JP6566187B2 - インク組成物及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク組成物及びインクジェット記録装置に関する。

従来から、インクジェット記録用ヘッドのノズルから吐出させた微小なインク組成物の液滴によって画像や文字を記録する、いわゆるインクジェット記録装置が知られている。例えば、特許文献１には、色材、有機溶剤、界面活性剤等の種々の成分を含むインクジェット用インク組成物が開示されている（特許文献１）。

一方、近年の画像の高画質化の要求から、高解像度のインクジェット記録用ヘッドの開発が広く行われている。例えば、インクジェット記録用ヘッドを高解像度とするために、ヘッドに備えられたノズルプレートのノズル孔を小径かつ高密度化している。ノズル孔の縮小及び高密度化は、ノズル孔に繋がる流路の径の縮小及び高密度化に繋がり、各ノズル孔からインク組成物が吐出されにくい傾向にある。

また、発色性及び定着性の良好な画像を形成するために、インク組成物中の顔料等の色材や色材定着用の樹脂固形分の濃度を高める傾向にある。インク組成物中の顔料や樹脂固形分の濃度が高まると、ノズル孔からインク組成物が吐出されにくい傾向にある。

特開２００６−２７１９３号公報

このように、高解像度化及び高画質化を実現するためのインクジェット記録装置において、インクの吐出安定性の確保が困難な現状にある。

本発明の一態様は、高解像度化及び高画質化を実現するためのインクジェット記録装置において、インクの吐出安定性を確保することができるインク組成物及びインクジェット記録装置を提供するものである。

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、極少量の水溶性ポリマーを添加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。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
[１]
２０℃で固化しない水溶性ポリマーからなる流動抵抗抑制剤を含み、
前記水溶性ポリマーの含有量は、インク組成物に対して０．０００１〜０．５質量％である、
インク組成物。
[２]
前記流動抵抗抑制剤は、４量体以上のポリマーからなる、[１]に記載のインク組成物。
[３]
前記水溶性ポリマーに相溶する溶媒をさらに含む、[１]又は[２]に記載のインク組成物。
[４]
前記溶媒は、前記水溶性ポリマーの構造の一部の１〜３量体を含む、[３]に記載のインク組成物。
[５]
前記水溶性ポリマーは、ポリグリセリンとポリエチレングリコールの少なくとも一方である、[１]〜[４]のいずれか１項に記載のインク組成物。
[６]
流動抵抗抑制剤となる水溶性ポリマー以外の水溶性ポリマーを含まない、[１]〜[５]のいずれか一項に記載のインク組成物。
[７]
[１]〜[６]のいずれか１項に記載のインク組成物と、
前記インク組成物を吐出するノズル孔を備えるヘッドと、
を有する、インクジェット記録装置。
[８]
前記ヘッドは、ピエゾ方式のヘッドである、[７]に記載のインクジェット記録装置。
[９]
前記ヘッドのノズル出口のノズル径以外に最も狭いインク流路幅が４０μｍ以下である[７]又は[８]に記載のインクジェット記録装置。
[１０]
前記ヘッドと記録媒体との相対速度が、０．５ｍ／ｓ以上である、[７]又は[８]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係る記録装置の概略構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの部分平面図（ａ）および部分断面図（ｂ）。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

１．インク組成物
本発明の一実施形態に係るインク組成物は、ノズルから吐出されるインク組成物であって、主たる溶媒が水の水系インクである。以下、本実施形態に係るインク組成物に含まれる成分について説明する。

１．１．流動抵抗抑制
インク組成物は、水溶性ポリマーからなる流動抵抗抑制剤を含み、水溶性ポリマーの含有量は、インク組成物に対して０．０００１〜０．５質量％である。好ましくは、水溶性ポリマーの含有量の上限が０．３質量％、より好ましくは０．１質量％、さらに好ましくは０．０８質量％である。水溶性ポリマーは、水に溶解するため、ほぼ透明になる。本願明細書において、水溶性ポリマーとは、樹脂の１０％水溶液の波長５００ｎｍの光透過率が５０％以上のものとする。樹脂の１０％水溶液には光透過率を妨げないものであれば界面活性剤や有機溶媒や浸透剤や保湿剤が添加されていても良い。含有率は１０％でなくとも１０％に換算した光透過率を用いても良い。その場合は３％〜５０％の含有量が好まれる。

水溶性ポリマーがインク組成物中に微量でも含まれていれば、トムズ効果により、インク組成物の流動抵抗を低下させることができる。トムズ効果とは、液体に少量の高分子物質を添加したときに液体摩擦抵抗が低減する効果である。上述した水溶性ポリマーの含有量の下限は、トムズ効果を発揮するために必要な最小限の含有量である。上述した水溶性ポリマーの含有量の上限は、水系インクの粘度上昇による流動抵抗の増大を抑制するために規定したものである。

ここで、従来のインク組成物には、水溶性ポリマーからなる顔料分散剤や保湿剤が含まれているものがあるが、本発明の流動抵抗抑制剤は、これらの顔料分散剤や保湿剤とは明確に区別できる。すなわち、顔料分散剤や保湿剤は、その機能を果たすために、通常、インク組成物に対して数％以上含まれているが、本発明に係る流動抑制剤の添加量は０．５質量％以下であり、顔料分散剤や保湿剤としての機能を発揮するものではない。

流動抵抗抑制剤は、室温（２０℃）で固化しない水溶性ポリマーからなることが好ましい。室温（２０℃）で固化しない水溶性ポリマーとは、融点が２０℃以上の水溶性ポリマーのことである。水分除去が困難などで正確な融点が測定できない場合は、水分を３％以下に除去した状態で２０℃においてゆっくりでも流動する水溶性ポリマーであれば室温（２０℃）で固化しない水溶性ポリマーであるといえる。室温で固化する水溶性ポリマーであると、乾燥しやすいノズル付着して固化しやすくなるため、吐出安定性が低下する。室温で固化しない水溶性ポリマーであると、吐出安定性が確保できる。また、従来のインク組成物には、室温で固化する水溶性ポリマーからなる定着樹脂が含まれているものがあるが、本発明の流動抵抗抑制剤は、定着樹脂とは異なることを明確にする趣旨である。これにより、インクの粘度の上昇を引き起こすことなく、インク組成物の流動抵抗を低下させることができる。

流動抵抗抑制剤は、好ましくは二量体以上のポリマーからなり、より好ましくは４〜１２０００量体のポリマーからなり、さらに好ましくは５〜１００量体のポリマーからなる。これにより、インク組成物の粘度の上昇を抑制しつつ、インク組成物の流動抵抗を抑制することができる。

流動抵抗剤としての室温で固化しない水溶性ポリマーとしては、ポリグリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールが挙げられる。このうち、ポリグリセリンとポリエチレングリコールの少なくとも一方を採用することが好ましい。

本実施形態に係るインク組成物を、ピエゾ方式を採用し、ヘッドのノズルの出口以外に最も狭いインク流路幅が５０μｍ以下の時に、上記水溶性ポリマーの流動抵抗抑制効果が大きく発揮される。４０μｍ以下の時に、上記水溶性ポリマーの流動抵抗抑制効果がさらに大きく発揮される。インク流路幅が３０μｍ以下の時に、上記水溶性ポリマーの流動抵抗抑制効果がより大きく発揮される。インク流路の狭いヘッドに用いた場合、インク組成物中に含まれる流動抵抗抑制剤の作用により、流動抵抗に起因した吐出不良が発生しにくくなる。ピエゾ方式では、ピエゾ素子に電圧を加えて流路を変形させることでインクを管外へと吐出させる。ピエゾ方式は、サーマル方式と比べて、高速で流体を往復動作させる距離が長いことから、流動抵抗が大きくなる傾向にある。近年のインクジェットの高密度高精度化によりノズルに連結する流路の幅も狭くなり、その結果、流動抵抗が大きくなる傾向にある。本実施形態に係る流動抵抗抑制剤は、ピエゾ方式のヘッドに用いられるインク組成物に添加されることにより、インク組成物の吐出安定性に効果的に寄与する。

また、本発明のインクがヘッド流路内部を高速流動するパラメータとして、印字速度がある。印字速度が速いほどインクは高速流動する。それは、ヘッドと印字媒体の相対速度が０．５ｍ／ｓ以上の時により本発明の効果があることを見出した。

１．２．水溶性有機溶剤
インク組成物は、水溶性ポリマーに相溶する溶媒（水溶性有機溶剤）をさらに含む。水溶性有機溶剤は、流動抵抗剤である水溶性ポリマーの構造の一部の１〜３量体を含むことが好ましい。水溶性有機溶剤は、室温（２０℃）で液体の有機溶剤であることが好ましい。

水溶性ポリマーがポリグリセリン又はペンタエチレングリコールの場合には、水溶性有機溶剤として、グリセリン又はトリエチレングリコールを採用することが好ましい。

また、水溶性有機溶剤は、インク組成物の全量に対して、１〜３０％含むことが好ましい。

１．３．その他の成分
本実施形態に係るインク組成物は、上記以外の成分を含有してもよい。以下、インク組成物に添加可能な成分について、具体的に説明する。

１．３．１．その他の水溶性有機溶剤
本実施形態に係るインク組成物は、上記水溶性有機溶剤以外のその他の水溶性有機溶剤を含有してもよい。

その他の水溶性有機溶剤としては、例えば、多価アルコール類、ピロリドン誘導体等が挙げられる。その他の水溶性有機溶剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。

多価アルコール類としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，２−ペンタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ヘプタンジオール、１，２−オクタンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。これらの多価アルコールは、インク組成物の乾燥を防止し、ノズルにおける目詰まりを防止する効果がある。

ピロリドン誘導体としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−エチル−２−ピロリドン、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、５−メチル−２−ピロリドン等が挙げられる。

１．３．２．界面活性剤
本実施形態に係るインク組成物は、界面活性剤を含有してもよい。インク組成物に界面活性剤を含有させることにより、表面張力および、ノズル等のインクと接触するプリンター部材との界面張力を適正に保つことができる。したがって、これをインクジェット記録装置に用いた場合、吐出安定性を高めることができる。また、記録媒体上でインクの濃淡ムラや滲みを生じないように均一に濡れ拡げる効果を有する。

このような効果を有する界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤であることが好ましい。ノニオン系界面活性剤の中でも、シリコーン系界面活性剤および／またはアセチレングリコール系界面活性剤がより好ましい。

シリコーン系界面活性剤としては、ポリシロキサン系化合物等が好ましく用いられ、ポリエーテル変性オルガノシロキサン等が挙げられる。より詳しくは、ＢＹＫ−３０６、ＢＹＫ−３０７、ＢＹＫ−３３３、ＢＹＫ−３４１、ＢＹＫ−３４５、ＢＹＫ−３４６、ＢＹＫ−３４８（以上商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社製）、ＫＦ−３５１Ａ、ＫＦ−３５２Ａ、ＫＦ−３５３、ＫＦ−３５４Ｌ、ＫＦ−３５５Ａ、ＫＦ−６１５Ａ、ＫＦ−９４５、ＫＦ−６４０、ＫＦ−６４２、ＫＦ−６４３、ＫＦ−６０２０、Ｘ−２２−４５１５、ＫＦ−６０１１、ＫＦ−６０１２、ＫＦ−６０１５、ＫＦ−６０１７（以上商品名、信越化学株式会社製）等が挙げられる。シリコーン系界面活性剤を含有する場合には、その含有量が、インク組成物の全質量に対して、０．１質量％以上２質量％以下であることが好ましい。

アセチレングリコール系界面活性剤として、たとえばサーフィノール１０４、１０４Ｅ、１０４Ｈ、１０４Ａ、１０４ＢＣ、１０４ＤＰＭ、１０４ＰＡ、１０４ＰＧ−５０、１０４Ｓ、４２０、４４０、４６５、４８５、ＳＥ、ＳＥ−Ｆ、５０４、６１、ＤＦ３７、ＣＴ１１１、ＣＴ１２１、ＣＴ１３１、ＣＴ１３６、ＴＧ、ＧＡ、ＤＦ１１０Ｄ（以上全て商品名、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ． Ｉｎｃ．社製）、オルフィンＢ、Ｙ、Ｐ、Ａ、ＳＴＧ、ＳＰＣ、Ｅ１００４、Ｅ１０１０、ＰＤ−００１、ＰＤ−００２Ｗ、ＰＤ−００３、ＰＤ−００４、ＥＸＰ．４００１、ＥＸＰ．４０３６、ＥＸＰ．４０５１、ＡＦ−１０３、ＡＦ−１０４、ＡＫ−０２、ＳＫ−１４、ＡＥ−３（以上全て商品名、日信化学工業株式会社製）、アセチレノールＥ００、Ｅ００Ｐ、Ｅ４０、Ｅ１００（以上全て商品名、川研ファインケミカル株式会社製）等が挙げられる。アセチレングリコール系界面活性剤を含有する場合には、その含有量が、インク組成物の全質量に対して、０．１質量％以上２質量％以下であることが好ましい。

なお、上記以外の界面活性剤として、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤等をさらに添加してもよい。

１．３．３．水
本実施形態に係るインク組成物は、水を含有することが好ましい。水は、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水または超純水を用いることが好ましい。特に、これらの水を、紫外線照射または過酸化水素添加等により滅菌処理した水は、長期間に亘ってカビやバクテリアの発生が防止されるので好ましい。

１．３．４．着色剤
本実施形態に係るインク組成物は、着色剤を含有してもよい。着色剤としては、特に限定されないが、例えば、染料、顔料、光輝性顔料、白色系色材等が挙げられる。

着色剤の含有量は、インク組成物全質量に対して、好ましくは１質量％以上２０質量％以下であり、より好ましくは１質量％以上１５質量％以下である。

染料および顔料は、米国特許出願公開２０１０／００８６６９０号明細書、米国特許出願公開２００５／０２３５８７０号明細書、国際公開第２０１１／０２７８４２に記載されているもの等を好適に用いることができる。染料および顔料のうち、顔料を含むことが一層好ましい。顔料は、耐光性、耐候性、耐ガス性などの保存安定性の観点から有機顔料であることが好ましい。顔料を含むインク組成物は、粘度が高くなる傾向にあることから、本実施形態に係る流動抵抗抑制剤を含むことにより、その流動抵抗を下げることができ、吐出安定性を向上させることができる。

具体的には、顔料は、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾレーキ、キレートアゾ顔料などのアゾ顔料、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、キノフタロン顔料などの多環式顔料、染料キレート、染色レーキ、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料などが用いられる。上記顔料は、１種単独でも、２種以上併用して用いることもできる。

また、染料としては、例えば、直接染料、酸性染料、食用染料、塩基性染料、反応性染料、分散染料、建染染料、可溶性建染染料、反応分散染料等の通常インクジェット記録に使用する各種染料を使用することができる。

白色系色材としては、例えば金属酸化物、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等が挙げられる。金属酸化物としては、例えば二酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等が挙げられる。また、白色系色材には、中空構造を有する粒子を含み、中空構造を有する粒子としては、特に限定されるものではなく、公知のものを用いることができる。中空構造を有する粒子としては、例えば、米国特許第４，８８０，４６５号などの明細書に記載されている粒子を好ましく用いることができる。

本実施形態のインク組成物に含有される光輝性顔料としては、媒体に付着されたときに光輝性を呈しうるものであれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、クロム、錫、亜鉛、インジウム、チタン、および銅からなる群より選択される１種または２種以上の合金や、パール光沢を有するパール顔料を挙げることができる。パール顔料の代表例としては、二酸化チタン被覆雲母、魚鱗箔、酸塩化ビスマス等の真珠光沢や干渉光沢を有する顔料が挙げられる。また、光輝性顔料は、水との反応を抑制するための表面処理が施されていてもよい。インク組成物が、光輝性顔料を含むことにより、優れた光輝性を有する画像を形成することができる。

１．３．５．その他の成分
本実施形態に係るインク組成物は、樹脂を含有してもよい。樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、フルオレン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ロジン変性樹脂、テルペン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル系樹脂等の公知の樹脂や、ポリオレフィンワックス等が挙げられる。これらの樹脂は、１種単独または２種以上組み合わせて用いることができる。これらの樹脂は、インク組成物の記録媒体に対する定着性や耐擦性を向上させたり、インク組成物中における着色剤の分散性を向上させたりすることができる。

本実施形態に係るインク組成物は、さらに、ｐＨ調整剤、防腐剤・防かび剤、防錆剤、キレート化剤等を含有することができる。本実施形態に係る第１インクは、これらの化合物を含有していると、その特性がさらに向上する場合がある。

ｐＨ調整剤としては、例えば、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等が挙げられる。

防腐剤・防かび剤としては、例えば、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、１，２−ジベンジソチアゾリン−３−オン等が挙げられる。市販品では、プロキセルＸＬ２、プロキセルＧＸＬ（以上商品名、アビシア社製）や、デニサイドＣＳＡ、ＮＳ−５００Ｗ（以上商品名、ナガセケムテックス株式会社製）等が挙げられる。

防錆剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。

キレート化剤としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸およびそれらの塩類（エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム塩等）等が挙げられる。

本実施形態に係るインク組成物は、従来公知の装置、例えば、ボールミル、サンドミル、アトライター、バスケットミル、ロールミルなどを使用して、従来の顔料インクと同様に調製することができる。調製に際しては、メンブランフィルターやメッシュフィルター等を用いて粗大粒子を除去することが好ましい。

本実施形態に係るインク組成物は、流動抵抗抑制剤となる水溶性ポリマー以外の水溶性ポリマーを含まないインク組成物であってもよい。このようなインク組成物は、トムズ効果を発現する水溶性ポリマーを含まないことから、流動抵抗抑制剤による流動抵抗抑制効果が非常に高いものとなる。

本実施形態に係るインク組成物の固形分の含量は、３質量％以上であることが好ましく、６質量％以上であることがより好ましい。このような固形分は２０℃で個体の顔料や固体樹脂などでありその総量としての固形分含量の高いインク組成物に流動抵抗抑制剤を使用することにより、インクの吐出安定性を向上させることができる。

本実施形態に係るインク組成物の２０℃における粘度は、３ｍＰａ・ｓ以上１０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、３ｍＰａ・ｓ以上６ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。このような粘度の高いインク組成物に流動抵抗抑制剤を使用することにより、インクの吐出安定性を向上させることができる。インク組成物の粘度は、振動式粘度計ＶＭ−１００ＡＬ（山一電機株式会社製）を用いて、インク組成物の温度を２０℃に保持することで測定できる。

２．記録媒体
記録媒体としては、例えば、吸収性又は非吸収性の記録媒体が挙げられる。特に、本発明は、インクの浸透が困難な非吸収性記録媒体から、インクの浸透が容易な吸収性記録媒体まで、様々な吸収性能を持つ記録媒体に幅広く適用できる。

吸収性記録媒体としては、特に限定されないが、特に布帛のような高い吸収性の記録媒体であることが好ましい。布帛としては、以下に限定されないが、例えば、絹、綿、羊毛、ナイロン、ポリエステル、及びレーヨン等の天然繊維又は合成繊維が挙げられる。

非吸収性記録媒体としては、特に限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチック類のフィルムやプレート、鉄、銀、銅、アルミニウム等の金属類のプレート、又はそれら各種金属を蒸着により製造した金属プレートやプラスチック製のフィルム、ステンレスや真鋳等の合金のプレート等が挙げられる。また、非吸収性記録媒体としては、シリカ粒子やアルミナ粒子から構成されたインク吸収層、あるいは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）等の親水性ポリマーから構成されたインク吸収層が形成されていないものが好ましい。

３．インクジェット記録装置
３．１．装置構成
本発明の一実施形態に係る記録装置としては、例えば、図１に示すようなインクジェットプリンター（以下、単に「プリンター」ともいう。）が挙げられる。なお、本発明に係る記録装置は、以下の態様に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る記録装置（プリンター１）の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、プリンター１は、インクジェット記録ヘッド２（以下、単に「ヘッド２」ともいう。）を搭載すると共にインクカートリッジ３を着脱可能に装着するキャリッジ４と、ヘッド２の下方に配設され記録媒体６が搬送されるプラテン５と、キャリッジ４を記録媒体６の媒体幅方向（主走査方向Ｓ）に移動させるキャリッジ移動機構７と、記録媒体６を媒体送り方向に搬送する媒体送り機構８と、を有するものである。加えて、プリンター１は、当該プリンター１全体の動作を制御する制御部ＣＯＮＴを有している。

インクカートリッジ３は、独立した複数のカートリッジからなり、カートリッジ毎にインクが充填されている。

本実施形態に係るプリンター１としては、インクカートリッジ３をキャリッジ４に搭載した、いわゆるオンキャリッジタイプのプリンターを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、インクが充填された容器（例えば、インクパック、インクカートリッジ等）をプリンター１の筐体等に装着して、インク供給チューブを介してヘッド２に供給する、いわゆるオフキャリッジタイプのプリンターであってもよい。

図２は、ヘッド２の概略構成を示す分解斜視図であり、図３（ａ）はヘッド２の部分平面図、図３（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ’断面図である。

図２の例では、ヘッド２は、流路形成基板１０と、ノズルプレート２０と、圧電アクチュエーター２００と、保護基板３０と、を有している。

流路形成基板１０は、インクが流通する流路を形成する。流路形成基板１０は、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。

（流路形成基板）
流路形成基板１０は、ヘッド２が組み立てられることによって、圧力発生室１２、連通室１３およびインク供給路１４となる空間を備えている。圧力発生室１２、連通室１３、インク供給路１４となる空間は、例えば、流路形成基板１０を公知のエッチング手段でエッチングして貫通させることにより得られる。なお、請求項におけるインク流路は、図２〜図３の例では、圧力発生室１２、インク供給路１４、およびノズル開口部２１（後述）に相当する。

圧力発生室１２は、第１方向に沿って複数配列しており、隔壁１１によって区画されている。図２〜図３の例では、圧力発生室１２は、第１方向と直交する方向（図２における第２方向）に延びる直方体形状であるが、これに限定されず、例えば平行六面体や台形柱であってもよい。圧力発生室１２は、後述する圧電アクチュエーター２００のたわみ変形によって、その容積が変化する。

インク供給路１４は、第１方向に沿って複数配列しており、隔壁１１によって区画されている。インク供給路１４の一方側は、圧力発生室１２と連通しており、インク供給路１４の他方側は、連通室１３と連通している。

図２に示すように、一つの圧力発生室１２には、一つのインク供給路１４が対応していることが好ましい。なお、インク供給路が１つであれば、吐出安定性の課題は生じやすいが、本願発明を適用することによって、当該課題を良好に解決することができる。

また、図２の例では、インク供給路１４は、圧力発生室１２における第１方向と鉛直方向を含む断面のうち、第１方向の一方側に偏って設けられているが、この配置に限定されるものではない。例えば、インク供給路１４は、圧力発生室１２における第１方向と鉛直方向を含む断面のうち、第１方向における中央に設けられていてもよい。

連通室１３は、圧力発生室１２の外側の領域であって、第１方向に沿って設けられている。連通室１３は、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して、圧力発生室１２と連通している。すなわち、連通室１３に流入したインクは、インク供給路１４毎に分岐して、インク供給路１４を経由して、圧力発生室１２に流入する。

また、連通室１３は、保護基板３０と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１２０を形成する。

なお、図１に示すように、流路形成基板１０の圧力発生室１２、インク供給路１４、連通室１３の表面には、インクによる腐食を低減するために、保護膜１００が設けられていてもよい。保護膜１００の材質としては、例えば、窒化シリコン等の窒化膜、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の酸化膜等が挙げられる。

本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、好ましくは、ヘッドのノズルの出口（ノズル開口部２１）以外に最も狭いインク流路幅が５０μｍ以下である。例えば、インク供給路１４のノズル配列方向（第１方向）における流路幅が、５０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、特に好ましくは３０μｍ以下の場合に、インク組成物中に含まれる流動抵抗抑制剤の作用により、流動抵抗に起因した吐出不良が発生しにくくなる。

（ノズルプレート）
ノズルプレート２０は、流路形成基板１０の一方の面に、接着剤や熱溶着フィルム等からなる接着層１１０（図３（ｂ）参照）によって固着されている。

ノズルプレート２０には、第１方向に沿ってノズル開口部２１が複数穿設されている。ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板またはステンレス鋼などからなる。これらの中でも、ノズル開口部を高密度化できるという点から、ノズルプレートがシリコン単結晶基板からなることが好ましい。

ノズル開口部２１は、圧力発生室１２毎に対応して連通して設けられている。ノズル開口部２１は、第１方向に沿って、１インチ（縦および横）あたり３００個以上設けられていることが好ましく（つまり、縦および横のノズル解像度が、それぞれ、３００ｄｐｉ以上であること）、より好ましくは１インチあたり３６０個以上である。ノズル解像度（縦および横）が３００ｄｐｉ以上であることで、高画質の画像が得られる。一方、高密度化したインクジェット記録ヘッドの場合、吐出安定性の課題が生じやすいが、本願発明を適用することによって吐出安定性を良好にすることができる。

ノズル開口部２１の形状としては、特に限定されないが、例えばインクの吐出方向に延びる柱体（例えば、円柱、円錐台、多角柱、楕円柱等）や、体積の異なる柱体を組み合わせた形状等が挙げられる。これらの中でも、円柱、円錐台、およびこれらを組み合わせた形状であることが好ましい。

インクの吐出方向に直交するノズル開口部の断面の形状は、例えば、円形、楕円形、多角形等のいずれでもよいが、インクの詰まり等を抑制する観点から、円形または楕円形であることが好ましい。なお、図２の例では、インクの吐出方向に直交するノズル開口部の断面の形状が円形である。

（圧電アクチュエーター）
圧電アクチュエーター２００は、流路形成基板１０の他方の面（つまり、ノズルプレートが設けられた面とは反対側の面）に設けられている。圧電アクチュエーター２００は、振動板５３と駆動手段である圧電素子３００とを備えている。

振動板５３は、弾性膜５０（例えば、厚み約１．０μｍであり、窒化シリコン等からなる）と、弾性膜５０上に形成された絶縁体膜５５（例えば、厚み約０．３５μｍであり、酸化ジルコニウムからなる）と、を備えている。

圧電素子３００は、振動板５３を介して圧力発生室１２と対向する領域に形成されている。具体的には、圧電体能動部（上電極８０および下電極６０への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分）が、圧力発生室１２毎に設けられていればよい。

絶縁体膜５５上には、下電極６０（例えば、厚み約０．１〜０．２μｍ）と、圧電体層７０（例えば、厚み約０．２〜５μｍ）と、上電極８０（例えば、厚み約０．０５μｍ）と、を有する圧電素子３００が形成されている。

下電極６０には、白金、イリジウム、およびこれらの合金等の材料を用いることができる。上電極８０には、アルミニウム、金、ニッケル、白金、イリジウム等の金属およびこれらの合金や、導電性酸化物等の材料を用いることができる。圧電体層７０には、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いることができる。

なお、一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。実施形態では、下電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。

また、圧電アクチュエーター２００は、リード電極９０を備えている。各圧電素子３００の上電極８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。

（保護基板）
保護基板３０は、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有しており、圧電素子３００に対向する領域に接着剤等により接合されている。

圧電素子保持部３１は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保できればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

保護基板３０には、連通室１３に対向する領域にリザーバー部３２が設けられており、このリザーバー部３２は、流路形成基板１０の連通室１３と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１２０を構成している。

さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とマニホールド１２０との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極６０の一部およびリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極６０およびリード電極９０には、図示しない駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。

保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料、シリコン単結晶基板等を用いるのが好ましい。

保護基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム（例えば、厚み６μｍ）からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３２の一方面が封止されている。

また、固定板４２は、金属等の硬質の材料、例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等で形成される。この固定板４２のマニホールド１２０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１２０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

（インクの吐出機構）
ヘッド２では、インク供給手段からインクを取り込み、マニホールド１２０からノズル開口部２１に至るまでをインクで満たした後、駆動ＩＣからの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極６０と上電極８０との間に電圧が印加される。電圧の印加によって、弾性膜５０および圧電体層７０がたわみ変形（たわみ振動）し、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口部２１からインク滴が吐出する。このようにして、記録媒体上にインク滴が付着して、画像の記録された記録物が得られる。

４．インクジェット記録方法
本発明の一実施形態は、インクジェット記録方法に係る。当該インクジェット記録方法（以下、単に「記録方法」ともいう。）は、上記実施形態のインクを用いて記録するものである。

好ましい態様として、ヘッドに対する記録媒体の相対速度が０．５ｍ／ｓｅｃ以上の印刷装置に適する。すなわち、キャリッジでヘッドを移動するタイプでは、キャッリジ速度が０．５ｍ／ｓｅｃ以上であればよく、固定ヘッド（ラインヘッド）の場合では、記録媒体の搬送速度が０．５ｍ／ｓｅｃ以上であればよい。このように、相対速度が０．５ｍ／ｓｅｃ以上のインクジェット装置を用いた印刷」とは、ヘッド及び被記録媒体のうち少なくとも一方が移動しながら被記録媒体にインクを吐出する際の、当該移動の相対速度が０．５ｍ／ｓ以上である印刷を意味する。

相対速度が０．５ｍ／ｓｅｃ以上の高速印刷になると、着弾ずれの影響が顕著となる。具体的には、着弾ずれが起こるとインク滴同士の接触が起こり、ブリーディングが発生する場合がある。上記実施形態のインクセットを用いることで、上述のとおり耐ブリード性が優れたものとなるため、相対速度が０．５ｍ／ｓｅｃ以上の高速印刷であってもブリーディングが抑制された記録物を得ることができる。

４．実施例
以下、本発明を実施例および比較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に限定されるものではない。

４．１．インク組成物の調製
下記の表１に従って各成分を混合して、インク組成物を調製した。

４．２．インクジェットプリンター
以下の評価試験にあたって、インクジェットプリンターＰＸ−Ｇ９３０（セイコーエプソン株式会社製）を用いた。インクジェットププリンタのヘッドとインクと印字条件を実施例のように変えて実験を行った。

上記のプリンターの専用インクカートリッジに表１に記載のインク組成物を充填して、当該インクカートリッジをプリンターのフォトブラック列に装着し、これ以外のノズル列には市販のインクカートリッジを装着した。なお、ブラック列以外に装着した市販のインクカートリッジは、ダミーとして用いるものであり、本実施例の評価では使用しないので、本発明の効果に関与するものではない。

４．３．吐出安定性の評価試験
４．３．１．評価サンプルの作製
上記のプリンターを用いて、温度５℃、２５℃、４０℃の雰囲気下で、写真用紙（商品名「写真用紙＜光沢＞」、セイコーエプソン株式会社製、Ａ４サイズ）に１００枚連続して印刷を行い、ベタパータン画像が印刷された記録物（評価サンプル）を得た。なお、印刷条件は、画像解像度１４４０×１４４０ｄｐｉ、Ｄｕｔｙ１００％とした。印字速度はヘッドの動作速度を０．４〜１．１ｍ／ｓの間で変更した。

ここで、「Ｄｕｔｙ値」とは、下式で算出される値である。

ｄｕｔｙ（％）＝実吐出ドット数／（縦解像度×横解像度）×１００
（式中、「実吐出ドット数」は単位面積当たりの実吐出ドット数であり、「縦解像度」および「横解像度」はそれぞれ単位方向当たりの解像度である。）

４．３．２．評価試験１
得られた評価サンプルを目視にて観察して、印字乱れの有無を確認することで、インクの吐出安定性を評価した。評価基準は、次の通りである。また、評価結果を表１に併せて示す。
◎：印字乱れが全くない
○：印字乱れが１カ所ある
△：印字乱れが２カ所〜５カ所ある
×：印字乱れが６カ所以上ある

４．３．３．評価試験２
得られた評価サンプルを顕微鏡で観察して、印字着弾精度を評価した。評価基準は、次の通りである。また、評価結果を表１に併せて示す。
○：着弾精度２０μｍ未満
△：着弾精度４０μｍ未満
×：着弾精度４０μｍ以上

４．４．評価結果
表１に示すように、実施例のインク組成物は、いずれも、吐出安定性に優れ、かつ着弾精度にも優れていることが示された。

１…プリンター、２…ヘッド、３…インクカートリッジ、４…キャリッジ、５…プラテン、６…記録媒体、７…キャリッジ移動機構、８…媒体送り機構、１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１３…連通室、１４…インク供給路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口部、３０…保護基板、３１…圧電素子保持部、３２…リザーバー部、３３…貫通孔、４０…コンプライアンス基板、４１…封止基板、４２…固定板、４３…開口部、５０…弾性膜、５３…振動板、５５…絶縁体膜、６０…下電極、７０…圧電体層、８０…上電極、９０…リード電極、１００…保護膜、１１０…接着層、１２０…マニホールド、２００…圧電アクチュエーター、３００…圧電素子

Claims (6)

1. ２０℃で固化しない水溶性ポリマーからなる流動抵抗抑制剤と、
   水溶性有機溶剤と、を含み、
   前記水溶性ポリマーの含有量は、インク組成物に対して０．０００１〜０．１質量％であり、
   前記流動抵抗抑制剤は、４量体以上のポリマーであるポリグリセリン（Ｎ＝５〜１００）、またはペンタエチレングリコールからなり、
   前記水溶性有機溶剤は、前記水溶性ポリマーの構造の一部の１〜３量体を含む、
   インク組成物。
2. 流動抵抗抑制剤となる水溶性ポリマー以外の水溶性ポリマーを含まない、
   請求項１に記載のインク組成物。
3. 請求項１又は２に記載のインク組成物と、
   前記インク組成物を吐出するノズル孔を備えるヘッドと、
   を有する、インクジェット記録装置。
4. 前記ヘッドは、ピエゾ方式のヘッドである、
   請求項３に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記ヘッドのノズル出口のノズル径以外に最も狭いインク流路幅が４０μｍ以下である
   請求項３又は４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記ヘッドと記録媒体との相対速度が、０．５ｍ／ｓ以上である、
   請求項３又は４に記載のインクジェット記録装置。

Images