JP2023117679A - インクジェット組成物 - Google Patents

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裕司 田畑
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Abstract

【課題】ノズルプレート剥離と、ノズル抜けの発生を低減できるインクジェット組成物を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係るインクジェット組成物は、インクジェットヘッドから吐出されるインクジェット組成物であって、前記インクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されるノズル板と、前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成され、前記インクジェット組成物は、25℃での表面張力が31mN/m以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、インクジェット組成物に関する。
圧力室の容積を圧電素子により変化させることで圧力室内のインクをノズルから噴射する液体噴射ヘッドが知られている。例えば、特許文献1に記載のヘッドは、流路形成部材、連通板、ノズルプレートを接着剤で接合することにより形成されるものである。しかしながら、特許文献1に記載のヘッドでは、接着剤により接合した部分とインクとが接液する箇所が多数存在し、当該箇所の接着剤がインクにアタックされることで膨潤して、ノズルプレート剥離が発生するなど、ヘッドの信頼性に劣りやすい問題があった。
そこで、例えば、特許文献2に記載のヘッドのように、ノズル板から液体貯留室までの間を一体の流路基板として嵩上げし形成することで、接着剤により接合した部分とインクとが接液する箇所をノズル近傍のみとし、ノズルプレート剥離を低減させ、ヘッドの信頼性を向上できる。
特開2020-55305号公報 特開2020-93415号公報
しかしながら、このようなノズルプレート剥離を低減できるヘッドは、液体貯留室を嵩上げし形成されるものであるため、従来の液体貯留室よりも容積が小さくなる。これにより、インクを液体貯留室から流路に押し流すための圧力が不足し、インク吐出時のノズル抜け(ドット抜け)が発生しやすくなる問題が生じた。
本発明に係るインクジェット組成物の一態様は、
インクジェットヘッドから吐出されるインクジェット組成物であって、
前記インクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されるノズル板と、
前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、
前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成され、
前記インクジェット組成物は、25℃での表面張力が31mN/m以下である。
本実施形態に係るインクジェット組成物に用いられるインクジェットヘッドの断面図。
以下に、本発明の実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。本発明は以下の実施形態に何ら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形態も含む。なお、以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
1.インクジェット組成物
本発明の一実施形態に係るインクジェット組成物は、インクジェットヘッドから吐出されるインクジェット組成物であって、前記インクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されるノズル板と、前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成され、前記インクジェット組成物は、25℃での表面張力が31mN/m以下である。
本実施形態に係るインクジェット組成物に用いられるインクジェットヘッド(以下、「特定のインクジェットヘッド」ともいう。)は、液体貯留室を嵩上げし形成されるものであるため、従来の液体貯留室よりも容積が小さくなりやすい。そのため、インクを液体貯留室から流路に押し流すための圧力が不足し、インク吐出時のノズル抜けが発生しやすい。
そこで、本発明者が鋭意検討した結果、このようなインクジェットヘッドを用いる場合であっても、インクジェット組成物の表面張力が特定値以下となるように調整すれば、ノズル抜けを良好に低減できることを今般見出した。これは、インクジェット組成物の表面張力を特定値以下とすることで、流路に対してインクが流れやすくなったためであると推測される。
本発明において「インクジェット組成物」とは、インクジェット法により吐出して用いられるインク組成物のことをいう。「インクジェット法」とは、インクジェット記録装置などのインクジェットヘッドのノズルから、インクなどの液滴を吐出して、記録媒体に付与する記録方法である。なお、本明細書では「インクジェット組成物」を、「インクジェットインク組成物」、「インク組成物」又は「インク」ということもある。
1.1 インクジェットヘッド
本実施形態に係るインクジェット組成物は、インクジェットヘッドから吐出されるインクジェット組成物であって、前記インクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されるノズル板と、前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成されるものである。
1.1.1 インクジェットヘッドの全体構成
図1は、本実施形態に係るインクジェット組成物に用いられるインクジェットヘッド26の断面図である。図1に例示される通り、X-Y平面に垂直な方向を以下ではZ方向と表記する。インクジェットヘッド26によるインクの噴射方向、典型的には鉛直方向がZ方向に相当する。なお、図1は、X-Z平面に平行な断面図である。
図1に例示される通り、インクジェットヘッド26は、ノズル板31と流路基板32と振動板33とケース34と固定部材35と複数の圧電素子36とを具備する。これらは、例えば接着剤を利用して相互に接合される。ノズル板31は、流路基板32におけるZ方向の正側の表面に接合され、振動板33は、流路基板32におけるZ方向の負側の表面に接合される。ノズル板31は、Y方向に配列する複数のノズルNが形成される板状部材である。各ノズルNは、インクが通過する貫通孔である。Y方向は、複数のノズルNが配列する方向とも換言され得る。ノズル板31は、例えばステンレス鋼等の金属材料で構成される。例えば、金属板をドライエッチングにより加工することでノズル板31を製造できる。なお、ノズル板31の構成材料および製造方法は、特に限定されず、任意である。例
えば、シリコンの単結晶基板をエッチング等の半導体製造技術により加工することでノズル板31を形成してもよい。
流路基板32は、インクの流路を形成するための板状部材である。図1に例示される通り、流路基板32には、液体貯留室Rと第1流路324と圧力室Cと第2流路326とが形成される。液体貯留室Rは、流路基板32のZ方向における負側の面に設けられる凹部322により形成される。凹部322は、流路基板32におけるZ方向の負側の表面に対して窪んだ空間である。液体貯留室Rは、複数のノズルNにわたり連続する共通液室である。これに対し、第1流路324、第2流路326および圧力室Cは、それぞれ、ノズルN毎に形成される。圧力室Cは、ノズル板31と振動板33との間に位置し、当該圧力室C内に充填されるインクに圧力を付与するための空間である。第1流路324は、圧力室Cと液体貯留室Rとを連通させる絞り流路である。第1流路324は、流路基板32のZ方向における負側の面に設けられる凹部により形成される。液体貯留室Rに貯留されるインクは、各第1流路324に分岐して複数の圧力室Cに並列に供給および充填される。第2流路326は、圧力室CとノズルNとを連通させる貫通孔により形成される。流路基板32は、例えば、シリコン(Si)の単結晶基板をエッチング等の半導体製造技術により加工することで形成される。
本実施形態に係るインクジェット組成物に用いられるインクジェットヘッドにおいては、第1流路324の断面積は、第2流路326の断面積より小さいことが好ましい。すなわち、流路基板32に形成される流路は、液体貯留室Rからインクジェット組成物を送液する第1流路324と、第1流路324からノズルNへインクジェット組成物を送液する第2流路326と、を含み、第1流路324の断面積は、第2流路326の断面積より小さいものであることが好ましい。かかる構成のヘッドである場合には、インク吐出後に液体貯留室Rへとインクが逆流することをより低減できるが、インクの液体貯留室Rからの押し出しにさらに大きな圧力が必要となり、ノズル抜けがより発生しやすい。本実施形態に係るインクジェット組成物によれば、このような断面積が絞られた第1流路324を含むヘッドであっても、ノズル抜けを良好に低減できる。なお、第1流路324の断面積は、X方向から見たときの断面積であることが好ましく、第2流路326の断面積はZ方向から見たときの断面積であることが好ましい。また、X方向を「第1方向」、Z方向を「第2方向」ともよぶ。
振動板33は、弾性膜331と支持板332とで構成される。弾性膜331は、流路基板32の表面に接合され、支持板332は弾性膜331に積層される。弾性膜331は、例えば、パラ系アラミド樹脂等の樹脂材料で構成される。支持板332は、例えばステンレス鋼等の金属材料で構成される。支持板332は、各圧力室Cに重なる島状部333を有する形状をなす。また、支持板332は、液体貯留室Rに重なる領域において除去される。このため、振動板33は、当該領域において、弾性膜331の単層で構成され、弾性コンプライアンスフィルム334として機能する。弾性コンプライアンスフィルム334は、液体貯留室Rを区画する壁面の一部を構成し、液体貯留室R内の圧力変動を吸収する。
ケース34は、例えば樹脂材料の射出成形で製造される構造体であり、振動板33の流路基板32とは反対側の面に接合される。図1に例示される通り、ケース34には、導入口341が形成される。導入口341は、前述の液体貯留室Rに連通する貫通孔である。導入口341は、図示しない液体容器からのインクを液体貯留室Rに導入する。
固定部材35は、圧電素子36をケース34に取り付けるための部材であり、ケース34に接着剤等により固定される。圧電素子36は、図示しない圧電体層と電極層とを交互に積層した縦振動型の駆動素子であり、先端部が島状部333に当接する。圧電素子36
の変形に連動して島状部333が弾性膜331とともに振動すると、圧力室Cの容積が変化し、ノズルNからインクが噴射される。
1.1.2 液体貯留室
図1に例示される通り、インクジェットヘッド26は、前述のように、複数のノズルNが形成されるノズル板31と、複数のノズルNに供給するための液体を貯留する液体貯留室Rを含む流路が形成される流路基板32と、を有する。ここで、図1に例示される通り、ノズル板31の一方の面には、流路基板32が接合される。当該接合は、例えば、接着剤を用いて行われる。当該接着剤としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ系接着剤およびウレタン系接着剤等が挙げられる。当該接着剤には、例えば、シリカまたはアルミナ等のフィラーが含まれてもよい。
図1に例示される通り、流路基板32におけるノズル板31とは反対側の面には、凹部322が設けられる。この凹部322により液体貯留室Rが形成される。これにより、ノズル板31と流路基板32とを接着する接着剤が液体貯留室R内の液体に晒されないため、当該液体による当該接着剤の劣化が生じることがない。
以下、本実施形態に係るインクジェット組成物の物性、及び含有される各成分について説明する。
1.2 インクジェット組成物の表面張力
本実施形態に係るインクジェット組成物は、25℃での表面張力が31mN/m以下である。好ましくは30.5mN/m以下であり、より好ましくは30mN/m以下であり、さらに好ましくは29.5mN/m以下であり、よりさらに好ましくは29mN/m以下であり、特に好ましくは28.5mN/m以下であり、より特に好ましくは28mN/m以下であり、殊に好ましくは27.5mN/m以下であり、より殊に好ましくは27mN/m以下であり、殊更に好ましくは26.5mN/m以下である。インクジェット組成物の25℃での表面張力が上記範囲内であると、特定のインクジェットヘッドを用いるものであっても、ノズル抜けを良好に低減できる。
なお、表面張力の測定方法としては、一般的に用いられる表面張力計(例えば、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℃にて測定する方法が例示できる。
インクジェット組成物の表面張力の調整としては、限るものではないが、例えばインクに含み得る界面活性剤や有機溶剤の種類や含有量を調整することにより可能である。
1.3 界面活性剤
本実施形態に係るインクジェット組成物は、界面活性剤を含むことが好ましい。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る。
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一種以上が好ましい。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、E1020等のEシリーズ(エアプロダクツ社(Air Products Japan, Inc.)製商品名)、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D
F110D(日信化学工業社(Nissin Chemical Industry CO.,Ltd.)製商品名)などが挙げられる。
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、S-144、S-145(旭硝子株式会社製);FC-170C、FC-430、フロラード-FC4430(住友スリーエム株式会社製);FSO、FSO-100、FSN、FSN-100、FS-300(Dupont社製);FT-250、251(株式会社ネオス製)が挙げられる。
シリコーン系界面活性剤としては、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・ジャパン株式会社製)、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。
界面活性剤の含有量は、インクジェット組成物に対して0.1~5.0質量%であることが好ましく、0.2~3.0質量%であることがより好ましく、0.3~2.0質量%であることがさらに好ましく、0.4~1.5質量%であることが特に好ましく、0.5~1.3質量%であることがより特に好ましい。界面活性剤の含有量が上記範囲内であると、ノズル抜けをより良好に低減できる傾向にある。
本実施形態に係るインクジェット組成物は、界面活性剤を1種単独で含むものであってもよいが、2種以上含むことが好ましい。複数の界面活性剤を組み合わせて用いることで、界面活性剤を1種のみ用いる場合と比較して、インクの表面張力をより小さくすることが可能であり、ノズル抜けをより良好に低減できる傾向にある。
特に、HLB値の異なる界面活性剤を2種以上含むことが好ましい。より好ましくは、HLB値が3~8の界面活性剤(以下、「界面活性剤A」ともよぶ。)と、HLB値が12~16の界面活性剤(以下、「界面活性剤B」ともよぶ。)を含むものである。
ここで、界面活性剤のHLB(Hydrophile-Lipophile Balance)値は、グリフィン法により算出される値である。具体的には、下記式(H)にしたがって界面活性剤のHLB値を算出することができる。
HLB値=20×(親水基の質量%) ・・・(H)
1.3.1 界面活性剤A
本実施形態に係るインクジェット組成物は、HLB値が3~8の界面活性剤(界面活性剤A)を含むことが好ましい。界面活性剤Aは、疎水性が高く、消泡性に優れる。これにより、インクジェットヘッドの流路面等に発生し得る気泡の残留や成長、又は離脱を低減でき、ノズル抜けをより良好に低減することが可能である。
界面活性剤Aは、HLB値が3~8のアセチレングリコール系界面活性剤であることが好ましい。このような界面活性剤としては、例えば、主鎖の炭素数が10以上であるアセ
チレングリコールのアルキレンオキサイド付加物が挙げられる。界面活性剤Aがアセチレングリコール系界面活性剤である場合には、ノニオン系界面活性剤であることにより、インクがヘッド部材に対し均一に濡れ広がりやすく、ノズル抜けをより低減できる場合がある。
界面活性剤AのHLB値は、3~6であることが好ましく、3~5であることがより好ましく、4~5であることがさらに好ましい。HLB値が上記範囲内であると、消泡性により優れる傾向にある。
界面活性剤Aの市販品としては、特に限定されないが、例えば、日信化学工業株式会社製、サーフィノール61(HLB値:6)、サーフィノール104S(HLB値:4)、サーフィノール104PG50(HLB値:4)、サーフィノール420(HLB値:4)、サーフィノール82(HLB値:4)、サーフィノールDF110D(HLB値:3)、サーフィノールMD-20(HLB値:4)、サーフィノールSE-F(HLB値:6)等が挙げられる。これらの界面活性剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤Aの含有量は、インクジェット組成物に対して0.01~2.0質量%であることが好ましく、0.05~1.5質量%であることがより好ましく、0.1~1.0質量%であることがさらに好ましく、0.15~0.7質量%であることが特に好ましく、0.2~0.4質量%であることがより特に好ましい。界面活性剤Aの含有量が上記範囲内であると、ノズル抜けをより良好に低減できる傾向にある。
1.3.2 界面活性剤B
本実施形態に係るインクジェット組成物は、HLB値が12~16の界面活性剤(界面活性剤B)を含むことが好ましい。界面活性剤Bは、親水性が高く、濡れ性に優れる。これにより、界面活性剤Bを含むインクはインクジェットヘッド部材に対し濡れ広がりやすくなり、ノズル抜けが生じにくくなる傾向にある。
界面活性剤Bは、前述の界面活性剤Aと同様の観点から、HLB値が12~16のアセチレングリコール系界面活性剤であることが好ましい。界面活性剤BのHLB値は、12~15であることが好ましく、12~14であることがより好ましく、13~14であることがさらに好ましい。HLB値が上記範囲内であると、濡れ性により優れる傾向にある。なお、界面活性剤Bを2種以上併用する場合には、HLB値は加重平均して求められる。
界面活性剤Bの市販品としては、特に限定されないが、例えば、日信化学工業株式会社製、オルフィン104シリーズや、オルフィンE1010(HLB値13)、オルフィンE1020(HLB値15~16)等のEシリーズ、日本乳化剤株式会社製、ニューコール1006(HLB値13.4)、ニューコール1008(HLB値14.6)等が挙げられる。これらの界面活性剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤Bの含有量は、インクジェット組成物に対して0.1~2.0質量%であることが好ましく、0.2~1.5質量%であることがより好ましく、0.3~1.0質量%であることがさらに好ましく、0.4~0.7質量%であることが特に好ましい。界面活性剤Bの含有量が上記範囲内であると、ノズル抜けをより良好に低減できる傾向にある。
1.3.3 含有量比
本実施形態に係るインクジェット組成物においては、界面活性剤Bのインクジェット組
成物の総質量に対する含有量をMとし、界面活性剤Aのインクジェット組成物の総質量に対する含有量をMとしたときに、含有量比(M/M)が1.5~4.0であることが好ましく、1.5~3.5であることがより好ましく、1.5~3.0であることがさらに好ましく、1.7~2.5であることが特に好ましく、1.8~2.2であることがより特に好ましい。界面活性剤Aは疎水性が比較的高いため、ヘッドに用いられる接着剤に吸着しやすく、ノズルプレートの剥離を招く場合がある。これに対して、界面活性剤Bは親水性が比較的高いものであるため、上記問題が発生しにくい。したがって、含有量比(M/M)が上記範囲内であると、ノズル抜けを良好に低減できるとともに、ノズルプレートの剥離についても低減できる傾向にある。
1.4 有機溶剤
本実施形態に係るインクジェット組成物は、有機溶剤を含有してもよい。有機溶剤としては水溶性有機溶剤であることがより好ましい。なお、「水溶性」とは、例えば、20℃の水100gに対する溶解度が0.1g以上である性質を備えることをいう。
有機溶剤としては、エステル類、アルキレングリコールエーテル類、環状エステル類、含窒素溶剤、アルコール類、多価アルコール類等を挙げることができる。含窒素溶剤としては環状アミド類、非環状アミド類などを挙げることができる。非環状アミド類としてはアルコキシアルキルアミド類などが挙げられる。
エステル類としては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート、等のグリコールモノアセテート類、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールジアセテート、エチレングリコールアセテートプロピオネート、エチレングリコールアセテートブチレート、ジエチレングリコールアセテートブチレート、ジエチレングリコールアセテートプロピオネート、ジエチレングリコールアセテートブチレート、プロピレングリコールアセテートプロピオネート、プロピレングリコールアセテートブチレート、ジプロピレングリコールアセテートブチレート、ジプロピレングリコールアセテートプロピオネート、等のグリコールジエステル類が挙げられる。
アルキレングリコールエーテル類としては、アルキレングリコールのモノエーテル又はジエーテルであればよく、アルキルエーテルが好ましい。具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、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イソプロピルエーテル、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、トリエチエレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(TEGmBE)、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピ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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル類、及び、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル
、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールメチルブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル等のアルキレングリコールジアルキルエーテル類が挙げられる。
環状エステル類としては、β-プロピオラクトン、γ-ブチロラクトン、δ-バレロラクトン、ε-カプロラクトン、β-ブチロラクトン、β-バレロラクトン、γ-バレロラクトン、β-ヘキサノラクトン、γ-ヘキサノラクトン、δ-ヘキサノラクトン、β-ヘプタノラクトン、γ-ヘプタノラクトン、δ-ヘプタノラクトン、ε-ヘプタノラクトン、γ-オクタノラクトン、δ-オクタノラクトン、ε-オクタノラクトン、δ-ノナラクトン、ε-ノナラクトン、ε-デカノラクトン等の環状エステル類(ラクトン類)、並びに、それらのカルボニル基に隣接するメチレン基の水素が炭素数1~4のアルキル基によって置換された化合物を挙げることができる。
アルコキシアルキルアミド類としては、例えば、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-メトキシ-N,N-ジエチルプロピオンアミド、3-メトキシ-N,N-メチルエチルプロピオンアミド、3-エトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-エトキシ-N,N-ジエチルプロピオンアミド、3-エトキシ-N,N-メチルエチルプロピオンアミド、3-n-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-n-ブトキシ-N,N-ジエチルプロピオンアミド、3-n-ブトキシ-N,N-メチルエチルプロピオンアミド、3-n-プロポキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-n-プロポキシ-N,N-ジエチルプロピオンアミド、3-n-プロポキシ-N,N-メチルエチルプロピオンアミド、3-iso-プロポキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-iso-プロポキシ-N,N-ジエチルプロピオンアミド、3-iso-プロポキシ-N,N-メチルエチルプロピオンアミド、3-tert-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-tert-ブトキシ-N,N-ジエチルプロピオンアミド、3-tert-ブトキシ-N,N-メチルエチルプロピオンアミド、等を例示することができる。
環状アミド類としては、ラクタム類が挙げられ、例えば、2-ピロリドン、1-メチル-2-ピロリドン、1-エチル-2-ピロリドン、1-プロピル-2-ピロリドン、1-ブチル-2-ピロリドン、等のピロリドン類などが挙げられる。
アルコール類としては、例えば、アルカンが有する1つの水素原子がヒドロキシル基によって置換された化合物が挙げられる。該アルカンとしては、炭素数10以下のものが好ましく、6以下のものがより好ましく、3以下のものが更に好ましい。アルカンの炭素数は1以上であり、2以上であることが好ましい。アルカンは、直鎖型であってもよく、分枝型であってもよい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、iso-プロピルアルコール、n-ブタノール、2-ブタノール、tert-ブタノール、iso-ブタノール、n-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、及びtert-ペンタノールが挙げられる。
多価アルコール類は、分子中に2個以上の水酸基を有するものである。多価アルコール類は、例えば、アルカンジオール類とポリオール類とに分けることができる。
アルカンジオール類とは、例えば、アルカンが2個の水酸基で置換された化合物が挙げられる。アルカンジオール類としては、例えば、エチレングリコール(別名:エタン-1,2-ジオール)、プロピレングリコール(別名:プロパン-1,2-ジオール)、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブチレングリコール(別名:1,3-ブタンジオール)、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2,4-ペンタンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2-メチル-1,3-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-メチルペンタン-2,4-ジオール、1,6-ヘキサンジオール、2-エチル-2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-2-プロピル-1,3-プロパンジオール等を挙げることができる。
ポリオール類としては、例えば、アルカンジオール類の2分子以上が水酸基同士で分子間縮合した縮合物、水酸基を3個以上有する化合物などが挙げられる。
アルカンジオール類の2分子以上が水酸基同士で分子間縮合した縮合物としては、例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール等のジアルキレングリコールや、トリエチレングリコール(標準沸点287.4℃)、トリプロピレングリコール等のトリアルキレングリコールなどが挙げられる。
水酸基を3個以上有する化合物は、アルカンやポリエーテル構造を骨格とする、3個以上の水酸基を有する化合物である。水酸基を3個以上有する化合物としては、例えば、グリセリン(標準沸点290℃)、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,2,5-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ポリオキシプロピレントリオールなどが挙げられる。
アルカンジオール類及びポリオール類は、主に浸透溶剤及び/又は保湿溶剤として機能することができる。なお、アルカンジオール類は浸透溶剤としての性質が強い傾向があり、ポリオール類は保湿溶剤としての性質が強い傾向がある。
有機溶剤は一種単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
本実施形態に係るインクジェット組成物は、標準沸点270℃以上の多価アルコールを含むことが好ましい。標準沸点270℃以上の多価アルコールは保湿性能に特に優れるものであり、インクの保湿性が向上し、目詰まり回復性により優れる傾向にある。多価アルコールの標準沸点は、より好ましくは275℃以上であり、さらに好ましくは280℃以上であり、特に好ましくは285℃以上である。
標準沸点270℃以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン(標準沸点290℃)、トリエチレングリコール(標準沸点287.4℃)、トリプロピレングリコール(標準沸点270℃)などが挙げられる。この中でも、グリセリン、トリエチレングリコールから選ばれる1種以上であることが好ましい。
標準沸点270℃以上の多価アルコールの含有量は、インクジェット組成物の総量に対して1~30質量%であることが好ましく、5~25質量%であることがより好ましく、10~20質量%であることがさらに好ましく、12~18質量%であることが特に好ましく、13~16質量%であることがより特に好ましい。標準沸点270℃以上の多価ア
ルコールの含有量が上記範囲内であると、目詰まり回復性により優れる傾向にある。
有機溶剤の含有量は特に限定されないが、インクジェット組成物の総量に対し1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることがさらに好ましく、15質量%以上であることが特に好ましく、20質量%以上であることがより特に好ましい。上限についても特に限定されないが、インクジェット組成物の総量に対し50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、35質量%以下であることがさらに好ましく、30質量%以下であることが特に好ましい。有機溶剤の含有量が上記範囲内であると、目詰まり回復性に優れる場合がある。
1.5 水
本実施形態に係るインクジェット組成物は、水を含有してもよい。水としては、特に限定されないが、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、及び蒸留水等の純水、並びに超純水のような、イオン性不純物を極力除去したものが挙げられる。また、紫外線照射又は過酸化水素の添加等によって滅菌した水を用いると、インクジェット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防止することができる。これにより貯蔵安定性がより向上する傾向にある。
水の含有量は、インクジェット組成物の総量に対して、50質量%以上が好ましく、55質量%以上がより好ましく、60質量%以上がさらに好ましく、65質量%以上が特に好ましい。また、水の含有量の上限値は特に限定されないが、インクジェット組成物の総量に対して、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましい。
1.6 色材
色材としては、特に限定されないが、例えば染料又は顔料が挙げられる。染料としては、例えば、溶性染料、分散染料、油性染料などを用いることができる。
水溶性染料としては、例えば、C.I.アシッドイエロー1、3、6、11、17、18、19、23、25、36、38、40、40:1、42、44、49、59、59:1、61、65、67、72、73、79、99、104、159、169、176、184、193、200、204、207、215、219、219:1、220、230、232、235、241、242、246;C.I.アシッドオレンジ3、7、8、10、19、22、24、51、51S、56、67、74、80、86、87、88、89、94、95、107、108、116、122、127、140、142、144、149、152、156、162、166、168、C.I.アシッドレッド1、6、8、9、13、18、27、35、37、52、54、57、60、73、82、88、97、97:1、106、111、114、118、119、127、131、138、143、145、151、183、195、198、211、215、217、225、226、249、251、254、256、257、260、261、265、266、274、276、277、289、296、299、315、318、336、337、357、359、361、362、364、366、399、407、415;C.I.アシッドバイオレット17、19、21、42、43、47、48、49、54、66、78、90、97、102、109、126;C.I.アシッドブルー1、7、9、15、23、25、40、61:1、62、72、74、80、83、90、92、103、104、112、113、114、120、127、127:1、128、129、138、140、142、156、158、171、182、185、193、199、201、203、204、205、207、209、220、221、224、225、229、230、239、258、260、264、277:1、278、279、280、2
84、290、296、298、300、317、324、333、335、338、342、350;C.I.アシッドグリーン9、12、16、19、20、25、27、28、40、43、56、73、81、84、104、108、109;C.I.アシッドブラウン2、4、13、14、19、28、44、123、224、226、227、248、282、283、289、294、297、298、301、355、357、413;C.I.アシッドブラック1、2、3、24、24:1、26、31、50、52、52:1、58、60、63、63S、107、109、112、119、132、140、155、172、187、188、194、207、222等の酸性染料;C.I.ダイレクトイエロー8、9、10、11、12、22、27、28、39、44、50、58、86、87、98、105、106、130、137、142、147、153;C.I.ダイレクトオレンジ6、26、27、34、39、40、46、102、105、107、118;C.I.ダイレクトレッド2、4、9、23、24、31、54、62、69、79、80、81、83、84、89、95、212、224、225、226、227、239、242、243、254;C.I.ダイレクトバイオレット9、35、51、66、94、95;C.I.ダイレクトブルー1、15、71、76、77、78、80、86、87、90、98、106、108、160、168、189、192、193、199、200、201、202、203、218、225、229、237、244、248、251、270、273、274、290、291;C.I.ダイレクトグリーン26、28、59、80、85;C.I.ダイレクトブラウン44、44:1、106、115、195、209、210、212:1、222、223、C.I.ダイレクトブラック17、19、22、32、51、62、108、112、113、117、118、132、146、154、159、169等の直接染料;C.I.リアクティブイエロー2、3、7、15、17、18、22、23、24、25、27、37、39、42、57、69、76、81、84、85、86、87、92、95、102、105、111、125、135、136、137、142、143、145、151、160、161、165、167、168、175、176;C.I.リアクティブオレンジ1、4、5、7、11、12、13、15、16、20、30、35、56、64、67、69、70、72、74、82、84、86、87、91、92、93、95、107;C.I.リアクティブレッド2、3、3:1、5、8、11、21、22、23、24、28、29、31、33、35、43、45、49、55、56、58、65、66、78、83、84、106、111、112、113、114、116、120、123、124、128、130、136、141、147、158、159、171、174、180、183、184、187、190、193、194、195、198、218、220、222、223、226、228、235;C.I.リアクティブバイオレット1、2、4、5、6、22、23、33、36、38;C.I.リアクティブブルー2、3、4、7、13、14、15、19、21、25、27、28、29、38、39、41、49、50、52、63、69、71、72、77、79、89、104、109、112、113、114、116、119、120、122、137、140、143、147、160、161、162、163、168、171、176、182、184、191、194、195、198、203、204、207、209、211、214、220、221、222、231、235、236;C.I.リアクティブグリーン8、12、15、19、21;C.I.リアクティブブラウン2、7、9、10、11、17、18、19、21、23、31、37、43、46;C.I.リアクティブブラック5、8、13、14、31、34、39等の反応性染料等が挙げられる。
分散染料としては、例えば、C.I.ディスパーズイエロー5、42、54、64、79、82、83、93、99、100、119、122、124、126、160、184:1、186、198、199、204、224、237;C.I.ディスパーズオレンジ13、29、31:1、33、49、54、55、66、73、118、119、163;C.I.ディスパーズレッド54、60、72、73、86、88、91、92、
93、111、126、127、134、135、143、145、152、153、154、159、164、167:1、177、181、204、206、207、221、239、240、258、277、278、283、311、323、343、348、356、362;C.I.ディスパーズバイオレッド33;C.I.ディスパーズブルー56、60、73、87、113、128、143、148、154、158、165、165:1、165:2、176、183、185、197、198、201、214、224、225、257、266、267、287、354、358、365、368;C.I.ディスパーズグリーン6:1、9等が挙げられる。
油性染料としては、例えば、C.I.ソルベント・ブラック3、7、27、29、34;C.I.ソルベント・イエロー14、16、19、29、56、82;C.I.ソルベント・レッド1、3、8、18、24、27、43、51、72、73、132、218;C.I.ソルベント・バイオレット3;C.I.ソルベント・ブルー2、11、70;C.I.ソルベント・グリーン3、7;C.I.ソルベント・オレンジ2等が挙げられる。
顔料としては、例えば、各種の有機および無機顔料が使用できる。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のアゾ顔料や、フタロシアニン顔料、ペリレンおよびペリレン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサンジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロニ顔料等の多環式顔料や、塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ等の染料レーキや、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料等の有機顔料、カーボンブラック等の無機顔料が挙げられる。
色材の含有量は、用途に応じて適宜調整することができるが、インクジェット組成物の総量に対して、好ましくは0.1質量%以上17.0質量%以下であり、より好ましくは0.2質量%以上15.0質量%以下であり、さらに好ましくは1.0質量%以上10.0質量%以下であり、特に好ましくは2.0質量%以上5.0質量%以下である。色材の含有量が上記範囲内であると、ヘッドの吐出性能により優れる場合がある。
1.7 pH調整剤
本実施形態に係るインクジェット組成物は、pH調整剤を含有してもよい。pH調整剤としては、特に限定されないが、例えば有機塩基、無機塩基が挙げられる。有機塩基としては、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-iso-プロパノールアミンなどのアルカノールアミン類が挙げられる。無機塩基としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、などのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物である強塩基を用いることができる。
インクジェット組成物にpH調整剤を含有させる場合の含有量は、インクジェット組成物の総量に対して、0.01~1.0質量%であることが好ましく、0.03~0.5質量%であることがより好ましく、0.05~0.3質量%であることがさらに好ましく、0.07~0.15質量%であることが特に好ましい。pH調整剤の含有量が上記範囲内であると、色材の分散安定性が向上し、ヘッドの吐出性能により優れる場合がある。
1.8 その他の成分
本実施形態に係るインクジェット組成物は、上記以外の成分として、例えば、樹脂、分散剤、防腐剤・防かび剤、キレート剤、ワックス、柔軟剤、溶解助剤、粘度調整剤、酸化防止剤等の、種々の添加剤を適宜含有してもよい。
2.実施例
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。以下「%」は、特に記載のない限り、質量基準である。
2.1 インクジェット組成物の調製
下表1の組成になるように各成分を容器に入れて、マグネチックスターラーで2時間混合及び攪拌した後、さらに、直径0.3mmのジルコニアビーズを充填したビーズミルにて分散処理を行うことにより十分に混合した。1時間攪拌してから、5μmのPTFE製メンブランフィルターを用いて濾過することで各実施例及び各比較例に係るインクジェット組成物を得た。なお、純水はインクジェット組成物の総量が100質量%となるように添加した。
Figure 2023117679000002
上表1の記載について説明を補足する。
〈インクジェットヘッド〉
表中「X」は、図1に記載のインクジェットヘッドを示す。また、表中「Y」は、特開2020-55305号公報の図10に記載のインクジェットヘッドを示す。
「特定構造」とは、インクジェットヘッドが、複数のノズルが形成されるノズル板と、前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成される構造をいう。
〈インク成分〉
〔色材〕
・DB199(C.I.ダイレクトブルー199)
〔界面活性剤〕
・サーフィノールDF110D(日信化学工業社製商品名、アセチレングリコール系界面活性剤)
・サーフィノール104PG50(日信化学工業社製商品名、アセチレングリコール系界面活性剤)
・サーフィノールSE-F(日信化学工業社製商品名、アセチレングリコール系界面活性剤)
・オルフィンE1010(エアプロダクツ社製商品名、アセチレングリコール系界面活性剤)
・オルフィンE1020(エアプロダクツ社製商品名、アセチレングリコール系界面活性剤)
〔その他〕
・TEGmBE(トリエチレングリコールモノブチルエーテル)
〈表面張力〉
インクの表面張力は、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、25℃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した。
2.2 評価方法
2.2.1 NP(ノズルプレート)剥離(ヘッドへのアタック)
上記で得られたインクジェット組成物に、インクジェットヘッドXまたはインクジェットヘッドYを浸漬させ、80℃で65時間放置後、接着剤剥離度合いを目視にて観察し、以下の判断基準にて評価を行った。
(判断基準)
A:接着剤へのインクの浸透がない状態
B:角など接地面が広い部分では若干のインク浸食がある
C:全体的にインク浸食があるが状態
2.2.2 ドット抜け
上表1に記載のインクジェットヘッドを備えるように改造したインクジェットプリンター(商品名「PX-G930」の改造機、セイコーエプソン株式会社製)に、上記で得られたインクジェット組成物を充填し、3000枚の連続印刷を行い、以下の判断基準にて評価を行った。
(判断基準)
A:3000枚印刷する間にドット抜けがない
B:3000枚印刷する間にドット抜けは発生するがCL(クリーニング)で回復しその後は問題なく印刷を続けられる
C:3000枚印刷する間にドット抜けが発生しCL(クリーニング)で一時的に回復するもののドット抜けが再発する
2.2.3 目詰まり回復性
上表1に記載のインクジェットヘッドを備えるように改造したインクジェットプリンター(商品名「PX-G930」の改造機、セイコーエプソン株式会社製)に、上記で得られたインクジェット組成物を充填し、温度40℃、湿度25%の環境下において、インクカートリッジのキャップを開放させた状態で7日放置した。その後、ノズルチェックパターンの印刷とクリーニング(CL)を繰り返し行い、以下の判断基準にて評価を行った。
(判断基準)
A:CL3回以内で全回復
B:CL4回以上で全回復
2.3 評価結果
上表1に評価結果を示す。
上表1より、インクジェットヘッドから吐出されるインクジェット組成物であって、前記インクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されるノズル板と、前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成され、前記インクジェット組成物は、25℃での表面張力が31mN/m以下である、各実施例におけるインクジェット組成物は、いずれもノズルプレート剥離及びノズル抜けを良好に低減できた。
各実施例と比較例1~2の対比より、特定構造のインクジェットヘッドを用いることでノズルプレート剥離を良好に低減できた。
各実施例と比較例3の対比より、インクの表面張力が31mN/m以下であると、ノズル抜けの発生を良好に低減できた。
上述した実施形態から以下の内容が導き出される。
インクジェット組成物の一態様は、
インクジェットヘッドから吐出されるインクジェット組成物であって、
前記インクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されるノズル板と、
前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、
前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成され、
前記インクジェット組成物は、25℃での表面張力が31mN/m以下である。
上記インクジェット組成物の一態様において、
前記インクジェット組成物は、界面活性剤を2種以上含むものであってよい。
上記インクジェット組成物のいずれかの態様において、
前記界面活性剤は、HLB値が3~8である界面活性剤Aを含むものであってよい。
上記インクジェット組成物のいずれかの態様において、
前記界面活性剤は、HLB値が12~16である界面活性剤Bを含むものであってよい。
上記インクジェット組成物のいずれかの態様において、
前記界面活性剤Bのインクジェット組成物の総質量に対する含有量をMとし、前記界面活性剤Aのインクジェット組成物の総質量に対する含有量をMとしたときに、含有量比(M/M)が1.5~4.0であってよい。
上記インクジェット組成物のいずれかの態様において、
前記インクジェット組成物は、標準沸点270℃以上の多価アルコールを含んでいてもよい。
上記インクジェット組成物のいずれかの態様において、
前記流路は、前記液体貯留室から前記インクジェット組成物を送液する第1流路と、前記第1流路から前記ノズルへ前記インクジェット組成物を送液する第2流路と、を含み、
前記第1流路の断面積は、前記第2流路の断面積より小さいものであってよい。
本発明は、上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。
26…インクジェットヘッド、31…ノズル板、32…流路基板、322…凹部、324…第1流路、326…第2流路、33…振動板、331…弾性膜、332…支持板、333…島状部、334…弾性コンプライアンスフィルム、34…ケース、341…導入口、35…固定部材、36…圧電素子、C…圧力室、N…ノズル、R…液体貯留室。

Claims (7)

  1. インクジェットヘッドから吐出されるインクジェット組成物であって、
    前記インクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されるノズル板と、
    前記ノズル板の一方の面に接合され、前記複数のノズルに供給するための液体を貯留する液体貯留室を含む流路が形成される流路基板と、を備え、
    前記液体貯留室は、前記流路基板の前記ノズル板とは反対側の面に設けられる凹部により形成され、
    前記インクジェット組成物は、25℃での表面張力が31mN/m以下である、インクジェット組成物。
  2. 前記インクジェット組成物は、界面活性剤を2種以上含む、請求項1に記載のインクジェット組成物。
  3. 前記界面活性剤は、HLB値が3~8である界面活性剤Aを含む、請求項2に記載のインクジェット組成物。
  4. 前記界面活性剤は、HLB値が12~16である界面活性剤Bを含む、請求項2または請求項3に記載のインクジェット組成物。
  5. 前記界面活性剤Bのインクジェット組成物の総質量に対する含有量をMとし、前記界面活性剤Aのインクジェット組成物の総質量に対する含有量をMとしたときに、含有量比(M/M)が1.5~4.0である、請求項4に記載のインクジェット組成物。
  6. 前記インクジェット組成物は、標準沸点270℃以上の多価アルコールを含む、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組成物。
  7. 前記流路は、前記液体貯留室から前記インクジェット組成物を送液する第1流路と、前記第1流路から前記ノズルへ前記インクジェット組成物を送液する第2流路と、を含み、
    前記第1流路の断面積は、前記第2流路の断面積より小さい、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組成物。
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