JP2019018565A - インクジェット記録方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
本発明のインクジェット記録装置は、インクを収容するインク収容部と、インクを吐出する記録ヘッドと、インク収容部から記録ヘッドまでのインク循環系内でインクを循環させる手段と、インク循環系内で循環しているインクを脱気する手段と、を備える。また、本発明のインクジェット記録方法は、例えば、上記のインクジェット記録装置を使用し、上記の記録ヘッドからインクを吐出して画像を記録する方法である。すなわち、本発明のインクジェット記録方法は、インク循環系内でインクを循環させる工程、インク循環系内で循環しているインクを脱気する工程、及び記録ヘッドからインクを吐出して記録媒体に画像を記録する記録工程を有する。
本発明のインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置で用いるインクは、アニオン性基の作用により分散されている顔料、樹脂粒子、及び比誘電率が34.0以下の第1水溶性有機溶剤を含有するインクジェット用の水性インクである。本発明で用いるインクは、いわゆる「硬化型インク」である必要はない。したがって、本発明で用いるインクは、外部エネルギーの付加により重合しうる重合性モノマーなどの化合物を含有しなくてもよい。以下、インクを構成する各成分やインクの物性について詳細に説明する。
インクに含有させる色材は、アニオン性基の作用により分散されている顔料である。本明細書における「アニオン性基の作用により分散されている顔料」とは、アニオン性基の作用を利用した分散方式で分散されている状態の顔料である。顔料の分散方式としては、分散剤として樹脂を用いた樹脂分散顔料や、顔料の粒子表面に親水性基が結合している自己分散顔料などを用いることができる。また、顔料の粒子表面に樹脂を含む有機基を化学的に結合させた樹脂結合型顔料や、顔料の粒子の表面を樹脂などで被覆したマイクロカプセル顔料などを用いることができる。つまり、本明細書における「アニオン性基の作用により分散されている顔料」とは、分散剤を利用した分散方式であれば、アニオン性基を有する樹脂分散剤などを用いていることを意味する。また、分散剤を利用しない分散方式、すなわち自己分散顔料であれば、アニオン性基を有する顔料であることを意味する。
インクは、樹脂粒子を含有する。樹脂粒子を形成する樹脂としては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂などを挙げることができる。なかでも、アクリル系樹脂やウレタン樹脂が好ましく、アクリル系樹脂が特に好ましい。
インクは水溶性有機溶剤を含有する。この水溶性有機溶剤は、25℃における比誘電率が34.0以下の第1水溶性有機溶剤を含む。
εsol=2ε50%−εwater ・・・(A)
εsol:25℃で固体の水溶性有機溶剤の比誘電率
ε50%:25℃で固体の水溶性有機溶剤の50質量%水溶液の比誘電率εwater:水の比誘電率
カルシウムイオンは、顔料、樹脂、水溶性有機溶剤などのインク構成材料からの混入、インクが接触する部材からの溶出、など要因でインク中に存在しうる。インク循環を行う場合、インクに混入したカルシウムイオンが濃縮されやすく、インクに影響を及ぼしやすい。このような状況下であっても、インク中のカルシウムイオンの含有量(ppm)が120ppm以下であれば、長期間にわたって画像を記録した後にも、脱気効率の低下をより有効に抑制することができる。含有量が120ppm超であると、脱気により水が蒸発した際に、気液界面の近傍で顔料の分散状態が不安定となりやすく、インクが増粘したり、凝集物が生じたりして、脱気効率の低下を十分に抑制できない場合がある。カルシウムイオンの含有量は、循環を行う前のインクについての含有量であり、ICP発光分光分析法などにより測定することができる。
インクは、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を含有する水性インクである。水としては、脱イオン水やイオン交換水を用いることが好ましい。水性インク中の水の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、50.00質量%以上95.00質量%以下であることが好ましい。
インクには、上記成分以外にも必要に応じて、消泡剤、界面活性剤、pH調整剤、粘度調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤など種々の添加剤を含有してもよい。
本発明で用いるインクは、インクジェット記録用の水性インクである。したがって、その物性が適切に制御されていることが好ましい。具体的には、25℃におけるインクの表面張力は、20mN/m以上60mN/m以下であることが好ましい。25℃におけるインクの粘度は、1.0mPa・s以上8.0mPa・s以下であることが好ましい。25℃におけるインクのpHは、7.0以上9.5以下であることが好ましい。
(顔料分散液1)
撹拌装置、窒素導入管、還流冷却装置、及び温度計を備えた四つ口フラスコに、エチレングリコールモノブチルエーテル100.0部を入れた。80.0部のスチレン、及び20.0部のアクリル酸を混合し、モノマーの混合物を得た。上記のフラスコ内を窒素置換し、110℃に昇温した後、撹拌下で、モノマーの混合物、及び1.3部のt−ブチルパーオキサイド(重合開始剤)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、エージングを2時間行い、エチレングリコールモノブチルエーテルを減圧下で除去した。このようにして、アニオン性基を有し、酸価が160mgKOH/gであり、重量平均分子量が10,000である、水溶性の樹脂1を得た。樹脂1 20.0部に、酸価と等モル量の水酸化カリウムを含む純水80.0部を加えて溶解させ、樹脂(固形分)の含有量が20.0%である樹脂1の水溶液を得た。
顔料をC.I.ピグメントブルー15:3に変更したこと以外は、前述の顔料分散液1と同様の手順で、顔料の含有量が15.0%、樹脂分散剤の含有量が7.5%の顔料分散液2を調製した。
顔料をC.I.ピグメントレッド122に変更したこと以外は、前述の顔料分散液1と同様の手順で、顔料の含有量が15.0%、樹脂分散剤の含有量が7.5%の顔料分散液3を調製した。
顔料をC.I.ピグメントイエロー74に変更したこと以外は、前述の顔料分散液1と同様の手順で、顔料の含有量が15.0%、樹脂分散剤の含有量が7.5%の顔料分散液4を調製した。
水5.5gに濃塩酸5.0gを溶かした溶液を5℃に冷却した状態とし、4−アミノフタル酸0.91gを加えた。この溶液の入った容器をアイスバスに入れ、撹拌して溶液の温度を10℃以下に保持しながら、5℃のイオン交換水9.0gに亜硝酸ナトリウム1.8gを溶かして得た溶液を加えた。15分間撹拌後、カーボンブラック(比表面積220m2/g、DBP吸油量105mL/100g)6.0gを撹拌下で加え、さらに15分間撹拌してスラリーを得た。得られたスラリーをろ紙(商品名「標準用濾紙No.2」、アドバンテック製)でろ過し、粒子を十分に水洗し、110℃のオーブンで乾燥させた。その後、イオン交換法によりナトリウムイオンをカリウムイオンに置換して、顔料の粒子表面に−C6H3−(COOK)2基が結合した自己分散顔料を得た。適量の水を添加して顔料の含有量を調整し、顔料の含有量が15.0%である顔料分散液5を得た。
撹拌装置、窒素導入管、還流冷却装置、及び温度計を備えた四つ口フラスコに、エチレングリコールモノブチルエーテル100.0部を入れた。80.0部のスチレン、及び20.0部のポリエチレングリコール(20.0モル付加)アクリレートを混合し、モノマーの混合物を得た。上記のフラスコ内を窒素置換し、110℃に昇温した後、撹拌下で、モノマーの混合物、及び1.3部のt−ブチルパーオキサイド(重合開始剤)を3時間かけてフラスコ内に滴下した。その後、エージングを2時間行い、エチレングリコールモノブチルエーテルを減圧下で除去した。このようにして、アニオン性基を有さず、重量平均分子量が10,000である、水溶性の樹脂2を得た。樹脂2 20.0部に、純水80.0部を加え、80℃で溶解させて、樹脂(固形分)の含有量が20.0%である樹脂2の水溶液を得た。
(樹脂粒子1〜6)
撹拌機、還流冷却装置、及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、表1に示す使用量の過硫酸カリウム及びイオン交換水を入れ、窒素ガスを導入した。また、表1に示す種類及び使用量のモノマー類を混合し、混合物を得た。略称で示したモノマー類は、それぞれ以下のものである。BMA:メタクリル酸n−ブチル、MAA:メタクリル酸、EGdMA:エチレングリコールジメタクリレート、アクアロンKH−05(商品名、第一工業製薬製):反応性界面活性剤。得られた混合物を、四つ口フラスコに撹拌下で1時間かけて滴下した後、温度80℃で2時間反応させた。その後、内容物を室温まで冷却し、水酸化カリウム、及び適量のイオン交換水を添加して、液体のpHを8.5に調整した。このようにして、樹脂粒子の含有量が15.0%である水分散液を得た。表1には樹脂粒子の特性も示した。
表2及び3の上段に示す各成分(単位:%)を混合し、十分撹拌した後、ポアサイズ3.0μmのセルロースアセテートフィルター(アドバンテック製)にて加圧ろ過して、各インクを調製した。樹脂1の水溶液は、顔料分散液1の調製の際に用いたものである。イオン交換水の使用量は、表2及び3の下段に示すカルシウムイオンの含有量とするための塩化カルシウムを含む値である。ポリエチレングリコールに付した数値は、数平均分子量である。「アセチレノールE100」は川研ファインケミカル製の界面活性剤の商品名である。表2及び3の下段には、カルシウムイオンの含有量(ppm)、顔料の含有量P(%)、樹脂粒子の含有量E(%)、比誘電率が40.0以下の第1水溶性有機溶剤(「第1溶剤」と表記)の含有量S(%)、E/Pの値(倍)、及びS/Pの値(倍)を示した。インク中のカルシウムイオンの含有量は、ICP発光分光分析装置(商品名「SPS5100」、SIIナノテクノロジー製)を用いて測定した。
図1に示す主要部を有するインクジェット記録装置のインク収容部(メインタンク及びサブタンク)に各インクを充填し、以下に示す各評価を行った。記録ヘッドとしては、ノズル数1024個、ノズル列1列当たりのノズル密度600dpi、1ノズル当たりのインク吐出量5ngの記録素子基板を千鳥状に配置した、ライン型の記録ヘッドを使用した。さらに、記録ヘッド内のインクの温度が40℃となるように加温して、下記の各項目の評価を行った。本発明においては、下記の各項目の評価基準で、「A」、及び「B」を許容できるレベル、「C」、及び「D」を許容できないレベルとした。評価条件、及び評価結果を表4に示す。
(1)循環あり+脱気あり:循環ポンプを利用して、5mL/分の速度(流量)でインク循環系内のインクを循環させながら、5時間に1回、脱気ポンプを利用してサブタンク内を−60kPaに減圧する脱気操作を30分間行った。画像を記録する間も継続してインクを循環させた。
(2)循環なし+脱気あり:インクを循環させないこと以外は上記(1)と同様にして、5時間に1回、脱気ポンプを利用してサブタンク内を−60kPaに減圧する脱気操作を30分間行った。
(3)循環あり+脱気なし:脱気を行わないこと以外は上記(1)と同様にして、循環ポンプを利用して、5mL/分の速度(流量)でインク循環系内のインクを循環させた。画像を記録する間も継続してインクを循環させた。
以下の脱気効率の評価は、温度25℃、相対湿度50%の環境で行った。(1)〜(3)の循環及び脱気は、記録ヘッドをキャッピングした状態で実施した。上記のインクジェット記録装置を使用し、(1)〜(3)のいずれかの工程を行った。次いで、1/600インチ×1/600インチの単位領域にインク滴を3滴付与する条件で、15インチ/秒の速度で記録媒体を搬送して、A4サイズの記録媒体の全面にベタ画像を10枚分記録した。記録媒体としては、普通紙(商品名「高品位専用紙HR−101S」、キヤノン製)を使用した。
A:ベタ画像に乱れがなく、気泡による不吐出は生じていなかった。
B:気泡による不吐出が生じた吐出口の数が1〜9個であった。
C:気泡による不吐出が生じた吐出口の数が10〜99個であった。
D:気泡による不吐出が生じた吐出口の数が100個以上であった。
以下の吐出回復性の評価は、温度30℃、相対湿度10%の環境で行った。(1)〜(3)の循環及び脱気は、記録ヘッドをキャッピングしない状態で実施した。上記のインクジェット記録装置を使用し、(1)〜(3)のいずれかの工程を70回(およそ350時間の循環)繰り返した。その後、インクジェット記録装置を温度25℃、相対湿度50%の環境に6時間載置して、常温に戻した後、インク循環系内のインクを排出するため、吸引回復動作を2回行った。次いで、1/600インチ×1/600インチの単位領域にインク滴を3滴付与する条件で、15インチ/秒の速度で記録媒体を搬送して、A4サイズの記録媒体の全面にベタ画像を1枚分記録した。記録媒体としては、普通紙(商品名「高品位専用紙HR−101S」、キヤノン製)を使用した。得られたベタ画像を目視で確認し、以下に示す評価基準にしたがって吐出回復性を評価した。
A:不吐出がなかった。
C:少なくとも一部の吐出口において不吐出があった。
Claims (9)
- インクを収容するインク収容部と、前記インクを吐出する記録ヘッドと、前記インク収容部から前記記録ヘッドまでのインク循環系内でインクを循環させる手段と、前記インク循環系内で循環している前記インクを脱気する手段と、を備えたインクジェット記録装置を利用して、前記記録ヘッドから前記インクを吐出して記録媒体に画像をインクジェット記録方法であって、
前記インクが、アニオン性基の作用により分散されている顔料、樹脂粒子、及び水溶性有機溶剤を含有する水性インクであり、
前記水溶性有機溶剤が、比誘電率が34.0以下の第1水溶性有機溶剤を含むことを特徴とするインクジェット記録方法。 - 前記インク中の、前記樹脂粒子の含有量(質量%)が、前記顔料の含有量(質量%)に対する質量比率で、0.10倍以上である請求項1に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インク中の、前記第1水溶性有機溶剤(質量%)の含有量(質量%)が、前記顔料の含有量(質量%)に対する質量比率で、0.10倍以上である請求項1又は2に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第1水溶性有機溶剤が、比誘電率が27.0以下の水溶性有機溶剤を含む請求項1乃至3のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記樹脂粒子の表面電荷量(μmol/g)が、160μmol/g以下である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記樹脂粒子が、架橋された樹脂粒子である請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インク中のカルシウムイオンの含有量(ppm)が、120ppm以下である請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記記録ヘッドが、ライン型の記録ヘッドである請求項1乃至7のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- インクを収容するインク収容部と、前記インクを吐出する記録ヘッドと、前記インク収容部から前記記録ヘッドまでのインク循環系内でインクを循環させる手段と、前記インク循環系内で循環している前記インクを脱気する手段と、を備えたインクジェット記録装置であって、
前記インクが、アニオン性基の作用により分散されている顔料、樹脂粒子、及び水溶性有機溶剤を含有する水性インクであり、
前記水溶性有機溶剤が、比誘電率が34.0以下の第1水溶性有機溶剤を含むことを特徴とするインクジェット記録装置。
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