JP7443693B2 - 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
本実施形態のインクジェット記録装置は、ラインプリンタであってもよいし、シリアルプリンタであってもよい。ラインプリンタは、インクジェットヘッドが被記録媒体の記録幅以上の長さに広く形成され、インクジェットヘッドが移動せずに被記録媒体上に液滴を吐出する方式のプリンタである。シリアルプリンタは、所定の方向に移動するキャリッジにインクジェットヘッドが搭載され、キャリッジの移動に伴ってインクジェットヘッドが移動することにより被記録媒体上に液滴を吐出する方式のプリンタである。
図1は、第1実施形態で用いるインクジェット記録装置100を例示する構成図である。第1実施形態で用いるインクジェット記録装置100は、インク組成物を媒体12に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体12は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルム又は布帛等の任意の材質の記録媒体が媒体12として利用され得る。図1に例示されるとおり、インクジェット記録装置100には、インク組成物を貯留する液体容器14が設置される。例えばインクジェット記録装置100に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、又はインク組成物を補充可能なインクタンクが液体容器14として利用される。色彩が相違する複数種のインク組成物が液体容器14に貯留されてもよい。液体容器14からサブタンク15へとインクを供給し、サブタンク内でインクを蓄積した後にインクジェットヘッドに供給してもよい。図示しないが、サブタンク15から、インクジェットヘッドにインクが供給される流路には、自己封止弁が設けられている。更にその下流には、異物を捕捉するフィルタが設けられていてもよい。
これらの経路の中でも、連通路63→循環路72→循環液室65→循環機構75→サブタンク15が循環帰路に相当する。液体容器から流れてきたインクとの合流点までである。循環において、循環帰路にインクが流通することを特に帰還という。
また、サブタンクは、タンク状のものとして設けられていなくてもよく、循環帰路を帰還したインクと液体容器から排出されたインクが合流できる合流点があればよい。
第2実施形態に係るインクジェット記録装置を説明する。なお、以下に例示する各形態において作用や機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図9は、第3実施形態におけるインクジェットヘッド26のうち循環液室65の近傍の部分を拡大した平面図及び断面図である。図9に例示されるとおり、第3実施形態における第1流路基板32の表面Fbには、前述の第1実施形態と同様の循環液室65のほか、第1部分P1及び第2部分P2の各々に対応する循環液室67が形成される。循環液室67は、連通路63及びノズルNを挟んで循環液室65とは反対側に形成されてY方向に延在する長尺状の有底孔(溝部)である。第1流路基板32の表面Fbに接合されたノズルプレート52により、循環液室65及び循環液室67の各々の開口が閉塞される。
また、第3実施形態において、循環液室65がなく、2つの循環液室67のみとしてもよい。つまり、第1部分P1及び第2部分P2の各々に対応する循環液室67のみを有する構造となる。このような構造の場合には第1部分P1と第2部分P2を循環するインクが混合しないような循環機構を構成することも可能である。
本実施形態の水系クリアインク組成物(以下、単に「クリアインク組成物」ともいう)は、ワックス粒子を含有する。ここで、「水系のインク組成物」とは、インクの主溶媒として少なくとも水を含むインク組成物である。例えばインク組成物の総質量に対する水の含有量が、30質量%以上のインク組成物である。水の含有量は、インク組成物の総質量に対して、50質量%以上が好ましく、60質量%以上が好ましい。
「クリアインク組成物」とは、記録媒体を着色するために用いる着色インク組成物ではなく、記録物の耐擦性や光沢感などを得るためなどの、他の目的で用いる補助インク組成物である。クリアインク組成物は、色材の含有量が、インク組成物の総量(100質量%)に対し、0.10質量%以下が好ましく、0.05質量%以下が好ましく、0質量%でもよい。
本実施形態におけるワックス粒子は、記録物の優れた耐擦性を得るためにクリアインク組成物中に含まれる。しかしながら、ワックス粒子は密度が低いので、クリアインク組成物の液面に浮きやすく、インク流路、インクジェットヘッド内で、気液界面が生じたときに、気液界面に浮いてきて、気液界面異物が生じやすい。これに対して、本実施形態のインクジェット記録方法では、クリアインク組成物を循環させることで異物の発生を抑制する。ワックス粒子は、例えば、ワックスを水中に分散させた水系エマルション中に含まれるワックス粒子である。ワックス粒子は、例えば、ワックス及び界面活性剤Aを含有する。界面活性剤Aは、ワックスを分散するための界面活性剤である。
炭化水素ワックスを用いると、耐擦性がより向上するが、ワックス粒子の分散安定性が損なわれやすく、異物が発生しやすくなる。これに対して、本実施形態のインクジェット記録方法では、クリアインク組成物を循環させることで異物の発生を抑制する。
ワックス粒子の平均粒子径が当該範囲内であることで、記録物の耐擦性をより向上させることができるが、クリアインク組成物中で凝集しやすく異物が特に発生しやすくなる。本実施形態に係るインクジェット記録方法によれば、クリアインク組成物を循環させることで異物の発生を抑制することができる。平均粒子径は、特に明示がない限り体積基準のものである。測定方法としては、例えば、レーザー回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置により測定することができる。粒度分布測定装置としては、例えば、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布計(例えば、日機装株式会社社製のマイクロトラックUPA)が挙げられる。
このうち、耐擦性がより優れる点で、ノニオン分散性のワックス分散体が好ましいが、反面、異物の発生がしやすい傾向があるが、インクを循環させることで、優れた異物抑制が得られる。
ワックスの分散に用いる界面活性剤Aとしては、例えば、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤が挙げられる。これらの中でも、ノニオン性界面活性剤が好ましい。ノニオン性界面活性剤を用いることで、耐擦性がより向上するが、ワックス粒子の分散安定性が損なわれやすく、異物が発生しやすくなる。これに対して、本実施形態のインクジェット記録方法では、クリアインク組成物を循環させることで異物の発生を抑制する。
また、界面活性剤の含有量は、0質量部以上であり、好ましくは0.5質量部以上であり、より好ましくは1質量部以上である。
本実施形態に用いるクリアインク組成物は、樹脂粒子を含有することが好ましい。クリアインク組成物は、樹脂粒子を含有することで、クリアインク組成物が付着した記録媒体を加熱すると、樹脂の被膜を形成することができる。樹脂粒子は、例えば、樹脂を水中に分散させた水系エマルション中に含まれる樹脂粒子である。
クリアインク組成物は、アセチレングリコール系消泡剤等の消泡剤を含有していてもよい。アセチレングリコール系消泡剤としては、特に限定されないが、例えば、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール及び2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのアルキレンオキサイド付加物、並びに2,4-ジメチル-5-デシン-4-オール及び2,4-ジメチル-5-デシン-4-オールのアルキレンオキサイド付加物から選択される1種以上が好ましい。アセチレングリコール系消泡剤の市販品としては、特に限定されないが、例えば、オルフィン104シリーズ、オルフィンE1010等のEシリーズ(以上製品名、エアープロダクツ社製)、サーフィノール 465、61、DF110D(以上製品名、日信化学工業株式会社製)が挙げられる。
本実施形態に係るクリアインク組成物は、水を含有する。水としては、特に限定されないが、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、及び蒸留水等の純水、並びに超純水が挙げられる。
本実施形態のクリアインク組成物は、粘度調整及び保湿効果の観点から、水溶性有機溶剤をさらに含有していてもよい。
非環状アミド類は、N,N-ジアルキルプロパンアミド類などがあげられ、特に、3-アルコキシ-N,N-ジアルキルプロパンアミドなどがあげられる。例えば、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミドなどがあげられる。
本実施形態のクリアインク組成物は、インクジェット記録方式でインク組成物を安定に吐出させることができ、かつ、インク組成物の浸透を適切に制御できる観点から、好ましくは界面活性剤Bをさらに含有する。界面活性剤Bとしては、特に限定されないが、例えば、フッ素系界面活性剤、アセチレングリコール系界面活性剤、及びシリコーン系界面活性剤が挙げられる。ノニオン性界面活性剤が好ましい。
本実施形態の水系着色インク組成物(以下、単に「着色インク組成物」ともいう)は、色材を含有する。着色インク組成物は、記録媒体を着色するために用いるインクである。
本実施形態に係るインクジェット記録方法では、上述のインクジェット記録装置を用いる。本実施形態に係るインクジェット記録方法、上述の着色インク組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体へ付着させる着色インク付着工程(以下、単に「着色インク付着工程」ともいう。)と、上述のクリアインク組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体へ付着させるクリアインク付着工程(以下、単に「クリアインク付着工程」ともいう。)と、を備える。当該クリアインク付着工程は、循環路を循環させたクリアインク組成物を吐出する。
なお、記録方法におけるこれらの工程は、同時に実施されてもよいし、任意の順で実施されてもよいが、着色インク付着工程、クリアインク付着工程の順に行われることが好ましい。
着色インク付着工程において、上述の着色インク組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体へ付着させる。
記録媒体として、特に限定されないが、例えば、吸収性及び非吸収性いずれの記録媒体を用いてもよいが、記録媒体は、好ましくは、低吸収性記録媒体又は非吸収性記録媒体である。
低吸収性記録媒体としては、アナログ印刷などに用いることもできる塗工紙等が挙げられる。塗工紙は、表面にインク吸収性の低い塗工層が設けられた印刷用紙である。
クリアインク付着工程では、上述のクリアインク組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体へ付着させる。クリアインク付着工程において、記録媒体は、上述の着色インク付着工程を経て着色インクが付着した記録媒体であることが好ましい。ワックスは記録物の表面の滑りをよくすることで、記録物の耐擦性させることができる。クリアインク付着工程においては、着色インクが付着した面を覆うオーバーコートとして、クリアインクを付着させることが好ましい。
このうち気液界面の面積が大きく、異物発生の抑制の効果が大きい点で、空気層を有する気液界面が好ましい。1つの連続する気液界面の面積として、1cm2以上が好ましい。
本実施形態のインクジェット記録方法は、処理液を記録媒体へ付着させる処理液付着工程を有していてもよい。処理液の付着は、ローラー塗布、スプレー塗布、バーコート塗布、インクジェットヘッドから吐出する、などを用いることができる。インクジェットヘッドから吐出して付着が好ましい。処理液付着工程は、着色インク付着工程の前に行われることが好ましい。
凝集剤は、特に限定されないが、例えば、カチオン性樹脂、有機酸、多価金属塩が挙げられる。インク組成物に含まれる成分のうち、凝集剤により凝集する成分としては、上述の顔料、樹脂粒子に用いられる樹脂が挙げられる。
各材料を下記の表1に示す組成で混合し、十分に撹拌し、各インク組成物を得た。具体的には、各材料を均一に混合し、フィルタで不溶解物を除去することにより、各インクを調製した。なお、下記の表1中、数値の単位は質量%であり、合計は100.0質量%である。なお、顔料は予め、表中に記載しない水溶性スチレンアクリル系樹脂である顔料分散用樹脂と、2:1の有質量比で、水に混合して、ビーズミルで攪拌し、顔料分散液を調製し、これをインク調製に用いた。
白色顔料:酸化チタン顔料
BYK-348:シリコーン系界面活性剤「BYK-348」(製品名、ビックケミー・ジャパン株式会社製)
DF110D:アセチレングリコール系消泡剤「サーフィノールDF110D」(製品名、日信化学工業株式会社、有効分量32質量%)
62J:スチレン-アクリル系樹脂エマルジョン「ジョンクリル62J」(製品名、BASF社製)
PD-7:カチオン性物質「カチオマスターPD-7」(製品名、四日市合成株式会社製)
ワックス粒子A:ポリエチレン系ワックス粒子(ノニオン分散性ワックスエマルジョン、平均粒子径40nm、東邦化学工業社製 E1000)
ワックス粒子B:ポリエチレン樹脂を合成し、ノニオン性界面活性剤を用いて水に分散させた。樹脂の合成条件や分散条件を調整して、さらに必要に応じてフィルタでの分級を用いて、平均粒子径200nmにした。得られた分散体をノニオン分散性ワックスエマルジョンとして使用した。
ワックス粒子C:ポリエチレン系ワックス粒子(アニオン分散性ワックスエマルジョン、平均粒子径40nm、BYKケミー社製、AQUACER507)
ラインプリンタは、「L-4533AW」(製品名、セイコーエプソン株式会社製)を改造して、ラインプリンタとして使用した。
シリアルプリンタは、「SC-S80650」(製品名、セイコーエプソン株式会社製)を改造してシリアルプリンタとして使用した。
インクジェット記録中プラテンヒーターを作動させ、ヘッドと対抗する位置の記録媒体の記録面側表面温度(記録中の最高温度)は35℃であった。
ヘッドより下流に二次乾燥機構を備えさせた。メディア温度70℃(最高温度)で乾燥した。
ラインプリンタは、記録媒体搬送方向の上流側から、処理液ヘッド、着色インクヘッド、クリアインクヘッドの順で配置し、この順に各組成物を付着した。
シリアルプリンタは、記録媒体搬送方向の上流側から、処理液ヘッド(表1中に示されている場合のみ)、着色インクヘッド、クリアインクヘッドの順に配置し、この順に各組成物を付した。
付着量は、着色インク5mg/inch2、クリアインク1mg/inch2、処理液1mg/inch2とした。3液は順番に重ねて記録した。
ヘッドはノズル列のノズル密度1200dpiとした。
インクカートリッジからヘッドまでの間にサブタンクを備え、サブタンクからヘッドの間に自己封止弁を備える装置を使用した。ヘッドのインク組成物が流入してすぐの個所にメッシュ径10μmのフィルタを備えた。
ヘッドは循環ヘッドであり、図2以降のようなインクの循環可能なヘッドを用いた。記録中の1ヘッドあたりの循環帰路の循環速度を表中の値にして、記録中、循環した。ただし循環なしの例では循環路なしのヘッドを用いた。
ヘッドはヒータを備えヘッド内のインクの温度を調整して吐出可能なものにして、温度調整ありの例は記録中に温度を調整してインクの温度35℃で吐出した。なしの例は温調せず、記録中の吐出するインクの温度25℃とした。
フラッシングなしの例は、記録中、フラッシングを行わなかった。
このような記録条件で記録試験を行った。
改造した装置を用いて、上記で調製したインク組成物のいずれかを表2に示す印刷条件でインクジェット法により吐出し、OPPフィルム「パイレン(登録商標)フィルム-OT」(東洋紡株式会社製、型番:P2111、厚さ20μm)に、各評価項目で示すパターンを付着させた。
――耐擦性――
上記の記録試験の条件で、記録媒体に、矩形のベタパターン(20cm×20cm)を連続して記録した。記録した矩形のベタパターン部分を、必要な大きさに切り出し、平織布を使用して学振式耐擦試験機「AB-301」(製品名、テスター産業株式会社製、荷重500g)で100回擦った際のインクの剥がれ度合を以下の評価基準で目視評価した。なお評価用のパターンの記録は、記録開始から1日経過後に記録したパターンを用いた。
評価基準
AA:ベタパターン部に剥がれなし。
A:ベタパターン部の面積の10%以下の剥がれあり。
B:ベタパターン部の面積の10%超30%以下の剥がれあり。
C:ベタパターン部の面積の30%超50%以下の剥がれあり。
D:ベタパターン部の面積の50%超の剥がれあり。
上記の記録試験の条件で、記録媒体搬送方向に延びる幅0.5mmの線を記録した。
シリアルプリンタのフラッシングありの例は、線の記録の途中でパス間フラッシングを行うようにして、フラッシングを行った後で線の続きを記録するようにした。ラインプリンタのフラッシングは、線の記録の途中でヘッドをフラッシングボックスまで移動してフラッシングして、ヘッドを戻して線の続きを記録した。フラッシングなしの例は、フラッシングを行わなかった。なお、記録を開始して1日経過後に試験をおこなった。
なお、シリアルプリンタでフラッシングをする場合、パス間でフラッシングを行うのでパス間の時間がやや長くなるだけであった。ラインプリンタでフラッシングをすると、ヘッドの移動により、記録位置が正確に合わなくなる場合がある。
評価基準
A:線の輪郭に直線になっていない部分が見えない。
B:線の輪郭に直線になっていない部分が若干見える。
C:線の輪郭に直線のずれが見える。
上記の記録試験の条件で、5cm×5cmの四角いベタパターンを記録し、目視で観察した。
A:ベタパターン中に濃淡ムラが見えない。
B:ベタパターン中に濃淡ムラが見える。
上記の記録試験の条件で、1日に記録を8時間行い、記録しない時間は、ノズルのキャップを閉めて、インク組成物を循環させた状態で待機した。待機中の循環量を表中の値とした。なお、循環量は、1つのヘッドあたりの、ヘッドから循環帰路に排出するインク量である。これを3か月間繰り返した。なお記録中もヘッドのインク組成物は循環させた。なお記録中の循環量は、表中に示す量(g/分)とした。ただし循環なしの例は、待機中と記録中、インクを循環せず行った。3か月後、ヘッドのフィルタを観察した。ヘッドのフィルタは、ヘッドのインク導入口付近に設けた。フィルタは10μmメッシュ径とした。
評価基準
A:フィルタに固形分状の異物が見えない。
B:フィルタに固形分状の異物が若干見える。
C:フィルタに固形分状の異物がかなり見える。
ヘッドのフィルタ詰り試験の記録の1日に1回、全ノズルの吐出検査を行った。3か月の記録のノズル吐出検査の平均値とした。検査はノズルチェックパターンを記録して行った。
A:不吐出ノズルなし。
B:不吐出ノズルがノズル全体の0.1%以下である。
C:不吐出ノズルがノズル全体の0.1%以上である。
Claims (13)
- インクジェットヘッドを有する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、
色材を含有する水系着色インク組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体へ付着させる着色インク付着工程と、
水系クリアインク組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体へ付着させるクリアインク付着工程と、
前記水系着色インク組成物及び前記水系クリアインク組成物が付着した記録媒体を加熱する工程と、を備え、
前記水系クリアインク組成物は、ワックス粒子と、樹脂粒子と、を含有し、
前記ワックス粒子は、平均粒子径が200nm以上500nm以下であり、
前記加熱する工程により、前記記録媒体に前記樹脂粒子の樹脂の皮膜が形成され、
前記記録媒体は、低吸収性記録媒体又は非吸収性記録媒体であり、
前記記録媒体は、前記皮膜が形成された状態で、記録物として用いられ、
前記インクジェット記録装置は、前記水系クリアインク組成物を循環する循環路を有し、
前記循環路は、前記水系クリアインク組成物を貯留するサブタンクを有し、
前記サブタンクで、液体容器から供給された前記水系クリアインク組成物と循環された前記水系クリアインク組成物とが混合され、前記水系クリアインク組成物の液面と空気層との間に気液界面が生成され、
前記インクジェット記録装置は、夜間又は休日の待機中に、前記水系クリアインク組成物を循環させ、
前記クリアインク付着工程は、循環路を循環させた前記水系クリアインク組成物を吐出する、インクジェット記録方法。 - 前記水系クリアインク組成物は、前記ワックス粒子を1質量%以上含有する、請求項1に記載のインクジェット記録方法。
- 前記ワックス粒子の平均粒子径が、200nm以上300nm以下である、請求項1又は2に記載のインクジェット記録方法。
- 前記樹脂粒子の樹脂は、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂の何れかを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 凝集剤を含む処理液を前記記録媒体へ付着させる工程を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記水系クリアインク組成物が、含窒素系溶剤を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記記録媒体が、塗工紙である低吸収性記録媒体、又はプラスチック類のフィルムかプレート及び金属類のプレート、の何れかである非吸収性記録媒体、である、請求項1~6のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記循環路が、
前記インクジェットヘッドから前記水系クリアインク組成物を帰還させる循環帰路、及び、前記インクジェットヘッドへ前記水系クリアインク組成物を供給するインク流路から前記水系クリアインク組成物を帰還させる循環帰路、の少なくとも一方を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。 - 前記水系クリアインク組成物を循環する循環路内に、気液界面が生成される、請求項1~8に記載のインクジェット記録方法。
- 前記待機中の前記水系クリアインク組成物の循環は、連続する時間として10分以上である、請求項1~9のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記待機中の、前記水系クリアインク組成物の前記循環帰路の循環量が、1つの前記インクジェットヘッドあたり、0.5g/分以上12g/分以下である、請求項1に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インクジェット記録装置は、前記水系着色インク組成物を循環する循環路を有し、
前記着色インク付着工程は、記録中に循環路を循環させた前記水系着色インク組成物を吐出する、請求項1~11のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。 - 色材を含有する水系着色インク組成物を吐出して記録媒体へ付着させる第1のインクジェットヘッドと、
水系クリアインク組成物を吐出して記録媒体へ付着させる第2のインクジェットヘッドと、
前記水系クリアインク組成物を循環させる循環路と、
を備え、
請求項1~12のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法で記録を行う、インクジェット記録装置。
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