JP2015199299A - インクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェット記録装置1は、顔料と樹脂とを含有し、標準沸点280℃以上のアルキルポリオールを実質的に含まないインク組成物と、インク組成物を吐出する複数のノズルと、複数のノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッド2と、ノズルの吐出口及びノズル形成面に付着したインク組成物を吸収する吸収部材と、吸収部材及び記録ヘッドのうち少なくとも一方を、相対的に移動させて、吸収部材によってノズル形成面に付着したインク組成物を除去する清掃動作を行なう駆動機構と、を備え、樹脂は、コアポリマーとシェルポリマーとを備えたコアシェル樹脂であり、シェルポリマーのガラス転移温度はコアポリマーのガラス転移温度よりも高い。
【選択図】図1
Description
[1]
顔料と樹脂とを含有し、標準沸点280℃以上のアルキルポリオールを実質的に含まないインク組成物と、
前記インク組成物を吐出する複数のノズルと、該複数のノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、
前記ノズルの吐出口及び前記ノズル形成面に付着した前記インク組成物を吸収する吸収部材と、
前記吸収部材及び前記記録ヘッドのうち少なくとも一方を、相対的に移動させて、前記吸収部材によって前記ノズル形成面に付着した前記インク組成物を除去する清掃動作を行なう駆動機構と、を備え、
前記樹脂は、コアポリマーとシェルポリマーとを備えたコアシェル樹脂であり、シェルポリマーのガラス転移温度はコアポリマーのガラス転移温度よりも高い、
インクジェット記録装置。
[2]
前記シェルポリマーはアクリレートモノマーと芳香族モノマーを構成単位として有する、[1]記載のインクジェット記録装置。
[3]
前記駆動機構は、線圧が8gf/cm〜150gf/cmとなるように、前記吸収部材と前記ノズル形成面とを相対的に押圧する、[1]又は[2]に記載のインクジェット記録装置。
[4]
前記ノズル形成面に撥液膜が設けられている、[1]〜[3]のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
[5]
前記清掃動作の際に使用するメンテナンス液を備える、[1]〜[4]のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
[6]
前記メンテナンス液の25℃における表面張力は45mN/m以下である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
[7]
前記シェルポリマーのガラス転移温度は前記インク組成物を吐出する際の記録媒体の加熱温度より高い、[1]〜[6]のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
[8]
前記コアシェル樹脂の平均粒子径が10nm〜100nmである、[1]〜[7]のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
[9]
前記コアポリマーと前記シェルポリマーのガラス転移温度の差は10℃以上である、[1]〜[8]のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
図1に、本実施形態に係るインクジェット記録装置の一例を示す模式図である。図1に示すように、インクジェット記録装置1は、記録ヘッド2と、IRヒーター3と、プラテンヒーター4と、硬化ヒーター5と、冷却ファン6と、プレヒーター7と、通気ファン8と、を備えている。
ノズル形成面には、撥液膜(不図示)が設けられている。撥液膜は、撥液性を有している膜であれば特に制限されず、例えば、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜を成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を経て形成することができる。金属アルコキシドの分子膜は撥液性を有していればいかなるものでもよいが、フッ素を含む長鎖高分子基(長鎖RF基)を有する金属アルコキシドの単分子膜又は撥液基(例えば、フッ素を含む長鎖高分子基)を有する金属酸塩の単分子膜であることが望ましい。金属アルコキシドとしては、特に限定されないが、その金属種としては、例えば、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウムが一般的に用いられる。長鎖RF基としては、例えば、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオロポリエーテル鎖が挙げられる。この長鎖RF基を有するアルコキシシランとして、例えば、長鎖RF基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。撥液膜としては、特に限定されず、例えばSCA(silane coupling agent)膜や、特許第4424954号に記載されたものも用いることができる。なお、特に撥水性を有するものを撥水膜という。
吸収部材30は、ノズルの吐出口及びノズル形成面37に付着したインク組成物を吸収できるものであれば特に制限されない。これにより、ノズル形成面37を清掃した場合に、インク組成物が吸収部材中に吸収され、吸収部材の表面にインク組成物が残らない。そのため、撥水膜が増粘したインク組成物により傷つけられることが抑制される。
吸収部材30を用いた清掃動作において、メンテナンス液を併用することが好ましい。メンテナンス液は、事前に吸収部材80に含浸させてもよいし、清掃動作の際に吸収部材30に塗布してもよいし、ノズル形成面37に直接塗布してもよい。メンテナンス液を使用することにより、ノズル形成面37に固着したインク組成物を溶解させて、インク組成物の拭き取り性を向上させることができ、撥水膜が損傷するのを抑制することができる。メンテナンス液は、浸透剤や保湿剤を含むことが好ましい。なお、メンテナンス液は、インク組成物中の固形成分を溶解できるものであれば特に限定されない。
本実施形態のインクジェット記録装置は、顔料と樹脂とを含有し、標準沸点280℃以上のアルキルポリオールを実質的に含まないインク組成物を有し、樹脂は、コアポリマーとシェルポリマーとを備えたコアシェル樹脂であり、シェルポリマーのガラス転移温度はコアポリマーのガラス転移温度よりも高い。
本実施形態において、色材として顔料を用いることにより、インクの耐光性を向上させることができる。顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれも使用することができる。
本実施形態のインク組成物は、水を含む。水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、及び蒸留水等の純水、並びに超純水のような、イオン性不純物を極力除去したものが挙げられる。また、紫外線照射又は過酸化水素の添加などによって滅菌した水を用いると、顔料分散液及びこれを用いたインクを長期保存する場合にカビやバクテリアの発生を防止することができる。
コアシェル樹脂はコアポリマーとシェルポリマーとを有するコア−シェル構造を有し、シェルポリマーのガラス転移温度はコアポリマーのガラス転移温度よりも高い。
コアポリマーのガラス転移温度はシェルポリマーのガラス転移温度よりも低ければ特に限定はないが、例えば、60℃未満であり、好ましくは、0℃以上60℃未満である。コアポリマーのガラス転移温度が60℃未満であることにより、シェルポリマーが軟化した後、容易にコアポリマーが流出できるため、密着性に優れる。また、コアポリマーのガラス転移温度が0℃以上であることにより、インク組成物の保存安定性に優れる。さらに、コアポリマーを膜化させる観点で、インク組成物吐出後の被記録媒体の加熱温度よりも、コアポリマーのガラス転移温度を低くすると好ましい。
Tgn;各単量体のホモポリマーのTg(単位:K)
Tg ;共重合体のTg(単位:K)
シェルポリマーのガラス転移温度はコアポリマーのガラス転移温度よりも高く設定される。これにより、コアポリマーが軟化したとしてもコアシェル構造を維持することができ、ノズル内におけるコアシェル樹脂の付着を抑制することができる。
好ましくは、コアシェル樹脂は、コアポリマー及びシェルポリマーを合わせて、構成単位として芳香族モノマーを10質量%以上80質量%以下(コアシェル樹脂全体の質量を基準)含む。比較的固い芳香族モノマーを10質量%以上80質量%以下含むことにより、被記録媒体上に形成された被膜の耐水摩擦性(湿摩擦性)を向上できる。
上述したコアシェル樹脂の製造方法に限定はないが、好ましくは、コアシェル樹脂は乳化剤を実質的に用いないソープフリー重合により形成される。ソープフリー重合とは、乳化剤を実質的に用いずにコア−シェルポリマーを製造する重合方法をいう。ここでいう「乳化剤」とは、合成で使用される界面活性剤という意味である。また、ソープフリー重合としては、例えば、溶液中における乳化剤の含有量が1質量%以下の存在下でコアシェル樹脂を重合すること、が挙げられる。従来、このような乳化剤を用いて合成したコアシェル樹脂を含むインク組成物は、泡立ちやすく、画像の光沢が出にくく、異物が発生しやすいという問題があった。本発明の一態様によれば、このような問題の発生を抑制したインク組成物が得られる。ソープフリー重合では、例えば、(メタ)アクリル酸を構成単位に含むシェルポリマーを形成し、そのシェルポリマーの中にコアを形成する。また、ソープフリー重合を用いてコアシェル樹脂を製造した場合、平均粒子径が非常に小さくなり、インク組成物の吐出安定性や光沢性が向上する。
本実施形態のインク組成物は、ワックス粒子を含んでいてもよい。記録ヘッドが加熱された場合、水分の蒸発に伴いコアシェル樹脂が凝集固着し、記録ヘッドのノズル目詰まりをひきおこして、安定した吐出が妨げられる可能性がある。これに対して上述した融点のワックス粒子を併用すると、水分蒸発の際のコアシェル樹脂の凝集が抑制される。これにより、記録ヘッドのノズルへのコアシェル樹脂の固着による、吐出不良、目詰まりを抑制することができ、ひいては記録安定性に優れるインク組成物となる。また、高温記録時において、ワックス粒子はコアシェル樹脂による皮膜が脆くなりすぎることを抑制する。そのため、高温記録したとしても耐擦性が劣化しにくいインク組成物となる。
本実施形態のインク組成物は、各種の有機溶剤を含んでいてもよい。本実施形態のインク組成物は、好ましくは、標準沸点160℃以上260℃以下であり、ハンセン法に基づくSP値が10(cal/cm3)1/2以上15(cal/cm3)1/2のアルキルポリオールを含む。標準沸点160℃〜260℃の有機溶剤は、インク非吸収性又は低吸収性の被記録媒体上で加熱により蒸発して、被記録媒体にインクを定着させることができる。
本実施形態のインク組成物は、環状窒素化合物及び非プロトン性極性溶媒の少なくともいずれかをさらに含んでいてもよい。インク組成物は環状窒素化合物又は非プロトン性極性溶媒を含むことにより、コアシェル樹脂の見かけのガラス転位温度を低温側に移行させることができ、本来よりもコアポリマー及びシェルポリマーを低い温度で軟化させることができることから、被記録媒体へのインク組成物の定着性を向上させることができる。これにより、特に、被記録媒体がポリ塩化ビニルからなる場合に、被記録媒体へのインク組成物の定着性を向上させることができる。
本実施形態におけるインクは、上記以外のその他の溶剤をさらに含んでもよい。上記以外のその他の溶剤としては、特に限定されないが、具体的には、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、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリ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−t−ブチルエーテル、プロピ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、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−iso−プロピルエーテル、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、n−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、iso−ブタノール、n−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、及びtert−ペンタノール等のアルコール類又はグリコール類が挙げられる。その他の溶剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態のインク組成物は、標準沸点280℃以上のアルキルポリオールを実質的に含有しない。インク組成物が標準沸点280℃以上のアルキルポリオールを実質的に含むと、インクの乾燥性が大幅に低下してしまう。その結果、種々の被記録媒体、特にインク非吸収性又は低吸収性の被記録媒体において、画像の濃淡ムラが目立つだけではなく、インクの定着性も得られない。
本実施形態で用いるインク組成物は、界面活性剤を含むことが好ましい。界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アセチレングリコール系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、及びシリコーン系界面活性剤が挙げられる。インク組成物がこれらの界面活性剤を含むことにより、記録媒体に付着したインク組成物の乾燥性が一層良好となり、かつ、高速印刷が可能となる。
本実施形態のインクは、pH調整剤を含んでもよい。pH調整剤として、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機アルカリ、アンモニア、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、モルホリン、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム及びエチレンジアミン四酢酸ナトリウムが挙げられる。
本実施形態のインクは、上記の成分に加えて、溶解助剤、粘度調整剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤、消泡剤、腐食防止剤などの、種々の添加剤を適宜添加することもできる。
本実施形態のインク組成物は、被記録媒体への吐出時又は吐出後に加熱されるものであることが好ましい。上述したように加熱された状態の被記録媒体に適用することにより、画像の滲みが防止された、耐擦性に優れた画像を形成することができる。また、本実施形態のインク組成物を用いて、加熱された、被記録媒体上に付着させて記録を行うことにより、インク組成物が被記録媒体に付着した際にシェルポリマーが軟化し、コアポリマーが流出し、より耐擦性に優れる皮膜を形成することができる。
本実施形態のインクは、上述の成分(材料)を任意の順序で混合し、必要に応じて濾過などを行い、不純物を除去することにより得ることができる。ここで、顔料は、あらかじめ溶媒中に均一に分散させた状態に調製してから混合することが、取り扱いが簡便になるため好ましい。
被記録媒体は、吸収性、低吸収性被記録媒体又は非吸収性被記録媒体である。被記録媒体としては、低吸収性被記録媒体又は非吸収性被記録媒体が好ましく、より好ましくは非吸収性被記録媒体である。被記録媒体としては上述のように加熱されているものを用いると好ましい。
本実施形態の記録方法は、上述したインクジェット記録装置を用いて行われる。インクジェット記録方法は、IRヒーター3又はプラテンヒーター4により被記録媒体Pを加熱する加熱工程と、記録ヘッド2のノズル形成面37のノズルから上記インク組成物を吐出して、被記録媒体P上に付着させる吐出工程と、硬化ヒーター5等により被記録媒体P上に付着したインク組成物を乾燥させる乾燥工程とを有する。これにより、インク組成物中に含まれる水分などがより速やかに蒸発飛散して、インク組成物中に含まれるコアシェル樹脂によって被膜が形成される。このようにして、被記録媒体上においてインク乾燥物が強固に定着(接着)して、耐擦性に優れた高画質な画像を短時間で得ることができる。
反応容器に滴下装置、温度計、水冷式還流コンデンサー、攪拌機を備え、イオン交換水100部を入れ、攪拌しながら窒素雰囲気70℃で、重合開始剤の過硫酸アンモニウムを0.2部添加しておき、スチレン20部、メチルアクリレート17部、メチルメタクリレート30部およびアクリル酸5部を入れたモノマー溶液を、反応容器に滴下して反応させてシェルポリマーを重合し作製した。その後、過硫酸カリウム0.2部、スチレン50部およびn−ブチルアクリレート22部混合液を滴下して70℃で攪拌しながら重合反応させた後、水酸化ナトリウムで中和しpH8〜8.5に調整して0.3μmのフィルターでろ過することによりコアシェル樹脂1を含む分散液を作製した。
また、上記で得られたコアシェル樹脂をマイクロトラックUPA(日機装株式会社)により測定して、コアシェル樹脂の平均粒子径φ(nm)を求めた。
各材料を下記の表2に示す組成(質量%)で混合し、十分に撹拌し、インク組成物1〜8を得た。なお、インク組成物8では、コアシェル樹脂を用いずに、スチレン−アクリル酸共重合体系樹脂エマルジョン(Tg96℃、 最低造膜温度63℃)を用いた。
プリンターPX−H10000(セイコーエプソン社(Seiko Epson Corporation)製)を改造したものを用いた(以下、「PX−H10000改造機」という)。改造部分は、撥水膜付きのシリコンノズルプレートと、吸収部材と、駆動機構とを備えた点である。吸収部材としては、不織布のキュプラ〔密度0.01(g/cm2)、布厚0.4mm〕を用いた。駆動機構は、記録ヘッド2のノズル形成面に接する側とは反対の側から、押圧部材を介して、吸収部材を所定の荷重で押圧してインク形成面に接触させ、吸収部材及び記録ヘッドを相対的に移動させることで、吸収部材によってノズル形成面に付着したインク組成物を除去する清掃動作を行なう機構とした。清掃動作において、下記のメンテナンス液を併用して用いた。メンテナンス液は、予め吸収部材に含浸させて用いた。
下記表3に示す各成分を、下記表3に記載の組成(質量%)で混合し、十分攪拌した後、孔径5μmのメンブランフィルターで濾過してゴミや粗大粒子などの不純物を除去することにより調整した。
PX−H10000改造機を用い、縦720dpi×横720dpiの解像度で、被記録媒体(3M社製のIJ180)をプラテンヒーターで加熱し、実施例、及び比較例のインクを1時間連続吐出し、記録物を得た。なおプラテンヒーターは記録媒体の表面温度が45℃になるように調整した。得られた記録媒体の評価基準は下記の通りである。
評価結果を表4に示す。
A:目視でノズル抜けやヨレによるスジがみられない
B:目視でノズル抜けやヨレによるスジが確認できる
PX−H10000改造機を用い、吸引ポンプを用いたヘッド内のインクを吸引する吸引動作を行い、その後に清掃動作を実行した。このサイクルを1回として、12000回繰り返した。その後、光学顕微鏡(ユニオン光学株式会社の高精度非接触段差測定機“ハイソメットII” DH2)にて、ノズル付近の撥液膜の状態を測定した。評価基準は下記の通りである。評価結果を表4に示す。
A:撥液膜剥がれが実質的に観察できないレベル、又は観察出来るが吐出に影響の無いレベル
B:ノズルふちの撥液膜が剥がれ、吐出に影響があるレベル
PX−H10000改造機を用い、吸引ポンプを用いたヘッド内のインクを吸引する吸引動作を行い、その後に清掃動作を実行した。清掃動作実施後のノズルプレート面のインク付着物を目視で観察した。評価基準は下記の通りである。評価結果を表4に示す。
A:インクの拭き残しがほとんどみられない
B:インクの拭き残しが多い
ノズルふき取り性試験後、ノズルチェックパターンを印刷しノズルが正常に吐出しているかを目視で確認した。評価基準は下記の通りである。評価結果を表4に示す。
A:ヨレ、曲ったノズルが観られない、または観察できるがヨレ曲りはわずかである
B:明らかにヨレ、曲がったノズルがある
Claims (9)
- 顔料と樹脂とを含有し、標準沸点280℃以上のアルキルポリオールを実質的に含まないインク組成物と、
前記インク組成物を吐出する複数のノズルと、該複数のノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、
前記ノズルの吐出口及び前記ノズル形成面に付着した前記インク組成物を吸収する吸収部材と、
前記吸収部材及び前記記録ヘッドのうち少なくとも一方を、相対的に移動させて、前記吸収部材によって前記ノズル形成面に付着した前記インク組成物を除去する清掃動作を行なう駆動機構と、を備え、
前記樹脂は、コアポリマーとシェルポリマーとを備えたコアシェル樹脂であり、シェルポリマーのガラス転移温度はコアポリマーのガラス転移温度よりも高い、
インクジェット記録装置。 - 前記シェルポリマーはアクリレートモノマーと芳香族モノマーを構成単位として有する、
請求項1記載のインクジェット記録装置。 - 前記駆動機構は、線圧が8gf/cm〜150gf/cmとなるように、前記吸収部材と前記ノズル形成面とを相対的に押圧する、
請求項1又は2に記載のインクジェット記録装置。 - 前記ノズル形成面に撥液膜が設けられている、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。 - 前記清掃動作の際に使用するメンテナンス液を備える、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。 - 前記メンテナンス液の25℃における表面張力は45mN/m以下である、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。 - 前記シェルポリマーのガラス転移温度は前記インク組成物を吐出する際の記録媒体の加熱温度より高い、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。 - 前記コアシェル樹脂の平均粒子径が10nm〜100nmである、
請求項1〜7のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。 - 前記コアポリマーと前記シェルポリマーのガラス転移温度の差は10℃以上である、
請求項1〜8のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
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