JP2018138353A - インクジェット記録方法 - Google Patents
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- C09D11/54—Inks based on two liquids, one liquid being the ink, the other liquid being a reaction solution, a fixer or a treatment solution for the ink
Abstract
Description
W=[(W1−W2)/W1]×100
R=[(R1−R2)/R1]×100
反応液は、インク組成物を凝集させる凝集剤を含むものである。反応液は、インク組成物を付着させる前に記録媒体に付着させる。反応液を予め記録媒体に塗布しておくことにより、記録媒体に直接インク組成物を付着させる場合と比べて、画質を向上させることができる。以下に反応液中の成分について説明する。
凝集剤は、インク組成物に含まれるいずれかの成分、好ましくは色材と樹脂のいずれかと反応することで、インク組成物に含まれる樹脂とともに色材を凝集させるという機能を有する。これにより、着弾後にインク滴の色材を凝集させて増粘させ、インク滴間の干渉を抑えることができ、濃度むらのない画像を形成できる。
反応液は、好ましくは有機溶剤を含む。これにより、ヘッド内の反応液に含まれる有機溶剤の揮発を防止して、ノズルの目詰まりを防止できる。また、記録媒体上においてインク組成物と混合した際には、有機溶剤を液中に拡散させ、速やかに反応液とインクが混合し、インクの成分と凝集剤との反応を促進させることができ、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体において、十分な画質を得ることができる。
反応液は、好ましくは標準沸点150〜280℃の有機溶剤を含み、より好ましくは標準沸点180〜250℃の有機溶剤を含む。これにより、ヘッド内の反応液に含まれる有機溶剤の揮発を防止して、ノズルの目詰まりを防止できる。また、記録媒体上においてインク組成物と混合した際には、有機溶剤を液中に拡散させ、速やかに反応液とインクが混合し、インクの成分と凝集剤との反応を促進させることができ、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体において、十分な画質を得ることができる。また、反応液に含む有機溶剤の沸点が上記の範囲である場合、記録媒体にインクを付着させる際の反応液に含まれていた水や有機溶剤の蒸発率を後述する好ましい範囲にしやすい点で好ましい。
反応液は、標準沸点が280℃を超える有機溶剤の含有量が3質量%以下が好ましい。反応液が標準沸点280℃超の有機溶剤を含むと、記録媒体上での反応液の乾燥性が大幅に低下してしまう。その結果、種々の記録媒体、特にインク非吸収性又は低吸収性の記録媒体において、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。
反応液は、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。このなかでも、アセチレングリコール系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤が好ましい。これらの界面活性剤として、インク組成物と同じ界面活性剤を用いることができる。
反応液は、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。
本実施形態のインク組成物は、水系インクジェットインク組成物である。以下にインク組成物に含まれる各成分について説明する。
色材として顔料又は染料を用いることができるが、好ましくは、顔料が用いられる。顔料としては、特に限定されないが、例えば、以下のものが挙げられる。
本実施形態のインク組成物は、樹脂粒子を含む。このような樹脂を選定することにより、インク組成物中の樹脂粒子を含窒素溶剤が安定して溶解させることができ、インク組成物の乾燥による樹脂の凝集およびヘッドの内壁への樹脂の溶着を抑制できる。
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。
本実施形態のインク組成物は、含窒素溶剤を含んでいてよい。これにより樹脂を安定して溶解させることができ、インクジェット記録時にヘッドのノズル近傍における目詰まりを防止し、インク組成物の吐出安定性がより優れる傾向にある。また、含窒素溶剤は樹脂粒子の軟化を促進させる効果があり、加熱温度が低い場合でも密着性が向上する傾向にある。
本実施形態におけるインクは、含窒素溶剤以外のその他の有機溶剤をさらに含んでもよい。上記以外のその他の有機溶剤としては、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、標準沸点が280℃を超える有機溶剤の含有量が3質量%以下が好ましい。インク組成物が標準沸点280℃超の有機溶剤を含むと、記録媒体上でのインクの乾燥性が大幅に低下してしまう。その結果、種々の記録媒体、特にインク非吸収性又は低吸収性の記録媒体において、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。
本実施形態のインク組成物は、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。このなかでも、アセチレングリコール系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤が好ましい。
本実施形態で用いるインクは、その保存安定性及びヘッドからの吐出安定性を良好に維持するため、目詰まり改善のため、又はインクの劣化を防止するため、溶解助剤、粘度調整剤、pH調整剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤、腐食防止剤、及び分散に影響を与える金属イオンを捕獲するためのキレート化剤などの、種々の添加剤を適宜添加することもできる。
図1に、本実施形態に係るインクジェット方法に用いられるインクジェット装置の一例の概略断面図を示す。図1に示すように、インクジェット装置100は、インクジェットヘッド2と、IRヒーター3と、プラテンヒーターと、硬化ヒーター5と、冷却ファン6と、プリヒータ7と、通気ファン8と、を備えている。インクジェットヘッド2は図示しないキャリッジに備えられており、記録媒体に対して移動しながらインクを吐出して記録媒体へ付着させる走査(主走査)を複数回行うことで記録を行う。なお、インクジェット装置は記録媒体に対して1回の走査でインクの付着を行うラインプリンターとしても良い。
本実施形態は、記録装置(インクジェット装置)の制御方法としてもよい。制御方法は例えば、前述の記録装置を用いて、後述の記録方法を行うに際し、記録装置が備える制御部により、後述の記録方法を行うよう記録装置を制御して記録を行うものである。
本実施形態では、記録媒体としては、非吸収性記録媒体又は低吸収性記録媒体が用いられる。非吸収性記録媒体又は低吸収性記録媒体は、低吸収、さらには非吸収であるほど水系インク組成物のはじきによる埋まり性が低下しやすい。そこで、そのような記録媒体に対して、本実施形態に係るインクジェット記録方法を用いることが有利となる。
ガラスなどのインク非吸収性又は低吸収性の記録媒体を用いることもできる。
上述したように、本実施形態のインクジェット方法は、非吸収記録媒体又は低吸収記録媒体である記録媒体へ、インク組成物を凝集させる凝集剤を含む反応液を、インクジェットヘッドから液滴として吐出して付着させる反応液付着工程と、前記記録媒体に付着させた前記反応液を乾燥させる反応液乾燥工程と、前記反応液を付着させた前記記録媒体へ、インク組成物をインクジェットヘッドから液滴として吐出して付着させるインク組成物付着工程と、を備え、前記反応液乾燥工程は、前記インク組成物を付着させる際の、前記反応液に含まれていた水の蒸発率が70質量%以上であり有機溶剤の蒸発率が60質量%以下となるように、前記反応液を乾燥させるものである。
上述したように、反応液付着工程は、多価金属化合物、有機酸およびカチオン性樹脂のうち少なくとも1種を含有する反応液を記録媒体に付着させる工程である。反応液に含まれる多価金属化合物、有機酸およびカチオン性樹脂は、いずれも、インク組成物に含まれる顔料や、インク組成物に含まれ得る顔料分散樹脂などと反応して、顔料を凝集させるという機能を有する。これにより、インク組成物を用いて記録される画像のブリード等の発生を抑制することができ、優れた画質の画像が得られる。
反応液乾燥工程では、インク組成物を付着させる際の、反応液に含まれていた水の蒸発率が70質量%以上であり有機溶剤の蒸発率が60質量%以下となるように、反応液を乾燥させる。反応液乾燥工程を経たインク組成物を付着させる際の、反応液に含まれていた水の蒸発率は、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは95質量%以上である。上限は100質量%以下であり、限るものではないが99質量%以下が好ましい。また、反応液乾燥工程を経たインク組成物を付着させる際の、有機溶剤の蒸発率は、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは30質量%以下であり、さらに好ましくは20質量%以下であり、特に好ましくは10質量%以下であり、極めて好ましくは5質量%以下である。下限は0質量%以上であり、限るものではないが0.5質量%以上が好ましい。このように、記録媒体上でのインク組成物の埋まりを低減させるようなインクの過度の反応を抑制するように水の残存量を低くし、かつ、水の存在が極端に少ないことで色安定性が低下することを避け、またインク組成物と混じり合うのに必要な有機溶剤の残存量を多くすることにより、インクの広がり性をバランス良くし、埋まりが良好でブリードの低減を図ることができる。
一方、反応液の乾燥がかなり進んだ状態では、水がほとんど残っておらず、有機溶剤は若干残っていたとしても、反応液上に打ち込まれたインク滴に対し凝集剤が直ちに反応できず、インクの反応が遅れる傾向があると推測する。一方、反応液の乾燥が過度に進み過ぎた場合、記録媒体に付着したインク組成物が直ちに凝集剤と反応できず、反応が遅れ好ましい画質にならないと推測する。
上記のような結果、反応液の乾燥があまり進んでいない場合も、かなり進んだ場合も、記録媒体の表面をインクで覆う状態が安定しておらず、記録の度に記録物の色が若干異なってしまい色安定性が劣ると推測する。
インク組成物付着工程は、反応液を付着させた記録媒体へ、インク組成物をインクジェットヘッドから液滴として吐出して付着させる工程である。
本実施形態のインクジェット方法は、記録媒体に付着させたインク組成物を、該インク組成物を吐出するインクジェットヘッドと対向する記録媒体支持部において乾燥させるインク組成物乾燥工程を備えていてもよい。そして、このインク組成物乾燥工程において、反応液とインク組成物に含まれていた合計の水の蒸発率が70質量%以上となるようにインク組成物を乾燥させることが好ましく、さらに有機溶剤の蒸発率が60質量%以下となるようにインク組成物を乾燥させることが好ましい。これにより画質の向上と記録時間の短縮のバランスを図ることができる。
本実施形態のインクジェット記録方法は、上記インク組成物一次乾燥工程の後、インク組成物が付着した記録媒体を乾燥させる二次乾燥工程を有していてもよい。これにより、記録媒体上のインク組成物に含まれる樹脂が、溶融し、埋まり性の良い記録物を形成することができる。その際、乾燥工程における記録媒体の温度は、好ましくは50〜150℃であり、より好ましくは70℃以上120℃以下であり、さらに好ましくは80℃以上100℃以下である。乾燥温度が上記範囲内であることにより、耐擦性がより向上する傾向にある。
各材料を下記の表1に示す組成(質量%)で混合し、十分に撹拌し、種々の反応液を得た。なお、反応液1の凝集剤の質量%で示す含有量は酢酸カルシウムの固形分として約4.7質量%であり、同じく反応液6は、コハク酸の固形分として約3.5質量%である。
また本実施例において、インク組成物として表2に示す組成のものを用いた。質量部で示している。
(記録装置)
インクジェット記録装置として、SC−S30650(セイコーエプソン株式会社製)の改造機を用意した。プラテンのヒーターを任意に温度調整可能とした。またプラテンより上流に備えるプリヒーターも温度調整可能とした。反応液を付着させるときの記録媒体表面温度を表中の値とした。ただし25℃の例はヒーターオフとした。記録媒体温度は記録媒体の搬送方向における反応液の付着を開始する位置の記録媒体表面温度を測定した。ノズル列の1つに反応液を充填し他の1つにインクを充填した。各ノズル列はノズル密度360dpiとした。
装置1:上流側にあるプリヒーターにより予備加熱した記録媒体をプラテンに送給した。補助的にプラテンヒーターも併用した。
装置2:プリヒーターはオフとしてプラテンヒーターのみを使用した。
プリンタにセットした記録媒体に、まず、ノズル列から反応液を吐出してテストパターン部へ付着させた。次に所定の乾燥時間後、記録媒体を巻き戻し、インクをテストパターン部へ重ねて付着させた。インクの付着を開始するときの反応液の蒸発率が表中の値となるように事前に例ごとに乾燥時間を決めておき、当該乾燥時間を例ごと設定した。インクは720×720dpiの記録解像度で後述の付着量となるようインク滴あたりのインク量を調整した。
記録媒体1〜3として下記の記録媒体を使用した。
記録媒体1:PET50A PLシン リンテック社製 非吸収性記録媒体
記録媒体2:塩化ビニール SV−G−1270G ローランド社製 非吸収性記録媒体
記録媒体3:上質紙 北越紀州製紙社製 吸収性記録媒体
記録媒体に反応液を付着させ、インクを付着開始するまでの所定時間経過時の記録媒体から反応液を採集し水分量計(カールフィッシャー水分計(平沼産業社製、微量水分測定装置、AQ−2200)で水分量を測定し、反応液の初期の水分量から水の蒸発量を算出した。付着させた反応液に含まれていた水分量のうち蒸発して無くなった水分量(質量%)である。記録媒体温度と所定時間を変えて測定することで、加熱条件と蒸発率の関係を対応つけることができる。
記録試験の条件でA4サイズの記録媒体へ3×3cmのパターンを記録し、連続して50枚記録した。パターンのインク付着量は8mg/inch2とした。パターンごとに側色しパターン間の最大色差(ΔE)を算出した。側色機として、コニカミノルタ社製 CM−700dを使用した。下記に評価基準を示す。
A:色差が1.0未満。
B:色差が1.0以上1.5未満。
C:色差が1.5以上。
テストパターンを記録した。インク付着量は5〜10mg/inch2で1mgずつ変えたパターンをそれぞれ記録した。なお色材をイエロー顔料(P.Y.155)に置き換えた以外は同じ組成としたイエローインクを用意しパターン内で2つのインクを接触させ隣接し配置したパターンとして、各例ごとに、該インクとイエローインクとを用いてパターンを記録した。パターン内の色の境界部を目視で観察した。下記に評価基準を示す。
A:付着量9mg/inch2パターンで色の境界部に色のにじみが無い。
B:付着量6〜8mg/inch2で色の境界部に色のにじみが無い。9mg/inch2ではにじみがある。
C:付着量6mg/inch2で色の境界部に色のにじみがある。
パターン部のインク付着量を、8〜11mg/inch2で1mgづつ変えたパターンをそれぞれ記録した。パターン内に記録媒体の地色が透けて見えるか否か(インクで記録媒体が埋まっているか否か)を目視で評価した。
A:付着量8mg/inch2で埋まった。
B:付着量9〜10mg/inch2でベタ画像が埋まった。
C:付着量10mg/inch2でも埋まらなかった。
パターン部のインク付着量を9mg/inch2とした。パターン部を試験した。
A:学振型試験で、50回擦っても剥がれなし。
B:学振型試験で、50回擦ると一部剥がれる(面積の10%未満)。
C:学振型試験で、50回擦ると剥がれる(面積の10%以上20%未満)。
D:学振型試験で、50回擦ると剥がれる(面積の20%以上)
記録試験の条件で記録媒体上で、キャップ無し(ノズルむき出し)でヘッドを1日放置し、放置後にCL(クリーニング)を行いノズルの回復性を評価。CL1回はノズル列から0.5ccの反応液を排出した。
A:CL3回以内で回復
B:CL6回以内で回復
C:CL9回で回復
D:CL9回で回復しない
詳細には、比較例1では、反応液中に水が多く残っていたため、色安定性、画像形成(ブリード)、画像形成(埋まり)の評価が低下した。
比較例2では、反応液中の水のみならず有機溶剤の大部分も蒸発してしまったため、色安定性に劣る結果となった。また、記録媒体の温度をかなり上げる必要があったため、ヘッドが熱を受け反応液目詰まりも悪化した。
比較例3は、上質紙を使用したため画像形成(ブリード)等の評価は良いものの、耐擦性に劣る結果となった。
比較例4では、反応液中に有機溶剤は残っているものの水が多く残っていたため、色安定性、画像形成(ブリード)、画像形成(埋まり)の評価が低下した。
Claims (15)
- 非吸収記録媒体又は低吸収記録媒体である記録媒体へ、インク組成物を凝集させる凝集剤を含む反応液を、インクジェットヘッドから液滴として吐出して付着させる反応液付着工程と、
前記記録媒体に付着させた前記反応液を乾燥させる反応液乾燥工程と、
前記反応液を付着させた前記記録媒体へ、インク組成物をインクジェットヘッドから液滴として吐出して付着させるインク組成物付着工程と、を備え、
前記反応液乾燥工程は、前記インク組成物を付着させる際の、前記反応液に含まれていた水の蒸発率が70質量%以上であり有機溶剤の蒸発率が60質量%以下に、前記反応液を乾燥させる、
インクジェット記録方法。 - 前記反応液付着工程における前記記録媒体の表面温度が45℃以下である、
請求項1記載のインクジェット記録方法。 - 前記反応液乾燥工程は、着色インク組成物を付着させる際の、前記反応液に含まれていた水の蒸発率が90質量%以上であり有機溶剤の蒸発率が10質量%以下に、前記反応液を乾燥させる、
請求項1又は2記載のインクジェット記録方法。 - 前記反応液が標準沸点150〜280℃の有機溶剤を含む、
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方法。 - 前記反応液における標準沸点が280℃超の有機溶剤の含有量が3質量%以下である、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方法。
- 前記インク組成物における標準沸点が280℃超の有機溶剤の含有量が3質量%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方法。 - 前記反応液の付着の際に前記記録媒体を支持する記録媒体支持部よりも記録媒体搬送方向の上流側に設けた予備加熱手段により前記記録媒体を加熱し、加熱された前記記録媒体に前記反応液を付着させる、
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方法。 - 前記反応液付着工程において反応液付着領域における前記反応液の付着量が3mg/inch2以下である、
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方法。 - インク組成物付着領域におけるインク組成物の付着量が5mg/inch2以上の領域において、前記反応液の付着量が0.1mg/inch2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方法。 - 前記反応液における前記凝集剤の含有量が1〜20質量%である、
請求項1〜9のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。 - 前記反応液付着工程の前記反応液の液滴当たりの質量が10ng/dot以下である、
請求項1〜10のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。 - 前記反応液付着工程における前記反応液の液滴の解像度が、200×200dpi以上である、
請求項1〜11のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。 - 前記凝集剤が、多価金属塩、有機酸、カチオン性化合物の少なくともいずれかである、
請求項1〜12のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。 - 記録媒体に付着させたインク組成物を、該インク組成物を吐出するインクジェットヘッドと対向する記録媒体支持部において乾燥させるインク組成物一次乾燥工程を備え、
前記インク組成物一次乾燥工程において、前記反応液と前記インク組成物に含まれていた合計の水の蒸発率が70質量%以上となるように前記インク組成物を乾燥させる、
請求項1〜13のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。 - 前記インクジェットヘッドから吐出する反応液が、水の含有量が45〜90質量%であり、有機溶剤の含有量が5〜45質量%である、請求項1〜14のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
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