JP4895071B2 - インク保持体 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式プリンタ（インクジェット式プリント装置を有するファックス装置や、コピー装置等を含む。以下同じ。）のインクカートリッジ用インク保持体に関する。

従来、インクジェット式プリンタには、インク収納容器内に軟質ポリウレタンフォームからなるインク保持体を圧縮状態で収納すると共にインクを充填したインクカートリッジが、インク供給用に装着されている。前記軟質ポリウレタンフォームからなるインク保持体は、インク収納容器内でインクを均一に保持してインクを円滑に供給するために用いられる。また、前記インク保持体は、インク収納容器に圧縮状態で収納されることにより、軟質ポリウレタンフォームの気泡が圧縮されて毛細管現象の作用が向上し、インクをより効率的に安定供給することが可能となる。

前記インク保持体を構成する軟質ポリウレタンフォームは、ポリオールとポリイソシアネートを発泡剤、触媒、整泡剤の存在下で反応させて得られるもので、硬すぎるとインク収納容器への軟質ポリウレタンフォーム（インク保持体）の収納が困難になり、一方、硬さが低すぎるとインク収納容器内で軟質ポリウレタンフォーム（インク保持体）が変形してインクを均一に保持することが難しくなる。

そこで、前記ポリオールとしてポリマーポリオールを用いることによって、硬度についての要求品質を満たすことが提案されている。しかし、ポリマーポリオールを使用した場合、硬さについては満足した品質が得られるものの、歪が大きくなる。そのため、ポリマーポリオールを用いた軟質ポリウレタンフォームをインク保持体として使用した場合、インク収納容器内でインク保持体の圧縮状態が長時間続くことによりインク保持体の弾性が損なわれて、インク収納容器の内面とインク保持体の間に空隙を生じるようになり、前記空隙にインク保持体からインクが染み出してインク溜まり（いわゆるインク漏れ）を生じるようになる。また、インクカートリッジはサプライ用品として世界各地に空輸等されるが、その空輸等の際に減圧下に置かれることにより、前記インク保持体の内部から外部へインクが真空吸引される状態となって前記インク保持体とインク収納容器の内面間の空隙に漏れ出し、前記インク漏れを生じることがある。このようにインク漏れを生じたインクカートリッジは、インクジェット式プリンタに装着されると、インクを安定して印字装置に供給できなくなり、正常な印字性能が得られなくなるのみならず、インク収納容器内に残る未使用インクが多くなり、無駄が多くなる。
特開平５−３８８１６号公報 特開２００１−１８７４６２号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、インクジェット式プリンタ用インクカートリッジのインク保持体として好適な硬さを備え、しかも歪の少ないインク保持体の提供を目的とする。

請求項１の発明は、ポリオールとポリイソシアネートを発泡剤、触媒、整泡剤の存在下で反応させて得られる軟質ポリウレタンフォームからなってインク収納容器内に圧縮状態で収納されるインク保持体において、前記ポリオール１００重量部に平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリエーテルポリオールを１２〜４０重量部と、平均官能基数３〜５、水酸基価４２〜５６のポリオールを６０〜８８重量部含み、前記ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートからなり、前記ポリウレタンフォームは、硬さ（ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７ Ａ法）が１４７Ｎ〜２１６Ｎ、圧縮残留歪（ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７）が０．５〜３．０％であることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記軟質ポリウレタンフォームのセル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７）が４５個／２５ｍｍ〜５５個／２５ｍｍであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記軟質ポリウレタンフォームが三次元網状化軟質スラブ発泡体からなることを特徴とする。

本発明によれば、ポリオールとポリイソシアネートを発泡剤、触媒、整泡剤の存在下で反応させて得られる軟質ポリウレタンフォームからなり、インク収納容器内に圧縮状態で収納されるインク保持体において、前記ポリオール１００重量部に平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリエーテルポリオールを１２〜４０重量部と、平均官能基数３〜５、水酸基価４２〜５６のポリオールを６０〜８８重量部含むことにより、インクジェット式プリンタ用インクカートリッジのインク保持体として好適な硬度を備え、しかも歪を少なくすることができる。

さらに、ポリイソシアネートとしてトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）を用いることによって、軟質ポリウレタンフォームをインク収納容器に収納する際に圧縮し易い、より柔軟な可撓性に富むものとすることができる。また軟質ポリウレタンフォームを、軟質スラブ発泡体とすると共に網状化処理を行ったもの、すなわち三次元網状化軟質スラブ発泡体とすることにより、インク収納容器内に軟質ポリウレタンフォームを圧縮状態で収納した際に、軟質ポリウレタンフォームの毛細管現象が一層良好となってインクジェットプリンタへのインクの供給が一層良好となる。

本発明において使用されるポリオールとしては、軟質ポリウレタンフォーム用として知られているエーテル系ポリオールまたはエステル系ポリオールを用いることができる。エーテル系ポリオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコール、またはその多価アルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールを挙げることができる。また、エステル系ポリオールとしては、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸やフタル酸等の芳香族カルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の脂肪族グリコール等とから重縮合して得られたポリエステルポリオールを使用することもできる。

さらに本発明においては、前記ポリオール１００重量部中に、平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリエーテルポリオールが１２〜４０重量部と、平均官能基数３〜５、水酸基価４２〜５６のポリオールが６０〜８８重量部含まれる。平均官能基数６〜８のポリエーテルポリオールとしては、開始物質がシュークロース、ソルビトール、マンニトール、ズルシトールの何れかであり、かつ分子量が１０，０００〜１４，０００の範囲にあって水酸基価が３０〜７０であるポリオールを示すことができる。平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリエーテルポリオールの含有量が１２重量部未満の場合、軟質ポリウレタンフォームにおいて適度な硬さが発現されないと共に、圧縮残留歪が悪く（大きく）なる。また４０重量部を超える場合、軟質ポリウレタンフォームにおける密度及び硬さが高くなり過ぎ、柔軟性が失われる。

発泡剤としては、水、あるいはペンタンなどの炭化水素を、単独または組み合わせて使用できる。水の場合は、ポリオールとポリイソシアネートの反応時に炭酸ガスを発生し、その炭酸ガスによって発泡がなされる。発泡剤の量は適宜とされるが、水の場合、ポリオール１００重量部に対して０．５〜７．０重量部程度が好適である。

触媒としては、トリエチルアミンやテトラメチルグアニジン等のアミン系触媒や、スタナスオクトエート等のスズ系触媒やフェニル水銀プロピオン酸塩あるいはオクテン酸鉛等の金属触媒（有機金属触媒とも称される。）を用いることができる。触媒の一般的な量は、ポリオール１００重量部に対して０．０１〜２．０重量部である。

整泡剤としては、軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられるものであればよく、シリコーン系整泡剤、含フッ素化合物系整泡剤および公知の界面活性剤を挙げることができる。整泡剤の一般的な量は、ポリオール１００重量部に対して０．１〜３．０重量部である。

その他、適宜助剤が添加される。適宜添加される助剤として、充填剤、着色剤等を挙げることができる。

ポリイソシアネートとしては、イソシアネート基を２以上有する脂肪族系または芳香族系ポリイソシアネート、それらの混合物、およびそれらを変性して得られる変性ポリイソシアネートを使用することができる。脂肪族系ポリイソシアネートとしては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキサメタンジイソシアネート等を挙げることができ、芳香族ポリイソシアネートとしては、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート（クルードＭＤＩ）等を挙げることができる。なお、その他プレポリマーも使用することができる。

特に本発明においては、ポリイソシアネートとしてトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）が好ましい。トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）を用いることによって、軟質ポリウレタンフォームをインク収納容器へ収納する際に圧縮し易い、より柔軟な可撓性に富むものにできる。

軟質ポリウレタンフォームは、前記ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、触媒、整泡剤等からなるポリウレタン発泡原料を攪拌機で混合して反応させ、発泡させる公知の発泡方法によって形成される。また、本発明では、軟質ポリウレタンフォームは軟質スラブ発泡体からなるものが好ましい。軟質スラブ発泡体は、前記ポリウレタン発泡原料の反応・発泡を常温、大気圧下で行うことによって得られる軟質ポリウレタンフォームであり、量産性に富み、モールド成形に比べて収率がよい。

さらに、本発明では、軟質ポリウレタンフォームは網状化処理されたものが好ましい。網状化処理は、軟質ポリウレタンフォームのセル膜を除去して三次元網状化する処理であり、公知の処理方法として化学的除膜法と熔解法がある。化学的除膜法は、軟質ポリウレタンフォームをアルカリ水溶液に浸して、セル骨格（樹脂骨格）だけを残して除膜する方法であり、一方熔解法は、軟質ポリウレタンフォームのセル膜を爆破して除去する方法である。具体的には、まず、軟質ポリウレタンフォームを熔解処理用密閉容器に収容し、前記熔解処理用密閉容器内の空気をコンプレッサで外部へ吸引し、代わりに酸素ガスと可燃ガスを所定の混合比で混合した混合ガスを前記熔解処理用密閉容器内に注入し、軟質ポリウレタンフォームの気泡内にも混合ガスを充填する。その後、火花等による発火で前記熔解処理用密閉容器内の混合ガスを爆発させ、前記軟質ポリウレタンフォームのセル膜を吹き飛ばすことによって三次元網状化する。

前記軟質ポリウレタンフォームを軟質スラブ発泡体とすると共に網状化処理を行ったもの、すなわち三次元網状化軟質スラブ発泡体とすることにより、インク収納容器内に軟質ポリウレタンフォームを圧縮状態で収納した際に軟質ポリウレタンフォームの毛細管現象が一層良好となり、インクジェット式プリンタへのインクの供給がより良好となる。

軟質ポリウレタンフォームの硬さ（網状化処理されたものは網状化処理後の硬さ）は、１４７Ｎ〜２１６Ｎが好ましい（ＪＩＳ Ｋ ６４００ Ａ法準拠）。硬さが１４７Ｎ未満の場合、インク収納容器内でインク保持体（軟質ポリウレタンフォーム）に保持されているインクが移動し易くなると共にインク保持体（軟質ポリウレタンフォーム）も変形し易くなり、インクを安定して保持することができなくなる。それに対して、硬さが２１６Ｎを超える場合、インク収納容器にインク保持体（軟質ポリウレタンフォーム）を圧縮状態で収納するのが難くなる。

軟質ポリウレタンフォームの圧縮残留歪（網状化処理されたものは網状化処理後の圧縮残留歪）は、０．５〜３．０％（ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７準拠）が好ましい。３．０％を超える場合、インクカートリッジの長期使用により、インク収納容器内でインク保持体（軟質ポリウレタンフォーム）が弾性回復力を失い、前記インク漏れを生じるおそれがある。それに対して、０．５％未満の場合、反発弾性の高いインク保持体（軟質ポリウレタンフォーム）となり、インク収納容器へ圧縮状態で収納するのが難しくなる。

また、軟質ポリレタンフォームのセル数（網状化処理されたものは網状化処理後のセル数）は、４５個／２５ｍｍ〜５５個／２５ｍｍが好ましい。セル数が４５個／２５ｍｍ未満の場合、インク保持体（軟質ポリレタンフォーム）における大きなセル（連続気泡）にインクが保持されることになり、インクの保持能力が劣るため、前記インク漏れを生じるおそれがある。それに対して、セル数が５５個／２５ｍｍを超える場合、インクジェット式プリンタの印字装置へのインク供給時にインクがインク保持体内で詰まるおそれがある。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。表１及び表２の配合からなるポリウレタン発泡原料を用いて、通常の公知のスラブ発泡体製造方法により軟質ポリウレタンフォームを製造した。スラブ発泡体製造方法は、２液性ポリウレタンフォームの連続スラブ発泡成形法であり、連続生産が可能なものである。２液性ポリウレタンフォームの連続スラブ発泡成形法では、所要のコンベア上にポリオール成分（ポリオール、発泡剤、触媒、整泡剤等）とポリイソシアネート成分（ポリイソシアネート）からなる２液の反応混合液を注入機から吐出し、移動するコンベア上で常温大気圧下、自由発泡させて硬化を行うと共に、所定の長さに裁断してスラブストックを得る。前記スラブストックは、コンベア上に設けられた加熱炉でキュアを行うことにより、スラブ発泡体からなる軟質ポリウレタンフォームの完成品が得られる。なお、前記２液の反応混合液の混合及び吐出方法は、いわゆるワンショット法と称される方法で行われる。すなわち、前記ポリオール成分とポリイソシアネート成分をそれぞれ別のタンクに収納し、前記注入機における混合機構としてのチャンバーにポリイソシアネート成分とポリイソシアネート成分を吐出してチャンバー内で混合した後、該チャンバーから前記コンベア上に吐出させて行う。

このようにして得られた軟質スラブ発泡体からなる軟質ポリウレタンフォームに対して、さらに熔解処理を行うことにより三次元網状化軟質スラブ発泡体として実施例１〜３及び比較例１〜８のインク保持体を製造した。

表１及び表２におけるポリオール０は、平均官能基数８、水酸基価３６、シュークロースベース・プロピレンオキサイド付加物含有ポリオール、三洋化成工業株式会社製からなり、本発明における平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリエーテルポリオールに相当する。ポリオール１は、平均官能基数５、水酸基価４２、グリセリンベース・プロピレンオキサイド付加物含有ポリオール、三洋化成工業株式会社製、ポリオール２は、平均官能基数３、水酸基価５６、品番「ＧＰ３０００」、三洋化成工業株式会社製、ポリオール３は、平均官能基数３、水酸基価３４、アクリロニトリル／スチレングラフトポリマーポリオール、品番「ＥＸＣＥＮＯＬ９４１ＷＢ」、旭化成株式会社製、ポリオール４は、平均官能基数５、水酸基価４８１、品番「ＳＰ−７５０」、三洋化成工業株式会社製である。アミン系触媒はトリエチレンジアミン、スズ系触媒はスタナスオクトエート、整泡剤は、シリコーン系、品番「Ｌ−５２０」、日本ユニカー株式会社製、ポリイソシアネートは、トルエンジイソシアネート、品番「コロネート Ｔ−８０」、日本ポリウレタン工業株式会社製である。

得られたインク保持体（網状化処理後のもの）に対して、ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７に従い、密度、硬さ（ＪＩＳ Ｋ ６４００ Ａ法）、圧縮残留歪、セル数の一般物性を測定した。またインク保持体特性として密着性、収納性、密着保持性及びインク保持性について、前記一般物性の測定結果を代替指標として用い評価した。一般物性の測定結果及びインク保持体特性に関する評価の結果は表１及び表２のとおりである。なお、インク保持体特性における密着性は、インク収納容器にインク保持体を収納した場合にインク収納容器の内面にインク保持体が密着してインク保持体とインク収納容器の内面間に空隙を生じ難い特性をいい、硬さの測定結果が前記好ましい硬さ範囲の下限値（１４７Ｎ）以上の場合に密着性良好として「○」印で示し、下限値（１４７Ｎ）未満の場合に密着性不良として「×」で示した。収納性は、インク収納容器にインク保持体を圧縮状態で収納し易い特性をいい、硬度の測定結果が前記好ましい範囲の上限値（２１６Ｎ）以下の場合に収納性良好として「○」印で示し、上限値（２１６Ｎ）より大の場合を収納し難いとして「×」印で示した。密着保持性は、インク収納容器にインク保持体を収納して長期間使用した場合に、インク保持体の弾力が低下し難く、インク収納容器内面とインク保持体との間に空隙を生じ難い特性をいい、圧縮残留歪の測定結果が前記好ましい範囲の上限値（３．０％）以下の場合を密着保持性良好として「○」印で示し、上限値（３．０％）より大の場合を密着保持性不良として「×」印で示した。インク保持性は、インクがインク保持体から漏れたり、インク保持体の細管（連通セル）内で凝集して凝集物を生じたりすることの発生し難い特性をいい、セル数の測定結果が前記好ましい範囲の下限値（４５個／２５ｍｍ）以上の場合をインク保持性良好として「○」印で示し、前記下限値（４５個／２５ｍｍ）未満の場合をインク保持性不良として「×」印で示した。

測定結果から次のことがわかる。すなわち、比較例１は、平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリオールの含量が少ないことから、硬さ、圧縮残留歪、セル数が適正値ではなく、インク保持体特性における密着性、密着保持性、インク保持性の何れも劣っている。それに対して、実施例１〜３は、平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリオール含量が適正量であることから、硬さ、圧縮残留歪、セル数が適正範囲となり、インク保持体特性における密着性、密着保持性、インク保持性の何れも良好である。一方、比較例２は、平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリオールの含量が過剰であることから、硬くなりすぎ、圧縮残留歪も悪くなり、インク保持体特性における密着性、収納性、密着保持性に劣っている。比較例３〜８は、平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリオールを含まないことから、硬さ、圧縮残留歪、セル数の少なくとも１つの物性値が適正範囲から外れ、インク保持体特性における密着性、収納性、密着保持性、インク保持性の少なくとも一つが劣っている。なお、比較例３〜８においては、スズ系触媒の添加量変化により、物性値が異なり、インク保持体特性において劣っている特性も異なっている。

Claims (3)

1. ポリオールとポリイソシアネートを発泡剤、触媒、整泡剤の存在下で反応させて得られる軟質ポリウレタンフォームからなってインク収納容器内に圧縮状態で収納されるインク保持体において、前記ポリオール１００重量部に平均官能基数６〜８、水酸基価３０〜７０のポリエーテルポリオールを１２〜４０重量部と、平均官能基数３〜５、水酸基価４２〜５６のポリオールを６０〜８８重量部含み、
   前記ポリイソシアネートがトルエンジイソシアネートからなり、
   前記ポリウレタンフォームは、硬さ（ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７ Ａ法）が１４７Ｎ〜２１６Ｎ、圧縮残留歪（ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７）が０．５〜３．０％であることを特徴とするインク保持体。
2. 前記軟質ポリウレタンフォームのセル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００：１９９７）が４５個／２５ｍｍ〜５５個／２５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のインク保持体。
3. 前記軟質ポリウレタンフォームが三次元網状化軟質スラブ発泡体からなることを特徴とする請求項１または２に記載のインク保持体。