルプレート
30 振動板
50 積層圧電素子
60 振動板
70 接着層
101 装置本体
102 給紙トレイ
103 排紙トレイ
104 インクカートリッジ装填部
105 操作部
105 インクカートリッジ装填部
111 上カバー
112 前面
115 前カバー
131 ガイドロッド
132 ステー
133 キャリッジ
134 記録ヘッド
135 サブタンク
141 用紙積載部(圧板)
142 用紙
143 半月コロ(給紙コロ)
144 分離パッド
145 ガイド
151 搬送ベルト
152 カウンタローラ
153 搬送ガイド
154 押さえ部材
155 先端加圧コロ
156 帯電ローラ
157 搬送ローラ
158 テンションローラ
161 ガイド部材
171 分離爪
172 排紙ローラ
173 排紙コロ
181 両面給紙ユニット
182 手差し給紙部
200 インクカートリッジ
201 インクカートリッジ
241 インク袋
242 インク注入口
243 インク排出口
244 カートリッジ外装(ケース)

Claims (21)

  1. 少なくとも水と水溶性有機溶剤、界面活性剤、及びカーボンブラックを含有してなり、前記カーボンブラックの体積平均粒子径が40〜100nmである黒色インクと、シアン、マゼンタ、イエローの各顔料を含む各カラーインクよりなる記録用インクを用いて、記録用メディアに対して前記黒色インクと前記カラーインクを併用してコンポジットブラックの黒色画像を記録するインクジェット記録方法であって、前記記録用インクを構成する黒色インク中の固形分(A)と水溶性有機溶剤(B)との含有量質量比が、(A)/(B)=1/8〜1/15であり、前記記録用メディアが、支持体と前記支持体の少なくとも一方の面に塗工層を有してなり、23℃50%RHにて動的走査吸液計で測定した接触時間100msにおける純水の前記記録用メディアへの転移量が2〜35ml/m、かつ接触時間400msにおける純水の前記記録メディアへの転移量が3〜40ml/mであることを特徴とするインクジェット記録用インク−記録用メディアセットを用いて画像を記録するインクジェット記録方法。
  2. 前記記録用インクが、樹脂微粒子を含み、前記樹脂微粒子の体積平均粒径が、10〜300nmであることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録方法。
  3. 前記カーボンブラックの含有量(C)と前記樹脂微粒子の含有量(D)との含有量質量比(C)/(D)が、1/0.05〜1/2の範囲であることを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェット記録方法。
  4. 前記樹脂微粒子が、アクリル系、メタアクリル系、スチレン系、ウレタン系、アクリルアミド系、ポリエステル系、ブタジエン系あるいはこれらの混合系であることを特徴とする請求項2又は3に記載のインクジェット記録方法。
  5. 前記カーボンブラックが、水不溶性ビニルポリマーによって被覆されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  6. 前記カーボンブラックが、表面に親水基を有し、前記親水基が、−COOM、−COOH、−SOM、−SOH、−POHM、−PO、−PO、−SONH、−SONHCOR(ただし、式中のMは、アルカリ金属、アンモニウム又は有機アンモニウムを表す。Rは、炭素原子数1〜12のアルキル基、置換基を有してもよいフェニル基又は置換基を有してもよいナフチル基を表す)の中から選ばれるいずれかの官能基であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  7. 前記カーボンブラックが、界面活性剤によって分散されたものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  8. 前記カーボンブラックが、表面にグラフトポリマー基を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  9. 前記記録用インクが、表面にアニオン性基もしくはカチオン性基を有する高分子系分散剤を含むか、または前記カーボンブラックの表面がアニオン性基もしくはカチオン性基を有する化合物によって直接的或いは間接的に被覆されたものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  10. 前記水溶性有機溶剤が、グリセリン、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、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2−メチル−1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、テトラエチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、ポリエチレングリコール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン及びN−ヒドロキシエチル−2−ピロリドンから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  11. 前記記録用インクの25℃における粘度が、5〜20mPa・sである請求項1乃至10のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  12. 前記記録用メディアの塗工層の固形分付着量が、0.5〜20.0g/m、坪量が、50〜250g/mであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  13. 前記記録用メディアへのインク付着量が1.5g/m〜15g/mであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
  14. 請求項1乃至13のいずれかに記載のインクジェット記録方法で印字され、ベタ印字部の画像濃度が2.0以上で、且つ60°における光沢度が50以上であることを特徴とするインクジェット記録物。
  15. 請求項14に記載のインクジェット記録物を得るためのインクジェット記録装置であって、前記記録用インクに刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録するインク飛翔手段を少なくとも有することを特徴とするインクジェット記録装置。
  16. 前記刺激が、熱(温度)、圧力、振動及び光から選択される少なくとも1種である請求項15に記載のインクジェット記録装置。
  17. 記録媒体の記録面を反転させて両面印刷可能とする反転手段を有する請求項15または16に記載のインクジェット記録装置。
  18. 前記記録用インクを飛翔させるヘッドが、インク吐出面に撥水加工処理を施したノズルプレートを有することを特徴とする請求項15乃至17のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  19. 前記撥水加工が、PTFE-Ni共析加工、フッ素樹脂加工、シリコン樹脂加工から選ばれるいずれかの手段によることを特徴とする請求項18に記載のインクジェット記録装置。
  20. 無端状の搬送ベルトと、該搬送ベルト表面を帯電させて記録媒体を保持しながら搬送する搬送手段を有する請求項15乃至19のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  21. 前記ヘッド上にインクを供給するためのサブタンクを有し、該サブタンクにインクカートリッジから供給チューブを介してインクが補充される請求項18乃至20のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
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