JP2009280733A - インクジェットインク、インクジェット記録方法、インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来から行われていた定着補助手段としての高周波誘電加熱では為し得なかった、擦過性などの画像堅牢性向上をも達成する、高周波誘電加熱用のインクジェットインク、インクジェット記録方法、インクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】 高周波誘電加熱装置により誘電加熱されるインクジェットインクであって、荷電性部位と疎水性部位を有する高分子化合物または／かつ界面活性剤と、水不溶性色材とがインク中に含有されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェットインク、インクジェット記録方法、インクジェット記録装置に関し、更に詳しくは、ラジオ波による誘電加熱手段とともに使用されるインクジェットインク、ラジオ波による誘電加熱手段を用いたインクジェット記録方法、インクジェット記録装置に関するものである。

インクジェット記録方法は、インク小滴を普通紙や、種々のメディア上に飛翔させ、画像を形成する記録方法であり、その低価格化、印字速度の向上により、急速に普及が進んでいる。又、その記録画像の高画質化が進んだことに加えて、デジタルカメラの急速な普及に伴い、銀塩写真と匹敵する写真画像の出力方法として、広く一般的になっている。

近年、飛翔させるインク滴の極小液滴化や多色インクの導入に伴う色域の向上、さらには耐光性や耐ガス性といった画像堅牢性を向上させた染料や顔料といった色材を使用したインクが開発されるなど、より高画質化、高品質化が進んでいる。

インクジェットインクはその主溶剤として水を用いる水性インクと、アルコールなどを用いる非水系（溶剤系）インクとに大きく大別され、それぞれ長所、短所が存在するが、水性インクの使用が好ましいと考えられている。

一方で、水性インクを使用する場合に、プリントの更なる高速化、インク吸収層を持つ専用紙以外にプリントする、という高機能化を考えたときには、この水をいかに処理するかが大きな課題となってくる。

誘電加熱は、非導電体を加熱する方法の１つとして、多方面で検討されている。

例えば、高周波の中で、波長が１ｍより小さいマイクロ波を非導電体に照射し、該非導電体を加熱する提案が数多く成されており、例えば、クッキング用で用いられている電子レンジのような形態で使用されている。また特許文献１には、インクで印刷された記録物の印刷面に、電磁波を直接照射して、印刷記録物の乾燥性を向上させる提案もある。これらのマイクロ波や電磁波を加熱対象物に直接照射する誘電加熱方法で有るため、マイクロ波や電磁波が、照射された加熱対象物の表層に集中してしまうため、加熱対象物全体の加熱や、乾燥を行うためには、不十分であった。この問題を解決するために、高周波の直接照射による加熱対象物全体の加熱方法とは異なる方法が提案されている。この提案は、加熱対象物を高周波の電流により発生する電界内に置き、前記電界方向を短時間に変化させて、物質全体の分子間に摩擦エネルギーを発生させ、発熱する事で、乾燥速度を向上させる方法である。例えば、特許文献２に、インクで印刷された記録物の基材側に高周波誘電加熱手段を設け、インク中の溶媒を発熱させ、溶媒を蒸発させる事で、インク乾燥性を向上させる提案がある。特許文献３には、接着剤を介在して重ね合わせた被接着材において、高周波誘電加熱手段を接着剤に作用させる事で、該接着剤を発熱させ、接着剤中の熱硬化成分の硬化時間を短縮し、乾燥性を向上させる提案がある。

また、特許文献４にはインク滲みや紙への浸透を抑制するために、記録ヘッド近傍にマイクロ波発生装置を備えたインクジェット記録装置の提案がある。
特開平１１−１５１８０７号公報 特開平６−２７８２７１号公報 特開平８−９６９５１号公報 特開平７−３１４６６１号公報

しかしながら、上述した先行技術は、高周波として基本的にマイクロ波を中心とし、インク中の水を加熱し、これを蒸発させることによって所望の効果（主に加熱蒸発による高速定着）を得ることを目的としている。

我々がこれらの先行技術を使って、現在開発を行っているインクに対し、非常に高密度高精細なインクジェット記録を行ったところ、蒸発による画像性能の向上が非常に小さいか、高出力の高周波を使用しなければ効果が現れないという問題が発生した。

また、定着性の向上は認められても、画像堅牢性（例えば耐擦過性）に対しては向上が認めらなかった。

従って、本発明の目的は、従来から行われていた定着補助手段としての高周波誘電加熱では為し得なかった、擦過性などの画像堅牢性向上をも達成する、高周波誘電加熱用のインクジェットインク、インクジェット記録方法、インクジェット記録装置を提供することに有る。

上記目的は、以下の本発明によって達成される。

１．高周波誘電加熱装置により誘電加熱されるインクジェットインクであって、荷電性部位と疎水性部位を有する高分子化合物または／かつ界面活性剤と、水不溶性色材とがインク中に含有されていることを特徴とするインクジェットインク。

２．エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、２ピロリドンからなる水溶性有機溶媒の内の少なくとも一種をさらに含有する前項１に記載のインクジェットインク。

３．少なくとも水不溶性色材、荷電性部位と疎水性部位を有する高分子化合物または／かつ界面活性剤を含むインクジェットインクを用いて画像を形成するインクジェット記録方法において、前記の水性インクを被記録媒体上に画像を形成と共にまたは画像形成後に、高周波誘電加熱装置によりインクを誘電加熱することを特徴とするインクジェット記録方法。

４．高分子化合物と界面活性剤が水不溶性色材の分散剤である前項３に記載のインクジェット記録方法。

５．エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、２ピロリドンからなる水溶性有機溶媒の内の少なくとも一種をさらに含有する前項３、又は前項４に記載のインクジェット記録方法。

６．前記１又は前記２のインクジェットインクを収容しているインク収容部とこのインクを吐出させるためのヘッドを有している記録ユニットと高周波誘電加熱装置を具備しているインクジェット記録装置。

本発明によれば、定着性や擦過性に優れた画像を得ることができる。さらには、画像品位に優れた画像を得ることができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下に、好ましい実施の形態を挙げて、本発明を更に詳しく説明する。

（高周波加熱）
本発明にかかるインクジェットインクおよびインクジェット記録方法は、高周波としてラジオ波による誘電加熱手段を用いて、記録を行う事を特徴とする。

ここで、本発明に用いられるラジオ波による誘電加熱手段とは、周波数が３００ＭＨｚ以下、波長が１ｍ以上の電磁波を用いて発生した電界を分子に作用させて、分子を発熱・励起させる方法である。

ラジオ波はマイクロ波と比較するとエネルギーが小さく、使い勝手に優れる。

また、１３ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚといった周波数はＩＳＭ周波数と呼ばれ「通信以外の高周波利用設備」として割り当てられている点から、この周波数を用いることが好ましい。

高周波誘導加熱装置としては、発明の構成を達成することが可能であれば汎用品を使用しても良いし、インクジェット記録装置に合わせてカスタマイズしたものを使用してももちろん構わない。

（高分子化合物と界面活性剤）
本発明ではインクの成分として荷電性部位と疎水性部位を有する高分子化合物または／かつ界面活性剤と、水不溶性色材とを必須成分としている。

荷電性部位の具体例としては、カルボン酸（カルボキシル基）やスルホン酸基が挙げられる。高分子化合物を構成する基本ユニット（モノマー）としては、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルホン酸などを挙げることが出来る。

疎水性部位の具体例としてはエステル基や芳香族基が挙げられる。高分子化合物を構成する基本ユニット（モノマー）としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、置換／未置換スチレンなどを挙げることが出来る。

さらに、荷電性部位がカルボン酸であり、疎水性部位が加水分解性部位（エステル基）であることが最も好ましい。そのメカニズムを以下に説明する。

ラジオ波により発生した電界が分子に作用すると、分子の振動回転現象が生じ、分子間の摩擦エネルギーが発生する。すると、分子が誘電体物質化する事で、分子温度が上昇し、分子が発熱する。

高分子化合物や界面活性剤、水不溶性色材のように分子量の大きな物質は、水と比較すると高周波の中でも比較的低周波数（高波長）領域であるラジオ波の吸収効率が相対的に高い。

水がラジオ波によって加熱されると共に、上記のインク中の物質が励起され、変性されることによって、より強固な耐擦過性や効率的な画像性能向上が達成される。

その過程（反応）はまだ不明な部分もあるが、例えばカルボキシル基が溶剤の水酸基とエステル化することによる不溶化によって水中の凝集性が向上し、耐擦過性や耐水性が発現する、エステル基（加水分解性基）の加水分解により酸が発生し、これによってカルボン酸の溶解性が損なわれ同様の効果が発生する、などが推測される。

このように、色材あるいは分散に寄与する成分を直接的に加熱し、色材の分散に寄与する部位を構造的に変化させることにより、分散性を低下させ、凝集性を促進させることによって、単なる加熱定着手段だけではない、複合的な効果が期待できる。

（インク溶剤）
また、本発明のインクには、各種溶媒、添加剤を用いる事が出来る。

その中でもエチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、２ピロリドンからなる水溶性有機溶媒のうちの少なくとも一つを含有することが好ましい。

これらの化合物は誘電加熱の効率を示す指標となる誘電損失の値が高く、より効率の高い反応が期待でき、またエチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどはカルボキシル基との反応性物質として機能するため、特に好適に使用することが出来る。

（インクジェット記録方法）
本発明は、インクジェット吐出方式のヘッドに用いられ、また、そのインクが収納されているインク収納容器としても、あるいは、その充填用のインキとしても有効である。特に、本発明は、インクジェット記録方式の中でもサーマルジェット方式の記録ヘッド、記録装置に於いて、優れた効果をもたらすものである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、インクが保持されているシートや液路に対応して配置された電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を超える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的にこの駆動信号に一対一対応し、インク内の気泡を形成出来るので有効である。この気泡の成長，収縮により吐出用開口を介してインクを吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行なわれるので、特に応答性に優れたインクの吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。尚、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、更に優れた記録を行なうことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路又は直角液流路）の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書を用いた構成にも本発明は有効である。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通すると吐出孔を電気熱変換体の吐出部とする構成（特開昭５９-１２３６７０号公報等）に対しても、本発明は有効である。

更に、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満たす構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成のいずれでも良いが、本発明は、上述した効果を一層有効に発揮することができる。

加えて、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

又、本発明は、適用される記録装置の構成として設けられる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードである。

本発明で使用するプリントシステムの概略図を図１、図２に示す。図１は印字後にラジオ波を作用させるタイプであり、図２は印字直後から作用させるタイプとなっている。

加熱装置部から発生したラジオ波によって生成した電界によって印字部のインク材料が誘起・加熱され、本発明を達成する。

本図面ではラジオ波を印字面裏側から作用させる形態になっているが、発明を損なわないものであれば、作用方向はこの図に限られるものではない。

次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。また、文中、「部」及び「％」とあるものは、特に断りのない限り質量基準である。

（ブラック顔料分散液１の調製）
先ず、キャボット社製カーボンブラック（ＢＥＴ表面積２２０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸収量１１０ｍｌ）１５部、グリセリン６部、スチレン−アクリル酸系樹脂分散剤７．５部、及び水７１．５部からなる組成の混合液を、金田理化工業社製のサンドミルにて、１，５００ｒｐｍで５時間分散し、顔料分散液１を得た。サンドミルでは０．６ｍｍ径のジルコニアビーズを使用し、ポット内の充填率は７０％とした。

スチレン−アクリル酸系樹脂分散剤には、共重合比７０：３０、Ｍｗ＝１０，０００、酸価１７０のものを使用した。かかるスチレン−アクリル酸系樹脂分散剤は、予め水及び上記の酸価と当量の水酸化カリウムを加えて８０℃にて攪拌し、水溶液としたものを使用した。得られた顔料分散液１は、平均分散粒径１０２ｎｍで安定に分散されている。

なお平均粒径は、各分散性色材を、大塚電子（株）製、ＥＬＳ−８０００を用いて動的光散乱法にて測定し、キュムラント平均値を平均粒径とした。

（カラー顔料分散液１の調製）
水不溶性色材として、クラリアント社製イエロー顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー７４）、チバスペシャルティケミカルズ社製マゼンタ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２）、およびシアン顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３）を使用した以外はブラック顔料分散液と同様に分散を行い、それぞれ平均粒径１２０ｎｍ（イエロー顔料）、１１５ｎｍ（マゼンタ顔料）、１００ｎｍ（シアン顔料）の安定な分散液を得た。

（ブラックおよびカラー顔料分散液２の調整）
分散液１と同じ顔料を使用し、分散剤としてアクリル酸ブチル−アクリル酸系樹脂分散剤を使用した。分散剤は共重合比７０：３０、Ｍｗ＝１０，０００、酸価１７０のものを使用した。

それぞれ平均粒径９５ｎｍ（ブラック顔料）、１１０ｎｍ（イエロー顔料）、１０５ｎｍ（マゼンタ顔料）、９８ｎｍ（シアン顔料）の安定な分散液を得た。
（ブラックおよびカラー顔料分散液３の調整）
分散液１と同じ顔料を使用し、分散剤として＋＋＋を使用した。分散剤は共重合比７０：３０、Ｍｗ＝１０，０００、酸価１７０のものを使用した。

それぞれ平均粒径９５ｎｍ（ブラック顔料）、１１０ｎｍ（イエロー顔料）、１０５ｎｍ（マゼンタ顔料）、９８ｎｍ（シアン顔料）の安定な分散液を得た。

（インクの調整）
調整した顔料分散液１〜顔料分散液３を使用し、表１に記載した成分を混合し、十分攪拌して溶解或いは分散した後、ポアサイズ３．０μｍの富士フィルムミクロフィルター（（登録商標）富士フィルム製）にて加圧ろ過し、実施例１〜５のインクを調製した。

（記録用インクの評価方法及び評価結果）
上述した方法で得た各インクを用い、図１に示すようなラジオ波を具備したインクジェット記録装置にてキヤノン（株）製のＰＰＣ用紙にＢｋテキストの印字を行って、得られた画像について評価した。評価結果を表２に示す。

また、印字物の評価は、以下に示す基準により評価した。
（印字物の評価）
・定着性
印字物の定着性は、印字物が搬出された直後に、印字部を直ちに触指し、以下の基準により判断した。

○：指または紙面に汚れがない、ほとんど目立たない。

×：指または紙面の汚れが目立つ
・文字品位
文字品位は、以下の基準により判断した。

○：滲みがほとんどない。

×：滲み、フェザーリングが目立つ

実施例に示すように、本発明によれば、定着性に優れる画像を得ることができる。さらには、文字品位に優れ、画像濃度の高い画像を得ることができる。

［産業上の利用可能性］
本発明は、インクジェット記録用、電子写真用、塗料用の色材や電子写真、半導体でのキヤリアへの展開が可能である。

本発明における高周波加熱装置を具備したプリントシステムの一例である。 本発明における高周波加熱装置を具備したプリントシステムの他の一例である。

Claims (11)

1. 高周波誘電加熱装置により誘電加熱されるインクジェットインクであって、荷電性部位と疎水性部位を有する高分子化合物または／かつ界面活性剤と、水不溶性色材とがインク中に含有されていることを特徴とするインクジェットインク。
2. 高分子化合物と界面活性剤が水不溶性色材の分散剤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インク。
3. 高分子化合物と界面活性剤の水に対する荷電性部位がカルボン酸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インク。
4. 高分子化合物と界面活性剤が水の疎水性部位が加水分解性部位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インク。
5. エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、２ピロリドンからなる水溶性有機溶媒の内の少なくとも一種をさらに含有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のインクジェットインク。
6. 少なくとも水不溶性色材、荷電性部位と疎水性部位を有する高分子化合物または／かつ界面活性剤を含むインクジェットインクを用いて画像を形成するインクジェット記録方法において、前記の水性インクを被記録媒体上に画像を形成と共にまたは画像形成後に、高周波誘電加熱装置によりインクを誘電加熱することを特徴とするインクジェット記録方法。
7. 高分子化合物と界面活性剤が水不溶性色材の分散剤であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録方法。
8. 高分子化合物と界面活性剤が水の荷電性部位がカルボン酸であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録方法。
9. 高分子化合物と界面活性剤が水の疎水性部位が加水分解性部位であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録方法。
10. エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、２ピロリドンからなる水溶性有機溶媒の内の少なくとも一種をさらに含有することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
11. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のインクジェットインクを収容しているインク収容部とこのインクを吐出させるためのヘッドを有している記録ユニットと高周波誘電加熱装置を具備していることを特徴とするインクジェット記録装置。

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