JP5531597B2 - インクジェット画像形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、活性光線硬化型インクを用いて、インクジェットにより画像を形成するインクジェット画像形成方法に関する。
従来、紫外線や電子線などの活性エネルギー線により硬化する活性光線硬化型組成物は、プラスチック、紙、木工及び無機質材等の塗料、接着剤、印刷インキ、印刷回路基板及び電気絶縁関係等の種々の用途に実用化されている。
また、これらの重合性組成物を使用したインクジェット用インクシステムとしては、紫外線で硬化する紫外線硬化型インクジェットインクがあるが、この紫外線硬化インクを用いたインクジェット方式は、速乾性、インク吸収性の無い記録媒体への記録が出来る点で、近年注目されつつある。
しかしながら、これら紫外線硬化型のインクジェットシステムによる画像形成方法では、高速記録(例えば、ライン記録方式であれば記録材料搬送速度30m/s以上、シリアル(シャトル)記録方式であれば印字スピード50m/hr以上)の際に問題となる隣合うドットの合一を抑制できず、画質が劣化する問題があった。
また、WAXなどの相変化する化合物をインク組成物中に20%以上用いたホットメルトインクシステムについても、特殊な処理をしていない普通紙やインク吸収性の無い記録媒体への記録が出来る点で注目されてはいたが、画像形成後の膜面が爪などで簡単に剥がれてしまう問題があった。
そして、これらの問題を解決することを目的とした、ゲル化剤を用いた放射線硬化型のインクが知られている(特許文献1および2参照)。
他方、インクジェット記録ヘッドからのインクの気泡による吐出性能の劣化を防止するために、インク流路内でインクを循環させることが知られている(特許文献3参照)。
しかしながら、活性光線硬化型インク、特にゲル化剤を含有するインクを、そのまま上記のような従来のインクジェット記録ヘッドを用いて印字記録しただけでは高精細な画像の形成はできず、高い硬化性を維持して高精細な画像を得ることは困難であった。
特開2006−193745号公報 特表2009−510184号公報 特表2008−513245号公報
本発明の目的は、インクの吐出安定性が良好で高精細な画像が形成でき、硬化性に優れるインクジェット画像形成方法を提供することにある。
本発明の上記目的は、以下の構成により達成された。
1.複数の圧力室と、該圧力室と各々連通する複数のノズルと、該圧力室の該ノズルの側と反対側で該複数の圧力室と連通し、インク組成物が充填されたインク室と、を有するインクジェット記録ヘッドの該ノズルより該インク組成物を媒体上に吐出し画像を形成する、画像形成方法であって、該インク組成物が、光開始剤、重合性化合物およびゲル化剤を含有するインクジェットインク組成物であり、印字待機中を含む画像記録中は、該インク室内の該インク組成物の温度を70℃〜140℃に保持すると共に、該インク室内の該インク組成物を流動させる、加熱流動工程を有することを特徴とするインクジェット画像形成方法。
2.前記インク組成物中の前記ゲル化剤の含有量が、3〜10質量%であり、前記加熱流動工程における該インク組成物の流動速度が1.0〜3.0m/minであることを特徴とする前記1に記載のインクジェット画像形成方法。
3.前記ゲル化剤が、熱可逆性ゲル化剤であり、ラメラ構造、共有結合や水素結合した高分子網目、物理的な凝集によって形成される高分子網目、によりインク組成物が独立した運動性を失って集合した構造を持ち、急激な粘度上昇や著しい弾性増加を伴って固化または半固化しうるゲル化剤であることを特徴とする、前記1または2に記載のインクジェット画像形成方法。
4.前記ゲル化剤が脂肪族ケトン化合物、脂肪酸アルコール、脂肪酸エステル、ステアリン酸イヌリン・脂肪酸デキストリン、L−グルタミン酸誘導体、脂肪酸アミド、ホホバエステル、並びに(A)グリセリン又はグリセリン縮合物、(B)炭素数16〜24の脂肪酸及び(C)炭素数18〜22の二塩基酸から構成されるオリゴエステルから選ばれるゲル化剤であることを特徴とする、前記1から3のいずれか1項に記載のインクジェット画像形成方法。
5.前記ゲル化剤が、ベヘン酸およびエイコサン二酸とグリセリンまたはポリグリセリンとのエステル化合物または、ベヘン酸、イソステアリン酸およびエイコサン二酸とグリセリンとのエステル化合物であることを特徴とする、前記1から4のいずれか1項に記載のインクジェット画像形成方法。
6.前記媒体上に吐出されたインク組成物を硬化させる工程を有することを特徴とする、前記1から5のいずれか1項に記載のインクジェット画像形成方法。
7.光開始剤、重合性化合物およびゲル化剤を含有するインク組成物により画像形成を行うインクジェット装置であって、該インクジェット装置は、複数の圧力室と、該圧力室と各々連通する複数のノズルと、該圧力室の該ノズルの側と反対側で該複数の圧力室と連通し、該インク組成物が充填されたインク室とを有し、かつ該インク室は印字待機中を含む画像記録中において、該インク室内の該インク組成物の温度を70℃〜140℃に保持する温度保持手段及び該インク室内の該インク組成物を流動させる流動手段を有することを特徴とする、インクジェット装置。
8.前記流動手段が、流動速度1.0〜3.0m/minにより流動することを特徴とする、前記7に記載のインクジェット装置。
9.前記温度保持手段及び加熱流動手段が、少なくとも前記インクジェット装置の画像形成中に、稼働することを特徴とする、前記7または8に記載のインクジェット装置。
10.前記温度保持手段及び加熱流動手段が、前記インクジェット装置の電源を入れてから切るまでの期間、稼働することを特徴とする、前記7または8に記載のインクジェット装置。
本発明の上記構成により、インクの吐出安定性が良好で高精細な画像が形成でき、硬化性に優れるインクジェット画像形成方法が提供できる。
本発明に係るインクジェット記録ヘッドの概略断面図である。 インク室についての概略斜視図である。
本発明は、複数の圧力室と、該圧力室と各々連通する複数のノズルと、該圧力室の該ノズルの側と反対側で該複数の圧力室と連通し、インク組成物が充填されたインク室と、を有するインクジェット記録ヘッドの該ノズルより該インク組成物を媒体上に吐出し画像を形成する、画像形成方法であって、該インク組成物が、光開始剤、重合性化合物およびゲル化剤を含有するインクジェットインク組成物であり、少なくとも印字待機中に、該インク室内の該インク組成物の温度を70℃〜140℃に保持すると共に、該インク室内の該インク組成物を流動させる、加熱流動工程を有することを特徴とする。
本発明においては、特にインク組成物に特定量ゲル化剤を含有させ、インク室内で、特定の流速でインクを流動させることにより、インクの吐出安定性が良好で高精細な画像が形成でき、硬化性に優れるインクジェット画像形成方法が提供できる。
<インク組成物>
(光開始剤)
本発明に係る光開始剤は、光により重合性化合物の重合を開始し得るものであり、光開始剤としては、「UV・EB硬化技術の応用と市場」(シーエムシー出版、田畑米穂監修/ラドテック研究会編集)などに掲載されているあらゆる公知の光開始剤を用いることができる。
光開始剤としては、光酸発生剤及び光ラジカル発生剤を挙げることができる。
光酸発生剤としては、例えば、化学増幅型フォトレジストや光カチオン重合に利用される化合物が用いられる(有機エレクトロニクス材料研究会編、「イメージング用有機材料」、ぶんしん出版(1993年)、187〜192ページ参照)。本発明に好適な化合物の例を以下に挙げる。
第1に、ジアゾニウム、アンモニウム、ヨードニウム、スルホニウム、ホスホニウムなどの芳香族オニウム化合物のB(C 、PF 、AsF 、SbF 、CFSO 塩を挙げることができる。
本発明で用いることのできるオニウム化合物の具体的な例を、以下に示す。
Figure 0005531597
第2に、スルホン酸を発生するスルホン化物を挙げることができ、その具体的な化合物を、以下に例示する。
Figure 0005531597
第3に、ハロゲン化水素を光発生するハロゲン化物も用いることができ、以下にその具体的な化合物を例示する。
Figure 0005531597
第4に、鉄アレン錯体を挙げることができる。
Figure 0005531597
また、光ラジカル発生剤としては、アリールアルキルケトン、オキシムケトン、チオ安息香酸S−フェニル、チタノセン、芳香族ケトン、チオキサントン、ベンジルとキノン誘導体、ケトクマリン類などの従来公知の光ラジカル発生剤が使用出来る。
中でもアシルフォスフィンオキシドやアシルホスフォナートは、感度の面から、好ましく用いることができる。
具体的には、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイドなどが好ましい。
また、安全性を考慮した選択では、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モリフォリノプロパン−1−オン、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(ダロキュア(登録商標)1173)が好適に用いられる。
光開始剤の好ましい添加量は、インク組成物全体の1〜10質量%、特に好ましくは2〜8質量%である。
本発明に係る光開始剤としては、公知のあらゆる光酸発生剤を用いることができるが、光開始剤をインク組成物に含有させるには溶媒に溶解して用いることが好ましい。その場合、例えば光酸発生剤を常温(25℃程度)で容易に溶解させる化合物として、環状エステル化合物、炭酸エステル化合物が好ましく用いられる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、α−メチル−β−ブチロラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−ヘプタノラクトンなどが挙げられる。これら環状エステル化合物は、可逆にゲル化させることを効率的に行う面から、好適に用いることができる。
(重合性化合物)
本発明に係る重合性化合物は、上記光開始剤により重合し得る化合物であり、あらゆる公知のカチオン重合性化合物及びラジカル重合性化合物を用いることができる。
カチオン重合性化合物としては、例えば、スチレン誘導体、ビニルエーテル、オキシラン、オキセタン、テトラヒドロフラン、ラクタム、ラクトン化合物などが用いられる。中でも、オキシラン、オキセタン、ビニルエーテル化合物またはスチレン誘導体が好ましく用いられ、特に硬化性の点からビニルエーテル化合物が好ましく用いられる。
ビニルエーテル化合物のうち、例えば単官能ビニルエーテル化合物の例としては、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、n−ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルメチルビニルエーテル、4−メチルシクロヘキシルメチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、ジシクロペンテニルビニルエーテル、2−ジシクロペンテノキシエチルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、ブトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、エトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、テトラヒドロフリフリルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、2−ヒドロキシプロピルビニルエーテル、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル、4−ヒドロキシメチルシクロヘキシルメチルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、ポリエチレングリコールビニルエーテル、クロルエチルビニルエーテル、クロルブチルビニルエーテル、クロルエトキシエチルビニルエーテル、フェニルエチルビニルエーテル、フェノキシポリエチレングリコールビニルエーテル等が挙げられる。
また、多官能ビニルエーテル化合物の例としては、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキサイドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキサイドジビニルエーテルなどのジビニルエーテル類;トリメチロールエタントリビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキサイド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキサイド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、プロピレンオキサイド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテルなどの多官能ビニルエーテル類等が挙げられる。
ビニルエーテルオリゴマーとしては、例えばビス[4−(ビニルオキシ)ブチル]イソフタレート、ビス[4−(ビニルオキシメチル)シクロヘキシルメチル]グルタレート、ビス[4−(ビニルオキシメチル)シクロヘキシルメチル]イソフタレートなどが挙げられる。これらはALDRICH社のVEctomerシリーズ(VEctomer4010、VEctomer4020、VEctomer4040、VEctomer4060、VEctomer5015)として入手可能である。
ビニルエーテル化合物の中でも、シクロヘキシル基を持つビニルエーテル化合物が良好な光硬化性を得られる点で特に好ましく、例えば、1−エチルシクロヘキシルビニルエーテル、4−ヒドロキシシクロヘキシルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ビス[4−(ビニルオキシメチル)シクロヘキシルメチル]グルタレート、ビス[4−(ビニルオキシメチル)シクロヘキシルメチル]イソフタレートなどが挙げられる。
これらシクロヘキシル基を持つビニルエーテル化合物を用いた場合に本発明の効果が大きく、本発明の構成が特に有効となる。
オキシラン化合物としては、あらゆる公知のエポキシ化合物(エポキシド)を用いることができる。
単官能エポキシドの例としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、p−tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、1,2−ブチレンオキサイド、1,3−ブタジエンモノオキサイド、1,2−エポキシドデカン、エピクロロヒドリン、1,2−エポキシデカン、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、3−メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3−アクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3−ビニルシクロヘキセンオキサイド等が挙げられる。
多官能エポキシドの例としては、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3′,4′−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンオキサイド、4−ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3′,4′−エポキシ−6′−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、1,1,3−テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、1,2,7,8−ジエポキシオクタン、1,2,5,6−ジエポキシシクロオクタン等が挙げられる。
また、オキセタン環を有する化合物(オキセタン化合物)としては、特開2001−220526号、同2001−310937号に紹介されているような公知のあらゆるオキセタン化合物を併用することができる。
本発明で用いられるオキセタン化合物には、単官能オキセタンの例としては、例えば、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、3−(メタ)アリルオキシメチル−3−エチルオキセタン、(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチルベンゼン、4−フルオロ−〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、4−メトキシ−〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、〔1−(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)エチル〕フェニルエーテル、イソブトキシメチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、イソボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−エチルヘキシル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、エチルジエチレングリコール(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンタジエン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルオキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラヒドロフルフリル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−テトラブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−トリブロモフェノキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、2−ヒドロキシプロピル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ブトキシエチル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタクロロフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタブロモフェニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ボルニル(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等が挙げられる。
また多官能オキセタン化合物としては、例えば、3,7−ビス(3−オキセタニル)−5−オキサ−ノナン、3,3′−(1,3−(2−メチレニル)プロパンジイルビス(オキシメチレン))ビス−(3−エチルオキセタン)、1,4−ビス〔(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル〕ベンゼン、1,2−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]エタン、1,3−ビス[(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)メチル]プロパン、エチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジシクロペンテニルビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、テトラエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリシクロデカンジイルジメチレン(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、トリメチロールプロパントリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、1,4−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ブタン、1,6−ビス(3−エチル−3−オキセタニルメトキシ)ヘキサン、ペンタエリスリトールトリス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ポリエチレングリコールビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジペンタエリスリトールテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、ジトリメチロールプロパンテトラキス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、PO変性水添ビスフェノールAビス(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル、EO変性ビスフェノールF(3−エチル−3−オキセタニルメチル)エーテル等の多官能オキセタンが挙げられる。
本発明のラジカル重合性化合物としては、公知のあらゆる(メタ)アクリレートモノマー及び/またはオリゴマーを用いることができる。本発明でいう「および/または」は、モノマーであっても、オリゴマーであっても良く、更に両方を含んでも良いことを意味する。また、以下に述べる事項に関しても同様である。
(メタ)アクリレート基を有する化合物としては、例えば、イソアミルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、オクチルアクリレート、デシルアクリレート、イソミルスチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、2−エチルヘキシル−ジグリコールアクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ブトキシエチルアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチル−フタル酸、ラクトン変性可とう性アクリレート、t−ブチルシクロヘキシルアクリレート等の単官能モノマー、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、ビスフェノールAのEO付加物ジアクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート等の2官能モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、グリセリンプロポキシトリアクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、カプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の三官能以上の多官能モノマーが挙げられる。
この他、重合性のオリゴマー類も、モノマー同様に配合可能である。重合性オリゴマーとしては、エポキシアクリレート、脂肪族ウレタンアクリレート、芳香族ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、直鎖アクリルオリゴマー等が挙げられる。
なお、感作性、皮膚刺激性、眼刺激性、変異原性、毒性などの観点から、上記モノマーの中でも、特に、イソアミルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、オクチルアクリレート、デシルアクリレート、イソミルスチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、イソボルニルアクリレート、ラクトン変性可とう性アクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、グリセリンプロポキシトリアクリレート、カウプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、カプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートが好ましい。
更に、これらの中でも、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、イソステアリルアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、イソボルニルアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、グリセリンプロポキシトリアクリレート、カウプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、カプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートが特に好ましい。
本発明においては、重合性化合物としてビニルエーテルモノマー及び又はオリゴマーと(メタ)アクリレートモノマー及び又はオリゴマーを併用することが良好な硬化性が得られる点で好ましい。併用して用いた場合、本発明の効果が大きく、本発明の構成が特に有効となる。
さらに、硬化性、吐出安定性の面から上記ビニルエーテルモノマーまたはビニルエーテルオリゴマーがシクロヘキシル基を有する態様が、好ましい態様である。
重合性化合物のインク組成物に対する含有量としては、65質量%〜95質量%が好ましく、特に70質量%〜90質量%が好ましい。
(ゲル化剤)
本発明に係るゲル化剤は、インク組成物を可逆にゲル化させることができる化合物である。
インク組成物を可逆にゲル化させることができる化合物について説明する。
本発明でいう「ゲル」状態とは、ラメラ構造、共有結合や水素結合した高分子網目、物理的な凝集によって形成される高分子網目、により溶質が独立した運動性を失って集合した構造を持ち、急激な粘度上昇や著しい弾性増加を伴って固化または半固化した状態のことを言う。
本発明に係るインク組成物を可逆にゲル化させることができる化合物によって形成されるゲル状態は、熱可逆性ゲル(加熱により流動性のある溶液(ゾルと呼ばれる場合もある)となる)である。すなわち、本発明に用いられるインク組成物はゲル状態と液体状態の間で熱可逆的な遷移を示し、かつ、ゲル再形成のこのサイクルは、幾度か繰り返すことができる。
本発明で好ましく用いられるインク組成物を可逆にゲル化させることができる化合物の具体例としては、ステアロン(18−ペンタトリアコンタノン)、16−ヘントリアコンタノン、12−トリコサノン、UNILIN425などの脂肪酸アルコール、脂肪酸エステル、ステアリン酸イヌリン・脂肪酸デキストリン(レオパールシリーズとして千葉製粉より入手可能)、L−グルタミン酸誘導体(味の素ファインテクノ社より入手可能)、脂肪酸アミド(ウレタン)、ホホバエステル(Floraester70、池田物産社より入手可能)、特開2005−126507号、特開2005−255821号に記載のオイルゲル化剤、および(A)グリセリン又はグリセリン縮合物、(B)炭素数16〜24の脂肪酸、(C)炭素数18〜22の二塩基酸から構成されるオリゴエステル系ゲル化剤などが挙げられる。これらの中でも特に、オリゴエステル系ゲル化剤が本発明の効果が大きく、特にベヘン酸およびエイコサン二酸とグリセリンまたはポリグリセリンとのエステル化合物または、ベヘン酸、イソステアリン酸およびエイコサン二酸とグリセリンとのエステル化合物が本発明の効果が大きく好ましい。これらは例えば下記のように、市販品として入手可能である。例えば、ベヘン酸/エイコサン二酸グリセリル(ノムコートHK−G、日清オイリオ社製)、ベヘン酸/エイコサン二酸ポリグリセリル(ノムコートHK−P、日清オイリオ社製)、ベヘン酸/イソステアリン酸/エイコサン二酸グリセリル(ノムコートSG、日清オイリオ社製)である。
本発明においては、インク組成物のゾル−ゲルによる相転移温度が、吐出安定性、熱重合防止性の面から、40℃以上、100℃以下であることが好ましく、より好ましくは45℃以上、80℃以下である。インク組成物の相転移温度が40℃以上であれば、印字環境温度に影響されることなく安定してドット合一のない画像を形成できる。インク組成物の相転移温度は、例えば、粘弾性測定装置Physica MCR301などで、シェアレート20(1/s)で測定し、粘度が急激に立ち上がる温度を測定する。
ゲル化剤のインク組成物に対する含有量としては、ゲル化性能、硬化性、吐出安定性の面から3質量%〜10質量%が好ましく、特に5質量%〜10質量%が好ましい。
インク組成物は、吐出安定性向上のため、塩基性化合物を併用してもよい。
塩基性化合物としては、公知のあらゆるものを用いることができるが、代表的なものとして、塩基性アルカリ金属化合物、塩基性アルカリ土類金属化合物、アミンなどの塩基性有機化合物などがあげられる。
塩基性アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属の水酸化物(水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等)、アルカリ金属の炭酸塩(炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等)、アルカリ金属のアルコラート(ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド等)が挙げられる。
塩基性アルカリ土類金属化合物としては、同様に、アルカリ土類金属の水酸化物(水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等)、アルカリ金属の炭酸塩(炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等)、アルカリ金属のアルコラート(マグネシウムメトキシド等)が挙げられる。
塩基性有機化合物としては、アミンならびにキノリンおよびキノリジンなど含窒素複素環化合物などが挙げられるが、これらの中でも、光重合成モノマーとの相溶性の面からアミンが好ましく、例えば、オクチルアミン、ナフチルアミン、キシレンジアミン、ジベンジルアミン、ジフェニルアミン、ジブチルアミン、ジオクチルアミン、ジメチルアニリン、キヌクリジン、トリブチルアミン、トリオクチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチル−1,6−ヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン、2−(メチルアミノ)エタノールおよびトリエタノールアミンなどが挙げられる。
塩基性化合物を存在させる際のその濃度は、光重合性モノマーの総量に対して10〜50000質量ppm、特に100〜5000質量ppmの範囲であることが好ましい。なお、塩基性化合物は単独で使用しても複数を併用して使用してもよい。
インク組成物は、各種公知の染料及び/または顔料を含有することが好ましく、特に顔料を含有することが好ましい。
本発明で好ましく用いることのできる顔料を、以下に列挙する。
C.I.Pigment Yellow
1,2,3,12,13,14,16,17,73,74,75,81,83,87,93,95,97,98,109,114,120,128,129,138,150,151,154,155,180,185,213
C.I.Pigment Red
5,7,12,22,38,48:1,48:2,48:4,49:1,53:1,57:1,63:1,101,112,122,123,144,146,168,184,185,202
C.I.Pigment Violet
19,23
C.I.Pigment Blue
1,2,3,15:1,15:2,15:3,15:4,18,22,27,29,60
C.I.Pigment Green
7,36
C.I.Pigment White
6,18,21
C.I.Pigment Black 7
上記顔料の分散には、例えば、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテータ、ヘンシェルミキサ、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、パールミル、湿式ジェットミル、ペイントシェーカー等を用いることができる。また、顔料の分散を行う際に、分散剤を添加することも可能である。分散剤としては、高分子分散剤を用いることが好ましく、高分子分散剤としてはAvecia社のSolsperseシリーズや、味の素ファインテクノ社のPBシリーズが挙げられる。
また、分散助剤として、各種顔料に応じたシナージストを用いることも可能である。これらの分散剤および分散助剤は、顔料100質量部に対し、1〜50質量部添加することが好ましい。分散媒体は、溶剤または重合性化合物を用いて行うが、本発明に用いる照射線硬化型インクでは、インク着弾直後に反応・硬化させるため、無溶剤であることが好ましい。溶剤が硬化画像に残ってしまうと、耐溶剤性の劣化、残留する溶剤のVOCの問題が生じる。よって、分散媒体は溶剤では無く重合性化合物、その中でも最も粘度の低いモノマーを選択することが分散適性上好ましい。
顔料の分散は、顔料粒子の平均粒径を0.08〜0.2μmとすることが好ましく、最大粒径は0.3〜10μm、好ましくは0.3〜3μmとなるよう、顔料、分散剤、分散媒体の選定、分散条件、ろ過条件を適宜設定する。この粒径管理によって、ヘッドノズルの詰まりを抑制し、インクの保存安定性、インク透明性および硬化感度を維持することができる。
本発明に係るインク組成物において、色材の濃度としては、インク組成物全体の1質量%〜10質量%であることが好ましい。
本発明の画像形成方法が、良好な硬化性、吐出安定性を示す理由は明確ではないが、以下のように推測される。
ゲル化剤を用いた硬化性のインク組成物は、重合性化合物の持つ極性機とゲル化剤の極性基の親和性が高くなる傾向が強く、外観上では認められない程度の層分離状態が部分的に生じ、これが吐出不良をおこすのではないかと推測され、本発明の構成によりこれが抑制されているものと推測される。
本発明では、特に、ゲル化剤を特定量含み、流動速度を一定範囲とすることで、上記極性基同志の親和性を効率よく抑制できているものと推測される。
また、特に(メタ)アクリレートモノマーおよび(メタ)アクリレートオリゴマーの少なくとも一つと、ビニルエーテルモノマーおよびビニルエーテルオリゴマーの少なくとも一つとを含有する場合、さらに上記ビニルエーテルモノマーまたはビニルエーテルオリゴマーがシクロヘキシル基を有するという場合に、この抑制効果が大きく発揮できているものと推測される。
(インクジェット記録ヘッド)
図1により、インクジェット記録ヘッドを説明する。
インクジェット記録ヘッド1は、複数の圧力室2と、複数のノズル3とインク室4とを有する。
複数のノズル3は、複数の圧力室2と各々連通している。インク室4は、圧力室2のノズル側と反対側に位置し、複数の圧力室2と連通しており、インク組成物が充填されている。
各圧力室2は、隔壁5によって隔てられている。隔壁5は、電極を有する圧電材料である圧電素子を有し、この圧電素子の動きにより、インク組成物を吐出することができる。
また、インク記録ヘッドは、加熱手段10を有しており、加熱手段10の発熱を制御して加熱することで、インク室内のインク組成物の温度を70℃から140℃に保持することができる。
(画像形成方法)
本発明のインクジェット画像形成方法において画像形成は、媒体上にインク組成物がノズルから吐出され、吐出されて印字された媒体上のインク組成物が硬化することにより行われる。
本発明の画像形成方法は、印字待機中を含む画像記録中はインク室内のインク組成物の温度を70℃〜140℃に保持すると共に、インク室内のインク組成物を流動させる、加熱流動工程を有する。
本発明において画像形成中とは、媒体上に画像を形成するために、ノズルからインク組成物を吐出して印字を行っている期間と、ノズルからインク組成物を吐出して印字を行う期間の間であって印字を行っていない期間と、を含めた期間をいう。
即ち、画像形成中とは少なくとも媒体上に画像を形成し始めてから終了するまでの期間であるが、インクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置の電源を入れてから切るまでの間の期間である場合が好ましい態様である。
インク室内のインク組成物の温度を70℃〜140℃に保持すると共に、インク室内のインク組成物を流動させる、とは下記のようにして得られたインク室の各ユニット部の全てのユニット部において、インク組成物の温度を70℃〜140℃に保持し、かつインク組成物を流動させることである。
インク組成物を流動させる、とは下記の測定法により測定した記録ヘッド内での流速が、各ユニット部全てにおいて1.0m/min以上でインク組成物を動かすことである。
ユニット部とは、圧力室の上面(インクが流入する側)に平行でインク室を4等分するB1、B2、B3、B4、B5の各面と、複数のノズルの配列方向に沿った面であり、B1〜B5面に垂直な面A、A′と、B1〜5およびA、A′面に垂直で、インク室を4等分するC1〜C5面とで16に区切られた、1ブロックをユニットと称する。
図2に、ユニットの例を示す。
本発明においては、少なくとも印字待機中各ユニット全てでインク組成物が、流速1.0m/min以上で流動している必要がある。
また、各ノズルへのインクの供給量を均一にして、射出をより安定にできる、という面から、流速は3.0m/min以下であることが好ましい。
尚、液滴量14pl、ノズル数512個の記録ヘッドを用いて吐出周波数12.1kHzでフルノズル出射を続けている場合に、記録ヘッド内へ供給されるインク組成物の流速はインク流入口付近(最大流速のでる部分)で約0.7m/minとなる。
流速の測定方法としては、センサ部が流体に非接触な構造で、デジタル信号処理を用いた微小流量高精度測定が可能な超音波微小液体流量計(例えばμLF−100、(株)ソニック製)などを用いてインク組成物の流動量を測定し測定を行う。
流動させる方法としては、例えば図1示したような攪拌ハネ6を設けこれを回転させてインク組成物を流動させる方法、たとえば複数のノズルの両端近くから吸引、吸入を行い、インク組成物を循環させる方法などが挙げられる。
インク室内のインク組成物の温度は、70℃〜140℃に保持する必要があるが、特に80℃〜110℃に保持することが好ましい。
印字は、各圧力室2において圧電素子が変形動作してインクに圧力が加わり、ノズル3からインク滴が吐出される。そして、各圧力室2において消費されたインクはインク室4から補充される。
本発明に係るインクジェット記録ヘッドを備えた画像形成装置において、例えば多色画像形成の場合、各色毎に用いられる記録ヘッドの個数は、用いるヘッドのノズル密度と印字する際の解像度によって変わってくる。
例えば、液滴量2pl・ノズル密度360dpiのヘッドを用いて、1440dpiの解像度の画像を形成したい場合には、記録材料搬送方向に対して、記録ヘッドを4個使用してずらして配置することで1440×1440dpiの画像の形成が可能となる。
液滴量6pl・ノズル密度360dpiのヘッドを用いて、720×720dpiの解像度の画像を形成したい場合には、記録ヘッドを2個使用してずらして配置することで720dpiの画像の形成が可能となる。dpiとは、2.54cm当たりのドット数を表す。
本発明の硬化工程では、媒体上に吐出されたインク組成物は、活性光線の照射により硬化される。
例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、LEDなどの照度100mW/cm以上の高照度なUV光を発光可能な光源などからの照射光により、硬化して画像が形成される。
以下に本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらの例に限定されるものではない。
《顔料分散液の調製》
以下の組成で顔料を分散した。
以下2種の化合物をステンレスビーカーに入れ、65℃ホットプレート上で加熱しながら1時間加熱撹拌溶解した。
SOLSPERSE28000(Lubrizol社製分散剤) 9部
CHDMVE(1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、日本カーバイト社製) 71部
室温まで冷却した後これに下記顔料20部を加えて、直径0.5mmのジルコニアビーズ200gと共にガラス瓶に入れ密栓し、ペイントシェーカーにて下記時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去した。
顔料分散液1:Pigment Black 7(三菱化学社製、#52) 5時間
顔料分散液2:Pigment Blue 15:4(大日精化社製、クロモファインブルー6332JC) 5時間
顔料分散液3:Pigment Yellow 150(LANXESS社製、E4GN−GT CH20015) 8時間
顔料分散液4:Pigment Red 122(大日精化社製、クロモファインレッド6112JC) 8時間
また、SOLSPERSE28000に替えてPB824(味の素ファインテクノ社製)、CHDMVEに替えてTEGVE(トリエチレングリコールジビニルエーテル、日本カーバイト社製)を用いた以外は同様にして、顔料分散液6〜8を作製した。
顔料分散液5は、顔料分散液1と同様のものである。
《インク組成物の調製》
表1〜7に記載のインク組成と表8、9に記載のゲル化剤との組み合わせでインクを調製し、表8、9に記載のインク組成物1〜72を調製し、ADVATEC社製テフロン(登録商標)3μmメンブランフィルターで濾過を行った。
尚、比較ホットメルトインクは、富士ゼロックス(株)製、Phaser860用YMCKインクである。
Figure 0005531597
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《インクジェット画像形成方法》
ピエゾ型インクジェットノズルを備えたインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に、上記調製した各インク組成物1〜50を装填し、巾600mm、長さ500mの長尺の白PET#50(マルウ接着社製)へ、下記にて画像記録を連続して行った。
インク供給系は、図示しないが、インクタンク、供給パイプ、ヘッド直前のサブインクタンク、フィルター付き配管、ピエゾヘッドからなり、前室タンクからヘッド部分まで加熱して100℃の加温を行った。ピエゾヘッドは、2plの液滴になるように電圧を印加し、360dpiの解像度のヘッドを4個用い吐出し、1440×1440dpiの画像を形成した。これは高精細の画像再現の領域である。
記録ヘッドは図1に示した攪拌機構を記録ヘッド内部にもつものを使用し、表8、9に示すようなインク流動状態での評価を行った。
流速は、記録ヘッドの16分割した各位ユニットについて行い、流速の測定は、μLF−100、(株)ソニック製を用いて行った。各ユニット間では同じ値を示した。
《吐出安定性の評価》
上記画像形成方法で記録した各画像について、1m印刷時、100m印刷時、500m印刷時、及び500m印刷後に30分待機させ、再び印字開始後1m印刷時、ベタ画像出力物に白ヌケ(ドットの合一による未印字部分)が無いかを確認し、全ノズルから正常に吐出が行われているかを評価した。
△以上が実用上良好な範囲である。
○:白ヌケ無し
△:1、2箇所白ヌケ有るが、記録ヘッドメンテナンス(インク5ml押し出し後、ワイプ材(不織布)で記録ヘッドノズル面をワイプ)後、白ヌケ無くなる
×:白ヌケ多数発生
《硬化性評価》
画像ベタ印字部において、基盤目テープ剥離残留付着率試験(JIS K 5400の碁盤目試験)で得た硬化組成物試料に粘着テープ(スコッチ#250、住友スリーエム製)を張り合わせて2kgのローラーで1往復圧着した後、一気に剥がし、残留している碁盤目状の試料の数を調査し、付着率を下記ランクで評価し、硬化性の指標の一つとした。
△以上が実用上良好な範囲である。
○:付着残留率80〜100%
△:付着残留率60〜80%
×:付着残留率60%未満
《鉛筆硬度》
ベタ画像出力物を25℃60%RHの環境下に24時間放置した後、JIS−K−5400に準じて表面の鉛筆硬度を測定し下記ランクで評価して、硬化性の指標の一つとした。
○:鉛筆硬度2H以上
△:B、H
×:2B以下
結果を表10〜11に示す。
Figure 0005531597
Figure 0005531597
表10、11から、本発明の画像形成方法は、上記のような高精細な画像再現条件において印字待機後も吐出安定性に優れており、またインクの硬化性に優れていることが分かる。
1 インクジェット記録ヘッド
2 圧力室
3 ノズル
4 インク室
5 隔壁
6 攪拌ハネ
10 加熱手段

Claims (10)

  1. 複数の圧力室と、該圧力室と各々連通する複数のノズルと、該圧力室の該ノズルの側と反対側で該複数の圧力室と連通し、インク組成物が充填されたインク室と、を有するインクジェット記録ヘッドの該ノズルより該インク組成物を媒体上に吐出し画像を形成する、画像形成方法であって、該インク組成物が、光開始剤、重合性化合物およびゲル化剤を含有するインクジェットインク組成物であり、印字待機中を含む画像記録中は、該インク室内の該インク組成物の温度を70℃〜140℃に保持すると共に、該インク室内の該インク組成物を流動させる、加熱流動工程を有することを特徴とする、インクジェット画像形成方法。
  2. 前記インク組成物中の前記ゲル化剤の含有量が、3〜10質量%であり、前記加熱流動工程における該インク組成物の流動速度が1.0〜3.0m/minであることを特徴とする、請求項1に記載のインクジェット画像形成方法。
  3. 前記ゲル化剤が、熱可逆性ゲル化剤であり、ラメラ構造、共有結合や水素結合した高分子網目、物理的な凝集によって形成される高分子網目、によりインク組成物が独立した運動性を失って集合した構造を持ち、急激な粘度上昇や著しい弾性増加を伴って固化または半固化しうるゲル化剤であることを特徴とする、請求項1または2に記載のインクジェット画像形成方法。
  4. 前記ゲル化剤が脂肪族ケトン化合物、脂肪酸アルコール、脂肪酸エステル、ステアリン酸イヌリン・脂肪酸デキストリン、L−グルタミン酸誘導体、脂肪酸アミド、ホホバエステル、並びに(A)グリセリン又はグリセリン縮合物、(B)炭素数16〜24の脂肪酸及び(C)炭素数18〜22の二塩基酸から構成されるオリゴエステルから選ばれるゲル化剤であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のインクジェット画像形成方法。
  5. 前記ゲル化剤が、ベヘン酸およびエイコサン二酸とグリセリンまたはポリグリセリンとのエステル化合物または、ベヘン酸、イソステアリン酸およびエイコサン二酸とグリセリンとのエステル化合物であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載のインクジェット画像形成方法。
  6. 前記媒体上に吐出されたインク組成物を硬化させる工程を有することを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のインクジェット画像形成方法。
  7. 光開始剤、重合性化合物およびゲル化剤を含有するインク組成物により画像形成を行うインクジェット装置であって、該インクジェット装置は、複数の圧力室と、該圧力室と各々連通する複数のノズルと、該圧力室の該ノズルの側と反対側で該複数の圧力室と連通し、該インク組成物が充填されたインク室とを有し、かつ該インク室は印字待機中を含む画像記録中において、該インク室内の該インク組成物の温度を70℃〜140℃に保持する温度保持手段及び該インク室内の該インク組成物を流動させる流動手段を有することを特徴とするインクジェット装置。
  8. 前記流動手段が、流動速度1.0〜3.0m/minにより流動することを特徴とする請求項7に記載のインクジェット装置。
  9. 前記温度保持手段及び加熱流動手段が、少なくとも前記インクジェット装置の画像形成中に、稼働することを特徴とする請求項7または8に記載のインクジェット装置。
  10. 前記温度保持手段及び加熱流動手段が、前記インクジェット装置の電源を入れてから切るまでの期間、稼働することを特徴とする請求項7または8に記載のインクジェット装置。
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