JP7841237B2 - インク吐出方法及びインク吐出装置 - Google Patents
インク吐出方法及びインク吐出装置Info
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Description
そこで、例えば、インク吐出ヘッドの接着剤としてシリコーン接着剤を用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。シリコーン接着剤はノニオン性(非イオン性)の接着剤であり、このシリコーン接着剤を用いたインク吐出ヘッドは、撥水性が極めて高く、水系インクに対する耐久性が高いという利点がある。
前記水系インクがカプロラクタムを含有することを特徴とするインク吐出方法。
本発明のインク吐出方法は、pHが1以上5以下、又はpHが10以上12以下である水系インクを、液室、ノズル孔を有するノズルプレート、及び流路を有し、前記水系インクが接する部材がシリコーン接着剤により接合されているインク吐出ヘッドを有するインク吐出装置を用いて吐出するインク吐出工程を含み、前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が30以上38以下であり、更に必要に応じてその他の工程を含む。
従来技術では、インク組成物中の遊離のアンモニア濃度を2,000ppm以下とすることによりプラスチック材料を劣化させないことを課題としており、使用する水系インクのpHの制約がなく、1年以上の長期間に亘って優れた吐出安定性を実現できるものではない。また、従来技術におけるインクとインク吐出ヘッドに用いられているシリコーン接着剤の間のHSP距離値は38を超えており、インク吐出ヘッドの耐久性が低下してしまうという問題がある。
HSP値はハンセンの溶解度パラメータであり、分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)で構成されており、これら三つのベクトル和としてHSP値が得られる。
HSP値はハンセンやその研究後継者らにより多く求められており、Polymer Handbook(fourth edition)、VII-698~711、Wesley L.Archer著、Industrial Solvents Handbookに記載されている。また、HSP値はハンセン溶解度パラメータ計算ソフトウェアHSPiP(ver.5.2 Hansen-Solublity.com製)により算出することができる。
2種の物質のHSP値の間の距離であるHSP距離値は、以下の数式(2)で求めることができる。
HSP距離値=[4(δd2-δd1)2+(δp2-δp1)2+(δh2-δh1)2]1/2 ・・・数式(2)
ここで、前記数式(2)中、δd、δp、及びδhにおける添え字1、2は、それぞれ第1の物質及び第2の物質であることを意味する。
上記数式(2)中のδd、δp、及びδhは、溶媒種や接着剤の種類ごとに固有の値が決まっており、溶媒種や接着剤の組み合わせによってHSP距離値は異なる。更に実際のインクは、溶媒物質単体ではなく複数の物質の混合物であるため、混合物としてHSP距離値を算出する必要がある。
インクと接着剤の間のHSP距離値は、インクに用いられる各種溶媒成分と接着剤のHSP距離値のベクトルの合計として得ることができる。ベクトル和を求める場合、各有機溶剤及び水の含有率をそれぞれのベクトル成分に掛け合わせ、組成比を考慮した形で求めることができる。
溶媒A、溶媒B、及び溶媒Cからなるインクがあり、それぞれxA、xB、及びxCの組成(溶媒成分の質量比)であるとする。インク吐出ヘッドに用いる接着剤として樹脂Wを用いる場合を考える。樹脂Wと溶媒AのHSP距離値をDAW、樹脂Wと溶媒BのHSP距離値をDBW、樹脂Wと溶媒CのHSP距離値をDCWとする。このとき、樹脂Wとインク全体の間のHSP距離値Dinkを以下の数式(3)のように定義することができる。
Dink=(DAW×xA)+(DBW×xB)+(DCW×xC) ・・・数式(3)
全部でn種類の溶媒からなるインクがあり、溶媒iの組成をxiとする。溶媒iと樹脂Wの間のHSP距離値をDiWとする。このとき、樹脂Wとインク全体の間のHSP距離値Dinkを以下の数式(4)のように定義する。
Dink=Σi=1~n(DiW×xi) ・・・数式(4)
水系インクとしては、pHが1以上5以下、又はpHが10以上12以下である水系インクが用いられ、有機溶剤、水、色材、樹脂、添加剤などを含有する。
本発明に使用する有機溶剤としては特に制限されず、水溶性有機溶剤を用いることができる。例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類、多価アルコールアリールエーテル類等のエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物が挙げられる。
水溶性有機溶剤の具体例としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,4-ペンタンジオール、2,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオール、2,5-ヘキサンジオール、1,5-ヘキサンジオール、グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、エチル-1,2,4-ブタントリオール、1,2,3-ブタントリオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、ジプロピレングリコール、ペトリオール等の多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジ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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、N-ヒドロキシエチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ε-カプロラクタム、γ-ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物、プロピレンカーボネート、炭酸エチレンなどが挙げられる。
これらの中でも、色材として用いられる顔料及び染料の安定性の点から、グリセリン、2-ピロリドン、ε-カプロラクタム、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコール、2-メチル-2,4-ペンタンジオールが好ましい。
グリコールエーテル化合物の具体例としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジ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モノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類;エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類などが挙げられる。
インクにおける水の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、インクの乾燥性及び吐出信頼性の点から、10質量%以上90質量%以下が好ましく、20質量%~60質量%がより好ましい。
色材としては、特に限定されず、顔料、染料を使用可能である。
顔料としては、無機顔料又は有機顔料を使用することができる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、混晶を使用してもよい。
顔料としては、例えば、ブラック顔料、イエロー顔料、マゼンダ顔料、シアン顔料、白色顔料、緑色顔料、橙色顔料、金色や銀色などの光沢色顔料やメタリック顔料などを用いることができる。
無機顔料として、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、クロムイエローに加え、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。
また、有機顔料としては、アゾ顔料、多環式顔料(例えば、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、インジゴ顔料、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)、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など)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどを使用できる。これらの顔料のうち、溶媒と親和性のよいものが好ましく用いられる。その他、樹脂中空粒子、無機中空粒子の使用も可能である。
顔料の具体例として、黒色用としては、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、チャン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、又は銅、鉄(C.I.ピグメントブラック11)、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック(C.I.ピグメントブラック1)等の有機顔料が挙げられる。
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。
顔料に親水性官能基を導入して自己分散性顔料とする方法としては、例えば、顔料(例えばカーボン)にスルホン基やカルボキシル基等の官能基を付加することで、水中に分散可能とする方法が挙げられる。
顔料の表面を樹脂で被覆して分散させる方法としては、顔料をマイクロカプセルに包含させ、水中に分散可能とする方法が挙げられる。これは、樹脂被覆顔料と言い換えることができる。この場合、インクに配合される顔料はすべて樹脂に被覆されている必要はなく、本発明の効果が損なわれない範囲において、被覆されない顔料や、部分的に被覆された顔料がインク中に分散していてもよい。
分散剤を用いて分散させる方法としては、界面活性剤に代表される、公知の低分子型の分散剤、高分子型の分散剤を用いて分散する方法が挙げられる。
分散剤としては、顔料に応じて例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン界面活性剤等を使用することが可能である。
竹本油脂株式会社製RT-100(ノニオン系界面活性剤)や、ナフタレンスルホン酸Naホルマリン縮合物も、分散剤として好適に使用できる。
分散剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
顔料に、水や有機溶剤などの材料を混合してインクを得ることが可能である。また、顔料と、その他水や分散剤などを混合して顔料分散体としたものに、水や有機溶剤などの材料を混合してインクを製造することも可能である。
前記顔料分散体は、水、顔料、顔料分散剤、必要に応じてその他の成分を混合、分散し、粒径を調整して得られる。分散は分散機を用いるとよい。
顔料分散体における顔料の粒径については特に制限はないが、顔料の分散安定性が良好となり、吐出安定性、画像濃度などの画像品質も高くなる点から、最大個数換算で最大頻度は20nm以上500nm以下が好ましく、20nm以上150nm以下がより好ましい。顔料の粒径は、粒度分析装置(ナノトラック Wave-UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
前記顔料分散体における顔料の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、良好な吐出安定性が得られ、また、画像濃度を高める点から、0.1質量%以上50質量%以下が好ましく、0.1質量%以上30質量%以下がより好ましい。
前記顔料分散体は、必要に応じて、フィルタ、遠心分離装置などで粗大粒子をろ過し、脱気することが好ましい。
インク中に含有する樹脂の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン-ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリルスチレン系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂などが挙げられる。
これらの樹脂からなる樹脂粒子を用いてもよい。樹脂粒子を、水を分散媒として分散した樹脂エマルションの状態で、色材や有機溶剤などの材料と混合してインクを得ることが可能である。前記樹脂粒子としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。また、これらは、1種を単独で用いても、2種類以上の樹脂粒子を組み合わせて用いてもよい。
前記体積平均粒径は、例えば、粒度分析装置(ナノトラック Wave-UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
インクには、必要に応じて、界面活性剤、消泡剤、防腐防黴剤、防錆剤、pH調整剤等を加えてもよい。
界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤のいずれも使用可能である。
ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンプロピレンブロックポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、アセチレンアルコールのエチレンオキサイド付加物などが挙げられる。
アニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩などが挙げられる。
これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
このような界面活性剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、ビックケミー株式会社、信越化学工業株式会社、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、日本エマルジョン株式会社、共栄社化学などから入手できる。
フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物などが挙げられる。これらの中でも、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物は起泡性が少ないため好ましく、特に一般式(F-1)及び一般式(F-2)で表わされるフッ素系界面活性剤が好ましい。
CnF2n+1-CH2CH(OH)CH2-O-(CH2CH2O)a-Y
上記一般式(F-2)で表される化合物において、YはH、又はCnF2n+1でnは1~6の整数、又はCH2CH(OH)CH2-CnF2n+1でnは4~6の整数、又はCpH2p+1でpは1~19の整数である。aは4~14の整数である。
この市販品としては、例えば、サーフロンS-111、S-112、S-113、S-121、S-131、S-132、S-141、S-145(いずれも、旭硝子株式会社製);フルラードFC-93、FC-95、FC-98、FC-129、FC-135、FC-170C、FC-430、FC-431(いずれも、住友スリーエム株式会社製);メガファックF-470、F-1405、F-474(いずれも、DIC株式会社製);ゾニール(Zonyl)TBS、FSP、FSA、FSN-100、FSN、FSO-100、FSO、FS-300、UR、キャプストーンFS-30、FS-31、FS-3100、FS-34、FS-35(いずれも、Chemours社製);FT-110、FT-250、FT-251、FT-400S、FT-150、FT-400SW(いずれも、株式会社ネオス製)、ポリフォックスPF-136A,PF-156A、PF-151N、PF-154、PF-159(オムノバ社製)、ユニダインDSN-403N(ダイキン工業株式会社製)などが挙げられ、これらの中でも、良好な印字品質、特に発色性、紙に対する浸透性、濡れ性、均染性が著しく向上する点から、Chemours社製のFS-3100、FS-34、FS-300、株式会社ネオス製のFT-110、FT-250、FT-251、FT-400S、FT-150、FT-400SW、オムノバ社製のポリフォックスPF-151N及びダイキン工業株式会社製のユニダインDSN-403Nが特に好ましい。
消泡剤としては、特に制限はなく、例えば、シリコーン系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、脂肪酸エステル系消泡剤などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、破泡効果に優れる点から、シリコーン系消泡剤が好ましい。
防腐防黴剤としては、特に制限はなく、例えば、1,2-ベンズイソチアゾリン-3-オンなどが挙げられる。
防錆剤としては、特に制限はなく、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどが挙げられる。
pH調整剤としては、pHを1以上5以下、又はpHが10以上12以下に調整することが可能であれば、特に制限はなく、2-アミノ-2-エチル-1,3-プロパンジオール、水酸化カリウムなどが挙げられる。
インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粘度、表面張力等が以下の範囲であることが好ましい。
インクの25℃での粘度は、印字濃度や文字品位が向上し、また、良好な吐出性が得られる点から、5mPa・s以上30mPa・s以下が好ましく、5mPa・s以上25mPa・s以下がより好ましい。ここで、粘度は、例えば回転式粘度計(東機産業社製RE-80L)を使用することができる。測定条件としては、25℃で、標準コーンローター(1°34’×R24)、サンプル液量1.2mL、回転数50rpm、3分間で測定可能である。
インクの表面張力としては、記録媒体上で好適にインクがレベリングされ、インクの乾燥時間が短縮される点から、25℃で、35mN/m以下が好ましく、32mN/m以下がより好ましい。
前処理液は、凝集剤、有機溶剤、水を含有し、必要に応じて界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤等を含有してもよい。
有機溶剤、界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤は、インクに用いる材料と同様の材料を使用でき、その他、公知の処理液に用いられる材料を使用できる。
凝集剤の種類は特に限定されず、水溶性カチオンポリマー、酸、多価金属塩等が挙げられる。
後処理液は、透明な層を形成することが可能であれば、特に限定されない。後処理液は、有機溶剤、水、樹脂、界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤等、必要に応じて選択し、混合して得られる。また、後処理液は、記録媒体に形成された記録領域の全域に塗布してもよいし、インク像が形成された領域のみに塗布してもよい。
記録に用いる記録媒体としては、特に限定されないが、普通紙、光沢紙、特殊紙、布、フィルム、OHPシート、汎用印刷紙等が挙げられる。
本発明のインク記録物は、記録媒体上に、本発明のインクを用いて形成された画像を有してなる。
インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法により記録して記録物とすることができる。
本発明のインクは、インクジェット記録方式による各種記録装置、例えば、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機、立体造形装置などに好適に使用することができる。
本発明において、記録装置、記録方法とは、記録媒体に対してインクや各種処理液等を吐出することが可能な装置、当該装置を用いて記録を行う方法である。記録媒体とは、インクや各種処理液が一時的にでも付着可能なものを意味する。
この記録装置には、インクを吐出するヘッド部分だけでなく、記録媒体の給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置と称される装置などを含むことができる。
記録装置、記録方法は、加熱工程に用いる加熱手段、乾燥工程に用いる乾燥手段を有してもよい。加熱手段、乾燥手段には、例えば、記録媒体の印字面や裏面を加熱、乾燥する手段が含まれる。加熱手段、乾燥手段としては、特に限定されないが、例えば、温風ヒーター、赤外線ヒーターを用いることができる。加熱、乾燥は、印字前、印字中、印字後などに行うことができる。
また、記録装置、記録方法は、インクによって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、幾何学模様などのパターン等を形成するもの、3次元像を造形するものも含まれる。
また、記録装置には、特に限定しない限り、吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、吐出ヘッドを移動させないライン型装置のいずれも含まれる。
更に、この記録装置には、卓上型だけでなく、A0サイズの記録媒体への印刷も可能とする広幅の記録装置や、例えばロール状に巻き取られた連続用紙を記録媒体として用いることが可能な連帳プリンタも含まれる。
一方、装置本体のカバー401cを開いたときの開口の奥側にはカートリッジホルダ404が設けられている。カートリッジホルダ404には、メインタンク410が着脱自在に装着される。これにより、各色用の供給チューブ436を介して、メインタンク410の各インク排出口413と各色用の吐出ヘッド434とが連通し、吐出ヘッド434から記録媒体へインクを吐出可能となる。
前処理装置、後処理装置の一態様として、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)などのインクの場合と同様に、前処理液や、後処理液を有する液体収容部とインク吐出ヘッドを追加し、前処理液や、後処理液をインクジェット記録方式で吐出する態様がある。
前処理装置、後処理装置の他の態様として、インクジェット記録方式以外の、例えば、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法による前処理装置、後処理装置を設ける態様がある。
立体造形物を造形するための立体造形装置は、公知のものを使用することができ、特に限定されないが、例えば、インクの収容手段、供給手段、吐出手段や乾燥手段等を備えるものを使用することができる。立体造形物には、インクを重ね塗りするなどして得られる立体造形物が含まれる。また、記録媒体等の基材上にインクを付与した構造体を加工してなる成形加工品も含まれる。前記成形加工品は、例えば、シート状、フィルム状に形成された記録物や構造体に対して、加熱延伸や打ち抜き加工等の成形加工を施したものであり、例えば、自動車、OA機器、電気・電子機器、カメラ等のメーターや操作部のパネルなど、表面を加飾後に成形する用途に好適に使用される。
記録媒体、メディア、被印刷物は、いずれも同義語とする。
インク吐出ヘッドは、液室、ノズル孔を有するノズルプレート、及び流路を有し、前記水系インクが接する部材がシリコーン接着剤により接合されている。
本発明は、ピエゾインクジェット方式、バブルジェット(登録商標)方式などの吐出方法によっては限定されない。
インクを吐出する最表面のノズル面部分に使用するプレートである。ノズルプレートにはノズル孔があり、そこからインクを押し出す。
インク吐出ヘッドの部材の接合に用いられる接着剤としては、撥水性が極めて高く、水系インクに対する耐久性の高い点から、シリコーン接着剤が用いられる。
シリコーン接着剤としては、例えば、ジメチルシロキサンで構成されるシリコーン樹脂、ポリフェニルメチルシランで構成されるシリコーン樹脂などが挙げられる。
なお、シリコーン接着剤以外にも、例えば、エポキシ接着剤、ウレタン接着剤、オレフィン接着剤などを必要に応じて用いることができる。
表2及び表3に示すインク処方を撹拌し均一に混合し、得られた混合液を平均孔径0.8μmのポリビニリデンフロライドメンブランフィルターにより加圧濾過し、粗大粒子及びゴミを除去して、インク1~13を製造した。
得られた各インクのpHを室温(25℃)下、pHメーター(東亜ディーケーケー株式会社製、HM-30R)により測定した。
・フッ素界面活性剤:FS-3100(Chemours社製)
・C.I.リアクティブブラック5:ビニルスルホン染料
・C.I.リアクティブブラック12:トリアジン染料
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=17.4、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=11.3、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=27.2
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=18.2、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=12.0、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=9.0
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=19.4、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=13.8、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=3.9
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=16.8、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=10.4、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=21.3
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=15.5、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=16.0、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=42.3
インク吐出ヘッドとしては、図3に示すような積層PZTを液室流路の加圧に使用したノズル径27μm、600dpiのノズルを有するものを使用した。
インク吐出ヘッドの各部材を接合する接着剤としては、下記の接着剤を用いた。
<接着剤>
-シリコーン接着剤-
・シリコーン樹脂A(KF-96、信越シリコーン株式会社製)
ジメチルシロキサンで構成される接着剤
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=12.3、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=0.4、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=0.3
ポリフェニルメチルシランで構成される接着剤
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=15.8、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=0.0、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=0.0
下記の処方を下記条件で硬化させたものを用いた。
・主剤:ビスフェノールAジグリシジルエーテル(東京化成工業株式会社製)170質量部
・硬化剤:ジエチレントリアミン(東京化成工業株式会社製)21質量部
・硬化条件:90℃、30分間
分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)=18.4、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)=7.5、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)=7.0
<記録媒体への前処理方法>
イオン交換水90質量%、アルギン酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬株式会社製)2質量%、尿素(富士フイルム和光純薬株式会社製)3質量%、炭酸水素ナトリウム(富士フイルム和光純薬株式会社製)5質量%を攪拌して混合し、前処理液を得た。この前処理液をコットンメディア(綿ブロード 未シル(シルケット加工無し)、株式会社色染社製)に均一に塗布した後、乾燥させることで、記録媒体となる前処理済み記録媒体を得た。
表7から表9に示すように、インク1~12とインク吐出ヘッド1~3とを組み合わせ、各インクをインクジェットプリンター(Ri100、株式会社リコー製)に充填し、インクジェットプリンターに上記の前処理済み記録媒体をセットし、付着量1.0mg/cm2で各インクを均一に吐出してベタ画像を印刷した。
次に、得られたベタ画像に対して100℃のスチーム処理を行った後、50℃に加熱したアルカリ溶液(pH=10に調整したもの)で40分間洗浄した。以上により、各印刷物を作製した。
HSP値はハンセンの溶解度パラメータであり、分子間の分散力によるエネルギーδd(MPa0.5)、分子間の双極子相互作用によるエネルギーδp(MPa0.5)、分子間の水素結合によるエネルギーδh(MPa0.5)で構成されており、これら三つのベクトル和としてHSP値が得られる。
HSP距離値=[4(δd2-δd1)2+(δp2-δp1)2+(δh2-δh1)2]1/2 ・・・数式(2)
ここで、前記数式(2)中、δd、δp、及びδhにおける添え字1、2は、それぞれインク及び接着剤であることを意味する。
溶媒A、溶媒B、及び溶媒Cを含有するインクがあり、それぞれxA、xB、xCの組成(溶媒成分の質量比)であるとする。
インク吐出ヘッドに用いる接着剤として樹脂Wを用いる場合を考える。樹脂Wと溶媒AのHSP距離値をDAW、樹脂Wと溶媒BのHSP距離値をDBW、樹脂Wと溶媒CのHSP距離値をDCWとする。このとき、樹脂Wとインク全体の間のHSP距離値Dinkを以下の数式(3)のように定義した。
Dink=(DAW×xA)+(DBW×xB)+(DCW×xC) ・・・数式(3)
全部でn種類の溶媒からなるインクがあり、溶媒iの組成をxi(溶媒成分の質量比)とする。溶媒iと樹脂Wの間のHSP距離値をDiWとする。このとき、樹脂Wとインク全体の間のHSP距離値Dinkを下記数式(4)のように定義した。表4~表6にDiw、組成xiをそれぞれ示した。
Dink=Σi=1~n(DiW×xi) ・・・数式(4)
接着剤を90℃において4時間硬化させた硬化物の質量をW0とし、前記硬化物を表7から表9に示す水系インクに60℃において4週間浸漬させた後の浸漬物の質量をW1とし、下記数式(1)で表される質量増加率を算出し、下記の評価ランクに基づき膨潤度を評価した。
質量増加率(%)={(W1-W0)/W0}×100 ・・・数式(1)
[評価ランク]
ランクS:質量増加率が-2%以上+5%以下
ランクA:質量増加率が-3%以上-2%未満又は+5%超+10%以下
ランクB:質量増加率が-5%以上-3%未満又は+10%超+15%以下
ランクC:質量増加率が-7%以上-5%未満又は+15%超+20%以下
ランクD:質量増加率が-10%以上-7%未満又は+20%超+50%以下
ヘッドの寿命に影響するものとしては、「接着部材の剥がれ易さ」、「接着剤による部材どうしの接合部分からのインクリーク」、「接着剤の劣化、膨潤、溶出に伴うインク吐出安定性」が挙げられる。これらを判定する方法として以下の方法を実施した。
Ni板/Siウエハを実施例1~11及び比較例1~5に記載の接着剤により接着し、20mm/minの速度で剥離強度を引っ張り強度試験で測定した。得られた剥離強度をN0とした。
硬化接着後のサンプルを表7~表9に示す水系インクに60℃において4週間浸漬させた後の浸漬物についても、20mm/minの速度で剥離強度を引っ張り強度試験で測定した。得られた剥離強度をN1とした。
下記数式(5)で表される剥離強度増加率を算出し、下記の評価ランクに基づき接着部材の剥がれ易さを評価した。
剥離強度増加率(%)={(N1-N0)/N0}×100 ・・・数式(5)
[評価基準]
ランクS:剥離強度増加率が-10%以上+30%未満
ランクA:剥離強度増加率が-30%以上-10%未満
ランクB:剥離強度増加率が-50%以上-30%未満
ランクC:剥離強度増加率が-70%以上-50%未満
ランクD:剥離強度増加率が-95%以上-70%未満
表7~表9に記載の実施例1~11及び比較例1~5の液滴吐出装置について、以下のように、インクリーク評価を行った。
インクリークの評価は、液滴吐出ヘッド内部の収容部に各インクを充填した状態で、60℃の恒温槽にて4週間保管し、その後、液滴吐出ヘッドにチューブをつないでその先端に送風ポンプをつなぎ、送風することによって圧力をかけた。この状態で30分間放置し、インク漏れがあるかどうかを下記の5つの評価基準にて評価した。
[評価基準]
ランクS:インク漏れが全く見られない
ランクA:インク漏れがほんの一部見られる
ランクB:インク漏れが見られるが、ヘッド内部に気泡が生じるほどではない
ランクC:インク漏れが見られ、ヘッド内部に気泡が生じている
ランクD:インク漏れが見られ、ヘッド内部に充填したインクの多くが外に流れ出している
<<吐出安定性>>
表7~表9に記載の実施例1~11及び比較例1~5の液滴吐出装置について、以下のように、吐出安定性の評価を行った。
吐出安定性の評価は、液滴吐出ヘッド内部の収容部に各インクを充填した状態で、50
℃の恒温槽にて100日間保管し、その後、液滴吐出ヘッドを取り出してインクを吐出さ
せ、吐出されるインクの状態を確認し、以下の5ランクの評価基準にて評価した。
なお、恒温槽で保管している間、ノズル部のインクが乾燥しないよう、ノズル面が空気
に触れないように専用治具でカバーをした。また、液滴吐出ヘッドに充填しているインク
は、2週間に1度の頻度で入れ替えた。
[評価基準]
ランクS:吐出の乱れがなく、ノズル詰まりもない
ランクA:吐出が若干乱れるが、ノズル詰まりはない
ランクB:吐出が大きく乱れ、ノズル詰まりがややある
ランクC:吐出が大きく乱れ、ノズル詰まりが多くある
ランクD:吐出が大きく乱れ、ノズル詰まりが大半を占める
得られた各印刷物について、分光測色濃度計(装置名:X-Rite939、X-Rite社製)を用いて測色し、印刷物の画像濃度(OD)を下記基準で評価した。
[評価基準]
ランクS:ODが1.5以上
ランクA:ODが1.3以上1.5未満
ランクB:ODが1.2以上1.3未満
ランクC:ODが1.1以上1.2未満
ランクD:ODが1.1未満
<1> pHが1以上5以下又はpHが10以上12以下である水系インクを、液室、ノズル孔を有するノズルプレート、及び流路を有し、前記水系インクが接する部材がシリコーン接着剤により接合されているインク吐出ヘッドを有するインク吐出装置を用いて吐出するインク吐出工程を含み、
前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が30以上38以下であることを特徴とするインク吐出方法である。
<2> 前記シリコーン接着剤を90℃において4時間硬化させた硬化物の質量をW0とし、
前記硬化物を前記水系インクに60℃において4週間浸漬させた後の浸漬物の質量をW1とすると、下記数式(1)で表される質量増加率が-5%以上15%以下である、前記<1>に記載のインク吐出方法である。
質量増加率(%)={(W1-W0)/W0}×100 ・・・数式(1)
<3> 前記水系インクのpHが1以上4以下又はpHが11以上12以下である、前記<1>から<2>のいずれかに記載のインク吐出方法である。
<4> 前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が33以上38以下である、前記<1>から<3>のいずれかに記載のインク吐出方法である。
<5> 前記水系インクがビニルスルホン色素を含有する、前記<1>から<4>のいずれかに記載のインク吐出方法である。
<6> インクジェット印刷方法である、前記<1>から<5>のいずれかに記載のインク吐出方法である。
<7> pHが1以上5以下又はpHが10以上12以下である水系インクと、
液室、ノズル孔を有するノズルプレート、及び流路を有し、前記水系インクが接する部材がシリコーン接着剤により接合されているインク吐出ヘッドと、を有し、
前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が30以上38以下であることを特徴とするインク吐出装置である。
<8> 前記シリコーン接着剤を90℃において4時間硬化させた硬化物の質量をW0とし、
前記硬化物を前記水系インクに60℃において4週間浸漬させた後の浸漬物の質量をW1とすると、下記数式(1)で表される質量増加率が-5%以上15%以下である、前記<7>に記載のインク吐出装置である。
質量増加率(%)={(W1-W0)/W0}×100 ・・・数式(1)
<9> 前記水系インクのpHが1以上4以下又はpHが11以上12以下である、前記<7>から<8>のいずれかに記載のインク吐出装置である。
<10> 前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が33以上38以下である、前記<7>から<9>のいずれかに記載のインク吐出装置である。
<11> 前記水系インクがビニルスルホン色素を含有する、前記<7>から<10>のいずれかに記載のインク吐出装置である。
<12> インクジェット印刷装置である、前記<7>から<11>のいずれかに記載のインク吐出装置である。
401 画像形成装置の外装
401c 装置本体のカバー
404 カートリッジホルダ
410 メインタンク
410k、410c、410m、410y ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色用のメインタンク
411 インク収容部
413 インク排出口
414 収容容器ケース
420 機構部
434 吐出ヘッド
436 供給チューブ
Claims (7)
- pHが1以上5以下又はpHが10以上12以下である水系インクを、液室、ノズル孔を有するノズルプレート、及び流路を有し、前記水系インクが接する部材がシリコーン接着剤により接合されているインク吐出ヘッドを有するインク吐出装置を用いて吐出するインク吐出工程を含み、
前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が30以上38以下であり、
前記水系インクがカプロラクタムを含有することを特徴とするインク吐出方法。 - 前記水系インクのpHが1以上4以下又はpHが11以上12以下である、請求項1に記載のインク吐出方法。
- 前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が33以上38以下である、請求項1から2のいずれかに記載のインク吐出方法。
- 前記水系インクがビニルスルホン色素を含有する、請求項1から3のいずれかに記載のインク吐出方法。
- インクジェット印刷方法である、請求項1から4のいずれかに記載のインク吐出方法。
- pHが1以上5以下又はpHが10以上12以下である水系インクと、
液室、ノズル孔を有するノズルプレート、及び流路を有し、前記水系インクが接する部材がシリコーン接着剤により接合されているインク吐出ヘッドと、を有し、
前記水系インクと前記シリコーン接着剤との間のHSP距離値が30以上38以下であり、
前記水系インクがカプロラクタムを含有することを特徴とするインク吐出装置。 - インクジェット印刷装置である、請求項6に記載のインク吐出装置。
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