JP6563036B2 - インクジェット記録方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

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Description

本開示は、インクジェット記録方法及びインクジェット記録装置に関する。
インクジェット記録方法は、装置が安価であり、かつ、記録の際に版を必要とせず、必要とされる画像部のみにインクを吐出し被記録媒体上に直接画像形成を行うため、インクを効率よく使用でき、特に小ロット生産の場合にランニングコストが安い。更に、インクジェット記録方法は、騒音が少なく、画像記録方法として優れており、近年注目を浴びている。
インクジェット記録方法に用いられるインクとしては、溶剤型インク(以下、SOLインクともいう)及び紫外線硬化型インク(以下、UVインクともいう)などが挙げられる。SOLインクは、主に着色剤及びバインダー樹脂を有機溶剤で分散させたインクであり、インクジェットヘッドからSOLインクを被記録媒体上に吐出し、ヒーター等を用いて有機溶剤を揮発させることにより被記録媒体に画像の記録を行う。
一方、UVインクは、主に、着色剤、重合性化合物(一般的にはモノマー)及び重合開始剤を含むインクであり、インクジェットヘッドからUVインクを被記録媒体上に吐出した後、活性エネルギー線を照射してインクを硬化させることにより被記録媒体に画像の記録を行う。
これらのインクを用いた画像の記録方法及び記録装置は種々提案されている。
例えば、インク層を積層して印画物を得る方法として、記録媒体上に形成された第1インク層上に、第2インクとして紫外線硬化型インクを吐出した後乾燥させて第2インク層を形成する第2インク層形成工程と、第2インク層上に、第3インクとしてクリアインクを吐出した後乾燥させて第3インク層を形成する第3インク層形成工程と、を包含し、第2インク層形成工程における乾燥時間は、第3インク層形成工程における乾燥時間よりも短いインクジェット印刷方法が提案されている(例えば、特開2015−074120号公報参照)。
また、インクジェット記録方法として、媒体のインク吸収性のない被印刷面を加熱した状態で被印刷面にインクジェット方式の記録ヘッドから紫外線硬化性を有するインク滴を吐出して被印刷面上に第1の印刷を行った後、加熱し、第1の印刷の上にインクジェット方式の記録ヘッドから紫外線硬化性を有するインク滴を吐出して第1の印刷に第2の印刷を重ね、しかる後に、被記録印刷面に紫外線を照射する印刷物の製造方法が提案されている(例えば、特開平11−277725号公報参照)。
インクジェット記録装置としては、活性光線の照射によって硬化するインクを吐出させる複数のノズルが並べられたノズル列を具備し、硬化特性が異なる複数のインクに対応して複数のノズル列を具備する画像形成手段と、ノズル列が複数の単位に分割された分割単位ごとにインク吐出を制御して、分割単位ごとに吐出されたインクによって記録媒体上に層を形成するとともに、異なる分割単位から吐出されたインクによって形成される複数の層を積層させるように画像形成手段のインク吐出を制御する吐出制御手段と、記録媒体に吐出させたインクに対して活性光線を照射する活性光線照射手段と、を備えたインクジェット記録装置が提案されている(例えば、特開2012−101492号公報参照)。
また、別のインクジェット記録装置としては、顔料、紫外線硬化樹脂、光重合開始剤、及び揮発性有機溶剤を含むインクを、複数の吐出口から噴射してメディア表面にインク滴を着弾させるインクジェットヘッドと、メディアの裏面側および表面側の少なくとも一方に位置し、メディア表面に着弾されたインク滴を加熱して、インク滴に含まれる揮発性有機溶剤を揮発除去する加熱手段と、メディア表面の揮発性有機溶剤が揮発除去されたインク滴に、紫外線を照射して、インク滴を硬化させるUV照射手段と、を備えるインクジェットプリンタが提案されている(例えば、特開2010−280828号公報参照)。
UVインクを用いた場合、得られる画像は、耐磨耗性には優れるが屈曲性に劣る傾向にあり、耐磨耗性と屈曲性とは両立しない傾向にある。
なお、「屈曲性に劣る」とは、画像が形成された被記録媒体の曲げ変形(屈曲)に対して画像が追従できず、画像に割れが生じやすいことを意味する。すなわち、「屈曲性に優れる」とは、画像が形成された被記録媒体の屈曲に対して画像に割れが生じにくいことを意味する。
特に、特開2015−074120号公報のようにインク層を積層する場合において、紫外線硬化型インク(すなわち、UVインク)で形成された層が含まれていると、積層されたインク層全体の屈曲性に劣り、耐磨耗性と屈曲性とは両立しない傾向にある。また、特開平11−277725号公報に記載のインクジェット記録方法を用いた場合も紫外線硬化性を有するインク(すなわち、UVインク)を用いるため、耐磨耗性と屈曲性とは両立しない傾向にある。
また、特開2012−101492号公報に記載のインクジェット記録装置は、活性光線の照射によって硬化するインク(すなわち、UVインク)を用いる装置であり、この装置により形成される画像もまた耐磨耗性と屈曲性とは両立しない傾向にある。
一方、SOLインクを用いた場合、得られる画像は、屈曲性には優れるが耐磨耗性に劣る傾向があり、屈曲性と耐磨耗性とが両立しない傾向にある。
また、特開2010−280828号公報に記載のインクジェットプリンタのように、顔料、紫外線硬化樹脂、光重合開始剤、及び揮発性有機溶剤を含むインクを用いて形成した画像においても、さらに耐磨耗性を向上させることが求められている。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、本発明の一実施形態は、耐磨耗性及び屈曲性に優れた画像が形成されるインクジェット記録方法を提供すること課題とする。本発明の別の一実施形態は、耐磨耗性及び屈曲性に優れた画像が形成されるインクジェット記録装置を提供すること課題とする。
上記課題を解決するための具体的な態様には、以下の態様が含まれる。
<1> 被記録媒体上に、インクジェットヘッドから着色剤及び有機溶剤を含む着色インクを吐出する着色インク吐出工程と、被記録媒体上に吐出された着色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する着色インク加熱工程と、加熱後の着色インク上に、インクジェットヘッドから重合性化合物、光重合開始剤、及び有機溶剤を含む無色インクを吐出する無色インク吐出工程と、加熱後の着色インク上に吐出された無色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱工程と、加熱後の無色インクに活性エネルギー線を照射して無色インクを硬化させる無色インク硬化工程と、を有するインクジェット記録方法。
<2> 着色インクは、さらに重量平均分子量20,000以上100,000以下のポリマーを、着色インクの全質量に対して2質量%以上含む<1>に記載のインクジェット記録方法。
<3> 着色インクは、さらに重合性化合物及び光重合開始剤を含み、着色インク加熱工程後であって無色インク吐出工程前に、加熱後の着色インクに活性エネルギー線を照射して着色インクを硬化させる着色インク硬化工程を有する<1>又は<2>に記載のインクジェット記録方法。
<4> 着色インクは、重合性化合物として重量平均分子量1,000以上30,000以下のアクリレート化合物を着色インクの全質量に対して15質量%以上30質量%以下含む<3>に記載のインクジェット記録方法。
<5> 着色インクに含まれる重合性化合物は、少なくとも1種のアクリレート化合物を含み、重合性化合物の全質量に対する単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が50質量%以上である<3>又は<4>に記載のインクジェット記録方法。
<6> 無色インクに含まれる重合性化合物は、少なくとも1種のアクリレート化合物を含み、重合性化合物の全質量に対する単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が30質量%以上である<1>〜<5>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
<7> 無色インクは、さらに重量平均分子量20,000以上400,000以下のアクリル変性ポリオルガノシロキサンを無色インクの全質量に対して0.1質量%以上5質量%以下含む<1>〜<6>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
<8> 無色インクに含まれる有機溶剤の含有量が、無色インクの全質量に対して50質量%以上85質量%以下である<1>〜<7>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
<9> 無色インクに含まれる有機溶剤の沸点が、150℃以上250℃以下である<1>〜<8>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
<10> 無色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(T)及び着色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(C)が下記式(1)の関係を満たす<1>〜<9>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
Tbp(C) ≦ Tbp(T) 式(1)
<11> 温度25℃における、着色インクの表面張力γ(C)及び無色インクの表面張力γ(T)が下記式(2)の関係を満たす<1>〜<10>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
γ(T) ≦ γ(C) 式(2)
<12> 着色インク加熱工程における加熱は、被記録媒体の表面温度を40℃以上100℃以下に保持して1秒以上行う<1>〜<11>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
<13> 着色インク加熱工程における加熱を、5秒以上行う<12>に記載のインクジェット記録方法。
<14> <1>〜<13>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法を行うインクジェット記録装置であって、着色インクを被記録媒体上に吐出する着色インク吐出部と、被記録媒体上に吐出された着色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する着色インク加熱部と、無色インクを加熱後の着色インク上に吐出する無色インク吐出部と、加熱後の着色インク上に吐出された無色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱部と、加熱後の無色インクを硬化させる活性エネルギー線を照射する無色インク硬化用照射部と、を備えたインクジェット記録装置。
<15> さらに加熱後の着色インクを硬化させる活性エネルギー線を照射する着色インク硬化用照射部を備えた<14>に記載のインクジェット記録装置。
本発明の一実施形態によれば、耐磨耗性及び屈曲性に優れた画像が形成されるインクジェット記録方法が提供される。本発明の別の一実施形態によれば、インクジェット記録装置が提供される。
図1は、シャトル方式のインクジェット記録装置の要部概略上面図である。 図2は、シャトル方式のインクジェット記録装置の要部概略側面図である。 図3は、シングルパス方式のインクジェット記録装置全体の構成例を示す概略図である。 図4は、実施例におけるインクジェット記録方法のパターンを示す概略図である。
以下、本開示のインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置について詳細に説明する。
本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において「画像」とは、着色インクと硬化された無色インクとが積層した被記録媒体上の積層体を意味する。
<インクジェット記録方法>
インクジェット記録方法は、被記録媒体上に、インクジェットヘッドから着色剤及び有機溶剤を含む着色インクを吐出する着色インク吐出工程と、被記録媒体上に吐出された着色インクを加熱して、着色インクに含まれる有機溶剤を除去する着色インク加熱工程と、加熱後の着色インク上に、インクジェットヘッドから重合性化合物、光重合開始剤、及び有機溶剤を含む無色インクを吐出する無色インク吐出工程と、加熱後の着色インク上に吐出された無色インクを加熱して、無色インクに含まれる有機溶剤を除去する無色インク加熱工程と、加熱後の無色インクに活性エネルギー線を照射して無色インクを硬化させる無色インク硬化工程と、を有する。
上記のインクジェット記録方法により効果が現れる理由は明確ではないが、以下のように推定される。
従来のUVインク及びSOLインクを用いたインクジェット記録方法では、屈曲性及び耐磨耗性のいずれかが優れる画像を形成することができるものの、屈曲性と耐磨耗性とを両立する画像を形成することは困難であった。また、特開2010−280828号公報に記載のインクを用いたインクジェット記録方法においても、耐磨耗性に対して要求の高い用途(例えば、車両用の座席シート及びかばん等の革製品への画像形成用途)では、耐磨耗性が十分ではないことがあり、耐磨耗性をさらに向上させることが求められていた。
本開示のインクジェット記録方法は、上記のように着色インク吐出工程、着色インク加熱工程、無色インク吐出工程、無色インク加熱工程、及び無色インク硬化工程、を有する。
そのため、被記録媒体に、着色インクを吐出後、着色インクを加熱し、含まれる有機溶剤を(一部又は全部)除去することで、着色インク中の有機溶剤の残存が抑制されるため、形成される画像は耐磨耗性に優れる。また、無色インク吐出後、加熱工程を経た後で、無色インクが活性エネルギー線により硬化されるため、硬化反応が十分に進行し、屈曲性を維持しつつ耐磨耗性に優れた画像が形成される。
以上の理由により、形成された画像は、屈曲性及び耐磨耗性に優れると考えられる。
さらに、上記のインクジェット記録方法により形成された画像は、無色インクの硬化反応が十分に進行しているため、耐薬品性にも優れる。
以下に、インクジェット記録方法の各工程について説明し、次に着色インク及び無色インクの各成分について詳細に説明する。
[着色インク吐出工程]
インクジェット記録方法は、被記録媒体上に、インクジェットヘッドから着色剤及び有機溶剤を含む着色インクを吐出する着色インク吐出工程を有する。
インクジェット記録方法では、被記録媒体上に、着色インク及び後述の無色インクを付与することで所望の画像を形成することができる。
着色インクは、着色剤と有機溶剤とを含むインクであれば特に制限されず、着色剤と有機溶剤とポリマーとを含むインク(すなわち、着色SOLインク)であってもよく、着色剤と有機溶剤と重合性化合物と光重合開始剤とを含むインク(すなわち、
着色SUVインク)であってもよい。なお、着色SUVインクはさらにポリマーを含んでいてもよい。
着色インクにおける有機溶剤の含有量は、着色インクの全質量に対して40質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましい。
着色インクが着色SOLインクの場合、有機溶剤の含有量は、着色インクの全質量に対して70質量%以上95質量%以下が好ましく、80質量%以上93質量%以下がより好ましい。
着色SOLインクにおける有機溶剤の含有量が70質量%以上であると、着色SOLインクの吐出性に優れる。一方、有機溶剤の含有量が95質量%以下であると、着色SOLインクの滲みが抑制される。
着色インクが着色SUVインクの場合、有機溶剤の含有量は、着色インクの全質量に対して50質量%以上90質量%以下が好ましく、60質量%以上85質量%以下がより好ましい。
着色SUVインクにおける有機溶剤の含有量が50質量%以上であると、着色SUVインクの吐出性に優れる。一方、有機溶剤の含有量が95質量%以下であると、着色SUVインクの滲みが抑制される。
着色インクは、ポリマーの少なくとも1種を含んでいてもよい。着色インクがポリマーを含むと、ポリマーは着色剤等の着色インクに含まれる成分を保持するバインダーとして機能する。特に着色インクが着色SOLインクの場合、ポリマーがバインダーとなる。
着色インクがポリマーを含む場合、ポリマーの含有量は、着色インクの全質量に対して、2質量%以上が好ましく、2質量%以上10質量%以下がより好ましく、5質量%以上7質量%以下がさらに好ましい。
ポリマーの含有量が2質量%以上であると、バインダーとしての機能を発現しやすい。一方、ポリマーの含有量が10質量%以下であると、着色インクの吐出性がより向上する。
ポリマーの重量平均分子量は、10,000以上150,000以下が好ましく、15,000以上120,000以下がより好ましく、20,000以上100,000以下がさらに好ましい。
ポリマーの重量平均分子量が10,000以上であると、バインダーとしての機能を発現しやすい。一方、ポリマーの重量平均分子量が150,000以下であると、着色インクの吐出性がより向上する。
ポリマーの重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフ(GPC)によって測定された値を意味する。
上記GPCは、HLC−8020GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとして、TSKgel(登録商標)、Super Multipore HZ−H(東ソー(株)製、4.6mmID×15cm)を3本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いて行う。
また、GPCは、試料濃度を0.45質量%、流速を0.35ml/min、サンプル注入量を10μl、測定温度を40℃とし、示差屈折率(RI)検出器を用いて行なう。
検量線は、東ソー(株)製「標準試料TSK standard,polystyrene」:「F−40」、「F−20」、「F−4」、「F−1」、「A−5000」、「A−2500」、「A−1000」、「n−プロピルベンゼン」の8サンプルから作製する。
着色インクがポリマーを含む場合、重量平均分子量10,000以上150,000以下のポリマーを、着色インクの全質量に対して2質量%以上含むことが好ましく、重量平均分子量20,000以上100,000以下のポリマーを、着色インクの全質量に対して2質量%以上含むことがより好ましい。
[着色インク加熱工程]
インクジェット記録方法は、被記録媒体上に吐出された着色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する着色インク加熱工程を有する。
インクジェット記録方法が着色インク加熱工程を有することで、着色インクに含まれる有機溶剤の少なくとも一部が除去されるため、耐磨耗性に優れ、滲み及び曇りが抑制された画像が形成される。
着色インク加熱工程では、形成される画像の滲み及び曇りをより抑制する観点から、着色インクが被記録媒体に着滴後、速やかに有機溶剤が除去されることが好ましい。具体的には、着色インクが被記録媒体に着弾してから加熱が開始される間での時間が、1秒以下であることが好ましく、0.5秒以下であることがより好ましく、着弾と同時に加熱されることがさらに好ましい。
着色インク加熱工程における有機溶剤の除去は、着色インクに含まれる有機溶剤が、着色インクの全質量に対して10質量%以下となるように除去することが好ましく、3質量%以下となるように除去することがより好ましく、0質量%となるように除去すること(すなわち有機溶剤を全て除去すること)が更に好ましい。
着色インク加熱工程において、着色インクに含まれる有機溶剤の除去速度の観点から、有機溶剤の沸点は、220℃以下であることが好ましく、200℃以下がより好ましく、180℃以下がさらに好ましい。
有機溶剤の沸点は公知の方法を用いて測定することができる。例えば、JIS K2254に準じて測定を行うことができる。
着色インク加熱工程における加熱は、被記録媒体の表面温度を40℃以上100℃以下に保持して1秒以上行うことが好ましい。
被記録媒体の表面温度とは、被記録媒体の画像形成面の温度を意味する。
被記録媒体の表面温度は、赤外線放射温度計(AD−5616、(株)エー・アンド・デイ製)によって測定することができる。
着色インク加熱工程における加熱温度が40℃以上であると、着色インクに含まれる有機溶剤を除去しやすく、画像の滲み及び曇りを抑制することができる。一方、加熱温度が100℃以下であると、被記録媒体の変形を抑制することができる。
上記の観点から、加熱温度は、50℃以上100℃以下が好ましい。
着色インク加熱工程における加熱時間が1秒以上であると、着色インクに含まれる有機溶剤を除去しやすく、画像の滲み及び曇りを抑制することができる。
上記の観点から、加熱は、5秒以上行うことが好ましく、5秒以上20秒以下で行うことがより好ましく、5秒以上15秒以下で行うがさらに好ましい。
加熱時間が20秒以下であると、被記録媒体の変形を抑制することができる。
なお、着色インク加熱工程における加熱温度及び加熱時間は、着色インクに含まれる有機溶剤の沸点、有機溶剤の含有量、及び被記録媒体の搬送速度に応じて調節してもよい。
[着色インク硬化工程]
着色インクが、重合性化合物及び光重合開始剤を含む場合、インクジェット記録方法は、着色インク加熱工程後であって無色インク吐出工程前に、加熱後の着色インクに活性エネルギー線を照射して着色インクを硬化する着色インク硬化工程を有していてもよい。
着色インクが重合性化合物を含む場合、着色インク硬化工程により、重合性化合物の重合反応が進行し着色インクが硬化するため、より耐磨耗性に優れた画像が得られる。
着色インクに含まれ得る重合性化合物は、重量平均分子量が1,000以上30,000以下のオリゴマーであることが好ましい。
なお、本明細書において、オリゴマーとは、重量平均分子量1,000以上30,000以下の重合性化合物を意味する。また、モノマーとは、重量平均分子量1,000未満の重合性化合物を意味する。
オリゴマーの重量平均分子量が上記の範囲であることで、オリゴマーを含む着色インクの粘度が高くなりすぎず、着色インクは吐出性に優れる。
また、着色インクが上記範囲の重量平均分子量を有するオリゴマーを含み、硬化することで、硬化後の着色インクにおけるオリゴマーに由来する構造単位の重量平均分子量が、モノマーを含む着色インクを硬化した場合のモノマーに由来する構造単位の重量平均分子量に比べて大きくなるため、画像はより屈曲性に優れる。
上記の観点から、オリゴマーの重量平均分子量は、1,500以上10,000以下がより好ましく、3,000以上5,000以下が更に好ましい。
着色インクが重合性化合物を含む場合、重合性化合物の含有量は、着色インクの全質量に対して、15質量%以上30質量%以下が好ましく、18質量%以上28質量%以下がより好ましい。
着色インクにおける重合性化合物の含有量が上記の範囲であると、屈曲性と耐磨耗性のバランスが良好となり、より高いレベルで屈曲性と耐磨耗性を両立できる。
着色インクに含まれ得る重合性化合物は、アクリレート化合物であることが好ましく、アクリレート化合物がオリゴマーであることがより好ましい。重合性化合物がアクリレート化合物であると、より耐磨耗性に優れた画像を得ることができる。
着色インクに含まれ得る重合性化合物は、重量平均分子量1,000以上30,000以下のアクリレート化合物(すなわちアクリレートオリゴマー)であることが好ましく、上記のアクリレート化合物の含有量は、着色インクの全質量に対して15質量%以上30質量%以下が好ましい。
重量平均分子量1,000以上30,000以下のアクリレート化合物が、着色インクの全質量に対して15質量%以上30質量%以下の含有量で含まれることで、屈曲性と耐磨耗性のバランスが良好となり、より高いレベルで屈曲性と耐磨耗性を両立できる。
着色インクは、重合性化合物として重量平均分子量1,500以上10,000以下のアクリレート化合物(アクリレートオリゴマー)を着色インクの全質量に対して18質量%以上28質量%以下の含有量で含むことがより好ましい。
着色インクに含まれ得る重合性化合物は、少なくとも1種のアクリレート化合物を含み、重合性化合物の全質量に対する、単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が50質量%以上であることが好ましい。
重合性化合物の全質量に対する単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が50質量%以上であると、硬化後の着色インクが有する網目構造が密になりすぎず、画像の屈曲性がより向上し、密着性も向上する。
[無色インク吐出工程]
インクジェット記録方法は、加熱後の着色インク上に、インクジェットヘッドから重合性化合物、光重合開始剤、及び有機溶剤を含む無色インクを吐出する無色インク吐出工程を有する。
無色インク吐出工程を有することで、加熱後(着色インク硬化工程を経る場合は硬化後)の着色インク上に、無色インクが吐出され、着色インク上に無色インクが積層される。
無色インクは、重合性化合物、光重合開始剤、及び有機溶剤を含む無色のインク(すなわち無色SUVインク)である。
無色インクに含まれる有機溶剤の含有量は、無色インクの全質量に対して50質量%以上85質量%以下が好ましく、60質量%以上80質量%以下がより好ましく、70質量%以上80質量%以下が更に好ましい。
無色インクにおける有機溶剤が50質量%以上であると、吐出性に優れる。一方、含有量が85質量%以下であると、無色インクを着色インクに積層した際の着色インクの滲みを抑制することができる。
無色インクは、さらに重量平均分子量20,000以上400,000以下のアクリル変性ポリオルガノシロキサンを含むことが好ましい。
上記のアクリル変性ポリオルガノシロキサンは、無色インク中において滑材の機能を奏し、画像の耐磨耗性をより向上させることができる。アクリル変性ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量が20,000以上であると、硬化後の無色インク中において分散された状態でアクリル変性ポリオルガノシロキサンが存在する(すなわち、硬化後の無色インクの表面にアクリル変性ポリオルガノシロキサンが偏在せずに存在する)ため、耐磨耗性に優れる効果が長期間持続する。一方、アクリル変性ポリオルガノシロキサンの重量平均分子量が400,000以下であると、無色インクは吐出性に優れる。
重量平均分子量は既述の方法により測定することができる。
無色インクにおける上記アクリル変性ポリオルガノシロキサンの含有量は、無色インクの全質量に対して0.1質量%以上5質量%以下が好ましく、0.3質量%以上2質量%以下がより好ましく、0.5質量%以上1質量%以下がさらに好ましい。
上記アクリル変性ポリオルガノシロキサンの含有量が0.1質量%以上であると、画像の耐磨耗性がより向上する。一方、含有量が5質量%以下であると、バンディングムラの抑制に効果的である。
なお、バンディングムラとは画像形成の際に発生する帯状のムラを意味する。
温度25℃における、着色インクの表面張力γ(C)及び無色インクの表面張力γ(T)は、下記式(2)の関係を満たすことが好ましい。なお、表面張力の単位は、mN/mである。
γ(T) ≦ γ(C) 式(2)
温度25℃における、無色インクの表面張力γ(T)が、着色インクの表面張力γ(C)以下である(すなわち上記式(2)の関係を満たす)と、無色インク吐出工程において、着色インク上に無色インクが濡れ広がりやすい。すなわち、無色インクが着色インクを覆いやすい。そのため、形成される画像の表面には無色インクが存在することとなり、より耐磨耗性に優れる画像が得られる。
表面張力は、温度25℃の環境下で、Automatic Surface Tensiometer CBVP−Z(協和界面科学(株))により測定することができる。
[無色インク加熱工程]
インクジェット記録方法は、加熱後(着色インク硬化工程を経る場合は硬化後)の着色インク上に吐出された無色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱工程を有する。
インクジェット記録方法が無色インク加熱工程を有することで、無色インクに含まれる有機溶剤の少なくとも一部が除去され、後述の無色インク硬化工程における無色インクの硬化不良を抑制することができる。
無色インク加熱工程における有機溶剤の除去は、無色インクに含まれる有機溶剤が、無色インクの全質量に対して10質量%以下となるように除去することが好ましく、3質量%以下となるように除去することがより好ましく、0質量%となるように除去すること(すなわち有機溶剤を全て除去すること)が特に好ましい。
無色インク加熱工程は、形成される画像の滲みを抑制する観点からは、無色インクに含まれる有機溶剤が速やかに除去されることが好ましい。一方、着色インクと無色インクとの密着性の観点からは、無色インクに含まれる有機溶剤が比較的ゆっくり除去されることが好ましい。
具体的には、無色インクが加熱後(着色インク硬化工程を経る場合は硬化後)の着色インク上に着弾してから加熱が開始される間での時間が、1秒以下であることが好ましく、0.5秒以下であることがより好ましく、着弾と同時に加熱することがさらに好ましい。
また、無色インク加熱工程は、画像の滲みの抑制、及び着色インクと無色インクとの密着性を両立する点から、被記録媒体の表面温度を40℃以上100℃以下に保持して1秒以上加熱を行うことが好ましい。
上記と同様の観点から、被記録媒体の表面温度を40℃以上80℃以下に保持して1秒以上加熱を行うことがより好ましく、40℃以上80℃以下に保持して5秒以上加熱を行うことがさらに好ましく、50℃以上70℃以下に保持して8秒以上加熱を行うことが特に好ましい。
表面温度は既述の方法により測定することができる。
無色インクに含まれる有機溶剤の沸点は、75℃以上300℃以下が好ましく、100℃以下250℃以下がより好ましく、150℃以上250℃以下がさらに好ましく、150℃以上200℃以下が特に好ましい。
無色インクに含まれる有機溶剤の沸点が75℃以上であると、着色インクと無色インクとの密着性がより向上する。一方、沸点が300℃以下であると、着色インクの滲みがより抑制される。
有機溶剤の沸点は既述の方法により測定することができる。
無色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(T)及び着色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(C)は、下記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
Tbp(C) ≦ Tbp(T) 式(1)
無色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(T)が、着色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(C)以上であること(すなわち上記式(1)の関係を満たすこと)で、着色インクと無色インクとの密着性及び着色インクの滲みの抑制をより高いレベルで両立することができる。
なお、無色インク加熱工程における加熱温度及び加熱時間は、無色インクに含まれる有機溶剤の沸点、有機溶剤の含有量、及び被記録媒体の搬送速度に応じて調節してもよい。
[無色インク硬化工程]
インクジェット記録方法は、加熱後の無色インクに活性エネルギー線を照射して無色インクを硬化する無色インク硬化工程を有する。
無色インク硬化工程により、重合性化合物の重合反応が進行し無色インクが硬化する。その結果、画像は屈曲性を維持しつつ、耐磨耗性及び耐薬品性にも優れる。
無色インクに含まれる重合性化合物は、重量平均分子量が1,000以上30,000以下のオリゴマーであることが好ましい。
オリゴマーの重量平均分子量が上記の範囲であることで、オリゴマーを含む無色インクの粘度が高くなりすぎず、無色インクは吐出性に優れる。
また、無色インクが、上記範囲の重量平均分子量を有するオリゴマーを含み、硬化することで、硬化後の無色インクにおける構造単位の重量平均分子量は、モノマーを硬化した場合に比べて大きくなる。そのため、画像はより屈曲性に優れる。
上記の観点から、オリゴマーの重量平均分子量は、1,500以上10,000以下がより好ましく、3,000以上5,000以下が更に好ましい。
無色インクに含まれる重合性化合物は、アクリレート化合物であることが好ましく、アクリレート化合物がオリゴマーであることがより好ましい。重合性化合物がアクリレート化合物であることで、耐磨耗性に優れた画像を得ることができる。
無色インクに含まれる重合性化合物は、少なくとも1種のアクリレート化合物を含み、重合性化合物の全質量に対する、単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が30質量%以上であることが好ましい。
重合性化合物の全質量に対する単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が30質量%以上であると、硬化後の無色インクが有する網目構造が密になりすぎず、画像の屈曲性がより向上し、密着性も向上する。
以下に、本発明のインクジェット記録方法の各工程におけるインクの吐出方法、加熱方法、及び硬化方法の詳細について説明する。
〜吐出方法〜
上記の着色インク吐出工程、及び上記の無色インク吐出工程におけるインクの吐出方法としてはインクジェット法を用いる。
インクジェット法としては、特に制限はなく、公知の方式、例えば、静電誘引力を利用してインクを吐出させる電荷制御方式、ピエゾ素子の振動圧力を利用するドロップオンデマンド方式(圧力パルス方式)、電気信号を音響ビームに変えインクに照射して放射圧を利用してインクを吐出させる音響インクジェット方式、及びインクを加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェット(バブルジェット(登録商標))方式等のいずれであってもよい。
高品質の画像を形成するために、小さい吐出液滴サイズが望ましい。小さい液滴は、大きい液滴サイズと比較して体積に対する表面積の比が大きく、それにより吐出されたインクからの有機溶剤の蒸発(すなわち有機溶剤の除去)が容易になる。したがって、小さい液滴サイズは、有機溶剤除去速度において利点をもたらす。
着色インクは、50ピコリットル未満の液滴サイズで吐出されることが好ましく、30ピコリットル未満の液滴サイズで吐出されることがより好ましく、10ピコリットル未満の液滴サイズで吐出されることがさらに好ましい。
無色インクは、100ピコリットル未満の液滴サイズで吐出されることが好ましく、50ピコリットル未満の液滴サイズで吐出されることがより好ましく、30ピコリットル未満の液滴サイズで吐出されることがさらに好ましい。
着色インクの液滴サイズより無色インクの液滴サイズが大きいことが好ましく、着色インクの液滴サイズより無色インクの液滴サイズが大きいと、無色インクが着色インクを覆いやすい。そのため、形成される画像の表面には無色インクが存在することとなり、耐磨耗性及び耐薬品性に優れる画像が得られる。
〜加熱方法〜
上記の着色インク加熱工程及び上記の無色インク加熱工程におけるインクの加熱方法としては、着色インク及び無色インクに含まれる有機溶剤を除去することができる方法から適宜選択できる。
加熱方法としては、例えば、被記録媒体の下に配置される加熱プレート(抵抗加熱器、又は誘導加熱器)、被記録媒体の上に配置される放射加熱器(加熱棒、赤外線(IR)ランプ、又は固体IR)を使用する方法が挙げられる。
加熱は、上記の加熱プレート及び上記の放射加熱器等を使用して、被記録媒体を介して着色インク又は無色インクを加熱してもよく、被記録媒体の上方から着色インク又は無色インクを加熱してもよく、これらを組み合わせて着色インク又は無色インクを加熱してもよい。
着色インク加熱工程及び無色インク加熱工程における好ましい加熱温度並びに加熱時間等の条件は、各々上記したとおりである。
〜硬化方法〜
上記の着色インク硬化工程及び上記の無色インク硬化工程におけるインクの硬化方法としては活性エネルギー線を照射してインクを硬化する方法を用いる。
活性エネルギー線としては、α線、γ線、電子線、X線、紫外線、可視光、又は赤外光などが使用され得る。活性エネルギー線のピーク波長は、増感剤を用いる場合は増感剤の吸収特性にもよるが、例えば、200nm〜600nmであることが好ましく、300nm〜450nmであることがより好ましく、350nm〜420nmであることが更に好ましい。
露光面照度は、好ましくは100mJ/cm〜5000mJ/cm、より好ましくは300mJ/cm〜3000mJ/cmである。
活性エネルギー線源としては、水銀ランプ、並びにガス又は固体レーザー等が挙げられ、インクの硬化に使用される光源としては、水銀ランプ、メタルハライドランプが広く知られている。しかしながら、現在環境保護の観点から水銀フリー化が強く望まれており、GaN系半導体紫外発光デバイスへの置き換えは産業的、環境的にも非常に有用である。更に、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)は、小型、高寿命、高効率、及び低コストであり、光硬化型インクジェット用光源として期待されている。
LED及びLDを活性エネルギー線源として用いることが可能である。特に、紫外線源を要する場合、紫外LED(UVLED)及び紫外LD(UVLD)を使用することができる。例えば、日亜化学(株)は、主放出スペクトルが365nmと420nmとの間の波長を有する紫色LEDを上市している。更に一層短い波長が必要とされる場合、LEDとして、米国特許第6,084,250号明細書に開示されている300nmと370nmとの間に波長の中心を有する活性エネルギー線を放出し得るLEDが例示できる。また、他の紫外LEDも、入手可能であり、異なる紫外線帯域の放射を照射することができる。
活性エネルギー線の照射時間は、好ましくは0.01秒〜120秒、より好ましくは0.1秒〜90秒である。
活性エネルギー線の照射条件並びに基本的な照射方法は、特開昭60−132767号公報に開示されている。
具体的には、単尺のシリアルヘッドに活性エネルギー線照射装置を設け、ヘッドを被記録媒体の幅方向に走査させながら照射を行なうシャトル方式と。被記録媒体の1辺の全域に対応して活性エネルギー線照射装置が配列されているシングルパス方式とがある。
活性エネルギー線の照射は、インク加熱工程終了後、一定時間(好ましくは0.01秒〜0.5秒、より好ましくは0.01秒〜0.3秒、更に好ましくは0.01秒〜0.15秒)をおいて行われることが好ましい。
更に、駆動を伴わない別光源によってインクの硬化を完了させてもよい。国際公開第99/54415号では、照射方法として、光ファイバーを用いた方法やコリメートされた光源をヘッドユニット側面に設けた鏡面に当て、記録部へ紫外光を照射する方法が開示されており、このような硬化方法もまた、本開示のインクジェット記録方法に適用することができる。
以下に、本開示のインクジェット記録方法に用いる着色インク、無色インク、及び被記録媒体の詳細について説明する。
〔着色インク〕
着色インクは、着色剤及び有機溶剤を含む。着色剤の含有量は、着色インクの全質量に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。
着色インクは、着色剤及び有機溶剤の他に、さらに重合性化合物及び光重合開始剤を含んでいてもよい。
また、着色インクは、必要に応じて上記以外の成分を含んでいてもよい。
(着色剤)
着色インクは、着色剤の少なくとも1種を含む。着色剤としては、特に限定されず、顔料であってもよく、染料であってもよい。
顔料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。顔料は、インクの液体媒体に溶解又は分散することができる。
顔料は、有機顔料及び無機顔料のいずれであってもよく、有機顔料及び無機顔料を併用してもよい。
有機顔料としては、例えば、アゾレーキ、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、ジケトピロロピロール顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、及びキノフタロン顔料等の多環式顔料、塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ等の染料レーキ、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、又は昼光蛍光顔料が挙げられる。
無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化鉄、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、カドミウムレッド、クロムイエロー、又はカーボンブラックが挙げられる。
着色剤としては、例えば、カラーインデックスに記載される下記の番号の有機顔料又は無機顔料が使用できる。
青顔料又はシアン顔料としては、例えば、Pigment Blue 1、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17−1、22、27、28、29、36、又は60;
緑顔料としては、例えば、Pigment Green 7、26、36、又は50;
赤顔料又はマゼンタ顔料としては、例えば、Pigment Red 3、5、9、19、22、31、38、42、43、48:1、48:2、48:3、48:4、48:5、49:1、53:1、57:1、57:2、58:4、63:1、81、81:1、81:2、81:3、81:4、88、104、108、112、122、123、144、146、149、166、168、169、170、177、178、179、184、185、208、216、226、又は257、Pigment Violet 3、19、23、29、30、37、50、又は88、Pigment Orange 13、16、20、又は36;
イエロー顔料としては、例えば、Pigment Yellow 1、3、12、13、14、17、34、35、37、55、74、81、83、93、94、95、97、108、109、110、120、137、138、139、153、154、155、157、166、167、168、180、185、又は193;
黒顔料としては、例えば、Pigment Black 7、28、又は26;
白色顔料としては、例えば、Pigment White 6、18、又はc21が挙げられる。
また、カラーインデックスに記載されていない顔料であっても目的に応じて適宜使用できる。例えば、更に、界面活性剤や高分子分散剤等で表面処理した顔料、及びグラフトカーボン等も使用できる。
高分子分散剤としては、例えば、ポリアミドアミン及びその塩、多価カルボン酸及びその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、ポリエーテルエステルが挙げられる。
高分子分散剤は市販品を使用してもよく、市販品としては、例えば、DisperBYK−101、DisperBYK−102、DisperBYK−103、DisperBYK−106、DisperBYK−111、DisperBYK−161、DisperBYK−162、DisperBYK−163、DisperBYK−164、DisperBYK−166、DisperBYK−167、DisperBYK−168、DisperBYK−170、DisperBYK−171、DisperBYK−174、DisperBYK−182(以上BYKケミー社製)、EFKA4010、EFKA4046、EFKA4080、EFKA5010、EFKA5207、EFKA5244、EFKA6745、EFKA6750、EFKA7414、EFKA745、EFKA7462、EFKA7500、EFKA7570、EFKA7575、EFKA7580(以上エフカアディティブ社製)、ディスパースエイド6、ディスパースエイド8、ディスパースエイド15、ディスパースエイド9100(サンノプコ(株)製)等の高分子分散剤;ソルスパース(Solsperse)3000、5000、9000、12000、13240、13940、17000、22000、24000、26000、28000、32000、36000、39000、41000、71000などの各種ソルスパース分散剤(アビシア社製);アデカプルロニックL31、F38、L42、L44、L61、L64、F68、L72、P95、F77、P84、F87、P94、L101、P103、F108、L121、P−123((株)ADEKA製)及びイオネット(登録商標)S−20(三洋化成工業(株)製)、楠本化成(株)製「ディスパロン KS−860、873SN、874(高分子分散剤)、#2150(脂肪族多価カルボン酸)、#7004(ポリエーテルエステル型)」が挙げられる。
高分子分散剤で表面処理した顔料における、高分子分散剤と顔料との含有比率(高分子分散剤:顔料)は、1:1〜1:10が好ましく、1:1〜1:5がより好ましく、1:2〜1:3がさらに好ましい。
着色剤としては市販品を用いることもできる。市販品としては、例えば、Paliotol(BASF社)、Cinquasia、Irgalite(ともにCiba Speciality Chemicals社)、又はHostaperm(Clariant UK社)が挙げられる。
これらの着色剤の中でも、シアン顔料としてはフタロシアニンブルー15:4などのフタロシアニン顔料、イエロー顔料としてはピグメントイエロー120、ピグメントイエロー151、及びピグメントイエロー155などのアゾ顔料、マゼンタ顔料としてはピグメントバイオレット19、及びCinquasia MAGENTA L4540などの混合結晶キナクリドンなどのキナクリドン顔料、ブラック顔料としては、ピグメントブラック7などのカーボンブラック顔料が好ましい。
着色剤の体積平均粒子径は特に制限されないが、インクの吐出性の観点から、8μm未満が好ましく、5μm未満がより好ましく、1μm未満がさらに好ましく、0.5μm未満が特に好ましい。着色剤の体積平均粒子径の下限は特に制限されないが、着色性及び耐光性の観点から、0.001μm以上が好ましく、0.01μm以上がより好ましい。
体積平均粒子径は、レーザ回折粒度分布計(例えば、Malvern社製Mastersizer2000、又は、(株)堀場製作所製のレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920など)によって測定することができる。
着色剤の含有量は、着色インクの全質量に対して、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、8質量%以下が更に好ましく、1質量%〜5質量%が特に好ましい。
(有機溶剤)
着色インクは、有機溶剤の少なくとも1種を含む。
有機溶剤は、周囲温度で液体であり、上記の着色剤等の着色インクに含まれる成分の分散媒又は溶媒として機能する。
有機溶剤としては、特に制限されず、印刷産業において一般に使用されている任意の有機溶剤から選択できる。
有機溶剤としては、例えば、グリコールエーテル、グリコールエーテルエステル、アルコール、ケトン、エステル、又はピロリドンが挙げられる。
グリコールエーテルとしては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、又はトリエチレングリコールモノブチルエーテルが挙げられる。
ケトンとしては、例えば、メチルエチルケトンが挙げられる。
エステルとしては、例えば、酢酸3−メトキシブチル、又はγ−ブチロラクトンが挙げられる。
中でも、ジエチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸3−メトキシブチル、及びγ−ブチロラクトンが好ましい。
着色インクに含まれる有機溶剤の沸点、及び含有量の好ましい態様は、上記したとおりである。
(ポリマー)
着色インクは、さらに分子量10,000以上150,000以下(好ましくは20,000以上100,000以下)のポリマーを、着色インクの全質量に対して2質量%以上含んでいてもよい。
ポリマーは、活性エネルギー線が照射された際に重合可能な基を含まない点で後述の重合性化合物と区別される。
ポリマーとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニル又は(メタ)アクリル樹脂が挙げられる。
なお、(メタ)アクリル樹脂は、メタクリル樹脂及びアクリル樹脂を包含する概念である。
ビニル樹脂としては、例えば、塩化ビニル、酢酸ビニル、又は塩化ビニルと酢酸ビニルの共重合体が挙げられる。
(メタ)アクリル樹脂としては、例えば、メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルの共重合体が挙げられる。
中でも、ビニル樹脂、及び(メタ)アクリル樹脂が好ましい。
ポリマーは市販品を用いてもよく、市販品としては、例えば、Wacker Chemie AG社のVINNOL(登録商標)E15/45(塩化ビニルと酢酸ビニルとの共重合体、重量平均分子量(Mw)=50,000)、Lucite International社のElvacite 2013(メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルとの共重合体、Mw=34,000)、Elvacite 2014(メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルとの共重合体、Mw=119,000)、Elvacite 4099(メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルとの共重合体、Mw=15,000)が挙げられる。
ポリマーの重量平均分子量、及び含有量の好ましい態様は、上記したとおりである。
(重合性化合物及び光重合開始剤)
着色インクは、さらに重合性化合物及び光重合開始剤を含んでいてもよい。
着色インクに含まれ得る重合性化合物及び光重合開始剤としては、後述の無色インクに含まれる重合性化合物及び光重合開始剤と同じ化合物を用いることができ、好ましい態様も同じである。詳細は後述する。
着色インクに含まれ得る重合性化合物の含有量の好ましい態様は、上記したとおりである。
(その他の成分)
着色インクは、必要に応じて、上記成分以外の他の成分を添加してもよい。
その他の成分としては、例えば、界面活性剤、重合禁止剤、増感剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、褪色防止剤、導電性塩類、塩基性化合物が挙げられる。
着色インクには、長時間安定した吐出性を付与するため、界面活性剤を添加してもよい。
界面活性剤としては、特開昭62−173463号公報、特開62−183457号公報に記載された界面活性剤等が挙げられる。例えば、ジアルキルスルホコハク酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、脂肪酸塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、アセチレングリコール類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等のノニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩類、又は第四級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤が挙げられる。
着色インク中における界面活性剤の含有量は使用目的により適宜選択されるが、着色インクの全質量に対し、0.0001質量%〜1質量%が好ましい。
〜着色インクの物性〜
着色インクの表面張力は、25℃において、20mN/m以上40mN/m以下が好ましく、22mN/m以上30mN/m以下がより好ましく、25mN/m以上30mN/m以下がさらに好ましい。
表面張力は、既述の方法で測定することができる。
着色インクの粘度は、25℃において、200mPa・s以下が好ましく、100mPa・s以下がより好ましく、25mPa・s以下が更に好ましく、10mPa・s以下が特に好ましく、7mPa・s以下が最も好ましい。
着色インクの粘度の好適な一態様は、25℃で、10mPa・s以下とすることであり、好ましくは2mPa・s以上10mPa・s以下、より好ましくは4mPa・s以上8mPa・s以下、さらに好ましくは5mPa・s以上7mPa・s以下とすることである。着色インクの粘度を10mPa・s以下に調整する方法としては、例えば、着色インクにおいて使用され得るアクリレートモノマー及びオリゴマーの相対的に高い粘度に対して、50質量%以上の有機溶剤を着色インクに含ませる方法が挙げられる。
着色インクの粘度は、VISCOMETER TV−22(TOKI SANGYO CO.LTD製)を用いて25℃(±1℃)の条件下で測定される値である。
〔無色インク〕
本明細書中において、「無色」とは、実質的に無色であることを意味する。無色インクとは、着色剤を実質的に含有しないインクのことであり、着色剤の含有量が、インク組成物の全量に対し、0.1質量%未満であるインクである。
無色インクは、重合性化合物、光重合開始剤、及び有機溶剤を含む。
無色インクは、必要に応じて上記以外の成分を含んでいてもよい。
(重合性化合物)
無色インクは、重合性化合物の少なくとも1種を含む。重合性化合物とは、光重合開始剤の存在下で、活性エネルギー線が照射されることで重合反応が進行する化合物を意味する。
重合性化合物は、モノマー、オリゴマー、又はその混合物を含むことができる。
モノマー及び/又はオリゴマーは、異なる官能度を有することができ、単官能、2官能、3官能又はそれ以上の官能性のモノマー及び/又はオリゴマーの組合せを含む混合物を使用することができる。
重合性化合物は、オリゴマーを含むことが好ましい。
オリゴマーは、主鎖、例えば、ポリエステル、ウレタン、エポキシ又はポリエーテル主鎖、及び1つ又は複数の活性エネルギー線により重合可能な基を含むことが好ましい。重合可能な基は、活性エネルギー線への曝露の際に重合することができる任意の基であってよい。
オリゴマーは、フリーラジカル重合によって重合することが好ましい。すなわちフリーラジカル重合可能な基を有するオリゴマーが好ましい。
フリーラジカル重合可能な基としては、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。
(メタ)アクリロイル基は、メタクリロイル基及びアクリロイル基を包含する概念である。
オリゴマーは、フリーラジカル重合可能な基を、1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、又は6つ有することが好ましい。すなわち、単官能〜6官能のオリゴマーが好ましい。
硬化後のインクの屈曲性の観点から、オリゴマーの全質量に対する単官能のオリゴマー及び2官能のオリゴマーの合計質量が30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましい。
オリゴマーは、優れた密着性及び屈曲性を有する点から、ウレタン主鎖を含むことが好ましく、ウレタンアクリレートオリゴマーであることがより好ましい。
さらに、良好な耐薬品性を有する観点からは、オリゴマーは、3官能性、4官能性、5官能性、6官能性又はそれ以上の官能性のウレタンアクリレートオリゴマー、特に6官能性ウレタンアクリレートオリゴマーであることが好ましい。
オリゴマーの他の例としては、急速な硬化速度を有し、良好な耐薬品性を有する点からビスフェノールAエポキシアクリレート及びエポキシノボラックアクリレートなどのエポキシ系オリゴマーを用いてもよい。
オリゴマーとしては、重量平均分子量1,000以上30,000以下のオリゴマーが好ましく、重量平均分子量1,500以上10,000以下のオリゴマーがより好ましい。重量平均分子量は、既述の方法により測定できる。
オリゴマーは、60℃で、好ましくは0.5Pa・s〜20Pa・s、より好ましくは60℃で5Pa・s〜15Pa・s、最も好ましくは60℃で5Pa・s〜10Pa・sの粘度を有する。オリゴマーの粘度は、40mmの傾斜/2°の鋼製錐体を、60℃においてせん断速度25秒−1で使用する、T.A.Instruments製のARG2レオメータを使用して測定することができる。
フリーラジカル重合可能なモノマーとしては、当技術分野で周知であり、これには(メタ)アクリレート、α,β−不飽和エーテル、ビニルアミド及びその混合物が含まれる。
単官能性(メタ)アクリレートモノマーは、当技術分野で周知であり、好ましくはアクリル酸のエステルである。好ましい例としては、フェノキシエチルアクリレート(PEA)、環式TMPホルマールアクリレート(CTFA)、イソボルニルアクリレート(IBOA)、テトラヒドロフルフリルアクリレート(THFA)、2−(2−エトキシエトキシ)エチルアクリレート、オクタデシルアクリレート(ODA)、トリデシルアクリレート(TDA)、イソデシルアクリレート(IDA)及びラウリルアクリレートが挙げられる。中でもPEAが特に好ましい。
多官能(メタ)アクリレートモノマーには、2官能、3官能及び4官能モノマーが含まれる。インクに含まれ得る多官能アクリレートモノマーの例としては、ヘキサンジオールジアクリレート、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、ポリエチレングリコールジアクリレート(例えば、テトラエチレングリコールジアクリレート)、ジプロピ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)トリアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ビス(ペンタエリスリトール)ヘキサアクリレート、並びにエトキシ化又はプロポキシル化グリコール及びポリオールのアクリレートエステル、例えばプロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、並びにその混合物が挙げられる。
また、多官能(メタ)アクリレートモノマーには、ヘキサンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレートなどのメタクリル酸のエステル(すなわちメタクリレート)が含まれる。また、(メタ)アクリレートの混合物を使用することもできる。
(メタ)アクリレートは、アクリレート及びメタクリレートを包含する概念である。単官能モノマー及び多官能モノマーも、それらの標準の意味を有するものとし、すなわち硬化の際の重合反応に使用される、それぞれ1つ及び2つ以上の基を意味する。
α,β−不飽和エーテルモノマーは、フリーラジカル重合によって重合することができ、1つ又は複数の(メタ)アクリレートモノマーと併用される場合、インクの粘度を低減するのに有用となり得る。その例は当技術分野で周知であり、トリ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、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル及びエチレングリコールモノビニルエーテルなどのビニルエーテルが含まれる。また、α,β−不飽和エーテルモノマーの混合物も使用することができる。
N−ビニルアミド及びN−(メタ)アクリロイルアミンも使用することができる。N−ビニルアミドは、アミドの窒素原子に結合しているビニル基を有し、(メタ)アクリレートモノマーと同様にさらに置換されていてもよい。好ましい例としては、N−ビニルカプロラクタム(NVC)及びN−ビニルピロリドン(NVP)が挙げられる。また、N−アクリロイルアミンも、アミドに結合しているビニル基を有するが、カルボニル炭素原子を介して結合しており、(メタ)アクリレートモノマーと同様にさらに置換されていてもよい。好ましい例としては、N−アクリロイルモルホリン(ACMO)が挙げられる。
重合性化合物としては、カチオン重合によって重合することができる化合物が挙げられる。このような化合物としては、オキセタン、脂環式エポキシド、ビスフェノールAエポキシド、エポキシノボラック等が挙げられる。
重合性化合物としてカチオン硬化性モノマー及びオリゴマーの混合物を用いてもよい。例えば、重合性化合物は、エポキシドオリゴマー及びオキセタンモノマーの混合物を含んでもよい。
重合性化合物は、フリーラジカル重合可能な化合物及びカチオン重合可能な化合物を組合せて用いてもよい。
重合性化合物としては、市販品を使用してもよく、市販品としては、Sartomer社のCN996(2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、重量平均分子量(Mw)=2850)、新中村化学工業(株)のUA−122P(2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、Mw=1100)、日本合成化学(株)の紫光(登録商標)UV−6630B(2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、Mw=3000)、紫光(登録商標)UV−3310B(2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、Mw=5000)、及び紫光(登録商標)UV−7630B(6官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、Mw=2200)等のオリゴマー、並びにBASF社のN−ビニルカプロラクタム(単官能モノマー)、Sartomer社のSR339C(フェノキシエチルアクリレート、単官能モノマー)、SR506D(イソボルニルアクリレート、単官能モノマー)、Sartomer社のジプロピレングリコールジアクリレート(多官能モノマー)などのモノマーが挙げられる。
重合性化合物の含有量の好ましい態様は、上記したとおりである。
(光重合開始剤)
無色インクは光重合開始剤の少なくとも1種を含む。
無色インクがフリーラジカル重合可能な重合性化合物を含む場合、光重合開始剤はフリーラジカル光重合開始剤を含むことが好ましく、無色インクがカチオン重合可能な重合性化合物を含む場合、光重合開始剤はカチオン光重合開始剤を含むことが好ましい。
無色インクがフリーラジカル重合可能な重合性化合物及びカチオン重合可能な重合性化合物の組合せを含む場合、フリーラジカル光重合開始剤及びカチオン光重合開始剤の両方を含むことが好ましい。
フリーラジカル光重合開始剤は、当技術分野で公知のもののいずれかから選択することができる。例えば、ベンゾフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン、イソプロピルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、ビス(2,6−ジメチルベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド、又はその混合物が挙げられる。これらの光重合開始剤は公知であり、例えば、BASF社のIRGACURE(登録商標)及びDarocur(登録商標)(Cibaから)並びにLucerinなどで市販されている。
カチオン光重合開始剤としては、例えば、スルホニウム又はヨードニウムをベースとする系の光重合開始剤を使用することができる。例えば、Rhodia社のRhodorsil PI 2074;Siber Hegner社のMC AA、MC BB、MC CC、MC CC PF、MC SD;Alfa Chemicals社のUV9380c;UCB Chemicals社のUvacure 1590;及びLamberti spa社のEsacure 1064等で市販されている。
無色インクにおける光重合開始剤の含有量は、無色インクの全質量に対して1質量%〜20質量%が好ましく、4質量%〜10質量%がより好ましい。
(有機溶剤)
無色インクは、有機溶剤の少なくとも1種を含む。
有機溶剤は、周囲温度で液体であり、上記の無色インクに含まれる成分の分散媒又は溶媒として機能する。
有機溶剤としては、特に制限されず、印刷産業において一般に使用されている任意の有機溶剤から選択できる。
無色インクに含まれる有機溶剤としては、上記の着色インクに含まれる有機溶剤と同じ有機溶剤を挙げることができ、好ましい態様も同じである。
無色インクに含まれる有機溶剤の沸点、及び含有量の好ましい態様は、上記したとおりである。
(アクリル変性ポリオルガノシロキサン)
無色インクは、さらに分子量20,000以上400,000以下のアクリル変性ポリオルガノシロキサンを、無色インクの全質量に対して0.1質量%以上5質量%以下含んでいてもよい。
アクリル変性ポリオルガノシロキサンは、ラジカル重合性官能基を有するラジカル重合性ポリシロキサンと(メタ)アクリル酸エステルとの共重合体であることが好ましい。
アクリル変性ポリオルガノシロキサンとしては、市販品を使用してもよく、市販品としては、日信化学工業(株)のシャリーヌR175S、又はR170が挙げられる。
〜無色インクの物性〜
無色インクの表面張力は、温度25℃において、18mN/m以上36mN/m以下が好ましく、20mN/m以上30mN/m以下がより好ましく、22mN/m以上26mN/m以下がさらに好ましい。
温度25℃における、無色インクの表面張力γ(T)は、着色インクの表面張力γ(C)以下であることが好ましい。温度25℃における、無色インクの表面張力γ(T)と、着色インクの表面張力γ(C)は、1mN/m以上異なっていることが好ましく、5mN/m以上異なっていることがより好ましい。
表面張力は、既述の方法で測定することができる。
無色インクの粘度は、25℃において、200mPa・s以下が好ましく、100mPa・s以下がより好ましく、25mPa・s以下が更に好ましく、10mPa・s以下が特に好ましく、7mPa・s以下が最も好ましい。
無色インクの粘度は、既述の着色インクの粘度と同様の方法で測定することができる。
無色インクの粘度の好適な一態様は、25℃で、10mPa・s以下とすることであり、好ましくは2mPa・s以上10mPa・s以下、より好ましくは4mPa・s以上8mPa・s以下、さらに好ましくは5mPa・s以上7mPa・s以下とすることである。このような粘度は、例えば、無色インクにおいて使用され得るアクリレートモノマー及びオリゴマーの相対的に高い粘度に対して、50質量%以上の有機溶剤を無色インクに含ませることにより達成できる。
〔被記録媒体〕
被記録媒体としては、屈曲性及び耐磨耗性が求められる用途(例えば、車両用の座席シート、かばん等)に用いられる材料から適宜選択できる。
被記録媒体としては、例えば、皮革、布、高分子フィルム等が挙げられる。
上記の被記録媒体を構成する素材としては、例えば、コラーゲン繊維などの天然繊維、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリウレタン(PU)、ポリアミド(PA)等が挙げられる。
被記録媒体としては、皮革が好ましい。皮革としては、天然皮革、擬革、合成皮革、及び人工皮革等が挙げられる。
天然皮革は、コラーゲンという繊維状の蛋白質が主成分のコラーゲン繊維で構成される。微細な繊維(フィブリル)が数百本集束して繊維(ファイバー)を作り、繊維が数本から数十本集束して繊維束(ファイバーバンドル)を形成している。天然皮革の構造は、この繊維束が三次元的に絡み合った構造である。
天然皮革は表面の銀面層と、それに続く中間層から内側の網様層に区別され、連続した組織になっている。銀面層は、コラーゲンの繊維束が綴密なため、艶のある柔軟で優れた感触がある。網様層は、繊維がやや太く複雑に絡み合って天然皮革の強度を保っている。
擬革/塩ビレザーは、天然皮革の網様層に相当する強度を保持する部分に織物や編み物を利用し、生地表面にポリ塩化ビニル樹脂などをコーティング(塗布)し、銀面層に相当する皮革様の外観としたものである。擬革としては、塩ビレザーが代表される。
合成皮革は、織物及び編物、又は不織布の表面にポリウレタンなどの発泡体を塗布し、その上にナイロン樹脂やポリウレタン樹脂をコーティングして仕上げたものである。
人工皮革は、天然皮革のコラーゲン繊維構造に類似した三次元立体構造の繊維層を有する不織布が使用されている。また、表面部分には0.1デニール以下という極細繊維を使用することにより、皮革調の感触が得られる。
人工皮革は、ナイロンやポリエステルの極細繊維を束状に交錯したランダム三次元立体構造という繊維層の不織布と、弾性ポリウレタン樹脂で形成される。
<インクジェット記録装置>
本開示のインクジェット記録装置は、本開示のインクジェット記録方法を行うインクジェット記録装置であって、着色インクを被記録媒体上に吐出する着色インク吐出部と、被記録媒体上に吐出された着色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する着色インク加熱部と、無色インクを加熱後の着色インク上に吐出する無色インク吐出部と、加熱後の着色インク上に吐出された無色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱部と、加熱後の無色インクを硬化させる活性エネルギー線を照射する無色インク硬化用照射部と、を備える。
インクジェット記録装置は、さらに加熱後の着色インクを硬化させる活性エネルギー線を照射する着色インク硬化用照射部を備えていてもよい。
インクジェット記録装置は、上記の構成を備える装置であれば記録方式は特に限定されない。記録方式としては、単尺のシリアルヘッドを用いヘッドを支持体の幅方向に走査させながら記録を行なうシャトル方式と支持体の1辺の全域に対応して記録素子が配列されているラインヘッドを用いたライン方式(すなわちシングルパス方式)とがある。
インクジェット記録装置の第1の実施形態として、シャトル方式のインクジェット記録装置について図1及び図2を用いて説明する。
図1は、シャトル方式のインクジェット記録装置の要部概略上面図であり、図2は、その側面図である。
第1の実施形態に係るインクジェット記録装置10は、被記録媒体11を支持する支持体(プラテン)12と、X方向(被記録媒体左右方向)に移動しがなら被記録媒体11の表面に着色インクを複数の吐出口(ノズル)から吐出して着色インクを被記録媒体上に着弾させる着色インク吐出部13と、被記録媒体11の裏面側に位置し、被記録媒体11表面に着弾された着色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する着色インク加熱部14と、被記録媒体11の移動方向(Y方向)前方に配され、X方向(被記録媒体左右方向)に移動しがなら加熱後の着色インクの表面に無色インクを複数の吐出口(ノズル)から吐出して無色インクを加熱後の着色インク上に着弾させる無色インク吐出部15と、被記録媒体11の裏面側に位置し、加熱後の着色インク表面に着弾された無色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱部16と、被記録媒体11の移動方向(Y方向)前方に配され、加熱後の無色インクに活性エネルギー線を照射して、無色インクを硬化させる無色インク硬化用照射部17と、を備える装置である。
着色インク吐出部13及び無色インク吐出部15は、ノズル(不図示)からピエゾ(piezo)方式等により着色インクを吐出させる構造を有しており、ユニット架台に固定され、走行手段(不図示)により、ガイドレール上をX方向に走行可能となっている。走行手段は、電動モータ及び該モータ制御用の電子回路等から構成されている。
着色インク及び無色インクは、本開示のインクジェット記録方法に用いる着色インク及び無色インクを使用する。
被記録媒体11は、プラテン12により支持されるとともに、ピンチローラ(不図示)及び送りローラ(不図示)によって挟まれ、着色インク吐出部13が着色インクを吐出し、無色インク吐出部15が無色インクを吐出しながら被記録媒体11のX方向の一端から他端まで走行し終わると同時に、ローラが回転することによりY方向へ搬送される。また、被記録媒体11は、本開示のインクジェット記録方法に用いる被記録媒体を用いることができる。
着色インク加熱部14及び無色インク加熱部16は、プラテン12の内部であって、被記録媒体11の裏面側に配置され、被記録媒体11表面に着弾した着色インク又は加熱後の着色インク上に着弾した無色インクを加熱して、着色インク及び無色インクに含まれる有機溶剤の少なくとも一部を除去する。着色インク加熱部14及び無色インク加熱部16としては、電熱式ヒーター、赤外線ヒーター、電磁誘導(IH)ヒーターを用いることができ、着色インクが吐出されて被記録媒体表面に着弾した後、又は無色インクが吐出されて加熱後の着色インク上に着弾した後に、着色インク又は無色インクに含まれる有機溶剤の少なくとも一部が除去されるように、加熱を行う。
着色インク加熱部14の加熱温度は、被記録媒体11の表面温度を40℃以上とするように保持されており、被記録媒体11の表面温度を40℃以上100℃以下とすることが好ましい。加熱時間は1秒以上であることが好ましい。
無色インク加熱部16の加熱温度は、被記録媒体11の表面温度を40℃以上に保持されており、被記録媒体11の表面温度を40℃以上90℃以下とすることが好ましい。加熱時間は1秒以上であることが好ましい。
着色インク加熱部14及び無色インク加熱部の位置は、被記録媒体11の裏面側に限られず、被記録媒体11の表面側又は両側であってもよい。被記録媒体11の表面側に配置する場合、着色インク加熱部14及び無色インク加熱部16は、着色インク吐出部13及び無色インク吐出部15と同じガイドレール上、あるいはY方向(プラテン搬送方向)前方にガイドレールとは分離独立した状態で固設された位置とすることができる。なお、着色インク加熱部14及び無色インク加熱部16を着色インク吐出部13及び無色インク吐出部15と同じガイドレール上に設ける場合、各インク吐出部の走行方向後方に各インクの加熱部を設置する。
無色インク硬化用照射部17は、UVLED(Ultra Violet Light Emitting Diodeの略;紫外線発光ダイオード)が内蔵されており、被記録媒体11の移動方向(Y方向)前方側に配置され、移動手段(不図示)により、X方向に走行可能となっている。無色インク硬化用照射部17は、加熱後の無色インクに、活性エネルギー線(例えば、紫外線)を照射して無色インクを硬化させる。
無色インク硬化用照射部17における活性エネルギー線照射手段としては、特に限定されるものではないが、電流及び発光パルス幅を変更することにより、自由に照射光量の調整やON/OFF制御が可能で消費電力が少ないUVLEDランプを用いるのが好ましい。また、無色インク硬化用照射部17にシャッターを設け、活性エネルギー線の照射量を調節できるようにして、メタルハライドランプ、キセノンランプ、及び高圧水銀などの他のランプを用いてもよい。
上記のように、インクジェット記録装置10は、プラテン(支持体)12上に支持された被記録媒体11の表面に、着色インクを着色インク吐出部13から吐出し、被記録媒体11表面に着弾した着色インクを、被記録媒体の裏面側に位置する着色インク加熱部14によって着色インクに含まれる有機溶剤を除去し、無色インクを無色インク吐出部15から吐出し、加熱後の着色インク上に着弾した無色インクを、被記録媒体の裏面側に位置する無色インク加熱部16によって無色インクに含まれる有機溶剤を除去し、無色インク硬化用照射部17により活性エネルギー線を照射して、無色インクを硬化させ、被記録媒体11上に着色インクと無色インクとが積層した画像を形成するものである。
第1の実施形態に係るインクジェット記録装置によれば、耐磨耗性及び屈曲性に優れた画像を形成することができる。
着色インク吐出部におけるノズル径Dcと無色インク用吐出部におけるノズル径Dtとは、下記式(3)の関係を満たすことが好ましい。
Dc ≦ Dt 式(3)
着色インク吐出部におけるノズル径Dcと無色インク用吐出部におけるノズル径Dtとが上記式(3)の関係を満たすことで、無色インクが着色インクを覆いやすい。そのため、形成される画像の表面には無色インクが存在することとなり、耐磨耗性に優れる画像が得られる。
第1の実施形態のインクジェット記録装置では、着色インク吐出部及び無色インク吐出部と無色インク硬化用照射部とが、分離又は独立した場合を例に挙げて説明したが、インクジェット記録装置はこれに限定されるものではなく、着色インク吐出部及び無色インク吐出部と無色インク硬化用照射部と共にユニット架台に固定されていてもよい。
また、第1の実施形態のインクジェット記録装置では、無色インク吐出部が着色インク吐出部に対してY方向前方に配置された場合を例に挙げて説明したが、インクジェット記録装置はこれに限定されるものではなく、着色インク吐出部と無色インク吐出とがY方向において同じ位置(X方向に並列)に配置されていてもよい。
この場合、着色インクを着色インク吐出部から吐出し、被記録媒体上に着弾した着色インクを、被記録媒体の裏面側に位置する着色インク加熱部によって着色インクに含まれる有機溶剤を除去した後、送りローラを逆回転させ被記録媒体を巻き戻し、無色インクを無色インク吐出部から吐出し、加熱後の着色インク上に着弾した無色インクを、被記録媒体の裏面側に位置する無色インク加熱部によって無色インクに含まれる有機溶剤を除去し、無色インク硬化用照射部により活性エネルギー線を照射して、無色インクを硬化させ、被記録媒体上に画像を形成してもよい。
インクジェット記録装置の第2の実施形態として、シングルパス方式のインクジェット記録装置について図3を用いて説明する。
図3は、シングルパス方式のインクジェット記録装置全体の構成例を示す概略図である。
第2の実施形態に係るインクジェット記録装置100は、図3に示すように、被記録媒体の搬送方向(図中の矢印方向)に向かって順次、着色インクを被記録媒体上に吐出する着色インク吐出部110と、被記録媒体上に吐出された着色インクを40℃以上に保持して加熱する着色インク加熱部111と、無色インクを加熱後の着色インク上に吐出する無色インク吐出部112と、加熱後の着色インク上に吐出された無色インクを40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱部113と、乾燥後の無色インクを硬化させる活性エネルギー線を照射する無色インク硬化用照射部114と、を備える。
このインクジェット記録装置に供給された被記録媒体は、被記録媒体が装填されたケースから被記録媒体を供給する供給部から、搬送ローラによって、着色インク吐出部110、着色インク加熱部111、無色インク吐出部112、無色インク加熱部113、及び無色インク硬化用照射部114と順に送られて集積部に集積される。搬送は、搬送ローラによる方法のほか、ドラム状部材を用いたドラム搬送方式やベルト搬送方式、ステージを用いたステージ搬送方式などを採用してもよい。
複数配置された搬送ローラのうち、少なくとも1つのローラは、モータ(不図示)の動力が伝達された駆動ローラとすることができる。モータで回転する駆動ローラを定速回転することにより、被記録媒体は所定の方向に所定の搬送量で搬送されるようになっている。
着色インク吐出部110には、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンダ(M)、及びイエロー(Y)の各色インクを貯留するインク貯留部の各々と繋がる記録用ヘッド(インク吐出用ヘッド)130K、130C、130M、及び130Yが配置されている。不図示の各インク貯留部には、各色相に対応する着色剤と有機溶剤とを含有する着色インクが貯留されており、画像の記録に際して必要に応じて各インク吐出用ヘッド130K、130C、130M、及び130Yに供給されるようになっている。
インク吐出用ヘッド130K、130C、130M、及び130Yは、被記録媒体の記録面と対向配置された吐出ノズルから、それぞれ画像に対応する着色インクを吐出する。これにより、被記録媒体の記録面上に各色インクが付与され、カラー画像が記録される。
インク吐出用ヘッド130K、130C、130M、及び130Yはいずれも、被記録媒体上に記録される画像の最大記録幅(最大記録幅)にわたって多数の吐出口(ノズル)が配列されたフルラインヘッドとなっている。被記録媒体の幅方向(すなわち、被記録媒体搬送面において搬送方向と直交する方向)に、短尺のシャトルヘッドを往復走査しながら記録を行なうシャトル方式のものに比べて、被記録媒体に高速に画像記録を行なうことができる。第2の実施形態においては、シリアル方式での記録、又は比較的高速記録が可能な方式、例えば1回の走査で1ラインを形成するライン(シングルパス)方式での記録のいずれを採用してもよいが、第2の実施形態のインクジェット記録装置によれば、ライン(シングルパス)方式でも再現性の高い高品位の画像が得られる。
ここでは、インク吐出用ヘッド130K、130C、130M、及び130Yは、全て同一構造になっている。
着色インク加熱部111は、着色インク吐出部110の被記録媒体搬送方向下流側に配置されている。着色インク加熱部111は、ヒーター等の公知の加熱手段やドライヤ等の送風を利用した送風手段、又はこれらを組み合わせた手段を用いて構成することができる。加熱手段は、被記録媒体の着色インク付与面とは反対側(例えば、被記録媒体を自動搬送する場合は被記録媒体を載せて搬送する搬送機構の下方)にヒーター等の発熱体を設置する方法、被記録媒体の着色インク付与面に温風又は熱風をあてる方法、及び赤外線ヒーターを用いた加熱法などが挙げられ、これらの複数を組み合わせて加熱してもよい。
また、被記録媒体の種類(材質、厚み等)及び環境温度等によって、被記録媒体の表面温度は変化するため、被記録媒体の表面温度を計測する計測部と計測部で計測された被記録媒体の表面温度の値を加熱制御部にフィードバックする制御機構を設けて温度制御しながら着色インクを付与することが好ましい。被記録媒体の表面温度を計測する計測部としては、接触又は非接触の温度計が好ましい。
着色インク加熱部の加熱温度は、被記録媒体の表面温度を40℃以上とするように保持されており、被記録媒体の表面温度を40℃以上100℃以下とすることが好ましく、加熱時間は1秒以上であることが好ましい。
無色インク吐出部112は、着色インク部の111の被記録媒体搬送方向下流側に配置されている。無色インク吐出部112には、無色インク(T)を貯留するインク貯留部の各々と繋がる記録用ヘッド(すなわち、無色インク吐出用ヘッド)130Tが配置されている。不図示の無色インク貯留部には、重合性化合物と光重合開始剤と有機溶剤とを含有する無色インクが貯留されており、無色インク吐出用ヘッド130Tに供給されるようになっている。
無色インク吐出用ヘッド130Tは、被記録媒体の記録面と対向配置された吐出ノズルから、無色インクを吐出する。これにより、加熱後の着色インク上に無色インクが付与される。
着色インク吐出部におけるノズル径Dcと無色インク用吐出部におけるノズル径Dtとは、下記式(3)の関係を満たすことが好ましい。
Dc ≦ Dt 式(3)
着色インク吐出部におけるノズル径Dcと無色インク用吐出部におけるノズル径Dtとが上記式(3)の関係を満たすことで、無色インクが着色インクを覆いやすい。そのため、形成される画像の表面には無色インクが存在することとなり、耐磨耗性に優れる画像が得られる。
無色インク加熱部113は、無色インク吐出部112の被記録媒体搬送方向下流側に配置されている。無色インク加熱部113は、着色インク加熱部111と同様に構成することができる。
無色インク加熱部の加熱温度は、被記録媒体の表面温度を40℃以上とするように保持されており、被記録媒体の表面温度を40℃以上90℃以下とすることが好ましく、加熱時間は1秒以上であることが好ましい。
無色インク硬化用照射部114は、無色インク加熱部113の被記録媒体搬送方向下流側に配置されている。無色インク硬化用照射部114は、活性エネルギー線(紫外線)照射ランプにより活性エネルギー線(紫外線)を照射し、加熱後の無色インクを硬化させるようになっている。活性エネルギー線(紫外線)照射ランプは、被記録媒体の記録面と対向配置されたランプにより被記録面の全体を照射し、画像全体の硬化が行なえるようになっている。なお、無色インク硬化用照射部114は、活性エネルギー線(紫外線)照射ランプに限らず、ハロゲンランプ、高圧水銀灯、レーザ、LED、電子線照射装置などを採用することもできる。
インクジェット記録装置には、着色インク加熱部111と無色インク吐出部112との間に、着色インク硬化用照射部を設けてもよい。着色インク硬化用照射部は、無色インク硬化用照射部114と同様に構成することができる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
<顔料分散物の調製>
各色の顔料分散物として、顔料ミルベース シアン1、シアン2、マゼンタ1、イエロー1及びブラック1を、下記のとおり調製した。
下記表1に示す顔料以外の成分を表1の組成となるように混合し、SILVERSON社製のミキサーで、2,000回転/分〜3,000回転/分、10分〜15分の条件で撹拌し、均一な分散剤希釈液を得た。この分散剤希釈液に、表1に記載の種類と量で各顔料を加え、更にミキサーで、2,000回転/分〜3,000回転/分、10分〜20分の条件で撹拌し、均一な予備分散液を500部得た。
その後、得られた各予備分散液に、ディスパーマット社製の循環型ビーズミル装置(SL−012C1)を用いて分散処理を施し、各色の顔料分散物を得た。分散処理の条件は、循環型ビーズミル装置に直径0.65mmのジルコニアビーズを200部充填し、周速を15m/sとした。分散時間は1時間〜6時間とした。
なお、表1中の「−」は記載の成分が含有されていないことを表す。
Figure 0006563036

表1中の成分の詳細は以下の通りである。
PB15:4 … C.I.ピグメントブルー15:4、BASF社、HELIGOEN BULE D 7110F、
混結キナクリドン … BASF社、CINQUASIA MAGENTA L 4540
PY155 … C.I.ピグメントイエロー155、Clarina社、INK JET YELLOW 4GC
カーボンブラック … CABOT社、MOGUL E
Sol32000 … Luburizol社、SOLSPERSE 32000
DEGDE … ジエチレングリコールジエチルエーテル、東京化成工業(株)
PEA … フェノキシエチルアクリレート、Sartomer社、SR339C
UV12 … ニトロソ系重合禁止剤、トリス(N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシルアミン)アルミニウム塩、Kromachem社、FLORSTAB UV12
<インクの調製>
着色インクについては、下記表2〜表4(シアンインク)、及び表5(各色のインク)に記載の組成となるように各成分を混合し、無色インクについては、下記表6〜表8に記載の組成となるように各成分を混合し、それぞれSILVERSON社製のミキサーで、2,000回転/分〜3,000回転/分、10分〜15分の条件で撹拌し、各インクを得た。なお、表2〜表8中の各成分の数値は、質量比である。表面張力は、温度25℃の環境下で、Automatic Surface Tensiometer CBVP−Z(協和界面科学(株))により測定した。
なお、表2〜表5中の「Ink」は着色インクを表し、表6〜表8中の「Top」は無色インクを表し、各表中の「−」は記載の成分が含有されていないことを表す。
Figure 0006563036

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表2〜表8中の成分の詳細は以下の通りである。
CN996 … 2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、重量平均分子量(Mw)=2850、Sartomer社
UA−122P … 2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、MW=1100、新中村化学工業(株)
紫光(登録商標)UV−6630B … 2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、Mw=3000、日本合成化学(株)
紫光(登録商標)UV−3310B … 2官能オリゴマー、ウレタンアクリレート、Mw=5000、日本合成化学(株)
紫光(登録商標)UV−7630B … 6官能オリゴマー、Mw=2200、日本合成化学(株)
紫光(登録商標)UV−3000B … 2官能オリゴマー、Mw=18000、日本合成化学(株)
VINNOL(登録商標)E15/45 … ポリマー、塩化ビニルと酢酸ビニルとの共重合体、Mw=50000、Wacker Chemie AG社
Elvacite 4099 … ポリマー、メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルとの共重合体、Mw=15000、Lucite International社
Elvacite 2013 … ポリマー、メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルとの共重合体、Mw=34000、Lucite International社
Elvacite 2014 … ポリマー、メタクリル酸メチルとメタクリル酸n−ブチルとの共重合体、Mw=119000、Lucite International社
DEGDE … 有機溶剤、ジエチレングリコールジエチルエーテル、沸点=188℃
MEK … 有機溶剤、メチルエチルケトン、沸点=79.5℃
EGMME … 有機溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、沸点=125℃
酢酸3−メトキシブチル … 有機溶剤、沸点=173℃
γ−ブチロラクトン … 有機溶剤、沸点=204℃
TEGMBE … 有機溶剤、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、沸点=278℃
NVC … 単官能モノマー、N−ビニルカプロラクタム、BASF社
PEA … 単官能モノマー、フェノキシエチルアクリレート、Sartomer社、SR339C
IBOA … 単官能モノマー、イソボルニルアクリレート、Sartomer社、SR5−6D
DPGDA … 多官能モノマー、ジプロピレングリコールジアクリレート
Irg2959 … 光重合開始剤、BASF社、IRGACURE2959
Irg819 … 光重合開始剤、BASF社、IRGACURE819
シャリーヌR175S … アクリル変性ポリオルガノシロキサン、日信化学工業(株)
BYK(登録商標)331 … 界面活性剤、ビックケミー社
UV12 … ニトロソ系重合禁止剤、トリス(N−ニトロソ−N−フェニルヒドロキシルアミン)アルミニウム塩、Kromachem社、FLORSTAB UV12
<インクジェット記録装置>
第2の実施形態のインクジェット記録装置として、アフィット社製のインクジェットプリンタ(KEGON)に、ラバーヒーター((株)スリーハイ製:)、及び、紫外線(UV)照射装置(Integration Technology社製:)を取り付けた装置を用意した。
ラバーヒーターの出力は、被記録媒体の表面温度を40℃から100℃までの間で加温できるように設定した。また、インクジェット打滴からUV露光までの時間は、液滴の加熱時間に相当し、この時間を0.5秒から60秒の間で変更できるように、搬送速度(5m/分〜25m/分)とUVシャッター開閉のタイミングを調整した。
<インクジェット記録方法>
下記の2つのパターンの構成で画像形成を実施した。それぞれの構成は下記に示す通りである。下記のパターン1及びパターン2の模式図を図4に示す。
下記のパターン1は、着色インク吐出工程、着色インク加熱工程、着色インク硬化工程、無色インク吐出工程、無色インク加熱工程、及び無色インク硬化工程の順に進む。
下記のパターン2は、着色インク吐出工程、着色インク加熱工程、無色インク吐出工程、無色インク加熱工程、及び無色インク硬化工程の順に進む。
パターン1は、着色インクとして着色SUVインクを用いる例に適用され、パターン2は、着色インクとして着色SOLインクを用いる例に適用される。
(パターン1)
着色インク吐出工程:
35℃に加温したインクジェットヘッド(東芝テック(株)、CA4、ノズル径26μm)から着色インクを1200dpi×600dpi(dot per inch)の画像密度となるようにPVCレザー(カプチーノ CP−830、(株)ヤマプラス)上に吐出した。この際、着色インクの付与量が1mあたり20gとなるように電圧を調整した。着色インクの付与は500mm幅となるように設定した。
着色インク加熱工程:
ラバーヒーターで被記録媒体の表面温度が40℃から100℃の間となるように加熱した。前述の通り、加熱時間は0.5秒から60秒の間で設定した。
着色インク硬化工程:
活性エネルギー線を照射する光源であるUV露光機(UVランプ)で3000mJ/cmの照射量で露光した。
無色インク吐出工程:
35℃に加温したインクジェットヘッド(東芝テック(株)、CA4、ノズル径26μm)から無色インクを1200dpi×600dpiの画像密度となるように着色インク上に吐出した。この際、無色インクの付与量が1mあたり10gとなるように電圧を調整した。無色インクの付与は500mm幅となるように設定した。
無色インク加熱工程:
ラバーヒーターで被記録媒体の表面温度が40℃から100℃の間となるように加熱した。前述の通り、加熱時間は0.5秒から60秒の間で設定した。
無色インク硬化工程:
活性エネルギー線を照射する光源であるUV露光機(UVランプ)で3000mJ/cmの照射量で露光した。
(パターン2)
着色インク吐出工程:
35℃に加温したインクジェットヘッド(東芝テック(株)、CA4、ノズル径26nm)から着色インクを1200dpi×600dpiの画像密度となるようにPVCレザー(カプチーノ CP−830(株)ヤマプラス)上に吐出した。この際、着色インクの付与量が1mあたり20gとなるように電圧を調整した。着色インクの付与は500mm幅となるように設定した。
着色インク加熱工程:
ラバーヒーターで被記録媒体の表面温度が40℃から100℃の間となるように加熱した。前述の通り、加熱時間は0.5秒から60秒の間で設定した。
無色インク吐出工程:
35℃に加温したインクジェットヘッド(東芝テック(株)、CA4、ノズル径26nm)から無色インクを1200dpi×600dpiの画像密度となるように着色インク上に吐出した。この際、無色インクの付与量が1mあたり10gとなるように電圧を調整した。無色インクの付与は500mm幅となるように設定した。
無色インク加熱工程:
ラバーヒーターで被記録媒体の表面温度が40℃から100℃の間となるように加熱した。前述の通り、加熱時間は0.5秒から60秒の間で設定した。
無色インク硬化工程:
活性エネルギー線を照射する光源であるUV露光機(UVランプ)で3000mJ/cmの照射量で露光した。
〔評価〕
表2〜表8に記載の組成の各インクを、下記表9〜表17に記載の組み合わせで上述のインクジェット記録装置に充填し、上記のパターン1又はパターン2のインクジェット記録方法で、シアンのベタ画像(実施例1〜実施例42、比較例1〜比較例7)、及びシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色チェック柄(実施例43)の画像を形成し、画像が形成された被記録媒体をサンプルとした。なお、各実施例及び比較例における着色インク加熱工程及び無色インク加熱工程の加熱条件は、表9〜表17に記載の通りとした。
得られたサンプルの耐磨耗性、屈曲性、耐薬品性、密着性、画像滲み、画像曇り、及びバンディングムラを下記の評価基準で評価した。評価結果を表9〜表17に示す。
1)耐磨耗性
学振試験機(綿(乾燥)、400g加重/スガ試験機(株))で、各サンプルの画像に対して一定回数の磨耗を実施し、各サンプルの画像に傷が視認できるまでの回数を記録し、下記基準で評価した。3点以上が合格である。
5点 20000回でも傷は発生しない。
4点 10000回以上20000回未満で傷が発生した。
3点 5000回以上10000回未満で傷が発生した。
2点 1000回以上5000回未満で傷が発生した。
1点 1000回未満で傷が発生した。
2)屈曲性
屈曲試験機(フレキシオメーター/(株)安田精機製作所社製)で、各サンプルに対して一定回数の屈曲を実施し、各サンプルの画像に割れが視認できる回数を記録し、下記基準で評価した。3点以上が合格である。
5点 20000回でも割れは発生しない。
4点 10000回以上20000回未満で割れが発生した。
3点 5000回以上10000回未満で割れが発生した。
2点 1000回以上5000回未満で割れが発生した。
1点 1000回未満で割れが発生した。
3)耐薬品性
学振試験機(綿(エタノール浸漬)、400g加重/スガ試験機(株))で、各サンプルの画像に対して一定回数の磨耗を実施し、画像が剥がれて被記録媒体表面が視認できるまでの回数を記録し、下記基準で評価した。3点以上が合格である。
5点 200回でも被記録媒体表面は視認できない。
4点 100回以上200回未満で被記録媒体表面が視認できる。
3点 50回以上100回未満で被記録媒体表面が視認できる。
2点 10回以上50回未満で被記録媒体表面が視認できる。
1点 10回未満で被記録媒体表面が視認できる。
4)密着性
JIS K 5066−5−6:1992に記載の手順で、各サンプルの画像に対してクロスカット試験を実施し、テープ側を目視で確認し、下記基準で評価した。
5点 テープに全く転写なし
4点 テープに粒状の転写があるが2個以下であり、テープに膜状の明確な転写がない。
3点 テープに粒状の転写があるが3個又は4個であり、テープに膜状の明確な転写がない。
2点 テープに粒状の転写があるが5個以上であり、テープに膜状の明確な転写はない。
1点 テープに膜状の明確な転写がある。
5)画像滲み
各実施例及び比較例の画像について、設定幅(500mm)と実際に形成された画像の幅とを比較して、下記の評価基準に従い画像の幅の増加分から画像滲みを評価した。なお、画像の幅の増加が小さいほど画像滲みが抑制されていると評価され、良好な結果となる。
5点 画像の幅の増加が0.1mm以下であった。
4点 画像の幅の増加が0.1mmを超え0.5mm以下であった。
3点 画像の幅の増加が0.5mmを超え1mm以下であった。
2点 画像の幅の増加が1mmを超え2mm未満であった。
1点 画像の幅の増加が2mm以上であった。
6)画像曇り
画像曇りが発生した場合は、色濃度(O.D)の低下が発生する。各サンプルの画像の色濃度を測定(SpectroEye、Xrite社製)し、下記基準で評価した。
5点 O.Dが1.8以上であった。
4点 O.Dが1.78以上1.8未満であった。
3点 O.Dが1.75以上1.78未満であった。
2点 O.Dが1.70以上1.75未満であった。
1点 O.Dが1.70未満であった。
7)バンディングムラ
10名の評価者による官能評価にて、各サンプルの画像についてバンディングムラ(帯状のムラ)の発生の有無を、下記基準で評価した。
5点 10名全員がバンディングムラなしと評価した。
4点 1名がバンディングムラありと評価した。
3点 2名がバンディングムラありと評価した。
2点 3名がバンディングムラありと評価した。
1点 4名以上がバンディングムラありと評価した。
Figure 0006563036

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表9〜表17より、実施例のインクジェット記録方法により得られた画像は、耐磨耗性及び屈曲性に優れることがわかる。
比較例1は着色インク加熱工程を有さないインクジェット記録方法により形成された画像であるため、耐磨耗性に劣る。さらに比較例1は、耐薬品性、密着、画像滲み、及び画像曇りにも劣る。
比較例3は無色インク加熱工程を有さないインクジェット記録方法により形成された画像であるため、耐磨耗性に劣る。さらに比較例3は、耐薬品性、密着、画像滲み、及び画像曇りにも劣る。
比較例4は無色インクが積層されていないため、耐磨耗性及び耐薬品性に劣る。
比較例6は無色インクが重合性化合物及び光重合開始剤を含まないため、形成された画像は耐磨耗性及び耐薬品性に劣る。
比較例7は無色インクが有機溶剤を含まないため、形成された画像は屈曲性に劣る。
2015年12月18日に出願された日本国特許出願2015−248004の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (10)

  1. 被記録媒体上に、インクジェットヘッドから着色剤有機溶剤、重合性化合物及び光重合開始剤を含む着色インクを吐出する着色インク吐出工程と、
    前記被記録媒体上に吐出された前記着色インクを、被記録媒体の表面温度を50℃以上100℃以下に保持して5秒以上加熱する着色インク加熱工程と、
    前記加熱後の着色インク上に、インクジェットヘッドから重合性化合物、光重合開始剤、及び有機溶剤を含む無色インクを吐出する無色インク吐出工程と、
    前記加熱後の着色インク上に吐出された前記無色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱工程と、
    前記加熱後の無色インクに活性エネルギー線を照射して無色インクを硬化させる無色インク硬化工程と、を有し、
    前記着色インクに含まれる前記重合性化合物は、少なくとも1種のアクリレート化合物を含み、前記着色インクに含まれる前記重合性化合物の全質量に対する単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が75質量%以上であり、
    前記無色インクに含まれる前記重合性化合物は、少なくとも1種のアクリレート化合物を含み、前記無色インクに含まれる前記重合性化合物の全質量に対する単官能アクリレート化合物及び2官能アクリレート化合物の合計質量が50質量%以上である、
    ンクジェット記録方法。
  2. 前記着色インクは、さらに重量平均分子量20,000以上100,000以下のポリマーを、着色インクの全質量に対して2質量%以上含む請求項1に記載のインクジェット記録方法。
  3. 前記着色インクは、前記重合性化合物として重量平均分子量1,000以上30,000以下のアクリレート化合物を着色インクの全質量に対して15質量%以上30質量%以下含む請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録方法。
  4. 前記無色インクは、さらに重量平均分子量20,000以上400,000以下のアクリル変性ポリオルガノシロキサンを無色インクの全質量に対して0.1質量%以上5質量%以下含む請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
  5. 前記無色インクに含まれる前記有機溶剤の含有量が、無色インクの全質量に対して50質量%以上85質量%以下である請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
  6. 前記無色インクに含まれる前記有機溶剤の沸点が、150℃以上250℃以下である請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
  7. 前記無色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(T)及び前記着色インクに含まれる有機溶剤の沸点Tbp(C)が下記式(1)の関係を満たす請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
    Tbp(C) ≦ Tbp(T) 式(1)
  8. 温度25℃における、前記着色インクの表面張力γ(C)及び前記無色インクの表面張力γ(T)が下記式(2)の関係を満たす請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
    γ(T) ≦ γ(C) 式(2)
  9. 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法を行うインクジェット記録装置であって、
    前記着色インクを被記録媒体上に吐出する着色インク吐出部と、
    前記被記録媒体上に吐出された着色インクを、被記録媒体の表面温度を50℃以上100℃以下に保持して5秒以上加熱する着色インク加熱部と、
    前記無色インクを前記加熱後の着色インク上に吐出する無色インク吐出部と、
    前記加熱後の着色インク上に吐出された無色インクを、被記録媒体の表面温度を40℃以上に保持して加熱する無色インク加熱部と、
    前記加熱後の無色インクを硬化させる活性エネルギー線を照射する無色インク硬化用照射部と、
    を備えたインクジェット記録装置。
  10. さらに加熱後の着色インクを硬化させる活性エネルギー線を照射する着色インク硬化用照射部を備えた請求項に記載のインクジェット記録装置。
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