JP2018165313A - インクジェット記録方法およびインクジェット記録装置の制御方法 - Google Patents

インクジェット記録方法およびインクジェット記録装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供する。【解決手段】本発明に係るインクジェット記録方法は、インクジェットヘッド2の圧力室21に充填したインク組成物を、ノズル口24aを介して吐出させて記録媒体Mへ付着させるインク組成物付着工程を備え、インクジェットヘッド2は、圧力室21からノズル口24aへ向けてインク組成物が移動する部分からノズル口24aまでの間に段差22aを備えるものであり、インク組成物は、水と、樹脂と、少なくとも含窒素溶剤を含む有機溶剤と、を含有し、有機溶剤は、樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤をインク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないことを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、インクジェット記録方法およびインクジェット記録装置の制御方法に関する。
インクジェット記録装置のインクジェットヘッドのノズルから微小なインク滴を吐出させて、記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録方法が知られており、サイン印刷分野、高速ラベル印刷分野での使用も検討されている。そして、インク低吸収性の記録媒体(例えば、アート紙やコート紙)またはインク非吸収性の記録媒体(例えば、プラスチックフィルム)に対して画像の記録を行う場合、インクとして、地球環境面及び人体への安全性等の観点から、樹脂エマルジョンを含有する水系レジンインク組成物(以下、「水系インク」または、「インク」ともいう。)の使用が検討されている。そして、水系レジンインク組成物を用いて記録する場合には、インクの吐出信頼性の確保と、記録媒体表面に付着されたインク塗膜の造膜性(定着性)の両立が課題となっている。
ここで、インクジェットヘッドが乾燥により目詰まりすることを防止して、記録時のインクの吐出信頼性を確保するために、水系インクに高沸点溶剤を添加する必要がある。しかし、インクに高沸点溶剤を添加すると、記録媒体に付着したインクの乾燥性が低くなる。特に、非吸収性の記録媒体においては、インクの乾燥性の低下により、十分な画質や耐擦性が得られない場合がある。そこで、インクに含窒素溶剤を含有させることにより、水系インクに含まれる樹脂を記録媒体上で溶解させて、インク塗膜の造膜性を得るようにしている。
一方、高解像度の記録を可能とするために、高密度ヘッドを用いることが行われており、インクジェットヘッドのノズル解像度を上げるためには、ノズル形成時にエッチングにより行うことが有効である。しかし、エッチングでノズルを形成すると、段差構造が形成される。ノズルに段差構造が形成されると、インクの吐出時にノズル孔内に気泡の巻き込みが発生しやくなり、インクの吐出信頼性が低下する場合がある。そこで、段差部を備えたノズルからの吐出改善のために、水系インクに含まれる水溶性有機溶剤の表面張力を調整する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2013−35984号公報
しかしながら、上記のような水系インクでは、インクに含まれる含窒素溶剤等の有機溶剤は、インクジェットヘッド内においてインクの樹脂が溶解、溶着してしまう原因となり、グリセリン等の高沸点溶剤を含まないインクの場合には、水が蒸発しやすくなるため、樹脂の溶解、溶着が発生しやすくなる。特に、インクジェットヘッドとしてノズルに段差を有するヘッドを使用すると、段差部に気泡が付着しやすいため、この気泡がヘッドの使用中に段差から離れて上方の圧力室内に移動して滞留し、インク不吐出となった場合に、気泡の気液界面でインクの乾燥が進み、樹脂の溶解、溶着が起こりやすくなる。そして、この樹脂の溶解、溶着が起こると、クリーニングしても不吐出が回復し難くなるという現象が発生する。
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上述の課題の少なくとも一部を解決することで、段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置の制御方法を提供するものである。
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
[適用例1]
本発明に係るインクジェット記録方法の一態様は、
インクジェットヘッドの圧力室に充填したインク組成物を、ノズル口を介して吐出させて記録媒体へ付着させるインク組成物付着工程を備え、
前記インクジェットヘッドは、前記圧力室から前記ノズル口へ向けて前記インク組成物が移動する部分から前記ノズル口までの間に段差を備えるものであり、
前記インク組成物は、水と、樹脂と、少なくとも含窒素溶剤を含む有機溶剤と、を含有し、
前記有機溶剤は、前記樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤を前記インク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないことを特徴とする。
上記適用例によれば、含窒素溶剤を含めた有機溶剤と樹脂とSP値の差が5以内とし、更に含有量を所定値とすることにより、段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、インク塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例2]
上記適用例において、
前記含窒素溶剤として、前記樹脂とのSP値の差が3以内の含窒素溶剤を前記インク組成物中に5質量%以上含むことができる。
上記適用例によれば、樹脂とのSP値の差が3以内の含窒素溶剤をインク組成物中に5質量%以上含むことにより、より耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例3]
上記適用例において、
前記含窒素溶剤以外の有機溶剤の含有量が5質量%以上であることができる。
上記適用例によれば、含窒素溶剤以外の有機溶剤の含有量が5質量%以上であることにより、より耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例4]
上記適用例において、
前記インク組成物中における有機溶剤の合計量が15質量%以上であることができる。
上記適用例によれば、インク組成物中における有機溶剤の合計量が15質量%以上であることにより、より耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例5]
前記インク組成物付着工程において、前記インク組成物を前記記録媒体へ付着させる際に、加熱された記録媒体に前記インク組成物を付着させることができる。
上記適用例によれば、インク組成物付着工程において、前記インク組成物を前記記録媒体へ付着させる際に、加熱された記録媒体に前記インク組成物を付着させることにより、記録媒体上でのインク組成物の乾燥性が高くなるので、ブリードの発生が抑制され、よりインク塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できる。
[適用例6]
上記適用例において、
前記記録媒体が、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体であることができる。
上記適用例によれば、記録媒体が、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体である場合においても、インク塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例7]
上記適用例において、
前記ノズル口は、シリコン単結晶からなるノズル形成板に形成されていることができる。
上記適用例によれば、シリコン単結晶からなるノズル形成板をエッチングすることによりノズル口を形成すると、圧力室からノズル口の間のインクが通過する流路に段差が形成され、該段差においてインク組成物が滞留することによりインク膜が堆積して連続印字時のインクの着弾ずれや目詰まりが生じやすいが、このような構造を有するインクジェットヘッドであっても、前記段差においてインク膜の堆積を低減できるため、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例8]
上記適用例において、
前記ノズル口は、300dpi以上のノズル密度を有し、ピエゾ方式により前記インク組成物を吐出することができる。
上記適用例によれば、ノズル口は、300dpi以上のノズル密度を有し、ピエゾ方式によりインク組成物を吐出するような場合においても、インク膜の堆積を低減できるため、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例9]
上記適用例において、
前記ノズル口から前記圧力室に向かう方向の距離が20μm以上100μm以下の範囲内に、前記段差を有することができる。
上記適用例によれば、ノズル形成板に段差を有するような場合においても、インク膜の堆積を低減できるため、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
[適用例10]
本発明に係るインクジェット記録装置の制御方法の一態様は、
適用例1ないし適用例9のいずれか一例に記載のインクジェット記録方法で記録を行う制御を行うインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドの外部からの作用により前記インク組成物を前記インクジェットヘッドから排出するクリーニング工程を行うことなく記録を1時間以上行うことを特徴とする。
上記適用例は、適用例1ないし適用例9のいずれか一例のインクジェット記録方法で記録を行う記録装置において、吸引クリーニングや加圧排出等の回復力が強いものの、記録を中断させるクリーニング工程を行うことなく記録を1時間以上行うことができるため、耐擦性に優れた画像が形成できるインクジェット記録を1時間以上行うことができる。
インクジェット記録装置を模式的に示す概略断面図。 図1に示すインクジェットヘッドの構造を模式的に示す概略断面図。
以下に本発明の好適な実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
本実施形態に係るインクジェット記録方法は、インクジェットヘッドの圧力室に充填したインク組成物を、ノズル口を介して吐出させて記録媒体へ付着させるインク組成物付着工程を備え、前記インクジェットヘッドは、前記圧力室から前記ノズル口へ向けて前記インク組成物が移動する部分から前記ノズル口までの間に段差を備えるものであり、前記インク組成物は、水と、樹脂と、少なくとも含窒素溶剤を含む有機溶剤と、を含有し、前記有機溶剤は、前記樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤を前記インク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないことを特徴とする。
以下、本実施形態に係るインクジェット記録方法について、この記録方法により記録を行うインクジェット記録装置、インク組成物(以下、「インク」ともいう。)、処理液、記録媒体およびインクジェット記録方法の順に説明する。
1.各構成
1.1.インクジェット記録装置
本実施形態に係る記録方法が実施されるインクジェット記録装置の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る記録方法に使用できるインクジェット記録装置は、以下の態様に限定されるものではない。
本実施形態で用いられるインクジェット記録装置に使用可能なインクジェット記録装置の一例について図面を参照しながら説明する。図1は、インクジェット記録装置を模式的に示す概略断面図である。図1に示すように、インクジェット記録装置1は、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、を備える。インクジェット記録装置1は、図示しない制御部を備え、制御部によりインクジェット記録装置1全体の動作が制御される。
インクジェットヘッド2は、記録媒体Mに対してインク組成物を吐出して付着させる手段であり、例えば、図2に示したタイプのものを用いることができる。
インクジェットヘッド2は、インク組成物を吐出するノズル22を備える。インクはノズルの先端部分であるノズル口24aから記録媒体Mに向けて吐出される。インクをノズルから吐出させる方式としては、例えば、ノズルとノズルの前方に置いた加速電極との間に強電界を印加し、ノズルから液滴状のインクを連続的に吐出させ、インクの液滴が偏向電極間を飛翔する間に記録情報信号に対応して吐出させる方式(静電吸引方式);小型ポンプでインクに圧力を加え、ノズルを水晶振動子等で機械的に振動させることにより、強制的にインクの液滴を吐出させる方式;インクに圧電素子で圧力と記録情報信号を同時に加え、インクの液滴を吐出・記録させる方式(ピエゾ方式);インクを記録情報信号にしたがって微小電極で加熱発泡させ、インクの液滴を吐出・記録させる方式(サーマルジェット方式)等が挙げられる。
インクジェットヘッド2としては、ライン式インクジェットヘッド、シリアル式インクジェットヘッドのいずれも使用可能である。
ここで、シリアル式インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置とは、記録用のインクジェットヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させつつ該インク組成物を吐出させる走査(パス)を、複数回行うことによって記録を行うものである。シリアル型のインクジェットヘッドの具体例には、記録媒体の幅方向(記録媒体の搬送方向に交差する方向)に移動するキャリッジにインクジェットヘッドが搭載されており、キャリッジの移動に伴ってインクジェットヘッドが移動することにより記録媒体上に液滴を吐出するものが挙げられる。
一方、ライン式インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置は、記録用のインクジェットヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させつつ該インク組成物を吐出させる走査(パス)を1回行うことにより記録を行うものである。ライン型のインクジェットヘッドの具体例には、インクジェットヘッドが記録媒体の幅よりも広く形成され、記録用ヘッドが移動せずに記録媒体上に液滴を吐出するものが挙げられる。
本実施形態では、インクジェット記録装置1として、シリアル式インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置を用い、インクをノズルから吐出させる方式としてピエゾ方式を利用したインクジェットヘッド2を用いている。
図2は、インクジェットヘッド2の構造を模式的に示す概略断面図である。図2において、矢印は、インクジェットヘッド2内におけるインクの移動方向を示している。インクジェットヘッド2は、圧力室21と、圧力室21に圧力を付与して、ノズル22からインク組成物を吐出させる圧電素子23とを備え、圧力室21において、ノズル22に連通する流出口24と対向する位置24r以外の場所に圧電素子23が配置されている。圧電素子23が、ノズル22の直上に設けられている場合には、圧電素子23からのインクの押出力が直接的にノズル口24aに付着したインク膜にも伝わるため、インク膜の付着を解消することができるが、圧電素子23がノズル22の直上に設けられていない場合には、インク膜の付着を解消しにくいため、本実施形態に係るインクジェット記録方法は有用となる。
ここで、圧力室21においてノズル22に連通する流出口24と対向する位置24rとは、ノズル22の直上を意味し、図2において、仮に、ノズル口24aから図の上方に向けて線(図2では破線で示されている。)を延長した場合に、延長線24b及び延長線24bで囲まれた中の領域を意味する。例えば、図2のインクジェットヘッド2であれば、流出口24は、インクが吐出する方向に直交する方向における面積がノズル22と同じ部分の流出口24であり、途中で広くなった部分ではない。したがって、当該対向する位置24r以外の場所に圧電素子23が配置されているとは、この領域と対向する位置24r
の少なくとも一部に、圧電素子23の少なくとも一部が位置しないことをいう。
圧力室21は、圧力室21へインクが供給される供給口25と、圧力室21の流出口24とを結ぶインク移動方向よりも延長方向において、インクが滞留する滞留部分26を有している。この滞留部分26は、インクジェットヘッド2を量産する工程上形成される部分であり、滞留部分26のない圧力室21を備えたインクジェットヘッドを量産することは難しい。この滞留部分26では、インク組成物が澱みやすく、インク乾燥物(樹脂溶着物)も溜まりやすい。そして、気泡が集まって空間ができた時に、壁面にインク乾燥物が付着する。これに対して、本実施形態に係るインクジェット記録方法によれば、このような構造を有するインクジェットヘッド2であっても、滞留部分26においてインク乾燥物の堆積を低減でき、インクの吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
ノズル22は、面方位(110)のシリコン単結晶からなるノズル形成板20に形成される。ノズル形成板20がシリコン結晶からなる場合には、公知のエッチングプロセス(例えば、ウェットエッチングやドライエッチング)によって、精度良い加工が可能であり、これらの組み合わせによってノズル22を形成する場合が多い。そのため、シリコン結晶からなるノズル形成板20を用いると、パンチング等によってノズルを形成する場合よりも、ノズルをノズル密度300dpi以上の高密度に形成することができる。なお、ノズル密度は、より好ましくは360dpi以上である。
一方、エッチングによりノズルを形成すると、圧力室21からノズル口24aの間のインクが通過する流路に段差22aが形成されやすい。この段差22aは、シリコン層をエッチングすることにより形成されるため、段差22aを解消したノズル形成板20を形成することは難しい。この段差22aは、圧力室21の流出口24からノズル口24aまでの間にあればよく、例えば、段差22aは、ノズル口24aから圧力室21に向かう方向の距離(図2におけるL)が20μm以上100μm以下の範囲内に形成される。つまり、図2では、ノズル形成板20の厚み方向にノズル22の径が異なる箇所が形成されることによって段差22aが形成されているが、段差22aは必ずしもノズル形成板20に形成されるとは限らず、圧力室21の内面に段差ができるように形成されてもよい。
このような段差22aを有するインクジェットヘッド2では、インクの初期充填やクリーニングの際に段差22aに気泡が付着して残ることがあり、気泡が記録中に段差22aから浮揚して圧力室21の上方に集まり、ここで気液界面が発生してインクが乾燥し、インクジェットヘッド2内、特に段差22aや滞留部分26にインク乾燥物(樹脂溶着物)が付着する。これに対して、本実施形態に係るインクジェット記録方法によれば、このような段差22aを有している場合においても、インクジェットヘッド2内のインク乾燥物の堆積を低減でき、インクの吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
本実施形態において、インクジェットヘッド2の圧力室21、並びに圧力室21毎に設けられる吐出駆動部(図示せず)及びノズル22は、それぞれ互いに独立して、1のヘッドに複数個設けられていてもよい。ここで吐出駆動部は、機械的な変形により圧力室21の容積を変化させる圧電素子23などの電気機械変換素子や、熱を発することによりインクに気泡を発生させ吐出させる電子熱変換素子などを用いて形成することができる。
図1に戻り、インクジェット記録装置1は、インクジェットヘッド2からのインク組成物の吐出時において、記録媒体Mを加熱するための、IRヒーター3及びプラテンヒーター4を備えている。本実施形態において、インク組成物の付着工程において記録媒体Mを加熱する際には、IRヒーター3及びプラテンヒーター4の少なくとも1つを用いればよ
い。
なお、IRヒーター3を用いると、インクジェットヘッド2側から記録媒体Mを加熱することができる。これにより、インクジェットヘッド2も同時に加熱されやすいが、プラテンヒーター4など記録媒体Mの裏面から加熱される場合と比べて、記録媒体Mの厚みの影響を受けずに昇温することができる。また、記録媒体Mを加熱する際にプラテンヒーター4を用いると、インクジェットヘッド2側と反対側から記録媒体Mを加熱することができる。これにより、インクジェットヘッド2が比較的加熱されにくくなる。ただし、IRヒーター3及びプラテンヒーター4による、記録媒体Mの表面温度は25℃以上60℃以下であることが好ましく、30℃以上50℃以下であることがより好ましく、35℃以上45℃以下であることがより好ましい。これにより、IRヒーター3及びプラテンヒーター4から受ける輻射熱が少ない又はなくなることから、インクジェットヘッド2内のインク組成物の乾燥及び組成変動を抑制でき、インクジェットヘッド2の内壁に樹脂が溶着することが抑制される。
硬化ヒーター5は、記録媒体Mに記録されたインク組成物を乾燥及び固化させるものである。硬化ヒーター5が、画像が記録された記録媒体Mを加熱することにより、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樹脂微粒子によってインク膜が形成される。このようにして、記録媒体M上においてインク膜が強固に定着(接着)して造膜性が優れたものとなり、優れた高画質な画像を短時間で得ることができる。硬化ヒーター5による乾燥温度は、好ましくは40℃以上120℃以下であり、より好ましくは60℃以上100℃以下であり、さらに好ましくは80℃以上90℃以下である。
インクジェット記録装置1は、冷却ファン6を有していてもよい。記録媒体Mに記録されたインク組成物を乾燥後、冷却ファン6により記録媒体M上のインク組成物を冷却することにより、記録媒体M上に密着性よくインク塗膜を形成することができる。
また、インクジェット記録装置1は、記録媒体Mに対してインク組成物が吐出される前に、記録媒体Mを予め加熱する(プレ加熱する)プレヒーター7を備えていてもよい。さらに、記録装置1は、記録媒体Mに付着したインク組成物がより効率的に乾燥するように通気ファン8を備えていてもよい。
1.2.インク組成物
次に、本実施形態に係るインクジェット記録方法で用いられるインク組成物について説明する。本実施形態で用いられるインク組成物は、水と、樹脂と、少なくとも含窒素溶剤を含む有機溶剤と、を含有し、前記有機溶剤は、前記樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤を前記インク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないことを特徴とする。このようなインク組成物は、含窒素溶剤を含めた有機溶剤と樹脂とSP値の差が5以内とし、更に含有量を所定値とすることにより、段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、インク塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができ、特に、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体に対する印刷に好ましく用いることができる。以下、本実施形態で用いられるインク組成物に含まれる成分について説明する。
1.2.1.色材
本実施形態で用いられるインク組成物は、色材を含有してもよい。色材としては、染料や顔料等を挙げることができ、光やガス等に対して退色しにくい性質を有していることか
ら顔料を用いることが好ましい。そのため、顔料を用いてインク非吸収性または低吸収性の記録媒体上に形成された画像は、耐水性、耐ガス性、耐光性等に優れ、保存性が良好となる。
本実施形態において使用可能な顔料としては、特に制限されないが、無機顔料や有機顔料が挙げられる。無機顔料としては、酸化チタンおよび酸化鉄に加え、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法等の公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。一方、有機顔料としては、アゾ顔料(アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等を含む)、多環式顔料(例えば、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、アントラキノン顔料、キノフラロン顔料等)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック等を使用することができる。
本実施形態で使用可能な顔料の具体例のうち、ブラック顔料としてはカーボンブラックが挙げられ、カーボンブラックとしては、特に限定されないが、例えば、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、もしくはチャンネルブラック等(C.I.ピグメントブラック7)、また市販品としてNo.2300、900、MCF88、No.20B、No.33、No.40、No.45、No.52、MA7、MA8、MA77、MA100、No.2200B等(以上商品名、三菱化学株式会社製)、カラーブラックFW1、FW2、FW2V、FW18、FW200、S150、S160、S170、プリテックス35、U、V、140U、スペシャルブラック6、5、4A、4、250等(以上商品名、デグサ社製)、コンダクテックスSC、ラーベン1255、5750、5250、5000、3500、1255、700等(以上商品名、コロンビアカーボン社製)、リガール400R、330R、660R、モグルL、モナーク700、800、880、900、1000、1100、1300、1400、エルフテックス12等(以上商品名、キャボット社製)が挙げられる。
ホワイト顔料としては、特に限定されないが、例えば、C.I.ピグメントホワイト 6、18、21、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アンチモン、酸化マグネシウム、及び酸化ジルコニウムの白色無機顔料が挙げられる。当該白色無機顔料以外に、白色の中空樹脂粒子及び高分子粒子などの白色有機顔料を使用することもできる。
イエローインクに使用される顔料としては、特に限定されないが、例えば、C.I.ピグメントイエロー 1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、16、17、24、34、35、37、53、55、65、73、74、75、81、83、93、94、95、97、98、99、108、109、110、113、114、117、120、124、128、129、133、138、139、147、151、153、154、167、172、180が挙げられる。
マゼンタインクに使用される顔料としては、特に限定されないが、例えば、C.I.ピグメントレッド 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、40、41、42、48(Ca)、48(Mn)、57(Ca)、57:1、88、112、114、122、123、144、146、149、150、166、168、170、171、175、176、177、178、179、184、185、187、202、209、219、224、245、又はC.I.ピグメントヴァイオレット 19、23、32、33、36、38、43、50が挙げられる。
シアンインクに使用される顔料としては、特に限定されないが、例えば、C.I.ピグメントブルー 1、2、3、15、15:1、15:2、15:3、15:34、15:4、16、18、22、25、60、65、66、C.I.バットブルー 4、60が挙
げられる。
また、マゼンタ、シアン、及びイエロー以外のカラーインクに使用される顔料としては、特に限定されないが、例えば、C.I.ピグメント グリーン 7、10、C.I.ピグメントブラウン 3、5、25、26、C.I.ピグメントオレンジ 1、2、5、7、13、14、15、16、24、34、36、38、40、43、63が挙げられる。
パール顔料としては、特に限定されないが、例えば、二酸化チタン被覆雲母、魚鱗箔、酸塩化ビスマス等の真珠光沢や干渉光沢を有する顔料が挙げられる。
メタリック顔料としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、クロム、錫、亜鉛、インジウム、チタン、銅などの単体又は合金からなる粒子が挙げられる。
インク組成物に含まれ色材の含有量は、インク組成物の全質量(100質量%)に対して、1.5質量%以上10質量%以下であることが好ましく、2質量%以上7質量%以下であることがより好ましい。
上記の顔料をインク組成物に適用するためには、顔料が水中で安定的に分散保持できるようにする必要がある。その方法としては、水溶性樹脂および/または水分散性樹脂等の樹脂分散剤にて分散させる方法(以下、この方法により分散された顔料を「樹脂分散顔料」という。)、水溶性界面活性剤および/または水分散性界面活性剤の界面活性剤にて分散させる方法(以下、この方法により分散された顔料を「界面活性剤分散顔料」という。)、顔料粒子表面に親水性官能基を化学的・物理的に導入し、上記の樹脂あるいは界面活性剤等の分散剤なしで水中に分散および/または溶解可能とする方法(以下、この方法により分散された顔料を「表面処理顔料」という。)等が挙げられる。本実施形態において、インク組成物は、上記の樹脂分散顔料、界面活性剤分散顔料、表面処理顔料のいずれも用いることができ、必要に応じて複数種混合した形で用いることもできる。
樹脂分散顔料に用いられる樹脂分散剤としては、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、ポリアクリル酸、アクリル酸−アクリルニトリル共重合体、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−メタクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、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−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−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およびこれらの塩が挙げられる。これらの中で、特に、疎水性官能基を有するモノマーと親水性官能基を有するモノマーとの共重合体、疎水性官能基と親水性官能基とを併せ持つモノマーからなる重合体が好ましい。共重合体の形態としては、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体のいずれの形態でも用いることができる。
上記の塩としては、アンモニア、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリ−iso−プロパノールアミン、アミノメチルプロパノール、モルホリン等の塩基性化合物との塩が挙げられる。これら塩基性化合物の添加量は、上記樹脂分散剤の中和当量以上であれば特に制限はない。
上記樹脂分散剤の分子量は、重量平均分子量として1,000〜100,000の範囲
であることが好ましく、3,000〜10,000の範囲であることがより好ましい。分子量が上記範囲であることにより、色材の水中での安定的な分散が得られ、またインク組成物に適用した際の粘度制御等がしやすい。
以上述べた樹脂分散剤としては市販品を用いることもできる。詳しくは、ジョンクリル67(重量平均分子量:12,500、酸価:213)、ジョンクリル678(重量平均分子量:8,500、酸価:215)、ジョンクリル586(重量平均分子量:4,600、酸価:108)、ジョンクリル611(重量平均分子量:8,100、酸価:53)、ジョンクリル680(重量平均分子量:4,900、酸価:215)、ジョンクリル682(重量平均分子量:1,700、酸価:238)、ジョンクリル683(重量平均分子量:8,000、酸価:160)、ジョンクリル690(重量平均分子量:16,500、酸価:240)(以上商品名、BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
また、界面活性剤分散顔料に用いられる界面活性剤としては、アルカンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アシルメチルタウリン酸塩、ジアルキルスルホ琥珀酸塩、アルキル硫酸エステル塩、硫酸化オレフィン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩、モノグリセライトリン酸エステル塩等のアニオン性界面活性剤、アルキルピリジウム塩、アルキルアミノ酸塩、アルキルジメチルベタイン等の両性界面活性剤、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、ポリオキシエチレンアルキルアミド、グリセリンアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。
上記樹脂分散剤または上記界面活性剤の顔料に対する添加量は、顔料100質量部に対して好ましくは1質量部〜100質量部であり、より好ましくは5質量部〜50質量部である。この範囲であることにより、顔料の水中への分散安定性が確保できる。
また、表面処理顔料としては、親水性官能基として、−OM、−COOM、−CO−、−SOM、−SONH、−RSOM、−POHM、−PO、−SONHCOR、−NH、−NR(但し、式中のMは、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は有機アンモニウムを表し、Rは、炭素数1〜12のアルキル基、置換基を有していてもよいフェニル基または置換基を有していてもよいナフチル基を示す。)等が挙げられる。これらの官能基は、顔料粒子表面に直接および/または他の基を介してグラフトされることによって、物理的および/または化学的に導入される。多価の基としては、炭素数が1〜12のアルキレン基、置換基を有していてもよいフェニレン基又は置換基を有していてもよいナフチレン基等を挙げることができる。
また、前記の表面処理顔料としては、硫黄を含む処理剤によりその顔料粒子表面に−SOMおよび/または−RSOM(Mは対イオンであって、水素イオン、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、又は有機アンモニウムイオンを示す。)が化学結合するように表面処理されたもの、すなわち、前記顔料が、活性プロトンを持たず、スルホン酸との反応性を有せず、顔料が不溶ないしは難溶である溶剤中に、顔料を分散させ、次いでアミド硫酸、又は三酸化硫黄と第三アミンとの錯体によりその粒子表面に−SOMおよび/または−RSOMが化学結合するように表面処理され、水に分散および/または溶解が可能なものとされたものであることが好ましい。
前記官能基またはその塩を顔料粒子の表面に直接または多価の基を介してグラフトさせる表面処理手段としては、種々の公知の表面処理手段を適用することができる。例えば、市販の酸化カーボンブラックにオゾンや次亜塩素酸ソーダ溶液を作用し、カーボンブラッ
クをさらに酸化処理してその表面をより親水化処理する手段(例えば、特開平7−258578号公報、特開平8−3498号公報、特開平10−120958号公報、特開平10−195331号公報、特開平10−237349号公報)、カーボンブラックを3−アミノ−N−アルキル置換ピリジウムブロマイドで処理する手段(例えば、特開平10−195360号公報、特開平10−330665号公報)、有機顔料が不溶又は難溶である溶剤中に有機顔料を分散させ、スルホン化剤により顔料粒子表面にスルホン基を導入する手段(例えば、特開平8−283596号公報、特開平10−110110号公報、特開平10−110111号公報)、三酸化硫黄と錯体を形成する塩基性溶剤中に有機顔料を分散させ、三酸化硫黄を添加することにより有機顔料の表面を処理し、スルホン基又はスルホンアミノ基を導入する手段(例えば、特開平10−110114号公報)等が挙げられるが、本発明で用いられる表面処理顔料のための作製手段はこれらの手段に限定されるものではない。
1つの顔料粒子にグラフトされる官能基は単一でも複数種であってもよい。グラフトされる官能基の種類及びその程度は、インク中での分散安定性、色濃度、及びインクジェットヘッド前面での乾燥性等を考慮しながら適宜決定されてよい。
以上述べた樹脂分散顔料、界面活性剤分散顔料、表面処理顔料を水中に分散させる方法としては、樹脂分散顔料については顔料と水と樹脂分散剤、界面活性剤分散顔料については顔料と水と界面活性剤、表面処理顔料については表面処理顔料と水、また各々に必要に応じて水溶性有機溶剤・中和剤等を加えて、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテータミル、ヘンシェルミキサー、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、ジェットミル、オングミル等の従来用いられている分散機にて行うことができる。この場合、顔料の粒径としては、平均粒径で20nm〜500nmの範囲になるまで、より好ましくは50nm〜200nmの範囲になるまで分散することが、顔料の水中での分散安定性を確保する点で好ましい。
1.2.2.樹脂
本実施形態において、インク組成物は、水分散性の樹脂を含有する。該樹脂は、インクを固化させ、さらにインク固化物を記録媒体上に強固に定着させる作用を有する。樹脂は、本実施形態で使用するインク組成物の液媒体に難溶あるいは不溶である樹脂を、微粒子状にして分散させて(すなわちエマルジョン状態、あるいはサスペンジョン状態にして)含ませることができる。
また、本実施形態で用いられる樹脂は、後述する含窒素溶剤を含めた有機溶剤と樹脂とSP値の差が5以内の樹脂である。樹脂として、含窒素溶剤を含めた有機溶剤とのSP値の差が5以内の樹脂を用いることにより、記録媒体上でのインク塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できる。
本明細書において、「SP値」とは、相溶化パラメーター(Solubility Parameter)といい、溶解度パラメーターとも言うことができる。以下に示されるハンセン(Hansen)の数式を用いて算出された値を意味する。Hansenの溶解度パラメーターは、ヒルデブランド(Hildebrand)によって導入された溶解度パラメーターを、分散項δd、極性項δp、及び水素結合項δhの3成分に分割し、3次元空間に表したものである。本明細書においては、SP値をδ[(cal/cm0.5]で表し、下記数式を用いて算出される値を用いる。
δ[(cal/cm0.5]]=(δd+δp+δh0.5
なお、上記の分散項δd、極性項δp、及び水素結合項δhは、ハンセンやその研究後継者らによって多く求められており、例えばPolymer Handbook(fourth edition)のVII−698〜711に掲載されている。また、多くの溶
媒や樹脂に関するHansenの溶解度パラメーターが調べられており、例えば、Industrial Solvents Handbook(Wesley L.Archer著)にこれらの溶解度パラメーターが記載されている。
上記の樹脂としては、上記の樹脂分散剤として用いられる樹脂の他、ポリアクリル酸エステルもしくはその共重合体、ポリメタクリル酸エステルもしくはその共重合体、ポリアクリロニトリルもしくはその共重合体、ポリシアノアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリスチレンもしくはそれらの共重合体、石油樹脂、クロマン・インデン樹脂、テルペン樹脂、ポリ酢酸ビニルもしくはその共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルエーテル、ポリ塩化ビニルもしくはその共重合体、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、フッ素ゴム、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピロリドンもしくはその共重合体、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾール、ポリブタジエンもしくはその共重合体、ポリクロロプレン、ポリイソプレン、天然樹脂等が挙げられる。この中で、特に分子構造中に疎水性部分と親水性部分とを併せ持つものが好ましい。
上記の樹脂を微粒子状態で得るには、以下に示す方法で得られ、そのいずれの方法でもよく、必要に応じて複数の方法を組み合わせてもよい。その方法としては、所望の樹脂を構成する単量体中に重合触媒(重合開始剤)と分散剤とを混合して重合(すなわち乳化重合)する方法、親水性部分を持つ樹脂を水溶性有機溶剤に溶解させその溶液を水中に混合した後に水溶性有機溶剤を蒸留等で除去することで得る方法、樹脂を非水溶性有機溶剤に溶解させその溶液を分散剤と共に水溶液中に混合して得る方法等が挙げられる。上記の方法は、用いる樹脂の種類・特性に応じて適宜選択することができる。樹脂を分散する際に用いることのできる分散剤としては、特に制限はないが、アニオン性界面活性剤(例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩、ラウリルリン酸ナトリウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートアンモニウム塩等)、ノニオン性界面活性剤(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等)を挙げることができ、これらを単独あるいは二種以上を混合して用いることができる。
上記のような樹脂として、微粒子状態(エマルジョン形態、サスペンジョン形態)で用いる場合、公知の材料・方法で得られるものを用いることも可能である。例えば、特公昭62−1426号公報、特開平3−56573号公報、特開平3−79678号公報、特開平3−160068号公報、特開平4−18462号公報等に記載のものを用いてもよい。また、市販品を用いることもでき、例えば、マイクロジェルE−1002、マイクロジェルE−5002(以上商品名、日本ペイント株式会社製)、ボンコート4001、ボンコート5454(以上商品名、大日本インキ化学工業株式会社製)、SAE1014(商品名、日本ゼオン株式会社製)、サイビノールSK−200(商品名、サイデン化学株式会社製)、ジュリマーAT−613(商品名、東亜合成株式会社製)、ビニプラン700(商品名、日信化学工業株式会社製)、ジョンクリル7100、ジョンクリル390、ジョンクリル711、ジョンクリル511、ジョンクリル7001、ジョンクリル632、ジョンクリル741、ジョンクリル450、ジョンクリル840、ジョンクリル74J、ジョンクリルHRC−1645J、ジョンクリル734、ジョンクリル852、ジョンクリル7600、ジョンクリル775、ジョンクリル537J、ジョンクリル1535、ジョンクリルPDX−7630A、ジョンクリル352J、ジョンクリル352D、ジョンクリルPDX−7145、ジョンクリル538J、ジョンクリル7640、ジョンクリル7641、ジョンクリル631、ジョンクリル790、ジョンクリル780、ジョンクリル7610(以上商品名、BASFジャパン株式会社製)等が挙げられる。
樹脂を微粒子状態で用いる場合、インク組成物の保存安定性・吐出信頼性を確保する観点から、その平均粒径は5nm以上400nm以下の範囲が好ましく、より好ましくは50nm以上200nm以上の範囲である。樹脂微粒子の平均粒子径が前記範囲にあることにより、成膜性に優れると共に、凝集しても大きな塊ができにくいのでノズルの目詰まりを低減することができる。なお、本明細書における平均粒子径は、特に明示がない限り体積基準のものである。測定方法としては、例えば、動的光散乱理論を測定原理とする粒度分布測定装置により測定することができる。このような粒度分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックUPA」等が挙げられる。
樹脂のガラス転移温度(Tg)は、例えば、−20℃以上100℃以下であることが好ましく、−10℃以上80℃以下であることがより好ましく、0℃以上76℃以下であることがさらに好ましい。
樹脂の含有量は、インク組成物の全質量に対して、固形分換算で好ましくは0.1質量%以上15質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以上10質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以上7質量%以下であり、3質量%以上5質量%以下であることが特に好ましい。この範囲内であることにより、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体上においても、インク組成物を固化・定着させることができる。
1.2.3.有機溶剤
本実施形態において、インク組成物は少なくとも含窒素溶剤を含む有機溶剤を含有し、この有機溶剤は、樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤をインク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないことを特徴とする。
本実施形態では、インク組成物が、含窒素溶剤を含む、樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を含有することにより、インク組成物に含まれる樹脂を記録媒体上で溶解させる。これにより、記録媒体上でインク塗膜の造膜性が得られる。なお、有機溶剤が含窒素溶剤を含むことにより、段差ノズルを有するインクジェットヘッド内において、樹脂が溶解、溶着してしまう原因ともなり、特に、グリセリンなどの高沸点溶剤を含まないインク組成物の場合には、水が蒸発しやすく樹脂が溶解、溶着しやすくなる。しかし、本実施形態で用いられるインク組成物は、含窒素溶剤を含めた有機溶剤の含有量を所定値とすることにより、段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、インク塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
含窒素溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP;SP値 11.2)、N−エチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドン、2−ピロリドン(SP値 11.5)、N−ブチル−2−ピロリドン、5−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。含窒素溶剤は、インク中に含まれる樹脂の良好な溶解剤として作用する。また、インク組成物が含窒素溶剤を含有することで、記録媒体に付着して乾燥が進んだ際に、濃縮された含窒素溶剤により、インクに含まれる樹脂などの成分が近傍に存在することから、これらを迅速に溶解させ記録媒体への定着性を高めることができる。
上記の含窒素溶剤は、上記樹脂とのSP値の差が3以内の含窒素溶剤を、インク組成物中に5質量%以上含むことが好ましく、10質量%以上含むことがより好ましく、15質量%以上含むことが更に好ましく、20質量%以上含むことが特に好ましい。樹脂とのSP値の差が3以内の含窒素溶剤をインク組成物中に5質量%以上含むことにより、よりインク塗膜の造膜性に優れ、耐擦性に優れた画像が形成できる。
インク組成物に用いる有機溶剤としては、上記の含窒素溶剤以外の有機溶剤の含有量が5質量%以上であることが好ましく、また、標準沸点280℃以上の有機溶剤をインク組成物中に5質量%を超える含有量で含まない。そのような含窒素溶剤以外の有機溶剤としては、水溶性有機溶剤であることが好ましい。水溶性有機溶剤を使用することにより、よりインク組成物の乾燥性が良好となり、耐擦性に優れた画像を得ることができる。
含窒素溶剤以外の水溶性有機溶剤としては、樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤をインク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないように調整されれば特に限定されない。含窒素溶剤以外の水溶性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;アセトン、ジアセトンアルコール等のケトンまたはケトアルコール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;ヘキサンジオール、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、ポ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、ポリプロピレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール等のグリコール類;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等のグリコールの低級アルキルエーテル類;ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの水酸基を持つアミン類;グリセリンが挙げられる。段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、圧力室内での樹脂の溶解、溶着が起こりにくくなり、インク塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供する点では、使用する樹脂にもよるが、例えば、エチレングリコール(SP値 16.1)、1,2−ヘキサンジオール(SP値 12.1)、1,3−ブタンジオール(SP値 13.6)、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(SP値 10.7)等を用いることが好ましい。
水溶性有機溶剤の含有量の合計は、インク組成物の全質量に対して、5.0質量%以上40質量%以下であることが好ましく、10質量%以上35質量%以下であることがより好ましく、15質量%以上30質量%以下であることが特に好ましい。また、樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤の含有量の合計は、インク組成物の全質量に対して、10質量%以上25質量%以下であることが好ましく、12質量%以上23質量%以下であることがより好ましく、15質量%以上20質量%以下であることが特に好ましい。また、樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤の含有量の合計は、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下であり、水1質量部に対し0.2質量部以上0.3質量部以下であることが好ましく、水1質量部に対し0.25質量部以上0.35質量部以下であることがより好ましい。この場合には、インク組成物に、樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤に対して適切な量の水が含まれるため、段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、圧力室内での樹脂の溶解、溶着がより起こりにくくなる。
なお、沸点が280℃以上の有機溶剤は、インク組成物の水分を吸収して、インクジェットヘッド付近のインク組成物を増粘させる場合があり、これにより、インクジェットヘッドの吐出信頼性を低下させる場合がある。また、沸点が280℃以上の有機溶剤を高濃度で含むと、記録媒体上でのインク組成物の乾燥性が低くなる場合がある。このため、本実施形態において、インク組成物は、標準沸点が280℃以上の有機溶剤は、インク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないものであり、3質量%を超える含有量で含まないことが好ましく、2質量%を超える含有量で含まないことがより好ましく、1質量%を超える含有量で含まないことがさらに好ましく、0.5質量%を超える含有量で含まないことが特に好ましい。沸点が280℃以上の有機溶剤をインク組成物中に5質量%を超え
る含有量で含まない場合には、記録媒体上でのインク組成物の乾燥性が高くなるので、ブリードの発生が抑制された優れた画像を形成できる。また、得られた記録物のベタツキが低減され、耐擦性に優れたものとなる。
沸点が280℃以上の有機溶剤としては、例えば、グリセリンを挙げることができる。グリセリンは吸湿性が高く、沸点が高いため、ヘッドの目詰まりや、動作不良の原因となる場合がある。また、グリセリンは、防腐性が乏しく、カビや菌類を繁殖させやすいので、インク組成物に含有しないことが好ましい。
1.2.4.水
本実施形態において、インク組成物は、水を含有する。水は、インク組成物の主となる媒体であり、乾燥によって蒸発飛散する成分である。インク組成物に含有される水は、インクジェットヘッド内においてインク中の樹脂が溶解、溶着してしまうことを抑制する。また、インク組成物が記録媒体に付着した後は水が蒸発することで、記録媒体上のインクの有機溶媒濃度が上昇し、インク中の樹脂が溶解、増膜する。水は、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水または超純水のようなイオン性不純物を極力除去したものであることが好ましい。また、紫外線照射または過酸化水素添加等により滅菌した水を用いると、顔料分散液およびこれを用いたインク組成物を長期保存する場合にカビやバクテリアの発生を抑制できるので好適である。
水の含有量は、インク組成物の全質量に対して、40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることがさらにより好ましく、70質量%以上であることが特に好ましい。
1.2.5.界面活性剤
本実施形態において、インク組成物は、界面活性剤を含有することが好ましい。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、これらの少なくとも1種を含有することが好ましい。
アセチレングリコール系界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール及び2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールのアルキレンオキサイド付加物、並びに2,4−ジメチル−5−デシン−4−オール及び2,4−ジメチル−5−デシン−4−オールのアルキレンオキサイド付加物から選択される1種以上が好ましい。アセチレングリコール系界面活性剤の市販品としては、特に限定されないが、例えば、オルフィン104シリーズやオルフィンE1010等のEシリーズ(商品名、エアープロダクツ社製)、サーフィノール465やサーフィノール61やサーフィノールDF110D(商品名、日信化学工業株式会社製)などが挙げられる。アセチレングリコール系界面活性剤は、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。
フッ素系界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、パーフルオロアルキルベタイン、パーフルオロアルキルアミンオキサイド化合物が挙げられる。フッ素系界面活性剤の市販品としては、特に限定されないが、例えば、サーフロンS144、S145(商品名、AGCセイミケミカル株式会社製);FC−170C、FC−430、フロラード−FC4430(商品名、住友スリーエム株式会社製);FSO、FSO−100、FSN、FSN−100、FS−300(商品名、Dupont社製);FT−250、251(商品名、株式会社ネオス製)が挙げられる。フッ素系界面活性剤は、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。
シリコーン系界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリシロキサン系化合物、ポリエーテル変性オルガノシロキサン等が挙げられる。シリコーン系界面活性剤の市販品としては、特に限定されないが、具体的には、BYK−306、BYK−307、BYK−333、BYK−341、BYK−345、BYK−346、BYK−347、BYK−348、BYK−349(以上商品名、ビックケミー・ジャパン株式会製)、KF−351A、KF−352A、KF−353、KF−354L、KF−355A、KF−615A、KF−945、KF−640、KF−642、KF−643、KF−6020、X−22−4515、KF−6011、KF−6012、KF−6015、KF−6017(以上商品名、信越化学株式会社製)等が挙げられる。
これらの中でも、アセチレングリコール系界面活性剤は、ノズルの目詰まり回復性をさらに向上させることができる。一方、フッ素系界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤は、記録媒体上でインクの濃淡ムラや滲みを生じないように均一に広げる作用を有している点で好ましい。したがって、本実施形態において、インク組成物は、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤の少なくとも一方と、アセチレングリコール系界面活性剤と、を含有することがより好ましい。
アセチレングリコール系界面活性剤の含有量の下限は、インク組成物の全質量に対して、0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が特に好ましい。一方、含有量の上限は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が特に好ましい。アセチレングリコール系界面活性剤の含有量が前記範囲にあると、ノズルの目詰まり回復性が向上する効果が得られやすい。
フッ素系界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤の含有量の下限は、0.5質量%以上が好ましく、0.8質量%以上がより好ましい。一方、含有量の上限は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。フッ素系界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤の含有量が前記範囲にあると、記録媒体上でインクの濃淡ムラや滲みを生じないように均一に広げる作用を有している点で好ましい。
1.2.6.その他の含有成分
本実施形態において、インク組成物は、さらに、pH調整剤、ポリオレフィンワックス、防腐剤・防かび剤、防錆剤、キレート化剤等を含有してもよい。これらの材料を添加すると、インク組成物の有する特性をさらに向上させることができる。
pH調整剤としては、例えば、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、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、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等が挙げられる。
ポリオレフィンワックスとしては、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィンまたはその誘導体から製造したワックスおよびそのコポリマー、具体的には、ポリエチレン系ワックス、ポリプロピレン系ワックス、ポリブチレン系ワックス等が挙げられる。ポリオレフィンワックスとしては、市販されているものを利用することができ、具体的には、ノプコートPEM17(商品名、サンノプコ株式会社製)、ケミパールW4005(商品名、三井化学株式会社製)、AQUACER515、AQUACER593(以上商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社製)等を用いることができる。
ポリオレフィンワックスを添加すると、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体上に
形成された画像の物理的接触に対する滑り性を向上させることができ、画像の耐擦性を向上できる点から好ましい。ポリオレフィンワックスの含有量は、インク組成物の全質量に対して、好ましくは0.01質量%以上10質量%以下であり、より好ましくは0.05質量%以上1質量%以下である。ポリオレフィンワックスの含有量が、上記範囲にあると、上述の効果が十分に発揮される。
防腐剤・防かび剤としては、例えば、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、2−ピリジンチオール−1−オキサイドナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、1,2−ジベンジソチアゾリン−3−オン等が挙げられる。市販品では、プロキセルXL2、プロキセルGXL(以上商品名、アビシア社製)や、デニサイドCSA、NS−500W(以上商品名、ナガセケムテックス株式会社製)等が挙げられる。
防錆剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
キレート化剤としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸およびそれらの塩類(エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム塩等)等が挙げられる。
1.2.7.インク組成物の調製方法
本実施形態で用いられるインク組成物は、前述した成分を任意の順序で混合し、必要に応じて濾過等をして不純物を除去することにより得られる。各成分の混合方法としては、メカニカルスターラー、マグネチックスターラー等の撹拌装置を備えた容器に順次材料を添加して撹拌混合する方法が好適に用いられる。濾過方法としては、遠心濾過、フィルター濾過等を必要に応じて行なうことができる。
1.2.8.インク組成物の物性
本実施形態で用いられるインク組成物は、画像品質とインクジェット記録用のインクとしての信頼性とのバランスの観点から、20℃における表面張力が20mN/m以上40mN/mであることが好ましく、20mN/m以上35mN/m以下であることがより好ましい。なお、表面張力の測定は、例えば、自動表面張力計CBVP−Z(商品名、協和界面科学株式会社製)を用いて、20℃の環境下で白金プレートをインクで濡らしたときの表面張力を確認することにより測定することができる。
また、同様の観点から、本実施形態で用いられるインク組成物の20℃における粘度は、3mPa・s以上10mPa・s以下であることが好ましく、3mPa・s以上8mPa・s以下であることがより好ましい。なお、粘度の測定は、例えば、粘弾性試験機MCR−300(商品名、Pysica社製)を用いて、20℃の環境下での粘度を測定することができる。
1.3.処理液
次に、後述するインクジェット記録方法で用いることができる処理液について説明する。本実施形態において、インクジェット記録(後述するインク組成物付着工程)の前に、必要に応じて処理液を用いた前処理である処理液付着工程を行ってもよい。処理液付着工程を行うことにより、画質が向上したり、より耐擦性に優れた画像を記録することができる。ここで、処理液とは、インク組成物の成分を凝集させる凝集剤や、含窒素溶剤等の有機溶剤等を含有するものである。
なお、本実施形態において、処理液とは、色材の含有量が0.2質量%以下であり、記録媒体に着色するために用いる上述のインク組成物ではなく、インク組成物を付着する前に記録媒体へ付着させて用いる補助液である。
1.3.1.凝集剤
本実施形態において、処理液は、インク組成物の成分を凝集させる凝集剤を含有することができる。処理液が凝集剤を含むことにより、後述するインク組成物付着工程において、凝集剤とインク組成物に含まれる樹脂とが速やかに反応する。そうすると、インク組成物中の表面処理顔料や樹脂の分散状態が破壊され、表面処理顔料や樹脂が凝集する。そして、この凝集物が表面処理顔料の記録媒体への浸透を阻害するため、記録画像の画質の向上の点で優れたものとなると考えられる。
凝集剤としては、例えば、多価金属塩、カチオンポリマー、有機酸が挙げられる。これらの凝集剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。これらの凝集剤の中でも、インク組成物に含まれる樹脂との反応性に優れるという点から、多価金属塩およびカチオンポリマーよりなる群から選択される少なくとも1種の凝集剤を用いることが好ましい。
多価金属塩としては、二価以上の多価金属イオンとこれら多価金属イオンに結合する陰イオンとから構成され、水に可溶な化合物である。多価金属イオンの具体例としては、Ca2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Zn2+、Ba2+などの二価金属イオン;Al3+、Fe3+、Cr3+などの三価金属イオンが挙げられる。陰イオンとしては、Cl、I、Br、SO 2−、ClO3−、NO3−、およびHCOO、CHCOOなどが挙げられる。これらの多価金属塩の中でも、処理液の安定性や凝集剤としての反応性の観点から、カルシウム塩およびマグネシウム塩が好ましい。
有機酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ポリアクリル酸、酢酸、グリコール酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、スルホン酸、オルトリン酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ピリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、若しくはこれらの化合物の誘導体、又はこれらの塩等が好適に挙げられる。有機酸は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
カチオンポリマーとしては、例えば、カチオン性のウレタン樹脂、カチオン性のオレフィン樹脂、カチオン性のアリルアミン樹脂等が挙げられる。
カチオン性のウレタン樹脂としては、公知のものを適宜選択して用いることができる。カチオン性のウレタン樹脂としては、市販品を用いることができ、例えば、ハイドラン CP−7010、CP−7020、CP−7030、CP−7040、CP−7050、CP−7060、CP−7610(以上商品名、大日本インキ化学工業株式会社製)、スーパーフレックス 600、610、620、630、640、650(以上商品名、第一工業製薬株式会社製)、ウレタンエマルジョン WBR−2120C、WBR−2122C(以上商品名、大成ファインケミカル株式会社製)等を用いることができる。
カチオン性のオレフィン樹脂は、エチレン、プロピレン等のオレフィンを構造骨格に有するものであり、公知のものを適宜選択して用いることができる。また、カチオン性のオレフィン樹脂は、水や有機溶剤等を含む溶媒に分散させたエマルジョン状態であってもよい。カチオン性のオレフィン樹脂としては、市販品を用いることができ、例えば、アローベースCB−1200、CD−1200(以上商品名、ユニチカ株式会社製)等が挙げられる。
カチオン性のアリルアミン樹脂としては、公知のものを適宜選択して用いることができ
、例えば、ポリアリルアミン塩酸塩、ポリアリルアミンアミド硫酸塩、アリルアミン塩酸塩・ジアリルアミン塩酸塩コポリマー、アリルアミン酢酸塩・ジアリルアミン酢酸塩コポリマー、アリルアミン酢酸塩・ジアリルアミン酢酸塩コポリマー、アリルアミン塩酸塩・ジメチルアリルアミン塩酸塩コポリマー、アリルアミン・ジメチルアリルアミンコポリマー、ポリジアリルアミン塩酸塩、ポリメチルジアリルアミン塩酸塩、ポリメチルジアリルアミンアミド硫酸塩、ポリメチルジアリルアミン酢酸塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ジアリルアミン酢酸塩・二酸化硫黄コポリマー、ジアリルメチルエチルアンモニウムエチルサルフェイト・二酸化硫黄コポリマー、メチルジアリルアミン塩酸塩・二酸化硫黄コポリマー、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド・二酸化硫黄コポリマー、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド・アクリルアミドコポリマー等を挙げることができる。このようなカチオン性のアリルアミン樹脂としては、市販品を用いることができ、例えば、PAA−HCL−01、PAA−HCL−03、PAA−HCL−05、PAA−HCL−3L、PAA−HCL−10L、PAA−H−HCL、PAA−SA、PAA−01、PAA−03、PAA−05、PAA−08、PAA−15、PAA−15C、PAA−25、PAA−H−10C、PAA−D11−HCL、PAA−D41−HCL、PAA−D19−HCL、PAS−21CL、PAS−M−1L、PAS−M−1、PAS−22SA、PAS−M−1A、PAS−H−1L、PAS−H−5L、PAS−H−10L、PAS−92、PAS−92A、PAS−J−81L、PAS−J−81(以上商品名、ニットーボーメディカル会社製)、ハイモ Neo−600、ハイモロック
Q−101、Q−311、Q−501、ハイマックス SC−505、SC−505(以上商品名、ハイモ株式会社製)等を用いることができる。
その他、カチオン性界面活性剤も使用可能である。カチオン性界面活性剤としては、例えば、第1級、第2級および第3級アミン塩型化合物、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、第4級アルキルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、オニウム塩、イミダゾリニウム塩等が挙げられる。カチオン性界面活性剤の具体例としては、ラウリルアミン、ヤシアミン、ロジンアミン等の塩酸塩、酢酸塩等、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリブチルアンモニウムクロライド、塩化ベンザルコニウム、ジメチルエチルラウリルアンモニウムエチル硫酸塩、ジメチルエチルオクチルアンモニウムエチル硫酸塩、トリメチルラウリルアンモニウム塩酸塩、セチルピリジニウムクロライド、セチルピリジニウムブロマイド、ジヒドロキシエチルラウリルアミン、デシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、ドデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、テトラデシルジメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルジメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルジメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
処理液の凝集剤の濃度は、処理液1kg中において、0.03mol/kg以上であってもよい。また、処理液1kg中において、0.1mol/kg以上1.5mol/kg以下であってもよく、0.2mol/kg以上0.9mol/kg以下であってもよい。また、凝集剤の含有量は、例えば、処理液の全質量に対し、0.1質量%以上25質量%以下であってもよく、1質量%以上20質量以下であってもよく、3質量%以上10質量以下であってもよい。
1.3.2.水
本実施形態において、処理液は、水を主溶媒とすることが好ましい。この水は、処理液を記録媒体に付着させた後、乾燥により蒸発飛散する成分である。水としては、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水又は超純水のようなイオン性不純物を極力除去したものであることが好ましい。また、紫外線照射または過酸化水素添加等により滅菌した水を用いると、処理液を長期保存する場合にカビやバクテリアの発生を防止できる
ので好適である。処理液に含まれる水の含有量は、処理液の全質量に対して、例えば、40質量%以上とすることができ、好ましくは20質量%以上であり、より好ましくは30質量%以上であり、さらに好ましくは40質量%以上である。
1.3.3.有機溶剤
本実施形態において、処理液は、有機溶剤を含有してもよい。有機溶剤を含有することにより、記録媒体に対する処理液の濡れ性を向上させたりすることができる。有機溶剤としては、上述のインク組成物で例示する有機溶剤と同様のものを使用できる。有機溶剤の含有量は、特に限定されるものではないが、処理液の全質量に対して、例えば、10質量%以上80質量%以下とすることができ、好ましくは15質量%以上70質量%以下である。
なお、処理液は、有機溶剤として、上述のインク組成物と同様に、標準沸点が280℃超の水溶性有機溶剤の含有量が5質量%を超えないことが好ましく、3質量%を超えないことがより好ましく、2質量%を超えないことがさらに好ましく、1質量%を超えないことがさらにより好ましく、0.5質量%を超えないことが特に好ましい。前記場合には、処理液の乾燥性が良いため、処理液の乾燥が迅速に行われるほか、得られた記録物のベタツキが低減し、耐擦性に優れる。
1.3.4.界面活性剤
本実施形態において、処理液には、界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤を添加することにより、処理液の表面張力を低下させ、記録媒体との濡れ性を向上させることができる。界面活性剤の中でも、例えば、アセチレングリコール系界面活性剤、シリコーンン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤を好ましく用いることができる。これらの界面活性剤の具体例については、後述のインク組成物で例示する界面活性剤と同様のものを使用できる。界面活性剤の含有量は、特に限定されるものではないが、処理液の全質量に対して、0.1質量%以上1.5質量%以下とすることができる。
1.3.5.その他の成分
本実施形態において、処理液には、必要に応じて、上記のようなpH調整剤、防腐剤・防かび剤、防錆剤、キレート化剤等を添加してもよい。
1.3.6.処理液の調製方法
本実施形態で用いられる処理液は、上記の各成分を適当な方法で分散・混合することよって製造することができる。上記の各成分を十分に攪拌した後、目詰まりの原因となる粗大粒子および異物を除去するためにろ過を行って、目的の処理液を得ることができる。
1.3.7.処理液の物性
本実施形態において、処理液は、インクジェットヘッドで吐出させる場合には、20℃における表面張力が20mN/m以上40mN/mであることが好ましく、23mN/m以上35mN/m以下であることがより好ましく、25mN/m以上33mN/m以下であることがさらに好ましい。表面張力の測定は、例えば、自動表面張力計CBVP−Z(商品名、協和界面科学株式会社製)を用いて、20℃の環境下で白金プレートを処理液で濡らしたときの表面張力を確認することにより測定することができる。
また、同様の観点から、本実施形態において、処理液の20℃における粘度は、3mPa・s以上10mPa・s以下であることが好ましく、3mPa・s以上8mPa・s以下であることがより好ましい。なお、粘度の測定は、例えば、粘弾性試験機MCR−300(商品名、Pysica社製)を用いて、20℃の環境下での粘度を測定することができる。
1.4.記録媒体
上述のインク組成物は、種々の記録媒体に対するインクジェット記録に用いることができるが、特に、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体に対する記録において、耐擦性に優れた画像を得ることができ、好ましく用いることができる。
インク非吸収性の記録媒体として、例えば、インクジェット記録用に表面処理をしていない(すなわち、インク吸収層を形成していない)プラスチックフィルム、紙等の基材上にプラスチックがコーティングされているものやプラスチックフィルムが接着されているもの等が挙げられる。ここでいうプラスチックとしては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。インク低吸収性の記録媒体として、アート紙、コート紙、マット紙等の印刷本紙が挙げられる。なお、本明細書中において、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体を、単に「プラスチックメディア」ともいう。
ここで、本明細書において「インク非吸収性または低吸収性の記録媒体」とは、「ブリストー(Bristow)法において接触開始から30msec1/2までの水吸収量が10mL/m以下である記録媒体」を示す。このブリストー法は、短時間での液体吸収量の測定方法として最も普及している方法であり、日本紙パルプ技術協会(JAPAN TAPPI)でも採用されている。試験方法の詳細は「JAPAN TAPPI紙パルプ試験方法2000年版」の規格No.51「紙及び板紙−液体吸収性試験方法−ブリストー法」に述べられている。
インク非吸収性の記録媒体としては、例えば、インク吸収層を有していないプラスチックフィルム、紙等の基材上にプラスチックがコーティングされているものやプラスチックフィルムが接着されているもの等が挙げられる。ここでいうプラスチックとしては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。
インク低吸収性の記録媒体としては、表面にインクを受容するための塗工層が設けられた記録媒体が挙げられ、例えば、基材が紙であるものとしては、アート紙、コート紙、マット紙等の印刷本紙が挙げられ、基材がプラスチックフィルムである場合には、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の表面に、親水性ポリマーが塗工されたもの、シリカ、チタン等の粒子がバインダーとともに塗工されたものが挙げられる。これらの記録媒体は、透明な記録媒体であってもよい。
また、エンボスメディア等の、表面に凹凸を有するインク非吸収性または低吸収性の記録媒体に対しても用いることができる。
なお、インクジェット記録装置1がシリアル式の記録装置である場合、記録媒体の好ましい幅は、3.2m以下であることが好ましい。この場合には、1回の主走査中に記録媒体Mがインクジェットヘッ2ドと対向している時間、つまり、1走査中に使われないノズル22が記録媒体Mから熱を受ける時間が12秒以下となり、ノズル22内のインク組成物の乾燥および組成変動を抑制でき、ノズル22の内壁に樹脂が溶着することを低減することができる。その結果、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法となる。なお、記録媒体の好ましい幅の下限値は30cm以上である。
2.インクジェット記録方法
本実施形態に係るインクジェット記録方法は、インクジェットヘッドの圧力室に充填したインク組成物を、ノズル口を介して吐出させて記録媒体へ付着させるインク組成物付着工程を備え、前記インクジェットヘッドは、前記圧力室から前記ノズル口へ向けて前記インク組成物が移動する部分から前記ノズル口までの間に段差を備えるものであり、前記インク組成物は、水と、樹脂と、少なくとも含窒素溶剤を含む有機溶剤と、を含有し、前記有機溶剤は、前記樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤を前記インク組成物中に5質量%を超える含有量で含まないことを特徴とする。以下、図面を参照しながら説明する。
2.1.インク組成物付着工程
インク組成物付着工程は、図2に記載のインクジェットヘッド2の圧力室21に充填したインク組成物を、ノズル口24aを介して吐出させて記録媒体Mへ付着させる工程である。この工程により、記録媒体Mの表面に、インク組成物からなる画像が形成される。
ここで、本実施形態において「画像」とは、ドット群から形成される記録パターンを示し、テキスト印字、ベタ画像も含める。なお、「ベタ画像」とは、記録解像度で規定される最小記録単位領域である画素の全ての画素に対してドットを記録し、通常、記録媒体の記録領域がインクで覆われ記録媒体の地が見えていないような画像であるべき画像パターンを意味する。
本実施形態において、インクジェットヘッド2は、図2に記載の圧力室21からノズル口24aへ向けてインク組成物が移動する部分からノズル口24aまでの間に段差22aを備えるものである。
記録媒体の単位面積当たりのインク組成物の最大付着量は、好ましくは5〜20mg/inchであり、より好ましくは7〜15mg/inchであり、さらに好ましくは8〜13mg/inchである。記録媒体の単位面積当たりのインク組成物の最大付着量が上記範囲であると、有用な画像の記録が可能となる点や優れた画質が得られる点で好ましい。
インク組成物を記録媒体Mへ付着させる際には、加熱された記録媒体にインク組成物を付着させることが好ましい。加熱された記録媒体にインク組成物を付着させることにより、記録媒体M上でのインク組成物の乾燥性が高くなるので、ブリードの発生が抑制され、よりインク塗膜の造膜性に優れ、耐擦性に優れた画像が形成できる。
インクを付着させる際の記録媒体Mの表面温度は、25℃以上60℃以下であることが好ましく、30℃以上50℃以下であることがより好ましく、35℃以上45℃以下であることがより好ましい。これにより、IRヒーター3及びプラテンヒーター4から受ける輻射熱が少ない又はなくなることから、インクジェットヘッド2内のインク組成物の乾燥及び組成変動を抑制でき、インクジェットヘッド2の内壁に樹脂が溶着することが抑制され、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法となる。
なお、インクジェット記録装置1がシリアルプリンターである場合、1回の主走査中に記録媒体Mがインクジェットヘッド2と対向している時間が12秒以下であることが好ましい。この時間の上限は、10秒以下であることがより好ましく、6秒以下であることが特に好ましい。この時間の下限は、1秒以上であることが好ましく、2秒以上であることがより好ましく、3秒以上であることが特に好ましい。1回の主走査中に記録媒体Mがインクジェットヘッド2と対向している時間は、1走査中に使われないノズル22が記録媒体Mから熱を受ける時間に等しい。つまり、この時間が前記範囲にあると、1回の主走査
中に使用されないノズル22が記録媒体Mから熱を受ける時間が十分に短いので、ノズル22内のインク組成物の乾燥及び組成変動を抑制でき、ノズル22の内壁に樹脂が溶着することを低減することができる。その結果、連続印字時のインクの着弾ずれを抑制でき、ノズル22の目詰まり回復性もさらに良好となる。
2.2.乾燥工程
本実施形態に係るインクジェット記録方法は、上記インク組成物付着工程の後、図1に示す硬化ヒーター5によりインク組成物が付着した記録媒体Mの表面を乾燥させる乾燥工程を有していてもよい。これにより、記録媒体M上のインク組成物に含まれる樹脂が、溶融し、塗膜の造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像を作製することができる。硬化ヒーター5による乾燥温度は、好ましくは40℃以上120℃以下であり、より好ましくは60℃以上100℃以下であり、さらに好ましくは80℃以上90℃以下である。乾燥温度が上記範囲内であることにより、造膜性や耐擦性がより向上する。また、図1に示す冷却ファン6により、記録媒体M上のインク組成物を冷却してもよい。この場合には、さらに記録媒体M上に密着性よくインク膜を形成することができる。
2.3.クリーニング工程
本実施形態に係るインクジェット記録方法は、インクを吐出して記録するための圧力発生手段以外の手段により、つまり、インクジェットヘッドが備える記録のためにインクを吐出するための機構ではない他の機構により、例えば、インクジェットヘッドの外部からの作用によりインク組成物をインクジェットヘッドから排出させるクリーニング工程を備えていてもよい。
上述のように、インクジェットヘッド2が備える記録のためにインクを吐出するための機構としては、圧力室21に備えられてインクに圧力を付与するピエゾ素子やヒーター素子等の圧電素子23が挙げられる。これに対し、クリーニング工程では、例えば、インクジェットヘッド2に外部から圧力を付与して、ノズル22から、インク組成物を排出させる工程とする。この工程を備えることで、インクジェットヘッド2の内壁に樹脂が溶着する懸念がある場合においても、これを抑制し、目詰まり性を改善する点で一層優れたものとすることができる。
また、本実施形態に係るインクジェット記録方法では、上述のクリーニング工程を行うことなく記録を1時間以上行うように制御することが好ましい。このように制御することで該工程に伴い記録を中断するなどにより記録速度を低減させることが無く好ましい。このような場合であっても、上述したインク組成物を用いることにより、連続印字時のインクの着弾ずれを抑制でき、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法とすることができる。
なお、上述の他の機構としては、吸引(負圧)の付与や、ヘッドの上流から正圧を付与すること、など圧力を付与する機構が挙げられる。これらは、インクジェットヘッド自身の機能によるインク排出(フラッシング)ではない。つまり、記録に際して、インクジェットヘッドからインクを吐出させる機能を用いての排出ではない。
また、記録の時間は連続でなくてもよく、インクジェットヘッドに外部から圧力を付与してノズルからインク組成物を排出させることをしなければ、休止はしてもよい。ここで、記録の時間とは、記録や記録の合間の停止時間も含めた記録の時間である。記録の時間は1時間以上が好ましく、1.5時間以上がより好ましく、2時間以上がさらに好ましく、3時間以上が特に好ましい。記録の時間の上限は限るものではないが、好ましくは10時間以下、より好ましくは5時間以下、さらに好ましくは4時間以下である。
また、本実施形態に係るインクジェット記録方法は、1回の記録に際して、記録中に上記のクリーニング工程を行わないとすることが、上記の点で好ましい。また、記録を行う前または記録を行った後の少なくとも何れかに、上述のクリーニング工程を行うとしても、上記の点で好ましい。
2.4.処理液付着工程
本実施形態に係るインクジェット記録方法において、インク組成物付着工程の前に、インク組成物を記録媒体に付着する前に、記録媒体へ上述の処理液を付着させる処理液付着工程を有していてもよい。処理液付着工程を行うことにより、画質が向上したり、より耐擦性に優れた画像を記録することができる。
処理液付着工程の前に図1に示すプレヒーター7により、または処理液付着工程の際に、図1に示すIRヒーター3またはプラテンヒーター4により記録媒体Mが加熱されていることが好ましい。加熱された記録媒体M上に処理液を付着させることにより、記録媒体M上に吐出された処理液が記録媒体M上で塗れ広がりやすくなり、均一塗布することができる。このため、上記のインク組成物付着工程で付着されたインクと十分に反応し、優れた画質が得られるようになる。また、処理液は記録媒体M上で均一に塗布されるため、塗布量を減らすことができる。このため、得られた画像の耐擦性低下を防止することができる。
ここで、処理液を記録媒体Mへ付着させる際の記録媒体Mの表面の温度は25℃以上60℃以下であることが好ましく、30℃以上50℃以下であることがより好ましく、35℃以上45℃以下であることがより好ましい。処理液の温度が前記範囲にある場合には、処理液を記録媒体Mに均一に塗布することができ、画質を向上させることができる。また、インクジェットヘッド2への熱による影響を抑えることができる。
処理液付着工程の処理液の付着量は10mg/inch以下が好ましく、0.1〜10mg/inchがより好ましく、0.3〜5mg/inchがさらに好ましく、0.5〜3mg/inchが特に好ましく、0.7〜2mg/inchがさらに特に好ましい。また、処理液付着工程の処理液の最大付着量は、0.5〜10mg/inchが好ましく、0.5〜5mg/inchがより好ましく、0.7〜3mg/inchがさらに好ましく、0.7〜2mg/inchが特に好ましい。付着量や最大付着量が上記の範囲であると、より優れた画質が得やすくなり、付着工程の所要時間を短くすることができる。これにより、処理液に含まれる標準沸点280℃以上の有機溶剤等の記録媒体への付着量が多過となることに起因する記録物への悪影響が防止され、好ましい。
なお、処理液付着工程の処理液の付着量は、インクジェット記録方法において、処理液付着工程とインク組成物付着工程とが行われる領域における、処理液付着工程の処理液の付着量であり、該領域に少なくとも付着量が該付着量である領域を有するものである。
また、処理液付着工程の処理液の最大付着量は、インクジェット記録方法において、処理液付着工程とインク組成物付着工程とが行われる領域における、処理液付着工程の処理液の付着量が最大である領域の処理液の付着量である。従って、処理液付着工程とインク組成物付着工程とが行われる領域に付着量が最大付着量よりも少ない他の領域があっても良い。
さらに、処理液付着工程とインク組成物付着工程とが行われる領域において、インク組成物の付着量がインク組成物の最大付着量である領域において、処理液の付着量が上記の範囲であることが好ましい。またさらには、処理液付着工程とインク組成物付着工程とが行われる領域において、インク組成物の付着量がインク組成物の最大付着量である領域か
ら該最大付着量の60質量%の付着量である領域までにわたり、処理液の付着量が上記の範囲であることがさらに好ましい。
なお、処理液の付着は、インクジェットヘッド2による吐出により行ってもよく、それ以外の方法、例えば、処理液をロールコーター等で塗布する方法や、処理液を噴射する方法等が挙げられる。また、本実施形態において、インク組成物付着工程と処理液付着工程は同時に行われてもよい。
以上示したように、本実施形態に係るインクジェット記録方法では、含窒素溶剤を含めた有機溶剤と樹脂とSP値の差が5以内とし、更に含有量を所定値とすることにより、段差ノズルを有するインクジェットヘッドを用いた記録において、インクの造膜性が優れたものとなり、耐擦性に優れた画像が形成できると供に、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができる。
なお、本実施形態は、上記のインクジェット記録装置の制御方法としてもよい。制御方法は、インクジェット記録装置が備える制御部により、インクジェット記録装置により上述のインクジェット記録方法やクリーニング工程を行うよう制御を行う制御方法である。
3.実施例
以下、本発明の実施形態を実施例及び比較例によってさらに具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
3.1.インク組成物の調製
表1、2の配合割合になるように各成分を混合攪拌して、各インク組成物を得た。なお、表中の樹脂含有量は樹脂固形分の含有量を示している。
Figure 2018165313
Figure 2018165313
なお、用いた各材料の詳細は以下の通りである。
<顔料>
・PB15:3(大日精化工業株式会社製、商品名「クロモファインブルー」、C.I.ピグメントブルー15:3)
<含窒素溶剤>
・NMP (N−メチル−2−ピロリドン)
<界面活性剤>
・BYK348(商品名、ビックケミー・ジャパン株式会製、シリコーン系界面活性剤)・DF110D(商品名「サーフィノール DF110D」、日信化学工業株式会社製、アセチレングリコール系界面活性剤)
<樹脂>
・樹脂A(商品名「JURYMER AT−613」、東亜合成株式会社製、スチレン・アクリル樹脂 Tg76℃、固形分として23.5〜26.5%)
・樹脂B(商品名「ビニブラン700」、日信化学工業社製、塩化ビニル・アクリル樹脂Tg 70℃、固形分として30%)
3.2.評価試験
3.2.1.記録試験
インクジェットプリンター(商品名「PX−G930」、セイコーエプソン株式会社製)にインク組成物を充填して、記録媒体(クリアプルーフフィルム、セイコーエプソン株式会社製)に記録した。具体的には、横720dpi、縦720dpiの解像度で、100%のdutyで記録できる塗り潰しパターンを作製しこれを用いた。この際、記録媒体の表面温度は50℃とした。なお、この評価は室温(25℃)条件下の実験室で行った。その後、室温(25℃)条件下の実験室にて1時間放置した記録物の記録面を学振型摩擦堅牢度試験機AB−301(商品名、テスター産業株式会社製)を用いて、荷重200g下、綿布にて20回擦ったときの記録面の剥がれ状態や綿布へのインク移り状態を確認することにより、以下の基準で耐擦性を評価した。
(評価基準)
A:傷または剥離がない。
B:ストローク面積の1%以下の傷または剥離がある。
C:ストローク面積の1%以上10%未満の傷または剥離がある。
D:ストローク面積の10%以上50%未満の傷または剥離がある。
E:ストローク面積の50%以上の傷または剥離がある。
表1、2において、ヘッドタイプは、それぞれ下記を意味する。
・段差形状:図2に示す、ノズル22が段差22aを有し、ヘッド内に滞留部分26もあるインクジェットヘッドである。ノズル形成板20は、シリコン層をエッチングしてノズル22を形成することにより得た。
・円錐形状:構造は上記の図2に示す段差形状のヘッドと同様であるが、ノズル形成板は、金属層に機械的に穴を開けてノズルを形成することにより得ているため、ノズルは円錐形状となっている。ただし、このヘッドは、量産には向いてなく、製造が困難なヘッドである。
3.2.2.ヘッド目詰り性(吐出信頼性)
インクジェットプリンター(商品名「PX−H8000」、セイコーエプソン株式会社製)にインク組成物を充填して、キャップ開放の状態にて1か月放置した。その後、クリーニングを3回行い、何本のノズルが抜けているかを判定し、以下の基準で評価した。
(評価基準)
A:ノズル抜けの数が0本
B:ノズル抜けの数が1〜5本
C:ノズル抜けの数が6〜20本
D:ノズル抜けの数が21本以上
3.2.3.連続印刷(吐出信頼性)
インクジェットプリンター(商品名「PX−G930」、セイコーエプソン株式会社製)にインク組成物を充填して、記録媒体(クリアプルーフフィルム、セイコーエプソン株式会社製)に記録した。具体的には、横720dpi、縦720dpiの解像度で、100%のdutyで記録できる塗り潰しパターンを作製しこれを用いた。A4 100枚印刷を行い、ノズルが抜けているか確認し、以下の基準で評価した。
(評価基準)
A:ノズル抜けの数が0本
B:ノズル抜けの数が1〜5本
C:ノズル抜けの数が6〜20本
D:ノズル抜けの数が21本以上
3.3.評価結果
評価試験の結果を表1、2の下方に示す。
いずれの実施例においても、評価がB以上となり、耐擦性に優れる画像を形成されたと供に、インクの吐出信頼性に優れた結果となった。実施例1〜4の比較により、樹脂とのSP値が5以内である有機溶剤と水との比率が高めの方が耐擦性が高く、比率が低めの方が吐出信頼性が高かった。また、実施例1、2、5の比較により、有機溶剤中の含窒素溶剤の割合が低い方が、吐出信頼性が高かった。さらに、実施例1、7、8の比較により、印刷時の記録媒体の表面温度が高くなると吐出信頼性が低下し、表面温度が低くなる耐擦性が低下した。さらに、実施例4と9との比較により、印刷時の記録媒体の表面温度が40℃未満の場合には、耐擦性がやや低下するが、連続印刷が向上しており、樹脂とのSP値が5以内である有機溶剤と水との比率が高めの場合には、印刷時の記録媒体の表面温度は38℃以下がより好ましいことが分かった。
これに対して、比較例1では、標準沸点280℃以上の有機溶剤をインク組成物中に5質量%を超えて含有しているため実施例1と比較して耐擦性が低下し、比較例2では、樹脂とのSP値が5以内である有機溶剤と水との比率が低すぎたため、実施例1と比較して耐擦性も吐出信頼性も低下した。また、比較例3では、含窒素溶剤を含まないため、実施例1と比較して耐擦性が低下した。比較例4では、樹脂とのSP値が5以内である有機溶剤と水との比率が高すぎたため、実施例1と比較して吐出信頼性が低下した。比較例5では、含窒素溶剤を含まない上に、樹脂とのSP値が5以内である有機溶剤と水との比率が高すぎたため、実施例1と比較して耐擦性が低下した。このように、有機溶剤として含窒素溶剤を含まないと、樹脂とのSP値が5以内である有機溶剤と水との比率が0.4を超えていても吐出信頼性は確保されるものの、耐擦性が低下した。なお、参考例1、2より、ノズルが円錐形状の場合には、樹脂とのSP値が5以内である有機溶剤と水との比率が0.4を超える場合であっても、樹脂の溶解、溶着によるインクの不吐出が発生せず、比較例4のような吐出信頼性の低下は発生しなかった。
以上により、実施例では、耐擦性が高く、吐出信頼性に優れたインクジェット記録方法を提供することができた。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実
施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
1…インクジェット記録装置、2…インクジェットヘッド、3…IRヒーター、4…プラテンヒーター、5…硬化ヒーター、6…冷却ファン、7…プレヒーター、8…通気ファン、20…ノズル形成板、21…圧力室、22…ノズル、22a…段差、23…圧電素子、24…流出口、24a…ノズル口、24b…延長線、24r…対向する位置、25…供給口、26…滞留部分、L…ノズル口から圧力室に向かう方向の距離、M…記録媒体

Claims (10)

  1. インクジェットヘッドの圧力室に充填したインク組成物を、ノズル口を介して吐出させて記録媒体へ付着させるインク組成物付着工程を備え、
    前記インクジェットヘッドは、前記圧力室から前記ノズル口へ向けて前記インク組成物が移動する部分から前記ノズル口までの間に段差を備えるものであり、
    前記インク組成物は、水と、樹脂と、少なくとも含窒素溶剤を含む有機溶剤と、を含有し、
    前記有機溶剤は、前記樹脂とのSP値の差が5以内である有機溶剤を、水1質量部に対し0.1質量部以上0.4質量部以下で含み、標準沸点280℃以上の有機溶剤を前記インク組成物中に5質量%を超える含有量で含まない、インクジェット記録方法。
  2. 前記含窒素溶剤として、前記樹脂とのSP値の差が3以内の含窒素溶剤を前記インク組成物中に5質量%以上含む、請求項1に記載のインクジェット記録方法。
  3. 前記含窒素溶剤以外の有機溶剤の含有量が5質量%以上である、請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録方法。
  4. 前記インク組成物中における有機溶剤の合計量が15質量%以上である、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
  5. 前記インク組成物付着工程において、前記インク組成物を前記記録媒体へ付着させる際に、加熱された記録媒体に前記インク組成物を付着させる、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
  6. 前記記録媒体が、インク非吸収性または低吸収性の記録媒体である、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
  7. 前記ノズル口は、シリコン単結晶からなるノズル形成板に形成されている、請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
  8. 前記ノズル口は、300dpi以上のノズル密度を有し、ピエゾ方式により前記インク組成物を吐出する、請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
  9. 前記ノズル口から前記圧力室に向かう方向の距離が20μm以上100μm以下の範囲内に、前記段差を有する、請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
  10. 請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法で記録を行う制御を行うインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドの外部からの作用により前記インク組成物を前記インクジェットヘッドから排出するクリーニング工程を行うことなく記録を1時間以上行う、インクジェット記録装置の制御方法。
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