JP5713949B2 - インクジェット記録装置用インク、保存液、及び画像形成方法 - Google Patents
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25℃での粘度が3〜20mPa・sである、インクジェット記録装置用インク。
一般式(A)及び(B)において、R1及びR2は、水素原子、又は炭素原子数1〜6のアルキル基である。)
1)(2)記載の保存液が充填された前記インクジェット記録装置が備えるインクジェットヘッド内の前記保存液を、(1)記載のインクに置換する工程、及び
2)前記置換されたインクを、前記インクジェットヘッドから被記録媒体に吐出し、画像を形成する工程。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インク(以下、単にインクともいう)は、少なくとも、水と、顔料及び樹脂を含む顔料分散体と、所定の化学構造の化合物からなる界面活性剤とを含有し、25℃での粘度が所定の範囲である。以下、本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクについて説明する。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、少なくとも、水と、顔料及び樹脂を含む顔料分散体と、所定の化学構造の化合物からなる界面活性剤とを含有するインクジェット記録装置用インクである。また、本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、必要に応じ、被記録媒体へのインクの浸透性を高める浸透剤、インクからの液体成分の揮発を抑制してインクの粘性を安定化させる保湿剤、及びインクに含まれる成分の溶解状態を安定化させる溶解安定剤等を含んでいてもよい。以下、本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクが含む、必須、又は任意の成分である、水、界面活性剤、浸透剤、保湿剤、及び溶解安定剤と、インクジェット記録装置用インクの製造方法とについて順に説明する。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、水性インクであり、水を必須に含む。インクに含まれる水は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来から、水性インクの製造に使用されている水から、所望の純度の水を適宜選択して使用できる。本発明のインクジェット記録装置用インクにおける水の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。水の含有量は、後述する、他の成分の含有量に応じて適宜変更される。インクにおける水の含有量としては、典型的には、インクの全質量に対して20〜70質量%が好ましく、25〜60質量%がより好ましい。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、着色剤である顔料を含む顔料分散体を含む。顔料分散体中に含有させることができる顔料は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来からインクジェット記録装置用インクにおいて着色剤として使用されている顔料から適宜選択して使用できる。好適な顔料の具体例は、C.I.ピグメントイエロー74、93、95、109、110、120、128、138、139、151、154、155、173、180、185、193等の黄色顔料、C.I.ピグメントオレンジ34、36、43、61、63、71等の橙色顔料、C.I.ピグメントレッド122、202等の赤色顔料、C.I.ピグメントブルー15等の青色顔料、C.I.ピグメントバイオレット19、23、33等の紫色顔料、C.I.ピグメントブラック7(B.K−7、カーボンブラック)等の黒色顔料等を挙げることができる。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、下記一般式(1)で表される化合物からなる界面活性剤を含む。界面活性剤は、下記一般式(1)で表される化合物を、複数組み合わせて用いることもできる。
一般式(A)及び(B)において、R1及びR2は、水素原子、又は炭素原子数1〜6のアルキル基である。)
HO−A−OH・・・(2)
(一般式(1)中、Aは前述の定義と同様である。)
で表されるジオールの2つの水酸基にアルキレンオキシドが付加した化合物からなる界面活性剤は、一般式(1)で表される化合物からなる界面活性剤に比べて粘度が高い。従って、一般式(1)において、オルフィンE1010等の界面活性剤を用いると、インクジェットヘッドからインク液滴がしばらく吐出されなかったときに、インク中の溶媒成分の揮発により、ノズル内の気液界面で、インクの界面活性剤濃度が上昇しやすい。この場合、インクジェットヘッド内のノズル近傍で、インクの粘度が高くなり、インクジェットヘッドからのインク液滴の吐出不良が生じやすい。
HO−A−OH・・・(2)
(一般式(1)中、Aは前述の定義と同様である。)
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、被記録媒体へのインクの浸透性を高める成分である、浸透剤を含んでいてもよい。浸透剤の具体例としては、1,2−へキシレングリコール、1,2−オクタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等のジオール類や、トリ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ブチルエーテル等のグリコールエーテル類が挙げられる。浸透剤は2種以上を組み合わせて用いることができる。インクが浸透剤を含有する場合、浸透剤の含有量は、浸透剤の種類に応じて適宜調整される。典型的な浸透剤の含有量としては、インクの全質量に対して0.5〜20質量%が好ましい。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、保湿剤を含んでいてもよい。インクからの液体成分の揮発を抑制してインクの粘性を安定化させる成分である。保湿剤と水の量を調整することで、インクの粘度を調整することができる。保湿剤の具体例は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、及びグリセリン等が挙げられる。これらの、保湿剤の中では、水等の液体成分の揮発の抑制効果に優れることからグリセリンがより好ましい。保湿剤は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、インクジェット記録装置用インクの均一な溶解状態を安定化させる成分として溶解安定剤を含んでいてもよい。溶解安定剤の具体例としては、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、及びγ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶解安定剤は2種以上を組み合わせて用いることができる。インクにおける溶解安定剤の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、インクの全質量に対して1〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がより好ましい。
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクの製造方法は、水、顔料分散体、及び界面活性剤に対して、必要に応じて、浸透剤、保湿剤、及び溶解安定剤等の成分を加えた後、これらのインク成分を均一に混合することができれば特に限定されない。インクジェット記録装置用インクの製造方法の具体例としては、インクの各成分を混合機により均一に混合した後、孔径5μm以下のフィルターにて、加圧ろ過により異物や粗大粒子を除去する方法が挙げられる。なお、インクジェット記録装置用インクを製造する際には、必要に応じて、酸化防止剤、粘度調整剤、pH調整剤、防腐防カビ剤等の、従来、インクジェット記録装置用インクに加えられている種々の添加剤を加えることができる。
本発明の第2実施形態に係る保存液は、少なくとも、水と、第1実施形態に係るインクに含まれる界面活性剤と、同様の化学構造の化合物からなる界面活性剤とを含有する。第2実施形態に係る保存液は、インクジェットヘッド用の保存液として有用である。第2実施形態に係る保存液は、第1実施形態に係るインクと組み合わせて使用することにより、特に、前述の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクが、インクジェットヘッドからしばらくインク液滴が吐出されなかった後に画像を形成する場合でも、インクジェットヘッドからの良好なインク液滴の吐出を維持できる効果を、さらに良好なものとすることができる。
第3実施形態は、第1実施形態にかかるインクジェット記録装置用インクを用いて、インクジェット記録装置により画像を形成する画像形成方法に関する。本発明の第3実施形態に係る画像形成方法は、第1実施形態にかかるインクジェット記録装置用インクを用いる他は、通常のインクジェット記録装置による画像形成方法に従えばよい。第3実施形態にかかる画像形成方法としては、下記工程1)及び2)を含む、画像形成方法が好ましい。
1)第2実施形態に係る保存液が充填された、インクジェット記録装置が有するインクジェットヘッド内の前記保存液を、第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクに置換する工程、及び
2)インクジェットヘッド内に充填されたインクを、インクジェットヘッドから被記録媒体に吐出し、画像を形成する工程。
図1に示すように、インクジェット記録装置100の左側部には記録用紙Pを収容する給紙トレイ2(給紙部)が設けられており、この給紙トレイ2の一端部には収容された記録用紙Pを、最上位の記録用紙Pから順に一枚ずつ後述する搬送ベルト5へと給紙搬送するための給紙ローラー3及び給紙ローラー3に圧接され従動回転する従動ローラー4が設けられている。
第3実施形態に係る画像形成方法では、インクジェットヘッド11C〜11Kに、第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクが充填される前に、予め、第2実施形態に係る保存液を充填するのが好ましい。インクジェットヘッドは、例えば、圧電素子(ピエゾ素子)を用いてインクジェットヘッド11C〜11Kの液室内に生じる圧力を利用してインクの液滴を吐出する圧電素子方式や、発熱体によって気泡を発生させ、圧力をかけてインクを吐出するサーマルインクジェット方式等、各種方式を適用することができる。インクの吐出方式は、吐出量の制御が容易であることから圧電素子方式が好ましい。以下、図3及び図4を参照して圧電素子方式のインクジェットヘッド11の構造、及び動作について説明する。
(顔料分散体の調製)
シアン色顔料としてCIピグメントブルー15:3を用いた。顔料分散体の調製に用いる材料の質量の合計に対して、20質量%の顔料、12質量%のスチレン−アクリル樹脂(分子量20,000、酸価120mgKOH/g)、及び10質量%のグリセリンと、残余の量の水(イオン交換水)とを、ダイノーミル(マルチラボ,ベッセル容量0.6L,株式会社シンマルエンタープライゼス製)に仕込んだ。次いで、スチレン−アクリル樹脂の中和に必要な量の水酸化カリウムをダイノーミルに加えた。その後、顔料分散体の原料の総量に対して、1.5倍(質量基準)となるように、ビーズ径0.5mmのジルコニアビーズをメディアとしてダイノーミルに充填して、水冷しながら、10℃、周速8m/sの条件で顔料とスチレン−アクリル樹脂とを混練し、顔料分散体を得た。得られた顔料分散体を、イオン交換水を用いて300倍に希釈して、動的光散乱式粒径分布測定装置(ゼータサイザー ナノ、シスメックス株式会社製)により顔料の体積平均粒径D50を測定し、顔料の体積平均粒径が70〜130nmの範囲となっていることを確認した。
(インクの調製)
調製例1で得た顔料分散体25質量%、表1に記載の種類の界面活性剤0.5質量%、ヘキシレングリコール(浸透剤)5質量%、及び2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール(浸透剤)0.5質量%、グリセリン(保湿剤)13質量%、及び2−ピロリドン(溶解安定剤)5質量%と、残余の量の水(イオン交換水)とを撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターにて、加圧ろ過によりろ過して、実施例1〜12で用いたインク1〜12を得た。
評価機は、たわみ振動するピエゾでインクに力を加えるインクジェットヘッドであって、周波数1〜40kHz、駆動電圧10〜30Vで駆動可能なノズルを2656個有し、ヘッド内流路の全容積が6cm3あるインクジェットヘッドを備える画像形成装置(京セラミタ株式会社試験機)を用い、25℃60%RH環境下で評価を行った。被記録媒体として光沢紙(インクジェット用光沢紙、KA420PGP(セイコーエプソン株式会社製))を用いた。インクが充填されたカートリッジをインクジェットヘッドに接続し、流速2cm3/秒、1秒間のパージ操作を10回行い、インクジェットヘッドにインクを導入し、ノズル形成面から出ている余剰液をワイプブレードによりかきとった。インクジェットヘッドのノズル面と記録用紙Pとの距離を1mmに固定し、周波数20kHz、駆動電圧20Vにて、被記録媒体にノズルチェックパターンを印画し、1枚目の評価画像を得た。次いで、新たな被記録媒体を用いて、1枚目の評価画像の形成から10分後に2枚目の評価画像を形成した。
充填性は、インクを評価機のインクジェットヘッドに充填した直後のインク液滴の吐出状態の評価であり、インクジェットヘッド内のインクの充填が良好であるか否かの指標となる。充填性の評価は、1枚目の評価画像を用いて評価した。具体的には、目視により、良好にインクが吐出されなかったノズル(抜けノズル)の数を計測して、全ノズル数に対する抜けノズルの数の比率であるインク充填率を下式に従って算出した。
インク充填率=(全ノズル数−抜けノズル数)/全ノズル数×100
算出したインク充填率から、下記基準により充填性を評価した。
○:インク充填率が90%以上。
×:インク充填率が90%未満。
吐出維持性は、インクが充填されたインクジェットヘッドからインク液滴がしばらく吐出されなかった後のインクの吐出状態の評価であり、インクジェットヘッドからしばらくインク液滴が吐出されなかった後に、インク液滴を良好に吐出できるか否かの指標となる。吐出維持性の評価は、2枚目の評価画像を用いて評価した。具体的には、目視により、良好にインクが吐出されなかったノズル(抜けノズル)の数を計測して、1枚目の評価画像について良好にインクが吐出されなかったノズル数(1枚目抜けノズル数)に対する、2枚目の評価画像について良好にインクが吐出されなかったノズル(2枚目抜けノズル数)の比率である吐出維持率を、下式に従って算出した。
吐出維持率=(全ノズル数−2枚目抜けノズル数)/(全ノズル数−1枚目抜けノズル数)×100
算出した吐出維持率から、下記基準により吐出維持性を評価した。
○:吐出維持率が90%以上。
×:吐出維持率が90%未満。
(保存液の調製)
表2に記載の種類の界面活性剤1.0質量%、グリセリン(保湿剤)40質量%、及び2−ピロリドン(溶解安定剤)5質量%と、残余の量の水とを撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターにて、加圧ろ過によりろ過して、保存液1〜12を得た。
評価機として、実施例1〜12のインクの評価に用いた評価機と同じ評価機を用い、25℃60%RH環境下で評価を行った。インクジェットヘッドに保存液が充填されたカートリッジを接続し、ヘッド内流速6cm3/秒にて1秒間のパージを2回行ってインクジェットヘッドに保存液を充填した。インクジェットヘッドに保存液を充填した後に、インクが充填されたカートリッジをインクジェットヘッドに接続し、流速2cm3/秒、1秒間のパージ操作を10回行い、インクジェットヘッドにインクを導入して、ノズル形成面から出ている余剰液をワイプブレードによりかきとった。その後、評価方法1と同様にして、充填性、及び吐出維持性の評価を行った。
(保存液の調製)
表3に記載の種類の界面活性剤1.0質量%、グリセリン(保湿剤)40質量%、及び2−ピロリドン(溶解安定剤)5質量%と、水54質量%とを撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターにて、加圧ろ過によりろ過して、比較例1〜6で用いた保存液13〜18を得た。
調製例1で得た顔料分散体25質量%、表3に記載の種類の界面活性剤0.5質量%、ヘキシレングリコール(浸透剤)5質量%、及び2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール(浸透剤)0.5質量%、グリセリン(保湿剤)13質量%、及び2−ピロリドン(溶解安定剤)5質量%と、水51質量%とを撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターにて、加圧ろ過によりろ過して、比較例1〜6で用いたインク13〜18を得た。
(インクの調製)
グリセリンの使用量を、表5に記載の量に変えることの他は、実施例1で用いたインク1と同様にして、実施例25及び26、並びに比較例7及び8で用いたインク19〜22を得た。
(保存液の調製)
界面活性剤の種類をオルフィンE1010(界面活性剤、アセチレンジオールのエチレンオキシド10モル付加物、日信化学工業株式会社製)に変えることの他は、実施例13で用いた保存液1と同様にして、実施例27で用いた保存液19を得た。
界面活性剤の種類をオルフィンE1010(界面活性剤、アセチレンジオールのエチレンオキシド10モル付加物、日信化学工業株式会社製)に変えることの他は、実施例1で用いたインク1と同様にして、比較例9で用いたインク24を得た。
界面活性剤を用いないことの他は、実施例13で用いた保存液1と同様にして、比較例10で用いた保存液20を得た。
界面活性剤を用いないことの他は、実施例1で用いたインク1と同様にして、比較例10で用いたインク19を得た。
インクに含まれる界面活性剤の量を表6に記載の量に変えることの他は、実施例1のインクと同様にして、実施例28及び29で用いたインク25及び26を得た。また、保存液に含まれる界面活性剤の使用量を表6に記載の量に変えることの他は、保存液1と同様にして実施例30及び31で用いた保存液21及び22を得た。
顔料分散体に用いる顔料の種類を、表7に記載の種類に変えることの他は、インク1と同様にして、実施例32〜34で用いたインク27〜29を得た。
3 給紙ローラー
4 従動ローラー
5 搬送ベルト
6 ベルト駆動ローラー
7 ベルトローラー
8 排出部
8a 排出ローラー
8b 従動ローラー
10 排紙トレイ
11C、11M、11Y、11K インクジェットヘッド
12a〜12p、12a’〜12p’ ノズル
20 制御部
30 検出手段
11 インクジェットヘッド
41 吐出面
41a 撥水膜
42 吐出ユニット
43 吐出口
44 共通流路
45 インク供給口
46 加圧室
47 ノズル
48 圧電素子
49 個別電極
50 供給孔
51 振動板
52 共通電極
100 インクジェット記録装置
D1〜D4 ドット列(行方向)
L1〜L16 ドット列(搬送方向)
N1、N2 ノズル列
P 記録用紙
Claims (4)
- 少なくとも、水と、下記一般式(1)で表される化合物からなる界面活性剤とを含有する、インクジェットヘッド保存液であって、
請求項1に記載のインクジェット記録装置用インクを用いて画像を形成するインクジェット記録装置において、前記インクジェット記録装置用インクが、前記インクジェット記録装置が備えるインクジェットヘッドに充填される前に、前記インクジェットヘッドに充填される、インクジェット保存液。
一般式(A)及び(B)において、R1及びR2は、水素原子、又は炭素原子数1〜6のアルキル基である。) - 請求項1記載のインクジェット記録装置用インクを用いて、インクジェット記録装置により画像を形成する、画像形成方法。
- 下記工程1)及び2)を含む、請求項3記載の画像形成方法。
1)請求項2記載の保存液が充填された、前記インクジェット記録装置が備えるインクジェットヘッド内の前記保存液を、請求項1記載のインクに置換する工程、及び
2)前記置換されたインクを、前記インクジェットヘッドから被記録媒体に吐出し、画像を形成する工程。
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