JP2020192707A - インク吐出装置、及びインク - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態のインク吐出装置は、インク、及びインク等の液体が充填された場合にそれらを記録媒体等に吐出する液体吐出装置などを有する。
インクは、顔料を含む。また、顔料は、C.I.ピグメントバイオレット19及びC.I.ピグメントレッド202の固溶体を含む。
液体吐出装置は、インク等の液体を吐出する吐出ヘッドと、吐出ヘッドにインク等の液体を供給する供給流路と、を有する。また、供給流路は、インク等の液体を撹拌する撹拌手段を有する。なお、本願では、液体吐出装置にインクが充填されたもの又はインクが充填される可能性があるものをインク吐出装置と称する。
インクは、顔料、を含有し、必要に応じて、有機溶剤、水、樹脂、界面活性剤等のその他の成分を含有することが好ましい。顔料としては、C.I.ピグメントバイオレット19及びC.I.ピグメントレッド202の固溶体を含有し、必要に応じて、他の種類の顔料を更に含有してもよい。なお、インクはマゼンタインクであることが好ましい。
顔料は、C.I.ピグメントバイオレット19(以下、PV19とも称する)とC.I.ピグメントレッド202(以下、PR202とも称する)との固溶体を含み、必要に応じて、他の種類の顔料を更に含有してもよい。なお、固溶体とは、複数の顔料分子の混晶(混合状態で結晶化した状態)体のことである。PV19とPR202との固溶体を含むインクを用いることで、画像の色再現性を高めることができる。また、インク中にPV19とPR202との固溶体を含むことを証明する方法としては、特に限定されないが、例えば、インクを乾燥させたサンプルに対してX線回析を用い、固溶体に由来する回析パターンを得る方法などが挙げられる。これにより、インク中にPV19とPR202との固溶体が含有されている場合と、PV19とPR202との固溶体が含有されていない場合を区別可能である。
まず、濃硫酸等の固溶体を溶解可能な溶媒を用い、メスフラスコ中でインクを希釈する。次に、希釈溶液のUV−Vis吸収スペクトルを測定することで、PV19とPR202それぞれの単一顔料における吸収スペクトルを重ね合わせた吸収スペクトルを得る。その後、濃度既知のPV19とPR202の濃硫酸溶液をそれぞれ調製し、これらの吸収スペクトルから、各顔料濃度における吸光度を把握可能な検量線を作成する。ここで、検量線は、PV19とPR202それぞれの極大吸収波長における検量線を作成する。得られた検量線を用いて、インクの吸収スペクトルから各顔料の含有量を計算する。各顔料の含有量の比が、インク中の固溶体の質量比である。
インクを純水で適宜希釈した後、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いてその希釈液を観察し、顔料粒子を形成する最小単位の粒子径を100点以上測定する。各測定は、ひとつの顔料の短軸径Aおよび長軸径Bをそれぞれ測定し、(A+B)/2を粒子径とする。こうして得られた100点以上の粒子径の平均値を一次粒子径とする。
また、インク中のPV19とPR202の固溶体の含有量は、画像濃度の向上、良好な定着性や吐出安定性の点から、0.1質量%以上15質量%以下が好ましく、より好ましくは1質量%以上10質量%以下である。
顔料に親水性官能基を導入して自己分散性顔料とする方法としては、例えば、顔料(例えばカーボン)にスルホン基やカルボキシル基等の官能基を付加することで、水中に分散可能とする方法が挙げられる。
顔料の表面を樹脂で被覆して分散させる方法としては、顔料をマイクロカプセルに包含させ、水中に分散可能とする方法が挙げられる。これは、樹脂被覆顔料と言い換えることができる。この場合、インクに配合される顔料はすべて樹脂に被覆されている必要はなく、被覆されない顔料や、部分的に被覆された顔料がインク中に分散していてもよい。
分散剤を用いて分散させる方法としては、界面活性剤に代表される、公知の低分子型の分散剤、高分子型の分散剤を用いて分散する方法が挙げられる。
分散剤としては、顔料に応じて例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン界面活性剤等を使用することが可能である。
分散剤として、竹本油脂社製RT−100(ノニオン系界面活性剤)や、ナフタレンスルホン酸Naホルマリン縮合物も、分散剤として好適に使用できる。
分散剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
顔料に、水や有機溶剤などの材料を混合してインクを得ることが可能である。また、顔料と、その他水や分散剤などを混合して顔料分散体としたものに、水や有機溶剤などの材料を混合してインクを製造することも可能である。
顔料分散体は、水、顔料、顔料分散剤、必要に応じてその他の成分を混合、分散し、粒径を調整して得られる。分散は分散機を用いると良い。
顔料分散体における顔料の粒径については特に制限はないが、顔料の分散安定性が良好となり、吐出安定性、画像濃度などの画像品質も高くなる点から、最大個数換算で最大頻度が20nm以上500nm以下であることが好ましく、20nm以上150nm以下がより好ましい。顔料の粒径は、粒度分析装置(ナノトラック Wave−UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
顔料分散体における顔料の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、良好な吐出安定性が得られ、また、画像濃度を高める点から、0.1質量%以上50質量%以下が好ましく、0.1質量%以上30質量%以下がより好ましい。
顔料分散体に対し、必要に応じて、フィルター、遠心分離装置などで粗大粒子をろ過し、脱気することが好ましい。
有機溶剤としては特に制限されず、水溶性有機溶剤を用いることができる。例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類や多価アルコールアリールエーテル類などのエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物類が挙げられる。
グリコールエーテル化合物の具体例としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、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、テトラエチ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等の多価アルコールアルキルエーテル類;エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類などが挙げられる。
炭素数8以上のポリオール化合物、及びグリコールエーテル化合物は、記録媒体として紙を用いた場合に、インクの浸透性を向上させることができる。
インクにおける水の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宣選択することができるが、インクの乾燥性及び吐出信頼性の点から、インク全量に対して、10質量%以上90質量%以下が好ましく、20質量%以上60質量%以下がより好ましい。
インク中に含有する樹脂の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリルスチレン系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂などが挙げられる。
これらの樹脂からなる樹脂粒子を用いても良い。樹脂粒子を、水を分散媒として分散した樹脂エマルションの状態で、色材や有機溶剤などの材料と混合してインクを得ることが可能である。樹脂粒子としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。また、これらは、1種を単独で用いても、2種類以上の樹脂粒子を組み合わせて用いてもよい。
体積平均粒径は、例えば、粒度分析装置(ナノトラック Wave−UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤のいずれも使用可能である。
シリコーン系界面活性剤には特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。中でも高pHでも分解しないものが好ましい。シリコーン系界面活性剤としては、例えば、側鎖変性ポリジメチルシロキサン、両末端変性ポリジメチルシロキサン、片末端変性ポリジメチルシロキサン、側鎖両末端変性ポリジメチルシロキサン等が挙げられる。変性基としてポリオキシエチレン基、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン基を有するものが、水系界面活性剤として良好な性質を示すので特に好ましい。また、シリコーン系界面活性剤として、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を用いることもでき、例えば、ポリアルキレンオキシド構造をジメチルシロキサンのSi部側鎖に導入した化合物等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸化合物、パーフルオロアルキルカルボン酸化合物、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物が、起泡性が小さいので特に好ましい。パーフルオロアルキルスルホン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸塩等が挙げられる。パーフルオロアルキルカルボン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸塩等が挙げられる。パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物としては、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの硫酸エステル塩、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの塩等が挙げられる。これらフッ素系界面活性剤における塩の対イオンとしては、Li、Na、K、NH4、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2、NH(CH2CH2OH)3等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えばラウリルアミノプロピオン酸塩、ラウリルジメチルベタイン、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタインなどが挙げられる。
ノニオン系界面活性剤としては、例えば、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ン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンプロピレンブロックポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、アセチレンアルコールのエチレンオキサイド付加物などが挙げられる。
アニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩、などが挙げられる。
これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
このような界面活性剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、ビックケミー株式会社、信越化学工業株式会社、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、日本エマルジョン株式会社、共栄社化学などから入手できる。
上記のポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、一般式(S−1)式で表わされる、ポリアルキレンオキシド構造をジメチルポリシロキサンのSi部側鎖に導入したものなどが挙げられる。
(但し、一般式(S−1)式中、m、n、a、及びbは、それぞれ独立に、整数を表わし、Rは、アルキレン基を表し、R’は、アルキル基を表す。)
上記のポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては、市販品を用いることができ、例えば、KF−618、KF−642、KF−643(信越化学工業株式会社)、EMALEX−SS−5602、SS−1906EX(日本エマルジョン株式会社)、FZ−2105、FZ−2118、FZ−2154、FZ−2161、FZ−2162、FZ−2163、FZ−2164(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社)、BYK−33、BYK−387(ビックケミー株式会社)、TSF4440、TSF4452、TSF4453(東芝シリコン株式会社)などが挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物などが挙げられる。 これらの中でも、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物は起泡性が少ないため好ましく、特に一般式(F−1)及び一般式(F−2)で表わされるフッ素系界面活性剤が好ましい。
上記一般式(F−1)で表される化合物において、水溶性を付与するためにmは0〜10の整数が好ましく、nは0〜40の整数が好ましい。
上記一般式(F−2)で表される化合物において、YはH、又はCmF2m+1でmは1〜6の整数、又はCH2CH(OH)CH2−CmF2m+1でmは4〜6の整数、又はCpH2p+1でpは1〜19の整数である。nは1〜6の整数である。aは4〜14の整数である。
上記のフッ素系界面活性剤としては市販品を使用してもよい。この市販品としては、例えば、サーフロンS−111、S−112、S−113、S−121、S−131、S−132、S−141、S−145(いずれも、旭硝子株式会社製);フルラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129、FC−135、FC−170C、FC−430、FC−431(いずれも、住友スリーエム株式会社製);メガファックF−470、F−1405、F−474(いずれも、大日本インキ化学工業株式会社製);ゾニール(Zonyl)TBS、FSP、FSA、FSN−100、FSN、FSO−100、FSO、FS−300、UR、キャプストーンFS−30、FS−31、FS−3100、FS−34、FS−35(いずれも、Chemours社製);FT−110、FT−250、FT−251、FT−400S、FT−150、FT−400SW(いずれも、株式会社ネオス社製)、ポリフォックスPF−136A,PF−156A、PF−151N、PF−154、PF−159(オムノバ社製)、ユニダインDSN−403N(ダイキン工業株式会社製)などが挙げられ、これらの中でも、良好な印字品質、特に発色性、紙に対する浸透性、濡れ性、均染性が著しく向上する点から、Chemours社製のFS−3100、FS−34、FS−300、株式会社ネオス製のFT−110、FT−250、FT−251、FT−400S、FT−150、FT−400SW、オムノバ社製のポリフォックスPF−151N及びダイキン工業株式会社製のユニダインDSN−403Nが特に好ましい。
消泡剤としては、特に制限はなく、例えば、シリコーン系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、脂肪酸エステル系消泡剤などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、破泡効果に優れる点から、シリコーン系消泡剤が好ましい。
防腐防黴剤としては、特に制限はなく、例えば、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オンなどが挙げられる。
防錆剤としては、特に制限はなく、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどが挙げられる。
pH調整剤としては、pHを7以上に調整することが可能であれば、特に制限はなく、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミンなどが挙げられる。
インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粘度、表面張力、pH等が以下の範囲であることが好ましい。
インクの25℃での粘度は、印字濃度や文字品位が向上し、また、良好な吐出性が得られる点から、5mPa・s以上30mPa・s以下が好ましく、5mPa・s以上25mPa・s以下がより好ましい。ここで、粘度は、例えば回転式粘度計(東機産業社製RE−80L)を使用することができる。測定条件としては、25℃で、標準コーンローター(1°34’×R24)、サンプル液量1.2mL、回転数50rpm、3分間で測定可能である。
インクの表面張力としては、記録媒体上で好適にインクがレベリングされ、インクの乾燥時間が短縮される点から、25℃で、35mN/m以下が好ましく、32mN/m以下がより好ましい。
インクのpHとしては、接液する金属部材の腐食防止の観点から、7〜12が好ましく、8〜11がより好ましい。
液体吐出装置は、インクジェット記録方式による各種記録装置、例えば、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機、立体造形装置などとして好適に使用することができる。
液体吐出装置とは、記録媒体に対してインク等を吐出することが可能な装置である。記録媒体とは、インク等が一時的にでも付着可能なものを意味する。
この液体吐出装置には、インクを吐出する吐出ヘッドだけでなく、記録媒体の給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置と称される装置などを含むことができる。
液体吐出装置は、加熱工程に用いる加熱手段、乾燥工程に用いる乾燥手段を有しても良い。加熱手段、乾燥手段には、例えば、記録媒体の印字面や裏面を加熱、乾燥する手段が含まれる。加熱手段、乾燥手段としては、特に限定されないが、例えば、温風ヒーター、赤外線ヒーターを用いることができる。加熱、乾燥は、印字前、印字中、印字後などに行うことができる。
また、液体吐出装置は、インクによって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、幾何学模様などのパターン等を形成するもの、3次元像を造形するものも含まれる。また、液体吐出装置には、特に限定しない限り、吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、吐出ヘッドを移動させないライン型装置のいずれも含まれる。また、複数の個別液室内の液体を循環させる循環型吐出ヘッドが用いられてもよい。循環型吐出ヘッドについては別途後述する。
更に、この液体吐出装置は、卓上型だけでなく、A0サイズの記録媒体への印刷も可能とする広幅の液体吐出装置や、ロール状に巻き取られた連続用紙を記録媒体として用いることが可能な連帳プリンタも含まれる。
一方、装置本体のカバー401cを開いたときの開口の奥側にはカートリッジホルダ404が設けられている。カートリッジホルダ404には、メインタンク410が着脱自在に装着される。これにより、各色用の供給流路の一例である供給チューブ436を介して、メインタンク410の各インク排出口413と各色用の吐出ヘッド434とが連通し、吐出ヘッド434から記録媒体へインクを吐出可能となる。
供給流路は、インク収容容器等から吐出ヘッドにインクを供給する。供給流路としては、例えば、チューブ状(管状)の形状の流路等が挙げられるがこれに限られない。また、供給流路は、インクを撹拌する撹拌手段を有する。供給流路の全流路が撹拌手段である場合、供給流路の一部流路が撹拌手段である場合のいずれであってもよい。撹拌手段は、供給流路自体の形状、配置等により撹拌機能が発揮される手段である場合、供給流路内外に設けられた構造(供給流路と一体である構造だけでなく別体として設けられた構造であってもよい)等により撹拌機能が発揮される手段である場合のいずれであってもよい。インク供給時にインクにせん断力がかかる供給流路とすることで、緩凝集した顔料の再分散が促進され、記録媒体上で高い画像濃度を得ることができる。
循環手段は、インクを流入流路から流出流路に向かって循環させる手段である。循環手段を設けることで、ノズル近傍におけるインクが循環され、連続吐出性を向上させることができる。循環手段は、吐出ヘッドがインクを吐出する前に、インクを循環させることが好ましい。吐出ヘッドは、循環手段がインクを循環させた後に循環を停止させてからインクを吐出することもでき、循環手段が常にインクを循環させながら、インクを吐出することもできる。循環手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、送液ポンプなどが挙げられる。
吐出ヘッドは、インクを吐出するノズル、ノズルと連通する個別液室、インクを個別液室に流入させる流入流路を有し、必要に応じて、インクを個別液室から流出させる流出流路を有する。
吐出ヘッドには、流入流路を介して個別液室にインクを供給する供給流路が接続されている。液体吐出装置が循環手段を有する場合、流出流路を供給流路と接続することにより、吐出ヘッドと供給流路との間でインクを循環させることができる。
以下に循環型吐出ヘッドの一例について図6から図11を参照して説明する。図6は循環型吐出ヘッドの一例を表す概略図、図7は循環型吐出ヘッドの一例におけるノズル配列方向と直交する方向の断面図、図8は循環型吐出ヘッドの一例におけるノズル配列方向と平行な方向の断面図、図9は循環型吐出ヘッドのノズル板の一例を表す平面図、図10Aから図10Fは循環型吐出ヘッドの流路部材を構成する各部材の一例を表す平面図、図11A及び図11Bは循環型吐出ヘッドの共通液室部材を構成する各部材の一例を表す平面図である。
ノズル板1は、液体を吐出する複数のノズル4を有している。
流路板2は、ノズル4に通じる個別液室6、個別液室6に通じる流体抵抗部7、流体抵抗部7に通じる液導入部8を形成している。また、流路板2は、ノズル板1側から複数枚の板状部材41〜45を積層接合して形成され、これらの板状部材41〜45と振動板部材3を積層接合して流路部材40が構成されている。
振動板部材3は、流路板2の個別液室6の壁面を形成する壁面部材である。この振動板部材3は2層構造であり、流路板2側から薄肉部を形成する第1層と、厚肉部を形成する第2層で形成され、第1層で個別液室6に対応する部分に変形可能な振動領域30を形成している。
流路板2を構成する板状部材41には、図10Aに示すように、個別液室6を構成する貫通溝部(溝形状の貫通穴の意味)6aと、流体抵抗部51、循環流路52を構成する貫通溝部51a、52aが形成されている。
同じく板状部材43には、図10Cに示すように、個別液室6を構成する貫通溝部6cと、循環流路53を構成するノズル配列方向を長手方向とする貫通溝部53aが形成されている。
同じく板状部材44には、図10Dに示すように、個別液室6を構成する貫通溝部6dと、流体抵抗部7なる貫通溝部7aと、液導入部8を構成する貫通溝部8aと、循環流路53を構成するノズル配列方向を長手方向とする貫通溝部53bが形成されている。
同じく板状部材45には、図10Eに示すように、個別液室6を構成する貫通溝部6eと、液導入部8を構成するノズル配列方向を長手方向とする貫通溝部8b(フィルタ下流側液室となる)と、循環流路53を構成するノズル配列方向を長手方向とする貫通溝部53cが形成されている。
このように、流路部材を複数の板状部材を積層接合して構成することで、簡単な構成で複雑な流路を形成することができる。
また、図6も参照して、第2共通液室部材22には、共通液室10のノズル配列方向の一端部と供給ポート71を通じる供給口部となる貫通穴71aが形成されている。
同様に、第1共通液室部材21及び第2共通液室部材22には、循環共通液室50のノズル配列方向の他端部(貫通穴71aと反対側の端部)と循環ポート81を通じる貫通穴81a、81bが形成されている。
なお、図11において、底の有る溝部については面塗りを施して示している(以下の図でも同じである)。
ここで、第1共通液室部材21は、液導入部8に通じる共通液室10の一部である下流側共通液室10Aと、循環流路53に通じる循環共通液室50とを形成している。また、第2共通液室部材22は、共通液室10の残部である上流側共通液室10Bを形成している。
これにより、循環共通液室50の寸法が流路部材40で形成される個別液室6、流体抵抗部7及び液導入部8を含む流路に必要な寸法による制約を受けることがなくなる。
そして、循環共通液室50と共通液室10の一部が並んで配置され、循環共通液室50は共通液室10内に投影される位置に配置されることで、ノズル配列方向と直交する方向のヘッドの幅を抑制することができ、ヘッドの大型化を抑制できる。共通液室部材20は、ヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室10と循環共通液室50を形成する。
この圧電アクチュエータ11は、図8に示すように、ベース部材13上に接合した圧電部材12を有し、圧電部材12にはハーフカットダイシングによって溝加工して1つの圧電部材12に対して所要数の柱状の圧電素子12A、12Bを所定の間隔で櫛歯状に形成している。
そして、圧電素子12Aを振動板部材3の振動領域30に形成した島状の厚肉部である凸部30aに接合している。また、圧電素子12Bを振動板部材3の厚肉部である凸部30bに接合している。
この圧電部材12は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、外部電極にフレキシブル配線部材15が接続されている。
その後、圧電素子12Aに印加する電圧を上げて圧電素子12Aを積層方向に伸長させ、振動板部材3の振動領域30をノズル4に向かう方向に変形させて個別液室6の容積を収縮させることにより、個別液室6内の液体が加圧され、ノズル4から液体が吐出される。
そして、圧電素子12Aに与える電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材3の振動領域30が初期位置に復元し、個別液室6が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室10から個別液室6内に液体が充填される。そこで、ノズル4のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の吐出のための動作に移行する。
図12は、液体循環システムの一例を表すブロック図である。
図12に示すように、液体循環システムは、メインタンク、液体吐出ヘッド(吐出ヘッド)、供給タンク、循環タンク、コンプレッサ、真空ポンプ、送液ポンプ、レギュレータ(R)、供給側圧力センサ、循環側圧力センサなどで構成されている。供給側圧力センサは、供給タンクと液体吐出ヘッドとの間であって、液体吐出ヘッドの供給ポート71(図6参照)に繋がった供給流路側に接続されている。循環側圧力センサは、液体吐出ヘッドと循環タンクとの間であって、液体吐出ヘッドの循環ポート81(図6参照)に繋がった循環流路側に接続されている。
また、循環型吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出すると、供給タンク及び循環タンク内の液体量が減少していくため、適宜メインタンクから第二送液ポンプを用いて、メインタンクから循環タンクに液体を補充することが望ましい。メインタンクから循環タンクへの液体補充のタイミングは、循環タンク内のインクの液面高さが所定高さよりも下がったら液体補充を行うなど、循環タンク内に設けた液面センサなどの検知結果によって制御することができる。
インク収容容器(以下、「インクカートリッジ」、「カートリッジ」、又は「メインタンク」と称することもある)には、インクが収容されている。また、インク収容容器は、往路(供給流路)及び復路の送液経路を介して吐出ヘッドと循環可能に接続されていてもよい。
インクが付与される記録媒体としては、特に限定されないが、普通紙、光沢紙、特殊紙、布、フィルム、OHPシート、汎用印刷紙等が挙げられる。なお、記録媒体は、インクが一時的にでも付着可能なものを意味する。
記録物は、記録媒体と、記録媒体上に付与されたインクにより形成された印刷層と、を有する。印刷層は、インクが付与され、乾燥することで形成される層である。
共重合体の平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)により以下の条件で測定した。
・装置:GPC−8020(東ソー株式会社製)
・カラム:TSK G2000HXL及びG4000HXL(東ソー株式会社製)
・温度:40℃
・溶媒:THF(テトラヒドロフラン)
・流速:1.0mL/分間
濃度0.5質量%の共重合体を1mL注入し、上記の条件で測定した共重合体の分子量分布から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して共重合体の数平均分子量Mn、及び重量平均分子量Mwを算出した。
顔料の一次粒子径は、インクを純水により50倍に希釈した後、コロジオンメッシュに塗布、乾燥させ、透過型電子顕微鏡JEM−2100F(日本電子製)を用いて観察した。観察された顔料粒子を構成する最小単位の粒子の粒子径を100点以上測定し、それらの平均値を求めて顔料の一次粒子径とした。
顔料の粒子径分布および粒子径分布の90%累積値である体積平均粒径(D90)は、インクを純水により600倍に希釈した後、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)を用いて測定した。
まず、特開2016−196621の合成例に基づいて、下記構造式(M−1)で表されるモノマーM−1を合成した。1.20g(16.7mmol)のアクリル酸(アルドリッチ社製)、及び7.12g(16.7mmol)のモノマーM−1を40mLの乾燥メチルエチルケトンに溶解してモノマー溶液を調製した。モノマー溶液の10%をアルゴン気流下で75℃まで加熱した後、残りのモノマー溶液に0.273g(1.67mmol)の2,2’−アゾイソ(ブチロニトリル)(東京化成社製)を溶解した溶液を1.5時間かけて滴下し、75℃で6時間撹拌した。室温まで冷却し、得られた反応溶液をヘキサンに投下した。析出した共重合体をろ別し、減圧乾燥して、8.23gの高分子分散剤CP−1(重量平均分子量(Mw):9500、数平均分子量(Mn):3400)を得た。
65質量部(固形分)のPV19のプレスケーキと35質量部(固形分)のPR202のプレスケーキとを混合して摩砕し、常法により有機溶剤処理による固溶体の顔料化を行った。続いてろ過、洗浄後、乾燥、粉砕して、PV19とPR202の固溶体顔料1(質量比(PV19/PR202)が65/35)を得た。
次に、4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部の固溶体顔料1を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで1時間循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−1](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
70質量部(固形分)のPV19のプレスケーキと30質量部(固形分)のPR202のプレスケーキとを混合して摩砕し、常法により有機溶剤処理による固溶体の顔料化を行った。続いてろ過、洗浄後、乾燥、粉砕して、PV19とPR202の固溶体顔料2(質量比(PV19/PR202)が70/30)を得た。
次に、4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部の固溶体顔料2を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで1時間循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−2](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
60質量部(固形分)のPV19のプレスケーキと40質量部(固形分)のPR202のプレスケーキとを混合して摩砕し、常法により有機溶剤処理による固溶体の顔料化を行った。続いてろ過、洗浄後、乾燥、粉砕して、PV19とPR202の固溶体顔料1(質量比(PV19/PR202)が60/40)を得た。
次に、4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部の固溶体顔料3を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで1時間循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−3](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
75質量部(固形分)のPV19のプレスケーキと25質量部(固形分)のPR202のプレスケーキとを混合して摩砕し、常法により有機溶剤処理による固溶体の顔料化を行った。続いてろ過、洗浄後、乾燥、粉砕して、PV19とPR202の固溶体顔料4(質量比(PV19/PR202)が75/25)を得た。
次に、4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部の固溶体顔料4を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで1時間循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−4](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
55質量部(固形分)のPV19のプレスケーキと45質量部(固形分)のPR202のプレスケーキとを混合して摩砕し、常法により有機溶剤処理による固溶体の顔料化を行った。続いてろ過、洗浄後、乾燥、粉砕して、PV19とPR202の固溶体顔料5(質量比(PV19/PR202)が55/45)を得た。
次に、4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部の固溶体顔料1を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで1時間循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−5](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
65質量部(固形分)のPV19のプレスケーキと35質量部(固形分)のPR202のプレスケーキとを混合して摩砕し、常法により有機溶剤処理による固溶体の顔料化を行った。続いてろ過、洗浄後、乾燥、粉砕して、PV19とPR202の固溶体顔料6(質量比(PV19/PR202)が65/35)を得た。
次に、4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部の固溶体顔料1を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで30分循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−6](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
60質量部(固形分)のPV19のプレスケーキと40質量部(固形分)のPR202のプレスケーキとを混合して摩砕し、常法により有機溶剤処理による固溶体の顔料化を行った。続いてろ過、洗浄後、乾燥、粉砕して、PV19とPR202の固溶体顔料7(質量比(PV19/PR202)が60/40)を得た。
次に、4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部の固溶体顔料7を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで2時間循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−7](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
4質量部の共重合体CP−1を、pHが8.0となるように、76質量部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。得られた共重合体水溶液80質量部に対し、20質量部のPV19を加え、12時間攪拌した。得られた混合物をディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製、KDL型、メディア:直径0.1mmのジルコニアボール使用)を用いて、周速10m/sで2時間循環分散した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過し、調整量のイオン交換水を加えて、97.0質量部の[顔料分散体PD−8](顔料固形分濃度:20質量%)を得た。
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管、及び滴下ロートを備えた1Lのフラスコ内を充分に窒素ガス置換した後、イオン交換水350gに、8.0gのラテムルS−180(花王社製、反応性陰イオン性界面活性剤)を加えて混合し、65℃に昇温した。
次いで、反応開始剤のt−ブチルパーオキソベンゾエート3.0g、イソアスコルビン酸ナトリウム1.0gを加え、5分後にメタクリル酸メチル45g、メタクリル酸−2−エチルヘキシル160g、アクリル酸5g、メタクリル酸ブチル45g、メタクリル酸シクロヘキシル30g、ビニルトリエトキシシラン15g、ラテムルS−180を8.0g、及びイオン交換水340gの混合物を、3時間かけて滴下した。次いで、80℃で2時間加熱熟成した後、常温まで冷却し、水酸化ナトリウムでpHを7〜8に調整した。次いでエバポレータによりエタノールを留去し、水分調節をして、固形分40%のアクリル−シリコーンポリマー微粒子分散体730gを得た。分散体中のポリマー微粒子の体積平均粒径(D90)を、粒度分布測定装置(日機装社製、ナノトラックUPA−EX150)で測定したところ125nmであった。
〔インクGJ−1の作製〕
30質量部の顔料分散体PD−1、10質量部の樹脂微粒子分散体1、20質量部の1,3−ブタンジオール、5質量部の3−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、5質量部のエチレングリコールモノブチルエーテル、1質量部の2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、1質量部の2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1質量部のTEGO Wet 270(エボニック社製のポリエーテル変性シロキサン化合物界面活性剤)、及び27質量部のイオン交換水を混合し、1時間攪拌した後、平均孔径1.2μmのメンブレンフィルターでろ過して、インクGJ−1を作製した。
得られたインクGJ−1における顔料の一次粒子径は、38nmであった。また、体積平均粒径(D90)は169nmであった。
インクGJ−1の調製において、表1に示すインク処方に変えた以外は、インクGJ−1の調製と同様にして、インクGJ−2〜8を作製した。それぞれ得られたインクにおける顔料の一次粒子径および体積平均粒径(D90)を表1に示す。
・ユニダイン DSN−403N(ダイキン工業株式会社製)
・TEGO WET−270(製造元:エボニック社製)
吐出ヘッド及び供給流路を、表2に示す下記IH−1〜4のいずれかの吐出ヘッド及び供給流路に置き換えた画像形成装置(IPSiO GX−e5500、株式会社リコー製)の改造機を作製した。次に、この改造機に対し、作製したインクを充填し、画像濃度、色再現性、連続吐出信頼性を評価し、結果を表2に示した。なお、下記IH−1〜3で示す循環型吐出ヘッドとは図6から図14で表される吐出ヘッドであり、下記IH−4で示す非循環型吐出ヘッドとは画像形成装置(IPSiO GX−e5500、株式会社リコー製)に搭載されている吐出ヘッドである。
(吐出ヘッド及び供給流路)
・IH−1:循環型吐出ヘッド、螺旋状の管を有する図3に示す供給流路
・IH−2:循環型吐出ヘッド、延伸方向に沿ってねじられた構造の仕切部を有する図4に示す供給流路
・IH−3:循環型吐出ヘッド、内壁に設けられた螺旋状の構造の仕切部を有する図5に示す供給流路
・IH−4:非循環型吐出ヘッド、延伸方向に沿ってねじられた構造の仕切部を有する図4に示す供給流路
上記のインクを充填した改造機を用い、Microsoft社製 Word2000にて作成した64point文字「黒四角」の記載のあるチャートを、記録媒体としてのコート紙であるOKトップコート+(王子製紙株式会社製)に打ち出し、乾燥後、印字面の「黒四角」部を分光濃度計(X−Rite939、エックスライト株式会社製)にて測色し、下記評価基準により評価した。印字モードはプリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準はやい」モードを「色補正なし」と改変したモードを使用した。
なお、「黒四角」とは、四角を黒く塗り潰した文字(符号)であるが、本願の記載上使用できない文字であるため止むを得ず「黒四角」と表現したものである。
[評価基準]
A:1.6以上
B:1.5以上1.6未満
C:1.4以上1.5未満
D:1.4未満
上記のインクを充填した改造機を用い、下記評価紙に記録密度1,200dpi×1,200dpiでベタ画像を印字し、乾燥後、反射型カラー分光測色濃度計(X−Rite社製)を用いて、ベタ画像部におけるL*a*b*の値を測定した。測定値と標準色(Japan color ver.2)のマゼンタ色(L*:46.3、a*:74.4、b*:−4.8)との色差ΔEを下記数式から求め、下記評価基準に基づき、色再現性を評価した。色差ΔEが小さいほど、色再現性に優れる。
コート紙:OKトップコート+(王子製紙株式会社製)
[評価基準]
A:色差ΔEが5未満
B:色差ΔEが5以上7.5未満
C:色差ΔEが7.5以上10未満
D:色差ΔEが10以上
上記のインクを充填した改造機を用い、全てのノズルから液滴の捨て打ちを1時間行った。1時間後に、インクジェット用光沢紙(画彩写真仕上げValue、富士フイルム株式会社製)上にノズルチェックパターンを印刷して、384個のノズルにおいてインクが吐出された吐出ノズル数を確認し、以下の基準で評価した。
[評価基準]
A:吐出ノズル数が368以上(実使用上、問題のないレベル)
B:吐出ノズル数が192以上368未満
C:吐出ノズル数が192未満
2 流路板
3 振動板部材
4 ノズル
6 個別液室
10 共通液室
10A 下流側共通液室
10B 上流側共通液室
11 圧電アクチュエータ
12 圧電部材
20 共通液室部材
21 第1共通液室部材
22 第2共通液室部材
40 流路部材
51 流体抵抗部
52、53 循環流路
50 循環共通液室
400 画像形成装置
401 画像形成装置の外装
401c 装置本体のカバー
404 カートリッジホルダ
410 メインタンク
410k、410c、410m、410y ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色用のメインタンク
411 インク収容部
413 インク排出口
414 収容容器ケース
420 機構部
434 吐出ヘッド
436 供給チューブ
Claims (8)
- 顔料を含有するインクと、
前記インクを吐出する吐出ヘッドと、
前記吐出ヘッドに前記インクを供給する供給流路と、を有するインク吐出装置であって、
前記顔料は、C.I.ピグメントバイオレット19及びC.I.ピグメントレッド202の固溶体を含有し、
前記固溶体における前記C.I.ピグメントバイオレット19の含有量の前記C.I.ピグメントレッド202の含有量に対する質量比は、60/40以上70/30以下であり、
前記顔料の一次粒子径は、30nm以上50nm未満であり、
前記顔料の体積平均粒径(D90)は、250nm以下であり、
前記供給流路は、前記インクを撹拌する撹拌手段を有するインク吐出装置。 - 前記インクを吐出するノズル、前記ノズルと連通する個別液室、前記インクを前記個別液室に流入させる流入流路、及び前記インクを前記個別液室から流出させる流出流路を有する前記吐出ヘッドと、
前記インクを前記流出流路から前記流入流路に向かって循環させる循環手段と、を有する請求項1に記載のインク吐出装置。 - 前記撹拌手段は、前記インクが水平面に対して上下しながら流れるように形成された撹拌流路である請求項1又は2に記載のインク吐出装置。
- 前記撹拌流路は、螺旋状に形成された管である請求項3に記載のインク吐出装置。
- 前記撹拌手段は、前記供給流路内に設けられた仕切部であり、前記供給流路内における前記インクの流動経路を螺旋状にする請求項1又は2に記載のインク吐出装置。
- 前記仕切部は、前記供給流路の延伸方向に沿ってねじられた構造体である請求項5に記載のインク吐出装置。
- 前記仕切部は、前記供給流路の内壁に設けられた螺旋状の構造体である請求項5に記載のインク吐出装置。
- 液体を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドに液体を供給し且つ前記液体を撹拌する撹拌手段を有する供給流路と、を備えた液体吐出装置に用いられるインクであって、
前記インクは、顔料を含有し、
前記顔料は、C.I.ピグメントバイオレット19及びC.I.ピグメントレッド202の固溶体を含有し、
前記固溶体における前記C.I.ピグメントバイオレット19の含有量の前記C.I.ピグメントレッド202の含有量に対する質量比は、60/40以上70/30以下であり、
前記顔料の一次粒子径は、30nm以上50nm未満であり、
前記顔料の体積平均粒径(D90)は、250nm以下であるインク。
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