JP2020059276A - 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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Abstract
Description
図2は、本発明のインクジェット記録装置を構成する記録ヘッド及びクリーニング手段の一例を示す模式図である。本発明のインクジェット記録方法は、図2に示すような、記録ヘッド20と、クリーニング手段23と、を備えたインクジェット記録装置を使用して記録媒体に画像を記録する方法である。記録ヘッド20には、水性インクを吐出する複数の吐出口が所定の方向に配列されて構成された吐出口列を有する記録素子基板24が配置されている。クリーニング手段23は、記録素子基板24の吐出口面をワイピングする手段であり、第1ワイパ21及び第2ワイパ22を含む。
(i)第1ワイパで、第1吐出口列の配列方向と交差する方向に、第1吐出口列及び第2吐出口列の順に一度の動作でワイピングする。
(ii)第2ワイパで、第1ワイパのワイピング方向とは異なり、かつ、第1吐出口列の配列方向に対して0°以上180°以下となる方向に、吐出口面をワイピングする。
記録ヘッドには、インクを吐出する複数の吐出口が所定の方向に配列されて構成された吐出口列を有する記録素子基板が配置されている。一の記録ヘッドに配置される記録素子基板の数は特に限定されない。なかでも、記録素子基板が複数配置されたラインヘッドを用いることが好ましい。複数の記録素子基板は、例えば、インライン状又は千鳥状に配列される。
図5に示すように、第1吐出口列51の配列方向と、第1ワイパのワイピング方向55とのなす角度D1が90°±20°以内となるように、第1ワイパ21でワイピングすることが好ましい。このように第1ワイパでワイピングすることで、間欠吐出安定性をさらに向上させることができる。上記の角度D1が90°±20°の範囲外であると、第1吐出口列の配列方向に対して、第1ワイパがより斜めに交差することになる。このため、第1吐出口列を構成する複数の吐出口のなかで、第1ワイパと最初に接触する吐出口と、最後に接触する吐出口との間に生ずる時間差が大きくなり、第1吐出口列の周囲に付着した不要なインクの粘度が、液体成分の蒸発に伴い上昇しやすい。そして、粘度が上昇した不要なインクが第2吐出口列の吐出口に入り込むこととなり、間欠吐出安定性の向上効果がやや低下する場合がある。
図1は、本発明のインクジェット記録装置の一実施形態を示す断面図である。図1中、xは水平方向、yは記録ヘッド8の吐出口の配列方向(奥行方向)、及びzは鉛直方向をそれぞれ示す。図1に示す実施形態のインクジェット記録装置1は、記録動作も読取動作も行っていない、いわゆる待機状態にある。
本発明のインクジェット記録方法で用いるインクは、色材を含有するインクジェット用の水性インクである。以下、インクに用いる各成分などについて詳細に説明する。第1インク及び第2インクは、相互に反応するインクである必要はない。第1インク及び第2インクを区別する必要がない場合、これらをまとめて、単に「インク」とも記す。
インクに含有させる色材としては、顔料や染料を用いることができる。インク中の色材の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.5質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下であることがさらに好ましい。
インクには、樹脂を含有させることができる。インク中の樹脂の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上20.0質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上15.0質量%以下であることがさらに好ましい。
[測定条件]
SetZero:30秒
測定回数:3回
測定時間:180秒
本発明のインクジェット記録方法で用いるインクは、水性媒体として少なくとも水を含有する水性のインクである。インクには、水、又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させることができる。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、50.0質量%以上95.0質量%以下であることが好ましい。また、水性インク中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、3.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましい。水溶性有機溶剤としては、アルコール類、(ポリ)アルキレングリコール類、グリコールエーテル類、含窒素化合物類、含硫黄化合物類などのインクジェット用のインクに使用可能なものをいずれも用いることができる。
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させてもよい。
本発明のインクジェット記録方法では、第1吐出口列から吐出する第1インクの粘度η1と、第2吐出口列から吐出する第2インクの粘度η2とは、η1<η2の関係を満たす。また、第2インクの粘度η2の値に比して、第1インクの粘度η1の値がより小さいと、第2吐出口列の吐出口のインク流路内のインクの粘度を下げやすくなるので、間欠吐出安定性をより向上させることができる。具体的には、第1インクの粘度η1の、第2インクの粘度η2に対する比率(η1/η2)は、0.86以下であることが好ましい。前記比率は、0.60以上であることが好ましく、0.70以上であることがさらに好ましい。
(自己分散顔料のアニオン性基の量)
流動電位滴定ユニット(PCD−500)を搭載した電位差自動滴定装置を使用し、5mmol/Lのメチルグリコールキトサンを滴定試薬として用いた電位差滴定により、顔料分散液中の自己分散顔料のアニオン性基の量を測定した。電位差自動滴定装置としては、商品名「AT−510」(京都電子工業製)を使用した。
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、この状態で表1に示す使用量の4−アミノフタル酸を加えた。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、カーボンブラックの粒子表面に−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1〜5を得た。得られた顔料分散液1〜5中の自己分散顔料のアニオン性基の量を表1に示す。
カーボンブラック(比表面積220m2/g、DBP吸油量105mL/100g)をイオン交換水に予備分散させた後、8時間オゾン処理を行った。その後、水酸化カリウムを添加して混合物のpHを7程度に調整しながら、液−液衝突型の分散機を用いて混合物を3時間循環させた後、限外ろ過により精製した。次いで、水酸化カリウム水溶液でpHを10.0に調整し、カーボンブラックの粒子表面に−COOK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6を得た。得られた顔料分散液6中の自己分散顔料のアニオン性基の量は、0.40mmol/gであった。
酸価160mgKOH/g、重量平均分子量10,000のスチレン−アクリル酸共重合体を10%水酸化カリウム水溶液で中和した。カーボンブラック(比表面積220m2/g、DBP吸油量105mL/100g)10.0部、中和したスチレン−アクリル酸共重合体(固形分)3.0部、及びイオン交換水85.0部を混合して混合物を得た。サンドグラインダーを使用して得られた混合物を1時間分散した後、遠心分離処理して粗大粒子を除去した。さらに、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フイルム製)で加圧ろ過して、カーボンブラックが樹脂によって水中に分散された状態の顔料分散液7を得た。顔料分散液7中の顔料の含有量は15.0%、樹脂分散剤の含有量は4.5%であった。
顔料をピグメントブルー15:3に変更したこと以外は、前述の顔料分散液7と同様の手順で顔料分散液8を得た。顔料分散液8中の顔料の含有量は15.0%、樹脂分散剤の含有量は4.5%であった。
顔料をピグメントレッド122に変更したこと以外は、前述の顔料分散液7と同様の手順で顔料分散液9を得た。顔料分散液9中の顔料の含有量は15.0%、樹脂分散剤の含有量は4.5%であった。
顔料を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8と同様の手順で顔料分散液10を得た。顔料分散液10中の顔料の含有量は15.0%、樹脂分散剤の含有量は4.5%であった。
染料1(C.I.ダイレクトブラック195)及び染料2(C.I.ダイレクトイエロー132)をそれぞれ含有する染料水溶液1及び2を得た。得られた染料水溶液1及び2中の染料の含有量は、それぞれ10.0%であった。
(ウレタン樹脂1)
撹拌機、温度計、窒素ガス導入管、及び還流管を備えた4つ口フラスコを用意した。このフラスコに、イソホロンジイソシアネート32.0部、ヘキサメチレンジイソシアネート24.2部、数平均分子量2,000のポリプロピレングリコール111.2部、ジメチロールプロピオン酸28.7部、及びメチルエチルケトン300.0部を入れた。窒素ガス雰囲気下、80℃で6時間反応させた後、トリメチロールプロパン3.8部を添加して、イソシアネート基の存在が確認されなくなるまで80℃で反応させた。イソシアネート基の存在は、フーリエ変換型赤外分光光度計(FT−IR)を使用して分析することで確認した。40℃まで冷却した後、イオン交換水を添加して、ホモミキサーで高速撹拌しながら水酸化カリウム水溶液を添加した。加熱減圧下でメチルエチルケトンを留去し、樹脂の含有量が20.0%であるウレタン樹脂1を含む液体を得た。ウレタン樹脂1の酸価は60mgKOH/g、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した重量平均分子量は35,000であった。
スチレン81.0部、及びアクリル酸19.0部を常法により共重合させて、アクリル樹脂1を合成した。アクリル樹脂1の酸価と等モル量の水酸化カリウムでカルボン酸基を中和し、適量の純水を添加して、樹脂の含有量が20.00%であるアクリル樹脂1を含む液体を得た。アクリル樹脂1の酸価は148mgKOH/g、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した重量平均分子量は10,000であった。
表2−1及び2−2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。表2−1及び2−2中、「アセチレノールE60」は、川研ファインケミカル製のノニオン性界面活性剤の商品名である。表2−1及び2−2の下段に25℃におけるインクの粘度η(mPa・s)を示す。インクの粘度η(mPa・s)は、粘度計(商品名「RE80型粘度計」、東機産業製)を使用して測定した。
熱エネルギーを付与してインクを吐出させる方式の記録ヘッドA及びBを用意した。これらの記録ヘッドを構成する記録素子基板は、600dpiの配列密度で512個の吐出口が配列されて構成された吐出口列が2列分(第1吐出口列、第2吐出口列)配置されたものである。1つの吐出口から吐出されるインク滴の質量は4ngである。第1ワイパによるワイピングの上流側を第1吐出口列、下流側を第2吐出口列とする。
記録ヘッドAは、図6に示すように、記録素子基板H1000が配置されたシリアルヘッド60である。この記録素子基板H1000には2色のインクをそれぞれ吐出する第1吐出口列61及び第2吐出口列62が形成されている。
記録ヘッドBは、図7に示すように、隣接する記録素子基板H2000の端部同士が吐出口の配列方向において重複してつなぎ部を構成するように、複数の記録素子基板H2000がインライン状に配列されたラインヘッド70である。この記録素子基板H2000には2色のインクをそれぞれ吐出する第1吐出口列71及び第2吐出口列72が形成されている。
クリーニング条件(条件A〜M)を表3に示す。第1ワイパ及び第2ワイパとしては、いずれもウレタン樹脂製のブレード状のワイパを用いた。
(インクジェット記録装置)
表4に示す評価条件に沿って用意したインクジェット記録装置を使用した。調製した各インクをそれぞれインク収容部に充填した後、ポンプを使用して記録ヘッドに送液した。1/600インチ×1/600インチの単位領域にインク滴を4滴付与する条件で記録した画像の記録デューティを100%と定義する。
用意した上記のインクジェット記録装置を使用し、記録デューティ100%のベタ画像を記録した。記録ヘッドAを用いた場合は、18cm×2cmのベタ画像を記録した。記録ヘッドBを用いた場合は、記録ヘッド(ラインヘッド)の長手方向18cm×紙送り方向2cmのベタ画像を記録した。画像を1枚記録するごとに1回クリーニングする条件で、50枚の画像を記録した。すなわち、50回クリーニングした。記録媒体としては、光沢紙(商品名「光沢ゴールド GL−101」、キヤノン製)を用いた。記録条件は、温度15℃、相対湿度10%とした。50枚の画像を記録(50回クリーニング)した後、記録ヘッドの吐出口を覆うキャップを外した状態で20秒放置した。その後、クリーニングしないまま、5ポイント、8ポイント、及び10ポイントの文字を記録した。記録した文字を目視で確認し、以下に示す評価基準にしたがって間欠吐出安定性を評価した。文字が小さいほどかすれにより判読が難しくなる。以下に示す評価基準で、「AA」、「A」、及び「B」を許容できるレベル、「C」、「D」、及び「E」を許与できないレベルとした。評価結果を表4に示す。
AA:いずれの文字にもかすれがなかった。
A:いずれの文字にも軽微なかすれがあったが、5ポイントの文字を判読できた。
B:いずれの文字にも軽微なかすれがあり、5ポイントの文字は判読できなかったが、8ポイントの文字と10ポイントの文字は判読できた。
C:いずれの文字にも多くのかすれがあり、8ポイントの文字も判読しにくかった。
D:いずれの文字にも多くのかすれがあり、10ポイントの文字も判読しにくかった。
E:いずれの文字にも多くのかすれがあり、10ポイントの文字も判読できなかった。
用意した上記のインクジェット記録装置を使用し、記録デューティ100%のベタ画像を記録した。記録ヘッドAを用いた場合は、18cm×2cmのベタ画像と、各吐出口からの吐出状態を確認するためのパターン(ノズルチェックパターン)を記録した。記録ヘッドBを用いた場合は、記録ヘッド(ラインヘッド)の長手方向18cm×紙送り方向2cmのベタ画像と、各吐出口からの吐出状態を確認するためのパターン(ノズルチェックパターン)を記録した。画像を1枚記録するごとに1回クリーニングする条件で、5,000枚の画像を記録した。すなわち、5,000回クリーニングした。記録媒体としては、光沢紙(商品名「光沢ゴールド GL−101」、キヤノン製)を用いた。記録条件は、温度15℃、相対湿度10%とした。
AA:すべての吐出口から正常にインクが吐出されていた。
A:0%を超えて5%未満の吐出口でよれが生じていた。
B:5%以上10%未満の吐出口でよれが生じていた。
C:10%以上15%未満の吐出口でよれが生じていた。
D:15%以上の吐出口でよれが生じていた。
2:記録部
5A:第1カセット
5B:第2カセット
7:搬送ローラ
8:記録ヘッド
13:排出トレイ
18:ガイド
20:記録ヘッド
21:第1ワイパ
22:第2ワイパ
23:クリーニング手段
25:第1吐出口列
26:第2吐出口列
29:第1吐出口列の配列方向
Claims (13)
- 水性インクを吐出する複数の吐出口が所定の方向に配列されて構成された吐出口列を有する記録素子基板が配置された記録ヘッドと、前記記録素子基板の前記吐出口列が形成された面をワイピングするクリーニング手段と、を備えたインクジェット記録装置を使用して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方法であって、
前記吐出口列は、第1インクを吐出する第1吐出口列及び第2インクを吐出する第2吐出口列を含むとともに、前記第1インクの粘度η1と、前記第2インクの粘度η2とが、η1<η2の関係を満たし、
前記クリーニング手段は、第1ワイパ及び第2ワイパを含み、
前記第1ワイパで、前記第1吐出口列の配列方向と交差する方向に、前記第1吐出口列及び前記第2吐出口列の順に一度の動作で前記吐出口列が形成された面をワイピングするとともに、前記第2ワイパで、前記第1ワイパのワイピング方向とは異なり、かつ、前記第1吐出口列の配列方向に対して0°以上180°以下となる方向に、前記吐出口列が形成された面をワイピングする工程と、を有することを特徴とするインクジェット記録方法。 - 前記水性インクが、顔料を含有する請求項1に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第2インクが、その粒子表面に直接又は他の原子団を介してアニオン性基が結合した自己分散顔料を含有する請求項1又は2に記載のインクジェット記録方法。
- 前記自己分散顔料の前記アニオン性基の量が、0.18mmol/g以上1.10mmol/g以下である請求項3に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第1インクが、樹脂分散剤により分散された樹脂分散顔料を含有する請求項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。
- 前記第1インクの粘度η1の、前記第2インクの粘度η2に対する比率(η1/η2)が、0.86以下である請求項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。
- 前記水性インクの粘度が、3.0mPa・s以上12.0mPa・s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。
- 前記水性インクの粘度が、4.0mPa・s以上10.0mPa・s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。
- 前記第1吐出口列の配列方向と、前記第1ワイパのワイピング方向とのなす角度が、90°±20°以内である請求項1乃至8のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第1ワイパのワイピング方向と、前記第2ワイパのワイピング方向とのなす角度が、90°±20°以内である請求項1乃至9のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第1ワイパ及び前記第2ワイパの順でワイピングする請求項1乃至10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、前記記録素子基板が複数配置されたラインヘッドである請求項1乃至11のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 請求項1乃至12のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法に用いるインクジェット記録装置であって、
水性インクを吐出する複数の吐出口が所定の方向に配列されて構成された吐出口列を有する記録素子基板が配置された記録ヘッドと、前記記録素子基板の前記吐出口列が形成された面をワイピングするクリーニング手段と、を備え、
前記吐出口列は、第1インクを吐出する第1吐出口列と、前記第1インクと異なる第2インクを吐出する第2吐出口列とを含むとともに、前記第1インクの粘度η1と、前記第2インクの粘度η2とが、η1<η2の関係を満たし、前記クリーニング手段が、前記吐出口の配列方向と交差する方向に、前記第1吐出口列及び前記第2吐出口列の順に一度の動作で前記吐出口列が形成された面をワイピングする第1ワイパと、前記第1ワイパのワイピング方向と異なる方向であるとともに、前記第1吐出口列の配列方向に対して0°以上180°以下となる方向に、前記吐出口列が形成された面をワイピングする第2ワイパと、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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