JP6812138B2 - 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
本発明のインクジェット記録方法は、大気連通部を有する第1インク収容部、第2インク収容部、及び記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を使用し、水性インクを前記記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方法である。そして、第1インク収容部のインク最大収容量V1(mL)は、第2インク収容部のインク最大収容量V2(mL)に対する比率で、3.0倍以上50.0倍以下である。また、第2インク収容部に収容されたインクの温度T2(℃)は、第1インク収容部に収容されたインクの温度T1(℃)よりも高い。さらに、水性インクは、色材、及びグリフィン法により求められるHLB値が8.0以上の界面活性剤を含有する。以下、本発明のインクジェット記録方法及びそれに用いるインクジェット記録装置の詳細について、図面を参照しつつ説明する。
本発明のインクジェット記録方法では、水性インクを記録ヘッドの吐出口から吐出して記録媒体に画像を記録する。水性インクは、色材、及びグリフィン法により求められるHLB値が8.0以上である界面活性剤を含有する。以下、水性インクに含有させる成分について説明する。
色材としては、顔料や染料を用いることができる。水性インク中の色材の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下であることがさらに好ましい。
水性インクには、グリフィン法により求められるHLB値が8.0以上の界面活性剤を含有させる。HLB値が8.0未満であると、長期間に渡ってインクを吐出させた場合に生じる吐出性の低下を抑制することができない。HLB値は19.5以下であることが好ましく、18.0以下であることがさらに好ましい。グリフィン法によるHLB値は、下記式(1)より算出することができる。グリフィン法により求められるHLB値は、ノニオン性界面活性剤の親水性や親油性の程度を表す物性値であり、0.0乃至20.0の値をとる。HLB値が小さいほど親油性が高く、HLB値が大きいほど親水性が高い。
水性インクには樹脂を含有させることができる。水性インク中における樹脂の状態は、水性媒体に溶解した状態であってもよく、水性媒体中に樹脂粒子として分散した状態であってもよい。本発明において樹脂が水溶性であることとは、当該樹脂を酸価と当量のアルカリで中和した場合に、動的光散乱法などの測定方法により、粒径を測定しうる粒子を形成しないものであることとする。なかでも、酸価が40mgKOH/g以上の樹脂を用いることが好ましい。また、水溶性樹脂中のアニオン性基は、塩を形成していてもよい。塩を形成するカチオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属のカチオン;アンモニウムイオン(NH4 +);ジメチルアミン、トリエタノールアミンなどの有機アンモニウムのカチオンなどが挙げられる。なお、樹脂の酸価は300mgKOH/g以下であることがこのましい。アクリル樹脂を用いる場合は、酸価が250mgKOH/g以下であることが好ましく、240mgKOH/g以下であることがさらに好ましい。また、ウレタン樹脂を用いる場合は、酸価が200mgKOH/g以下であることが好ましく、160mgKOH/g以下であることがさらに好ましい。
本発明者らは、インク中の溶存ガス量が多くなりやすい状況であっても、気泡を発生させにくくすることによって、吐出性をより安定に維持するための手法について検討を行った。その結果、気泡の発生を抑制するためには、インクの界面付近に界面活性剤をできるだけ存在させないようにする必要があり、この状態は、界面活性剤の分子を、水性インクの主たる液媒体である水分子に近づきやすくすることによって達成されることがわかった。そして、これを達成するための材料について本発明者らが検討を行った結果、後述する一般式(I)で表される化合物が有効であることを見出した。
R1及びR2のヒドロキシアルキル基の炭素数は、1乃至5が好ましく、1乃至3がさらに好ましい。R1及びR2のヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシn−プロピル基、ヒドロキシイソプロピル基、ヒドロキシn−ブチル基、ヒドロキシイソブチル基、ヒドロキシペンチル基などが挙げられる。なかでも、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基が好ましい。R3のアルキル基の炭素数は、1乃至3が好ましい。R3のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基などが挙げられる。なかでも、メチル基が好ましい。
水性インクには、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を含有させることができる。使用可能な水溶性有機溶剤としては、アルコール類、(ポリ)アルキレングリコール類、グリコールエーテル類、含窒素化合物類、含硫黄化合物類などのインクジェット用のインクに使用可能なものが挙げられる。これらの水溶性有機溶剤は、1種又は2種以上を用いることができる。水性インク中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、3.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましい。この含有量は、一般式(I)で表される化合物を用いる場合は、その含有量を含む値である。また、水としては、脱イオン水やイオン交換水を用いることが好ましい。水性インク中の水の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、50.0質量%以上95.0質量%以下であることが好ましい。
水性インクには、上記成分の他に、尿素、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンなどの常温で固体の水溶性有機化合物を含有させてもよい。水性インク中の水溶性有機化合物の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。また、必要に応じて所望の物性値を有する水性インクとするために、その他の界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤などの種々の添加剤を含有させてもよい。
水性インクは、インクジェット方式に適用されるため、その物性値を適切に制御することが好ましい。具体的には、25℃におけるインクの表面張力は、25mN/m以上45mN/m以下であることが好ましい。また、25℃におけるインクの粘度は、1.0mPa・s以上5.0mPa・s以下であることが好ましく、1.0mPa・s以上4.0mPa・s以下であることがさらに好ましい。25℃におけるインクのpHは、5.0以上10.0以下であることが好ましく、7.0以上9.0以下であることが好ましい。
(顔料分散液1)
イオン交換水500g、及び顔料(カーボンブラック、商品名「ブラックパールズ880」、キャボット製)15.0gを混合し、回転数15,000rpmで30分間撹拌して、顔料を予備湿潤した。さらにイオン交換水4,485gを加えて、高圧ホモジナイザーで分散して分散液を得た。得られた分散液を高圧容器に移して、圧力3.0MPaで加圧しながら、オゾン濃度100ppmのオゾン水を高圧容器内に導入して、顔料を酸化処理した。高圧容器から混合物を取り出し、水酸化ナトリウム水溶液を添加して、液体のpHを10.0に調整した後、適量のイオン交換水を添加して、顔料の含有量を調整して、顔料分散液1を得た。顔料分散液1には、カウンターイオンがナトリウムであるカルボン酸基が粒子表面に直接結合した自己分散顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%であった。
水5.5gに濃塩酸70.6mmolを溶かした溶液を温度5℃に冷却し、4−アミノフタル酸9.8mmolを加えた。この溶液の入った容器をアイスバスに入れて液を撹拌し、溶液を常に10℃以下に保った状態とした。これに、5℃の水9.0gに亜硝酸ナトリウム24.9mmolを溶かした溶液を加えた。さらに15分間撹拌後、顔料6.0gを撹拌下で加えた。顔料としては、カーボンブラック(商品名「ブラックパールズ880」、キャボット製)を用いた。その後、さらに15分間撹拌してスラリーを得た。得られたスラリーをろ紙(商品名「標準用濾紙No.2」、アドバンテック製)でろ過した後、十分に水洗し、温度110℃のオーブンで乾燥させて自己分散顔料を得た。イオン交換水を用いて顔料の含有量を調整して、顔料分散液2を得た。顔料分散液2には、カウンターイオンがナトリウムであるフタル酸基が粒子表面に結合した自己分散顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%であった。
顔料7.0g、((4−アミノベンゾイルアミノ)−メタン−1,1−ジイル)ビスホスホン酸の一ナトリウム塩14.0mmol、硝酸40.0mmol、及び純水200.0mLを混合した。顔料としては、C.I.ピグメントブルー15:3を用いた。そして、シルヴァーソン混合機を用いて、室温にて6,000rpmで混合した。30分後、この混合物に少量の水に溶解させた40.0mmolの亜硝酸ナトリウムをゆっくり添加した。亜硝酸ナトリウムを添加することによって混合物の温度は60℃に達した。この状態で1時間反応させた。その後、水酸化ナトリウム水溶液を用いて混合物のpHを10に調整した。30分後、純水20.0mLを加え、スペクトラムメンブランを用いてダイアフィルトレーションした。イオン交換水を用いて顔料の含有量を調整して、顔料分散液3を得た。顔料分散液3には、カウンターイオンがナトリウムである((ベンゾイルアミノ)−メタン−1,1−ジイル)ビスホスホン酸基が粒子表面に結合した自己分散顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%であった。
顔料の種類をC.I.ピグメントレッド122に変更した以外は顔料分散液3と同様の手順で、顔料分散液4を得た。顔料分散液4には、カウンターイオンがナトリウムである((ベンゾイルアミノ)−メタン−1,1−ジイル)ビスホスホン酸基が粒子表面に結合した自己分散顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%であった。
顔料の種類をC.I.ピグメントイエロー74に変更した以外は顔料分散液3と同様の手順で、顔料分散液5を得た。顔料分散液5には、カウンターイオンがナトリウムである((ベンゾイルアミノ)−メタン−1,1−ジイル)ビスホスホン酸基が粒子表面に結合した自己分散顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%であった。
顔料10.0部、樹脂分散剤の水溶液(樹脂(固形分)の含有量20.0%)20.0部、及びイオン交換水70.0部を混合して混合物を得た。顔料としては、カーボンブラック(商品名「ブラックパールズ880」、キャボット製)を用いた。また、樹脂分散剤の水溶液としては、水溶性樹脂であるスチレン−アクリル酸共重合体(重量平均分子量10,000、酸価200mgKOH/g)を、酸価に対して中和当量1となる水酸化ナトリウムを用いてイオン交換水に溶解させたものを用いた。得られた混合物を、バッチ式縦型サンドミルを用いて3時間分散した後、ポアサイズが1.2μmであるミクロフィルター(富士フイルム製)で加圧ろ過した。次いで、イオン交換水を加えて顔料の含有量を調整し、顔料分散液6を得た。顔料分散液6には、水溶性樹脂(樹脂分散剤)により分散された顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%、水溶性樹脂の含有量は4.0%であった。
顔料の種類をC.I.ピグメントブルー15:3に変更した以外は顔料分散液6と同様の手順で、顔料分散液7を得た。顔料分散液7には、水溶性樹脂(樹脂分散剤)により分散された顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%、水溶性樹脂の含有量は4.0%であった。
顔料の種類をC.I.ピグメントレッド122に変更した以外は顔料分散液6と同様の手順で、顔料分散液8を得た。顔料分散液8には、水溶性樹脂(樹脂分散剤)により分散された顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%、水溶性樹脂の含有量は4.0%であった。
顔料の種類をC.I.ピグメントイエロー74に変更した以外は顔料分散液6と同様の手順で、顔料分散液9を得た。顔料分散液9には、水溶性樹脂(樹脂分散剤)により分散された顔料が含まれており、顔料の含有量は10.0%、水溶性樹脂の含有量は4.0%であった。
染料を含む市販の染料水溶液(商品名「Projet Fast Black 2」、富士フイルム製)を準備し、染料の含有量を調整して、染料水溶液1を得た。染料水溶液1中の染料の含有量は10.0%であった。
染料を含む市販の染料水溶液(商品名「Projet Fast Magenta」、富士フイルム製)を準備し、染料の含有量を調整して、染料水溶液2を得た。染料水溶液2中の染料の含有量は10.0%であった。
表1〜3に示す各成分(単位:%)を混合して十分に撹拌した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フイルム製)にて加圧ろ過を行い、各インクを調製した。一般式(I)で表される化合物としては、1,3−ビス(2−ヒドロキシエチル)−5,5−ジメチルヒダントインを用いた。界面活性剤に付した括弧内の数値はグリフィン法により求められるHLB値である。サーフィノール420、及び440(以上、商品名)は、日信化学工業製のアセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物である。アセチレノールE40、E100、E300(以上、商品名)は、川研ファインケミカル製のアセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物である。ユニオックスG−450、及びG−1200(以上、商品名)は、日油製のグリセリンのエチレンオキサイド付加物である。NIKKOL BO−50(商品名)は、日光ケミカルズ製のポリオキシエチレンオレイルエーテルである。インク調製時の溶存ガスによる影響を除外して評価を行うために、汎用の脱気モジュールを用いて、インク中の溶存酸素量が2mg/L以下となるまで脱気した。溶存酸素量は、溶存酸素計(商品名「ポータブル型溶存酸素計OM−71−L1」、HORIBA製)を用いて測定した。
評価には、図1に示す主要部の構成を有するインクジェット記録装置に、図2に示す構成のメインタンク、サブタンク、及び記録ヘッドを組み込んだものを用いた。サブタンクは、熱可塑性樹脂で形成された筺体に、熱エネルギーを付与してインクを吐出する記録ヘッドを備えた記録素子基板を貼り合わせた形態とした。メインタンクのインク最大収容量(「メインタンクの収容量V1」と表記)、及びサブタンクのインク最大収容量(「サブタンクの収容量V2」と表記)は、それぞれ表4〜6に示す値とした。そして、調製した各インクを、インク最大収容量を基準として95%までメインタンクに充填した。
AAA:ベタ画像を5,000枚分記録した後のノズルチェックパターンに殆ど乱れがなかった
AA:ベタ画像を4,000枚分記録した後のノズルチェックパターンに若干の乱れがあった
A:ベタ画像を2,000枚分記録した後のノズルチェックパターンに若干の乱れがあった
B:ベタ画像を1,000枚分記録した後のノズルチェックパターンに若干の乱れがあった
C:ベタ画像を500枚分記録した後のノズルチェックパターンに顕著な乱れがあった。
Claims (14)
- 大気連通部を有する第1インク収容部、第2インク収容部、及び記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を使用し、水性インクを前記記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方法であって、
前記第1インク収容部のインク最大収容量V1(mL)が、前記第2インク収容部のインク最大収容量V2(mL)に対する比率で、3.0倍以上8.0倍以下であり、
前記第2インク収容部に収容されたインクの温度T2(℃)が、前記第1インク収容部に収容されたインクの温度T1(℃)よりも高く、かつ、前記第2インク収容部に収容されたインクの温度T 2 (℃)、及び前記第1インク収容部に収容されたインクの温度T 1 (℃)の差が5℃以上30℃以下であり、
前記水性インクが、色材、及びグリフィン法により求められるHLB値が8.0以上の界面活性剤を含有することを特徴とするインクジェット記録方法。 - 前記第1インク収容部に収容されたインクの温度T1(℃)が5℃以上40℃以下であり、かつ、前記第2インク収容部に収容されたインクの温度T2(℃)が10℃以上50℃以下である請求項1に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第2インク収容部に収容されたインクの温度T 2 (℃)が40℃以上である請求項2に記載のインクジェット記録方法。
- さらに、前記第1インク収容部のインク最大収容量V1(mL)が60.0mL以上200.0mL以下であり、かつ、前記第2インク収容部のインク最大収容量V2(mL)が1.0mL以上35.0mL以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第1インク収容部及び前記第2インク収容部が、インク供給チューブで接続されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記第2インク収容部が熱可塑性樹脂で形成された筺体であるとともに、前記記録ヘッドを備えた記録素子基板が前記筺体に直接貼り合わされている請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記界面活性剤のHLB値が、19.5以下である請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記界面活性剤のHLB値が、18.0以下である請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記水性インク中の前記界面活性剤の含有量(質量%)が、インク全質量を基準として、0.1質量%以上5.0質量%以下である請求項1乃至8のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記界面活性剤が、アセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物、及びグリセリンのエチレンオキサイド付加物の少なくとも一方である請求項1乃至9のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記色材が、顔料を含む請求項1乃至10のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記顔料が、自己分散顔料である請求項11に記載のインクジェット記録方法。
- 前記水性インクがさらに、下記一般式(I)で表される化合物を含有する請求項1乃至12のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
(一般式(I)中、R1及びR2はそれぞれ独立に、水素原子、又はヒドロキシアルキル基を表す。R3はそれぞれ独立に、水素原子、又はアルキル基を表す。) - 請求項1乃至13のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置であって、
大気連通部を有する第1インク収容部、第2インク収容部、及び記録ヘッドを備え、
前記第1インク収容部のインク最大収容量V1(mL)が、前記第2インク収容部のインク最大収容量V2(mL)に対する比率で、3.0倍以上8.0倍以下であり、前記第2インク収容部に収容されたインクの温度T2(℃)が、前記第1インク収容部に収容されたインクの温度T1(℃)よりも高く、かつ、前記第2インク収容部に収容されたインクの温度T 2 (℃)、及び前記第1インク収容部に収容されたインクの温度T 1 (℃)の差が5℃以上30℃以下であり、
前記水性インクが、色材、及びグリフィン法により求められるHLB値が8.0以上の界面活性剤を含有することを特徴とするインクジェット記録装置。
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