JP4328670B2 - 画像記録方法 - Google Patents
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Description
インクジェット記録方法には、ピエゾ素子により圧力を加えて液滴を吐出させる方式、熱によりインク中に気泡を発生させて液滴を吐出させる方式、超音波を用いた方式、あるいは静電力により液滴を吸引吐出させる方式がある。これらのインクジェット記録用インクとしては、水性インク、油性インク、あるいは固体(溶融型)インクが用いられる。
特許文献1は、記録媒体へのインクの浸透、吸収が間に合わないために起こる、「あふれ」と呼ばれる画像がぼやけてしまう問題を解決して記録を行い、高精細な画像を得る方法として、異なる表面張力の同一色同一濃度のインク滴を表面張力の高い順に記録媒体に付与する方法を提案している。
また、特許文献2は、少なくとも色材、水溶性溶媒、及び水を含むインクと、該インクを凝集させる作用を有する液体組成物と、を含んで構成されるインクジェット記録用インクセットにおいて、前記インク及び液体組成物の表面張力/粘度の比及び前記インクの記録媒体上における初期接触角を特定することにより、光学濃度、滲み、色間滲み、乾燥時間に優れたインクジェット記録用インクセット、及びインクジェット記録方法を提案している。
しかしながら、画素密度及び記録速度が高くなると上記技術では対応できないことが分かってきた。
1)インクセットのインク組成物をメディア上に打滴して、画素密度650dpi以上、記録速度0.5m2/min以上で、画像形成する画像記録方法であって、
前記インクセットとして複数のインク組成物を含有し、かつ以下の条件を満足するインクセットを用い、
(1)複数のインク組成物は互いに異なる着色剤を含有していること。
(2)先に打滴するインク組成物の打滴から1秒以内に、後に打滴するインク組成物が、先に打滴するインク組成物とは異なる吐出ヘッドから打滴され、かつ該両インク組成物の着滴部が少なくとも接触する部位が存在すること。
(3)先に打滴するインク組成物の表面張力をγ1、粘度をη1と、後に打滴するインク組成物の表面張力をγ2、粘度をη2とすると、複数のインク組成物の全てにおいて、以下の関係を満足すること。
0≦γ1−γ2≦5.0[mN/m]、かつ−1.0≦η1−η2≦1.0[mPa・s]
打滴に用いられる吐出ヘッドが、メディア上を1回の走査により画像を形成するラインヘッドであることを特徴とする画像記録方法。
2)前記打滴の少なくとも一部の体積が10pl以下であることを特徴とする上記1)記載の画像記録方法。
3)前記インク組成物中にアセチレン系界面活性剤を含むことを特徴とする上記1)または2)記載の画像記録方法。
4)前記画素密度は、メディア搬送方向およびこれに直交する方向での値であることを特徴とする上記1)〜3)の何れかに記載の画像記録方法。
5)前記吐出ヘッドが、インク組成物の色1色当たり256以上のノズルを有するヘッドであることを特徴とする上記1)〜4)の何れかに記載の画像記録方法。
ここで、打滴とは、インク組成物の液滴を吐出ヘッドからメディア上に移行させて画素を形成すること、またはその移行される液滴を意味する。
画素密度とは、メディア1インチの長さ上の打滴数を意味する。
記録速度とは、上記画素密度を満足しつつ1分当たりに記録可能な面積を意味する。
画像形成装置は、打滴を行う吐出ヘッド及び吐出ヘッドの打滴を制御する制御装置から少なくとも構成される。
ここで、インク組成物A及びインク組成物Bは、少なくとも互いに異なる着色剤を含有していることが必要であり、インク組成物Aとインク組成物Bは、通常、色が異なるが、同一色を有したものであってもよい。本発明においては、互いに色相が異なる場合に効果が顕著である。色が異なるとは、印字された色の色相、明度、及び色度の何れか1つ以上が異なることを意味する。具体的には、同じ着色剤を用いたインク組成物でも互いに濃度が異なるインク組成物を同容量用いた場合に呈色する色も互いに色が異なることになる。
ここで、着滴部とは、メディア上に移行した打滴の存在領域を意味し、「着滴部が少なくとも接触する部位が存在する」とは、前記打滴の存在領域が少なくとも接触する部位が存在することを意味し、前記接触とは該領域の外延が接することであっても、該領域の全部乃至一部が重なることでもよい。
上記接触部位は、当該両打滴同士の全てであってもよいし、一部であってもよい。
また、「異なる吐出ヘッド」とは、インク組成物Aとインク組成物Bが吐出されるまで混在しないで打滴されるように吐出領域が構成された吐出ヘッドを意味する。
吐出領域は打滴を行うノズルから構成されるが、ノズルの配置の態様は特に制限はなく、任意である。
0≦γ1−γ2≦5.0[mN/m]、かつ−1.0≦η1−η2≦1.0[mPa・s]
好ましくは、
0≦γ1−γ2≦2[mN/m]、かつ−0.5≦η1−η2≦0.5[mPa・s]
更に好ましくは、
0≦γ1−γ2≦1[mN/m]、かつ−0.2≦η1−η2≦0.2[mPa・s]
本発明のインクセットの表面張力は、25℃において20〜50mN/mであることが好ましく、20〜40mN/mであることが更に好ましい。表面張力が50mN/mを超えると吐出安定性、混色時のにじみ、ひげ等印字品質が著しく低下する。また、インクの表面張力を20mN/m以下にすると吐出時、ハード表面へのインクの付着等により印字不良となる場合がある。
表面張力を調整する目的で、インク組成物にカチオン、アニオン、ノニオン系並びにベタイン系の各種界面活性剤を添加することができる。また、界面活性剤は2種以上を併用することができる。
ガラスまたは白金の薄い板を液体中に一部分浸して垂直に吊るすと、液体と板との接する長さに沿って液体の表面張力が下向きに働く。この力を上向きの力で釣り合わせて表面張力を測定することが出来る。
粘度の調製はインク溶剤の添加量で任意に調製可能である。インク溶剤として例えば、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエタノールアミン、2−ピロリドン、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどがある。
また、粘度調整剤を使用してもよい。粘度調整剤としては、例えば、セルロース類、ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマーやノニオン系界面活性剤等が挙げられる。更に詳しくは、「粘度調製技術」(技術情報協会、1999年)第9章、及び「インクジェットプリンタ用ケミカルズ(98増補)−材料の開発動向・展望調査−」(シーエムシー、1997年)162〜174頁に記載されている。
例えば、上記要件を満足するインク組成物Aとインク組成物Bの組を(インク組成物A,インク組成物B)と記載し、イエローインク組成物をY、マゼンタインク組成物をM、シアンインク組成物をC、ブラックインク組成物をBKと記すと以下の例が挙げられる。
(C,M)、(C,Y)、(C,BK)、(M,C)、(Y,C)、(BK,C)、(M,Y)、(Y,M)、(M,BK)、(BK,M)、(Y,BK)、(BK,Y)
上記インク組成物に所望により濃度の薄いインク組成物を用いてもよく、例えば、ライトマゼンタインク組成物(LM)、ライトシアンインク組成物(LC)等を組み合わせてもよく、以下の例が挙げられる。
(C,LC)、(LC,C)、(M,LM)、(LM,M)、(LC,M)、(LC,M)、(LC,Y)、(LC,BK)、(LM,LC)、(Y,LC)、(BK,LC)、(LM,Y)、(Y,LM)、(LM,BK)、(BK,LM)
また、本発明のインクセットにおいてインク組成物Aとインク組成物Bの可能な組み合わせとしては以下が挙げられるがこれに限定されないことは明らかである。
{(C,M)、(C,Y)、(C,BK)、(M,Y)、(M,BK)、(BK,Y)、(LC,M)、(LC,Y)、(LC,BK)、(LM,Y)、(LM,BK)、(BK,Y)}
このラインヘッドは、その吐出による打滴可能な領域がメディア幅に相当するものであり、通常、ヘッドは固定され、メディアの長手方向への搬送のみで画像記録を行うことができるため、高速かつ高密度記録の本発明のインクセットに極めて有利である。
本発明に用いられる吐出ヘッドは、ラインヘッドであることが好ましいが、メディア搬送方向に加え、これに直交する方向に移動する吐出ヘッドも用いることができる。
吐出による打滴可能な領域は、インク組成物の色の違いに対応して設けられることが好ましい。
この吐出による打滴可能な領域の吐出ノズルの配列(ピッチ、位置)等は本発明の条件を満足するならば任意である。ここで、ピッチは、ノズル中心間の距離であり、好ましくは5〜500μm、更に好ましくは5〜200μm、特に好ましくは5〜100μmである。
ノズルの配列の態様は、直線状、ちどり状、斜め状等が挙げられる。
具体的には、以下の例が挙げられる。図1を参照して、シアンインク組成物を吐出するためのシアンノズル列、マゼンタインク組成物を吐出するためのマゼンタノズル列を含む部分の吐出ヘッドについて説明する。
吐出ヘッド1は、ノズル2aを配置してなるシアンノズル列2acからなる吐出ヘッド1aと、ノズル2bを配置してなるマゼンタノズル列2bcからなる吐出ヘッド1bからなる。吐出ヘッド1は装置に固定されており、ノズル列2ac、2bcはメディア搬送方向3およびこれに直交する方向4に対して斜め4列に配置され、見かけ上のメディア搬送方向と直交する方向の画素密度は750dpi(ノズルピッチ5:34μm、ノズル径:25μm)である。
また、各色の搬送方向の隣接ノズル間隔6は25μm以上(好ましくは34μm以上、更に好ましくは100μm以上)であって、同色のインク組成物は約0.01msec以上(好ましくは0.01〜500msec、更に好ましくは0.01〜100msec)の間隔で着滴部の一部が重なるように着滴部径約10μm以上(好ましくは10〜100μm、更に好ましくは10〜50μm)、面積約80μm2以上(好ましくは80〜8000μm2、更に好ましくは80〜2000μm2)で打滴される。
さらに、各色のノズル列の間隔は約100mm以上で、インク組成物A及びBは1秒以内の間隔で上記態様で打滴される。
上記ヘッドは、移動型でも固定型でもよい。
打滴周波数を制御するには、ヘッド駆動信号の周波数を制御することで可能である。
記録すべき画像信号は記録制御部により、打滴サイズ、打滴速度、打滴周波数が決定され、吐出ヘッドを駆動する信号が作成される。駆動信号は吐出ヘッドに供給される。ヘッドを駆動する信号により打滴サイズ、打滴速度、打滴周波数が制御されることにより記録速度が制御される。
本発明の画像記録方法では、本発明のインクセットを使用して、画像記録を行う方法であれば、記録方式に制限はなく、公知の方式、例えば静電誘引力を利用してインク組成物を吐出させる電荷制御方式、ピエゾ素子の振動圧力を利用するドロップオンデマンド方式(圧力パルス方式)、電気信号を音響ビームに変えインクに照射して放射圧を利用してインク組成物を吐出させる音響インクジェット方式、及びインク組成物を加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェット(バブルジェット)方式等が用いられる。
本発明の画像記録方法には、フォトインクと称する濃度の低いインク組成物を小さい体積で多数射出する方式、実質的に同じ色相で濃度の異なる複数のインク組成物を用いて画質を改良する方式や無色透明のインク組成物を用いる方式が含まれる。
例えばサーマルインクジェット方式の場合、プリントヘッドの構造で打滴体積を制御することが可能である。すなわち、インク室、加熱部、ノズルの大きさを変えることにより、所望のサイズで打滴することができる。またサーマルインクジェット方式であっても、加熱部やノズルの大きさが異なる複数の吐出ヘッドを持たせることで、複数サイズの打滴を実現することも可能である。
ピエゾ素子を用いたドロップオンデマンド方式の場合、サーマルインクジェット方式と同様にプリントヘッドの構造にて打滴体積を変えることも可能であるが、後述するようにピエゾ素子を駆動する駆動信号の波形を制御することにより、同じ構造のプリントヘッドで複数のサイズの打滴を行うことができる。
写真のように、高画質の画像を記録するためには、小さいインク滴で鮮鋭度の高い画像を再現するため、打滴密度を650dpi(1インチあたりのドット数)以上とする必要がある。
ここで打滴周波数を高くすることにより、記録速度を上げることが可能である。
打滴周波数を制御するには、サーマルインクジェット方式の場合、ヘッドを加熱するヘッド駆動信号の周波数を制御することで可能である。
ピエゾ方式の場合、ピエゾを駆動する信号の周波数を制御することで可能である。
ピエゾヘッドの駆動に関して説明する。プリントすべき画像信号はプリンタ制御部により、打滴サイズ、打滴速度、打滴周波数が決定され、プリントヘッドを駆動する信号が作成される。駆動信号はプリントヘッドに供給される。ピエゾを駆動する信号により打滴サイズ、打滴速度、打滴周波数が制御される。ここで打滴サイズと打滴速度は駆動波形の形状と振幅で決定され、周波数は信号の繰返し周期で決定される。
この打滴周波数を7.15kHzに設定すると、図1に示すノズル列を有する吐出ヘッドでは、140マイクロ秒ごとにヘッドは駆動され、全ノゾルを10分の1づつ10回に分けて駆動され、1.4ミリ秒で1ラインの記録が終了する。記録紙の移動速度を1.4ミリ秒に(1/650)インチ以上すなわち約39ミクロン以上移動するように主走査方向の搬送速度を設定することにより、秒速28mmのプリントが可能であり、7.5秒に1枚の速度でプリントすることが出来る。
また、ノズルの表面は特開2002−292878号公報に記載されるような撥水処理を施すことが好適である。用途としては、コンピュータと接続されるプリンタであってもよいし、写真をプリントすることに特化した装置であってもよい。
本発明に適用される画像記録方法は、インク組成物を記録材料へ打滴するときの平均打滴速度が2m/sec以上が好ましく、5m/sec以上が更に好ましい。
打滴速度を制御するには、ヘッドを駆動する波形の形状と振幅を制御することにより行う。
また複数の駆動波形を使い分けることにより、同じヘッドで複数のサイズの打滴を行うことができる。
本発明のインクセットに用いられるインク組成物は、基本構成として、少なくとも着色剤を含んでなるものを意味する。本発明のインク組成物は、媒体を含有させることができるが、媒体として溶媒を用いた場合は特にインクジェット記録用インク組成物として好適である。本発明のインク組成物は、媒体として、親油性媒体や水性媒体中用いて、それらの中に、着色剤を溶解及び/又は分散させることによって作製することができる。好ましくは、水性媒体を用いる場合である。本発明のインク組成物には、媒体を除いたインク用組成物も含まれる。必要に応じてその他の添加剤を、本発明の効果を害しない範囲内において含有される。その他の添加剤としては、例えば、乾燥防止剤(湿潤剤)、褪色防止剤、乳化安定剤、浸透促進剤、紫外線吸収剤、防腐剤、防黴剤、pH調整剤、表面張力調整剤、消泡剤、粘度調整剤、分散剤、分散安定剤、防錆剤、キレート剤等の公知の添加剤が挙げられる。これらの各種添加剤は、水溶性インク組成物の場合にはインク液に直接添加する。油溶性着色剤を分散物の形で用いる場合には、着色剤分散物の調製後分散物に添加するのが一般的であるが、調製時に油相又は水相に添加してもよい。
例えばカップリング成分(以降カプラー成分と呼ぶ)としてフェノール類、ナフトール類、アニリン類、ピラゾロンやピリドン等のようなヘテロ環類、開鎖型活性メチレン化合物類などを有するアリールもしくはヘテリルアゾ色素;例えばカプラー成分として開鎖型活性メチレン化合物類などを有するアゾメチン色素;例えばベンジリデン色素やモノメチンオキソノール色素等のようなメチン色素;例えばナフトキノン色素、アントラキノン色素等のようなキノン系色素などがあり、これ以外の色素種としてはキノフタロン色素、ニトロ・ニトロソ色素、アクリジン色素、アクリジノン色素等を挙げることができる。
例えばカップリング成分(以降カプラー成分と呼ぶ)としてフェノール類、ナフトール類、アニリン類、ピラジンのようなヘテロ環類、開鎖型活性メチレン化合物類などを有するアリールもしくはヘテリルアゾ色素;例えばカプラー成分として開鎖型活性メチレン化合物類などを有するアゾメチン色素;アントラピリドン色素をあげることができる。
例えばカプラー成分としてフェノール類、ナフトール類、アニリン類などを有するアリールもしくはヘテリルアゾ色素;例えばカプラー成分としてフェノール類、ナフトール類、ピロロトリアゾールのようなヘテロ環類などを有するアゾメチン色素;シアニン色素、オキソノール色素、メロシアニン色素などのようなポリメチン色素;ジフェニルメタン色素、トリフェニルメタン色素、キサンテン色素などのようなカルボニウム色素;フタロシアニン色素;アントラキノン色素;インジゴ・チオインジゴ色素などを挙げることができる。
例えばカプラー成分としてフェノール類、ナフトール類、アニリン類などを有するアリールもしくはヘテリルアゾ色素;例えばカプラー成分としてフェノール類、ナフトール類、ピロロトリアゾールのようなヘテロ環類などを有するアゾメチン色素;シアニン色素、オキソノール色素、メロシアニン色素などのようなポリメチン色素;ジフェニルメタン色素、トリフェニルメタン色素、キサンテン色素などのようなカルボニウム色素、これらが種々組み合わさったビスアゾ、トリスアゾ染料などのポリクロモフォア染料を挙げることができる。
芳香族複素環基とは、芳香族性をもつ6π((4n+2)π)電子系中にヘテロ原子を含む環を意味し(nは1以上の整数)、その好ましい例を挙げると、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、ピラゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾール、チアゾール、ベンゾチアゾール、イソチアゾール、ベンズイソチアゾール、チアジアゾール等の基、またはそれらの誘導体の基が挙げられる。
なお、電位を一義的に規定する為、本発明では、0.1モル/リットルの過塩素酸テトラプロピルアンモニウムを支持電解質として含むジメチルホルムアミド中(染料の濃度は0.001モル/リットル)で測定した値(vs SCE)を染料の酸化電位とする。
C.I. ダイレクトレッド2、4、9、23、26、31、39、62、63、72、75、76、79、80、81、83、84、89、92、95、111、173、184、207、211、212、214、218、21、223、224、225、226、227、232、233、240、241、242、243、247
C.I. ダイレクトバイオレット7、9、47、48、51、66、90、93、94、95、98、100、101
C.I. ダイレクトイエロー8、9、11、12、27、28、29、33、35、39、41、44、50、53、58、59、68、86、87、93、95、96、98、100、106、108、109、110、130、132、142、144、161、163
C.I. ダイレクトブルー1、10、15、22、25、55、67、68、71、76、77、78、80
、84、86、87、90、98、106、108、109、151、156、158、159、160、168、189、
192、193、194、199、200、201、202、203、207、211、213、214、218、225、229、236、237、244、248、249、251、252、264、270、280、288、289、291
C.I. ダイレクトブラック9、17、19、22、32、51、56、62、69、77、80、91、94、97、108、112、113、114、117、118、121、122、125、132、146、154、166、168、173、199
C.I. アシッドレッド35、42、52、57、62、80、82、111、114、118、119、127、
128、131、143、151、154、158、249、254、257、261、263、266、289、299、301、305、336、337、361、396、397
C.I. アシッドバイオレット5、34、43、47、48、90、103、126
C.I. アシッドイエロー17、19、23、25、39、40、42、44、49、50、61、64、76、79、110、127、135、143、151、159、169、174、190、195、196、197、199、218、219、222、227
C.I. アシッドブルー9、25、40、41、62、72、76、78、80、82、92、106、112、
113、120、127:1、129、138、143、175、181、205、207、220、221、230、232、247、258、260、264、271、277、278、279、280、288、290、326
C.I. アシッドブラック7、24、29、48、52:1、172
C.I. リアクティブレッド3、13、17、19、21、22、23、24、29、35、37、40、41、43、45、49、55
C.I. リアクティブバイオレット1、3、4、5、6、7、8、9、16、17、22、23、24、26、27、33、34
C.I. リアクティブイエロー2、3、13、14、15、17、18、23、24、25、26、27、29、35、37、41、42
C.I. リアクティブブルー2、3、5、8、10、13、14、15、17、18、19、21、25、26、27、28、29、38
C.I. リアクティブブラック4、5、8、14、21、23、26、31、32、34
C.I. ベーシックレッド12、13、14、15、18、22、23、24、25、27、29、35、36、38、39、45、46
C.I. ベーシックバイオレット1、2、3、7、10、15、16、20、21、25、27、28、35、37、39、40、48
C.I. ベーシックイエロー1、2、4、11、13、14、15、19、21、23、24、25、28、29、32、36、39、40
C.I. ベーシックブルー1、3、5、7、9、22、26、41、45、46、47、54、57、60、62、65、66、69、71
C.I. ベーシックブラック8、等が挙げられる。
本発明に用いることのできる顔料としては、市販のものの他、各種文献に記載されている公知のものが利用できる。文献に関してはカラーインデックス(The Society of Dyers and Colourists編)、「改訂新版顔料便覧」日本顔料技術協会編(1989年刊)、「最新顔料応用技術」CMC出版(1986年刊)、「印刷インキ技術」CMC出版(1984年刊)、W. Herbst, K. Hunger共著によるIndustrial Organic Pigments (VCH Verlagsgesellschaft、1993年刊)等がある。具体的には、有機顔料ではアゾ顔料(アゾレーキ顔料、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料)、多環式顔料(フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレン及びペリノン系顔料、インジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、ジオキサジン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料等)、染付けレーキ顔料(酸性または塩基性染料のレーキ顔料)、アジン顔料等があり、無機顔料では、黄色顔料のC.I.Pigment Yellow 34, 37, 42, 53など、赤系顔料のC.I.Pigment Red 101, 108など、青系顔料のC.I.Pigment Blue 27, 29,17:1など、ブラック系顔料のC.I.Pigment Black 7,マグネタイトなど、白系顔料のC.I.Pigment White 4,6,18,21などを挙げることができる。
この他、オレンジ顔料(C.I.Pigment Orange 13, 16など)や緑顔料(C.I.Pigment Green 7など)を使用してもよい。
(1)金属石鹸の性質と応用(幸書房)
(2)印刷インキ印刷(CMC出版 1984)
(3)最新顔料応用技術(CMC出版 1986)
(4)米国特許5,554,739号、同5,571,311号
(5)特開平9−151342号、同10−140065号、同10−292143号、同11−166145号
特に、上記(4)の米国特許に記載されたジアゾニウム塩をカーボンブラックに作用させて調製された自己分散性顔料や、上記(5)の日本特許に記載された方法で調製されたカプセル化顔料は、インク中に余分な分散剤を使用することなく分散安定性が得られるため特に有効である。
本発明に使用できる顔料の粒径は、分散後で0.01〜10μmの範囲であることが好ましく、0.05〜1μmであることが更に好ましい。
顔料を分散する方法としては、インク製造やトナー製造時に用いられる公知の分散技術が使用できる。分散機としては、縦型あるいは横型のアジテーターミル、アトライター、コロイドミル、ボールミル、3本ロールミル、パールミル、スーパーミル、インペラー、デスパーサー、KDミル、ダイナトロン、加圧ニーダー等が挙げられる。詳細は「最新顔料応用技術」(CMC出版、1986)に記載がある。
これらの水混和性有機溶剤は、総量でインク組成物中に5〜60質量%含有することが好ましく、特に好ましくは10〜45質量%である。
このときの溶解方法としては、攪拌による溶解、超音波照射による溶解、振とうによる溶解等種々の方法が使用可能である。中でも特に攪拌法が好ましく使用される。攪拌を行う場合、当該分野では公知の流動攪拌や反転アジターやディゾルバを利用した剪断力を利用した攪拌など、種々の方式が利用可能である。一方では、磁気攪拌子のように、容器底面との剪断力を利用した攪拌法も好ましく利用できる。
界面活性剤としては、例えばドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルオキシスルホン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアニオン性界面活性剤、セチルピリジニウムクロライド、トリメチルセチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤や、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンナフチルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル等のノニオン性界面活性剤などが挙げられる。中でも特にノニオン系界面活性剤が好ましく使用される。
また、前記したように本発明のインク組成物は、ノニオン系界面活性剤としてアセチレン系界面活性剤を含むことが好ましい。アセチレン系界面活性剤としては、式(B)で表される化合物が好ましい。
式(B)で表されるノニオン性界面活性剤としては、例えば、アセチレン系ジオールのエチレンオキシド付加物(SURFYNOLシリーズ(AirProducts&Chemicals社))などが好ましく、中でも、分子量200以上1000以下のものが好ましく、分子量300以上900以下のものが更に好ましく、分子量400以上900以下のものが特に好ましい。
本発明に用いられる高沸点有機溶媒の沸点は150℃以上であるが、好ましくは170℃以上である。
例えば、フタル酸エステル類(例えば、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジシクロへキシルフタレート、ジ−2−エチルヘキシルフタレート、デシルフタレート、ビス(2,4−ジ−tert−アミルフェニル)イソフタレート、ビス(1,1−ジエチルプロピル)フタレート)、リン酸又はホスホンのエステル類(例えば、ジフェニルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、2−エチルヘキシルジフェニルホスフェート、ジオクチルブチルホスフェート、トリシクロヘキシルホスフェート、トリ−2−エチルヘキシルホスフェート、トリドデシルホスフェート、ジ−2−エチルヘキシルフェニルホスフェート)、安息香酸エステル酸(例えば、2−エチルヘキシルベンゾエート、2,4−ジクロロベンゾエート、ドデシルベンゾエート、2−エチルヘキシル−p−ヒドロキシベンゾエート)、アミド類(例えば、N,N−ジエチルドデカンアミド、N,N−ジエチルラウリルアミド)、アルコール類またはフェノール類(イソステアリルアルコール、2,4−ジ−tert−アミルフェノールなど)、脂肪族エステル類(例えば、コハク酸ジブトキシエチル、コハク酸ジ−2−エチルヘキシル、テトラデカン酸2−ヘキシルデシル、クエン酸トリブチル、ジエチルアゼレート、イソステアリルラクテート、トリオクチルシトレート)、アニリン誘導体(N,N−ジブチル−2−ブトキシ−5−tert−オクチルアニリンなど)、塩素化パラフィン類(塩素含有量10%〜80%のパラフィン類)、トリメシン酸エステル類(例えば、トリメシン酸トリブチル)、ドデシルベンゼン、ジイソプロピルナフタレン、フェノール類(例えば、2,4−ジ−tert−アミルフェノール、4−ドデシルオキシフェノール、4−ドデシルオキシカルボニルフェノール、4−(4−ドデシルオキシフェニルスルホニル)フェノール)、カルボン酸類(例えば、2−(2,4−ジ−tert−アミルフェノキシ酪酸、2−エトキシオクタンデカン酸)、アルキルリン酸類(例えば、ジ−2(エチルヘキシル)リン酸、ジフェニルリン酸)などが挙げられる。高沸点有機溶媒は油溶性着色剤に対して質量比で0.01〜3倍量、好ましくは0.01〜1.0倍量で使用できる。
これらの高沸点有機溶媒は単独で使用しても、数種の混合〔例えばトリクレジルホスフェートとジブチルフタレート、トリオクチルホスフェートとジ(2−エチルヘキシル)セバケート、ジブチルフタレートとポリ(N−t−ブチルアクリルアミド)〕で使用してもよい。
上記高沸点有機溶媒は、油溶性着色剤に対し、質量比で0.01〜3.0倍量、好ましくは0.01〜1.0倍量で使用する。
乳化法としては水相中に油相を添加する方法が一般的であるが、油相中に水相を滴下して行く、いわゆる転相乳化法も好ましく用いることができる。なお、着色剤が水溶性で、添加剤が油溶性の場合にも前記乳化法を適用し得る。
前記分散粒子の体積平均粒径および粒度分布の測定方法には静的光散乱法、動的光散乱法、遠心沈降法のほか、実験化学講座第4版の417〜418ページに記載されている方法を用いるなど、公知の方法で容易に測定することができる。例えば、インク組成物中の粒子濃度が0.1〜1質量%になるように蒸留水で希釈して、市販の体積平均粒径測定機(例えば、マイクロトラックUPA(日機装(株)製))で容易に測定できる。更に、レーザードップラー効果を利用した動的光散乱法は、小サイズまで粒径測定が可能であり特に好ましい。
体積平均粒径とは粒子体積で重み付けした平均粒径であり、粒子の集合において、個々の粒子の直径にその粒子の体積を乗じたものの総和を粒子の総体積で割ったものである。体積平均粒径については「高分子ラテックスの化学(室井 宗一著 高分子刊行会)」の119ページに記載がある。
これらの粗大粒子を除去する方法としては、公知の遠心分離法、精密濾過法等を用いることができる。これらの分離手段は乳化分散直後に行ってもよいし、乳化分散物に湿潤剤や界面活性剤等の各種成分を加えた後、インク組成物カートリッジに充填する直前でもよい。
平均粒子サイズを小さくし、且つ粗大粒子を無くす有効な手段として、機械的な乳化装置を用いることができる。
高圧ホモジナイザーは、米国特許4533254号、特開平6−47264号等に詳細な機構が記載されているが、市販の装置としては、ゴーリンホモジナイザー(A.P.V GAULIN INC.)、マイクロフルイダイザー(MICROFLUIDEX INC.)、アルティマイザー(株式会社スギノマシン)等がある。
また、近年になって米国特許5720551号に記載されているような、超高圧ジェット流内で微粒子化する機構を備えた高圧ホモジナイザーは本発明の乳化分散に特に有効である。この超高圧ジェット流を用いた乳化装置の例として、DeBEE2000(BEE INTERNATIONAL LTD.)があげられる。
例えば、撹拌乳化機で乳化した後、高圧ホモジナイザーを通す等の方法で2種以上の乳化装置を併用するのは特に好ましい方法である。また、一度これらの乳化装置で乳化分散した後、湿潤剤や界面活性剤等の成分を添加した後、カートリッジにインク組成物を充填する間に再度高圧ホモジナイザーを通過させる方法も好ましい方法である。
高沸点有機溶媒に加えて低沸点有機溶媒を含む場合、乳化物の安定性及び安全衛生上の観点から低沸点溶媒を除去するのが好ましい。低沸点溶媒を除去する方法は溶媒の種類に応じて各種の公知の方法を用いることができる。即ち、蒸発法、真空蒸発法、限外濾過法等である。この低沸点有機溶剤の除去工程は乳化直後、できるだけ速やかに行うのが好ましい。
尚、これらの詳細については「防菌防黴剤事典」(日本防菌防黴学会事典編集委員会編)等に記載されている。
また、防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。これらは、インク中に0.02〜5.00質量%使用するのが好ましい。
塩基性化合物としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸1水素ナトリウムなどの無機化合物やアンモニア水、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ピペリジン、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロウンデセン、ピリジン、キノリン、ピコリン、ルチジン、コリジン等の有機塩基を使用することも可能である。
酸性化合物としては、塩酸、硫酸、リン酸、ホウ酸、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム、リン酸2水素カリウム、リン酸2水素ナトリウム等の無機化合物や、酢酸、酒石酸、安息香酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、サッカリン酸、フタル酸、ピコリン酸、キノリン酸等の有機化合物を使用することもできる。
伝導度の測定方法は、市販の飽和塩化カリウムを用いた電極法により測定可能である。
伝導度は主に水系溶液中のイオン濃度によってコントロール可能である。塩濃度が高い場合、限外濾過膜などを用いて脱塩することができる。また、塩等を加えて伝導度調節する場合、種々の有機物塩や無機物塩を添加することにより調節することができる。
無機物塩としては、ハロゲン化物カリウム、ハロゲン化物ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸1水素ナトリウム、ホウ酸、リン酸2水素カリウム、リン酸2水素ナトリウム等の無機化合物や、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、p−トルエンスルホン酸ナトリウム、サッカリン酸カリウム、フタル酸カリウム、ピコリン酸ナトリウム等の有機化合物を使用することもできる。
また、後述される水性媒体の成分を選定することによっても伝導度を調整し得る。
ここで、不揮発性成分とは、1気圧のもとでの沸点が150℃以上の液体や固体成分、高分子量成分を意味する。インク組成物の不揮発性成分は、着色剤、高沸点溶媒、必要により添加されるポリマーラテックス、界面活性剤、着色剤安定化剤、防黴剤、緩衝剤などであり、これら不揮発性成分の多くは、着色剤安定化剤以外ではインク組成物の分散安定性を低下させ、また印字後にも受像紙上に存在するため、受像紙での着色剤の会合による安定化を阻害し、画像部の各種堅牢性や高湿度条件下での画像の滲みを悪化させる性質を有している。
また、ポリマーラテックスとしては、スチレン−ブタジエンラテックス、スチレン−アクリルラテックスやポリウレタンラテックスなどが挙げられる。さらに、ポリマーエマルジョンとしては、アクリルエマルジョンなどが挙げられる。
これらの水溶性高分子化合物は単独でも2種以上併用して用いることもできる。
粘度調整剤の高分子化合物の添加量は、添加する化合物の分子量にもよるが(高分子量のものほど添加量は少なくて済む)、インク組成物全量に対して添加量を0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%、より好ましくは0〜1質量%である。
支持体にそのまま受像層及びバックコート層を設けて本発明のインク組成物並びにインクセットの受像材料としてもよいし、デンプン、ポリビニルアルコール等でサイズプレスやアンカーコート層を設けた後、受像層及びバックコート層を設けて受像材料としてもよい。さらに支持体には、マシンカレンダー、TGカレンダー、ソフトカレンダー等のカレンダー装置により平坦化処理を行ってもよい。
支持体としては、両面をポリオレフィン(例、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブテンおよびそれらのコポリマー)やポリエチレンテレフタレートでラミネートした紙およびプラスチックフイルムがより好ましく用いられる。ポリオレフィン中に、白色顔料(例、酸化チタン、酸化亜鉛)または色味付け着色剤(例、コバルトブルー、群青、酸化ネオジウム)を添加することが好ましい。
ポリマー媒染剤については、特開昭48−28325号、同54−74430号、同54−124726号、同55−22766号、同55−142339号、同60−23850号、同60−23851号、同60−23852号、同60−23853号、同60−57836号、同60−60643号、同60−118834号、同60−122940号、同60−122941号、同60−122942号、同60−235134号、特開平1−161236号の各公報、米国特許2484430号、同2548564号、同3148061号、同3309690号、同4115124号、同4124386号、同4193800号、同4273853号、同4282305号、同4450224号の各明細書に記載がある。特開平1−161236号公報の212〜215頁に記載のポリマー媒染剤を含有する受像材料が特に好ましい。同公報記載のポリマー媒染剤を用いると、優れた画質の画像が得られ、かつ画像の耐光性が改善される。
これらの具体的な化合物例としては、特開平10−182621号、特開2001−260519号、特開2000−260519号、特公平4−34953号、特公平4−34513号、特公平4−34512号、特開平11−170686号、特開昭60−67190号、特開平7−276808号、特開2000−94829号、特表平8−512258号、特開平11−321090号等に記載のものがあげられる。
界面活性剤の代わりに有機フルオロ化合物を用いてもよい。有機フルオロ化合物は、疎水性であることが好ましい。有機フルオロ化合物の例には、フッ素系界面活性剤、オイル状フッ素系化合物(例、フッ素油)および固体状フッ素化合物樹脂(例、四フッ化エチレン樹脂)が含まれる。有機フルオロ化合物については、特公昭57−9053号(第8〜17欄)、特開昭61−20994号、同62−135826号の各公報に記載がある。
バックコート層に含有される白色顔料としては、例えば、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、カオリン、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、炭酸亜鉛、サチンホワイト、珪酸アルミニウム、珪藻土、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、合成非晶質シリカ、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、擬ベーマイト、水酸化アルミニウム、アルミナ、リトポン、ゼオライト、加水ハロイサイト、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等の白色無機顔料、スチレン系プラスチックピグメント、アクリル系プラスチックピグメント、ポリエチレン、マイクロカプセル、尿素樹脂、メラミン樹脂等の有機顔料等が挙げられる。
超音波振動とは、インク組成物が記録ヘッドで加えられる圧力によって気泡を発生することを防止するため、記録ヘッドで受けるエネルギーと同等かそれ以上の超音波エネルギーを予めインク組成物の製造工程中に加えて気泡を除去しておくものである。
超音波振動は、通常、振動数20kHz以上、好ましくは40kHz以上、より好ましくは50kHzの超音波である。また超音波振動により液に加えられるエネルギーは、通常、2×107J/m3以上、好ましくは5×107J/m3以上、より好ましくは1×108J/m3以上である。また、超音波振動の付与時間としては、通常、10分〜1時間程度である。
超音波振動を加える工程は、着色剤を媒体に投入以降であれば何時行っても効果を示す。完成後のインク組成物を一旦保存した後に超音波振動を加えても効果を示す。しかし、着色剤を媒体中に溶解及び/又は分散する際に超音波振動を付加することが、気泡除去の効果がより大きく、尚且つ超音波振動により色素の媒体への溶解及び/又は分散が促進されるので好ましい。
即ち、上記少なくとも超音波振動を加える工程は、着色剤を媒体中に溶解及び/又は分散する工程中でもその工程後であってもいずれの場合にも行うことができる。換言すれば、上記少なくとも超音波振動を加える工程は、インク組成物調製後に製品となるまでの間に任意に1回以上行うことができる。
実施の形態としては媒体中に溶解及び/又は分散する工程は、前記着色剤を全媒体の一部分の媒体に溶解する工程と、残余の媒体を混合する工程とを有することが好ましく、上記少なくともいずれかの工程に超音波振動を加えることが好ましく、着色剤を全媒体の一部分の媒体に溶解する工程に少なくとも超音波振動を加えることが更に好ましい。
上記残余の溶媒を混合する工程は、単独工程でも複数工程でもよい。
また、本発明によるインク組成物製造に加熱脱気あるいは減圧脱気を併用することは、インク組成物中の気泡除去の効果を上げるので好ましい。加熱脱気工程あるいは減圧脱気工程は、残余の媒体を混合する工程と同時またはその後に実施することが好ましい。
超音波振動を加える工程における、超音波振動発生手段としては、超音波分散機等の公知の装置が挙げられる。
この濾過後には溶液中に空気を取り込むことが多い。この空気に起因する泡も記録において画像の乱れの原因となることが多いため、前述の脱泡工程を別途設けることが好ましい。脱泡の方法としては、濾過後の溶液を静置してもよいし、市販の装置などを用いた超音波脱泡や減圧脱泡等種々の方法が利用可能である。超音波による脱泡の場合は、好ましくは30秒〜2時間、より好ましくは5分〜1時間程度脱泡操作を行うとよい。
これらの作業は、作業時におけるゴミの混入を防ぐため、クリーンルームもしくはクリーンベンチなどのスペースを利用して行うことが好ましい。本発明では特にクリーン度としてクラス1000以下のスペースにおいてこの作業を行うことが好ましい。ここで「クリーン度」とは、ダストカウンターにより測定される値を指す。
なお、以下の例で用いられる着色剤としては、シアン染料は特願2003−131581号に記載されたものが好適であり、マゼンタ染料は特願2003−339381号に記載されたものが好適であり、イエロー染料は特開2004−83610号公報に記載されたものが好適である。
表1に記載の処方に抵抗値18MΩ以上の超純水を加えた後、30〜40℃で加熱しながら1時間撹拌した。その後、平均孔径0.25μmのミクロフィルターで減圧濾過して、着色剤A(シアン)を含むインク組成物Aと着色剤B(マゼンタ)を含むインク組成物B1〜B5からなるインクセット(A,B1)、(A,B2)、(A,B3)、(A,B4)、または(A,B5)を作製した(処方は質量%で表示)。尚、画像形成の際は、(A,B1)において前者Aを後者B1より先に打滴を行った。他のインクセットについてもこれと同様である。また、着色剤の構造は以下の通りである。
このように制御された吐出ヘッドを、メディア搬送方向に複数設置し、各々に異なるインクを充填して高速記録の実験を行った。
見かけ上のメディア搬送方向と直交する方向の画素密度は650dpi(ノズルピッチ34μm、ノズル径:25μm)である。
また、各色の搬送方向の隣接ノズル間隔は25μmであって、同色のインク組成物は約300msecの間隔で着滴部の一部が重なるように着滴部径約50μm、面積約2000μm2で打滴した。
さらに、各色のノズル列の間隔は約100mmで、各々のインク組成物は1秒以内の間隔で両インク組成物の着滴部が少なくとも接触する部位が存在するように打滴した。
なお、記録速度は、0.5m2/minである。また、メディアは、富士写真フイルム製インクジェットペーパーフォト光沢紙EXを用いた。
実施例1において、記録速度を約0.02m2/minとした以外は、実施例1と同様に画像記録を行った。
得られた記録画像の品質を以下により評価した結果を表1に示す。
1)ブリーディング
2つの異なる色の単色パターンを隣接させて印刷し、プリントの境界部分のにじみの程度を3名による目視で観察し、にじみを3名が認識した場合を×、2名が認識した場合を△、1名以下の場合を○とした。
2)シャープネス
6ポイントの文字を100文字プリントし、良好に判読できる場合を○、判読可能だが形状が不鮮明なものを△、一部でも判読できない箇所がある場合を×とした。
3)吐出安定性
縦線、横線を複数プリントし、線の揺らぎが目視で判らない場合を○、線の揺らぎは判らないが太さの不均一がある場合を△、線に揺らぎが判る場合を×とした。
比較例2では、逆に後行インク組成物の表面張力がB3のように低すぎる場合、メディア上での着滴部形状が大きくなりすぎるため、2色間での線の太さの違いが発生したり、混色部分の端部でB色だけがはみ出して縁取り状の色味がついてしまった。
比較例3では、粘度が後行インク組成物B4のように高すぎる場合、吐出不良が発生し、画像のなかのB色濃度が低下した。
また、比較例4では、インク組成物B5のように粘度が低すぎる場合、吐出方向が不安定となり本来の着滴部位置以外の個所に着滴し、画像品質を損なった。
比較例5、7〜9では、各々比較例1、比較例2〜4に対応する評価×が△になっている。これは、記録速度が低いためであることから理解される。
実施例1及び比較例6は、上記比較例の不具合はみられず、良好な画質の記録画像が得られた。
2a、2b:ノズル
2ac:シアンノズル列
2bc:マゼンタノズル列
3:メディア搬送方向
4:メディア搬送方向に直交する方向
5:ノズルピッチ
6:隣接ノズル間隔
7:ノズル列の間隔
Claims (5)
- インクセットのインク組成物をメディア上に打滴して、画素密度650dpi以上、記録速度0.5m2/min以上で、画像形成する画像記録方法であって、
前記インクセットとして複数のインク組成物を含有し、かつ以下の条件を満足するインクセットを用い、
(1)複数のインク組成物は互いに異なる着色剤を含有していること。
(2)先に打滴するインク組成物の打滴から1秒以内に、後に打滴するインク組成物が、先に打滴するインク組成物とは異なる吐出ヘッドから打滴され、かつ該両インク組成物の着滴部が少なくとも接触する部位が存在すること。
(3)先に打滴するインク組成物の表面張力をγ1、粘度をη1と、後に打滴するインク組成物の表面張力をγ2、粘度をη2とすると、複数のインク組成物の全てにおいて、以下の関係を満足すること。
0≦γ1−γ2≦5.0[mN/m]、かつ−1.0≦η1−η2≦1.0[mPa・s]
打滴に用いられる吐出ヘッドが、メディア上を1回の走査により画像を形成するラインヘッドであることを特徴とする画像記録方法。 - 前記打滴の少なくとも一部の体積が10pl以下であることを特徴とする請求項1記載の画像記録方法。
- 前記インク組成物中にアセチレン系界面活性剤を含むことを特徴とする請求項1または2記載の画像記録方法。
- 前記画素密度は、メディア搬送方向およびこれに直交する方向での値であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の画像記録方法。
- 前記吐出ヘッドが、インク組成物の色1色当たり256以上のノズルを有するヘッドであることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の画像記録方法。
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