JP2021142645A - インクジェット記録装置及びメンテナンス方法 - Google Patents
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Description
本実施形態のインクジェット記録装置は、インク組成物を吐出するノズルと、該ノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、記録ヘッドの内部に圧力を加え、ノズルからインク組成物を排出させるクリーニング動作を行う加圧クリーニング機構と、を備え、インク組成物として、樹脂粒子と、標準沸点が280℃以上の有機溶剤と、有機アルカリ及び無機アルカリの少なくともいずれかと、ベタイン及び常温固体の多価アルコールの少なくともいずれかと、を含有し、樹脂粒子のガラス転移温度が、−30〜50℃であるインク組成物を用いるものである。
初めにインク組成物について詳説する。本実施形態のインクジェット記録装置で用いるインク組成物は、ガラス転移温度が−30〜50℃である樹脂粒子と、標準沸点が280℃以上の有機溶剤と、有機アルカリ及び無機アルカリの少なくともいずれかと、ベタイン及び常温固体の多価アルコールの少なくともいずれかと、を含有する。
樹脂粒子のガラス転移温度は、−30〜50℃であり、好ましくは−25〜45℃であり、より好ましくは−20〜45℃であり、さらに好ましくは10〜45℃である。樹脂粒子のガラス転移温度が50℃以下であることにより、より低温で膜形成をすることが可能となり、得られる記録物の定着性が向上する傾向にある。また、風合いを良好なものとすることができる。風合いを良好とする観点では、樹脂粒子のガラス転移温度は0℃以下であることがより好ましい。また、樹脂粒子のガラス転移温度が−30℃以上であることにより、得られる塗膜の堅牢性がより向上する傾向にある。樹脂粒子のガラス転移温度は、JIS K7121:1987に準拠し、示差走査熱量測定(DSC)を用いて、測定することができる。示差走査熱量計としては、例えば、「DSC6220」(製品名、セイコー電子株式会社製)が挙げられる。
標準沸点が280℃以上の有機溶剤としては、特に制限されないが、例えば、グリセリンが挙げられる。炭素原子、水素原子、及び酸素原子で構成される化合物であることが好ましい。また、常温で液体の化合物であることが好ましい。ここで、「常温」とは、室温を意味し、25℃をいう。
有機アルカリとしては、アルカノールアミンであることが好ましい。このような有機アルカリとしては、特に制限されないが、例えば、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、トリプロパノールアミンが挙げられる。また、無機アルカリしては、特に制限されないが、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられる。このなかでも、有機アルカリを用いることが好ましい。このようなアルカリを用いることにより、インク成分の分散安定性、特に樹脂粒子の分散安定性がより向上するため、耐目詰まり性やクリーニング性がより向上する傾向にある。
常温固体の多価アルコールとしては、特に制限されないが、例えば、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコールなどの多価アルコールに加え;グルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、アルドン酸、グルシトール、(ソルビット)、マルトース、セロビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、マルトトリオース等の糖類などが挙げられる。このなかでも、トリメチロールプロパンが好ましい。ここで、「常温」とは、室温を意味し、25℃をいう。
本実施形態におけるベタインは、アミノ基とカルボキシ基の両方の官能基を有する化合物をいう。アミノ基は、安定性の観点から、3級アミノ基及び4級アミノ基が好ましい。このようなベタインとしては、特に制限されないが、例えば、ジメチルグリシン、ジメチルアラニン、ジメチルグルタミン酸、及びジエチルグリシンなどの3級ベタイン;トリメチルグリシン、トリメチルアラニン、トリメチルグルタミン酸、及びトリエチルグリシンなどの4級ベタインが挙げられる。このなかでも、4級ベタインが好ましく、トリメチルグリシンがより好ましい。このようなベタインを用いることにより、インク組成物の保湿性、吸湿性が良好となり、クリーニング回復性がより向上する傾向にある。なお、ベタインは、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顔料をさらに含んでもよい。顔料としては、特に制限されないが、例えば、アゾ顔料(例えば、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、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック等の有機顔料;カーボンブラック(例えば、ファーネスブラック、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等)、金属酸化物、金属硫化物、金属塩化物等の無機顔料;シリカ、炭酸カルシウム、タルク等の体質顔料等を用いることができる。
本実施形態のインク組成物は水をさらに含んでもよい。水の含有量は、インク組成物の総量に対して、好ましくは50〜80質量%であり、より好ましくは60〜80質量%であり、さらに好ましくは65〜75質量%である。
本実施形態のインク組成物は界面活性剤をさらに含んでもよい。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、目詰まり回復性の観点からアセチレングリコール系界面活性剤が好ましい。
本実施形態のインク組成物の製造方法は、特に制限されず、樹脂粒子と、標準沸点が280℃以上の有機溶剤と、有機アルカリ及び無機アルカリの少なくともいずれかと、ベタイン及び常温固体の多価アルコールの少なくともいずれかと、必要に応じてその他の成分とを、混合する方法が挙げられる。なお、顔料を用いる場合には、顔料分散液の状態で混合してもよい。
記録ヘッドは、インク組成物を吐出するノズルと、該ノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する。図1に、記録ヘッドおよび記録ヘッドへのインク供給機構の構成例を模式的に示す。
加圧クリーニング機構は、記録ヘッドの内部に圧力を加え、ノズルからインク組成物を排出させる加圧クリーニングを行うものである。加圧クリーニング機構は、連続的にインク組成物を排出する。これによりインク組成物を液滴として吐出するような断続的な排出よりも良好なクリーニング性を得ることができる。また加える圧力を調整しやすいことから、キャビティ603など通常の記録工程において使用されるインク組成物の吐出機構とは別の圧力調整機構68を有することが好ましい。加圧クリーニングは、画像を形成する際の吐出機構よりも高い圧力を加えることが好ましい。インクを噴射する際よりも高い圧力を加えることで、クリーニング性を良好なものとすることができる。後述する加圧クリーニング機構は一例であり、以下に限定されるものではない。
本実施形態のインクジェット記録装置は、ノズル形成面を吸収性部材により払拭する払拭クリーニング機構をさらに備えてもよい。これにより、加圧クリーニングや記録動作によって、ノズル601から吐出されてノズル形成面600に付着したインクが拭き取られる。そのため、ノズル形成面に付着したインク組成物により生じる吐出不良を抑制することができる。吸収性部材がインク組成物を吸収するため、拭き取る際にインク組成物がノズルに押し戻され難く、クリーニング性を良好なものとすることができる。
本実施形態のメンテナンス方法は、上記インク組成物を用いた上記インクジェット記録装置のメンテナンス方法であって、記録ヘッドの内部に圧力を加え、ノズルからインク組成物を排出させる加圧クリーニング工程を有する。これにより、摩擦堅牢性や洗濯堅牢性を有するようなインク組成物を用いた場合であっても、目詰まり信頼性やクリーニング性をより向上させることが可能となる。
表1に記載の組成となるように、混合物用タンクに各成分を入れ、混合攪拌し、さらに孔径5μmのメンブランフィルターでろ過することにより各例のインク組成物を得た。なお、表中の各例に示す各成分の数値は特段記載のない限り質量%を表す。また、表中において、顔料分散液の数値及び樹脂粒子の数値は、固形分の質量%を表す。
シアン顔料:
顔料分散体として、C.I.ピグメントブルー15:3、65部をスチレン−アクリル酸系分散樹脂であるジョンクリル611(商品名:BASFジャパン株式会社製)35部、水酸化カリウム1.70部、イオン交換法と逆浸透法により精製した超純水250部を混合して、ジルコニアビーズによるボールミルにて10時間分散を行い、ガラス繊維ろ紙GA−100(商品名:アドバンテック東洋社製)で濾過して粗大粒子を除き、顔料濃度が15質量%となるように調整したものを用いた。
〔樹脂粒子〕
樹脂粒子A(タケラックWS−6021、三井化学社製、自己架橋性基:有、ガラス転移温度40℃)
樹脂粒子B(タケラックW−6110、三井化学社製、自己架橋性基:無、ガラス転移温度−20℃)
樹脂粒子C(タケラックW−605、三井化学社製、自己架橋性基:無、ガラス転移温度100℃)
〔標準沸点が280℃以上の有機溶剤〕
グリセリン
〔常温固体の多価アルコール〕
トリメチロールプロパン
トレハロース
〔ベタイン〕
トリメチルグリシン(無水ベタイン、東京化成工業社製)
〔有機アルカリ〕
2−アミノエタノール
〔無機アルカリ〕
水酸化カリウム
〔界面活性剤〕
界面活性剤A(BYK348、BYK社、シリコーン系界面活性剤)
界面活性剤B(サーフィノール465、日信化学工業社製製品名、アセチレングリコール系界面活性剤)
表中、「常温個体の多価アルコールとベタインの総量に対する、樹脂粒子の比率」は、常温個体の多価アルコールとベタインの総質量に対する、樹脂粒子の総質量の比率を表す。
表に記載の表面張力は、表面張力計(協和界面科学(株)製、表面張力計CBVP−Z等)を用いて、ウィルヘルミー法で液温25℃にて測定した。表面張力比(S2/S1)は、インク組成物の表面張力S1と洗浄液の表面張力S2から算出した。
表に記載の接触角はポータブル接触角計 PCA−1(協和界面科学株式会社製)を用いて、25℃にて測定した。なお、接触角を測定する際に用いたノズル形成面としては、単結晶シリコンで形成された撥水膜付きのシリコンノズルプレートを用いた。なお、当該プレートのインク吐出側の表面には、化学気相蒸着(CVD)リアクターにSiCl4及び水蒸気を導入することによって、CVD法により成膜された酸化シリコンの膜(SiO2膜)を形成した。SiO2膜の膜厚は50nmであった。さらに酸素プラズマ処理を行い、その後、C8F17C2H4SiCl3を用いて化学気相蒸着法(CVD)を行うことでSiO2膜に撥水膜を形成し、撥水膜付きのシリコンノズルプレートとした。接触角比(C2/C1)は、インク組成物の接触角C1と洗浄液の接触角C2から算出した。
表に記載の洗浄液は、5質量%のグリセリンと、0.1質量%のサーフィノール465と、94.9質量%の水と、を混合して調製した。
加圧クリーニング機構と、払拭クリーニング機構を備えたインクジェット記録装置を用意した。具体的には、払拭クリーニング機構として洗浄液を含浸した吸収部材を用いるインクジェット記録装置、払拭クリーニング機構として水を含浸した吸収部材を用いるインクジェット記録装置、払拭クリーニング機構として吸収部材に代えてゴム製のワイピングブレードを備えるインクジェット記録装置を用意した。また、参考例1として、加圧クリーニング機構に代えて減圧クリーニング機構を有するインクジェット記録装置を用意した。なお、表中では、各実施例において用いたインクジェット記録装置が備える構成を記載する。
4.1.耐目詰まり性評価
表1に記載の各インク組成物について、布帛表面温度25℃(常温)の条件下で、SC−F2000を用いて印刷を1時間連続して行い、終了後、1ノズル列(360個ノズル)の吐出異常(不吐出)を検査した。なお、記録開始前は全ノズル正常な状態で開始し、下記の基準に基づいて評価した。
A:吐出異常ノズル数が0ノズル。
B:吐出異常ノズル数が1〜5ノズル。
C:吐出異常ノズル数が6ノズル以上。
各インク組成物をインクジェットプリンター(セイコーエプソン株式会社製品の「PX−S840」)のヘッド全列に充填し、全列正常に吐出することを確認した。その後、プリントヘッドを待機位置からずらして印字領域にて停止させた状態で、40℃20%RH環境下に3日間放置した。放置後、プリントヘッドを待機位置に戻して、加圧クリーニング動作を行い、次いで、払拭動作を行った。なお、払拭に用いる吸収部材としてはコットン製の不織布を用いた。これを一連のクリーニング動作として、吐出が回復するまでにかかったクリーニング数を数えた。なお、評価に用いたインクジェットプリンターは、上述の加圧クリーニング機構と払拭クリーニング機構を備えるように改造したものを用いた。
A:クリーニング3回以下で全ノズルが回復した。
B:クリーニング4回以上10回以下で全ノズルが回復した。
C:クリーニング11回以上でも回復しなかった
木綿布帛に対して、インクジェットプリンター(セイコーエプソン社製、製品名「PX−G930」)を用いたインクジェット法により、上記で調製したインク組成物を付着させた。記録条件としては、記録解像度を1440dpi×720dpiとし、記録範囲はA4サイズとし、ベタパターン画像を4層重ね塗りした。このようにしてインクジェット捺染を行った。ここで、「ベタパターン画像」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た画像を意味する。
A:摩擦堅牢性が4級以上である。
B:摩擦堅牢性が2級以上4級未満である
C:摩擦堅牢性が2級未満である
各例の印捺物に対して、JIS L 0844(洗濯に対する染色堅ろう度試験方法)のA−2法に準拠して、洗濯堅牢性試験を実施した。具体的には、洗濯処理を施し、すすぎ、脱水、乾燥した後に、試験片における捺染部の変退色を判定した。変退色は、JIS L0804:2004(ISO 105−A02:1993)の変退色グレースケールに従って、退色の程度を下記の基準に基づいて評価した。
A:洗濯堅牢性が4級以上である。
B:洗濯堅牢性が2級以上4級未満である。
C:洗濯堅牢性が2級未満である。
各例の印捺物に対して風合いを評価した。
A:捺染物の手触りが元の布帛と比べほとんど変化がない。
B:捺染物の手触りが元の布帛と比べやや硬くなったように感じる。
C:捺染物の手触りが元の布帛と比べ硬くなった。
D:捺染物の手触りが元の布帛と比べ明らかに硬くなった。
表に、各例で用いたインク組成物の組成、インクジェット記録装置の構成、並びに評価結果を示した。表から、加圧クリーニング機構を有するインクジェット記録装置で、ガラス転移温度が−30〜50℃である樹脂粒子と、標準沸点が280℃以上の有機溶剤と、有機アルカリ及び無機アルカリの少なくともいずれかと、ベタイン及び常温固体の多価アルコールの少なくともいずれかと、を含有するインク組成物を用いることにより、摩擦堅牢性に優れた記録物の提供と良好なクリーニング性(目詰まり回復性)の確保とが両立できることが分かった。
Claims (10)
- インク組成物を吐出するノズルと、該ノズルの吐出口を有するノズル形成面と、を有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドの内部に圧力を加え、前記ノズルから前記インク組成物を排出させるクリーニング動作を行う加圧クリーニング機構と、を備え、
前記インク組成物が、樹脂粒子と、標準沸点が280℃以上の有機溶剤と、有機アルカリ及び無機アルカリの少なくともいずれかと、ベタイン及び常温固体の多価アルコールの少なくともいずれかと、を含有し、
前記樹脂粒子のガラス転移温度が、−30〜50℃である、
インクジェット記録装置。 - 前記樹脂粒子が、架橋性基を含有する、
請求項1に記載のインクジェット記録装置。 - 前記樹脂粒子が、ウレタン樹脂粒子を含む、
請求項1又は2に記載のインクジェット記録装置。 - 前記樹脂粒子の含有量が、前記インク組成物の総量に対して、3.0〜8.0質量%である、
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装置。 - 前記有機アルカリ及び前記無機アルカリの合計含有量が、前記多価アルコール及び前記ベタインの合計含有量に対して、質量比で、0.10〜0.60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装置。 - 前記樹脂粒子の含有量が、前記多価アルコール及び前記ベタインの合計量に対して、質量比で、1.0〜2.0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装置。 - 前記ノズル形成面を吸収性部材により払拭する払拭クリーニング機構を備える、
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装置。 - 前記吸収性部材は洗浄液が含浸されたものであり、
前記インク組成物の表面張力に対する前記洗浄液の表面張力の比が、0.75〜1.25である、
請求項7に記載のインクジェット記録装置。 - 前記ノズル形成面に対する前記洗浄液の接触角は、前記ノズル形成面に対する前記インク組成物の接触角の1.3〜1.7倍である、
請求項8に記載のインクジェット記録装置。 - 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装置のメンテナンス方法であって、
前記記録ヘッドの内部に圧力を加え、ノズルから前記インク組成物を排出させる加圧クリーニング工程を有する、
メンテナンス方法。
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