KR100685769B1 - 잉크젯 기록용 잉크, 기록 방법 및 기록 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라 물에 분산가능한 착색제, 습윤제, 계면활성제 및 침투제를 포함하는 기록용 잉크가 제공된다. 이 기록용 잉크에서는, 증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량% 미만인 동안에는 기록용 잉크에서 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 5.0 mPa·s/% 이하이고, 증발된 수분 함량이 30∼45 중량%인 동안에는 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 50 mPa·s/%를 초과하며, 점도 증가율이 50 mPa·s/%에 달하는 단계의 기록용 잉크에서는, 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기가 초기 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기의 5배 미만이고, 0.8 ㎛ 이하이며, 여기서, 수분 증발과 관련된 점도 증가율(mPa·s/%)은 증발된 수분 함량(%)의 증분에 대한 점도(mPa·s)의 증분으로서 정의된다.
잉크젯, 기록용 잉크, 기록 방법, 기록 장치, 증발된 수분 함량, 점도 증가율
Description
본 발명은 잉크젯 기록용 잉크 및 잉크 카트리지와, 각각 상기 잉크를 사용하는 기록 방법 및 기록 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 일반 용지를 사용하여 고속으로 인쇄할 수 있고 화질이 우수할 뿐 아니라, 저장 안정성 및 토출 안정성을 제공하는 잉크와, 잉크 카트리지, 각각 상기 잉크를 사용하는 기록 방법 및 기록 장치에 관한 것이다.
잉크젯 프린터는, 일반 용지에 인쇄가 가능하고, 컬러 인쇄가 용이하며, 소형이고, 가격이 저렴하며, 러닝 코스트가 낮은 등의 장점으로 인하여 최근 판매가 신장되고 있다.
잉크젯 기록용 잉크에 요구되는 일반적인 특성으로서는, 고화질을 실현하기 위한 색조, 화상 농도 및 번짐; 신뢰성을 달성하기 위한 잉크 중에서의 착색제의 용해 또는 분산 안정성, 잉크의 저장 안정성, 및 잉크의 토출 안정성; 기록 화상의 보존성을 확보하기 위한 내수성 및 내광성; 고속 인쇄를 실현하기 위한 잉크의 속건성 등이 있다. 종래부터 상기 기록용 잉크에 관해서 이들 특성을 만족하기 위한 각종 제안이 이루어지고 있다.
당초, 상기 잉크젯 기록용 잉크에 이용하는 착색제는 발색성이 양호하고 신뢰성이 높은 등의 이유에서 염료를 주 성분으로 하였지만; 최근, 기록 화상에 내광성 및 내수성 등을 부여할 목적으로 카본 블랙 등의 안료를 함유하는 잉크 성분이 주목받고 있다.
또한, 최근 인쇄된 화상의 고품질화 및 고속화를 달성할 목적으로 기록용 잉크를 소적화(小滴化)하는 경향이 있으며, 그 때문에 노즐의 크기도 작아지고 있다.
그러나, 상기 안료를 착색제로서 사용하고 노즐 크기가 작아진 프린터를 사용하는 경우 토출 안정성을 확보하기가 상당히 어렵다. 따라서, 필요한 다른 특성과 함께 이들 요건을 만족하는 잉크젯 기록용 잉크가 아직 개발되지 않고 있다.
인쇄 신뢰성을 향상시키기 위해서, 상기 문제의 한가지 해결책으로서 경시적인 점도 증가를 가능한 낮게 억제하는 잉크 조성물이 이전에 제안된 바 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 2002-337449호는 잉크 농도가 초기와 비교하여 2배로 농축되는 경우, 잉크의 점도 변화를 10배 미만으로, 입자의 크기 변화를 3배 미만으로 억제하면, 안료 응집이 잉크 퍼짐을 방지하고 잉크가 인쇄되지 않는 기공부의 발생을 피할 수 있다고 개시하고 있다. 그러나, 제안된 잉크의 경우에는 일방 용지 상에 고화질을 형성하기 어려운 것으로 밝혀졌다.
또한, 일본 특허 공개 2000-95983호는, 잉크중의 증발가능한 성분이 증발된 후에 잔류물이 액체이고, 잔류물의 점도가 초기 점도의 10배 미만인 잉크를 개시하고 있다. 그러나, 이 잉크는 염료계 잉크이고, 신뢰성은 높다고 하더라도 일반 용지 상에서의 화질은 비교적 좋지 않다.
또, 일본 특허 공개 09-111166호에는, 잉크 중의 수분이 60℃에서 증발된 후의 잔류물의 점도가 증발 전의 점도의 10배 미만인 잉크가 개시되어 있다. 그러나, 이 잉크도 염료계 잉크이고, 수용성 중합체를 첨가함으로써 잉크의 신뢰성과 화질의 내구성의 균형을 맞출 수는 있다고 하더라도, 내수성이 불충분하다.
또, 일본 특허 공개 2001-262025호는 고화질을 위해서는 보다 높은 점도(5∼15 mPa·s)를 갖는 잉크가 필요하다고 제안한 바 있다. 이 제안에 따르면, 신뢰성을 위해서는 초기에 증발 속도를 조정해야 하고, 특정 화합물을 점도 조절제로서 첨가하여 점도를 조정해야 한다. 그러나, 사용할 안료의 입자 크기 안정성에 관해 개시된 바 없고, 24 시간 후의 신뢰성은 보장된다고 개시되어 있기는 하지만, 특정 형상과 크기의 헤드 및 노즐에서 장기간 방치하면 신뢰성이 뒤떨어지는 것으로 생각된다.
상기 설명한 바와 같이, 비교적 빠른 인쇄 속도로 인쇄된 화상을 고화질로 하기 위해서는, 고 점도의 잉크를 성공적으로 취급하여야 하지만, 그러한 고 점도의 잉크는 신뢰성을 확보하기가 어렵기 때문에 취급하기도 쉽지 않다.
본 발명은 물에 분산가능한 착색제, 습윤제, 계면활성제 및 침투제를 포함하는 기록용 잉크에 관한 것으로서, 증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량% 미만이면 기록용 잉크에서 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 5.0 mPa·s/% 이하이고, 증발된 수분 함량이 30∼45 중량%이면 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 50 mPa·s/%를 초과하며, 점도 증가율이 50 mPa·s/%에 달하는 단계의 기록용 잉크에서는, 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기는 초기 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기의 5배 미만이고, 0.8 ㎛ 이하이며, 여기서 수분 증발과 관련된 점도 증가율(mPa·s/%)은 증발된 수분 함량(%)의 증분에 대한 점도(mPa·s)의 증분으로서 정의된다.
본 발명에 따른 잉크의 특징은, 증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량%에 달할 때까지는 잉크 점도가 실질적으로 증가하지 않고(즉, 점도 증가율이 5.0 mPa·s/% 이하임), 증발된 수분 함량이 30∼45 중량%이면 잉크 점도가 급격히 증가한다(즉, 점도 증가율이 50 mPa·s/%을 초과함)는 것이다.
본 발명에 따른 잉크가 상기 개시된 바와 같이 배합되는 특징으로 인하여, 잉크는 노즐로부터 토출된 후 용지에 도달하기 전의 기간과 용지에 도달한 순간에 수분 증발로 인해 점도가 증가되어, 보통 용지에도 고화질을 형성할 수 있다.
증발된 수분 함량이 30 중량% 미만일 때 점도가 유의적으로 증가하는 잉크는 불량한 토출 안정성을 나타내는 경우가 흔히 있으며, 증발된 수분 함량이 45 중량%를 넘을 때 점도가 증가하는 잉크는, 잉크가 용지에 도포될 때 점도가 낮기 때문에 번짐을 유발하는 경향이 있다. 또한, 급속한 점도 증가가 나타나는 단계에서도 평균 입자 크기의 변화가 적은 잉크를 고안하여, 단기간 및 장기간의 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명에서, 용어 "점도 증가율"이란 다음과 같이 산정되는 값으로서, 그 단위는 mPa·s/%이다:
점도 증가율 = [(수분 증발 후의 점도(mPa·s)) - (수분 증발 전의 점도(mPa·s)] ÷(관련 수분 증발율(%))
또한, 용어 "증발된 수분 함량"은 하기와 같이 산정되는 값으로서, 그 단위는 퍼센트(%)이다:
(수분 증발로 인한 중량 손실) ÷(수분 증발 전의 잉크 총 중량) ×100
또, 용어 "평균 입자 크기"는 부피-평균 입자 크기, 즉 입자의 누적 부피가 50 부피%에 이르는 입자 크기를 나타낸다. 부피-평균 입자 크기를 결정하는 방법에 대해서는, 잉크 중의 브라운 운동을 하고 있는 입자에 레이저광을 조사하고, 입자로부터 되돌아오는 방사선(후방 산란광)의 진동수의 변화량을 분석하여 입자 크기를 구하는 동적 광산란법(도플러 산란광 해석)을 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 특징을 만족하는 잉크를 제조하기 위한 성분은 본질적으로 착색제, 습윤제, 계면활성제 및 침투제를 포함하고, 이 때 이들 성분들의 조합 및 혼합 비율이 중요하다. 또한, 특정 pH 조정제를 안료 응집 억제제로서 첨가하면 화질 및 신뢰성이 더욱 우수한 잉크를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이 "증발된 수분 함량이 30∼45 중량%일 때 잉크의 점도가 급격히 증가하도록" 배합하기 위한 예시적인 표준법과 관련하여, 비점과 점도가 물보다 휠씬 높은 습윤제와, 비점과 점도가 물보다 다소 높은 습윤제를 제조한 다음, 물과 이들 습윤제를 잘 배합하는 방법이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그렇지 않으면, 액체에서의 수소 결합 또는 배향과, 더욱 높은 당량 수분 함량(equivalent moisture content)을 기준으로 적용하는 것이 효과적이다; 또한, 첨가된 착색제의 양, 각종 용매에 대한 친화도, 첨가된 계면활성제 및 침투제의 효과에 대해 조사하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 통상적으로 습윤제로서 이용되는 에틸렌 글리콜 또는 저급 알콜과 같은 저급 글리콜은, 고 비점 및 고 점도의 다른 습윤제와 조합되지 않는 한 습윤제의 전체 중량을 기준으로 80% 이상 혼입되는 것이 바람직하지 않은 경우도 있다.
도 1은 증발된 수분 함량과 잉크 점도 (25℃에서) 사이의 관계의 일례를 도시한다.
도 2는 증발된 수분 함량과 잉크의 평균 입자 크기 사이의 관계의 일례를 도시한다.
도 3은 동적 표면 장력의 감소의 일례를 도시한다.
도 4는 증발된 수분 함량과 잉크 점도 사이의 관계의 또 다른 일례를 도시한다.
도 5는 증발된 수분 함량과 잉크의 평균 입자 크기 사이의 관계의 또 다른 일례를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 잉크 카트리지의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 기록 장치의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 7의 잉크젯 기록 장치의 내부 구성의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 9는 도 7의 잉크젯 기록 장치의 내부 구성의 일례를 도시하는 개략 평면도이다.
도 10은 본 발명과 관련된 잉크젯 헤드의 부분 확대도이다.
도 11은 본 발명과 관련되고, 채널 방향으로 부분 확대된 잉크젯 헤드의 단면도이다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 방식
착색제로서는, 일반적으로 안료가 내구성을 이유로 주로 사용되지만, 내구성을 유지하는 범위 내에서 필요에 따라 색상을 조성하기 위해서 염료를 안료와 혼합할 수 있다.
안료는 무기 또는 유기 안료일 수 있으며, 그러한 안료는 자기 분산형 안료, 계면활성제 및/또는 중합체 분산제로 분산된 분산액, 에멀젼형의 안료 및 수지로 코팅된 자기 분산형 안료로서 사용될 수 있다.
상기 무기 안료로서는, 예컨대, 산화티탄, 산화철, 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화알루미늄, 바륨 옐로우, 카드뮴 레드, 크롬 엘로우 및, 접촉법, 퍼니스법, 서멀법 등의 공지의 방법에 의해서 제조된 카본 블랙 등을 들 수 있다.
상기 유기 안료로서는, 예컨대, 아조 레이크, 불용성 아조 안료, 축합 아조 안료 및 킬레이트 아조 안료 등의 아조 안료; 프탈로시아닌 안료, 페릴렌 안료, 페리논 안료, 안트라퀴논 안료, 퀴나크리돈 안료, 디옥사딘 안료, 인디고 안료, 티오인디고 안료, 이소인돌리논 안료 및 퀴노프탈론 안료 등의 다환식 안료; 염기성 염료형 킬레이트 및 산성 염료형 킬레이트 등의 염료 킬레이트; 니트로 안료, 니트로소 안료, 아닐린 블랙 등이 있다. 이들 안료 중에서, 물과의 친화도가 높은 것들이 특히 바람직하다.
흑색 안료의 구체적인 예로는, 퍼니스 블랙, 아세틸렌 블랙 및 채널 블랙 등의 카본 블랙(C.I. 피그먼트 블랙 7); 구리, 철(C.I. 피그먼트 블랙 11) 및 산화티탄 등의 금속 및 금속 화합물; 및 아닐린 블랙 등의 유기 안료 등을 들 수 있다.
컬러 안료의 구체적인 예로는 C.I. 피그먼트 옐로우 1, 3, 12, 13, 14, 17, 24, 34, 35, 37, 42 (즉, 황색 산화철), 53, 55, 81, 83, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 408, 109, 110, 117, 120, 128, 138, 150, 151, 153, 및 183; C.I. 피그먼트 오렌지 5, 13, 16, 17, 36, 43 및 51; C.I. 피그먼트 레드 1, 2, 3, 5, 17, 22, 23, 31, 38, 48:1, 48:2 (퍼머넌트 레드 2B (Ca)), 48:3, 48:4, 49:1, 52:2, 53:1, 57:1 (브릴리언트 카민 6B), 60:1, 63:1, 63:2, 64:1, 81, 83, 88, 101 (적색 산화철), 104, 105, 106, 108 (카드뮴 레드), 112, 114, 122 (퀴나크리돈 마젠타), 123, 146, 149, 166, 168, 170, 172, 177, 178, 179, 185, 190, 193, 209 및 219; C.I. 피그먼트 바이올렛 1 (로다민 레이크), 3, 5:1, 16, 19, 23 및 38; C.I. 피그먼트 블루 1, 2, 15, 15:1, 15:2, 15:3 (프탈로시아닌 블루), 16, 17:1, 56, 60 및 63; C.I. 피그먼트 그린 1, 4, 7, 8, 10, 17, 18 및 36 등이 있다.
바람직하게는, 1종 이상의 친수성기가 직접 또는 다른 중재 원자기를 통해 안료 표면에 결합할 수 있도록 안료 표면을 변성시킨다. 구체적으로, 그러한 안료는, 설폰기 또는 카르복실기와 같은 일부 작용기를 안료 표면과 화학 결합시키거나, 또는 젖은 상태로 하이포할로겐산 및/또는 이의 염을 사용하여 안료를 산화시켜 제조할 수 있다. 특히 바람직한 조건은 안료 표면이 카르복실기와 결합되고 안료가 물에 분산가능한 것이다. 카르복실기를 갖는 그러한 표면 변성 안료는 분산 안정성과 고 품질의 인쇄성을 제공하며, 인쇄된 기록재의 내수성을 높일 수 있다.
또, 그러한 잉크 상태는 잉크의 건조 후에도 잉크의 재분산성을 제공할 수 있으며, 그 결과, 장기간 인쇄를 중단한 후에도 또는 잉크 헤드의 노즐 부위 주변에서 증발로 인해 잉크 수분이 감소될 때에도, 필요에 따라 간단한 클리닝으로 잉크 유로의 막힘없이 적절히 인쇄할 수 있다. 또한, 그러한 자기 분산형 안료는 이하 개시된 계면활성제 및 침투제와 배합될 때 통상적으로 상승 효과를 갖고 고 화질 및 고 신뢰성을 제공할 수 있다.
전술한 안료 외에, 물에 불용성인 안료 또는 물에 거의 불용성인 안료가 중합체 미립자 중에 혼입되는 구성으로 중합체 에멀젼을 사용할 수 있다. 안료를 포함하는 중합체 에멀젼으로서, 안료를 캡슐화한 중합체 미립자 및/또는 표면 상에 안료를 흡착한 미립자와 같은 구성을 예로 들 수 있다. 그러한 구성에서, 전체 안료가 캡슐화되거나 또는 흡착되어야 하는 것은 아니지만, 일정량의 안료를 본 발명의 효과가 저하되지 않는 범위 내에서 에멀젼 중에 분산시킬 수 있다.
중합체 에멀젼을 구성하는 중합체의 예는 비닐 중합체, 폴리에스테르 중합체 및 우레탄 중합체를 포함하며; 특히 비닐 중합체와 폴리에스테르 중합체가 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 분산제를 이용하여 수성매 중에 분산된 안료를 혼합할 수 있다. 바람직한 안료는 기존의 안료 분산액을 제조하는 데 이용되는 기지의 안료이다.
그러한 안료의 예로는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 아크릴산-아크릴로니 트릴 공중합체, 비닐 아세테이트-아크릴레이트 공중합체, 아크릴산-아크릴산 알킬에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-아크릴산-아크릴산 알킬에스테르 공중합체, 스티렌-메타크릴산-아크릴산 알킬 에스테르 공중합체, 스티렌-α-메틸스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-α-메틸스티렌-아크릴산-아크릴산 알킬에스테르 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체, 비닐나프탈렌-말레산 공중합체, 비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체, 비닐 아세테이트-지방산 비닐에스테르-에틸렌 공중합체, 비닐 아세테이트-말레산 에스테르 공중합체, 비닐 아세테이트-크로톤산 공중합체, 비닐 아세테이트-아크릴산 공중합체 등이 있다.
이들 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 바람직하게는 3,000∼50,000, 더욱 바람직하게는 5,000∼30,000, 가장 바람직하게는 7,000∼15,000이다.
분산제의 함량은, 안료가 적절히 분산되고 본 발명의 효과가 저감되지 않는 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다. 분산제(D)에 대한 안료(P)의 비율(P/D)은 바람직하게는 1/0.06 ∼ 1/3, 더욱 바람직하게는 1/0.125 ∼ 1/3이다.
전술한 바와 같이, 바람직하게는 잉크의 분산제에 카르복실기를 결합시켜, 분산 안정성, 인쇄 품질 및 내수성에 대한 효과를 제공할 수 있다.
이들 효과 외에도, 카르복실기는 용지의 이면으로의 번짐을 방지하는 추가의 효과를 제공할 수 있다. 특히, 카르복실기가 결합된 분산제로 분산된 안료와 침투제를 병행하여, 일반 용지 등의 비교적 사이즈도가 큰 기록재에 인쇄할 때에도 충분한 건조 속도 및 이면으로의 번짐 감소와 같은 효과를 얻을 수 있다. 카르복실기의 해리 상수가 다른 산기에 비하여 비교적 작기 때문에, 상기 안료가 기록재에 부 착된 후, 기록용 잉크의 pH 저하나, 상기 기록재의 표면 근방에 존재하는 칼슘 이온 등의 다가 금속 이온과의 상호 작용 등에 의해, 상기 분산제 자체의 용해도가 저하되거나, 상기 분산제나 상기 안료가 응집되어 버리는 것이 원인으로 생각된다.
본 발명에서, 안료 외에 하기의 염료를 사용할 수 있다.
산성 염료 및 식용 염료의 구체적인 예로는 C.I. 애시드 옐로우 17, 23, 42, 44, 79 및 142; C.I. 애시드 레드 1, 8, 13, 14, 18, 26, 27, 35, 37, 42, 52, 82, 87, 89, 92, 97, 106, 111, 114, 115, 134, 186, 249, 254 및 289; C.I. 애시드 블루 9, 29, 45, 92 및 249; C.I. 애시드 블랙 1, 2, 7, 24, 26 및 94; C.I. 푸드 옐로우 3 및 4; C.I. 푸드 레드 7, 9 및 14; C.I. 푸드 블랙 1 및 2 등이 있다.
직접성 염료의 구체적인 예로는 C.I. 다이렉트 옐로우 1, 12, 24, 26, 33, 44, 50, 86, 120, 132, 142 및 144; C.I. 다이렉트 레드 1, 4, 9, 13, 17, 20, 28, 31, 39, 80, 81, 83, 89, 225 및 227; C.I. 다이렉트 오렌지 26, 29, 62 및 102; C.I. 다이렉트 블루 1, 2, 6, 15, 22, 25, 71, 76, 79, 86, 87, 90, 98, 163, 165, 199 및 202; C.I. 다이렉트 블랙 19, 22, 32, 38, 51, 56, 71, 74, 75, 77, 154, 168 및 171 등을 들 수 있다.
염기성 염료의 구체적인 예로는 C.I. 베이직 옐로우 1, 2, 11, 13, 14, 15, 19, 21, 23, 24, 25, 28, 29, 32, 36, 40, 41, 45, 49, 51, 53, 63, 64, 65, 67, 70, 73, 77, 87 및 91; C.I. 베이직 레드 2, 12, 13, 14, 15, 18, 22, 23, 24, 27, 29, 35, 36, 38, 39, 46, 49, 51, 52, 54, 59, 68, 69, 70, 73, 78, 82, 102, 104, 109 및 112 ; C. I. 베이식 블루 1, 3, 5, 7, 9, 21, 22, 26, 35, 41, 45, 47, 54, 62, 65, 66, 67, 69, 75, 77, 78, 89, 92, 93, 105, 117, 120, 122, 124, 129, 137, 141, 147 및 155; C.I. 베이식 블랙 2 및 8 등을 들 수 있다.
반응성 염료의 구체적인 예로는 C.I. 리액티브 블랙 3, 4, 7, 11, 12 및 17 ; C.I. 리액티브 옐로우 1, 5, 11, 13, 14, 20, 21, 22, 25, 40, 47, 51, 55, 65 및 67; C.I. 리액티브 레드 1, 14, 17, 25, 26, 32, 37, 44, 46, 55, 60, 66, 74, 79, 96 및 97; C.I. 리액티브 블루 1, 2, 7, 14, 15, 23, 32, 35, 38, 41, 63, 80 및 95 등을 들 수 있다.
이들 염료 중에서, 산성 염료 및 직접성 염료가 특히 바람직하다.
잉크 중 이들 착색제의 함량은 바람직하게는 3∼15 중량%, 더욱 바람직하게는 5∼12 중량%이다.
습윤제로서는, 수소 결합을 형성하는 경향이 있고, 더 높은 점도를 나타내며, 당량 수분이 더 높고, 물의 존재 하에 점도가 더 낮은 습윤제가 본 발명에 사용하기 바람직하다.
다가 알콜로부터 선택된 습윤제의 예로는 글리세린, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 3-메틸-1,3-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 테트라에틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 폴리에틸렌 글리콜, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,6-헥산트리올 등이 있다. 글리세린은 수분 증발에 따라 점도를 급격히 증가시키는 한편, 착색제의 응집을 억제하여 입자 크기 성장 방지에 대한 효과가 우수하다. 따라서, 글리세린은 습윤제 총량을 기준으로 20 중량% 이상의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 글리세린은 당량 수분 함량이 더 높은 것이 바람직하다.
또한, 습윤제는 각각 20℃의 온도 및 60% 상대 습도의 조건 하에 당량 수분 25 중량% 이상을 나타내는 다가 알콜을 2종 이상 포함하는 것이 바람직하다.
추가의 바람직한 측면에서, 다가 알콜 중 하나는 글리세린이고 글리세린 함량은 전체 습윤제를 기준으로 20∼80 중량%이다.
글리세린과 병용되는 습윤제로서는, 1,3-부탄디올 및 3-메틸-1,3-부탄디올이 바람직하다. 1,3-부탄디올 및 3-메틸-1,3-부탄디올은 글리세린과 유사하게 높은 당량 수분 함량과 높은 신뢰성을 제공할 수 있으며, 도포된 잉크 액적(화상 요소)을 용지 상에 균일하게 분포시키는 효과와 잉크재를 용지 표면 상에 충분히 보존하는 효과를 부여할 수 있다. 특히, 3-메틸-1,3-부탄디올은 잉크 액적을 균일하게 분포시키는 효과를 제공하여 고화질을 형성할 수 있다.
글리세린은 신뢰성을 증가시키는 데 양호한 효과를 나타낼 수 있지만, 화질을 나쁘게 할 수 있고, 수분 증발 후에 지나치게 높은 점도를 제공할 수 있으며, 다량의 글리세린이 혼합되는 경우 토출 안정성을 열화시킬 수 있다. 이들 부탄디올 : 글리세린의 배합 비율은 바람직하게는 1:4∼4:1, 더욱 바람직하게는 1:3∼3:1, 가장 바람직하게는 1:1∼3:1이다.
본 발명의 효과는 전체 잉크를 기준으로 습윤제의 함량이 10∼40 중량% 범위일 때 유도되며, 가장 바람직하게는 습윤제의 함량은 25∼35 중량%이다. 습윤제의 함량이 지나치게 낮으면, 저장 안정성 및 토출 안정성이 불충분하여 노즐이 막히게 된다. 반면, 습윤제의 함량이 지나치게 높은 경우, 잉크를 건조하기가 어렵고 문자의 번짐과 컬러 경계부에서의 번짐이 일어나기 쉬워져, 화질이 저하된다.
각각 이후에 개시된 목적하는 성질을 제공하기 위해서, 본 발명에 따른 잉크에 계면활성제 및 침투제를 혼입시킨다. 본 발명에 사용되는 계면활성제는 특히 약 1000 밀리초(이하, "msec"라 함)에서 정적 표면 장력을 감소시켜, 잉크 액적이 용지에 도포될 때 잉크를 쉽게 용지로 침투시킬 수 있는 것이다. 한편, 본 발명에 사용되는 침투제는 상대적인 동적 표면 장력을 특히 약 10∼100 msec에서 감소시켜, 잉크 액적이 용지에 도포되는 순간에 잉크를 쉽게 용지 표면 상에 용이하게 분포시킬 수 있는 것이다.
이들 계면활성제와 침투제를 병행하면, 화상 요소가 용지 상에 더욱 적절히 분포되고 용지로의 침투 속도가 높아지는 잉크, 즉 속건성 잉크를 제공하여, 더욱 증가된 생산 속도로 고화질을 얻을 수 있다.
계면 활성제는, 양쪽성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로부터 적절히 선택할 수 있다. 바람직하게는, 재료의 분산 안정성과 화질간의 관계를 고려하여 폴리옥시에틸렌 알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민, 폴리옥시에틸렌 알킬아미드, 폴리옥시에틸렌 블록중합체, 소르비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄지방산에스테르, 에틸렌옥시드 첨가제의 아세틸렌알콜과 같은 비이온성 계면활성제를 사용한다.
또한, 플루오라이드를 함유하는 계면활성제 또는 실리콘 계면활성제를 배합표에 따라 단독으로 또는 병행하여 사용할 수 있다.
이 중에서, 하기 화학식 1의 비이온성 계면활성제가 특히 바람직하다:
상기 식에서, "R"은 직쇄 또는 분지쇄의 C6-14 알킬기를 나타내고, "m"은 양수를 나타낸다.
화질을 고려하면, "R"은 바람직하게는 C10 이상의 알킬기이고, "m"은 바람직하게는 7∼9이다.
잉크 조성물 중 계면활성제의 함량은 바람직하게는 0.01∼5.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5∼3.0 중량%이다. 함량이 0.01 중량% 미만인 경우 효과는 유의적이지 않으며, 5.0 중량% 이상인 경우 기록재로의 침투는 지나치게 현저해져 화질 저하 및/또는 이면으로의 번짐을 유도할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시된 화합물의 구체예로는 하기 표 1에 개시된 것들이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 계면활성제는 단독으로 사용하거나 병용할 수 있다. 계면활성제가 기록용 액체로 쉽게 용해되지 않더라도, 일부 경우에는 계면활성제를 다른 계면활성제와 혼합하여 용해시켜 긴 수명을 실현할 수 있다. 상기 화합물을 주 성분으로서 포함하는 시판용 계면활성제로서는, 니코 케미칼 캄파니의 BT 시리즈, 니퐁 쇼쿠바이 캄파니의 Softanol 시리즈 및 니퐁 유시 캄파니의 Dispernol을 예로 들 수 있다.
본 발명에 사용된 침투제는 20℃에서 물에 대한 용해도가 0.2 중량% 이상 5.0 중량% 미만인 하나 이상의 폴리올을 포함하는 것이 바람직하다.
그러한 폴리올 중에서 지방 디올의 예로는 2-에틸-2-메틸-1,3-프로판디올, 3,3-디메틸-1,2-부탄디올, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 2-메틸-2-프로필-1,3-프로판디올, 2,4-디메틸-2,4-펜탄디올, 2,5-디메틸-2,5-헥산디올, 5-헥센-1,2-디올, 2-에틸-1,3-헥산디올 등이 있다.
이 중에서, 2-에틸-1,3-헥산디올 및/또는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올이 가장 바람직하다.
병용 가능한 다른 침투제로서는 디에틸렌글리콜 모노페닐에테르, 에틸렌글리콜 모노페닐에테르, 에틸렌글리콜 모노알킬에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 프로필렌글리콜 모노부틸에테르 및 테트라에틸렌글리콜 클로로페닐에테르 등의 다가 알콜의 알킬 및 아릴 에테르; 및 에탄올 등의 저급 알콜을 예로 들 수 있다. 침투제는, 잉크 내로 용해될 수 있고 목적하는 성질을 조정할 수 있다면 이들 화합물에 한정되지 않는다.
침투제의 함량은 바람직하게는 0.1∼4.0 중량%이다. 함량이 0.1 중량% 미만이면, 속건성이 실현되지 않아 퍼진 화상이 생긴다. 한편, 함량이 4.0 중량%를 초과하면, 착색제의 분산 안정성이 불충분하고, 노즐이 막히는 경향이 생기며, 기록재로의 침투가 필요한 수준을 초과하고, 화상 밀도 감소 및 이면으로의 번짐이 일어날 우려가 있는 등의 문제가 생긴다.
pH 조정제는 임의의 물질일 수 있지만, 단, 기록용 액체의 pH는 제조된 기록용 액체에 대한 불리한 효과를 유발하지 않으면서 목적하는 범위로 조정될 수 있어야 한다.
pH 조정제의 예로는 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민 등의 아민; 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 원소의 수산화물; 수산화암모늄, 4차 암모늄의 수산화물, 4차 포스포늄의 수산화물, 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 기타 알칼리 금속의 탄산염 등이 있다.
아미노기를 함유하는 다가 알콜 적량을 안료 응집 억제제로서 사용하는 경우, 안료의 응집 억제로 인하여 안료의 분산 안정성이 더욱 현저하게 향상되고, 토출 안정성의 신뢰성을 확보할 수 있다. 이의 함량은 배합표와 목적하는 pH 값에 따라 달라지지만, 일반적으로 0.01∼2.0 중량%가 바람직하고, 0.1∼1.0 중량%가 더욱 바람직하다. 또한, 본 발명을 실시하는 데 있어서 안료 응집 억제제로서 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올이 특히 바람직하며, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올을 첨가하면 잉크 유로에 사용되는 부재가 기록용 액체와 접촉할 가능성을 높일 수 있다.
기타 첨가제 성분으로서, 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, ε-카프로락탐, 모노에탄올 아민 및 디에탄올아민과 같은 수용성 유기 용매를 본 발명의 잉크 내로 성공적으로 혼입하여 잉크가 조기에 건조되는 것을 피할 수 있다.
또 다른 첨가제 성분으로서, 탈수소아세트산나트륨, 소르브산나트륨, 나트륨 2-피리딘티올-1-옥시드, 벤조산나트륨 및 나트륨 펜타클로로페놀 등의 방부제-항진균제를 본 발명의 잉크에 첨가할 수 있다.
또 다른 첨가제인 킬레이트화제로서는, 나트륨 에틸렌디아민테트라아세테이트, 나트륨 니트릴로트리아세테이트, 나트륨 히드록시에틸 에틸렌디아민트리아세테이트, 나트륨 디에틸렌트리아민펜타아세테이트 및 나트륨 우라밀 디아세테이트를 예로 들 수 있다.
또 다른 첨가제인 방청제로서는, 산성 아황산염, 티오황산나트륨, 티오디글리콜산암모늄, 아질산디이소프로필암모늄, 테트라질산펜타에리트리톨, 아질산디시클로헥실암모늄 및 벤조트리아졸 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 잉크는 노즐 부위 주변에서 증발된 수분 함량이 30 중량%를 초과하기 전에 인쇄가능한 영역 또는 비인쇄 영역으로 잉크를 토출함으로써 일관된 고화질을 형성할 수 있다. 또한, 노즐로부터 토출되는 잉크 액적의 부피가 3∼40 피코리터(이하 "pℓ"라고 함)이고, 토출된 잉크 액적의 속도가 6∼20 m/s이며, 주파수가 1 kHz 이상이고, 해상도가 300 도트/인치(이하 "dpi"라고 함) 이상인 기록 조건에서 본 발명의 잉크의 특징을 완전히 이용할 수 있다.
증발된 수분 함량이 전체 잉크 중량을 기준으로 30 중량%를 초과하는 경우에는 본 발명의 잉크가 급속히 농후해지기 때문에, 본 발명의 잉크는 증발된 수분 함량이 30 중량%를 초과하기 전에 인쇄 가능한 영역 또는 비인쇄 영역에 잉크를 토출하는 시퀸스를 포함하는 방법 및/또는 장치에서 이용해야 한다. 잉크를 비인쇄 영역에 토출하는 한가지 방법으로서, 헤드가 설치된 카트리지의 주사 수가 계수되어, 주사 수가 소정의 값을 초과하면 잉크가 비인쇄 영역에 토출되도록 헤드가 구동되어, 일정량의 잉크가 토출될 수 있다. 바람직하게는, 비인쇄 영역에 토출되는 잉크의 양은, 신뢰성이 유지되고 인쇄 속도를 감소시키지 않는 범위 내에서 최소량의 잉크를 토출하도록 설정되며, 경우에 따라 비인쇄 영역에 토출되는 잉크의 양은 헤드의 구동 횟수를 바꾸어 설정할 수 있다.
토출된 잉크를 수용하는 방법으로서, 예를 들어 기록 장치의 구성을 고려하여, 기록재를 전달하기 위한 벨트 외부에 잉크 수용기를 배치할 수 있다. 따라서, 주사 수가 소정의 수를 초과할 때 비인쇄 영역에 배치된 잉크 수용기로 잉크를 토출하는 방법을 이용하여, 더욱 안정한 토출 성능을 보장하는 기록 장치를 제공할 수 있다.
또한, 다수의 가압 액체실, 가압 액체실과 연통되는 35 ㎛ 이하의 구멍을 갖는 노즐, 잉크 공급로(들), 진동판(들) 및 진동판을 변위시키는 전기기계 변환 유닛으로 구성된 기록용 헤드를 구비한 기록 장치를 제공하고, 또한 기록재에 도달하기 전에 연속적으로 토출된 다수의 잉크 액적을 더 큰 액적으로 합하는 특징을 제공함으로써, 잉크가 더욱 고속일 때에도 잉크의 토출 안정성이 보장될 수 있다.
본 발명은 하기 제시된 실시예를 참조하여 더욱 상세히 예시될 것이지만, 이들 실시예가 본 발명을 한정하는 것으로 해석해서는 안된다. 모든 백분율 및 부는 달리 언급한 바 없으면 중량을 기준으로 한 것이다.
실시예 1
잉크에 관한 실시예
- 흑색 잉크 -
KM-9036 (도쿄 잉크 캄파니, 자기 분산형 안료) 50%
글리세린 (습윤제) 10%
1,3-부탄디올 (습윤제) 15%
2-에틸-1,3-헥산디올 (침투제) 2%
2-피롤리돈 2%
계면활성제 (1-9) 1%
실리콘 소포제 KS508 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 잔량
상기 배합표의 잉크 성분을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 생성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 1의 잉크를 준비하였다.
실시예 2
잉크에 관한 실시예
-중합체 용액 A의 제조-
교반기, 온도계, 질소 기체용 주입관, 환류 응축기 및 적하 깔때기가 구비된 1 ℓ플라스크의 내부 대기를 질소 기체로 충분히 다시 채운 다음, 스티렌 11.2 g, 아크릴산 2.8 g, 라우릴 메타크릴레이트 12.0 g, 폴리에틸렌글리콜 메타크릴레이트 4.0 g, 스티렌 마크로머 4.0 g 및 머캅토 에탄올 0.4 g을 블랜딩하고 65℃로 가열하였다.
그 다음, 스티렌 100.8 g, 아크릴산 25.2 g, 라우릴 메타크릴레이트 108.0 g, 폴리에틸렌글리콜 메타크릴레이트 36.0 g, 히드록시에틸메타크릴레이트 60.0 g, 스티렌 마크로머 36.0 g, 머캅토 에탄올 3.6 g, 아조비스메틸 발레로니트릴 2.4 g 및 메틸에틸케톤 18 g으로 구성된 혼합 용액을 2시간 30분 동안 액적으로서 플라스크에 공급하였다. 용액 적하가 완료된 후에, 아조비스메틸 발레로니트릴 0.8 g 및 메틸에틸케톤 18 g으로 이루어진 혼합 용액을 30분 동안 액적으로 플라스크에 투입하였다. 65℃에서 1시간 동안 유지하여 반응시킨 후에, 아조비스메틸 발레로니트릴 0.8 g을 플라스크에 첨가하고, 1시간 더 반응시켰다. 반응이 끝난 후에, 메틸에틸케톤 364 g을 플라스크에 붓고, 50% 농도의 중합체 용액 800 g을 회수하였다.
- 안료를 함유하는 중합체 미립자의 수성 분산액의 제조-
중합체 용액 A 28.0 g, C.I. 피그먼트 옐로우 97 26.0 g, 1몰/ℓ의 수산화칼륨 수용액 13.6 g, 메틸에틸케톤 20 g, 및 탈이온수 13.6 g을 충분히 교반한 다음, 롤밀로 혼련하였다. 생성된 페이스트를 탈이온수 200 g에 붓고, 충분히 교반한 다음, 증발기로 메틸에틸케톤 및 물을 증발시켜 황색 중합체 입자의 수성 분산액을 제조하였다.
- 황색 잉크 -
황색 중합체 미립자의 분산액 40%
글리세린 (습윤제) 8%
1,3-부탄디올 (습윤제) 20%
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 (침투제) 2%
계면활성제 (1-8) 1.5%
실리콘 소포제 KS508 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 잔량
상기 배합표의 잉크 성분들을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 형성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 2의 잉크를 준비하였다.
실시예 3
잉크에 관한 실시예
- 안료를 함유하는 중합체 미립자 수성 분산액의 제조 -
안료를 C.I. 피그먼트 레드 122로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일한 방식으로 마젠타 중합체 미립자의 수성 분산액을 제조하였다.
- 마젠타 잉크 -
마젠타 중합체 미립자의 분산액 50%
글리세린 (습윤제) 10%
1,3-부탄디올 (습윤제) 18%
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 (침투제) 2%
계면활성제(1-8) 1.5%
실리콘 소포제 KS508 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 잔량
상기 배합표의 잉크 성분들을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 형성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 3의 잉크를 준비하였다.
실시예 4
잉크에 관한 실시예
- 안료를 함유하는 중합체 미립자 수성 분산액의 제조 -
안료를 C.I. 피그먼트 블루 15:3으로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일한 방식으로 시안 중합체 미립자의 수성 분산액을 제조하였다.
- 시안 잉크 -
시안 중합체 미립자의 분산액 40%
글리세린 (습윤제) 10%
1,3-부탄디올 (습윤제) 20%
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 (침투제) 2%
계면활성제 (1-8) 1.5%
실리콘 소포제 KS508 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 잔량
상기 배합표의 잉크 성분들을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 형성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 4의 잉크를 준비하였다.
비교예 1
잉크에 관한 비교예
A 회사가 시판하는 옐로우 잉크 카트리지로부터 일정량의 잉크를 빼내고 비교예 1의 잉크로서 평가하였다.
비교예 2
잉크에 관한 비교예
A 회사가 시판하는 마젠타 잉크 카트리지로부터 일정량의 잉크를 빼내고 비교예 2의 잉크로서 평가하였다.
비교예 3
잉크에 관한 비교예
A 회사가 시판하는 시안 잉크 카트리지로부터 일정량의 잉크를 빼내고 비교예 3의 잉크로서 평가하였다.
비교예 4
잉크에 관한 비교예
A 회사가 시판하는 블랙 잉크 카트리지로부터 일정량의 잉크를 빼내고 비교예 4의 잉크로서 평가하였다.
실시예 1 내지 4의 잉크와 비교예 1 내지 4의 잉크에 대해서 하기와 같은 평가 (1)를 실시하였다.
평가 (1) - 수분 증발에 따른 점도 증가율 및 입자 크기 변화 측정 -
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 각 잉크를 각각 일정량 50℃의 온도 및 10%의 습도 조건 하에 정치시킨 뒤, 잉크 중량 변화를 측정하고, 일정 기간 동안 동일한 조건 하에 정지시킨 후, 점도(25℃)와 입자 크기를 측정하였다. 점도계 RL-500 (도키 산교 캄파니)로 점도를 측정하고, 입자 크기 분석기 UPA 150 (마이크로 트랙 캄파니)으로 500배 희석하여 입자 크기를 측정하였다.
본 발명에 따른 증발된 수분 함량(%)은, 50℃ 온도 및 10% 습도에서 정치하고 증발된 수분량을 측정한 후에 얻은 측정값이다.
증발된 수분 함량(%)과 잉크의 점도(25℃) 사이의 관계가 도 1에 도시되어 있고; 증발된 수분 함량(%)과 잉크의 평균 입자 크기간의 관계는 도 2에 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에서, 속이 채워진 표시는 실시예를, 속이 빈 표시는 비교예를 나타내고, 마름모 표시는 블랙 잉크에, 사각형 표시는 황색 잉크에, 삼각형 표시는 마젠타 잉크에, 원 표시는 시안 잉크에 해당한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크의 총 중량을 기준으로 증발된 수분 함량이 30∼45%일 때 본 발명의 잉크의 점도가 급격히 증가하는 반면; 증발된 수분 함량이 50% 이상일 때 비교예의 잉크의 점도가 증가한다.
점도가 증가된 시기에, 본 발명의 잉크의 평균 입자 크기는 초기 평균 입자 크기의 5배 이하로서, 비교예의 잉크의 양상과 유사하다.
실시예 1 내지 4의 잉크 세트 (이하 "실시예 1의 잉크 세트"라고 함) 및 비교예 1 내지 4의 또 다른 잉크 세트 (이하 "비교예 1의 잉크 세트"라고 함)에 대해 하기 평가 (2)를 실시하였다.
- 평가 (2): 인쇄 품질 평가 -
컬러 화상을 일정한 인쇄 속도 방식으로 인쇄하고, 이 때 본 발명의 잉크는 하기에 설명되는 기록 장치로 처리하고, 비교예의 잉크는 시판품 A에 적합한 프린터로 처리하였다. 인쇄된 화상을 문자 번짐 및 컬러 경계부 번짐에 대해 육안으로 평가하였다. 평가 용지는 일반 용지였다.
평가 결과는 하기와 같은 등급으로 표시하였다:
등급 A: 번짐 없음
등급 B: 번짐 거의 없음
등급 C: 약간 번짐
등급 D: 명확한 번짐
| 잉크 세트 | 문자 번짐 | 컬러 경계부 번짐 |
| 실시예 1 | A | A |
| 비교예 1 | C | B |
실시예 1의 잉크 세트의 잉크는, 수분 증발로 인하여 비교예 1의 잉크 세트의 잉크보다 잉크 액적을 용지에 도포하기 전 또는 이와 동시에 더 높은 점도를 나타내어, 특히 문자 번짐 없이 더욱 선명한 화상을 제공하였다.
비교예 5
잉크 세트에 관한 비교예
실시예 1의 계면활성제 및 침투제를 혼합하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1의 잉크 세트와 동일한 방식으로 비교예 5의 잉크 세트를 제조하였다.
비교예 6
잉크 세트에 관한 비교예
실시예 1의 침투제를 혼합하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1의 잉크 세트와 동일한 방식으로 비교예 6의 잉크 세트를 제조하였다.
비교예 7
잉크 세트에 관한 비교예
실시예 1의 계면활성제를 혼합하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1의 잉크 세트와 동일한 방식으로 비교예 7의 잉크 세트를 제조하였다.
비교예 6 및 7과 실시예 1의 잉크 세트 중 블랙 잉크의 동적 표면 장력을 비교하여, 도 3에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다. 동적 표면 장력은 동적 표면 장력 측정 기기 BP-2(크루스 캄파니)로 25℃에서 측정하였다. 침투제를 함유하지 않는 잉크에서는 10∼100 msec 동안 동적 표면 장력이 감소하지 않았고, 활성제를 포함하지 않는 잉크에서는 약 1000 msec에서 정적 표면 장력이 감소하지 않았다.
비교예 5 내지 7의 잉크 세트에 대한 평가 (1)의 결과를 살펴보면, 비교예 5의 잉크 세트 중 각 잉크는 증발된 수분 함량이 50% 이상일 때 급격한 점도 증가를 나타내었다. 비교예 6 및 7의 잉크 세트 중의 각 잉크는 증발된 수분 함량 38∼42% 범위에서 급격한 점도 증가를 나타내었다. 또한, 평가 (2)의 결과는 다음과 같았다.
| 잉크 세트 | 문자 번짐 | 컬러 경계부 번짐 |
| 비교예 5 | D | D |
| 비교예 6 | C | C |
| 비교예 7 | C | C |
상기 결과는, 계면활성제 및 침투제를 포함하지 않는 잉크는 유의적인 문자 번짐 및 컬러 경계부 번짐을 나타낸다는 것을 입증한다.
참고예 1
잉크에 관한 참고예
글리세린의 양을 5 중량%로, 1,3-부탄디올의 양을 23 중량%로 바꾼 것을 제외하고는, 실시예 4의 잉크와 동일한 방법으로 참고예 1의 잉크를 제조하였다.
참고예 2
잉크에 관한 참고예
글리세린의 양을 23 중량%로, 1,3-부탄디올의 양을 5 중량%로 바꾼 것을 제외하고는, 실시예 4의 잉크와 동일한 방법으로 참고예 2의 잉크를 제조하였다.
실시예 4 및 참고예 1 내지 2의 잉크에 대한 평가 (1)의 결과를 살펴보면, 참고예 1의 잉크는 증발된 수분 함량이 잉크 총 중량을 기준으로 35∼38 중량%일 때 점도 증가를 나타내는 반면, 참고예 2의 잉크는 증발된 수분 함량이 43∼45 중량%일 때 점도 증가를 나타낸다. 또한, 참고예 1의 잉크의 평균 입자 크기가 초기 상태의 4.8배로 변하는 반면에, 참고예 2의 잉크는 크기 변화가 거의 없다. 이들 잉크에 대한 문자 번짐에 관한 평가 (2)의 결과는 다음과 같다.
| 잉크 | 문자 번짐 |
| 실시예 4 | A |
| 비교예 1 | A |
| 비교예 2 | B |
실시예 5
잉크에 관한 실시예
2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올 0.5 중량%를 잉크 조성물에 추가로 포함시킨 것을 제외하고는, 실시예 2의 잉크와 동일한 방법으로 실시예 5의 잉크를 제조하였다.
실시예 6
잉크에 관한 실시예
2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올 0.5 중량%를 잉크 조성물에 추가로 포함시킨 것을 제외하고는, 실시예 4의 잉크와 동일한 방법으로 실시예 6의 잉크를 제조하였다.
실시예 5 및 6의 잉크에 대한 평가 (1)의 결과에 따르면, 실시예 5 및 6의 각 잉크는 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올을 함유하지 않은 잉크와 비교하여 수분 증발 과정에서 입자 크기 변화가 적었다(도 4 및 도 5 참조). 또한, 문자 번짐에 관한 평가 (2)는 실시예 5 및 6의 잉크가 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올을 함유하지 않는 잉크와 유사하다는 것을 보여준다.
실시예 2, 4, 5 및 6과 참고예 1 및 2의 잉크에 대해 하기 평가 (3)을 실시하였다.
- 평가 (3): 간헐성 인쇄 시험 -
평가 기기로서 IJ 프린터 IPSiO 제트 300 (노즐 크기 31 ㎛, 리코 캄파니 리미티드)을 사용하여, 소정의 기간 동안 토출 없이 30초간 캐리지를 스캐닝하고 (공스캐닝), 각 노즐당 20 액적을 잉크젯용 광택 필름 상에 인쇄한 다음, 회수 동작 (퍼징을 위해 50 액적)을 실시하는 조작을 10회 반복하였다.
20 액적의 인쇄 과정에서, 특히 제1 액적의 도트 분사 방향에 대해 사진을 촬영하여, 그 확대 사진을 육안으로 판단하여 평가를 실시하였다. 판단 기준은 다음과 같다.
등급 A: 분사 방향의 혼란이 없고, 도트는 크기가 정규적이며 정렬되어 있다.
등급 B: 분사 방향의 혼란이 없고, 도트는 거의 정렬되어 있지만 크기가 다소 작다.
등급 C: 분사 방향이 약간 흐트러지지만, 그 혼란이 제2열에 미치지 않는다.
등급 D: 제1 도트가 제2 도트 라인을 넘어서고 있다.
등급 E: 액적이 토출되지 않았다.
| 잉크 | 간헐적 인쇄 시험 |
| 실시예 2 | B |
| 실시예 4 | B |
| 참고예 1 | C |
| 참고예 2 | B |
| 실시예 5 | A |
| 실시예 6 | A |
상기 결과로부터, 글리세린의 양이 습윤제의 20 중량% 미만인 경우 신뢰성이 불충분하고, 글리세린의 양이 80 중량% 초과인 경우 문자 번짐이 일어난다는 것이 확인된다. 또한, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올의 첨가는 토출 신뢰성을 향상시킨다.
실시예 7
잉크에 관한 실시예
먼저, 하기 절차에 따라 안료 분산액을 제조하였다
- 황색 안료 분산액 -
C.I. 피그먼트 옐로우 20%
폴리옥시에틸렌올레일에테르 암모늄설페이트 15%
에틸렌 글리콜 30%
순수 잔량
상기 성분들을 블랜딩한 다음에 샌드밀로 분산시키고, 원심분리 절차로 처리하여 비교적 굵은 입자를 제거한 다음, 황색 안료 분산액을 제조하였다.
- 황색 잉크 -
황색 안료 분산액 20%
글리세린 5%
디에틸렌 글리콜 15%
2-에틸-1,3-헥산디올 2%
계면활성제(1-7) 2%
실리콘 소포제 KS531 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 잔량
상기 배합표의 잉크 성분들을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 형성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 7의 잉크를 준비하였다.
실시예 8
잉크에 관한 실시예
처음에, 안료 분산액을 하기 절차로 제조하였다.
- 마젠타 안료 분산액 -
C.I. 피그먼트 레드 122 30%
폴리옥시에틸렌올레일에테르 암모늄설페이트 15%
에틸렌 글리콜 30%
순수 잔량
상기 성분들을 블랜딩한 다음에 삼중 롤 밀로 분산시키고, 원심분리 절차로 처리하여 비교적 굵은 입자를 제거하여, 마젠타 안료 분산액을 제조하였다.
- 마젠타 잉크 -
마젠타 안료 분산액 25%
글리세린 5%
디에틸렌 글리콜 15%
2-에틸-1,3-헥산디올 2%
계면활성제(1-7) 1%
실리콘 소포제 KS531 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 잔량
상기 배합표의 잉크 성분들을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 형성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 8의 잉크를 준비하였다.
실시예 9
잉크에 관한 실시예
처음에, 안료 분산액을 하기 절차로 제조하였다.
- 시안 안료 분산액-
C.I. 피그먼트 블루 15:3 30%
폴리옥시에틸렌올레일에테르 암모늄설페이트 15%
에틸렌 글리콜 30%
순수 잔량
상기 성분들을 블랜딩한 다음에 습식 샌드 밀로 분산시키고, 원심분리 절차로 처리하여 비교적 굵은 입자를 제거하여, 시안 안료 분산액을 제조하였다.
- 시안 잉크 -
시안 안료 분산액 15%
글리세린 5%
디에틸렌 글리콜 15%
2-에틸-1,3-헥산디올 2%
계면활성제(1-7) 1%
실리콘 소포제 KS531 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 잔량
상기 배합표의 잉크 성분들을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 형성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 9의 잉크를 준비하였다.
실시예 10
잉크에 관한 실시예
처음에, 안료 분산액을 하기 절차로 제조하였다.
- 자기 분산형 시안 피그먼트 분산액 -
C.I. 피그먼트 블루 15:3 20부 및 설폴란 70부를 블랜딩하여 화합물을 형성하고, 이 화합물을 오일조에서 120℃로 가열한 다음, 설팜산 10부를 첨가하여 5 시간 동안 설폰화시켰다. 냉각 후에, 생성된 반응 생성물을 원심분리 절차로 처리하여 비교적 굵은 입자를 제거함으로써, 자기 분산형 시안 안료 분산액을 제조하였다.
- 시안 잉크 -
자기 분산형 시안 안료 분산액 50%
글리세린 5%
디에틸렌 글리콜 15%
2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 2%
계면활성제 (1-7) 1%
실리콘 소포제 KS531 (신에츠 케미칼) 0.1%
탈이온수 적량
상기 배합표의 잉크 성분들을 실온에서 충분히 블랜딩하여 잉크 조성물을 형성한 다음, 평균 기공 크기가 1.2 ㎛인 막 필터를 통해 상기 잉크 조성물을 여과하여, 실시예 10의 잉크를 준비하였다.
실시예 7 및 8의 잉크에 대한 평가 (1)의 결과를 살펴보면, 30∼45%의 증발된 수분 함량에서의 점도 증가는 양쪽 잉크에서 나타났으며, 그 범위에서의 각 평균 입자 크기는 각각의 초기 상태의 크기의 5배 미만이었다.
실시예 2
잉크 세트에 관한 실시예
실시예 1 및 7 내지 9의 잉크를 실시예 2의 잉크 세트로서 평가하였다.
실시예 3
잉크 세트에 관한 실시예
실시예 1, 7, 8 및 10의 잉크를 실시예 3의 잉크 세트로서 평가하였다.
실시예 2 및 3의 잉크 세트에 대한 평가 (2) 결과는 다음과 같았다.
| 잉크 세트 | 문자 번짐 | 컬러 경계부 번짐 |
| 실시예 2 | A | A |
| 실시예 3 | A | A |
실시예 7 내지 10의 잉크에 대한 평가 (3) 결과는 다음과 같았다.
| 잉크 | 간헐성 인쇄 시험 |
| 실시예 7 | B |
| 실시예 8 | B |
| 실시예 9 | B |
| 실시예 10 | B |
실시예 11
잉크에 관한 실시예
1,3-부탄디올을 3-메틸-1,3-부탄디올로 대체한 것으로 제외하고는, 실시예 1의 잉크와 동일한 방법으로 실시예 11의 잉크를 제조하였다.
실시예 12
잉크에 관한 실시예
C.I. 피그먼트 옐로우 97을 함유하는 중합체 미립자의 수성 분산액을 C.I. 피그먼트 옐로우 74를 함유하는 중합체 미립자의 수성 분산액으로, 1,3-부탄디올을 3-메틸-1,3-부탄디올로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 2의 잉크와 동일한 방법으로 실시예 12의 잉크를 제조하였다.
실시예 13
잉크에 관한 실시예
1,3-부탄디올을 3-메틸-1,3-부탄디올로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 3의 잉크와 동일한 방법으로 실시예 13의 잉크를 제조하였다.
실시예 14
잉크에 관한 실시예
1,3-부탄디올을 3-메틸-1,3-부탄디올로 대체한 것을 제외하고는, 실시예 4의 잉크와 동일한 방법으로 실시예 14의 잉크를 제조하였다.
실시예 11 내지 14의 잉크에 대한 평가 (1)의 결과를 살펴보면, 증발된 수분 함량이 30∼45%일 때의 점도 증가가 각 잉크의 경우에 나타났고, 상기 범위에서의 각 평균 입자 크기는 각각의 초기 상태의 입자 크기의 5배 미만이었다.
실시예 4
잉크 세트에 관한 실시예
실시예 11 내지 14의 잉크를 실시예 4의 잉크 세트로서 평가하였다. 실시예 4의 잉크 세트에 대한 평가 (2)의 결과는 다음과 같았다.
| 잉크 세트 | 문자 번짐 | 컬러 경계부 번짐 |
| 실시예 4 | A | A |
실시예 11 내지 14의 잉크에 대한 평가 (3)의 결과는 다음과 같았다.
| 잉크 | 간헐성 인쇄 시험 |
| 실시예 11 | A |
| 실시예 12 | A |
| 실시예 13 | A |
| 실시예 14 | A |
(잉크 카트리지)
본 발명의 잉크 카트리지는 본 발명의 상기 기록용 잉크를 용기 속에 수용하여 이루어지며, 또 필요에 따라서 적절하게 선택한 그 밖의 부재를 포함할 수 있다.
상기 용기는 목적에 따라서 그 형상, 구조, 크기, 재질 등을 적절하게 선택할 수 있으며; 예를 들어, 용기는 알루미늄 라미네이트 필름, 수지 필름 등으로 형성된 잉크 주머니 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 잉크 카트리지의 한 형태에 관해서 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6에 도시된 잉크 카트리지(1)는 기록용 잉크를 내부에 수용하는 잉크 주머니(2)와, 잉크 주머니(2)를 수납하는 케이스(3)를 갖는다. 잉크 주머니(2)는 알루미늄 라미네이트 필름으로 이루어지고 대략 장방형의 가요성을 갖으며, 내부에 본 발명의 상기 기록용 잉크를 충전한 상태로 수용하고, 케이스(3)에 수납되어 있다. 케이스(3)는 제1 케이스(11), 제2 케이스(12) 및 제3 케이스(13)로 구성된다. 잉크 카트리지(1)에 있어서는 제1 케이스(11)와 제2 케이스(12)가 나사 부재(82)에 의해서 조여 고정된다. 도 6에서, (25)는 잉크 공급 입구를, (44,45)는 카트리지를 삽입하기 위한 가이드를, (64)는 카트리지를 정확하게 설치하기 위한 컬러 한정용 가이드를 나타낸다.
본 발명의 잉크 카트리지는 착탈 가능한 방식으로 각종 잉크젯 기록 장치에 장착하여 이용할 수 있으며, 바람직하게는, 착탈 가능한 방식으로 본 발명의 잉크젯 기록 장치에 장착하여 이용할 수 있다.
(잉크젯 기록 장치 및 잉크젯 기록 방법)
본 발명의 잉크젯 기록 장치는 적어도 잉크 액적의 토출용 유닛과, 필요에 따라서 적절하게 선택한 그 밖의 유닛, 예컨대, 자극 발생 유닛, 제어 유닛 등을 포함한다.
본 발명의 잉크젯 기록 방법은 적어도 잉크 액적을 토출하는 단계를 포함하며, 필요에 따라서 적절하게 선택한 그 밖의 단계, 예컨대, 자극 발생 단계, 제어 단계 등을 포함한다.
본 발명의 잉크젯 기록 방법은 본 발명의 잉크젯 기록 장치에 의해 바람직하게 실시할 수 있으며; 상기 그 밖의 단계는 상기 그 밖의 유닛에 의해 적합하게 행할 수 있다.
- 잉크 액적 토출 방법 및 잉크 액적 토출 유닛 -
잉크 액적 토출 방법에서는, 본 발명의 기록용 잉크에 자극을 인가하여 그 기록용 잉크 액적을 토출하여 화상을 형성한다.
잉크 액적 토출 유닛에서는, 본 발명의 기록용 잉크에 자극을 인가하여, 그 기록용 잉크 액적을 토출하여 화상을 형성한다. 상기 잉크 액적 토출용 유닛은 특별한 제한 없이 선택할 수 있으며, 잉크 토출용의 각종 노즐 등을 예로 들 수 있다.
본 발명을 실시하는 데 있어서, 액체실 부분, 흐름 저항부, 진동판 및 잉크젯 헤드의 노즐 부재의 적어도 일부가 규소 또는 니켈 함유 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
잉크젯 노즐의 입구 직경은 바람직하게는 30 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 1∼20 ㎛이다.
상기 자극은 예컨대, 상기 자극 발생 유닛에 의해 발생시킬 수 있다. 그 자극은 특별한 제한 없이 적절히 선택할 수 있으며; 예를 들어 자극은 열(온도),압력, 진동, 빛 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용하더라도 좋고, 2종 이상을 병용하더라도 좋다. 이들 중에서도, 열 및 압력이 바람직하다.
특히, 상기 자극 발생 유닛으로서는 예컨대, 가열 장치, 가압 장치, 압전 소자, 진동 발생 장치, 초음파 발진기, 라이트 등을 들 수 있고, 더욱 구체적으로는 압전 소자 등의 압전 액츄에이터, 발열 저항체 등의 전기열변환 소자를 이용하여 액체와 증기 사이의 막 비등에 의한 상변화를 이용하는 서멀 액츄에이터, 온도 변화에 의한 금속 상변화를 이용하는 형상 기억 합금 액츄에이터, 정전력을 이용하는 정전 액츄에이터 등을 들 수 있다.
상기 잉크의 액적 토출 방법은 특별한 제한 없이 상기 자극에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 자극이 "열"인 경우, 기록 헤드 내의 상기 기록용 잉크에 대해, 기록 신호에 대응한 열에너지를 서멀 헤드를 이용하여 부여하고, 그 열에너지에 의해 상기 기록용 잉크에 기포를 발생시켜, 그 기포의 압력에 의해 상기 기록 헤드의 노즐로부터 상기 기록용 잉크를 액적으로서 분사시키는 방법 등을 예로 들 수 있다. 또한, 상기 자극이 "압력"인 경우, 기록 헤드 내의 잉크 유로 내에 있는 압력실이라 불리는 위치에 접착된 압전 소자에 전압을 인가함으로써, 압전 소자가 휘어져, 압력실의 용적이 축소되고, 상기 기록 헤드의 노즐로부터 상기 기록용 잉크를 액적으로서 분사시키는 방법 등을 예로 들 수 있다.
토출시킨 기록용 잉크의 액적은 그 크기가 3∼40 pℓ인 것이 바람직하고, 그 토출 분사의 속도는 5∼20 m/s인 것이 바람직하며, 그 구동 주파수는 1 kHz 이상인 것이 바람직하고, 그 해상도는 300 dpi 이상인 것이 바람직하다.
한편, 각각의 유닛이 정상적으로 제어되기만 한다면 상기 제어 유닛은 특별한 제한없이 그 용도에 따라서 적절히 선택할 수 있으며; 예컨대 시퀀서, 컴퓨터 등의 기기를 이용할 수 있다.
본 발명의 잉크젯 기록 장치에 의해 본 발명의 잉크젯 기록 방법을 실시하는 한 형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 7에 도시된 잉크젯 기록 장치는 장치 본체(101), 장치 본체(101)에 장착되고 용지를 장전하기 위한 급지 트레이(102), 장치 본체(101)에 장착되어 화상이 기록(형성)된 용지를 스톡하기 위한 배지 트레이(103), 및 잉크 카트리지 장전부(104)를 포함한다. 잉크 카트리지 장전부(104)의 상면에는 조작키나 표시기 등이 구비된 조작부(105)가 배치되어 있다. 잉크 카트리지 장전부(104)는 잉크 카트리지(1)를 탈착하기 위한 개폐 가능한 정면 커버(115)를 포함한다. 상면 커버는 (111)로, 정면은 (112)로 나타낸다.
장치 본체(101) 내에는, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 좌우의 측판(도시되지 않음)에 의해 지탱되는 가이드 로드(131) 및 스테이(132)가 지지 부재로서 캐리지(133)를 지지하여, 캐리지(133)를 주요 주사 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 할 수 있으며, 주요 주사 모터(도시되지 않음)에 의해 도 9의 화살표 방향으로 이동 주사할 수 있다.
캐리지(133)는 옐로우(Y), 시안(C), 마젠타(M) 및 블랙(BK)의 각 기록용 잉크 액적을 토출하는 4개의 잉크젯 기록용 헤드를 구비한 기록 헤드(134)를 포함하며, 상기 기록용 헤드(134)는 각 잉크 토출구가 주요 주사 방향과 교차하고 토출된 잉크 액적이 아래를 향하도록 장착된다.
기록 헤드(134)를 구성하는 잉크젯 기록용 헤드는, 기록용 잉크를 토출하기 위한 에너지 발생 유닛, 예컨대 압전 소자 등의 압전 액츄에이터, 발열 저항체 등의 전기열변환 소자를 이용하여 액체의 막비등에 의한 상변화를 이용하는 서멀 액츄에이터, 온도 변화에 의한 금속 상변화를 이용하는 형상 기억 합금 액츄에이터, 및 정전력을 이용하는 정전 액츄에이터 등을 구비할 수 있다.
또한, 캐리지(133)에는 기록 헤드(134)에 각 색의 잉크를 공급하기 위한 각 색의 서브 탱크(135)가 탑재되어 있다. 기록용 잉크 공급 튜브(도시되지 않음)를 통해, 잉크 카트리지 장전부(104)에 장전된 본 발명의 잉크 카트리지(1)로부터 본 발명의 상기 기록용 잉크가 서브 탱크(135)에 공급되어 보충된다.
한편, 급지 트레이(103)의 용지 적재부(141) 상에 적재한 용지(142)를 급지하기 위한 급지부는, 용지 적재부(141)로부터 용지를 1장씩 분리 급송하는 반월 회전자(급지 회전자(143)) 및, 급지 회전자(143)에 대향하고 마찰 계수가 큰 재질로 이루어지는 분리 패드(144)를 포함하고, 이 분리 패드(144)는 급지 회전자(143) 측에 압박되고 있다.
이 급지부로부터 급지된 용지(142)를 기록 헤드(134)의 아래쪽 공간에서 이송하기 위한 이송부로서, 용지(142)를 정전 흡착하여 이송하기 위한 이송 벨트(151); 급지부로부터 가이드(145)를 통해 보내지는 용지(142)를 이송 벨트(151)와의 사이에서 끼워 이송하기 위한 카운터 롤러(152); 대략 연직 상측으로 보내지는 용지(142)를 대략 90° 방향 전환시켜 이송 벨트(151) 위로 따르게 하기 위한 이송 가이드(153); 누름 부재(154)에 의해 이송 벨트(151) 측으로 압박된 선단 가압 회전자(155); 및 이송 벨트(151) 표면을 대전시키기 위한 대전 롤러(156)를 포함한다.
이송 벨트(151)는 무단형 벨트이며, 이송 롤러(157)와 텐션 롤러(158) 사이에 매어져 설치되고, 벨트 이송 방향으로 둘레 회전 가능하다. 이송 벨트(151)의 이면에는 기록 헤드(134)에 의한 인쇄 영역에 대응하여 가이드 부재(161)가 배치되어 있다. 또한, 기록 헤드(134)에 의해 기록된 용지(142)를 배지하기 위한 용지 배출부는 이송 벨트(151)로부터 용지(142)를 분리하기 위한 분리 발톱(171), 배지 롤러(172) 및 배지 회전자(173)를 포함한다. 배지 롤러(172)의 아래쪽에 배지 트레이(103)가 배치되어 있다.
장치 본체(101)의 배면부에는 양면 급지 유닛(181)이 착탈 가능하게 장착되어 있다. 양면 급지 유닛(181)은 이송 벨트(151)의 역방향 회전에 의해 되돌려지는 용지(142)를 받아들여 반전시켜, 재차 카운터 롤러(152)와 이송 벨트(151) 사이에 급지한다. 한편, 양면 급지 유닛(181)의 상면에는 수동 급지부(182)가 설치되어 있다.
이 잉크젯 기록 장치에 있어서는, 급지부로부터 용지가 1장씩 분리 급지되어, 대략 연직 위쪽으로 급지된 용지(142)는 가이드(145)에 의해 안내되어, 이송 벨트(151)와 카운터 롤러(152) 사이에 끼워져 이송된다. 이어서, 선단을 이송 가이드(153)에 의해 안내받아 선단 가압 회전자(155)에 의해 이송 벨트(151)에 밀어붙여져, 대략 90° 이송 방향에서 전환된다.
이 때, 대전 롤러(156)에 의해서 이송 벨트(157)가 대전되고 있으며, 용지(142)는 이송 벨트(151)에 정전 흡착된 상태로 이송된다. 그래서, 캐리지(133)를 이동시키면서 화상 신호에 따라서 기록 헤드(134)를 구동함으로써, 정지하고 있는 용지(142)에 잉크 액적을 토출하여 1행 화상을 기록하고, 용지(142)를 소정 거리 이동시킨 후, 다음 행의 기록을 한다. 기록 종료 신호 또는 용지의 후단이 기록 영역에 도달한 신호를 받음으로써, 기록 동작을 종료하고, 용지(142)를 배지 트레이(103)로 배지한다.
그리고, 서브 탱크(135) 내의 기록용 잉크의 잔량이 거의 고갈된 것으로 검지되면, 잉크 카트리지(1)로부터 소요량의 기록용 잉크가 서브 탱크(135)에 보급된다.
이 잉크젯 기록 장치에서는, 본 발명의 잉크 카트리지(1) 중의 기록용 잉크를 다 썼을 때 잉크 카트리지(1)의 케이스(3)를 분해하여 잉크 카트리지(1) 내부의 잉크 주머니(2)만을 교환할 수 있다. 또한, 잉크 카트리지는 세로 또는 전면 장전 구성으로 하여도, 안정적으로 기록용 잉크를 공급할 수 있다. 따라서, 장치 본체(101)의 상측이 막힌 상태로 설치되어 있는 경우, 예컨대, 랙 내에 수납하거나 혹은 장치 본체의 상면에 물건이 놓여져 있는 경우라도, 잉크 카트리지(1)의 교환을 용이하게 행할 수 있다.
한편, 상기 시리얼형(셔틀형) 잉크젯 기록 장치에 적용한 예를 이용하여 본 발명의 실시예를 설명했지만, 라인형 헤드를 갖춘 라인형 잉크젯 기록 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 잉크젯 기록 장치 및 잉크젯 기록 방법은 잉크젯 기록 방식에 의한 각종 기록에 적용할 수 있으며, 예컨대 잉크젯 기록용 프린터, 팩시밀리 장치, 복사 장치, 프린터/팩시밀리/복사 장치의 복합기 등에 적용할 수 있다.
이하 본 발명의 기록 장치를 설명한다.
도 10은 본 발명의 잉크젯 헤드의 부분 확대도이고, 도 11은 채널 방향으로 부분 확대된 잉크젯 헤드의 단면도이다.
잉크젯 헤드는 잉크 주입구(도시되지 않음)가 구비된 일반 액체실(1b)을 제공하기 위한 구조를 형성하는 프레임(10); 흐름 저항부(2a) 및 가압 액체실(2b)과, 노즐(3a)에 연통되는 연결 구멍(2c)를 형성하기 위한 구조를 형성하는 통로판(20); 노즐(3a)을 형성하는 노즐판; 볼록부(6a), 칸막이부(6b) 및 잉크 주입구(6c)를 포함하는 진동판(60); 접착제 층(70)을 통해 진동판에 결합된 적층형 압전 소자(50); 및 적층된 압전 소자(50)를 고정하는 베이스(40)를 포함한다. 베이스는 티탄산바륨 세라믹으로 형성되고, 적층형 압전 소자(50) 2줄이 배치 접합된다.
압전 소자(50)는 납 지르코네이트 티타네이트로 된 10∼50 ㎛ 두께/층의 압전층(도시되지 않음)과 은/팔라듐(AgPd)으로 된 수 ㎛ 두께/층의 내부 전극 층(도시되지 않음)을 교대로 적층하여 형성한다. 내부 전극(도시되지 않음)을 양면에서 외부 전극(도시되지 않음)에 연결한다.
교대로 구동부(5f) 및 지지부(5g)로서 이용하기 위해 하프컷 다이싱(half-cut dicing) 처리하여 압전 소자(50)를 크테니듐(ctenidium) 형상으로 분할한다.
외부 전극(도시되지 않음)의 외부는, 하프컷 다이싱 처리를 통해 분할되도록 컷오프와 같은 처리를 하여 그 길이를 제한하고, 독립적인 전극으로 만든다. 다이싱 처리를 통해 분할되지 않은 나머지는 전기 연속체로 유지하여 일반 전극(5e)으로 한다.
구동부의 독립적 전극(도시되지 않음)에 EPC(80)을 연납으로 접합시킨다. 또한, 적층형 압전 소자의 단부에 전극 층을 제공하여 일반 전극(5e)을 EPC(80)의 Gnd 전극 주변에 연결한다. EPC(80)에 드라이버(IC)(도시되지 않음)를 설치하여, 구동부(5f)에 대한 구동 전압의 인가를 제어한다.
진동판(60)은 박막의 칸막이부(6b); 칸막이부(6b)의 중심부에 형성되고 구동부(5f)로 하려는 적층형 압전 소자(50)에 연결되어 있는 섬 형태의 오목부(6a)(아일랜드부); 지지부(도시되지 않음)에 연결된 빔을 포함하는 후막부; 및 전기형성법을 통해 Ni-판의 2층으로 코팅된 잉크 주입구(6c)용 구멍으로 형성된다. 칸막이부는 두께가 3 ㎛이고 폭이 35 ㎛(한면)이다.
진동판(60)의 섬 유사 오목부(6a)와 압전 소자(50)의 구동부(5f)는 간극재를 포함하는 패턴화된 접착제층(70)을 통해 접합된다.
통로판(20)은 규소 단결정으로 형성된다. 규소 단결정에서, 에칭 처리를 통해 홈과 관통부를 패턴화하는데, 홈은 흐름 저항부(2a) 및 가압 액체실(2b)을 형성하기 위한 것이고; 관통부는 노즐(3a)에 해당하는 위치에서 연결 입구(2c)를 형성하기 위한 것이다.
에칭 후에 잔여부는 가압 액체실(2b)의 분할벽(2d)을 형성한다. 헤드 구성에 있어서, 에칭된 폭을 부분적으로 좁게 하여 흐름 저항부(2a)를 제공한다.
노즐판(30)은 전기형성 처리에 의해 Ni판 필름과 같은 금속재로 형성되며, 잉크 액적을 토출하는 미세한 토출구로서 작용하는 다수의 노즐(3a)을 보유한다. 내부 구조 또는 내부 형상은 뿔 모양이며, 컬럼형 또는 원추형도 이용가능하다. 노즐(3a)의 크기는 잉크 액적 토출구에서의 직경이 약 20∼35 ㎛이다. 각 라인의 노즐 피치는 150 dpi이다.
노즐판(30)의 잉크 토출면의 표면 상에 발수층(도시되지 않음)이 제공된다. 발수층 상에서의 표면 처리는, 예를 들어 PTFE-Ni 동시침전 도금, 플루오라이드 수지의 전착 코팅, 플루오르화된 송진과 같은 기화성 플루오라이드 수지의 증착 코팅, 실리콘 수지 또는 플루오라이드 수지의 소성, 용매를 이용한 플로잉 코팅 등이 있다. 그러한 표면 처리는 액적 형상, 토출성을 안정화시키는 잉크 특성에 따라 선택하여, 고화질을 실현할 수 있다.
잉크 입구(도시되지 않음) 및 일반 액체실(1b)을 위한 홈이 형성된 수지 성형을 통해 프레임(10)을 생성한다.
상기 설명한 구성의 잉크젯 노즐에서, 기록 신호에 따라 구동부(5f) 상에 구동 파형(펄스 전압 10∼50 V)을 인가함으로써 구동부(5f)에서 적층 방향으로 변위를 형성하고, 이에 의해 가압 액체실(2b)을 가압하여 진동판(30)을 통해 압력을 증가시키며, 노즐(3a)로부터 잉크 액적을 토출한다.
잉크 액적의 토출이 멈추면, 가압 액체실(2b) 내의 잉크 압력이 감소하고, 잉크 흐름의 관성 및 구동 펄스의 방전을 통해 가압 액체실(2b)에 음압이 형성되어, 잉크의 충전 단계로 바뀌게 된다. 즉, 잉크 탱크로부터 공급된 잉크가 일반 액체실(1b)로 흐르고, 일반 액체실(1b)로부터 잉크 흐름 입구(6c)를 통해 흐름 저항부(2a)로 흐른 다음, 가압 액체실(2b)에서 충전된다.
흐름 저항부(2a)는 토출 후에 잔류압 진동을 약화시키는 효과를 제공하는 한편, 표면 장력에 의한 재충전을 방해한다. 따라서, 잔류압의 약화 및 재충전 기간이 균형을 이루고, 흐름 저항부를 적절히 선택하여 잉크 토출 작용 사이의 주기(작동 기간)를 단축시킬 수 있다.
상기 구체적으로 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 물에 분산가능한 착색제, 습윤제, 계면활성제 및 침투제를 포함하는 잉크젯 기록용 잉크가 제공되는데, 상기 잉크젯 기록용 잉크는 증발된 수분 함량이 30∼45 중량%일 때 점도가 급 속히 증가하도록 배합되어, 즉 점도 증가율이 50 mPa·s/%를 초과하도록 배합되어, 일반 용지에서도 고화질을 형성할 수 있다. 또한, 급속한 점도 증가가 나타나는 시기에도 평균 입자 크기의 변화가 감소되도록 잉크를 고안하여, 단기간 및 장기간의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또, 본 발명의 기록 방법 및 기록 장치를 사용하여, 토출 안정성 및 화질이 한층 좋아진 화상을 형성할 수 있다.
Claims (16)
- 물에 분산가능한 착색제 3∼15 중량%, 습윤제 10∼40 중량%, 계면활성제 0.01∼5 중량% 및 침투제 0.1∼4.0 중량%를 포함하고,증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량% 미만인 때에는 기록용 잉크에서 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 5.0 mPa·s/% 이하이며,증발된 수분 함량이 30∼45 중량%인 때에는 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 50 mPa·s/%를 초과하고,점도 증가율이 50 mPa·s/%에 달하는 단계의 기록용 잉크에서는, 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기가 초기 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기의 5배 미만이고, 0.8 ㎛ 이하이며,여기서, 수분 증발과 관련된 점도 증가율(mPa·s/%)은 증발된 수분 함량(%)의 증분에 대한 점도(mPa·s)의 증분으로서 정의되는 것인 기록용 잉크.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 착색제는, 1종 이상의 친수성 기가 안료 표면에 결합되어 분산제 없이 물에 분산 가능하도록 처리된 안료인 기록용 잉크.
- 제1항에 있어서, 착색제는 계면활성제 및 중합체 분산제 중 하나 이상으로 분산된 안료인 기록용 잉크.
- 제1항에 있어서, 착색제는 물에 불용성인 색재 또는 물에 거의 녹지 않는 색재를 중합체 미립자에 혼입하여 형성된 중합체 에멀젼인 기록용 잉크.
- 제1항에 있어서, 습윤제는 20℃ 온도 및 60% 상대 습도의 조건 하에 당량 수분 25 중량% 이상을 각각 나타내는 2종 이상의 다가 알콜을 포함하는 것인 기록용 잉크.
- 제6항에 있어서, 다가 알콜 중 하나는 글리세린이고, 글리세린의 함량은 전체 습윤제를 기준으로 20∼80 중량%인 기록용 잉크.
- 제1항에 있어서, 침투제는 20℃에서 물에 대해 0.2 중량% 이상 5.0 중량% 미만의 용해도를 나타내는 하나 이상의 폴리올을 포함하는 것인 기록용 잉크.
- 제8항에 있어서, 폴리올은 2-에틸-1,3-헥산디올인 기록용 잉크.
- 제8항에 있어서, 폴리올은 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올인 기록용 잉크.
- 제1항에 있어서, 안료 응집 억제제가 추가로 포함되는 것인 기록용 잉크.
- 물에 분산가능한 착색제, 습윤제, 계면활성제 및 침투제를 함유하는 기록용 잉크를 포함하는 잉크 카트리지로서,증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량% 미만인 때에는 기록용 잉크에서 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 5.0 mPa·s/% 이하이고,증발된 수분 함량이 30∼45 중량%인 때에는 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 50 mPa·s/%를 초과하며,점도 증가율이 50 mPa·s/%에 달하는 단계의 기록용 잉크에서는, 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기가 초기 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기의 5배 미만이고, 0.8 ㎛ 이하이며,여기서, 수분 증발과 관련된 점도 증가율(mPa·s/%)은 증발된 수분 함량(%)의 증분에 대한 점도(mPa·s)의 증분으로서 정의되는 것인 잉크 카트리지.
- 노즐 부위 주변에서 기록용 잉크의 증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량%를 초과하기 전에 인쇄가능한 영역 또는 비인쇄 영역을 향해 기록용 잉크를 토출하는 단계를 포함하는 잉크젯 기록 방법으로서,상기 기록용 잉크는 물에 분산가능한 착색제, 습윤제, 계면활성제 및 침투제를 포함하고,증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량% 미만인 때에는 기록용 잉크에서 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 5.0 mPa·s/% 이하이고,증발된 수분 함량이 30∼45 중량%인 때에는 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 50 mPa·s/%를 초과하며,점도 증가율이 50 mPa·s/%에 달하는 단계의 기록용 잉크에서는, 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기가 초기 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기의 5배 미만이고, 0.8 ㎛ 이하이며,여기서, 수분 증발과 관련된 점도 증가율(mPa·s/%)은 증발된 수분 함량(%)의 증분에 대한 점도(mPa·s)의 증분으로서 정의되는 것인 잉크젯 기록 방법.
- 제13항에 있어서, 노즐로부터 토출된 잉크 액적의 부피는 3∼40 피코리터(pℓ)이고, 토출된 잉크 액적의 속도는 6∼20 m/s이며, 주파수는 1 kHz 이상이고, 해상도는 300 도트/인치(dpi)인 잉크젯 기록 방법.
- 다수의 가압 액체실, 가압 액체실과 연통되는 35 ㎛ 이하의 구멍을 갖는 노즐, 잉크 공급로(들), 진동판(들) 및 진동판을 변위시키는 전기기계 변환 유닛으로 구성된 기록용 헤드를 구비한 기록 장치로서,상기 기록 장치 내에 기록용 잉크가 충전되고, 상기 기록용 잉크는 물에 분산가능한 착색제, 습윤제, 계면활성제 및 침투제를 포함하고,증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량% 미만인 때에는 기록용 잉크에서 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 5.0 mPa·s/% 이하이고,증발된 수분 함량이 30∼45 중량%인 때에는 수분의 증발과 관련된 점도 증가율이 50 mPa·s/%를 초과하며,점도 증가율이 50 mPa·s/%에 달하는 단계의 기록용 잉크에서는, 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기가 초기 기록용 잉크 중의 착색제의 평균 입자 크기의 5배 미만이고, 0.8 ㎛ 이하이며,여기서, 수분 증발과 관련된 점도 증가율(mPa·s/%)은 증발된 수분 함량(%)의 증분에 대한 점도(mPa·s)의 증분으로서 정의되는 것인 기록 장치.
- 제15항에 있어서, 노즐 부위 주변에서 기록용 잉크의 증발된 수분 함량이 기록용 잉크의 총 중량을 기준으로 30 중량%를 초과하기 전에 기록용 잉크를 인쇄가능한 영역 또는 비인쇄 영역에 토출하여, 컬러 화상을 형성하는 것인 기록 장치.
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