JP5112714B2 - インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明者らは、先に、インクジェット記録用インクの表面張力を下げ、紙への濡れ性を上げて発色性を向上させるため、インクジェットノズルにおけるノズルプレートの撥インク層にシリコーン樹脂を用いることを提案している(特許文献1参照)。この提案によれば、インクの発色性を向上させることができる。しかし、プリンタの高速化、使用頻度の増加により初期の撥インク性だけでなく、ワイピング等による機械的耐久性にも優れていることが求められてきており、従来のインクでは、シリコーン樹脂で形成された撥インク層の性能は、充分満足できるものではなく、更なる改良、開発が望まれているのが現状である。
<1> インクジェット記録用インクに刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録するインク飛翔手段を少なくとも有するインクジェット記録装置において、
前記インク飛翔手段におけるインクジェットヘッドのノズルプレート面が、シリコーン樹脂を含有する撥インク層を有し、
前記撥インク層の開口部分縁端を通る接線と、前記ノズルプレート表面との角度θが90°以下で、前記撥インク層における曲線の曲率半径が、前記撥インク層の曲線部分以外における厚みd以上であり、
前記インクジェット記録用インクが、少なくとも顔料、水、フッ素系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤を含有することを特徴とするインクジェット記録装置である。
<2> ノニオン系界面活性剤が、下記一般式(1)で表される化合物である前記<1>に記載のインクジェット記録装置である。
<3> ノニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレン(n=40)β−ナフチルエーテルである前記<1>から<2>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<4> フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を含有する前記<1>から<3>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<5> フッ素系界面活性剤が、下記一般式(3)で表される化合物を含有する前記<1>から<3>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<6> インクジェット記録用インクが、樹脂エマルジョンを含有する前記<1>から<5>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<7> 樹脂エマルジョンが、ポリウレタン系樹脂エマルジョン、スチレンアクリル系樹脂エマルジョン、及びアクリルシリコーン系樹脂エマルジョンから選択される少なくとも1種を含む前記<6>に記載のインクジェット記録装置である。
<8> ポリウレタン系樹脂エマルジョンが、アニオン性自己乳化型のエーテル系ポリウレタン樹脂エマルジョンである前記<7>に記載のインクジェット記録装置である。
<9> 撥インク層の表面粗さ(Ra)が、0.2μm以下である前記<1>から<8>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<10> 撥インク層の厚みが、0.1μm〜5.0μmである前記<1>から<9>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<11> 撥インク層の臨界表面張力が、5mN/m〜40mN/mである前記<1>から<10>のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。
<12> インクジェット記録用インクに刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録するインク飛翔工程を少なくとも含むインクジェット記録方法において、
前記インク飛翔工程で使用するインクジェットヘッドのノズルプレート面が、シリコーン樹脂を含有する撥インク層を有し、
前記撥インク層の開口部分縁端を通る接線と、前記ノズルプレート表面との角度θが90°以下で、前記撥インク層における曲線の曲率半径が、前記撥インク層の曲線部分以外における厚みd以上であり、
前記インクジェット記録用インクが、少なくとも顔料、水、フッ素系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤を含有することを特徴とするインクジェット記録方法である。
<13> ノニオン系界面活性剤が、下記一般式(1)で表される化合物である前記<12>に記載のインクジェット記録方法である。
<14> ノニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレン(n=40)β−ナフチルエーテルである前記<12>から<13>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<15> フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を含有する前記<12>から<14>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<16> フッ素系界面活性剤が、下記一般式(3)で表される化合物を含有する前記<12>から<14>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<17> インクジェット記録用インクが、樹脂エマルジョンを含有する前記<12>から<16>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<18> 樹脂エマルジョンが、ポリウレタン系樹脂エマルジョン、スチレンアクリル系樹脂エマルジョン、及びアクリルシリコーン系樹脂エマルジョンから選択される少なくとも1種を含む前記<17>に記載のインクジェット記録方法である。
<19> ポリウレタン系樹脂エマルジョンがアニオン性自己乳化型のエーテル系ポリウレタン樹脂エマルジョンである前記<18>に記載のインクジェット記録方法である。
<20> 撥インク層の表面粗さ(Ra)が、0.2μm以下である前記<12>から<19>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<21> 撥インク層の厚みが、0.1μm〜5.0μmである前記<12>から<20>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
<22> 撥インク層の臨界表面張力が、5mN/m〜40mN/mである前記<12>から<21>のいずれかに記載のインクジェット記録方法である。
その理由については明確ではないが、分散剤としてのノニオン系界面活性剤を使用することで、ノズルプレートに対する顔料の付着量を減らすことができ、ワイピング時にノズルプレートに付着した顔料による撥インク層の損傷を低減できると考えられる。また、ノニオン系界面活性剤によりインク中の顔料の分散を極力安定化することで、顔料の粒径及び粒度分布の幅を小さくし、ノズルプレートに付着したインク中の顔料の粗大粒子量を減らすことにより、ワイピング時にインク中の粗大粒子の摩擦により撥インク層を損傷することを低減すると考えられる。
この際、ノニオン系界面活性剤が上記一般式(1)で示した構造である場合、顔料の平均粒径が小さくなり、また粒度分布の幅が小さくなるので効果的である。
また、上記一般式(1)のノニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレン(n=40)β−ナフチルエーテルである場合、特に効果的である。
また、インク中のフッ素系界面活性剤が上記一般式(2)又は(3)で示した構造である場合、撥インク性の低下が大きいため効果的である。
また、インクジェット記録用インクが樹脂エマルジョンを含有する場合、シリコーン層へのインク付着性の増加などにより、シリコーン層の耐久性が低下するので、本発明によりシリコーンの耐久性を向上させることは効果的である。
この際、樹脂エマルジョンがポリウレタン系、スチレン−アクリル系、アクリルシリコーン系から選ばれた少なくとも1種を含む場合、効果的である。
また、ポリウレタン系樹脂エマルジョンがアニオン性自己乳化型のエーテル系ポリウレタン樹脂エマルジョンである場合、更に効果的である。
本発明のインクジェット記録装置は、インク飛翔手段を少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、刺激発生手段、制御手段などを有してなる。
本発明のインクジェット記録方法は、インク飛翔工程を少なくとも含んでなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、刺激発生工程、制御工程などを含んでなる。
本発明のインクジェット記録方法は、本発明のインクジェット記録装置により好適に実施することができ、前記インク飛翔工程は前記インク飛翔手段により好適に行うことができる。また、前記その他の工程は、前記その他の手段により好適に行うことができる。
前記インク飛翔工程は、インクジェット記録用インクに、刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を形成する工程である。
前記インクジェットヘッドとして、インク流路内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの(特開平2−51734号公報参照)、あるいは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させるいわゆるサーマル型のもの(特開昭61−59911号公報参照)、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの(特開平6−71882号公報参照)などいずれの場合も含まれる。
なお、前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
前記シリコーン樹脂は、SiとOからできたシロキサン結合を基本骨格とした樹脂であり、オイル、レジン、エラストマー等の種々の形態で市販されており、本発明で重要な撥インク性以外にも耐熱性、離型性、消泡性、粘着性等種々の特性を備えている。シリコーン樹脂は常温硬化、加熱硬化、紫外線硬化型等があり、作製方法、使用用途に応じて選択できる。
前記シリコーン樹脂を含む撥インク層の厚みは、0.1μm〜5.0μmが好ましく、0.1μm〜1.0μmがより好ましい。前記厚みが、0.1μm未満であると、ワイピングに対する耐久性が悪化し、長期間使用時に撥インク性が低下してしまうことがあり、5.0μmを超えると、必要以上の厚みの撥インク層であるため製造コストが高くなることがある。
図6、及び図7A〜図7Cは、本発明に用いられるインクジェットヘッドのノズル板の断面図である。
本実施形態では、インクジェットヘッドのプレート基材であるノズル板32がNiの電鋳により作製され、その表面にシリコーン樹脂皮膜である撥インク層31が形成されており、その表面粗さはRa=0.2μm以下にすることが好ましい。
インク3の充填時には、図7Cに示すように、シリコーン樹脂皮膜による撥インク層31とノズル板32の境界部分にメニスカス(液面)Pが形成される。
また、前記開口部の中心線を含む平面での断面における撥インク層の当該開口部縁端から当該開口部近傍の曲線が略円弧曲線をなし、該円弧の曲率半径が、該撥インク層の厚み以上であることが好ましい。
また、前記開口部の中心線を含む平面での断面における撥インク層の当該開口部縁端を通る接線が、当該端部を含むノズル部材表面からの角度が90度未満であることが好ましい。
この厚みdは、撥インク層31の開口部分であるラウンド部分以外の部分における厚みであり、好ましくは撥インク層の最大厚みであってよい。
下記の表Aは、本実施形態でのインクジェットヘッドでの撥インク層31における、ノズル板32の開口部縁端から開口部縁端近傍の形状と、ノズル周囲のインク溜まり、エッジ剥離、噴射安定性に関して評価した結果である。
ラウンド形状のものでは、何れもインク溜まりは発生しなかったが、比較として、図8Aに例示するようなr<dのものでは一部エッジの剥離が発生し、図8Bに例示するようなθ>90度のものでは液滴の噴射が不安定な結果であった。
また、図8Cに示すように、r<dのものや、θ>90度のものでは、インクの充填時に、撥インク層31とノズル板32の境界部分にメニスカス(液面)Pが形成される場合と、撥インク層31’における開口部分中心に向けての凸部(開口部分における中心線に垂直な断面積が最も小さくなる部分)にメニスカスQが形成される場合がある。このため、ノズル板32を含むインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置で画像記録を行う際のインクの噴射安定性にばらつきが発生してしまうことがある。
図9は、本実施形態に係るディスペンサ34を用いた塗布により、シリコーン樹脂を塗布して撥インク層31を形成する構成を示す図である。
Ni電鋳によるノズル32のインク吐出面側にシリコーン溶液を塗布するためのディスペンサ34が配置され、ノズル板32とニードル35先端とが予め定められた一定の距離間隔を保ったままとなるように、ニードル35先端からシリコーンを吐出しながらディスペンサ34を走査することにより、上述した図6、及び図7A〜図7Cに示したようにノズル板32のインク吐出面に選択的にシリコーン樹脂皮膜を形成することができた。
即ち、塗布動作のための走査方向を1方向のみとすることができ、図10Bのように方向を変えたり、反対方向に走査したりといった必要を無くすることができる。
このように気体36をノズル孔から噴射しながら塗布を行うことにより、ノズル板32のノズル孔を除くノズル表面だけにシリコーン樹脂皮膜を形成することができる。
前記シリコーン系撥水材料としては、室温硬化型の液状シリコーンレジンもしくはエラストマーがあり、基材表面に塗布され、室温で大気中に放置することにより重合硬化して撥インク性の皮膜が形成されることが好ましい。
上記したシリコーン系撥水材料は加熱硬化型の液状シリコーンレジンもしくはエラストマーであり、基材表面に塗布され、加熱処理することにより硬化し撥インク性の皮膜を形成することであってもよい。
前記シリコーン系撥水材料は紫外線硬化型の液状シリコーンレジンもしくはエラストマーであり、基材表面に塗布され、紫外線を照射することにより硬化し撥インク性の皮膜を形成することであってもよい。
前記シリコーン系撥水材料の粘度が1,000cp(センチポイズ)以下であることが好ましい。
ここで、前記臨界表面張力はZisman法により求めることができる。つまり、表面張力が既知の液体を撥インク層の上にたらし、接触角θを測定し、液体の表面張力をx軸にcosθをy軸にプロットすると右肩下がりの直線が得られる(Zisman Plot)。この直線がY=1(θ=0)となるときの表面張力を臨界表面張力γcとして算出することができる。その他の方法としては、Fowkes法、Owens and Wendt法、Van Oss法を用いて臨界表面張力を求めることもできる。
また、前記ヘッド作製方法と同様に撥インク層付きノズルプレートを用いてインクジェットヘッドを作製した。これに下記のシアンインクを用いてインクを噴射させた。インクの飛翔過程をビデオ撮影して観察したところ、いずれのノズルプレートを用いた場合にも正常に粒子化しており、吐出安定性が良好であることが確認できた。結果を表Bに示す。
<シアンインク>
銅フタロシアニン顔料含有ポリマー微粒子分散体20.0質量%、3−メチル−1,3−ブタンジオール23.0質量%、グリセリン8.0質量%、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール2.0質量%、フッ素系界面活性剤としてのFS−300(DuPont社製)2.5質量%、防腐防カビ剤としてのプロキセルLV(アベシア社製)0.2質量%、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオール0.5質量%、及びイオン交換水を適量加えて100質量%とし、その後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行った。以上により、シアンインクを調製した。
図1に示すインクジェット記録装置は、装置本体101と、装置本体101に装着した用紙を装填するための給紙トレイ102と装置本体101に装着され画像が記録(形成)された用紙をストックするための排紙トレイ103とを備えている。そして装置本体101の上カバー111の上面は略平坦な面であり、装置本体101の前カバーの前面112が上面に対して斜め後方に傾斜し、この傾斜した前面112の下方側に、前方(手前側)に突き出した排紙トレイ103及び給紙トレイ102を備えている。更に、前面112の端部側には、前面112から前方側に突き出し、上カバー111よりも低くなった箇所にインクカートリッジ装填部104を有し、このインクカートリッジ装填部104の上面に操作キーや表示器などの操作部105を配置している。このインクカートリッジ装填部104にはインクカートリッジの脱着を行うための開閉可能な前カバー115を有している。
記録ヘッド134を構成するヘッドとしては、圧電素子等の圧電アクチュエーター、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエーター、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエーター、静電力を用いる静電アクチュエーターなどをインクを吐出するためのエネルギー発生手段として備えたものなどを使用できる。
また、キャリッジ133には、記録ヘッド134に各色のインクを供給するための各色のサブタンク135を搭載している。このサブタンク135に、インク供給チューブ(不図示)を介して、インクカートリッジ装填部104に装填されたインクカートリッジからインクが補充供給される。
このとき、帯電ローラ156によって搬送ベルト151が帯電されており、用紙142は搬送ベルト151に静電吸着されて搬送される。そこで、キャリッジ133を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド134を駆動することにより,停止している用紙142にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙142を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙142の後端が記録領域に到達した信号を受け取ることにより、記録動作を終了して、用紙142を排紙トレイ103に排紙する。
そしてサブタンク135内のインクの残量ニアーエンドが検知されると、インクカートリッジから所要量のインクがサブタンク135に補給される。
図4は本発明を適用したインクジェットヘッドの要素拡大図、図5はインクジェットヘッドのチャンネル間方向の要部拡大断面図である。
このインクジェットヘッドは、図示を省略しているインク供給口(図4の表面方向から奥方向(紙の裏面方向)に向かってインクを供給する)と共通液室12となる彫り込みを形成したフレーム10と、流体抵抗部21、加圧液室22となる彫り込みとノズル41に連通する連通口23を形成した流路板20と、ノズル41を形成するノズル板30と、凸部61、ダイヤフラム部62及びインク流入口63を有する振動板60と、振動板60に接着層70を介して接合された積層圧電素子50と、該積層圧電素子50を固定しているベース40を備えている。ベース40はチタン酸バリウム系セラミックからなり、積層圧電素子50を2列配置して接合している。
積層圧電素子50は、厚み10〜50μm/1層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電層51と、厚み数μm/1層の銀・パラジウム(AgPd)からなる内部電極層52とを交互に積層している。内部電極層52は両端で外部電極53に接続する。
積層圧電素子50はハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、1つ毎に駆動部56と支持部57(非駆動部)として使用する(図5参照)。
2つの外部電極53のうち一方(図の表面方向又は奥方向(紙の裏面方向)で内部電極層52の一端に連なる)の外側端はハーフカットのダイシング加工で分割されるように、切り欠き等の加工により長さを制限しており、これらは複数の個別電極54となる。他方はダイシングでは分割されずに導通しており、共通電極55となる。
駆動部の個別電極54にはFPC(80)が半田接合されている。また、共通電極55は積層圧電素子50の端部に電極層を設けて回し込んでFPC(80)のGnd電極に接合している。FPC(80)には図示しないドライバICが実装されており、これにより駆動部56への駆動電圧印加を制御している。
この振動板60の島状凸部61と積層圧電素子50の可動部56、振動板60とフレーム10の結合は、ギャップ材を含んだ接着層70をパターニングして接着している。
エッチングで残された部分が加圧液室22の隔壁24となる。また、このヘッドではエッチング幅を狭くする部分を設けて、これを流体抵抗部21とした。
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室22内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室22内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタンクから供給されたインクは共通液室12に流入し、共通液室12からインク流入口63を経て流体抵抗部21を通り、加圧液室22内に充填される。
流体抵抗部21は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による再充填(リフィル)に対して抵抗になる。流体抵抗部を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
前記インクジェット記録用インクは、少なくとも顔料、水、フッ素系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤を含有してなり、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
本発明で使用されるノニオン系界面活性剤について説明する。なお、本明細書において、「ノニオン系界面活性剤」には、後述するノニオン系のフッ素系界面活性剤は除くものとする。
炭素数7〜8のアラルキル基としては、例えばベンジル、フェネチル、2−メチルベンジル、3−メチルベンジル、4−メチルベンジルなどが挙げられる。
前記一般式(1)中、nは、20〜200の整数が好ましく、20〜100がより好ましく、30〜50が更に好ましい。前記nが20未満であると、分散安定性が低下する傾向があり、平均粒径が大きく、また粒度分布における標準偏差の大きい顔料を含むインクとなるため満足な彩度が得られない。一方、nが200を超えると、インクの粘度が高くなり、インクジェット方式での印字が困難になる傾向がある。
前記フッ素系界面活性剤をインクに含有させることによって、ノニオン系分散剤を用いて得られた顔料微粒子の安定性を阻害することなく、インクの紙への濡れ性を向上させることにより、発色性が高く、にじみの少ない画像が得られる。
該市販品としては、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)などが挙げられる。これらの中でも、Dupont社製のFSO、FSO−100、FSN、FSN−100、FS−300が良好な印字品質、保存性を提供でき好ましい。これらノニオン系のフッ素系界面活性剤である前記界面活性剤は、1種単独又は二種以上を混合して用いることができる。
前記フッ素系界面活性剤のインク中への添加量としては、0.1質量%〜10質量%が好ましく、0.1質量%〜5質量%がより好ましい。前記添加量が0.1質量%未満であると、浸透性の向上に顕著な効果がなく、前記添加量が10質量%を超えると、高温下で保存した時に粘度上昇、凝集等が起こり、信頼性が悪化することがある。
前記樹脂エマルジョンは、インクが紙のような記録媒体に着弾した際、増粘乃至凝集する性質を持ち、着色成分の浸透を抑制し、更に紙への定着を促進する効果を有する。また、樹脂エマルジョンの種類によっては紙上で皮膜を形成し、印刷物の耐擦性をも向上させる効果を有する。更に、樹脂エマルジョンを添加することで顔料の分散安定性が向上する。但し、シリコーン層へのインク付着性の増加などにより、シリコーン層の耐久性が低下する。
前記樹脂エマルジョンとしては、例えばスチレン−アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられ、これらの中でも、ポリウレタン樹脂が特に好ましい。
前記エマルジョン樹脂は、顔料インク作製原料として使用する際、又は本発明のインク組成物作製後において、O/W型のエマルジョンとして存在するものである。ポリウレタン系樹脂のエマルジョンには、比較的親水性の通常のポリウレタン系樹脂を外部に乳化剤を使用してエマルジョン化したものと、樹脂自体に乳化剤の働きをする官能基を共重合等の手段で導入した自己乳化型のエマルジョンがある。いずれも実施可能であるが、顔料インク組成物の組み合わせによって、顔料及びエマルジョン粒子の分散安定性に若干の差異があるので注意を要する。顔料や分散剤との各種組み合わせにおいて、常に分散安定性に優れているのはアニオン型自己乳化型ポリウレタンのエマルジョン樹脂である。その際、顔料の固着性及び分散安定性の面でポリウレタン系樹脂はポリエステル型、ポリカーボネート型よりもエーテル型である方が好ましい。その理由は定かではないが、非エーテル型は耐溶剤性に弱いものが多く、インクの高温保存時に粘度が凝集しやすい。
前記樹脂エマルジョンの含有量は、前記インクジェット記録用インク中、樹脂固形分として0.1質量%〜20質量%が好ましく、0.2質量%〜10質量%がより好ましい。前記含有量が0.1質量%未満であると、記録媒体へ着弾した後、樹脂が顔料を覆う量が不十分で、耐擦過効果が小さく、20質量%より多いと、インクの粘度が高すぎてインクジェット方式での印字が困難になる傾向がある。
前記顔料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば有機顔料、又は無機顔料が好適に用いられる。また、これら顔料は複数種類を混合して用いてもよい。
前記有機顔料としては、例えばアゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラック、アゾメチン系、ローダミンBレーキ顔料、カーボンブラック等が挙げられる。
前記無機顔料としては、例えば酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、紺青、カドミウムレッド、クロムイエロー、金属粉が挙げられる。
前記カーボンブラックとしては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、No.2300、No.900、MCF−88、No.33、No.40、No.45、No.52、MA7、MA8、MA100、No.2200B(いずれも、三菱化学株式会社製);Raven700、同5750、同5250、同5000、同3500、同1255(いずれも、コロンビア株式会社製);Regal400R、同330R、同660R、MogulL、Monarch700、同800、同880、同900、同1000、同1100、同1300、Monarch1400(いずれも、キャボット株式会社製);カラーブラックFW1、同FW2、同FW2V、同FW18、同FW200、同S150、同S160、同S170、プリンテックス35、同U、同V、同140U、同140V、スペシャルブラック6、同5、同4A、同4(いずれも、デグッサ社製)などが挙げられる。
イエローインク用の顔料としては、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、C.I.ピグメントイエロー1、同2、同3、同12、同13、同14、同16、同17、同73、同74、同75、同83、同93、同95、同97、同98、同114、同120、同128、同129、同138、同150、同151、同154、同155、同174、同180などが挙げられる。
マゼンタインク用顔料としては、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、C.I.ピグメントレッド5、同7、同12、同48(Ca)、同48(Mn)、同57(Ca)、同57:1、同112、同122、同123、同146、同168、同176、同184、同185、同202、ピグメントバイオレット19などが挙げられる。
シアンインク用顔料としては、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、C.I.ピグメントブルー1、同2、同3、同15、同15:3、同15:4、同15:34、同16、同22、同60、同63、同66;C.I.バットブルー4、同60などが挙げられる。
なお、本発明で使用する各インクに含有される顔料は、本発明のために新たに製造されたものであっても使用可能である。
前記顔料の顔料分散体中、又は顔料インク中における含有量は、それぞれ0.1質量%以上50.0質量%以下が好ましく、0.1質量%以上20.0質量%以下がより好ましい。
ここで、前記顔料の平均粒径は、23℃、55%RHの環境下、日機装株式会社製マイクロトラックUPAで動的光散乱法により測定した値を示す。これはノズルプレートに付着したインク中の顔料の粗大粒子量を減らすことにより、ワイピング時にインク中の粗大粒子の摩擦により撥インク層を損傷することを防止するからである。また、印字画像部の顔料粒子の乱反射を防ぎ、かつ濃度均一な印字画像を提供できるからである。
前記インクジェット記録用インクには、湿潤剤を含有することが好ましい。該湿潤剤が水系顔料インク中に含有されていると、インク組成物の保水と湿潤性を確保することができ、その結果、水系顔料インクを長期間保存しても色材の凝集や粘度の上昇がなく、優れた保存安定性を実現できる。また、インクジェットプリンターのノズル先端等で開放状態に設置されても、乾燥物の流動性を長時間維持するインクジェット記録用インクが実現できる。また、印字中又は印字中断後の再起動時にノズルの目詰まりが発生することもなく、高い吐出安定性が得られる。
前記湿潤剤の前記記録用インクにおける添加量は、0.1質量〜50質量%が好ましく、5質量%〜40質量%がより好ましい。
<顔料分散液(a)の作製>
・C.I.ピグメントレッド122・・・150質量部
(大日本インキ化学工業株式製、FASTOGEN SUPER MAGENTA RG)
・ノニオン系界面活性剤(ポリオキシエチレン(n=40)β−ナフチルエーテル)・・・113質量部
・蒸留水・・・737質量部
上記の混合物をプレミックスした後、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KDL型、メディア:直径0.3mmジルコニアボール使用)で7時間循環分散して顔料分散液(a)を得た。分散後の顔料平均粒径は90nmであった。
・顔料分散液(a)・・・50質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(2)で表されるフッ素系界面活性剤(FS−300、DuPont社製)・・・2質量部
・1,2−ベンゾチアゾロン系防腐防カビ剤(プロキセルLV、アビシア社製)・・・0.5質量部
・ポリウレタン系樹脂エマルジョン(W5661、三井武田ケミカル株式会社製、アニオン性自己乳化型のエーテル系ポリウレタン系樹脂エマルジョン)・・・2.5質量部
・イオン交換水・・・15質量部
インクの調合順序は、(1)グリセリン及びジエチレングリコール、(2)フッ素系界面活性剤、(3)プロキセルLV、(4)イオン交換水とし、30分間撹拌した後に上記の顔料分散液(a)を添加し、30分間撹拌した後、樹脂エマルジョンを添加し、1時間撹拌してインクジェット記録用インクを作製した。
Ni電鋳ノズル表面上に、シリコーンレジン(東レダウコーニングシリコーン社製、SR2411)をスプレー法にて塗布して、厚み1.2μmのシリコーン層を形成した。この際、ノズル孔及びノズル板裏面を水溶性樹脂でマスキングし、シリコーン層塗布形成後、剥離除去して形成した。これをそのまま常温で2日間放置し、硬化させて撥インク層とした。
撥インク層の表面粗さは0.18μm、臨界表面張力は21.6mN/mであった。
ここで、撥インク層の厚みは、光学式膜厚計(ラムダエースVM−8000J、大日本スクリーン製造株式会社製)により測定した。
また、撥インク層の表面粗さは、触針式表面粗さ計(Dektak3−ST、Veeco社製)により測定した。
また、撥インク層の臨界表面張力は、Zisman法により測定した。
ノズルプレートの機械的耐久性を、上記のインク(A)に対する初期とワイパーブレード(EPDMゴム硬度70°)にて3,000回ワイピング後の後退接触角として評価した。結果を表1に示す。
上記3,000回ワイピングした後のノズルプレートを用いてヘッドを作製し、前述した図1,2,3にて示したプリンタ(株式会社リコー製、IPSiO G707)に装着した。そして、上記インクをプリンタに充填し、以下の方法で吐出安定性を評価した。結果を表1に示す。
即ち、以下の印刷パターンチャートを20枚連続で印字後、20分間印字を実施しない休止状態にし、これを50回繰り返し、累計で1,000枚印写後、もう1枚同チャートを印写したときの5%チャートベタ部の筋、白抜け、噴射乱れの有無を目視にて以下の基準で評価した。なお、印刷パターンは、画像領域中、印字面積が、紙面全面積中、各色印字面積が5%であるチャートにおいて、各インクを100%dutyで印字した。印字条件は、記録密度は360dpi、ワンパス印字とした。
〔評価基準〕
A:ベタ部にスジ,白抜け,噴射乱れが無い
B:ベタ部にスジ,白抜け,噴射乱れが若干認められる
C:ベタ部全域にわたってスジ,白抜け,噴射乱れが認められる
Aは正常に吐出されている状態で、B、及びCは吐出不良であることを示している。B、及びCの原因としてはワイピングによる後退接触角の低下、即ち撥インク性の低下が考えられる。
実施例1において、顔料分散体及びインクを、下記顔料分散液(b)及び下記インク(B)に変えた以外は、実施例1と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
・C.I.ピグメントブルー15:3(大日本精化株式会社製、シアニンブルーA−292)・・・150質量部
・ノニオン系界面活性剤(ポリオキシエチレン(n=20)β−ナフチルエーテル)・・・122質量部
・アニオン性界面活性剤(パイオニンA−51−B、竹本油脂株式会社製)・・・2質量部
・蒸留水・・・726質量部
上記の混合物をプレミックスした後、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KDL型、メディア:直径0.3mmジルコニアボール使用)で7時間循環分散して顔料分散液(b)を得た。分散後の顔料平均粒径は90nmであった。
・顔料分散液(b)・・・38質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(3)で表されるフッ素系界面活性剤・・・1質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・ポリウレタン系樹脂エマルジョン(SF460S、日本ユニカー社製、アニオン性自己乳化型のポリカーボネート系ポリウレタン系樹脂エマルジョン)・・・2.5質量部
・イオン交換水・・・28質量部
実施例1において、インクを、下記インク(C)に変えた以外は、実施例1と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<インク(C)の作製>
・顔料分散液(a)・・・50質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(2)で表されるフッ素系界面活性剤(FSN−100、Dupont社製)・・・2質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン(J−450、ジョンソンポリマー社製)・・・2.5質量部
・イオン交換水・・・15質量部
実施例1において、顔料分散体及びインクを、下記顔料分散液(c)及び下記インク(D)に変えた以外は、実施例1と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
・C.I.ピグメントイエロー74(大日本精化株式会社製、イエローNo.43)・・・150質量部
・ポリオキシエチレン(n=7)オクチルエーテル・・・100質量部
・蒸留水・・・750質量部
上記の混合物をプレミックスした後、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KDL型、メディア:直径0.3mmジルコニアボール使用)で7時間循環分散して顔料分散液(c)を得た。分散後の顔料平均粒径は90nmであった。
・顔料分散液(c)・・・37質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(3)で表されるフッ素系界面活性剤・・・1質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・アクリルシリコーン系樹脂エマルジョン(AP4710、昭和高分子株式会社製)・・・2.5質量部
・イオン交換水・・・29質量部
実施例1において、インクを、下記インク(E)に変えた以外は、実施例1と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<インク(E)の作製>
・顔料分散液(a)・・・50質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(2)で表されるフッ素系界面活性剤(FS−300、DuPont社製)・・・2質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・イオン交換水・・・17.5質量部
実施例1において、顔料分散体及びインクを、下記顔料分散液(d)及び下記インク(F)に変えた以外は、実施例1と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
・C.I.ピグメントレッド122・・・150質量部
(大日本インキ化学工業株式会社製、FASTOGEN SUPER MAGENTA RG)
・水溶性スチレン−アクリル樹脂(HPD−71、ジョンソンポリマー社製)・・・22質量部
・蒸留水・・・828質量部
上記の混合物をプレミックスした後、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KDL型、メディア:直径0.3mmのジルコニアボール使用)で7時間循環分散して顔料分散液(d)を得た。分散後の顔料平均粒径は90nmであった。
・顔料分散液(d)・・・50質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(2)で表されるフッ素系界面活性剤(FS−300、DuPont社製)・・・2質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・イオン交換水・・・17.5質量部
実施例2において、顔料分散体及びインクを、下記顔料分散液(e)及び下記インク(G)に変えた以外は、実施例2と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
・C.I.ピグメントブルー15:3(大日本精化株式会社製、シアニンブルーA−292)・・・150質量部
・水溶性スチレン−アクリル樹脂(HRC−1645、ジョンソンポリマー社製)・・・20質量部
・アニオン性界面活性剤(パイオニンA−51−B、竹本油脂株式会社製)・・・2質量部
・蒸留水・・・828質量部
上記の混合物をプレミックスした後、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KDL型、メディア:直径0.3mmのジルコニアボール使用)で7時間循環分散して顔料分散液(e)を得た。分散後の顔料平均粒径は90nmであった。
・顔料分散液(e)・・・38質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(3)で表されるフッ素系界面活性剤・・・1質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・イオン交換水・・・30.5質量部
実施例3において、顔料分散体及びインクを、下記顔料分散液(f)及び下記インク(H)に変えた以外は、実施例3と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
マゼンタ顔料としてC.I.ピグメントレッド122を低温プラズマ処理し、カルボン酸基を導入した顔料を作製した。これをイオン交換水に分散したものを、限外濾過膜にて脱塩濃縮し、顔料濃度15%のマゼンタ顔料分散液(f)とした。
<インク(H)の作製>
・顔料分散液(f)・・・46質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(2)で表されるフッ素系界面活性剤(FSN−100、Dupont社製)・・・2質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン(J−450、ジョンソンポリマー社製)・・・2.5質量部
・イオン交換水・・・19質量部
実施例4において、顔料分散体及びインクを、下記顔料分散液(g)及び下記インク(I)に変えた以外は、実施例4と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
イエロー顔料としてC.I.ピグメントイエロー74を低温プラズマ処理し、カルボン酸基を導入した顔料を作製した。これをイオン交換水に分散したものを、限外濾過膜にて脱塩濃縮し、顔料濃度15質量%のイエロー顔料分散液(g)とした。
・顔料分散液(g)・・・33質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(3)で表されるフッ素系界面活性剤・・・1質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・アクリルシリコーン系樹脂エマルジョン(AP4710、昭和高分子株式会社製)・・・2.5質量部
・イオン交換水・・・33質量部
実施例5において、顔料分散体及びインクを、下記顔料分散液(h)及び下記インク(J)に変えた以外は、実施例5と同様にして、インクジェット記録用インクを調製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
特開2001−139849号公報の調製例3を参考にして、マゼンタ顔料含有ポリマー微粒子分散液を調製した。
まず、ポリマー溶液の調製として、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フラスコ内を十分に窒素ガスで置換した後、スチレン11.2g、アクリル酸2.8g、ラウリルメタクリレート12.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート4.0g、スチレンマクロマー(東亜合成株式会社製、商品名:AS−6)4.0g及びメルカプトエタノール0.4gを仕込み、65℃に昇温した。次にスチレン100.8g、アクリル酸25.2g、ラウリルメタクリレート108.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート36.0g、ヒドロキシエチルメタクリレート60.0g、スチレンマクロマー(東亜合成株式会社製、商品名:AS−6)36.0g、メルカプトエタノール3.6g、アゾビスジメチルバレロニトリル2.4g、及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を2.5時間かけてフラスコ内に滴下した。滴下終了後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8g、及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を0.5時間かけてフラスコ内に滴下した。65℃で1時間熟成した後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8gを添加し、更に1時間熟成した。反応終了後、フラスコ内に、メチルエチルケトン364gを添加し、濃度が50質量%のポリマー溶液800gを得た。
得られたポリマー溶液28g、ピグメントレッド122を26g、1mol/L水酸化カリウム水溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、及びイオン交換水30gを十分に攪拌した。その後、3本ロールミル(株式会社ノリタケカンパニー製、商品名:NR−84A)を用いて20回混練した。得られたペーストをイオン交換水200gに投入し、十分に攪拌した後、エバポレーターを用いてメチルエチルケトン及び水を留去し、固形分量が20.0質量%のマゼンタ色のポリマー微粒子分散液(h)160gを得た。
・顔料分散液(h)・・・40質量部
・グリセリン・・・10質量部
・ジエチレングリコール・・・20質量部
・下記一般式(2)で表されるフッ素系界面活性剤(FS−300、DuPont社製)・・・2質量部
・プロキセルLV(アビシア社製)・・・0.5質量部
・イオン交換水・・・27.5質量部
20 流路板
30 ノズルプレート
40 ベース
50 積層圧電素子
60 振動板
70 接着層
101 装置本体
102 給紙トレイ
103 排紙トレイ
104 インクカートリッジ装填部
111 上カバー
112 前面
115 前カバー
131 ガイドロッド
132 ステー
133 キャリッジ
134 記録ヘッド
135 サブタンク
141 用紙載置部
142 用紙
144 分離パッド
151 搬送ベルト
152 再度カウンタローラ
156 帯電ローラ
157 搬送ローラ
158 デンションローラ
171 分離爪
172 排紙ローラ
173 排紙コロ
181 両面給紙ユニット
200 インクカートリッジ
201 インクカートリッジ
241 インク袋
242 インク注入口
243 インク排出口
244 カートリッジ外装
Claims (19)
- インクジェット記録用インクに刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録するインク飛翔手段を少なくとも有するインクジェット記録装置において、
前記インク飛翔手段におけるインクジェットヘッドのノズルプレート面が、シリコーン樹脂を含有する撥インク層を有し、
前記撥インク層の開口部分縁端を通る接線と、前記ノズルプレート表面との角度θが90°以下で、前記撥インク層における曲線の曲率半径が、前記撥インク層の曲線部分以外における厚みd以上であり、
前記インクジェット記録用インクが、少なくとも顔料、水、フッ素系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤を含有することを特徴とするインクジェット記録装置。 - ノニオン系界面活性剤が、下記一般式(1)で表される化合物である請求項1に記載のインクジェット記録装置。
- ノニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレン(n=40)β−ナフチルエーテルである請求項1から2のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を含有する請求項1から3のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- フッ素系界面活性剤が、下記一般式(3)で表される化合物を含有する請求項1から3のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- インクジェット記録用インクが、樹脂エマルジョンを含有する請求項1から5のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 樹脂エマルジョンが、ポリウレタン系樹脂エマルジョン、スチレンアクリル系樹脂エマルジョン、及びアクリルシリコーン系樹脂エマルジョンから選択される少なくとも1種を含む請求項6に記載のインクジェット記録装置。
- ポリウレタン系樹脂エマルジョンが、アニオン性自己乳化型のエーテル系ポリウレタン樹脂エマルジョンである請求項7に記載のインクジェット記録装置。
- 撥インク層の表面粗さ(Ra)が、0.2μm以下である請求項1から8のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 撥インク層の厚みが、0.1μm〜5.0μmである請求項1から9のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 撥インク層の臨界表面張力が、5mN/m〜40mN/mである請求項1から10のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- インクジェット記録用インクに刺激を印加し、該記録用インクを飛翔させて画像を記録するインク飛翔工程を少なくとも含むインクジェット記録方法において、
前記インク飛翔工程で使用するインクジェットヘッドのノズルプレート面が、シリコーン樹脂を含有する撥インク層を有し、
前記撥インク層の開口部分縁端を通る接線と、前記ノズルプレート表面との角度θが90°以下で、前記撥インク層における曲線の曲率半径が、前記撥インク層の曲線部分以外における厚みd以上であり、
前記インクジェット記録用インクが、少なくとも顔料、水、フッ素系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤を含有することを特徴とするインクジェット記録方法。 - ノニオン系界面活性剤が、下記一般式(1)で表される化合物である請求項12に記載のインクジェット記録方法。
- ノニオン系界面活性剤が、ポリオキシエチレン(n=40)β−ナフチルエーテルである請求項12から13のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
- フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を含有する請求項12から14のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
- フッ素系界面活性剤が、下記一般式(3)で表される化合物を含有する請求項12から14のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
- インクジェット記録用インクが、樹脂エマルジョンを含有する請求項12から16のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
- 樹脂エマルジョンが、ポリウレタン系樹脂エマルジョン、スチレンアクリル系樹脂エマルジョン、及びアクリルシリコーン系樹脂エマルジョンから選択される少なくとも1種を含む請求項17に記載のインクジェット記録方法。
- ポリウレタン系樹脂エマルジョンが、アニオン性自己乳化型のエーテル系ポリウレタン樹脂エマルジョンである請求項18に記載のインクジェット記録方法。
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