JP6212939B2 - 紫外線硬化型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

紫外線硬化型インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 Download PDF

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Description

本発明は、紫外線硬化型インクジェット記録装置及びそれを用いたインクジェット記録方法に関する。
従来、流体流動装置として、ギアポンプが知られている。インクジェット記録装置において用いられるギアポンプには、噛合状態でポンプ室(流体室)内に収容された1対のギアを回転させることにより、吸引口から吸引したインクを吐出口から吐出して流動させるものがある。このようなギアポンプでは、流体に対する抵抗の高い箇所、例えば軸(回転体)と軸受(支持部)との隙間にインクが浸入すると、インクが硬化して軸の回転を阻害してしまうおそれがある。そこで、軸と軸受との隙間を大きくすることにより、隙間内に浸入したインクの流動性を高めるということが考えられる。しかし、そのように隙間を大きくした場合には、軸の中心が安定しないため、軸が円滑に回転しがたい(がたつく)という問題がある。
そこで、引用文献1には、重合反応する流体を流動させるために回転する回転体を該回転体の支持部に対するがたつきを抑制しつつ良好に回転させることができる流体流動装置を提供することを目的として、重合反応して硬化する一方で酸素による重合阻害性を有する流体を流動させる流体室と、該流体室内に設けられた支持部に軸を中心として回転可能に支持された回転体と、該回転体を回転駆動する駆動手段とを備え、前記支持部は気体透過性を有する材料で構成されると共に、前記流体室の内外を隔てるように設けられることを特徴とする流体流動装置が開示されている。この構成によれば、流体室の内外を隔てる支持部が気体透過性を有する材料で構成されるため、流体室外から支持部を透過した気体が酸素を含んでいる場合、その酸素によって流体室内の流体の硬化を抑制することができるとされている。
特開2012−20559号公報
しかしながら、ギアポンプを用いて紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を送液する場合には、ギアポンプ内に酸素を流入させたとしても、ギアポンプの材質や発生する熱の影響で流入した酸素が消費されてしまい、インク組成物の重合が阻害されない結果、重合生成物によってギアポンプ内での回転体と支持部が固着する場合がある。このような固着が生じることにより、ギアポンプの耐久性が悪くなるという問題がある。
これに対して、チューブポンプやダイアフラムポンプを用いて紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を送液することも考えられる。このような方法ではインク組成物が固着することは少ない。しかしながら、チューブポンプはチューブが破損しやすく耐久性に問題がある。また、ダイアフラムポンプは一定の流速で送液することが難しいため、吐出量安定性に問題がある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、耐久性及び吐出量安定性に優れる紫外線硬化型インクジェット記録装置、及びそれを用いたインクジェット記録方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、ヒンダードアミンを含有する紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を送液することにより上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成させた。
〔1〕
紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を吐出するヘッドと、
前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を前記ヘッドに供給するインク流路と、
前記インク流路に、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を流通させるギアポンプと、を備え、
前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、ヒンダードアミン化合物を含有する、
紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔2〕
前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、前記ヒンダードアミン化合物を0.05〜0.5質量%含有する、前項〔1〕に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔3〕
前記ヒンダードアミン化合物が、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル骨格を有する化合物を含む、前項〔1〕又は〔2〕に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔4〕
前記ギアポンプに流入する前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、溶存酸素量が2〜20ppmである、前項〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔5〕
前記ギアポンプが、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びセラミックスからなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含む、前項〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔6〕
前記インク流路に、脱気装置をさらに備える、前項〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔7〕
前記インク流路が、インク循環路を有し、
該インク循環路に、前記脱気装置と、前記ギアポンプとを備える、前項〔6〕に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔8〕
前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物が、アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤をさらに含有する、前項〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔9〕
前記インク流路に、加温装置をさらに備える、前項〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔10〕
前記ギアポンプの前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物送給量は、50〜400g/分である、前項〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔11〕
前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物が、3官能以上の多官能(メタ)アクリレートをさらに含有する、前項〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
〔12〕
前項〔1〕〜〔11〕のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置を用いて、ヒンダードアミン化合物を含有する紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を、ギアポンプによりインク流路に流通させて、ヘッドに供給し、該ヘッドより吐出する、インクジェット記録方法。
本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置の構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置が備えるインク供給ユニットの一例を示す図である。 本実施形態で用いるギアポンプの一例を示す断面模式図である。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
〔紫外線硬化型インクジェット記録装置〕
本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置(以下、単に「インクジェット記録装置」ともいう。)は、紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物(以下、単に「インク組成物」ともいう。)を吐出するヘッドと、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を前記ヘッドに供給するインク流路と、前記インク流路に、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を流通させるギアポンプと、を備え、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、ヒンダードアミン化合物を含有する。
〔紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物〕
本実施形態で用いる紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、ヒンダードアミン化合物を含有し、必要に応じて以下に列記する各成分も含むことができる。紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、上記インクジェット記録装置において、インク流路を流通して、ヘッドに供給され、該ヘッドより吐出されるものである。
〔ヒンダードアミン化合物〕
本実施形態で用いるインク組成物は、ヒンダードアミン化合物を含む。一般的に、紫外線硬化型インク組成物中の溶存酸素量が低いほど、酸素によるインクの重合(暗反応)抑制の効果が得られにくい。また、p−メトキシフェノール(MEHQ)等の重合禁止剤は、溶存酸素が少ないと重合禁止剤として働かない。そのため、ギアポンプ内でインク組成物が固着する傾向にある。ところが、ヒンダードアミン化合物は酸素が少なくても重合禁止剤として働くため、溶存酸素量が少ない場合でもギアポンプ内でインク組成物が固着することを抑制することができる。
ヒンダードアミン化合物としては、例えば、以下に限定されないが、例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル骨格を有する化合物、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン骨格を有する化合物、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−アルキル骨格を有する化合物、及び2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−アシル骨格を有する化合物などが挙げられる。このようなヒンダードアミン化合物を用いることにより、インクジェット記録装置は耐久性により優れる。
ヒンダードアミン化合物の市販品として、アデカスタブ LA−7RD(2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル)(ADEKA社製商品名)、IRGASTAB UV 10(4,4’−[1,10−ジオキソ−1,10−デカンジイル)ビス(オキシ)]ビス[2,2,6,6−テトラメチル]−1−ピペリジニルオキシ)(CAS.2516−92−9)、TINUVIN 123(4−ヒドロキシ−2,2,6,6,−テトラメチルピペリジン−N−オキシル)(以上、BASF社製商品名)、FA−711HM、FA−712HM(2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルメタクリレート、日立化成工業社(Hitachi Chemical Company, Ltd.)製商品名)、TINUVIN 111FDL、TINUVIN 144、TINUVIN 152、TINUVIN 292、TINUVIN 765、TINUVIN 770DF、TINUVIN 5100、SANOL LS−2626、CHIMASSORB 119FL、CHIMASSORB 2020 FDL、CHIMASSORB 944 FDL、TINUVIN 622 LD(以上、BASF社製商品名)、LA−52、LA−57、LA−62、LA−63P、LA−68LD、LA−77Y、LA−77G、LA−81、LA−82(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタクリレート)、LA−87(以上、ADEKA社製商品名)が挙げられる。
なお、上記の市販品のうち、LA−82は2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−メチル骨格を有する化合物であり、アデカスタブLA−7RD、IRGASTAB UV 10は2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル骨格を有する化合物である。上記の中でも、優れた硬化性を維持しつつインクの保存安定性、耐久性を一層優れたものとすることができるため、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル骨格を有する化合物が好ましい。
上記の2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル骨格を有する化合物の具体例として、以下に限定されないが、2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル、4,4’−[1,10−ジオキソ−1,10−デカンジイル)ビス(オキシ)]ビス[2,2,6,6−テトラメチル]−1−ピペリジニルオキシ、4−ヒドロキシ−2,2,6,6,−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、ビス(1−オキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニ−4−イル)セバケート、デカン二酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−1−(オクチルオキシ)−4−ピペリジニル)エステルが挙げられる。
ヒンダードアミン化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ヒンダードアミン化合物の含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対し、0.05〜0.5質量%が好ましく、0.05〜0.4質量%がより好ましく、0.05〜0.2質量%がさらに好ましく0.06〜0.2質量%が特に好ましい。含有量が0.05質量%以上であることにより、ギアポンプ内でインク組成物が固着することをより抑制することができ、耐久性により優れる。また、含有量が0.5質量%以下であることにより、溶解性により優れる。
(その他の重合禁止剤)
本実施形態のインク組成物は、重合禁止剤としてヒンダードアミン化合物以外のものをさらに含んでもよい。その他の重合禁止剤として、以下に限定されないが、例えば、p−メトキシフェノール(ヒドロキノンモノメチルエーテル:MEHQ)、ヒドロキノン、クレゾール、t−ブチルカテコール、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシトルエン、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−エチル−6−ブチルフェノール)、及び4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)が挙げられる。
その他の重合禁止剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。その他の重合禁止剤の含有量は、他の成分の含有量との関係で決まり、特に制限されない。
〔溶存酸素量〕
本実施形態においてギアポンプに流入するインク組成物は、溶存酸素量が2〜20ppmであることが好ましく、5〜20ppmであることがより好ましく、10〜20ppmであることがさらに好ましい。溶存酸素量が上記範囲であることにより、ギアポンプ内でインク組成物が固着することをより抑制することができ、インクジェット記録装置は耐久性により優れる。なお、本明細書における溶存酸素量は、従来公知の方法により測定することができるが、後述の実施例において実施した測定方法により得られた値を採用するものとする。溶存酸素量を所定の値とする脱気処理としては、特に限定されないが、例えば、減圧脱気などの脱気装置を用いる方法や、不活性ガスのバブリングが挙げられる。なお、ギアポンプに流入されるインク組成物の溶存酸素量は、実施例に記載の方法により求めることができる。
〔光重合開始剤〕
本実施形態のインク組成物は、光重合開始剤を含むことができる。光重合開始剤は、紫外線の照射による光重合によって、被記録媒体の表面に存在するインクを硬化させて印字を形成するために用いられる。本実施形態に係るインクジェット記録装置は、放射線のなかでも紫外線(UV)を用いることにより、安全性に優れ、且つ光源のコストを抑えることができるものとなる。光重合開始剤としては、光(紫外線)のエネルギーによって、ラジカルやカチオンなどの活性種を生成し、重合性化合物の重合を開始させるものであれば制限はなく、光ラジカル重合開始剤や光カチオン重合開始剤を使用することができる。このなかでも、光ラジカル重合開始剤を使用することが好ましい。光ラジカル重合開始剤を用いると、酸素が少ない場合に重合が進行しやすい傾向にある。そのため、酸素が欠乏状態になりやすいギアポンプ内においてインク組成物が増粘する傾向にあり、本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置が特に有用となる。
上記の光ラジカル重合開始剤としては、特に限定されないが、例えば、芳香族ケトン類、アシルフォスフィンオキサイド化合物、チオキサントン化合物、芳香族オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物(チオフェニル基含有化合物など)、α−アミノアルキルフェノン化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、及びアルキルアミン化合物が挙げられる。
このなかでも、アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤(アシルフォスフィンオキサイド化合物)及びチオキサントン系光重合開始剤(チオキサントン化合物)が好ましく、アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤がより好ましい。アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤及びチオキサントン系光重合開始剤、特にアシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤を用いることにより、UV−LEDによる硬化プロセスにより優れ、インク組成物の硬化性が一層優れる。また、これらの光ラジカル重合開始剤を用いると、ギアポンプ内においてインク組成物が更に増粘する傾向や、インクの溶存酸素量が高い場合に吐出安定性が悪化しやすい傾向にあるためにインクの溶存酸素量を低くする必要があることから耐久性の点で不利であり、本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置が特に有用となる。
アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤としては、特に限定されないが、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、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド、及びビス−(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等が挙げられる。
アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤の市販品としては、特に限定されないが、例えば、IRGACURE 819(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)、DAROCUR TPO(2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド)等が挙げられる。
アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤の含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対し、2〜15質量%が好ましく、5〜13質量%がより好ましく、7〜13質量%がさらに好ましい。含有量が2質量%以上であると、インクの硬化性に一層優れる傾向にある。また、含有量が13質量%以下であると、吐出安定性がより向上する傾向にある。
また、チオキサントン系光重合開始剤としては、特に限定されないが、具体的には、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、及びクロロチオキサントンからなる群より選ばれた1種以上を含むことが好ましい。なお、特に限定されないが、ジエチルチオキサントンとしては2,4−ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントンとしては2−イソプロピルチオキサントン、クロロチオキサントンとしては2クロロチオキサントンが好ましい。このようなチオキサントン系光重合開始剤を含むインク組成物であれば、硬化性、保存安定性、及び吐出安定性により優れる傾向にある。このなかでも、ジエチルチオキサントンを含むチオキサントン系光重合開始剤が好ましい。ジエチルチオキサントンを含むことにより、幅広い領域の紫外光(UV光)をより効率良く活性種に変換できる傾向にある。
チオキサントン系光重合開始剤の市販品としては、特に限定されないが、具体的には、Speedcure DETX(2,4−ジエチルチオキサントン)、Speedcure ITX(2−イソプロピルチオキサントン)(以上、Lambson社製)、KAYACURE DETX−S(2,4−ジエチルチオキサントン)(日本化薬社(Nippon Kayaku Co., Ltd.)製)等が挙げられる。
チオキサントン系光重合開始剤の含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対し、0.5〜4質量%が好ましく、1〜4質量%がより好ましい。含有量が0.5質量%以上であると、インクの硬化性に一層優れる傾向にある。また、含有量が4質量%以下であると、吐出安定性により優れる。
その他の光ラジカル重合開始剤としては、特に限定されないが、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、及び2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オンが挙げられる。
光ラジカル重合開始剤の市販品としては、特に限定されないが、例えば、IRGACURE 651(2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン)、IRGACURE 184(1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン)、DAROCUR 1173(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン)、IRGACURE 2959(1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン)、IRGACURE 127(2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン}、IRGACURE 907(2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン)、IRGACURE 369(2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1)、IRGACURE 379(2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モルホリニル)フェニル]−1−ブタノン)、IRGACURE 784(ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム)、IRGACURE OXE 01(1.2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)])、IRGACURE OXE 02(エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム))、IRGACURE 754(オキシフェニル酢酸、2−[2−オキソ−2−フェニルアセトキシエトキシ]エチルエステルとオキシフェニル酢酸、2−(2−ヒドロキシエトキシ)エチルエステルの混合物)(以上、BASF社製)、Speedcure TPO(以上、Lambson社製)、Lucirin TPO、LR8893、LR8970(以上、BASF社製)、及びユベクリルP36(UCB社製)などが挙げられる。
カチオン重合開始剤としては、特に限定されないが、具体的には、スルホニウム塩、ヨードニウム塩等が挙げられる。カチオン重合開始剤の市販品としては、特に限定されないが、具体的には、Irgacure250、Irgacure270等が挙げられる。
上記光重合開始剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
その他の光重合開始剤の含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対し、5〜20質量%が好ましい。含有量が当該範囲内であると、紫外線硬化速度を十分に発揮させ、かつ、光重合開始剤の溶け残りや光重合開始剤に由来する着色を避けることができる。
〔重合性化合物〕
インク組成物は重合性化合物を含んでもよい。重合性化合物は、単独で、又は光重合開始剤の作用により、光照射時に重合されて、印刷されたインク組成物を硬化させることができる。重合性化合物としては、特に限定されないが、具体的には、従来公知の、単官能、2官能、及び3官能以上の多官能のモノマー及びオリゴマーが使用可能である。重合性化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。以下これら重合性化合物について例示する。
単官能、2官能、及び3官能以上の多官能のモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸及びマレイン酸等の不飽和カルボン酸;該不飽和カルボン酸の塩;前記不飽和カルボン酸のエステル、ウレタン、アミド及び無水物;アクリロニトリル、スチレン、種々の不飽和ポリエステル、不飽和ポリエーテル、不飽和ポリアミド、並びに不飽和ウレタンが挙げられる。また、単官能、2官能、及び3官能以上の多官能のオリゴマーとしては、例えば、直鎖アクリルオリゴマー等の上記のモノマーから形成されるオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレート、オキセタン(メタ)アクリレート、脂肪族ウレタン(メタ)アクリレート、芳香族ウレタン(メタ)アクリレート及びポリエステル(メタ)アクリレートが挙げられる。
また、他の単官能モノマーや多官能モノマーとして、N−ビニル化合物を含んでいてもよい。N−ビニル化合物としては、特に限定されないが、例えば、N−ビニルフォルムアミド、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、及びアクリロイルモルホリン、並びにそれらの誘導体などが挙げられる。
重合性化合物のうち、(メタ)アクリル酸のエステル、即ち(メタ)アクリレートが好ましい。
単官能(メタ)アクリレートとしては、特に限定されないが、例えば、イソアミル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル−ジグリコール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、ラクトン変性可とう性(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、及びジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレートが挙げられる。これらの中でも、フェノキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。
単官能(メタ)アクリレートの含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対して、30〜85質量%であることが好ましく、40〜75質量%であることがより好ましい。上記好ましい範囲とすることにより、硬化性、開始剤溶解性、保存安定性、吐出安定性により優れる傾向にある。
単官能(メタ)アクリレートとしては、ビニルエーテル基を含有するものも挙げられる。このような単官能(メタ)アクリレートとしては、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸2−ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1−メチル−2−ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸1−メチル−3−ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1−ビニロキシメチルプロピル、(メタ)アクリル酸2−メチル−3−ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1,1−ジメチル−2−ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸1−メチル−2−ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4−ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸6−ビニロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸4−ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸3−ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸2−ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸p−ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸m−ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸o−ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシイソプロポキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシイソプロポキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシエトキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシイソプロポキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシエトキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシイソプロポキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシエトキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシイソプロポキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシエトキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシイソプロポキシイソプロポキシ)イソプロピル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(イソプロペノキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(イソプロペノキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(イソプロペノキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(イソプロペノキシエトキシエトキシエトキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコールモノビニルエーテル、及び(メタ)アクリル酸ポリプロピレングリコールモノビニルエーテル、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートが挙げられる。これらのなかでも、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチル、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、が好ましい。
これらの中でも、インクをより低粘度化でき、引火点が高く、かつ、インクの硬化性に優れるため、(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチル、即ち、アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチル及びメタクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルのうち少なくともいずれかが好ましく、アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルがより好ましい。アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチル及びメタクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルは、何れも単純な構造であって分子量が小さいため、インクを顕著に低粘度化することができる。(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルとしては、(メタ)アクリル酸2−(2−ビニロキシエトキシ)エチル及び(メタ)アクリル酸2−(1−ビニロキシエトキシ)エチルが挙げられ、アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルとしては、アクリル酸2−(2−ビニロキシエトキシ)エチル及びアクリル酸2−(1−ビニロキシエトキシ)エチルが挙げられる。なお、アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルの方が、メタクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルに比べて硬化性の面で優れている。
上記ビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類、特に(メタ)アクリル酸2−(ビニロキシエトキシ)エチルの含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対して、10〜70質量%が好ましく、30〜50質量%がより好ましい。含有量が10質量%以上であると、インクを低粘度化でき、かつ、インクの硬化性を一層優れたものとすることができる。一方で、含有量が70質量%以下であると、インクの保存安定性を優れた状態に維持することができる。
上記(メタ)アクリレートのうち、2官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのEO(エチレンオキサイド)付加物ジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのPO(プロピレンオキサイド)付加物ジ(メタ)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(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、及びペンタエリスリトール骨格若しくはジペンタエリスリトール骨格を有する3官能以上の(メタ)アクリレートが挙げられる。これらの中でも、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレートが好ましい。そのうち、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトール骨格若しくはジペンタエリスリトール骨格を有する3官能以上の(メタ)アクリレートが好ましい。インク組成物が、多官能(メタ)アクリレートを単官能(メタ)アクリレートに加えて含むことがより好ましい。
2官能以上の多官能(メタ)アクリレートの含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対して、5〜60質量%であることが好ましく、15〜60質量%であることがより好ましく、20〜50質量%であることがさらに好ましい。上記好ましい範囲とすることにより、硬化性、保存安定性、吐出安定性により優れる傾向にある。
上記(メタ)アクリレートのうち、3官能以上の多官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)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(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、及びカプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートが挙げられる。インクが3官能以上の多官能(メタ)アクリレートを含むと、インクの硬化性の点で好ましく、その含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対して、5〜40質量%が好ましく、5〜30質量%がより好ましく、5〜20質量%がさらに好ましい。多官能(メタ)アクリレートの官能基数の上限としては限られるものではないが、6官能以下が、インクの低粘度の点で好ましい。
これらの中でも、重合性化合物は単官能(メタ)アクリレートを含むことが好ましい。この場合、インク組成物が低粘度となり、光重合開始剤その他の添加剤の溶解性に優れ、かつ、インクジェット記録時の吐出安定性が得られやすい。さらに塗膜の強靭性、耐熱性、及び耐薬品性が増すため、単官能(メタ)アクリレート及び2官能(メタ)アクリレートを併用することがより好ましく、中でもフェノキシエチル(メタ)アクリレート及びジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレートを併用することがさらに好ましい。
上記重合性化合物の含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対し、5〜95質量%が好ましく、15〜90質量%がより好ましい。重合性化合物の含有量が上記範囲内であると、粘度及び臭気をより低下させることができるとともに、光重合開始剤の溶解性及び反応性を更に優れたものとすることができる。
〔色材〕
インク組成物は、色材をさらに含んでもよい。色材は、顔料及び染料のうち少なくとも一方を用いることができる。
(顔料)
色材として顔料を用いることにより、インク組成物の耐光性を向上させることができる。顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれも使用することができる。
無機顔料としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック(C.I.ピグメントブラック7)類、酸化鉄、酸化チタンを使用することができる。
有機顔料としては、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾレーキ、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等の多環式顔料、染料キレート(例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート等)、染色レーキ(塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料が挙げられる。
更に詳しく言えば、ブラックインクに使用されるカーボンブラックとしては、No.2300、No.900、MCF88、No.33、No.40、No.45、No.52、MA7、MA8、MA100、No.2200B等(以上、三菱化学社(Mitsubishi Chemical Corporation)製)、Raven 5750、Raven 5250、Raven 5000、Raven 3500、Raven 1255、Raven 700等(以上、コロンビアカーボン(Carbon Columbia)社製)、Rega1 400R、Rega1 330R、Rega1 660R、Mogul L、Monarch 700、Monarch 800、Monarch 880、Monarch 900、Monarch 1000、Monarch 1100、Monarch 1300、Monarch 1400等(キャボット社(CABOT JAPAN K.K.)製)、Color Black FW1、Color Black FW2、Color Black FW2V、Color Black FW18、Color Black FW200、Color B1ack S150、Color Black S160、Color Black S170、Printex 35、Printex U、Printex V、Printex 140U、Special Black 6、Special Black 5、Special Black 4A、Special Black 4(以上、デグッサ(Degussa)社製)が挙げられる。
ホワイトインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントホワイト 6、18、21が挙げられる。
イエローインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントイエロー 1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、16、17、24、34、35、37、53、55、65、73、74、75、81、83、93、94、95、97、98、99、108、109、110、113、114、117、120、124、128、129、133、138、139、147、151、153、154、167、172、180が挙げられる。
マゼンタインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントレッド 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、40、41、42、48(Ca)、48(Mn)、57(Ca)、57:1、88、112、114、122、123、144、146、149、150、166、168、170、171、175、176、177、178、179、184、185、187、202、209、219、224、245、又はC.I.ピグメントヴァイオレット 19、23、32、33、36、38、43、50が挙げられる。
シアンインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントブルー 1、2、3、15、15:1、15:2、15:3、15:34、15:4、16、18、22、25、60、65、66、C.I.バットブルー 4、60が挙げられる。
また、マゼンタ、シアン、及びイエロー以外の顔料としては、例えば、C.I.ピグメント グリーン 7,10、C.I.ピグメントブラウン 3,5,25,26、C.I.ピグメントオレンジ 1,2,5,7,13,14,15,16,24,34,36,38,40,43,63が挙げられる。
上記顔料は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記の顔料を使用する場合、その平均粒子径は300nm以下が好ましく、50〜200nmがより好ましい。平均粒子径が上記の範囲内にあると、インク組成物における吐出安定性や分散安定性などの信頼性に一層優れるとともに、優れた画質の画像を形成することができる。ここで、本明細書における平均粒子径は、動的光散乱法により測定される。
(染料)
色材として染料を用いることができる。染料としては、特に限定されることなく、酸性染料、直接染料、反応性染料、及び塩基性染料が使用可能である。前記染料として、例えば、C.I.アシッドイエロー 17,23,42,44,79,142、C.I.アシッドレッド 52,80,82,249,254,289、C.I.アシッドブルー 9,45,249、C.I.アシッドブラック 1,2,24,94、C.I.フードブラック 1,2、C.I.ダイレクトイエロー 1,12,24,33,50,55,58,86,132,142,144,173、C.I.ダイレクトレッド 1,4,9,80,81,225,227、C.I.ダイレクトブルー 1,2,15,71,86,87,98,165,199,202、C.I.ダイレクドブラック 19,38,51,71,154,168,171,195、C.I.リアクティブレッド 14,32,55,79,249、C.I.リアクティブブラック 3,4,35が挙げられる。
上記染料は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
色材の含有量は、優れた隠蔽性及び色再現性が得られるため、インク組成物の総質量(100質量%)に対して、1〜20質量%が好ましい。
〔分散剤〕
インク組成物が顔料を含む場合、顔料分散性をより良好なものとするため、分散剤をさらに含んでもよい。分散剤として、特に限定されないが、例えば、高分子分散剤などの顔料分散液を調製するのに慣用されている分散剤が挙げられる。その具体例として、ポリオキシアルキレンポリアルキレンポリアミン、ビニル系ポリマー及びコポリマー、アクリル系ポリマー及びコポリマー、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、アミノ系ポリマー、含珪素ポリマー、含硫黄ポリマー、含フッ素ポリマー、及びエポキシ樹脂のうち一種以上を主成分とするものが挙げられる。高分子分散剤の市販品として、味の素ファインテクノ社製のアジスパーシリーズ、アベシア(Avecia)社やノベオン(Noveon)社から入手可能なソルスパーズシリーズ(Solsperse 36000等)、BYKChemie社製のディスパービックシリーズ、楠本化成社製のディスパロンシリーズが挙げられる。
〔その他の添加剤〕
インク組成物は、上記に挙げた添加剤以外の添加剤(成分)を含んでもよい。このような成分としては、特に制限されないが、例えば従来公知の、スリップ剤(界面活性剤)、重合促進剤、浸透促進剤、及び湿潤剤(保湿剤)、並びにその他の添加剤があり得る。上記のその他の添加剤として、例えば従来公知の、定着剤、防黴剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート剤、pH調整剤、及び増粘剤が挙げられる。
[インク組成物の調製]
インク組成物は、染料、及び必要に応じてその他の添加成分を均一に混合し、フィルターで不溶解物を除去することにより調製することができる。調整方法としては、特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
〔インクジェット記録装置の構成〕
本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置は、紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を吐出するヘッドと、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を前記ヘッドに供給するインク流路と、前記インク流路に、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を流通させるギアポンプと、を備える。本実施形態において、インクジェット記録装置は、インク流路に、インク組成物を流通させるギアポンプを備える。ここで、「インク流路」とは、インクジェット記録装置において、インク組成物を流通させるための流路をいう。インク流路としては、例えば、インク組成物を貯留するインク収容容器からインクジェット式記録ヘッドにインク組成物を供給するためのインク供給路や、インクジェット式記録ヘッド内においてインク組成物をノズル開口部まで流通させるための流路、下記インク循環路等が挙げられる。
図1に、本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置(以下、「プリンター」ともいう。)の構成の一例を示すブロック図を示す。コンピューター130は、プリンター1に画像を形成させるため、当該画像に応じた印刷データをプリンター1に出力する。プリンター1は、被記録媒体上に画像を形成する記録装置であり、外部装置であるコンピューター130と通信可能に接続されている。
プリンター1は、インク供給ユニット10、搬送ユニット20、ヘッドユニット30、照射ユニット40、検出器群110、メモリー123、インターフェース121、及びコントローラー120を有する。コンピューター130から印刷データを受信したプリンター1は、コントローラー120によって各ユニットを制御して、印刷データに従い、被記録媒体上に画像を記録する。プリンター1内の状況は検出器群110によって監視されており、検出器群110は、検出結果をコントローラー120に出力する。コントローラー120は、検出器群110から出力された検出結果に基づいて、各ユニットを制御する。コントローラー120は、インターフェース121を介して入力した印刷データをメモリー123に記憶し、CPU122とユニット制御回路124とを有する。メモリー123には、各ユニットを制御するための制御情報も記憶されている。
紫外線硬化型インクジェット記録装置はラインプリンタであることが好ましい。ラインプリンタの場合、インク組成物の供給量が多いことからギアポンプの耐久性が特に問題となるため、本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置が特に有用となる。
図2に、本実施形態の紫外線硬化型インクジェット記録装置が備えるインク供給ユニットの一例を示す。インク供給装置10は、インクジェット記録装置のうち、インクカートリッジ50とヘッド60との間に位置するものである。インク供給装置10は、インクカートリッジ50と、インク流路51(好ましくは、インク循環路80を含むインク流路51)と、サブタンク70と、加温装置90と、脱気装置100と、ヘッド60と、を備える。ヘッド60は前述のヘッドユニット30に属するものでもある。インク供給装置10は、ギアポンプを有する。
〔ギアポンプ〕
本実施形態のインクジェット記録装置は、インク流路に、紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を流通させるギアポンプを備える。ギアポンプを用いることにより、インクジェット記録装置の耐久性や吐出量安定性が向上する。ギアポンプは、インク流路に設置され、紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物をインク流路に流通させるものであれば特に制限はないが、その設置位置としては、図2に示す循環ポンプ82、供給ポンプ54の位置が挙げられる。また、そのほか、図2のインク循環路80において、循環ポンプ82の位置以外の位置であってもよく、ヘッドよりもサブタンク側の下流であってもよい。ギアポンプを流通したインクが最終的にヘッドに供給されるものであればよい。
図3は、本実施形態で用いるギアポンプの一例を示す断面模式図である。図3に示すように、ギアポンプ24は、ケース38と、駆動軸39と、駆動軸39と一体回転する駆動ギア46と、従動軸41と、従動軸41と一体回転する従動ギア42とを備えている。すなわち、駆動ギア46及び従動ギア42は、軸としての駆動軸39及び従動軸41を中心として回転する回転体として機能する。
図3では、駆動軸39と従動軸41は、互いに平行な態様で設けられている。そして、駆動ギア46と従動ギア42は、それぞれ回転可能な1対のはすば歯車であって、互いに噛合した状態でポンプ室43(流体室)内に収容されている。なお、ポンプ室43には、インク循環路80が接続される吸引口44と吐出口45とが形成されている。駆動軸39、駆動ギア46、従動軸41、従動ギア42が図3に矢印で示す正方向D1に回転すると、ギアポンプ24は、駆動ギア46と従動ギア42の回転運動に伴って吸引口44からインク組成物を吸引すると共に、ポンプ室43内においてインク組成物を流動させつつ吐出口45からインク組成物を吐出する。
なお、ギアポンプ24は、インクと接触しかつ部材が他の部材と係合する係合部(ミゾ)を有する部材であるギア46の少なくとも係合部の表面に非金属製の材料を含むことが好ましく、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びセラミックスからなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。セラミックスとしては、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属ホウ化物などの1つ以上が好ましい。これらにより、インクジェット記録装置の耐久性がより向上する。耐久性が向上する原因は、これらの材料は、部材にインクが接触した際のインク成分による部材の膨潤が少ないことや、これらの材料に含まれる不純物が少ないため、不純物に起因してインクに含まれる成分から異物が生成することが少なく、膨潤や異物によって部材の係合に不具合が発生して回転に支障が生じるようなことが少ないため、と推測するが原因はこれに限られるものではない。ケース38の少なくともインクと接触する表面も上記の材料とすることができるが、気体透過性(酸素透過性)を有する材料(ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、シリコーンゴムなど)によって形成してもよく。これにより、ギアポンプ24内でインク組成物が固着することをより抑制でき、インクジェット記録装置の耐久性がより向上する。
前記ギアポンプ24のインク組成物送給量は、10g/分以上が好ましく、50g/分以上がより好ましく、70g/分以上がさらに好ましく、100g/分が特に好ましく、200g/分以上が一層好ましい。また、インク組成物送給量は、400g/分以下が好ましく、300g/分以下がより好ましい。送給量が上記の範囲である場合、印刷に必要なインク量をヘッドに供給することで印刷速度を確保しつつ、ギア46の係合部に局所的に発生する発熱を抑えることができ、ギアポンプ24の耐久性の点で好ましい。また、インク組成物が循環する循環路を有する場合、インク組成物の溶存酸素、温度が所定の範囲内に保たれやすくなる。そのため、インク組成物送給量が上記範囲であることにより、インク組成物をより安定的に供給でき、インク組成物の溶存酸素量や温度がより安定し、さらにギアポンプ24の耐久性もより向上する。
〔加温装置〕
本実施形態のインクジェット記録装置は、インク流路に、インク組成物を加温するための加温装置(例えば、図2に示す加温装置90)をさらに備えることが好ましい。加温装置を備える場合、インク組成物の温度が高いことにより増粘物がインク組成物中に発生しやすい傾向がある。増粘物が発生するとギアポンプが固着しやすくなる。そのため、加温装置を備える場合には本実施形態に係るインクジェット記録装置が特に有用である。加温温度は35〜70℃が好ましい。
加温装置90は、インク流路中に設けるものであれば特に制限されないが、図2において、インク循環路80に設けられ、より具体的にはインク循環路80の途中、即ちサブタンク70及びヘッド60の間に位置する。加温装置90は、インクが供給される方向のギアポンプより下流で、かつヘッド60より上流に位置することが好ましい。こうすることで、加温装置で加温される前のインクがギアポンプに入流することでギアポンプの耐久性を一層よくすることができる。加温装置90は、インク組成物を加温するものである。この加熱装置により、吐出される紫外線硬化型インク組成物の吐出温度、吐出粘度を制御することができる。吐出温度としては、28〜50℃が好ましく、28〜45℃がより好ましく、28〜40℃がさらに好ましい。吐出粘度としては、15mPa・S以下が好ましく、5〜15mPa・Sがより好ましい。
加温装置90としては、特に限定されないが、例えば、温水タンク91の温水を温水循環ポンプ92により温調モジュール94と温水タンク91との間で循環させつつ、温調モジュール94によりインク循環路80のインク組成物を加温するものが挙げられる。温水タンク91のヒーター93は、循環するインク組成物の温度を目標温度に調整するものである。
〔脱気装置〕
本実施形態のインクジェット記録装置は、インク流路に、脱気装置をさらに有することが好ましい。脱気装置は、インク組成物を脱気するものである。脱気装置100は、インク流路中に設けるものであれば特に制限されないが、インク循環路80に設けられ、より具体的にはインク循環路80の途中、即ちサブタンク70及びヘッド60の間に設けることができる。脱気装置100により脱気されたインク組成物はヘッド60に供給される。脱気装置100は、インク組成物が供給される方向であって、加温装置90(より具体的には、インク循環路80の温調モジュール94)より下流側であり、かつ、ヘッド60より上流側に設けられていることが好ましい。これにより脱気装置100が加温装置90の下流に位置することにより、インク組成物の温度が高い状態で脱気されることとなり、脱気効率をより高くすることができる。脱気モジュール102は、インク組成物が流入する脱気室(図示せず)と、インク組成物などの液体を通さない分離膜を介して当該脱気室に接する減圧室(図示せず)と、を備える。負圧ポンプ101は上記減圧室を減圧するものである。上記減圧室が減圧されると、インク循環路80内のインク組成物の溶存空気量が減少して気泡が除去される。このようにして、脱気装置100はインク循環路80内のインク組成物を脱気することができる。脱気装置から流出されるインク組成物の溶存酸素量は、脱気装置に流入されるインク組成物の溶存酸素量を100%として、5%以内の範囲で低下する傾向にあるが、インク組成物が循環することにより、印刷中、インク循環路80中のインク組成物の溶存酸素量(濃度)が安定する。脱気装置100は、インク組成物が供給される方向であって、ギアポンプ82より下流側であり、かつ、ヘッド60より上流側に設けられていることが好ましい。脱気装置により脱気される前のインクをギアポンプに流入させることで、ギアポンプ82の耐久性を一層よくすることができる。
脱気装置としては、特に限定されないが、例えば、インク組成物を送りつつ脱気を行う分離膜を備えたものが挙げられる。
〔インク循環路〕
インク流路は、インク循環路をさらに有し、インクジェット記録装置は、該インク循環路に脱気装置と、ギアポンプとを備えることが好ましい。インク流路は、少なくとも一部にインク循環路を有することが好ましい。図2において、インク流路51はインク循環路80を有し、インク循環路80は、サブタンク70及びヘッド60に通じており、サブタンク70からインク組成物が供給されて、当該インク組成物をヘッド60に供給するものとすることができる。このように、インク循環路80によりインク組成物を循環させることで、後述の加温装置90で加温したインク組成物の温度を一定にしたり、脱気効率をより高くしたり、インク組成物を常に流動させて、インク組成物に含まれる成分の沈降を防止したりすることができる。
また、インク循環路80は、フィルター81と、循環ポンプ82と、ヘッドフィルター83とを有してもよい。フィルター81はインク循環路80の循環ポンプ82の下流に設けられ、インク組成物中の異物をろ過するものである。インク循環路80の一部はヘッド60内に設けられ、インク組成物中の異物をろ過するヘッドフィルター83を介して、循環するインク組成物の少なくとも一部がヘッド60より吐出されるようになっている。
ここで、循環ポンプ82としてギアポンプを採用することができる。また、図2に示されるインク流路51のうち、インクカートリッジ50とサブタンク70との間の配管には、ホルダー52と、バルブ53と、供給ポンプ54と、フィルター55と、が設けられている。この供給ポンプ54としてもギアポンプを採用することができる。
インク循環路80におけるインク組成物の溶存酸素量は、インクカートリッジ50に収容されていたインク組成物の溶存酸素量、及び、脱気装置100で脱気される脱気能力によって決まる。インク組成物の消費に伴いサブタンク70から順次、インク循環路80に未脱気のインク組成物が補充され、また、インクカートリッジ50からインク循環路80に送給される過程、及び循環中に、外部から酸素がインク組成物に溶け込むことによりインク組成物の溶存酸素量が若干上昇する。よって、インク循環路80に、脱気装置100とギアポンプ(循環ポンプ82)とを有することにより、インク循環路80中のギアポンプ(循環ポンプ82)に流入するインク組成物の溶存酸素量が所定の濃度となるよう制御することができる。脱気装置はギアポンプの上流に設けることが好ましい。
〔インクジェット記録方法〕
本実施形態のインクジェット記録方法は、上記紫外線硬化型インクジェット記録装置を用いて、ヒンダードアミン化合物を含有する紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を、ギアポンプによりインク流路に流通させて、ヘッドに供給し、該ヘッドより吐出する。これにより、紫外線硬化型インクジェット記録装置を耐久性、吐出量安定性よく用いることができる。インクジェット記録方法の態様について以下具体的に説明する。
インク組成物はギアポンプ(供給ポンプ54)によりインクカートリッジ50から、インク流路51を流通してサブタンク70へと運ばれる。サブタンク70へと運ばれたインク組成物は、ヘッド60からのインク組成物の消費に伴いサブタンク70から順次インク循環路80に補充される。インク循環路80へと運ばれたインク組成物は、ギアポンプ(循環ポンプ82)により、インク循環路80中を循環し、加温装置90、脱気装置100を通ってヘッドフィルター83を介して、ヘッド60に供給される。ヘッド60に供給されたインク組成物の少なくとも一部がヘッド60より吐出される。
以下、本発明の実施形態を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
[使用原料]
下記の実施例及び比較例において使用した原料は、以下の通りである。
〔色材〕
・C.I.ピグメントブラック7(Microlith Black C−K〔商品名〕、BASF社製、下記表では「ブラック顔料」と略記した。)
〔分散剤〕
・Solsperse 36000(Noveon社製商品名)
〔重合性化合物〕
・VEEA(アクリル酸2−(2−ビニロキシエトキシ)エチル、日本触媒社製商品名)
・PEA(フェノキシエチルアクリレート、大阪有機化学社(OSAKA ORGANIC CHEMICAL INDUSTRY LTD.)製商品名ビスコート#192)
・DPGDA(ジプロピレングリコールジアクリレート、サートマー社製商品名SR508)
〔ヒンダードアミン化合物(重合禁止剤)〕
・アデカスタブ LA−82(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタクリレート、ADEKA社製商品名、下記表では「LA−82」と略記した。)
・アデカスタブ LA−7RD(2,2,6,6−テトラメチル−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル、ADEKA社製商品名、下記表では「LA−7RD」と略記した。)
・TINUVIN144(ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)[[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル]メチル]ブチルマロネート、BASF社製商品名)
〔重合禁止剤〕
・MEHQ(p−メトキシフェノール、東京化成工業社製)
〔光重合開始剤〕
(アシルフォスフィンオキサイド系化合物)
・IRGACURE 819(BASF社製商品名、固形分100%)
・DAROCUR TPO(BASF社製商品名、固形分100%)
(アセトフェノン系化合物)
・IRGACURE 369(BASF社製商品名、固形分100%)
[インクジェット記録装置]
インクジェットプリンター Surepress L‐4033A(セイコーエプソン社(Seiko Epson Corporation)製)を改造したもの(以下、改造機という。)を用いた。改造部分は、ギアポンプ、インク循環路、脱気装置、及び加温装置を備えた点、及びラインヘッドの被記録媒体搬送方向の下流側に光源を配置し、紫外線硬化型インクを使用した1パス印刷を可能とした点である。ギアポンプ等の配置は図2に示すものと同様とした。以下説明する。
インク流路は、インク循環路を有し、インク循環路に脱気装置、加温装置を有するものとした。ギアポンプは、AK55F−S12C(アシスト社製商品名)を用い、ギア46を表1中の材料により構成されたものに取り換え、図2に示す供給ポンプ54、循環ポンプ82として設置した。脱気装置は、上記図2に示す脱気モジュール102を備えるものとした。また、加温装置は、温水タンクの温水を温水循環ポンプにより温調モジュールと温水タンクとの間で循環させつつ、温調モジュールによりインク循環路のインクを加温するものとした。なお、下記比較例4では、ギアポンプの代わりにチューブポンプ(ウェルコ社製チューブポンプ、商品名:WP1000)を用いた。また、比較例5〜6では、ギアポンプの代わりにダイアフラムポンプ(イワキ社製ダイアフラムポンプ、商品名:LK)を用いた。
なお、インク循環路におけるインク組成物の溶存酸素量は、以下のようにして調整した。カートリッジに収容するインク組成物として、調整した各インク組成物に対して、表1の各例毎の溶存酸素量となるよう、真空ポンプの脱気時間を調整して減圧脱気をおこなったものを用意し、カートリッジに収容した。カートリッジから各例毎にインクを、図2のインク流路51及を経由しインク循環路80に充填した。ギアポンプ82のインク流量を300g/分とした。温調モジュール94を作動させてインクを加温した。脱気モジュール102を作動させ、インクの溶存酸素量の自然上昇分を相殺し安定化させるよう、インクに脱気をおこなった。こうして、インクの温度、溶存酸素量が安定するようインクを30分循環させた。インクの温度は各例とも40℃であり、溶存酸素量は表1の各例毎の値であった。インクの温度はヘッドのノズル面の温度を測定しインク温度とした。インクの溶存酸素量はギアポンプ82に流入する直前のインク循環路80からインクを採取し測定した。
[実施例1〜20、比較例1〜6]
〔紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物の作製〕
下記表1に記載の成分を、下記表1に記載の組成(単位は質量%)となるように添加し、これを撹拌機により撹拌することにより、紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を調製した。
〔溶存酸素量の測定〕
ギアポンプ82に流入する直前のインク循環路80から採取したインク組成物の溶存酸素量を、ガスクロマトグラフィー Agilent 6890(アジレント・テクノロジー社製)を用いて測定し、溶存酸素量が表1の値になっていることを確認した。キャリアガスとしてはヘリウム(He)ガスを使用した。インク組成物の溶存酸素量は所定の体積のインク組成物(液体)中に溶存する酸素(気体)の体積をppmで示したものである。
Figure 0006212939
・PPS:ポリフェニレンサルファイド
・PET:ポリエチレンテレフタレート
・PBT:ポリブチレンテレフタレート
・POM:ポリアセタール
・PTFE:ポリテトラフルオロエチレン
・セラミック:炭化珪素及び窒化珪素混合物
[評価試験]
〔耐久性試験〕
インク流量300g/分で、改造機を用いて、各実施例及び各比較例のインク組成物の送給を行なった。ギアポンプでは、ギアがロックし、流通させることができなくなるまでの時間、チューブポンプでは、チューブが破損し、流通させることができなくなるまでの時間、ダイアフラムポンプでは、ダイヤフラムが破損し、流通させることができなくなるまでの時間を測定し、以下の評価基準により耐久性を評価した。なお、ロックしたギアポンプを分解して観察したところ、インクに由来すると思われる増粘物がギアの周囲に付着していた。また、流通中、ギアの係合部が発熱していることが観察された。
(評価基準)
A:2000時間より長い
B:500時間より長く2000時間以下
C:24時間より長く500時間以下
D:24時間以下
〔吐出安定性試験〕
改造機を用いて、各実施例及び各比較例のインク組成物を、ヘッド1個(ノズル数600個)から吐出周波数10Khzで連続的に吐出させた。1分間の吐出ごとに不吐出ノズルの有無の検査を行い、不吐出ノズルが発見された時点の吐出時間の累積時間を連続吐出可能な時間として測定した。その時間に基づいて、以下の評価基準により吐出安定性を評価した。
(評価基準)
A:60分間超過
B:20分間超過60分間以下
C:10分間超過20分間以下
D:0分間超過10分間以下
〔吐出量安定性試験〕
改造機を用いて、各実施例及び各比較例のインク組成物を、被記録媒体を搬送させながら、1つのノズルから被記録媒体(PET T50A PLシン リンテック)へ10分間連続的に吐出させ、ヘッドより搬送方向下流側に配置した光源(LED)から紫外線を照射し、被記録媒体に付着したインクを硬化させてドットを形成した。形成されたドットの列のドット径を測定し、平均ドット径に対する最大ドット径と最小ドット径との差の比を算出した。その比に基づいて、下記評価基準により吐出量安定性を評価した。
(評価基準)
A:5%以下
B:5%超過
ダイアフラムポンプを用いた比較例5、6は脈動の影響で、吐出量安定性が劣悪であり、ドット径が大きいものと小さいものが周期的に表れていた。他のポンプはドット径の差が小さく周期的な変化は見られなかった。
〔硬化性試験〕
バーコーターを用いて、各実施例及び各比較例のインク組成物をPETフィルム(PET50A PLシン〔商品名〕、リンテック社製)上に塗布し、硬化後の厚さが10μmとなるインク塗膜を作製した。その後、照射強度が1,100mW/cm2であり且つ波長が395nmである紫外線を照射して、上記塗膜を硬化させた。硬化した塗膜(硬化膜)を、綿棒を用いて100g加重で10回擦り、傷が付かなくなる時点の硬化エネルギー(照射エネルギー)を求めた。
なお、照射エネルギー[mJ/cm2]は、光源から照射される被照射表面における照射強度[mW/cm2]を測定し、これと照射継続時間[s]との積から求めた。照射強度の測定は、紫外線強度計UM−10、受光部UM−400(いずれもコニカミノルタセンシング社(KONICA MINOLTA SENSING, INC.)製)を用いて行った。下記評価基準により硬化性を評価した。
(評価基準)
A:200mJ/cm2以下
B:200mJ/cm2超過
実施例14と実施例19の比較により、インク組成物が、アシルフォスフィンオキサイド系開始剤を含むと、インク組成物の硬化性に優れていたが、これらが気泡核となって気泡の発生を誘発し吐出安定性が悪化し、溶存酸素量が多い場合の吐出安定性が低下する傾向があったと推測した。このため、吐出安定性を良くするために溶存酸素量を低くする必要があり、その場合、本発明が特に有用であることがわかった。
また、実施例14と比較例2の比較により、インク組成物が顔料を含むと、顔料が気泡核となって気泡の発生を誘発し、溶存酸素量が多い場合の吐出安定性が低下する場合があると推測した。着色に用いるためにインクに顔料を含む場合、吐出安定性をよくするために溶存酸素量を低くすることが必要であり、その場合、本発明が特に有用であることがわかった。
以上より、本発明の紫外線硬化型インクジェット記録装置であれば、耐久性及び吐出量安定性に優れ、さらに硬化性、吐出安定性にも優れることが分かった。これに対して、比較例1〜3は、ヒンダードアミン化合物を含まないため、ギアポンプ内でインク組成物が固着してしまい耐久性が悪かった。また、比較例4は、ギアポンプの代わりにチューブポンプを用いたため、チューブが破損し、流通させることができなくなる時間が短く、耐久性が悪かった。また、比較例5〜6ではギアポンプの代わりにダイアフラムポンプを用いたため、脈動の影響により、吐出量安定性が劣悪であり、ドット径が大きいものと小さいものとが周期的に表れていた。
また、本発明に用いるインク組成物は、ヒンダードアミン化合物を含有することにより、紫外線硬化型インクジェット記録装置の耐久性を向上させることができることが示された。さらに、ヒンダードアミン化合物を0.05〜0.5質量%含有し、又はヒンダードアミン化合物が2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル骨格を有する化合物を含むことにより、紫外線硬化型インクジェット記録装置の耐久性をより向上できることが示された。
また、ギアポンプのギアの材料として、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、セラミックスの少なくとも何れかを含む場合、特に耐久性が優れたが、これらの材料は本実施形態で用いたインク組成物に接触した際の膨潤が他の材料と比べて少ないことが観察され、膨潤によりギア同士が接触するようなことがなかったと推測する。
さらに、実施例19において、インク組成物のDPGDA 34.8質量%に変えて、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学社製)10質量%及びDPGDA 24.8質量%としたこと以外は、実施例19と同様にして評価を行ったところ、耐久性がB、吐出安定性がA、硬化性がA、吐出量安定性がAであった。インクが3官能以上の多官能(メタ)アクリレートを含む場合、インクの硬化性の点で一層優れるものの、耐久性が低下する傾向があり、本発明が特に有用であることがわかった。
さらに、ギアポンプのインク流量を40g/分としたこと以外は実施例1と同様にして評価を行ったところ、インクの温度や溶存酸素量が安定しない傾向が見られた。また、ギアポンプのインク流量を500g/分としたこと以外は実施例1と同様にして評価を行ったところ、耐久性がBに低下した。
1…プリンター、10…インク供給ユニット、20…搬送ユニット、24…ギアポンプ、30…ヘッドユニット、38…ケース、39…駆動軸、40…照射ユニット、41…従動軸、42…従動ギア、43…ポンプ室、44…吸引口、45…吐出口、46…駆動ギア、50…インクカートリッジ、51…インク流路、52…ホルダー、53…バルブ、54…供給ポンプ、55…フィルター、56…加圧ポンプ、60…ヘッド、61…キャップ、70…サブタンク、71…液量センサー、80…インク循環路、81…フィルター、82…循環ポンプ、83…ヘッドフィルター、90…加温装置、91…温水タンク、92…温水循環ポンプ、93…ヒーター、94…温調モジュール、100…脱気装置、101…負圧ポンプ、102…脱気モジュール、110…検出器群、120…コントローラー、121…インターフェース部、122…CPU、123…メモリー、124…ユニット制御回路、130…コンピューター。

Claims (10)

  1. 紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を吐出するヘッドと、
    前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を前記ヘッドに供給するインク流路と、
    前記インク流路に、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を流通させるギアポンプと、を備え、
    前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、ヒンダードアミン化合物を0.05〜0.5質量%含有
    前記ギアポンプに流入する前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、溶存酸素量が2〜20ppmである、紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  2. 前記ヒンダードアミン化合物が、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル骨格を有する化合物を含む、請求項1に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  3. 前記ギアポンプが、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びセラミックスからなる群より選ばれる少なくとも1つの材料を含む、請求項1または2に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  4. 前記インク流路に、脱気装置をさらに備える、請求項1〜のいずれか1項に記載の紫
    外線硬化型インクジェット記録装置。
  5. 前記インク流路が、インク循環路を有し、
    該インク循環路に、前記脱気装置と、前記ギアポンプとを備える、請求項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  6. 前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物が、アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤をさらに含有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  7. 前記インク流路に、加温装置をさらに備える、請求項1〜のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  8. 前記ギアポンプの前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物送給量は、50〜400g/分である、請求項1〜のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  9. 前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物が、3官能以上の多官能(メタ)アクリレートをさらに含有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の紫外線硬化型インクジェット記録装置。
  10. 紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を吐出するヘッドと、
    前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を前記ヘッドに供給するインク流路と、
    前記インク流路に、前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物を流通させるギアポンプと、を備える紫外線硬化型インクジェット記録装置を用いるインクジェット記録方法であって、
    前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、ヒンダードアミン化合物を0.05〜0.5質量%含有し、
    前記ギアポンプに流入する前記紫外線硬化型インクジェット記録用インク組成物は、溶存酸素量が2〜20ppmである、インクジェット記録方法。
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