JP2014034177A

JP2014034177A - インク保持体

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Publication number: JP2014034177A
Application number: JP2012177772A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Takayama; 諭之高山
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: JP5975782B2

Abstract

【課題】インクジェット式プリンタのインクカートリッジに用いられ、インク収納容器への収納時に、インク収納容器の内面との摩擦抵抗でインク保持体が捩れたり、インク収納容器内に収納できなくなることを生じ難いインク保持体の提供を目的とする。
【解決手段】インク収納容器内に挿入により収納されるインク保持体１０において、軟質ポリウレタンフォームが熱圧縮された圧縮ウレタンフォーム１１の両面に、摩擦低減用シート１３として不織布が積層接着され、インク保持体１０がインク収納容器２１内に挿入される際に、摩擦低減用シート１３としての不織布の表面がインク収納容器２１の内面２２と接して擦られるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット式プリンタ（インクジェット式プリント装置を有するファックス装置や、コピー装置等を含む。以下同じ。）のインクカートリッジ用インク保持体に関する。

インクジェット式プリンタには、インク収納容器内にインク保持体を収納してインクを充填したインクカートリッジが、インク供給用に装着されている。インク保持体は、インク収納容器内でインクを均一に保持してインクを円滑に印字装置へ供給するものであり、インク吸収性能（インク保持性）とインク排出性能（使用後のインク残存量低減性）が求められる。

従来、前記インク保持体として軟質ポリウレタンフォームからなるものがある。前記軟質ポリウレタンフォームからなるインク保持体は、インク収納容器に圧縮状態で収納されることにより、軟質ポリウレタンフォームの気泡が圧縮されて毛細管現象の作用が向上し、インクをより効率的に安定供給（吸収及び排出）することが可能となる。また、毛細管現象によるインク吸収性能を向上させるため、インク保持体用の軟質ポリウレタンフォームは、熱圧縮されたものが用いられている。

しかしながら、従来の軟質ポリウレタンフォームが熱圧縮されたインク保持体は、表面の摩擦係数が高いため、インク収納容器の開口部からインク収納容器内に挿入して収納する際に、収納途中でインク保持体が捩れて変形したり、それ以上収納出来なくなってインク保持体の未充填空間が発生したりし易い。その結果、インク充填後にインク収納容器内に液溜まりが発生してインクの排出性低下を生じたり、インク収納容器内でインク保持体の圧縮率が部位によって異なることになってインク吸収性（毛管力）にバラツキを生じたりする。

なお、インク保持体の表面摩擦係数を低下させる方法として、軟質ポリウレタンフォームの熱圧縮時の圧縮倍率を高めたり、熱圧縮する軟質ポリウレタンフォームの密度を高めたりすることが考えられるが、その場合にはインク保持体の表面摩擦係数を若干低減させることが可能であるが、未だ表面摩擦係数が高く、インク収納容器にインク保持体をスムーズに収納できないばかりか、軟質ポリウレタンフォームの圧縮率増大や密度の増大によってインク保持体の毛管力が上昇しすぎることから、インク排出性の悪化という新たな問題が発生することが判明した。

特開平５−３８８１６号公報特開平７−２８６０５６号公報特開２００８−２２１８１５号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、インク吸収性及びインク排出性が良好で、かつインク収納容器への収納性が良好なインク保持体の提供を目的とする。

請求項１の発明は、インク収納容器内に挿入により収納されるインク保持体において、軟質ポリウレタンフォームが熱圧縮された圧縮ウレタンフォームの両面に摩擦低減用シートが積層接着されてなり、前記インク保持体が前記インク収納容器内に挿入される際に、前記摩擦低減用シートの表面が前記インク収納容器の内面と接して擦られるようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１における前記摩擦低減用シートが不織布からなることを特徴とする。

本発明によれば、軟質ポリウレタンフォームが熱圧縮された圧縮ウレタンフォームの両面に摩擦低減用シートが積層接着されているため、摩擦低減用シートによってインク保持体表面の摩擦係数を低減させることができ、インク収納容器へのインク保持体の収納時にインク保持体が摩擦抵抗によって捩れたり、途中で収納できなくなったりすることがなく、良好な収納性が得られる。しかも、軟質ポリウレタンフォームが熱圧縮されているためにインク吸収性が良好であり、かつ表面の摩擦係数を低減させるために軟質ポリウレタンフォーム自体の圧縮率を高めたり、密度を高めたりしていないため、高圧縮率や高密度による軟質ポリウレタンフォームの毛管力上昇がなく、インク排出性の低下を生じることがない。

本発明の一実施形態に係るインク保持体の断面図である。インク保持体をインク収納容器内に挿入する際を示す断面図である。摩擦係数測定装置の概略正面図である。

図１に示す本発明の一実施形態のインク保持体１０は、インクジェット式プリンタのインクカートリッジ用インク保持体として使用されるものであり、軟質ポリウレタンフォームが熱圧縮された圧縮ウレタンフォーム１１の両面に摩擦低減用シート１３が積層接着されており、図２に示すように、前記インク保持体１０がインク収納容器２１内に挿入される際に、前記摩擦低減用シート１３の表面が前記インク収納容器２１の内面２３と接して擦られるものである。前記インク収納容器２１は、ポリプロピレン等のプラスチックで構成され、インク保持体挿入用の開口部２２から前記インク保持体１０がインク収納容器２１内に挿入・収納される。

熱圧縮される軟質ポリウレタンフォームは、ポリオールとポリイソシアネートを発泡剤、触媒、整泡剤の存在下反応させて得られるものである。
前記ポリオールは、ポリエーテルポリオールが好ましい。ポリエーテルポリオールとしては、軟質ポリウレタンフォーム用のものを使用することができ、例えば、エチレングリコール、ジ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、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコールにエチレンオキサイド（ＥＯ）、プロピレンオキサイド（ＰＯ）等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールを挙げることができる。ポリオールをポリエーテルポリオールのみとすることにより、水性インクによる軟質ポリウレタンフォームの分解を抑え、分解物によってインクが変質したり、分解物によってインク収納容器や印字装置のインク供給口が塞がれたりする不具合の発生を防止することができる。

さらに全ポリオール１００重量部中、ポリオキシアルキレン中のオキシエチレン基の含有率（アルキレンオキサイドの付加物中、エチレンオキサイドの付加物の含有率：以下、ＥＯ含有率と示す）が８０重量％以上で分子量が２０００〜４０００のポリエーテルオールを５〜３０重量部含むのが好ましい。ＥＯ含有率が８０重量％未満の場合には親水性が低下して、充分なインク吸収性能を得ることができなくなる。また分子量が２０００未満の場合には極端な低通気となり、ガス入り、シュリンクしてしまい、充分なインク吸収性能を得ることが出来ず、一方４０００を超える場合には親水性が異なるため、充分なインク吸収性能を得ることが出来なくなる。前記ＥＯ含有率が８０重量％以上で分子量が２０００〜４０００のポリエーテルポリオールは、官能基数が２〜４が好ましい。なお、併用する他のポリオールは、ポリエーテルポリオールであればよく、ポリマーポリオール、高官能ポリオール、アミン変性ポリオールなど特殊なポリエーテルポリオールでも使用でき、ＥＯ含有率については、５〜１５％が好ましい。特に分子量２０００〜４０００、官能基数２〜４のポリエーテルポリオールは、より好ましいものである。

発泡剤としては、水、あるいはペンタンなどの炭化水素を、単独または組み合わせて使用できる。水の場合は、ポリオールとポリイソシアネートの反応時に炭酸ガスを発生し、その炭酸ガスによって発泡がなされる。発泡剤の量は適宜とされるが、水の場合、ポリオール１００重量部に対して０．５〜７．０重量部、より好ましくは１．５〜５．０重量部の範囲が適する。

触媒としては、軟質ポリウレタンフォーム用の公知のものを使用することができる。例えば、トリエチルアミンやテトラメチルグアニジン等のアミン系触媒や、スタナスオクトエート等のスズ系触媒やフェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒（有機金属触媒とも称される。）を挙げることができる。触媒の一般的な量は、ポリオール１００重量部に対して０．０１〜２．０重量部である。

整泡剤としては、軟質ポリウレタンフォーム用として公知のものを使用することができる。例えば、シリコーン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤および公知の界面活性剤を挙げることができる。整泡剤の一般的な量は、ポリオール１００重量部に対して０．１〜３．０重量部である。

その他、適宜助剤が添加される。適宜添加される助剤として、充填剤、着色剤等を挙げることができる。

ポリイソシアネートとしては、イソシアネート基を２以上有する脂肪族系または芳香族系ポリイソシアネート、それらの混合物、およびそれらを変性して得られる変性ポリイソシアネートを使用することができる。脂肪族系ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキサメタンジイソシアネート等を挙げることができ、芳香族ポリイソシアネートとしては、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート（クルードＭＤＩ）等を挙げることができる。なお、その他プレポリマーも使用することができる。

イソシアネートインデックスは７５〜９５が好ましい。イソシアネートインデックスは、ポリイソシアネートにおけるイソシアネート基のモル数をポリオールの水酸基や発泡剤としての水などの活性水素基の合計モル数で割った値に１００を掛けた値であり、［ポリイソシアネートのＮＣＯ当量／活性水素当量×１００］で計算される。イソシアネートインデックスが７５未満の場合、低硬度で摩擦抵抗が高くなってインク収納容器内にインク保持体を収容し難くなり、一方９５を超えると親水性が低下するため、インク吸収性能が低下する。

軟質ポリウレタンフォームは、前記ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、触媒、整泡剤等からなるポリウレタン発泡原料を攪拌機で混合して反応させ、発泡させる公知の発泡方法によって形成される。また、前記軟質ポリウレタンフォームは軟質スラブ発泡体からなるものが好ましい。軟質スラブ発泡体は、前記ポリウレタン発泡原料の反応・発泡を常温、大気圧下で行うことによって得られる軟質ポリウレタンフォームであり、量産性に富み、モールド成形に比べて収率がよい。

前記軟質ポリウレタンフォームは熱圧縮されて圧縮ウレタンフォーム１１とされる。熱圧縮前の軟質ポリウレタンフォームは、密度２０〜３０ｋｇ／ｍ^３（ＪＩＳＫ７２２２：２００５準拠）のものが好ましい。また、熱圧縮された圧縮ウレタンフォーム１１は、密度５０〜３００ｋｇ／ｍ^３（ＪＩＳＫ７２２２：２００５準拠）が好ましい。前記密度範囲に熱圧縮された圧縮ウレタンフォーム１１は、毛細管現象によるインク吸収性能が向上する。圧縮後の密度が５０ｋｇ／ｍ^３未満の場合には十分な吸収性能を得ることが出来ず、一方、３００ｋｇ／ｍ^３を超える場合には吸収性能が高すぎ、かつインク保持量が減少する。前記熱圧縮は、軟質ポリウレタンフォームを熱プレスによって圧縮し、塑性変形させることによって行われる。その際における熱プレス装置の熱板の温度として１７０〜１９０℃、プレス時間として５〜２０分程度を挙げる。前記熱圧縮時の熱圧縮倍率（圧縮前の厚み／圧縮後の厚み）は、前記圧縮ウレタンフォーム１１の密度が５０〜３００ｋｇ／ｍ^３となるように設定される。特に、熱圧縮前の軟質ポリウレタンフォームの密度を２０〜３０ｋｇ／ｍ^３（ＪＩＳＫ７２２２：２００５準拠）とし、熱圧縮倍率を２．５〜１０として熱圧縮すれば、前記密度５０〜３００ｋｇ／ｍ^３（ＪＩＳＫ７２２２：２００５準拠）の前記圧縮ウレタンフォーム１１が容易に得られる。前記熱圧縮により得られた圧縮ウレタンフォーム１１は、前記インク収納容器２１の厚みに応じて略同一に裁断される。

前記圧縮ウレタンフォーム１１の両面には、前記摩擦低減用シート１３が積層接着される。前記摩擦低減用シート１３としては、フッ素樹脂シート等の摩擦係数の小さいプラスチックシート（フィルムを含む）、不織布等を挙げることができる。それらの中でも不織布からなる摩擦低減用シート１３は、表面に繊維の凹凸を有するため、前記インク収納容器２１内にインク保持体１０を挿入する際に、表面が平滑なプラスチックシート（フィルム）よりも表面の滑りが良好になり、挿入し易いことから好ましい。不織布としては、特に限定されるものではないが、目付量５ｇ〜３０ｇ／ｍ^２、特には１０〜１５ｇ／ｍ^２のものが好適であり、繊維径の好ましい範囲は２〜２０μｍである。これらの範囲にあれば、繊維の凹凸による摩擦低減効果が大きい。
さらに、前記圧縮ウレタンフォーム１１に対する前記摩擦低減用シート１３の接着は、接着剤によって行われる。接着剤としては、ホットメルト接着剤が好適である。ホットメルト接着剤は特に限定されないが、繊維がクモの巣状に形成されたシート状のホットメルト接着剤が、不織布表面を平滑に接着できるので好ましい。ホットメルト接着剤は、目付けが上記不織布と同程度で、融点が１１０〜１３０℃のものが好ましい。ホットメルト接着剤を用いる場合、ホットメルト接着剤よりも高融点の熱可塑性樹脂製の不織布を用いて、上記熱可塑性樹脂の軟化点付近に加熱および加圧して接着すれば、不織布の毛羽立ちが抑えられ、インク保持体の全体的な平滑性が増す上、かつ接着性が良好になるので、特に好ましい。この場合の加熱温度はホットメルト接着剤の融点以上で、不織布の軟化温度付近が好ましい。加圧は、前記圧縮ウレタンフォームが座屈変形しない範囲で、元厚さに対して圧縮時の厚さが８５％〜９５％となるように加圧すれば、不織布表面が平滑となって好ましい。

前記圧縮ウレタンフォーム１１の両面に摩擦低減用シート１３が積層接着された後、前記インク収納容器２１に収納可能な寸法に裁断され、前記インク保持体１０とされる。
前記インク保持体１０は、図３に示す摩擦係数測定装置３０によって測定された摩擦低減用シート１３の表面摩擦係数が、表面圧縮荷重１０００〜４０００Ｐａにおいて０．５以下となる。前記インク保持体１０の表面摩擦係数が前記範囲となることにより、前記インク収納容器２１内への前記インク保持体１０の挿入がスムーズに行える。

前記摩擦係数測定装置３０は、ベース３１上に試料台駆動装置３２と、該試料台駆動装置３２によって水平方向に移動可能とされた試料台３３と、力計３４と、該力計３４の摩擦力検出部３５に接続された摩擦ホルダー３６の下側に設けられた摩擦子３７とを備える。前記摩擦係数測定装置３０は、前記試料台３３上に前記インク保持体１０を保持し、該インク保持体１０の摩擦低減用シート１３の表面に前記摩擦子３７の下端を押し当て、その状態で前記インク試料台３３を所定の速度（２ｍｍ／秒）で一方向へ１０ｍｍ移動させ、その際における前記摩擦低減用シート１３の表面に対する摩擦係数を測定する。なお、前記摩擦係数測定に用いるインク保持体１０のサイズは２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み８．２ｍｍである。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
ポリオールを、三洋化成工業（株）製「ＦＡ−１０３」、分子量３４００、官能基数３、ＥＯ含有率８０重量％のポリエーテルポリオールを１５重量部と、三洋化成工業（株）製、「サンニックスＧＰ−３０５０ＮＳ」、分子量３０００、水酸基価５６．１ｍｇＫＯＨ／ｇ、官能基数３のポリエーテルポリオールを８５重量部とし、発泡剤を水４重量部、アミン系触媒を花王製、「カオーライザーＮｏ．２５」０．３重量部、整泡剤を信越化学製、「Ｆ−６５０Ａ」、シリコーン系整泡剤１．５重量部、ポリイソシアネートを日本ポリウレタン工業（株）製、「ＴＤＩ−８０」、ＴＤＩとし、イソシアネートインデックスを８５としてポリウレタン発泡原料を調製した。

前記ポリウレタン発泡原料からスラブ発泡により軟質ポリウレタンフォームを形成し、前記軟質ポリウレタンフォームを、熱プレス装置としてスペーサー、油圧式圧縮機を用いて圧縮倍率５．０倍、熱圧縮時の温度１８０℃、熱圧縮時間１２分で圧縮し、その後に厚み７．８ｍｍの実施例用の圧縮ウレタンフォームを形成した。このようにして得られた圧縮ウレタンフォームの両面に表１に示す不織布をホットメルト接着剤で接着し、実施例１〜３のインク保持体（厚み８．２ｍｍ）を製造した。なお、実施例１の不織布はナイロン、目付１０ｇ／ｍ^２、軟化点１８０℃、溶融点２１０℃、旭化成（株）製、実施例２の不織布はエステル、目付１５ｇ／ｍ^２、軟化点２４０℃、溶融点２６０℃、旭化成（株）製、品番：Ｅ−１０１５、実施例３の不織布はポリプロピレン、目付１５ｇ／ｍ^２、軟化点１５０℃、溶融点１７０℃、旭化成（株）製、品番：ＰＯ−３０１５である。また、各実施例のホットメルト接着剤はクモの巣シート状の目付け１２ｇ／ｍ^２、融点１１０〜１３０℃のものを使用した。実施例１のホットメルト接着剤は、ポリアミド、日東紡製、品番：ＰＡ−１３００、実施例２のホットメルト接着剤は、オレフィン、日東紡製、品番：ＶＩ−６０１０、実施例３のホットメルト接着剤は、エステル、日東紡製、品番：ＰＥ−２９００である。圧縮ウレタンフォームの表面に、前記ホットメルト接着剤、前記不織布の順に積層して、実施例１は１７０℃、実施例２は１８０℃、実施例３は１５０℃に加熱し、厚みが８．２ｍｍ→７．３ｍｍになるように全面を加圧して不織布を圧縮ウレタンフォームの両面に接着した。接着後に加圧解除して、厚みが８．２ｍｍのインク保持体を得た。

一方、実施例１〜３と同一の前記実施例用の圧縮ウレタンフォームについて、不織布を積層することなく、そのまま厚み８．２ｍｍに裁断して比較例１のインク保持体とした。また、実施例１〜３と同一の軟質ポリウレタンフォームを熱圧縮することなく、そのまま、厚み８．２ｍｍに裁断して比較例２のインク保持体を製造した。
前記実施例１〜３及び比較例１、２のインク保持体から、２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み８．２ｍｍの試験片を形成し、前記摩擦係数測定装置３０を用い、試験片の表面圧縮荷重を１２２６Ｐａ、２４５２Ｐａ、３６７７Ｐａとして試験片の表面摩擦係数を測定した。測定結果を表１に示す。

インク吸収性は、実施例１〜３及び比較例１、２のインク保持体について、２５０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み１０ｍｍの試験片を各々形成した。実施例１〜３については、２５０×２０ｍｍの両面に不織布を接着した。上方が開口した３００ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍの容器に収容したインク（黒）に下端が接触するように吊り下げ、１時間経過後、サンプルに吸収されたインクの高さ（インク吸い上げ高さ）をサンプルの下端から測定し、インク吸い上げ高さの値によって判断した。インク吸い上げ高さが高くなるほどインク吸収性が良好である。インクの吸い上げ高さの結果を表１に示す。

インク排出性は、実施例１〜３及び比較例１、２のインク保持体について、４０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み８ｍｍの試験片を各々形成した。実施例１〜３については、４０×２０ｍｍの両面に不織布を接着した。上方が開口した５０ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍの容器に収容したインク（黒）に１２分間浸してインクを吸収させ、インク吸収前のサンプル重量とインク吸収後のサンプル重量の差から吸収インク重量を計算した。次にインク吸収後のサンプルを、３８ｍｍ×１９ｍｍ×７．８ｍｍのインク収納容器に収納し、インク収納容器に形成されているインク排出口に吸引装置を接続して２５０ｍｍＡｑの吸引力で１分間吸引してインクを排出した。その後、インク収納容器からサンプルを取り出してサンプルの重量を測定し、インク吸収前のサンプル重量との差から残存インク重量を計算し、前記吸収インク重量に対する残存インク重量の％を計算して得たインク残存率によってインク排出性を判断した。インク残存率が低くなるほどインク排出性が良好である。インク残存率の結果を表１に示す。

表１に示すように、表面摩擦係数の測定結果は、摩擦低減用シートとして不織布を表面に積層接着した摩擦実施例１〜３は、不織布（摩擦低減シート）の積層されていない比較例１及び非圧縮で且つ不織布（摩擦低減シート）の積層されていない比較例２と比べて、表面摩擦係数が大きく低減しており、インク保持体表面の滑り性が高く、インク収納容器への収納が容易であることがわかる。
また、実施例１〜３は、不織布（摩擦低減シート）の積層されていない比較例１と比較して、インク吸収性およびインク排出性が同等であり、側面の不織布(摩擦低減シート)によってインク吸収性およびインク排出性に影響の無いことがわかる。

１０インク保持体
１１圧縮ウレタンフォーム
１３摩擦低減用シート
２１インク収納容器
２２インク保持体挿入用の開口部
２３インク収納容器の内面

Claims

インク収納容器内に挿入により収納されるインク保持体において、
軟質ポリウレタンフォームが熱圧縮された圧縮ウレタンフォームの両面に摩擦低減用シートが積層接着されてなり、
前記インク保持体が前記インク収納容器内に挿入される際に、前記摩擦低減用シートの表面が前記インク収納容器の内面と接して擦られるようにしたことを特徴とするインク保持体。
前記摩擦低減用シートが不織布からなることを特徴とする請求項１に記載のインク保持体。